CN102666253A - 转向传动比可变装置的控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了转向传动比可变装置(200)的控制装置(100)，该转向传动比可变装置具有：电动机(202)，其能够将促进连接到转向轮的转向输出轴(15)与将转向输入施加到所述转向输出轴(15)的转向输入轴(12)之间的相对旋转的驱动力施加到转向输出轴(15)和转向输入轴(12)中的一者；驱动电动机的电动机驱动装置(300)；和能够限制所述相对旋转的锁止装置(203)，该控制装置包括：设定装置，其在锁止控制时段期间规定电动机的驱动电压(V)并将沿着减小电动机的转速(θ′act)的方向作用的阻尼增益(D2)设定为比与非锁止状态相对应的基准值(D2base)大的值(D2lock)，在所述锁止控制时段期间，转向传动比可变装置的状态从不限制相对旋转的非锁止状态切换到限制相对旋转的锁止状态。

Description

转向传动比可变装置的控制装置

技术领域

本发明涉及转向传动比可变装置的控制器的技术领域，该控制器控制由可变速比转向(VGRS)表示的转向传动比可变装置。

背景技术

一些转向传动比可变装置具有用于限制转向输入轴与转向输出轴之间的相对旋转的锁止装置，并且其示例在日本专利申请公报No.2008-068782(JP-A-2008-068782)中公开。根据在JP-A-2008-068782中公开的转向传动比可变装置，通过根据在锁止时的转向角速度和阈值转向角速度来与锁止机构的锁止声基本同时地产生来源于机械止挡部的末端接触声，可以防止驾驶员注意到锁止机构的锁止声。

此外，如例如日本专利申请公报No.2009-166598(JP-A-2009-166598)所述，已经提出了在VGRS处于锁止状态的情况下，确定与输出转矩的大小对应的电流限制值。

根据在JP-A-2008-068782中描述的技术理念，锁止机构的锁止完成的时机大致等于转向轮的转向角到达基于转向机构的物理结构确定的转向角末端位置的时机(即，末端接触时机)。

这里，因为转向机构在转向角末端位置处具有高的物理刚性，所以在这种情况下，例如，驾驶员在转向角末端位置处或者在其附近的转动范围内沿着增加转向的方向操作方向盘或其他转向输入装置，作为转向负荷的转向转矩突然增加。

另一方面，虽然转向传动比可变装置采用了其中转向输入轴与转向输出轴由包括电动机的致动器相对于彼此旋转的构造，但是由于相对旋转的特性，在即使转向输出轴在转向角末端位置处不能够进一步旋转却将转向转矩施加到转向输入轴的情况下，电动机仍然旋转。

此时，因为转向转矩如上所述地在转向角末端位置附近的转向角范围内突然增加，电动机转速短暂地并容易过度地升高。具体地，在电动机转速在由减速机构适当地减小之后被传递到转向输出轴的构造中，伴随着与减速机构的速比对应的速度升高，转向转矩被传递到电动机。

因此，在JP-A-2008-068782中公开的装置构造中，当转向传动比可变装置被锁止机构切换到其中限制相对旋转的锁止状态时，电动机具有过度升高速度的可能性。在处于转向角末端位置处或在转向角末端位置的附近的转动范围内执行向锁止状态的切换的这种类型的装置构造中，因为存在许多其中锁止机构通常由于相应啮合构件的啮合动作而实现锁止状态的情况，所以存在当从非锁止状态返回到锁止状态时施加到锁止机构的负荷变得较大的可能性。

此外，在包括JP-A-2008-068782中公开的装置的传统装置构造中，当切换到锁止状态时，电动机经常仅提供所谓的保持转矩，而不考虑在切换到锁止状态时的转向负荷。因此，在没有必要限制于转向角末端位置或限制到在转向角末端位置附近的转向角范围的状态下，在转向负荷在向锁止状态的切换时段期间已经向着增加或减小的方向过度地改变的情况下，转向负荷与保持转矩之间的平衡受到干扰并且电动机速度升高，由此导致施加到锁止机构的负荷类似地增加的可能性。

另一方面，在尝试对于该大的负荷确保可靠性时发生关于成本和可安装性的问题。

以此方式，在JP-A-2008-068782中公开的技术理念具有允许施加到锁止机构的负荷增加的缺点。这类似地适用于JP-A-2009-166598中公开的装置。

发明内容

考虑到以上内容，本发明提供了能够减小施加到锁止机构的负荷的用于转向传动比可变装置的控制器。

因此，根据一个方面，本发明提供了一种转向传动比可变装置的控制装置，该转向传动比可变装置设置有电动机、电动机驱动装置和锁止装置，所述电动机能够将促进转向输出轴与转向输入轴之间的相对旋转的驱动力施加到所述转向输出轴和所述转向输入轴中的一者，所述转向输出轴连接到转向轮，所述转向输入轴将转向输入施加到所述转向输出轴，所述电动机驱动装置驱动所述电动机，并且所述锁止装置能够限制所述相对旋转，其中，所述控制装置设有设定装置、确定装置和控制器，在锁止控制时段期间，设定装置被配置为规定所述电动机的驱动电压并设定作用于所述电动机的增益，确定装置被配置为基于所设定的所述增益来确定所述电动机的驱动电压，控制器被配置为控制所述电动机驱动装置，使得所确定的所述驱动电压被供应给所述电动机，其中，在所述锁止控制时段期间，所述转向传动比可变装置的状态从不限制所述相对旋转的非锁止状态切换到限制所述相对旋转的锁止状态。

根据本发明的转向传动比可变装置是这样的装置，其能够允许转向输出轴(其适合于通过与各种类型的系统对应的各种类型的转向机构(诸如齿条齿轮系统或者滚珠螺纹(ball and nut)系统)连接到转向轮)与转向输入轴(其连接到诸如方向盘的各种类型的转向输入装置)之间的相对旋转。由于这种相对旋转，转向传动比(其为转动角(steering angle)与转向角(turning angle)之间的比率)能够阶段地或连续地改变。此外，转动角与转向输入轴的转角相关联，而转向角是转向轮的转向角并且与转向输出轴的转角相关。

