CN1827447A - 转向控制器 - Google Patents

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Abstract

提供一种转向控制器，该转向控制器用在转向单元和方向改变单元在机械上彼此分离的转向系统中，转向单元具有转向盘6和反作用力电动机5，方向改变单元具有转向控制轮16，16和方向改变电动机14。在此，转向控制器执行：方向改变转矩控制处理；转向反作用力控制处理；以及末端接触控制处理。在末端接触控制处理中，当转向控制轮16，16的方向改变角度达到最大方向改变角度附近时，开始校正在转向反作用力控制处理中施加的转向反作用力转矩，并且在开始校正之后随着时间推移逐渐增大转向反作用力转矩。

Description

转向控制器
2005年3月1日提交的第2005-056514号日本专利申请的公开内容，包括说明书、权利要求和附图，在此引作参考。
技术领域
在此描述一种采用线传转向(steer-by-wire)系统的转向控制器，在该线传转向系统中，具有转向盘和转向反作用力致动器的转向单元、以及具有转向控制轮和方向改变致动器的方向改变单元在机械上彼此分离。
背景技术
近年来，已经提出了一种采用所谓线传转向(以下称作“SBW”)系统的车辆转向控制器，在该SBW系统中，转向盘和转向控制轮之间的机械连接解除，并且转向系统的一部分由电子路径构成。由于这种SBW系统不具有转向盘和转向控制轮之间的机械连接，所以，例如转动转向盘且达到转动极限时，需要执行将接触感通过转向盘提供给驾驶员的控制处理。因此，已经提出，当目标方向改变角度和实际方向改变角度之间的偏差大于或等于预定值时，通过在转向反作用力致动器中产生最大反作用力来为驾驶员提供机械接触感。例如，参见第2002-87308号日本未实审专利申请公开文献。
然而，在传统转向控制器中，当所述偏差大于或等于预定值时，执行由于使用所述转向反作用力致动器而突然产生最大反作用力的控制。因此，为了产生具有使驾驶员不能转动转向盘的这种幅度的转向反作用力转矩，需要采用大型转向反作用力致动器，这样就不利于节约空间和成本。
发明内容
当在线传转向控制处理中驾驶员转动转向盘时，利用在空间和成本上具有优势的小型转向反作用力致动器，本发明的转向控制器将出色的接触感通过转向盘提供给驾驶员。
在具有转向盘和转向反作用力致动器的转向单元、以及具有转向控制轮和方向改变致动器的方向改变单元在机械上彼此分离的情况下，本发明的转向控制器提供了用于将控制指令传送到方向改变致动器的方向改变转矩控制装置，该控制指令用于根据该转向盘的转向状态将方向改变转矩施加到所述方向改变单元。
还提供一种将控制指令传送到转向反作用力致动器的转向反作用力控制装置，该控制指令用于根据该转向控制轮的方向改变状态将转向反作用力转矩施加到所述转向单元。
进一步提供末端接触控制装置，当在线传转向控制下执行转向盘的转动并且达到了转动极限的附近时，该末端接触控制装置执行将末端接触感通过所述转向盘给予驾驶员的控制处理，在该线传转向控制中转向单元和方向改变单元彼此分离。
当转向控制轮的方向改变角度达到最大方向改变角度的附近时，所述末端接触控制装置开始校正由所述转向反作用力控制装置施加的转向反作用力转矩，并且在开始校正之后随着时间推移逐渐增大转向反作用力转矩。
因此，在本发明的转向控制器中，当转向控制轮的方向改变角度达到最大方向改变角度的附近时，所述末端接触控制装置开始校正由所述转向反作用力控制装置施加的转向反作用力转矩，并且在开始校正之后随着时间推移逐渐增大转向反作用力转矩。即，当突然产生可防止转向盘在驾驶员的操纵力作用下运动的最大反作用力时，需要瞬间将转向反作用力转矩提高到高的值，从而需要增大了大小的转向反作用力致动器。
反之，如果转向反作用力转矩仅逐渐提高到高的值，则该转向反作用力致动器是足够用的，从而允许减小转向反作用力致动器的大小。而且，当驾驶员的转动操纵力突然被很大的反作用力抵抗且转向盘完全不能转动时，驾驶员会感到不舒服。然而，在本发明的转向控制器中，由于驾驶员的转动操纵力被逐渐增大的反作用力逐渐抵抗，所以，将随着时间推移而减慢转向盘的运动的末端接触感给予了驾驶员。
结果，当在线传转向控制下转动转向盘时，利用在空间和成本上具有优势的小型转向反作用力致动器，可通过转向盘为驾驶员提供出色的末端接触感。
附图说明
下面将结合附图进行描述，使得本发明的转向控制器的这些和其它特点和优点变得清楚，其中：
图1是表示采用根据本发明的一个实施例的本发明的转向控制器的线传转向系统的结构的示意图；
图2是示出图1中的线传转向系统的备用离合器的位置示例的剖面图；
图3是示出根据所示实施例用于SBW控制的控制结构的框图；
图4是示出由根据所示实施例的转向控制器进行方向改变控制的框图；
图5是示出由根据所示实施例的转向控制器进行反作用力控制的框图；
图6是示出由根据所示实施例的转向控制器执行的控制处理的流程图；
图7是示出由根据所示实施例的转向控制器执行的末端接触控制处理的流程图；
图8是用于根据所示实施例的末端接触控制的末端接触反作用力转矩校正值的示图；
图9是用于根据所示实施例的末端接触控制的末端接触反作用力转矩校正值的转向转矩增益的示图；
图10是用于根据所示实施例的末端接触控制的末端接触反作用力转矩校正值的舵角速度增益的示图；
图11是用于根据所示实施例的末端接触控制的末端接触反作用力转矩校正值的车辆运动状态增益的示图；
图12是用于根据所示实施例的末端接触控制的末端接触反作用力转矩校正值的车速增益的示图；
