CN104302536A - 动力转向系统、搭载了该动力转向系统的车辆、及其控制方法 - Google Patents

Abstract

具备向用于辅助转向器(4a)的操舵性的动力转向器(13)供给流体的电动泵(11)、以及通过电动泵(11)的转速控制流体的供给量的ECU(5)，并且ECU(5)构成为具备：第1单元，在车辆(1)下坡时或者上坡时，计算利用与坡路角度θ或者车体角度θn相应地计算的坡路校正值Nx对与车速Vn相应的电动泵(11)的待机转速N0进行校正而得到的坡路时待机转速N0'，控制电动泵(11)以使其成为坡路时待机转速N0'，因此通过电动泵(11)供给流体，辅助转向操作，能够分别抑制下坡时操舵力不足所引起的转向操作的卡滞感、以及上坡时操舵力过大所引起的转向操作的反应感不足。

Description

动力转向系统、搭载了该动力转向系统的车辆、及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种通过电动泵供给液压油并辅助转向操作的动力转向系统、搭载了该动力转向系统的车辆、及其控制方法。

背景技术

最近，在车辆上搭载各种各样的辅助系统，使车辆平滑地行驶，且降低油耗。作为其中之一，有动力转向系统。该动力转向系统使车辆的驾驶变得舒适，使其操作变得简单、准确。

在该动力转向系统中，有由电动机(马达)直接辅助转向操作的电动动力转向系统(以下称为EPS系统)、或通过电动泵供给液压从而辅助转向操作的电动泵动力转向系统(以下称为EHPS系统)等。

两种系统中的哪一种都能够通过与发动机无关地进行动作的电动机辅助转向操作，因此能够提高车辆的燃油经济性，尤其是EHPS系统，由于能够提供与以往的液压式的动力转向系统同样的操作感，因而较多地搭载于卡车等重型车辆。

在此，对照图5以及图6说明EHPS系统的控制方法。如图5所示，EHPS系统10具备：电动泵11，具有液压泵11a与电动机(马达)11b；副油箱12；动力转向器(辅助操舵装置)13；泄压阀(管路压力控制阀)14；以及单向阀(止逆阀)15。

通常，EHPS系统10的控制是如下的控制，即通过从电动泵11对动力转向器13供给流体(液压油)来增减动力转向器13的辅助力。关于电动泵11，若在需要动力转向器13的辅助力时供给流体，而在不需要辅助力时即在转向操作处于中立位置时停止该电动泵11以不供给流体，则能够削减电动泵11所消费的能源。

但是，若将流体的供给量设为零，则有可能产生动力转向器13中的烧熔现象、或者产生直行时由反冲等外扰引起的操舵轮的摇晃现象等。还存在如下问题，即在紧急操舵时等，到上升至所需的流体的供给量之前会耗费时间，对转向操作的辅助而言会产生响应延迟等。于是，控制电动泵11，以在无需转向操作时等将所需的最低限度的待机流量供给至动力转向器13。

细节如图6所示，首先，通过待机转速映射M1对与车速Vn(km/h)相应的电动泵11的待机转速N0(rpm)进行基本定义。在无需转向操作时等，控制电动泵11的转速使其成为待机转速N0。

并且，在操作转向器时，通过车速系数映射M2计算与车速Vn相应的车速系数(也称车速响应性)k，另外，通过操舵速度感应映射M3计算与操舵速度ωn(deg/s)相应的追加转速N1(rpm)。

接着，若对计算的车速系数k与追加转速N1进行积算，计算操舵时校正值N1’(rpm)，则对待机转速N0与操舵时校正值N1’进行合计，计算目标转速N2(rpm)。并且，控制电动泵11的转速使其成为目标转速N2。

可是，在上述的控制方法中存在以下问题：车辆在坡路上行驶时，在下坡时会因前轴负荷的增加而造成操舵力不足，难以操舵。另外还存在以下问题：上坡时产生操舵力过大而没有反应感。

