CN108602530A - 车辆用转向控制装置 - Google Patents

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CN108602530A CN201780010653.XA CN201780010653A CN108602530A CN 108602530 A CN108602530 A CN 108602530A CN 201780010653 A CN201780010653 A CN 201780010653A CN 108602530 A CN108602530 A CN 108602530A
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Abstract

提供一种车辆用转向控制装置，能够抑制由EPS装置在支援驾驶时产生的扭矩对驾驶员进行的方向盘的转向造成的影响。车辆用转向控制装置具有：EPS控制单元(第1控制单元)，其控制减速机构；以及差动机构控制单元(第2控制单元)，其控制差动机构。此外，车辆用转向控制装置具有辅助驾驶员进行的转向的第1转向辅助模式、以及与驾驶员进行的转向独立地进行转向的第2转向辅助模式。第2控制单元在第2转向辅助模式下控制差动机构，使得消除从由第1控制单元的控制的减速机构施加到差动机构的齿轮齿条副侧的扭矩。

Description

车辆用转向控制装置
技术领域
本发明涉及车辆用转向控制装置。
背景技术
具有为了减轻乘用车、卡车等所谓汽车中的车辆的转向力而通过转向辅助马达辅助转向的、所谓电动助力转向(EPS：Electric Power Steering)装置。在EPS装置中，经由减速器，通过齿轮或带等传输机构传输转向辅助马达的驱动力而对转向轴或者齿条轴施加辅助力。在这种EPS装置中，公开了如下技术：以能够可变地控制作为方向盘的转向角与转向轮的转向角之比的转向角比，降低与车辆周边的物体的冲突风险为目的，根据与物体的距离、相对速度、到达物体为止的距离使转向角比发生变化(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-056399号公报
发明内容
发明要解决的课题
近年来，EPS装置不仅用于减轻车辆的转向力的转向辅助，还以例如车辆的冲突规避等为目的进行自动转向。即，例如在由搭载于车辆的传感器检测出障碍物时，进行由EPS装置控制转向轮来避免与障碍物的冲突的紧急规避转向。这时，对由EPS装置产生的角加速度位移乘以惯性而得到的扭矩传递到方向盘。由于该EPS装置的主动驾驶支援而产生的扭矩是出乎驾驶员意料的扭矩，成为给驾驶员带来不舒适感或不安感的主要原因。此外，在由于EPS装置的主动驾驶支援而产生的扭矩超过了驾驶员给予的转向扭矩的情况下，方向盘有可能脱离驾驶员的手而旋转。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种车辆用转向控制装置，该车辆用转向控制装置能够抑制由EPS装置在自动转向时产生的扭矩对驾驶员执行的方向盘的转向造成的影响。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，实现目的，车辆用转向控制装置具有：第1控制单元，其在经由差动机构将方向盘与对转向轮进行转向驱动的齿轮齿条副之间连接且在所述齿轮齿条副与所述转向轮之间设有减速机构的转向机构中，控制所述减速机构；以及第2控制单元，其在所述转向机构中，控制所述差动机构，作为所述第1控制单元和所述第2控制单元的动作模式，具有：辅助驾驶员进行的转向的第1转向辅助模式；以及与驾驶员进行的转向独立地进行转向的第2转向辅助模式，所述第2控制单元在所述第2转向辅助模式下控制所述差动机构，使得消除从由所述第1控制单元控制的所述减速机构施加到所述差动机构的所述齿轮齿条副侧的扭矩。
根据上述结构，能够抑制在第2转向辅助模式中产生的扭矩对驾驶员进行的方向盘的转向造成的影响。
此外，作为优选方式，优选的是，所述第2控制单元在所述第2转向辅助模式下控制所述差动机构，使得所述方向盘侧的角位移相对于所述齿轮齿条副侧的角位移变小。
由此，能够抑制第2转向辅助模式时的方向盘侧的角位移。
此外，作为优选方式，优选的是，所述第2控制单元设定所述差动机构的所述方向盘侧的角度相对于所述差动机构的所述齿轮齿条副侧的角度的第1比率，在所述第2转向辅助模式下，根据所述差动机构的所述方向盘侧的角度和所述第1比率，控制所述差动机构。
根据上述结构，能够在第2转向辅助模式下，实现使差动机构的方向盘侧的角度的角位移相对于差动机构的方向盘侧的角度的角位移变小的转向角位移抑制控制。
此外，也可以构成为，所述第2控制单元设定与所述差动机构的所述方向盘侧的角度相对于所述差动机构的所述齿轮齿条副侧的角度的所述第1比率不同的第2比率，在所述第1转向辅助模式下，根据所述差动机构的所述方向盘侧的角度和所述第2比率，控制所述差动机构。
此外，作为优选方式，优选的是，所述第2控制单元切换所述第1比率和所述第2比率来对所述差动机构进行角度控制。
根据上述结构，能够通过1个第2控制单元实现第2转向辅助模式中的差动机构的角度控制和第1转向辅助模式中的差动机构的角度控制。
此外，作为优选方式，优选的是，所述第2控制单元在所述第1转向辅助模式下根据车速设定所述第2比率。
根据上述结构，能够在第1转向辅助模式中，实现与车速对应的适当的转向辅助控制。
此外，作为优选方式，优选的是，具有扭矩传感器，该扭矩传感器检测所述差动机构的所述方向盘侧的扭矩，所述第2控制单元在所述第2转向辅助模式下控制所述差动机构，使得由所述扭矩传感器检测的转向扭矩成为规定的目标转向扭矩。
