CN104002856A - 电动转向设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动转向设备。当作为实际转动角θps与目标转动角θp之间的差的角偏差Δθ超过阈值θth时，末端确定单元56确定转向设备处于末端接触状态。在转向轴3中生成大的轴向力之前，该角偏差Δθ超过阈值θth。因此，可以更快地确定转向设备处于末端接触状态。

Description

电动转向设备

技术领域

本发明涉及一种电动转向设备。

背景技术

电动转向设备通过电动机驱动来辅助转向力以实现良好的转向感觉。

具体地，日本公开特许公报第2006-131191号中公开的电动转向设备具有基于车速和转向转矩来计算辅助转矩的辅助转矩计算单元。辅助转矩计算单元随着转向转矩变得更大而增大辅助转矩。辅助转矩计算单元还随着车速V变得更快而减小辅助转矩。通过电动机将根据该所计算的辅助转矩的转向辅助力施加到转向轴。

在一般的车辆中限定可转向轮的移动的范围，具体地，齿条轴在沿着方向盘的操作的轴向方向上移动，从而转动车轮。由进入与齿条罩接触的末端接触状态的齿条轴的末端部分来限制该齿条轴的移动。因此，限制了超过方向盘的移动的范围的转向。

在日本公开特许公报第2003-312514号和日本公开特许公报第2008-260421号中公开的电动转向设备在由于方向盘被从末端接触状态进一步转向到末端侧而导致转动转矩超过阈值的情况下，确定电动转向设备中的末端接触状态。在这种情况下，执行电路中的抑制热量生成的处理或者冲击吸收处理例如抑制辅助转矩。冲击吸收处理抑制了施加到转向轴、尤其是施加到伴随在末端接触状态中施加的辅助转矩的中间轴的负荷。

然而，上述文献中描述的电动转向设备在转向转矩超过阈值时，也就是说，在齿条轴中生成了大于固定值的轴向力之后，确定已经达到了末端接触状态。因此，在将固定负荷施加到中间轴之后进行对辅助转矩的抑制。就抑制施加到中间轴的负荷而言，就抑制在电路中生成的热量而言，已经要求能够更快地对末端接触状态作出确定。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够更快地确定处于末端接触状态的电动转向设备。

为了解决上述问题，提供有一种电动转向设备，该电动转向设备包括：第一控制装置，该第一控制装置被配置成生成用于根据通过驾驶员对方向盘的操作而施加到转向轴的转向转矩来向转向系统提供辅助转矩的第一指令值；第二控制装置，该第二控制装置被配置成生成用于取决于至少是辅助转矩或转向转矩的输入转矩来确定目标转动角并且用于将车辆的实际转动角控制成为目标转动角的第二指令值；转向力提供器，该转向力提供器被配置成基于第一指令值和第二指令值向所述转向系统提供辅助转矩；以及末端接触确定装置，该末端接触确定装置被配置成当实际转动角与目标转动角之间的角偏差超过阈值时，确定已经达到其中转向系统的齿条轴的末端部分通过方向盘的操作与末端接触的末端接触状态。

附图说明

图1是示出了本发明的实施例中的电动转向设备的配置的框图；

图2是示出了电动机控制装置的配置的框图；

图3是示出了微型计算机的配置的框图；

图4是示出了道路信息控制单元的配置的框图；

图5是示出了末端标志和道路信息增益的变化的图表。

图6是示出了末端确定单元的步骤的流程图；

图7是示出了末端确定时间增益计算单元的步骤的流程图；

具体实施方式

将参照图1至图7来描述实施根据本发明的电动转向设备的实施例。

如图1所示，电动转向设备（EPS）1具有由驾驶员转向的方向盘2，与方向盘2一起转动的转向轴3，以及经由齿条齿轮机构4耦接到转向轴3的齿条轴5。

在操作方向盘2时，转向轴3被旋转。通过齿条齿轮机构4将转向轴3的旋转转换成齿条轴5的往复直线运动。通过齿条轴5的该往复直线运动来改变轮胎的实际转动角θps。

EPS1还具有EPS致动器10，以及控制EPS致动器10的移动的电动机控制装置11。EPS致动器10给转向系统提供用于辅助转向操作的辅助力。EPS致动器10具有用作为驱动源的电动机12，以及减速机构13。采用无刷电动机作为电动机12。

