CN105523078B - 车辆用转向辅助装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车辆用转向辅助装置(10)，具有在方向盘(18)与转向轮(20L，20R)之间进行与转向有关的力及变位的传递的传递装置(22)、对传递装置施加辅助转矩的动力转向装置(12)、以及控制装置(50)。控制装置将方向盘、传递装置、动力转向装置、转向轮作为转向系统，基于转向角速度与转向角速度的微分值之积、转向角速度与转向转矩之积、以及转向角与转向转矩的微分值之积，来运算转向系统的能量的变化率(dDE)，从而基于转向系统的能量的变化率来控制辅助转矩。

Description

车辆用转向辅助装置

技术领域

本发明涉及车辆用转向辅助装置，更详细而言，涉及通过调整与转向有关的力来对转向进行辅助的转向辅助装置。

背景技术

在汽车等车辆上，通常，搭载有通过调整转向辅助力等与转向有关的力来对转向进行辅助的转向辅助装置。这种转向辅助装置被希望不仅减轻驾驶员的转向负担，而且反映驾驶员的意思地调整与转向有关的力。

例如，在本申请的申请人的申请涉及的下述的专利文献1中，记载了运算转向功率并根据转向功率的大小是否大于基准值来变更与转向有关的力的调整的转向辅助装置。特别的是，运算转向角速度和转向转矩之积与转向角和转向转矩的微分值之积的总和作为转向功率。根据专利文献1中记载的转向辅助装置，与不考虑转向功率的大小的情况相比，能够良好地反映驾驶员的意思地调整与转向有关的力。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2014-087546号

发明内容

但是，即便按照上述专利文献1中记载的结构来判别转向功率的大小是否大于基准值，有时也无法根据转向状况而适当地变更与转向有关的力的调整。

例如，在方向盘处于中立区域(车辆的直线前进位置或其附近)的状况下，即使开始转向，也不能立即产生转向转矩，在距中立位置的转向范围小的转向区域中，转向功率的大小非常小。因此，在方向盘处于中立区域的状况下，即使判别转向功率的大小是否大于基准值，也无法根据转向状况而适当地变更与转向有关的力的调整。

另外，在驾驶员克服自动回正转矩并在中立区域使方向盘旋转的情况下，优选对方向盘的旋转施加适当的阻力和衰减力，以使驾驶员能够稳定地进行转向操作。相对于此，在方向盘在中立位置的附近通过自动回正转矩向中立位置旋转的情况下，优选对方向盘的旋转的阻力低，以使方向盘迅速向中立位置返回。

然而，根据上述专利文献1记载的结构，在方向盘在中立位置的附近向中立位置旋转的情况下，无法判定该方向盘的旋转是基于驾驶员的操作还是基于自动回正转矩。因此，无法根据转向状况来适当地变更转向的阻力等。另外，为了区别并判定上述状况，需要判定是否是驾驶员从方向盘放手的所谓的放手状况。

另外，在方向盘由于驾驶员的转向操作而旋转并且也由于自动回正转矩等转向轮从路面受到的力而旋转的情况下，若它们的旋转方向相同，则转向转矩只能是较小的值。因此，转向功率的大小也非常小，因此即使判别转向功率的大小是否大于基准值，也无法根据转向状况而适当变更与转向有关的力的调整。

本发明是鉴于上述专利文献1记载的转向辅助装置中的上述的情况而完成的。并且，本发明的主要课题是提供与上述相关的进行了改良的转向辅助装置。

8.根据本发明的一个实施方式，提供一种车辆用转向辅助装置，适用于具备转向装置的车辆，所述转向装置包括由驾驶员操作的方向盘、转向轮、以及在所述方向盘与所述转向轮之间进行与转向有关的力及变位的传递的传递装置，所述车辆用转向辅助装置具有：调整力施加装置，向所述传递装置施加对与转向有关的力进行调整的调整力；和控制装置，对所述调整力施加装置向所述传递装置施加的调整力进行控制，其中，所述车辆用转向辅助装置具有：检测转向角的转向角检测装置；以及检测转向转矩的转向转矩检测装置，所述控制装置取得转向角速度、转向角速度的微分值及转向转矩的微分值，将所述方向盘、所述传递装置、所述调整力施加装置及所述转向轮作为转向系统，基于转向角速度与转向角速度的微分值之积、转向角速度与转向转矩之积、以及转向角与转向转矩的微分值之积来运算所述转向系统的能量的变化率，从而基于所述转向系统的能量的变化率来控制所述调整力。

根据上述的结构，基于转向角速度与转向角速度的微分值之积、转向角速度与转向转矩之积、以及转向角与转向转矩的微分值之积来运算转向系统的能量的变化率，从而基于转向系统的能量的变化率来控制调整力。转向系统的能量的变化率表示能量向转向系统的输入方向和程度，因此能够根据能量向转向系统的输入方向和程度来控制调整力。此外，如下面的详细说明，能够根据转向系统的能量的变化率是增加的变化率且较大的值还是减小的变化率且大小较大的值，来判定转向系统的能量的输入是由于驾驶员的转向操作而产生的正输入还是由于转向轮从路面受到力而产生的反输入。

特别的是，转向系统的能量的变化率基于转向角速度与转向角速度的微分值之积来运算。转向角速度及转向角速度的微分值在方向盘处于中立区域的状况下开始转向的情况下，也与转向转矩及其微分值相比较大地变化。因此，与基于不包含转向角速度与转向角速度的微分值之积的上述专利文献1记载的转向功率进行判定的情况相比，能够在方向盘处于中立区域的状况下根据转向状况而适当地控制调整力。

另外，与未考虑转向角速度与转向角速度的微分值之积的情况相比，能够在早期判定方向盘进行旋转的状况。因此，例如，在驾驶员开始快速的转向操作时，也能够在早期判定该正输入的状况而控制调整力，从而能够有效地辅助驾驶员的转向。另外，在转弯末期驾驶员从转向轮放手而转向轮在中立位置的附近通过自动回正转矩快速向中立位置返回时，也能够在早期判定该反输入的状况而以使对转向轮的旋转的阻力减小的方式控制调整力。并且，该情况下，无需判定是否是放手的状况。

