CN115230807A - 转向柱辅助式转向装置、转向单元和辅助力运算方法 - Google Patents

转向柱辅助式转向装置、转向单元和辅助力运算方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及转向柱辅助式转向装置、转向单元和辅助力运算方法。该转向装置具备：转向部，其由驾驶员进行转向；驱动部，其进行旋转以向所述转向部提供辅助力；第一控制部，其计算根据所述转向部和驱动部估计的与来自路面的反作用力相应的负荷转矩，基于计算出的所述负荷转矩来运算针对所述转向部的目标转向转矩；以及第二控制部，其以形成通过所述第一控制部运算出的所述目标转向转矩的方式运算所述驱动部的所述辅助力。

Description

转向柱辅助式转向装置、转向单元和辅助力运算方法
技术领域
本发明涉及一种转向柱辅助式转向装置、转向单元和辅助力运算方法。
背景技术
以往，已知一种利用马达的旋转力来辅助车辆的转向机构的转向的电动动力转向器。
例如，已知一种能够在手动转向控制与自动转向控制之间切换的电动动力转向装置，在该手动转向控制中，利用基于转向转矩运算出的第一马达电流指令值来驱动马达，在该自动转向控制中，利用以使实际转向角追随目标转向角的方式运算出的第二马达电流指令值来驱动马达(例如，参照国际公开第2019/026351号)。
然而，在上述的电动动力转向装置中，例如存在如下情况：如果设为仅在输入侧(转向盘侧)计算辅助转矩，则无法提供与路面状况相应的辅助转矩。
因此，存在无法与路面状况无关地适当地辅助转向的情况。
发明内容
用于解决问题的方案
本发明是鉴于这样的情况而完成的，例如提供一种能够与路面状况无关地适当地辅助转向的转向柱辅助式转向装置、转向单元和辅助力运算方法。
本发明的一个方式所涉及的转向柱辅助式转向装置具备：转向部，其由驾驶员进行转向；驱动部，其进行旋转以向所述转向部提供辅助力；第一控制部，其计算根据所述转向部和驱动部估计的与来自路面的反作用力相应的负荷转矩，基于计算出的所述负荷转矩来运算针对所述转向部的目标转向转矩；以及第二控制部，其以形成通过所述第一控制部运算出的所述目标转向转矩的方式运算所述驱动部的所述辅助力，其中，所述第一控制部进行如下处理：基于所述负荷转矩和车速来运算与所述反作用力相应的转向转矩，基于所述车速来运算用于使所述转向部回到中立位置的复原转矩和用于控制所述转向部的急转向的缓冲转矩，基于运算出的各转矩来运算所述目标转向转矩。
通过像这样构成，能够与路面状况无关地适当地辅助转向。
在本发明的上述一个方式所涉及的转向柱辅助式转向装置中，所述第一控制部也可以基于所述转向部进行旋转所需的转向转矩、作为所述转向部的角速度的转向角速度、以及作为所述驱动部的转矩的驱动转矩，来计算所述负荷转矩。
在本发明的上述一个或多个方式所涉及的转向柱辅助式转向装置中，所述第二控制部也可以基于所述负荷转矩、所述转向部进行旋转所需的转向转矩、作为所述转向部的角速度的转向角速度、以及作为所述驱动部的角速度的驱动角速度，来运算所述驱动部的所述辅助力。
在本发明的上述一个或多个方式所涉及的转向柱辅助式转向装置中，所述负荷转矩也可以设为承载于转向摇臂的转矩。
在本发明的上述一个或多个方式所涉及的转向柱辅助式转向装置中，也可以在所述目标转向转矩的运算中，所述第一控制部基于与所述反作用力相应的转向转矩、用于使所述转向部回到中立位置的复原转矩、以及用于控制所述转向部的急转向的缓冲转矩，来运算所述目标转向转矩。
在本发明的上述一个或多个方式所涉及的转向柱辅助式转向装置中，所述第一控制部也可以计算进行补偿减速器的摩擦的运算后的所述负荷转矩。
本发明的一个方式所涉及的转向单元具备：上述一个或多个方式所涉及的转向柱辅助式转向装置；减速器；以及控制装置，其控制所述转向柱辅助式转向装置和所述减速器。
本发明的一个方式所涉及的辅助力运算方法，通过具备由驾驶员进行转向的转向部以及进行旋转以向所述转向部提供辅助力的驱动部的转向柱辅助式转向装置的计算机执行包括以下步骤的处理：第一控制步骤，计算根据所述转向部和所述驱动部估计的与来自路面的反作用力相应的负荷转矩，基于计算出的所述负荷转矩来运算针对所述转向部的目标转向转矩；以及第二控制步骤，以形成在所述第一控制步骤中运算出的所述目标转向转矩的方式运算所述驱动部的所述辅助力，其中，在所述第一控制步骤中，基于所述负荷转矩和车速来运算与所述反作用力相应的转向转矩，基于所述车速来运算用于使所述转向部回到中立位置的复原转矩和用于控制所述转向部的急转向的缓冲转矩，基于运算出的各转矩来运算所述目标转向转矩。
本发明的一个方式所涉及的转向柱辅助式转向装置，具备：转向部，其由驾驶员进行转向；驱动部，其进行旋转以向所述转向部提供辅助力；第一控制部，其计算根据所述转向部和所述驱动部估计的与来自路面的反作用力相应的负荷转矩，基于计算出的所述负荷转矩来运算针对所述转向部的目标转向转矩；以及第二控制部，其以形成通过所述第一控制部运算出的所述目标转向转矩的方式运算所述驱动部的所述辅助力，其中，所述第一控制部进行如下处理：基于所述转向部进行旋转所需的转向转矩、作为所述转向部的角速度的转向角速度、以及作为所述驱动部的转矩的驱动转矩，来计算承载于转向摇臂的、进行用于补偿减速器的摩擦的运算后的所述负荷转矩，基于所述负荷转矩和车速来运算与所述反作用力相应的转向转矩，基于所述车速来运算用于使所述转向部回到中立位置的复原转矩和用于控制所述转向部的急转向的缓冲转矩，基于运算出的各转矩来运算所述目标转向转矩，所述第二控制部基于所述负荷转矩、所述转向部进行旋转所需的转向转矩、作为所述转向部的角速度的转向角速度、以及作为所述驱动部的角速度的驱动角速度，来运算所述驱动部的所述辅助力。
