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CN110962921B - 转向控制装置和助力转向装置 - Google Patents

转向控制装置和助力转向装置 Download PDF

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Abstract

提供转向控制装置和助力转向装置，不使用数学模型而以更简单的结构进行干扰抑制。一个方式的转向控制装置根据方向盘的操作量而对驱动转向机构的马达的驱动进行控制，其中，该转向控制装置具有：第1扭矩指令部，其对上述马达指示与上述方向盘的操作量对应的马达扭矩；以及第2扭矩指令部，其与上述第1扭矩指令部并行地对上述马达指示与上述方向盘的操作量对应的马达扭矩，上述第2扭矩指令部利用滤波器来抑制与相应于上述方向盘的操作量而附加给上述转向机构的干扰对应的频域。

Description

转向控制装置和助力转向装置
技术领域
本发明涉及转向控制装置和助力转向装置。
背景技术
以往，作为电动助力转向装置的转向控制(辅助控制)，公知有降低来自路面的干扰的影响的技术。
例如，在专利文献1中公开了使用干扰观测器来推断施加于转向系统的干扰的构造。
专利文献1：日本特开2017-132465号公报
但是，在像专利文献1那样通过数学模型来推断转向系统的动态特性的情况下，该数学模型的精度会影响干扰的推断精度。因此，在使用了数学模型的干扰推断中，干扰补偿变得复杂。
发明内容
因此，本发明的目的之一在于，不使用数学模型而以更简单的结构进行干扰抑制。
本发明的一个方式的转向控制装置根据方向盘的操作量而对驱动转向机构的马达的驱动进行控制，其中，该转向控制装置具有：第1扭矩指令部，其对上述马达指示与上述方向盘的操作量对应的马达扭矩；以及第2扭矩指令部，其与上述第1扭矩指令部并行地对上述马达指示与上述方向盘的操作量对应的马达扭矩，上述第2扭矩指令部利用滤波器来抑制与相应于上述方向盘的操作量而附加给上述转向机构的干扰对应的频域。
另外，本发明的一个方式的助力转向装置具有：上述转向控制装置；马达，其由上述转向控制装置进行控制；以及转向机构，其由上述马达进行驱动。
根据本发明，能够不使用数学模型而以更简单的结构进行干扰抑制。
附图说明
图1是示出本发明的助力转向装置的一个实施方式的概略图。
图2是示出电动助力转向装置的结构的框图。
图3是示出助力辅助大致为零的情况下的电动助力转向装置的结构的框图。
图4是示出第2控制部中的滤波器构造的图。
图5是示出通过图4所示的滤波器构造而得到的频率特性的图。
标号说明
1：转向控制装置；9：电动助力转向装置；10：马达；11：第1控制部；12：第2控制部；13：扭矩抵消部；14：车速衰减部；121：带限滤波器；122：高通滤波器；911：方向盘；912：车轮；913：车轴；914：操舵轴；915：扭杆；917：扭矩传感器。
具体实施方式
以下，参照附图对本公开的转向控制装置和助力转向装置的实施方式进行详细说明。但是，为了避免以下的说明不必要地冗长，使本领域技术人员容易理解，有时省略过度详细的说明。例如，有时省略公知的事项的详细说明和对实质上相同的结构的重复说明。
图1是示出本发明的助力转向装置的一个实施方式的概略图。
如图1所示，在本实施方式中，例示了柱式的电动助力转向装置。电动助力转向装置9搭载于汽车的车轮的操舵机构。电动助力转向装置9是借助内置有马达10的转向控制装置1的动力而直接减轻操舵力的柱式的助力转向装置。电动助力转向装置9具有转向控制装置1、操舵轴914以及车轴913。
操舵轴914将从方向盘911经由扭杆915传递的输入扭矩传递给具有车轮912的车轴913。当方向盘911被操作时，产生操舵角θh，扭杆915扭转而产生转向扭矩。转向扭矩从扭杆915传递给包含有车轮912、车轴913以及操舵轴914的转向机构。即，方向盘911经由扭杆对转向机构施加转向扭矩。
转向控制装置1的动力经由齿轮等传递给操舵轴914。在柱式的电动助力转向装置9中采用的马达10设置于发动机室(未图示)的内部。另外，作为一例，图1所示的电动助力转向装置9是柱式的，但本发明的助力转向装置也可以是齿条式的。转向控制装置1根据方向盘911的操作量而对驱动转向机构的马达10的旋转角进行控制。
从扭杆915传递给操舵轴914的扭矩是使用扭矩传感器917来检测的。扭矩传感器917的检测值输入给转向控制装置1，用于转向控制装置1的目标输出的计算。
马达10的旋转轴(输出轴)与操舵轴914经由减速齿轮等而相互结合。因此，无论使操舵轴914旋转的扭矩是由马达10产生的扭矩还是其他扭矩，马达10与操舵轴914始终一同旋转。因此，根据马达10的转速，通过齿轮比等来计算转向角θs。这样计算出的转向角θs也用于转向控制装置1的目标输出的计算。
从方向盘911经由扭杆915传递的转向扭矩和由转向控制装置1的动力产生的辅助扭矩施加于操舵轴914，另一方面，回正扭矩等从车轮912经由车轴913到达操舵轴914，产生作为操舵轴914的旋转角的转向角θs。
图2是示出电动助力转向装置9的结构的框图。
在图2中，θh表示操舵角，θs表示转向角，Ktor表示扭杆915的扭转系数，P表示转向机构的设备要素。
由于方向盘911的操舵角θh与转向角θs之差，扭杆915扭转而产生扭矩。由扭矩传感器917检测在扭杆915中产生的转向扭矩Ttor并输入给转向控制装置1。