根据上述结构，能够消除从由第1控制单元控制的减速机构施加到差动机构的齿轮齿条副侧的扭矩。
此外，也可以构成为，能够根据来自外部的指令，切换所述第1转向辅助模式和所述第2转向辅助模式。
发明效果
根据本发明，可提供一种车辆用转向控制装置，该车辆用转向控制装置能够抑制由EPS装置在支援驾驶时产生的扭矩对驾驶员进行的方向盘的转向造成的影响。
附图说明
图1是示出实施方式1的车辆用转向控制装置的一个结构例的图。
图2是示出实施方式1的车辆用转向控制装置的EPS控制单元的内部功能结构的一例的图。
图3是示出实施方式1的车辆用转向控制装置的差动机构控制单元的内部功能结构的一例的图。
图4是示出实施方式1的车辆用转向控制装置中的小齿轮角θp与转向角θs之间的关系的图。
图5是示出实施方式1的车辆用转向控制装置的第2转向辅助模式中的、作用于转向轴的扭矩的一例的图。
图6A是示出实施方式1的车辆用转向控制装置的第2转向辅助模式中的、小齿轮角θp相对于转向角θs的比率α为1(α＝1)时的转向角θs与小齿轮角θp的转变例的图。
图6B是示出实施方式1的车辆用转向控制装置的第2转向辅助模式中的、小齿轮角θp相对于转向角θs的比率α为20(α＝20)时的转向角θs与小齿轮角θp的转变例的图。
图7是示出实施方式2的车辆用转向控制装置的一个结构例的图。
图8是示出实施方式2的车辆用转向控制装置的差动机构控制单元的内部功能结构的一例的图。
图9A是示出实施方式2的车辆用转向控制装置的第2转向辅助模式中的、未应用基于扭矩控制的转向角位移抑制控制的情况下的转变例的图。
图9B是示出实施方式2的车辆用转向控制装置的第2转向辅助模式中的、应用了基于扭矩控制的转向角位移抑制控制的情况下的转变例的图。
具体实施方式
参照附图，对用于实施本发明的方式(实施方式)详细地进行说明。本发明并不受以下实施方式所记载的内容限定。另外，在以下所记载的结构要素中包括本领域技术人员容易想到的和实质上相同的结构要素。而且，以下所记载的结构要素能够适当地进行组合。
(实施方式1)
图1是示出实施方式1的车辆用转向控制装置的一个结构例的图。在图1所示的例子中，车辆1通过驾驶员执行的方向盘11的转向和车辆用转向控制装置3执行的控制，使作为左右的转向轮的左转向轮2FL和右转向轮2FR转向。方向盘11与左转向轮2FL以及右转向轮2FR之间经由操舵轴12、齿轮齿条副18、拉杆19而联结，构成了转向机构100。
齿轮齿条副18由小齿轮18a和齿条18b构成，对分别经由拉杆19而与齿条18b的两端联结的左转向轮2FL和右转向轮2FR进行转向驱动。
操舵轴12由方向盘11侧的转向轴12a和齿轮齿条副18侧的小齿轮轴12b构成，转向轴12a和小齿轮轴12b经由后述的差动机构31机械地连接起来。另外，转向轴12a和小齿轮轴12b可以构成为分别经由万向节而将多个扭杆联结。
在小齿轮轴12b上设有第1角度传感器14。第1角度传感器14检测作为小齿轮轴12b的机械角的小齿轮角θp。第1角度传感器14例如能够由绝对角传感器、相对角传感器或者旋转变压器等构成。另外，在由相对角传感器或者旋转变压器等构成第1角度传感器14的情况下，需要在后段转换为绝对角而得到小齿轮角θp。
在转向轴12a上设有第2角度传感器15。第2角度传感器15检测作为转向轴12a的机械角的转向角θs。第2角度传感器15例如能够由绝对角传感器、相对角传感器或者旋转变压器等构成。另外，在由相对角传感器或者旋转变压器等构成第2角度传感器15的情况下，需要在后级转换为绝对角而得到转向角θs。
此外，在转向轴12a上设有扭矩传感器13。扭矩传感器13检测被施加到转向轴12a的转向扭矩Ts。
如图1所示，实施方式1的车辆用转向控制装置3构成为包含电动助力转向(EPS：Electric Power Steering)装置20和差动装置30。在本实施方式中，作为动作模式，车辆用转向控制装置3具有：在车辆1的通常转向时辅助驾驶员进行的转向的第1转向辅助模式；以及在例如避免车辆1与障碍物的冲突的紧急规避转向时等与驾驶员进行的转向独立地进行自动转向的第2转向辅助模式。车辆用转向控制装置3通过从自动转向控制单元(上位控制单元)50输入目标小齿轮角θp*，从第1转向辅助模式切换到第2转向辅助模式。另外，车辆用转向控制装置3也可以为如下结构：除目标小齿轮角θp*以外，还从自动转向控制单元(上位控制单元)50输入用于切换第1转向辅助模式和第2转向辅助模式的信号。此外，自动转向控制单元(上位控制单元)50能够根据来自例如未图示的障碍物检测传感器等各种传感器的信息，无缝地切换第1转向辅助模式和第2转向辅助模式。例如，在障碍物传感器检测出车辆1的前进方向的障碍物的情况下，开启(ON)第2转向辅助模式。
在图1所示的例子中，EPS装置20是对齿条18b施加辅助力的所谓齿条辅助式的电动助力转向装置。EPS装置20构成为包含减速机构21、EPS马达22和EPS控制单元23。减速机构21和EPS马达22构成EPS致动器200。另外，本发明不受减速机构21的结构和EPS马达22的结构限定。
EPS控制单元23包含控制减速机构21的EPS控制单元(第1控制单元)24。EPS控制单元24在第1转向辅助模式中，进行用于对操舵轴12施加期望的辅助扭矩的电流控制，对EPS马达22施加EPS马达电流Im。此外，EPS控制单元23在第2转向辅助模式中，根据来自上位控制单元50的目标小齿轮角θp*和由扭矩传感器13检测的转向扭矩Ts进行电流控制，对EPS马达22施加EPS马达电流Im。这时，小齿轮轴12b中产生与EPS马达22的角加速度对应的角位移(以下，称作“EPS致动器角”)θeps。
