CN114728669A - 车辆转向系统 - Google Patents

Abstract

车辆转向控制系统包括控制单元，该控制单元被配置为基于转向角和转向扭矩中的至少一者来控制转向致动器以实现偏转角。当转向扭矩等于或大于规定阈值时，控制单元执行输出限制控制以限制转向致动器的输出，并且当在输出限制控制正在被执行的同时检测单元已经检测到操作者的规定操作模式时，解除输出限制控制。

Description

车辆转向系统

技术领域

本发明涉及一种车辆转向系统。

背景技术

已知的线控转向车辆转向系统包括诸如由操作者操作的方向盘的转向构件以及与转向构件机械地分离并根据来自转向构件的转向输入改变车轮的偏转角的转向机构。转向机构包括产生用于改变车轮的转向角的驱动力的电动机。在这种车辆转向系统中，已知执行输出限制控制处理，通过该输出限制控制处理来检测电动机的过载状况，并且在出现过载状况时，限制供应给电动机的电流(例如，参见日本未审专利申请公开JP2004-322715A)。根据这样的输出限制控制处理，当车轮与诸如路边石的障碍物接触并且对转向操作的阻力变大时，可以避免不期望的动力消耗，并且可以保护包括电动机的转向机构免受机械损坏。

然而，当输出限制控制处理被激活时，即使当操作者期望将一个车轮移出路面中的车辙或沟槽时，车轮的转向也被限制，结果操作者可能不能将车轮移出车辙或沟槽。

鉴于现有技术的这种问题，本发明的主要目的是提供一种配备有输出限制机构的转向控制系统，该输出限制机构能够允许车轮毫无困难地脱离车辙或沟槽。

发明内容

为了实现这样的目的，本发明提供一种车辆转向系统，所述车辆转向系统包括：

转向构件；

转向角传感器，其被配置为检测所述转向构件的转向角；

扭矩传感器，其被配置为检测施加到所述转向构件的转向扭矩；

转向机构，其被配置为使车轮转向；

转向致动器，其被配置为向所述转向机构施加驱动力；

偏转角传感器，其被配置为检测所述车轮的偏转角；

检测单元，其被配置为检测操作者对所述转向构件执行的输入操作；以及

控制单元，其被配置为控制所述转向致动器以使所述偏转角对应于所述转向角和/或所述转向扭矩；

其中，所述控制单元被配置为当所述转向扭矩等于或大于规定阈值时执行包括限制所述转向致动器的输出的输出限制控制，并且当在执行所述输出限制控制的同时接收到由所述操作者执行的所述输入操作时解除所述输出限制控制。

因此，车辆转向系统在检测到操作者的规定操作模式时解除输出限制控制。因此，可以向转向致动器供应相对大的电力，使得车轮可以偏转离开车辙或沟槽。因此，即使当车辆转向系统设置有输出限制控制的功能时，车轮也可以成功地偏转离开车辙或沟槽。

优选地，所述检测单元包括所述扭矩传感器和所述转向角传感器中的至少一者，并且所述控制单元被配置为当所述转向扭矩和所述转向角中的至少一者在规定时间段内持续等于或大于规定阈值时解除所述输出限制控制。

因此，当检测到继续施加等于或大于阈值的转向扭矩和转向角中的至少一者时，控制单元解除输出限制控制。

优选地，所述检测单元包括所述扭矩传感器和所述转向角传感器中的至少一者，并且所述控制单元被配置为当所述转向扭矩和所述转向角中的至少一者在规定时间段内已经等于或大于规定阈值达到规定次数时解除所述输出限制控制。

