DE102022214343A1

DE102022214343A1 - Steuervorrichtung, elektrische servolenkvorrichtung und steuerverfahren

Info

Publication number: DE102022214343A1
Application number: DE102022214343.4A
Authority: DE
Inventors: Shuji Endo; Sohei Miyake; Masaya Ishikawa; Daisuke Notsu
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec Corp
Priority date: 2021-12-28
Filing date: 2022-12-22
Publication date: 2023-06-29
Also published as: CN116353689A; JP2023098245A; US20230202554A1

Abstract

Ein Aspekt einer Steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung ist eine Steuervorrichtung, die ein Steuerziel steuert, das zumindest einen Motor in einem Lenkmechanismus aufweist, der eine Eingangswelle, mit der ein Lenkrad verbunden ist, das durch eine lenkende Person gelenkt wird, eine Ausgangswelle, die über einen Torsionsstab mit der Eingangswelle verbunden ist, und den Motor aufweist, der mit der Ausgangswelle verbunden ist, wobei die Steuervorrichtung Folgendes aufweist: eine Reaktionskraftsteuereinheit, die ein Eingangsdrehmoment, das in das Steuerziel eingegeben wird, basierend auf einem Torsionsstabdrehmoment berechnet, das in dem Torsionsstab erzeugt wird, und eine Reaktionskraft steuert, die von dem Lenkrad an die lenkende Person übertragen wird; und eine Unterstützungssteuereinheit, die ein Korrekturdrehmoment zum Korrigieren des Eingangsdrehmoments basierend auf einer Ausgabe des Steuerziels und einem Nominalmodell erzeugt. Die Unterstützungssteuereinheit ist derart ausgebildet, dass die Übertragungsfunktion des Steuerziels beschränkt ist durch die Übertragungsfunktion des Nominalmodells in dem Frequenzband, in dem die Verstärkung bei der Verstärkungseigenschaft der komplementären Empfindlichkeitsfunktion in Bezug auf den Modellierfehler zwischen dem Steuerziel und dem Nominalmodell etwa 1 beträgt. Das Nominalmodell ist ein Modell, bei dem mechanische Eigenschaften beim Lenken des Lenkrads durch die lenkende Person berücksichtigt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung, eine elektrische Servolenkvorrichtung und ein Steuerverfahren.
Ein elektrisches Servolenksystem, das an einem Fahrzeug montiert ist, ist bekannt. Beispielsweise umfasst ein in der JP 2018-183046 A beschriebenes elektrisches Servolenksystem eine Motorsteuervorrichtung mit einem Störungsbeobachter, der ein Stördrehmoment schätzt.
Bei dem oben beschriebenen elektrischen Servolenksystem ist es jedoch erforderlich, ein Lenkgefühl zu verbessern, das eine lenkende Person erfährt, die ein Lenkrad eines Fahrzeugs lenkt. Bei dem Steuersystem des elektrischen Servolenksystems jedoch stehen alle Elemente der Stabilität, der Störunterdrückungseigenschaft und des Ansprechverhaltens in einer Kompromissbeziehung zueinander. Deshalb besteht dahingehend ein Problem, dass es schwierig ist, jedes Element anzupassen, und ist es schwierig, das Lenkgefühl zu verbessern, das die lenkende Person erfährt, die das Lenkrad des Fahrzeugs lenkt.
Angesichts der obigen Umstände besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Steuervorrichtung, die in der Lage ist, ein Lenkgefühl, das eine lenkende Person erfährt, zu verbessern, eine elektrische Servolenkvorrichtung mit einer derartigen Steuervorrichtung und ein Steuerverfahren bereitzustellen, das in der Lage ist, das Lenkgefühl, das die lenkende Person erfährt, zu verbessern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Steuervorrichtung gemäß Anspruch 1, 3 oder 5, eine elektrische Servolenkvorrichtung gemäß Anspruch 17 oder ein Verfahren gemäß Anspruch 18, 19 oder 20.
Ein Aspekt einer Steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung ist eine Steuervorrichtung, die ein Steuerziel steuert, das zumindest einen Motor in einem Lenkmechanismus umfasst, der eine Eingangswelle, mit der ein Lenkrad verbunden ist, das durch einen lenkende Person gelenkt wird, eine Ausgangswelle, die über einen Torsionsstab mit der Eingangswelle verbunden ist, und den Motor aufweist, der mit der Ausgangswelle verbunden ist, wobei die Steuervorrichtung Folgendes aufweist: eine Reaktionskraftsteuereinheit, die ein Eingangsdrehmoment, das in das Steuerziel eingegeben wird, basierend auf einem Torsionsstabdrehmoment erzeugt, das in dem Torsionsstab erzeugt wird, und eine Reaktionskraft steuert, die von dem Lenkrad an die lenkende Person übertragen wird; und eine Unterstützungssteuereinheit, die ein Korrekturdrehmoment zum Korrigieren des Eingangsdrehmoments basierend auf einer Ausgabe des Steuerziels und einem Nominalmodell erzeugt. Die Unterstützungssteuereinheit ist derart ausgebildet, dass die Übertragungsfunktion des Steuerziels durch die Übertragungsfunktion des Nominalmodells in dem Frequenzband beschränkt ist, in dem die Verstärkung bei der Verstärkungseigenschaft der komplementären Empfindlichkeitsfunktion in Bezug auf den Modellierfehler zwischen dem Steuerziel und dem Nominalmodell etwa 1 beträgt. Das Nominalmodell ist ein Modell, bei dem mechanische Eigenschaften bei einem Lenken des Lenkrads durch die lenkende Person berücksichtigt werden.
Ein Aspekt einer Steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung ist eine Steuervorrichtung, die ein Steuerziel steuert, das zumindest einen Motor in einem Lenkmechanismus umfasst, der eine Eingangswelle, mit der ein Lenkrad verbunden ist, das durch eine lenkende Person gelenkt wird, eine Ausgangswelle, die über einen Torsionsstab mit der Eingangswelle verbunden ist, und den Motor aufweist, der mit der Ausgangswelle verbunden ist, wobei die Steuervorrichtung Folgendes aufweist: eine Reaktionskraftsteuereinheit, die ein Eingangsdrehmoment, das in das Steuerziel eingegeben wird, basierend auf einem Torsionsstabdrehmoment erzeugt, das in dem Torsionsstab erzeugt wird, und eine Reaktionskraft steuert, die von dem Lenkrad an die lenkende Person übertragen wird; und eine Unterstützungssteuereinheit, die ein Korrekturdrehmoment zum Korrigieren des Eingangsdrehmoments basierend auf einer Ausgabe des Steuerziels und einem Nominalmodell erzeugt. Die Unterstützungssteuereinheit ist derart ausgebildet, dass die Übertragungsfunktion des Steuerziels durch die Übertragungsfunktion des Nominalmodells in dem Frequenzband beschränkt ist, in dem die Verstärkung bei der Verstärkungseigenschaft der komplementären Empfindlichkeitsfunktion in Bezug auf den Modellierfehler zwischen dem Steuerziel und dem Nominalmodell etwa 1 beträgt. Eine Ordnung der Übertragungsfunktion des Nominalmodells beträgt 3 oder mehr.
Ein Aspekt einer Steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung ist eine Steuervorrichtung, die ein Steuerziel steuert, das zumindest einen Motor in einem Lenkmechanismus umfasst, der eine Eingangswelle, mit der ein Lenkrad verbunden ist, das durch einen lenkende Person gelenkt wird, eine Ausgangswelle, die über einen Torsionsstab mit der Eingangswelle verbunden ist, und den Motor aufweist, der mit der Ausgangswelle verbunden ist, wobei die Steuervorrichtung Folgendes aufweist: eine Reaktionskraftsteuereinheit, die ein Eingangsdrehmoment, das in das Steuerziel eingegeben wird, basierend auf einem Torsionsstabdrehmoment erzeugt, das in dem Torsionsstab erzeugt wird, und eine Reaktionskraft steuert, die von dem Lenkrad an die lenkende Person übertragen wird; und eine Unterstützungssteuereinheit, die ein Korrekturdrehmoment zum Korrigieren des Eingangsdrehmoments basierend auf einer Ausgabe des Steuerziels und einem Nominalmodell erzeugt. Die Unterstützungssteuereinheit ist derart ausgebildet, dass die Übertragungsfunktion des Steuerziels durch die Übertragungsfunktion des Nominalmodells in dem Frequenzband beschränkt ist, in dem die Verstärkung bei der Verstärkungseigenschaft der komplementären Empfindlichkeitsfunktion in Bezug auf den Modellierfehler zwischen dem Steuerziel und dem Nominalmodell etwa 1 beträgt. Das Nominalmodell ist ein Modell mit Frequenzeigenschaften zwischen einem Trägheit-Eins-System und einem Trägheit-Zwei-System.
Ein Aspekt einer elektrischen Servolenkvorrichtung der vorliegenden Erfindung umfasst die Steuervorrichtung und den Lenkmechanismus.
Ein Aspekt eines Steuerverfahrens der vorliegenden Erfindung ist ein Steuerverfahren zum Steuern eines Steuerziels, das zumindest einen Motor in einem Lenkmechanismus umfasst, der eine Eingangswelle, mit der ein Lenkrad verbunden ist, das durch eine lenkende Person gelenkt wird, eine Ausgangswelle, die über einen Torsionsstab mit der Eingangswelle verbunden ist, und den Motor aufweist, der mit der Ausgangswelle verbunden ist, wobei das Steuerverfahren folgende Schritte aufweist: Erzeugen eines Eingangsdrehmoments, das in das Steuerziel eingegeben wird, basierend auf einem Torsionsstabdrehmoment, das in dem Torsionsstab erzeugt wird, und Steuern einer Reaktionskraft, die von dem Lenkrad an die lenkende Person übertragen wird; und Erzeugen eines Korrekturdrehmoments zum Korrigieren des Eingangsdrehmoments basierend auf einer Ausgabe des Steuerziels und einem Nominalmodell. Das Erzeugen des Korrekturdrehmoments umfasst ein Beschränken einer Übertragungsfunktion des Steuerziels durch eine Übertragungsfunktion des Nominalmodells in einem Frequenzband, in dem eine Verstärkung bei einer Verstärkungseigenschaft einer komplementären Empfindlichkeitsfunktion in Bezug auf einen Modellierfehler zwischen dem Steuerziel und dem Nominalmodell etwa 1 beträgt. Das Nominalmodell ist ein Modell, bei dem mechanische Eigenschaften beim Lenken des Lenkrads durch die lenkende Person berücksichtigt werden.
Ein Aspekt eines Steuerverfahrens der vorliegenden Erfindung ist ein Steuerverfahren zum Steuern eines Steuerziels, das zumindest einen Motor in einem Lenkmechanismus umfasst, der eine Eingangswelle, mit der ein Lenkrad verbunden ist, das durch eine lenkende Person gelenkt wird, eine Ausgangswelle, die über einen Torsionsstab mit der Eingangswelle verbunden ist, und den Motor aufweist, der mit der Ausgangswelle verbunden ist, wobei das Steuerverfahren folgende Schritte aufweist: Erzeugen eines Eingangsdrehmoments, das in das Steuerziel eingegeben wird, basierend auf einem Torsionsstabdrehmoment, das in dem Torsionsstab erzeugt wird, und Steuern einer Reaktionskraft, die von dem Lenkrad an die lenkende Person übertragen wird; und Erzeugen eines Korrekturdrehmoments zum Korrigieren des Eingangsdrehmoments basierend auf einer Ausgabe des Steuerziels und einem Nominalmodell. Das Erzeugen des Korrekturdrehmoments umfasst ein Beschränken einer Übertragungsfunktion des Steuerziels durch eine Übertragungsfunktion des Nominalmodells in einem Frequenzband, in dem eine Verstärkung bei einer Verstärkungseigenschaft einer komplementären Empfindlichkeitsfunktion in Bezug auf einen Modellierfehler zwischen dem Steuerziel und dem Nominalmodell etwa 1 beträgt. Eine Ordnung einer Übertragungsfunktion des Nominalmodells beträgt 3 oder mehr.
Ein Aspekt eines Steuerverfahrens der vorliegenden Erfindung ist ein Steuerverfahren zum Steuern eines Steuerziels, das zumindest einen Motor in einem Lenkmechanismus umfasst, der eine Eingangswelle, mit der ein Lenkrad verbunden ist, das durch eine lenkende Person gelenkt wird, eine Ausgangswelle, die über einen Torsionsstab mit der Eingangswelle verbunden ist, und den Motor aufweist, der mit der Ausgangswelle verbunden ist, wobei das Steuerverfahren folgende Schritte aufweist: Erzeugen eines Eingangsdrehmoments, das in das Steuerziel eingegeben wird, basierend auf einem Torsionsstabdrehmoment, das in dem Torsionsstab erzeugt wird, und Steuern einer Reaktionskraft, die von dem Lenkrad an die lenkende Person übertragen wird; und Erzeugen eines Korrekturdrehmoments zum Korrigieren des Eingangsdrehmoments basierend auf einer Ausgabe des Steuerziels und einem Nominalmodell. Das Erzeugen des Korrekturdrehmoments umfasst ein Beschränken einer Übertragungsfunktion des Steuerziels durch eine Übertragungsfunktion des Nominalmodells in einem Frequenzband, in dem eine Verstärkung bei einer Verstärkungseigenschaft einer komplementären Empfindlichkeitsfunktion in Bezug auf einen Modellierfehler zwischen dem Steuerziel und dem Nominalmodell etwa 1 beträgt. Das Nominalmodell ist ein Modell mit Frequenzeigenschaften zwischen einem Trägheit-Eins-System und einem Trägheit-Zwei-System.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, das Lenkgefühl zu verbessern, das eine lenkende Person erfährt, die das Lenkrad des Fahrzeugs lenkt, das mit der elektrischen Servolenkvorrichtung ausgerüstet ist.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 ein Diagramm, das schematisch eine elektrische Servolenkvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt;
2 ein Blockdiagramm, das eine Ausbildung einer Steuervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt;
3 ein Funktionsblockdiagramm, das Funktionen eines Prozessors bei der Steuervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt;
4 einen Graphen, der eine Verstärkungseigenschaft einer komplementären Empfindlichkeitsfunktion und eine Verstärkungseigenschaft eines Kehrwerts eines Modellierfehlers zwischen einer Übertragungsfunktion eines Steuerziels und einer Übertragungsfunktion eines Nominalmodells darstellt;
5 einen Graphen, der ein Beispiel von Messergebnissen eines Lenkwinkels und eines Torsionsdrehmoments in einem Fall darstellt, in dem keine einem Modell folgende Steuerung angewendet wird;
6 einen Graphen, der ein Beispiel von Messergebnissen eines Lenkwinkels und eines Torsionsdrehmoments in einem Fall darstellt, in dem eine einem Modell folgende Steuerung angewendet wird;
7 einen Graphen, der ein Beispiel von Messergebnissen eines Lenkwinkels und eines Torsionsdrehmoments in einem Fall darstellt, in dem keine einem Modell folgende Steuerung angewendet wird;
8 einen Graphen, der ein weiteres Beispiel von Messergebnissen eines Lenkwinkels und eines Torsionsdrehmoments in einem Fall darstellt, in dem eine einem Modell folgende Steuerung angewendet wird;
9 einen Graphen, der noch ein weiteres Beispiel von Messergebnissen eines Lenkwinkels und eines Torsionsdrehmoments in einem Fall darstellt, in dem keine einem Modell folgende Steuerung angewendet wird;
10 einen Graphen, der noch ein weiteres Beispiel von Messergebnissen eines Lenkwinkels und eines Torsionsdrehmoments in einem Fall darstellt, in dem eine einem Modell folgende Steuerung angewendet wird;
11 einen Graphen, der noch ein weiteres Beispiel von Messergebnissen eines Lenkwinkels und eines Torsionsdrehmoments in einem Fall darstellt, in dem keine einem Modell folgende Steuerung angewendet wird; und
12 einen Graphen, der noch ein weiteres Beispiel von Messergebnissen eines Lenkwinkels und eines Torsionsdrehmoments in einem Fall darstellt, in dem eine einem Modell folgende Steuerung angewendet wird.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele einer Steuervorrichtung, einer elektrischen Servolenkvorrichtung und eines Steuerverfahrens gemäß der vorliegenden Offenbarung Bezug nehmend auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Unnötig detaillierte Beschreibungen können jedoch weggelassen sein. Detaillierte Beschreibungen bekannter Umstände und eine doppelte Beschreibung einer im Wesentlichen gleichen Ausbildung beispielsweise können weggelassen sein. Dies soll eine unnötige Redundanz der folgenden Beschreibung vermeiden und das Verständnis für Fachleute auf diesem Gebiet erleichtern.
Die folgenden Ausführungsbeispiele sind veranschaulichend und die Steuervorrichtung und das Steuerverfahren für eine elektrische Servolenkvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung sind nicht auf die folgenden Ausführungsbeispiele eingeschränkt. Beispielsweise sind Zahlenwerte, Schritte, die Reihenfolge der Schritte und dergleichen, die in den folgenden Ausführungsbeispielen dargestellt sind, lediglich veranschaulichend und können verschiedene Modifizierungen durchgeführt werden, es sei denn, es tritt dadurch eine technische Konsistenz auf. Die Ausführungsbeispiele oder Beispiele, die unten beschrieben sind, sind lediglich exemplarisch und verschiedene Kombinationen sind möglich, solange kein technischer Widerspruch auftritt.
