电动助力转向装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种价格低廉并且高性能的电动助力转向装置。该电动助力转向装置通过一边学习机构系统和转向系统的非线性要素，一边高精度地估计出电动机轴角度和转向轴角度，并且利用双方的角度传感器的估计角度，就能够备份双方的角度传感器。在本发明专利技术的电动助力转向装置中，用于对车辆的转向系统进行辅助控制的电动机通过减速机构与转向轴相连接，本发明专利技术的电动助力转向装置具备用于检测出转向轴的转向轴角度的第1角度传感器和用于检测出电动机的电动机轴角度的第2角度传感器，其通过基于第1角度传感器的实测角度、第2角度传感器的实测角度、电动机扭矩以及电动机角速度，来重复进行包括减速机构在内的非线性要素的特性的学习，以便求得补偿值图，并且，使用补偿值图来估计出转向轴角度以及电动机轴角度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电动助力转向装置
本专利技术涉及一种电动助力转向装置，其通过电流指令值对电动机进行驱动控制，通过电动机的驱动控制对车辆的转向系统进行辅助控制，本专利技术尤其涉及一种电动助力转向装置，其在转向轴(小齿轮侧)和电动机轴上分别搭载1个角度传感器，一边按照需要学习包括减速机构在内的机构系统和转向系统的非线性要素，一边高精度地估计出电动机轴角度和转向轴角度，并且，通过对实测值和估计值进行比较来判定出故障(包括异常)，在2个角度传感器中的1个角度传感器发生了故障的情况下，通过利用一方的角度传感器的检测角度，使得能够备份另一方的角度传感器。还有，本专利技术涉及一种电动助力转向装置，在该电动助力转向装置中，将非线性要素分成静态特性(角度误差)、动态特性(角度误差)和延迟(相位误差)这三种成分，单独地学习这些成分或者将这些成分适当地结合起来后进行学习，基于学习的结果能够判定出转向系统或传感器系统的故障(包括异常)，能够针对保持转向盘不动的场合或者从缓慢地转动转向盘的场合到快速转动转向盘的场合，来进行广泛的对应。
技术介绍
利用电动机的旋转力将转向辅助力(辅助扭矩)赋予给车辆的转向系统的电动助力转向装置，将电动机的驱动力经由减速机构由诸如齿轮或皮带之类的传送机构，向转向轴或齿条轴施加转向辅助力，以便进行辅助控制。为了正确地产生辅助扭矩，这样的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，一般来说，通过调整PWM(脉冲宽度调制)控制的占空比(dutyratio)来进行电动机外加电压的调整。参照图1对电动助力转向装置的一般结构进行说明。如图1所示，转向盘(方向盘)1的转向轴(柱轴或方向盘轴)2经过用来构成减速机构的减速齿轮(蜗轮和蜗杆)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，扭力杆被插入到转向轴2，并且在转向轴2上设有根据扭力杆的扭转角来检测出转向盘1的转向角θ的转向角传感器14和用于检测出转向扭矩Th的扭矩传感器10，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与转向轴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，并且，经过点火开关11，点火信号被输入到控制单元30中。控制单元30基于由扭矩传感器10检测出的转向扭矩Th和由车速传感器12检测出的车速Vel，进行辅助控制的电流指令值的运算，由通过对电流指令值实施补偿等而得到的电压控制值Vref来控制供应给电动机20的电流。此外，车速Vel也可以从CAN(ControllerAreaNetwork，控制器局域网络)处获得。另外，用于收发车辆的各种信息的CAN(ControllerAreaNetwork，控制器局域网络)40被连接到控制单元30，车速VVel也能够从CAN40处获得。此外，用于收发CAN40以外的通信、模拟/数字信号、电波等的非CAN41也可以被连接到控制单元30。尽管控制单元30主要由CPU(也包含MPU、MCU等)来构成，但该CPU内部由程序执行的一般功能如图2所示。参照图2对控制单元30进行说明。