DE112020003777T5

DE112020003777T5 - Elektrischer servolenkapparat, steuervorrichtung, die in einem elektrischen servolenkapparat verwendet wird, und steuerverfahren

Info

Publication number: DE112020003777T5
Application number: DE112020003777.0T
Authority: DE
Inventors: Shuji Endo; Hiroyuki Ishimura
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec Corp
Priority date: 2019-08-09
Filing date: 2020-08-06
Publication date: 2022-06-30
Also published as: CN114206707B; CN114206707A; WO2021029328A1; JPWO2021029328A1; US20220266894A1

Abstract

Ein Prozessor gemäß einem Ausführungsbeispiel führt Folgendes aus: Erhalten eines Lenkdrehmoments, das durch einen Lenkdrehmomentsensor erfasst wird, und einer Fahrzeuggeschwindigkeit, die durch einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor erfasst wird; Ändern eines Gewinns und einer Phase, die auf das Lenkdrehmoment angewendet werden sollen, gemäß einer Lenkfrequenz, wenn ein Fahrer ein Lenkrad bedient; Bestimmen einer Größe eines Unterstützungsdrehmoments auf Basis des Lenkdrehmoments, auf das der Gewinn und die Phase angewendet wurden, und der Fahrzeuggeschwindigkeit; und Erzeugen eines Drehmomentsollwerts, der verwendet werden soll, um ein Antreiben des Motors zu steuern, auf Basis des bestimmten Unterstützungsdrehmoments.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen elektrischen Servolenkapparat, eine Steuervorrichtung, die in dem elektrischen Servolenkapparat verwendet wird, und ein Steuerverfahren.
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität auf Basis der japanischen Patentanmeldung Nr. 2019-147869 , eingereicht in Japan am 9. August 2019, deren Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
HINTERGRUNDTECHNIK
Ein Automobil, das mit einem elektrischen Servolenkapparat (electric power steering, EPS) ausgestattet ist, der einen Elektromotor (im Folgenden einfach als „Motor“ bezeichnet) umfasst, ist weitverbreitet. Der elektrische Servolenkapparat ist ein Apparat, der die Lenkradbedienung eines Fahrers durch Antreiben des Motors unterstützt. Ein Lenkrad wird in manchen Fällen auch als Griff bezeichnet.
In den letzten Jahren war es erforderlich, dass eine Unterstützungskraft des elektrischen Servolenkapparats in Bezug auf das Lenken durch den Fahrer je nach Fahrzeugtyp unterschiedliche Lenkcharakteristika aufweist. Darüber hinaus war es sogar für denselben Fahrzeugtyp erforderlich, unterschiedliche Lenkcharakteristika abhängig von Geschlecht, Alter, Fahrerfahrung, Fahrsituation und dergleichen bereitzustellen. Als eine der Techniken zum Verbessern des Lenkgefühls eines Fahrers offenbart Patentliteratur 1 eine Technik zum Durchführen einer größeren Verzögerungsphasenkompensation bei einem Drehmomentsignal, wenn ein Lenkwinkel zunimmt.
REFERENZLISTE
PATENTLITERATUR
Patentliteratur 1: JP 6131208 B2
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHE PROBLEME
Es besteht ein Verbesserungsbedarf bezüglich eines Lenkgefühls, das für unterschiedliche Fahrsituationen geeignet ist.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung stellen eine Steuervorrichtung und ein Steuerverfahren für einen elektrischen Servolenkapparat bereit, der in der Lage ist, das Lenkgefühl eines Fahrers zu verbessern. Zusätzlich stellen die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung auch einen elektrischen Servolenkapparat bereit, der die Steuervorrichtung umfasst.
LÖSUNGEN DER PROBLEME
Bei einem nichteinschränkenden veranschaulichenden Ausführungsbeispiel ist eine Steuervorrichtung der vorliegenden Offenbarung eine Steuervorrichtung, die in einem elektrischen Servolenkapparat, der einen Motor umfasst, verwendet wird und dazu konfiguriert ist, ein Antreiben des Motors zu steuern, wobei die Steuervorrichtung Folgendes umfasst: einen Prozessor; und einen Speicher, der ein Programm zum Steuern eines Betriebs des Prozessors speichert. Gemäß dem Programm führt der Prozessor Folgendes aus: Erhalten eines Lenkdrehmoments, das durch einen Lenkdrehmomentsensor erfasst wird, und einer Fahrzeuggeschwindigkeit, die durch einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor erfasst wird; Ändern eines Gewinns und einer Phase, die auf das Lenkdrehmoment angewendet werden sollen, gemäß einer Lenkfrequenz, wenn ein Fahrer ein Lenkrad bedient; Bestimmen einer Größe eines Unterstützungsdrehmoments auf Basis des Lenkdrehmoments, auf das der Gewinn und die Phase angewendet wurden, und der Fahrzeuggeschwindigkeit; und Erzeugen eines Drehmomentsollwerts, der verwendet werden soll, um ein Antreiben des Motors zu steuern, auf Basis des bestimmten Unterstützungsdrehmoments.
