CN111661143A - 转向控制装置和用于控制转向系统的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于转向系统(2)的转向控制装置，该转向控制装置包括电子控制单元(1)，该电子控制单元配置为：计算作为马达扭矩的目标值的目标扭矩；控制马达(13)的操作；基于检测到的车速来计算车速基础轴向力；基于不同于检测到的车速的状态量来计算另一状态量基础轴向力；通过将车速基础轴向力与所述另一状态量基础轴向力以单独设定的分配比率相加来计算分配轴向力；基于分配轴向力来计算目标扭矩；当检测到的车速异常时，与检测到的车速正常时相比，减小基础轴向力的分配比率。

Description

转向控制装置和用于控制转向系统的方法
技术领域
本发明涉及转向控制装置和用于控制转向系统的方法。
背景技术
线控转向式转向系统是一种已知类型的转向系统，在线控转向式转向系统中，与由驾驶员操纵的转向单元之间的动力传递和与根据驾驶员的转向操作使转向车轮转向的被转向单元之间的动力传递是分开的。在这种转向系统中，施加至转向车轮的路面反作用力等没有被机械地传递至方向盘。因此，控制这种类型的转向系统的一些转向控制装置通过将考虑到路面反作用力等而产生的转向反作用力从转向侧致动器施加至方向盘来将路面信息传递给驾驶员。
例如，WO 2013/061567公开了一种转向控制装置，该转向控制装置利用作用在被转向轴上的轴向力，转向车轮联接至该被转向轴。该转向控制装置基于通过将多种轴向力以单独设定的分配比率相加而得到的分配轴向力来计算转向反作用力。在国际专利公开No.WO 2013/061567中，基于方向盘的转向角和车速的角轴向力、基于被转向侧马达的驱动电流的电流轴向力等被示出为各种轴向力的示例，并且转向控制装置基于这些轴向力的分配轴向力来计算转向反作用力，其中，被转向侧马达是被转向侧致动器的驱动源。
发明内容
转向车轮的被转向角与实际作用在被转向轴上的轴向力之间的关系由图5A和图5B的曲线图示出。该关系根据车速而改变。即，如图5A中所示，当车速指示车辆停止时，作为轴向力相对于被转向角的变化率的梯度较小，并且主要指示转向车轮与路面之间的摩擦的滞后分量较大。如图5B中所示，当车速指示车辆以中速至高速行驶时，轴向力的梯度较大并且滞后分量较小。
因此，例如在如WO 2013/061567中那样计算角轴向力时，仅利用转向角或与该转向角相关的值不能计算出合适的角轴向力，除了转向角之外还需要考虑车速。例如，当检测到的车速错误时，比如当在用于检测车速的传感器中发生异常时，角轴向力可能会偏离实际轴向力。还存在包括角轴向力的分配轴向力可能会偏离实际轴向力的可能性。
这种现象不仅在计算角轴向力时发生，而且在计算需要考虑车速的轴向力时发生，需要考虑车速的轴向力比如为由横向作用在车辆上的横向力指示的车辆状态量轴向力。即使在控制电动助力转向系统的转向控制装置中，在辅助力的目标值基于作用在被转向轴上的轴向力来确定的情况下也会发生这种现象，其中，电动助力转向助力系统通过如在例如日本未经审查专利申请公开No.2016-144974(JP 2016-144974A)中所描述的辅助机构利用作为该辅助机构的驱动源的马达将用于辅助转向操作的辅助力施加至转向机构。
本发明提供了一种转向控制装置和一种用于控制转向系统的方法，本发明减小了分配轴向力与实际轴向力的偏差。
本发明的第一方面涉及一种转向控制装置，该转向控制装置根据由致动器利用作为致动器的驱动源的马达施加的马达扭矩来改变使方向盘转向所需的转向扭矩。转向控制装置包括电子控制单元，该电子控制单元配置成：计算目标扭矩，该目标扭矩为马达扭矩的目标值；控制马达的操作，使得根据目标扭矩产生马达扭矩；基于检测到的车速来计算车速基础轴向力；基于不同于检测到的车速的状态量来计算另一状态量基础轴向力；通过将车速基础轴向力与所述另一状态量基础轴向力以单独设定的分配比率相加来计算分配轴向力；基于分配轴向力来计算目标扭矩；以及当检测到的车速异常时，与检测到的车速正常时相比，减小车速基础轴向力的分配比率。
利用上述配置，当车速异常时，基于车速计算出的车速基础轴向力的分配比率减小，并且车速基础轴向力对分配轴向力的影响因此减小，即，车速基础轴向力对分配轴向力的贡献比率因此减小。因此，该配置在车速异常时减小了分配轴向力与实际轴向力的偏差。
在上述转向控制装置中，电子控制单元可以配置成在车速异常时将车速基础轴向力的分配比率设定为零。利用该配置，当检测到的车速异常时，基于车速计算出的车速基础轴向力的分配比率被设定为零。适当减小了车速基础轴向力对分配轴向力的影响。因此，该配置在车速异常时适当地减小了分配轴向力与实际轴向力的偏差。
