CN1974295A - 车辆转向控制装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于控制线控转向车辆的转向的车辆转向装置与方法。转向操纵装置接受来自驾驶者的输入，转向装置使一个或者多个车轮转向。可以选择性接合的备用离合器位于所述转向操纵装置与所述转向装置之间。备用离合器是否处于接合状态是根据来自所述转向操纵装置的转向操纵状态信号和/或来自所述转向装置的转向状态信号判断的。

Description

车辆转向控制装置与方法

技术领域

一般地，本发明涉及通过所谓线控转向(steer-by-wire)系统实现的车辆转向控制装置，该线控转向系统能够实现可操纵的转向操纵装置(通常为方向盘)与转向装置(turning device)之间的机械分离/连接，可操纵的转向操纵装置接受驾驶者的操纵输入，转向装置在备用离合器处于接合时通过离合器使转向轮转向。

背景技术

在消除方向盘与前轮转向机构之间机械连接的公知的所谓线控转向(SBW)系统中，例如在日本公开专利申请No.2002-225733公开的系统中，设置有用于使方向盘与转向机构机械连接的备用离合器。如果在SBW系统的某些部件中出现故障，该离合器将迅速接合以取消SBW控制，并且系统切换至助力控制转向模式，该模式可以减小驾驶者的操纵力。

发明内容

本发明提供一种用于使车辆的至少一个车轮转向的车辆转向装置。根据本文公开的一个实例，所述装置包括：转向操纵装置，其可用于接受来自驾驶者的输入；转向装置，其可用于使所述至少一个车轮转向；可以选择性接合的备用离合器，其位于所述转向操纵装置与所述转向装置之间；以及控制器。所述控制器可用于：根据来自所述转向操纵装置的转向操纵状态信号与所述转向装置的转向状态信号判断所述备用离合器是否处于接合状态。

所述车辆转向装置的另一个实例包括：转向操纵装置，其用于从驾驶者接收对于所述至少一个车轮的指令；转向装置，其用于响应所述转向操纵装置使所述至少一个车轮转向；离合装置，其可以在所述转向操纵装置与所述转向装置之间可分离地接合，从而在所述离合装置处于接合状态时使所述至少一个车轮转向；转向操纵检测装置，其用于检测所述转向操纵装置的转向操纵状态；转向检测装置，其用于检测所述转向装置的转向状态；以及判断装置，其用于根据所述转向操纵状态和所述转向状态判断所述离合装置是否处于接合状态。

本文还公开了车辆转向控制方法。在该方法，使用线控转向系统和备用离合器控制至少一个车轮，所述线控转向系统包括转向操纵装置和响应来自所述转向操纵装置的信号的转向装置，所述备用离合器可以在所述转向操纵装置与所述转向装置之间可分离地接合。该方法的一个实例包括：检测来自所述转向操纵装置的转向操纵状态信号，检测来自所述转向装置的转向状态信号，并且根据所述转向操纵状态信号和所述转向状态信号判断所述备用离合器是否处于接合状态。

