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

發(fā)明內(nèi)容
電動式動力轉(zhuǎn)向控制裝置運(yùn)算馬達(dá)中流過的目標(biāo)電流信號，并且進(jìn)行電流控制以 使目標(biāo)電流信號與實(shí)際的電流值一致。關(guān)于電流控制，例如具有如專利文獻(xiàn)1所示對目 標(biāo)電流信號反饋由馬達(dá)電流檢測器檢測出的檢測電流信號的結(jié)構(gòu)、以及如非專利文獻(xiàn)1所 示針對根據(jù)從目標(biāo)轉(zhuǎn)矩基于線圈阻抗特性而運(yùn)算的沒有感應(yīng)電壓的情況下的控制量，通 過馬達(dá)轉(zhuǎn)速檢測器對感應(yīng)電壓進(jìn)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(zhuǎn)向)”自動車技術(shù)會學(xué)術(shù)講演會前刷集(汽車技術(shù)會學(xué)術(shù)演講會前刷 集)911911102、自動車技術(shù)會(汽車技術(shù)會)、1991年5月發(fā)行。以下，稱為非專利文獻(xiàn)1)。對于所述專利文獻(xiàn)1所示那樣的以往的電動式動力轉(zhuǎn)向控制裝置，由于使用了由 馬達(dá)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(xiàn)1所示那樣的進(jìn)行不使用 馬達(dá)電流檢測器的電流控制的情況下，無法推測馬達(dá)旋轉(zhuǎn)速度。另外，在所述專利文獻(xiàn)1中，還示出了代替檢測電流信號而使用目標(biāo)電流信號的 結(jié)構(gòu)例，但在該情況下，存在如下等的課題在由于線圈阻抗特性的溫度特性等而在線圈目 標(biāo)電流信號與實(shí)際的電流中產(chǎn)生了差異的情況下，無法進(jìn)行正確的馬達(dá)旋轉(zhuǎn)速度的推測。本發(fā)明是為了解決上述那樣的問題點(diǎn)而完成的，目的在于提供一種電動式動力轉(zhuǎn) 向控制裝置，即使不使用馬達(dá)電流檢測器也可以推測出正確的馬達(dá)旋轉(zhuǎn)速度并進(jìn)行阻尼控 制。本發(fā)明的電動式動力轉(zhuǎn)向控制裝置，具備轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩檢測單元，根據(jù)扭桿的相對角，檢測駕駛員所致的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩；轉(zhuǎn)矩控制器，根據(jù)由所述轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩檢測單元檢測出的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩信號，運(yùn)算輔助所 述轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩的輔助轉(zhuǎn)矩電流；
馬達(dá)，產(chǎn)生輔助所述轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩；旋轉(zhuǎn)速度推測單元，推測所述馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)速度；以及阻尼控制器，使用所述推測出的馬達(dá)旋轉(zhuǎn)速度的推測值，運(yùn)算相加到所述輔助轉(zhuǎn) 矩電流上的阻尼電流，所述電動式動力轉(zhuǎn)向控制裝置的特征在于，所述旋轉(zhuǎn)速度推測單元具備轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩用轉(zhuǎn)向分量去除單元，從所述轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩檢測單元的輸出中，去除轉(zhuǎn)向所 致的分量；旋轉(zhuǎn)角度相當(dāng)值運(yùn)算單元，對所述轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩用轉(zhuǎn)向分量去除單元的輸出乘以扭桿 的剛性的倒數(shù)和-1，運(yùn)算旋轉(zhuǎn)角度相當(dāng)值；以及旋轉(zhuǎn)角度微分器，對所述旋轉(zhuǎn)角度相當(dāng)值運(yùn)算單元的輸出進(jìn)行微分運(yùn)算而運(yùn)算旋 轉(zhuǎn)角速度相當(dāng)值。根據(jù)本發(fā)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(dá)電流檢測 器也可以推測出正確的馬達(dá)旋轉(zhuǎn)速度并進(jìn)行阻尼控制的電動式動力轉(zhuǎn)向控制裝置。


