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电动助力转向装置

阅读：146发布：2021-03-02

IPRDB可以提供电动助力转向装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供一种电动助力转向装置，该电动助力转向装置能够在“既不会受到与自由振动系统有关的噪声的影响，也不会受到外部干扰的影响”的状态下，高精度地判定手动输入。本发明的电动助力转向装置对“用于将辅助扭矩赋予给车辆的转向机构”的电动机进行驱动控制，并且，具有“用来切换辅助模式和自动模式”的功能，其具备扭力杆扭转角计算单元、输出侧柱轴相对角度生成单元、实际转向盘角度计算单元、共振滤波器和手ON/OFF判定单元，其中，扭力杆扭转角计算单元基于扭矩信息来求得扭力杆扭转角；输出侧柱轴相对角度生成单元基于电动机的电角度信号来输出“输出侧相对角度”；实际转向盘角度计算单元基于扭力杆扭转角以及“输出侧相对角度”来求得实际转向盘角度；共振滤波器基于“输出侧相对角度”来求得松手状态下的估计转向盘角度；手ON/OFF判定单元当“实际转向盘角度与估计转向盘角度之间的偏差角度变成等于或大于所规定的角度”的时间持续了第1所规定的时间或更长时间的时候，就判定为“手ON”。，下面是电动助力转向装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种电动助力转向装置，其在“与转向盘相连接”的柱轴上安装了扭力杆，经由减速机构并通过电流指令值来对“用于将辅助扭矩赋予给车辆的转向机构”的电动机进行驱动控制，并且，具有“用来切换辅助模式和自动模式”的功能，其特征在于：具备扭力杆扭转角计算单元、输出侧柱轴相对角度生成单元、实际转向盘角度计算单元、共振滤波器和手ON/OFF判定单元，所述扭力杆扭转角计算单元基于“关于所述扭力杆”的扭矩信息来求得扭力杆扭转角，所述输出侧柱轴相对角度生成单元基于所述电动机的电角度信号并且使用所规定的运算式，来输出“输出侧相对角度”，所述实际转向盘角度计算单元基于所述扭力杆扭转角以及所述“输出侧相对角度”来求得实际转向盘角度，所述共振滤波器基于所述“输出侧相对角度”来求得松手状态下的估计转向盘角度，所述手ON/OFF判定单元当“所述实际转向盘角度与所述松手状态下的估计转向盘角度之间的偏差角度变成等于或大于所规定的角度”的时间持续了第1所规定的时间或更长时间的时候，就判定为“手ON”。

2.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：

所述手ON/OFF判定单元在判定出所述“手ON”之后，当“所述偏差角度小于所述所规定的角度”的时间持续了第2所规定的时间或更长时间的时候，就判定为“手OFF”。

3.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：

“关于所述扭力杆”的扭矩信息为“关于所述转向盘”的柱轴角度或“关于所述扭力杆”的扭转扭矩。

4.根据权利要求3所述的电动助力转向装置，其特征在于：

所述扭力杆扭转角计算单元为“输入所述扭转扭矩，并且，通过所述扭转扭矩除以所述扭力杆的弹簧常数来运算出所述扭力杆扭转角”的扭力杆扭转角运算单元。

5.根据权利要求3所述的电动助力转向装置，其特征在于：

所述扭力杆扭转角计算单元为“输入扭矩传感器检测输入侧柱轴角度以及扭矩传感器检测输出侧柱轴角度，并且，通过使用所述扭力杆的弹簧常数来生成所述扭力杆扭转角”的扭力杆扭转角生成单元。

6.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：

所述输出侧柱轴相对角度生成单元对所述电角度信号进行防侧翻处理之后，按照所述所规定的运算式来输出所述“输出侧相对角度”。

7.根据权利要求6所述的电动助力转向装置，其特征在于：

所述所规定的运算式为“所述电角度信号与所述电动机的极对数以及所述减速机构的减速比相乘”的运算式。

8.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：

所述共振滤波器再现“在通过实际装置从输出侧柱轴转动转向装置的时候”的所述转向盘的共振，并且，具有“通过输入所述输出侧柱轴角度而获得的所述松手状态下的估计转向盘角度变成基本上与所述实际转向盘角度相同”的特性。

