CN111247051B - 控制装置和转向装置 - Google Patents

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Abstract

施加对于驾驶员几乎没有不自然感的辅助扭矩或者反作用力扭矩。ECU(600)包括：控制量计算部(611)，其参考施加到转向部件(410)的转向扭矩而计算用于控制辅助扭矩或者反作用力扭矩的大小的控制量；以及控制量修正部(612)，其参考车身的横向G、转向部件的转向角度和转向部件的转向角速度而修正由控制量计算部计算出的控制量。

Description

控制装置和转向装置
技术领域
本发明涉及一种控制装置和转向装置，其能够将辅助扭矩或者反作用力扭矩施加到转向部件。
背景技术
已知一种将辅助扭矩或者反作用力扭矩施加到转向部件的转向装置。在该转向装置中，已知基于目标转向速度与实际转向速度之间的差修正辅助目标电流的技术(专利文献1)以及基于转向扭矩的方向和辅助电机的旋转方向判定方向盘的转向状态的技术(专利文献2)。
引用列表
专利文献
专利文献1：JP-A-2006-123827(2006年5月18日公开)
专利文献2：JP-A-2013-212715(2013年10月17日公开)
发明内容
技术问题
在将辅助扭矩或者反作用力扭矩施加到转向装置的控制装置中，期望使车辆的驾驶员几乎没有不自然感地将辅助扭矩或者反作用力扭矩施加到转向部件。
本发明的目的是提供一种控制装置，其使驾驶员几乎没有不自然感地将辅助扭矩或者反作用力扭矩施加到转向部件。
解决问题的方案
因此，本发明的方面提供了一种控制装置，其被配置为将辅助扭矩或者反作用力扭矩施加到由驾驶员操纵的转向部件。该控制装置包括：控制量计算部，该控制量计算部被配置为参考施加到所述转向部件的转向扭矩而计算用于控制所述辅助扭矩或者所述反作用力扭矩的大小的控制量；以及控制量修正部，该控制量修正部被配置为参考车身的横向加速度、所述转向部件的转向角度和所述转向部件的转向角速度而修正由所述控制量计算部计算出的所述控制量，其中，所述控制量修正部被配置为修正由所述控制量计算部计算出的所述控制量，使得当所述转向部件处于回转状态下，所述转向部件的所述转向角速度或其绝对值等于或大于预定值并且所述车身的所述横向加速度或其绝对值小于预定值时，施加到所述转向部件的反作用力变大。
本发明的另一个方面提供了一种控制装置，其被配置为将辅助扭矩或者反作用力扭矩施加到由驾驶员操纵的转向部件。该控制装置包括：控制量计算部，该控制量计算部被配置为参考施加到所述转向部件的转向扭矩而计算用于控制所述辅助扭矩或者所述反作用力扭矩的大小的控制量；以及控制量修正部，该控制量修正部被配置为参考车身的偏航角速度、所述转向部件的转向角度和所述转向部件的转向角速度而修正由所述控制量计算部计算出的所述控制量，其中，所述控制量修正部被配置为修正由所述控制量计算部计算出的所述控制量，使得当所述转向部件处于回转状态下，所述转向部件的所述转向角速度或其绝对值等于或大于预定值并且通过使用所述偏航角速度而计算出的所述车身的横向加速度或其绝对值小于预定值时，施加到所述转向部件的反作用力更大。
本发明的又一个方面提供了一种转向装置，包括：转向部件，该转向部件由驾驶员操纵；以及转向控制部，该转向控制部被配置为将辅助扭矩或者反作用力扭矩施加到所述转向部件，其中，所述转向控制部包括：控制量计算部，该控制量计算部被配置为参考施加到所述转向部件的转向扭矩而计算用于控制所述辅助扭矩或者所述反作用力扭矩的大小的控制量；以及控制量修正部，该控制量修正部被配置为参考车身的横向加速度、所述转向部件的转向角度和所述转向部件的转向角速度而修正由所述控制量计算部计算出的所述控制量，其中，所述控制量修正部被配置为修正由所述控制量计算部计算出的所述控制量，使得当所述转向部件处于回转状态下，所述转向部件的所述转向角速度或其绝对值等于或大于预定值并且所述车身的所述横向加速度或其绝对值小于预定值时，施加到所述转向部件的反作用力变大。