另外，在方向盘由于驾驶员的转向操作而旋转(正输入)并且也由于转向轮从路面受到的力而旋转(反输入)且它们的旋转方向相同的情况下，转向转矩只能是较小的值，但是方向盘旋转。根据上述的结构，由于考虑了转向角速度与转向角速度之积，因此也能够判定上述的相同方向的旋转的状况，因此在对转向系统的正输入和反输入为同相的情况下，也能够控制调整力。

在上述的结构中，可以的是，控制装置运算如下的积的和的微分值作为转向系统的能量的变化率：基于可动部件的质量的惯性横摆力矩与转向角速度与转向角速度的微分值之积；转向角速度与转向转矩之积；以及转向角与转向转矩的微分值之积，所述可动部件构成转向系统且至少包括方向盘。

根据上述的结构，如下面详细说明的那样，可运算转向系统的能量的变化率作为与热力学的焓理论中的内部能量及PV功分别对应的旋转能量和弹性能量的和。因此，能够正确地判定能量相对于转向系统的流入流出即向转向系统的能量的输入状况是正输入还是反输入。

另外，在上述的结构中，可以的是，调整力是转向辅助力，在转向系统的能量的变化率是增加的变化率时，与转向系统的能量的变化率不是增加的变化率时相比，控制装置增大转向辅助力。

根据上述的结构，在转向系统的能量的变化率是增加的变化率时即能量向转向系统流入时，与转向系统的能量的变化率不是增加的变化率时相比，可增大转向辅助力。因此，在驾驶员进行转向操作时，可通过转向辅助力的增大修正来增大驾驶员的转向操作的辅助，从而使驾驶员容易进行转向操作。

在上述的结构中，可以的是，调整力是转向衰减力及转向摩擦力中的至少一方，在转向系统的能量的变化率是减少的变化率时，与转向系统的能量的变化率不是减少的变化率时相比，控制装置增大转向衰减力及转向摩擦力中的至少一方。

根据上述的结构，在转向系统的能量的变化率是减小的变化率时，与转向系统的能量的变化率不是减小的变化率时相比，可增大转向衰减力及转向摩擦力中的至少一方。因此，在驾驶员未进行转向操作时，可增大转向衰减力及转向摩擦力中的至少一方，降低由于转向轮从路面受到的外部干扰而方向盘旋转的程度，从而提高转向的稳定性。

另外，在上述的结构中，可以的是，控制装置判定向转向系统的能量的输入状况是由于驾驶员的转向操作而产生的正输入的状况还是由于转向轮从路面受到力而产生的反输入的状况，并以使反输入的状况下的转向辅助力的修正的量的大小与正输入的状况下的转向辅助力的修正的量的大小相比减小的方式变更转向辅助力的修正的量。

根据上述的结构，基于转向系统的能量的变化率及向转向系统的能量的输入状况这两者来控制转向辅助力，因此，与未判定向转向系统的能量的输入状况的情况相比，能够更优地控制转向辅助力。即，在向转向系统的能量的输入状况是由于驾驶员的转向操作而产生的正输入的状况时，与是反输入的状况时相比，可减小转向辅助力的修正的量的大小，因此能够降低转向辅助力变得过度的可能性。

另外，在上述的结构中，可以的是，控制装置判定向转向系统的能量的输入状况是由于驾驶员的转向操作而产生的正输入的状况还是由于转向轮从路面受到力而产生的反输入的状况，并以使反输入的状况下的转向衰减力及转向摩擦力中的至少一方的修正的量的大小与正输入的状况下的转向衰减力及转向摩擦力中的至少一方的修正的量的大小相比增大的方式变更转向衰减力及转向摩擦力中的至少一方的修正的量。

根据上述的结构，基于转向系统的能量的变化率及向转向系统的能量的输入状况这两者来控制转向衰减力及转向摩擦力中的至少一方，因此，与不对向转向系统的能量的输入状况进行判定的情况相比，能够更优地控制转向衰减力及转向摩擦力中的至少一方。即，反输入的状况下的转向衰减力及转向摩擦力中的至少一方的修正的量的大小大于正输入的状况下的转向衰减力及转向摩擦力中的至少一方的修正的量的大小。因此，在反输入的状况下，与正输入的状况相比，使转向衰减力及转向摩擦力中的至少一方更大，从而能够更有效地降低由于转向轮从路面受到的外部干扰而方向盘旋转的可能性。

另外，在上述的结构中，可以的是，控制装置基于转向转矩与转向转矩的微分值与转向系统的能量的变化率之积，来判定向转向系统的能量的输入状况是由于驾驶员的转向操作而产生的正输入的状况还是由于转向轮从路面受到力而产生的反输入的状况。

根据上述的结构，使用转向系统的能量的变化率及供其运算用的转向转矩及转向转矩的微分值，能够判定向转向系统的能量的输入状况是正输入的状况还是反输入的状况。另外，不需要如两个转矩传感器那样用于判定输入方向的特殊的装置。

附图说明

图1是表示本发明涉及的车辆用转向辅助装置的第一实施方式的概略的图。

图2是在第一实施方式中运算辅助转矩Ta的辅助转矩运算装置的框图。

图3是用于通过图2所示的校正增益运算框运算校正增益的流程图。

图4是在本发明涉及的车辆用转向辅助装置的第二实施方式中运算辅助转矩Ta的辅助转矩运算装置的框图。

图5是用于在第二实施方式中通过校正增益运算框运算校正增益的流程图(前半)。

图6是用于在第二实施方式中通过校正增益运算框运算校正增益的流程图(后半)。

图7是表示用于运算驱动能量的变化率dDE的转向装置的模型的图。

图8是表示关于转向方向反转的状况，驱动能量的变化率dDE及专利文献1中记载的功率PS的变化的一例的图。

图9是表示关于在往复转向的后半段进行放手后的状况，驱动能量的变化率dDE及专利文献1中记载的功率PS的变化的一例的图。

图10是表示驱动能量的变化率dDE(上部)及指标值Iin(下部)的变化的一例的图。

图11是表示驱动能量的变化率dDE(上部)及指标值Iin(下部)的变化的另一例的图。

图12是表示某一车速下的转向角θ与向电动式动力转向装置的控制电流Ic之间的关系及其容许范围的图。

具体实施方式

[第一实施方式]

