CN107428369B

CN107428369B - 电动助力转向装置以及用于决定被设定在该电动助力转向装置的参数的控制装置

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Publication number: CN107428369B
Application number: CN201680017519.8A
Authority: CN
Inventors: 椿贵弘
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2015-03-10
Filing date: 2016-02-12
Publication date: 2019-09-06
Anticipated expiration: 2036-02-12
Also published as: EP3260354A1; JP6249134B2; US10160481B2; EP3260354B1; EP3260354A4; CN107428369A; JPWO2016143454A1; WO2016143454A1; US20180022377A1

Abstract

本发明提供一种电动助力转向装置以及用于决定参数的控制装置。该电动助力转向装置实现在中心的微小的转向时的所期望的转向特性，抑制摩擦感并提高线性的中心的转向感。本发明的电动助力转向装置使用与转向扭矩和车速相关联的辅助图来运算出电流指令值，基于电流指令值对电动机进行驱动，以便对在柱轴上具备了扭力杆的转向***进行辅助控制，其具有用来检测出转向角度信息的功能，设有用于基于转向角度信息以及车速运算出与转向角度信息相对应的SAT补偿兼虚拟弹簧扭矩并且输出通过电流变换系数来变换SAT补偿兼虚拟弹簧补偿扭矩后得到的补偿信号的SAT补偿单元兼虚拟弹簧补偿单元，通过补偿信号对电流指令值进行补偿，获得中心感的所期望的特性。

Description

电动助力转向装置以及用于决定被设定在该电动助力转向装置的参数的控制装置

技术领域

本发明涉及一种电动助力转向装置以及用于决定被设定在该电动助力转向装置的参数的控制装置，该电动助力转向装置通过用于运算出电流指令值的辅助图和用于基于作为转向角度信息的柱轴角(柱轴输出侧角度)或转向盘角(柱轴输入侧角度)运算出补偿信号并对电流指令值进行补偿的SAT(自对准扭矩)补偿单元兼虚拟弹簧补偿单元，来实现在中心(on-center，中立点附近)的所期望的转向特性(微小微舵速区域)。

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(EPS)，将电动机的驱动力经由减速装置由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。为了正确地产生转向辅助力的扭矩，现有的电动助力转向装置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(dutyratio)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(未被图示)被***到柱轴2中，在柱轴2上设有通过扭力杆的扭转角来检测出转向盘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)指令的电流指令值的运算，由通过对电流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，车速Vel也可以从CAN(Controller Area Network)等处获得。

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的功能和动作进行说明。如图2所示，由扭矩传感器10检测出的转向扭矩Th和来自车速传感器12(或CAN40)的车速Vel被输入到电流指令值运算单元31中。电流指令值运算单元31使用辅助图(assist map)来运算出以车速Vel为参数的电流指令值Iref1。用于提高转向***的稳定性的相位补偿单元32对运算出的电流指令值Iref1进行相位补偿，经相位补偿后得到的电流指令值Iref2被输入到加法单元33中。还有，转向扭矩Th被输入到用于提高响应速度的前馈***的微分补偿单元35中，经微分补偿后得到的转向扭矩Thd被输入到加法单元33中。加法单元33将电流指令值Iref2与转向扭矩Thd相加，并且将作为其加法结果的电流指令值Iref3输入到减法单元34中。

减法单元34求出电流指令值Iref3与被反馈回来的电动机电流Im之间的偏差Iref4(＝Iref3－Im)，电流控制单元36对偏差Iref4实施PI(比例积分)控制等，经PI控制后得到的电压控制值Vref被输入到PWM控制单元37中以便运算出占空比，经过逆变器38来对电动机20进行PWM控制。电动机电流检测器39检测出电动机20的电动机电流值Im，检测出的电动机电流值Im被反馈到减法单元34。

在这样的电动助力转向装置中，在现有技术中，作为用于提高中心感(on-centerfeeling)的手法，例如有如WO2011/101979(专利文献1)中所公开那样的使用SAT(自对准扭矩)并进行反馈的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：WO2011/101979

发明内容

(一)要解决的技术问题

然而，在专利文献1中所公开的控制装置中，在中心的微小的转向时，因为因机械性的摩擦、扭力杆的弹簧性等的影响而导致很难检测出SAT，所以存在“成为像摩擦感那样的非线性的转向感，难以实现所期望的转向特性”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以及用于决定被设定在该电动助力转向装置的参数的控制装置，该电动助力转向装置通过简易的控制结构，基于作为转向角度信息的柱轴角或转向盘角，实现在中心的微小的转向时的所期望的转向特性，抑制摩擦感并提高线性的中心的转向感(線形的なオンセンタの操舵フィーリング)。

(二)技术方案

本发明涉及一种电动助力转向装置，其使用与转向扭矩和车速相关联的辅助图来运算出电流指令值，基于所述电流指令值对电动机进行驱动，以便对在柱轴上具备了扭力杆的转向***进行辅助控制，本发明的上述目的可以通过下述这样实现，即：具有用来检测出作为转向角度信息的转向盘角以及柱轴角的功能，设有用于基于所述柱轴角或所述转向盘角、以及所述车速运算出与所述柱轴角或所述转向盘角相对应的SAT补偿兼虚拟弹簧扭矩并且输出通过电流变换系数来变换所述SAT补偿兼虚拟弹簧补偿扭矩后得到的补偿信号的SAT补偿单元兼虚拟弹簧补偿单元，通过所述补偿信号对所述电流指令值进行补偿，获得中心感的所期望的特性。

