CN107207045B - 电动助力转向装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电动助力转向装置。该电动助力转向装置在具有自动转向控制功能的车辆中，通过基于力学关系式的正确和高精度的方法来进行自动转向控制中的手动输入的判定，具有驾驶员和搭乘者不会有不舒服的感觉的转向性能。本发明的电动助力转向装置基于电动机电流指令值来驱动电动机以便对转向***进行辅助控制，并且，具有进行自动转向控制和手动转向控制的功能，其利用基于转向盘以及扭力杆的特性的力学关系式来运算出扭力杆扭矩的时间序列响应，判定转向扭矩运算值和扭力杆扭矩的检测值的适合程度，具备基于适合程度判定自动转向控制中的手动输入的有无的功能。

Description

电动助力转向装置

技术领域

本发明涉及一种电动助力转向装置，该电动助力转向装置具有自动转向控制功能(驻车辅助模式、车道保持模式等)和手动转向控制功能。本发明尤其涉及一种电动助力转向装置，该电动助力转向装置利用基于转向盘以及扭力杆的特性的力学关系式或物理关系式来高精度地判定自动转向控制中的驾驶员的手动输入的有无，在发生了手动输入的情况下，能够安全地转移到通常的辅助控制(手动转向控制)。

背景技术

利用电动机的旋转力对车辆的转向机构施加转向辅助力(辅助力)的电动助力转向装置，将电动机的驱动力经由减速装置通过诸如齿轮或皮带之类的传送机构，向转向轴或齿条轴施加转向辅助力。为了准确地产生转向辅助力的扭矩，现有的电动助力转向装置(EPS)进行电动机电流的反馈控制。反馈控制调整电动机外加电压以便使转向辅助指令值(电流指令值)与电动机电流检测值之间的差变小，一般来说，通过调整PWM(脉冲宽度调制)控制的占空比(duty ratio)来进行电动机外加电压的调整。

参照图1对电动助力转向装置的一般结构进行说明。如图1所示，转向盘(方向盘)1的柱轴(转向轴或方向盘轴)2经过减速齿轮3、万向节4a和4b、齿轮齿条机构5、转向横拉杆6a和6b，再通过轮毂单元7a和7b，与转向车轮8L和8R连接。另外，扭力杆被***到柱轴2，在柱轴2上设有基于扭力杆的扭转角检测出转向盘1的转向角θ的转向角传感器14和用于检测出转向扭矩Th的扭矩传感器10，对转向盘1的转向力进行辅助的电动机20通过减速齿轮3与柱轴2连接。电池13对用于控制电动助力转向装置的控制单元(ECU)30进行供电，并且，经过点火开关11，点火信号被输入到控制单元30中。控制单元30基于由扭矩传感器10检测出的转向扭矩Th和由车速传感器12检测出的车速Vel，进行辅助(转向辅助)指令的转向辅助指令值的运算，由通过对转向辅助指令值实施补偿等而得到的电压控制值Vref来控制供应给电动机20的电流。此外，也可以从CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)等处获得车速Vel。

此外，转向角传感器14并不是必须的，也可以不设置转向角传感器14，还有，也可以从与电动机20相连接的诸如分解器之类的旋转传感器处获得转向角。

另外，用于收发车辆的各种信息的CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)40被连接到控制单元30，车速Vel也能够从CAN40处获得。此外，用于收发CAN40以外的通信、模拟/数字信号、电波等的非CAN41也可以被连接到控制单元30。

