CN110857116A - 用于转向系统的控制器以及用于控制转向系统的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于转向系统的控制器以及用于控制转向系统的方法。控制器(1)包括控制电路，该控制电路被配置成基于与车速相关联的传动比来计算作为对应转向角的目标值的目标对应转向角。对应转向角是能够转换成大小相对于指示转向操纵角的值变化的转向角的、旋转轴的旋转角。控制电路被配置成控制电机的致动，使得实际对应转向角是基于目标对应转向角的最终目标对应转向角。控制电路被配置成通过基于指示车辆的加速或减速的值调整传动比来计算目标对应转向角。

Description

用于转向系统的控制器以及用于控制转向系统的方法
1.技术领域
本发明涉及一种用于转向系统的控制器和一种用于控制转向系统的方法。
2.相关技术的描述
存在一种车辆转向系统，其中方向盘的转向操纵角与作为每个转向轮(steeredwheel)的转向操纵角的转向角之间的传动比(齿轮比)是基于车速而可变的。例如，日本未审查专利申请公布第2006-56448(JP2006-56448A)号公开了一种转向系统，其中通过在沿着转向轴的中间设置传动比可变装置来使传动比可变。传动比可变装置将基于电机驱动的第二转向操纵角添加至基于转向操作的第一转向操纵角。例如，日本未审查专利申请公布第2018-111425(JP 2018-111425A)号公开了一种线控转向(steer-by-wire)型转向系统，其中转向单元与被配置成使转向轮转向的转向操作单元之间的动力传动被分离。在该线控转向型转向系统中，通过改变目标对应转向角的大小来使传动比可变，该目标对应转向角是相对于作为转向操纵角的目标值的目标转向操纵角的对应转向角(可转换成转向角的旋转角)的目标值。
在那些转向系统中，基于车速来改变传动比，以例如在低车速下实现所谓的快速齿轮比。在快速齿轮比下，转向角的响应于转向操作的变化量增加，即，作为每个转向操纵角的横摆率(yaw rate)的大小的(稳定的)横摆率增益增加。因此，减少了驾驶员的负担。例如，在高车速下，实现了所谓的慢速齿轮比。在慢速齿轮比下，变化量减小，即，横摆率增益减小。因此，改善了转向系统的可操作性。
发明内容
在如上所述的、传动比是基于车速而可变的配置中，转向系统的可操作性受到横摆率变化(横摆率的梯度)的影响，该横摆率变化是横摆率随着传动比(横摆率增益)变化的变化。例如，当传动比(横摆率增益)的相对于车速的变化量的变化量增加时以及当车辆在突然加速或减速的同时转向时，横摆率变化增加。因此，例如，驾驶员很可能针对目标轨道而过度地转动方向盘，并且需要校正转向，诸如返回操作。当传动比(横摆率增益)的相对于车速的变化量的变化量减小时以及当车辆在平缓地加速或减速的同时转向时，横摆率变化减小。因此，例如，驾驶员很可能针对目标轨道而不充分地转动方向盘，并且需要校正转向，诸如进一步的转动操作。
然而，在上述专利文献中，没有提到横摆率变化对可操作性的影响。因此，尚未如近年来所要求的那样以更高水平实现优异的可操作性。
本发明改进了转向系统的可操作性。
本发明的第一方面涉及一种用于转向系统的控制器。转向系统被配置成使得通过致动用作驱动源的电机使方向盘的转向操纵角与转向轮的转向角之间的传动比是基于车速而可变的。方向盘耦接至转向机构。转向轮耦接至转向机构的转向操作轴。控制器包括控制电路，该控制电路被配置成基于与车速相关联的传动比来计算作为对应转向角的目标值的目标对应转向角。对应转向角是能够转换成大小相对于指示转向操纵角的值变化的转向角的、旋转轴的旋转角。控制电路被配置成控制电机的致动，使得实际对应转向角是基于目标对应转向角的最终目标对应转向角。控制电路被配置成通过基于指示车辆的加速或减速的值调整传动比来计算目标对应转向角。
利用上述配置，基于指示车辆的加速或减速的值来调整传动比。因此，当车辆在加速或减速的同时转向时，可以调整随着传动比(横摆率增益)变化的横摆率变化。例如，可以进行调整，使得当传动比的相对于车速的变化量的变化量增加时以及当车辆突然加速或减速时，横摆率变化不会过度增加。因此，可以优化在加速或减速期间由转向引起的横摆率变化，并且可以改善转向系统的可操作性。
在控制器中，控制电路可以被配置成通过对指示转向操纵角的值进行相位补偿来计算相位补偿分量。控制电路可以被配置成基于目标对应转向角和相位补偿分量来计算最终目标对应转向角。控制电路可以被配置成通过基于指示车辆的加速或减速的值调整相位补偿量来计算相位补偿分量。
利用上述配置，可以优化横摆率增益与对转向的横摆响应(横摆率响应)之间的平衡。在控制器中，指示车辆的加速或减速的值可以是车辆的纵向加速度、车速变化量以及在车辆的纵向方向上向转向轮施加的纵向负荷中的任一个。
