电动助力转向装置的制造方法
电动助力转向装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电动助力转向装置，其基于电流指令值通过逆变器来对电动机进 行PWM控制，以便对转向系统施加辅助扭矩。本发明尤其涉及一种高信赖性的电动助力转向 装置。该高信赖性的电动助力转向装置通过从与转向角及车速相对应的目标回正扭矩和与 虚拟的转向系统特性相对应的传输特性计算出目标转向角速度，根据转向盘回正控制电流 补正电流指令值，以便在返回到直线状态的行驶状态中使转向盘积极地返回到中立点，并 提高了转向盘回正控制的功能。
【背景技术】
[0002] 利用电动机的旋转力对车辆的转向机构施加辅助扭矩的电动助力转向装置，将电 动机的驱动力经由减速装置由齿轮或皮带等传送机构，向转向轴或齿条轴施加转向辅助 力。为了准确地产生辅助扭矩，现有的电动助力转向装置(EPS)进行电动机电流的反馈控 制。反馈控制调整电动机外加电压，以便使转向辅助指令值（电流指令值)与电动机电流检 测值之间的差变小。电动机外加电压的调整一般通过调整P丽(脉冲宽度调制)控制的占空 比（Duty)来进行。
[0003] 如图1所示，对电动助力转向装置的一般结构进行说明。转向盘(方向盘）1的柱轴 (转向轴或方向盘轴)2经过减速齿轮3、万向节4a和4b、齿轮齿条机构5、转向横拉杆6a和6b， 再通过轮毂单元7a和7b，与转向车轮8L和8R连接。另外，在柱轴2上设有用于检测出转向盘1 的转向扭矩Td的扭矩传感器10和用于检测出转向角Θ的转向角传感器14，对转向盘1的转向 力进行辅助的电动机20通过减速齿轮3与柱轴2连接。电池13对用于控制电动助力转向装置 的控制单元(ECU)30进行供电，同时，经过点火开关11，点火信号被输入到控制单元30。控制 单元30基于由扭矩传感器10检测出的转向扭矩Td和由车速传感器12检测出的车速V，进行 作为辅助(转向辅助)指令的电流指令值的运算，根据通过对电流指令值实施补偿等而得到 的电压控制指令值Vref，来控制供给电动机20的电流。此外，转向角传感器14不是必须的， 也可以不设置转向角传感器14。
[0004] 另外，收发车辆的各种信息的CAN(Controller Area Network，控制器局域网络） 50被连接到控制单元30，车速V也能够从CAN50获得。此外，收发CAN50以外的通信、模拟/数 字信号、电波等的非CAN51也可以被连接到控制单元30。
[0005] 控制单元30主要由CPU(也包含Μ⑶或MPU等)构成，该CPU内部由程序执行的一般功 能，如图2所示。
[0006] 参照图2来说明控制单元30的功能和动作。如图2所示，由扭矩传感器10检测出的 转向扭矩Td和由车速传感器12检测出的（或来自CAN50的）车速V被输入到用于运算出电流 指令值Irefl的电流指令值运算单元31中。电流指令值运算单元31基于被输入进来的转向 扭矩Td和车速V使用辅助图（アシス卜等运算出作为供给电动机20的电流的控制目标 值的电流指令值Iref 1。电流指令值Iref 1经过加法单元32A被输入到电流限制单元33;被限 制了最大电流的电流指令值Irefm被输入到减法单元32B;减法单元32B运算出电流指令值 Irefm与被反馈回来的电动机电流值Im之间的偏差I(Irefm-Im);该偏差I被输入到用于进 行转向动作的特性改善的PI控制单元35中。在PI控制单元35中被进行了特性改善的电压控 制指令值Vref被输入到P丽控制单元36中，再经过作为驱动单元的逆变器37来对电动机20 进行PWM驱动。电动机电流检测器38检测出电动机20的电流值Im，检测出的电流值Im被反馈 到减法单元32B中。逆变器37作为驱动元件使用场效应晶体管(FET)，由FET的电桥电路构 成。
[0007] 另外，在加法单元32A对来自补偿信号生成单元34的补偿信号CM进行加法运算，通 过补偿信号CM的加法运算来进行转向系统的特性补偿，以便改善收敛性和惯性特性等。补 偿信号生成单元34先在加法单元344将自对准扭矩（SAT)343与惯性342相加，然后，在加法 单元345再将在加法单元344得到的加法结果与收敛性341相加，最后，将在加法单元345得 到的加法结果作为补偿信号CM。
[0008] 在这样的电动助力转向装置中，因减速齿轮和齿轮齿条而产生的摩擦大，并且，因 用于产生辅助扭矩的电动机而产生的转向轴周围的等价惯性力矩也大。因此，在自对准扭 矩(SAT)小的低车速域，因为摩擦大而导致转向盘回正变坏。所以如果在直线状态中只依靠 SAT的话，则转向角返回不到中立点，需要依靠驾驶员的转向介入来使转向角返回到中立 点，这样会给驾驶员带来负担。
[0009] 另一方面，在SAT大的高车速域，因为SAT大，尽管转向角速度与低车速相比有变快 的倾向，但由于惯性力矩大，所以惯性扭矩也大，这样在转向角的中立点转向盘不收束，并 且会发生超调（才一パ一シ二一卜），从而会感到车辆特性不稳定。
[001 0]因此，为了在低车速时辅助转向盘回正，并且，为了在高车速时使车辆特性变得稳 定，需要增加收敛性，为了实现这些要求，提出了用于在各种各样的转向盘回正时进行适度 的辅助的控制手法。在这些转向盘回正控制手法中，作为以即使当驾驶员介入转向时也可 以进行平稳的转向盘回正控制为目的的现有技术，有在日本专利第4685557号公报(专利文 献1)中所公开的电动助力转向装置。
[0011] 在专利文献1的装置中，被构成为追随目标转向角速度的控制器通过对基准目标 转向角速度(夂一只目標舵角速度)进行基于车速和扭矩的乘法和加法的补正来计算出目 标转向角速度。当驾驶员介入转向时，通过在施加了扭矩的方向补正目标转向角速度，来减 少驾驶员转向时的不协调感。
[0012] 现有技术文献 [0013]专利文献
[0014] 专利文献1:日本专利第4685557号公报
【发明内容】
[0015]发明要解决的技术问题
[0016]为了在手松开的状态(手放L状態）中实现平稳的转向盘回正，最好是转向角加速 度没有很大的变动，而且，在转向角中立点，转向角速度变为〇。但是，在专利文献1中所公开 的装置中，当设定目标转向角速度的时候，尽管进行基于转向扭矩的补正，但没有进行基于 辅助扭矩的补正。因为在一般情况下，辅助扭矩被设定为使其随着车速增大而减小，所以在 基于转向扭矩和车速的补正中，存在计算出优选的补正量要化费工夫的技术问题。
[0017] 本发明是鉴于上述情况而完成的，本发明的目的在于提供一种电动助力转向装 置，其即使在直线行驶状态中当驾驶员介入转向时，通过基于考虑了车辆特性的转向扭矩 和车速的补正，也能够实现没有不协调感并且平稳的转向盘回正控制。
[0018] 解决技术问题的手段