因此，当检测到在规定时间段内施加转向扭矩和转向角中的至少一者达到规定次数时，控制单元解除输出限制控制。

优选地，所述检测单元包括被配置为由所述操作者操作的手动开关，并且所述控制单元被配置为当所述手动开关被操作时解除所述输出限制控制。

因此，控制单元在检测到操作者对手动开关的操作时解除输出限制控制。

本发明提供了一种配备有输出限制机构的转向控制系统，所述输出限制机构可以允许车轮毫无困难地脱离车辙或沟槽。

附图说明

[图1]图1是根据本发明一个实施例的车辆转向系统的示意图；

[图2]图2是示出输出限制控制中的转向角偏差Δθ2、反作用力致动器电流值A2、转向扭矩绝对值|T|和转向致动器电流值A1之间的关系的时间图；

[图3]图3是示出对应于用于解除输出限制控制的第一操作模式的转向扭矩的绝对值的曲线图；

[图4]图4是示出对应于用于解除输出限制控制的第二操作模式的转向扭矩的绝对值的曲线图；

[图5]图5是根据本发明另一实施例的车辆转向系统的示意图；

[图6]图6是示出对应于用于解除输出限制控制的第一操作模式的转向角的绝对值的曲线图；以及

[图7]图7是示出对应于用于解除输出限制控制的第二操作模式的转向角的绝对值的曲线图。

具体实施方式

下面描述根据本发明的车辆转向系统1的实施例。如图1所示，车辆转向系统1包括线控转向(SBW)转向系统。设置有车辆转向系统1的车辆2是包括一对前轮3和一对后轮(图中未示出)的四轮车辆。每个前轮3经由其转向节7由车身支撑，使得偏转角可以改变，并且因此用作可转向轮。偏转转弯被定义为在平面图中可转向轮或前轮3相对于前后方向的角度。车辆转向系统1改变前轮3的偏转角。

车辆转向系统1包括能旋转地设置在车身上的转向构件10、使前轮3转向的转向机构11、向转向机构11施加驱动力的转向致动器12、向转向构件10施加反作用扭矩的反作用力致动器13以及控制反作用力致动器13和转向致动器12的控制单元15。车辆转向系统1可以设置有用于提高可靠性的冗余。例如，车辆转向系统1可以设置有多个转向致动器12、多个反作用力致动器13和/或多个控制单元15。

转向构件10包括由车身能旋转地支撑的第一转向轴18和设置在第一转向轴18的后端(下端)处的方向盘19。第一转向轴18由设置在车身上的转向柱(图中未示出)能旋转地支撑，并且其后端从转向柱向后突出。方向盘19连接到第一转向轴18的后端，以便与第一转向轴18一体地旋转。

反作用力致动器13由电动机构成，并且经由齿轮机构连接到第一转向轴18。当驱动反作用力致动器13时，驱动力作为旋转扭矩传递到第一转向轴18。因此，反作用力致动器13向第一转向轴18施加反作用扭矩。

车辆转向系统1还包括转向角传感器21，该转向角传感器检测第一转向轴18绕其中心轴线的旋转角作为转向角。转向角传感器21可以是本身已知的旋转编码器。此外，车辆转向系统1包括扭矩传感器22，该扭矩传感器检测施加到第一转向轴18的扭矩作为转向扭矩。扭矩传感器22检测施加到第一转向轴18的位于方向盘19和反作用力致动器13之间的部分的扭矩。转向扭矩由操作者施加到方向盘19的操作扭矩和反作用力致动器13施加到第一转向轴18的反作用力扭矩确定。扭矩传感器22可以是本身已知的扭矩传感器，例如磁致伸缩扭矩传感器和应变计。也可以根据供应到反作用力致动器13的电流来检测反作用扭矩。

车辆转向系统1还包括检测反作用力致动器13的旋转角的反作用力致动器旋转角传感器23。反作用力致动器旋转角传感器23可以是本身已知的解算器或旋转编码器。

转向机构11包括横向延伸的齿条轴26并包括第二转向轴28，该第二转向轴具有与固定在其前端处的齿条轴26啮合的小齿轮29。齿条轴26由车身支撑为能在横向方向上移动。齿条轴26的左端和右端分别经由拉杆30连接到支撑左右前轮3的转向节7。当齿条轴26在横向方向上移动时，前轮3的偏转角改变。第二转向轴28的旋转被转换成齿条轴26在横向方向上的线性运动。第二转向轴28与第一转向轴18分离，并且能独立于第一转向轴18旋转。小齿轮29和第二转向轴28不是必要的部件并且可以省略。

转向致动器12由电动机构成，并且向齿条轴26或第二转向轴28施加驱动力。因此，转向致动器12可以将驱动力直接传递到齿条轴26或经由第二转向轴28传递到齿条轴26。转向致动器12使齿条轴26在横向方向上移动，从而以相应的方式改变左右前轮3的偏转角。

车辆转向系统1包括检测转向致动器12的旋转角的转向致动器旋转角传感器31。转向致动器旋转角传感器31可以包括本身已知的解算器或旋转编码器。另外，车辆转向系统1包括检测前轮3的偏转角的偏转角传感器32。在本实施例中，偏转角传感器32包括齿条行程传感器，该齿条行程传感器检测齿条位置或齿条轴26在横向方向上的位置，并基于齿条位置检测前轮3的偏转角。