在上述转向控制装置中，车速基础轴向力可以是角轴向力和车辆状态量轴向力中的至少一者，其中，角轴向力不包括路面信息，车辆状态量轴向力包括路面信息中的、能够通过车辆的横向行为的改变来被传递的信息。所述另一状态量基础轴向力可以是包括路面信息的路面轴向力。
在该转向控制装置中，转向系统可以具有如下结构，在该结构中，与转向单元之间的动力传递和与被转向单元之间的动力传递是分开的，被转向单元根据输入至转向单元的转向而使转向车轮转向。马达可以是施加马达扭矩作为转向反作用力的转向侧马达，转向反作用力是抵抗输入至转向单元的转向的力。电子控制单元可以配置成将目标反作用扭矩计算作为目标扭矩，目标反作用扭矩是转向反作用力的目标值。
本发明的第二方面涉及一种用于控制转向系统的方法，该方法根据由致动器利用作为致动器的驱动源的马达施加的马达扭矩来改变使方向盘转向所需的转向扭矩。该方法包括：由电子控制单元计算目标扭矩，目标扭矩是马达扭矩的目标值；由电子控制单元控制马达的操作，使得根据目标扭矩产生马达扭矩；由电子控制单元基于检测到的车速来计算车速基础轴向力；由电子控制单元基于不同于检测到的车速的状态量来计算另一状态量基础轴向力；由电子控制单元通过将车速基础轴向力与所述另一状态量基础轴向力以单独设定的分配比率相加来计算分配轴向力；由电子控制单元基于分配轴向力来计算目标扭矩；以及当检测到的车速异常时，与检测到的车速正常时相比，由电子控制单元减小车速基础轴向力的分配比率。
本发明可以减小分配轴向力与实际轴向力的偏差。
附图说明
下面将参照附图对本发明的示例性实施方式的特征、优点、以及技术意义和工业意义进行描述，在附图中，相同的附图标记表示相同的元件，并且在附图中：
图1是第一实施方式的转向系统的示意性构型图；
图2是第一实施方式的转向控制装置的框图；
图3是第一实施方式的目标反作用扭矩计算单元的框图；
图4是第二实施方式的目标反作用扭矩计算单元的框图；
图5A是示出在指示车辆停止的车速下轴向力与被转向角度之间的关系的曲线图；以及
图5B是示出在指示车辆以中车速至高车速行驶的车速下轴向力与被转向角度之间的关系的曲线图。
具体实施方式
第一实施方式
将参照附图对转向控制装置的第一实施方式进行描述。如图1中所示，待由本实施方式的转向控制装置1控制的转向系统2构造为线控转向式转向系统。转向系统2包括转向单元4和被转向单元6。转向单元4由驾驶员经由方向盘3操纵。被转向单元6根据驾驶员对转向单元4的操纵来使转向车轮5转向。
转向单元4包括转向轴11和转向侧致动器12。方向盘3固定至转向轴11。转向侧致动器12经由转向轴11对方向盘3施加转向反作用力，该转向反作用力是抵抗转向的力。转向侧致动器12包括转向侧马达13和转向侧减速器14。转向侧马达13是驱动源，并且转向侧减速器14使转向侧马达13的旋转速度减小以将减小的旋转速度传递至转向轴11。即，转向侧马达13施加其马达扭矩作为转向反作用力。例如，三相无刷马达用作本实施方式的转向侧马达13。
被转向单元6包括小齿轮轴21、齿条轴22、齿条壳体23以及齿条小齿轮机构24。齿条轴22是联接至小齿轮轴21的被转向轴。齿条壳体23容纳齿条轴22，使得齿条轴22能够往复运动。齿条小齿轮机构24包括小齿轮轴21和齿条轴22。小齿轮轴21和齿条轴22以预定的交叉角度布置。小齿轮轴21具有小齿轮齿21a，并且齿条轴22具有齿条齿22a。齿条小齿轮机构24由彼此啮合的小齿轮齿21a和齿条齿22a构成。即，小齿轮轴21与下述旋转轴相对应：该旋转轴的旋转能够转换成转向车轮5的被转向角度。拉杆26经由齿条端部25联接至齿条轴22的相应的端部，齿条端部25是球接头。拉杆26的梢端部联接至转向节，该转向节未示出，其中，左转向车轮5和右转向车轮5附接至对应的转向节。
被转向单元6还包括被转向侧致动器31，该被转向侧致动器31对齿条轴22施加使转向车轮5转向的转向力。被转向侧致动器31包括作为驱动源的被转向侧马达32、传动机构33和转换机构34。被转向侧致动器31经由传动机构33将被转向侧马达32的旋转传递至转换机构34，并且通过转换机构34将所传递的旋转转换成齿条轴22的往复运动，以对被转向单元6施加转向力。即，被转向侧马达32施加其马达扭矩作为转向力。例如，将三相无刷马达用作本实施方式的被转向侧马达32，将带机构用作传动机构33，以及将滚珠丝杠机构用作转换机构34。
在如上所述构造的转向系统2中，根据驾驶员的转向操作，马达扭矩作为转向力从被转向侧致动器31施加至齿条轴22，由此改变转向车轮5的被转向角度。此时，抵抗驾驶员的转向的转向反作用力从转向侧致动器12被施加至方向盘3。即，在转向系统2中，使方向盘3转向所需的转向扭矩Th通过转向反作用力来改变，该转向反作用力即为从转向侧致动器12施加的马达扭矩。
