專利名稱：轉(zhuǎn)向控制裝置與方法
轉(zhuǎn)向控制裝置與方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及車輛轉(zhuǎn)向控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及電子轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)。
如在日本Kokai專利申請(qǐng)?zhí)朒ei 10[1998]- 217988中描述的傳統(tǒng) 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，計(jì)算與檢測(cè)到的路面反作用力成比例的轉(zhuǎn)向反作用 力校正量，并將該轉(zhuǎn)向反作用力校正量加到轉(zhuǎn)向反作用力中，以便將 路面狀況傳遞給駕駛員。
但是，在現(xiàn)有技術(shù)的車輛轉(zhuǎn)向裝置中，例如，當(dāng)車輛進(jìn)行L形 轉(zhuǎn)彎而要求方向盤能夠迅速響應(yīng)時(shí)，或當(dāng)方向盤回正(turnback)時(shí) 由于路面不平整而導(dǎo)致傳遞來自路面的沖擊力的情況下，將會(huì)突然地 產(chǎn)生瞬時(shí)轉(zhuǎn)向力，該產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向力可能會(huì)妨礙方向盤的回正，這是我 們所不希望的。
在日本Kokai專利申請(qǐng)?zhí)朒eil0[1998]-217988所述的車輛轉(zhuǎn)向 裝置中，特別地，在轉(zhuǎn)向力計(jì)算單元中，根據(jù)轉(zhuǎn)向力傳感器檢測(cè)到的 結(jié)果，計(jì)算施加于轉(zhuǎn)向柱(轉(zhuǎn)向軸)的轉(zhuǎn)向力(T)。同時(shí)，計(jì)算在 所施加轉(zhuǎn)向力(T)方向上用以使轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動(dòng)的控制量(aT)(相當(dāng) 于轉(zhuǎn)向力傳動(dòng)比系數(shù))。
然而，在該傳統(tǒng)的車輛轉(zhuǎn)向裝置中，是將由轉(zhuǎn)向反作用力傳感 器測(cè)得的路面反作用力傳遞至轉(zhuǎn)向反作用力上的，例如，當(dāng)車輛進(jìn)行 L形轉(zhuǎn)彎時(shí)要求方向盤能夠迅速回正時(shí)，如果由于路面不平整(如坑 洞)造成輪胎下陷，則因來自轉(zhuǎn)向反作用力傳感器的信號(hào)而會(huì)妨礙對(duì) 方向盤的快速操作，這是我們所不希望的(參見圖7)。若未應(yīng)用本 發(fā)明的實(shí)施例，則會(huì)發(fā)生這種情況，這是這樣的原因造成的即，由 于加上轉(zhuǎn)向反作用力以消除來自路面的影響，所以轉(zhuǎn)向力會(huì)突然增 大，這使得駕駛員難以進(jìn)行快速反應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種在車輛中使用的轉(zhuǎn)向控制裝 置，所述車輛具有接收轉(zhuǎn)向輸入的方向盤，以及根據(jù)方向盤的位置使 車輪在路面上進(jìn)行轉(zhuǎn)向的電子控制轉(zhuǎn)向單元。該轉(zhuǎn)向控制裝置包括 反作用力裝置，其與方向盤接合，并且響應(yīng)控制信號(hào)以向方向盤施加 轉(zhuǎn)向反作用力；以及控制器，其適于根據(jù)方向盤的運(yùn)動(dòng)與路面反作用 力而產(chǎn)生控制信號(hào)。當(dāng)所述方向盤轉(zhuǎn)向時(shí)，控制器根據(jù)所述路面反作 用力改變控制信號(hào)以增大所述轉(zhuǎn)向反作用力，并且當(dāng)所述方向盤回正 時(shí)，控制器根據(jù)所述路面反作用力改變控制信號(hào)以減小所述轉(zhuǎn)向反作 用力。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于控制車輛轉(zhuǎn)向的方法， 所述車輛具有方向盤和反作用力裝置，所述反作用力裝置響應(yīng)轉(zhuǎn)向力
控制信號(hào)以向所述方向盤施加轉(zhuǎn)向反作用力。所述方法包括如下步 驟根據(jù)路面反作用力與增益計(jì)算所述轉(zhuǎn)向力控制信號(hào)；判斷所述方 向盤處于轉(zhuǎn)向狀態(tài)還是回正狀態(tài)；以及當(dāng)所述方向盤處于轉(zhuǎn)向狀態(tài)時(shí) 將所述增益設(shè)為較高值。


此處參考附圖進(jìn)行說明，在各附圖中相同的參考標(biāo)號(hào)表示相同 的部分，其中-
圖l為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的示意性系統(tǒng)圖。 圖2A為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的車輛轉(zhuǎn)向裝置的離合器的詳 細(xì)剖視圖。
圖2B為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的車輛轉(zhuǎn)向裝置的電纜柱(cable column)的詳細(xì)剖視圖。
圖2C為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的車輛轉(zhuǎn)向裝置的轉(zhuǎn)矩傳感器 的詳細(xì)剖視圖。
