转向控制装置以及使用其的车辆用转向装置 技术领域 本发明涉及控制通过致动器给予转向的摩擦扭矩的转向控制装置以及使用其的 车辆用转向装置。
背景技术 以往， 在具有基于马达电流指令值来驱动控制马达的控制单元的电动助力转向装 置的控制装置中， 公知如下的电动助力转向装置的控制装置， 包括 ： 基于转向角和车速来设 定目标转向扭矩的目标转向扭矩设定单元 ； 基于转向扭矩、 所述目标转向扭矩以及所述马 达的马达电流来计算辅助电流指令值的辅助电流计算单元 ； 基于转向角和车速来设定用于 将方向盘返回中立位置的目标转向角的目标转向角设定单元 ； 基于所述目标转向角和转向 角的偏差以及车速来设定目标转向角速度的目标转向角速度设定单元 ； 基于所述目标转向 角速度和转向角速度的偏差来设定目标会聚电流的目标会聚电流设定单元 ； 以及基于转向 扭矩来进行方向盘的松手判断的松手判断单元， 基于所述松手判断单元的判断结果来使目 标会聚电流设定单元的目标会聚电流的输出有效或者对其进行抑制， 并将其与所述辅助电 流指令值相加来作为马达电流指令值 ( 例如， 参考专利文献 1)。
专利文献 1 ： 日本专利文献特许第 3901928 号公报。
发明内容 在记载于上述的专利文献 1 的发明中， 在检测到方向盘处于松手状态的情况下， 将基于用于使方向盘返回中立位置的目标转向角和转向角的偏差而设定的目标会聚电流 与辅助电流指令值相加来作为马达电流指令值， 因此， 即使在不产生转向扭矩的情况下， 也 会附加地产生相当于用于使方向盘返回中立位置的目标会聚电流的大小的扭矩， 以提高针 对中立位置的方向盘返回性能。
为了实现正常转向时的正常转向力的降低 / 稳定性的提高， 能够通过机械结构对 转向系统给予摩擦扭矩， 但是由于适当的摩擦扭矩将会根据车速和转向角等车辆状态而不 同， 因此希望不是主要以机械方式而是以可控制的方式产生摩擦扭矩。
虽然这一点在记载于专利文献 1 的发明中被限定在方向盘的松手状态的情况， 但 是也会通过目标会聚电流来以可控制的方式产生摩擦扭矩。然而， 该摩擦扭矩由于将转向 速度 ( 转向角速度 ) 生成作为参数， 因此不能再现静止摩擦。即， 由于在静止状态下转向速 度为零， 因此不能产生摩擦扭矩。因此， 在记载于专利文献 1 的发明中， 不能实现正常转向 时的正常转向力的降低 / 稳定性的提高以及抑制直进时的车辆侧滑。
因此， 本发明目的在于提供一种能够在实现正常转向时的正常转向力降低 / 稳定 性提高并且抑制车辆侧滑的状态下以可控制的方式给予摩擦扭矩的转向控制装置以及使 用其的车辆用转向装置。
为了达成上述目的， 第一发明涉及一种转向控制装置， 其特征在于， 包括 ： 摩擦扭 矩设定单元， 基于表示车辆状态的信息， 设定应给予转向的摩擦扭矩值 (Tt) ； 目标转向角
设定单元， 基于所述设定的摩擦扭矩值 (Tt)， 设定目标转向角 (θt) ； 附加摩擦扭矩设定单 元， 基于所述设定的目标转向角 (θt) 和转向角 (θ) 的偏差， 设定附加摩擦扭矩值 (Tc) ； 以及转向摩擦扭矩控制单元， 基于所述设定的附加摩擦扭矩值 (Tc)， 控制通过致动器给予 转向的摩擦扭矩。
第二发明的特征在于， 在第一发明涉及的转向控制装置中， 表示车辆状态的信息 包括表示车速的信息， 在所述摩擦扭矩设定单元中， 车速为第一车速时设定的摩擦扭矩值 (Tt) 比车速为小于第一车速的第二车速时设定的摩擦扭矩值 (Tt) 大。
第三发明的特征在于， 在第一或第二发明涉及的转向控制装置中， 表示车辆状态 的信息包括表示转向角 (θ) 的信息， 在所述摩擦扭矩设定单元中， 转向角 (θ) 为第一转向 角时设定的摩擦扭矩值 (Tt) 比转向角 (θ) 为小于第一转向角的第二转向角时设定的摩擦 扭矩值 (Tt) 大。
第四发明的特征在于， 在第一至第三发明中任一项发明涉及的转向控制装置中， 在所述附加摩擦扭矩设定单元中， 通过将增益乘以转向角 (θ) 和所述设定的目标转向角 (θt) 的偏差而求得附加摩擦扭矩值 (Tc)。
第五发明的特征在于， 在第四发明涉及的转向控制装置中， 还包括通过低通滤 波来处理与所述增益相乘得到的附加摩擦扭矩值 (Tc) 并计算滤波后的附加摩擦扭矩值 (Tcf) 的滤波单元， 所述转向摩擦扭矩控制单元不是基于所述设定的附加摩擦扭矩值 (Tc) 而是基于所述滤波后的附加摩擦扭矩值 (Tcf) 来控制摩擦扭矩。 第六发明的特征在于， 在第五发明涉及的转向控制装置中， 所述低通滤波的截止 频率被设为与车辆的横摆共振频率基本对应的固定值， 或者能够按照车速变化。
