CN104276207A - 电动动力转向装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动动力转向装置，该电动动力转向装置具备：电机(31)，其产生辅助力；转矩传感器，其根据转向操作转矩来生成信号；ECU(40)，其基于转向操作转矩来运算与辅助力对应的基本电流指令值(Ie*)，并基于该基本电流指令值(Ie*)以及为了在车辆的动作不稳定时使该动作收敛而由外部的SC控制装置(80)运算的稳定化电流指令值(Iv*)来控制电机(31)。ECU(40)在被输入稳定化电流指令值(Iv*)时，判断车辆的稳定性，在判断为稳定的情况下，不使用稳定化电流指令值(Iv*)而基于基本电流指令值(Ie*)来控制电机(31)。

Description

电动动力转向装置

本申请主张于2013年7月5日提出的日本专利申请No.2013-141453的优先权，该日本专利申请包括说明书、附图以及摘要，在此引用其全部内容作为参考。

技术领域

本发明涉及电动动力转向装置。

背景技术

公知有一种通过对车辆的转向操作机构赋予电机的动力来辅助驾驶员的转向操作的电动动力转向装置(以下，称为EPS)。EPS的控制装置例如基于通过各种传感器取得的转向操作转矩以及车速来运算辅助电流指令值，并基于该指令值来控制电机的驱动。

另外，公知有一种车辆的防侧滑装置(以下，称为SC(StabilityControl：稳定控制))，其若基于通过各种传感器取得的各种信息，而检测出转向过度、转向不足等车辆的动作不稳定的状况，则瞬间使一个车轮、或者多个车轮制动，或自动调整发动机的输出。

SC的控制装置除了调整制动器、发动机的输出之外，为了改善车辆的不稳定的状况，还计算转向的目标转角，以成为该目标转角的方式生成作为使电机驱动用的控制信号的电流指令值。EPS的控制装置将由SC的控制装置生成的指令值考虑进来来运算最终的辅助电流指令值。关于像这样将其他的控制装置所生成的控制信号考虑进来而对控制对象进行协调控制的控制装置，在日本专利第4478037号公报中已被公开。

然而，因为EPS的控制装置将SC的控制装置所生成的电流指令值考虑进来而控制电机的驱动，所以在因SC的控制装置产生不良状况而导致虽然车辆的动作稳定但仍生成了用于协调控制的电流指令值的情况下，车辆的动作有可能变差。

发明内容

本发明的目的之一为提供抑制因向转向操作机构赋予辅助力而导致的车辆动作变差的电动动力转向装置。

本发明的一方式的电动动力转向装置具备：电机，其产生对车辆的转向操作机构赋予的辅助力；转矩传感器，其根据作用于构成上述转向操作机构的转向轴的转向操作转矩来生成转矩信号；以及控制装置，其基于上述转矩信号运算与上述辅助力对应的第一控制量，并且基于该第一控制量以及在判断为上述车辆的动作不稳定时由外部的运算部运算并输出而使该车辆的动作稳定的第二控制量来控制上述电机。上述控制装置基于通过设置在上述车辆的多种传感器而取得的表示上述车辆的动作的状态量来推断上述车辆的动作是否稳定，并且在推断为上述车辆的动作稳定的情况下，不使用上述第二控制量而基于上述第一控制量来控制上述电机。

根据该结构，控制装置在推断为车辆的动作稳定的情况下，不使用上述第二控制量而基于上述第一控制量来控制上述电机而对转向操作机构给予辅助。由此，即使在因作为外部的运算部的SC的控制装置的不良状况等而导致虽然车辆的动作稳定但仍错误地生成了用于使车辆的动作收敛的第二控制量的情况下，也能够抑制车辆的动作变差。

在上述方式的电动动力转向装置中，上述多种传感器可以是检测车辆的行驶速度的车速传感器、检测车辆的偏航率的偏航率传感器、和检测上述转向轴的转向操作角的转向操作角传感器。上述控制装置也可以构成为在根据车速以及转向操作角而推断的推断偏航率与通过上述偏航率传感器而检测的实际偏航率之间的偏差低于预先设定的偏航率阈值的情况下，判断上述车辆的动作稳定。

