CN100475626C - 车辆转向装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种车辆转向装置，包括将转向力施加给转向机构的两个电动机、以及用于根据转向扭矩或转向量以相同增益(S22)执行对两个电动机的驱动控制的装置。提供如果一个电动机无法被驱动用于检测的方式(S20)。如果检测装置(S20)检测到任何一个电动机无法被驱动，则控制装置使所述增益增加预定量(S30)，使得转向构件即使在任何一个电动机无法被驱动时也不会变得很沉。

Description

车辆转向装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种车辆转向装置，所述转向装置包括：将转向力施加给车轮的转向机构的两个电动机；以及控制装置，所述控制装置根据转向扭矩或转向量以相同增益执行用于车轮的转向变化的两个电动机的驱动控制。
背景技术
近年来已提出一种分离式转向装置用作车辆转向装置，其中车厢内的转向装置被设置成不会机械连接到车厢外的转向机构，并且用于转向的致动器被连接到转向机构的一部分上，使得该致动器根据转向装置的操作方向和操作量的检测结果进行操作，并且将转向力施加到转向机构上以执行对应于转向装置的操作的转向操作。
此外，车辆转向装置包括电动转向设备，所述电动转向设备通过驱动电动机帮助转向以减小司机的负担。这种设备包括：连接到转向构件(方向盘或手柄)的输入轴；通过小齿轮和齿条或类似装置连接到转向控制轮的输出轴；以及用于连接输入轴和输出轴的连接轴，其中扭矩检测装置利用连接轴处所产生的扭转角检测施加到输入轴的转向扭矩，并且根据所检测的转向扭矩值执行对用于转向的电动机的驱动控制，其中所述电动机与输出轴互锁。
以上所述的某些车辆转向装置包括两个用于转向的电动机。在这种情况下，由于可以在互相相反的方向上控制两个电动机，因此当对两个电动机个别执行驱动控制时，某些装置会对两个电动机施加相同的电流。
本发明的申请人已在专利文件1中提出一种分离式转向装置，所述分离式转向装置用于使主转向电动机和辅助转向电动机以预定功率比运转，并且在任何一个电动机损坏时可防止损坏的电动机运转，以增强未损坏的电动机的输出率。
此外，专利文件2中披露一种电动转向设备，所述电动转向设备可预算电动机电流的过调量(overshoot)，并且控制比例灵敏度和/或比例及积分控制装置的积分增益，使得可以抑制处于齿条端部状态下的电动机电流的过调量。
专利文件1：日本专利申请公开出版物第10-218000(1998)
专利文件2：日本专利第3232030号
发明内容
[本发明所解决的问题]
在包括两个用于转向的电动机的如上所述车辆转向装置中，当一个电动机变得无法被驱动时，转向单元与转向变化单元之间的响应延迟会增加，并且转向单元一侧所产生的转向扭矩也会增加。结果，存在的问题是驾驶员在转向时感觉驾驶手柄很沉，或者输出相对于转向输入延迟。
考虑到以上所述的情况提出本发明，第一和第二发明的一个目的是提供一种包括两个用于转向的电动机的车辆转向装置，其中通过所述转向装置，转向构件(手柄)即使在一个电动机变得无法被驱动时也不会变得很重。
第三发明的一个目的是提供一种包括两个用于转向的电动机的车辆转向装置，其中转向构件(手柄)通过所述转向装置即使在一个电动机变得无法被驱动时也不会变得感觉沉重，且相对于转向输入不会出现输出延迟，并且驾驶员可以被告知一个电动机已变得无法被驱动的事实。
[用于解决问题的方案]
根据第一发明的一种车辆转向装置是这样一种车辆转向装置，其包括将转向力施加给转向机构的两个电动机，以及控制装置，其中所述控制装置根据转向扭矩或转向量以相同增益执行对所述两个电动机的驱动控制，其特征在于，设置用于检测电动机无法被驱动的检测装置，并且所述控制装置被构造成在所述检测装置检测到任何一个电动机无法被驱动时使所述增益增加预定量。