第七发明的特征在于， 在第一至第六发明中任一项发明涉及的转向控制装置中， 在所述目标转向角设定单元中， 基于所述设定的摩擦扭矩值 (Tt) 设定偏差上限值 (Δ)， 在所述设定的目标转向角 (θt) 和转向角 (θ) 的偏差的绝对值比所述设定的偏差上限值 (Δ) 大的情况下， 向所述偏差的绝对值减少的方向改变目标转向角 (θt)， 在该偏差的绝 对值为所述设定的偏差上限值 (Δ) 以下的情况下， 目标转向角 (θt) 不改变而被维持。
第八发明的特征在于， 在第四或第五发明涉及的转向控制装置中， 在所述目标转 向角设定单元中， 通过以所述增益来除所述设定的摩擦扭矩值 (Tt) 而设定偏差上限值 (Δ)， 在从所述设定的目标转向角 (θt) 减去转向角 (θ) 而得到的偏差比所述设定的偏差 上限值 (Δ) 大的情况下， 目标转向角 (θt) 被改变为将所述偏差上限值 (Δ) 与所述转向 角 (θ) 相加而得到的值 (θ+Δ)， 在该偏差比所述设定的偏差上限值 (Δ) 的负值 (-Δ) 小 的情况下， 目标转向角 (θt) 被改变为从所述转向角 (θ) 减去所述偏差上限值 (Δ) 而得 到的值 (θ-Δ)， 在该偏差的绝对值为所述设定的偏差上限值 (Δ) 以下的情况下， 目标转 向角 (θt) 不改变而被维持。
第九发明涉及一种转向控制装置， 其特征在于， 包括转向摩擦扭矩控制单元， 所述 转向摩擦扭矩控制单元包括 ： 摩擦扭矩设定单元， 基于表示车辆状态的信息， 设定应给予转 向的摩擦扭矩值 (Tt) ； 目标转向角设定单元， 基于转向角 (θ)， 设定目标转向角 (θt) ； 附 加摩擦扭矩设定单元， 基于所述设定的目标转向角 (θt) 和转向角 (θ) 的偏差， 设定附加 摩擦扭矩值 (Tc) ； 以及转向摩擦扭矩控制单元， 基于所述设定的附加摩擦扭矩值 (Tc)， 控 制通过致动器给予转向的摩擦扭矩， 在所述附加摩擦扭矩设定单元中， 在所述设定的目标
转向角 (θt) 和转向角 (θ) 的偏差的绝对值比预定的偏差上限值 (Δ) 大的情况下， 所述 设定的摩擦扭矩值 (Tt) 被设定作为所述附加摩擦扭矩值 (Tc)， 在该偏差的绝对值为所述 预定的偏差上限值 (Δ) 以下的情况下， 所述设定的摩擦扭矩值 (Tt) 以下的扭矩值被设定 作为所述附加摩擦扭矩值 (Tc)。
第十发明的特征在于， 在第九发明涉及的转向控制装置中， 在所述附加摩擦扭矩 设定单元中， 在所述设定的目标转向角 (θt) 和转向角 (θ) 的偏差的绝对值为所述预定的 偏差上限值 (Δ) 以下的情况下， 将增益乘以所述设定的目标转向角 (θt) 和转向角 (θ) 的偏差而得到的扭矩值被设定作为所述附加摩擦扭矩值 (Tc)， 该增益使用以所述预定的偏 差上限值 (Δ) 来除所述设定的摩擦扭矩值 (Tt) 而得到的值 (Tt/Δ)。
第十一发明的特征在于， 在第九或第十发明涉及的转向控制装置中， 还包括将所 述设定的附加摩擦扭矩值 (Tc) 通过低通滤波处理并计算滤波后的附加摩擦扭矩值 (Tcf) 的滤波单元， 所述转向摩擦扭矩控制单元不是基于所述设定的附加摩擦扭矩值 (Tc) 而是 基于所述滤波后的附加摩擦扭矩值 (Tcf) 来控制摩擦扭矩。
第十二发明的特征在于， 在第九至第十一发明中任一项发明涉及的转向控制装置 中， 所述预定的偏差上限值 (Δ) 是基于所述设定的摩擦扭矩值 (Tt) 被设定的可变值。 第十三发明的特征在于， 在第九至第十二发明中任一项发明涉及的转向控制装置 中， 所述预定的偏差上限值 (Δ) 是通过以所述增益来除所述设定的摩擦扭矩值 (Tt) 而设 定的固定值。
第十四发明的特征在于， 在第九至第十三发明中任一项发明涉及的转向控制装置 中， 在所述目标转向角设定单元中， 在从所述设定的目标转向角 (θt) 减去转向角 (θ) 而 得到的偏差比所述预定的偏差上限值 (Δ) 大的情况下， 目标转向角 (θt) 被改变为将所述 偏差上限值 (Δ) 与所述转向角 (θ) 相加而得到的值 (θ+Δ)， 在该偏差比所述预定的偏差 上限值 (Δ) 的负值 (-Δ) 小的情况下， 目标转向角 (θt) 被改变为从所述转向角 (θ) 减 去所述偏差上限值 (Δ) 而得到的值 (θ-Δ)， 在该偏差的绝对值为所述预定的偏差上限值 (Δ) 以下的情况下， 目标转向角 (θt) 不改变而被维持。
第十五发明的特征在于， 在第一至第十四发明中任一项发明涉及的转向控制装置 中， 包括 ： 基本转向辅助扭矩计算单元， 基于转向扭矩， 计算目标转向扭矩 (Ta) ； 以及转向 辅助扭矩控制单元， 基于所述计算的目标转向扭矩 (Ta)， 控制通过所述致动器给予所述转 向的转向辅助扭矩。
