CN100509520C - 车辆转向装置 - Google Patents

Abstract

电子控制单元在步骤S11读取车体侧滑角β。接着，在步骤S12，该电子控制单元读取驾驶员输入的校正量N。接着，在步骤S15，电子控制单元从转向输出轴(13)的转动量(K1·θ)减去校正项目(N·β)来计算目标转向角δa，以减小由于车体侧滑角β而在车辆中产生的侧向力，其中所述转向输出轴的转动量与转向输入轴(12)的转动量有预定关系。随后，在步骤S16和S17，电子控制单元对可变齿轮比致动器的电动机进行驱动和控制，直到转向输出轴的转动量达到目标转向角δa。

Description

车辆转向装置

技术领域

本发明涉及车辆转向装置，它包括由驾驶员转动并一体连接到方向盘的转向输入轴、连接到转向机构并用于对可转向方向盘进行转向的转向输出轴、以及电力致动器，所述电力致动器用于使转向输出轴的转动量随着转向输入轴的转动量发生改变。

背景技术

传统上，已经积极开发了一些车辆转向装置，它们能够改善运动学特性和转向状态下车辆的行为稳定性。在采用了例如日本专利申请公开(kokai)No.H2-95982中所示用于四轮转向车辆的转向控制方法的车辆转向装置中，对转向力、侧向力、或前后轮的侧滑角进行检测；在假定前后轮的转向力或侧向力与侧滑角成比例的情况下，根据将前轮转向角增加与前轮侧滑角成比例的校正转向角所获得的值对前轮转向角进行控制，并与后轮侧滑角成比例地控制后轮转向角。采用这种设置，可以对前轮侧滑角和后轮侧滑角的比例系数(即前轮转向系数和后轮转向系数)单独进行可变的控制。因此，可以防止在产生与转向有关的偏航转矩时产生相位延迟，并可以通过改变前后轮转弯能力之间的平衡来随意控制转向特性。

发明内容

另外，车辆转向所需的侧向力是通过路面与前后轮所装轮胎之间的摩擦力的方式来施加的。下面会详细考虑转向所需的侧向力。这种侧向力是作为因转向所致侧向力与因侧滑角所致侧向力之和，其中所述因转向所致侧向力是在四轮转向车辆的情况下转向前后轮(在前轮转向车辆的情况下是转向前轮)的结果而产生的，所述因侧滑角所致侧向力是由于前轮和后轮(更具体地说，是它们的轮胎)具有侧滑角而产生的。由于前后轮安装到车体，所以当前后轮具有侧滑角且车辆处于转向状态时，车体也具有侧滑角。因此，车辆转向所需侧向力可以认为是因转向角所致侧向力与因侧滑角所致侧向力之和，其中所述因侧滑角所致侧向力是由于车体具有侧滑角而产生的。车辆速度越高，所产生的侧滑角就越大；前后轮的轮胎侧滑角越大，所产生的因侧滑角所致侧向力就越大。

在采用上述传统转向控制方法的车辆转向装置中，当驾驶员对方向盘进行转向时，前后轮受到转向，因此前后轮的轮胎侧滑角增大。结果，作用在车辆上的侧向力变得大于因转向角所致侧向力，因为把与前后轮更大的侧滑角相应的侧向力加到了因转向角所致侧向力，所以车辆可以更容易地转向。换句话说，当驾驶员对方向盘进行转向从而对前后轮进行转向时，额外产生了作为转向操作的结果而产生的与车体侧滑角相应的侧向力，因此车辆的转向就像是对前后轮进行了额外转向的情况一样。在此情况下，当车辆高速行进时，传统的转向方法以相同相位对前后轮进行转向，以减小车体的侧滑角，从而对产生因侧滑角所致侧向力进行抑制。尽管车体的侧滑角减小了，但是后轮仍然受到转向，并因产生侧向力而在前后轮处产生大的侧滑角，使车辆上受到驾驶员不期望的较大侧向力作用。

考虑到这点，上述传统转向方法可以禁止对后轮的转向，并通过加入与前轮处产生的侧滑角成比例的校正转向角来对前轮的转向角进行校正。但是，这种校正仅仅减小了与前轮侧滑角相应的侧向力，而没有减小与转向期间被禁止转向的后轮处所产生的侧滑角相应的侧向力。结果，就不能对在转向的车辆中产生的侧滑角进行校正，因此车体仍然受到与车体侧滑角对应的、驾驶员所不期望的侧向力作用。