9.根据权利要求8所述的电动助力转向装置，其特征在于：

所述共振滤波器为二阶或更高阶的低通滤波器。

说明书全文

电动助力转向装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种电动助力转向装置，该电动助力转向装置具有“在驾驶员对车辆的转向系统进行转向的情况下，对用于将辅助力赋予给转向系统的电动机进行控制”的辅助模式和“在车辆自律行驶的情况下，根据随时由车辆给出的目标转向角来对电动机进行控制”的自动模式。本发明尤其涉及一种电动助力转向装置，该电动助力转向装置通过利用“被设置在扭矩传感器的下游”的电动机的角度信息，通过使用“与松手时的频率响应相匹配”的二阶或更高阶的共振滤波器来估计出转向盘角度，对松手状态的实际转向盘角度和估计转向盘角度进行比较，以便进行“手ON/OFF判定”(用单手握住转向盘的状态(即，Hand-ON状态，也将其称为“手ON状态”或“手ON”)、用双手握住转向盘的状态(即，Hands-ON状态，也将其称为“手ON状态”或“手ON”)或没有用手握住转向盘的状态(即，Hands-OFF状态，也将其称为“手OFF状态”或“手OFF”)的判定)，这样就不会受到与包括转向盘的共振的自由振动系统有关的噪声的影响，从而能够高精度地进行手动输入的判定。

背景技术

[0002] 参照图1对电动助力转向装置的一般结构进行说明。如图1所示，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相连接。另外，在柱轴2上设有“用于检测出转向盘1的转向扭矩”的扭矩传感器10和“用于检测出转向盘1的转向角θh”的转向角传感器14，“用于对转向盘1的转向力进行辅助”的电动机20经由作为减速机构的减速齿轮(减速比1/N)3与柱轴2相连接。电池13对“用于控制电动助力转向装置”的控制单元(ECU)100进行供电，并且，经过点火开关11，点火信号被输入到控制单元100中。控制单元100基于由扭矩传感器10检测出的转向扭矩Tr和由车速传感器12检测出的车速Vs，进行辅助(转向辅助)指令的电流指令值的运算，由“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来控制供应给电动机20的电流。此外，“用于检测出转向角θh”的转向角传感器14并不是必须的，也可以不设置转向角传感器14。

[0003] 另外，用于收发车辆的各种信息的CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)40被连接到控制单元100，车速Vs也能够从CAN40处获得。此外，用于收发CAN40以外的通信、模拟/数字信号、电波等的非CAN41也可以被连接到控制单元100。

[0004] 在这样的电动助力转向装置中，控制单元100主要由CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)(也包含MPU(Micro Processor Unit，微处理器单元)、MCU(Micro Controller Unit，微控制器单元)等)来构成，该CPU内部由程序执行的一般功能例如，如图2的结构所示那样。

[0005] 参照图2对控制单元100的功能以及动作进行说明。如图2所示，来自扭矩传感器10的转向扭矩Tr和来自车速传感器12的车速Vs被输入到电流指令值运算单元101中。电流指令值运算单元101基于转向扭矩Tr和车速Vs并且利用辅助图(assist map)等来运算出电流指令值Iref1。运算出的电流指令值Iref1在加法单元102A中与来自“用于改善特性”的补偿单元110的补偿信号CM相加，相加后得到的电流指令值Iref2在电流限制单元103中被限制了最大值，被限制了最大值的电流指令值Irefm被输入到减法单元102B中以便在减法单元32B中对其和电动机电流检测值Im进行减法运算。

[0006] PI控制单元105对“作为在减法单元102B中得到的减法结果”的偏差ΔI(＝Irefm－Im)进行诸如PI(比例积分)之类的电流控制，经过电流控制后得到的电压控制指令值Vref被输入到PWM控制单元106中以便运算出占空比，通过已经运算出占空比的PWM信号并且经由逆变器107来对电动机20进行PWM驱动。电动机电流检测器108检测出电动机20的电动机电流值Im，由电动机电流检测器108检测出的电动机电流值Im被反馈减法输入到减法单元102B中。还有，从与电动机20相连接的诸如分解器之类的旋转传感器20A处获得电动机20的电角度信号θe。

[0007] 另外，补偿单元110先在加法单元114中使检测出或估计出的自对准扭矩(SAT)113与惯性补偿值112相加，然后，在加法单元115中使在加法单元114中得到的加法结果与收敛性控制值111相加，最后，将在加法单元115中得到的加法结果作为补偿信号CM输入到加法单元102A中以便实施特性改善。

[0008] 在这样的电动助力转向装置中，高级驾驶辅助系统(ADAS：Advanced Driver Assistance System)是车载应用软件市场中发展最快的领域之一。ADAS是考虑到汽车社会的未来而被开发出来的系统，旨在提高安全性和便利性。ADAS能够检测出“因诸如能见度差的状况、漫不经心的驾驶等而引发事故”的危险性，从而可以使事故防患于未然，或者，能够减少事故。为了驾驶车辆，需要诸如“认知”、“判断”和“操作”的动作。ADAS向驾驶员提供驾驶辅助，针对“认知”、“判断”和“操作”的这一系列动作，其重点在于确保安全。作为“与未来的自动驾驶技术有关联”的技术，存在一种用于对“驾驶员是否用手握住转向盘”的手动输入进行判断的技术，即，存在一种用于检测出“手ON/OFF(Hands-ON/OFF)”的技术，并且，提高其检测精度变得越来越重要。

