CN100999223B - 电动动力转向装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电动动力转向装置，其包括：驱动目标值设定单元，其设定电动机的驱动目标值；操纵加速度检测单元，其检测或推定操纵加速度；修正量运算单元，其运算与操纵加速度对应的控制修正量；车辆加速度检测单元，其检测车辆的加速度；加速度适应增益设定单元，其设定与车辆的加速度对应的增益；乘法单元，其通过对所述控制修正量乘以所述加速度适应增益，求出增益调整后的控制修正量；修正单元，其基于所述增益调整后的控制修正量，修正所述驱动目标值；电动机驱动单元，其基于修正后的驱动目标值，驱动所述电动机。

Description

电动动力转向装置

技术领域

本发明涉及通过将电动机的驱动力传递给转向机构来辅助操纵力的电动动力转向装置。

背景技术

一直以来，在车辆上搭载使用具有如下结构的电动动力转向装置，即该电动动力转向装置通过将根据施加给转向盘的操纵转矩驱动的电动机的产生转矩传递给转向机构，来辅助操纵力(例如，参照特开2003-081102号公报)。

在车辆的急速制动时，汽车的车轮因制动垫片紧紧地抑制盘形转子而产生大的振动。该振动经由转向机构传给转向盘，使转向盘振动。由此，由于操纵感变差，因此要求对其进行改进。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种能够改进车辆的制动时的操纵感的电动动力转向装置。

本发明提供一种电动动力转向装置，其通过将电动机的驱动力传递给转向机构来辅助操纵，其中，包括：驱动目标值设定单元，其设定所述电动机的驱动目标值；操纵加速度检测单元，其检测或推定操纵加速度；修正量运算单元，其运算与由该操纵加速度检测单元检测或推定的操纵加速度对应的控制修正量；车辆加速度检测单元，其检测搭载有该电动动力转向装置的车辆的加速度；加速度适应增益设定单元，其设定与由该车辆加速度检测单元检测的加速度对应的增益；乘法单元，其通过对由所述修正量运算单元运算的控制修正量乘以由所述加速度适应增益设定单元设定的增益，求出增益调整后的控制修正量；修正单元，其基于由该乘法单元求出的所述增益调整后的控制修正量，修正所述驱动目标值；电动机驱动单元，其基于由该修正单元修正后的驱动目标值，驱动所述电动机。

在电动动力转向装置中，施加给用于操纵车辆的操作部件的转矩经由转向机构传递给车轮，并且电动机产生的驱动力传递给转向机构。另一方面，来自操纵车轮侧的反输入经由转向机构传递给转向盘等操作部件，并且也传递给电动机。此时，操纵加速度表示来自操纵车轮侧的反输入。因此，只要根据该操纵加速度驱动控制电动机，则能抑制或防止车辆制动时的不希望的振动。

因此，在本发明中，由操纵加速度检测单元检测或推定操纵加速度。此外，由车辆加速度检测单元，检测车辆的加速度作为与车辆的制动状态相关的量。而且，通过求出与操纵加速度对应的控制修正量，并对其乘以与车辆的加速度对应的增益，来求出增益调整后的控制修正量。即，增益调整后的控制修正量能够作为根据车辆的制动状态抑制或消除来自操纵车轮侧的反输入的值。该增益调整后的控制修正量用于修正驱动目标值，基于修正后的驱动目标值，驱动控制电动机。其结果是，由于能够根据操纵加速度及车辆的加速度补偿控制电动机，所以能够根据车辆的制动状态，有效地抑制因来自操纵车轮侧的反输入而导致的振动，从而改进操纵感。

优选，所述修正量运算单元运算用于抑制或消除由所述操纵加速度检测单元检测或推定的操纵加速度的控制修正量。根据该构成，由于以抑制或消除操纵加速度的方式运算控制修正量，所以能够有效地抑制或消除因来自操纵车轮侧的反输入而导致的振动。

