CN101016059B - 汽车转向系统 - Google Patents

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Abstract

一种用来使车轮转向的汽车转向系统包括：一个方向盘(10)，一个转向动力辅助装置(60、70)用来当方向盘被转向时提供辅助的动力，一个转向比控制机构(30)用来根据汽车的状况控制方向盘的转向角对所述车轮(FW1、FW2)被转向角的比率，一个转向扭矩传感器(42)，一个电动机控制回路(70)用来控制驱动电动机(31)以便抵消施加在方向盘(10)上的转向扭矩从该转向扭矩传感器(42)检测到有转向扭矩施加在该方向盘上起一直到该转向比控制机构(30)开始操作为止。该转向比控制机构包括一个转向比改变机构(32)和一个用来驱动该转向比改变机构的驱动电动机(31)。

Description

汽车转向系统
技术领域
本发明涉及一种汽车转向系统，该系统包括一个转向动力辅助系统和一个转向比控制系统。
背景技术
汽车转向系统包括一个转向比控制系用来控制转向比，即方向盘的转向角对转向车轮(前车轮)的转向角之比，连同一个转向力辅助机构，用来给司机一个辅助的转向动力。转向比控制机构通常装有一个齿轮机构和一个驱动齿轮的电动机。
但在汽车以低速行驶时，如果装有上述汽车转向系统的汽车的方向盘以高速转向，那么该汽车的前轮可能会以该转向动力辅助机构跟不上的高速转动。结果，该司机可能需要用比预期多得多的转向动力来使该方向盘转向。
为了解决这个问题，日本专利JP-A-2000-344120提出一种液压动力转向系统，在该系统中当转向速率高于预先设定的速率时该转向比控制机构就将转向比增大，但当汽车以低速行驶时，这个液压转向机构在汽车转向时并不能给司机帮太大的忙；司机可能仍要用比他希望大的力去转动方向盘。
发明内容
本发明的一个目的就是要提供一种没有上述问题的汽车转向系统。
已经注意到司机必需施加在转向车轮上的转向扭矩的突然增加是由于：首先，转向比控制机构的响应缓慢；其次，转向动力辅助机构的响应缓慢如图4所示。而转向动力辅助机构的响应缓慢又由于低车速时的高转向速率及转向比控制机构的响应缓慢所致。
当司机在时间ts开始转动方向盘而将转向扭矩施加到方向盘上如图5A所示时，这个扭矩被传递到驱动齿轮的电动机轴上，但一直到时间te该转向比控制机构开始操作以前，该驱动齿轮的电动机仍在空转。结果该转向比控制机构的输出轴的输出角(作用角)就不能及时响应该转向角如图5B中的虚线所示。
按照本发明的要点，汽车转向系统包括：一个转向动力辅助装置，用来在转动方向盘时提供辅助的动力；一个转向比控制机构，用来根据汽车的状况控制方向盘的转向角对汽车车轮转向角的比率；一个转向扭矩传感器；一个电动机控制回路，用来控制该驱动电动机以便当该转向扭矩传感器检测到转向扭矩施加到该方向盘上直到该转向比控制机构开始工作时抵消施加在该方向盘上的转向扭矩。
当该方向盘从规定的角度位置被转动时或者当该方向盘在转向速率为零而被转动时，该扭矩传感器可检测到施加在该方向盘上的扭矩。最好，该电动机控制回路计算出一个目标角，以便该驱动电动机转动，而该扭矩传感器在将该目标角赋与该驱动电动机之前检测施加在该方向盘上的扭矩。
在起动该转向比控制机构后该电动机控制回路可连续提供扭矩来抵消该转向扭矩。在这情况下，当该转向扭矩的方向改变时，用来抵消该转向扭矩的扭矩的方向也随之改变。
附图说明
本发明的其他目的、要点和特征以及有关部件的功能在研究下面的详细说明，权利要求书和附图后当可清楚。在附图中：
图1为按照本发明优选实施例的汽车转向系统的框图；
图2为示出按照本发明优选实施例的汽车转向系统的主要部分的框图；
图3为示出转向比控制机构的框图；
图4为根原分析图；
图5A为示出转向扭矩特征的曲线图；
图5B为示出转向比控制机构的输出角特征的曲线图；及
