專利名稱：轉(zhuǎn)向控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于由駕駛員執(zhí)行的轉(zhuǎn)向操作來施加輔助轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)向控制 裝置。
背景技術(shù)：
以往，提出了通過馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)力來輔助駕駛員的轉(zhuǎn)向操作的電動(dòng)助力
轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(以下也稱為"EPS (Electric Power Steering)")。例如專利文 獻(xiàn)1記載了使用從轉(zhuǎn)向角對應(yīng)值求出的馬達(dá)輸出修正值來進(jìn)行轉(zhuǎn)向輔助的 EPS。另外，專利文獻(xiàn)2記載了設(shè)定反饋函數(shù)以使其與側(cè)滑角相對于轉(zhuǎn)向 角的傳遞函數(shù)成比例關(guān)系的EPS。
但是，在專利文獻(xiàn)l和2所記載的技術(shù)中，未考慮車輪轉(zhuǎn)角對轉(zhuǎn)向角 的響應(yīng)。因此，有時(shí)無法相對于轉(zhuǎn)向角恰當(dāng)?shù)乜刂栖囕嗈D(zhuǎn)角。
專利文獻(xiàn)1:日本專利文獻(xiàn)特開2006-298102號公報(bào)；
專利文獻(xiàn)2:日本專利文獻(xiàn)特開平7-81599號公報(bào)。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的問題
本發(fā)明是為了解決上述問題而完成的，其目的在于，提供一種能夠恰 當(dāng)?shù)乜刂栖囕嗈D(zhuǎn)角對轉(zhuǎn)向角的響應(yīng)的轉(zhuǎn)向控制裝置。 用于解決問題的手段
本發(fā)明的一個(gè)觀點(diǎn)提供一種進(jìn)行基于由駕駛員執(zhí)行的轉(zhuǎn)向操作來施加 輔助轉(zhuǎn)矩的控制的轉(zhuǎn)向控制裝置，其包括輔助轉(zhuǎn)矩確定單元，所述輔助轉(zhuǎn) 矩確定單元將從輸入的轉(zhuǎn)向角到車輪轉(zhuǎn)角的傳遞函數(shù)設(shè)定為預(yù)定的頻率響 應(yīng)，并基于所述頻率響應(yīng)、在所述轉(zhuǎn)向角和所述車輪轉(zhuǎn)角以及所述輔助轉(zhuǎn) 矩之間成立的關(guān)系式中的轉(zhuǎn)向角的傳遞函數(shù)、以及所述關(guān)系式中的輔助轉(zhuǎn)矩的傳遞函數(shù)來確定與轉(zhuǎn)向量相應(yīng)的輔助轉(zhuǎn)矩。
上述的轉(zhuǎn)向控制裝置例如由電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等構(gòu)成，并進(jìn)行基于由 駕駛員執(zhí)行的轉(zhuǎn)向操作來施加輔助轉(zhuǎn)矩的控制。具體地說，轉(zhuǎn)向控制裝置 將從輸入的轉(zhuǎn)向角到車輪轉(zhuǎn)角的傳遞函數(shù)設(shè)定為預(yù)定的頻率響應(yīng)。并且， 基于所述頻率響應(yīng)、在轉(zhuǎn)向角和車輪轉(zhuǎn)角以及輔助轉(zhuǎn)矩之間成立的關(guān)系式 中的轉(zhuǎn)向角的傳遞函數(shù)、以及所述關(guān)系式中的輔助轉(zhuǎn)矩的傳遞函數(shù)來確定 與轉(zhuǎn)向量相應(yīng)的輔助轉(zhuǎn)矩。通過基于這樣確定的輔助轉(zhuǎn)矩進(jìn)行轉(zhuǎn)向輔助， 能夠高精度地控制車輪轉(zhuǎn)角對轉(zhuǎn)向角的響應(yīng)。
在上述的轉(zhuǎn)向控制裝置中，優(yōu)選的是，所述輔助轉(zhuǎn)矩確定單元求出將 所述頻率響應(yīng)與所述轉(zhuǎn)向角的傳遞函數(shù)之差除以所述輔助轉(zhuǎn)矩的傳遞函數(shù) 而得的值來作為輔助轉(zhuǎn)矩增益，并基于該輔助轉(zhuǎn)矩增益來確定所述輔助轉(zhuǎn) 矩。
另外，優(yōu)選的是，基于車輛規(guī)格和車速來確定所述轉(zhuǎn)向角的傳遞函數(shù) 和所述輔助轉(zhuǎn)矩的傳遞函數(shù)。
在上述轉(zhuǎn)向控制裝置的一個(gè)方式中，所述頻率響應(yīng)被設(shè)定為使得超過 預(yù)定頻率的第一轉(zhuǎn)向頻率范圍內(nèi)的從齒條行程到所述轉(zhuǎn)向角的傳遞函數(shù)的 增益小于不超過所述預(yù)定頻率的第二轉(zhuǎn)向頻率范圍內(nèi)的從齒條行程向所述 轉(zhuǎn)向角的傳遞函數(shù)的增益。由此，能夠恰當(dāng)?shù)匾种朴筛蓴_引起的振動(dòng)，能 夠改善轉(zhuǎn)向操作感。