实际偏航率与推断偏航率之间的偏差大的状态是发生所谓的转向过度、转向不足的滑移状态。而且，该偏差越大，车辆越变成对驾驶员来说难以应对的滑移状态。

推断偏航率的计算需要车速以及转向操作角，检测这些的车速传感器以及转向操作角传感器在电动动力转向装置中典型使用，根据上述结构，能够不新设置检测车辆状态的传感器就推断车辆的动作是否稳定。

在上述方式的电动动力转向装置中，上述控制装置也可以构成为根据车速的增大而将上述偏航率阈值设定为低的值。

公知车速越上升车辆发生滑移的概率越高。这样，通过根据车速变更偏航率阈值，如果是车辆的动作难以发生混乱的状态，就限制根据第二控制量的电机的控制，由此能够抑制因基于错误生成的第二控制量的电机控制而使得车辆的动作变差。

在上述方式的电动动力转向装置中，上述控制装置也可以构成为：具备存储部，上述控制装置在未在根据上述第一控制量的基础上进一步根据上述第二控制量而控制上述电机的情况下，将表示未在根据上述第一控制量的基础上进一步根据上述第二控制量这一情况的数据存储到上述存储部。

根据该结构，通过存储部，虽然外部的装置不处于生成第二控制量的状况，但仍能够确认生成了该第二控制量。

在本发明的一方式的电动动力转向装置中，上述多种传感器可以是检测车辆的行驶速度的车速传感器、检测车辆的横向加速度的横向加速度传感器、和检测上述转向轴的转向操作角的转向操作角传感器。

上述控制装置在根据车速以及转向操作角而推断的推断横向加速度与通过上述横向加速度传感器而检测的实际横向加速度之间的偏差低于基于对驾驶员来说变得难以应对的滑移状态而预先设定的横向加速度阈值的情况下，判断上述车辆的动作稳定。

实际横向加速度与推断横向加速度之间的偏差大的状态是发生所谓的转向过度、转向不足的滑移状态。而且，该偏差越大，车辆越变成对驾驶员来说难以应对的滑移状态。

推断横向加速度的计算需要车速以及转向操作角，在较多的车辆中均搭载有检测这些的车速传感器以及转向操作角传感器，检测到的车速以及转向操作角已经被用于其他控制。即，根据上述结构，能够不新设置检测车辆状态的传感器就判断是否为滑移状态。

本发明的电动动力转向装置具有抑制因向转向操作机构赋予辅助力而导致的车辆动作变差的效果。

附图说明

通过以下参照附图对本发明的优选实施方式进行的详细描述，本发明前述的和其它的特点和优点得以进一步明确，对相同要素赋予相同附图标记。其中:

图1是表示电动动力转向装置的示意结构的框图。

图2是表示ECU的示意结构的框图。

图3是表示侧滑判断所涉及的处理的流程图。

图4是偏航率阈值与车速之间的关系图。

具体实施方式

以下，对电动动力转向装置的一实施方式进行说明。

如图1所示，电动动力转向装置10具备基于驾驶员的转向操作使转向轮转向的转向操作机构20、辅助驾驶员的转向操作的转向操作辅助机构30、以及控制转向操作辅助机构30的动作的ECU40。

转向操作机构20具备由驾驶员操作的方向盘21以及与方向盘21一体旋转的转向轴22。转向轴22由与连结于方向盘21的中心的转向柱23的下端部连结的中间轴24、以及与中间轴24的下端部连结的小齿轮轴25构成。小齿轮轴25的下端部与向与小齿轮轴25交叉的方向延伸的齿条轴26的形成有齿条齿的部分26a啮合。转向轴22的旋转运动通过由小齿轮轴25以及齿条轴26构成的齿轮齿条机构27被变换成齿条轴26的往复直线运动。该往复直线运动经由分别与齿条轴26的两端连结的转向横拉杆28而分别传递到左右的转向轮29，由此这些转向轮29的转向角θta被改变。通过转向轮29的转向角θta被改变从而车辆的行进方向改变。

