CN105358408B8 - 用于车辆的转向系统 - Google Patents
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Abstract
转向系统包括：包括第一致动器的转向单元；包括第二致动器的转动单元；以及被配置成将转向单元和转动单元机械地耦接的备用机构，其中，第一致动器能够经由备用机构传递至第二致动器的最大扭矩大于或等于第二致动器能够经由备用机构传递至第一致动器的最大扭矩。
Description
用于车辆的转向系统
技术领域
[0001]本发明涉及用于车辆的转向系统。更具体地，本发明涉及用于车辆的线控转向系 统。
背景技术
[0002] 近年来，一直在开发一种线控转向系统(在下文中称为SBW系统），在SBW系统中，包 括方向盘的转向单元以及包括转动机构的转动单元在机械上彼此分离开。SBff系统可以包 括具有出于故障安全目的而将转向单元机械地耦接至转动单元的离合器的备用机构。在这 样配置的SBW系统中，当系统正常时转动机构响应于方向盘的操作通过电信号来控制(在下 文中称为SBW控制）。另一方面，当SBW系统出现异常时，迅速连接离合器，停止SBW控制，并且 将系统切换成用于减少驾驶员转向负担的辅助控制。
[0003] 然而，如果SBW系统无异常而离合器仍然被连接，则方向盘可能由于继续进行SBW 控制(换言之，对转动致动器的操作）而旋转。在SBW控制中，驱动转动致动器以使得转向轮 的实际偏转角遵循命令偏转角。当离合器被连接时，方向盘和转动机构彼此机械地被耦接。 因此，当转动致动器在SBW控制中旋转转向轮时，方向盘机械地与转向轮的转动联锁旋转， 从而命令偏转角改变(在下文中，可以将通过该操作来旋转方向盘的现象简单地描述为联 锁地旋转方向盘）。因此，命令偏转角与实际偏转角之间的偏差不会减少，并且可能发生自 转向。
[0004] 日本专利申请公开吣.2007-137294(见2007-137294六)描述了以下技术：当88化系 统确定离合器在SBW控制的过程中被连接时，从SBW控制切换至辅助控制。
[0005] 根据JP 2007-137294A，因为SBW控制被执行直至检测到离合器的连接为止，所以 存在以下不可否认的可能性:在从离合器被连接时至SBW控制被切换至辅助控制时的时间 段联锁地旋转方向盘。
发明内容
[0006] 本发明提供了以下技术，其用于在SBW系统中减少由于SBW控制的过程中的离合器 连接而发生的自转向。
[0007] 本发明的方面提供了转向系统。所述转向系统包括:包括第一致动器的转向单元； 包括第二致动器的转动单元；以及被配置成将转向单元和转动单元机械地耦接的备用机 构，其中，第一致动器能够经由备用机构传递至第二致动器的最大扭矩大于或等于第二致 动器能够经由备用机构传递至第一致动器的最大扭矩。
[0008] 根据上述方面，可以减少方向盘的联锁旋转。
[0009] 在上述方面中，转向系统还可以包括控制单元，控制单元被配置成基于车辆状态 来设置第二致动器的可生成的最大扭矩。因此，可以实现适合于车辆状态的转向控制。
[0010] 在上述方面中，当车速高于第一预定值时，控制单元可以被配置成设置第二致动 器的可生成的最大扭矩，使得第二致动器能够经由备用机构传递的最大扭矩变得小于或等 于第一致动器能够经由备用机构传递的最大扭矩。因此，例如，允许采用小型电动机作为第 一致动器。
[0011] 在上述方面中，当转向角小于第二预定值时，控制单元可以被配置成设置第二致 动器的可生成的最大扭矩，使得第二致动器能够经由备用机构传递的最大扭矩变得小于或 等于第一致动器能够经由备用机构传递的最大扭矩。因此，例如，允许采用小型电动机作为 第一致动器。
[0012] 根据上述方面，可以在SBW系统中减少由于SBW控制的过程中的离合器连接而发生 的自转向。
附图说明
[0013] 下面将参考附图来描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术与工业意 义，在附图中相同的附图标记表示相同的要素，并且其中：
[0014] 图1是示出了根据本发明的实施例的车辆转向系统的示意性配置的图；
[0015]图2是示出了转向反作用致动器经由离合器传递的扭矩与转动致动器经由离合器 传递的扭矩之间的关系的图；