在上述的轉(zhuǎn)向控制裝置的另一方式中，所述頻率響應(yīng)被設(shè)定為使得從
所述轉(zhuǎn)向角到所述齒條行程的傳遞函數(shù)的增益變化大致為0，并且所述轉(zhuǎn) 向角和所述齒條行程之間的相位延遲大致為0。
優(yōu)選的是，所述第一轉(zhuǎn)向頻率范圍由與來自所述齒條行程的輸入相當(dāng) 的頻率范圍規(guī)定，所述第二轉(zhuǎn)向頻率范圍由與轉(zhuǎn)向角輸入相當(dāng)?shù)念l率范圍 規(guī)定。


圖l是示出本實(shí)施方式中的轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的概要圖； 圖2是示出本實(shí)施方式中的控制模塊的概要圖；圖3A和圖3B是將轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)建模的模式圖4A和圖4B是示出車輪轉(zhuǎn)角對轉(zhuǎn)向角的響應(yīng)的一個(gè)例子的圖5是示出對轉(zhuǎn)向的時(shí)間軸響應(yīng)的一個(gè)例子的圖6A和圖6B是示出從轉(zhuǎn)向角至齒條行程的傳遞函數(shù)的例子的圖;
圖7是示出變形例中的控制塊的概要圖。
標(biāo)號說明
1方向盤
2轉(zhuǎn)向軸
3轉(zhuǎn)向角傳感器
4扭桿
5馬達(dá)
7齒條小齒輪部 10F車輪(前輪) 12車速傳感器 20控制器 21輔助轉(zhuǎn)矩確定部 50轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖來說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。 [整體結(jié)構(gòu)]
首先說明應(yīng)用了本實(shí)施方式的轉(zhuǎn)向控制裝置的轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)50的整 體結(jié)構(gòu)。圖l是示出轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)50的結(jié)構(gòu)的概要圖。
轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)50包括方向盤1、轉(zhuǎn)向軸2、轉(zhuǎn)向角傳感器3、扭桿 4、馬達(dá)5、中間軸6、齒條小齒輪部7、轉(zhuǎn)向橫拉桿8r和81、轉(zhuǎn)向節(jié)臂9r 和91、車輪(前輪)10Fr和IOFI、車速傳感器12以及控制器20。以下， 轉(zhuǎn)向橫拉桿8r和81、轉(zhuǎn)向節(jié)臂9r和91以及車輪10Fr和10F1的標(biāo)號的末 尾所附加的"r" "1"在不區(qū)分它們而使用時(shí)予以省略。
轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)50由電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)構(gòu)成。具體地說，轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)50被安裝在車輛上，進(jìn)行用于對作為轉(zhuǎn)向輪的車輪10F進(jìn)行轉(zhuǎn) 向驅(qū)動(dòng)的馬達(dá)5的驅(qū)動(dòng)控制，并根據(jù)方向盤1的操作使轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向。
駕駛員為了使車輛轉(zhuǎn)彎等而操作方向盤1。方向盤1經(jīng)由轉(zhuǎn)向軸2與 齒條小齒輪部7連接。在轉(zhuǎn)向軸2上設(shè)置有轉(zhuǎn)向角傳感器3、扭桿4、馬 達(dá)5以及中間軸6。
扭桿4被構(gòu)成為根據(jù)來自方向盤1的輸入而扭轉(zhuǎn)。馬達(dá)5由沒有圖示 的減速器和電動(dòng)馬達(dá)等構(gòu)成，通過從控制器20提供的控制信號S5而被控 制。具體地說，馬達(dá)5例如為了提高轉(zhuǎn)向操作感或轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性等而根據(jù)駕 駛員的轉(zhuǎn)向來產(chǎn)生輔助轉(zhuǎn)矩(轉(zhuǎn)向輔助力)，或者為了提高轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性和 轉(zhuǎn)向操作感等而產(chǎn)生附加阻尼力。中間軸6被構(gòu)成為能夠根據(jù)來自車輛前 方的外力而變形、吸收沖擊。