根据本发明的方法的第二方面的第一方面的特征在于，所述检测装置根据所述控制装置的驱动控制中的响应延迟检测出电动机无法被驱动。
根据本发明的车辆转向装置的第二方面的第一方面的特征在于，所述检测装置根据所述控制装置的驱动控制中的响应延迟检测出电动机无法被驱动。
根据第三发明的一种车辆转向装置的特征在于，进一步包括用于在所述检测装置检测到电动机无法被驱动时显示电动机无法被驱动的装置。
[发明效果]
根据第一和第二发明的车辆转向装置被实现为一种包括两个用于转向的电动机的车辆转向装置，其中相对于手柄转向的车轮转向变化通过所述转向装置即使在一个电动机变得无法被驱动时也不会发生延迟，可消除在所述转向轴机械连接到所述转向机构时出现的手柄沉重，转向构件(手柄)不会感觉很沉，并且相对于转向输入不会出现输出延迟。
根据第三发明的车辆转向装置实现为一种包括两个用于转向的电动机的转向装置，其中相对于手柄转向的车轮转向变化通过所述转向装置即使在一个电动机变得无法被驱动时也不会发生延迟，可消除在所述转向轴机械连接到所述转向机构时出现的手柄沉重，转向构件(手柄)不会感觉很沉且相对于转向输入不会出现输出延迟，并且驾驶员可以被告知一个电动机已变得无法驱动的事实。
附图说明
图1是示意性地显示为根据本发明的车辆转向装置的一个实施例的分离式转向装置的构造的说明图；
图2是显示图1中所示的车辆转向装置的转向控制操作的流程图；
图3是示意性地显示为根据本发明的车辆转向装置的一个实施例的电动转向设备的构造的说明图；以及
图4是显示图3中所示的车辆转向装置的转向控制操作的流程图。
[参考符号的说明]
1，51    转向机构
2，31         方向盘(转向构件，手柄)
3             转向控制单元
6             动力传输装置
10            前车轮
11            转向轴(齿条轴)
12            转向节臂
13            横拉杆
14            电动机托架
15            小齿轮轴
16            横拉杆位移传感器
20            柱状轴
24，40        电动机驱动电路
25，41        电流检测器
30            扭矩传感器
32            第一转向轴
37            控制单元
42            第二转向轴
43            连接轴
H1            壳体
H2            小齿轮壳体
M1，M2        转向电动机
具体实施方式
以下描述将参照说明某些实施例的图式说明本发明。
[实施例1]
图1是示意性地显示作为根据本发明的车辆转向装置的实施例1的分离式转向装置的构造的说明图。这种车辆转向装置包括：用于操纵右前轮及左前轮10、10的转向机构1；以机械方式与转向机构1分离设置的方向盘2(转向构件，手柄)；以及转向控制单元3，所述转向控制单元3执行预定的控制操作，以根据方向盘2的操作来操作转向机构1。
转向机构1为众所周知的齿条及小齿轮式转向机构，其中从车身一侧延伸到另一侧并在轴向上移动的转向轴(齿条轴)11通过单独的横拉杆13、13分别连接到前车轮10、10的转向节臂12、12。转向轴11在两个方向上的运动通过横拉杆13、13推动及拉动转向节臂12、12，并且以此构造操纵前车轮10、10向右及向左。
