CN111661148A - 转向系统 - Google Patents
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Abstract
转向系统(1;1A)包括:转向构件(2);转向操作机构(4;4R,4L);反作用力马达(13);转向马达(19;19R,19L);转向扭矩传感器(11);指令值设定回路(41);反作用力指令值计算回路(44),反作用力指令值计算回路(44)配置成计算反作用力指令值;转向操作指令值计算回路(81;81R,81L),转向操作指令值计算回路(81;81R,81L)配置成基于转向操作转向角度指令值和手动转向角度指令值来计算转向操作指令值;反作用力控制回路(45),反作用力控制回路(45)配置成使反作用力马达的旋转角度追随反作用力指令值;以及转向角度控制回路(82;82R,82L),转向角度控制回路(82;82R,82L)配置成使转向马达的旋转角度追随转向操作指令值。
Description
技术领域
本发明涉及转向系统,在该转向系统中,转向操作机构由转向马达驱动,且该转向操作机构未机械联接至被操作用于转向的转向构件。
背景技术
日本未经审查专利申请公报No.2004-224238(JP 2004-224238A)公开了一种线控转向系统,其中,转向操作机构由转向马达驱动,且该转向操作机构未机械联接至被操作用于转向的转向构件。JP 2004-224238A中描述的线控转向系统包括:具有操作反作用力马达的操作单元;具有转向马达的转向单元;用于控制操作单元的操作反作用力控制单元;用于控制转向单元的转向控制单元;以及自动追踪系统。转向控制单元基于最终目标转向角度来控制转向马达。
在JP 2004-224238A中描述的自动追踪系统中,最终目标转向角度以如下方式设定。当自动追踪系统不操作时,基于操作方向盘的操作角度计算出的目标转向角度被设定为最终目标转向角度。当自动追踪系统处于操作中并且转向扭矩等于或大于第一阈值时,或者当自动追踪系统处于操作中并且操作角度等于或大于第二阈值时,将基于操作方向盘的操作角度计算出的目标转向角度乘以大于1的预定值来设定作为最终目标转向角度。当自动追踪系统处于操作中、转向扭矩小于第一阈值并且操作角度小于第二阈值时,由自动追踪系统设定的目标转向角度被设定为最终目标转向角度。
发明内容
在JP 2004-224238A中描述的线控转向系统中,在自动追踪系统处于操作中的自主转向控制期间,驾驶员的意图直到转向扭矩变得等于或大于第一阈值或者操作角度变得等于或大于第二阈值时才将会反映在目标转向角度中。本发明能够在自主转向控制期间将驾驶员的意图即时地反映在转向马达和反作用力马达中。
本发明的一方面是一种转向系统。该转向系统包括:转向构件;转向操作机构,该转向操作机构与转向构件机械地分离;反作用力马达,该反作用力马达构造成向转向构件施加反作用扭矩;转向马达,该转向马达构造成驱动转向操作机构;转向扭矩传感器,该转向扭矩传感器配置成检测施加至转向构件的转向扭矩;指令值设定回路,该指令值设定回路配置成基于转向扭矩设定手动转向角度指令值;反作用力指令值计算回路,该反作用力指令值计算回路配置成基于反作用力转向角度指令值和手动转向角度指令值来计算反作用力指令值;转向操作指令值计算回路,该转向操作指令值计算回路配置成基于转向操作转向角度指令值和手动转向角度指令值来计算转向操作指令值;反作用力控制回路,该反作用力控制回路配置成使反作用力马达的旋转角度追随反作用力指令值;以及转向角度控制回路,该转向角度控制回路配置成使转向马达的旋转角度追随转向操作指令值。
利用以上配置,通过将手动转向角度指令值与反作用力转向角度指令值相加来计算反作用力指令值,并且使反作用力马达的旋转角度追随反作用力指令值。通过将手动转向角度指令值与转向操作转向角度指令值相加来计算转向操作指令值,并且使转向马达的旋转角度追随转向操作指令值。因此,驾驶员的意图可以在自主转向控制期间即时地反映在转向马达和反作用力马达中。因此,能够实现协同控制,该协同控制允许在主要通过自主转向控制执行转向控制(转向操作控制和反作用力控制)的同时执行手动转向,而无需在手动转向控制与自主转向控制之间进行切换。由于转向控制可以在手动转向控制与自主转向控制之间进行无缝切换,因此驾驶员在手动转向期间将不会感到不适。
转向系统还可以包括:转向判定回路,该转向判定回路配置成判定转向构件是否正在被转向;以及切换回路,该切换回路配置成在转向判定回路判定转向构件未被转向时将反作用力转向角度指令值设定为零。
