CN116917188A - 转向装置以及转向装置的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明所涉及的转向装置以及转向装置的控制方法在具有转向操作输入部件和基于驱动信号向轮胎赋予转舵力的转舵促动器的线控转向式的转向装置中，在轮胎的转舵频率是规定频率时，通过将转舵角指令值变更为比变更前更小的角度，来抑制车辆的横摆率增益相对于转向操作输入部件的操作速度而上升的变化。由此，能够抑制车辆的横摆率增益变得对驾驶员的转向操作过于敏感的情况。

Description

转向装置以及转向装置的控制方法

技术领域

本发明涉及线控转向式的转向装置及其控制方法。

背景技术

专利文献1的车辆用转向装置是转向操作部件和转舵机构在机械上分离的线控转向式的车辆用转向装置，具备：转向齿轮比(steering gear ratio)可变部件，能够任意变更转向齿轮比，该转向齿轮比是施加在所述转舵操作部件上的转向角相对于转舵轮转舵角的比；车速检测部件，检测车速；转向角检测部件，检测所述转向操作部件的转向角；以及转向齿轮比控制部件，基于检测到的车速和转向角来控制所述转向齿轮比可变部件，使所述车速越大时所述转向齿轮比越大。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2013-023145号公报

发明内容

发明要解决的课题

在线控转向式的转向装置中，如果车速越低时设定转向齿轮比越小，能够降低低车速时的方向盘(转向操作输入部件)的操作量，换言之，能够减少方向盘的换手动作。

但是，如果减小转向齿轮比，则存在车辆的横摆率增益(yaw rate gain)变得对驾驶员的转向操作过于敏感而产生与驾驶员的意图不同的车辆动作，使车辆的操纵性下降的情况。

本发明是鉴于以往的实际情况而完成的，其目的在于提供一种能够抑制车辆的横摆率增益变得对驾驶员的转向操作过于敏感的转向装置以及转向装置的控制方法。

用于解决课题的手段

根据本发明，在其中一个实施方式中，在车辆的横摆率增益相对于转向操作输入部件的操作速度表示上升的变化时，使相对于所述操作速度的轮胎(road wheels)的转舵速度变慢。

发明效果

根据本发明，能够抑制车辆的横摆率增益变得对驾驶员的转向操作过于敏感的情况，并改善车辆的操纵性。

附图说明

图1是转向装置的系统结构图。

图2是表示控制装置所具备的转舵角的控制功能的框图。

图3是表示转舵频率f与横摆率增益的相关的线形图。

图4是表示控制装置的转舵角的控制过程的流程图。

图5是表示操作角θ与滤波处理后的转舵角指令值σtg的相关的时序图。

图6是表示基于滤波处理的有无的横摆率增益的不同的线形图。

图7是表示操作角θ与衰减域的增益Kf的相关的线形图。

图8是表示操作角θ与衰减度的增益Ka的相关的线形图。

具体实施方式

以下基于附图对本发明所涉及的转向装置以及转向装置的控制方法的实施方式进行说明。

图1是表示转向装置100的一方式的系统结构图。

转向装置100是安装在车辆10上的线控转向式的转向装置。

并且，转向装置100具备：方向盘11，作为转向操作输入部件；转舵促动器13，向一对的前轮胎12-1、12-2(转舵轮)赋予转舵力；反力促动器14，向方向盘11赋予操作反力；以及控制装置15，向转舵促动器13以及反力促动器14输出驱动信号。

在这里，方向盘11(反力促动器14)与前轮胎12-1、12-2(转舵促动器13)是机械上分离而不是连结的。

转舵促动器13具备转舵马达、转舵机构、减速器等，反力促动器14具备反力马达、减速器等。

车辆10是具备一对的前轮胎12-1、12-2和一对的后轮胎12-3、12-4的四轮汽车。

并且，轮胎12-1、12-2、12-3、12-4分别具备检测车轮速度的车轮速度传感器16-1、16-2、16-3、16-4。

此外，车辆10具备：操作角传感器17，检测方向盘11的操作角θ；加速度传感器18，检测车辆10的前后加速度以及横向加速度；以及转舵角传感器19，检测前轮胎12-1、12-2的转舵角σ(换言之，轮胎角)。

控制装置15是以具备了中央处理装置(CPU(Central Processing Unit))等运算装置、主存储装置、辅助存储装置、输入输出装置、计时器等的微型计算机为主体的电子控制装置。

控制装置15经由通信总线20连接至车轮速度传感器16-1、16-2、16-3、16-4、操作角传感器17、加速度传感器18、转舵角传感器19等，从各传感器获取车轮速度、操作角θ、加速度、转舵角σ的各检测信息。

