马达控制装置

技术领域

该发明涉及控制转向角控制用的电动马达的马达控制装置。

背景技术

在下述专利文献1公开了一种马达控制装置，包含：手动转向操纵指令值运算部，使用转向操纵转矩运算手动转向操纵指令值；综合角度指令值运算部，将手动转向操纵指令值与自动转向操纵指令值相加，来运算综合角度指令值；以及控制部，基于综合角度指令值，对电动马达进行角度控制。

专利文献1的手动转向操纵指令值运算部使用参考EPS模型运算手动转向操纵指令值。具体而言，手动转向操纵指令值运算部基于用于给予假想反作用力的包含弹簧常数以及粘性阻尼系数作为系数的运动方程式，运算手动转向操纵指令值。考虑将弹簧常数以及粘性阻尼系数设计为在驾驶员进行了转向操纵介入的情况下产生适当的转向操纵反作用力。

专利文献1：日本特开2019－194059号公报

在专利文献1所记载的马达控制装置中，能够设计驾驶员进行了转向操纵介入的情况下的反作用力特性，但在转向操纵介入后驾驶员从转向盘放手返回到自动驾驶时的返回特性(手动转向操纵指令值收敛为零的特性)成为顺其自然。换句话说，在返回到自动驾驶时，根据为了转向操纵介入时的转向操纵反作用力而设计的特性，手动转向操纵指令值收敛为零。

相反在优先返回特性，对弹簧常数以及粘性阻尼系数进行了设计的情况下，转向操纵介入中的反作用力特性成为顺其自然。

发明内容

该发明的一实施方式的目的在于提供能够独立地设定转向操纵介入中的反作用力特性、和放手后的返回特性的马达控制装置。

本发明的一实施方式提供一种马达控制装置，包含：手动转向操纵指令值生成部，生成手动转向操纵指令值；综合角度指令值运算部，将上述手动转向操纵指令值与在自动驾驶模式时被给予的自动转向操纵指令值相加，来运算综合角度指令值；控制部，基于上述综合角度指令值，对转向角控制用的电动马达进行角度控制；以及上手离手判定部，判定是驾驶员把持方向盘的把持状态，还是驾驶员未把持上述方向盘的放手状态，上述手动转向操纵指令值生成部构成为基于运动方程式生成上述手动转向操纵指令值，上述马达控制装置还包含系数值变更部，该系数值变更部根据上述上手离手判定部的判定结果，变更上述运动方程式所包含的系数中的至少一个系数的值。

在该构成中，能够独立地设定转向操纵介入中的反作用力特性和放手后的返回特性。

附图说明

图1是表示应用了本发明的一实施方式所涉及的马达控制装置的电动助力转向系统的概略结构的示意图。

图2是用于说明马达控制用ECU的电气构成的框图。

图3是表示手动转向操纵指令值生成部的构成的框图。

图4是表示相对于转向操纵转矩T

图5是表示指令值设定部中使用的参考EPS模型的一个例子的示意图。

图6是表示角度控制部的构成的框图。

图7是表示电动助力转向系统的物理模型的构成例的示意图。

图8是表示干扰转矩估计部的构成的框图。

图9是表示转矩控制部的构成的示意图。

图10是表示由系数值设定部进行的系数值设定处理的顺序的流程图。

图11是表示直接使用转向操纵介入中的反作用力特性作为放手后的返回特性的情况下的返回特性以及将k

具体实施方式

[本发明的实施方式的说明]

本发明的一实施方式提供一种马达控制装置，包含：手动转向操纵指令值生成部，生成手动转向操纵指令值；综合角度指令值运算部，将上述手动转向操纵指令值与在自动驾驶模式时被给予的自动转向操纵指令值相加，来运算综合角度指令值；控制部，基于上述综合角度指令值，对转向角控制用的电动马达进行角度控制；以及上手离手判定部，判定是驾驶员把持方向盘的把持状态，还是驾驶员未把持上述方向盘的放手状态，上述手动转向操纵指令值生成部构成为基于运动方程式生成上述手动转向操纵指令值，上述马达控制装置还包含系数值变更部，该系数值变更部根据上述上手离手判定部的判定结果，变更上述运动方程式所包含的系数中的至少一个系数的值。

在该构成中，能够独立地设定转向操纵介入中的反作用力特性、和放手后的返回特性。

在本发明的一实施方式中，上述运动方程式包含惯性、弹簧常数以及粘性阻尼系数作为系数，上述系数值变更部构成为根据上述上手离手判定部的判定结果变更上述惯性、上述弹簧常数以及上述粘性阻尼系数中的至少一个的值。