图13是用于根据所示实施例的末端接触控制的末端接触反作用力转矩校正值的电动机温度增益的示图；
图14是示出在由于转动转向盘导致末端接触时转向盘角度变化的示例的时序图；
图15是把在由于转动转向盘导致末端接触时根据已有技术的反作用力转矩特性和根据所示实施例的反作用力转矩特性进行比较的示图；
图16是根据已有技术与方向改变角度相关的末端接触反作用力转矩的示图；
图17是根据所示实施例在转动转向盘时关于时轴的末端接触反作用力转矩特性和作用于转向盘的转向反作用力转矩特性的示图；
图18是根据所示实施例的末端接触控制中的反作用力转矩的示图；以及
图19是根据所示实施例的末端接触控制中的转向转矩的示图。
具体实施方式
图1是表示采用根据所示实施例的转向控制器的线传转向系统(以下称作“SBW系统)的结构示意图，图2是示出所示实施例的转向控制器中的备用离合器的示例的剖面图，图3是示出根据所示实施例的转向控制器的系统的控制框图。根据所示实施例的转向控制器包括反作用力单元(转向单元)、备用机构(备用装置)、方向改变单元和控制器。
反作用力单元包括舵角度传感器(rudder angle sensor)1，1、编码器2、转矩传感器3，3(转向转矩检测装置)、霍尔IC 4和反作用力电动机5(转向反作用力致动器)。
舵角度传感器1，1包括检测转向盘6的转动角度的装置，舵角度传感器1，1布置在用于将线缆柱(cable column)7(下面将进行描述)连接到转向盘6的柱轴(column shaft)8上，并且舵角度传感器1，1具有双系统，该双系统具有两个转矩传感器，即第一舵角传感器和第二舵角传感器。也就是说，舵角度传感器1，1布置在转向盘6和转矩传感器3，3之间，并且能够检测转向角度而不会受到由于转矩传感器3，3的扭转导致的角度变化的影响。舵角度传感器1，1采用绝对式解析装置(absolute type resolver)。
转矩传感器3，3布置在舵角度传感器1和反作用力电动机5之间，并具有包括两个转矩传感器的双系统，两个转矩传感器即第一转矩传感器和第二转矩传感器。转矩传感器3，3包括例如沿轴向延伸的扭力杆、在与所述扭力杆相同的轴上连接到所述扭力杆的一端的第一轴、在与所述扭力杆和第一轴相同的轴上连接到所述扭力杆的另一端的第二轴、固定到第一轴的第一磁部件、固定到第二轴的第二磁部件、与第一磁部件和第二磁部件相对的线圈、以及环绕该线圈并与第一磁部件和第二磁部件一起形成磁路的第三磁部件。根据基于作用于所述扭力杆的扭力而在第一磁部件和第二磁部件之间产生的相对位移，该线圈电感改变，并且基于电感改变从输出信号检测转矩。
反作用力电动机5包括将反作用力施加到转向盘6的转向反作用力致动器，并且由电动机构成，该电动机以柱轴8作为其旋转轴具有一个转子和一个定子。其外壳固定到车身。将无刷电动机用作反作用力电动机5，并且由于使用了无刷电动机而添加编码器2和霍尔IC4。在此情况下，可仅通过使用霍尔IC 4驱动电动机产生电动机转矩，但是出现了微小的转矩变化，且转向反作用力感不好。因此，为了执行更精细和平滑的反作用力控制，通过将编码器2安装到柱轴8的轴上并执行电动机控制，减小了微小的转矩变化，从而实现了转向反作用力感的改善。可用解析装置替代编码器2。
可将反作用力单元和方向改变单元彼此机械地连接和分离的备用机构包括线缆柱7和备用离合器9。
线缆柱7是机械上的备用机构，其绕过在反作用力单元和方向改变单元之间插入的部件用以避免干扰，并且当接合备用离合器9时起到以备用模式传递转矩的柱轴的作用。这样构造线缆柱7：即，将端部固定到卷轴上的两条内部电缆以相反方向彼此缠绕，并且将其中插入有这两条内部电缆的外管两端固定在两个卷轴外壳上。
在所示实施例中，备用离合器9布置在方向改变单元侧，并且采用电磁离合器。图2中示出了备用离合器9的示意性剖面图。备用离合器9既有电磁离合器又有机械离合器，并且在接合离合器时，通过接通电磁铁而给予摩擦板初始滑动并用该摩擦板移动机械接合部分的凸轮，从而以机械的强度执行接合。在释放该接合时，备用离合器可通过断开该电磁铁并将该机械接合部分的凸轮移动到输入侧或输出侧来释放该接合。因而，通过接合该备用离合器9，可通过线缆柱7和备用离合器9来传递来自反作用力单元的转矩和来自方向改变单元的转矩。
方向改变单元包括编码器10，10、舵角度传感器11，11、转矩传感器12，12、霍尔IC 13、方向改变电动机14，14(方向改变致动器)、转向机构15和转向控制轮16，16。
舵角度传感器11，11和转矩传感器12，12布置在小齿轮轴17的轴线上，在小齿轮轴17的一端安装备用离合器9，并且在另一端上形成小齿轮。舵角度传感器11，11具有类似于舵角度传感器1，1的双系统，并且采用用于检测轴的转数的绝对式解析装置。转矩传感器12，12具有类似于转矩传感器3，3的双系统，并且采用用于根据电感变化检测转矩的部件。通过将舵角度传感器11，11布置在小齿轮的下游并将转矩传感器12，12布置在上游，由舵角度传感器11，11进行的方向改变角度的检测不会受到由于转矩传感器12，12的扭转而导致角度变化的影响。
这样设计方向改变电动机14，14，即，通过将与蜗轮啮合的小齿轮布置在电动机轴上，所述蜗轮布置在小齿轮轴17上的备用离合器9和转矩传感器12，12之间的中间位置上，从而在驱动电动机时将方向改变转矩施加到小齿轮轴17上。方向改变电动机14，14具有双系统，采用包括第一方向改变电动机14和第二方向改变电动机14的无刷电动机。类似于反作用力电动机5，由于使用了无刷电动机而添加编码器10，10和霍尔IC 13。
