CN104015799A - 电动转向设备 - Google Patents

Abstract

一种电动转向设备，包括控制器，该控制器基于辅助指令值来控制用于向转向机构施加辅助转矩的电动机的驱动。该控制器基于传送到转向机构的转向转矩来计算第一辅助分量并且基于转向转矩来计算转向角指令值。该控制器执行反馈控制以使可转向轮的转向角与转向角指令值一致，从而计算第二辅助分量。该控制器基于通过将辅助分量相加而获得的值来计算辅助指令值。该控制器基于转向转矩、基于第一辅助分量确定的第一辅助转矩以及基于第二辅助分量确定的第二辅助转矩来估计在车轮行驶于其上的路面上的车轮的抓握因数。

Description

电动转向设备

技术领域

本发明涉及一种辅助驾驶员的转向操作的电动转向设备。

背景技术

已经公知的是电动转向设备通过从电动机向车辆转向机构施加辅助转矩来辅助驾驶员的转向操作。日本专利第4453012号描述了这种电动转向设备的示例。

日本专利第4453012号的电动转向设备具有第一参考模型和第二参考模型。第一参考模型基于方向盘的转向角来限定目标转向转矩。第二参考模型基于方向盘的转向转矩来限定可转向轮的目标转向角。基于这两个参考模型（理想模型）来控制电动机的驱动。具体地，这个电动转向设备通过执行转矩反馈控制以使实际转向转矩与目标转向转矩一致来确定第一辅助分量，并且通过执行转向角反馈控制以使实际转向角与目标转向角一致来确定第二辅助分量。基于通过将第一辅助分量与第二辅助分量相加而获得的值来控制电动机的驱动。这种配置施加基于第一辅助分量确定的辅助转矩，以使得总是能够将转向转矩设定为最佳值。此外，这种配置施加基于第二辅助分量确定的辅助转矩，以使得能够抵消从可转向轮传递的反向输入振动。

发明内容

当车辆在低μ道路上行驶时，作用在可转向轮上的路面的反作用力小于当车辆在普通道路（高μ道路）上行驶时作用在可转向轮上的路面的反作用力。这给在低μ道路上行驶的驾驶员提供了比在普通道路上行驶时的转向感觉更轻的转向感觉。这种转向感觉的差异使驾驶员能够注意到车辆正在低μ道路上行驶。这样，由于驾驶员可以根据转向感觉来了解路面状况，所以转向感觉对驾驶员来说是重要信息源。

然而，在日本专利第4453012号的电动转向设备中，在行驶期间执行转向角反馈控制总是不考虑路面状况地使实际转向角跟随目标转向角，以使得不考虑路面状况地转向可转向轮。因此，驾驶员发现难以获得反映路面状况的转向感觉。鉴于上述情况，出于使驾驶员能够注意到路面状况的意图，在日本专利第4453012号的电动转向设备中特别需要的是用于使得能够估计在可转向轮在其上移动的路面上的可转向轮的抓握状况（抓握因数）的装置。

因此，本发明的目的是提供一种使得当执行转向角反馈控制时能够估计可转向轮的抓握因数的电动转向设备。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种包括辅助机构和控制器的电动转向设备。辅助机构从电动机向车辆转向机构施加辅助转矩。控制器基于辅助指令值来控制电动机的驱动。控制器包括：第一辅助分量计算单元、转向角指令值计算单元、第二辅助分量计算单元以及辅助指令值计算单元。第一辅助分量计算单元基于传送到转向机构的转向转矩来计算第一辅助分量。转向角指令值计算单元基于转向转矩来计算作为可转向轮的转向角的目标值的转向角指令值。第二辅助分量计算单元执行转向角反馈控制以使可转向轮的转向角与转向角指令值一致，从而计算第二辅助分量。辅助指令值计算单元基于通过将第一辅助分量与第二辅助分量相加而获得的值来计算辅助指令值。控制器基于转向转矩、基于第一辅助分量确定的第一辅助转矩以及基于第二辅助分量确定的第二辅助转矩来估计在可转向轮行驶于其上的路面上的可转向轮的抓握因数。

根据这种配置，执行转向角反馈控制在从电动转向设备作用到可转向轮上的轴向力与从可转向轮行驶于其上的路面作用到可转向轮上的路面反作用力之间建立平衡。可以基于转向转矩、基于第一辅助分量确定的第一辅助转矩以及基于第二辅助分量确定的第二辅助转矩的总数来得到轴向力。路面反作用力与可转向轮行驶于其上的路面上的可转向轮的抓握因数相关。这使得能够基于转向转矩、第一辅助转矩以及第二辅助转矩来估计可转向轮的抓握因数。