如图2所示，由扭矩传感器10检测出的转向扭矩Th和由车速传感器12检测出的(或来自CAN40的)车速Vel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Th和车速Vel并利用辅助图(assistmap)等来运算出作为供应给电动机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中；被限制了最大电流的电流指令值Irefm被输入到减法单元32B中；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诸如PI(比例积分)控制之类的电流控制单元35中。在电流控制单元35中经过特性改善后得到的电压控制值Vref被输入到PWM控制单元36中，再经过逆变器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的电动机电流Im，由电动机电流检测器38检测出的电动机电流Im被反馈到减法单元32B中。逆变器37由作为半导体开关元件的FET(场效应晶体管)的电桥电路来构成。还有，诸如分解器之类的旋转传感器21被连接到电动机20，旋转传感器21输出电动机旋转角度θ。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。在如上所述那样的电动助力转向装置中，近年来，为了满足“提高可靠性和功能冗余化”的要求，有时以对扭矩传感器和角度传感器进行多重化的方式来搭载扭矩传感器和角度传感器。然而，因为同样地也存在“降低成本”的要求，所以简单地对传感器进行多重化并不是容易的事。因此，非常期待“最大限度地利用目前被搭载的个数有限的传感器，并且，能够对这些个数有限的的传感器进行互相监视和互相诊断”的方法。还有，电动助力转向装置的转向轴经过诸如蜗轮之类的减速机构被连接到电动机轴。还有，在对角度传感器进行了多重化的情况下，也就是说，在转向轴和电动机轴上分别搭载了两套角度传感器(双重系统的角度传感器)的情况下，当一套角度传感器(一个系统的角度传感器)发生了故障的时候，可以考虑通过剩下的另一套角度传感器(剩下的另一个系统的角度传感器)来进行备份。然而，一般来说，因为包括减速机构在内的机构系统和转向系统具有诸如摩擦和反冲、电动机输出轴的弹性联轴器、施加在蜗轮和蜗杆的齿轮表面上的预压、减速机构部的润滑脂之类的非线性要素，所以转向轴的角度不同于电动机轴的角度，从而产生角度误差。因此，当一方的角度传感器发生了故障的时候，不能立刻通过另一方的角度传感器来备份发生了故障的角度传感器(也就是说，不能立刻通过另一方的角度传感器来作为故障时的代替)。作为现有技术，WO2004/022414(专利文献1)公开了一种用来测定具有机电式转向系统的车辆的扭矩的方法，可以将专利文献1所公开的方法考虑成用于备份角度传感器。作为整体结构，是一种具备了与驱动转向机构相连接的输入轴部以及输出轴部和具有伺服电动机并且经过扭力杆被连接的转向装置的机电式转向装置。尽管其结构为“通过驱动用转向机构的输入轴部与输出轴部之间的相对旋转位移来进行扭矩检测”的机电式转向装置(数字电路或模拟电路)，但形成了“用于检测出虚拟扭矩并且具有转向角(δ)传感器的输出和伺服电动机的旋转角度这两个输入”的传感器，并且通过虚拟扭矩来决定转向扭矩。还有，在日本特开2005-274484号公报(专利文献2)中，通过搭载复数个(3个)转向角传感器来构成冗余系统。现有技术文献专利文献专利文献1：WO2004/022414专本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电动助力转向装置，在所述电动助力转向装置中，用于对车辆的转向系统进行辅助控制的电动机通过减速机构与转向轴相连接，其具备用于检测出所述转向轴的转向轴角度的第1角度传感器和用于检测出所述电动机的电动机轴角度的第2角度传感器，其特征在于：通过基于所述第1角度传感器的实测角度、所述第2角度传感器的实测角度、电动机扭矩以及电动机角速度，来重复进行包括所述减速机构在内的非线性要素的特性的学习，以便求得补偿值图，并且，使用所述补偿值图来估计出所述转向轴角度以及所述电动机轴角度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.07 JP 2015-136479;2015.10.08 JP 2015-200381.