專利名稱：用于車輛的轉(zhuǎn)向裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及用于車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，更具體的說，涉及用于可轉(zhuǎn)向車輛的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
編號為10-310074的日本專利申請(下稱“JP10-310074”)公開了一種線控轉(zhuǎn)向裝置，這種裝置設(shè)計成能根據(jù)所需要的車輪轉(zhuǎn)向角度與實際車輪轉(zhuǎn)向角度的差值，并根據(jù)轉(zhuǎn)向載荷來控制轉(zhuǎn)向操作，特別是，這種裝置設(shè)計成通過以這樣的方式來確定受控的轉(zhuǎn)向變量的值，即，把所需要的車輪轉(zhuǎn)向角度與實際車輪轉(zhuǎn)向角度之間的差值調(diào)整到零，來控制轉(zhuǎn)向操作。

發(fā)明內(nèi)容
JP10-310074中所示的線控轉(zhuǎn)向裝置設(shè)計成能對所需要的車輪轉(zhuǎn)向角度作出迅速的反應(yīng)，結(jié)果，實際的車輪轉(zhuǎn)向角度總是基本上與所需要的車輪轉(zhuǎn)向角度相同，而這就等同于這種線控轉(zhuǎn)向裝置的轉(zhuǎn)向剛性是無限大。因此，JP10-310074的線控轉(zhuǎn)向裝置，不可能在對轉(zhuǎn)向輸出部分發(fā)生干擾時，以足夠的精確度來模擬典型的機械轉(zhuǎn)向裝置中的轉(zhuǎn)向輸入部分與轉(zhuǎn)向輸出部分之間的自然扭矩。如上所述，由于JP10-310074的線控轉(zhuǎn)向裝置的當(dāng)量轉(zhuǎn)向剛性高，這種車輛可能在彎道上傾向于過度轉(zhuǎn)向，結(jié)果，車輛的偏離角可能會過度增大，從而對車輛的行駛穩(wěn)定性產(chǎn)生不利的影響。更進一步，這種高轉(zhuǎn)向剛性還可能對轉(zhuǎn)向的感受，以及對在坎坷不平的道路，波浪形道路，或者有車轍的道路上行駛時的舒適性，產(chǎn)生不利的影響。
因此，本發(fā)明的一個目的是在線控轉(zhuǎn)向裝置中，在轉(zhuǎn)向輸入部分與轉(zhuǎn)向輸出部分之間產(chǎn)生適當(dāng)?shù)呐ぞ?，以改善轉(zhuǎn)向的感受和舒適性。
按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于車輛的轉(zhuǎn)向裝置，包括轉(zhuǎn)向致動器，根據(jù)轉(zhuǎn)向力指令產(chǎn)生轉(zhuǎn)向力，以調(diào)整車輛的轉(zhuǎn)向輸出；轉(zhuǎn)向輸入單元，用于設(shè)定轉(zhuǎn)向輸入；干擾確定單元，用于確定干擾指示值，所述干擾指示值表示輸入車輛的干擾；以及，轉(zhuǎn)向控制器，與所述轉(zhuǎn)向致動器，轉(zhuǎn)向輸入單元，以及干擾確定單元信息連通，并能完成下列操作根據(jù)所述轉(zhuǎn)向輸入設(shè)定所需要的轉(zhuǎn)向輸出；根據(jù)所需要的轉(zhuǎn)向輸出設(shè)定所述轉(zhuǎn)向力指令；根據(jù)所述干擾指示值調(diào)整所述轉(zhuǎn)向力指令；以及，向所述轉(zhuǎn)向致動器輸出所述調(diào)整后的轉(zhuǎn)向力指令。
按照本發(fā)明的另一個方面，提供了一種用于車輛的轉(zhuǎn)向裝置，包括用于根據(jù)轉(zhuǎn)向力指令產(chǎn)生轉(zhuǎn)向力以調(diào)整車輛的轉(zhuǎn)向輸出的轉(zhuǎn)向致動裝置；用于設(shè)定轉(zhuǎn)向輸入的轉(zhuǎn)向輸入裝置；用于確定指示車輛遇到干擾的干擾指示值的干擾確定裝置；以及用于完成下列操作的轉(zhuǎn)向控制裝置根據(jù)上述轉(zhuǎn)向輸入設(shè)定所需要的轉(zhuǎn)向輸出；根據(jù)所需要的轉(zhuǎn)向輸出設(shè)定上述轉(zhuǎn)向力指令；根據(jù)上述干擾指示值調(diào)整上述轉(zhuǎn)向力指令；以及，向上述轉(zhuǎn)向致動裝置輸出上述調(diào)整后的轉(zhuǎn)向力指令。
按照本發(fā)明的又一個方面，提供了一種用于控制可轉(zhuǎn)向的車輛的方法，這種車輛包括根據(jù)轉(zhuǎn)向力指令產(chǎn)生轉(zhuǎn)向力、以調(diào)整車輛的轉(zhuǎn)向輸出的轉(zhuǎn)向致動器；設(shè)定轉(zhuǎn)向輸入的轉(zhuǎn)向輸入單元；以及用于確定表示輸入車輛干擾的干擾指示值的干擾確定單元；所述方法包括根據(jù)所述轉(zhuǎn)向輸入設(shè)定所需要的轉(zhuǎn)向輸出；根據(jù)所需要的轉(zhuǎn)向輸出設(shè)定所述轉(zhuǎn)向力指令；根據(jù)所述干擾指示值調(diào)整所述轉(zhuǎn)向力指令；以及，向所述轉(zhuǎn)向致動器輸出所述經(jīng)過調(diào)整的轉(zhuǎn)向力指令。


圖1是具有按照第一實施例的轉(zhuǎn)向裝置的機動車輛的示意圖；圖2是圖1中的轉(zhuǎn)向裝置的示意框圖；圖3是圖1中的轉(zhuǎn)向裝置的轉(zhuǎn)向反饋控制器的反饋電動機控制指令確定裝置的系統(tǒng)框圖；圖4A～圖4C是說明圖3中用于反饋電動機控制器的指令確定裝置的增益Ka、Ks的設(shè)定示例，和極限值Ls的說明圖；圖5是按照第一實施例的，表示由魯棒模配技術(shù)(robust modelmatching technique)構(gòu)造的轉(zhuǎn)向輸出控制裝置的系統(tǒng)框圖；圖6是圖1中的轉(zhuǎn)向裝置的轉(zhuǎn)向輸出控制器所完成的轉(zhuǎn)向輸出控制過程的流程圖；圖7圖示當(dāng)對轉(zhuǎn)向車輪發(fā)生干擾時，相對于所需要的車輪轉(zhuǎn)向角，按照第一實施例的實際車輪轉(zhuǎn)向角的示例反應(yīng)，和按照對比實施例(現(xiàn)有技術(shù))的實際車輪轉(zhuǎn)向角的示例反應(yīng)；圖8是按照第二實施例的由魯棒模配技術(shù)構(gòu)造的轉(zhuǎn)向輸出控制裝置的系統(tǒng)框圖；圖9是第二實施例的轉(zhuǎn)向裝置的轉(zhuǎn)向輸出控制器所完成的轉(zhuǎn)向輸出控制過程的流程圖；圖10是按照第三實施例的第一變型的，做成包括前饋補償器和反饋補償器的，具有兩級自由度控制轉(zhuǎn)向輸出控制裝置的系統(tǒng)框圖；圖11是按照第三實施例的第二變型的，做成包括前饋補償器和反饋補償器的，具有兩級自由度控制轉(zhuǎn)向輸出控制裝置的系統(tǒng)框圖；圖12是具有按照第四實施例的轉(zhuǎn)向裝置的機動車輛的示意圖；圖13是圖12中的轉(zhuǎn)向裝置的示意框圖；圖14是按照第四實施例的轉(zhuǎn)向輸出控制裝置的系統(tǒng)框圖；圖15是按照一個比較實施例的由魯棒模配技術(shù)構(gòu)造的轉(zhuǎn)向輸出控制裝置的系統(tǒng)框圖；圖16是按照第四實施例的轉(zhuǎn)向裝置轉(zhuǎn)向輸出控制裝置所完成的轉(zhuǎn)向輸出控制過程的流程圖；圖17是把方向盤用機械方式連接在轉(zhuǎn)向車輪上的轉(zhuǎn)向裝置的示意圖；圖18是圖17的轉(zhuǎn)向裝置中的轉(zhuǎn)向軸的示意圖；圖19圖示在轉(zhuǎn)向輸出控制裝置中存在錯誤，相對于所需要的車輪轉(zhuǎn)向角，按照第四實施例在沒有干擾補償?shù)目刂葡碌膶嶋H車輪轉(zhuǎn)向角的示例性反應(yīng)，和按照對比實施例(現(xiàn)有技術(shù))的實際車輪轉(zhuǎn)向角的示例性反應(yīng)；
圖20圖示在轉(zhuǎn)向輸出控制裝置中存在錯誤，相對于所需要的車輪轉(zhuǎn)向角，按照第四實施例在具有干擾補償?shù)目刂葡?，實際車輪轉(zhuǎn)向角的示例性反應(yīng)，和按照對比實施例的實際車輪轉(zhuǎn)向角的示例性反應(yīng)；圖21A和圖21B圖示當(dāng)對轉(zhuǎn)向輸出控制裝置發(fā)生干擾時，相對于所需要的車輪轉(zhuǎn)向角，按照第四實施例的在沒有反饋補償?shù)目刂葡拢瑢嶋H車輪轉(zhuǎn)向角的示例性反應(yīng)，和按照對比實施例的實際車輪轉(zhuǎn)向角的示例性反應(yīng)；圖22是按照第四實施例，在對所需要的車輪轉(zhuǎn)向角具有干擾補償?shù)目刂葡?，說明實際車輪轉(zhuǎn)向角的反應(yīng)的例子的圖；圖23是按照第五實施例的轉(zhuǎn)向輸出控制裝置的系統(tǒng)框圖；圖24是用于設(shè)定限制值Lfb的曲線圖；圖25是第五實施例的轉(zhuǎn)向裝置的轉(zhuǎn)向輸出控制器所完成的轉(zhuǎn)向輸出控制過程的流程圖。
具體實施例方式
請參照圖1～圖7，其中表示了按照第一實施例的，用于可轉(zhuǎn)向車輛的轉(zhuǎn)向裝置。圖1是具有按照第一實施例的轉(zhuǎn)向裝置的機動車輛的示意圖；圖2是圖1中的轉(zhuǎn)向裝置的示意框圖。如圖1所示，第一實施例的轉(zhuǎn)向裝置是一種線控轉(zhuǎn)向裝置，包括用于轉(zhuǎn)向輸入的轉(zhuǎn)向反饋部件(轉(zhuǎn)向輸入單元)3，和用于轉(zhuǎn)向輸出的轉(zhuǎn)向輸出單元7，其中，轉(zhuǎn)向反饋部件3，和轉(zhuǎn)向輸出單元7在機械結(jié)構(gòu)是可分開的。轉(zhuǎn)向反饋部件3有一個方向盤1，和一個用于向方向盤1提供反饋的轉(zhuǎn)向反饋致動器(反饋致動器)2。轉(zhuǎn)向輸出單元7包括用于使能轉(zhuǎn)向的車輪4和5轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向輸出致動器(轉(zhuǎn)向致動器)6。
具體的說，轉(zhuǎn)向反饋部件3包括方向盤1、轉(zhuǎn)向立軸8，和用于驅(qū)動或轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向立軸8的轉(zhuǎn)向反饋致動器2。轉(zhuǎn)向反饋致動器2包括控制應(yīng)用電動機和連接在電動機上用于為電動機減速的減速齒輪機構(gòu)。設(shè)置了電動機位置反饋傳感器9，用于測量電動機輸出軸的角度位置。電動機位置反饋傳感器9用于控制電動機的位置，并用作方向盤轉(zhuǎn)角檢測裝置，用于測量方向盤1的實際方向盤轉(zhuǎn)角θs，將其作為轉(zhuǎn)向輸入信號。實際方向盤轉(zhuǎn)角θs也可以用另一個傳感器來測量，以便直接檢測方向盤1的角度位置。
設(shè)置了一個轉(zhuǎn)向反饋控制器10，用作控制轉(zhuǎn)向反饋致動器2的電氣控制部件。轉(zhuǎn)向反饋控制器10用來接收從反饋電動機位置傳感器9和從車輛速度傳感器11輸入的數(shù)據(jù)，用于測量車輛的行駛速度或縱向速度V。轉(zhuǎn)向反饋控制器10包括確定所需要的車輪轉(zhuǎn)向角度部分，確定反饋電動機控制指令部分，和一個反饋電動機驅(qū)動部分。上述確定所需要的車輪轉(zhuǎn)向角度部分，根據(jù)實際或測量到的方向盤轉(zhuǎn)角θs和車輪的速度V，來計算所需要的車輪轉(zhuǎn)向角度θta，作為所需要的轉(zhuǎn)向輸出。上述確定反饋電動機控制指令部分，通過加上一個轉(zhuǎn)向輸入相關(guān)電動機控制指令I(lǐng)s，和一個轉(zhuǎn)向輸出相關(guān)電動機控制指令I(lǐng)ts，用以計算出一個反饋電動機控制指令(轉(zhuǎn)向反饋指令)Tms，以獲得基本反饋電動機控制指令I(lǐng)sa，并完成對基本反饋電動機控制指令I(lǐng)sa的限幅處理。上述反饋電動機驅(qū)動部分包括電動機驅(qū)動回路，這條回路把反饋電動機的控制指令Tms轉(zhuǎn)換成對轉(zhuǎn)向反饋致動器2的電動機的驅(qū)動電流的指令。
轉(zhuǎn)向輸出單元7包括下列各部分可轉(zhuǎn)向的車輪4、5；通過一個齒條軸13連接在可轉(zhuǎn)向的車輪4、5上的轉(zhuǎn)向齒輪機構(gòu)12；以及用于驅(qū)動轉(zhuǎn)向齒輪機構(gòu)12的轉(zhuǎn)向輸出致動器6。
和轉(zhuǎn)向反饋致動器2一樣，轉(zhuǎn)向輸出致動器6也包括控制應(yīng)用電動機，和連接在上述電動機上用于減速的減速齒輪機構(gòu)。還設(shè)置了一個轉(zhuǎn)向電動機位置傳感器(轉(zhuǎn)向輸出傳感器)15，用于測量上述電動機輸出軸的角度位置。轉(zhuǎn)向電動機位置傳感器15用于控制電動機的位置，并且還用作車輪轉(zhuǎn)向角度檢測部分，和車輪轉(zhuǎn)向角速度檢測部分，用來測量可轉(zhuǎn)向的車輪4、5的實際車輪轉(zhuǎn)向角度θt和角速度的變化。
