電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向設(shè)備的制作方法
【專利摘要】提供了一種電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向設(shè)備?？刂圃O(shè)備基于轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩Th來計(jì)算第一輔助分量Ta1?？刂圃O(shè)備基于理想模型來根據(jù)轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩Th和第一輔助分量Ta1計(jì)算轉(zhuǎn)角命令值θp*，執(zhí)行用于使實(shí)際的轉(zhuǎn)角θp與轉(zhuǎn)角命令值θp*相匹配的轉(zhuǎn)角反饋控制，并計(jì)算第二輔助分量Ta2?？刂圃O(shè)備將第二輔助分量Ta2加到第一輔助分量Ta1上以計(jì)算輔助命令值Tas。當(dāng)實(shí)際的轉(zhuǎn)角θp與轉(zhuǎn)角命令值θp*之間的偏差Δθp在允許范圍之外時(shí)，控制設(shè)備改變理想模型，以從輔助命令值Tas中去除第二輔助分量Ta2并且增強(qiáng)轉(zhuǎn)角反饋控制系統(tǒng)的收斂。
【專利說明】電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向設(shè)備，該設(shè)備用于向車輛的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)施加電機(jī)的輔助轉(zhuǎn)矩以輔助司機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)向操作。
【背景技術(shù)】
[0002]在日本專利4453012中描述了這種電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向設(shè)備。日本專利4453012中的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向設(shè)備設(shè)置有用于基于轉(zhuǎn)向角來設(shè)置目標(biāo)轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩的第一參考模型、和用于基于轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩來設(shè)置轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的目標(biāo)轉(zhuǎn)角的第二參考模型?；谟蛇@兩個(gè)參考模型(理想模型)設(shè)置的控制信號(hào)(輔助命令值)來控制對電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。在這樣的情況下，執(zhí)行轉(zhuǎn)矩反饋控制以使實(shí)際的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩遵循目標(biāo)轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩。然后將通過轉(zhuǎn)矩反饋控制獲得的第一輔助分量包括在輔助命令值中，以使得可以總是將轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩設(shè)置在最佳值處。此外，執(zhí)行轉(zhuǎn)角反饋控制以使實(shí)際轉(zhuǎn)角遵循目標(biāo)轉(zhuǎn)角。然后將通過轉(zhuǎn)角反饋控制獲得的第二輔助分量包括在輔助命令值中，以使得可以抵消轉(zhuǎn)向輪(steerable wheel)的反向輸入振動(dòng)。
[0003]然而，對于日本專利4453012中描述的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向設(shè)備，在執(zhí)行轉(zhuǎn)角反饋控制時(shí)，實(shí)際轉(zhuǎn)角與目標(biāo)轉(zhuǎn)角之間的偏差有時(shí)顯著增大。在這樣的情況下，控制變得不穩(wěn)定。也就是說，當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)角與目標(biāo)轉(zhuǎn)角之間的偏差太大時(shí)，無法施加與偏差對應(yīng)的輔助轉(zhuǎn)矩。當(dāng)在這樣的情形下繼續(xù)進(jìn)行轉(zhuǎn)角反饋控制時(shí)，引起輔助轉(zhuǎn)矩的不足并且無法計(jì)算適合的目標(biāo)轉(zhuǎn)角。相應(yīng)地，控制變得不穩(wěn)定。在這樣的情況下，期望從輔助命令值中去除第二輔助分量以便穩(wěn)定控制。還期望在從輔助命令值中去除第二輔助命令值的情況下繼續(xù)計(jì)算第二輔助分量。以這樣的方式，當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)角與目標(biāo)轉(zhuǎn)角之間的偏差的增大被減小并且第二輔助分量再次被包括在輔助命令值中時(shí)，可以縮短轉(zhuǎn)角反饋控制的建立時(shí)間。