在转向系统中,反作用力转向角度指令值和转向操作转向角度指令值可以是共同的自主转向角度指令值。
在转向系统中,转向操作机构可以包括构造成使第一转向轮转向的第一转向操作机构和构造成使第二转向轮转向的第二转向操作机构。转向马达可以包括驱动第一转向操作机构的第一转向马达和驱动第二转向操作机构的第二转向马达。转向操作指令值计算回路可以包括第一转向操作指令值计算回路和第二转向操作指令值计算回路。第一转向操作指令值计算回路配置成基于手动转向角度指令值和用于使第一转向轮转向的第一转向操作转向角度指令值来计算第一转向操作指令值,并且第二转向操作指令值计算回路配置成基于手动转向角度指令值和用于使第二转向轮转向的第二转向操作转向角度指令值来计算第二转向操作指令值。转向角度控制回路可以包括第一转向角度控制回路和第二转向角度控制回路。第一转向角度控制回路配置成使第一转向马达的旋转角度追随第一转向操作指令值,并且第二转向角度控制回路配置成使第二转向马达的旋转角度追随第二转向操作指令值。
附图说明
下面将参照附图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,相同的附图标记表示相同的元件,并且在附图中:
图1是图示了根据本发明的第一实施方式的转向系统的示意性配置的示意图;
图2是图示了反作用力ECU和转向ECU的电气配置的框图;
图3是图示了手动转向角度指令值设定回路的配置的框图;
图4是图示了针对转向扭矩Td设定辅助扭矩指令值Tac的示例的图表;
图5是图示了在指令值设定回路中所使用的参照EPS模型的示例的示意图;
图6是图示了反作用力角度控制回路的配置的框图;
图7是图示了转向操作角度控制回路的配置的框图;
图8是图示了根据本发明的第二实施方式的转向系统的示意性配置的示意图;以及
图9是图示了反作用力ECU、左转向ECU和右转向ECU的电气配置的框图。
具体实施方式
下面将参照附图详细描述本发明的实施方式。图1是图示了根据本发明的第一实施方式的转向系统的示意性配置的示意图。转向系统1包括:方向盘2,该方向盘2是用于使车辆转向的转向构件;转向操作机构4,该转向操作机构4用于使转向轮3转向;以及转向轴5,该转向轴5连接至方向盘2。在转向轴5与转向操作机构4之间不存在允许诸如扭矩和旋转之类的运动在两者之间传递的机械联动装置。
转向轴5包括第一轴7、扭力杆8和第二轴9。第一轴7的一个端部连接至方向盘2。扭力杆8的一个端部连接至第一轴7的另一端部。第二轴9的一个端部连接至扭力杆8的另一端部。在扭力杆8附近布置有扭矩传感器11。扭矩传感器11基于第一轴7与第二轴9之间的相对旋转位移来检测施加至方向盘2的转向扭矩Td。在本实施方式中,假定:由扭矩传感器11检测到的转向扭矩Td在作为用于向左转向的扭矩时为正值,而在其作为用于向右转向的扭矩时为负值,并且,检测到的转向扭矩Td的绝对值越大,则转向扭矩Td的大小越大。
用于控制第二轴9的旋转角度(在下文中有时被称为“方向盘角度”)的反作用力马达13经由减速器12连接至第二轴9。反作用力马达13是用于向第二轴9施加反作用扭矩的马达。减速器12包括蜗轮机构,该蜗轮机构包括蜗杆轴(未示出)和与该蜗杆轴啮合的蜗轮(未示出)。蜗杆轴连接至反作用力马达13的输出轴,使得蜗杆轴可以与反作用力马达13的输出轴一起旋转。蜗轮连接至第二轴9,使得蜗轮可以与第二轴9一起旋转。反作用力马达13设置有用于检测反作用力马达13的旋转角度的旋转角度传感器14。
转向操作机构4包括齿条-小齿轮机构,该齿条-小齿轮机构包括小齿轮轴15和齿条轴16。转向轮3中的每个转向轮3经由拉杆17和转向节臂(未示出)连接至齿条轴16的端部中的相应一个端部。小齿轮轴15经由减速器18连接至转向马达19的输出轴。减速器18包括蜗轮机构,该蜗轮机构包括与蜗杆轴(未示出)和与该蜗杆轴啮合的蜗轮(未示出)。蜗杆轴连接至转向马达19的输出轴,使得蜗杆轴可以与转向马达19的输出轴一起旋转。蜗轮连接至小齿轮轴15,使得蜗轮可以与小齿轮轴15一起旋转。小齿轮15A连接至小齿轮轴15的梢端端部。转向马达19设置有用于检测转向马达19的旋转角度的旋转角度传感器20。
在以下描述中,减速器12的减速比(齿轮比)有时由N1表示,并且减速器18的减速比有时由N2表示。减速比定义为蜗杆(worm gear)的角速度ωwg与蜗轮(worm wheel)的角速度ωww之比ωwg/ωww。齿条轴16在车辆的横向方向上线性地延伸。齿条轴16具有与小齿轮15A啮合的齿条16A。当转向马达19旋转时,其旋转力经由减速器18传递至小齿轮轴15。小齿轮轴15的旋转通过小齿轮15A和齿条16A转换成齿条轴16的轴向运动。由此使转向轮3转向。
