電動式動力轉向控制裝置的製作方法

2023-05-09 12:12:46 2

專利名稱：電動式動力轉向控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及通過馬達來輔助轉向力的電動式動力轉向控制裝置。
背景技術：
以往的電動式動力轉向控制裝置具備對駕駛員的轉向轉矩進行檢測的轉向轉矩 檢測單元；根據所述檢測出的轉向轉矩信號來運算輔助所述轉向轉矩的輔助轉矩電流的轉 矩控制器；產生輔助所述轉向轉矩的轉矩的馬達；推測所述馬達的旋轉速度的旋轉速度推 測單元；使用所述推測的馬達旋轉速度的推測值，來運算相加到所述輔助轉矩電流上的阻 尼電流的阻尼控制器；馬達旋轉角檢測單元；以及馬達電流檢測單元。該旋轉速度檢測單 元包括轉向分量去除單元，從馬達旋轉角的檢測值以及馬達電流檢測單元中去除由轉向 所致的分量；旋轉速度觀察器，針對以馬達的慣性力矩為慣性項、以轉矩傳感器的剛性為彈 簧項的振動方程式而構成，根據從所述轉向分量去除單元輸出的馬達旋轉角和馬達電流來 運算馬達旋轉速度的推測值(例如專利文獻1)。專利文獻1 日本特開2000-168600號公報(10頁、圖12)

發明內容
電動式動力轉向控制裝置運算馬達中流過的目標電流信號，並且進行電流控制以 使目標電流信號與實際的電流值一致。關於電流控制，例如具有如專利文獻1所示對目 標電流信號反饋由馬達電流檢測器檢測出的檢測電流信號的結構、以及如非專利文獻1所 示針對根據從目標轉矩基於線圈阻抗特性而運算的沒有感應電壓的情況下的控制量，通 過馬達轉速檢測器對感應電壓進行前饋校正的方法(參照清水他、「電動〃 7 — 7 f 7 -J >夂(電動動力轉向)」自動車技術會學術講演會前刷集(汽車技術會學術演講會前刷 集)911911102、自動車技術會(汽車技術會)、1991年5月發行。以下，稱為非專利文獻1)。對於所述專利文獻1所示那樣的以往的電動式動力轉向控制裝置，由於使用了由 馬達電流檢測器檢測出的檢測電流信號，所以在所述非專利文獻1所示那樣的進行不使用 馬達電流檢測器的電流控制的情況下，無法推測馬達旋轉速度。另外，在所述專利文獻1中，還示出了代替檢測電流信號而使用目標電流信號的 結構例，但在該情況下，存在如下等的課題在由於線圈阻抗特性的溫度特性等而在線圈目 標電流信號與實際的電流中產生了差異的情況下，無法進行正確的馬達旋轉速度的推測。本發明是為了解決上述那樣的問題點而完成的，目的在於提供一種電動式動力轉 向控制裝置，即使不使用馬達電流檢測器也可以推測出正確的馬達旋轉速度並進行阻尼控 制。本發明的電動式動力轉向控制裝置，具備轉向轉矩檢測單元，根據扭杆的相對角，檢測駕駛員所致的轉向轉矩；轉矩控制器，根據由所述轉向轉矩檢測單元檢測出的轉向轉矩信號，運算輔助所 述轉向轉矩的輔助轉矩電流；
馬達，產生輔助所述轉向轉矩的轉矩；旋轉速度推測單元，推測所述馬達的旋轉速度；以及阻尼控制器，使用所述推測出的馬達旋轉速度的推測值，運算相加到所述輔助轉 矩電流上的阻尼電流，所述電動式動力轉向控制裝置的特徵在於，所述旋轉速度推測單元具備轉向轉矩用轉向分量去除單元，從所述轉向轉矩檢測單元的輸出中，去除轉向所 致的分量；旋轉角度相當值運算單元，對所述轉向轉矩用轉向分量去除單元的輸出乘以扭杆 的剛性的倒數和-1，運算旋轉角度相當值；以及旋轉角度微分器，對所述旋轉角度相當值運算單元的輸出進行微分運算而運算旋 轉角速度相當值。根據本發明，起到以往沒有的如下顯著效果可以得到即使不使用馬達電流檢測 器也可以推測出正確的馬達旋轉速度並進行阻尼控制的電動式動力轉向控制裝置。


