CN100999224B - 电动动力转向装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电动动力转向装置，其包括：转向转矩检测机构，其用于检测施加在用于转向车辆的操作构件上的转向转矩；转向状态判定机构，其判定是否进行了在从转向角中点离开的方向上操作所述操作构件的切入转向；电动机控制机构，其基于由所述转向转矩检测机构检测出的转向转矩，控制电动机的驱动；相位补偿机构，其配备于所述电动机控制机构上，在由所述转向状态判定机构判定为未进行切入转向时，在频率响应特性上进行使规定的频带中的增益低于比该频带低的频带及比其高的频带中的增益的相位补偿处理。

Description

电动动力转向装置
技术领域
本发明涉及具有将电动机产生的驱动力传递给转向机构来辅助转向的结构的电动动力转向装置。
背景技术
一直以来，使用具有如下结构的电动动力转向装置：将电动机产生的驱动力作为转向辅助力来传递给转向机构，由此辅助转向。
在电动动力转向装置中，预先设定辅助特性，该辅助特性确定施加于转向盘上的转向转矩和基本辅助转矩之间的关系。该辅助特性作为辅助图存储于存储器中。而且，根据辅助图读出与由转矩传感器检测到的转向转矩对应的基本辅助转矩，并驱动控制电动机，以产生与该读出的基本辅助转矩对应的驱动力。
在这样的电动动力转向装置的控制***中，通过进行相对转矩传感器的输出信号的相位补偿，能够提高在从转向角中点离开的方向上使转向盘旋转的切入转向时的响应性。即，若较大地设定相对转矩传感器的输出信号的相位补偿的频率响应特性的增益，则在切入转向时，能够相对转向盘的操作以高响应性从电动机产生驱动力。
但是，若提高切入转向时的响应性，则在使转向盘朝向转向角中点旋转的返回转向中，当转向转矩因为驾驶员的手从转向盘上离开而急剧减少时，对此进行响应，在切入转向盘的方向(与返回转向相反的方向)上作用的转向辅助力急剧减少。其结果是，转向盘向转向角中点的返回急剧地进行，从而产生转向盘的收敛性下降的问题。
该问题可以通过在返回转向时在频率响应特性上进行相位补偿以使增益在高频带中减小而解决。但是，若增益在高频带中减小，则返回转向开始时的转向辅助力不足，从而产生如下的其它问题：转向盘产生卡住感。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不会导致转向感的恶化，且能够提高返回转向时的收敛性的电动动力转向装置。
本发明提供一种电动动力转向装置，其基于施加在用于转向车辆的操作构件上的转向转矩来驱动电动机，将该电动机的驱动力传递给转向机构来辅助转向，该电动动力转向装置包括：转向转矩检测机构，其用于检测转向转矩；转向状态判定机构，其判定是否进行了在从转向角中点离开的方向上操作所述操作构件的切入转向；电动机控制机构，其基于由所述转向转矩检测机构检测出的转向转矩，控制所述电动机的驱动；相位补偿机构，其配备于所述电动机控制机构上，在由所述转向状态判定机构判定为未进行切入转向时，在频率响应特性上进行使规定的频带中的增益低于比该频带低的频带及比其高的频带中的增益的相位补偿处理。
根据该结构，在未进行切入转向时，在频率响应特性上进行使规定的频带中的增益低于比该频带低的频带及比其高的频带中的增益的相位补偿处理。由此，在进行返回转向时，与切入转向时比较，不同于降低相位补偿处理的增益整体或在高频带中的增益的方法，能够确保在高频带中的增益。因此，能够防止返回转向开始时的转向辅助力不足。其结果是，能够避免操作构件产生卡住感。另外，若将规定的频带设定为尤其对收敛性产生影响的频带，则能够通过降低该频带中的增益来提高收敛性。
通过参照附图而如下所述的实施方式的说明，将会更加明确本发明的上述的、进而其它的目的、特征及效果。
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结构的框图；
图2是用于说明控制部的结构的框图；
图3是表示转向角速度和乘数的关系的曲线图；
