CN1628050A - 电动动力转向装置的控制装置 - Google Patents

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Abstract

一种电动动力转向装置的控制装置，该电动动力转向装置的控制装置具有转向助力控制单元，并具备故障安全功能，该转向助力控制单元根据对来自扭矩传感器的主扭矩信号进行A/D转换所得的主扭矩输入值、通过对上述主扭矩信号进行第1增益倍增之后再进行A/D转换所得的增益倍增扭矩输入值、以及来自上述扭矩传感器的副扭矩信号，对把转向辅助力提供给转向机构的电动机进行控制，为了改善在增益倍增后的电压超过A/D转换器的输入时所产生的转向感的恶化，该控制装置设有：增益倍增器，对上述主扭矩输入值进行第2增益倍增；以及开关单元，把上述增益倍增器的输出和上述增益倍增扭矩输入值进行切换并输入到上述转向助力控制单元。

Description

电动动力转向装置的控制装置
技术领域
本发明涉及向汽车或车辆的转向系统附加电动机的转向辅助力的电动动力转向装置的控制装置，具体涉及在进行方向盘的紧急转向操作时的转向感的恶化得到改善的电动动力转向装置的控制装置。
背景技术
依靠电动机的旋转力对汽车或车辆的转向装置施加辅助负荷的电动动力转向装置使电动机的驱动力经由减速器，通过齿轮或皮带等的传递机构，向转向轴或齿条轴施加辅助负荷。这种以往电动动力转向装置为了使辅助扭矩(转向辅助扭矩)正确发生，进行电动机电流的反馈控制。反馈控制是对电动机施加电压进行调整，以使电流控制值和电动机电流检测值的差减小的控制，电动机施加电压的调整一般通过PWM(脉宽调制)控制的占空比的调整来进行。
此处，如图5所示，对电动动力转向装置的一般结构进行说明，转向轮(方向盘)1的轴2经由减速齿轮3、万向节4a和4b及齿臂机构5与转向轮的转向横拉杆6连接。在轴2上设有对转向轮1的转向扭矩进行检测的扭矩传感器10，对转向轮1的转向力进行转向助力的电动机20经由减速齿轮3与轴2构成动力连接。从电池14经由起动开关11把电力提供给对转向装置进行控制的控制单元30，控制单元30根据由扭矩传感器10检测的转向扭矩T(主扭矩信号Tm，副扭矩信号Ts)以及由车速传感器12检测的车速V，进行辅助指令的转向辅助指令值I的运算，并根据所运算的转向辅助指令值I，对提供给电动机20的电流进行控制。
在上述电动动力转向装置中，为了赋予电动机20对应由转向轴传递的转向扭矩的转向辅助力，设有对该转向扭矩进行检测的扭矩传感器10，扭矩传感器10为了实现故障安全功能，构成为使控制单元30的输入具有主系统和副系统的2系统，并把主扭矩信号Tm用于转向辅助控制，把副扭矩信号Ts用于故障安全功能。而且，转向辅助控制是根据主扭矩信号Tm来进行，然而由于辅助控制一般是使用MCU(微控制器单元：MicroController Unit)来实现，因而有必要把模拟的主扭矩信号Tm进行A/D转换而转换成数字值。然而，由于A/D转换器的分解范围受到限制，因而为了最大限度地发挥A/D转换器的分解范围，通常构成为使主扭矩信号Tm进行模拟增益倍增(放大)，以使所使用的转向扭矩T的范围为A/D转换器输入的最大值。即，把预想的转向扭矩T的最大值通过增益倍增来调整，使其与A/D转换器的最大值对应。
图6表示使用主系统和副系统的2系统对扭矩传感器10的信号进行控制的情况的控制器30的方框构成，来自扭矩传感器10的主扭矩信号Tm被输入到A/D转换器321，并经由(模拟型)增益倍增器(放大器)31被输入到A/D转换器322。并且，来自扭矩传感器10的副扭矩信号Ts被输入到A/D转换器323，该输出被另行提供给故障安全功能。
来自A/D转换器321的数字值的主扭矩输入值Tgr也被提供给故障安全功能。来自A/D转换器322的增益倍增主扭矩输入值信号Tgi被输入到转向辅助指令值运算部325和中心响应性改善部324，并被提供给故障安全功能。