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SAT补偿单元兼虚拟弹簧补偿单元基于缓慢转向的近似关系式、使用了扭转角系数的扭力杆扭矩与扭力杆扭转角之间的第1关系式、使用了SAT系数的所述柱轴角或所述转向盘角与SAT值之间的第2关系式、使用了所述辅助图的斜度Kmap的辅助扭矩与所述扭力杆扭矩之间的第3关系式和使用了SAT补偿兼虚拟弹簧常数的所述SAT补偿兼虚拟弹簧补偿扭矩与所述柱轴角或所述转向盘角之间的第4关系式，导出所述柱轴角或所述转向盘角与所述扭力杆扭矩之间的基本关系式；或，在通过将所述转向角度信息设为横轴并且将所述转向扭矩设为纵轴来表示所述基本关系式的情况下，求出转向扭矩相对于所述横轴的所述转向角度信息的斜度α和所述纵轴的截距，基于所述斜度α和所述截距导出所述斜度Kmap和所述SAT补偿兼虚拟弹簧常数；或，所述SAT补偿单元兼虚拟弹簧补偿单元由增益单元、相位补偿单元和变换系数单元构成；或，所述转向角度信息在±30deg范围内；或，所述SAT补偿单元兼虚拟弹簧补偿单元使用斜度变换系数和所述斜度Kmap来设定从所述辅助图的原点出发的斜度Kmap’；或，所述斜度Kmap’随所述车速而发生变化。

还有，本发明涉及一种控制装置，其对通过使用与转向扭矩和车速相关联的辅助图来对在柱轴上具备了扭力杆的转向***进行辅助控制的电动助力转向装置进行控制，本发明的上述目的可以通过下述这样实现，即：具备用于运算出被设定在所述电动助力转向装置所具备的用于输出通过电流变换系数来变换基于转向角度信息以及所述车速运算出的SAT补偿兼虚拟弹簧扭矩后得到的补偿信号的SAT补偿单元兼虚拟弹簧补偿单元和所述辅助图的控制参数的控制参数运算单元。

(三)有益效果

根据本发明的电动助力转向装置，设有将车速作为参数并根据转向扭矩运算出电流指令值并且可以改变从原点出发的斜度的辅助图和使用了车速以及柱轴角(柱轴输出侧角度)或车速以及转向盘角(柱轴输入侧角度)的SAT补偿单元兼虚拟弹簧补偿单元，通过SAT补偿兼虚拟弹簧补偿扭矩的补偿信号对电流指令值进行了补偿。因此，实现了在中心的平缓的转向时的所期望的转向特性(微小微舵速转向区域)。

还有，因为本发明的控制结构为一种简易的控制结构，所以可以在微小微舵速转向区域抑制摩擦感并且提高线性的中心的转向感。

另外，根据本发明的控制装置，针对“设有将车速作为参数并根据转向扭矩运算出电流指令值并且可以变更从原点出发的斜度的辅助图和使用了车速以及转向角度信息的SAT补偿单元兼虚拟弹簧补偿单元，通过SAT补偿兼虚拟弹簧补偿扭矩的补偿信号对电流指令值进行补偿”的电动助力转向装置，设定能够获得在中心的微小的转向时的所期望的微小微舵速转向区域的控制参数，通过使用该控制参数，就可以实现“具有所期望的转向特性，在微小微舵速转向区域抑制摩擦感并且提高线性的中心的转向感”的电动助力转向装置。

