電動(dòng)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(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置，其具有自動(dòng)轉(zhuǎn)向模式（停車(chē)輔助模式）功能 和手動(dòng)轉(zhuǎn)向模式功能，將電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的輔助扭矩賦予車(chē)輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。本發(fā)明尤其涉及一 種電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置。該電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置進(jìn)一步提高了自動(dòng)轉(zhuǎn)向模式時(shí)的實(shí)際轉(zhuǎn)向角的 對(duì)目標(biāo)轉(zhuǎn)向角的追隨性。
【背景技術(shù)】
[0002] 利用電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)力對(duì)車(chē)輛的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)施加轉(zhuǎn)向輔助力（輔助扭矩）的電動(dòng)助力 轉(zhuǎn)向裝置，將電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力經(jīng)由減速裝置由齒輪或皮帶等傳送機(jī)構(gòu)，向轉(zhuǎn)向軸或齒條軸 施加轉(zhuǎn)向輔助力。為了準(zhǔn)確產(chǎn)生轉(zhuǎn)向輔助力的扭矩，現(xiàn)有的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置（EPS)進(jìn)行 電動(dòng)機(jī)電流的反饋控制。反饋控制調(diào)整電動(dòng)機(jī)外加電壓，以便使轉(zhuǎn)向輔助指令值（電流指 令值）與電動(dòng)機(jī)電流檢測(cè)值的差變小，電動(dòng)機(jī)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(lái)進(jìn)行。
[0003] 如圖1所示，對(duì)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置的一般結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。轉(zhuǎn)向盤(pán)（方向盤(pán)）1的柱 軸（轉(zhuǎn)向軸）2經(jīng)過(guò)減速齒輪3、萬(wàn)向節(jié)4a和4b、齒臂機(jī)構(gòu)5、轉(zhuǎn)向橫拉桿6a和6b，再通過(guò) 輪轂單元7a和7b，與轉(zhuǎn)向車(chē)輪8L和8R連接。另外，在柱軸2上設(shè)有檢測(cè)轉(zhuǎn)向盤(pán)1的轉(zhuǎn)向 扭矩的扭矩傳感器10,對(duì)轉(zhuǎn)向盤(pán)1的轉(zhuǎn)向力進(jìn)行輔助的電動(dòng)機(jī)20通過(guò)減速齒輪3與柱軸2 連接。電池13對(duì)控制電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置的控制單元（ECU) 100進(jìn)行供電，同時(shí)，經(jīng)過(guò)點(diǎn)火開(kāi) 關(guān)11，點(diǎn)火信號(hào)被輸入到控制單元100?？刂茊卧?00基于由扭矩傳感器10檢測(cè)出的轉(zhuǎn)向 扭矩Th和由車(chē)速傳感器12檢測(cè)出的車(chē)速Vel，進(jìn)行輔助（轉(zhuǎn)向輔助）指令的轉(zhuǎn)向輔助指令 值的運(yùn)算，通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)向輔助指令值實(shí)施補(bǔ)償?shù)鹊玫降碾娏骺刂浦礒，控制供給電動(dòng)機(jī)20的 電流。此外，車(chē)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(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置中，例如日本特開(kāi)平8-290778號(hào)公報(bào)（專(zhuān)利文獻(xiàn)1) 所公開(kāi)的那樣，現(xiàn)有技術(shù)通過(guò)控制單元100內(nèi)的魯棒穩(wěn)定化補(bǔ)償單元來(lái)同時(shí)設(shè)計(jì)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?yàn)檗D(zhuǎn)向中立點(diǎn)附近的轉(zhuǎn)向時(shí)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(dòng)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(wèn)題的裝置，例如有日本特開(kāi)2002-369565號(hào)公報(bào)（專(zhuān)利文獻(xiàn)2) 所公開(kāi)的發(fā)明。