差动装置30构成为包含差动机构31、差动机构马达32和差动机构控制单元33。差动机构31和差动机构马达32构成差动机构致动器300。差动机构31例如可以是转向角比可变机构，也可以是具有扭矩限制器或电磁离合器等构造的结构。本发明不受该差动机构31、差动机构马达32的结构限定。
差动机构控制单元33包含差动机构控制单元(第2控制单元)34，该差动机构控制单元(第2控制单元)34控制差动机构31。差动机构控制单元34通过对差动机构马达32进行电流控制，由设置在小齿轮轴12b与转向轴12a之间的差动机构31产生角度差(以下，称作“差动机构致动器角”)θdm。之后对该差动机构控制单元34进行叙述。
图2是示出实施方式1的车辆用转向控制装置的EPS控制单元的内部功能结构的一例的图。
EPS控制单元24构成为包含EPS辅助控制部25、EPS马达角控制部26、EPS马达电流指令值切换部27和EPS马达电流控制部28。向EPS控制单元24输入由车速传感器16检测出的车速Vt、由第1角度传感器14检测出的小齿轮角θp、由扭矩传感器13检测出的转向扭矩Ts、来自EPS马达22的EPS马达角θm和来自自动转向控制单元(上位控制单元)50的目标小齿轮角θp*。
EPS辅助控制部25具有EPS马达辅助扭矩运算部251和第1EPS马达电流指令值运算部252。
EPS马达辅助扭矩运算部251在第1转向辅助模式中，根据车速Vt和转向扭矩Ts，求出作为EPS致动器200的辅助扭矩Ta，输出到第1EPS马达电流指令值运算部252。
第1EPS马达电流指令值运算部252求出为了得到辅助扭矩Ta而需要的EPS马达22的电流指令值(第1EPS马达电流指令值)Im1*，输出到EPS马达电流指令值切换部27。
EPS马达角控制部26具有EPS马达目标角运算部261、加法器262和第2EPS马达电流指令值运算部263。
EPS马达目标角运算部261在第2转向辅助模式中，根据目标小齿轮角θp*和小齿轮角θp，求出在第2转向辅助模式中所需的EPS马达目标角θm*。更具体而言，EPS马达目标角运算部261求出小齿轮角θp相对于目标小齿轮角θp*的角度偏差，求出为了抵消该角度偏差而需要的EPS致动器目标角θeps*。然后，EPS马达目标角运算部261求出与所求出的EPS致动器目标角θeps*对应的EPS马达目标角θm*，输出到加法器262。
加法器262求出EPS马达目标角θm*与EPS马达角θm之间的角度偏差Δθm，输出到第2EPS马达电流指令值运算部263。
第2EPS马达电流指令值运算部263求出为了抵消EPS马达目标角θm*与EPS马达角θm之间的角度偏差Δθm而需要的EPS马达22的电流指令值(第2EPS马达电流指令值)Im2*，输出到EPS马达电流指令值切换部27。
EPS马达电流指令值切换部27与目标小齿轮角θp*对应地切换从EPS辅助控制部25输出的第1EPS马达电流指令值Im1*和从EPS马达角控制部26输出的第2EPS马达电流指令值Im2*，输出为EPS马达电流指令值Im*。更具体而言，如果未从自动转向控制单元(上位控制单元)50输入目标小齿轮角θp*，则EPS马达电流指令值切换部27在第1转向辅助模式中，将第1EPS马达电流指令值Im1*作为EPS马达电流指令值Im*输出到EPS马达电流控制部28。此外，如果从自动转向控制单元(上位控制单元)50输入了目标小齿轮角θp*，则EPS马达电流指令值切换部27在第2转向辅助模式中，将第2EPS马达电流指令值Im2*作为EPS马达电流指令值Im*输出到EPS马达电流控制部28。
EPS马达电流控制部28生成与从EPS马达电流指令值切换部27输出的EPS马达电流指令值Im*对应的EPS马达电流Im，施加到EPS马达22。
即，EPS控制单元24在第1转向辅助模式中，以得到与车速Vt的转向扭矩Ts对应的辅助扭矩Ta的方式，对EPS马达22进行电流控制，由此，进行EPS致动器200的扭矩控制。此外，EPS控制单元24在第2转向辅助模式中，以追随从自动转向控制单元(上位控制单元)50输入的目标小齿轮角θp*的方式，对EPS马达22进行电流控制，由此，进行EPS致动器200的角度控制。
图3是示出实施方式1的车辆用转向控制装置的差动机构控制单元的内部功能结构的一例的图。
差动机构控制单元34构成为包含差动机构致动器目标角运算部35、加法器36、37、差动机构致动器位置控制部38和差动机构马达电流控制部39。
向差动机构控制单元34输入由第1角度传感器14检测出的小齿轮角θp、由第2角度传感器15检测出的转向角θs、由车速传感器16检测出的车速Vt和来自自动转向控制单元(上位控制单元)50的目标小齿轮角θp*。
本实施方式中的差动机构控制单元34在第1转向辅助模式中，实现与车速Vt对应的转向辅助控制，在第2转向辅助模式中，实现通过对差动机构致动器300进行角度控制而抑制转向角θs所产生的角位移的转向角位移抑制控制。
差动机构致动器目标角运算部35在第1转向辅助模式中，根据车速Vt、转向角θs和目标小齿轮角θp*，求出差动机构致动器300中的角度指令、即、差动机构致动器目标角运算部35中的差动机构致动器目标角θdm*，输出到加法器37。
此外，差动机构致动器目标角运算部35在第2转向辅助模式中，根据转向角θs求出差动机构致动器目标角θdm*，输出到加法器37。
加法器36求出小齿轮角θp与转向角θs之间的相对差，输出到加法器37。该小齿轮角θp与转向角θs之间的相对差为差动机构致动器300中的差动机构致动器角θdm。
加法器37求出从差动机构致动器目标角运算部35输出的差动机构致动器目标角θdm*与从加法器36输出的差动机构致动器角θdm之间的角度偏差Δθdm，输出到差动机构致动器位置控制部38。
