專利名稱：轉向系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種轉向系統(tǒng)，該轉向系統(tǒng)包括能夠改變轉向角與轉角之間的傳動比的可變傳動比機構。
背景技術：
這種技術例如在日本專利申請公開No. 11-301507 (JP-A-11-301507)中進行了描述。JP-A-11-301507描述了一種車輛轉向限制設備。該車輛轉向限制設備包括基于轉向角和轉角限制可變傳動比機構的操作的限制機構。另外，該可變傳動比機構例如包括諸如行星齒輪機構的減速機構和聯(lián)接至減速機構的齒輪的馬達，并且該可變傳動比機構控制供給到馬達的電流的大小以控制傳動比。這里，能夠想到執(zhí)行反饋(FB)控制以便提高對可變傳動比機構的控制精確度。然而，當執(zhí)行諸如I操作的貢獻率相對較大的PID控制的反饋控制時，在限制機構的操作期間冗余電流被供給到馬達，而存在難以有效地控制可變傳動比機構的可能性。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供了一種能夠有效地控制可變傳動比機構的轉向系統(tǒng)。本發(fā)明的一方面提供了一種轉向系統(tǒng)。所述轉向系統(tǒng)被配置用于車輛并且具有改變轉向角與轉角之間的傳動比的可變傳動比機構。所述轉向系統(tǒng)包括限制機構，所述限制機構改變所述可變傳動比機構的所述傳動比；以及控制裝置，所述控制裝置對所述可變傳動比機構執(zhí)行反饋控制。當所述控制裝置在所述限制機構被操作時執(zhí)行反饋控制時，與當所述限制機構不被操作時I操作在所述反饋控制中的貢獻率相比，所述控制裝置減小I操作在所述反饋控制中的貢獻率。轉向系統(tǒng)包括可變傳動比機構、限制機構以及控制裝置?？勺儌鲃颖葯C構改變轉向角與轉角之間的傳動比。限制機構抑制可變傳動比機構的傳動比的變化。控制裝置對可變傳動比機構執(zhí)行反饋控制。當控制裝置在限制機構被操作時執(zhí)行反饋控制時，與當限制機構不被操作時I操作在反饋控制中的貢獻率相比，控制裝置減小I操作在反饋控制中的貢獻率。這樣，可以在限制機構被操作時有效地控制可變傳動比機構。所述可變傳動比機構可包括改變所述傳動比的馬達，并且所述控制裝置可控制供給到所述馬達的電流的大小以控制所述可變傳動比機構。通過上述結構，可以在限制機構被操作時抑制冗余電流流過馬達，并且可以有效地控制可變傳動比機構。所述控制裝置可在所述限制機構被操作時將所述反饋控制設定為PD控制。這樣， 當限制機構被操作時不執(zhí)行I操作，因此可以有效地控制可變傳動比機構。所述控制裝置可在所述限制機構不被操作時將所述反饋控制設定為PID控制。這樣，可以在限制機構不被操作時改進對可變傳動比機構的控制精確度。所述控制裝置可在其通過所述可變傳動比機構的操作檢驗所述限制機構是否被操作時將所述反饋控制設定為PD控制。這樣，當控制裝置檢驗限制機構是否被操作時，能夠有效地控制可變傳動比機構。所述可變傳動比機構可通過所述轉向角與所述轉角之間的相對移位來改變所述傳動比，并且所述限制機構可限制所述可變傳動比機構中的所述相對移位的量以改變所述傳動比。


下面將參照附圖描述本發(fā)明的特征、優(yōu)點、以及技術和工業(yè)重要性，在附圖中相同的附圖標記表示相同的元件，并且在附圖中圖1是根據(jù)實施方式的轉向系統(tǒng)所應用的轉向控制系統(tǒng)的示意性結構圖；圖2A和圖2B是可變傳動比機構的結構圖；圖3是示出對鎖定機構所進行的釋放控制的流程圖；以及圖4是示出對鎖定機構所進行的鎖定控制的流程圖。