在通过减速机构13减速后，将电动机12的驱动力传送到转向轴3。因此，将辅助转矩提供给转向系统例如方向盘2、转向轴3等。

电动机控制装置11连接到车速传感器2和转矩传感器24。车速传感器26检测车速V并且将检测结果输出到电动机控制装置11。扭杆15设置在转向轴3的中间。转矩传感器24基于扭杆15的扭转来检测要被传送到转向轴3的转向转矩Th，并且然后将检测结果输出到电动机控制装置11。

如图2所示，电动机控制装置11具有输出电动机驱动信号的微型计算机31，以及基于电动机驱动信号来给电动机12供应驱动电力的反相器电路30。

用于检测实际电流值I的电流传感器35设置在反相器电路30与电动机12之间。此外，电动机12设置有用于检测电动机旋转角θm的旋转角传感器7。旋转角传感器7将所检测的电动机旋转角θm输出到微型计算机31。

如图3所示，微型计算机31具有辅助转矩计算单元40、电流指令值计算单元28以及电动机驱动信号生成单元29。

辅助转矩计算单元40基于转向转矩Th和车速V来计算要在电动机12中生成的辅助转矩指令值Tas，并且然后将计算结果输出到电流指令值计算单元28。电流指令值计算单元28计算与辅助转矩指令值Tas对应的电流指令值Ic，并且然后将计算结果输出到电动机驱动信号生成单元29。

电动机驱动信号生成单元29通过执行电流反馈控制以使实际电流值I跟随电流指令值Ic来生成电动机驱动信号。反相器电路30基于来自电动机驱动信号生成单元29的电动机驱动信号（实际电流值I）来驱动电动机12。通过电动机12的驱动将辅助转矩施加到转向轴3。

辅助转矩计算单元40具有基本辅助转矩计算单元41、目标转动角计算单元44、转动角反馈控制单元45、转动角计算单元43、加法器46、减法器47以及道路信息控制单元50。通过由微型计算机31运行的计算机程序来实现该辅助转矩计算单元40中的每个控制块。

基本辅助转矩计算单元41基于由转矩传感器24检测的转向转矩Th和由车速传感器26检测的车速V来计算基本辅助转矩指令值Tab，并且然后将计算结果输出到减法器47。基本辅助转矩计算单元41随着转向扭矩Th变得更大而增大基本辅助转矩指令值Tab。基本辅助转矩计算单元41还随着车速V变得更快而减小基本辅助转矩指令值Tab。

减法器47通过从基本辅助转矩指令值Tab中减去来自道路信息控制单元50的RIF（道路信息）指令值Trif*来计算基本辅助转矩指令值Tab*，并且然后将所计算的基本辅助转矩指令值Tab*分别输出到目标转动角计算单元44和加法器46。

目标转动角计算单元44基于转向转矩Th和基本辅助转矩指令值Tab*来计算目标转动角θp，并且然后将计算结果输出到转动角反馈控制单元45。目标转动角θp是取决于通过将转向扭矩Th和基本辅助转矩指令值Tab*求和而获得的总转矩Tt的理想轮胎转动角（转向转动角）。该总转矩Tt对应于输入转矩。

转动角计算单元43基于通过旋转角传感器7检测的电动机旋转角θm来计算实际转动角θps，并且然后将计算结果分别输出到转动角反馈控制单元45和道路信息控制单元50。

加法器46通过给基本辅助转矩指令值Tab*加上来自转动角反馈控制单元45的辅助转矩校正值ΔTab来计算辅助转矩指令值Tas，并且然后将计算结果输出到电流指令值计算单元28。转动角反馈控制单元45执行反馈控制通过调整辅助转矩校正值ΔTab的大小以使实际转动角θps成为目标转动角θp。因此，例如，甚至当齿条齿轮机构4由于从可转向轮传送到转向系统的反向输入转矩而振动时，调整辅助转矩校正值ΔTab的大小以使实际转动角θps成为目标转动角θp。由此，可以抑制与路面状况相关联的方向盘2的振动。因此，可以获得更稳定的转向感觉。