对于提供上述技术概念的转向传动比可变装置的具体物理构造或电气构造没有特别限制。例如，转向传动比可变装置可以在电动机与转向输出轴之间的动力传递路径中设具各种类型的齿轮机构、减速机构或差速机构等。

根据本发明的转向传动比可变装置除了用于施加促进相对旋转的驱动力的电动机以及作为其驱动装置的电动机驱动装置之外，还具有锁止装置。

根据本发明的锁止装置指的是能够可选择地对使得转向传动比的可变控制成为可能的上述相对旋转进行限制的装置。此时，对于使得转向传动比可变装置进入提供锁止效果的锁止状态的锁止机构的结构没有具体限制。

例如，作为优选实施例，锁止装置可以具有设置有一对啮合元件(例如，锁止保持件和锁止杆)的机构，一个锁止元件被直接或间接地固定在转向输入轴上并且另一个锁止元件被直接或间接地固定在转向输出轴上，由此通过其物理配合来限制相对旋转(诸如锁止杆装配到绕着锁止保持件周围形成的缺口中)。

此外，虽然“限制”这里在狭义上表示的是“禁止”，但是其具有广义上包括相对于非锁止状态而言对相对旋转显著地或一定程度地限制的含义。如下文中合适的，转向传动比可变装置的其中限制相对旋转的状态被称作为锁止状态，而其中不限制相对旋转的状态成为非锁止状态。

用于根据本发明的转向传动比可变装置的控制器是这样的装置：其控制这种类型的转向传动比可变装置并且可以利用诸如中央处理器(CPU)、微处理单元(MPU)、电子控制单元(ECU)和各种类型的处理器或各种类型的控制器的一个或多个实施形态。此外，可以按照需要内置有或连接到各种类型的存储装置，诸如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、缓存存储器或闪存存储器。

在用于转向传动比可变装置的控制器中，设定装置优选地将沿着降低所述电动机的转速的方向作用的阻尼增益设定为比与所述非锁止状态相对应的基准值大的值，并且所述确定装置基于所设定的所述阻尼增益来确定所述电动机的驱动电压。

根据用于转向传动比可变装置的该控制器，在锁止控制时段(在该期间转向传动比可变装置从非锁止状态切换到锁止状态)期间，对电动机的驱动电压进行规定的阻尼增益是基于非锁止状态期间的该阻尼增加进行设定的。确定装置基于所设定的阻尼增益来确定电动机的驱动电压，并且控制器控制所述电动机驱动装置，使得所确定的所述驱动电压被供应给所述电动机。

此外，短语“基于所设定的阻尼增益”表示确定装置不一定需要仅参照所设定的阻尼增益来确定电动机驱动电压。相反，阻尼增益可以优选地对于规定驱动电压的多个控制项中的一部分(如下文中解释的，阻尼项)具有影响。

这里，“阻尼增益”是对电动机驱动电压进行规定的各种控制项当中的阻尼项进行规定的系数，其根据各种控制规则(诸如与电动机位置(转角)控制或速度控制(转角的微分值)相关的反馈(F/B)控制或前馈(F/F)控制)确定。

因为阻尼项自身是引起电动机速度衰减的控制项，所以在锁止控制期间由于阻尼增益被设定为比非锁止状态更大的值并且被用于与确定装置和控制器相关的实际控制，至少减轻了电动机速度的升高。此外，电动机速度理想地降低。具体地，如果阻尼增益被设定为足够大的值，电动机也可以在锁止控制时段期间基本停止或者进入基本接近停止的状态。

此外，在本发明中，在除了锁止控制时段之外的普通控制时段期间的电动机控制的方面不受到限制，无论其是否可用。例如，作为优选实施例，可以通过使用位置F/B控制作为主控制规则来基于构成目标位置与当前位置之间的偏差的位置偏差控制电动机的驱动。在这种情况下，作为规定驱动电压的控制项的一部分的稳定状态项由作为位置偏差所用的增益的稳定状态增益来确定，并且电动机驱动电压可以通过使用该稳定状态项作为主要要素来确定。

另一方面，在锁止控制时段期间，在普通控制时段期间的这些控制规则随着时间推移可以得到保持、可以被临时地中止或者可以由其他控制规则代替。在任何情况下，可以通过增加阻尼增益来限制电动机速度的升高。

此外，存在向锁止状态切换的各种条件(包括传统的那些条件)，虽然没有概括地规定，但是从转向角的观点来看，其转向角理想地为在转向角末端位置处或者在其附近的转动范围内，并且在这种情况下，从针对在转向角末端位置处的过度转向来输入保护电动机的观点来看，在锁止控制时段期间的稳定状态增益可以在减小的方向上逐渐地改变。

因此，即使锁止控制装置被用于基于一些形式的物理作用来控制相对旋转，在锁止完成的时刻施加到锁止装置的物理冲击可能与电动机的转速相关。因此，在锁止控制时段期间，如前所述的电动机速度的升高可以被限制并且电动机可以保持在停止状态或基本停止状态(这里，“基本停止状态”指的是旋转状态达到了在锁止完成时施加到啮合元件的物理冲击可以被保持在可允许范围内的程度)。根据上述控制器，在转向传动比可变装置切换到锁止状态时，可以优选地限制将大的冲击施加到锁止装置。即，按照根据本发明的控制器，可以减小施加到锁止机构的负荷。

此外，根据本发明的“锁止控制时段”不需要是关于时间序列严格地限制的时间段，并且具有相当高的自由度。然而，从更可靠地减小施加到锁止装置的负荷的观点来看，其优选地为包括锁止完成的时刻(例如，包括转向输入轴的啮合元件和转向输出轴的啮合元件的啮合元件已经完全啮合到一起的时刻)的时间段。此外，更不必说用于设定与设定装置相关的阻尼增益的操作至少在完成锁止的时刻之前的时刻开始。