在本发明的一实施方式中，上述上手离手判定部构成为若转向操纵转矩在规定阈值以上则判定为把持状态，在上述转向操纵转矩小于阈值的状态持续规定时间以上时判定为放手状态。

[本发明的实施方式的详细说明]

以下，参照附图对该发明的实施方式进行详细的说明。

[1]电动助力转向系统的概略结构

图1是表示应用了本发明的一实施方式所涉及的马达控制装置的电动助力转向系统的概略结构的示意图。

电动助力转向系统1具备作为用于对车辆进行方向操纵的转向操纵部件的方向盘(转向盘)2、与该方向盘2的旋转联动地对转向轮3进行转向的转向机构4、以及用于辅助驾驶员的转向操纵的转向操纵辅助机构5。方向盘2与转向机构4经由转向轴6以及中间轴7机械连结。

转向轴6包括与方向盘2连结的输入轴8、和与中间轴7连结的输出轴9。输入轴8与输出轴9经由扭杆10以能够相对旋转的方式连结。

在扭杆10的附近配置有转矩传感器12。转矩传感器12基于输入轴8以及输出轴9的相对旋转位移量，检测给予方向盘2的转向操纵转矩(扭杆转矩)T

转向机构4由包含小齿轮轴13和作为转向轴的齿条轴14的齿条小齿轮机构构成。在齿条轴14的各端部经由转向横拉杆15以及转向节臂(图示省略)连结有转向轮3。小齿轮轴13与中间轴7连结。小齿轮轴13与方向盘2的转向操纵联动地进行旋转。在小齿轮轴13的前端连结有小齿轮16。

齿条轴14沿着车辆的左右方向直线状地延伸。在齿条轴14的轴向的中间部形成有与小齿轮16啮合的齿条17。通过该小齿轮16以及齿条17，小齿轮轴13的旋转被转换为齿条轴14的轴向移动。通过使齿条轴14向轴向移动，能够使转向轮3转向。

若对方向盘2进行转向操纵(旋转)，则该旋转经由转向轴6以及中间轴7传递到小齿轮轴13。而且，小齿轮轴13的旋转通过小齿轮16以及齿条17被转换为齿条轴14的轴向移动。由此，转向轮3转向。

转向操纵辅助机构5包含用于产生转向操纵辅助力(辅助转矩)的电动马达18、和用于放大电动马达18的输出转矩并传递到转向机构4的减速机19。减速机19由包含蜗杆20和与该蜗杆20啮合的蜗轮21的蜗轮蜗杆机构构成。减速机19收容在作为传递机构壳体的齿轮箱22内。以下，有用N表示减速机19的减速比(传动比)的情况。减速比N被定义为蜗杆20的旋转角θ

蜗杆20被电动马达18旋转驱动。另外，蜗轮21以能够一体旋转的方式与输出轴9连结。

若通过电动马达18对蜗杆20进行旋转驱动，则蜗轮21被旋转驱动，对转向轴6赋予马达转矩并且转向轴6(输出轴9)进行旋转。而且，转向轴6的旋转经由中间轴7传递到小齿轮轴13。小齿轮轴13的旋转被转换为齿条轴14的轴向移动。由此，转向轮3转向。即，通过利用电动马达18对蜗杆20进行旋转驱动，能够进行基于电动马达18的转向操纵辅助、转向轮3的转向。在电动马达18设置有用于检测电动马达18的转子的旋转角的旋转角传感器23。

作为施加给输出轴9(电动马达18的驱动对象的一个例子)的转矩，有基于电动马达18的马达转矩、和马达转矩以外的干扰转矩。在马达转矩以外的干扰转矩T

转向操纵转矩T

路面负荷转矩T

在车辆搭载有拍摄车辆的行进方向前方的道路的CCD(Charge Coupled Device：电荷耦合器件)照相机25、用于检测本车位置的GPS(Global Positioning System：全球定位系统)26、用于检测道路形状、障碍物的雷达27、存储了地图信息的地图信息存储器28以及用于检测车速V的车速传感器29。

CCD照相机25、GPS26、雷达27、地图信息存储器28以及车速传感器29与用于进行自动驾驶控制的上位ECU(ECU：Electronic Control Unit：电子控制单元)201连接。上位ECU201基于通过CCD照相机25、GPS26、雷达27以及车速传感器29得到的信息以及地图信息，进行周边环境识别、本车位置估计、路径计划等，进行转向操纵、驱动致动器的控制目标值的决定。

