CN114194288A - 转向控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了转向控制装置。该转向控制装置包括电子控制单元，该电子控制单元被配置成：计算作为转向反作用力的目标值的目标反作用扭矩，该转向反作用力是与对转向单元(4)的转向输入对抗的力；以及控制设置在转向单元(4)中的转向侧电机(13)的操作，使得产生与目标反作用扭矩对应的电机扭矩。该电子控制单元被配置成基于作用在操作以使转动轮(5)转动的转动轴上的轴向力来计算角度轴向力作为轴向分量，该角度轴向力是其中不反映道路表面信息的轴向力，并且该角度轴向力是根据可转换为转动轮(5)的转动角的角度来确定的。该电子控制单元被配置成执行防护过程，使得角度轴向力不过度。

Description

转向控制装置

技术领域

本发明涉及转向控制装置。

背景技术

在相关技术中，其中由驾驶员转向的转向单元与根据驾驶员的转向使转动轮转动的转动单元之间的动力传递路径被切断的线控转向系统被称为一种转向系统。在这种转向系统中，诸如施加至转动轮的道路表面反作用力的道路表面信息不被机械地传递至方向盘。因此，控制这种转向系统的转向控制装置通过使转动侧致动器向方向盘施加考虑道路表面信息而确定的转向反作用力来将道路表面信息传递至驾驶员。

例如，日本未审查专利申请公开第2017-165219号(JP 2017-165219 A)公开了转向控制装置，该转向控制装置关注作用在连接至转动轮的转动轴上的轴向力，并且基于以下所分配的轴向力来确定转向反作用力：所分配的轴向力是通过对根据基于方向盘的转向角获取的目标转向角计算的角度轴向力和根据针对作为转动侧致动器的驱动源的转动侧电机的驱动电流计算的电流轴向力以预定的分配比例进行分配而获得的。角度轴向力被计算成随着目标转动角的绝对值增加而增加。

发明内容

当车辆正在行驶时，车辆可能处于以下情况：当车辆通过驾驶员对方向盘的转向而转动时，离心力大于后轮与道路表面之间的摩擦力。这种情况特别有可能发生在诸如结冰道路的低摩擦道路上。在这种情况下，车辆处于其中车辆转动超过驾驶员对方向盘的转向的过度转向状态。在这种过度转向状态下，驾驶员可以执行所谓的反向转向以将方向盘转向至与车辆正在转动的一侧相反的一侧，使得恢复车辆的姿态。

在此，角度轴向力基于根据方向盘的转向角获取的目标转动角。因此，在执行反向转向时，角度轴向力随着方向盘的转向角增加而增加并且转向反作用力可能变得过度。因此，在其中执行反向转向的情况下，驾驶员在方向盘的转向期间可能感到沉重并且转向感可能变得更差。

本发明提供一种转向控制装置，其能够在其中执行反向转向的情况下防止转向感变得更差。

根据本发明的一方面的转向控制装置被配置成控制具有结构的转向系统，在该结构中，转向单元和根据对该转向单元的转向输入使转动轮转动的转动单元之间的动力传递路径被切断。转向控制装置包括电子控制单元，该电子控制单元被配置成：计算作为转向反作用力的目标值的目标反作用扭矩，该转向反作用力是与对转向单元的转向输入对抗的力；并且控制设置在转向单元中的转向侧电机的操作，使得产生与目标反作用扭矩对应的电机扭矩。该电子控制单元被配置成基于作用在进行操作以使转动轮转动的转动轴上的轴向力来计算角度轴向力作为轴向分量，该角度轴向力是其中不反映道路表面信息的轴向力，并且该角度轴向力是根据可转换为转动轮的转动角的角度来确定的。该电子控制单元被配置成执行防护过程，使得角度轴向力不过度。

通过这种配置，在计算轴向分量时，执行防护处理，使得角度轴向力不过度。因此，即使在其中执行反向转向的情况下，也可以抑制转向反作用力过度。因此，在其中执行反向转向的情况下，驾驶员在方向盘的转向期间(即，在方向盘的操作期间)不太可能感到沉重，并且可以防止转向感变得更差。

电子控制单元可以被配置成限制角度轴向力的绝对值，使得角度轴向力的绝对值等于或小于角度轴向力不过度的极限值。通过这种配置，可以将角度轴向力适当地限制为期望的极限值。

在转向控制装置中，电子控制单元可以被配置成存储角度轴向力调整映射，该角度轴向力调整映射用于执行调整使得角度轴向力不过度。通过这种配置，由于可以使用角度轴向力调整映射来执行调整使得角度轴向力不过度，因此可以简化与防护过程相关联的配置。

在转向控制装置中，可以基于车速来调整极限值。例如，当车辆正在以高速行驶时，作用在转动轴上的轴向力增加，因此考虑到道路表面反作用力，可以将角度轴向力设置成增加。这同样适用于其中正在执行反向转向的情况。就此而言，通过这种配置，由于基于车速来调整极限值，因此可以在其中执行反向转向的情况下，在抑制转向反作用力过度的同时施加适当的转向反作用力。