[0019] 本发明涉及一种电动助力转向装置，其基于转向扭矩和车速运算出电流指令值， 基于所述电流指令值来驱动电动机，通过所述电动机的驱动控制来对转向系统进行辅助控 制，本发明的上述目的可以通过下述这样实现，即：具备转向盘回正控制单元，其基于转向 角、所述电流指令值、所述车速和转向角速度运算出转向盘回正控制电流，以通过将所述转 向盘回正控制电流与所述电流指令值相加而得到的补偿电流指令值来驱动所述电动机，所 述转向盘回正控制单元由目标回正扭矩运算单元、补正单元、转向系统特性单元、转向盘回 正控制增益计算单元和转向盘回正控制电流运算单元构成，所述目标回正扭矩运算单元基 于所述转向角和所述车速运算出目标回正扭矩;所述补正单元根据所述转向扭矩和辅助扭 矩对所述目标回正扭矩进行补正;所述转向系统特性单元基于在所述补正单元被补正的补 正扭矩和粘性系数与与虚拟的转向系统特性相对应的传输特性相乘;所述转向盘回正控制 增益计算单元将车速增益和转向扭矩增益与来自所述转向系统特性单元的目标转向角速 度与实际转向角速度之间的偏差相乘，求出转向盘回正控制增益;所述转向盘回正控制电 流运算单元对所述转向盘回正控制增益进行P控制运算、I控制运算和D控制运算中的至少 一个控制运算，根据所述车速增益和所述转向扭矩增益进行输出限制，求出所述转向盘回 正控制电流。
[0020] 本发明的上述目的还可以通过下述这样更有效地实现，即：所述目标回正扭矩运 算单元将所述车速作为参数，所述目标回正扭矩为随着所述转向角增大而逐渐增大的特 性;或，所述目标回正扭矩为随着所述车速增大而增大的特性;或，所述转向扭矩增益是当 所述转向扭矩小于或等于规定值T1时为一定，当所述转向扭矩大于所述规定值T1并小于规 定值T2(>所述规定值T1)时逐渐减少，当所述转向扭矩等于或大于所述规定值T2时变为0 的特性;或，所述粘性系数是当所述车速小于或等于规定值V3时为一定，当所述车速大于所 述规定值V3并小于规定值V4(>所述规定值V3)时逐渐增加，当所述车速等于或大于所述规 定值V4时变为一定值的特性;或，所述车速增益是当所述车速小于或等于规定值VI时为一 定，当所述车速大于所述规定值VI并小于规定值V2( >所述规定值VI)时逐渐增加，当所述 车速等于或大于所述规定值V2时变为一定值的特性;或，从所述目标转向角速度中减去经 过了相位超前滤波器的所述转向角速度;或，使用限制器来限制所述转向盘回正控制电流 的最大值;或，对所述转向盘回正控制增益进行P控制运算和I控制运算。
[0021 ]发明的效果
[0022]根据本发明的 电动助力转向装置，因为在简易的虚拟转向系统模型中可以设定虚 拟的惯性力矩和粘性系数，即使在具有对转向系统特性来说是不令人满意的惯性力矩和粘 性系数的情况下，通过利用虚拟转向系统模型求出目标转向角速度并进行反馈控制，也可 以使不令人满意的惯性力矩和粘性系数接近虚拟的惯性力矩和粘性系数。因此，在返回到 直线状态的行驶状态中，可以使转向盘没有不协调感并且积极地返回到中立点。
【附图说明】
[0023]图1是表示电动助力转向装置的概要的结构图。
[0024]图2是表示电动助力转向装置的控制系统的结构例的结构框图。
[0025] 图3是表示本发明的结构例的结构框图。
[0026] 图4是表示转向扭矩增益单元的输出增益例的特性图。
[0027]图5是表示目标回正扭矩运算单元的输出例的特性图。
[0028]图6是表示车速增益单元的输出例的特性图。
[0029]图7是表示粘性系数输出单元的输出例的特性图。
[0030]图8是表示本发明的动作例的一部分的流程图。
[0031]图9是表示本发明的动作例的另一部分的流程图。
【具体实施方式】
[0032]在电动助力转向装置中，因为用于传送辅助力的减速齿轮和齿轮齿条的摩擦，所 以动作会受到阻碍，尽管为想返回到直线状态的行驶状态，但转向盘返回不到中立点，从而 有时车辆很难变成直线状态。因此，通过根据与转向角和车速相对应的转向盘回正控制电 流来补正(补偿）电流指令值，以便可以在返回到直线状态的行驶状态中使转向盘积极地返 回到中立点。
[0033]在本发明中，通过根据转向角和车速来定义目标回正扭矩（目标值），将被附加在 柱轴上的转向扭矩和辅助扭矩与目标回正扭矩相加，然后，将与虚拟的转向系统特性相对 应的传输特性与该加法结果相乘，来计算出目标转向角速度。对该目标转向角速度与实际 转向角速度之间的偏差进行P(比例)控制、I (积分)控制和D(微分)控制中的至少一个控制。 通过利用通过将目标回正扭矩和转向扭矩除以粘性系数而计算出的目标转向角速度进行 反馈控制，以便即使当驾驶员介入转向时也可以实现具有自然感觉的转向盘回正控制。 [0034]本发明的简易的虚拟转向系统模型为这样一种模型，即，其通过将从转向角Θ和车 速V求出的目标回正扭矩（目标值)Tr、转向扭矩Td和辅助扭矩Ta的合计与与转向系统的虚 拟的惯性力矩和粘性系数相对应的转向系统传输函数相乘，来计算出目标转向角速度ω〇。
[0035] 因为通过利用虚拟转向系统模型(转向系统特性单元)可以设定转向系统的虚拟 的惯性力矩J和粘性系数C，所以可以任意决定转向系统特性。还有，因为在虚拟转向系统模 型中也考虑了还加进了辅助扭矩Ta的驾驶员的转向介入，所以即使在驾驶员正在进行转向 的状态中也可以提供平稳的转向盘回正。
[0036] 这里，在假设在转向系统中没有静止摩擦、库仑摩擦和弹性项的情况下，目标回正 扭矩Tr、转向扭矩Td和辅助扭矩Ta的力平衡方程式变为下述式1。
[0037][式1]
[0038]
[0039]其中，J为虚拟的转向系统的惯性力矩，C为虚拟的转向系统的粘性系数。
[0040]然后，因为实际转向角速度ω为转向角Θ的时间微分，所以下述式2成立。
[0041 ][式 2]
[0042] ω =d0/dt
[0043] 因此，如果将目标转向角速度设为ω〇的话，则下述式3成立。
[0044] [式3] ///71
[0045] Γ.+Γ-+Γ =/-^ +cv,, at
[0046] 接下来，如果将s设为拉普拉斯运算子的话，则上述式3变为下述式4。然后，如果整 理式4的话，便可得到下述式5。
[0047] [式 4]
[0048] Tr+Td+Ta = sJ〇〇+C〇〇
[0049] [式 δ]
[0050] Tr+Td+Ta=(sJ+C) ω〇
[0051] 因此，目标转向角速度ω〇从上述式5变为下述式6。
[0052] [式6] Τ +Τ, +Τ
[0053] ~d-~^ sJ + C
[0054] 如果整理上述式6的话，便可得到下述式7。
[0055] [式 7]
[0056] ω〇=^-0-^Τ?+Τα)
[0057] 根据上述式7求出目标转向角速度ω〇。其中，1/(JS+C)表示虚拟转向系统模型的 传输特性，Tr+Td+Ta表示目标回正扭矩、转向扭矩和辅助扭矩的合计。