[0004]另一方面，當(dāng)如上所述第二輔助分量被從輔助命令值中去除時(shí)，控制系統(tǒng)的特性大幅改變。此處，鑒于控制系統(tǒng)中的收斂而設(shè)置理想模型。然而，當(dāng)控制系統(tǒng)的特性改變時(shí)，變得難以確保收斂并且可能在理想模型中出現(xiàn)自激振動(dòng)。當(dāng)在理想模型中發(fā)生自激振動(dòng)時(shí)，無法計(jì)算適合的目標(biāo)轉(zhuǎn)角。因此，當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)角與目標(biāo)轉(zhuǎn)角之間的偏差的增大被減小并且第二輔助分量再次被包括在輔助命令值中時(shí)，轉(zhuǎn)角反饋控制的建立時(shí)間變長，并且輔助轉(zhuǎn)矩變得不穩(wěn)定。這會(huì)引起司機(jī)的不適。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向設(shè)備，其可以抑制理想模型中自激振動(dòng)的發(fā)生，并且消除司機(jī)的不適。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的第一方面提供一種電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向設(shè)備。該電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向設(shè)備設(shè)置有用于向車輛的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)施加電機(jī)的輔助力的輔助機(jī)構(gòu)、和用于基于輔助命令值來控制電機(jī)的驅(qū)動(dòng)的控制單元。該控制單元具有:基本輔助分量計(jì)算單元，用于基于施加至所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩來計(jì)算第一輔助分量；轉(zhuǎn)角命令值計(jì)算單元，用于基于與輸入信息相對應(yīng)的、通過對轉(zhuǎn)向輪的理想轉(zhuǎn)角進(jìn)行建模而獲得的理想模型來計(jì)算轉(zhuǎn)角命令值，所述輸入信息包括施加至所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩；轉(zhuǎn)角反饋控制單元，用于通過執(zhí)行使所述轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)角與所述轉(zhuǎn)角命令值相匹配的轉(zhuǎn)角反饋控制來計(jì)算第二輔助分量；以及輔助命令值計(jì)算單元，用于基于通過將所述第二輔助分量加到所述第一輔助分量上而獲得的值來計(jì)算所述輔助命令值。當(dāng)轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)角命令值之間的偏差在允許范圍之外時(shí)，控制單元從輔助命令值中去除第二輔助分量，并且改變理想模型以增強(qiáng)轉(zhuǎn)角反饋控制系統(tǒng)中的收斂。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1是用于示出根據(jù)本發(fā)明的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向設(shè)備的實(shí)施例的框圖；
[0008]圖2是用于示出組成電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向設(shè)備的電機(jī)控制設(shè)備的框圖；
[0009]圖3是組成電機(jī)控制設(shè)備的微型計(jì)算機(jī)的框圖；
[0010]圖4是示出轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩、車速與第一輔助分量之間的關(guān)系的圖；
[0011]圖5是組成電機(jī)控制設(shè)備的轉(zhuǎn)角命令值計(jì)算單元的框圖；以及
[0012]圖6是用于示出組成電機(jī)控制設(shè)備的道路信息補(bǔ)償單元的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]以下描述將參照圖1至圖6來說明本發(fā)明的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向設(shè)備。
[0014]如圖1所示，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向設(shè)備設(shè)置有轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)I和輔助機(jī)構(gòu)2。轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)I基于司機(jī)對方向盤10的操作來轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向輪15。輔助機(jī)構(gòu)2輔助司機(jī)的轉(zhuǎn)向操作。
[0015]轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)I設(shè)置有與方向盤10整體地旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)向軸11。轉(zhuǎn)向軸11的下端經(jīng)由齒輪齒條式機(jī)構(gòu)12與齒條軸13連接。齒條軸13的兩端與拉桿14連接。當(dāng)轉(zhuǎn)向軸11通過司機(jī)的轉(zhuǎn)向操作旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)向軸11的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)由齒輪齒條式機(jī)構(gòu)12被轉(zhuǎn)換為齒條軸13的往復(fù)線性運(yùn)動(dòng)。此外，齒條軸13的往復(fù)線性運(yùn)動(dòng)經(jīng)由拉桿14傳遞至轉(zhuǎn)向輪15。以這樣的方式，轉(zhuǎn)向輪15的轉(zhuǎn)角Θ P改變，并且車輛行進(jìn)方向改變。
[0016]輔助機(jī)構(gòu)2設(shè)置有用于向轉(zhuǎn)向軸11施加輔助轉(zhuǎn)矩的電機(jī)20。電機(jī)20由三相交流電機(jī)組成。電機(jī)20的旋轉(zhuǎn)經(jīng)由齒輪機(jī)構(gòu)21傳遞至轉(zhuǎn)向軸11。以這樣的方式，電機(jī)轉(zhuǎn)矩被施加給轉(zhuǎn)向軸11，因此，輔助了司機(jī)的轉(zhuǎn)向操作。