在该实施方式中，有通常模式和自动驾驶模式作为驾驶模式。上位ECU201在自动驾驶模式时，设定用于自动驾驶(包含驾驶辅助)的自动转向操纵指令值θ

另外，上位ECU201输出表示驾驶模式是通常模式还是自动驾驶模式的模式信号S

[2]马达控制用ECU202

图2是用于说明马达控制用ECU202的电气构成的框图。

马达控制用ECU202具备微型计算机40、由微型计算机40控制，并向电动马达18供给电力的驱动电路(逆变器电路)31、以及用于检测流向电动马达18的电流(以下，称为“马达电流I

微型计算机40具备CPU以及存储器(ROM、RAM、非易失性存储器等)，通过执行规定的程序，作为多个功能处理部发挥作用。在该多个功能处理部包含有旋转角运算部41、减速比除法部42、上手离手判定部43、系数值设定部44、手动转向操纵指令值生成部45、综合角度指令值运算部46、角度控制部47、以及转矩控制部48。

旋转角运算部41基于旋转角传感器23的输出信号，运算电动马达18的转子旋转角θ

上手离手判定部43判定是驾驶员把持方向盘2的把持状态(上手(hands-on))，还是驾驶员未把持方向盘2的放手状态(离手(hands-off))。上手离手判定部43例如也可以基于转向操纵转矩T

上手离手判定部43例如也可以若转向操纵转矩T

系数值设定部44在自动驾驶模式时，基于上手离手判定部43的上手离手判定结果设定由手动转向操纵指令值生成部45使用的下柱惯性J

为了在驾驶员对方向盘2进行了操作的情况下，设定与该方向盘操作对应的转向操纵角作为手动转向操纵指令值θ

综合角度指令值运算部46将手动转向操纵指令值θ

角度控制部47基于综合角度指令值θ

图3是表示手动转向操纵指令值生成部45的构成的框图。

手动转向操纵指令值生成部45包含辅助转矩指令值设定部51、和指令值设定部52。

辅助转矩指令值设定部51设定手动操作所需要的辅助转矩的目标值亦即辅助转矩指令值T

辅助转矩指令值T

此外，辅助转矩指令值设定部51也可以通过对转向操纵转矩T

指令值设定部52在该实施方式中，使用参考EPS模型，设定手动转向操纵指令值θ

图5是表示指令值设定部52中使用的参考EPS模型的一个例子的示意图。

该参考EPS模型是包含下柱的单一惯性模型。下柱与输出轴9以及蜗轮21对应。在图5中，J

T

通过下式(2)表示参考EPS模型的运动方程式。

J

通过系数值设定部44设定作为式(2)的运动方程式的系数的下柱惯性J

指令值设定部52通过对T

图6是表示角度控制部47的构成的框图。

角度控制部47基于综合角度指令值θ

减速比乘法部68通过对由减速比除法部67运算出的马达转矩指令值T

低通滤波器61对综合角度指令值θ

为了使由减速比除法部42(参照图2)运算出的实际转向操纵角θ

PD控制部62B通过对由角度偏差运算部62A运算出的角度偏差Δθ

为了对电动助力转向系统1的惯性所引起的响应性的延迟进行补偿，使控制的响应性提高而设置前馈控制部63。前馈控制部63包含角加速度运算部63A和惯性乘法部63B。角加速度运算部63A通过对综合角度指令值θ

惯性乘法部63B通过对由角加速度运算部63A运算出的目标角加速度d

转矩加法部65通过将前馈控制转矩T

为了估计在成套设备(电动马达18的控制对象)作为干扰产生的非线性的转矩(干扰转矩：马达转矩以外的转矩)而设置干扰转矩估计部64。干扰转矩估计部64基于作为向成套设备的输入值的输出轴转矩指令值T

由干扰转矩估计部64运算出的干扰转矩估计值^T

干扰转矩补偿部66通过从基本转矩指令值(T

输出轴转矩指令值T

对干扰转矩估计部64进行详细说明。干扰转矩估计部64例如由使用图7所示的电动助力转向系统1的物理模型101，估计干扰转矩T

该物理模型101包含成套设备(马达驱动对象的一个例子)102，该成套设备包含输出轴9以及固定于输出轴9的蜗轮21。在成套设备102中，从方向盘2经由扭杆10被给予转向操纵转矩T

并且，在成套设备102中，经由蜗杆20被给予输出轴转矩指令值T

若将成套设备102的惯性设为J，则通过下式(3)表示关于物理模型101的惯性的运动方程式。

[数1]