轉(zhuǎn)向角傳感器3檢測與駕駛員對方向盤1執(zhí)行的操作相對應(yīng)的轉(zhuǎn)向 角。轉(zhuǎn)向角傳感器3將與檢測出的轉(zhuǎn)向角相對應(yīng)的檢測信號S3提供給控 制器20。另外，車速傳感器12檢測車速，并將與檢測出的車速相對應(yīng)的 檢測信號S12提供給控制器20。
齒條小齒輪部7由齒條和小齒輪等構(gòu)成，并通過從轉(zhuǎn)向軸2傳遞而來 的旋轉(zhuǎn)而動(dòng)作。另外，在齒條小齒輪部7上連結(jié)有轉(zhuǎn)向橫拉桿8、轉(zhuǎn)向節(jié) 臂9，在轉(zhuǎn)向節(jié)臂9上連結(jié)有車輪IOF。在此情況下，轉(zhuǎn)向橫拉桿8和轉(zhuǎn) 向節(jié)臂9通過齒條小齒輪部7動(dòng)作，由此與轉(zhuǎn)向節(jié)臂9連結(jié)的車輪10F被 轉(zhuǎn)向。
控制器20包括沒有圖示的CPU、 ROM、 RAM、以及A/D變換器等。 控制器20相當(dāng)于車輛內(nèi)的ECU (Electronic Control Unit,電子控制單 元)?？刂破?0主要基于從轉(zhuǎn)向角傳感器3和車速傳感器12提供的檢測 信號S3、 S12來向馬達(dá)5提供控制信號S5，由此對馬達(dá)5進(jìn)行控制。具體 地說，控制器20進(jìn)行確定應(yīng)從馬達(dá)5提供的輔助轉(zhuǎn)矩的處理。g卩，控制 器20相當(dāng)于本發(fā)明中的轉(zhuǎn)向控制裝置，并起到輔助轉(zhuǎn)矩確定單元的作 用。
下面說明本實(shí)施方式中的輔助轉(zhuǎn)矩確定方法。在本實(shí)施方式中，控制器20考慮車輪轉(zhuǎn)角對轉(zhuǎn)向角的響應(yīng)來確定應(yīng)從馬達(dá)5提供的輔助轉(zhuǎn)矩。 即，為了高精度地控制車輪轉(zhuǎn)角對轉(zhuǎn)向角的響應(yīng)，確定輔助轉(zhuǎn)矩。具體地 說，控制器20將從輸入的轉(zhuǎn)向角至車輪轉(zhuǎn)角的傳遞函數(shù)設(shè)定為預(yù)定的頻 率響應(yīng)，基于該頻率響應(yīng)來求出輔助轉(zhuǎn)矩增益，并確定輔助轉(zhuǎn)矩。
圖2是示出本實(shí)施方式中的控制模塊的概要圖。輔助轉(zhuǎn)矩確定部21 相當(dāng)于上述的控制器20內(nèi)的處理部，其通過前饋控制來進(jìn)行轉(zhuǎn)向輔助。 具體地說，輔助轉(zhuǎn)矩確定部21獲取轉(zhuǎn)向角9h和車速V，并基于這些確定 輔助轉(zhuǎn)矩Ta。詳細(xì)地說，輔助轉(zhuǎn)矩確定部21基于頻率響應(yīng)來求出輔助轉(zhuǎn) 矩增益(即，進(jìn)行增益補(bǔ)償)，確定輔助轉(zhuǎn)矩Ta。然后，輔助轉(zhuǎn)矩確定部 21基于所確定的輔助轉(zhuǎn)矩Ta來進(jìn)行轉(zhuǎn)向輔助。車輛100 (假定也包括方向 盤1等)獲得基于由輔助轉(zhuǎn)矩確定部21確定的輔助轉(zhuǎn)矩Ta的轉(zhuǎn)向輔助， 由此車輪10F以車輪轉(zhuǎn)角St被轉(zhuǎn)向。
接著，使用運(yùn)算式等來具體地說明本實(shí)施方式中的輔助轉(zhuǎn)矩確定方法。
在以下的說明中所使用的字符、符號的含義如下所述。
m: 車輛重量
I:橫擺慣性力矩
If:前輪(前輪輪心)至重心的距離 Ir:后輪(后輪輪心)至重心的距離 Kf:前輪的等價(jià)轉(zhuǎn)彎功率 后輪的等價(jià)轉(zhuǎn)彎功率
&:輪胎拖距 Ff:前輪的橫向力 Fr:后輪的橫向力
e-車身滑移角
Y:橫擺率 V:車速
Ih:方向盤的慣性力矩 Kh:扭桿的彈簧常數(shù)Ch:扭桿的阻尼系數(shù) Im:馬達(dá)的慣性力矩 Ki:中間軸的彈簧常數(shù) Ng:馬達(dá)齒輪比 Np:轉(zhuǎn)向齒輪比 Th:方向盤的轉(zhuǎn)矩 Ta:輔助轉(zhuǎn)矩 Iw:車輪的慣性力矩 K:輔助轉(zhuǎn)矩增益 Gj G^傳遞函數(shù) Ggain。頻率響應(yīng)
g:轉(zhuǎn)向角至齒條行程的傳遞函數(shù)的增益 0:轉(zhuǎn)向角和齒條行程之間的相位 eh:轉(zhuǎn)向角(扭桿轉(zhuǎn)角) em:馬達(dá)轉(zhuǎn)角
ew:中間軸終端部的轉(zhuǎn)角
S:車輪轉(zhuǎn)角 S:拉普拉斯算子
這里，參照圖3A和圖3B來說明確定輔助轉(zhuǎn)矩的方法。
