CN1721252A - 动力转向装置 - Google Patents

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Abstract

一种动力转向装置，包括：对来自舵角传感器(18)的舵角信号进行微分来计算操舵速度信号的操舵速度运算单元(81)；切削上述操舵速度信号的高频成分输出修正操舵速度信号的低通滤波器(82)；在高速操舵状态的判定时把上述低通滤波器的截止频率切换为高频的切换单元(87)；根据上述舵角信号和上述修正操舵信号来计算提供给上述动力转向输出单元的目标流量的流量运算单元(85)，控制提供给作为上述目标流量的动力转向输出单元(8)的工作油的流量。

Description

动力转向装置
技术领域
本发明涉及根据车辆的运转条件调节导入动力转向输出单元的工作油的流量的动力转向装置。
背景技术
以往，作为这种动力转向装置的一例而在日本专利公开公报JP2001-163233A上公开的装置包括：由引擎驱动喷出工作油的泵；调节从该泵被导入到动力转向输出单元的工作油的流量QP的流量控制阀。
流量控制阀包括：用控制器控制的电磁阀，和随着流过电磁阀的工作油的前后差压而进行动作，使工作油的一部分返回油罐侧的滑阀(spool)，由此调节提供给转向输出单元的工作油的流量QP。控制器通过调节提供给转向输出单元的流量QP接近要求的目标流量QM，抑止把无用的工作油提供给转向输出单元的现象，减少泵的驱动损失。
控制器输入来自舵角传感器的舵角θ的信号和来自车速传感器的车速V的信号，微分舵角θ计算操舵速度ω，根据舵角θ和操舵速度ω和车速V推定需要的目标流量QM，控制流量控制阀的动作。
控制器的构成因为不使用操舵扭矩的检测值推定目标流量QM，所以不需要直接检测操舵扭矩的扭矩传感器，可以实现降低控制系统的成本。
在这样的以往的动力转向装置中，因为在目标流量QM的计算中使用以舵角θ为基础计算的操舵速度ω，所以因舵角传感器检测出的舵角分辨率的原因在操舵速度ω的信号波形中产生波动。在缓慢操纵方向盘的状态下，由该波动引起的输出变动大，因该波动引起的操舵助推的变动有可能给驾驶者以不舒服感。
作为解决方法，只要配备输出变动小、分辨率高的舵角传感器即可，但成本高。
或者，可以考虑经过低通滤波器导入操舵速度ω的信号，切削由包含在信号波形中的波动引起的高频成分后输出。但是，如果用低通滤波器切削由操舵速度ω的信号波形产生的高频成分输出，则在快速操作方向盘的高速转舵时，因为滤波器增益低，所以存在控制响应性能(应答性)下降这一问题。
发明内容
鉴于上述问题的存在，本发明的目的在于：提供一种不用提高舵角传感器的舵角分辨率，即使在缓慢操纵方向盘的状态下也可以消除波动感，能在快速操纵方向盘的状态下提高控制响应性能的动力转向装置。
本发明为了实现上述目的，在配备有根据工作油的供给量对操舵操作进行动力助推的动力转向输出单元的车辆的动力转向装置中包括：检测转向操舵角的舵角传感器；对检测出的舵角信号进行微分来计算操舵速度信号的操舵速度运算单元；切削上述操舵速度信号的高频成分输出修正操舵速度信号的低通滤波器；根据上述操舵速度信号判定高速操舵状态的高速操舵判定单元；当判定上述高速操舵状态时切换上述低通滤波器的截止频率以使其增高的切换单元；根据上述舵角信号和修正操舵速度信号来计算提供给上述动力转向输出单元的目标流量的流量运算单元；控制提供给上述动力转向输出单元的工作油的流量达到上述目标流量的流量控制单元。
附图说明
图1是表示本发明的实施例的动力转向装置的系统图。
图2是表示同样的控制器的构成的方框图。
图3是表示另一实施例的控制器的构成的方框图。
具体实施方式