发明的效果
如上面说明的那样，根据本发明的上述一个或多个方式的转向装置和转向单元，例如能够与路面状况无关地适当地辅助转向。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式所涉及的转向单元100的结构例的说明图。
图2是示出相对于控制部120输入输出的各种信息的一例的说明图。
图3A是示出各部202～204输出的转矩的一例的说明图。
图3B是示出各部202～204输出的转矩的一例的说明图。
图4是示出减速器103和转向摇臂104的结构例的说明图。
图5是示出负荷转矩图500的一例的说明图。
图6是示出摩擦特性图600的一例的说明图。
图7是示出与转向角速度相应的阻力(阻碍)的转矩特性的说明图。
图8是示出利用定心转矩回到中心位置时的制动(缓缓地回到中心位置)的转矩特性的说明图。
具体实施方式
接着，基于附图来对本发明的实施方式进行说明。
图1是示出本发明的实施方式所涉及的转向单元100的结构例的说明图。转向单元100是搭载于车辆的电动动力转向器。本实施方式中使用的车辆例如是公共汽车、卡车等大型的商用车。电动动力转向器由于使用减速器103而摩擦变大，有时驾驶员无法感受到路面的状况从而无法进行良好的转向。特别是在大型的商用车中，减速器103的摩擦大，期望一种可获得转向感的控制。此外，本实施方式所涉及的转向单元100有效地使用于大型的商用车，但也能够使用于乘用车。
转向单元100具备转向盘101(转向部的一例)、马达102(驱动部的一例)、减速器103、转向摇臂104、各种传感器110以及控制部120。此外，通过转向盘101、马达102以及控制部120来实现转向装置。
转向盘101是由驾驶员进行转向的方向盘。马达102生成用于辅助转向的辅助转矩(辅助力)。转向盘101向转向轴106传递转向转矩。这样的转向转矩被输入减速器103的输入部。减速器103将被输入的转向转矩与由马达102生成的辅助转矩进行合成，将该合成转矩传递到转向摇臂104以下的转向机构。转向摇臂104与减速器103连接，转向摇臂104是通过利用减速器103合成得到的合成转矩来进行旋转的输出臂。如图4所示，减速器103的输出部(壳体或轴)与转向摇臂104被一体化。
在此，使用图4对本实施方式所涉及的减速器103和转向摇臂104的结构的一例进行说明。
图4是示出减速器103和转向摇臂104的结构例的说明图。如图4所示，在减速器103的一面侧设置有被固定于安装对象的固定构件401。在减速器103的另一面420侧设置有相对于固定构件401旋转并输出旋转力的圆筒状的输出部402。在输出部402的周向上，绕中心轴(z轴)旋转的转向摇臂104以沿径向突出的方式设置。转向摇臂104例如与转向装置连接，与旋转动作相应地使车轮转向。通过将转向摇臂104设置在输出部402的周向上，转向单元100能够减小沿中心轴方向的宽度，从而使结构小型化。
回到图2，各种传感器110包括转向传感器111、马达传感器112以及速度传感器113(参照图2)。控制部120控制转向装置和减速器103。控制部120包括马达控制部121、转向控制部122(第二控制部的一例)以及感觉控制部123(第一控制部的一例)。控制部120例如通过ECU(Electronic Control Unit：电子控制单元)来实现。
这些结构要素分别例如通过CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)等硬件处理器执行程序(软件)来实现。另外，这些结构要素中的一部分或全部可以通过LSI(Large Scale Integration：大规模集成电路)、ASIC(Application Specific IntegratedCircuit：专用集成电路)、FPGA(Field-Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)、GPU(Graphics Processing Unit：图形处理单元)等硬件(电路部；包括电路(circuitry))来实现，也可以通过软件和硬件的协作来实现。程序可以预先保存于HDD或快闪存储器等存储装置(未图示)，也可以保存于DVD、CD-ROM等可装卸的存储介质并且通过将存储介质装到驱动装置来安装于HDD或快闪存储器。
转向传感器111检测转向盘101的转向转矩、转向角以及转向角速度。此外，具体地说，利用转向传感器111检测出的转向角速度是由CPU基于转向角来计算的。马达传感器112检测马达102的马达转矩和马达角速度。此外，具体地说，利用马达传感器112检测出的马达转矩是由CPU基于马达102的电流值来计算的。另外，利用马达传感器112检测的马达角速度是基于马达102的位置来计算的。速度传感器113检测车辆的速度。