圖3為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的路面反作用力反饋增益(Gf) 的設(shè)定方法的流程圖。
圖4為與路面反作用力(F)對(duì)應(yīng)的路面反作用力反饋增益(Gf)的曲線圖。
圖5為與轉(zhuǎn)向角速度de/dt對(duì)應(yīng)的變量Li的曲線圖。 圖6為與車輛速度(V)對(duì)應(yīng)的變量L2的曲線圖。 圖7為在方向盤的轉(zhuǎn)向和回正操作中與轉(zhuǎn)向角對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)向力的 曲線圖。
圖8為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的在方向盤的轉(zhuǎn)向和回正操作中 與轉(zhuǎn)向角對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)向力的曲線圖。
圖9為示出用于設(shè)定(YD)的曲線圖。 圖IO為示出用于設(shè)定(Gy)的曲線圖。
圖ll為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的在方向盤的轉(zhuǎn)向和回正操作中 與轉(zhuǎn)向角對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)向力的曲線圖。
圖12為示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的路面反作用力反饋增益 (Gf)的設(shè)定方法的流程圖。
圖13為與橫擺率vi/和轉(zhuǎn)向角對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)極限判斷的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
圖1為示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的車輛轉(zhuǎn)向裝置的總體系統(tǒng) 圖。圖2 A 2C分別為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的車輛轉(zhuǎn)向裝置的離 合器、電纜柱(cable column)以及轉(zhuǎn)矩傳感器的各部分詳細(xì)剖視圖。 該車輛轉(zhuǎn)向裝置包括反作用力裝置、輔助裝置、電子控制轉(zhuǎn)向裝置和
控制器。
反作用力裝置具有轉(zhuǎn)向角傳感器1、編碼器2、轉(zhuǎn)矩傳感器3和 反作用力電動(dòng)機(jī)5。
轉(zhuǎn)向角傳感器1是用于檢測(cè)方向盤6的角度位置的裝置。該轉(zhuǎn) 向角傳感器l設(shè)于連接電纜柱7與方向盤6的柱軸8a上。BP，轉(zhuǎn)向 角傳感器1置于方向盤6與轉(zhuǎn)矩傳感器3之間，并且不受因轉(zhuǎn)矩傳感 器3的扭轉(zhuǎn)而引起的角度變化的影響，從而轉(zhuǎn)向角傳感器1可檢測(cè)轉(zhuǎn) 向角。在轉(zhuǎn)向角傳感器1中采用絕對(duì)型解析裝置或類似裝置(圖中未 示出)。
轉(zhuǎn)矩傳感器3構(gòu)成雙系統(tǒng)，并且置于轉(zhuǎn)向角傳感器1和反作用力電動(dòng)機(jī)5之間。該雙系統(tǒng)由兩個(gè)轉(zhuǎn)矩傳感器即轉(zhuǎn)矩傳感器3和轉(zhuǎn)矩 傳感器12組成。圖2C是示出轉(zhuǎn)矩傳感器單元的詳圖。每一個(gè)轉(zhuǎn)矩 傳感器3具有沿軸線方向延伸的扭桿、與扭桿一端連接并與扭桿同
軸的第一軸、與扭桿另一端連接并與扭桿和第一軸同軸的第二軸、固 定于第一軸的第一磁性體、固定于第二軸的第二磁性體、面向第一磁 性體與第二磁性體的線圈、以及與第一磁性體和第二磁性體共同形成 磁路的第三磁性體。扭桿扭轉(zhuǎn)，使得第一磁性體和第二磁性體之間發(fā) 生相對(duì)位移，引起線圈電感變化，轉(zhuǎn)矩傳感器根據(jù)電感檢測(cè)出扭矩， 從而輸出信號(hào)。
反作用力電動(dòng)機(jī)5是用于向方向盤6施加反作用力的反作用力 致動(dòng)器。反作用力電動(dòng)機(jī)5由單轉(zhuǎn)子/單定子型電動(dòng)機(jī)構(gòu)成，柱軸8a 作為其旋轉(zhuǎn)軸。該電動(dòng)機(jī)的外殼固定于車體上的適當(dāng)位置處。另外， 采用無刷電動(dòng)機(jī)作為反作用力電動(dòng)機(jī)5，并具有與無刷電動(dòng)機(jī)一起使 用所需要的編碼器2和霍爾IC(圖中未示出)。如果僅采用霍爾IC， 盡管可以驅(qū)動(dòng)用于產(chǎn)生電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的電動(dòng)機(jī)，但輸出轉(zhuǎn)矩可能有小幅 波動(dòng)，這樣使得轉(zhuǎn)向反作用力感較差。為了進(jìn)行更平穩(wěn)的反作用力控 制，將編碼器2置于柱軸8a的軸上以控制電動(dòng)機(jī)。結(jié)果，可以降低
轉(zhuǎn)矩的小幅波動(dòng)，這樣轉(zhuǎn)向反作用力感得到改善。作為可選方式，也 可以采用解析裝置替代編碼器2。