[0017]電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向設(shè)備設(shè)置有用于對方向盤10的操作量或車輛狀態(tài)量進(jìn)行檢測的各種傳感器。轉(zhuǎn)向軸11設(shè)置有轉(zhuǎn)矩傳感器4。轉(zhuǎn)矩傳感器4對在司機(jī)的轉(zhuǎn)向操作期間施加至轉(zhuǎn)向軸11的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩Th進(jìn)行檢測。車輛設(shè)置有用于對車輛的行進(jìn)速度V進(jìn)行檢測的車速傳感器5。電機(jī)20設(shè)置有用于檢測電機(jī)20的旋轉(zhuǎn)角旋轉(zhuǎn)角傳感器6。來自這些傳感器的輸出被輸入到作為控制單元的電機(jī)控制設(shè)備3中。電機(jī)控制設(shè)備3基于來自各個(gè)傳感器的輸出來控制對電機(jī)20的驅(qū)動(dòng)。
[0018]如圖2所示，電機(jī)控制設(shè)備3設(shè)置有逆變電路30以及用于通過PWM(脈寬調(diào)制)驅(qū)動(dòng)逆變電路30的微型計(jì)算機(jī)31。逆變電路30將從車內(nèi)電池等的電源電壓“+Vcc ”提供的直流電流轉(zhuǎn)換為由U相位、V相位以及W相位組成的三相交流電流。
[0019]逆變電路30基于來自微型計(jì)算機(jī)31的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)將從電源提供的直流電流轉(zhuǎn)換為三相交流電流。三相交流電流經(jīng)由饋線WL被提供至電機(jī)20。饋線WL設(shè)置有用于檢測流過饋線WL的每個(gè)相電流值I的電流傳感器32。來自電流傳感器32的輸出被輸入到微型計(jì)算機(jī)31中。
[0020]微型計(jì)算機(jī)31還輸入來自轉(zhuǎn)矩傳感器4、車輛傳感器5以及旋轉(zhuǎn)角傳感器6的輸出。微型計(jì)算機(jī)31基于各個(gè)傳感器所檢測的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩Th、車速V、電機(jī)旋轉(zhuǎn)角θπ!以及每個(gè)相電流值I來生成PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)。通過向逆變電路30輸出PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，微型計(jì)算機(jī)31通過PWM驅(qū)動(dòng)逆變電路30并且控制電機(jī)20的驅(qū)動(dòng)。
[0021]接著，將參照圖3的控制塊詳細(xì)描述微型計(jì)算機(jī)31對電機(jī)20的驅(qū)動(dòng)控制。
[0022]如圖3所示，微型計(jì)算機(jī)31設(shè)置有輔助命令值計(jì)算單元40。輔助命令值計(jì)算單元40基于轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩Th、車速V以及電機(jī)旋轉(zhuǎn)角Θ m來計(jì)算輔助命令值Tas。
[0023]輔助命令值計(jì)算單元40設(shè)置有基本輔助分量計(jì)算單元41?；据o助分量計(jì)算單元41基于轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩Th以及車速V計(jì)算作為輔助命令值Tas的基本分量的第一輔助分量Tal?；据o助分量計(jì)算單元41通過利用圖4所示的映射根據(jù)車速V和轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩Th計(jì)算第一輔助分量Tal。如圖4所示，第一輔助分量Tal的絕對值隨著轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩Th的絕對值變大或隨著車速V變低而被設(shè)置在較大的值處。
[0024]如圖3所示，輔助命令值計(jì)算單元40進(jìn)行校正，以從基本輔助分量計(jì)算單元41所計(jì)算的第一輔助分量Tal的值中減去校正值Tr。經(jīng)校正的第一輔助分量Tal’被輸出至轉(zhuǎn)角命令值計(jì)算單元42。
[0025]轉(zhuǎn)角命令值計(jì)算單元42除了輸入經(jīng)校正的第一輔助分量Tal’之外，還輸入轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩Th。轉(zhuǎn)角命令值計(jì)算單元42將第一輔助分量Tal’加到轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩Th上以獲得驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩Td。轉(zhuǎn)角命令值計(jì)算單元42基于與驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩Td對應(yīng)的通過對理想轉(zhuǎn)角進(jìn)行建模而獲得的理想模型來計(jì)算轉(zhuǎn)角命令 值ΘΡ'轉(zhuǎn)角命令值ΘΡ*是轉(zhuǎn)角Θ P的目標(biāo)值。
[0026]如圖1所示，電機(jī)20經(jīng)由齒輪機(jī)構(gòu)21與轉(zhuǎn)向軸11連接。因此，電機(jī)旋轉(zhuǎn)角0m和轉(zhuǎn)向軸11的旋轉(zhuǎn)角彼此相關(guān)。此外，電機(jī)旋轉(zhuǎn)角Θ m和轉(zhuǎn)向輪15的轉(zhuǎn)角Θ P也彼此相關(guān)。如圖3所示，輔助命令值計(jì)算單元40設(shè)置有轉(zhuǎn)角計(jì)算單元44。轉(zhuǎn)角計(jì)算單元44通過利用以上相關(guān)性根據(jù)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角θπ!計(jì)算轉(zhuǎn)向輪15的實(shí)際轉(zhuǎn)角ΘΡ。輔助命令值計(jì)算單元40計(jì)算轉(zhuǎn)角命令值Θ P*與實(shí)際轉(zhuǎn)角Θ P之間的偏差Λ θρ (=θρ*-θρ)0偏差Λ ΘΡ被分別輸出至轉(zhuǎn)角反饋控制單元43和切換確定單元46。