第十六发明涉及一种车辆用转向装置， 其特征在于， 该车辆用转向装置包括 ： 第一 至第十四中任一发明涉及的转向控制装置 ； 以及具有所述通过所述转向控制装置控制的的 所述致动器的电动助力转向装置。
第十七发明的特征在于， 包括 ： 摩擦扭矩设定部， 基于表示车辆状态的信息， 设定 应给予转向的摩擦扭矩值 (Tt) ； 目标转向角设定部， 基于所述设定的摩擦扭矩值 (Tt)， 设 定目标转向角 (θt) ； 附加摩擦扭矩设定部， 基于所述设定的目标转向角 (θt) 和转向角 (θ) 的偏差， 设定附加摩擦扭矩值 (Tc) ； 以及转向摩擦扭矩控制部， 基于所述设定的附加 摩擦扭矩值 (Tc)， 控制通过致动器给予转向的摩擦扭矩。
发明效果
根据本发明， 可得到能够在实现正常转向时的正常转向力降低 / 稳定性提高并且
抑制直进时的车辆滑移的状态下以可控制的方式给予摩擦扭矩的转向控制装置以及使用 其的车辆用转向装置。 附图说明
图 1 是简要地示出本发明的车辆用转向装置 1 的一个实施例的整体图 ；
图 2 是示意地示出通过 ECU 80 实现的主要的控制内容的图 ；
图 3 是示出 ECU 80 的转向反作用力控制部 82 以及摩擦扭矩附加部 84 的功能模 块的一个例子的图 ；
图 4 是示出将转向扭矩 Tr 以及车速 v 作为参数来计算目标转向扭矩 (Tr*) 的设 定图的一个例子的图 ；
图 5 是示出将转向扭矩 Tr 以及车速 v 作为参数来计算应给予转向盘 11 的摩擦扭 矩 (Tt) 的设定图的一个例子的图， 其是示出摩擦扭矩计算方法的一个例子的图 ；
图 6 是示出摩擦扭矩附加部 84 中的目标转向角计算方法的优选的一个例子的流 程图 ；
图 7 是以时间序列的方式示出转向角 θ 的变化形式和目标转向角 θt 的变化形 式的一个例子的图 ；
图 8 是计算的附加摩擦扭矩 Tc 的特性的说明图 ； 图 9 是示出将增益 K 设成无限大的情况等的附加摩擦你局 Tc 的特性的图 ； 图 10 是以可视化模型的方式示出附加摩擦扭矩 Tc 的特性的图 ； 图 11 是示出以往结构涉及的行驶试验结果的图 ； 图 12 是示出本实施例涉及的行驶试验结果的图 ； 图 13 是示出通过第二实施例实现的附加摩擦扭矩 Tc 的特性的图 ； 图 14 是示出第二实施例中的目标转向角计算方法的优选的一个例子的流程图 ； 图 15 是示出第二实施例中的附加摩擦扭矩 Tc 的计算处理的一个例子的流程图。 标号说明 ： 10 车辆用转向装置 11 转向盘 12 转向管柱 13 橡胶联轴器 14 转向轴 15 扭矩传感器 16 中间轴 17 小齿轮 18 转向齿条 19 转向横拉杆 20 动力转向装置 22 辅助马达 24 旋转角传感器 74 转向角传感器8101842279 A CN 101842280
说ECU 转向反作用力控制部 摩擦扭矩附加部明书5/11 页80 82 84具体实施方式
以下， 参考附图来说明用于实施本发明的优选方式。
图 1 是简要示出本发明涉及的车辆用转向装置的一个实施例的整体图。车辆用转 向装置 10 具有包括驾驶员操作的转向盘 11 的转向管柱 12。转向管柱 12 以能够旋转的方 式支承作为转向盘 11 的旋转轴的转向轴 14。转向轴 14 经由橡胶联轴器 13 等与中间轴 16 连接。中间轴 16 与小齿轮轴 ( 输出轴 ) 连接， 在转向齿轮箱 31 内小齿轮轴的小齿轮 17 与 转向齿条 ( 转向拉杆 )18 啮合。 在转向齿条 18 的两端分别与转向横拉杆 19 的一端连接， 并 且在各自的横拉杆的另一端经由转向节臂等 ( 图中没有示出 ) 与转向轮 ( 图中没有示出 ) 连接。另外， 在中间轴 16 或者转向轴 14 上设置有产生基于转向盘 11 的转向角的信号的转 向角传感器 74 或产生基于给予转向轴 14 的转向扭矩的信号的扭矩传感器 15。 扭矩传感器 15 例如可以通过共计两个分解器传感器构成， 所述分解器传感器分别设置在通过扭杆而结 合的中间轴 16( 输入轴 ) 和小齿轮轴 ( 输出轴 ) 上， 并基于这些轴的旋转角度差来检测扭 矩。
车辆用转向装置 10 包括动力转向装置 20。作为主要的构成元件， 动力转向装置 20 具有转向辅助用的致动器 22( 以下， 称为 “辅助马达 22” ) 和检测辅助马达 22 的旋转角 ( 以下， 也称为 “转向马达旋转角” ) 的旋转角传感器 24。辅助马达 22 例如通过三相交流马 达构成。辅助马达 22 在转向齿轮箱 31 内与转向齿条 18 同轴地设置， 通过其驱动力对转向 齿条 18 的移动进行支援。动力转向装置 20 的构成本身包括配置场所， 其任意即可。动力 转向装置 20 的辅助马达 22 通过后述的 ECU 80 来控制。关于辅助马达 22 的控制方式将在 后面进行说明。