本发明的再一个方面提供了一种转向装置，包括：转向部件，该转向部件由驾驶员操纵；以及转向控制部，该转向控制部被配置为将辅助扭矩或者反作用力扭矩施加到所述转向部件，其中，所述转向控制部包括：控制量计算部，该控制量计算部被配置为参考施加到所述转向部件的转向扭矩而计算用于控制所述辅助扭矩或者所述反作用力扭矩的大小的控制量；以及控制量修正部，该控制量修正部被配置为参考车身的偏航角速度、所述转向部件的转向角度和所述转向部件的转向角速度而修正由所述控制量计算部计算出的所述控制量，其中，所述控制量修正部被配置为修正由所述控制量计算部计算出的所述控制量，使得当所述转向部件处于回转状态下，所述转向部件的所述转向角速度或其绝对值等于或大于预定值并且通过使用所述偏航角速度而计算出的所述车身的横向加速度或其绝对值小于预定值时，施加到所述转向部件的反作用力变大。
发明的有益效果
根据本发明，能够使驾驶员几乎没有不自然感地施加辅助扭矩或者反作用力扭矩。
附图说明
图1是图示出根据本发明的第一实施例的车辆的示意性配置的图。
图2是图示出根据本发明的第一实施例的ECU的示意性配置的框图。
图3是图示出根据本发明的第一实施例的转向控制部的配置实例的框图。
参考标记列表
200：车身
600：ECU(控制装置)
610：转向控制部
611：控制量计算部
612：控制量修正部
620：ω反馈部
630：增益计算部
900：车辆
具体实施方式
[第一实施例]
后文中，将详细描述本发明的第一实施例。
[车辆900的配置]
图1是图示出根据实施例的车辆900的示意性配置的图。如图1所示，车辆900包括悬架装置(悬架)100、车身200、车轮300、轮胎310、转向部件410、转向轴420、扭矩传感器430、转向角度传感器440、扭矩施加部460、齿轮齿条机构470、齿条轴480、发动机500、电子控制单元(ECU)(控制装置)600、发电装置700和电池800。
安装有轮胎310的车轮300通过悬架装置100而悬挂于车身200。由于车辆900是四个车轮的车辆，所以分别设置有四个悬架装置100、四个车轮300和四个轮胎310。
发电装置700设置于发动机500，并且由发电装置700产生的电力存储在电池800中。
由驾驶员操作的转向部件410连接到转向轴420的一端，使得能够传输扭矩，并且转向轴420的另一端连接到齿轮齿条机构470。
齿轮齿条机构470是将绕着转向轴420的轴的旋转转化为沿着齿条轴480的轴向的移动。当齿条轴480在轴向上移动时，车轮300通过横拉杆和转向节臂转向。
扭矩传感器430检测施加到转向轴420的转向扭矩，换言之，施加到转向部件410的转向扭矩，并且将表示检测结果的扭矩传感器信号提供至ECU600。具体地，扭矩传感器430检测设置在转向轴420内部的扭杆的扭转，并且输出检测结果作为扭矩传感器信号。可以使用诸如霍尔IC、MR元件和磁致伸缩式扭矩传感器这样的已知的传感器作为扭矩传感器430。
转向角度传感器440检测转向部件410的转向角度，并且将检测结果提供至ECU600。
扭矩施加部460将与由ECU600提供的转向控制量相对应的辅助扭矩或者反作用力扭矩施加到转向轴420。扭矩施加部460包括：电机，其产生对应于转向控制量的辅助扭矩或者反作用力扭矩；以及扭矩传递机构，其将由电机产生的扭矩传递到转向轴420。
本说明书中的“控制量”的具体实例包括电流值、占空比、衰减率和衰减比。
转向部件410、转向轴420、扭矩传感器430、转向角度传感器440、扭矩施加部460、齿轮齿条机构470、齿条轴480和ECU600构成根据实施例的转向装置。
