CN100564133C - 用于电动转向系统的控制装置 - Google Patents

Abstract

在具有可变齿轮传动系统(10)和电动转向系统(11)的转向系统中，通过第一数学模型产生第一和第二电动机(1，2)各自的补偿量。补偿量与指令值(v1，v2)相加以产生电动机(1，2)各自的最终指令信号(i_gref，i_pref)。根据上面的结构和操作，能够抑制两个控制系统(10，11)之间的相互干涉。

Description

用于电动转向系统的控制装置

技术领域

本发明涉及用于可变齿轮传动系统和电动转向系统的控制装置。特别地，本发明涉及用于抑制可变齿轮传动系统的电动机与电动转向系统的电动机之间的干涉的控制装置。

背景技术

根据近来转向控制的技术发展趋势，从为提高舒适度而扩大辅助车辆行驶的范围、为提高安全性而扩大支持驾驶员意图的范围的观点，转向角控制以及动力辅助转向控制已经包括在车辆中。那些技术中的一个已知为可变齿轮传动系统(VGTS)，其中车轮转向角与方向盘转向角之间的传动比通过电动机灵活地调节。该系统通常与电动转向系统一起整合在车辆中，电动转向系统中由电动机产生辅助转矩以辅助车辆驾驶员的转向操作。例如，日本专利公开No.2001-287657和2005-247214中公开了这种系统。

在具有可变齿轮传动系统(VGTS)和电动转向系统的转向系统中，除了对电动转向系统产生辅助转矩的电动机以外，还独立地设置有用于改变可变齿轮传动系统(VGTS)的传动比的电动机。如上，对共同的控制目标(转向系统)设置两个控制系统，可能引起下列问题。

首先，因为用于可变齿轮传动系统(VGTS)的控制系统和用于电动转向系统的控制系统分别通过各自的电动机控制相同的控制目标(转向系统)，所以在两个控制系统之间可能发生相互干涉。结果，往往引起操作灵敏性的下降。

其次，因为在转向系统中设有两个独立的电动机，从而车辆驾驶员能够从转向系统感觉到的惯性矩会增加，所以转向系统可能引起操作灵敏性的下降。特别地，当在大于具有大质量的中型车的车辆上安装电动转向系统时，用于产生辅助转矩的电动机的惯性矩变得更大，从而操作灵敏性的恶化变得明显。

发明内容

基于上述问题进行了本发明。本发明的目的是提供一种即使转向系统具有可变齿轮传动系统和电动转向系统，也能改善由两个控制系统中的相互干涉引起的操作灵敏性恶化的控制装置。

本发明的另一个目的是提供一种即使在转向系统中设置了两个电动机从而总体上增加了转向系统的惯性矩，也能抑制操作灵敏性恶化的控制装置。

根据本发明的特征，用于车辆的转向系统包括：可变齿轮传动系统(10)，用于根据第一电动机(1)的旋转角度(θ_g)，改变车轮转向角相对于方向盘(3)转向角的传动比(θ_O/θ_S)；电动转向系统(11)，用于根据施加到与方向盘(3)相连的转向轴装置(5，8，9)上的转矩(T_sn)，通过第二电动机(2)产生辅助转向转矩；以及控制装置(100)，用于控制可变齿轮传动系统(10)和电动转向系统(11)。

控制装置(100)包括：第一计算部分(12，14，18)，用于设定可变齿轮传动系统(10)的目标传动比(z)，并计算第一电动机(1)的旋转角度的第一指令值(v1)，使得实际传动比与目标传动比(z)相符；以及第二计算部分(16，20)，用于设定在电动转向系统(11)产生的目标转矩(T_snref)，并计算由第二电动机(2)产生的转矩的第二指令值(v2)，使得由第二电动机(2)产生的辅助转向转矩与目标转矩(T_snref)相符。

控制装置(100)还包括：第一输出部分(22，28)，用于基于第一数学模型产生第一补偿量，使得当通过由第二计算部分(16，20)计算的第二指令值(v2)驱动第二电动机(2)时，减小施加到第一电动机旋转角度(θ_g)上的干涉的影响，该第一输出部分(22，28)通过将第一补偿量加到第一指令值(v1)上计算第一补偿指令信号(i_gref)，以便将第一补偿指令信号(i_gref)应用到第一电动机(1)上；以及第二输出部分(22，30)，用于基于第一数学模型产生第二补偿量，使得当通过由第一计算部分(12，14，18)计算的第一指令值(v1)驱动第一电动机(1)时，减小施加到转向轴装置(5，8，9)转矩(T_sn)上的干涉的影响，该第二输出部分通过将第二补偿量加到第二指令值(v2)上计算第二补偿指令信号(i_pref)，以便将第二补偿指令信号(i_pref)应用到第二电动机(2)上。

