CN116806202A - 转向控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及转向控制装置。在车辆(900)中，转向控制装置(10)控制与各转向轮(91－94)对应的四个转向致动器(81－84)，在该车辆中，前排以及后排的左右的转向轮(91－94)机械地分离，能够进行四轮独立转向。控制部(20)针对各转向轮(91－94)，对转向致动器(81－84)进行反馈控制，以使得能够换算为转向角的状态量与根据转向的转向操纵所设定的该状态量的目标值的状态量偏差变小。除了车辆满足规定的应用排除要件的情况之外，控制部(20)执行变更反馈控制的响应性的“响应性变更处理”，以使得在车辆直行状态下与车辆非直行状态相比状态量偏差容易变小。

Description

转向控制装置

相关申请的交叉引用

本申请基于2021年1月29日申请的专利申请编号2021－013298号，并在此引用其记载内容。

技术领域

本公开涉及转向控制装置。

背景技术

以往，已知有对转向轮的转向角进行反馈控制的控制装置。例如专利文献1所公开的线控转向式转向装置的控制装置的课题在于抑制转向角的中立位置与车辆直行时的转向角的偏移所引起的车辆偏转的产生。在车辆直行时，与车辆未直行时相比较，该控制装置的转向侧控制部限制基于反馈控制的角度偏差得到的比例项以及积分项，以使得角度偏差难以变小。

专利文献1：日本特开2019－130958号公报

专利文献1的控制装置应用于前排或后排的左右轮机械地连结，前后排任意一排的左右轮具有直行转向角的车辆。转向角将车辆直行时的角度设定为中立位置，所以该控制装置在车辆直行时的目标转向角与实际转向角产生偏差的情况下，限制反馈控制的积分项，以使得偏差并不接近零。

与此相对，在四轮能够独立地进行转向的四轮独立转向车辆中，前后排的转向轮在机械上均不具有直行转向角，直行时的各转向轮的转向角不一定处于中立位置。因此，不能够将本来前提就不同的专利文献1的技术应用于四轮独立转向车辆。另外，若通过四轮独立转向车辆的转向系统控制为目标转向角与实际转向角的偏差变小，则通常转向时的响应性提高。因此，在紧急转向操纵时等产生转向角的过冲，作为车辆成为不稳定的举动。

发明内容

本公开的目的在于提供在四轮独立转向车辆的转向角控制中，避免在紧急转向操纵时等车辆变得不稳定，并且抑制直行时的车辆偏转的产生的转向控制装置。

本公开的转向控制装置在前排以及后排的左右的转向轮机械地分离并能够进行四轮独立转向的车辆中，控制与各转向轮对应的四个转向致动器。

该转向控制装置具备控制部，针对各转向轮，对转向致动器进行反馈控制，以使得能够换算为转向角的状态量与根据转向的转向操纵所设定的该状态量的目标值的状态量偏差变小。除了车辆满足规定的应用排除要件的情况之外，控制部执行变更反馈控制的响应性的“响应性变更处理”，以使得在车辆直行状态下与车辆非直行状态相比状态量偏差容易变小。

在四轮独立转向车辆中，为了避免直行时的车辆偏转，需要精度良好地控制为不残留换算为转向角偏差的状态量偏差。但是，若为了精度良好地进行控制而提高响应性，则有由于齿轮的齿隙、轮胎摩擦等的影响而在紧急转向操纵时等产生过冲，车辆有可能变得不稳定。

因此在本公开中，控制部判定是否是车辆直行状态，仅在判定为直行的情况下变更反馈控制的响应性，以使得状态量偏差容易变小。由此在本公开中，在四轮独立转向车辆的转向角控制中，能够避免在紧急转向操纵时等车辆变得不稳定，并且抑制直行时的车辆偏转的产生。

