CN111591341B - 电动助力转向装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电动助力转向装置，不管车辆条件怎样都能获得恒定的转向感。本发明的电动助力转向装置具备控制装置(20)。控制装置(20)利用取得部(30)取得方向盘的位置，并且利用设定部(31)设定对方向盘作用的转向反作用力力矩的目标值。并且，控制装置(20)利用运算部(32)基于方向盘的位置和转向反作用力力矩的目标值运算转向辅助机构的位置目标，利用控制部(34)按照转向辅助机构的位置目标对转向辅助机构的马达进行反馈控制。

Description

电动助力转向装置
技术领域
本发明涉及一种电动助力转向装置，其具有利用马达进行动作的转向辅助机构，利用转向辅助机构辅助由驾驶员进行的方向盘操作。
背景技术
在以往的电动助力转向装置中，转向辅助机构的马达输出的辅助力矩的值依据驾驶员输入到方向盘的转向力矩的大小而决定。也就是说，在以往的电动助力转向装置中，作为转向辅助机构的控制，进行力矩控制。在日本特开2003-026022号公报中公开了那样的以往的电动助力转向装置的一例。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003-026022号公报
发明内容
发明要解决的课题
车辆转向所需的转向力矩根据有效载荷、轮胎规格等车辆条件而变化。也就是说，当车辆条件不同时，转向力矩与转向角的关系也变得不同。在具备电动助力转向装置的车辆的情况下，驾驶员仅负担所需的转向力矩的一部分即可。但是，即便要负担的转向力矩较少，如果每当车辆条件不同而使转向力矩发生变化，那么驾驶员也可能无法获得恒定的转向感而感到不舒适。
本发明是鉴于上述的课题而做成的，目的在于提供一种不管车辆条件怎样都能获得恒定的转向感的电动助力转向装置。
用于解决课题的方案
本发明的电动助力转向装置在具有利用马达进行动作的转向辅助机构，利用转向辅助机构辅助由驾驶员进行的方向盘操作的电动助力转向装置中，具备以下这样构成的控制装置。
本发明的电动助力转向装置的控制装置构成为取得方向盘的位置，设定对方向盘作用的转向反作用力力矩的目标值，基于方向盘的位置和转向反作用力力矩的目标值运算转向辅助机构的位置目标，按照转向辅助机构的位置目标对马达进行反馈控制。
关于方向盘位置的取得，例如能够采用以下这样的实施方式。当电动助力转向装置具有方向盘旋转角度传感器时，也可以取得由方向盘旋转角度传感器检测到的方向盘位置。另外，当电动助力转向装置具有检测转向辅助机构的位置的转向辅助机构旋转角度传感器和检测对方向盘作用的转向反作用力力矩的转向反作用力力矩传感器时，也可以取得基于转向辅助机构的位置和转向反作用力力矩推测到的方向盘位置。另外，转向辅助机构旋转角度传感器也可以检测马达的位置，根据马达的位置和转向辅助机构的减速比运算转向辅助机构的位置。
例如也可以基于方向盘的位置设定转向反作用力力矩的目标值。另外，除了方向盘的位置，还可以考虑涉及车辆的运动状态、行驶环境的信息来设定转向反作用力力矩的目标值。
发明效果
采用本发明的电动助力转向装置，决定转向辅助机构的位置目标，以便使目标的转向反作用力力矩作用于方向盘，并进行马达的反馈控制，以便实现转向辅助机构的位置目标。由此，不管车辆条件怎样，正如目标那样的转向反作用力力矩都作用于方向盘，不管车辆条件怎样，驾驶员都能获得恒定的转向感。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式的电动助力转向装置的结构的图。
图2是表示本发明的第1实施方式的电动助力转向装置的控制装置的功能的图。
图3是说明转向反作用力力矩的目标值的设定方法的一例的图。
图4是说明转向反作用力力矩的目标值的设定方法的另一例的图。