作为上文的补充说明，在锁止装置采用其中锁止杆与锁止保持件的外周啮合的构造的锁止装置的情况中，锁止的存在与否仅由向锁止杆提供的电磁力的存在与否来规定。在这种情况下，向锁止状态的切换是否已经完成不被理解为严格意义上的实际状态。在这种情况中的锁止控制时段可以是这样的时段：其从锁止条件已经满足时刻或者电磁力的供应已经中断的时刻，到根据初步试验、经验、理论或模拟等认为已经经过了锁止杆已被可靠地被插入到锁止保持件的时间的时刻。

此外，虽然“锁止控制时段”可以包括转向轮的转向角达到转向末端位置(其为转向机构的物理操作极限)或其附近的时刻，但是用于设定关于设定装置的阻尼增益的操作优选地至少在转向轮的转向角达到转向角末端位置或其附近之前的时刻处开始。

即，通过使得规定驱动电压的阻尼项相比于其他控制项具有更高优先级，控制器实现了在限制由转向负荷的改变引起的电动机速度的升高的状态下，使得转向传动比可变装置切换到锁止状态的技术思想。

因此，只要能够实施该技术思想，设定装置可以在任意时刻开始阻尼增益的校正(即，沿着阻尼增益增加的方向设定阻尼增益)或完成阻尼增益的校正。

此外，“阻尼增益”的实践含义(更具体地，增益被插入控制回路中的位置)根据控制系统的结构而改变，并且对其细节的限制偏离了控制器的技术本质。

此外，设定装置优选地根据特定的转向负荷来设定沿着使得电动机的位置偏差收敛的方向作用的稳定状态增益，以使稳定状态增益对应于转向负荷的增加或减小的各个量值，并且确定装置基于所设定的稳定状态增益来确定电动机的驱动电压。

根据上述转向传动比可变装置的控制器，转向负荷(诸如转向转矩)由特定装置规定，并且在上述锁止控制期间根据特定的转向负荷来设定稳定状态。确定装置基于所设定的稳定状态增益来确定电动机驱动电压，并且控制器根据该电动机驱动电压来控制所述电动机装置。

这里“稳定状态增益”指的是规定各种类型的控制项当中的稳定状态项(比例项)的系数，其是根据与电动机位置(转角)的控制或速度(转角的微分值)的控制相关的控制规则(诸如F/B控制或F/F控制)规定的。

根据上述控制器，该稳定状态增益在转向负荷趋于增加时增加或者在转向负荷趋于减小时减小。此时，没有必要要求特定的转向负荷被二元地分类为增加趋势或减小趋势。例如，可以通过比较分别在增加侧和减小侧上设定的阈值来形成某种类型的死区。

一方面，在转向负荷趋向于增加的情况下，从电动机的观点来看，在某种意义上这等价于电动机“被转动”，其中，电动机按照转向负荷被动地工作。在这种情况下，可以通过沿着增加方向校正稳定状态增益来限制通过转向负荷引起的电动机速度的升高。

另一方面，在转向负荷趋向于减小的情况下，同样从电动机的观点来看，在某种意义上这等价于电动机按照驱动电压的目标值(目标驱动电压)加速。在这种情况下，同样可以通过沿着减小方向校正稳定状态增益来限制通过转向负荷引起的电动机速度的升高。

以此方式，根据上述控制器，电动机负荷与电动机转矩之间的平衡可以得到保持并且由转向负荷引起的电动机速度的升高可以分别通过响应于转向负荷的增加或减小来增加或减小电动机驱动电压来进行限制。

即，上述控制器实现了通过可靠地控制对与转向负荷对应的特定驱动电压进行规定的稳定状态项，在限制由转向负荷的改变引起的电动机速度的升高的状态下，使得转向传动比可变装置切换到锁止状态的技术思想。

作为其补充说明，在上述控制器中，当使得转向传动比可变装置切换到锁止状态时，电动机的控制形态从位置控制(其关于转向负荷的改变不稳定)切换到速度控制(其关于转向负荷的改变相对更稳健)，由此限制电动机速度的升高。

因此，对应于此时的转向负荷的稳定状态增益的设定可以结合关于控制器的阻尼增益的增大控制来执行。在这种情况下，在实际情况中，可以在锁止控制时段期间稳定状态增益已经基本向衰减侧逐渐改变之后适当地执行对应于转向负荷的稳定状态增益的校正。

此外，在转向传动比可变装置或者安装有转向传动比可变装置的车辆具有能够检测转向转矩的检测装置的情况下，例如，指示装置可以通过获取检测装置的检测值来指示转向负荷。或者，指示装置可以通过使用各种类型的可选表示值的数字计算或逻辑运算的结果来指示转向负荷，可选表示值例如为根据电动机速度、电动机加速度或控制规则设定的目标驱动电压、齿轮角(其与转向角同义)、齿轮角速度或转向角速度。

附图说明

将会在本发明的示例实施例的以下具体描述中参照附图描述本发明的特征、优点和技术及工业意义，在附图中，相似的附图标记表示相似的元件，其中：

图1是概念性地表示根据本发明的实施例的车辆的构造的示意性框图；

图2是在实施例中的ECU中的VGRS制动器的驱动控制框图；并且

图3是由ECU执行的锁止控制的流程图。

具体实施方式

下文在适当地参照附图的同时提供了对于根据本发明的车辆转向控制器的实施例的解释。首先，参照图1提供了对于根据本发明的实施例的车辆10的构造的解释。这里，图1是概念地表示车辆10的构造的示意框图。