接下来，将对本实施方式的电气配置进行描述。转向控制装置1连接至转向侧马达13和被转向侧马达32，并且对转向侧马达13和被转向侧马达32的操作进行控制。转向控制装置1是包括中央处理单元(CPU)和存储器的电子控制单元，所述中央处理单元(CPU)和存储器两者均未示出，并且CPU以预定的计算间隔执行存储在存储器中的程序。因此执行各种控制。
转向控制装置1连接有扭矩传感器41。扭矩传感器41对施加至转向轴11的转向扭矩Th进行检测。扭矩传感器41安装在与转向轴11和转向侧减速器14的连接部分相比更靠近方向盘3的位置处。扭矩传感器41基于扭力杆42的扭转来检测转向扭矩Th。转向控制装置1还连接有转向侧旋转传感器43和被转向侧旋转传感器44。转向侧旋转传感器43将转向侧马达13的旋转角度θs检测为360°范围内的相对角度。被转向侧旋转传感器44将被转向侧马达32的旋转角度θt检测为相对角度。检测到的转向侧马达13的旋转角度θs是指示转向单元4的转向量的值，并且检测到的被转向侧马达32的旋转角度θt是指示被转向单元6的被转向量的值。例如，检测到的转向扭矩Th和检测到的旋转角度θs、θt在向右转向的情况下取正值，并且在向左转向的情况下取负值。
转向控制装置1连接至制动控制装置45，使得转向控制装置1能够与制动控制装置45通信。制动控制装置45设置在转向控制装置1的外部。制动控制装置45对制动装置的操作进行控制，该制动装置未示出，并且制动控制装置45对车身的车速Vb进行计算。具体地，制动控制装置45连接有右前轮传感器47r和左前轮传感器47l。右前轮传感器47r和左前轮传感器47l安装在毂单元46上，该毂单元46经由未示出的驱动轴对转向车轮5进行支承，使得转向车轮5能够旋转。右前轮传感器47r对转向车轮5、即右前轮的车轮速度Vfr进行检测。左前轮传感器47l对转向车轮5、即左前轮的车轮速度Vfl进行检测。制动控制装置45还连接有右后轮传感器48r和左后轮传感器48l。右后轮传感器48r对未示出的右后轮的车轮速度Vrr进行检测。左后轮传感器48l对未示出的左后轮的车轮速度Vrl进行检测。本实施方式的制动控制装置45计算车轮速度Vfr、Vfl、Vrr、Vrl的平均值作为车速Vb。
制动控制装置45还判断检测到的车速Vb是否异常。例如，当从右前轮传感器47r、左前轮传感器47l、右后轮传感器48r和左后轮传感器48l输出的用于检测车速Vb的车轮速度Vfr、Vfl、Vrr、Vrl中的任何一者具有不可接受的值时、当车轮速度Vfr、Vfl、Vrr、Vrl中的任何一者已经从其先前值改变了大于预设阈值的量时等，制动控制装置45判定车速Vb异常。制动控制装置45对指示车速Vb是否异常的判定结果的车速状态信号Sve进行计算。
因此，计算出的车速Vb和车速状态信号Sve被输出至转向控制装置1。转向控制装置1基于从传感器和制动控制装置45接收的状态量对转向侧马达13和被转向侧马达32的操作进行控制。
将对转向控制装置1的构型进行详细描述。如图2中所示，转向控制装置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输出转向侧马达控制信号Ms，并且转向侧驱动电路52基于转向侧马达控制信号Ms向转向侧马达13提供驱动动力。转向侧控制单元51连接有电流传感器54。电流传感器54对转向侧马达13的流过转向侧驱动电路52与转向侧马达13的三相马达线圈之间的连接线53的三相电流值Ius、Ivs、Iws进行检测。在图2中，为了便于描述，三相连接线53和三相电流传感器54被示出为一条连接线53和一个电流传感器54。
转向控制装置1包括被转向侧控制单元56和被转向侧驱动电路57。被转向侧控制单元56输出被转向侧马达控制信号Mt，并且被转向侧驱动电路57基于被转向侧马达控制信号Mt向被转向侧马达32提供驱动动力。被转向侧控制单元56连接有电流传感器59。电流传感器59对被转向侧马达32的流过被转向侧驱动电路57与被转向侧马达32的三相马达线圈之间的连接线58的三相电流值Iut、Ivt、Iwt进行检测。在图2中，为了便于描述，三相连接线58和三相电流传感器59被示出为一条连接线58和一个电流传感器59。对于本实施方式的转向侧驱动电路52和被转向侧驱动电路57，使用了众所周知的具有多个开关元件比如场效应晶体管(FET)的脉冲宽度调制(PWM)逆变器。转向侧马达控制信号Ms和被转向侧马达控制信号Mt是限定每个开关元件的开关状态的门开关信号。
转向侧控制单元51和被转向侧控制单元56分别将转向侧马达控制信号Ms和被转向侧马达控制信号Mt输出至转向侧驱动电路52和被转向侧驱动电路57，由此，将驱动动力从车载动力源B提供至转向侧马达13和被转向侧马达32。因此，转向侧控制单元51和被转向侧控制单元56对转向侧马达13和被转向侧马达32的操作进行控制。