下面， 对于上述的车辆用转向装置 10 的主要动作进行说明。 车辆用转向装置 10 包 括执行以下说明的各种控制的 ECU 80。ECU 80 通过微计算机构成， 例如， 包括 CPU、 存储控 制程序的 ROM、 存储计算结果等的可读写 RAM、 计时器、 计数器、 输入接口以及输出接口等。
ECU 80 可以通过总括转向系统的单独的 ECU 实现， 也可以通过两个以上的 ECU 协 同工作来实现。 在 ECU 80 中被输入用于实现以下说明的各种控制的信息乃至数据。 更具体 地说， 在 ECU 80 中， 在每个预定周期从扭矩传感器 15、 旋转角传感器 24、 转向角传感器 74、 车速传感器 ( 图中没有示出 ) 等被输入各种的传感器值。另外， 在 ECU 80 中， 连接着检测 动力转向装置 20 的辅助马达 22 的工作电流 ( 以下， 称为 “辅助马达电流” ) 的电流传感器 ( 图中没有示出 )， 在每个预定周期被输入表示辅助马达电流的信号。另外， 在 ECU 80 中， 作为控制对象， 连接着动力转向装置 20。
图 2 是示意性示出通过 ECU 80 实现的主要的控制内容的图。ECU 80 通过动力转 向装置 20 执行摩擦扭矩附加型的转向反作用力控制。如图 2 中示意性所示， 该摩擦扭矩附 加型的转向反作用力控制通过 ECU 80 的转向反作用力控制部 82 和摩擦扭矩附加部 84 来 实现。
图 3 是 ECU 80 的转向反作用力控制部 82 和摩擦扭矩附加部 84 的功能框图的一个例子。摩擦扭矩附加部 84 的各项处理将在后面进行说明。
如图 3 所示， 在转向反作用力控制部 82 中， 基于从扭矩传感器 15 输入的转向扭矩 Tr 和从车速传感器输入的车速 v 来计算目标转向扭矩 (Tr*)。目标转向扭矩 (Tr*) 例如可 以使用图 4 所示的设定图。在该情况下， 判断车速 v 是否属于高速区域、 中速区域以及低速 区域的某一种， 使用基于车速 v 所属的速度区域的曲线， 计算基于转向扭矩 Tr 的目标转向 扭矩 (Tr*)。作为目标转向扭矩 (Tr*) 的正负符合的定义， 这里为了方便将左旋的扭矩方 向设为正。然后， 基于从摩擦扭矩附加部 84 输入的附加摩擦扭矩 (Tcf) 与目标转向扭矩 (Tr*) 之和， 计算目标反作用力马达电流 (Ieps*)。关于摩擦扭矩附加部 84 中的附加摩擦扭 矩 (Tcf) 的计算方法将在后面进行详细说明。 然后， 基于辅助马达电流 ( 检测值 ) 与目标反 作用力马达电流 (Ieps*) 之差， 计算马达驱动功率 (DUTYeps)。此时， 马达驱动功率 (DUTYeps) 考虑来自旋转角传感器 24 的辅助马达旋转角 (θeps) 来确定。 动力转向装置 20 的辅助马达 22 按照如上述那样计算 / 输出的马达驱动功率 (DUTYeps) 来控制， 实现转向反作用力控制。 当例如在驾驶员用手轻轻碰触转向盘 11 的程度或者放手状态时， 由于转向扭矩 Tr 以及与 其相伴的目标转向扭矩 (Tr*) 为零或者实质为零， 因此通过辅助马达 22 生成的扭矩 ( 即给 予转向盘 11 的扭矩 ) 由从摩擦扭矩附加部 84 输入的附加摩擦扭矩 (Tcf) 构成。 接下来， 将图 3 的摩擦扭矩附加部 84 的功能模块作为中心参考， 并适当参考图 5 及其以后的附图来说明摩擦扭矩附加部 84 的主要功能。
如图 3 所示， 在摩擦扭矩附加部 84 中， 首先基于从转向角传感器 74 输入的转向角 θ 和从车速传感器输入的车速 v， 计算 ( 设定 ) 应给予转向盘 11 的摩擦扭矩 Tt。
图 5 是示出摩擦扭矩附加部 84 中的摩擦扭矩计算方法的优选的一个例子的图。 优 选的是， 摩擦扭矩 Tt 通过使用图 5 所示的特性的设定图来求出。在图 5 中， 示出了在将横 轴设为转向角 θ 并将纵轴设为摩擦扭矩 Tt 时的、 对应于高速区域 V2、 中速区域 V1 以及低 速区域 V0 的摩擦扭矩 Tt 的曲线。作为转向角 θ 的正负符号的定义， 这里为了方便将从转 向盘 11 的中立位置 ( 转向角 θ 的零点 ) 向左转的方向设为正。
在使用图 5 所示的设定图的情况下， 判断车速 v 是否属于高速区域 V2、 中速区域 V1 以及低速区域 V0 的某一个， 使用基于车速 v 所属的速度区域的曲线来确定 ( 计算 ) 基于 转向角 θ 的摩擦扭矩 Tt 的大小。这里确定的摩擦扭矩 Tt 准确来说是仅表示大小的物理 量， 其给予方向 ( 即符号， 在本例子中将如上所述的左方向设为正， 将右方向设为负 ) 通过 后级来确定。