[0007] 參照與圖1相對(duì)應(yīng)的圖2來(lái)說(shuō)明專(zhuān)利文獻(xiàn)2所公開(kāi)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(dòng)機(jī)20由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元21驅(qū)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元21由 用兩點(diǎn)虛線(xiàn)表示的控制單元100控制，來(lái)自扭矩傳感器10的轉(zhuǎn)向扭矩Th和來(lái)自車(chē)速檢測(cè) 系統(tǒng)的車(chē)速Vel被輸入到控制單元100。在電動(dòng)機(jī)20中，電動(dòng)機(jī)端子間電壓Vm和電動(dòng)機(jī)電 流值i被測(cè)定然后被輸出。
[0008] 控制單元100具備用虛線(xiàn)表示的扭矩系統(tǒng)控制單元110和用一點(diǎn)虛線(xiàn)表示的電動(dòng) 機(jī)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(jìn)行控制；電動(dòng)機(jī)系統(tǒng) 控制單元120進(jìn)行與電動(dòng)機(jī)20的驅(qū)動(dòng)相關(guān)的控制。扭矩系統(tǒng)控制單元110由輔助量運(yùn)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(bǔ)償單元114及自對(duì) 準(zhǔn)扭矩（SAT)估計(jì)反饋單元115來(lái)構(gòu)成，還具備加法單元116A、116B及116C。另外，電動(dòng)機(jī) 系統(tǒng)控制單元120由補(bǔ)償單元121、干擾估計(jì)單元122、電動(dòng)機(jī)角速度運(yùn)算單元123、電動(dòng)機(jī) 角加速度運(yùn)算單元124及電動(dòng)機(jī)特性補(bǔ)償單元125來(lái)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(yùn)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(jì)反饋單元115中，輔助量運(yùn)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(jì)反饋單元115都將車(chē)速Vel作為參數(shù)輸入。輔助量運(yùn)算單元111 基于轉(zhuǎn)向扭矩Th運(yùn)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(dòng) 機(jī)角速度ω，為了改善車(chē)輛橫擺的收斂性，對(duì)轉(zhuǎn)向盤(pán)的擺動(dòng)動(dòng)作進(jìn)行制動(dòng)。另外，微分控制 單元112提高轉(zhuǎn)向的中立點(diǎn)附近的控制的響應(yīng)度，并實(shí)現(xiàn)平滑、流暢的轉(zhuǎn)向。SAT估計(jì)反饋 單元115輸入轉(zhuǎn)向扭矩Th、輔助量運(yùn)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(hào)、電動(dòng)機(jī)角速度運(yùn)算單元123運(yùn)算出的電動(dòng)機(jī)角速度ω及來(lái) 自電動(dòng)機(jī)角加速度運(yùn)算單元124的角加速度α，估計(jì)SAT，利用反饋濾波器對(duì)估計(jì)出的SAT 進(jìn)行信號(hào)處理，然后將合適的路面信息作為反力賦予給轉(zhuǎn)向盤(pán)。
[0010] 另外，輔助量運(yùn)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(hào)，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(hào)，作為輔助量AQ被輸入到魯棒穩(wěn)定化補(bǔ)償單元114。魯棒穩(wěn)定化補(bǔ)償單元114例如為日 本特開(kāi)平8-290778號(hào)公報(bào)所公開(kāi)的補(bǔ)償單元，其將被包含在扭矩檢測(cè)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(duì)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(jìn)行補(bǔ)償。通過(guò)魯棒穩(wěn)定化補(bǔ)償單元114的輸出與SAT估計(jì)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(pán)。
