CN103253300A - 车辆用转向装置 - Google Patents

Abstract

一种车辆用转向装置，其具备：转向机构（C），其具有转向部件（2）、转向角检测单元（12）以及检测以所述转向部件的中立位置为基准的转向方向的方向检测单元（40）；转舵机构（A），其具有具备转舵电机（M）的转舵致动器（4）以及转舵轮（3），并未与所述转向机构机械地连结；以及控制装置（19），其控制所述转舵电机，当所述转向角检测单元发生故障时，该控制装置（19）基于来自所述方向检测单元的检测信号，决定控制所述转舵电机的转舵电机指令值来控制转舵电机。

Description

车辆用转向装置

技术领域

本发明涉及基于转向部件的操作使转舵轮转舵的车辆用转向装置。

背景技术

近些年，公知有搭载了未机械地连结转向盘等转向部件与转舵轮之间，用电气路径构成转向传递系统的一部分的所谓的电动转向系统的车辆用转向装置。在这样的车辆用转向装置中，具备与转向部件相连的转向机构和使用使转舵轮转舵的转舵电机而实际上使轮胎转舵的转舵机构。转舵机构基于由用于检测转向部件的转向角的转向角传感器检测出的转向角，来驱动控制转舵电机。

在这样的电动转向系统中，转向角传感器发生了异常时的故障安全防护对策较重要。尤其是，当转向角传感器发生故障时，即使转舵机构正常也难以进行转向。因此，发展了搭载如日本特开2004-90784号公报提出的那样在转向角传感器发生故障时也能够容易地进行转向的机械链，或如特开平10-278826号公报提出的那样进行传感器的复用化等。然而，部件个数的增加、成本的增大成为课题。

发明内容

本发明提供一种通过增加廉价且简单的部件，在电动转向系统中的传感器发生故障时也能够实现良好的转向的车辆用转向装置。

本发明的一个方式的车辆用转向装置具备：转向机构，其具有转向部件、转向角检测单元（转向角检测部）以及检测以所述转向部件的中立位置为基准的转向方向的方向检测单元（方向检测部）；转舵机构，其具有具备转舵电机的转舵致动器以及转舵轮，并未与所述转向机构机械地连结；以及控制装置，其控制所述转舵电机，当所述转向角检测单元（转向角检测部）发生故障时，该控制装置基于来自所述方向检测单元（方向检测部）的检测信号，决定控制所述转舵电机的转舵电机指令值来控制转舵电机。

附图说明

通过参照附图对本发明实施例的描述，本发明的以上所述的和其他的特征、优点、技术和工业意义会更明确，其中，对同一元素标注同一附图标记，并且其中：

图1是表示本发明的一个实施方式的车辆用转向装置的概略构成的示意图。

图2是表示方向检测机构的构造的概略图。

图3A以及图3B是表示接近传感器的检测电压与转向部件的转向角的关系的图表。

图4是用于说明通过控制装置执行的转向角传感器异常时的转舵控制处理的流程图。

图5是用于说明转向角传感器异常时由控制装置执行的其他的转舵控制处理的流程图。

图6是用于说明根据车速计算用于驱动转舵电机的转舵电机指令值的方法的图表。

图7A是表示对接近传感器的检测信号进行时间积分的积分电路和根据积分值修正转舵电机指令值的修正电路的框图。

图7B是表示遍布维持高电平的状态的时间的时间积分值和修正增益的关系的图表。

图8A是表示利用设置于转舵机构的转舵角传感器来计算转舵位置的转舵位置运算电路，和修正转舵电机指令值的修正电路的框图。

图8B是表示由转舵角传感器检测到的转舵位置和修正电路中的修正增益K的关系的图表。

具体实施方式

以下,参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1是表示本发明的一实施方式的车辆用转向装置的概略构成的示意图。参照图1，本车辆用转向装置1构成未机械地连结转向盘等转向部件2和转舵轮3的所谓的电动转向系统。在车辆用转向装置1中，与转向部件2的旋转操作对应地驱动的转舵致动器4的动作被变换为被罩壳5支承的转舵轴6的车辆宽度方向的直线运动。该转舵轴6的直线运动被变换为转舵用的左右转舵轮3的转舵运动，由此，实现车辆的转舵。与车辆直行时的转舵轮3的位置对应的转向部件2的位置被设定为转向中立位置。