Eine elektrische Servolenkvorrichtung 1000 des vorliegenden Ausführungsbeispiels, die in 1 dargestellt ist, ist an einem Fahrzeug montiert. Wie in 1 dargestellt ist, umfasst die elektrische Servolenkvorrichtung 1000 einen Lenkmechanismus 530 und eine Steuervorrichtung 100. Der Lenkmechanismus 530 umfasst eine Lenkmechanismuseinheit 520 und eine Hilfsmechanismuseinheit 540. Die elektrische Servolenkvorrichtung 1000 steuert die Hilfsmechanismuseinheit 540 durch die Steuervorrichtung 100, um ein Hilfsdrehmoment zu erzeugen, das das Lenkdrehmoment T_h unterstützt, das in der Lenkmechanismuseinheit 520 erzeugt wird, wenn der Fahrer, der das Fahrzeug fährt, das Lenkrad 521 lenkt. Das Hilfsdrehmoment reduziert die Last auf die Bedienung durch den Fahrer, wenn der Fahrer das Lenkrad 521 bedient. Der Fahrer des Fahrzeugs ist eine lenkende Person, die das Lenkrad 521 des Fahrzeugs lenkt.
Die Lenkmechanismuseinheit 520 umfasst ein Lenkrad 521, eine Lenkwelle 522, Universalgelenke 523A und 523B, eine Eingangswelle 524a, eine Ausgangswelle 524b, einen Zahnstangengetriebemechanismus 525, eine Zahnstangenwelle 526, ein linkes und ein rechtes Kugelgelenk 552A und 552B, Spurstangen 527A und 527B, Scharniergelenke 528A und 528B und ein rechtes und ein linkes gelenktes Rad 529A und 529B. Dies bedeutet, dass der Lenkmechanismus 530 das Lenkrad 521, die Lenkwelle 522, die Universalgelenke 523A und 523B, die Eingangswelle 524a, die Ausgangswelle 524b, den Zahnstangengetriebemechanismus 525, die Zahnstangenwelle 526, das rechte und das linke Kugelgelenk 552A und 552B, die Spurstangen 527A und 527B, die Scharniergelenke 528A und 528B und das rechte und das linke gelenkte Rad 529A und 529B aufweist.
Die Lenkwelle 522 ist eine Welle, die sich von dem Lenkrad 521, das durch eine lenkende Person gelenkt wird, aus erstreckt. Ein Endabschnitt der Eingangswelle 524a ist mit einem Endabschnitt der Lenkwelle 522 an einer Seite, die einer Seite gegenüberliegt, die mit dem Lenkrad 521 verbunden ist, über die Universalgelenke 523A und 523B verbunden. Folglich ist das Lenkrad 521 über die Universalgelenke 523A und 523B und die Lenkwelle 522 mit der Eingangswelle 524a verbunden. Die Ausgangswelle 524b ist über einen Torsionsstab 546, der später beschrieben wird, mit der Eingangswelle 524a verbunden. Insbesondere ist ein Endabschnitt der Ausgangswelle 524b über dem Torsionsstab 546 mit dem anderen Endabschnitt der Eingangswelle 524a verbunden. Der andere Endabschnitt der Ausgangswelle 524b ist über den Zahnstangengetriebemechanismus 525 mit der Zahnstangenwelle 526 verbunden.
Die Eingangswelle 524a und die Ausgangswelle 524b sind koaxial zueinander angeordnet. Die Eingangswelle 524a und die Ausgangswelle 524b sind um die gleiche Mittelachse drehbar. Die Eingangswelle 524a und die Ausgangswelle 524b sind in Bezug aufeinander in einem Bereich relativ drehbar, in dem der Torsionsstab 546, der später beschrieben wird, verdreht werden kann.
Die Hilfsmechanismuseinheit 540 umfasst einen Lenkdrehmomentsensor 541, einen Lenkwinkelsensor 542, einen Motor 543, einen Verlangsamungsmechanismus 544, einen Inverter 545 und einen Torsionsstab 546. Dies bedeutet, dass der Lenkmechanismus 530 den Lenkdrehmomentsensor 541, den Lenkwinkelsensor 542, den Motor 543, den Verlangsamungsmechanismus 544, den Inverter 545 und den Torsionsstab 546 umfasst. Der Torsionsstab 546 umfasst die Eingangswelle 524a und die Ausgangswelle 524b. Der Torsionsstab 546 ist koaxial zu der Eingangswelle 524a und der Ausgangswelle 524b angeordnet. In der folgenden Beschreibung wird eine virtuelle Achse, die durch eine gemeinsame Mittelachse der Eingangswelle 524a, der Ausgangswelle 524b und des Torsionsstabs 546 verläuft, als Rotationsachse R bezeichnet. Der Torsionsstab 546 kann um die Rotationsachse R verdreht werden.
Der Lenkdrehmomentsensor 541 erfasst ein Lenkdrehmoment T_h in der Lenkmechanismuseinheit 520 durch Erfassen einer Menge an Torsion um die Rotationsachse R des Rotationsstabs 546. Das Lenkdrehmoment T_h ist ein Torsionsstabdrehmoment, das in dem Torsionsstab 546 erzeugt wird und ist ein Torsionsmoment um die Rotationsachse R. Der Lenkwinkelsensor 542 kann einen Rotationswinkel θa um die Rotationsachse R der Eingangswelle 524a erfassen. Der Rotationswinkel θa der Eingangswelle 524a ist gleich dem Lenkwinkel des Lenkrads 521. Dies bedeutet, dass der Lenkwinkelsensor 542 den Lenkwinkel des Lenkrads 521 erfassen kann durch Erfassen des Rotationswinkels θa der Eingangswelle 524a. Ein Rotationswinkel θb der Ausgangswelle 524b kann basierend auf dem Lenkdrehmomentsensor 541 und dem Lenkwinkelsensor 542 erfasst werden.
Beispielsweise wandelt der Inverter 545 Gleichstromleistung in dreiphasige Wechselstrom(AC)-Leistung mit U-Phase-, V-Phase- und W-Phase-Pseudo-Sinuswellen gemäß dem Motortreibersignal, das von der Steuervorrichtung 100 eingegeben wird, um und liefert die Leistung an den Motor 543. Der Motor 543 ist über den Verlangsamungsmechanismus 544 mit der Ausgangswelle 524b verbunden. Dreiphasige AC-Leistung wird von dem Inverter 545 an den Motor 543 geliefert. Der Motor 543 ist beispielsweise ein Innen-Permanentmagnet-Synchronmotor (IPMSM), ein Oberflächen-Permanentmagnet-Synchronmotor (SPMSM) oder ein geschalteter Reluktanzmotor (SRM; SRM = Switched Reluctance Motor). Wenn dreiphasige AC-Leistung von dem Inverter 545 zugeführt wird, erzeugt der Motor 543 ein Hilfsdrehmoment gemäß dem Lenkdrehmoment T_h. Der Motor 543 überträgt das erzeugte Hilfsdrehmoment über den Verlangsamungsmechanismus 544 an die Ausgangswelle 524b.
Die Steuervorrichtung 100 steuert ein Steuerziel 560 mit zumindest der Eingangswelle 524a, der Ausgangswelle 524b und dem Motor 543 in dem Lenkmechanismus 530. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst das Steuerziel 560 das Lenkrad 521, die Universalgelenke 523A und 523B, die Eingangswelle 524a, die Ausgangswelle 524b, den Torsionsstab 546, den Motor 543 und den Verlangsamungsmechanismus 544. Da das Steuerziel 560 die Eingangswelle 524a und die Ausgangswelle 524b umfasst, die sich relativ zueinander über dem Torsionsstab 546 drehen können, kann die Bewegung des Steuerziels 560 nicht nur durch eine einfache Gleichung einer Bewegung des Trägheit-Eins-Systems beschrieben werden. Das Steuerziel 560 ändert sich zwischen dem Trägheit-Eins-System und dem Trägheit-Zwei-System abhängig von der Stärke, mit der die lenkende Person das Lenkrad 521 greift. Je stärker die lenkende Person das Lenkrad 521 greift, desto näher ist das Steuerziel 560 an dem Trägheit-Eins-System. Je schwächer die lenkende Person das Lenkrad 521 greift, desto näher ist das Steuerziel 560 an dem Trägheit-Zwei-System.
Die Steuervorrichtung 100 ist elektrisch mit dem Inverter 545 verbunden. Die Steuervorrichtung 100 erzeugt ein Motortreibersignal basierend auf den Erfassungssignalen, die durch den Lenkdrehmomentsensor 541, den Lenkwinkelsensor 542, einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 300, der an dem Fahrzeug montiert ist, und dergleichen erfasst werden, um das Motortreibersignal an den Inverter 545 auszugeben. Die Steuervorrichtung 100 steuert das Steuerziel 560 durch Steuern der Drehung des Motors 543 über den Inverter 545. Insbesondere steuert die Steuervorrichtung 100 den Schaltbetrieb der Mehrzahl von Schaltelementen, die in dem Inverter 545 beinhaltet sind. Insbesondere erzeugt die Steuervorrichtung 100 ein Steuersignal zum Steuern des Schaltbetriebs jedes Schaltelements und gibt das Steuersignal an den Inverter 545 aus. Jedes Schaltelement ist beispielsweise ein MOSFET. In der folgenden Beschreibung wird ein Steuersignal zum Steuern des Schaltbetriebs jedes Schaltelements „Gatesteuersignal“ genannt.
Die Steuervorrichtung 100 erzeugt einen Drehmomentbefehlswert basierend auf dem Lenkdrehmoment T_h und dergleichen und steuert das Drehmoment des Motors 543 und die Rotationsgeschwindigkeit des Motors 543 mittels beispielsweise Vektorsteuerung. Die Vektorsteuerung ist ein Verfahren, bei dem Strom, der durch den Motor 543 fließt, in eine Stromkomponente, die zu der Erzeugung eines Drehmoments beiträgt, und eine Stromkomponente getrennt wird, die zu der Erzeugung eines Magnetflusses beiträgt, wobei die Stromkomponenten, die orthogonal zueinander sind, unabhängig gesteuert werden. Die Steuervorrichtung 100 kann nicht nur die Vektorsteuerung durchführen, sondern auch eine andere Regelkreissteuerung. Die Rotationsgeschwindigkeit des Motors 543 wird durch beispielsweise eine Rotationsgeschwindigkeit [U/min], mit der sich der Rotor in einer Minute dreht, eine Rotationsgeschwindigkeit [U/s], mit der sich der Rotor in 1 Sekunde dreht, oder dergleichen dargestellt.
Der Wert des Lenkdrehmoments T_h kann direkt von dem Lenkdrehmomentsensor 541 in die Steuervorrichtung 100 eingegeben werden oder die Steuervorrichtung 100 kann den Wert des Lenkdrehmoments T_h aus dem Ausgabewert des Lenkdrehmomentsensors 541 berechnen. Der Wert des Lenkwinkels des Lenkrads 521 kann direkt von dem Lenkwinkelsensor 542 in die Steuervorrichtung 100 eingegeben werden oder die Steuervorrichtung 100 kann den Wert des Lenkwinkels aus dem Ausgabewert des Lenkwinkelsensors 542 berechnen.
Die Steuervorrichtung 100 und der Motor 543 sind modularisiert und werden als ein Motormodul hergestellt und verkauft. Das Motormodul umfasst den Motor 543 und die Steuervorrichtung 100 und wird geeignet für die elektrische Servolenkvorrichtung 1000 verwendet. Die Steuervorrichtung 100 kann als eine Steuervorrichtung zum Steuern der elektrischen Servolenkvorrichtung 1000 unabhängig von dem Motor 543 hergestellt und verkauft werden.
2 stellt ein typisches Beispiel der Ausbildung der Steuervorrichtung 100 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dar. Die Steuervorrichtung 100 umfasst beispielsweise eine Leistungsquellenschaltung 111, einen Winkelsensor 112, eine Eingangsschaltung 113, eine Kommunikationsschnittstelle bzw. -I/F 114, eine Treiberschaltung 115, einen ROM 116 und einen Prozessor 200. Die Steuervorrichtung 100 kann als gedruckte Schaltungsplatine (PCB) umgesetzt sein, auf der diese elektronischen Komponenten implementiert sind.
Bei dem Prozessor 200 sind der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 300, der Lenkdrehmomentsensor 541 und der Lenkwinkelsensor 542, die an dem Fahrzeug montiert sind, kommunikationsfähig mit dem Prozessor 200 verbunden. Eine Fahrzeuggeschwindigkeit wird von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 300 an den Prozessor 200 übertragen. Das Lenkdrehmoment T_h wird von dem Lenkdrehmomentsensor 541 an den Prozessor 200 übertragen. Der Lenkwinkel wird von dem Lenkwinkelsensor 542 an den Prozessor 200 übertragen.
Der Prozessor 200 ist eine integrierte Halbleiterschaltung und wird auch als zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) oder Mikroprozessor bezeichnet. Der Prozessor 200 führt der Reihe nach Computerprogramme aus, die in dem ROM 116 gespeichert sind und Befehle zum Steuern von Motorantrieb beschreiben, und setzt eine erwünschte Verarbeitung um. Zusätzlich zu dem Prozessor 200 oder anstelle des Prozessors 200 kann die Steuervorrichtung 100 ein freiprogrammierbares Gate-Array (FPGA), das mit einer CPU ausgerüstet ist, eine Graphikverarbeitungseinheit (GPU), eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), ein anwendungsspezifisches Standardprodukt (ASSP) oder eine Kombination aus zwei oder mehr Schaltungen umfassen, die aus diesen Schaltungen ausgewählt sind. Der Prozessor 200 stellt einen Strombefehlswert gemäß dem tatsächlichen Stromwert, dem Rotationswinkel des Rotors und dergleichen des Motors 543 ein, erzeugt einen Pulsbreitenmodulations(PWM)-Signal und gibt das PWM-Signal an die Treiberschaltung 115 aus.
Die Leistungsquellenschaltung 110 ist mit einer externen Leistungsquelle (nicht dargestellt) verbunden. Die Leistungsquellenschaltung 111 erzeugt eine Gleichspannung, die für jede Einheit der Steuervorrichtung 100 nötig ist. Die Gleichspannung, die in der Leistungsquellenschaltung 111 erzeugt wird, beträgt beispielsweise 3V oder 5V.
Der Winkelsensor 112 erfasst einen Rotationswinkel des Rotors in dem Motor 543 und gibt den Rotationswinkel an den Prozessor 200 aus. Der Winkelsensor 112 kann ein Koordinatenwandler bzw. Resolver, ein Hall-Element, wie zum Beispiel eine Hall-IC, oder ein MR-Sensor mit einem magnetoresistiven Element sein. Der Prozessor 200 kann eine Winkelgeschwindigkeit ω [RAD/s] des Motors 543 basierend auf einem elektrischen Winkel θm des Motors 543 berechnen, der basierend auf dem Winkelsensor 112 erhalten wird. Die Steuervorrichtung 100 kann anstelle des Winkelsensors 112 einen Geschwindigkeitssensor umfassen, der in der Lage ist, die Rotationswinkelgeschwindigkeit des Motors 543 zu erfassen, sowie einen Beschleunigungssensor, der in der Lage ist, die Rotationswinkelbeschleunigung des Motors 543 zu erfassen.
Ein Motorstromwert, der durch einen Stromsensor (nicht dargestellt) erfasst wird, wird in die Eingangsschaltung 113 eingegeben. In der folgenden Beschreibung wird ein Motorstromwert, der durch einen Stromsensor (nicht dargestellt) erfasst wird, „tatsächlicher Stromwert“ genannt. Die Eingangsschaltung 113 wandelt den Pegel des eingegebenen tatsächlichen Stromwerts wie nötig in einen Eingangspegel des Prozessors 200 um, und gibt den tatsächlichen Stromwert an den Prozessor 200 aus. Ein typisches Beispiel der Eingangsschaltung 113 ist eine Analog-Digital-Umwandlungsschaltung.
Die Kommunikations-I/F 114 ist eine Eingangs-/Ausgangsschnittstelle, die dazu ausgebildet ist, Daten beispielsweise in Übereinstimmung mit einem fahrzeuginternen Steuergerätenetz (CAN) zu senden und zu empfangen.
Die Treiberschaltung 115 ist typischerweise ein Gate-Treiber oder ein Vor-Treiber. Die Treiberschaltung 115 erzeugt ein Gatesteuersignal gemäß dem PWM-Signal und gibt das Gatesteuersignal an Gates der Mehrzahl von Schaltelementen, die in dem Inverter 545 beinhaltet sind. Wenn beispielsweise der Motor 543, der angetrieben werden soll, ein Motor ist, der mit niedriger Spannung getrieben werden kann, ist die Treiberschaltung 115 als Gate-Treiber in einigen Fällen nicht unbedingt notwendig. In diesem Fall kann die Funktion des Gate-Treibers in der Treiberschaltung 115 in dem Prozessor 200 implementiert sein.
Der ROM 116 ist elektrisch mit dem Prozessor 200 verbunden. Der ROM 116 ist beispielsweise ein beschreibbarer Speicher, ein wiederbeschreibbarer Speicher oder ein Nur-Lese-Speicher. Beispiele des beschreibbaren Speichers umfassen einen programmierbaren Nur-Lese-Speicher (PROM). Beispiele des wiederbeschreibbaren Speichers umfassen einen Flash-Speicher und einen elektrisch löschbaren, programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EEPROM). Der ROM 116 speichert ein Steuerprogramm, das Befehle dafür umfasst, dass der Prozessor 200 dazu veranlasst wird, eine Steuerung des Motortreibens durchzuführen. Beispielsweise wird das Steuerprogramm, das in dem ROM 116 gespeichert ist, zu dem Zeitpunkt des Urladens einmal in einem RAM (nicht dargestellt) entwickelt.
3 stellt ein Beispiel von Funktionsblöcken des Prozessors 200 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dar. Der Prozessor 200, der ein Computer ist, führt der Reihe nach eine Verarbeitung oder Aufgaben, die zum Steuern des Motors 543 nötig sind, unter Verwendung jedes Funktionsblocks aus. Jeder Funktionsblock des Prozessors 200, der in 3 dargestellt ist, kann in dem Prozessor 200 als Software implementiert sein, wie zum Beispiel Firmware, kann in dem Prozessor 200 als Hardware implementiert sein oder kann in dem Prozessor 200 als Software und Hardware implementiert sein. Die Verarbeitung jedes Funktionsblocks in dem Prozessor 200 ist typischerweise in einem Computerprogramm in Einheiten von Softwaremodulen beschrieben und in dem ROM 116 gespeichert. In dem Fall jedoch, in dem ein FPGA oder dergleichen verwendet wird, können alle oder einige der Funktionsblöcke als Hardware-Beschleuniger implementiert sein. Das Steuerverfahren der Steuervorrichtung 100 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist in einem Computer implementiert und kann implementiert werden dadurch, dass der Computer dazu veranlasst wird, eine erwünschte Operation auszuführen.