针对该问题，例如如果为了解决下坡时操舵力不足而增加待机转速N0，则电动泵11的电能会增加，从而燃油经济性恶化，另外，会导致上坡时操舵力过大的增加。反之，如果为了解决上坡时操舵力过大而减少待机转速N0，则因下坡时操舵力不足，而难以或无法操作转向器。

针对上述的车辆在坡路上行驶时的问题，存在如下装置，即通过选择与路面梯度相应的齿轮比，兼顾上坡时的转头性与下坡时的稳定性(例如参照专利文献1)。如该装置那样，搭载了EPS系统的车辆由于来自电动机的辅助力的增减直接传递至转向器，因此即使存在路面梯度的情况下，只要在转向操作时使其辅助力增减，就能够立即辅助转向操作。

另一方面，在EHPS系统中如果像上述装置那样，在转向操作时，根据路面梯度使来自电动泵的流体的供给量增减，则直到从电动泵对动力转向器供给流体之前会耗费时间，针对转向器的操作的响应性变差。

尤其是，平头型的卡车等车辆随着轴距短或装载所引起的重心高度的高度上升，作为操舵力的最大因素的前轴负荷的变化较大，因此会发生下坡时操舵力不足所引起的转向操作的卡滞感、以及上坡时操舵力过大所引起的转向操作的反应感不足。因此，需要进行与路面梯度相应的转向操作时的辅助力的增减，需要考虑与路面梯度相应的控制。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：特开平5-221330号公报

发明内容

发明要解决的问题

本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种动力转向系统、搭载了该动力转向系统的车辆、及其控制方法，其能够分别抑制车辆下坡时操舵力不足所引起的转向操作的卡滞感与车辆上坡时操舵力过大所引起的转向操作的反应感不足。

用于解决问题的手段

用于解决上述的目的的本发明的动力转向系统具备对用于辅助转向器的操舵性的操舵辅助装置供给液压油的电动泵、以及通过所述电动泵的转速控制所述液压油的供给量的控制装置，该动力转向系统构成为：所述控制装置具备第1单元，该第1单元在车辆下坡时或者上坡时，计算坡路时待机转速，并控制所述电动泵以成为所述坡路时待机转速，所述坡路时待机转速是利用与坡路角度或者车体角度相应地计算的坡路校正值对与车速相应的所述电动泵的待机转速进行校正而得到的转速。

通过该构成，在车辆下坡时或者上坡时无需转向操作时，与坡路角度或者车体角度相应地使从电动泵供给至操舵辅助装置的液压油的流量增减，由此能够得到车辆在坡路上行驶时所需的转向操作的辅助力。

据此，能够分别抑制下坡时操舵力不足所引起的转向操作的卡滞感、以及上坡时操舵力过大所引起的转向操作的反应感不足。尤其适合随着轴距短或装载所引起的重心高度高而前轴负荷的变化较大的平头型的卡车。

另外，通过与坡路角度或者车体角度相应地控制电动泵的待机转速，从而不增加平时的耗电地抑制泵驱动损失，能够降低泵驱动的损失并实现燃油经济性的提高。

另外，这里所谓的坡路角度或者车体角度，在利用重力传感器(G传感器)的情况下是通过反余弦推测而得的值，另外，在利用角度传感器的情况下是直接检测出的检测值，在车辆下坡时表示为负值，在车辆上坡时表示为正值。

另外，在上述的动力转向系统中，如果所述控制装置具备第2单元，该第2单元在所述第1单元的控制后所述转向器被操舵时，计算操舵时目标转速，并控制所述电动泵以成为所述操舵时目标转速，所述操舵时目标转速是至少利用与所述转向器的操舵相应的操舵时校正值对所述坡路时待机转速进行校正而得到的转速，则在车辆下坡时或者上坡时，由于如前所述通过与坡路角度或者车体角度相应的坡路时待机转速控制电动泵，并与转向器的操舵相应地校正该坡路时待机转速，因此能够不使转向器的操舵时的响应性变差地兼顾下坡时的反应性与上坡时的转头性。

