電動助力轉(zhuǎn)向裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電動助力轉(zhuǎn)向裝置，其具有自動轉(zhuǎn)向模式（停車輔助模式）功能 和手動轉(zhuǎn)向模式功能，將電動機產(chǎn)生的輔助扭矩賦予車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。本發(fā)明尤其涉及一 種電動助力轉(zhuǎn)向裝置。該電動助力轉(zhuǎn)向裝置進一步提高了自動轉(zhuǎn)向模式時的實際轉(zhuǎn)向角的 對目標轉(zhuǎn)向角的追隨性。
【背景技術(shù)】
[0002] 利用電動機的旋轉(zhuǎn)力對車輛的轉(zhuǎn)向機構(gòu)施加轉(zhuǎn)向輔助力（輔助扭矩）的電動助力 轉(zhuǎn)向裝置，將電動機的驅(qū)動力經(jīng)由減速裝置由齒輪或皮帶等傳送機構(gòu)，向轉(zhuǎn)向軸或齒條軸 施加轉(zhuǎn)向輔助力。為了準確產(chǎn)生轉(zhuǎn)向輔助力的扭矩，現(xiàn)有的電動助力轉(zhuǎn)向裝置（EPS)進行 電動機電流的反饋控制。反饋控制調(diào)整電動機外加電壓，以便使轉(zhuǎn)向輔助指令值（電流指 令值）與電動機電流檢測值的差變小，電動機外加電壓的調(diào)整通常用調(diào)整PWM(脈沖寬度調(diào) 制）控制的占空比（Duty)來進行。
[0003] 如圖1所示，對電動助力轉(zhuǎn)向裝置的一般結(jié)構(gòu)進行說明。轉(zhuǎn)向盤（方向盤）1的柱 軸（轉(zhuǎn)向軸）2經(jīng)過減速齒輪3、萬向節(jié)4a和4b、齒臂機構(gòu)5、轉(zhuǎn)向橫拉桿6a和6b，再通過 輪轂單元7a和7b，與轉(zhuǎn)向車輪8L和8R連接。另外，在柱軸2上設(shè)有檢測轉(zhuǎn)向盤1的轉(zhuǎn)向 扭矩的扭矩傳感器10,對轉(zhuǎn)向盤1的轉(zhuǎn)向力進行輔助的電動機20通過減速齒輪3與柱軸2 連接。電池13對控制電動助力轉(zhuǎn)向裝置的控制單元（ECU) 100進行供電，同時，經(jīng)過點火開 關(guān)11，點火信號被輸入到控制單元100?？刂茊卧?00基于由扭矩傳感器10檢測出的轉(zhuǎn)向 扭矩Th和由車速傳感器12檢測出的車速Vel，進行輔助（轉(zhuǎn)向輔助）指令的轉(zhuǎn)向輔助指令 值的運算，通過對轉(zhuǎn)向輔助指令值實施補償?shù)鹊玫降碾娏骺刂浦礒，控制供給電動機20的 電流。此外，車速Vel也能夠從CAN(Controller Area Network，控制器局域網(wǎng)絡(luò)）等處獲 得。
[0004] 在這樣的電動助力轉(zhuǎn)向裝置中，例如日本特開平8-290778號公報（專利文獻1) 所公開的那樣，現(xiàn)有技術(shù)通過控制單元100內(nèi)的魯棒穩(wěn)定化補償單元來同時設(shè)計系統(tǒng)的穩(wěn) 定性和路面信息及干擾信息的靈敏度特性。
[0005] 但是，在這樣的現(xiàn)有的控制裝置中，因為轉(zhuǎn)向中立點附近的轉(zhuǎn)向時的反力較小，由 于摩擦的影響，所以很難把路面信息正確地傳遞給駕駛員。另外，在現(xiàn)有的電動助力轉(zhuǎn)向裝 置中，很難把轉(zhuǎn)向角與轉(zhuǎn)向力之間的遲滯特性設(shè)定為與液壓式助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相同的特性。
[0006] 作為解決這樣的問題的裝置，例如有日本特開2002-369565號公報（專利文獻2) 所公開的發(fā)明。
