电动助力转向控制装置技术领域
本发明涉及一种电动助力转向控制装置，其对至少基于转向扭矩运算出的电流指
令值进行PI控制，将电动机产生的辅助扭矩赋予车辆的转向系统。本发明尤其涉及
一种电动助力转向控制装置。该电动助力转向控制装置谋求在转向盘、电流指令值、
电动机速度等振动抑制对象的振动在规定的频率的范围内持续规定的时间以上的情
况下的抑制，并提高转向感觉。
背景技术
利用电动机的旋转力对车辆的转向机构施加转向辅助力(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
条轴施加转向辅助力。为了准确产生转向辅助力的扭矩，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的差变小，电动机外加电压的调整通常
用调整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、方向盘轴)2经过减速齿轮3、万向节4a和4b、齿臂机构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上设有检测转向盘1的转向扭矩的扭矩传感器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与柱轴2连接。电池13对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Th和由车速传感器12检测出的
车速Vel，进行辅助(转向辅助)指令的电流指令值的运算，通过对电流指令值实施
补偿等得到的电流控制值E，来控制供给电动机20的电流。此外，车速Vel也能够
从CAN(ControllerAreaNetwork，控制器局域网络)等处获得。
控制单元30主要由CPU(也包含MPU或MCU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Th和由车速传感器12检测出的车速Vel被输入到用于运算电流指令值
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，利用辅助图表(アシストマップ)等来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后被输
入到电流限制单元33，被限制了最大电流的电流指令值Iref3被输入到减法单元32B，
减法单元32B运算出电流指令值Iref3与被反馈回来的电动机电流值Im之间的偏差
Iref4(Iref3-Im)，该偏差Iref4被输入到用于进行转向动作的特性改善的PI控制单元
35。在PI控制单元35中被改善了特性的电压控制指令值Vref被输入到PWM控制单
元36，再经过作为驱动单元的逆变器电路37对电动机20进行PWM控制。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。
另外，加法单元32A进行来自补偿信号生成单元34的补偿信号CM的加法运算，
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344得到的加法结果在加法单元345再与收敛性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。
还有，例如，如图3所示，PI控制单元35由比例单元351、积分单元352和加
法单元353构成，其中，比例单元351基于比例增益Gp对电流指令值Iref4进行比
例控制；积分单元352基于积分增益Gi对电流指令值Iref4进行积分；加法单元353
将比例单元351的输出Irefp与积分单元352的输出Irefi相加，输出电压控制指令值
Vref(＝Irefp+Irefi)。
这样的电动助力转向装置中的CPU(微型计算机等)通过如前所述的PI控制来
生成用于控制电动机的电压控制指令值。针对每个车辆种类，将PI控制的增益调整
到适当的值。
如果增大PI控制的增益的话，会发生起因于噪音等的异常音和振动。因此，尽
管需要限制PI控制的增益以便不让振动和异常音发生，但如果像这样限制PI控制的
