專利名稱：轉(zhuǎn)向控制裝置與方法
轉(zhuǎn)向控制裝置與方法本申請是2005年12月1日提交、發(fā)明名稱為“轉(zhuǎn)向控制裝置與方法”、申請?zhí)枮?200580000897. 7的發(fā)明專利申請的分案申請。
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?zhí)朒ei 10[1998]_217988中描述的傳統(tǒng)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 中，計算與檢測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，或當(dāng)方向盤回正(turn back)時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，將會突然地產(chǎn)生瞬時轉(zhuǎn)向力，該產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向力可能會妨礙方向盤的回正，這 是我們所不希望的。在日本Kokai專利申請?zhí)朒eil0[1998]_217988所述的車輛轉(zhuǎn)向裝置中，特別地， 在轉(zhuǎn)向力計算單元中，根據(jù)轉(zhuǎn)向力傳感器檢測到的結(jié)果，計算施加于轉(zhuǎn)向柱(轉(zhuǎn)向軸)的轉(zhuǎn) 向力(T)。同時，計算在所施加轉(zhuǎn)向力(T)方向上用以使轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動的控制量(aT)(相當(dāng)于 轉(zhuǎn)向力傳動比系數(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)彎時要求方向盤能夠迅速回正時， 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而會 妨礙對方向盤的快速操作，這是我們所不希望的(參見圖7)。若未應(yīng)用本發(fā)明的實施例，則 會發(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 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算所述 轉(zhuǎn)向力控制信號；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)時將所述增益設(shè)為較高值。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算所述轉(zhuǎn)向力控制信號；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)號表示相同的部分，其中圖1為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的車輛轉(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)明第一實施例的車輛轉(zhuǎn)向裝置的電纜柱(cablecolumn)的詳細(xì) 剖視圖。圖2C為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的車輛轉(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d θ/dt對應(yīng)的變量Ll的曲線圖。圖6為與車輛速度(V)對應(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)向角對應(yīng)的轉(zhuǎn)向力的曲線圖。圖8為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的在方向盤的轉(zhuǎn)向和回正操作中與轉(zhuǎn)向角對應(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10為示出用于設(shè)定(Gy)的曲線圖。圖11為根據(jù)本發(fā)明第二實施例的在方向盤的轉(zhuǎn)向和回正操作中與轉(zhuǎn)向角對應(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Ψ和轉(zhuǎn)向角對應(yīng)的轉(zhuǎn)動極限判斷的曲線圖。
具體實施例方式圖1為示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的車輛轉(zhuǎn)向裝置的總體系統(tǒng)圖。圖2Α 2C分 別為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的車輛轉(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和反作用力電動機(jī)5。轉(zhuǎn)向角傳感器1是用于檢測方向盤6的角度位置的裝置。該轉(zhuǎn)向角傳感器1設(shè)于 連接電纜柱7與方向盤6的柱軸8a上。即，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 測轉(zhuǎn)向角。在轉(zhuǎn)向角傳感器1中采用絕對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和反作用力電動機(jī)5之間。該 雙系統(tǒng)由兩個轉(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)生相對位移，引起線圈電感變化，轉(zhuǎn)矩傳感器根據(jù)電感檢測出扭矩，從而輸出信號。
反作用力電動機(jī)5是用于向方向盤6施加反作用力的反作用力致動器。反作用力 電動機(jī)5由單轉(zhuǎn)子/單定子型電動機(jī)構(gòu)成，柱軸8a作為其旋轉(zhuǎn)軸。該電動機(jī)的外殼固定于 車體上的適當(dāng)位置處。另外，采用無刷電動機(jī)作為反作用力電動機(jī)5，并具有與無刷電動機(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)動用 于產(chǎn)生電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的電動機(jī)，但輸出轉(zhuǎn)矩可能有小幅波動，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的軸上以控制電動機(jī)。結(jié)果，可 以降低轉(zhuǎn)矩的小幅波動，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，離合器9產(chǎn)生磁通量Φ。此時，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)動時，方向盤6的轉(zhuǎn)動力由離合器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。當(dāng)電纜柱7的帶輪轉(zhuǎn)動時，電纜柱7的帶輪的轉(zhuǎn)動力由離 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，磁通量Φ消失，電樞由于板簧 的回復(fù)力而與轉(zhuǎn)子分離。即，因為通過改變電磁線圈所產(chǎn)生的磁通量Φ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2Β為示出電纜柱單元 的詳圖。在電纜柱7的結(jié)構(gòu)中，其端部固定在卷軸22上的兩根內(nèi)部電纜沿互相相反的方向 纏繞在這兩個卷軸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卷 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)向電動機(jī)14、轉(zhuǎn)向單 元(轉(zhuǎn)向車輪轉(zhuǎn)向單元)15和兩個轉(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?？