電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置及其增益設(shè)定方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置及其增益設(shè)定方法。在電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置中，ECU(12)包括旋轉(zhuǎn)角運(yùn)算部(41)、輔助轉(zhuǎn)矩指令值運(yùn)算部(42)、參考模型(43)、角度偏差運(yùn)算部(44)、PD控制部(45)、加法部(47)、以及設(shè)備觀察器(48)。以與表示電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置的舉動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程式對(duì)應(yīng)的特性方程式具有2重根的方式來(lái)設(shè)定在PD控制部(45)中使用的比例增益及微分增益、以及在設(shè)備觀察器(48)的第一增益乘法部及第二增益乘法部中使用的第一增益及第二增益。
【專利說(shuō)明】
電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置及其増益設(shè)定方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ] 本申請(qǐng)主張于2015年3月24日提交的日本專利申請(qǐng)2015-061155號(hào)的優(yōu)先權(quán)，并在 此引用其全部?jī)?nèi)容。
[0002 ]本發(fā)明涉及電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置(EPS)及其增益設(shè)定方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 作為電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置，已知有在轉(zhuǎn)向柱部配置有電動(dòng)馬達(dá)和減速機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向柱 輔助式電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置(以下稱為轉(zhuǎn)向柱式EPS)。轉(zhuǎn)向柱式EPS包括方向盤、轉(zhuǎn)向軸、中間 軸、轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)、電動(dòng)馬達(dá)、以及減速機(jī)構(gòu)等。轉(zhuǎn)向軸由與方向盤連結(jié)的輸入軸、與中間軸連結(jié) 的輸出軸、以及連結(jié)輸入軸與輸出軸的扭桿構(gòu)成。電動(dòng)馬達(dá)經(jīng)由減速機(jī)構(gòu)與輸出軸連結(jié)。
[0004] 在本說(shuō)明書中，所謂的轉(zhuǎn)向柱是指由方向盤、輸入軸、扭桿以及輸出軸構(gòu)成的部 分。另外，在本說(shuō)明書中，所謂的動(dòng)力轉(zhuǎn)向柱是指由方向盤、輸入軸、扭桿、輸出軸、減速機(jī) 構(gòu)、電動(dòng)馬達(dá)、以及電動(dòng)馬達(dá)的控制裝置構(gòu)成的部分。另外，在本說(shuō)明書中，所謂的一般的轉(zhuǎn) 向柱式EPS是指不具備補(bǔ)償減速機(jī)構(gòu)的摩擦的功能的轉(zhuǎn)向柱式EPS。
[0005] 在一般的轉(zhuǎn)向柱式EPS中，由電動(dòng)馬達(dá)產(chǎn)生的馬達(dá)轉(zhuǎn)矩(輔助轉(zhuǎn)矩)經(jīng)由減速機(jī)構(gòu) 被傳遞至輸出軸。被傳遞至輸出軸的輔助轉(zhuǎn)矩經(jīng)由中間軸被傳遞至例如包括齒輪齒條機(jī)構(gòu) 的轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)。減速機(jī)構(gòu)例如是由蝸桿和蝸輪構(gòu)成的蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)。由于在減速機(jī)構(gòu)中產(chǎn)生 的摩擦較大，所以存在轉(zhuǎn)向相對(duì)于轉(zhuǎn)向操縱輸入的響應(yīng)性因該摩擦的影響而惡化的可能 性。
[0006] 因此，為了使轉(zhuǎn)向相對(duì)于轉(zhuǎn)向操縱輸入的響應(yīng)性提高，開發(fā)出一種補(bǔ)償在減速機(jī) 構(gòu)中產(chǎn)生的摩擦的方法。最簡(jiǎn)單的摩擦補(bǔ)償方法是根據(jù)轉(zhuǎn)向操縱速度的符號(hào)將某恒定的摩 擦力加至輔助轉(zhuǎn)矩指令值的方法。
[0007] 在下述日本特開2003-170856號(hào)公報(bào)中公開有基于根據(jù)由轉(zhuǎn)矩傳感器檢測(cè)出的檢 測(cè)轉(zhuǎn)向操縱轉(zhuǎn)矩運(yùn)算出的輔助轉(zhuǎn)矩指令值、以及檢測(cè)轉(zhuǎn)向操縱轉(zhuǎn)矩來(lái)進(jìn)行摩擦補(bǔ)償?shù)姆?法。具體而言，基于輔助轉(zhuǎn)矩指令值來(lái)推斷減速機(jī)構(gòu)的摩擦力的大小?；跈z測(cè)轉(zhuǎn)向操縱轉(zhuǎn) 矩來(lái)決定減速機(jī)構(gòu)的摩擦力的符號(hào)。這樣推斷出減速機(jī)構(gòu)的摩擦力。然后，將推斷出的減速 機(jī)構(gòu)的摩擦力加至輔助轉(zhuǎn)矩指令值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的之一在于提供一種能夠補(bǔ)償在動(dòng)力轉(zhuǎn)向柱內(nèi)產(chǎn)生的摩擦，并且控制 系統(tǒng)成為非振動(dòng)且響應(yīng)性較快的系統(tǒng)的電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置以及電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置的增益 設(shè)定方法。
[0009] 作為本發(fā)明的一實(shí)施方式的電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置包括:動(dòng)力轉(zhuǎn)向柱，其包括電動(dòng)馬 達(dá)以及放大上述電動(dòng)馬達(dá)的馬達(dá)轉(zhuǎn)矩的減速機(jī)構(gòu);輔助轉(zhuǎn)矩指令值運(yùn)算部，其設(shè)定上述電 動(dòng)馬達(dá)的輔助轉(zhuǎn)矩指令值;觀察器，其使用假定為在上述動(dòng)力轉(zhuǎn)向柱中不產(chǎn)生摩擦并且使 用上述電動(dòng)馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)角的實(shí)測(cè)值以及模型修正用增益來(lái)修正特性的觀察器用模型，來(lái)運(yùn) 算上述動(dòng)力轉(zhuǎn)向柱的旋轉(zhuǎn)角的推斷值以及在上述動(dòng)力轉(zhuǎn)向柱內(nèi)產(chǎn)生的摩擦力的推斷值;參 考模型，其是假定為在上述動(dòng)力轉(zhuǎn)向柱中不產(chǎn)生摩擦的模型，其運(yùn)算上述動(dòng)力轉(zhuǎn)向柱的旋 轉(zhuǎn)角的目標(biāo)值;反饋操作量運(yùn)算部，其通過對(duì)上述動(dòng)力轉(zhuǎn)向柱的旋轉(zhuǎn)角目標(biāo)值與上述動(dòng)力 轉(zhuǎn)向柱的旋轉(zhuǎn)角推斷值的偏差進(jìn)行反饋運(yùn)算來(lái)運(yùn)算反饋操作量；馬達(dá)轉(zhuǎn)矩指令值運(yùn)算部， 其通過使用上述摩擦力推斷值以及上述反饋操作量修正上述輔助轉(zhuǎn)矩指令值來(lái)運(yùn)算馬達(dá) 轉(zhuǎn)矩指令值；以及馬達(dá)電流控制部，其以上述電動(dòng)馬達(dá)的馬達(dá)轉(zhuǎn)矩與上述馬達(dá)轉(zhuǎn)矩指令值 相等的方式控制流向上述電動(dòng)馬達(dá)的馬達(dá)電流。