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是表示本发明的结构示例(第一实施方式)的结构框图。

图4是表示本发明的SAT补偿单元兼虚拟弹簧补偿单元的结构示例的结构框图。

图5是表示本发明的辅助图的一个示例的特性图。

图6是表示传感器的安装示例与转向角度信息之间的关系的示意图。

图7是表示扭力杆与转向角度信息之间的关系的机构图。

图8是示意性地表示转向角(柱轴角)与转向扭矩(扭力杆扭矩)之间的关系的特性图。

图9是表示本发明的动作示例的流程图。

图10是表示本发明(第一实施方式)的模拟结果的特性图。

图11是表示本发明的结构示例(第二实施方式)的结构框图。

图12是表示本发明的SAT补偿单元兼虚拟弹簧补偿单元的结构示例的结构框图。

图13是表示本发明(第二实施方式)的模拟结果的特性图。

图14是表示由本发明的控制装置(第三实施方式)控制的电动助力转向装置的结构示例的结构框图。

图15是表示SAT补偿单元兼虚拟弹簧补偿单元的结构示例的结构框图。

图16是表示本发明的结构示例(第1实施例)的结构框图。

图17是表示本发明的动作示例(第1实施例)的流程图。

图18是表示本发明的结构示例(第2实施例)的结构框图。

图19是表示本发明的动作示例(第2实施例)的流程图。

图20是表示本发明的结构示例(第3实施例)的结构框图。

图21是表示第三实施方式的显示单元的显示示例的画面图。

具体实施方式

本发明为这样的电动助力转向装置，其通过简易的控制结构，实现在中心(中立点附近)的微小的转向时(缓慢转向时)的所期望的转向特性，与现有技术相比，能够更进一步抑制摩擦感并且提高线性的中心的转向感。在本发明中，通过设有将车速作为参数并根据转向扭矩运算出电流指令值并且可以改变从原点出发的斜度的辅助图和基于车速以及作为转向角度信息的柱轴角(柱轴输出侧角度)或车速以及作为转向角度信息的转向盘角(柱轴输入侧角度)运算出用来进行SAT补偿兼虚拟弹簧补偿的补偿信号的SAT补偿单元兼虚拟弹簧补偿单元，通过补偿信号对电流指令值进行补偿，这样就实现了在中心的缓慢转向时的所期望的转向特性(微小微舵速转向区域)。

还有，本发明的控制装置为这样的控制装置，其通过简易的控制结构，实现在中心缓慢转向时的所期望的转向特性，与现有技术相比，能够更进一步抑制摩擦感并且提高线性的中心的转向感。本发明的控制装置通过计算并设定作为控制参数的辅助图的初始梯度和被设定在SAT补偿单元兼虚拟弹簧补偿单元的SAP补偿兼虚拟弹簧系数，这样就能够简易地调节中心感。

下面，参照附图来详细地说明本发明的实施方式。

与图2相对应的图3示出了本发明的结构示例(第一实施方式)。如图3所示，设有用于输入车速Vel和作为转向角度信息θ的柱轴角θc并且输出补偿信号Isk的SAT补偿单元兼虚拟弹簧补偿单元100。由SAT补偿单元兼虚拟弹簧补偿单元100计算出的补偿信号Isk被输入到加法单元33中以便进行加法处理，从而对电流指令值Iref2进行补偿。通过经SAT补偿兼虚拟弹簧补偿后得到的电流指令值Iref3来驱动电动机20。

SAT补偿单元兼虚拟弹簧补偿单元100的结构例如为图4所示的结构。如图4所示，转向角度信息θ(柱轴角θc)被输入到车速感应的增益单元101中，与SAT补偿兼虚拟弹簧常数Kb相乘后得到的虚拟弹簧扭矩Tsk’[Nm]被输入到用于使得可以具有一个调节范围(thewidth of tuning)的相位补偿单元102中。相位补偿单元102基于虚拟弹簧扭矩Tsk’[Nm]计算出经相位补偿后得到的虚拟弹簧扭矩Tsk[Nm]，计算出的虚拟弹簧扭矩Tsk[Nm]被输入到用于换算成电动机电流[A]的变换系数单元103中。变换系数单元103输出通过电流变换系数被换算成电流值的补偿信号Isk。

还有，在本发明中，将从电流指令值运算单元31内的辅助图的原点出发的斜度设定为图5所示的斜度Kmap’。将Ci设为用于将柱轴扭矩[Nm]变换成电动机电流[A]的斜度变换系数，使用在如后所述的式6中使用的斜度Kmap，根据下述式1来设定斜度Kmap’。斜度Kmap’被输入到电流指令值运算单元31中，被调整成从辅助图的原点出发的斜度Kmap’。此外，斜度Kmap’随车速Vel而发生变化。

式1

Kmap’＝Kmap×Ci

在柱轴(方向盘轴)2上设有扭力杆的电动助力转向装置中，例如图6所示那样的各种各样的传感器被安装在夹着扭力杆23的柱轴2上，检测出角度。也就是说，作为角度传感器的霍尔IC传感器21和扭矩传感器输入侧转子的20°转子传感器22被安装在柱轴2的转向盘1一侧的输入轴2A上。霍尔IC传感器21输出296°周期的AS_IS角度θn。没有被安装在扭力杆23上而是被安装在转向盘1一侧的20°转子传感器22输出20°周期的柱轴输入侧角度信号θh1，柱轴输入侧角度信号θh1被输入到转向角运算单元50中。还有，扭矩传感器输出侧转子的40°转子传感器24被安装在柱轴2的输出轴2B上，40°转子传感器24输出柱轴输出侧角度信号θc1，柱轴输出侧角度信号θc1被输入到转向角运算单元50中。作为转向角度信息的柱轴输入侧角度信号θh1和柱轴输出侧角度信号θc1均在转向角运算单元50中被运算成绝对角度，转向角运算单元50输出作为转向角度信息的绝对角度的转向盘角θh以及柱轴角θc。通过这样检测出的柱轴角θc被输入到SAT补偿单元兼虚拟弹簧补偿单元100中。

在这里，在将扭力杆扭矩设为Tt，将柱轴角速度设为ωc，将与检测出的扭力杆扭矩Tt相对应的辅助扭矩设为Ta，将与柱轴角θc相对应的SAT补偿兼虚拟弹簧扭矩设为Tb，将检测或估计出的SAT(自对准扭矩)值设为Tsat，将摩擦扭矩设为Tf的时候，比较缓慢或平缓的转向(下面，将其称为“缓慢转向”)时的关系式可以用下述式2来近似地表示。下面，将式2称为“缓慢转向的第1近似关系式”。