還設(shè)置了一個轉(zhuǎn)向輸出控制器(轉(zhuǎn)向控制器)16，作為控制轉(zhuǎn)向輸出致動器6的電氣控制部件。轉(zhuǎn)向輸出控制器16用雙向通信線17與轉(zhuǎn)向反饋控制器10連接，用于雙向數(shù)據(jù)交換。轉(zhuǎn)向輸出控制器16用于從車輛速度傳感器11、轉(zhuǎn)向電動機位置傳感器15、車輛偏離角傳感器18和外力傳感器19接收輸入的數(shù)據(jù)。車輛偏離角傳感器18用于測量車輛的側(cè)滑角。具體的說，車輛偏離角傳感器18包括一個橫向加速度傳感器，和一個用于收集計算實際車輛偏離角β所必需的橫向擺動率傳感器。外力傳感器19用于測量施加在可轉(zhuǎn)向車輪4、5上的外力。具體的說，外力傳感器19包括一個測量施加在轉(zhuǎn)向齒條軸13上的軸向力(或轉(zhuǎn)向力)的軸向力傳感器。轉(zhuǎn)向輸出控制器16包括一個接觸障礙確定部分，一個轉(zhuǎn)向電動機控制指令確定部分，以及一個轉(zhuǎn)向電動機驅(qū)動部分。上述接觸障礙確定部分用于確定可轉(zhuǎn)向的車輪4、5是否與障礙，例如馬路牙，接觸。轉(zhuǎn)向電動機控制指令確定部分主要用于通過從模配補償器(model matching compensator)的輸出中減去魯棒補償器(robust compensator)的輸出，計算出一個轉(zhuǎn)向電動機控制指令，以獲得基本轉(zhuǎn)向電動機控制指令，并把基本轉(zhuǎn)向電動機電流指令限制在上限內(nèi)。上述轉(zhuǎn)向電動機驅(qū)動部分包括電動機驅(qū)動回路，這條回路把轉(zhuǎn)向電動機控制指令轉(zhuǎn)換成輸送給轉(zhuǎn)向輸出致動器6的電動機的驅(qū)動電流指令。
圖3是轉(zhuǎn)向反饋控制器10的反饋電動機控制器的指令確定部分的系統(tǒng)框圖。轉(zhuǎn)向反饋控制器10包括一個計算轉(zhuǎn)向輸入相關(guān)控制指令I(lǐng)s的處理部分；一個計算轉(zhuǎn)向輸出相關(guān)電動機控制指令I(lǐng)ts的處理部分；以及一個限幅處理部分10k。具體的說，如圖3所示，計算轉(zhuǎn)向輸入相關(guān)控制指令I(lǐng)s的處理部分包括放大器10a；求微分器10b；放大器10c；以及加法器10d。放大器10a用增益Ka乘以實際方向盤轉(zhuǎn)角θs，輸出一個第一值(Ka·θs)。增益Ka根據(jù)車輛的速度V來確定。求微分器10b輸出一個實際方向盤轉(zhuǎn)角θs的時間微分值ωs(＝dθs/dt)。放大器10c用增益Ks乘以實際方向盤轉(zhuǎn)角θs的時間微分值ωs，輸出一個第二值(Ks·ωs)。增益Ks根據(jù)車輛的速度V來確定。加法器10d把第一值(Ka·θs)和第二值(Ks·ωs)加起來，輸出轉(zhuǎn)向輸入相關(guān)控制指令I(lǐng)s(Is＝Ka·θs+Ks·ωs)。圖4A和圖4B是說明設(shè)定增益Ka和Ks示例圖。如圖4A所示，在開始轉(zhuǎn)向操作的頻率高的車速下，增益Ka設(shè)定為1.0，而在較高的速度和較低的速度范圍內(nèi)，增益Ka設(shè)定為大于1.0。如圖4B所示，在開始轉(zhuǎn)向操作的頻率高的車速下，增益Ks設(shè)定為1.0，而在較高的速度和較低的速度范圍內(nèi)，增益Ks設(shè)定為大于1.0。另一方面，計算轉(zhuǎn)向輸出相關(guān)電動機控制指令I(lǐng)ts的處理部分包括減法器10e；放大器10f；微分器10g；放大器10h；和加法器10i。減法器10e從所需要的車輪轉(zhuǎn)向角度θta上減去實際車輪轉(zhuǎn)向角度θt，輸出一個差值(θta-θt)。放大器10f用增益Kfa乘以差值(θta-θt)，輸出一個第一值(Kfa·(θta-θt))。增益Kfa根據(jù)車輛的速度V來確定。微分器10g輸出差值(θta-θt)的時間微分值ωts(＝d(θta-θt)/dt)。放大器10h用增益Kfs乘以差值(θta-θt)的時間微分值ωts，輸出一個第二值(Kfs·ωts)。增益Kfs根據(jù)車輛的速度V來確定。加法器10i把第一值(Kfa·(θta-θt))和第二值(Kfs·ωts)加起來，輸出轉(zhuǎn)向輸出相關(guān)電動機控制指令I(lǐng)ts(Its＝Kfa·(θta-θt)+Kfs·ωts)。增益Kfa和增益Kfs與圖4a和圖4b中所示的增益Ka和Ks一樣，都根據(jù)車輛的速度V來確定。加法器10j把轉(zhuǎn)向輸入相關(guān)電動機控制指令I(lǐng)s和轉(zhuǎn)向輸出相關(guān)電動機控制指令I(lǐng)ts加起來，輸出一個基本反饋電動機控制指令I(lǐng)sa(＝Is+Its)。限幅處理部分10k把反饋電動機控制指令I(lǐng)sa(＝Is+Its)限制在上限值Ls內(nèi)，并輸出反饋電動機控制指令Tms。上限值Ls根據(jù)輪胎與路面的摩擦系數(shù)μ來確定。輪胎與路面的摩擦系數(shù)μ根據(jù)車速V、橫向擺動率ψ和橫向加速度YG來估算。圖4C是說明設(shè)定極限值Ls的例子的圖。如圖4C所示，極限值Ls是這樣設(shè)定的，它隨著輪胎與路面的摩擦系數(shù)μ的增大而增大。這對于防止可能會妨礙方向盤1的轉(zhuǎn)動的、過大的轉(zhuǎn)向反饋量很有效，從而能在方向盤轉(zhuǎn)角較大，或者方向盤轉(zhuǎn)角的變化速度很高時，根據(jù)估算的輪胎與路面的摩擦系數(shù)μ提供一個合適的轉(zhuǎn)向反饋值。
圖5是按照第一實施例的，表示由魯棒模配技術(shù)構(gòu)造的轉(zhuǎn)向輸出控制裝置的系統(tǒng)框圖。魯棒模配技術(shù)是一種預(yù)先確定作為控制對象的目標(biāo)車輛的動力特性的標(biāo)準(zhǔn)模式的方法，例如，對車輛橫向擺動率的反應(yīng)特性，和側(cè)向加速度對轉(zhuǎn)向操作的反應(yīng)特性，以及控制受控的動力輸入，以便用目標(biāo)車況與標(biāo)準(zhǔn)模配一致的方式，把模式錯誤或者干擾的影響降低到最小限度。如圖5所示，轉(zhuǎn)向輸出控制器16包括下列各部分模配補償器16a；魯棒補償器或者魯棒補償器16b；干擾補償限制器16c；減法器16d；電流限制器16e；接觸障礙確定部分16f；以及開關(guān)16g。
模配補償器16a用作前饋補償器，以接收所需要的車輪轉(zhuǎn)向角度θta和車輪實際轉(zhuǎn)向角度θt，并根據(jù)預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)模式輸出轉(zhuǎn)向電動機電流指令。
魯棒補償器16b用于接收電動機電流指令I(lǐng)ta，作為向受控目標(biāo)的輸入；和接收作為從受控目標(biāo)輸出信息的實際車輪轉(zhuǎn)向角度θt，并推定成為影響控制的因素的，包括模式錯誤的干擾，并輸出該推定的干擾。從魯棒補償器16b輸出的干擾補償，用于補償轉(zhuǎn)向輸出控制器中的電動機電流指令I(lǐng)ta(轉(zhuǎn)向電動機驅(qū)動指令、轉(zhuǎn)向電動機扭矩指令、或轉(zhuǎn)向力指令)。
干擾補償限制器16c用于限制從魯棒補償器16b發(fā)來的干擾補償，以使從魯棒補償器16b發(fā)來的干擾補償，隨著外力指示器(干擾指示值)所指示的，施加在可轉(zhuǎn)向車輪4、5上的外力的增大而減小，它是第一實施例中的所需要的車輛偏離角β*與實際偏離角β之間的差值Δβ。在第一實施例中，車輛偏離角傳感器18用作干擾確定單元，用于確定指示輸入車輛中的干擾的指示值。
減法器16d通過從電動機電流指令(模配補償器16a)中減去限定的干擾補償(從干擾補償限制器16c輸出的信息)，用來計算電動機電流指令I(lǐng)ta。
電流限制器16e用于限制通過轉(zhuǎn)向輸出致動器6的電流，以防止過電流。具體的說，電流限制器16e用于當(dāng)從減法器16d輸出的電動機電流指令I(lǐng)ta小于或等于預(yù)定的電流限制值時，輸出上述電動機電流指令I(lǐng)ta；或者，當(dāng)電動機電流指令I(lǐng)ta大于上述電流限制值時，輸出上述電流限制值。上述電動機電流指令I(lǐng)ta輸出到作為受控目標(biāo)的，轉(zhuǎn)向輸出致動器6的電動機中。
接觸障礙確定部分16f用于確定可轉(zhuǎn)向車輪4和5是否接觸到障礙了，例如馬路牙。具體的說，例如，在這樣的情況下，即，雖然使用電動機電流指令I(lǐng)ta來驅(qū)動轉(zhuǎn)向輸出致動器6的電動機持續(xù)的時間超過了設(shè)定的時間，例如1秒鐘，但實際車輪轉(zhuǎn)向角度θt基本保持恒定(變量小于±1度的范圍內(nèi))，則接觸障礙確定部分16f便確定可轉(zhuǎn)向車輪4和5接觸到障礙了。
開關(guān)16g在接觸障礙確定部分16f確定可轉(zhuǎn)向車輪4和5沒有接觸到障礙時，處于斷開狀態(tài)，而在接觸障礙確定部分16f確定可轉(zhuǎn)向車輪4和5接觸到障礙時，處于接通狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)16g斷開時，利用魯棒模配技術(shù)，根據(jù)所需要的車輪轉(zhuǎn)向角度θta和實際車輪轉(zhuǎn)向角度θt，計算出輸送給轉(zhuǎn)向輸出致動器6的電動機電流指令I(lǐng)ta。另一方面，當(dāng)開關(guān)16g接通時，把所需要的車輪轉(zhuǎn)向角度θta設(shè)定為實際車輪轉(zhuǎn)向角度θt，并相應(yīng)計算出輸送給轉(zhuǎn)向輸出致動器6的電動機電流指令I(lǐng)ta作為較低的值。
下面，描述第一實施例轉(zhuǎn)向裝置的操作過程。圖6是表示轉(zhuǎn)向裝置的轉(zhuǎn)向輸出控制器16所完成的轉(zhuǎn)向輸出控制過程的流程圖。
在步驟S1中，轉(zhuǎn)向輸出控制器16從車輛速度傳感器11中讀出車輛的速度V，從反饋電動機位置傳感器9讀出根據(jù)實際方向盤轉(zhuǎn)角θs設(shè)定的所需要的車輪轉(zhuǎn)向角度θta，從轉(zhuǎn)向電動機位置傳感器15讀出實際車輪轉(zhuǎn)向角度θt，從設(shè)置在電動機驅(qū)動回路中的轉(zhuǎn)向電動機驅(qū)動電流傳感器(圖中未表示)讀出實際轉(zhuǎn)向電動機驅(qū)動電流It。然后，進入步驟S2。按照可變轉(zhuǎn)向比率機理，所需要的車輪轉(zhuǎn)向角度θta由下列等式確定。
θta＝.θs·Rst。
式中，Rst是轉(zhuǎn)向輸出與轉(zhuǎn)向輸入的速比或者是整個轉(zhuǎn)向變速比的倒數(shù)。
在步驟S2中，轉(zhuǎn)向輸出控制器16確定可轉(zhuǎn)向車輪4和5是否接觸到障礙了，例如馬路牙。當(dāng)步驟S2的答案是肯定的(YES)，程序便進入步驟S3。另一方面，當(dāng)步驟S2的答案是否定的(NO)，程序便進入步驟S4。上述障礙，是指在與可轉(zhuǎn)向車輪4和5接觸時，實際上阻礙車輪的轉(zhuǎn)向角度增大的物體，例如馬路牙。這種確定接觸障礙的方法，例如，可以利用公開的日本專利申請No.2005-96725中所描述的方法。具體的說，如果所需要的車輪轉(zhuǎn)向角度θta與實際車輪轉(zhuǎn)向角度θt之間的差值的絕對值θtsa大于或等于閾值θa，如果實際車輪轉(zhuǎn)向角度θt保持在預(yù)定值上的時間周期長于或等于時間Tit的閾值(例如，實際車輪轉(zhuǎn)向角度θt的變動保持在小于±1度內(nèi)的時間超過1秒鐘)，而且，如果實際轉(zhuǎn)向電動機驅(qū)動電流It的時間周期長于或等于閾值Itt在整個預(yù)定的時間周期Tt中延續(xù)的時間，轉(zhuǎn)向輸出控制器16便確定，可轉(zhuǎn)向車輪4和5接觸到障礙了。上述閾值θa是在考慮了由于轉(zhuǎn)向反饋控制器10與轉(zhuǎn)向輸出控制器16之間的信息交流的延遲，以至相應(yīng)輸出指令的反應(yīng)也延遲了，以及車輪轉(zhuǎn)向角度控制的精確度而確定的。
在步驟S3中，根據(jù)在步驟S2中所確定的，可轉(zhuǎn)向車輪4和5接觸了障礙，轉(zhuǎn)向輸出控制器16便把所需要的車輪轉(zhuǎn)向角度θta確定為實際車輪轉(zhuǎn)向角度θt。然后，程序便回到步驟S1。
在步驟S4中，根據(jù)在步驟S2中所確定的，可轉(zhuǎn)向車輪4和5沒有接觸障礙，轉(zhuǎn)向輸出控制器16便利用下列等式計算出實際車輛偏離角β。
β＝∫{(YG/V-ψ)}dt (1)式中，YG是橫向加速度，V是車輛的速度，而ψ是橫向擺動率。然后，程序進入步驟S5。
在步驟S5中，轉(zhuǎn)向輸出控制器16根據(jù)車輛速度V和所需要的車輪轉(zhuǎn)向角度θta(根據(jù)實際方向盤轉(zhuǎn)角θs)計算所需要的車輛偏離角β*。然后，程序進入步驟S6。
在步驟S6中，轉(zhuǎn)向輸出控制器16通過從所需要的車輛偏離角β*減去實際車輛偏離角β計算出車輛的偏離角差值Δβ。然后，程序進入步驟S7。
在步驟S7中，轉(zhuǎn)向輸出控制器16根據(jù)車輛的偏離角差值Δβ和預(yù)定的增益Kcs，確定用于限制干擾補償?shù)臉O限值。增益Kcs是根據(jù)車輛的性能預(yù)先確定的。具體的說，首先，上述極限值是隨著車輛的偏離角差值Δβ的增大而減小的。其次，上述極限值要乘以增益Kcs，以獲得用于限制干擾補償?shù)淖詈蟮臉O限值。然后，程序回到步驟S1。因此，當(dāng)并未產(chǎn)生偏離角差值Δβ時，魯棒補償器16b并不限于干擾補償限制器16c，所以，計算出來的電動機電流指令I(lǐng)ta就很大，具有完全的干擾補償。另一方面，當(dāng)產(chǎn)生偏離角差值Δβ時，魯棒補償器16b的干擾補償并不受干擾補償限制器16c的限制，所以，計算出來的電動機電流指令I(lǐng)ta就小于沒有偏離角差值的情況。還有，由于干擾補償限制器16c的限制隨著偏離角差值Δβ而加強，即，由于干擾補償限定在極限值上，而這個極限值是隨著偏離角差值Δβ的增大而減小的，所以，計算出來的電動機電流指令I(lǐng)ta隨著偏離角差值Δβ的增大而減小。增益Kcs隨著車身的剛性的增大而增加。例如，車身剛性很高的跑車的增益Kcs就大于轎車。