如上，基于第一数学模型产生第一补偿量，其中第一补偿量减小由第二电动机的操作产生的干涉对第一电动机的旋转角度的影响。第一补偿量加到第一电动机的指令值上，使得最终产生给第一电动机的补偿指令信号。同时，基于第一数学模型产生第二补偿量，其中第二补偿量减小由第一电动机产生的、施加到转向轴转矩(其中转向轴转矩为第二电动机的控制目标)上的干涉的影响。第二补偿量加到第二电动机的指令值上，使得最终产生给第二电动机的补偿指令信号。因此，在两个独立的控制系统中，即可变齿轮传动系统和电动转向系统中，降低了相互干涉。结果，改善了操作灵敏性的恶化。

根据本发明的另一个特征，通过将转向系统的状态量代入第一数学模型中产生第一和第二补偿量，其中状态量对应于转向系统从方向盘到车轮传动轴的状态量，并且状态量由方向盘(3)的转向角(θ_S)、电动机(1)的旋转角度(θ_g)和车轮传动轴的旋转角度表示。

根据上面的特征，能够通过第一数学模型计算第一和第二补偿量，其中第一和第二补偿量分别对应于在具有可变齿轮传动系统和电动转向系统的传统系统中两个控制系统之间产生的相互干涉。因此，通过将上面的补偿量分别加到第一电动机的第一指令值和第二电动机的第二指令值上，能够减小由相互干涉引起的影响。

另外，当使用方向盘转向角、电动机旋转角度以及车轮传动轴的旋转角度的微分数字来计算上面的第一和第二补偿量时，能够更加准确地计算补偿量。

另外，优选地，第一和第二输出部分(22，26)通过将第一和第二计算部分(12，14，16，18，20)计算的第一和第二指令值(v1，v2)代入第二数学模型中来计算修正量，并且第一和第二输出部分(22，28，30)通过将第一和第二补偿量分别加到上述修正量来计算第一和第二补偿指令信号(i_gref，i_pref)。结果，当通过第一指令值改变第一电动机的旋转角度和通过第二指令值改变在第二电动机产生的转矩时，控制装置能够减小由旋转角度和转矩各自的变化量产生的相互干涉的影响。

根据本发明的另外的特征，第二计算部分(16，20)通过将方向盘(3)的转向角(θ_S)与权重系数(Gc(s))相乘来计算目标转矩(T_snref)，其中权重系数(Gc(s))随着方向盘(3)转速的提高而变大。

根据这种特征，当车辆驾驶员快速地操作方向盘时，修正目标转矩以大大地提高目标转矩。结果，即使由于安装两个电动机而使转向系统的惯性矩变大，也能够降低由惯性矩引起的惯性力的影响。在另一方面，当缓慢地操作方向盘时，目标转矩的修正比较小。因此，因为惯性力的影响从根本上很小，因此可不必修正目标转矩。

附图说明

结合附图，从下面的详细描述中，能够清楚地了解本发明上面及其它的目的、特征和优点。在图中：

图1为示出了转向系统三个惯性系统的力学模型的模型图，其中转向系统包括根据本发明实施例的可变齿轮传动系统(VGTS)和电动转向系统(EPS)；

图2为根据本发明实施例的控制装置100的方框图；

图3A示出了具有可变齿轮传动系统(VGTS)10和电动转向系统(EPS)11的转向系统的动力学方程；

图3B示出了在动力学方程中使用的各参数的定义；

图4为当图1的力学模型视为具有两个输入和两个输出这样的系统时的方框图；

图5为示出了频率权重“Gc(s)”的频率增益特性的实例的特性曲线，其中频率权重“Gc(s)”用于计算目标转矩“T_snref”；

图6A至6C为分别示出了当本发明的控制装置控制可变齿轮传动系统10和电动转向系统11，同时控制装置100根据公式4计算目标转矩“T_snref”时，利萨如图的波形图，其中转向转矩“T_S”和转向角“θ_S”绘于同一相位平面；

