限制目标转向角的车辆用转向控制装置 本申请是 2005 年 10 月 18 日在中国专利局提交的名称为 “限制目标转向角的车辆 用转向控制装置” 的专利申请 200580035959.8 的分案申请。
技术领域 本发明涉及车辆用转向控制装置， 每个车辆都装备有转向盘、 一对转向轮以及用 于辅助转向轮的转向操作的动力转向装置。
背景技术 在车辆 ( 例如汽车 ) 领域中， 基于车辆的行驶状态由电子控制装置计算车辆的转 向轮的目标转向角以及通过转向驱动装置使转向轮转向使得转向轮的转向角为目标转向 角是已知的。
另一方面， 作为车辆用转向控制装置中的一种， 在本申请的同一申请人提交的日 本专利特开平 11-157461 中提出了提供一种机构， 该机构用于在转向轮的转向角接近最大 转向角时通过驱动源的驱动力以减小传动比的方式可变地改变转向轮转向时的传动比， 以 保护转向驱动装置。 通过这种转向控制装置避免了当转向轮被转向至最大转向角时由被致 动的转向驱动装置将过剩负荷作用在转向机构上。
发明内容
常规上， 在通过基于车辆的行驶状态计算转向轮的目标转向角和由转向驱动装置 驱动转向轮使转向轮转向至目标转向角的控制中， 主要从如何适当地控制过度转向引起的 自旋或转向不足引起的滑移的观点出发而计算目标转向角。
另一方面， 在装备有动力转向装置的车辆中转向轮的转向角接近最大转向角时， 甚至当驱动源的转向驱动时的传动比减小时， 驱动力的减小程度也随驱动的位移 ( 变位 ) 而改变 ； 而且， 当驱动力不稳定时， 转向轮的转向状态也不稳定。
考虑到上述情况， 本发明的主要目的是提供一种转向控制装置， 当转向轮的转向 角达到最大转向角时， 该转向控制装置通过转向力稳定地维持转向状态， 而不会在动力转 向装置上作用过剩负荷。
为了实现上述主要目的， 本发明提出了一种车辆用转向控制装置， 所述车辆装备 有转向盘、 一对转向轮， 以及用于辅助所述转向轮的转向的动力转向装置， 其中， 用于使所 述动力转向装置作动的目标转向角被限制为不超过确定值 ( 预定值 )。
如上所述， 当用于使动力转向装置作动的目标转向角被限制为不超过确定值时， 避免当转向轮的转向角达到确定的最大转向角时产生更大的转向力以致过剩负荷作用在 动力机构上， 同时转向轮被稳定地维持在最大转向角的位置处， 直到由减小到低于确定值 的目标转向角反向转向。
可基于所述转向盘的转动角和所述车辆的转弯举动 ( 行为、 状态 ) 控制将所述目 标转向角计算为不超过所述确定值的值。通过这种布置， 根据驾驶员的转向操作和转弯举动控制， 转向控制装置可在计算目标转向角的同时设定目标转向角的最大值。
当基于所述转向盘的转动角和所述车辆的转弯举动控制计算的转向角超过所述 确定值时， 可通过取消所算出的转向角的超出部分而使所述目标转向角不超过所述确定 值。通过这种布置， 由于根据本领域的现行技术， 微电脑以 10-100 毫秒的周期循环地作出 基于转向盘的转动角和车辆的转弯举动控制对转向角的计算， 因此在所计算的转向角超过 确定值时通过将每次循环计算的数值约束为确定值可容易地取消所计算的转向角的超出 部分。
或者， 当基于所述转向盘的转动角和所述车辆的转弯举动控制计算的转向角接近 所述确定值时， 可通过逐渐减小所算出的转向角的增大速度而使所述目标转向角不超过所 述确定值。通过这种布置， 以 “软着陆” 的方式将目标转向角收敛为确定值。
或者， 然而， 当基于所述转向盘的转动角和所述车辆的转弯举动控制计算的转向 角达到所述确定值时， 可通过使所算出的转向角的增大速度为零而使所述目标转向角不超 过所述确定值。 在这种情况下， 尽管以软着陆的方式使目标转向角收敛于确定值不可用， 但 仍然能够从算出值取消超过确定值的超出部分。