图6为转向比控制机构的控制操作的流程图。
优选实施例说明
下面参阅图1-6说明本发明的优选实施例。
如图1所示，按照优选实施例的汽车转向系统包括一个方向盘10、一个转向比控制机构30、一个齿条小齿轮机构50、一个电力转向机构(EPS)60、一个转向控制装置70、一个车速传感器71等。
该转向比控制系统30有一与该方向盘10连接的输入轴20和一输出轴40。该输出轴40通过该齿条小齿轮机构50与一齿条轴51连接。该齿条轴51在其两端与被转向的前轮FW1、FW2连接。该EPS60被设置得与该齿条轴51同轴。该EPS60包括一个电动机(未示出)用来提供动力以便帮助该方向盘10的转向操作。
如图2所示，该转向比控制机构30包括一个连接该输入轴20和该输出轴40的齿轮机构和一个电动机31用来驱动这个齿轮机构借以改变该方向盘的转向角对该前轮FW1、FW2被转向角的转向比。
该输入轴20设有一个转向角传感器21，而该输出轴40设有一个输出角(今后被称为作用角)传感器41和一个转向扭矩传感器42。该作用角相当于该前轮FW1、FW2的被转向角。
该转向控制装置70根据该转向角传感器21、该作用角传感器41、该转向扭矩传感器42和该车速传感器71诸传感器的信号给该转向比控制机构30的电动机31提供一个电动机控制信号。
该转向控制装置70包括一个目标角计算部70a、一个反馈控制部70b和一个扭矩负荷计算部70c。
如图3所示，目标角计算部70a根据车速和一图计算出电动机31要完成的目标角。例如从该图上读出对该车速合适的转向比。然后，从转向速率和该转向比与转向角的乘积计算出目标角。反馈控制部70b提供一个角度反馈负荷比的反馈控制信号为的是使目标角计算部70a得出的目标角与作用角之差为零。扭矩负荷计算部70c计算出该信号的扭矩负荷比，该信号阻止电动机31空转一直到该转向比控制机构30开始操作为止。
扭矩负荷计算部70c检测在转向速率为零时施加到该方向盘上的转向扭矩以便计算出扭矩负荷比而提供一个扭矩来控制该电动机31的空转。但当该转向角成为一个预先设定的角度时或在该电动机31的目标角被提供之前，该扭矩负荷计算部70c可用来检测转向扭矩。
在该转向比控制机构30开始操作后，该扭矩负荷计算部70c仍继续控制该发动机31而产生控制扭矩。
下面结合图6所示的流程图说明该转向比控制机构30的操作。
在汽车的点火开关开通后，由转向角传感器21检测的转向角、由作用角传感器41检测的作用角、由转向扭矩传感器42检测的转向扭矩、和由车速传感器71检测的车速在步骤S101被读出。然后在步骤S102考查转向速率是否为零。如果考查结果为是，就接步骤S103，否则，就接步骤S105。
在步骤S103，考查是否有转向扭矩。如果考查结果为是，就接步骤S104计算扭矩负荷比。
否则就接步骤S105计算该电动机的目标角。然后在步骤S106计算反馈负荷比。随后，在S107计算最终任务比的电动机控制信号，并在S108输出到该电动机31。此后，在S109考查点火开关是否已关掉。如果步骤S109的结果为否，该操作就退回到S101以便再重复上述步骤一直到步骤S109的结果成为是为止。
这样，该扭矩负荷计算部70c就计算出扭矩负荷比的信号可用来抵消该转向扭矩一直到该转向比控制机构30开始操作为止。然后，从该反馈负荷比和该扭矩负荷比可形成最终任务比的电动机控制信号如图3所示，这样由于在该转向比控制机构30开始操作之前施加的转向扭矩，就能防止该电动机空转。结果就可改善该转向比控制机构30的响应如图5B中的实线所示。
当转向扭矩从一个方向改变到另一个方向时，控制转矩的方向也随之改变。
当转向扭矩和转向速率为零时，施加到该电动机31上的扭矩负荷比可被这样形成使它逐渐变化为零。
在本发明的上述说明中，本发明已结合其具体实施例公之于众。但显然本发明的具体实施例尚可作各种修改和改变而不偏离所附权利要求书中规定的本发明的范围。

