CN113165690A

CN113165690A - 车辆用转向装置

Info

Publication number: CN113165690A
Application number: CN201980081901.9A
Authority: CN
Inventors: 椿贵弘; 熊谷浩保
Original assignee: Seiko Corp
Current assignee: Seiko Corp
Priority date: 2019-01-11
Filing date: 2019-12-13
Publication date: 2021-07-23
Also published as: WO2020145036A1; US12084122B2; US20220063710A1; JP7211438B2; JPWO2020145036A1; DE112019006641T5

Abstract

提供一种车辆用转向装置，其不受路面状态的影响，不受转向操舵系统的机构特性随时间变化的左右，能够容易地对转向角等实现同等的转向扭矩。在对转向系统进行辅助控制的车辆用转向装置中具备扭转角控制单元，该扭转角控制单元运算使扭转角追随目标扭转角的马达电流指令值，扭转角控制单元具备转向角干扰补偿单元，该转向角干扰补偿单元对检测出的转向角进行滤波器处理来计算第一补偿马达电流指令值，在马达电流指令值的运算中进行基于第一补偿马达电流指令值的补偿。

Description

车辆用转向装置

技术领域

本发明涉及一种高性能的车辆用转向装置，该车辆用转向装置基于扭杆等的扭转角来实现所希望的转向扭矩而不受路面状态的影响，不受机构系统特性随时间变化的左右。

背景技术

作为车辆用转向装置之一的电动助力转向装置(EPS)以马达的旋转力对车辆的转向系统赋予辅助力(转向辅助力)，利用包含减速机构的传递机构将通过从逆变器供给的电力控制的马达的驱动力作为辅助力赋予给转向轴或者齿条轴。为了准确地产生辅助力，这样的现有的电动助力转向装置进行马达电流的反馈控制。反馈控制以使转向辅助指令值(电流指令值)与马达电流检测值的差变小的方式调整马达施加电压，马达施加电压的调整通常通过调整PWM(脉宽调制)控制的占空比来进行。

在图1中示出电动助力转向装置的一般结构来进行说明，转向盘1的柱轴(转向轴、转向盘轴)2经由减速机构3、万向节4a及4b、齿轮齿条机构5、转向拉杆6a、6b，进而经由轮毂单元7a、7b与转向车轮8L、8R连结。另外，在具有扭杆的柱轴2设置有检测转向盘1的转向扭矩Ts的扭矩传感器10以及检测转向角θh的转向角传感器14，辅助转向盘1的转向力的马达20经由减速机构3连结于柱轴2。从电池13向控制电动助力转向装置的控制单元(ECU)30供给电力，并且经由点火键11输入点火键信号。控制单元30基于由扭矩传感器10检测出的转向扭矩Ts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，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来控制向EPS用马达20供给的电流。

控制单元30连接有收发车辆的各种信息的CAN(Controller Area Network：控制器局域网络)40，车速Vs也能够从CAN 40进行接收。另外，控制单元30还能够连接收发CAN40以外的通信、模拟/数字信号、电波等的非CAN 41。

控制单元30主要由CPU(也包括MCU、MPU等)构成，图2示出在其CPU内部由程序执行的一般功能。

参照图2说明控制单元30的功能以及动作，由扭矩传感器10检测出的转向扭矩Ts以及由车速传感器12检测出的(或者来自CAN 40的)车速Vs被输入到电流指令值运算单元31。电流指令值运算单元31基于输入的转向扭矩Ts以及车速Vs，使用辅助映射等运算作为向马达20供给的电流的控制目标值的电流指令值Iref1。电流指令值Iref1经由加法单元32A输入到电流限制单元33，最大电流被限制的电流指令值Irefm被输入到减法单元32B，运算与反馈的马达电流值Im之间的偏差I(＝Irefm-Im)，该偏差I被输入到用于改善转向动作特性的PI(比例积分)控制单元35。由PI控制单元35进行了特性改善的电压控制指令值Vref被输入至PWM控制单元36，进而经由作为驱动单元的逆变器37对马达20进行PWM驱动。马达20的电流值Im由马达电流检测器38检测并反馈到减法单元32B。

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的相加来进行转向系统的特性补偿，改善收敛性、惯性特性等。补偿信号生成单元34通过加法单元344对自对准扭矩(SAT)343和惯性342进行加法运算，利用加法单元345进一步将收敛性341与其相加结果相加，将加法单元345的相加结果作为补偿信号CM。

这样，在以往的电动助力转向装置中的辅助控制中，利用扭矩传感器将由驾驶员的手动输入施加的转向扭矩检测为扭杆的扭转扭矩，主要作为与该扭矩对应的辅助电流来控制马达电流。然而，在利用该方法进行控制的情况下，由于路面的状态(例如倾斜)的不同，有时会因转向角而成为不同的转向扭矩。由于马达输出特性随使用时间而产生的偏差有时也会对转向扭矩造成影响。

为了解决该问题，例如提出了如日本专利第5208894号公报(专利文献1)所示的电动助力转向装置。在专利文献1的电动助力转向装置中，为了赋予基于驾驶员的触觉特性的适当的转向扭矩，根据基于转向角或者转向扭矩与手感量的关系而决定的转向角与转向扭矩的关系(转向反作用力特性映射)，设定转向扭矩的目标值。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5208894号公报

发明内容

发明所要解决的课题

然而，在专利文献1的电动助力转向装置中，必须预先求出转向反作用力特性映射，另外，由于基于转向扭矩的目标值与检测的转向扭矩的偏差来进行控制，因此有可能会残留对转向扭矩的影响。