利用上述配置，基于车辆的纵向加速度、车速变化量以及纵向负荷中的任一个来调整传动比。因此，可以响应于车辆的加速或减速来适当地调整传动比。
本发明的第二方面涉及一种用于控制转向系统的方法。转向系统包括控制电路，并且被配置成使得通过致动用作驱动源的电机使方向盘的转向操纵角与转向轮的转向角之间的传动比是基于车速而可变的。方向盘耦接至转向机构。转向轮耦接至转向机构的转向操作轴。该方法包括：由控制电路基于与车速相关联的传动比来计算作为对应转向角的目标值的目标对应转向角，该对应转向角是能够转换成大小相对于指示转向操纵角的值变化的转向角的、旋转轴的旋转角；由控制电路控制电机的驱动，使得实际对应转向角是基于目标对应转向角的最终目标对应转向角；以及由控制电路通过基于指示车辆的加速或减速的值调整传动比来计算目标对应转向角。
利用本发明，可以改善转向系统的可操作性。
附图说明
下面将参照附图来描述本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中相同的数字表示相同的元件，并且在附图中：
图1是第一实施方式的线控转向型转向系统的示意性结构图；
图2是第一实施方式的转向控制器的框图；
图3是第一实施方式的最终目标对应转向角计算单元的框图；
图4是第一实施方式的可变齿轮比处理单元的框图；
图5是在上部示出在传动比小的情况下时间与车速之间的关系的示例以及在下部示出在相同情况下时间与横摆率之间的关系的曲线图；
图6是在上部示出在传动比大的情况下时间与车速之间的关系的示例以及在下部示出在相同情况下时间与横摆率之间的关系的曲线图；
图7是第二实施方式的转向操作侧控制单元的框图；
图8是第三实施方式的转向操作侧控制单元的框图；以及
图9是变型示例的线控转向型转向系统的示意性结构图。
具体实施方式
下面参照附图来描述第一实施方式的转向控制器。如图1所示，由转向控制器1控制的线控转向型转向系统2包括转向单元3和转向操作单元5。转向单元3由驾驶员转向。转向操作单元5响应于驾驶员对转向单元3的转向而转动转向轮4。也就是说，在该实施方式中，转向单元3和转向操作单元5构成转向机构S。
转向单元3包括转向轴12和转向侧致动器13。方向盘11固定至转向轴12。转向侧致动器13能够对转向轴12施加转向反作用力。转向侧致动器13包括转向侧电机14和转向侧减速器15。转向侧电机14用作驱动源。转向侧减速器15减小转向侧电机14的旋转速度，并将旋转传动至转向轴12。例如，采用H形状、“8”形状或任何其他非圆形形状作为本实施方式的方向盘11的形状。例如，最大圈数(锁对锁转向操纵角范围(lock-to-lock steering anglerange))被设置为小于一圈。
转向操作单元5包括第一小齿轮轴21、齿条轴22和齿条壳体23。第一小齿轮轴21用作旋转角可转换成每个转向轮4的转向角θi的旋转轴。齿条轴22耦接至第一小齿轮轴21。齿条壳体23以可往复运动的方式容纳齿条轴22。第一小齿轮轴21和齿条轴22以预定的交叉角布置。第一齿条和小齿轮机构24被构造成使得形成在第一小齿轮轴21上的第一小齿轮齿部21a与形成在齿条轴22上的第一齿条齿部22a啮合。齿条轴22的一个轴端侧由第一齿条和小齿轮机构24以可往复运动的方式支承。系杆26经由由球形接头形成的齿条端部25耦接至齿条轴22的两端。系杆26的远端耦接至转向轮4安装在其中的转向节(knuckle)(未示出)。
转向操作单元5经由第二小齿轮轴32设置有转向操作侧致动器31。转向操作侧致动器31向齿条轴22施加转向操作力，以使转向轮4转动。转向操作侧致动器31包括转向操作侧电机33和转向操作侧减速器34。转向操作侧电机33用作驱动源。转向操作侧减速器34减小转向操作侧电机33的旋转速度，并将旋转传动至第二小齿轮轴32。第二小齿轮轴32和齿条轴22以预定的交叉角度布置。第二齿条和小齿轮机构35被构造成使得形成在第二小齿轮轴32上的第二小齿轮齿部32a与形成在齿条轴22上的第二齿条齿部22b啮合。齿条轴22的另一轴端侧由第二齿条和小齿轮机构35以可往复运动的方式支承。
在如上所述的那样构造的转向系统2中，转向操作侧致动器31响应于驾驶员的转向操作而驱动第二小齿轮轴32旋转。该旋转通过第二齿条和小齿轮机构35而转换成齿条轴22的轴向运动。因此，每个转向轮4的转向角θi改变。此时，将转向反作用力从转向侧致动器13施加至方向盘11以抵抗驾驶员的转向。
接下来，描述该实施方式的电气配置。转向控制器1连接至转向侧致动器13(转向侧电机14)和转向操作侧致动器31(转向操作侧电机33)，并控制这些致动器的致动。转向控制器1包括中央处理单元(CPU)和存储器(未示出)，并且执行各种类型的控制，以使得CPU在每个预定计算周期内执行存储器中存储的程序。