附图说明

下面将参照附图进行说明，在全部视图中相同的附图标号表示相同的部件，其中：

图1是显示线控转向(SBW)系统的示意图，其中显示了第一实施例的车辆转向控制装置；

图2是显示第一实施例的转向角控制系统的框图，其在转向控

制器10中采用鲁棒(robust)模型匹配方案(the robust modelmatching scheme)；

图3是流程图，显示在第一实施例中采用反作用力控制器9和转向控制器10进行的离合器差错接合判断控制过程的流程；

图4是显示备用离合器差错接合情况下粘着(sticky)转向的状态或情况的示意图；

图5是时间图，显示当备用离合器处于分离时方向盘角速度与实际转向角速度之间的关系；

图6是时间图，显示在备用离合器处于差错接合的情况下相应于方向盘角速度与实际转向角速度之间偏差的备用离合器差错接合判断操作；

图7是时间图，显示当备用离合器处于分离时实际转向角与估计转向角之间的关系；

图8是时间图，显示在备用离合器差错接合的情况下相应于实际转向角与估计转向角之间偏差的备用离合器差错接合判断操作；

图9是时间图，显示备用离合器在可变传动控制中分离时的备用离合器差错接合判断操作；

图10是另一幅时间图，显示备用离合器在可变传动控制中差错接合时的备用离合器差错接合判断操作；

图11是流程图，显示在第二实施例中分别采用反作用力控制器9和转向控制器10进行的备用离合器差错接合判断控制过程的流程；

图12是流程图，显示当存在过大电流时备用离合器接合判断过程的流程；

图13是时间图，显示例如当备用离合器处于分离并且车辆车轮撞击路缘时备用离合器接合判断操作的流程；

图14是时间图，显示例如当备用离合器处于差错接合状态并且车辆车轮撞击路缘时备用离合器接合判断操作的流程；

图15是流程图，显示在第三实施例中采用反作用力控制器9和转向控制器10进行的备用离合器差错接合判断过程的流程；

图16是流程图，显示在第四实施例中采用反作用力控制器9和转向控制器10进行的备用离合器差错接合判断过程的流程；

图17是时间图，显示当备用离合器处于分离并且逐渐增大方向盘角度时的备用离合器差错接合判断操作；以及

图18是时间图，显示当备用离合器处于差错接合并且逐渐增大方向盘角度时的备用离合器差错接合判断操作。

具体实施方式

公知的线控转向(SBW)系统存在几个问题。如果在SBW系统中不出现故障并且备用离合器差错连接，那么结构可以继续SBW控制。结果，可能出现称之为方向盘粘着的情况。也就是说，在备用离合器差错连接的情况下，在SBW控制下，转向致动器被驱动，使得实际转向角遵循指令转向角。在这种情况下，因为方向盘与被转向轮彼此机械连接，相应于被转向轮的转向操纵，使方向盘相应地旋转，并且改变指令转向角。结果，会产生这样的状态，即指令转向角与实际转向角之间的偏差不会减小，从而转向力矩可能会增大并且可能出现转向粘着。

参照附图说明的本发明的实施例在不给SBW系统增加新的传感器的条件下通过提供一种车辆转向装置来改进公知的线控转向(SBW)系统，该转向装置可以检测备用离合器的接合状态。举例来说，在本文中公开这样的内容：即，在备用离合器的接合状态中，转向操纵装置和转向装置在工作中彼此配合。结果，在不安装新的传感器或类似装置的条件下，通过根据转向操纵装置的检测状态和转向装置的检测状态判断备用离合器的接合状态，并且使用该信息，可以判断备用离合器的接合状态。在下面将说明其它实施例。

图1是显示线控转向(SBW)系统的构造的示意图，该系统使用根据第一实施例的车辆转向控制装置。SBW系统包括如下部件：转向操纵装置(例如方向盘1)、转向操纵角传感器2、反作用力电动机3、备用离合器4、转向电动机5、转向角传感器6、转向机构7、前轮8、反作用力控制器9、转向控制器10以及通信线路11。举例来说，反作用力电动机3和转向电动机5可以为无刷电动机等。

对于该SBW系统，方向盘1和前轮8的转向机构7彼此机械分离。备用功能通过备用离合器4来实现。如果在SBW系统中出现某些故障，备用离合器4将接合，使得方向盘1和转向机构7彼此机械连接，这样车辆可以在不使用SBW系统的情况下工作。

在该第一实施例中，当备用离合器4处于分离状态时，转向电动机5被驱动为符合与方向盘1的操纵或者角度或旋转位置相对应的指令转向角。相应于前轮8的转向状态进行SBW控制，以便驱动反作用力电动机3，使得将转向操纵反作用力矩施加给方向盘1。

转向控制器10计算转向电动机5的指令电流值，并且驱动转向电动机5，使得前轮8的实际转向角与指令转向角趋于一致。

反作用力控制器9根据转向角传感器6检测的前轮8的转向角计算反作用力电动机3的指令电流值，并且驱动反作用力电动机3。根据转向操纵角传感器2检测的方向盘1的旋转操纵量，反作用力控制器9计算指令转向角。

当备用离合器4处于分离状态时，进行可变传动控制(或者可变转向控制)，以便相应于车速等调节前轮8的转向角与方向盘1的比值。举例来说，采用该可变传动控制，可以实现两种控制模式。当车辆运行在很低的速度时，增大实际转向角与方向盘角度之间的比值，从而减小在转向角等处的操纵力。另一方面，当车辆运行在高速状态时，减小实际转向角与方向盘角度之间的比值，从而增大车辆直行状态中的稳定性。

在该实施例中，当备用离合器4处于接合状态并且中止SBW控制时，按如下方式进行助力转向控制：即，根据驾驶者的操纵力矩，通过驱动反作用力电动机3和/或转向电动机5增加力矩从而帮助驾驶者操纵方向盘1，驾驶者的操纵力矩根据反作用力电动机3或者转向电动机5中的电流值进行估计。

转向控制装置构造成通过反作用力控制器9和转向控制器10工作。当判断备用离合器4处于分离状态时，根据与方向盘1的操纵状态或者角度或旋转位置相对应的指令转向角，驱动转向电动机5来进行SBW控制。当判断为备用离合器4处于接合状态时，取消或者停止SBW控制。

图2是显示第一实施例的转向角控制系统的框图，该系统对转向控制器10采用鲁棒模型匹配方案。这里，术语“鲁棒模型匹配方案”是指这样的方案：即，通过名义模型预先设置车辆的动态特性作为控制目标。然后，在将建模中的错误和外部干扰的影响减小至最小值时，进行控制，从而与预先设置的名义模型一致。

