电动助力转向控制装置

摘要

可以得到即使在扭矩检测单元的输出针对极其小的扭矩振动精度并不充分高的情况下，也不易产生振动的电动助力转向控制装置。一种电动助力转向控制装置，具备：操舵扭矩检测单元；运算辅助扭矩电流的扭矩控制器；产生对操舵扭矩进行辅助的扭矩的马达；去除通过操舵引起的分量的电流操舵分量去除单元；推测马达的旋转方向的振动速度的振动速度推测单元；以及运算加到辅助扭矩电流中的阻尼电流的阻尼控制器，振动速度推测单元具备：对从电流操舵分量去除单元输出的马达电流进行累积而运算马达的旋转方向的振动加速度的振动加速度运算单元；以及对振动加速度运算单元进行积分而运算马达旋转方向的振动速度的旋转加速度积分单元。

权利要求

1.一种电动助力转向控制装置，具备：

操舵扭矩检测单元，从扭杆的相对角检测由驾驶员提供的操舵扭矩；

扭矩控制器，根据所述检测到的操舵扭矩，运算对所述操舵扭矩进行辅助的辅助扭矩电流；

马达，产生对所述操舵扭矩进行辅助的扭矩；

电流操舵分量去除单元，从在所述马达中通电的电流的检测值或者指令值，去除由操舵引起的分量；

振动速度推测单元，推测所述马达的旋转方向的振动速度；以及阻尼控制器，使用所述推测出的马达振动速度的推测值，运算将加到所述辅助扭矩电流中的阻尼电流，其特征在于，

所述振动速度推测单元具备：

振动加速度运算单元，对从电流操舵分量去除单元输出的马达电流进行累积，从而运算马达的旋转方向的振动加速度；以及旋转加速度积分单元，对振动加速度运算单元输出进行积分而运算马达旋转方向的振动速度。

2.根据权利要求1所述的电动助力转向控制装置，其特征在于，具有：速度积分单元，对推测所述马达的旋转方向的振动速度的振动速度推测单元的输出进行积分，从而运算马达的旋转方向的振动角度；

反力扭矩加速度运算单元，根据所述旋转方向的振动角度，运算将来自扭矩传感器的反力扭矩、来自轮胎的反力扭矩作为加速度的因素而输出的反力扭矩加速度；以及加速度加法器，相加对从所述电流操舵分量去除单元输出的马达电流进行累积而运算出马达的旋转方向的振动加速度的马达扭矩振动加速度运算单元的输出、和反力扭矩加速度运算单元运算出的反力扭矩加速度，从而运算马达振动加速度，所述旋转加速度积分单元对所述加速度加法器输出进行积分运算。

3.根据权利要求2所述的电动助力转向控制装置，其特征在于，将拐点频率被设定为所述马达的旋转方向的振动频率以下的频率的范围内的高通滤波器插入到所述旋转加速度积分单元或者所述速度积分单元中。

4.根据权利要求1或2所述的电动助力转向控制装置，其特征在于，向所述电流操舵分量去除单元的输入信号是电流检测器的输出或者目标电流。

说明书

电动助力转向控制装置

技术领域

[0001] 本发明涉及通过马达对转向力进行辅助的电动助力转向控制装置。

背景技术

[0002] 以往的电动助力转向控制装置具备：对由驾驶员提供的操舵进行检测的操舵扭矩检测单元；根据所检测的操舵扭矩信号运算对所述操舵扭矩进行辅助的辅助扭矩电流的扭矩控制器；产生对所述操舵扭矩进行辅助的扭矩的马达；推测所述马达的旋转方向的马达振动速度的振动速度推测单元；使用所推测出的马达振动速度的推测值，运算加到所述辅助扭矩电流中的阻尼(damping)电流的阻尼(damping)控制器；以及马达电流检测单元。该旋转方向的振动速度检测单元包括：从在马达中通电的电流的检测值或者指令值中去除有关操舵的分量的电流操舵分量去除单元；从操舵扭矩检测单元的输出中去除有关操舵的分量的扭矩操舵分量去除单元；以及旋转速度观察器，该旋转速度观察器按照以马达的惯性矩为惯性项、以扭矩传感器的刚性为弹性项的振动方程式构成，根据从所述电流操舵分量去除单元输出的马达电流和从扭矩操舵分量去除单元输出的操舵扭矩运算出马达旋转方向的振动速度的推测值(例如参照专利文献1)。