本发明是鉴于所述那样的情况而完成的，本发明的目的在于提供一种车辆用转向装置，其不受路面状态的影响，不受转向操舵系统的机构特性随时间变化的左右，能够容易地对转向角等实现同等的转向扭矩。

用于解决课题的手段

本发明涉及一种车辆用转向装置，其至少具备具有任意的弹簧常数的扭杆、检测所述扭杆的扭转角的传感器以及检测转向盘的转向角的传感器，通过对马达进行驱动控制来对转向系统进行辅助控制，本发明的所述目的通过如下方式实现：具备扭转角控制单元，该扭转角控制单元运算使所述扭转角追随目标扭转角的马达电流指令值，所述扭转角控制单元具备转向角干扰补偿单元，该转向角干扰补偿单元对所述检测出的转向角进行滤波器处理来计算第一补偿马达电流指令值，在所述马达电流指令值的运算中进行基于所述第一补偿马达电流指令值的补偿，基于所述马达电流指令值来对所述马达进行驱动控制。

另外，本发明的所述目的通过如下方式更有效地实现：所述扭转角控制单元还具备：扭转角反馈补偿单元，其根据所述目标扭转角以及所述扭转角的偏差来计算目标扭转角速度；扭转角速度运算单元，其根据所述扭转角来计算扭转角速度；以及速度控制单元，其基于所述目标扭转角速度以及所述扭转角速度来计算基本马达电流指令值，根据所述第一补偿马达电流指令值对所述基本马达电流指令值进行补偿来计算所述马达电流指令值，或者，所述扭转角控制单元还具备限制所述马达电流指令值的上限值及下限值的输出限制单元，或者，所述车辆用转向装置还具备：目标转向扭矩生成单元，其生成目标转向扭矩；以及转换单元，其将所述目标转向扭矩转换为在所述扭转角控制单元中使用的所述目标扭转角，或者，所述目标转向扭矩生成单元具备：基本映射单元，其利用基本映射根据所述转向角以及车速求出第一扭矩信号；阻尼器运算单元，其利用作为车速感应的阻尼器增益映射基于角速度信息来求出第二扭矩信号；以及滞后校正单元，其利用转向状态以及所述转向角进行滞后校正，求出第三扭矩信号，根据所述第一扭矩信号、所述第二扭矩信号以及所述第三扭矩信号中的至少1个信号来计算所述目标转向扭矩，或者，所述基本映射以及所述滞后校正单元的特性为车速感应，或者，所述目标转向扭矩生成单元在所述基本映射单元的前级或者后级还具备进行相位补偿的相位补偿单元，经由所述基本映射单元以及所述相位补偿单元，根据所述转向角以及所述车速来求出所述第一扭矩信号。

发明效果

根据本发明的车辆用转向装置，以使扭转角追随目标扭转角的方式动作，实现所希望的转向扭矩，能够赋予基于驾驶员的转向的感觉的适当的转向扭矩。

另外，通过转向角干扰补偿单元，能够进一步提高急转向时对目标扭转角的追随性。

附图说明

图1是表示电动助力转向装置的概要的结构图。

图2是表示电动助力转向装置的控制单元(ECU)内的结构例的框图。

图3是表示EPS转向系统和各种传感器的设置例的结构图。

图4是表示本发明的结构例(第一实施方式)的框图。

图5是表示目标转向扭矩生成单元的结构例的框图。

图6是表示基本映射的特性例的线图。

图7是表示阻尼器增益映射的特性例的线图。

图8是表示滞后校正单元的特性例的线图。

图9是表示扭转角控制单元的结构例的框图。

图10是表示输出限制单元中的上限值及下限值的设定例的线图。

图11是表示本发明的动作例(第一实施方式)的流程图。

图12是表示目标转向扭矩生成单元的动作例的流程图。

图13是表示扭转角控制单元的动作例的流程图。

图14是表示在示出转向角干扰补偿单元的效果的模拟中输入的转向角的例子的图表。

图15是表示示出转向角干扰补偿单元的效果的模拟结果的图表。

图16是表示本发明的结构例(第二实施方式)的框图。

图17是表示相位补偿单元的插入例的框图。

图18是表示SBW系统的概要的结构图。

图19是表示本发明的结构例(第三实施方式)的框图。

图20是表示目标转向角生成单元的结构例的框图。

图21是表示转向角控制单元的结构例的框图。

图22是表示本发明的动作例(第三实施方式)的流程图。

具体实施方式

本发明是一种用于对转向角等实现同等的转向扭矩而不受路面状态的影响的车辆用转向装置，通过以使扭杆等的扭转角追随与转向角等对应的值的方式进行控制，来实现所希望的转向扭矩。

下面，参照附图来说明本发明的实施方式。

首先，说明检测与作为本发明的车辆用转向装置之一的电动助力转向装置相关的信息的各种传感器的设置例。图3是表示EPS转向系统和各种传感器的设置例的图，柱轴2具备扭杆2A。路面反作用力Fr以及路面信息μ作用于转向车轮8L、8R。隔着扭杆2A在柱轴2的转向盘侧设置上侧角度传感器，隔着扭杆2A在柱轴2的转向车轮侧设置下侧角度传感器，上侧角度传感器检测转向盘角θ1，下侧角度传感器检测转向柱角θ2。转向角θh由设置于柱轴2的上部的转向角传感器检测，根据转向盘角θ1以及转向柱角θ2的偏差，能够通过下述数学式1以及数学式2来求出扭杆的扭转角Δθ以及扭杆扭矩Tt。另外，Kt是扭杆2A的弹簧常数。