例如，在转向器的操舵时，如果基于转向器的操舵进行校正以及与坡路角度或者车体角度相应地进行校正，则相对于待机转速的变化变大，响应性变差，但通过在基于转向器的操舵进行校正之前与坡路角度或者车体角度相应地进行校正，能够容易地解决该问题。

而且，在上述的动力转向系统中，如果所述控制装置具备存储基于坡路角度或者车体角度的坡路校正值的坡路校正值映射，并且在所述第1单元中，根据所述坡路校正值映射，与所述坡路角度或者所述车体角度相应地计算所述坡路校正值；且具备在所述坡路角度或者所述车体角度表示下坡时使所述待机转速增加所述坡路校正值量，在所述坡路角度或者所述车体角度表示上坡时使所述待机转速减少所述坡路校正值量的单元，则能够得到与前述同样的作用效果，尤其能够抑制负荷变动较大的平头型的卡车下坡时操舵力不足以及上坡时操舵力过大。

坡路角度或者车体角度的角度变化是前轴负荷的变化，该前轴负荷的变化不受或少受车速系数(车速响应性)或操舵速度的影响，因而对于抑制该前轴负荷的变化所引起的对转向器操作的影响而言，使与车速相应的待机转速增减能够获得明显效果。

因此，在通过转向操作校正电动泵的转速之前，与坡路角度或者车体角度相应地校正待机转速，由此能够容易地解决车辆下坡时或者上坡时的问题。

进而，用于解决上述问题的车辆构成为搭载了上述记载的动力转向系统。根据该构成，由于能够分别抑制下坡时操舵力不足所引起的转向操作的卡滞感、以及上坡时操舵力过大所引起的转向操作的反应感不足，因此尤其适用于轴距短、重心高度高、且因装载货物而载荷增加的卡车，即所谓的平头型的卡车。

而且，用于解决上述问题的动力转向系统的控制方法为：该动力转向系统具备对用于辅助转向器的操舵性的操舵辅助装置供给液压油的电动泵，所述动力转向系统的控制方法的特征在于，在车辆下坡时或者上坡时，驱动所述电动泵以成为坡路时待机转速，并控制液压油的供给量，该坡路时待机转速是利用与坡路角度或者车体角度相应地计算的坡路校正值对与车速相应地计算的待机转速进行校正而得到的转速。

根据该方法，由于能够在车辆水平时(车辆下坡时或者上坡时以外的情况下)使电动泵的待机转速不变化，在车辆下坡时或者上坡时使其与坡路角度或者车体角度的增减相应地变化，因此能够一次性解决例如在平头型的卡车中所发生的下坡时操舵力不足以及上坡时操舵力过大的问题。

发明效果

根据本发明，能够分别抑制下坡时操舵力不足所引起的转向操作的卡滞感、以及上坡时操舵力过大所引起的转向操作的反应感不足。另外，由于不改变平时的电动泵的待机转速，因此能够降低泵损失，实现燃油经济性的提高。

附图说明

图1为表示搭载了本发明所涉及的实施方式的动力转向系统的车辆的示意图。

图2为表示本发明所涉及的实施方式的车辆在坡路下坡的状态的图。

图3为表示本发明所涉及的实施方式的动力转向系统的控制方法的框图。

图4为表示图3所示的待机转速映射与坡路校正值映射的图。

图5为表示以往的动力转向系统的液压电路图。

图6为表示以往的动力转向系统的控制方法的框图。

具体实施方式

以下，对照附图说明本发明所涉及的实施方式的动力转向系统、搭载了该动力转向系统的车辆、及其控制方法。首先，对照图1说明搭载了本发明所涉及的实施方式的动力转向系统的车辆。在此，图1的上方图示为车辆前方、下方图示为车辆的后方。

另外，作为实施方式的车辆1，以具备车体1a、驾驶室1b及底盘1c的所谓平头型的卡车为例加以说明。该平头型的卡车由于轴距短且重心高度高，因此对前轮的负荷移动大，所以若适用本发明则特别有效，但本发明也能够适用于凸头型的普通车辆。