圖3A和圖3B是示出將上述的轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)50建模的模式圖。具體 地說，圖3A示出了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的模型。方向盤1的慣性力矩是"Ih"，扭桿 4的彈簧常數(shù)是"Kh"，扭桿4的阻尼系數(shù)是"Ch"，馬達(dá)5的慣性力矩 是"Im"，馬達(dá)5的齒輪比是"Ng"，中間軸6的彈簧常數(shù)是"K,。另 外，轉(zhuǎn)向齒輪比是"Np"，車輪的慣性力矩是"Iw"。在此情況下，方向 盤1以轉(zhuǎn)向角e h、轉(zhuǎn)矩Th旋轉(zhuǎn)(換言之，扭桿4以轉(zhuǎn)角e h旋轉(zhuǎn))，馬達(dá) 5提供輔助轉(zhuǎn)矩Ta，并以轉(zhuǎn)角9m旋轉(zhuǎn)。并且，中間軸6的終端部以轉(zhuǎn)角 9w旋轉(zhuǎn)，車輪(前輪)IOF以車輪轉(zhuǎn)角6被轉(zhuǎn)向。
圖3B示出了作用在車輪IOF、 10R (前輪IOF和后輪10R)上的橫向 力Ff、 Fr等。具體地示出了車速V、車身滑移角e、以及作用在車輪10F的轉(zhuǎn)動(dòng)角為S時(shí)的車輛上的橫向力Ff、 Fr。
在上述的車輛模型中，車輛有式(1)和式(2)的運(yùn)動(dòng)方程式成立<
<formula>formula see original document page 9</formula>
<formula>formula see original document page 9</formula>
式(2)
另外，在方向盤1中，有式(3)成立，在馬達(dá)5中，有式(4)成
<formula>formula see original document page 9</formula>
另外，在車輪10F中有式(5)和式(6)成立, 徵5]
<formula>formula see original document page 9</formula>轉(zhuǎn)向齒輪比Np使用中間軸6的終端部的轉(zhuǎn)角0w和車輪轉(zhuǎn)角S通過式 (7)來表示。 [數(shù)7]
&=#戶 式(7>
式(7)示出了為使車輪IOF旋轉(zhuǎn)一周所需要的中間軸6的終端部的 轉(zhuǎn)速。
這里，通過式(1)和式(2)得到式(8)。式(8)中的"G, "G2"相當(dāng)于根據(jù)車輛規(guī)格等求出的傳遞函數(shù)。 [數(shù)8]
柳
《("式(8)
當(dāng)將式(7)代入到式(6)中時(shí)，可得到式(9)。式(9)中的 "G3"相當(dāng)于根據(jù)車輛規(guī)格等求出的傳遞函數(shù)。
對式(3)、式(4)、式(5)的一部分進(jìn)行整理，得到以下的式
(10)、式(11)、式(12)。 [數(shù)10]
(/^2十c^+j^)《(力-(^+c^)^(力-7;(j) 式(io)
+( 2/m w-《a^y - ; 式(ii)
10徵12]
+^ 2)《(力-尺 /^)=2^c 3(^ 式(12)
由式(12)可得到式(13)。式(13)中的"G4"相當(dāng)于根據(jù)車輛規(guī) 格等求出的傳遞函數(shù)。 [數(shù)13]
A;
整理式(10) 式(13)，得到式(14)。式(14)中的"G: "G6" 、 "G7" 、 "G8"相當(dāng)于根據(jù)車輛規(guī)格等求出的傳遞函數(shù)。 [數(shù)14]
_， O,)
1
0 G刺1《W
式(14)
整理式(14)，得到式(15)。 徵15]
<formula>formula see original document page 11</formula>式U5)
式(15)表示從轉(zhuǎn)向角6h和輔助轉(zhuǎn)矩Ta到方向盤1的轉(zhuǎn)矩Th的傳遞 函數(shù)以及到車輪轉(zhuǎn)角S的傳遞函數(shù)。另外，式(15)中的"G9"、 "Gu)" 、 "G " 、 "G12"相當(dāng)于根據(jù)車輛規(guī)格、車速求出的傳遞函數(shù)。 即，是將車輛規(guī)格、車速作為系數(shù)而具有的項(xiàng)。詳細(xì)地說，"G "相當(dāng)于 轉(zhuǎn)向角的傳遞函數(shù)，"G12"相當(dāng)于輔助轉(zhuǎn)矩的傳遞函數(shù)。
根據(jù)式(15)并使用轉(zhuǎn)向角的傳遞函數(shù)Gn和輔助轉(zhuǎn)矩的傳遞函數(shù) G12，如下式(16)那樣表示在輔助轉(zhuǎn)向時(shí)的轉(zhuǎn)向角eh、車輪轉(zhuǎn)角S、以 及輔助轉(zhuǎn)矩L之間成立的關(guān)系式。徵16]
- g,,(力《(j)+r。 (j)gi2 (j) 式(i6〉
這里，輔助轉(zhuǎn)矩Ta能夠通過使用輔助轉(zhuǎn)矩增益K而如式(17)那樣