在图1中，车辆10具有作为转向轮的一对横向对称前轮FL和FR，并且车辆10被构造为能够通过使前轮转向而向期望方向行进。

车辆10具有ECU 100、VGRS致动器200、VGRS驱动装置300、电子助力转向系统(EPS)致动器400和EPS驱动装置500、和车速传感器600。

ECU 100是具有CPU、ROM和RAM(其中每一者都未示出)的电子控制单元，被构造为使得能够进行车辆10的全部操作的控制，并且是根据本发明的“转向传动比可变装置的控制装置”的示例。ECU 100被构造为使得能够根据安装在ROM中的控制程序执行后文描述的锁止控制。

在车辆10中，由驾驶员通过方向盘11施加的转向负荷被传递到上转向轴12，上转向轴12是与方向盘11共轴且可旋转地连接并且能够与方向盘11沿着相同方向旋转的轴体。上转向轴12是根据本发明的“转向输入轴”的示例。上转向轴12在其下游侧上的末端连接到VGRS致动器200。

VGRS致动器200具有壳体201、VGRS电动机202、锁止机构203和减速机构204。

壳体201是用于VGRS致动器200的容纳VGRS电动机202、锁止机构203和减速机构204的壳体。在之前描述的上转向轴12的下游侧上的末端被固定到壳体201，并且壳体201能够大致与上转向轴12一体地旋转。

VGRS电动机202具有作为转子202a的转子、作为定子202b的定子以及作为转轴202c的驱动力输出轴，并且是作为根据本发明的“电动机”的示例的DC无刷电动机。定子202b被固定在壳体201内，并且转子202a在壳体201内可旋转地得到保持。转轴202c被同轴地固定到转子202a，并且能够与转子202a一同整体旋转，该转轴202c的下游侧上的末端连接到减速机构204。

减速机构204是由固定到壳体201的定子齿轮、可旋转地保持在定子齿轮内的柔性齿轮、与柔性齿轮同轴地布置并且固定到下转向轴15的从动齿轮、以及与VGRS电动机202的转轴202c相连的波动发生器构成的齿轮装置。减速机构204被构造为能够在根据按照每个齿轮的各个速比确定的减速比来减速之后，将上转向轴12和VGRS电动机202的旋转传递到下转向轴15。另一方面，减速机构204被构造为使得上转向轴12的与驾驶员的转向负荷对应的旋转通过顺序地布置于定子齿轮、柔性齿轮和被驱动齿轮之间的动力传递路径传递到下转向轴15。

减速机构204具有引起上转向轴12与下转向轴15之间的相对旋转的功能。

更具体地，在上述构造中，当VGRS电动机202的转子202a旋转时，其驱动转矩通过凸轮被传递到与该凸轮(其作为波动发生器中的动力传递构件)部分地接触的柔性齿轮，由此使得柔性齿轮旋转。该柔性齿轮在定子齿轮中转动并且进一步使得与其同轴相关联的从动齿轮旋转。

因此，根据VGRS致动器200，下转向轴15的转角与上转向轴12的转角并不唯一对应，并且上转向轴12和下转向轴15能够相对于彼此旋转。

即，根据VGRS致动器200，下转向轴15相对于上转向轴12的相对旋转的角度可以被控制为通过控制VGRS电动机202的位置(转角)增加或减小而增加或减小。

在车辆10中，由于允许上转向轴12与下转向轴15以此方式相对旋转，上转向轴12的转角(转角MA)与前轮转向角δf(其不唯一地按照下转向轴15的转角来确定(并且也涉及之后描述的齿条齿轮机构的速比))之间的比率(即转向传动比R)可以在预定范围内连续地并可变地控制。此外，虽然在附图中未示出，前轮转向角δf由转动角传感器检测并且可以被与该传感器电连接的ECU 100参照。

此外，减速机构204不局限于这里举例说明的包括波动发生器的构造，而是也可以具有传统形态的各种类型。例如，减速机构可以使具有相互差动关系的多个旋转元件。此时，每个旋转元件可以分别连接到转轴202c、壳体201和下转向轴15。

此外，虽然在附图中未示出，但转角传感器(诸如旋转编码器)的角度设定在被构造为能够检测旋转轴202c的转角θ的VGRS电动机202中。该转角传感器电连接到ECU 100，并且被构造为使得所检测到的转角θ被ECU 100以规则或不规则的周期参照。

锁止机构203是根据本发明的“锁止机构”的示例，并设有锁止保持件203a、锁止杆203b和螺线管203c。

锁止保持件203a是固定到VGRS电动机202的转子202a并且能够与转子202a一体地旋转的盘状构件。在锁止保持件203a的外周上沿着圆周方向形成多个缺口。

锁止杆203b是键形啮合构件，其一端固定到设置于VGRS致动器200的壳体201上的静止部位并且通过将该静止部位作为轴支点来可旋转地构造。能够装配到形成于锁止保持件203a的外周中的缺口内的突起形成在锁止杆203b的另一端。此外，锁止杆203b的另一端受到未示出的弹簧沿着形成于锁止保持件203a中的缺口的方向的施力。

螺线管203c是能够将克服上述弹簧的施力的电磁力施加到锁止杆203b的螺线管致动器。当处于从螺线管203c提供电磁力的状态时，锁止杆203b克服弹簧的施力，并且形成在锁止杆末端上的突起被保持在不与锁止保持件203a的缺口啮合的非锁止状态。

另一方面，当停止施加来自螺线管203c的电磁力时，锁止杆203b通过弹簧的施力而朝向锁止保持件203a旋转，并且按照锁止保持件203a的旋转状态，锁止杆203b最终停止在其配合到形成于锁止保持件203a中的缺口的锁止位置。螺线管203c被电连接到ECU 100，并且其被构造为使其驱动状态由ECU 100控制。