如上所述，在将与车体侧滑角对应的、驾驶员所不期望的侧向力加入到与根据驾驶员对方向盘的转向所产生的转向角对应的侧向力的情况下，作用在车辆上的侧向力作用比通过对方向盘的转向所产生的侧向力更大，可方向盘受到了过度转向。结果，车辆可能具有所谓的转向过度(ovcr-steer)特性，在该特性下，车辆以比驾驶员所期望的转向半径更小的转向半径进行转向。因此，当车辆行进时，例如以高速行进或在雪地、冰面上行进时，即使对于经验非常丰富的驾驶员，也难以在转向期间使车辆行为稳定。

本发明是为了解决上述问题而完成的，本发明的一个目的是提供一种车辆转向装置，它可以使转向期间与车体侧滑角对应的、作用在车辆上的侧向力的影响明显减小，从而使车辆转向期间的行为稳定。

为了实现上述目的，本发明提供了一种车辆转向装置，它包括转向输入轴、转向输出轴和电力致动器，所述转向输入轴一体连接到由驾驶员转动的方向盘，所述转向输出轴连接到用于对可转向轮进行转向的转向机构，所述电力致动器用于使转向输出轴的转动量随着转向输入轴的转动量改变，所述转向装置包括：侧滑角检测装置，用于检测当车辆处于转向状态时产生的车体侧滑角；目标转动量计算装置，用于在考虑到校正项的情况下计算转向输出轴的目标转动量，以减小由于车体侧滑角而在车辆中产生的侧向力对车辆转向状态的影响，其中所述校正项是根据侧滑角检测装置检测到的车体侧滑角确定的；以及驱动控制装置，用于根据由目标转动量计算装置计算出的目标转动量，对电力致动器的驱动进行控制。在此情况下，优选地，目标转动量计算装置通过从转向输出轴的转动量减去校正项而计算出目标转动量，其中所述转向输出轴的转动量与转向输入轴的转动量有预定关系。

在这些情况下，优选地，所述校正项是通过将检测到的车体侧滑角与用朝向车辆转向中心的转弯力计算出的系数相乘在一起而计算的，所述转弯力基于路面与处于转向状态中的车辆的前后轮之间的摩擦力。此外，优选地，车辆转向装置包括调整值输入装置，所述调整值输入装置由驾驶员操作以输入调整值，所述调整值表示将侧向力对车辆转向状态的影响所减小到的程度，其中，所述校正项是通过将使用调整值输入装置输入的调整值与检测到的车体侧滑角相乘在一起而计算出的。

通过上述设置，在可以使转向输出轴的转动量对转向输入轴的转动量相对改变的转向装置(例如包括可变齿轮机构的、或电传式转向装置的转向装置)中，目标转动量计算装置可以根据侧滑角检测装置检测到的车体侧滑角，在考虑了校正项的情况下计算转向输出轴的目标转动角。更具体地说，可以根据转向输入轴的转动量与转向输出轴的转动量之间的预定关系(例如将转向输入轴的转动传递到转向输出轴的传动比)，通过从转向输出轴转动的转动量减去校正量来计算目标转动量。驱动控制装置可以通过对电力致动器进行驱动和控制，使转向输出轴转过所计算出的转动量，从而将可转向轮转向到与经由转向机构传递的目标转动量相应的转向角。

如上所述，转向输出轴的目标转动量是在考虑了根据车体侧滑角所确定的校正项的情况下计算的，因此可以使驾驶员不期望的、作用在转向状态下的车体上的侧向力的影响减小。结果，当驾驶员转动方向盘时，表面上只有基于该转动的侧向力(即与转向角相应的侧向力)作用在车辆上。这样，车辆可以根据驾驶员对方向盘的操作进行转向。换言之，车辆可以转过与方向盘的转动相应的量。因此，即使在经验并不丰富的驾驶员以高速或者在雪地或冰面上驾驶车辆时，也可以使转向期间车辆的行为稳定，并且驾驶员可以根据他/她的意图来驾驶车辆。

计算目标转动量所用的校正项可以通过将车体侧滑角与用前后轮的转弯力所计算的系数相乘在一起来计算。这使得能够根据车辆的转向状态来最佳地确定校正项，从而可以很容易地以稳定状态进行转向。此外，还可以通过将车体侧滑角与调整值相乘在一起来计算校正项，所述调整值是驾驶员输入的，表示使由于车体侧滑角而影响车辆转向状态的侧向力减小的程度。这使得能够根据驾驶员的偏好来确定校正程度。因此，可以使转向期间车辆的行为稳定，并可以根据他/她的意图来驾驶车辆，同时确保了良好的转向感。