图1是表示本发明涉及的车辆用转向辅助装置10的第一实施方式的概略的说明图。该实施方式的转向辅助装置10适用于搭载有柱式辅助型的电动式动力转向装置(EPS)12的车辆14。此外，电动式动力转向装置只要能够控制辅助转矩即可，例如也可以是如齿条同轴式的齿条辅助型的电动式动力转向装置那样的其他型式的动力转向装置。

在图1中，车辆14具备作为车辆的转向系统的转向装置16。转向装置16包括由驾驶员操作的方向盘18、作为转向轮的左右的前轮20L和20R、以及在方向盘18与前轮20L及20R之间进行与转向有关的力及变位的传递的传递装置22。传递装置22包括与方向盘18一起旋转的上转向轴24、中间轴26、以及转向机构28。中间轴26在上端经由万向接头30与上转向轴24的下端连接，并且在下端经由万向接头32与转向机构28的小齿轮轴34连接。

转向机构28包括齿轮齿条式的转向单元36、转向横拉杆38L及38R，转向单元36将小齿轮轴34的旋转转换为齿条杆40的车辆横向的直线运动，并且进行该转换的相反转换。转向横拉杆38L和38R在内端枢轴固定于齿条杆40的前端，转向横拉杆38L和38R的外端枢轴固定于在左右的前轮20L及20R的支架(图未示)上设置的转向节臂42L及42R。

因此，方向盘18的旋转变位和旋转转矩由传递装置22转换为绕前轮20L和20R的主销轴(图未示)的摆动及旋转转矩而向前轮20L和20R传递。另外，左右前轮20L和20R从路面44受到的绕主销轴的摆动和旋转转矩通过传递装置22分别作为旋转变位及旋转转矩向方向盘18传递。

转向辅助装置10具有电动式动力转向装置12。动力转向装置12具有电动机46及转换装置48，虽然在图1中未示出，但转换装置48包括固定于电动机46的旋转轴的蜗杆(wormgear)以及固定于上转向轴24的蜗轮(worm wheel)。电动机46的旋转转矩通过转换装置48转换为绕上转向轴24的旋转转矩而向上转向轴传递。因此，动力转向装置12作为调整力施加装置起作用，该调整力施加装置对传递装置2的上转向轴24施加作为对与转向有关的力进行调整的调整力的辅助转矩。

另外，转向辅助装置10具有电子控制装置50。电子控制装置50通过控制电动机46的旋转转矩，如下面详细说明的那样，而作为对动力转向装置12向上转向轴24施加的辅助转矩进行控制的控制装置起作用。表示转向角θ和转向转矩T的信号分别从设置在上转向轴24上的转向角传感器52及转矩传感器54向电子控制装置50输入。另外，表示车速V的信号也从车速传感器56向电子控制装置50输入。

此外，电子控制装置50包括微型计算机，该微型计算机具有CPU、ROM、RAM以及输入输出端口装置，CPU、ROM、RAM以及输入输出端口装置这些装置通过双向性的公共母线相互连接，ROM可以存储下述的控制程序、映射等。另外，转向角传感器52及转矩传感器54分别以车辆向左转弯方向的转向的情况为正来检测转向角θ及转向转矩T。

电子控制装置50的微型计算机作为转矩运算装置62起作用，转矩运算装置62基于转向角θ、转向转矩T以及车速V，按照图2所示的框图和图3所示的流程图，运算目标辅助转矩Tat。

首先，对图2所示的框图进行说明。此外，图2所示的各框内的图概略地示出了在对应的框的运算中使用的映射。

辅助转矩运算装置62将目标辅助转矩Tat作为基本辅助转矩、衰减控制量、摩擦控制量、用于使方向盘18向中立位置返回的返回控制量之和来运算。辅助转矩运算装置62具有基本辅助转矩运算框64、衰减控制量运算框66、摩擦控制量运算框68以及返回控制量运算框70。另外，辅助转矩运算装置62具有衰减控制量用增益运算框72、摩擦控制量用增益运算框74以及返回控制量用增益运算框76。

基本辅助转矩运算框64以转向转矩T的大小越大基本辅助转矩Tab越大，并且车速V越高基本辅助转矩Tab越小的方式，基于转向转矩T和车速V来运算基本辅助转矩Tab。表示基本辅助转矩Tab的信号向乘法器78输出。

衰减控制量运算框66以转向角θ的微分值(转向角速度)dθ的大小越大衰减控制量Td越大的方式，基于转向角的微分值dθ来运算衰减控制量Td。衰减控制量用增益运算框72以在低速区域中与微低速区域相比衰减控制量用增益Kd减小，在中高速区域中车速V越高衰减控制量用增益Kd越大的方式，基于车速V来运算衰减控制量用增益Kd。表示衰减控制量Td的信号及表示衰减控制量用增益Kd的信号向乘法器80输出，表示由乘法器80运算出的衰减控制量Td与衰减控制量用增益Kd之积Td·Kd的信号向乘法器82输出作为修正后的衰减控制量Tda。

摩擦控制量运算框68被输入表示由摩擦转矩运算框84基于转向转矩T运算出的摩擦转矩Tf的信号及表示转向角θ的信号。摩擦控制量运算框68基于摩擦转矩Tf及转向角θ运算基本摩擦控制量Tfb。摩擦控制量用增益运算框74以在低中速区域中车速V越高摩擦控制量用增益Kf越大，在高速区域中摩擦控制量用增益Kf为恒定的值的方式，基于车速V运算摩擦控制量用增益Kf。表示基本摩擦控制量Tfb的信号及表示摩擦控制量用增益Kf的信号向乘法器86输出，表示由乘法器86运算出的基本摩擦控制量Tfb与摩擦控制量用增益Kf之积Tfb·Kf的信号向乘法器88输出作为修正后的摩擦控制量Tfa。

此外，摩擦转矩Tf是相对于驾驶员的转向操作为摩擦阻力进行作用的转矩，例如，可利用本申请的申请人的申请涉及的日本特开2009-126244号公报中记载的要领来运算。