而且，以與表示上述電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置的 舉動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程式對(duì)應(yīng)的特性方程式具有2重根的方式設(shè)定在上述反饋操作量運(yùn)算部使用 的反饋增益以及在上述觀察器使用的上述模型修正用增益。
[0010] 動(dòng)力轉(zhuǎn)向柱的旋轉(zhuǎn)角可以是轉(zhuǎn)向柱軸(轉(zhuǎn)向軸）的旋轉(zhuǎn)角，也可以是電動(dòng)馬達(dá)的輸 出軸(馬達(dá)軸)的旋轉(zhuǎn)角。
[0011] 根據(jù)該結(jié)構(gòu)，運(yùn)算在動(dòng)力轉(zhuǎn)向柱內(nèi)產(chǎn)生的摩擦力的推斷值。然后，使用運(yùn)算出的摩 擦力推斷值和輔助轉(zhuǎn)矩指令值來(lái)運(yùn)算馬達(dá)轉(zhuǎn)矩指令值。由此，能夠補(bǔ)償在動(dòng)力轉(zhuǎn)向柱內(nèi)產(chǎn) 生的摩擦。另外，根據(jù)該結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)成為非振動(dòng)并且響應(yīng)性較快的系統(tǒng)的電動(dòng)動(dòng)力 轉(zhuǎn)向裝置。
[0012] 作為本發(fā)明的另一實(shí)施方式的電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置的增益設(shè)定方法是包括以下部 件的電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置的增益設(shè)定方法，上述電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置包括:動(dòng)力轉(zhuǎn)向柱，其包括 電動(dòng)馬達(dá)以及放大上述電動(dòng)馬達(dá)的馬達(dá)轉(zhuǎn)矩的減速機(jī)構(gòu);輔助轉(zhuǎn)矩指令值運(yùn)算部，其設(shè)定 上述電動(dòng)馬達(dá)的輔助轉(zhuǎn)矩指令值;觀察器，其使用假定為在上述動(dòng)力轉(zhuǎn)向柱中不產(chǎn)生摩擦 并且使用上述電動(dòng)馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)角的實(shí)測(cè)值以及模型修正用增益來(lái)修正特性的觀察器用模 型，來(lái)運(yùn)算上述動(dòng)力轉(zhuǎn)向柱的旋轉(zhuǎn)角的推斷值以及在上述動(dòng)力轉(zhuǎn)向柱內(nèi)產(chǎn)生的摩擦力的推 斷值;參考模型，其是假定為在上述動(dòng)力轉(zhuǎn)向柱中不產(chǎn)生摩擦的模型，其運(yùn)算上述動(dòng)力轉(zhuǎn)向 柱的旋轉(zhuǎn)角的目標(biāo)值;反饋操作量運(yùn)算部，其通過對(duì)上述動(dòng)力轉(zhuǎn)向柱的旋轉(zhuǎn)角目標(biāo)值與上 述動(dòng)力轉(zhuǎn)向柱的旋轉(zhuǎn)角推斷值的偏差進(jìn)行反饋運(yùn)算來(lái)運(yùn)算反饋操作量;馬達(dá)轉(zhuǎn)矩指令值運(yùn) 算部，其通過使用上述摩擦力推斷值以及上述反饋操作量修正上述輔助轉(zhuǎn)矩指令值來(lái)運(yùn)算 馬達(dá)轉(zhuǎn)矩指令值；以及馬達(dá)電流控制部，其以上述電動(dòng)馬達(dá)的馬達(dá)轉(zhuǎn)矩與上述馬達(dá)轉(zhuǎn)矩指 令值相等的方式控制流向上述電動(dòng)馬達(dá)的馬達(dá)電流。而且，以與表示上述電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝 置的舉動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程式對(duì)應(yīng)的特性方程式具有2重根的方式設(shè)定在上述反饋操作量運(yùn)算部 使用的反饋增益以及在上述觀察器使用的上述模型修正用增益。
[0013] 動(dòng)力轉(zhuǎn)向柱的旋轉(zhuǎn)角可以是轉(zhuǎn)向柱軸(轉(zhuǎn)向軸）的旋轉(zhuǎn)角，也可以是電動(dòng)馬達(dá)的輸 出軸（馬達(dá)軸）的旋轉(zhuǎn)角。根據(jù)該方法，能夠?qū)崿F(xiàn)控制系統(tǒng)成為非振動(dòng)并且響應(yīng)性較快的系 統(tǒng)的電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置。
【附圖說(shuō)明】
[0014] 通過以下參照附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行的詳細(xì)描述，本發(fā)明前述的和其 它的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)得以進(jìn)一步明確。其中，附圖標(biāo)記表示本發(fā)明的要素，其中：
[0015] 圖1是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式所涉及的轉(zhuǎn)向柱式EPS的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0016] 圖2是表示圖1的ECU的電氣結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)圖。
[0017] 圖3是表示設(shè)備觀察器的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0018]圖4是表示摩擦力推斷部的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0019 ]圖5是表不一般的轉(zhuǎn)向柱式EPS的模擬模型(完全EPS模型）的結(jié)構(gòu)的不意圖。
[0020]圖6是表示蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)的嚙合模型的示意圖。
[0021]圖7是表示函數(shù)Fc(dh)的曲線圖。
[0022]圖8是表示函數(shù)FN(dh)的曲線圖。
[0023]圖9是表示將圖5內(nèi)的動(dòng)力轉(zhuǎn)向柱的模型進(jìn)一步簡(jiǎn)化而成的模擬模型（簡(jiǎn)易EPS模 型）的結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0024] 圖10是表示具有彈簧、質(zhì)量、阻尼元件的一個(gè)質(zhì)點(diǎn)系的模型的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 以下，參照附圖對(duì)將本發(fā)明應(yīng)用于轉(zhuǎn)向柱式EPS的情況的實(shí)施方式詳細(xì)地進(jìn)行說(shuō) 明。