【数学式1】

θ₂-θ₁＝Δθ

【数学式2】

-Kt·Δθ＝Tt

扭杆扭矩Tt例如也可以使用日本特开2008-216172号公报所示的扭矩传感器来检测。另外，在本实施方式中，也将扭杆扭矩Tt作为转向扭矩Ts来处理。

接着，对本发明的结构例进行说明。

图4是表示本发明的结构例(第一实施方式)的框图，驾驶员所实施的转向盘转向利用EPS转向系统/车辆系统100内的马达进行辅助控制。向输出目标转向扭矩Tref的目标转向扭矩生成单元120中，除了输入有转向角θh之外，还输入有车速Vs以及从右转/左转判定单元110输出的右转或左转的转向状态STs。目标转向扭矩Tref由转换单元130转换为目标扭转角Δθref，目标扭转角Δθref与扭杆2A的扭转角Δθ、马达角速度ωm以及转向角θh一起被输入到扭转角控制单元140。扭转角控制单元140运算使扭转角Δθ成为目标扭转角Δθref那样的马达电流指令值Imc，通过马达电流指令值Imc驱动EPS的马达。

右转/左转判定单元110基于马达角速度ωm判定转向是右转还是左转，将判定结果作为转向状态STs进行输出。即，在马达角速度ωm为正值的情况下判定为“右转”，在马达角速度ωm为负值的情况下判定为“左转”。另外，也可以使用对转向角θh、转向盘角θ1或者转向柱角θ2进行速度运算而算出的角速度来代替马达角速度ωm。

图5表示目标转向扭矩生成单元120的结构例，目标转向扭矩生成单元120具备基本映射单元121、微分单元122、阻尼器增益单元123、滞后校正单元124、乘法单元125以及加法单元126和127，转向角θh被输入到基本映射单元121、微分单元122以及滞后校正单元124，从右转/左转判定单元110输出的转向状态STs被输入到滞后校正单元124。

基本映射单元121具有基本映射，使用基本映射，输出以车速Vs为参数的扭矩信号(第一扭矩信号)Tref_a。基本映射通过调谐而被调整，例如，如图6的(A)所示，扭矩信号Tref_a随着转向角θh的大小(绝对值)|θh|的增加而增加，随着车速Vs的增加而增加。另外，在图6的(A)中，编码单元121a构成为将转向角θh的编码(+1，－1)输出到乘法单元121b，根据转向角θh的大小，通过映射求出扭矩信号Tref_a的大小，对其乘以转向角θh的编码，求出扭矩信号Tref_a，但也可以如图6的(B)所示，与正负的转向角θh相对应地构成映射，在该情况下，也可以在转向角θh为正的情况和为负的情况下改变变化的方式。另外，图6所示的基本映射是车速感应，但也可以不是车速感应。

微分单元122对转向角θh进行微分而计算作为角速度信息的转向角速度ωh，转向角速度ωh被输入到乘法单元125。

阻尼器增益单元123输出与转向角速度ωh相乘的阻尼器增益D_G。利用乘法单元125乘以阻尼器增益D_G后的转向角速度ωh作为扭矩信号(第二扭矩信号)Tref_b被输入到加法单元127。阻尼器增益D_G使用阻尼器增益单元123所具有的车速感应型的阻尼器增益映射，根据车速Vs而求出。例如，如图7所示，阻尼器增益映射具有随着车速Vs变高而逐渐变大的特性。阻尼器增益映射也可以根据转向角θh而变化。另外，由阻尼器增益单元123和乘法单元125构成阻尼器运算单元。

滞后校正单元124基于转向角θh及转向状态STs，按照下述数学式3来运算扭矩信号(第三扭矩信号)Tref_c。另外，在下述数学式3中，设x＝θh、y＝Tref_c，a＞1、c＞0，A_hys是滞后幅度。

【数学式3】

右转时y_R＝A_hys{1-a^-c(x-b)}

左转时y_L＝-A_hys{1-a^c(x-b′)}

在从右转转向切换为左转转向、从左转转向切换为右转转向时，基于最终坐标(x1，y1)的值，向切换后的数学式3的“b”代入以下的数学式4。由此，保持切换前后的连续性。

【数学式4】

右转时

左转时

所述数学式4能够通过将x1代入所述数学式3中的x，将y1代入y_R和y_L而导出。

作为“a”，能够使用大于1的任意的正数，例如，在使用了纳皮尔数“e”的情况下，数学式3以及数学式4成为下述数学式5以及数学式6。

【数学式5】

右转时y_R＝A_hys[1-exp{-c(x-b)}]

左转时y_L＝-A_hys|1-exp{c(x-b′)}|

【数学式6】

右转时

左转时

在图8中示出在数学式5以及数学式6中设定为A_hys＝1[Nm]、c＝0.3、从0[deg]开始进行了+50[deg]、-50[deg]的转向的情况下的、被滞后校正后的扭矩信号Tref_c的线图例。即，来自滞后校正单元124的扭矩信号Tref_c具有原点0→L1(细线)→L2(虚线)→L3(粗线)那样的滞后特性。

另外，可以使作为表示滞后特性的输出幅度的系数的A_hys以及作为表示圆弧的系数的c根据车速Vs和/或转向角θh而变化。

扭矩信号Tref_a、Tref_b以及Tref_c由加法单元126以及127相加，加法运算结果作为目标转向扭矩Tref进行输出。

另外，转向角速度ωh通过相对于转向角θh的微分运算而求出，但为了降低高频噪声的影响而适当地实施低通滤波器(LPF)处理。另外，也可以通过高通滤波器(HPF)和增益来实施微分运算和LPF的处理。进而，转向角速度ωh也可以通过对上侧角度传感器检测的转向角θ1或者下侧角度传感器检测的转向柱角θ2的微分运算和LPF的处理来计算，而不是通过对转向角θh的微分运算来求出。也可以代替转向角速度ωh而使用马达角速度ωm作为角速度信息，在该情况下，不需要微分单元122。