在以上说明中，“连接为使得能够传递扭矩”是指进行连接，使得一个部件的旋转引起另一个部件的旋转，并且至少包括例如：一个部件与另一个部件一体地形成的情况；另一个部件直接或间接固定至一个部件的情况；以及一个部件与另一个部件连接为经由关节部件彼此互锁的情况。
在以上实例中，描述其中转向部件410与齿条轴480总是机械地连接的转向装置作为实例，然而不限于该实施例，并且根据实施例的转向装置可以是例如线控转向型的转向装置。本说明书中下文描述的内容也能够适用于线控转向型的转向装置。
ECU600进行车辆900中设置的各种电子装置的整体控制。具体地，ECU600通过调整供应到扭矩施加部460的转向控制量而控制施加到转向轴420的辅助扭矩或者反作用力扭矩的大小。
车辆900包括：针对每个车轮300设置的车轮速度传感器320，并且其检测每个车轮300的车轮速度；横向G传感器330，其检测车辆900的横向上的加速度(后文中，还称为“横向G”)；前后G传感器340，其检测车辆900的前后方向上的加速度；偏航角速度传感器350，其检测车辆900的偏航角速度；发动机扭矩传感器510，其检测由发动机500产生的扭矩；发动机速度传感器520，其检测发动机500的转数；以及制动压力传感器530，其检测施加到制动装置中设置的制动液的压力。这些各类传感器的检测结果提供至ECU600。
虽然省略了图示，但是车辆900还包括：防抱死制动系统(ABS)，其为防止制动期间车轮锁定的系统；牵引力控制系统(TCS)，其减小加速期间车轮的空转；以及制动装置，其能够控制电子稳定控制系统(ECS)，该电子稳定控制系统是车辆行为稳定控制系统，设置有转弯期间用于偏航力矩控制和制动辅助功能的自动制动功能。
这里，ABS、TCS和ESC比较根据预估的车速确定的车轮速度与由车轮速度传感器320检测到的车轮速度，并且当两个车轮速度的值彼此相差预定值以上时判定为滑移状态。通过这样的处理，ABS、TCS和ESC根据车辆900的行驶状态进行适当的制动控制和牵引力控制，使得车辆900的行为稳定。
上述各种传感器的检测结果被提供至ECU600，并且控制信号经由控制器局域网络(CAN)370从ECU600传输到各个部分。
[ECU600]
后文中，将参考下面的附图具体描述ECU600。图2是图示出ECU600的示意性配置的图。
如图2所示，ECU600包括转向控制部610和悬架控制部650。
转向控制部610参考CAN370中包含的各种传感器检测结果而确定供给至扭矩施加部460的转向控制量的大小。
在本说明书中，“参考……”的表述可以包括“使用……”、“考虑……”和“依据……”的含义。
“确定控制量的大小”的处理还包括控制量的大小设定为零的情况，即不提供控制量。
[转向控制部]
接着，将参考图3详细描述转向控制部610。图3是图示出转向控制部610的配置实例的框图。
如图3所示，转向控制部610包括控制量计算部611、控制量修正部612、ω反馈部620、增益计算部630和乘法部640。
控制量计算部611参考由扭矩传感器430提供的转向扭矩，并且计算用于控制辅助扭矩或者反作用力扭矩的大小的控制量。通过控制量修正部612修正由控制量计算部611计算的控制量，而后作为转向控制量供给至扭矩施加部460。
[ω反馈部620]
ω反馈部620参考由转向角度传感器440提供的转向角度、根据车轮速度传感器320检测的车轮速度所确定的车速以及由扭矩传感器430提供的转向扭矩，而后确定修正控制量的值。
作为实例，如图3所示，ω反馈部620包括目标转向角速度计算部621、实际转向角速度计算部622、减法部623和修正控制量确定部624。
目标转向角速度计算部621参考由转向角度传感器440提供的转向角度、根据车轮速度传感器320检测的车轮速度所确定的车速以及由扭矩传感器430提供的转向扭矩，而后计算目标转向角速度。这里，目标转向角速度的具体计算方法不限于实施例，并且在计算目标转向角速度时，目标转向角速度计算部621能够被配置为参考目标转向角速度映射和扭矩比映射。