图5是表示本发明的第2实施方式的电动助力转向装置的结构的图。
图6是表示本发明的第2实施方式的电动助力转向装置的控制装置的功能的图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。但在以下示出的实施方式中，在提及各要素的个数、数量、量和范围等数的情况下，除特别写明的情况、在原理上清楚地特定于该数的情况以外，本发明并不限定于该提及的数。另外，在以下示出的实施方式中说明的构造等除特别写明的情况、在原理上清楚地特定于该构造等的情况以外，对本发明不一定必须。
1.第1实施方式
图1是表示本发明的第1实施方式的电动助力转向装置101的结构的图。电动助力转向装置101包括方向盘2、转向轴3、连结轴4、齿轮齿条副机构5以及齿条轴6。方向盘2的旋转运动输入到转向轴3。输入到转向轴3的旋转运动输入到由万向接头连结的连结轴4，自连结轴4输入到齿轮齿条副机构5。所输入的旋转运动利用齿轮齿条副机构5减速并转换为直线运动而传递到齿条轴6。通过使齿条轴6沿其轴向进行直线运动，经由未图示的横拉杆改变未图示的转向轮的转向角。
电动助力转向装置101具备用于辅助由驾驶员进行的方向盘2的转向操作的转向辅助机构7。转向辅助机构7由马达8和自马达8将旋转运动传递到转向轴3的减速齿轮机构9构成。马达8是伺服马达。马达8输出的力矩被减速齿轮机构9增大并施加于转向轴3。
电动助力转向装置101具备方向盘旋转角度传感器10。方向盘旋转角度传感器10是检测方向盘2的位置即旋转角度的传感器。方向盘旋转角度传感器10是绝对角度传感器，以将方向盘2的中位位置设为原点的绝对角度检测方向盘2的位置。后述的转向角是指方向盘2的位置。
电动助力转向装置101具备转向辅助机构旋转角度传感器11。转向辅助机构旋转角度传感器11是检测转向辅助机构7的位置即旋转角度的传感器。转向辅助机构7的位置是指被转向辅助机构7进行驱动旋转的转向轴3的旋转角度。转向辅助机构旋转角度传感器11是相对角度传感器，以360度的范围的相对角度检测转向辅助机构7的位置。
电动助力转向装置101具备控制装置201。控制装置201是具有至少1个处理器21和至少1个存储器22的ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元)。存储器22存储有包含映射的各种数据、各种程序。处理器21自存储器22读出程序并执行，从而在控制装置201可实现与转向辅助控制相关的各种各样的功能。方向盘旋转角度传感器10和转向辅助机构旋转角度传感器11各自的输出被输入到控制装置201。
图2是表示本实施方式的控制装置201的功能的图。在图2中用框图来表示与转向辅助控制相关的功能。控制装置201包括方向盘位置取得部30、转向反作用力力矩目标值设定部31、转向辅助机构位置目标运算部32、协调部33、转向辅助机构位置控制部34以及转向辅助驱动部35，作为转向辅助控制用的功能。但控制装置201所包括的这些部30～35不是作为硬件存在的，而是在存储于存储器22的程序由处理器21执行时在软件上实现的。另外，在与技术方案的关系上，方向盘位置取得部30对应于技术方案所述的“取得部”，转向反作用力力矩目标值设定部31对应于技术方案所述的“设定部”，转向辅助机构位置目标运算部32对应于技术方案所述的“运算部”，转向辅助机构位置控制部34对应于技术方案所述的“控制部”。
方向盘位置取得部30取得由方向盘旋转角度传感器10检测到的方向盘2的位置。方向盘位置取得部30将所取得的方向盘2的位置输入到转向反作用力力矩目标值设定部31和转向辅助机构位置目标运算部32。