Der Prozessor 200 umfasst eine Reaktionskraftsteuereinheit 210, eine Unterstützungssteuereinheit 230, eine Zustandsrückkopplungseinheit 280, einen Subtrahierer SU1, einen Addierer AD1 und einen Addierer AD2. Dies bedeutet, dass die Steuervorrichtung 100 mit der Reaktionskraftsteuereinheit 210, der Unterstützungssteuereinheit 230, der Zustandsrückkopplungseinheit 280, dem Subtrahierer SU1, dem Addierer AD1 und dem Addierer AD2 ausgestattet ist. Anders ausgedrückt sind Funktionen, die der Reaktionskraftsteuereinheit 210, der Unterstützungssteuereinheit 230, der Zustandsrückkopplungseinheit 280, dem Subtrahierer SU1, dem Addierer AD1 und dem Addierer AD2 entsprechen, in dem Prozessor 200 der Steuervorrichtung 100 implementiert.
Das Lenkdrehmoment T_h, das durch den Lenkdrehmomentsensor 541 erfasst wird, wird in die Reaktionskraftsteuereinheit 210 eingegeben. Die Reaktionskraftsteuereinheit 210 erzeugt das Eingangsdrehmoment T_r, das in das Steuerziel 560 eingegeben wird, basierend auf dem Lenkdrehmoment T_h, das heißt dem Torsionsstabdrehmoment, das in dem Torsionsstab 546 erzeugt wird. Das Eingangsdrehmoment T_r ist ein Zieldrehmoment des Motors 543 und ist ein Drehmomentbefehlswert. Die Reaktionskraftsteuereinheit 210 erzeugt das Eingangsdrehmoment T_r und steuert das Drehmoment des Motors 543, um die Reaktionskraft zu steuern, die von dem Lenkrad 521 an die lenkende Person übertragen wird. Die Reaktionskraftsteuereinheit 210 erzeugt das Eingangsdrehmoment T_r durch Anwenden einer Phasenkompensation an das Lenkdrehmoment T_h, wenn die Lenkfrequenz oder die Lenkgeschwindigkeit innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt. Die Lenkfrequenz ist eine Frequenz des Lenkwinkels, die sich basierend auf der Bedienung des Lenkrads 521 durch den Fahrer ändert. Die Lenkgeschwindigkeit ist eine Geschwindigkeit des Lenkrads, die sich basierend auf der Bedienung des Lenkrads 521 durch den Fahrer ändert. Die Reaktionskraftsteuereinheit 210, die in 3 dargestellt ist, umfasst eine Basisunterstützungsberechnungseinheit 211 und einen Phasenkompensator 212.
Die Basisunterstützungsberechnungseinheit 211 erfasst das Lenkdrehmoment T_h und die Fahrzeuggeschwindigkeit. Die Basisunterstützungsberechnungseinheit211 erzeugt ein Basisunterstützungsdrehmoment basierend auf dem Lenkdrehmoment T_h und der Fahrzeuggeschwindigkeit. Die Basisunterstützungsberechnungseinheit 211 beinhaltet beispielsweise eine Nachschlagtabelle (LUT), in der eine Beziehung zwischen dem Lenkdrehmoment T_h, der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Basisunterstützungsdrehmoment definiert ist. Die Basisunterstützungsberechnungseinheit211 kann das Basisunterstützungsdrehmoment mit einer Entsprechungsbeziehung basierend auf dem Lenkdrehmoment T_h und der Fahrzeuggeschwindigkeit unter Bezugnahme auf die Nachschlagtabelle bestimmen. Die Basisunterstützungsberechnungseinheit 211 kann eine Basisunterstützungsverstärkung basierend auf einer Steigung bestimmen, die definiert ist durch ein Verhältnis einer Änderungsmenge des Basisunterstützungsdrehmoments zu einer Fluktuationsmenge des Lenkdrehmoments T_h.
Der Phasenkompensator 212 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel passt die Unterstützungsverstärkung innerhalb eines Bereichs der Lenkfrequenz an, wenn der Fahrer das Lenkrad 521 bedient, und kompensiert die Starrheit des Torsionsstabs 546. Der Bereich, den die Lenkfrequenz einnehmen kann, beträgt beispielsweise 5 Hz oder weniger. Der Phasenkompensator 212 kann beispielsweise eine Phasenkompensation erster Ordnung auf das Lenkdrehmoment T_h anwenden, das heißt das Torsionsstabdrehmoment, wenn die Lenkfrequenz 5 Hz oder weniger beträgt. Die Phasenkompensation erster Ordnung wird ausgedrückt durch beispielsweise eine Übertragungsfunktion einer Formel (1). $C (s) = \frac{\frac{1}{2 π ƒ_{1}} s + 1}{\frac{1}{2 π ƒ_{2}} s + 1}$
In der Formel (1) ist s ein Laplace-Transformierer, f₁ ist eine Frequenz (Hz) zum Bestimmen des Nullpunkts der Übertragungsfunktion und f₂ ist eine Frequenz (Hz) zum Bestimmen des Pols der Übertragungsfunktion. Ein Graph, bei dem die Verstärkung (oder Schleifenverstärkung) als eine vertikale Achse eingestellt ist und der Logarithmus der Frequenz als eine horizontale Achse eingestellt ist, wird Verstärkungsdiagramm genannt. In dem Verstärkungsdiagramm bedeutet der Nullpunkt den Schnittpunkt der Verstärkungskurve und der Horizontalachse bei 0 dB und bedeutet der Pol den Maximalpunkt der Verstärkungskurve. Beispielsweise kann durch Einstellen der Polfrequenz auf einen höheren Punkt als die Nullpunkt-Frequenz eine Phasenvoreilkompensation angewendet werden. Je größer der Abstand zwischen der Frequenz des Pols und der Frequenz des Nullpunkts ist, desto größer ist die Phasenvoreilmenge.
Der Phasenkompensator 212 erzeugt das Eingangsdrehmoment T_r basierend auf dem Basisunterstützungsdrehmoment und der Basisunterstützungsverstärkung, die aus der Basisunterstützungsberechnungseinheit 211 ausgegeben wird. Der Phasenkompensator 212 kann beispielsweise ein Stabilisierungskompensator sein und eine Stabilitätsphasenkompensation auf das Basisunterstützungsdrehmoment anwenden. Der Phasenkompensator 212 kann eine Übertragungsfunktion zweiter Ordnung oder höher aufweisen, deren Frequenzeigenschaft gemäß der Basisunterstützungsverstärkung variabel ist. Die Übertragungsfunktion zweiter Ordnung oder höher wird unter Verwendung eines Ansprechparameters und eines Dämpfungsparameters ausgedrückt. Die Übertragungsfunktion zweiter Ordnung oder höher kann durch beispielsweise eine Formel (2) ausgedrückt werden. Durch Einstellen der Ordnungszahl der Übertragungsfunktion auf zwei kann der Eigenschaft der Übertragungsfunktion eine Dämpfung verliehen werden. Eine Phaseneigenschaft kann durch Verändern der Dämpfung angepasst werden. $C (s) = \frac{s^{2} + 2 ζ_{1} ω_{1} s + ω_{1}^{2}}{s^{2} + 2 ζ_{2} ω_{2} s + ω_{2}^{2}} (\frac{ω_{2}^{2}}{ω_{1}^{2}})$
In der Formel (2) ist s ein Laplace-Transformierer, ω₁ ist eine Frequenz eines Nullpunkts der Übertragungsfunktion, ω₂ eine Frequenz eines Pols der Übertragungsfunktion, ζ₁ ist ein Dämpfungsverhältnis des Nullpunkts und ζ₂ ist ein Dämpfungsverhältnis des Pols. Die Polfrequenz ω₂ ist kleiner als die Nullpunktfrequenz ω₁.
Die Unterstützungssteuereinheit 230 erzeugt ein Korrekturdrehmoment T_f zum Korrigieren des Eingangsdrehmoments T_r basierend auf der Ausgabe des Steuerziels 560 und dem Nominalmodell. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Korrekturdrehmoment T_f ein Rückkopplungsdrehmoment, das an das Eingangsdrehmoment T_r rückgeführt wird. Das Nominalmodell ist ein internes Modell, das als ein Modell verwendet wird, das das Steuerziel 560 einschränkt, wenn das Steuerziel 560 gesteuert wird. Das Nominalmodell wird später detailliert beschrieben. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Unterstützungssteuereinheit 230 eine einem Modell folgende Steuerung, die dazu ausgebildet ist, eine einem Modell folgende Steuerung durchzuführen. Eine spezifische Ausbildung der Unterstützungssteuereinheit 230 wird später detailliert beschrieben.
Der Subtrahierer SU1 subtrahiert das Korrekturdrehmoment T_f, das aus der Unterstützungssteuereinheit 230 ausgegeben wird, von dem Eingangsdrehmoment T_r. Die Ausgabe aus dem Subtrahierer SU1 wird in den Addierer AD1 und die Unterstützungssteuereinheit 230 eingegeben. Der Addierer AD1 gibt einen Wert, der erhalten wird durch Addieren der Ausgabe aus der Zustandsrückkopplungseinheit 230 zu der Ausgabe aus dem Subtrahierer SU1 an den Addierer AD2 aus. Der Addierer AD2 gibt einen Wert, der erhalten wird durch Addieren eines Stördrehmoments T_d zu der Ausgabe aus dem Addierer AD1, an das Steuerziel 560 aus.
Das Stördrehmoment T_d ist eine Differenz zwischen dem tatsächlichen Ausgabedrehmoment des Motors 543 und dem idealen Ausgabedrehmoment des Motors 543. Das Stördrehmoment T_d umfasst ein Stördrehmoment, das extern an das Steuerziel 560 angelegt wird. Das Stördrehmoment T_d umfasst beispielsweise ein zusätzliches Drehmoment, das erzeugt wird durch Reibung und Rattern aufgrund mechanischer Elemente, wie zum Beispiel des Motors 543 und des Verlangsamungsmechanismus 544, eine Drehmomentwelligkeit, die in dem Motor 543 erzeugt wird, ein Rückstellmoment und ein Stördrehmoment, das erzeugt werden könnte, wenn auf einem nicht befestigten unebenen Weg, einer Schotterstraße oder dergleichen gefahren wird. Hier bedeutet das Rückstellmoment ein Drehmoment, das in einer Richtung wirkt, in die das Lenkrad 521 durch die Elastizität des Reifens zurückkehrt, der verdreht wird, wenn das Lenkrad 521 gedreht wird.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erzeugt die Unterstützungssteuereinheit 230 das Korrekturdrehmoment T_f basierend auf einer Winkelgeschwindigkeit ω_θ, die aus dem Rotationswinkel θa der Eingangswelle 524a berechnet wird, und führt das Korrekturdrehmoment T_f an das Eingangsdrehmoment T_r zurück. Die Winkelgeschwindigkeit ω_θ ist ein Wert, der der Winkelgeschwindigkeit des Motors 543 entspricht, die theoretisch aus dem Rotationswinkel θa der Eingangswelle 524a berechnet wird. Beispielsweise kann, unmittelbar nachdem die lenkende Person mit einer Drehung des Lenkrads 521 beginnt, die Eingangswelle 524a sich mit der Drehung des Lenkrads 521 drehen, der Motor 543 jedoch wird unter Umständen noch nicht angetrieben und die Ausgangswelle 524b dreht sich unter Umständen noch nicht. In diesem Fall ist die tatsächliche Winkelgeschwindigkeit ω des Motors 543 0, theoretisch jedoch, wenn sich die Eingangswelle 524a dreht, dreht sich auch der Motor 543 und dreht sich auch die Ausgangswelle 524b. Die Winkelgeschwindigkeit ω_θ ist ein Wert, der der Winkelgeschwindigkeit des Motors 543 in einem Fall entspricht, in dem der Motor 543 theoretisch gedreht wird, wie oben beschrieben wurde. Deshalb kann sich die Winkelgeschwindigkeit ω_θ von der tatsächlichen Winkelgeschwindigkeit ω des Motors 543 unterscheiden. Der Rotationswinkel θa, der zum Berechnen der Winkelgeschwindigkeit ω_θ verwendet wird, könnte ein Wert sein, der durch den Lenkwinkelsensor 542 erfasst wird, oder ein Wert, der aus dem Rotationswinkel θb der Ausgangswelle 524b berechnet wird.
Die Unterstützungssteuereinheit 230 umfasst ein inverses Nominalmodell 231, ein Tiefpassfilter 232, ein Hochpassfilter 233, eine Unterstützungsanpassungseinheit 270, einen Subtrahierer SU2 und einen Addierer AD3. Das Hochpassfilter 233 weist eine erste Grenzfrequenz Cf1 auf. Die erste Grenzfrequenz Cf1 reicht beispielsweise von einschließlich 2 Hz bis 10 Hz, vorzugsweise von einschließlich 5 Hz bis 7 Hz.
Das Tiefpassfilter 232 weist eine zweite Grenzfrequenz Cf2 auf, die höher ist als die erste Grenzfrequenz Cf1. Die zweite Grenzfrequenz Cf2 beträgt beispielsweise von einschließlich 3 Hz bis 50 Hz. Die obere Grenze der zweiten Grenzfrequenz Cf2 kann jedoch in einem Bereich von etwa 140 Hz oder mehr und 200 Hz oder weniger liegen. Die Ordnung des Tiefpassfilters 232 beträgt 3 oder mehr. Das Tiefpassfilter 232 kann beispielsweise eine Mehrzahl von Tiefpassfiltern aufweisen. Das Tiefpassfilter 232 und das Hochpassfilter 233 sind in Serie geschaltet.
Wenn eine Übertragungsfunktion des Tiefpassfilters 232 Q(s) ist und eine Übertragungsfunktion des Hochpassfilters 233 HPF(s) ist, ist die Unterstützungssteuereinheit 230 derart ausgebildet, dass die Übertragungsfunktion P(s) des Steuerziels 560 auf eine Übertragungsfunktion P_n(s) eines vorbestimmten Nominalmodells in einem Frequenzband beschränkt ist, in dem eine Verstärkung bei einer Verstärkungseigenschaft von Q(s) · HPF(s) 1 beträgt. Q(s) · HPF(s) ist eine komplementäre Empfindlichkeitsfunktion T(s) der inneren Schleife, die durch die Unterstützungssteuereinheit 230 ausgebildet ist. Wie in 4 gezeigt ist, weist Q(s) · HPF(s), das heißt die komplementäre Empfindlichkeitsfunktion T(s), eine Verstärkung von 0 dB, das heißt eine Verstärkung von 1 bei der Übertragungsfunktion in einem Frequenzband auf, in dem die Frequenz f die erste Grenzfrequenz Cf1 oder mehr und die zweite Grenzfrequenz Cf2 oder weniger beträgt. In 4 ist der absolute Wert der komplementären Empfindlichkeitsfunktion T(s) dargestellt. In der vorliegenden Beschreibung bedeutet „die Übertragungsfunktion des Steuerziels ist auf die Übertragungsfunktion des Nominalmodells eingeschränkt“, dass beispielsweise das Steuerziel derart gesteuert wird, dass die Übertragungsfunktion des Steuerziels im Erscheinungsbild eine Übertragungsfunktion des Nominalmodells zu sein scheint, wenn die Eingangs-/Ausgangsbeziehung betrachtet wird.
Das inverse Nominalmodell 231 ist ein inverses Modell eines vorbestimmten Nominalmodells (Anlagemodells), das verwendet wird, um das Steuerziel 560 zu beschränken. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Übertragungsfunktion P_n(s) des vorbestimmten Nominalmodells durch folgende Formel (3) ausgedrückt. Die Übertragungsfunktion $P_{n}^{- 1} (s)$
eines inversen Nominalmodells 231 wird durch folgende Formel (4) ausgedrückt. $P_{n} (s) = \frac{1}{J_{S T G_{n}} s + B_{S T G_{n}}} \frac{s^{2} + 2 ζ_{1 n} ω_{1 n} s + ω_{1 n}^{2}}{s^{2} + 2 ζ_{2 n} ω_{2 n} s + ω_{2 n}^{2}}$
$P_{n}^{- 1} (s) = (J_{S T G_{n}} s + B_{S T G_{n}}) (\frac{s^{2} + 2 ζ_{2 n} ω_{2 n} s + ω_{2 n}^{2}}{s^{2} + 2 ζ_{1 n} ω_{1 n} s + ω_{1 n}^{2}})$
In den Formeln (3) und (4) ist s ein Laplace-Transformierer, J_STGn ist ein Parameter, der ein Trägheitsmoment des Nominalmodells darstellt, B_STGn ist ein Parameter, der einen Viskosreibungskoeffizienten des Nominalmodells darstellt, ω_1n ist eine Frequenz an einem Nullpunkts der Übertragungsfunktion P_n(s), ω_2n ist eine Frequenz eines Pols der Übertragungsfunktion P_n(s), ζ_1n ist ein Dämpfungsverhältnis an dem Nullpunkt der Übertragungsfunktion P_n(s) und ζ_2n ist ein Dämpfungsverhältnis an dem Pol der Übertragungsfunktion P_n(s).