转换单元130具有将扭杆2A的弹簧常数Kt的倒数的编码反转后的-1/Kt的特性，将目标转向扭矩Tref转换为目标扭转角Δθref。

扭转角控制单元140基于目标扭转角Δθref、扭转角Δθ、马达角速度ωm以及转向角θh来运算马达电流指令值Imc。图9是表示扭转角控制单元140的结构例的框图，扭转角控制单元140具备扭转角反馈(FB)补偿单元141、扭转角速度运算单元142、速度控制单元150、稳定化补偿单元143、转向角干扰补偿单元144、输出限制单元145、减法单元146以及加法单元147和148，从转换单元130输出的目标扭转角Δθref被加法输入到减法单元146，扭转角Δθ被减法输入到减法单元146，并且被输入到扭转角速度运算单元142，马达角速度ωm被输入到稳定化补偿单元143，转向角θh被输入到转向角干扰补偿单元144。

扭转角FB补偿单元141对由减法单元146计算出的目标扭转角Δθref与扭转角Δθ的偏差Δθ₀乘以补偿值C_FB(传递函数)，输出使扭转角Δθ追随目标扭转角Δθref这样的目标扭转角速度ωref。补偿值C_FB可以是单纯的增益Kpp，也可以是PI控制的补偿值等通常使用的补偿值。目标扭转角速度ωref被输入至速度控制单元150。通过扭转角FB补偿单元141和速度控制单元150，能够使扭转角Δθ追随目标扭转角Δθref，实现所希望的转向扭矩。

扭转角速度运算单元142通过相对于扭转角Δθ的微分运算来计算扭转角速度ωt，并将扭转角速度ωt输入至速度控制单元150。作为微分运算，也可以进行基于HPF和增益的伪微分。另外，也可以利用其他单元、扭转角Δθ以外的条件算出扭转角速度ωt，并输入至速度控制单元150。

速度控制单元150通过I-P控制(比例先行型PI控制)计算使扭转角速度ωt追随目标扭转角速度ωref这样的马达电流指令值(基本马达电流指令值)Imc0。通过减法单元153计算目标扭转角速度ωref与扭转角速度ωt的差值(ωref-ωt)，利用具有增益Kvi的积分单元151对该差值进行积分，将积分结果加法输入减法单元154。扭转角速度ωt也被输入到比例单元152，实施基于增益Kvp的比例处理，并被减法输入到减法单元154。减法单元154的减法运算结果作为马达电流指令值Imca0进行输出。另外，速度控制单元150也可以不是通过I-P控制而是通过PI控制、P(比例)控制、PID(比例积分微分)控制、PI-D控制(微分先行型PID控制)、模型匹配控制、模型规范控制等通常使用的控制方法来计算马达电流指令值Imca0。

稳定化补偿单元143具有补偿值Cs(传递函数)，根据马达角速度ωm计算马达电流指令值Imca2。若为了提高追随性以及干扰特性而提高扭转角FB补偿单元141以及速度控制单元150的增益，则会产生高频的控制性的振荡现象。作为该对策，将为了对于马达角速度ωm稳定化所需的传递函数(Cs)设定于稳定化补偿单元143。由此，能够实现EPS控制系统整体的稳定化。作为稳定化补偿单元143的传递函数(Cs)，例如使用通过使用了1次HPF的结构的伪微分和增益而设定的由下述数学式7表示的1次滤波器。

【数学式7】

在此，K_sta是增益，f_c是中心频率，作为f_c例如设定为150[Hz]。s是拉普拉斯算子。另外，作为传递函数，也可以使用2次滤波器、4次滤波器等。

转向角干扰补偿单元144根据转向角θh计算马达电流指令值(第一补偿马达电流指令值)Imca1。在发生了急转向时等那样的转向角的急剧变动的情况下，扭转角相对于目标扭转角的追随特性有可能恶化，因此为了消除该恶化，设定转向角干扰补偿单元144。转向角干扰补偿单元144由针对转向角θh的滤波器和增益构成，例如设为对如下述数学式8所示那样的2次滤波器乘以增益而得到的结构(传递函数G_h)。

【数学式8】

在此，K_h为增益，ζ_n为衰减系数，ω_n＝2π×fn(fn为截止频率)，例如设为ζ_n＝1、fn＝50[Hz]。另外，作为传递函数G_h，可以使用次数为2次以外的滤波器，只要基于实验等应用具有效果的文件即可。

通过利用加法单元147将来自速度控制单元150的马达电流指令值Imc0与来自稳定化补偿单元143的马达电流指令值Imca2相加来进行补偿，进而，通过利用加法单元148与来自转向角干扰补偿单元144的马达电流指令值Imca1相加来进行补偿，而作为马达电流指令值Imcb输出。

输出限制单元145限制马达电流指令值Imcb的上限值及下限值，输出马达电流指令值Imc。如图10所示，预先设定相对于马达电流指令值的上限值和下限值，在输入的马达电流指令值Imcb为上限值以上的情况下输出上限值，在输入的马达电流指令值Imcb为下限值以下的情况下输出下限值，在除此以外的情况下输出马达电流指令值Imcb作为马达电流指令值Imc。

在这样的结构中，参照图11～图13的流程图对本实施方式的动作例进行说明。

当开始动作时，右转/左转判定单元110输入马达角速度ωm，基于马达角速度ωm的编码来判定转向是右转还是左转，将判定结果作为转向状态STs输出到目标转向扭矩生成单元120(步骤S10)。

目标转向扭矩生成单元120输入有转向状态STs、转向角θh以及车速Vs，生成目标转向扭矩Tref(步骤S20)。参照图12的流程图对目标转向扭矩生成单元120的动作例进行说明。