首先，将对转向侧控制单元51的配置进行描述。转向侧控制单元51通过以预定的计算间隔执行以下控制块中示出的每个计算来生成转向侧马达控制信号Ms。转向侧控制单元51接收转向扭矩Th、车速Vb、车速状态信号Sve、旋转角度θs、三相电流值Ius、Ivs、Iws、被转向对应角度θp、以及q轴电流值Iqt。被转向对应角度θp是稍后描述的小齿轮轴21的旋转角度。q轴电流值Iqt是被转向侧马达32的驱动电流。转向侧控制单元51基于这些状态量来生成转向侧马达控制信号Ms，并且输出所生成的转向侧马达控制信号Ms。
具体地，转向侧控制单元51包括转向角度计算单元61、目标反作用扭矩计算单元62和转向侧马达控制信号计算单元63。转向角度计算单元61基于旋转角度θs计算方向盘3的转向角度θh。目标反作用扭矩计算单元62是计算目标反作用扭矩Ts*的目标扭矩计算单元。目标反作用扭矩Ts*是作为转向反作用力的目标值的目标扭矩。转向侧马达控制信号计算单元63计算转向侧马达控制信号Ms。
转向角度计算单元61接收转向侧马达13的旋转角度θs。转向角度计算单元61通过对转向侧马达13从例如转向中性位置的旋转数进行计数来将旋转角度θs转换成包括在360°以上的范围的绝对角度。然后，转向角度计算单元61通过将由此转换成绝对角度的旋转角度乘以基于转向侧减速器14的转速比的转换系数来计算转向角度θh。由此计算出的转向角度θh被输出至被转向侧控制单元56。
目标反作用扭矩计算单元62接收转向扭矩Th、车速Vb、车速状态信号Sve、转向对应角度θp以及q轴电流值Iqt。目标反作用扭矩计算单元62如稍后所述地基于这些状态量来计算目标反作用扭矩Ts*，并且将计算出的目标反作用扭矩Ts*输出至转向侧马达控制信号计算单元63。
转向侧马达控制信号计算单元63除了接收目标反作用扭矩Ts*之外，还接收旋转角度θs和三相电流值Ius、Ivs、Iws。本实施方式的转向侧马达控制信号计算单元63基于目标反作用扭矩Ts*来计算dq坐标系中的d轴上的d轴目标电流值Ids*和q轴上的q轴目标电流值Iqs*。目标电流值Ids*、Iqs*分别指示dq坐标系中的d轴上的目标电流值和q轴上的目标电流值。具体地，转向侧马达控制信号计算单元63对随着目标反作用扭矩Ts*的绝对值增加而具有更大绝对值的q轴目标电流值Iqs*进行计算。在本实施方式中，d轴上的d轴目标电流值Ids*基本上被设定为零。然后，转向侧马达控制信号计算单元63通过在dq坐标系中执行电流反馈计算来生成转向侧马达控制信号Ms，并且将所生成的转向侧马达控制信号Ms输出至转向侧驱动电路52。在下文中，术语“反馈”有时被称为“F/B”。
具体地，转向侧马达控制信号计算单元63通过基于旋转角度θs将三相电流值Ius、Ivs、Iws映射至dq坐标来计算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是转向侧马达13在dq坐标系中的实际电流值。然后，转向侧马达控制信号计算单元63基于d轴上的电流偏差和q轴上的电流偏差来计算目标电压值，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*。转向侧马达控制信号计算单元63生成具有基于目标电压值的占空比的转向侧马达控制信号Ms。
由此计算出的转向侧马达控制信号Ms被输出至转向侧驱动电路52。因此，与转向侧马达控制信号Ms相对应的驱动动力从转向侧驱动电路52被提供至转向侧马达13。转向侧马达13将由目标反作用扭矩Ts*指示的转向反作用力施加至方向盘3。
接下来，将对被转向侧控制单元56的配置进行描述。被转向侧控制单元56以预定的计算间隔执行以下控制块中示出的每个计算，以生成被转向侧马达控制信号Mt。被转向侧控制单元56接收旋转角度θt、转向角度θh和被转向侧马达32的三相电流值Iut，Ivt，Iwt。被转向侧控制单元56基于这些状态量生成被转向侧马达控制信号Mt，并且输出所生成的被转向侧马达控制信号Mt。
具体地，被转向侧控制单元56包括被转向对应角度计算单元71、目标被转向扭矩计算单元72和被转向侧马达控制信号计算单元73。被转向对应角度计算单元71基于旋转角度θt计算被转向对应角度θp，该被转向对应角度θp是小齿轮轴21的旋转角度。目标被转向扭矩计算单元72计算目标被转向扭矩Tt*，该目标被转向扭矩Tt*是转向力的目标值。被转向侧马达控制信号计算单元73输出被转向侧马达控制信号Mt。
被转向对应角度计算单元71接收被转向侧马达32的旋转角度θt。被转向对应角度计算单元71通过对被转向侧马达32从例如车辆直线行驶的中性位置的旋转数进行计数来将接收到的旋转角度θt转换成绝对角度。被转向对应角度计算单元71通过将由此转换成绝对角度的旋转角度乘以转换系数来计算被转向对应角度θp，该转换系数基于传动机构33的减速比、转换机构34的导程和齿条小齿轮机构24的转速比。即，在小齿轮轴21联接至转向轴11的情况下，被转向对应角度θp与方向盘3的转向角度θh相对应。由此计算出的被转向对应角度θp被输出至目标反作用扭矩计算单元62和目标被转向扭矩计算单元72。