返回控制量运算框70被输入表示转向角速度的偏差Δdθ的信号。转向角速度的偏差Δdθ通过由加法器92从目标转向角速度dθt减去转向角速度dθ来运算，目标转向角速度dθt由目标转向角速度运算框90基于转向角θ来运算。返回控制量运算框70以转向角速度的偏差Δdθ的大小越大返回控制量Tr越大的方式，基于转向角速度的偏差Δdθ运算返回控制量Tr。返回控制量用增益运算框76以在低中速区域中车速V越高返回控制量用增益Kr越小，在高速区域中返回控制量用增益Kr为恒定的值的方式，基于车速V运算返回控制量用增益Kr。表示返回控制量Tr的信号及表示返回控制量用增益Kr的信号向乘法器94输出，表示由乘法器94运算出的返回控制量Tr与返回控制量用增益Kr之积Tr·Kr的信号向乘法器96输出作为修正后的返回控制量Tra。

此外，在图2中，在框64、66、70、84及90的映射中，应运算的基本辅助转矩Tab等值仅针对作为变量的转向转矩T等是正的值进行了图示。但是，在变量为负的值时应运算的值是相对于原点形成图示的值的点对称的值。

另外，辅助转矩运算装置62具有校正增益运算框98，校正增益运算框98针对转向装置16运算驱动能量的变化率dDE，并基于变化率dDE运算相对于基本辅助转矩Tab等的校正增益。驱动能量的变化率dDE是基于图7所示的转向装置16(转向系统)的模型100而运算的值。

如图7所示，在模型100中，将驾驶员的手102及作为刚体的方向盘18设为方向盘18’。另外，设转向装置16的主要的可动部件的质量集中在方向盘18’，方向盘18’的惯性横摆力矩为I。另外，设除方向盘18以外的转向装置16是扭转变形的弹簧常数为k且不具有质量的弹性体。

模型100持有的能量即模型100的驱动能量DE是与热力学的焓理论中的内部能量及PV功分别对应的旋转能量和弹性能量之和。因此，如果设方向盘18’的旋转角度即转向角θ的微分值为dθ，则模型100的驱动能量DE由下述的式(1)表示。

如果设传递装置22的上端即方向盘18’侧的端部通过来自转向轮侧的力旋转角度θ而产生的转矩为Tsat，转矩Tsat由下述的式(2)表示。

Tsat＝-k·θ…(2)

因此，根据上式(1)和(2)，模型100的驱动能量DE由下述的式(3)表示。

向模型100的能量的流入及从模型100的能量的流出即模型100的驱动能量DE的变化可根据其微分值的符号来判断。通过对上述式(3)进行微分，驱动能量DE的微分值即变化率dDE由下述的式(4)表示。

由于转向转矩T的符号与转矩Tsat的符号相反，-Tsat＝T，因此，若设方向盘T的微分值为dT，则可将上述式(4)改写为下述的式(5)。根据需要，将下述的式(5)的第一项、第二项、以及第三项分别称为P0项、P1项以及P2项。

校正增益运算框98按照图3所示的流程图运算用于各控制量的校正增益。此外，图3所示的各步骤的框内的图概略地示出了在对应的步骤的运算中使用的映射。另外，图3所示的流程图的控制在图1中未示出的点火开关接通时，通过电子控制装置50每隔规定的时间反复执行。该情况对于后述的第二实施方式中的图5及图6所示的流程图的控制也一样。

首先，在步骤10中，读入表示由转向角传感器52检测到的转向角θ的信号等，在步骤20中，运算转向角θ的微分值dθ、转向角θ的二阶微分值ddθ及转向转矩T的微分值dT。此外，转向角的微分值dθ可以是作为转向角速度而检测出的值，转向角的二阶微分值ddθ可以作为检测到的转向角速度dθ的微分值来运算。

在步骤30中，驱动能量DE的变化率dDE按照上述式(5)运算。此外，该变化率dDE的运算中的惯性横摆力矩I也可以不是考虑了驾驶员的手和转向装置16的所有的可动部件的质量的值。例如，惯性横摆力矩I也可以是基于驾驶员的手和方向盘18的质量的值、基于驾驶员的手、方向盘18以及旋转部件(上转向轴24、中间轴26等)的质量的值等。

在步骤40中，通过对驱动能量DE的变化率dDE进行低通滤波处理，运算高频的噪声成分被除去后的低通滤波处理后的驱动能量的变化率dDEf。

在步骤50中，基于低通滤波处理后的驱动能量的变化率dDEf，运算用于基本辅助转矩Tab的基本增益Kabb。该情况下，基本增益Kabb在变化率dDEf为正的值时，被运算为随着变化率dDEf的增大而增大的正的值(1以下)。反之，当变化率dDEf为预先设定的负的基准值以下时，基本增益Kabb被运算为随着变化率dDEf的减小而绝对值增大的负的值(-1以上)。另外，在变化率dDEf比负的基准值大且为0以下时，基本增益Kabb被运算成随着变化率dDEf的增大而增大。

此外，基本增益Kabb在变化率dDEf为正的值时，也可以被运算为1以下的正的恒定的值。另外，基本增益Kabb在变化率dDEf为预先设定的负的基准值以下时，也可以被运算为-1以上的负的恒定的值。

在步骤60中，用于基本辅助转矩Tab的车速增益Kvab基于车速V，被运算为车速V越高而越小的正值(1以下)。

在步骤70中，用于基本辅助转矩Tab的補正增益Kab被运算作为基本增益Kabb和车速增益Kvab的积与1的和(Kabb·Kvab+1)。

在步骤80中，基于低通滤波处理后的驱动能量的变化率dDEf，运算用于修正后的衰减控制量Tda的基本增益Kdab。该情况下，基本增益Kdab在变化率dDEf为正值时，被运算为随着变化率dDEf的增大而绝对值增大的负值(-1以上)。反之，在变化率dDEf为预先设定的负的基准值以下时，基本增益Kdab被运算为随着变化率dDEf的减小而增大的正值(1以下)。另外，在变化率dDEf比负的基准值大且为0以下时，基本增益Kdab被运算成随着变化率dDEf的增大而减小。