图4是表示辅助特性的曲线图；
图5是表示将低通滤波处理部及第一相位补偿处理部看作为一个控制***时的频率响应特性的曲线图；
图6是表示未进行切入转向时的第二相位补偿处理部的频率响应特性的曲线图；
图7是表示将第一相位补偿处理部及第二相位补偿处理部作为一个控制***，且未进行该控制***的切入转向时的频率响应特性的曲线图；
图8是表示低通滤波处理部的频率响应特性的曲线图；
图9是表示第一相位补偿处理部的频率响应特性的曲线图；
图10是表示本发明的其它实施方式(第二相位补偿处理部组装于基本辅助电流值设定部和乘法部之间的状态)的控制部的结构的框图。
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结构的框图。
在该电动动力转向装置中，控制部2基于转向盘1的操作驱动控制电动机M。此时从电动机M产生的转矩(辅助转矩)赋予转向机构3，由此达到辅助转向。
转向机构3具备：与转向盘1结合的第一转向轴4；经由扭杆5在同轴上与该第一转向轴4连结的第二转向轴6；在该第二转向轴6的前端设置的小齿轮7；可在车辆的宽度方向直线运动地设置的齿杆8；经由转向横拉杆9与该齿杆8的两端结合，且支承转向轮(转向用的车轮)10的转向节臂11。
若操作转向盘1，则第一转向轴4及第二转向轴6旋转，伴随该旋转，小齿轮7旋转。小齿轮7的旋转传递到在齿杆8上形成的齿条8a，使齿杆8沿车辆的宽度方向(齿杆8的长度方向)直线运动。而且，该齿杆8的直线运动通过转向横拉杆9及转向节臂11转换为左右的转向轮10的转向力。
另外，设置有转矩传感器12，该转矩传感器12与第一转向轴4及第二转向轴6相关联，根据它们的相对旋转量检测施加于转向盘1上的转向转矩。该转矩传感器12的输出信号被赋予控制部2。
控制部2中，除了转矩传感器12的输出信号之外，还被赋予检测车速的车速传感器13及检测转向盘1的旋转角度(转向角度)的转向角传感器14的输出信号。控制部2基于从转矩传感器12、车速传感器13及转向角传感器14输入的信号，确定电动机M的目标电流值，并经由驱动电路15对在电动机M中流动的电流进行反馈控制。
电动机M产生的辅助转矩例如经由减速器16输入第二转向轴6。
还有，在以下的说明中，就转向转矩而言，例如，将在转向盘1上施加有用于右方向转向的转矩时设为正值，将在转向盘1上施加有用于左方向转向的转矩时设为负值。
图2是用于说明控制部2的结构的框图。
控制部2包括微型计算机。作为通过该微型计算机所执行的程序处理而实现的功能处理部，控制部2具备：低通滤波处理部21，其用于从转矩传感器12的输出信号(转矩信号)中除去不需要的高频成分；第一相位补偿处理部22及第二相位补偿处理部23，其用于对低通滤波处理部21处理后的转矩信号实施相位补偿处理；基本辅助电流值设定部24，其确定与相位补偿处理后的转矩信号所表示的转向转矩T对应的基本辅助电流值Io；车速增益设定部25，其确定与车速传感器13的输出信号(车速信号)所表示的车速对应的车速增益Gv；乘法部26，其将由基本辅助电流值设定部24设定的基本辅助电流值Io和由车速增益设定部25设定的车速增益Gv相乘，求出电动机M的目标电流值I*；偏差运算部27，其运算目标电流值I*和实际在电动机M中流动的电动机电流的值I的偏差；信号生成部28，其基于由偏差运算部27求出的偏差，生成需要赋予驱动电路15的控制信号(例如，PWM(pulse Width Modulation)控制信号)。
低通滤波处理部21例如进行截止频率为100Hz的低通滤波处理。如图8所示，低通滤波处理部21具有如下的频率响应特性：在频率100Hz以下的范围内，增益为恒定的G11，在超过频率100Hz的范围内，增益伴随频率的增加从G11减少到零。
第一相位补偿处理部22对由低通滤波处理部21赋予的转矩信号，实施由下述式(1)的传递函数G1(s)表示的相位超前补偿处理。
G1(s)＝(1+ats)/(1+ts)      …(1)
其中，a：小于1的系数