Bei einem nichteinschränkenden veranschaulichenden Ausführungsbeispiel ist ein Steuerverfahren der vorliegenden Offenbarung ein Steuerverfahren, das bei einem elektrischen Servolenkapparat, der einen Motor umfasst, verwendet wird und dazu konfiguriert ist, ein Antreiben des Motors zu steuern. Das Steuerverfahren umfasst folgende Schritte: Erhalten eines Lenkdrehmoments, das durch einen Lenkdrehmomentsensor erfasst wird, und einer Fahrzeuggeschwindigkeit, die durch einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor erfasst wird; Ändern eines Gewinns und einer Phase, die auf das Lenkdrehmoment angewendet werden sollen, gemäß einer Lenkfrequenz, wenn ein Fahrer ein Lenkrad bedient; Bestimmen einer Größe eines Unterstützungsdrehmoments auf Basis des Lenkdrehmoments, auf das der Gewinn und die Phase angewendet wurden, und der Fahrzeuggeschwindigkeit; und Erzeugen eines Drehmomentsollwerts, der verwendet werden soll, um ein Antreiben des Motors zu steuern, auf Basis des bestimmten Unterstützungsdrehmoments.
VORTEILHAFTE AUSWIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Gemäß den veranschaulichenden Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung kann das Lenkgefühl des Fahrers verbessert werden.
Figurenliste

1 veranschaulicht auf schematische Weise ein Konfigurationsbeispiel eines elektrischen Servolenkapparats gemäß einem Ausführungsbeispiel.
2 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Steuervorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
3 ist ein Funktionsblockdiagramm, das auf Basis eines Funktionsblocks Funktionen, die auf einem Prozessor befestigt sind, gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
4 ist ein Graph, der die Steuerung zum Ändern eines Gewinns entsprechend einer Lenkfrequenz gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
5 ist ein Graph, der die Steuerung zum Ändern einer Phase entsprechend der Lenkfrequenz gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
6 ist eine Ansicht zum Beschreiben der Lenkfrequenz gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel.
7 ist ein Graph, der eine Wellenform einer Lenkcharakteristik als Simulationsergebnis gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
8 ist ein Graph, der eine Wellenform einer Lenkcharakteristik als Simulationsergebnis gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
9 ist ein Graph, der eine Wellenform einer Lenkcharakteristik als Simulationsergebnis gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel veranschaulicht.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Wie oben beschrieben ist, ist als eine der Techniken zum Verbessern des Lenkgefühls eines Fahrers eine Technik zum Durchführen einer größeren Verzögerungsphasenkompensation bei einem Drehmomentsignal bekannt, wenn ein Lenkwinkel zunimmt. Eine derartige Technik ist jedoch in einer Situation vorteilhaft, in der ein sanftes Fahrgefühl erforderlich ist, beispielsweise in einem Fall, in dem ein Komfortmodus als Fahrmodus ausgewählt ist, aber nicht in einer Situation, in der ein agiles Fahrgefühl erforderlich ist, beispielsweise in einem Sportmodus.
In den letzten Jahren wurde nicht nur eine von dem Fahrer empfundene Lenklast wie „schwer“ oder „leicht“ gefordert, sondern auch eine Agilität, beispielsweise ein Fahrzeug, das „sanft“ oder „schnell“ auf ein Lenken reagiert. Insbesondere werden Lenkcharakteristika wie „schnelles Reagieren bei schwerer Lenklast“ und „sanftes Reagieren bei leichter Lenklast“ gefordert. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung bieten derartige Lenkcharakteristika.
Unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen wird nachfolgend eine spezifische Beschreibung einer Steuervorrichtung und eines Steuerverfahrens für einen elektrischen Servolenkapparat gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung gegeben, sowie eines elektrischen Servolenkapparats, der die Steuervorrichtung umfasst. In einigen Fällen wird jedoch auf eine über das erforderliche Maß hinausgehende spezifische Beschreibung verzichtet. So können zum Beispiel ausführliche Beschreibungen bekannter Sachverhalte und doppelte Beschreibungen von im Wesentlichen gleichen Konfigurationen entfallen. Dies dient dazu, eine unnötige Redundanz bei der folgenden Beschreibung zu vermeiden und das Verständnis der Fachleute auf dem Gebiet zu erleichtern.
Die folgenden Ausführungsbeispiele sind veranschaulichend, und die Steuervorrichtung und das Steuerverfahren für einen elektrischen Servolenkapparat gemäß der vorliegenden Offenbarung sind nicht auf die vorliegenden Ausführungsbeispiele beschränkt. Beispielsweise sind die Zahlenwerte, die Schritte, die Reihenfolge der Schritte und dergleichen, die bei den folgenden Ausführungsbeispielen veranschaulicht sind, nur veranschaulichend, und verschiedene Modifikationen können vorgenommen werden, sofern keine technischen Inkonsistenzen auftreten. Die weiter unten beschriebenen Ausführungsbeispiele sind veranschaulichend, und verschiedene Kombinationen sind möglich, sofern keine technischen Inkonsistenzen auftreten.
1. Konfiguration eines elektrischen Servolenkapparats
1 ist ein Diagramm, das auf schematische Weise ein Konfigurationsbeispiel eines elektrischen Servolenkapparats 1000 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
Der elektrische Servolenkapparat 1000 (nachfolgend als „EPS“ bezeichnet) umfasst ein Lenksystem 520 und einen Unterstützungsdrehmomentmechanismus 540, der ein Unterstützungsdrehmoment erzeugt. Das EPS 1000 erzeugt das Unterstützungsdrehmoment zum Unterstützen eines Lenkdrehmoments des Lenksystems, das erzeugt wird, wenn ein Fahrer ein Lenkrad bedient. Das Unterstützungsdrehmoment reduziert eine Betriebslast für den Fahrer.
Das Lenksystem 520 umfasst beispielsweise ein Lenkrad 521, eine Lenkwelle 522, Kardangelenke 523A und 523B, eine Drehwelle 524, ein Zahnstangenmechanismus 525, eine Zahnstangenwelle 526, linke und rechte Kugelgelenke 552A und 552B, Spurstangen 527A und 527B, Gelenkverbindungen 528A und 528B sowie linke und rechte gelenkte Räder 529A und 529B.