马达控制部121基于转向控制部122的控制来控制马达102的旋转。转向控制部122基于转向传感器111的检测结果来控制马达102的输出转矩。马达102根据马达控制部121和转向控制部122的控制来生成辅助转矩。由此，通过马达102的辅助转矩来辅助驾驶员对转向盘101进行的转向。转向控制部122进行反馈控制以使马达102的辅助转矩成为规定的辅助转矩。
在此，在以往的方式中，多数采用针对计算出的转矩指令值进行调整的方式。与之相对，在本实施方式中，分为感觉控制部123和转向控制部122，对转向控制部122指定任意的转向转矩来进行转矩控制。
感觉控制部123以使转向盘101的转向转矩与路面反作用力无关而成为任意的转向转矩的方式来计算用于辅助转向的目标转向转矩。感觉控制部123将计算出的目标转向转矩输出到转向控制部122。转向控制部122基于从感觉控制部123输出的目标转向转矩来计算目标马达转矩，并向马达控制部121输出。
(关于相对于控制部120输入输出的各种信息)
图2是示出相对于控制部120输入输出的各种信息的一例的说明图。首先，对感觉控制部123进行说明。感觉控制部123具备第一估计部201、负荷感觉部202、定心部203以及阻尼部204。对输入到各部的信息进行说明。
下面对在图示中检测值的旁边记载的文字进行列举并说明。
·“mot”：表示与马达102有关的值。
·“steer”：表示与转向盘101有关的值。
·“driver”：表示与驾驶员有关的值。
·“load”：表示与负荷有关的值。
·“tb”：表示与扭杆有关的值。
·“ref”：表示目标值。
·“est”：表示估计值。
·未记载“ref”或“est”的值表示测量值。
自马达控制部121输出的马达转矩Tmot(Nm)、以及利用转向传感器111检测出的转向角速度ωsteer(rad/s)及转向转矩Tsteer(Nm)被输入到第一估计部201。第一估计部201基于被输入的马达转矩Tmot、转向角速度ωsteer以及转向转矩Tsteer来计算估计负荷转矩Tload est(Nm)。此外，在后面记述估计负荷转矩Tload est的计算(运算)。
自第一估计部201输出的估计负荷转矩Tload est(Nm)、以及利用速度传感器113检测出的车辆(vehicle)的速度vveh(km/h)被输入到负荷感觉部202。负荷感觉部202基于被输入的估计负荷转矩Tload est和速度vveh来获得负荷感觉转矩的目标值。负荷感觉转矩的目标值是向驾驶员传达施加于车轮的力(来自路面的反作用力)的感觉的值。另外，负荷感觉转矩是与车速相应的转矩。
利用转向传感器111检测出的转向角φsteer(degree(°))及转向转矩Tsteer(Nm)、以及利用速度传感器113检测出的速度vveh(km/h)被输入到定心部203。定心部203基于被输入的转向角φsteer、转向角速度ωsteer以及速度vveh来获得定心转矩(复原转矩)的目标值。定心转矩是使转向盘101回到中心位置的力。
在此，在本实施方式中，使用高摩擦力的减速器103。因此产生大的反向驱动转矩，从而转向器难以回到中心位置。因此，设为施加定心转矩，从而以即使施加了反向驱动转矩也使转向盘101回到中心位置的方式进行控制。定心转矩是与车速相应的转矩。
利用转向传感器111检测出的转向角φsteer(°)及转向角速度ωsteer(rad/s)、以及利用速度传感器113检测出的速度vveh(km/h)被输入到阻尼部204。阻尼部204基于被输入的转向角φsteer、转向角速度ωsteer以及速度vveh来获得阻尼转矩(缓冲转矩)的目标值。阻尼转矩是在急打方向盘时产生适度的阻碍的力。即，阻尼转矩是针对过快的方向盘操作产生适度的反弹转矩从而负责对方向盘操作的制动的转矩。此外，急打方向盘除包括驾驶员将方向盘向左右转向之外，还包括急回到中立位置的转向。阻尼转矩也适用于回到中立位置的转向。阻尼转矩是与车速相应的转矩。
(关于各部202～204输出的转矩)
图3A、图3B是示出各部202～204输出的转矩的一例的说明图。在图3A、图3B中，横轴表示转向盘101的转向角φsteer(°)，纵轴表示目标转向转矩Tsteer ref。另外，在图3A、图3B中，示出负荷感觉输出301、定心输出302以及阻尼输出303。在图示中示出在时速50km/h的车速下的各输出301～303。针对每个车速准备了各输出301～303。
在图3A中，负荷感觉输出301表示由负荷感觉部202输出的负荷感觉转矩的目标值。负荷感觉输出301示出了如下情形：随着转向盘101的转向角变大，负荷感觉转矩也变大，随着转向盘101的转向角变小，负荷感觉转矩也变小。即，示出了随着驾驶员转动方向盘而辅助转矩增大。
定心输出302示出了如下情形：例如在转向角小的情况等负荷转矩小的情况下，容易受到反向驱动转矩的影响，因此在转向角小时增大定心转矩。即，示出了在驾驶员使方向盘回到原位时，转向器容易回到中心位置。
阻尼输出303示出了在转向角小时输出大的转矩。即，示出了在转向开始时进行急打方向盘时，由于反弹转矩而产生阻碍。另外，示出了在回到中心位置时也产生反弹转矩而缓缓地向中心位置进行动作。