中心响应性改善部324和转向辅助指令值运算部325的各输出由加法器32A进行加法运算，该加法运算结果经由鲁棒稳定补偿部326和加法器32B及加减法器32C被输入到电流控制部201，使用该电流控制值来驱动电动机20。电动机端子间电压Vm和电动机电流值i被输入到电动机角速度推测部329，所推测的角速度ω被输入到电动机惯性补偿部328和收敛性控制部327。收敛性控制部327的输出被输入到加法器32A进行加法运算，电动机惯性补偿部328的输出被输入到加法器32B进行加法运算。
另外，方框30形成控制器，方框32形成MCU控制单元。即，控制器30由MCU控制单元32和增益倍增器31构成。
中心响应性改善部324用于提高转向的中心附近的控制响应性，并实现平稳顺利的转向。即，以辅助扭矩的响应性提高和扭矩控制系统的稳定性提高为目的，例如由本申请人在特开2001-328553号文献中所做的说明。为了通过根据转向扭矩和车速的大小使微分增益变化，来提高控制系统的响应性，把与转向扭矩信号的微分成比例的值与辅助量(转向辅助指令值)相加。这样，通过使微分增益连续变化，转向扭矩、车速、转向模式等的变化时的微分增益没有大的变化，因而可防止不自然的转向感，并可获得良好的转向性能。并且，通过使转向扭矩小的区域的微分增益增大，可提高中心点附近的响应性并获得小的滞后特性，而且可获得良好的转向性能，同时也能保持转向扭矩大的区域的响应性和稳定性。
并且，收敛性控制部327为了改善车辆横摆的收敛性，对方向盘摇摆转动的动作施加制动，电动机惯性补偿部328补偿电动机20的惯性和摩擦。鲁棒稳定补偿部326是特开平8-290778号文献所揭示的补偿部，具有把s作为拉普拉斯运算符的特性式G(s)＝(s2+a1·s+a2)/(s2+b1·s+b2)，去除由包含在检测扭矩内的惯性要素和弹簧要素组成的谐振系统的谐振频率的峰值，并补偿对控制系统的稳定性和响应性造成阻碍的谐振频率的相位偏差。另外，特性式G(s)的a1、a2、b1、b2是由谐振系统的谐振频率来决定的参数。
并且，电动机角速度推测部329可以采用特开平10-109655号文献所揭示的方法进行角速度推测，也可以进行由本申请人在特开平10-338152号文献中描述的角速度推测。
在这种控制装置中，在进行方向盘的紧急转向时，存在以下情况：来自扭矩传感器10的主扭矩信号Tm增大过大，并且由增益倍增器31进行增益倍增后的扭矩信号Tgo超过A/D转换器322的输入范围(饱和)，因而被进行A/D转换后的数值被限制在该A/D转换器的最大值。如果图7(A)所示的增益倍增扭矩输入值Tgi被输入到中心响应性改善部324，则中心响应性改善部324，如上所述，由于由微分部件构成，因而其输出成为图7(B)所示的波形，当增益倍增扭矩输入值Tgi达到饱和时，成为图7(B)所示的波形。由于使附有○标记并由符号A表示的电流指令值临时削减的微分波形存在，因而具有转向感恶化的问题。关于该问题的发生原因在以下作进一步详述。
中心响应性改善部324具有近似微分特性，该近似微分特性具有图8(A)所示的增益-频率特性和图8(B)所示的相位-频率特性。对此，转向辅助指令值运算部325具有例如图9所示的增益倍增扭矩输入值(Tgi)-输出的输入输出特性。
此处，如上所述，在进行方向盘的紧急转向时，存在以下情况：作为扭矩传感器10的输出的主扭矩信号Tm和副扭矩信号Ts增大，并且由增益倍增器31进行增益倍增的增益倍增信号超过A/D转换器322的饱和范围(图10的时刻t1)。在该情况下，作为A/D转换器322的输出的增益倍增扭矩输入值Tgi如图10(A)所示，转向辅助指令值运算部325的输出如图10(B)所示，中心响应性改善部324的输出如图10(C)所示。并且，(中心响应性改善部324+转向辅助指令值运算部325)的输出波形是把图10(B)的波形和图10(C)的波形相加所得的波形，如图10(D)所示。
在时刻t1，增益倍增扭矩输入值Tgi被限制在A/D转换器322的最大值，这样，在中心响应性改善部324的输出中出现脉冲状微分波形(图7(B)的A部和图10(C)的B1部)，这使(中心响应性改善部324的输出+转向辅助指令值运算部325的输出)的输出减少(图10(D)的B2部)。这样，发生在大的转向输入时辅助扭矩变动的情况，因此，发生转向感恶化的不利情况。