模型匹配补偿器10a是前馈补偿器，指令转向角θtc和实际转向角θt被输入该补偿器中。模型匹配补偿器10a的输出是与预先为其设置的期望响应特性相应的指令电动机电流。鲁棒补偿器10b是接收指令电流的外部干扰补偿器，该指令电流作为控制目标的输入。从控制目标输出实际转向角θt，采用包括建模错误的控制阻碍因子作为外部干扰获得估计外部干扰值Irbst。

差分单元10c从模型匹配补偿器10a的指令电动机电流中减去鲁棒补偿器10b的估计外部干扰值Irbst，并且生成抵消外部干扰的指令电流。

当来自差分单元10c的指令电流小于转向电动机5的额定限流时，限流器10d向作为控制目标的转向电动机5直接输出指令电流。相反，当指令电流超出限流时，限流器10d向作为控制目标的转向电动机5输出限流(限制电流)。鲁棒模型匹配方案使得可以实现具有更高外部干扰抵抗力的控制系统，甚至在出现外部干扰时该系统也允许采用名义响应特性跟踪实际转向角。

反作用力控制器9和转向控制器10用于执行备用离合器4的接合/分离，与此同时，它们判断备用离合器4的接合状态和分离状态。根据图示实例，这些控制器都是标准微控制器，包括中央处理单元(CPU)、随机存取存储器、只读存储器和接收输入信号并且发送输出信号的输入/输出端口，下面将更详细地说明。本文所述的功能通常为存储在存储器中的编程指令，并且通过CPU的逻辑来执行。当然，执行本文所述功能的这些控制器还可以是专用微控制器的一部分或者可以是使用外部存储器的微处理器。另外，控制器9、10可以由位于控制器9、10之一中的单个专用微控制器或者远离控制器9、10的标准发动机控制器进行控制。

图3是流程图，显示在第一实施例中采用反作用力控制器9和转向控制器10进行的离合器差错接合判断过程的流程。在每个控制器9、10中在每个SBW控制操作期间(例如，5毫秒)执行该过程。

在步骤S1中，计算离合器接合判断中所使用的各种信号，然后流程转入步骤S2。因为上述各种角度信号被用于SBW控制计算中，因此不需要执行新的计算。执行指令转向角速度、实际转向角速度和方向盘角速度的计算。

在步骤S2中，作出关于指令转向角速度是否达到或者超出规定值A1的询问。如果指令转向角速度达到或者超出规定值A1(即，判断结果为YES)，则流程转入步骤S3。如果判断结果为NO，则流程转入步骤S6。对于在高于规定水平(≥A1)的速度进行转向操作的情况以及所有其它情况进行该判断，从而实现离合器接合判断方法的切换。这里，也可以使用方向盘角速度代替指令转向角速度。

在步骤S3中，作出关于实际转向角与估计转向角之间偏差的绝对值是否达到或者超出规定值C的询问。如果判断结果为YES，则流程转入步骤S5。如果判断结果为NO，则流程转入步骤S4。这里，规定值C是对应于转向电动机控制的响应性而设置的，其中当响应性较高时C具有较小的值，并且当响应性较低时C具有较大的值。而且，因为实际转向角对应于名义响应特性，因此当正常进行转向角控制时，将估计转向角作为名义响应特性。

在步骤S4中，作出关于方向盘角速度与实际转向角速度之间偏差的绝对值是否小于或者等于规定值B的询问。如果实际转向角速度小于或者等于规定值B(即，判断结果为YES)，则流程转入步骤S5，在步骤S5中判断离合器是否处于差错接合状态，并且流程返回。

如果实际转向角速度大于规定值B(即，在步骤S4中的判断结果为NO)，则流程返回(并且过程再次开始)。这里，规定值B是考虑到离合器4接合状态中转向系统的间隙和扭转量而设置的。而且，假定方向盘角速度与实际转向角速度为允许计算给定部件的角速度作为传动比函数的等效量。

如上所述，如果在步骤S2中指令转向角速度小于规定值A1，那么流程转入步骤S6。在步骤S6中，作出关于可变传动控制是否在起作用的判断。如果判断结果为YES，那么流程转入步骤S7。如果判断结果为NO，那么流程返回。

在步骤S7中，作出关于指令转向角速度是否达到或者超出规定值A2的判断，这里A2＜A1。如果判断结果为YES，那么流程转入步骤S3。如果判断结果为NO，那么流程返回。这里，规定值A2设置为这样：即，当为可变传动提供附加的转向操纵角时，如果可变传动的附加转向操纵量较大则规定值A2为较小值，使得在方向盘角速度与实际转向角速度之间存在偏差。

在该SBW系统中，如果在SBW控制中存在备用离合器4的差错接合，那么通过反作用力控制器9和转向控制器10继续正常的SBW控制。在反作用力控制器9中，根据方向盘角度计算指令转向角。在转向控制器10中，执行角度控制，使得实际转向角以规定的响应特性(即，名义响应)跟踪指令转向角。

