CN115916630A - 用于车辆的转向系统 - Google Patents

Abstract

提供一种用于车辆的线控转向式转向系统，即使在车辆驻车时改变转向构件的转向角的情况下，所述线控转向式转向系统也能够防止车辆在驾驶未预见的方向上突然加速。当被转向角偏离与转向角的规定关系(ST2：是)时，立即或在满足触发条件时，控制单元驱动转向致动器以使被转向角更接近与转向角的规定关系(ST16、ST17、ST20、ST21)，并且对车辆的速度或加速度设定上限(ST7)。

Description

用于车辆的转向系统

技术领域

本发明涉及一种用于车辆的线控转向式转向系统。

背景技术

已知一种用于车辆的线控转向式转向系统，该线控转向式转向系统包括：转向构件，例如被配置成由驾驶员操作的方向盘；以及转向机构，其与转向构件机械地分离并且被配置成改变车轮的被转向角。转向机构由产生驱动力以改变车轮的转向角的转向致动器驱动。反作用力致动器响应于转向操作向转向构件施加反作用力。在这样的转向系统中，在转向构件的转向角应当偏离与车轮的被转向角的规定关系的情况下，因为转向构件在车辆的点火开关关闭之后移动，并且点火开关在此后接通，车轮将由转向致动器转向，直到车轮的被转向角与转向构件的转向角一致。例如参见专利文献1。根据专利文献1，车轮的转向正时优选地选择为在车辆开始行驶之前，更优选地在发动机起动之前。

引用文献列表

专利文献

[专利文献1]JP2007-153109A

发明内容

技术问题

然而，转向致动器的最大输出可能由于转向致动器的故障或转向致动器的电动马达的过热而降低。在这种情况下，根据专利文献1中公开的发明，车辆可以在车轮被转向到与转向构件的转向角相对应的被转向角之前开始行驶。此外，如果驾驶员突然压下加速器踏板，则车辆可能在驾驶员未预见的方向上突然加速。

考虑到现有技术的这种问题，本发明的主要目的是提供一种用于车辆的线控转向式转向系统，该转向系统即使在车辆驻车时转向构件的转向角改变时，也能够防止车辆在驾驶员未预见的方向上突然加速。

问题的解决方案

为了实现该目的，本发明提供一种用于车辆(2)的转向系统(1)，所述用于车辆的转向系统包括：转向构件(10)，所述转向构件被配置成接收转向操作；转向机构(11)，所述转向机构与所述转向构件机械地分离并且被配置成经由所述转向机构的运动使车轮(3)转向；转向角传感器(21)，所述转向角传感器检测所述转向构件的转向角(β)；被转向角传感器(32)，所述被转向角传感器检测所述车轮的被转向角(α)；转向致动器(12)，所述转向致动器被配置成向所述转向机构提供驱动力；反作用力致动器(13)，所述反作用力致动器被配置成响应于所述转向操作而向所述转向构件施加反作用力；以及控制单元(15)，所述控制单元控制所述转向致动器的操作以使所述被转向角与所述转向角成规定关系，并且控制所述反作用力致动器的操作以使所述反作用力与所述车轮的被转向状态相对应，其中，当所述被转向角偏离与所述转向角的所述规定关系(ST2：是)时，立即或在满足触发条件时，所述控制单元驱动所述转向致动器以使所述被转向角更接近与所述转向角的所述规定关系(ST16、ST17、ST20、ST21)，并且对所述车辆的速度或加速度设定上限(ST7)。

因此，当被转向角偏离与转向角的规定关系时，对车辆的速度或加速度设定上限。通过这样限制车辆的速度或加速度，防止车辆在驾驶员未预见的方向上突然加速。

优选地，所述控制单元被配置成获取所述转向致动器的最大输出(ST3)，并且当所述转向致动器的所述最大输出等于或大于规定值(ST4：是)时，所述控制单元不对所述车辆的速度或加速度设定所述上限。

如果每当被转向角偏离与转向角的规定关系时对车辆的速度或加速度设定上限，则即使当车轮能够被适当地驱动到与转向构件的转向角对应的被转向角时，也防止车辆如驾驶员所期望的那样加速。根据该布置，由于当转向致动器的最大输出等于或大于规定值时不对车辆的速度或加速度设定上限，所以可以避免对驾驶员期望的车辆加速的不必要限制。

优选地，所述控制单元根据所述转向致动器的所述最大输出来计算最大校正角(α_cmax)，所述最大校正角被给出为能在规定时间段内实现的所述被转向角的最大改变值(ST5)，并且即使当所述转向致动器的所述最大输出小于所述规定值(ST4：否)时，只要所述被转向角偏离与所述转向角的所述规定关系的偏差量(α_dev)等于或小于所述最大校正角(ST6：是)，所述控制单元就不对所述车辆的速度或加速度设定所述上限。

由于当被转向角与规定关系的偏差量等于或小于最大校正角时，不对车辆的速度或加速度设定上限，因此可以以可靠的方式避免对车辆加速度的任何不期望的限制。

优选地，当所述转向致动器的所述最大输出小于所述规定值(ST4：否)，并且所述被转向角偏离所述规定关系的所述偏差量等于或大于所述最大校正角(ST6：否)时，所述控制单元对所述车辆的速度或加速度设定所述上限，直到所述最大输出变得等于或大于所述规定值，或者直到所述偏差量变得等于或小于所述最大校正角(ST6：是)。