下面，請參閱圖17和圖18。下面，討論轉(zhuǎn)向輸入部分與轉(zhuǎn)向輸出部分之間的扭矩。圖17是把方向盤用機械方式連接在轉(zhuǎn)向車輪上的相關(guān)轉(zhuǎn)向裝置的示意圖。圖18是圖17的相關(guān)轉(zhuǎn)向裝置中的轉(zhuǎn)向軸的示意圖。這種相關(guān)轉(zhuǎn)向裝置運動的公式示于下列等式中。等式(1)是從方向盤的旋轉(zhuǎn)運動的等式轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)向主銷的等價方程。等式(2)和(3)是方向盤的旋轉(zhuǎn)運動與轉(zhuǎn)向主銷之間的等價方程。
Ih·(d2a/dt2)+Ch·(da/dt)+Ks·(a-δ)＝Th(1)Ts＝(εn+εc)·Kf·{β+(If/V)·γ-δ} (2)Is·(d2δ/dt2)+Cs·(dδ./dt)+Ks·(δ-a)＝Ts (3)式中Ih方向盤繞轉(zhuǎn)向主銷的轉(zhuǎn)換后的慣性矩；Ch轉(zhuǎn)向軸的摩擦粘滯系數(shù)；Ks繞著轉(zhuǎn)向主銷的彈性系數(shù)；δ方向盤轉(zhuǎn)角；a方向盤繞轉(zhuǎn)向主銷的轉(zhuǎn)換后的角度位置；Th駕駛員的轉(zhuǎn)向扭矩；Is方向盤繞轉(zhuǎn)向主銷的慣性矩；Cs繞著轉(zhuǎn)向主銷的摩擦粘滯系數(shù)；Kf拐彎能力Ts繞著轉(zhuǎn)向主銷的力矩；If車輛的質(zhì)量中心與前軸之間的距離；β車輛的偏離角；εn氣胎拖距；
εc轉(zhuǎn)向后傾量；V車輛的速度；γ車輛的橫向擺動量。
如上所述，Ts在等式(2)和(3)中是施加在轉(zhuǎn)向裝置上的外力，結(jié)果，由于Ts引起的扭矩，在方向盤的角度(轉(zhuǎn)換后的)與車輪的轉(zhuǎn)向角度之間產(chǎn)生了穩(wěn)態(tài)的偏差。例如，在等式(1)中，當(dāng)方向盤從δ＝0開始轉(zhuǎn)動時，產(chǎn)生了與扭矩Th平衡的Ks·(a-δ)，這就表示，在方向盤的角度(轉(zhuǎn)換后的)與車輪的轉(zhuǎn)向角度之間產(chǎn)生了一個扭矩。另一方面，在等式(2)和(3)中，當(dāng)方向盤處于δ≠0時，產(chǎn)生了與Ts平衡的Ks·(δ-a)，這就表示，在方向盤的角度(轉(zhuǎn)換后的)與車輪的轉(zhuǎn)向角度之間產(chǎn)生了一個扭矩。
下面，描述線控轉(zhuǎn)向的現(xiàn)有技術(shù)。No.10-310074號日本專利申請公開了一種線控轉(zhuǎn)向裝置，其根據(jù)需要的車輪轉(zhuǎn)向角度與實際的車輪轉(zhuǎn)向角度之間的差值，以及根據(jù)轉(zhuǎn)向載荷，來控制轉(zhuǎn)向操作，具體的說，通過以這樣的方式，即，以把需要的車輪轉(zhuǎn)向角度與實際的車輪轉(zhuǎn)向角度之間的差值調(diào)整到零的方式，確定轉(zhuǎn)向的受控變量的值，來控制轉(zhuǎn)向操作。因此，車輪的轉(zhuǎn)向角度指令對于需要的車輪轉(zhuǎn)向角度的跟蹤能力是很高的。然而，現(xiàn)有的裝置不能以足夠的精確度模擬轉(zhuǎn)向輸出部分的自然扭矩，干擾的轉(zhuǎn)向反饋，或施加在轉(zhuǎn)向輸出部分上的外力。由于相應(yīng)的干擾補償量不是與轉(zhuǎn)向輸入部分與轉(zhuǎn)向輸出部分之間的扭力同步產(chǎn)生的，所以實際的車輪轉(zhuǎn)向角度總是與需要的車輪轉(zhuǎn)向角度一致。這種結(jié)構(gòu)相當(dāng)于一輛轉(zhuǎn)向剛度很高的車輛。通常，在一條彎道上，駕駛員先是大幅度轉(zhuǎn)動方向盤，以便在開始轉(zhuǎn)彎時獲得適當(dāng)?shù)能囕v的橫向擺動量，然后，再向回轉(zhuǎn)動方向盤，并調(diào)整方向盤，以便控制車輛的軌跡，使其符合于彎道。然而，這種具有線控轉(zhuǎn)向裝置的車輛，相當(dāng)于一輛轉(zhuǎn)向剛度很高的車輛，如果在一條彎道上大幅度轉(zhuǎn)動方向盤，就會過度轉(zhuǎn)向，因為實際的車輪轉(zhuǎn)向角度是以很高的反應(yīng)能力隨著方向盤轉(zhuǎn)角來調(diào)整的。因此，這種現(xiàn)有的轉(zhuǎn)向裝置很可能會在一條彎道上過度增大車輛的偏離角，對車輛的轉(zhuǎn)彎過程產(chǎn)生不良影響。另一方面，當(dāng)在一條坎坷不平的道路上，或者在有車轍的路上，有外力施加在可轉(zhuǎn)向的車輪上時，這種相當(dāng)于轉(zhuǎn)向剛性很高的，線控轉(zhuǎn)向的車輛，要控制轉(zhuǎn)向輸出致動器，以抵抗作用在可轉(zhuǎn)向的車輪上的外力，使可轉(zhuǎn)向的車輪保持所需要的實際車輪轉(zhuǎn)向角度。在這種情況下，當(dāng)作用在可轉(zhuǎn)向的車輪上的外力增大時，反作用力或者振動就很可能從轉(zhuǎn)向輸出致動器傳遞到車身上，對車輛的舒適性產(chǎn)生不利的影響。更進一步，這種相當(dāng)于轉(zhuǎn)向剛性很高的，線控轉(zhuǎn)向的車輛，它的可轉(zhuǎn)向的車輪具有對方向盤的反應(yīng)很快，毫不延遲地產(chǎn)生車輛的橫向擺動率的性能，這一點與用機械方式把方向盤與可轉(zhuǎn)向的車輪互相連接起來的機械轉(zhuǎn)向裝置不同，會給駕駛員不協(xié)調(diào)的感覺，從而對轉(zhuǎn)向操作的感受產(chǎn)生不良的影響。此外，當(dāng)巨大的外力施加在可轉(zhuǎn)向的車輪上時，現(xiàn)有的轉(zhuǎn)向裝置將突然向轉(zhuǎn)向輸出致動器輸出很大的電流，以克服這個外力，這將導(dǎo)致大大增加轉(zhuǎn)向輸出致動器的電動機的負(fù)載，使其處于過熱狀態(tài)。
下面，描述當(dāng)外力施加在可轉(zhuǎn)向的車輪上時，第一實施例的轉(zhuǎn)向裝置的轉(zhuǎn)向輸出控制過程。在第一實施例的轉(zhuǎn)向裝置中，轉(zhuǎn)向輸出控制器16調(diào)節(jié)通向轉(zhuǎn)向輸出致動器6的電動機的電流指令I(lǐng)ta，使之隨著偏離角差值Δβ的增加而減少，以便及時在所需要的車輪轉(zhuǎn)向角θta與實際車輪轉(zhuǎn)向角θt之間產(chǎn)生穩(wěn)定的差值。因此，當(dāng)車輛在有外力作用在可轉(zhuǎn)向的車輪4和5上的狀態(tài)下行駛時，便由車輪轉(zhuǎn)向角的差值以足夠的精度模擬轉(zhuǎn)向輸入部分與轉(zhuǎn)向輸出部分之間所需要的扭矩，以保證車輛轉(zhuǎn)彎行為的穩(wěn)定性，改善車輛的舒適性，并改善轉(zhuǎn)向的感受。具體的說，當(dāng)車輛在彎道，坎坷不平的道路，波浪形道路，或者有車轍的道路上行駛，而可轉(zhuǎn)向的車輪4和5沒有接觸到任何障礙，操作程序便按照圖6的流程圖中步驟S1、S2、S4、S5、S6和S7的次序進行。在步驟S7中，用于限制從魯棒補償器16b輸出的干擾補償?shù)臉O限值，設(shè)定為隨著偏離角差值Δβ的增加而減小，并且這個設(shè)定的極限值要乘以增益Kcs，從而獲得用于限制從魯棒補償器16b輸出的干擾補償?shù)淖罱K的極限值。
下面，描述第一實施例中的偏離角差值Δβ是如何用作外力指示器的。例如，當(dāng)車輛正在直線行駛，可轉(zhuǎn)向的車輪4和5由于坎坷不平的道路所造成的外力而轉(zhuǎn)向時，雖然所需要的車輛偏離角β*為零，但，實際車輛偏離角β卻隨著橫向加速度YG和車輛的橫向擺動率Ψ的產(chǎn)生而產(chǎn)生了(參見等式(1))。因此，如果在車輛直線行駛中偏離角差值Δβ增大了，可以把這個偏離角差值Δβ看作外力指示器。另一方面，當(dāng)在轉(zhuǎn)彎過程中偏離角差值Δβ增大時，這就意味著車輛脫離了中性轉(zhuǎn)向條件，此時，所需要的車輛偏離角β*與實際車輛偏離角β相同。因此，偏離角差值Δβ，它是加在可轉(zhuǎn)向的車輪4和5上，產(chǎn)生相對于中性轉(zhuǎn)向狀態(tài)來說轉(zhuǎn)向量過大或不足的側(cè)向力的一部分，起了外力指示器的作用。因此，通過把偏離角差值Δβ用作外力指示器，第一實施例中的轉(zhuǎn)向裝置就能以足夠的精確度檢測到當(dāng)車輛在各種不同的道路上行駛，包括在彎道上行駛時，外力對車輛動態(tài)特性的影響。這樣，第一實施例中的轉(zhuǎn)向裝置，通過根據(jù)偏離角差值Δβ來限制干擾補償器的輸出，故意在所需要的車輪轉(zhuǎn)向角度θta與實際車輪轉(zhuǎn)向角度θt之間，產(chǎn)生一個穩(wěn)態(tài)的差值，就能有效地以足夠的精確度來模擬一輛設(shè)有典型的以機械方式把方向盤和可轉(zhuǎn)向的車輪連接起來的轉(zhuǎn)向裝置的車輛上的轉(zhuǎn)向輸入部分與轉(zhuǎn)向輸出部分之間的自然的扭矩。
圖7是當(dāng)有外力作用在轉(zhuǎn)向車輪上(產(chǎn)生干擾)時，說明在按照第一實施例的實際車輪轉(zhuǎn)向角上的反應(yīng)，和在按照對比實施例的實際車輪轉(zhuǎn)向角上的反應(yīng)，與所需要的車輪轉(zhuǎn)向角之間的關(guān)系的例子的圖。如圖中的虛線所示，對比實施例的轉(zhuǎn)向裝置對干擾實施完全的干擾補償，結(jié)果，隨著干擾的輸入，能以很快的反應(yīng)速度來調(diào)整實際車輪轉(zhuǎn)向角，使它與所需要的車輪轉(zhuǎn)向角一致。另一方面，在第一實施例中，如實線所示，當(dāng)遇到障礙時，轉(zhuǎn)向裝置便限制干擾補償，以便使轉(zhuǎn)向扭矩模擬所遇到的障礙，結(jié)果實際車輪轉(zhuǎn)向角度θt便脫離所需要的車輪轉(zhuǎn)向角度θta，使得干擾補償限制器16c的極限值為零。在遇到障礙之后，模配補償器16a便計算電動機電流指令I(lǐng)ta，以便把實際車輪轉(zhuǎn)向角度θt調(diào)整到所需要的車輪轉(zhuǎn)向角度θta，而干擾補償限制器16c則逐漸放松對干擾補償?shù)南拗?。于是，實際車輪轉(zhuǎn)向角度θt便在稍后逐漸與所需要的車輪轉(zhuǎn)向角度θta重合。
當(dāng)在一條彎道上大幅度轉(zhuǎn)動方向盤1時，會在電動機電流指令I(lǐng)ta與實際車輪轉(zhuǎn)向角度θt之間產(chǎn)生差值。在開始轉(zhuǎn)彎時，魯棒補償器16b以這個差值作為干擾，輸出一個干擾補償量。另一方面，由于在開始轉(zhuǎn)彎時產(chǎn)生了偏離角差值Δβ，轉(zhuǎn)向輸出控制器16限制了干擾補償?shù)妮敵?。結(jié)果，在一條彎道上，實際車輪轉(zhuǎn)向角度θt便逐漸與所需要的車輪轉(zhuǎn)向角度θta重合，所以這輛車就像具有很高的轉(zhuǎn)向剛性的車輛一樣，并沒有過度轉(zhuǎn)向的趨勢。因此，在一條彎道上，第一實施例的轉(zhuǎn)向裝置防止了車輛偏離角的過度增大，從而保證了車輛轉(zhuǎn)彎特性的穩(wěn)定性。
當(dāng)在坎坷不平的，波浪形的，或者有車轍的道路上，有外力施加在可轉(zhuǎn)向的車輪4和5上時，會在電動機電流指令I(lǐng)ta與實際車輪轉(zhuǎn)向角度θt之間產(chǎn)生差值。魯棒補償器16b以這個差值作為干擾，輸出一個干擾補償量。另一方面，當(dāng)在坎坷不平的道路上有外力施加在可轉(zhuǎn)向的車輪4和5上時，可轉(zhuǎn)向的車輪4和5的方向便從中性位置改變到車輛產(chǎn)生偏離角差值Δβ的位置上。因此，轉(zhuǎn)向輸出控制器16便限制干擾補償?shù)妮敵觥＝Y(jié)果，當(dāng)可轉(zhuǎn)向的車輪4和5的實際車輪轉(zhuǎn)向角度在一瞬間被坎坷不平的道路，波浪形的，或者有車轍的道路上的外力所改變時，上述施加在轉(zhuǎn)向輸出致動器6上的相應(yīng)的力，就不會傳遞到車身上，就像一輛具有很高的轉(zhuǎn)向剛性的車輛一樣。這樣就改善了車輛的舒適性。
當(dāng)?shù)谝粚嵤├霓D(zhuǎn)向裝置完成了限制從魯棒補償器16b輸出的干擾補償?shù)目刂七^程時，它的轉(zhuǎn)向剛性就基本上與具有用機械方式把方向盤可轉(zhuǎn)向的車輪連接起來的轉(zhuǎn)向傳動裝置的車輛相同了。因此，車輛對于轉(zhuǎn)向操作的反應(yīng)是中性的，例如，可轉(zhuǎn)向的車輪實際上轉(zhuǎn)向到稍后產(chǎn)生的與方向盤的操作相對應(yīng)的橫向擺動率。這樣，第一實施例的轉(zhuǎn)向裝置消除了駕駛員的不協(xié)調(diào)的感覺，并為他提供了所需要的轉(zhuǎn)向感受，就像他是在一輛轉(zhuǎn)向剛性很高的車輛上一樣。當(dāng)所需要的車輪轉(zhuǎn)向角度θta與實際車輪轉(zhuǎn)向角度θt之間產(chǎn)生差值時，駕駛員所感覺到的實際車輪轉(zhuǎn)向角度θt比較小，駕駛員會繼續(xù)轉(zhuǎn)動方向盤1，相應(yīng)地增大實際車輪轉(zhuǎn)向角度θt。
此外，當(dāng)可轉(zhuǎn)向的車輪4和5遇到很大的外力時，限制從魯棒補償器16b輸出的干擾補償?shù)目刂七^程，將使電動機電流指令I(lǐng)ta的變化減緩。當(dāng)遇到很大的外力時，并不是突然在轉(zhuǎn)向輸出部分上產(chǎn)生很大的電流，以保證可轉(zhuǎn)向的車輪的轉(zhuǎn)向角度。因此，這種轉(zhuǎn)向裝置減小了轉(zhuǎn)向輸出致動器6的電動機的載荷，并能防止它過熱。
