CN113815714A - 转向系统 - Google Patents

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CN113815714A CN202110660128.0A CN202110660128A CN113815714A CN 113815714 A CN113815714 A CN 113815714A CN 202110660128 A CN202110660128 A CN 202110660128A CN 113815714 A CN113815714 A CN 113815714A
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steering angle
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柿本祐辅
内野义友辉
柴田宪治
佐藤孝文
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JTEKT Corp
Toyota Motor Corp
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Abstract

转向系统包括：转向轴(21)，其随着方向盘(11)的操作而旋转；电机，其被配置成产生施加至转向轴(21)的扭矩；以及控制单元，其被配置成控制电机。控制单元被配置成：在作为调节方向盘(11)的旋转位置的调节处理使方向盘(11)自动旋转的情况下，控制电机，以使得在方向盘(11)的自动旋转停止时，方向盘(11)的旋转速度逐渐减小至零。

Description

转向系统
技术领域
本发明涉及车辆的转向系统。
背景技术
已经存在所谓的线控转向的转向系统，在该转向系统中，方向盘与转向轮之间的动力传递被切断。转向系统包括反作用机构和转向机构，该反作用机构包括作为施加至转向轴的转向反作用力的源的反作用电机，该转向机构包括作为用于使转向轮转向的转向力的源的转向电机。当车辆行驶时，用于转向系统的控制装置通过对反作用电机的电源控制产生转向反作用力，并且通过对转向电机的电源控制使转向轮转向。
在这样的线控转向的转向系统中，方向盘不受转向机构的限制。因此，当在车辆断电的状态下向方向盘施加一定的外力时，存在方向盘可能会旋转的可能性。此时，由于转向轮不工作，因此方向盘与转向轮之间的位置关系可能与对应于预定转向操纵角度比的原始位置关系不同。在此，转向操纵角度比是指转向轮的转向操纵角与方向盘的转向角之间的比。
因此，例如，在日本未审查专利申请公开第2006-321434号(JP 2006-321434 A)中公开的转向系统中，当车辆通电时执行校正方向盘的旋转位置的处理。用于转向系统的控制装置存储在车辆断电时的方向盘的旋转位置。控制装置通过比较在车辆断电时的方向盘的旋转位置与在车辆通电时的方向盘的旋转位置来计算方向盘的旋转位置的位移，并且驱动反作用电机使得位移变为0(零)。
发明内容
利用在JP 2006-321434 A中公开的转向系统，可靠地改善了方向盘与转向轮之间的位置关系中的位移。在此，方向盘在车辆通电时自动旋转，以校正方向盘与转向轮之间的位置关系。驾驶员可能由于方向盘的自动旋转而有不适感。
本发明提供了可以减少由于方向盘的自动旋转而引起的驾驶员的不适感的转向系统。
根据本发明的一个方面，提供了一种转向系统，包括：转向轴，其随着方向盘的操作而旋转；电机，其被配置成产生施加至转向轴的扭矩；以及控制单元，其被配置成控制电机。控制单元被配置成：在作为调节方向盘的旋转位置的调节处理使方向盘自动旋转的情况下，控制电机，以使得在方向盘的自动旋转停止时，方向盘的旋转速度逐渐减小至零。
利用该配置，在方向盘的自动旋转停止时，方向盘的旋转速度逐渐减小。由于抑制了正在旋转的方向盘的突然停止，因此可以减少驾驶员的不适感。
在根据该方面的转向系统中，控制单元可以被配置成：在作为调节处理使方向盘自动旋转的情况下，控制电机，以使得在方向盘的自动旋转开始时，方向盘的旋转速度逐渐增大。
利用该配置，在方向盘的自动旋转开始时，方向盘的旋转速度逐渐增大。即，方向盘开始更平滑地旋转。由于抑制了方向盘的突然旋转，因此可以减少驾驶员的不适感。
在根据该方面的转向系统中，控制单元可以被配置成执行转向操纵角反馈控制，该转向操纵角反馈控制用于使作为方向盘的旋转角的转向操纵角达到基于方向盘的旋转位置的调节的观点而设定的目标转向操纵角。在这种情况下，控制单元可以被配置成：在方向盘的自动旋转开始时以及在方向盘的自动旋转停止时，通过在限制目标转向操纵角的值的同时将目标转向操纵角的值逐渐改变至基于调节的观点而设定的最终目标转向操纵角来逐渐改变方向盘的旋转速度。
利用该配置，通过在限制作为转向操纵角的目标值的目标转向操纵角的值的同时将目标转向操纵角的值逐渐改变至基于方向盘的旋转位置的调节的观点而设定的最终目标转向操纵角，可以逐渐增大或者减小方向盘的旋转速度。
在根据该方面的转向系统中，调节处理可以是在车辆的电源从关断状态切换至接通状态时使方向盘的旋转位置对应于车辆的转向轮的转向位置的处理。