差动机构致动器位置控制部38根据差动机构致动器目标角θdm*与差动机构致动器角θdm之间的角度偏差Δθdm，控制差动机构致动器300的位置。即，差动机构致动器位置控制部38求出为了抵消差动机构致动器目标角θdm*与差动机构致动器角θdm之间的角度偏差Δθdm而需要的差动机构马达32的电流指令值(差动机构马达电流指令值)Ia*，输出到差动机构马达电流控制部39。
差动机构马达电流控制部39生成与从差动机构致动器位置控制部38输出的差动机构马达电流指令值Ia*对应的差动机构马达电流Ia，施加到差动机构马达32。
这里，对差动机构控制单元34的动作概念进行说明。
图4是示出实施方式1的车辆用转向控制装置中的小齿轮角θp与转向角θs之间的关系的图。在图4所示的例子中，横轴表示转向角θs的相位，纵轴表示小齿轮角θp的相位。此外，在图4所示的例子中，右方向表示方向盘11的右旋转方向，左方向表示方向盘11的左旋转方向。此外，在图4所示的例子中，上方向表示各转向轮2FL、2FR的右转向方向，下方向表示各转向轮2FL、2FR的左转向方向。
在图4所示的例子中示出了用线性直线表示任意车速Vt的小齿轮角θp与转向角θs之间的相关关系的例子，该线性直线通过原点(θp＝0、θs＝0)，且小齿轮角θp与转向角θs处于具有正斜率的比例关系。另外，在图4所示的例子中示出了小齿轮角θp与转向角θs处于具有正的斜率的比例关系的线性直线的例子，但也可以是始终具有0至正的斜率的三次曲线的结构。
这里，小齿轮角θp与转向角θs之间的关系用下述(1)式表示。
θp＝αθs……(1)
在上述(1)式中，α是小齿轮角θp相对于转向角θs的比率。该小齿轮角θp相对于转向角θs的比率α能够设定为比0大的任意值。
如图4所示，如果增大小齿轮角θp相对于转向角θs的比率α(α＝1→α>1),则能够以较小的转向角θs获得较大的小齿轮角θp，如果减小小齿轮角θp相对于转向角θs的比率α(α＝1→α<1)，则如果想获得较大的小齿轮角θp，需要更大的转向角θs。一般而言，前者面向低速行驶，后者适于高速行驶。即，优选在第1转向辅助模式时，与车速Vt对应地使小齿轮角θp相对于转向角θs的比率α发生变化。
在本实施方式的车辆用转向控制装置3中，将差动机构致动器300中的差动机构致动器角θdm重叠。这时，当设由差动机构31决定的转向角θs与小齿轮角θp的比率为β、由差动机构31决定的转向角θs与差动机构致动器角θdm的比率为γ时，可得到下述(2)式。
θp＝βθs+γθdm……(2)
这里，转向角θs与小齿轮角θp的比率β和转向角θs与差动机构致动器角θdm的比率γ是由差动机构31决定的常数值。
从上述(1)式和(2)式中消除小齿轮角θp，当变形为差动机构致动器角θdm的式子时，可得到下述(3)式。
θdm＝(α-β)×θs/γ……(3)
上述(3)式中的右边成为差动机构致动器300中的角度指令、即、差动机构致动器目标角运算部35中的差动机构致动器目标角θdm*。通过以使上述(3)式成立的方式控制差动机构致动器300，上述(1)式成立。
在第1转向辅助模式时，转向轴12a成为差动机构31的输入轴，小齿轮轴12b成为差动机构31的输出轴。即，向差动机构31输入转向角θs，输出小齿轮角θp。
另一方面，在第2转向辅助模式时，通过对EPS致动器200进行角度控制，使小齿轮轴12b产生角位移。这时，小齿轮轴12b成为差动机构31的输入轴，差动机构31的转向轴12a成为输出轴。即，向差动机构31输入小齿轮角θp，输出转向角θs。因此，当将上述(1)式和(2)式变形为转向角θs的式子时，可得到下述(4)式和(5)式。
θs＝θp/α……(4)
θs＝(θp-γθdm)/β……(5)
根据上述(4)式可知，转向角θs为对小齿轮角θp乘以小齿轮角θp相对于转向角θs的比率α的倒数、即、作为转向角θs相对于小齿轮角θp的比率的1/α所得的值。因此，如果在第2转向辅助模式时，以使转向角θs相对于小齿轮角θp的比率1/α变小的方式、即、如果使小齿轮角θp相对于转向角θs的比率α变大，则能够实现抑制了方向盘11所产生的角位移(转向角位移)的转向角位移抑制控制。
因此，在实施方式1的车辆用转向控制装置3的第2转向辅助模式中，差动机构致动器目标角运算部35将小齿轮角θp相对于转向角θs的第1比率α1应用于上述(3)式来求出差动机构致动器目标角θdm*。
此外，在实施方式1的车辆用转向控制装置3的第1转向辅助模式中，差动机构致动器目标角运算部35将根据任意车速Vt设定的第2比率α2应用于上述(3)式来求出差动机构致动器目标角θdm*。
即，在第2转向辅助模式中，利用小齿轮角θp相对于转向角θs的第1比率α1对差动机构致动器300进行角度控制，在第1转向辅助模式中，利用与车速Vt对应的第2比率α2对差动机构致动器300进行角度控制。由此，能够在第2转向辅助模式中，实现使转向角θs的角位移比小齿轮角θp的角位移小的转向角位移抑制控制，能够在第1转向辅助模式中，实现与车速Vt对应的适当的转向辅助控制。
以下，根据作用于操舵轴12的各扭矩的观点，对第2转向辅助模式中的转向角位移抑制控制的动作原理进行说明。
图5是示出实施方式1的车辆用转向控制装置的第2转向辅助模式中的、作用于转向轴的扭矩的一例的图。如图5所示，转向扭矩Ts、由差动机构致动器300产生的差动机构致动器扭矩Tdm、对与在第2转向辅助模式时被进行角度控制的EPS装置20施加的惯性成比例的加速度进行转换后的EPS致动器扭矩Teps、和作用于行驶中的车辆1的自调整扭矩Tsa的各扭矩作用在操舵轴12上。