[0009] 作为现有的用于检测出“手ON/OFF”的技术，例如有日本特开平8-337181号公报(专利文献1)以及日本特开平11-208498号公报(专利文献2)中所公开的技术。专利文献1中所公开的自动转向装置具备了“当施加在自动转向输入点与转向盘之间的扭转扭矩Tt等于或大于所规定的值的时候，解除自动转向”的机构，因此不会错误地解除自动转向。

[0010] 图3示出了“检测出与扭力杆相关的扭转扭矩Tt，对手动输入进行判定”的场合的一般的结构。如图3所示，在柱轴2上设置了“用于检测出扭转扭矩Tt”的扭矩传感器部200。为使用了“被配置在扭矩传感器部200中”的扭力杆201的结构，通过短轴202、铝套203等来形成了“经由扭力杆201”的输入侧柱轴(IS)2A与输出侧柱轴(OS)2B之间的扭转，检测出在“被缠绕在铝套203的外圆周表面上的线圈204”中感应出来的电压，并将其作为扭转扭矩Tt。针对“被配置在扭矩传感器部200中”的扭力杆201，转向盘1侧为输入侧柱轴(IS)2A，齿轮侧为输出侧柱轴(OS)2B，还有，在输出侧柱轴2B上设置了“由蜗杆和蜗轮来构成的”减速齿轮(减速比1/N(N＞1.0))3。被安装在输出侧柱轴2B上的蜗轮通过“与电动机20的输出轴相连接”的蜗杆以减速比1/N来进行驱动，以便使“被安装在输出侧柱轴2B上”的蜗轮旋转。
通过控制单元(ECU)100来对电动机20进行控制。

[0011] 通过这样的结构，即使扭矩检测值等于或大于所规定的值T0，但在柱轴2的旋转角加速度θ”大于所规定的值A的情况下，就不会解除自动转向。还有，为了准确地检测出“在自动转向期间中由驾驶员来进行的”手动转向，并且，可靠地解除自动转向，专利文献2中所公开的自动转向装置基于“在柱轴2上产生的”扭转扭矩Tt与“使转向盘1的惯性力矩Ih旋转加速到转向角加速度θh”所需的”扭矩Ti之间的差，来判定“是否解除自动转向”。

[0012] 也就是说，参照如图4所示的模型图来进行说明。当转向盘1被开放，并且，通过电动机20从减速齿轮3侧使输入侧柱轴2A只旋转驱动角度θ0的时候，在转向盘1克服惯性并只旋转角度θh的情况下，将输入侧柱轴2A的扭转刚度(弹簧常数)设定为Kh，还有，将转向盘1的惯性力矩设定为Ih的话，则下述式1成立。

[0013] 式1

[0014] Ih×θh”+Kh(θh－θ0)＝0

[0015] 其中，θh”为“作为角度θh的二阶微分值”的旋转角加速度。

[0016] 在这种情况下，可以通过下述式2来表示“施加在输入侧柱轴2A上”的扭转扭矩Tt。

[0017] 式2

[0018] Tt＝Kh×(θ0－h)

[0019] 基于上述式1以及式2，下述式3成立。

[0020] 式3

[0021] Tt＝Ih×θh”

[0022] 如上述式3所示那样，通过检测出转向盘1的旋转角加速度θh”，就能够估计出扭转扭矩Tt。还有，在自动转向期间中，当驾驶员顶着自动转向力来转动转向盘1的时候，则在输入侧柱轴2A上产生扭转扭矩Tt。因为该扭转扭矩Tt为“使转向盘1的惯性力矩Ih加速到旋转角加速度θh”所需的”扭矩Ti(＝Ih×θh”)和“由驾驶员产生”的手动转向扭矩Td之和，所以下述式4成立。

[0023] 式4

[0024] Tt＝Ti+Td＝Ih×θh”+Td

[0025] 从上述式4中可以看出，因为输入侧柱轴2A的扭转扭矩Tt与“使转向盘1旋转加速所需的”扭矩Ti之间的差(Tt－Ti)等于“由驾驶员产生”的手动转向扭矩Td，所以下述式5成立。