圖1是示出本發(fā)明的實(shí)施方式1的電動式動力轉(zhuǎn)向控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。圖2是示出實(shí)施方式1的算法的流程圖。圖3是示出相位補(bǔ)償器的特性的圖。符號說明1 轉(zhuǎn)矩傳感器；2 相位補(bǔ)償器；3 轉(zhuǎn)矩控制器；4 轉(zhuǎn)矩HPF ；5 旋轉(zhuǎn)速度運(yùn)算器； 6 阻尼控制器；7 加法器；8 電流控制器；9 馬達(dá)；10 感應(yīng)電壓旋轉(zhuǎn)速度運(yùn)算器；11 旋 轉(zhuǎn)速度HPF。
具體實(shí)施例方式以下，根據(jù)附圖，對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。實(shí)施方式1.圖1是示出本發(fā)明的實(shí)施方式1的電動式動力轉(zhuǎn)向控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。在該 圖中，1是對駕駛員進(jìn)行了轉(zhuǎn)向的情況下的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩進(jìn)行檢測的轉(zhuǎn)矩傳感器，2是對所述轉(zhuǎn) 矩傳感器1的輸出信號進(jìn)行相位補(bǔ)償來改善其頻率特性的相位補(bǔ)償器，3是根據(jù)相位補(bǔ)償 后的轉(zhuǎn)矩傳感器1的輸出來運(yùn)算輔助所述轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩的輔助轉(zhuǎn)矩電流的轉(zhuǎn)矩控制器，4是從 轉(zhuǎn)矩傳感器1的輸出中去除轉(zhuǎn)向頻率分量的轉(zhuǎn)向分量去除單元即轉(zhuǎn)矩高通濾波器(以下， 稱為轉(zhuǎn)矩HPF)，5是根據(jù)轉(zhuǎn)矩HPF輸出來運(yùn)算馬達(dá)旋轉(zhuǎn)速度的旋轉(zhuǎn)速度運(yùn)算器，6是根據(jù)所 述旋轉(zhuǎn)速度運(yùn)算器5的輸出來運(yùn)算用于對轉(zhuǎn)向的衰減特性進(jìn)行控制的阻尼電流的阻尼控 制器，7是對由轉(zhuǎn)矩控制器3運(yùn)算出的輔助轉(zhuǎn)矩電流、由阻尼控制器6運(yùn)算出的阻尼電流進(jìn) 行相加而運(yùn)算目標(biāo)電流的加法器。8是電流控制器，為了產(chǎn)生助力轉(zhuǎn)矩，以使馬達(dá)9中通電 的電流與所述目標(biāo)電流一致的方式，執(zhí)行例如通過線圈阻抗的逆特性對目標(biāo)電流進(jìn)行感應(yīng) 電壓補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)算，由此設(shè)定對馬達(dá)8的端子施加的驅(qū)動電壓指令值，例如作為PWM信號而進(jìn) 行輸出。
接下來，根據(jù)圖2的流程圖，對所述結(jié)構(gòu)的電動式動力轉(zhuǎn)向控制裝置的動作進(jìn)行 說明。在步驟SlOl中，將由相位補(bǔ)償器2相位補(bǔ)償后的轉(zhuǎn)矩傳感器1的輸出讀入到微型 機(jī)算計(jì)并存儲到存儲器中，在步驟S102中，讀入感應(yīng)電壓運(yùn)算值并存儲到存儲器中。例如 對于通過由微分器和低通濾波器等構(gòu)成的低頻微分器對分析器(resolver)等馬達(dá)旋轉(zhuǎn)角 傳感器輸出進(jìn)行微分而得到的低頻的馬達(dá)角速度信號乘以感應(yīng)電壓常數(shù)，從而運(yùn)算感應(yīng)電 壓。接下來，在步驟S103中，通過轉(zhuǎn)矩控制器3，讀入存儲在所述存儲器中的相位補(bǔ)償后的 轉(zhuǎn)矩傳感器輸出，對輔助轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行映射運(yùn)算并存儲到存儲器中。