[0058] 通过与与车速V相对应的车速增益相乘，以便可以根据车速设定不同的转向盘的 回正性能和车辆的收敛性。还有，因为主要是在被附加在柱轴上的转向扭矩Td小，并且，摩 擦扭矩的影响较大的时候需要转向盘回正控制，所以在转向扭矩Td大的时候，转向盘回正 控制不需要大的输出。因此，与按照转向扭矩Td变小的转向扭矩增益Th相乘。通过将ω〇设 定为目标转向角速度，并且，根据目标转向角速度ω〇与实际转向角速度ω之间的偏差进行 控制，可以实现平稳的转向盘回正，同时，即使在驾驶员进行了转向的情况下，也可以提供 没有不协调感的转向盘回正控制。
[0059] 下面，参照附图来说明本发明的实施方式。
[0060 ]图3示出了本发明的转向盘回正控制单元100的结构例。如图3所示，转向扭矩Td被 输入到用于输出转向扭矩增益Th的转向扭矩增益单元110和加法单元102，转向角Θ被输入 到用于运算出作为目标回正扭矩的目标值Tt的目标回正扭矩运算单元120。还有，车速V被 输入到目标回正扭矩运算单元120、用于输出车速增益KP的车速增益单元130和用于输出粘 性系数C的粘性系数输出单元133,转向角速度ω被输入到滤波器131。因为使用滤波器131 作为相位超前，所以如果转向角速度ω具有足够的响应性的话，则不需要滤波器131。另外， 电流指令值Iref在增益单元111与增益Kt相乘后，作为辅助扭矩Ta被输入到加法单元102。 因此，在加法单元102得到的加法结果为转向扭矩Td和辅助扭矩Ta的合计。
[0061]由目标回正扭矩运算单元120基于转向角Θ和车速V运算出的目标值（目标回正扭 矩)Tt在反相单元121其符号被反相后，被输入到加法单元101，然后，在加法单元101与在加 法单元102得到的加法结果相加后，被输入到传输特性单元122。传输特性单元122从惯性力 矩J和粘性系数C根据上述式5来决定传输函数，根据乘法由传输特性单元122输出目标转向 角速度ω Ο，目标转向角速度ω 0被加法输入到减法单元103。来自滤波器131的转向角速度 ω a被减法输入到减法单元103，作为在减法单元103得到的减法结果的目标转向角速度ω 〇 与转向角速度ω a之间的偏差SG1被输入到乘法单元132。
[0062]还有，由转向扭矩增益单元110输出的转向扭矩增益Th被输入到乘法单元132和限 制器142,来自车速增益单元130的车速增益KP也被输入到乘法单元132和限制器142。
[0063]来自用于将转向扭矩增益Th和车速增益KP与偏差SG1相乘的乘法单元132的转向 盘回正控制增益SG2被输入到加法单元104,同时，还被输入到用于进行特性改善的积分控 制单元140,然后经过积分增益单元141后被输入到限制器142。由限制器142根据转向扭矩 增益Th和车速增益KP限制了输出的信号SG4在加法单元104与转向盘回正控制增益SG2相加 后，再经过用于去除噪声的LPF143被作为转向盘回正控制电流HR输出。积分补偿容易受到 摩擦的影响的低转向扭矩域，尤其在手松开并且输给摩擦的领域，使积分变得有效。通过在 加法单元105将转向盘回正控制电流HR与电流指令值Iref相加来进行补正(补偿），补正后 的补偿电流指令值Iref η被输入到电动机驱动系统。
[0064] 反相单元121、增益单元111、加法单元101和加法单元102构成补正单元。粘性系数 输出单元133和传输特性单元122构成转向系统特性单元。转向扭矩增益单元110、车速增益 单元130、滤波器131、减法单元103和乘法单元132构成转向盘回正控制增益计算单元。积分 控制单元140、积分增益单元141、限制器142、加法单元104和LPF143构成转向盘回正控制电 流运算单元。
[0065]转向扭矩增益单元110具有图4所示的特性，为这样一种输出特性，即，当转向扭矩 Td小于或等于T1时输出一定值增益Thl，当转向扭矩Td超过T1时逐渐减少，当转向扭矩Td等 于或大于T2时变为增益0。另外，目标回正扭矩运算单元120如图5(A)所示为随着转向角Θ增 大，目标值Tt逐渐增大的输出特性，还有，如图5(B)所示为随着车速V变为高速，不纯增(純 増1^疔</、）的输出特性，目标值Tt发生变化。车速增益单元130具有图6所示的特性，尽管为 这样一种特性，即，至少当车速V小于或等于车速VI时为小的增益KP1而且为一定，当车速V 大于车速VI时逐渐增加，当车速V等于或大于车速V2时为大的增益KP2而且为一定，但并不 限定于这样的特性。另外，用于根据车速V来改变粘性系数C的粘性系数输出单元133具有图 7所示的特性，尽管为这样一种特性，即，至少当车速V小于或等于车速V3时为小的粘性系数 C1而且为一定，当车速V大于车速V3并小于车速V4( >车速V3)时逐渐 增加，当车速V等于或 大于车速V4时为大的粘性系数C2而且为一定，但并不限定于这样的特性。
[0066]在这样的结构中，参照图8和图9的流程图来说明其动作例。
[0067]首先，输入(读取)转向扭矩Td、电流指令值Iref、车速V、转向角Θ和转向角速度ω (步骤S1)，转向扭矩增益单元110输出转向扭矩增益Th(步骤S2)。增益单元111通过将电流 指令值Iref与增益Kt相乘来计算出辅助扭矩Ta(步骤S3)，辅助扭矩Ta在加法单元102与转 向扭矩Td相加后，被输入到加法单元101 (步骤S4)。
[0068]还有，目标回正扭矩运算单元120基于被输入进来的转向角Θ和车速V运算出目标 值Tt(步骤S10)，反相单元121进行目标值Tt的符号反相(步骤S11)，然后，符号反相后的目 标值Tt被输入到加法单元101，在加法单元101被相加(步骤S12)。车速增益单元130输出与 车速V相对应的车速增益KP(步骤S13)，粘性系数输出单元133输出与车速V相对应的粘性系 数C(步骤S14)。粘性系数C被输入到传输特性单元122，在传输特性单元122被与传输特性相 乘，传输特性单元122输出目标转向角速度ω Ο，目标转向角速度ω 0被加法输入到减法单元 1〇3(步骤 S20)。
[0069]另一方面，实际转向角速度ω在滤波器131中被实施了相位超前处理之后，作为ω a被减法输入到减法单元103(步骤S21 )，由减法单元103求出的目标转向角速度ω 〇与ω a之 间的偏差SG1被输入到乘法单元132。转向扭矩增益Th和车速增益KP被输入到乘法单元132， 乘法单元132通过进行偏差SG1、转向扭矩增益Th和车速增益KP的乘法来求出转向盘回正控 制增益SG2(步骤S22)。转向盘回正控制增益SG2在积分控制单元140中被进行了积分处理之 后（步骤S23)，再与积分增益KI相乘（步骤S24)，然后在限制器142中被进行限制处理(步骤 S30)〇
[0070] 由限制器142进行了限制处理之后的信号被输入到加法单元104,在加法单元104 与转向盘回正控制增益SG2相加（步骤S31)，然后在LPF143中被进行了滤波器处理之后（步 骤S32)，被作为转向盘回正控制电流HR输出。加法单元105通过将转向盘回正控制电流HR与 电流指令值Iref相加来进行补正，并输出补偿电流指令值Irefn(步骤S33)。