下面，描述在可轉(zhuǎn)向的車輪4和5碰到障礙時，第一實施例的轉(zhuǎn)向裝置的轉(zhuǎn)向輸出的控制過程。當(dāng)可轉(zhuǎn)向的車輪4和5遇到障礙時，處理的程序按照圖6中的流程圖，依次按照步驟S1、S2和S3的順序進行。在步驟S3中，把所需要的車輪轉(zhuǎn)向角度θta設(shè)定為實際車輪轉(zhuǎn)向角度θt，換言之，把所需要的車輪轉(zhuǎn)向角度θta與實際車輪轉(zhuǎn)向角度θt之間的差值設(shè)定為零。這樣，發(fā)送給轉(zhuǎn)向輸出部分的電動機的電流指令，就不像通常那樣，根據(jù)方向盤的實際角度θs，設(shè)定為在轉(zhuǎn)向輸出部分中的與所需要的車輪轉(zhuǎn)向角度θta相當(dāng)?shù)闹?，而是按照下列方式來設(shè)定，即，使得所需要的車輪轉(zhuǎn)向角度θta與實際車輪轉(zhuǎn)向角度θt之間的差值為零。利用這種設(shè)定，即使當(dāng)駕駛員進一步轉(zhuǎn)動方向盤1，上述轉(zhuǎn)向輸出部分也不再運動。因此，就不需要用電動機的電流量來消除所需要的車輪轉(zhuǎn)向角度θta與實際車輪轉(zhuǎn)向角度θt之間的差值。電動機的電流量只要能保持目前位置上的車輪轉(zhuǎn)向角度θt就足夠了。因此，第一實施例的轉(zhuǎn)向裝置限制了流向電動機的電流，保護了電動機，不使它過熱。此外，當(dāng)可轉(zhuǎn)向的車輪4和5遇到障礙時，在轉(zhuǎn)向輸出部分中的所需要的車輪轉(zhuǎn)向角度θta的變化不會直接使輸送給轉(zhuǎn)向輸出部分的電動機的電流指令改變到某一個值。因此，控制模式就再次順利地從用于遇到障礙的狀態(tài)下的控制，轉(zhuǎn)換到通常的車輪轉(zhuǎn)向角度的控制。
下面，描述當(dāng)外力施加在可轉(zhuǎn)向的車輪上時，第一實施例的轉(zhuǎn)向裝置的轉(zhuǎn)向反饋控制過程。當(dāng)?shù)谝粚嵤├霓D(zhuǎn)向裝置，根據(jù)上面提到的偏離角的差值Δβ，通過限制干擾補償器的輸出，有意地在所需要的車輪轉(zhuǎn)向角度θta與實際車輪轉(zhuǎn)向角度θt之間，產(chǎn)生一個穩(wěn)態(tài)的差值時，如圖3所示，上述轉(zhuǎn)向裝置便根據(jù)所需要的車輪轉(zhuǎn)向角度θta與實際車輪轉(zhuǎn)向角度θt之間的差值，產(chǎn)生一個給方向盤1的轉(zhuǎn)向反饋。當(dāng)外力施加在可轉(zhuǎn)向的車輪4和5上時，在所需要的車輪轉(zhuǎn)向角度θta與實際車輪轉(zhuǎn)向角度θt之間，便產(chǎn)生了一個差值。與沒有外力的狀態(tài)相比，上述轉(zhuǎn)向反饋值根據(jù)上述差值而變化，并把這一變化通知駕駛員，即，有外力施加在可轉(zhuǎn)向的車輪4和5上了。如圖3所示，第一實施例的轉(zhuǎn)向反饋控制，防止了當(dāng)實際方向盤轉(zhuǎn)角θs和方向盤轉(zhuǎn)角的變化率ωs(＝dθs/dt)大大增加時，可能阻礙轉(zhuǎn)動方向盤1的，過大的轉(zhuǎn)向反饋值。轉(zhuǎn)向反饋的特性是根據(jù)車輛的特性來設(shè)定的。極限值Ls是這樣設(shè)定的，它隨著推定的輪胎與路面的摩擦系數(shù)μ的增大而增大。這對于根據(jù)推定的輪胎與路面的摩擦系數(shù)μ來提供合適的轉(zhuǎn)向反饋值很有效，即，對于防止在摩擦系數(shù)μ低的路面上產(chǎn)生可能阻礙轉(zhuǎn)動方向盤1的過大的轉(zhuǎn)向反饋值，或者容許在摩擦系數(shù)μ高的路面上產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)向反饋值都很有效。
下面，描述第一實施例的轉(zhuǎn)向裝置的效果和優(yōu)點〔(A1)～(A6)〕。
(A1)一種用于可轉(zhuǎn)向的車輛的轉(zhuǎn)向裝置，包括用于根據(jù)轉(zhuǎn)向力指令I(lǐng)ta產(chǎn)生轉(zhuǎn)向力以調(diào)整車輛的轉(zhuǎn)向輸出θt的轉(zhuǎn)向致動器6；用于設(shè)定轉(zhuǎn)向輸入θs的轉(zhuǎn)向輸入單元1、8；用于確定指示車輛遇到干擾的干擾指示值Δβ的干擾確定單元18；以及轉(zhuǎn)向控制器16，與上述轉(zhuǎn)向致動器6，轉(zhuǎn)向輸入單元1、8，和干擾確定單元18信息連通，并能完成下列各項操作根據(jù)上述轉(zhuǎn)向輸入θs設(shè)定所需要的轉(zhuǎn)向輸出θta；根據(jù)所需要的轉(zhuǎn)向輸出θta設(shè)定上述轉(zhuǎn)向力指令I(lǐng)ta；根據(jù)上述干擾指示值Δβ調(diào)整上述轉(zhuǎn)向力指令I(lǐng)ta；以及，向上述轉(zhuǎn)向致動器6輸出上述調(diào)整后的轉(zhuǎn)向力指令I(lǐng)ta；其中，上述轉(zhuǎn)向控制器16用于隨著上述干擾指示值Δβ的增大來調(diào)整上述轉(zhuǎn)向力指令I(lǐng)ta，使其減??；其中，上述車輛是裝有車輪的車輛；其中，上述轉(zhuǎn)向致動器6用于產(chǎn)生轉(zhuǎn)向力，以便根據(jù)上述轉(zhuǎn)向力指令I(lǐng)ta調(diào)整上述車輛的車輪4、5的轉(zhuǎn)向角；以及，其中，上述轉(zhuǎn)向輸入單元1、8是一個方向盤，設(shè)定方向盤轉(zhuǎn)角作為上述轉(zhuǎn)向輸入θs，當(dāng)上述車輛用可轉(zhuǎn)向的車輪4和5行駛中遇到一個外力時，能有效地以足夠的精確度模擬在上述轉(zhuǎn)向輸入部分與上述轉(zhuǎn)向輸出部分之間所需要的扭矩，從而保證上述車輛轉(zhuǎn)彎性能的穩(wěn)定性，改善車輛的舒適性，以及改善轉(zhuǎn)向的感受。
(A2)一種轉(zhuǎn)向裝置，其中，上述轉(zhuǎn)向控制器16用于調(diào)整上述轉(zhuǎn)向力指令I(lǐng)ta，使它隨著上述車輛機械部分的轉(zhuǎn)向剛性的增大而增大，并能根據(jù)車輛(跑車，轎車等)所需要的轉(zhuǎn)向剛性，有效地以足夠的精確度模擬上述轉(zhuǎn)向輸入部分與上述轉(zhuǎn)向輸出部分之間的扭矩。
(A3)一種轉(zhuǎn)向裝置，還包括一個用于測量上述轉(zhuǎn)向輸出θt的轉(zhuǎn)向輸出傳感器15，其中，上述轉(zhuǎn)向控制器16用于完成下列操作確定上述車輪4、5是否碰到障礙；并把所需要的轉(zhuǎn)向輸出θta設(shè)定測量到的轉(zhuǎn)向輸出θt，并且，當(dāng)確定上述車輪4、5碰到了障礙時，禁止調(diào)整上述轉(zhuǎn)向力指令I(lǐng)ta，這對于限制通向電動機的電流，保護電動機不讓它過熱是有效的，并且對于把控制模式從用于遇到障礙條件下的控制轉(zhuǎn)換到平常的車輪轉(zhuǎn)向角度的控制，也是有效的，因為，當(dāng)上述車輪4、5碰到了障礙時，改變所需要的轉(zhuǎn)向輸出θta并沒有直接改變當(dāng)時輸送到轉(zhuǎn)向輸出部分的電動機上的指令。
(A4)上述轉(zhuǎn)向裝置還包括一個用于測量轉(zhuǎn)向輸出θt的轉(zhuǎn)向輸出傳感器15，其中，上述轉(zhuǎn)向控制器16用于根據(jù)所需要的轉(zhuǎn)向輸出θta和測得的轉(zhuǎn)向輸出θt設(shè)定上述轉(zhuǎn)向力指令I(lǐng)ta，還包括一個用于根據(jù)轉(zhuǎn)向反饋指令Tms產(chǎn)生一個輸送到轉(zhuǎn)向輸入單元1、8的轉(zhuǎn)向反饋的轉(zhuǎn)向反饋致動器2；以及一個用于根據(jù)上述需要的轉(zhuǎn)向輸出θta與測得的轉(zhuǎn)向輸出θt之間的差設(shè)定上述轉(zhuǎn)向反饋指令Tms的反饋控制器10，并且，當(dāng)上述電動機驅(qū)動扭矩是根據(jù)施加在可轉(zhuǎn)向的車輪4和5上的外力來控制，以便在需要的轉(zhuǎn)向輸出θta與測得的轉(zhuǎn)向輸出θt之間產(chǎn)生一個差值時，上述轉(zhuǎn)向控制器16便能通知駕駛員，有外力施加在可轉(zhuǎn)向的車輪4和5上。
(A5)在上述轉(zhuǎn)向裝置中，上述干擾確定單元19用于確定所需要的車輛的偏離角β*與車輛的實際偏離角之間的差，作為上述干擾指示值Δβ，因此上述轉(zhuǎn)向裝置能夠有效地以足夠的精確度測量作用在可轉(zhuǎn)向的車輪4和5上的外力，上述外力能影響車輛動態(tài)性能，諸如轉(zhuǎn)彎性能，以及由于路面的干擾造成的車身的偏轉(zhuǎn)。
(A6)上述轉(zhuǎn)向裝置還包括用于測量上述轉(zhuǎn)向輸出θt的轉(zhuǎn)向輸出傳感器15，其中，上述轉(zhuǎn)向控制器16用于根據(jù)需要的轉(zhuǎn)向輸出θta和測得的轉(zhuǎn)向輸出θt來設(shè)定上述轉(zhuǎn)向力指令I(lǐng)ta，其中，上述轉(zhuǎn)向控制器16包括一個用于根據(jù)上述轉(zhuǎn)向力指令I(lǐng)ta和上述轉(zhuǎn)向輸出θt來確定干擾補償?shù)聂敯粞a償器16b，并且，上述轉(zhuǎn)向控制器16用于調(diào)整上述干擾補償，使它隨著用于調(diào)整轉(zhuǎn)向力指令I(lǐng)ta的干擾指示值Δβ；Tf的增加而減少，上述轉(zhuǎn)向裝置能在包括魯棒補償器16b在內(nèi)的轉(zhuǎn)向輸出控制器16上，有效地根據(jù)外力指示器，通過根據(jù)外力指示器增加限制干擾補償?shù)妮敵龅母蓴_補償限制器16c，建立一個有意地在需要的轉(zhuǎn)向輸出θta和測得的轉(zhuǎn)向輸出θt之間產(chǎn)生一個穩(wěn)態(tài)差值的控制系統(tǒng)。
請參閱圖8和圖9，其中表示了按照第二實施例的，用于可轉(zhuǎn)向的車輛的轉(zhuǎn)向裝置。在第二實施例中，轉(zhuǎn)向裝置作為一種外力指示器，檢測用于使可轉(zhuǎn)向的車輪4和5轉(zhuǎn)向的軸向力。圖8是按照第二實施例的由魯棒模配技術(shù)構(gòu)造的轉(zhuǎn)向輸出控制裝置的系統(tǒng)框圖。如圖8所示，轉(zhuǎn)向輸出控制器16包括模配補償器16a，魯棒補償器或者魯棒補償器16b；減法器16d；電流限制器16e；接觸障礙確定部分16f；開關(guān)16g；以及干擾補償限制器26c。這樣，在第二實施例中，用干擾補償限制器26c來代替第一實施例中的干擾補償限制器16c。在第二實施例中，外力傳感器19起干擾確定單元的作用，用于對車輛產(chǎn)生干擾時，確定干擾指示值。
干擾補償限制器26c用于限制來自魯棒補償器16b的干擾補償，所以，來自從魯棒補償器16b的干擾補償，隨著施加在可轉(zhuǎn)向的車輪4、5上的外力指示值的增大而減小。施加在可轉(zhuǎn)向的車輪4、5上的外力是施加在可轉(zhuǎn)向的車輪4、5上的軸向力Tf。
下面，描述第二實施例的轉(zhuǎn)向裝置的轉(zhuǎn)向輸出的控制過程。圖9是轉(zhuǎn)向輸出控制器16所完成的轉(zhuǎn)向輸出控制過程的流程圖。在圖9的流程圖中的步驟S21、S22和S23的，分別與圖6的流程圖中的步驟S1、S2和S3相同。
在步驟S22中確定可轉(zhuǎn)向的車輪4、5沒有遇到障礙之后，在步驟S24中，轉(zhuǎn)向輸出控制器16根據(jù)外力傳感器19發(fā)來的信息，計算施加在可轉(zhuǎn)向的車輪4和5上的外力Tf。然后，程序進入步驟S25。
在步驟S25中，轉(zhuǎn)向輸出控制器16根據(jù)外力Tf和預(yù)定的增益Kcs，確定用于限制上述干擾補償?shù)臉O限值。增益Kcs是根據(jù)車輛的特性預(yù)先確定的。具體的說，首先，上述極限值是隨著外力Tf的增大而減小的。其次，上述極限值要乘以增益Kcs，以獲得用于限制干擾補償?shù)淖詈蟮臉O限值。然后，程序回到步驟S1。因此，當(dāng)沒有外力Tf時，魯棒補償器16b并不受干擾補償限制器26c限制，所以，計算出來的電動機電流指令I(lǐng)ta就很大，具有完全的干擾補償。另一方面，當(dāng)發(fā)生外力時，魯棒補償器16b的干擾補償受到干擾補償限制器16c的限制，所以，計算出來的電動機電流指令I(lǐng)ta就小于沒有外力的情況。還有，由于干擾補償限制器16c的限制隨著偏離角差值Δβ而加強，即，由于干擾補償限定在一個極限值上，而這個極限值是隨著外力Tf的增大而減小的，所以，計算出來的電動機電流指令I(lǐng)ta是隨著外力的增大而減小的。增益Kcs是隨著車身的剛性的增大而增加的。例如，車身剛性很高的跑車的增益Kcs就大于轎車。
下面，描述當(dāng)外力施加在可轉(zhuǎn)向的車輪上時，第二實施例的轉(zhuǎn)向裝置的轉(zhuǎn)向輸出控制過過程。在第二實施例的轉(zhuǎn)向裝置中，轉(zhuǎn)向輸出控制器16調(diào)整輸送到轉(zhuǎn)向輸出致動器6的電動機的電流指令I(lǐng)ta，使它隨著外力Tf的增大而減小，以便有意地在需要的轉(zhuǎn)向輸出(θta)和測得的轉(zhuǎn)向輸出(θt)之間產(chǎn)生一個穩(wěn)態(tài)差值。因此，當(dāng)車輛在行駛中可轉(zhuǎn)向的車輪4和5受到外力時，上述車輪轉(zhuǎn)向角的差值，便在上述轉(zhuǎn)向輸入部分與轉(zhuǎn)向輸出部分之間，以足夠的精確度模擬一個所需要的扭矩，以保證車輛轉(zhuǎn)彎性能的穩(wěn)定性，改善車輛的舒適性和改善轉(zhuǎn)向的感受。具體的說，當(dāng)車輛在彎道上，坎坷不平的道路，波浪形道路，或者有車轍的道路上行駛時，隨著可轉(zhuǎn)向的車輪4和5接觸障礙，便按照圖9中的流程圖的程序，依次進行下列步驟S21、S22、S24和S25。在步驟S25中，用于限制從魯棒補償器16b輸出的干擾補償?shù)臉O限值，設(shè)定為隨著外力Tf的增大而減小，并且這個設(shè)定的極限值要用增益Kcs來乘，以獲得用于限制從魯棒補償器16b輸出的干擾補償?shù)淖罱K的極限值。