[0026]圖1是表示本發(fā)明的一實(shí)施方式所涉及的轉(zhuǎn)向柱式EPS的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0027] 轉(zhuǎn)向柱式EPS1具備用于操控車輛的作為轉(zhuǎn)向操縱部件的方向盤2、與該方向盤2的 旋轉(zhuǎn)連動(dòng)來(lái)使轉(zhuǎn)舵輪3轉(zhuǎn)舵的轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)4、以及用于輔助駕駛員的轉(zhuǎn)向操縱的轉(zhuǎn)向操縱輔助 機(jī)構(gòu)5。方向盤2和轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)4經(jīng)由轉(zhuǎn)向軸6、第一萬(wàn)向節(jié)28、中間軸7以及第二萬(wàn)向節(jié)29機(jī)械 連結(jié)。
[0028] 轉(zhuǎn)向軸6包括與方向盤2連結(jié)的輸入軸8、以及與中間軸7連結(jié)的輸出軸9。輸入軸8 和輸出軸9經(jīng)由扭桿10在同一軸線上以能夠相對(duì)旋轉(zhuǎn)的方式連結(jié)。即，若方向盤2被旋轉(zhuǎn)，則 輸入軸8和輸出軸9相互相對(duì)旋轉(zhuǎn)并且向同一方向旋轉(zhuǎn)。輸出軸9經(jīng)由第一萬(wàn)向節(jié)28與中間 軸7連結(jié)。
[0029] 在轉(zhuǎn)向軸6的周圍設(shè)置有轉(zhuǎn)矩傳感器11。轉(zhuǎn)矩傳感器11基于輸入軸8和輸出軸9的 相對(duì)旋轉(zhuǎn)位移量來(lái)檢測(cè)施加至扭桿10的扭桿轉(zhuǎn)矩(轉(zhuǎn)向操縱轉(zhuǎn)矩)Ttb。由轉(zhuǎn)矩傳感器11檢測(cè) 出的扭桿轉(zhuǎn)矩Ttb被輸入至電子控制單元(ECU) 12。
[0030] 轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)4由包括小齒輪軸13和作為轉(zhuǎn)舵軸的齒條軸14的齒輪齒條機(jī)構(gòu)構(gòu)成。在 齒條軸14的各端部經(jīng)由橫拉桿15以及轉(zhuǎn)向節(jié)臂（圖示略)連結(jié)有轉(zhuǎn)舵輪3。小齒輪軸13經(jīng)由 第二萬(wàn)向節(jié)29與中間軸7連結(jié)。小齒輪軸13與方向盤2的轉(zhuǎn)向操縱連動(dòng)而旋轉(zhuǎn)。在小齒輪軸 13的前端連結(jié)有小齒輪16。
[0031 ]齒條軸14沿汽車的左右方向（與前進(jìn)方向正交的方向）以直線狀延伸。在齒條軸14 的軸向的中間部形成有與小齒輪16嚙合的齒條17。通過該小齒輪16以及齒條17,小齒輪軸 13的旋轉(zhuǎn)被轉(zhuǎn)換為齒條軸14的軸向移動(dòng)。通過使齒條軸14在軸向移動(dòng)，能夠使轉(zhuǎn)舵輪3轉(zhuǎn) 舵。
[0032] 若轉(zhuǎn)向操縱(旋轉(zhuǎn))方向盤2，則該旋轉(zhuǎn)經(jīng)由轉(zhuǎn)向軸6以及中間軸7被傳遞至小齒輪 軸13。然后，小齒輪軸13的旋轉(zhuǎn)通過小齒輪16以及齒條17被轉(zhuǎn)換為齒條軸14的軸向移動(dòng)。由 此，轉(zhuǎn)舵輪3被轉(zhuǎn)舵。
[0033] 轉(zhuǎn)向操縱輔助機(jī)構(gòu)5包括用于產(chǎn)生轉(zhuǎn)向操縱輔動(dòng)力的電動(dòng)馬達(dá)18、以及用于放大 電動(dòng)馬達(dá)18的輸出轉(zhuǎn)矩并傳遞至轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)4的減速機(jī)構(gòu)19。減速機(jī)構(gòu)19由包括蝸桿20、和與 該蝸桿20嚙合的蝸輪21的蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)構(gòu)成。減速機(jī)構(gòu)19被收納在作為傳遞機(jī)構(gòu)殼體的蝸 輪蝸桿殼體22內(nèi)。以下，存在用i表示減速機(jī)構(gòu)19的減速比(傳動(dòng)比）的情況。減速比i被定義 為蝸桿20的角速度〇 wg與蝸輪21的角速度〇 ww的比〇 wg/ 〇胃。
[0034]蝸桿20被電動(dòng)馬達(dá)18旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。另外，蝸輪21與轉(zhuǎn)向軸6以能夠同方向旋轉(zhuǎn)的方式 連結(jié)。蝸輪21被蝸桿20旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。
[0035]通過駕駛員轉(zhuǎn)向操縱方向盤2,蝸桿20被電動(dòng)馬達(dá)18旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。由此，蝸輪21被旋 轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，向轉(zhuǎn)向軸6賦予馬達(dá)轉(zhuǎn)矩并且轉(zhuǎn)向軸6旋轉(zhuǎn)。然后，轉(zhuǎn)向軸6的旋轉(zhuǎn)經(jīng)由中間軸7被傳 遞至小齒輪軸13。小齒輪軸13的旋轉(zhuǎn)被轉(zhuǎn)換為齒條軸14的軸向移動(dòng)。由此，轉(zhuǎn)舵輪3被轉(zhuǎn)舵。 即，能夠通過利用電動(dòng)馬達(dá)18旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)蝸桿20來(lái)實(shí)現(xiàn)基于電動(dòng)馬達(dá)18的轉(zhuǎn)向操縱輔助。
[0036] 作為施加至減速機(jī)構(gòu)19的轉(zhuǎn)矩，有基于電動(dòng)馬達(dá)18的馬達(dá)轉(zhuǎn)矩和馬達(dá)轉(zhuǎn)矩以外的 外部轉(zhuǎn)矩。馬達(dá)轉(zhuǎn)矩以外的外部轉(zhuǎn)矩包括由駕駛員施加至方向盤2的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩（driver torque)、以及從轉(zhuǎn)舵輪3側(cè)施加至齒條軸14(減速機(jī)構(gòu)19)的負(fù)荷轉(zhuǎn)矩（負(fù)載負(fù)荷）。驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn) 矩被作為扭桿轉(zhuǎn)矩Ttb檢測(cè)。
[0037] 電動(dòng)馬達(dá)18的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角(轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角)通過解析器等旋轉(zhuǎn)角傳感器25來(lái)檢測(cè)。 另外，車速通過車速傳感器26來(lái)檢測(cè)。旋轉(zhuǎn)角傳感器25的輸出信號(hào)以及由車速傳感器26檢 測(cè)出的車速V被輸入至E⑶12。電動(dòng)馬達(dá)18被作為馬達(dá)控制裝置的E⑶12控制。
[0038]圖2是表示E⑶12的電氣結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)圖。