[0016]图3是示出了用于限制最大转动扭矩值的流程图的示例的图；以及 [0017]图4是示出了用于限制最大转动扭矩值的流程图的另一示例的图。
具体实施方式
[0018] 图1示出了根据本发明的实施例的车辆转向系统1的示意性配置。车辆转向系统1 包括转向单元20和转动单元50。转向单元20由驾驶员来操控。转动单元50响应于驾驶员的 转向来转动右前轮FW2和左前轮FW1。右前轮FW2和左前轮FW1是转向轮。SBW系统被用作车辆 转向系统1。当系统正常时，离合器30将转向单元20和转动单元50彼此机械地分离。在图1所 示的示例中，示出了离合器30被连接并且转向单元20和转动单元50彼此机械地被耦接的状 0
[0019] 转向单元20包括方向盘10、转向轴12、转向角传感器14、转向扭矩传感器16和转向 反作用致动器18。方向盘10是由驾驶员旋转地操作并且被固定至转向轴12的顶端的转向元 件。转向反作用致动器18包括用于生成转向反作用的转向反作用电动机，并且被安装至转 向轴12的下部。转向反作用电动机围绕转向轴12的轴线旋转地驱动转向轴12。转向角传感 器14检测由驾驶员旋转地操作的方向盘10的转向角。转向扭矩传感器16检测施加给方向盘 10的转向扭矩。
[0020] 转动单元50包括齿条42和转动致动器44。齿条42沿车辆的横向方向上延伸。右前 轮FW2和左前轮FW1经由对应的连接杆和转向节臂（未出）来可转动地连接至齿条42的两端。 通过齿条42沿轴向方向的位移使右前轮FW2和左前轮FW1向右和向左转动。转动致动器44包 括围绕齿条42设置的转动电动机。转动电动机的旋转被转化成齿条42沿轴向方向的位移。 旋转角传感器40检测转动电动机的旋转角。
[0021] 转动单元5〇还包括转动轴M、小齿轮36和齿条齿38。转动轴34能够围绕其轴线旋 转。小齿轮36被固定至转动轴34的下端。小齿轮36与齿条42的齿条齿38啮合。因此，转动轴 34与齿条42沿轴向方向的位移联锁地围绕其轴线旋转。
[0022] 车辆转向系统1出于故障安全目的而在转向单元20与转动单元50之间包括备用机 构22。备用机构22包括离合器30和备用电缆32。备用机构22具有机械地将转向单元20耦接 至转动单元50或者将转向单元20与转动单元50分离的功能。备用电缆32具有柔性。备用电 缆32的上端与离合器30连接，并且备用电缆32的下端与转动轴34连接。因此，转动轴34与备 用电缆32—体地旋转。离合器30是电磁离合器，例如双向离合器和多盘离合器。当车辆转向 系统1正常时，离合器30被供以电流并且设置为断开状态(分离状态）；而当车辆转向系统1 异常时，停止对离合器30的电流供给并且通过弹簧力将离合器30设置为连接状态，等等。因 此，当电流供给停止时，转向单元20的转向轴12和转动单元5〇的转动轴34经由连接的离合 器30—体地旋转。
[0023] 控制单元60是由转向反作用ECU 62和转动ECU 64形成的控制装置。转向反作用 E⑶62执行对转向反作用致动器18的驱动控制。转动ECU 64执行对转动致动器44的驱动控 制。转向反作用ECU 62接收来自转向角传感器14的检测到的转向角，并且接收来自转向扭 矩传感器16的检测到的转向扭矩。转动ECU 64接收来自旋转角传感器40的、转动致动器44 中的转动电动机的检测到的旋转角。
[0024] 当系统正常时，转动E⑶64通过对离合器30供给电流将离合器30设置为断开状 态。当驾驶员旋转地操作方向盘10时，转向反作用ECU 62接收来自转向角传感器14的检测 到的转向角，并且将所检测到的转向角发送至转动ECU 64。转动ECU 64基于方向盘10的操 作状态来获得右前轮FW2和左前轮FW1的命令偏转角，并且对转动致动器44进行驱动使得达 到命令偏转角。特别地，转动ECU 64基于从旋转角传感器40接收到的检测到的旋转角来推 导出右前轮FW2和左前轮FW1的实际偏转角，并且对转动致动器44进行驱动使得实际偏转角 遵循命令偏转角。转向反作用ECU 62驱动转向反作用致动器18,使得基于方向盘10的转向 角以及右前轮FW2和左前轮FW1的转向状态的命令转向反作用扭矩被施加至方向盘10。以这 种方式，当系统正常时，在转向单元20和转动单元50彼此分离开的状态下，控制单元60执行 以下SBW控制:其中，在转向反作用被施加给方向盘10的同时，转向轮被转动。
