CN104602988A - 转向操纵力控制装置 - Google Patents

Abstract

具有：主控制矩阵(M1)；从控制矩阵(M2)；对车速(V)进行检测的车速传感器(41)；对转向操纵角速度(ω)进行检测的转向操纵角速度传感器(42)；对转向操纵角(θ)进行检测的转向操纵角传感器(43)，主控制矩阵(M1)是将转向操纵角速度(ω)和车速(V)作为位移量而设定的控制对应图，从控制矩阵(M2)是将转向操纵角(θ)和车速(V)作为位移量而设定的控制对应图。而且，通过利用由从控制矩阵(M2)得到的值对由主控制矩阵(M1)得到的值进行校正，从而求出最终的指令值。

Description

转向操纵力控制装置

技术领域

本发明涉及一种转向操纵力控制装置，尤其涉及一种使驾驶员能够感受到更线性的转向操纵感觉的转向操纵力控制装置。

背景技术

在现有的转向操纵力控制装置中，通常是下述的结构(参照专利文献1、2)，即对方向盘的转向操纵角或转向操纵角速度中的某一方或两方进行检测，并且对由用于产生转向操纵辅助力的转向操纵辅助电动机产生的转向操纵辅助力进行检测，使用检测出的转向操纵角或转向操纵角速度中的一方或两方以及转向操纵辅助力，对转向操纵辅助电动机进行控制。

专利文献1：日本特开2010-179800号公报

专利文献2：日本特开2008-55967号公报

发明内容

在这里，在方向盘的转向操纵角以及转向操纵角速度中、单独使用转向操纵角对转向操纵辅助力进行控制的结构中，为了提高燃油效率，在方向盘位于中立位置(直行状态)附近时，将向转向操纵辅助电动机供给的电流设为0。由此，虽然实现了燃油效率的提高，但在中立位置附近，转向操纵辅助电动机停止，因此在产生转向操纵角之后，使电流值从0启动而对电动机扭矩进行控制。因此，转向操纵辅助力的介入定时延迟，在从直行状态进行了转向操纵时，启动时的转向操纵变重。为了应对这种情况，也能想到如下的措施，即，将针对转向操纵角的分辨率细化至例如0.01度单位为止，以该详细的单位为对象进行控制，但由于需要高精度的控制，需要高价的设备，系统的开发周期也变长，总成本过高。

另一方面，在单独使用方向盘的转向操纵角速度而控制转向操纵辅助力的结构中，由于检测的物理量是角速度，因此与基于转向操纵角的控制相比，能够将至转向操纵辅助力介入为止的定时提前。但是，由于用角速度进行控制，因此，在施加至车辆的横向加速度较大，转向操纵速度较快的区域中，转向操纵辅助过度而导致转向操纵感觉变得过轻。与此相对，也能想到与上述同样地通过提高分辨率而提升控制介入能力这样的对策，但由于用于检测电动机扭矩的分解器的精度存在极限，因此，需要对其刚性要件和灵敏度进行权衡，难以兼顾这两者。此外，如果简单地将转向操纵辅助力设定得较小而进行应对，则在需要较大的转向操纵辅助力时，转向操纵辅助力仍为较小而转向操纵感觉变重。

此外，在将方向盘的转向操纵角以及转向操纵角速度根据情况进行切换而用于控制的结构中，在任意的车速或操作输入的不同、扰动输入的状况下，切换无法顺利地进行，难以得出理想的特性。

本发明着眼于如上所述的现有技术所具有的未解决的课题而提出，其目的在于提供一种不会导致成本的大幅增加，而驾驶员能够感受到更线性的转向操纵感觉的转向操纵力控制装置。

为了解决所述课题，本发明的一个方式设为，对在车辆中产生的第1物理量、第2物理量、以及第3物理量进行检测，并预先准备基于所述第1物理量以及第3物理量而设定的主控制矩阵以及基于第2物理量以及第3物理量而设定的从控制矩阵，通过利用第2输出值对第1输出值进行校正，从而求出用于转向操纵辅助的控制量，并基于该控制量控制使转向操纵系统产生转向操纵辅助力的转向操纵辅助力控制部，其中，该第1输出值是基于第1物理量以及第3物理量，参照主控制矩阵而得到的，该第2输出值是基于第2物理量以及第3物理量，参照从控制矩阵而得到的。