在这种情况下，因为方向盘1和转向机构7通过备用离合器4彼此连接，举例来说，甚至当驾驶者的手离开方向盘时，方向盘也会随着前轮的运动而旋转。结果，反作用力控制器9根据方向盘1的旋转角度计算指令转向角。在接收到指令转向角之后，转向控制器10控制转向指令电动机电流值，使得进一步旋转方向盘。结果，方向盘受到进一步旋转。于是，如图4所示，指令转向角与实际转向角之间的偏差没有减小，转向指令电动机电流值升高，甚至当驾驶者的手没有放在方向盘上时方向盘仍然继续旋转。

另一方面，在第一实施例的车辆转向控制装置中，根据来自转向操纵角传感器2的信号和来自转向角传感器6的信号作出关于备用离合器4是否处于接合的判断。

当在SBW控制中出现备用离合器4的差错接合并且出现粘着转向时，趋势不同于备用离合器4处于分离状态的情况。更具体地说，转向操纵量与转向量有关，并且在备用离合器4的分离状态(正常状态)中，这两个量之间存在规定偏差。另一方面，在备用离合器4的接合状态中，方向盘1和前轮8的转向机构7在工作中彼此相配，使得不存在特定偏差。也就是说，在不安装新的传感器或类似装置的条件下，通过根据方向盘1的操纵量或角度位置与前轮8的转向量或角度位置之间的关系判断备用离合器4的接合状态，可以判断是否存在备用离合器的接合。而且，当在SBW控制过程中检测到备用离合器的接合时，停止SBW控制。结果，可以识别和解决或者改进因为备用离合器4的差错接合而导致的粘着转向问题。在这种情况下，还可以采用这样的方案：即，从SBW转向控制切换至借助于备用离合器4进行的助力转向控制。

如图3所示，当指令转向角速度大于或者等于规定值A1，并且方向盘角速度与实际转向角速度之间的偏差小于或者等于规定值B时，图3所示流程图中的流程是从步骤S1→步骤S2→步骤S3→步骤S4，然后到步骤S5。离合器的差错接合状态在步骤S5中进行判断。

如图5所示，当离合器4没有处于接合时，考虑到转向传动的传动比(即，当没有执行可变传动控制时，方向盘角速度较高)，在方向盘角速度与转向速度之间出现规定偏差。另一方面，如图6所示，当离合器处于差错接合时，方向盘1和前轮8两者都旋转，使得方向盘角速度与转向速度之间的偏差变得几乎为零(将传动比考虑在内)。于是，根据速度偏差判断备用离合器4的接合状态。对应于备用离合器处于接合时转向系统中的间隙和扭转量，当方向盘角速度与实际转向角速度之间的偏差小于或者等于规定值B时，备用离合器4处于接合状态。

也就是说，在离合器接合状态中和离合器分离状态中方向盘角速度与实际转向角速度之间的偏差不同，通过比较该偏差，可以检测关于前轮8的转向量相对于方向盘1的操纵量或者角度位置的跟踪延迟的信息。因此，可以更准确地判断备用离合器4的接合状态。

当指令转向角速度等于或者超出规定值A1，并且估计转向角与实际转向角之间的偏差等于或者大于规定值C时，图3所示流程图中的流程是从步骤S1→步骤S2→步骤S3，然后到步骤S5，在步骤S5中判断离合器4是否处于差错接合状态。

估计转向角利用根据方向盘1的操纵量计算的指令转向角进行估计，该估计转向角是根据采用实际转向机构7的控制逻辑和响应特性设置的响应特性而得到的值。如图7所示，在正常状态中，估计转向角和实际转向角彼此相配。另一方面，当离合器4处于差错接合时，方向盘1和前轮8独立于控制状态一起旋转。如图8所示，估计转向角和实际转向角彼此不相配，并且两个角度之间的偏差增大。结果可以根据该偏差判断备用离合器4的接合状态。当估计转向角与实际转向角之间的偏差达到或者超出与转向致动器控制的响应性相对应的规定值C时，离合器接合判断部分判断备用离合器4的接合状态。

也就是说，在离合器接合状态中和离合器分离状态中估计转向角与实际转向角之间的偏差不同，通过比较该偏差，可以检测关于前轮8相对于方向盘1的操纵量的跟踪延迟的信息。而且，可以更准确地判断备用离合器4的接合状态，包括差错接合状态。

在快速转向操作的情况下(当指令转向角速度达到或者超出规定值A1时)，实际转向角以某一延迟跟踪方向盘角度。这是因为以根据转向机构7的能力设置的名义响应特性跟踪的缘故。在离合器4接合状态中，方向盘角度和实际转向角被迫协调动作。于是，实际转向角具有与名义响应特性不同的趋势。因为方向盘角速度和实际转向角速度具有相同的趋势，两个角速度之间的偏差变得几乎为零(小于规定值B)，这样将该状态判断为离合器差错接合状态。而且，因为实际转向角和估计转向角彼此分离，两个角度之间的偏差变大(等于或者大于规定值C)，这样便判断离合器处于差错接合状态。