转矩传感器41连接至转向控制器1。转矩传感器41检测向转向轴12施加的转向转矩Th。相对于转向轴12与转向侧致动器13(转向侧减速器15)之间的耦接部分，转矩传感器41被设置得更靠近方向盘11。右前轮传感器42r和左前轮传感器42l连接至转向控制器1。右前轮传感器42r和左前轮传感器42l被设置在轮毂(hub)单元42中，轮毂单元42可旋转地支承转向轮4以及驱动轴(未示出)。右前轮传感器42r和左前轮传感器42l分别检测转向轮4的轮速Vr和V1。该实施方式的转向控制器1检测轮速Vr与Vl之间的平均值作为车速V。转向侧旋转传感器43和转向操作侧旋转传感器44连接至转向控制器1。转向侧旋转传感器43将转向侧电机14的旋转角θs检测为在360°的范围内的相对角度。旋转角θs是指示转向单元3的转向量的检测值。转向操作侧旋转传感器44将转向操作侧电机33的旋转角θt检测为相对角度。旋转角θt是指示转向操作单元5的转向操作量的检测值。纵向加速度传感器45连接至转向控制器1。纵向加速度传感器45检测纵向加速度α，该纵向加速度α是指示车辆的加速或减速的值。转向转矩Th以及旋转角θs和θs中的每一个在一个方向(在该实施方式中为右)上转向的情况下被检测为正值，而在在另一个方向(在该实施方式中为左)上转向的情况下被检测为负值。转向控制器1基于各种条件量来控制转向侧电机14和转向操作侧电机33的致动。
下面详细描述转向控制器1的配置。如图2所示，转向控制器1包括转向侧控制单元51和转向侧驱动电路52。转向侧控制单元51输出转向侧电机控制信号Ms。转向侧驱动电路52基于转向侧电机控制信号Ms而向转向侧电机14提供电力。电流传感器54连接至转向侧控制单元51。电流传感器54检测转向侧电机14的相电流值Ius、Ivs和Iws，相电流值Ius、Ivs和Iws指示流过转向侧驱动电路52与转向侧电机14的各相的电机线圈之间的连接线53的电流。在图2中，为了便于描述，各相的连接线53和各相的电流传感器54被统一地示为一条连接线和一个电流传感器。
转向控制器1包括转向操作侧控制单元55和转向操作侧驱动电路56。转向操作侧控制单元55输出转向操作侧电机控制信号Mt。转向操作侧驱动电路56基于转向操作侧电机控制信号Mt而向转向操作侧电机33提供驱动电力。电流传感器58连接至转向操作侧控制单元55。电流传感器58检测转向操作侧电机33的相电流值Iut、Ivt和Iwt，相电流值Iut、Ivt和Iwt指示流过转向操作侧驱动电路56与转向操作侧电机的各相的电机线圈之间的连接线57的电流。在图2中，为了便于描述，各相的连接线57和各相的电流传感器58被统一地示为一条连接线和一个电流传感器。采用具有多个开关元件(例如，FET)的已知脉宽调制(PWM)逆变器作为本实施方式的转向侧驱动电路52和转向操作侧驱动电路56中的每一个。转向侧电机控制信号Ms和转向操作侧电机控制信号Mt中的每一个均是限定每个开关元件的开/关状态的栅极导通/截止信号。
转向控制器1通过在每个预定的计算周期内执行下面描述的每个控制块中所示的算术处理来生成转向侧电机控制信号Ms和转向操作侧电机控制信号Mt。转向侧电机控制信号Ms和转向操作侧电机控制信号Mt被输出至转向侧驱动电路52和转向操作侧驱动电路56，以接通或断开开关元件，从而分别向转向侧电机14和转向操作侧电机33提供电力。从而，对转向侧致动器13和转向操作侧致动器31的致动进行控制。
首先，描述转向侧控制单元51的配置。车速V、转向转矩Th，旋转角θs以及相电流值Ius、Ivs和Iws被输入至转向侧控制单元51。转向侧控制单元51基于这些状态量而生成并输出转向侧电机控制信号Ms。
具体地，转向侧控制单元51包括转向操纵角计算单元61和基本输入转矩分量计算单元62。转向操纵角计算单元61基于转向侧电机14的旋转角θs来计算方向盘11的转向操纵角θh。基本输入转矩分量计算单元62基于车速V和转向转矩Th来计算基本输入转矩分量Tb*。基本输入转矩分量Tb*是用于使方向盘11旋转的力。转向侧控制单元51还包括目标转向操纵角计算单元63，目标转向操纵角计算单元63被配置成基于转向转矩Th、车速V和基本输入转矩分量Tb*来计算目标转向操纵角θh*。转向侧控制单元51还包括目标反作用转矩计算单元64和转向侧电机控制信号生成单元65。目标反作用转矩计算单元64基于转向操纵角θh和目标转向操纵角θh*来计算目标反作用转矩Ts*。转向侧电机控制信号生成单元65基于目标反作用转矩Ts*、旋转角θs以及相电流值Ius、Ivs和Iws来生成转向侧电机控制信号Ms。
转向操纵角计算单元61获取旋转角θs，以使得通过例如对转向侧电机14从中立转向位置的转数进行计数来将输入旋转角θs转换成在360°的范围内的绝对角。转向操纵角计算单元61通过将被转换成绝对角的旋转角乘以基于转向侧减速器15的转速比的转换因子Ks来计算转向操纵角θh。