在此，图7是示出与转向角速度相应的阻力(阻碍)的转矩特性的说明图。在图7中，横轴表示转向角速度，纵轴表示与阻尼有关的系数。如图7所示，示出了如下情形：随着转向角速度上升，与阻尼有关的系数变大，即阻尼转矩变大。像这样，在急转动转向盘101时，容易产生适度的阻碍。
图8是示出利用定心转矩回到中心位置时的制动(缓缓地回到中心位置)的转矩特性的说明图。在图8中，横轴表示转向角，纵轴表示与阻尼有关的系数。如图8所示，示出了如下情形：关于阻尼转矩，随着转向盘101的转向角接近0°，与阻尼有关的系数变大，即产生与定心转矩相反的方向的力。
图3B示出将图3A所示的各输出301～303进行合成得到的输出。在图3B中，输出311表示作为被控制后的结果的转向转矩的传感器测定值。合成输出312表示将输出301～303合成得到的目标转向转矩Tsteer ref。感觉控制部123向转向控制部122输出根据当前的车速得到的目标转向转矩Tsteer ref。
(相对于转向控制部122输入输出的各种信息的一例)
回到图2，对转向控制部122进行说明。转向控制部122具备第二估计部211和辅助部212。利用转向传感器111检测出的转向角速度ωsteer(rad/s)及转向转矩Tsteer(Nm)、以及利用马达传感器112检测出的马达角速度ωmot(rad/s)被输入到第二估计部211。
第二估计部211基于被输入的转向角速度ωsteer、转向转矩Tsteer以及马达角速度ωmot来计算各种估计值。计算的各种估计值包括估计负荷转矩Tload est的估计值以及与驾驶员有关的估计转向转矩Tdriver est的估计值。第二估计部211向辅助部212输出各种估计值。在后面记述各种估计值的计算(运算)。
自感觉控制部123输出的目标转向转矩Tsteer ref、以及自第二估计部211输出的各种估计值被输入到辅助部212。辅助部212基于被输入的目标转向转矩Tsteer ref和各种估计值来计算目标马达转矩Tmot ref。辅助部212向马达控制部121输出所计算出的目标马达转矩Tmot ref。马达控制部121使马达102以目标马达转矩Tmot ref旋转。
(关于转向控制部122进行的运算)
接着，对转向控制部122进行的运算进行说明。2个自由度的被缩小后的物理等效线性模型致动器的电气部分能够在微分方程式中作为一阶元素用数式(1)来表示。
【数1】
Figure BDA0003610498560000091
在数式(1)中，τcc是电流控制环，Tmot,ref是目标马达转矩，Tmot是作为结果的马达转矩。这近似于将被进行了转矩控制的电动马达的动态动作进行简化。在机械部件的数学记述中，需要将属于相同自由度的系统的旋转质量在马达侧减少到一个质量。机械部件能够以数式(2)～(4)的运动方程式来表示。
【数2】
Figure BDA0003610498560000101
在数式(2)中，jsteer是转向盘101的惯量(惯性力矩)，bsteer是转向盘101的阻尼。
【数3】
Figure BDA0003610498560000102
在数式(3)中，ctb是转向柱的被线性化的扭杆的刚性，ipnion是从转向盘到转向摇臂104的齿轮比(小齿轮的齿轮比)，irv,gear是从马达102到转向摇臂104的齿轮比(减速器103的齿轮比)，btb是扭杆的阻尼。
【数4】
Figure BDA0003610498560000103
在数式(4)中，jred是将惯性力矩换算为马达轴的惯性力矩所得到的值，bred是将阻尼换算为马达轴的阻尼所得到的值。
通过使用上述数式(1)～(4)，转向控制部122能够以形成被输入的针对转向设定的作为目标值的转向转矩的方式计算适当的辅助转矩(目标马达转矩Tmot ref)。
在此，一般根据行驶状况、路面反作用力等的不同，被输入的转向所需的转向转矩不同。感觉主要是根据以转向转矩为基准的特性来决定的。因此，为了容易地对感觉进行调整，较佳的是能够以任意的转向转矩Tsteer控制转向器。根据在运算目标马达转矩Tmot ref时考虑到施加于转向摇臂104的转矩的上述式子来设计控制器(LQG：Linear QuadraticGaussian：线性二次高斯)，由此即使行驶状况、路面状况等改变，也能够使指定的转向成为所设定的目标转向转矩Tsteer ref。
(关于施加于转向摇臂104的负荷转矩的估计)
接着，对施加于转向摇臂104的负荷转矩(估计负荷转矩Tload est)的运算进行说明。通常，为了安全，驾驶员通过返回到转向盘101的力来感受路面状况从而进行驾驶。然而，在本实施方式中，使用减速器103，因此路面反作用力传达不到驾驶员。因此，需要第一估计部201估计施加于转向摇臂104的负荷转矩(来自路面的反作用力)，并且反馈该负荷转矩使得驾驶员感受到路面反作用力。路面反作用力是施加于转向摇臂104的负荷转矩，但不是从路面直接得到的负荷，而是经由车轮、牵引环施加于转向摇臂104的负荷。此外，在一般的电动动力转向器中，不具备用于测定路面反作用力的传感器类。