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Nominalmodell ein Modell mit Frequenzeigenschaften zwischen einem Trägheit-Eins-System und einem Trägheit-Zwei-System. Die Formel (3), der die Übertragungsfunktion P_n(s) des Nominalmodells ausdrückt, ist eine Formel, die erhalten wird durch Addieren eines Dämpfungsterms zu einer Formel, die ein Trägheit-Zwei-System darstellt. In obiger Formel (3) sind die Dämpfungsterme 2ζ_1nω_1ns und 2ζ_2nω_2ns. Eine Gleichung, die erhalten wird durch Entfernen dieser Dämpfungsterme aus der Formel (3) ist eine Gleichung, die ein Trägheit-Zwei-System darstellt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt der Grad der Übertragungsfunktion P_n(s) des Nominalmodells 3.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Nominalmodell ein Modell, bei dem mechanische Eigenschaften beim Lenken des Lenkrads 521 durch die lenkende Person berücksichtigt werden. Wie oben beschrieben wurde, nähert sich das Steuerziel 560 dem Trägheit-Eins-System an, wenn die lenkende Person das Lenkrad 521 fest greift, und nähert sich dem Trägheit-Zwei-System an, wenn die lenkende Person das Lenkrad 521 schwach greift. Deshalb ändert sich die Übertragungsfunktion P(s) des Steuerziels 560 zwischen dem Trägheit-Eins-System und dem Trägheit-Zwei-System abhängig davon, wie eine Kraft von dem Arm der lenkenden Person auf das Lenkrad 521 ausgeübt wird. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann durch Einstellen des Nominalmodells als Modell mit Frequenzeigenschaften zwischen einem Trägheit-Eins-System und einem Trägheit-Zwei-System verhindert werden, dass der Modellierfehler Δ(s) zwischen der Übertragungsfunktion P_n(s) des Nominalmodells und der Übertragungsfunktion P(s) des Steuerziels 560 zu groß wird, und zwar unabhängig davon, ob der Zustand des Steuersystems 560 ein Trägheit-Eins-System oder ein Trägheit-Zwei-System ist. Deshalb kann das Steuerziel 560 unter Verwendung des Nominalmodells unabhängig davon, wie die lenkende Person das Lenkrad 521 lenkt, geeignet gesteuert werden. Wie oben beschrieben wurde, ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Nominalmodell ein Modell mit Berücksichtigung mechanischer Eigenschaften angesichts des Steuerziels 530 durch die Art und Weise, wie die lenkende Person das Lenkrad 521 greift. Die Steuervorrichtung 100 kann das Steuerziel 560 geeignet steuern, indem sie ein derartiges Nominalmodell als internes Modell aufweist.
In der vorliegenden Beschreibung bedeutet „das Nominalmodell ist ein Modell unter Berücksichtigung mechanischer Eigenschaften, wenn die lenkende Person das Lenkrad lenkt“, dass beispielsweise das Nominalmodell ein Modell sein kann, das zumindest einen Teil des Einflusses, der dem Steuerziel durch die mechanische Eigenschaft gegeben wird, wenn die lenkende Person das Lenkrad lenkt, kompensieren kann. Das Nominalmodell kann beispielsweise ein Modell sein, das mechanische Eigenschaften der Armbewegung der lenkenden Person direkt beinhaltet.
Wie in 3 dargestellt ist, wird die Ausgabe des Steuerziels 560 in das inverse Nominalmodell 231 eingegeben. Insbesondere wird die Winkelgeschwindigkeit ω_θ, die aus dem Rotationswinkel θa der Eingangswelle 524a berechnet wird, in das inverse Nominalmodell 231 eingegeben. Das inverse Nominalmodell 231 gibt ein Drehmoment T_p basierend auf der obigen Formel (4) und der Eingangswinkelgeschwindigkeit ω_θ aus. Dies bedeutet, dass die Unterstützungssteuereinheit 230 das Drehmoment T_p unter Verwendung des Nominalmodells basierend auf der Ausgabe des Steuerziels 560 berechnet. Das Drehmoment T_p ist gleich dem Wert des Drehmoments, das in das Nominalmodell eingegeben wird, wenn der Ausgabewert des Nominalmodells der gleiche Wert ist wie der Ausgabewert des Steuerziels 560.
Der Subtrahierer SU2 subtrahiert die Ausgabe des Subtrahierers SU 1 von der Ausgabe des inversen Nominalmodells 231, um ein Differenzdrehmoment T_a zu erzeugen. Dies bedeutet, dass der Subtrahierer SU2 das Differenzdrehmoment T_a durch Subtrahieren, von dem Drehmoment T_p, des Eingangsdrehmoments T_r, bevor ein Zustandskompensationswert V_s, der später beschrieben wird, rückgeführt wird, nachdem das Korrekturdrehmoment T_f rückgeführt wird, erzeugt. Das Differenzdrehmoment T_a ist beispielsweise ein Schätzwert des Stördrehmoments T_d. Das Differenzdrehmoment T_a, das aus dem Subtrahierer SU2 ausgegeben wird, wird einer Filterungsverarbeitung durch das Tiefpassfilter 232 und das Hochpassfilter 233 unterzogen, die in dieser Reihenfolge in Serie geschaltet sind, und wird in den Addierer AD3 eingegeben. Das Differenzdrehmoment T_a, das durch das Tiefpassfilter 232 und das Hochpassfilter 233 gefiltert wird, befindet sich in einem Zustand, bei dem eine Frequenzkomponente, die niedriger ist als die erste Grenzfrequenz Cf1, und eine Frequenzkomponente, die höher ist als die zweite Grenzfrequenz Cf2, entfernt werden. Dies bedeutet, dass das Differenzdrehmoment T_a, das durch das Tiefpassfilter 232 und das Hochpassfilter 233 gefiltert wird, eine Frequenzkomponente T_aM ist, die größer oder gleich der ersten Grenzfrequenz Cf1 ist und kleiner oder gleich der zweiten Grenzfrequenz Cf2 ist.
Die Unterstützungsanpassungseinheit 270 erzeugt einen Kompensationswert für Reibung und Störung und passt das Differenzdrehmoment T_a an. Bei einem vorliegenden Ausführungsbeispiel passt die Unterstützungsanpassungseinheit 270 die Frequenzkomponente T_aM des Differenzdrehmoments T_a an. Die Unterstützungsanpassungseinheit 270 ist parallel zu dem Hochpassfilter 233 geschaltet. Die Unterstützungsanpassungseinheit 270 umfasst eine Reibungskompensationswert-Berechnungseinheit 250, eine Störkompensationswert-Berechnungseinheit 260 und einen Subtrahierer SU2.
Der Subtrahierer SU3 subtrahiert den Ausgabewert aus dem Hochpassfilter 233 von dem Ausgabewert aus dem Tiefpassfilter 232. Hier ist der Ausgabewert aus dem Tiefpassfilter 232 ein Wert, der erhalten wird durch Entfernen einer Frequenzkomponente, die höher ist als die zweite Grenzfrequenz Cf2, aus dem Differenzdrehmoment T_a. Der Ausgabewert aus dem Hochpassfilter 233 ist ein Wert, der erhalten wird durch Entfernen einer Frequenzkomponente, die höher ist als die zweite Grenzfrequenz Cf2, und einer Frequenzkomponente, die niedriger ist als die erste Grenzfrequenz Cf1, aus dem Differenzdrehmoment T_a. Deshalb ist der Wert, der aus dem Subtrahierer SU3 ausgegeben wird, die Frequenzkomponente T_aL, die niedriger ist als die erste Grenzfrequenz Cf1, in dem Differenzdrehmoment T_a. Die Ausgabe des Subtrahierers SU3 wird in die Reibungskompensationswert-Berechnungseinheit 250 und die Störkompensationswert-Berechnungseinheit 260 eingegeben. Die Frequenzkomponente T_aL umfasst eine Reibungskraft, ein Rückstellmoment, ein Stördrehmoment, das verursacht wird durch Spiel des Steuerziels 560, eine Drehmomentwelligkeit, die in dem Steuerziel 560 erzeugt wird, und dergleichen.
Die Reibungskompensationswert-Berechnungseinheit 250 berechnet den Reibungskompensationswert V_f, der zumindest einen Teil der Reibungskraft kompensiert, die in dem Steuerziel 560 erzeugt wird, basierend auf dem Differenzdrehmoment T_a. Wie oben beschrieben wurde, ist der Wert aus dem Subtrahierer SU3, der in die Reibungskompensationswert-Berechnungseinheit 250 eingegeben wird, die Frequenzkomponente T_aL, die niedriger ist als die erste Grenzfrequenz Cf1, in dem Differenzdrehmoment T_a. Deshalb berechnet bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Reibungskompensationswert-Berechnungseinheit 250 den Reibungskompensationswert V_f basierend auf einer Komponente mit einer Frequenz, die niedriger ist als die erste Grenzfrequenz Cf1, in dem Differenzdrehmoment T_a.
Die Reibungskompensationswert-Berechnungseinheit 250 umfasst einen Begrenzer 252 und einen Verstärkungsanpasser 253. Der Begrenzer 252 begrenzt den Ausgabewert aus dem Subtrahierer SU3. Der Begrenzer 252 beschneidet den Eingangswert auf die obere oder untere Schwelle, wenn der Eingangswert die obere oder untere Schwelle überschreitet. Der Verstärkungsanpasser 253 wendet eine Verstärkung K1 auf den Ausgabewert aus dem Begrenzer 252 an. Die Reibungskompensationswert-Berechnungseinheit 250 berechnet den Reibungskompensationswert V_f durch Anwenden der Grenze durch den Begrenzer 252 und der Verstärkung K1 auf die Komponente der Frequenz, die niedriger ist als die erste Grenzfrequenz Cf1, in dem Differenzdrehmoment T_a. Die Schwelle des Begrenzers 252 und der Wert der Verstärkung K1 werden zuvor basierend auf beispielsweise der Reibungskraft bestimmt, die tatsächlich in dem Steuerziel 560 erzeugt wird.
Um Reibungskompensation auf das Korrekturdrehmoment T_f anzuwenden, das für die einem Modell folgende Steuerung in der Unterstützungssteuereinheit 230 verwendet wird, ist es nötig, auf die Stabilitätsbedingung der einem Modell folgenden Steuerung zu achten. Diese Bedingung besteht darin, dass die Verstärkung bei der Verstärkungseigenschaft der Übertragungsfunktion der Reibungskompensationswert-Berechnungseinheit 250, die auf die Eigenschaft beschränkt ist, die die Stabilität berücksichtigt, gemäß dem Theorem der niedrigen Verstärkung, das später beschrieben ist, 1 nicht überschreitet. Dies wird aus der Entwurfsbedingung des Tiefpassfilters 232 hergeleitet. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Subtrahierer SU3 in der vorhergehenden Stufe des Begrenzers 252 vorgesehen, so dass der Wert der Verstärkung K1 in dem Verstärkungsanpasser 253 maximal auf 1 eingestellt ist und die Verstärkung bei der Verstärkungseigenschaft unter dieser Bedingung 1 wird, und die Subtraktionsverarbeitung wird angewendet. Anders ausgedrückt verhält sich die Reibungskompensationswert-Berechnungseinheit 250 wie ein Tiefpassfilter mit einer Übertragungsfunktion von 1 - HPF(s).
Der Reibungskompensationswert V_f, der aus der Reibungskompensationswert-Berechnungseinheit 250 ausgegeben wird, ist ein Wert, der zumindest einen Teil der Reibungskraftkomponente kompensiert, die in der Frequenzkomponente T_aL des Differenzdrehmoments T_a enthalten ist. Allgemein berechnet, da eine geeignete Reibung für das Steuerziel 560 erforderlich ist, die Reibungskompensationswert-Berechnungseinheit 250 einen Wert, der kleiner ist als die Reibungskraft, die tatsächlich in dem Steuerziel 560 erzeugt wird, als Reibungskompensationswert V_f. Dies macht es möglich, eine sehr genaue Reibungskompensation zu erzielen, während eine geeignete Reibungskraft auf das Steuerziel 560 aufrechterhalten wird. Das Ziel der Reibungskompensation unter Verwendung des Reibungskompensationswerts V_f ist beispielsweise die Reibung des Motors 543, die Reibung des Verlangsamungsmechanismus 544, die Rechts/Linksdifferenz bei der Reibung des Verlangsamungsmechanismus 544 und dergleichen.
Hier umfasst die Frequenzkomponente T_aL des Differenzdrehmoments T_a zusätzlich zu der Reibungskraftkomponente das Rückstellmoment, das in dem Steuerziel 560 erzeugt wird, das Stördrehmoment, das durch das Spiel verursacht wird, das in dem Steuerziel 560 erzeugt wird, und die Drehmomentwelligkeit, die in dem Steuerziel 560 erzeugt wird. Deshalb umfasst der Reibungskompensationswert V_f, der erhalten wird durch Verarbeiten der Frequenzkomponente T_aL durch den Begrenzer 252 und den Verstärkungsanpasser 253, auch einen Kompensationswert zum Kompensieren zumindest eines Teils des Rückstellmoments, das in dem Steuerziel 560 erzeugt wird, des Stördrehmoments, das verursacht wird durch das Spiel, das in dem Steuerziel 560 erzeugt wird, und der Drehmomentwelligkeit, die in dem Steuerziel 560 erzeugt wird.
Das Fahrzeug, das mit der elektrischen Servolenkvorrichtung 1000 ausgerüstet ist, kann sich gemäß einem Bewegungsmodus mit einem Automatikfahrmodus und einem manuellen Fahrmodus bewegen. In diesem Fall kann die Verstärkung K1 des Verstärkungsanpassers 253 gemäß dem Bewegungsmodus umgeschaltet werden. Je größer die Verstärkung K1 des Verstärkungsanpassers 253 ist, desto größer ist der Grad an Reibungsreduzierung. Die Verstärkung K1 in dem Automatikfahrmodus ist vorzugsweise größer als die Verstärkung K1, die in dem manuellen Fahrmodus eingestellt ist. Folglich ist es möglich, eine optimale Reibungskompensation auf einen Automatikfahrmodus anzuwenden, bei dem eine Reibungsreduzierung mehr benötigt wird.
Die Störkompensationswert-Berechnungseinheit 260 berechnet einen Störkompensationswert V_d zum Kompensieren zumindest eines Teils des Rückstellmoments, das in dem Steuerziel 560 erzeugt wird. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst der Störkompensationswert V_d einen Kompensationswert zum Kompensieren zumindest eines Teils der Reibungskraft, die in dem Steuerziel 560 erzeugt wird, des Stördrehmoments, das durch das Spiel verursacht wird, das in dem Steuerziel 560 erzeugt wird, und der Drehmomentwelligkeit, die in dem Steuerziel 560 erzeugt wird. Die Störkompensationswert-Berechnungseinheit 260 berechnet einen Störkompensationswert V_d basierend auf einem Differenzdrehmoment T_a, das eine Differenz zwischen dem Drehmoment T_p, das aus dem inversen Nominalmodell 231 ausgegeben wird, und dem Eingangsdrehmoment T_r ist. Dies bedeutet, dass die Störkompensationswert-Berechnungseinheit 260 den Störkompensationswert V_d basierend auf dem Differenzdrehmoment T_a berechnet, das die Differenz zwischen dem Drehmoment T_p, das unter Verwendung des Nominalmodells basierend auf der Ausgabe des Steuerziels 560 berechnet wird, und dem Eingangsdrehmoment T_r ist. Wie oben beschrieben wurde, ist der Wert aus dem Subtrahierer SU3, der in die Störkompensationswert-Berechnungseinheit 260 eingegeben wird, eine Frequenzkomponente, die niedriger ist als die erste Grenzfrequenz Cf1, in dem Differenzdrehmoment T_a. Deshalb berechnet bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Störkompensationswert-Berechnungseinheit 260 den Störkompensationswert V_d basierend auf einer Komponente mit einer Frequenz, die niedriger ist als die erste Grenzfrequenz Cf1, in dem Differenzdrehmoment T_a.
Die Störkompensationswert-Berechnungseinheit 260 umfasst einen Begrenzer 262 und einen Verstärkungsanpasser 263. Der Begrenzer 262 begrenzt den Ausgabewert aus dem Subtrahierer SU3. Der Begrenzer 262 schneidet den Eingangswert auf die obere oder untere Schwelle ab, wenn der Eingangswert die obere oder untere Schwelle überschreitet. Die Schwelle des Begrenzers 262 unterscheidet sich beispielsweise von der Schwelle des Begrenzers 252. Der Verstärkungsanpasser 263 wendet eine Verstärkung K2 auf den Ausgabewert aus dem Begrenzer 262 an. Der maximale Wert der Verstärkung K2 des Verstärkungsanpassers 263 wird unter der Bedingung bestimmt, dass die Übertragungsfunktion P(s) des Steuerziels 560 durch die Übertragungsfunktion P_n(s) des Nominalmodells beschränkt ist. Der Wert der Verstärkung K2 unterscheidet sich beispielsweise von dem Wert der Verstärkung K1. Der Wert der Verstärkung K2 beträgt beispielsweise etwa 0,3 oder mehr und 0,8 oder weniger. Die Verstärkung K2 des Verstärkungsanpassers 263 kann gemäß dem Bewegungsmodus des Fahrzeugs umgeschaltet werden.
Der Störkompensationswert V_d ist ein Wert, der zumindest einen Teil der Rückstellmomentkomponente kompensiert, die in der Frequenzkomponente T_aL des Differenzdrehmoments T_a beinhaltet ist. Beispielsweise berechnet die Störkompensationswert-Berechnungseinheit 260 einen Wert, der etwa einer Hälfte des Rückstellmoments entspricht, das tatsächlich in dem Steuerziel 560 erzeugt wird, als Störkompensationswert V_d. Das Rückstellmoment, das tatsächlich in dem Steuerziel 560 erzeugt wird, wird beispielsweise experimentell zuvor für jede Frequenz erhalten. Die Schwelle des Begrenzers 262 der Störkompensationswert-Berechnungseinheit 260 und der Wert der Verstärkung K2 werden auf Werte angepasst, bei denen der Störkompensationswert V_d als ein Wert berechnet wird, der etwa eine Hälfte des Betrags des Rückstellmoments ist, das zuvor erhalten wird. Der Störkompensationswert V_d, der durch die Störkompensationswert-Berechnungseinheit 260 berechnet wird, ist ein Wert, der sich von dem Reibungskompensationswert V_f unterscheidet, der durch die Reibungskompensationswert-Berechnungseinheit 250 berechnet wird.