并且，控制装置15通过基于获取到的各种信息的运算处理，向转舵促动器13和反力促动器14输出驱动信号。

在这里，基于控制装置15的转舵角(转舵促动器13)、操作反力(反力促动器14)的控制功能是通过参照存储在辅助存储装置中的数据库、并利用运算装置周期性地执行被加载到主存储装置中的程序来实现的。

图2是表示控制装置15中的转舵角(转舵促动器13)的控制功能的框图。

控制装置15具备转舵角指令部151、转舵角变更部152、转向齿轮比可变部153、车速运算部154、以及驱动部155。

转舵角指令部151获取操作角传感器17检测到的方向盘11的操作角θ的信息，并基于操作角θ和转向齿轮比RS来运算转舵角指令值σtg。

在这里，转向齿轮比RS被定义为：转向齿轮比RS＝操作角θ/转舵角σ。

因此，转向齿轮比RS越小，相对于操作角θ的转舵角σ越大，成为通过稍微转动方向盘11，前轮胎12-1、12-2的切角(转舵角σ)就会变化很大的转向特性。

另一方面，转向齿轮比RS越大，相对于操作角θ的转舵角σ越小，成为若不大幅转动方向盘11，前轮胎12-1、12-2的切角(转舵角σ)就不变的操作特性。

另外，在前轮胎12-1、12-2与方向盘11是机械上连结的转向装置的情况下，转向齿轮比RS是表示在转向齿轮箱中进行何种程度的减速的比率。

但是，在前轮胎12-1、12-2与方向盘11是机械上分离的线控转向式的转向装置100的情况下，由于不存在转向齿轮箱，转向齿轮比RS不是表示转舵齿轮箱的减速比，而是用于在控制装置15中的转舵角指令值σtg的运算的系数，是能够任意设定的数据。

转舵角指令部151从转向齿轮比可变部153获取转向齿轮比RS的信息。

转向齿轮比可变部153从车速运算部154获取车辆10的车速VS[km/h]的信息，根据车速VS可变地运算转向齿轮比RS，并向转舵角指令部151发送运算出的转向齿轮比RS的信息。

转向齿轮比可变部153在车速VS越慢时设定转向齿轮比RS越小，降低在低车速域中的驾驶员的方向盘11的操作量(换言之，减少方向盘11的换手动作)。

车速运算部154获取车轮速度传感器16-1、16-2、16-3、16-4各自的检测信号，并根据四个车轮各自的车轮速度的信息估计车辆10的车速VS[km/h]。

转舵角变更部152获取转舵角指令部151运算出的转舵角指令值σtg的信息，根据车速VS或前轮胎12-1、12-2的转舵频率f等条件来变更转舵角指令值σtg并向驱动部155输出。

驱动部155基于获取到的转舵角指令值σtg来向转舵促动器13输出驱动信号。

在这里，转舵角变更部152变更转舵角指令值σtg的条件如后所述，是车辆10的横摆率增益相对于方向盘11的操作速度表示上升的变化时。

并且，横摆率增益上升是在例如车速VS在从0km/h到20km/h程度的低车速域、并且转舵频率f在1Hz程度到3Hz程度的频域内的情况下产生的。

并且，在车辆10的横摆率增益相对于方向盘11的操作速度表示上升的变化时，转舵角变更部152为了减慢相对于操作速度的前轮胎12-1、12-2的转舵速度，将转舵角指令值σtg变更为比变更前小的角度，并向驱动部155输出变更后的转舵角指令值σtg的信息。

另一方面，在车辆10的横摆率增益相对于方向盘11的操作速度未表示上升的变化时，转舵角变更部152不变更转舵角指令部151运算出的转舵角指令值σtg的信息，直接向驱动部155输出。

转向齿轮比可变部153虽然使转向齿轮比RS在低车速域中比高车速域小，但如果减小转向齿轮比RS，则存在车辆10的横摆率增益对驾驶员的方向盘11的操作变得过于敏感、产生与驾驶员的意图不同的车辆动作的情况。

图3是按照每个车速VS的条件表示转舵频率f[Hz]与横摆率增益的相关的线形图，表示设为转向齿轮比RS根据车速VS可变、并且将转舵角指令部151运算出的转舵角指令值σtg的信息直接提供给驱动部155时的特性。

在车辆10的车速VS为40km/h或80km/h时(即，中、高速域时)，在转舵频率f低于1Hz的区域中横摆率增益大致固定，在转舵频率f高于1Hz的区域中，横摆率增益相对于频率f的增大变化而减少。