在步驟S104中，在轉(zhuǎn)矩HPF4中，讀入存儲在所述存儲器中的相位補(bǔ)償后的轉(zhuǎn)矩傳 感器輸出，進(jìn)行高通濾波的運(yùn)算，并作為轉(zhuǎn)矩HPF輸出而存儲到存儲器中，在步驟S105中， 在旋轉(zhuǎn)速度運(yùn)算器5中對轉(zhuǎn)矩HPF輸出乘以構(gòu)成轉(zhuǎn)矩傳感器的扭桿的剛性的倒數(shù)，并且乘 以-1，進(jìn)行馬達(dá)旋轉(zhuǎn)速度運(yùn)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(zhuǎn)速度運(yùn)算器輸出，并乘以控制增益，運(yùn)算阻尼電流并存儲到存儲器中。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(zhuǎn)矩電流與阻尼電流相加，作為目標(biāo)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(jù)目標(biāo)電流和感應(yīng)電壓運(yùn)算值來 進(jìn)行電流控制運(yùn)算，作為PWM信號而進(jìn)行輸出并驅(qū)動馬達(dá)9。針對每個(gè)控制采樣，反復(fù)進(jìn)行 所述步驟SlOl至S108的動作。另外，設(shè)為將在所述步驟S103中使用的表示轉(zhuǎn)矩傳感器輸 出與輔助轉(zhuǎn)矩電流的關(guān)系的映射(map)、在所述步驟S107中使用的用于運(yùn)算阻尼電流的控 制增益等的進(jìn)行目標(biāo)電流的運(yùn)算時(shí)需要的映射、比例系數(shù)等常數(shù)預(yù)先設(shè)定到ROM中。此處，對作為所述轉(zhuǎn)向分量去除單元的轉(zhuǎn)矩HPF4進(jìn)行說明。在轉(zhuǎn)矩傳感器中，如下式(1)所示，對于將扭桿的上側(cè)即把手角(handle angle) 設(shè)為θ h、將下側(cè)即馬達(dá)旋轉(zhuǎn)角設(shè)為θ c時(shí)的相對角，乘以扭桿的剛性Ks來檢測轉(zhuǎn)矩信號 Ts0Ts = Ks (eh-θ C)(1)此時(shí)，根據(jù)駕駛員所致的轉(zhuǎn)向來決定把手角eh。另外，關(guān)于馬達(dá)旋轉(zhuǎn)角，直至達(dá)到 馬達(dá)的響應(yīng)頻率的高頻進(jìn)行響應(yīng)。可知即使在馬達(dá)以高頻進(jìn)行振動那樣的情況下，由于把 手的慣性，把手角θ h與馬達(dá)旋轉(zhuǎn)角θ C相比也變得充分小。通常，駕駛員可以轉(zhuǎn)向的頻率是3Hz程度以下。另外，例如車道變換時(shí)的轉(zhuǎn)向頻率 是0. 2Hz附近，通常進(jìn)行這種低頻的轉(zhuǎn)向的情形較多。與此相對，容易產(chǎn)生轉(zhuǎn)向振蕩的頻率 頻帶是30Hz以上，可以進(jìn)行與轉(zhuǎn)向頻率間的頻率分離。因此，在產(chǎn)生轉(zhuǎn)向振蕩那樣的頻率區(qū)域中，把手角0}!被視為0。因此，轉(zhuǎn)矩信號 Ts成為下式，Ts = -Ks θ c (2)在產(chǎn)生轉(zhuǎn)向振蕩那樣的頻率區(qū)域中，如下式(3)所示，可以通過對轉(zhuǎn)矩信號Ts乘 以扭桿的剛性Ks的倒數(shù)和-1，得到馬達(dá)旋轉(zhuǎn)角θ c。θ c = -Ts/Ks (3)因此，通過用頻率分離器來構(gòu)成，可以得到去除了轉(zhuǎn)向分量的馬達(dá)旋轉(zhuǎn)角，其中， 該頻率分離器對由相位補(bǔ)償器2相位補(bǔ)償后的轉(zhuǎn)矩傳感器1的輸出進(jìn)行頻率分離，去除轉(zhuǎn) 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(shù)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(diǎn)頻率&對應(yīng)的周期(T3 = 1/(2 Jif3))、即高通 濾波器的時(shí)間常數(shù)。此時(shí)，如果將高通濾波器的拐點(diǎn)頻率f3設(shè)定得較低，則轉(zhuǎn)向所致的分量容易殘留， 如果設(shè)定得較高，則通過高通濾波器而得到的轉(zhuǎn)矩信號的轉(zhuǎn)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(diǎn)頻率f3設(shè)定為從通常進(jìn)行的轉(zhuǎn)向頻率到產(chǎn)生轉(zhuǎn)向振蕩的 頻率的范圍內(nèi)的某一個(gè)頻率，則可以使轉(zhuǎn)矩信號的轉(zhuǎn)向振蕩的頻率分量殘留而去除轉(zhuǎn)向頻 率分量。