在上述电动转向设备中，控制器基于通过将第二辅助转矩除以转向转矩和第一辅助转矩的总和而获得的反作用力量比来优选地估计可转向轮的抓握因数。

基于第一辅助分量确定的第一辅助转矩作用在转向机构上以辅助驾驶员的转向操作。因此，第一辅助转矩在与转向转矩的方向基本相同的方向上进行作用。同时，基于第二辅助分量确定的第二辅助转矩可以在与转向转矩相同的方向上或在与转向转矩的方向相反的方向上进行作用。当第二辅助转矩在与转向转矩的方向相反的方向上进行作用时，转向转矩和第一辅助转矩的总和与第二辅助转矩的大小越接近，这三个值的总数变得越小。换言之，减小了路面反作用力的大小，并且这表明可转向轮的抓握因数的减小。因此，如上述配置中的那样，通过将第二辅助转矩除以转向转矩和第一辅助转矩的总和来获得反作用力量比，可以估计出随着反作用力量比变得更接近-1，可转向轮的抓握因数变得越小。还可以估计出随着反作用力量比远离-1，可转向轮的抓握因数变得越高。

在上述电动转向设备中，如果反作用力量比为-1，那么控制器优选地估计出可转向轮的抓握因数已经达到了引起可转向轮的打滑的值。

这种配置使得能够容易地检测出可转向轮的打滑。

在上述电动转向设备中，控制器优选地还包括调整单元，随着反作用力量比变得更接近于引起可转向轮的打滑的值，该调整单元减小包括在辅助指令值中的第二辅助分量的绝对值。

根据这种配置，进行调整以使得随着反作用力量比变得更接近于引起可转向轮的打滑的值，具体地随着可转向轮的抓握因数变得更低，包括在辅助指令值中的第二辅助分量的绝对值变得更小。这减少了在、可转向轮的抓握因数为低的低μ道路上基于转向角反馈控制确定的辅助转矩的绝对值。由此，根据路面状况来转向可转向轮。这使得驾驶员能够获得与低μ道路对应的转向感觉。

例如，如果方向盘处于中性位置，那么转向转矩和第一辅助分量为零。在这种情况下，如果第二辅助转矩在与转向转矩的方向相反的方向上进行作用，那么反作用力量比的值变为-∞。这可能会导致对可转向轮的抓握因数的错误确定。如果基于这样错误确定的抓握因数来减小包括在辅助指令值中的第二辅助分量的绝对值，那么辅助指令值可能会被不适当地调整，使得转向感觉可能被削弱。

因此，在上述电动转向设备中，如果转向转矩被检测或估计为零，那么调整单元优选地不减小包括在辅助指令值中的第二辅助分量的绝对值。

根据这种配置，如果转向转矩被检测或估计为零，具体地如果检测或估计到方向盘处于中性位置使得可能错误地确定可转向轮的抓握因数，那么不减小包括在辅助指令值中的第二辅助分量的绝对值。这减小了对辅助指令值的不适当调整的可能性，从而进一步改善转向感觉。

在上述电动转向设备中，调整单元可以响应于反作用力量比的变化来逐渐地改变包括在辅助指令值中的第二辅助分量。

根据这种配置，响应于反作用力量比的变化来逐渐地改变包括在辅助指令值中的第二辅助分量。因此，可以防止辅助转矩的急剧变化。这防止了转向感觉的急剧变化，以使得缓解驾驶员感受到的不适感觉。

在上述电动转向设备中，调整单元可以将可能引起可转向轮的打滑的反作用力量比的值设定作为第一阈值。此外，如果反作用力量比小于或等于第一阈值，那么调整单元可以从辅助指令值中消除第二辅助分量。

根据这种配置，如果反作用力量比小于或等于第一阈值，具体地如果在可转向轮处很有可能发生打滑，则从辅助指令值中消除第二辅助分量。这防止了基于转向角反馈控制确定的辅助转矩作用在转向机构上。因此，根据道路状况来转向可转向轮。结果是，由于驾驶员基于转向感觉注意到了在可转向轮处很有可能发生打滑的情况，所以给驾驶员警告了该情况。这增加了车辆行驶的安全性。

在上述电动转向设备中，调整单元可以设定比第一阈值更大的第二阈值。此外，如果反作用力量比大于或等于第二阈值，则调整单元不一定需要调整包括在辅助指令值中的第二辅助分量。

根据这种配置，如果反作用力量比大于或等于第二阈值，具体地如果在可转向轮处不大可能发生打滑，则辅助指令值包括第二辅助分量。这使得第二辅助转矩作用在转向机构上。这抵消了在可转向轮处不大可能发生打滑的情况下来自可转向轮的反向输入振动，从而实现了良好的转向感觉。

在上述电动转向设备中，控制器可以使用映射来计算基于转向转矩确定的第一辅助分量。映射是对与转向转矩对应的第一辅助分量的不同大小进行限定的多个映射中的一个映射。控制器从映射中优选地选择要被用于计算第一辅助分量的映射，以使得随着反作用力量比变得更接近于引起可转向轮的打滑的值，与转向转矩的绝对值对应的第一辅助分量的绝对值增大。