由此，能够避免车辆的突然加速，直到能够使车辆的行驶方向和驾驶员预期的方向在规定时间段内彼此一致，并且一旦能够使车辆的行驶方向和驾驶员预期的方向在规定时间段内彼此一致，车辆就可以根据驾驶员的需要加速。因此，车辆的转向操作和加速都可以根据驾驶员的需要来执行。

优选地，所述控制单元根据所述转向致动器的所述最大输出来计算最大校正角(α_cmax)，所述最大校正角被给出为能在规定时间段内实现的所述被转向角的最大改变值(ST5)，并且即使当所述转向致动器的所述最大输出小于所述规定值(ST4：否)时，如果作为使所述被转向角与所述转向角处于中性点的同一侧所需的校正量而给出的同向校正量(α_devn)等于或小于所述最大校正角(ST6：是)，则所述控制单元不对所述车辆的速度或加速度设定所述上限。

由于如果校正量作为使被转向角与转向角处于中性点的同一侧所需而给出的同向校正量等于或小于最大校正角，则不对车辆的速度或加速度设定上限，因此防止了不必要地限制驾驶员预期的车辆加速。

优选地，当所述转向致动器的所述最大输出小于所述规定值(ST4：否)，并且所述同向校正量大于所述最大校正角(ST36：否)时，所述控制单元对所述车辆的速度或加速度设定所述上限，直到所述被转向角与所述转向角处于所述中性点的同一侧(ST31：否)，直到所述最大输出变得等于或大于所述规定值(ST4：是)，或者直到所述同向校正量变得等于或大于所述最大校正角(ST36：是)。

由此，能够避免车辆的突然加速，直到能够使车辆的行驶方向和驾驶员预期的方向在规定时间段内彼此一致，并且一旦能够使车辆的行驶方向和驾驶员预期的方向在规定时间段内彼此一致，车辆就可以根据驾驶员的需要加速。因此，车辆的转向操作和加速都可以根据驾驶员的需要来执行。

发明的有益效果

因此，本发明提供了一种用于车辆的转向系统，当在驻车期间改变转向构件的转向角时，该转向系统能够防止车辆在驾驶员未预见的方向上突然加速。

附图说明

[图1]图1是根据本发明实施方式的转向系统的示意图。

[图2]图2是示出转向致动器的输出特性的曲线图。

[图3]图3是示出转向构件的转向角与前轮的被转向角之间的关系的示意图。

[图4]图4是示出转向构件的转向角与前轮的被转向角之间的关系的示意图。

[图5]图5是由控制单元执行的相位匹配控制过程的第一部分的流程图。

[图6]图6是由控制单元执行的相位匹配控制过程的第二部分的流程图。

[图7]图7是示出转向致动器的最大输出与最大校正角之间的关系的曲线图。

[图8]图8是示出由于被动相位匹配过程引起的被转向角的改变的时序图。

[图9]图9是示出由于主动相位匹配过程引起的被转向角的改变的时序图。

[图10]图10是根据本发明修改实施方式的相位匹配控制过程的流程图的第一部分。

具体实施方式

下面描述根据本发明实施方式的用于车辆2的转向系统1。如图1所示，转向系统1包括线控转向(SBW)式转向系统。装配有转向系统1的车辆2是具有左右前轮3和左右后轮(图中未示出)的四轮车辆。左右前轮3经由各自的转向节7被车身8(图1中仅示出了其下部的轮廓)支撑，使得前轮3的被转向角α可以改变，并且前轮3因此用作可转向轮。被转向角α是指前轮3相对于俯视图中的前后方向的角度。因此，转向系统1改变前轮3的被转向角α。

转向系统1包括能旋转地设置在车身8上的转向构件10、用于使前轮3转向的转向机构11、用于向转向机构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T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。转向系统1可以是包括各设置有转向致动器12、反作用力致动器13和控制单元15的多组的冗余系统。

转向构件10接受驾驶员的转向操作。转向构件10包括由车身8能旋转地支撑的转向轴18和设置在转向轴18的端部处的方向盘19。转向轴18由设置在车身8上的转向柱20能旋转地支撑，并且转向轴18的后端从转向柱20向后突出。方向盘19连接到转向轴18的后端，以便与转向轴18一体地旋转。

反作用力致动器13包括经由齿轮机构连接到转向轴18的电动马达。当驱动反作用力致动器13时，驱动力作为旋转力传递到转向轴18。反作用力致动器13向转向构件10施加旋转扭矩。由反作用力致动器13响应于转向操作而施加到转向构件10的扭矩被称为反作用扭矩T。

转向系统1还设置有转向角传感器21，该转向角传感器21检测转向轴18绕其中心轴线的旋转角作为转向角β。转向角传感器21可以是本身已知的旋转编码器。此外，转向系统1设置有扭矩传感器22，该扭矩传感器22检测施加到转向轴18的扭矩作为转向扭矩Ts。扭矩传感器22检测施加到转向轴18的位于方向盘19和反作用力致动器13之间的部分的转向扭矩Ts。转向扭矩Ts由驾驶员施加到方向盘19的操作扭矩和反作用力致动器13施加到转向轴18的反作用扭矩T确定。扭矩传感器22可以包括本身已知的扭矩传感器，例如磁致伸缩扭矩传感器或应变计，或者可替代地，转向扭矩可以根据流过反作用力致动器13的电动马达的电流值来估计。