利用该配置，在执行使方向盘的旋转位置对应于转向轮的转向位置的处理时，可以减少由于方向盘的自动旋转而引起的驾驶员的不适感。
根据该方面的转向系统还可以包括止动机构，该止动机构被配置成限制方向盘的旋转。在这种情况下，控制单元可以被配置成：通过控制电机使方向盘执行至第一操作端的旋转操作然后使方向盘执行至第二操作端的反向旋转操作，以及基于电机在方向盘的反向旋转操作的开始时间点处的旋转角和结束时间点处的旋转角来计算方向盘的中立位置，作为调节处理。
利用该配置，当计算方向盘的中立位置时，可以减少由于方向盘的自动旋转而引起的驾驶员的不适感。在根据该方面的转向系统中，转向轴与车辆的转向轮之间的动力传递可以被切断。在这种情况下，电机可以被配置成产生转向反作用力，该转向反作用力被施加至转向轴并且是与转向方向相反的方向上的扭矩。
利用该配置，根据该方面的转向系统适用于所谓的线控转向的转向系统。
利用根据本发明的该方面的转向系统，可以减少由于方向盘的自动旋转而引起的驾驶员的不适感。
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，其中相似的附图标记表示相似的元件，并且在附图中：
图1是示出根据第一实施方式的转向系统的配置的图；
图2是示出根据第一实施方式的反作用控制单元的框图；
图3是示出根据第一实施方式的由反作用控制单元设定的变化限制宽度的基于时间的变化的曲线图；
图4是示出根据第一实施方式的转向操纵角的基于时间的变化的曲线图；
图5中的部分(a)是示出根据第一实施方式的校正前的方向盘的旋转位置的正视图，图5中的部分(b)、部分(c)和部分(d)是示出根据第一实施方式的校正中的方向盘的旋转位置的变化的正视图，图5中的部分(e)是示出根据第一实施方式的校正后的方向盘的旋转位置的正视图；
图6中的部分(a)是示出根据第一实施方式的由于校正方向盘的旋转位置的处理的执行而引起的转向操纵角的基于时间的变化的曲线图，以及图6中的部分(b)是示出根据第一实施方式的由于校正方向盘的旋转位置的处理的执行而引起的转向操纵角速度的基于时间的变化的曲线图；
图7是根据第二实施方式的方向盘的后视图；
图8中的部分(a)是示出根据第二实施方式的由于设定转向操纵角中点的处理的执行而引起的转向操纵角速度的基于时间的变化的曲线图，以及图8中的部分(b)是示出根据第二实施方式的由于设定转向操纵角中点的处理的执行而引起的转向操纵角的基于时间的变化的曲线图；以及
图9是示出根据第三实施方式的反作用控制单元的框图。
具体实施方式
第一实施方式
在下文中，将描述根据本发明的第一实施方式的转向系统。如图1中所示，车辆的转向系统10包括：反作用单元20，其将转向反作用力施加至车辆的方向盘11；以及转向单元30，其使车辆的转向轮12转向。转向反作用力表示在与由驾驶员操作的方向盘11的操作方向相反的方向上施加的扭矩。通过将转向反作用力施加至方向盘11，可以给驾驶员适当的反作用感。
反作用单元20包括方向盘11所连接的转向轴21、反作用电机22、减速机构23、旋转角传感器24、扭矩传感器25和反作用控制单元27。
反作用电机22是产生转向反作用力的源。例如，采用三相无刷电机作为反作用电机22。反作用电机22经由减速机构23连接至转向轴21。将由反作用电机22产生的扭矩作为转向反作用力施加至转向轴21。
旋转角传感器24被设置在反作用电机22中。旋转角传感器24检测反作用电机22的旋转角θa。扭矩传感器25被设置在转向轴21中的在减速机构23与方向盘11之间的部分中。扭矩传感器25检测通过旋转方向盘11的操作而施加至转向轴21的转向扭矩Th。
反作用控制单元27基于由旋转角传感器24检测的反作用电机22的旋转角θa来计算作为转向轴21的旋转角的转向操纵角θs。反作用控制单元27对相对于与方向盘11的中立转向位置相对应的反作用电机22的旋转角θa的旋转数进行计数(在下文中，将与中立转向位置相对应的旋转角θa称作“电机中点”)。反作用控制单元27计算总角度，该总角度是通过使用电机中点作为原点对旋转角θa求总和而获得的角度，并且反作用控制单元27通过将所计算的总角度乘以基于减速机构23的减速比的转换因子来计算方向盘11的转向操纵角θs。将电机中点作为转向操纵角中点信息存储在反作用控制单元27中。
反作用控制单元27通过对反作用电机22的驱动控制，执行用于产生对应于转向扭矩Th的转向反作用力的反作用控制。反作用控制单元27基于由扭矩传感器25检测的转向扭矩Th来计算目标转向反作用力，并且基于所计算的目标转向反作用力和转向转矩Th来计算方向盘11的目标转向操纵角。反作用控制单元27计算基于反作用电机22的旋转角θa计算的转向操纵角θs与目标转向操纵角之间的差，并且控制向反作用电机22的电力供应使得该差被抵消。反作用控制单元27使用由旋转角传感器24检测的反作用电机22的旋转角θa对反作用电机22执行矢量控制。
转向单元30包括转向轴31、转向电机32、减速机构33、小齿轮轴34、旋转角传感器35和转向控制单元36。转向轴31在车辆宽度方向(图1中的左右方向)上延伸。左转向轮和右转向轮12分别经由拉杆13连接至转向轴31的两端。