并且，当增益倍增扭矩输入值超过A/D转换器的分解范围而被输入时，存在以下情况：完全不能对其以上的转向扭矩进行转向辅助力控制，并发生转向扭矩变动等的不适感。
发明内容
本发明是根据上述情况而提出的，本发明的目的是提供电动动力转向装置的控制装置，在该电动动力转向装置的控制装置中，即使在紧急转向时等，在扭矩传感器的信号超过A/D转换器的分解范围的情况下，也不会发生转向感的恶化。
本发明涉及一种电动动力转向装置的控制装置，具有转向助力控制单元，并具备故障安全功能，该转向助力控制单元根据对来自扭矩传感器的主扭矩信号进行了A/D转换所得的主扭矩输入值、对上述主扭矩信号进行第1增益倍增之后进行了A/D转换所得的增益倍增扭矩输入值、以及来自上述扭矩传感器的副扭矩信号，对把转向辅助力提供给转向机构的电动机进行控制，本发明的上述目的是通过具有以下部分来达到，即：增益倍增器，对上述主扭矩输入值进行第2增益倍增；以及开关单元，对上述增益倍增器的输出和上述增益倍增扭矩输入值进行切换，然后输入到上述转向助力控制单元。
并且，当上述主扭矩信号超过控制器的输入范围时，通过经由上述开关单元，使用上述增益倍增器对上述主扭矩输入值进行与上述第1增益倍增相同的增益倍增，然后输入到上述转向助力控制单元，或者通过软件来实现上述增益倍增器和上述开关单元的功能，可更有效地达到上述目的。
附图说明
图1是表示本发明的电动动力转向装置的控制装置的构成例的方框图。
图2是表示本发明的控制装置的主要部分的构成例的方框图。
图3是表示本发明的控制装置的各部分波形例的波形图。
图4是表示转向辅助指令值运算部的设定例的图。
图5是表示以往电动动力转向装置的一般构成的机构图。
图6是表示以往电动动力转向装置的控制装置的构成例的方框图。
图7是表示中心响应性改善部的输入输出波形例的波形图。
图8是表示中心响应性改善部的特性的图。
图9是表示转向辅助指令值运算部的特性的图。
图10是表示以往电动动力转向装置的控制装置的各部分动作波形的波形图。
具体实施方式
在本发明中，即使在输入的增益倍增扭矩输入值超过MCU的输入值，即超过A/D转换器的分解范围的情况下，也能够通过根据主扭矩输入值进行转向扭矩微分单元的计算，来避免使用增益倍增扭矩输入值饱和的信号。即，在中心响应性改善部的输出中消除了脉冲状的输出。因此，不会减少电流指令值的输出，不会发生转向感的恶化。
并且，即使在输入的增益倍增扭矩输入值超过A/D转换器的分解范围的情况下，由于转向助力控制单元根据主扭矩输入值而工作，因而不管增益倍增扭矩输入值有无饱和，都能继续转向辅助力控制。
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1表示根据本发明的电动动力转向装置的控制装置的构成例，与图6对应。在本发明中，设有把来自A/D转换器321的主扭矩输入值Tgr和来自A/D转换器322的增益倍增扭矩输入值Tgi在规定条件下进行切换的开关单元303，并设有依靠该开关单元303的输出而动作的转向助力控制单元300。
图2是表示图1的主要部分(开关单元303，转向助力控制单元300)的方框图，在根据本实施方式的控制装置中，设有使从A/D转换器321输出的主扭矩输入值Tgr进行增益倍增的(数字型)增益倍增器301。并且，设有使增益倍增器301的输出与a接点连接，并使A/D转换器322的输出与b接点连接的切换开关302，切换开关302的输出被输入到转向助力控制单元300。切换开关302的接点通常与接点a连接，当向A/D转换器322输入了超过分解范围的信号时，对这种情况进行检测，并切换到接点b。并且，增益倍增器301、切换开关302以及转向助力控制单元300采用软件构成。
在以上构成的本控制装置中，通常，切换开关302的接点与a连接，作为A/D转换器322的输出的增益倍增扭矩输入值Tgi被输入到转向助力控制单元300。图3(A)～(D)表示各部的波形，在时刻t2以前，与以往相同(参照图10)。
