CN113581286A - 车辆用转向系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种车辆用转向系统，是实用性高的左右独立转向型转向系统。所述车辆用转向系统具备：一对车轮转向装置，使左右车轮分别独立地转向；及控制器，控制所述一对车轮转向装置，其中，将该控制器构成为根据转向要求(βS)来决定左右车轮各自的标准转向量(ψL、ψR)，并且能够执行使左右车轮各自的转向量相对于左右车轮各自的标准转向量向彼此相反方向偏移(ΔψL、ΔψR)的反相偏移转向，并且基于在该反相偏移转向中对左右车轮分别施加的转向力，来推定该车辆行驶的路面的摩擦系数。能够在维持稳定的车辆的行驶的状态下，推定该车辆行驶的路面的摩擦系数。

Description

车辆用转向系统
技术领域
本发明涉及搭载于车辆并使左右车轮独立地转向的转向系统。
背景技术
在车辆用转向系统(以下，有时简称为“转向系统”)的领域中，例如，如下述专利文献所记载的那样，存在基于轴力(用于使车轮转向的力，相当于“转向力”)来推定车辆转弯中的转向不足的程度的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2019-64568号公报
发明内容
发明所要解决的课题
车辆转弯中的转向不足的程度依赖于车辆行驶的路面的摩擦系数(以下，有时称为“路面μ”)，因此，如果考虑车辆转弯的稳定性，则能够推定路面μ是有利的。另一方面，能够使左右车轮独立地转向的转向系统(以下，有时称为“左右独立转向型转向系统”)的开发也在推进的过程中，在左右独立转向型转向系统中推定路面μ也是有利的，通过采用左右独立转向型转向系统独特的推定方法，能够提高左右独立转向型转向系统的实用性。本发明是鉴于这样的实际情况而完成的，其课题在于提供一种实用性高的左右独立转向型转向系统。
用于解决课题的技术方案
为了解决上述课题，本发明的车辆用转向系统具备：一对车轮转向装置，使左右车轮分别独立地转向；及控制器，控制所述一对车轮转向装置，所述车辆用转向系统的特征在于，
所述控制器构成为，根据转向要求来决定左右车轮各自的标准转向量，并且能够执行使左右车轮各自的转向量相对于左右车轮各自的标准转向量向彼此相反方向偏移的反相偏移转向，并基于在所述反相偏移转向中对左右车轮分别施加的转向力，来推定所述车辆行驶的路面的摩擦系数。
发明效果
一般而言，在路面μ小的情况下，作为用于使车轮转向的力的转向力小。因此，通过基于转向力，能够容易地推定路面μ。在左右独立转向型转向系统的情况下，能够使左右车轮向相反方向转向，即能够反相地转向，因此在本转向系统中，执行上述反相偏移转向。根据反相偏移转向，例如，虽然对车轮转向装置施加一些负荷，但能够在由车轮的转向产生的车身滑移角不会相对于与转向要求相应的车身滑移角大幅偏离的状态下，使左右车轮进行一定程度的转向。因此，根据本发明的转向系统，能够在维持稳定的车辆的行驶的状态下推定该车辆行驶的道路的路面μ。
【发明的方式】
本发明中的“路面的摩擦系数的推定”不仅包括推定路面μ的数值，还包括推定路面μ的程度为何种程度。具体而言，例如也可以根据在反相偏移转向中对左右车轮分别施加的转向力的程度，来推定路面的摩擦系数的大小的程度。在该情况下，也可以离散地即阶段性地推定路面μ的大小的程度。另外，作为路面μ的推定，例如可以认定车辆正在路面μ比较小的路面即低摩擦系数道路(以下，有时称为“低μ道路”)上行驶的情况。具体而言，也可以在反相偏移转向中的左右车轮的至少一个车轮的转向力小于设定转向力的情况下，认定为车辆正在低μ道路上行驶。而且，也可以认定车辆正在左右车轮各自通过的部分的路面μ差异较大的路面即跨行道路上行驶的情况。
“转向要求”例如只要基于驾驶者对方向盘等转向操作部件的操作量等来掌握即可。在处于自动驾驶中的情况下，只要基于来自自动驾驶系统的指令来掌握即可。没有操作转向操作部件的情况等想要使车辆直行的情况也可以认为是转向要求的一种。“车轮的转向量”可以认为是以直行状态的车轮为基准的车轮的转向角。“标准转向量”可以是左右车轮彼此相同，也可以是例如按照阿克曼几何形状等而在左右车轮中彼此不同。“转向力”是为了使车轮转向或者为了维持车轮的转向量而由车轮转向装置施加于车轮的力，但在车轮转向装置构成为根据电动马达所发挥的力使车轮转向的情况下，可以认为是该电动马达的转矩的大小，进而也可以认为是向该电动马达供给的电流的大小。
在将使左右车轮转向了标准转向量的情况下的车身滑移角定义为标准车身滑移角的情况下，本发明的转向系统优选一边将车身滑移角维持为标准车身滑移角，一边执行所述反相偏移转向。例如，也可以在车辆直行时执行如下的反相偏移转向：使左右车轮各自的转向量相对于标准转向量的偏移量彼此相等。另外，也可以在车辆转弯时执行如下的反相偏移转向：使左右车轮中的转弯外侧的车轮的转向量相对于标准转向量的偏移量比左右车轮中的转弯内侧的车轮的转向量相对于标准转向量的偏移量小。由于转弯外轮的接地载荷大于转弯内轮的接地载荷，因此根据该方式，能够使车辆转弯期间的反相偏移转向中的车身滑移角接近标准车身滑移角或者维持为标准车身滑移角。