离合器装置34设置在第一转向轴18和第二转向轴28之间。离合器装置34选择性地将第一转向轴18和第二转向轴28彼此断开。离合器装置34可以被配置为例如行星齿轮机构。离合器装置34具有用于选择性地致动离合器装置34的电致动器(未示出)。

离合器装置34不是必要的部件，如图5所示可以省略。在这种情况下，小齿轮29和第二转向轴28也与离合器装置34一起被省略。

车辆转向系统1还包括检测操作者的输入操作的检测装置36。检测装置36可以包括检测操作者的转向操作的扭矩传感器22和/或转向角传感器21。检测装置36可以包括由操作者操作的开关37。开关37可以是设置在车身上的机械开关或显示在触摸面板显示器上的功能按钮。

控制单元15是包括CPU、存储器、存储程序的存储装置等的电子控制装置。控制单元15连接到转向角传感器21、扭矩传感器22、反作用力致动器旋转角传感器23、转向致动器旋转角传感器31和偏转角传感器32。基于来自这些传感器的信号，控制单元15获取对应于转向角、转向扭矩、反作用力致动器旋转角、转向致动器旋转角和偏转角的信号。另外，控制单元15可以连接到车速传感器、横摆率传感器和前后加速度传感器(图中未示出)，以获取车速、横摆率、前后加速度等。

控制单元15连接到反作用力致动器13、转向致动器12以及离合器装置34，并且对反作用力致动器13、转向致动器12以及离合器装置34进行控制。控制单元15以SBW(线控转向)模式或EPS(电动助力转向)模式控制反作用力致动器13、转向致动器12以及离合器装置34。当省略离合器装置34时，控制单元15可仅对应于SBW模式来控制反作用力致动器13和转向致动器12。

控制单元15在SBW模式下断开离合器装置34，并且允许第一转向轴18和第二转向轴28彼此独立地旋转。在SBW模式下，控制单元15控制转向致动器12以实现与转向角和转向扭矩中的至少一者相对应的偏转角，并且根据转向角控制反作用力致动器13。

下面描述控制单元15在SBW模式下的操作模式。控制单元15基于由转向角传感器21检测到的转向角来计算目标转向角。例如，控制单元15可以通过将转向角θ1乘以预定传动比K来计算目标转向角θ2T(θ2T＝θ1×K)。传动比K可以是例如0.01至0.5，并且可以是例如0.125。然后，控制单元15基于目标转向角θ2T与实际转向角θ2之间的偏差Δθ2(＝θ2T－θ2)来控制转向致动器12，使得实际转向角θ2与目标转向角θ2T的偏差减小，并且计算要供应给转向致动器12的相应电流值A1。换言之，控制单元15基于偏差Δθ2执行转向致动器12的反馈控制。当偏差Δθ2增大时，供应给转向致动器12的电流值A1增大，并且转向致动器12的输出增大，使得转向角的变化量增大。

控制单元15可以通过将偏差Δθ2乘以预定系数来计算要由反作用力致动器13产生的反作用力扭矩。控制单元15基于计算出的反作用力扭矩来计算供应给反作用力致动器13的电流值A2。可以参照基于要求反作用力扭矩的预定图来确定供应给反作用力致动器13的电流值A2。在另一实施例中，控制单元15通过参照基于偏差Δθ2的预定图来确定电流值A2。随着转向角偏差Δθ2增大，反作用力扭矩和电流值A2的值变大。

控制单元15将电流值A2供应给反作用力致动器13，以使反作用力致动器13产生相应的驱动力。由反作用力致动器13产生的驱动力作为抵抗操作者的输入操作的反作用力扭矩施加到第一转向轴18。因此，操作者可以从方向盘19接收响应于转向操作的反作用力(阻力)。

控制单元15执行输出限制控制，当转向扭矩T的绝对值|T|等于或大于预定阈值T1时，该输出限制控制使转向致动器12的输出受到限制。在前轮3遇到对其转向运动的显著阻力的情况下，输出限制控制防止相对大的电流连续地供应到转向致动器12。例如，当前轮3中的一个与诸如路缘石的障碍物接触时，或当前轮3中的一个落入或卡在诸如车辙或檐槽的路面上的沟槽中，并且前轮3被推靠在车辙或檐槽的侧壁上时，发生前轮3遇到显著阻力的情况。通过限制供应给转向致动器12的电流，可以避免过度的功率消耗和转向致动器12的温度的过度升高。此外，可以通过限制由转向致动器12产生的输出来限制施加到转向机构11的负载。