转向机构15通过旋转小齿轮轴17改变左侧和右侧转向控制轮16，16的方向，转向机构15包括插入到齿条管15a中的齿条轴15b、横拉杆15c和15c、以及转向节臂15d和15d，在齿条轴15b中形成与小齿轮轴17的小齿轮啮合的齿条传动装置(rack gear)，接合到齿条轴15b两端的横拉杆15c和15c在车辆的横向方向上延伸，转向节臂15d和15d的一端与横拉杆15c和15c接合，并且另一端与转向控制轮16，16接合。
所述控制器具有双系统，所述双系统包括利用电源18进行操作的两个控制器19，19。
如图3所示，把检测到的值从反作用力单元的舵角度传感器1，1、编码器2、转矩传感器3，3和霍尔IC 4、以及从方向改变单元的编码器10，10、舵角度传感器11，11、转矩传感器12，12和霍尔IC 13输入到控制器19。
控制器19包括故障诊断部分19a，用于诊断SBW控制处理(通过分离离合器来进行的线传转向控制处理)中的方向改变控制和反作用力控制的故障、以及EPS控制处理(通过接合离合器而进行的电动转向控制处理)的故障，并且用于在故障诊断时将控制从SBW控制处理转换到EPS控制处理。
除了故障诊断部分19a之外，控制器19包括反作用力指令值计算部分19b、反作用力电动机驱动部分19c、反作用力单元电流传感器19d、方向改变指令值计算部分19e、方向改变电动机驱动部分19f、方向改变单元电流传感器19g和19g以及控制器诊断部分19h。控制器19，19通过双向通信线20彼此连接。
把用于“末端接触控制”处理的传感器信息从横摆率/横向G传感器21(车辆运动状态检测装置)、车速传感器22(车速检测装置)和用于检测反作用力电动机5的温度的反作用力电动机温度传感器23(温度检测装置)输入到两个控制器19，19。
图4是示出由根据所示实施例的转向控制器中的控制器19，19进行的方向改变控制的方向改变控制模块(方向改变控制装置)的示图。图5是示出由根据所示实施例的转向控制器中的控制器19，19进行的反作用力控制的反作用力控制模块(转向反作用力控制装置)的示图。
现在，参照图4和图5描述根据所示实施例的“SBW控制”、“EPS控制”和“末端接触控制”。
如图4所示，在“SBW控制”处理的方向改变控制中，通过将转向盘6的转向角度乘以根据车速设置的传动比而获得目标方向改变角度，并且根据方向改变电动机14的旋转角度而获得实际方向改变角度，根据所述目标方向改变角度和所述实际方向改变角度之间的偏差计算指令电流值，将指令电流值转换为电流，其后，利用通过对所转换的电流执行鲁棒补偿而获得的指令电流来驱动方向改变电动机14。
如图5所示，在“SBW控制”处理的反作用力控制中，根据转向盘6的转向角度、车速和反作用力图设置目标反作用力转矩(与转向控制轮16，16的方向改变状态对应的转矩)，根据从转矩传感器3获得的实际反作用力转矩和所述目标反作用力转矩之间的偏差来计算指令电流值，将指令电流值转换为电流，其后，利用通过对所转换的电流执行鲁棒补偿而获得的指令电流来驱动反作用力电动机5。
如图4所示，在“EPS控制”处理中，根据输入到转向盘6的转向转矩和辅助转矩图设置转向辅助转矩，将所述转向辅助转矩转换为电流，其后，利用通过对所转换的电流执行鲁棒补偿获得的指令电流来驱动方向改变电动机14。此时，通过将反作用力电动机5的指令电流设置为0，使所述反作用力电动机不被驱动。可选地，通过分担转向辅助转矩，由反作用力电动机5在与转向转矩相同的方向上产生转向反作用力转矩。在图4所示的方向改变控制框图中，第一开关SW1执行“SBW控制”处理和“EPS控制”处理之间的切换。
当根据转向角度产生的目标方向改变角度达到齿条止动器(rackstopper)末端接触角度附近时，通过输出备用离合器9的接合指令，根据在达到齿条止动器末端接触角度附近之后的维持时间计算加到所述转向反作用力转矩的末端接触反作用力转矩校正参考值，根据行使状态(转向转矩、转向角速度或方向改变角速度、车辆运动状态量、车速、电动机温度等)调整末端接触反作用力转矩校正值的增益，加上调整的值，并且驱动反作用力电动机5，这样来执行“末端接触控制”处理。
在如图4所示的方向改变控制的框图中，在从末端接触控制开始起的预定时间段内用延迟定时器维持SBW控制处理，其后，将SBW控制切换为EPS控制。在图5所示的反作用力控制的框图中，通过接通第二开关SW2(末端接触控制标记＝1)来加上末端接触反作用力转矩校正值。通过接通第三开关SW3(离合器接合完成标记＝1)来加上惯性转矩。
图6是示出根据所示实施例由控制器19，19执行的控制处理的流程图，其各个步骤如下所述。以预定控制周期(例如，10毫秒)执行该处理。
在步骤S1中，检查线传转向系统的状态，然后执行步骤S2。
在步骤S2中，确定线传转向系统是正常还是异常。当该系统正常时执行步骤S3，当系统异常而维持EPS控制时执行步骤S7，当系统异常而不维持EPS控制时执行步骤S9。
当在步骤S2中确定了系统正常之后，在步骤S3中，确定根据转向角度产生的目标方向改变角度是否达到齿条止动器角度附近。当确定结果为“否”(NO)时，执行步骤S4；当确定结果为“是”(YES)时，执行步骤S6。在该确定中，例如，当目标方向改变角度在稍大于齿条止动器角度的角度范围内时，确定目标方向改变角度达到了齿条止动器角度附近。
当在步骤S3中确定了目标方向改变角度未达到齿条止动器角度附近之后，在步骤S4中，检查备用离合器9的接合是否释放(OFF)，然后执行步骤S5。
当在步骤S4中进行离合器OFF的检查之后，在步骤S5中，执行通常的SBW控制处理，其后执行步骤S11。
