CN102131689B

CN102131689B - 车辆转向设备

Info

Publication number: CN102131689B
Application number: CN200980132713.0A
Authority: CN
Inventors: 景山裕允
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-08-21
Filing date: 2009-07-22
Publication date: 2014-07-30
Anticipated expiration: 2029-07-22
Also published as: CN102131689A; US20110144864A1; JP4640473B2; EP2313302A1; WO2010020844A1; EP2313302B1; US8731778B2; JP2010047097A

Abstract

在检测到的车速为“0”时，即当车辆静止时，电子控制单元(25)基于方向盘(11)的转向操作方向判定后轮(RW1、RW2)的转向方向。如果后轮(RW1、RW2)的转向方向是获得中性转向位置的返回侧转向方向，单元(25)通过驱动和控制电动机(14)来操作后轮侧转向机构(15)，从而允许对后轮(RW1、RW2)的返回侧静止转向。

Description

车辆转向设备

技术领域

本发明涉及车辆转向设备，该转向设备具有由驾驶员操作的方向盘和根据方向盘的操作使后轮转向的后轮侧转向驱动机构。

背景技术

例如，日本专利申请公开No.7-291138(JP-A-7-291138)公开了一种车辆转向设备，其中，当车速降到“0”时，对驱动后轮转向机构的电动机进行的通电被停止，并且后轮通过回中弹簧被恢复到转向中性位置。

例如，日本专利申请公开No.2001-80537(JP-A-2001-80537)公开了一种四轮转向设备，其中，即使前轮转向机构被操作，在车辆保持停止的同时通过使后轮动力缸保持在不输出的状态下，后轮不被转向。

例如，日本专利申请公开No.6-122377(JP-A-6-122377)公开了一种后轮转向设备，其中，用于沿旋转方向累积扭力的转矩积累装置被设置在将输入旋转从前轮动力转向传递到后轮转向的转轴上，使得当车辆停止时后转轴(比转矩积累装置更向后设置)的旋转被限制，并且当车辆开始移动时该旋转不被限制。

在其中后轮可以被转向的四轮转向车辆中，当车辆停止时，后轮通常被保持在中性转向位置，或者可选择地，后轮的转向不被允许，如JP-A-7-291138、JP-A-2001-80537和JP-A-6-122377中所公开的。

然而，例如在JP-A-7-291138中公开的车辆转向设备中，当车辆停止时后轮通过回中弹簧返回到中性转向位置。这导致更复杂的后轮转向机构。此外，在车辆巡航期间，电动机必需一直抵抗回中弹簧的弹性力使后轮转向。电动机的输出必需相应地更大，可能导致更大的电动机尺寸和增加的电力消耗。

此外，在JP-A-2001-80537中公开的四轮转向设备和JP-A-6-122377中公开的后轮转向设备中，无论前轮的转向(或通过方向盘的操作)，车辆停止时后轮的转向不被允许。由此，即使前轮已经返回中性转向位置，后轮例如在车辆停止时保持被转向到离开中性转向位置的位置。这可能不美观，并且当车辆再次开始移动时可能使车辆蜿蜒片刻。因此，优选地，当车辆停止时，后轮也应该返回中性转向位置。

发明内容

本发明从而提供了一种车辆转向设备，具有简单的结构，当四轮转向车辆停止时允许后轮的转向位置返回到中性转向位置。

根据本发明的方面的车辆转向设备包括：方向盘，其由驾驶员操作；以及后轮侧转向驱动机构，其具有致动器，所述后轮侧转向驱动机构根据所述方向盘的操作使后轮转向，所述车辆转向设备包括：车速检测装置，用于检测车速；车辆停止状态判定装置，用于基于由所述车速检测装置检测到的车速来判定车辆是否处于停止状态；转向方向判定装置，用于在所述车辆停止状态判定装置判定车辆处于停止状态时，判定所述后轮的转向方向；以及转向控制装置，用于在所述转向方向判定装置判定所述后轮的转向方向是获得用于维持所述车辆的直线行驶状态的中性转向位置的返回侧转向方向时，通过操作所述后轮侧转向驱动机构的致动器使所述后轮沿返回侧转向方向转向。