根据这种配置，增大辅助转矩以随着在可转向轮处发生打滑的可能性增大而减轻转向，以使得驾驶员可以可靠地注意到可转向轮的抓握因数的减小。

在上述电动转向设备中，如果转向转矩、基于第一辅助分量确定的第一辅助转矩以及基于第二辅助分量确定的第二辅助转矩的总数为零，则控制器可以估计出抓握因数已经达到了引起可转向轮的打滑的值。

这种配置使得能够容易地检测出转向轮的打滑。

根据结合作为本发明的原理的示例示出的附图的下面的描述，本发明的其他方面和优点将变得明显。

附图说明

图1是示意性地示出了根据本发明的一个实施例的电动转向设备的概要的框图；

图2是示出了根据实施例的电动转向设备的控制装置的配置的框图；

图3是示出了根据实施例的电动转向设备的控制装置的配置的控制框图；

图4是示出了在根据实施例的电动转向设备中建立的转向转矩、车速以及第一辅助分量之间的关系的图表；

图5是示意性地示出了在电动转向设备中建立的从实施例的电动转向设备作用到可转向轮上的转矩与路面反作用力之间的关系的图。

图6（a）和图6（b）中的每个图是示意性地示出了在根据实施例的电动转向设备中建立的转向转矩、第一辅助转矩以及第二辅助转矩之间的关系的图。

图7是示出了实施例的控制装置中的道路信息补偿单元的配置的控制框图;

图8是示出了根据本发明的变型的电动转向设备的道路信息补偿单元的配置的控制框图;

图9是示出了在根据本发明的另一变型的电动转向设备中建立的反作用力量比与增益之间的关系的图表；以及

图10是示出了在根据本发明的又一变型的电动转向设备中建立的反作用力量比与增益之间的关系的图表。

具体实施方式

现在将参照图1至图7来描述根据本发明的一个实施例的电动转向设备。首先将描述电动转向设备的概要。

如图1所示，电动转向设备包括基于驾驶员对方向盘10的操作来转向可转向轮15的转向机构1，以及辅助驾驶员进行转向操作的辅助机构2。

转向机构1包括转向轴11，转向轴11与方向盘10一体地旋转。齿条轴13通过齿条齿轮机构12耦接到转向轴11的下端部分。因此，如果转向轴11响应于驾驶员的转向操作而旋转，那么通过齿条齿轮机构12将转向轴11的旋转运动转换成齿条轴13的轴向往复直线运动。通过耦接到齿条轴13的相对端的拉杆14将齿条轴13的往复直线运动传送到可转向轮15。这改变了每个可转向轮15的转向角θp，从而改变了车辆的行驶方向。

辅助机构2包括将辅助转矩施加到转向轴11的电动机20。电动机20是三相AC（交流）电动机。通过齿轮机构21将电动机20的旋转传送到转向轴11。从而，将电动机转矩施加到转向轴11，并且因此辅助了转向操作。

电动转向设备包括检测方向盘10的操作的量和车辆的状态量的各种类型的传感器。作为示例，转向轴11设置有检测响应于驾驶员的转向操作而施加到转向轴11的转矩（转向转矩）Th的转矩传感器4。电动机20设置有检测电动机20的旋转角θm的旋转角传感器5。车辆设置有检测车辆的行驶速度V的车速传感器6。控制装置（控制器）3从这些传感器接收输出。控制装置3基于来自每个传感器的输出来控制电动机20的驱动。

如图2所示，控制装置3包括反相器电路30和微型计算机31。反相器电路30将从电源例如车载电池（电源电压+Vcc）供应的DC（直流）电力转换成三相（U相、V相以及W相）的AC（交流）电力。微型计算机31通过脉冲宽度调制（PWM）来驱动反相器电路30。

反相器电路30基于来自微型计算机31的PWM驱动信号将从电源供应的DC电力转换成三相AC电力。通过馈送线WL将三相AC电力供应给电动机20。馈送线WL设置有检测流过馈送线WL的每个相的电流值I的电流传感器32。微型计算机31从电流传感器32接收输出。为了说明的目的，图2示出了一个馈送线WL表示用于三个相的线和一个电流传感器32表示用于各个相的三个传感器。

微型计算机31还从转矩传感器4、车速传感器6以及旋转角传感器5中的每个传感器接收输出。微型计算机31基于转向转矩Th、车速V、每个相的电流值I以及由这些传感器检测的电动机旋转角θm生成PWM驱动信号。微型计算机31将PWM驱动信号输出到反相器电路30以通过PWM来驱动反相器电路30，从而控制电动机20的驱动。