Der Unterstützungsdrehmomentmechanismus 540 umfasst beispielsweise einen Lenkdrehmomentsensor 541, einen Lenkwinkelsensor 542, eine elektronische Steuereinheit (ECU) 100 für Automobile, einen Motor 543, ein Verzögerungsgetrieberad 544, einen Inverter 545 und einen Torsionsstab 546. Der Lenkdrehmomentsensor 541 erfasst ein Lenkdrehmoment in dem Lenksystem 520 durch Erfassen des Betrags der Torsion des Torsionsstabs 546. Der Lenkwinkelsensor 542 erfasst einen Lenkwinkel des Lenkrads.
Die ECU 100 erzeugt ein Motorantriebssignal auf Basis der Erfassungssignale, die durch den Lenkdrehmomentsensor 541, den Lenkwinkelsensor 542, einen auf dem Fahrzeug befestigten Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (nicht veranschaulicht) oder dergleichen erfasst werden, und gibt das Motorantriebssignal an den Inverter 545 aus. Der Inverter 545 wandelt beispielsweise Gleichstrom in dreiphasigen Wechselstrom mit Pseudosinuswellen der A-Phase, B-Phase und C-Phase entsprechend dem Motorantriebssignal um und liefert die Leistung an den Motor 543. Der Motor 543 ist beispielsweise ein Oberflächen-Dauermagnet-Synchronmotor (surface permanent-magnet synchronous motor, SPMSM) oder ein geschalteter Reluktanzmotor (switched reluctance motor, SRM) und wird mit dem dreiphasigen Wechselstrom versorgt, um ein Unterstützungsdrehmoment zu erzeugen, das dem Lenkdrehmoment entspricht. Der Motor 543 überträgt das erzeugte Unterstützungsdrehmoment über das Verzögerungsgetrieberad 544 auf das Lenksystem 520. Nachfolgend wird die ECU 100 als Steuervorrichtung 100 für das EPS bezeichnet.
2. Konfigurationsbeispiel der Steuervorrichtung 100
2 ist ein Blockdiagramm, das ein typisches Beispiel einer Konfiguration der Steuervorrichtung 100 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Die Steuervorrichtung 100 umfasst beispielsweise eine Leistungsversorgungsschaltung 111, einen Winkelsensor 112, eine Eingangsschaltung 113, einen Prozessor 200, eine Kommunikationsschnittstelle 114, eine Treiberschaltung 115, einen ROM 116. Die Steuervorrichtung 100 kann als gedruckte Schaltungsplatine (PCB) verwirklicht sein, auf der diese elektrischen Komponenten implementiert sind.
Ein auf dem Fahrzeug befestigter Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 300, der Lenkdrehmomentsensor 541 und der Lenkwinkelsensor 542 sind mit dem Prozessor 200 elektrisch verbunden. Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 300, der Lenkdrehmomentsensor 541 und der Lenkwinkelsensor 542 übertragen eine Fahrzeuggeschwindigkeit v, ein Lenkdrehmoment T_tor beziehungsweise einen Lenkwinkel θ auf den Prozessor 200.
Die Steuervorrichtung 100 ist mit dem Inverter 545 elektrisch verbunden. Die Steuervorrichtung 100 steuert Schaltvorgänge einer Mehrzahl von Schaltelementen (zum Beispiel MOS-FETs), die in dem Inverter 545 enthalten sind. Insbesondere erzeugt die Steuervorrichtung 100 Steuersignale (nachfolgend als „Gate-Steuersignale“ bezeichnet) zum Steuern der Schaltvorgänge der jeweiligen Schaltelemente und gibt die Gate-Steuersignale an den Inverter 545 aus.
Die Steuervorrichtung 100 erzeugt einen Drehmomentsollwert auf Basis der Fahrzeuggeschwindigkeit v, des Lenkdrehmoments T_tor und eines Lenkwinkels θ und dergleichen und steuert ein Drehmoment und eine Drehgeschwindigkeit des Motors 543 beispielsweise durch Vektorsteuerung. Die Steuervorrichtung 100 kann nicht nur die Vektorsteuerung, sondern auch eine andere Regelung durchführen. Die Drehgeschwindigkeit wird durch die Anzahl von Umdrehungen (U/min) ausgedrückt, mit der sich ein Motor pro Zeiteinheit dreht (beispielsweise eine Minute oder die Anzahl von Umdrehungen U/sec), mit der sich der Rotor pro Zeiteinheit (beispielsweise eine Sekunde) dreht. Die Vektorsteuerung ist ein Verfahren, bei dem ein Strom, der durch den Motor strömt, in eine Stromkomponente, die zum Erzeugen eines Drehmoments beiträgt, und eine Stromkomponente, die zum Erzeugen eines Magnetflusses beiträgt, aufgeteilt wird und die Stromkomponenten, die orthogonal zueinander sind, unabhängig gesteuert werden.
Die Leistungsversorgungsschaltung 111 ist mit einer externen Leistungsversorgung (nicht veranschaulicht) verbunden und erzeugt eine Gleichspannung (beispielsweise 3 V oder 5 V), die für jeden Block in der Schaltung erforderlich ist.