然后，如果因紧急转向而使增益倍增器31的输出Tgo的大小超过A/D转换器322的分解范围(时刻t2)，即如果增益倍增器31的输出Tgo超过与A/D转换器322的最大值Tr_max相当的输入范围(其中，作为硬件，具有用于不输入大幅超过A/D可转换的输入电压范围的保护电路)，则使用检测单元对其进行检测，并把切换开关302的接点从a切换到b。这样，作为A/D转换器321的输出的主扭矩输入值Tgr被输入到增益倍增器301，并使用与增益倍增器31相同的倍率进行数字增益倍增。增益倍增器301的输出经由切换开关302的接点b被输入到转向助力控制单元300。
这样，在时刻t2以后，使用增益倍增器301进行增益倍增，并把切换开关302的接点设定为b，这样，增益倍增器301的输出，即转向助力控制单元300的输入如图3(A)所示，成为递增波形。结果，由于中心响应性改善部324的输出波形如图3(C)所示，并且转向辅助指令值运算部325的输出与以往相同，如图3(B)所示，因而(转向辅助指令值运算部325的输出+中心响应性改善部324的输出)如图3(D)所示，没有以往发生的B2部分的减少输出。
根据本控制装置，如图3(A)所示，增益倍增扭矩输入值Tgi没有饱和，并且对该饱和信号不进行微分，因而如图3(C)所示，在中心响应性改善部324的输出中没有上述脉冲状波形。结果，如图3(D)所示，在(转向辅助指令值运算部325的输出+中心响应性改善部324的输出)中也没有发生使输出减少的波形，这样，不会使转向感恶化。
并且，在如图4所示进行转向辅助指令值运算部325的设定时，即使在增益倍增扭矩输入值Tgi超过输入范围的情况下，根据使主扭矩输入值Tgr通过了增益倍增器301的值，可执行转向辅助力控制，并不会使转向感恶化。
另外，在切换开关302采用软件构成的情况下，除了切换开关的切换处理以外，还包含把增益倍增扭矩输入值和主扭矩输入值作为输入的附带判断的运算处理。
如上所述，根据本发明，在进行方向盘的紧急转向时等，在进行了增益倍增的主扭矩信号超过MCU的A/D转换器的输入范围的情况下，根据在硬件中未进行增益倍增的主扭矩信号进行转向辅助力控制，因而在转向扭矩微分单元的输出中没有脉冲状波形。结果，可取得使转向感的恶化得到改善的显著效果。并且，可取得使转向辅助指令值运算部的设定自由度增大的效果。

Claims (6)

1.一种电动动力转向装置的控制装置，该电动动力转向装置的控制装置具有转向助力控制单元，并具备故障安全功能，该转向助力控制单元根据对来自扭矩传感器的主扭矩信号进行A/D转换所得的主扭矩输入值、通过对上述主扭矩信号进行第1增益倍增再进行A/D转换所得的增益倍增扭矩输入值、以及来自上述扭矩传感器的副扭矩信号，对把转向辅助力提供给转向机构的电动机进行控制，其特征在于，具有：增益倍增器，对上述主扭矩输入值进行第2增益倍增；以及开关单元，对上述增益倍增器的输出和上述增益倍增扭矩输入值进行切换，然后输入到上述转向助力控制单元。
2.根据权利要求1所述的电动动力转向装置的控制装置，其特征在于，当上述主扭矩信号超过控制器的输入范围时，经由上述开关单元，使用上述增益倍增器对上述主扭矩输入值进行与上述第1增益倍增相同的增益倍增，并输入到上述转向助力控制单元。
3.根据权利要求1或2所述的电动动力转向装置的控制装置，其特征在于，使用软件来实现上述增益倍增器和上述开关单元的功能。
4.根据权利要求1所述的电动动力转向装置的控制装置，其特征在于，上述增益倍增器是数字型。
5.根据权利要求1所述的电动动力转向装置的控制装置，其特征在于，上述主扭矩输入值由第1 A/D转换器生成，上述增益倍增扭矩输入值由第2 A/D转换器生成。
6.根据权利要求5所述的电动动力转向装置的控制装置，其特征在于，上述增益倍增器的输出不超过上述第2 A/D转换器的额定输入范围。
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