在第2转向辅助模式时，通过对EPS致动器200进行角度控制，产生与惯性成比例的加速度被转换后的EPS致动器扭矩Teps，该EPS致动器扭矩Teps经由小齿轮轴12b、差动机构31、转向轴12a而传递到方向盘11。在该EPS致动器扭矩Teps大于转向扭矩Ts的情况下，方向盘11产生与EPS致动器扭矩Teps和转向扭矩Ts之间的扭矩差对应的角位移。即，在第2转向辅助模式时，小齿轮轴12b可成为差动机构31的输入轴，转向轴12a可成为差动机构31的输出轴。
转向扭矩Ts、差动机构致动器扭矩Tdm、EPS致动器扭矩Teps和自调整扭矩Tsa用下述(6)式表示。
Ts+Tdm＝Teps+Tsa……(6)
当将上述(6)式变形为转向扭矩Ts的式子时，可得到下述(7)式。
Ts＝(Teps+Tsa)-Tdm……(7)
根据上述(7)式可知，在第2转向辅助模式时由EPS装置20产生的EPS致动器扭矩Teps与自调整扭矩Tsa相加所得到的扭矩(Teps+Tsa)用可由差动机构致动器300产生的差动机构致动器扭矩Tdm抵消，由此，能够抑制传递到驾驶员的扭矩。
此外，在方向盘11中产生由于各扭矩而引起的角位移θh，所述各扭矩包括操舵轴12中产生的转向扭矩Ts、差动机构致动器扭矩Tdm、EPS致动器扭矩Teps、自调整扭矩Tsa。这时，方向盘11周围的运动方程式用下述(8)式给出。
Ts+Tdm-(Teps+Tsa)＝Jh×d2θh/dt……(8)
当将上述(8)式变形为角位移θh的式子时，可得到下述(9)式。
θh＝∫∫{Ts+Tdm-(Teps+Tsa)}/Jh……(9)
根据上述(9)式可知，在方向盘11中产生由于各扭矩而引起的角位移θh，所述各扭矩包括操舵轴12中产生的转向扭矩Ts、差动机构致动器扭矩Tdm、EPS致动器扭矩Teps、自调整扭矩Tsa。此外，当将上述(9)式中的角位移θh置换为转向角θs时，转向角θs能够通过用可由差动机构致动器300产生的差动机构致动器扭矩Tdm抵消对在第2转向辅助模式时由EPS装置20产生的EPS致动器扭矩Teps与自调整扭矩Tsa相加所得到的扭矩(Teps+Tsa)而进行抑制。换言之，能够使用差动机构致动器扭矩Tdm来抑制第2转向辅助模式时的转向角θs的角位移。
如上所述，本实施方式的车辆用转向控制装置3的差动机构控制单元34在第2转向辅助模式中，应用使得转向角θs的角位移相对于小齿轮角θp的角位移变小的、小齿轮角θp相对于转向角θs的第1比率α1，来对差动机构致动器300进行角度控制。这时，差动机构致动器300以消除在第2转向辅助模式中由EPS装置20施加的EPS致动器扭矩Teps的方向、即、消除由EPS致动器扭矩Teps施加到操舵轴12的小齿轮角θp的方式，施加了与EPS致动器扭矩Teps相反朝向的差动机构致动器角θdm。由此，产生与由EPS致动器扭矩Teps产生的小齿轮角θp相反朝向的差动机构致动器角θdm，其结果是，可抑制转向角θs的角位移，能够抑制由EPS装置20在第2转向辅助模式中产生的扭矩(EPS致动器扭矩Teps)对驾驶员进行的方向盘11的转向造成的影响。即，在本实施方式的车辆用转向控制装置3中，能够在第2转向辅助模式中，实现使转向角θs的角位移相对于小齿轮角θp的角位移变小的转向角位移抑制控制。
此外，本实施方式的车辆用转向控制装置3的差动机构控制单元34在第1转向辅助模式中，应用根据任意车速Vt设定的第2比率α2来对差动机构致动器300进行角度控制。由此，在本实施方式的车辆用转向控制装置3中，能够在第1转向辅助模式中，实现与车速Vt对应的适当的转向辅助控制。
图6A是示出实施方式1的车辆用转向控制装置的第2转向辅助模式中的、小齿轮角θp相对于转向角θs的比率α为1(α＝1)时的转向角θs与小齿轮角θp的转变例的图。图6B是示出实施方式1的车辆用转向控制装置的第2转向辅助模式中的、小齿轮角θp相对于转向角θs的比率α为20(α＝20)时的转向角θs与小齿轮角θp的转变例的图。
在图6A和图6B所示的例子中，作为利用第2转向辅助模式避免车辆前方的障碍物的例子进行了模拟。
如图6A所示，在小齿轮角θp相对于转向角θs的比率α为1(α＝1)时，转向角θs的轨迹与小齿轮角θp的轨迹之差较小。
另一方面，如图6B所示，在小齿轮角θp相对于转向角θs的比率α为20(α＝20)时，由EPS装置20对小齿轮角θp较大地进行角度控制，与此相对，转向角θs的轨迹的峰值变得比小齿轮角θp的轨迹小。即，在本实施方式的车辆用转向控制装置3中，在差动机构致动器目标角运算部35求出差动机构致动器目标角θdm*时，通过应用于适当地设定了小齿轮角θp相对于转向角θs的比率α的、小齿轮角θp相对于第2转向角θs的比率α2，能够抑制由EPS装置20在第2转向辅助模式时产生的扭矩对驾驶员进行的方向盘11的转向造成的影响。
如以上所说明那样，实施方式1的车辆用转向控制装置3具有：EPS控制单元(第1控制单元)24，其在经由差动机构31将方向盘11与对各转向轮2FL、2FR进行转向驱动的齿轮齿条副18之间连接并在齿轮齿条副18与各转向轮2FL、2FR之间设有减速机构21的转向机构100中，控制减速机构21；以及差动机构控制单元(第2控制单元)34，其控制差动机构31。
此外，作为EPS控制单元(第1控制单元)24和差动机构控制单元(第2控制单元)34的动作模式，实施方式1的车辆用转向控制装置3具有：辅助驾驶员进行的转向的第1转向辅助模式；以及与驾驶员进行的转向独立地进行自动转向的第2转向辅助模式。
差动机构控制单元(第2控制单元)34在第2转向辅助模式中，以消除由于从由EPS控制单元(第1控制单元)24控制的减速机构21施加到操舵轴12的小齿轮轴12b(差动机构31的齿轮齿条副18侧)的扭矩而产生的角位移的方式，对差动机构31进行角度控制。
更具体而言，差动机构控制单元(第2控制单元)34在第2转向辅助模式中，以使转向角θs的角位移相对于小齿轮角θp的角位移变小的方式，对差动机构31进行角度控制。