Der Winkelsensor 112 ist beispielsweise ein Resolver oder ein Hallscher IC. Alternativ wird der Winkelsensor 112 auch durch eine Kombination aus einem MR-Sensor mit einem magnetoresistiven (MR) Element und einem Sensormagnet realisiert. Der Winkelsensor 112 erfasst den Drehwinkel des Rotors und gibt den Drehwinkel des Rotors an den Prozessor 200 aus. Die Steuervorrichtung 100 kann anstelle des Winkelsensors 112 einen Geschwindigkeitssensor und einen Beschleunigungssensor zum Erfassen der Drehgeschwindigkeit und der Beschleunigung des Motors umfassen.
Die Eingangsschaltung 113 empfängt einen Motorstromwert (nachfolgend als „Stromistwert“ bezeichnet), der durch einen Stromsensor (nicht veranschaulicht) erfasst wird, wandelt einen Pegel des Stromistwerts je nach Bedarf in einen Eingangspegel für den Prozessor 200 um und gibt den Stromistwert an den Prozessor 200 aus. Ein typisches Beispiel für die Eingangsschaltung 113 ist eine Analog-Digital-Wandlungsschaltung.
Der Prozessor 200 ist eine halbleiterintegrierte Schaltung und wird auch als zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) oder als Mikroprozessor bezeichnet. Der Prozessor 200 führt sequenziell ein Computerprogramm aus, das in dem ROM 116 gespeichert ist, bei dem es sich um ein Beispiel eines Speichers handelt, und einen Befehlssatz zum Steuern des Motorantriebs beschreibt, und nimmt die gewünschte Verarbeitung vor. Der Prozessor 200 wird weithin als ein Begriff interpretiert, der ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA), eine programmierbare spezifische integrierte Schaltung (ASIC) oder ein anwendungsspezifisches Standardprodukt (ASSP) mit einer CPU umfasst. Der Prozessor 200 legt einen Zielstromwert beispielsweise gemäß dem Stromistwert und dem Drehwinkel des Rotors fest, um ein PWM-Signal zu erzeugen, und gibt das PWM-Signal an die Treiberschaltung 115 aus.
Die Kommunikationsschnittstelle 114 ist eine Eingabe/Ausgabeschnittstelle, die dazu konfiguriert ist, Daten im Einklang mit beispielsweise einem fahrzeuginternen Control Array Network (CAN) zu senden und zu empfangen.
Die Treiberschaltung 115 ist typischerweise ein Gate-Treiber (oder ein Pre-Treiber). Die Treiberschaltung 115 erzeugt ein Gate-Steuersignal entsprechend dem PWM-Signal und gibt das Gate-Steuersignal an Gates der Mehrzahl von Schaltelementen, die in dem Inverter 545 enthalten sind. Es gibt einen Fall, in dem ein Gate-Treiber nicht unbedingt erforderlich ist, wenn ein Antriebsziel ein Motor ist, der bei niedriger Spannung angetrieben werden kann. In diesem Fall kann der Prozessor 200 die Funktion des Gate-Treibers haben.
Der ROM 116 ist mit dem Prozessor 200 elektrisch verbunden. Der ROM 116 ist beispielsweise ein beschreibbarer Speicher (beispielsweise ein PROM), ein wiederbeschreibbarer Speicher (zum Beispiel ein Flash-Speicher oder ein EEPROM) oder ein Nur-Lese-Speicher.
In dem ROM 116 ist ein Steuerprogramm gespeichert, das einen Befehlssatz enthält, der bewirkt, dass der Prozessor 200 den Motorantrieb steuert. Das Steuerprogramm wird beispielsweise beim Booten vorübergehend in einem RAM (nicht veranschaulicht) erweitert.
3 ist ein Funktionsblockdiagramm, das Funktionen veranschaulicht, die in dem Prozessor 200 in Funktionsblockeinheiten implementiert sind. Bei der vorliegenden Anmeldung umfasst der Prozessor 200 eine Ansprechempfindlichkeitsphasenkompensationseinheit 210, eine Phasenkompensationsvariablenverarbeitungseinheit 220, eine Basisunterstützungsberechnungseinheit 230, eine Stabilitätsphasenkompensationseinheit 240, eine Stromsteuerberechnungseinheit 250 und eine Motorsteuereinheit 260. Typischerweise werden die Prozesse (oder die Aufgaben) der Funktionsblöcke, die den jeweiligen Einheiten entsprechen, in dem Computerprogramm auf Softwaremodulbasis beschrieben und in dem ROM 116 gespeichert. Wenn jedoch ein FPGA oder dergleichen verwendet wird, können alle oder einige der Funktionsblöcke als Hardwarebeschleuniger implementiert werden.
In einem Fall, in dem jeder Funktionsblock als Software (oder Firmware) in der Steuervorrichtung 100 implementiert ist, kann eine Vorrichtung, die die Software ausführt, der Prozessor 200 sein. Bei einem Aspekt umfasst die Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung den Prozessor und einen Speicher, der ein Programm speichert, das den Betrieb des Prozessors steuert. Der Prozessor führt die folgende Verarbeitung in Übereinstimmung mit dem Programm aus. (1) Ein Lenkdrehmoment, das durch den Lenkdrehmomentsensor erfasst wird, und eine Fahrzeuggeschwindigkeit, die durch den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor erfasst wird, werden erhalten. (2) Ein Gewinn und eine Phase, die auf das Lenkdrehmoment anwendet werden sollen, werden gemäß einer Lenkfrequenz geändert, wenn der Fahrer das Lenkrad bedient. (3) Die Größe eines Unterstützungsdrehmoments wird auf Basis des Lenkdrehmoments, auf das der Gewinn und die Phase angewendet wurden, und der Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt. (4) Ein Drehmomentsollwert, der verwendet werden soll, um ein Antreiben des Motors zu steuern, wird auf Basis des bestimmten Unterstützungsdrehmoments erzeugt.