在图 5 所示的设定图中， 在相同的转向角 θ 的情况下， 车速大时的一方被设定比 车速小时更大的值的摩擦扭矩 Tt。 这是由于， 在高速区域 V2 或中速区域 V1 中， 从提高直进 稳定性或者降低正常转向时的正常转向力 / 提高稳定性的观点来说优选产生某程度的摩 擦扭矩， 另一方面， 在低速区域 V0 中， 如果摩擦扭矩较大则给驾驶员带来摩擦感， 因而操作 感恶化。另外， 在图 5 所示的设定图中， 在车速相同或者处于相同的车速区域的情况下， 转 向角 θ 的大小较大的一方被设定比转向角 θ 的大小较小时更大的值的摩擦扭矩 Tt。 这是 因为， 在转向角 θ 的大小较大时， 由于车轮的转向角较大因而容易产生比转向角 θ 的大小 较小时更大的横向力， 故此， 从降低正常转向时的正常转向力 / 提高稳定性的观点来说需 要更大的摩擦扭矩。
如图 3 所示， 在摩擦扭矩附加部 84 中， 继上述的摩擦扭矩 Tt 的计算处理之后， 计
算 ( 设定 ) 目标转向角 θt。摩擦扭矩附加部 84 中的目标转向角计算方法例如可以是图 6 所示的方法。 作为目标转向角 θt 的正负符号的定义， 这里为了方便将从中立位置 ( 零点 ) 向左旋转的方向设为正。
图 6 是示出摩擦扭矩附加部 84 中的目标转向角计算方法的优选的一个例子的流 程图。图 6 所示的流程图可以在每个预定的计算周期 ( 例如 5 毫秒 ) 被执行。
在图 6 所示的方法中， 首先在步骤 100 中判断目标转向角 θt 是否已经初始化， 即 判断本次周期是否为初次周期。在目标转向角 θt 没有初始化的情况 ( 步骤 100 中否的情 况 ) 下进入步骤 102， 在本次周期不是初次周期的情况下， 即目标转向角 θt 在前次周期以 前已经初始化的情况 ( 步骤 100 中是的情况 ) 下原样不变地进入步骤 104。
在步骤 102 中， 目标转向角 θt 的初始值被设定为转向角 θ( 本次周期的值， 以下 相同 )。目标转向角 θt 的初始值可以是零。
在步骤 104 中， 计算偏差上限值 Δ。使用如上述那样计算的摩擦扭矩 Tt 和增益 K， 偏差上限值 Δ 被计算为 Δ ＝ Tt/K。增益 K 可以是考虑转向系统的刚性等被确定的任意 的固定值。增益 K 最好高于例如被认为转向系统的最大刚性低的部位 ( 一般来说是扭杆 ) 的扭转刚性。由于 Tt 以及 K 为正值， 因此偏差上限值 Δ 为正值。 在步骤 106 中， 判断在上述步骤 104 中计算的偏差上限值 Δ 和当前的目标转向角 θt 是否为 θ ＞ θt+Δ 的关系， 在为 θ ＞ θt+Δ 的情况下 ( 步骤 106 中是的情况下 ) 进 入步骤 108， 在为 θ ≤ θt+Δ 的情况下 ( 步骤 106 中否的情况下 ) 进入步骤 110。
在步骤 108 中， 目标转向角 θt 使用转向角 θ 以及在所述步骤 104 中计算得到的 偏差上限值 Δ 而通过 θt ＝ θ-Δ 的式子被改变为新的值。即， 在从目标转向角 θt 减去 转向角 θ 而得到的偏差 Δθ( ＝ θt-θ) 为 Δθ ＜ -Δ 的情况下， 目标转向角 θt 被改 变 ( 更新 ) 为 θt ＝ θ-Δ。
在步骤 110 中， 判断转向角 θ( 本次周期的值 )、 在所述步骤 104 中计算的偏差上 限值 Δ 以及当前的目标转向角 θt 是否为 θ ＜ θt-Δ 的关系。在 θ ＜ θt-Δ 的情况 ( 步骤 110 中是的情况 ) 下进入步骤 112。
在步骤 112 中， 目标转向角 θt 使用转向角 θ 以及在所述步骤 104 中计算得到的 偏差上限值 Δ 而通过 θt ＝ θ+Δ 的式子被改变为新的值。即， 在从目标转向角 θt 减去 转向角 θ 而得到的偏差 Δθ( ＝ θt-θ) 为 Δθ ＞ Δ 的情况下， 目标转向角 θt 被改变 ( 更新 ) 为 θt ＝ θ+Δ。在所述步骤 110 中， 在 θ ≥ θt-Δ 的情况 ( 步骤 110 中否的情 况 ) 下， 本次周期的处理就这样地结束。 因此， 在该情况下， 当前的目标转向角 θt 在不改变 的状态下被维持。即， 在从目标转向角 θt 减去转向角 θ 而得到的偏差 Δθ( ＝ θt-θ) 为 -Δ ≤ Δθ ≤ Δ 的情况下， 目标转向角 θt 在不改变的状态下被维持。