反相偏移转向也可以以左右车轮各自的转向量相对于标准转向量的偏移量周期性地变动的方式进行。根据这样的反相偏移转向，能够使针对左右车轮的偏移量变大的时间比较短，因此能够减少阻碍车辆的行驶的稳定性的主要原因。另外，在使偏移量周期性地变动的情况下，如果基于在偏移量达到峰值时对左右车轮分别施加的转向力，来推定该车辆所行驶的路面的摩擦系数，则该推定是准确的。
在本发明的转向系统中，也可以执行识别处理，该识别处理用于使驾驶者识别车辆正在低μ道路上行驶的情况。具体而言，例如，只要利用向仪表板的显示器的显示、来自扬声器的警告音来使驾驶者识别即可。另外，在该车辆用转向系统具备由驾驶者操作的转向操作部件和对该转向操作部件施加操作反作用力的反作用力施加装置的情况下，也可以执行如下处理作为识别处理，即，在车辆正在低摩擦系数道路上行驶时，与未在低摩擦系数道路上行驶时相比，减小操作反作用力。根据该处理，能够有效地使驾驶者感受到低μ道路行驶。
附图说明
图1是表示搭载有实施例的车辆用转向系统的车辆的整体结构的示意图。
图2是表示组装有构成实施例的车辆用转向系统的车轮转向装置的车轮配设模块的立体图。
图3是用于说明在车辆直行时，在实施例的车辆用转向系统中进行的反相偏移转向的图表和示意图。
图4是用于说明在车辆转弯时，在实施例的车辆用转向系统中进行的反相偏移转向的图表和示意图。
图5是在实施例的车辆用转向系统中执行的转向总括控制程序的流程图。
图6是在实施例的车辆用转向系统中执行的车轮转向程序的流程图。
图7是在实施例的车辆用转向系统中执行的操作反作用力控制程序的流程图。
图8是在转向总括控制程序中执行的反相偏移转向处理子例程和标准转矩存储处理子例程的流程图。
图9是在转向总括控制程序中执行的路面μ推定处理子例程的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图对作为具体实施方式的本发明的实施例即车辆用转向系统进行详细说明。另外，本发明除了下述实施例以外，以上述[发明的方式]一项所记载的方式为首，能够以基于本领域技术人员的知识实施各种变更、改良所得的各种方式来实施。
【实施例】
[A]搭载有车辆用转向系统的车辆的整体结构
如图1示意性所示，实施例的转向系统搭载于具有左右前轮10FL、10FR及左右后轮10RL、10RR的车辆。左右前轮10FL、10FR为驱动轮且为转向轮。另外，在不需要区分左右前轮10FL、10FR的情况下，将它们统称为前轮10F，在不需要区分左右后轮10RL、10RR的情况下，将它们统称为后轮10R，在不需要区分前轮10F、后轮10R的情况下，有时仅统称为车轮10。
本转向系统是所谓的线控转向型的转向系统，构成为包括：一对车轮转向装置12，为了使两个前轮10F相互独立地转向而相对于这些前轮10F分别设置；操作装置14，用于受理驾驶者的操作；一对转向电子控制单元(以下，有时简称为“转向ECU”)16，用于分别控制一对车轮转向装置12；及操作电子控制单元(以下，有时简称为“操作ECU”)18，用于控制操作装置14并且总括控制转向ECU16。关于本转向系统的结构及控制，将在后面详细说明，但可以认为由两个转向ECU16和操作ECU18构成了该转向系统的控制器。
另外，在本车辆搭载有车辆驱动系统，该车辆驱动系统具备分别设置于两个前轮10F并通过电动马达对各个前轮进行旋转驱动的一对车轮驱动单元20。车辆驱动系统具备：加速踏板22，作为由驾驶者操作的加速操作部件；加速操作量传感器24，用于检测加速踏板22的操作量；及车辆驱动电子控制单元(以下，有时简称为“驱动ECU”)26，基于由所述加速操作量传感器24检测出的加速操作量来控制一对车轮驱动单元20的动作。车辆驱动系统具有一般的结构，进行一般的控制，因此省略对车辆驱动系统的结构及控制的说明。
而且，在该车辆设有液压式的制动系统。制动系统具备：制动踏板30，作为由驾驶者操作的制动操作部件；主缸32，与制动踏板30连结；工作液供给装置34，具有由泵等构成的液压源并对工作液进行加压；四个制动装置36，分别设置于四个车轮，并用于通过来自工作液供给装置34的工作液的压力对各个车轮进行制动；及制动电子控制单元(以下有时称为“制动ECU”)38，控制工作液供给装置34的工作。制动系统是所谓的线控制动型的系统，制动ECU38基于由制动操作量传感器40检测出的制动踏板30的操作量即制动操作量，控制从工作液供给装置34向各车轮10的制动装置36供给的工作液的压力，来控制施加于该车辆的制动力。制动系统具有一般的结构，进行一般的控制，因此省略对制动系统的结构及控制的说明。
在车辆设有CAN(car area network or controllable area network：汽车区域网或可控区域网)44，在该CAN44连接有两个转向ECU16、操作ECU18、驱动ECU26、制动ECU38。这些ECU16、18、26、38一边经由CAN44相互通信，一边执行各自应进行的控制。顺便提及，这些ECU16、18、26、38中的每一个均包括具有CPU、ROM、RAM等的计算机和用于基于计算机的指令来驱动构成元件(例如，电动马达、阀、泵等)的驱动器(驱动电路)而构成。另外，在车辆设置有用于检测该车辆的横摆率的横摆率传感器46，另外，相对于各个后轮10R设置有用于检测该各个后轮10R的车轮转速(以下有时称为“车轮速度”)的车轮速度传感器48。这些横摆率传感器46、车轮速度传感器48也与CAN44连接。
[B]车辆用转向系统的硬件结构