[0039] E⑶12通過與由轉(zhuǎn)矩傳感器11檢測(cè)出的扭桿轉(zhuǎn)矩Ttb、由車速傳感器26檢測(cè)出的車 速V以及基于旋轉(zhuǎn)角傳感器25的輸出運(yùn)算出的電動(dòng)馬達(dá)18的旋轉(zhuǎn)角0m相應(yīng)地驅(qū)動(dòng)電動(dòng)馬達(dá) 18，來(lái)實(shí)現(xiàn)與轉(zhuǎn)向操縱狀況相應(yīng)的適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)向操縱輔助。另外，ECU 12通過驅(qū)動(dòng)控制電動(dòng)馬 達(dá)18來(lái)實(shí)現(xiàn)用于減少動(dòng)力轉(zhuǎn)向柱內(nèi)的摩擦的影響的摩擦補(bǔ)償。在本實(shí)施方式中，電動(dòng)馬達(dá) 18是有刷直流馬達(dá)。以下，將轉(zhuǎn)向軸(轉(zhuǎn)向柱軸)6的旋轉(zhuǎn)角稱為轉(zhuǎn)向柱旋轉(zhuǎn)角0。轉(zhuǎn)向軸6的 旋轉(zhuǎn)角是動(dòng)力轉(zhuǎn)向柱的旋轉(zhuǎn)角的一個(gè)例子。
[0040] E⑶12具備微型計(jì)算機(jī)40、被微型計(jì)算機(jī)40控制并向電動(dòng)馬達(dá)18供給電力的驅(qū)動(dòng) 電路(H橋電路)31、用于檢測(cè)流向電動(dòng)馬達(dá)18的電流（以下稱為馬達(dá)電流)的電流檢測(cè)用電 阻(分流電阻)32以及電流檢測(cè)電路33。
[0041] 微型計(jì)算機(jī)40具備CPU以及存儲(chǔ)器(R0M、RAM、非易失性存儲(chǔ)器等），并通過執(zhí)行規(guī) 定的程序來(lái)作為多個(gè)功能處理部發(fā)揮作用。該多個(gè)功能處理部包括旋轉(zhuǎn)角運(yùn)算部41、輔助 轉(zhuǎn)矩指令值運(yùn)算部42、參考模型43、角度偏差運(yùn)算部44、PD(比例微分)控制部45、第一減速 比除法部46、加法部47、設(shè)備觀察器48、第二減速比除法部49、電流指令值運(yùn)算部50、電流偏 差運(yùn)算部51、PI (比例積分)控制部52、以及脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制部53。
[0042]旋轉(zhuǎn)角運(yùn)算部41基于旋轉(zhuǎn)角傳感器25的輸出信號(hào)來(lái)運(yùn)算電動(dòng)馬達(dá)18的輸出軸的 旋轉(zhuǎn)角（以下稱為馬達(dá)旋轉(zhuǎn)角）Qm。
[0043]輔助轉(zhuǎn)矩指令值運(yùn)算部42基于由車速傳感器26檢測(cè)出的車速V以及由轉(zhuǎn)矩傳感器 11檢測(cè)出的扭桿轉(zhuǎn)矩Ttb來(lái)運(yùn)算輔助轉(zhuǎn)矩指令值Ta。
[0044] 參考模型43基于扭桿轉(zhuǎn)矩Ttb和輔助轉(zhuǎn)矩指令值1來(lái)運(yùn)算假定為在動(dòng)力轉(zhuǎn)向柱內(nèi) 不產(chǎn)生摩擦的情況下的、轉(zhuǎn)向柱旋轉(zhuǎn)角 0的目標(biāo)值（以下稱為轉(zhuǎn)向柱旋轉(zhuǎn)角目標(biāo)值。）沒。以 下，將在動(dòng)力轉(zhuǎn)向柱內(nèi)不產(chǎn)生摩擦的虛擬的轉(zhuǎn)向柱式EPS模型稱為無(wú)摩擦轉(zhuǎn)向柱式EPS模 型。參考模型43由無(wú)摩擦轉(zhuǎn)向柱式EPS模型構(gòu)成。下述無(wú)摩擦轉(zhuǎn)向柱式EPS模型。
[0045] 角度偏差運(yùn)算部44運(yùn)算從參考模型43輸出的轉(zhuǎn)向柱旋轉(zhuǎn)角目標(biāo)值#與從下述的設(shè) 備觀察器48輸出的轉(zhuǎn)向柱旋轉(zhuǎn)角推斷值|的角度偏差A(yù)0 ( =〇_歹）。
[0046] PD控制部45對(duì)由角度偏差運(yùn)算部44運(yùn)算出的角度偏差A(yù) 0進(jìn)行PD運(yùn)算。具體而言，若將 比例增益設(shè)為kp，將微分增益設(shè)為kv，則PD控制部45進(jìn)行fk p ( #-.吞）.+k；v (dP/dt-d^/dt)} 的運(yùn)算。第一減速比除法部46通過將PD控制部45的運(yùn)算結(jié)果除以減速機(jī)構(gòu)19的減速比i來(lái) 運(yùn)算第一輔助轉(zhuǎn)矩修正值T a, ?。
[0047] 第二減速比除法部49通過將由設(shè)備觀察器48運(yùn)算出的摩擦力推斷值//N ( dh ) 除以減速機(jī)構(gòu)19的減速比i來(lái)運(yùn)算第二輔助轉(zhuǎn)矩修正值Ta,FC(摩擦補(bǔ)償值）。下述設(shè)備觀察 器48的動(dòng)作。
[0048] 加法部47通過將由輔助轉(zhuǎn)矩指令值運(yùn)算部42運(yùn)算出的輔助轉(zhuǎn)矩指令值Ta、由第一 減速比除法部46運(yùn)算出的第一輔助轉(zhuǎn)矩修正值1, PD、以及由第二減速比除法部49運(yùn)算出的 第二輔助轉(zhuǎn)矩修正值Ta,Fe相加來(lái)運(yùn)算馬達(dá)轉(zhuǎn)矩指令值T mc。
[0049] 電流指令值運(yùn)算部50通過將由加法部47運(yùn)算出的馬達(dá)轉(zhuǎn)矩指令值Tmc除以電動(dòng)馬 達(dá)18的轉(zhuǎn)矩常量來(lái)運(yùn)算電流指令值I m*。電流偏差運(yùn)算部51運(yùn)算由電流指令值運(yùn)算部50運(yùn) 算出的電流指令值與由電流檢測(cè)電路33檢測(cè)出的實(shí)際馬達(dá)電流I m的偏差A(yù) Im( = Im*-Im) II控制部52通過對(duì)由電流偏差運(yùn)算部51運(yùn)算出的電流偏差A(yù) Im進(jìn)行PI運(yùn)算來(lái)運(yùn)算應(yīng)對(duì) 電動(dòng)馬達(dá)18施加的電壓指令值。
[0050] PMW控制部53生成與由PI控制部52運(yùn)算出的電壓指令值對(duì)應(yīng)的占空比的PWM信號(hào)， 并賦予給馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路31。馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路31是H橋電路，包括多個(gè)功率元件。這些多個(gè)功率 元件基于由PMW控制部賦予的PWM信號(hào)導(dǎo)通截止，從而與上述電壓指令值相應(yīng)的電壓被施加 至電動(dòng)馬達(dá)18。
[0051 ]電流偏差運(yùn)算部51以及PI控制部52構(gòu)成電流反饋控制單元。通過該電流反饋控制 單元的動(dòng)作，被控制為流向電動(dòng)馬達(dá)18的馬達(dá)電流接近電流指令值Im *。
[0052] 圖3是表示設(shè)備觀察器(plant observer)48的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0053]設(shè)備觀察器48包括由無(wú)摩擦轉(zhuǎn)向柱式EPS模型構(gòu)成的觀察器用模型61、第三減速 比除法部62、角度偏差運(yùn)算部63、第一增益乘法部64、馬達(dá)速度運(yùn)算部65、第四減速比除法 部66、角速度偏差運(yùn)算部67、第二增益乘法部68、以及摩擦力推斷部69。