[0003] 专利文献1：日本专利特开2000-168600号公报(17页。手续补正1、权利要求8)发明内容

[0004] 电动助力转向希望去除的振动一般是0.2Nm以下的极其小的振动，在希望正确地检测这样的振动中的操舵扭矩信号的情况下，需要在其检测特性中滞后特性等充分小的昂贵的扭矩检测单元。在专利文献1所示那样的以往的电动助力转向控制装置中，由于成为根据从电流操舵分量去除单元输出的马达电流和从扭矩操舵分量去除单元输出的操舵扭矩运算马达旋转方向的振动速度的推测值的旋转速度观察器，所以针对扭矩检测单元的输出极其小的扭矩振动，由于扭矩检测单元的滞后等影响，精度并非充分高，而有时无法检测振动分量、或振幅例如降低10％以上。在该情况下，在旋转速度观察器的推测值中产生相位延迟等产生与旋转速度的真值的误差。因此，即使对该旋转速度观察器的推测值乘上增益而进行了阻尼，与对旋转速度的真值乘上增益而进行了阻尼的情况相比，振动抑制效果降低，所以存在无法应用精度不充分高的廉价的扭矩检测单元的课题。

[0005] 本发明是为了解决上述那样的问题而完成的，其目的在于得到一种电动助力转向控制装置，即使在针对扭矩检测单元的输出如上所述极其小的扭矩振动，使用了上述那样的廉价且精度不充分高的扭矩检测单元的情况下，也可以推测正确的马达的旋转方向的振动速度来进行阻尼控制。

[0006] 本发明提供一种电动助力转向控制装置，其特征在于，具备：

[0007] 操舵扭矩检测单元，从扭杆的相对角检测由驾驶员提供的操舵扭矩；

[0008] 扭矩控制器，根据所述检测到的操舵扭矩信号，运算对所述操舵扭矩进行辅助的辅助扭矩电流；

[0009] 马达，产生对所述操舵扭矩进行辅助的扭矩；

[0010] 电流操舵分量去除单元，从在所述马达中通电的电流的检测值或者指令值，去除由操舵引起的分量；

[0011] 振动速度推测单元，推测所述马达的旋转方向的振动速度；以及

[0012] 阻尼控制器，使用所述推测出的马达振动速度的推测值，运算将加到所述辅助扭矩电流中的阻尼电流，

[0013] 所述振动速度推测单元具备：

[0014] 振动加速度运算单元，对从电流操舵分量去除单元输出的马达电流进行累积，从而运算马达的旋转方向的振动加速度；以及

[0015] 旋转加速度积分单元，对振动加速度运算单元输出进行积分而运算马达旋转方向的振动速度。

[0016] 根据本发明，提供一种电动助力转向控制装置，其特征在于，具备：操舵扭矩检测单元，从扭杆的相对角，检测由驾驶员提供的操舵扭矩；扭矩控制器，根据所述检测的操舵扭矩信号，运算出对所述操舵扭矩进行辅助的辅助扭矩电流；马达，产生对所述操舵扭矩进行辅助的扭矩；电流操舵分量去除单元，从对所述马达通电的电流的检测值或者指令值，减去通过操舵得到的分量；振动速度推测单元，推测所述马达的旋转方向的振动速度；以及阻尼控制器，使用所述推测出的马达振动速度的推测值，运算出加到所述辅助扭矩电流中的阻尼电流，所述振动速度推测单元具备：振动加速度运算单元，累加到从电流操舵分量去除单元输出的马达电流，而运算出马达的旋转方向的振动加速度；以及加速度积分单元，对振动加速度运算单元输出进行积分而运算出马达旋转方向的振动速度，从而，起到可以得到即使在使用了上述那样的廉价且精度不充分高的扭矩检测单元的情况下也可以推测正确的马达旋转方向的振动速度来进行阻尼控制的电动助力转向控制装置这样的以往没有的显著的效果。