转向电机32是产生转向力的源。例如，采用三相无刷电机作为转向电机32。转向电机32经由减速机构33连接至小齿轮轴34。小齿轮轴34的小齿轮齿34a与转向轴31的齿条齿31a啮合。将由转向电机32产生的扭矩作为转向力经由小齿轮轴34施加至转向轴31。转向轴31随着转向电机32的旋转而在车辆宽度方向(图1中的左右方向)上移动。转向轮12的转向角θw随着转向轴31的移动而变化。
旋转角传感器35被设置在转向电机32中。旋转角传感器35检测转向电机32的旋转角θb。转向控制单元36通过对转向电机32的驱动控制，执行用于基于转向状态使转向轮12转向的转向控制。转向控制单元36基于由旋转角传感器35检测的转向电机32的旋转角θb来计算小齿轮轴34的旋转角θp。转向控制单元36基于由反作用控制单元27计算的目标转向操纵角来计算小齿轮轴34的目标旋转角。在此，基于实现预定转向操纵角度比的观点来计算小齿轮轴34的目标旋转角。转向控制单元36计算小齿轮轴34的目标旋转角与实际旋转角θp之间的差，并且控制向转向电机32的电力供应使得该差被抵消。转向控制单元36使用由旋转角传感器35检测的转向电机32的旋转角θb对转向电机32执行矢量控制。
下面将详细描述反作用控制单元27的功能配置的一部分。如图2中所示，反作用控制单元27包括目标转向操纵角计算单元51、保护设定单元52、保护处理单元53、转向操纵角反馈控制单元54和电源控制单元55。
目标转向操纵角计算单元51基于由扭矩传感器25检测的转向扭矩Th来计算目标转向扭矩，并且通过对转向扭矩Th的反馈控制来计算目标转向反作用力，使得转向扭矩Th达到所计算的目标转向扭矩。目标转向操纵角计算单元51基于所计算的目标转向反作用力和转向扭矩Th来计算方向盘11的目标转向操纵角θs*。目标转向操纵角计算单元51例如基于理想模型来计算目标转向操纵角θs*，在该理想模型中，在使用目标转向反作用力和转向扭矩Th的总和作为输入扭矩时，预先通过实验或模拟对与基于输入扭矩的理想转向角相对应的方向盘11的转向操纵角θs进行建模。
保护设定单元52设定用于限制在预定操作周期中的目标转向操纵角θs*的变化量的限制值Δθ。保护处理单元53基于由保护设定单元52设定的限制值Δθ来限制由目标转向操纵角计算单元51计算的目标转向操纵角θs*的变化量。
通过保护设定单元52和保护处理单元53实现将预定操作周期中的目标转向操纵角θs*的变化量限制为预定限制值Δθ的所谓的基于时间的变化限制功能。
转向操纵角反馈控制单元54接收由保护处理单元53处理的目标转向操纵角θs*和基于反作用电机22的旋转角θa计算的转向操纵角θs。转向操纵角反馈控制单元54通过对转向操纵角θs的反馈控制来计算目标转向反作用力T*，使得基于反作用电机22的旋转角θa计算的转向操纵角θs达到目标转向操纵角θs*。
电源控制单元55将对应于目标转向反作用力T*的电力供应至反作用电机22。具体地，电源控制单元55基于目标转向反作用力T*计算用于反作用电机22的电流指令值。电源控制单元55计算电流指令值与由未示出的传感器检测的实际电流值之间的差，并且控制向反作用电机22的电力供应使得该差被抵消。因此，反作用电机22产生对应于目标转向反作用力T*的扭矩。
在线控转向的转向系统10中，由于方向盘11不受转向单元30的限制，因此存在发生以下事件的可能性。
即，当车辆通电时，方向盘11和转向轮12彼此同步。因此，方向盘11与转向轮12之间的位置关系被维持在基于预定转向操纵角度比的位置关系处。当在车辆断电的状态下向方向盘11施加一定的外力时，方向盘11可以旋转。此时，由于转向轴31不工作，因此方向盘11与转向轮12之间的位置关系可能变得与基于预定转向操纵角度比的原始位置关系不同。
因此，当车辆再次通电时，转向系统10具有作为初始操作的自动调节方向盘11的旋转位置的功能。例如，在车辆断电期间方向盘11沿逆时针方向(正方向)旋转了预定角度的情况下，当车辆再次通电时，通过对反作用电机22的驱动控制，使方向盘11沿顺时针方向(负方向)旋转该预定角度。因此，方向盘11与转向轮12之间的位置关系返回至基于预定转向操纵角度比的原始位置关系。
如图1中所示，反作用控制单元27包括存储单元27m。当车辆的电源从ON切换至OFF(即，从接通状态至关断状态)时，反作用控制单元27将紧之前计算的转向操纵角θs作为基准转向操纵角θ0存储在存储单元27m中。基准转向操纵角θ0用作用于确定方向盘11在车辆断电的时段中是否旋转了的基准。
当车辆的电源从OFF切换至ON(即，从关断状态至接通状态)时，反作用控制单元27通过将存储在存储单元27m中的基准转向操纵角θ0与紧接在车辆通电后计算的转向操纵角θs进行比较来确定方向盘11的位置调节是否是必要的。
在作为车辆断电紧之前的转向操纵角θs的基准转向操纵角θ0和紧接在车辆再次通电后的转向操纵角θs彼此匹配的情况下，反作用控制单元27确定方向盘11的位置调节不是必要的。由于在车辆断电之后直到车辆再次通电的时段中转向操纵角θs未改变，因此明显的是，方向盘11没有旋转。反作用控制单元27开始用于基于转向扭矩Th产生转向反作用力的通常的反作用控制。