转向反作用力力矩目标值设定部31设定对方向盘2作用的转向反作用力力矩的目标值。在转向反作用力力矩的目标值的设定中，除方向盘2的位置即转向角度以外，参照相当于车辆的状态量的各种物理量。所参照的车辆的状态量包含例如车速、横摆角速度和横向加速度等。车速由车轮速度传感器检测。横摆角速度由横摆角速度传感器检测。横向加速度由加速度传感器检测，或根据横摆角速度和车速算出。
这里，举例说明转向反作用力力矩的目标值的设定方法。在图3中用曲线图表示依据方向盘2的位置即转向角度和车辆的停车/行驶状态决定转向反作用力力矩的目标值的例子。在图3所示的例子中，设定随着转向角度增大而转向反作用力力矩增大的那样的目标值。另外，设定在停车时和行驶时不同的目标值。具体而言，设定在停车时产生比行驶时大的转向反作用力力矩的那样的目标值。
在图4中用曲线图表示依据转向角度和车速决定转向反作用力力矩的目标值的例子。在图4所示的例子中，设定随着转向角度增大而转向反作用力力矩增大并且随着车速提高而转向反作用力力矩减小的那样的目标值。除这些例子以外，例如也能够以横摆角速度越大或横向加速度越大就使转向反作用力力矩的目标值越大等方式，相对于车辆的状态量任意地设定转向反作用力力矩的目标值。
再次回到图2，继续对转向反作用力力矩的目标值设定进行说明。在设定转向反作用力力矩的目标值时，还参照相当于外在主要原因的各种物理量。所参照的外在主要原因例如包含来自驾驶员的转向感要求、路面μ的推测值、路面的倾斜量和横风速度等。来自驾驶员的转向感要求例如是重、轻等要求，利用室内的开关选择转向感。基于由传感器取得的信息、由通信装置取得的公共基础设施信息，利用公知的方法推测路面μ、倾斜量和横风速度。
在转向反作用力力矩的目标值与转向感要求的关系上，在要求较重的转向感的情况下，与要求较轻的转向感的情况相比，使转向反作用力力矩的目标值增大。在与路面μ的关系上，例如路面μ越小，使转向反作用力力矩的目标值越小。在与倾斜量、横风速度等的关系上，也是适当地修改转向反作用力力矩的目标值，以便在以上的外在主要原因作用时驾驶员不会感到不舒适。
转向辅助机构位置目标运算部32基于由方向盘位置取得部30取得的方向盘2的位置和由转向反作用力力矩目标值设定部31设定的转向反作用力力矩的目标值，利用以下的算式1运算转向辅助机构7的位置目标。在算式1中，θT是转向辅助机构7的位置目标(rad)，MA是方向盘2的位置(rad)，MT是转向反作用力力矩的目标值(N·m)。另外，KT是方向盘旋转角度传感器10与转向辅助机构旋转角度传感器11之间的转向轴3的扭转弹簧常数(N·m/rad)。
θT＝MA-(MT/KT)……算式1
由转向辅助机构位置目标运算部32运算得到的转向辅助机构7的位置目标输入到协调部33。来自其他系统的涉及转向辅助机构7的位置目标的要求也输入协调部33。其他系统是伴有转向辅助机构7的位置控制的系统，例如包含碰撞预警系统、自动驾驶系统和自动泊车系统等。协调部33在自其他系统输入了涉及转向辅助机构7的位置目标的要求的情况下，基本上相对于由转向辅助机构位置目标运算部32运算得到的位置目标优先那些要求。另外，根据发出要求的其他系统的种类的不同，也可以使用最大值选择、最小值选择来作为协调的方法。协调部33将协调后的转向辅助机构7的位置目标输入到转向辅助机构位置控制部34。
转向辅助机构位置控制部34按照转向辅助机构7的位置目标对马达8进行反馈控制，更详细而言是伺服控制。由转向辅助机构旋转角度传感器11检测的转向辅助机构7的实际位置被输入到转向辅助机构位置控制部34。转向辅助机构位置控制部34依据所输入的转向辅助机构7的实际位置与位置目标的偏差，决定向马达8供给的电流的目标值。转向辅助机构位置控制部34将所决定的马达电流目标值输入到转向辅助驱动部35。转向辅助驱动部35是驱动马达8的驱动器，按照被施加的马达电流目标值控制向马达8供给的电流。
