CN104159808A - 线控转向式操舵机构的控制装置 - Google Patents

Abstract

一种线控转向式操舵机构的控制装置，其设置有：轮胎横向力检测机构(41)，该轮胎横向力检测机构(41)检测作用于左右车轮上的轮胎横向力；束角控制机构(6)，该束角控制机构(6)为了使已检测的轮胎横向力成为目标的横向力，相互独立地控制左右车轮的束角。束角控制机构(6)在非减速时，为了左右目标横向力的总和不变化、绝对值的总和减少，设定目标横向力FLt、FRt，在减速时为了获得直行稳定性，设定目标横向力FLt、FRt。

Description

线控转向式操舵机构的控制装置

相关申请

本申请要求申请日为2012年3月9日、申请号为JP特愿2012—052439的日本申请的优先权，通过参照其整体将其作为本申请的一部分内容而引用。

技术领域

本发明涉及一种线控转向式操舵装置，该线控转向式操舵装置通过未以机械方式连接用于转向的系杆间轴的方向盘进行操舵，本发明特别是涉及在具有束角控制机构的线控转向式操舵装置中，进行束角控制的线控转向式操舵机构的控制装置。

背景技术

工厂出货时的车辆的车轮的束角因考虑到行驶稳定性而被设定。但是，这样的束角的设定不是单位燃料行使里程的最佳的设定。比如，如果将束角设定为前束，则因作用于车轮上的横向力的后向成分，行驶阻力增加，单位燃料行使里程恶化。

人们提出有下述的方法，在该方法中，与行驶状况相对应地对车轮的束角等的定位进行控制，提高单位燃料行使里程(比如专利文献1)。但是，为了与行驶状况相对应地对束角进行控制，如该文献中所公开的那样，必须能相互独立地控制左右车轮的束角。于是，比如在车辆的转向机构左右连接的场合，无法改变束角。

作为提高单位燃料行使里程的其它的技术，人们提出有下述的技术，其中，通过在加速或定速行驶时将束角设定为“0”，由此提高直行的车辆的单位燃料行使里程，在减速行驶时赋予前束方向的束角，由此确保车辆的稳定性(比如专利文献2)。

另外，作为单位燃料行使里程成为最优的轮调节的判断方法，人们提出有下述的方法，在该方法中，将在没有产生制动力和驱动力的状态下的车辆直行时速度降低率为最低的前轮定位，判定为适合于直行的车辆的前轮定位(比如专利文献3)。作为提高单位燃料行使里程的另一方法，人们提出有下述的方法，在该方法中，根据燃料喷射量和行驶距离计算单位燃料行使里程，存储单位燃料行使里程最优的前轮定位(比如专利文献4)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开2011—084178号公报

专利文献2：JP特开平05—077626号公报

专利文献3：JP特开2010—163041号公报

专利文献4：JP特许第4740360号公报

发明内容

发明要解决的课题

在专利文献2所公开的技术中，根据驱动束角变更装置的促动器的杆的行程量计算束角，按照计算出的束角为“0”的方式进行控制。由于该事实，故会有下述的情况，比如因促动器的杆的行程量与实际的束角的偏差(误差)等，无法以良好的精度将束角设定为“0”。在这样的场合，即使以束角的计算值为“0”为目标对促动器进行控制，没有将实际的束角设定为“0”，直行的车辆无法以最优的单位燃料行使里程行驶。另外，如果在减速行驶时赋予预先设定的束角，则具有路面状况等所导致的直行稳定性产生变化的危险。

在专利文献3所公开的方法中具有下述可能性，因路面的状况、行驶路段的坡度、车外的风等的影响，不一定将单位燃料行使里程设定在最优的束角。另外，仅仅适用于直行行驶时，并不适用于转弯时。

在专利文献4所公开的方法中，必须要求获取当前位置信息和道路信息的导航装置，需要花费一定成本。另外，由于还因车外的风等的影响，单位燃料行使里程会发生变化，故有可能无法将将单位燃料行使里程设定在最优的束角。