当在步骤S3中确定目标方向改变角度达到齿条止动器角度附近之后，在步骤S6中，执行末端接触控制处理(图7中示出的流程图)，其后执行步骤S11。
当在步骤S2中确定系统异常而维持EPS控制之后，在步骤S7中，检查备用离合器9是否接合(ON)，其后执行步骤S8。
当在步骤S7中进行离合器ON的检查之后，在步骤S8中，执行EPS控制处理，其后执行步骤S11。
当在步骤S2中确定系统异常而不维持EPS控制之后，在步骤S9中，SBW控制处理或EPS控制处理停止，其后执行步骤S10。
当在步骤S9中停止控制之后，在步骤S10中，将备用离合器9接合(ON)，其后执行步骤S11。
在步骤S5、或步骤S6、或步骤S8、或步骤S10之后，在步骤S11中，确定线传转向系统是否OFF(例如，点火OFF)。当确定结果为“否”时，再次执行步骤S1；当确定结果为“是”时，结束全部处理。
图7是示出由根据所示实施例的控制器19，19执行的末端接触控制处理(图6中的步骤S6)的流程图，下面将描述各个步骤(末端接触控制装置)。
在步骤S6-1中，输出备用离合器9的接合(ON)指令，其后执行步骤S6-2。
在步骤S6-1中的离合器ON指令之后，在步骤S6-2中，确定根据转向角度产生的目标方向改变角度是否达到齿条止动器角度附近。当确定结果为是时，执行步骤S6-3；当确定结果为否时，执行步骤S6-11。确定目标方向改变角度是否达到齿条止动器角度附近的细节类似于上述整体处理中步骤S3的处理。
当在步骤S6-2中确定目标方向改变角度达到了齿条止动器角度附近之后，在步骤S6-3中，确定是否完成了备用离合器9的接合。当确定结果为否时，执行步骤S6-4；当确定结果为是时，执行步骤S6-12。
当在步骤S6-3中确定未完成备用离合器9的接合之后，在步骤S6-4中，对末端接触维持时间t进行计数(t＝t+Δt，其中Δt是第一控制开始时间)，其后执行步骤S6-5。即，从输出备用离合器9的接合指令的时刻起到完成备用离合器9接合的时刻为止来对末端接触维持时间t进行计数。
当在步骤S6-4中完成对末端接触维持时间的计数之后，在步骤S6-5中，确定末端接触维持时间t是否小于SBW控制维持时间。当确定结果为是时，执行步骤S6-6；当确定结果为否时，执行步骤S6-7。
在此，SBW控制维持时间具有直到备用离合器9的接合完成时为止的最大维持时间。随着转向角速度(该转向角速度是通过对来自反作用力单元的舵角度传感器1的舵角度求微分而计算出的)变大，将SBW控制维持时间设置得更短；随着转向转矩(该转向转矩是由反作用力单元的转矩传感器3检测到的)变大，将SBW控制维持时间设置得更短；并且随着输入到转向控制轮16，16的外力(该外力是由方向改变单元的转矩传感器12检测到的)变大，将SBW控制维持时间设置得更长。
当在步骤S6-5中确定末端接触维持时间t小于SBW控制维持时间之后，在步骤S6-6中，在方向改变控制侧维持SBW控制，其后执行步骤S6-8。
当在步骤S6-5中确定末端接触维持时间t大于或等于SBW控制维持时间之后，在步骤S6-7中，在方向改变控制侧将SBW控制切换到EPS控制，输出EPS控制中的方向改变转矩值，其后执行步骤S6-8。
在步骤S6-6或步骤S6-7之后，在步骤S6-8中，读出转向转矩、转向角速度或方向改变角速度、车速、横摆率或横向G和电动机温度，其后执行步骤S6-9。
当在步骤S6-8中读出表示车辆状态的参数之后，在步骤S6-9中，通过使用末端接触维持时间t、转向转矩T、转向角速度dθh/dt或方向改变角速度dθt/dt、横摆率或横向G、车速V和电动机温度Tmp，利用以下方法计算末端接触反作用力转矩校正值ΔT，其后执行步骤S6-10。
通过将末端接触维持时间t与图8中示出的末端接触反作用力转矩校正值的示图相比较，获得了相对于末端接触维持时间t的末端接触反作用力转矩校正参考值ΔT0。末端接触反作用力转矩校正值的图根据离合器接合时间和电动机输出容量建立随着时间推移而增大的输出转矩特性。
如图9所示，作为相对于转向转矩T的末端接触反作用力转矩校正值的转向转矩增益GT，当转向转矩T小于预定值时，随着转向转矩T变大，给出变大的值；当转向转矩T大于预定值时，给出常数“1”。
如图10所示，作为相对于转向角速度dθh/dt或方向改变角速度dθt/dt的末端接触反作用力转矩校正值的舵角速度增益Gdθh，当转向角速度dθh/dt或方向改变角速度dθt/dt小于或等于预定值时，随着转向角速度dθh/dt或方向改变角速度dθt/dt变大，给出变大的值；当转向角速度dθh/dt或方向改变角速度dθt/dt大于预定值时，给出常数“1”。
如图11所示，作为相对于横摆率或横向G的末端接触反作用力转矩校正值的车辆运动状态增益GdY，当横摆率或横向G小于或等于预定值时，随着横摆率或横向G变大，给出变大的值；当横摆率或横向G大于预定值时，给出常数“1”。
如图12所示，作为相对于车速V的末端接触反作用力转矩校正值的车速增益GV，当车速V小于或等于预定车速时，给出常数“1”；当车速V大于预定车速时，随着车速V变大，给出变小的值。其后，当车速高(例如，V0＝40km/h或更高)时，将所述车速增益GV设置为0。
如图13所示，作为相对于电动机温度Tmp的末端接触反作用力转矩校正值的电动机温度增益GTmp，当电动机温度Tmp小于或等于预定温度时，给出常数“1”；当电动机温度Tmp大于预定温度时，随着电动机温度Tmp变高，给出逐渐降低的值。
通过使用上述值，根据以下表达式计算末端接触反作用力转矩校正值ΔT。