这时，差动机构致动器300的差动机构31以消除在第2转向辅助模式中由EPS装置20的減速装置21施加的EPS致动器扭矩Teps的方向、即、消除由EPS致动器扭矩Teps施加到操舵轴12的小齿轮角θp的方式，施加了与EPS致动器扭矩Teps相反朝向的差动机构致动器角θdm。由此，产生与由EPS致动器扭矩Teps产生的小齿轮角θp相反朝向的差动机构致动器角θdm，其结果是，可抑制转向角θs的角位移，能够抑制由EPS装置20在第2转向辅助模式中产生的扭矩(EPS致动器扭矩Teps)对驾驶员进行的方向盘11的转向造成的影响。
此外，在上述结构中，差动机构控制单元(第2控制单元)34设定转向角θs(差动机构31的方向盘11侧的角度)相对于小齿轮角θp(差动机构31的齿轮齿条副18侧的角度)的第1比率，根据(差动机构31的方向盘11侧的角度)、以及转向角θs相对于小齿轮角θp的第1比率，对差动机构31进行角度控制，由此，能够消除由于从由EPS控制单元(第1控制单元)24控制的减速机构21施加到操舵轴12的小齿轮轴12b(差动机构31的齿轮齿条副18侧)的扭矩而产生的角位移。
此外，差动机构控制单元(第2控制单元)34在第1转向辅助模式中，根据转向角θs(差动机构31的方向盘11侧的角度)、以及根据车速Vt设定的第2比率，对差动机构31进行角度控制。即，在第2转向辅助模式和第1转向辅助模式中，切换第1比率和第2比率来对差动机构31进行角度控制。由此，能够在第2转向辅助模式中，实现使转向角θs的角位移相对于小齿轮角θp的角位移变小的转向角位移抑制控制，能够在第1转向辅助模式中，实现与车速Vt对应的适当的转向辅助控制。
另外，在上述的实施方式1中示出了在EPS控制单元23内包含EPS控制单元(第1控制单元)24、在差动机构控制单元33内包含差动机构控制单元(第2控制单元)34的例子，但EPS控制单元(第1控制单元)24和差动机构控制单元(第2控制单元)34也可以是包含在同一控制单元中的结构，还可以将EPS控制单元23和差动机构控制单元33构成为1个控制单元。本发明不受这些控制单元的结构、或者EPS控制单元(第1控制单元)24和差动机构控制单元(第2控制单元)34的物理结构限定。
(实施方式2)
图7是示出实施方式2的车辆用转向控制装置的一个结构例的图。另外，在图7所示的车辆1a中，实施方式2的车辆用转向控制装置的EPS控制单元24的结构与上述的实施方式1相同，因此，这里省略说明。
车辆用转向控制装置3a通过从自动转向控制单元(上位控制单元)50输入目标小齿轮角θp*和目标转向扭矩Ts*，从第1转向辅助模式切换到第2转向辅助模式。另外，车辆用转向控制装置3a也可以是如下结构：除了目标小齿轮角θp*和目标转向扭矩Ts*以外，还从自动转向控制单元(上位控制单元)50输入用于切换第1转向辅助模式和第2转向辅助模式的信号。
差动装置30a构成为包含差动机构31、差动机构马达32a和差动机构控制单元33a。差动机构31和差动机构马达32a构成差动机构致动器300a。
差动机构控制单元33a包含控制差动机构31的差动机构控制单元(第2控制单元)34a。差动机构控制单元34a通过对差动机构马达32a进行电流控制，由设置在小齿轮轴12b与转向轴12a之间的差动机构31产生角度差θdm。
图8是示出实施方式2的车辆用转向控制装置的差动机构控制单元的内部功能结构的一例的图。
差动机构控制单元34a构成为包含第1差动机构马达指令值生成部45、第2差动机构马达指令值生成部46、差动机构马达电流指令值切换部47和差动机构马达电流控制部48。
第1差动机构马达指令值生成部45构成为包含差动机构马达目标角运算部451、加法器452和第1差动机构马达电流指令值运算部453。
第2差动机构马达指令值生成部46构成为包含加法器461、差动机构致动器扭矩指令值运算部462和第2差动机构马达电流指令值运算部463。
差动机构致动器扭矩指令值运算部462例如构成为包含相位补偿器464和控制单元465。控制单元465例如可以是PI控制单元、P控制单元。
向差动机构控制单元34a输入由车速传感器16检测出的车速Vt、由第2角度传感器15检测出的转向角θs、差动机构马达32a的绝对角(差动机构马达角)θa、由扭矩传感器13检测出的转向扭矩Ts、来自自动转向控制单元(上位控制单元)50的目标小齿轮角θp*和目标转向扭矩Ts*。
本实施方式中的差动机构控制单元34a在第1转向辅助模式中，实现与车速Vt对应的转向辅助控制，在第2转向辅助模式中，实现通过对EPS致动器200进行扭矩控制而抑制转向角θs所产生的角位移的转向角位移抑制控制。
第1差动机构马达指令值生成部45的差动机构马达目标角运算部451在第1转向辅助模式中，根据车速Vt和转向角θs，求出差动机构致动器300a中的角度指令(差动机构致动器目标角θdm*)。然后，差动机构马达目标角运算部451求出与所求出的差动机构致动器目标角θdm*对应的差动机构马达目标角θa*，输出到加法器452。
加法器452求出从差动机构马达目标角运算部451输出的差动机构马达目标角θa*与差动机构马达角θa之间的角度偏差Δθa，输出到第1差动机构马达电流指令值运算部453。
第1差动机构马达电流指令值运算部453求出为了抵消差动机构马达目标角θa*与差动机构马达角θa之间的角度偏差Δθa而需要的差动机构马达32a的电流指令值(第1差动机构马达电流指令值)Ia1*，输出到差动机构马达电流指令值切换部47。
另一方面，第2差动机构马达指令值生成部46的加法器461在第2转向辅助模式中，求出来自自动转向控制单元(上位控制单元)50的目标转向扭矩Ts*与由扭矩传感器13检测出的转向扭矩Ts之间的偏差ΔTs，输出到差动机构致动器扭矩指令值运算部462。