表示。另外，式(17)示出了例如通過前饋控制(參照圖2)進(jìn)行轉(zhuǎn)向輔 助。
徵17]
7;("-/:(;0^00 式(17)
將式(17)代入到式(16)中并進(jìn)行整理，可得到式(18)。 [數(shù)18]
式(is)
《0)
式(18)相當(dāng)于從轉(zhuǎn)向角6h到車輪轉(zhuǎn)角S的傳遞函數(shù)。由此可知， 通過恰當(dāng)?shù)卦O(shè)定輔助轉(zhuǎn)矩增益K，能夠任意地實(shí)現(xiàn)車輪轉(zhuǎn)角5對轉(zhuǎn)向角9 h 的頻率響應(yīng)。
接著，考慮為轉(zhuǎn)向角0h至車輪轉(zhuǎn)角s的傳遞函數(shù)(s (s) / eh
(s))設(shè)定預(yù)定的頻率響應(yīng)GgaM。例如，頻率響應(yīng)Gg^?；邶X條行程的 響應(yīng)性能、干擾響應(yīng)性等而被設(shè)定。將這樣的頻率響應(yīng)Gg^o代入到式 (18)中，求解輔助轉(zhuǎn)矩增益K，由此得到式(19)。 徵19〗
式(19〉
式(19)中的"Gn"和"G12"如上述的式(16)等所示的那樣分別相當(dāng)于轉(zhuǎn)向角的傳遞函數(shù)和輔助轉(zhuǎn)矩的傳遞函數(shù)，根據(jù)車輛規(guī)格、車速
(由車速傳感器12測定)而求出。因此，如式(19)所示，恰當(dāng)?shù)卦O(shè)定 頻率響應(yīng)GgainC，并將該頻率響應(yīng)Gg^o和轉(zhuǎn)向角的傳遞函數(shù)Gn之差除以 輔助轉(zhuǎn)矩的傳遞函數(shù)G12，由此能夠求出輔助轉(zhuǎn)矩增益K。并且，通過將 該輔助轉(zhuǎn)矩增益K代入到式(17)中，能夠確定輔助轉(zhuǎn)矩Ta。由控制器 20 (詳細(xì)地說，輔助轉(zhuǎn)矩確定部21)執(zhí)行式(19)、式(17)等的運(yùn)算。
通過基于如上求出的輔助轉(zhuǎn)矩i;進(jìn)行轉(zhuǎn)向輔助，能夠高精度地控制車 輪轉(zhuǎn)角5對轉(zhuǎn)向角0h的響應(yīng)。
參照圖4A和圖4B來說明基于如上確定的輔助轉(zhuǎn)矩Ta進(jìn)行控制時(shí)的 車輪轉(zhuǎn)角對轉(zhuǎn)向角的響應(yīng)的一個(gè)例子。這里，以將頻率響應(yīng)GgainQ設(shè)定為 "Ggain()=l/Ns"時(shí)為例進(jìn)行說明。即示出了設(shè)定為"Ggain()=l/Ns"來求出 輔助轉(zhuǎn)矩增益K時(shí)的傳遞函數(shù)"S (s) / eh (s) XNS"的響應(yīng)。"Ns" 是轉(zhuǎn)向齒輪比，這里，為了容易理解轉(zhuǎn)向角6h與車輪轉(zhuǎn)角S的關(guān)系，對 傳遞函數(shù)"S (s) /eh (s)"乘以轉(zhuǎn)向齒輪比Ns。
具體地說，圖4A示出了相位(相當(dāng)于車輪轉(zhuǎn)角S相對于轉(zhuǎn)向角9h的 相位)，圖4B示出了增益(相當(dāng)于"車輪轉(zhuǎn)角s/轉(zhuǎn)向角eh")。另外， 在圖4A、圖4B中，橫軸表示頻率，以實(shí)線表示進(jìn)行了本實(shí)施方式的控制 時(shí)的曲線，以虛線表示沒有進(jìn)行本實(shí)施方式的控制時(shí)的曲線。由此可知， 當(dāng)進(jìn)行了本實(shí)施方式的控制時(shí)，車輪轉(zhuǎn)角S對轉(zhuǎn)向角e h的響應(yīng)實(shí)現(xiàn)了目 標(biāo)特性，而不受轉(zhuǎn)向頻率的影響。
接著，對上述的頻率響應(yīng)Gga^的設(shè)定方法進(jìn)行具體說明。在本實(shí)施 方式中，考慮齒條小齒輪部7中的齒條行程的響應(yīng)性能和干擾響應(yīng)性等來 設(shè)定頻率響應(yīng)Ggain()。具體地說，將轉(zhuǎn)向頻率范圍分為第一轉(zhuǎn)向頻率范圍 和第二轉(zhuǎn)向頻率范圍，在各個(gè)轉(zhuǎn)向頻率范圍，設(shè)定頻率響應(yīng)Ggain()，以使 得轉(zhuǎn)向角至齒條行程的傳遞函數(shù)的增益、轉(zhuǎn)向角和齒條行程之間的相位滿 足預(yù)定條件。
第一轉(zhuǎn)向頻率范圍是超過預(yù)定頻率的頻率范圍，第二轉(zhuǎn)向頻率范圍是 不超過預(yù)定頻率的頻率范圍。具體地說，由相當(dāng)于來自齒條行程的輸入(換言之，干擾輸入)的頻率范圍規(guī)定第一轉(zhuǎn)向頻率范圍，由相當(dāng)于轉(zhuǎn)向 角輸入的頻率范圍規(guī)定第二轉(zhuǎn)向頻率范圍。例如，第一轉(zhuǎn)向頻率范圍是