附图说明

关于本公开的上述目的以及其它目的、特征及优点，参照附图并通过下述的详细描述会变得更加明确。该附图是，

图1是搭载各实施方式的转向控制装置的四轮独立转向车辆的示意图，

图2是根据第一实施方式的转向控制装置的控制部的结构图，

图3是图2的车速感应增益图的例子，

图4是图2的转向角感应增益图的例子，

图5是表示图2的直行判定运算部的处理的流程图，

图6是表示图2的增益选择运算部的处理的流程图，

图7是表示根据比较例1、比较例2、本实施方式的停车时或者转向操纵时的转向角的控制响应的图，

图8是表示根据比较例1、比较例2、本实施方式的直行行驶时的转向角的控制响应的图，

图9是根据第二实施方式的转向控制装置的控制部的结构图。

具体实施方式

以下，基于附图对转向控制装置的多个实施方式进行说明。本实施方式的转向控制装置是在四轮独立转向车辆中控制与各转向轮对应的四个转向致动器的装置。在四轮独立转向车辆中，前排以及后排的左右的转向轮机械地分离，能够进行四轮独立转向。

参照图1，对搭载各实施方式的转向控制装置的四轮独立转向车辆900的结构进行说明。四轮独立转向车辆900的前排的左右的转向轮91、92以及后排的左右的转向轮93、94均机械地分离。即，在通常的车辆中设置有连结前排的左右轮的齿条95，或者，连结后排的左右轮的齿条96的至少一方，与此相对，在四轮独立转向车辆900中前后排均未设置齿条95、96。图中的双点划线表示没有齿条95、96。由此，四个转向轮91－94能够独立地进行转向。

与各转向轮91－94对应地设置四个转向致动器81－84。转向致动器FL81以及转向致动器FR82分别与前排的左右的转向轮91、92对应。转向致动器RL83以及转向致动器RR84分别与后排的左右的转向轮93、94对应。转向致动器81－84代表性地由马达构成，除此之外也可以由线性致动器等构成。

转向致动器81－84通过从转向控制装置10的控制部20供给的目标电流Itgt1－Itgt4而被驱动，使对应的各转向轮91－94转向。将各转向轮91－94的转向角记为θt1－θt4。转向角θt1－θt4将中立位置定义为0，例如将逆时针的旋转定义为正，并将顺时针的旋转定义为负。实际的各转向角θt1－θt4既可以直接检测，也可以基于转向致动器81－84的动作量计算。在本实施方式中，将转向角θt1－θt4本身作为“能够换算为转向角的状态量”进行说明。

作为状态量的转向角θt1－θt4如虚线所示那样被反馈给控制部20。另外，本实施方式的控制部20从车速传感器97获取车速V。以往，已知在前排或后排的左右轮机械地连结且前后排任意一排的左右轮具有直行转向角的车辆中，对转向轮的转向角进行反馈控制的技术。但是，在四轮独立转向车辆900中，前后排的转向轮91－94在机械上均不具有直行转向角，而直行时的各转向轮的转向角并不一定处于中立位置。因此，不能够将本来前提就不同的以往技术应用于四轮独立转向车辆900。

在左右轮不机械地连结的四轮独立转向装车辆900中，为了避免直行时的车辆偏转，需要精度良好地控制为不残留转向角偏差。但是，存在如下的课题：由于齿轮的齿隙、轮胎摩擦等的影响，若为了精度良好地进行控制而提高响应性，则在紧急转向操纵时等产生过冲，车辆变得不稳定。因此，本实施方式的控制部20构成为，在四轮独立转向车辆900中，能够适当地对各转向轮91－94的转向角θt1－θt4进行反馈控制。

接着对控制部20的具体结构进行说明，作为第一实施方式以及第二实施方式。第一实施方式以及第二实施方式的控制部所共用的事项记载为“本实施方式的控制部20”。另外，在参照图2以及图9区分说明各实施方式的控制结构时，将第一实施方式的控制部的附图标记记为“201”，并将第二实施方式的控制部的附图标记记为“202”。

(第一实施方式)

参照图2，对第一实施方式的控制部201的构成进行说明。第一实施方式的控制部201按照与各转向轮91－94对应的每个转向致动器81－84，具备四组图2的控制结构。在图1中将各转向轮91－94的转向角的符号独立地记载为θt1－θt4，但在以下的说明中对各转向轮91－94的转向角控制的结构相同。因此，将各转向轮91－94的转向角θt1－θt4概括地记为“θt”。对于转向角速度ωt、车轮速度ωw等也相同。另外在图2中，将积分增益记为“I增益”。