发明的效果

根据本发明的一个方式，除了主控制矩阵之外，还具有从控制矩阵，利用根据从控制矩阵得到的第2输出值，对根据主控制矩阵得到的第1输出值进行校正，而能够以仅用主控制矩阵无法实现的特性对转向操纵辅助力进行控制，能够使驾驶员感受到更线性的转向操纵感觉。

附图说明

图1是表示能够应用本发明的动力转向装置的一个例子的图。

图2是表示能够应用本发明的动力转向装置的其它例子的图。

图3是表示能够应用本发明的动力转向装置的其它例子的图。

图4是表示实施方式的控制结构的框线图。

图5是主控制矩阵的示意图。

图6是从控制矩阵的示意图。

图7是表示辅助助力和两个矩阵的关系的示意图。

图8是表示各矩阵的具体例子的图。

图9是说明实施方式的动作的流程图。

图10是说明实施方式的效果的图。

图11是表示实施方式的变形例的流程图。

图12是表示实施方式的其它变形例的流程图。

具体实施方式

参照附图说明本发明的实施方式。

(结构)

图1至图3是表示能够应用本发明涉及的转向操纵力控制装置的动力转向装置的整体结构的斜视图。即，图1所示的动力转向装置利用控制单元20经由在齿条轴3上设置的液压缸3A对转向操纵系统10施加转向操纵辅助力，其中，该转向操纵系统10包含方向盘1、转向柱2、齿条轴3而构成，控制单元20由电动机21、液压泵22、配管23以及ECU(电子控制装置)构成。图2所示的动力转向装置，将沿齿条轴3而设置的电动机30的旋转力借助由减速齿轮、滚珠丝杠等构成的旋转力传递机构31而变换为进退力，并将其作为转向操纵辅助力而施加至齿条轴3。图3所示的动力转向装置是在转向柱2上配置有电动机30、ECU的装置。即，本发明涉及的转向操纵力控制装置能够应用在如在这些图1至图3中示出的各种形式的液压式动力转向装置、电动式动力转向装置中。

图4是表示这些动力转向装置的ECU的功能结构的框图，具有：主控制矩阵M1、从控制矩阵M2、对车速V进行检测的车速传感器41、对转向操纵角速度ω进行检测的转向操纵角速度传感器42、以及对转向操纵角θ进行检测的转向操纵角传感器43。

主控制矩阵M1是将转向操纵角速度ω(第1物理量)和车速V(第3物理量)作为位移量而设定的控制对应图。即，如果输入检测出的转向操纵角速度ω和车速V，则输出与这些输入值相对应的转向操纵指令信号x1(第1输出值)。另外，在该实施方式中，向主控制矩阵M1作为表示构成动力转向装置的电动机的实际的旋转力的信号而供给实际电流值I2，并将该实际电流值I2和与作为目标的转向操纵角速度ω相对应的目标电流值的差量，作为转向操纵指令信号x1而输出。

如果是现有的转向操纵力控制装置，则将该转向操纵指令信号x1直接供给至动力转向装置的电动机，但在本实施方式中，利用自从控制矩阵M2中读出的值(第2输出值)，对该转向操纵指令信号x1进行校正而生成最终转向操纵指令信号x2，并将该最终转向操纵指令信号x2供给至动力转向装置的电动机。

而且，从控制矩阵M2是将转向操纵角θ(第2物理量)和车速V(第3物理量)作为位移量而设定的控制对应图。

图5是表示主控制矩阵M1的简单例子的图，用4个等级(0、小、中、大)的转向操纵角速度ω和4个等级(0、低速、中速、高速)的车速V构成对应图，并在各单元格中保存有转向操纵指令信号x1的值。在该图5的例子中，将各单元格的值示意性地以标号S、M、L、LL表示，但在实际中放入数值。

图6是表示从控制矩阵M2的简单例子的图，用2个等级(0、有输入)的转向操纵角θ，和3个等级(0、中速、高速)的车速V构成对应图，在各单元格中保存有用于校正的值。在该图6的例子中，将各单元格的值示意性地以标号S、L表示，但在实际中放入数值。