[0026] 式5

[0027] Tt－Ti＝Tt－Ih×θh”＝Td

[0028] 因此，通过求得上述扭矩差(Tt－Ti)，就能够判断“在自动转向期间中，有无驾驶员的手动转向(手动输入)”。

[0029] 现有技术文献

[0030] 专利文献

[0031] 专利文献1：日本特开平8-337181号公报

[0032] 专利文献2：日本特开平11-208498号公报

发明内容

[0033] 发明要解决的技术问题

[0034] 在专利文献1以及专利文献2中所公开的自动转向装置中，检测出“在柱轴(转向轴)上产生的”扭转扭矩Tt，基于转向角加速度θ”和转向盘1的惯性力矩Ih来求得转向中扭矩Ti，然后，进行比较(Tt－Ti)。接下来，根据需要解除或设定转向盘的自动转向操作。因此，由于基于需要辅助的负载侧的上游侧的信息(该信息是通过调节操作来决定的)来求得相当于惯性力矩Ih的部分，所以存在“容易受到起因于弹簧常数Kh等的与自由振动系统有关的噪声的影响”的问题。还有，为了求得角加速度θ”，需要进行二阶微分，所以存在“会增加很多噪声”的问题。如果在转向的变化点进行微分的话，则噪声会变得特别大。

[0035] 还有，在专利文献1以及专利文献2中所公开的自动转向装置中，通过扭矩检测值(扭转扭矩)来判定手动输入，并且，根本没有提到通过柱轴角度来进行的方法。

[0036] 另外，尽管也存在“通过在转向盘上设置触摸传感器，来检测出手动输入”的方法，但存在“安装触摸传感器要花费成本，并且，因戴着手套、环境因素等，会导致检测精度下降”的问题。

[0037] 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，该电动助力转向装置不会导致成本的增加，能够在“既不会受到起因于弹簧常数等的与自由振动系统有关的噪声的影响，也不会受到外部干扰的影响”的状态下，高精度地判定手动输入(“手ON/OFF”)。将“用双手或单手握住转向盘的状态”设定为“手ON”(有手动输入)，还有，将“没有用手握住转向盘的状态”设定为“手OFF”(没有手动输入)。

[0038] 解决技术问题的技术方案

[0039] 本发明涉及一种电动助力转向装置，其在“与转向盘相连接”的柱轴上安装了扭力杆，经由减速机构并通过电流指令值来对“用于将辅助扭矩赋予给车辆的转向机构”的电动机进行驱动控制，并且，具有“用来切换辅助模式和自动模式”的功能，本发明的上述目的可以通过下述这样来实现，即：具备扭力杆扭转角计算单元、输出侧柱轴相对角度生成单元、实际转向盘角度计算单元、共振滤波器和手ON/OFF判定单元，所述扭力杆扭转角计算单元基于“关于所述扭力杆”的扭矩信息来求得扭力杆扭转角，所述输出侧柱轴相对角度生成单元基于所述电动机的电角度信号并且使用所规定的运算式，来输出“输出侧相对角度”，所述实际转向盘角度计算单元基于所述扭力杆扭转角以及所述“输出侧相对角度”来求得实际转向盘角度，所述共振滤波器基于所述“输出侧相对角度”来求得松手状态下的估计转向盘角度，所述手ON/OFF判定单元当“所述实际转向盘角度与所述松手状态下的估计转向盘角度之间的偏差角度变成等于或大于所规定的角度”的时间持续了第1所规定的时间或更长时间的时候，就判定为“手ON”。

[0040] 还有，本发明的上述目的还可以通过下述这样来更有效地实现，即：所述手ON/OFF判定单元在判定出所述“手ON”之后，当“所述偏差角度小于所述所规定的角度”的时间持续了第2所规定的时间或更长时间的时候，就判定为“手OFF”；或，“关于所述扭力杆”的扭矩信息为“关于所述转向盘”的柱轴角度或“关于所述扭力杆”的扭转扭矩；或，所述扭力杆扭转角计算单元为“输入所述扭转扭矩，并且，通过所述扭转扭矩除以所述扭力杆的弹簧常数来运算出所述扭力杆扭转角”的扭力杆扭转角运算单元；或，所述扭力杆扭转角计算单元为“输入扭矩传感器检测输入侧柱轴角度以及扭矩传感器检测输出侧柱轴角度，并且，通过使用所述扭力杆的弹簧常数来生成所述扭力杆扭转角”的扭力杆扭转角生成单元；或，所述输出侧柱轴相对角度生成单元对所述电角度信号进行防侧翻处理之后，按照所述所规定的运算式来输出所述“输出侧相对角度”；或，所述所规定的运算式为“所述电角度信号与所述电动机的极对数以及所述减速机构的减速比相乘”的运算式；或，所述共振滤波器再现“在通过实际装置从输出侧柱轴转动转向装置的时候”的所述转向盘的共振，并且，具有“通过输入所述输出侧柱轴角度而获得的所述松手状态下的估计转向盘角度变成基本上与所述实际转向盘角度相同”的特性；或，所述共振滤波器为二阶或更高阶的低通滤波器。