图2所示的控制部201具有：比例控制器22P、积分控制器22I以及微分控制器22D，执行PID控制。向控制部201输入反馈的实际转向角与目标转向角的偏差亦即转向角偏差Δθt。实际转向角相当于“能够换算为转向角的状态量”。目标转向角相当于“根据转向的转向操纵所设定的状态量的目标值”。转向角偏差Δθt相当于“状态量偏差”。控制部201通过控制器22P、22I、22D对转向致动器81－84进行反馈控制，以使得转向角偏差Δθt变小。

比例控制器22P运算与转向角偏差Δθt成比例的比例项。积分控制器22I运算与积分器21I计算出的转向角偏差Δθt的积分值成比例的积分项。微分控制器22D运算与微分器21D计算出的转向角偏差Δθt的微分值成比例的微分项。控制部201也可以是不包含微分控制的PI控制的结构，该情况下，能够同样地解释为没有微分器21D以及微分控制器22D的控制部。

加法器27将作为反馈控制的控制项的比例项、积分项以及微分项相加并输出到目标电流运算部28。目标电流运算部28基于控制项的加法值来计算目标电流Itgt，并输出到对应的转向致动器81－84。目标电流Itgt与转向轮91－94的转向角θt具有正相关。

控制部201具有对积分控制器22I的输出乘以增益选择运算部46、56选择的积分增益的乘法器24I、25I。换句话说，对积分控制器22I的输出乘以积分增益得到的值作为积分项被输入到加法器27。另外，控制部201具有判定车辆是否是直行状态的直行判定运算部30。直行判定运算部30至少基于各转向轮91－94的转向角θt来判定车辆直行状态。详细而言，在转向角的绝对值|θt|为直行判定阈值以下时，直行判定运算部30判断为车辆直行状态。除此之外，直行判定运算部30也可以基于转向角速度ωt的积分值、左右转向轮的车轮速度ωw之差来判定车辆直行状态。

此外，在独立转向轮车辆中有时通过前束或者后束直行行驶。在前束中左右转向轮的前端对称地朝向内侧，在后束中左右转向轮的前端对称地朝向外侧。该情况下，直行判定运算部30也可以综合地判断前后各排的左右转向轮，或者，包含前后排的四轮的转向角，判定为车辆整体是直行状态。这样，与各转向轮对应的控制部201不仅能够独立地发挥功能，也能够相互协作地执行控制。

若直行判定运算部30判断为是车辆直行状态，则直行判定信号被开启。若直行判定运算部30判断为不是车辆直行状态，则直行判定信号被关闭。另外，即使直行判定运算部30判断为是车辆直行状态，如虚线所示，在车速V小于车速阈值V＿th时，直行判定信号也被关闭。这样，将即使是车辆直行状态也例外地关闭直行判定信号的情况下的要件称为“应用排除要件”。在车速V小于车速阈值V＿th时，相当于车辆满足应用排除要件的情况下的一个例子。直行判定信号的开启/关闭被通知给增益选择运算部46、56。

控制部201还具有车速感应的积分增益图43I以及转向角感应的积分增益图53I。车速感应的积分增益图43I存储车速V与积分增益的关系，将与输入的车速V对应的积分增益输出到增益选择运算部46。转向角感应的积分增益图53I存储转向角θt与积分增益的关系，将与输入的转向角θt对应的积分增益输出到增益选择运算部56。

在直行判定信号开启时，增益选择运算部46、56分别选择从积分增益图43I、53I输入的积分增益。该动作相当于“执行响应性变更处理”。此处，控制部20将反馈控制的积分项设定为在车辆直行状态下比车辆非直行状态大，作为响应性变更处理。另一方面，在直行判定信号关闭时，增益选择运算部46、56例如选择“1”作为固定的增益。该动作相当于“不执行响应性变更处理”。增益选择运算部46、56选择的积分增益在乘法器24I、253I中与积分控制器22I的输出相乘。

参照图3、图4，对在本实施方式中使用的车速感应的积分增益图43I、以及转向角感应的增益图53I的例子进行说明。由于车速V越高则路面的动摩擦系数越小，所以可以减小积分项。因此如图3所示，在车速V为车速阈值V＿th以上的区域中，积分增益在1以上的范围，设定为车速V越高其越小。换句话说，车速V越高越，控制部20将反馈控制的积分项设定得越小，作为车辆直行状态下的响应性变更处理。此外，在车速V小于车速阈值V＿th的区域中，积分增益被设定为1。此时，以与车辆非直行状态相同的响应性执行反馈控制。