附图说明

[0017] 图1是示出本发明的实施方式1的电动助力转向控制装置的结构的框图。

[0018] 图2是示出本发明的实施方式1的算法的流程图。

[0019] 图3是示出本发明的实施方式1的其他电动助力转向控制装置的结构的框图。

[0020] 图4是示出本发明的实施方式1的其他算法的流程图。

[0021] 图5是示出本发明的实施方式2的电动助力转向控制装置的结构的框图。

[0022] 图6是示出本发明的实施方式2的算法的流程图。

[0023] 图7是示出本发明的实施方式1的其他电动助力转向控制装置的结构的框图。

[0024] 图8是示出本发明的实施方式1的其他算法的流程图。

[0025] (符号说明)

[0026] 1：扭矩传感器；2：相位补偿器；3：扭矩控制器；4：驱动电流HPF；5：旋转速度运算器；5a：振动加速度运算器；5b：加速度积分器；5c：速度积分器；5d：反力扭矩加速度运算器；5e：加速度加法器；6：阻尼控制器；7：加法器；8：电流控制器；9：马达；10：电流检测器。

具体实施方式

[0027] 以下，根据附图，对本发明的各实施方式进行说明。

[0028] 实施方式1.

[0029] 图1是示出本发明的实施方式1的电动助力转向控制装置的结构的框图。在该图中，通过相位补偿器2对驾驶员进行了操舵的情况下的操舵扭矩进行检测的扭矩传感器1的输出信号进行相位补偿，使得其频率特性被改善。接下来，根据由相位补偿器2相位补偿后的扭矩传感器1的输出，通过扭矩控制器3运算对所述操舵扭矩进行辅助的辅助扭矩电流。

[0030] 另一方面，操舵分量去除单元即驱动电流高通滤波器(以下，称为驱动电流HPF)4从由电流检测器10检测出的电流检测信号中去除操舵频率分量。接下来，振动速度推测器5根据所述驱动电流HPF的输出，运算马达旋转速度的振动分量。此处，作为构成要素，振动速度推测器5包括：对所述驱动电流HPF的输出乘上增益而运算通过马达扭矩得到的马达旋转方向的振动加速度的振动加速度运算器5a；以及对其进行积分而运算马达旋转方向的振动速度的加速度积分器5b。然后，阻尼控制器6根据所述振动速度推测器5的输出即马达振动速度信号，运算用于控制操舵的衰减特性的阻尼电流。

[0031] 接下来，针对由扭矩控制器3运算出的辅助扭矩电流和由阻尼控制器6运算出的阻尼电流，通过加法器7进行加法计算而运算目标电流。然后，在电流控制器8的输出端中，进行控制，以使对马达9通电的电流与所述目标电流一致。为了使马达9产生助力扭矩，通过例如针对目标电流与电流检测信号之差进行PI控制运算，设定对马达9的输入端子施加的驱动电压指令值。该驱动电压指令值例如作为PWM信号而输出。

[0032] 接下来，根据图2的流程图，对所述结构的电动助力转向控制装置的动作进行说明。

[0033] 在步骤S101中，将由相位补偿器2相位补偿后的扭矩传感器1的输出读入到微型计算机中并存储到存储器中，在步骤S102中，读入电流检测信号并存储在存储器中。电流检测信号是通过对例如分流电阻的电压降低进行检测而得到的。接下来，在步骤S103中，通过扭矩控制器3，读入所述存储器中存储的相位补偿后的扭矩传感器输出，对辅助扭矩电流进行映射运算(map-computed)而存储在存储器中。