车辆1中，向驱动轴3传递由动力装置2产生的驱动力，以后轮9c与9d(未图示)作为驱动轮来行驶，该动力装置2由发动机(内燃机)2a、离合器(驱动力传递装置)2b、变速器(变速装置)2c、曲轴2d、交流发电机(发电机)2e及冷却装置(散热器或风扇等)2f构成。

另外，该车辆1具备由转向器(也称转向盘或方向盘)4a与脚踏板(油门踏板、制动踏板及离合器踏板等)4b构成的操作装置4、称为发动机控制单元的ECU(控制装置)5、操舵角传感器6、车速传感器7、以及加速度传感器(G传感器)8。

此外，还具备通过图5说明的与转向器4a连动地进行动作、并对操舵前轮9a以及9b的转向器4a进行辅助的EHPS系统(电动泵动力转向系统)10。

该实施方式以操舵前轮9a以及9b的前轮操舵的车辆为例加以说明，但本发明也能够适用于后轮操舵的车辆或四轮操舵的车辆。另外，ECU5为根据操作装置4或各传感器6～8的信息通过电路综合地进行电气控制来承担动力装置2的控制的微控制器，但亦可分别设置对动力装置2的控制与动力转向系统10的控制各自进行控制的装置。

在此，对照图2说明车辆1在坡路上行驶时怎样的力作用至前轮轴。在此，设车辆1的重量为W、设车辆1的重心为G、设重心高度(重心G距离坡路的高度)为h、设坡路角度为θ、设轴距(前轮轴与后轮轴的距离)为S、设从重心到前轮轴的距离为a、设从重心到后轮轴的距离为b，以图中的粗线作为力的作用。

车辆1下坡时的前轴负荷Rf1能够用如下数式(1)表示。

(数式1)

$\mathrm{Rf}1=W\cos \mathrm{\θ}\·\frac{b}{S}+W\sin \mathrm{\θ}\·\frac{h}{S}...\left(1\right)$

通过上式可知：车辆1下坡时的前轴负荷Rf1与车辆1在平面行驶的情况(Rf1＝W·b/S)相比较是增加了。尤其是，平头型的卡车的轴距S的长度相对于车辆1的总长度较短，并且重心高度h也高，因此对该前轮9a以及9b的负荷移动较大。另外由于在车体1a中还装载货物，因此重心高度h会进一步增加，因此对前轮9a以及9b的负荷移动会变大。另外，轴距S的比例为a<b，因此若车辆1在坡路上行驶则前轴负荷的变化较大。

车辆1上坡时的前轴负荷Rf2(未图示)能够用如下数式(2)表示。

(数式2)

$\mathrm{Rf}2=W\cos \mathrm{\&theta;}\&CenterDot;\frac{b}{S}+W\sin \mathrm{\&theta;}\&CenterDot;\frac{h}{S}...\left(2\right)$

通过上式可知：车辆1上坡时的前轴负荷Rf2与车辆1在平面行驶的情况相比较减少了。

因此，在车辆1下坡时前轴负荷Rf1增加，因此与车辆1在平面上行驶的情况相比需增加操舵力，在车辆1上坡时前轴负荷Rf2减少，因此与车辆1在平面上行驶的情况相比需减少操舵力。

接着，对照图3与图4说明本发明所涉及的动力转向系统10的控制方法。在此，设ECU5根据操舵角传感器6所检测的信号计算的值为操舵速度ωn(deg/s)、设ECU5根据车速传感器7所检测的信号计算的值为车速Vn(km/h)、设ECU5根据G传感器8所检测的信号计算的值为车体角度θn(deg)。

本发明所涉及的实施方式的动力转向系统10的控制方法是如下方法，即在图6所示的以往的动力转向系统的控制方法中对待机转速N0与操舵时校正值N1’进行合计之前，与车体角度θn相应地增减待机转速N0。

另外，该控制方法包括：第1步骤S10，在转向器4a无需操舵时(转向器4a的位置处于中立位置时)，电动泵11对动力转向器13供给待机用流体(液压油)；第2步骤S20，在转向器4a被操舵，动力转向器13辅助其操舵时，电动泵11对动力转向器13供给辅助用流体。