輔助裝置由電纜柱7與離合器9組成。離合器9置于柱軸8a與 帶輪軸8b之間。在本發(fā)明第一實(shí)施例中的離合器9采用電磁離合器。 圖2A為示出了離合器9的詳圖。當(dāng)接通電磁離合器的電源時(shí)，離合 器9產(chǎn)生磁通量0。此時(shí)，由于電樞克服板簧的回復(fù)力而被磁吸附到 轉(zhuǎn)子的電刷上，所以，使得作為輸入軸的柱軸8a與作為輸出軸的帶 輪軸8b互相連接。然后，當(dāng)方向盤6轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，方向盤6的轉(zhuǎn)動(dòng)力由 離合器9傳遞至電纜柱7的帶輪上，從而使得電纜柱7的帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)。 當(dāng)電纜柱7的帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電纜柱7的帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)力由離合器9傳遞 至方向盤6上。另外，當(dāng)斷開電磁線圈的電源時(shí)，磁通量0)消失， 電樞由于板簧的回復(fù)力而與轉(zhuǎn)子分離。即，因?yàn)橥ㄟ^改變電磁線圈所 產(chǎn)生的磁通量O而使吸附力發(fā)生變化，所以，可以任意設(shè)定離合器9的轉(zhuǎn)矩傳遞容量。此外，也可采用接通電源時(shí)使離合器釋放的方式。 電纜柱7是這樣的機(jī)械式后備機(jī)構(gòu)即，該電纜柱迂回以避免 與位于反作用力裝置和轉(zhuǎn)向裝置之間的部件干涉，并且起到傳遞轉(zhuǎn)矩 的柱軸的作用。圖2B為示出電纜柱單元的詳圖。在電纜柱7的結(jié)構(gòu)
中，其端部固定在巻軸22上的兩根內(nèi)部電纜沿互相相反的方向纏繞 在這兩個(gè)巻軸22之上，并且這兩根內(nèi)部電纜插入其中的外管的兩端 固定于這兩個(gè)巻軸的外殼上。
轉(zhuǎn)向裝置包括編碼器10、轉(zhuǎn)向角傳感器11、轉(zhuǎn)矩傳感器12、轉(zhuǎn) 向電動(dòng)機(jī)14、轉(zhuǎn)向單元(轉(zhuǎn)向車輪轉(zhuǎn)向單元)15和兩個(gè)轉(zhuǎn)向車輪16、 16'。
轉(zhuǎn)向角傳感器11與轉(zhuǎn)矩傳感器12安裝于小齒輪軸17上，該小 齒輪軸17的一端連接電纜柱7的帶輪，其另一端形成小齒輪。可以 使用用于檢測(cè)軸的旋轉(zhuǎn)速度的絕對(duì)型解析裝置或類似裝置作為轉(zhuǎn)向 角傳感器ll。另外，如同轉(zhuǎn)矩傳感器3—樣，轉(zhuǎn)矩傳感器12也構(gòu)成 雙系統(tǒng)，用以根據(jù)電感變化而檢測(cè)出轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)向角傳感器ll設(shè)于電 纜柱7側(cè)，轉(zhuǎn)矩傳感器12設(shè)于轉(zhuǎn)向單元15頂ij。結(jié)果，當(dāng)轉(zhuǎn)向角傳感 器11檢測(cè)轉(zhuǎn)向角時(shí)，其不受轉(zhuǎn)矩傳感器12的扭轉(zhuǎn)而引起的角度變化 的影響。
轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)14具有這樣的結(jié)構(gòu)g卩，與蝸輪嚙合的小齒輪設(shè)置 于電動(dòng)機(jī)軸上，該蝸輪設(shè)于小齒輪軸17的轉(zhuǎn)向角傳感器11與轉(zhuǎn)矩傳 感器12的中間位置上，這樣，在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩施加于小 齒輪軸17上。轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)14構(gòu)成具有單轉(zhuǎn)子/雙定子結(jié)構(gòu)的雙系統(tǒng)。 轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)14為無刷電動(dòng)機(jī)，其構(gòu)成第一和第二轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)14。相 似地，與反作用力電動(dòng)機(jī)5—樣，由于轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)14是無刷電動(dòng)機(jī)， 所以需使用編碼器IO和霍爾IC (圖中未示出)。
轉(zhuǎn)向單元15具有這樣的結(jié)構(gòu)g卩，左右轉(zhuǎn)向車輪16和16'隨 小齒輪軸17的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)。該轉(zhuǎn)向單元15具有形成與小齒輪軸 17的小齒輪嚙合且插入齒條管15a的齒條的齒條軸15b、與沿車輛左 右兩個(gè)方向延伸的齒條軸15b的兩端結(jié)合的轉(zhuǎn)向橫拉桿15c、 15c'、 以及一端與轉(zhuǎn)向橫拉桿15c、15c'結(jié)合且另一端與轉(zhuǎn)向車輪16與16'結(jié)合的轉(zhuǎn)向節(jié)臂15d、 15d'。
控制器具有這樣的雙系統(tǒng)設(shè)計(jì)g卩，該雙系統(tǒng)包括兩個(gè)電源18、
18'，以及執(zhí)行處理與算術(shù)運(yùn)算的兩個(gè)控制器19、 19'。
控制器19、 19'接收來自以下部件檢測(cè)到的信號(hào)反作用力裝
置的轉(zhuǎn)向角傳感器l、編碼器2、轉(zhuǎn)矩傳感器3、霍爾IC、以及轉(zhuǎn)向 裝置的編碼器IO、轉(zhuǎn)向角傳感器ll、轉(zhuǎn)矩傳感器12、霍爾IC和車 輛速度傳感器21 (車速檢測(cè)裝置)。