通过根据本发明的一方面的转向控制装置，可以在其中执行反向转向的情况下防止转向感变得更差。

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，其中相同的标记表示相同的元素，并且在附图中：

图1是示意性示出转向系统的配置的图；

图2是示出转向控制装置的框图；

图3是示出目标反作用扭矩计算单元的框图；

图4是示出反作用分量计算单元的框图；

图5是示出角度轴向力调整映射的示例的曲线图。

具体实施方式

下面将参照附图描述根据本发明的实施方式的转向控制装置。如图1所示，由根据实施方式的转向控制装置1控制的转向系统2被配置成线控转向系统。转向系统2包括：由驾驶员经由方向盘3转向的转向单元4；以及根据驾驶员对转向单元4的转向而使转动轮5转动的转动单元6。

转向单元4包括：方向盘3固定至的转向轴11；以及向转向轴11施加转向反作用力的转向侧致动器12。转向侧致动器12包括：用作驱动源的转向侧电机13；以及使转向侧电机13的旋转减速并将减速的旋转传递至转向轴11的转向侧减速器14。例如，可以采用三相无刷电机作为根据本实施方式的转向侧电机13。

转动单元6包括：小齿轮轴21；用作连接至小齿轮轴21的转动轴的齿条轴22；容纳齿条轴22使得齿条轴22可以往复运动的齿条壳体23；以及包括小齿轮轴21和齿条轴22的齿条和小齿轮机构24。小齿轮轴21和齿条轴22被布置成具有预定的交叉角。形成在小齿轮轴21中的小齿轮齿21a和形成在齿条轴22中的齿条齿22a彼此啮合以构成齿条和小齿轮机构24。拉杆26经由齿条端25分别连接至齿条轴22的两端，齿条端25中的每一个由球形接头形成。拉杆26的端部连接至右转动轮5和左转动轮5所组装至的转向节(未示出)。

设置小齿轮轴21的原因是齿条轴22被支承在未示出的壳体中。也就是说，齿条轴22被支承为可沿其轴向移动并且通过设置在转向系统2中的支承机构(未示出)被压至小齿轮轴21。因此，齿条轴22被支承在壳体中。在此，可以设置在壳体中支承齿条轴22而不使用小齿轮轴21的另一支承机构。

转动单元6包括向齿条轴22施加用于使转动轮5转动的转动力的转动侧致动器31。转动侧致动器31包括用作驱动源的转动侧电机32、传动机构33和转换机构34。转动侧致动器31通过经由传动机构33将转动侧电机32的旋转传递至转换机构34并使转换机构34将所述旋转转换成齿条轴22的往复运动来向转动单元6施加转动力。在本实施方式中，例如三相无刷电机被用作转动侧电机32，例如带机构被用作传动机构33，并且例如滚珠丝杠机构被用作转换机构34。

在具有前述配置的转向系统2中，通过根据驾驶员的转向操作将转动力从转动侧致动器31施加至齿条轴22来改变转动轮5的转动角。此时，对抗驾驶员转向的转向反作用力从转向侧致动器12施加至方向盘3。

下面将描述根据该实施方式的电气配置。转向控制装置1连接至转向侧电机13和转动侧电机32，并且控制转向侧电机13和转动侧电机32的操作。转向控制装置1包括未示出的中央处理单元(CPU)和存储器，并且CPU以根据预定操作周期的间隔执行存储在存储器中的程序。因此，执行各种控制。也就是说，转向控制装置1包括包含CPU和存储器的电子控制单元(ECU)。

检测作为车辆的行驶速度的车速V的车速传感器41和检测施加至转向轴11的转向扭矩Th的扭矩传感器42连接至转向控制装置1。扭矩传感器42设置在转向轴11上比连接至转向侧减速器14的连接部分更靠近方向盘3的位置处。扭矩传感器42基于扭杆43的扭转来检测转向扭矩Th。转向侧旋转角传感器44检测转向侧电机13的旋转角θs即在360°(360度)范围内的相对角度，作为指示转向单元4的转向量的检测值。转动侧旋转角传感器45检测转动侧电机32的旋转角θt即相对角度，作为指示转动单元6的转动量的检测值。转向侧旋转角传感器44和转动侧旋转角传感器45连接至转向控制装置1。例如，转向扭矩Th以及旋转角θs和θt在方向盘向右转向时被检测为正值并且在方向盘向左转向时被检测为负值。转向控制装置1基于各种状态量来控制转向侧电机13和转动侧电机32的操作。

下面将描述转向控制装置1的配置。如图2所示，转向控制装置1包括输出转向侧电机控制信号Ms的转向侧控制单元51和基于转向侧电机控制信号Ms向转向侧电机13供应驱动电力的转向侧驱动电路52。电流传感器54检测转向侧电机13的相电流的相电流值Ius、Ivs和Iws，所述相电流在转向侧驱动电路52与转向侧电机13的相电机线圈之间的连接线53中流动。电流传感器54连接至转向侧控制单元51。在图2中，为了便于描述，针对相的连接线53和针对相的电流传感器54总体地示出为单个。