目标被转向扭矩计算单元72接收转向角度θh和被转向对应角度θp。目标被转向扭矩计算单元72包括目标被转向对应角度计算单元74和被转向角度F/B控制单元75。目标被转向对应角度计算单元74对目标被转向对应角度θp*进行计算，目标被转向对应角度θp*是被转向对应角度θp的目标值。被转向角度F/B控制单元75通过执行被转向对应角度θp遵循目标被转向对应角度θp*的角度F/B计算来计算目标被转向扭矩Tt*。
具体地，目标被转向对应角度计算单元74接收转向角度θh。目标被转向对应角度计算单元74基于转向角度θh来计算目标被转向对应角度θp*。例如，目标被转向对应角度计算单元74将目标被转向对应角度θp*计算为与转向角度θh相同的角度。即，在本实施方式的转向控制装置中，转向角度比为1：1的恒定比值，该转向角度比为转向角度θh与被转向对应角度θp之间的比值。减法器76将被转向对应角度θp从目标被转向对应角度θp*减去以获得角度偏差Δθp。被转向角度F/B控制单元75接收角度偏差Δθp。目标被转向扭矩计算单元72计算接收角度偏差Δθp的比例元件、积分元件和微分元件的输出值之和作为目标被转向扭矩Tt*。由此计算出的目标被转向扭矩Tt*被输出至被转向侧马达控制信号计算单元73。
转向侧马达控制信号计算单元73除了接收目标被转向扭矩Tt*之外，还接收旋转角度θt和三相电流值Iut、Ivt、Iwt。被转向侧马达控制信号计算单元73基于目标被转向扭矩Tt*来计算dq坐标系中的d轴上的d轴目标电流值Ids*和q轴上的q轴目标电流值Iqt*。具体地，被转向侧马达控制信号计算单元73对随着目标被转向扭矩Tt*的绝对值增大而具有更大的绝对值的q轴目标电流值Iqt*进行计算。在本实施方式中，d轴上的d轴目标电流值Idt*基本上被设定为零。像转向侧马达控制信号计算单元63一样，被转向侧马达控制信号计算单元73通过在dq坐标系中执行电流F/B计算来生成被转向侧马达控制信号Mt，并且将所生成的被转向侧马达控制信号Mt输出至被转向侧驱动电路57。在生成被转向侧马达控制信号Mt的过程中计算出的q轴电流值Iqt被输出至目标反作用扭矩计算单元62。
由此计算出的被转向侧马达控制信号Mt被输出至被转向侧驱动电路57。因此，与被转向侧马达控制信号Mt相对应的驱动动力从被转向侧驱动电路57提供至被转向侧马达32。被转向侧马达32将由目标被转向扭矩Tt*指示的转向力施加至转向车轮5。
接下来，将对目标反作用扭矩计算单元62进行描述。如图3中所示，目标反作用扭矩计算单元62包括输入扭矩基本分量计算单元81和反作用力分量计算单元82。输入扭矩基本分量计算单元81对输入扭矩基本分量Tb进行计算，该输入扭矩基本分量Tb为用于使方向盘3沿驾驶员的操纵方向旋转的力。反作用力分量计算单元82对反作用力分量Fir进行计算，该反作用力分量Fir为抵抗方向盘3通过驾驶员的操纵而旋转的力，即从转向车轮5施加至齿条轴22的轴向力。
具体地，输入扭矩基本分量计算单元81接收转向扭矩Th。输入扭矩基本分量计算单元81对随着转向扭矩Th的绝对值增大而具有更大的绝对值的输入扭矩基本分量Tb进行计算。由此计算出的输入扭矩基本分量Tb从输入扭矩基本分量计算单元81被输出，并且被输入至减法器83。
反作用力分量计算单元82接收车速Vb、车速状态信号Sve、被转向侧马达32的q轴电流值Iqt以及被转向对应角度θp。反作用力分量计算单元82基于这些状态量、根据作用在齿条轴22上的轴向力来计算反作用力分量Fir，如稍后所描述的。反作用力分量Fir与通过预估作用在齿条轴22上的轴向力而获得的计算轴向力相对应。由此计算出的反作用力分量Fir被输出至减法器83。
减法器83将反作用力分量Fir从输入扭矩基本分量Tb中减去，并且目标反作用扭矩计算单元62输出相减结果作为目标反作用扭矩Ts*。由此计算出的目标反作用扭矩Ts*被输出至转向侧马达控制信号计算单元63。即，目标反作用扭矩计算单元62基于反作用力分量Fir来计算目标反作用扭矩Ts*，该反作用力分量Fir是计算出的轴向力。因此，由转向侧马达13施加的转向反作用力基本上是抵抗驾驶员的转向的力，但是根据计算出的轴向力与作用在齿条轴22上的实际轴向力之间的偏差，由转向侧马达13施加的转向反作用力可能会变成帮助驾驶员转向的力。