[0025] 另一个方面，当系统异常时，转动E⑶64通过停止对离合器30的电流供给将离合 器30设置为连接状态。因此，转向轴12和转动轴34机械上耦接。控制单元60停止SBW控制并 且执行辅助控制。在辅助控制中，驱动转向反作用致动器18和转动致动器44中的至少之一， 以使得辅助扭矩基于来自转向扭矩传感器16的检测到的转向扭矩而被施加于驾驶员的操 作。例如，控制单元60当转向反作用致动器18异常时执行用于驱动转动致动器44的辅助控 制，并且当转动致动器44异常时执行用于驱动转向反作用致动器18的辅助控制。以这种方 式，当系统异常时，在转向单元20和转动单元50被耦接的状态下，控制单元60执行用于将辅 助扭矩增加至方向盘10的辅助控制。控制单元60在检测到出现系统异常的时刻理想地立即 从SBW控制切换至辅助控制。
[0026] 顺便地，离合器30具有使得弹簧力如上面描述地沿连接方向作用于离合器30的结 构。当被供给电流时，离合器30应当被释放并且保持断开状态。然而，离合器30可能通过弹 簧力的作用而被错误地连接。当离合器30被错误地连接时，控制单元60理想地检测到出现 系统异常并且从SBW控制切换至辅助控制。然而，在从离合器30实际被错误地连接的时刻至 SBW控制停止的时刻的时间段，执行SBW控制以驱动转动致动器44,使得转向轮的实际偏转 角遵循命令偏转角。
[0027] 车辆转向系统1包括用于检测离合器30是处于连接状态还是分离状态的离合器状 态检测装置(未示出）。如果尽管离合器30被供以电流但是离合器状态检测装置仍检测到连 接状态，则控制单元60可以确定离合器30被错误地连接并且检测到系统出现异常。
[0028] 图2示出了转向反作用致动器18经由离合器30传递的扭矩与转动致动器44经由离 合器30传递的扭矩之间的关系。转向反作用致动器18的转向反作用电动机用于将转向反作 用施加至方向盘10。转动致动器44的转动电动机用于转动右前轮FW2和左前轮FW1。
[0029] 因为转动电动机需要特别是在平稳转向（stationary steering)时生成大的转动 扭矩，所以在现有的转向系统中能够由转动电动机输出的最大扭矩与能够由转向反作用电 动机输出的最大扭矩相比而言大得多。因此，在现有的转向系统中，当离合器3〇在SBW控制 的过程中被错误地连接时，由转动致动器44生成的扭矩经由备用机构22被传递至方向盘 10，并且方向盘1 〇被联锁旋转。
[0030] 因此，在根据本实施例的车辆转向系统1中，转向反作用致动器18能够经由备用机 构22传递至转动致动器44的最大扭矩A大于或等于转动致动器44能够经由备用机构22传递 至转向反作用致动器18的最大扭矩B。通过设置转向反作用致动器18和转动致动器44的驱 动条件，使得最大扭矩A变得大于或等于最大扭矩B，使得在转向反作用致动器18与转动致 动器44之间的扭矩传递路径中，由转动致动器44生成的扭矩能够被由转向反作用致动器18 生成的扭矩抵消。
[0031] 在SBW控制期间，转向反作用E⑶62基于至少由转向角传感器14检测到的方向盘 10的转向角来获得施加至方向盘1〇的命令转向反作用扭矩，并且驱动转向反作用致动器 18。在离合器30处于连接状态的情况下，当转动ECU 64对转动致动器44进行驱动而使得转 向轮的实际偏转角遵循命令偏转角时，驾驶员沿返回方向对方向盘10增加力，使得方向盘 10不会联锁旋转。转向反作用ECU 62根据从转向扭矩传感器I6接收的检测到的转向扭矩来 推导出实际施加至方向盘10的实际转向反作用扭矩。当转向反作用E⑶62检测到实际的转 向反作用扭矩与命令转向反作用扭矩之间的偏差时，转向反作用ECU 62对转向反作用致动 器18进行驱动，使得偏差减少。