转向控制装置1包括输出转动侧电机控制信号Mt的转动侧控制单元56和基于转动侧电机控制信号Mt向转动侧电机32供应驱动电力的转动侧驱动电路57。电流传感器59检测转动侧电机32的相电流的相电流值Iut、Ivt和Iwt，所述相电流值在转动侧驱动电路57与转动侧电机32的相电机线圈之间的相连接线58中流动。电流传感器59连接至转动侧控制单元56。在图2中，为了便于描述，针对相的连接线58和针对相的电流传感器59总体示出为单个。例如，在根据本实施方式的转向侧驱动电路52和转动侧驱动电路57中的每一个中采用包括多个开关元件例如FET的已知的PWM逆变器。转向侧电机控制信号Ms和转动侧电机控制信号Mt是用于规定开关元件的导通/截止状态的栅极导通/截止信号。

转向侧控制单元51和转动侧控制单元56通过将转向侧电机控制信号Ms和转动侧电机控制信号Mt输出至转向侧驱动电路52和转动侧驱动电路57来向转向侧电机13和转动侧电机32供应来自车载电源B的驱动电力。因此，转向侧控制单元51和转动侧控制单元56控制转向侧电机13和转动侧电机32的操作。

下面将描述转向侧控制单元51的配置。转向侧控制单元51通过以根据预定操作周期的间隔执行由以下控制块指示的操作过程来生成转向侧电机控制信号Ms。车速V、转向扭矩Th、旋转角θs、相电流值Ius、Ivs和Iws、作为转动侧电机32的驱动电流的q轴电流值Iqt、以及稍后将描述的转动对应角θp被输入至转向侧控制单元51。然后，转向侧控制单元51基于这些状态量来生成转向侧电机控制信号Ms并且输出所生成的转向侧电机控制信号Ms。

具体地，转向侧控制单元51包括：计算方向盘3的转向角θh的转向角计算单元61；计算作为转向反作用力的目标值的目标反作用扭矩Ts*的目标反作用扭矩计算单元62；以及输出转向侧电机控制信号Ms的转向侧电机控制信号计算单元63。

转向侧电机13的旋转角θs被输入至转向角计算单元61。转向角计算单元61例如通过从转向中立位置计数转向侧电机13的转数来将旋转角θs转换成包括超过360°的范围的总角度，并且获取该总角度。转向角计算单元61通过将已转换成总角度的旋转角乘以基于转向侧减速器14的转速比的转换因子来计算转向角θh。计算出的转向角θh被输出至目标反作用扭矩计算单元62。

车速V、转向扭矩Th、转向角θh、q轴电流值Iqt和转动对应角θp被输入至目标反作用扭矩计算单元62。如稍后将描述的，目标反作用扭矩计算单元62基于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力矩Ts*输出至转向侧电机控制信号计算单元63。目标反作用扭矩计算单元62将在计算目标反作用扭矩Ts*的过程中获取的目标转向角θh*输出至转动侧控制单元56，目标转向角θh*是方向盘3的转向角θh的目标值。

除目标反作用扭矩Ts*之外，旋转角θs以及相电流值Ius、Ivs和Iws被输入至转向侧电机控制信号计算单元63。根据本实施方式的转向侧电机控制信号计算单元63基于目标反作用扭矩Ts*来计算d/q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*。d轴目标电流值Ids*表示d/q坐标系中的d轴上的目标电流值。q轴目标电流值Iqs*表示d/q坐标系中的q轴上的目标电流值。转向侧电机控制信号计算单元63计算q轴目标电流值Iqs*使得其绝对值随着目标反作用扭矩Ts*的绝对值增加而增加。在本实施方式中，d轴目标电流值Ids*基本上被设置为零。转向侧电机控制信号计算单元63通过在d/q坐标系中执行电流反馈控制，来生成被输出至转向侧驱动电路52的转向侧电机控制信号Ms。

具体地，转向侧电机控制信号计算单元63通过基于旋转角θs将相电流值Ius、Ivs和Iws映射到d/q坐标上来计算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是转向侧电机13的在d/q坐标系中的实际电流值。转向侧电机控制信号计算单元63基于d轴上的和q轴上的电流差来计算目标电压值，使得d轴电流值Ids符合d轴目标电流值Ids*并且q轴电流值Iqs符合q轴目标电流值Iqs*，并且基于目标电压值计算具有占空比(占空度)的转向侧电机控制信号Ms。

计算出的转向侧电机控制信号Ms被输出至转向侧驱动电路52。因此，与转向侧电机控制信号Ms对应的驱动电力从转向侧驱动电路52被供应至转向侧电机13。由目标反作用扭矩Ts*指示的转向反作用力从转向侧电机13施加至方向盘3。

下面将描述转动侧控制单元56的配置。转动侧控制单元56通过以根据预定操作周期的间隔执行由以下控制块指示的操作过程来生成转动侧电机控制信号Mt。旋转角θt、目标转向角θh*以及转向侧电机32的相电流值Iut、Ivt和Iwt被输入至转动侧控制单元56。然后，转动侧控制单元56基于状态量来生成转动侧电机控制信号Mt并且输出所生成的转动侧电机控制信号Mt。

具体地，转动侧控制单元56包括转动对应角计算单元71，该转动对应角计算单元71计算作为小齿轮轴21的旋转角的转动对应角θp。转动侧控制单元56还包括：目标转动扭矩计算单元72，该目标转动扭矩计算单元72计算作为转动力的目标值的目标转动扭矩Tt*；以及转动侧电机控制信号计算单元73，该转动侧电机控制信号计算单元73输出转动侧电机控制信号Mt。在根据本实施方式的转向系统2中，转向角比即转向角θh与转动对应角θp之间的比被设置为1:1的固定比，并且作为转动对应角θp的目标值的目标转动对应角被设置成与目标转向角θh*相同。