在本实施方式的估计功能中，能够与车辆条件(车辆规格、路面状况(倾斜、路面摩擦))等无关地估计来自路面的反作用力。该估计功能是根据基于数式(1)～(4)的数式并通过卡尔曼滤波来设计估计器(LQE：linear quadratic estimation：线性二次估计)所得到的功能。在第一估计部201的估计中，通过补偿减速器103的特性，能够准确地估计施加于转向摇臂104的转矩。第一估计部201能够基于数式(1)～(4)计算估计负荷转矩Tload est。另外，转向摇臂104与减速器103的输出部(壳体或轴)一体化，因此能够更高精度地估计转矩。
(关于减速器103的特性的补偿)
接着，对补偿减速器103的特性进行说明。第一估计部201对估计负荷转矩Tload est补偿减速器103的特性。由此，能够准确地估计施加于转向摇臂104的转矩。
在此，对于以下方面进行补充说明：在感觉控制部123的控制中补偿减速器103的特性，另一方面，在转向控制部122的控制中不补偿减速器103的特性。LQG设为以带有减速器摩擦的负荷转矩为输入的式子。因此，所估计的Tload est为包含摩擦转矩的负荷转矩。作为自马达102输出的转矩，需要指示与该包含摩擦转矩的负荷转矩相应的马达转矩。即，当在转向控制部122中补偿减速器103的特性时，输出的马达转矩会不足。另一方面，关于利用负荷感觉部202的估计，由于将自外部施加的力实现为感觉，因此需要知道更准确的负荷转矩，也就是除去减速器103的摩擦转矩后的施加于转向摇臂104的转矩。出于这样的理由，在本实施方式中，在感觉控制部123的控制中补偿减速器103的特性，另一方面，在转向控制部122的控制中不补偿减速器103的特性。
根据马达角速度ωmot的不同而减速器103的摩擦力的运算方法不同。能够使用马达角速度ωmot和马达转矩Tmot来求出减速器103的摩擦力。能够对计算摩擦力的粘性摩擦系数(参照图6)和负荷转矩图(参照图5)应用从减速器103测定出的数值。
图5是示出负荷转矩图500的一例的说明图。负荷转矩图500是表示对于马达转矩Tmot、在减速器103的摩擦力下需要何种程度的转矩的图。具体地说，如图5所示，负荷转矩图500是横轴表示马达转矩Tmot、纵轴表示静摩擦及动摩擦的损耗转矩的图。如负荷转矩图500所示，马达转矩Tmot与静摩擦及动摩擦的损耗转矩处于正比例关系。
图6是示出摩擦特性图600的一例的说明图。摩擦特性图600是表示相对于转向摇臂104的角速度的、减速器103的摩擦特性的图。具体地说，如图6所示，摩擦特性图600是横轴表示转向摇臂104的角速度【rpm】、纵轴表示粘性摩擦系数【Nms/rad】的图。如摩擦特性图600所示，在除转向摇臂104的角速度为特定的角速度(例如“0”)以外的角速度的情况下，转向摇臂104的角速度与粘性摩擦系数处于正比例关系。另一方面，在转向摇臂104的角速度为特定的角速度(例如“0”)的情况下，粘性摩擦系数能够取多个值。此外，通过将转向摇臂104的角速度与规定的速度比相乘，能够得到马达角速度ωmot。
减速器103的摩擦力(负荷转矩)的补偿在各状态下改变运算方法。例如，在马达角速度ωmot为“0”、且减速器103的摩擦大于外部负荷转矩的情况下，将外部负荷转矩Text设为减速器103的摩擦力Tfr。另外，在马达角速度为“0”、且减速器103的摩擦为外部负荷转矩以下的情况下，根据负荷转矩图500和粘性摩擦系数来计算减速器103的摩擦力Tfr。在该情况下的力的方向为外部负荷转矩的方向。另外，在马达角速度不为“0”的情况下，根据负荷转矩图500和粘性摩擦系数来计算减速器103的摩擦力Tfr。在该情况下的力的方向为马达102的旋转方向。
数式(5)表示摩擦力的计算式。
【数5】
Figure BDA0003610498560000131
在数式(5)中，第一行的式子表示摩擦转矩与外部转矩(无摩擦)静态平衡时的静止摩擦转矩。在外部转矩小于静止摩擦转矩的情况下且角速度为“0”时发生粘着。第二行的式子表示外部转矩超过静止摩擦转矩时的脱离的瞬间的摩擦转矩。第三行的式子表示利用静止摩擦转矩和依赖于角速度的粘性摩擦计算的摩擦转矩。能够使用这些式子得到相对于角速度的摩擦特性。
第一估计部201通过从估计出的估计负荷转矩Tload est减去摩擦力Tfr，能够得到补偿减速器103的特性后的估计负荷转矩Tload est。
如上面说明的那样，本实施方式所涉及的转向单元100基于与来自路面的反作用力相应的估计负荷转矩Tload est来估计目标转向转矩Tsteer ref，以提供所估计出的目标转向转矩Tsteer ref的方式来控制马达102的旋转。由此，能够以与来自路面的反作用力相应的目标马达转矩Tmot ref来使马达102旋转。因而，能够以适当的辅助转矩来辅助转向，因此驾驶员能够与路面状况无关地以任意的转向转矩来进行驾驶。因此，根据本实施方式所涉及的转向单元100，即使减速器103的摩擦大，也能够准确地向驾驶员传达路面反作用力，能够向驾驶员提供良好的转向感。
在本实施方式中，感觉控制部123基于利用转向传感器111检测出的转向转矩Tsteer及转向角速度ωsteer、以及马达转矩Tmot来计算估计负荷转矩Tload est。由此，能够简单地计算出估计负荷转矩Tload est，因此能够简单地得到目标马达转矩Tmot ref。
转向控制部122能够基于目标转向转矩Tsteer ref、转向转矩Tsteer、转向角速度ωsteer以及马达角速度ωmot，来简单地计算出目标马达转矩Tmot ref。