转向转矩Th和车速V被输入至基本输入转矩分量计算单元62。随着转向转矩Th的绝对值增大并且随着车速V增加，基本输入转矩分量计算单元62计算具有更大绝对值的基本输入转矩分量(基本反作用力分量)Tb*。基本输入转矩分量Tb*被输入至目标转向操纵角计算单元63和目标反作用转矩计算单元64。
转向转矩Th、车速V和基本输入转矩分量Tb*被输入至目标转向操纵角计算单元63。目标转向操纵角计算单元63通过使用其中输入转矩与目标转向操纵角θh*相关联的模型公式来计算目标转向操纵角θh*。输入转矩是通过将转向转矩Th与基本输入转矩分量Tb*相加而获得的值。可以使用的模型公式的示例包括在方向盘11和转向轮4机械地耦接在一起的前提下、定义旋转角与向旋转角可转换成每个转向轮4的转向角θi的旋转轴施加的转矩之间的关系的表示。通过使用通过对转向系统2的弹性进行建模而获得的弹簧模量K、通过对例如转向系统2的摩擦进行建模而获得的粘性系数C以及通过对转向系统2的惯性进行建模而获得的惯性因子J来表示模型公式。以这种方式计算出的目标转向操纵角θh*被输出至减法器66和转向操作侧控制单元55。
除了基本输入转矩分量Tb*之外，还将角度偏差Δθs输入至目标反作用转矩计算单元64。通过在减法器66中从目标转向操纵角θh*减去转向操纵角θh而获得角度偏差Δθs。基于角度偏差Δθs，目标反作用转矩计算单元64将用作由转向侧电机14施加的转向反作用力的基础的基本反作用转矩计算为转向操纵角θh对目标转向操纵角θh*的反馈控制的控制量。目标反作用转矩计算单元64通过将基本输入转矩分量Tb*与基本反作用转矩相加来计算目标反作用转矩Ts*。具体地，目标反作用转矩计算单元64计算基于作为输入的角度偏差Δθs的比例元素、积分元素和微分元素的输出值之和，作为基本反作用转矩。
除了目标反作用转矩Ts*之外，旋转角θs以及相电流值Ius、Ivs和Iws被输入至转向侧电机控制信号生成单元65。本实施方式的转向侧电机控制信号生成单元65基于目标反作用转矩Ts*来计算d/q坐标系中的q轴上的q轴目标电流值Iqs*。在该实施方式中，d轴上的d轴目标电流值Ids*被设置为0。
转向侧电机控制信号生成单元65通过执行d/q坐标系中的电流反馈控制来生成(计算)转向侧电机控制信号Ms，以被输出至转向侧驱动电路52。具体地，转向侧电机控制信号生成单元65通过基于旋转角θs将相电流值Ius、Ivs和Iws映射在d/q坐标上来计算d轴电流值Ids和q轴电流值Iqs。d轴电流值Ids和q轴电流值Iqs是d/q坐标系中的转向侧电机14的实际电流值。转向侧电机控制信号生成单元65基于d轴和q轴上的电流偏差来计算电压命令值，使得d轴电流值Ids遵循d轴目标电流值Ids*并且q轴电流值Iqs遵循q轴目标电流值Iqs*，并且基于电压命令值来生成具有占空比的转向侧电机控制信号Ms。通过将以这种方式计算出的转向侧电机控制信号Ms输出至转向侧驱动电路52，基于转向侧电机控制信号Ms而将驱动电力输出至转向侧电机14，以控制转向侧电机14的致动。
接下来，描述转向操作侧控制单元55。旋转角θt、车速V、目标转向操纵角θh*、纵向加速度α以及相电流值Iut、Ivt和Iwt被输入至转向操作侧控制单元55。转向操作侧控制单元55基于这些状态量而生成并输出转向操作侧电机控制信号Mt。
具体地，转向操作侧控制单元55包括对应转向角计算单元71，对应转向角计算单元71被配置成基于转向操作侧电机33的旋转角θt来计算对应转向角θp。对应转向角θp对应于用作旋转角可转换为每个转向轮4的转向角θi的旋转轴的第一小齿轮轴21的旋转角(小齿轮角)。转向操作侧控制单元55还包括最终目标对应转向角计算单元72，最终目标对应转向角计算单元72被配置成基于目标转向操纵角θh*、车速V和纵向加速度α来计算作为对应转向角θp的最终目标值的最终目标对应转向角θp*，使得转向操纵角θh与转向角θi(参见图1)之间的传动比(齿轮比)可变。转向操作侧控制单元55还包括目标转向操作转矩计算单元73和转向操作侧电机控制信号生成单元74。目标转向操作转矩计算单元73基于对应转向角θp和最终目标对应转向角θp*来计算目标转向操作转矩Tt*。转向操作侧电机控制信号生成单元74基于目标转向操作转矩Tt*、旋转角θt以及相电流值Iut、Ivt和Iwt来生成转向操作侧电机控制信号Mt。
对应转向角计算单元71获取旋转角θt，以使得通过例如对转向操作侧电机33从车辆径直行驶的中立位置的转数进行计数而将输入旋转角θt转换成绝对角。对应转向角计算单元71通过将被转换成绝对角的旋转角乘以如下转换因子Kt来计算对应转向角θp，该转换因子是基于转向操作侧减速器34的转速比以及第一齿条和小齿轮机构24和第二齿条和小齿轮机构35的转速比的。