实际转向角速度计算部622通过计算由转向角度传感器440提供的转向角度的时间变化而指明实际转向角速度。
减法部623从目标转向角速度计算部621计算的目标转向角速度减去实际转向角速度计算部622计算的实际转向角速度，并且将作为减法的结果的转向角侧偏差供给至修正控制量确定部624。
修正控制量确定部624根据转向角侧偏差确定修正控制量的值。修正控制量的值的具体确定方法不限于实施例，并且在确定修正控制量的值时，修正控制量确定部624能够被配置为参考转向角速度偏差修正控制量映射。
[增益计算部]
增益计算部630参考由转向角度传感器440提供的转向角度和由CAN370提供的横向G值，计算要与ω反馈部620计算出的修正控制量相乘的增益系数。
作为实例，如图3所示，增益计算部630包括回转(switch-back)判定部631、转向速度判定部632、车辆运动判定部633、逻辑积计算部634、移动平均部635和增益确定部636。
回转判定部631参考由转向角度传感器440提供的转向角度和通过参考转向角度计算出的转向角速度，而判定转向部件410是否处于回转状态。当转向部件410处于回转状态时，回转判定部631输出“1”作为判定结果，否则输出“0”作为判定结果。可以配置为车辆900包括转向角速度传感器，并且回转判定部631参考由转向角度传感器440提供的转向角度和由转向角速度传感器提供的转向角速度来判定转向部件410是否处于回转状态。
回转判定部631判定回转状态的处理不限于上述实例。回转判定部631可以被配置为参考表示扭矩传感器430的检测结果的扭矩传感器信号和设置在扭矩施加部460中的电机的旋转方向来判定转向部件410是否处于回转状态。在该配置中，例如，当扭矩传感器信号的符号与电机的旋转方向的符号彼此不同时，可以配置为判定回转状态。
这里，例如，在扭矩传感器信号的符号中，可以将扭杆处于在顺时针方向上转动的状态时的扭矩传感器信号的符号定义为正，并且可以将扭杆处于在逆时针方向上转动的状态时的扭矩传感器信号的符号定义为负。在电机的旋转方向的符号中，可以将用于在扭杆于顺时针方向上转动的状态下消除扭杆的转动的方向定义为正，并且将用于在扭杆于逆时针方向上转动的状态下消除扭杆的转动的方向定义为负。
转向速度判定部632判定参考从转向角度传感器440供给的转向角度而计算出的转向角速度或者其绝对值是否等于或者大于预定值。当转向角速度或其绝对值等于或大于预定值时，转向速度判定部632输出“1”作为判定结果，否则输出“0”作为判定结果。
车辆运动判定部633判定从CAN370供给的横向G值或其绝对值是否小于预定值。当横向G值或其绝对值小于预定值时，车辆运动判定部633输出“1”作为判定结果，并且否则输出“0”作为判定结果。
逻辑积计算部634对来自回转判定部631、转向速度判定部632和车辆运动判定部633的判定结果进行逻辑积，并且输出其结果。换言之，当从回转判定部631、转向速度判定部632和车辆运动判定部633输出的判定结果全部都是“1”时，逻辑积计算部634输出“1”，否则输出“0”。
移动平均部635计算逻辑积计算部634的输出的移动平均数，并且输出其结果。低通滤波器可以用作移动平均部635。
增益确定部636根据移动平均部635的输出结果确定增益系数，并且将确定的增益系数供给至乘法部640。具体地，当由移动平均部635移动平均后的值大于0时，确定大于1的增益系数。由移动平均部635移动平均后的值越大，增益确定部636设定的增益系数越大。换言之，增益确定部636将增益系数设定为使得由移动平均部635移动平均后的值越大则施加到转向部件410的反作用力越大。