Der Prozessor 200 erhält als Eingaben das Lenkdrehmoment T_tor, das durch den Lenkdrehmomentsensor 541 erfasst wird, die Fahrzeuggeschwindigkeit v, die durch den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor erfasst wird, den Lenkwinkel θ, der durch den Lenkwinkelsensor erfasst wird, und eine Drehgeschwindigkeit ω des Motors. In einem Fall, in dem beispielsweise die Steuervorrichtung 100 einen Geschwindigkeitssensor umfasst, der eine Drehgeschwindigkeit des Motors erfasst, kann der Prozessor 200 die Drehgeschwindigkeit ω des Motors erhalten, indem die erfasste Drehgeschwindigkeit von dem Geschwindigkeitssensor erhalten wird. In einem Fall, in dem die Steuervorrichtung 100 einen Winkelsensor umfasst, der einen Drehwinkel (genauer gesagt einen mechanischen Winkel) des Motors erfasst, kann der Prozessor 200 die Drehgeschwindigkeit ω erhalten, indem der erfasste Drehwinkel des Rotors von dem Winkelsensor erhalten wird und eine Winkelgeschwindigkeit auf Basis des Drehwinkels des Rotors berechnet wird.
Eine Steuerung zum Ändern des Gewinns und der Phase entsprechend der Lenkfrequenz gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird unter Bezugnahme auf 4, 5 und 6 beschrieben.
4 ist ein Graph, der eine Steuerung zum Ändern des Gewinns entsprechend der Lenkfrequenz veranschaulicht. 5 ist ein Graph, der eine Steuerung zum Ändern der Phase entsprechend der Lenkfrequenz veranschaulicht. 6 ist eine Ansicht zum Beschreiben der Lenkfrequenz. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden der Gewinn und die Phase, die auf das Lenkdrehmoment angewendet werden sollen, entsprechend der Lenkfrequenz geändert, wenn der Fahrer das Lenkrad 521 bedient.
Die Lenkfrequenz wird unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. 6 veranschaulicht ein Automobil 1100, das die Fahrspur wechselt, während dasselbe auf einer Straße fährt, und wie das Lenkrad 521 zu diesem Zeitpunkt bedient wird. Die Lenkfrequenz ist eine Frequenz, die einer Lenkgeschwindigkeit entspricht. Wird beispielsweise die Fahrspur von der linken auf die rechte Spur gewechselt, wie in 6 veranschaulicht ist, wird das Lenkrad 521 nach rechts und dann nach links gedreht, um in die Neutralstellung zurückzukehren. Ein derartiger Vorgang, bei dem das Lenkrad 521 von der Neutralstellung in eine Richtung gedreht wird und dann wieder zurück zu der Neutralstellung gedreht wird, entspricht einem halben Zyklus. In einem Fall, in dem der Vorgang für den halben Zyklus 2,5 Sekunden dauert, dauert ein Zyklus 5 Sekunden und die Lenkfrequenz beträgt 0,2 Hz.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird zum Beispiel, wenn eine Bedingung, dass die Lenkfrequenz 0,1 bis 5,0 Hz beträgt, eine Steuerung durchgeführt, um den Gewinn und die Phase entsprechend der Lenkfrequenz zu ändern. Es ist festzustellen, dass die Steuerung zum Ändern des Gewinns und der Phase entsprechend der Lenkfrequenz auf ähnliche Weise durchgeführt werden kann, wenn die Lenkfrequenz eine andere als die oben beschriebene ist.
Das Automobil, auf dem der elektrische Servolenkapparat 1000 des vorliegenden Ausführungsbeispiels befestigt ist, kann eine Mehrzahl von Fahrmodustypen festlegen. Zum Beispiel umfasst die Mehrzahl von Fahrmodustypen einen Sportmodus, einen Komfortmodus und einen Normalmodus. Die Typen und die Anzahl von Fahrmodi sind beliebig, und das vorliegende Ausführungsbeispiel ist nicht darauf beschränkt.
Der Prozessor 200 führt eine Steuerung durch, um ein Lenkgefühl des Lenkrads entsprechend einem Fahrmodustyp zu ändern, der seitens des Fahrers ausgewählt wird. In einem Fall, in dem beispielsweise der Sportmodus ausgewählt ist, wird dem Fahrer ein Lenkgefühl vermittelt, das schnell reagiert, obwohl die Lenklast schwer ist. Darüber hinaus wird dem Fahrer beispielsweise in einem Fall, in dem der Komfortmodus ausgewählt ist, ein Lenkgefühl vermittelt, das sanft reagiert, obwohl die Lenklast leicht ist.
In 4 stellt die vertikale Achse den Gewinn dar, und die horizontale Achse stellt die Lenkfrequenz dar. In 5 stellt die vertikale Achse die Phase dar und die horizontale Achse stellt die Lenkfrequenz dar. Der Prozessor 200 variiert den Änderungsgrad für jeden von Gewinn und Phase entsprechend der Lenkfrequenz in Abhängigkeit von dem Fahrmodustyp, der seitens des Fahrers ausgewählt ist. In dem Fall, dass beispielsweise der Sportmodus ausgewählt ist, führt der Prozessor 200 eine Steuerung aus, um den Gewinn zu erhöhen und die Phase voreilen zu lassen, während die Lenkfrequenz zunimmt. Andererseits führt der Prozessor 200 in dem Fall, dass der Komfortmodus ausgewählt ist, eine Steuerung durch, um den Gewinn zu verringern und die Phase nacheilen zu lassen, während die Lenkfrequenz zunimmt. Als Ergebnis wird dem Fahrer ein gewünschtes Lenkgefühl entsprechend dem Fahrmodus vermittelt.