如图3所示，首先，开始第1步骤S10。若车速传感器7检测出车辆1的车速Vn(步骤S1)，则参照规定基于车速Vn的待机转速N0的待机转速映射M1，计算与车速Vn相应的待机转速N0(步骤S2)。并且，控制电动泵11的转速以成为计算的待机转速N0(步骤S3)。

接着，若车辆1在坡路上行驶，则G传感器检测因坡路而倾斜的车体角度θn(步骤S4)。此时若将G传感器8设置为只进行车辆1的车体垂直方向检测，则G传感器8的检测值因坡路角度θ而减少，因此能够通过反三角函数反余弦计算，能够容易地检测车体角度θn。

接着，参照规定基于车体角度θn的坡路校正值Nx的坡路校正值映射M4，计算与检测出的车体角度θn相应的坡路校正值Nx(步骤S5)。接着，通过将计算的坡路校正值Nx与待机转速N0相加，计算坡路时待机转速N0’(步骤S6)。

该坡路校正值Nx如图3的坡路校正值映射M4所示，在车体角度θn表示下坡时，即在车辆1在坡路下坡，与车体角度θn为零(水平)时相比前轴负荷Rf1变大时，坡路校正值Nx为增加待机转速N0的值(正值)。另外，在车体角度θn表示上坡时，即在车辆1在坡路上坡，与车体角度θn为零(水平)时相比前轴负荷Rf2变小时，坡路校正值Nx为减少待机转速N0的值(负值)。

另外，该坡路校正值Nx根据轴距S的比例确定增减值即可，在平头型的卡车中，轴距S的比例为a<b时，下坡时的前轴负荷的变化大，因此在坡路校正值映射M4中，在车体角度θn表示车辆1下坡的情况下增加坡路校正值Nx即可。反之，在车体角度θn表示车辆上坡的情况下降低坡路校正值Nx即可。此时，在轴距S的比例为a<b的情况下，下坡时的坡路校正值Nx的绝对值比上坡时的坡路校正值Nx的绝对值大。

在此，在图4中示出了表示上坡时待机转速N0’与车体角度θn相应地增减的映射。根据如前述将待机转速映射M1与坡路校正值映射M4相加而得的映射M5，可知车辆1下坡时坡路时待机转速N0’上升，车辆1上坡时坡路时待机转速N0’下降。也可以代替步骤S5与步骤S6，利用基于车速Vn与车体角度θn的坡路时待机转速映射M5计算坡路时待机转速N0’。

若计算出坡路时待机转速N0’，则接着控制电动泵11的转速以成为该坡路时待机转速N0’(步骤S7)，完成第1步骤S10。

如果完成了第1步骤S10而转向器4a被操舵，则开始图6说明的第2步骤S20。此时，在车辆1在坡路上行驶时，对所述第1步骤S10计算的坡路时待机转速N0’加上操舵时校正值N1’从而计算目标转速N2。并且，控制电动泵11的转速以成为计算的目标转速N2，从而完成第2步骤S20。

另外，在车辆1水平行驶时，坡路校正值Nx为零，因此对待机转速N0加上操舵时校正值N1’从而计算目标转速N2。并且，控制电动泵11的转速以成为计算的目标转速N2，从而完成第2步骤S20。

根据上述的控制方法，能够在基于转向器4a的操作增减动力转向器13的辅助力之前，与车体角度θn相应地增减从电动泵11供给至动力转向器13的待机用流体的供给量，因此能够避免下坡时操舵力不足所引起的卡滞感的产生、以及上坡时操舵力过大所引起的反应感不足。

另外，与在转向器4a的操舵时加上与车体角度θn相应的坡路校正值Nx的情况相比，坡路时待机转速N0’与目标转速N2之差小，能够提高车辆1下坡时以及上坡时动力转向器13的响应性。