增益的话，电流控制的频率特性会下降，很难提高转向辅助的响应性。还有，即使在
充分降低了PI控制的增益的情况下，也不能完全回避转向系统的共振频率附近的振
动，而且，并不一定能获得良好的转向感觉。
作为解决这样的问题的装置，例如有日本特开2006-188183号公报(专利文献1)
所公开的电动助力转向装置。也就是说，专利文献1的电动助力转向装置设有用于检
测出操作部件(操作部材)的振动的振动检测模块(振動検出手段)，并具备增益变
更模块(ゲイン変更手段)，当通过该振动检测模块检测出操作部件的振动的时候，
该增益变更模块降低PI控制的比例增益和积分增益中的至少任意一方。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-188183号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
但是，在专利文献1中记载的电动助力转向装置中，由于没有进行用于转向盘振
动抑制的振动波形的抽出，所以需要在整个频率范围(全周波数範囲)进行运算处理，
从而存在处理容量变大的问题。另外，因为通过差分峰值保持处理(差分ピークホー
ルド処理)等来进行转向盘振动波形的抽出，并且，当峰间值(ピーク間値)超过规
定的阈值的时候，被当作振动还在持续，从而变更增益，所以需要正确地进行峰与峰
之间的测定(ピーク間の計測)，而且还存在计算容量变大的问题。
另外，尽管作为振动成分，除了转向盘的扭矩以外，还有电流指令值和电动机速
度等的振动，但在专利文献1中，针对这样的振动没有实施任何对策。
本发明是鉴于上述情况而完成的，本发明的目的在于提供一种电动助力转向控制
装置，其基于计算容量小的傅里叶级数的公式(フーリエ級数の式)检测出转向盘、
电流指令值等振动抑制对象的振动成分，并且，仅在规定的频率的振动持续规定的时
间以上的情况下，通过变更PI控制单元的增益，以便抑制振动并提高转向感觉。
解决技术问题的手段
本发明涉及一种电动助力转向控制装置，其对至少基于转向扭矩运算出的电流指
令值进行PI控制，通过被进行了PI控制的控制指令值来驱动电动机以便对转向进行
辅助控制，本发明的上述目的可以通过下述这样实现，即：具备振动检测单元、持续
时间判定单元和增益设定单元，所述振动检测单元检测出振动抑制对象的振动并输出
振动信号；所述持续时间判定单元在所述振动信号持续规定的时间以上的时候，输出
持续信号；所述增益设定单元基于所述持续信号来变更所述PI控制的增益，在所述
振动信号的规定的频率和规定的时间以上的持续时(振動信号の所定周波数及び所定
時間以上の継続において)，进行所述振动抑制对象的振动抑制。
本发明的上述目的还可以通过下述这样更有效地实现，即：所述振动检测单元由
BPF、正弦波生成单元、余弦波生成单元、第1乘法单元、第2乘法单元、第1积分
单元、第2积分单元、第1自乘单元、第2自乘单元及加法单元构成，所述BPF抽
出所述振动抑制对象的规定的频率；所述正弦波生成单元生成正弦波；所述余弦波生
成单元生成余弦波；所述第1乘法单元将所述正弦波与由所述BPF进行处理后的振
动抑制对象信号相乘；所述第2乘法单元将所述余弦波与所述振动抑制对象信号相
乘；所述第1积分单元对来自所述第1乘法单元的第1乘法信号进行积分；所述第2
积分单元对来自所述第2乘法单元的第2乘法信号进行积分；所述第1自乘单元对来
自所述第1积分单元的第1积分信号进行自乘；所述第2自乘单元对来自所述第2
积分单元的第2积分信号进行自乘；所述加法单元将来自所述第1自乘单元的第1
乘法信号与来自所述第2自乘单元的第2乘法信号相加，输出所述振动信号；或，在
规定的周期对所述第1积分单元和所述第2积分单元进行初始化；或，所述BPF抽
出5～20Hz的振动频率；或，所述振动抑制对象为所述转向扭矩、所述电流指令值
和所述电动机的电动机速度；或，被变更的所述PI控制的增益为比例增益或积分增
益、或者为比例增益和积分增益。
发明的效果
根据本发明的电动助力转向控制装置，因为使用BPF(带通滤波器)只抽出转向
扭矩、电流指令值和电动机速度等振动抑制对象的规定的频率成分，并且，只对被抽