本发明的目的在于提供一种线控转向式操舵机构的控制装置，其中，在加速、定速行驶时不受到转向轴的行程量和实际的束角的偏差、行驶路段的坡度、路面状况、车外的风等的影响，可设定单位燃料行使里程最优的束角，可以最优的单位燃料行使里程而行驶。

解决课题用的技术方案

为了容易理解，采用后述的实施方式中的标号而进行说明，本发明的线控转向式操舵机构的控制装置中，该线控转向式操舵机构包括：方向盘1，该方向盘1使车轮13转向，并且不以机械方式与改变车轮13的束角的转向轴10相连接；操舵角传感器2，该操舵角传感器2检测该方向盘1的操舵角；转向用电动机15，该转向用电动机15使上述转向轴10进行转向动作；束角控制用电动机16，该束角控制用电动机16使上述转向轴10进行束角变更动作，其中，针对该线控转向式操舵机构，该线控转向式操舵机构的控制装置根据上述操舵角传感器2所检测出的操舵角和运转状态，对上述转向用电动机15进行控制，根据运转状态，对上述束角控制用电动机16进行控制，

该控制装置设置有：轮胎横向力检测机构41，该轮胎横向力检测机构41检测作用于左右车轮13上的轮胎横向力；束角控制机构6，该束角控制机构6为了使已检测出的轮胎横向力成为目标的横向力，相互独立地对左右车轮13的束角进行控制。

按照该方案，由于束角控制机构6相互独立地对左右车轮13的束角进行控制，故可对应于行驶状态，按照分别为适合的角度的方式对左右车轮13的束角进行控制，以减少轮胎中产生的横向力的后向成分导致的行驶阻力，可使单位燃料行使里程稳定。在该场合，通过轮胎横向力检测机构41检测作用于左右车轮13上的轮胎横向力，为了使该已检测出的轮胎横向力为目标的横向力，对左右车轮13的束角进行控制。即，并非将束角的检测值，而将作为束角的控制结果而产生的轮胎横向力用于反馈控制。由此，不受到转向轴10的行程量和实际的束角的偏差(即，误差)、行驶路段的坡度、路面状况、车外的风等的影响，可调整到目标的横向力。采用上述的轮胎横向力的检测值的束角控制适合通过行驶驱动源的驱动加速时、定速行驶时。

像这样，在加速时、定速行驶时，不受到转向轴的行程量和实际的束角的偏差(即，误差)、行驶路段的坡度、路面状况、车外的风等的影响，可设定为单位燃料行使里程最优的束角，可以最优的单位燃料行使里程行驶。

另外，在减速时，通过像后述那样确定而采用目标横向力，故不受到转向轴10的行程量和实际的束角的偏差、路面状况等的影响，可获得最适合的直行稳定性。

上述轮胎横向力检测机构41也可为分别设置于上述左右车轮上的荷载传感器41。将荷载传感器41设置于车轮13上的情况是指：按照可检测出作用于该车轮13上的荷载的方式，相对车轮13而设置。也可为比如在车轮用轴承上设置荷载传感器41。

根据采用荷载传感器41，可以良好的精度检测出作用于车轮13上的轮胎横向力。另外，作为可检测轮胎横向力的荷载传感器，人们开发了各种设置于车轮用轴承上的类型。

在本发明中，上述束角控制机构6具有目标横向力运算输出部20，该目标横向力运算输出部20在左右车轮13的轮胎横向力相互反向时，按照作用于轮胎横向力的绝对值较小的一者的一个车轮13上的轮胎横向力为0、作用于另一车轮13上的轮胎横向力为作用于左右车轮13上的轮胎横向力的和的方式，对目标的横向力进行运算输出，该控制装置按照通过上述轮胎横向力检测机构41而检测出的轮胎横向力成为通过上述目标横向力运算输出部20而运算出的目标的横向力的方式，对左右车轮13的束角进行控制。