乘法部640将由修正控制量确定部624确定的修正控制量乘以由增益确定部636确定的增益系数，以将带增益的修正控制量供应至控制量修正部612。
控制量修正部612通过将由乘法部640提供的带增益的修正控制量与由控制量计算部611计算出的控制量相加而生成转向控制量。换言之，控制量修正部612参考车身200的横向G、转向部件410的转向角度和转向部件410的转向角速度来修正由控制量计算部611计算出的控制量。
如上所述，控制量修正部612参考车身200的横向G、转向部件410的转向角度和转向部件410的转向角速度来修正由控制量计算部611计算出的控制量，使得能够使驾驶员几乎没有不适感地将辅助扭矩或者反作用力扭矩施加到转向部件410。
在上述配置中，当转向部件410处于回转状态下、转向部件410的转向角速度或其绝对值等于或大于预定值并且车身200的横向G值或其绝对值小于预定值时，控制量修正部612修正控制量。
发明人认识到：当转向部件处于回转状态下、转向部件的转向角速度或其绝对值等于或大于预定值并且横向G值或其绝对值小于预定值时，可能发生所谓的“扭矩损失”现象。
这里，将如下描述“扭矩损失”如何发生的具体过程。首先，当驾驶员进行转向时，在车辆900中产生侧倾。当产生侧倾时，设置在悬架装置100中的液压减振器收缩。然后，横拉杆与下臂之间的位置关系改变，并且结果，前束角改变。从而，齿条轴480被拉向收缩的液压减振器。在未设置增益计算部630的配置中，在该状态下，当驾驶员转回转向部件410时，仅产生比驾驶员设想的反作用力扭矩小的反作用力扭矩，并且可能发生“扭矩损失”现象。
例如由轮胎310与地之间的抵抗对车辆900的横向G的摩擦力而产生侧倾。从而，能够由横向G产生侧倾。因此，能够根据横向G评估车辆900中的侧倾状态。
根据包括增益计算部630的上述配置，由于能够适当地抑制“扭矩损失”的现象，所以能够使驾驶员几乎没有不适感地施加辅助扭矩或者反作用力扭矩。
在上述配置中，当转向部件410处于回转状态、转向部件410的转向角速度或其绝对值等于或大于预定值并且从悬架控制部650供给的横向G值或其绝对值小于预定值时，控制量修正部612修正控制量，使得施加到转向部件410的反作用力变为大于与上述情况不同的情况下的反作用力。
因此，根据上述配置，由于能够更加适当地抑制“扭矩损失”现象，所以能够使驾驶员几乎没有不适感地施加辅助扭矩或者反作用力扭矩。
例如，当轮胎310与地之间的抵抗对车辆900的横向G的摩擦力在车辆900的前后轮胎310之间不同时，能够产生偏航。能够通过该偏航导致的离心力产生车辆900中的横向G。因此，通过基于从偏航角速度传感器350获取的偏航角速度值而获得的车辆900的横向G值，并且通过基于偏航角速度值而参考横向G值，能够评估车辆900的侧倾状态。例如，当ECU600参考由车辆900的偏航运动的离心力产生的横向G值、转向部件410的转向角度和转向部件410的转向角速度而修正由控制量计算部611计算出的控制量时，能够降低驾驶员因扭矩损失导致的不自然感。ECU600还可以将参考偏航角速度传感器350的偏航角速度值而计算出的横向G值、来自横向G传感器330的横向G值及这两者用作横向G值。
[软件的实施实例]
ECU600的控制区块(转向控制部610)可以由集成电路(IC芯片)中形成的逻辑电路(硬件)实施，或者可以由使用中央处理单元(CPU)的软件实施。
在后者的情况下，ECU600包括：CPU，其执行作为实施各个功能的软件的程序的指令；只读存储器(ROM)或者存储装置(称为“记录介质”)，其中记录有程序和各种数据，从而能够由计算机(或者CPU)读取；以及随机存取存储器(RAM)，程序加载到该随机存取存储器中。当计算机(或CPU)从记录介质读取程序并且执行程序时，实现本发明的目的。作为记录介质，可以使用诸如磁带、磁盘、卡、半导体存储器和可编程逻辑电路这样的“非暂时性实体介质”。可以将程序经由能够传输程序的任意传输介质(例如通信网络和广播波)供应至计算机。还能够以嵌入载波中的数据信号的形式实施本发明，在该载波中，通过电子传输而嵌入程序。