在根据本发明的上述方面的车辆转向设备中，当所述转向方向判定装置判定所述后轮的转向方向是远离所述中性转向位置的转向侧转向方向时，所述转向控制装置停止所述后轮侧转向驱动机构的所述致动器的操作。

在根据本发明的上述方面的车辆转向设备中，所述转向方向判定装置基于所述方向盘的操作方向来判定所述后轮的转向方向。

在根据本发明的上述方面的车辆转向设备中，所述后轮侧转向驱动机构的所述致动器是产生用于使所述后轮转向的驱动力的电动机。

在根据本发明的上述方面的车辆转向设备中，当所述转向方向判定装置判定所述后轮的转向方向是获得用于维持所述车辆的直线行驶状态的中性转向位置的返回侧转向方向时，所述转向控制装置使所述后轮沿返回侧转向方向转向到所述中性转向位置。

在根据本发明的上述方面的车辆转向设备中，所述车辆转向设备是四轮转向设备。

因此，在车辆处于停止状态下，当后轮的转向方向被判定为返回侧转向方向时，通过操作后轮侧转向驱动机构的致动器使后轮沿返回侧转向方向转向。换言之，当后轮的转向方向是返回侧转向方向时，不通过停止后轮侧转向驱动机构的致动器的操作使后轮操作。

这允许通过利用原来设置在用于使后轮转向的后轮侧转向驱动机构内的致动器，在车辆停止时，将后轮朝向中性转向位置转向。由此，不需要在后轮侧转向驱动机构中设置回中弹簧，从而简化了结构。

车辆停止时，在后轮抵抗轮胎和路面的摩擦力被转向的情况下，用于使后轮沿转向侧转向方向转向所需的力被认为比使后轮沿返回侧转向方向转向所需的力更大。为了在车辆停止时使后轮沿返回侧转向方向和转向侧转向方向两者转向，因此后轮侧转向驱动机构的致动器必需能产生使后轮沿转向侧转向方向转向所需的力。

这里，当车辆停止时通过使后轮仅沿返回侧转向方向转向，可以使后轮转向所需的力和后轮侧转向驱动机构的致动器必需产生的力减小。这允许减小后轮侧转向驱动机构的致动器的输出，并且从而允许在大体上控制电力消耗的同时减小致动器的尺寸。使后轮转向所需的力在车辆巡航时比车辆停止时更小。因此，当车辆巡航时利用较小的致动器可以使后轮沿返回侧转向方向和转向侧转向方向转向。

当车辆停止时，仅沿返回侧转向方向使后轮转向允许后轮被保持在中性转向位置。这允许保持停止的车辆的美观性，并允许防止车辆在再次开始移动时产生后轮没有被保持在中性转向位置时所发生的蜿蜒。此外，一旦后轮被朝向中性转向位置转向，不管方向盘的转向操作，车辆停止时仅沿返回侧转向方向使后轮转向排除了后轮被转向。这允许控制后轮的轮胎磨损。

附图说明

参照所附的附图，从以下对示例实施例的说明中，本发明的上述和进一步的特征和优点将变得明显，其中，相似的标号用于代表相似的元件，其中：

图1是配置有根据本发明的示例实施例的车辆转向设备的车辆的整体示意图；

图2是示出后轮抵抗轮胎和路面的摩擦力静止转向时所需的轴向力和后轮转向角之间的关系的曲线；并且

图3是示出后轮抵抗悬架机构的弹性件(衬套)的弹性力静止转向时所需的轴向力和后轮转向角之间的关系的曲线；

图4是示出后轮抵抗轮胎和路面的摩擦力并且抵抗悬架机构的弹性件(衬套)的弹性力静止转向时所需的轴向力和后轮转向角之间的关系的曲线；并且

图5是由图1的电子控制单元执行的后轮转向控制程序的流程图。

具体实施方式

以下将参照附图描述根据本发明的示例实施例的车辆转向设备。图1是示意性地示出配置有根据本发明的车辆转向设备的车辆。

车辆转向设备具有由驾驶员转动的方向盘11。方向盘11固定到转向轴12的上端，转向轴12的下端例如具有齿条小齿轮机构并连接到前轮侧转向机构13，前轮侧转向机构13具有用于辅助驾驶员对方向盘11的转向操作的辅助电动机。前轮侧转向机构13将转向轴12的旋转运动转换为沿车辆左右方向的轴向运动，以使通过转向横拉杆和转向节臂(未示出)连接的左侧和右侧的左-右前轮FW1、FW2转向。