此外，转向装置可以包括车速检测装置，用于检测车辆的速度；以及禁止装置，用于在车速检测装置检测到的车速小于预定车速时禁止由目标转动量计算装置计算目标转动量。在此情况下，由于可以根据车速来判定是否计算目标转动量的计算，所以可以获得与具体情况相符的最佳车辆转向状态。这也使驾驶员能够根据他/她的意图来驾驶车辆。

附图说明

图1是根据本发明一种实施例的车辆转向装置的示意图。

图2是示出由图1的电子控制单元执行的目标转向角计算程序的流程图。

图3是根据本发明一种变型实施例的车辆转向装置的示意图。

具体实施方式

下面将参考附图对根据本发明一种实施例的车辆转向装置进行说明。图1示意性示出了根据本实施例的车辆转向装置。

这种转向装置包括方向盘11，驾驶员转动所述方向盘11来对作为可转向方向盘的左前轮和右前轮FW1和FW2进行转向。方向盘11固定到转向输入轴12的上端，转向输入轴12的下端连接到作为电力致动器的可变齿轮比致动器20。可变齿轮比致动器20包括电动机21和减速器22。可变齿轮比致动器20使连接到减速器22的转向输出轴13的转动量(即转向角δ)随着转向输入轴12的转动量(即转向角θ)适当地改变。

电动机21的壳体一体连接到转向输入轴12，并在驾驶员转动方向盘11时与转向输入轴12成整体地转动。电动机21的驱动轴21a连接到减速器22，使得电动机21的转动力经由驱动轴21a传递到减速器22。减速器22由预定的齿轮机构(例如行星齿轮机构等)组成，转向输出轴13连接到齿轮机构。通过这种设置，在电动机21的转动力经由驱动轴21a传递到减速器22时，减速器22将驱动轴21a的转动传递到转向输出轴13，同事通过齿轮机构使转速适当减小。

如上所述，可变齿轮比致动器20经由电动机21的驱动轴21a和减速器22对转向输入轴12和转向输出轴13进行连接，使得转向输入轴12和转向输出轴13可以彼此相对转动，并能够适当改变转向输出轴13转向角δ对转向输入轴12转向角θ的比率，即来自转向输入轴12与转向输出轴13的转动量传递比K。因此，根据下面的式1，转向输出轴13的转向角δ可以用转向输入轴12的转向角θ表示。

δ＝K·θ        式1

此外，根据本实施例的转向装置还包括连接到转向输出轴13下端的转向齿轮单元30。转向齿轮单元30是例如齿条齿轮式齿轮单元，并设计为使得将安装到转向输出轴13下端的小齿轮31的转动传递给齿条32。采用这样的设置，齿条32在从小齿轮31接收到转动力时轴向运动。因此，将连接到齿条32相反端的前轮FW1和后轮FW2转向到转向角δ。

接下来将对控制上述可变齿轮比致动器20的操作(更具体地说，是电动机21的驱动)所用的电力控制器进行说明。电力控制器包括车速传感器41、输入转向角传感器42、输出转向角传感器43和侧滑角传感器44。车速传感器41检测车辆速度并将其输出作为车速V。输入转向角传感器42检测方向盘11相对于其中性位置的转动量(即转向输入轴12的转动量)，并输出其作为转向角θ。输出转向角传感器43检测转向输出轴43相对于其中性位置的转动量，并将其输出作为转向角δ(对应于前后轮FW1和FW2的转向角)。注意，转向角θ和转向角δ各自用“0”表示其中性位置，用正值表示沿逆时针方向的转动量，用负值表示沿顺时针方向的转动量。

侧滑角传感器44对处于转向状态的车辆车体中产生的侧滑角β进行检测，并将其输出。当侧滑角β为负数时，表示相对于车辆首尾方向向左的侧滑角，当侧滑角β为正数时，表示相对于车辆首尾方向向右的侧滑角。尽管可以采用各种方法来检测车体的侧滑角β，但是优选地以如下方式检测侧滑角β。即，在沿车辆首尾方向的车速由Vx表示、沿车辆侧向的车速用Vy表示时，车体的侧滑角β可以根据下面的式2来计算。