车辆配备有电荷耦合装置(CCD)摄像机25、全球定位系统(GPS)26、雷达27和地图信息存储器28。CCD摄像机25拍摄在车辆的行驶方向上位于前方道路的图像。GPS 26检测车辆的位置。雷达27检测道路形状和障碍物。地图信息存储器28具有存储在其中的地图信息。CCD摄像机25、GPS 26、雷达27和地图信息存储器28连接至用于执行驾驶员辅助控制和自主驾驶控制的主机电子控制单元(ECU)201。主机ECU 201基于通过CCD摄像机25、GPS 26和雷达27获得的信息以及从地图信息存储器28获得的地图信息来感知周围环境、估计车辆的位置、规划路线等,并且确定转向操作和驱动致动器的控制目标值。
在本实施方式中,主机ECU 201设定用于自主转向的自主转向角度指令值θad。在本实施方式中,自主转向控制是例如用于使车辆沿着目标路径移动的控制。自主转向角度指令值θad是用于使车辆沿着目标路径自主移动的转向角度的目标值。由于设定这样的自主转向角度指令值θad的过程在本领域中是公知的,因此将省略对该过程的详细描述。自主转向角度指令值θad是“反作用力转向角度指令值”和“转向操作转向角度指令值”的示例。
在本实施方式中,当第二轴9通过反作用力马达13沿左转向方向旋转时,或者当转向轮3通过转向马达19沿左转向方向转向时,自主转向角度指令值θad以及稍后将描述的辅助扭矩指令值Tac和手动转向角度指令值θmd被设定为正值。当第二轴9通过反作用力马达13沿右转向方向旋转时,或者当转向轮3通过转向马达19沿右转向方向转向时,这些指令值θad、Tac和θmd被设定为负值。在本实施方式中,自主转向角度指令值θad被设定为小齿轮轴15的旋转角度,手动转向角度指令值θmd被设定为第二轴9的旋转角度。
由主机ECU 201设定的自主转向角度指令值θad经由车载网络输入至反作用力ECU202和转向ECU 203。反作用力ECU 202是用于控制反作用力马达13的ECU,并且转向ECU 203是用于控制转向马达19的ECU。由扭矩传感器11检测到的转向扭矩Td和旋转角度传感器14的输出信号被输入至反作用力ECU 202。反作用力ECU 202基于这些输入信号和从主机ECU201接收的信息来控制反作用力马达13。
旋转角度传感器20的输出信号被输入至转向ECU 203。转向ECU 203基于旋转角度传感器20的输出信号、从反作用力ECU 202接收的信息以及从主机ECU 201接收的信息来控制转向马达19。图2是图示了反作用力ECU 202和转向ECU 203的电气配置的框图。
反作用力ECU 202包括微型计算机40、驱动回路(逆变回路)31以及电流检测回路32。驱动回路31由微型计算机40控制以向反作用力马达13供给电力。电流检测回路32检测在反作用力马达13中流动的电流(在下文中被称为“马达电流Irm”)。微型计算机40包括中央处理单元(CPU)和存储器(只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、非易失性存储器等)。微型计算机40通过执行预定程序而起到多个功能处理单元的作用。所述多个功能处理单元包括:手动转向角度指令值设定回路41、手扶/手离判定回路42、切换回路43、反作用力综合角度指令值计算回路44以及反作用力角度控制回路45。反作用力角度控制回路45是本发明的“反作用力控制回路”的示例。
手动转向角度指令值设定回路41根据驾驶员操作方向盘2时方向盘2的操作而将转向角度(更准确地说是第二轴9的旋转角度)设定为手动转向角度指令值θmd。手动转向角度指令值设定回路41使用由扭矩传感器11检测到的转向扭矩Td来设定手动转向角度指令值θmd。稍后将详细描述手动转向角度指令值设定回路41。由手动转向角度指令值设定回路41设定的手动转向角度指令值θmd被输入至反作用力综合角度指令值计算回路44。
手扶/手离判定回路42判定驾驶员是正在把持方向盘2(手扶)还是未把持方向盘2(手离)。手扶/手离判定回路42可以是基于安装在方向盘2中的触摸传感器的输出信号来判定驾驶员的手是在方向盘2上还是脱离方向盘2的回路、基于由安装在车辆中的摄像机所拍摄的图像来判定驾驶员的手是在方向盘2上还是脱离方向盘2的回路等。手扶/手离判定回路42可以具有除以上配置之外的配置,只要该手扶/手离判定回路42可以判定驾驶员的手是在方向盘2上还是脱离方向盘2即可。从手扶/手离判定回路42输出的手扶/手离判定信号被输入至切换回路43。