车辆转向设备可以根据左-右前轮FW1、FW2的转向使左-右后轮RW1、RW2转向。因此，车辆转向设备具有电动机14，作为产生用于使左-右后轮RW1、RW2转向的旋转驱动力的致动器，还具有后轮侧转向机构15，通过电动机14的旋转驱动使左-右后轮RW1、RW2转向。根据本实施例的电动机14和后轮侧转向机构15构成后轮侧转向驱动机构。具有传统的齿轮机构的后轮侧转向机构15减小了电动机14的转速，并且将由此减速的旋转运转转换为轴向运动。后轮侧转向机构15例如通过束角控制臂连接到左-右后轮RW1、RW2。具体地，左-右后轮RW1、RW2通过未示出的传统的悬架机构(例如多连杆悬架)连接到车身。

在具有该构造的左-右后轮RW1、RW2中，电动机14响应于驾驶员对方向盘11的转向操作(即，根据左-右前轮FW1、FW2的转向)而旋转。减速的旋转由后轮侧转向机构15转换为轴向运动。轴向运动被传递到束角控制臂并使连接到控制臂的左-右后轮RW1、RW2左、右转向。

以下将描述控制电动机14的旋转驱动的电控制器20。电控制器20具有转向角传感器21、转向转矩传感器22、后轮转向角传感器23和车速传感器24。

转向角传感器21连接到转向轴12，并且检测作为转向角θ的由驾驶员对方向盘11(转向轴12)操作的旋转角。转向转矩传感器22也连接到转向轴12，并且检测作为转向转矩T的由驾驶员对方向盘11(转向轴12)输入的转矩。转向角传感器21在检测到方向盘11(转向轴12)在中性(中心)操作位置时输出“0”作为转向角θ，方向盘11(转向轴12)向左转向输出正值的转向角θ，方向盘11(转向轴12)向右转向输出负值的转向角θ。转向转矩传感器22对于方向盘11(转向轴12)的向左转向输出正值的转向转矩T，对于方向盘11(转向轴12)的向右转向输出负值的转向转矩T。

后轮转向角传感器23连接到后轮侧转向机构15，并且例如检测后轮侧转向机构15中的齿杆相对于车身的轴向位移。基于检测到的轴向位移，后轮转向角传感器23输出作为转向角δr的左-右后轮RW1、RW2的转向量。后轮转向角传感器23在左-右后轮RW1、RW2处于中性转向位置时输出“0”作为转向角δr，响应于左-右后轮RW1、RW2的向左转向操作输出正值的转向角δr，响应于左-右后轮RW1、RW2的向右转向操作输出负值的转向角δr。车速传感器24检测并输出车速V。

各传感器21至24连接到电子控制单元25。电子控制单元25具有微型计算机，微型计算机设置有中央处理单元(CPU)、只读存储器(ROM)、随机访问存储器(RAM)、计时器等作为主要构成组件。电子控制单元25通过执行程序来控制电动机14的操作，所述程序包括以下描述的程序。为此，用于转动地驱动电动机14的驱动电路26连接到电子控制单元25的输出侧。用于检测流到电动机14中的驱动电流的电流检测器26a设置在驱动电路26中。为了控制电动机14的转动驱动，由电流检测器26a检测的驱动电流被反馈到电子控制单元25。

当驾驶员在具有上述结构的车辆中使方向盘11转向时，转向操作经由转向轴12被传递到前轮侧转向机构13，并且左-右前轮FW1、FW2被转向。由此，车辆可以根据驾驶员对方向盘11的转向操作被转向。为了提高车辆在低速下的可操纵性，或为了在中、高速下转向期间和直线行驶期间稳定车辆行为，电子控制单元25执行未示出的程序，以根据左-右前轮FW1、FW2的转向计算左-右后轮RW1、RW2的目标转向量(目标转向角)，并控制左-右后轮RW1、RW2的转向，以达到目标转向量(目标转向角)。在以下的说明中，通常转向控制表示在低、中和高速下(即当车辆在巡航时)由电子控制单元25进行的左-右后轮RW1、RW2的转向控制。