优选，所述加速度适应增益设定单元只在由所述车辆加速度检测单元检测的加速度是表示减速状态的值时，设定有效的增益。更具体地，优选，所述加速度适应增益设定单元在车辆加速度为0以上时将所述增益设定为0。根据该构成，在定速行驶时及加速时，能够将来自路面侧的输入传递给操作部件，另一方面，在减速时(制动时)，能够抑制因来自操纵车轮侧的反输入而导致的不希望的振动。

优选，由所述车辆加速度检测单元检测的加速度越是表示强的减速状态的值，所述加速度适应增益设定单元越设定大的增益。更具体地，优选，所述车辆加速度为负值且其绝对值越大，所述加速度适应增益设定单元越在规定的上限值以下的范围内设定大的增益。

根据该构成，车辆的减速度越大，即越是急速减速状态，越能够基于操纵加速度良好地修正驱动目标值。这样一来，可进行与车辆的制动状态对应的适当的补偿控制，能够将路面状况适当地传递给操作部件，并且，抑制急速制动时的操作部件的振动。

优选，所述电动动力转向装置还包括：直进判定单元，其判定所述车辆是否直进；修正控制单元，其以通过该直进判定单元判定为所述车辆直进为条件，容许利用所述修正单元修正所述驱动目标值，在未判定为所述车辆直进时，禁止利用所述修正单元修正所述驱动目标值。根据该构成，只在车辆直进时，进行与操纵加速度对应的驱动目标值的修正。在车辆被急速制动的情况下，由于通常车辆是直进的状态，所以根据所述的构成，能够有效地抑制急速制动时的操作部件的不希望的振动。

此外，所述电动动力转向装置也还可以包括：检测施加给操纵车辆的操作部件的操纵转矩的操纵转矩检测单元、和检测操纵速度的操纵速度检测单元。在此种情况下，所述直进判定单元也可以包括判定由所述操纵转矩检测单元检测的操纵转矩的大小是否低于规定的转矩阈值的操纵转矩判定单元、和判定由所述操纵速度检测单元检测的操纵速度是否低于规定的速度阈值的操纵速度判定单元，在操纵转矩的大小低于所述转矩阈值，并且，所述操纵速度低于所述速度阈值时，判定为所述车辆直进。根据该构成，能够基于操纵转矩的大小及操纵速度，正确地判定车辆是否是直进状态。

操纵速度检测单元也可以检测电动机的旋转速度作为操纵速度。在此种情况下，所述操纵加速度检测单元也可以对电动机的旋转速度进行微分，求出旋转加速度，检测该旋转加速度作为所述操纵加速度。

本发明的所述的或其它的目的、特征及效果，可参照附图通过下述的实施方式的说明来阐明。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式的电动动力转向装置的电结构的块图。

图2是用于说明控制修正量运算部的功能的图。

图3是用于说明加速度适应增益运算部的工作的图。

图4是用于说明微型计算机每规定的控制周期重复执行的动作的流程图。

具体实施方式

图1是表示本发明的一实施方式的电动动力转向装置的电结构的块图。施加给作为操作部件的转向盘1的操纵转矩，经由转向轴2机械地传递给转向机构3。来自电动机M的操纵辅助力经由减速机构(未图示)、或通过直接驱动方式，传递给转向机构3。转向机构接受来自转向轴2及电动机M的转矩，使操纵车轮W转向。

转向轴2分割为与转向盘1侧结合的输入轴2A、和与转向机构3侧结合的输出轴2B，这些输入轴2A及输出轴2B由扭杆4相互连结。扭杆4根据操纵转矩产生扭转，该扭转的方向及量由转矩传感器5(操纵转矩检测单元)检测。该转矩传感器5的输出信号输入给控制器10(ECU)。

除了向该控制器10输入转矩传感器5的输出信号外，还输入车速传感器6输出的车速信号、和检测电动机M的旋转角的旋转角传感器7输出的旋转角信号。例如，在电动机M是无电刷电动机的情况下，旋转角传感器7也可以是检测其旋转角的旋转变压器。