ΔT＝ΔT0×GT×Gdθh×GdY×GV×GTmp
当在步骤S6-9中对末端接触反作用力转矩校正值进行计算之后，在步骤S6-10中，输出末端接触反作用力转矩校正值ΔT，并且再次执行步骤S6-2。即，在反作用力控制侧，通过在每一控制周期将末端接触反作用力转矩校正值ΔT加到目标反作用力转矩，在末端接触维持时间t期间，执行随着时间推移而增大反作用力转矩校正的反作用力控制。
当在步骤S6-2中确定目标方向改变角度未达到齿条止动器角度附近之后，在步骤S6-11中，将末端接触维持时间t设置为t＝0，并结束处理。
当在步骤S6-3中确定完成了备用离合器9的接合之后，在步骤S6-12中，将末端接触维持时间t设置为t＝0，其后执行步骤S6-13。
当在步骤S6-12中将末端接触维持时间t设置为t＝0之后，在步骤S6-13中，在方向改变控制侧继续输出EPS控制的方向改变转矩值，其后执行步骤S6-14。
当在步骤S6-13中输出EPS控制的方向改变转矩值之后，在步骤S6-14中，将惯性转矩值输出到反作用力电动机5，从而在反作用力控制侧残留有备用离合器9的惯性转矩，其后结束该处理。
当该系统正常时，图6所示的流程图中的步骤S 1、步骤S2、步骤S3、步骤S4和步骤S5按照所述次序执行。在步骤S4中，检查由于备用离合器9的接合脱开而导致的反作用力单元和方向改变单元之间机械上的分离。在步骤S5中，执行用于进行方向改变转矩控制和转向反作用力控制的“SBW控制”处理，所述方向改变转矩控制用于将控制指令输出到方向改变电动机14，该控制指令用于根据转向盘6的转向状态把方向改变转矩施加到方向改变单元；并且所述转向反作用力控制用于将控制指令输出到反作用力电动机5，该控制指令用于根据转向控制轮16，16的方向改变状态把转向反作用力转矩施加到反作用力单元。
当在“SBW控制”下执行对转向盘6的转动操作，且根据转向角度产生的目标方向改变角度达到转动极限附近，即齿条止动器末端接触角度附近时，图6所示的流程图中的步骤S1、步骤S2、步骤S3和步骤S6按照所述次序执行。在步骤S6中，执行“末端接触控制”处理，该处理进行这样的控制：即，将末端接触感通过转向盘6提供给驾驶员。
在转向单元和方向改变单元总是通过转向柱轴等在机械上彼此连接的一般转向系统中，如图14所示，当缓慢转动转向盘时，由于到达了齿条止动器，所以转向盘角度在齿条止动器角度θmax达到了极限。“末端接触控制”处理指的是执行这样一种功能的控制处理，即，在转向单元和方向改变单元在机械上彼此分离的状态下，在“SBW控制”下通知驾驶员到达了齿条止动器。
在根据所示实施例的“末端接触控制”处理中，首先，在图7所示的流程图中的步骤S6-1中，根据下述判断而输出接合备用离合器9的指令：即，根据转向角度产生的目标方向改变角度达到了齿条止动器末端接触角度附近。
接下来，将要描述反作用力控制的操作。在从输出用于接合备用离合器9的指令起到完成该接合为止的时间段内，图7所示的流程图中的步骤S6-2、步骤S6-3、步骤S6-4、步骤S6-5、步骤S6-6(或步骤S6-7)、步骤S6-8、步骤S6-9和步骤S6-10的流程按照所述次序重复执行。在步骤S6-9中，计算加到转向反作用力转矩的末端接触反作用力转矩校正值ΔT。在步骤S6-10中，利用这样的输出来执行反作用力控制：即，该输出是通过将末端接触反作用力转矩校正值ΔT加到所获得的电流而获得的。当检查到备用离合器9的接合完成时，图7所示的流程图中的步骤S6-2、步骤S6-3、步骤S6-12、步骤S6-13、步骤S6-14和结束的流程按照所述次序执行。在步骤S6-14中，执行用于残留与备用机构的惯性对应的转矩的控制(由图15中的虚线表示的特性)。
在从输出用于接合备用离合器9的指令起到当末端接触维持时间t达到SBW控制维持时间时为止的时间段内，图7所示的流程图中的步骤S6-2、步骤S6-3、步骤S6-4、步骤S6-5、步骤S6-6、步骤S6-8、步骤S6-9和步骤S6-10的流程按照所述次序重复执行。在步骤S6-6中，在预定时间段内，维持SBW控制的方向改变转矩。其后，在从当末端接触维持时间t大于SBW控制维持时间时起到完成备用离合器9的接合时为止的时间段内，图7所示的流程图中的步骤S6-2、步骤S6-3、步骤S6-4、步骤S6-5、步骤S6-7、步骤S6-8、步骤S6-9和步骤S6-10的流程按照所述次序重复执行。在步骤S6-7中，给出EPS控制中的辅助转矩。当检查到备用离合器9的接合完成时，图7所示的流程图中的步骤S6-2、步骤S6-3、步骤S6-12、步骤S6-13、步骤S6-14和结束的流程按照所述次序执行。在步骤S6-13中，继续这样的控制：即，给出EPS控制中的辅助转矩。
当驾驶员执行在“末端接触控制”下回转转向盘的操作，并且因此确定目标方向改变角度未达到齿条止动器角度附近时，图7所示的流程图中的步骤S6-2、步骤S6-11和结束的流程按照所述次序执行，其后，图6所示的处理中的步骤S6、步骤S11、步骤S1、步骤S2、步骤S3、步骤S4和步骤S5按照所述次序执行。因此，再次将“末端接触控制”切换到“SBW控制”。
传统SBW控制中的“末端接触控制”执行如下。例如，如图16所示，当方向改变角度达到齿条止动器角度附近时，执行如下控制：即，将目标反作用力转矩从一般SBW控制中的反作用力转矩T0改变到最大反作用力转矩Tmax；并且如图15中的实线所示，紧随到达齿条止动器之后，反作用力转矩T立刻增大到驾驶员不能转动转向盘的程度。因此，为了产生不允许随着反作用力转动的转矩，需要大型反作用力致动器。而且，由于没有机械上的末端接触感，存在有当驾驶员有意施加较大的转动力时转向盘可被转动的问题。