这种车辆转向装置包括两个转向电动机M1、M2以执行上述转向操作。一个转向电动机M1连接在承载转向轴11的圆柱形壳体H1的中间部分的外侧，而另一转向电动机M2连接在小齿轮壳体H2的外侧，其中所述小齿轮壳体H2与壳体H1的一部分相连设置以与其交叉。通过单独的动力传输装置将转向电动机M1、M2的旋转传输到转向轴11以使转向轴11在轴向上移动，从而执行前车轮10、10的转向。
转向电动机M1由圆柱形电动机托架14的开口端处的凸缘固定，其中所述圆柱形电动机托架14以与壳体H1倾斜交叉的方式连续设置到壳体H1的中间部分上。转向电动机M1的输出轴在电动机托架14内以同轴方式延伸，即，与壳体H1和转向轴11的轴心倾斜交叉，并且图中未示的小锥齿轮被装配及固定在输出轴的端部上。
在壳体H1内，图中未示的圆柱形球状螺母由转向轴11同轴支承，通过一对滚珠轴承可旋转，其中所述一对滚珠轴承被装配在电动机托架14的连续设置部分的两侧。在球状螺母的外周边上一体形成图中未示的大锥齿轮，大锥齿轮与装配及固定在转向电动机M1的输出轴上的小锥齿轮相啮合，使得锥齿轮机构由大锥齿轮和小锥齿轮构成。
当转向电动机M1以上述构造被驱动而旋转时，该旋转通过锥齿轮机构传输到球状螺母上，并且球状螺母在轴线上旋转。该旋转被转换成转向轴11在轴向上的运动，使得前车轮10、10根据该运动转向。
作为齿条及小齿轮式转向机构的部件的小齿轮轴15以可旋转方式承载在连接有另一转向电动机M2的小齿轮壳体H2内。如众所周知，小齿轮轴15被构成为在小齿轮壳体H2和壳体H1的交叉部分处与形成于壳体H1内的齿条轴11的对应部分处的齿条齿相啮合，其中所述小齿轮轴15位于小齿轮壳体H2上方的突出端部在图1中示出。
此外，在小齿轮壳体H2内延伸的转向电动机M2的输出端通过适当的动力传输装置(例如，蜗轮机构)被构成为用于小齿轮轴15的动力传输结构。这种动力传输结构是在齿条及小齿轮式电动转向设备中广泛使用的用于从用于转向的电动机至小齿轮轴进行动力传输的结构，并且将省略对各部件的具体构造的说明。
当上述构造的转向电动机M2被驱动而旋转时，小齿轮轴15通过动力传输装置(例如，蜗轮机构)以减速方式旋转，并且这种旋转在与齿条的齿相啮合的部分处转换成转向轴11轴向方向上的运动，使得前车轮10、10根据这种运动进行转向。
两个转向电动机M1、M2被由转向控制单元3控制的电动机驱动电路24驱动；流过转向电动机M1、M2的电流由电流检测器25检测；以及所述电流检测器的检测信号被提供给转向控制单元3。
如上所述，转向电动机M1、M2根据来自转向控制单元3的操作指令被驱动及控制。例如，转向机构1对应于该驱动的操作量(即，右前轮及左前轮10、10的实际转向角度)由横拉杆位移传感器16检测，其中所述横拉杆位移传感器检测齿条轴11和位于一侧的横拉杆13的连接部的位移并将所述位移提供给转向控制单元3。此外，检测作用于横拉杆13、13轴向上的轴向力的横拉杆轴向力传感器17、17被连接到齿条轴11两侧的横拉杆13、13，并且所述横拉杆轴向力传感器的检测结果作为表示与转向相关联施加到右前轮及左前轮10、10的道路反作用力的信号提供给转向控制单元3。
此外，以机械方式与转向机构1分离的方向盘2被固定在旋转支承在柱状壳体H3上的柱状轴20的上端。柱状壳体H3被固定并支承在图中未示的车身的一部分上，反作用力电动机M3被连接到柱状壳体H3。反作用力电动机M3被构成为用于柱状壳体H3内的柱状轴20的动力传输结构，由来自转向控制单元3的操作指令驱动的反作用力电动机M3的旋转力作为与用于转向的方向盘2的旋转操作的方向相反的方向上的反作用力施加到柱状轴20和方向盘2上。