转向系统1还包括检测反作用力致动器13的旋转角θ的第一旋转角传感器23。第一旋转角传感器23可以是本身已知的解算器或旋转编码器。

转向机构11具有在车辆横向方向上延伸的齿条26。齿条26由齿轮箱27支撑，以便能在车辆横向方向上移动。齿条26的左端和右端分别连接到转向节7，转向节7经由相应的拉杆30支撑左右前轮3。当齿条26在车辆横向方向上移动时，前轮3的被转向角α改变。转向机构11与转向构件10机械地分离。

转向致动器12包括电动马达。转向致动器12根据来自控制单元15的信号使齿条26在车辆横向方向上移动，并且相应地改变左右前轮3的被转向角α。

转向系统1还设置有检测转向致动器12的旋转角θ的第二旋转角传感器31。第二旋转角传感器31可以是本身已知的解算器或旋转编码器。此外，转向系统1具有检测前轮3的被转向角α的被转向角传感器32。在本实施方式中，被转向角传感器32包括检测齿条位置(齿条26沿车辆横向方向的位置)的齿条行程传感器，并且前轮3的被转向角α由齿条位置确定。

控制单元15由包括CPU、存储器、用于存储程序的存储设备等的电子控制单元组成。转向角传感器21、扭矩传感器22、第一旋转角传感器23、第二旋转角传感器31和被转向角传感器32连接到控制单元15。基于来自这些传感器的信号，控制单元15获取与转向角β、转向扭矩Ts、反作用力致动器13的旋转角θ、转向致动器12的旋转角θ和被转向角α对应的信号。此外，控制单元15连接到车辆速度传感器33和档位传感器34，并且获取与车辆速度V和变速器装置35的变速器档位SP对应的信号。

变速器装置35是改变从安装在车辆2上的驱动源向车轮的动力传递模式的装置。例如，当车辆2配备有内燃机作为推进驱动源时，变速器装置35是改变从内燃机向从动轮的驱动力传递模式的装置。此外，当车辆2配备有电动马达作为推进驱动源时，变速器装置35是改变从电动马达向从动轮的驱动力传递模式的动力单元。

在自动变速器装置的情况下，变速器装置35包括驻车位置“P”、空档位置“N”、驱动位置“D”和倒档位置“R”作为表示不同驱动力传递模式的变速器档位SP。驱动位置“D”可以具有一个范围，或者可以具有包括第一速度、第二速度等的多个范围。当变速器装置35是手动变速器装置时，变速器装置35具有空档位置“N”、驱动位置“D”和倒档位置“R”。驱动位置“D”可以具有多个范围，例如第一速度到第五速度。在下文中，驱动位置“D”和倒档位置“R”统称为行驶位置。

变速器装置35的变速器档位SP通过驾驶员对诸如换档杆或换档按钮的切换构件执行的切换操作来切换。换档按钮可以是显示在触摸面板显示器上的功能按钮。档位传感器34获取与由驾驶员切换的变速器装置35的变速器档位SP对应的信号。设置有控制单元15的车辆系统被配置成仅当变速器装置35处于驻车位置“P”或空档位置“N”时接通和断开。

控制单元15连接到反作用力致动器13和转向致动器12，并且控制反作用力致动器13和转向致动器12。控制单元15根据转向角β控制转向致动器12，并且根据被转向角α控制反作用力致动器13。

此外，控制单元15被配置成管理转向致动器12的输出特性。图2是示出转向致动器12的输出特性的曲线图。如图2所示，转向致动器12的输出特性使得当车辆2静止时，转向致动器12能够利用使前轮3转向所需的转向扭矩T1以规定速度(转向角速度)使前轮3转向。因此，当车辆2静止时，通过以如图2所示的最大输出驱动转向致动器12，控制单元15能够以规定速度使前轮3转向。转向致动器12随着使前轮3转向所需的转向扭矩变小而呈现较高(较快)的转向角速度。

另一方面，在诸如当电源系统发生故障时以及当转向致动器12处于劣化状态时的情况下，转向致动器12可以不在最大输出下操作。劣化状态是指由于诸如转向致动器12过热的原因而限制转向致动器12的输出的状态。在这种情况下，控制单元15获取能够从转向致动器12产生的最大输出作为小于转向致动器12的额定输出的值。因此，该最大输出小于图2所示的转向致动器12的特征值(额定输出扭矩)，并且根据转向致动器12的操作条件、温度等而变化(例如，90％、50％等)。可以通过使用传感器的输出值或通过估计来获得最大输出。