[0071] 此外，也可以通过电动机角速度X齿轮比来求出转向角速度，也可以根据车速、转 向角、快速打转向盘/反打转向盘/保持转向盘状态(切増L/切戾L/保舵状態)来改变虚拟 转向系统模型的传输特性。还有，也可以将虚拟的摩擦特性附加到虚拟转向系统模型中，也 可以通过基准目标转向角速度X粘性系数来求出目标回正扭矩。
[0072] 另外，可以适当地变更图8和图9的数据输入、运算和处理的顺序。尽管在上述实施 方式中对转向盘回正控制增益进行I控制运算，但在本发明中也可以进行P控制运算、I控制 运算和D控制运算的全部控制运算，也可以进行P控制运算、I控制运算和D控制运算中的至 少一个控制运算。
[0073] 附图标记说明
[0074] 1 转向盘(方向盘）
[0075] 2 柱轴(转向轴、方向盘轴）
[0076] 10 扭矩传感器
[0077] 12 车速传感器
[0078] 14 转向角传感器
[0079] 20 电动机
[0080] 30 控制单元(ECU)
[0081 ] 31 电流指令值运算单元
[0082] 33 电流限制单元
[0083] 34 补偿信号生成单元
[0084] 35 PI控制单元
[0085] 36 PIM控制单元
[0086] 37 逆变器
[0087] 50 CAN
[0088] 100 转向盘回正控制单元
[0089] 110 转向扭矩增益单元
[0090] 111 增益单元
[0091] 120 目标回正扭矩运算单元
[0092] 121 反相单元
[0093] 122 传输特性单元
[0094] 130 车速增益单元
[0095] 131 滤波器
[0096] 133 粘性系数输出单元
[0097] 140 积分控制单元
[0098] 142 限制器
[0099] 143 低通滤波器(LPF)
【主权项】
1. 一种电动助力转向装置，其基于转向扭矩和车速运算出电流指令值，基于所述电流 指令值来驱动电动机，通过所述电动机的驱动控制来对转向系统进行辅助控制，其特征在 于： 具备转向盘回正控制单元，其基于转向角、所述电流指令值、所述车速和转向角速度运 算出转向盘回正控制电流，以通过将所述转向盘回正控制电流与所述电流指令值相加而得 到的补偿电流指令值来驱动所述电动机， 所述转向盘回正控制单元由目标回正扭矩运算单元、补正单元、转向系统特性单元、转 向盘回正控制增益计算单元和转向盘回正控制电流运算单元构成， 所述目标回正扭矩运算单元基于所述转向角和所述车速运算出目标回正扭矩； 所述补正单元根据所述转向扭矩和辅助扭矩对所述目标回正扭矩进行补正； 所述转向系统特性单元基于在所述补正单元被补正的补正扭矩和粘性系数与与虚拟 的转向系统特性相对应的传输特性相乘； 所述转向盘回正控制增益计算单元将车速增益和转向扭矩增益与来自所述转向系统 特性单元的目标转向角速度与实际转向角速度之间的偏差相乘，求出转向盘回正控制增 益； 所述转向盘回正控制电流运算单元对所述转向盘回正控制增益进行P控制运算、I控制 运算和D控制运算中的至少一个控制运算，根据所述车速增益和所述转向扭矩增益进行输 出限制，求出所述转向盘回正控制电流。2. 根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于:所述目标回正扭矩运算单元 将所述车速作为参数，所述目标回正扭矩为随着所述转向角增大而逐渐增大的特性。3. 根据权利要求2所述的电动助力转向装置，其特征在于:所述目标回正扭矩为随着所 述车速增大而增大的特性。4. 根据权利要求1至3中任意一项所述的电动助力转向装置，其特征在于:所述转向扭 矩增益是当所述转向扭矩小于或等于规定值T1时为一定，当所述转向扭矩大于所述规定值 T1并小于规定值T2(>所述规定值T1)时逐渐减少，当所述转向扭矩等于或大于所述规定值 Τ2时变为0的特性。5. 根据权利要求1至4中任意一项所述的电动助力转向装置，其特征在于:所述粘性系 数是当所述车速小于或等于规定值V3时为一定，当所述车速大于所述规定值V3并小于规定 值V4(>所述规定值V3)时逐渐增加，当所述车速等于或大于所述规定值V4时变为一定值的 特性。6. 根据权利要求1至5中任意一项所述的电动助力转向装置，其特征在于:所述车速增 益是当所述车速小于或等于规定值VI时为一定，当所述车速大于所述规定值VI并小于规定 值V2( >所述规定值VI)时逐渐增加，当所述车速等于或大于所述规定值V2时变为一定值的 特性。7. 根据权利要求1至5中任意一项所述的电动助力转向装置，其特征在于:从所述目标 转向角速度中减去经过了相位超前滤波器的所述转向角速度。8. 根据权利要求1至6中任意一项所述的电动助力转向装置，其特征在于:使用限制器 来限制所述转向盘回正控制电流的最大值。9. 根据权利要求1至8中任意一项所述的电动助力转向装置，其特征在于:对所述转向 盘回正控制增益进行P控制运算和I控制运算。
【专利摘要】本发明提供一种电动助力转向装置。该电动助力转向装置即使在直线行驶状态中当驾驶员介入转向时，通过基于考虑了车辆特性的转向扭矩和车速的补正，也能够实现平稳的转向盘回正控制。本发明的电动助力转向装置具备用于以补偿电流指令值(Irefn)来驱动电动机的转向盘回正控制单元(100)，该转向盘回正控制单元由目标回正扭矩运算单元(120)、补正单元(101)、转向系统特性单元(122)、转向盘回正控制增益计算单元(132)和转向盘回正控制电流运算单元构成，其中，该目标回正扭矩运算单元(120)基于转向角(θ)和车速(V)运算出目标回正扭矩(Tt)；该补正单元(101)根据转向扭矩(Td)和辅助扭矩(Ta)对目标回正扭矩(Tt)进行补正；该转向系统特性单元(122)基于补正扭矩和粘性系数(C)与虚拟的转向系统特性相对应的传输特性相乘；该转向盘回正控制增益计算单元(132)将车速增益(KP)和转向扭矩增益(Th)与来自转向系统特性单元(122)的目标转向角速度(ω0)与实际转向角速度(ω1)之间的偏差(SG1)相乘，求出转向盘回正控制增益(SG2)；该转向盘回正控制电流运算单元对转向盘回正控制增益(SG2)进行控制运算，根据车速增益(KP)和转向扭矩增益(Td)进行输出限制，求出转向盘回正控制电流。
【IPC分类】B62D119/00, B62D6/00, B62D113/00, B62D101/00
【公开号】CN105555643
【申请号】CN201580001679
【发明人】北爪徹也
【申请人】日本精工株式会社
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年5月13日
【公告号】EP3025932A1, WO2016017234A1