抵抗上述反作用力的施加到方向盘2上的转向扭矩由连接到柱状壳体H3的中间部分上的扭矩传感器21检测。此外，方向盘2的操作量由设置在扭矩传感器21一侧的转向角度传感器22检测，它们的检测结果作为表示方向盘2的操作状态的信号提供给转向控制单元3。另外，表示速度传感器23所检测的车速的信号被提供给转向控制单元3的输入侧。
以下描述将参照图2中的流程图说明具有这种结构的车辆转向装置的转向控制操作，其中图2涉及所述车辆转向装置。
例如，转向控制单元3通过使转向角度传感器22检测到的方向盘2的操作量乘以比例增益以找出目标转向角度，以及根据该目标转向角度与右前轮及左前轮10、10的实际转向角度之间的差值来执行反馈控制来执行转向电动机M1、M2的控制，其中所述实际转向角度由横拉杆位移传感器16检测。相同的电流流过转向电动机M1、M2。
转向控制单元3首先读取转向角度传感器22检测到的方向盘2的转向角度(操作量)(S2)，接着读取横拉杆位移传感器16检测到的右前轮及左前轮10、10的转向变化角度(实际转向角度)(S4)。转向控制单元3接着计算转向角度与转向变化角度之间的差值以作为转向变化致动器的目标操作量(S6)，对所计算的目标操作量与预定值进行比较，以判断是否已出现响应延迟因数(response delay factor)(S8)(检测装置)。
当判断所计算的目标操作量小于或等于预定值且还未出现响应延迟因数时(S8)，转向控制单元3将比例增益设定成正常值X1而将积分(integration)增益设定成正常值Y1(S10)，并通过表达式(1)计算转向变化致动器的控制量(S12)。
控制量＝目标操作量×X1+目标操作量的积分值×Y1    (1)
当判断所计算的目标操作量大于预定值且出现响应延迟因数时(S8)，转向控制单元3将比例增益设定成大于正常值X1的数值X2而将积分增益设定成大于正常值Y1的数值Y2(S28)，并通过表达式(2)计算转向变化致动器的控制量(S12)。
控制量＝目标操作量×X2+目标操作量的积分值×Y2    (2)
接下来，转向控制单元3根据所计算的转向变化致动器的控制量(S12)计算电动机目标电流(S14)，并读取电流检测器25所检测的电动机的电流值(S16)。转向控制单元3接着计算电动机目标电流与电动机电流之间的电流差(S18)，并对所计算的电流差与预定电流值进行比较，以判断是否出现响应延迟因数(S20)(检测装置)。
当判断所计算的电流差小于或等于预定电流值且还未出现响应延迟因数时(S20)，转向控制单元3将比例增益设定成正常值X3而将积分增益设定成正常值Y3(S22)，并通过表达式(3)计算电动机电流的控制量(S24)。
控制量＝电流差×X3+电流差的积分值×Y3    (3)
当判断所计算的电流差大于预定值且出现响应延迟因数时(S20)，转向控制单元3将比例增益设定成大于正常值X3的数值X4而将积分增益设定成大于正常值Y3的数值Y4(S30)，并接着在图中未示的显示单元上显示出电动机反常的事实(S32)。转向控制单元3接着通过表达式(4)计算电动机电流的控制量(S24)。
控制量＝电流差×X4+电流差的积分值×Y4    (4)
转向控制单元3指示电动机驱动电路24输出所计算(S24)的电动机电流的控制量(S26)并返回所述程序。
[实施例2]
图3是示意性地显示作为根据本发明的车辆转向装置的实施例2的电动转向设备的构造的说明图。这种车辆转向装置包括：用于操纵右前轮及左前轮10、10的转向机构51；第一转向轴32，所述第一转向轴32用作连接到用于转向的方向盘31的转向装置；以及用于将方向盘31的转向传输到转向机构51的动力传输装置6。
在动力传输装置6上，第二转向轴42通过图中扭矩传感器30的扭杆(未示出)连接到第一转向轴32，并且第二转向轴42通过连接轴43(例如，万向节)连接到转向机构51的小齿轮轴15。