转舵致动器4例如包含转舵电机M。该转舵电机M的驱动力（输出轴的旋转力）通过滚珠丝杠机构，被变换为转舵轴6的轴向的直线运动。该转舵轴6的直线运动被传递给与转舵轴6的两端连结的转向横拉杆7，转向节臂8转动。由此，被向节臂8支承的转舵轮3的朝向改变。

利用转舵轴6、转向横拉杆7以及转向节臂8，构成使转舵轮3转舵的转舵机构A。支承转舵轴6的罩壳5被固定于车体B。转向部件2连结于按照能够旋转的方式被车体B支持的转向轴9。转向轴9上安装有模拟从路面等传递给转舵轮3的反作用力并作为转向反作用力赋予给转向部件2的反作用力电机10。反作用力电机10是无刷电机等电机。反作用力电机10被收纳于固定在车体B上的罩壳11内。

车辆用转向装置1中设置有检测转向部件2的转向角的转向角传感器12。另外，转向轴9上设置有检测施加给转向部件2的转向转矩T的转矩传感器13。利用转向部件2、转向轴9、转向角传感器12，来构成转向机构C。进而，车辆用转向装置1中设置有检测以转向部件2的转向中立位置为基准的转向方向的方向检测机构40。对于该方向检测机构40的构造而言，只要是能够检测转向方向的构造，就能够采用任意的构造。在本实施方式中，若转向轴9旋转，则将该运动变换成上下运动自如地设置的螺母41的上下的运动，来检测转向方向。其具体的构造和动作将在后面使用图2来说明。

另一方面，车辆用转向装置1中设置有检测转舵轮3的转舵角的转舵角传感器14。除这些传感器之外，还设置有检测车速V的车速传感器15。车速传感器15可以通过检测动力轴的旋转速度来检测车速V，也可使用从车内LAN（CAN）获取的车速信号来检测车速V。

这些传感器12～15的各检测信号被输入包含微型计算机的构成的电子控制单元即作为控制装置的ECU19。ECU19向转舵电机驱动电路20A发送指令信号，从而旋转驱动转舵电机M。另外，ECU19向反作用力电机驱动电路20B发送指令信号，从而旋转驱动反作用力电机10。另外，ECU19具备随机存储器（RAM）。基于传感器电压V1、V2的任一个成为高电平或低电平而判定的右转向（a1～a2）、左转向（-a2～-a1）、中立状态（-a1～0～a1）的各状态按时间序列被存储于RAM。

图2表示方向检测机构40的构造。检测转向方向的方向检测机构40具有第一板状部件42a、第二板状部件42b以及传感器支持部件45。第一板状部件42a，被设置于远离转向部件2的一侧，并形成使转向轴9贯通的第一孔。第二板状部件42b，被设置于靠近转向部件2的一侧，并形成使转向轴9贯通的第二孔。传感器支持部件45，被设置在第一板状部件42a与第二板状部件42b之间，并配置有2个接近传感器44a、44b。这些第一板状部件42a、第二板状部件42b、传感器支持部件45被固定于车体B。

作为转向轴9的一部分的位于第一板状部件42a与第二板状部件42b之间的部分形成有滚珠丝杠43。而且，在中心部形成了内置有多个滚珠的内螺纹的螺母41在与滚珠丝杠43嵌合的状态下，被设置在第一板状部件42a与第二板状部件42b之间。进而，在螺母41中设置有沿着与其中心轴平行的方向具有中心轴的2个侧孔46。而且，在第一板状部件42a与第二板状部件42b之间，以贯通设置于螺母41中的侧孔46的方式，配置有阻止螺母41的自由旋转的棒状部件47。由此，螺母41不会自己旋转，仅能够沿图2所示的箭头E方向移动。

因此，当转向轴9如图2所示的箭头D那样旋转时，转向轴9的滚珠丝杠43旋转，其运动被变换为按照上下移动自如的方式设置于车体B的螺母41的箭头E方向的上下移动。此外，第一板状部件42a与第二板状部件42b通过与螺母41的侧面抵接，也可以作为用于对转向部件2的转向角设置极限的限制部件发挥作用。