与此相对地，在车辆10的车速VS为10km/h或20km/h的低速域时，在转舵频率f为高于1Hz的2Hz附近，横摆率增益取极大值。

更详细地，在车辆10的车速VS为10km/h或20km/h时，在转舵频率f＝1Hz附近横摆率增益相对于转舵频率f的增大而增大变化，在转舵频率f＝2Hz附近横摆率增益取极大值，进一步地若转舵频率f高于2Hz附近则横摆率增益减少。

即，在车辆10在减小转向齿轮比RS的低车速域行驶时，如果转舵频率f是在大致1Hz到3Hz的频域内，则横摆率增益相对于方向盘11的操作速度表示上升的变化。

基于前轮胎12-1、12-2的转舵的横摆率增益的产生是以转舵→产生轮胎角→轮胎转动→产生横向力→产生横摆率的顺序发生的。

在低车速域中，由于轮胎转动需要时间，因此横向力、横摆率的产生与中高速域相比出现延迟，因为相应的延迟时间影响车辆10的动作，因此横摆率增益的上升的变化由轮胎的松弛长度(relaxation length of road wheels)和车速VS的关系决定。

另外，轮胎的松弛长度是相对于滑动角等的滑动输入，轮胎成为输出稳定的横向力所需要的行驶距离。

像这样，在减小转向齿轮比RS的低车速域时，如果转舵频率f是规定频率，则存在横摆率增益变得过大、损害驾驶员的操作性的可能性。

因此，在车辆10的横摆率增益相对于方向盘11的操作速度表示上升的变化时，转舵角变更部152通过变更转舵角指令值以减慢相对于操作速度的前轮胎12-1、12-2的转舵速度，来抑制横摆率增益的上升，并抑制驾驶员的操作性的降低。

更详细地，在车速VS是规定的低车速域时，转舵角变更部152对转舵角指令值σtg实施使规定的频率成分衰减的滤波处理，并向驱动部155输出滤波处理后的转舵角指令值σtg。

即，转舵角变更部152通过在车辆10的横摆率增益相对于方向盘11的操作速度表示上升的变化的条件下使转舵角指令值σtg的信号衰减(换言之，变更为绝对值比变更前小的值)，来减慢相对于方向盘11的操作速度的前轮胎12-1、12-2转舵速度。

由此，能够抑制车辆的横摆率增益变得对驾驶员的转向操作过于敏感的情况、改善车辆的操纵性。

在这里，转舵角变更部152使用将横摆率增益表示上升的变化的转舵频率f作为衰减域的带阻滤波器(band stop filter)152a，来变更转舵角指令值σtg。

例如，带阻滤波器152a的传递函数G(s)由数学式1给出。

[数学式1]

在这里，由于横摆率增益上升的频域(换言之，横摆率增益成为极大值的频率)根据车速VS而变化，因此转舵角变更部152根据车速VS来变更带阻滤波器152a使转舵角指令值σtg衰减的频域(衰减域)。

此外，由于车速VS越低横摆率增益的上升越大，因此转舵角变更部152为了使车速VS越低横摆率增益更大地减少，而使带阻滤波器152a的衰减度车速VS越低而越大。

此外，在车辆10的横摆率增益相对于方向盘11的操作速度未表示上升的变化的中、高车速域中，转舵角变更部152减小衰减度并使滤波处理实质上无效化。

由此，即使在全部车速域中均使转舵角指令值σtg的信息通过带阻滤波器152a，在中、高车速域中转舵角指令值σtg被不必要地衰减的情况也得以抑制。

另外，转舵角变更部152能够在低车速域时利用带阻滤波器152a处理转舵角指令值σtg的信号，在中、高车速域时使转舵角指令值σtg的信号绕过带阻滤波器152a并直接向驱动部155输出。

即，根据车速VS的条件，转舵角变更部152能够切换使转舵角指令值σtg的信息通过带阻滤波器152a或者绕开带阻滤波器152a。

图4是表示控制装置15的转舵角的控制过程的流程图。

控制装置15在步骤S401中获取方向盘11的操作角θ的信息，在接下来的步骤S402中根据车速VS来变更转向齿轮比RS。

接下来，控制装置15在步骤S403中基于操作角θ和转向齿轮比RS来计算转舵角指令值σtg。

此外，在步骤S404中，在车速VS较低、并且转舵频率f在规定频域内的情况下，控制装置15实施使转舵角指令值σtg的绝对值变小的滤波处理。

并且，在步骤S405中，在车速VS较低、并且转舵频率f在规定频域内的情况下，控制装置15向驱动部155输出在步骤S404中实施了变小的处理的转舵角指令值σtg，在车速VS的条件和/或转舵频率f的条件不满足上述条件的情况下，不变更在步骤S403中计算出的转舵角指令值σtg而直接向驱动部155输出。