当手扶/手离判定回路42判定驾驶员正在把持方向盘2时,切换回路43将由主机ECU 201设定的自主转向角度指令值θad输出至反作用力综合角度指令值计算回路44。当手扶/手离判定回路42判定驾驶员未把持方向盘2时,切换回路43向反作用力综合角度指令值计算回路44输出零作为自主转向角度指令值θad。
反作用力综合角度指令值计算回路44通过将由手动转向角度指令值设定回路41设定的手动转向角度指令值θmd与从切换回路43接收的自主转向角度指令值θad相加来计算反作用力综合角度指令值θrcmd。反作用力角度控制回路45基于反作用力综合角度指令值θrcmd来控制反作用力马达13的角度。更具体地,反作用力角度控制回路45控制驱动回路31的驱动,使得转向角度θrt(第二轴9的旋转角度)变得更接近于反作用力综合角度指令值θrcmd。稍后将详细描述反作用力角度控制回路45。
转向ECU 203包括微型计算机80、驱动回路(逆变回路)71以及电流检测回路72。驱动回路71由微型计算机80控制以向转向马达19供给电力。检测回路72检测在转向马达19中流动的电流(在下文中被称为“马达电流Ism”)。微型计算机80包括CPU和存储器(ROM、RAM、非易失性存储器等)。微型计算机80通过执行预定程序而起到多个功能处理单元的作用。所述多个功能处理单元包括转向操作综合角度指令值计算回路81和转向操作角度控制回路82。转向操作角度控制回路82是本发明的“转向角度控制回路”的示例。
转向操作综合角度指令值计算回路81通过将由反作用力ECU 202的手动转向角度指令值设定回路41设定的手动转向角度指令值θmd与由主机ECU 201设定的自主转向角度指令值θad相加来计算转向操作综合角度指令值θscmd。转向操作角度控制回路82基于转向操作综合角度指令值θscmd来控制转向马达19的角度。更具体地,转向操作角度控制回路82控制驱动回路71的驱动,使得转向角度θsp(小齿轮轴15的旋转角度)变得更接近于转向操作综合角度指令值θscmd。稍后将详细描述转向操作角度控制回路82。
图3是图示了手动转向角度指令值设定回路41的配置的框图。手动转向角度指令值设定回路41包括辅助扭矩指令值设定回路51和指令值设定回路52。辅助扭矩指令值设定回路51设定辅助扭矩指令值Tac,该辅助扭矩指令值Tac为手动操作所必需的辅助扭矩的目标值。辅助扭矩指令值设定回路51基于由扭矩传感器11检测到的转向扭矩Td来设定辅助扭矩指令值Tac。在图4中示出了针对转向扭矩Td设定辅助扭矩指令值Tac的示例。
辅助扭矩指令值Tac对于正转向扭矩Td为正并且对于负转向扭矩Td为负。辅助扭矩指令值Tac设定成使得转向扭矩Td的绝对值越大,则辅助扭矩指令值Tac的绝对值越大。辅助扭矩指令值设定回路51可以通过将转向扭矩Td乘以预设常数来计算辅助扭矩指令值Tac。
在本实施方式中,指令值设定回路52使用参照电动助力转向(EPS)模型来设定手动转向指令值θmdac。图5是图示了在指令值设定回路52中所使用的参照EPS模型的示例的示意图。该参照EPS模型是包括下部柱的单惯性模型。在图5中,Jc表示下部柱的惯性,θc表示下部柱的旋转角度,并且Td表示转向扭矩。转向扭矩Td、来自电动马达(辅助马达)的扭矩Nc·Tm以及路面载荷扭矩Trl被施加至下部柱。Nc表示设置在辅助马达与下部柱之间的传递路径上的减速器的减速比,并且Tm表示由辅助马达产生的马达扭矩。路面载荷扭矩Trl由使用弹簧常数k和粘性阻尼系数c的以下等式(1)给出。
Trl=–k·θc–c(dθc/dt)…(1)
在本实施方式中,弹簧常数k和粘性阻尼系数c被设定成通过实验、分析等预先计算出的预定值。参照EPS模型的运动方程由以下等式(2)给出。
Jc·d2θc/dt2=Td+Nc·Tm–k·θc–c(dθc/dt)…(2)
指令值设定回路52通过下述方式来计算下部柱的旋转角度θc:通过将由扭矩传感器11检测到的转向扭矩Td代入Td并且将由辅助扭矩指令值设定回路51设定的辅助扭矩指令值Tac代入Nc·Tm来求解由等式(2)给出的微分方程。指令值设定回路52将计算出的下部柱的旋转角度θc设定为手动转向指令值θmd。