在该方案的场合，从设置于左右车轮13中的荷载传感器41的轮胎横向力检测机构41获得左右车轮13的轮胎横向力。在该轮胎横向力的方向相反的场合，对左右车轮13的束角进行控制，使作用于横向力的绝对值较小的轮胎上的横向力为0，在另一轮胎中产生减少的横向力。即，减少另一轮胎产生的横向力的绝对值。由此，不改变左右车轮13的轮胎产生的横向力的总和，可减少左右车轮13的轮胎产生的横向力的绝对值的总和。于是，可减少横向力的后向成分的行驶阻力，可提高单位燃料行使里程。另外，在该控制的场合，不必要求存储大量的信息的存储装置，可简化控制装置。

上述束角控制机构6将通过上述目标横向力运算输出部20而运算输出的目标横向力，用于必须要求驱动力的加速时或定速行驶时的束角控制，也可在其它的行驶时，比如减速时、下坡的重力所致的加速时不用于束角控制。另外，上述的“必须要求驱动力的加速时”是指，为了加速而必须要求行驶驱动源的驱动力的加速。

由于该束角控制的目的为提高单位燃料行使里程，故在产生单位燃料行使里程提高的效果方面，优选在必须要求驱动力的加速或定速行驶时实施上述控制。

在本发明中，上述束角控制机构6也可具有减速时用目标横向力输出部21，该减速时用目标横向力输出部21输出：为了获得最适合的直行稳定性而设定的目标横向力、或对应于减速度而运算出的目标横向力作为目标的横向力，该目标横向力用于减速行驶时的束角控制。

在减速时，直行稳定性的提高为优先课题。因此，在提高直行稳定性的方面，优选按照形成预先设定的横向力，或对应于减速度而运算的目标横向力的方式控制束角。另外，同样在该场合，通过并非对束角，而对横向力进行控制，故不受到转向轴的行程量和实际的束角的偏差、路面状况等的影响，可获得最佳的直行稳定性。

在该场合，在采用从上述减速时用目标横向力输出部21所输出的目标横向力的束角控制中，优选上述束角控制机构6减速度越大，越将束角设定在前束侧。伴随越将束角设定在前束侧的情况，轮胎力增加，但直行稳定性得到提高。

权利要求书和/或说明书和/或附图中公开的至少两个结构中的任意的组合均包含在本发明中。特别是，权利要求书中的各项权利要求的两个以上的任意的组合也包含在本发明中。

附图说明

根据参照附图的下面的优选的实施形式的说明，会更清楚地理解本发明。但是，实施形式和附图用于单纯的图示和说明，不应用于确定本发明的范围。本发明的范围由权利要求书确定。在附图中，多个附图中的同一部件标号表示同一或相当的部分。

图1为具有本发明的一个实施方式的控制装置的线控转向式操舵机构的构思结构图；

图2为该线控转向式操舵机构的控制装置中的束角控制机构的构思结构的方框图；

图3为该束角控制机构中的目标横向力的运算处理的流程图；

图4为具有荷载传感器的车轮用轴承的剖视图；

图5为该车轮用轴承的外方部件的侧视图。

具体实施方式

下面根据图1～图3对本发明的一个实施方式进行说明。图1表示线控转向式操舵装置和其控制装置的外观结构。该线控转向式操舵装置100包括：方向盘1，该方向盘1称为驾驶员操舵的驾驶盘；操舵角传感器2；操舵反力电动机4；转向轴10(也称为“系杆间轴”)，该转向轴10经由转向节臂12和系杆11而连接作为操舵轮的左右车轮13，可进行转向用的轴向运动；转向轴驱动机构14，该转向轴驱动机构14驱动该转向轴10。