转向控制装置1具有第1控制部11、第2控制部12、扭矩抵消部13以及车速衰减部14。这些要素中的第1控制部11、第2控制部12以及扭矩抵消部13表示将输入到马达10的控制信号的计算和与该控制信号对应的马达10的输出结合的功能。
第1控制部11和第2控制部12对马达10指示与方向盘911的操作量对应的马达扭矩。另外，第2控制部12与第1控制部11并行地对马达10指示马达扭矩。
第1控制部11根据由扭矩传感器917检测的转向扭矩Ttor的检测值而进行反馈控制。即，通过由马达10产生基于扭矩的检测值的辅助扭矩而使转向扭矩Ttor减小。其结果为，用于操作方向盘911的操作力减小。
另外，作为用于产生辅助扭矩的反馈控制，除了像上述那样减小扭矩的反馈控制(扭矩控制)以外，也可以使用减小操舵角θh与转向角θs之差的反馈控制(舵角控制)。在使用该舵角控制的情况下，具备检测方向盘911的操舵角θh的角度传感器，角度传感器的检测值输入给第1控制部11。第1控制部11将方向盘的旋转角(操舵角θh)作为指令值而对马达10的扭矩进行控制。
第2控制部12使马达10产生抑制干扰d的影响的扭矩成分。像后面详细说明那样，第2控制部12利用滤波器来抑制与相应于方向盘911的操作量而附加给转向机构上的干扰d对应的频域。根据具有第2控制部12的转向控制装置1，利用不使用数学模型的简单结构的滤波器而抑制了干扰。其结果为，在电动助力转向装置9中，实现了平滑的助力辅助。
扭矩抵消部13与第1控制部11及第2控制部12并行地对马达10指示抵消转向扭矩Ttor的马达扭矩。利用这样的扭矩抵消部13而将转向扭矩Ttor抵消，因此第2控制部12的干扰抑制的作用鲜明化。
车速衰减部14计算与车速VS对应的增益，将向第2控制部12和扭矩抵消部13输入的转向扭矩Ttor乘以增益。车速VS越低，由车速衰减部14计算出的增益越小，随着车速VS接近零，增益也接近零。其结果为，第2控制部12和扭矩抵消部13对马达指示的马达扭矩随着车速降低而减小，随着车速VS接近零而逐渐消失。其结果为，能够在低速时或停车时减少干扰抑制的工作。另外，在图2所示的例子中，车速衰减部14相应于车速VS而对向第2控制部12和扭矩抵消部13输入的输入值进行适应控制，但车速衰减部14例如也可以使用MAP数据而使输入值减小。另外，在图2所示的例子中，车速衰减部14使向第2控制部12和扭矩抵消部13输入的输入值减小，但车速衰减部14也可以通过适应控制或MAP数据而使对马达10的指示值减小。
以下，对第2控制部12进行详细说明。
图3是示出助力辅助大致为零的情况下的电动助力转向装置9的结构的框图。
由第2控制部12抑制的干扰d的影响在第1控制部11的助力辅助大致为零的范围内最大。由于具有扭矩抵消部13，因此在助力辅助大致为零的情况下，如图3所示，电动助力转向装置9能够被看作仅将第2控制部12作为控制器的反馈系统。其结果为，第2控制部12对干扰d的抑制作用也鲜明化。
在图3所示的结构中，从施加于转向机构的输入的干扰d到扭杆扭矩(转向扭矩)的传递特性用下述的式子(1)来表示。
【数学式1】
Ttor(s)＝KtorP(s)(1+KtorC3(s)P(s))-1d(s)……(1)
这里，如果第2控制部12的增益C3(s)比扭杆的扭转系数与转向机构中的设备要素之积KtorP(s)大，则实现了对干扰d低灵敏度化。而且，通过滤波器而对第2控制部12的C3(s)赋予了频率特性，指定了想要抑制的干扰d的频率范围。
图4是示出第2控制部12中的滤波器构造的图。
作为一例，第2控制部12具有并行地对输入信号作用的带限滤波器121和高通滤波器122。换言之，第2控制部12使用带限滤波器和高通滤波器并行而得到的滤波器作为滤波器。
另外，第2控制部12也具有将通过了各滤波器121、122后的信号分别乘以增益的各放大器123、124。然后，由加法器125将并行地通过了各滤波器121、122和各放大器123、124后的各信号相加而成为输出信号。
在第2控制部12中，使用了并行的带限滤波器121和高通滤波器122，因此通过带限滤波器121与高通滤波器122的组合而得到了适合抑制干扰的滤波器特性。
这里，作为带限滤波器121的滤波器特性，例如优选下述的式子(2)的特性。
【数学式2】
Figure BDA0002218381380000051
其中，ωSUS是转向机构中的悬架的固有频率。
图5是示出通过图4所示的滤波器构造而得到的频率特性的图。
在图5中，示出了用上述的式子(1)来表示的传递特性的模拟结果。
在图5的上部分示出了输出相对于输入的增益，在下部分示出了输入信号的相位与输出信号的相位的差分值。各曲线图的横轴表示输入信号的频率。
图5中所示的单点划线的线L1、L4表示仅考虑了带限滤波器121的贡献的模拟结果。另外，图5中所示的虚线的线L2、L5表示仅考虑了高通滤波器122的贡献的模拟结果。并且，图5中所示的实线的线L3、L6表示考虑了带限滤波器121和高通滤波器122双方的贡献的模拟结果。
可知：通过组合基于带限滤波器121的具有平缓的峰的频率特性和基于高通滤波器122的逐渐上升的频率特性，得到了不到100Hz的频域中的增益被抑制的频率特性。这样的频率特性能够高效地抑制施加于转向机构的干扰d，实现了干扰d的影响小的助力辅助。
另外，在上述说明中，示出了在转向控制装置1中内置有马达10的例子，但本发明的转向控制装置也可以是仅是不内置马达的控制侧的装置。
应当认为，上述实施方式在所有方面都是例示的而非限制性的。本发明的范围不是由上述实施方式、而是由权利要求书来表示的，旨在包含与权利要求书等同的含义及范围内的所有变更。