以下，根据附图来说明本发明的实施例。
如图1所示，动力转向装置包括：由被安装在车辆上的引擎14驱动的泵1；调整从该泵1喷出的工作油的流量QP的控制阀9；靠来自控制阀9的工作油的供给工作的转向输出单元8。
转向输出单元8由通过未图示的操向轮(steering wheel)的操作来切换的转向阀15和接收用该转向阀15控制的工作油供给来动力助推操舵机构的动力缸16等构成。而且，上述转向阀15与操向轮(steering wheel)的操作方向相应地切换，向上述动力缸16的，其中一个的动力缸室送入工作油，向与动力缸16连接的转向连杆付与操舵助推。
上述流量控制阀9具备把从泵1喷出的工作油导入到转向输出单元8的第一供给通路5，在该第一供给通路5的途中，装入作为第1可变节流孔(orifice)的电磁阀60。此外，从第一供给通路5的途中分支，分路上述电磁阀60，设置再次与第一供给通路5合流的第二供给通路6，在该第二供给通路6上，装入作为第2可变节流孔(orifice)的转速感应节流孔(orifice)3。
流量控制阀9具备根据这些第1、第2可变节流孔(orifice)的前后差压使来自供给通路2的工作油的一部分返回油罐侧的流量调整单元4；在第1、第2可变节流孔(orifice)的上游侧压力高于规定值以上时，使上述工作油向油罐侧溢流的溢流阀7。
流量控制阀9具备阀体21和盖31。在上述阀体21的滑阀(spool)孔26上安装滑阀(spool)11可以自由滑动。此外，形成与泵1的喷出侧连通的泵口22、与油罐侧连接的返回口23，还有构成上述第一供给通路5的分路口24、25等。此外，在上述盖31上形成构成上述第二供给通路6的一部分的供给口34，以及构成下游侧室32，还有构成上述第一供给通路5的一部分的分路口33等。
上述滑阀(spool)11在其周围形成挡圈部分10，滑阀(spool)11如果抵抗弹簧13向图中左方向移动，则挡圈部分10的前端面向返回口23连通泵口22和返回口23，与滑阀(spool)11的滑动位置相应地调节从泵口22向返回口23返回的工作油的流量。
在上述滑阀(spool)11的一端上划出上游侧控制压室20，该上游侧控制压室20位于上述第1、第2节流孔(orifice)的上游侧。在滑阀(spool)11的另一端划出装入弹簧13的下游侧控制压室27，该下游侧控制压室27经由通孔28与上述第1、第2可变节流孔(orifice)的下游侧连通。
通过这样在滑阀(spool)11的两端上导入第1、第2可变节流阀的前后差压，滑阀(spool)11向这些差压和弹簧13的弹力平衡的位置移动，使工作油的一部分向返回口23放掉，因此构成向动力转向输出单元8提供需要流量的流量调整单元4。
作为第2可变节流孔(orifice)的转速感应节流孔(orifice)3具备上述供给口34；改变该供给口34的开口面积的圆锥棒12。
圆锥棒12与上述滑阀(spool)11的一端连结，圆锥棒12随着和滑阀(spool)11一体移动，在规定的行程区域中，逐渐减少供给口34的开口面积。用引擎14驱动的泵1的转速上升，如果泵喷出量增加，因为上述第1、第2可变节流孔(orifice)的上游侧压力高，所以上述滑阀(spool)11靠该压力抵抗弹簧13后退，由此在返回口23中逆流的工作油增加，同时转速感应节流孔(orifice)3的开度减少。
在泵1的停止时，靠弹簧13的压紧力作用，滑阀(spool)11靠在盖31的端面38上。由此，用滑阀(spool)11的挡圈部分10堵住返回口23，此外供给口34被堵塞，转速感应节流孔(orifice)3全部关闭。