出的频率成分进行处理，所以可以减小运算处理的容量。还有，在本发明中，由于基
于傅里叶级数的公式来进行振动持续的判定，并且，不使用峰与峰之间的测定，所以
计算容量小并可以利用廉价的CPU。
另外，在本发明中，因为从规定的个数的过去值和当前值的采样数据中来决定最
小值和最大值，设定复数个输出值处在某个范围内的第1个条件，然后，判定将规定
的时间是否持续与阈值进行比较的第2个条件，所以可以简化运算。
附图说明
图1是表示电动助力转向装置的概要的结构图。
图2是表示电动助力转向装置的控制系统的结构例的结构框图。
图3是表示PI控制单元的结构例的结构框图。
图4是表示本发明的结构例的结构框图。
图5是表示振动检测单元的结构例的结构框图。
图6是表示本发明的动作例的一部分的流程图。
图7是表示本发明的动作例的另一部分的流程图。
图8是表示转向扭矩和BPF处理后的转向扭矩的一个示例的波形图。
图9是表示与三角函数相乘后的波形例的波形图。
图10是表示作为积分单元的输出的积分波形的一个示例的波形图。
图11是表示判定振动的持续性的动作例的流程图。
图12是用于说明判定振动的持续性的动作的图。
具体实施方式
在本发明中，基于计算容量小的傅里叶级数的公式，从转向盘、电流指令值等振
动抑制对象的振动信号中只抽出必要的振动成分，当振动持续时间超过规定的时间的
时候，变更PI控制的增益(比例增益、积分增益)。根据本发明，因为针对被抽出的
频率成分，仅在振动持续了规定的时间的情况下，变更PI控制的增益，所以可以通
过小的计算容量来有效并经济地谋求振动抑制对象的振动的抑制。
下面，参照附图来详细说明本发明的实施方式。在本实施方式中，作为振动抑制
对象，尽管针对转向盘振动进行说明，但关于电流指令值和电动机速度等振动，也可
以同样作为振动抑制对象来适用。
在本发明中，尽管从转向扭矩中抽出想要抑制的转向盘振动的频率成分，但以如
下述式1所示的傅里叶级数为基础。将角频率ω[rad/s]设为想要抽出的角频率，并且，
将规定的周期设为T。
式1
a n = 2 T ∫ 0 T f ( t ) c o s ( ω t ) d t b n = 2 T ∫ 0 T f ( t ) sin ( ω t ) d t ]]>
接下来，如果不考虑式1的2/T的话，从下述式2可以求出振幅成分An。
式2
A n = a n 2 + b n 2 ]]>
另外，如果为了简化运算而去掉式2的平方根的话，可以得到下述式3，并将该
An2设为振幅成分。
式3
An2＝an2+bn2
以上述为前提来说明本发明。
与图2相对应的图4表示本发明的结构例。如图4所示，在本发明中，新附加了
振动检测单元200、持续时间判定单元220和增益设定单元230，其中，振动检测单
元200基于振动抑制对象的转向扭矩Th在规定的频率范围检测出转向盘的振动；持
续时间判定单元220基于由振动检测单元200检测出的振动信号VS，判定振动是否
持续规定的时间以上；增益设定单元230基于来自持续时间判定单元220的持续信号
CT，输出用于变更PI控制单元35的增益(Gp、Gi)的增益设定信号GS。关于PI
控制单元35的增益变更，既可以变更比例增益Gp或积分增益Gi的任意一方，也可
以变更比例增益Gp和积分增益Gi的双方。
另外，在本发明中，基于来自补偿信号生成单元34的补偿信号CM的补偿不是
必须的。
例如，设定在转向扭矩Th中含有10Hz的持续的振动。这次考虑判定10Hz的持
续振动状态的情况。例如，振动检测单元200具有如图5所示的结构，另外，例如运
算周期为1ms。如图5所示，转向扭矩Th被输入到带通滤波器(BPF)201，作为偏
移成分(オフセット成分)的低频和高频的噪音成分等的振动抑制对象信号的振动转
向扭矩Tha被输入到乘法单元204s和204c中。振荡单元202根据时间t来输出角频
率ω(＝2πf)的频率信号FS，频率信号FS被输入到正弦波(sin)生成单元203s和余弦
波(cos)生成单元203c中，以便分别生成正弦波sin(ωt)和余弦波cos(ωt)。另外，f为
规定的频率10Hz。
正弦波sin(ωt)被输入到乘法单元204s，与振动转向扭矩Tha相乘后得到的乘法