另外，在车辆直行状态下，转向角θt越接近中立位置，则转向角偏差Δθt越小，积分控制器22I的输出也越小。为了补偿该情况，如图4所示，在转向角的绝对值|θt|为临界值α以下的区域中，积分增益在1以上的范围，设定为越接近中立位置(θt＝0)其越大。换句话说，转向角θt越接近中立位置，控制部20将反馈控制的积分项设定得越大，作为车辆直行状态下的响应性变更处理。在转向角θt小于负的临界值(－α)的区域、以及大于正的临界值α的区域中，增益被设定为1。

通过使用上述例子的积分增益图43I、53I，从而控制部20将反馈控制的积分项设定为在车辆直行状态下比车辆非直行状态大，作为响应性变更处理。这样，除了车辆900满足规定的应用排除要件的情况之外，控制部20按照与各转向轮91－94对应的每个转向致动器81－84执行响应性变更处理。换句话说，控制部20变更反馈控制的响应性，以使得在车辆直行状态下，与车辆非直行状态相比转向角偏差Δθt容易变小。

参照图5、图6的流程图，对直行判定运算部30的直行判定运算以及增益选择运算部46、56的增益选择运算进行整理。在流程图的说明中，符号“S”是指步骤。

在图5的S11中，直行判定运算部30获取各转向轮91－94的转向角θt。在S12中，判断转向角的绝对值|θt|是否在直行判定阈值以下。在S12中为“是”的情况下，在S13中，直行判定运算部30判断为是车辆直行状态，在S14中，开启直行判定信号。在S12中为“否”的情况下，在S15中，直行判定运算部30判断为是车辆非直行状态，在S16中，直行判定信号被关闭。

在图6的S21中，判断直行判定信号是否开启。在S21中为“是”的情况下，在S22中，作为应用排除要件的满足判断，判断车速V是否在车速阈值V＿th以上。在S22中为“是”，即、不满足应用排除要件的情况下，在S23中，增益选择运算部46、56选择来自增益图43I、53I的输入值，作为积分增益。因此，在S24中执行响应性变更处理。

在S21中为“否”的情况下，移至S25。另外，在车速V小于车速阈值V＿th的情况下，由于满足应用排除要件，所以在S22中判断为“否”，并移至S25。在S25中，增益选择运算部46、56选择“1”作为积分增益。因此，在S26中不执行响应性变更处理。因此，控制部20在车辆直行状态下以与车辆非直行状态相同的响应性进行反馈控制。

参照图7、图8，与在车辆直行状态和车辆非直行状态下不变更反馈控制的响应性的比较例的控制结构对比来对本实施方式的效果进行说明。比较例1与停车时或者转向操纵时即、与车辆非直行状态配合地设定转向角控制的增益。此处，停车时假定一边使方向盘回正一边在停车场停车的情况。转向操纵时假定进行右转、左转、车道变更等比较大的转向操纵角的通常转向操纵或者紧急转向操纵的情况。另一方面，比较例2与直行行驶时配合地设定转向角控制的增益。

图7示出停车时或者转向操纵时的转向角θt的控制响应。转向轮从中立位置(θt＝0)被转向至目标转向角θt＿tgt。图8示出直行行驶时的转向角的控制响应。转向轮从中立位置以外的位置被转向到中立位置(θt＝0)之后，保持为中立位置。在各图的上段对比较例1以实线示出对虚线的指令的控制响应，在中段对比较例2以实线示出对虚线的指令的控制响应，在下段对本实施方式以实线示出对虚线的指令的控制响应。“OK”意味着响应性良好，“NG”意味着响应性有问题。

如图7所示，在停车时或者转向操纵时，在比较例1中响应性没有问题。但是，在与直行行驶时配合地比较大地设定增益的比较例2中产生过冲。在本实施方式中，在停车时或者转向操纵时不执行响应性变更处理，所以能够避免过冲的产生，获得适当的响应性。

如图8所示，在直行行驶时，在比较例2中响应性没有问题。但是，在与停车时或者转向操纵时配合地比较小地设定增益的比较例1中，在目标转向角θt＿tgt与实际转向角θt之间残留转向角偏差Δθt。在本实施方式中，通过在直行行驶时执行响应性变更处理来增大积分增益，从而转向角偏差Δθt变小，获得适当的响应性。