[0054] 向觀察器用模型61輸入由摩擦力推斷部69運(yùn)算出的摩擦力推斷值/7N ( 3h)、 由轉(zhuǎn)矩傳感器11檢測(cè)出的扭桿轉(zhuǎn)矩Ttb、由加法部47(參照?qǐng)D2)運(yùn)算出的馬達(dá)轉(zhuǎn)矩指令值 Tmc、第一模型修正項(xiàng)1P. A 0、以及第二模型修正項(xiàng)lv. A ?。觀察器用模型61基于這些輸 入來(lái)運(yùn)算假定為在動(dòng)力轉(zhuǎn)向柱內(nèi)不產(chǎn)生摩擦的情況下的、轉(zhuǎn)向柱旋轉(zhuǎn)角推斷值I以及轉(zhuǎn)向 柱角速度推斷值G ( =d^7dt),并且運(yùn)算負(fù)荷轉(zhuǎn)矩(負(fù)載負(fù)荷)Tls。
[0055] 向摩擦力推斷部69輸入由轉(zhuǎn)矩傳感器11檢測(cè)出的扭桿轉(zhuǎn)矩Ttb、由加法部47(參照 圖2)運(yùn)算出的馬達(dá)轉(zhuǎn)矩指令值T mc、由觀察器用模型61運(yùn)算出的負(fù)荷轉(zhuǎn)矩Tls以及轉(zhuǎn)向柱角 速度推斷值G ( edg/dth摩擦力推斷部69使用這些輸入來(lái)運(yùn)算在動(dòng)力轉(zhuǎn)向柱內(nèi)產(chǎn)生 的摩擦力的推斷值即摩擦力推斷值哀N ( Ih )。下述摩擦力推斷部69的詳細(xì)內(nèi)容。
[0056]第三減速比除法部62通過將由旋轉(zhuǎn)角運(yùn)算部41運(yùn)算出的電動(dòng)馬達(dá)18的旋轉(zhuǎn)角0m 除以減速機(jī)構(gòu)19的減速比i ( = ? wg/ ?胃)來(lái)運(yùn)算實(shí)際轉(zhuǎn)向柱旋轉(zhuǎn)角9。
[0057]角度偏差運(yùn)算部63運(yùn)算由第三減速比除法部62運(yùn)算出的實(shí)際轉(zhuǎn)向柱旋轉(zhuǎn)角0與由 觀察器用模型61運(yùn)算出的轉(zhuǎn)向柱旋轉(zhuǎn)角推斷值備的角度偏差A(yù)〇( =e-歹）。第一增益乘法 部64通過將由角度偏差運(yùn)算部63運(yùn)算出的角度偏差A(yù) 0乘以預(yù)先設(shè)定的第一增益1P來(lái)運(yùn)算 第一模型修正項(xiàng)(位置)lp ? A 9。
[0058]馬達(dá)速度運(yùn)算部65通過對(duì)由旋轉(zhuǎn)角運(yùn)算部41運(yùn)算出的馬達(dá)旋轉(zhuǎn)角0m進(jìn)行時(shí)間微 分來(lái)運(yùn)算電動(dòng)馬達(dá)18的轉(zhuǎn)子的角速度（以下稱為實(shí)際馬達(dá)角速度com)。
[0059] 第四減速比除法部66通過將由馬達(dá)速度運(yùn)算部65運(yùn)算出的實(shí)際馬達(dá)角速度《?除 以減速機(jī)構(gòu)19的減速比i ( = ? wg/ w胃)來(lái)運(yùn)算實(shí)際轉(zhuǎn)向柱角速度《 (= d0/dt)。
[0060]角速度偏差運(yùn)算部67運(yùn)算由第四減速比除法部66運(yùn)算出的實(shí)際轉(zhuǎn)向柱角速度《 與由觀察器用模型61運(yùn)算出的轉(zhuǎn)向柱角速度推斷值沄的角速度偏差厶? (= 00-fT)九第 二增益乘法部68通過將由角速度偏差運(yùn)算部67運(yùn)算出的角速度偏差A(yù) ?乘以預(yù)先設(shè)定的 第二增益lv來(lái)運(yùn)算第二模型修正項(xiàng)(速度)lv ? A ?。
[00611第一模型修正項(xiàng)(位置）1P ? A 0以及第二模型修正項(xiàng)（速度）lv ? A ?用于修正觀 察器用模型61的特性(構(gòu)造）。即，以由觀察器用模型61運(yùn)算出的轉(zhuǎn)向柱旋轉(zhuǎn)角推斷值歹與 實(shí)際轉(zhuǎn)向柱旋轉(zhuǎn)角9相等，由觀察器用模型61運(yùn)算出的轉(zhuǎn)向柱角速度推斷值?與實(shí)際轉(zhuǎn)向 柱角速度《相等的方式修正觀察器用模型61的特性(構(gòu)造）。
[0062]從設(shè)備觀察器48輸出由觀察器用模型61運(yùn)算出的轉(zhuǎn)向柱旋轉(zhuǎn)角推斷值吞、以及由 摩擦力推斷部69運(yùn)算出的摩擦力推斷值( Hhh [0063]圖4是表示摩擦力推斷部69的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0064]摩擦力推斷部69包括正壓力運(yùn)算部71、摩擦系數(shù)推斷部72、以及摩擦力運(yùn)算部73。 摩擦力推斷部69使用轉(zhuǎn)向柱式EPS的模擬模型以及摩擦模型來(lái)推斷在動(dòng)力轉(zhuǎn)向柱內(nèi)產(chǎn)生的 摩擦力。對(duì)在摩擦力推斷部69中利用的轉(zhuǎn)向柱式EPS的模擬模型以及摩擦模型進(jìn)行說(shuō)明。 [00 65]圖5是表不一般的轉(zhuǎn)向柱式EPS的模擬模型（以下稱為完全EPS模型。）的結(jié)構(gòu)的不 意圖。
[0066]該完全EPS模型91是4個(gè)自由度的模型。該完全EPS模型91的輸入有馬達(dá)轉(zhuǎn)矩指令 值Tm。、方向盤2上的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tsw、通過下部軸傳遞的負(fù)荷轉(zhuǎn)矩Tis、以及未圖示的車速V。能夠 檢測(cè)扭桿轉(zhuǎn)矩Ttb、馬達(dá)軸的旋轉(zhuǎn)角0 ms以及車速V。
[0067]該完全EPS模型91包括4個(gè)慣性，即，方向盤的慣性、蝸輪的慣性、蝸桿的慣性、以及 馬達(dá)軸的慣性。由蝸桿以及蝸輪構(gòu)成減速機(jī)構(gòu)(蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)）。驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tsw以及負(fù)載負(fù)荷 Tis分別被直接施加至方向盤以及蝸輪。馬達(dá)轉(zhuǎn)矩指令值Tmc被賦予給ECU內(nèi)的馬達(dá)電流控制 器(Current controller)。該模擬模型91所包括的ECU是不具備摩擦補(bǔ)償功能的一般的 ECU。例如，該ECU基于扭桿轉(zhuǎn)矩Ttb和車速V來(lái)運(yùn)算馬達(dá)轉(zhuǎn)矩指令值Tm。，并以流向電動(dòng)馬達(dá)的 電流和與馬達(dá)轉(zhuǎn)矩指令值T m。對(duì)應(yīng)的電流值相等的方式進(jìn)行反饋控制。
[0068] 在圖5中，J表示慣性。0表示旋轉(zhuǎn)角。d0/dt表示角速度或者速度。k表示剛性系數(shù) (彈性系數(shù)）。(：表示粘性系數(shù)。作為摩擦，考慮減速機(jī)構(gòu)的嚙合部的摩擦?&胃^^^，忽略其 它的摩擦例如軸承等的摩擦。角標(biāo)sw表示方向盤，tb表示扭桿，ww表示蝸輪，wg表示蝸桿，ms 表示馬達(dá)軸。
[0069] 4個(gè)慣性的運(yùn)動(dòng)方程式通過下式(1)~(4)來(lái)表示。
[0070] ?方向盤
[0071 ] ? ^W) ^ 1 ^
[0072] ?蝸輪 r^ ^#綱式?.助知(獲《_ 費(fèi)輸》+細(xì)壤級(jí)'、~參娜） f ^ v
[0073] -----i2) *r-*?,???? ^r-* to
[0074] ?蝸桿 rnn7t--, 餓：fef財(cái)? 錢罐》+%?#_?# ----- ^ 3) LUU/o J 丄印、
[0076] ?輔助馬達(dá)轉(zhuǎn)子
[0077] w 鄉(xiāng)卜知(K^)-hi .