根據(jù)各傳感器的檢測(cè)值，控制器19設(shè)定反作用力電動(dòng)機(jī)5與轉(zhuǎn) 向電動(dòng)機(jī)14的控制量，控制并驅(qū)動(dòng)各電動(dòng)機(jī)5、 14。另外，在正常 的系統(tǒng)條件下，控制器19釋放離合器9。在系統(tǒng)異常的條件下，系 統(tǒng)接合離合器9，以實(shí)現(xiàn)方向盤6與轉(zhuǎn)向車輪16、 16'之間的機(jī)械連 接。
通過控制器19，采用下式1設(shè)定反作用力電動(dòng)機(jī)5的控制量 (Th)，以便計(jì)算反作用力電動(dòng)機(jī)的控制量。
Th = KpXe + GfXF... (1)
此處，(Kp)代表轉(zhuǎn)向角反饋增益，e代表轉(zhuǎn)向角，(Gf)代
表路面反作用力反饋增益，(F)代表路面反作用力。公式右側(cè)第一
項(xiàng)是根據(jù)轉(zhuǎn)向角e設(shè)定的轉(zhuǎn)向反作用力的控制量，公式右側(cè)第二項(xiàng)是 根據(jù)路面反作用力(F)設(shè)定的控制量，這樣可以在轉(zhuǎn)向反作用力中 反映出路面對(duì)輪胎作用力的影響。
此處，路面反作用力反饋增益(Gf)隨轉(zhuǎn)向狀態(tài)的變化而變化， 即，路面反作用力反饋增益(Gf)作為轉(zhuǎn)向狀態(tài)的函數(shù)而變化。該 路面反作用力反饋增益(Gf)的數(shù)值設(shè)定為這樣S卩，在方向盤轉(zhuǎn) 向的情況下，通過適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)向反作用力感將路面感傳遞給駕駛員。在 方向盤回正操作時(shí)，將路面反作用力反饋量設(shè)為較小，從而使得方向 盤不受過大沖擊力等的妨礙。
路面反作用力反饋增益(Gf)如下所示 Gf (Low) 二(Low) …方向盤回正操作時(shí)
Gf (High) =(High) ...方向盤轉(zhuǎn)向操作時(shí)
其中(Low) 、 (High)根據(jù)以下說明的曲線圖(圖4)確定，但也可以是預(yù)設(shè)常數(shù)。
另外，在公式(1)右側(cè)，可以根據(jù)轉(zhuǎn)向角速度de/dt和轉(zhuǎn)向角 加速度cPe/dP設(shè)定控制值。此時(shí)，反作用力電動(dòng)機(jī)5的控制量(Th)
根據(jù)下式2確定
Th = KpX6 + KdXd,+ KddXd2,2 + GfXF... (2) 此處，Kd與Kdd為預(yù)設(shè)常數(shù)。
下面，討論路面反作用力反饋增益的設(shè)定。圖3為示出路面反 作用力反饋增益(Gf)的設(shè)定方法的流程圖。將在下面對(duì)各步驟進(jìn) 行詳述。
在步驟S1中，讀取轉(zhuǎn)向角傳感器1的信號(hào)，然后流程轉(zhuǎn)入步驟S2。
在步驟S2中，由步驟Sl中讀入的傳感器信號(hào)，計(jì)萼轉(zhuǎn)向角與 轉(zhuǎn)向角速度(相當(dāng)于轉(zhuǎn)向角速度檢測(cè)裝置)，并判斷方向盤是否處于 回正狀態(tài)(相當(dāng)于轉(zhuǎn)向回正判斷裝置)。若判斷結(jié)果為YES，則轉(zhuǎn) 入步驟S3;若判斷結(jié)果為NO，則轉(zhuǎn)入步驟S4。
在步驟S3中，將路面反作用力反饋增益(Gf)設(shè)定為Low (相 當(dāng)于轉(zhuǎn)向反作用力校正裝置)，并返回。
在步驟S4中，將路面反作用力反饋增益(Gf)設(shè)定為High， 并返回。
圖4為用于設(shè)定與路面反作用力(F)對(duì)應(yīng)的路面反作用力反饋 增益(Gf)的曲線圖。在方向盤回正(Low)的情況下，與方向盤轉(zhuǎn) 向(High)的情況相比，將相對(duì)于路面反作用力F的路面反作用力 反饋增益(Gf)設(shè)為較小的值。
下面，將討論設(shè)定與轉(zhuǎn)向狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的控制量。當(dāng)有必要快速 回正方向盤時(shí)，為確保第一實(shí)施例中駕駛員回正方向盤的操作不受妨 礙，當(dāng)轉(zhuǎn)向角速度de/dt增加時(shí)，降低路面反作用力的反饋量。 路面反作用力反饋增益(Gf)變?yōu)槿缦滤?Gf (Low)=(Low) XL1 ...方向盤回正操作時(shí)
Gf (High)= (High) ...方向盤轉(zhuǎn)向操作時(shí)
此處，(LI)根據(jù)圖5所示的曲線圖確定。在圖5所示的曲線圖中，(li)在車輛高速行駛時(shí)轉(zhuǎn)向角速度de/dt發(fā)生頻率高的范圍 內(nèi)具有最大值i，并且該數(shù)值Li隨著轉(zhuǎn)向角速度de/dt的增大而減小。 當(dāng)轉(zhuǎn)向角速度de/dt達(dá)到緊急避讓操作區(qū)域時(shí)，數(shù)值Li達(dá)到最小值，
艮卩Ll min。
下面將討論設(shè)定與車輛速度對(duì)應(yīng)的控制量。在第一實(shí)施例中， 因?yàn)楫?dāng)車輛速度(V)下降時(shí)方向盤快速回正情況出現(xiàn)較多，所以， 在低速區(qū)域，將方向盤回正操作時(shí)的路面反作用力反饋量設(shè)定為較小 值。即，車輛速度越高，相對(duì)于方向盤的操作，車輛行駛狀況更為靈 敏，這樣即使在方向盤回正操作時(shí)，仍需要進(jìn)行路面反作用力反饋。 另一方面，在低速區(qū)域中的轉(zhuǎn)向區(qū)，要求方向盤具有平穩(wěn)的操作性。 因此，考慮到這種情況，當(dāng)車輛速度(V)較低時(shí)方向盤回正的情況 下，將路面反作用力反饋量設(shè)定為較小。
因此，路面反作用力反饋增益(Gf)變?yōu)槿缦滤?Gf (Low) =(Low) XL1XL2 …方向盤回正操作時(shí)