在作为车辆断电紧之前的转向操纵角θs的基准转向操纵角θ0和紧接在车辆再次通电后的转向操纵角θs彼此不匹配的情况下，反作用控制单元27确定方向盘11的位置调节是必要的，并且执行方向盘11的位置调节。例如，反作用控制单元27计算基准转向操纵角θ0与紧接在车辆通电后的转向操纵角θs之间的差，并且执行向反作用电机22的电力供应使得该差被抵消。具体地，反作用控制单元27基于基准转向操纵角θ0与紧接在车辆通电后的转向操纵角θs之间的差来计算目标转向操纵角θs*，并且执行对转向操纵角θs的反馈控制使得转向操纵角θs达到所计算的目标转向操纵角θs*。当基准转向操纵角θ0和当前转向操纵角θs彼此匹配时，方向盘11的位置调节完成。
然而，由于方向盘11的自动旋转，不知道正在执行这样的初始操作的驾驶员可能会有不适感。因此，在该实施方式中，基于减少由于方向盘11的自动旋转而引起的驾驶员的不适感的观点，在从初始操作的执行开始到初始操作的执行结束的时段中改变方向盘11的旋转速度。反作用控制单元27通过改变目标转向操纵角θs*的限制值Δθ来改变方向盘11的旋转速度。
如图3的曲线图中所示，反作用控制单元27在第一时段ΔT1——从初始操作的执行的开始，直到目标转向操纵角θs*的初始值(＝转向操纵角θs)的绝对值与目标转向操纵角θs*的当前值的绝对值之间的差达到第一差阈值为止——中将限制值Δθ从“0”逐渐增大至最大限制值Δθmax。最大限制值Δθmax是在预定操作周期(即，每个预定操作周期)内目标转向操纵角θs*的变化的最大容许值。
反作用控制单元27在第二时段ΔT2——在目标转向操纵角θs*的初始值的绝对值与目标转向操纵角θs*的当前值的绝对值之间的差达到第一差阈值之后，直到最终目标转向操纵角θs*的绝对值与目标转向操纵角θs*的当前值的绝对值之间的差达到小于第二差阈值的值为止——中将限制值Δθ维持在最大限制值Δθmax处。
反作用控制单元27在第三时段ΔT3——在最终目标转向操纵角θs*的绝对值与目标转向操纵角θs*的当前值的绝对值之间的差达到小于第二差阈值的值之后，直到最终目标转向操纵角θs*的绝对值与目标转向操纵角θs*的当前值的绝对值之间的差达到“0”为止——中将限制值Δθ从最大限制值Δθmax逐渐减小至“0”。
如图4的曲线图中所示，在直到转向操纵角θs的值达到最终目标转向操纵角θs*为止的时段中，每个预定操作周期的转向操纵角θs的变化量随着限制值Δθ变大而变大。另一方面，每个预定操作周期的转向操纵角θs的变化量随着限制值Δθ变小而变小。当限制值Δθ恒定时，每个预定操作周期的转向操纵角θs的变化量是对应于限制值Δθ的恒定值。
下面将描述在执行转向系统10的初始操作的过程中方向盘11的操作。如图5中的部分(a)中所示，作为前提状态，在车辆的电源从ON切换到OFF的状态下，方向盘11相对于转向轮12的转向位置沿顺时针方向旋转了角度-α。保持方向盘11与转向轮12之间的位置关系与对应于预定转向操纵角度比的原始位置关系不同。在此，转向轮12位于对应于车辆的直线前进移动的中立转向位置(转向角θw＝0°)处。因此，方向盘11需要固有地位于对应于车辆的直线前进移动的中立转向位置(转向操纵角θs＝0°)处。
在车辆的电源从OFF切换至ON时，反作用控制单元27开始方向盘11的位置调节。此时方向盘11的一系列操作的概述如下。
如图5中的部分(b)中所示，方向盘11开始沿逆时针方向(正方向)旋转，并且方向盘11的旋转速度逐渐增大。如图5中的部分(c)中所示，方向盘11的旋转速度达到恒定速度。如图5中的部分(d)中所示，随着方向盘11的旋转的量沿逆时针方向接近角度+α，方向盘11的旋转速度逐渐减小。如图5中的部分(e)中所示，当方向盘11的旋转的量沿逆时针方向达到角度+α时，方向盘11的位置调节完成。通过使方向盘11相对于初始位置——该初始位置是通过相对于转向轮12的转向位置沿顺时针方向旋转角度-α而达到的——沿逆时针方向旋转角度+α，方向盘11与转向轮12之间的位置关系返回至对应于预定转向操纵角度比的原始位置关系。
下面将详细描述从方向盘11的位置调节的开始到结束的转向操纵角速度ω和转向操纵角θs的基于时间的变化。在此，前提状态与图5中的部分(a)中所示的状态相同。转向操纵角速度ω与方向盘11的旋转速度同义。
如图6中的部分(b)的曲线图中所示，在开始方向盘11的位置调节时(时间T10)，方向盘11开始沿逆时针方向(正方向)旋转，并且方向盘11的转向操纵角速度ω开始逐渐增大。这是因为限制值Δθ即目标转向操纵角θs*的绝对值朝向最终目标转向操纵角θs*(在本文中θs*＝0°)逐渐增大。如图6中的部分(a)的曲线图中所示，转向操纵角θs的绝对值朝向作为对应于中立转向位置的原始转向操纵角θs的“0°”逐渐减小。在此，作为每单位时间的转向操纵角θs的变化量的斜率逐渐增大。这样，由于方向盘11移动地更加平滑，因此可以减少驾驶员的不适感。
如图6中的部分(b)的曲线图中所示，方向盘11的转向操纵角速度ω达到恒定速度(时间T11)。这是因为限制值Δθ即目标转向操纵角θs*的绝对值被维持在恒定值。如图6中的部分(a)的曲线图中所示，转向操纵角θs的绝对值朝向作为对应于中立转向位置的原始转向操纵角θs的“0°”逐渐减小。在此，作为每单位时间的转向操纵角θs的变化量的斜率被维持在恒定的斜率。