下面具体描述SBW模式中控制单元15的控制动作。控制单元15根据由转向角传感器21检测到的实际转向角β来计算与转向角β具有规定关系的目标被转向角αt。控制单元15可以通过例如将转向角β乘以预定传动比K来计算目标被转向角αt(αt＝β×K)。传动比K例如可以为0.01至0.5，并且优选为0.125。然后，控制单元15根据目标被转向角αt与实际被转向角α之间的偏差Δα(＝αt－α)来计算要供应到转向致动器12的第一电流值A1，使得被转向角α与目标被转向角αt一致。即，控制单元15根据偏差Δα执行转向致动器12的反馈控制。随着偏差Δα的增加，供应到转向致动器12的第一电流值A1变大，并且转向致动器12的输出增加，结果被转向角α的改变速度(改变率)增加。

控制单元15根据前轮3的转向状态、特别是根据偏差Δα来计算将由反作用力致动器13产生的目标反作用扭矩Tt。目标反作用扭矩Tt可以通过将Δα乘以预定系数来计算。然后，控制单元15根据计算出的目标反作用扭矩Tt来计算要供应到反作用力致动器13的第二电流值A2。可以通过参照根据目标反作用扭矩Tt的预定映射来确定要供应到反作用力致动器13的第二电流值A2。可替代地，控制单元15可以通过参照根据偏差Δα的预定映射来确定第二电流值A2。目标反作用扭矩Tt和第二电流值A2的值随着被转向角α的偏差Δα增加而变大。

控制单元15向反作用力致动器13供应第二电流值A2，并且在反作用力致动器13中产生驱动力。由反作用力致动器13产生的驱动力作为与驾驶员的操作输入相反的反作用扭矩T供应到转向轴18。结果，驾驶员可以从方向盘19接收抵抗转向操作的反作用力(阻力)。

当车辆2的点火开关接通时，控制单元15被激活，而当点火开关断开时，控制单元15被停用。因此，在点火开关断开的情况下，即使转向构件10转动并且转向角β改变，前轮3的被转向角α也不改变，并且不产生反作用扭矩T。因此，当点火开关断开时，转向构件10的转向角β和前轮3的被转向角α可能偏离上述规定的传动比关系。在以下公开内容中，通过考虑传动比而归一化的两个角度被称为相位，并且与被转向角α和转向角β之间的规定关系的角度偏差被称为相位差。可以在多种不同类型中产生相位差。

图3是示出转向构件10的转向角β与前轮3的被转向角α之间的相位关系的示意图。如图2所示，转向角β的相位和被转向角α的相位可以以两种不同的类型彼此偏离：A型或反相位关系，其中转向角β的相位和被转向角α的相位彼此相反；以及B型或同相位关系，其中转向角β的相位和被转向角α的相位彼此一致。当转向角β的相位和被转向角α的相位中只有一个为0时，或者在大约0的规定的小角度范围内时，这两个相位被认为是相同的。因此，B型可进一步分为四种类型；其中转向角β为0且被转向角α不为0的B1型，其中被转向角α的相位大于转向角β的相位的B2型，其中被转向角α的相位小于转向角β的相位的B3型，以及其中转向角β在任一方向上大于0且被转向角α为0的B4型。

图4是示出转向构件10的转向角β与前轮3的被转向角α之间的关系的示意图，这包括单个反相位类型和四个同相位类型。

由于在点火开关断开时可能干扰转向角β和被转向角α之间的相位关系，因此当点火开关接通并且控制单元15被激活时，控制单元15执行如图5和图6所示的相位匹配控制过程。

图5示出了在启动时由控制单元15执行的相位匹配控制过程的第一半的流程图，并且图6示出了相位匹配控制过程的第二半。如图5所示，当激活时，控制单元15获取转向角β和被转向角α(步骤ST1)，并且确定转向角β的相位和被转向角α的相位之间是否存在任何偏差(步骤ST2)。在步骤ST2中，确定转向角β和被转向角α之间的相位关系是否偏离预定传动比关系(相位关系是否偏离图3所示的斜传动比线K)。如果转向角β的相位和被转向角α的相位彼此一致(ST2：否)，则控制单元15结束该过程。

当转向角β的相位和被转向角α的相位彼此偏离(ST2：是)时，控制单元15获取转向致动器12的最大输出(步骤ST3)，并确定最大输出是否等于或大于规定值(步骤ST4)。规定值被选择为允许前轮3在车辆2静止时以预定速度被转向的最大输出的值，并且例如可以是额定最大输出的90％或80％。规定值可以是根据车辆2的状态而改变的固定值或可变值。

当转向致动器12的最大输出小于规定值(ST4：否)时，控制单元15基于转向致动器12的最大输出来计算在车辆2静止时在规定时间段内能够实现的最大校正角α_cmax或被转向角α的最大改变(步骤ST5)。该规定时间段在点火开关接通之后最长，在档位SP从驻车位置“P”改变到驱动位置“D”之后变短，并且在车辆2开始行驶时变得更短。例如，如图7所示的曲线图所示，设定特定时间点的最大校正角α_cmax。随后，在控制单元15中，确定作为被转向角α与转向角β的相位关系的偏差给出的偏差量α_dev或者被转向角与通过将转向角β乘以传动比K获得的值之间的相位差是否等于或小于上述最大校正角α_cmax(步骤ST6)。