图 7 是通过时间序列示出转向角 θ 的变化形式与目标转向角的变化形式的关系 的一个例子的图。在图 7 的转向角 θ 的变化形式中， 在时刻 t1 之前转向盘向左转动， 从时 刻 t1 起向右返回。 与此对应， 目标转向角 θt 在时刻 t1 之前为 θ ＞ θt+Δ 的关系， 因此以 θt ＝ θ-Δ 的关系改变 ( 参考步骤 108)。另外， 由于从时刻 t1 至时刻 t2 为 θ ≤ θt+Δ 且 θ ≥ θt-Δ 的关系， 因此目标转向角 θt 在不改变的状态下被维持 ( 步骤 100 的否判 断 )。另外， 在时刻 t2 以后为 θ ＜ θt-Δ 的关系， 因此目标转向角 θt 以 θt ＝ θ+Δ 的 关系改变 ( 参考步骤 112)。
如图 3 所示， 继上述的目标转向角 θt 的计算处理之后， 通过摩擦扭矩附加部 84 计算 ( 设定 ) 附加摩擦扭矩 Tc。附加摩擦扭矩 Tc 的正负的定义与目标转向扭矩 (Tr*) 一 样， 将左旋的扭矩的方向设为正。
附加摩擦扭矩 Tc 使用转向角 θ、 如上述那样计算的目标转向角 θt 以及增益 K( ＝ Tt/Δ) 而通过 Tc ＝ K·Δθ 的式子、 即 Tc ＝ K(θt-θ) 的式子计算。这里使用的 增益 K 与在上述的目标转向角计算中所使用的增益 K 是相同的 ( 参考图 6 的步骤 14 的说 明 )。
图 8 是如上述那样计算的附加摩擦扭矩 Tc 的特性的说明图。在图 8 中， 将横轴设 为转向角 θ， 将纵轴设为附加摩擦扭矩 Tc。在图 8 中， 示出了如上述那样计算的摩擦扭矩 Tt 为 Tt1 的情况以及摩擦扭矩 Tt 为 Tt2( ＜ Tt1) 的情况来作为代表。即， 示出了例如高速 区域 V2 或者中速区域 V1 时的摩擦扭矩 Tt1 的情况以及低速度区域 V0 时的摩擦扭矩 Tt2 的 情况。 另外， 在图 8 中， 在 Tt1 以及 Tt2 的任一情况下， 为了容易理解和方便， 目标转向角 θt 均为相同且不按照转向角 θ 的变化而变化的。在目标转向角 θt 变化的情况下， 曲线仅与 此相应地以新的目标转向角 θt 为中心向横轴方向平行移动。
如图 8 所示， 根据 Δ ＝ Tt/K， 摩擦扭矩 Tt 越大偏差上限值 Δ 就越大 ( 例如， Tt1 时 的偏差上限值 Δ1 比 Tt2 时的偏差上限值 Δ2 大 )。另外， 在 -Δ ≤ Δθ ≤ Δ 的范围内， 目 标转向角 θt 在不改变的状态下被维持， 由于 Tc ＝ K· Δθ， 即 Tc ＝ K· (θt-θ)， 因此附加 摩擦扭矩 Tc 的大小与 Δθ 成比例地增加。并且， 在 Δθ ＜ -Δ 的范围内， 目标转向角 θt 如上述那样被改变， Δθ 的大小为固定的大小 Δ， 因此， 根据 Tc ＝ K· Δθ 以及 Δ ＝ Tt/K， 附加摩擦扭矩 Tc 的大小为与摩擦扭矩 Tc 的大小相对应的固定值。即， 在 -Δ ≤ Δθ ≤ Δ 的范围内， 应给予转向盘 11 的摩擦扭矩 Tt 实际上未被给予转向盘 11， 从 Δθ 的绝对值大 于等于偏差上限值 Δ 开始， 导致附加摩擦扭矩 Tc 的大小被设定成应给予转向盘 11 的摩擦 扭矩 Tt 的大小。如图 9 所示， 这是由于如果在 -Δ ≤ Δθ ≤ Δ 的范围内附加摩擦扭矩 Tc 的大小也被设定为应给予转向盘 11 的摩擦扭矩 Tt 的大小， 则摩擦扭矩容易过于敏感地振 动而转向感恶化。图 9 所示的特性在将增益 K 设为无穷大的情况下也是一样的。
图 10 是通过可视化模型表示附加摩擦扭矩 Tc 的特性的图。图 10(A) 是相当 于 -Δ ≤ Δθ ≤ Δ 的范围的图， 在该情况下， 目标转向角 θt 不改变， 相对于力 T( 例如由 针对车轮的输入产生的外力 ) 而产生回勾的力， 即弹簧常数 K( ＝增益 K) 的弹簧以位移量 (θt-θ) 进行了位移时的弹性力 ( ＝ K·Δθ)。图 10(B) 是相当于 Δθ ＞ Δ 以及 Δθ ＜ -Δ 的范围的范围的图， 在该情况下， 目标转向角 θt 向接受力 T 的方向变化， 并在与力 T 相对的方向上产生预定的摩擦力 Tt’ ( ＜力 T)。摩擦力 Tt’ 相当于将摩擦扭矩 Tt 转换为 力而得到的值。
在摩擦扭矩附加部 84 中， 继上述的附加摩擦扭矩 Tc 的计算处理之后， 优选的是如 图 3 所示那样地， 附加摩擦扭矩 Tc 通过低通滤波器进行滤波处理。 这里， 将滤波处理后的附 加摩擦扭矩通过标号 Tcf 表示。低通滤波器例如可以是如下述那样的一次的低通滤波器， 也可以是其他形式 ( 例如可以提高次数 )。
Tcf ＝ 1/(fc·s+1)·Tc
这里， fc 是截止频率， 最好是约 1 ～ 2Hz 的范围内的固定值或者可变值。这是由 于， 在相关的频率范围内具有车辆的横摆共振频率， 摩擦扭矩的变化被适当地过滤可使转向感良好。车辆的横摆共振频率由于按照车速变化， 因此截止频率 fc 可以按照车速变化。 或者， 截止频率 fc 可以简单地为相当于代表车速 ( 例如 80km/h) 下的车辆的横摆共振频率 的固定值。