尽管控制单元30主要由CPU(也包含MPU、MCU等)构成，但该CPU内部由程序执行的一般功能如图2所示。

参照图2对控制单元30进行说明。如图2所示，由扭矩传感器10检测出的转向扭矩Th和由车速传感器12检测出(或来自CAN40)的车速Vel被输入到用来运算出电流指令值Iref1的扭矩控制单元31中。扭矩控制单元31基于被输入进来的转向扭矩Th和车速Vel并利用辅助图(assist map)等来运算出作为供应给电动机20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被输入到电流限制单元33中，被限制了最大电流的电流指令值Irefm被反馈输入到减法单元32B中，减法单元32B运算出被限制了最大电流的电流指令值Irefm与电动机电流值Im之间的偏差I(＝Irefm－Im)，该偏差I被输入到用于进行转向动作的特性改善的诸如PI(比例积分)控制之类的电流控制单元35中。在电流控制单元35中经过特性改善后得到的电压控制值Vref被输入到PWM控制单元36中，然后再经由逆变器37来对电动机20进行PWM驱动。电动机电流检测器38检测出电动机20的电流值Im，检测出的电流值Im被反馈到减法单元32B。逆变器37由作为半导体开关元件的FET的电桥电路构成。

诸如分解器之类的旋转传感器21被连接到电动机20，旋转传感器21输出电动机旋转角度θ。

还有，在加法单元32A与来自补偿信号生成单元34的补偿信号CM相加，通过补偿信号CM的相加来进行转向***的特性补偿，以便改善收敛性和惯性特性等。补偿信号生成单元34先在加法单元344将自对准扭矩(SAT)343与惯性342相加，然后在加法单元345将在加法单元344得到的加法结果与收敛性341相加，最后将在加法单元345得到的加法结果作为补偿信号CM。

在这样的电动助力转向装置中，近年出现了搭载了诸如驻车辅助功能(驻车辅助)、车道保持功能之类的自动转向控制功能并且切换自动转向控制和手动转向控制的车辆。在这样的搭载了驻车辅助功能的车辆中，基于来自摄像头(图像)、距离传感器等的数据来设定目标转向角，并且进行使实际转向角追随目标转向角的自动转向控制。

还有，在具有现有周知的自动转向控制功能的电动助力转向装置中，通过基于预先存储好的车辆的移动距离与转舵角(転舵角)之间的关系来对电动机进行控制，从而自动地进行倒车驻车和纵队驻车。

图3示出了现有的具有自动转向控制功能的车辆的控制***的结构示例。如图3所示，具备至少输入转向扭矩并运算出电流指令值Itref的扭矩控制单元110、输入来自车辆一侧的ECU的目标转向角等并运算出电流指令值Isref的自动转向控制单元120和根据来自车辆一侧的ECU的切换信号SW来切换电流指令值Itref或Isref并作为电流指令值Iref输出的切换单元130。电流指令值Iref被输入到电流控制/驱动单元140中，电流控制/驱动单元140通过实施了PI控制等的PWM信号对电动机20进行PWM驱动。

在这样的具有自动转向控制功能的车辆中，在现有技术中，驾驶员在自动转向控制中操纵转向盘，当被判断为该转向扭矩超过预先设定的规定值的时候，则中止自动转向控制。

然而，只通过比较转向扭矩检测装置的输出和规定值来进行判断的话，则由于转向扭矩检测装置的噪声，或者，由于像轮胎踩到小石头那样的场合、进行了基于电动机的自动转向的场合的转向盘的惯性扭矩，转向扭矩检测装置的输出有时会一时性地超过规定值，这样就存在每当转向扭矩检测装置的输出超过规定值的时候，就会中止自动转向控制的问题。为了回避这样的不便，设定较高的规定值的话，则存在这样的可能性，即，不仅自动转向和手动转向互相干涉并给驾驶员带来不协调感，而且即使驾驶员在自动转向控制中操纵转向盘，也不能立即中止自动转向控制。

因此，可以考虑当持续规定时间或更长的时间检测出等于或大于规定值的转向扭矩的时候，判断为进行了手动转向，从而中止自动转向控制。在这种情况下，当驾驶员进行缓慢的手动转向，转向扭矩稍微超过规定值的时候，就不会给驾驶员带来不协调感，经过规定时间，自动转向控制被中止。然而，当驾驶员进行急剧的手动转向，转向扭矩大大地超过规定值的时候，因为到这种状态经过规定时间为止自动转向控制不被中止，所以有时转向盘变重，从而给驾驶员带来不协调感。