β＝tan^-1(Vy/Vx)            式2

注意，优选地用应用例如光或声音的检测器来对车速Vx和Vy进行检测。

这些传感器41到44连接到电子控制单元45。电子控制单元45包括由CPU、ROM、RAM等组成的微计算机作为主要部件，并通过执行程序来控制可变齿轮比致动器20中电动机21的操作。用于驱动电动机21的驱动电路46连接到电子控制单元45的输出侧。驱动电路46中设有用于对流经电动机21的驱动电流进行检测的电流检测器46a。把通过电流检测器46a检测到的驱动电流反馈到电子控制单元45以对电动机21的驱动进行控制。

此外，由驾驶员操作的校正量调整开关47连接到电子控制单元45。这个校正量调整开关47用于在通过执行下述目标转向角计算程序计算转向输出轴13(即左前轮和右前轮FW1和FW2)的目标转向角δa时，对所用的校正项值的大小(校正程度)进行调整。因此，校正量调整开关47设置为使表示校正程度(范围)的校正量N能够在例如0到5之间任意设定。校正量调整开关47向电子控制单元45输出表示所设定的校正量N的信号。

接下来将对如上所述构造的实施例的操作进行详细说明。在驾驶员转动未示出的点火开关时，电子控制单元45(更具体地说，是CPU)以预定的短时间间隔重复执行图2所示目标转向角计算程序。

即，电子控制单元45在步骤S10启动目标转向角计算程序，并前进到步骤S11以读取通过车速传感器41、输入转向角传感器42、侧滑角传感器44检测到的各个值，即车速V、转向角θ和侧滑角β。在从这些传感器接收到所检测的值后，在步骤S12，电子控制单元45读取表示由驾驶员通过使用校正量调整开关47设定的校正量N的信号，然后前进到步骤S13。

在步骤S13，电子控制单元45判定在步骤S11中从输入转向角传感器42接收到的转向角θ是否大于预设的小的、正的转向角θo。转向角θo是用于对方向盘11的转动范围进行限定的预定角度，所述转动范围使车辆可以维持直线行进。因此，步骤S13的判定处理用于根据驾驶员输入的方向盘11(转向输入轴12)的转向角θ来判定车辆是否处于转向状态。即，当转向角θ的绝对值大于正的转向角θo时，意味着驾驶员确实转动了方向盘11，车辆处于转向状态。因此，电子控制单元45作出“是”的判断，并执行步骤S14中以及后续步骤中的处理。

另外，在输入转向角θ的绝对值不大于正的转向角θo时，意味着方向盘11被保持在上述中性位置附近，左前轮和右前轮FW1和FW2未受到转向，车辆处于直线行进状态。因此，电子控制单元45作出“否”的判定，并前进到步骤S19使当前执行的目标转向角计算程序结束。在经过预定的短时间间隔后，电子控制单元45再次在步骤S10启动执行目标转向角计算程序。

当电子控制单元45在上述步骤S13作出“是”的判断时，前进到步骤S14以判定上述步骤S11中从车速传感器41接收到的车速V是否大于预设的小车速Vo。车速Vo是用于对车速范围进行限定的预定速度，所述车速范围使得即使在车辆转向时，车体中也不会产生大的侧滑角β。步骤S14中的判定处理用于根据当前检测到的车速V来判定是否必须根据车体中产生的侧滑角β对转向角δ进行校正，即是否必须计算下面将要说明的目标转向角δa。当车速V高于预定车速Vo时，电子控制单元45必须考虑车体侧滑角β的影响来计算目标转向角δa。因此，在此情况下，电子控制单元45作出“是”的判定，并前进到步骤S15。另外，如果车速V并不高于预定车速Vo，则电子控制单元45不必计算目标转向角δa。因此，在此情况下，电子控制单元45作出“否”的判定，并前进到步骤S19使当前执行的目标转向角计算程序结束。在经过预定的短时间间隔后，电子控制单元45再次在步骤S10启动执行目标转向角计算程序。

这里将对车体侧滑角β对车辆转向的影响进行说明，其中所述车辆的左前轮和右前轮FW1和FW2例如被转向到转向角δc。当驾驶员经由方向盘11输入转向角θc时，车辆的左前轮和右前轮FW1和FW2被转向到根据上述式1计算出的转向角δc。结果，车辆从直线行进状态改变到转向状态，或者维持转向状态。当车辆处于转向状态时，由于转向而产生离心力，并且有朝向转向中心的向心力作用在车辆上。作用在转向车辆上的向心力是由路面与车辆前后轮(更具体地说，是安装到前后轮的轮胎)之间产生的朝向转向中心的侧向力提供的(下文中，这个侧向力将称为“转弯力”)。