式2

T_t+T_a(T_t)-T_b(θ_c)＝T_sat(θ_c)+T_fsign(ω_c)

另一方面，关于扭力杆扭转角Δθ、转向盘角θh以及柱轴角θc之间的关系，如图7所示那样，下述式3成立。

式3

θ_c＝θ_h-Δθ

还有，在将Kt设为扭转角系数的时候，扭力杆扭矩Tt与扭力杆扭转角Δθ之间的关系可以用下述式4的关系式来表示。

式4

T_t＝K_tΔθ

还有，当柱轴角θc与SAT值Tsat之间的关系为线性关系的时候，将Ksat设为SAT系数的话，则下述式5的关系式成立。

式5

T_sat(θ_c)＝K_satθ_c

还有，当针对检测出的扭力杆扭矩Tt，线性地表示辅助扭矩Ta的时候，将Kmap设为斜度的话，则下述式6的关系式成立。

式6

T_a(T_t)＝K_mapT_t

当针对柱轴角θc，线性地表示SAT补偿兼虚拟弹簧补偿扭矩Tb的时候，将Kb设为SAT补偿兼虚拟弹簧常数的话，则下述式7的关系式成立。

式7

T_b(θ_c)＝K_bθ_c＝T_sk′

基于上述关系式导出柱轴角θc与扭力杆扭矩Tt之间的关系式的话，则变成下述式8。

式8

基于上述式8用图来示意性地表示转向角度信息θ(转向盘角θh[deg])与转向扭矩(扭力杆扭矩Tt)[Nm]之间的关系的话，则变成图8。如图8所示，X轴(横轴)为转向盘角θh[deg]，Y轴(纵轴)为扭力杆扭矩Tt[Nm]，其中，在Y轴上的截距Tr[Nm]和转向扭矩相对于转向盘角θh[deg]的斜度α[Nm/deg]分别由下述式9和式10来表示。

式9

式10

接下来，基于所期望的扭力杆扭矩Tt和转向扭矩的斜度α导出斜度Kmap的话，则变成下述式11，SAT补偿兼虚拟弹簧常数Kb变成下述式12。

式11

式12

在这样的结构中，参照图9的流程图对其动作示例进行说明。

首先，输入检测出的转向扭矩Th(步骤S1)，接着，输入车速Vel(步骤S2)，输入转向盘角θh和柱轴角θc(步骤S3)。可以适当地变更这些输入的顺序。增益单元101基于柱轴角θc和车速Vel求出虚拟弹簧扭矩Tsk’(步骤S10)，相位补偿单元102基于虚拟弹簧扭矩Tsk’计算出虚拟弹簧扭矩Tsk(步骤S20)。

来自相位补偿单元102的虚拟弹簧扭矩Tsk被输入到变换系数单元103中，与用来变换成电流的电流变换系数相乘后得到的补偿信号Isk被从变换系数单元103输出(步骤S30)。然后，电流指令值运算单元31使用斜度Kmap’的辅助图来运算出电流指令值Iref1(步骤S41)。来自变换系数单元103的补偿信号Isk被输入到加法单元33中，通过补偿信号Isk对电流指令值Iref2进行补偿(步骤S42)。

图10示出了考虑了车辆模型和电动助力转向装置的第一实施方式的模拟结果。图10示出了在车速为100kph，转向盘角为5deg，以0.2Hz进行转向时的柱轴角θc和扭力杆扭矩Tt的线图。图10的细线和粗线分别表示将截距Tr和斜度α的设定值设为下面的值的场合的使用了辅助图的初始梯度Kmap’[A/Nm]和SAT补偿兼虚拟弹簧常数Kb[Nm/deg]的情况。

细线：Tr＝0.5[Nm]，α＝0.2[Nm/deg]

粗线：Tr＝0.25[Nm]，α＝0.2[Nm/deg]

在本发明的第一实施方式中，根据如图10所示那样的所期望的特性(截距Tr和斜度α)倒算出斜度Kmap和SAT补偿兼虚拟弹簧常数Kb。也可以预先求出SAT补偿兼虚拟弹簧常数Kb和斜度Kmap，例如，也可以为与车速相对应的特性的图(map)。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，还可以通过组合转向盘角和扭力杆扭转角来求出柱轴角。

接下来，对作为转向角度信息θ使用了转向盘角(柱轴输出侧角度)θh的第二实施方式进行说明。

与图3相对应的图11示出了第二实施方式的结构。如图11所示，车速Vel和作为转向角度信息的转向盘角θh被输入到SAT补偿单元兼虚拟弹簧补偿单元100A中，补偿信号Isk被输入到加法单元33中。SAT补偿单元兼虚拟弹簧补偿单元100A的详细结构为如与图4相对应的图12所示的结构。如图12所示，转向盘角θh被输入到车速感应的增益单元101A中，与SAT补偿兼虚拟弹簧常数Kb相乘后得到的虚拟弹簧扭矩Tsk’[Nm]被输入到相位补偿单元102中。