[0078] Tc,?以及心^表示蝸輪以及蝸桿間的相互作用轉(zhuǎn)矩。式⑵以及(3)的相互作用轉(zhuǎn) 矩Tc,ww以及T c,wg能夠使用圖6所示的蝸桿與蝸輪的嚙合模型來(lái)運(yùn)算。
[0079] 在圖6中，x軸以及y軸是蝸桿以及蝸輪的節(jié)圓上的嚙合點(diǎn)處的切線。另外，z軸是沿 著蝸輪蝸桿共用的徑向的方向。蝸輪的旋轉(zhuǎn)與y方向的移動(dòng)對(duì)應(yīng)，蝸桿的旋轉(zhuǎn)與x方向的移 動(dòng)對(duì)應(yīng)。假定為壓力角0總是恒定。并且，假定為齒面的摩擦力在導(dǎo)程角Y的方向上作用。
[0080] 在EPS系統(tǒng)停止時(shí)，因預(yù)負(fù)荷F0,與蝸輪嚙合的蝸桿的齒在蝸輪的上下的2個(gè)點(diǎn)接 觸。將這樣的狀態(tài)稱為二點(diǎn)接觸狀態(tài)。
[0081] 蝸輪與蝸桿之間的相互作用力Fe,、、.".、尹e, wg由在兩個(gè)接觸點(diǎn)i = l、2處產(chǎn)生的 正壓力N :xx (x.x.=. ww:，w.g)以及摩擦力Fxx.構(gòu)成。相互作用力F c, _.、F c,. w:g 通過下式(5)、（6)來(lái)表示。
[0082] 暮體雄令_ +警1娜+今-，：6)
[0083] 正壓力xx因通過系數(shù)kc的彈簧表示的材料變形而生成。上側(cè)彈簧以及下側(cè)彈 簧的壓縮量分別以hi = (h0+dh) +以及h2= (h〇-dh)+來(lái)表示。ho是在系統(tǒng)的停止時(shí)因預(yù)負(fù)荷 而生成的壓縮量，dh是相對(duì)的齒的位置。（A)+是若A 2 0則(A) + = A，若A<0則(A) + = 0的函 數(shù)。正壓力1^，: xx以及正壓力投2, xx分別通過下式(7)、（8)來(lái)表示。
[0084] wsr|| ** ^ dh^ { 7 )
[0085] II | ^ ^ ------^ 8 )
[0086] 若上側(cè)彈簧或者下側(cè)彈簧的壓縮量為零，則接觸點(diǎn)消失。將兩個(gè)接觸中的一方消 失時(shí)的狀態(tài)稱為一點(diǎn)接觸狀態(tài)。
[0087] 如下式(9)所示那樣，系統(tǒng)停止時(shí)的壓縮量ho為與預(yù)負(fù)荷F〇、剛性系數(shù)k。以及壓力 角0相應(yīng)的值。
[0088] h〇 = F〇/2kcsin(0)***(9)
[0089] 如下式(10)所示那樣，相對(duì)的位移dh是蝸輪與蝸桿的相對(duì)的旋轉(zhuǎn)角的函數(shù)。
[0090] dh = rWgQwgsin( y )-rwffQwffC〇s( y )."(10)
[0091 ] rwg是蝸桿的節(jié)圓半徑。rww是蝸輪的節(jié)圓半徑。
[0092] 摩擦力Ffl,xx使用正壓力||Nhxs||和摩擦系數(shù)y(假定為在2點(diǎn)相等），通過下式（11) 來(lái)表示。
[0093] #*爲(wèi)_ 從私|__|------- (11)
[0094] 上述式(5)、（6)通過使用上述式(7)、（8)以及（11)并被投影至運(yùn)動(dòng)軸，而被改寫為 下式（12)、（13)。
[0095] Fcy,ww=Fc(dh)cos( Y )cos(0)_liFN(dh)sin( Y )...(12)
[0096] Fcx,wg = -Fc(dh)sin( y )cos(0)-]iFN(dh)cos( y )---(13)
[0097]這里，&(此)是等效接觸力^〃((111)是等效正壓力，分別通過下式（14)、（15)來(lái)表 不。
[0098] Fc(dh) =kc( (ho+dh)+-(h〇-dh) + ) ??? (14)
[0099] FN(dh) = kc( (ho+dh)++(hO_dh) + ) ??? (15)
[0100] 圖7表示函數(shù)Fc(dh)。圖8表示函數(shù)FN(dh)。在圖7以及圖8中，2cp表示| dh | < 0的二 點(diǎn)接觸狀態(tài)，1 cp表示| dh | > 0的一點(diǎn)接觸狀態(tài)。
[0101]最后，如下式（16)、（17)所示那樣，相互作用力?％胃、？"^{；被乘以節(jié)圓半徑而被轉(zhuǎn) 換為轉(zhuǎn)矩T。, ww、Tc, wg。
[0102] Tc,ww=rwwFcy,ww-- - (16)
[0103] Tc,wg = rwwFcx,wg---(17)
[0104] 對(duì)為了運(yùn)算蝸輪蝸桿的嚙合部的摩擦系數(shù)y而使用的摩擦模型進(jìn)行說(shuō)明。在本實(shí) 施方式中，作為摩擦模型使用LuGre模型?；贚uGre模型的摩擦系數(shù)y使用兩物體間的滑動(dòng) 速度v s和刷的撓曲量P并通過下式(18)來(lái)表示。
[0107] g ( Vs ) = yc+ (iiba-iic) 9A
[0108] A = -( | vs | /vsb)2
[0109] 這里，y。是庫(kù)倫摩擦系數(shù)。yba是最大摩擦系數(shù)。Vsb是產(chǎn)生斯特里貝克效應(yīng)的滑動(dòng)速 度。〇〇是刷的剛性系數(shù)。W是刷的衰減系數(shù)。〇 2是粘性摩擦系數(shù)。這6個(gè)參數(shù)通過實(shí)驗(yàn)求出。作 為L(zhǎng)uGre模型的輸入的滑動(dòng)速度^通過下式(19)來(lái)表示。
[0110] vs = rww ? d9ww/dt ? sin( y )+rwg ? d9wg/dt ? cos( y )---(19) 在本實(shí)施方式中，摩擦力推斷部69使用將圖5的完全EPS模型91簡(jiǎn)化而成的模擬模 型（以下稱為簡(jiǎn)易EPS模型92。）來(lái)推斷動(dòng)力轉(zhuǎn)向柱內(nèi)的摩擦(補(bǔ)償對(duì)象的摩擦）。
[0112]圖9是表示簡(jiǎn)易EPS模型92的結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0113]在該簡(jiǎn)易EPS模型92中，視作馬達(dá)轉(zhuǎn)矩指令值!^。與馬達(dá)軸轉(zhuǎn)矩Tms相等。另外，在該 簡(jiǎn)易EPS模型92中，視作馬達(dá)軸的旋轉(zhuǎn)角0^與蝸桿的旋轉(zhuǎn)角0wg相等。
[0114] 0ms = 0wg---(2〇)
[0115] 在該簡(jiǎn)易EPS模型92中，如下式(21)所示那樣，視作蝸輪的旋轉(zhuǎn)角0胃與減速比i和 蝸桿的旋轉(zhuǎn)角9wg的積相等。
[0116] 9ww(t) = i9wg⑴…（21)
[0117] 在該簡(jiǎn)易EPS模型92中，如下式（22)所示那樣，減速比i使用蝸輪以及蝸桿的節(jié)圓 半徑rww、rWg和導(dǎo)程角y來(lái)表示。
[0118] i = (rww/rwg) ? cot( y )---(22)
[0119] 即，在該簡(jiǎn)易EPS模型92中，慣性的個(gè)數(shù)被減少至該轉(zhuǎn)向柱的旋轉(zhuǎn)角為0的單一的 慣性>1=了'"+12(了\^+3〇13)。
[0120] 雖然蝸輪以及蝸桿被組合為一個(gè)，但由于接觸狀態(tài)給摩擦力帶來(lái)影響，所以運(yùn)算 接觸狀態(tài)的影響。
[0121]在該簡(jiǎn)易EPS模型92中，直接輸入扭桿轉(zhuǎn)矩Ttb。因此，不包括方向盤。不測(cè)定朝向下 部軸的逆輸入（負(fù)荷轉(zhuǎn)矩)Tls。然而，負(fù)荷轉(zhuǎn)矩Tls能夠經(jīng)由車輛模型來(lái)測(cè)定。作為最初的方 法，簡(jiǎn)單的彈簧-阻尼軸被作為車輪的自校正反饋的代表使用。負(fù)荷轉(zhuǎn)矩T ls通過下式(23)來(lái) 表不。