转动侧电机32的旋转角θt被输入至转动对应角计算单元71。转动对应角计算单元71例如通过从车辆直线向前移动的中立位置计数转向侧电机32的转数来将输入的旋转角θt转换成总角度，并且获得该总角度。转动对应角计算单元71通过将已转换成总角度的旋转角乘以基于传动机构33的减速比、转换机构34的导程、以及齿条和小齿轮机构24的转速比的转换因子来计算转动对应角θp。也就是说，当假设小齿轮轴21连接至转向轴11时，转动对应角θp对应于方向盘3的转向角θh。计算出的转动对应角θp被输出至减法器74和目标反作用扭矩计算单元62。除了转动对应角θp之外，目标转向角θh*被输入至减法器74.

通过从目标转向角θh*即目标转动对应角减去转动对应角θp而从减法器74获取的角度差Δθp被输入至目标转动扭矩计算单元72。目标转动扭矩计算单元72基于角度差Δθp来计算目标转动扭矩Tt*作为用于使转动对应角θp符合目标转向角θh*的控制值，该目标转动扭矩Tt*是由转动侧电机32施加的转动力的目标值。具体地，目标转动扭矩计算单元72计算比例元件、积分元件和微分元件的输出值的和以及被用作输入的角度差Δθp作为目标转动扭矩Tt*。也就是是说，目标转动扭矩计算单元72基于转动角反馈控制的执行来计算目标转动扭矩Tt*，以使实际转动对应角θp符合作为目标转动对应角的目标转向角θh*。

除了目标转动扭矩Tt*之外，旋转角θt以及相电流值Iut、Ivt、Iwt被输入至转动侧电机控制信号计算单元73。转动侧电机控制信号计算单元73基于目标转动扭矩Tt*来计算d/q坐标系中的q轴上的q轴目标电流值Iqt*。转动侧电机控制信号计算单元73计算q轴目标电流值Iqt*使得其绝对值随着目标转动扭矩Tt*的绝对值的增加而增加。在本实施方式中，d轴上的d轴目标电流值Idt*基本上被设置为零。类似于转向侧电机控制信号计算单元63，转动侧电机控制信号计算单元73通过在d/q坐标系中执行电流反馈控制来生成被输出至转动侧驱动电路57的转动侧电机控制信Mt。在计算转动侧电机控制信号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。

计算出的转动侧电机控制信号Mt被输出至转动侧驱动电路57。因此，与转动侧电机控制信号Mt对应的驱动电力从转动侧驱动电路57供应至转动侧电机32。然后，转动侧电机32向转动轮5施加由目标转动扭矩Tt*指示的转动力。

下面将描述目标反作用扭矩计算单元62的配置。如图3所示，目标反作用扭矩计算单元62包括计算输入扭矩基础分量Tb*的输入扭矩基础分量计算单元81，该输入扭矩基础分量Tb*是用于沿驾驶员的转向方向旋转方向盘3的力。目标反作用扭矩计算单元62包括计算反作用分量Fir的反作用分量计算单元82，该反作用分量Fir是基于驾驶员的转向而抵抗方向盘3的旋转的力。目标反作用扭矩计算单元62包括：计算目标转向角θh*的目标转向角计算单元83，该目标转向角θh*是转向角θh的目标值；以及转向角反馈控制单元(在下文中称为“转向角F/B控制单元”)84，其通过执行转向角反馈操作来计算转向角反馈分量(在下文中称为“转向角F/B分量”)Tfbh。

转向扭矩Th被输入至输入扭矩基础分量计算单元81。输入扭矩基础分量计算单元81计算输入扭矩基础分量Tb*，使得其绝对值随着转向扭矩Th的绝对值增加而增加。计算出的输入扭矩基础分量Tb*被输入至目标转向角计算单元83和加法器85。

车速V、转向角θh、转向侧电机32的q轴电流值Iqt、转动对应角θp和目标转向角θh*被输入至反作用分量计算单元82。反作用分量计算单元82基于状态量来计算与如稍后将描述的作用在齿条轴22上的轴向力对应的反作用分量Fir，并且将计算出的反作用分量输出至目标转向角计算单元83。

车速V、转向扭矩Th、输入扭矩基础分量Tb*和反作用分量Fir被输入至目标转向角计算单元83。目标转向角计算单元83使用用于将目标转向角θh*与输入扭矩Tin*相关联的模型表达式来计算目标转向角θh*，该输入扭矩Tin*是通过将转向扭矩Th与输入扭矩基础分量Tb*相加并从中减去反作用分量Fir而获得的值。

Tin*＝C·θh*’+J·θh*”…(1)

该模型表达式定义并表示在其中方向盘3和转动轮5机械地连接的结构即其中转向单元4和转动单元6机械地连接的结构中随着方向盘3的旋转而旋转的旋转轴的扭矩与旋转角之间的关系。该模型表达式使用通过对转向系统2的摩擦等进行建模而获得的粘性系数C和通过对转向系统2的惯性进行建模而获得的惯性系数J来表达。粘性系数C和惯性系数J被设置为根据车速V而变化。使用模型表达式计算出的目标转向角θh*被输出至除了减法器86和转动侧控制单元56之外的反作用分量计算单元82。