Claims (5)

1.一种转向控制装置，其根据方向盘的操作量而对驱动转向机构的马达的驱动进行控制，其中，
该转向控制装置具有：
第1扭矩指令部，其对所述马达指示与所述方向盘的操作量对应的马达扭矩；以及
第2扭矩指令部，其与所述第1扭矩指令部并行地对所述马达指示与所述方向盘的操作量对应的马达扭矩，
所述第2扭矩指令部利用滤波器来抑制与相应于所述方向盘的操作量而附加给所述转向机构的干扰对应的频域，
所述方向盘经由扭杆对所述转向机构施加转向扭矩，
所述转向控制装置还具有抵消指令部，该抵消指令部与所述第1扭矩指令部和所述第2扭矩指令部并行地对所述马达指示抵消所述转向扭矩的马达扭矩。
2.根据权利要求1所述的转向控制装置，其中，
所述第2扭矩指令部使用带限滤波器和高通滤波器并行而得到的滤波器作为所述滤波器。
3.根据权利要求1或2所述的转向控制装置，其中，
所述第2扭矩指令部随着车速降低而使对所述马达指示的马达扭矩减小。
4.根据权利要求1或2所述的转向控制装置，其中，
所述方向盘经由扭杆对所述转向机构施加转向扭矩，
所述第2扭矩指令部的增益比所述扭杆的扭转系数与所述转向机构中的设备要素之积大。
5.一种助力转向装置，其具有：
权利要求1至4中的任意一项所述的转向控制装置；
马达，该马达的驱动由所述转向控制装置进行控制；以及
转向机构，其由所述马达进行驱动。
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