圖1是示出本發明的實施方式1的電動式動力轉向控制裝置的結構的框圖。圖2是示出實施方式1的算法的流程圖。圖3是示出相位補償器的特性的圖。符號說明1 轉矩傳感器；2 相位補償器；3 轉矩控制器；4 轉矩HPF ；5 旋轉速度運算器； 6 阻尼控制器；7 加法器；8 電流控制器；9 馬達；10 感應電壓旋轉速度運算器；11 旋 轉速度HPF。
具體實施例方式以下，根據附圖，對本發明的實施方式進行說明。實施方式1.圖1是示出本發明的實施方式1的電動式動力轉向控制裝置的結構的框圖。在該 圖中，1是對駕駛員進行了轉向的情況下的轉向轉矩進行檢測的轉矩傳感器，2是對所述轉 矩傳感器1的輸出信號進行相位補償來改善其頻率特性的相位補償器，3是根據相位補償 後的轉矩傳感器1的輸出來運算輔助所述轉向轉矩的輔助轉矩電流的轉矩控制器，4是從 轉矩傳感器1的輸出中去除轉向頻率分量的轉向分量去除單元即轉矩高通濾波器(以下， 稱為轉矩HPF)，5是根據轉矩HPF輸出來運算馬達旋轉速度的旋轉速度運算器，6是根據所 述旋轉速度運算器5的輸出來運算用於對轉向的衰減特性進行控制的阻尼電流的阻尼控 制器，7是對由轉矩控制器3運算出的輔助轉矩電流、由阻尼控制器6運算出的阻尼電流進 行相加而運算目標電流的加法器。8是電流控制器，為了產生助力轉矩，以使馬達9中通電 的電流與所述目標電流一致的方式，執行例如通過線圈阻抗的逆特性對目標電流進行感應 電壓補償的運算，由此設定對馬達8的端子施加的驅動電壓指令值，例如作為PWM信號而進 行輸出。
接下來，根據圖2的流程圖，對所述結構的電動式動力轉向控制裝置的動作進行 說明。在步驟SlOl中，將由相位補償器2相位補償後的轉矩傳感器1的輸出讀入到微型 機算計並存儲到存儲器中，在步驟S102中，讀入感應電壓運算值並存儲到存儲器中。例如 對於通過由微分器和低通濾波器等構成的低頻微分器對分析器(resolver)等馬達旋轉角 傳感器輸出進行微分而得到的低頻的馬達角速度信號乘以感應電壓常數，從而運算感應電 壓。接下來，在步驟S103中，通過轉矩控制器3，讀入存儲在所述存儲器中的相位補償後的 轉矩傳感器輸出，對輔助轉矩電流進行映射運算並存儲到存儲器中。在步驟S104中，在轉矩HPF4中，讀入存儲在所述存儲器中的相位補償後的轉矩傳 感器輸出，進行高通濾波的運算，並作為轉矩HPF輸出而存儲到存儲器中，在步驟S105中， 在旋轉速度運算器5中對轉矩HPF輸出乘以構成轉矩傳感器的扭杆的剛性的倒數，並且乘 以-1，進行馬達旋轉速度運算。在步驟S106中，通過阻尼控制器6讀入存儲在所述存儲器 中的旋轉速度運算器輸出，並乘以控制增益，運算阻尼電流並存儲到存儲器中。在步驟S107 中，在加法器7中，將存儲在所述存儲器中的輔助轉矩電流與阻尼電流相加，作為目標電流 而存儲到存儲器中。在步驟S108中，在電流控制器8中根據目標電流和感應電壓運算值來 進行電流控制運算，作為PWM信號而進行輸出並驅動馬達9。