具體實施例方式下文將參照附圖描述本發(fā)明的實施方式。系統(tǒng)結構首先，將描述根據(jù)本實施方式的轉向系統(tǒng)所應用的系統(tǒng)(下文稱為“轉向控制系統(tǒng)”)100的總體結構。圖1為示出該轉向控制系統(tǒng)100的結構的示意圖。轉向控制系統(tǒng)100主要包括方向盤1、轉向軸2、轉向角傳感器3、轉角傳感器4、小齒輪5、轉向齒條6、拉桿IOR和10L、節(jié)臂IlR和11L、車輪12R和12L、車速傳感器15以及控制器30。應當指出，在下面的描述中，當拉桿IOR和10L、節(jié)臂IlR和IlL以及車輪12R 和12L不互相區(qū)分時，它們的附圖標記所帶的后綴“R”和“L”被省略。 轉向控制系統(tǒng)100是配備用于車輛并且響應于方向盤1的操作等實施用于使車輪 12(轉向輪)轉向的控制的系統(tǒng)。方向盤1由駕駛員操作，以便例如使車輛轉彎。方向盤1經由轉向軸2連接至小齒輪5。轉向軸2主要設置有轉向角傳感器3和轉角傳感器4。小齒輪5構造成能夠隨著轉向軸2的旋轉而旋轉。轉向齒條6構造成能夠隨著小齒輪5的旋轉而移動。節(jié)臂11經由相應的拉桿10聯(lián)接至轉向齒條6，并且車輪12分別聯(lián)接至節(jié)臂11。在這種情況下，拉桿10和節(jié)臂11由齒條操作，從而使聯(lián)接至節(jié)臂11的車輪轉向。設置在轉向控制系統(tǒng)100中的各個傳感器功能如下。轉向角傳感器3檢測與駕駛員對方向盤1的操作相對應的轉向角，并將與檢測到的轉向角相對應的檢測信號S3供給到控制器30。轉角傳感器4檢測車輪12的轉角，并將與檢測到的轉角相對應的檢測信號S4 供給到控制器30。車速傳感器15檢測車速(例如，檢測輪速)，并將與檢測到的車速相對應的檢測信號S15供給到控制器30?？勺儌鲃颖葯C構19能夠增大(或減小)轉向軸2的輸入至小齒輪5的旋轉速度。 也就是說，可變傳動比機構19改變轉向角與轉角之間的傳動比。可變傳動比機構19可例如為可變齒輪比轉向裝置。具體地，可變傳動比機構19包括馬達等，并在可變齒輪部分處將轉向軸2的輸入軸加聯(lián)接至轉向軸2的輸出軸2b。在下文中，“傳動比”指的是輸出軸2b的旋轉與輸入軸加的旋轉之比。另外，在可變傳動比機構19中安裝有鎖定機構20。如將參照圖2A和圖2B詳細描述的，鎖定機構20能夠防止可變傳動比機構19的傳動比的變化。也就是說，當鎖定機構 20被操作時，可變傳動比機構19不能改變傳動比。鎖定機構20充當根據(jù)本發(fā)明該方面的限制機構?？刂破?0由CPU、ROM、RAM、A/D變換器等形成?；趶纳鲜龈鱾€傳感器供給的檢測信號S3、S4、S15等，控制器30向可變傳動比機構19供給控制信號S19以控制該可變傳動比機構，并向鎖定機構20供給控制信號S20以控制鎖定機構20。應當指出，控制器30可由執(zhí)行車輛內部控制的ECU來實現(xiàn)?？刂破?0充當根據(jù)本發(fā)明該方面的控制裝置。在此，將參照圖2A和圖2B描述可變傳動比機構19的結構。圖2A示出了可變傳動比機構19的截面圖。圖2B示出了可變傳動比機構19中的馬達的轉子的端視圖。如圖2A所示，可變傳動比機構19包括馬達40和減速器42。馬達 40具有定子46和轉子48。定子46固定到馬達殼體44的內側。減速器42例如為使用行星齒輪機構的減速器。例如，在減速器42中，太陽輪(未示出)連接至與轉子48 —起旋轉的旋轉軸50，而延伸向旋轉軸50的相對側的行星架52連接至轉向軸2的輸入軸加的下端。轉向軸2的輸出軸2b的上端鄰近馬達40連接至馬達殼體44?？刂菩盘朣19經由螺旋形電纜58從控制器30供給至馬達40。另外，鎖定機構20設置在馬達殼體44的外部下表面(鄰近輸出軸2b的表面)上。 鎖定機構20具有螺線管致動器56和滑動銷M。