角度偏差Δθp被输入至目标转向操作转矩计算单元73。角度偏差Δθp是通过在减法器75中从最终目标对应转向角θp*减去对应转向角θp而获得的。基于角度偏差Δθp，目标转向操作转矩计算单元73计算作为由转向操作侧电机33施加的转向操作力的目标值的目标转向操作转矩Tt*，作为对应转向角θp对最终对应转向角θp*的反馈控制的控制量。具体地，目标转向操作转矩计算单元73计算基于作为输入的角度偏差Δθp的比例元素、积分元素和微分元素的输出值之和，作为目标转向操作转矩Tt*。
除了目标转向操作转矩Tt*之外，旋转角θt以及相电流值Iut、Ivt和Iwt也被输入至转向操作侧电机控制信号生成单元74。转向操作侧电机控制信号生成单元74基于目标转向操作转矩Tt*来计算d/q坐标系中的q轴上的q轴目标电流值Iqt*。在该实施方式中，d轴上的d轴目标电流值Idt*被设置为0。
转向操作侧电机控制信号生成单元74通过执行d/q坐标系中的电流反馈控制来生成(计算)转向操作侧电机控制信号Mt以将其输出至转向操作侧驱动电路56。具体地，转向操作侧电机控制信号生成单元74通过基于旋转角θt将相电流值Iut、Ivt和Iwt映射在d/q坐标上来计算d轴电流值Idt和q轴电流值Iqt。d轴电流值Idt和q轴电流值Iqt是d/q坐标系中的转向操作侧电机33的实际电流值。转向操作侧电机控制信号生成单元74基于d轴和q轴上的电流偏差来计算电压命令值，使得d轴电流值Idt遵循d轴目标电流值Idt*并且q轴电流值Iqt遵循q轴目标电流值Iqt*，并且基于电压命令值来生成具有占空比的转向操作侧电机控制信号Mt。通过将以这种方式计算出的转向操作侧电机控制信号Mt输出至转向操作侧驱动电路56，基于转向操作侧电机控制信号Mt将驱动电力输出至转向操作侧电机33以控制转向操作侧电机33的致动。
接下来，描述最终目标对应转向角计算单元72。目标转向操纵角θh*、车速V和纵向加速度α被输入至最终目标对应转向角计算单元72。基于这些状态量，最终目标对应转向角计算单元72计算大小(绝对值)相对于目标转向操纵角θh*变化的最终目标对应转向角θp*。在该实施方式中，基于转向转矩Th的目标转向操纵角θh*用作指示转向操纵角θh的值，并且纵向加速度α用作指示车辆的加速或减速的值。
具体地，如图3所示，最终目标对应转向角计算单元72包括可变齿轮比处理单元81，可变齿轮比处理单元81被配置成基于与车速V和目标转向操纵角θh*相关联的传动比来计算传动比校正目标对应转向角θa**。传动比校正目标对应转向角θa**是大小相对于目标转向操纵角θh*变化的对应转向角θp的目标值。最终目标对应转向角计算单元72还包括相位补偿分量计算单元82，相位补偿分量计算单元82被配置成通过对目标转向操纵角θh*进行相位补偿来计算相位补偿分量θb*。
如图4所示，可变齿轮比处理单元81包括齿轮比计算单元83和加速/减速增益计算单元84。齿轮比计算单元83基于目标转向操纵角θh*和车速V来计算传动比校正目标对应转向角θa*。加速/减速增益计算单元84基于纵向加速度α来计算加速/减速增益Kx。齿轮比计算单元83具有定义传动比校正目标对应转向角θa*与目标转向操纵角θh*和车速V中的每一个之间的关系的映射，并且通过参考映射、基于目标转向操纵角θh*和车速V来计算传动比校正目标对应转向角θa*。利用该映射，计算传动比校正目标对应转向角θa*，使得传动比校正目标对应转向角θa*的绝对值和传动比校正目标对应转向角θa*相对于目标转向操纵角θh*的变化率随着目标转向操纵角θh*的绝对值的增大而增大。该映射被设置成使得传动比校正目标对应转向角θa*减小，即，传动比基于车速V的增加而增大(变为较慢的齿轮比)。在图4中，表示目标转向操纵角θh*的横轴上的分度(刻度)被设置成窄于表示传动比校正目标对应转向角θa*的纵轴上的分度。由于如上所述的那样方向盘11的最大圈数较小，因此在目标转向操纵角θh*的整个范围内将传动比设置得相对小(作为快速齿轮比)。以这种方式计算出的传动比校正目标对应转向角θa*被输出至乘法器85。
加速/减速增益计算单元84具有定义纵向加速度α和加速/减速增益Kx之间的关系的映射，并且通过参考该映射来基于纵向加速度α计算加速/减速增益Kx。该映射被设置成使得加速/减速增益Kx基于纵向加速度α的绝对值的增大而减小。可以适当地改变映射的模式(profile)，并且可以将映射例如设置成使得加速/减速增益Kx基于纵向加速度α的绝对值的增大而增大。以这种方式计算出的加速/减速增益Kx被输出至乘法器85。