下面通过参照图3的控制框图来详细地描述由微型计算机31进行的对电动机20的驱动的控制。

如图3所示，微型计算机31包括基于转向转矩Th、车速V以及电动机旋转角θm来计算辅助指令值Tas的辅助指令值计算单元40。

辅助指令值计算单元40包括基于车速V和转向转矩Th来计算作为辅助指令值Tas的主要分量的第一辅助分量Ta1的基本辅助分量计算单元（第一辅助分量计算单元）41。例如如图4所示，随着转向转矩Th的绝对值变大或者随着车速V变小，基本辅助分量计算单元41增大第一辅助分量Ta1的绝对值。基本辅助分量计算单元41使用映射例如图4的映射来计算第一辅助分量Ta1。

如图3所示，辅助指令值计算单元40从由基本辅助分量计算单元41计算的第一辅助分量Ta1中减去校正值Tr，并且将经校正的第一辅助分量Ta1’（Ta1’=Ta1–Tr）输入到转向角指令值计算单元42。

转向角指令值计算单元42捕获除经校正的第一辅助分量Ta1’之外的转向转矩Th。转向角指令值计算单元42将经校正的第一辅助分量Ta1’与转向转矩Th相加以获得驱动转矩，并且基于理想模型根据驱动转矩来计算转向角指令值θp*。转向角指令值θp*是转向角θp的目标值。例如，通过模拟与驱动转矩对应的理想转向角来预先实验地获得理想模型。转向角指令值计算单元42将所计算的转向角指令值θp*输出到转向角反馈控制单元43。

如图1所示，电动机20通过齿轮机构21耦接到转向轴11。这在电动机旋转角θm与转向轴11的旋转角之间形成了相关性。因此，进一步在电动机旋转角θm与可转向轮15的转向角θp之间形成了相关性。如图3所示，辅助指令值计算单元40包括使用这些相关性根据电动机旋转角θm来计算可转向轮15的实际转向角θp的转向角计算单元44。转向角计算单元44将所计算的实际转向角θp输出到转向角反馈控制单元43。

为了使实际转向角θp与转向角指令值θp*一致，转向角反馈控制单元43基于实际转向角θp与转向角指令值θp*之间的差异来执行反馈控制以计算第二辅助分量Ta2。这样，本实施例的转向角反馈控制单元43用作为第二辅助分量计算单元。

辅助指令值计算单元40将第二辅助分量Ta2与经校正的第一辅助分量Ta1’相加以获得辅助指令值Tas，并且将辅助指令值Tas输出到电流指令值计算单元50。

电流指令值计算单元50基于辅助指令值Tas来计算d/q坐标系统的q轴上的电流指令值Iq*，并且将电流指令值Iq*输出到PWM驱动信号生成单元60。在本实施例中，将d轴上的电流指令值Id*固定为零。电流指令值计算单元50进一步将电流指令值Id*输出到PWM驱动信号生成单元60。

PWM驱动信号生成单元60捕获电动机旋转角θm和除来自电流指令值计算单元50的电流指令值Id*和电流指令值Iq*之外的每个相的电流值I。PWM驱动信号生成单元60使用电动机旋转角θm将每个相的电流值I转换成d/q坐标系统的d轴电流值和q轴电流值。然后，PWM驱动信号生成单元60基于d轴电流值与电流指令值Id*之间的差异以及q轴电流值与电流指令值Iq*之间的差异来执行反馈控制以使d轴电流值与电流指令值Id*一致并且使q轴电流值与电流指令值Iq*一致，从而生成PWM驱动信号。该PWM对反相器电路进行驱动以使电动机20将辅助转矩施加到转向轴11。这样，执行辅助控制以辅助转向操作。

根据前述配置，辅助指令值Tas包括被生成以作为转向角反馈控制的结果的第二辅助分量Ta2。此外，将基于第二辅助分量Ta2确定的辅助转矩从电动机20施加到转向轴11。结果是，可转向轮15的转向角θp被控制为跟随转向角指令值θp*。转向角反馈控制将可转向轮15的转向角θp保持为转向角指令值θp*，以使得能够可靠地抑制由于干扰而产生的转向机构1的振动。此外，借助于不取决于电动转向设备安装在其上的车辆的实际特征的控制适当地调整理想模型形成了任意特征。具体地，实现了期望的转向感觉。

在本实施例的电动转向设备中，执行转向角反馈控制在从电动转向设备作用到可转向轮15上的轴向力Feps与从可转向轮15行驶于其上的路面作用到可转向轮15上的路面反作用力Frd之间建立平衡。轴向力Feps可以通过将转向转矩Th、基于第一辅助分量Ta1确定的第一辅助转矩T1以及基于第二辅助分量Ta2确定的第二辅助转矩T2的总数除以转向轴11的半径R来获得。因此，建立了下述表达式（1）：

Frd=(Th+T1+T2)/R…(1)

路面反作用力Frd与可转向轮15行驶于其上的路面上的可转向轮15的抓握因数相关。这使得能够基于表达式（1）的右方的总数来估计可转向轮15的抓握因数。抓握因数是限定在可转向轮15与可转向轮15行驶于其上的路面之间确定的抓握状况的索引值。可转向轮15的较高的抓握因数表明可转向轮15的较好的抓握状况而可转向轮15的较低的抓握因数表明可转向轮15的较差的抓握状况。下述具体地描述了对可转向轮15的抓握因数的估计。