或者， 为了实现上述主要目的， 本发明提出了一种车辆用转向控制装置， 所述车辆 装备有转向盘、 一对转向轮， 以及用于辅助所述转向轮的转向的动力转向装置， 其中， 用于 使所述动力转向装置作动的目标转向角被限制成使得抵抗所述动力转向装置的作动的反 作用力不超过确定值。 如上所述， 当用于使动力转向装置转向的目标转向角被限制成使得抵抗动力转向 装置的作动的反作用力不超过确定值时， 也避免了当转向轮的转向角达到确定的最大转向 角时产生更大的转向力以致过剩负荷作用在转向机构上， 同时转向轮被稳定地维持在最大 转向角的位置处， 直到由减小到低于确定值的目标转向角反向转向。
在这种情况下， 当所述抵抗所述动力转向装置的作动的反作用力接近所述确定值 时， 可通过逐渐减小基于所述转向盘的转动角和所述车辆的转弯举动控制计算的转向角的 增大速度而使所述反作用力不超过所述确定值。通过这种布置， 由于随着转向轮的转向角 接近最大转向角， 抵抗动力转向装置的作动的反作用力逐渐增大， 因此目标转向角由其循 环控制重复地限制， 同是当反作用力朝向确定值增大时反作用力以软着陆的方式收敛于确 定值。
在这种情况下， 当所述抵抗所述动力转向装置的作动的反作用力达到所述确定值 时， 也可通过使基于所述转向盘的转动角和所述车辆的转弯举动控制计算的转向角的增大 速度为零而使所述反作用力不超过所述确定值。在这种情况下， 尽管以软着陆的方式使反 作用力收敛于确定值不可用， 但仍然能够使反作用力不超过确定值。
在上述任一种情况中， 所述确定值可根据是否实行所述车辆的转弯举动控制而变 化。通过这种布置， 根据本发明的转向控制装置的确更适合于广范围的富有控制方式多样 性的各种转弯举动控制。
附图说明
在附图中，
图 1 是车辆的图解图， 示出与根据本发明的转向控制装置有关的结构部件 ；图 2 是示出根据本发明的转向控制装置的作动方式的流程图 ； 图 3 是示出转向齿轮比 Rg 相对车速 V 的示例的脉谱图 ( 映射图 ) ； 图 4 是示出根据本发明的转向控制装置的另一种作动方式的流程图 ； 图 5 是示出 Δδtmax 相对 |δt| 的两个示例的脉谱图 ； 图 6 是示出根据本发明的转向控制装置的另一种作动方式的流程图 ； 图 7 是示出 Δδtmax 相对 |Ta| 的两个示例的脉谱图 ； 以及 图 8 是示出图 2 所示的转向控制装置的作动方式的一部分的变型的流程图。具体实施方式
在下文中， 将参照附图以一些优选实施例的形式说明本发明。
图 1 是示出与装备有举动控制装置的本发明车辆有关的结构的图解图， 所述举动 控制装置用于通过各个车轮的制动力的控制和转向轮的转向角的控制而控制车辆的举动 ( 行为 )。
在图 1 中， 10FL 和 10FR 分别是被转向的前左和前右轮， 10RL 和 10RR 分别是适于 由图中未示出的动力源驱动的后左和后右轮。 这些车轮通过图中未示出的车轮悬架装置悬 置于车身 12。对应于驾驶员借助齿条 18 和横拉杆 20L 和 20R 对转向盘 14 作出的转向操 作， 齿条齿轮型动力转向装置 16 使前左轮 10FL 和前右轮 10FR 转向。
转向盘 14 借助上部转向轴 22、 转向角调节装置 24、 下部转向轴 26 以及万向接头 28 与动力转向装置 16 的小齿轮轴 30 相连接。转向角调节装置 24 在壳体 24A 的一侧与上 部转向轴 22 的下端相连接， 并且包括在转子 24B 的一侧连接于下部转向轴 26 的上端的用 于改变转向的电动机 32。转向角调节装置 24 通过使下部转向轴 26 相对于上部转向轴 22 转动而可变地调节被转向的前左右轮 10FL 和 10FR 的转向角相对于转向盘 14 的转动角的 比率， 即， 转向齿轮比， 并且还使得被转向的前左右轮 10FL 和 10FR 相对于转向盘 14 转向， 以便于进行举动控制。