当被转向角α的偏差量α_dev大于最大校正角α_cmax(ST6：否)时，控制单元15通过对车辆速度V设定上限来执行限速操作(步骤ST7)，并且处理流程前进到图6中的步骤ST8。例如，控制单元15将车辆速度V的上限值设定为10km/h。另一方面，当转向致动器12的最大输出等于或大于规定值(ST4：是)，并且被转向角α的偏差量α_dev等于或小于最大校正角α_cmax(ST6：是)时，控制单元15进入图6所示的步骤ST8而不限制车辆速度。结果，在步骤ST4或步骤ST6中的确定结果变为是之前，防止车辆2以高于上限值的车辆速度V行驶。当步骤ST2中的确定结果变为否时，车辆速度限制也被释放，但是通常在步骤ST2中的确定结果变为否之前，步骤ST6中的确定结果变为是。

这样，在转向角β的相位和被转向角α的相位彼此偏离的情况下(ST2：是)，如果转向致动器12的最大输出小于规定值(ST4：否)，并且被转向角α的偏差量α_dev大于最大校正角α_cmax(ST6：否)，则限制车辆速度V。保持对车辆速度V的限制，直到转向致动器12的最大输出恢复到规定值，或者在车辆速度V达到预定速度之前确定被转向角α的相位和转向角β的相位匹配。由此，防止车辆2在与驾驶员期望的方向不同的方向上高速行驶。

如图6所示，控制单元15获取车辆速度V(步骤ST8)，并确定车辆2是否正在行驶(步骤ST9)。更具体地，当车辆速度V高于预定阈值Vth时，控制单元15确定车辆2正在行驶，否则确定车辆2静止。当确定车辆2静止(ST9：否)时，控制单元15根据转向角β和被转向角α确定相位偏差的类型(步骤ST10)，以确定是否是反相位关系的情况(A型)(步骤ST11)。

在反相位关系的情况下(ST11：是)，控制单元15获取变速器档位SP(步骤ST12)，并且确定变速器档位SP是否为驱动位置“D”或倒档位置“R”(步骤ST13)。如果驾驶员尚未操作换档杆，并且变速器档位SP仍处于驻车位置“P”或空档位置“N”(ST13：否)，或者如果步骤ST11的确定结果为否，则控制单元15获取转向角速度βdot(步骤ST14)。控制单元15确定转向角速度βdot是否为0(度/秒)或可被视为0(度/秒)的预定小速度范围内(步骤ST15)。为了便于描述，在以下公开内容中将后一种情况简称为“βdot＝0”的情况。

当转向角速度βdot为0(ST15：是)时，控制单元15重复上述过程。当转向构件10由驾驶员操作或转向并且转向角速度βdot不为0(ST15：否)时，控制单元15执行被动相位匹配(步骤ST16)。在步骤ST16的被动相位匹配中，驱动转向致动器12和反作用力致动器13中的至少一者，使得转向角β的相位和被转向角α的相位在转向构件10转向(ST15：否)时彼此更接近。这里，“使转向角β的相位和被转向角α的相位彼此更接近”是指使转向角β和被转向角α更接近规定关系(上述传动比关系)。该相位匹配被表征为“被动的”，因为相位匹配仅在执行诸如转向操作的特定动作期间发生。在本实施方式中，控制单元15驱动转向致动器12以将转向角β的相位和被转向角α的相位匹配。

在步骤ST16的被动相位匹配中，控制单元15利用操作转向构件10的事件作为触发(ST15：否)来驱动转向致动器12以使转向角β的相位和被转向角α的相位彼此更接近。以此方式，由于通过利用转向构件10的操作作为触发而使被转向角α在相位上更接近转向角β，因此防止了前轮3在驾驶员未预见的情况下转向。

图8是示出被动相位匹配中的被转向角α的改变的时序图。如图8所示，在被动相位匹配中，控制单元15驱动转向致动器12，以逐渐减小根据转向角β设定的目标被转向角αt与实际被转向角α之间的偏差Δα(＝αt－α)。即使当转向构件10在更接近被转向角α的相位的方向上转向时，如果转向构件10的转向速度等于或高于预定转向速度，则控制单元15驱动转向致动器12，使得前轮3在与转向构件10的转向方向相同的方向上被转向。

再次参见图6，在步骤ST16的被动相位匹配中，控制单元15重复上述过程，或者利用停止转向构件10的操作的事件作为触发(ST15：是)来停止驱动转向致动器12。结果，被转向角α在转向构件10未被操作时保持恒定，从而防止驾驶员感受到任何不适。

当驾驶员执行变速器换档操作以将变速器档位SP改变到驱动位置“D”或倒档位置“R”时，步骤ST13中的确定结果变为是，并且控制单元15执行反相位匹配(步骤ST17)。反相位匹配是这样的控制过程，其中，驱动转向致动器12和反作用力致动器13中的至少一者，使得转向角β的相位和被转向角α的相位彼此更接近，并且进入同相位，而不管转向构件10是否转向。

步骤ST17中的反相位匹配由在步骤ST13的确定过程中变速器档位SP从驻车位置“P”或空档位置“N”改变到驱动位置“D”或倒档位置“R”的事件的发生触发。换言之，在变速器档位SP已经从驻车位置“P”或空档位置“N”改变到行驶位置的条件下，控制单元15开始反相位匹配。反相位匹配可以在满足该条件之后立即开始，可能具有一定的时间延迟。