这样在本实施方式中，控制部20通过仅在判定为车辆直行状态时增大积分增益来增大积分项，从而变更反馈控制的响应性，以使得转向角偏差Δθt容易变小。由此，能够在四轮独立转向车辆900的转向角控制中，避免在紧急转向操纵时等车辆变得不稳定，并且适当地抑制直行时的车辆偏转的产生。

如图3所示，车速V越高，控制部20将反馈控制的积分项设定得越小，作为车辆直行状态下的响应性变更处理。由于车速V越高则路面的动摩擦系数越小，所以即使减小积分项，也能够适当地使转向角偏差Δθt较小的状态持续。

如图4所示，转向角θt越接近中立位置，控制部20将反馈控制的积分项设定得越大，作为车辆直行状态下的响应性变更处理。由此，即使在转向角偏差较小时也能够抑制积分项变小。

本实施方式的控制部20按照与各转向轮91－94对应的每个转向致动器81－82执行响应性变更处理。因而，能够进行适合四轮独立转向车辆900的特性的转向角控制。

在各转向轮91－94的转向角的绝对值|θt|在直行判定阈值以下时，控制部20的直行判定运算部30判断为是车辆直行状态。由此，能够容易地判断是否是车辆直行状态。

作为“车辆满足应用排除要件的情况”，在车速V小于车速阈值V＿th时，控制部20不执行响应性变更处理，在车辆直行状态下以与车辆非直行状态相同的响应性进行反馈控制。如在专利文献1的段落[0067]中也记载的那样，由于驾驶员在低速行驶时不容易感受到车辆偏转的产生，所以优选设为响应性变更处理的应用排除，消除过度的处理。

(第二实施方式)

参照图9，对第二实施方式进行说明。在图9中对与图2实际相同的结构附加相同的附图标记并省略说明。在图9中，分别将比例增益以及微分增益记为“P增益”以及“D增益”。第二实施方式的控制部202在响应性变更处理中，除了积分项之外，还变更比例项以及微分项，作为反馈控制的控制项。与积分项的变更相关的结构与第一实施方式相同，所以省略说明。

第二实施方式的控制部202除了第一实施方式的控制部201的结构之外，还具有车速感应的比例增益图43P、微分增益图43D以及转向角感应的比例增益图53P、微分增益图53D。另外，控制部202具有：对比例控制器22P的输出乘以增益选择运算部46、56选择的比例增益的乘法器24P、25P、以及对微分控制器22D的输出乘以增益选择运算部46、56选择的微分增益的乘法器24P、25P。

例如对于转向角感应的比例增益，在转向角偏差Δθt较小时为了补偿比例控制器22P的输出降低，也可以越接近中立位置越增大转向角感应的比例增益来调整比例项。另外，对于车速感应的比例增益，也可以与积分增益同样地，考虑车速V越高则路面的摩擦越小来减小比例增益。此外，在变更比例增益的情况下，若使其突然变化则转向轮突然地动作而有可能使转向操纵感恶化。因此，也可以限制比例增益的时间变化率，使其渐变。

对于微分增益，优选设定为不会振动的程度，以便提高对转向角偏差Δθt的变化的响应性。此外，在不包含微分控制的PI控制的情况下，控制部202仅变更积分项和比例项作为响应性变更处理即可。

在第二实施方式中，对于响应性变更处理中的积分项的变更，除了起到与第一实施方式相同的作用效果之外，通过变更比例项以及微分项，能够根据车辆的多种状态，更细致地控制各转向轮91－94的转向角。因而，能够更适当地抑制四轮独立转向车辆900的直行时的车辆偏转的产生。

(其它实施方式)

(a)“能够换算为转向角的状态量”并不限定于转向角本身，也可以是转向致动器81－84为马达的情况下的旋转角、为线性致动器的情况下的行程等。该情况下，将上述说明书中的“转向角”置换为一般化的“状态量”进行解释即可。即“转向角偏差”被一般化为“状态量偏差”，“目标转向角”被一般化为“状态量的目标值”。