Unter Bezugnahme auf 3 erhält die Ansprechempfindlichkeitsphasenkompensationseinheit 210 als Eingaben das Lenkdrehmoment T_tor, den Lenkwinkel θ und ein Ausgangssignal der Phasenkompensationsvariablenverarbeitungseinheit 220. Die Ansprechempfindlichkeitsphasenkompensationseinheit 210 stellt den Unterstützungsgewinn innerhalb eines möglichen Bereichs der Lenkfrequenz (beispielsweise 0,1 bis 5,0 Hz) ein, um die Festigkeit des Torsionsstabs 546 zu kompensieren. Die Ansprechempfindlichkeitsphasenkompensationseinheit 210 berechnet beispielsweise eine Phasenkompensation der ersten Ordnung, die durch Folgendes (Formel 1) dargestellt ist und wendet die Phasenkompensation erster Ordnung auf das Lenkdrehmoment T_tor an.
Ausdruck 1 $\begin{array}{l} C (s) = \frac{\frac{1}{ω_{1}} s + 1}{\frac{1}{ω_{2}} s + 1} \\ ω_{1} = \frac{1}{2 π ƒ_{1}} ω_{2} = \frac{1}{2 π ƒ_{2}} \end{array}$
Hier ist f₁ eine Frequenz des Nullpunkts, und f₂ ist eine Frequenz des Pols. Ein Laplace-Operator ist durch s dargestellt. Die Ansprechempfindlichkeitsphasenkompensationseinheit 210 ändert den Gewinn und die Phase unter Verwendung der berechneten Kompensation erster Ordnung C(s).
Die Phasenkompensationsvariablenverarbeitungseinheit 220 erhält die Fahrzeuggeschwindigkeit v als Eingabe. Die Phasenkompensationsvariablenverarbeitungseinheit 220 ändert Werte der Frequenz f₁ des Nullpunkts und der Frequenz f₂ des Pols entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit v. Beispielsweise speichert der ROM 116 eine Nachschlagetabelle, die eine Beziehung zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit v, der Frequenz f₁ des Nullpunkts und der Frequenz f₂ des Pols definiert. Die Nachschlagetabelle ändert die Werte der Frequenz f₁ des Nullpunkts und der Frequenz f₂ des Pols entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit v. Der Wert der Frequenz f₁ des Nullpunkts und der Wert der Frequenz f₂ des Pols werden beispielsweise auf niedrigere Werte festgelegt, während der Wert der Fahrzeuggeschwindigkeit v zunimmt.
Die Phasenkompensationsvariablenverarbeitungseinheit 220 gibt die geänderten Werte der Frequenz f₁ des Nullpunkts und der Frequenz f₂ des Pols an die Ansprechempfindlichkeitsphasenkompensationseinheit 210 aus. Die Ansprechempfindlichkeitsphasenkompensationseinheit 210 führt die Berechnung des oben Genannten (Formel 1) unter Verwendung der erhaltenen Werte der Frequenz f₁ des Nullpunkts und der Frequenz f₂ des Pols durch. Als Ergebnis ändert sich die Größe der Kompensation erster Ordnung C(s) entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit v.
Beispielsweise nimmt der Unterstützungsgewinn in einem Frequenzband zu, indem die Phase voreilt, indem eine Phasenvoreilungskompensation durchgeführt wird, so dass die Torsion des Torsionsstabs 546 abnimmt, und die Steifigkeit des Torsionsstabs 546 kann erhöht werden. Außerdem nimmt der Unterstützungsgewinn in einem Frequenzband ab, in dem die Phase unter Durchführung einer Phasennacheilungskompensation verzögert wird, so dass die Torsion des Torsionsstabs 546 zunimmt, und die Steifigkeit des Torsionsstabs 546 kann verringert werden.
Darüber hinaus berechnet die Ansprechempfindlichkeitsphasenkompensationseinheit 210 die Lenkfrequenz aus einer Änderung der Größe des erhaltenen Lenkwinkels θ. Die Ansprechempfindlichkeitsphasenkompensationseinheit 210 variiert den Änderungsgrad für jeden von Gewinn und Phase entsprechend der Lenkfrequenz in Abhängigkeit von dem Fahrmodustyp, der seitens des Fahrers ausgewählt ist, wie unter Bezugnahme auf 4 und 5 beschrieben ist. In dem Fall, dass beispielsweise der Sportmodus ausgewählt ist, erhöht die Ansprechempfindlichkeitsphasenkompensationseinheit 210 den Gewinn und lässt die Phase voreilen, während die Lenkfrequenz zunimmt. Andererseits verringert die Ansprechempfindlichkeitsphasenkompensationseinheit 210 in dem Fall, dass der Komfortmodus ausgewählt ist, den Gewinn und lässt die Phase nacheilen, während die Lenkfrequenz zunimmt. In dem Normalmodus wird eine derartige Gewinn- und Phasenanpassung nicht durchgeführt, und es wird eine vorgegebene Gewinn- und Phasenkompensation übernommen.
Der ROM 116 speichert beispielsweise eine Mehrzahl von Nachschlagetabellentypen, die jeweils einen unterschiedlichen Inhalt pro Fahrmodus aufweisen und eine Beziehung zwischen der Lenkfrequenz, dem Gewinn und der Phase definieren. Die Ansprechempfindlichkeitsphasenkompensationseinheit 210 ändert den Gewinn und die Phase mit Hilfe einer Nachschlagetabelle in Abhängigkeit von dem ausgewählten Fahrmodus.