这样，通过驾驶员触发将变速器档位SP从驻车位置“P”或空档位置“N”改变到行驶位置的动作，控制单元15在步骤ST17中执行反相位匹配，并使被转向角α的相位和转向角β的相位彼此更接近。因此，仅当驾驶员欲启动车辆时，被转向角α的相位和转向角β的相位彼此更接近。

在本实施方式中，控制单元15驱动转向致动器12以使转向角β和被转向角α成为同相位。在本实施方式的反相位匹配(ST17)中，控制单元15以设定为0°(空档位置)的目标被转向角αt驱动转向致动器12，并且一旦被转向角α与目标被转向角αt一致，并且一旦被转向角α的相位变为与转向角β的相位相同，则停止驱动转向致动器12。这里，目标被转向角αt可以被设定为任何值，只要它在与转向角β具有同相位关系的0°的特定范围内。

当控制单元15已经确定转向角β的方向和被转向角α的方向彼此一致(ST11：否)时，停止驱动转向致动器12。结果，即使当转向构件10未被操作(ST15：是)时，防止被转向角α和/或转向角β不必要地改变，并且防止车辆2在驾驶员不期望的方向上行驶。

与步骤ST16中的被动相位匹配的情况不同，不管转向构件10是否已经被操作，都执行步骤ST17中的反相位匹配。因此，当转向角β的方向和被转向角α的方向彼此相反(ST11：是)时，被转向角α的相位和转向角β的相位可以在变速器档位SP从驻车位置“P”或空档位置“N”改变到行驶位置之后立即彼此更接近，而与转向构件10的操作无关。

当控制单元15在步骤ST17中执行反相位匹配时，随后在步骤ST11中将相位偏差的类型确定为反相位类型(ST11：否)。在这种情况下，由控制单元15执行的控制过程前进到步骤ST14，并且执行被动相位匹配(ST16)，用于在转向构件10未转向(ST15：否)时将转向角β的相位和被转向角α的相位彼此匹配。

此外，当转向角β的方向和被转向角α的方向彼此相反(ST11：是)时，通过利用转向构件10的操作(ST15：否)，并且变速器档位SP处于驻车位置“P”或空档位置“N”(ST13：否)作为触发，来执行步骤ST16中的被动相位匹配。以此方式，当转向角β的方向和被转向角α的方向彼此相反时，通过利用转向构件10的操作作为触发，被转向角α的相位和转向角β的相位可以彼此更接近而不会对驾驶员造成任何不适。

如果车辆2开始行驶而没有通过步骤ST16中的被动相位匹配完成转向角β和被转向角α的相位匹配，则在步骤ST9中确定车辆2正在行驶(ST9：是)。

之后，控制单元15获取转向角速度βdot(步骤ST18)，并且确定转向角速度βdot是否为0(步骤ST19)。当转向角速度βdot为0(ST19：是)时，控制单元15执行主动相位匹配(步骤ST20)。主动相位匹配是这样的控制动作，通过该控制动作，驱动转向致动器12和反作用力致动器13中的至少一者，使得即使当驾驶员不使转向构件10转向(ST19：是)时，在车辆2开始行驶(ST9：是)之后，转向角β的相位和被转向角α的相位逐渐一致。在本实施方式中，控制单元15驱动转向致动器12以将转向角β的相位和被转向角α的相位匹配。

这样，无论转向构件10是否被操作，控制单元15都执行步骤ST20中的主动相位匹配，从而即使当转向构件10未被操作时，也防止车辆2在驾驶员不期望的方向上高速行驶。通过执行主动相位匹配，在车辆2开始行驶之后，转向角β的相位和被转向角α的相位总是一致的。一旦步骤ST2中的确定结果变为否，则结束相位匹配控制。由此，释放车辆速度V的上限。

图9是示出由于主动相位匹配引起的被转向角α的改变的时序图。如图9所示，一旦车辆速度V变得高于预定阈值Vth，控制单元15就启动主动相位匹配，并驱动转向致动器12，使得转向角β和被转向角α之间的相位偏差减小。

此时，在驱动转向致动器12时，控制单元15将减速增益G乘以从目标被转向角αt与实际被转向角α之间的偏差Δα计算出的第一电流值A1，以便与正常转向角控制的情况相比减小被转向角α的改变速度。结果，被转向角α的改变率变得比正常状态慢，并且防止车辆2以驾驶员未预见的方式运行。

减速增益G可以选择为随着车辆速度V而变化。更具体地，减速增益G在车辆速度V低时可以被选择为相对大的值，并且在车辆速度V增加时可以被选择为较小的值，使得被转向角α的改变速度随着车辆速度V的增加而变慢。结果，当车辆速度V低并且被转向角α的改变对车辆行为的影响小时，被转向角α以相对高的速度改变。相反地，当车辆速度V高并且被转向角α的改变对车辆行为的影响大时，转向角以相对低的速度改变。由此，防止车辆2以意外的方式运行。