上述电磁阀60具备插入安装在阀体21上的圆柱状的支架61，和插入在该支架61侧的轴孔59上可以滑动的轴62。在支架61上形成与泵1的喷出侧连通的上游室64；插入轴62的一部分的阀孔66；与转向输出单元8连通的下游室67。从泵1喷出的工作油通过上游室64、阀孔66、下游室67流到转向输出单元8。轴62靠线圈69产生的电磁力抵抗弹簧68在开阀方向(在图1中上方向)上驱动。
上述轴62在其前端上形成圆锥状的阀部分63，该阀部分63被插入阀孔66，上述第1可变节流孔(orifice)52作为被划出在两者之间的环状的间隙形成。可变节流孔(orifice)52在线圈69在非激励状态时其开度最少，随着激励电流增大，轴2在图1中向上方向变位，开口面积逐渐增大。
但是，上述电磁阀60在芯77落座于支架61的阶梯部分78上的状态下，阀部分63从阀孔66处稍微离开，即使在电磁阀60上未流过电流时，也不全封闭第1可变节流阀52，换句话说，不全部封闭第一供给通路5。
由此，即使在滑阀(spool)11固定在阀体21和盖31上的阀操作杆起来的情况下，流过第1可变节流孔(orifice)52的工作油迂回于转速感应节流孔(orifice)3提供给转向输出单元8。其结果，在得到由转向输出单元8产生的操舵助推的同时，回避泵1的负荷过大的现象，可以实现可靠(fail safe)的功能。
如果用引擎14驱动泵1，向泵口22提供加压工作油，则工作油流过的第1、第2可变节流孔(orifice)产生压力损失，与被导入上述两控制压室20、27的压力差，滑阀(spool)11抵抗弹簧12移动，用其平衡位置确定泵口22和返回口23的开度，调节提供给给转向输出单元8的工作油的流量QP。
在泵1在低速区域转动的状态下，因为上述差压小，所以滑阀(spool)11不变位，流量调整单元4以及转速感应节流口3关闭，与泵1的转速成比例的流量QP的工作油通过电磁阀60提供给转向输出单元8。
如果泵1的转速上升达到中速区域，则泵喷出量增加，与此对应上述差压增大，滑阀(spool)11抵抗弹簧13后退，流入到上游侧控制压室20的工作油的一部分逆流到返回口23，此外转速感应节流孔(orifice)3打开，工作油流入供给口34。滑阀(spool)11是泵喷出量越增加变位越大，因此，经过电磁阀60和转速感应节流孔(orifice)3提供给转向输出单元8的工作油的流量QP大致被保持一定。
进而如果泵1的转速增大，则圆锥棒12和滑阀(spool)11一同移动，供给泵34的开口面积，即转速感应节流孔(orifice)3的开口面积逐渐减少，提供给转向输出单元8的工作油的流量QP逐渐减少。
在引擎14高速转动时，车辆的操舵阻力也减少，动力转向输出单元8需要的动力助推减小。因此，在泵转速高的区域中，提供给动力转向输出单元8的工作油的流量QP少即可。
但是，在大范围操纵方向盘时，或者操舵速度低时等，操舵扭矩大，动力转向输出单元8要求的工作油的目标流量大。这种情况下，如果泵转速相同，则工作油的供给流量不变化。因此，在这样的操舵扭矩大时，通过增大上述电磁阀60的第1可变节流孔(orifice)52的开度，增加提供给动力转向输出单元8的工作油的流量。
为了根据操舵扭矩，即，操舵角度、操舵速度控制上述第1可变节流孔(orifice)52的开口面积，即，电磁阀60的开度具备控制器17。
在控制器17中，输入来自舵角传感器18的舵角θ的信号，和来自车速传感器19的车速V的信号，根据这些信号推定在动力转向输出单元8中要求的目标流量QM，根据它控制电磁阀60的开度。
如图2所示，控制器17包括：输入来自舵角传感器18的舵角θ的信号，微分舵角θ计算操舵速度ω1的操舵速度运算单元81；输入上述操舵速度ω1，把切削了比截止频率fc高的频率成分的信号作为修正操舵速度ω2输出的低通滤波器82。