在锁止杆203b处于锁止状态的情况下，VGRS致动器200处于锁止状态，其中，VGRS电动机202和上转向轴12由锁止机构203机械地连接。

在VGRS致动器200处于锁止状态的情况下，上转向轴12和下转向轴15不能相对于彼此旋转，并且前述的转向传动比R被固定为单个值。

VGRS驱动装置300是包括例如PWM电路、晶体管电路和逆变器的电驱动电路，该逆变器被构造为使其能够将电流施加到VGRS电动机202和定子202b。VGRS驱动装置300被电连接到未示出的电池，并且被构造为能够使用从电池提供的电力将驱动电压V提供给VGRS电动机202。此外，VGRS驱动装置300被电连接到ECU 100，并且被构造为使其操作由ECU 100控制。

EPS致动器400是包括未示出的转子和具有定子(其作为围绕转子的定子)的DC无刷电动机的装置，该转子作为安装永磁体并且固定到在VGRS电动机202的下游侧上的下转向轴15的转子。

EPS致动器400是所谓的齿轮辅助式致动器，其被构造为能够将驱动转矩提供给之后描述的小齿轮16，以辅助小齿轮16的旋转。EPS致动器400被构造为由于转子由通过将电流经由EPS驱动装置500施加到定子而在EPS致动器400内形成的旋转磁场的作用而被旋转，而产生沿着转子旋转方向的辅助转矩Tm。

EPS驱动装置500是电子驱动电路，其被构造为能够通过将电流施加到EPS致动器400的定子来控制形成在EPS致动器400内的旋转磁场的状态。EPS驱动装置500被电连接到ECU 100，并且被构造为使得其操作由ECU 100控制。此外，在以下说明中，术语“EPS”被适当地用作包括在EPS致动器400和EPS驱动装置500中的概念。

从EPS致动器400适当地接收辅助转矩Tm的施加的下转向轴15的旋转被传递到作为包括小齿轮16和齿条17的齿条齿轮机构的转向机构，其中该齿条17的齿形成为与小齿轮16的齿啮合。

在齿条齿轮机构中，连接到下转向轴15的下游侧末端的小齿轮16的旋转被转换为齿条17沿着如图所示的横向的运动。这种齿条17的往复运动被构造为通过连接到齿条17的下游侧的末端的拉杆和关节(未示出)传递到各个转向轮。

此外，例如兼容滚珠螺纹系统的转向机构或其他转向机构也可以被用于车辆10的转向系统。此外，即使在采用齿条和齿轮式转向机构的情况下，至少在基于安装空间、成本、耐久性或可靠性等受到基本限制的(假设这种限制存在)范围内，对于构成元件的类型或形状或者构成元件的相对空间布置没有特别的限制。

此外，EPS致动器400的构造仅表示对驾驶员的转向转矩进行辅助的助力转向装置的一个示例，并且例如辅助转矩Tm可以随着由未示出的减速齿轮减小转速被传递到下转向轴15，或者可以作为辅助齿条17的往复运动(而非下转向轴15的旋转运动)的力而被传递。

另一方面，车辆10具有包括转向转矩传感器13、转动角传感器14和车速传感器600的各种类型的传感器。

转向转矩传感器13是被构造为能够检测由驾驶员通过方向盘11施加的转向转矩MT的传感器。更具体地，上转向轴12具有它被划分为由未示出的扭力杆彼此连接的上游部分和下游部分。用于检测旋转相位差的环被固定到扭力杆在上游侧和下游侧上的两端。该扭力杆被构造为当方向盘11已经由车辆10的驾驶员转动时沿着通过上转向轴12的上游部分传递的转向转矩对应的旋转方向扭转，并且能够在产生该扭转的同时将转向转矩传递到下游部分。

因此，在转向转矩的传递期间，在用于检测旋转相位差的环之间产生相互的旋转相位差。除了检测旋转相位差之外，转矩传感器13被构造为能够通过转换为转向转矩而将旋转相位差作为与转向转矩MT相对应的电信号而输出。此外，转向转矩传感器13被电连接到ECU 100，并且所检测到的转向转矩MT被构造为使其由ECU 100以规律或不规律的周期参照。

转动角传感器14是这样的传感器，其被构造为能够检测作为上转向轴12的转角的转动角δst。转动角传感器14被电连接到ECU 100，并且所检测到的转动角δst被构造为由ECU 100以规律或不规律的周期参照。

车速传感器600是能够检测车辆10的车速Vh的传感器。车速传感器600被电连接到ECU 100，并且所检测到的车速Vh被构造为由ECU 100以规律或不规律的周期参照。

下文在适当地参照附图的情况下提供了实施例的操作的解释。

解释首先参照图2提供了VGRS致动器200的基本控制方面。图2是在ECU 100中的VGRS致动器200的驱动控制框图。

在图2中，通过包括减法器101、放大器102、微分器103、放大器104、加法器105、减法器106、微分器107和放大器108来构造ECU100。

减法器101是这样的运算器，其接收VGRS电动机202的目标位置θtag(目标转角)和VGRS电动机202的当前位置θact(当前转角)，并且将作为位置偏差e的其偏差(θtag-θact)作为输出值输出。

放大器102是将作为输入值的位置偏差e以稳定状态增益P放大的运算器。稳定状态增益P是根据本发明的“稳定状态增益”的示例。放大器102被构造为输出稳定状态电压Vp(Vp＝e×P)，作为VGRS电动机202的驱动电压V的稳定状态项，其与位置偏差e成比例。此外，稳定状态增益P在普通控制期间被设定为Pbase。

微分器103是这样的运算器，其对于作为输入值的位置偏差e进行时间微分并且将时间微分值e′作为输出值输出。

放大器104是将作为输入值的时间微分值e′以阻尼增益D1放大的运算器。放大器104被构造为输出阻尼电压Vd1(Vd1＝e′×D1)，来作为VGRS电动机202的驱动电压V的与时间微分值e′相对应的阻尼项。