[0027]轉(zhuǎn)角反饋控制單元43基于偏差Λ Θ P執(zhí)行反饋控制以使實(shí)際轉(zhuǎn)角Θ P與轉(zhuǎn)角命令值θ ρ*匹配，并且生成第二輔助分量Ta2。
[0028]切換確定單元46基于偏差Λ Θ P而向轉(zhuǎn)角命令值計(jì)算單元42和道路信息補(bǔ)償單元45輸出第一切換信號(hào)或第二切換信號(hào)。更具體地，當(dāng)偏差Λ Θ P在預(yù)定的允許范圍內(nèi)時(shí)，切換確定單元46輸出第一切換信號(hào)。當(dāng)偏差△ Θ P在允許范圍之外時(shí)，切換確定單元46輸出第二切換信號(hào)。偏差Λ Θ P的允許范圍是偏差Λ Θ P的以下范圍:在使用要稍后描述的第一理想模型的狀態(tài)下，該范圍可以確保轉(zhuǎn)角反饋控制的穩(wěn)定性。通過試驗(yàn)等預(yù)先設(shè)置該范圍。
[0029]接著，將詳細(xì)描述轉(zhuǎn)角命令值計(jì)算單元42的理想模型。
[0030]理想模型分為EPS側(cè)理想模型和車輛側(cè)理想模型。EPS側(cè)理想模型取決于組成電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向設(shè)備的每個(gè)元件(例如，轉(zhuǎn)向軸11或電機(jī)20)的特性。車輛側(cè)理想模型取決于安裝有電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向設(shè)備的車輛側(cè)的特性。EPS側(cè)理想模型可以由與轉(zhuǎn)角ΘΡ的一階時(shí)間微分值θρ’成比例的粘性項(xiàng)以及與轉(zhuǎn)角Θ P的二階時(shí)間微分值ΘΡ’’成比例的慣性項(xiàng)組成。粘性項(xiàng)由在轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)I與包圍轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)I的殼體等之間作用的摩擦等決定。慣性項(xiàng)由在司機(jī)的轉(zhuǎn)向操作期間發(fā)生在轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)I中的慣性運(yùn)動(dòng)決定。
[0031]另一方面,車輛側(cè)理想模型可以由與轉(zhuǎn)角Θ P成比例的彈性項(xiàng)(spring term)組成。彈性項(xiàng)由車輛的懸架(suspension)或車輪定位(wheel alignment)的規(guī)格、轉(zhuǎn)向輪15的抓地力(grip force)等決定。在本實(shí)施例中，將作為第一輔助分量Tal’和轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩Th的相加值的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩Td建模為彈性項(xiàng)、粘性項(xiàng)以及慣性項(xiàng)的總和。也就是說，在作為彈性項(xiàng)的比例常數(shù)的彈性系數(shù)被表示為K、作為粘性項(xiàng)的比例常數(shù)的粘性系數(shù)被表示為C、并且作為慣性項(xiàng)的比例常數(shù)的慣性矩被表示為J的情況下，利用以下表達(dá)式(I)對驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩Td建模。
[0032]Td=KX Θ p+CX θρ’+JX θρ’’...(I)
[0033]轉(zhuǎn)角命令值計(jì)算單元42通過使用表達(dá)式(I)來根據(jù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩Td計(jì)算轉(zhuǎn)角命令值Θ P'更具體地，如圖5所示，首先，轉(zhuǎn)角命令值計(jì)算單元42將經(jīng)校正的第一輔助分量Tal’加到轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩Th上，以計(jì)算驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩Td。接著，轉(zhuǎn)角命令值計(jì)算單元42從驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩Td中減去彈性項(xiàng)“ΚΧ Θ p*”和粘性項(xiàng)“CX Θ P*' ”，以計(jì)算慣性項(xiàng)“ JX Θ P*' ’ ”。然后，轉(zhuǎn)角命令值計(jì)算單元42將慣性項(xiàng)“ JX θ p*"”除以慣性系數(shù)J，以計(jì)算二階時(shí)間微分值ΘΡ’’。然后，轉(zhuǎn)角命令值計(jì)算單元42對二階時(shí)間微分值θ ρ"進(jìn)行積分以計(jì)算一階時(shí)間微分值ΘΡ’。轉(zhuǎn)角命令值計(jì)算單元42進(jìn)一步對一階時(shí)間微分值ΘΡ’進(jìn)行積分以計(jì)算轉(zhuǎn)角命令值ΘΡ'
[0034]此外，轉(zhuǎn)角命令值計(jì)算單元42設(shè)置有用于改變理想模型的模型改變單元42a。模型改變單元42a通過選擇性地切換彈性系數(shù)K和粘性系數(shù)C來改變理想模型。如圖5中的實(shí)線所示，模型改變單元42a通常將理想模型的彈性系數(shù)K和粘性系數(shù)C分別設(shè)置在第一彈性系數(shù)Kl和第一粘性系數(shù)Cl處。使用第一彈性系數(shù)Kl和第一粘性系數(shù)Cl的理想模型在下文中將被稱為第一理想模型。鑒于第二輔助分量Ta2被包括在輔助命令值Tas中的情況的轉(zhuǎn)角反饋控制系統(tǒng)中的收斂而通過實(shí)驗(yàn)來預(yù)先設(shè)置第一理想模型，以獲得期望的轉(zhuǎn)向感。