再次参见图6，当在车辆2行驶(ST9：是)的同时由驾驶员使转向构件10转向，并且转向角速度βdot不为0(ST19：否)时，控制单元15执行被动相位匹配(步骤ST21)。在步骤ST21的被动相位匹配中，驱动转向致动器12和反作用力致动器13中的至少一者，使得在转向构件10不转向(ST19：否)的同时将转向角β的相位和被转向角α的相位匹配。在本实施方式中，控制单元15驱动转向致动器12以将转向角β的相位和被转向角α的相位匹配。

在步骤ST21的被动相位匹配中，控制单元15以如下方式驱动转向致动器12：与当操作转向构件10时执行的主动相位匹配(ST20)的情况相比，被转向角α的改变速度更快。结果，由于驾驶员能够容易地预测该状况下的车辆2的行为，因此被转向角α在转向操作期间高速地改变，其结果是，转向角β的相位和被转向角α的相位能够在早期阶段匹配。

当转向角β的相位和被转向角α的相位通过步骤ST16中的被动相位匹配、步骤ST20中的主动相位匹配或步骤ST21中的被动相位匹配而匹配，并且步骤ST2中的确定结果变为否时，结束相位匹配控制。

下面讨论根据前述实施方式的转向系统1的主要特征和优点。

如图5所示，在启动时，如果被转向角α偏离相对于转向角β的规定关系(ST2：是)，并且满足图6所示的步骤ST9、ST15和ST17的任一个触发条件，则控制单元15驱动转向致动器12，以使转向角β更接近相对于被转向角α的规定关系(ST16、ST17、ST20、ST21)，并且对车辆速度V设定上限(ST7)。通过以这种方式将车辆速度V限制为上限值，防止车辆2在驾驶员未预见的方向上突然加速。

控制单元15获取在激活时或启动时转向致动器12的最大输出(ST3)，并且当转向致动器12的最大输出等于或高于规定值(ST4：是)时，不对车辆速度V设定上限值。因此，当车辆根据驾驶员的意愿加速时，不防止车辆加速。

控制单元15基于激活时转向致动器12的最大输出来计算最大校正角α_cmax，该最大校正角是在预定时间段内能够实现的被转向角α的最大改变量(ST5)。即使转向致动器12的最大输出小于规定值(ST4：否)，只要相对于被转向角α的规定关系的偏差量α_dev等于或小于最大校正角α_cmax(ST6：是)，控制单元15不对车辆速度V设定上限值。因此，当车辆根据驾驶员的意愿以可靠的方式加速时，不防止车辆加速。

当转向致动器12的最大输出小于规定值(ST4：否)，并且相对于被转向角α的规定关系的偏差量α_dev大于最大校正角α_cmax(ST6：否)时，控制单元15对车辆速度V设定上限值，直到最大输出变得等于或大于规定值(ST4：是)，或者偏差量α_dev变得等于或小于最大校正角α_cmax(ST6：是)。因此，防止车辆2的任何突然加速，直到驾驶员预期的方向和车辆2的行驶方向在预定时间段内能够彼此一致，并且一旦已经能够使驾驶员预期的方向和车辆2的行驶方向在预定时间段内彼此一致，则驾驶员期望的车辆的加速成为可能。因此，可以根据驾驶员的需要执行转向和加速。

下面参照图10描述根据前述实施方式的修改的转向系统1。该修改实施方式在相位匹配控制的过程的一部分中不同于前述实施方式，但是在其它方面类似于前述实施方式。因此，下面仅描述与前述实施方式不同的修改实施方式的部分。

图10是根据修改实施方式的相位匹配控制的第一部分的流程图。相位匹配控制的后半部分与图6所示的前述实施方式相同。如图10所示，当在步骤ST2中确定转向角β的相位和被转向角α的相位彼此偏离(是)时，控制单元15然后确定转向角β和被转向角α之间的相位偏差是否为反相位类型(步骤ST31)。在反相位类型偏差的情况下(ST31：是)，控制流程前进到步骤ST3。在同相位类型偏差的情况下(ST31：否)，控制流程前进到图8所示的步骤ST8。因此，当相位偏差不是反相位类型时，在步骤ST6中不限制车辆速度V。

步骤ST3至ST5与前述实施方式中的相应步骤相同。在步骤ST5之后，控制单元15将被转向角α校正为与转向角β同相，或者换言之，控制单元15计算同向校正量α_devn，该同向校正量被给出为将被转向角α相对于中性位置置于与转向角β同一侧所需的校正量，并且确定同向校正量α_devn是否等于或小于最大校正角α_cmax(步骤ST36)。同向校正量α_devn是被转向角α相对于0°位置(中性位置)的偏差角。

当同向校正量α_dev大于最大校正角α_cmax(ST36：否)时，控制单元15通过设定车辆速度V的上限值来限制车辆速度(步骤ST7)，并进入图6所示的步骤ST8。另一方面，当在步骤ST6中的确定结果指示同向校正量α_dev等于或小于最大校正角α_cmax(ST6：是)时，控制单元15进入图6所示的步骤ST8而不限制车辆速度。

在此修改实施方式中，即使转向致动器12的最大输出小于规定值(ST4：否)，只要将被转向角α置于与转向角β相同的方向所需的同向校正量α_devn等于或小于最大校正角α_cmax(ST36：是)，控制单元15就不设定车辆速度V的上限值。因此，当车辆根据驾驶员的意愿以可靠的方式加速时，不防止车辆加速。