Claims (7)

1.一种用来使汽车车轮转向的汽车转向系统，包括：
一个方向盘(10)；
一个转向动力辅助装置(60、70)，用来当所述方向盘被转向时提供辅助的动力；
一个转向比控制机构(30)，包括一个转向比改变机构(32)和一个用来驱动所述转向比改变机构(32)的驱动电动机(31)，以便根据汽车的状况控制所述方向盘(10)的转向角对所述汽车车轮(FW1、FW2)的被转向角的比率；
一个转向扭矩传感器(42)；
一个电动机控制回路(70)，用来控制所述驱动电动机(31)，以便只要所述转向扭矩传感器(42)检测到有转向扭矩施加在所述方向盘(10)上且直到所述转向比控制机构开始工作时，抵消施加在所述方向盘(10)上的转向扭矩，
其特征在于，该电动机控制回路(70)包括：
用于计算出由所述驱动电动机(31)要完成的目标角的目标角计算部(70a)；
反馈控制部(70b)，该反馈控制部(70b)用于提供一个角度反馈负荷比的反馈控制信号，以便使该目标角计算部(70a)得出的该目标角与作用角之差为零，该作用角相当于该汽车车轮(FW1、FW2)的被转向角；以及
扭矩负荷计算部(70c)，该扭矩负荷计算部计算出扭矩负荷比以便控制该驱动电动机(31)，从而产生扭矩以抵消所述转向扭矩，并且阻止所述驱动电动机(31)空转一直到该转向比控制机构(30)开始操作为止，
该扭矩负荷计算部(70c)由该反馈负荷比和该扭矩负荷比形成最终负荷比的电动机控制信号以便驱动所述驱动电动机(31)。
2.权利要求1的汽车转向系统，其特征在于，当所述方向盘从规定的角度位置被转动时，所述扭矩传感器(42)检测到施加在所述方向盘上的扭矩。
3.权利要求1的汽车转向系统，其特征在于，当所述方向盘被转动而转向速率为零时，所述扭矩传感器(42)检测到施加在所述方向盘(10)上的扭矩。
4.权利要求1的汽车转向系统，其特征在于：
所述电动机控制回路(70)计算所述驱动电动机要转动的目标角；及
所述扭矩传感器(42)在将该目标角赋与所述驱动电动机(31)之前检测施加在所述方向盘上的扭矩。
5.权利要求1的汽车转向系统，其特征在于，在起动所述转向比控制机构(30)后，所述电动机控制回路(70)继续提供扭矩来抵消该转向扭矩。
6.权利要求5的汽车转向系统，其特征在于，当该转向扭矩的方向改变时，用来抵消该转向扭矩的扭矩方向也改变。
7.一种用来转动汽车方向盘(10)从而使汽车车轮(FW1、FW2)转向的汽车转向系统，所述系统包括：
一个转向动力辅助设施(60)用来在转动所述方向盘时提供辅助的转向动力；
一个转向比改变机构(30)，用来根据汽车的状况改变所述方向盘转向角对所述车轮转向角的比率；
一个转向扭矩传感器(42)，用来检测施加在所述方向盘上的转向扭矩；
一个控制回路(70)，用来控制所述转向比改变机构(30)，当检测到该转向扭矩直到所述转向比控制机构(30)开始工作时以便抵消施加在所述方向盘上的转向扭矩，
该机控制回路(70)包括：
用于计算出由驱动电动机(31)要完成的目标角的目标角计算部(70a)；
反馈控制部(70b)，该反馈控制部(70b)用于提供一个角度反馈负荷比的反馈控制信号，以便使该目标角计算部(70a)得出的该目标角与作用角之差为零，该作用角相当于该汽车车轮(FW1、FW2)的被转向角；以及
扭矩负荷计算部(70c)，该扭矩负荷计算部计算出扭矩负荷比以便控制该驱动电动机(31)，从而产生扭矩以抵消所述转向扭矩，并且阻止所述驱动电动机(31)空转一直到该转向比控制机构(30)开始操作为止，
该扭矩负荷计算部(70c)由该反馈负荷比和该扭矩负荷比形成最终负荷比的电动机控制信号以便驱动所述驱动电动机(31)。
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