图5是表示方向盘11的操作角θ、以及转舵角变更部152输出的转舵角指令值σtg的变化的时序图。

图5的上段表示方向盘11的操作角θ的变化，在图5的例子中，操作角θ的频率伴随时间经过而增加。

另一方面，图5的下段表示利用带阻滤波器152a使规定频率成分衰减后的转舵角指令值σtg，伴随着操作角θ的信号的频率增加，转舵角指令值σtg的信号的绝对值被减小。

即，在车辆10的横摆率增益相对于方向盘11的操作速度表示上升的变化时，控制装置15通过利用带阻滤波器152a使转舵角指令值σtg衰减，向转舵促动器13输出使相对于操作速度的轮胎的转舵速度减慢的驱动信号。

图6表示低车速的条件下的基于由带阻滤波器152a进行的衰减处理的有无的横摆率增益的不同。

在不进行基于带阻滤波器152a的衰减处理的情况下，在转舵频率f在从1Hz程度到3Hz程度的频域内时，横摆率增益表示上升的变化。

与此相对地，如果进行基于带阻滤波器152a的衰减处理，即使转舵频率f在从1Hz程度到3Hz程度的频域内，横摆率增益的上升也被抑制。

因此，车辆10的横摆率增益对驾驶员的转向操作过于敏感的情况得以抑制，车辆的操纵性得以改善。

在上述实施方式中，转舵角变更部152通过根据车速VS来变更带阻滤波器152a的特性(更详细地，衰减域、衰减度)，进一步地，根据操作角θ来变更带阻滤波器152a的特性，从方向盘11保持在任意的操作角θ时起在开始转向操作时，能够抑制横摆率增益上升的情况。

图7是表示基于操作角θ的带阻滤波器152a的特性变更的一方式的图，表示操作角θ与用于带阻滤波器152a的衰减域的变更的增益Kf的相关。

在这里，增益Kf被设定为操作角θ的绝对值越大而越大的值，在方向盘11是中立位置并且操作角θ为零时，增益Kf被设定为最小值(最小值＝1)。

转舵角变更部152若基于操作角θ来设定增益Kf，则通过在基本频率ωa上乘以增益Kf来变更基本频率ωa，来变更带阻滤波器152a的衰减域。

即，转舵角变更部152通过在基本频率ωa上乘以增益Kf，操作角θ的绝对值越大，将作为减小转舵角指令值σtg的频域的衰减域变更为更高的频率。

由此，在紧急回避时等的增大操作角θ的绝对值并希望尽快变更车辆10的朝向的情况下，能够使基于带阻滤波器152a的滤波处理实质上无效化，实现快速的车辆运动。

另一方面，在方向盘11从保持在中立位置的状态转动时，由于增益Kf是在1附近，作为减小转舵角指令值σtg的频域的衰减域被保持在初始设定(例如，从1Hz程度到3Hz程度的频率)，抑制横摆率增益的上升的滤波处理被有效化。

横摆率增益的上升变化对转向性有较大影响是在从中立位置附近开始转动方向盘11时，因此通过在中立位置附近使滤波处理有效化，能够有效抑制横摆率增益的上升。

图8是表示基于操作角θ的带阻滤波器152a的特性变更的另一方式的图，表示操作角θ与用于带阻滤波器152a的衰减度的变更的增益Ka的相关。

在这里，增益Ka在方向盘11是中立位置且操作角θ为零时被设定为最大值(最大值＝1)，操作角θ的绝对值越大则被变更为越小的值。

转舵角变更部152若基于操作角θ来设定增益Ka，则通过在滤波常数ζ上乘以增益Ka来变更滤波常数ζ，来变更带阻滤波器152a的衰减度。

即，转舵角变更部152通过在滤波常数ζ上乘以增益Ka并校正，来使操作角θ的绝对值越大则将衰减度变得越小，减小基于带阻滤波器152a的转舵角指令值σtg的变更程度。

由此，在紧急回避时等的增大操作角θ的绝对值并希望尽快变更车辆10的朝向的情况下，能够使基于带阻滤波器152a的滤波效果大幅降低，实现快速的车辆运动。

另一方面，在方向盘11从保持在中立位置的状态转动时，由于增益Ka是在1附近，作为减小转舵角指令值σtg的程度的衰减度被保持在初始设定，抑制横摆率增益的上升的滤波效果得以发挥。