[0007] 參照與圖1相對應(yīng)的圖2來說明專利文獻2所公開的裝置的概略。如圖2所示， 產(chǎn)生轉(zhuǎn)向裝置的輔助轉(zhuǎn)向力的電動機20由電動機驅(qū)動單元21驅(qū)動，電動機驅(qū)動單元21由 用兩點虛線表示的控制單元100控制，來自扭矩傳感器10的轉(zhuǎn)向扭矩Th和來自車速檢測 系統(tǒng)的車速Vel被輸入到控制單元100。在電動機20中，電動機端子間電壓Vm和電動機電 流值i被測定然后被輸出。
[0008] 控制單元100具備用虛線表示的扭矩系統(tǒng)控制單元110和用一點虛線表示的電動 機系統(tǒng)控制單元120,其中，扭矩系統(tǒng)控制單元110利用轉(zhuǎn)向扭矩Th進行控制；電動機系統(tǒng) 控制單元120進行與電動機20的驅(qū)動相關(guān)的控制。扭矩系統(tǒng)控制單元110由輔助量運算 單元111、微分控制單元112、橫擺率收斂性控制單元113、魯棒穩(wěn)定化補償單元114及自對 準扭矩（SAT)估計反饋單元115來構(gòu)成，還具備加法單元116A、116B及116C。另外，電動機 系統(tǒng)控制單元120由補償單元121、干擾估計單元122、電動機角速度運算單元123、電動機 角加速度運算單元124及電動機特性補償單元125來構(gòu)成，還具備加法單元126A和126B。
[0009] 轉(zhuǎn)向扭矩Th被輸入到輔助量運算單元111、微分控制單元112、橫擺率收斂性控制 單元113及SAT估計反饋單元115中，輔助量運算單元111、微分控制單元112、橫擺率收斂 性控制單元113及SAT估計反饋單元115都將車速Vel作為參數(shù)輸入。輔助量運算單元111 基于轉(zhuǎn)向扭矩Th運算出輔助扭矩量。橫擺率收斂性控制單元113輸入轉(zhuǎn)向扭矩Th和電動 機角速度ω，為了改善車輛橫擺的收斂性，對轉(zhuǎn)向盤的擺動動作進行制動。另外，微分控制 單元112提高轉(zhuǎn)向的中立點附近的控制的響應(yīng)度，并實現(xiàn)平滑、流暢的轉(zhuǎn)向。SAT估計反饋 單元115輸入轉(zhuǎn)向扭矩Th、輔助量運算單元111的輸出與微分控制單元112的輸出在加法 單元116A相加后得到的信號、電動機角速度運算單元123運算出的電動機角速度ω及來 自電動機角加速度運算單元124的角加速度α，估計SAT，利用反饋濾波器對估計出的SAT 進行信號處理，然后將合適的路面信息作為反力賦予給轉(zhuǎn)向盤。
[0010] 另外，輔助量運算單元111的輸出與微分控制單元112的輸出在加法單元116A相 加后得到的信號，與橫擺率收斂性控制單元113的輸出在加法單元116B相加后得到的信 號，作為輔助量AQ被輸入到魯棒穩(wěn)定化補償單元114。魯棒穩(wěn)定化補償單元114例如為日 本特開平8-290778號公報所公開的補償單元，其將被包含在扭矩檢測值中的，由慣性要素 和彈性要素構(gòu)成的共振系統(tǒng)的共振頻率中的峰值除去，并對阻礙控制系統(tǒng)的響應(yīng)度和穩(wěn)定 性的共振頻率的相位偏移進行補償。通過魯棒穩(wěn)定化補償單元114的輸出與SAT估計反饋 單元115的輸出在加法單元116C中相加，可得到輔助量Ia，該輔助量la能夠?qū)⒙访嫘畔⒆?為反力傳遞給轉(zhuǎn)向盤。