[0035]當(dāng)在使用第一理想模型的狀態(tài)下輸入來自切換確定單元46的第二切換信號(hào)時(shí)，如圖5中虛線所示，模型改變單元42a將理想模型的彈性系數(shù)K和粘性系數(shù)C分別改變?yōu)榈诙椥韵禂?shù)K2和第二粘性系數(shù)C2。使用第二彈性系數(shù)K2和第二粘性系數(shù)C2的理想模型在下文中將被稱為第二理想模型。鑒于第二輔助分量Ta2未被包括在輔助命令值Tas中的情況的轉(zhuǎn)角反饋控制系統(tǒng)中的收斂而通過實(shí)驗(yàn)等來預(yù)先設(shè)置第二理想模型。
[0036]已經(jīng)通過聚焦于以下事實(shí)而做出了本實(shí)施例:主要由表達(dá)式(I)的彈性項(xiàng)和粘性項(xiàng)來確定理想模型的收斂特性。因此，通過將彈性系數(shù)K從第一彈性系數(shù)Kl改變?yōu)榈诙椥韵禂?shù)K2并將粘性系數(shù)C從第一粘性系數(shù)Cl改變?yōu)榈诙承韵禂?shù)C2而改變了理想模型的特性并抑制了理想模型內(nèi)部的自激振動(dòng)。此外，當(dāng)輸入來自切換確定單元46的第一切換信號(hào)時(shí)，模型改變單元42a將理想模型從第二理想模型返回至第一理想模型。
[0037]如上所述，轉(zhuǎn)角命令值計(jì)算單元42通過使用第一理想模型或第二理想模型來設(shè)置轉(zhuǎn)角命令值θρ*。也就是說，圖3所示的轉(zhuǎn)角反饋控制單元43基于與第一理想模型對應(yīng)的轉(zhuǎn)角命令值θ ρ*或者與第二理想模型對應(yīng)的轉(zhuǎn)角命令值ΘΡ*來設(shè)置第二輔助分量Ta2。然后，輔助命令值計(jì)算單元40將經(jīng)校正的第一輔助分量Tal’與第二輔助分量Ta2相加，以計(jì)算輔助命令值Tas。輔助命令值計(jì)算單元40將輔助命令值Tas輸出至電流命令值計(jì)算單元50ο
[0038]電流命令值計(jì)算單元50基于輔助命令值Tas來計(jì)算d/q坐標(biāo)系中的q軸上的電流命令值Iq'電流命令值計(jì)算單元50將電流命令值Iq*輸出至PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成單元60。在本實(shí)施例中，d軸上的電流命令值IcT被設(shè)置在“O”處。電流命令值計(jì)算單元50也將電流命令值IcT輸出至PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成單元60。
[0039]除了來自電流命令值計(jì)算單元50的電流命令值Icf和Icf之外，PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成單元60還輸入每個(gè)相電流值I和電機(jī)旋轉(zhuǎn)角0 m。PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成單元60通過使用電機(jī)旋轉(zhuǎn)角θπι而將每個(gè)相電流值I轉(zhuǎn)換成d/q坐標(biāo)系中的d軸電流值和q軸電流值。然后，PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成單元60基于電流值與電流命令值之間的偏差執(zhí)行反饋控制，以使得d軸電流值變成電流命令值IcT且q軸電流值變成電流命令值Iq%并且生成PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)。以這樣的方式，逆變電路30執(zhí)行PWM驅(qū)動(dòng)，并且輔助轉(zhuǎn)矩被從電機(jī)20施加至轉(zhuǎn)向軸11。
[0040]使用這樣的結(jié)構(gòu)，通過轉(zhuǎn)角反饋控制生成的第二輔助分量Ta2被包括在輔助命令值Tas中。因此，轉(zhuǎn)向輪15的轉(zhuǎn)角θ ρ被控制為遵循轉(zhuǎn)角命令值ΘΡ'以這樣的方式，轉(zhuǎn)角θρ被維持在轉(zhuǎn)角命令值ΘΡ%因此，可以精確地抑制由干擾引起的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)I的振動(dòng)。此外，通過任意地調(diào)節(jié)圖5所示的轉(zhuǎn)角命令值計(jì)算單元42中的彈性系數(shù)Kl和Κ2、粘性系數(shù)Cl和C2、以及慣性系數(shù)J的各個(gè)值，無論安裝有電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向設(shè)備的車輛的實(shí)際特性如何，都可以可控地形成任何特性。也就是說，通過使用第一理想模型，可以實(shí)現(xiàn)期望的轉(zhuǎn)向感。此外，通過使用第二理想模型，可以有效抑制理想模型中的自激振動(dòng)。
[0041]另一方面，輔助命令值計(jì)算單元40設(shè)置有道路信息補(bǔ)償單元45，該道路信息補(bǔ)償單元45用于基于第二輔助分量Ta2和車速V來計(jì)算校正值Tr。
[0042]如圖6所示，道路信息補(bǔ)償單元45設(shè)置有增益計(jì)算單元45a和切換單元45b。增益計(jì)算單元45a基于車速V來計(jì)算增益Kr。在車速V處于“O≤V < VI”的范圍內(nèi)的低速行進(jìn)中，增益計(jì)算單元45a將增益Kr設(shè)置在“I”處。在車速V處于“VI≤V < V2”的范圍內(nèi)的中速行進(jìn)中，增益計(jì)算單元45a使增益Kr隨著車速V變高而在從“I”到“O”的范圍內(nèi)線性降低。在車速V處于“V2≤V”的范圍內(nèi)的高速進(jìn)行中，增益計(jì)算單元45a將增益Kr設(shè)置在“O”處。
[0043]道路信息補(bǔ)償單元45將第二輔助分量Ta2乘以由增益計(jì)算單元45a計(jì)算出的增益Kr，以計(jì)算校正值Tr。也就是說，校正值Tr根據(jù)車速V在“O≤Tr≤Ta2”的范圍內(nèi)改變。因此，經(jīng)校正的第一輔助分量Tal’變成“Tal —Kr*Ta2”。相應(yīng)地，輔助命令值Tas變成“Tal+ (1- Kr).Ta2”。如上所述，道路信息補(bǔ)償單元45是如下的控制單元:該控制單元用于使包括在輔助命令值Tas中的第二輔助分量Ta2的絕對值隨著車速V變慢而降低。