如以上说明的那样，控制装置201决定转向辅助机构7的位置目标，以便使基于方向盘2的位置等设定的目标的转向反作用力力矩作用于方向盘2，并对马达8进行反馈控制，以便实现转向辅助机构7的位置目标。也就是说，以往的电动助力转向装置是进行力矩控制来作为转向辅助机构的控制，而本实施方式的电动助力转向装置101是进行位置控制来作为转向辅助机构7的控制。
采用转向辅助机构7的位置控制，不管有效载荷、轮胎规格的变化这样的车辆条件怎样，正如目标那样的转向反作用力力矩都会作用于方向盘2。由此，采用本实施方式的电动助力转向装置101，不管车辆条件怎样，驾驶员都能获得恒定的转向感。
另外，本实施方式的电动助力转向装置101在适合工时的削减方面也比以往的电动助力转向装置有利。不同的车种，为使转向轮转向而所需的转向力是不同的。因此，在以往的电动助力转向装置的情况下，为了不管车种怎样都能获得恒定的转向感，需要使转向辅助机构的辅助力矩适合于每个车种，以使所需的转向力不会因车种的不同而不同。而本实施方式的电动助力转向装置101利用转向辅助机构7的位置控制使目标的转向反作用力力矩作用于方向盘2，因此能够不必进行考虑了每个车种的转向力的差异的适合作业。
在以往的电动助力转向装置中，在不平的路面上，有时被路面的起伏影响方向盘而难以将转向角度保持为恒定。关于这一点，采用本实施方式的电动助力转向装置101，进行马达8的反馈控制以使转向辅助机构7的实际位置与位置目标的偏差消失，因此不管路面的状况怎样，都能将转向角度保持为恒定。
另外，在以往的电动助力转向装置中，当车辆在不平的路面上行驶着的那样的情况下，对驾驶员来说因来自路面的输入而容易发生不舒服的反冲(日文：キックバック)。关于这一点，采用本实施方式的电动助力转向装置101，利用转向辅助机构7的位置控制使目标的转向反作用力力矩作用于方向盘2。因此，来自路面的输入难以传递到方向盘2，即使是车辆在不平的路面上行驶着的情况，也可抑制不舒服的反冲发生。由本实施方式的电动助力转向装置101产生的抑制反冲的效果，在转向轴3的转速传感器10、11间的扭转刚性较低的车辆中特别显著。在这一点上，采用本实施方式的电动助力转向装置101，不管车辆条件怎样，而且不管路面状态等环境条件怎样，都能获得恒定的转向感。
另外，作为本实施方式的电动助力转向装置101的其他效果，举出与自动驾驶系统、车道保持辅助等要求转向辅助机构7的位置控制的其他系统之间的合作容易性。以往的电动助力转向装置是力矩控制，而本实施方式的电动助力转向装置101是进行与其他系统相同的位置控制的系统，例如根据协调部33的处理可知，能与其他系统容易地进行合作。
2.第2实施方式
图5是表示本发明的第2实施方式的电动助力转向装置102的结构的图。在本图中，与第1实施方式共用的要素标注与第1实施方式相同的附图标记。在以下的说明中，省略在第1实施方式中说明过的结构，说明本实施方式特有的结构。
电动助力转向装置102具备转向反作用力力矩传感器12来代替方向盘旋转角度传感器10(参照图1)。转向反作用力力矩传感器12是对作用于转向轴3的转向反作用力力矩进行检测的传感器。转向反作用力力矩传感器12的输出与转向辅助机构旋转角度传感器11的输出一同被输入到控制装置202。控制装置202与第1实施方式的控制装置201(参照图1)同样，是具有至少1个处理器21和至少1个存储器22的ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元)。
图6是表示本实施方式的控制装置202的功能的图。在图6中用框图表示与转向辅助控制相关的功能。控制装置202包括方向盘位置取得部36、转向反作用力力矩目标值设定部31、转向辅助机构位置目标运算部32、协调部33、转向辅助机构位置控制部34以及转向辅助驱动部35，作为转向辅助控制用的功能。这些功能中，本实施方式与第1实施方式的差异在于方向盘位置取得部36的功能。