图6是图示了反作用力角度控制回路45的配置的框图。反作用力角度控制回路45基于反作用力综合角度指令值θrcmd来控制反作用力马达13的驱动回路31。反作用力角度控制回路45包括:角度偏差计算回路61、比例-微分(PD)控制回路62、电流指令值计算回路63、电流偏差计算回路64、比例-积分-微分(PID)控制回路65、脉冲宽度调制(PWM)控制回路66、旋转角度计算回路67以及减速比除法回路68。
旋转角度计算回路67基于旋转角度传感器14的输出信号来计算反作用力马达13的转子旋转角度θrm。减速比除法回路68通过将转子旋转角θrm除以减速器12的减速比N1来将由旋转角度计算回路67计算出的转子旋转角度θrm换算成第二轴9的旋转角度(实际转向角度)θrt。角度偏差计算回路61计算反作用力综合角度指令值θrcmd与实际转向角度θrt之间的偏差Δθr(=θrcmd–θrt)。
PD控制回路62通过对由角度偏差计算回路61计算出的角度偏差Δθr进行比例-微分运算(PD运算)来计算用于反作用力马达13的扭矩指令值Trcmd。电流指令值计算回路63通过将由PD控制回路62计算出的扭矩指令值Trcmd除以反作用力马达13的扭矩常数Kr来计算电流指令值Ircmd。
电流偏差计算回路64计算由电流指令值计算回路63计算出的电流指令值Ircmd与由电流检测回路32检测到的马达电流Irm之间的偏差ΔIr(=Ircmd–Irm)。PID控制回路65对由电流偏差计算回路64计算出的电流偏差ΔIr进行比例-积分-微分运算(PID运算),以生成控制在反作用力马达13中流动的马达电流Irm达到电流指令值Ircmd的驱动指令值。PWM控制回路66产生具有与驱动指令值相对应的占空比的PWM控制信号,并将所产生的PWM控制信号供给至驱动回路31。因此,与驱动指令值相对应的电力被供给至反作用力马达13。
图7是图示了转向操作角度控制回路82的配置的框图。转向操作角度控制回路82基于转向操作综合角度指令值θscmd来控制转向马达19的驱动回路71。转向操作角度控制回路82包括:角度偏差计算回路91、PD控制回路92、电流指令值计算回路93、电流偏差计算回路94、PID控制回路95、PWM控制回路96、旋转角度计算回路97以及减速比除法回路98。
旋转角度计算回路97基于旋转角度传感器20的输出信号来计算转向马达19的转子旋转角度θsm。减速比除法回路98通过将转子旋转角θsm除以减速器18的减速比N2来将由旋转角度计算回路97计算出的转子旋转角度θsm转换成小齿轮轴15的旋转角度(实际转向角度)θsp。角度偏差计算回路91计算转向操作综合角度指令值θscmd与实际转向角度θsp之间的偏差Δθs(=θscmd–θsp)。
PD控制回路92通过对由角度偏差计算回路91计算出的角度偏差Δθs进行比例-微分运算(PD运算)来计算用于转向马达19的扭矩指令值Tscmd。电流指令值计算回路93通过将由PD控制回路92计算出的扭矩指令值Tscmd除以转向马达19的扭矩常数Ks来计算电流指令值Iscmd。
电流偏差计算回路94计算由电流指令值计算回路93计算出的电流指令值Iscmd与由电流检测回路72检测到的马达电流Ism之间的偏差ΔIs(=Iscmd–Ism)。PID控制回路95对由电流偏差计算回路94计算出的电流偏差ΔIs进行比例-积分-微分运算(PID运算),以生成控制在转向马达19中流动的马达电流Ism达到电流指令值Iscmd的驱动指令值。PWM控制回路96产生具有与驱动指令值相对应的占空比的PWM控制信号,并将所产生的PWM控制信号供给至驱动回路71。因此,与驱动指令值相对应的电力被供给至转向马达19。
参照图2,当手扶/手离判定回路42判定驾驶员正在把持方向盘2时,反作用力综合角度指令值θrcmd通过将手动转向角度指令值θmd与由主机ECU 201设定的自主转向角度指令值θad相加而计算出,并且反作用力马达13基于该反作用力综合角度指令值θrcmd来控制。转向操作综合角度指令值θscmd也通过将手动转向角度指令值θmd与自主转向角度指令值θad相加而计算出,并且转向马达19基于该转向操作综合角度指令值θscmd来控制。
因此,在自主转向控制期间,驾驶员的意图可以即时地反映在转向马达19和反作用力马达13中。因此,能够实现协同控制,该协同控制允许在主要通过自主转向控制执行转向控制(转向操作控制和反作用力控制(方向盘角度控制))的同时执行手动转向,而无需在手动转向控制与自主转向控制之间切换转向控制。由于转向控制可以在手动转向控制与自主转向控制之间进行无缝切换,因此驾驶员在手动转向期间将不会感到不适。