传感器支持部件45中，以与螺母41非接触的状态设置有检测螺母41的靠近的2个接近传感器44a、44b。接近传感器44a、44b分别被配置于夹着与转向部件2的中立位置对应的螺母41的位置的上下的各位置。这些接近传感器的检测原理未被限定。例如可以是将磁性体的接近变换为电压的有无的磁传感器。另外，也可以是具有发光部与受光部，以光学的方式检测存在于光路上的物体的光学传感器等。尤其当是后者那样的光学传感器时，优选隔着螺母41通过的位置，对置配置发光部与受光部。

图3A以及图3B是表示接近传感器44a、44b的检测电压与转向部件2的转向角的关系的图表。图3A表示当使转向部件2向右旋转时，配置于螺母41的活动区域的接近传感器44a的检测电压V1，图3B表示当使转向部件2向左旋转时，配置于螺母41的活动区域的接近传感器44b的检测电压V2。在使转向部件2从中立位置向右旋转而到达角度a1的时刻，检测电压V1从低电平变为高电平，在使转向部件2从中立位置向左旋转而到达角度－a1的时刻，检测电压V2从低电平变为高电平。在包含中立位置的角度－a1～0～a1之间，即使使转向部件2旋转，检测电压V1、V2也均保持低电平。角度a2、－a2是螺母41与第一板状部件42a或第二板状部件42b抵接时的角度，相当于转向部件2的旋转极限角。如以上那样，通过监视传感器的检测电压V1、V2，能够检测转向部件2的转向状态。

图4是用于说明在转向角传感器12异常时，由ECU19执行的转舵控制处理的流程图。首先，说明转向角传感器12正常时的ECU19的处理。ECU19基于由转向角传感器12检测出的转向部件2的转向角以及由车速传感器15检测出的车速V，来选择并设定转舵电机M的电流指令值或旋转速度指令值。而且，基于该电流指令值或旋转速度指令值，来驱动控制转舵电机M。由此，从转舵电机M输出用于使转舵轴6向转向部件2的操作方向以及与操作量对应的方向移动的转矩，从而实现与车辆的行驶状况、转向部件2的操作状态对应的良好的转向。另外，与此同时，ECU19基于传感器类12～15输出的检测信号，经由反作用力电机驱动电路20B，控制反作用力电机10，以便向转向部件2赋予朝向与转向部件2被转向的方向相反的方向的适当的反作用力。

对在控制转舵电机M的期间，转向角传感器12发生异常时通过ECU19执行的转舵控制处理进行说明。通过车速传感器15或者车内LAN来检测车速（步骤S1）。检测的车速也包含后退时的车速。接着，运算用于驱动转舵电机M的转舵电机指令值motor_req（步骤S2）。转舵电机指令值motor_req具有符号，当向右转弯时为“正”，当向左转弯时为“负”。

当ECU19为驱动转舵电机M而选择电流指令值时，转舵电机指令值motor_req成为电流指令值motor_current。当选择旋转速度指令值时，转舵电机指令值motor_req成为旋转速度指令值motor_speed。该指令值的计算方法使用图5在后面说明。判定方向检测机构40的接近传感器44a、44b的传感器电压V1、V2（步骤S3）。当传感器电压V1、V2的任意一个为高电平时，进入步骤S4，转向部件2的转向方向被检测。检测出的转向方向如使用图3说明的那样，为左（－a2～－a1）、中立或其附近（－a1～0～a1）、右（a1～a2）这3个方向。

若传感器电压V1为高电平，则判定为右转向，进入步骤S6。若传感器电压V2为高电平，则判定为左转向，并使转舵电机指令值motor_req的符号反转（步骤S5），进入步骤S6。在步骤S6中，使用转舵电机指令值motor_req来驱动控制转舵电机M。

