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)向控制（停車輔助模式）功能 和手動轉(zhuǎn)向控制功能，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)向裝置通過不使用特別的部件，既抑制振動又高精度 地進行執(zhí)行使實際轉(zhuǎn)向角追隨目標轉(zhuǎn)向角的自動轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向角控制，來改善性能并抑制在 自動轉(zhuǎn)向控制中發(fā)生的轉(zhuǎn)向盤振動。
【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（EPS)，將電動機的驅(qū)動力經(jīng)減速機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）控制的占空比指令值來進行。
[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)向軸或方向盤軸）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(ControllerAreaNetwork，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，控制單元100具有如日本特開2002-369565號公 報所公開的結(jié)構(gòu)。
[0005] 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。
[0006] 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和116B、減法單元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。
[0007] 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計算輔助扭矩量。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《，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《及來自 電動機角加速度運算單元124的角加速度a，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。
[0008] 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。通過減法單元116C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，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。
[0009] 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計算 電動機角速度《，電動機角速度《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《計算電動機角加速度a，計算出的電動機角加速度a被輸入到電動機 特性補償單元125和SAT估計反饋單元115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。
[0010] 在這樣的電動助力轉(zhuǎn)向裝置中，近年出現(xiàn)了具有停車輔助功能（parking assist)，切換自動轉(zhuǎn)向控制和手動轉(zhuǎn)向控制的車輛。在這樣的裝備了停車輔助功能的車輛 中，基于來自攝相機（圖像）、距離傳感器等的數(shù)據(jù)設(shè)定目標轉(zhuǎn)向角，進行使實際轉(zhuǎn)向角追 隨目標轉(zhuǎn)向角的自動轉(zhuǎn)向控制。
[0011] 在具有現(xiàn)有周知的自動轉(zhuǎn)向控制（停車輔助模式）功能和手動轉(zhuǎn)向控制功能的電 動助力轉(zhuǎn)向裝置中，通過基于預(yù)先存儲好的車輛的移動距離和轉(zhuǎn)舵角（転舵角）的關(guān)系控 制傳動器（電動機），來自動進行倒車停車和縱隊停車。
[0012] 還有，現(xiàn)有的轉(zhuǎn)向控制裝置計算電動機電流指令值以便使實際轉(zhuǎn)向角和根據(jù)車輛 而設(shè)定的目標轉(zhuǎn)向角一致，實現(xiàn)自動轉(zhuǎn)向控制。例如在日本專利第3917008號公報（專利 文獻1)所公開的自動轉(zhuǎn)向控制裝置中，在轉(zhuǎn)向角控制中，對目標轉(zhuǎn)向角與轉(zhuǎn)向角（實際轉(zhuǎn) 向角）之間的偏差進行速度PI控制，并把它的運算結(jié)果用于轉(zhuǎn)向角追隨控制。
[0013] 現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0014] 專利文獻
[0015] 專利文獻1 :日本專利第3917008號公報
[0016] 專利文獻2 :日本專利第5068327號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 發(fā)明要解決的技術(shù)問題
[0018] 但是，在現(xiàn)有的自動轉(zhuǎn)向控制中，當車輛進行轉(zhuǎn)向角控制時，由于行駛車速、摩擦 和路面反力的變化等引起干擾和負荷狀況變化很大，所以轉(zhuǎn)向角控制必須是一種對這些因 素有耐受性的控制結(jié)構(gòu)。但是，在速度PI控制中，例如在路面反力發(fā)生了變化的情況下，由 于實際轉(zhuǎn)向角的響應(yīng)隨路面反力的變化而變化，所以有可能實際轉(zhuǎn)向角不能高精度地追隨 目標轉(zhuǎn)向角，而且車輛有可能偏離目標轉(zhuǎn)向角。另外，在目標轉(zhuǎn)向角高速變化的情況下，盡 管通過電動機輔助來控制實際轉(zhuǎn)向角以便使其追隨目標轉(zhuǎn)向角，但在專