下面，說明第二實施例中利用外力Tf作為外力指示器的理由。首先，在一輛在轉(zhuǎn)向齒條軸上裝備了扭矩傳感器的車輛上，可以利用這個扭矩傳感器的數(shù)據(jù)。其次，由于第二實施例的轉(zhuǎn)向輸出控制，是一種控制電動機電流指令I(lǐng)ta的角度控制，電動機電流指令I(lǐng)ta是輸送給電動機的扭矩指令，即，根據(jù)外力指示器控制施加在電動機上的扭矩，直接利用扭矩的大小，以便能讓外力指示器對轉(zhuǎn)向輸出作出迅速有效的反應(yīng)。
下面，描述第二實施例的轉(zhuǎn)向裝置的作用和優(yōu)點。在第二實施例中，轉(zhuǎn)向裝置除了第一實施例中的作用和優(yōu)點(A1)-(A6)之外，還產(chǎn)生下列(A7)的作用和優(yōu)點。
(A7)這種轉(zhuǎn)向裝置中的障礙確定部分19測量轉(zhuǎn)向力作為干擾指示值Tf那樣用來測量轉(zhuǎn)向效果的，因此該轉(zhuǎn)向裝置能夠獲得相對精確的外力指示器(外力指示值)，以及迅速而有效地完成對電動機電流指令I(lǐng)ta的調(diào)整和控制。
下面，請參照圖10和圖11，其中表示了按照第三實施例的用于可轉(zhuǎn)向的車輛的轉(zhuǎn)向裝置。在第三實施例中，轉(zhuǎn)向輸出部分設(shè)計成包括一個前饋補償器和一個反饋補償器的兩級自由度的控制系統(tǒng)，用于限制從反饋補償器的輸出。圖10是按照第三實施例的第一變型的，做成包括前饋補償器和反饋補償器的，具有兩級自由度控制轉(zhuǎn)向輸出控制裝置的系統(tǒng)框圖。圖11是按照第三實施例的第二變型的，做成包括前饋補償器和反饋補償器的，具有兩級自由度控制轉(zhuǎn)向輸出控制裝置的系統(tǒng)框圖。如圖10和圖11所示，轉(zhuǎn)向輸出控制器16具有魯棒補償器16b，電流限制器16e，接觸障礙確定部分16f。開關(guān)16g，前饋補償器36h，標(biāo)準(zhǔn)模式36i，加法器36j，反饋補償器36k，以及反饋補償限制器36c或37c。
前饋補償器36h，用于接收需要的車輪轉(zhuǎn)向角θta，并向加法器36m輸出前饋轉(zhuǎn)向電動機電流指令(前饋轉(zhuǎn)向力指令)Iff，作為上述轉(zhuǎn)向電動機電流指令的前饋部分。
標(biāo)準(zhǔn)模式36i用于接收需要的轉(zhuǎn)向輸出θta，并借助于一個標(biāo)準(zhǔn)模式Gm(s)產(chǎn)生一個標(biāo)準(zhǔn)車輪轉(zhuǎn)向角度，或參考車輪轉(zhuǎn)向角度θta-ref。
減法器36j用于計算從標(biāo)準(zhǔn)模式36i輸出的參考車輪轉(zhuǎn)向角度θta-ref與實際車輪轉(zhuǎn)向角度θt之間的差值。
反饋補償器36k用于從減法器36j接收車輪轉(zhuǎn)向角度的差值，并把轉(zhuǎn)向電動機電流指令反饋補償(穩(wěn)態(tài)干擾補償)Ifb作為對于轉(zhuǎn)向電動機電流指令的反饋補償，輸出給反饋補償限制器36c或37c。
干擾補償限制器36c或37c用于限制從反饋補償器36k發(fā)來的轉(zhuǎn)向電動機電流指令反饋補償Ifb，其限制值隨著指示施加在可轉(zhuǎn)向的車輪4、5上的外力的，外力指示器所示的值的增大而減小，并用于向加法器36m輸出一個限定的轉(zhuǎn)向電動機電流指令的反饋補償Ifblim。在如圖10所示的第三實施例的第一變型中，干擾補償限制器36c用于限制從反饋補償器36k來的轉(zhuǎn)向電動機電流指令反饋補償Ifb，與第一實施例一樣，其限制值隨著偏離角的差值Δβ的增大而減小。在如圖11所示的第三實施例的第二變型中，干擾補償限制器36c用于限制從反饋補償器36k來的轉(zhuǎn)向電動機電流指令反饋補償Ifb，與第二實施例一樣，其限制值隨著偏離角的差值Δβ的增大而減小。
加法器36m，通過把從前饋補償器36h發(fā)來的前饋轉(zhuǎn)向電動機電流指令I(lǐng)ff，從反饋補償限制器36c發(fā)來的限制了的轉(zhuǎn)向電動機電流指令反饋補償Ifblim，以及從魯棒補償器16b發(fā)來的干擾補償(瞬時干擾補償)Irbst都加在一起，用于計算電動機電流指令I(lǐng)ta。其它部件都與第一或第二實施例一樣。
下面，描述當(dāng)有外力施加在可轉(zhuǎn)向的車輪上時，第三實施例的轉(zhuǎn)向裝置的轉(zhuǎn)向輸出控制過程。在第三實施例的轉(zhuǎn)向裝置中，轉(zhuǎn)向輸出控制器16調(diào)整輸送給轉(zhuǎn)向輸出致動器6的電動機電流指令I(lǐng)ta，使它隨著偏離角的差值Δβ或者外力Tf的增大而減小，以便有意地在需要的車輪轉(zhuǎn)向角度θta與實際的車輪轉(zhuǎn)向角度θt之間產(chǎn)生一個穩(wěn)態(tài)差值。因此，當(dāng)車輛正在行駛中可轉(zhuǎn)向的車輪4和5受到外力時，便利用車輪轉(zhuǎn)向角的差值，以足夠的精確度，模擬出一個所需要的，在轉(zhuǎn)向輸入部分與轉(zhuǎn)向輸出部分之間的扭矩，以保證車輛轉(zhuǎn)彎性能的穩(wěn)定性，改善車輛的舒適性和改善轉(zhuǎn)向的感受。
在上述包括一個前饋補償器36h和一個反饋補償器36k的兩級自由度的控制系統(tǒng)中，反饋補償器36k補償標(biāo)準(zhǔn)模式36i的誤差，所以，與第一和第二實施例相比，實際的車輪轉(zhuǎn)向角度θt相對于需要的車輪轉(zhuǎn)向角度θta的反應(yīng)加強了。
如果在車輛行駛過程中可轉(zhuǎn)向的車輪4和5沒有受到外力，因而在轉(zhuǎn)向輸入部分與轉(zhuǎn)向輸出部分之間沒有模擬的扭矩時，第三實施例的轉(zhuǎn)向裝置的基本轉(zhuǎn)向剛性高于第一和第二實施例中的轉(zhuǎn)向裝置。因此，第三實施例中所實施的對扭矩的模擬，對于改進車輛動態(tài)性能的穩(wěn)定性，改善車輛的舒適性和轉(zhuǎn)向的感受更加有效。
下面，描述第三實施例的轉(zhuǎn)向裝置的作用和優(yōu)點。第三實施例在具有第一和第二實施例中的所有作用和優(yōu)點(A6除外)的同時，還具有下列作用和優(yōu)點(A8)。
(A8)這種轉(zhuǎn)向裝置還具有用于測量轉(zhuǎn)向輸出θt的轉(zhuǎn)向輸出傳感器15，其中，上述轉(zhuǎn)向控制器16用于根據(jù)所需要的轉(zhuǎn)向輸出θta和測量到的轉(zhuǎn)向輸出θt設(shè)定轉(zhuǎn)向力指令I(lǐng)ta；其中，上述轉(zhuǎn)向控制器16包括用于根據(jù)所需要的轉(zhuǎn)向輸出θta來確定前饋轉(zhuǎn)向力指令I(lǐng)ff的前饋補償器36h；用于根據(jù)所需要的轉(zhuǎn)向輸出θta，利用車輛的標(biāo)準(zhǔn)模式，確定標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)向模式θta-ref的部分；以及根據(jù)測量到的轉(zhuǎn)向輸出θt與標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)向模式θta-ref之間的差別，確定反饋補償Ifb的反饋補償器36k。并且，其中上述轉(zhuǎn)向控制器16是用于調(diào)整上述反饋補償Ifb，使它隨著用于調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向力的指令I(lǐng)ta的干擾指示值Δβ的表示數(shù)的增大而減??；并且，因為有了兩級自由度的控制系統(tǒng)，有利于加強對所需要的車輪轉(zhuǎn)向角θta的反應(yīng)和跟蹤性能，并且有利于以足夠的精確度模擬上述扭矩，以便當(dāng)車輛行駛中可轉(zhuǎn)向的車輪4和5受到外力時，能保證車輛轉(zhuǎn)彎性能的穩(wěn)定性，改善車輛的舒適性，并改善轉(zhuǎn)向的感受。
雖然在上述實施例中，用來測量外力指示器的裝置是用于計算偏離角的差值Δβ或者外力Tf的，但是，這種用于測量外力指示器的裝置也可以用作測量其它任何用來測量作用在可轉(zhuǎn)向的車輪4和5的上外力指示器的手段或裝置。例如，下列各種變量也可以用作外力指示器(i)車輛的偏離角；(ii)測得的轉(zhuǎn)向電動機扭矩，與根據(jù)轉(zhuǎn)向電動機電流指令計算出來的推定的轉(zhuǎn)向電動機扭矩之間的差值；
(iii)根據(jù)測得的轉(zhuǎn)向電動機的電流，與轉(zhuǎn)向電動機電流指令之間的差值計算出來的干擾扭矩；或者(iv)在轉(zhuǎn)向齒條軸上測得的軸向力，與根據(jù)轉(zhuǎn)向電動機電流指令計算出來的推定的轉(zhuǎn)向電動機扭矩之間的差值。
雖然在第一和第二實施例中，轉(zhuǎn)向輸出控制器是用來限制從魯棒補償器輸出的干擾補償?shù)?，或者在第三實施例中，是用來限制從反饋補償器輸出的干擾補償?shù)?，但，這種轉(zhuǎn)向輸出控制器也可以以任何其它方式用于調(diào)整輸送給轉(zhuǎn)向輸出致動器的電動機扭矩指令，使它隨著外力指示器中指示值的增大而減小。例如，這種轉(zhuǎn)向輸出控制器可以用于限制輸送給軸向致動器的最終的電動機扭矩指令(電動機電流指令)，或者，根據(jù)外力指示器，既用于限制魯棒補償器的輸出，也用于限制反饋補償器的輸出。
下面，請參閱圖12～22，其中表示了用于按照第四實施例的可轉(zhuǎn)向的車輛的轉(zhuǎn)向裝置。圖12是具有按照第四實施例的轉(zhuǎn)向裝置的機動車輛的示意圖；圖13是圖12中的轉(zhuǎn)向裝置的示意框圖。如圖12和13所示，在第四實施例的轉(zhuǎn)向裝置的構(gòu)成中，是用一個轉(zhuǎn)向輸出控制器(軸向控制器)46，一個縱向加速度傳感器48，和一個橫向加速度傳感器49，來代替第一實施例的轉(zhuǎn)向裝置中的轉(zhuǎn)向輸出控制器16，車輛偏離角傳感器18，和外力傳感器19。
在轉(zhuǎn)向輸出控制器46中設(shè)有一個電氣控制部件來控制轉(zhuǎn)向輸出致動器6。轉(zhuǎn)向輸出控制器46用一個雙向通信線17連接在轉(zhuǎn)向動力反饋控制器10上，用于數(shù)據(jù)的雙向交換。轉(zhuǎn)向輸出控制器46用于接收從車輛速度傳感器11，轉(zhuǎn)向電動機位置傳感器15，縱向加速度傳感器48和橫向加速度傳感器49輸入的數(shù)據(jù)。縱向加速度傳感器48用于測量車輛的縱向加速度。橫向加速度傳感器49用于測量車輛的橫向加速度。轉(zhuǎn)向輸出控制器46包括確定遇到障礙的部分；確定反饋補償?shù)牟糠?；確定轉(zhuǎn)向電動機控制指令的部分；以及轉(zhuǎn)向電動機的驅(qū)動部分。上述確定遇到障礙的部分用于確定可轉(zhuǎn)向的車輪4、5是否遇到了障礙。上述確定反饋補償?shù)牟糠?，用于根?jù)由于干擾而在需要的車輪轉(zhuǎn)向角度θta與實際的車輪轉(zhuǎn)向角度θt之間產(chǎn)生的差值，確定對轉(zhuǎn)向電動機電流指令的補償。確定轉(zhuǎn)向電動機控制指令的部分，通過從反饋補償器的輸出與前饋補償器的輸出之和中，減去魯棒補償器的輸出，并通過把轉(zhuǎn)向電動機的電流指令限制在上述極限內(nèi)，用來計算轉(zhuǎn)向電動機的電流指令，以獲得控制轉(zhuǎn)向電動機的驅(qū)動電流的指令。上述轉(zhuǎn)向電動機的驅(qū)動部分具有一條電動機驅(qū)動回路，它把上述轉(zhuǎn)向電動機的電流指令，轉(zhuǎn)換成輸送到轉(zhuǎn)向輸出致動器6的電動機中的驅(qū)動電流指令I(lǐng)ta。
圖14是按照第四實施例的轉(zhuǎn)向輸出控制系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。如圖14所示，轉(zhuǎn)向輸出控制器46包括前饋補償器46a；標(biāo)準(zhǔn)模式46b；減法器46c；反饋補償器46d；開關(guān)46e；加法器46f；電流限制器46g；魯棒補償器46h和放大器46j。
前饋補償器46a用于接收所需要的車輪轉(zhuǎn)向角θta，并向加法器46f輸出前饋轉(zhuǎn)向電動機電流指令I(lǐng)ff，作為轉(zhuǎn)向電動機電流指令的前饋部分。
標(biāo)準(zhǔn)模式46b用于接收所需要的車輪轉(zhuǎn)向角θta，并借助于一個標(biāo)準(zhǔn)模式Gm(z)，產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)車輪轉(zhuǎn)向角，或者參考車輪轉(zhuǎn)向角θta-ref。
加法器46c用于通過從標(biāo)準(zhǔn)模式46b輸出的參考車輪轉(zhuǎn)向角θta-ref中減去實際車輪轉(zhuǎn)向角θt，計算出一個差值。