可变齿轮比处理单元81通过在乘法器85中将传动比校正目标对应转向角θa*与加速/减速增益Kx相乘来计算传动比校正目标对应转向角θa**。以这种方式计算出的传动比校正目标对应转向角θa**被输出至加法器86(参见图3)。
如图3所示，目标转向操纵角θh*、车速V和纵向加速度α被输入至相位补偿分量计算单元82。相位补偿分量计算单元82基于那些状态量来计算相位补偿分量θb*。
具体地，相位补偿分量计算单元82包括超前滤波(lead filtering)单元87和滞后滤波(lag filtering)单元88。超前滤波单元87对目标转向操纵角θh*进行相位超前补偿。滞后滤波单元88对来自超前滤波单元87的输出值进行相位滞后补偿。即，相位补偿分量计算单元82通过对目标转向操纵角θh*进行相位超前-滞后补偿(带通滤波)来计算相位补偿分量θb*。
具体地，在超前滤波单元87中设置由例如表达式(1)表示的传递函数G1(s)。
G1(s)＝a1×s+a0…(1)
在滞后滤波单元88中设置由例如表达式(2)表示的传递函数G2(s)。
Figure BDA0002166447970000111
在这些表达式中，“a1”和“b1”表示基于车速V和纵向加速度α而变化的系数。在该实施方式中，系数被设置成使得基于纵向加速度α计算具有随着传动比减小而超前更多的相位的相位补偿分量b*。此外，“a0”和“b0”表示基于实验结果等而预先设置的预定常数。
滤波器的传递函数Gx(s)的一般公式通过表达式(3)来表示。在该实施方式中，采用一阶传递函数作为表示超前滤波器的传递函数G1(s)和表示滞后滤波器的传递函数G2(s)中的每一个，但是可以使用二阶或更高阶传递函数。在表达式中，“m”和“n”是自然数，并且在超前滤波器的情况下满足“m>n”的关系而在滞后滤波器的情况下满足“m<n”的关系。
Figure BDA0002166447970000121
以这种方式计算出的相位补偿分量θb*被输出至加法器86。最终目标对应转向角计算单元72通过在加法器86中将传动比校正目标对应转向角θa**与相位补偿分量θb*加在一起来计算最终目标对应转向角θp*。
接下来，给出对当车辆在加速或减速的同时转向时获得的转向感的描述。例如，如在图5的上部中所示，假设车辆在从车速V在时间t0为第一车速V1的状态下急剧减速至车速V在时间t1为低于第一车速V1的第二车速V2(V1>V2)的状态时转向。基于车速V的变化，传动比减小(参见图4)，即，(稳定的)横摆率增益，即，每个转向操纵角θh的横摆率γ的大小增加。横摆率γ从与第一车速V1下的传动比(横摆率增益)相关联的第一横摆率γ1变为与第二车速V2下的传动比(横摆率增益)相关联的第二横摆率γ2(γ1<γ2)。
在在不考虑纵向加速度α的情况下计算最终目标对应转向角θp*的相关技术示例中，如图5的下部中的长虚线双短划线所示，在时间t0为第一横摆率γ1的横摆率γ在至时间t1的短时间段内变为第二横摆率γ2。由于横摆率变化(横摆角加速度)增加，例如，驾驶员很可能针对目标轨道而过度地转动方向盘，并且需要诸如返回操作的校正转向。
在该方面，如上所述的那样在该实施方式中计算基于纵向加速度α的绝对值的增加而减小的加速/减速增益Kx。因此，在例如减速期间，最终目标对应转向角θp*(传动比校正目标对应转向角θa*)的大小相对于目标转向操纵角θh*减小。也就是说，横摆率增益的相对于车速V的变化量的变化量减小。因此，如图5的下部所示，在时间t1，横摆率γ变为比第二横摆率γ2更低的第三横摆率γ3(γ2>γ3)。因此，抑制了横摆率变化的过度增加，从而抑制了驾驶员针对目标轨道而过度转动方向盘的状况。
接下来，作为变型示例，假设采用圆形方向盘作为方向盘11，最大圈数被设置例如大约3.5圈大，并且在目标转向操纵角θh*的整个范围内将传动比设置得相对大(作为慢速齿轮比)。例如，如图6的上部所示，车辆在从车速V在时间t0为第一车速V1的状态逐渐地减速至车速V在时间t2为第二车速V2的状态时转向。基于车速V的变化，传动比减小，并且横摆率γ从第一横摆率γ1变为第二横摆率γ2。
在不考虑纵向加速度α的情况下计算最终目标对应转向角θp*的相关技术示例中，如图6的下部中的长虚线双短划线所示，在时间t0为第一横摆率γ1的横摆率γ在至时间t2的长时间段内变为第二横摆率γ2。由于横摆率变化(横摆角加速度)减小，例如，驾驶员很可能针对目标轨道而不充分地转动方向盘，并且需要诸如进一步转动操作的校正转向。
在该方面，在例如减速期间，通过采用其中计算基于纵向加速度α的绝对值的增加而增大的加速/减速增益Kx的配置作为变型示例，最终目标对应转向角θp*(传动比校正目标对应转向角θa*)相对于目标转向操纵角θh*的大小在例如减速期间而增加。也就是说，横摆率增益的相对于车速V的变化量的变化量增加。因此，如图6的下部所示，横摆率γ在时间t2之前的时间t3变为第二横摆率γ2。因此，抑制了横摆率变化的过度减小，从而抑制了驾驶员针对目标轨道而不充分地转动方向盘的状况。