图7A至7C为分别示出了当对比实例1的控制装置控制可变齿轮传动系统10和电动转向系统11时，利萨如图的波形图，其中转向转矩“T_S”和转向角“θ_S”绘于同一相位平面；

图8A至8C为分别示出了当对比实例2的控制装置控制可变齿轮传动系统10和电动转向系统11时，利萨如图的波形图，其中转向转矩“T_S”和转向角“θ_S”绘于同一相位平面；以及

图9A至9C为分别示出了当控制装置100根据公式3计算目标转矩“T_snref”时，利萨如图的波形图，其中转向转矩“T_S”和转向角“θ_S”绘于同一相位平面。

具体实施方式

下面参考附图对本发明的实施例进行说明。图1为模型图，示出了根据本发明实施例的转向系统的三个惯性系统的力学模型，其中转向系统包括可变齿轮传动系统(VGTS)和电动转向系统(EPS)。

在图1中，与方向盘3相连的转向输入轴5连接到可变齿轮传动系统10上。可变齿轮传动系统10的输入轴8通过转矩传感器4连接到小齿轮轴9上，其中电动转向系统11设置到小齿轮轴9上。小齿轮轴9通过齿轮齿条转向装置连接到齿条轴7上。如上，转向轴装置由转向输入轴5、输出轴8和小齿轮轴9组成。转矩传感器4检测施加在转向轴装置上的转矩“T_sn”。

尽管在图中未示出，但是有一对车轮(转向轮)连接到齿条轴7的各端。因此，当小齿轮轴9的旋转运动转换成齿轮轴7的直线运动时，左右转向轮转动一个与齿轮轴7直线运动行程相对应的角度。

可变齿轮传动系统10具有用于将转向输入轴5和输出轴8彼此连接的齿轮装置(未示出)，和用于驱动齿轮装置的电动机1。当电动机1的驱动转矩驱动齿轮装置时，传动比“θ_O/θ_S”根据电动机1的旋转角度“θ_g”变化。传动比“θ_O/θ_S”意味着转向轮(即车辆前轮)的转向角，即小齿轮轴9的旋转角度“θ_O”相对于方向盘3的转向角“θ_S”的比。

在转向输入轴5上设置有转向角传感器(未示出)，用来检测方向盘3的旋转角度(即，转向角)“θ_S”。在电动机1上同样地设置有另一个角度传感器(未示出)，用来检测电动机1的输出轴8的旋转角度“θ_g”。

电动转向系统11具有另一个用于产生辅助转向转矩的电动机2，和用于减慢电动机2的旋转并将该减慢的旋转传递到小齿轮轴9的减速齿轮6。电动转向系统11具有当驱动电动机2时，将辅助转向转矩施加到转向轴装置(5，8，9)的功能。辅助转向转矩对应于方向盘3的转向方向和转向转矩。

在电动机2上也设置有角度传感器(未示出)，用来检测电动机2的旋转角度“θ_P”。电动机2的旋转角度“θ_P”与小齿轮轴9的旋转角度“θ_O”具有以下关系：

“θ_P＝n2θ_O”

其中“n2”为减速齿轮6的减速比。

下面对控制可变齿轮传动系统10和电动转向系统11的控制装置100进行说明。图2为根据本发明实施例的控制装置100的方框图。

首先，出于构建图2的控制装置100的目的，给出了图1中所示的转向系统的动力学方程，该转向系统包括可变齿轮传动系统10和电动转向系统11。图3A中示出了该动力学方程，图3B中简述了动力学方程中使用的各参数。

该实施例的控制装置100基于上述的动力学方程。在控制装置100中设置有干涉减小部分22，用来减小两个控制系统，即可变齿轮传动系统10与电动转向系统11之间的相互干涉。

更确切地，如图4所示，设想这种系统具有两个输入和两个输出，以设计干涉减小部分22，其减小两个控制系统，即可变齿轮传动系统10与电动转向系统11之间的相互干涉。

在图4中，系统(两输出-两输出)由电动机1和2到各自控制量(即电动机1的旋转角度“θ_g”和应用到转向轴装置的转矩“T_sn”)的转矩指令值形成。在图4的系统中，不考虑车辆驾驶员给出的转向转矩“T_s”。图4的系统采用解耦控制系统的设计方法，使得从电动机1的转矩指令值到其电动机1的旋转角度“θ_g”的控制量的一个系统，与从电动机2的转矩指令值到其应用到转向轴装置的转矩“T_sn”控制量的另一个系统彼此不干涉。