反饋補償器46d用于接收參考車輪轉(zhuǎn)向角θta-ref與實際車輪轉(zhuǎn)向角θt之間的差值，并向反饋放大器46j輸出一個轉(zhuǎn)向電動機電流指令反饋補償Ifb，作為對轉(zhuǎn)向電動機電流指令的反饋補償。
放大器46j用于接收轉(zhuǎn)向電動機指令的反饋補償Ifb，并用根據(jù)車輪性能預(yù)先確定的增益Kcs乘以轉(zhuǎn)向電動機指令的反饋補償Ifb，最后，向開關(guān)46e輸出這個值(Kcs·Ifb)。
開關(guān)46e根據(jù)車況等接通(ON)或者斷開(OFF)，以便確定是否將放大器46j的輸出值輸送到加法器46f。
加法器46f用于通過從前饋補償器46a輸出的前饋轉(zhuǎn)向電動機電流指令I(lǐng)ff中，減去從魯棒補償器46h輸出的干擾補償Irbst，計算出電動機電流指令I(lǐng)ta。加法器46f還可以在開關(guān)46e處于ON位置時，用于在電動機電流指令I(lǐng)ta上，加上從放大器46j輸出的值(Kcs·Ifb)。
電流限制器46g用于限制通過轉(zhuǎn)向輸出致動器6的電動機中的電流，以防止過電流。具體的說，當(dāng)從加法器46f輸出的電動機電流指令I(lǐng)ta小于或等于預(yù)定的電流極限值時，電流限制器46g用于輸出電動機電流指令I(lǐng)ta；而當(dāng)所輸出的電動機電流指令I(lǐng)ta大于預(yù)定的電流極限值時，便輸出電流極限值作為電動機電流指令I(lǐng)ta。電動機電流指令I(lǐng)ta輸出到作為被受控目標(biāo)Gp(s)的轉(zhuǎn)向輸出致動器6的電動機中。
魯棒補償器46h用于接收電動機電流指令I(lǐng)ta作為向受控目標(biāo)Gp(s)的輸入，和測量車輪轉(zhuǎn)向角速度ωt，作為從受控目標(biāo)的輸出，以及用于推定一種成為控制干擾因素的干擾，這種因素包括模擬誤差，例如從坎坷不平的道路，波浪形道路，或者有車轍的道路輸入可轉(zhuǎn)向的車輪的信息，以及由于在轉(zhuǎn)彎或減速時由于施加在可轉(zhuǎn)向的車輪上的載荷的變化而引起的力矩導(dǎo)致的偏向，或者由于因為輪胎與路面摩擦系數(shù)μ的橫向差異而導(dǎo)致的可轉(zhuǎn)向的車輪之間在驅(qū)動/制動扭矩上的橫向差異，以及用于輸出推定的干擾。從魯棒補償器46h輸出的干擾補償信息Irbst用于調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向輸出控制器中的電動機電流指令。在第四實施例中，反饋補償器46d和魯棒補償器46h起干擾確定單元的作用，用于確定輸入車輛的干擾的干擾指示值。
如上所述，轉(zhuǎn)向輸出控制器46的控制系統(tǒng)具有兩級自由度的控制系統(tǒng)，它包括前饋補償器46e和反饋補償器46d，魯棒補償器46h，以及設(shè)置在反饋補償器46d的輸出端的開關(guān)46e。圖15是按照一個比較實施例的，由魯棒模配技術(shù)構(gòu)造的轉(zhuǎn)向輸出控制裝置的系統(tǒng)框圖。由于魯棒補償器46h并不使用角度度量(用車輪的轉(zhuǎn)向角來度量)，而是使用受控目標(biāo)的角速度度量(用車輪的角速度來度量)，所以，與圖15的比較實施例相反，魯棒補償器46h是根據(jù)干擾的瞬時分量，而不是根據(jù)干擾的穩(wěn)態(tài)分量來完成補償?shù)?。還有，在反饋補償器46d的輸出階段形成的開關(guān)46e的ON/OFF動作確定了是否使用從魯棒補償器46h發(fā)來的干擾補償。當(dāng)開關(guān)46e處于OFF位置時，便在需要的車輪轉(zhuǎn)向角度θta與實際的車輪轉(zhuǎn)向角度θt之間產(chǎn)生一個穩(wěn)態(tài)差值。另一方面，當(dāng)開關(guān)46e處于OFF位置時，由于各種因素，例如干擾，消除了在需要的車輪轉(zhuǎn)向角度θta與實際的車輪轉(zhuǎn)向角度θt之間的非常規(guī)的差值(因空檔造成的差值，或者因常規(guī)差值造成的差值)。
下面，描述第四實施例的轉(zhuǎn)向裝置的操作過程。圖16是由轉(zhuǎn)向輸出控制器46所完成的轉(zhuǎn)向輸出控制過程的流程圖。
在步驟S41中，轉(zhuǎn)向輸出控制器46從車輛速度傳感器11讀出車輛的速度V，從縱向加速度傳感器48讀出縱向加速度Gar，從橫向加速度傳感器49讀出橫向加速度GI，從反饋電動機位置傳感器9根據(jù)實際方向盤轉(zhuǎn)角θs讀出所需要的車輪轉(zhuǎn)向角度θta，從轉(zhuǎn)向電動機位置傳感器15讀出實際的車輪轉(zhuǎn)向角度θt，以及從設(shè)置在電動機驅(qū)動回路中的轉(zhuǎn)向電動機驅(qū)動電流傳感器(圖中未表示)讀出實際轉(zhuǎn)向電動機驅(qū)動電流It。然后，程序進入步驟S42。包括各種轉(zhuǎn)向減速機構(gòu)在內(nèi)，確定所需要的車輪轉(zhuǎn)向角度θta的方式與第一實施例相同。
在步驟S42中，轉(zhuǎn)向輸出控制器46確定，可轉(zhuǎn)向的車輪4、5是否遇到了障礙。當(dāng)對步驟S42的答案是YES時，程序進入步驟S43。另一方面，當(dāng)對步驟S42的答案是NO時，程序進入步驟S44。這種確定的方式與第一實施例相同。
在步驟S43中，轉(zhuǎn)向輸出控制器46，根據(jù)步驟S42中所確定的可轉(zhuǎn)向的車輪4、5遇到了障礙，便把所需要的車輪轉(zhuǎn)向角度θta設(shè)定為實際車輪轉(zhuǎn)向角度θt。然后，程序便返回。
在步驟S44中，轉(zhuǎn)向輸出控制器46計算由于干擾而在所需要的車輪轉(zhuǎn)向角度θta與實際車輪轉(zhuǎn)向角度θt之間形成的差值的補償量。然后，程序進入步驟S45。補償量由增益Kcs來調(diào)節(jié)，而為了模擬轉(zhuǎn)向剛性的差別，增益Kcs要根據(jù)車輛的性能來確定，并根據(jù)車輛的速度V來調(diào)節(jié)(隨著車輛速度V的增加而減小)。例如，具有很高轉(zhuǎn)向剛性的跑車的增益Kcs就要設(shè)定得大于轎車。
在步驟S45中，轉(zhuǎn)向輸出控制器46確定是否要完成反饋補償動作。當(dāng)對步驟S45的答案是YES時，程序進入步驟S46。另一方面，當(dāng)對步驟S45的答案是NO時，程序進入步驟S47。這個決定根據(jù)下列因素來完成縱向加速度Gar；橫向加速度GI以及方向盤1的操作狀態(tài)。在第四實施例中，在滿足下列條件中之一的狀態(tài)下，轉(zhuǎn)向輸出控制器46便決定不完成反饋補償動作，而在全部下列條件都不滿足的狀態(tài)下，轉(zhuǎn)向輸出控制器46便決定完成反饋補償動作。
條件1由反饋補償器46d所確定的穩(wěn)態(tài)差值大于或等于預(yù)定的閾值，例如，等于方向盤轉(zhuǎn)角為5°的值。
條件2縱向加速度Gar大于或等于預(yù)定的閾值Garth，而且是如此的大，以至于驅(qū)動輪側(cè)滑了。
條件3縱向加速度Gar小于或等于預(yù)定的閾值Garth，而且大于一個負(fù)值，以至于驅(qū)動輪被鎖定了。
條件4橫向加速度GI大于或等于預(yù)定的閾值GIth，而且是如此的大，以至于內(nèi)車輪上喪失了相對于地面的粘著形。
條件5方向盤1保持不動。具體的說，方向盤1的角度在一個預(yù)定的時期內(nèi)基本上保持恒定。
以上的操作過程保證了車輛的安全。條件5是這樣設(shè)定的，因為，當(dāng)方向盤1保持不動時，說明駕駛員的意圖是保持當(dāng)前的狀態(tài)不變。
在步驟S46中，轉(zhuǎn)向輸出控制器46將開關(guān)46e轉(zhuǎn)換到ON的位置，與在步驟S45中的決定保持一致，即，要完成反饋補償。然后，程序返回。
在步驟S47中，轉(zhuǎn)向輸出控制器46將開關(guān)46e轉(zhuǎn)換到OFF的位置，與在步驟S45中的決定保持一致，即，不完成反饋補償。然后，程序返回。
下面，描述第四實施例的轉(zhuǎn)向裝置的轉(zhuǎn)向輸出控制動作。與比較實施例相反，第四實施例的轉(zhuǎn)向裝置是這樣來控制轉(zhuǎn)向輸出致動器6的，即，把對所推定的障礙的補償分成瞬時分量和穩(wěn)態(tài)分量，并控制上述補償?shù)姆€(wěn)態(tài)分量的值。因此，當(dāng)遇到障礙時，第四實施例的轉(zhuǎn)向裝置便有意地在所需要的車輪轉(zhuǎn)向角度θta與實際車輪轉(zhuǎn)向角度θt之間產(chǎn)生一個穩(wěn)態(tài)分量，并根據(jù)干擾的程度，模擬轉(zhuǎn)向輸入部分與轉(zhuǎn)向輸出部分之間所需要的扭矩，以防止駕駛員的不協(xié)調(diào)的感覺。
當(dāng)可轉(zhuǎn)向的車輪4、5遇到障礙，并且由反饋補償器46d所確定的穩(wěn)態(tài)差值大于或等于閾值時，程序便按照圖16的流程圖中的S41、S42、S44、S45、S47的次序進行。在步驟S47中，使開關(guān)46e處于OFF位置。因此，對干擾的穩(wěn)態(tài)分量的補償值設(shè)定為零。于是，便如圖19所示，在所需要的車輪轉(zhuǎn)向角度θta與實際車輪轉(zhuǎn)向角度θt之間產(chǎn)生一個穩(wěn)態(tài)差值。
另一方面，當(dāng)由反饋補償器46d所確定的穩(wěn)態(tài)差值小于閾值時，程序便按照圖16的流程圖中的S41、S42、S44、S45、S46的次序進行。在步驟S46中，使開關(guān)46e處于ON位置。因此，便根據(jù)由于干擾的穩(wěn)態(tài)分量所造成的差值的補償量來補償電動機電流指令。這樣，便如圖20所示，就防止了與干擾有關(guān)的差值所造成的控制誤差，和對轉(zhuǎn)向感受所造成的負(fù)面影響。
另一方面，當(dāng)已經(jīng)確定可轉(zhuǎn)向的車輪4、5遇到了障礙，程序便按照圖16的流程圖中的S41、S42、S43的次序進行。在步驟S43中，把所需要的車輪轉(zhuǎn)向角度θta設(shè)定為實際車輪轉(zhuǎn)向角度θt，這就是說，把所需要的車輪轉(zhuǎn)向角度θta與實際車輪轉(zhuǎn)向角度θt之間的差值控制為零。這樣，就不是像通常那樣，根據(jù)實際方向盤轉(zhuǎn)角θs，把輸送給轉(zhuǎn)向輸出部分的電動機的電流指令設(shè)定為等于轉(zhuǎn)向輸出部分中的所需要的車輪轉(zhuǎn)向角度θta的值，而是以這樣的方式來設(shè)定這個值，即，使得所需要的車輪轉(zhuǎn)向角度θta與實際車輪轉(zhuǎn)向角度θt之間的差值為零。在這樣的設(shè)定下，即使駕駛員進一步轉(zhuǎn)動方向盤1，轉(zhuǎn)向輸出部分也不再移動。因此，就不需要用電動機的電流量來消除所需要的車輪轉(zhuǎn)向角度θta與實際車輪轉(zhuǎn)向角度θt之間的差值。只要使電動機的電流量能使車輪的轉(zhuǎn)向角度θt保持在當(dāng)前的位置上就夠了。因此，第四實施例的轉(zhuǎn)向裝置便限制了通向電動機的電流，保護電動機不致過熱。此外，當(dāng)可轉(zhuǎn)向的車輪4、5接觸障礙時，在轉(zhuǎn)向輸出部分中所需要的車輪轉(zhuǎn)向角度θta的變化，不會直接使得發(fā)給轉(zhuǎn)向輸出部分的電動機的電流指令改變到一定的值。因此，便能再次順利地把控制模式從遇到障礙的狀態(tài)的控制，轉(zhuǎn)換到平常的車輪轉(zhuǎn)向角度的控制。
圖21A和圖21B是當(dāng)對轉(zhuǎn)向輸出控制裝置產(chǎn)生干擾時，說明按照第四實施例的，在開關(guān)46e處于ON位置上的沒有反饋補償?shù)目刂葡?，實際車輪轉(zhuǎn)向角θt，和按照對比實施例的實際車輪轉(zhuǎn)向角θt，與所需要的車輪轉(zhuǎn)向角θta之間的關(guān)系的例子的圖。如圖21A和圖21B所示，當(dāng)由反饋補償器46d所確定的穩(wěn)態(tài)差值大于或等于閾值時，對干擾的穩(wěn)態(tài)分量的補償不用來補償上述電動機電流指令，以便在所需要的車輪轉(zhuǎn)向角度θta與實際車輪轉(zhuǎn)向角度θt之間產(chǎn)生一個穩(wěn)態(tài)差值，從而能根據(jù)干擾的程度，在轉(zhuǎn)向輸入部分與轉(zhuǎn)向輸出部分之間模擬所需要的扭矩。
圖22是按照第四實施例，在對所需要的車輪轉(zhuǎn)向角具有干擾補償?shù)目刂葡拢陂_關(guān)46e處于ON位置，相對于所需要的車輪轉(zhuǎn)向角θta，說明與實際車輪轉(zhuǎn)向角θt相對應(yīng)的例子的圖。當(dāng)實際車輪轉(zhuǎn)向角θt偏離中間值，或者相對于所需要的車輪轉(zhuǎn)向角θta偏離預(yù)期的差值時，便以用于補償干擾的穩(wěn)態(tài)分量的補償量補償電動機電流指令，迅速把實際車輪轉(zhuǎn)向角θt調(diào)節(jié)到所需要的車輪轉(zhuǎn)向角θta。
在第四實施例中，穩(wěn)態(tài)干擾補償量設(shè)定為與根據(jù)車輛的性能預(yù)先確定的增益Kcs成比例。增益Kcs設(shè)定為隨著車身剛性的增加而增大。因此，增益Kcs的作用是根據(jù)車輛(跑車、轎車、等等)所需要的轉(zhuǎn)向剛性，以足夠的精確度模擬轉(zhuǎn)向輸入部分與轉(zhuǎn)向輸出部分之間的，所需要的扭矩。還有，所設(shè)定的上述穩(wěn)態(tài)干擾補償量是隨著車輛速度V的增大而減小的，因為由于穩(wěn)態(tài)干擾補償量所造成的車輛動態(tài)性能的變化是隨著車輛速度V的增大而增大的。這樣，就適當(dāng)調(diào)整了車輛速度V對車輛動態(tài)性能的影響。