通过从目标转向角θh*减去转向角θh而从减法器86获取的角度差Δθs被输入至转向角F/B控制单元84。然后，转向角F/B控制单元84基于角度差Δθs来计算用作由转向侧电机13施加的转向反作用力的基础的转向角F/B分量Tfbh，作为用于通过反馈将转向角θh控制到目标转向角θh*的控制值。具体地，转向角F/B控制单元84计算比例元件、积分元件和微分元件的输出值的和以及被用作输入的角度差Δθs作为基础反作用扭矩。计算出的转向角F/B分量Tfbh被输出至加法器85。

目标反作用扭矩计算单元62计算通过将转向角F/B分量Tfbh与加法器85中的输入扭矩基础分量Tb*相加而获得的值作为目标反作用扭矩Ts*。下面将描述反作用分量计算单元82的配置。

如图4所示，反作用分量计算单元82包括所分配轴向力计算单元91、端部反作用力计算单元92和障碍物接触反作用力计算单元93。所分配轴向力计算单元91计算所分配的轴向力Fd作为与作用在操作以使转动轮5转动的齿条轴22上的轴向力对应的轴向分量。端部反作用力计算单元92计算端部反作用力Fie，端部反作用力Fie是当方向盘3的转向角θh的绝对值接近极限转向角时用于限制附加转动转向的反作用力。障碍物接触反作用力计算单元93计算障碍物接触反作用力Fo，障碍物接触反作用力Fo是当转动轮5通过转动与障碍物接触时用于限制转向以使转动轮5向诸如路缘石的障碍物转动的反作用力。反作用分量计算单元82通过将端部反作用力Fie和障碍物接触反作用力Fo中的具有较大绝对值的一个与所分配的轴向力Fd相加来计算反作用分量Fir。然后，反作用分量计算单元82输出反作用分量Fir。

具体地，所分配轴向力计算单元91包括：计算电流轴向力Fer的电流轴向力计算单元101；以及计算角度轴向力Fib的角度轴向力计算单元102。电流轴向力Fer和角度轴向力Fib以与扭矩相同的量纲(N·m)计算。所分配轴向力计算单元91包括分配处理单元103，该分配处理单元103计算与计算轴向力对应的所分配的轴向力Fd，该计算轴向力是通过将角度轴向力Fib和电流轴向力Fer按预定比例分配使得经由转动轮5作用在齿条轴22上的轴向力被适当地反映而获得的作用在齿条轴22上的估计轴向力。

针对转动侧电机32的q轴电流值Iqt被输入至电流轴向力计算单元101。电流轴向力计算单元101基于q轴电流值Iqt来计算电流轴向力Fer.电流轴向力Fer是实际作用在操作以使转动轮5转动的齿条轴22上的轴向力，即实际传递至齿条轴22的轴向力的估计值。电流轴向力Fer被计算为其中反映道路表面信息的轴向力。道路表面信息的示例包括关于不影响车辆沿横向方向的行为的细微凹凸和影响车辆沿横向方向的行为的阶梯部分的信息。具体地，电流轴向力计算单元101计算电流轴向力Fer，使得其绝对值随着q轴电流值Iqt的绝对值增加而增加，假设由转动侧电机32施加至齿条轴22的扭矩与与经由转动轮5施加至齿条轴22的力对应的扭矩平衡。计算出的电流轴向力Fer被输出至乘法器105。

作为目标转动对应角的目标转向角θh*和车速V被输入至角度轴向力计算单元102。角度轴向力计算单元102基于目标转向角θh*和车速V来计算角度轴向力Fib。角度轴向力Fib是由适当设置的车辆的模型定义的轴向力的理想值。角度轴向力Fib被计算为其中不反映道路表面信息的轴向力。具体地，角度轴向力计算单元102计算角度轴向力Fib，使得其绝对值随着目标转向角θh*的绝对值增加而增加。角度轴向力计算单元102计算角度轴向力Fib，使得其绝对值随着车速V增加而增加。计算出的角度轴向力Fib被输出至防护处理单元200。

角度轴向力Fib和车速V被输入至防护处理单元200。防护处理单元200包括其中定义了角度轴向力Fib和车速V与调整后的角度轴向力Fib’之间的关系的角度轴向力调整映射，并且使用该映射和使用角度轴向力Fib和车速V作为输入来计算调整后的角度轴向力Fib’。角度轴向力调整映射是用于执行防护过程以使角度轴向力Fib不过度(即，以使角度轴向力Fib不会过大)的映射。

如图5所示，角度轴向力Fib调整映射被设置成使得当角度轴向力Fib的绝对值分为包括小区域、中区域和大区域的三个区域时，在小区域和中间区域中调整后的角度轴向力Fib’随着角度轴向力Fib增加而线性地增加。角度轴向力调整映射被设置成使得在其中角度轴向力Fib的绝对值大的区域中，调整后的角度轴向力Fib’的绝对值被限制为预定的极限值Flim。随着车速V变得更高，极限值Flim被设置成具有更大的值。基于实验、模拟等，极限值Flim被设置为在其中基于调整后的角度轴向力Fib’计算出的反作用分量Fir即目标反作用力Ts*不过度的范围内的值。防护处理单元200通过使用角度轴向力调整映射的映射计算来调整与车速V对应的角度轴向力Fib。计算出的调整后的角度轴向力Fib’被输出至乘法器106。