输入到目标转向扭矩生成单元120的转向角θh被输入到基本映射单元121、微分单元122以及滞后校正单元124，转向状态STs被输入到滞后校正单元124，车速Vs被输入到基本映射单元121以及阻尼器增益单元123(步骤S21)。

基本映射单元121使用图6的(A)或者(B)所示的基本映射，生成与转向角θh以及车速Vs对应的扭矩信号Tref_a，输出到加法单元126(步骤S22)。

微分单元122对转向角θh进行微分而输出转向角速度ωh(步骤S23)，阻尼器增益单元123使用图7所示的阻尼器增益映射来输出与车速Vs对应的阻尼器增益D_G(步骤S24)，乘法单元125将转向角速度ωh与阻尼器增益D_G相乘来运算扭矩信号Tref_b，并输出到加法单元127(步骤S25)。

滞后校正单元124根据转向状态STs对转向角θh切换数学式5以及数学式6的运算来实施滞后校正(步骤S26)，生成扭矩信号Tref_c，并输出到加法单元127(步骤S27)。另外，数学式5以及数学式6中的滞后幅度A_hys、c、x1以及y1被预先设定并保持，但也可以通过数学式6预先计算b以及b’，并代替x1以及y1而保持b以及b’。

然后，利用加法单元127对扭矩信号Tref_b以及Tref_c进行加法运算，进而，利用加法单元126向该加法运算结果中加法运算扭矩信号Tref_a，从而运算目标转向扭矩Tref(步骤S28)。

由目标转向扭矩生成单元120生成的目标转向扭矩Tref被输入到转换单元130，由转换单元130转换为目标扭转角Δθref(步骤S30)。目标扭转角Δθref被输入到扭转角控制单元140。

扭转角控制单元140输入有目标扭转角Δθref、扭转角Δθ、马达角速度ωm以及转向角θh，运算马达电流指令值Imc(步骤S40)。关于扭转角控制单元140的动作例，参照图13的流程图进行说明。

输入到扭转角控制单元140的目标扭转角Δθref被输入到减法单元146，扭转角Δθ被输入到减法单元146以及扭转角速度运算单元142，马达角速度ωm被输入到稳定化补偿单元143，转向角θh被输入到转向角干扰补偿单元144(步骤S41)。

在减法单元146中，通过从目标扭转角Δθref减去扭转角Δθ来算出偏差Δθ₀(步骤S42)。偏差Δθ₀被输入到扭转角FB补偿单元141，扭转角FB补偿单元141通过对偏差Δθ₀乘以补偿值C_FB来补偿偏差Δθ₀(步骤S43)，并将目标扭转角速度ωref输出到速度控制单元150。

输入有扭转角Δθ的扭转角速度运算单元142通过相对于扭转角Δθ的微分运算来计算扭转角速度ωt(步骤S44)，并输出至速度控制单元150。

在速度控制单元150中，利用减法单元153计算目标扭转角速度ωref与扭转角速度ωt的差值，利用积分单元151对该差值进行积分(Kvi/s)并将该结果加法输入到减法单元154(步骤S45)。进而，扭转角速度ωt通过比例单元152进行比例处理(Kvp)，比例结果被减法输入到减法单元154(步骤S45)，作为减法单元154的减法运算结果的马达电流指令值Imc0被输入到加法单元147。

稳定化补偿单元143使用数学式7所示的传递函数Cs对输入的马达角速度ωm进行稳定化补偿(步骤S46)，来自稳定化补偿单元143的马达电流指令值Imca2被输入到加法单元147。

在加法单元147中，使马达电流指令值Imca2与马达电流指令值Imc0相加(步骤S47)，作为相加运算结果的马达电流指令值Imca被输入到加法单元148。

转向角干扰补偿单元144对输入的转向角θh进行基于数学式8所示的传递函数G_h的滤波器处理，计算马达电流指令值Imca1(步骤S48)，马达电流指令值Imca1被输入到加法单元148。

在加法单元148中，使马达电流指令值Imca与马达电流指令值Imca1相加(步骤S49)，作为相加运算结果的马达电流指令值Imcb被输入到输出限制单元145。输出限制单元145根据预先设定的上限值及下限值来限制马达电流指令值Imcb的上限值及下限值(步骤S50)，作为马达电流指令值Imc进行输出(步骤S51)。

基于从扭转角控制单元140输出的马达电流指令值Imc来驱动马达，实施电流控制(步骤S60)。

另外，图11～图13中的数据输入以及运算等的顺序能够适当变更。

基于模拟结果对本实施方式中的转向角干扰补偿单元的效果进行说明。

在模拟中，设想急转向，输入如图14所示的从0deg变化到30deg的转向角θh，调查了具有基于转向角干扰补偿单元的补偿(以下，设为“有转向角干扰补偿”)的情况和不具有基于转向角干扰补偿单元的补偿(以下，设为“无转向角干扰补偿”)的情况下的转向扭矩的时间响应。在图14中，横轴为时间[sec]，纵轴为转向角[deg]，转向角θh从超过0.2sec的附近开始自0deg增大，在0.35sec附近为30deg。

模拟结果如图15所示。在图15的(A)中，将横轴设为时间[sec]，将纵轴设为转向扭矩[Nm]，将目标转向扭矩以粗线示出，将无转向角干扰补偿的情况下的转向扭矩以细线示出，将有转向角干扰补偿的情况下的转向扭矩以虚线示出。优选的是，即使在急转向时也追随目标值，由此图15的(B)示出目标转向扭矩与各转向扭矩的偏差，以便能够获知与作为目标值的目标转向扭矩的偏差。在图15的(B)中，将横轴设为时间[sec]，将纵轴设为偏差[Nm]，将无转向角干扰补偿的情况下的偏差以实线示出，将有转向角干扰补偿的情况下的偏差以虚线示出。若观察图15的(B)中的由圆圈包围的部位，则可知在无转向角干扰补偿的情况下与目标转向扭矩的偏差较大，通过进行转向角干扰补偿来抑制偏差。