值Ths(＝Tha·sin(ωt))被输入到积分单元205s；余弦波cos(ωt)被输入到乘法单元
204c，与振动转向扭矩Tha相乘后得到的乘法值Thc(＝Tha·cos(ωt))被输入到积分
单元205c。积分单元205s和205c在规定的周期(例如500ms)被重设(リセット)
为积分值＝0。来自积分单元205s的积分值ITs被输入到自乘单元206s，自乘单元206s
对其进行自乘；来自积分单元205c的积分值ITc被输入到自乘单元206c，自乘单元
206c对其进行自乘；各个自乘值Ms和Mc被输入到加法单元207中并被相加，在加
法单元207得到的加法值(＝Ms+Mc)被作为振动信号VS输出。
来自振动检测单元200的振动信号VS被输入到持续时间判定单元220，当振动
信号VS持续了规定的时间(例如1.5秒)的时候，持续时间判定单元220输出持续
信号CT。持续信号CT被输入到增益设定单元230，增益设定单元230输出用于变更
PI控制单元35的比例增益Gp、积分增益Gi的增益设定信号GS。PI控制单元35基
于变更后的新的比例增益Gp、积分增益Gi来实施PI控制。
因为振动检测单元200、持续时间判定单元220和增益设定单元230以外的动作
与图2相同，所以省略其说明。
在这样的结构中，参照图6和图7的流程图来说明本发明的动作例。
振动检测单元200输入转向扭矩Th(步骤S1)，振动检测单元200内的BPF201
抽出规定的频率(例如5～20Hz)的振动成分(步骤S2)。图8示出了转向扭矩Th[Nm]
与由BPF201进行BPF处理后得到的作为振动抑制对象信号的振动转向扭矩Tha[Nm]
之间的关系，从图8可以看出，对信号进行了BPF处理。但是，在本实施例中，振
动为10Hz的振幅1Nm的振动，想要抽出的频率为f＝10Hz，BPF201具有10Hz的初
级LPF(1次LPF)和10Hz的初级HPF(1次HPF)。
另一方面，振荡单元202通过振荡产生角频率ω(＝2πf)的频率信号FS并将其
输入到正弦波生成单元203s和余弦波生成单元203c中，正弦波生成单元203s生成
正弦波sin(ωt)(步骤S3)，余弦波生成单元203c生成余弦波cos(ωt)(步骤S4)。正
弦波sin(ωt)被输入到乘法单元204s，余弦波cos(ωt)被输入到乘法单元204c。另外，
正弦波sin(ωt)和余弦波cos(ωt)的生成顺序是任意的，也可以先生成余弦波。
乘法单元204s将正弦波sin(ωt)与BPF处理后得到的振动转向扭矩Tha相乘(步
骤S10)，积分单元205s对乘法信号Ths进行积分(步骤S11)。在积分单元205s进
行积分后得到的积分信号ITs被输入到自乘单元206s，在自乘单元206s中对其进行
自乘(步骤S12)。同样，乘法单元204c将余弦波cos(ωt)与BPF处理后得到的振动
转向扭矩Tha相乘(步骤S20)，积分单元205c对乘法信号Thc进行积分(步骤S21)。
在积分单元205c进行积分后得到的积分信号ITc被输入到自乘单元206c，在自乘单
元206c中对其进行自乘(步骤S22)。另外，关于正弦波和余弦波，积分的顺序是任
意的，也可以先实施余弦波的处理。
在乘法单元204s和204c中进行乘法后得到的各个波形如图9所示，图9的细线
表示正弦波sin(ωt)的乘法信号THs的波形例，图9的粗线表示余弦波cos(ωt)的乘法
信号THc的波形例。图10表示正弦波sin(ωt)的乘法信号THs和作为乘法信号THs
的积分结果的积分信号ITs的波形例。在本实施例中，初始化时间被设为500ms，每
隔500ms被初始化为0。关于余弦波cos(ωt)也是同样的。
在自乘单元206s中进行自乘得到的自乘值Ms和在自乘单元206c中进行自乘得
到的自乘值Mc被输入到加法单元207中并被相加(步骤S23)，判定积分单元205c
是否为初始化时间(步骤S24)，在判定积分单元205c为初始化时间的情况下，对积
分单元205c进行初始化(步骤S25)，另一方面，在判定积分单元205c不为初始化
时间的情况下，不进行初始化。然后，作为加法值的振动信号VS被输入到持续时间
判定单元220，判定振动是否具有持续性(步骤S30)。在判定振动具有持续性的情况