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电动助力转向装置，其基于电流指令值通过逆变器来对电动机进 行PWM控制，以便对转向系统施加辅助扭矩。本发明尤其涉及一种高信赖性的电动助力转向 装置。该高信赖性的电动助力转向装置通过从与转向角及车速相对应的目标回正扭矩和与 虚拟的转向系统特性相对应的传输特性计算出目标转向角速度，根据转向盘回正控制电流 补正电流指令值，以便在返回到直线状态的行驶状态中使转向盘积极地返回到中立点，并 提高了转向盘回正控制的功能。
【背景技术】
[0002] 利用电动机的旋转力对车辆的转向机构施加辅助扭矩的电动助力转向装置，将电 动机的驱动力经由减速装置由齿轮或皮带等传送机构，向转向轴或齿条轴施加转向辅助 力。为了准确地产生辅助扭矩，现有的电动助力转向装置(EPS)进行电动机电流的反馈控 制。反馈控制调整电动机外加电压，以便使转向辅助指令值（电流指令值)与电动机电流检 测值之间的差变小。电动机外加电压的调整一般通过调整P丽(脉冲宽度调制)控制的占空 比（Duty)来进行。
[0003] 如图1所示，对电动助力转向装置的一般结构进行说明。转向盘(方向盘）1的柱轴 (转向轴或方向盘轴)2经过减速齿轮3、万向节4a和4b、齿轮齿条机构5、转向横拉杆6a和6b， 再通过轮毂单元7a和7b，与转向车轮8L和8R连接。另外，在柱轴2上设有用于检测出转向盘1 的转向扭矩Td的扭矩传感器10和用于检测出转向角Θ的转向角传感器14，对转向盘1的转向 力进行辅助的电动机20通过减速齿轮3与柱轴2连接。电池13对用于控制电动助力转向装置 的控制单元(ECU)30进行供电，同时，经过点火开关11，点火信号被输入到控制单元30。控制 单元30基于由扭矩传感器10检测出的转向扭矩Td和由车速传感器12检测出的车速V，进行 作为辅助(转向辅助)指令的电流指令值的运算，根据通过对电流指令值实施补偿等而得到 的电压控制指令值Vref，来控制供给电动机20的电流。此外，转向角传感器14不是必须的， 也可以不设置转向角传感器14。
[0004] 另外，收发车辆的各种信息的CAN(Controller Area Network，控制器局域网络） 50被连接到控制单元30，车速V也能够从CAN50获得。此外，收发CAN50以外的通信、模拟/数 字信号、电波等的非CAN51也可以被连接到控制单元30。
[0005] 控制单元30主要由CPU(也包含Μ⑶或MPU等)构成，该CPU内部由程序执行的一般功 能，如图2所示。
[0006] 参照图2来说明控制单元30的功能和动作。如图2所示，由扭矩传感器10检测出的 转向扭矩Td和由车速传感器12检测出的（或来自CAN50的）车速V被输入到用于运算出电流 指令值Irefl的电流指令值运算单元31中。电流指令值运算单元31基于被输入进来的转向 扭矩Td和车速V使用辅助图（アシス卜等运算出作为供给电动机20的电流的控制目标 值的电流指令值Iref 1。电流指令值Iref 1经过加法单元32A被输入到电流限制单元33;被限 制了最大电流的电流指令值Irefm被输入到减法单元32B;减法单元32B运算出电流指令值 Irefm与被反馈回来的电动机电流值Im之间的偏差I(Irefm-Im);该偏差I被输入到用于进 行转向动作的特性改善的PI控制单元35中。在PI控制单元35中被进行了特性改善的电压控 制指令值Vref被输入到P丽控制单元36中，再经过作为驱动单元的逆变器37来对电动机20 进行PWM驱动。电动机电流检测器38检测出电动机20的电流值Im，检测出的电流值Im被反馈 到减法单元32B中。逆变器37作为驱动元件使用场效应晶体管(FET)，由FET的电桥电路构 成。
[0007] 另外，在加法单元32A对来自补偿信号生成单元34的补偿信号CM进行加法运算，通 过补偿信号CM的加法运算来进行转向系统的特性补偿，以便改善收敛性和惯性特性等。补 偿信号生成单元34先在加法单元344将自对准扭矩（SAT)343与惯性342相加，然后，在加法 单元345再将在加法单元344得到的加法结果与收敛性341相加，最后，将在加法单元345得 到的加法结果作为补偿信号CM。
[0008] 在这样的电动助力转向装置中，因减速齿轮和齿轮齿条而产生的摩擦大，并且，因 用于产生辅助扭矩的电动机而产生的转向轴周围的等价惯性力矩也大。因此，在自对准扭 矩(SAT)小的低车速域，因为摩擦大而导致转向盘回正变坏。所以如果在直线状态中只依靠 SAT的话，则转向角返回不到中立点，需要依靠驾驶员的转向介入来使转向角返回到中立 点，这样会给驾驶员带来负担。
[0009] 另一方面，在SAT大的高车速域，因为SAT大，尽管转向角速度与低车速相比有变快 的倾向，但由于惯性力矩大，所以惯性扭矩也大，这样在转向角的中立点转向盘不收束，并 且会发生超调（才一パ一シ二一卜），从而会感到车辆特性不稳定。
[001 0]因此，为了在低车速时辅助转向盘回正，并且，为了在高车速时使车辆特性变得稳 定，需要增加收敛性，为了实现这些要求，提出了用于在各种各样的转向盘回正时进行适度 的辅助的控制手法。在这些转向盘回正控制手法中，作为以即使当驾驶员介入转向时也可 以进行平稳的转向盘回正控制为目的的现有技术，有在日本专利第4685557号公报(专利文 献1)中所公开的电动助力转向装置。
[0011] 在专利文献1的装置中，被构成为追随目标转向角速度的控制器通过对基准目标 转向角速度(夂一只目標舵角速度)进行基于车速和扭矩的乘法和加法的补正来计算出目 标转向角速度。当驾驶员介入转向时，通过在施加了扭矩的方向补正目标转向角速度，来减 少驾驶员转向时的不协调感。
[0012] 现有技术文献 [0013]专利文献
[0014] 专利文献1:日本专利第4685557号公报
【发明内容】
[0015]发明要解决的技术问题
[0016]为了在手松开的状态(手放L状態）中实现平稳的转向盘回正，最好是转向角加速 度没有很大的变动，而且，在转向角中立点，转向角速度变为〇。但是，在专利文献1中所公开 的装置中，当设定目标转向角速度的时候，尽管进行基于转向扭矩的补正，但没有进行基于 辅助扭矩的补正。因为在一般情况下，辅助扭矩被设定为使其随着车速增大而减小，所以在 基于转向扭矩和车速的补正中，存在计算出优选的补正量要化费工夫的技术问题。
[0017] 本发明是鉴于上述情况而完成的，本发明的目的在于提供一种电动助力转向装 置，其即使在直线行驶状态中当驾驶员介入转向时，通过基于考虑了车辆特性的转向扭矩 和车速的补正，也能够实现没有不协调感并且平稳的转向盘回正控制。
[0018] 解决技术问题的手段