在第二实施方式中，在将扭力杆扭矩设为Tt，将柱轴角速度设为ωc，将辅助扭矩设为Ta，将SAT补偿兼虚拟弹簧扭矩设为Tb，将SAT值设为Tsat，将摩擦扭矩设为Tf的时候，缓慢转向时的关系式可以用下述式13来近似地表示。下面，将式13称为“缓慢转向的第2近似关系式”。

式13

T_t+T_a(T_t)-T_b(θ_h)＝T_sat(θ_c)+T_fsign(ω_c)

在第二实施方式中，关于扭力杆扭转角Δθ、转向盘角θh以及柱轴角θc之间的关系，如图7所示那样，上述式3也成立，还有，扭力杆扭矩Tt与扭力杆扭转角Δθ之间的关系也可以用上述式4来表示。同样地，当转向盘角θh与SAT值Tsat之间的关系为线性关系的时候，则上述式5的关系式成立，还有，当针对检测出的扭力杆扭矩Tt，线性地表示辅助扭矩Ta的时候，则上述式6的关系式成立。另外，当针对转向盘角θh，线性地表示SAT补偿兼虚拟弹簧补偿扭矩Tb的时候，则下述式14的关系式成立。

式14

T_b(θ_h)＝K_bθ_h＝T_sk′

基于上述关系式导出转向盘角θh与扭力杆扭矩Tt之间的关系式的话，则变成下述式15。

式15

尽管基于上述式15用图来表示转向角度信息(转向盘角θh)[deg]与转向扭矩(扭力杆扭矩Tt)[Nm]之间的关系的话，则变成图8，但在第二实施方式中，在Y轴上的截距Tr[Nm]和转向扭矩相对于转向盘角θh的斜度α[Nm/deg]分别由下述式16和式17来表示。

式16

式17

接下来，基于所期望的扭力杆扭矩Tt和转向扭矩的斜度α导出斜度Kmap的话，则变成下述式18，SAT补偿兼虚拟弹簧常数Kb变成上述式12。

式18

在这样的结构中，其动作示例与图9的流程图相同，只有“增益单元101A基于转向盘角θh和车速Vel求出虚拟弹簧扭矩Tsk’”的步骤(步骤S10)与第一实施方式不同。

图13示出了考虑了车辆模型和电动助力转向装置的第二实施方式的模拟结果。图13示出了在车速为100kph，转向盘角为5deg，以0.2Hz进行转向时的转向盘角θh和扭力杆扭矩Tt的线图。图13的细线和粗线分别表示将截距Tr和斜度α的设定值设为下面的值的场合的使用了辅助图的初始梯度Kmap’[A/Nm]和SAT补偿兼虚拟弹簧常数Kb[Nm/deg]的情况。

细线：Tr＝0.5[Nm]，α＝0.2[Nm/deg]

粗线：Tr＝0.25[Nm]，α＝0.2[Nm/deg]

在本发明的第二实施方式中，根据如图13所示那样的所期望的特性(截距Tr和斜度α)倒算出斜度Kmap和SAT补偿兼虚拟弹簧常数Kb。也可以预先求出SAT补偿兼虚拟弹簧常数Kb和斜度Kmap，例如，也可以为与车速相对应的特性的图(map)。

还有，也可以也可以通过用于直接检测出转向盘角的角度传感器来获得转向盘角，或者，转向盘角也可以为基于电动机角度与减速比之间的关系求出的角度，或者，转向盘角也可以为基于柱轴角和扭力杆扭转角求出的角度。另外，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，或者，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。

在这里，将电动助力转向装置内的电流指令值运算单元所使用的辅助图的初始梯度设定为图5所示的Kmap’并且使用斜度变换系数Ci的话，则根据上述式1来计算出初始梯度Kmap’。因此，通过将摩擦扭矩Tf、扭转角系数Kt、SAT系数Ksat和斜度变换系数Ci作为已知值，设定所期望的截距Tr和斜度α，在柱轴角θc的场合，就可以使用式11、式12和式19来求出辅助图的初始梯度Kmap’和SAT补偿兼虚拟弹簧系数Kb，还有，在转向盘角θh的场合，就可以使用式11、式18和式19来求出辅助图的初始梯度Kmap’和SAT补偿兼虚拟弹簧系数Kb。此外，因为初始梯度Kmap’和SAT补偿兼虚拟弹簧系数Kb均随车速Vel而发生变化，所以针对预先设定好的复数个车速(下面，将其称为“设定车速”)Vs中的每一个车速，求出初始梯度Kmap’和SAT补偿兼虚拟弹簧系数Kb。

对本发明的控制装置所控制的电动助力转向装置进行说明。

与图2和图3相对应的图14示出了本发明的控制装置所控制的电动助力转向装置的结构示例第三实施方式，在本结构示例中，作为转向角度信息使用了柱轴角θc，设有用于输入车速Vel和柱轴角θc并且输出补偿信号Isk的SAT补偿单元兼虚拟弹簧补偿单元100。由SAT补偿单元兼虚拟弹簧补偿单元100计算出的补偿信号Isk被输入到加法单元33中以便进行加法处理，从而对电流指令值Iref2进行补偿。通过经SAT补偿兼虚拟弹簧补偿后得到的电流指令值Iref3来驱动电动机20。由控制装置60运算出的辅助图的初始梯度Kmap’和SAT补偿兼虚拟弹簧系数Kb与设定车速Vs一起被分别设定在电流指令值运算单元31和SAT补偿单元兼虚拟弹簧补偿单元100。