[0034] 在步骤S104中，在驱动电流HPF4中，读入所述存储器中存储的电流检测信号并进行高通滤波的运算，作为驱动电流HPF输出而存储在存储器中，在步骤S105中，在振动加速度运算器5a中对驱动电流HPF输出乘上增益而运算马达旋转方向的马达振动加速度。在步骤S106中在加速度积分器5b中对马达振动加速度进行积分运算而运算马达旋转方向的马达振动速度。在步骤S107中，通过阻尼控制器6，读入所述存储器中存储的旋转速度运算器输出，乘上控制增益而运算阻尼电流并存储在存储器中。在步骤S108中，在加法器7中，对所述存储器中存储的辅助扭矩电流与阻尼电流进行加法计算，作为目标电流而存储在存储器中。在步骤S109中，针对目标电流与电流检测信号之差进行PI控制运算，设定驱动电压指令值。该驱动电压指令值例如作为PWM信号输出而施加到马达9的端子来进行驱动。针对每个控制采样反复所述步骤S101到S109的动作。

[0035] 另外，预先在ROM中设定在所述步骤S103中使用的表示扭矩传感器输出与辅助扭矩电流的关系的映射、在所述步骤S105中使用的将驱动电流HPF输出变换为马达旋转方向的振动加速度的增益、以及在所述步骤S107中使用的用于运算阻尼电流的控制增益等在进行目标电流的运算时所需的映射、比例系数等常数。

[0036] 此处，对所述操舵分量去除单元即驱动电流HPF4进行说明。一般驾驶员可操舵的频率是3Hz左右以下。另外，例如变换车道时的操舵频率是0.2Hz附近，通常进行这样的低频的操舵的情形较多。相对于此，易于产生转向振荡的频率频带是30Hz以上，可以实现与操舵频率的频率分离。

[0037] 因此，在产生转向振荡那样的频率区域中，通过作为频率分离器使用利用下式(1)的传递函数表示的高通滤波器等，可以去除操舵频率分量而仅得到振动分量。

[0038] T3s/(T3s+1) (1)

[0039] 此处，T3是时间常数，以下将拐点频率记载为f3[Hz]。

[0040] T3＝1/{f3×(2π)} (2)

[0041] 此时，一般，如果将高通滤波器的拐点频率设定得较低，则通过操舵得到的分量易于残留，如果设定得较高，则通过高通滤波器得到的电流检测信号的转向振荡分量的相位偏移变大，所以如果将高通滤波器的拐点频率设定在从通常进行的操舵频率到在产生转向振荡的频率的范围内的某一个频率，则可以使电流检测信号的转向振荡分量残留而去除操舵频率分量。因此，在本实施方式1中，作为驱动电流HPF4，关注一般的驾驶员可操舵的最大频率，使用拐点频率被设定为0.2～30Hz的范围的高通滤波器，得到去除了操舵分量的电流检测信号的转向振荡分量。

[0042] 另外，电流与马达扭矩的关系作为扭矩常数Kt是已知的值。通过对驱动电流HPF4的输出乘上扭矩常数Kt并除以旋转惯性矩Jm，可以变换为马达旋转方向的马达振动加速度。此时，虽然对马达还传递来自扭矩传感器的反力扭矩、来自轮胎的反力扭矩，但一般惯性矩与振动频率的平方成比例，所以在振动频率高的情况下，来自扭矩传感器的反力、来自轮胎的反力扭矩的影响变得相对小而可以忽略。

[0043] 因此，通过对驱动电流HPF4的输出乘上增益Kt/Jm，可以变换为马达旋转方向的马达振动加速度。

[0044] 进而，通过对马达旋转方向的马达振动加速度进行积分运算，可以得到马达旋转方向的马达振动速度。

[0045] 这样，在本实施方式1中，根据从去除了所述操舵频率分量的电流检测信号运算出的马达振动速度，运算出阻尼电流，所以如上所述，即使在针对扭矩检测单元的输出极其小的扭矩振动，精度并不充分高的情况下，也可以推测正确的马达振动速度来进行阻尼控制，一般即使增大扭矩比例增益也可以防止控制系统的振荡。因此，可以增大阻尼控制器6的阻尼控制增益来加强阻尼，所以不会使驾驶员感到方向盘的振动，而可以降低操舵扭矩。

[0046] 实施方式2.