控制器10以根据由转矩传感器5检测的操纵转矩及由车速传感器6检测的车速等，确定作为电动机驱动值的电流指令值，并向转向机构3赋予与操纵转矩及车速对应的操纵辅助力的方式，驱动控制电动机M。

该控制器10具备：微型计算机11、PWM(Pulse Width Modulation)变换电路12、电动机驱动电路13、检测在电动机M中流动的电流值的电动机电流检测电路14、偏差运算电路15。微型计算机11基于由转矩传感器5检测的操纵转矩及由车速传感器6检测的车速等，运算电流指令值，并赋予到偏差运算电路15。该偏差运算电路15求出由电动机电流检测电路14检测的电动机电流值和电流指令值的偏差，并将该偏差输入PI(比例积分)控制部16，将其输出赋予PWM变换电路12。PWM变换电路12产生与由偏差运算电路15求出的偏差对应的占空比的PWM驱动信号，并输入电动机驱动电路13。电动机驱动电路13将与PWM驱动信号对应的电流供给到电动机M。而且，电动机M产生的驱动力作为操纵辅助力传递给转向机构3。

微型计算机11具备CPU(中央处理装置)及存储器，通过执行规定的程序，作为多个功能处理部发挥作用。该多个功能处理部包括：相位补偿部21，其对转矩传感器5的输出信号进行相位补偿处理，生成相位补偿后的操纵转矩值；车速运算部22，其基于车速传感器6输出的车速信号，运算搭载有该电动动力转向装置的车辆的车速值；车辆加速度运算部23(车辆加速度检测单元)，其对求出的车速值进行时间微分，运算车辆的加速度；基本辅助控制部25(驱动目标值设定单元)，其基于操纵转矩值及车速值，求出作为驱动目标值的目标电流值；和加速度适应增益运算部24(加速度适应增益设定单元)，其用于设定与车辆加速度对应的增益(加速度适应增益)。此外，所述多个功能处理部还包括：角度运算部26，其基于旋转角传感器7的输出，求出电动机M的旋转角；旋转速度运算部27(操纵速度检测单元)，其通过求出的旋转角的时间微分值，运算电动机M的旋转速度；旋转加速度运算部28(操纵加速度检测单元)，其通过对电动机M的旋转加速度进一步进行时间微分，求出电动机M的旋转加速度；控制修正量运算部29(修正量运算单元)，其运算与求出的旋转加速度对应的控制修正量；和乘法部30(乘法单元)，其对求出的控制修正量乘以由加速度适应增益运算部24求出的加速度适应增益。所述多个功能处理部还包括：修正部31(修正单元)，其对所述目标电流值加上乘法部30生成的增益调整后的控制修正量，修正该目标电流值；直进判定部32(直进判定单元)，其判定车辆是否是直进状态；和修正控制部33(修正控制单元)，其基于该直进判定部32的判定结果，切换是否根据乘法部30生成的增益调整后的控制修正量进行目标电流值的修正。

基本辅助控制部25按照确定了与操纵转矩值及车速值对应的目标电流值的基本辅助特性(辅助图)，设定目标电流值。即，将由相位补偿部21进行了相位补偿的操纵转矩值及由车速运算部22求出的车速值应用于基本辅助图，求出目标电流值。该目标电流值由修正部31修正，修正后的目标电流值作为电流指令值供给到偏差运算电路15。

操纵转矩值例如相对向右旋方向的操纵转矩为正的值，相对向左旋方向的操纵转矩为负的值。据此，目标电流值例如在需要对转向机构3赋予右旋方向的操纵辅助力时为正的值，在需要赋予左旋方向的操纵辅助力时为负的值。据此，在以下的说明中，用正的值表示与右方向操纵对应的电动机M的旋转速度及旋转加速度，用负的值表示与左方向操纵对应的电动机M的旋转速度及旋转加速度。