当指令转向角速度小于规定值A1，并且执行可变传动控制时，图3所示流程图中的流程是从步骤S1→步骤S2→步骤S6→步骤S7，然后到步骤S3，在步骤S3和S4中进行备用离合器4的接合状态的判断。

在可变传动控制中，方向盘角度与实际转向角之间的传动比不是恒定的。于是，与传动比相当的角速度和角度彼此不相配。然而，当备用离合器4处于接合状态时，两个角速度几乎彼此相配，这是因为方向盘1和实际转向角以机械固定的传动比变化的缘故。而且，因为在正常状态中和离合器差错接合状态中用作判断离合器接合的标准的各种值彼此显著不同，因此在可变传动控制中可以实现更可靠地判断离合器接合状态。

举例来说，如果在将指令转向角设置为高于或者大于方向盘角度的情况下进行控制，实际转向角根据规定的名义响应特性跟踪指令转向角。因此，实际转向角比方向盘角度变化得更快。在这种情况下，当离合器4处于接合状态时，实际转向角显示出与方向盘角度相同的趋势，以至于两个角速度之间的差值变小(几乎为零)。于是，如图9所示，满足图3所示步骤S4的情况(即，方向盘角速度与实际转向角速度之间的偏差小于或者等于规定值B)。而且，利用离合器接合而使得实际转向角被拉向方向盘角度，并且在名义响应特性(估计转向角)中出现偏差。于是，如图10所示，满足步骤S3的情况(即，实际转向角与估计转向角之间的偏差超出规定值C)。在将指令转向角设置为小于方向盘角度的情况下进行控制，也是这样。

以这种方式，因为在可变传动控制中方向盘角度与实际转向角之间的偏差较大，甚至在指令转向角速度较低(低于规定值A1)时，仍然可以在步骤S3和S4中判断离合器的接合状态。这里，当方向盘角速度几乎为零(小于规定值A2)时，在步骤S3和S4中难以判断离合器接合，因此当指令转向角速度小于规定值A2时不执行离合器接合判断。

第一实施例具有执行可变传动控制的可变转向控制部件(装置)，其中当备用离合器4处于分离状态时，前轮8的转向量与方向盘1的操纵量或者角度位置的比值改变。当执行可变传动控制时，离合器接合判断部件(装置)判断备用离合器4的接合。

也就是说，因为在离合器接合状态中和分离状态中方向盘1与实际转向角之间的关系彼此不同，所以通过在可变传动控制过程中执行离合器接合判断过程，可以更准确地判断备用离合器4的差错接合。

对于第一实施例中的车辆转向控制装置，具有如下效果。首先，根据来自转向操纵角传感器2的信号和来自转向角传感器6的信号作出关于备用离合器4是否处于接合的判断。结果，可以在不安装新的传感器或类似装置的条件下判断备用离合器4的接合。

在该实施例中，当备用离合器4与方向盘1或者转向机构7的操作互锁时，根据互锁产生的部件中另一个部件的操作特性，作出关于备用离合器4是否处于接合的判断。通过该构造，可以正确判断方向盘1的操作和转向机构7的操作是否彼此相配。

在第一实施例中，根据关于方向盘1与转向机构7之间的跟踪延迟的信息，判断备用离合器4是否处于接合。采用该构造，可以正确判断方向盘1的操作和转向机构7的操作是否彼此相配。

作为第二个效果，当方向盘角速度与实际转向角速度之间的偏差等于或者小于指示备用离合器接合状态的规定值B时，离合器接合判断部件(装置)判断备用离合器4处于接合状态。结果，可以更准确地判断备用离合器4的接合状态，包括差错接合状态。

作为第三个效果，当估计转向角与实际转向角之间的偏差达到或者超出与转向致动器控制的响应性相对应的规定值C时，离合器接合判断部件判断备用离合器4处于接合状态。于是，可以更准确地判断备用离合器4的接合状态。

根据第四个效果，设置用于执行可变传动控制的可变转向控制部件(装置)，其中，当备用离合器4处于分离状态时，前轮8的转向量与方向盘1的操纵量之间的比值改变。当执行可变传动控制时，离合器接合判断部件判断备用离合器4的接合状态，于是，可以更准确地判断备用离合器4的接合状态，包括差错接合状态。

在第二实施例中，当方向盘1或者前轮8的运动受到阻碍时执行离合器接合判断。因为总体结构与第一实施例相同，因此不再给出说明和对应的附图。

图11是流程图，显示在本发明的第二实施例中的反作用力控制器9和转向控制器10中进行的离合器差错接合判断过程的流程。对于与第一实施例相同的步骤，将采用相同的步骤号并且不再进行说明。