对本发明的其他结构例进行说明。

对从第一实施方式中的扭转角控制单元输出的马达电流指令值Imc加上在以往的EPS中基于转向扭矩运算的电流指令值(以下，设为“辅助电流指令值”)，例如将从图2所示的电流指令值运算单元31输出的电流指令值Iref1或者电流指令值Iref1加上补偿信号CM而得到的电流指令值Iref2等。

在图16中示出将所述内容应用于第一实施方式的结构例(第二实施方式)。辅助控制单元200由电流指令值运算单元31构成、或者由电流指令值运算单元31、补偿信号生成单元34以及加法单元32A构成。从辅助控制单元200输出的辅助电流指令值Iac(相当于图2中的电流指令值Iref1或Iref2)和从扭转角控制单元140输出的马达电流指令值Imc在加法单元260中相加，作为相加运算结果的电流指令值Ic被输入到电流限制单元270，基于最大电流被限制的电流指令值Icm来驱动马达，实施电流控制。

在第一实施方式以及第二实施方式中的目标转向扭矩生成单元120中，在重视成本、处理时间的情况等下也可以保留基本映射单元121、阻尼器运算单元以及滞后校正单元124中的至少1个而省略其他结构。在省略基本映射单元121的情况下也可以省略加法单元126，在省略阻尼器运算单元的情况下也可以省略微分单元122以及加法单元127，在省略滞后校正单元124的情况下也可以省略右转/左转判定单元110以及加法单元127。另外，也可以在基本映射单元121的前级或后级插入进行相位补偿的相位补偿单元128。即，也可以将图5中的由虚线包围的区域R的结构设为图17的(A)或者(B)所示的结构。在相位补偿单元128中，作为相位补偿而设定相位超前补偿，例如，在利用将分子的截止频率设为1.0Hz、将分母的截止频率设为1.3Hz的1次滤波器进行相位超前补偿的情况下，能够实现流畅感。关于目标转向扭矩生成单元，只要是基于转向角的结构，则不限于所述结构。

另外，在EPS控制系统稳定的情况下，也可以省略稳定化补偿单元。也可以省略FF补偿单元146和输出限制单元。

另外，在图1以及图3中，将本发明应用于转向柱型EPS，但本发明不限于转向柱型等的上游型，也能够应用于齿条&齿轮等的下游型EPS。而且，通过进行基于目标扭转角的反馈控制，也能够应用于至少具备扭杆(弹簧常数任意)以及扭转角检测用的传感器的线控(SBW)反作用力装置等。对将本发明应用于具备扭杆的SBW反作用力装置的情况下的实施方式(第三实施方式)进行说明。

首先，对包括SBW反作用力装置的SBW系统整体进行说明。图18是将SBW系统的结构例与图1所示的电动助力转向装置的一般结构对应地示出的图。另外，对相同结构标注相同标号，并省略详细说明。

SBW系统是如下系统：没有通过万向节4a与柱轴2机械地结合的中间轴，通过电信号将转向盘1的操作传递到由转向车轮8L、8R等构成的转向机构。如图19所示，SBW系统具备反作用力装置60以及驱动装置70，控制单元(ECU)50进行两装置的控制。反作用力装置60在由转向角传感器14进行转向角θh的检测的同时，将从转向车轮8L、8R传递的车辆的运动状态作为反作用力扭矩向驾驶员传递。反作用力扭矩由反作用力用马达61生成。另外，在SBW系统中也有在反作用力装置内不具有扭杆的类型，但应用本发明的SBW系统是具有扭杆的类型，通过扭矩传感器10检测转向扭矩Ts。另外，角度传感器74检测反作用力用马达61的马达角θm。驱动装置70配合驾驶员对转向盘1的转向来驱动驱动用马达71，将其驱动力经由齿轮72赋予给齿轮齿条机构5，经由转向拉杆6a、6b使转向车轮8L、8R转向。在齿轮齿条机构5的附近配置有角度传感器73，检测转向车轮8L、8R的转向角θt。ECU 50为了对反作用力装置60以及驱动装置70进行协调控制，除了基于从两装置输出的转向角θh、转向角θt等信息之外，还基于来自车速传感器12的车速Vs等，生成对反作用力用马达61进行驱动控制的电压控制指令值Vref1以及对驱动用马达71进行驱动控制的电压控制指令值Vref2。

对将本发明应用于这样的SBW系统的第三实施方式的结构进行说明。

图19是表示第三实施方式的结构的框图。第三实施方式进行针对扭转角Δθ的控制(以下，设为“扭转角控制”)和针对转向角θt的控制(以下，设为“转向角控制”)，通过扭转角控制来控制反作用力装置，通过转向角控制来控制驱动装置。此外，驱动装置也可以通过其他控制方法进行控制。

在扭转角控制中，通过与第一实施方式相同的结构以及动作，进行使扭转角Δθ追随目标扭转角Δθref这样的控制，该目标扭转角Δθref使用转向角θh等借助目标转向扭矩生成单元120以及转换单元130计算出。马达角θm由角度传感器74检测，马达角速度ωm通过由角速度运算单元951对马达角θm进行微分来计算。转向角θt由角度传感器73检测。另外，在第一实施方式中，作为EPS转向系统/车辆系统100内的处理未进行详细说明，但电流控制单元160通过与图2所示的减法单元32B、PI控制单元35、PWM控制单元36以及逆变器37同样的结构以及动作，基于从扭转角控制单元140输出的马达电流指令值Imc以及由马达电流检测器170检测出的反作用力用马达61的电流值Imr，驱动反作用力用马达61，进行电流控制。