在步骤90中，用于修正后的衰减控制量Tda的车速增益Kvda基于车速V，被运算为车速V越高而越大的正值(1以下)。

在步骤100中，用于修正后的衰减控制量Tda的補正增益Kda被运算作为基本增益Kdab和车速增益Kvda的积与1的和(Kdab·Kvda+1)。

在步骤110中，基于低通滤波处理后的驱动能量的变化率dDEf，运算用于修正后的摩擦控制量Tfa的基本增益Kfab。该情况下，基本增益Kfab在变化率dDEf为正值时，被运算为随着变化率dDEf的增大而绝对值增大的负值(-1以上)。反之，在变化率dDEf为预先设定的负的基准值以下时，基本增益Kfab被运算为随着变化率dDEf的减小而增大的正值(1以下)。另外，当变化率dDEf比负的基准值大且为0以下时，基本增益Kfab被运算成随着变化率dDEf的增大而减小。

在步骤120中，用于修正后的摩擦控制量Tfa的车速增益Kvfa基于车速V，被运算为车速V越高而越大的正值(1以下)。

在步骤130中，用于修正后的縻擦控制量Tfa的校正增益Kfa被运算作为基本增益Kfab和车速增益Kvfa的积与1的和(Kfab·Kvfa+1)。

此外，与以上的步骤50～130中的运算有关的事项在上述的专利文献1的国际公开中有记载。

在步骤140中，基于低通滤波处理后的驱动能量的变化率dDEf，运算用于修正后的返回控制量Tra的基本增益Krab。该情况下，基本增益Krab在变化率dDEf为正值时，被运算为随着变化率dDEf的增大而绝对值增大的负值(-1以上)。反之，当变化率dDEf为预先设定的负的基准值以下时，基本增益Krab被运算为随着变化率dDEf的减小而增大的正值(1以下)。另外，当变化率dDEf比负的基准值大且为0以下时，基本增益Krab被运算成随着变化率dDEf的增大而减小。

此外，基本增益Kdab、Kfab以及Krab在变化率dDEf为正值时，也可以被运算为-1以上的负的恒定的值。另外，基本增益Kdab、Kfab及Krab在变化率dDEf为预先设定的负的基准值以下时，也可以被运算为1以下的正的恒定的值。

在步骤150中，用于修正后的返回控制量Tra的车速增益Kvra与车速V无关，被运算为正的恒定的值(1以下)。此外，车速增益Kvra也可以被运算为车速V越高就略微增大的正的值(1以下)。

在步骤160中，用于修正后的返回控制量Tra的校正增益Kra被运算为基本增益Krab与车速增益Kvra之积Krab·Kvra。

此外，与以上的步骤140～160中的运算有关的事项在本申请的申请人申请的日本特开2014-148178号公报中有记载。

返回到图2，在校正增益运算框98中如上所述运算出的校正增益Kab、Kda、Kfa及Kra分别向乘法器78、82、88及96输出。乘法器78的输出即表示基本辅助转矩Tab与校正增益Kab之积Tab·Kab的信号向加法器106输入。

乘法器82的输出即表示修正后的衰减控制量Tda与校正增益Kda之积Tda·Kda的信号也向加法器106输入。加法器106的输出即表示积Tab·Kab与积Tda·Kda之和(Tab·Kab+Tda·Kda)的信号向加法器108输入。

乘法器88的输出即表示修正后的摩擦控制量Tfa与校正增益Kfa之积Tfa·Kfa的信号也向加法器108输入。加法器108的输出即表示积Tab·Kab与Tda·Kda与Tfa·Kfa之和(Tab·Kab+Tda·Kda+Tfa·Kfa)的信号向加法器110输入。

乘法器96的输出即表示修正后的返回控制量Tra与校正增益Kra之积Tra·Kra的信号也向加法器110输入。加法器110的输出即表示积Tab·Kab与Tda·Kda与Tfa·Kfa与Tra·Kra之和(Tab·Kab+Tda·Kda+Tfa·Kfa+Tra·Kra)的信号被用作为表示用于控制动力转向装置12的目标辅助转矩Tat的信号。

从以上的说明可知，目标辅助转矩Tat被运算为基本辅助转矩(Tab·Kab)与衰减控制量(Tda·Kda)与摩擦控制量(Tfa·Kfa)与用于使方向盘18向中立位置返回的返回控制量(Tra·Kra)的和。并且，可按照图3所示的流程图，基于驱动能量的变化率dDE，对各控制量的增益Kab、Kda、Kfa以及Kra进行可变控制。

特别的是，在步骤20和30中，运算驱动能量的变化率dDE，在步骤40中，运算通过低通滤波处理除去高频的噪声成分之后的驱动能量的变化率dDE。然后，基于低通滤波处理后的驱动能量的变化率dDEf，在步骤50、80、110、140中运算各基本增益Kabb、Kdab、Kfab及Krab，由此根据变化率dDEf的符号及大小而对各基本增益进行可变设定。由此，能够适当变更作为调整力的目标辅助转矩Tat的各成分(基本辅助转矩、衰减控制量、摩擦控制量及返回控制量)的修正的量。

从路面经由转向轮向转向装置16反输入的转矩通常较小，因此，在变化率dDEf为正且较大时，即变化率dDE为增大的变化率且较大时，可认为是通过驾驶员的转向操作而将能量向转向装置16施加的正输入的状况。

根据按照图3所示的流程图进行的各增益的控制，变化率dDEf为正且越大，能够越增大基本辅助转矩Tab并越减小衰减控制量Tda、摩擦控制量Tfa及返回控制量Tra。因此，辅助驾驶员的转向的同时，能够降低由衰减控制的转矩、摩擦控制的转矩、向中立位置的返回转矩引起的转向阻力，因此能够使驾驶员进行的转向操作容易进行。

此外，在根据返回控制量Tra进行使方向盘18向中立位置返回的控制的状况下，当驾驶员进行向中立位置方向的转向时，变化率dDEf被判定为正，该情况下，降低返回控制量Tra，辅助转矩下降。因此，在该状况下，可以通过使返回控制量Tra不降低，控制为与变化率dDEf为负或0的情况相同的值，而使驾驶员向中立位置方向的转向操作容易进行。

反之，在变化率dDEf为负的值且绝对值较大时，即变化率dDEf为减小的变化率且绝对值较大时，通过驾驶员的转向操作向转向装置16施加的能量为0或较小的值，可认为是从路面经由转向轮向转向装置16输入的较大的反输入的状况。