将估计负荷转矩Tload est设为承载于转向摇臂104的转矩。因而，能够得到更准确的估计负荷转矩Tload est，因此能够以更准确的转向转矩来驾驶。
在本实施方式中，在目标转向转矩Tsteer ref的运算中，感觉控制部123基于负荷感觉转矩、定心转矩以及阻尼转矩来运算目标转向转矩Tsteer ref。因而，能够提供更容易转向的转向单元100。
在本实施方式中，感觉控制部123计算进行补偿减速器103的摩擦的运算后的估计负荷转矩Tload est。能够减轻由于减速器103的摩擦而引起的转向的不协调感。
(实施方式的变形例)
接着，对实施方式的变形例进行说明。此外，在下面的各变形例中，对于上述的实施方式中说明了的内容适当地省略说明。另外，下面的变形例和上述的实施方式也能够组合。
在变形例中，转向单元100具备用于检测转向摇臂104的旋转角度的角度检测部410(参照图4)。在转向摇臂104与马达102之间设置用于检测转向摇臂104的旋转角度的角度检测部410。角度检测部410例如被设置在固定构件401的面对减速器103的一面侧。
角度检测部410例如从减速器103的另一面420沿中心轴(z轴)看时，以沿输出部402的周向呈圆弧状延伸的方式形成。角度检测部410例如是磁传感器，基于伴随金属制的转向摇臂104的位置的变化而变化的磁场的变动，来检测转向摇臂104的沿输出部402的周向的位置。
通过该结构，转向单元100能够进行以下控制：将利用角度检测部410检测出的转向摇臂104的旋转角的检测值与同转向摇臂104的旋转角相应的马达102的旋转角的指令信号进行比较，将表示比较结果的偏差设为0。
另外，在变形例中，也可以使用利用角度检测部410检测出的转向摇臂104的旋转角来代替转向传感器111输出的转向角，或者，除转向传感器111输出的转向角之外还使用利用角度检测部410检测出的转向摇臂104的旋转角。也可以对转向摇臂104的旋转角进行校正，以与转向传感器111输出的转向角匹配。也可以设为，定心部203和阻尼部204使用转向摇臂104的旋转角得到各值。
具体地说，定心部203也可以基于利用角度检测部410检测出的转向角、利用转向传感器111检测出的转向转矩以及利用速度传感器113检测出的速度来得到定心转矩的目标值。另外，阻尼部204也可以基于利用角度检测部410检测出的转向角、利用角度检测部410检测出的转向角速度以及利用速度传感器113检测出的速度来得到阻尼转矩的目标值。
像这样，本发明也能够适用于具备角度检测部410的减速器103。变形例所涉及的转向单元100也能够以适当的辅助转矩来辅助转向，因此驾驶员能够与路面状况无关地以任意的转向转矩来进行驾驶。
在上述的各实施方式中，对在一个计算机装置中具备各控制部(马达控制部121、转向控制部122、感觉控制部123)和各控制部所具有的功能部(第一估计部201、负荷感觉部202、定心部203、阻尼部204、第二估计部211、辅助部212)的结构进行了说明。但是，也可以在其它的计算机装置中具备这些功能部。例如，也可以在外部服务器中具备这些功能部。另外，具备这些功能部的计算机装置不限于一台，也可以是多台。具体地说，例如也可以是，在一个计算机装置中具备这些功能部中的一部分功能部，在其它的计算机装置中具备其它的功能部。
此外，也可以将用于实现上面说明的转向单元100的程序记录于计算机可读记录介质，使计算机系统读取并执行该程序。此外，在此所说的“计算机系统”包括OS和外围设备等硬件的系统。另外，“计算机可读记录介质”是指软盘、光磁盘、ROM、CD-ROM等可移动介质、内置于计算机系统的硬盘等存储装置。并且，“计算机可读记录介质”还包括在经由因特网等网络或电话线路等通信线路发送程序的情况下的作为服务器或客户端的计算机系统的内部的易失性存储器(RAM)那样的、将程序保持一定时间的存储介质。另外，上述程序也可以从将该程序保存于存储装置等的计算机系统经由传输介质或通过传输介质中的传输波传输到其它的计算机系统。在此，传输程序的“传输介质”是指如因特网等网络(通信网)、电话线路等通信线路(通信线)那样的具有传输信息的功能的介质。另外，上述程序也可以是用于实现上述的功能的一部分功能的程序。并且，也可以是能够通过与已记录于计算机系统的程序组合来实现上述的功能的程序，即差分文件(差分程序)。
附图标记说明
100：转向单元；101：转向盘；102：马达；103：减速器；104：转向摇臂；111：转向传感器；112：马达传感器；113：速度传感器；121：马达控制部；122：转向控制部；123：感觉控制部；201：第一估计部；202：负荷感觉部；203：定心部；204：阻尼部；211：第二估计部；212：辅助部。

Claims (8)

1.一种转向柱辅助式转向装置，具备：
转向部，其由驾驶员进行转向；
驱动部，其进行旋转以向所述转向部提供辅助力；
第一控制部，其计算根据所述转向部和所述驱动部估计的与来自路面的反作用力相应的负荷转矩，基于计算出的所述负荷转矩来运算针对所述转向部的目标转向转矩；以及
第二控制部，其以形成通过所述第一控制部运算出的所述目标转向转矩的方式运算所述驱动部的所述辅助力，