本实施例的车辆用转向系统的一对车轮转向装置12分别组装于车轮配设模块50。在车轮配设模块50也组装有上述车辆驱动系统的一对车轮驱动单元20中的一个和制动系统的四个制动装置36中的一个。如图2所示，车轮配设模块(以下，有时仅简称为“模块”)50是用于将安装有轮胎10a的车轮10b配设于车身的模块。可以将车轮10b自身认为是车轮，但在本实施例中，为了方便，将安装有轮胎10a的车轮10b称为车轮10。
若在说明模块50的结构的同时对本转向系统的车轮转向装置12进行说明，则配设于本模块50的上述车轮驱动单元20具有：外壳20a；内置于外壳20a的作为驱动源的电动马达及对该电动马达的旋转进行减速的减速器(均省略图示)；及安装车轮10b的车轴轮毂(在图中被隐藏而看不到)。车轮驱动单元20配置于车轮10b的轮辋的内侧，被称为所谓的轮内马达单元。由于车轮驱动单元20具有公知的构造，因此省略对其构造的说明。
模块50包括麦弗逊型悬架装置(也称为“麦弗逊支柱型”)而构成。在该悬架装置中，车轮驱动单元20的外壳20a作为将车轮以能够旋转的方式进行保持的托架发挥功能，进一步而言，外壳20a作为车轮转向装置12中的转向节发挥功能，允许相对于车身的上下移动。因此，悬架装置构成为包括作为悬架臂的下臂52、车轮驱动单元20的外壳20a、减震器54和悬架弹簧56。
由于悬架装置本身是一般的构造，因此，若简单地进行说明，则下臂52是被称为所谓的L臂的形状，基端部在车辆前后方向上分为两个部分，下臂52在该基端部，经由第一衬套58、第二衬套60，以能够绕臂转动轴线LL转动的方式支承于车身的纵梁(省略图示)。车轮驱动单元20的外壳20a在其下部经由作为第一接头的臂连结用球窝接头62(以下，有时称为“第一接头62”)，以能够转动的方式与下臂52的前端部连结。
减震器54的下端部固定地支承于车轮驱动单元20的外壳20a，减震器54的上端部经由上支承件64支承于车身的轮胎外壳的上部。悬架弹簧56的上端部也经由上支承件64支承于车身的轮胎外壳的上部，悬架弹簧56的下端部由呈凸缘状设置于减震器54的下支承件54a支承。即，悬架弹簧56和减震器54在下臂52与车身之间相互并列地配设。
如上所述，本模块50具有制动装置36，该制动装置36是构成为包括圆盘转子66和制动钳68的盘式制动装置，所述圆盘转子66与车轮10b一起安装于车轴轮毂并与车轮10一起旋转，所述制动钳68跨越该圆盘转子66而保持于车轮驱动单元20的外壳20a。虽然省略详细的说明，但该制动钳68具有作为摩擦部件的制动垫和液压式的缸，制动装置36构成为通过依赖于从工作液供给装置34供给到液压缸的工作液的压力将制动垫压贴于圆盘转子66，从而产生用于止住车轮10的旋转的制动力。
车轮转向装置12是用于仅使左右一对车轮10中的一个车轮与另一个车轮独立地转向的单轮独立转向装置，大致构成为包括：如之前说明的那样作为转向节发挥功能的车轮驱动单元20的外壳20a(以下，在作为车轮转向装置12的构成元件进行处理的情况下，有时称为“转向节20a”)；在接近下臂52的基端部的位置处配设于下臂52的转向致动器70；及将该转向致动器70与转向节20a连结的横拉杆72。
转向致动器70包括：作为驱动源的电动马达即转向马达70a；对转向马达70a的旋转进行减速的减速器70b；及通过经由减速器70b后的转向马达70a的旋转而转动并作为转向摇臂发挥功能的致动器臂70c。横拉杆72的基端部经由作为第二接头的杆基端部连结用球窝接头74(以下，有时称为“第二接头74”)与致动器臂70c连结，横拉杆72的前端部经由作为第三接头的杆前端部球窝接头76(以下，有时称为“第三接头76”)与转向节20a所具有的转向节臂20b连接。
在本车轮转向装置12中，将上述上支承件64的中心与第一接头62的中心连结的线成为主销轴线KP。通过使转向马达70a动作，如图中粗箭头所示，转向致动器70所具有的致动器臂70c绕致动器轴线AL转动。该转动由横拉杆72传递，使转向节20a绕主销轴线KP转动。即，如图中粗箭头所示，车轮10被转向。根据这样的构造，在本车轮转向装置12中，具备动作转换机构78，该动作转换机构78包括致动器臂70c、横拉杆72、转向节臂20b等，将转向马达70a的旋转动作转换为车轮10的转向动作。
车轮转向装置12的转向致动器70配置于下臂52。因此，能够简便地进行模块50向车身的组装作业。简言之，仅将下臂52的基端部安装于车身的纵梁，并将上支承件64安装于车身的轮胎外壳的上部，就能够将悬架装置、制动装置、车轮转向装置搭载于车辆。即，本模块50为在相对于车辆的搭载性方面优异的模块。
操作装置14具有线控转向型的转向系统中的一般构造，若简单地进行说明，则如图1所示，构成为包括：作为由驾驶者进行转向操作的转向操作部件的方向盘80；用于将该方向盘80的旋转角即转向操作角作为转向操作部件的从直行状态位置起的操作量进行检测的转向传感器82；及对方向盘80施加操作反作用力的反作用力施加装置84。反作用力施加装置84构成为包括：作为力源的电动马达即反作用力马达84a；及用于将反作用力马达84a的力传递到方向盘80的减速器84b。
[C]车辆用转向系统的控制
i)基本控制