接下来，将对反作用力分量计算单元82进行描述。反作用力分量计算单元82包括角轴向力计算单元91和电流轴向力计算单元92，该角轴向力计算单元91计算角轴向力Fib，该电流轴向力计算单元92计算电流轴向力Fer。角轴向力Fib和电流轴向力Fer以扭矩的大小(N.m)来计算。反作用力分量计算单元82还包括分配轴向力计算单元93。分配轴向力计算单元93通过将角轴向力Fib和电流轴向力Fer以单独设定的分配比率相加来计算分配轴向力作为反作用力分量Fir，使得反映出从路面施加至转向车轮5的轴向力、即从路面传递的路面信息。
具体地，角轴向力计算单元91接收被转向对应角度θp和车速Vb。角轴向力计算单元91基于被转向对应角度θp和车速Vb来计算作用在转向车轮5上的轴向力、即传递至转向车轮5的力。角轴向力Fib是在根据需要设定的模型中的轴向力的理想值，并且是不包括路面信息的轴向力，路面信息比如是不影响车辆的侧向性能的微小不平整以及影响车辆的侧向性能的台阶。具体地，角轴向力计算单元91将角轴向力Fib计算成使得角轴向力Fib的绝对值随着被转向对应角度θp的绝对值增大而增大。角轴向力计算单元91还将角轴向力Fib计算成使得角轴向力Fib的绝对值随着车速Vb的绝对值增大而增大。因此，在本实施方式中，角轴向力Fib与基于车速Vb计算的车速基础轴向力相对应，并且角轴向力计算单元91与车速基础轴向力计算单元相对应。由此计算出的角轴向力Fib被输出至分配轴向力计算单元93。
电流轴向力计算单元92接收被转向侧马达32的q轴电流值Iqt。电流轴向力计算单元92基于q轴电流值Iqt来计算作用在转向车轮5上的轴向力。电流轴向力Fer是作用在转向车轮5上的轴向力的预估值，并且是路面轴向力中的包括路面信息的一个路面轴向力。具体地，假设由被转向侧马达32施加至齿条轴22的扭矩与根据从路面施加至转向车轮5的力的扭矩平衡，则电流轴向力计算单元92将电流轴向力Fer计算成使得电流轴向力Fer的绝对值随着q轴电流值Iqt的绝对值增大而增大。因此，在本实施方式中，电流轴向力Fer与另一状态量基础轴向力相对应，该另一状态量基础轴向力基于不同于车速Vb的状态量来计算，并且电流轴向力计算单元92与另一状态量基础轴向力计算单元相对应。由此计算出的电流轴向力Fer被输出至分配轴向力计算单元93。
分配轴向力计算单元93除了接收角轴向力Fib和电流轴向力Fer之外还接收车速状态信号Sve。在分配轴向力计算单元93中，指示角轴向力Fib的分配比率的角分配增益Gib和指示电流轴向力Fer的分配比率的电流分配增益Ger基于实验结果等被预先设定。分配轴向力计算单元93通过将乘以角分配增益Gib的角轴向力Fib与乘以电流分配增益Ger的电流轴向力Fer相加来计算反作用力分量Fir，该反作用力分量Fir是分配轴向力。
本实施方式的分配轴向力计算单元93根据由车速状态信号Sve指示的确定结果将角分配增益Gib改变为不同的值。具体地，当车速状态信号Sve指示车速Vb异常时，分配轴向力计算单元93将角分配增益Gib设定为零。因此，当所获得的车速Vb异常时，角轴向力Fib对反作用力分量Fir的贡献比率被适当地减小，并且电流轴向力Fer对反作用力分量Fir的贡献比率被相对地增大。
接下来，将描述本实施方式的功能和效果。
(1)当车速状态信号Sve指示车速Vb异常时，分配轴向力计算单元93将指示角轴向力Fib的分配比率的角分配增益Gib设定为零。因此，当车速Vb异常时，角轴向力Fib对作为分配轴向力的反作用力分量Fir的影响被适当地减小，即，角轴向力Fib对反作用力分量Fir的贡献比率被适当地减小。因此，当车速Vb异常时，该构造适当地减小了分配轴向力与实际轴向力的偏差。
第二实施方式
接下来，将参照附图描述转向控制装置的第二实施方式。为了便于描述，与第一实施方式的配置相同的配置由与第一实施方式的附图标记相同的附图标记表示，并且将省略对其描述。
如图4中所示，本实施方式的反作用力分量计算单元82除了接收车速Vb、车速状态信号Sve、用于被转向侧马达32的q轴电流值Iqt以及被转向对应角度θp之外，还接收由横向加速度传感器101检测到的横向加速度LA和由横摆率传感器102检测到的横摆率γ。反作用力分量计算单元82还包括计算车辆状态量轴向力Fyr的车辆状态量轴向力计算单元103。车辆状态量轴向力Fyr以扭矩的大小(N.m)来计算。
车辆状态量轴向力计算单元103接收车速Vb、横摆率γ和横向加速度LA。车辆状态量轴向力计算单元103通过将横摆率γ和横向加速度LA的值代入下面的等式(1)中的γ和LA来将横向力Fy计算作为车辆状态量轴向力Fyr。车辆状态量轴向力Fyr是通过将作用在转向车轮5上的轴向力近似认作作用在转向车轮5上的横向力Fy而获得的估计值。车辆状态量轴向力Fyr是不包括不会导致车辆横向行为发生改变的路面信息、但包括能够通过车辆的横向行为的改变而传递的路面信息的轴向力。
Fy＝Kla×LA+Kγ×γ’ (1)