例如，日本专利第3845188号公报(专利文献1)提出了一种用来解决这样的问题的装置。专利文献1的装置具备用于检测出驾驶员施加在转向盘上的转向扭矩的转向扭矩检测装置和电动机控制装置，其中，电动机控制装置基于由移动轨迹设定单元设定的移动轨迹对电动机的驱动进行控制，并且，当持续规定时间或更长的时间检测出等于或大于预先设定的规定值的转向扭矩的时候，中止基于移动轨迹的电动机控制。还有，专利文献1的装置设定复数个种类的规定值，根据各个规定值来变更规定时间。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第3845188号公报

发明内容

(一)要解决的技术问题

然而，在专利文献1的装置中，因为针对转向扭矩设定阈值，基于转向扭矩是否超过阈值来进行切换到手动输入，并没有基于转向***的实际的力学模型，所以存在不能高精度地进行手动输入的检测或判定，并且，在从手动输入到判定的期间会发生迟延的问题。

本发明是鉴于上述情况而完成的，本发明的目的在于提供一种电动助力转向装置，该电动助力转向装置在具有自动转向控制功能的车辆中，通过基于力学关系式的正确和高精度的方法来进行自动转向控制中的手动输入的判定(检测)，具有驾驶员和搭乘者不会有不舒服的感觉的转向性能。

(二)技术方案

本发明涉及一种电动助力转向装置，其基于电动机电流指令值来驱动电动机以便对转向***进行辅助控制，并且，具有进行自动转向控制和手动转向控制的功能，本发明的上述目的可以通过下述这样实现，即：利用基于转向盘以及扭力杆的特性的力学关系式来运算出扭力杆扭矩的时间序列响应，判定所述运算出的转向扭矩运算值和所述扭力杆扭矩的检测值的适合程度，具备基于所述适合程度判定所述自动转向控制中的手动输入的有无的功能。

还有，本发明的上述目的还可以通过下述这样更有效地实现，即：所述扭力杆扭矩的时间序列响应为转向盘角，所述扭力杆扭矩的检测值为柱轴角；或，所述转向盘角对应于所述转向扭矩运算值，所述柱轴角对应于转向扭矩检测值；或，基于运算周期内的测定时间的经过、设定周期以及设定周期的开始时刻之间的关系和所述转向扭矩运算值与所述转向扭矩检测值之间的差的积算值和阈值之间的关系来进行所述适合程度的判定；或，当所述测定时间的经过等于或大于所述设定周期，并且，所述积算值等于或大于所述阈值的时候，判定为“有”手动输入；或，当被判定为所述“有”手动输入的时候，中止所述自动转向控制。

(三)有益效果

根据本发明的电动助力转向装置，利用基于转向盘以及扭力杆的特性的力学关系式来运算出扭力杆扭矩的时间序列响应，判定运算结果的值和扭力杆扭矩的检测值的适合程度，基于适合程度判定自动转向控制中的手动输入。因此，能够正确地并且高精度地进行手动输入的判定(检测)，并且，能够实现驾驶员和搭乘者不会有不舒服的感觉的转向性能。

还有，因为基于扭力杆扭矩的时间序列响应的积算值来进行手动输入的判定，所以能够消除在由于噪声，或者，由于像轮胎踩到小石头那样的场合、转向盘的惯性扭矩等，检测值一时性地变大的情况下，立即中止自动转向控制的不便。