另外，如圖2B所示，在轉子48的下表面 48a處沿著周向方向以等角間隔設置有多個銷孔48b?；瑒愉N討插入到任一銷孔48b中。 螺線管致動器56由來自控制器30的控制信號S20操作。在螺線管致動器56操作時，滑動銷M沿平行于旋轉軸50的軸線的方向移位。這樣，將滑動銷M插入到任一銷孔48b中以鎖定轉子48的旋轉，從而禁止可變傳動比機構19中的傳動比的變化。控制方法下面，將對根據(jù)本實施方式的轉向控制系統(tǒng)的控制方法進行描述。控制器30基于從轉向角傳感器3供給的檢測信號S3獲得轉向角，并且基于從轉角傳感器4供給的檢測信號S4獲得轉角。另外，控制器30基于從車速傳感器15供給的檢測信號S15獲得車速?？刂破?0基于車速計算傳動比。這里，利用傳動比與車速的關系圖計算傳動比。 然后，控制器30基于通過計算獲得的傳動比獲得目標轉角。具體地，控制器30用轉向角乘以傳動比來獲得目標轉角。下文，為了與目標轉角區(qū)別，基于從轉角傳感器4供給的檢測信號S4獲得的實際轉角被稱為“實際轉角”。控制器30基于從轉角傳感器4供給的檢測信號 S4對可變傳動比機構19實施反饋控制，以使實際轉角與目標轉角吻合。具體地，為了提高實際轉角對目標轉角的跟蹤能力，控制器30對可變傳動比機構19的馬達40實施例如包括 I操作的PID控制。這里，PID控制是指結合P操作、I操作和D操作的控制。P操作是指使輸入值作為輸出值與目標值之間的差值的線性函數(shù)變化的操作。I操作是指使輸入值與該差值的積分成比例變化的操作。D操作是指使輸入值與該差值的微分成比例變化的操作。這里，例如，當實際轉角與目標轉角之間的差值大于等于預定角度時，或者當供給至馬達40的電流大于等于預定電流值時，控制器30操作鎖定機構20以鎖定可變傳動比機構19的轉子48。在將滑動銷M插入到任一銷孔48b中以鎖定轉子48時，轉子48繼而聯(lián)接至馬達殼體44。也就是說，在轉向軸2中，輸入軸加與輸出軸2b之間的相對移位被禁止，并且方向盤1直接聯(lián)接至轉向輪12。這樣，即使當存在來自方向盤1側的過度輸入時或者即使當存在來自轉向輪12的過度反向輸入時，還是能夠減小因這些過度輸入導致的相位上的偏差的發(fā)生。這里，預定角度和預定電流值為通過實驗等獲得的適當值。應當指出， 在下面的描述中，用于控制鎖定機構20以將滑動銷M插入到任一銷孔48b中從而鎖定轉子48的控制被稱為“轉子鎖定控制”，而用于通過將滑動銷M抽出銷孔48b而釋放對轉子 48的鎖定的控制被稱為“轉子釋放控制”。另外，當在可變傳動比機構19的轉子48被鎖定或者轉子48的鎖定沒有完全被釋放的狀態(tài)下對可變傳動比機構19的馬達40執(zhí)行PID控制時，實際轉角與目標轉角之間的差值較大，于是由于PID控制的I操作而使冗余電流流過馬達40，因此難以有效地控制可變傳動比機構19。因此，在本實施方式中，與當鎖定機構20沒有被操作時I操作在反饋控制中的貢獻率相比，降低當鎖定機構20被操作時I操作在對可變傳動比機構19的反饋控制中的貢獻率。應當指出，這里，鎖定機構20被操作的時間不僅包括轉子48被鎖定的時段，而且還包括執(zhí)行轉子鎖定控制的時段和執(zhí)行轉子釋放控制的時段。具體地，當控制器30在鎖定機構20被操作時對可變傳動比機構19執(zhí)行反饋控制時，控制器30執(zhí)行不進行I操作的PD控制。也就是說，反饋控制在當鎖定機構20被操作時與當鎖定機構20沒有被操作時之間進行切換。這里，PD控制是結合P操作和D操作的控制。在以下描述中，將對用于執(zhí)行轉子釋放控制的情況和執(zhí)行轉子鎖定控制的情況中的每一個的反饋控制切換過程加以描述。首先，將使用圖3中所示的流程圖來具體描述當執(zhí)行轉子釋放控制時的反饋控制切換過程。