转向机构1为众所周知的齿条及小齿轮式转向机构，其中从车身一侧延伸到另一侧并在轴向上移动的转向轴(齿条轴)11通过单独的横拉杆13、13分别连接到前车轮10、10的转向节臂12、12。转向轴11在两个方向上的运动通过横拉杆13、13推动及拉动转向节臂12、12，并且以此构造操纵前车轮10、10向右及向左。
这种车辆转向装置包括两个转向电动机M1、M2以执行上述转向操作。一个转向电动机M1连接在承载转向轴11的圆柱形壳体H1的中间部分的外部，而另一转向电动机M2连接在小齿轮壳体H2的外部，其中所述小齿轮壳体以与壳体H1交叉的方式连续设置到壳体H1的一部分上。通过由单独的动力传输装置将转向电动机M1、M2的旋转传输到转向轴11以使转向轴11在轴向上移动来执行前车轮10、10的转向。
转向电动机M1由圆柱形电动机托架14的开口端处的凸缘固定，其中所述圆柱形电动机托架以与壳体H1倾斜交叉的方式连续设置到壳体H1的中间部分上。转向电动机M1的输出轴在电动机托架14内以同轴方式延伸，即，与壳体H1和转向轴11的轴心倾斜交叉，并且图中未示的小锥齿轮被装配及固定在输出轴的端部上。
在壳体H1内，图中未示的圆柱形球状螺母由转向轴11同轴支承而通过一对滚珠轴承可旋转，其中所述一对滚珠轴承被装配在电动机托架14的连续设置部分的两侧。在球状螺母的外周边上一体形成图中未示的大锥齿轮，大锥齿轮与装配及固定在转向电动机M1的输出轴上的小锥齿轮相啮合，使得锥齿轮机构由大锥齿轮和小锥齿轮构成。
当转向电动机M1以上述构造被驱动而旋转时，该旋转通过锥齿轮机构传输到球状螺母上，并且球状螺母在轴线上旋转。该旋转被转换成转向轴11在轴向上的运动，使得前车轮10、10根据该运动转向。
作为齿条及小齿轮式转向机构的部件的小齿轮轴15以可旋转方式承载在连接有另一转向电动机M2的小齿轮壳体H2内。如众所周知，小齿轮轴15被构成为在小齿轮壳体H2和壳体H1的交叉部分处与形成于壳体H1内的齿条轴11的对应部分处的齿条牙齿相啮合。
此外，在小齿轮壳体H2内延伸的转向电动机M2的输出端通过适当的动力传输装置(例如，蜗轮机构)被构成为用于小齿轮轴15的动力传输结构。这种动力传输结构为在齿条及小齿轮式电动转向设备中广泛的使用以用于从用于转向的电动机至小齿轮轴进行动力传输的结构，并且将省略对各部件的具体构造的说明。
当转向电动机M2以上述构造被驱动而旋转时，小齿轮轴15通过动力传输装置(例如，蜗轮机构)以减速方式旋转，并且这种旋转在与齿条的齿相啮合的部分处转换成转向轴11轴向方向的运动，使得前车轮10、10根据这种运动进行转向。
两个转向电动机M1、M2被由控制单元37控制的电动机驱动电路40驱动；流过转向电动机M1、M2的电流由电流检测器41检测；以及所述电流检测器的检测信号被提供给控制单元37。
控制单元37根据施加到方向盘31的转向扭矩和速度传感器23所检测的车速控制电动机驱动电路40，其中所述转向扭矩由扭矩传感器30检测。
以下描述将参照图4中的流程图说明具有这种结构的车辆转向装置的转向控制操作，其中图4涉及所述车辆转向装置。
控制单元37首先读取由扭矩传感器30检测的施加到方向盘31的转向扭矩值(S33)，并且根据转向扭矩的读取值决定电动机目标电流(S34)，控制单元37接着读取电流检测器41所检测的电动机电流值(S35)。
接下来，控制单元37计算电动机目标电流与电动机电流之间的电流差(S36)，并且对所计算的电流差与预定电流值进行比较，以判断是否出现响应延迟因数(S38)(检测装置)。