根据按照图3所示的流程图进行的各增益的控制，变化率dDEf为负的值且绝对值越大，能够越减小基本辅助转矩Tab并越增大衰减控制量Tda、摩擦控制量Tfa及返回控制量Tra。因此，不会不必要地辅助驾驶员的转向操作，能够增大转向阻力，因此能够降低方向盘18由于外部干扰而旋转驱动的程度，提高转向的稳定性。

驱动能量的变化率dDEf包含与转向角速度和转向角速度的微分值的积相关联的P0项，因此在方向盘18处于中立区域的状况下进行转向时也较大地发生变化。因此，与基于不包含P0项的指标值进行判定的情况相比，在方向盘处于中立区域的状况下，能够在早期判定转向状况的变化，由此能够在早期进行基本辅助转矩Tab等的增减控制。

例如，图8表示关于转向方向反转的状况，驱动能量的变化率dDE和作为P1项与P2项之和的上述专利文献1中记载的功率PS的变化的一例。可知变化率dDE在比功率PS从负的值向正的值变化的t2时刻早的t1时刻从负的值向正的值变化。

另外，图9表示关于在往复转向的后半段进行放手的状况，驱动能量的变化率dDE及上述专利文献1中记载的功率PS的变化的一例。功率PS在进行了放手的t3时刻以后保持负的值进行推移，相对于此，驱动能量的变化率dDE在紧接t3时刻之后为负值，但是暂时成为正的值之后，再次成为负的值。该现象可认为是由于：刚进行了放手之后方向盘18旋转从而转向装置16被施加能量，由此变化率dDE暂时成为正的值，但在该能量的正输入的反作用下变化率dDE再次成为负的值。

根据第一实施方式，在往复转向的后半段中进行放手这样的状况下，根据变化率302在正负上的变动，能够判定方向盘18的旋转行动。因此，能够不需要放手的判定，而根据进行了放手后的状况下的方向盘18的旋转行动来适当进行基本辅助转矩Tab等的增减控制。

另外，在方向盘18由于正输入和反输入而向同一方向旋转的情况下，转向转矩及其变化率只是较小的值。因此，不能根据功率PS来判定该状况。但是，在该状况下方向盘也旋转，因此，转向角θ变化，转向角速度dθ及其微分值ddθ较大地发生变化。因此，根据驱动能量的变化率dDE，也能够判定该状况，因此，在对转向系统的正输入及反输入为同相的情况下，也能够根据变化率dDE而适当进行基本辅助转矩Tab等的增减控制。此外，以上的作用效果在下述的第二实施方式中同样能够得到。

[第二实施方式]

图4是在本发明涉及的车辆用转向辅助装置10的第二实施方式中运算辅助转矩Ta的辅助转矩运算装置62的框图。此外，在图4中，对与图2所示的部分相同的部分标注与在图2中标注的标号相同的标号。

在第一实施方式中，在反输入的转矩大的情况下能够判定反输入，并进行与之相对应的辅助转矩的控制。但是，在即使产生反输入但反输入的转矩也很小的情况下，不能判定反输入，因此不能进行与反输入相对应的辅助转矩的控制。

在第二实施方式中，作为用于判定向转向装置16的输入是正输入还是反输入的指标值Iin，运算转向转矩T和其微分值dT的积dT·T与驱动能量的变化率dDE之积dT·T·dDE。当输入为正输入时，积dT·T与驱动能量的变化率dDE同相地发生变化，但是当输入为反输入时，积dT·T与驱动能量的变化率dDE反相地发生变化。因此，指标值Iin是表示正输入和反输入相对于向转向装置16的总输入的比例的指标值，正输入相对于总输入的比例越高，指标值Iin为正的越大的值，反之，反输入相对于总输入的比例越高，指标值Iin为负的绝对值越大的值。

例如，考虑在驱动能量的变化率dDE如图10和图11的上部所示的那样变化的状况下指标值Iin如图10和图11的下部所示的那样变化的情况。

领域A是变化率dDE及指标值Iin两者为正的区域，区域B是变化率dDE为负且指标值Iin为正的区域，区域C是变化率dDE为正且指标值Iin为负的区域，区域D是变化率dDE和指标值Iin两者为负的区域。

关于区域A～D，对转向装置16要求的特性如下述的表1所示。区域A是转向的响应性应该被重视的区域，区域B是转向的稳定性应该被重视的区域，区域C是与区域A的情况相比转向的响应性的重视程度应该被降低的区域。区域C是与区域A的情况相比响应性的重视程度应该被进行降低修正而成为原本的响应性的区域，区域D是与区域B的情况相比转向的响应性应该被更加重视的区域。另外，区域A和B共同的要求特性是与驾驶员的转向操作一致的转向特性，区域C和D共同的要求特性是减轻由外部干扰引起的驾驶员的负担的特性。

【表1】

在该实施方式中，辅助转矩运算装置62的校正增益运算框98以外的框与第一实施方式的各对应的框同样地起作用。校正增益运算框98按照图3、图5及图6所示的流程图，分别运算用于基本辅助转矩Tab、修正后的衰减控制量Tda、修正后的摩擦控制量Tfa、以及修正后的返回控制量Tra的校正增益Kaba、Kdaa、Kfaa及Kraa。校正增益Kaba、Kdaa、Kfaa及Kraa分别向乘法器78、82、86及96输出。

图3所示的流程图的步骤10～160与第一实施方式的情况同样地被执行，图5和图6所示的流程图的步骤210～420接着步骤160执行。

在步骤210中，读入表示由转向转矩传感器54检测到的转向转矩T的信号等，在步骤220中，运算转向转矩T的微分值dT。

在步骤230中，运算转向转矩T与其微分值dT之积dT·T，并且通过对积dT·T进行低通滤波处理，而运算低通滤波处理后的积dT·Tf。

在步骤240中，运算低通滤波处理后的积dT·Tf与低通滤波处理后的驱动能量的变化率dDEf之积dT·Tf·dDEf作为输入方向判定的指标值Iin。

在步骤270中，基于输入判定的指标值Iin，运算用于基本辅助转矩Tab的基本增益Kiabb。该情况下，基本增益Kiabb在指标值Iin为正的值时被运算为随着指标值Iin的增大而增大的正的值(1以下)。反之，在指标值Iin为预先设定的负的基准值以下时，基本增益Kiabb被运算为随着指标值Iin的减小而绝对值减小的正的值(接近0的值)。另外，在指标值Iin比负的基准值大且为0以下时，基本增益Kiabb被运算成随着指标值Iin的增大而增大。