在本转向系统中，操作ECU18决定左前轮10FL的目标转向角ψL*和右前轮的目标转向角ψR*作为各前轮10F的转向量即转向角ψ的目标，基于这些目标转向角ψL*、ψR*，一对转向ECU16分别控制与自身对应的车轮转向装置12，来使左前轮10FL、右前轮10FR以各自的转向角ψL、ψR成为目标转向角ψL*、ψR*的方式转向。
若详细地进行说明，则操作ECU18基于转向要求即由转向传感器82取得的转向操作角δ，决定在车身中想要实现的车身滑移角βS即目标车身滑移角βS*。顺便提及，在本车辆正在进行自动驾驶的情况下，从自动驾驶系统(省略图示)经由CAN44发送来关于目标车身滑移角βS*的信息作为转向要求。另外，在方向盘80未被操作的情况下、或从自动驾驶系统发出直行指示的情况下，也拟定为存在应直行的意思的转向要求，操作ECU18将目标车身滑移角βS*决定为“0”。
操作ECU18决定成为左右前轮10FL、10FR各自的转向角ψL、ψR的目标的目标转向角ψL*、ψR*。左右车轮的转向量之比(转向量比)能够任意设定，但在本转向系统中，为了简化说明，按照平行几何，左右前轮10FL、10FR的目标转向角ψL*、ψR*被设定为彼此相等(严格地说，目标转向角ψL*、ψR*彼此的正负符号相反)。顺便提及，有时将在该基本控制中决定的目标转向角ψL*、ψR*在与后面说明的反相偏移转向之间的关系中，称为作为标准转向量的标准转向角ψL*、ψR*。如果将使前轮10FL、10FR转向了该标准转向角ψL*、ψR*的情况下的车身滑移角βS设为标准车身滑移角，则能够将如上述那样所决定的目标车身滑移角βS*考虑为标准车身滑移角。操作ECU18将关于所决定的目标转向角ψL*、ψR*的信息经由CAN44分别发送到与左右前轮10F对应的两个转向ECU16。
各转向ECU16以使与自身对应的前轮10F的转向角ψ成为发送来的目标转向角ψ*的方式控制与自身对应的车轮转向装置12。若详细地进行说明，则由于车轮转向装置12不具有用于直接检测车轮10的转向角ψ的转向角传感器，因此在本转向系统中，利用车轮10的转向角ψ与转向马达70a的旋转角(以下，有时称为“马达旋转角”)θ之间存在特定关系的情况，转向ECU16基于转向马达70a的马达旋转角θ，来控制转向致动器70产生的转向力。由于转向致动器70产生的转向力与转向马达70a产生的转矩即转向转矩Tq等效，因此，具体而言，转向ECU16基于转向马达70a的马达旋转角θ来决定应该由转向马达70a产生的转向转矩Tq即目标转向转矩Tq*。另外，马达旋转角θ可以认为是从车辆直行时的状态起的马达轴的位移角，超过360°而累积。
如果对目标转向转矩Tq*的决定进行具体说明，则转向ECU16针对各车轮10，基于上述目标转向角ψ*来决定马达旋转角θ的目标即目标马达旋转角θ*。转向马达70a是无刷DC马达，为了切换向自身的电流供给中的相而具有马达旋转角传感器(例如，霍尔IC、旋转变压器等)。转向ECU16基于该马达旋转角传感器的检测，掌握了以基准马达旋转角为基准的当前时间点的马达旋转角θ即实际马达旋转角θ。转向ECU16求出实际马达旋转角θ相对于目标马达旋转角θ*的偏差即马达旋转角偏差Δθ，并基于该马达旋转角偏差Δθ(＝θ*-θ)，按照下式来决定目标转向转矩Tq*。
Tq*＝GP·Δθ+GD·(dΔθ/dt)+GI·∫Δθdt
另外，上述式子是按照基于马达旋转角偏差Δθ的反馈控制规则的式子，第一项、第二项、第三项分别是比例项、微分项、积分项，GP、GD、GI分别是比例增益、微分增益、积分增益。
转向转矩Tq与向转向马达70a供给的供给电流IS具有特定的关系。换言之，由于转向转矩Tq依赖于转向马达70a发挥的力，因此转向转矩Tq与供给电流IS大致成比例关系。据此，转向ECU16基于所决定的目标转向转矩Tq*来决定向转向马达70a供给的供给电流IS的目标即目标供给电流IS*，并基于该目标供给电流IS*向转向马达70a供给电流。
操作ECU18还执行用于对方向盘80施加作为针对转向操作的反作用力的操作反作用力的控制即操作反作用力控制。操作反作用力控制是一般的控制，能够通过各种方法来决定操作反作用力。在本实施例的转向系统中，操作ECU18按照典型的方法即按照下式，将反作用力施加装置84的反作用力马达84a应产生的反作用力转矩TqC即目标反作用力转矩TqC*决定为目标操作反作用力。
TqC*＝Gδ·δ+Gv·v+GT·(TqL+TqR)/2
Gδ、Gv、GT分别是与转向操作角δ、车速v、由各转向ECU16确定的实际转向转矩Tq(有时将左前轮10F的转向转矩Tq称为左轮转向转矩TqL，将右前轮10F的转向转矩Tq称为右轮转向转矩TqR)相关的加权增益，简而言之，以转向操作角δ越大、车速v越高、转向转矩Tq越大，则施加越大的反作用力转矩TqC。另外，操作ECU18基于依赖于车轮驱动单元20的电动马达的转速的前轮10F各自的车轮速度vW、和依赖于车轮速度传感器48的检测的后轮10R各自的车轮速度vW，来确定车速v。
操作ECU18基于如上述那样所决定的目标反作用力转矩TqC*，来决定向反作用力马达84a供给的供给电流IC的目标即目标供给电流IC*，并基于该目标供给电流IC*，向反作用力马达84a供给电流。
ii)路面的摩擦系数的推定
在本实施例的转向系统中，作为控制器的操作ECU18推定该车辆正在行驶的路面的摩擦系数。详细而言，操作ECU18在车辆行驶过程中使左右前轮10F的转向角ψL、ψR偏移，并基于该偏移后的状态下的转向转矩TqL、TqR，认定正在路面μ低的低μ道路上行驶的情况。
