[发明专利]电动助力转向装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种电动助力转向装置，其基于电流指令值通过逆变器来对电动机进行PWM控制，以便对转向系统施加辅助扭矩。本发明尤其涉及一种高信赖性的电动助力转向装置。该高信赖性的电动助力转向装置通过根据与转向角相对应的转向盘回正控制电流来进行补正，以便在返回到直线状态的行驶状态中使转向盘积极地返回到中立点，并提高了转向盘回正控制的功能。

背景技术

利用电动机的旋转力对车辆的转向机构施加辅助扭矩的电动助力转向装置，将电动机的驱动力经由减速装置由齿轮或皮带等传送机构，向转向轴或齿条轴施加辅助扭矩。为了准确地产生辅助扭矩，现有的电动助力转向装置(EPS)进行电动机电流的反馈控制。反馈控制调整电动机外加电压，以便使转向辅助指令值(电流指令值)与电动机电流检测值之间的差变小。电动机外加电压的调整一般通过调整PWM(脉冲宽度调制)控制的占空比(duty)来进行。

如图1所示，对电动助力转向装置的一般结构进行说明。转向盘(方向盘)1的柱轴(转向轴或方向盘轴)2经过减速齿轮3、万向节4a和4b、齿轮齿条机构5、转向横拉杆6a和6b，再通过轮毂单元7a和7b，与转向车轮8L和8R连接。另外，在柱轴2上设有用于检测出转向盘1的转向扭矩T的扭矩传感器10和用于检测出转向角θ的转向角传感器14，对转向盘1的转向力进行辅助的电动机20通过减速齿轮3与柱轴2连接。电池13对用于控制电动助力转向装置的控制单元(ECU)30进行供电，同时，经过点火开关11，点火信号被输入到控制单元30。控制单元30基于由扭矩传感器10检测出的转向扭矩T和由车速传感器12检测出的车速V，进行作为辅助(转向辅助)指令的电流指令值的运算，根据通过对电流指令值实施补偿等而得到的电压控制指令值Vref，来控制供给电动机20的电流。此外，转向角传感器14不是必须的，也可以不设置转向角传感器14。

另外，收发车辆的各种信息的CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)50被连接到控制单元30，车速V也能够从CAN50获得。此外，收发CAN50以外的通信、模拟/数字信号、电波等的非CAN51也可以被连接到控制单元30。

控制单元30主要由CPU(也包含MCU或MPU等)构成，该CPU内部由程序执行的一般功能，如图2所示。

参照图2来说明控制单元30的功能和动作。如图2所示，由扭矩传感器10检测出的转向扭矩T和由车速传感器12检测出的(或来自CAN50的)车速V被输入到用于运算出电流指令值Iref1的电流指令值运算单元31中。电流指令值运算单元31基于被输入进来的转向扭矩T和车速V使用辅助图(アシストマップ)等运算出作为供给电动机20的电流的控制目标值的电流指令值Iref1。电流指令值Iref1经过加法单元32A被输入到电流限制单元33；被限制了最大电流的电流指令值Irefm被输入到减法单元32B；减法单元32B运算出电流指令值Irefm与被反馈回来的电动机电流值Im之间的偏差I(Irefm-Im)；该偏差I被输入到用于进行转向动作的特性改善的PI控制单元35中。在PI控制单元35中被进行了特性改善的电压控制指令值Vref被输入到PWM控制单元36中，再经过作为驱动单元的逆变器37来对电动机20进行PWM驱动。电动机电流检测器38检测出电动机20的电流值Im，检测出的电流值Im被反馈到减法单元32B中。逆变器37作为驱动元件使用场效应晶体管(FET)，由FET的电桥电路构成。

另外，在加法单元32A对来自补偿信号生成单元34的补偿信号CM进行加法运算，通过补偿信号CM的加法运算来进行转向系统的特性补偿，以便改善收敛性和惯性特性等。补偿信号生成单元34先在加法单元344将自对准扭矩(SAT)343与惯性342相加，然后，在加法单元345再将在加法单元344得到的加法结果与收敛性341相加，最后，将在加法单元345得到的加法结果作为补偿信号CM。

在这样的电动助力转向装置中，因减速齿轮和齿轮齿条而产生的摩擦大，并且，因用于产生辅助扭矩的电动机而产生的转向轴周围的等价惯性力矩也大。因此，在自对准扭矩(SAT)小的低车速域，因为摩擦大而导致转向盘回正变坏。所以如果在直线状态中只依靠SAT的话，则转向角返回不到中立点，需要依靠驾驶员的转向介入来使转向角返回到中立点，这样会给驾驶员带来负担。

另一方面，在SAT大的高车速域，因为SAT大，尽管转向角速度与低车速相比有变快的倾向，但由于惯性力矩大，所以惯性扭矩也大，这样在转向角的中立点转向盘不收束，并且会发生超调(オーバーシュート)，从而会感到车辆特性不稳定。