差动机构致动器扭矩指令值运算部462根据从加法器461输入的目标转向扭矩Ts*与转向扭矩Ts之间的偏差ΔTs，求出差动机构致动器扭矩指令值Tdm*，输出到第2差动机构马达电流指令值运算部463。另外，在图8所示的例子中示出了包含相位补偿器464和控制单元465而构成差动机构致动器扭矩指令值运算部462的例子，但差动机构致动器扭矩指令值运算部462的结构不限于此，本发明不受差动机构致动器扭矩指令值运算部462的结构限定。
第2差动机构马达电流指令值运算部463求出为了得到差动机构致动器扭矩指令值Tdm*而需要的差动机构马达32a的电流指令值(第2差动机构马达电流指令值)Ia2*，输出到差动机构马达电流指令值切换部47。
差动机构马达电流指令值切换部47与目标小齿轮角θp*对应地切换从第1差动机构马达电流指令值运算部453输出的第1差动机构马达电流指令值Ia1*和从第2差动机构马达电流指令值运算部463输出的第2差动机构马达电流指令值Ia2*，输出为差动机构马达电流指令值Ia*。更具体而言，如果未从自动转向控制单元(上位控制单元)50输入目标小齿轮角θp*，则差动机构马达电流指令值切换部47在第1转向辅助模式中，将第1差动机构马达电流指令值Ia1*作为差动机构马达电流指令值Ia*输出到差动机构马达电流控制部48。此外，如果从自动转向控制单元(上位控制单元)50输入了目标小齿轮角θp*，则差动机构马达电流指令值切换部47在第2转向辅助模式中，将第2差动机构马达电流指令值Ia2*作为差动机构马达电流指令值Ia*输出到差动机构马达电流控制部48。
差动机构马达电流控制部48生成与从差动机构马达电流指令值切换部47输出的差动机构马达电流指令值Ia*对应的差动机构马达电流Ia，施加到差动机构马达32a。
实施方式2的车辆用转向控制装置的第1转向辅助模式中的差动机构控制单元34a的动作概念和第2转向辅助模式中的转向角位移抑制控制的动作原理与实施方式1相同，因此，这里省略说明。
本实施方式的车辆用转向控制装置3a的差动机构控制单元34a在第1转向辅助模式中，应用小齿轮角θp相对于与车速Vt对应的转向角θs的比率α来对差动机构致动器300a进行角度控制。此外，差动机构控制单元34a在第2转向辅助模式中，以使从自动转向控制单元(上位控制单元)50施加的目标转向扭矩Ts*与转向扭矩Ts之间的偏差ΔTs变小的方式，对差动机构致动器300a进行扭矩控制。这时，差动机构致动器300a在第2转向辅助模式中，以消除由EPS装置20的減速装置21施加的EPS致动器扭矩Teps的方向、即、消除由EPS致动器扭矩Teps施加到操舵轴12的小齿轮角θp的方式，施加了与EPS致动器扭矩Teps相反朝向的差动机构致动器角θdm。由此，产生与由EPS致动器扭矩Teps产生的小齿轮角θp相反朝向的差动机构致动器角θdm，其结果是，可抑制转向角θs的角位移，能够抑制由EPS装置20在第2转向辅助模式中产生的扭矩(EPS致动器扭矩Teps)对驾驶员进行的方向盘11的转向造成的影响。
图9A是示出实施方式2的车辆用转向控制装置的第2转向辅助模式中的、未应用基于扭矩控制的转向角位移抑制控制的情况下的转变例的图。图9B是示出实施方式2的车辆用转向控制装置的第2转向辅助模式中的、应用了基于扭矩控制的转向角位移抑制控制的情况下的转变例的图。
在图9A和图9B所示的例子中，作为利用第2转向辅助模式避免车辆前方的障碍物的例子进行了模拟。
如图9B所示，在应用了基于实施方式2的扭矩控制的转向角位移抑制控制的情况下，与未应用基于实施方式2的扭矩控制的转向角位移抑制控制的情况(图9A)相比，转向扭矩Ts的振幅变小。即，在本实施方式的车辆用转向控制装置3a中，适当地设定从自动转向控制单元(上位控制单元)50输入的目标转向扭矩Ts*，以消除第1转向辅助模式时由EPS装置20的減速装置21施加的EPS致动器扭矩Teps的方向、即、消除由EPS致动器扭矩Teps施加到操舵轴12的小齿轮角θp的方式，将与EPS致动器扭矩Teps相反朝向的差动机构致动器角θdm重叠，由此，能够抑制由EPS装置20在第2转向辅助模式时产生的扭矩对驾驶员进行的方向盘11的转向造成的影响。
另外，在上述的例子中，作为从自动转向控制单元(上位控制单元)50施加目标转向扭矩Ts*的例子进行了说明，但也可以预先作为设定值设定在第2差动机构马达指令值生成部46中，也可以构成为存储到差动机构控制单元33a内所具备的未图示的存储部中，在从第1转向辅助模式向第2转向辅助模式切换时读入到第2差动机构马达指令值生成部46中。
如以上所说明的那样，实施方式2的车辆用转向控制装置3a的差动机构控制单元(第2控制单元)34a在第2转向辅助模式中，以消除从由EPS控制单元(第1控制单元)24控制的减速机构21施加到操舵轴12的小齿轮轴12b(差动机构31的齿轮齿条副18侧)的扭矩的方式，对差动机构31进行扭矩控制。
这时，差动机构致动器300a的差动机构31以消除在第2转向辅助模式中由EPS装置20的減速装置21施加的EPS致动器扭矩Teps的方向、即、消除由EPS致动器扭矩Teps施加到操舵轴12的小齿轮角θp的方式，施加了与EPS致动器扭矩Teps相反朝向的差动机构致动器角θdm。由此，产生与由EPS致动器扭矩Teps产生的小齿轮角θp相反朝向的差动机构致动器角θdm，其结果是，可抑制转向角θs的角位移，能够抑制由EPS装置20在第2转向辅助模式中产生的扭矩(EPS致动器扭矩Teps)对驾驶员进行的方向盘11的转向造成的影响。
此外，在上述结构中，差动机构控制单元(第2控制单元)34a以使方向盘11所产生的转向扭矩Ts成为规定的目标转向扭矩Ts*的方式，对差动机构31进行扭矩控制，由此，能够消除从由EPS控制单元(第1控制单元)24控制的减速机构21施加到差动机构31的齿轮齿条副18侧的扭矩。