此外，由车辆加速度运算部23求出的车辆加速度，在加速时为正的值，在减速时为负的值。根据需要将反转了加速度的符号的值称为“减速度”。

直进判定部32基于由相位补偿部21进行了相位补偿的操纵转矩值、和由旋转速度运算部27求出的旋转速度，判定搭载有该电动动力转向装置的车辆是否是直进行使状态。直进判定部32在操纵转矩值的绝对值低于规定的转矩阈值(例如，2Nm)，并且，电动机M的旋转速度的绝对值低于规定的旋转速度阈值(例如，2000deg/sec)时，判定为车辆是直进状态，在不满足所述的任一条件时，判定为车辆不是直进状态。

若判定为车辆是直进状态，则修正控制部33从乘法部30向修正部31赋予增益调整后的控制修正量。另一方面，若判定为车辆不是直进状态，则修正控制部33不向修正部31赋予所述增益调整后的控制修正量。换言之，在车辆不是直进状态时，修正控制部33将控制修正量设定为0。

图2是用于说明控制修正量运算部29的功能的图。该图2表示控制修正量相对由旋转加速度运算部28运算的旋转加速度的关系。控制修正量运算部29例如可以由存储了图2所示的特性的控制修正量图构成。

控制修正量设定成可在规定的下限值LL(＜0)、和规定的上限值HL(＞0)之间变化。更具体地，在旋转加速度为负的值的区域(左操纵方向的区域)，控制修正量确定为0以上的值，在旋转加速度为正的值的区域(右操纵方向的区域)，控制修正量确定为0以下的值。若更详细地说明，则在旋转加速度为0附近的规定的死区NS的范围内，控制修正值确定为0。而且，在所述死区NS的范围外，以旋转加速度越大，控制修正量越小的方式线性变化。因而，控制修正量具有抑制或消除旋转加速度的符号，设定为旋转加速度的绝对值越大，其绝对值越大。

图3是用于说明加速度适应增益运算部24的工作的图。该图3表示加速度适应增益相对车辆加速度的关系。加速度适应增益运算部24例如可以由存储了图3所示的特性的加速度适应增益图构成。

加速度适应增益在车辆加速度为0以上的区域中保持为0。而且，在车辆加速度为负的区域中，加速度适应增益设定为可在0～1的范围变化。若更详细地说明，则即使在车辆加速度为负的区域中，在0附近的规定的死区范围内，加速度适应增益也保持为0。在该死区范围外确定为，加速度适应增益以车辆加速度越小加速度适应增益越大的方式相对车辆加速度显示线性变化。这样一来，在车辆处于定速行驶状态或加速状态时，加速度适应增益保持为0，另一方面，在车辆为减速状态时，其减速度越大(车辆加速度为负的值，其绝对值越大)加速度适应增益设定为越大。因而，在车辆的急速制动时，设定大的加速度适应增益。

在车辆的制动时，车轮因制动装置抑制盘形转子而产生振动。该振动经由转向机构3及转向轴2传递给转向盘1。此外，该振动成为对电动机M的反输入，引起该电动机M的转子的旋转。此时产生的旋转加速度由旋转加速度运算部28等的工作来检测。而且，控制修正量运算部29生成用于抑制或消除如此的旋转加速度的控制修正量。通过对该控制修正量乘以由加速度适应增益运算部24求出的加速度适应增益，增益调整后的控制修正量在定速行驶状态及加速状态时为0，在减速状态(尤其制动状态时)时采用与减速度对应的值。

通过在修正部31中对目标电流值加上如此的增益调整后的控制修正量，来驱动电动机M使其抑制或消除因来自操纵车轮W的反输入而导致的振动。即，在车辆处于减速状态时，电动机M表观上能以增大其惯性的方式动作，抑制因来自操纵车轮W的反输入而导致的振动经由转向轴2传递给转向盘1的情况。换言之，电动机M以对来自操纵车轮W的反输入进行制动的方式动作。其结果是，尤其能够抑制急速制动时的转向盘1的振动，能够大幅度改进操纵感。