另外，作为用于构成该各矩阵M1、M2的物理量，除了转向操纵角速度ω、转向操纵角θ之外，也可以是在车辆中产生的横向加速度、横向加速度的变化率、偏航率、偏航率的变化率、从动轮的旋转左右差、车辆侧倾量。即，如这些例示出的物理量，只要是能够视为示出车辆的转弯特性的物理量，即，由车辆的转弯引起的物理量，就能够应用，也可以组合大于或两个的物理量，通过组合，能够得到更线性的转向操纵感觉。

此处，如图4所示，用标号T表示从控制矩阵M2，将求出的辅助助力设为F，如果抽取出从控制矩阵M2的一个单元格，则成为：

F＝f(dθ/dt)×f(T)

(或者，F＝f(dθ/dt)×T，或者，F＝dθ/dt×T∞kx)。

其中，kx是由从控制矩阵M2决定的系数k1、k2、…、kx。

上述各式的右边的乘法中的左侧的项是根据主控制矩阵M1得到的值，右侧的项是根据从控制矩阵M2得到的值。

在图7中，示出基于主控制矩阵M1和从控制矩阵M2求出辅助助力F的上述运算式的概念。即，基于转向操纵角速度ω和车速V，在主控制矩阵M1中决定上述运算式的右边的一方的值，基于转向操纵角θ和车速V，在从控制矩阵M2中决定上述圆座敷的右边的另一方的值，使用该两个值决定辅助助力F。

图8是表示主控制矩阵M1、从控制矩阵M2的数值的具体例的图，主控制矩阵M1是利用转向操纵角速度ω和车速V设定出的对应图，从控制矩阵M2是利用转向操纵角θ和车速V而设定出的对应图。

而且，主控制矩阵M1将转向操纵角速度ω设为0～3L这7个等级，将车速V设为0、5、20、40、80、120、160(km/h)这7个等级，而由49个单元格构成。此外，从控制矩阵M2也将转向操纵角θ以及车速V设为7个等级，而由49个单元格构成。

其中，主控制矩阵M1与单独使用转向操纵角速度ω的现有技术同样地，与此时的转向操纵角速度ω和车速V相对应，而比较自由地设定各单元格的值。因此，即使是横竖斜着相邻的单元格之间，有时也有2倍、3倍的差。

简而言之，在主控制矩阵M1中示出的基于转向操纵角速度ω的特性在为了紧急转向而进行较大操作时，设定为产生大的转向操纵辅助力。

与此相对，从控制矩阵M2设为：各单元格的值设定为“1.0”、“0.9”中的某一个值，并且设定有“1.0”的单元格和设定有“0.9”的单元格正好以从左下向右上斜着延伸的边界线为界对划分区域而设定。因此，从控制矩阵M2的各单元格的值设定为：相邻的单元格之间的值一致，或者差较小(“0.1”，作为比率是10％左右)。因此，如果着眼于位于上述边界线附近的一个单元格，则位于该一个单元格周围(横竖斜着相邻)的多个单元格中的一部分与该一个单元格为相同值，除一部分之外的部分与该一个单元格的值的差较小，相减运算的结果是递减或递增。

由此，如果利用根据从控制矩阵M2得到的值例如利用乘法进行校正，则校正后的值相对于其周围的值线性地关联。即，如图5的主控制矩阵M1中用箭头所示的那样，在如跨各单元格之间数值发生变化那样的情况下，在这些数值发生变化时，各数值彼此之间也通过线性、或者对数、指数、移动平均而线性地关联。

简而言之，基于在从控制矩阵M2中示出的转向操纵角θ的校正值在某个条件化的较大的操作时，设定为重视紧急转向而进行乘法控制，并且，设定为即使在倾斜方向相邻的数值之间也不会跨级，即线性变化。

此外，对于该主控制矩阵M1、从控制矩阵M2，通过使构成这些矩阵的单元格的数量增加，而能够进行更精密的控制。

(动作等)