[0041] 发明的效果

[0042] 根据本发明的电动助力转向装置，因为利用“被设置在扭矩传感器的下游”的电动机的角度信息或扭矩检测值(扭转扭矩)，通过“与松手时的频率响应相匹配”的共振滤波器来估计出转向盘角度，并且，基于与实际转向盘角度的比较(差)来进行“手ON/OFF”的判定，所以不会受到与包括转向盘的共振的自由振动系统有关的噪声的影响，从而能够高精度地进行手动输入的判定。因为在本发明中不进行二阶微分，所以判定很简单，并且，不容易受到噪声的影响。

附图说明

[0043] 图1是表示电动助力转向装置的概要的结构图。

[0044] 图2是表示电动助力转向装置的控制系统的结构示例的结构框图。

[0045] 图3是表示柱轴式电动助力转向装置的转向轴(柱轴)的机构的图。

[0046] 图4是用来解析施加在转向轴(柱轴)上的力的模型图。

[0047] 图5是表示扭力杆、转向盘角度以及输出侧柱轴角度之间的关系的机构图。

[0048] 图6是表示传感器的安装示例以及柱轴角度与转向盘角度之间的关系的图。

[0049] 图7是表示本发明的手动输入判定单元的结构示例的结构框图。

[0050] 图8是表示“输入扭转扭矩”的场合的结构示例的一部分的结构框图。

[0051] 图9是表示本发明所使用的共振滤波器的特性示例的伯德图。

[0052] 图10是表示手ON/OFF判定单元的结构示例的结构框图。

[0053] 图11是表示本发明的动作示例的流程图。

[0054] 图12是表示处于手ON状态下的转向系统角度特性的一个示例的时间图。

[0055] 图13是表示处于手OFF状态下的转向系统角度特性的一个示例的时间图。

具体实施方式

[0056] 在具有“在驾驶员对在与转向盘相连接的柱轴上安装了扭力杆的车辆的转向系统进行转向的情况下，对用于将辅助力赋予给转向系统的电动机进行控制”的辅助模式和“在车辆自律行驶的情况下，根据随时由车辆给出的目标转向角来对电动机进行控制”的自动模式的电动助力转向装置中，存在一种用于判断“驾驶员是否用手握住转向盘”(“手ON/OFF”或手动输入)的检测技术，并且，在进行检测的时候，“不会受到外部干扰噪声的影响，并且，提高检测精度”变得越来越重要。

[0057] 在本发明中，提出了一种通过不使用微分的角度系统来进行“手ON/OFF判定”的方法，来替代现有的通过扭矩系统来进行“手ON/OFF判定”的方法。具体而言，本发明通过利用“被设置在扭矩传感器的下游”的电动助力转向装置(EPS)的辅助电动机的角度信息，通过“按照松手时的频率响应而设计出来”的共振滤波器(例如，共振滤波器为二阶或更高阶的LPF(低通滤波器))来估计出转向盘角度，基于“根据关于柱轴的角度信息或扭转扭矩以及电动机的电角度信号来计算出的”的实际转向盘角度与在松手状态下估计出的估计转向盘角度之间的偏差角度来进行“使用角度阈值的比较”和“使用时间阈值的比较”这种2个阶段的比较，来进行“手ON/OFF”的判定，也就是说，来进行手动输入的判定。在本发明中，将“用双手或单手握住转向盘的状态”设定为“手ON”(有手动输入)，还有，将“没有用手握住转向盘的状态”设定为“手OFF”(没有手动输入)。即使不使用“涉及微分运算”的电动机角速度、电动机角加速度等，也不会受到起因于扭转刚度等的与包括转向盘的共振的自由振动系统有关的噪声的影响，从而能够高精度地进行“手ON/OFF”的判定。

[0058] 本发明基于这样一种现象，即，在使转向系统从图1的万向节4a分离的状态下，当转动输出侧柱轴2B的时候(当给出角度的时候)，“处于手ON状态下(处于用手握住转向盘1的状态下)”的出现在输入侧柱轴2A上的振动特性不同于“处于手OFF状态下(处于没有用手握住转向盘1的状态下)”的出现在输入侧柱轴2A上的振动特性。图5是表示扭力杆23、转向盘角度θh以及输出侧柱轴角度θc之间的关系的机构图，在将扭力杆扭转角设定为θd的情况下，下述式6成立。