如图4所示，道路信息控制单元50具有切换控制单元55、末端确定时间增益计算单元54、末端确定单元56、正常时间增益计算单元52、乘法器53以及加法器58。

道路信息控制单元50可以在“0”和“1”之间自由地控制RIF（道路信息）增益Krif。道路信息控制单元50通过将RIF指令值Trif*输出到减法器47来将根据作为道路信息的RIF增益Krif的大小的反向输入转矩传送到方向盘2。例如，当RIF增益Krif为“0”时，完全地去除反向输入转矩并且不将道路信息提供给方向盘2。

另一方面，当RIF增益Krif为“1”时，如图3和图4所示，要被输入到减法器47的RIF指令值Trif*采用相同的值作为辅助转矩校正值ΔTab。因此，要被输入到减法器47的RIF指令值Trif*抵消了要被输入到加法器46的辅助转矩校正值ΔTab。因此，当RIF增益Krif为“1”时，事实上停止了通过转动角反馈控制单元45来使实际转动角θps成为目标转动角θp的控制。因此，将反向输入转矩全部提供给方向盘2作为道路信息。

具体地，如图4所示，切换控制单元55在正常时间增益计算单元52与末端确定时间增益计算单元54之间切换连接状态。切换控制单元55从所连接的正常时间增益计算单元52或末端确定时间增益计算单元54将RIF增益Krif输出到乘法器53。乘法器53将辅助转矩校正值ΔTab与RIF增益Krif相乘，并且然后将相乘后的RIF指令值Trif*输出到减法器47。

正常时间增益计算单元52根据车速V来计算RIF增益Krif，并且然后将所计算的RIF增益Krif输出到切换控制单元55。正常时间增益计算单元52在车速不大于车速V1的区域中将RIF增益Krif设定为“1”，并且当在车速超过车速V1的区域中车速V较快时将RIF增益Krif设定为较小。

加法器58计算通过从实际转动角θps中减去目标转动角θp而获得的角偏差Δθ，并且然后将角偏差Δθ输出到末端确定单元56。此外，将目标转动角θp和转向转矩Th输出到末端确定单元56。

当目标转动角θp变成接近末端的角并且角偏差Δθ超过阈值θth时，末端确定单元56确定出已经达到了末端接触状态，并且然后打开末端标志。末端接触状态指的是其中齿条轴5的末端部分与齿条罩接触的状态。

即使在末端接触状态中在末端方向进一步施加转向转矩Th，实际转动角θps也不响应于转向转矩Th的增加而增加。由于这一点，目标转动角θp和实际转动角θps之间的差异，即角偏差Δθ变大。末端方向对应于与方向盘2的中性位置相反的方向。将阈值θth设定为除在末端接触状态之外不能导致的角偏差Δθ。

当释放条件成立时，末端确定单元56关闭末端标志。释放条件是，例如，实际转动角θps不是接近末端的角并且角偏差Δθ、角偏差Δθ的变化的时间速率以及转向转矩Th不大于预定值。

末端确定时间增益计算单元54通过末端确定单元56来监测末端标志的开关状态。然后末端确定时间增益计算单元54取决于末端标志的开关状态来计算RIF增益Krif，并且将所计算的RIF增益Krif输出到切换控制单元55。

具体地，如图5所示，当在时刻t1处将末端标志从关闭状态切换到打开状态时，末端确定时间增益计算单元54将RIF增益Krif从“0”迅速地增加到“1”。在RIF增益Krif从“0”变成“1”之前需要固定时间T1。

当在时刻t2处将末端标志从打开状态切换到关闭状态时，末端确定时间增益计算单元54将RIF增益Krif从“1”逐渐地减小到“0”。在RIF增益Krif从“1”变成“0”之前需要比上述固定时间T1更长的固定时间T2。也就是说，将在将RIF增益Krif从“1”转为“0”时的倾角设定为小于在将RIF增益Krif从“0”转为“1”时的倾角。