[0044]利用這樣的結(jié)構(gòu)，在低速行進(jìn)中第二輔助分量Ta2被從輔助命令值Tas中去除。因此，由轉(zhuǎn)角反饋控制引起的輔助轉(zhuǎn)矩不再對轉(zhuǎn)向軸11起作用。相應(yīng)地，來自轉(zhuǎn)向輪15的反向輸入轉(zhuǎn)矩被傳遞至司機(jī)而沒有被抵消。因此，司機(jī)可以獲得道路表面狀態(tài)(道路信息)。隨著車速V變高，包括在輔助命令值Tas中的第二輔助分量Ta2變大，并且由轉(zhuǎn)角反饋控制引起的輔助轉(zhuǎn)矩更可能對轉(zhuǎn)向軸11起作用。特別地，在車速V等于或高于速度V2的高速行進(jìn)中，可以利用由轉(zhuǎn)角反饋控制引起的輔助轉(zhuǎn)矩來抵消來自轉(zhuǎn)向輪15的反向輸入轉(zhuǎn)矩。以這樣的方式，可以精確地確保高速行進(jìn)中車輛行進(jìn)的穩(wěn)定性。
[0045]另一方面，切換單元45b基于來自切換確定單元46的輸出信號(hào)對增益Kr進(jìn)行切換。更具體地，當(dāng)切換確定單元46的輸出信號(hào)為第一切換信號(hào)時(shí)，切換單元45b將增益Kr設(shè)置在增益計(jì)算單元45a的計(jì)算結(jié)果處。當(dāng)來自切換判斷單元46的輸出信號(hào)為第二切換信號(hào)時(shí)，如圖6中虛線所示，切換單元45b將增益Kr設(shè)置在固定值“I”處。
[0046]接著，將對本實(shí)施例的電機(jī)控制設(shè)備3的動(dòng)作進(jìn)行說明。
[0047]如圖5所示，司機(jī)可以通過將轉(zhuǎn)角命令值計(jì)算單元42的理想模型設(shè)置在第一理想模型處獲得期望的轉(zhuǎn)向感。然而，當(dāng)在執(zhí)行轉(zhuǎn)角反饋控制時(shí)意外的干擾被輸入到轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中時(shí)，實(shí)際的轉(zhuǎn)角θ ρ與轉(zhuǎn)角命令值θ ρ*之間的偏差Λ θ ρ有時(shí)顯著增大。在這樣的情況下，控制變得不穩(wěn)定。這導(dǎo)致理想模型中的自激振動(dòng)。也就是說，當(dāng)偏差Λ θ ρ太大時(shí)，無法施加與偏差△ θρ對應(yīng)的輔助轉(zhuǎn)矩。當(dāng)在這樣的情況下繼續(xù)進(jìn)行轉(zhuǎn)角反饋控制時(shí)，可能引起輔助轉(zhuǎn)矩的不足。在這樣的情況下，轉(zhuǎn)角命令值計(jì)算單元42無法計(jì)算合適的轉(zhuǎn)角命令值θρ'因此，第二輔助分量Ta2變得不穩(wěn)定，并且變得無法確保轉(zhuǎn)角反饋控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0048]例如，在偏差Λ θ ρ由于理想模型中的自激振動(dòng)而增大得超過預(yù)定的允許范圍并且使用第一理想模型的狀態(tài)下，有時(shí)變得難以確保轉(zhuǎn)角反饋控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。對此，在本實(shí)施例中，切換確定單元46向道路信息補(bǔ)償單元45輸出第二切換信號(hào)。以這樣的方式，道路信息補(bǔ)償單元45的切換單元45b將增益Kr設(shè)置在固定值“I”處。因此，第二輔助分量Ta2被從輔助命令值Tas中去除。結(jié)果，甚至當(dāng)?shù)诙o助分量Ta2不穩(wěn)定時(shí)，影響也不會(huì)反映在輔助命令值Tas中。因此，可以獲得更穩(wěn)定的轉(zhuǎn)向感。當(dāng)偏差Λ ΘΡ返回到預(yù)定的允許范圍時(shí)，切換確定單元46向道路信息補(bǔ)償單元45輸出第一切換信號(hào)。以這樣的方式，道路信息補(bǔ)償單元45的切換單元45b將增益Kr設(shè)置在增益計(jì)算單元45a的計(jì)算結(jié)果處。因此，第二輔助分量Ta2被包括在輔助命令值Tas中。以這樣的方式，可以精確地確保司機(jī)的轉(zhuǎn)向感。
[0049]當(dāng)增益Kr被設(shè)置在固定值“I”處時(shí)，繼續(xù)由轉(zhuǎn)角命令值計(jì)算單元42進(jìn)行的轉(zhuǎn)角命令值θ ρ*的計(jì)算以及由轉(zhuǎn)角反饋控制單元43進(jìn)行的第二輔助分量Ta2的計(jì)算。以這樣的方式，甚至當(dāng)?shù)诙o助分量Ta2再次被包括在輔助命令值Tas中時(shí)，轉(zhuǎn)角命令值計(jì)算單元42和轉(zhuǎn)角反饋控制單元43也可以基于直到該點(diǎn)獲得的計(jì)算結(jié)果來計(jì)算轉(zhuǎn)角命令值ΘΡ*和第二輔助分量Ta2。以這樣的方式，與停止第二輔助分量Ta2的計(jì)算的情況相比，理想模型的切換的建立時(shí)間變短，并且變得更易于實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的控制。
[0050]當(dāng)增益Kr設(shè)置在固定值“I”處時(shí)，也就是說，當(dāng)?shù)诙o助分量Ta2被從輔助命令值Tas中去除時(shí)，用于使實(shí)際的轉(zhuǎn)角θ ρ遵循轉(zhuǎn)角命令值θ ρ*的輔助轉(zhuǎn)矩不對轉(zhuǎn)向軸11起作用。因此，轉(zhuǎn)角反饋控制系統(tǒng)的特性顯著改變。以這樣的方式，在理想模型處發(fā)生自激振動(dòng)，并且第二輔助分量Ta2可能變得不穩(wěn)定。在這樣的情況下，當(dāng)之后第二輔助分量Ta2再次被添加到輔助命令值Tas時(shí)，輔助命令值Tas變得不穩(wěn)定，并且在轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)I處可能發(fā)生振動(dòng)。因此，司機(jī)可能會(huì)體驗(yàn)到不適。