[0032] 以这种方式，当离合器30在SBW控制的过程中被连接时，转向反作用致动器18和转 动致动器44中的每一个沿一定方向生成扭矩以抵消来自另一侧的扭矩。此时，在车辆转向 系统1中，因为设置转向反作用致动器18能够经由备用机构22传递的最大扭矩A而使得大于 或等于转动致动器44能够经由备用机构22传递的最大扭矩B，所以即使从转动致动器44传 递最大扭矩B，转向反作用致动器18仍能够生成抵消最大扭矩B的扭矩。因此，可以减少自转 向的发生，即，方向盘10的联锁旋转。当最大扭矩A大于最大扭矩B，不仅使得转向反作用致 动器18能够抵消从转动致动器44经由备用机构22传递的扭矩，而且使得转向反作用致动器 18能够将适当的转向反作用扭矩施加至方向盘1〇。以这种方式，通过使用额定值高于现有 转向反作用电动机的转向反作用电动机，可以通过有效地利用离合器30的错误连接时的 SBW控制的特征来减少自转向的发生，而无需确定尚合器3〇是否被错误地连接。如上面描述 的，在检测到因离合器3〇的错误连接而产生的系统异常之后，控制单元㈤可以从SBW控制立 即切换至辅助控制。
[0033] 通常，额定值高的电动机与额定值低的电动机相比更大并且更贵。因此，下面将描 述以下技术思想：即使当如在现有转向系统的情况下使用额定值比转动电动机更低的转向 反作用电动机，仍使得可以减少由于离合器30的连接而发生的自转向。在下面的示例中，控 制单元60基于车辆状态设置转动致动器44的可生成最大扭矩。下面将描述车辆状态包括车 速和转向角（偏转角）的示例;然而，可以基于其他状态来设置转动致动器44的可生成最大 扭矩。
[0034]如上面描述的，在转动致动器44中，使用具有大的可输出的最大扭矩的转动电动 机，使得能够在平稳转向的时候充分地转动转向轮。从车速范围来考虑转动所需的转向扭 矩，当以0至极低速(0至5km/h)的车速行驶时所需的转动扭矩大于当以低速、中速或高速行 驶时所需的转动扭矩。换言之，转动致动器44在超过预定速度(例如，5km/h)的车速范围中 无需生成大的转动扭矩，并且对转动致动器44的最大扭矩的限制不损害行驶期间的转动。 艮P，在超过预定速度的车速范围中，使得转动致动器44的可生成的最大扭矩能够被设置进 而使得低于额定值。
[0035] 图3示出了用于限制转动扭矩的最大值的流程图的示例。这里，在生成转动电动机 的额定的最大扭矩的时候所需要的电流值是la。转动ECU64接收来自车速传感器52的检测 到的车速，并且获得车速。当车速高于阈值(例如，5km/h) (S10中为“是”）时，转动ECU 64限 制由转动致动器44生成的转动扭矩的最大值(S12)。具体地，转动ECU 64为供给至转动电动 机的最大电流值设置lb (〈la)，从而设置可生成的最大扭矩使得可生成的最大扭矩小于额 定的最大扭矩。另一个方面，当车速低于或等于阈值(S10中为“否”）时，转动ECU 64将可生 成的最大扭矩设置为额定的最大扭矩，从而将所供给的最大电流值设置为la。
[0036] 将描述S12中所限制的转动扭矩的最大值。首先，转动扭矩的最大值需要是足以在 车速高于阈值时转动转向轮的值。随后，如参考图2所描述的，为了减少由于离合器30的错 误连接而发生的自转向，转向反作用致动器18能够经由备用机构22传递的最大扭矩A需要 大于或等于转动致动器44能够经由备用机构22传递的最大扭矩B。
[0037] 因此，当车速高于阈值时，转动ECU 64设置转动致动器44的可生成的最大扭矩，使 得转动致动器44能够经由备用机构22传递的最大扭矩小于或等于转向反作用致动器18能 够经由备用机构22传递的最大扭矩。因此，即使当经由备用机构22传递由转动致动器44生 成的转动扭矩时，使得所述转动扭矩仍能够被由转向反作用致动器18生成的扭矩抵消。以 这种方式，通过基于车速范围改变转动致动器44的可生成的最大扭矩，可以减少在车速高 于阈值的情况下由于离合器30的错误连接而发生的自转向，即使当转向反作用致动器18包 括额定值低的转向反作用电动机时也是如此。
[0038]当车速低于或等于阈值时，通过将供给电流的最大值设置为la使得转动电动机能 够生成额定的最大扭矩，使得转动致动器44能够即使在例如平稳转向的时候仍转动转向 轮。此时，如果离合器30在此时被错误地连接，则存在发生自转向的可能性;然而，由于极低 速，可以将自转向对车辆行为的影响抑制至明显较低的程度。在上面的描述中，当车速在 S10中落入极低车速范围（0至5km/h)内时，转动电动机的额定的最大扭矩不受限。替代地， 为了使自转向对车辆行为的影响最小化，通过将阈值设置至〇km/h，转动电动机的额定的最 大扭矩可以仅在车辆停止期间不受限。