Die Ansprechempfindlichkeitsphasenkompensationseinheit 210 wendet die übernommene Gewinn- und Phasenkompensation auf das Lenkdrehmoment T_tor an, um ein Lenkdrehmoment Tkom zu erzeugen. Die Ansprechempfindlichkeitsphasenkompensationseinheit 210 gibt das Lenkdrehmoment Tkom an die Basisunterstützungsberechnungseinheit 230 aus.
Die Basisunterstützungsberechnungseinheit 230 berechnet einen Unterstützungsbetrag, der als Basis zum Reduzieren einer Lenkantriebslast für den Fahrer dient, basierend auf dem phasenkompensierten Lenkdrehmoment Tkom und der Fahrzeuggeschwindigkeit v. Die Basisunterstützungsberechnungseinheit 230 erhält das Lenkdrehmoment Tkom und die Fahrzeuggeschwindigkeit v als Eingaben und erzeugt ein Basisunterstützungsdrehmoment T_BASIS auf Basis dieser Signale und gibt dasselbe aus.
Außerdem speichert der ROM 116 außerdem eine Nachschlagetabelle, die eine Beziehung zwischen dem Lenkdrehmoment T_kom, der Fahrzeuggeschwindigkeit v und dem Basisunterstützungsdrehmoment T_BASIS definiert. Die Basisunterstützungsberechnungseinheit 230 bestimmt das Basisunterstützungsdrehmoment T_BASIS mit Hilfe einer derartigen Nachschlagetabelle.
Die Stabilitätsphasenkompensationseinheit 240 erhält das Basisunterstützungsdrehmoment T_BASIS als Eingabe. Die Stabilitätsphasenkompensationseinheit 240 stellt eine Phasenspanne in der Nähe einer Gewinnübergangsfrequenz durch die Phasenvoreilungskompensation sicher, um in Bezug auf einen Basisunterstützungsgewinn Stabilität zu gewährleisten. Die Stabilitätsphasenkompensationseinheit 240 führt eine Stabilitätskompensation bezüglich des Basisunterstützungsdrehmoments T_BASIS durch, um ein Stabilitätskompensationsdrehmoment zu erzeugen. Die Stabilitätsphasenkompensationseinheit 240 gibt das Stabilitätskompensationsdrehmoment als einen Drehmomentsollwert T_ref aus.
Die Stromsteuerberechnungseinheit 250 erzeugt einen Stromsollwert I_ref auf Basis des Drehmomentsollwerts Tref. Die Motorsteuereinheit 260 legt einen Zielstromwert auf Basis des Stromsollwert I_ref durch Vektorsteuerung fest, beispielsweise, um ein PWM-Signal zu erzeugen, und gibt das PWM-Signal an die Treiberschaltung 115 aus.
Durch die oben beschriebene Steuerung können beispielsweise schwere und schnelle Lenkcharakteristika des Sportmodus verwirklicht werden. Außerdem können beispielsweise leichte und sanfte Lenkcharakteristika des Komfortmodus verwirklicht werden.
Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat die Validität der Steuervorrichtung 100 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durch Simulation überprüft. 7, 8 und 9 veranschaulichen Graphen von Lenkcharakteristika als Simulationsergebnisse. 7 veranschaulicht das Simulationsergebnis in dem Sportmodus. 8 veranschaulicht das Simulationsergebnis in dem Komfortmodus. 9 veranschaulicht das Simulationsergebnis in dem Normalmodus.
Als Simulationsbedingungen wurden der Lenkwinkel θ auf ±80 [Grad] und die Lenkfrequenz auf 0,25 [Hz] festgelegt. Darüber hinaus wurden die Frequenz f₁ des Nullpunkts und die Frequenz f₂ des Pols in dem Komfortmodus auf 0,7 [Hz] bzw. 0,5 [Hz] festgelegt. Die Frequenz f₁ des Nullpunkts und die Frequenz f₂ des Pols in dem Sportmodus wurden auf 0,5 [Hz] bzw. 0,7 [Hz] festgelegt. In dem Normalmodus wurde die oben beschriebene Kompensation erster Ordnung nicht angewendet.
In jeder von 7, 8 und 9 stellt die vertikale Achse das Lenkdrehmoment [N·m] dar, und die horizontale Achse stellt den Lenkwinkel [Grad] dar.
Unter Bezugnahme auf die in 7, 8 und 9 dargestellten Lissajous-Wellenformen der Winkelkraft ist zu erkennen, dass das Lenkdrehmoment in dem Sportmodus größer ist als in dem Normalmodus und dass eine Neigung des Lenkdrehmoment sin Bezug auf den Lenkwinkel steil ist. Es ist zu erkennen, dass die schweren und schnellen Lenkcharakteristika in dem Sportmodus des vorliegenden Ausführungsbeispiels verwirklicht werden können. Es ist zu erkennen, dass das Lenkdrehmoment in dem Komfortmodus kleiner ist als in dem Normalmodus und dass eine Neigung des Lenkdrehmoments in Bezug auf den Lenkwinkel sanft ist. Es ist zu erkennen, dass die leichten und sanften Lenkcharakteristika in dem Komfortmodus des vorliegenden Ausführungsbeispiels verwirklicht werden können.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung lassen sich auf eine Steuervorrichtung zum Steuern eines in einem Fahrzeug befestigten elektrischen Servolenkapparats anwenden.