在车速v低的状态下，若路面μ大，则为了使车轮10转向而需要大的转向转矩Tq，相反，若路面μ小，则即使通过小的转向转矩Tq也能够使车轮10转向。另外，由于对车轮10作用自动回正转矩，因此在想要使车轮10转向一定转向角ψ时、或使车轮10维持一定转向角ψ时，必须克服该自动回正转矩而使车轮10转向或维持，车速v越高则所需的转向转矩Tq越大，转向角ψ越大，则所需的转向转矩Tq越大。该转矩也在路面μ大时变大，在路面μ小时变小。
在本实施例的转向系统中，利用以上情况，使左右前轮10F的转向角ψL、ψR偏移来推定路面μ。但是，如果在车辆行驶过程中使左右前轮10F的转向角ψL、ψR向相同方向偏移，则会因车身滑移角βS的变动而损害车辆的行驶稳定性(包括转弯稳定性在内的概念)。因此，在本实施例的转向系统中，执行使左右前轮10F的转向角ψL、ψR向彼此相反方向偏移的反相偏移转向。
反相偏移转向通过使先前说明的标准转向角ψL*、ψR*偏移来进行。若将该偏移量设为偏移量Δψ，则为了缩短偏移量Δψ变大的时间，操作ECU18使该偏移量Δψ周期性地变动。偏移量Δψ可以表示为以时间t的经过为参数的函数，即下式的函数。
Δψ＝f(t)
并且，操作ECU18使左右前轮10F的目标转向角ψL*、ψR*从标准转向角ψL*、ψR*偏移偏移量Δψ。详细而言，若将左前轮10F的偏移量设为ΔψL，将右前轮的偏移量设为ΔψR，则使左右前轮10F的目标转向角ψL*、ψR*按照下式变动。
ψL*＝ψL*+ΔψL
ψR*＝ψR*-ΔψR
具体而言，例如，在车辆正在直行时，左前轮10F的偏移量ΔψL、右前轮10F的偏移量ΔψR均为Δψ，彼此相等，左右前轮10F的目标转向角ψL*、ψR*如图3(a)所示那样变化，如图3(b)所示，使前轮10F的转向角ψL、ψR周期性地变动。因此，即使进行反相偏移转向，车身滑移角βS也会维持为目标车身滑移角βS*。
与此相对，在车辆正向左方转弯的情况下，由于离心力，转弯外轮的车身分担载荷大于转弯内轮的车身分担载荷，因此针对成为转弯外轮的前轮10F的上述偏移量Δψ小于成为转弯内轮的前轮10F的偏移量Δψ。具体而言，在车辆正向左方转弯的情况下，按照下式来决定针对左右前轮10F的偏移量ΔψL、ΔψR。
ΔψL＝Δψ×τI
ΔψR＝Δψ×τO
另一方面，在车辆正向右方转弯的情况下，按照下式来决定针对左右前轮10F的偏移量ΔψL、ΔψR。
ΔψL＝Δψ×τO
ΔψR＝Δψ×τI
另外，τO是针对转弯外轮的加权系数，τI是针对转弯内轮的加权系数。加权系数τO、τI为
τO<τI≤1，
基于由横摆率传感器46检测出的实际横摆率γ而决定为，使车身滑移角βS维持为目标车身滑移角βS*。
因此，例如在车辆正向左方转弯时，左右前轮10F的目标转向角ψL*、ψR*如图4(a)所示那样变化，如图4(b)所示，使前轮10F的转向角ψL、ψR周期性地变动。
另外，在本实施例的转向系统中，鉴于上述的克服自动回正转矩的车轮10的转向，来推定路面μ，操作ECU18以车速v为设定车速v0(例如30km/h)以上且车身举动适当为前提来进行反相偏移转向。另外，操作ECU18在由横摆率传感器46检测出的实际横摆率γ收敛于针对基于车速v和目标车身滑移角βS*而确定的目标横摆率γ*设置余量±ΔγM所得的容许横摆率范围内的情况下，认定为车身举动是适当的。
操作ECU18以多个周期为一个单位来执行反相偏移转向。各转向ECU16检测实际供给到转向马达70a的实际供给电流IS，并基于检测出的实际供给电流IS来确定实际发挥的转向转矩Tq即实际转向转矩Tq。然后，各转向ECU16发送与该实际转向转矩Tq相关的信息。操作ECU18接收该信息而取得实际转向转矩Tq，在多个周期的偏移量Δψ的变动中，存储在各周期中偏移量Δψ达到峰值的时间点tP的实际转向转矩Tq。详细而言，由于实际转向转矩Tq依赖于车速v、车身滑移角βS，因此为了作为用于推定路面μ的参数来利用，操作ECU18基于车速v、目标车身滑移角βS使实际转向转矩Tq标准化，求出左右前轮10F的标准转矩TqLS、TqRS，操作ECU18存储这些标准转矩TqLS、TqRS。另外，标准转矩TqLS、TqRS可以认为是与车速v、车身滑移角βS无关的统一化的转矩。
操作ECU18在经过相当于多个周期的设定时间t0(以下，有时称为“单位偏移时间t0”)而执行了一个单位的反相偏移转向的情况下，基于所存储的左右前轮10F的标准转矩TqLS、TqRS来推定路面μ。如果详细地说明，则操作ECU18按照左右前轮10F分别判定所存储的标准转矩TqLS、TqRS是否低于阈值，在左右前轮10F的任一个中存在低于阈值的标准转矩TqLS、TqRS的情况下，认定为该车辆正在低μ道路(低摩擦系数道路)上行驶。更具体而言，作为阈值，设定有两个阈值转矩、即第一阈值转矩Tq1和比该第一阈值转矩Tq1小的第二阈值转矩Tq2。操作ECU18在存在比第一阈值转矩Tq1小的标准转矩TqLS、TqRS且不存在低于第二阈值转矩Tq2的标准转矩TqLS、TqRS的情况下，认定为车辆正行驶的道路是路面μ比通常的路面μ小的第一低μ道路，在存在低于第二阈值转矩Tq2的标准转矩TqLS、TqRS的情况下，认定为车辆正行驶的道路是路面μ比第一低μ道路的路面μ小的第二低μ道路。因此，第一阈值转矩Tq1、第二阈值转矩Tq2可以认为是用于认定为车辆正在低μ道路上行驶的设定转向力。