[0059] 式6

[0060] θh＝θc+θd

[0061] 图12示出了处于用手握住转向盘1的状态下的特性，也就是说，图12示出了针对增加转动的转向(～t1)、保舵状态(即，保持转向盘不动的状态)(t1～t2)、减少转动的转向(t2～t3)、保舵状态(t3～)，改变输出侧柱轴角度θc时的实际转向盘角度(输入侧柱轴角度)。同样地，图13示出了处于没有用手握住转向盘1的状态下的特性，也就是说，图13示出了例如针对向右转向(～t1)、保舵状态(t1～t2)、向左转向(t2～t3)、保舵状态(t3～)，改变输出侧柱轴角度θc时的实际转向盘角度(输入侧柱轴角度)。图12的特性与图13的特性之间的差异起因于扭力杆振动的扭力杆扭转角θd，能够判定出“松手放开转向盘”(“手OFF”)或“用手握住转向盘”(“手ON”)。

[0062] 下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细的说明。

[0063] 首先，参照图6对“使用角度信息来进行判定的场合的各种传感器的配置关系”进行说明。

[0064] 作为角度传感器的霍尔IC传感器21和扭矩传感器输入侧转子的20°转子传感器22被安装在具备了扭力杆23的柱轴2的转向盘1侧的输入侧柱轴2A上。霍尔IC传感器21输出296°周期的AS_IS角度θn。没有被安装在扭力杆23上而是被安装在转向盘1侧的20°转子传感器22输出20°周期的输入侧柱轴角度信号θh1(第1TS_IS角度)以及θh2(第2TS_IS角度)，输入侧柱轴角度信号θh1被输入到角度运算单元50中。还有，扭矩传感器输出侧转子的40°转子传感器24被安装在柱轴2的输出侧柱轴2B上，40°转子传感器24输出“输出侧柱轴角度信号θc1”(第1TS_OS角度)以及θc2(第2TS_OS角度)，“输出侧柱轴角度信号θc1”被输入到角度运算单元50中。输入侧柱轴角度信号θh1以及“输出侧柱轴角度信号θc1”均在角度运算单元50中被运算成绝对角度，角度运算单元50输出扭矩传感器检测输入侧柱轴角度θth以及扭矩传感器检测输出侧柱轴角度θtc。

[0065] 在基于扭矩传感器检测输入侧柱轴角度θth以及扭矩传感器检测输出侧柱轴角度θtc来求得扭转扭矩Tt的情况下，将扭力杆23的弹簧常数设定为Kh的话，则通过下述式7就能够求得扭转扭矩Tt。

[0066] 式7

[0067] Tt＝Kh(θth－θtc)

[0068] 还有，在基于扭矩检测值来求得扭转扭矩Tt并进行判定的情况下，基于如上所述的图3的结构来直接求得扭转扭矩Tt。

[0069] 可以将本发明的手动输入判定单元的结构应用在“基于图3的结构来直接检测出扭转扭矩Tt”的场合和“基于图6的结构来求得扭转扭矩Tt”的场合。首先，参照图7对“基于图6的结构来求得扭转扭矩Tt”的场合的实施方式进行说明。

[0070] “基于图6的结构来求得扭转扭矩Tt”的场合的实施方式是由扭力杆扭转角生成单元120、输出侧(OS)相对角度生成单元150、作为实际转向盘角度计算单元的加法单元121、共振滤波器140、减法单元122和手ON/OFF判定单元130来构成的，其中，扭力杆扭转角生成单元120输入扭矩传感器检测输入侧柱轴角度θth以及扭矩传感器检测输出侧柱轴角度θtc，并且，生成扭力杆扭转角θd；输出侧(OS)相对角度生成单元150输入来自旋转传感器20A的电动机的电角度信号θe，并且，输出“输出侧(OS)相对角度θt”；作为实际转向盘角度计算单元的加法单元121使扭力杆扭转角θd与“输出侧相对角度θt”相加，并且，输出实际转向盘角度θhr；共振滤波器140输入“输出侧相对角度θt”，并且，输出松手状态的估计转向盘角度θhe；减法单元122通过从实际转向盘角度θhr中减去估计转向盘角度θhe来求得偏差角度θde；手ON/OFF判定单元130基于偏差角度θde来判定“手ON/OFF”。

[0071] 尽管在本实施方式中，扭力杆扭转角生成单元120基于如图6所示的扭矩传感器检测输入侧柱轴角度θth以及扭矩传感器检测输出侧柱轴角度θtc来求得扭力杆扭转角θd(θd＝θth－θtc或者θd＝|θth－θtc|)，但也可以基于“通过如图3所示的扭矩传感器部200来检测出的”扭转扭矩Tt来求得扭力杆扭转角θd。图8示出了这种场合的结构，将检测出的扭转扭矩Tt输入到扭力杆扭转角运算单元120A中，并且，按照下述式8来进行运算，这样就能够求得扭力杆扭转角θd。

[0072] 式8

[0073] θd＝Tt/Kh

[0074] 还有，输出侧相对角度生成单元110按照电动机电角度刻度来进行防侧翻处理(anti-rollover processing)(波形处理(例如，将锯齿波的角度信号处理成连续角度信号))，并且，基于下述式9来输出“输出侧相对角度θt”。