(b)在上述实施方式中，将执行响应性变更处理时的积分增益设为比1大的值，将不执行响应性变更处理时的积分增益设为1。并不限定于此，例如也可以将执行响应性变更处理时的积分增益设为比0大的值(例如1)，将不执行响应性变更处理时的积分增益设为0。即，也可以构成为在不执行响应性变更处理时不使用积分项。在该结构中，控制部也“将反馈控制的积分项设定为在车辆直行状态下比车辆非直行状态大，作为响应性变更处理”。另外，控制部能够“变更反馈控制的响应性，以使得在车辆直行状态下，与车辆非直行状态相比转向角偏差容易变小”。

(c)对于图3、图4所例示的增益图，图的形状并不限定于直线的折线状，既可以是阶梯状也可以是曲线状。另外，也可以不使用图而通过公式进行运算。

(d)在上述实施方式中，按照与各转向轮91－94对应的每个转向致动器81－84执行响应性变更处理。但是，例如也能够使用两个转向轮的状态量的平均值等对前排或者后排的左右轮执行响应性变更处理。

(e)作为响应性变更处理的参数，也可以除了车速以及转向角以外还考虑路面的打滑程度、路面坡度、作用于车辆的风的强度、风向等。例如，能够根据路面摩擦系数的检测值、车轮速度与车速之差来估计路面的打滑程度。在路面容易打滑时或者倾斜时、在吹拂较强的横风时等，即使提高响应性也不能够保持直行性，所以也可以包含在满足应用排除要件的情况中。

本公开并不限定于这样的实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内，以各种方式实施。

本公开所记载的控制部及其方法可以由通过构成被编程为执行通过计算机程序具体化的一个或者多个功能的处理器以及存储器提供的专用计算机来实现。或者，本公开所记载的控制部及其方法也可以由通过由一个以上的专用硬件逻辑电路构成处理器提供的专用计算机来实现。或者，本公开所记载的控制部及其方法也可以由通过被编程为执行一个或者多个功能的处理器以及存储器与由一个以上的硬件逻辑电路构成的处理器的组合构成的一个以上的专用计算机来实现。另外，计算机程序也可以作为由计算机执行的指令而存储于计算机能够读取的非迁移有形记录介质。

依据实施方式对本公开进行了描述。然而，本公开并不限定于该实施方式以及结构。本公开也包含各种变形例以及同等范围内的变形。另外，各种组合、方式，进而其中仅包含一个要素、更多或者更少要素的其它组合、方式也纳入本公开的范畴、思想范围。

Claims (7)

1.一种转向控制装置，是在车辆(900)中控制与各转向轮对应的四个转向致动器(81－84)的转向控制装置，在上述车辆中，前排以及后排的左右的转向轮(91－94)机械地分离，能够进行四轮独立转向，

上述转向控制装置具备控制部(20)，针对各上述转向轮，对上述转向致动器进行反馈控制，以使得能够换算为转向角的状态量与根据转向的转向操纵而设定的该状态量的目标值的状态量偏差变小，

除了车辆满足规定的应用排除要件的情况之外，上述控制部执行变更反馈控制的响应性的响应性变更处理，以使得在车辆直行状态下与车辆非直行状态相比上述状态量偏差容易变小。

2.根据权利要求1所述的转向控制装置，其中，

上述控制部将上述反馈控制的积分项设定为在车辆直行状态下比车辆非直行状态大，作为上述响应性变更处理。

3.根据权利要求2所述的转向控制装置，其中，

车速越高，上述控制部将上述反馈控制的积分项设定得越小，作为车辆直行状态下的上述响应性变更处理。

4.根据权利要求2或者3所述的转向控制装置，其中，

转向角越接近中立位置，上述控制部将上述反馈控制的积分项设定得越大，作为车辆直行状态下的上述响应性变更处理。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的转向控制装置，其中，

上述控制部按照与各上述转向轮对应的每个转向致动器执行上述响应性变更处理。

6.根据权利要求1～5中任意一项所述的转向控制装置，其中，

在上述状态量的绝对值为直行判定阈值以下时，上述控制部判断为是车辆直行状态。

7.根据权利要求1～6中任意一项所述的转向控制装置，其中，

作为车辆满足上述应用排除要件的情况，在车速小于车速阈值时，上述控制部在车辆直行状态下以与车辆非直行状态相同的响应性进行上述反馈控制。