[0047] 图5是示出本发明的实施方式2的电动助力转向控制装置的结构的框图。根据驱动电流HPF运算马达旋转速度的振动分量的振动速度推测器5以外的部分与实施方式1的结构完全相同，所以省略说明。振动速度推测器5包括：对驱动电流HPF4的输出乘上增益，运算通过马达扭矩得到的马达旋转方向的马达扭矩振动加速度的振动加速度运算器5a；对将来自扭矩传感器的反力扭矩、来自轮胎的反力扭矩作为加速度的因素(dimension)而输出的反力扭矩加速度运算器5d的输出进行加法计算的加速度加法器5e；对加速度加法器5e的输出进行积分而运算马达旋转方向的马达振动速度的加速度积分器5b；以及对加速度积分器5b的输出进行积分而运算马达旋转方向的马达振动角度的速度积分器5c。反力扭矩加速度运算器5d对由速度积分器5c运算出的马达旋转方向的马达振动角度乘上增益而得到反力扭矩加速度信号。将这样得到的马达振动速度信号与实施方式1同样地输出到阻尼控制器6。

[0048] 接下来，根据图6的流程图，对上述结构的电动助力转向控制装置的动作进行说明。

[0049] 在步骤S301中，将由相位补偿器2相位补偿后的扭矩传感器1的输出读入到微型计算机并存储在存储器中，在步骤S302中，读入电流检测信号并存储在存储器中。电流检测信号是通过例如对分流电阻的电压降低进行检测而得到的。

[0050] 接下来，在步骤S303中，通过扭矩控制器3，读入所述存储器中存储的相位补偿后的扭矩传感器输出，对辅助扭矩电流进行映射运算并存储在存储器中。

[0051] 在步骤S304中，在驱动电流HPF4中，读入所述存储器中存储的电流检测信号进行高通滤波的运算并作为驱动电流HPF输出而存储在存储器中，在步骤S305中，在振动加速度运算器5a中对驱动电流HPF输出乘上增益而运算通过马达产生的扭矩得到的马达旋转方向的马达扭矩振动加速度。在步骤S306中，在加速度加法器5e中，对由振动加速度运算器5a运算出的马达扭矩振动加速度信号、与由反力扭矩加速度运算器5d运算并存储在存储器的反力扭矩加速度信号进行加法运算而作为马达振动加速度信号存储到存储器中。在步骤S307中在加速度积分器5b中对马达振动加速度进行积分运算而运算马达旋转方向的马达振动速度并存储在存储器中。在步骤S308中在速度积分器5c中对马达振动速度信号进行积分，而运算马达振动角度信号并存储在存储器中。在步骤S309中在反力扭矩加速度运算器中，对马达振动角度信号乘上增益，运算将来自扭矩传感器的反力扭矩、来自轮胎的反力扭矩变换为加速度的因素的反力扭矩加速度信号并存储在存储器中。在步骤S310中在加速度积分器5b中将存储器中存储的马达振动速度输出到阻尼控制器6。

[0052] 在步骤S311中，通过阻尼控制器6，对马达振动速度乘上控制增益而运算阻尼电流并存储在存储器中。在步骤S312中，在加法器7中，对所述存储器中存储的辅助扭矩电流与阻尼电流进行加法计算，作为目标电流而存储在存储器中。在步骤S313中，对目标电流与电流检测信号之差进行PI控制运算，设定驱动电压指令值。将该驱动电压指令值例如作为PWM信号输出而施加到马达9的端子来进行驱动。针对每个控制采样反复所述步骤S301到S313的动作。另外，将在所述步骤S303中使用的表示扭矩传感器输出与辅助扭矩电流的关系的映射、在所述步骤S305中使用的将驱动电流HPF输出变换为马达旋转方向的振动加速度的增益、在所述步骤S309中使用的对马达振动角度信号乘上增益而运算反力扭矩加速度信号的增益、以及在所述步骤S311中使用的用于运算阻尼电流的控制增益等在进行目标电流的运算时需要的映射、比例系数等常数预先设定到ROM中。