在转向角控制中，利用目标转向角生成单元910基于转向角θh生成目标转向角θtref，目标转向角θtref与转向角θt一起被输入到转向角控制单元920，利用转向角控制单元920运算使转向角θt成为目标转向角θtref那样的马达电流指令值Imct。然后，基于马达电流指令值Imct以及由马达电流检测器940检测出的驱动用马达71的电流值Imd，电流控制单元930通过与电流控制单元160同样的结构及动作来驱动驱动用马达71，进行电流控制。

在图20中示出目标转向角生成单元910的结构例。目标转向角生成单元910具备限制单元931、变化率限制单元932以及校正单元933。

限制单元931限制转向角θh的上限值及下限值，输出转向角θh1。与扭转角控制单元140内的输出限制单元145同样地，预先设定针对转向角θh的上限值以及下限值而施加限制。

为了避免转向角的急剧变化，变化率限制单元932对转向角θh1的变化量设定限制值而施加限制，输出转向角θh2。例如，将与1个采样前的转向角θh1的差值作为变化量，在该变化量的绝对值比规定的值(限制值)大的情况下，以使变化量的绝对值成为限制值的方式对转向角θh1进行加减运算，输出为转向角θh2，在该变化量的绝对值为限制值以下的情况下，将转向角θh1直接作为转向角θh2输出。另外，可以不对变化量的绝对值设定限制值，而是对变化量设定上限值以及下限值来施加限制，也可以不对变化量进行限制而对变化率、差值率施加限制。

校正单元933校正转向角θh2，输出目标转向角θtref。例如，如目标转向扭矩生成单元120内的基本映射单元121那样，使用定义了目标转向角θtref相对于转向角θh2的大小|θh2|的特性的映射，根据转向角θh2求出目标转向角θtref。或者，也可以单纯地通过对转向角θh2乘以规定的增益来求出目标转向角θtref。

在图21中示出转向角控制单元920的结构例。转向角控制单元920采用除了稳定化补偿单元143、转向角干扰补偿单元144、FF补偿单元146以及加法单元148和149以外的结构与图9所示的扭转角控制单元140的结构例相同的结构，输入目标转向角θtref以及转向角θt来代替目标扭转角Δθref以及扭转角Δθ，转向角反馈(FB)补偿单元921、转向角速度运算单元922、速度控制单元923、输出限制单元926以及减法单元927分别以与扭转角FB补偿单元141、扭转角速度运算单元142、速度控制单元150、输出限制单元145以及减法单元147相同的结构进行同样的动作。

在这样的结构中，参照图22的流程图说明第三实施方式的动作例。

当开始动作时，角度传感器73检测转向角θt，角度传感器74检测马达角θm(步骤S110)，转向角θt被输入到转向角控制单元920，马达角θm被输入到角速度运算单元951。

角速度运算单元951对马达角θm进行微分来计算马达角速度ωm，输出至右转/左转判定单元110以及扭转角控制单元140(步骤S120)。

然后，目标转向扭矩生成单元120执行与图11所示的步骤S10～S60同样的动作，驱动反作用力用马达61，实施电流控制(步骤S130～S170)。

另一方面，在转向角控制中，目标转向角生成单元910输入转向角θh，转向角θh被输入到限制单元931。限制单元931通过预先设定的上限值以及下限值来限制转向角θh的上限值及下限值(步骤S180)，并作为转向角θh1输出到变化率限制单元932。变化率限制单元932通过预先设定的限制值对转向角θh1的变化量施加限制(步骤S190)，作为转向角θh2输出到校正单元933。校正单元933校正转向角θh2来求出目标转向角θtref(步骤S200)，并输出到转向角控制单元920。

输入有转向角θt以及目标转向角θtref的转向角控制单元920通过由减法单元927从目标转向角θtref中减去转向角θt，来计算偏差Δθt₀(步骤S210)。偏差Δθt₀被输入到转向角FB补偿单元921，转向角FB补偿单元921通过对偏差Δθt₀乘以补偿值来补偿偏差Δθt₀(步骤S220)，并将目标转向角速度ωtref输出到速度控制单元923。转向角速度运算单元922输入转向角θt，通过相对于转向角θt的微分运算来计算转向角速度ωtt(步骤S230)，并输出至速度控制单元923。速度控制单元923与速度控制单元150同样地通过I-P控制来计算马达电流指令值Imcta(步骤S240)，并输出到输出限制单元926。输出限制单元926通过预先设定的上限值及下限值来限制马达电流指令值Imcta的上限值及下限值(步骤S250)，作为马达电流指令值Imct进行输出(步骤S260)。

马达电流指令值Imct被输入到电流控制单元930，电流控制单元930基于马达电流指令值Imct以及马达电流检测器940检测出的驱动用马达71的电流值Imd来驱动驱动用马达71，实施电流控制(步骤S270)。

另外，图22中的数据输入以及运算等的顺序能够适当变更。另外，转向角控制单元920内的速度控制单元923与扭转角控制单元140内的速度控制单元150同样地能够不进行I-P控制而通过PI控制、P控制、PID控制、PI-D控制等来实现，只要使用P、I以及D中的任意一个控制即可，而且，转向角控制单元920以及扭转角控制单元140中的追随控制可以通过通常使用的控制构造来进行。