当判断所计算的电流差小于或等于预定电流值且未出现响应延迟因数时(S38)，控制单元37将比例增益设定成正常值X5而将积分增益设定成正常值Y5(S40)，并且通过表达式(5)计算电动机电流的控制量(S42)。
控制量＝电流差×X5+电流差的积分值×Y5    (5)
当判断所计算的电流值大于预定值且出现响应延迟因数时(S38)，控制单元37将比例增益设定成大于正常值X5的数值X6而将积分增益设定成大于正常值Y5的数值Y6(S46)，接着在图中未示的显示单元上显示出电动机反常的事实。控制单元37接着通过表达式(6)计算电动机电流的控制量(S42)。
控制量＝电流差×X6+电流差的积分值×Y6    (6)
控制单元37指示电动机驱动电路40输出所计算(S42)的电动机电流的控制量(S44)并返回所述程序。
应该注意的是本发明不限于以上所述的实施例1和2的构造，其中转向电动机M1驱动转向轴11旋转且转向电动机M2驱动小齿轮轴15旋转，对于转向电动机M1和M2的安装位置，可以采用各种组合，例如，使转向电动机M2驱动第二转向轴42旋转的构造、或者使转向电动机M2也驱动转向轴11的构造。
[工业适用性]
本发明可以应用于包括车辆转向装置的设备。

Claims (6)

1.一种用于控制车辆转向装置的方法，所述转向装置包括将转向力施加给转向机构的两个电动机，以及控制装置，所述控制装置根据转向扭矩或转向量以相同增益执行对所述两个电动机的驱动控制，其特征在于，
所述控制装置包括用于检测所述电动机无法被驱动的检测装置；以及
所述方法包括在所述检测装置检测到任何一个电动机无法被驱动时使所述增益增加预定量的步骤；
其中所述检测装置根据所述控制装置的驱动控制中的响应延迟检测出电动机无法被驱动；
所述车辆转向装置进一步包括：转向角度检测装置；以及转向变化角度检测装置；以及
当所述转向角度检测装置所检测的转向角度与所述转向变化角度检测装置所检测的转向变化角度之间的差值超过预定值时做出所述响应延迟的判断。
2.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述控制装置包括显示装置；以及
所述方法包括在所述检测装置检测到电动机无法被驱动时显示出电动机无法被驱动的步骤。
3.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述车辆转向装置进一步包括电动机电流检测器；以及
当所述控制装置所计算的电动机目标电流与所述电动机电流检测器所检测的电动机电流之间的差值超过预定值时做出所述响应延迟的判断。
4.一种车辆转向装置，包括：
将转向力施加给转向机构的两个电动机；以及
控制装置，所述控制装置根据转向扭矩或转向量以相同增益执行对所述两个电动机的驱动控制，
其特征在于：
设置用于检测所述电动机无法被驱动的检测装置；以及
所述控制装置在所述检测装置检测到任何一个电动机无法被驱动时使所述增益增加预定量；
其中所述检测装置根据所述控制装置的驱动控制中的响应延迟检测出电动机无法被驱动；
所述的车辆转向装置，进一步包括：
转向角度检测装置；以及
转向变化角度检测装置，
其中当所述转向角度检测装置所检测的转向角度与所述转向变化角度检测装置所检测的转向变化角度之间的差值超过预定值时做出所述响应延迟的判断。
5.根据权利要求4所述的车辆转向装置，进一步包括用于在所述检测装置检测到电动机无法被驱动时显示电动机无法被驱动的装置。
6.根据权利要求4所述的车辆转向装置，进一步包括电动机电流检测器，
其中当所述控制装置所计算的电动机目标电流与所述电动机电流检测器所检测的电动机电流之间的差值超过预定值时做出所述响应延迟的判断。
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