Gf (High) =(High) …方向盤轉(zhuǎn)向操作時(shí)
此處，(L2)根據(jù)圖6所示的曲線圖確定。在圖6所示的曲線 圖中，(L2)與車輛速度V成比例的增加。并且這樣設(shè)定L2的數(shù)值 即，當(dāng)車輛在交通流量高的區(qū)域行駛而車輛速度(V)達(dá)到發(fā)生頻率 高的區(qū)域時(shí)，將L2的值設(shè)定為1。
在轉(zhuǎn)向反作用力計(jì)算單元中，將設(shè)置于轉(zhuǎn)向齒條兩端的轉(zhuǎn)向反 作用力傳感器的檢測(cè)結(jié)果(Fl) 、 (F2)的平均值作為施加于轉(zhuǎn)向 軸(小齒輪軸)的轉(zhuǎn)向反作用力(F)。在轉(zhuǎn)向軸電動(dòng)機(jī)控制電路中， 根據(jù)這些計(jì)算結(jié)果，利用下式(3)計(jì)算出轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)動(dòng)控制量(Mm)， 并且將與轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)動(dòng)控制量Mm對(duì)應(yīng)的反作用力控制信號(hào)輸出至 轉(zhuǎn)向軸電動(dòng)機(jī)中。
Mm = GmX(aT —F) ... (3)
此處，(Gm)表示輸出信號(hào)的增益的增益系數(shù)。 在第一實(shí)施例的轉(zhuǎn)向裝置中，由于方向盤回正操作時(shí)使得路面
反作用力反饋增益(Gf)較小，所以，即使由于路面不平整而引起 路面反作用力瞬間增大，也可以抑制該沖擊所帶來的轉(zhuǎn)向力變化。因此，可以緩解妨礙方向盤的快速操作的問題(參見圖8)，這樣駕駛 員能夠?qū)⒎较虮P平穩(wěn)地回正至中間位置。
另外，當(dāng)轉(zhuǎn)向角速度de/dt值較高時(shí)，路面反作用力反饋增益
(Gf)變小。因此，在快速回正的情況下，可以抑制沖擊所帶來的 轉(zhuǎn)向力變化，從而不妨礙駕駛員的更快速的回正操作。此外，當(dāng)車輛
速度(V)值較低時(shí)，路面反作用力反饋增益(Gf)變小。因此，可
同時(shí)實(shí)現(xiàn)低速區(qū)域中良好的方向盤的操作性和高速區(qū)域中良好的車 輛行駛穩(wěn)定性。
下面，將說明本發(fā)明第一實(shí)施例的車輛轉(zhuǎn)向裝置的效果。在該
車輛轉(zhuǎn)向裝置中，接收轉(zhuǎn)向輸入的方向盤6與使轉(zhuǎn)向車輪16、 16' 轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向單元15在機(jī)械上是分離的，并且對(duì)方向盤6施加與路面 反作用力F對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)向反作用力校正量(GfXF)。該車輛轉(zhuǎn)向裝置 包括以下部件轉(zhuǎn)向/回正判斷裝置，其用于判斷方向盤6的轉(zhuǎn)向或 回正；以及轉(zhuǎn)向反作用力校正裝置，其使得路面反作用力反饋增益 (Gf)在方向盤6回正時(shí)比方向盤6最初轉(zhuǎn)向時(shí)小。這樣，可以抑 制因來自路面的沖擊所引起的轉(zhuǎn)向力變化，也可以降低方向盤不起作 用的可能性。
由于轉(zhuǎn)向反作用力校正裝置在方向盤6的轉(zhuǎn)向角速度de/dt較高 的情況下使得路面反作用力反饋增益(Gf)較小，所以，可確保不 妨礙駕駛員更快速地回正方向盤6。
由于轉(zhuǎn)向反作用力校正裝置在車輛速度V較低的情況下使得路 面反作用力反饋增益(Gf)較小，所以，可以反饋高速區(qū)域中的路 面反作用力，同時(shí)可以改善低速區(qū)域中的方向盤回正的操作性。
在本發(fā)明第二實(shí)施例中，路面反作用力反饋量根據(jù)車輛狀態(tài)量 進(jìn)行改變。由于第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)與圖1與圖2所示的第一實(shí)施例相 同，因此這里不再重復(fù)進(jìn)行說明。
此外，控制量是根據(jù)車輛狀態(tài)量進(jìn)行設(shè)定的。如果在方向盤回 正操作時(shí)將路面反作用力反饋量設(shè)定為較小值，則整體的轉(zhuǎn)向反作用 力變得太小。在這種情況下，計(jì)算橫擺率作為車輛狀態(tài)量(相當(dāng)于車 輛狀態(tài)量檢測(cè)裝置)。同時(shí)，也計(jì)算相當(dāng)于或小于路面反作用力反饋量的增益常數(shù)(Gy)以及路面反作用力反饋量的減少量(YD)。并 且將該減少量YD加到反作用力電動(dòng)機(jī)5的控制量上，從而可以避免 轉(zhuǎn)向反作用力變得太小。
在第二實(shí)施例中，在式2的右側(cè)，根據(jù)表示車輛行駛狀況的橫 擺率vi/設(shè)定并相加以得到控制量。因此，反作用力電動(dòng)機(jī)5的控制 量(Th)可由下式(4)表示。
Th= Kpx0+Kdxd,+ Kddxd26/dt2 + Kyxv|/+ GfxF... (4)
下面將討論計(jì)算橫擺率的方法。橫擺率xi/可以借助于轉(zhuǎn)向角e 和車輛速度(v)以及車輛運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)運(yùn)算，使用下式5而得到。