如图6中的部分(a)和部分(b)中所示，在转向操纵角θs的绝对值达到接近作为对应于中立转向位置的原始转向操纵角θs的“0°”的值之后(时间T12)，方向盘11的转向操纵角速度ω逐渐减小。这是因为限制值Δθ即目标转向操纵角θs*的绝对值朝向最终目标转向操纵角θs*逐渐减小。如图6中的部分(a)的曲线图中所示，转向操纵角θs的绝对值逐渐减小至作为对应于中立转向位置的原始转向操纵角θs的“0°”。在此，作为每单位时间的转向操纵角θs的变化的斜率逐渐减小。
如图6中的部分(a)和部分(b)中所示，当方向盘11的转向操纵角θs的绝对值达到作为对应于中立转向位置的原始转向操纵角θs的“0°”时(时间T13)，方向盘11的操作停止。方向盘11的转向操纵角速度ω变为“0”。如图6中的部分(a)的曲线图中所示，转向操纵角θs的绝对值与最终目标转向操纵角θs*(在本文中θs*＝θw＝0°)匹配。即，方向盘11与转向轮12之间的位置关系返回至对应于预定转向操纵角度比的原始位置关系。由于在方向盘11的位置调节完成紧之前方向盘11的旋转速度逐渐减小，因此可以减少驾驶员的不适感。
第一实施方式的优点
因此，根据第一实施方式，可以实现以下优点。(1)紧接在方向盘11的位置调节开始之后，方向盘的旋转速度逐渐增大。即，方向盘11开始更平滑地旋转。由于抑制了方向盘11的突然旋转，因此可以减少驾驶员的不适感。
(2)在方向盘11的位置调节结束紧之前，方向盘的旋转速度逐渐减小。由于抑制了正在旋转的方向盘11的突然停止，因此可以减少驾驶员的不适感。
(3)通过以上在(1)和(2)中描述的方向盘11的旋转速度的逐渐增大和减小的功能，可以减少紧接在方向盘11的位置调节开始之后以及在方向盘11的位置调节结束紧之前的驾驶员的不适感。因此，可以在方向盘11的旋转速度被维持在恒定速度时段中以较高的速度旋转方向盘11。因此，可以实现方向盘11的更平滑的旋转行为，并且可以减少从方向盘11的位置调节的开始到结束所需的时间。
第二实施方式
下面将描述根据本发明的第二实施方式的转向系统。该实施方式基本上具有与图1和图2中所示的第一实施方式的配置相同的配置。该实施方式可以与第一实施方式组合来实施。
如图7中所示，反作用单元20包括止动机构40。止动机构40被设置成限制方向盘11的转向操纵角θs。止动机构40限制方向盘11旋转超过一圈(360°)。图7是方向盘11的后视图。
止动机构40包括第一限制构件41和第二限制构件42。第一限制构件41固定至在车身处支承转向轴21的转向柱43。第一限制构件41沿转向轴21的径向方向延伸。第一限制构件41包括沿转向轴21的旋转方向位于相反侧的第一限制表面41a和第二限制表面41b。第一限制表面41a和第二限制表面41b是倾斜的，使得这些限制表面沿转向轴21的径向方向朝向转向轴21彼此接近。第一限制构件41被设置成对应于方向盘11的中立位置。
第二限制构件42固定至转向轴21的外周表面。第二限制构件42位于在方向盘11的侧的转向轴21的端部附近。第二限制构件42沿与转向轴21的旋转中心轴垂直的方向延伸。第二限制构件42被配置成沿转向轴21的旋转方向与第一限制构件41接触。因此，方向盘11在第二限制构件42和第一限制构件41的第一限制表面41a接触处的第一限制位置与第二限制构件42和第一限制构件41的第二限制表面41b接触处的第二限制位置之间移动。
当由第一限制表面41a和第二限制表面41b形成的角度被设定为例如20°时，在方向盘11相对于方向盘11的中立位置向右旋转170°时，第二限制构件42与第一限制构件41的第一限制表面41a接触。在方向盘11相对于方向盘11的中立位置向左旋转170°时，第二限制构件42与第一限制构件41的第二限制表面41b接触。即，方向盘11的操作范围被限制在相对于方向盘11的中立位置的±170°的范围内，即，总范围为340°。
方向盘11与转向轮12之间的位置关系被维持在对应于预定转向操纵角度比的位置关系处。例如，当方向盘11在其整个操作范围内被操作时，转向轮12在其整个转向范围内被转向。在此，由于方向盘11的操作范围被限制在小于360°的范围内，因此可以在不使方向盘11旋转一圈的情况下使转向轮12在整个转向范围内转向。即，没有必要对方向盘11执行手切换操作(交叉操作)。
在转向系统10中，基于方向盘11的转向操纵角θs来控制转向电机32。转向系统10包括被设置成限制方向盘11的转向操纵角θs的止动机构40。因此，为了将方向盘11与转向轮12之间的位置关系维持在对应于预定转向操纵角度比的位置关系处，需要使方向盘11的中立转向位置和转向轮12的中立转向位置匹配。
例如，当在电池的更换工作中将电池从车辆上卸下时，未向反作用控制单元27供应电力。因此，存储在反作用控制单元27中的转向操纵角中点信息丢失。因此，可能难以将方向盘11与转向轮12之间的位置关系维持在对应于预定转向操纵角度比的位置关系处。因此，当在新电池被附接至车辆之后车辆首次通电时，反作用控制单元27再次设定转向操纵角中点信息。