转向角调节装置 24 由包括微电脑的电子控制装置 34 控制。
在这方面， 当在转向角调节装置 24 中出现下部转向轴 26 不能相对于上部转向轴 22 转动这种麻烦时， 图中未示出的锁定装置开始作动以机械地防止壳体 24A 与转子 24B 之 间的相对转动， 因此上部转向轴 22 与下部转向轴 26 结合在一起， 不会相对于彼此转动。
动力转向装置 16 是具有电动机 36 以及用于将电动机 36 的转动变换为齿条 18 相 应的往复运动的滚珠丝杠型运动变换机构 38 的齿条同轴型电动转向装置 (EPS)。 电动转向 装置 16 由用于控制电动转向装置的电子控制装置 40 控制， 从而用作转向辅助力产生装置 以通过产生用于相对于壳体 42 驱动齿条 18 的转向辅助力而减轻驾驶员的转向负荷。在这 方面， 转向辅助力产生装置本身的构造是本领域中公知的。
各车轮的制动力由车轮制动缸 46FL、 46FR、 46RL 和 46RR 中的压力 Pi(i ＝ fl、 fr、 rl 和 rr) 控制， 即， 由油压回路 44 控制。尽管图中未示出， 油压回路 44 包括储油器、 油泵、 各种阀及其它， 并且各车轮制动缸的制动压力通常根据驾驶员的制动踏板 48 的下踏操作 被控制并且也由用于举动控制的电子控制装置 52 独立地控制， 如下文中详细说明的。
在所示的实施例中， 转向角传感器 60 设在上部转向轴 22 处， 用于检测上部转向轴 的转动角作为转向角 θ， 并且表示转向角 θ 的信号被供给到用于转向控制的电子控制装置 34 和用于举动控制的电子控制装置 52。
用于转向控制的电子控制装置 34 和用于举动控制的电子控制装置 52 借助车辆信 息基本设施 62 被供以表示由横向加速度传感器 64 检测的车辆横向加速度 Gy 的信号、 表示 由横摆率传感器 66 检测的横摆率 γ 的信号， 以及表示由车速传感器 68 检测的车速 V 的信 号， 用于举动控制的电子控制装置 52 还被供以由压力传感器 70 检测的表示主缸压力 Pm 的 信号以及表示由压力传感器 72FL-72RR 检测的各车轮的制动压力 Pi 的信号。
用于转向控制的电子控制装置 34、 用于 EPS 控制的电子控制装置 40、 以及用于 举动控制的电子控制装置 52 可分别具有微电脑， 每个微电脑都包括通过公共总线互连的 CPU、 ROM、 RAM 和输入 / 输出端口装置。当车辆被转向或向左转弯时转向角传感器 60、 横向 加速度传感器 64 以及横摆率传感器 66 检测作为正值的转向角 θ、 横向加速度 Gy 和横摆 率 γ， 当车辆被转向或向右转弯时它们检测作为负值的转向角 θ、 横向加速度 Gy 和横摆率 γ。
用于举动控制的电子控制装置 52 基于随着车辆的行驶而改变的车辆状态量 ( 比 如转向角 θ、 横向加速度 Gy) 计算显示出车辆的自旋趋势的自旋状态量 SS 和显示出车辆的 滑移趋势的滑移状态量 DS， 并计算用于稳定车辆举动的车辆的目标横摆力矩 Mt 和目标减 速度 Gxbt。 而且， 用于举动控制的电子控制装置 52 将目标横摆力矩 Mt 分为转向角控制的目 标横摆力矩 Mts 和各车轮的制动力控制的目标横摆力矩 Mtb， 计算用于前左右轮的目标转 向角 δt( 用于相对于转向盘的转动角调节转向轮的转向角的转向角目标值， 用于举动控 制 )， 并借助车辆信息基本设施 62 向用于转向角控制的电子控制装置 34 输出表示目标转向 角 δt 的信号。此外， 用于举动控制的电子控制装置 52 基于目标减速度 Gxbt 和目标横摆 力矩 Mtb 计算用于各车轮的目标制动压力 Pti， 并控制油压回路 44 以使得各车轮的制动压 力 Pi 成为目标制动压力 Pti。