Hier umfasst die Frequenzkomponente T_aL des Differenzdrehmoments T_a zusätzlich zu dem Rückstellmoment eine Reibungskraft, die in dem Steuerziel 560 erzeugt wird, ein Stördrehmoment, das durch Spiel verursacht wird, das in dem Steuerziel 560 erzeugt wird, und eine Drehmomentwelligkeit, die in dem Steuerziel 560 erzeugt wird. Deshalb umfasst der Störkompensationswert V_d, der erhalten wird durch Verarbeiten der Frequenzkomponente T_aL durch den Begrenzer 262 und den Verstärkungsanpasser 263, auch einen Kompensationswert zum Kompensieren zumindest eines Teils der Reibungskraft, die in dem Steuerziel 560 erzeugt wird, des Stördrehmoments, das durch Spiel verursacht wird, das in dem Steuerziel 560 erzeugt wird, und der Drehmomentwelligkeit, die in dem Steuerziel 560 erzeugt wird.
Der Addierer AD3 addiert den Ausgabewert aus der Unterstützungsanpassungseinheit 270 zu dem Ausgabewert aus dem Hochpassfilter 233. Dies bedeutet, dass der Addierer AD3 den Reibungskompensationswert V_f und den Störkompensationswert V_d zu der Frequenzkomponente T_aM addiert. Der Addierer AD3 gibt das Korrekturdrehmoment T_f aus, das berechnet wird durch Addieren der Frequenzkomponente T_aM, des Reibungskompensationswerts V_f und des Störkompensationswerts V_d. Das Korrekturdrehmoment T_f, das aus dem Addierer AD3 ausgegeben wird, wird an den Eingang des Steuerziels 560 zurückgeführt, das heißt das Eingangsdrehmoment T_r. Wie oben beschrieben wurde, erzeugt bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Unterstützungssteuereinheit 230 das Korrekturdrehmoment T_f durch Addieren des Reibungskompensationswerts V_f und des Störkompensationswerts V_d zu dem Differenzdrehmoment T_a, aus dem die Frequenzkomponente, die niedriger ist als die erste Grenzfrequenz Cf1, durch das Hochpassfilter 233 entfernt wurde, das heißt die Frequenzkomponente T_aM.
Die Zustandsrückkopplungseinheit 280 führt den Zustandskompensationswert V_s basierend auf der Ausgabe des Steuerziels 560 an das Eingangsdrehmoment T_r zurück, so dass die scheinbare Übertragungsfunktion des Steuerziels 560 sich der Übertragungsfunktion P_n(s) des Nominalmodells annähert. Die scheinbare Übertragungsfunktion des Steuerziels 560 ist beispielsweise eine Übertragungsfunktion eines Abschnitts in einem Fall, in dem ein Abschnitt, der sich im Inneren der Rückkopplungsschleife befindet, die durch die Unterstützungssteuereinheit 230 erzeugt wird, als der eine Abschnitt betrachtet wird. Insbesondere ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die scheinbare Übertragungsfunktion des Steuerziels 560 eine Übertragungsfunktion des gesamten Abschnitts von dem Subtrahierer SU1 zu dem Ausgang des Steuerziels 560 und ist eine Übertragungsfunktion eines Abschnitts, der die Zustandsrückkopplungseinheit 280 und das Steuerziel 560 kombiniert. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel führt die Zustandsrückkopplungseinheit 280 den Zustandskompensationswert V_s zurück zu dem Eingangsdrehmoment T_r, nachdem der Zustandskompensationswert durch das Korrekturdrehmoment T_f korrigiert wurde und bevor der Zustandskompensationswert in das Steuerziel 560 eingegeben wird.
Der Zustandskompensationswert V_s umfasst einen Kompensationswert, der zumindest einen Teil der Trägheitskraft, die in dem Steuerziel 560 erzeugt wird, der Viskositätskraft, die in dem Steuerziel 560 erzeugt wird, und der Reibungskraft kompensiert, die in dem Steuerziel 560 erzeugt wird. Insbesondere umfasst der Zustandskompensationswert V_s einen Kompensationswert, der zumindest einen Teil der Trägheitskraft, die in dem Motor 543 erzeugt wird, der Viskositätskraft, die in dem Motor 543 erzeugt wird, und der Reibungskraft kompensiert, die in dem Motor 543 erzeugt wird. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Zustandskompensationswert V_s ein Kompensationswert, der die Trägheitskraft, die in dem Motor 543 erzeugt wird, die Viskositätskraft, die in dem Motor 543 erzeugt wird, und die Reibungskraft umfasst, die in dem Motor 543 erzeugt wird.
Die Zustandsrückkopplungseinheit 280 umfasst einen Trägheitskompensator 281, einen Viskositätskompensator 282 und einen Reibungskompensator 283. Der Trägheitskompensator 281 berechnet einen Kompensationswert zum Kompensieren zumindest eines Teils der Trägheitskraft, die in dem Motor 543 erzeugt wird, basierend auf der Winkelgeschwindigkeit ω des Motors 543. Der Viskositätskompensator 282 berechnet einen Kompensationswert zum Kompensieren zumindest eines Teils der Viskositätskraft, die in dem Motor 543 erzeugt wird, basierend auf der Winkelgeschwindigkeit ω des Motors 543. Der Reibungskompensator 283 berechnet einen Kompensationswert zum Kompensieren zumindest eines Teils der Reibungskraft, die in dem Motor 543 erzeugt wird, basierend auf der Winkelgeschwindigkeit ω des Motors 543. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst der Zustandskompensationswert V_s einen Kompensationswert, der durch den Trägheitskompensator 281 berechnet wird, einen Kompensationswert, der durch den Viskositätskompensator 282 berechnet wird, und einen Kompensationswert, der durch den Reibungskompensator 283 berechnet wird. Der Kompensationswert, der durch den Trägheitskompensator 281 berechnet wird, der Kompensationswert, der durch den Viskositätskompensator 282 berechnet wird, und der Kompensationswert, der durch den Reibungskompensator 283 berechnet wird, werden an den Addierer AD1 ausgegeben und zu dem Eingangsdrehmoment T_r addiert, das durch das Korrekturdrehmoment T_f korrigiert ist.
Als Nächstes wird die Steuerung durch die Unterstützungssteuereinheit 230 detaillierter beschrieben. Die Unterstützungssteuereinheit 230 steuert das Steuerziel 560 unter Verwendung des inversen Modells des Nominalmodells als internes Modell, das heißt des inversen Nominalmodells 231. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Drehmomentwelligkeit oder dergleichen in Abhängigkeit von der Winkelgeschwindigkeit ω des Motors 543 durch die Rückkopplungsschleife kompensiert werden, die durch die Unterstützungssteuereinheit 230 gebildet wird. Das Signal der Winkelgeschwindigkeit ω, das für die Steuerung verwendet wird, kann für jeden Typ des Motors 543 korrigiert werden und die Genauigkeit des Signals der Winkelgeschwindigkeit ω kann verglichen mit dem Stromsignal und dergleichen verbessert werden. Folglich kann die Drehmomentwelligkeitskompensation mit hoher Genauigkeit auf die Drehmomentsteuerung angewendet werden.
Die Unterstützungssteuereinheit 230 ähnelt strukturmäßig einem herkömmlichen Störschätzer (Störbeobachter), unterscheidet sich jedoch hinsichtlich Betrieb und Auswirkung von dem herkömmlichen Störschätzer. Ein herkömmlicher Störschätzer schätzt ein Stördrehmoment durch Verwenden eines inversen Anlagenmodells als internes Modell als ein Modell nahe dem Steuerziel 560 und reduziert den Einfluss von Störung durch vorheriges Anpassen des Stördrehmoments.
Die Steuerung durch die Unterstützungssteuereinheit 230 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nutzt den Effekt aus, dass die Übertragungsfunktion P(s) des Steuerziels 560 durch die Übertragungsfunktion P_n(s) des Nominalmodells als internes Modell durch die Rückkopplungsschleife beschränkt ist. Wenn beispielsweise das Nominalmodell derart definiert ist, dass keine Drehmomentwelligkeit vorliegt, wird die Übertragungsfunktion P(s) des Steuerziels 560 auf die Eigenschaft ohne die Drehmomentwelligkeit durch die einem Modell folgende Steuerung beschränkt, und folglich kann die Drehmomentwelligkeit durch Anwenden einer Drehmomentwelligkeitskompensation reduziert werden. Durch Einstellen des Nominalmodells als Modell mit geringer Trägheit und Beschränken des Steuerziels 560 mit dem Nominalmodell kann das Steuerziel 560 als Modell mit geringer Trägheit behandelt werden. Das Steuerziel 560 kann als Modell mit geringer Viskosität behandelt werden durch Einstellen des Nominalmodells als ein Modell mit geringer Viskosität und Beschränken des Steuerziels 560 mit dem Nominalmodell. Zusätzlich zu einer Kompensation der Drehmomentwelligkeit des Motors 543 wird beispielsweise eine Kompensation eines verlorenen Drehmoments oder eine Kompensation einer Motorträgheit durchgeführt durch Ausführen der einem Modell folgenden Steuerung durch die Unterstützungssteuereinheit 230. Bei den obigen Formeln (3) und (4) kann durch geeignetes Einstellen von J_STGn und B_STGn eine erwünschte Frequenzeigenschaft an die Übertragungsfunktion P(s) des Steuerziels 560 verliehen werden.
Wenn ein Modellierfehler zwischen der Übertragungsfunktion P(s) des Steuerziels 560 und der Übertragungsfunktion P_n(s) des Nominalmodells Δ(s) ist, wird die Übertragungsfunktion P(s) des Steuerziels 560 durch folgende Formel (5) ausgedrückt. $P (s) = \frac{1}{J_{S T G_{n}} s + B_{S T G_{n}}} \frac{s^{2} + 2 ζ_{1 n} ω_{1 n} s + ω_{1 n}^{2}}{s^{2} + 2 ζ_{2 n} ω_{2 n} s + ω_{2 n}^{2}} (1 + Δ (s))$
Die Verstärkungseigenschaft der Übertragungsfunktion P(s) des Steuerziels 560 weist beispielsweise Spitzen bei zwei Frequenzwerten auf. Der Modellierfehler Δ(s) erscheint beispielsweise nahe der höheren Frequenzspitze der zwei Spitzen bei der Verstärkungseigenschaft des Steuerziels 560. Deshalb weist der Kehrwert 1/Δ(s) des Modellierfehlers Δ(s), wie in 4 dargestellt ist, eine Talsohle in einem relativ hochfrequenten Bereich auf. In 4 ist der Modellierfehler Δ(s) durch einen absoluten Wert angezeigt. Wenn der Modellierfehler Δ(s) steigt, nimmt die Abweichung zwischen der Übertragungsfunktion P(s) des Steuerziels 560 und der Übertragungsfunktion P_n(s) des Nominalmodells zu und wird die Steuerung des Steuerziels 560 unter Verwendung des Nominalmodells durch die Unterstützungssteuereinheit 230 instabil. Deshalb kann in der Region, in der der Modellierfehler Δ(s) relativ klein ist, das Steuerziel 560 stabil und geeignet gesteuert werden durch Beschränken des Steuerziels 560 auf das Nominalmodell, wobei die Verstärkung der komplementären Empfindlichkeitsfunktion T(s), das heißt Q(s) · HPF(s), auf 1 eingestellt ist. Die Frequenzeigenschaft des Modellierfehlers Δ(s) kann angepasst werden durch Anpassen von J_STGn und B_STGn in der Übertragungsfunktion P_n(s) des Nominalmodells. Das Frequenzband, bei dem die Verstärkung von Q(s) HPF(s) 1 wird, kann angepasst werden durch Anpassen der ersten Grenzfrequenz Cf1 und der zweiten Grenzfrequenz Cf2. Folglich kann die Verstärkung von Q(s) · HPF(s) in dem Frequenzband, in dem der Modellierfehler Δ(s) klein ist, auf 1 angepasst werden.
In 4 ist 1/Δ(s) in einem Frequenzband der zweiten Grenzfrequenz Cf2 oder weniger relativ hoch und nimmt in einem Frequenzband, das höher ist als die zweite Grenzfrequenz Cf2, schnell ab. Die einem Modell folgende Steuerung zum Beschränken des Steuerziels 560 auf das Nominalmodell kann stabil durchgeführt werden, beispielsweise in einem Bereich, in dem 1/Δ(s) größer als 1 ist, das heißt in einem Bereich, in dem 1/Δ(s) größer als 0 dB ist. Deshalb ist es, wie in 4 dargestellt ist, wenn die Verstärkung von Q(s) · HPF(s) 1 wird durch Anpassen von 1/Δ(s) auf einen höheren Wert als 1 in dem Frequenzband, in dem die Verstärkung von Q(s). HPF(s) 1 wird, möglich, das Steuerziel 560 stabil und geeignet zu steuern durch Beschränken desselben auf das Nominalmodell.
Um beispielsweise ein Frequenzband, in dem das Steuerziel stabil und geeignet gesteuert werden kann durch Beschränken des Steuerziels 560 auf das Nominalmodell, zu erweitern, kann die zweite Grenzfrequenz Cf2 innerhalb eines Bereichs erhöht werden, bei dem 1/Δ(s) nicht 1 oder weniger ist, das heißt innerhalb eines Frequenzbands, das niedriger ist als eine Frequenz, bei der eine Kurve, die 1/Δ(s) in 4 anzeigt, die Horizontalachse schneidet. Wenn jedoch die zweite Grenzfrequenz Cf2 zu hoch gemacht wird, bleibt die Verstärkung von Q(s) · HPF(s) relativ hoch, obwohl 1/Δ(s) in einem Frequenzband niedrig wird, das höher ist als die zweite Grenzfrequenz Cf2, und die Steuerung könnte instabil werden. Andererseits kann bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, da die Ordnung des Tiefpassfilters 232 auf 3 oder mehr eingestellt ist, die Verstärkung von Q(s) HPF(s) in einer Region steil gesenkt werden, in der die Frequenz höher ist als die zweite Grenzfrequenz Cf2. Folglich kann, selbst wenn die zweite Grenzfrequenz Cf2 relativ hoch gemacht wird, die Verstärkung von Q(s) HPF(s) in dem Frequenzband unmittelbar gesenkt werden, das höher ist als die zweite Grenzfrequenz Cf2, so dass verhindert werden kann, dass die Steuerung des Steuerziels 560 instabil wird.
Die robuste Stabilität der Unterstützungssteuereinheit 230 ist garantiert, wenn das Theorem der niedrigen Verstärkung, das in der folgenden Formel (6) dargestellt ist, zwischen der komplementären Empfindlichkeitsfunktion T(s) und dem Modellierfehler Δ(s) eingerichtet ist. $| T (j ω) | < \frac{1}{| Δ (j ω) |} oder | T (j ω) Δ (j ω) | < 1, \forall s = j ω$
Wie oben beschrieben wurde, ist es, um die einem Modell folgende Steuerung unter Verwendung des Nominalmodells in der Unterstützungssteuereinheit 230 durchzuführen, ausreichend, wenn T(s) = 1 gilt, in Anbetracht der robusten Stabilität jedoch ist es notwendig, die obige Formel (6) zu erfüllen. Wie daraus zu sehen ist, gilt T(s) = 1 und die Formel (6) kann nicht in allen Frequenzbändern kompatibel sein und Unterdrückung von Störung und dergleichen durch die Unterstützungssteuereinheit 230 und die robuste Stabilität sind nicht kompatibel.
Wie in 4 dargestellt ist, ist selbst in einer Region, in der die Frequenz niedriger ist als die erste Grenzfrequenz Cf1, die Verstärkung von Q(s) HPF(s), das heißt die Verstärkung der komplementären Empfindlichkeitsfunktion T(s), kleiner als 1. In einer Region, in der die Verstärkung von Q(s) HPF(s) kleiner als 1 ist, steuert die Reaktionskraftsteuereinheit 210 das Eingangsdrehmoment T_r, um das Steuerziel 560 zu steuern. Wie oben beschrieben wurde, wird in der Region, in der die Frequenz höher ist als die zweite Grenzfrequenz Cf2, die Verstärkung von Q(s). HPF(s) stark reduziert und wird das Korrekturdrehmoment T_f von der Unterstützungssteuereinheit 230 kaum an den Eingang des Steuerziels 560 rückgeführt. Andererseits wird in einer Region, in der die Frequenz niedriger ist als die erste Grenzfrequenz Cf1, das Korrekturdrehmoment T_f an den Eingang des Steuerziels 560 rückgeführt, wobei die Verstärkung von Q(s). HPF(s) auf einen bestimmten Betrag eingestellt ist. In einer Region, in der die Frequenz niedriger ist als die erste Grenzfrequenz Cf1, wird der Kompensationswert, der in der Unterstützungsanpassungseinheit 270 erzeugt wird, die oben beschrieben wurde, gemäß der Verstärkung von Q(s) HPF(s) an den Eingang des Steuerziels 560 rückgeführt.
Die Steuervorrichtung 100 führt eine Drehmomentsteuerung in der Reaktionskraftsteuereinheit 210 in Bezug auf ein Drehmomentsignal mit einer niedrigen Frequenz, die niedriger ist als die erste Grenzfrequenz Cf1, durch und führt eine Steuerung derart durch, dass die Winkelgeschwindigkeit ω ≈ 0 im Hinblick auf eine Störung mit hoher Frequenz gilt, die höher ist als die zweite Grenzfrequenz Cf2, wodurch eine Stabilisierung des Lenkens umgesetzt wird, so dass das Lenkrad 521 nicht genommen wird. Um diese Aufgabe zu erzielen, senkt die Steuervorrichtung 100 die Hochfrequenzverstärkung der Drehmomentsteuerung unter Verwendung der Reaktionskraftsteuereinheit 210 und beschränkt die Übertragungsfunktion P(s) des Steuerziels 560 auf die Eigenschaft, bei der die Hochfrequenzverstärkung abnimmt, unter Verwendung der Unterstützungssteuereinheit 230. Letztere Verarbeitung wird so durchgeführt, dass das Steuerziel 560 nicht auf eine Störung reagiert, wenn die Störung in das Steuerziel 560 eingegeben wird.