图4是用于说明微型计算机11每规定的控制周期重复执行的动作的流程图。首先，基于旋转角传感器7的输出，通过角度运算部26及旋转速度运算部27的工作，求出电动机M的旋转速度ω(步骤S1)。另一方面，读入转矩传感器5的输出信号，求出由相位补偿部21进行了相位补偿的操纵转矩值(步骤S2)。此外，读入车速传感器6的输出信号，由车速运算部22求出车速值V(步骤S3)。基本辅助控制部25基于操纵转矩值及车速值V，按照基本辅助图，运算目标电流值(步骤S4)。

另一方面，旋转加速度运算部28通过对由旋转速度运算部27求出的旋转速度ω进行微分，求出旋转加速度ω’(步骤S5)。基于该旋转加速度ω’，由控制修正量运算部29求出控制修正量(步骤S6)。此外，车辆加速度运算部23通过对车速值V进行时间微分，运算车辆加速度V’(步骤S7)。基于该运算后的车辆加速度V’，由加速度适应增益运算部24求出加速度适应增益(步骤S8)。

直进判定部32比较操纵转矩值的绝对值和所述规定的转矩阈值(步骤S9。作为操纵转矩判定单元的功能)，进而比较由旋转速度运算部27求出的旋转速度的绝对值和所述规定的旋转速度阈值(步骤S10。作为操纵速度判定单元的功能)。在操纵转矩绝对值低于转矩阈值(步骤S9：YES)，并且，电动机M的旋转速度绝对值低于旋转速度阈值的情况下(步骤S10：YES)，判定为车辆是直进状态。在此种情况下，修正控制部33向修正部31赋予由乘法部30求出的增益调整后的控制修正量(＝控制修正量×加速度适应增益)(步骤S11)。因而，在修正部31中对目标电流值加上增益调整后的控制修正量，如此，作为电流指令值求出修正后的目标电流值(步骤S12)。另一方面，在操纵转矩值的绝对值在转矩阈值以上(步骤S9：NO)，或者，电动机M的旋转速度在旋转速度阈值以上(步骤S10：NO)时，判定为车辆不是直进状态，修正控制部33将需要赋予修正部31的控制修正量设定为0(步骤S13)。即，在此种情况下，采用由基本辅助控制部25确定的目标电流值作为电流指令值，进行电动机M的驱动控制(步骤S12)。

如此，在本实施方式中，以车辆是直进状态为条件，在车辆的减速时，对目标电流值加上与电动机M的旋转加速度及车辆的减速度对应的控制修正量，将修正后的目标电流值作为电流指令值。通过基于如此的电流指令值驱动电动机M，在车辆的制动时，能够抑制因来自操纵车轮W的反输入而导致的振动经由转向轴2传递给转向盘1的情况。即，在车辆的制动时，能够增大电动机M的表观上的惯性，所以能够抑制伴随急速制动的转向盘1的振动，从而能够实现良好的操纵感。

另一方面，在不是直进状态时，由于将控制修正量设为0，所以在急速制动时以外的通常制动时，从路面经由操纵车轮W的反输入，经由转向轴2传递给转向盘1。此外，在车辆定速行驶中时、或加速中及平缓减速中时，加速度适应增益被设为0，其结果仍然是，来自路面的反输入传递给转向盘1。这样一来，在通常的行驶时，能够将路面状况经由转向盘1适当地传递给驾驶者。

