CN101044053B - 限制目标转向角的车辆用转向控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及限制目标转向角的车辆用转向控制装置。在装备有用于辅助转向盘对转向轮的转向的动力转向装置的车辆中，当转向轮的转向角达到预定最大转向角时，转向控制装置将用于使所述动力转向装置作动的目标转向角限制为预定水平或低于该预定水平，或者将作用在所述动力转向装置上的转向反作用力限制为预定水平或低于该预定水平，以便能够稳定地维持转向轮的转向状态，同时防止过剩负荷作用在所述动力转向装置上。所述目标转向角可计算为基于转向盘的转动角和车辆的转弯举动控制的值。

Description

限制目标转向角的车辆用转向控制装置 
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)，该确定值根据是否实行车辆转弯举动控制而变化。 
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根据是否实行车辆的转弯举动控制而变化的确定值时，避免当转向轮的转向角达到根据是否实行车辆的转弯举动控制而变化的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，以便改进转向稳定性同时允许转弯举动控制能够在实行时有效作用。 
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。 
同样在这种情况中，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。 

Claims (9)

1.一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，用于改变由所述转向盘传递到所述动力转向装置的转向角的转向角调节装置设置在所述转向盘与所述动力转向装置之间，用于使所述动力转向装置作动的目标转向角被所述转向角调节装置限制为不超过确定值，该确定值根据是否实行所述车辆的转弯举动控制而变化。
2.根据权利要求1所述的转向控制装置，其中，基于所述转向盘的转动角和所述车辆的转弯举动控制将所述目标转向角计算为不超过所述确定值的值。
3.根据权利要求1所述的转向控制装置，其中，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，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。
4.根据权利要求1所述的转向控制装置，其中，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，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。
5.根据权利要求1所述的转向控制装置，其中，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，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。
6.一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，用于改变由所述转向盘传递到所述动力转向装置的转向角的转向角调节装置设置在所述转向盘与所述动力转向装置之间，用于使所述动力转向装置作动的目标转向角被所述转向角调节装置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。
7.根据权利要求6所述的转向控制装置，其中，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，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。
8.根据权利要求6所述的转向控制装置，其中，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，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。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的转向控制装置，其中，所述确定值根据是否实行所述车辆的转弯举动控制而变化。
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