出于下述目的来设定固定值T2，即在角偏差Δθ为大的状态下，抑制与快速启动控制以使实际转动角θps成为目标转动角θp相关联的对方向盘2的操作中的不适感觉。该不适感觉是由当将方向盘2从末端接触状态返回到中性位置时在末端方向上应用辅助转矩引起的。

当末端标志关闭时，末端确定单元56将切换控制单元55带入与正常时间增益计算单元52连接的状态。在这种状态下，将来自正常时间增益计算单元52的RIF增益Krif输出到乘法器53。当末端标志打开时，末端确定单元56将切换控制单元55带入与末端确定时间增益计算单元54连接的状态。

接着，将参照图6的流程图来描述末端确定单元56的步骤。

末端确定单元56确定实际转动角θps是否变成接近末端的角（S101）。在步骤S101中，末端确定单元56确定“-θend≤θps≥+θend”是否成立。在这种情况下，将正接近末端角设定为+θend，并且将负接近末端角设定为-θend。

当确定实际转动角θps是接近末端的角（在S101中为是）时，末端确定单元56确定角偏差Δθ是否超过阈值θTh（S102）。当确定角偏差Δθ超过阈值θTh（在S102中为是）时，末端确定单元56打开末端标志，并且将切换控制单元55带入与末端确定时间增益计算单元54连接的状态（S103）。现在，末端确定单元56终止该处理。当确定角偏差Δθ小于阈值θTh（在S102中为否）时，末端确定单元56在不切换末端标志的情况下终止该处理。

另一方面，当确定实际转动角θps不是接近末端的角（在S101中为否）时，末端确定单元56确定上述释放条件是否成立（S104）。当确定释放条件成立（在S104中为是）时，末端确定单元56关闭末端标志，并且将切换控制单元55带入与正常时间增益计算单元52连接的状态（S105）。现在，末端确定单元56终止该处理。

接着，将参照图7中的流程图来描述末端确定时间增益计算单元54的步骤。

首先，末端确定时间增益计算单元54通过末端确定单元56来确定末端标志是否是打开的（S201）。当确定末端标志是打开的（在S201中为是）时，末端确定时间增益计算单元54将RIF增益Krif的目标值设定为“1”（S202）。结果是，如图5所示，将RIF增益Krif控制为“1”。

另一方面，当确定末端标志是关闭的（在S201中为否）时，末端确定时间增益计算单元54将RIF增益Krif的目标值设定为“0”（S203）。结果是，如图5所示，将RIF增益Krif控制为“0”。

应当注意的是，基本辅助转矩指令值Tab*对应于第一指令值，并且辅助转矩校正值ΔTab对应于第二指令值，并且RIF指令值Trif*对应于第三指令值。

此外，基本辅助转矩计算单元41对应于第一控制装置。转动角反馈控制单元45对应于第二控制装置。末端确定单元56对应于末端接触确定装置。此外，电流指令值计算单元28、电动机驱动信号生成单元29、反相器电路30以及电动机12对应于转向力提供器。

根据上述实施方式，可以进行下述有益效果。

（1）当角偏差Δθ超过阈值时，末端确定单元56确定已经达到了末端接触状态。在转向轴3，特别是中间轴中生成大的轴向力之前，该角偏差Δθ超过阈值。例如，在通过在转向轴3中生成的转矩来确定处于末端接触状态的常规配置中，需要将阈值设定为在除末端接触状态之外的正常情况下不能导致的转矩。结果是，阈值自然地变大，并且延迟了对处于末端接触状态的确定。在这方面，在上述配置中将实际转动角θps控制为目标转动角θp，以使在正常情况下不会导致大的角偏差Δθ。因此，可以使阈值θth根据末端接触确定为小，并且此外，可以使得能够更快地确定处于末端接触状态。

（2）当确定转向设备处于末端接触状态时，事实上停止了通过转动角反馈控制单元45来使实际转动角θps成为目标转动角θp的控制。因此，可以抑制从末端接触状态在末端方向上施加辅助转矩。结果是，可以抑制将大的转矩施加到转向轴3。