当手扶/手离判定回路42判定驾驶员未把持方向盘2时,将零输入至反作用力综合角度指令值计算回路44作为自主转向角度指令值θad。在这种情况下,转向马达19基于通过将手动转向角度指令值θmd与自主转向角度指令值θad相加计算出的转向操作综合角度指令值θscmd来控制,但是反作用力马达13基于仅由手动转向角度指令值θmd构成的反作用力综合角度指令值θrcmd来控制。由于在这种情况下手动转向角度指令值θmd约为零,因此在自主转向期间方向盘2固定在中立位置处。因此,这种配置可以避免当驾驶员未把持方向盘2时通过自主转向使方向盘2旋转并且驾驶员被方向盘2困住的情况。
图8是图示了根据本发明的第二实施方式的转向系统的示意性配置的示意图。在图8中,与图1中的部分相对应的部分由与图1中的附图标记相同的附图标记表示。图8的转向系统1A是使用左右独立式转向操作系统的线控转向系统。图8的转向系统1A与图1的转向系统1的不同之处在于,转向系统1A包括两个转向操作机构、两个转向马达和两个转向ECU。
具体地,转向系统1A包括用于使左转向轮3L转向的左转向操作机构4L、用于使右转向轮3R转向的右转向操作机构4R、用于经由减速器(未示出)驱动左转向操作机构4L的左转向马达19L以及用于经由减速器(未示出)驱动右转向操作机构4R的右转向马达19R。在以下描述中,连接至左转向马达19L的减速器的减速比有时由N3表示,并且连接至右转向马达19R的减速器的减速比有时由N4表示。转向系统1A还包括用于控制左转向马达19L的左转向ECU 203L和用于控制右转向马达19R的右转向ECU 203R。
在右转向操作机构4R和左转向操作机构4L中的每一者与转向轴5之间不存在使得允许诸如扭矩和旋转之类的运动在其之间传递的机械联动装置。左转向马达19L设置有用于检测左转向马达19L的旋转角度的旋转角度传感器20L。右转向马达19R设置有用于检测右转向马达19R的旋转角度的旋转角度传感器20R。
主机ECU 201设定用于自主转向的右自主转向角度指令值θRad和左自主转向角度指令值θLad。右自主转向角度指令值θRad是用于右转向马达19R的转向操作自主转向角度指令值,并且左自主转向角度指令值θLad是用于左转向马达19L的转向操作自主转向角度指令值。在本实施方式中,右自主转向角度指令值θRad和左自主转向角度指令值θLad中的一者(在该示例中为左自主转向角度指令值θLad)还用作用于反作用力马达13的反作用力自主转向角度指令值。
由主机ECU 201设定的左自主转向角度指令值θLad经由车载网络输入至反作用力ECU 202和左转向ECU 203L。由主机ECU 201设定的右自主转向角度指令值θRad经由车载网络输入至右转向ECU 203R。在本实施方式中,当第二轴9将通过反作用力马达13沿左转向方向旋转时,或者当转向轮3R、3L将通过转向马达19R、19L沿左转向方向转向时,右自主转向角度指令值θRad和左自主转向角度指令值θLad被设定为正值。当第二轴9将通过反作用力马达13沿右转向方向旋转时,或者当转向轮3R、3L将通过转向马达19R、19L沿右转向方向转向时,这些指令值θRad、θLad被设定为负值。在本实施方式中,右自主转向角度指令值θRad和左自主转向角度指令值θLad被设定为右转向操作机构4R和左转向操作机构4L中的旋转角度(转向角度)。手动转向角度指令值θmd被设定为第二轴9的旋转角度。
与第一实施方式中一样,反作用力ECU 202基于由扭矩传感器11检测到的转向扭矩Td、旋转角度传感器14的输出信号以及从主机ECU 201接收的信息来控制反作用力马达13。旋转角度传感器20L的输出信号被输入至左转向ECU 203L。左转向ECU 203L基于旋转角度传感器20L的输出信号、从反作用力ECU 202接收的信息以及从主机ECU 201接收的信息来控制左转向马达19L。
旋转角度传感器20R的输出信号被输入至右转向ECU 203R。右转向ECU 203R基于旋转角度传感器20R的输出信号、从反作用力ECU 202接收的信息以及从主机ECU 201接收的信息来控制右转向马达19R。图9是图示了反作用力ECU 202、左转向ECU 203L和右转向ECU 203R的电气配置的框图。在图9中,与图2中的部分相对应的部分由与图2中的附图标记相同的附图标记表示。