此外，基本增益Kiabb在基准值Iin为正值时，也可以被运算为1以下的正的恒定的值。另外，基本增益Kiabb在指标值Iin为预先设定的负的基准值以下时，也可以被运算为接近0的正的恒定的值。

在步骤280中，用于基本辅助转矩Tab的车速增益Kviab基于车速V被运算为车速V越高就越小的正的值(1以下)。

在步骤290中，用于基本辅助转矩Tab的校正增益Kiab被运算为基本增益Kiabb与车速增益Kviab之积(Kiabb·Kviab)。

在步骤300中，用于基本辅助转矩Tab的修正后的校正增益Kaba被运算为在步骤70中运算出的校正增益Kab与在步骤290中运算出的校正增益Kiab之和(Kab+Kiab)。

在步骤310中，基于输入方向判定的指标值Iin，运算用于修正后的衰减控制量Tda的基本增益Kidab。该情况下，基本增益Kidab在指标值Iin为正的值时，被运算为随着指标值Iin的增大而减小的正的值(接近0的值)。反之，在指标值Iin为预先设定的负的基准值以下时，基本增益Kidab被运算为随着指标值Iin的减小而增大的正的值(1以下)。另外，在指标值Iin为比负的基准值大且为0以下时，基本增益Kidab被运算成随着指标值Iin的增大而减小。

在步骤320中，用于修正后的衰减控制量Tda的车速增益Kvida基于车速V，被运算为车速V越高就越大的正的值(1以下)。

在步骤330中，用于修正后的衰减控制量Tda的校正增益Kida被运算为基本增益Kidab与车速增益Kvida之积(Kidab·Kvida)。

在步骤340中，用于修正后的衰减控制量Tda的修正后的校正增益Kdaa被运算为在步骤100中运算出的校正增益Kda与在步骤330中运算出的校正增益Kida之和(Kda+Kida)。

在步骤350中，基于输入方向判定的指标值Iin，运算用于修正后的摩擦控制量Tfa的基本增益Kifab。该情况下，基本增益Kifab在指标值Iin为正的值时，被运算为随着指标值Iin的增大而减小的正的值(接近0的值)。反之，在指标值Iin为预先设定的负的基准值以下时，基本增益Kifab被运算为随着指标值Iin的减小而增大的正的值(1以下)。另外，在指标值Iin比负的基准值大且为0以下时，基本增益Kifab被运算成随着指标值Iin的增大而减小。

在步骤360中，用于修正后的摩擦控制量Tfa的车速增益Kvifa基于车速V，被运算为车速V越高就越大的正的值(1以下)。

在步骤370中，用于修正后的摩擦控制量Tfa的校正增益Kifa被运算为基本增益Kifab和车速增益Kvifa之积(Kifab·Kvifa)。

在步骤380中，用于修正后的摩擦控制量Tfa的修正后的校正增益Kfaa被运算为在步骤130中运算出的校正增益Kfa与在步骤370中运算出的校正增益Kifa之和(Kfa+Kifa)。

在步骤390中，基于输入判定的指标值Iin，运算用于修正后的返回控制量Tra的基本增益Kirab。该情况下，基本增益Kirab在指标值Iin为正的值时，被运算为随着指标值Iin的增大而减小的正的值(接近0的值)。反之，在指标值Iin为预先设定的负的基准值以下时，基本增益Kirab被运算为随着指标值Iin的减小而增大的正的值(1以下)。另外，在指标值Iin比负的基准值大且为0以下时，基本增益Kirab被运算成随着指标值Iin的增大而减小。

在步骤400中，用于修正后的返回控制量Tra的车速增益Kvira基于车速V，被运算为车速V越高就越大的正的值(1以下)。

在步骤410中，用于修正后的返回控制量Tra的校正增益Kira被运算为基本增益Kirab与车速增益Kvira之积(Kirab·Kvira)。

在步骤420中，用于修正后的返回控制量Tra的修正后的校正增益Kraa被运算为在步骤160中运算出的校正增益Kra和在步骤410中运算出的校正增益Kira之和(Kra+Kira)。

此外，基本增益Kidab、Kifab及Kirab在指标值Iin为正的值时，也可以被运算为接近0的正的恒定的值。另外，基本增益Kidab、Kifab及Kirab在指标值Iin为预先设定的负的基准值以下时，也可以被运算为1以下的正的恒定的值。

由以上的说明可知，根据第二实施方式，运算用于判定向转向装置16的输入是正输入还是反输入的指标值Iin。并且，不仅与第一实施方式同样地根据驱动能量的变化率dDEf对校正增益Kab、Kda、Kfa及Kra进行可变控制，而且也根据指标值Iin对校正增益Kab、Kda、Kfa及Kra进行可变控制。因此，如上述表1所示，根据变化率dDEf和指标值Iin的符号来判别区域A～D，从而能够将辅助转矩Ta控制成与区域相适的特性。

即，根据第二实施方式，能够根据基于驱动能量的变化率dDEf对输入状况的判定结果和基于指标值Iin对输入状况的判定结果这两者，来控制基本辅助转矩等的大小。因此，与仅根据基于驱动能量的变化率dDEf对输入状况的判定结果来控制基本辅助转矩等的大小的第一实施方式的情况相比，能够根据实际的输入状况更优地控制基本辅助转矩等。

特别的是，在区域A中，为了取得重视由驾驶员进行的转向的响应性的特性，而增大基本辅助转矩(Tab·Kab)的大小。在区域B中，为了降低由于来自路面的外部干扰而转向轮18旋转的程度，取得重视转向的稳定性的特性，而增大衰减控制量(Tda·Kda)、摩擦控制量(Tfa·Kfa)以及返回控制量(Tra·Kra)的大小。在区域C中，为了使由驾驶员进行的转向的响应性不过度，而使基本辅助转矩Tab的大小的增大量与区域A的情况相比减小。另外，在区域D中，为了取得更加重视转向的稳定性的特性，而使衰减控制量、摩擦控制量以及返回控制量的大小的增大量与区域B的情况相比增大。