数1

T

d

通过下式(4)表示对于图7的物理模型101的状态方程式。

[数2]

数2

在上述式(4)中，x是状态变量向量，u

将上述状态方程式扩展为包含未知输入向量u

[数3]

数3

在上述式(5)中，x

[数4]

数4

在上述式(5)中，A

根据上述式(5)的扩展状态方程式，构建通过下式(7)的方程式表示的干扰观测器(扩展状态观测器)。

[数5]

数5

在式(7)中，^x

[数6]

数6

在式(8)中，^θ

干扰转矩估计部64基于上述式(7)的方程式运算状态变量向量^x

图8是表示干扰转矩估计部64的构成的框图。

干扰转矩估计部64包含输入向量输入部81、输出矩阵乘法部82、第一加法部83、增益乘法部84、输入矩阵乘法部85、系统矩阵乘法部86、第二加法部87、积分部88、以及状态变量向量输出部89。

由减速比乘法部68(参照图6)运算出的输出轴转矩指令值T

积分部88的输出为状态变量向量^x

系统矩阵乘法部86对状态变量向量^x

第一加法部83从由减速比除法部42(参照图2)运算出的实际转向操纵角θ

输入矩阵乘法部85对从输入向量输入部81输出的输入向量u

一般的干扰观测器与上述的扩展状态观测器不同，由成套设备的逆模型和低通滤波器构成。如上述那样通过式(3)表示成套设备的运动方程式。因此，成套设备的逆模型为下式(9)。

[数7]

数7

向一般的干扰观测器的输入为J·d

此外，也可以使用由成套设备的逆模型和低通滤波器构成的一般的干扰观测器，作为干扰转矩估计部64。

图9是表示转矩控制部48的电气构成的框图。转矩控制部48包含马达电流指令值运算部91、电流偏差运算部92、PI控制部93、以及PWM(Pulse Width Modulation：脉宽调制)控制部94。

马达电流指令值运算部91通过将由角度控制部47运算出的马达转矩指令值T

电流偏差运算部92运算通过马达电流指令值运算部91得到的马达电流指令值I

PI控制部93通过进行对由电流偏差运算部92运算出的电流偏差ΔI

接下来，对系数值设定部44的动作进行详细说明。系数值设定部44在自动驾驶模式时，进行用于设定下柱惯性J

图10是表示通过系数值设定部44进行的系数值设定处理的顺序的流程图。每当开始自动驾驶模式则开始图10所示的系数值设定处理，并按照规定的运算周期反复进行该处理直至解除自动驾驶模式为止。

以下，J

在电源接通时的初始设定中，系数值设定部44分别设定J

系数值设定部44辨别上手离手判定部43的判定结果是否为放手状态(步骤S1)。

若上手离手判定部43的判定结果为把持状态(作为一个例子，转向操纵转矩T

此外，在移至步骤S2的时刻，分别设定J

另外作为不限于经过时间的方法，在上手离手判定部43如上述那样，是若转向操纵转矩T

在步骤S1中，若上手离手判定部43的判定结果为放手状态(作为一个例子，转向操纵转矩T

此外，在移至步骤S3的时刻，分别设定J

另外作为不限于经过时间的方法，在上手离手判定部43如上述那样，是若转向操纵转矩T

在驾驶模式为通常模式的情况下，系数值设定部44分别设定J

例如，相对于J

图11的虚线Q1示出直接使用了转向操纵介入中的反作用力特性作为放手后的返回特性的情况下的返回特性，图11的实线Q2示出将k

在自动驾驶模式中，系数值设定部44既可以基于上手离手判定结果，变更下柱惯性J

在上述的实施方式中，在自动驾驶模式中，能够根据上手离手判定部43的判定结果，变更下柱惯性J

在上述的实施方式中，示出了将该发明应用于柱式EPS的马达控制的情况下的例子，但该发明也能够应用于柱式以外的EPS的马达控制。

虽然对本发明的实施方式进行了详细说明，但这些实施方式仅为为了明确本发明的技术内容而使用的具体例，本发明并不应该限定于这些具体例进行解释，本发明的范围仅由附加的权利要求书限定。

附图标记说明

1…电动助力转向装置，3…转向轮，4…转向机构，18…电动马达，43…上手离手判定部，44…系数值设定部，45…手动转向操纵指令值生成部，46…综合角度指令值运算部，47…角度控制部，48…转矩控制部，51…辅助转矩指令值设定部，52…指令值设定部，201…上位ECU，202…马达控制用ECU