首先，在步驟S101，可變傳動比機構19的轉子48被鎖定。這里，控制器30判定是否向鎖定機構20發(fā)出轉子釋放控制命令。例如，當實際轉角與目標轉角之間的差值大于等于預定角度時，或者當供給至馬達40的電流大于等于預定電流值時，控制器30不向鎖定機構20發(fā)出轉子釋放控制命令。另一方面，例如，當實際轉角與目標轉角之間的差值小于預定角度時，并且當供給至馬達40的電流小于預定電流值時，控制器30向鎖定機構20發(fā)出轉子釋放控制命令。當控制器30判定不向鎖定機構20發(fā)出轉子釋放控制命令(在步驟SlOl為否) 時，控制器30前進到步驟S107然后停止反饋控制，此后控制器30結束控制過程。另一方面，當控制器30判定向鎖定機構20發(fā)出轉子釋放控制命令(在步驟SlOl為是)時，控制器30前進到步驟S102。在步驟S102，控制器30將對可變傳動比機構19的反饋控制設定為PD控制。此后，控制器30前進到步驟S103。在步驟S103，控制器30操作鎖定機構20以執(zhí)行轉子釋放控制。在后續(xù)步驟S104，控制器30操作可變傳動比機構19以便檢驗可變傳動比機構19的轉子48是否被釋放。此時，控制器30對可變傳動比機構19執(zhí)行反饋控制，以使實際轉角與目標轉角吻合，并且此時的反饋控制為PD控制。因此，此時，即使轉子48未確實被釋放而仍舊鎖定，仍然能夠防止冗余電流流過馬達40。此后，控制器30前進到步驟S105。
在步驟S105，控制器30判定鎖定機構20對轉子48的釋放是否完成。例如，控制器30基于來自檢測轉子48的相位的傳感器(未示出)的檢測信號來判定對轉子48的釋放是否完成。具體地，當控制器30基于檢測信號檢測到轉子48的旋轉時，控制器30判定對轉子48的釋放完成。另一方面，當控制器30基于檢測信號沒有檢測到轉子48的旋轉時， 控制器30判定對轉子48的釋放未完成。當控制器30判定鎖定機構20對轉子48的釋放完成(在步驟S105為是)時，控制器30前進到步驟S106。另一方面，當控制器30判定鎖定機構20對轉子48的釋放沒有完成(在步驟S105為否)時，控制器30返回到步驟S103。在步驟S106，控制器30將對可變傳動比機構19的反饋控制從PD控制切換為PID 控制。此時，因為已經在步驟105檢驗出鎖定機構20對轉子48的釋放完成，所以即使將反饋控制從PD控制切換為PID控制，冗余電流也不會流過馬達40。另外，當鎖定機構20沒有被操作時，對可變傳動比機構19執(zhí)行PID控制，從而可以提高對可變傳動比機構19的控制精確度。此后，控制器30結束控制過程。通過圖3中所示的反饋控制切換過程，當執(zhí)行轉子釋放控制時，將反饋控制設定為PD控制直至完成對轉子的釋放，從而可以防止冗余電流流過馬達40，并且可以有效地控制可變傳動比機構19。下面，將使用圖4中示出的流程圖來具體描述執(zhí)行轉子鎖定控制時的反饋控制切換過程。首先，在步驟S201，可變傳動比機構19的轉子48被釋放。這里，控制器30判定是否向鎖定機構20發(fā)出轉子鎖定控制命令。例如，當實際轉角與目標轉角之間的差值大于等于預定角度時，或者當供給至馬達40的電流大于等于預定電流值時，控制器30向鎖定機構20發(fā)出轉子鎖定控制命令。另一方面，例如，當實際轉角與目標轉角之間的差值小于預定角度時并且當供給至馬達40的電流小于預定電流值時，控制器30不向鎖定機構20發(fā)出轉子鎖定控制命令。當控制器30判定不向鎖定機構20發(fā)出轉子鎖定控制命令(在步驟S201為否) 時，控制器30前進到步驟S207然后將反饋控制設定為PID控制，此后控制器30結束控制過程。