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***的结构示例的结构框图。

图3是表示具有自动转向控制功能的车辆的控制***的概略结构示例的结构框图。

图4是用来说明本发明的原理的转向盘与扭力杆之间的力学关系图。

图5是表示本发明的结构示例的结构框图。

图6是表示本发明的动作示例的时序图。

图7是表示本发明的动作示例的流程图。

具体实施方式

在具备诸如驻车辅助、车道保持之类的自动转向控制功能和作为通常的辅助控制的手动转向控制功能的车辆中，在自动转向控制中发生了来自驾驶员的手动输入的情况下，需要安全并平滑地转移到通常的辅助控制。还有，当进入诸如驻车辅助、车道保持之类的自动转向控制模式的时候，需要确认驾驶员的手动输入的有无。

因此，本发明判定利用基于以没有手动输入的状态为前提的转向盘惯性、扭力杆特性以及电动机角度(柱轴角)之间的力学关系式或物理关系式估计出的扭力杆扭矩的时间序列响应的转向扭矩运算值和实际的扭力杆扭矩的时间序列响应的检测值的适合程度，按照适合程度的判定结果来判定手动输入的有无。通过时间经过的测定和运算值与检测值之间的差的积算(积分)来进行适合程度的判定，基于测定时间是否经过规定时间或更长的时间，并且，差的积算值是否等于或大于所规定的阈值来进行手动输入的有无的判定，当判定为“有”手动输入的时候，中止自动转向控制，从自动转向控制转移到(切换到)通常的辅助控制。

在这里，图4示出了转向盘角θh、扭力杆扭转角Δθ以及柱轴角θc之间的关系，在将转向盘1的惯性设为Jh，将扭力杆的弹簧常数设为k，将扭力杆的阻尼常数设为c的情况下，没有手动输入的场合的一般的力学关系式成为下述式1。

式1

从图4可知，因为扭力杆扭转角Δθ为转向盘角θh与柱轴角θc之间的差，所以下述式2成立。

式2

△θ＝θ_h-θ_c

从式1以及式2中消去转向盘角θh，然后设定转向扭矩＝kΔθ＝y和柱轴角θc＝u，使用z变换来整理式子。尽管存在各种z变换，但例如采用向后差分的话，则成为下述式3。实际上，通过ECU内部的运算，计算出相对于检测出的柱轴角u的转向扭矩y，换句话来说，计算出相对于柱轴角θc的转向扭矩。

式3

在本发明中，在ECU内部，在每个运算周期Cs运算上述式3，在每个设定周期Ts核对式3的运算结果y(基于运算的转向扭矩)和实际上检测出的转向扭矩的适合程度，判定手动输入的有无。适合程度的指标例如可以为转向扭矩(检测值)和转向扭矩(运算值)的误差的绝对值的积算值(积分值或总和)。在适合程度的核对结果等于或大于设定好的阈值的情况下，判定为“有”手动输入，在适合程度的核对结果小于设定好的阈值的情况下，判定为“没有”手动输入。

在被判定为“有”手动输入的情况下，中止自动转向控制，转移到(切换到)通常的辅助控制(手动转向控制)。

下面，参照附图来详细地说明本发明的实施方式。

图5示出了本发明的结构示例。如图5所示，设有输入转向盘角θh和柱轴角θc并且使用基于上述式1～式3的运算的运算值来判定手动输入的有无的手动输入判定单元100。在手动输入判定单元100判定为“有”手动输入的情况下，输出判定标志MF，中止自动转向控制，经由切换单元130将来自扭矩控制单元110的电流指令值Itref设定为电流指令值Iref，转移到通常的辅助控制。

图6示出了在每个设定周期Ts进行运算并且实施比较判定的时序。如图6所示，在时刻t1开始进行手动输入，该时刻t1之后，转向扭矩(检测值)与转向扭矩(运算值)之间的差变大。

图7的流程图示出了本发明的动作示例。如图7所示，首先确认是否处于自动转向控制中(步骤S1)，在不是自动转向控制的情况下，动作结束。在是自动转向控制的情况下，首先检测出转向扭矩(步骤S2)，判定是否到了设定周期Ts的开始时刻(步骤S3)。如果是开始时刻之前的话，则运算出转向扭矩(步骤S6)，在到了开始时刻的情况下，将上次的转向扭矩运算值设定为检测值(步骤S4)。