以下对本实施方式中的转向操纵力控制装置的动作进行说明。

图9是与流程图一起示出转向操纵力控制装置的动作的概念的图，如果确认到转向操纵操作(步骤S100)，则转至步骤S110，读取表示车辆的转弯特性的物理量。具体而言，在本实施方式中，读取转向操纵角速度ω和转向操纵角θ。另外，在该步骤S110中，也读入车速V。

然后，转至步骤S120，基于转向操纵角速度ω以及车速V，参照主控制矩阵M1，而求出转向操纵指令信号x1(第1输出值)。如果将在该步骤S120中求出的转向操纵指令信号x1直接作为动力转向装置的控制指令信号而输出，则就是执行现有的转向操纵角速度控制。

然而，在本实施方式中，转至步骤S130，基于转向操纵角θ和车速V，参照从控制矩阵M2而读出校正值，通过将该校正值和在步骤S120中求出的转向操纵指令信号x1相乘，而计算出最终转向操纵指令信号x2。

然后，转至步骤S140，基于最终转向操纵指令信号x2，而确定出决定转向操纵辅助力的电动机的电流值等，并将其输出至动力转向装置的电动机等致动器，向转向操纵系统10施加转向操纵辅助力。

图10是详细地示出本实施方式的动作的图，示出主控制矩阵M1、从控制矩阵M2、以及车辆转弯特性和操作力(转向操纵操作力)之间的特性图。

即，在特性图中，分别示出：表示将转向操纵角θ单独用于控制的情况下的特性的特性A；表示将控制转向操纵角速度ω单独用于控制的情况下的特性的特性B；表示在单独使用转向操纵角速度ω的控制中在整个区域的范围内将转向操纵辅助力设为较小的情况下的特性的特性B”；表示将转向操纵角θ以及转向操纵角速度ω切换而用于控制的情况下的特性的特性C；以及表示利用本实施方式的转向操纵力控制而实现的理想的特性的特性D。

如特性A所示，在单独使用转向操纵角θ的控制中，在转向操纵角θ较小的区域P中，转向操纵辅助力的启动延迟，因此需要较大的操作力，驾驶员的转向操纵感觉较重。

如特性B所示，在单独使用转向操纵角速度ω的控制中，在转向操纵角速度ω较大的区域Q中，转向操纵辅助力变得过大，驾驶员的转向操纵感觉较轻。

此外，如特性B’所示，如果在单独使用转向操纵角速度ω的控制中在整个区域范围内将转向操纵辅助力设为较小，则驾驶员的转向操纵感觉在整个区域内较重。

而且，如特性C所示，在切换转向操纵角θ以及转向操纵角速度ω而用于控制的情况下，在车速V的变化或操作输入的微妙的不同、扰动输入的状况下，无法顺利地进行切换，在多处偏离理想的特性。

与此相对，如果是本实施方式的结构，在区域P中，利用转向操纵角速度ω的控制占主导，因此启动也不会延迟，转向操纵感觉变轻。

此外，如果那样转向操纵角速度ω超过M水平，则施加利用根据从控制矩阵M2得到的值进行的校正，因此将转向操纵辅助力向减小的方向进行修正，避免驾驶员的转向操纵感觉变得过轻。

因此，在车辆的转弯特性的整个区域的范围内，得到理想的特性D。

此处，在本实施方式中，对转向操纵角速度ω进行检测的转向操纵角速度传感器42对应于第1检测部，对转向操纵角θ进行检测的转向操纵角传感器43对应于第2检测部，对车速V进行检测的车速传感器41对应于第3检测部，步骤S120以及步骤S130的处理对应于控制量运算部，步骤S140的处理对应于转向操纵辅助力控制部，此外，在作为车辆的转弯特性而使用横向加速度的情况下，对该横向加速度进行检测的加速度传感器对应于横向加速度检测部，在作为车辆的转弯特性而使用偏航率的情况下，对该偏航率进行检测的传感器对应于偏航率检测部。

(实施方式的变形例)

在转向操纵角速度ω、横向加速度、偏航率等的值超过规定的阈值ωth1的情况下，判断为车辆处于紧急避让行驶状态，也可以通过切换为单独使用转向操纵角速度ω、转向操纵角θ、横向加速度等的控制，而能够应对紧急避让。