接下来，描述该实施方式的动作和效果。可变齿轮比处理单元81通过基于纵向加速度α调整传动比来计算传动比校正目标对应转向角θa**。因此，当车辆在加速或减速的同时被转向时，可以调整随着传动比(横摆率增益)变化的横摆率变化。因此，可以优化在加速或减速期间由转向引起的横摆率变化，并且可以改善转向系统2的可操作性。具体地，本实施方式的可变齿轮比处理单元81通过进行调整以使得传动比基于纵向加速度α的绝对值的增大而增加来计算传动比校正目标对应转向角θa**。因此，当车辆在突然加速或减速的同时被转向时，传动比(横摆率增益)的变化量减小并且横摆率变化也减小。因此，可以获得优异的转向稳定性。
相位补偿分量计算单元82通过基于纵向加速度α调整相位补偿量来计算相位补偿分量θb*。因此，可以优化横摆率增益与横摆响应(横摆率响应)之间的平衡。具体地，该实施方式的相位补偿分量计算单元82基于纵向加速度α来计算相位补偿分量θb*，使得相位在传动比小的情况比在传动比大的情况下更超前。因此，当传动比小且横摆率变化大时，横摆响应提高。因此，可以优化横摆率增益与横摆率响应之间的平衡。
由于基于车辆的纵向加速度α来调整传动比和相位补偿量，因此可以响应于车辆的加速或减速来适当地调整这些值。
接下来，参照附图来描述第二实施方式的转向控制器。为了便于描述，相同的部件由与第一实施方式中的附图标记相同的附图标记表示以省略其描述。
如图7所示，除了目标转向操纵角θh*和车速V之外以及代替纵向加速度α，纵向负荷(轮胎力)Ft被输入至本实施方式的最终目标对应转向角计算单元72。在轮毂单元42(参见图1)中检测纵向负荷Ft，并且在车辆的纵向水平方向上施加该纵向负荷Ft。与第一实施方式类似，最终目标对应转向角计算单元72基于纵向负荷Ft来调整最终目标对应转向角θp*。在该实施方式中，纵向负荷Ft可以被认为是指示车辆的加速或减速的值。
在该实施方式中，除了与第一实施方式的动作和效果类似的动作和效果之外，还获得了以下动作和效果。由于基于纵向负荷Ft来调整传动比和相位补偿量，因此可以响应于车辆的加速或减速来适当地调整这些值。
接下来，参照附图来描述第三实施方式的转向控制器。为了便于描述，相同的部件由与第一实施方式中的附图标记相同的附图标记表示以省略其描述。
如图8所示，本实施方式的转向操作侧控制单元55包括车速变化量计算单元91，车速变化量计算单元91被配置成基于车速V来计算在预定时段期间的车速变化量ΔV。车速变化量计算单元91计算在最新的计算时段期间输入的车速V与例如早了一个计算时段输入的车速之间的差作为车速变化量ΔV，并将该差输出至最终目标对应转向角计算单元72。除了目标转向操纵角θh*和车速V之外以及代替纵向加速度α，车速变化量ΔV被输入至最终目标对应转向角计算单元72。与第一实施方式类似，最终目标对应转向角计算单元72基于车速变化量ΔV来调整最终目标对应转向角θp*。在该实施方式中，车速变化量ΔV可以被认为是指示车辆的加速或减速的值。
在该实施方式中，除了与第一实施方式的动作和效果类似的动作和效果之外，还获得了以下动作和效果。由于基于车速变化量ΔV来调整传动比和相位补偿量，因此可以响应于车辆的加速或减速来适当地调整这些值。
可以如下修改上述实施方式。可以组合上述实施方式和下面描述的变型示例而不会引起任何技术矛盾。在上述实施方式中，齿轮比计算单元83通过参考定义传动比校正目标对应转向角θa*与目标转向操纵角θh*和车速V中的每一个之间的关系的映射来计算传动比校正目标对应转向角θa*。然而，本发明不限于这种情况。例如，齿轮比计算单元83可以基于目标转向操纵角θh*和车速V来计算与传动比相关联的校正角，并且通过将校正角与目标转向操纵角θh*相加来计算传动比校正目标对应转向角θa*。
在上述实施方式中，基于车速V和目标转向操纵角θh*来改变传动比，但是本发明不限于这种情况。例如，可以仅基于车速V来改变传动比。在上述的实施方式中，相位补偿分量计算单元82可以计算相位补偿分量θb*，使得例如相位在传动比小的情况下比在传动比大的情况下滞后更多。
在上述实施方式中，相位补偿分量计算单元82可以仅执行相位超前补偿或相位滞后补偿来作为相位补偿。最终目标对应转向角计算单元72可以在没有相位补偿分量计算单元82的情况下直接将传动比校正目标对应转向角θa**用作最终目标对应转向角θp*。
在上述实施方式中，轮速之间的平均值被用作车速V，但是本发明不限于这种情况。例如，可以使用轮速中的第二高的轮速。在不使用轮速的情况下，可以从用于全球定位系统(GPS)的人造卫星接收定位信号，并且基于所接收到的定位信号而根据车辆在时间上的位置变化(移动量)估计出的估计车速可以用作车速V。