基于辅助控制确定的第一辅助转矩T1作用在转向轴11上以辅助驾驶员的转向操作。因此，如图6（a）和图6（b）所示，第一辅助转矩T1在与转向转矩Th的方向基本相同的方向上进行作用。同时，基于转向角反馈控制确定的第二辅助转矩T2可以在与如图6（a）所示的转向转矩Th相同的方向上或在与如图6（b）所示的转向转矩Th的方向相反的方向上进行作用。当第二辅助转矩T2在与转向转矩Th的方向相反的方向上进行作用时，转向转矩Th和第一辅助转矩T1的总和与第二辅助转矩T2的大小越接近，在表达式（1）的右方定义的大小变得越小。换言之，减小了路面反作用力Frd的大小，并且这表明可转向轮15的抓握因数的减小。特别地，表达式（1）的右方为零表明路面反作用力Frd为零。在这种情况下，可以确定可转向轮15处发生打滑。因此，可转向轮15的抓握因数的减小将给予第二辅助转矩T2与转向转矩Th和第一辅助转矩T1的符号相反的符号，同时使第二辅助转矩T2的绝对值接近转向转矩Th与第一辅助转矩T1的总和的绝对值。

因此，在本实施例中，通过下述表达式（2）获得的反作用力量比（reactive force quantity ratio）Rf用于确定是否减小了可转向轮15的抓握因数：

Rf=T2/(T1+Th)…(2)

估计出反作用力量比Rf的值越接近-1，可转向轮15的抓握因数变得越低。相反地，估计出反作用力量比Rf的值正向地相对于-1增加地越多，具体地反作用力量比Rf与-1相距越多，可转向轮15的抓握因数变得越高。这样，在本实施例中基于反作用力量比Rf来估计可转向轮15的抓握因数。本实施例的电动转向设备基于反作用力量比Rf来调整包括在辅助指令值Tas中的第二辅助分量Ta2。下面将详细地描述这种调整。

如图3所示，本实施例的辅助指令值计算单元40包括基于转向转矩Th和第一辅助分量Ta1以及第二辅助分量Ta2来计算校正值Tr的道路信息补偿单元45。

如图7所示，道路信息补偿单元45由反作用力量比计算单元45a和增益计算单元45b组成。

反作用力量比计算单元45a分别根据第一辅助分量Ta1和第二辅助分量Ta2来计算第一辅助转矩T1和第二辅助转矩T2，然后基于上述表达式（2）根据转向转矩Th和第一辅助转矩T1以及第二辅助转矩T2来计算反作用力量比Rf。反作用力量比计算单元45a将所计算的反作用力量比Rf输出到增益计算单元45b。

如图7中的图表所示，增益计算单元45b以下述的项（a1）至项（a3）中示出的方式来计算增益Gr。下面描述的第一阈值Rf1是可能引起可转向轮15的打滑的反作用力量比Rf的值。第一阈值Rf1大于-1。下面描述的第二阈值Rf2大于第一阈值Rf1。例如，预先实验地确定阈值Rf1和阈值Rf2二者。

（a1）如果反作用力量比Rf满足-1≤Rf≤Rf1，具体地如果可转向轮15的抓握因数低到使得在可转向轮15处很有可能发生打滑，那么将增益Gr设定为1。

（a2）如果反作用力量比Rf满足Rf1<Rf<Rf2，那么响应于反作用力量比Rf的增大将增益Gr从1逐渐地减小到零。

（a3）如果反作用力量比Rf满足Rf2≤Rf，具体地如果可转向轮15的抓握因数高到使得在可转向轮15处不大可能发生打滑，那么将增益Gr设定为0。

道路信息补偿单元45通过将第二辅助分量Ta2乘以由增益计算单元45b计算的增益Gr来计算校正值Tr。增益Gr在0≤Gr≤1范围内改变。这使得在0≤Tr≤Ta2范围内改变校正值Tr。结果是，将经校正的第一辅助分量Ta1’确定为Ta1–Gr·Ta2，从而将辅助指令值Tas确定为Ta1+(1–Gr)Ta2。这样，道路信息补偿单元45用作为基于反作用力量比Rf来调整包括在辅助指令值Tas中的第二辅助分量Ta2的绝对值的调整单元。