{Gx n2xTr(s+l/Tr)xe} / (s2+ 2—s+m2) ... (5) G = {l/(l+AxV2)} x(V/L) Tr = (2LrxKr) / (mxLfxV) A = - (m/2L2)x{(LfxKf - LrxKr) x (kfxKr)} 此處，Lf代表重心與前軸之間的距離，Lr代表重心與后齒條之 間的距離，Kf代表前輪拐彎力，Kr代表后輪拐彎力，m代表車輛重 量，s代表拉普拉斯(Laplace)運(yùn)算符。
于是，將由式5所得到的數(shù)值作為橫擺率v的估算值。 利用車輛速度(V)，使得下式6中的橫向加速度(Yg)與橫
擺率(\|/)之間的關(guān)系成立。
Yg-vpV …(6) 另外，就路面反作用力(F)而言，當(dāng)車輛進(jìn)行無外部干擾的穩(wěn) 定狀態(tài)的圓周轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，下式7的關(guān)系成立。
F ^ Yg …(7)
于是，可得到如下關(guān)系
F oc \p v ... (7)' 從如圖9中所示的曲線圖中讀取與vi/x(V)對(duì)應(yīng)的(Tf)的High' 值與Low'值，方向盤回正操作時(shí)的路面反作用力反饋量的減少量 (YD)變?yōu)樽x取下式8所示(相當(dāng)于轉(zhuǎn)向反作用力校正值估算裝置)。 YD=TfXHigh' —TfXLow' ... (8) 將預(yù)設(shè)增益常數(shù)Gy乘以(YD)所得到的數(shù)值加到反作用力電動(dòng)機(jī)5的控制量(Th)上。
此處，(Gy) = (Gf)(參見圖10)。
但是本發(fā)明并不限于此。例如，也可釆用Gy-AGf，其中，在高 速區(qū)域中A4，速度下降時(shí)(A)取較小的值。 另外，如上所述，(YD)也可以為
YD = TfxHigh' —TfxLow' xLlxL2 ... (8)'
圖11所示為本發(fā)明第二實(shí)施例(實(shí)線)與第一實(shí)施例(虛線)
的方向盤回正操作進(jìn)行比較的示意圖。與第一實(shí)施例不同，由于在第 二實(shí)施例中將相當(dāng)于路面反作用力反饋量的(YD)加到轉(zhuǎn)向力上。 因此，當(dāng)路面反作用力變化而未影響橫向加速度和橫擺作用時(shí)，可以 減小由于沖擊而引起的轉(zhuǎn)向力變化，并且也可以防止轉(zhuǎn)向力變得太
以下將對(duì)第二實(shí)施例的車輛轉(zhuǎn)向裝置的效果進(jìn)行說明。除第一 實(shí)施例中所說明的效果之外，第二實(shí)施例還獲得如下效果即，由于
本發(fā)明第二實(shí)施例的車輛轉(zhuǎn)向裝置具有轉(zhuǎn)向反作用力校正值估算裝
置，該轉(zhuǎn)向反作用力校正值估算裝置根據(jù)橫擺率vi/對(duì)相當(dāng)于路面反 作用力反饋量的減少量(YD)進(jìn)行估算，并且轉(zhuǎn)向反作用力校正裝 置加上與橫擺率v(/對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)向反作用力的量(GyxYD)。因此，可 以減小轉(zhuǎn)向力的變化，同時(shí)也可以防止轉(zhuǎn)向力變得太小。
第三實(shí)施例為這樣的實(shí)例即，當(dāng)車輛處于轉(zhuǎn)動(dòng)極限區(qū)域時(shí)對(duì) 路面反作用力反饋量進(jìn)行校正的實(shí)例。在這種情況下，轉(zhuǎn)動(dòng)極限或轉(zhuǎn) 動(dòng)極限區(qū)域是指輪胎發(fā)生橫向滑動(dòng)的狀態(tài)。此外，由于第三實(shí)施例的 結(jié)構(gòu)與圖1所示第一實(shí)施例相同，所以此處將不再進(jìn)行詳述。
以下將對(duì)第三實(shí)施例中的路面反作用力反饋增益的設(shè)定進(jìn)行說 明。圖12所示為根據(jù)第三實(shí)施例的路面反作用力反饋增益(Gf)的 設(shè)定方法的流程圖。以下將對(duì)各步驟進(jìn)行說明。
在步驟Sll中，讀取來自轉(zhuǎn)向角傳感器11的信號(hào)與來自車輛速 度傳感器21的信號(hào)，然后流程轉(zhuǎn)入步驟S12。
在步驟S12中，由步驟Sll中讀入的轉(zhuǎn)向車輪16， 16'的轉(zhuǎn)向 角、車輛速度V以及車輛橫擺率vi/等信號(hào)，參照?qǐng)D13所示的曲線圖判斷車輛是否處于轉(zhuǎn)動(dòng)極限區(qū)域(相當(dāng)于轉(zhuǎn)動(dòng)極限判斷裝置)。若判
斷結(jié)果為YES，則轉(zhuǎn)入步驟S13，若判斷結(jié)果為NO，則轉(zhuǎn)入步驟S14。 在步驟S13中，將路面反作用力反饋增益(Gf)設(shè)定為(High)， 此后流程返回。在步驟S14中，通過在方向盤轉(zhuǎn)向/回正操作中改變 路面反作用力反饋增益(Gf)以進(jìn)行連續(xù)控制，然后流程返回。
此處將對(duì)第三實(shí)施例的回正操作加以討論。當(dāng)車輛處于轉(zhuǎn)動(dòng)極 限區(qū)域時(shí)，駕駛員通過校正轉(zhuǎn)向從而校正車輛行駛狀況。此時(shí)，以高 頻率且小幅增量/減量地進(jìn)行方向盤6的轉(zhuǎn)向/回正。在這種情況下， 將路面反作用力反饋量傳遞至駕駛員的方案可使駕駛員能夠更為輕 松地校正車輛行駛狀況。
因此，在本發(fā)明第三實(shí)施例中，當(dāng)車輛處于轉(zhuǎn)動(dòng)極限區(qū)域時(shí)， 由于可以解除路面反作用力反饋量的校正控制，所以可以將與車輛行 駛狀況對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)向反作用力傳遞給操作者。因此，隨著路面反作用力 反饋量的下降，可以不妨礙操作者進(jìn)行轉(zhuǎn)向校正。