其原因在于，车体角度θn的变化成为前轴负荷的变化，因此不受或少受第2步骤S20的车速系数k或操舵速度ωn的影响，因而对于抑制该前轴负荷的变化所引起的对转向器操作的影响而言，使与车速Vn相应的待机转速N0增减能够得到明显效果。

而且，车辆在并非坡路而是大致水平的路面行驶时，以平时的待机转速N0驱动电动泵11，因此能够降低泵损失，实现燃油经济性的提高。

另外，在上述的控制方法中，基于操舵角传感器6所检测出的信号计算操舵时校正值N1’，从而计算目标转速N2，此外，也可以追加抑制动力转向器13的烧熔现象的产生、直行时的反冲、路面的凹凸等外扰所引起的前轮9a以及9b的摇晃的步骤。此时，以转向器4a的操作以外的因素为外扰，进行前馈控制以使实际的电动泵11的转速与目标转速N2之差不变大即可。

另外，在该实施方式中利用了G传感器8，但也可以代替G传感器8而利用能够直接检测坡路角度θ的角度传感器，此时在步骤S5中，参照规定基于坡路角度θ的坡路校正值Nx的坡路校正值映射，计算与所检测的车体角度θ相应的坡路校正值Nx。

工业实用性

由于能够分别抑制车辆下坡时操舵力不足所引起的转向操作的卡滞感以及车辆上坡时操舵力过大所引起的转向操作的反应感不足，因此尤其能够利用于轴距短且重心高度高的平头型的卡车等车辆。

标记说明

1 车辆

2 动力装置

3 驱动轴

4 操作装置

5 ECU(控制装置)

6 操舵角传感器

7 车速传感器

8 G传感器(加速度传感器)

10 EHPS系统(电动泵动力转向系统)

11 电动泵

13 动力转向器(操舵辅助装置)

M1 待机转速映射

M2 车速系数映射

M3 操舵速度感应映射

M4 坡路校正值映射

S10 第1步骤(第1单元)

S20 第2步骤(第2单元)

Claims (5)

1.一种动力转向系统，具备向用于辅助转向器的操舵性的操舵辅助装置供给液压油的电动泵、以及通过所述电动泵的转速控制所述液压油的供给量的控制装置，其特征在于，

所述控制装置具备：

第1单元，在车辆下坡时或者上坡时，计算坡路时待机转速，控制所述电动泵以使该电动泵成为所述坡路时待机转速，所述坡路时待机转速是利用与坡路角度或者车体角度相应地计算的坡路校正值对与车速相应的所述电动泵的待机转速进行校正而得到的转速。

2.如权利要求1所述的动力转向系统，其特征在于，

所述控制装置具备：

第2单元，在所述第1单元的控制后所述转向器被操舵的情况下，计算操舵时目标转速，控制所述电动泵以使该电动泵成为所述操舵时目标转速，所述操舵时目标转速是至少利用与所述转向器的操舵相应的操舵时校正值对所述坡路时待机转速进行校正而得到的转速。

3.如权利要求1或2所述的动力转向系统，其特征在于，

所述控制装置具备存储了基于坡路角度或者车体角度的坡路校正值的坡路校正值映射，

在所述第1单元中，根据所述坡路校正值映射，与所述坡路角度或者所述车体角度相应地计算所述坡路校正值，

还具备在所述坡路角度或者所述车体角度表示下坡时使所述待机转速增加所述坡路校正值量、而在所述坡路角度或者所述车体角度表示上坡时使所述待机转速减少所述坡路校正值量的单元。

4.一种车辆，其特征在于，搭载了如权利要求1～3中任一项所述的动力转向系统。

5.一种动力转向系统的控制方法，该动力转向系统具备向用于辅助转向器的操舵性的操舵辅助装置供给液压油的电动泵，该动力转向系统的控制方法的特征在于，

在车辆下坡时或者上坡时，驱动所述电动泵以使该电动泵成为坡路时待机转速，并控制液压油的供给量，所述坡路时待机转速是利用与坡路角度或者车体角度相应地计算的坡路校正值对与车速相应地计算的待机转速进行校正而得到的转速。