在表达式(1)中，“γ’”表示横摆率γ的微分值，“Kla”和“Kγ”表示通过测试等预先设定的系数并且是根据车速Vb可变的。因此，在本实施方式中，车辆状态量轴向力Fyr对应于基于车速Vb计算出的车速基础轴向力，并且车辆状态量轴向力计算单元103对应于车速基础轴向力计算单元。
本实施方式的分配轴向力计算单元93除了接收角轴向力Fib、电流轴向力Fer和车速状态信号Sve之外，还接收车辆状态量轴向力Fyr。在分配轴向力计算单元93中，基于实验结果等，除了预先设定角分配增益Gib和电流分配增益Ger之外，还预先设定指示车辆状态量轴向力Fyr的分配比率的车辆状态量分配增益Gyr。分配轴向力计算单元93通过将乘以角分配增益Gib的角轴向力Fib、乘以电流分配增益Ger的电流轴向力Fer与乘以车辆状态量分配增益Gyr的车辆状态量轴向力Fyr相加来计算反作用力分量Fir，该反作用力分量Fir是分配轴向力。
与角分配增益Gib一样，分配轴向力计算单元93根据由车速状态信号Sve指示的确定结果将车辆状态量分配增益Gyr改变为不同的值。具体地，当车速状态信号Sve指示车速Vb异常时，分配轴向力计算单元93将车辆状态量分配增益Gyr设定为零。因此，当所获得的车速Vb异常时，角轴向力Fib和车辆状态量轴向力Fyr对反作用力分量Fir的贡献比率被适当地减小，并且电流轴向力Fer对反作用力分量Fir的贡献比率相对地被增加。
如上所述，本实施方式具有与第一实施方式的第(1)项中所描述的功能和效果类似的功能和效果。上述实施方式可以修改如下。除非出现技术上的矛盾，否则上面的实施方式和以下修改可以被组合。
在上面的实施方式中，将车轮速度Vfr、Vfl、Vrr、Vrl的平均值用作车速Vb。然而，本发明不限于此。例如，可以使用车轮速度Vfr、Vfl、Vrr、Vrl中的第二最高车轮速度和第三最高车轮速度的平均值，并且可以视情况改变用于计算车速Vb的方法。可以不使用车轮速度，例如，可以将通过对车辆的纵向加速度进行积分而获得的值用作车速Vb。替代性地，可以接收来自全球定位系统(GPS)人造卫星的定位信号，并且可以将基于接收到的定位信号根据每单位时间的车辆位置的变化估计的车速用作车速Vb。
在上面的实施方式中，转向控制装置1可以基于车轮速度Vfr、Vfl、Vrr、Vrl等来计算车速Vb。在上面的实施方式中，输入扭矩基本分量计算单元81可以基于例如转向扭矩Th和车速Vb来计算输入扭矩基本分量Tb。在这种情况下，例如，输入扭矩基本分量计算单元81计算随着车速Vb减小而具有较大绝对值的输入扭矩基本分量Tb。优选的是，当输入扭矩基本分量计算单元81接收到指示车速Vb异常的车速状态信号Sve时，输入扭矩基本分量计算单元81认为车速Vb是预先设定的预定速度，并且根据转向扭矩Th计算输入扭矩基本分量Tb。例如，预定速度被设定为这样的速度，该速度使得输入扭矩基本分量Tb不会由于转向扭矩Th的改变而变得过大或过小。
在上面的实施方式中，当车速Vb异常时，角分配增益Gib被设定为零。然而，本发明不限于此。当车速Vb异常时，角分配增益Gib可以被设定为大于零的值，只要该角分配增益Gib小于车速Vb正常时的角分配增益Gib即可。该配置也减小了角轴向力Fib对作为分配轴向力的反作用力分量Fir的影响，并且抑制了使方向盘3转向所需的转向扭矩Th变得异常大。类似地，在第二实施方式中，当车速Vb异常时，车辆状态量分配增益Gyr可以被设定为大于零的值，只要该车辆状态量分配增益Gyr小于车速Vb正常时的车辆状态量分配增益Gyr即可。
在上面的实施方式中，通过分配角轴向力Fib来计算作为反作用力分量Fir的分配轴向力。然而，本发明不限于此。例如，可以通过将车辆状态量轴向力Fyr与电流轴向力Fer以单独设定的分配比率相加来计算分配轴向力。
在上面的实施方式中，通过分配作为路面轴向力的电流轴向力Fer来计算作为反作用力分量Fir的分配轴向力。但是，可以分配任何其他路面轴向力。这种其他路面轴向力的示例包括基于对作用在齿条轴22上的轴向力进行检测的轴向力传感器的检测值的轴向力和基于由轮毂单元46检测到的轮胎力的轴向力。在多个路面轴向力被以单独设定的分配比率相加的配置中，当车速Vb异常时，与车速Vb正常时相比，指示路面轴向力中的特定的一个路面轴向力的分配比率的分配增益的值可以被增大。
在上面的实施方式中，反作用力分量计算单元82可以计算分配轴向力与其他反作用力的总和作为反作用力分量Fir。例如，这种其他反作用力可以是端部反作用力，该端部反作用力是当方向盘3的转向角的绝对值接近转向角阈值时抵抗进一步转动方向盘3的反作用力。例如，转向角阈值可以是在假想的齿条端部位置处的被转向对应角θp，该假想齿条端部位置被设置为比机械齿条端部位置更靠近中性位置，在机械齿条端部位置，齿条轴22的轴向运动由于齿条端部25接触齿条壳体23而被限制。