梢允褂糜糜跈z測軸的旋轉(zhuǎn)速度的絕對型解 析裝置或類似裝置作為轉(zhuǎn)向角傳感器11。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)電感變化而檢測出轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)向角傳感器11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側(cè)。結(jié)果，當(dāng)轉(zhuǎn)向角傳感器11檢測轉(zhuǎn)向角時，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)向電動機(jī)14具有這樣的結(jié)構(gòu)即，與蝸輪嚙合的小齒輪設(shè)置于電動機(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，在電動機(jī) 轉(zhuǎn)動時將轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩施加于小齒輪軸17上。轉(zhuǎn)向電動機(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)向電動機(jī)14為無刷電動機(jī)，其構(gòu)成第一和第二轉(zhuǎn)向電動機(jī)14。相似地，與反作 用力電動機(jī)5—樣，由于轉(zhuǎn)向電動機(jī)14是無刷電動機(jī)，所以需使用編碼器10和霍爾IC(圖 中未示出)。轉(zhuǎn)向單元15具有這樣的結(jié)構(gòu)即，左右轉(zhuǎn)向車輪16和16'隨小齒輪軸17的轉(zhuǎn) 動而轉(zhuǎn)動。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'?？刂破骶哂羞@樣的雙系統(tǒng)設(shè)計即，該雙系統(tǒng)包括兩個電源18、18'，以及執(zhí)行處 理與算術(shù)運(yùn)算的兩個控制器19、19'?？刂破?9、19'接收來自以下部件檢測到的信號反作用力裝置的轉(zhuǎn)向角傳感器 1、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10、轉(zhuǎn)向角傳感器11、轉(zhuǎn)矩傳感 器12、霍爾IC和車輛速度傳感器21 (車速檢測裝置)。
根據(jù)各傳感器的檢測值，控制器19設(shè)定反作用力電動機(jī)5與轉(zhuǎn)向電動機(jī)14的控 制量，控制并驅(qū)動各電動機(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)定反作用力電動機(jī)5的控制量(Th)，以便計算反作 用力電動機(jī)的控制量。Th = KpX θ +GfXF …(1)此處，(Kp)代表轉(zhuǎn)向角反饋增益，θ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)第一項是根據(jù)轉(zhuǎn)向角θ設(shè)定的轉(zhuǎn)向反作用力的控制 量，公式右側(cè)第二項是根據(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 這樣即，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，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) = (Low) · · ·方向盤回正操作時Gf(High) = (High)...方向盤轉(zhuǎn)向操作時其中(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d θ/dt和轉(zhuǎn)向角加速度d2 θ/dt2設(shè) 定控制值。此時，反作用力電動機(jī)5的控制量(Th)根據(jù)下式2確定Th = KpX θ +KdXd θ /dt+KddXd2 θ /dt2+Gf XF ... (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。將在下面對各步驟進(jìn)行詳述。在步驟Sl中，讀取轉(zhuǎn)向角傳感器1的信號，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，計算轉(zhuǎn)向角與轉(zhuǎn)向角速度(相當(dāng)于 轉(zhuǎn)向角速度檢測裝置)，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N0，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)所對應(yīng)的控制量。當(dāng)有必要快速回正方向盤時，為確 保第一實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d θ /dt增加時，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綠f(Low) = (Low)XLl · · ·方向盤回正操作時Gf(High) = (High) ...方向盤轉(zhuǎn)向操作時此處，(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 速行駛時轉(zhuǎn)向角速度d θ/dt發(fā)生頻率高的范圍內(nèi)具有最大值1，并且該數(shù)值Ll隨著轉(zhuǎn)向角 速度d θ /dt的增大而減小。當(dāng)轉(zhuǎn)向角速度d θ /dt達(dá)到緊急避讓操作區(qū)域時，數(shù)值Ll達(dá)到 M^it,艮口 Llmin。下面將討論設(shè)定與車輛速度對應(yīng)的控制量。在第一實施例中，因為當(dāng)車輛速度(V) 下降時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，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綠f(Low) = (Low) XLlXL2 ...方向盤回正操作時Gf(High) = (High)...方向盤轉(zhuǎn)向操作時此處，(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，將L2的值設(shè)定為1。在轉(zhuǎn)向反作用力計算單元中，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 軸電動機(jī)控制電路中，根據(jù)這些計算結(jié)果，利用下式(3)計算出轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)動控制量(Mm)， 并且將與轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)動控制量Mm對應(yīng)的反作用力控制信號輸出至轉(zhuǎn)向軸電動機(jī)中。Mm = GmX (aT_F) …(3)此處，(Gm)表示輸出信號的增益的增益系數(shù)。在第一實施例的轉(zhuǎn)向裝置中，由于方向盤回正操作時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。另夕卜，當(dāng)轉(zhuǎn)向角速度d θ /dt值較高時，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，路面反作用力反饋增益(Gf)變小。因此，可同 時實現(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 對方向盤6施加與路面反作用力F對應(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回正時比方向盤6最初轉(zhuǎn)向時 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d θ/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 二實施例的結(jié)構(gòu)與圖1與圖2所示的第一實施例相同，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，計算橫擺率 作為車輛狀態(tài)量(相當(dāng)于車輛狀態(tài)量檢測裝置)。同時，也計算相當(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Ψ設(shè)定并相加 以得到控制量。因此，反作用力電動機(jī)5的控制量(Th)可由下式⑷表示。Th = KpX θ +KdXd θ /dt+KddXd2 θ /dt2+KyX Ψ+GfXF ... (4)下面將討論計算橫擺率的方法。橫擺率Ψ可以借助于轉(zhuǎn)向角θ和車輛速度(V) 以及車輛運(yùn)動的數(shù)學(xué)運(yùn)算，使用下式5而得到。ψ = {GX con2XTr(s+l/Tr) X θ }/(s2+2 ξ cons+ω2) ... (5)G = {1/(1+AXV2)} X (V/L)