转向操作辅助机构30具有作为转向操作辅助力的发生源的电机31。作为电机31，使用无刷电机等三相交流电机。电机31经由由蜗杆&蜗轮构成的减速机构32与转向柱23连结。减速机构32将电机31的旋转减速，并将电机转矩传递到转向柱23。电机转矩作为转向操作辅助力被赋予至转向轴22，由此辅助驾驶员的转向操作。电机31内置有TMR传感器33，该TMR传感器33输出振幅值根据电机31的旋转角θm而变化的正弦波状的信号。

ECU40在驾驶员请求的情况下取得设置于车辆的各种传感器的检测结果，或者将设置于车辆的各种传感器的检测结果作为表示行驶状态的信息而取得，并根据这些取得的各种信息，控制电机31。作为各种传感器，存在例如车速传感器71、转矩传感器72、转向传感器73以及偏航率传感器74。车速传感器71检测作为车辆的行驶速度的车速V。转矩传感器72被设置在转向柱23，检测经由方向盘21而被施加到转向轴22的转向操作转矩Th。转向传感器73同样被设置在转向柱23，检测转向柱23的旋转角即转向操作角θs。偏航率传感器74检测实际给予到车辆的实际偏航率γre。ECU40基于通过这些传感器取得的车速V、转向操作转矩Th、转向操作角θs以及实际偏航率γre，来控制电机31。

对ECU的硬件结构进行说明。在本实施例中ECU40相当于电机控制装置。

如图2所示，ECU40具备逆变电路41以及微型计算机42。

逆变电路41基于由微型计算机42生成的电机驱动信号，将从电池等直流电源供给的直流电压转换成三相交流电压。该转换后的三相交流电压经由各相的供电线路44被供给到电机31。在各相的供电线路44设置有电流传感器45。这些电流传感器45检测在各相的供电线路44产生的实际电流值I。其中，在图2中，为了便于说明，分别将各相的供电线路44以及各相的电流传感器45归为一个来进行图示。

微型计算机42分别以规定的取样周期获取车速V、转向操作转矩Th、转向操作角θs以及实际偏航率γre。微型计算机42为了使车辆的动作稳定而获取SC(Stability Control：稳定控制)控制装置80所生成的稳定化电流指令值Iv*。SC控制装置80通过设置于车辆的各种传感器来判断车辆是否发生侧滑，并且在发生侧滑的情况下，为了通过电机31的控制来调整转向角θta从而消除该侧滑且使车辆的动作稳定，而生成稳定化电流指令值Iv*。微型计算机42基于这些所获取的各信息来生成电机驱动信号即PWM驱动信号。其中，SC控制装置80相当于电动动力转向装置的外部的运算部。

对微型计算机的功能性结构进行说明。

如图2所示，微型计算机42具有通过执行储存于未图示的存储装置的控制程序而实现的各种处理部。作为这些处理部，微型计算机42具有电流指令值运算部51、电机驱动信号生成部52、侧滑判断部53和加法器54。

电流指令值运算部51分别获取车速V以及转向操作转矩Th，并基于这些所获取的各种信息运算基本电流指令值Ie*。转向操作转矩Th的绝对值越大，还有车速V越慢，电流指令值运算部51将基本电流指令值I_e*的绝对值设定为越大的值。

侧滑判断部53在从SC控制装置80取得了稳定化电流指令值Iv*的情况下，判断车辆是否为发生侧滑的状况，即，车辆是否为生成稳定化电流指令值Iv*的状况。在车辆为发生侧滑的状况的情况下将稳定化电流指令值Iv*直接输出，在车辆不为发生侧滑的状况的情况下使稳定化电流指令值Iv*为零。此外，侧滑判断部53具备存储器55。相当于存储部的存储器55存储用于判断车辆是否为发生侧滑的状况的车辆固有的各信息。另外，在存储器55中存储有冻结帧数据(FFD)56，该冻结帧数据(FFD)56表示在使稳定化电流指令值Iv*为零的情况下，虽然车辆不为发生侧滑的状况但仍输入了稳定化电流指令值Iv*这一情况。其中，车辆是否为发生侧滑的状况的判断是基于通过各种传感器而取得的车速V、转向操作角θs以及实际偏航率γre来进行的。对于该判断所涉及的详细内容，在后面详细说明。