图11是示出下述例子的流程图，即在转向操纵角速度ω超过阈值ωth1的情况下，判断为紧急避让行驶状态，而切换为单独使用转向操纵角速度ω的控制的例子。即，如果步骤S100、步骤S110、步骤S120的处理结束，则转至步骤S125，判断转向操纵角速度ω是否超过阈值ωth1。在该判定是“NO”的情况下，转至步骤S130。但是，在步骤S125的判定是“YES”的情况下，跳过步骤S130而转至步骤S140，而执行单独使用转向操纵角速度ω的控制。由此，能够提高对紧急避让的应对。

此外，在转向操纵角速度ω小于规定的阈值ωth2时，也可以取代本实施方式的结构，而切换为单独使用转向操纵角速度ω或转向操纵角θ的控制。

图12是示出下述例子的流程图，即在转向操纵角速度ω小于阈值ωth2的情况下，判断为是转向操纵的启动时，而切换为单独使用转向操纵角速度ω的控制的例子。即，如果步骤S100、步骤S110、步骤S120的处理结束，则转至步骤S125，判断转向操纵角速度ω是否小于阈值ωth2。在该判定是“NO”的情况下转至步骤S130。然而，在步骤S125的判定是“YES”的情况下，跳过步骤S130而转至步骤S140，而执行单独使用转向操纵角速度ω的控制。由此，能够提高转向操纵的启动时的响应性。

(本实施方式的效果)

本实施方式具有如下的效果。

(1)设为对在车辆中产生的转向操纵角速度ω、转向操纵角θ、车速V进行检测，并具有基于转向操纵角速度ω以及车速V而设定的主控制矩阵M1，以及基于转向操纵角θ和车速V而设定的从控制矩阵M2，利用这两个矩阵M1、M2求出用于转向操纵辅助的控制量，而对动力转向装置进行控制，因此能够在车辆的转弯特性的整个区域的范围内给驾驶员带来更线性的转向操纵感觉。

(2)构成从控制矩阵M2的各单元格的值设定为，相邻的单元格之间的值一致，或者使相邻的单元格之间的值相减而得到的结果递增或递减，因此能够可靠地实现如上所述的线性的转向操纵感觉。

(3)特别地，与构成从控制矩阵M2的一个单元格横竖斜着相邻的多个单元格中的一部分与该一个单元格的值为相同值，除该一部分之外的部分与该一个单元格的值之间相减而得到的结果递增或递减，因此能够更精确地实现线性的转向操纵感觉。

(4)而且，作为第1物理量，能够应用转向操纵角θ、转向操纵角速度ω、横向加速度、横向加速变化率、偏航率、偏航率变化率、从动轮旋转左右轮差、车辆侧倾量中的一个，作为第2物理量，应用转向操纵角θ、转向操纵角速度ω、横向加速度、横向加速变化率、偏航率、偏航率变化率、从动轮旋转左右轮差、车辆侧倾量中的另一个即可，因此，如果灵活应用在车辆中搭载的各种传感器，则也能够抑制成本的增大。

(5)作为第3物理量应用车速V，这也能够从通常的车辆所具有的车速传感器41取得必要的信息，因此对成本降低有效。

(6)第1物理量设为转向操纵角以及转向操纵角速度中的一者，第2物理量设为转向操纵角以及转向操纵角速度中的另一者，第3物理量设为车速，因此，在通常的车辆中在实现转向操纵力控制装置时成为适当的组合。

(7)可以设为，在根据转向操纵角速度ω、横向加速度、偏航率等能够判断为车辆处于紧急避让行驶状态时，根据转向操纵角或转向操纵角速度中的一者直接求出所述控制量，在该情况下，执行在进行紧急避让时有效的控制。

(8)在设为转向操纵角速度ω小于规定的阈值时根据转向操纵角θ或转向操纵角速度ω中的一者直接求出控制量的情况下，由于充分得到转向操纵的启动时的响应性，因此也能够以简单的控制得到充分的效果。