即使在實際車輪轉(zhuǎn)向角θt由于干擾而偏離所需要的車輪轉(zhuǎn)向角θta時，如果車輛處于急劇加速/減速狀態(tài)，或者過度側(cè)滑的狀態(tài)下，則用于干擾穩(wěn)態(tài)分量的補償量設(shè)定為零。這樣，如果車輛動態(tài)性能的變化很大，就保持干擾所造成的偏離，以防止車輛的動態(tài)性能由于消除了上述偏離而發(fā)生變化，并穩(wěn)定車輛的動態(tài)性能。更進一步，當(dāng)方向盤1保持不動時，用于干擾的穩(wěn)態(tài)補償?shù)难a償量便設(shè)定為零。這就是說，當(dāng)駕駛員確認(rèn)不需要轉(zhuǎn)向，并且試圖保持當(dāng)前的狀態(tài)時，就可以不管由于干擾的穩(wěn)態(tài)分量導(dǎo)致的偏離，以防止駕駛員的不協(xié)調(diào)的感覺。
下面，描述第四實施例的轉(zhuǎn)向裝置的作用和優(yōu)點(B1～B10)。
(B1)這種轉(zhuǎn)向裝置中的干擾確定單元46h、46d用于確定上述干擾的瞬態(tài)分量，并用于確定干擾的穩(wěn)態(tài)分量，并且，其中的轉(zhuǎn)向控制器46用于完成下列操作根據(jù)干擾的瞬態(tài)分量確定瞬時干擾的補償量Irbst；根據(jù)干擾的穩(wěn)態(tài)分量確定穩(wěn)態(tài)干擾的補償量Ifb；以及根據(jù)上述瞬時干擾的補償量Irbst和穩(wěn)態(tài)干擾的補償量Ifb補償轉(zhuǎn)向電流指令I(lǐng)ta。并且，它還能有效地為在車輪的轉(zhuǎn)向角度變化過程中輸入的瞬時控制干涉因素進行補償，并根據(jù)外力，在所需要的車輪轉(zhuǎn)向角θta與實際車輪轉(zhuǎn)向角θt之間產(chǎn)生一個穩(wěn)態(tài)差值。結(jié)果，當(dāng)車輛在可轉(zhuǎn)向的車輪4、5上有外力作用的狀態(tài)下行駛時，就保證了轉(zhuǎn)彎性能的穩(wěn)定性，并且改善了舒適性和轉(zhuǎn)向時的感受。由于不需要使用一個專門的傳感器在所需要的車輪轉(zhuǎn)向角θta與實際車輪轉(zhuǎn)向角θt之間產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)差值，就節(jié)省了傳感器的費用。此外，流向轉(zhuǎn)向輸出致動器6的電動機，用于在所需要的車輪轉(zhuǎn)向角θta與實際車輪轉(zhuǎn)向角θt之間產(chǎn)生產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)差值的控制操作的電動機電流指令I(lǐng)ta，要比不在上述兩者之間產(chǎn)生差值的控制操作的小，這樣，就能防止電動機處于過熱的狀態(tài)。
(B2)上述轉(zhuǎn)向裝置包括根據(jù)所需要的車輪轉(zhuǎn)向角θta，用于輸出前饋轉(zhuǎn)向電動機的電流指令I(lǐng)ff的前饋補償器46a；根據(jù)實際車輪轉(zhuǎn)向角速度ωt與電動機電流指令I(lǐng)ta之間的差別，用于為干擾的瞬時分量輸出的瞬時干擾補償量Irbst的魯棒補償器46h；根據(jù)參考車輪轉(zhuǎn)向角度θta-ref(作為從輸入所需要的車輪轉(zhuǎn)向角度θta的標(biāo)準(zhǔn)模式的輸出)與實際車輪轉(zhuǎn)向角度θt之間的差別，用于輸出轉(zhuǎn)向電動機電流指令反饋補償量Ifb的反饋補償器46d；根據(jù)車身的剛性，用對轉(zhuǎn)向電動機電流指令的反饋補償量乘以增益Kcs，用以產(chǎn)生用于干擾的穩(wěn)態(tài)補償?shù)难a償值(Kcs·Ifb)的放大器46j；設(shè)置在放大器46j的輸出段上，并用于根據(jù)車況轉(zhuǎn)換到ON/OFF位置上的開關(guān)46e；以及根據(jù)前饋轉(zhuǎn)向電動機的電流指令I(lǐng)ff，瞬時干擾補償量Irbst，以及穩(wěn)態(tài)干涉補償(Kcs-Ifb)，用于輸出電動機電流指令I(lǐng)ta的加法器46f。上述轉(zhuǎn)向裝置能以簡單的結(jié)構(gòu)，有效地改變對于穩(wěn)態(tài)干擾的補償量。
(B3)上述轉(zhuǎn)向裝置還具有用于測量轉(zhuǎn)向角度θt的變化率ωt的轉(zhuǎn)向輸出傳感器15，其中，上述轉(zhuǎn)向控制器46用于完成下列各種操作根據(jù)上述轉(zhuǎn)向力指令I(lǐng)a推定轉(zhuǎn)向輸出θt中的變化率；以及根據(jù)上述推定的變化率與測得的變化率之間的差，推定上述干擾的瞬時分量。當(dāng)由于受控目標(biāo)Gp(s)的造型誤差而造成在參數(shù)中存在誤差時，上述轉(zhuǎn)向裝置能有效地用于推定干擾的瞬時分量，而不必使用專門的傳感器；并且能用于調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向輸出的反應(yīng)，使其接近于標(biāo)準(zhǔn)模式46b的反應(yīng)。
(B4)上述轉(zhuǎn)向裝置還具有一個用于測量轉(zhuǎn)向角度輸出θt的轉(zhuǎn)向輸出傳感器15，其中，上述轉(zhuǎn)向控制器46用于完成下列操作根據(jù)所需要的轉(zhuǎn)向角度輸出θta推定轉(zhuǎn)向角度θt；以及根據(jù)推定的轉(zhuǎn)向角度輸出θta-ref與測得的轉(zhuǎn)向角度輸出θt之間的差，推定干擾的穩(wěn)態(tài)分量。上述轉(zhuǎn)向裝置能有效地用于推定干擾的穩(wěn)態(tài)分量，而不必使用專門的傳感器。
(B5)上述轉(zhuǎn)向裝置中的轉(zhuǎn)向控制器46可用于調(diào)節(jié)穩(wěn)態(tài)干擾補償Ifb，使它隨著車輛的車身剛性的增大而增大，并能有效地根據(jù)所需要的車輛(跑車、轎車等)的轉(zhuǎn)向剛性，用于模擬方向盤1與可轉(zhuǎn)向的車輪4、5之間的自然扭矩。
(B6)上述轉(zhuǎn)向裝置中的轉(zhuǎn)向控制器46可用于調(diào)節(jié)穩(wěn)態(tài)干擾補償Ifb，使它隨著車輛縱向速度V的增大而增大，并能有效地防止由于對穩(wěn)態(tài)差值的補償而造成的車輛動態(tài)性能的過度變化，以及在考慮到車輪速度V的前提下，用于穩(wěn)定車輪的動態(tài)性能。
(B7)上述轉(zhuǎn)向裝置中的轉(zhuǎn)向控制器46可以在上述轉(zhuǎn)向角度輸入θs保持恒定時，用于設(shè)定穩(wěn)態(tài)干擾補償Ifb，并能在駕駛員希望保持當(dāng)前的轉(zhuǎn)向狀態(tài)時，有效地防止駕駛員的不協(xié)調(diào)的感覺。
(B8)上述轉(zhuǎn)向裝置中的轉(zhuǎn)向控制器46，在車輛的動態(tài)性能處于預(yù)定范圍內(nèi)的狀態(tài)下，可用于把穩(wěn)態(tài)干擾補償Ifb設(shè)定為零，并能有效地用于防止車輛的動態(tài)性能由于上述對穩(wěn)態(tài)差值的補償而過度變化，和用于穩(wěn)定車輪的動態(tài)性能。
(B9)上述轉(zhuǎn)向裝置中的轉(zhuǎn)向控制器46，在上述干擾的穩(wěn)態(tài)補償大于或等于預(yù)定的閾值時，可用于把穩(wěn)態(tài)干擾補償Ifb設(shè)定為零，并能有效地防止過大的電動機電流，以便當(dāng)可轉(zhuǎn)向的車輪4、5遇到障礙時保護電動機，不使它過熱。
(B10)上述轉(zhuǎn)向裝置還包括用于根據(jù)轉(zhuǎn)向反饋指令Tms產(chǎn)生向轉(zhuǎn)向輸入單元1、8的轉(zhuǎn)向反饋的反饋致動器2；以及用于根據(jù)所需要的轉(zhuǎn)向角度輸出θta與實際轉(zhuǎn)向角度輸出θt之間的差別，設(shè)定轉(zhuǎn)向反饋指令Tms的反饋控制器10。上述轉(zhuǎn)向裝置，當(dāng)實際車輪轉(zhuǎn)向角θt與所需要的車輪轉(zhuǎn)向角θta之間有差值時，能有效地用于隨著在轉(zhuǎn)向反饋中對方向盤1所產(chǎn)生的變化，通知駕駛員，有外力施加在可轉(zhuǎn)向的車輪4、5上。
請參閱圖23～圖25，其中表示了根據(jù)第五實施例的，用于可轉(zhuǎn)向車輛的轉(zhuǎn)向裝置。圖23是按照第五實施例的轉(zhuǎn)向輸出控制裝置的系統(tǒng)框圖。如圖23所示，在第五實施例中，用在反饋補償器46d的輸出段上形成的反饋補償限制器56k，來代替圖5中的第四實施例的開關(guān)46e。
圖24是用于設(shè)定限制值Lfb的曲線圖。如圖24所示，反饋補償限制器56k用于調(diào)節(jié)限制值Lfb，使它隨著所需要的車輪轉(zhuǎn)向角度θta與實際車輪轉(zhuǎn)向角度θt之間的差值的增大而增大。當(dāng)上述差值大時，限制值Lfb便設(shè)定為較大的值，以放松對轉(zhuǎn)向電動機電流指令的反饋補償Ifb的限制，并迅速消除上述差值。另一方面，當(dāng)上述差值小時，限制值Lfb便設(shè)定為較小的值，以加強對轉(zhuǎn)向電動機電流指令的反饋補償Ifb的限制，以使反饋緩慢地對差值起作用。此外，限制值Lfb是以下述方式，根據(jù)諸如車輛的特性、車況和轉(zhuǎn)向操作狀態(tài)等參數(shù)而變化的。
(a)設(shè)定的限制值Lfb是隨著車身剛性的增大而增大的。
(b)設(shè)定的限制值Lfb是隨著車輛速度V的增大而減小的。
(c)設(shè)定的限制值Lfb是隨著縱向加速度Gar的增大而減小的。
(d)設(shè)定的限制值Lfb是隨著橫向加速度GI的增大而減小的。
(e)設(shè)定的限制值Lfb是隨著方向盤的角速度的增大而減小的。
下面，描述第五實施例的轉(zhuǎn)向裝置的操作過程。圖25是第五實施例的轉(zhuǎn)向輸出控制器所完成的轉(zhuǎn)向輸出控制過程的流程圖。如圖25所示，在第五實施例中，第四實施例的圖16的流程圖中的步驟S46和S47用步驟S56和S57來代替。
在步驟S56中，與步驟S45中的決定一致，完成反饋補償，轉(zhuǎn)向輸出控制器46根據(jù)車身非剛性，車輛的速度V，縱向加速度，橫向加速度，以及方向盤的角速度，設(shè)定反饋補償限制器56k的限制值Lfb。然后，程序便返回。
在步驟S57中，與步驟S45中的決定一致，不完成反饋補償，轉(zhuǎn)向輸出控制器46把反饋補償限制器56k的限制值Lfb設(shè)定為零。然后，程序便返回。
按照上面提到的操作過程，當(dāng)由反饋補償器46d所確定的，車輪轉(zhuǎn)向角中的穩(wěn)態(tài)差值小于閾值時，電動機電流指令I(lǐng)ta便根據(jù)對干擾的穩(wěn)態(tài)分量的補償量來補償，以便減小由于干擾而產(chǎn)生的控制誤差并改善轉(zhuǎn)向感受。另一方面，當(dāng)由反饋補償器46d所確定的，車輪轉(zhuǎn)向角中的穩(wěn)態(tài)差值大于或等于閾值時，便將對干擾的穩(wěn)態(tài)分量的補償量設(shè)定為零，以便在所需要的車輪轉(zhuǎn)向角θta與實際車輪轉(zhuǎn)向角θt之間產(chǎn)生一個穩(wěn)態(tài)差值。
還有，對干擾的穩(wěn)態(tài)分量的補償量由一個上限來限制，這個上限根據(jù)所需要的車輪轉(zhuǎn)向角θta與實際車輪轉(zhuǎn)向角θt之間的差值來確定，并且，通過隨著所需要的車輪轉(zhuǎn)向角θta與實際車輪轉(zhuǎn)向角θt之間差值的增大而增大的限制值Lfb來設(shè)定。因此，當(dāng)由反饋補償器46d確定的車輪轉(zhuǎn)向角度中的穩(wěn)態(tài)差值小于閾值時，上述轉(zhuǎn)向輸出控制裝置的反應(yīng)是根據(jù)所需要的車輪轉(zhuǎn)向角θta與實際車輪轉(zhuǎn)向角θt之間的差值來控制。
在第五實施例中，反饋補償限制器56k的限制值Lfb的設(shè)定，是隨著上述車身剛性的增大而增大的。由于對干擾的穩(wěn)態(tài)分量的補償量的限制是隨著車身剛性的增大而放松的，因此，控制的反應(yīng)加強了。此外，反饋補償限制器56k的限制值Lfb的設(shè)定，是隨著車輛速度V，縱向加速度Gar，橫向加速度GI的增大而減小的，以便加強對干擾的穩(wěn)態(tài)分量的補償?shù)南拗?。因此，?dāng)車輛處于其動態(tài)性能發(fā)生很大變化的狀態(tài)下時，例如高速行駛，突然加速和減速，以及快速轉(zhuǎn)彎等，對于這種差值來說，上述反饋是逐漸產(chǎn)生的，以便減少對車輛動態(tài)性能的影響。
下面，描述第五實施例的轉(zhuǎn)向裝置的作用和優(yōu)點。在第五實施例中，轉(zhuǎn)向裝置除了第四實施例中的作用和優(yōu)點(B1)～(B10)之外，還能產(chǎn)生下列作用和優(yōu)點(B11)。
(B11)這種轉(zhuǎn)向裝置還具有一個用于測量轉(zhuǎn)向輸出(θt)的轉(zhuǎn)向輸出傳感器(15)，其中，上述轉(zhuǎn)向控制器(46)用于完成下列操作根據(jù)所需要的轉(zhuǎn)向輸出(θta)與測得的轉(zhuǎn)向輸出(θt)之間的差別，確定一個上限；以及把穩(wěn)態(tài)干擾補償(Ifb)限制在該上限的范圍內(nèi)，這種轉(zhuǎn)向裝置在差值很大時，能有效地迅速減小這種差值，而當(dāng)這種差值比較小時，則緩慢地減小這種差值。