反作用控制单元27首先基于在车辆通电的时间点处的反作用电机22的旋转角θa来计算当前转向操纵角θs作为方向盘11的初始位置，并且暂时存储所计算的转向操纵角θs。
然后，反作用控制单元27基于存储为方向盘11的初始位置的转向操纵角θs来设定第一目标转向操纵角，使得方向盘11向右旋转至第二限制构件42与第一限制构件41的第一限制表面41a接触处的位置。反作用控制单元27通过执行转向操纵角反馈控制，将第二限制构件42与第一限制构件41的第一限制表面41a接触时的转向操纵角θs暂时存储为第一端角。
然后，反作用控制单元27基于存储为方向盘11的初始位置的转向操纵角θs来设定第二目标转向操纵角，使得方向盘11向左旋转至第二限制构件42与第一限制构件41的第二限制表面41b接触处的位置。反作用控制单元27通过执行转向操纵角反馈控制，将第二限制构件42与第一限制构件41的第二限制表面41b接触时的转向操纵角θs暂时存储为第二端角。
然后，反作用控制单元27计算第一端角和第二端角之和的一半的值作为转向操纵角θs的中点θs0。所计算的转向操纵角θs的中点θs0对应于电机中点，该电机中点是在方向盘11位于中立转向位置处时的反作用电机22的旋转角θa。反作用控制单元27将所计算的转向操纵角θs的中点θs0和电机中点存储为转向操纵角中点信息。这样，设定转向操纵角中点的处理完成。
此后，反作用控制单元27将存储为转向操纵角中点信息的转向操纵角θs的中点θs0的值设定为第三目标转向操纵角，使得方向盘11旋转至对应于转向操纵角θs的真正的中点θs0的位置。反作用控制单元27通过执行转向操纵角反馈控制，将方向盘11旋转至转向操纵角θs与第三目标转向操纵角匹配的位置。因此，方向盘11的旋转位置到达对应于转向操纵角θs的真正的中点θs0的位置。
在执行转向操纵角中点设定处理的情况下，方向盘在车辆的电源接通时自动旋转。驾驶员可能会由于方向盘的自动旋转而有不适感。在方向盘11相对于车辆的电源接通的位置旋转至第一限制位置时、在方向盘11从第一限制位置反向旋转至第二限制位置时以及在方向盘11从第二限制位置旋转至转向操纵角θs的中点θs0时，可能无法实现方向盘11的平滑行为。例如，方向盘11可能突然旋转或者突然停止。
因此，在该实施方式中，在执行转向操纵角中点设定处理的情况下，以与在第一实施方式中执行自动调节方向盘11的旋转位置的功能的情况相同的方式，使方向盘11的旋转速度逐渐增大和减小。即，紧接在方向盘11的自动旋转开始之后，使方向盘11的旋转速度逐渐增大。在方向盘11的自动旋转停止紧之前，使方向盘11的旋转速度逐渐减小。
如图8中的部分(a)的曲线图中所示，在方向盘11相对于车辆的电源接通的位置旋转至第一限制位置时，方向盘11的转向操纵角速度ω逐渐增大并且最终达到恒定速度(时间T21)。在方向盘11的旋转位置接近第一限制位置之后(时间T22)，方向盘11的转向操纵角速度ω逐渐减小。在方向盘11的旋转位置到达第一限制位置时(时间T23)，方向盘11的旋转停止。
在方向盘11从第一限制位置反向旋转至第二限制位置时，方向盘11的转向操纵角速度ω逐渐增大并且最终达到恒定速度(时间T31)。在方向盘11的旋转位置接近第二限制位置之后(时间T32)，方向盘11的转向操纵角速度ω逐渐减小。在方向盘11的旋转位置到达第二限制位置时(时间T33)，方向盘11的旋转停止。
最后，当方向盘11从第二限制位置旋转至转向操纵角θs的中点θs0时，方向盘11的转向操纵角速度ω逐渐增大并且最终达到恒定速度(时间T41)。在方向盘11的旋转位置接近转向操纵角θs的中点θs0之后(时间T42)，方向盘11的转向操纵角速度ω逐渐减小。在方向盘11的旋转位置到达转向操纵角θs的中点θs0时(时间T43)，方向盘11的旋转停止。
如图8中的部分(b)的曲线图中所示，通过根据转向情况改变目标转向操纵角θs*的限制值Δθ，转向操纵角θs可以更平滑地改变而不会突然地(急剧地)增大或者不会突然地(急剧地)减小。
因此，根据第二实施方式，可以实现以下优点。(4)紧接在方向盘11的自动旋转开始之后，方向盘的旋转速度逐渐增大。即，方向盘11开始更平滑地旋转。由于抑制了方向盘11的突然旋转，因此可以减少驾驶员的不适感。
(5)在方向盘11的自动旋转停止紧之前，方向盘的旋转速度逐渐减小。由于抑制了正在旋转的方向盘11的突然停止，因此可以减少驾驶员的不适感。
(6)通过以上在(4)和(5)中描述的逐渐增大和减小方向盘11的旋转速度的功能，可以减少紧接在方向盘11的自动旋转开始之后以及在方向盘11的自动旋转结束紧之前的驾驶员的不适感。因此，可以在方向盘11的旋转速度被维持在恒定速度时段中以较高的速度旋转方向盘11。因此，可以实现方向盘11的更平滑的旋转行为，并且可以减少从转向操纵角中点设定处理的开始到结束所需的时间。
第三实施方式
下面将描述根据本发明的第三实施方式的转向系统。该实施方式基本上具有与图1中所示的第一实施方式的配置相同的配置，并且该实施方式在反作用控制单元27的配置方面与第一实施方式有所不同。该实施方式可以与第二实施方式组合来实施。