10 20Hz左右的頻率范圍，第二轉(zhuǎn)向頻率范圍是高至5Hz的頻率范圍。
當(dāng)如上規(guī)定了第一和第二轉(zhuǎn)向頻率范圍時(shí)，頻率響應(yīng)Ggaino在第一轉(zhuǎn)
向頻率范圍被設(shè)定成使齒條行程至轉(zhuǎn)向角的傳遞函數(shù)的增益變小。換言
之，設(shè)定頻率響應(yīng)Ggain。以使轉(zhuǎn)向角至齒條行程的傳遞函數(shù)的增益變大。 通過基于這樣的頻率響應(yīng)Gg^o來進(jìn)行轉(zhuǎn)向輔助，能夠抑制由干擾引起的 振動(dòng)。另外，頻率響應(yīng)Gg^o在第二轉(zhuǎn)向頻率范圍被設(shè)定成轉(zhuǎn)向角至齒條 小齒輪的傳遞函數(shù)的增益變化大致為0，并且轉(zhuǎn)向角和齒條行程之間的相 位延遲大致為O。通過基于如上設(shè)定的頻率響應(yīng)Gg^。來進(jìn)行轉(zhuǎn)向輔助，能 夠更高精度地控制車輪轉(zhuǎn)角對轉(zhuǎn)向角的響應(yīng)。以下，將在第一轉(zhuǎn)向頻率范 圍和第二轉(zhuǎn)向頻率范圍中轉(zhuǎn)向角至齒條行程的傳遞函數(shù)的增益以及轉(zhuǎn)向角 和齒條行程之間的相位應(yīng)滿足的條件分別稱為"第一條件"和"第二條 件"。
圖5示出了對于轉(zhuǎn)向的時(shí)間軸響應(yīng)的一個(gè)例子。具體地說，在圖5 中，橫軸表示時(shí)間，縱軸表示橫擺率。另外，細(xì)線表示原來的數(shù)據(jù)，粗線 表示通過1.5Hz的低通濾波器處理后的數(shù)據(jù)。如圖5中的虛線區(qū)域所示可 知，當(dāng)人進(jìn)行轉(zhuǎn)向時(shí)(例如當(dāng)進(jìn)行用于變換車道的轉(zhuǎn)向時(shí))，轉(zhuǎn)向角中將 包含有高至5Hz的成分。從而在本實(shí)施方式中，如上述那樣將高至5Hz的 頻率范圍設(shè)定為相當(dāng)于轉(zhuǎn)向角輸入的第二轉(zhuǎn)向頻率范圍。
接著，對頻率響應(yīng)Ggaino的具體例子進(jìn)行說明。這里，考慮將頻率響 應(yīng)Ggainc設(shè)定為二階時(shí)滯系統(tǒng)以使得上述每個(gè)轉(zhuǎn)向頻率范圍的增益、相位
的條件被滿足的情況。具體地說，頻率響應(yīng)Gg^。由下式(20)表示。 [數(shù)20]
G-,o(力-^^2——T式(加)
另外，相對于某一角頻率co，增益g和相位0分別由式(21)和式 (22)表示。<formula>formula see original document page 15</formula>接著，求出式(21)和式(22)中的；、"n，以使得上述的第一條件 和第二條件被滿足。即，在第一轉(zhuǎn)向頻率范圍和第二轉(zhuǎn)向頻率范圍的各個(gè) 范圍內(nèi)，使用式(21)和式(22)來求出4、 "n，以使得第一條件和第二 條件被滿足。
在第一轉(zhuǎn)向頻率范圍(10Hz 20Hz的頻率范圍)，使用第一條件。 具體地說，在第一轉(zhuǎn)向頻率范圍，以使從齒條行程到轉(zhuǎn)向角的傳遞函數(shù)的 增益變小的方式設(shè)定了第一條件。換言之，在第一轉(zhuǎn)向頻率范圍，提高從 轉(zhuǎn)向角到齒條行程的傳遞函數(shù)的增益g。這樣的第一條件由式(23)表
不o
徵23]
-<formula>formula see original document page 15</formula>在第二轉(zhuǎn)向頻率范圍(高至5Hz的頻率范圍)，使用第二條件。具體 地說，在第二轉(zhuǎn)向頻率范圍，以使得從轉(zhuǎn)向角到齒條行程的傳遞函數(shù)的增 益g大致為0、并且轉(zhuǎn)向角和齒條行程之間的相位0 (相位延遲)大致為 0的方式設(shè)定第二條件。這樣的第二條件由式(24)表示。
徵24]
<formula>formula see original document page 15</formula>求出滿足如上式(23)和式(24)所示的條件的S、 con，并將求出的 4、 "n代入到式(20)中，由此設(shè)定頻率響應(yīng)Ggain。。上述的控制器20通 過將該頻率響應(yīng)Gg^o代入到式(19)中求出輔助轉(zhuǎn)矩增益K，基于該輔 助轉(zhuǎn)矩增益K來確定輔助轉(zhuǎn)矩T;，并基于此進(jìn)行轉(zhuǎn)向輔助。由此，能夠更 高精度地控制車輪轉(zhuǎn)角對轉(zhuǎn)向角的響應(yīng)。
接著，圖6A和圖6B示出了通過逐次搜索來求出滿足上式(23)和式
(24)的；、"n并使用其中一個(gè)進(jìn)行運(yùn)算時(shí)的從轉(zhuǎn)向角到齒條行程的傳