用于 EPS 控制的电子控制装置 40 基于借助车辆信息基本设施 62 输入的目标转向 角 δt 控制动力转向装置 16 的操作， 以使得转向轮 10FL 和 10FR 的转向角成为目标转向角 δt。
在这点上， 应该注意的是， 转向轮的转向角的上述控制以及制动力控制的举动控 制不构成本发明的要点， 可以本领域中公知的任何方式实现。
接着参照图 2 中所示的流程图说明根据本发明的转向控制装置实行的车辆的转 向控制。根据图 2 中所示的流程图的控制可开始于图中未示出的点火开关的关闭并在 10-100 毫秒的循环时间下重复实行。
当控制开始时， 在步骤 10， 读入表示转向角 θ 及其它的信号， 之后在步骤 20 中参 照图 3 中所示的脉谱图计算与车速 V 相对应的转向齿轮比 Rg， 之后在步骤 30 中用 Rg 除转 向盘的转向角 θ 以获得 δvt ＝ θ/Rg， 因此计算目标转向角 δvt， 该目标转向角 δvt 通 过结合考虑车速将驾驶员的转向量变换成转向轮的转向角。 这是用以随着车速的增大相对 于转向盘的转动角减小转向轮的转向角。
接着在步骤 40 中以本领域中公知的方式由用于举动控制的电子控制装置 52 计算 显示出车辆自旋趋势的自旋状态量 SS 和显示出车辆滑移趋势的滑移状态量 DS， 之后基于 自旋状态量 SS 和滑移状态量 DS 以本领域中公知的方式计算用于稳定车辆转弯举动的目标
横摆力矩 Mt 和目标减速度 Gxbt， 之后基于目标横摆力矩 Mt 和目标减速度 Gxbt 计算用于举 动控制的目标转向角 δbt 和各车轮的目标制动压力 Pti， 假定该目标转向角不总是最终成 为用于使动力转向装置作动的目标转向角， 而是其临时值。
之后控制前进到步骤 50， 并且通过加算上面计算的 δvt 与 δbt 计算目标转向角 δt。
之 后 控 制 前 进 到 步 骤 60， 并 且 判 定 δt 的 绝 对 值 |δt| 是 等 于 还 是 大 于 δtmax(δtmax 是目标转向角 δt 的最大值 ) 以将转向轮的转向角设定为容许最大值。将 目标转向角 δt 以其绝对值 |δt| 与 δtmax 相比较的原因是当车辆左转时转向角为正值， 而当车辆右转时转向角为负值。当结果为 “是” 时， 控制前进到步骤 70， 并且使得 |δt| 的 值为 δtmax。这是用以通过将该流程中以 10-100 毫秒的循环时间进行的转向角循环控制 的每次循环中计算的目标转向角的数值限制在 δtmax 中而取消目标转向角的增大的超出 δtmax 的超出部分。
由于在这种情况下在步骤 40 中计算的目标转向角 δbt 减小， 在接下来的步骤 80 中， 目标制动压力 Pti 被补正得与 |δt| 的减小相对应， 以尽可能地维持相同的举动控制状 态。 当步骤 60 的结果为 “否” 时， 跳过步骤 70 和 80。
在步骤 90 中， 基于上述计算或补正的目标转向角 δt 实行转向 ( 角 ) 控制， 之后 在步骤 100 中基于目标制动压力 Pti 实行制动控制。
图 4 是示出根据本发明的转向控制装置的另一种作动方式的流程图。在该作动方 式中， 步骤 10-50 的操作与图 2 流程图中的那些相同。
在本实施例中， 在步骤 50 后面的步骤 110 中， 计算该流程图中在当前控制循环中 所计算的目标转向角 δt(N) 与前次控制循环中所计算的目标转向角 δt(N-1) 之间的差值 Δδt。该差值是该流程图中循环控制的每一循环的增量， 表示目标转向角 δt 的增大速 度。