方向盘1未以机械方式与转向轴10连接，经由转向控制机构5控制转向轴驱动机构14的转舵用电动机15，由此进行转向动作。转向轴驱动机构14具有下述功能：将转舵用电动机15的旋转运动转换为往复直线运动，使转向轴10进退；通过束角控制用电动机16的旋转运动，改变转向轴10的长度，改变系杆11的间隔。转向轴10分为一部分相互嵌合于内外的左右的组合轴10a、10b，通过改变两个组合轴10a、10b的嵌合部分的长度，可改变长度。通过该长度改变，进行束角的调整，通过两个组合轴10a、10b一体的轴向移动进行转向。通过组合转向轴10的长度调整和轴向移动，由此可进行左右车轮13的独立的束角调整，即相互不同的角度的束角的调整。操舵反力电动机4为将操舵反力转矩提供给方向盘1的驱动源。操舵角传感器2为检测方向盘1的操舵角的传感器，由旋转变压器、光学式或磁式的编码器等构成。

转向控制机构5为下述的机构，该机构作为控制车辆的整体的主要的ECU(电子控制单元)3的一部分，或独立于主要的ECU 3的电子控制单元而设置，根据上述操舵角传感器2所检测出的操舵角和运转状态，控制上述转向用电动机15，由此使转向轴10进行转向动作。转向控制机构5具有控制转向用电动机15和操舵反力电动机4的控制部(图中未示出)。另外，作为ECU3的另一部分，设置有束角控制机构6。束角控制机构6根据运转状态，控制转向轴驱动机构14的束角控制用电动机16，使转向轴10进行束角变更动作。ECU3和上述另外的电子控制单元由微型计算机和控制其控制程序的电子电路等构成。

在左右车轮13上设置有荷载传感器41，该荷载传感器41构成轮胎横向力检测机构，用于检测作用于左右车轮13上的轮胎横向力。通过该荷载传感器41而检测出的作用于左右车轮13上的轮胎横向力，用于上述束角控制机构6的束角控制。上述转向控制机构5、束角控制机构6和荷载传感器41构成本发明的控制装置。另外，作为轮胎横向力检测机构，并不限于像该例子那样，在左右车轮13上设置荷载传感器41的场合，也可采用其它的机构。

图2为表示束角控制机构6的构思结构的方框图。对其概要进行说明，通过荷载传感器41检测左右轮的轮胎横向力，以左右轮的轮胎横向力为目标值对左右轮的束角进行控制。具体来说，该束角控制机构6包括：轮胎横向力目标值设定机构17，该轮胎横向力目标值设定机构17设定在束角控制中采用的轮胎目标值FLt、FRt；比较部18，该比较部18对通过该轮胎横向力目标值设定机构17所设定的轮胎目标值FLt、FRt与通过上述荷载传感器41而检测出的轮胎横向力FL、FR进行比较；控制部19，该控制部19对应于在比较部18的比较结果，将补偿指令δL、δR提供给束角控制用电动机16，进行反馈控制。

轮胎横向力目标值设定机构17具有目标横向力运算输出部20和减速时用目标横向力输出部21。目标横向力运算输出部20在上述荷载传感器41所检测出的左右车轮13的轮胎横向力FL、FR相互相反时，按照下述方式对轮胎目标值FLt、FRt进行运算输出，该方式为，作用于轮胎横向力FL、FR的绝对值较小的一个车轮13上的轮胎横向力为“0”，作用于另一车轮13上的轮胎横向力为作用于左右车轮13上的轮胎横向力FL、FR的和。通过该目标横向力运算输出部20而运算输出的轮胎横向力目标值FLt、FRt用于车辆必须要求驱动力的加速时或定速行驶时的束角控制。