SAT补偿单元兼虚拟弹簧补偿单元100的结构例如为图15所示的结构。如图15所示，柱轴角θc被输入到设定了由控制装置60运算出的SAT补偿兼虚拟弹簧系数Kb的车速感应的增益单元101中，与SAT补偿兼虚拟弹簧系数Kb相乘后得到的SAT补偿兼虚拟弹簧补偿扭矩Tb[Nm]被输入到相位补偿单元102中。相位补偿单元102计算出经相位补偿后得到的虚拟弹簧扭矩Tsk[Nm]，虚拟弹簧扭矩Tsk[Nm]被输入到变换系数单元103中。变换系数单元103输出被换算成电流值的补偿信号Isk。

在柱轴(方向盘轴)2上设有扭力杆的电动助力转向装置中，例如图6所示那样的各种各样的传感器被安装在夹着扭力杆23的柱轴2上，检测出角度。检测出的柱轴角θc被输入到SAT补偿单元兼虚拟弹簧补偿单元100中。

在具有这样的结构的电动助力转向装置中，图9的流程图示出了其动作示例，在计算SAT补偿兼虚拟弹簧补偿扭矩Tb的时候(步骤S10)和在计算电流指令值Iref1的时候(步骤S41)，在设定车速Vs中没有与车速Vel一致的车速的情况下，使用相对于离车速Vel最近的设定车速的SAT补偿兼虚拟弹簧系数Kb和初始梯度Kmap’。作为转向角度信息使用了转向盘角θh的场合的结构和动作分别与上述的结构示例和动作示例相同。

本发明的控制装置如上所述那样运算出被分别设定在电流指令值运算单元31和SAT补偿单元兼虚拟弹簧补偿单元100的初始梯度Kmap和SAT补偿兼虚拟弹簧系数Kb。

下面，参照附图对本发明的控制装置(第三实施方式)的实施例进行说明。

图16是表示本发明的第1实施例的结构框图，在本第1实施例中，控制装置60具备数据输入单元61、控制参数运算单元62和存储单元63。

数据输入单元61具有键盘或书写板(tablet)等，取得所期望的转向特性的截距Tr以及斜度α和设定车速Vs。摩擦扭矩Tf、扭转角系数Kt、SAT系数Ksat和斜度变换系数Ci(下面，将它们合在一起称为“特性组成数据”)被存储在存储单元63中。控制参数运算单元62使用所期望的转向特性的截距Tr以及斜度α和被存储在存储单元63中的特性组成数据来计算出相对于设定车速Vs的控制参数(初始梯度Kmap’和SAT补偿兼虚拟弹簧系数Kb)。

在这样的结构中，参照图17的流程图对其动作示例(第1实施例)进行说明。

首先，数据输入单元61取得设定车速Vs、所期望的转向特性的截距Tr以及斜度α，并将它们输出到控制参数运算单元62(步骤S100)。控制参数运算单元62读取被存储在存储单元63中的特性组成数据(Tf、Kt、Ksat和Ci)(步骤S110)，使用被输入进来的截距Tr以及斜度α来计算出初始梯度Kmap’和SAT补偿兼虚拟弹簧系数Kb(步骤S120)。在计算初始梯度Kmap’和SAT补偿兼虚拟弹簧系数Kb的时候，在作为转向角使用了柱轴角θc的场合，使用式10、式11和式12，在作为转向角使用了转向盘角θh的场合，使用式11、式12和式18。

计算出的初始梯度Kmap’和SAT补偿兼虚拟弹簧系数Kb作为相对于设定车速Vs的控制参数被设定在电动助力转向装置9。

使用由本发明的控制装置计算出的控制参数并且考虑了车辆模型和电动助力转向装置的模拟结果与图13相同。

此外，尽管在上述第1实施例中只计算出控制参数，但也可以通过控制装置60来计算出电动助力转向装置9内的SAT补偿单元兼虚拟弹簧补偿单元100的相位补偿单元102的参数。例如，在利用一阶滤波器来实现相位补偿的情况下，通过设定传递函数的分子和分母的截止频率，就可以由控制装置60来计算出滤波器系数。在这种情况下，通过数据输入单元61来取得截止频率。通过这样做，就可以将电动助力转向装置9的动作所需要的参数放在一起计算。

尽管在第1实施例中只计算出相对于设定车速的控制参数，但也可以通过线性插值等来计算出相对于设定车速以外的车速的控制参数。例如，通过线性插值，基于相对于在设定车速中位于车速Vx的附近的设定车速Vs(n)以及Vs(n+1)的控制参数，来计算出相对于设定车速以外的车速Vx的控制参数。也就是说，在相对于设定车速Vs(n)以及Vs(n+1)的初始梯度为Kmap’(n)以及Kmap’(n+1)，相对于设定车速Vs(n)以及Vs(n+1)的SAT补偿兼虚拟弹簧系数为Kb(n)以及Kb(n+1)的情况下，通过下述式19和式20分别计算出相对于车速Vx的初始梯度Kmap’x和SAT补偿兼虚拟弹簧系数Kbx。