之后， 在步骤 120 中， 参照图 5 中所示的脉谱图计算与 |δt| 的数值相对应的例如 Δδtmax 的数值。 根据图 5 的脉谱图中的实线， 随着 |δt| 的数值接近容许设定转向轮的转 向角的目标转向角的最大值 δtmax， Δδtmax 的数值逐渐减小， 并且在 |δt| 达到 δtmax 时为 0。
之后控制前进到步骤 130， 并且判定上述步骤 110 中计算的 Δδt 是等于还是大于 Δδtmax。当结果为 “是” 时， 控制前进到步骤 140， 并且使得 Δδt 的值为 Δδtmax。这 是用以随着 |δt| 接近 δtmax， 朝向 0 减小由该流程中以约 10-100 毫秒量级的每一循环周 期的每个 δt 增量表示的 δt 的增大速度， 以使得目标转向角以不超过最大值 δtmax 的软 着陆方式朝向 δtmax 收敛。
在这方面， 当 Δδtmax 如图 5 的脉谱图中的虚线所示的方式改变时， 当 |δt| 达 到 δtmax 时 |δt| 的增大 ( 速度 ) 完全减小为 0。因此， 当目标转向量 δt 接近其容许最 大值时的目标转向量 δt 的改变与图 2 中的相同。
图 6 是示出根据本发明的转向控制装置的另一种作动方式的流程图。在本实施例 中步骤 10-50 的操作与图 2 和图 4 流程图中的那些相同， 并且步骤 50 后面的步骤 110 也与 图 4 流程图中的相同。
在本实施例中， 在步骤 110 后面的步骤 125 中， 参照例如图 7 中所示的脉谱图， 基 于抵抗动力转向装置的作动的反作用力 Ta 的绝对值 |Ta|， 计算与 |Ta| 的数值相对应的 Δδtmax 的数值。使用 Ta 的绝对值 |Ta| 的原因也是当车辆左转时 Ta 为正值， 而当车辆右 转时 Ta 为负值。除下述情况外， Δδtmax 具有与图 4 流程图中 Δδtmax 相同的意思， 所 述情况是， 根据图 7 的脉谱图的实线， Δδtmax 随着抵抗动力转向装置的作动的反作用力 |Ta| 朝向其最大值 Tamax 增大而逐渐减小， 甚至在转向轮的转向角已达到其容许最大值后 也是这样， 从而当 |Ta| 达到 Tamax 时 Δδtmax 成为 0。
在这种情况中， 之后的步骤 130-170 与图 4 流程图中的相同。
在这种情况中， 脉谱图可改变为如图 7 虚线所示的。在这种情况中， 当 |Ta| 达到 Tamax 时 Δδtmax 的增大完全为 0。因此， 当目标转向量 δt 接近其容许最大值时的目标 转向量 δt 的改变与图 2 的情况中相同。
图 8 是示出图 2 所示转向控制装置的作动方式的一部分的变型的示例的流程图。 这是用以根据车辆的转弯举动控制是否实行而在转向角控制中改变最大目标转向角的数 值。 在作为图 2 流程图变型的图 8 的流程图中， 在步骤 50 之后的步骤 55 中， 判定 |δbt| 是 否大于 0， 即， 是否实行转弯举动控制。当结果为 “是” 时， 控制前进到步骤 60， 将 |δt| 与 第一极限值 δtmax1 比较， 当未实行转弯举动控制并且因而 |δbt| 为 0 且结果为 “否” 时， 控制前进到步骤 65， 将 |δt| 与第二极限值 δtmax1 比较。 通过这种布置， 本发明的确更适 用于各种转弯举动控制的特定性能。 可明白的是， 由于可对图 4 和图 6 的流程图作出相同的变型， 因此省略对流程图的 进一步说明以避免说明书和附图的冗余。
尽管已结合多个实施例及其局部变型对本发明进行了说明， 但本领域技术人员应 明白的是， 在本发明的范围内对这些实施例作出各种变型都是可行的。