Tr = (2Lr X Kr)/(mXLfXV)A = - (m/2L2) X {(LfX Kf-Lr X Kr) X (kf X Kr)}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Ψ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(Ψ)之間的關(guān)系成立。Yg = ψ XV ... (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 時，下式7的關(guān)系成立。F ~ Yg ... (7)
于是，可得到如下關(guān)系F oc ψ XV . . . (7)‘從如圖9中所示的曲線圖中讀取與Ψ X (V)對應(yīng)的(Tf)的High'值與Low'值， 方向盤回正操作時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，也可采用Gy = AGf,其中，在高速區(qū)域中A= 1，速 度下降時(A)取較小的值。另外，如上所述，(YD)也可以為YD = TfXHigh' -TfXLow' XL1XL2 . . . (8)‘圖11所示為本發(fā)明第二實施例(實線)與第一實施例(虛線)的方向盤回正操作 進(jìn)行比較的示意圖。與第一實施例不同，由于在第二實施例中將相當(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， 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)向力變得太小。以下將對第二實施例的車輛轉(zhuǎn)向裝置的效果進(jìn)行說明。除第一實施例中所說明的 效果之外，第二實施例還獲得如下效果即，由于本發(fā)明第二實施例的車輛轉(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Ψ對相當(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Ψ 對應(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，同時也可以防止轉(zhuǎn)向力 變得太小。第三實施例為這樣的實例即，當(dāng)車輛處于轉(zhuǎn)動極限區(qū)域時對路面反作用力反饋 量進(jìn)行校正的實例。在這種情況下，轉(zhuǎn)動極限或轉(zhuǎn)動極限區(qū)域是指輪胎發(fā)生橫向滑動的狀 態(tài)。此外，由于第三實施例的結(jié)構(gòu)與圖1所示第一實施例相同，所以此處將不再進(jìn)行詳述。以下將對第三實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的信號與來自車輛速度傳感器21的信 號，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Ψ等信號，參照圖13所示的曲線圖判斷車輛是否處于轉(zhuǎn)動極限區(qū)域(相當(dāng)于 轉(zhuǎn)動極限判斷裝置)。若判斷結(jié)果為YES，則轉(zhuǎn)入步驟S13，若判斷結(jié)果為Ν0，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。此處將對第三實施例的回正操作加以討論。當(dāng)車輛處于轉(zhuǎn)動極限區(qū)域時，駕駛員 通過校正轉(zhuǎn)向從而校正車輛行駛狀況。此時，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)明第三實施例中，當(dāng)車輛處于轉(zhuǎn)動極限區(qū)域時，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。在第三實施例中，除第一實施例中所討論的效果之外，所述車輛轉(zhuǎn)向裝置還獲得 以下附加效果即，所述車輛轉(zhuǎn)向裝置具有轉(zhuǎn)動極限區(qū)域判斷裝置，該轉(zhuǎn)動極限區(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Ψ判斷車輛是否處于轉(zhuǎn)動極限區(qū) 域。當(dāng)判斷車輛處于轉(zhuǎn)動極限區(qū)域時，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。雖然已對上述實施例進(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)明第一實施例中，橫擺率 是利用式1進(jìn)行計算的。但是也可利用來自 橫擺率傳感器的檢測值進(jìn)行計算。此外，控制 器可以包括分布于多個處理器之中的控制功能。本申請基于2004年12月2日提交的日本專利申請No. 2004-350371，該申請的全 部內(nèi)容在此以引用的方式并入本文。
權(quán)利要求
一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算所述轉(zhuǎn)向力控制信號；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)時將所述增益設(shè)為較高值。
2.一種用于控制車輛轉(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算所述轉(zhuǎn)向力控制信號； 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)時將所述增益設(shè)為較高值。
3.如權(quán)利要求2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將所述增益設(shè)為較低值。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，還包括 確定車輛速度；以及當(dāng)車輛速度較低時將所述增益設(shè)為較低值。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，還包括 計算車輛狀態(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)向力控制信號中。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，還包括 判斷車輛是否處于轉(zhuǎn)動極限；以及當(dāng)車輛處于轉(zhuǎn)動極限時將所述增益設(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算所述轉(zhuǎn)向力控制信號；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)時將所述增益設(shè)為較高值。
文檔編號B62D119/00GK101863285SQ201010130578
公開日2010年10月20日 申請日期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 申請人:日產(chǎn)自動車株式會社