[0011] 而且，電動機角速度運算單元123基于電動機端子間電壓Vm和電動機電流i運算 出電動機角速度ω，電動機角速度ω被輸入到電動機角加速度運算單元124、橫擺率收斂 性控制單元113及SAT估計反饋單元115中。電動機角加速度運算單元124基于被輸入進 來的電動機角速度ω運算出電動機角加速度α，運算出的電動機角加速度α被輸入到電 動機特性補償單元125中。從魯棒穩(wěn)定化補償單元114的輸出中減去SAT估計反饋單元 115的輸出而得到的輔助量la與電動機特性補償單元125的輸出Ic在加法單元126A相加 后得到的加法信號作為電流指令值Ir被輸入到由微分補償單元等構(gòu)成的補償單元121中。 經(jīng)補償單元121補償后的電流指令值Ira與干擾估計單元122的輸出在加法單元126B相 加后得到的信號被輸入到電動機驅(qū)動單元21和干擾估計單元122中。干擾估計單元122 如日本特開平8-310417號公報所公開的裝置，其基于作為電動機輸出的控制目標并經(jīng)補 償單元121補償后的電流指令值Ira與干擾估計單元122的輸出相加后得到的信號和電動 機電流i，能夠既維持控制系統(tǒng)的輸出基準中所希望的電動機控制特性，又不失去控制系統(tǒng) 的穩(wěn)定性。
[0012] 在這里，參照圖3來說明從路面到轉(zhuǎn)向裝置之間產(chǎn)生的扭矩的狀況。如圖3所示， 通過駕駛員操縱轉(zhuǎn)向盤1進行轉(zhuǎn)向而產(chǎn)生轉(zhuǎn)向扭矩Th，電動機20根據(jù)該轉(zhuǎn)向扭矩Th來產(chǎn) 生輔助扭矩Tm。其結(jié)果為，使車輪轉(zhuǎn)向，產(chǎn)生作為反力的SAT。另外，此時，因為電動機20 的慣性J和摩擦（靜摩擦）Fr而產(chǎn)生變?yōu)檗D(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向的阻力的扭矩。如果考慮這些力的平 衡并把sign()作為符號函數(shù)的話，可以得到下述式1的運動方程式。
[0013] 式 1
[0014] J · a +Fr · sign (ω)+SAT = Tm+Th
[0015] 在這里，將初始值設(shè)為零并對上述式1進行拉普拉斯變換，對SAT求解可以得到下 述式2。
[0016] 式 2
[0017] SAT (s) = Tm(s)+Th (s)-J · a (s) _Fr · sign (ω (s))
[0018] 從上述式2可知，通過事先求出作為常數(shù)的電動機20的慣性J和靜摩擦Fr，可以 從電動機角速度ω、電動機角加速度α、輔助扭矩Tm及轉(zhuǎn)向扭矩Th估計出SAT。因此，轉(zhuǎn) 向扭矩Th、電動機角速度ω、電動機角加速度α及輔助量運算單元111的輸出被分別輸入 到SAT估計反饋單元115。
[0019] 另外，在直接反饋SAT估計反饋單元115估計出的SAT估計電流值*SAT的情況 下，由于轉(zhuǎn)向裝置會變得過重，所以無法提高轉(zhuǎn)向感覺。因此，如圖4所示，利用具有車速 感應(yīng)增益和頻率特性的反饋濾波器115A來對SAT估計電流值*SAT進行信號處理，為了提 高轉(zhuǎn)向感覺只反饋必要且足夠的信息。在這里采用的反饋濾波器具有Q濾波器（相位滯 后）115B和增益單元115C，其中，Q濾波器115B具有作為靜特性增益可將估計出的SAT的 大小減小到必要且足夠的值的增益；增益單元115C如圖5所示那樣與車速Vel相感應(yīng)；在 打死轉(zhuǎn)向盤（據(jù);I切*9 )、低速行駛等路面信息的重要性比較低的情況下，減少反饋回去的 路面ig息。
[0020] 在上述專利文獻2中記載的裝置中，盡管構(gòu)成SAT估計的反饋以便實現(xiàn)存在想抑 制的干擾的頻率帶與存在想傳遞的干擾的頻率帶的兩立，但是不具有積極消除想抑制的干 擾的功能。
[0021] 另一方面，在車輛通常制動時和穩(wěn)定行駛時，會發(fā)生令乘坐者感到不舒服的制動 顫振（7'' b -年t夂一）和擺振（シS -）。制動顫振