下面描述本实施例的电动转向设备的操作。

在本实施例的电动转向设备中，如果反作用力量比Rf小于或等于第一阈值Rf1，具体地如果可转向轮15的抓握因数低到使得在可转向轮15处很有可能发生打滑，那么道路信息补偿单元45使校正值Tr与第二辅助分量Ta2的值相等。具体地，道路信息补偿单元45从辅助指令值Tas中完全消除第二辅助分量Ta2。因此，不向转向轴11给予基于转向角反馈控制所确定的辅助转矩，以使得根据路面状况来转向可转向轮15。这使得当驾驶员在低μ道路上行驶时驾驶员能够获得响应于低μ道路的转向感觉，在低μ道路中在可转向轮15处很有可能发生打滑。此外，由于驾驶员可以基于转向感觉注意到在可转向轮15处很有可能发生打滑的情况，所以给驾驶员警告了该情况。这增加了车辆行驶的安全性。

如果反作用力量比Rf大于或等于第二阈值Rf2，具体地如果可转向轮15的抓握因数高到使得在可转向轮15处不大可能发生打滑，那么道路信息补偿单元45将校正值Tr设定为0。具体地，道路信息补偿单元45不调整包括在辅助指令值Tas中的第二辅助分量Ta2。这样，向转向轴11给予基于转向角反馈控制确定的辅助转矩。这抵消了来自在可转向轮15处不大可能发生打滑的普通道路上的可转向轮15的反向输入振动，从而实现了良好的转向感觉。

如果反作用力量比Rf处于第一阈值Rf1与第二阈值Rf2之间的范围中，那么道路信息补偿单元45在Ta2与零的范围中改变校正值Tr。这逐渐地改变包括在辅助指令值Tas中的第二辅助分量Ta2，从而防止了辅助转矩的急剧变化。这防止了转向感觉的急剧变化，以使得能够缓解驾驶员感受到的不适感觉。

如上所述，本实施例的电动转向设备实现了下述优点。

（1）控制装置3基于通过将第二辅助转矩T2除以转向转矩Th与第一辅助转矩T1的总和而获得的反作用力量比Rf来估计可转向轮15的抓握因数。因此，可以容易地估计可转向轮15的抓握因数。如果车辆被顶起并且可转向轮15悬架在空中，那么作用在可转向轮15上的路面反作用力Frd变为零。因此，在可转向轮15处发生打滑的情况下，反作用力量比Rf的值变为-1。因此，反作用力量比Rf也可以用于确定车辆被顶起并且可转向轮15悬架在空中。

（2）控制装置3包括基于反作用力量比Rf来调整包括在辅助指令值Tas中的第二辅助分量Ta2的道路信息补偿单元45。道路信息补偿单元45限定第一阈值Rf1作为可能引起可转向轮15的打滑的反作用力量比Rf的值。如果反作用力量比Rf满足-1≤Rf≤Rf1，那么道路信息补偿单元45从辅助指令值Tas中完全消除第二辅助分量Ta2。这使得当在可转向轮15处很有可能发生打滑时能够根据路面状况来转向可转向轮15。结果是，驾驶员可以基于转向感觉认识到路面处于在可转向轮15处很有可能发生打滑的状况中。

（3）如果反作用力量比Rf大于或等于第二阈值Rf2，那么道路信息补偿单元45不调整辅助指令值Tas。这抵消了来自处于在可转向轮15处不大可能发生打滑的情况下的可转向轮15的反向输入振动，从而实现了良好的转向感觉。

（4）如果反作用力量比Rf处于第一阈值Rf1与第二阈值Rf2之间的范围中，那么道路信息补偿单元45逐渐地改变包括在辅助指令值Tas中的第二辅助分量Ta2。这防止了转向感觉的急剧变化，以使得能够缓解驾驶员感受到的不适感觉。

可以将上述实施例修改为如下。

在上述实施例中，通过将第二辅助分量Ta2乘以与反作用力量比Rf对应的增益Gr来计算校正值Tr。例如，如果方向盘10处于或接近中性位置，那么转向转矩Th和第一辅助分量Ta1为零。在这种情况下，如果第二辅助转矩T2在与转向转矩Th的方向相反的方向上进行作用，那么反作用力量比Rf变为-∞。这可能会导致对可转向轮15的抓握因数的错误确定。为了防止这种错误确定，如图8所示，道路信息补偿单元45可以包括抗错误确定增益计算单元45c。

如图8中的图表所示，抗错误确定增益计算单元45c响应于方向盘10的转向角θs来计算抗错误确定增益Gp。抗错误确定增益计算单元45c从旋转角传感器5捕获电动机旋转角θm，并且基于电动机旋转角θm来计算转向角θs。如果转向角θs的绝对值小于被设定在处于或接近方向盘10的中性位置的阈值θ1，那么将抗错误确定增益Gp设定为零。如果转向角θs的绝对值超过比阈值θ1更大的阈值θ2，那么将抗错误确定增益Gp设定为1。如果转向角θs满足θ1≤|θs|≤θ2，那么出于防止辅助转矩的急剧变化的意图，响应于转向角θs的绝对值的增大将抗错误确定增益Gp从0逐渐地增大到1。