反之，在根据所示实施例的转向控制器中，基于根据转向角度产生的目标方向改变角度达到齿条止动器末端接触角度附近的判断，输出接合备用离合器9的指令，根据达到齿条止动器末端接触角度之后的维持时间t计算末端接触反作用力转矩校正参考值ΔT0，该末端接触反作用力转矩校正参考值ΔT0根据方向改变状态加到转向反作用力转矩T0，如图17中的虚线或点划线所示，在从备用离合器9的接合指令发出到完成接合的时间段内，根据行使状态(转向转矩、转向角速度或方向改变角速度、车辆运动状态量、车速、反作用力电动机温度等)调整其增益以计算末端接触反作用力转矩校正值ΔT，其后，利用通过将根据末端接触反作用力转矩校正值ΔT获得的电流值加到转向反作用力转矩T0而获得的输出，通过驱动反作用力电动机5执行“末端接触控制”。
即，用于接合备用机构的备用离合器9具有直到输入和输出轴接合的机械上和电子上的指定时间常数，从接合指令发出到接合完成需要根据指定时间常数确定的预定时间。因此，在从备用离合器9的接合指令发出到接合完成的时间段内，执行“末端接触控制”，如图17中的实线所表示的特性所示，利用作为转向反作用力致动器的反作用力电动机5给出末端接触反作用力转矩，随后使在接合备用离合器9之后产生的齿条止动器的机械转向反作用力与之关联。
例如，由于正常行使所需的转向反作用力转矩是5Nm，并且反作用力电动机的输出可在短时间内变为两倍于正常转矩，所以，可根据末端接触附近的维持时间将电动机转矩提高到5Nm+α。
因此，在根据所示实施例的“末端接触控制”中，由于逐渐增大的反作用力可抵抗驾驶员施加的用于转动转向盘的操纵力，所以，可将这样的末端接触感提供给驾驶员：即，从随着时间推移而减少转向盘的转动的感觉改变到来自机械反作用力转矩的感觉。结果，当在线传转向控制下转动转向盘时，可利用在空间和成本上有优势的小型反作用力电动机5通过转向盘将出色的末端接触感提供给驾驶员。
如上所述，当执行使用反作用力控制和备用离合器9的接合控制的“末端接触控制”，并且完成了备用离合器9的接合时，保证了机械上的末端接触。因此，可将对反作用力电动机5的输出和对方向改变电动机14的输出设置为0。然而，当在完成了备用离合器9的接合之后将反作用力电动机5和方向改变电动机14的输出设置为0时，当将“末端接触控制”再次改变为“SBW控制”时，反作用力电动机5和方向改变电动机14的响应减慢。因此，可能出现驾驶员不希望出现的转向盘的转动或回转。
反之，在根据所示实施例的转向控制器中，当检查到备用离合器9的接合完成时，根据行使条件，可能在短时间内出现末端接触。因此，执行这样的控制：即，在反作用力电动机5和方向改变电动机14的输出中残留易于回转的转矩。
在反作用力电动机5中，如图18所示，产生与转向盘6、线缆柱7和备用离合器9的惯性对应的反作用力转矩(惯性转矩)。在断开备用的连接时，需要施加转矩以便在机械上断开备用离合器9的连接。因此，通过在反作用力电动机5中残留惯性转矩，可易于释放机械接合。另外，可快速起动(increase)反作用力电动机5。
在方向改变电动机14中，如图19所示，根据转向转矩产生由EPS控制所引起的辅助转矩。
当紧随末端接触控制之后驾驶员立刻回转转向盘6，并且因此释放备用离合器9的接合时，可通过在反作用力电动机5和方向改变电动机14中残留转矩来降低不舒适的转向感，诸如由于反作用力电动机5中转矩产生的延迟而导致的缺乏转向反作用力、或由于方向改变电动机14中转矩产生的延迟而导致的回转方向改变过程中的延迟。
在根据所示实施例的转向控制器中，在达到齿条止动器末端接触角度附近之后，方向改变电动机14在预定时间内保持SBW方向改变控制，其后，如图19所示，产生方向改变转矩。在所示实施例中，通过利用延迟定时器延迟切换信号来设置预定时间，但是本发明的转向控制器并不限于此。
所述预定时间的最大值是直到备用离合器9的接合完成的时间。随着转向角速度变大，将预定时间设置得更短；随着转向转矩变大，将预定时间设置得更短；并且随着输入到转向控制轮16，16的干扰变大，将预定时间设置得更长。
因此，当达到了齿条止动器末端接触角度，并且在直到完成备用离合器9的接合为止的时间段内驾驶员回转转向盘6时，可通过允许维持SBW方向改变控制来抑制方向改变转矩的改变。另外，当驾驶员在该时间段中转动转向盘6时，可提早减小方向改变转矩，从而减少了功耗，并且抑制了方向改变电动机14劣化。
根据所示实施例的转向控制器可获得以下优点中的一项或多项。
(1)在本发明的转向控制器中，当在转向单元和方向改变单元彼此分离的线传转向控制处理中执行转动转向盘6的操作，并且达到转动极限附近时，当转向控制轮16，16的方向改变角度达到最大方向改变角度附近时，末端接触控制装置开始校正转向反作用力控制装置施加的转向反作用力转矩，并且在开始校正之后随着时间的推移而逐渐增大转向反作用力转矩。因此，当在SBW控制下转动转向盘时，可利用在空间和成本上有优势的小型转向反作用力致动器通过转向盘来将出色的末端接触感给予驾驶员。
(2)将允许转向单元和方向改变单元在机械上连接和分离的备用离合器9布置在这两个单元之间，并且当根据转向角度产生的目标方向改变角度达到齿条止动器末端接触角度附近时，末端接触控制装置执行将机械连接指令输出到备用离合器9的备用控制处理，并且在从发出机械连接指令到完成机械连接的时间段内，执行随着时间推移逐渐增大转向反作用力转矩的转向反作用力转矩校正控制处理。因此，可利用备用离合器9的接合响应延迟时间将出色的末端接触感给予驾驶员，其中，由于接合备用离合器9而导致逐渐增大的转向反作用力转矩变为不允许转动转向盘的机械转向反作用力。