换言之，在本实施例的转向系统中，操作ECU18构成为在反相偏移转向中的左右车轮的至少一个车轮的转向力小于设定转向力的情况下，认定为车辆正在低μ道路上行驶，进一步而言，构成为根据对车轮10F施加的转向力的程度，分阶段地推定路面μ的大小的程度。
操作ECU18在认定为该车辆正在低μ道路上行驶的情况下，经由装备于该车辆的仪表板的报知器86(参照图1)发出该意思的警告。该警告是用于使驾驶者识别出车辆正在低μ道路上行驶的识别处理之一。报知器86具有显示器和扬声器，利用显示器中的图像显示和来自扬声器的声音来进行警告。
作为其他的识别处理，操作ECU18在上述的操作反作用力控制中，在车辆正在低μ道路上行驶时，与未在低μ道路上行驶时相比，减小操作反作用力。具体而言，在车辆正在低μ道路上行驶时，使上述目标反作用力转矩TqC*减小减少转矩ΔTqC。具体而言，作为减少转矩ΔTqC，设定有第一减少转矩ΔTqC1和用于进一步减小反作用力转矩TqC的第二减少转矩ΔTqC2(＞ΔTqC1)这两个，在左右前轮10F中的至少一个前轮正通过第一低μ道路且左右前轮10F均未通过第二低μ道路时，使目标反作用力转矩TqC*减少第一减少转矩ΔTqC1，在左右前轮10F中的至少一个前轮正通过第二低μ道路时，使目标反作用力转矩TqC*减少第二减少转矩ΔTqC2。
通过如以上那样的识别处理，驾驶者能够在车辆的举动因低μ道路而变得不稳定之前，换言之，能够在车辆的举动不会因低μ道路而变得不稳定的情况下识别出车辆正在通过低μ道路。并且，通过分两阶段减少操作反作用力，还能够识别出低μ道路的程度、即路面μ的程度。另外，在仅左右前轮10F中的任一个前轮的转向转矩Tq小的情况下，能够认定为车辆正在所谓的跨行道路上行驶，因此也可以警告该意思、即正在跨行道路上行驶的意思等。
iii)控制流程
以上所说明的本转向系统的控制通过操作ECU18的计算机以短的时间间隔(例如几msec～几十msec)反复执行将流程图示于图5的转向总括控制程序、各转向ECU16的计算机以短的时间间隔(例如几msec～几十msec)反复执行将流程图示于图6的车轮转向程序、及操作ECU18的计算机以短的时间间隔(例如几msec～几十msec)反复执行将流程图示于图7的操作反作用力控制程序来进行。以下，通过说明按照这些程序的流程图的处理，来简单地说明该转向系统的控制的流程。
在按照转向总括控制程序的处理中，首先，在步骤1(以下简称为“S1”，其他步骤也同样)中，判定是否处于自动驾驶中。如果未处于自动驾驶中，则在S2中，通过转向传感器82的检测来取得转向操作角δ，并在S3中，基于该转向操作角δ来决定目标车身滑移角βS*。如果处于自动驾驶中，则在S4中，基于来自自动驾驶系统的信息来取得目标车身滑移角βS*。
在接下来的S5中，确定车速v，在S6中，基于目标车身滑移角βS*来决定左右前轮10F的目标转向角ψL*、ψR*。在接下来的S7中，基于车速v和目标车身滑移角βS*来决定目标横摆率γ*，在S8中，基于横摆率传感器46的检测来取得实际横摆率γ。
在S9、S10中，分别判定车速v是否为设定车速v0以上、实际横摆率γ是否在上述的容许横摆率范围内。容许横摆率范围是作为车辆的行驶适当的范围，是相对于目标横摆率γ*设置余量±ΔγM而设定的范围。在车速v为设定车速v0以上且实际横摆率γ在上述的容许横摆率范围内的情况下，在S11中执行反相偏移转向处理。在车速v小于设定车速v0、或者实际横摆率γ在上述的容许横摆率范围外的情况下，在S12中，复位后述的时间计数器t，在S13中，清除存储在后述的计算机的存储器中的标准转矩TqLS、TqRS。
S11的反相偏移转向处理通过执行将流程图示于图8的反相偏移转向处理子例程来进行。在该处理中，首先在S21中，时间计数器t递增相当于该程序的执行间隔的时间Δt。时间计数器t是用于检测一个单位的反相偏移转向的完成的计数器，一个单位的反相偏移转向开始时的值、即初始值为“0”。在接下来的S22中，判定时间计数器t是否达到单位偏移时间t0、即是否完成了一个单位的反相偏移转向。在时间计数器t达到单位偏移时间t0的情况下，在S23中执行后述的路面μ推定处理。在判定为时间计数器t尚未达到单位偏移时间t0的情况下，在S24中，基于先前说明的函数f(t)，来决定在当前时间点应实现的偏移量Δψ。
在决定了偏移量Δψ后，在S25中，基于目标车身滑移角βS*来判定该车辆是否处于直行中。在车辆处于直行中的情况下，在S26中，将左前轮10F的偏移量即左轮偏移量ΔψL和右前轮10F的偏移量即右轮偏移量ΔψR这两者决定为所决定的偏移量Δψ。在车辆未处于直行中的情况下，即，在车辆正在转弯的情况下，在S27中，基于由横摆率传感器46检测出的实际横摆率γ，如先前说明的那样决定先前说明的加权系数τO、τI，在接下来的S28中，基于目标车身滑移角βS*来判定车辆是否正在向左转弯。在车辆正在进行左转弯的情况下，在S29中，将左轮偏移量ΔψL决定为使所决定的偏移量Δψ乘以针对转弯内轮的加权系数τI所得的值，将右轮偏移量ΔψR决定为使所决定的偏移量Δψ乘以针对转弯外轮的加权系数τO所得的值。另一方面，在车辆未向左转弯的情况下、即车辆正向右转弯的情况下，在S30中，将左轮偏移量ΔψL决定为使所决定的偏移量Δψ乘以针对转弯外轮的加权系数τO所得的值，将右轮偏移量ΔψR决定为使所决定的偏移量Δψ乘以针对转弯内轮的加权系数τI所得的值。在决定了左右前轮10F的偏移量ΔψL、ΔψR之后，在S31中，将左轮偏移量ΔψL加到先前决定的左前轮10F的目标转向角ψL*，并且，从先前决定的右前轮10F的目标转向角ψR*减去右轮偏移量ΔψR。在这样决定了用于进行反相偏移转向的左右前轮10F的目标转向角ψL*、ψR*之后，结束该子例程的处理。