Der effektive Bereich der einem Modell folgenden Steuerung durch die Unterstützungssteuereinheit 230 ist eine Region von der ersten Grenzfrequenz Cf1 zu der zweiten Grenzfrequenz Cf2, jeweils einschließlich. Dies bedeutet, dass die untere Begrenzungsfrequenz des effektiven Bereichs der einem Modell folgenden Steuerung von der ersten Grenzfrequenz Cf1 abhängt. Deshalb wird die untere Begrenzungsfrequenz des effektiven Bereichs der einem Modell folgenden Steuerung bestimmt durch Anpassen der ersten Grenzfrequenz Cf1 des Hochpassfilters 233, um so die Steuerung der Reaktionskraftsteuereinheit 210 in dem niederfrequenten Bereich nicht zu behindern.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Unterstützungssteuereinheit 230, die das Korrekturdrehmoment T_f zum Korrigieren des Eingangsdrehmoments T_r basierend auf der Ausgabe des Steuerziels 560 und dem Nominalmodell erzeugt, derart ausgebildet, dass die Übertragungsfunktion P(s) des Steuerziels 560 beschränkt wird durch die Übertragungsfunktion P_n(s) des Nominalmodells in dem Frequenzband, in dem die Verstärkung bei der Verstärkungseigenschaft der komplementären Empfindlichkeitsfunktion T(s) in Bezug auf den Modellierfehler Δ(s) zwischen dem Steuerziel 560 und dem Nominalmodell 1 beträgt. Insbesondere ist in einer Region, in der der Modellierfehler Δ(s) zwischen dem Nominalmodell und dem Steuerziel 560 klein ist, die Verstärkung bei der Verstärkungseigenschaft von Q(s). HPF(s) auf 1 eingestellt und wird die Differenz der Ausgabe zwischen dem Steuerziel 560 und dem Nominalmodell als das Korrekturdrehmoment T_f an das Eingangsdrehmoment T_r rückgeführt, so dass die Übertragungsfunktion P(s) des Steuerziels 560 im Erscheinungsbild nahe an die Übertragungsfunktion P_n(s) des Nominalmodells gebracht werden kann. Deshalb kann beispielsweise durch Einstellen des Nominalmodells als Modell, bei dem keine Drehmomentwelligkeit auftritt, die Drehmomentwelligkeit aus der Ausgabe des Steuerziels 560 in dem Frequenzband entfernt oder reduziert werden, in dem die Verstärkung bei der Verstärkungseigenschaft von Q(s) · HPF(s) 1 beträgt. Durch Einstellen des Nominalmodells als Modell mit geringer Trägheit und geringer Viskosität kann das Steuerziel 560 auf ein Modell mit geringer Trägheit und geringer Viskosität beschränkt werden und kann das Steuerziel 560 ohne Weiteres gesteuert werden.
Beispielsweise umfasst ein herkömmlicher Störschätzer ein Modell, das dem Steuerziel 560 nahekommt, als internes Modell und kompensiert eine Störung, die in dem Steuerziel 560 erzeugt wird. Es ist jedoch schwierig, vollständig das gleiche Modell wie das Steuerziel 560 als internes Modell zu haben, und ein Modellierfehler Δ(s) tritt unvermeidlich auf. Deshalb ist bei dem herkömmlichen Störschätzer, um zu unterdrücken, dass die Steuerung instabil wird, die Verstärkung bei der Verstärkungseigenschaft von Q(s) · HPF(s) in allen Frequenzbändern auf einen Wert von kleiner als 1 eingestellt. Bei dem herkömmlichen Störschätzer kann, da das interne Modell lediglich an das tatsächliche Modell des Steuerziels 560 angenähert ist, die Drehmomentwelligkeit oder dergleichen, die in dem Steuerziel 560 selbst erzeugt wird, nicht entfernt werden, obwohl die Störung, die extern auf das Steuerziel 560 angewendet wird, geschätzt werden kann.
Andererseits ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Nominalmodell, das in der Steuervorrichtung 100 als internes Modell beinhaltet ist, als das ideale Modell als Steuerziel 560 anstelle des Modells eingestellt, das das tatsächliche Modell des Steuerziels 560 reproduziert, und ist die Verstärkung von Q(s) · HPF(s) in der Region, in der der Modellierfehler Δ(s) klein ist, auf 1 eingestellt. Folglich kann durch geeignetes Einstellen des Nominalmodells nicht nur die Störung, die extern an das tatsächliche Steuerziel 560 angewendet wird, sondern auch die Drehmomentwelligkeit, die intern in dem Steuerziel 560 erzeugt wird, entfernt werden. Deshalb kann gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Steuervorrichtung 100 das Steuerziel 560 geeignet steuern und kann das Lenkgefühl, das die lenkende Person erfährt, verbessert werden.
Beispielsweise weist der Lenkmechanismus 530 eine Struktur auf, bei der die Eingangswelle 524a und die Ausgangswelle 524b mit dem Torsionsstab 546 verbunden sind, der zwischen denselben angeordnet ist, und ist kein einfaches Trägheit-Eins-System. Deshalb kann, wenn das Objekt, das durch die Steuervorrichtung 100 gesteuert werden soll, beispielsweise ein Trägheit-Eins-System ist, das nur den Motor 543 umfasst, es schwierig sein, die Drehmomentwelligkeit, die Störung und dergleichen ausreichend zu garantieren. Andererseits ist es wie bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel vorstellbar, einen Abschnitt, der Abschnitte auf beiden Seiten umfasst, die den Torsionsstab 546 sandwichartig umgeben, als das Steuerziel 560 zu erfassen, das Steuerziel 560 wird jedoch nicht als ein einfaches Trägheit-Zwei-System betrachtet. Wie oben beschrieben wurde, ändert sich das Steuerziel 560 zwischen dem Trägheit-Eins-System und dem Trägheit-Zwei-System abhängig von der Weise eines Lenkens des Lenkrads 521 durch die lenkende Person oder dergleichen. Deshalb kann es, selbst wenn das Steuerziel 560 einfach ein Modell eines Trägheit-Zwei-Systems ist, schwierig sein, die Drehmomentwelligkeit, die Störung und dergleichen ausreichend zu garantieren.
Andererseits ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Nominalmodell ein Modell, bei dem mechanische Eigenschaften beim Lenken des Lenkrads 521 durch die lenkende Person berücksichtigt werden. Deshalb kann das Nominalmodell geeignet an die Eigenschaft des Steuerziels 560 angepasst werden, die sich gemäß der Weise des Lenkens des Lenkrads 521 durch die lenkende Person ändert. Folglich können die Drehmomentwelligkeit, die Störung und dergleichen durch Beschränken des Steuerziels 560 auf das Nominalmodell durch die einem Modell folgende Steuerung, die oben beschrieben wurde, geeigneter kompensiert werden. Deshalb kann das Lenkgefühl, das die lenkende Person erfährt, weiter verbessert werden.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt der Grad der Übertragungsfunktion P_n(s) des Nominalmodells 3 oder mehr. Hier haben die vorliegenden Erfinder herausgefunden, dass die Ordnung der Übertragungsfunktion des Lenkmechanismus 530 beispielsweise 6 beträgt. Deshalb kann durch Einstellen der Übertragungsfunktion P_n(s) des Nominalmodells auf eine Übertragungsfunktion hoher Ordnung näher an der Ordnung der Übertragungsfunktion des Lenkmechanismus 530 der Lenkmechanismus 530 durch die Steuervorrichtung 100 geeigneter gesteuert werden. Deshalb kann das Lenkgefühl, das die lenkende Person erfährt, weiter verbessert werden.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Steuerziel in dem Bereich der Übertragungsfunktion dritter Ordnung erfasst und ist der Grad der Übertragungsfunktion P_n(s) des Nominalmodells auch auf 3 eingestellt. Das Steuerziel könnte beispielsweise jedoch in einem Bereich einer Übertragungsfunktion von vier oder mehr Grad erfasst werden und der Grad der Übertragungsfunktion P_n(s) des Nominalmodells könnte vier oder mehr betragen. Wenn der Grad der Übertragungsfunktion in dem Bereich, der als das Steuerziel betrachtet wird, und der Grad der Übertragungsfunktion P_n(s) des Nominalmodells näher an den sechsten Grad gebracht werden, was der Grad der Übertragungsfunktion des Lenkmechanismus 530 ist, kann die Steuerung noch bevorzugter durchgeführt werden. Wenn beispielsweise der Lenkdrehmomentsensor 541 ein Koordinatenwandler bzw. Resolver oder dergleichen ist, ist es vorstellbar, dass die Übertragungsfunktion des Lenkdrehmomentsensors 541 quadratisch ist. Deshalb kann, wenn beispielsweise die Ordnung der Übertragungsfunktion P_n(s) des Nominalmodells auf die fünfte Ordnung eingestellt ist, wobei das Steuerziel erhalten wird durch Addieren des Lenkdrehmomentsensors 541 zu dem Steuerziel 560 des bevorzugten Ausführungsbeispiels, eine geeignetere Steuerung durchgeführt werden.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Nominalmodell ein Modell mit Frequenzeigenschaften zwischen einem Trägheit-Eins-System und einem Trägheit-Zwei-System. Wie oben beschrieben wurde, ändern sich die Eigenschaften des Steuerziels 560 zwischen dem Trägheit-Eins-System und dem Trägheit-Zwei-System abhängig von der Weise eines Lenkens des Lenkrads 521 durch die lenkende Person. Deshalb kann durch Einstellen des Nominalmodells als ein Modell mit Frequenzeigenschaften zwischen dem Trägheit-Eins-System und dem Trägheit-Zwei-System das Steuerziel 560 geeigneter unter Verwendung des Nominalmodells gesteuert werden. Deshalb kann das Lenkgefühl, das die lenkende Person erfährt, weiter verbessert werden.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Formel, die die Übertragungsfunktion P_n(s) des Nominalmodells darstellt, eine Formel, die erhalten wird durch Addieren eines Dämpfungsterms zu einer Formel, die das Trägheit-Zwei-System darstellt. Deshalb kann die Übertragungsfunktion P_n(s) des Nominalmodells geeignet und ohne weiteres zu einem Modell gemacht werden, das Frequenzeigenschaften zwischen dem Trägheit-Eins-System und dem Trägheit-Zwei-System aufweist.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Übertragungsfunktion P_n(s) des Nominalmodells durch die obige Formel (3) ausgedrückt. Deshalb kann die Übertragungsfunktion P_n(s) des Nominalmodells geeigneter und einfacher zu einem Modell mit Frequenzeigenschaften zwischen dem Trägheit-Eins-System und dem Trägheit-Zwei-System gemacht werden.
Wie oben beschrieben wurde, ist das Steuerziel 560 breiter als das Trägheit-Eins-System und ist das Nominalmodell gemäß dem Steuerziel 560 so eingestellt, dass die Störung, die die Drehmomentwelligkeit in einem breiteren Frequenzband als herkömmlich beinhaltet, durch die Rückkopplungssteuerung unter Verwendung des Nominalmodells kompensiert werden kann. Folglich kann das Frequenzband, in dem die Störung unterdrückt werden kann, breiter sein als das herkömmliche Frequenzband. Insbesondere umfasst beispielsweise die Drehmomentwelligkeit, die in dem Steuerziel 560 erzeugt wird, eine Drehmomentwelligkeit, die verursacht wird durch ein Schneckenrad, das für den Verlangsamungsmechanismus 544 verwendet wird. Die Drehmomentwelligkeit, die durch das Schneckenrad verursacht wird, könnte eine Störung von beispielsweise etwa 50 Hz sein. Bei der Ausbildung des herkömmlichen Störschätzers oder dergleichen kann die Drehmomentwelligkeit an erster Stelle nicht unterdrückt werden und ist das Frequenzband, das als Störung unterdrückt werden kann, auch niedriger als 50 Hz, so dass die Drehmomentwelligkeit, die durch das oben beschriebene Schneckenrad verursacht wird, nicht unterdrückt werden kann. Gemäß der Ausbildung und einem Verfahren des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann andererseits durch geeignetes Einstellen des Nominalmodells die Unterstützungssteuereinheit 230 auch die Drehmomentwelligkeit einer relativ hohen Frequenz kompensieren, die durch das oben beschriebene Schneckenrad verursacht wird, und kann die Drehmomentwelligkeit mit einer relativ hohen Frequenz unterdrückt werden.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Steuervorrichtung 100 die Zustandsrückkopplungseinheit 280, die den Zustandskompensationswert V_s basierend auf der Ausgabe des Steuerziels 560 an das Eingangsdrehmoment T_r rückführt, so dass die scheinbare Übertragungsfunktion des Steuerziels 560 sich der Übertragungsfunktion P_n(s) des Nominalmodells annähert. Deshalb kann das Steuerziel 560, das durch die Rückkopplung durch die Unterstützungssteuereinheit 230 gesteuert werden soll, im Erscheinungsbild nahe an das Nominalmodell als das interne Modell gebracht werden. Folglich kann, wenn die Unterstützungssteuereinheit 230 die einem Modell folgende Steuerung durchführt, das Steuerziel 560 als ein Modell nahe an dem Nominalmodell betrachtet werden und kann der Modellierfehler Δ(s) zwischen dem Steuerziel 560 und dem Nominalmodell reduziert werden. Deshalb ist es möglich, das Frequenzband zu verbreitern, bei dem die Übertragungsfunktion P(s) des Steuerziels 560 auf die Übertragungsfunktion P_n(s) des Nominalmodells beschränkt sein kann, wobei die Verstärkung bei der Verstärkungseigenschaft von Q(s) · HPF(s) auf 1 eingestellt ist. Deshalb kann die einem Modell folgende Steuerung durch die Unterstützungssteuereinheit 230 in einem breiteren Frequenzband durchgeführt werden und kann das Lenkgefühl, das die lenkende Person erfährt, weiter verbessert werden.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel führt die Zustandsrückkopplungseinheit 280 den Zustandskompensationswert V_s an das Eingangsdrehmoment T_r zurück, nachdem dieser durch das Korrekturdrehmoment T_f korrigiert wurde und bevor derselbe in das Steuerziel 560 eingegeben wird. Deshalb kann die Rückkopplung von der Zustandsrückkopplungseinheit 280 in die Rückkopplungsschleife der Unterstützungssteuereinheit 230 gegeben werden. Folglich können bei Betrachtung von der Unterstützungssteuereinheit 230 aus die Zustandsrückkopplungseinheit 280 und das Steuerziel 560 kollektiv als ein Steuerziel betrachtet werden. Deshalb kann durch Betrachten der kollektiven Übertragungsfunktion eines Steuerziels als die scheinbare Übertragungsfunktion P(s) des Steuerziels 560 eine Steuerung durch die Unterstützungssteuereinheit 230 unter Verwendung des Nominalmodells geeigneter durchgeführt werden.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst der Zustandskompensationswert V_s einen Kompensationswert zum Kompensieren zumindest eines Teils der Trägheitskraft, die in dem Steuerziel 560 erzeugt wird, der Viskositätskraft, die in dem Steuerziel 560 erzeugt wird, und der Reibungskraft, die in dem Steuerziel 560 erzeugt wird. Deshalb kann die scheinbare Übertragungsfunktion des Steuerziels 560 näher die Übertragungsfunktion P_n(s) des Nominalmodells gebracht werden. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Zustandskompensationswert V_s, der sowohl die Trägheitskraft als auch die Viskositätskraft und die Reibungskraft umfasst, durch den Trägheitskompensator 281, den Viskositätskompensator 282 und den Reibungskompensator 283 rückgeführt, so dass die scheinbare Übertragungsfunktion des Steuerziels 560 geeigneter nahe an die Übertragungsfunktion P_n(s) des Nominalmodells gebracht werden kann. Die Verstärkungen des Trägheitskompensators 281, des Viskositätskompensators 282 und des Reibungskompensators 283 werden geeignet auf Werte eingestellt, die das Steuerziel 560 näher an das Nominalmodell bringen.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst der Zustandskompensationswert V_s einen Kompensationswert zum Kompensieren zumindest eines Teils der Trägheitskraft, die in dem Motor 543 erzeugt wird, der Viskositätskraft, die in dem Motor 543 erzeugt wird, und der Reibungskraft, die in dem Motor 543 erzeugt wird. Deshalb kann die Trägheitskraft oder dergleichen, die in dem Motor 543 erzeugt wird, so kompensiert werden, dass sie sich dem Nominalmodell annähert. Folglich kann die scheinbare Übertragungsfunktion des Steuerziels 560 geeigneter nahe an die Übertragungsfunktion P_n(s) des Nominalmodells gebracht werden.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erzeugt die Unterstützungssteuereinheit 230 das Korrekturdrehmoment T_f basierend auf einer Differenz zwischen dem Drehmoment T_p, das unter Verwendung des Nominalmodells basierend auf der Ausgabe des Steuerziels 560 berechnet wird, und dem Eingangsdrehmoment T_r, bevor der Zustandskompensationswert V_s rückgeführt wird, nachdem derselbe durch das Korrekturdrehmoment T_f korrigiert wurde. Dies bedeutet, dass das Eingangsdrehmoment T_r, bevor der Zustandskompensationswert V_s addiert wird, an den Subtrahierer SU2 der Unterstützungssteuereinheit 230 eingegeben werden kann. Deshalb können bei Betrachtung von der Unterstützungssteuereinheit 230 aus die Zustandsrückkopplungseinheit 280 und das Steuerziel 560 geeigneter als ein Steuerziel betrachtet werden. Folglich kann die scheinbare Übertragungsfunktion P(s) des Steuerziels 560, von der Unterstützungssteuereinheit 230 aus betrachtet, geeigneter nahe an das Nominalmodell gebracht werden.