另一方面，當控制器30判定向鎖定機構20發(fā)出轉子鎖定控制命令(在步驟S201為是)時，控制器30前進到步驟S202。在步驟S202，控制器30將對可變傳動比機構19的反饋控制設定為PID控制。此后，控制器30前進到步驟S203。在步驟S203，控制器30操作鎖定機構20以執(zhí)行轉子鎖定控制。在后續(xù)步驟S204，控制器30操作可變傳動比機構19以便檢驗可變傳動比機構19 的轉子48是否被鎖定。此時，因為反饋控制被設定為PD控制，因此冗余電流不會流過馬達 40。此后，控制器30前進到步驟S205。在步驟S205，控制器30判定鎖定機構20對轉子48的鎖定是否完成。具體地，控制器30使用與在圖3中示出的步驟S105中所描述的方法相同的方法來判定對轉子48的鎖定是否完成。當控制器30判定鎖定機構20對轉子48的鎖定完成(在步驟S205為是) 時，控制器30前進到步驟S206。另一方面，當控制器30判定鎖定機構20對轉子48的釋放沒有完成(在步驟S205為否)時，控制器30返回到步驟S203。在步驟S206，控制器30停止對可變傳動比機構19的反饋控制。此后，控制器30 結束控制過程。
通過圖4中所示的反饋控制切換過程，當執(zhí)行轉子鎖定控制時，將反饋控制設定為PD控制，由此使得能夠防止冗余電流流過馬達40，從而能夠有效地控制可變傳動比機構 19。如從以上描述中清楚的，在本實施方式中，當控制器30在鎖定機構20被操作時對可變傳動比機構19執(zhí)行反饋控制時，控制器30執(zhí)行PD控制。這樣，當鎖定機構20被操作時，不執(zhí)行I操作，因此可以防止冗余電流流過馬達40，并且可以有效地控制可變傳動比機構19。替代性實施方式應當指出，本發(fā)明的方面并不限于上述實施方式，其可以在本發(fā)明的范圍內以各種不同形式實施。例如，在根據(jù)上述實施方式的轉向控制系統(tǒng)100中，當鎖定機構20被操作時，將反饋控制設定為PD控制；然而，該控制方法并不限于此。替代地，當鎖定機構20被操作時的反饋控制可以為I操作的貢獻率與當鎖定機構20沒有被操作時的I操作的貢獻率相比減小的PID控制。替代性地，當鎖定機構20被操作時的反饋控制可以為P控制。在根據(jù)上述實施方式的轉向控制系統(tǒng)100中，可變傳動比機構19和鎖定機構20 設置用于轉向軸2 ；然而，本發(fā)明的該方面可應用的轉向控制系統(tǒng)并不限于此。替代地，本發(fā)明的該方面可應用于可變傳動比機構和鎖定機構設置用于轉向齒條6的轉向控制系統(tǒng)。 簡而言之，只要轉向控制系統(tǒng)包括改變轉向角與實際轉角之間的傳動比的可變傳動比機構，本發(fā)明的該方面就可應用于該轉向控制系統(tǒng)。另外，在根據(jù)上述實施方式的轉向控制系統(tǒng)100中，當充當限制機構的鎖定機構 20被操作時，鎖定機構20禁止轉向軸2中的輸入軸加與輸出軸2b之間的相對移位。然而，本發(fā)明的該方面可應用的可變傳動比機構并不限于此。替代使用禁止相對移位的鎖定機構20作為限制機構，可以使用限制輸入軸加與輸出軸2b之間的相對移位量或相對旋轉量的限制機構。簡而言之，只要限制機構抑制可變傳動比機構19中的輸入軸與輸出軸之間的傳動比的變化，本發(fā)明的該方面就可應用于該限制機構。另外，在根據(jù)上述實施方式的轉向控制系統(tǒng)中，在通過鎖定機構20將轉子48完全鎖定時停止反饋控制；然而，本發(fā)明的該方面可應用的轉向控制系統(tǒng)并不限于此。即使在限制機構正在抑制相對移位時，反饋控制仍然可以繼續(xù)而不使反饋控制停止。在這種情況下， 所執(zhí)行的反饋控制可以例如為P控制、PD控制或I操作的貢獻率低的PID控制。
權利要求