在第三實(shí)施例中，除第一實(shí)施例中所討論的效果之外，所述車
輛轉(zhuǎn)向裝置還獲得以下附加效果g卩，所述車輛轉(zhuǎn)向裝置具有轉(zhuǎn)動(dòng)極
限區(qū)域判斷裝置，該轉(zhuǎn)動(dòng)極限區(qū)域判斷裝置用于根據(jù)轉(zhuǎn)向車輪16、
16'的轉(zhuǎn)向角以及車輛橫擺率V判斷車輛是否處于轉(zhuǎn)動(dòng)極限區(qū)域。 當(dāng)判斷車輛處于轉(zhuǎn)動(dòng)極限區(qū)域時(shí)，轉(zhuǎn)向反作用力校正裝置不減小轉(zhuǎn)向
反作用力校正量，從而通過減小路面反作用力反饋量，駕駛員的轉(zhuǎn)向 校正操作將不受妨礙。
雖然已對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行描述，以便更容易地理解本發(fā)明。但 本發(fā)明并不限于這些公開的實(shí)施例，相反，其本意是覆蓋包括在所附 權(quán)利要求的精神與范圍內(nèi)的各種變形和等同裝置，對(duì)所附權(quán)利要求的 范圍作最廣泛的解釋，以便包括法律所允許的所有變形與等同結(jié)構(gòu)。
例如，也可采用橫向加速度作為車輛狀態(tài)量。然而，由于通常 橫擺率比橫向速度變化更快，從系統(tǒng)響應(yīng)的角度來看，優(yōu)選地采用橫 擺率。另外，在本發(fā)明第一實(shí)施例中，橫擺率是利用式1進(jìn)行計(jì)算的。 但是也可利用來自橫擺率傳感器的檢測(cè)值進(jìn)行計(jì)算。此外，控制器可 以包括分布于多個(gè)處理器之中的控制功能。本申請(qǐng)基于2004年12月2日提交的日本專利申請(qǐng) No.2004-350371，該申請(qǐng)的全部內(nèi)容在此以引用的方式并入本文。
權(quán)利要求
1. 一種在車輛中使用的轉(zhuǎn)向控制裝置，所述車輛具有接收轉(zhuǎn)向輸入的方向盤以及電子控制轉(zhuǎn)向單元，所述電子控制轉(zhuǎn)向單元根據(jù)所述方向盤的位置使車輪在路面上進(jìn)行轉(zhuǎn)向，所述轉(zhuǎn)向控制裝置包括反作用力裝置，其與所述方向盤接合，并響應(yīng)控制信號(hào)以向所述方向盤施加轉(zhuǎn)向反作用力；以及控制器，其適于根據(jù)所述方向盤的運(yùn)動(dòng)與路面反作用力而產(chǎn)生控制信號(hào)，其中，所述控制器根據(jù)所述路面反作用力改變所述控制信號(hào)，以增大所述轉(zhuǎn)向反作用力，并且所述控制器確定所述轉(zhuǎn)向反作用力在所述方向盤轉(zhuǎn)向時(shí)比所述方向盤回正時(shí)大。
2. 如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)向控制裝置，其中，所述控制器對(duì)所 述方向盤的角速度作出響應(yīng)，并且還適于將所述控制信號(hào)作為所述方 向盤角速度的函數(shù)進(jìn)行改變。
3. 如權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)向控制裝置，其中，在所述轉(zhuǎn)向角速 度較高時(shí)，所述控制器改變所述控制信號(hào)以減小所述轉(zhuǎn)向反作用力。
4. 如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)向控制裝置，還包括車輛速度傳感器， 其中，所述控制器對(duì)所述車輛速度傳感器作出響應(yīng)，并且還適于將所 述控制信號(hào)作為車輛速度的函數(shù)進(jìn)行改變。
5. 如權(quán)利要求3所述的轉(zhuǎn)向控制裝置，其中，在車輛速度較低 時(shí)，所述控制器改變所述控制信號(hào)以減小所述轉(zhuǎn)向反作用力。
6. 如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)向控制裝置，其中，所述控制器還適 于計(jì)算車輛狀態(tài)量，并根據(jù)所述車輛狀態(tài)量估算轉(zhuǎn)向力校正值，所述 控制器將所述控制信號(hào)作為所述估算出的轉(zhuǎn)向力校正值的函數(shù)進(jìn)行 改變。
7. 如權(quán)利要求6所述的轉(zhuǎn)向控制裝置，其中，所述控制器改變所述控制信號(hào)，以使所述轉(zhuǎn)向反作用力增加所述轉(zhuǎn)向力校正值。
8. 如權(quán)利要求6所述的轉(zhuǎn)向控制裝置，其中，所述車輛狀態(tài)量 是根據(jù)車輛速度與車輛橫擺的信息進(jìn)行計(jì)算的。
9. 如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)向控制裝置，其中，所述控制器還適 于根據(jù)各車輪的角度以及車輛的橫擺率判斷車輛是否處于轉(zhuǎn)動(dòng)極限，并且當(dāng)所述控制器確定車輛處于轉(zhuǎn)動(dòng)極限時(shí)，所述控制器不減小所述 轉(zhuǎn)向反作用力。
10. —種車輛，包括(a) 方向盤，其接收來自操作者的轉(zhuǎn)向輸入；(b) 電子控制轉(zhuǎn)向裝置，其根據(jù)所述方向盤的位置使車輪在路面 上迸行轉(zhuǎn)向；(c) 反作用力裝置，其與所述方向盤接合，并且響應(yīng)控制信號(hào)以 向所述方向盤施加轉(zhuǎn)向反作用力；以及(d) 控制器，其適于根據(jù)所述方向盤的運(yùn)動(dòng)與路面反作用力而產(chǎn) 生控制信號(hào)，其中，當(dāng)所述方向盤轉(zhuǎn)向時(shí)，所述控制器根據(jù)所述路面 反作用力改變所述控制信號(hào)，以增大所述轉(zhuǎn)向反作用力，并且當(dāng)所述 方向盤回正時(shí)，所述控制器根據(jù)所述路面反作用力改變所述控制信號(hào)， 以減小所述轉(zhuǎn)向反作用力。