[0122] Tis = -k9-c(d9/dt)-- - (23)
[0123] k以及c分別是車輛模型的剛性系數(shù)以及粘性系數(shù)。
[0124] 用于簡(jiǎn)易EPS模型92的蝸輪蝸桿的嚙合部的滑動(dòng)速度vs使用上述式（19)、（21)、 (22)通過下式(24)來(lái)表示。
[0125] vs = rww(d9/dt)/sin( y )---(24)
[0126] 在簡(jiǎn)易EPS模型92中，上述運(yùn)動(dòng)方程式(2)、（3)、（4)通過下式(25)來(lái)表示。
[0127] ^ -f - b§ ^
[0128] 這里，y是摩擦系數(shù)。另外，N(dh)是與減速機(jī)構(gòu)的負(fù)荷狀態(tài)dh相應(yīng)的等效正壓力轉(zhuǎn) 矩（以下稱為正壓力N(dh)。），通過下式(26)來(lái)表示。
[0129] N(dh) = {rww/sin( Y )}FN(dh)…（26)
[0130] 返回至圖4,正壓力運(yùn)算部71運(yùn)算正壓力N(dh)。
[0131] 蝸輪上的外部轉(zhuǎn)矩Tww是Tww=Ttb+Tis。在蝸桿側(cè)，慣性是Jwg+Jms，外部轉(zhuǎn)矩是馬達(dá)軸 轉(zhuǎn)矩Tms。另外，在穩(wěn)定狀態(tài)下，成為9ww= i 9wg= i 9ms。
[0132] 若將這些式子應(yīng)用于上述運(yùn)動(dòng)方程式(2)、（3)、（4)，則得到下式(27)。
[0133] (l/Jww_)(Tww+rwwC〇s( Y )cos(0)Fc(dh)_rwwlisin( Y )FN(dh))
[0134] =
[0135] =
[0136] (l/i(Jwg+Jms))(Tms-rWgsin( y )cos(0)Fc(dh)-rwglicos( y )FN(dh))---(27)
[0137] 若假定為與正壓力的項(xiàng)FC(dh)相比能夠忽略摩擦項(xiàng)yFN(dh) (yFN(dh) = 0)，則Fc (dh)通過下式(28)來(lái)表示。
[0138] Fc(dh) = iJwwTms-i2(Jwg+Jms)(Tww)/(r?cos( y )cos(0)J)---(28)
[0139] 正壓力運(yùn)算部71根據(jù)上述式（28)和上述式（14)(參照?qǐng)D7的曲線圖）來(lái)運(yùn)算dh。另 外，正壓力運(yùn)算部71通過將求出的dh和根據(jù)上述式(9)求出的ho代入至上述式（15)來(lái)運(yùn)算F N (dh)。然后，正壓力運(yùn)算部71通過將FN(dh)代入至上述式(26)來(lái)運(yùn)算正壓力N(dh)(正壓力 推斷值1\ ( 3h))。
[0140] 摩擦系數(shù)推斷部72基于上述式(24)來(lái)運(yùn)算滑動(dòng)速度Vs。此時(shí)，作為上述式(24)的d e/dt，使用由觀察器用模型61運(yùn)算出的轉(zhuǎn)向柱角速度推斷值然后，摩擦系數(shù)推斷部72通 過將得到的滑動(dòng)速度Vs代入至上述式（18)來(lái)運(yùn)算摩擦系數(shù)推斷值只。摩擦力運(yùn)算部73通過 將由正壓力運(yùn)算部71運(yùn)算出的正壓力推斷值N ( 3h)乘以由摩擦系數(shù)推斷部72運(yùn)算出 的摩擦系數(shù)推斷值S來(lái)運(yùn)算摩擦力的推斷值(df> )。
[0141] 在上述實(shí)施方式中，摩擦力推斷部69基于考慮了在減速機(jī)構(gòu)19中產(chǎn)生的摩擦的簡(jiǎn) 易EPS模型92來(lái)推斷在減速機(jī)構(gòu)19中產(chǎn)生的摩擦。然后，使用推斷出的摩擦和輔助轉(zhuǎn)矩指令 值來(lái)運(yùn)算馬達(dá)轉(zhuǎn)矩指令值。由此，能夠補(bǔ)償在減速機(jī)構(gòu)19中產(chǎn)生的摩擦。
[0142] 作為參考模型43以及觀察器用模型61，在本實(shí)施方式中，使用從圖9所示的簡(jiǎn)易 EPS模型92去除了動(dòng)力轉(zhuǎn)向柱內(nèi)的摩擦yN(dh)的模型。
[0143] 以下，對(duì)在控制部45中使用的比例增益kP及微分增益kv(反饋增益）、在設(shè)備觀察 器48內(nèi)的第一增益乘法部64中使用的第一增益1 P(模型修正用增益）以及在設(shè)備觀察器48 內(nèi)的第二增益乘法部68中使用的第二增益lv(模型修正用增益)的設(shè)定方法進(jìn)行說(shuō)明。
[0144] 圖10表示具有彈簧、質(zhì)量以及阻尼元件的一質(zhì)點(diǎn)系的模型。
[0145] 該模型的運(yùn)動(dòng)方程式通過下式(29)來(lái)表示。
[0146] m ? d2x/dt+c ? dx/dt+kx = f---(29)
[0147] 這里，m是質(zhì)量，c是衰減系數(shù)，k是彈性系數(shù)（剛性系數(shù)），d2x/dt是加速度，dx/dt是 速度，x是位移，f是外力。
[0148] 若對(duì)式(29)進(jìn)行拉普拉斯變換，則得到下式(30)。
[0149] (ms2+cs+k)X = F--- (30)
[0150] 這里，X是位移的拉普拉斯變換，F(xiàn)是外力的拉普拉斯變換，s是拉普拉斯算子。
[0151] 傳遞函數(shù)H(s)通過下式(31)來(lái)表示。
[0152] H(s)=X(s)/F(s) = l/ (ms2+cs+k)-- - (31)
[0153] 式(31)的右邊的分母被稱為特性方程式(ms2+cs+k = 0)。
[0154] 特性方程式的根通過下式(32)來(lái)表示。
[0155] s = }/2m... (32)
[0156] 特性方程式的根為2重根的情況為振動(dòng)與非振動(dòng)的邊界(臨界衰減）。
[0157] 若將臨界衰減系數(shù)設(shè)為cc = 2，(mk)，將衰減比設(shè)為G = c/CC，則特性方程式通過 下式(33)來(lái)表示。
[0158] s2+2C(k/m) ? s+k/m=0...(33)
[0159] 并且，若將coQ =，(k/m)設(shè)為固有角振動(dòng)數(shù)則特性方程式通過下式(34)來(lái)表 不。
[0160] s2+2^ to 〇s+to o2 = 〇--- (34)
[0161] 在臨界衰減時(shí)(G = l)，式(34)成為下式(35)。
[0162] s2+2?〇s+?〇2 = 〇---(35)
[0163] 在臨界衰減時(shí)(G = 1 )，系統(tǒng)的響應(yīng)性較快，且成為非振動(dòng)。
[0164] 在本實(shí)施方式中，將臨界衰減時(shí)的響應(yīng)性作為目標(biāo)的響應(yīng)性來(lái)設(shè)定比例增益kP、 微分增益kv、第一增益1 P以及第二增益lv。
[0165] 參照?qǐng)D2,用簡(jiǎn)易EPS模型92表示本實(shí)施方式的控制對(duì)象(設(shè)備）的情況下的、本實(shí) 施方式的閉環(huán)系統(tǒng)(控制對(duì)象以及控制器)的運(yùn)動(dòng)方程式通過下式(36)、（37)、（38)、（39)來(lái) 表;^ D
[0166] ?/設(shè)-練一 -+ 多一茲》+知(發(fā)一設(shè))兵漢辦參漢 一13場(chǎng)
[0167] J^C# - #) -1)^ W -1) + ^0 - i}-H3D ** ?