本实施方式的方向盘位置取得部36取得由转向辅助机构旋转角度传感器11检测的转向辅助机构的位置和由转向反作用力力矩传感器12检测的转向反作用力力矩。并且，基于转向辅助机构的位置和转向反作用力力矩，利用以下的算式2推测方向盘2的位置MA。在算式2中，θ是转向辅助机构7的实际位置(rad)，T1是转向反作用力力矩的检测值(N·m)。
MA＝θ+(T1/KT)……算式2
在本实施方式中，基于转向辅助机构的位置和转向反作用力力矩推测出的方向盘2的位置，被输入到转向反作用力力矩目标值设定部31和转向辅助机构位置目标运算部32。通常，转向辅助控制的用途中的可靠性在转向反作用力力矩传感器12比在方向盘旋转角度传感器高。在本实施方式中，除了与第1实施方式同样的效果之外，还具有能够使用可靠性更高的转向反作用力力矩传感器12进行转向辅助机构7的位置控制的优点。
3.其他实施方式
在第1实施方式以及第2实施方式中，也可以代替转向辅助机构旋转角度传感器11地使用检测转向辅助机构7的马达8的位置的马达旋转角度传感器。能够利用以下的算式3根据马达8的位置算出转向辅助机构7的位置θ。在算式3中，θM是马达8的位置(rad)，RG是减速齿轮机构9的减速比。在该情况下，也能将马达旋转角度传感器把握为转向辅助机构旋转角度传感器的一部分。
θ＝θM/RG……算式3
附图标记说明
2、方向盘；3、转向轴；4、连结轴；5、齿轮齿条副机构；6、齿条轴；7、转向辅助机构；8、马达；9、减速齿轮机构；10、方向盘旋转角度传感器；11、转向辅助机构旋转角度传感器；12、转向反作用力力矩传感器；20、控制装置；21、处理器；22、存储器；30、36、方向盘位置取得部(取得部)；31、转向反作用力力矩目标值设定部(设定部)；32、转向辅助机构位置目标运算部(运算部)；33、协调部；34、转向辅助机构位置控制部(控制部)；35、转向辅助驱动部；101、102、电动助力转向装置。

Claims (4)

1.一种电动助力转向装置，具有利用马达进行动作的转向辅助机构，利用所述转向辅助机构辅助由驾驶员进行的方向盘操作，其特征在于，
所述电动助力转向装置具备控制装置和检测所述转向辅助机构的位置的转向辅助机构旋转角度传感器，
所述控制装置包括取得部、设定部、运算部和控制部，
所述取得部取得所述方向盘的位置，
所述设定部设定对所述方向盘作用的转向反作用力力矩的目标值，
所述运算部基于所述方向盘的位置和所述转向反作用力力矩的目标值运算所述转向辅助机构的位置目标，
所述控制部按照由所述转向辅助机构旋转角度传感器检测到的所述转向辅助机构的位置与所述转向辅助机构的所述位置目标的偏差来决定的向所述马达供给的电流的目标值，对所述马达进行反馈控制。
2.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于，
所述电动助力转向装置具有检测所述方向盘的位置的方向盘旋转角度传感器，
所述取得部取得由所述方向盘旋转角度传感器检测到的所述方向盘的位置。
3.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于，
所述电动助力转向装置具有检测对所述方向盘作用的转向反作用力力矩的转向反作用力力矩传感器，
所述取得部取得根据所述转向辅助机构的位置和所述转向反作用力力矩推测出的所述方向盘的位置。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电动助力转向装置，其特征在于，
所述设定部根据由所述取得部取得的所述方向盘的位置设定所述转向反作用力力矩的目标值。
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