摩擦扭矩附加部 84 中的上述的附加摩擦扭矩 Tc 的计算处理以及低通滤波器的 处理可以与目标转向角 θt 的计算周期相同， 但是优选的是考虑响应性等而在每个比目标 转向角 θt 的计算周期足够短的计算周期被执行。例如， 在目标转向角 θt 的计算周期为 5msec 的情况下， 附加摩擦扭矩 Tc( 以及 Tcf) 的计算周期可以是 400μsec。
这样一来， 从摩擦扭矩附加部 84 输出的附加摩擦扭矩 Tcf 如上述以及图 3 所示那 样被输入转向反作用力控制部 82。然后， 在转向反作用力控制部 82 中， 如上述那样地通过 辅助马达 22 将附加摩擦扭矩 Tcf 给予转向盘 11。
根据以上说明的本实施例， 尤其是可以发挥如下的优良效果。
根据本实施例， 由于如上述那样以可控制的方式生成附加摩擦扭矩 (Tc 乃至 Tcf)， 因此能够按照车速 v 或转向角 θ 这样的车辆状态来产生最合适的大小 / 方向的附加 摩擦扭矩。 例如， 在低速区域以降低摩擦感的形式产生附加摩擦扭矩， 并且在中高速区域产 生比较大的附加摩擦扭矩， 能够实现直进时的稳定性或降低正常转向时的正常转向力 / 实 现稳定性。另外， 在本实施例中， 能够在与转向扭矩无关的形式 ( 与辅助扭矩控制无关的形 式 ) 下产生最佳的附加摩擦扭矩。另外， 由于产生基于转向角 θ 和目标转向角 θt 的偏差 的附加摩擦扭矩， 因此在转向角 θ 实质上未变化的期间中 ( 即转向速度实质上为零的期间 中 ) 也能够产生附加摩擦扭矩， 能够再现静止摩擦， 从而能够降低正常转向力 / 实现稳定 性。另外， 由于按照图 6 所示的转向角 θ 和目标转向角 θt 的偏差来适当地改变目标转向 角 θt， 因而能够如图 8 所示那样地， 流畅地实现不存在不适感 ( 振动 ) 的摩擦特性。另外， 由于如图 6 所示那样按照转向角 θ 和目标转向角 θt 的偏差使目标转向角 θt 适当地改 变， 因而不限于中立位置， 而能够在任意的转向位置处提高正常转向性能。
这里， 进一步对表示本实施例涉及的效果的一个例子的试验结果进行说明。
图 11 是示出基于不具有上述的摩擦扭矩附加部 84 的以往结构的行驶试验结果的 图， 图 11 的 (A) 是示出转向角 θ 的变化的时间序列， 图 11 的 (B) 是示出转向扭矩 Tr 的变 化的施加序列。该以往结构相当于在图 3 中针对转向反作用力控制部 82 的附加摩擦扭矩 Tcf 的输入总是为零的结构。在该行驶试验中， 车辆以时速 60km/h 在路面向右倾斜的道路 上行驶。该道路具有针对右方的倾斜而逐渐减缓的倾斜特性。驾驶员在尽可能不输入转向 扭矩 ( 即， 放手 ) 的状态下进行了驾驶使得维持直进状态。
如图 11 所示， 在以往结构中， 如果去除转向扭矩， 则由于路面向右倾斜从而产生 向右方向的车辆侧滑， 转向角 θ 也向右方向 ( 负方向 ) 变化。因此， 可知为了维持直进状 态需要向左方向进行 X1 ～ X6 的合计 6 次的转向。
图 12 是示出本实施例涉及的行驶试验结果的图， 图 12 的 (A) 是示出转向角 θ 的 变化的时间序列， 图 12 的 (B) 是示出转向扭矩 Tr 的变化的时间序列， 图 12 的 (C) 是示出 附加摩擦扭矩 Tcf 的变化的时间序列。道路的倾斜和行驶区间等试验条件与图 11 的试验 结果是相同的。
如图 12 所示， 在本实施例中， 在行驶区间的前半段， 如果去除转向扭矩， 则由于路 面向右较为急剧地倾斜从而产生向右方向的车辆侧滑， 转向角 θ 也向右方向 ( 负方向 ) 变化。因此， 可知为了维持直进状态需要向左方向进行 X1 以及 X2 的合计 2 次的转向。如图 12 的 (C) 所示， 但是在本实施例中， 在去除转向扭矩的期间， 由于附加摩擦扭矩 Tcf 向左方 向作用， 因而抑制了车辆的右侧滑， 修正转向扭矩以及修正转向角比图 11 所示的以往结构 的情况小即可。另外， 在本实施例中， 如图 12 所示， 可知在行驶区间的后半段， 由于路面的 倾斜在一定程度上缓和， 因此即使去除转向扭矩， 通过附加摩擦扭矩 Tcf 的作用也可完全 抑制车辆的右侧滑， 导致不需要修正转向扭矩以及修正转向角。
接下来， 作为相对于上述的实施例 ( 以下， 也称为 “第一实施例” ) 的变形例， 对本 发明涉及的其他的实施例 ( 以下， 也称为 “第二实施例” ) 进行说明。
相对于第一实施例， 第二实施例主要在偏差上限值 Δ 为预定的固定值而代之使 增益 K 为可变值这点不同。以下， 主要说明第二实施例中的特有构成， 其他构成可以与第一 实施例相同。