下，持续时间判定单元220输出持续信号CT，增益设定单元230基于持续信号CT
输出增益设定信号GS，并变更PI控制单元35的比例增益Gp和/或积分增益Gi(步
骤S40)。比例增益Gp和/或积分增益Gi的变更都向降低增益的方向变更，变更既可
以为线形也可以为非线形，还可以通过逐渐变化来变更。
另一方面，在上述步骤S30中，在判定振动不具有持续性，振动是暂时的情况下，
返回到上述步骤S1，重复上述动作。
按照图11所示的流程来详细实施上述步骤S30的判定动作。
首先，作为第1个采样(y[k])，将作为加法值的振动信号VS输入到持续时间判
定单元220中(步骤S31)，并将其存储在存储器(图中未示出)中(步骤S32)。然
后，输入振动信号VS直到成为第3个采样的y[k-2](步骤S33)，在3个采样数据y[k]、
y[k-1]和y[k-2]被输入的阶段，从2个过去值和当前值中来决定最大值ymax和最小值
ymin(步骤S34)，将设定系数设为“a”，判定是否为“ymin≧a·ymax”(步骤S35)。
该第1个条件的判定为3个输出值是否相对地处在某个范围内的判别。
在上述步骤S35的第1个条件的判定中，在“ymin≧a·ymax”成立的情况下，
判定各个输出值y[k]、y[k-1]和y[k-2]是否大于规定的阈值yth的第2个条件(步骤
S36)，当各个输出值y[k]、y[k-1]和y[k-2]大于阈值yth时，输出持续信号CT(步骤
S37)，判定动作结束。
在上述步骤S35的第1个条件的判定中，在第1个条件不成立，“ymin＜a·ymax”
成立的情况下，则返回。还有，在上述步骤S36的第2个条件的判定中，当输出值
y[k]、y[k-1]和y[k-2]中的任意一个等于或者小于阈值yth时，则返回。另外，在本实
施例中，尽管基于3个采样数据来进行处理，在本发明中，过去值的采样的个数可以
是任意的。
图12表示积分单元的动作例，在本实施例中，每隔500ms被初始化。将输出值
y的更新之前的值设为y[k]，将阈值设为yth＝0.01，设定系数“a”为“a”＝0.8。然
后，1.5sec时的y[k]＝y[3]＝0.0159、y[k-1]＝y[2]＝0.0159和y[k-2]＝y[1]＝0.0149成立。然
后，在本实施例中，因为ymax＝0.0159和ymin＝0.0149，所以满足第1个条件。还有，
因为各个值都大于阈值yth，所以也满足第2个条件。因此，作为持续振动的判定条
件的第1个条件和第2个条件得到满足。所以，在1.5sec以后，进行用于抑制振动的
处理，转向扭矩的振动收敛。
在上述实施方式中，尽管将转向扭矩Th作为振动抑制对象来对本发明进行了说
明，但在抑制电流指令值的振动的情况下，可以将电流指令值Iref1或Iref2输入到振
动检测单元200中，然后进行同样的控制；还有，在抑制电动机速度的振动的情况下，
可以将基于与电动机20连接的旋转传感器(例如，分解器)等的电动机速度信号输
入到振动检测单元200中，然后进行同样的控制。另外，也可以将转向扭矩Th、电
流指令值Iref1或Iref2、和电动机速度作为振动抑制对象，然后对它们同时进行控制。
此外，更新周期也可以为某个抽出频率的3个周期以上。还有，振动检测单元还
可以具有这样的结构，即：振动检测单元具备设定了不同的值的复数个单元，当这些
复数个单元中的任意一个单元检测出持续振动的时侯，将其作为持续振动检测状态。
另外，关于持续振动的检测，也可以将最新的输出值与从过去的输出值通过最小二乘
法等计算出的值进行比较，在大于某个比率(ある割合)的情况下，将其作为持续振
动检测状态。
附图标记说明
1转向盘(方向盘)
2柱轴(转向轴、方向盘轴)
10扭矩传感器
12车速传感器
20电动机
30控制单元(ECU)
31电流指令值运算单元
33电流限制单元
35PI控制单元
36PWM控制单元
37逆变器电路
200振动检测单元
201带通滤波器(BPF)
202振荡单元
203s正弦波生成单元
203c余弦波生成单元
204s、204c乘法单元
205s、205c积分单元
206s、206c自乘单元
220持续时间判定单元
230增益设定单元