[0019] 本发明涉及一种电动助力转向装置，其基于转向扭矩和车速运算出电流指令值， 基于所述电流指令值来驱动电动机，通过所述电动机的驱动控制来对转向系统进行辅助控 制，本发明的上述目的可以通过下述这样实现，即：具备转向盘回正控制单元，其基于转向 角、所述电流指令值、所述车速和转向角速度运算出转向盘回正控制电流，以通过将所述转 向盘回正控制电流与所述电流指令值相加而得到的补偿电流指令值来驱动所述电动机，所 述转向盘回正控制单元由目标回正扭矩运算单元、补正单元、转向系统特性单元、转向盘回 正控制增益计算单元和转向盘回正控制电流运算单元构成，所述目标回正扭矩运算单元基 于所述转向角和所述车速运算出目标回正扭矩;所述补正单元根据所述转向扭矩和辅助扭 矩对所述目标回正扭矩进行补正;所述转向系统特性单元基于在所述补正单元被补正的补 正扭矩和粘性系数与与虚拟的转向系统特性相对应的传输特性相乘;所述转向盘回正控制 增益计算单元将车速增益和转向扭矩增益与来自所述转向系统特性单元的目标转向角速 度与实际转向角速度之间的偏差相乘，求出转向盘回正控制增益;所述转向盘回正控制电 流运算单元对所述转向盘回正控制增益进行P控制运算、I控制运算和D控制运算中的至少 一个控制运算，根据所述车速增益和所述转向扭矩增益进行输出限制，求出所述转向盘回 正控制电流。
[0020] 本发明的上述目的还可以通过下述这样更有效地实现，即：所述目标回正扭矩运 算单元将所述车速作为参数，所述目标回正扭矩为随着所述转向角增大而逐渐增大的特 性;或，所述目标回正扭矩为随着所述车速增大而增大的特性;或，所述转向扭矩增益是当 所述转向扭矩小于或等于规定值T1时为一定，当所述转向扭矩大于所述规定值T1并小于规 定值T2(>所述规定值T1)时逐渐减少，当所述转向扭矩等于或大于所述规定值T2时变为0 的特性;或，所述粘性系数是当所述车速小于或等于规定值V3时为一定，当所述车速大于所 述规定值V3并小于规定值V4(>所述规定值V3)时逐渐增加，当所述车速等于或大于所述规 定值V4时变为一定值的特性;或，所述车速增益是当所述车速小于或等于规定值VI时为一 定，当所述车速大于所述规定值VI并小于规定值V2( >所述规定值VI)时逐渐增加，当所述 车速等于或大于所述规定值V2时变为一定值的特性;或，从所述目标转向角速度中减去经 过了相位超前滤波器的所述转向角速度;或，使用限制器来限制所述转向盘回正控制电流 的最大值;或，对所述转向盘回正控制增益进行P控制运算和I控制运算。
[0021 ]发明的效果
[0022]根据本发明的 电动助力转向装置，因为在简易的虚拟转向系统模型中可以设定虚 拟的惯性力矩和粘性系数，即使在具有对转向系统特性来说是不令人满意的惯性力矩和粘 性系数的情况下，通过利用虚拟转向系统模型求出目标转向角速度并进行反馈控制，也可 以使不令人满意的惯性力矩和粘性系数接近虚拟的惯性力矩和粘性系数。因此，在返回到 直线状态的行驶状态中，可以使转向盘没有不协调感并且积极地返回到中立点。
【附图说明】
[0023]图1是表示电动助力转向装置的概要的结构图。
[0024]图2是表示电动助力转向装置的控制系统的结构例的结构框图。
[0025] 图3是表示本发明的结构例的结构框图。
[0026] 图4是表示转向扭矩增益单元的输出增益例的特性图。
[0027]图5是表示目标回正扭矩运算单元的输出例的特性图。
[0028]图6是表示车速增益单元的输出例的特性图。
[0029]图7是表示粘性系数输出单元的输出例的特性图。
[0030]图8是表示本发明的动作例的一部分的流程图。
[0031]图9是表示本发明的动作例的另一部分的流程图。
【具体实施方式】
[0032]在电动助力转向装置中，因为用于传送辅助力的减速齿轮和齿轮齿条的摩擦，所 以动作会受到阻碍，尽管为想返回到直线状态的行驶状态，但转向盘返回不到中立点，从而 有时车辆很难变成直线状态。因此，通过根据与转向角和车速相对应的转向盘回正控制电 流来补正(补偿）电流指令值，以便可以在返回到直线状态的行驶状态中使转向盘积极地返 回到中立点。
[0033]在本发明中，通过根据转向角和车速来定义目标回正扭矩（目标值），将被附加在 柱轴上的转向扭矩和辅助扭矩与目标回正扭矩相加，然后，将与虚拟的转向系统特性相对 应的传输特性与该加法结果相乘，来计算出目标转向角速度。对该目标转向角速度与实际 转向角速度之间的偏差进行P(比例)控制、I (积分)控制和D(微分)控制中的至少一个控制。 通过利用通过将目标回正扭矩和转向扭矩除以粘性系数而计算出的目标转向角速度进行 反馈控制，以便即使当驾驶员介入转向时也可以实现具有自然感觉的转向盘回正控制。 [0034]本发明的简易的虚拟转向系统模型为这样一种模型，即，其通过将从转向角Θ和车 速V求出的目标回正扭矩（目标值)Tr、转向扭矩Td和辅助扭矩Ta的合计与与转向系统的虚 拟的惯性力矩和粘性系数相对应的转向系统传输函数相乘，来计算出目标转向角速度ω〇。
[0035] 因为通过利用虚拟转向系统模型(转向系统特性单元)可以设定转向系统的虚拟 的惯性力矩J和粘性系数C，所以可以任意决定转向系统特性。还有，因为在虚拟转向系统模 型中也考虑了还加进了辅助扭矩Ta的驾驶员的转向介入，所以即使在驾驶员正在进行转向 的状态中也可以提供平稳的转向盘回正。
[0036] 这里，在假设在转向系统中没有静止摩擦、库仑摩擦和弹性项的情况下，目标回正 扭矩Tr、转向扭矩Td和辅助扭矩Ta的力平衡方程式变为下述式1。
[0037][式1]
[0038]
[0039]其中，J为虚拟的转向系统的惯性力矩，C为虚拟的转向系统的粘性系数。
[0040]然后，因为实际转向角速度ω为转向角Θ的时间微分，所以下述式2成立。
[0041 ][式 2]
[0042] ω =d0/dt
[0043] 因此，如果将目标转向角速度设为ω〇的话，则下述式3成立。
[0044] [式3] ///71
[0045] Γ.+Γ-+Γ =/-^ +cv,, at
[0046] 接下来，如果将s设为拉普拉斯运算子的话，则上述式3变为下述式4。然后，如果整 理式4的话，便可得到下述式5。
[0047] [式 4]
[0048] Tr+Td+Ta = sJ〇〇+C〇〇
[0049] [式 δ]
[0050] Tr+Td+Ta=(sJ+C) ω〇
[0051] 因此，目标转向角速度ω〇从上述式5变为下述式6。
[0052] [式6] Τ +Τ, +Τ
[0053] ~d-~^ sJ + C
[0054] 如果整理上述式6的话，便可得到下述式7。
[0055] [式 7]
[0056] ω〇=^-0-^Τ?+Τα)
[0057] 根据上述式7求出目标转向角速度ω〇。其中，1/(JS+C)表示虚拟转向系统模型的 传输特性，Tr+Td+Ta表示目标回正扭矩、转向扭矩和辅助扭矩的合计。