(3)进一步设置用于检测输入到转向单元的转向转矩的反作用力单元转矩传感器3，并且随着检测到的转向转矩值变大，末端接触控制装置增大转向反作用力转矩的增大校正量。因此，可获得与转向转矩对应的末端接触反作用力，这样使得随着转向转矩变小，末端接触反作用力变小，并且随着转向转矩变大，末端接触反作用力变大。
(4)进一步设置用于检测转向单元的转向角速度dθh/dt或方向改变单元的方向改变角速度dθt/dt的舵角速度检测装置，并且随着检测到的舵角速度值变大，末端接触控制装置增大转向反作用力转矩的增大校正量。因此，可获得与转向角速度或方向改变角速度对应的末端接触反作用力，这样使得随着转向角速度或方向改变角速度变小，末端接触反作用力变小，并且随着转向角速度或方向改变角速度变大，末端接触反作用力变大。
(5)进一步设置用于检测车辆运动状态量的横摆率/横向G传感器21，并且随着检测到的车辆运动状态量变大，末端接触控制装置增大转向反作用力转矩的增大校正量。因此，随着车辆运动状态在末端接触控制时变得更加不稳定，转向反作用力变大，以便不移动转向控制轮16，16，从而使车辆运动状态稳定。
(6)进一步设置用于检测车速的车速传感器22，并且随着检测到的车速值变大，末端接触控制装置减小转向反作用力转矩的增大校正量。因此，可以与这样的齿条止动器角度附近的机械反作用力吻合：即，随着车速变高，作用于转向控制轮16，16的自回正(self-aligning)转矩变小。
(7)进一步设置用于检测反作用力电动机5的温度的反作用力电动机温度传感器23，并且随着检测到的反作用力电动机温度值变高，末端接触控制装置减小转向反作用力转矩的增大校正量。因此，可防止反作用力电动机5由于过热而出现故障。
(8)在备用离合器9完成了机械连接之后，与末端接触控制处理相比较，转向反作用力转矩控制装置减小了转向反作用力转矩，并且其残留了预定转矩。因此，当断开备用离合器9的连接以使“末端接触控制”回到“SBW控制”时，可减低诸如缺乏转向反作用力之类的不舒适转向感。
(9)在备用离合器9完成了机械连接之后，转向反作用力转矩控制装置残留了与转向单元的惯性相对应的转向反作用力转矩。因此，当断开备用离合器9的连接以使“末端接触控制”回到“SBW控制”时，可通过在具有出色的响应特性的反作用力电动机5中产生转矩来防止缺乏转向反作用力。
(10)在备用离合器9完成了机械连接之后，与末端接触控制处理相比较，方向改变转矩控制装置减小了方向改变转矩，并且其残留了预定转矩。因此，当断开备用离合器9的连接以使“末端接触控制”回到“SBW控制”时，可减低诸如转动的方向改变延迟之类的不舒适转向感。
(11)进一步设置用于检测输入到转向单元的转向转矩的反作用力单元转矩传感器3，并且在备用离合器9完成了机械连接之后，方向改变转矩控制装置根据检测到的转向转矩值残留了EPS控制的辅助转矩。因此，在确保从“SBW控制”到“EPS控制”的平滑切换的同时，可通过在具有出色的响应特性的方向改变电动机14中产生转矩来防止转动的方向改变延迟。
(12)在预定时间段内，该预定时间段的最大时间段是从当将机械连接指令输出到备用离合器9时起到当备用离合器9完成机械连接时为止，方向改变控制装置维持SBW控制的方向改变转矩。因此，在直到完成了备用离合器9的接合为止的时间段内，可以实现既抑制当驾驶员回转转向盘6时的方向改变转矩的改变，又减小当驾驶员照原样转动转向盘6时的功耗。
到目前为止，已经参照所示实施例描述了本发明的转向控制器，但是其具体结构不限于所示实施例。即，在不脱离所附权利要求的范围内，可允许改变设计或添加元件。
在所示实施例中，已经举例说明了末端接触控制装置根据判断来输出备用离合器的接合指令并且执行转向反作用力转矩校正控制，所述判断是根据转向角度产生的目标方向改变角度达到了齿条止动器末端接触角度附近的判断，所述转向反作用力转矩校正控制用于在从备用离合器的接合指令发出到完成接合的时间段内随着时间推移逐渐增大转向反作用力转矩。然而，在不执行备用离合器的接合的情况下仅可执行转向反作用力转矩的增大校正控制，并且可根据实际方向改变角度而非目标方向改变角度确定转向反作用力转矩的增大校正控制的开始时间。简言之，这包括在本发明的转向控制器的范围内，该转向控制器当转向控制轮的方向改变角度达到最大方向改变角度附近时，转向反作用力控制装置施加的转向反作用力转矩的校正开始，并且转向反作用力转矩逐渐增大。
虽然在所示实施例中已经举例说明了：根据转向转矩、转向角速度或方向改变角速度、车辆运动状态量、车速、反作用力电动机温度调整增益，并且计算末端接触反作用力转矩校正值；但是，可根据除了所示实施例中描述的状态量之外的状态量来计算末端接触反作用力转矩校正值。可选地，可仅根据维持时间的预定特性(图8)来意义明确地设置末端接触反作用力转矩校正值，而不再执行增益的调整。
在所示实施例中，已经举例说明，在备用离合器完成了机械连接之后，残留了与转向单元的惯性对应的转向反作用力转矩和与EPS控制的辅助转矩对应的方向改变转矩。然而，将要残留的转矩不限于与惯性对应的转矩或与辅助转矩对应的转矩。简言之，仅当它是这样一个转矩：即，能够保证“末端接触控制”回到“SBW控制”时的转矩产生的响应特性的转距，预定的转矩才可包括在本发明的转向控制器的范围内。可残留转向反作用力转矩和方向改变转矩之一。
虽然在所示实施例中描述了应用于采用作为备用装置的线缆柱和备用离合器的线传转向系统的转向控制器的一个实例，但是，只要该系统具有用于将转向单元和方向改变单元彼此机械地连接和分离的备用装置，也可将该转向控制器应用于除了所示实施例之外的任何线传转向系统。