11. 如權(quán)利要求IO所述的轉(zhuǎn)向控制裝置，其中，所述控制器對(duì) 所述方向盤的角速度作出響應(yīng)，并且還適于將所述控制信號(hào)作為所述 方向盤角速度的函數(shù)進(jìn)行改變。
12. 如權(quán)利要求11所述的轉(zhuǎn)向控制裝置，其中，在所述轉(zhuǎn)向角 速度較高時(shí)，所述控制器改變所述控制信號(hào)以減小所述轉(zhuǎn)向反作用力。
13. 如權(quán)利要求IO所述的車輛轉(zhuǎn)向控制裝置，還包括車輛速度 傳感器，其中，所述控制器對(duì)所述車輛速度傳感器作出響應(yīng)，并且還 適于將所述控制信號(hào)作為車輛速度的函數(shù)進(jìn)行改變。
14. 如權(quán)利要求13所述的轉(zhuǎn)向控制裝置，其中，在車輛速度較 低時(shí)，所述控制器改變所述控制信號(hào)以減小所述轉(zhuǎn)向反作用力。
15. 如權(quán)利要求IO所述的轉(zhuǎn)向控制裝置，其中，所述控制器還 適于計(jì)算車輛狀態(tài)量，并根據(jù)所述車輛狀態(tài)量估算轉(zhuǎn)向力校正值，所 述控制器將所述控制信號(hào)作為所述估算出的轉(zhuǎn)向力校正值的函數(shù)進(jìn) 行改變。
16. 如權(quán)利要求15所述的轉(zhuǎn)向控制裝置，其中，所述控制器改 變所述控制信號(hào)，以使所述轉(zhuǎn)向反作用力增加所述轉(zhuǎn)向力校正值。
17. 如權(quán)利要求IO所述的車輛轉(zhuǎn)向控制裝置，其中，所述控制 器還適于根據(jù)各車輪的角度以及車輛橫擺率判斷車輛是否處于轉(zhuǎn)動(dòng) 極限，并且當(dāng)所述控制器確定車輛處于轉(zhuǎn)動(dòng)極限時(shí)，所述控制器不減 小所述轉(zhuǎn)向反作用力。
18. —種在車輛中使用的轉(zhuǎn)向控制裝置，所述車輛具有方向盤 和反作用力裝置，所述反作用力裝置響應(yīng)轉(zhuǎn)向力控制信號(hào)以向所述方 向盤施加轉(zhuǎn)向反作用力，所述轉(zhuǎn)向控制裝置包括-轉(zhuǎn)向力校正裝置，其根據(jù)路面反作用力與增益計(jì)算所述轉(zhuǎn)向力 控制信號(hào)；判斷裝置，其判斷所述方向盤處于轉(zhuǎn)向狀態(tài)還是回正狀態(tài)；以及控制裝置，其當(dāng)所述方向盤處于轉(zhuǎn)向狀態(tài)時(shí)將所述增益設(shè)為較高值。
19. 一種用于控制車輛轉(zhuǎn)向的方法，所述車輛具有方向盤和反 作用力裝置，所述反作用力裝置響應(yīng)轉(zhuǎn)向力控制信號(hào)以向所述方向盤 施加轉(zhuǎn)向反作用力，所述方法包括根據(jù)路面反作用力與增益計(jì)算所述轉(zhuǎn)向力控制信號(hào)； 判斷所述方向盤處于轉(zhuǎn)向狀態(tài)還是回正狀態(tài)；以及 當(dāng)所述方向盤處于轉(zhuǎn)向狀態(tài)時(shí)將所述增益設(shè)為較高值。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，還包括 確定所述方向盤的角速度；以及當(dāng)所述方向盤的角速度較高時(shí)將所述增益設(shè)為較低值。
21. 如權(quán)利要求19所述的方法，還包括 確定車輛速度；以及當(dāng)車輛速度較低時(shí)將所述增益設(shè)為較低值。
22. 如權(quán)利要求19所述的方法，還包括 計(jì)算車輛狀態(tài)量；根據(jù)車輛狀態(tài)量估算轉(zhuǎn)向反作用力校正值；以及 將所述轉(zhuǎn)向反作用力校正值加到所述轉(zhuǎn)向力控制信號(hào)中。
23. 如權(quán)利要求19所述的方法，還包括 判斷車輛是否處于轉(zhuǎn)動(dòng)極限；以及 當(dāng)車輛處于轉(zhuǎn)動(dòng)極限時(shí)將所述增益設(shè)為預(yù)定較高值。
全文摘要
本發(fā)明公開一種車輛轉(zhuǎn)向控制裝置，在方向盤回正操作時(shí)，該車輛轉(zhuǎn)向控制裝置能夠抑制伴隨從路面?zhèn)鬟f而來的沖擊所帶來的轉(zhuǎn)向力變化。該車輛轉(zhuǎn)向控制裝置是線控車輛轉(zhuǎn)向裝置，其中，方向盤接收轉(zhuǎn)向輸入，并將該轉(zhuǎn)向輸入電子傳送至用于使車輪轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向單元中。并且，向方向盤施加與路面反作用力F對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)向反作用力校正量(Gf×F)。另外，該裝置包括用于檢測(cè)方向盤的轉(zhuǎn)向/回正狀態(tài)的轉(zhuǎn)向/回正傳感器，并且在方向盤的回正過程中，使得路面反作用力反饋增益Gf比方向盤初始轉(zhuǎn)向時(shí)小。
文檔編號(hào)B62D119/00GK101421147SQ200580000897
公開日2009年4月29日 申請(qǐng)日期2005年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月2日
發(fā)明者原一男, 江口孝彰 申請(qǐng)人:日產(chǎn)自動(dòng)車株式會(huì)社