t：时间常数
s：拉普拉斯算子
由此，如图9所示，第一相位补偿处理部22具有如下的频率响应特性：在频率2Hz以下的范围内，增益为恒定的G21，在频率2～5Hz的范围内，增益与频率的增加成比例地从G21减少到G22，在超过频率5Hz的范围内，增益为恒定的G22。
第二相位补偿处理部23具备：信号处理部31，其对第一相位补偿处理部22相位补偿处理后的转矩信号乘以下述式(2)的传递函数G2(s)而输出；转向状态判定部32，其判定是否进行了在从转向角中点(直线行使时的转向盘1的旋转位置)离开的方向上使转向盘1旋转的切入转向，在进行了切入转向时将乘数设定为零，在未进行切入转向时将乘数设定为1以下；乘法部33，其将来自信号处理部31的输出信号和由转向状态判定部32设定的乘数相乘；加法部34，其将表示该乘法部33的乘法结果的信号和第一相位补偿处理部22相位补偿处理后的转矩信号相加。
G2(s)＝(-t1s)/(1+t1s)(1+t2s)       …(2)
其中，t1、t2：时间常数
s：拉普拉斯算子
转向状态判定部32基于转矩传感器12输出的转矩信号及转向角传感器14输出的转向角信号，判定是否进行了切入转向。即，若由转矩传感器12检测出的转向转矩的绝对值是正值，且作为由转向角传感器14检测出的转向角度的微分值的转向速度在规定值以上的条件被满足，则转向状态判定部32判定为进行了切入转向。若该条件未被满足，则转向状态判定部32判定为未进行切入操作，而进行了朝向转向角中点使转向盘旋转的返回转向或将转向盘保持为恒定位置的停止转向。
而且，转向状态判定部32，在进行了切入转向时，将乘数设定为零，在未进行切入转向时，将乘数设定为按车辆确定的常数b以下。更具体地，如图3所示，若转向速度在规定值P以上，则将乘数设定为零，若转向速度在零以下，则将乘数设定为b，若转向速度在0～P的范围内，则将乘数设定为与转向速度成比例地从b减少到0。
还有，并不限定于此，例如，也可以在转向速度大于零的范围内，将乘数设定为零，在转向速度在零以下的范围内，将乘数设定为b。另外，若转向速度是预先确定的正的规定值P以上，则将乘数设定为零，若转向速度是预先确定的负的规定值以下，则将乘数设定为b，若转向速度在正的规定值和负的规定值之间的范围内，则将乘数设定为与转向速度大致成比例地从b减少到0。
基本辅助电流值设定部24将基本辅助特性作为基本辅助图来存储。基本辅助电流值设定部24参照该基本辅助图，设定与转向转矩T对应的基本辅助电流值Io。基本辅助电流值Io，相对转向转矩T的正的值取为正的值，相对转向转矩T的负的值取为负的值。
基本辅助特性，在转向转矩T＝0附近，不依存转向转矩T的值，设为基本辅助电流值Io＝0，在转向转矩T的绝对值是规定值以上的范围内，不依存转向转矩T的值，设为基本辅助电流值Io的绝对值为预先确定的恒定值(除去零)，在其以外的范围内，设定为基本辅助电流值Io的绝对值对应于转向转矩T的绝对值的增加而增加。
车速增益设定部25将车速-车速增益特性作为车速增益特性图来存储。车速增益设定部25参照该车速增益特性图，设定与车速V对应的车速增益Gv。车速-车速增益特性，在车速V预先确定的低速范围内，不依存车速V，车速增益Gv为第一恒定值，在车速V预先确定的高速范围内，不依存车速V，车速增益Gv为比第一恒定值小的第二恒定值，在低速范围和高速范围之间的范围内，设定为与车速V的增加大致成比例地从第一恒定值减少到第二恒定值。
通过乘法部26将由基本辅助电流值设定部24设定的基本辅助电流值Io和由车速增益设定部25设定的车速增益Gv相乘，求出电动机M的目标电流值I*。基于该目标电流值I*来控制电动机M，由此能够发挥图4所示的辅助特性。即，转向转矩T越大，辅助转矩越单调增加，且，越能够发挥辅助转矩相对转向转矩T的变化率增加的特性。另外，辅助特性对应于车速V而变化，若转向转矩T为恒定，则车速V越小，辅助转矩越大。