道路信息补偿单元45通过将第二辅助分量Ta2乘以增益Gr和抗错误确定增益Gp来计算校正值Tr。如果转向角θs的绝对值小于阈值θ1，具体地如果估计出转向转矩Th和第一辅助分量Ta1变为零并且估计出很有可能发生对可转向轮15的抓握因数的错误确定，那么将抗错误确定增益Gp设定为零并且因此将校正值Tr设定为零。如果转向角θs的绝对值大于阈值θ2，具体地如果估计出转向转矩Th和第一辅助分量Ta1变为零并且估计出不大可能发生对可转向轮15的抓握因数的错误确定，那么将抗错误确定增益Gp设定为1。在这种情况下，校正值Tr变得与上述实施例中的校正值相同。因此，提供抗错误确定增益计算单元45c使得能够以更高的精度来估计可转向轮15的抓握因数。这减少了对辅助指令值Tas的不适当调整的可能性，从而进一步改善转向感觉。

可以将抗错误确定增益计算单元45c配置成响应于转向转矩Th而不是转向角θs来确定抗错误确定增益Gp。

在上述实施例中，基于反作用力量比Rf来调整包括在辅助指令值Tas中的第二辅助分量Ta2的绝对值以使驾驶员能够基于转向感觉来确定路面状况。然而，这不是本发明的唯一配置。作为示例，它可以包括如图4所示的对与转向转矩Th对应的第一辅助分量Ta1的不同大小进行限定的映射。基于反作用力量比Rf来从映射中选择要被用于计算第一辅助分量Ta1的映射。更具体地，如果估计出可转向轮15的抓握因数减小了，那么选择要使用的映射以使得与转向转矩Th的绝对值对应的第一辅助分量Ta1的绝对值变得比通常更大。换言之，从映射中选择要使用的映射以使得随着反作用力量比Rf变得更接近于引起可转向轮15的打滑的值，与转向转矩Th的绝对值对应的第一辅助分量Ta1的绝对值增大。这增大了辅助转矩以减轻转向，以使驾驶员能够可靠地注意到可转向轮15的抓握因数的减小。

在上述实施例中，如果反作用力量比Rf小于或等于第一阈值Rf1，那么将增益Gr设定为1。然而，可以将增益Gr设定为小于1的值。换言之，如果反作用力量比Rf小于或等于第一阈值Rf1，那么可以减少包括在辅助指令值Tas中的第二辅助分量Ta2的绝对值，而不是从辅助指令值Tas中消除第二辅助分量Ta2。这种配置还使得在可转向轮15处很有可能发生打滑的低μ道路上行驶期间基于转向角反馈控制确定的辅助转矩难以作用到转向轴11上。这使驾驶员能够获得响应于低μ道路的转向感觉。

在上述实施例中，将第一阈值Rf1设定为可能引起可转向轮15的打滑的值。也可以将第一阈值Rf1设定为更大的值。这在早期阶段从辅助指令值Tas中完全消除了第二辅助分量Ta2。结果是，驾驶员感受到的转向感觉在路面状况变成低μ道路的路面状况之前改变，以使驾驶员能够基于转向感觉的变化较早地注意到路面状况正在接近低μ道路的路面状况。这进一步增加了车辆行驶的安全性。

如图9所示，增益计算单元45b可以仅当反作用力量比Rf为-1时将增益Gr设定为1。这种配置使得基于转向角反馈控制确定的辅助转矩在紧接可转向轮15处发生打滑之前作用到转向轴11上，从而相比前述实施例增大了对转向机构1的振动进行抑制的效果。

在上述实施例中，如果反作用力量比Rf处于第一阈值Rf1与第二阈值Rf2之间的范围中，那么逐渐地改变包括在辅助指令值Tas中的第二辅助分量Ta2。然而，可以省略这种逐渐地改变的地带。更具体地，如图10所示，将大于-1的值（如-0.9）确定为阈值Rf3。如果反作用力量比Rf小于阈值Rf3，那么将增益Gr设定为1。如果反作用力量比Rf大于或等于阈值Rf3，那么将增益Gr设定为零。重要的是，基于反作用力量比Rf来调整包括在辅助指令值Tas中的第二辅助分量Ta2的大小。

在上述实施例中，可以使用下述表达式（3）而不是表达式（2）来确定反作用力量比Rf：

Rf=|Ta2/(Ta1+Th)|…(3)

在这种情况下，可以确定随着反作用力量比Rf变得接近1，可转向轮15的抓握因数变得较低。当反作用力量比Rf为1时，可以检测可转向轮15的打滑。

可以基于转向转矩Th与第一辅助转矩T1以及第二辅助转矩T2的总数来估计可转向轮15的抓握因数。当该总数为零时可以检测可转向轮15的打滑。重要的是基于转向转矩Th与第一辅助转矩T1以及第二辅助转矩T2来估计可转向轮15的抓握因数。