为了使左-右后轮RW1、RW2转向到目标转向量(目标转向角)，电子控制单元25控制驱动电路26，从而转动地驱动电动机14。在电动机14的转动驱动控制中，基于由后轮转向角传感器23检测的中性转向位置，电子控制单元25利用与转向量对应的后轮转向角δr使左-右后轮RW1、RW2转向达到目标转向量(目标转向角)。

当驾驶员在车辆处于停止状态下(即，在由车速传感器24检测到的车速V是“0”的状态下)使方向盘11转向时，出现左-右前轮FW1、FW2被转向的情况，并且电子控制单元25响应于方向盘11的转向操作使左-右后轮RW1、RW2转向。当车辆在停止状态(以下，这种转向被称为静止转向)时，用于使左-右后轮RW1、RW2转向需要大的力。换言之，必需增加电动机14施加到后轮侧转向机构15的力，更具体地，电动机14施加用于使后轮侧转向机构15中的齿杆沿轴向位移的推力。

在这样的情况下必须使用大输出的电动机14来产生大的推力。这可能涉及更大的电动机14自身。此外，使用大输出电动机14导致更大的电力消耗，特别是左-右前轮FW1、FW2和左-右后轮RW1、RW2的静止转向期间辅助电动机和电动机14方面增加的电力消耗可能超过电源。鉴于此，在其中左-右前轮FW1、FW2和左-右后轮RW1、RW2被转向的四轮转向车辆中，通常不执行左-右后轮RW1、RW2的静止转向。

当驾驶员转动方向盘11、停下车辆，并且然后将方向盘11返回到中性操作位置时，左-右前轮FW1、FW2被转向到中性转向位置。然而，如果如上所述不执行左-右后轮RW1、RW2的静止转向，则左-右后轮RW1、RW2可能仍被转向到离开中性转向位置的转向位置。因此，独自仍处于转向状态的左-右后轮RW1、RW2破坏停止的车辆的美观性。此外，即使方向盘11在中性转向位置，当车辆再次移动时，车辆遵循片刻的蜿蜒轨迹。

当左-右后轮RW1、RW2抵抗路面和左-右后轮RW1、RW2的轮胎的摩擦力被静止地转向时，如图2所示，后轮侧转向机构15的齿杆沿轴向被移动所需的力(轴向力)通常改变。具体地，当左-右后轮RW1、RW2被转向到转向角的绝对值增大(以下称为转向侧)的一侧时，轴向力比左-右后轮RW1、RW2被转向到转向角的绝对值减小的一侧(以下称为返回侧)时更大，如图2所示。

左-右后轮RW1、RW2通过悬架机构连接到车身。因此，左-右后轮RW1、RW2抵抗悬架机构中使用的弹性件(具体地，衬套)的弹性力转向。弹性件的弹性力对轴向力产生更大的影响，特别是，当悬架机构是多连杆悬架机构时。因此，当使用多连杆悬架机构时，后轮侧转向机构15的齿杆抵抗弹性件的弹性力沿轴向被移动所需的轴向力如图3所示变化。

通过由多连杆悬架机构连接到车身的左-右后轮RW1、RW2的静止转向，后轮侧转向机构15的齿杆沿轴向被移动所需的轴向力呈现图4所示的变化特性，该变化特性是图2所示的轴向力和图3所示的轴向力的变化特性的组合。在该情况下，如图4清楚所示，相比图2所示的轴向力的变化特性，在转向侧后轮侧转向机构15的齿杆沿轴向被移动所需的轴向力更大。这意味着电动机14产生的用于使左-右后轮RW1、RW2静止转向的推力在转向侧比返回侧更大。

在这种情况下，电子控制单元25执行图5所示的后轮转向控制程序，从而当车辆停止时左-右后轮RW1、RW2仅被转向到返回侧。以下详细描述后轮转向控制程序。

当驾驶员打开未示出的点火开关时，电子控制单元25在步骤S10开始执行后轮转向控制程序。在步骤S11中，检测到的车速V被输入到电子控制单元25，在随后的步骤S12中判定输入的车速V是否为“0”。如果电子控制单元25判定为输入的车速V不是“0”，即，车辆以低、中或高速巡航，电子控制单元25判定为“否”，并且过程前进到S13。