[0051]為此，當(dāng)轉(zhuǎn)角命令值Θ P*與實(shí)際的轉(zhuǎn)角Θ P之間的偏差Λ θ ρ在允許范圍之外并且第二輔助分量Ta2被從輔助命令值Tas中去除時(shí)，在本實(shí)施例中，切換確定單元46向轉(zhuǎn)角命令值計(jì)算單元42輸 出第二切換信號(hào)。此時(shí)，轉(zhuǎn)角命令值計(jì)算單元42的模型改變單元42a將理想模型從第一理想模型改變?yōu)榈诙硐肽Ｐ?。以這樣的方式，增強(qiáng)了第二輔助分量Ta2被從輔助命令值Tas去除的轉(zhuǎn)角反饋控制系統(tǒng)的收斂。因此，理想模型中的自激振動(dòng)被抑制，并且第二輔助分量Ta2變得穩(wěn)定。相應(yīng)地，甚至當(dāng)之后第二輔助分量Ta2再次被添加到輔助命令值Tas時(shí)，轉(zhuǎn)角反饋控制系統(tǒng)中的建立時(shí)間也是短的，并且輔助命令值Tas變得穩(wěn)定。也就是說，輔助轉(zhuǎn)矩變得穩(wěn)定，因此可以消除司機(jī)的不適。
[0052]當(dāng)轉(zhuǎn)角命令值θ ρ*與實(shí)際的轉(zhuǎn)角θ ρ之間的偏差Λ θ ρ返回到允許范圍時(shí)，切換確定單元46向轉(zhuǎn)角命令值計(jì)算單元42輸出第一切換信號(hào)。此時(shí)，轉(zhuǎn)角命令值計(jì)算單元42的模型改變單元42a將理想模型返回至第一理想模型。因此，司機(jī)可以獲得期望的轉(zhuǎn)向感。
[0053]從而，利用本實(shí)施例的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向設(shè)備，可以獲得以下效果。
[0054](I)當(dāng)實(shí)際的轉(zhuǎn)角θ ρ與轉(zhuǎn)角命令值θ ρ*之間的偏差Λ θ ρ在允許范圍之外時(shí)，電機(jī)控制設(shè)備3從輔助命令值Tas中去除第二輔助分量Ta2，并且改變理想模型以增強(qiáng)轉(zhuǎn)角反饋控制系統(tǒng)中的收斂。以這樣的方式，當(dāng)?shù)诙o助分量Ta2被從輔助命令值Tas中去除的情況下，第二輔助分量Ta2變得穩(wěn)定。因此，當(dāng)之后第二輔助分量Ta2被添加到輔助命令值Tas時(shí)，輔助命令值Tas也變得穩(wěn)定。也就是說，輔助轉(zhuǎn)矩變得穩(wěn)定，因此可以消除司機(jī)的不適。
[0055](2)關(guān)于轉(zhuǎn)角命令值計(jì)算單元42的理想模型，將作為轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩Th和第一輔助分量Tal’的相加值的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩Td建模為彈性項(xiàng)、粘性項(xiàng)以及慣性項(xiàng)的相加值。通過改變彈性項(xiàng)的彈性系數(shù)K和粘性項(xiàng)的粘性系數(shù)C來改變理想模型，可以容易地增強(qiáng)轉(zhuǎn)角反饋控制的收斂。
[0056]要注意的是，以上實(shí)施例可以改變?yōu)橐韵屡渲谩?br> [0057]雖然在以上實(shí)施例中改變彈性系數(shù)K和粘性系數(shù)C兩者以改變理想模型，但可以僅改變彈性系數(shù)K和粘性系數(shù)C之一。
[0058]雖然在以上實(shí)施例中基本輔助分量計(jì)算單元41基于轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩Th和車速V來設(shè)置第一輔助分量Tal，但是例如基本輔助分量計(jì)算單元41可以僅基于轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩Th來設(shè)置第一輔助分量Tal。此外，可以執(zhí)行所謂的相位補(bǔ)償控制，以基于第一輔助分量Tal對轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩Th的改變梯度(輔助梯度)來改變由轉(zhuǎn)矩傳感器4檢測到的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩Th的相位。此外，可以執(zhí)行所謂的阻尼控制，以使第一輔助分量Tal隨著轉(zhuǎn)向軸11的轉(zhuǎn)速變高而降低。在基本輔助分量計(jì)算單元41執(zhí)行阻尼控制的情況下，可以通過執(zhí)行該控制向司機(jī)的轉(zhuǎn)向感施加粘性感。相應(yīng)地，可以從轉(zhuǎn)角命令值計(jì)算單元42的第一理想模型中排除粘性項(xiàng)。更具體地，圖5所示的第一粘性系數(shù)Cl可以設(shè)置在“O”處。在粘性項(xiàng)被從第一理想模型排除的情況下，隨著轉(zhuǎn)角命令值θ ρ*與實(shí)際的轉(zhuǎn)角θ ρ之間的偏差Λ θ ρ*變大，更可能在轉(zhuǎn)角反饋控制系統(tǒng)處發(fā)生自激振動(dòng)。在這樣的情況下，為了抑制自激振動(dòng)，特別有效的是，在實(shí)際的轉(zhuǎn)角θ ρ與轉(zhuǎn)角命令值θ ρ*之間的偏差Λ θ ρ*處于允許范圍之外的條件下，將轉(zhuǎn)角命令值計(jì)算單元42的理想模型改變?yōu)榫哂姓承皂?xiàng)的第二理想模型。以這樣的方式，由于甚至當(dāng)粘性項(xiàng)被從第一理想模型排除時(shí)也可以抑制轉(zhuǎn)角反饋控制系統(tǒng)的自激振動(dòng)，因此變得更易于實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的第二輔助分量Ta2。
[0059]在以上實(shí)施例中，可以省略道路信息補(bǔ)償單元45。在這樣的情況下，需要單獨(dú)地設(shè)置調(diào)節(jié)單元，以用于根據(jù)偏差Λ θ ρ是否在可允許范圍內(nèi)來調(diào)節(jié)包括在輔助命令值Tas中的第二輔助分量Ta2的大小。
[0060]雖然在以上實(shí)施例中，使用圖5所示的模型作為轉(zhuǎn)角命令值計(jì)算單元42的理想模型，但是可以任意地改變理想模型。例如，可以使用排除慣性感的理想模型、具有新增的摩擦感的理想模型等。此外，可以使用用于僅基于轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩Th來設(shè)置轉(zhuǎn)角命令值θρ*的理想模型。可以使用任何理想模型，只要可以改變該理想模型以使得獲得期望的轉(zhuǎn)向感并且增強(qiáng)轉(zhuǎn)角反饋控制的收斂即可。