下面对包括干涉减小部分22的控制装置100的结构和操作进行更加详细地描述。

如图2中所示，方向盘3的转向角“θ_S”、电动机1的旋转角度“θ_g”、相应于小齿轮轴9旋转角度“θ_O”的电动机2旋转角度“θ_P”、施加到转向轴装置的转矩“T_sn”以及由车速传感器(未示出)检测的车速信号输入到控制装置100。

传动比设定部分12基于例如预先准备的图，根据从车速传感器输入的车速设定目标传动比“z”。目标角度计算部分14基于目标传动比“z”和方向盘3的转向角“θ_S”计算电动机1的目标角度“θ_gref”。例如，根据目标传动比“z”与转向角“θ_S”的乘积计算目标角度“θ_gref”，如下面的公式1所示：

θ_gref＝z×θ_s

角度伺服系统18计算电动机1的指令值“v1”，以使由目标角度计算部分14计算的目标角度“θ_gref”与由电动机1转动的输出轴8的旋转角度“θ_g”之间的偏差为零。根据实现PID-控制的指令值计算指令值“v1”，如下面的公式2所示：

$v_1=K_{P1}({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{gref}}-{\mathrm{\θ}}_g)+K_{I1}\∫({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{gref}}-{\mathrm{\θ}}_g)\mathrm{dt}+K_{D1}\frac{d}{\mathrm{dt}}({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{gref}}-{\mathrm{\θ}}_g)$

目标转矩计算部分16根据方向盘3的转向角“θ_S”和目标传动比“z”计算目标转矩“T_snref”。目标转矩“T_snref”根据下面的公式3计算：

$T_{\mathrm{snref}}=(G_1-\frac{K1}{s}{G}_2-\frac{K2}{s^2}{G}_3){\mathrm{\θ}}_s$

其中

$G_1=\frac{2.653s+2.333}{0.06631s+1},$ $G_2=\frac{3.553e4}{s^2+2666s+3.553e4},$ $G_3=\frac{2527e5}{s^2+7109s+2.527e5}$

K1＝1.6，K2＝(J_s+J_gs+J_gr)×0.25+(z-1)×0.7

可选择地，可根据下面的简化公式4计算目标转矩“T_snref”：

T_snref＝G_c(s)θ_s

其中

$G_c\left(s\right)=40\frac{a(T_{L}s+1)}{{\mathrm{aT}}_{L}s+1}$

计算目标转矩“T_snref”，使得当根据上面的公式3或4计算目标转矩“T_snref”时，对于方向盘3的各个转向角“θ_S”，加上对应于方向盘3操作频率的权重。更确切地，根据公式3或4计算目标转矩“T_snref”，作为频率权重“Gc(s)”与转向角“θ_S”的乘积，其中频率权重“Gc(s)”随着方向盘3转速的提高而变大。

图5示出了公式4中频率权重Gc(s)的一个实例。如图5所示，当缓慢地执行转向操作时，即当方向盘3的操作频率较低时，要加上的权重较小。随着转向操作变快，从而方向盘3的操作频率提高，要加上的权重也逐渐地增大。

如果由于安装了两个电动机增加了转向系统的惯性矩，或者如果使用具有大惯性矩的这种电动机作为中型车辆电动转向系统11的电动机2，那么由于惯性矩的增加，显著地降低了操作灵敏性，尤其是当快速地操作方向盘时。

但是，根据本发明的实施例，如上所述，所加的权重根据方向盘3的操作频率变化以克服上述问题。因此，当车辆驾驶员快速地操作方向盘时，修正了目标转矩“T_snref”以大大地提高目标转矩“T_snref”，使得能够降低由惯性矩引起的惯性力的影响。在另一方面，当缓慢地操作方向盘时，因为惯性力的影响从根本上很小，所以目标转矩“T_snref”的修正相对较小，或者可以不修正目标转矩“T_snref”。