在第三实施方式中，如图18所示，由1个ECU 50进行反作用力装置60以及驱动装置70的控制，但也可以分别设置用于反作用力装置60的ECU和用于驱动装置70的ECU。在该情况下，ECU彼此通过通信进行数据的收发。另外，图18所示的SBW系统在反作用力装置60与驱动装置70之间不具有机械结合，但本发明也能够应用于具备在系统产生了异常的情况下通过离合器等机械地结合柱轴2和转向机构的机械扭矩传递机构的SBW系统。在这样的SBW系统中，在系统正常时，使离合器断开而使机械扭矩传递成为开放状态，在系统异常时，使离合器成为接通而成为可能进行机械扭矩传递的状态。

所述的第一实施方式～第三实施方式中的扭转角控制单元140以及第二实施方式中的辅助控制单元200直接运算马达电流指令值Imc以及辅助电流指令值Iac，但也可以在对它们进行运算之前，首先运算想要输出的马达扭矩(目标扭矩)，然后运算马达电流指令值以及辅助电流指令值。在该情况下，为了利用马达扭矩求出马达电流指令值和辅助电流指令值，使用通常使用的马达电流与马达扭矩的关系。

另外，所述使用的附图是用于对本发明进行定性说明的概念图，并不限定于这些。另外，所述实施方式是本发明的优选的一实施例，但并不限定于此，能够在不脱离本发明思想的范围内实施各种变形。另外，只要是在转向盘与马达或反作用力马达之间具有任意的弹簧常数的机构，则也可以不限定于扭杆。

本发明的主要目的在于，在发生了急转向时等那样的转向角急剧变动的情况下，扭转角相对于目标扭转角的追随特性可能恶化，因此，对于用于消除该恶化的基于转向角干扰补偿的实现单元而言，关于转向扭矩相对于目标转向扭矩的追随性的实现单元，也可以不限定于所述单元。

标号说明

1：转向盘；2：柱轴(转向轴、转向盘轴)；2A：扭杆；3：减速机构；10：扭矩传感器；12：车速传感器；14：转向角传感器；20：马达；30、50：控制单元(ECU)；31：电流指令值运算单元；33、270：电流限制单元；34：补偿信号生成单元；38、160、940：马达电流检测器；60：反作用力装置；61：反作用力用马达；70：驱动装置；71：驱动用马达；72：齿轮；73、74：角度传感器；100：EPS转向系统/车辆系统；110：右转/左转判定单元；120：目标转向扭矩生成单元；121：基本映射单元；123：阻尼器增益单元；124：滞后校正单元；128：相位补偿单元；130：转换单元；140：扭转角控制单元；141：扭转角反馈(FB)补偿单元；142：扭转角速度运算单元；143：稳定化补偿单元；144：转向角干扰补偿单元；145、926：输出限制单元；150、923：速度控制单元；160、930：电流控制单元；200：辅助控制单元；910：目标转向角生成单元；920：转向角控制单元；921：转向角反馈(FB)补偿单元；922：转向角速度运算单元；931：限制单元；932：变化率限制单元；933：校正单元；951：角速度运算单元。

Claims

1.一种车辆用转向装置，所述车辆用转向装置至少具备具有任意的弹簧常数的扭杆、检测所述扭杆的扭转角的传感器以及检测转向盘的转向角的传感器，通过对马达进行驱动控制来对转向系统进行辅助控制，其特征在于，

所述车辆用转向装置具备扭转角控制单元，该扭转角控制单元运算使所述扭转角追随目标扭转角的马达电流指令值，

所述扭转角控制单元具备转向角干扰补偿单元，其对所述检测出的转向角进行滤波器处理来计算第一补偿马达电流指令值，

在所述马达电流指令值的运算中进行基于所述第一补偿马达电流指令值的补偿，

基于所述马达电流指令值来对所述马达进行驱动控制。

2.根据权利要求1所述的车辆用转向装置，其中，

所述扭转角控制单元还具备：

扭转角反馈补偿单元，其根据所述目标扭转角以及所述扭转角的偏差来计算目标扭转角速度；

扭转角速度运算单元，其根据所述扭转角来计算扭转角速度；以及

速度控制单元，其基于所述目标扭转角速度以及所述扭转角速度来计算基本马达电流指令值，

根据所述第一补偿马达电流指令值对所述基本马达电流指令值进行补偿来计算所述马达电流指令值。

3.根据权利要求1或2所述的车辆用转向装置，其中，

所述扭转角控制单元还具备限制所述马达电流指令值的上限值及下限值的输出限制单元。

4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的车辆用转向装置，其中，

所述车辆用转向装置还具备：

目标转向扭矩生成单元，其生成目标转向扭矩；以及

转换单元，其将所述目标转向扭矩转换为在所述扭转角控制单元中使用的所述目标扭转角。

5.根据权利要求4所述的车辆用转向装置，其中，

所述目标转向扭矩生成单元具备：

基本映射单元，其利用基本映射根据所述转向角以及车速求出第一扭矩信号；

阻尼器运算单元，其利用作为车速感应的阻尼器增益映射基于角速度信息来求出第二扭矩信号；以及

滞后校正单元，其利用转向状态以及所述转向角进行滞后校正，求出第三扭矩信号，

根据所述第一扭矩信号、所述第二扭矩信号以及所述第三扭矩信号中的至少1个信号来计算所述目标转向扭矩。

6.根据权利要求5所述的车辆用转向装置，其中，

所述基本映射以及所述滞后校正单元的特性为车速感应。

7.根据权利要求5或6所述的车辆用转向装置，其中，

所述目标转向扭矩生成单元在所述基本映射单元的前级或者后级还具备进行相位补偿的相位补偿单元，

经由所述基本映射单元以及所述相位补偿单元，根据所述转向角以及所述车速来求出所述第一扭矩信号。