[0058] 通过与与车速V相对应的车速增益相乘，以便可以根据车速设定不同的转向盘的 回正性能和车辆的收敛性。还有，因为主要是在被附加在柱轴上的转向扭矩Td小，并且，摩 擦扭矩的影响较大的时候需要转向盘回正控制，所以在转向扭矩Td大的时候，转向盘回正 控制不需要大的输出。因此，与按照转向扭矩Td变小的转向扭矩增益Th相乘。通过将ω〇设 定为目标转向角速度，并且，根据目标转向角速度ω〇与实际转向角速度ω之间的偏差进行 控制，可以实现平稳的转向盘回正，同时，即使在驾驶员进行了转向的情况下，也可以提供 没有不协调感的转向盘回正控制。
[0059] 下面，参照附图来说明本发明的实施方式。
[0060 ]图3示出了本发明的转向盘回正控制单元100的结构例。如图3所示，转向扭矩Td被 输入到用于输出转向扭矩增益Th的转向扭矩增益单元110和加法单元102，转向角Θ被输入 到用于运算出作为目标回正扭矩的目标值Tt的目标回正扭矩运算单元120。还有，车速V被 输入到目标回正扭矩运算单元120、用于输出车速增益KP的车速增益单元130和用于输出粘 性系数C的粘性系数输出单元133,转向角速度ω被输入到滤波器131。因为使用滤波器131 作为相位超前，所以如果转向角速度ω具有足够的响应性的话，则不需要滤波器131。另外， 电流指令值Iref在增益单元111与增益Kt相乘后，作为辅助扭矩Ta被输入到加法单元102。 因此，在加法单元102得到的加法结果为转向扭矩Td和辅助扭矩Ta的合计。
[0061]由目标回正扭矩运算单元120基于转向角Θ和车速V运算出的目标值（目标回正扭 矩)Tt在反相单元121其符号被反相后，被输入到加法单元101，然后，在加法单元101与在加 法单元102得到的加法结果相加后，被输入到传输特性单元122。传输特性单元122从惯性力 矩J和粘性系数C根据上述式5来决定传输函数，根据乘法由传输特性单元122输出目标转向 角速度ω Ο，目标转向角速度ω 0被加法输入到减法单元103。来自滤波器131的转向角速度 ω a被减法输入到减法单元103，作为在减法单元103得到的减法结果的目标转向角速度ω 〇 与转向角速度ω a之间的偏差SG1被输入到乘法单元132。
[0062]还有，由转向扭矩增益单元110输出的转向扭矩增益Th被输入到乘法单元132和限 制器142,来自车速增益单元130的车速增益KP也被输入到乘法单元132和限制器142。
[0063]来自用于将转向扭矩增益Th和车速增益KP与偏差SG1相乘的乘法单元132的转向 盘回正控制增益SG2被输入到加法单元104,同时，还被输入到用于进行特性改善的积分控 制单元140,然后经过积分增益单元141后被输入到限制器142。由限制器142根据转向扭矩 增益Th和车速增益KP限制了输出的信号SG4在加法单元104与转向盘回正控制增益SG2相加 后，再经过用于去除噪声的LPF143被作为转向盘回正控制电流HR输出。积分补偿容易受到 摩擦的影响的低转向扭矩域，尤其在手松开并且输给摩擦的领域，使积分变得有效。通过在 加法单元105将转向盘回正控制电流HR与电流指令值Iref相加来进行补正(补偿），补正后 的补偿电流指令值Iref η被输入到电动机驱动系统。
[0064] 反相单元121、增益单元111、加法单元101和加法单元102构成补正单元。粘性系数 输出单元133和传输特性单元122构成转向系统特性单元。转向扭矩增益单元110、车速增益 单元130、滤波器131、减法单元103和乘法单元132构成转向盘回正控制增益计算单元。积分 控制单元140、积分增益单元141、限制器142、加法单元104和LPF143构成转向盘回正控制电 流运算单元。
[0065]转向扭矩增益单元110具有图4所示的特性，为这样一种输出特性，即，当转向扭矩 Td小于或等于T1时输出一定值增益Thl，当转向扭矩Td超过T1时逐渐减少，当转向扭矩Td等 于或大于T2时变为增益0。另外，目标回正扭矩运算单元120如图5(A)所示为随着转向角Θ增 大，目标值Tt逐渐增大的输出特性，还有，如图5(B)所示为随着车速V变为高速，不纯增(純 増1^疔</、）的输出特性，目标值Tt发生变化。车速增益单元130具有图6所示的特性，尽管为 这样一种特性，即，至少当车速V小于或等于车速VI时为小的增益KP1而且为一定，当车速V 大于车速VI时逐渐增加，当车速V等于或大于车速V2时为大的增益KP2而且为一定，但并不 限定于这样的特性。另外，用于根据车速V来改变粘性系数C的粘性系数输出单元133具有图 7所示的特性，尽管为这样一种特性，即，至少当车速V小于或等于车速V3时为小的粘性系数 C1而且为一定，当车速V大于车速V3并小于车速V4( >车速V3)时逐渐 增加，当车速V等于或 大于车速V4时为大的粘性系数C2而且为一定，但并不限定于这样的特性。
[0066]在这样的结构中，参照图8和图9的流程图来说明其动作例。
[0067]首先，输入(读取)转向扭矩Td、电流指令值Iref、车速V、转向角Θ和转向角速度ω (步骤S1)，转向扭矩增益单元110输出转向扭矩增益Th(步骤S2)。增益单元111通过将电流 指令值Iref与增益Kt相乘来计算出辅助扭矩Ta(步骤S3)，辅助扭矩Ta在加法单元102与转 向扭矩Td相加后，被输入到加法单元101 (步骤S4)。
[0068]还有，目标回正扭矩运算单元120基于被输入进来的转向角Θ和车速V运算出目标 值Tt(步骤S10)，反相单元121进行目标值Tt的符号反相(步骤S11)，然后，符号反相后的目 标值Tt被输入到加法单元101，在加法单元101被相加(步骤S12)。车速增益单元130输出与 车速V相对应的车速增益KP(步骤S13)，粘性系数输出单元133输出与车速V相对应的粘性系 数C(步骤S14)。粘性系数C被输入到传输特性单元122，在传输特性单元122被与传输特性相 乘，传输特性单元122输出目标转向角速度ω Ο，目标转向角速度ω 0被加法输入到减法单元 1〇3(步骤 S20)。
[0069]另一方面，实际转向角速度ω在滤波器131中被实施了相位超前处理之后，作为ω a被减法输入到减法单元103(步骤S21 )，由减法单元103求出的目标转向角速度ω 〇与ω a之 间的偏差SG1被输入到乘法单元132。转向扭矩增益Th和车速增益KP被输入到乘法单元132， 乘法单元132通过进行偏差SG1、转向扭矩增益Th和车速增益KP的乘法来求出转向盘回正控 制增益SG2(步骤S22)。转向盘回正控制增益SG2在积分控制单元140中被进行了积分处理之 后（步骤S23)，再与积分增益KI相乘（步骤S24)，然后在限制器142中被进行限制处理(步骤 S30)〇
[0070] 由限制器142进行了限制处理之后的信号被输入到加法单元104,在加法单元104 与转向盘回正控制增益SG2相加（步骤S31)，然后在LPF143中被进行了滤波器处理之后（步 骤S32)，被作为转向盘回正控制电流HR输出。加法单元105通过将转向盘回正控制电流HR与 电流指令值Iref相加来进行补正，并输出补偿电流指令值Irefn(步骤S33)。