式19

式20

通过这样做，就可以容易地扩大对应可能的车速范围。

图18示出了具有该功能的本发明的第2实施例。在本第2实施例中，与图16所示的第1实施例相比，变更了控制参数运算单元和存储单元。也就是说，存储单元73除了特性组成数据之外，还存储设定车速Vs，同时还存储由控制参数运算单元72计算出的相对于设定车速Vs的控制参数。控制参数运算单元72使用被存储在存储单元73中的相对于设定车速Vs的控制参数，还计算出相对于设定车速Vs以外的车速Vx的控制参数。此外，也可以通过数据输入单元61来取得车速Vx，也可以预先决定车速Vx，还可以基于设定车速Vs来计算出车速Vx(例如，将设定车速的中间值作为Vx等)。

参照图19的流程图对第2实施例的动作示例进行说明。

首先，通过与第1实施例相同的动作，来计算出相对于设定车速Vs的初始梯度Kmap’和SAT补偿兼虚拟弹簧系数Kb(步骤S100～S120)。计算出的初始梯度Kmap’以及SAT补偿兼虚拟弹簧系数Kb和设定车速Vs被存储在存储单元73中(步骤S130)。然后，当计算出相对于所有的设定车速的初始梯度Kmap’和SAT补偿兼虚拟弹簧系数Kb之后(步骤S140)，控制参数运算单元72使用被存储在存储单元73中的Kmap’、Kb和Vs，通过基于式19和式20的线性插值，来计算出相对于设定车速Vs以外的车速Vx的初始梯度Kmap’x和SAT补偿兼虚拟弹簧系数Kbx(步骤S150)。

计算出的初始梯度Kmap’x和SAT补偿兼虚拟弹簧系数Kbx作为相对于车速Vx的控制参数，与相对于设定车速Vs的初始梯度Kmap’和SAT补偿兼虚拟弹簧系数Kb一起被设定在电动助力转向装置9。

此外，也可以通过电动助力转向装置9来计算出相对于车速Vx的控制参数。在电动助力转向装置9所输入的车速Vel不是设定车速Vs的情况下，例如，电流指令值运算单元31通过线性插值来计算出相对于车速Vel的初始梯度Kmap’x，SAT补偿单元兼虚拟弹簧补偿单元100通过线性插值来计算出相对于车速Vel的SAT补偿兼虚拟弹簧系数Kbx。通过这样做，就可以计算出与实际测量出的车速相对应的控制参数。

还有，也可以通过线性插值以外的插值方法来计算出相对于车速Vx的控制参数。例如，也可以通过诸如拉格朗日插值、牛顿插值之类的多项式插值来计算出相对于车速Vx的控制参数。通过这样做，就可以提高插值计算的精度。

通过将显示单元设置在本发明的控制装置，并且显示基于数据输入单元61所取得的截距Tr和斜度α描绘的特性图，这样就能够以易于理解的方式呈现所期望的转向特性。

图20示出了在图16所示的第1实施例中追加了显示单元的第3实施例。如图20所示，从数据输入单元61输出的截距Tr、斜度α和设定车速Vs被输入到控制参数运算单元62和显示单元64中。

图21示出了基于显示单元64的显示示例。在本显示示例中，还显示了为了计算出电动助力转向装置9内的SAT补偿单元兼虚拟弹簧补偿单元100的相位补偿单元102的参数而被设定的截止频率。

此外，也可以在显示单元64显示由控制参数运算单元62计算出的初始梯度和SAT补偿兼虚拟弹簧系数。

尽管在上述的第1实施例～第3实施例中，控制装置60和电动助力转向装置9是连接在一起的，但因为在由控制装置60运算出的控制参数被设定在电动助力转向装置9之后，直到需要进行重新设定为止，不需要控制装置60，所以也可以将控制装置60和电动助力转向装置9分开来。或者，也可以采用这样的方式，即，不连接控制装置60和电动助力转向装置9，控制装置60将运算出的控制参数写入到能够拆装的存储介质中，然后，电动助力转向装置9从该存储介质中读取控制参数。

附图标记说明

1 转向盘(方向盘)

2 柱轴(转向轴或方向盘轴)

10 扭矩传感器

12 车速传感器

13 电池

20 电动机

36 电流控制单元

37 PWM控制单元

38 逆变器

50 转向角运算单元

60 控制装置

63 存储单元

100、100A SAT补偿单元兼虚拟弹簧补偿单元

101、101A 增益单元

102 相位补偿单元

103 变换系数单元

Claims

1.一种电动助力转向装置，其使用根据车速来规定相对于转向扭矩的电流指令值的特性的辅助图来运算出所述电流指令值，基于所述电流指令值对电动机进行驱动，以便对在柱轴上具备了扭力杆的转向***进行辅助控制，其特征在于：

能够变更从所述辅助图的原点出发的斜度Kmap’，

具有用来检测出作为转向角度信息的转向盘角以及柱轴角的功能，

设有用于基于所述柱轴角或所述转向盘角、以及所述车速，用车速感应的SAT补偿兼虚拟弹簧常数与所述柱轴角或所述转向盘角相乘，来运算出SAT补偿兼虚拟弹簧扭矩，并且输出通过电流变换系数来变换所述SAT补偿兼虚拟弹簧扭矩后得到的补偿信号的SAT补偿单元兼虚拟弹簧补偿单元，