具体地说，处于转向状态的车辆沿预定转向圆弧行进并倾向于朝向施加惯性力的方向行进，所述转向圆弧是根据左前轮和右前轮FW1和FW2的转向角δc确定的(下文中，这个行进方向将称为“前进方向”)。因此，处于转向状态的车体具有侧滑角β，所述侧滑角由前进方向与施加惯性力方向之间的角度差来表示。另外，由于前轮和后轮一体安装到车体，在车体具有侧滑角β的状态下，前后轮的轮胎倾向于在施加惯性力方向上相对于路面发生位移。但是，当前后轮的轮胎相对于路面发生位移时，前后轮的轮胎与路面之间产生摩擦力，使得车辆沿前进方向在转向圆弧上行进，而不是眼施加惯性力的方向。换句话说，产生了基于摩擦力的转弯力，并且由于所产生的转弯力而产生了使车辆沿前进方向行进的向心力。

因此，处于转向状态中的、左前轮和右前轮FW1和FW2(转向输出轴13)被转向到转向角δc的车辆，其向心力可以根据下面的式3来计算，所述式3使用了前后轮处产生的转弯力。

M·α＝2·Kf·δc+2·(Kf+Kr)·β+ε          式3

式3中的M为车辆质量。式3中的α为朝向转向中心的加速度(下文中，这个加速度将称为“向心加速度”)并可以由下面的式4表示。

α＝V²·(1/R)                             式4

R表示根据转向角δc(即驾驶员输入的转向角θ)确定的车辆的转向半径，1/R表示转向圆弧的曲率(所谓的转向曲率)。

转向角δc与转向曲率1/R之间保持由下面的式5所示的关系。

δc＝L·(1+A·V²)·(1/R)                  式5

式5中的L为表示车辆轴距的预定值，A为表示车辆行为稳定性的预定值。通过对式5进行变形，转向曲率1/R可以由下面的式6表示。

1/R＝δc/(L·(1+A·V²))                   式6

并且，将上述式1代入式6可得下面的式7。

1/R＝(K/(L·(1+A·V²)))·θc              式7

因此，向心加速度α可以由下面的式8表示，式8是通过将式7代入上述式4得到的。

α＝(K·V²/(L·(1+A·V²)))·θc            式8

式8表明向心加速度α是根据驾驶员通过转动方向盘11所输入的转向角0c来确定的。

在上述式3的右边，Kf是表示左前轮和右前轮FW1和FW2处产生的转弯力的系数，Kr是表示后轮处产生的转弯力的系数。此外，如上所述，在转向角δc为正时，即当车辆向左转向时，产生向右的侧滑角，使得车体侧滑角β表现出正值，而在转向角δ为负时，即当车辆向右转向时，产生向左的侧滑角，使得车体侧滑角β表现出负值。注意，在上述式3右边，ε是与车辆转向时产生的偏航角速度(yaw rate)相关而产生的很小的力，因此可以忽略。因此，处于转向状态的车辆，其向心加速度可以由下面的式9代替上述式3表示。

M·α＝2·Kf·δc+2·(Kf+Kr)·β     式9

根据式9，车辆中产生的向心力M·α是通过将与左前轮和右前轮FW1的转向角δc成比例的侧向力(下文中，这个侧向力将称为“转向侧向力”)跟与车体侧滑角β成比例的侧向力(下文中，这个侧向力将称为“滑动侧向力”)相加而计算出的。另外，式9表明，在处于车体中产生了侧滑角β的状态下，自然产生滑动侧向力，驾驶员难以经由方向盘11控制滑动侧向力。由于自然产生了滑动侧向力，所以产生的向心力大于驾驶员期望通过转动方向盘11而产生的向心力。

结果，车辆不能以驾驶员通过转动方向盘11所确定的期望转向半径进行转向。因此，驾驶员必需通过适当转动方向盘11来校正转向角δc，使得车辆以期望转向半径进行转向(下文中这种转向操作将称为“校正转向”)。即，驾驶员必需操作方向盘11进行校正，使得向心力M·α减小一个量，所述的量对应于作为车辆转向结果而会自然产生的滑动侧向力。如上所述，自然产生的车体侧滑角β会影响车辆的转向状态，其中所述车辆的左前轮和右前轮FW1和FW2被转向到转向角δc。

因此，在步骤S15，电子控制单元45计算目标转向角δa，所述目标转向角使车辆以驾驶员通过转动方向盘11所确定的期望转向半径进行转向，而消除了处于转向状态的车辆中自然产生的滑动侧向力的影响(更具体地说，是车体侧滑角β)。下面将对目标转向角δa的计算进行详细说明。