因此，在本實(shí)施方式1中，作為轉(zhuǎn)矩HPF4，瞄準(zhǔn)一般的駕駛員可轉(zhuǎn)向的最大頻率， 使用將拐點(diǎn)頻率f3設(shè)定在0. 2 30Hz的范圍內(nèi)的高通濾波器，得到去除了轉(zhuǎn)向分量的馬 達(dá)旋轉(zhuǎn)角。通過對此處得到的去除了轉(zhuǎn)向分量的馬達(dá)旋轉(zhuǎn)角進(jìn)行微分運(yùn)算，得到馬達(dá)的旋轉(zhuǎn) 速度。關(guān)于相位補(bǔ)償器2，在用傳遞函數(shù)來表示時(shí)如下式(5)所示，以從頻率fal = 1/ (2 π Tal)到fa2 = 1/(2 π Ta2)的范圍為中心而使相位超前。(Tals+l)/(Ta2s+l) (5)此處，fal表示相位補(bǔ)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(jié)束部分的頻率(參照圖3)。為了去除這個(gè)影響，也可以在轉(zhuǎn)矩HPF4的前級設(shè)置用于去除該影響的逆相位補(bǔ) 償器來使用。另外，通過使高通濾波器的時(shí)間常數(shù)T3與Tal —致，總體的傳遞函數(shù)成為下式，T3s/(Ta2s+l) (6)成為對微分器乘以低通濾波器后的特性。通常，fa2被設(shè)定為IOOHz以上的情況較多，所以在比轉(zhuǎn)向振蕩頻率充分高的情況 下，無需對由于A/D而使分辨率降低了的轉(zhuǎn)矩信號進(jìn)行微分運(yùn)算，就可以得到馬達(dá)的旋轉(zhuǎn) 速度。而且，在想要截?cái)嗟皖l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(shí)施方式1中，由于構(gòu)成為基于根據(jù)去除了所述轉(zhuǎn)向頻率分量后的轉(zhuǎn) 矩信號運(yùn)算出的旋轉(zhuǎn)速度來運(yùn)算阻尼電流，所以即使增大了表示轉(zhuǎn)矩傳感器輸出與輔助轉(zhuǎn) 矩電流的關(guān)系的映射的梯度即轉(zhuǎn)矩比例增益，也可以防止控制系統(tǒng)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(qiáng)地發(fā)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(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩。
權(quán)利要求
一種電動式動力轉(zhuǎn)向控制裝置，具備轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩檢測單元，根據(jù)扭桿的相對角，檢測駕駛員所致的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩；轉(zhuǎn)矩控制器，根據(jù)由所述轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩檢測單元檢測出的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩信號，運(yùn)算輔助所述轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩的輔助轉(zhuǎn)矩電流；馬達(dá)，產(chǎn)生輔助所述轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩；旋轉(zhuǎn)速度推測單元，推測所述馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)速度；以及阻尼控制器，使用所述推測出的馬達(dá)旋轉(zhuǎn)速度的推測值，運(yùn)算相加到所述輔助轉(zhuǎn)矩電流上的阻尼電流，所述電動式動力轉(zhuǎn)向控制裝置的特征在于，所述旋轉(zhuǎn)速度推測單元具備轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩用轉(zhuǎn)向分量去除單元，從所述轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩檢測單元的輸出中，去除轉(zhuǎn)向所致的分量；旋轉(zhuǎn)角度相當(dāng)值運(yùn)算單元，對所述轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩用轉(zhuǎn)向分量去除單元的輸出乘以扭桿的剛性的倒數(shù)和 