在步骤S13中，电子控制单元25通过上述的通常转向控制使左-右后轮RW1、RW2转向。具体地，如果车辆不在停止状态，左-右后轮RW1、RW2被转向到转向侧或返回侧。

另一方面，当输入的检测车速V为“0”时，即，当车辆停止时，电子控制单元25判定为“是”，并且执行从步骤S14开始的步骤。具体地，电子控制单元25控制左-右后轮RW1、RW2的静止转向操作。以下描述从步骤S14开始的过程。

在步骤S14中，电子控制单元25检测左-右后轮RW1、RW2被转向的转向方向。具体地，电子控制单元25基于转向角传感器21所检测的转向角θ或转向转矩传感器22所检测的转向转矩T检测驾驶员转动方向盘11的方向(即，左-右前轮FW1、FW2的转向方向)。电子控制单元25基于方向盘11的转动操作方向检测左-右后轮RW1、RW2的转向方向。

具体地，例如当检测到的转向角θ及其时间微分(即，转向角速度θ’)的乘积为负值时，电子控制单元25检测到方向盘11朝向中性操作位置返回，并且转向角θ及转向角速度θ’的乘积为正值时，检测到方向盘11朝向离开中性操作位置的方向转动。并且，例如当检测到的转向角θ为正值并且相对于时间ΔT的转矩变化为负值时，或当检测到的转向角θ为负值并且相对于时间ΔT的转矩变化为正值时，电子控制单元25检测到方向盘11朝向中性操作位置返回，并且当检测到的转向角θ和相对于时间ΔT的转矩变化都为正值时，或当检测到的转向角θ和相对于时间ΔT的转矩变化都为负值时，检测到方向盘11朝向离开中性操作位置的方向转动。

在车辆在停止状态下，当检测到驾驶员将方向盘11返回时，电子控制单元25检测到左-右前轮FW1、FW2和左-右后轮RW1、RW2都响应于方向盘11的返回操作朝着中性转向位置向返回侧被转向。在车辆在停止状态下，当检测到驾驶员转动方向盘11时，电子控制单元25检测左-右前轮FW1、FW2和左-右后轮RW1、RW2都响应于方向盘11的转向操作朝着离开中性转向位置向转向侧被转向。已经检测到左-右后轮RW1、RW2这样的转向方向，电子控制单元25前进到步骤S15。

在步骤S15，电子控制单元25判定步骤S14中检测到的左-右后轮RW1、RW2的转向方向是否朝向返回侧。如果电子控制单元25检测到左-右后轮RW1、RW2被朝向返回侧转向，电子控制单元25判定“是”并且过程前进到步骤S16。如果电子控制单元25检测到左-右后轮RW1、RW2被朝向转向侧转向，电子控制单元25判定为“否”并且过程前进到步骤S17。根据本发明的后轮转向控制程序的步骤S14和步骤S15构成本发明的转向方向检测装置。

在步骤S16中，电子控制单元25使左-右后轮RW1、RW2朝向中性转向位置(即，朝向返回侧)转向。为了将左-右后轮RW1、RW2转向达到中性转向位置，具体地，基于电流检测器26a所检测的驱动电流，电子控制单元25控制驱动电路26以转动地驱动电动机14。在电动机14的转动驱动的控制中，电子控制单元25利用后轮转向角传感器23检测到的后轮转向角δr将左-右后轮RW1、RW2转向到中性转向位置。如上所述，当车轮向返回侧转向时，悬架机构的弹性件的弹性力作用在车轮上。由电动机14产生的推力由此变小，允许控制电力消耗的增加。

当左-右后轮RW1、RW2被转向到中性转向位置时，电子控制单元25前进到步骤18并且暂时结束程序的执行。预定的短时间过去后，在步骤S10处继续程序的执行。

相比之下，在步骤S17，电子控制单元25不使左-右后轮RW1、RW2转向。具体地，即使驾驶员转动方向盘11，在车辆处于停止状态下，电子控制单元25不使左-右后轮RW1、RW2向转向侧转向。由此，因为左-右后轮RW1、RW2不向转向侧转向，功率不被消耗，在该情况下，电动机14产生的推力比上述当左-右后轮RW1、RW2向返回侧转向时的更大。