图5是表示将低通滤波处理部21及第一相位补偿处理部22看作为一个控制***时的频率响应特性的曲线图。另外，图6是表示第二相位补偿处理部23的频率响应特性的曲线图。进而，图7是表示将第一相位补偿处理部22及第二相位补偿处理部23作为一个控制***，且未进行该控制***的切入转向时的频率响应特性的曲线图。
如图5所示，第一相位补偿处理部22具有如下的频率响应特性：在频率ω1以下的范围内增益为恒定的G1，在频率ω1～ω2的范围内增益与频率的增加成比例地从G1减少到G2，在频率ω2～ω3的范围内增益为恒定的G2，在频率ω3以上的范围内增益与频率的增加成比例地从G2减少到零。
如上所述，在第二相位补偿处理部23中，当进行了切入转向时，通过转向状态判定部32，将乘数设定为零，因此将来自信号处理部31的输出信号和由转向状态判定部32设定的乘数相乘而得到的结果是零。因而，在进行了切入转向时，第二相位补偿处理部23使第一相位补偿处理部22相位补偿处理后的转矩信号原封不动地通过，不对该转矩信号进行处理。因此，将第一相位补偿处理部22和第二相位补偿处理部23作为一个控制***，成为图5所示的频率响应特性，在切入转向时，能够相对转向盘1的操作以高响应性从电动机M产生辅助转矩，并且能够达成转向盘1的良好的收敛性。
另一方面，在未进行切入转向时，通过转向状态判定部32，将乘数设定为0～b。例如，在进行了返回转向时，通过转向状态判定部32，将乘数设定为b。此时，若b＝1，则第二相位补偿处理部23具有图6所示的频率响应特性。即，低于1Hz的频带及高于10Hz的频带中的增益成为1，1～10Hz的频带中的增益具有近似于下凸的二次曲线的曲线那样的频率特性。
因此，若将第一相位补偿处理部22及第二相位补偿处理部23看作为一个控制***，则该控制***如图7所示，具有将图5所示的频率响应特性的曲线图和图6所示的频率响应特性的曲线图相乘而得到的曲线图所表示的频率响应特性。即，在第一相位补偿处理部22及第二相位补偿处理部23中，在频率响应特性上进行使1～10Hz的频带中的增益低于比1Hz低的频带及比10Hz高的频带(10～100Hz)中的增益的相位补偿处理。
由此，在未进行切入转向时(进行返回转向时)，与切入转向时比较，不同于降低相位补偿处理的增益整体或在高频带中的增益的方法，能够确保在高频带中的增益。因此，能够防止返回转向开始时的转向辅助力不足。其结果是，能够避免转向盘1产生卡住感。另外，1～10Hz的频带是尤其对转向盘1的收敛性产生影响的频带，通过降低该频带中的增益，能够提高转向盘1的收敛性。
以上，详细说明了本发明的一实施方式，但其只不过是用于明确本发明的技术内容的具体例，本发明不限定于该具体例的解释，本发明的精神及范围只由请求的范围限定。
例如，在上述实施方式中，如图2所示，第二相位补偿处理部23组装于基本辅助电流值设定部24的前段，不过第二相位补偿处理部23也可以如图10所示，组装于基本辅助电流值设定部24和乘法部26之间。
本申请与2006年1月11日向日本国专利局提出的特愿2006-3764号对应，本申请在此引用了特愿2006-3764号的全部内容。

Claims (1)

1.一种电动动力转向装置，其基于施加在用于转向车辆的操作构件上的转向转矩来驱动电动机，将该电动机的驱动力传递给转向机构来辅助转向，该电动动力转向装置包括：
转向转矩检测机构，其用于检测转向转矩；
转向状态判定机构，其判定是否进行了在从转向角中点离开的方向上操作所述操作构件的切入转向；
电动机控制机构，其基于由所述转向转矩检测机构检测出的转向转矩，控制所述电动机的驱动；
相位补偿机构，其配备于所述电动机控制机构上，在由所述转向状态判定机构判定为未进行切入转向时，在频率响应特性上进行使规定的频带中的增益低于比该频带低的频带及比其高的频带中的增益的相位补偿处理，所述未进行切入转向是指使转向盘朝向转向角中点旋转的返回转向或者将转向盘保持在恒定位置的停止转向。
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