除了车速V之外，电流轴向力Fer和调整后的角度轴向力Fib’被输入至分配处理单元103。分配处理单元103包括分配增益计算单元107，该分配增益计算单元107计算作为用于基于车速V分配电流轴向力Fer和角度轴向力Fib'的分配比例的分配增益Ger和Gib。根据本实施方式的分配增益计算单元107包括其中定义了车速V与分配增益Ger和Gib之间的关系的分配增益映射，并且使用该映射并使用车速V作为输入来计算分配增益Ger和Gib。分配增益Gib具有在车速V高时比在车速V低时小的值，并且分配增益Ger具有在车速V高时比车速V时大的值。也就是说，角度轴向力Fib沿所分配的轴向力Fd的分配比例随着车速V增加而减小，并且电流轴向力Fer沿所分配的轴向力Fd的分配比例随着车速V增加而增加。

特别地，当车速V是包括停止的低速时，分配增益Ger为零。在这种情况下，电流轴向力Fer指示其分配比例为零，即电流轴向力没有被分配至所分配的轴向力Fd。当车速V是比低速足够高的高速时，分配增益Gib为零。在这种情况下，角度轴向力Fib指示其分配比例为零，即角度轴向力没有被分配至所分配的轴向力Fd。也就是说，本实施方式中的分配比例包括零值的概念，在该概念中电流轴向力Fer和角度轴向力Fib中的仅一个被分配至所分配的轴向力Fd。计算分配增益Ger和Gib使得它们的和为“1”。计算出的分配增益Ger被输出至乘法器105，并且计算出的分配增益Gib被输出至乘法器106。

分配处理单元103通过使加法器108将通过使乘法器105将电流轴向力Fer乘以分配增益Ger而获取的值与通过使乘法器106将角度轴向力Fib乘以分配增益Gib而获取的值相加来计算所分配的轴向力Fd。计算出的所分配的轴向力Fd被输出至加法器94。

作为目标转动对应角的目标转向角θh*被输入至端部反作用力计算单元92。端部反作用力计算单元92包括其中定义了目标转向角θh*与端部反作用力Fie之间的关系的端部反作用力映射，并且使用该映射和使用目标转向角θh*作为输入来计算端部反作用力Fie。端部反作用力映射被设置成使得当目标转向角θh*的绝对值等于或小于阈值角θie时，零值被计算为端部反作用力Fie，并且当目标转向角θh*大于阈值角θie时，绝对值大于零值的值被计算为端部反作用力Fie。

端部反作用力Fie被设置成使得当目标转向角θh*增加到足够大于阈值角θie时，其绝对值大到不能再用人力进行转动转向。端部反作用力Fie是当目标转向角θh*增加到足够大于阈值角θie时，其值与目标转向角θh*成比例地突然增加的高梯度轴向力。阈值角θie被设置为转动对应角θp在被设置成比齿条端25与齿条壳体23接触并且齿条轴22沿轴向的移动受到限制的机械齿条端位置更靠近中立位置的虚拟齿条端位置处的值。计算出的端部反作用力Fie被输出至反作用力选择单元95。

除了q轴电流值Iqt之外，通过从转向角θh中减去转动对应角θp而从减法器96获取的角度差Δθx、以及通过将转动对应角θp微分而获取的转动速度ωt被输入至障碍物接触反作用力计算单元93。根据本实施方式的障碍物接触反作用力计算单元93基于状态量来计算指示与其中将施加障碍物接触反作用力Fo的情况近似的程度的障碍物接触增益Go。障碍物接触反作用力计算单元93包括其中定义了障碍物接触增益Go与障碍物接触反作用力Fo之间的关系的障碍物接触反作用力映射，并且使用该映射和使用障碍物接触增益Go作为输入来计算障碍物接触反作用力Fo。

障碍物接触反作用力映射被设置成使得当障碍物接触增益Go为零时障碍物接触反作用力Fo为零，并且障碍物接触反作用力Fo与障碍物接触增益成比例地逐渐增加。当障碍物接触增益Go大于增益阈值Gth时，障碍物接触反作用力Fo与障碍物接触增益Go成比例地突然增加。增益阈值Gth是其中可以确定转动轮5通过转动与障碍物接触的范围内的值，并且基于实验、模拟等来设置增益阈值Gth。障碍物接触反作用力Fo被设置成使得当障碍物接触增益Go足够大于增益阈值Gth时，其绝对值大到不能再用人力进行转动转向。接触障碍物反作用力Fo是当接触障碍物增益Go大于增益阈值Gth时，其值与接触障碍物增益Go成比例地突然增加的高梯度轴向力。因此，在其中障碍物接触增益Go等于或小于增益阈值Gth的区域中，当仅转动轮5的轮胎部分与障碍物接触时的反作用由障碍物接触反作用力Fo来再现。该反作用力取决于基于转动轮5的橡胶的弹性分量的特性和基于连接至转动轮5的车辆的悬架的弹性分量的特性并且可以通过实验来计算。在其中障碍物接触增益Go大于增益阈值Gth的区域中，当转动轮5的车轮部分与障碍物接触时的反作用力通过障碍物接触反作用力Fo再现。计算出的障碍物接触反作用力Fo被输出至反作用力选择单元95。