在上述实施例中，转向角指令值计算单元42使用基于第一辅助分量Ta1与转向转矩Th的总和来设定转向角指令值θp*的理想模型。或者，转向角指令值计算单元42可以使用仅基于转向转矩Th来设定转向角指令值θp*的理想模型。

转向角指令值计算单元42并不总是使用理想模型来计算转向角指令值θp*。例如，如基本辅助分量计算单元41那样，转向角指令值计算单元42可以使用映射来计算转向角指令值θp*。

上述实施例中的基本辅助分量计算单元41基于转向转矩Th和车速V来设定第一辅助分量Ta1。或者，例如，基本辅助分量计算单元41可以仅基于转向转矩Th来设定第一辅助分量Ta1。基本辅助分量计算单元41可以执行所谓的相位补偿控制，通过所谓的相位补偿控制基于第一辅助分量Ta1相对于转向转矩Th的变化的梯度（辅助梯度）来改变由转矩传感器4检测的转向转矩Th的相位。基本辅助分量计算单元41也可以执行所谓的转矩微分控制，通过所谓的转矩微分控制，随着第一辅助分量Ta1的时间微分值的增大来增大第一辅助分量Ta1。

在上述实施例中，本发明适用于向转向轴11施加辅助转矩的电动转向设备。本发明也适用于向齿条轴13施加辅助转矩的电动转向设备。

Claims (10)

1.一种电动转向设备，其特征在于：

辅助机构，所述辅助机构从电动机向车辆转向机构施加辅助转矩；以及

控制器，所述控制器基于辅助指令值来控制所述电动机的驱动，其中

所述控制器包括：

第一辅助分量计算单元，所述第一辅助分量计算单元基于传送到所述转向机构的转向转矩来计算第一辅助分量；

转向角指令值计算单元，所述转向角指令值计算单元基于所述转向转矩来计算作为可转向轮的转向角的目标值的转向角指令值；

第二辅助分量计算单元，所述第二辅助分量计算单元执行转向角反馈控制以使所述可转向轮的所述转向角与所述转向角指令值一致，从而计算第二辅助分量；以及

辅助指令值计算单元，所述辅助指令值计算单元基于通过将所述第一辅助分量与所述第二辅助分量相加而获得的值来计算所述辅助指令值，并且

所述控制器基于所述转向转矩、基于所述第一辅助分量确定的第一辅助转矩以及基于所述第二辅助分量确定的第二辅助转矩来估计在所述可转向轮行驶于其上的路面上的所述可转向轮的抓握因数。

2.根据权利要求1所述的电动转向设备，其中，所述控制器基于通过将所述第二辅助转矩除以所述转向转矩和所述第一辅助转矩的总和而获得的反作用力量比来估计所述可转向轮的所述抓握因数。

3.根据权利要求2所述的电动转向设备，其中，如果所述反作用力量比为-1，则所述控制器估计出所述可转向轮的所述抓握因数已经达到了引起所述可转向轮的打滑的值。

4.根据权利要求2或3所述的电动转向设备，其中，所述控制器还包括调整单元，随着所述反作用力量比变得更接近于引起所述可转向轮的打滑的值，所述调整单元减小包括在所述辅助指令值中的所述第二辅助分量的绝对值。

5.根据权利要求4所述的电动转向设备，其中，如果所述转向转矩被检测或估计为零，那么所述调整单元不减小包括在所述辅助指令值中的所述第二辅助分量的绝对值。

6.根据权利要求4所述的电动转向设备，其中，所述调整单元响应于所述反作用力量比的变化来逐渐地改变包括在所述辅助指令值中的所述第二辅助分量。

7.根据权利要求4所述的电动转向设备，其中，

所述调整单元将能够引起所述可转向轮的打滑的所述反作用力量比的值设定作为第一阈值，并且

如果所述反作用力量比小于或等于所述第一阈值，则所述调整单元从所述辅助指令值中消除所述第二辅助分量。

8.根据权利要求7所述的电动转向设备，其中，

所述调整单元设定比所述第一阈值更大的第二阈值，并且

如果所述反作用力量比大于或等于所述第二阈值，则所述调整单元不调整包括在所述辅助指令值中的所述第二辅助分量。

9.根据权利要求2或3所述的电动转向设备，其中，

所述控制器使用映射来计算基于所述转向转矩确定的所述第一辅助分量，

所述映射是对与所述转向转矩对应的所述第一辅助分量的不同大小进行限定的多个映射中的一个映射，并且

所述控制器从所述映射中选择要被用于计算所述第一辅助分量的映射，以使得随着所述反作用力量比变得更接近于引起所述可转向轮的打滑的值，与所述转向转矩的绝对值对应的所述第一辅助分量的绝对值增大。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的电动转向设备，其中，如果所述转向转矩、基于所述第一辅助分量确定的所述第一辅助转矩以及基于所述第二辅助分量确定的所述第二辅助转矩的总数为零，则所述控制器估计出所述可转向轮的所述抓握因数已经达到了引起所述可转向轮的打滑的值。