如上所述，在处于由于左前轮和右前轮FW1和FW2被转向到转向角δc而产生车体侧滑角β的状态下时，根据上述式9计算向心力M·α，即把滑动侧向力加到转向侧向力。此时，使车辆根据方向盘11的转动进行转向只需要转向侧向力，而不需要滑动侧向力。因此，为了使车辆以驾驶员通过转动方向盘11所确定的期望转向半径进行转向，可以用目标转向角δa确定满足下面式10所示关系的转向侧向力，所述式10是从上述式9的两边都减去滑动侧向力而得到的。

2·Kf·δa＝M·α-2·(Kf+Kr)·β     式10

因此，可以根据对式10进行变形所得的下式11计算目标转向角δa。

δa＝(M/(2·Kf))·α-(1+Kr/Kf)·β   式11

根据式11，通过从与向心加速度α成比例的项(即由上述式8可见的与驾驶员输入的转向角θ有关的项)中减去与车体侧滑角β成比例的项(即校正项)来确定目标转向角δa。因此，在车辆不以由驾驶员输入的转向角θ确定的期望半径行进的情况下，如上所述，驾驶员进行校正转向，校正到根据式11确定的目标转向角δa。

换句话说，在通过从转向输出轴13的转向角δ(它与驾驶员输入的转向角θ有预定关系)减去与车体侧滑角β成比例的项来确定目标转向角δa时，可以消除滑动侧向力对车辆转向的影响(即车体侧滑角β)，从而可以使车辆只根据向心加速度α(即根据转向角θ)进行转向。通过这样的操作，车辆可以相应于方向盘11的转动以期望转向半径进行转向，而不需要驾驶员进行校正转向。

这里，如下面的式12所示，通过使用校正量调整开关48而输入的校正量N被设定为对应于(1+Kr/Kf)，即上述式11中与车体侧滑角β相乘的项，并利用上述式1对上述式11进行变形。这样，目标转向角δa可以由下面的式13表示。

N＝1+Kr/Kf       式12

δa＝K1·θ-N·β   式13

注意，根据式12，针对转弯力Kf和转弯力Kr彼此相等的状态，式13中的校正量N最初被设定为2。此外，式13中的K1是传动比，它通过可变齿轮比致动器20的减速器22进行适当改变，并可以由下面的式14表示。

K1＝(M/(2·Kf))·(K·V²/(L·(1+A·V²)))    式14

电子控制单元45使用上述步骤S11中读取的转向角θ和侧滑角β，以及上述步骤S12中读取的校正量N，根据上述式13来计算目标转向角δa。

在上述步骤S15中计算出目标转向角δa后，电子控制单元45重复执行步骤S16和步骤S17，对电动机21进行无任何超调量的驱动，直到转向输出轴13(记左前轮和右前轮FW1和FW2)达到目标转向角δa。具体地说，在步骤S16，电子控制单元45读取来自驱动电路46的电流检测器46a的、表示流经可变齿轮比致动器20的电动机21的信号，并执行反馈控制，使适当的驱动电流流经电动机21。结果，电动机21使转向输出轴13转动。随后，在步骤S17，电子控制单元45重复作出“否”的判定，直到从输出转向角传感器43接收到的转向输出轴13转向角δ与目标转向角δa一致。当转向角δ与目标转向角δa一致时，电子控制单元45作出“是”的判定，并前进到步骤S18。

电子控制单元45在步骤S18停止对电动机21的驱动，并在步骤S19结束执行当前的程序。在经过预定的短时间间隔之后，电子控制单元45再次启动执行目标转向角计算程序。

根据上述说明可以理解，根据本实施例，电子控制单元45可以根据上述的式13，并考虑到根据侧滑角传感器44检测到的车体侧滑角β所确定的校正项，来计算转向输出轴13的目标转向角δa。即，电子控制单元45可以通过从根据上述式1计算出的转向输出轴13的转向角δ(＝K1·0)减去校正项(N·β)来计算目标转向角δa。

通过上述计算，可以减小驾驶员所不期望的、作用在转向状态下车辆上的侧向力的影响。结果，当驾驶员转动方向盘11时，表面上只有基于该转动的侧向力(即转向侧向力)作用在车辆上。这样，车辆可以根据方向盘11的操作进行转向。换句话说，车辆可以转过与方向盘11的转动相应的量。因此，即使在经验并不丰富的驾驶员以高速或者在雪地或冰面上驾驶车辆时，也可以使转向期间车辆的行为稳定，并且驾驶员可以根据他/她的意图来驾驶车辆。