除了端部反作用力Fie和障碍物接触反作用力Fo之外，通过对转向角θh进行微分而获取的转向速度ωh被输入至反作用力选择单元95。反作用力选择单元95选择端部反作用力Fie和障碍物接触反作用力Fo中的具有较大绝对值的一个反作用力。然后，反作用力选择单元95将所选择的反作用力Fsl输出至加法器94。所选择的反作用力Fsl是通过将上述所选择的一个反作用力的标记即上述所选择的一个反作用力的方向设置为由转向速度ωh指示的标记而获取的值。

然后，反作用分量计算单元82向目标转向角计算单元83输出反作用分量Fir。反作用分量Fir是通过使加法器94将所选择的反作用力Fsl与所分配的轴向力Fd相加而获得的值。下面将描述本实施方式的操作。

当车辆正在行驶时，车辆可能处于以下情况：当车辆通过驾驶员对方向盘3的转向而转动时，离心力大于后轮与道路表面之间的摩擦力。这种情况特别有可能发生在诸如结冰道路的低摩擦道路上。在这种情况下，车辆处于其中车辆转动超过驾驶员对方向盘3的转向的过度转向状态。在这种过度转向状态下，驾驶员执行所谓的反向转向以将方向盘3转向至与车辆正在转动的一侧相反的一侧，使得恢复车辆的姿态。在此，角度轴向力Fib基于根据方向盘3的转向角θh获取的目标转动角θh*。因此，当方向盘3的转向角θh通过执行反向转向而成为接近端部接触的大角度时，角度轴向力Fib过度并且考虑到角度轴向力Fib计算的反作用分量Fir增加。当基于反作用分量Fir计算目标反作用扭矩Ts*时，施加至方向盘3的转向反作用力可能变得过度。

就此而言，在本实施方式中，防护过程由防护处理单元200执行，使得角度轴向力Fib不过度(即，使得角度轴向力Fib不过大)。也就是说，经受通过防护处理单元200的防护过程的调整后的角度轴向力Fib’而不是通过角度轴向力计算单元102获取的角度轴向力Fib反映在反作用分量Fir中。因此，即使在其中执行反向转向的情况下，反作用分量Fir和基于反作用分量Fir计算的目标反作用扭矩Ts*也不太可能过度。因此，可以抑制施加至方向盘3的转向反作用力的过度增加。

下面将描述本实施方式的优点。(1)由于由防护处理单元200执行防护过程使得角度轴向力Fib不过度，因此在其中正在执行反向转向的情况下，驾驶员在方向盘3的转向期间不太可能感到沉重，并且可以防止转向感变得更差。

(2)由于防护处理单元200能够设置针对防护过程的极限值Flim，因此可以将角度轴向力Fib适当地限制为期望的极限值。(3)在本实施方式中，由于可以使用角度轴向力调整映射来执行调整，使得角度轴向力Fib不过度，因此可以简化与防护过程相关联的配置。

(4)在本实施方式中，由于使用角度轴向力调整映射来调整角度轴向力Fib，因此通过改变该映射的形状，可以容易地实现基于车辆的规格的最佳转向反作用力。

(5)例如，当车辆正在以高速行驶时，作用在齿条轴22上的轴向力增加，因此考虑到道路表面反作用力可以将角度轴向力Fib设置成增加。这同样适用于其中正在执行反向转向的情况。就此而言，在本实施方式中，由于基于车速V来调整极限值Flim，因此可以在其中正在执行反向转向的情况下，在抑制转向反作用力过度的同时施加适当的转向反作用力。

本实施方式可以进行如下修改。除非发生技术冲突，否则可以组合该实施方式和以下修改的示例。防护处理单元200可以具有通过角度轴向力Fib的绝对值与极限值Flim之间的比较来选择要输出的值的功能，而不是使用角度轴向力来调整映射的映射计算功能。在这种情况下，防护处理单元200处于其中当角度轴向力Fib的绝对值等于或小于极限值Flim时，通过角度轴向力计算单元102获取的角度轴向力Fib被输出的选择状态。另一方面，防护处理单元200处于其中当角度轴向力Fib的绝对值大于极限值Flim时，设置为极限值Flim的角度轴向力Fib被输出的选择状态。防护处理单元200可以具有通过将角度轴向力Fib偏移预定偏移值以减小角度轴向力Fib的绝对值来使角度轴向力Fib的绝对值等于或小于极限值Flim的功能。在这种情况下，防护处理单元200处于其中当角度轴向力Fib的绝对值等于或小于极限值Flim时，由角度轴向力计算单元102获取的角度轴向力Fib被输出的状态。另一方面，防护处理单元200处于其中当角度轴向力Fib的绝对值大于极限值Flim时，偏移了预定偏移值的角度轴向力Fib被输出的状态。