在步骤S21中，作出关于是否已经清除指令转向角变化标志的询问。如果判断结果为YES，则流程转入步骤S2。如果判断结果为NO，则流程转入步骤S24。当在转向电动机中产生过大电流时进行离合器接合判断，在此过程中，当改变指令转向角时设置指令转向角变化标志。这一点将在下面更详细地说明。

在步骤S22中，作出关于转向电流是否超出规定值D的询问。如果判断结果为YES，则转向电流超出规定值D，流程转入步骤S23。如果判断结果为NO，则流程返回。规定值D设置为这样的数值：即，该数值当车辆在正常行驶中通过普通凸块(车辙)时不会出现，并且仅仅当车轮的运动因为碰到路缘或类似物而受阻时才出现。

在步骤S23中，定时器被设置为规定时间T0，该定时器用于对转向电动机中存在过大电流的情况下执行离合器接合判断的时间进行计数。与此同时设置差错接合标志，并且流程转入步骤S24。规定时间T0设置为如下时间：即，因为离合器4分离时指令转向角中的变化，方向盘角速度与实际转向角速度之间存在大于规定值B的偏差的时间。也就是说，如果步骤S23中设置的差错接合标志在规定时间T0内没有被清除，就在规定时间T0已经过去之后判断差错离合器接合正在发生。而且，如果规定时间T0较长，则需要较长时间进行该判断。另外，对于车辆行为的影响变得明显。举例来说，规定时间T0设置为大约10毫秒。对于T0可以使用其它设置时间。

在步骤S24中，当存在过大电流时进行离合器接合判断过程，然后流程返回。

图12是流程图，显示当在图11的步骤S24中存在过大电流时离合器接合判断过程的流程。在步骤S24-1中，作出关于步骤S23中设置的定时器值是否为零的询问。当定时器值不为零(即，判断结果为NO)时，流程转入步骤S24-2，在此作出定时器倒计数的结论。流程转入步骤S24-3。

在步骤S24-3中，进行指令转向角的变化，并且流程转入步骤S24-4(指令转向角改变部件或者装置)。对于指令转向角的变化，沿着指令转向角的规定量接近零的方向，即，沿着相对于改变之前的指令转向角使实际转向角复位的方向变化进行变化。

在步骤S24-4中，设置指令转向角变化标志，并且流程转入步骤S24-5。在设置指令转向角标志的过程中，也就是说，在规定时间T0期间，当转向电动机中存在过大电流时，继续步骤S24的离合器接合判断过程。这可以防止这样的问题：即，伴随着指令转向角的变化在判断过程中进行判断来避免出现中途停止所述处理过程。

在步骤S24-5中，作出关于方向盘角速度与实际转向角速度之间偏差的绝对值是否等于或者小于规定值B的询问。如果判断结果为YES，则流程返回。相反，如果方向盘角速度与实际转向角速度之间偏差的绝对值大于规定值B，则流程转入步骤S24-6。这里，与第一实施例一样，规定值B是考虑到离合器接合状态中转向系统的间隙和扭转量而设置的，并且是接近零的很小的值。而且，方向盘角速度与实际转向角速度被转变为等效值，所述数值允许考虑传动比计算给定点处的角速度。

在步骤S24-6中，作出关于离合器是否处于分离(非差错接合状态)的询问，清除差错接合标志，并且流程返回。

现在返回步骤S24-1，当定时器值为零(即，询问的回答为YES)时，流程转入步骤S24-7，在此作出定时器倒计数(即，指定时间T0已经过去)的结论。因此，将步骤S24-3中改变的指令转向角复位为改变之前的值(正常值)，并且流程转入步骤S24-8。

在步骤S24-8中，清除步骤S24-4中设置的指令转向角变化标志，并且流程转入步骤S24-9，在此作出关于是否设置差错接合标志的判断。如果不设置标志，那么流程返回。如果设置标志，则流程转入步骤S24-10。

在步骤S24-10中，作出关于离合器是否处于差错接合状态的判断。然后流程转入步骤S24-11，在此清除差错接合标志，并且流程返回。

在图11的流程图中，当驾驶者把持方向盘1时，流程从步骤S1→步骤S21→步骤S2→步骤S6→步骤S7→步骤S22→步骤S23，然后到步骤S24。在步骤S24中，当过大电流产生时执行离合器接合判断过程。而且，当例如前轮8撞到路缘时，流程从步骤S1→步骤S21→步骤S2→步骤S6→步骤S22→步骤S23，然后到步骤S24。然后，在步骤S24中产生过大电流时进行的离合器接合判断过程中，流程从步骤S1到步骤S21，然后返回到步骤S24，该流程重复进行直到清除指令转向角变化标志。

在步骤S24中产生过大电流时进行的离合器接合判断过程中，图12所示流程图中的流程从步骤S24-2→步骤S24-3→步骤S24-4，然后到步骤S24-5，并且流程重复，直到指定时间T0已经过去。在步骤S24-3中，使指令转向角沿着朝向零的方向变化。