1.一種轉向系統(tǒng)，所述轉向系統(tǒng)被配置用于車輛，并且所述轉向系統(tǒng)具有改變轉向角與轉角之間的傳動比的可變傳動比機構，其特征在于包括限制機構，所述限制機構抑制所述可變傳動比機構的所述傳動比的變化；以及控制裝置，所述控制裝置用于對所述可變傳動比機構執(zhí)行反饋控制，其中，當所述控制裝置在所述限制機構被操作時執(zhí)行反饋控制時，與當所述限制機構不被操作時I操作在所述反饋控制中的貢獻率相比，所述控制裝置減小I操作在所述反饋控制中的貢獻率。
2.如權利要求1所述的轉向系統(tǒng)，其中，所述可變傳動比機構包括改變所述傳動比的馬達，并且所述控制裝置控制供給到所述馬達的電流的大小以控制所述可變傳動比機構。
3.如權利要求1或2所述的轉向系統(tǒng)，其中，當所述限制機構被操作時，所述控制裝置將所述反饋控制設定為PD控制。
4.如權利要求1至3中的任一項所述的轉向系統(tǒng)，其中，當所述限制機構不被操作時， 所述控制裝置將所述反饋控制設定為PID控制。
5.如權利要求1至4中的任一項所述的轉向系統(tǒng)，其中，當所述控制裝置通過所述可變傳動比機構的操作來檢驗所述限制機構是否被操作時，所述控制裝置將所述反饋控制設定為PD控制。
6.如權利要求1至5中的任一項所述的轉向系統(tǒng)，其中，所述可變傳動比機構通過所述轉向角與所述轉角之間的相對移位來改變所述傳動比，并且所述限制機構限制所述可變傳動比機構中的所述相對移位的量以改變所述傳動比。
7.如權利要求1至6中的任一項所述的轉向系統(tǒng)，其中，所述限制機構為禁止所述可變傳動比機構中的所述傳動比的變化的鎖定機構。
8.如權利要求7所述的轉向系統(tǒng)，其中，所述限制機構被操作的時間包括禁止所述可變傳動比機構中的所述傳動比的變化的時段、執(zhí)行用于禁止所述傳動比的變化的控制的時段、以及執(zhí)行用于解除禁止所述傳動比的變化的控制的時段。
9.如權利要求1或2所述的轉向系統(tǒng)，其中，當所述限制機構被操作時，所述控制裝置將所述反饋控制設定為P控制。
10.如權利要求1或2所述的轉向系統(tǒng)，其中，當所述限制機構被操作時，所述控制裝置將所述反饋控制設定為I操作的貢獻率減小的PID控制。
11.一種用于轉向系統(tǒng)的控制方法，所述轉向系統(tǒng)被配置用于車輛，并且所述轉向系統(tǒng)具有改變轉向角與轉角之間的傳動比的可變傳動比機構，所述控制方法的特征在于包括對所述可變傳動比機構執(zhí)行反饋控制；基于所述轉向角和所述轉角執(zhí)行用于抑制所述可變傳動比機構的所述傳動比的變化的控制；以及當執(zhí)行用于抑制所述傳動比的控制時，與當沒有執(zhí)行用于抑制所述傳動比的控制時I 操作的貢獻率相比，減小I操作在所述反饋控制中的貢獻率。
全文摘要
一種轉向系統(tǒng)(100)，包括可變傳動比機構(19)；限制機構(20)；以及控制裝置(30)?？勺儌鲃颖葯C構(19)改變轉向角與轉角之間的傳動比。限制機構(20)抑制可變傳動比機構(19)的傳動比的變化?？刂蒲b置(30)控制可變傳動比機構(19)。例如，可變傳動比機構(19)使用馬達(40)來改變傳動比，而控制裝置(30)控制供給到馬達的電流的大小以控制可變傳動比機構(19)?？刂蒲b置使在限制機構(20)被操作時I操作在對可變傳動比機構(19)的反饋控制中的貢獻率與在限制機構(20)不被操作時I操作的貢獻率相比減小。
文檔編號B62D5/00GK102470887SQ201080029086
公開日2012年5月23日 申請日期2010年11月30日 優(yōu)先權日2009年12月1日
發(fā)明者小野仁章 申請人:豐田自動車株式會社