加法器54将基本电流指令值Ie*与稳定化电流指令值Iv*相加，而生成电流指令值I*。

电机驱动信号生成部52分别获取电流指令值I*以及实际电流值I，并基于这些所获取的信息进行电流的反馈控制以使实际电流值I追随电流指令值I*。电机驱动信号生成部52求得电流指令值I*与实际电流值I之间的偏差，按照使该偏差消去的方式生成电机驱动信号。

根据图3所示的流程图对侧滑判断部53中的侧滑判断所涉及的处理进行说明。其中，该处理以向侧滑判断部53输入了稳定化电流指令值Iv*为契机开始。

如图3所示，侧滑判断部53首先运算推断偏航率γpr(步骤S1)。推断偏航率γpr是根据车辆重量等车辆固有的常量、车速V和转向操作角θs进行计算的。

侧滑判断部53设定偏航率阈值γs(步骤S2)。如图4所示，偏航率阈值γs设定成与车速V成反比。这是由于车辆发生侧滑的概率与车速V成正比。

侧滑判断部53判断推断偏航率γpr与实际偏航率γre之间的偏差(在此是从推断偏航率γpr减去实际偏航率γre而得的值)的绝对值是否低于偏航率阈值γs(步骤S3)。

在步骤S3为是，即推断偏航率γpr与实际偏航率γre之间的偏差的绝对值低于偏航率阈值γs的情况下，车辆未发生侧滑，因此使稳定化电流指令值Iv*为零(步骤S4)。然后，将表示虽然车辆未发生侧滑但仍输入了稳定化电流指令值Iv*这一情况的冻结帧数据(FFD)56进行存储(步骤S5)。侧滑判断部53输出稳定化电流指令值Iv*，结束这一系列的处理。

在步骤S3为否，即推断偏航率γpr与实际偏航率γre之间的偏差的绝对值在偏航率阈值γs以上的情况下，车辆发生侧滑，即是生成稳定化电流指令值Iv*的状况，因此将处理移至步骤S6，将所输入的稳定化电流指令值Iv*直接输出。

如以上详述那样，根据本实施方式，能够得到以下所示的有益效果。

在ECU40设置有侧滑判断部53。侧滑判断部53在被从SC控制装置80输入了稳定化电流指令值Iv*时，判断车辆是否存在侧滑，并且在没有侧滑的情况下使稳定化电流指令值Iv*为零。即，在车辆没有发生侧滑时即使SC控制装置80生成稳定化电流指令值Iv*，稳定化电流指令值Iv*也变为零，没有用于电机31的控制。由此，能够抑制因电机31的控制而导致车辆的动作变差。

侧滑判断部53根据车辆重量等车辆固有的常量、车速V和转向操作角θs来计算推断偏航率γpr。这些车速V、转向操作角θs也用于其他控制。另外，通过偏航率传感器74检测的实际偏航率γre在SC控制装置80中被用于稳定化电流指令值Iv*的生成。这样，即使不在车辆中新设置检测车辆的状态的传感器，侧滑判断部53也能够判断车辆是否为侧滑的状态。

侧滑判断部53以与车速V成反比的方式变更偏航率阈值γs。这是因为随着车速V上升，车辆发生侧滑的概率提高。在车速V低的情况下，即如果是驾驶员易于控制车辆动作的状态，偏航率阈值γs被设定为较大的值。在车速V低时，与车速V高时相比，更能够抑制因电机31的控制而导致车辆的动作变差。

侧滑判断部53在使所输入的稳定化电流指令值Iv*为零的情况下，在存储器55存储冻结帧数据(FFD)56。由此，虽然SC控制装置80没有处于生成稳定化电流指令值Iv*的状况但仍能够确认生成了稳定化电流指令值Iv*。