通过所述补偿信号对所述电流指令值进行补偿，

所述斜度Kmap’和所述SAT补偿兼虚拟弹簧常数基于定义在中心的缓慢转向时的所期望的转向特性的参数被设定。

2.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述SAT补偿单元兼虚拟弹簧补偿单元使用利用基于缓慢转向的近似关系式、使用了扭转角系数的扭力杆扭矩与扭力杆扭转角之间的第1关系式、使用了SAT系数的所述柱轴角或所述转向盘角与SAT值之间的第2关系式、使用了所述辅助图的斜度Kmap的辅助扭矩与所述扭力杆扭矩之间的第3关系式和使用了所述SAT补偿兼虚拟弹簧常数的所述SAT补偿兼虚拟弹簧扭矩与所述柱轴角或所述转向盘角之间的第4关系式导出的所述柱轴角或所述转向盘角与所述扭力杆扭矩之间的基本关系式导出的所述SAT补偿兼虚拟弹簧常数，来运算出所述SAT补偿兼虚拟弹簧扭矩。

3.根据权利要求2所述的电动助力转向装置，其特征在于：在通过将所述转向角度信息设为横轴并且将所述转向扭矩设为纵轴来表示所述基本关系式的情况下，求出转向扭矩相对于所述横轴的所述转向角度信息的斜度α和所述纵轴的截距，基于所述斜度α和所述截距导出所述斜度Kmap和所述SAT补偿兼虚拟弹簧常数。

4.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述SAT补偿单元兼虚拟弹簧补偿单元由增益单元、相位补偿单元和变换系数单元构成。

5.根据权利要求2所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述SAT补偿单元兼虚拟弹簧补偿单元由增益单元、相位补偿单元和变换系数单元构成。

6.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述转向角度信息在±30deg范围内。

7.根据权利要求2所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述转向角度信息在±30deg范围内。

8.根据权利要求4所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述转向角度信息在±30deg范围内。

9.根据权利要求3所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述SAT补偿单元兼虚拟弹簧补偿单元使用斜度变换系数和所述斜度Kmap来设定所述斜度Kmap’。

10.根据权利要求9所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述斜度Kmap’随所述车速而发生变化。

11.一种控制装置，其对通过使用根据车速来规定相对于转向扭矩的电流指令值的特性的辅助图来对在柱轴上具备了扭力杆的转向***进行辅助控制的电动助力转向装置进行控制，其特征在于：

具备用于基于定义在中心的缓慢转向时的所期望的转向特性的参数，运算出在所述电动助力转向装置所具备的用于输出通过电流变换系数来变换基于转向角度信息以及所述车速，通过与所述转向角度信息相乘而运算出的SAT补偿兼虚拟弹簧扭矩后得到的补偿信号的SAT补偿单元兼虚拟弹簧补偿单元中，在所述相乘中使用的SAT补偿兼虚拟弹簧系数和被设定在所述辅助图的初始梯度的控制参数运算单元。

12.根据权利要求11所述的控制装置，其特征在于：所述控制参数运算单元在通过将转向盘角或柱轴角设为横轴并且将所述转向扭矩设为纵轴来表示基于缓慢转向的近似关系式、使用了扭转角系数的所述转向扭矩与扭力杆扭转角之间的第1关系式、使用了SAT系数的柱轴角或转向盘角与SAT值之间的第2关系式、使用了辅助系数的辅助扭矩与所述转向扭矩之间的第3关系式和使用了所述SAT补偿兼虚拟弹簧系数的所述SAT补偿兼虚拟弹簧扭矩与所述转向角之间的第4关系式导出的所述转向盘角或所述柱轴角与所述转向扭矩之间的基本关系式的情况下，基于所述转向扭矩相对于所述横轴的所述转向盘角或所述柱轴角的斜度和所述纵轴的截距运算出所述SAT补偿兼虚拟弹簧系数和所述初始梯度。

13.根据权利要求12所述的控制装置，其特征在于：所述控制参数运算单元使用基于所述斜度和所述截距导出的所述辅助系数和斜度变换系数来运算出所述初始梯度。

14.根据权利要求12所述的控制装置，其特征在于：所述SAT补偿兼虚拟弹簧系数和所述初始梯度均随所述车速而发生变化。

15.根据权利要求14所述的控制装置，其特征在于：

针对复数个设定车速，通过所述控制参数运算单元来运算出所述SAT补偿兼虚拟弹簧系数和所述初始梯度，

针对所述设定车速以外的车速，使用相对于所述设定车速的所述SAT补偿兼虚拟弹簧系数和所述初始梯度来运算出所述SAT补偿兼虚拟弹簧系数和所述初始梯度。

16.根据权利要求15所述的控制装置，其特征在于：在所述电动助力转向装置中，运算出相对于所述设定车速以外的车速的所述SAT补偿兼虚拟弹簧系数和所述初始梯度。

17.根据权利要求12所述的控制装置，其特征在于：具备用于显示所述斜度和所述截距的显示单元。