[0075] 式9

[0076] θt＝θe×1/极对数×减速比

[0077] 其中，极对数为电动机的极对数，还有，减速比为减速机构的减速比。

[0078] 此外，当从输出侧进行调节的时候，单元中存在的摩擦、电动机的损耗扭矩、电动机轴的花键部分的松动、惯性、输入侧轴承的预载荷等都是有关联的。

[0079] “用于求得松手状态的估计转向盘角度θhe”的共振滤波器140被设计成这样的共振滤波器，即，使用“通过实际装置从输出侧柱轴2B转动转向装置来再现了转向盘1的共振”的数据，基于作为输入侧柱轴角度的转向盘角度θh和输出侧柱轴角度θc的测定结果来获得频率响应，并且，使共振滤波器与该频率响应相匹配。示出了共振滤波器140的特性示例的伯德图为图9的特性B(实线)，到大约3Hz为止，共振滤波器140的增益是平坦的；在大约10Hz处，共振滤波器140的增益比一般的二阶LPF(用虚线表示的特性A)具有更大的凸状；在小于或等于大约20Hz的情况下，共振滤波器140的增益略低于一般的二阶LPF(用虚线表示的特性A)。还有，在小于大约20Hz的情况下，共振滤波器140的相位比一般的二阶LPF(用虚线表示的特性A)具有更小的滞后；在等于或大于大约20Hz的情况下，共振滤波器140的相位比一般的二阶LPF(用虚线表示的特性A)具有更大的滞后。也就是说，通过“模拟了实际装置或实际车辆”的台架试验装置等，在“ECU处于通电状态，并且，处于完全没有用手握住转向盘1的松手状态”的情况下，(实际上是通过分离图1的万向节4a的部分来给出手动输入)，转动输出侧柱轴2B，来进行转向盘角度θh以及输出侧柱轴角度θc的测定。基于扭转扭矩Tt来求得扭转角θd(通过扭矩传感器来直接求得扭转角θd)，然后，通过扭转角θd与输出侧柱轴角度θc相加，这样就可以求得转向盘角度θh(参照上述式6)。在设计共振滤波器的时候，使用如上所述的“模拟了实际装置或实际车辆”的台架试验装置等的实际装置数据的输出侧柱轴角度θc和转向盘角度θh。转向盘的共振也包含在该转向盘角度θh中。为了在松手状态下进行测定，因为“输入了输出侧柱轴角度θc”的理想的滤波器结果θhe(松手状态的估计转向盘角度)应该变成转向盘角度θh，所以，为了再现共振，就需要使用二阶滤波器。对设计出来的共振滤波器140进行调整，以便使松手状态的估计转向盘角度θhe与实际装置数据的转向盘角度θh相匹配，其结果为，设计出来的共振滤波器140就具备了图9的特性。

[0080] 图12以及图13示出了实际输出侧柱轴角度θc的波形，与实际输出侧柱轴角度θc的波形相比，可以看到，实际转向盘角度θhr的波形在转向的变化点等处发生了振动。来自共振滤波器140的松手状态的估计转向盘角度θhe因为经由“通过调节操作设计出来的”共振滤波器140而被消除了噪声。还有，来自共振滤波器140的松手状态的估计转向盘角度θhe被输入到减法单元122中。

[0081] 手ON/OFF判定单元130的结构例如，如图10所示那样，“通过减法单元122来求得的”偏差角度θde被输入到绝对值化单元131中，“通过绝对值化单元131来求得的”偏差角度θde的绝对值|θde|被输入到角度比较单元132中以便与预先设定好的角度阈值θth进行比较。也就是说，角度比较单元132判定“下述式10是否成立”。

[0082] 式10

[0083] |θhr－θhc|＝|θde|≧θth

[0084] 在上述式10成立的情况下，角度比较单元132输出角度成立信号AE。角度成立信号AE被输入到成立时间比较单元133以及不成立时间比较单元134中。当角度成立信号AE持续了预先设定好的时间阈值T1或更长时间的时候，成立时间比较单元133输出用来表示“手ON”的判定信号DS1。判定信号DS1经由或电路(OR circuit)135被作为“手ON”的判断信号DS来输出。还有，在判定出“手ON”之后，在式10的不成立状态仅持续了预先设定好的时间阈值T2的情况下，不成立时间比较单元134输出用来表示“手OFF”的判定信号DS2。判定信号DS2经由或电路135被作为“手OFF”的判断信号DS来输出。保持一段固定的时间的“手ON状态”的目的是，即使在驾驶员用手握住转向盘的情况下，但在诸如输入侧与输出侧之间不存在角度差的场合(例如，路面状态良好、车辆直线行驶时等)、处于瞬间松手状态之类的状况下，也需要不会把这种状况判定为“手OFF”。