如图9中所示，反作用控制单元27包括第一控制单元27a、第二控制单元27b、开关27c、电源控制单元27d和标志设定电路27e。第一控制单元27a是执行用于通过反作用电机22的驱动控制来产生对应于转向扭矩Th的转向反作用力的通常的反作用控制的单元。第一控制单元27a包括目标转向反作用力计算单元61、轴向力计算单元62和减法器63。
目标转向反作用力计算单元61基于转向扭矩Th计算目标转向反作用力T1*。目标转向反作用力T1*是从反作用电机22产生的转向反作用力的目标值。目标转向反作用力计算单元61计算其绝对值随着转向扭矩Th的绝对值变大而变大的目标转向反作用力T1*。
轴向力计算单元62例如基于小齿轮轴34的旋转角θp的值和转向电机32的电流Ib的值中的至少之一来计算经由转向轮12施加至转向轴31的轴向力，并且计算通过将所计算的轴向力转换为扭矩而获得的等效扭矩值(即，基于轴向力的转向反作用力)T2*。
减法器63通过从由目标转向反作用力计算单元61计算的目标转向反作用力T1*减去由轴向力计算单元62计算的等效扭矩值T2*来计算目标转向反作用力T3*。
第二控制单元27b是执行调节方向盘11的旋转位置的处理的单元。调节方向盘11的旋转位置的处理是指根据第一实施方式的自动调节方向盘11的旋转位置的调节处理或者根据第二实施方式的转向操纵角中点设定处理。第二控制单元27b包括目标转向操纵角计算单元71、保护设定单元72、保护处理单元73、转向操纵角反馈控制单元74和转向操纵角计算单元75。
转向操纵角计算单元75基于小齿轮轴34的旋转角θp和转向操纵角度比来计算对应于小齿轮轴34的旋转角θp的转向操纵角θs。目标转向操纵角计算单元71、保护设定单元72、保护处理单元73和转向操纵角反馈控制单元74基本上具有与图2中所示的第一实施方式中的目标转向操纵角计算单元51、保护设定单元52、保护处理单元53和转向操纵角反馈控制单元54的功能相同的功能。目标转向操纵角计算单元71基于由转向操纵角计算单元75计算的转向操纵角θs来计算目标转向操纵角θs*。转向操纵角反馈控制单元74接收已经由保护处理单元73处理的目标转向操纵角θs*和基于反作用电机22的旋转角θa计算的转向操纵角θs，并且通过转向操纵角θs的反馈控制来计算目标转向反作用力T4*，使得所接收的转向操纵角θs达到目标转向操纵角θs*。
开关27c接收由第一控制单元27a计算的目标转向反作用力T3*和由第二控制单元27b计算的目标转向反作用力T4*作为数据输入。开关27c接收由标志设定电路27e设定的标志F作为控制输入。当车辆通电时，标志设定电路27e在方向盘11的位置调节是必要的并且位置调节尚未完成的情况下将标志F的值设定为“0”。当车辆通电时，标志设定电路27e在方向盘11的位置调节是必要的并且位置调节已经完成的情况下或者在方向盘11的位置调节不是必要的情况下将标志F的值设定为“1”。
开关27c基于标志F的值，选择由第一控制单元27a计算的目标转向反作用力T3*和由第二控制单元27b计算的目标转向反作用力T4*中的一个作为最终目标转向反作用力T5*。当标志F的值为“0”时，开关27c选择由第二控制单元27b计算的目标转向反作用力T4*作为最终目标转向反作用力T5*。当标志F的值为“1”时，开关27c选择由第一控制单元27a计算的目标转向反作用力T3*作为最终目标转向反作用力T5*。
电源控制单元27d向反作用电机22供应对应于由开关27c选择的最终目标转向反作用力T5*的电力。因此，根据第三实施方式，除了第一实施方式的(1)至(3)或者第二实施方式的(4)至(6)中描述的优点之外，还可以实现以下优点。
(7)基于调节方向盘11的旋转位置的处理是否已经完成，选择性地执行由第一控制单元27a执行的通常的反作用控制和用于调节方向盘11的旋转位置的控制(即，控制在通常的反作用控制与用于调节方向盘11的旋转位置的控制之间进行切换)。因此，可以防止通常的反作用控制和用于调节方向盘11的旋转位置的控制互相干扰。
其他实施方式
第一实施方式至第三实施方式可以进行如下修改。在第二实施方式中，在更换电池后车辆的电源首次接通时执行转向操纵角中点设定处理，但是，例如，也可以在无论是否执行了电池的更换工作在车辆的电源接通时执行转向操纵角中点设定处理。
在第二实施方式中，将对应于方向盘11的中立位置的转向操纵角θs的中点θs0用作反作用单元20的操作的基准点，但是可以将对应于偏离方向盘11的中立位置的位置的转向操纵角θs用作反作用单元20的操作的基准点，只要其可以与转向轮12的转向角θw相关即可。
在第二实施方式中，在方向盘11相对于车辆的电源接通的位置旋转至第一限制位置时，无法确定方向盘11从车辆的电源接通的位置到第一限制位置的旋转角的量，并且因此可能无法适当地执行方向盘11的旋转速度的逐渐增大和减小。在这种情况下，在转向操纵角中点设定处理中，可以仅在方向盘11相对于车辆的电源接通的位置旋转至第一限制位置的时段中不执行方向盘11的旋转速度的逐渐增大和减小，或者可以执行以下处理。