横摆率增益的上升变化对转向性有较大影响是在从中立位置附近开始转动方向盘11时，因此通过在中立位置附近发挥滤波效果，能够有效抑制横摆率增益的上升。

在上述实施方式中说明的各技术思想只要在不产生矛盾的范围内就能够适宜地组合使用。

此外，参照优选的实施方式对本发明的内容进行了具体的说明，但基于本发明的基本技术思想以及教导，显而易见地，只要是本领域人员就能够采取各种的变形方式。

例如，在上述实施方式中，根据车速VS的条件将带阻滤波器152a的衰减域和衰减度设为了可变，但能够将带阻滤波器152a的衰减域和衰减度设为固定值，只在车速VS是固定的速度附近时(例如，10km/h附近时)时利用带阻滤波器152a处理转舵角指令值σtg。

此外，使转舵角指令值σtg的规定频域的成分衰减的滤波处理还能够通过用校正值对转舵角指令值σtg的数据进行校正的处理、或用限制器(limiter)对转舵角指令值σtg的数据进行限制的处理等来实现，不限于使用带阻滤波器152a的结构。

此外，转舵角变更部152能够基于用带阻滤波器152a处理转舵角指令值σtg时产生的横摆率增益来学习衰减域和/或衰减度。

此外，转舵角变更部152能够根据驾驶员的选择来变更带阻滤波器152a的衰减度，在驾驶员期望车辆10的朝向尽快变化的特性时，能够使带阻滤波器152a的衰减度变小。

此外，能够设为分别具备控制转舵促动器13的电子控制装置和控制反力促动器14的电子控制装置的系统。

此外，滤波处理部不限于带阻滤波器152a，在转舵角指令值σtg的频率是规定频域时，能够设为在结果上使转舵角指令值σtg衰减的处理。

标号说明

10：车辆

11：方向盘(转向操作输入部件)

12-1、12-2、12-3、12-4：轮胎

13：转舵促动器

14：反力促动器

15：控制装置

100：转向装置

151：转舵角指令部

152：转舵角变更部

152a：带阻滤波器(滤波处理部)

153：转向齿轮比可变部

155：驱动部

Claims (10)

1.一种安装在车辆上的线控转向式的转向装置，具有：

转向操作输入部件；

转舵促动器，基于驱动信号对轮胎赋予转舵力；以及

控制装置，在所述车辆的横摆率增益相对于所述转向操作输入部件的操作速度表示上升的变化时，输出使相对于所述操作速度的所述轮胎的转舵速度变慢的所述驱动信号。

2.根据权利要求1所述的转向装置，其中，

所述控制装置具有：

转舵角指令部，基于所述转向操作输入部件的操作角来求出转舵角指令值；

转舵角变更部，获取所述转舵角指令值，在所述转舵角指令值的频率是规定频域时，变更所述转舵角指令值并输出；以及

驱动部，基于所述转舵角变更部输出的所述转舵角指令值，向所述转舵促动器输出所述驱动信号。

3.根据权利要求2所述的转向装置，其中，

所述转舵角变更部执行使所述转舵角指令值的所述规定频域的成分衰减的滤波处理。

4.根据权利要求3所述的转向装置，其中，

所述转舵角变更部由带阻滤波器构成。

5.根据权利要求3所述的转向装置，其中，

所述控制装置具有转向齿轮比可变部，该转向齿轮比可变部将所述轮胎的转向角相对于所述转向操作输入部件的操作角的比即转向齿轮比设为根据所述车辆的车速可变，

所述转舵角指令部基于所述转向操作输入部件的操作角和所述转向齿轮比来求出所述转舵角指令值。

6.根据权利要求5所述的转向装置，其中，

所述转向齿轮比可变部在所述车辆的车速越慢时将所述转向齿轮比设得越小。

7.根据权利要求3所述的转向装置，其中，

所述转舵角变更部基于所述车辆的车速来变更所述转舵角指令值。

8.根据权利要求7所述的转向装置，其中，

所述车辆的车速越快，所述转舵角变更部将所述转舵角指令值的衰减度设得越小。

9.根据权利要求3所述的转向装置，其中，

所述转舵角变更部从所述转向操作输入部件被保持在任意的操作角时开始在所述转向操作输入部件被操作时，变更所述转舵角指令值。

10.一种安装在车辆上的线控转向式的转向装置的控制方法，

所述转向装置具备：

转向操作输入部件；以及

转舵促动器，向轮胎赋予转舵力，

所述控制方法包含：

基于所述转向操作输入部件的操作角来求出所述转舵角指令值的步骤；

在所述转舵角指令值的频率是规定频域时，变更所述转舵角指令值的步骤；以及

基于变更后的所述转舵角指令值来控制所述转舵促动器的步骤。