其中，所述第一控制部进行如下处理：
基于所述负荷转矩和车速来运算与所述反作用力相应的转向转矩，
基于所述车速来运算用于使所述转向部回到中立位置的复原转矩和用于控制所述转向部的急转向的缓冲转矩，
基于运算出的各转矩来运算所述目标转向转矩。
2.根据权利要求1所述的转向柱辅助式转向装置，其中，
所述第一控制部基于所述转向部进行旋转所需的转向转矩、作为所述转向部的角速度的转向角速度、以及作为所述驱动部的转矩的驱动转矩，来计算所述负荷转矩。
3.根据权利要求1或2所述的转向柱辅助式转向装置，其中，
所述第二控制部基于所述负荷转矩、所述转向部进行旋转所需的转向转矩、作为所述转向部的角速度的转向角速度、以及作为所述驱动部的角速度的驱动角速度，来运算所述驱动部的所述辅助力。
4.根据权利要求1或2所述的转向柱辅助式转向装置，其中，
所述负荷转矩是承载于转向摇臂的转矩。
5.根据权利要求1或2所述的转向柱辅助式转向装置，其中，
所述第一控制部计算进行补偿减速器的摩擦的运算后的所述负荷转矩。
6.一种转向单元，具备：
转向柱辅助式转向装置；
减速器；以及
控制装置，其控制所述转向柱辅助式转向装置和所述减速器，
其中，所述转向柱辅助式转向装置具备：
转向部，其由驾驶员进行转向；
驱动部，其进行旋转以向所述转向部提供辅助力；
第一控制部，其计算根据所述转向部和所述驱动部估计的与来自路面的反作用力相应的负荷转矩，基于计算出的所述负荷转矩来运算针对所述转向部的目标转向转矩；以及
第二控制部，其以形成通过所述第一控制部运算出的所述目标转向转矩的方式运算所述驱动部的所述辅助力，
其中，所述第一控制部进行如下处理：
基于所述负荷转矩和车速来运算与所述反作用力相应的转向转矩，
基于所述车速来运算用于使所述转向部回到中立位置的复原转矩和用于控制所述转向部的急转向的缓冲转矩，
基于运算出的各转矩来运算所述目标转向转矩。
7.一种辅助力运算方法，通过具备由驾驶员进行转向的转向部以及进行旋转以向所述转向部提供辅助力的驱动部的转向柱辅助式转向装置的计算机执行包括以下步骤的处理：
第一控制步骤，计算根据所述转向部和所述驱动部估计的与来自路面的反作用力相应的负荷转矩，基于计算出的所述负荷转矩来运算针对所述转向部的目标转向转矩；以及
第二控制步骤，以形成在所述第一控制步骤中运算出的所述目标转向转矩的方式运算所述驱动部的所述辅助力，
其中，在所述第一控制步骤中，
基于所述负荷转矩和车速来运算与所述反作用力相应的转向转矩，
基于所述车速来运算用于使所述转向部回到中立位置的复原转矩和用于控制所述转向部的急转向的缓冲转矩，
基于运算出的各转矩来运算所述目标转向转矩。
8.一种转向柱辅助式转向装置，具备：
转向部，其由驾驶员进行转向；
驱动部，其进行旋转以向所述转向部提供辅助力；
第一控制部，其计算根据所述转向部和所述驱动部估计的与来自路面的反作用力相应的负荷转矩，基于计算出的所述负荷转矩来运算针对所述转向部的目标转向转矩；以及
第二控制部，其以形成通过所述第一控制部运算出的所述目标转向转矩的方式运算所述驱动部的所述辅助力，
其中，所述第一控制部进行如下处理：
基于所述转向部进行旋转所需的转向转矩、作为所述转向部的角速度的转向角速度、以及作为所述驱动部的转矩的驱动转矩，来计算承载于转向摇臂的、进行用于补偿减速器的摩擦的运算后的所述负荷转矩，
基于所述负荷转矩和车速来运算与所述反作用力相应的转向转矩，
基于所述车速来运算用于使所述转向部回到中立位置的复原转矩和用于控制所述转向部的急转向的缓冲转矩，
基于运算出的各转矩来运算所述目标转向转矩，
所述第二控制部基于所述负荷转矩、所述转向部进行旋转所需的转向转矩、作为所述转向部的角速度的转向角速度、以及作为所述驱动部的角速度的驱动角速度，来运算所述驱动部的所述辅助力。
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2424767A1 (de) * 2009-04-29 2012-03-07 ZF-Lenksysteme GmbH Bestimmung einer auf ein lenkgetriebe einwirkenden kraft
JP2014141172A (ja) * 2013-01-24 2014-08-07 Toyota Motor Corp 電動パワーステアリング装置
JP2014162322A (ja) * 2013-02-25 2014-09-08 Mazda Motor Corp 電動パワーステアリング制御装置
CN104163198A (zh) * 2013-05-15 2014-11-26 株式会社捷太格特 电动动力转向装置
DE102013110848A1 (de) * 2013-10-01 2015-04-02 Zf Lenksysteme Gmbh Verfahren zum betreiben eines lenksystems
US20160200354A1 (en) * 2013-09-04 2016-07-14 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Steering apparatus and steering controller