在上面的实施方式中，电流轴向力Fer基于q轴电流值Iqt来计算。然而，本发明不限于此。例如，电流轴向力Fer可以基于q轴目标电流值Iqt*来计算。在上面的实施方式中，角轴向力Fib基于被转向对应角θp来计算。然而，本发明不限于此。例如，角轴向力Fib可以基于目标被转向对应角θp*或转向角θh来计算，或者可以通过诸如添加诸如转向扭矩Th的其他参数的其他方法来计算。
在上面的实施方式中，待由转向控制装置1控制的转向系统2具有无连杆结构，其中，与转向单元4之间的动力传递和与被转向单元6之间的动力传递是分开的。然而，本发明不限于此，并且转向控制装置1可以控制具有这样的结构的转向系统，其中，与转向单元4之间的动力传递和与与被转向单元6之间的动力传递通过离合器被分开。
在上面的实施方式中，转向控制装置1控制线控转向式转向系统2。然而，本发明不限于此。转向控制装置1可以控制电动助力转向系统，该电动助力转向系统具有用于基于方向盘3的操作而使转向车轮5转向的转向机构，并且该电动助力转向系统施加马达扭矩作为对转向操作进行辅助的辅助力。在这样的转向系统中，使方向盘3转向所需的转向扭矩Th通过作为辅助力施加的马达扭矩被改变。在这种情况下，转向控制装置基于通过将车速基础轴向力与其他状态量基础轴向力以单独设定的分配比率相加而获得的分配轴向力来计算目标辅助扭矩，目标辅助扭矩是辅助力的目标值。
将描述可以从以上实施方式和修改获得的技术思想。转向控制装置，其中，路面轴向力是基于与供应至马达的驱动电流相关的值而计算出的电流轴向力，其中，马达施加马达扭矩作为转向力，该转向力是用于使转向车轮转向的力。

Claims (5)

1.一种用于转向系统(2)的转向控制装置，所述转向系统(2)根据由致动器(12)利用作为所述致动器的驱动源的马达(13)施加的马达扭矩来改变使方向盘(3)转向所需的转向扭矩，所述转向控制装置的特征在于包括：
电子控制单元(1)，所述电子控制单元(1)配置成：
计算目标扭矩，所述目标扭矩是所述马达扭矩的目标值；
控制所述马达(13)的操作，使得根据所述目标扭矩产生所述马达扭矩；
基于检测到的车速来计算车速基础轴向力；
基于不同于所述检测到的车速的状态量来计算另一状态量基础轴向力；
通过将所述车速基础轴向力与所述另一状态量基础轴向力以单独设定的分配比率相加来计算分配轴向力；
基于所述分配轴向力来计算所述目标扭矩；以及
当所述检测到的车速异常时，与所述检测到的车速正常时相比，减小所述车速基础轴向力的分配比率。
2.根据权利要求1所述的转向控制装置，其特征在于，所述电子控制单元(1)配置成在所述检测到的车速异常时将所述车速基础轴向力的分配比率设定为零。
3.根据权利要求1所述的转向控制装置，其特征在于：
所述车速基础轴向力是角轴向力和车辆状态量轴向力中的至少一者，其中，所述角轴向力不包括路面信息，所述车辆状态量轴向力包括所述路面信息中的、能够通过车辆的横向行为的改变而被传递的信息；并且
所述另一状态量基础轴向力是包括所述路面信息的路面轴向力。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的转向控制装置，其特征在于：
所述转向系统(2)具有如下结构，在所述结构中，与转向单元(4)之间的动力传递和与被转向单元(6)之间的动力传递分开，所述被转向单元(6)根据输入至所述转向单元(4)的转向而使转向车轮(5)转向；
所述马达(13)是施加所述马达扭矩作为转向反作用力的转向侧马达，所述转向反作用力是抵抗输入至所述转向单元(4)的转向的力；并且
所述电子控制单元(1)配置成计算目标反作用扭矩作为所述目标扭矩，所述目标反作用扭矩是所述转向反作用力的目标值。
5.一种用于控制转向系统(2)的方法，所述转向系统(2)根据由致动器(12)利用作为所述致动器的驱动源的马达(13)施加的马达扭矩来改变使方向盘(3)转向所需的转向扭矩，所述方法的特征在于包括：
由电子控制单元(1)计算目标扭矩，所述目标扭矩是所述马达扭矩的目标值；
由所述电子控制单元(1)控制所述马达(13)的操作，使得根据所述目标扭矩产生所述马达扭矩；
由所述电子控制单元(1)基于检测到的车速来计算车速基础轴向力；
由所述电子控制单元(1)基于不同于所述检测到的车速的状态量来计算另一状态量基础轴向力；
由所述电子控制单元(1)通过将所述车速基础轴向力与所述另一状态量基础轴向力以单独设定的分配比率相加来计算分配轴向力；
由所述电子控制单元(1)基于所述分配轴向力来计算所述目标扭矩；以及
当所述检测到的车速异常时，与所述检测到的车速正常时相比，由所述电子控制单元(1)减小所述车速基础轴向力的分配比率。
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