例如，控制单元15可以在输出限制控制中限制供应给转向致动器12的电流值A1。如图2所示，例如，控制单元15可以在绝对值|T|等于或大于阈值T1时执行输出限制控制，并且保持供应给转向致动器12的电流值A1恒定。此外，例如，在输出限制控制中，控制单元15可以相对于转向角的偏差Δθ2的增加率限制电流值A1的增加率。在输出限制控制中，控制单元15可以在转向扭矩的绝对值|T|已经达到阈值T1时向转向致动器12供应等于或小于电流值A1的电流值A1。

根据本发明，当检测装置36接收到操作者的预定操作时，控制单元15解除输出限制控制。在本实施例中，如上所述，检测装置36由扭矩传感器22和开关37中的至少一者形成。控制单元15基于由扭矩传感器22检测到的转向扭矩和开关37的状态中的至少一者来解除输出限制控制。操作者的预定操作可以包括例如下面的第一操作至第三操作。控制装置可以在检测到第一操作模式至第三操作模式中的至少一者时解除输出限制控制。控制单元15可以被配置为基于从第一操作模式至第三操作模式中选择的一者来解除输出限制控制。

如图3所示，例如，当由扭矩传感器22检测到的转向扭矩的绝对值|T|在规定时间段TM1内持续等于或大于预定阈值T2时，控制单元15确定操作者执行第一操作模式，并解除输出限制控制。这里，第一操作模式对应于这样的操作，在该操作中，操作者在预定时间段内抵抗反作用力扭矩继续向方向盘19施加至少一定量的扭矩。当转向扭矩的绝对值|T|已经从小于阈值T2的值改变到等于或大于阈值T2的值时，开始时间段TM1的测量。一旦转向扭矩的绝对值|T|降到阈值T2以下，就重置测量。

如图4所示，控制单元15确定由扭矩传感器22检测的转向扭矩的绝对值|T|已经在预定时间段TM2内从小于预定阈值T3改变到等于或大于阈值T3的值达到规定次数M1。一旦达到规定次数M1，控制单元15确定已经检测到操作者的第二操作模式，并解除输出限制控制。这里，第二操作模式对应于这样的操作，在该操作中，操作者在预定时间段内沿抵抗反作用力扭矩的方向间歇地将输入扭矩施加到方向盘19达到预定次数M1。预定次数M1例如可以是2次至5次。时间段TM2的测量开始于转向扭矩的绝对值|T|从小于阈值T3的值增加到等于或大于阈值T3的值时的第一时间，并且在时间段TM2已经过去或已经达到预定次数M1时被重置。

例如，控制单元15还可以确定，当开关37被操作时，已经检测到触发输出限制控制的解除的规定操作模式或第三操作模式。这里，第三模式操作包括操作者对开关37的操作。当在执行输出限制控制的同时基于来自开关37的信号检测到开关37的操作时，控制单元15可以解除输出限制控制。开关37可以是用于接通/断开输出限制控制的开关。在这种情况下，当开关37处于OFF状态时，控制单元15可以禁止输出限制控制的执行。

当基于来自扭矩传感器22和开关37(用作检测装置36)中的至少一者的信号确定已经检测到操作者的第一操作模式至第三操作模式中的至少一者时，控制单元15解除输出限制控制。优选地，控制单元15可以被设置为，当输出限制控制正在被执行时，控制单元15在检测到第一操作模式至第三操作模式中的至少一者操作模式时解除输出限制控制，然后在此后经过预定时间段时恢复输出限制控制。可替代地，也可以设置为，当输出限制控制正在被执行时，控制单元15在检测到第一操作模式至第三操作模式中的至少一者时解除输出限制控制，然后在转向扭矩变为零之后经过规定时间段时恢复输出限制控制。还可以设置为，当开关37处于OFF状态时，控制单元15禁止输出限制控制，并且一旦开关37已经变为ON状态，就恢复输出限制控制。