Bezugszeichenliste

100: Steuervorrichtung (ECU)
116: ROM
200: Prozessor
210: Ansprechempfindlichkeitsphasenkompensationseinheit
220: Phasenkompensationsvariablenverarbeitungseinheit
230: Basisunterstützungsberechnungseinheit
240: Stabilitätsphasenkompensationseinheit
250: Stromsteuerberechnungseinheit
260: Motorsteuereinheit
1000: elektrischer Servolenkapparat

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 2019147869 [0002]
JP 6131208 B2 [0005]

Claims

Eine Steuervorrichtung, die in einem elektrischen Servolenkapparat, der einen Motor umfasst, verwendet wird und dazu konfiguriert ist, ein Antreiben des Motors zu steuern, wobei die Steuervorrichtung folgende Merkmale aufweist: einen Prozessor; und einen Speicher, der ein Programm zum Steuern eines Betriebs des Prozessors speichert, wobei gemäß dem Programm der Prozessor Folgendes ausführt: Erhalten eines Lenkdrehmoments, das durch einen Lenkdrehmomentsensor erfasst wird, und einer Fahrzeuggeschwindigkeit, die durch einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor erfasst wird; Ändern eines Gewinns und einer Phase, die auf das Lenkdrehmoment angewendet werden sollen, gemäß einer Lenkfrequenz, wenn ein Fahrer ein Lenkrad bedient; Bestimmen einer Größe eines Unterstützungsdrehmoments auf Basis des Lenkdrehmoments, auf das der Gewinn und die Phase angewendet wurden, und der Fahrzeuggeschwindigkeit; und Erzeugen eines Drehmomentsollwerts, der verwendet werden soll, um ein Antreiben des Motors zu steuern, auf Basis des bestimmten Unterstützungsdrehmoments.
Die Steuervorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei ein Fahrzeug, auf dem der elektrische Servolenkapparat befestigt ist, Einstellungen einer Mehrzahl von Fahrmodustypen zulässt, und der Prozessor eine Steuerung durchführt, um jeden Änderungsgrad des Gewinns und der Phase entsprechend der Lenkfrequenz in Abhängigkeit von einem Fahrmodustyp zu variieren, der seitens des Fahrers ausgewählt ist.
Die Steuervorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Mehrzahl von Fahrmodustypen einen ersten Fahrmodus und einen zweiten Fahrmodus umfasst und der Prozessor eine Steuerung durchführt, um den Gewinn zu erhöhen und die Phase voreilen zu lassen, während die Lenkfrequenz zunimmt, wenn der erste Fahrmodus ausgewählt ist, und eine Steuerung durchführt, um den Gewinn zu verringern und die Phase nacheilen zu lassen, während die Lenkfrequenz zunimmt, wenn der zweite Fahrmodus ausgewählt ist.
Die Steuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei wenn f₁ eine Frequenz eines Nullpunkts und f₂ eine Frequenz eines Pols ist, der Prozessor eine Kompensation erster Ordnung C(s), berechnet, die durch (Formel 1) dargestellt ist. Ausdruck 2 $\begin{array}{l} C (s) = \frac{\frac{1}{ω_{1}} s + 1}{\frac{1}{ω_{2}} s + 1} \\ ω_{1} = \frac{1}{2 π ƒ_{1}} ω_{2} = \frac{1}{2 π ƒ_{2}} \end{array}$
den Gewinn und die Phase unter Verwendung der Kompensation erster Ordnung C(s) ändert.
Die Steuervorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei der Prozessor Werte der Frequenz f₁ des Nullpunkts und der Frequenz f₂ des Pols entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit ändert.
Die Steuervorrichtung gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei der Prozessor Werte der Frequenz f₁ des Nullpunkts und der Frequenz f₂ des Pols entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit mit Hilfe einer Tabelle ändert, die eine Beziehung zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Frequenz f₁ des Nullpunkts und der Frequenz f₂ des Pols definiert.
Die Steuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Prozessor eine Steuerung durchführt, um den Gewinn und die Phase entsprechend der Lenkfrequenz zu ändern, wenn die Lenkfrequenz 0,1 bis 5,0 Hz beträgt.
Die Steuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Prozessor ferner eine Stabilitätskompensation bezüglich des bestimmten Unterstützungsdrehmoments ausführt, um ein Stabilitätskompensationsdrehmoment zu erzeugen.
Ein elektrischer Servolenkapparat, der folgende Merkmale aufweist: einen Motor; einen Lenkdrehmomentsensor; und die Steuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.
Ein Steuerverfahren, das bei einem elektrischen Servolenkapparat, der einen Motor umfasst, verwendet wird und dazu konfiguriert ist, ein Antreiben des Motors zu steuern, wobei das Steuerverfahren folgende Schritte aufweist: Erhalten eines Lenkdrehmoments, das durch einen Lenkdrehmomentsensor erfasst wird, und einer Fahrzeuggeschwindigkeit, die durch einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor erfasst wird; Ändern eines Gewinns und einer Phase, die auf das Lenkdrehmoment angewendet werden sollen, gemäß einer Lenkfrequenz, wenn ein Fahrer ein Lenkrad bedient; Bestimmen einer Größe eines Unterstützungsdrehmoments auf Basis des Lenkdrehmoments, auf das der Gewinn und die Phase angewendet wurden, und der Fahrzeuggeschwindigkeit; und Erzeugen eines Drehmomentsollwerts, der verwendet werden soll, um ein Antreiben des Motors zu steuern, auf Basis des bestimmten Unterstützungsdrehmoments.