此外，在步骤S3中，若方向检测机构40的传感器电压V1、V2都为低电平，则转向位置判定为中立或其附近，不进行转舵电机M的驱动控制。图5是用于说明转向角传感器12异常时由ECU19执行的其他的转舵控制处理的流程图。图5相当于图4的变更实施例。ECU19在方向检测机构40的输出信号被从表示右或左的转向方向的状态切换到表示中立位置的转向方向的状态时，按照使转舵电机回到中立的转舵位置的方式控制转舵电机指令值。在方向检测机构40中，且在转向部件2的中立位置附件设置有死区（dead band）。具体如以下所述。若转向角传感器12发生异常，则通过检查方向检测机构40的传感器电压V1、V2来检测转向方向（步骤T1）。即、基于传感器电压V1、V2的任一个成为高电平或低电平，来判定是进行了右转向（a1～a2）、还是进行了左转向（-a2～-a1）、或者两者都不是而是处于中立状态（-a1～0～a1）。该状态被存储于ECU19的RAM中。在判定为传感器电压V1或V2是高电平、即进行了右转向或左转向的状态时（步骤T2的“是”），通过车速传感器15来检测车速（步骤T3）。在被检测出的车速中也包含后退时的车速。接着，运算用于驱动转舵电机M的转舵电机指令值motor_req（步骤T4）。对于所运算的转舵电机指令值motor_req而言，具有符号，在右转弯时为“正”，在左转弯时为“负”。如上所述ECU19在为了驱动转舵电机M而选择电流指令值时，转舵电机指令值motor_req等于电流指令值motor_current。在旋转速度指令值被选择时，转舵电机指令值motor_req等于旋转速度指令值motor_speed。后面将使用图6对该指令值的计算方法进行说明。接着，基于在步骤1中检查出的结果，判定处于右转向、左转向的哪一个（步骤T5）。在是右转向时进入步骤T7。在不是右转向时，即是左转向时反转转舵电机指令值motor_req的符号（步骤T6），并进入步骤T7。在步骤T7中，使用转舵电机指令值motor_req对转舵电机M进行驱动控制。接着，对在步骤T2中的在判定为传感器电压V1、V2的任一个是低电平、即是中立状态时的返回转舵中立的控制进行说明。此时，基于存储于ECU19的RAM的数据，在成为中立状态之前，判定是进行了右转向还是进行了左转向。在成为中立状态之前进行了右转向的情况下，ECU19按照使转舵致动器4从右转向状态逐渐地回到中立状态的方式进行控制。即ECU19使转舵电机M逆旋转，使转舵轴6朝向中立位置进行直线运动。该直线运动的速度可以保持为恒定速度，也可随着从右转向状态接近中立状态而使速度下降。在成为中立状态之前进行了左转向的情况也同样，ECU19使转舵致动器4从左转向状态逐渐地回到中立状态。这样，转向部件2进行了右满舵或左满舵（被操作到旋转极限角）后，转舵致动器4与返回中立位置开始的情况对应地逐渐地回到中立状态。由此，转舵变得平稳，对驾驶者而言转向的不协调感减少。特别是，在使行驶中发生了故障的车辆停止时，能够使其安全地靠到路边。图6是用于说明根据车速计算用于驱动转舵电机M的转舵电机指令值motor_req的方法的图表。对于转舵电机指令值motor_req而言，在前进时，若车速为0，则取最大值，车速越增大则该值越降低，若车速在某值以上，则维持最低值。这是由于车速越低，为使轮胎旋转越需要力，因此，使转舵电机指令值motor_req增大来顺畅地进行转舵。另外，仅使进行快速的转舵，也可以在危险少的低速时增大指令值，相反地在高速时减小指令值，从而使安全性和操作性调合。

在后退时，若车速为0，则取最大值，车速越增大则该值越降低，若车速在某值以上，则维持最低值。然而，转舵电机指令值motor_req的绝对值可以设定得比前进时小。这是由于若在后退时取为与前进时相同的转舵电机指令值motor_req，则在后退时会发生转弯过头，操作性降低。另外，在后退时，视觉确认性比前进时差，通过不进行急速的转舵，能够提高安全性。

如以上那样，根据该转舵电机指令值motor_req的计算方法，在通常的时候，能够根据转向部件2的转向角，经由转舵机构A来转舵驱动转舵轮。另外，当转向角传感器12发生了异常时，能够基于来自检测转向方向的方向检测机构40的检测信号，决定控制转舵电机M的转舵电机指令值motor_req，来控制转舵电机M。因此，作为转向角传感器，即使不预先准备故障安全防护装置用的元件，也能够继续转舵。另外，方向检测机构40能够形成为比转向角传感器简单的构造，因此能够实现成本降低。