电子控制单元25前进到步骤S18并且暂时结束程序的执行。预定的短时间过去后，在步骤S10处继续程序的执行。

从上述说明清楚地得出，当车辆停止时，左-右后轮RW1、RW2在本实施例中仅朝向返回侧被静止转向。这允许电动机14使左-右后轮RW1、RW2转向所需的输出(推力)减小，并且从而允许在基本上控制功率消耗的同时使电动机14的尺寸减小。

此外，利用电动机14，左-右后轮RW1、RW2可以朝向返回侧被转向(静止转向)到中性转向位置。由于不需要提供回中弹簧，这由此允许简化后轮侧转向机构15的结构。

在车辆处于停止状态下，仅朝向返回侧使左-右后轮RW1、RW2静止转向，允许左-右后轮RW1、RW2被保持在中性转向位置。这允许保存停止的车辆的美观性并防止车辆在再次开始移动时蜿蜒行进。此外，在车辆处于停止状态下，一旦左-右后轮RW1、RW2朝向中性转向位置转向，不管方向盘11的转向操作，排除左-右后轮RW1、RW2被静止转向。这例如可以控制轮胎磨损。

本发明可以以不限于上述实施例的方式实施，不背离本发明的范围可以进行多种改变。

在上述实施例中，电动机14通过使后轮侧转向机构15的齿杆沿轴向位置直接使左-右后轮RW1、RW2转向。然而，无需言明，左-右后轮RW1、RW2可以利用其它电致动器或机构(例如，液压机构)来转向，而不是电动机14。因为通过仅朝向返回侧使左-右后轮RW1、RW2静止转向可以减小车辆停止状态下所需的输出(轴向力)，这种情况下也可以实现与上述实施例所述的相同的效果。然而，无需言明，本发明可以用于四轮转向设备中。

尽管参照示例实施例描述了本发明，然而应理解本发明不限于示例实施例或构造。相反地，本发明旨在包含各种改变和等同的配置。此外，尽管以不同结合和构造示出了示例实施例的各种元件，然而包括更多、更少或仅一个元件的其它结合和构造也在本发明的范围内。

Claims

1.一种车辆转向设备，包括：方向盘(11)，其由驾驶员操作；以及后轮侧转向驱动机构，其设置有致动器(14)，所述后轮侧转向驱动机构根据所述方向盘(11)的操作使后轮(RWl、RW2)转向，所述车辆转向设备的特征在于包括：

车速检测装置(24)，用于检测车速；

车辆停止状态判定装置，用于基于由所述车速检测装置(24)检测到的车速来判定车辆是否处于停止状态；

转向方向判定装置，用于在所述车辆停止状态判定装置判定为所述车辆处于停止状态时，判定所述后轮(RWl、RW2)的转向方向；以及

转向控制装置，用于在所述车辆处于停止状态时并且在所述转向方向判定装置判定为所述后轮(RWl、RW2)的转向方向是获得用于维持所述车辆的直线行驶状态的中性转向位置的返回侧转向方向时，通过操作所述后轮侧转向驱动机构的所述致动器(14)使所述后轮(RWl、RW2)沿着所述返回侧转向方向转向到所述中性转向位置，并在所述车辆处于所述中性转向位置的停止状态时保持所述后轮，

其中，当所述转向方向判定装置判定为所述后轮(RWl、RW2)的转向方向是远离所述中性转向位置的转向侧转向方向时，所述转向控制装置停止所述后轮侧转向驱动机构的所述致动器(14)的操作。

2.根据权利要求1所述的车辆转向设备，其中，所述转向方向判定装置基于所述方向盘(11)的操作方向来判定所述后轮(RWl、RW2)的转向方向。

3.根据权利要求1所述的车辆转向设备，其中，所述后轮侧转向驱动机构的所述致动器(14)是产生用于使所述后轮(RWl、RW2)转向的驱动力的电动机。

4.根据权利要求1所述的车辆转向设备，其中，当所述转向方向判定装置判定为所述后轮(RWl、RW2)的转向方向是所述获得用于维持所述车辆的直线行驶状态的中性转向位置的返回侧转向方向时，所述转向控制装置使所述后轮(RWl、RW2)沿着所述返回侧转向方向转向到所述中性转向位置。

5.根据权利要求1所述的车辆转向设备，其中，所述车辆转向设备是四轮转向设备。