该反作用力ECU 202的电气配置类似于图2中的反作用力ECU 202的电气配置。在图2中的反作用力ECU 202中,由主机ECU 201设定的自主转向角度指令值θad被输入至切换回路43。然而,在图9中的反作用力ECU 202中,将左自主转向角度指令值θLad乘以由α乘法回路46提供的系数α代替自主转向角度指令值θad输入至切换回路43。系数α是方向盘角度与左自主转向角度指令值θLad之比,以用于获得与左自主转向角度指令值θLad相对应的适当的方向盘角度(第二轴9的旋转角度)。当手扶/手离判定回路42判定驾驶员正在把持方向盘2时,切换回路43将乘以系数α的左自主转向角度指令值θLad输出至反作用力综合角度指令值计算回路44。
由于左转向ECU 203L的电气配置类似于图2中的转向ECU 203的电气配置,因此,左转向ECU 203L的与图2中的转向ECU 203的部分相对应的部分以与图2的附图标记相同并在末尾处带有字母“L”的附图标记表示。类似地,由于右转向ECU 203R的电气配置类似于图2中的转向ECU 203的电气配置,因此,右转向ECU 203R的与图2中的转向ECU 203的部分相对应的部分以与图2的附图标记相同并在末尾处带有字母“R”的附图标记表示。
左转向ECU 203L中的转向操作综合角度指令值计算回路81L通过将由反作用力ECU 202中的手动转向角度指令值设定回路41设定的手动转向角度指令值θmd与由主机ECU201设定的左自主转向角度指令值θLad相加来计算左转向操作综合角度指令值θLscmd。转向操作角度控制回路82L基于左转向操作综合角度指令值θLscmd来控制左转向马达19L的角度。更具体地,转向操作角度控制回路82L控制驱动回路71L的驱动,使得转向角度θLsp(左转向操作机构4L中的旋转角度)变得更接近于左转向操作综合角度指令值θLscmd。
右转向ECU 203R中的转向操作综合角度指令值计算回路81R通过将由反作用力ECU 202中的手动转向角度指令值设定回路41设定的手动转向角度指令值θmd与由主机ECU201设定的右自主转向角度指令值θRad相加来计算右转向操作综合角度指令值θRscmd。转向操作角度控制回路82R基于右转向操作综合角度指令值θRscmd来控制右转向马达19R的角度。更具体地,转向操作角度控制回路82R控制驱动回路71R的驱动,使得转向角度θRsp(右转向操作机构4R中的旋转角度)变得更接近于右转向操作综合角度指令值θRscmd。
当手扶/手离判定回路42判定驾驶员正在把持方向盘2时,反作用力综合角度指令值θrcmd通过将手动转向角度指令值θmd与乘以系数α的左自主转向角度指令值θLad相加而计算出,并且反作用力马达13基于该反作用力综合角度指令值θrcmd来控制。此外,左转向操作综合角度指令值θLscmd通过将在α除法回路47中除以系数α的手动转向角度指令值θmd与左自主转向角度指令值θLad相加而计算出,并且左转向马达19L基于该左转向操作综合角度指令值θLscmd来控制。右转向操作综合角度指令值θRscmd也通过将在α除法回路47中除以系数α的手动转向角度指令值θmd与右自主转向角度指令值θRad相加而计算出,并且右转向马达19R基于该右转向操作综合角度指令值θRscmd来控制。
因此,在自主转向控制期间,驾驶员的意图可以即时地反映在反作用力马达13、左转向马达19L和右转向马达19R中。因此,能够实现协同控制,该协同控制允许在主要通过自主转向控制执行转向控制(转向操作控制和反作用力控制(方向盘角度控制))的同时执行手动转向,而无需在手动转向控制与自主转向控制之间切换转向控制。由于转向控制可以在手动转向控制与自主转向控制之间进行无缝切换,因此驾驶员在手动转向期间将不会感到不适。
当手扶/手离判定回路42判定驾驶员未把持方向盘2时,将零输入至反作用力综合角度指令值计算回路44作为左转向操作综合角度指令值θLscmd。在这种情况下,基于仅由手动转向角度指令值θmd构成的反作用力综合角度指令值θrcmd来控制反作用力马达13。由于在这种情况下手动转向角度指令值θmd约为零,因此在自主转向期间方向盘2固定在中立位置处。因此,这种配置可以避免当驾驶员未把持方向盘2时通过自主转向使方向盘2旋转并且驾驶员被方向盘2困住的情况。