在上述实施方式中，最终目标对应转向角计算单元72可以通过使用转向操纵角θh代替目标转向操纵角θh*来计算最终目标对应转向角θp*。也就是说，转向操纵角θh可以直接用作指示转向操纵角θh的值。
在上述实施方式中，由转向控制器1控制的转向系统2是其中转向单元3与转向操作单元5之间的动力传动分离的无链接式线控转向型转向系统，但是本发明不限于这种情况。转向系统2可以是其中转向单元3与转向操作单元5之间的动力传动可以通过离合器来连接和断开的线控转向型转向系统。
在图9所示的示例中，离合器101被设置在转向单元3与转向操作单元5之间。离合器101经由固定至离合器101的输入侧元件的输入侧中间轴102耦接至转向轴12，并且经由固定至离合器101的输出侧元件的输出侧中间轴103耦接至第一小齿轮轴21。当离合器101响应于来自转向控制器1的控制信号而脱离时，使转向系统2进入线控转向模式。当离合器101接合时，使转向系统2进入电动转向模式。
例如，转向系统2可以是包括沿着转向轴12在中间的传动比可变装置的电动转向系统(例如，参见日本专利申请公布第2006-56448号)。在这种情况下，通过加上转向操纵角θh与由可变齿轮比处理单元81计算出的传动比校正目标对应转向角θa**之间的差，控制传动比可变装置的电机，使得实际对应转向角θp是最终目标对应转向角θp*。
在不改变转向系统2的传动比的情况下，类似于上述实施方式，例如，可以控制为每个车轮提供的制动装置的制动力以在加速或减速期间改变横摆率增益并优化横摆率变化。
接下来，给出对可以从上述实施方式和变型示例连同其效果中掌握的技术构思的补充说明。转向控制器的可变齿轮比处理单元通过进行调整以使得传动比基于指示车辆的加速或减速的值的绝对值的增大而增大来计算传动比校正目标对应转向角。根据上述配置，当车辆在突然加速或减速的同时转向时，传动比增大(横摆率增益减小)并且横摆率变化减少。因此，可以获得优异的转向稳定性。
转向控制器的相位补偿计算单元基于指示车辆的加速度或减速度的值来计算相位补偿分量，使得相位在传动比小的情况下比在传动比大的情况下超前更多。根据上述配置，当传动比小(横摆率增益大)并且横摆率变化大时，横摆响应提高。因此，可以优化横摆率增益与横摆率响应之间的平衡。

Claims (4)

1.一种用于转向系统(2)的控制器(1)，所述转向系统(2)被配置成使得通过致动用作驱动源的电机使方向盘(11)的转向操纵角与转向轮(4)的转向角之间的传动比是基于车速而可变的，所述方向盘(11)耦接至转向机构(S)，所述转向轮(4)耦接至所述转向机构(S)的转向操作轴，所述控制器(1)的特征在于包括：
控制电路，所述控制电路被配置成基于与所述车速相关联的所述传动比来计算作为对应转向角的目标值的目标对应转向角，所述对应转向角是能够转换成大小相对于指示所述转向操纵角的值变化的所述转向角的、旋转轴的旋转角，
所述控制电路被配置成控制所述电机的致动，使得实际对应转向角是基于所述目标对应转向角的最终目标对应转向角，以及
所述控制电路被配置成通过基于指示车辆的加速或减速的值调整所述传动比来计算所述目标对应转向角。
2.根据权利要求1所述的用于转向系统(2)的控制器(1)，其特征在于：
所述控制电路被配置成通过对指示所述转向操纵角的值进行相位补偿来计算相位补偿分量，
所述控制电路被配置成基于所述目标对应转向角和所述相位补偿分量来计算所述最终目标对应转向角，以及
所述控制电路被配置成通过基于指示所述车辆的加速或减速的值调整相位补偿量来计算所述相位补偿分量。
3.根据权利要求1或2所述的用于转向系统(2)的控制器(1)，其特征在于，指示所述车辆的加速或减速的值是所述车辆的纵向加速度、车速变化量以及在所述车辆的纵向方向上向所述转向轮施加的纵向负荷中的任一个。
4.一种用于控制转向系统(2)的方法，所述转向系统(2)包括控制电路，并且被配置成使得通过致动用作驱动源的电机使方向盘(11)的转向操纵角与转向轮(4)的转向角之间的传动比是基于车速而可变的，所述方向盘(11)耦接至转向机构(S)，所述转向轮(4)耦接至所述转向机构(S)的转向操作轴，所述方法的特征在于包括：
由所述控制电路基于与所述车速相关联的所述传动比来计算作为对应转向角的目标值的目标对应转向角，所述对应转向角是能够转换成大小相对于指示所述转向操纵角的值变化的所述转向角的、旋转轴的旋转角；
由所述控制电路控制所述电机的致动，使得实际对应转向角是基于所述目标对应转向角的最终目标对应转向角；以及
由所述控制电路通过基于指示车辆的加速或减速的值调整所述传动比来计算所述目标对应转向角。
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