另外，在上述实施方式2中示出了在EPS控制单元23内包含EPS控制单元(第1控制单元)24且在差动机构控制单元33a内包含差动机构控制单元(第2控制单元)34a的例子，但EPS控制单元(第1控制单元)24和差动机构控制单元(第2控制单元)34a也可以是包含在同一控制单元中的结构，还可以将EPS控制单元23和差动机构控制单元33a构成为1个控制单元。本发明不受这些控制单元的结构、或者EPS控制单元(第1控制单元)24和差动机构控制单元(第2控制单元)34a的物理结构限定。
标号说明
1、1a：车辆；2FL：左转向轮；2FR：右转向轮；3、3a：车辆用转向控制装置；11：方向盘；12：操舵轴；12a：转向轴；12b：小齿轮轴；13：扭矩传感器；14：第1角度传感器；15：第2角度传感器；16：车速传感器；18：齿轮齿条副；18a：小齿轮；18b：齿条；19：拉杆；20：EPS装置；21：减速机构；22：EPS马达；23：EPS控制单元；24：EPS控制单元(第1控制单元)；25：EPS辅助控制部；26：EPS马达角控制部；27：EPS马达电流指令值切换部；28：EPS马达电流控制部；30、30a：差动装置；31：差动机构；32、32a：差动机构马达；33、33a：差动机构控制单元；34、34a：差动机构控制单元(第2控制单元)；35：差动机构致动器目标角运算部；36：加法器；37：加法器；38：差动机构致动器位置控制部；39：差动机构马达电流控制部；45：第1差动机构马达指令值生成部；46：第2差动机构马达指令值生成部；47：差动机构马达电流指令值切换部；48：差动机构马达电流控制部；50：上位控制单元(自动转向控制单元)；100：转向机构；200：EPS致动器；251：EPS马达辅助扭矩运算部；252：第1EPS马达电流指令值运算部；261：EPS马达目标角运算部；262：加法器；263：第2EPS马达电流指令值运算部；300、300a：差动机构致动器；451：差动机构马达目标角运算部；452：加法器；453：第1差动机构马达电流指令值运算部；461：加法器；462：差动机构致动器扭矩指令值运算部；463：第2差动机构马达电流指令值运算部；464：相位补偿器；465：控制单元；Ia：差动机构马达电流；Ia*：差动机构马达电流指令值；Im：EPS马达电流；Im*：EPS马达电流指令值；Im1*：第1EPS马达电流指令值；Im2*：第2EPS马达电流指令值；Ta：辅助扭矩；Tdm：差动机构致动器扭矩；Tdm*：差动机构致动器扭矩指令值；Teps：EPS致动器扭矩；Ts：转向扭矩；Tsa：自调整扭矩；Ts*：目标转向扭矩；α：小齿轮角θp相对于转向角θs的比率；α1：第1比率；α2：第2比率；θa：差动机构马达角；θa*：差动机构马达目标角；θdm：差动机构致动器角；θdm*：差动机构致动器目标角；θeps：EPS致动器角；θeps*：EPS致动器目标角；θh：角位移；θm：EPS马达角；θm*：EPS马达目标角；θs：转向角；θp：小齿轮角；θp*：目标小齿轮角；Δθa：角度偏差(差动机构马达)；Δθm：角度偏差(EPS马达)。

Claims (8)

1.一种车辆用转向控制装置，该车辆用转向控制装置具有：
第1控制单元，其在经由差动机构将方向盘与对转向轮进行转向驱动的齿轮齿条副之间连接且在所述齿轮齿条副与所述转向轮之间设有减速机构的转向机构中，控制所述减速机构；以及
第2控制单元，其在所述转向机构中控制所述差动机构，
作为所述第1控制单元和所述第2控制单元的动作模式，具有：
辅助驾驶员进行的转向的第1转向辅助模式；以及
与驾驶员进行的转向独立地进行转向的第2转向辅助模式，
所述第2控制单元在所述第2转向辅助模式下控制所述差动机构，使得消除从由所述第1控制单元控制的所述减速机构施加到所述差动机构的所述齿轮齿条副侧的扭矩。
2.根据权利要求1所述的车辆用转向控制装置，其中，
所述第2控制单元在所述第2转向辅助模式下控制所述差动机构，使得所述方向盘侧的角位移相对于所述齿轮齿条副侧的角位移变小。
3.根据权利要求2所述的车辆用转向控制装置，其中，
所述第2控制单元设定所述差动机构的所述方向盘侧的角度相对于所述差动机构的所述齿轮齿条副侧的角度的第1比率，在所述第2转向辅助模式下，根据所述差动机构的所述方向盘侧的角度和所述第1比率，控制所述差动机构。
4.根据权利要求3所述的车辆用转向控制装置，其中，
所述第2控制单元设定与所述差动机构的所述方向盘侧的角度相对于所述差动机构的所述齿轮齿条副侧的角度的所述第1比率不同的第2比率，在所述第1转向辅助模式下，根据所述差动机构的所述方向盘侧的角度和所述第2比率，控制所述差动机构。
5.根据权利要求4所述的车辆用转向控制装置，其中，
所述第2控制单元切换所述第1比率和所述第2比率来控制所述差动机构。
6.根据权利要求4或5所述的车辆用转向控制装置，其中，
所述第2控制单元在所述第1转向辅助模式下根据车速设定所述第2比率。
7.根据权利要求1所述的车辆用转向控制装置，其中，
该车辆用转向控制装置具有扭矩传感器，该扭矩传感器检测所述差动机构的所述方向盘侧的扭矩，
所述第2控制单元在所述第2转向辅助模式下控制所述差动机构，使得由所述扭矩传感器检测的转向扭矩成为规定的目标转向扭矩。
8.根据权利要求1～7中的任意一项所述的车辆用转向控制装置，其中，
根据来自外部的指令，对所述第1转向辅助模式与所述第2转向辅助模式进行切换。
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