[0039] 其次，将研宄根据转向角的转动所需的转动扭矩。例如，在平稳转向的时候，在胃 向轮可转动的范围的末端的周围即在转向轮的偏转角是最大值的点的周围需要最大转动 扭矩。换言之，当转向轮的偏转角小于预定值(在偏转角的最大值紧之前的值)时，转动致动 器44无需生成大的转动扭矩，并且即使当转动致动器44的最大扭矩受限时转动仍不受损。 艮P，当偏转角小于预定值时，使得转动致动器44的可生成的最大扭矩能够被设置以小于额 定值。因此，将描述以下示例:转动ECU 64通过在转向轮的偏转角变成预定值的时候使用方 向盘10的转向角来限制转动扭矩的最大值。
[0040]图4示出了用于限制转动扭矩的最大值的流程图的另一个示例。转动ECU 64经由 转向反作用ECU 62接收来自转向角传感器14的检测到的转向角，并且获取方向盘10的转向 角。当转向角小于阈值(S20中为“是”）时，转动ECU 64限制由转动致动器44生成的转动扭矩 的最大值(S22)。特别地，转动E⑶64为供给至转动电动机的最大电流值设置lb (〈la)，从而 设置可生成的最大扭矩使得可生成的最大扭矩小于额定的最大扭矩。另一个方面，当转向 角大于或等于阈值(S20中为“否”）时，转动ECU64将可生成的最大扭矩设置为额定的最大扭 矩，从而将所供给的最大电流值设置为la。要与S20中的转向角进行比较的阈值是如上面描 述的、在转向轮的偏转角变成预定值的时候的转向角。
[0041] S22中限制的转动扭矩的最大值可以与S12中限制的转动扭矩的最大值相同。当转 向角小于阈值时，转动ECU 64设置转动致动器44的可生成的最大扭矩，使得转动致动器44 能够经由备用机构22传递的最大扭矩变得小于或等于转向反作用致动器18能够经由备用 机构22传递的最大扭矩。以这种方式，通过基于车速范围改变转动致动器44的可生成的最 大扭矩，可以减少在转向角小于阈值的情况下由于离合器30的错误连接而发生的自转向， 即使当转向反作用致动器18包括额定值低的转向反作用电动机时也是如此。
[0042]当转向角大于或等于阈值时，通过将供给电流的最大值设置为la使得转动电动机 能够生成额定的最大扭矩，使得转动致动器44能够即使在例如平稳转向的时候仍围绕末端 转动转向轮。此时，当离合器30被错误地连接时，存在发生自转向的可能性;然而，仅当车速 为〇或极低速时才转动转向轮以围绕末端，所以可以将自转向对车辆行为的影响抑制至显 著较低的程度。
[0043] 基于本实施例来描述本发明。然而，本实施例仅为说明性，并且本领域的技术人员 应当理解，还可以对组件和处理的组合应用各种修改并且本发明还包含这些修改。
[0044] 在图4所示的流程图中，基于转向角来限制转动扭矩的最大值；替代地，可以不基 于转向角而基于偏转角来限制转动扭矩的最大值。图3和图4示出了用于限制转动扭矩的最 大值的两个流程图；并且这两个流程图可以被用于与(AND)条件或者或(OR)条件中。两个流 程图被用于与条件的情况意味着当S10中为“是”和S20中为“是”两者都被满足时执行S12 (或S22)的步骤。两个流程图被用于或条件的情况意味着控制单元60独立地执行两个流程 图。
Claims (4)
1. 一种转向系统，其特征在于包括： 包括第一致动器的转向单元； 包括第一致动器的转动单元；以及 备用机构，被配置成将所述转向单元和所述转动单元机械地親接，其中 所述第一致动器能够经由所述备用机构传递至所述第二致动器的最大扭矩大于或等 于所述第二致动器能够经由所述备用机构传递至所述第一致动器的最大扭矩。
2.根据权利要求1所述的转向系统，其特征在于还包括： 控制单元，被配置成基于车辆状态来设置所述第二致动器的可生成的最大扭矩。
3. 根据权利要求2所述的转向系统，其特征在于： 所述控制单元被配置成，当车速高于第一预定值时，设置所述第二致动器的所述可生 成的最大扭矩，使得所述第二致动器能够经由所述备用机构传递的最大扭矩变得小于或等 于所述第一致动器能够经由所述备用机构传递的最大扭矩。
4. 根据权利要求2所述的转向系统，其特征在于： 所述控制单元被配置成，当转向角小于第二预定值时，设置所述第二致动器的所迷可 生成的最大扭矩，使得所述第二致动器能够经由所述备用机构传递的最大扭矩变得小于或 等于所述第一致动器能够经由所述备用机构传递的最大扭矩。
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