另外，根据第二实施方式，指标值Iin被运算为转向转矩T和其微分值dT之积dT·T与驱动能量的变化率dDE的积dT·T·dDE。因此，使用转向系统的能量的变化率dDE及供其运算用的转向转矩T及转向转矩的微分值dT，能够判定向转向系统的能量的输入状况是正输入的状况还是反输入的状况。另外，不需要如两个转矩传感器那样的用于判定输入方向的特别的装置。

以上，针对特定的实施方式，对本发明进行了详细说明，但本发明不限于上述的实施方式，对于本领域技术人员而言，显而易见的是在本发明的范围内其他的各种实施方式是可能的。

例如，在上述的各实施方式中，转向系统的能量的变化率是转向系统的能量即驱动能量DE的微分值dDE，但也可以是每隔规定的时间运算的驱动能量DE的差(时间微分值)等。

另外，在上述的各实施方式中，目标辅助转矩Tat被运算为基本辅助转矩(Tab·Kab)与衰减控制量(Tda·Kda)与摩擦控制量(Tfa·Kfa)与用于使方向盘18向中立位置返回的返回控制量(Tra·Kra)的和。但是，衰减控制量、摩擦控制量以及返回控制量中的至少一个也能够以不根据驱动能量DE的变化率dDEf进行校正的方式进行修正。

另外，在上述的第二实施方式中，为了判定向转向装置16的输入是正输入还是反输入，转向转矩T和其微分值dT的积与驱动能量的变化率dDE之积dT·T·dDE被运算作为输入方向判定的指标值Iin。但是，输入方向的判定也可以通过其他的方法进行。

例如，某一车速下的转向角θ与向电动式能量转向装置12的控制电流Ic之间的关系是在图12中由实线表示的关系，其容许范围设为由影线表示的范围。在转向角θ与控制电流Ic之间的关系处于由影线表示的范围内时，可以判定为是正输入(反输入小)状况，在转向角θ与控制电流Ic之间的关系处于由影线表示的范围外时，可以判定为是反输入的状况。

另外，例如，可以在上转向轴24上的其延伸方向上分隔的位置设置两个转矩传感器，根据两个转矩传感器的检测值的相位差判定向转向装置16的输入是正输入还是反输入。

另外，可以将上述专利文献1中记载的功率设为dPS，基于转向转矩T和其微分值dT的积与功率PS的变化率dPS之积dT·T·dPS的符号，来判定输入方向。此外，指标值Iin与积dT·T·dPS相比变动的范围较大，因此，根据指标值Iin，特别是如在不良路面行驶时那样输入方向频繁变化的情况下，也能够正确地判定输入方向。

标号说明

10…转向辅助装置、12…电动式动力转向装置(EPS)、14…车辆、16…转向装置、18…方向盘、20L,20R…前轮、22…传递装置、50…电子控制装置、52…转向角传感器、54…转矩传感器、56…车速传感器、62…辅助转矩运算装置。

Claims (7)

1.一种车辆用转向辅助装置，适用于具备转向装置的车辆，所述转向装置包括由驾驶员操作的方向盘、转向轮、以及在所述方向盘与所述转向轮之间进行与转向有关的力及变位的传递的传递装置，

所述车辆用转向辅助装置具有：

调整力施加装置，向所述传递装置施加对与转向有关的力进行调整的调整力；

控制装置，对所述调整力施加装置向所述传递装置施加的调整力进行控制；

检测转向角的转向角检测装置；以及

检测转向转矩的转向转矩检测装置，

所述车辆用转向辅助装置的特征在于，

所述控制装置取得转向角速度、转向角速度的微分值及转向转矩的微分值，将所述方向盘、所述传递装置、所述调整力施加装置及所述转向轮作为转向系统，基于转向角速度与转向角速度的微分值之积、转向角速度与转向转矩之积、以及转向角与转向转矩的微分值之积来运算所述转向系统的能量的变化率，从而基于所述转向系统的能量的变化率来控制所述调整力。

2.根据权利要求1所述的车辆用转向辅助装置，其中，

所述控制装置运算如下的积的和的微分值作为所述转向系统的能量的变化率：

基于可动部件的质量的惯性横摆力矩与转向角速度与转向角速度的微分值之积；

转向角速度与转向转矩之积；以及

转向角与转向转矩的微分值之积，

所述可动部件构成所述转向系统且至少包括所述方向盘。

3.根据权利要求1或2所述的车辆用转向辅助装置，其中，

所述调整力是转向辅助力，

在所述转向系统的能量的变化率是增加的变化率时，与所述转向系统的能量的变化率不是增加的变化率时相比，所述控制装置增大所述转向辅助力。

4.根据权利要求1或2所述的车辆用转向辅助装置，其中，

所述调整力是转向衰减力及转向摩擦力中的至少一方，

在所述转向系统的能量的变化率是减少的变化率时，与所述转向系统的能量的变化率不是减少的变化率时相比，所述控制装置增大所述转向衰减力及所述转向摩擦力中的至少一方。

5.根据权利要求3所述的车辆用转向辅助装置，其中，

所述控制装置判定向所述转向系统的能量的输入状况是由于驾驶员的转向操作而产生的正输入的状况还是由于所述转向轮从路面受到力而产生的反输入的状况，并以使所述反输入的状况下的转向辅助力的修正的量的大小与所述正输入的状况下的所述转向辅助力的修正的量的大小相比减小的方式变更所述转向辅助力的修正的量。

6.根据权利要求4所述的车辆用转向辅助装置，其中，

所述控制装置判定向所述转向系统的能量的输入状况是由于驾驶员的转向操作而产生的正输入的状况还是由于所述转向轮从路面受到力而产生的反输入的状况，并以使所述反输入的状况下的所述转向衰减力及所述转向摩擦力中的至少一方的修正的量的大小与所述正输入的状况下的所述转向衰减力及所述转向摩擦力中的至少一方的修正的量的大小相比增大的方式变更所述转向衰减力及所述转向摩擦力中的至少一方的修正的量。

7.根据权利要求5或6所述的车辆用转向辅助装置，其中，

所述控制装置基于转向转矩与转向转矩的微分值与所述转向系统的能量的变化率之积，来判定向所述转向系统的能量的输入状况是由于驾驶员的转向操作而产生的正输入的状况还是由于所述转向轮从路面受到力而产生的反输入的状况。