可以不根据车速V来改变极限值Flim。可以例如根据诸如横向加速度或横摆角速度的另一参数来改变极限值Flim。在这种情况下，可以将车速V添加至参数中。

在转向侧电机13的控制中，目标反作用扭矩Ts*可以使用通过执行扭矩反馈控制以使转向扭矩Th符合基于转向扭矩Th和反作用分量Fir计算的目标转向扭矩而获取的值作为输入扭矩基础分量Tb*来计算。另外，在转向侧电机13的控制中，可以执行所谓的前馈控制而不是执行转向角F/B控制。在这种情况下，可以基于根据转向扭矩Th和反作用分量Fir计算的辅助分量来计算目标反作用扭矩Ts*。

分配处理单元103可以根据除车速V之外的参数来改变电流轴向力Fer和角度轴向力Fib的分配比例。例如，指示其中设置了车载发动机的控制模式等的状态的驱动模式可以被用作这样的参数。

障碍物接触反作用力计算单元93可以例如基于q轴电流值Iqt、角度差Δθx与转动速度ωt及其对应的阈值之间的比较的结果来确定是否要施加障碍物接触反作用力Fo。

角度轴向力计算单元102可以基于转向角θh或转动对应角θp来计算角度轴向力Fib，或者可以使用考虑其他参数例如转向扭矩Th或车速V的另一方法来计算角度轴向力Fib。

除了电流轴向力Fer和角度轴向力Fib之外，还可以将基于另一参数的轴向力分配至所分配的轴向力Fd。例如，可以采用基于横摆角速度和横向加速度计算的车辆状态量轴向力、基于来自检测齿条轴22的轴向力的轴向力传感器的检测值的轴向力、或基于作用在转动轮5上的轮胎力的轴向力作为基于其他参数的轴向力。

反作用分量计算单元82可以至少反映反作用分量Fir中的角度轴向力Fib。当反作用分量计算单元82仅反映反作用分量Fir中的角度轴向力Fib时，可以省略电流轴向力计算单元101和分配处理单元103。

反作用分量计算单元82可以计算端部反作用力Fie和障碍物接触反作用力Fo中的一个作为用于限制转向的反作用分量。反作用分量计算单元82可以将用于限制转向的反作用分量设置为在与发生端部反作用力Fie和障碍物接触反作用力Fo的情况或条件不同的情况或条件下发生的反作用力，而不是端部反作用力Fie和障碍物接触反作用力Fo或者除了端部反作用力Fie和障碍物接触反作用力Fo之外。例如，可以采用当车载电源B的电压降低并且不能由转动侧电机32施加足够的转动力时施加的反作用力，作为在与发生端部反作用力Fie和障碍物接触反作用力Fo的情况或条件不同的情况或条件下发生的反作用力。

在前述表达式(1)中，可以使用模型表达式来计算目标转向角θh*，该模型表达式附加地使用基于车辆的悬架或车轮定位的规格确定的所谓的弹簧常数(例如，弹簧系数K)来建模。

在前述实施方式中，作为被控制的转向系统2，可以控制具有其中转向单元4和转动单元6之间的动力传递路径可以被离合器切断的结构的转向系统。在上述实施方式中，转向控制装置1可以由处理电路构成，该处理电路包括：1)根据计算机程序(软件)操作的一个或更多个处理器、2)一个或更多个专用硬件电路，例如执行各种过程中的至少一些的特定应用集成电路(ASIC)、或3)它们的组合。处理器包括CPU和诸如RAM和ROM的存储器。存储器存储用于使CPU执行过程的程序代码或指令。存储器即非暂态计算机可读介质包括可以由通用或专用计算机访问的所有可用介质。

Claims (4)

1.一种转向控制装置，所述转向控制装置被配置成控制具有结构的转向系统，在所述结构中，转向单元(4)和根据对所述转向单元(4)的转向输入使转动轮(5)转动的转动单元(6)之间的动力传递路径被切断，所述转向控制装置的特征在于包括：

电子控制单元，被配置成：计算作为转向反作用力的目标值的目标反作用扭矩，所述转向反作用力是与对所述转向单元(4)的所述转向输入对抗的力；以及控制设置在所述转向单元(4)中的转向侧电机(13)的操作，使得产生与所述目标反作用扭矩对应的电机扭矩，

其中，所述电子控制单元被配置成基于作用在进行操作以使所述转动轮(5)转动的转动轴上的轴向力来计算角度轴向力作为轴向分量，所述角度轴向力是其中不反映道路表面信息的轴向力，并且所述角度轴向力是根据能够转换为所述转动轮(5)的转动角的角度来确定的，并且

其中，所述电子控制单元被配置成执行保护处理，使得所述角度轴向力不过度。

2.根据权利要求1所述的转向控制装置，其特征在于，所述电子控制单元被配置成限制所述角度轴向力的绝对值，使得所述角度轴向力的绝对值等于或小于所述角度轴向力不过度的极限值。

3.根据权利要求2所述的转向控制装置，其特征在于，所述电子控制单元被配置成存储角度轴向力调整映射，所述角度轴向力调整映射用于执行调整使得所述角度轴向力不过度。

4.根据权利要求2或3所述的转向控制装置，其特征在于，所述极限值是基于车速来调整。

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