本发明不限于上述实施例，并且能够在权利要求的范围内进行各种修改，并且通过适当地组合不同实施例中分别公开的技术方法而获得的实施例也包括在本发明的技术范围内。

Claims (4)

1.一种控制装置，该控制装置被配置为将辅助扭矩或者反作用力扭矩施加到由驾驶员操纵的转向部件，所述控制装置包括：
控制量计算部，该控制量计算部被配置为参考施加到所述转向部件的转向扭矩，计算用于控制所述辅助扭矩或者所述反作用力扭矩的大小的控制量；以及
控制量修正部，该控制量修正部被配置为参考车身的横向加速度、所述转向部件的转向角度和所述转向部件的转向角速度，修正由所述控制量计算部计算出的所述控制量，
其中，所述控制量修正部被配置为修正由所述控制量计算部计算出的所述控制量，使得当所述转向部件处于回转状态下，所述转向部件的所述转向角速度的绝对值等于或大于预定值并且所述车身的所述横向加速度的绝对值小于预定值时，施加到所述转向部件的反作用力变大。
2.一种控制装置，该控制装置被配置为将辅助扭矩或者反作用力扭矩施加到由驾驶员操纵的转向部件，所述控制装置包括：
控制量计算部，该控制量计算部被配置为参考施加到所述转向部件的转向扭矩，计算用于控制所述辅助扭矩或者所述反作用力扭矩的大小的控制量；以及
控制量修正部，该控制量修正部被配置为参考车身的偏航角速度、所述转向部件的转向角度和所述转向部件的转向角速度，修正由所述控制量计算部计算出的所述控制量，
其中，所述控制量修正部被配置为修正由所述控制量计算部计算出的所述控制量，使得当所述转向部件处于回转状态下，所述转向部件的所述转向角速度的绝对值等于或大于预定值并且通过使用所述偏航角速度而计算出的所述车身的横向加速度的绝对值小于预定值时，施加到所述转向部件的反作用力变大。
3.一种转向装置，包括：
转向部件，该转向部件由驾驶员操纵；以及
转向控制部，该转向控制部被配置为将辅助扭矩或者反作用力扭矩施加到所述转向部件，
其中，所述转向控制部包括：
控制量计算部，该控制量计算部被配置为参考施加到所述转向部件的转向扭矩，计算用于控制所述辅助扭矩或者所述反作用力扭矩的大小的控制量；和
控制量修正部，该控制量修正部被配置为参考车身的横向加速度、所述转向部件的转向角度和所述转向部件的转向角速度，修正由所述控制量计算部计算出的所述控制量，并且
其中，所述控制量修正部被配置为修正由所述控制量计算部计算出的所述控制量，使得当所述转向部件处于回转状态下，所述转向部件的所述转向角速度的绝对值等于或大于预定值并且所述车身的所述横向加速度的绝对值小于预定值时，施加到所述转向部件的反作用力变大。
4.一种转向装置，包括：
转向部件，该转向部件由驾驶员操纵；以及
转向控制部，该转向控制部被配置为将辅助扭矩或者反作用力扭矩施加到所述转向部件，
其中，所述转向控制部包括：
控制量计算部，该控制量计算部被配置为参考施加到所述转向部件的转向扭矩，计算用于控制所述辅助扭矩或者所述反作用力扭矩的大小的控制量；和
控制量修正部，该控制量修正部被配置为参考车身的偏航角速度、所述转向部件的转向角度和所述转向部件的转向角速度，修正由所述控制量计算部计算出的所述控制量，并且
其中，所述控制量修正部被配置为修正由所述控制量计算部计算出的所述控制量，使得当所述转向部件处于回转状态下，所述转向部件的所述转向角速度的绝对值等于或大于预定值并且通过使用所述偏航角速度而计算出的所述车身的横向加速度的绝对值小于预定值时，施加到所述转向部件的反作用力变大。
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