因此，尽管结合了其特定实施例对本发明的转向控制器进行了描述，这是为了说明而非为了限制，并且所附权利要求书应该如现有技术所允许地解释为宽的广义范围。

Claims (13)

1.一种转向控制器，用在转向单元和方向改变单元在机械上彼此分离的转向系统中，所述转向单元具有转向盘和转向反作用力致动器，所述方向改变单元具有转向控制轮和方向改变致动器，
所述转向控制器包括：
方向改变转矩控制单元，用于将控制指令输出到所述方向改变致动器，所述控制指令用于根据所述转向盘的转向状态来将方向改变转矩施加到所述方向改变单元；
转向反作用力控制单元，用于将控制指令输出到所述转向反作用力致动器，所述控制指令用于根据所述转向控制轮的方向改变状态来将转向反作用力转矩施加到所述转向单元；以及
末端接触控制单元，用于当在线传转向控制下执行转动转向盘的操作并且达到了转动极限附近时，执行将末端接触感通过所述转向盘给予驾驶员的控制处理，在所述线传转向控制中，所述转向单元和所述方向改变单元彼此分离，
其特征在于，当所述转向控制轮的方向改变角度达到最大方向改变角度附近时，所述末端接触控制单元开始校正由所述转向反作用力控制单元施加的转向反作用力转矩，并且在开始校正之后随着时间推移逐渐增大转向反作用力转矩。
2.如权利要求1所述的转向控制器，其特征在于，
在所述转向单元和所述方向改变单元之间设置备用机构，所述备用机构允许所述转向单元和所述方向改变单元在机械上连接和分离，并且
当根据转向角度产生的目标方向改变角度达到所述转向控制轮的最大方向改变角度附近时，所述末端接触控制单元选择性地执行将机械连接指令输出到所述备用机构的备用控制处理；并且在从机械连接指令发出到完成机械连接的时间段内，所述末端接触控制单元选择性地执行随着时间推移逐渐增大转向反作用力转矩的转向反作用力转矩校正控制处理。
3.如权利要求2所述的转向控制器，其特征在于，
在所述备用机构完成机械连接之后，与所述末端接触控制单元的操作相比，所述转向反作用力转矩控制单元选择性地减小的转向反作用力转矩更大，并且选择性地残留预定转矩。
4.如权利要求3所述的转向控制器，其特征在于，
在所述备用机构完成机械连接之后，所述转向反作用力转矩控制单元选择性地残留与所述转向单元的惯性对应的转向反作用力转矩。
5.如权利要求2所述的转向控制器，其特征在于，
在所述备用机构完成机械连接之后，与所述末端接触控制单元的操作相比，所述方向改变转矩控制单元选择性地减小的方向改变转矩更大，并且选择性地残留预定转矩。
6.如权利要求5所述的转向控制器，其特征在于，
进一步设置转向转矩传感器，以检测输入到所述转向单元的转向转矩，并且
在所述备用机构完成机械连接之后，所述方向改变转矩控制单元根据检测到的转向转矩值选择性地残留转向辅助控制处理的辅助转矩。
7.如权利要求2所述的转向控制器，其特征在于，
在预定时间段内，所述方向改变控制单元选择性地维持线传转向控制处理的方向改变转矩，该预定时间段的最大时间段为从将所述机械连接指令输出到所述备用机构时起到所述备用机构完成机械连接时为止。
8.如权利要求1所述的转向控制器，其特征在于，
进一步设置转向转矩传感器，用于检测输入到所述转向单元的转向转矩，并且
随着检测到的转向转矩值变大，所述末端接触控制单元选择性地增大所述转向反作用力转矩的增大校正量。
9.如权利要求1所述的转向控制器，其特征在于，
进一步设置舵角速度传感器，用于检测所述转向单元的转向角速度或所述方向改变单元的方向改变角速度，并且
随着检测到的舵角速度值变大，所述末端接触控制单元选择性地增大所述转向反作用力转矩的增大校正量。
10.如权利要求1所述的转向控制器，其特征在于，
进一步设置车辆运动状态传感器，用于检测车辆运动状态的量，并且
随着检测到的车辆运动状态值变大，所述末端接触控制单元选择性地增大所述转向反作用力转矩的增大校正量。
11.如权利要求1所述的转向控制器，其特征在于，
进一步设置车速传感器，用于检测车速，并且
随着检测到的车速值变大，所述末端接触控制单元选择性地减小所述转向反作用力转矩的增大校正量。
12.如权利要求1所述的转向控制器，其特征在于，
进一步设置温度传感器，用于检测所述转向反作用力致动器的温度，并且
随着检测到的所述转向反作用力致动器的温度值变大，所述末端接触控制单元选择性地减小所述转向反作用力转矩的增大校正量。
13.一种转向控制器，用在转向单元和方向改变单元在机械上彼此分离的转向系统中，所述转向单元具有转向盘和转向反作用力致动器，所述方向改变单元具有转向控制轮和方向改变致动器，所述转向控制器选择性地执行下述处理：
方向改变转矩控制处理，用于根据所述转向盘的转向状态将方向改变转矩施加到所述方向改变单元；
转向反作用力控制处理，用于根据所述转向控制轮的方向改变状态将转向反作用力转矩施加到所述转向单元；以及
末端接触控制处理，用于当在线传转向控制处理中执行转动转向盘的操作并且达到了转动极限附近时，将末端接触感通过所述转向盘给予驾驶员，所述线传转向控制处理中，所述转向单元和所述方向改变单元彼此分离，
其特征在于，在所述末端接触控制处理中，当所述转向控制轮的方向改变角度达到最大方向改变角度附近时，开始校正在所述转向反作用力控制处理中施加的转向反作用力转矩，并且在开始校正之后随着时间推移逐渐增大转向反作用力转矩。
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