转矩伺服系统20计算电动机2的指令值“v2”，以使目标转矩计算部分16计算的目标转矩“T_snref”与转矩传感器4检测的、施加到转向轴装置的转矩“T_sn”之间的偏差为零。计算指令值“v2”，作为执行PID-控制的指令值，如下面公式5所示：

$v_2=K_{P2}(T_{\mathrm{snref}}-T_{\mathrm{sn}})+K_{I2}\∫(T_{\mathrm{snref}}-T_{\mathrm{sn}})\mathrm{dt}+K_{D2}\frac{d}{\mathrm{dt}}(T_{\mathrm{snref}}-T_{\mathrm{sn}})$

如上，指令值“v1”和“v2”分别由角度伺服系统18和转矩伺服系统20计算，使得将实际运行状态控制为目标运行状态。将指令值“v1”和“v2”输入到干涉减小部分22。

干涉减小部分22具有补偿量计算部分24，该补偿量计算部分24根据由方向盘3转向角“θ_S”、电动机1旋转角度“θ_g”和电动机2旋转角度“θ_P”表示的转向系统运行状态计算第一和第二补偿量。出于补偿在当前运行状态中将出现的可变齿轮传动系统10与电动转向系统10之间的相互干涉的目的，补偿量计算部分24基于第一数学模型计算第一和第二补偿量。

也就是说，补偿量计算部分24基于第一数学模型产生第一补偿量，使得第一补偿量减小在转向系统的当前运行状态中可能由电动机2的操作施加到电动机1的旋转角度“θ_g”上的干涉的影响。同时，补偿量计算部分24同样地基于第一数学模型产生第二补偿量，使得第二补偿量减小可能由电动机1的操作施加到转向轴装置的转矩(电动机2的控制值)上的干涉的影响。

干涉减小部分22具有修正量计算部分26，其根据角度伺服系统18和转矩伺服系统20计算的指令值“v1”和“v2”计算各自的修正指令量。当电动机1的旋转角度被各指令值“v1”和“v2”改变，并且在电动机2产生的转矩被改变时，出于减小由旋转角度和转矩的变化量所产生的相互干涉的影响，修正量计算部分26基于第二数学模型计算各个修正指令量。

更确切地，第一和第二数学模型由下面的公式6表示，根据该公式6，通过补偿量计算部分24和修正量计算部分26计算各个补偿量和修正指令量：

u＝Fx+Gv

其中

$x={\left[\begin{array}{cccccc}{\mathrm{\θ}}_s& {\mathrm{\θ}}_g& {\mathrm{\θ}}_o& {\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}}_s& {\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}}_g& {\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}}_o\end{array}\right]}^T,$ $v=\left[\begin{array}{c}{v}_1\\ v_2\end{array}\right]$

其中F和G为增益矩阵

F＝-B^*-1C^*

G＝B^*-1

$B^{*}=\left[\begin{array}{cc}(J_s+J_{\mathrm{gs}}+J_{\mathrm{gr}})/J_{\mathrm{gr}}(J_s+J_{\mathrm{gs}})& 0\\ -K_T/(J_s+J_{\mathrm{gs}})+K_T(J_s+J_{\mathrm{gs}}+J_{\mathrm{gr}})/J_{\mathrm{gr}}(J_s+J_{\mathrm{gs}})& -K_T/J\end{array}\right]$

$C^{*}=\left[\begin{array}{cccccc}-\frac{K_T}{J_{\mathrm{gr}}}& -\frac{K_T}{J_{\mathrm{gr}}}& \frac{K_T}{J_{\mathrm{gr}}}& \frac{C_s}{J_s+J_{\mathrm{gs}}}& -\frac{C_{\mathrm{gs}}(J_s+J_{\mathrm{gs}}+J_{\mathrm{gr}})}{J_{\mathrm{gr}}(J_s+J_{\mathrm{gs}})}& 0\\ -\frac{K_T^2(J+J_{\mathrm{gr}})}{{\mathrm{JJ}}_{\mathrm{gr}}}& -\frac{K_T^2(J+J_{\mathrm{gr}})}{{\mathrm{JJ}}_{\mathrm{gr}}}& \frac{K_T^2(J+J_{\mathrm{gr}})}{{\mathrm{JJ}}_{\mathrm{gr}}}& 0& -\frac{K_T{C}_{\mathrm{gr}}}{J_{\mathrm{gr}}}& \frac{{\mathrm{CK}}_T}{J}\end{array}\right]$