在反相偏移转向处理之后或者在反相偏移转向处理被跳过之后，在S14中，关于所决定的目标转向角ψL*、ψR*的信息被发送到各转向ECU16。接着，在S15中，判定时间计数器t是否达到先前说明的峰值时间点tP。在时间计数器t达到峰值时间点tP时，执行S16的标准转矩存储处理，在时间计数器t未达到峰值时间点tP时，跳过S16的标准转矩存储处理，结束本转向总括控制程序的一次处理。
S16的标准转矩存储处理通过执行将流程图示于图8的标准转矩存储处理子例程来进行。在按照该子例程的处理中，首先，在S41中，基于从各转向ECU16传送来的信息，取得左右前轮10F各自的实际转向转矩Tq即左轮转向转矩TqL、右轮转向转矩TqR。在接下来的S42中，如先前说明的那样，基于车速v、目标车身滑移角βS*，将左轮转向转矩TqL、右轮转向转矩TqR标准化，并决定左右前轮10F的标准转矩即左轮标准转矩TqLS、右轮标准转矩TqRS，在接下来的S43中，将这些左轮标准转矩TqLS、右轮标准转矩TqRS存储于计算机的存储器。
如先前说明的那样，在执行反相偏移转向处理的过程中，在S22中时间计数器t达到单位偏移时间t0的情况下，在S23中执行路面μ推定处理。该路面μ推定处理通过执行将流程图示于图9的路面μ推定处理子例程来进行。
在按照路面μ推定处理子例程的处理中，首先，在S51中，判定在所存储的左轮标准转矩TqLS之中是否存在比上述的第一阈值转矩Tq1小的左轮标准转矩。在不存在小于第一阈值转矩Tq1的左轮标准转矩的情况下，在S52中，左轮路面μ标志FμL被设为“0”。即，认定为左前轮10F正在通过的路面不是低μ道路。在存在比第一阈值转矩Tq1小的左轮标准转矩的情况下，在S53中，判定在所存储的左轮标准转矩TqLS之中是否存在比上述的第二阈值转矩Tq2小的左轮标准转矩。在不存在小于第二阈值转矩Tq2的左轮标准转矩的情况下，在S54中，左轮路面μ标志FμL被设为“1”。即，左前轮10F正在通过的路面被认定为上述的第一低μ道路。在存在小于第二阈值转矩Tq2的左轮标准转矩的情况下，在S55中，左轮路面μ标志FμL被设为“2”。即，左前轮10F正在通过的路面被认定为上述的第二低μ道路。
在接下来的S56中，判定在所存储的右轮标准转矩TqRS之中是否存在比上述的第一阈值转矩Tq1小的右轮标准转矩。在不存在比第一阈值转矩Tq1小的右轮标准转矩的情况下，在S57中，右轮路面μ标志FμR被设为“0”。即，认定为右前轮10F正在通过的路面不是低μ道路。在存在比第一阈值转矩Tq1小的右轮标准转矩的情况下，在S58中，判定在所存储的右轮标准转矩TqRS之中是否存在比上述的第二阈值转矩Tq2小的右轮标准转矩。在不存在小于第二阈值转矩Tq2的右轮标准转矩的情况下，在S59中，右轮路面μ标志FμR被设为“1”。即，右前轮10F正在通过的路面被认定为上述的第一低μ道路。在存在小于第二阈值转矩Tq2的右轮标准转矩的情况下，在S60中，右轮路面μ标志FμR被设为“2”。即，右前轮10F正在通过的路面被认定为上述的第二低μ道路。
在接下来的S61、S62中，分别判定左轮路面μ标志FμL是否为“1”或“2”、右轮路面μ标志FμR是否为“1”或“2”。在左轮路面μ标志FμL、右轮路面μ标志FμR中的任一个为“1”或“2”的情况下，在S63中，如先前说明的那样，从报知器86发出警告。在左轮路面μ标志FμL、右轮路面μ标志FμR均为“0”的情况下，在S64中，禁止或停止来自报知器86的警告。
在接下来的S65中，从存储器中清除所存储的左轮标准转矩TqLS、右轮标准转矩TqRS。然后，在S66中，时间计数器t被复位为“0”，按照本路面μ推定处理子例程的处理结束。
在按照各转向ECU16的计算机执行的车轮转向程序的处理中，首先，在S71中，从操作ECU18接收关于相应的前轮10F的目标转向角ψ*的信息，在S72中，基于该目标转向角ψ*，来决定转向马达70a的目标马达旋转角θ*。在接下来的S73中，取得转向马达70a的实际的旋转角即实际马达旋转角θ，在S74中，决定实际马达旋转角θ相对于目标马达旋转角θ*的偏差即马达旋转角偏差Δθ。在接下来的S75中，基于该马达旋转角偏差Δθ，按照上述式子决定目标转向转矩Tq*，在S76中，基于该目标转向转矩Tq*来决定应向转向马达70a供给的电流即目标供给电流IS*。然后，在S77中，基于该目标供给电流IS*向转向马达70a供给电流。
在接下来的S78中，检测实际供给到转向马达70a的电流IS，在S79中，基于该检测出的供给电流IS，来确定实际的转向力即作为转向马达70a实际产生的转矩的实际转向转矩Tq。与该实际转向转矩Tq相关的信息在S80中被发送到操作ECU18。