进而，控制器17包括：根据上述舵角θ、此时的车速V，求在上述动力转向输出单元8要求的目标流量QM的舵角修正表83；以上述操舵速度ω2和此时的车速V为基础，求上述目标流量QM的操舵速度修正表84；比较从上述各表83、84中求得的目标流量QM，其中，根据大的一方的值计算上述电磁阀60的线圈69的激发电流的目标流量运算单元85。
在以操舵速度运算单元81微分上述舵角传感器18检测出的舵角θ计算的操舵速度ω1中，在舵角θ每次超过舵角传感器18的舵角分辨率时产生该信号波形瞬间增高的变动。例如检测舵角传感器18的舵角θ的舵角分辨率是1.5deg，当操舵速度ω1的运算周期是10ms的情况下，操舵速度ω1有可能作为150deg/s计算。或者当舵角传感器检测出舵角θ的舵角分辨率是2.5deg，操舵速度ω1的运算周期是10ms的情况下，有可能把操舵速度ω1作为250deg/s计算。
这样，在操舵速度ω1的信号波形中产生的波动在极其缓慢操纵方向盘的状态下相对地大，根据它控制的工作油的控制流量的变动，即，操舵助推的变动有可能给驾驶者带来不舒服感。
之所以如此，是因为如果输入到操舵速度修正表84者的操舵速度信号变动，则与此相应地计算的要求的目标流量QM也变动的缘故。
上述低通滤波器82输入操舵速度ω1把切削了比截止频率fc还高的频率成分的信号作为操舵速度ω2输出。通过把该截止频率fc例如设置在1Hz，切削比包含在操舵速度ω1的信号中的1Hz高的频率成分，可以把操舵速度ω2作为消除了操舵速度ω1的波动的修正操舵速度ω2输出。
但是，如果把低通滤波器82的截止频率fc例如设置为1Hz，因为比包含在操舵速度ω1的信号中的1Hz高的频率成分切削后被输出，所以在快速操纵方向盘的状态下，相对方向盘操作的操舵速度ω2的信号的响应性能恶化，操舵助推的上升延迟。
因此，在本发明中包括：判定操舵速度ω1比预先设定的阈值ω3高的高速转舵时的高速转舵判定单元86；在高速转舵时提高上述低通滤波器82的截止频率fc的截止频率切换单元87。
上述高速转舵判定单元86例如比较操舵速度ω1和阈值ω3，把操舵速度ω1在阈值ω3以下的运转时判定为低速转舵时，把操舵速度ω1比阈值ω3高的运转时判定为高速转舵时。
如果把上述舵角传感器18检测舵角θ的舵角分辨率设置为X(deg)，把在上述操舵速度运算单元80中的操舵速度ω1的运算周期设置为Y(s)，则把阈值ω3设定为比X/Y(des/s)大的值。
上述舵角传感器18的舵角分辨率是1.5deg或者2.5deg，当上述操舵速度ω1的运算周期是10ms的情况下，X/Y是150deg/s或者250deg/s。在这些情况下，在本实施例中，作为阈值ω3，作为一例，设定在300deg/s。
通过这样把阈值ω3设定在比上述X/Y的值还大的值，在缓慢操纵方向盘的状态下，因舵角分辨率引起变动的操舵速度ω1不会比阈值ω3高，避免把该低速转舵时误判定为高速转舵时。
上述截止频率切换单元87在操舵速度ω1在阈值ω3以下的中低速转舵时，把操舵速度ω1的信号输入到把截止频率fc设置为1Hz的低通滤波器82，与此相反，在操舵速度ω1比阈值ω3高的高速转舵时，使操舵速度ω1的信号不经过低通滤波器82直接输入到操舵速度补正表84。
换句话说，截止频率切换单元87在操舵速度ω1在阈值ω3以下的中低速转舵时，把低通滤波器82的截止频率fc例如设置为1Hz，另一方面，在操舵速度ω1比阈值ω3高的高速转舵时，把截止频率fc设置为无限大，把操舵速度ω1的信号直接作为操舵速度ω2输出。