上述车辆转向系统1在检测到操作者的第一操作模式至第三操作模式中的任一者时解除输出限制控制。因此，通过在一定条件下向转向致动器12供应大量电力，即使当车轮卡在车辙或沟槽中时，也可以使车轮偏转。因此，即使当车辆转向系统1被配置为执行输出限制控制时，车轮也可以毫无困难地偏转离开车辙或沟槽。

车辆转向系统1可以在检测到第一操作模式时解除输出限制控制，在第一操作模式下，操作者例如继续向转向构件10施加等于或大于阈值的转向扭矩。此外，车辆转向系统1可以在检测到第二操作模式时解除输出限制控制，在第二操作模式下，操作者在预定时间段内施加转向输入扭矩达到预定次数。由于第一操作模式和第二操作模式类似于当车轮之一卡在车辙等中时操作者将执行的操作，因此操作者能够直观地执行第一操作模式和第二操作模式。由开关37的操作组成的第三操作模式甚至可以由初学者操作者容易地执行。

已经根据特定实施例描述了本发明，但是本发明不限于这样的实施例，并且可以在不脱离本发明的精神的情况下以各种方式进行修改。

在前述实施例中，基于转向输入扭矩T的绝对值|T|检测操作者的第一操作模式和第二操作模式。然而，可以基于角度、转向角的变化率、转向角的偏差Δθ2的大小等来检测第一操作模式和第二操作模式，而不是绝对值|T|。

如图6所示，例如，当由转向角传感器21检测的转向角的绝对值|θ1|在规定时间段TM1内持续等于或大于预定阈值θTH1时，控制单元15确定操作者执行第一操作模式，并且解除输出限制控制。这里，第一操作模式对应于这样的操作，在该操作中，操作者抵抗反作用力扭矩将方向盘19保持在预定转向角达到预定的时间段。当转向角的绝对值|θ1|已经从小于阈值θTH1的值改变成等于或大于阈值θTH1的值时，开始时间段TM1的测量。一旦转向角的绝对值|θ1|降到阈值θTH1以下，就重置测量。

如图7所示，控制单元15确定由转向角传感器21检测的转向角的绝对值|θ1|已经在预定时间段TM2内从小于预定阈值θTH2改变到等于或大于阈值θTH2的值达到规定次数M1。一旦达到规定次数M1，控制单元15确定已经检测到操作者的第二操作模式，并解除输出限制控制。这里，第二操作模式对应于这样的操作，在该操作中，操作者在预定时间段内沿抵抗反作用力扭矩的方向间歇地旋转方向盘19达到预定次数M1。预定次数M1例如可以是2次至5次。时间段TM2的测量开始于转向角的绝对值|θ1|从小于阈值θTH2的值增加到等于或大于阈值θTH2的值时的第一时间，并且在时间段TM2已经过去或已经达到预定次数M1时被重置。

Claims (4)

1.一种车辆转向系统，所述车辆转向系统包括：

转向构件；

转向角传感器，其被配置为检测所述转向构件的转向角；

扭矩传感器，其被配置为检测施加到所述转向构件的转向扭矩；

转向机构，其被配置为使车轮转向；

转向致动器，其被配置为向所述转向机构施加驱动力；

偏转角传感器，其被配置为检测所述车轮的偏转角；

检测单元，其被配置为检测操作者对所述转向构件执行的输入操作；以及

控制单元，其被配置为控制所述转向致动器以使所述偏转角对应于所述转向角和/或所述转向扭矩；

其中，所述控制单元被配置为当所述转向扭矩等于或大于规定阈值时执行包括限制所述转向致动器的输出的输出限制控制，并且当在执行所述输出限制控制的同时接收到由所述操作者执行的所述输入操作时解除所述输出限制控制。

2.根据权利要求1所述的车辆转向系统，其中，所述检测单元包括所述扭矩传感器和所述转向角传感器中的至少一者，并且所述控制单元被配置为当所述转向扭矩和所述转向角中的至少一者在规定时间段内持续等于或大于规定阈值时解除所述输出限制控制。

3.根据权利要求1所述的车辆转向系统，其中，所述检测单元包括所述扭矩传感器和所述转向角传感器中的至少一者，并且所述控制单元被配置为当所述转向扭矩和所述转向角中的至少一者在规定时间段内已经等于或大于规定阈值达到规定次数时解除所述输出限制控制。

4.根据权利要求1所述的车辆转向系统，其中，所述检测单元包括被配置为由所述操作者操作的手动开关，并且所述控制单元被配置为当所述手动开关被操作时解除所述输出限制控制。

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