[0053] 此处，与实施方式1的差异为步骤S305到S309的动作，所以主要说明该部分。电流与马达扭矩的关系如上所述作为扭矩常数Kt是已知的值。通过将其除以旋转惯性矩Jm，可以变换为马达旋转方向的马达扭矩振动加速度。此时，在实施方式1中忽略了的来自扭矩传感器的反力扭矩、来自轮胎的反力扭矩虽然小但仍对传递到马达。另外，对于这些扭矩，占支配地位的是由扭矩传感器的扭杆、轮胎的扭曲变形导致的扭矩，所以该扭矩与旋转角度成比例，通过驱动电流HPF4去除操舵频率分量，所以通过对针对马达振动角速度信号进行了积分的马达振动角度信号乘上扭杆的弹簧常数Ks，而得到马达旋转方向的振动扭矩。因此，通过将该振动扭矩除以旋转惯性矩Jm，可以变换为马达旋转方向的振动加速度。因此，通过对马达振动角度信号乘上增益Ks/Jm，可以变换为马达旋转方向的反力扭矩振动加速度。

[0054] 如上所述，通过对马达扭矩振动加速度加上反力扭矩振动加速度，可以运算更正确的马达旋转方向的马达振动加速度，通过对其进行积分运算，可以得到更正确的马达旋转方向的马达振动速度。

[0055] 这样，在本实施方式2中，根据对从去除了所述操舵频率分量的电流检测信号运算出的马达振动加速度与由于扭矩传感器的扭杆、轮胎的扭曲变形引起的扭矩振动加速度之和进行积分运算而得到的马达振动速度，运算阻尼电流，所以即使在使用了上述那样的廉价且精度不充分高的扭矩检测单元的情况下，也可以推测正确的马达振动速度来进行阻尼控制，一般即使增大了扭矩比例增益也可以防止控制系统的振荡。因此，可以增大阻尼控制器6的阻尼控制增益来加强阻尼，所以不会使驾驶员感到方向盘的振动，而可以降低操舵扭矩。

[0056] 另外，在实施方式1以及2中，将输入到驱动电流HPF的信号作为电流检测器10的输出，但也可以作为目标电流。例如在实施方式1中将电流检测器10的输出作为目标电流的情况下，成为图3的框图以及图4的流程图所示的结构。此时，目标电流使用预采样中的运算值即可。

[0057] 另外，还有不进行电流检测，而根据目标电流和感应电压运算值来进行电流控制的方式，在该情况下，成为图7的框图以及图8的流程图所示的结构。此处已知感应电压与马达旋转速度成比例，所以通过使用分解器(resolver)等马达旋转速度传感器来得到。在该情况下，如上所述，一般驾驶员可操舵的频率主要是3Hz左右以下，并且，感应电压受操舵频率分量的支配，所以马达旋转速度传感器具有在操舵频率频带中不会产生相位、增益的偏移而可以检测的特性即可。在电流控制中，还有以下方式：不具有电流检测单元，而根据目标电流和感应电压运算值来进行电流控制，在本段落中叙述的结构还可以应用于这样的方式的电动助力转向控制装置。

[0058] 另外，将加速度积分器5b、速度积分器5c设为单纯的积分器，但例如也可以对式(3)所示的高通滤波器中通过的信号进行积分。

[0059] T4s/(T4s+1) (3)

[0060] 积分器的传递函数是

[0061] 1/s (4)

[0062] 所以通过对通过了高通滤波器的信号进行积分，成为对低通滤波器乘上了增益的下述传递函数。

[0063] T4/(T4s+1) (5)

[0064] 此处，T4是时间常数，将拐点频率记载为f4[Hz]，则获得下式。

[0065] T4＝1/{f4×(2π)} (6)

[0066] 对于时间常数，当例如以30Hz产生振动的情况下，将拐点频率f4设定为30Hz以下等的振动频率以下的范围。

[0067] 在该情况下，成为对在拐点频率f4以下的频率范围不进行积分的准积分，所以即使在信号中存在偏置(offset)的情况下也可以防止由于积分引起的偏离(drift)。