由于校正项可以通过用车体侧滑角β乘以驾驶员输入的校正量N来计算，所以可以根据驾驶员的偏好来确定校正程度。结果，可以使转向期间车辆的行为稳定，并能够根据他/她的意图来驾驶车辆，同时确保良好的转向感。

此外，由于对是否计算目标转向角度δa的判定是基于检测到的车速V来进行的，所以可以获得与具体情况相符的车辆最佳转向状态。这也使驾驶员能够根据他/她的意图来驾驶车辆。

尽管上面已经对本发明的实施例进行了说明，但是本发明不限于该实施例，在不脱离本发明范围的情况下，本发明可以以各种变型来实施。

例如，在上述实施例中，本发明是用这样的转向装置来实施的：其中转向输入轴12和转向输出轴13经由可变齿轮比致动器20连接在一起，转向输入轴12和转向输出轴13可以彼此相对转动。但是，本发明也可以通过将上述目标转向角计算程序应用到转向输入轴12和转向输出轴13可以彼此相对转动的其他类型转向装置来实施，所述其他类型转向装置例如电传式转向(steering-by-wire-type)装置。下面将对这种变型进行说明。注意，与上述实施例相同的部分用相同的标号表示，且不再对其重复进行详细说明。

如图3所示，根据本变型的车辆转向装置使用电传转向系统，其中取消了转向输入轴12与转向输出轴13之间的机械连接。因此，由电动机和减速机构组成的反作用致动器50连接到转向输入轴12的下端。这个反作用致动器50提供与驾驶员转动方向盘11相反的反作用力。另外，用作电力致动器的转向致动器60安装到转向输出轴13的上端。这个转向致动器60包括电动机61和减速机构62，并使转向输出轴13转动。转向输出轴13的转动像上述实施例中一样传递到转向齿轮单元30。采用这样的设置，齿条32在接收到来自小齿轮31的转动力时轴向运动，从而使左前轮和右前轮FW1和FW2向左或向右转向。

在根据本变型的车辆转向装置的情况下，用于对转向致动器60进行驱动的驱动电路48连接到电子控制单元45的输出侧。驱动电路48中设有用于对流经电动机61的电流进行检测的电流检测器48a。通过驱动电流检测器48a检测到的驱动电流反馈到电子控制单元45中。

根据本变型如上所述设置的车辆转向装置也能使转向输出轴13的转动量(转向角δ)随着转向输入轴12的转动量(转向角θ)改变。具体地说，当驾驶员转动方向盘11时，转向输入轴12的转动量(即转向角θ)由输入转向角传感器42检测。在接收到所检测的转向角θ时，电子控制单元适当地设置转向输出轴13的转向角δ对转向输入轴12的转向角θ的比率，记传动比K，并像上述实施例中一样根据上述的式1对转向输出轴13的转向角δ进行计算。然后，电子控制单元45对转向致动器60的电动机61进行驱动，直到通过输出转向角传感器43检测到的转向输出轴13角度达到转向角δ。

像上述实施例一样，通过这样的操作，可以将左前轮和右前轮FW1和FW2转向到与驾驶员经由方向盘11输入的转向角θ有预定关系的转向角δ。因此，在这种变型中，通过执行上述目标转向角计算程序，也可以获得与上述实施例中相似的效果。

在上述实施例中，侧滑角传感器44根据使用由检测器检测到的车速Vx和Vy的上述式2计算车体侧滑角β。或者，在车辆中预先安装有用于对车辆中产生的侧向加速度α(对应于向心加速度α)进行检测的加速度传感器和对偏航角速度ω进行检测的偏航角速度传感器的情况下，可以使用这些传感器的检测值来获得车体侧滑角β。在此情况下，优选地，根据下面的式15来计算和检测车体侧滑角β。

β＝∫(ω-α/V)dt        式15

注意，式15中的V表示通过车速传感器41检测到的车速V。

在此情况下，不需要像上述实施例一样单独设置检测器，不过由于产生侧向加速度α和偏航角速度ω之前的延时，这种变型在对车体侧滑角β的检测精度方面比上述实施例略差。因此，转向装置的制造成本可以降低。