加法器105是将稳定状态电压Vp与阻尼电压Vd1相加的运算器。

这里，在ECU 100中，减法器101、放大器102、微分器103、放大器104和加法器105构成位置控制块100A。位置控制块100A是实现使得VGRS电动机202的位置(转角)收敛到目标位置(目标转角)的位置偏差F/B的控制块，并且加法器105的输出值是构成VGRS电动机202的驱动电压V的控制项并对应于位置偏差F/B的位置控制电压。

微分器107是这样的运算器，其将作为输入值的VGRS电动机202的当前位置θact进行时间微分，并且输出时间微分值θ′act作为输出值。此外，时间微分值θ′act等于VGRS电动机202的实际转速。因此，这种时间微分值θ′act此后被称作为“实际转速θ′act”。

放大器108是将作为输入值的VGRS电动机202的实际转速θ′act以阻尼增益D2放大的运算器。放大器108被构造为输出阻尼电压Vd2(Vd2＝θ′act ×D2)作为VGRS电动机202的驱动电压V的对应于实际转速θ′act的阻尼项。此外，阻尼增益D2是根据本发明的“阻尼增益”的示例。此外，在普通控制期间阻尼增益D2被设定为D2base。

这里，在ECU 100中，微分器107和放大器108构成速度控制块100B。速度控制块100B是实现用于稳定VGRS电动机202的转速的转速F/B，并且作为放大器108的输出值的阻尼电压Vd2是控制项(其构成VGRS电动机202的驱动电压V)的对应于转速F/B的转速控制电压。

减法器106是从位置控制电压减去转速控制电压的运算器。减法器106的输出值是VGRS电动机202的最终驱动电压V，并且被配置为经由VGRS驱动装置300驱动VGRS电动机202。此外，在普通控制期间，VGRS电动机202的驱动主要通过使用位置控制块100A作为主要控制规则来控制。即，使用稳定状态电压Vp作为支配性要素来确定VGRS电动机202的驱动电压V。换言之，在普通控制期间分别确定稳定状态增益Pbase、阻尼增益D1base和阻尼增益D2base，使得稳定状态电压Vp作为支配性要素。

之后，将会参照图3提供关于当VGRS致动器200从非锁止状态切换到锁止状态时由ECU 100执行的锁止控制的具体解释。图3是锁止控制的流程图。

此外，在判定是否需要锁止控制的控制流程中需要锁止控制的情况下(即，在满足锁止条件时)，执行这种锁止控制。因为对于涉及判定是否需要锁止控制的形态可以应用各种类型的形态，而不论其是否已知，所以在这里省略其具体描述。此外，当开始锁止控制时，ECU 100停止将电流施加到如前所述的螺线管203c。当向螺线管203c施加的电流停止并且所提供的克服弹簧施力的电磁力中断时，锁止机构203的锁止杆203b开始从之前描述的非锁止状态旋转。在此时，虽然锁止杆203b不一定紧接在所提供的电磁力中断之后配合到锁止保持件203a的缺口中，但是一旦锁止保持件203a和203b已经被配合到一起，锁止状态就被保持直到恢复向螺线管203c施加电流。

此外，也可以在转向转矩MT超出阈值的情况或者转动角速度(转动角MA的时间微分值)已经超出阈值的情况下判定为需要锁止状态。或者，也可以在由EPS致动器400进行的转向转矩MT的辅助已经停止的情况下判定为需要锁止状态(这是因为：在停止施加辅助转矩Tm的情况中，因为在施加到VGRS电动机202的负荷通过由EPS致动器400施加辅助转矩TM而减小的前提下固有地确定VGRS电动机202的形式，所以在转向超出VGRS电动机202的最大转矩的时段期间存在轴向力施加到下转向轴15的可能性)。

在图3中，当开始锁止控制时，ECU 100首先使稳定状态电压Vp的当前值Vp(n)跟随(latch)目标驱动电压Vtag(其是驱动电压的目标值)的最近值(即，之前的一个控制时的值)Vtag(n-1)(步骤S101)。

当稳定状态电压Vp(n)已经跟随时，ECU 100获取转向转矩MT并且判定作为转向负荷的转向转矩MT是否正在降低(步骤S102)。此时，在经由转向转矩传感器13获得转向转矩MT的改变量等于或小于预设基准值(负值)的情况下，ECU 100判定为转向转矩MT正在降低。

此外，由于诸如具有对于EPS致动器400的驱动控制优化的动态范围的原因，所检测到的转向转矩传感器13的值可能不一定适合于VGRS致动器200的锁止控制。在这种情况下，通过例如基于VGRS电动机202的转速(即，θ′act)、VGRS电动机202的旋转加速度(即，θ′act的时间微分值)和VGRS电动机202的目标驱动电压Vtag进行比较判断，ECU 100可以判定作为转向负荷的转向转矩MT是否在降低(即，VGRS电动机202是否由于对应于目标驱动电压Vtag的驱动控制而处于加速状态)。因为基于这些可选指示值的判定是根据VGRS致动器200的实际状态(实际现象)来进行的，所以相比于基于所检测到的转向转矩MT进行的判定提供更高的精确度。

在转向转矩MT已经被判定为降低的情况下(步骤S102中为“是”)，ECU 100将稳定状态增益P(n)设定为通过从在前一个控制时的值P(n-1)减去渐进改变量ΔP1(ΔP1＞0)而获得的值(步骤S103)。此外，在开始锁止控制之后紧接的稳定状态增益P(n-1)换言之是在普通控制期间的稳定状态增益Pbase。

另一方面，在转向转矩MT没有降低的情况下(在步骤S102中为“否”)，ECU 100判定转向转矩MT是否正在升高(步骤S104)。ECU100在此时经由转向转矩传感器13获得的转向转矩MT的改变量等于或大于预设基准值(正值)的情况下判定为转向转矩MT正在升高。