一种电动助力转向装置，在所述电动助力转向装置中，用于对车辆的转向系统进行辅助控制的电动机通过减速机构与转向轴相连接，其具备用于检测出所述转向轴的转向轴角度的第1角度传感器和用于检测出所述电动机的电动机轴角度的第2角度传感器，其特征在于：通过基于所述第1角度传感器的实测角度、所述第2角度传感器的实测角度、电动机扭矩以及电动机角速度，来重复进行包括所述减速机构在内的非线性要素的特性的学习，以便求得补偿值图，并且，使用所述补偿值图来估计出所述转向轴角度以及所述电动机轴角度。2.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：具有诊断功能，所述诊断功能通过分别对所述转向轴角度的估计角度以及所述电动机轴的估计角度和所述第1角度传感器的实测角度以及所述第2角度传感器的实测角度进行比较，以便相互诊断所述第1角度传感器以及所述第2角度传感器的故障。3.根据权利要求2所述的电动助力转向装置，其特征在于：在根据所述诊断功能而判定为所述第1角度传感器或所述第2角度传感器发生了故障的情况下，基于所述电动机轴的估计角度或所述转向轴角度的估计角度来继续进行所述辅助控制。4.根据权利要求1至3中任意一项所述的电动助力转向装置，其特征在于：通过在保持转向盘不动或者以小于或等于所规定的速度的速度缓慢地转动所述转向盘的场合的静态特性学习以及在以大于或等于所规定的速度的速度转动所述转向盘的场合的动态特性学习，来实施所述学习。5.根据权利要求4所述的电动助力转向装置，其特征在于：当基于所述第1角度传感器的实测角度、所述第2角度传感器的实测角度、所述电动机扭矩以及所述电动机角速度的初始值均在预先被存储起来的各个特性标称值的近似值范围外的时候，实施所述静态特性学习以及所述动态特性学习。6.根据权利要求1至3中任意一项所述的电动助力转向装置，其特征在于：通过在保持转向盘不动或者以小于或等于所规定的速度的速度缓慢地转动所述转向盘的场合的静态特性学习，来实施所述学习。7.根据权利要求6所述的电动助力转向装置，其特征在于：当基于所述第1角度传感器的实测角度、所述第2角度传感器的实测角度、所述电动机扭矩以及所述电动机角速度的初始值均在预先被存储起来的静态特性标称值的近似值范围外的时候，实施所述静态特性学习。8.根据权利要求1至3中任意一项所述的电动助力转向装置，其特征在于：通过在保持转向盘不动或者以小于或等于所规定的速度的速度缓慢地转动所述转向盘的场合的静态特性学习、在以大于或等于所规定的速度的速度转动所述转向盘的场合的动态特性学习以及延迟特性学习，来实施所述学习。9.根据权利要求8所述的电动助力转向装置，其特征在于：当基于所述第1角度传感器的实测角度、所述第2角度传感器的实测角度、所述电动机扭矩以及所述电动机角速度的初始值均在预先被存储起来的各个特性标称值的近似值范围外的时候，实施所述静态特性学习、所述动态特性学习以及所述延迟特性学习。10.根据权利要求1至9中任意一项所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述转向轴角度为相对于所述转向轴的扭力杆的小齿轮侧的角度。11.根据权利要求2至10中任意一项所述的电动助力转向装置，其特征在于：通过判定所述转向轴角度的估计角度与所述第1角度传感器的实测角度之间的偏差和所述电动机轴的估计角度与所述第2角度传感器的实测角度之间的偏差是否在容许范围内来进行所述比较，当所述偏差在所述容许范围之外的动作重复了所规定的次数的时候，判定出所述转向系统或传感器系统的故障。12.一种电动助力转向装置，在所述电动助力转向装置中，用于对车辆的转向系统进行辅助控制的电动机通过减速机构与转向轴相连接，其具备用于检测出所述转向轴的小齿轮侧的转向轴角度的第1角度传感器、用于检测出所述电动机的电动机轴角度的第2角度传感器和用于检测出所述电动机的电动机电流的电流检测单元，其特征在于：具备非线性要素的非线性逻辑单元、转向轴角度估计单元和电动机轴角度估计单元，所述非线性要素的非线性逻辑单元通过根据基于所述电动机电流的电动机扭矩、所述转向轴角度以及基于所述电动机轴角度的电动机角速度来重复进行包括所述减速机构在内的非线性要素的特性的学习，以便运算出补偿值图，所述转向...

【专利技术属性】
技术研发人员：皆木亮，菅原孝义，泽田英树，
申请(专利权)人：日本精工株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP