转向操纵控制装置的制作方法

本发明涉及转向操纵控制装置。

本申请主张于2017年7月24日提出的日本专利申请2017-142983号的优先权，并在此引用包括其说明书、附图以及摘要的全部内容。

背景技术：

例如，在日本特开2008－6997号公报中公开了对车辆的转向操纵机构施加马达的扭矩作为辅助力的电动助力转向装置。在电动助力转向装置的转向操纵控制装置中，为了控制马达的驱动，需要获得关于车辆的行驶的各种信息。例如，在日本特开2009－133680号公报中记载了通过将车辆的转向轮(车轮)支承为能够旋转的轴承装置获得车轮速。

在日本特开2009－133680号公报记载的轴承装置中，通过设置检测作用于车轮的力的传感器，除车轮速之外，还能够运算作用于车轮的载荷。具体而言，在日本特开2009－133680号公报记载的轴承装置中，将车轮的前后水平方向作为x轴方向，将车轮的左右水平方向作为y轴方向，将车轮的上下方向作为z轴方向，能够分别运算x轴方向的载荷、y轴方向的载荷、z轴方向的载荷、绕x轴的力矩载荷以及绕z轴的力矩载荷。

在车辆中设置有日本特开2009－133680号公报记载的轴承装置时，在转向操纵控制装置中，除车轮速之外，还能够通过轴承装置获得作用于车轮的上述各种载荷。此时，在转向操纵控制装置中，除车轮速之外，针对从上述轴承装置获得的信息的新的使用方法，还有改进的余地。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于提供能够提出从轴承装置获得的信息的新的使用方法的转向操纵控制装置。

本发明的一个方式的转向操纵控制装置在结构上的特征为，具备控制部，该控制部基于由于驾驶员对车辆的转向操纵机构的操作而变化的操作状态量，对作为产生向所述转向操纵机构施加的辅助力的产生源的马达的驱动进行控制，上述控制部构成为，基于上述操作状态量运算表示应使上述马达产生的上述辅助力的辅助成分，并且获取与通过将所述车辆的转向轮支承为自由旋转且具有检测作用于该转向轮的力的传感器的轴承装置所获取的、绕沿所述转向轮的上下方向延伸的轴线的力矩载荷相关的信息，使用该获取到的与所述力矩载荷相关的信息补偿所述辅助成分，使得所述马达产生用于抑制因所述转向轮的力矩载荷而在所述转向操纵机构产生的振动的振动抑制力。

附图说明

通过以下参照附图对本发明的优选实施方式进行的详细描述，本发明的上述以及其它特征及优点会变得更加清楚，其中，相同的附图标记表示相同的要素，其中，

图1是简要表示搭载于车辆的电动助力转向装置的图。

图2是说明将搭载于该车辆的轴承装置具体化之后的轮毂单元的样式的图。

图3是表示该电动助力转向装置的电气结构的框图。

图4是表示该电动助力转向装置的扭矩指令值运算部的功能的框图。

图5是表示该扭矩指令值运算部的补偿成分运算部的功能的框图。

图6的(a)、(b)是比较表示在该电动助力转向装置的转向操纵机构中实际产生的反向输入振动成分与补偿成分的图。

具体实施方式

以下，说明转向操纵控制装置的一个实施方式。如图1所示，电动助力转向装置1具备转向操纵机构2以及转向操纵辅助机构。转向操纵机构2基于驾驶员对方向盘10的操作使左右一对前方的车轮亦即转向轮15(在图1中为左侧的左前轮15l以及右前轮15r)转向。转向操纵辅助机构辅助驾驶员的转向操作。

转向操纵机构2具备方向盘10以及转向传动轴11。转向传动轴11固定于方向盘10。转向传动轴11具有柱轴11a、中间轴11b以及小齿轮轴11c。柱轴11a与方向盘10连结。中间轴11b与柱轴11a的下端部连结。小齿轮轴11c与中间轴11b的下端部连结。小齿轮轴11c的下端部经由齿轮齿条机构13与作为转向轴的齿条轴12连结。齿条轴12支承于齿条壳体16。在齿条轴12的两端经由横拉杆14连结有各前轮15l、15r。因此，方向盘10的旋转运动即转向传动轴11的旋转运动经由由小齿轮轴11c以及齿条轴12构成的齿轮齿条机构13变换为齿条轴12的轴向(图1的左右方向)的往复直线运动。该往复直线运动经由与齿条轴12的两端分别连结的横拉杆14分别传递至各前轮15l、15r。由此，各前轮15l、15r的转向角变化。

在齿条轴12的周围设置有马达40作为构成转向操纵辅助机构的要素，该马达40是对转向操纵机构2施加的动力(辅助力)的产生源。例如，马达40是表面磁铁型同步电动机(spmsm)，并且是基于三相(u、v、w)的驱动电力旋转的三相无刷马达。马达40相对于齿条壳体16从其外部安装。在齿条壳体16的内部设置有滚珠丝杠机构20以及带式减速机构30作为构成转向操纵辅助机构的要素。滚珠丝杠机构20一体地安装于齿条轴12的周围。带式减速机构30将马达40的输出轴40a的旋转力传递至滚珠丝杠机构20。马达40的输出轴40a的旋转力经由减速机构30以及滚珠丝杠机构20变换为使齿条轴12在轴向往复直线运动的力。施加于该齿条轴12的轴向的力成为动力，使左右的转向轮15的转向角变化。

如图1所示，在马达40连接有控制该马达40的驱动的转向操纵控制装置50。转向操纵控制装置50基于各种传感器的检测结果控制作为马达40的控制量的电流的供给，由此控制马达40的驱动。作为各种传感器，例如存在扭矩传感器60、旋转角传感器61以及轮毂单元传感器62(在图1中存在左侧的左前轮传感器62l以及右侧的右前轮传感器62r)。扭矩传感器60设置于小齿轮轴11c。旋转角传感器61设置于马达40。左前轮传感器62l设置于左前轮毂单元17l。右前轮传感器62r设置于右前轮毂单元17r。扭矩传感器60检测转向操纵扭矩trq，该转向操纵扭矩trq是通过驾驶员的转向操作在转向传动轴11随着变化产生的操作状态量。旋转角传感器61检测马达40的输出轴40a的旋转角度θm。左前轮传感器62l检测作为左前轮15l的旋转速度的车轮速，除此之外，左前轮传感器62l检测作用于该左前轮15l的力作为在路面与左前轮15l之间产生的力。右前轮传感器62r检测作为右前轮15r的旋转速度的车轮速，除此之外，右前轮传感器62r检测作用于该右前轮15r的力作为在路面与右前轮15r之间产生的力。

这里，详细说明各前轮传感器62r、62l。如图1所示，轮毂单元传感器62内置于轮毂单元17，该轮毂单元17作为将转向轮15和传递车载的内燃机的动力的未图示的驱动轴一起支承为相对于车体能够旋转的轴承装置。更详细而言，左前轮传感器62l内置于支承左前轮15l的左前轮毂单元17l。右前轮传感器62r内置于支承右前轮15r的右前轮毂单元17r。即，本实施方式的各轮毂单元17l、17r是能够将作用于该各前轮15l、15r的力直接检测为在路面与各前轮15l、15r之间产生的力的带传感器功能的轮毂单元。在本实施方式中，在搭载于车辆的各种传感器之中，各前轮传感器62l、62r设置于与路面、轮胎的接地部接近的位置。

在图2中，针对左前轮15l，将前后水平方向作为x轴方向，将左右水平方向作为y轴方向，将上下方向作为z轴方向来表示。左前轮传感器62l基于作用于左前轮15l的力分别运算x轴方向的载荷fx、y轴方向的载荷fy、z轴方向的载荷fz、绕x轴的力矩载荷mx以及绕z轴的力矩载荷mz。对于右前轮传感器62r也相同。在各前轮传感器62l、62r之间，各种载荷fx、fy、fz、mx、mz的正负方向一致。上述各种载荷fx、fy、fz、mx、mz(单位：n(牛顿))也根据车辆的车速等行驶状态变化，是也包含车速等要素的成分。

在本实施方式中，左前轮传感器62l相对于转向操纵控制装置50分别输出左前车轮速v(l)与左前转向力矩mz(l)(单位：n·m(牛·米))。左前车轮速v(l)是表示在左前轮15l检测出的车轮速的信息。左前转向力矩mz(l)是关于在左前轮15l检测出的绕z轴的力矩载荷mz的信息。与此相同，右前轮传感器62r对转向操纵控制装置50分别输出右前车轮速v(r)与右前转向力矩mz(r)(单位：n·m(牛·米))。右前车轮速v(r)是表示在右前轮15r检测出的车轮速的信息。右前转向力矩mz(r)是关于在右前轮15r检测出的绕z轴的力矩载荷mz的信息。

接下来，说明电动助力转向装置1的电气结构。如图3所示，转向操纵控制装置50具有微机(微型计算机)51以及驱动电路52。微机51生成马达控制信号s＿m。驱动电路52基于该马达控制信号s＿m向马达40供给电流。微机51获取扭矩传感器60、旋转角传感器61、左前轮传感器62l(左前轮毂单元17l)、右前轮传感器62r(右前轮毂单元17r)的检测结果、马达40的实际电流i。微机51生成马达控制信号s＿m，并将其作为pwm信号对驱动电路52输出。在本实施方式中，微机51是控制部的一个例子。

接下来，详细说明微机51的功能。微机51分别具备未图示的中央处理装置(cpu(centralprocessingunit))以及存储器。通过cpu执行存储在存储器的程序，控制马达40的驱动。

图3表示微机51执行的处理的一部分。图3所示的处理是将cpu执行存储在存储器的程序由此实现的处理的一部分根据所实现的处理的每个种类进行了记载的处理。

微机51具有扭矩指令值运算部53以及控制信号生成部54。转向操纵扭矩trq、各车轮速v(l)、v(r)、各转向力矩mz(l)、mz(r)分别被输入扭矩指令值运算部53。扭矩指令值运算部53基于转向操纵扭矩trq、各车轮速v(l)、v(r)、各转向力矩mz(l)、mz(r)运算扭矩指令值t*，该扭矩指令值t*是与应使马达40产生的辅助力对应的电流量的目标值。

通过扭矩指令值运算部53运算出的扭矩指令值t*、旋转角度θm以及实际电流i分别被输入控制信号生成部54。控制信号生成部54基于扭矩指令值t*、旋转角度θm以及实际电流i生成马达控制信号s＿m，并将其作为pwm信号对驱动电路52输出。

这里，进一步详细说明扭矩指令值运算部53的功能。如图4所示，扭矩指令值运算部53具有辅助成分运算部70以及补偿成分运算部71。辅助成分运算部70运算(生成)辅助成分ta*。补偿成分运算部71运算(生成)补偿成分tr*。扭矩指令值运算部53具有减法处理部72，该减法处理部72运算(生成)从通过辅助成分运算部70生成的辅助成分ta*减去通过补偿成分运算部71生成的补偿成分tr*得到的扭矩指令值t*。

转向操纵扭矩trq以及各车轮速v(l)、v(r)分别被输入辅助成分运算部70。辅助成分运算部70基于转向操纵扭矩trq以及各车轮速v(l)、v(r)运算并生成表示应使马达40产生的辅助力的辅助成分ta*。辅助成分运算部70使用各车轮速v(l)、v(r)中的预定的任意车轮速，并基于各车轮速v(l)、v(r)的均方根的运算等判定使用的车轮速的值的妥当性。

各转向力矩mz(l)、mz(r)被输入补偿成分运算部71。补偿成分运算部71基于各转向力矩mz(l)、mz(r)，以使马达40产生用于抑制使得转向操纵感恶化的、作用于转向操纵机构2、特别是作用于齿条轴12的振动(所谓摆动)的反向输入振动的振动抑制力的方式，运算并生成补偿辅助成分ta*的成分、亦即补偿成分tr*。在本实施方式中，即使在因作用于各前轮15l、15r的力矩载荷的原因而在齿条轴12产生的振动中，反向输入振动也是使转向操纵感恶化那样地作用的振动，以车辆的制动动作时的振动为对象。

具体而言，如图5所示，补偿成分运算部71具有加法处理部80，该加法处理部80运算(生成)将左前转向力矩mz(l)与右前转向力矩mz(r)相加得到的合计转向力矩mzt。左前转向力矩mz(l)是作用于左前轮15l的关于力矩载荷的信息。右前转向力矩mz(r)是作用于右前轮15r的关于力矩载荷的信息。加法处理部80用于运算各前轮15l、15r的转向力矩的合计值，即，运算上述转向力矩波及到转向操纵机构2即齿条轴12的力成分(反向输入成分)。

补偿成分运算部71具有变换处理部81，该变换处理部81将通过加法处理部80生成的合计转向力矩mzt变换处理成绕马达40的输出轴40a的力成分即作为扭矩成分的反向输入扭矩tr0(单位：n·m(牛顿·米))。变换处理部81通过在合计转向力矩mzt上乘以一次换算系数将各前轮15l、15r的各转向力矩mz(l)、mz(r)变换成齿条轴12的轴向的力成分即轴力。一次换算系数根据齿条轴12的轴向的移动量与各前轮15l、15r的转向量的动作比确定。变换处理部81在变换后的齿条轴12的轴力上还乘以二次换算系数。由此，变换处理部81将齿条轴12的轴力变换成绕马达40的输出轴40a的扭矩成分。二次换算系数根据带式减速机构30的减速比与滚珠丝杠机构20的导程确定。

补偿成分运算部71具有提取处理部82，该提取处理部82从通过变换处理部81变换处理后的反向输入扭矩tr0中对成为补偿成分tr*的基础的属于规定的频带的作为特定频率成分的反向输入振动成分tr0′进行提取处理。提取处理部82对属于与车辆的制动动作时的振动对应的频带的反向输入振动成分tr0′进行提取处理。在本实施方式中，提取处理部82是例如将属于15～20hz(赫兹)的频率成分作为规定的频带进行提取的带通滤波器。

补偿成分运算部71具有相位调整处理部83，该相位调整处理部83对通过提取处理部82提取处理得到的反向输入振动成分tr0′进行相位的调整处理。为了消除相位的偏移量α，相位调整处理部83以相位前进该偏移量α的方式对相位进行调整处理。由此，相位调整处理部83生成表示应使马达40产生的振动抑制力的补偿成分tr*。这种偏移量α根据实验等预先求出，基于马达40与齿条轴12之间的机械公差、微机51的运算延迟等所引起的延迟预先设定。

通过补偿成分运算部71的处理生成的补偿成分tr*在减法处理部72中被减去，由此作为相位偏移“180°”的反向相位的成分，被反映在扭矩指令值t*中。

在控制马达40的驱动期间，这样构成的微机51在补偿成分运算部71中以规定周期反复获取各转向力矩mz(l)、mz(r)。微机51基于该获取到的各转向力矩mz(l)、mz(r)以规定周期反复生成补偿成分tr*。即，在控制马达40的驱动期间，微机51以规定周期反复执行用于抑制在车辆的制动动作时在齿条轴12产生的反向输入振动的处理。

以下，说明本实施方式的作用及效果。

(1)根据本实施方式，微机51能够通过各轮毂单元17l、17r获取各转向力矩mz(l)、mz(r)，上述各轮毂单元17l、17r将各前轮15l、15r支承为能够旋转，并且具有检测作用于该各前轮15l、15r的力的各前轮传感器62l、62r。根据这样获取的各转向力矩mz(l)、mz(r)，能够获得关于在车辆的制动动作时作用于各前轮15l、15r的力矩载荷的信息。能够检测因该力矩载荷的原因在齿条轴12产生的反向输入振动。由此，能够在与路面、轮胎的接地部接近的位置检测反向输入振动。微机51在控制马达40的驱动使对齿条轴12产生辅助力时，对于为了抑制反向输入信号而进行的对辅助成分ta*的补偿，能够进行高响应性的控制，并能够提高转向操纵感。因此，能够提出如下各轮毂单元17l、17r的新的使用方法，在该使用方法中，为了补偿辅助成分ta*以提高转向操纵感，使用从各轮毂单元17l、17r获得的各转向力矩mz(l)、mz(r)。

(2)具体而言，在微机51中，运算补偿成分tr*的补偿成分运算部71具有提取处理部82，该提取处理部82基于各前轮15l、15r的各转向力矩mz(l)、mz(r)，从通过变换处理作为绕马达40的输出轴40a的扭矩成分获得的反向输入扭矩tr0，提取处理反向输入振动成分tr0′。

即，根据本实施方式，能够适当提取因作用于各前轮15l、15r的力矩载荷的原因在齿条轴12产生的振动中的需要抑制的使转向操纵感恶化那样地作用的振动。由此，能够适当处理使转向操纵感恶化那样地作用的振动，能够更有效地提高转向操纵感。

(3)在本实施方式中，补偿成分运算部71具有相位调整处理部83，该相位调整处理部83为了消除相位的偏移量α，以相位前进该偏移量α的方式对反向输入振动成分tr0′的相位进行调整处理。

这里，即便马达40产生所希望的辅助力，至该辅助力实际传递至齿条轴12为止，也可能产生因马达40与齿条轴12之间的机械公差、微机51的运算延迟等所引起的延迟。

针对该点，根据本实施方式，通过提取处理部82提取处理得到的反向输入振动成分tr0′对车辆的影响能够通过相位调整处理部83降低。具体而言，如图6的(a)、(b)所示，通过提取处理部82提取处理得到的反向输入振动成分tr0′的波形(在图6的(b)中用实线表示)相对于在齿条轴12上实际产生的反向输入振动成分ts的波形，相位以偏移量α延迟(在图6的(b)中向右方偏移)。该相位通过相位调整处理部83调整得到的补偿成分tr*的波形(在图6的(b)中用单点划线表示)相对于反向输入振动成分tr0′的波形，相位以偏移量α前进(在图6的(b)中向左偏移)，与在齿条轴12上实际产生的反向输入振动成分ts的波形的相位差为“0°”，即双方一致。

此时，微机51根据每辆车辆确定因传递至马达40与齿条轴12之间为止期间的机械公差、微机51的运算延迟等所引起的延迟，作为相位的偏移量α。由此，微机51能够补偿辅助成分ta*以抑制反向输入振动。因此，能够提高转向操纵感。

(4)在本实施方式中，补偿成分tr*作为在通过相位调整处理部83对通过提取处理部82提取处理得到的反向输入振动成分tr0′进行了相位调整处理之后，再作为使相位偏移“180°”的反向相位的成分，被反映在扭矩指令值t*中。

具体而言，如图6的(b)所示，被反映在扭矩指令值t*中在图中用双点划线表示的补偿成分tr*(－)的波形相对于在图中用实线表示的反向输入振动成分tr0′的波形，相位以“180°+α”偏移。

由此，能够使补偿成分tr*作用以抑制在齿条轴12上实际产生的反向输入振动。在为本实施方式时，如上所述，由于相位通过相位调整处理部83调整处理，所以对车辆的影响也能够降低。由此，能够更准确地补偿辅助成分ta*以抑制反向输入振动。

(5)在本实施方式中，假定车辆的制动动作时的振动为反向输入振动。即，在本实施方式中，通过提取处理部82提取的规定的频带作为被确定为在车辆的制动动作时在齿条轴12产生的振动的频带(例如15～20hz(赫兹))。

根据本实施方式，能够适当处理车辆的制动动作时的振动，因此对于使转向操纵感恶化的原因，能够更准确地应对。由此，能够提出用于更适当地提高转向操纵感的各轮毂单元17l、17r的使用方法。

(6)在本实施方式中，补偿成分运算部71具有加法处理部80，该加法处理部80运算(生成)将各转向力矩mz(l)、mz(r)相加得到的合计转向力矩mzt。

由此，由于在补偿成分tr*的运算中，在获得各转向力矩mz(l)、mz(r)的情况下，能够使用合计转向力矩mzt，所以能够运算更适当的成分作为补偿成分tr*。由此，能够适当处理反向输入振动，并且能够更有效地提高转向操纵感。

(7)在本实施方式中，通过新提出的各轮毂单元17l、17r的使用方法，能够实现为了提高转向操纵感，补偿对齿条轴12施加辅助力的马达40的驱动控制所需的辅助成分以的微机51。在使用本实施方式的微机51实现的电动助力转向装置1中，能够更有效地提高针对对齿条轴12施加辅助力的转向操纵感。

上述实施方式也可以通过以下方式来实施。

·在提取处理部82中，也可以变更提取的频率成分，提取除车辆的制动动作时的振动以外的振动。也可以放大提取的频率成分的带域进一步提取多种原因的振动。

·相位调整处理部83以相位前进偏移量α的方式进行调整处理。并且，相位调整处理部83一并执行如下处理，即，以成为相位偏移“180°”的反向相位的成分的方式对相位进行调整处理。而且，相位调整处理部83也可以生成相对于反向输入振动成分tr0′的波形具有相位偏移“180°+α”的波形的补偿成分tr*(－)。此时，扭矩指令值运算部53可以取代减法处理部72，具有将辅助成分ta*与补偿成分tr*(－)相加运算(生成)扭矩指令值t*的加法处理部。

·补偿成分运算部71也可以构成为，基于通过提取处理部82提取的反向输入振动成分tr0′运算在辅助成分ta*上乘以的增益。此时，扭矩指令值运算部53可以取代减法处理部72，具有通过相对于辅助成分ta*乘以通过补偿成分运算部71生成的增益运算(生成)扭矩指令值t*的乘法处理部。

·在上述实施方式中，也可以省略加法处理部80，并分别基于各转向力矩mz(l)、mz(r)运算(生成)补偿成分tr*之后将它们相加等。此时，也能够获得与上述实施方式相同的效果。

·在上述实施方式中，也可以省略相位调整处理部83，并将通过提取处理部82提取的反向输入振动成分tr0′作为补偿成分tr*来使用。此时，与不实施抑制反向输入振动的情况比较，也能够提高转向操纵感。

·在补偿成分运算部71中，变换处理部81也可以设定为提取处理部82与相位调整处理部83之间的处理，或设定为相位调整处理部83之后的处理。无论哪种情况，均能够获得与上述实施方式相同的效果。

·在补偿成分运算部71中，也可以在变换处理部81中基于各前轮15l、15r的绕z轴方向的力矩载荷被变换处理成齿条轴12的轴向的力成分的轴力，生成补偿成分tr*。

·在各轮毂单元17l、17r中构成为基于作用于各前轮15l、15r的力能够至少输出各转向力矩mz(l)、mz(r)即可。如果满足这样的条件，各轮毂单元17l、17r的各前轮传感器62l、62r可以为超声波检测类型、磁检测类型、使用应变仪的接触类型等类型的传感器，传感器的样式不受限制。

·各轮毂单元17l、17r也可以基于作用于各前轮15l、15r的力输出作用于各前轮15l、15r的力矩载荷mz。此时，在补偿成分运算部71中，也可以从作用于各前轮15l、15r的力矩载荷mz直接变换处理成扭矩成分，或者暂时运算转向力矩之后变换处理成扭矩成分。

·在辅助成分运算部70中，在运算辅助成分ta*时，至少使用转向操纵扭矩trq即可，也可以不使用各车轮速v(r)、v(l)。除此之外，在运算辅助成分ta*时，也可以使用转向操纵扭矩trq以及各车轮速v(r)、v(l)和除它们以外的要素。

·上述实施方式并不限定于通过输出轴40a相对于齿条轴12的轴线平行配置的马达40对转向操纵机构2施加辅助力的齿条辅助型的电动助力转向装置1，例如也可以应用于转向柱辅助型、小齿轮辅助型等电动助力转向装置。

·上述各变形例也可以相互组合来应用。例如，针对补偿成分运算部71，基于通过提取处理部82提取的反向输入振动成分tr0′运算在辅助成分ta*上乘算的增益的结构、与其他变形例的结构也可以相互组合来应用。

根据本发明，能够提出从轴承装置获得的信息的新的使用方法。