在上面的公式6中，公式中用于计算最终转矩指令值“u”的第一部分“Fx”为转向系统运行状态量“x”的反馈部分，其中转向系统运行状态量“x”由方向盘3转向角“θ_S”、电动机1旋转角度“θ_g”和小齿轮轴9旋转角度“θ_O”(＝θ_P/n2)表示。即，第一和第二补偿量(其减小相互干涉)从基于运行状态量“x”的第一部分“Fx”计算。增益矩阵“F”对应于第一数学模型。

公式中用于计算最终转矩指令值“u”的第二部分“Gv”为指令值“v1”和“v2”的反馈部分，其中指令值“v1”和“v2”由角度伺服系统18和转矩伺服系统20计算。即，修正指令量从第二部分“Gv”计算，使得修正了由角度伺服系统18和转矩伺服系统20计算的指令值“v1”和“v2”，以减小相互干涉。增益矩阵“G”对应于第二数学模型。

上面用于电动机1和2的在补偿量部分24计算的第一和第二补偿量与在修正量计算部分26计算的修正指令量在加法部分28和30彼此相加。相加得到的值为电动机1和2的指令值“i_gref”和“i_pref”。如上，以电流的形式给出到电动机1和2的转矩指令值。

进行了仿真以验证上面的控制装置100的实用性，其中利用在使用实际车辆的试验台中测量的物理参数进行该仿真。在仿真中，将下面的对比实例1和2与本发明的实施例进行对比，以评估控制装置100控制可变齿轮传动系统10和电动转向系统11时的操作灵敏性。

对比实例1

在对比实例1中，控制装置100除去了干涉减小部分22。另外，通过在转矩伺服系统20中使用常数权重以替代频率权重Gc(S)的方式计算目标转矩“T_snref”。

对比实例2

在对比实例2中，控制装置100中保留了干涉减小部分22。但是，通过在转矩伺服系统20中使用常数权重以替代频率权重Gc(S)的方式计算目标转矩“T_snref”。

使用利萨如图的波形来评估操作灵敏性，在利萨如图中转向转矩“T_S”和转向角“θ_S”绘于同一相位平面。研究利萨如图波形的长轴的倾斜度，以评估操作灵敏性的恶化程度。当长轴的倾斜度在转向操作的频率范围(0.2Hz至1.8Hz)中为不断增加的时候，操作灵敏性评估为好。

图6A至6C中示出了当根据本发明实施例的控制装置100控制可变齿轮传动系统10和电动转向系统11时利萨如图的波形。在图6A至6C中，示出了转矩伺服系统20根据公式4计算目标转矩“T_snref”时利萨如图的波形。从图6A至6C应当明白，各利萨如图波形的长轴的倾斜度在上面的转向操作频率范围(0.2Hz至1.8Hz)中是不断增加的，与传动比无关。

图7A至7C中示出了当对比实例1的控制装置控制可变齿轮传动系统10和电动转向系统11时利萨如图的波形。如上所述，由于对比实例1的控制装置不具有干涉减小部分22，所以各利萨如图波形的长轴的倾斜度随着转向频率变高而从不断增加型变为不断减小型。这意味着操作灵敏性恶化。

图8A至8C中示出了当对比实例2的控制装置控制可变齿轮传动系统10和电动转向系统11时利萨如图的波形。如上所述，由于对比实例2的控制装置具有干涉减小部分22，所以从图8A至8C能够看出，各利萨如图波形的长轴的倾斜度在转向操作频率范围(0.2Hz至1.8Hz)内保持为不断增加型，与传动比无关。

但是，由于以使用常数权重替代频率权重Gc(S)的方式计算目标转矩“T_snref”，所以转向转矩“T_s”变大，从而转向操作变得沉重。

图9A至9C中示出了根据公式3计算目标转矩“T_snref”时利萨如图的波形。当根据公式3计算目标转矩“T_snref”时，更加精细地调整权重，使得利萨如图波形的长轴的所有倾斜度为不断增加型，并且，使利萨如图的波形在相应的传动比中几乎为相同的形式。因此，图9A至9C的情形比图6A至6C的情形进一步改善了方向盘的操作灵敏性。