[0085] 此外，尽管在图10的示例中，求得偏差角度θde的绝对值|θde|，并且，使其与1个角度阈值θth进行比较，但也可以使偏差角度θde分别与正角度阈值和负角度阈值±θth进行比较，这样就不需要来求得偏差角度θde的绝对值|θde|。

[0086] 在这样的结构中，参照图11的流程图来对其动作示例进行说明。

[0087] 首先，将扭矩传感器检测输入侧柱轴角度θth以及扭矩传感器检测输出侧柱轴角度θtc输入到扭力杆扭转角生成单元120中(步骤S10)，扭力杆扭转角生成单元120生成扭力杆扭转角θd(步骤S11)。扭力杆扭转角θd被输入到加法单元121中。此外，在“输入如图3所示的扭转扭矩Tt”的图8的场合，将扭转扭矩Tt输入到扭力杆扭转角运算单元120A中，扭力杆扭转角运算单元120A运算出扭力杆扭转角θd。

[0088] 还有，将电动机电角度θe输入到输出侧相对角度生成单元110中(步骤S12)，输出侧相对角度生成单元110生成“输出侧相对角度θt”(步骤S13)，将“输出侧相对角度θt”输入到加法单元121以及共振滤波器140中。接下来，加法单元121通过使扭力杆扭转角θd与“输出侧相对角度θt”相加，来运算出实际转向盘角度θhr(步骤S14)，共振滤波器140通过对“输出侧相对角度θt”进行处理，来运算出估计转向盘角度θhe(步骤S15)，将实际转向盘角度θhr以及估计转向盘角度θhe输入到减法单元122中。减法单元122通过从实际转向盘角度θhr中减去松手状态的估计转向盘角度θhe来运算出偏差角度θde(步骤S16)，将偏差角度θde输入到手ON/OFF判定单元130中。

[0089] 在手ON/OFF判定单元130中，首先，通过绝对值化单元131来求得偏差角度θde的绝对值|θde|(步骤S20)，在角度比较单元132中判定“式10是否成立”(步骤S21)。在式10不成立的情况下，返回到上述步骤S20；在式10成立的情况下，角度比较单元132输出角度成立信号AE(步骤S22)。角度成立信号AE被输入到成立时间比较单元133中，成立时间比较单元133对角度成立信号AE的持续时间和时间阈值T1进行比较(步骤S23)。当角度成立信号AE持续了时间阈值T1或更长时间的时候，成立时间比较单元133输出判定信号DS1(步骤S24)，判定信号DS1经由或电路135被作为判断信号DS来输出(步骤S25)。还有，在判定出“手ON”之后，不成立时间比较单元134判定“式10的不成立状态是否仅持续了时间阈值T2”(步骤S26)，当式10的不成立状态变成等于或大于时间阈值T2的时候，输出判定信号DS2(步骤S27)，判定信号DS2经由或电路135被作为判断信号DS来输出(步骤S28)。

[0090] 图12示出了通过“模拟了实际装置或实际车辆”的台架试验装置等，在“ECU处于通电状态，并且，处于用手握住转向盘的状态(处于“手ON”状态)”的情况下的估计转向盘角度θhe、实际转向盘角度θhr以及输出侧柱轴角度θc的波形示例。图12示出了“到时刻t1为止是增加转动的转向，时刻t1～t2是保舵状态，时刻t2～t3是减少转动的转向，在时刻t3之后是保舵状态”。还有，图13示出了按照与图12相同的时间刻度的处于没有用手握住转向盘的状态下(处于“手OFF”状态下)的各个角度的波形示例。

[0091] 附图标记说明

[0092] 1 转向盘(方向盘)

[0093] 2 柱轴(方向盘轴)

[0094] 2A 输入侧柱轴(IS)

[0095] 2B 输出侧柱轴(OS)

[0096] 20 电动机

[0097] 23、201 扭力杆

[0098] 100 控制单元

[0099] 120 输入输出(IS/OS)差角度生成单元

[0100] 130 手ON/OFF判定单元

[0101] 140 共振滤波器

[0102] 150 输出侧(OS)相对角度生成单元

[0103] 200 扭矩传感器部

标题	发布/更新时间	阅读量
前桥转向角度测量仪-专利编号CN104482912B	2020-05-13	1023
多角度转向的机械手-专利编号CN108238443B	2020-05-12	574
加大转向角度的滑板-专利编号CN110538446A	2020-05-12	600
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转向角度传感器-专利编号CN102022973A	2020-05-11	647
一种全角度转向车-专利编号CN106541777A	2020-05-13	969

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