[0061]在以上實(shí)施例中，電機(jī)控制設(shè)備3不僅可以應(yīng)用于用于向轉(zhuǎn)向軸11施加輔助轉(zhuǎn)矩的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向設(shè)備，而且可以應(yīng)用于用于向齒條軸13等施加輔助轉(zhuǎn)矩的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向設(shè)備。
【權(quán)利要求】
1.一種電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向設(shè)備,其特征在于: 輔助機(jī)構(gòu)，用于向車輛的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)施加電機(jī)的輔助力，以及 控制單元，用于基于輔助命令值來控制所述電機(jī)的驅(qū)動(dòng)， 其中，所述控制單元具有: 基本輔助分量計(jì)算單元，用于基于 施加至所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩來計(jì)算第一輔助分量; 轉(zhuǎn)角命令值計(jì)算單元，用于基于與輸入信息相對應(yīng)的、通過對轉(zhuǎn)向輪的理想轉(zhuǎn)角進(jìn)行建模而獲得的理想模型來計(jì)算轉(zhuǎn)角命令值，所述輸入信息包括施加至所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩； 轉(zhuǎn)角反饋控制單元，用于通過執(zhí)行使所述轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)角與所述轉(zhuǎn)角命令值相匹配的轉(zhuǎn)角反饋控制來計(jì)算第二輔助分量；以及 輔助命令值計(jì)算單元，用于基于通過將所述第二輔助分量加到所述第一輔助分量上而獲得的值來計(jì)算所述輔助命令值， 其中，當(dāng)所述轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)角與所述轉(zhuǎn)角命令值之間的偏差在允許范圍之外時(shí)，所述控制單元從所述輔助命令值中去除所述第二輔助分量，并且改變所述理想模型以增強(qiáng)轉(zhuǎn)角反饋控制系統(tǒng)中的收斂。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向設(shè)備，其特征在于: 所述理想模型包括將所述轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩和所述第一輔助分量的相加值表示為多個(gè)項(xiàng)的相加值的理想模型，所述多個(gè)項(xiàng)包括與所述轉(zhuǎn)角成比例的彈性項(xiàng)和與所述轉(zhuǎn)角的一階時(shí)間微分值成比例的粘性項(xiàng)，以及 通過改變所述彈性項(xiàng)的比例常數(shù)和所述粘性項(xiàng)的比例常數(shù)中至少之一來改變所述理想模型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向設(shè)備，其特征在于: 在所述第二輔助分量從所述輔助命令值中被去除的情況下，所述轉(zhuǎn)角命令值計(jì)算單元繼續(xù)計(jì)算所述轉(zhuǎn)角命令值，并且所述轉(zhuǎn)角反饋控制單元繼續(xù)計(jì)算所述第二輔助分量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向設(shè)備，其特征在于: 所述控制單元還包括切換確定單元，所述切換確定單元用于:當(dāng)所述轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)角與所述轉(zhuǎn)角命令值之間的偏差在所述允許范圍內(nèi)時(shí)輸出第一切換信號(hào)，并且當(dāng)所述偏差在所述允許范圍之外時(shí)輸出第二切換信號(hào)，以及 所述控制單元進(jìn)行控制以使得根據(jù)所述第二切換信號(hào)將所述第二輔助分量從所述輔助命令值中去除，并且進(jìn)行控制以使得根據(jù)所述第一切換信號(hào)將所述第二輔助分量包括在所述輔助命令值中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向設(shè)備，其特征在于: 所述轉(zhuǎn)角命令值計(jì)算單元通過將經(jīng)校正的第一輔助分量加到轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩上來獲得驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，并且基于與所述驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩相對應(yīng)的通過對理想轉(zhuǎn)角進(jìn)行建模而獲得的理想模型來計(jì)算轉(zhuǎn)角命令值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向設(shè)備，其特征在于: 所述控制單元還包括道路信息補(bǔ)償單元，所述道路信息補(bǔ)償單元用于計(jì)算要被用于校正所述第一輔助分量的校正值，以及所述道路信息補(bǔ)償單元基于所述第二輔助分量和車速來計(jì)算所述校正值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向設(shè)備，其特征在于: 所述道路信息補(bǔ)償單元計(jì)算所述校正值，以使得所述輔助命令值中所包括的第二輔助分量隨著所述車速的 變低而減小。
【文檔編號(hào)】B62D5/04GK103935397SQ201410017883
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年1月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月18日
【發(fā)明者】玉泉晴天 申請人:株式會(huì)社捷太格特