减速时用目标横向力输出部21以用于车辆减速行驶时的束角控制的轮胎横向力目标值FLt、FRt的方式，以获得最佳的直行稳定性为目标，输出预先设定的目标横向力或与减速度相对应而运算出的目标横向力。“预先设定的目标横向力”为通过设计、试验而求出的在车辆的实际使用前设定于减速时用目标横向力输出部21中的目标横向力。在采用该目标横向力的减速行驶时，束角控制机构6按照减速度越大越将束角设定在前束侧的方式进行控制。在束角控制机构6中，作为用于该控制的涉及车辆运转状态的信息，输入了车速传感器22所检测出的车速信息。

图3为束角控制机构6中的上述目标横向力运算输出部20对轮胎目标值FLt、FRt进行运算输出时的运算处理的流程图。参照该流程图，在下面对其运算处理的概要进行说明。在非减速时，即，在车辆需要行驶驱动源(图中未示出)的驱动力的加速时或定速行驶时(步骤S1)，从设置于左右车轮13上的荷载传感器41获得作用于左右车轮13上的轮胎横向力FL、FR(步骤S2)。在该轮胎横向力的方向相反的场合(步骤S3)，使作用于轮胎横向力FL、FR的绝对值较小的车轮13上的轮胎横向力的目标值为“0”，将作用于另一车轮13上的轮胎横向力的目标值为左右车轮13的轮胎横向力的和FL+FR(步骤S4，步骤S5)。即，减少作用于另一车轮13上的轮胎横向力的绝对值。

在车辆减速行驶时的束角控制中，为了获得适当的直行稳定性，采用减速时用目标横向力输出部21所设定的轮胎横向力目标值

像这样，通过图2所示的束角控制机构6的束角控制，在非减速时(加速时、定速行驶时)，作用于左右车轮13上的轮胎横向力FL、FR的总和不改变，可减少作用于左右车轮13上的轮胎横向力FL、FR的绝对值的总和。于是，可减少轮胎横向力的后向成分的行驶阻力，可提高单位燃料行使里程。该控制在需要驱动力的加速或定速行驶时实施。

其结果是，不受到在现有例子(比如专利文献2)中那样的促动器的杆的行程量和实际的束角的偏差(即，误差)等的影响，可设定为单位燃料行使里程为最优的束角。另外，由于即使在具有行驶路段的坡度、车外的风等的影响的情况下，仍可控制作用于左右车轮13上的轮胎横向力的总和为最小的束角，故可以最优的单位燃料行使里程行驶。另外，在该控制装置中，不必要求用于束角控制的特别的存储装置，可简化控制装置的结构。

在车辆减速行驶时，为了提高直行稳定性，达到预先设定的轮胎横向力目标值、或对应于减速度而运算出的轮胎横向力目标值，束角被设定于前束侧。在该控制装置的束角控制机构6中，由于不是对束角，而是对轮胎横向力进行反馈控制来设定束角，故不受到现有例子(比如专利文献2)中那样的促动器的杆的行程量和实际的束角的偏差(误差)、路面状况等的影响，可获得最适合的直行稳定性。

另外，上述实施方式的荷载传感器41设置于比如车辆的左右车轮13的车轮用轴承中。根据图4、图5，对带有荷载传感器的车轮用轴承的一个例子进行说明。在该车轮用轴承31中，在作为固定圈的外方部件51和作为旋转圈的内方部件52之间，介设有多排的滚动体53，外方部件51所具有的车体安装用法兰51a安装于转向节55上，在内方部件52所具有的车体安装用法兰52a上安装有车轮(在该图中没有示出)。荷载传感器41像图5所示的那样，安装于外方部件51的外周面上的上下左右的四个部位。各荷载传感器41也可为下述的形变传感器，该形变传感器安装于外方部件51上，直接检测外方部件51的形变。另外，各荷载传感器41还可由形变发生用部件(图中未示出)和形变传感器(图中未示出)构成，该形变发生用部件在多个部位(比如2～3个部位)接触于外方部件51上，该形变传感器贴于该形变发生用部件上，将外方部件51的形变放大，使形变发生用部件形变，根据该形变发生用部件的形变检测上述荷载。