針對每個控制採樣，反覆進行 所述步驟SlOl至S108的動作。另外，設為將在所述步驟S103中使用的表示轉矩傳感器輸 出與輔助轉矩電流的關係的映射(map)、在所述步驟S107中使用的用於運算阻尼電流的控 制增益等的進行目標電流的運算時需要的映射、比例係數等常數預先設定到ROM中。此處，對作為所述轉向分量去除單元的轉矩HPF4進行說明。在轉矩傳感器中，如下式(1)所示，對於將扭杆的上側即把手角(handle angle) 設為θ h、將下側即馬達旋轉角設為θ c時的相對角，乘以扭杆的剛性Ks來檢測轉矩信號 Ts0Ts = Ks (eh-θ C)(1)此時，根據駕駛員所致的轉向來決定把手角eh。另外，關於馬達旋轉角，直至達到 馬達的響應頻率的高頻進行響應。可知即使在馬達以高頻進行振動那樣的情況下，由於把 手的慣性，把手角θ h與馬達旋轉角θ C相比也變得充分小。通常，駕駛員可以轉向的頻率是3Hz程度以下。另外，例如車道變換時的轉向頻率 是0. 2Hz附近，通常進行這種低頻的轉向的情形較多。與此相對，容易產生轉向振蕩的頻率 頻帶是30Hz以上，可以進行與轉向頻率間的頻率分離。因此，在產生轉向振蕩那樣的頻率區域中，把手角0}!被視為0。因此，轉矩信號 Ts成為下式，Ts = -Ks θ c (2)在產生轉向振蕩那樣的頻率區域中，如下式(3)所示，可以通過對轉矩信號Ts乘 以扭杆的剛性Ks的倒數和-1，得到馬達旋轉角θ c。θ c = -Ts/Ks (3)因此，通過用頻率分離器來構成，可以得到去除了轉向分量的馬達旋轉角，其中， 該頻率分離器對由相位補償器2相位補償後的轉矩傳感器1的輸出進行頻率分離，去除轉 向頻率分量。
通常，在想要去除低頻分量的情況下，作為頻率分離器而使用用下式(4)的傳遞 函數來表示的高通濾波器。T3s/(T3s+l) (4)此處，T3表示與高通濾波器的拐點頻率&對應的周期(T3 = 1/(2 Jif3))、即高通 濾波器的時間常數。此時，如果將高通濾波器的拐點頻率f3設定得較低，則轉向所致的分量容易殘留， 如果設定得較高，則通過高通濾波器而得到的轉矩信號的轉向振蕩頻率分量的相位偏移變 大，所以如果將高通濾波器的拐點頻率f3設定為從通常進行的轉向頻率到產生轉向振蕩的 頻率的範圍內的某一個頻率，則可以使轉矩信號的轉向振蕩的頻率分量殘留而去除轉向頻 率分量。因此，在本實施方式1中，作為轉矩HPF4，瞄準一般的駕駛員可轉向的最大頻率， 使用將拐點頻率f3設定在0. 2 30Hz的範圍內的高通濾波器，得到去除了轉向分量的馬 達旋轉角。通過對此處得到的去除了轉向分量的馬達旋轉角進行微分運算，得到馬達的旋轉 速度。關於相位補償器2，在用傳遞函數來表示時如下式(5)所示，以從頻率fal = 1/ (2 π Tal)到fa2 = 1/(2 π Ta2)的範圍為中心而使相位超前。(Tals+l)/(Ta2s+l) (5)此處，fal表示相位補償器2的增益的上升沿開始部分的頻率，fa2表示增益的上升 沿結束部分的頻率(參照圖3)。為了去除這個影響，也可以在轉矩HPF4的前級設置用於去除該影響的逆相位補 償器來使用。另外，通過使高通濾波器的時間常數T3與Tal —致，總體的傳遞函數成為下式，T3s/(Ta2s+l) (6)成為對微分器乘以低通濾波器後的特性。