Beispielsweise ist es bei dem Trägheit-Zwei-System schwierig, die Bewegung des gesamten Trägheit-Zwei-Systems aus der Bewegung des Trägheitssystems an der Ausgangsseite zu schätzen. Dies bedeutet, dass es auch bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel schwierig ist, die Bewegung des Nominalmodells zwischen dem Trägheit-Eins-System und dem Trägheit-Zwei-System nur aus den Informationen des Rotationswinkels θb der Ausgangswelle 524b zu schätzen, und kann es schwierig sein, das Drehmoment T_p, das aus dem inversen Nominalmodell 231 ausgegeben wird, geeignet zu berechnen. Andererseits erzeugt die Unterstützungssteuereinheit 230 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Korrekturdrehmoment T_f basierend auf dem Rotationswinkel θa der Eingangswelle 524a. Deshalb kann durch Verwenden des Rotationswinkels θa der Eingangswelle 524a an der Eingangsseite die Bewegung des Nominalmodells zwischen dem Trägheit-Eins-System und dem Trägheit-Zwei-System geeignet geschätzt werden. Folglich kann das Drehmoment T_p, das aus dem inversen Nominalmodell 231 ausgegeben wird, geeignet berechnet werden und kann das Korrekturdrehmoment T_f geeignet erzeugt werden.
Das Rückstellmoment wird als Antwort an die lenkende Person übertragen, wenn die lenkende Person das Lenkrad 521 lenkt. Deshalb ist es beispielsweise in einer Niederfrequenzregion, die das Rückstellmoment umfasst, vorstellbar, die Verstärkung der Unterstützungssteuereinheit 230 stark zu senken, so dass das Rückstellmoment nicht kompensiert wird. In diesem Fall führt, da eine Kompensation durch die Unterstützungssteuereinheit 230 nicht durchgeführt wird, die Reaktionskraftsteuereinheit 210 eine Kompensation durch und steuert das Steuerziel 560. In diesem Fall jedoch steigt die Kompensationsmenge in der Reaktionskraftsteuereinheit 210 und kann die Verstärkung der Reaktionskraftsteuereinheit 210 zu groß werden. Deshalb kann eine Steuerung durch die Steuervorrichtung 100 instabil werden.
Andererseits umfasst gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Unterstützungssteuereinheit 230 die Störkompensationswert-Berechnungseinheit 260, die den Störkompensationswert V_d zum Kompensieren zumindest eines Teils des Rückstellmoments berechnet, das in dem Steuerziel 560 erzeugt wird. Das Korrekturdrehmoment T_f umfasst einen Störkompensationswert V_d. Deshalb kann die Unterstützungssteuereinheit 230 selbst in der Niederfrequenzregion, die das Rückstellmoment beinhaltet, die Kompensation durch zumindest das Rückstellmoment durchführen. Folglich kann die Kompensationsmenge, die in der Reaktionskraftsteuereinheit 210 kompensiert werden muss, reduziert werden und kann die Verstärkung in der Reaktionskraftsteuereinheit 210 reduziert werden. Deshalb kann eine instabile Steuerung durch die Steuervorrichtung 100 unterdrückt werden. Deshalb kann das Lenkgefühl, das die lenkende Person erfährt, weiter verbessert werden. Da zumindest ein Teil des Rückstellmoments durch die Unterstützungssteuereinheit 230 kompensiert wird, ist es möglich, die Reaktionskraft zu reduzieren, die auf die lenkende Person ausgeübt wird, wenn die lenkende Person das Lenkrad 521 lenkt. Deshalb kann das Lenkgefühl, das die lenkende Person erfährt, weiter verbessert werden. Insbesondere kann bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, da nur ein Teil des Rückstellmoments durch die Unterstützungssteuereinheit 230 kompensiert wird, wenn die lenkende Person das Lenkrad 521 lenkt, die lenkende Person das Lenkrad 521 ohne weiteres lenken, während der lenkenden Person eine geeignete Antwort gegeben wird.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst der Störkompensationswert V_d einen Kompensationswert zum Kompensieren zumindest eines Teils der Reibungskraft, die in dem Steuerziel 560 erzeugt wird, des Stördrehmoments, das durch das Spiel verursacht wird, das in dem Steuerziel 560 erzeugt wird, und der Drehmomentwelligkeit, die in dem Steuerziel 560 erzeugt wird. Deshalb kann nicht nur das Rückstellmoment, sondern auch zumindest ein Teil der Reibungskraft, des Stördrehmoments, das durch das Spiel verursacht wird, und der Drehmomentwelligkeit durch den Störkompensationswert V_d kompensiert werden, der durch die Störkompensationswert-Berechnungseinheit 260 der Unterstützungssteuereinheit 230 berechnet wird. Folglich kann zumindest ein Teil der Reibungskraft, des Stördrehmoments, das durch das Spiel verursacht wird, und der Drehmomentwelligkeit selbst in einer Niederfrequenzregion kompensiert werden, die niedriger ist als die erste Grenzfrequenz Cf1, bei der die einem Modell folgende Steuerung nicht durchgeführt werden kann. Deshalb kann das Lenkgefühl, das die lenkende Person erfährt, in der Niederfrequenzregion, die niedriger ist als die erste Grenzfrequenz Cf1, weiter verbessert werden.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel berechnet die Störkompensationswert-Berechnungseinheit 260 den Störkompensationswert V_d basierend auf dem Differenzdrehmoment T_a, das die Differenz zwischen dem Drehmoment T_p, das unter Verwendung des Nominalmodells basierend auf der Ausgabe des Steuerziels 560 berechnet wird, und dem Eingangsdrehmoment T_r ist. Deshalb kann ein Wert, wie zum Beispiel das Rückstellmoment, geeignet aus dem Differenzdrehmoment T_a geschätzt werden und kann der Störkompensationswert V_d geeignet berechnet werden.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel berechnet die Störkompensationswert-Berechnungseinheit 260 den Störkompensationswert V_d basierend auf einer Komponente einer Frequenz, die niedriger ist als die erste Grenzfrequenz Cf1, in dem Differenzdrehmoment T_a, das heißt die Frequenzkomponente T_aL. Da das Rückstellmoment in der relativ niederfrequenten Komponente T_aL beinhaltet ist, kann das Rückstellmoment geeignet kompensiert werden durch Berechnen des Störkompensationswerts V_d basierend auf der Frequenzkomponente T_aL. Die Frequenzkomponente T_aL umfasst außerdem eine Reibungskraft, die in dem Steuerziel 560 erzeugt wird, ein Stördrehmoment, das durch Spiel verursacht wird, das in dem Steuerziel 560 erzeugt wird, und eine Drehmomentwelligkeit, die in dem Steuerziel 560 erzeugt wird. Deshalb ist es durch Berechnen des Störkompensationswerts V_d durch Durchführen einer Verarbeitung durch den Begrenzer 262 und den Verstärkungsanpasser 263 an der Frequenzkomponente T_aL möglich, den Störkompensationswert V_d zu berechnen, der in der Lage ist, die Reibungskraft, die in dem Steuerziel 560 erzeugt wird, das Stördrehmoment, das durch das Spiel verursacht wird, das in dem Steuerziel 560 erzeugt wird, und die Drehmomentwelligkeit zu kompensieren, die in dem Steuerziel 560 erzeugt wird, und zwar zusätzlich zu dem Rückstellmoment.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Unterstützungssteuereinheit 230 die Reibungskompensationswert-Berechnungseinheit 250, die den Reibungskompensationswert V_f zum Kompensieren zumindest eines Teils der Reibungskraft, die in dem Steuerziel 560 erzeugt wird, basierend auf dem Differenzdrehmoment T_a berechnet. Die Unterstützungssteuereinheit 230 addiert den Reibungskompensationswert V_f und den Störkompensationswert V_d zu dem Differenzdrehmoment T_a, aus dem die Frequenzkomponente T_aL, die niedriger ist als die erste Grenzfrequenz Cf1, durch das Hochpassfilter 230 entfernt wurde, das heißt die Frequenzkomponente T_aM zur Erzeugung des Korrekturdrehmoments T_f. Deshalb kann die Reibungskraft, die in dem Steuerziel 560 erzeugt wird, durch die Unterstützungssteuereinheit 230 geeigneter kompensiert werden.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel berechnet die Reibungskompensationswert-Berechnungseinheit 250 den Reibungskompensationswert V_f basierend auf einer Komponente mit einer Frequenz, die niedriger ist als die erste Grenzfrequenz Cf1, in dem Differenzdrehmoment T_a, das heißt die Frequenzkomponente T_aL. Deshalb kann die Reibungskraft selbst in einer niederfrequenten Region geeignet kompensiert werden, die niedriger ist als die erste Grenzfrequenz Cf1, bei der die einem Modell folgende Steuerung nicht durchgeführt werden kann. Folglich kann in der niederfrequenten Region, die niedriger ist als die erste Grenzfrequenz Cf1, die Verstärkung der Reaktionskraftsteuereinheit 210 weiter reduziert werden und kann außerdem unterdrückt werden, dass die Steuerung des Steuerziels 560 instabil wird.
Bei der herkömmlichen Reibungskompensationssteuerung muss, wenn die Winkelgeschwindigkeit ω des Motors 543 nahe bei null ist, eine Änderung an dem Reibungskompensationswert in Bezug auf die Winkelgeschwindigkeit ω des Motors 543 sanft erfolgen, um ein Flattern zu vermeiden. Folglich kann unter Umständen keine hochgenaue Reibungskompensationssteuerung durchgeführt werden. Gemäß der Studie des Erfinders ist es, um dieses Problem zu lösen, wünschenswert, die Reibung folgend zu schätzen und zu kompensieren. Gemäß der Reibungskompensation durch die Reibungskompensationswert-Berechnungseinheit 250 des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann, da Reibung folgend geschätzt und der Reibungskompensationswert V_f berechnet werden kann, das Problem gelöst werden.
Beispielsweise wurde eine Hilfsvorrichtung entwickelt, die eine Spur, wie zum Beispiel eine weiße Linie oder eine gelbe Linie beim Fahren auf einer Autobahn erkennt und ein automatisches Fahren eines Fahrzeugs, das der Spur folgt, unterstützt. Es ist bekannt, dass bei einem Fahrzeug, das mit einer derartigen Hilfsvorrichtung und einer elektrischen Servolenkvorrichtung ausgestattet ist, wenn eine Rechts/Links-Differenz bei einer Reibung des Verlangsamungsmechanismus 544 vorliegt, die Steuerung der Hilfsvorrichtung beeinträchtigt sein kann, die bewirkt, dass sich das Fahrzeug gerade entlang der Mitte der Spur bewegt. Gemäß der Reibungskompensation durch die Reibungskompensationswert-Berechnungseinheit 250 des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann selbst in einem Fall, in dem eine Rechts/Links-Differenz bei einer Reibung des Verlangsamungsmechanismus 544 vorliegt, eine Reibung folgend geschätzt werden, so dass obiges Problem gelöst werden kann. Die Winkelgeschwindigkeit ω des Motors 543, die die Ausgabe des Steuerziels 560 ist, umfasst Informationen über eine Rechts/Links-Differenz bei einer Reibung des Verlangsamungsmechanismus 544.
Die vorliegenden Erfinder haben die Auswirkung, die erhalten wird durch Anwenden der einem Modell folgenden Steuerung durch die Steuervorrichtung 100 des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels durch Durchführen einer tatsächlichen Fahrzeugmessung, bestätigt. Bei der tatsächlichen Fahrzeugmessung werden ein Fall, in dem die einem Modell folgende Steuerung nicht angewendet wird, und ein Fall, in dem die einem Modell folgende Steuerung angewendet wird, für sowohl Drehmomentwelligkeit, als auch Viskositätsgefühl, Reibung und Trägheitsgefühl verglichen.
Die 5, 7, 9 und 11 stellen Messergebnisse des Lenkwinkels [Grad] und des Torsionsdrehmoments [Nm] in einem Fall dar, in dem die einem Modell folgende Steuerung nicht angewendet wird. Die 6, 8, 10 und 12 stellen Messergebnisse des Lenkwinkels [Grad] und des Torsionsdrehmoments [Nm] in einem Fall dar, in dem die einem Modell folgende Steuerung angewendet wird. In den Graphen der 5 bis 12 stellt die Horizontalachse den Lenkwinkel [Grad] dar und stellt die Vertikalachse das Torsionsdrehmoment [Nm] dar. Das Torsionsdrehmoment ist ein Torsionsstabdrehmoment und ist ein Lenkdrehmoment T_h.
Die 5 und 6 stellen Signalverläufe dar, wenn das Lenkrad 521 mit 90 [Grad/s] gelenkt wird. Bezug nehmend auf die vergrößerten Ansichten der 5 und 6 wird bestätigt, dass der Signalverlauf von 6, auf den die einem Modell folgende Steuerung angewendet wird, eine kleinere Drehmomentwelligkeit aufweist, als der Signalverlauf von 5, auf den die einem Modell folgende Steuerung nicht angewendet wird. Folglich wurde bestätigt, dass die Drehmomentwelligkeit zu dem Zeitpunkt des Lenkens des Lenkrads 521 reduziert werden kann durch Anwenden der einem Modell folgenden Steuerung.
Die 7 und 8 stellen Signalverläufe dar, wenn das Lenkrad 521 mit einer Lenkfrequenz von 2 Hz gelenkt wird. Aus den 7 und 8 wird bestätigt, dass eine Fluktuationsmenge D1em des Torsionsdrehmoments in einem Signalverlauf EM1 aus 8, auf den die einem Modell folgende Steuerung angewendet wird, kleiner ist als eine Fluktuationsmenge D1ce des Torsionsdrehmoments in einem Signalverlauf CE1 aus 7, auf den die einem Modell folgende Steuerung nicht angewendet wird. Folglich wurde bestätigt, dass das Viskositätsgefühl zu dem Zeitpunkt des Lenkens des Lenkrads 521 reduziert werden kann durch Anwenden der einem Modell folgenden Steuerung.
Die 9 und 10 stellen Signalverläufe dar, wenn das Lenkrad 521 mit ± 10 Grad gelenkt wird, wobei die Lenkfrequenz auf 0,5 Hz eingestellt ist. Aus den 9 und 10 wird bestätigt, dass eine Breite D2em, die durch den Pfeil in einem Signalverlauf EM2 in 10 angezeigt wird, auf den die einem Modell folgende Steuerung angewendet wird, kleiner ist als eine Breite D2ce, die durch den Pfeil in einem Signalverlauf CE2 in 9 angezeigt wird, auf den die einem Modell folgende Steuerung nicht angewendet wird. Beide Breiten D2ce und D2em entsprechen dem Betrag an Reibung. Deshalb wurde bestätigt, dass die Reibung zu dem Zeitpunkt des Lenkens des Lenkrads 521 reduziert werden kann durch Anwenden der einem Modell folgenden Steuerung.
Die 11 und 12 stellen Signalverläufe dar, wenn das Lenkrad 521 mit einer Lenkfrequenz von 2 Hz zurückgedreht wird. In 11 zeigt eine Ellipse in unterbrochener Linie Ece einen Signalverlaufabschnitt, wenn das Lenkrad 521 zurückgedreht wird. In 12 zeigt eine Ellipse in unterbrochener Linie Eem einen Signalverlaufabschnitt an, wenn das Lenkrad 521 zurückgedreht wird. Aus den 11 und 12 wird bestätigt, dass das Rasten, das durch die Trägheit zu dem Zeitpunkt des Zurückdrehens in dem Signalverlauf EM3 aus 12 verursacht wird, auf den die einem Modell folgende Steuerung angewendet wird, kleiner ist als das Rasten, das verursacht wird durch die Trägheit zu dem Zeitpunkt eines Zurückdrehens in dem Signalverlauf CE3 aus 11, auf dem die einem Modell folgende Steuerung nicht angewendet wird. Folglich wurde bestätigt, dass das Trägheitsgefühl zu dem Zeitpunkt des Lenkens des Lenkrads 521 reduziert werden kann durch Anwenden der einem Modell folgenden Steuerung.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele eingeschränkt und andere Ausbildungen und andere Verfahren können innerhalb des Schutzbereichs der technischen Idee der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Unterstützungssteuereinheit derart ausgebildet, dass die Übertragungsfunktion des Steuerziels beschränkt wird durch die Übertragungsfunktion des Nominalmodells in dem Frequenzband, in dem die Verstärkung bei der Verstärkungseigenschaft der komplementären Empfindlichkeitsfunktion in Bezug auf den Modellierfehler zwischen dem Steuerziel und dem Nominalmodell 1 beträgt, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf eingeschränkt. Die Unterstützungssteuereinheit könnte derart ausgebildet sein, dass die Übertragungsfunktion des Steuerziels beschränkt wird durch die Übertragungsfunktion des Nominalmodells in dem Frequenzband, in dem die Verstärkung bei der Verstärkungseigenschaft der komplementären Empfindlichkeitsfunktion in Bezug auf den Modellierfehler zwischen dem Steuerziel und dem Nominalmodell etwa 1 beträgt. „Die Verstärkung beträgt im Wesentlichen 1“ beinhaltet beispielsweise einen Fall, in dem die Verstärkung 0,8 oder mehr und 1,2 oder weniger ist, zusätzlich zu einem Fall, in dem die Verstärkung 1 beträgt. Der Zahlenbereich ist beispielsweise ein Bereich, in dem die Verstärkung der wesentlichen Störunterdrückungseigenschaft auf 1 angepasst werden kann, und zwar in Anbetracht der positiven Effizienz und der umgekehrten Effizienz des Schneckenrads, wenn der Verlangsamungsmechanismus, der mit dem Motor verbunden ist, das Schneckenrad umfasst. Da die Effizienz des Schneckenrads etwa 0,8 beträgt, ist es nötig, die Verstärkung um ±0.2 in Bezug auf den Zielwert 1 anzupassen.
Bei dem obigen Ausführungsbeispiel ist, wenn die Übertragungsfunktion des Tiefpassfilters Q(s) beträgt und die Übertragungsfunktion des Hochpassfilters HPF(s) ist, die komplementäre Empfindlichkeitsfunktion eine Funktion, die dargestellt wird durch Q(s) · HPF(s), die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf eingeschränkt. In einem Fall beispielsweise, in dem die Übertragungsfunktion des Steuerziels gleich der Übertragungsfunktion des Nominalmodells ist, kann die komplementäre Empfindlichkeitsfunktion durch Q(s) dargestellt sein.