以上，说明了本发明的一实施方式，不过本发明也能以其它方式实施。例如，在所述的实施方式中，采用电动机M的旋转速度来判定车辆的直进状态，求出与电动机M的旋转加速度对应的控制修正量，但是，例如也可以构成如下：设置检测转向盘1的旋转角的转向角传感器，求出转向盘1的旋转速度(操纵速度)及旋转加速度(操纵加速度)，根据该旋转速度判定车辆是否是直进状态，并且运算与该旋转加速度对应的控制修正量。电动动力转向装置由于机械地结合有转向盘1、转向轴2、转向机构3及电动机M，所以检测电动机M的旋转、和检测转向盘1或转向轴2的旋转的情况大致是等效的，也可以将电动机M或转向轴2的旋转信息作为转向盘1的旋转信息来采用。

此外，在所述的实施方式中，对车速值V时间微分，求出车辆加速度V’，不过也可以采用直接检测车辆的加速度的加速度传感器，来检测车辆加速度。

进而，在所述的实施方式中，以车辆是直进状态为条件，基于增益调整后的控制修正量进行目标电流值的修正，不过无论车辆是否是直进状态都可进行如此的修正。

详细地说明了本发明的实施方式，但是它们只不过是为了阐明本发明的技术内容而采用的具体例，不应理解为本发明限定于这些具体例，本发明的精神及范围只由所附的权利要求范围限定。

本申请与2006年1月12日向日本国专利厅提出的特愿2006-5314号对应，本申请引用了特愿2006-5314号的全部内容。

Claims (6)

1.一种电动动力转向装置，其通过将电动机的驱动力传递给转向机构来辅助操纵，其中，所述电动动力转向装置包括：

驱动目标值设定单元，其设定所述电动机的驱动目标值；

操纵加速度检测单元，其检测或推定作为操作部件的转向盘的操纵加速度；

修正量运算单元，其运算与由该操纵加速度检测单元检测或推定的操纵加速度对应的控制修正量；

车辆加速度检测单元，其检测搭载有该电动动力转向装置的车辆的加速度；

加速度适应增益设定单元，其设定与由该车辆加速度检测单元检测的加速度对应的增益；

乘法单元，其通过对由所述修正量运算单元运算的控制修正量乘以由所述加速度适应增益设定单元设定的增益，求出增益调整后的控制修正量；

修正单元，其基于由该乘法单元求出的所述增益调整后的控制修正量，修正所述驱动目标值；

电动机驱动单元，其基于由该修正单元修正后的驱动目标值，驱动所述电动机。

2.如权利要求1所述的电动动力转向装置，其中，所述修正量运算单元运算用于抑制或消除由所述操纵加速度检测单元检测或推定的操纵加速度的控制修正量。

3.如权利要求1所述的电动动力转向装置，其中，所述加速度适应增益设定单元只在由所述车辆加速度检测单元检测的加速度是表示减速状态的值时，在0～1的范围内设定与由所述车辆加速度检测单元检测的加速度对应的增益。

4.如权利要求1所述的电动动力转向装置，其中，由所述车辆加速度检测单元检测的加速度越是表示强的减速状态的值，所述加速度适应增益设定单元在0～1的范围内越设定大的增益。

5.如权利要求1～4中任一项所述的电动动力转向装置，其中，还包括：

直进判定单元，其判定所述车辆是否直进；

修正控制单元，其以通过该直进判定单元判定为所述车辆直进为条件，容许利用所述修正单元修正所述驱动目标值，在通过所述直进判定单元未判定为所述车辆直进时，禁止利用所述修正单元修正所述驱动目标值。

6.如权利要求5所述的电动动力转向装置，其中，还包括：

操纵转矩检测单元，其检测施加给用于操纵车辆的所述转向盘的操纵转矩；

操纵速度检测单元，其检测所述转向盘的操纵速度，

所述直进判定单元包括判定由所述操纵转矩检测单元检测的操纵转矩的大小是否低于规定的转矩阈值的操纵转矩判定单元、和判定由所述操纵速度检测单元检测的操纵速度是否低于规定的速度阈值的操纵速度判定单元，所述直进判定单元在操纵转矩的大小低于所述转矩阈值，并且所述操纵速度低于所述速度阈值时，判定为所述车辆直进。

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