这里，因为当备用离合器4处于分离状态时前轮8沿着相对于方向盘1的固定状态复位的方向运动，直到规定时间T0已经过去，因此在步骤S24-5中作出关于方向盘角速度与实际转向角速度之间的偏差是否达到或者超出规定值B的询问。如果为是，流程从步骤S24-5到步骤S24-6，并且清除差错接合标志。

另一方面，当备用离合器4差错接合时，方向盘1与前轮8协调动作。因此，在规定时间T0期间，方向盘角速度与实际转向角速度之间的偏差低于规定值B的状态继续，并且差错接合标志保持不变。

在指定时间T0已经过去之后，流程从步骤S24-1→步骤S24-7→步骤S24-8，然后到步骤S24-9。当备用离合器4处于分离状态时，流程从步骤S24-9返回。另一方面，当备用离合器4处于差错接合状态时，流程从步骤S24-9→步骤S24-10，然后到步骤S24-11。在步骤S24-10中，判断备用离合器4是否处于差错接合状态。

图13是时间图，显示当备用离合器4处于分离状态并且车轮撞击路缘时的离合器接合判断操作。

在时刻t0，驾驶者开始转动方向盘1。在时刻t1，车轮撞击路缘，并且不能沿着转向方向进一步使前轮8转向。在时间段t1-t2中，虽然前轮8没有转向，但是驾驶者使方向盘1进一步转动。在这种情况下，尽管指令转向角相应于方向盘角度增大，但是实际转向角没有变化。结果，转向电动机5的控制电流增大，以使指令转向角与实际转向角之间的偏差减小。

因为转向电动机5的控制电流超出规定值D，在时刻t2，当过大电流产生时，开始离合器接合判断过程。在该过程中，使指令转向角朝向作为规定量的零的方向改变，即朝着使实际转向角复位的方向改变。因为指令转向角的变化，实际转向角在时间段t2-t3中以名义响应特性跟踪。在这种情况下，因为备用离合器4处于分离状态，实际转向角的趋势对方向盘角度没有影响。结果，方向盘角速度与实际转向角速度之间的偏差逐渐增大，并且方向盘角速度与实际转向角速度之间的偏差超出规定值B。

因为在t2-t3的规定时间T0期间，方向盘角速度与实际转向角速度之间的偏差超出规定值B，因此，在时刻t3判断离合器处于分离状态。

图14是时间图，显示当备用离合器4处于差错接合状态并且车轮撞击路缘时的离合器接合判断操作。

因为在时间段t0-t1中该图与图13相同，因此不再说明该部分。

在时刻t1，备用离合器4差错接合。在时间段t1-t2中，因为方向盘1被固定，所以指令转向角也被固定。在这种情况下，转向电动机5的控制电流升高，使得指令转向角与实际转向角之间的偏差减小。

在时刻t2，因为转向电动机5的控制电流超出规定值D，在产生过大电流的时刻开始离合器接合判断过程，此时指令转向角沿着接近作为规定值的零的方向变化，也就是说沿着使实际转向角复位的方向变化。在时间段t2-t3中，因为指令转向角中的变化，实际转向角以名义响应特性跟踪。在这种情况下，因为备用离合器4处于接合状态，方向盘角度也相应于实际转向角的趋势变化。于是，方向盘角度和实际转向操纵角以相同的方式变化，并且方向盘角速度与实际转向角速度之间的偏差不会达到或者超出规定值B。

因为在t2-t3的指定时间T0期间，方向盘角速度与实际转向角速度之间的偏差不大于规定值B，因此，在时刻t3判断离合器处于差错接合状态。

在第二实施例中，转向致动装置具有为转向机构7施加转向力矩的转向电动机5，并且设置有指令转向角改变装置(部件)(步骤S24-3)，当转向电动机5的电流值超出规定值D时(表示前轮8的转向受阻)，该装置(部件)为与方向盘1的操纵状态相对应的指令转向角提供规定改变量。当通过指令转向角改变部件为指令转向角提供指定改变量时，离合器接合判断部件(参见图11)判断备用离合器4是否处于接合。

当备用离合器4处于差错接合并且驾驶者把持方向盘1并抑止方向盘1的旋转时，方向盘角速度与实际转向角速度之间的偏差变为零或者很小的值。估计转向角与实际转向角之间的偏差也很小。于是，不能正确执行离合器接合状态的判断。

在第二实施例中，转向电动机5的控制电流增大，从而减小指令转向角与实际转向角之间的偏差。这里，当转向电动机5的控制电流超出规定值D时，在规定时间内改变指令转向角，并且在该规定时间执行离合器接合判断。结果，甚至在驾驶者采用方向盘1保持方向，或者甚至在车轮撞到路缘时，仍然可以更准确地进行离合器接合判断。而且，因为在驾驶者采用方向盘1保持方向，或者在车轮撞到路缘时，根据转向电动机5的控制电流进行离合器接合判断，因此可以降低成本，这是因为与使用力矩传感器(转矩传感器)评估采用方向盘保持方向的状态然后进行离合器接合判断的方法相比，本方法不需要力矩传感器。