Das Nominalmodell kann ein Modell mit einer beliebigen Übertragungsfunktion sein. Beispielsweise kann die Übertragungsfunktion P_n(s) des Nominalmodells durch folgende Formel (7) ausgedrückt sein, wobei das Steuerziel als ein Trägheit-Eins-System den Motor umfasst. $P_{n} (s) = \frac{1}{J_{m_{n}} s + B_{m_{n}}}$
In der Formel (7) ist s ein Laplace-Transformierer, J_mn ist ein Parameter, der das Trägheitsmoment des Nominalmodells darstellt, und B_mn ist ein Parameter, der den Viskosreibungskoeffizienten des Nominalmodells darstellt.
Das Korrekturdrehmoment, das durch die Unterstützungssteuereinheit erzeugt wird, könnte ein beliebiges Drehmoment sein, das das Eingangsdrehmoment korrigiert, und das Eingangsdrehmoment könnte in jeder beliebigen Weise korrigiert werden. Die Unterstützungssteuereinheit könnte das Eingangsdrehmoment durch das Korrekturdrehmoment, das gesteuert werden soll, korrigieren, das nicht die Rückkopplungssteuerung ist, wie zum Beispiel die Vorwärtssteuerung.
Das Steuerziel der Steuervorrichtung und des Steuerverfahrens bei der vorliegenden Offenbarung könnte ein beliebiger Teil des Lenkmechanismus sein, solange das Steuerziel zumindest einen Motor beinhaltet. Das Steuerziel könnte ein Steuerziel eines Trägheit-Eins-Systems oder ein Steuerziel eines Trägheit-Zwei-Systems oder mehr sein.
Bezugszeichenliste

100: Steuervorrichtung
210: Reaktionskraftsteuereinheit
230: Unterstützungssteuereinheit
232: Tiefpassfilter
233: Hochpassfilter
250: Reibungskompensationswert-Berechnungseinheit
260: Störkompensationswert-Berechnungseinheit
280: Zustandsrückkopplungseinheit
521: Lenkrad
524a: Eingangswelle
524b: Ausgangswelle
530: Lenkmechanismus
543: Motor
546: Torsionsstab
560: Steuerziel
1000: elektrische Servolenkvorrichtung
Cf1: erste Grenzfrequenz
Cf2: zweite Grenzfrequenz
P(s): Übertragungsfunktion des Steuerziels
Pn(s): Übertragungsfunktion des Nominalmodells
T(s): komplementäre Empfindlichkeitsfunktion
Ta: Differenzdrehmoment
Tf: Korrekturdrehmoment
Th: Lenkdrehmoment (Torsionsstabdrehmoment)
Tp: Drehmoment
Tr: Eingangsdrehmoment
Vd: Störkompensationswert
Vf: Reibungskompensationswert
Vs: Zustandskompensationswert
θa: Rotationswinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2018183046 A [0002]

Claims

Steuervorrichtung (100), die ein Steuerziel (560) steuert, das zumindest einen Motor (543) in einem Lenkmechanismus (530) aufweist, der eine Eingangswelle (524a), mit der ein Lenkrad verbunden ist, das durch eine lenkende Person gelenkt wird, eine Ausgangswelle (524b), die über einen Torsionsstab mit der Eingangswelle verbunden ist, und den Motor (543) aufweist, der mit der Ausgangswelle verbunden ist, wobei die Steuervorrichtung folgende Merkmale aufweist. eine Reaktionskraftsteuereinheit (210), die ein Eingangsdrehmoment, das in das Steuerziel eingegeben wird, basierend auf einem Torsionsstabdrehmoment erzeugt, das in dem Torsionsstab erzeugt wird, und eine Reaktionskraft steuert, die von dem Lenkrad an die lenkende Person übertragen wird; und eine Unterstützungssteuereinheit (230), die ein Korrekturdrehmoment zum Korrigieren des Eingangsdrehmoments basierend auf einer Ausgabe des Steuerziels und einem Nominalmodell erzeugt, wobei die Unterstützungssteuereinheit derart ausgebildet ist, dass eine Übertragungsfunktion des Steuerziels beschränkt ist durch eine Übertragungsfunktion des Nominalmodells in einem Frequenzband, in dem eine Verstärkung bei einer Verstärkungseigenschaft einer komplementären Empfindlichkeitsfunktion in Bezug auf einen Modellierfehler zwischen dem Steuerziel und dem Nominalmodell etwa 1 beträgt, und das Nominalmodell ein Modell ist, bei dem mechanische Eigenschaften beim Lenken des Lenkrads durch eine lenkende Person berücksichtigt werden.
Steuervorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, bei der eine Ordnung der Übertragungsfunktion des Nominalmodells 3 oder mehr beträgt.
Steuervorrichtung (100), die ein Steuerziel (560) steuert, das zumindest einen Motor (543) in einem Lenkmechanismus (530) aufweist, der eine Eingangswelle (524a), mit der ein Lenkrad verbunden ist, das durch eine lenkende Person gelenkt wird, eine Ausgangswelle (524b), die über einen Torsionsstab mit der Eingangswelle verbunden ist, und den Motor (543) aufweist, der mit der Ausgangswelle verbunden ist, wobei die Steuervorrichtung folgende Merkmale aufweist. eine Reaktionskraftsteuereinheit (210), die ein Eingangsdrehmoment, das in das Steuerziel eingegeben wird, basierend auf einem Torsionsstabdrehmoment erzeugt, das in dem Torsionsstab erzeugt wird, und eine Reaktionskraft steuert, die von dem Lenkrad an die lenkende Person übertragen wird; und eine Unterstützungssteuereinheit (230), die ein Korrekturdrehmoment zum Korrigieren des Eingangsdrehmoments basierend auf einer Ausgabe des Steuerziels und einem Nominalmodell erzeugt, wobei die Unterstützungssteuereinheit derart ausgebildet ist, dass eine Übertragungsfunktion des Steuerziels beschränkt ist durch eine Übertragungsfunktion des Nominalmodells in einem Frequenzband, in dem eine Verstärkung bei einer Verstärkungseigenschaft einer komplementären Empfindlichkeitsfunktion in Bezug auf einen Modellierfehler zwischen dem Steuerziel und dem Nominalmodell etwa 1 beträgt, und eine Ordnung der Übertragungsfunktion des Nominalmodells 3 oder mehr beträgt.
Steuervorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der das Nominalmodell ein Modell mit einer Frequenzeigenschaft zwischen einem Trägheit-Eins-System und einem Trägheit-Zwei-System ist.
Steuervorrichtung (100), die ein Steuerziel (560) steuert, das zumindest einen Motor (543) in einem Lenkmechanismus (530) aufweist, der eine Eingangswelle (524a), mit der ein Lenkrad verbunden ist, das durch eine lenkende Person gelenkt wird, eine Ausgangswelle (524b), die über einen Torsionsstab mit der Eingangswelle verbunden ist, und den Motor (543) aufweist, der mit der Ausgangswelle verbunden ist, wobei die Steuervorrichtung folgende Merkmale aufweist. eine Reaktionskraftsteuereinheit (210), die ein Eingangsdrehmoment, das in das Steuerziel eingegeben wird, basierend auf einem Torsionsstabdrehmoment erzeugt, das in dem Torsionsstab erzeugt wird, und eine Reaktionskraft steuert, die von dem Lenkrad an die lenkende Person übertragen wird; und eine Unterstützungssteuereinheit (230), die ein Korrekturdrehmoment zum Korrigieren des Eingangsdrehmoments basierend auf einer Ausgabe des Steuerziels und einem Nominalmodell erzeugt, wobei die Unterstützungssteuereinheit derart ausgebildet ist, dass eine Übertragungsfunktion des Steuerziels beschränkt ist durch eine Übertragungsfunktion des Nominalmodells in einem Frequenzband, in dem eine Verstärkung bei einer Verstärkungseigenschaft einer komplementären Empfindlichkeitsfunktion in Bezug auf einen Modellierfehler zwischen dem Steuerziel und dem Nominalmodell etwa 1 beträgt, und das Nominalmodell ein Modell mit einer Frequenzeigenschaft zwischen einem Trägheit-Eins-System und einem Trägheit-Zwei-System ist.
Steuervorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Unterstützungssteuereinheit (230) folgende Merkmale aufweist: ein Hochpassfilter (233) mit einer ersten Grenzfrequenz; und ein Tiefpassfilter (232) mit einer zweiten Grenzfrequenz, die höher ist als die erste Grenzfrequenz, und wenn eine Übertragungsfunktion des Tiefpassfilters Q(s) ist und eine Übertragungsfunktion des Hochpassfilters HPF(s) ist, die komplementäre Empfindlichkeitsfunktion ausgedrückt wird durch Q(s) · HPF(s).
Steuervorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der eine Formel, die die Übertragungsfunktion des Nominalmodells darstellt, eine Formel ist, die erhalten wird durch Addieren eines Dämpfungsterms zu einer Formel, die ein Trägheit-Zwei-System darstellt.
Steuervorrichtung (100) gemäß Anspruch 7, bei der eine Übertragungsfunktion P_n(s) des Nominalmodells durch folgende Formel ausgedrückt wird: $P_{n} (s) = \frac{1}{J_{S T G_{n}} s + B_{S T G_{n}}} \frac{s^{2} + 2 ζ_{1 n} ω_{1 n} s + ω_{1 n}^{2}}{s^{2} + 2 ζ_{2 n} ω_{2 n} s + ω_{2 n}^{2}}$
wobei s ein Laplace-Transformierer ist, J_STGn ein Parameter ist, der ein Trägheitsmoment des Nominalmodells darstellt, B_STGn ein Parameter ist, der einen Viskosreibungskoeffizienten des Nominalmodells darstellt, ω_1n eine Frequenz an einem Nullpunkts der Übertragungsfunktion P_n(s) ist, ω_2n eine Frequenz eines Pols der Übertragungsfunktion P_n(s) ist, ζ_1n ein Dämpfungsverhältnis an einem Nullpunkt der Übertragungsfunktion P_n(s) ist und ζ_2n ein Dämpfungsverhältnis an einem Pol der Übertragungsfunktion P_n(s) ist.
Steuervorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, die ferner folgendes Merkmal aufweist: eine Zustandsrückkopplungseinheit (280), die einen Zustandskompensationswert zu dem Eingangsdrehmoment basierend auf der Ausgabe des Steuerziels zurückführt, so dass eine scheinbare Übertragungsfunktion des Steuerziels sich einer Übertragungsfunktion des Nominalmodells annähert.
Steuervorrichtung (100) gemäß Anspruch 9, bei der die Zustandsrückkopplungseinheit (280) den Zustandskompensationswert an das Eingangsdrehmoment zurückführt, nachdem der Zustandskompensationswert durch das Korrekturdrehmoment korrigiert wurde und bevor der Zustandskompensationswert in das Steuerziel eingegeben wird.
Steuervorrichtung (100) gemäß Anspruch 9 oder 10, bei der der Zustandskompensationswert einen Kompensationswert aufweist, der zumindest einen Teil einer Trägheitskraft, die in dem Steuerziel erzeugt wird, einer Viskositätskraft, die in dem Steuerziel erzeugt wird, und einer Reibungskraft kompensiert, die in dem Steuerziel erzeugt wird.
Steuervorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, bei der die Unterstützungssteuereinheit (230) das Korrekturdrehmoment basierend auf einer Differenz zwischen einem Drehmoment, das unter Verwendung des Nominalmodells basierend auf einer Ausgabe des Steuerziels berechnet wird, und dem Eingangsdrehmoment erzeugt, bevor der Zustandskompensationswert zurückgeführt wird, nachdem er durch das Korrekturdrehmoment korrigiert wurde.
Steuervorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, bei der die Unterstützungssteuereinheit (230) das Korrekturdrehmoment basierend auf einem Rotationswinkel der Eingangswelle erzeugt.
Steuervorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der die Unterstützungssteuereinheit (230) eine Störkompensationswert-Berechnungseinheit (260) aufweist, die einen Störkompensationswert zum Kompensieren zumindest eines Teils eines Rückstellmoments berechnet, das in dem Steuerziel erzeugt wird, und das Korrekturdrehmoment den Störkompensationswert aufweist.
Steuervorrichtung (100) gemäß Anspruch 14, bei der der Störkompensationswert einen Kompensationswert zum Kompensieren zumindest eines Teils einer Reibungskraft, die in dem Steuerziel erzeugt wird, eines Stördrehmoments, das verursacht wird durch Spiel, das in dem Steuerziel erzeugt wird, und einer Drehmomentwelligkeit aufweist, die in dem Steuerziel erzeugt wird.
Steuervorrichtung (100) gemäß Anspruch 14 oder 15, bei der die Störkompensationswert-Berechnungseinheit den Störkompensationswert basierend auf einem Differenzdrehmoment berechnet, das eine Differenz zwischen dem Eingangsdrehmoment und einem Drehmoment ist, das unter Verwendung des Nominalmodells basierend auf der Ausgabe des Steuerziels berechnet wird.
Elektrische Servolenkvorrichtung (1000), die folgende Merkmale aufweist: die Steuervorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16; und den Lenkmechanismus (530).
Steuerverfahren zum Steuern eines Steuerziels (560), das zumindest einen Motor (543) in einem Lenkmechanismus (530) aufweist, der eine Eingangswelle (524a), mit der ein Lenkrad verbunden ist, das durch eine lenkende Person gelenkt wird, eine Ausgangswelle (524b), die über einen Torsionsstab mit der Eingangswelle verbunden ist, und den Motor (543) aufweist, der mit der Ausgangswelle verbunden ist, wobei das Steuerverfahren folgende Schritte aufweist: Erzeugen eines Eingangsdrehmoments, das in das Steuerziel eingegeben wird, basierend auf einem Torsionsstabdrehmoment, das in dem Torsionsstab erzeugt wird, und Steuern einer Reaktionskraft, die von dem Lenkrad an die lenkende Person übertragen wird; und Erzeugen eines Korrekturdrehmoments zum Korrigieren des Eingangsdrehmoments basierend auf einer Ausgabe des Steuerziels und einem Nominalmodell, wobei das Erzeugen des Korrekturdrehmoments ein Beschränken einer Übertragungsfunktion des Steuerziels durch eine Übertragungsfunktion des Nominalmodells in einem Frequenzband aufweist, in dem eine Verstärkung bei einer Verstärkungseigenschaft einer komplementären Empfindlichkeitsfunktion in Bezug auf einen Modellierfehler zwischen dem Steuerziel und dem Nominalmodell etwa 1 beträgt, und das Nominalmodell ein Modell ist, bei dem mechanische Eigenschaften beim Steuern des Lenkrads durch die lenkende Person berücksichtigt werden.
Steuerverfahren zum Steuern eines Steuerziels (560), das zumindest einen Motor (543) in einem Lenkmechanismus (530) aufweist, der eine Eingangswelle (524a), mit der ein Lenkrad verbunden ist, das durch eine lenkende Person gelenkt wird, eine Ausgangswelle (524b), die über einen Torsionsstab mit der Eingangswelle verbunden ist, und den Motor (543) aufweist, der mit der Ausgangswelle verbunden ist, wobei das Steuerverfahren folgende Schritte aufweist: Erzeugen eines Eingangsdrehmoments, das in das Steuerziel eingegeben wird, basierend auf einem Torsionsstabdrehmoment, das in dem Torsionsstab erzeugt wird, und Steuern einer Reaktionskraft, die von dem Lenkrad an die lenkende Person übertragen wird; und Erzeugen eines Korrekturdrehmoments zum Korrigieren des Eingangsdrehmoments basierend auf einer Ausgabe des Steuerziels und einem Nominalmodell, wobei das Erzeugen des Korrekturdrehmoments ein Beschränken einer Übertragungsfunktion des Steuerziels durch eine Übertragungsfunktion des Nominalmodells in einem Frequenzband aufweist, in dem eine Verstärkung bei einer Verstärkungseigenschaft einer komplementären Empfindlichkeitsfunktion in Bezug auf einen Modellierfehler zwischen dem Steuerziel und dem Nominalmodell etwa 1 beträgt, und eine Ordnung einer Übertragungsfunktion des Nominalmodells 3 oder mehr beträgt.
Steuerverfahren zum Steuern eines Steuerziels (560), das zumindest einen Motor (543) in einem Lenkmechanismus (530) aufweist, der eine Eingangswelle (524a), mit der ein Lenkrad verbunden ist, das durch eine lenkende Person gelenkt wird, eine Ausgangswelle (524b), die über einen Torsionsstab mit der Eingangswelle verbunden ist, und den Motor (543) aufweist, der mit der Ausgangswelle verbunden ist, wobei das Steuerverfahren folgende Schritte aufweist: Erzeugen eines Eingangsdrehmoments, das in das Steuerziel eingegeben wird, basierend auf einem Torsionsstabdrehmoment, das in dem Torsionsstab erzeugt wird, und Steuern einer Reaktionskraft, die von dem Lenkrad an die lenkende Person übertragen wird; und Erzeugen eines Korrekturdrehmoments zum Korrigieren des Eingangsdrehmoments basierend auf einer Ausgabe des Steuerziels und einem Nominalmodell, wobei das Erzeugen des Korrekturdrehmoments ein Beschränken einer Übertragungsfunktion des Steuerziels durch eine Übertragungsfunktion des Nominalmodells in einem Frequenzband aufweist, in dem eine Verstärkung bei einer Verstärkungseigenschaft einer komplementären Empfindlichkeitsfunktion in Bezug auf einen Modellierfehler zwischen dem Steuerziel und dem Nominalmodell etwa 1 beträgt, und das Nominalmodell ein Modell mit einer Frequenzeigenschaft zwischen einem Trägheit-Eins-System und einem Trägheit-Zwei-System ist.