[0168] 嫌T如.一…? .竊魏
[0169] T = Ttb+iTa------(39)
[0170] 式(36)是控制對(duì)象的運(yùn)動(dòng)方程式，式(37)是設(shè)備觀察器48的運(yùn)動(dòng)方程式，式(38) 是參考模型43的運(yùn)動(dòng)方程式。式(36)的右邊的PN表示摩擦力推斷值pN(d￡ ),_表示 實(shí)際摩擦力yN(dh)。#N_M N是摩擦補(bǔ)償誤差。
[0171] 將Cj) = 0-沒定義為設(shè)備觀察器48的誤差，將$ =吞-J定義為設(shè)備觀察器48與參考 模型43之間的誤差。
[0172] 使用f以及$，并根據(jù)上述3個(gè)運(yùn)動(dòng)方程式(36)、（37)、（38)來(lái)生成表示控制系統(tǒng) 的舉動(dòng)的兩個(gè)方程式(40)、（41)。
[0173] /麥 + (C + ffgiV +. ')穸 + (& .十 Ijj)貨 as +兵|/ -辦卜一M40)
[0174] /羲 + + 女v)參 + (靶十 %伊 + ' ^41)
[0175] 與各式(40)、（41)對(duì)應(yīng)的特性方程式分別通過下式(42)、（43)來(lái)表示。
[0176] s2+{(c+〇2N+lv)/J}s+(k+lP)/J = 0---(42)
[0177] s2+{ (c+kv)/J}s+(k+kP)/J = 0???( 43)
[0178]若以特性方程式(42)、（43)具有2重根(負(fù)的實(shí)數(shù))的方式設(shè)定比例增益kP、微分增 益kv、第一增益1P以及第二增益lv，則得到臨界衰減的響應(yīng)性。為了特性方程式(42)具有S = _C1(C1為正的實(shí)數(shù))的2重根，需要下式(44)成立，為了特性方程式(43)具有s = -C2(C2為 正的實(shí)數(shù))的2重根，需要下式(45)成立。
[0179] (s-(-C1))2 = s2+2C1 ? s+C12 = 0---(44)
[0180] (s-(-C2))2 = s2+2C2 ? s+C22 = 0---(45)
[0181] 若比較式(42)和式(44)的系數(shù)，則得到下式(46)，若比較式(43)和式(45)的系數(shù)， 則得到下式(47)。
[0184] 對(duì)C1設(shè)定所希望的值，并根據(jù)式(46)來(lái)決定第一增益1P以及第二增益lv。同樣，對(duì) C2設(shè)定所希望的值，并根據(jù)式(47)來(lái)決定比例增SkP以及微分增益kv<Xl以及C2是設(shè)計(jì)目標(biāo) 的響應(yīng)性的參數(shù)。
[0185] 通過這樣地決定比例增益kP、微分增益kv、第一增益1P以及第二增益l v來(lái)實(shí)現(xiàn)響應(yīng) 性快、且非振動(dòng)的控制系統(tǒng)。
[0186] 在上述的實(shí)施方式中，將轉(zhuǎn)向軸(轉(zhuǎn)向柱軸)6的旋轉(zhuǎn)角設(shè)為轉(zhuǎn)向柱旋轉(zhuǎn)角0，但也 可以將電動(dòng)馬達(dá)18的旋轉(zhuǎn)角（馬達(dá)軸)設(shè)為轉(zhuǎn)向柱旋轉(zhuǎn)角0。
[0187] 另外，在上述的實(shí)施方式中，電動(dòng)馬達(dá)18是有刷直流馬達(dá)，但例如也可以是三相無(wú) 刷馬達(dá)等有刷直流馬達(dá)以外的電動(dòng)馬達(dá)。
[0188] 應(yīng)予說(shuō)明，本發(fā)明能夠在要求保護(hù)的范圍所記載的事項(xiàng)的范圍內(nèi)實(shí)施各種的設(shè)計(jì) 變更。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置，包括： 動(dòng)力轉(zhuǎn)向柱，其包括電動(dòng)馬達(dá)以及放大上述電動(dòng)馬達(dá)的馬達(dá)轉(zhuǎn)矩的減速機(jī)構(gòu)； 輔助轉(zhuǎn)矩指令值運(yùn)算部，其設(shè)定上述電動(dòng)馬達(dá)的輔助轉(zhuǎn)矩指令值； 觀察器，其使用假定為在上述動(dòng)力轉(zhuǎn)向柱中不產(chǎn)生摩擦并且使用上述電動(dòng)馬達(dá)的旋轉(zhuǎn) 角的實(shí)測(cè)值以及模型修正用增益來(lái)修正特性的觀察器用模型，來(lái)運(yùn)算上述動(dòng)力轉(zhuǎn)向柱的旋 轉(zhuǎn)角的推斷值以及在上述動(dòng)力轉(zhuǎn)向柱內(nèi)產(chǎn)生的摩擦力的推斷值； 參考模型，其是假定為在上述動(dòng)力轉(zhuǎn)向柱中不產(chǎn)生摩擦的模型，其運(yùn)算上述動(dòng)力轉(zhuǎn)向 柱的旋轉(zhuǎn)角的目標(biāo)值； 反饋操作量運(yùn)算部，其通過對(duì)上述動(dòng)力轉(zhuǎn)向柱的旋轉(zhuǎn)角目標(biāo)值與上述動(dòng)力轉(zhuǎn)向柱的旋 轉(zhuǎn)角推斷值的偏差進(jìn)行反饋運(yùn)算來(lái)運(yùn)算反饋操作量； 馬達(dá)轉(zhuǎn)矩指令值運(yùn)算部，其通過使用上述摩擦力推斷值以及上述反饋操作量修正上述 輔助轉(zhuǎn)矩指令值來(lái)運(yùn)算馬達(dá)轉(zhuǎn)矩指令值;以及 馬達(dá)電流控制部，其以上述電動(dòng)馬達(dá)的馬達(dá)轉(zhuǎn)矩與上述馬達(dá)轉(zhuǎn)矩指令值相等的方式控 制流向上述電動(dòng)馬達(dá)的馬達(dá)電流，其特征在于， 以與表示上述電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置的舉動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程式對(duì)應(yīng)的特性方程式具有2重根的 方式設(shè)定在上述反饋操作量運(yùn)算部使用的反饋增益以及在上述觀察器使用的上述模型修 正用增益。2. -種增益設(shè)定方法，其特征在于， 是包括以下部件的電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置的增益設(shè)定方法，上述電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置包括： 動(dòng)力轉(zhuǎn)向柱，其包括電動(dòng)馬達(dá)以及放大上述電動(dòng)馬達(dá)的馬達(dá)轉(zhuǎn)矩的減速機(jī)構(gòu)； 輔助轉(zhuǎn)矩指令值運(yùn)算部，其設(shè)定上述電動(dòng)馬達(dá)的輔助轉(zhuǎn)矩指令值； 觀察器，其使用假定為在上述動(dòng)力轉(zhuǎn)向柱中不產(chǎn)生摩擦并且使用上述電動(dòng)馬達(dá)的旋轉(zhuǎn) 角的實(shí)測(cè)值以及模型修正用增益來(lái)修正特性的觀察器用模型，來(lái)運(yùn)算上述動(dòng)力轉(zhuǎn)向柱的旋 轉(zhuǎn)角的推斷值以及在上述動(dòng)力轉(zhuǎn)向柱內(nèi)產(chǎn)生的摩擦力的推斷值； 參考模型，其是假定為在上述動(dòng)力轉(zhuǎn)向柱中不產(chǎn)生摩擦的模型，其運(yùn)算上述動(dòng)力轉(zhuǎn)向 柱的旋轉(zhuǎn)角的目標(biāo)值； 反饋操作量運(yùn)算部，其通過對(duì)上述動(dòng)力轉(zhuǎn)向柱的旋轉(zhuǎn)角目標(biāo)值與上述動(dòng)力轉(zhuǎn)向柱的旋 轉(zhuǎn)角推斷值的偏差進(jìn)行反饋運(yùn)算來(lái)運(yùn)算反饋操作量； 馬達(dá)轉(zhuǎn)矩指令值運(yùn)算部，其通過使用上述摩擦力推斷值以及上述反饋操作量修正上述 輔助轉(zhuǎn)矩指令值來(lái)運(yùn)算馬達(dá)轉(zhuǎn)矩指令值;以及 馬達(dá)電流控制部，其以上述電動(dòng)馬達(dá)的馬達(dá)轉(zhuǎn)矩與上述馬達(dá)轉(zhuǎn)矩指令值相等的方式控 制流向上述電動(dòng)馬達(dá)的馬達(dá)電流， 以與表示上述電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置的舉動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程式對(duì)應(yīng)的特性方程式具有2重根的 方式設(shè)定在上述反饋操作量運(yùn)算部使用的反饋增益以及在上述觀察器使用的上述模型修 正用增益。
【文檔編號(hào)】B62D5/04GK106004989SQ201610160439
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年3月21日
【發(fā)明人】弗雷德里克·威廉, 田村勉, 羅伯特·富克斯, 菲利普·馬爾豪普特
【申請(qǐng)人】株式會(huì)社捷太格特