此外，如前所述，转向转矩传感器13的检测值不一定适合于VGRS致动器200的锁止控制。在这种情况下，根据例如基于作为小齿轮16的转角的齿轮角或前轮转向角δf、作为齿轮角的时间微分值的齿轮角速度或作为前轮转向角δf的时间微分值的转向角速度、以及VGRS电动机202的目标驱动电压Vtag的比较判定，ECU 100可以判定作为转向负荷的转向转矩MT是否正在升高(即，VGRS电动机202是否借助于转向负荷转动)。因为根据VGRS致动器200的实际值(实际现象)来进行判断，所以基于这些可选指示值的判定相比于基于所检测的转向转矩MT的判定产生更高的精确度。

在已经判定为转向转矩MT正在升高的情况下(步骤S104中为“是”)，ECU 100将稳定状态增益P(n)设定为通过将渐进改变量ΔP2(ΔP2＞0)增加到前一个控制时的值P(n-1)而获得的值(步骤S105)。此外，在开始锁止控制之后紧接的稳定状态增益P(n-1)换言之是在普通控制期间的稳定状态增益Pbase。

另一方面，在转向转矩MT不增加的情况下(在步骤S104中为“否”)，即在转向负荷已经在预设的可允许范围内改变时，ECU 100将稳定状态增益P(n)设定为通过从在前一个控制时的值P(n-1)减去渐进改变量ΔP3(ΔP1＞ΔP1＞0)而获得的值(步骤S106)。此外，在开始锁止控制之后紧接的稳定状态增益P(n-1)换言之是在普通控制期间的稳定状态增益Pbase。

当执行步骤S103、步骤S105或步骤S106时，ECU 100根据以下的公式(1)计算对VGRS电动机202的驱动电压V进行规定的稳定状态电压Vp(步骤S107)。此外，与S107相关的操作等同于图2中的放大器102的操作。

Vp(n)＝e×P(n)(1)

这里，当执行步骤S103时，因为稳定状态增益P从先前值降低，所以如果位置偏差e恒定，则稳定状态电压Vp也降低。因此，限制由转向负荷的降低引起的VGRS电动机202的速度的升高。

此外，当执行步骤S105时，因为稳定状态增益P从之前的值增加，所以如果位置偏差e恒定，则稳定状态电压Vp也增加。因此，限制由转向负荷的增加引起的VGRS电动机202的速度的增加。

即，步骤S103和S105构成根据本发明的“根据转向负荷来设定稳定状态增益，以使稳定状态增益对应于转向负荷的增加或减小的各个量值”的设定装置(本发明中的第二控制器)的操作的示例。

通过排除在转向负荷中以此方式发生较大波动的情况，由步骤S106的操作将稳定状态增益P逐渐朝向零改变，并且稳定状态增益P对于每个控制时段减小。因此，在锁止控制期间，稳定状态增益P基本遵循减小趋势并且限制了VGRS电动机202的速度升高。

稳定状态增益P的减小意味着位置控制块100A对于驱动电压V的确定的影响已经相对降低，并且速度控制块100B的影响已经相对上升。即，在锁止控制的执行时段期间(其为根据本发明的“锁止控制时段”的示例)，VGRS电动机202的控制规则通过步骤S106从位置控制F/B逐渐切换到速度控制F/B。

一旦已经确定了稳定状态电压Vp，ECU 100将与速度控制块100B的放大器108相关的阻尼增益D2从用于普通控制的D2base(其为根据本发明的“与所述非锁止状态相对应的基准值”的示例)切换到对于锁止控制设定的D2lock(D2lock＞＞D2base)(步骤S108)。关于步骤S108的操作是根据本发明的“将阻尼增益设定为比与非锁止状态相对应的基准值大的值”的“根据本发明的第一控制器”的操作示例。

这里，用于锁止控制的阻尼增益D2lock是相对于用于普通控制的阻尼增益D2base足够大的值。因为阻尼增益D2的增加使得速度控制块100B在确定驱动电压V时的影响增加，所以连同前文所述的稳定状态增益P的逐渐改变一起(关于步骤S106的动作)，速度控制块100B在锁止控制的执行时段期间表现出控制作用。

一旦已经设定了用于锁止控制的阻尼增益D2lock，ECU 100根据以下的公式(2)计算对VGRS电动机202的驱动电压V进行规定的阻尼电压Vd(步骤S109)。此外，关于步骤S109的操作等同于图2中的放大器108的操作。

Vd(n)＝θ′act×D2lock    (2)

一旦已经确定了稳定状态电压Vp和阻尼电压Vd，则ECU 100计算根据以下公式(3)计算VGRS致动器200的目标驱动电压Vtag(步骤S110)。此外，关于步骤S110的操作等同于图2中的减法器106的操作。

Vtag＝Vp(n)-Vd(n)(3)

一旦已经确定了目标驱动电压Vtag，ECU 100通过控制VGRS驱动装置300的驱动来驱动VGRS致动器200，使得获得所确定的目标驱动电压Vtag(步骤S111)。

当VGRS致动器200被驱动时，ECU 100判定是否已经完成由锁止机构203对VGRS致动器200的锁止(步骤S112)。

这里，如前所述，在本实施例中，在执行锁止控制期间锁止机构203的控制仅包括中断向螺线管203c施加电流，并且严格地说，不能检测锁止杆203b和锁止保持件203a是否已经配合到一起。

因此，ECU 100在从开始锁止控制的时刻起已经经过了试验测试得到的合适时间量的时间点处终止锁止控制。即，在步骤S112处，对在开始锁止控制的时刻起开始计数的、ECU 100的内部时间值是否已经达到设定值进行判定。

在尚未完成锁止控制的情况下(当已经过的时间小于所设定的值)(在步骤S112中为“否”)，ECU 100将处理返回到步骤S102并且重复一系列处理。在已经完成锁止的情况下(当已经过的时间大于或等于设定值)(在步骤S112中为“是”)，ECU 100终止锁止控制。锁止控制以上述方式执行。