在按照操作ECU18的计算机与转向总括控制程序并行执行的操作反作用力控制程序的处理中，首先，在S81～S83中，取得转向操作角δ，确定车速v，并接收左右前轮10F各自的实际转向转矩TqL、TqR。在接下来的S84中，基于这些转向操作角δ、车速v、实际转向转矩TqL、TqR，按照上述式子来决定目标反作用力转矩TqC*。
接着，在车辆正在低μ道路上行驶的情况下，进行用于使驾驶者识别该情况的上述识别处理的中心部分。首先，在S85中，判定左轮路面μ标志FμL、右轮路面μ标志FμR中的任一个是否为“1”或“2”。在左轮路面μ标志FμL、右轮路面μ标志FμR均为“0”的情况下，为了实质上不进行识别处理，在S86中将用于减少反作用力转矩TqC的减少转矩ΔTqC决定为“0”。在左轮路面μ标志FμL、右轮路面μ标志FμR中的任一个为“1”或“2”的情况下，在S87中，判定左轮路面μ标志FμL、右轮路面μ标志FμR中的任一个是否为“2”。在左轮路面μ标志FμL、右轮路面μ标志FμR均不为“2”的情况下，在S88中，将减少转矩ΔTqC决定为第一减少转矩ΔTqC1，在左轮路面μ标志FμL、右轮路面μ标志FμR中的任一个为“2”的情况下，在S89中，将减少转矩ΔTqC决定为被设定为值比第一减少转矩ΔTqC1大的第二减少转矩ΔTqC2。
然后，在S90中，从先前决定的目标反作用力转矩TqC*减去如上述那样决定的减少转矩ΔTqC，来重新决定目标反作用力转矩TqC*。接着，在S91中，基于目标反作用力转矩TqC*来决定应向反作用力马达84a供给的电流即目标供给电流IC*，在S92中，基于该目标供给电流IC*，向反作用力马达84a供给电流。
标号说明
10：车轮；12：车轮转向装置；14：操作装置；16：转向电子控制单元〔控制器〕；18：操作电子控制单元〔控制器〕；20：车轮驱动单元；20a：外壳(转向节)；44：CAN；46：横摆率传感器；48：车轮速度传感器；50：车轮配设模块；70：转向致动器；70a：转向马达；72：横拉杆；78：动作转换机构；80：方向盘〔转向操作部件〕；82：转向传感器；84：反作用力施加装置；84a：反作用力马达；84b：减速器；86：报知器。

Claims (11)

1.一种车辆用转向系统，搭载于车辆，并具备：一对车轮转向装置，使左右车轮分别独立地转向；及控制器，控制所述一对车轮转向装置，其中，
所述控制器构成为，根据转向要求来决定左右车轮各自的标准转向量，并且能够执行使左右车轮各自的转向量相对于左右车轮各自的标准转向量向彼此相反方向偏移的反相偏移转向，并基于在所述反相偏移转向中对左右车轮分别施加的转向力来推定所述车辆行驶的路面的摩擦系数。
2.根据权利要求1所述的车辆用转向系统，其中，
在将使左右车轮转向了标准转向量的情况下的车身滑移角定义为标准车身滑移角的情况下，所述控制器构成为一边将车身滑移角维持为标准车身滑移角，一边执行所述反相偏移转向。
3.根据权利要求1或2所述的车辆用转向系统，其中，
所述控制器能够在车辆直行时执行如下的所述反相偏移转向：使左右车轮各自的转向量相对于标准转向量的偏移量彼此相等。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的车辆用转向系统，其中，
所述控制器能够在车辆转弯时执行如下的所述反相偏移转向：使左右车轮中的转弯外侧的车轮的转向量相对于标准转向量的偏移量比左右车轮中的转弯内侧的车轮的转向量相对于标准转向量的偏移量小。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的车辆用转向系统，其中，
所述控制器能够执行如下的所述反相偏移转向：使左右车轮各自的转向量相对于标准转向量的偏移量周期性地变动。
6.根据权利要求5所述的车辆用转向系统，其中，
所述控制器构成为基于在所述偏移量达到峰值时对左右车轮分别施加的转向力来推定所述车辆行驶的路面的摩擦系数。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的车辆用转向系统，其中，
所述控制器构成为根据在所述反相偏移转向中对左右车轮分别施加的转向力的程度来推定路面的摩擦系数的大小的程度。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的车辆用转向系统，其中，
所述控制器构成为，认定车辆正在低摩擦系数道路上行驶，作为所述车辆行驶的路面的摩擦系数的推定。
9.根据权利要求8所述的车辆用转向系统，其中，
所述控制器构成为在反相偏移转向中的左右车轮的至少一个车轮的转向力小于设定转向力的情况下，认定为车辆正在低摩擦系数道路上行驶。
10.根据权利要求8或9所述的车辆用转向系统，其中，
所述控制器构成为执行识别处理，该识别处理用于使驾驶者识别车辆正在低摩擦系数道路上行驶。
11.根据权利要求10所述的车辆用转向系统，其中，
所述车辆用转向系统具备：
由驾驶者操作的转向操作部件；及
反作用力施加装置，由所述控制器控制而对所述转向操作部件施加操作反作用力，
所述控制器构成为，作为所述识别处理，在车辆正在低摩擦系数道路上行驶时，与未在低摩擦系数道路上行驶时相比，减小操作反作用力。
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