雖然以上描述了一些特定的實施例，但，這種反饋補償器可以用任何其它用來推定干擾的穩(wěn)態(tài)分量的裝置來代替。例如，上述轉(zhuǎn)向裝置可以使用根據(jù)電動機電流指令I(lǐng)ta和實際車輪轉(zhuǎn)向角θt來推定干擾的干擾補償器，和用于接收上述推定的干擾并提供推定的穩(wěn)態(tài)差值的低通濾波器。
雖然在上述這些實施例中，轉(zhuǎn)向裝置是應(yīng)用在線控轉(zhuǎn)向的系統(tǒng)中，其轉(zhuǎn)向輸入部分和轉(zhuǎn)向輸出部分在機械上是完全分離的，但，這種轉(zhuǎn)向裝置也可以用于這樣一種系統(tǒng)，即，在正常的條件下，轉(zhuǎn)向反饋不傳遞在方向盤，并且，上述轉(zhuǎn)向輸入部分和轉(zhuǎn)向輸出部分在機械上連接起來，起故障自動保險的作用。上述轉(zhuǎn)向裝置也可以應(yīng)用于下列各種可轉(zhuǎn)向的車輛的轉(zhuǎn)向裝置轉(zhuǎn)向致動器根據(jù)轉(zhuǎn)向力指令產(chǎn)生一個轉(zhuǎn)向力，用以調(diào)整車輛的轉(zhuǎn)向輸出；轉(zhuǎn)向輸入單元用于設(shè)定轉(zhuǎn)向輸入；干擾確定單元用于確定能指示輸入車輛的干擾的干擾指示值；以及，與上述轉(zhuǎn)向致動器，上述轉(zhuǎn)向輸入單元和干擾確定單元信息連通并用于把上述轉(zhuǎn)向力指令輸出到轉(zhuǎn)向致動器的轉(zhuǎn)向控制器。
本申請的基礎(chǔ)是2004年10月13日提交的，在先的No.2004-299399號日本專利申請，2004年12月14日提交的，在先的No.2004-361984號日本專利申請。這兩個日本專利申請的全部內(nèi)容都通過引用的方式并入本申請。
雖然以上描述了本發(fā)明的某些相關(guān)的實施例，但，本發(fā)明并不是僅限于以上描述的實施例。本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員能按照以上的教導(dǎo)對以上這些實施例進行各種改進和變化。本發(fā)明的保護范圍應(yīng)由本申請的權(quán)利要求書確定。
權(quán)利要求
1.一種用于車輛的轉(zhuǎn)向裝置，包括轉(zhuǎn)向致動器，根據(jù)轉(zhuǎn)向力指令產(chǎn)生轉(zhuǎn)向力，以調(diào)整車輛的轉(zhuǎn)向輸出；轉(zhuǎn)向輸入單元，用于設(shè)定轉(zhuǎn)向輸入；干擾確定單元，用于確定干擾指示值，所述干擾指示值表示輸入車輛的干擾；以及，轉(zhuǎn)向控制器，與所述轉(zhuǎn)向致動器，轉(zhuǎn)向輸入單元，以及干擾確定單元信息連通，并能完成下列操作根據(jù)所述轉(zhuǎn)向輸入設(shè)定所需要的轉(zhuǎn)向輸出；根據(jù)所需要的轉(zhuǎn)向輸出設(shè)定所述轉(zhuǎn)向力指令；根據(jù)所述干擾指示值調(diào)整所述轉(zhuǎn)向力指令；以及，向所述轉(zhuǎn)向致動器輸出所述調(diào)整后的轉(zhuǎn)向力指令。
2.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)向控制器用于調(diào)整轉(zhuǎn)向力指令，使轉(zhuǎn)向力指令值隨著干擾指示值的增大而減小。
3.如權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)向控制器用于調(diào)整轉(zhuǎn)向力指令，使轉(zhuǎn)向力指令值隨著車輛機械部分的轉(zhuǎn)向剛性增大而增大。
4.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于，所述車輛是有車輪的車輛；其中，所述轉(zhuǎn)向致動器根據(jù)所述轉(zhuǎn)向力指令產(chǎn)生轉(zhuǎn)向力，以調(diào)整車輛車輪的轉(zhuǎn)向角度；所述轉(zhuǎn)向輸入單元是方向盤，把方向盤轉(zhuǎn)角設(shè)定為轉(zhuǎn)向輸入。
5.如權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于，還包括用于測量轉(zhuǎn)向輸出的轉(zhuǎn)向輸出傳感器，其中，所述轉(zhuǎn)向控制器用于完成下列操作確定所述車輪是否遇到了障礙；以及當(dāng)確定所述車輪遇到了障礙時，把所需要的轉(zhuǎn)向輸出設(shè)定為所述測得的轉(zhuǎn)向輸出，并禁止調(diào)節(jié)所述轉(zhuǎn)向力指令。
6.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于，還包括用于測量所述轉(zhuǎn)向輸出的轉(zhuǎn)向輸出傳感器，其中，所述轉(zhuǎn)向控制器根據(jù)所需要的轉(zhuǎn)向輸出和測得的轉(zhuǎn)向輸出，設(shè)定所述轉(zhuǎn)向力指令。
7.如權(quán)利要求6所述的轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于，還包括反饋致動器，根據(jù)轉(zhuǎn)向反饋指令產(chǎn)生輸入到轉(zhuǎn)向輸入單元的轉(zhuǎn)向反饋；反饋控制器，根據(jù)所需要的轉(zhuǎn)向輸出和測得的轉(zhuǎn)向輸出之間的差別，設(shè)定所述轉(zhuǎn)向反饋指令。
8.如權(quán)利要求6所述的轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)向控制器包括干擾補償器，該干擾補償器根據(jù)轉(zhuǎn)向力指令和測得的轉(zhuǎn)向輸出確定干擾補償量，并且，所述轉(zhuǎn)向控制器調(diào)節(jié)所述干擾補償量，使干擾補償量隨著用于調(diào)節(jié)所述轉(zhuǎn)向力指令的干擾指示值增大而減小。
9.如權(quán)利要求6所述的轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)向控制器包括前饋補償器，根據(jù)所需要的轉(zhuǎn)向輸出確定一個前饋轉(zhuǎn)向力指令；利用所述車輛的標(biāo)準(zhǔn)模式，根據(jù)所需要的轉(zhuǎn)向輸出確定一個標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)向輸出的單元；以及反饋補償器，根據(jù)測得的轉(zhuǎn)向輸出與所述標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)向輸出之間的差別，來確定反饋補償量；其中，所述轉(zhuǎn)向控制器用于調(diào)節(jié)所述反饋補償量，使反饋補償量隨著用于調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向力指令的干擾指示值增大而減小。
10.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于，所述干擾確定單元確定車輛的所需要的車輛偏離角與實際車輛偏離角之間的差別，并將之作為所述干擾指示值。
11.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于，所述干擾確定單元測量所述轉(zhuǎn)向力作為所述干擾指示值。
12.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于，所述干擾確定單元確定所述干擾的瞬態(tài)分量和所述干擾的穩(wěn)態(tài)分量，并且，所述轉(zhuǎn)向控制器用于完成下列操作根據(jù)所述干擾的瞬態(tài)分量，確定一個瞬態(tài)干擾的補償量；根據(jù)所述干擾的穩(wěn)態(tài)分量，確定一個穩(wěn)態(tài)干擾的補償量；以及為調(diào)整所述轉(zhuǎn)向力指令，根據(jù)所述瞬態(tài)干擾的補償量和所述穩(wěn)態(tài)干擾的補償量，對轉(zhuǎn)向力指令進行補償。
13.如權(quán)利要求12所述的轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于，還包括用于測量所述轉(zhuǎn)向輸出變化率的轉(zhuǎn)向輸出傳感器，其中，所述轉(zhuǎn)向控制器用于完成下列操作根據(jù)所述轉(zhuǎn)向力指令推定轉(zhuǎn)向輸出的變化率；以及根據(jù)所述推定的變化率與測得的變化率之間的差別，推定所述干擾的瞬態(tài)分量。
14.如權(quán)利要求12所述的轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于，還包括用于測量所述轉(zhuǎn)向輸出的轉(zhuǎn)向輸出傳感器，其中，所述轉(zhuǎn)向控制器用于完成下列操作根據(jù)所述所需要的轉(zhuǎn)向輸出推定轉(zhuǎn)向輸出；以及根據(jù)所述推定的轉(zhuǎn)向輸出與測得的轉(zhuǎn)向輸出之間的差別，推定所述干擾的穩(wěn)態(tài)分量。
15.如權(quán)利要求12所述的轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)向控制器調(diào)節(jié)穩(wěn)態(tài)干擾分量，使穩(wěn)態(tài)干擾分量隨著車輛的車身剛性增大而增大。
16.如權(quán)利要求12所述的轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)向控制器調(diào)節(jié)穩(wěn)態(tài)干擾分量，使穩(wěn)態(tài)干擾分量隨著車輛的縱向速度的增大而增大。
17.如權(quán)利要求12所述的轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于，當(dāng)所述轉(zhuǎn)向輸入保持恒定時，所述轉(zhuǎn)向控制器把所述穩(wěn)態(tài)干擾補償量設(shè)定為零。
18.如權(quán)利要求12所述的轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于，當(dāng)所述車輛的動態(tài)性能處于預(yù)定范圍內(nèi)的狀態(tài)，所述轉(zhuǎn)向控制器把所述穩(wěn)態(tài)干擾補償量設(shè)定為零。
19.如權(quán)利要求12所述的轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于，當(dāng)所述干擾穩(wěn)態(tài)分量大于或等于預(yù)定的閾值時，所述轉(zhuǎn)向控制器把所述穩(wěn)態(tài)干擾補償量設(shè)定為零。
20.如權(quán)利要求12所述的轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于，還包括用于測量所述轉(zhuǎn)向輸出的轉(zhuǎn)向輸出傳感器，其中，所述轉(zhuǎn)向控制器用于完成下列操作根據(jù)所需要的轉(zhuǎn)向輸出與所述測得的轉(zhuǎn)向輸出之間的差別，確定一個上限；以及把所述穩(wěn)態(tài)干擾補償量限制在所述上限的范圍內(nèi)。
21.一種用于控制可轉(zhuǎn)向的車輛的方法，這種車輛包括根據(jù)轉(zhuǎn)向力指令產(chǎn)生轉(zhuǎn)向力、以調(diào)整車輛的轉(zhuǎn)向輸出的轉(zhuǎn)向致動器；設(shè)定轉(zhuǎn)向輸入的轉(zhuǎn)向輸入單元；以及用于確定表示輸入車輛干擾的干擾指示值的干擾確定單元；所述方法包括根據(jù)所述轉(zhuǎn)向輸入設(shè)定所需要的轉(zhuǎn)向輸出；根據(jù)所需要的轉(zhuǎn)向輸出設(shè)定所述轉(zhuǎn)向力指令；根據(jù)所述干擾指示值調(diào)整所述轉(zhuǎn)向力指令；以及，向所述轉(zhuǎn)向致動器輸出所述經(jīng)過調(diào)整的轉(zhuǎn)向力指令。
全文摘要
一種用于車輛的轉(zhuǎn)向裝置，包括轉(zhuǎn)向致動器，轉(zhuǎn)向輸入單元，干擾確定單元，以及轉(zhuǎn)向控制器。轉(zhuǎn)向致動器根據(jù)轉(zhuǎn)向力指令產(chǎn)生轉(zhuǎn)向力，以調(diào)整車輛的轉(zhuǎn)向輸出。轉(zhuǎn)向輸入單元設(shè)定轉(zhuǎn)向輸入。干擾確定單元確定指示車輛遇到干擾的干擾指示值。轉(zhuǎn)向控制器用于完成下列操作根據(jù)上述轉(zhuǎn)向輸入設(shè)定所需要的轉(zhuǎn)向輸出；根據(jù)所需要的轉(zhuǎn)向輸出設(shè)定上述轉(zhuǎn)向力指令；根據(jù)上述干擾指示值調(diào)整上述轉(zhuǎn)向力指令；以及向上述轉(zhuǎn)向致動器輸出上述調(diào)整后的轉(zhuǎn)向力指令。
文檔編號B62D5/04GK1769122SQ200510108359
公開日2006年5月10日 申請日期2005年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月13日
發(fā)明者笠原敏明, 安達和孝 申請人:日產(chǎn)自動車株式會社