本发明不限于上述实施例，而是可在不脱离本发明实质的情况下以各种方式修改。

例如，上面的电动转向系统11为辅助转向转矩从电动机2施加到小齿轮轴9的小齿轮型。但是，也可使用辅助转矩施加到转向柱的柱式，或者可使用辅助转矩施加到齿条轴的齿条式。

在上面的实施例中，为可变齿轮传动系统10和电动转向系统11设置共同的控制装置100。但是，为故障保护起见，可为可变齿轮传动系统10和电动转向系统11单独地设置控制装置，其间通过任意通信装置以交换必要的信息。根据这种修改，即使一个控制装置不能工作，另一个控制装置也可继续执行其对可变齿轮传动系统10和电动转向系统11的控制操作。

Claims (5)

1.一种车辆转向系统，包括：

可变齿轮传动系统(10)，用于根据第一电动机(1)的旋转角度(θ_g)，改变车轮转向角相对于方向盘(3)的转向角(θ_S)的传动比；

电动转向系统(11)，用于根据施加到与所述方向盘(3)相连的转向轴装置(5，8，9)上的转矩(T_sn)，通过第二电动机(2)产生辅助转向转矩；以及

控制装置(100)，用于控制所述可变齿轮传动系统(10)和所述电动转向系统(11)，其中所述控制装置(100)包括：

第一计算部分(12，14，18)，用于设定所述可变齿轮传动系统(10)的目标传动比(z)，并计算所述第一电动机(1)的旋转角度的第一指令值(v1)，使得实际传动比与所述目标传动比(z)相符；

第二计算部分(16，20)，用于设定在所述电动转向系统(11)处产生的目标转矩(T_snref)，并计算由所述第二电动机(2)产生的转矩的第二指令值(v2)，使得由所述第二电动机(2)产生的辅助转向转矩与所述目标转矩(T_snref)相符；

第一输出部分(22，28)，用于基于第一数学模型产生第一补偿量，使得当通过由所述第二计算部分(16，20)计算的所述第二指令值(v2)驱动所述第二电动机(2)时，减小施加到所述第一电动机旋转角度(θ_g)上的干涉的影响，该第一输出部分(22，28)通过将所述第一补偿量加到所述第一指令值(v1)上计算第一补偿指令信号(i_gref)，以便将所述第一补偿指令信号(i_gref)应用到所述第一电动机(1)上；以及

第二输出部分(22，30)，用于基于所述第一数学模型产生第二补偿量，使得当通过由所述第一计算部分(12，14，18)计算的所述第一指令值(v1)驱动所述第一电动机(1)时，减小施加到所述转向轴装置(5，8，9)转矩(T_sn)上的干涉的影响，该第二输出部分通过将所述第二补偿量加到所述第二指令值(v2)上计算第二补偿指令信号(i_pref)，以便将所述第二补偿指令信号(i_pref)应用到所述第二电动机(2)上。

2.如权利要求1所述的车辆转向系统，其中：

通过将所述车辆转向系统的状态量代入所述第一数学模型中产生所述第一和第二补偿量，其中所述状态量对应于所述车辆转向系统从所述方向盘到车轮传动轴的状态量，并且所述状态量由所述方向盘(3)的转向角(θ_S)、所述第一电动机(1)的旋转角度(θ_g)和所述车轮传动轴的旋转角度表示。

3.如权利要求1或2所述的车辆转向系统，其中：

所述控制装置(100)还包括第二数学模型，

所述第一和第二输出部分(22，26)通过将所述第一和第二计算部分(12，14，16，18，20)计算的所述第一和第二指令值(v1，v2)代入所述第二数学模型中来计算修正量，并且

所述第一和第二输出部分(22，28，30)通过将所述第一和第二补偿量分别加到上述修正量来计算所述第一和第二补偿指令信号(i_gref，i_pref)。

4.如权利要求3所述的车辆转向系统，其中：

所述第二计算部分(16，20)通过将所述方向盘(3)的转向角(θ_S)与权重系数相乘来计算所述目标转矩(T_snref)，其中权重系数随着所述方向盘(3)转速的提高而变大。

5.如权利要求1或2所述的车辆转向系统，其中：

所述第二计算部分(16，20)通过将所述方向盘(3)的转向角(θ_S)与权重系数相乘来计算所述目标转矩(T_snref)，其中权重系数随着所述方向盘(3)转速的提高而变大。

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