[0011] 而且，電動(dòng)機(jī)角速度運(yùn)算單元123基于電動(dòng)機(jī)端子間電壓Vm和電動(dòng)機(jī)電流i運(yùn)算 出電動(dòng)機(jī)角速度ω，電動(dòng)機(jī)角速度ω被輸入到電動(dòng)機(jī)角加速度運(yùn)算單元124、橫擺率收斂 性控制單元113及SAT估計(jì)反饋單元115中。電動(dòng)機(jī)角加速度運(yùn)算單元124基于被輸入進(jìn) 來(lái)的電動(dòng)機(jī)角速度ω運(yùn)算出電動(dòng)機(jī)角加速度α，運(yùn)算出的電動(dòng)機(jī)角加速度α被輸入到電 動(dòng)機(jī)特性補(bǔ)償單元125中。從魯棒穩(wěn)定化補(bǔ)償單元114的輸出中減去SAT估計(jì)反饋單元 115的輸出而得到的輔助量la與電動(dòng)機(jī)特性補(bǔ)償單元125的輸出Ic在加法單元126A相加 后得到的加法信號(hào)作為電流指令值Ir被輸入到由微分補(bǔ)償單元等構(gòu)成的補(bǔ)償單元121中。 經(jīng)補(bǔ)償單元121補(bǔ)償后的電流指令值Ira與干擾估計(jì)單元122的輸出在加法單元126B相 加后得到的信號(hào)被輸入到電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元21和干擾估計(jì)單元122中。干擾估計(jì)單元122 如日本特開(kāi)平8-310417號(hào)公報(bào)所公開(kāi)的裝置，其基于作為電動(dòng)機(jī)輸出的控制目標(biāo)并經(jīng)補(bǔ) 償單元121補(bǔ)償后的電流指令值Ira與干擾估計(jì)單元122的輸出相加后得到的信號(hào)和電動(dòng) 機(jī)電流i，能夠既維持控制系統(tǒng)的輸出基準(zhǔn)中所希望的電動(dòng)機(jī)控制特性，又不失去控制系統(tǒng) 的穩(wěn)定性。
[0012] 在這里，參照?qǐng)D3來(lái)說(shuō)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(guò)駕駛員操縱轉(zhuǎn)向盤(pán)1進(jìn)行轉(zhuǎn)向而產(chǎn)生轉(zhuǎn)向扭矩Th，電動(dòng)機(jī)20根據(jù)該轉(zhuǎn)向扭矩Th來(lái)產(chǎn) 生輔助扭矩Tm。其結(jié)果為，使車(chē)輪轉(zhuǎn)向，產(chǎn)生作為反力的SAT。另外，此時(shí)，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)20 的慣性J和摩擦（靜摩擦）Fr而產(chǎn)生變?yōu)檗D(zhuǎn)向盤(pán)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(hào)函數(shù)的話(huà)，可以得到下述式1的運(yùn)動(dòng)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(duì)上述式1進(jìn)行拉普拉斯變換，對(duì)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(guò)事先求出作為常數(shù)的電動(dòng)機(jī)20的慣性J和靜摩擦Fr，可以 從電動(dòng)機(jī)角速度ω、電動(dòng)機(jī)角加速度α、輔助扭矩Tm及轉(zhuǎn)向扭矩Th估計(jì)出SAT。因此，轉(zhuǎn) 向扭矩Th、電動(dòng)機(jī)角速度ω、電動(dòng)機(jī)角加速度α及輔助量運(yùn)算單元111的輸出被分別輸入 到SAT估計(jì)反饋單元115。
[0019] 另外，在直接反饋SAT估計(jì)反饋單元115估計(jì)出的SAT估計(jì)電流值*SAT的情況 下，由于轉(zhuǎn)向裝置會(huì)變得過(guò)重，所以無(wú)法提高轉(zhuǎn)向感覺(jué)。因此，如圖4所示，利用具有車(chē)速 感應(yīng)增益和頻率特性的反饋濾波器115A來(lái)對(duì)SAT估計(jì)電流值*SAT進(jìn)行信號(hào)處理，為了提 高轉(zhuǎn)向感覺(jué)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(jì)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(chē)速Vel相感應(yīng)；在 打死轉(zhuǎn)向盤(pán)（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(zhuān)利文獻(xiàn)2中記載的裝置中，盡管構(gòu)成SAT估計(jì)的反饋以便實(shí)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(chē)輛通常制動(dòng)時(shí)和穩(wěn)定行駛時(shí)，會(huì)發(fā)生令乘坐者感到不舒服的制動(dòng) 顫振（7'' b -年t夂一）和擺振（シS -）。制動(dòng)顫振