在上述实施例中，在目标转向角计算程序的步骤S14，根据检测到的车速V来执行关于是否计算目标转向角δa的判定。但是，步骤S14可以省略。在此情况下，本发明可以以与上述实施例相同的方式来实施，差别仅仅是在整个车速范围内计算目标转向角δa。因此，在此情况下，也能获得与上述实施例中相似的效果。

在上述实施例中，根据上述式13，通过从转向输出轴13的转向角δ(＝K1·θ)减去N·β(校正项)来计算目标转向角δa。但是，由于可以通过作为电力致动器的可变齿轮比致动器20来随意改变传动比K，所以由考虑了校正项(N·β)的上述式1中的传动比K可以确定小于传动比K的传动比K2。在此情况下，由于传动比K2是在考虑了校正项(N·β)的情况下确定的，所以根据上述式1，用传动系数K2取代其传动系数K计算所得的转向角δ等于上述实施例的目标转向角度δa。因此，可望获得与上述实施例相似的效果。

在上述实施例中，校正项是通过用车体侧滑角β乘以驾驶员用校正量调整开关47任意输入的校正量N来计算的。但是，本发明当然也可以采用计算目标转向角δa，同时通过用车体侧滑角β乘以系数(1+Kr/Kf)自动获得校正项的值来进行计算，所述系数使用了前后轮的转弯力。在此情况下，可以根据车辆的转向状态来自动确定最佳校正项，从而可以很容易地以稳定状态进行转向。

在上述实施例中，转向齿轮单元30是齿条齿轮式的。但是，也可以采用例如滚珠丝杠机构。虽然可变齿轮比致动器20由电动机21和减速器22组成，但是也可以采用步进电机作为电动机21，取消减速器22。

Claims (8)

1.一种车辆转向装置，包括转向输入轴、转向输出轴和电力致动器，所述转向输入轴一体连接到由驾驶员转动的方向盘，所述转向输出轴连接到用于对可转向轮进行转向的转向机构，所述电力致动器用于使所述转向输出轴的转动量随着所述转向输入轴的转动量改变，所述转向装置包括：

侧滑角检测装置，用于检测所述车辆处于转向状态时产生的车体侧滑角；

目标转动量计算装置，用于在考虑到校正项的情况下计算所述转向输出轴的目标转动量，以减小由于所述车体侧滑角而在所述车辆中产生的侧向力对所述车辆转向状态的影响，其中根据所述侧滑角检测装置检测到的所述车体侧滑角来确定所述校正项；以及

驱动控制装置，用于根据由所述目标转动量计算装置计算出的目标转动量，对所述电力致动器的驱动进行控制。

2.根据权利要求1所述的车辆转向装置，其中，所述目标转动量计算装置通过从所述转向输出轴的转动量减去所述校正项来计算所述目标转动量，所述转向输出轴的转动量与所述转向输入轴的转动量有预定关系。

3.根据权利要求1或2所述的车辆转向装置，其中，通过将检测到的所述车体侧滑角与用朝向所述车辆的转向中心的转弯力计算出的系数相乘来计算所述校正项，所述转弯力基于路面与处于转向状态中的所述车辆的前后轮之间的摩擦力。

4.根据权利要求1或2所述的车辆转向装置，还包括调整值输入装置，所述调整值输入装置由驾驶员操作以输入调整值，所述调整值表示所述侧向力对所述车辆转向状态的影响要降低到的程度，其中，通过将使用所述调整值输入装置输入的调整值与检测到的所述车体侧滑角相乘来计算所述校正项。

5.根据权利要求1或2所述的车辆转向装置，还包括：

车速检测装置，用于检测所述车辆的速度；以及

禁止装置，用于在所述车速检测装置检测到的车速小于预定车速时禁止由所述目标转动量计算装置计算所述目标转动量。

6.根据权利要求1所述的车辆转向装置，其中，所述侧滑角检测装置使用通过光或声音检测到的所述车辆在首尾方向上的车速和所述车辆在侧向上的车速，来检测所述车体侧滑角。

7.根据权利要求1所述的车辆转向装置，其中，所述侧滑角检测装置包括：

偏航角速度传感器，用于检测所述车辆的偏航角速度；

加速度传感器，用于检测所述车辆的侧向加速度；

车速传感器，用于检测所述车辆的速度；和

侧滑角计算装置，用于通过使用所述检测到的偏航角速度、侧向加速度和车辆的速度来计算所述车体侧滑角。

8.根据权利要求2所述的车辆转向装置，其中，所述预定关系是表示传动比的关系，所述转向输入轴的转动以所述传动比传递到所述转向输出轴。

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