[0071] 此外，也可以通过电动机角速度X齿轮比来求出转向角速度，也可以根据车速、转 向角、快速打转向盘/反打转向盘/保持转向盘状态(切増L/切戾L/保舵状態)来改变虚拟 转向系统模型的传输特性。还有，也可以将虚拟的摩擦特性附加到虚拟转向系统模型中，也 可以通过基准目标转向角速度X粘性系数来求出目标回正扭矩。
[0072] 另外，可以适当地变更图8和图9的数据输入、运算和处理的顺序。尽管在上述实施 方式中对转向盘回正控制增益进行I控制运算，但在本发明中也可以进行P控制运算、I控制 运算和D控制运算的全部控制运算，也可以进行P控制运算、I控制运算和D控制运算中的至 少一个控制运算。
[0073] 附图标记说明
[0074] 1 转向盘(方向盘）
[0075] 2 柱轴(转向轴、方向盘轴）
[0076] 10 扭矩传感器
[0077] 12 车速传感器
[0078] 14 转向角传感器
[0079] 20 电动机
[0080] 30 控制单元(ECU)
[0081 ] 31 电流指令值运算单元
[0082] 33 电流限制单元
[0083] 34 补偿信号生成单元
[0084] 35 PI控制单元
[0085] 36 PIM控制单元
[0086] 37 逆变器
[0087] 50 CAN
[0088] 100 转向盘回正控制单元
[0089] 110 转向扭矩增益单元
[0090] 111 增益单元
[0091] 120 目标回正扭矩运算单元
[0092] 121 反相单元
[0093] 122 传输特性单元
[0094] 130 车速增益单元
[0095] 131 滤波器
[0096] 133 粘性系数输出单元
[0097] 140 积分控制单元
[0098] 142 限制器
[0099] 143 低通滤波器(LPF)
【主权项】
1. 一种电动助力转向装置，其基于转向扭矩和车速运算出电流指令值，基于所述电流 指令值来驱动电动机，通过所述电动机的驱动控制来对转向系统进行辅助控制，其特征在 于： 具备转向盘回正控制单元，其基于转向角、所述电流指令值、所述车速和转向角速度运 算出转向盘回正控制电流，以通过将所述转向盘回正控制电流与所述电流指令值相加而得 到的补偿电流指令值来驱动所述电动机， 所述转向盘回正控制单元由目标回正扭矩运算单元、补正单元、转向系统特性单元、转 向盘回正控制增益计算单元和转向盘回正控制电流运算单元构成， 所述目标回正扭矩运算单元基于所述转向角和所述车速运算出目标回正扭矩； 所述补正单元根据所述转向扭矩和辅助扭矩对所述目标回正扭矩进行补正； 所述转向系统特性单元基于在所述补正单元被补正的补正扭矩和粘性系数与与虚拟 的转向系统特性相对应的传输特性相乘； 所述转向盘回正控制增益计算单元将车速增益和转向扭矩增益与来自所述转向系统 特性单元的目标转向角速度与实际转向角速度之间的偏差相乘，求出转向盘回正控制增 益； 所述转向盘回正控制电流运算单元对所述转向盘回正控制增益进行P控制运算、I控制 运算和D控制运算中的至少一个控制运算，根据所述车速增益和所述转向扭矩增益进行输 出限制，求出所述转向盘回正控制电流。2. 根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于:所述目标回正扭矩运算单元 将所述车速作为参数，所述目标回正扭矩为随着所述转向角增大而逐渐增大的特性。3. 根据权利要求2所述的电动助力转向装置，其特征在于:所述目标回正扭矩为随着所 述车速增大而增大的特性。4. 根据权利要求1至3中任意一项所述的电动助力转向装置，其特征在于:所述转向扭 矩增益是当所述转向扭矩小于或等于规定值T1时为一定，当所述转向扭矩大于所述规定值 T1并小于规定值T2(>所述规定值T1)时逐渐减少，当所述转向扭矩等于或大于所述规定值 Τ2时变为0的特性。5. 根据权利要求1至4中任意一项所述的电动助力转向装置，其特征在于:所述粘性系 数是当所述车速小于或等于规定值V3时为一定，当所述车速大于所述规定值V3并小于规定 值V4(>所述规定值V3)时逐渐增加，当所述车速等于或大于所述规定值V4时变为一定值的 特性。6. 根据权利要求1至5中任意一项所述的电动助力转向装置，其特征在于:所述车速增 益是当所述车速小于或等于规定值VI时为一定，当所述车速大于所述规定值VI并小于规定 值V2( >所述规定值VI)时逐渐增加，当所述车速等于或大于所述规定值V2时变为一定值的 特性。7. 根据权利要求1至5中任意一项所述的电动助力转向装置，其特征在于:从所述目标 转向角速度中减去经过了相位超前滤波器的所述转向角速度。8. 根据权利要求1至6中任意一项所述的电动助力转向装置，其特征在于:使用限制器 来限制所述转向盘回正控制电流的最大值。9. 根据权利要求1至8中任意一项所述的电动助力转向装置，其特征在于:对所述转向 盘回正控制增益进行P控制运算和I控制运算。
【专利摘要】本发明提供一种电动助力转向装置。该电动助力转向装置即使在直线行驶状态中当驾驶员介入转向时，通过基于考虑了车辆特性的转向扭矩和车速的补正，也能够实现平稳的转向盘回正控制。本发明的电动助力转向装置具备用于以补偿电流指令值(Irefn)来驱动电动机的转向盘回正控制单元(100)，该转向盘回正控制单元由目标回正扭矩运算单元(120)、补正单元(101)、转向系统特性单元(122)、转向盘回正控制增益计算单元(132)和转向盘回正控制电流运算单元构成，其中，该目标回正扭矩运算单元(120)基于转向角(θ)和车速(V)运算出目标回正扭矩(Tt)；该补正单元(101)根据转向扭矩(Td)和辅助扭矩(Ta)对目标回正扭矩(Tt)进行补正；该转向系统特性单元(122)基于补正扭矩和粘性系数(C)与虚拟的转向系统特性相对应的传输特性相乘；该转向盘回正控制增益计算单元(132)将车速增益(KP)和转向扭矩增益(Th)与来自转向系统特性单元(122)的目标转向角速度(ω0)与实际转向角速度(ω1)之间的偏差(SG1)相乘，求出转向盘回正控制增益(SG2)；该转向盘回正控制电流运算单元对转向盘回正控制增益(SG2)进行控制运算，根据车速增益(KP)和转向扭矩增益(Td)进行输出限制，求出转向盘回正控制电流。
【IPC分类】B62D119/00, B62D6/00, B62D113/00, B62D101/00
【公开号】CN105555643
【申请号】CN201580001679
【发明人】北爪徹也
【申请人】日本精工株式会社
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年5月13日
【公告号】EP3025932A1, WO2016017234A1
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