然后，也就是说，在上述步骤S4之后或在上述步骤S6之后，对转向扭矩与被检测出来的转向扭矩之间的差(绝对值)进行积算，并且，测定时间的经过(步骤S5)，判定测定时间是否等于或大于设定周期Ts(步骤S10)，在测定时间等于或大于设定周期Ts的情况下，判定积算值是否等于或大于所规定的阈值S0(步骤S12)。在积算值等于或大于所规定的阈值S0的情况下，手动输入的判定被判定为“有”(步骤S13)。在积算值小于所规定的阈值S0的情况下，手动输入的判定被判定为“没有”(步骤S14)。

在手动输入的判定被判定为“有”的情况下，输出用来表示“有”手动输入的判定结果的判定标志MF(步骤S20)，并且，通过切换单元130来中止自动转向控制，并且，切换到通常的辅助控制(步骤S21)。然后，或者，在上述步骤S12手动输入判定被判定为“没有”的情况下，重置测定时间和积算值(步骤S30)，动作结束。

还有，在上述步骤S10中，当测定时间小于设定周期Ts的时候，手动输入的判定使用上次的值(步骤S11)。

此外，尽管在上述实施方式中，将扭力杆扭矩(转向扭矩)的运算值与扭力杆扭矩(转向扭矩)的检测值之间的差的绝对值的积算值与阈值进行比较，但也可以为积分值。还有，对于上述绝对值来说，也可以为平方、与感应于时间的增益相乘后得到的值的积算值。

还有，也可以通过用于直接检测出柱轴角的角度传感器来获得柱轴角，另外，柱轴角也可以为基于电动机角度和减速比之间的关系求出的角度。也可以通过用于直接检测出扭转角的扭力杆扭矩传感器来获得扭力杆扭转角，另外，扭力杆扭转角也可以为基于转向盘角与柱轴角之间的偏差求出的角度。

另外，并不限于在没有手动输入的状态下的柱轴角和扭转角之间的力学关系式，也可以使用基于柱轴角和转向盘角、扭力杆扭转角和转向盘角的关系式的时间序列响应(运算值或估计值)。

附图标记说明

1-转向盘(方向盘)；

2-柱轴(转向轴、方向盘轴)；

10-扭矩传感器；12-车速传感器；

13-电池；

20-电动机；

21-电动机驱动单元；

100-手动输入判定单元；

110-扭矩控制单元；

120-自动转向控制单元；

130-切换单元；

140-电流控制/驱动单元。

Claims (3)

1.一种电动助力转向装置，其基于电动机电流指令值来驱动电动机以便对转向***进行辅助控制，并且，具有进行自动转向控制和手动转向控制的功能，其特征在于：

在每个所规定的运算周期运算出作为利用基于在没有手动输入的状态下的转向盘惯性、扭力杆特性以及电动机角度之间的力学关系式估计出的扭力杆扭矩的时间序列响应的转向盘角，求出转向扭矩运算值，在每个所规定的设定周期判定所述转向扭矩运算值和所述扭力杆扭矩的与柱轴角相对应的转向扭矩检测值的适合程度，

具备基于所述运算周期内的测定时间的经过、所述设定周期以及所述设定周期的开始时刻之间的关系和所述转向扭矩运算值与所述转向扭矩检测值之间的差的积算值和阈值之间的关系来进行所述适合程度的判定，判定所述自动转向控制中的手动输入的有无的功能。

2.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：当所述测定时间的经过等于或大于所述设定周期，并且，所述积算值等于或大于所述阈值的时候，判定为“有”手动输入。

3.根据权利要求2所述的电动助力转向装置，其特征在于：当被判定为所述“有”手动输入的时候，中止所述自动转向控制。