遞函數(shù)的例子。圖6A示出了從轉(zhuǎn)向角到齒條行程的傳遞函數(shù)的增益g， 圖6B示出了轉(zhuǎn)向角和齒條行程之間的相位0。另外，在圖6A和圖6B 中，橫軸均表示頻率。圖6A和圖6B示出了設(shè)為"C =0.02" 、 ""n = 65"時(shí)的曲線。
由圖6A可知，在以虛線區(qū)域A1表示的第一轉(zhuǎn)向頻率范圍，從轉(zhuǎn)向角 到齒條行程的傳遞函數(shù)的增益g上升。另外，由圖6A可知，在以虛線區(qū) 域A2表示的第二轉(zhuǎn)向頻率范圍，從轉(zhuǎn)向角到齒條行程的傳遞函數(shù)的增益 g大致為O。另外，由圖6B可知，在第二轉(zhuǎn)向頻率范圍，轉(zhuǎn)向角和齒條行 程之間的相位0 (相位延遲)大致為O。
如上所述，在本實(shí)施方式中，在第一轉(zhuǎn)向頻率范圍和第二轉(zhuǎn)向頻率范 圍的各個(gè)范圍，對從轉(zhuǎn)向角到齒條行程的傳遞函數(shù)的增益g以及轉(zhuǎn)向角和 齒條行程之間的相位0設(shè)定條件，并設(shè)定頻率響應(yīng)GgainQ以使該條件被滿 足?；谌绱嗽O(shè)定的頻率響應(yīng)Gg^o求出輔助轉(zhuǎn)矩Ta并進(jìn)行轉(zhuǎn)向輔助，由 此能夠恰當(dāng)?shù)乜刂讫X條行程對轉(zhuǎn)向角的響應(yīng)。更具體地說，在第一轉(zhuǎn)向頻
率范圍，設(shè)定頻率響應(yīng)GgaM)以使從齒條行程到轉(zhuǎn)向角的傳遞函數(shù)的增益
變小，因此通過基于這樣的頻率響應(yīng)Gg^o進(jìn)行轉(zhuǎn)向輔助，能夠恰當(dāng)?shù)匾?制由干擾引起的振動(dòng)，能夠提高轉(zhuǎn)向操作感。 [變形例]
圖1和圖3A、圖3B示出了柱式EPS，但不管EPS的形式如何均能夠 應(yīng)用本發(fā)明。例如，除了柱式EPS以外，本發(fā)明也可以應(yīng)用于齒條同軸式 EPS等。另外，本發(fā)明還可以應(yīng)用于電動(dòng)轉(zhuǎn)向式轉(zhuǎn)向裝置。
另外，上面示出了通過前饋控制來進(jìn)行轉(zhuǎn)向輔助的例子(參照圖2)，但代替上述前饋控制，也可以通過反饋控制來進(jìn)行轉(zhuǎn)向輔助。圖7 是示出變形例中的控制模塊的概要圖。
在此情況下，車輪轉(zhuǎn)角目標(biāo)值計(jì)算部25獲取轉(zhuǎn)向角eh，并計(jì)算車輪 轉(zhuǎn)角目標(biāo)值Sa。具體地說，車輪轉(zhuǎn)角目標(biāo)值計(jì)算部25計(jì)算出車輪轉(zhuǎn)角目 標(biāo)值S a,以使得從轉(zhuǎn)向角到齒條行程的傳遞函數(shù)的增益g以及轉(zhuǎn)向角和齒 條行程之間的相位0滿足第一條件和第二條件(參照式(23)、式(24) 等)。車輛(也包括方向盤1等)獲得基于由輔助轉(zhuǎn)矩確定部26確定的 輔助轉(zhuǎn)矩Ta的轉(zhuǎn)向輔助，由此車輪10F以車輪轉(zhuǎn)角Sb被轉(zhuǎn)向。輔助轉(zhuǎn)矩 確定部26基于由車輪轉(zhuǎn)角目標(biāo)值計(jì)算部25算出的車輪轉(zhuǎn)角目標(biāo)值Sa與車 輛100的車輪轉(zhuǎn)角5b之差來確定輔助轉(zhuǎn)矩Ta。并且，輔助轉(zhuǎn)矩確定部26 基于所確定的輔助轉(zhuǎn)矩Ta來進(jìn)行轉(zhuǎn)向輔助。車輛100的車輪轉(zhuǎn)角Sb既可 以使用由傳感器測出的實(shí)測值(真值)，也可以使用估計(jì)值。另外，車輪 轉(zhuǎn)角目標(biāo)值計(jì)算部25和輔助轉(zhuǎn)矩確定部26所進(jìn)行的處理由上述的控制器 20執(zhí)行。
如上所述，在變形例中，通過反饋控制進(jìn)行轉(zhuǎn)向輔助。由此也能夠高 精度地控制車輪轉(zhuǎn)角對轉(zhuǎn)向角的響應(yīng)。
另外，在另一例子中，也可以基于如上求出的車輪轉(zhuǎn)角目標(biāo)值Sa來 確定輔助轉(zhuǎn)矩Ta，并基于這樣的輔助轉(zhuǎn)矩L通過前饋控制來進(jìn)行轉(zhuǎn)向輔 助。
另外，本發(fā)明不限于應(yīng)用到基于轉(zhuǎn)向角施加輔助轉(zhuǎn)矩的類型的轉(zhuǎn)向裝 置，也可以應(yīng)用于基于轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩提供輔助轉(zhuǎn)矩的類型的轉(zhuǎn)向裝置。在此情 況下，通過向基于轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩確定的基本輔助轉(zhuǎn)矩附加基于車輪轉(zhuǎn)角對轉(zhuǎn)向 角的頻率響應(yīng)的修正量，來確定輔助轉(zhuǎn)矩。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性