图4所示的推算机构42根据荷载传感器41的检测值，对作用于左右车轮13上的轮胎横向力FL、FR的推算值进行运算。推算机构42既可设置于比如上述ECU 3(图1)中，也可作为专用的电子电路而设置。

如上所述，参照附图对优选的实施形式进行了说明，但是，如果是本领域的技术人员阅读本申请说明书后，会在显然的范围内容易地想到各种变更和修改方式。于是，对于这样的变更和修改方式，应被解释为处于权利要求书所确定的发明的范围内。

标号的说明：

标号1表示方向盘；

标号2表示操舵角传感器；

标号4表示操舵反力电动机；

标号5表示转向控制机构；

标号6表示束角控制机构；

标号10表示转向轴；

标号13表示车轮；

标号15表示转向用电动机；

标号16表示束角控制用电动机；

标号17表示轮胎横向力目标值设定机构；

标号20表示目标横向力运算输出部；

标号21表示减速时用目标横向力输出部；

标号22表示车速传感器；

标号41表示荷载传感器(轮胎横向力检测机构)；

标号5，6，41表示控制装置。

Claims (6)

1.一种线控转向式操舵机构的控制装置，该线控转向式操舵机构包括：方向盘，该方向盘使车轮转向，并且不以机械方式与改变车轮的束角的转向轴相连接；操舵角传感器，该操舵角传感器检测该方向盘的操舵角；转向用电动机，该转向用电动机使上述转向轴进行转向动作；束角控制用电动机，该束角控制用电动机使上述转向轴进行束角变更动作，其中，针对该线控转向式操舵机构，该线控转向式操舵机构的控制装置根据上述操舵角传感器所检测出的操舵角和运转状态，对上述转向用电动机进行控制，根据运转状态，对上述束角控制用电动机进行控制，

该控制装置设置有：轮胎横向力检测机构，该轮胎横向力检测机构检测作用于左右车轮上的轮胎横向力；束角控制机构，该束角控制机构为了使已检测出的轮胎横向力成为目标的横向力，相互独立地对左右车轮的束角进行控制。

2.根据权利要求1所述的线控转向式操舵机构的控制装置，其中，上述轮胎横向力检测机构为分别设置于上述左右车轮上的荷载传感器。

3.根据权利要求1所述的线控转向式操舵机构的控制装置，其中，上述束角控制机构具有目标横向力运算输出部，该目标横向力运算输出部在左右车轮的轮胎横向力相互反向时，按照作用于轮胎横向力的绝对值较小的一者的一个车轮上的轮胎横向力为0、作用于另一车轮上的轮胎横向力为作用于左右车轮上的轮胎横向力的和的方式，对目标的横向力进行运算输出，为了使通过上述轮胎横向力检测机构检测出的轮胎横向力成为通过上述目标横向力运算输出部运算出的目标横向力，上述束角控制机构对左右车轮的束角进行控制。

4.根据权利要求3所述的线控转向式操舵机构的控制装置，其中，上述束角控制机构将通过上述目标横向力运算输出部所运算而输出的目标横向力，用于必须要求驱动力的加速时或定速行驶时的束角控制。

5.根据权利要求1所述的线控转向式操舵机构的控制装置，其中，上述束角控制机构包括减速时用目标横向力输出部，该减速时用目标横向力输出部输出：为了获得最适合的直行稳定性而设定的目标横向力、或对应于减速度而运算出的目标横向力作为目标的横向力，该目标横向力用于减速行驶时的束角控制，为了使通过上述轮胎横向力检测机构检测出的轮胎横向力成为通过上述减速时用目标横向力输出部运算出的目标横向力，上述束角控制机构对左右车轮的束角进行控制。

6.根据权利要求5所述的线控转向式操舵机构的控制装置，其中，上述束角控制机构在采用从上述减速时用目标横向力输出部所输出的目标横向力的束角控制中，减速度越大，越将束角设定在前束侧。