此外，上述实施方式也可以如以下那样进行变更。

·在上述实施方式中，侧滑判断部53通过偏航率、准确地来说是通过推断偏航率γpr与实际偏航率γre之间的偏差相对于偏航率阈值γs的大小关系来判断车辆是否发生侧滑，但也可以使用其他参数进行判断。例如，也可以进行基于横向加速度的判断。在该情况下，侧滑判断部53根据车辆重量等车辆固有的常量、车速V和转向操作角θs来计算推断横向加速度Gpr而替代计算推断偏航率γpr。另外，在存储器55中存储横向加速度阈值Gs而替代存储偏航率阈值γs。而且，车辆具备检测实际的横向加速度Gre的横向加速度传感器。即使这样构成，也能够得到与上述实施方式同样的效果。

·在上述实施方式中，侧滑判断部53判断推断偏航率γpr与实际偏航率γre之间的偏差的绝对值是否低于偏航率阈值γs，在低于的情况下使稳定化电流指令值Iv*为零，但也可以直接比较推断偏航率γpr与实际偏航率γre并在这两者存在差的情况下判断为存在侧滑。即，也可以仅在推断偏航率γpr与实际偏航率γre之差为零时，使稳定化电流指令值Iv*为零。

·在上述实施方式中，侧滑判断部53在使所输入的稳定化电流指令值Iv*为零的情况下，也可以不使冻结帧数据(FFD)56存储于存储器55。另外，存储器55也可以与侧滑判断部53分别设置。

·在上述实施方式中，电流指令值运算部51基于车速以及转向操作转矩而计算出基本电流指令值Ie*，但除了这些之外还可以将偏航率等其他车辆参数加入至基本电流指令值Ie*的计算中。

·在上述实施方式中，具体化成对转向柱23赋予转向操作辅助力的电动动力转向装置10，但也可以具体化成例如对中间轴24、小齿轮轴25或者齿条轴26赋予转向操作辅助力类型的电动动力转向装置。

·在上述实施方式中，通过车辆是否发生侧滑的判断来判断车辆的动作是否稳定，但该车辆的动作是否稳定的判断也可以通过其他判断来进行。

Claims (5)

1.一种电动动力转向装置，具备:

电机，其产生对车辆的转向操作机构赋予的辅助力；

转矩传感器，其根据作用于构成所述转向操作机构的转向轴的转向操作转矩来生成转矩信号；以及

控制装置，其基于所述转矩信号运算与所述辅助力对应的第一控制量，并且基于该第一控制量以及在判断为所述车辆的动作不稳定时由外部的运算部运算并输出而使该车辆的动作稳定的第二控制量来控制所述电机；其中，

所述控制装置基于通过设置在所述车辆的多种传感器而取得的表示所述车辆的动作的状态量来推断所述车辆的动作是否稳定，并且在推断为所述车辆的动作稳定的情况下，不使用所述第二控制量而基于所述第一控制量来控制所述电机。

2.根据权利要求1所述的电动动力转向装置，其中，

所述多种传感器是检测车辆的行驶速度的车速传感器、检测车辆的偏航率的偏航率传感器、和检测所述转向轴的转向操作角的转向操作角传感器，

所述控制装置在根据车速以及转向操作角而推断的推断偏航率与通过所述偏航率传感器而检测的实际偏航率之间的偏差低于预先设定的偏航率阈值的情况下，判断所述车辆的动作稳定。

3.根据权利要求2所述的电动动力转向装置，其中，

所述控制装置根据车速的增大而将所述偏航率阈值设定为低的值。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的电动动力转向装置，其中，

所述控制装置具备存储部，

所述控制装置在未在根据所述第一控制量的基础上进一步根据所述第二控制量而控制所述电机的情况下，将表示未在根据所述第一控制量的基础上进一步根据所述第二控制量这一情况的数据存储到所述存储部。

5.根据权利要求1所述的电动动力转向装置，其中，

所述多种传感器是检测车辆的行驶速度的车速传感器、检测车辆的横向加速度的横向加速度传感器、和检测所述转向轴的转向操作角的转向操作角传感器，

所述控制装置在根据车速以及转向操作角而推断的推断横向加速度与通过所述横向加速度传感器而检测的实际横向加速度之间的偏差低于基于对驾驶员来说变得难以应对的滑移状态而预先设定的横向加速度阈值的情况下，判断所述车辆的动作稳定。