1，運(yùn)算旋轉(zhuǎn)角度相當(dāng)值；以及旋轉(zhuǎn)角度微分器，對所述旋轉(zhuǎn)角度相當(dāng)值運(yùn)算單元的輸出進(jìn)行微分運(yùn)算而運(yùn)算旋轉(zhuǎn)角速度相當(dāng)值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動式動力轉(zhuǎn)向控制裝置，其特征在于，具備相位超前補(bǔ)償器，該相位超前補(bǔ)償器改善轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩檢測單元的頻率特性， 轉(zhuǎn)矩控制器根據(jù)相位超前補(bǔ)償后的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩檢測單元的輸出，運(yùn)算輔助所述轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩 的輔助轉(zhuǎn)矩電流，轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩用轉(zhuǎn)向分量去除單元從相位超前補(bǔ)償后的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩檢測單元的輸出中去除 轉(zhuǎn)向所致的分量，設(shè)定為使相位超前補(bǔ)償器的傳遞函數(shù)的分子的值與轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩用轉(zhuǎn)向分量 去除單元的傳遞函數(shù)的分母的值相同，所述旋轉(zhuǎn)速度推測單元通過對所述轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩用轉(zhuǎn)向分量去除單元的輸出乘以所述扭 桿的剛性的倒數(shù)和-ι來運(yùn)算旋轉(zhuǎn)角速度相當(dāng)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動式動力轉(zhuǎn)向控制裝置，其特征在于， 轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩用轉(zhuǎn)向分量去除單元由2級的高通濾波器構(gòu)成。
全文摘要
無需進(jìn)行電流檢測而可進(jìn)行阻尼控制，即使在目標(biāo)電流與實(shí)際的電流值不同時(shí)也可穩(wěn)定地進(jìn)行阻尼控制。一種電動式動力轉(zhuǎn)向控制裝置，具備檢測轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩檢測單元；運(yùn)算輔助轉(zhuǎn)矩電流的轉(zhuǎn)矩控制器；產(chǎn)生輔助轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩的馬達(dá)；推測馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)速度的旋轉(zhuǎn)速度推測單元；和使用馬達(dá)旋轉(zhuǎn)速度的推測值來運(yùn)算阻尼電流的阻尼控制器，其中旋轉(zhuǎn)速度推測單元具備從轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩檢測單元的輸出中去除轉(zhuǎn)向所致的分量的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩用轉(zhuǎn)向分量去除單元；對轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩用轉(zhuǎn)向分量去除單元輸出乘以扭桿的剛性的倒數(shù)和-1來運(yùn)算旋轉(zhuǎn)角度相當(dāng)值的旋轉(zhuǎn)角度相當(dāng)值運(yùn)算單元；和對旋轉(zhuǎn)角度相當(dāng)值運(yùn)算單元輸出進(jìn)行微分運(yùn)算而運(yùn)算旋轉(zhuǎn)角速度相當(dāng)值的旋轉(zhuǎn)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(yōu)先權(quán)日2008年4月4日
發(fā)明者喜福隆之, 栗重正彥, 永尾浩治 申請人:三菱電機(jī)株式會社