图 13 是示出通过第二实施例实现的附加摩擦扭矩 Tc 的特性的图， 其是相当于第 一实施例的图 8 的图。 如图 13 所示， 在第二实施例中， 偏差上限值 Δ 为预定的固定值， 增益 K 可变。在第二实施例中， 与第一实施例相同， 增益 K 与偏差上限值 Δ 的关系为 Δ ＝ Tt/ K。因此， 在第二实施例中， 增益 K 随着摩擦扭矩 Tt 变大而变大。因此， 在 -Δ ≤ Δθ ≤ Δ 的范围内， 随着摩擦扭矩 Tt 变大， 相对于同一 Δθ 的附加摩擦扭矩 Tc 的变化量变大。在 Δθ ＞ Δ 以及 Δθ ＜ -Δ 的范围内， 附加摩擦扭矩 Tc 的大小变为摩擦扭矩 Tt 的大小而 变为固定， 这和第一实施例是一样的。但是， 由于偏差上限值 Δ 是固定的， 因此与摩擦扭矩 Tt 怎样无关， Δθ ＞ Δ 以及 Δθ ＜ -Δ 的范围被固定， 在该范围内， 附加摩擦扭矩 Tc 的 大小通过摩擦扭矩 Tt 的大小而变为固定。
在第二实施例中， 仅目标转向角 θt 的计算方法以及附加摩擦扭矩 Tc 的计算方法 与第一实施例不同， 摩擦扭矩 Tt 的计算方法或低通滤波的处理可以相同。以下， 仅对第二 实施例中的目标转向角 θt 的计算方法以及附加摩擦扭矩 Tc 的计算方法进行说明。
图 14 是示出第二实施例中的转向角计算方法的优选的一个例子的流程图。相对 于图 6 所示的第一实施例中的目标转向角计算方法， 该目标转向角计算方法仅在没有步骤 104 的处理这点不同。即， 在第二实施例中， 由于偏差上限值 Δ 为预定的固定值， 因此不需 要按照摩擦扭矩 Tt 来计算偏差上限值 Δ， 该固定值在步骤 106 以后被原样不变地使用。
图 15 是示出第二实施例中的附加摩擦扭矩 Tc 的计算处理的一个例子的流程图。
在步骤 200 中， 计算 ( 设定 ) 增益 K。增益 K 使用如上述地计算得到的摩擦扭矩 Tt 和偏差上限值 Δ( 固定值 ) 被计算作为 K ＝ Tt/Δ。
在步骤 202 中， 使用转向角 θ、 目标转向角 θt 以及在所述步骤 200 中设定的增益 K 而通过 Tc ＝ K·Δθ 的式子、 即 Tc ＝ K·(θt-θ) 的式子来计算。
根据以上说明的第二实施例， 可获得与第一实施例大体相同的效果。 但是， 在第二 实施例中， 由于当增益 K 过大时容易振动， 因此最好适当地确定偏差上限值 Δ 以使得不产 生相关振动。
在上述的各实施例中， 附上的权利要求书的 “转向摩擦扭矩控制单元” 以及 “转向 辅助扭矩控制单元” 通过转向反作用力控制部 82 一体地实现。
以上， 详细说明了本发明的优选的实施例， 但是本发明不限制于上述的实施例， 在 不脱离本发明的范围的情况下， 能够对上述的实施例加入各种变形以及置换。例 如， 在 上 述 的 实 施 例 中， 作 为 优 选 的 实 施 例， 在 -Δ ≤ Δθ ≤ Δ 的 范 围 内， 附 加 摩 擦 扭 矩 Tc 的 大 小 按 照 Δθ 的 绝 对 值 的 增 加 而 成 比 例 地 增 加， 但 是， 可以 在 -Δ ≤ Δθ ≤ Δ 的范围内按照 Δθ 的绝对值的增加使附加摩擦扭矩 Tc 的大小非线性 地增加， 也可以在 -Δ ≤ Δθ ≤ Δ 的范围内将附加摩擦扭矩 Tc 的大小设为与 Δθ 没有 关系的固定值。在该情况下， 固定值可以是比摩擦扭矩 Tt 小的值， 也可以是零。
另外， 在上述中公开了目标转向角 θt 的优选的设定方法， 但是目标转向角 θt 可 以通过其他的方法来设定 ( 计算 )。 例如， 目标转向角 θt 可以在每个预定周期被设定为转 向角 θ 的前次值、 预定周期前的转向角 θ 或者之前的预定周期期间内的转向角 θ 的平均 值。
另外， 在上述的实施例中， 作为优选的实施例， 摩擦扭矩 Tt 基于速度 v 和转向角 θ 这两个参数来设定， 但是也可以基于任一个参数来设定。另外， 在上述的实施例中， 作为 优选的实施例， 使用进行了低通滤波处理的附加摩擦扭矩 Tcf， 但是也可以省略低通滤波处 理。另外， 可以将预定周期期间的附加摩擦扭矩 Tc 平均化而使用。
另外， 在上述的实施例中， 作为优选的实施例， 仅通过向转向系统以可控制的方式 给予摩擦扭矩， 没有通过机械结构来积极地给予摩擦扭矩， 但是只要在通过机械结构被给 予的摩擦扭矩的影响小， 就能够与通过机械结构向转向系统给予摩擦扭矩的结构相结合。
本国际申请是以要求基于 2007 年 11 月 20 日申请的日本专利申请 2007-300932 号的优先权为基础的， 应视作其全部内容通过此处的参考而引用记入本国际申请中。