通常，fa2被設定為IOOHz以上的情況較多，所以在比轉向振蕩頻率充分高的情況 下，無需對由於A/D而使解析度降低了的轉矩信號進行微分運算，就可以得到馬達的旋轉 速度。而且，在想要截斷低頻分量的情況下，也可以再添加一級的高通濾波器。這樣，在本實施方式1中，由於構成為基於根據去除了所述轉向頻率分量後的轉 矩信號運算出的旋轉速度來運算阻尼電流，所以即使增大了表示轉矩傳感器輸出與輔助轉 矩電流的關係的映射的梯度即轉矩比例增益，也可以防止控制系統的振蕩。因此，可以增大阻尼控制器6的阻尼控制增益而使阻尼較強地發揮作用，所以不 會使駕駛員感覺到把手的振動而可以降低轉向轉矩。
權利要求
一種電動式動力轉向控制裝置，具備轉向轉矩檢測單元，根據扭杆的相對角，檢測駕駛員所致的轉向轉矩；轉矩控制器，根據由所述轉向轉矩檢測單元檢測出的轉向轉矩信號，運算輔助所述轉向轉矩的輔助轉矩電流；馬達，產生輔助所述轉向轉矩的轉矩；旋轉速度推測單元，推測所述馬達的旋轉速度；以及阻尼控制器，使用所述推測出的馬達旋轉速度的推測值，運算相加到所述輔助轉矩電流上的阻尼電流，所述電動式動力轉向控制裝置的特徵在於，所述旋轉速度推測單元具備轉向轉矩用轉向分量去除單元，從所述轉向轉矩檢測單元的輸出中，去除轉向所致的分量；旋轉角度相當值運算單元，對所述轉向轉矩用轉向分量去除單元的輸出乘以扭杆的剛性的倒數和 1，運算旋轉角度相當值；以及旋轉角度微分器，對所述旋轉角度相當值運算單元的輸出進行微分運算而運算旋轉角速度相當值。
2.根據權利要求1所述的電動式動力轉向控制裝置，其特徵在於，具備相位超前補償器，該相位超前補償器改善轉向轉矩檢測單元的頻率特性， 轉矩控制器根據相位超前補償後的轉向轉矩檢測單元的輸出，運算輔助所述轉向轉矩 的輔助轉矩電流，轉向轉矩用轉向分量去除單元從相位超前補償後的轉向轉矩檢測單元的輸出中去除 轉向所致的分量，設定為使相位超前補償器的傳遞函數的分子的值與轉向轉矩用轉向分量 去除單元的傳遞函數的分母的值相同，所述旋轉速度推測單元通過對所述轉向轉矩用轉向分量去除單元的輸出乘以所述扭 杆的剛性的倒數和-ι來運算旋轉角速度相當值。
3.根據權利要求2所述的電動式動力轉向控制裝置，其特徵在於， 轉向轉矩用轉向分量去除單元由2級的高通濾波器構成。
全文摘要
無需進行電流檢測而可進行阻尼控制，即使在目標電流與實際的電流值不同時也可穩定地進行阻尼控制。一種電動式動力轉向控制裝置，具備檢測轉向轉矩的轉向轉矩檢測單元；運算輔助轉矩電流的轉矩控制器；產生輔助轉向轉矩的轉矩的馬達；推測馬達的旋轉速度的旋轉速度推測單元；和使用馬達旋轉速度的推測值來運算阻尼電流的阻尼控制器，其中旋轉速度推測單元具備從轉向轉矩檢測單元的輸出中去除轉向所致的分量的轉向轉矩用轉向分量去除單元；對轉向轉矩用轉向分量去除單元輸出乘以扭杆的剛性的倒數和-1來運算旋轉角度相當值的旋轉角度相當值運算單元；和對旋轉角度相當值運算單元輸出進行微分運算而運算旋轉角速度相當值的旋轉角度微分器。
文檔編號B62D117/00GK101970279SQ20088012807
公開日2011年2月9日 申請日期2008年10月8日 優先權日2008年4月4日
發明者喜福隆之, 慄重正彥, 永尾浩治 申請人:三菱電機株式會社