以上，将本申请申请优先权的日本专利申请2012-194566(2012年9月4日申请)的全部内容作为参照而构成本发明的一部分。

此处，参照有限数量的实施方式进行了说明，但权利要求的范围不限于这些实施方式，基于上述的公开的各实施方式的改变对本领域技术人员来说是显而易见的。

标号的说明

1方向盘、2转向柱、3齿条轴、3A液压缸、10转向操纵系统、20控制单元、21电动机、22液压泵、23配管、30电动机、31旋转力传递机构、41车速传感器、42转向操纵角速度传感器、43转向操纵角传感器

Claims (11)

1.一种转向操纵力控制装置，其特征在于，具有：

第1检测部，其对在车辆中产生的第1物理量进行检测；

第2检测部，其对在所述车辆中产生的第2物理量进行检测；

第3检测部，其对在所述车辆中产生的第3物理量进行检测；

主控制矩阵，其基于所述第1物理量以及所述第3物理量而设定；

从控制矩阵，其基于所述第2物理量以及所述第3物理量而设定；

控制量运算部，其利用第2输出值对第1输出值进行校正，而求出用于转向操纵辅助的控制量，其中，该第1输出值是基于由所述第1检测部检测到的所述第1物理量以及由所述第3检测部检测到的所述第3物理量，参照所述主控制矩阵而得到的，该第2输出值是基于由所述第2检测部检测到的所述第2物理量以及由所述第3检测部检测到的所述第3物理量，参照所述从控制矩阵而得到的；以及

转向操纵辅助力控制部，其基于由所述控制量运算部求出的所述控制量，使转向操纵系统产生转向操纵辅助力。

2.根据权利要求1所述的转向操纵力控制装置，其中，

构成所述从控制矩阵的各单元格的值设定为，相邻的单元格之间的值一致，或者使相邻的单元格之间的值相减而得到的结果递增或递减。

3.根据权利要求2所述的转向操纵力控制装置，其中，

与构成所述从控制矩阵的一个单元格横竖斜着相邻的多个单元格中的一部分与该一个单元格的值为相同值，除该一部分之外的部分与该一个单元格的值之间相减而得到的结果递增或递减。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的转向操纵力控制装置，其中，

所述第1物理量是转向操纵角、转向操纵角速度、横向加速度、横向加速变化率、偏航率、偏航率变化率、从动轮旋转左右轮差、车辆侧倾量中的一个，所述第2物理量是转向操纵角、转向操纵角速度、横向加速度、横向加速变化率、偏航率、偏航率变化率、从动轮旋转左右轮差、车辆侧倾量中的另一个。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的转向操纵力控制装置，其中，

所述第3物理量是车速。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的转向操纵力控制装置，其中，

所述第1物理量是转向操纵角以及转向操纵角速度中的一者，所述第2物理量是转向操纵角以及转向操纵角速度中的另一者，所述第3物理量是车速。

7.根据权利要求6所述的转向操纵力控制装置，其中，

所述控制量运算部形成为，在能够判断为所述车辆处于紧急避让行驶状态时，根据所述转向操纵角或所述转向操纵角速度中的一者直接求出所述控制量。

8.根据权利要求7所述的转向操纵力控制装置，其中，

所述控制量运算部在所述转向操纵角速度超过规定阈值的情况下，判断为所述车辆处于紧急避让行驶状态。

9.根据权利要求7所述的转向操纵力控制装置，其中，

具有对在所述车辆中产生的横向加速度进行检测的横向加速度检测部，

所述控制量运算部在由所述横向加速度检测部检测出的所述横向加速度超过规定阈值的情况下，判断为所述车辆处于紧急避让行驶状态。

10.根据权利要求7所述的转向操纵力控制装置，其中，

具有对在所述车辆中产生的偏航率进行检测的偏航率检测部，

所述控制量运算部在由所述偏航率检测部检测出的所述偏航率超过规定阈值的情况下，判断为所述车辆处于紧急避让行驶状态。

11.根据权利要求6所述的转向操纵力控制装置，其中，

所述控制量运算部形成为，在所述转向操纵角速度小于规定阈值时，根据所述转向操纵角或所述转向操纵角速度中的一者直接求出所述控制量。