（3）道路信息控制单元50通过改变RIF增益Krif来调整从车轮到转向轴3的反向输入转矩的传送的程度。结果是，根据车速V将道路信息传送给用户。此外，将RIF增益Krif转为“1”使得RIF指令值Trif*能够抵消辅助转矩校正值ΔTab。此时，事实上停止了通过转动角反馈控制单元45来使实际转动角θps成为目标转动角θp的控制。

（4）当针对末端接触状态的释放条件成立时，与当确定转向设备处于末端接触状态时相比，将RIF增益Krif从“1”逐渐地改变为“0”。例如，当将RIF增益Krif从“1”迅速地切换为“0”时，突然开始了使实际转动角θps成为目标转动角θp的控制。在这种情况下，当方向盘2从末端接触状态返回时，在末端方向施加辅助转矩以抵消角偏差Δθ。结果是，可能导致方向盘2的操作中的不适感觉。在这方面，可以在上述配置中通过逐渐地改变RIF增益Krif来抑制该不适感觉。

可以将上述实施例修改为如下。

在上述实施例中，目标转动计算单元44基于作为输入转矩的总转矩Tt来计算目标转动角θp。然而，可以基于作为输入转矩的仅转向转矩Th或仅基本辅助转矩指令值Tab来计算目标转动角θp。

在上述实施例中，当通过末端确定单元56确定转向设备处于末端接触状态时，将RIF增益Krif控制为“1”。然而，当通过末端确定单元56确定转向设备处于末端接触状态时，可以减小电流指令值Ic。结果是，可以抑制末端接触状态中的与过载电流相关联的电动机12中的热量生成。

在上述实施例中，在被带入末端接触状态的时刻，事实上停止了使实际转动角θps成为目标转动角θp的控制。然而，可以实际上停止转动角反馈控制单元45的操作。在这种情况下，需要停止来自道路信息控制单元50的RIF指令值Trif*的输出。

Claims (5)

1.一种电动转向设备，其特征在于：

第一控制装置，所述第一控制装置被配置成生成用于根据通过驾驶员对方向盘的操作而施加到转向轴的转向转矩来向转向系统提供辅助转矩的第一指令值；

第二控制装置，所述第二控制装置被配置成生成用于取决于至少是所述辅助转矩或所述转向转矩的输入转矩来确定目标转动角并且用于将车辆的实际转动角控制成为所述目标转动角的第二指令值；

转向力提供器，所述转向力提供器被配置成基于所述第一指令值和所述第二指令值向所述转向系统提供辅助转矩；以及

末端接触确定装置，所述末端接触确定装置被配置成当所述实际转动角与所述目标转动角之间的角偏差超过阈值时，确定所述转向设备处于其中所述转向系统的齿条轴的末端部分通过所述方向盘的所述操作与末端接触的末端接触状态。

2.根据权利要求1所述的电动转向设备，其特征在于，当通过所述末端接触确定装置确定所述转向设备处于所述末端接触状态时，停止通过所述第二控制装置来使所述实际转动角成为所述目标转动角的控制。

3.根据权利要求2所述的电动转向设备，其特征还在于道路信息控制单元，所述道路信息控制单元生成用于以与道路信息增益对应的速率将来自车轮的反向输入转矩传送到所述转向系统的第三指令值，所述转向力提供器基于所述第一指令值至所述第三指令值向所述转向系统提供辅助转矩，并且所述道路信息控制单元通过生成所述第三指令值来事实上停止通过所述第二控制装置使所述实际转动角成为所述目标转动角的控制，以通过调整所述道路信息增益来抵消所述第二指令值。

4.根据权利要求3所述的电动转向设备，其特征在于，所述道路信息控制单元在完全地传送从车轮到所述转向系统的所述反向输入转矩的“1”与完全地切断从车轮到所述转向系统的所述反向输入转矩的“0”之间控制所述道路信息增益，并且

将当确定释放了所述末端控制状态时在将所述道路信息增益从“1”转为“0”时的倾角设定为小于当确定出所述转向设备处于所述末端控制状态时在将所述道路信息增益从“0”转为“1”时的倾角。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电动转向设备，其特征在于，在确定所述角偏差是否等于或大于所述阈值之前，所述末端接触确定装置确定所述实际转动角是否等于或大于负接近末端角并且等于或小于正接近末端角。