本發(fā)明能夠利用于具有動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置的車輛， 動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置被構(gòu)成 為可基于駕駛員施加的轉(zhuǎn)向來施加輔助轉(zhuǎn)矩。
權(quán)利要求
1.一種轉(zhuǎn)向控制裝置，進(jìn)行基于由駕駛員執(zhí)行的轉(zhuǎn)向操作來施加輔助轉(zhuǎn)矩的控制，其特征在于，包括輔助轉(zhuǎn)矩確定單元，所述輔助轉(zhuǎn)矩確定單元將從輸入的轉(zhuǎn)向角到車輪轉(zhuǎn)角的傳遞函數(shù)設(shè)定為預(yù)定的頻率響應(yīng)，并基于所述頻率響應(yīng)、在所述轉(zhuǎn)向角和所述車輪轉(zhuǎn)角以及所述輔助轉(zhuǎn)矩之間成立的關(guān)系式中的轉(zhuǎn)向角的傳遞函數(shù)、以及所述關(guān)系式中的輔助轉(zhuǎn)矩的傳遞函數(shù)來確定與轉(zhuǎn)向量相應(yīng)的輔助轉(zhuǎn)矩。
2. 如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)向控制裝置，其中，所述輔助轉(zhuǎn)矩確定單元求出將所述頻率響應(yīng)與所述轉(zhuǎn)向角的傳遞函數(shù) 之差除以所述輔助轉(zhuǎn)矩的傳遞函數(shù)而得的值來作為輔助轉(zhuǎn)矩增益，并基于 該輔助轉(zhuǎn)矩增益來確定所述輔助轉(zhuǎn)矩。
3. 如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)向控制裝置，其中，基于車輛規(guī)格和車速來確定所述轉(zhuǎn)向角的傳遞函數(shù)和所述輔助轉(zhuǎn)矩的 傳遞函數(shù)。
4. 如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)向控制裝置，其中，所述頻率響應(yīng)被設(shè)定為使得超過預(yù)定頻率的第一轉(zhuǎn)向頻率范圍內(nèi)的從齒條行程到所述轉(zhuǎn)向角的傳遞函數(shù)的增益小于不超過所述預(yù)定頻率的第二 轉(zhuǎn)向頻率范圍內(nèi)的從齒條行程到所述轉(zhuǎn)向角的傳遞函數(shù)的增益。
5. 如權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)向控制裝置，其中，在所述第二轉(zhuǎn)向頻率范圍內(nèi)，所述頻率響應(yīng)被設(shè)定為使得從所述轉(zhuǎn)向 角到所述齒條行程的傳遞函數(shù)的增益變化大致為0，并且所述轉(zhuǎn)向角和所 述齒條行程之間的相位延遲大致為0。
6. 如權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)向控制裝置，其中，所述第一轉(zhuǎn)向頻率范圍由與來自所述齒條行程的輸入相當(dāng)?shù)念l率范圍 規(guī)定，所述第二轉(zhuǎn)向頻率范圍由與轉(zhuǎn)向角輸入相當(dāng)?shù)念l率范圍規(guī)定。
全文摘要
轉(zhuǎn)向控制裝置進(jìn)行基于由駕駛員執(zhí)行的轉(zhuǎn)向操作來施加輔助轉(zhuǎn)矩的控制。具體地說，轉(zhuǎn)向控制裝置將從輸入的轉(zhuǎn)向角到車輪轉(zhuǎn)角的傳遞函數(shù)設(shè)定為預(yù)定的頻率響應(yīng)。并且，基于所述頻率響應(yīng)、在轉(zhuǎn)向角和車輪轉(zhuǎn)角以及輔助轉(zhuǎn)矩之間成立的關(guān)系式中的轉(zhuǎn)向角的傳遞函數(shù)、以及所述關(guān)系式中的輔助轉(zhuǎn)矩的傳遞函數(shù)來確定與轉(zhuǎn)向量相應(yīng)的輔助轉(zhuǎn)矩。通過基于這樣確定的輔助轉(zhuǎn)矩來進(jìn)行轉(zhuǎn)向輔助，能夠高精度地控制車輪轉(zhuǎn)角對轉(zhuǎn)向角的響應(yīng)。
文檔編號B62D113/00GK101678856SQ200880019590
公開日2010年3月24日 申請日期2008年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月12日
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