以下说明修正以上那样计算出的转舵电机指令值motor_req的方法。图7A是表示积分电路52和修正电路51的图。积分电路52是遍布接近传感器44a、44b的检测信号表示同一方向的时间，对接近传感器44a、44b的检测信号进行时间积分的电路。修正电路51是根据积分值来修正转舵电机指令值motor_req的电路。即，利用积分电路52，遍布接近传感器44a的检测电压V1维持高电平的状态的时间，计算时间积分值，遍布接近传感器44b的检测电压V2维持高电平的状态的时间来计算时间积分值，根据这些积分值，使用修正电路51来修正转舵电机指令值motor_req。

图7B的横轴表示遍布维持高电平的状态的时间的时间积分值，纵轴表示修正增益K。若时间积分值越大，则如“e”、“f”所示越增大修正增益K，若时间积分值小，则将修正增益K设定为接近于1。由此，在刚切换或转向方向刚发生变化时，能够防止转舵电机指令值motor_req骤变，能够防止急剧的转舵，因此车辆的举动稳定。若转向方向变化，并经过一些时间，则使转舵电机指令值motor_req增加，能够充分适当地反映驾驶者的转向的意图。

另外，当车速例如为2km／h以下那样的较低速时，如图7B的“e”所示，提高修正增益K的增大率，当车速例如为10km／h以上那样的较高速时，如图7B的“g”所示，不提高修正增益K的增大率而保持为恒定值“1”。由此，在较高速时，通过减小转舵电机指令值motor_req，来使转弯行驶稳定。在较低速时，通过增大转舵电机指令值motor_req，能够迅速且平稳地转弯。

图8A是表示转舵位置运算电路53和修正电路51的图。转舵位置运算电路53是利用设置于转舵机构A的转舵角传感器14来计算转舵位置的电路。修正电路51是修正转舵电机指令值motor_req的电路。图8B的图表的横轴表示由转舵角传感器14检测出的转舵位置，纵轴表示修正电路51中的修正增益K′。使修正增益K′的值与由转舵角传感器14检测出的转舵位置对应地变化。特别是，转舵位置通过齿条行程可以从左端取到右端，但越接近端部，则越降低修正增益K′的修正值。由此，能够防止在抵到端部附近的急剧的转弯举动。

以上对本发明的实施例进行了说明，但本发明不限定于此，能够在本发明的范围内施以各种变更。

Claims (7)

1.一种车辆用转向装置，其特征在于，具备：

转向机构（C），其具有转向部件（2）、转向角检测单元（12）以及检测以所述转向部件的中立位置为基准的转向方向的方向检测单元（40）；

转舵机构（A），其具有具备转舵电机（M）的转舵致动器（4）以及转舵轮（3），并未与所述转向机构机械地连结；以及

控制装置（19），其控制所述转舵电机，当所述转向角检测单元发生故障时，该控制装置（19）基于来自所述方向检测单元的检测信号，决定控制所述转舵电机的转舵电机指令值来控制转舵电机。

2.根据权利要求1所述的车辆用转向装置，其中，

转舵电机指令值根据所述检测信号表示同一方向的时间的积分值而被变更。

3.根据权利要求1或2所述的车辆用转向装置，其中，

转舵电机指令值根据车速而被变化。

4.根据权利要求1或2所述的车辆用转向装置，其中，

所述转舵机构还具有转舵角检测单元（14），

转舵电机指令值根据由转舵角检测单元检测的转舵角信号的大小而被变更。

5.根据权利要求1或2所述的车辆用转向装置，其中，

所述控制装置，在来自所述方向检测单元的检测信号被从表示右或左的转向方向的状态切换到表示中立的转向方向的状态时，按照使所述转舵电机回到中立的转舵位置的方式控制所述转舵电机指令值。

6.根据权利要求5所述的车辆用转向装置，其中，

在所述方向检测单元中，且在所述转向部件的中立位置附件设置有死区。

7.根据权利要求1或2所述的车辆用转向装置，其中，

转舵电机指令值在车辆的前进时与后退时，被设定为不同的特性。

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