在第一实施方式中,主机ECU 201向反作用力ECU 202和转向ECU 203输出相同的自主转向角度指令值θad。然而,主机ECU 201可以单独地设定用于反作用力马达13的自主转向角度指令值和用于转向马达19的自主转向角度指令值,并将这些自主转向角度指令值输出至对应的ECU 202、203。类似地,在第二实施方式中,主机ECU 201向反作用力ECU 202和左转向ECU 203L输出相同的左自主转向角度指令值θLad。然而,主机ECU 201可以单独地设定用于反作用力马达13的自主转向角度指令值和用于左转向马达19L的自主转向角度指令值,并将这些自主转向角度指令值输出至对应的ECU 202、203L。手扶/手离判定回路42可以判定驾驶员是否正在使方向盘2转向,并且当手扶/手离判定回路42判定驾驶员未使方向盘2转向时,反作用力自主转向角度指令值可以被设定为零。
本发明还适用于例如使用其中前轮和后轮独立转向的四轮转向系统的线控转向系统。在这种情况下,为前轮和后轮提供转向ECU。本发明还适用于使用其中四个轮独立转向的四轮独立转向操作系统的线控转向系统。在这种情况下,为每个车轮提供转向ECU。
可以在权利要求的范围内对本发明进行各种设计改型。
Claims (5)
1.一种转向系统(1;1A),其特征在于,包括:
转向构件(2);
转向操作机构(4;4R,4L),所述转向操作机构(4;4R,4L)与所述转向构件(2)机械地分离;
反作用力马达(13),所述反作用力马达(13)构造成向所述转向构件(2)施加反作用扭矩;
转向马达(19;19R,19L),所述转向马达(19;19R,19L)构造成驱动所述转向操作机构(4;4R,4L);
转向扭矩传感器(11),所述转向扭矩传感器(11)配置成检测施加至所述转向构件(2)的转向扭矩;
指令值设定回路(41),所述指令值设定回路(41)配置成基于所述转向扭矩设定手动转向角度指令值;
反作用力指令值计算回路(44),所述反作用力指令值计算回路(44)配置成基于反作用力转向角度指令值和所述手动转向角度指令值来计算反作用力指令值;
转向操作指令值计算回路(81;81R,81L),所述转向操作指令值计算回路(81;81R,81L)配置成基于转向操作转向角度指令值和所述手动转向角度指令值来计算转向操作指令值;
反作用力控制回路(45),所述反作用力控制回路(45)配置成使所述反作用力马达的旋转角度追随所述反作用力指令值;以及
转向角度控制回路(82;82R,82L),所述转向角度控制回路(82;82R,82L)配置成使所述转向马达的旋转角度追随所述转向操作指令值。
2.根据权利要求1所述的转向系统(1;1A),其特征在于,还包括:
转向判定回路,所述转向判定回路配置成判定所述转向构件(2)是否正在被转向;以及
切换回路(43),所述切换回路(43)配置成在所述转向判定回路判定所述转向构件(2)未被转向时将所述反作用力转向角度指令值设定为零。
3.根据权利要求1或2所述的转向系统(1),其特征在于,所述反作用力转向角度指令值和所述转向操作转向角度指令值是共同的自主转向角度指令值。
4.根据权利要求1或2所述的转向系统(1A),其特征在于:
所述转向操作机构(4R,4L)包括构造成使第一转向轮(3L)转向的第一转向操作机构和构造成使第二转向轮(3R)转向的第二转向操作机构;
所述转向马达(19R,19L)包括驱动所述第一转向操作机构的第一转向马达和驱动所述第二转向操作机构的第二转向马达;
所述转向操作指令值计算回路(81R,81L)包括第一转向操作指令值计算回路和第二转向操作指令值计算回路,所述第一转向操作指令值计算回路配置成基于所述手动转向角度指令值和用于使所述第一转向轮转向的第一转向操作转向角度指令值来计算第一转向操作指令值,并且所述第二转向操作指令值计算回路配置成基于所述手动转向角度指令值和用于使所述第二转向轮转向的第二转向操作转向角度指令值来计算第二转向操作指令值;并且
所述转向角度控制回路(82R,82L)包括第一转向角度控制回路和第二转向角度控制回路,所述第一转向角度控制回路配置成使所述第一转向马达的旋转角度追随所述第一转向操作指令值,并且所述第二转向角度控制回路配置成使所述第二转向马达的旋转角度追随所述第二转向操作指令值。
5.根据权利要求1所述的转向系统(1;1A),其特征在于,还包括:
手扶/手离判定回路(42),所述手扶/手离判定回路(42)配置成判定驾驶员是否正在把持所述转向构件(2);以及
切换回路(43),所述切换回路(43)配置成在所述手扶/手离判定回路(42)判定所述驾驶员未把持所述转向构件(2)时将所述反作用力转向角度指令值设定为零。
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