因此，在操舵速度ω1在阈值ω3以下的中低速转舵时，通过把该截止频率fc例如设置为1Hz，比包含操舵速度ω1的信号中的1Hz高的频率切削后被输出，把操舵速度ω2作为消除了操舵速度ω1的波动的信号输出。由此，抑止由舵角分辨率引起的信号波形的波动致使操舵助推变动，可以避免给驾驶者以波动的不舒服感。
另一方面，在操舵速度ω1比阈值ω3高的高速转动时，通过把操舵速度ω1的信号直接作为操舵速度ω2输出，最大限度地提高操舵速度ω2的信号的响应性能，在快速操纵方向盘的状态下操舵助推快速上升，充分确保操舵助推。
而且，在高速转舵时，操舵速度ω1快，因为与之对应的舵角分辨率引起的信号波形的波动相对小，所以即使操舵速度ω1的信号直接作为操舵速度ω2输出也不必担心给驾驶者以波动的不舒服感。
这样，不提高舵角传感器18的舵角分辨率，就可以实现在缓慢操纵方向盘的状态下消除波动感，和在快速操纵方向盘的状态下提高控制响应性能即转舵跟随性并存，可以不给驾驶者以不舒服感。
以下根据图3说明另一的实施例。但是只说明和实施例1不同的部分。
在本实施例中，具备把截止频率fc例如设置为1Hz的第1低通滤波器82，和把截止频率fc设置为例如9Hz的第2低通滤波器88。
上述截止频率切换单元87进行如下切换，在操舵速度ω1在阈值ω3以下的中低速转舵时，把操舵速度ω1的信号输入到第1低通滤波器82，在操舵速度ω1比阈值ω3高的高速转舵时，把操舵速度ω1的信号输入到第2低通滤波器88。
这种情况下，在操舵速度ω1比阈值ω3高的高速转舵时，截止频率fc高达9Hz，通过改变为第2低通滤波器82，操舵速度ω2的信号的响应性能提高，在快速操纵方向盘的状态下操舵助推快速上升，充分确保操舵助推。此外，因为比包含在操舵速度ω1的信号中的9Hz高的频率成分的噪音被切削，所以可以提高修正后的操舵速度信号ω2的稳定性。
本发明并不局限于上述实施例，对本领域技术人员来说，在该技术思想的范围内可以有各种各样的变形这是不言自明的。

Claims (5)

1、一种动力转向装置，它是具备根据工作油的供给量对操舵操作进行动力助推的动力转向输出单元的车辆的动力转向装置，其特征在于，包括：
检测转向操舵角的舵角传感器；
对检测出的舵角信号进行微分来计算操舵速度信号的操舵速度运算单元；
切削上述操舵速度信号的高频率成分来输出修正操舵速度信号的低通滤波器；
根据上述操舵速度信号来判定高速操舵状态的高速操舵判定单元；
当判定上述高速操舵状态时，切换上述低通滤波器的截止频率以使其增高的切换单元；
根据上述舵角信号和修正操舵速度信号来计算提供给上述动力转向输出单元的目标流量的流量运算单元；和
控制提供给上述动力转向输出单元的工作油的流量以使其成为上述目标流量的流量控制单元。
2、如权利要求1所述的动力转向装置，其特征在于，
上述切换单元在上述高速操舵判定时，把上述操舵速度信号直接作为修正操舵信号，不使其通过上述低通滤波器而输出到上述流量运算单元。
3、如权利要求1所述的动力转向装置，其特征在于，
具备比上述第1低通滤波器的截止频率还高的第2低通滤波器，
上述切换单元在上述高速操舵判定时，把上述操舵速度信号输入到第2低通滤波器；在上述高速操舵判定时以外，把上述操舵速度信号输入到第1低通滤波器。
4、如权利要求1所述的动力转向装置，其特征在于，
上述高速操舵判定单元把上述操舵速度信号与设定值进行比较，当为设定值以上时就判定为高速操舵状态。
5、如权利要求4所述的动力转向装置，其特征在于，
上述高速操舵判定单元在把上述舵角传感器的舵角分辨率设为X，把上述操舵速度运算单元的操舵速度的运算周期设为Y时，把上述设定值设定为比X/Y还大的值。
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