当转向致动器12的最大输出小于规定值(ST4：否)，并且同向校正量α_dev大于最大校正角α_cmax(ST36：否)时，控制单元15对车辆速度V设定上限值，直到被转向角α成为与转向角β相同的方向(ST31：否)，最大输出变得等于或大于规定值(ST4：是)，或者同向校正量α_devn变得等于或小于最大校正角α_cmax(ST36：是)。因此，防止车辆2的任何突然加速，直到能够使驾驶员预期的行驶方向和车辆2的实际行驶方向在预定时间段内处于相同方向，并且一旦已经能够使驾驶员预期的行驶方向和车辆2的实际行驶方向在预定时间段内处于相同方向，驾驶员可以根据需要加速车辆2。由此，车辆2的转向操作和加速都可以根据驾驶员的需要来执行。

已经根据特定实施方式描述了本发明，但是本发明不限于这些实施方式，并且可以在不脱离本发明的范围的情况下以各种方式进行修改。在上述实施方式中，在步骤ST7中，控制单元15对车辆速度V设定上限值，但是控制单元15也可以对车辆2的加速度设定上限值。这也防止了车辆2在驾驶员未预见的方向上以高的加速度移动。此外，控制单元15可以在激活时立即(在步骤ST2之后且在步骤ST8之前)驱动转向致动器12。此外，在不脱离本发明的要旨的情况下，可以适当地改变每个构件和部件的具体配置、布置、数量、角度、程序等。此外，在上述实施方式中示出的所有部件对于本发明不是必要的，并且可以适当地选择和省略而不脱离本发明的要旨。

附图标记列表

1：转向系统 2：车辆

3：前轮 10：转向构件

11：转向机构 12：转向致动器

13：反作用力致动器 15：控制单元

21：转向角传感器 32：被转向角传感器

α：被转向角

α_dev：偏差

α_devn：同向校正量

α_cmax：最大校正角

β：转向角

V：车辆速度

Claims (6)

1.一种用于车辆的转向系统，所述用于车辆的转向系统包括：

转向构件，所述转向构件被配置成接收转向操作；

转向机构，所述转向机构与所述转向构件机械地分离并且被配置成经由所述转向机构的运动使车轮转向；

转向角传感器，所述转向角传感器检测所述转向构件的转向角；

被转向角传感器，所述被转向角传感器检测所述车轮的被转向角；

转向致动器，所述转向致动器被配置成向所述转向机构提供驱动力；

反作用力致动器，所述反作用力致动器被配置成响应于所述转向操作而向所述转向构件施加反作用力；以及

控制单元，所述控制单元控制所述转向致动器的操作以使所述被转向角与所述转向角成规定关系，并且控制所述反作用力致动器的操作以使所述反作用力与所述车轮的被转向状态相对应，

其中，当所述被转向角偏离与所述转向角的所述规定关系时，立即或在满足触发条件时，所述控制单元驱动所述转向致动器以使所述被转向角更接近与所述转向角的所述规定关系，并且对所述车辆的速度或加速度设定上限。

2.根据权利要求1所述的用于车辆的转向系统，其中，所述控制单元被配置成获取所述转向致动器的最大输出，并且当所述转向致动器的所述最大输出等于或大于规定值时，所述控制单元不对所述车辆的速度或加速度设定所述上限。

3.根据权利要求2所述的用于车辆的转向系统，其中，所述控制单元根据所述转向致动器的所述最大输出来计算最大校正角，所述最大校正角被给出为能在规定时间段内实现的所述被转向角的最大改变值，并且即使当所述转向致动器的所述最大输出小于所述规定值时，只要所述被转向角偏离与所述转向角的所述规定关系的偏差量等于或小于所述最大校正角，所述控制单元就不对所述车辆的速度或加速度设定所述上限。

4.根据权利要求3所述的用于车辆的转向系统，其中，当所述转向致动器的所述最大输出小于所述规定值，并且所述被转向角偏离所述规定关系的所述偏差量等于或大于所述最大校正角时，所述控制单元对所述车辆的速度或加速度设定所述上限，直到所述最大输出变得等于或大于所述规定值，或者直到所述偏差量变得等于或小于所述最大校正角。

5.根据权利要求2所述的用于车辆的转向系统，其中，所述控制单元根据所述转向致动器的所述最大输出来计算最大校正角，所述最大校正角被给出为能在规定时间段内实现的所述被转向角的最大改变值，并且即使当所述转向致动器的所述最大输出小于所述规定值时，只要作为使所述被转向角与所述转向角处于中性点的同一侧所需的校正量而给出的同向校正量等于或小于所述最大校正角，所述控制单元就不对所述车辆的速度或加速度设定所述上限。

6.根据权利要求5所述的用于车辆的转向系统，其中，当所述转向致动器的所述最大输出小于所述规定值，并且所述同向校正量大于所述最大校正角时，所述控制单元对所述车辆的速度或加速度设定所述上限，直到所述被转向角与所述转向角处于所述中性点的同一侧，直到所述最大输出变得等于或大于所述规定值，或者直到所述同向校正量变得等于或大于所述最大校正角。

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