即，在执行转向操纵角中点设定处理之前，确定方向盘11与转向轮12之间的粗略的表面的位置关系，并且将方向盘11预先设定至中立位置附近。然后，在方向盘11从方向盘11的中立位置向右旋转时，假设方向盘11旋转了方向盘11与第一限制构件41的第一限制表面41a接触时的角度，即，假设方向盘11在向右转向方向上旋转了170°，执行方向盘11的旋转速度的逐渐增大和减小。
如图1中交替的一长两短虚线所示，在第一实施方式至第三实施方式中，例如当在车舱中设置通知单元28时，反作用控制单元27可以使用通知单元28通知驾驶员方向盘11的位置调节的开始和结束以及转向操纵角中点设定处理的开始和结束。使用通知单元28的通知操作的示例包括使用文本显示消息和使用语音发送消息。利用该配置，由于驾驶员可以识别出方向盘11正在自动旋转以及自动旋转的方向盘11自动停止，因此可以减少驾驶员的不适感。
在第一实施方式至第三实施方式中，使用基于反作用电机22的旋转角θa计算的转向操纵角θs，但是在采用包括转向操纵角传感器的配置作为转向系统10的情况下，可以使用由转向操纵角传感器检测的转向操纵角θs。
在第一实施方式至第三实施方式中，根据产品规格等将转向操纵角度比设定为适当的值。例如，转向操纵角度比可以是“θs:θw＝1:1”或者“θs:θw＝1:3”。例如，当转向操纵角度比为“θs:θw＝1:3”并且转向操纵角θs位移了10°时，转向角θw位移了30°。因此，使转向操纵角θs和转向角θw彼此正确地同步是更优选的。
在第一实施方式至第三实施方式中，方向盘11的旋转速度紧接在方向盘11的自动旋转开始之后逐渐增大，但是方向盘11的旋转速度可以不逐渐增大。即，紧接在方向盘11的自动旋转开始之后，可以通过执行转向操纵角反馈控制来使方向盘11旋转。
在第一实施方式至第三实施方式中，反作用控制单元27和转向控制单元36可以被配置为单个控制单元。在第一实施方式至第三实施方式中，车辆的电源可以包括例如辅助电源(ACC电源)或者点火电源(IG电源)。
在第一实施方式至第三实施方式中，车辆的转向系统10具有其中转向轴21与转向轮12之间的动力传递被切断的所谓的无连杆结构，但是可以采用其中转向轴21与转向轮12之间的动力传递可以被离合器切断的结构。当离合器分离时，方向盘11与转向轮12之间的动力传递被切断。当离合器接合时，在方向盘11与转向轮12之间传递动力。
第二实施方式可以应用于其中转向轴21和转向轴31例如经由齿条和小齿轮机构连接的电动动力转向系统。在这种情况下，反作用电机22用作辅助力的源，该辅助力是用于辅助方向盘11的操作的力。

Claims (6)

1.一种转向系统，其特征在于，包括：
转向轴(21)，其随着方向盘(11)的操作而旋转；
电机，其被配置成产生施加至所述转向轴(21)的扭矩；以及
控制单元，其被配置成控制所述电机，
其中，所述控制单元被配置成：在作为调节所述方向盘(11)的旋转位置的调节处理使所述方向盘(11)自动旋转的情况下，控制所述电机，以使得在所述方向盘(11)的自动旋转停止时，所述方向盘(11)的旋转速度逐渐减小至零。
2.根据权利要求1所述的转向系统，其特征在于，所述控制单元被配置成：在作为所述调节处理使所述方向盘(11)自动旋转的情况下，控制所述电机，以使得在所述方向盘(11)的自动旋转开始时，所述方向盘(11)的旋转速度逐渐增大。
3.根据权利要求2所述的转向系统，其特征在于：
所述控制单元被配置成执行转向操纵角反馈控制，所述转向操纵角反馈控制用于使作为所述方向盘(11)的旋转角的转向操纵角达到基于所述方向盘(11)的旋转位置的调节的观点而设定的目标转向操纵角；以及
所述控制单元被配置成：在所述方向盘(11)的自动旋转开始时以及在所述方向盘(11)的自动旋转停止时，通过在限制所述目标转向操纵角的值的同时将所述目标转向操纵角的值逐渐改变至基于所述调节的观点而设定的最终目标转向操纵角来逐渐改变所述方向盘(11)的旋转速度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的转向系统，其特征在于，所述调节处理是在车辆的电源从关断状态切换至接通状态时使所述方向盘(11)的旋转位置对应于所述车辆的转向轮的转向位置的处理。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的转向系统，其特征在于，还包括：
止动机构，其被配置成限制所述方向盘(11)的旋转，
其中，所述控制单元被配置成：通过控制所述电机使所述方向盘(11)执行至第一操作端的旋转操作然后使所述方向盘(11)执行至第二操作端的反向旋转操作，以及基于所述电机在所述方向盘(11)的反向旋转操作的开始时间点处的旋转角和结束时间点处的旋转角来计算所述方向盘(11)的中立位置，作为所述调节处理。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的转向系统，其特征在于：
所述转向轴(21)与车辆的转向轮之间的动力传递被切断；以及
所述电机被配置成产生转向反作用力，所述转向反作用力被施加至所述转向轴(21)并且是与转向方向相反的方向上的扭矩。
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