以此方式，按照根据本实施例的锁止控制，通过以下方式限制由转向负荷的波动引起的VGRS电动机202的速度的升高：(1)由于速度控制块100B的阻尼增益D2被切换到用于锁止控制的阻尼增益D2lock而限制VGRS电动机202的速度升高，(2)由于位置控制块100A的稳定状态增益P逐渐地减小渐进改变量AP3而限制作为锁止控制期间的基本特性的VGRS电动机202的速度升高，以及(3)通过相对于转向负荷(本实施例中的转向转矩MT)的增加或减小来使稳定状态增益增加或减小来校正稳定状态增益。

即，改善了VGRS电动机202的转速的稳健性，至少限制了VGRS电动机202速度的升高，并且优选地速度被降低并理想地将速度保持在零或接近零。因此，在将锁止杆203b安装到锁止保持件203a中的缺口中时减轻了物理冲击。

此外，在本实施例中，虽然稳定状态增益P通过与步骤S106相关的渐进改变处理基本沿着减小的方向改变，但是考虑到之前描述的公式(1)，减小稳定状态增益P在意义上与减小位置偏差e等同。因此，代替减小稳定状态增益P，ECU 100也可以例如通过用目标位置θtag取代当前位置θact来减小位置偏差e。

另一方面，如果降低了稳定状态电压Vp，那么阻尼电压Vd1对于位置控制电压的影响增加。因此，如果位置控制块100A中的阻尼增益D1增加同时降低稳定状态电压Vp，那么可以充分地确保限制VGRS电动机202的速度升高的效果。

即，根据本发明的“阻尼增益”不一定仅表示阻尼增益D2，也可以表示阻尼增益D1。为了提供其补充说明，本发明将其技术核心放在在锁止控制时段期间限制VGRS电动机202的速度升高方面，并且VGRS电动机202的驱动控制系统的哪个阻尼增益(或者与阻尼增益具有等同作用的其他增益)被用来实现这种对速度升高的限制可以具有与驱动控制系统的实际形态对应的各种形式。

此外，在根据本实施例的锁止控制中，用于设定与转向负荷相对应的稳定状态增益p的特征技术内容(关于根据本发明的第二控制器的技术内容)以及用于将阻尼增益D2(或者如前所述的阻尼增益D1)设定为比普通控制期间的基准值充分地更大的特征技术内容(关于根据本发明的第一控制器的技术内容)两者都被包括于本文，由此使得能够非常有利地限制VGRS电动机202的速度升高。

然而，更不必说，即使这些技术内容被独立地使用，仍然可以获得限制VGRS电动机202的速度升高的实践方面足够的效果。

本发明不局限于以上实施例，并且可以在不背离本发明的要点或思想的范围内被适当地调整，本发明的思想和范围可以通过权利要求和整个说明书来确定，并且由于结合这种调整而产生的转向传动比可变装置的控制器也被包括在本发明的范围内。

本发明可以被用来控制诸如VGRS的能够可变地控制转向传动比的转向传动比可变装置。

Claims (8)

1.一种转向传动比可变装置的控制装置，所述转向传动比可变装置设置有电动机、电动机驱动装置和锁止装置，所述电动机能够将促进转向输出轴与转向输入轴之间的相对旋转的驱动力施加到所述转向输出轴和所述转向输入轴中的一者，所述转向输出轴连接到转向轮，所述转向输入轴将转向输入施加到所述转向输出轴，所述电动机驱动装置驱动所述电动机，并且所述锁止装置能够限制所述相对旋转，

所述控制器的特征在于包括：

设定装置，其被配置为在锁止控制时段期间规定所述电动机的驱动电压并设定作用于所述电动机的增益，在所述锁止控制时段期间，所述转向传动比可变装置的状态从不限制所述相对旋转的非锁止状态切换到限制所述相对旋转的锁止状态；

确定装置，其被配置为基于所设定的所述增益来确定所述电动机的驱动电压；以及

控制器，其被配置为控制所述电动机驱动装置，使得所确定的所述驱动电压被供应给所述电动机。

2.根据权利要求1所述的转向传动比可变装置的控制装置，其特征在于：

所述设定装置将沿着降低所述电动机的转速′的方向作用的阻尼增益设定为比与所述非锁止状态相对应的基准值大的值，并且所述确定装置基于所设定的所述阻尼增益来确定所述电动机的驱动电压。

3.根据权利要求2所述的转向传动比可变装置的控制装置，其特征在于：

所述设定装置按照与所述电动机的位置控制和速度控制相关的反馈控制或前馈控制的控制规则来确定所述阻尼增益。

4.根据权利要求2所述的转向传动比可变装置的控制装置，其特征在于：所述设定装置将所述锁止控制时段规定为包括所述转向输入轴的啮合元件和所述转向输出轴的啮合元件已经完全啮合到一起的时刻在内的时段。

5.根据权利要求1所述的转向传动比可变装置的控制装置，其特征在于：所述设定装置根据特定的转向负荷来设定沿着使得所述电动机的位置偏差收敛的方向作用的稳定状态增益，以使所述稳定状态增益对应于所述转向负荷的增加或减小的各个量值，并且所述确定装置基于所设定的所述稳定状态增益来确定所述电动机的驱动电压。

6.根据权利要求1所述的转向传动比可变装置的控制装置，其特征在于：所述设定装置根据特定的转向负荷来设定沿着使得所述电动机的位置偏差收敛的方向作用的稳定状态增益，以使所述稳定状态增益对应于所述转向负荷的增加或减小的各个量值，并且所述确定装置基于所设定的所述稳定状态增益来确定所述电动机的驱动电压。

7.根据权利要求6所述的转向传动比可变装置的控制装置，其特征在于：所述稳定状态增益是根据与所述电动机的位置控制和速度控制相关的反馈控制或前馈控制的控制规则来确定的。

8.根据权利要求6所述的转向传动比可变装置的控制装置，其特征在于：所述稳定状态增益在所述转向负荷趋于增加时增加或者在所述转向负荷趋于减小时减小。

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