US20180118253A1 (en) * 2015-04-30 2018-05-03 Denso Corporation Electric power steering control apparatus
US20190322315A1 (en) * 2016-02-24 2019-10-24 Steering Solutions Ip Holding Corporation Steering system having a pressure sensor
JP2020192927A (ja) * 2019-05-29 2020-12-03 日本精工株式会社 車両用操向装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4853070B2 (ja) 2005-05-26 2012-01-11 日本精工株式会社 ステアバイワイヤシステム
JP4715351B2 (ja) * 2005-07-19 2011-07-06 株式会社デンソー ステアリング制御システム
US20070144814A1 (en) * 2005-12-22 2007-06-28 Arnold Steven D Torque sensor based steering response
JP2008056224A (ja) * 2006-08-03 2008-03-13 Nsk Ltd ステアリング装置の路面反力検知システム
JP6314752B2 (ja) * 2014-08-28 2018-04-25 株式会社デンソー 電動ステアリング制御装置
EP3539848B1 (en) * 2017-03-16 2020-09-23 NSK Ltd. Electric power steering device
JP6477995B1 (ja) * 2017-08-02 2019-03-06 日本精工株式会社 電動パワーステアリング装置
WO2019107438A1 (ja) * 2017-11-30 2019-06-06 株式会社ジェイテクト 車両用操舵装置
WO2019171447A1 (ja) * 2018-03-06 2019-09-12 日産自動車株式会社 車両のステアリング制御方法および車両のステアリング制御装置
US11161542B2 (en) * 2018-04-05 2021-11-02 Ford Global Technologies, Llc Methods and apparatus to reduce noise and vibration in a hybrid hydraulic power steering system
JP6543393B1 (ja) * 2018-06-29 2019-07-10 株式会社ショーワ ステアリング制御装置及びステアリング装置

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2424767A1 (de) * 2009-04-29 2012-03-07 ZF-Lenksysteme GmbH Bestimmung einer auf ein lenkgetriebe einwirkenden kraft
JP2014141172A (ja) * 2013-01-24 2014-08-07 Toyota Motor Corp 電動パワーステアリング装置
JP2014162322A (ja) * 2013-02-25 2014-09-08 Mazda Motor Corp 電動パワーステアリング制御装置
CN104163198A (zh) * 2013-05-15 2014-11-26 株式会社捷太格特 电动动力转向装置
US20160200354A1 (en) * 2013-09-04 2016-07-14 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Steering apparatus and steering controller
DE102013110848A1 (de) * 2013-10-01 2015-04-02 Zf Lenksysteme Gmbh Verfahren zum betreiben eines lenksystems
US20180118253A1 (en) * 2015-04-30 2018-05-03 Denso Corporation Electric power steering control apparatus
US20190322315A1 (en) * 2016-02-24 2019-10-24 Steering Solutions Ip Holding Corporation Steering system having a pressure sensor
JP2020192927A (ja) * 2019-05-29 2020-12-03 日本精工株式会社 車両用操向装置

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