在第二实施例中，指令转向角改变部件(装置)沿着复位方向向指令转向角施加改变量，直到规定时间T0已经过去。

当沿着增大实际转向角的方向改变指令转向角时，路面的反作用力和驾驶者保持方向盘的方向所施加的力等可能产生几乎不能改变转向操纵角的情况。在这种情况下根据指令转向角或者实际转向角进行离合器接合判断可能不正确。通过改变指令转向角使得实际转向角从转向方向朝向复位方向改变，可以更准确地进行离合器接合判断。

对于第二实施例中的车辆转向装置，除了关于第一实施例所述的效果之外还存在如下效果。

首先，转向致动器具有向转向机构7输出转向力矩的转向电动机5。存在指令转向角改变部件(步骤S24-3)，当转向电动机5的电流值超出规定值D时(表示前轮8的转向受阻的状态)，该部件为与方向盘1的操纵状态相对应的指令转向角提供指定改变量。因为在通过指令转向角改变部件向指令转向角施加指定改变量时，离合器接合判断部件(参见图11)判断备用离合器4的接合状态，因此，即使驾驶者保持方向盘1的转向方向或者车轮撞到路缘，仍然可以更准确地判断离合器接合。

在规定时间T0期间，指令转向角改变部件(装置)使指令转向角沿着复位方向改变，使得可以抑止路面的反作用力等的影响，从而能够更准确地进行离合器接合判断。

在第三实施例中，由于在方向盘角速度超出某一数值(产生实际转向角与估计转向角之间的偏差)时发生离合器差错接合，因此仅仅采用实际转向角与估计转向角之间的偏差进行离合器接合判断。而且，总体结构与第一实施例相同，不再重复给出说明和附图。

图15是流程图，显示在第三实施例中采用反作用力控制器9和转向控制器10进行的离合器差错接合控制过程的流程。该控制过程是针对这样的情况：即，仅仅当方向盘角速度超出某一可以确定的值时才产生离合器差错接合。在步骤S3中，作出关于实际转向角与估计转向角之间的偏差是否达到或者超出规定值C的询问。如果为是，则在步骤S5中判断存在离合器差错接合。

当存在离合器差错接合并且驾驶者把手从方向盘1离开时，自转向操纵状态随之产生。这样使得方向盘1被旋转。在这种情况下，因为方向盘角速度较高，并且方向盘角度的变化也较大，因此，与第三实施例一样，可以根据实际转向角与估计转向角之间的偏差进行离合器接合判断。

当驾驶者没有完全把手从方向盘1上离开而是稍稍把持方向盘时(在正常行驶状态中)，方向盘角速度存在变化。在这种情况下，根据实际转向角与估计转向角之间的偏差难以进行离合器接合判断。结果，根据方向盘角速度与实际转向角速度之间的偏差进行离合器接合判断。可以在方向盘角速度较高的区域中进行根据角度的判断。

如上所述，采用第三实施例的车辆转向控制装置可以实现第一实施例的第一个和第三个效果。

在第四实施例中，甚至当方向盘角速度较低时，也在发生离合器差错接合时根据方向盘角速度与实际转向角速度之间的偏差进行离合器接合判断。因为总体结构与第一实施例相同，因此不再给出其

附图和说明。

图16是流程图，显示在第四实施例中采用反作用力控制器9和转向控制器10进行的离合器差错接合判断过程的流程。因为采用了与第一实施例相同的步骤号，因此不再说明这些重复的步骤。

在步骤S41中，作出关于指令转向角速度是否超出规定值A0的询问。如果为YES，则流程转入步骤S3。如果为NO，则流程转入步骤S42。举例来说，规定值A0可以设置在这样的某一速度：即，在该速度下可以根据角度可靠地进行离合器接合判断，也就是说，此时方向盘角度与名义响应特性(估计转向角)之间产生充分的偏差。

在步骤S42中，作出关于指令转向角速度是否超出规定值A3的询问，其中A3＜A0。如果为YES，则流程转入步骤S4。如果为NO，则流程返回。规定值A3设置在这样的某一速度：即，在该速度下，当离合器分离时方向盘角速度与估计转向角速度(实际转向角速度)之间产生充分的偏差。

当指令转向角速度超出规定值A0时，图16所示流程图中的流程从步骤S1到步骤S41，然后到步骤S3。在步骤S3中，当实际转向角与估计转向角之间的偏差等于或者超出规定值C时，流程从步骤S3到步骤S5。在步骤S5中，判断存在离合器差错接合的状态。

当指令转向角速度没有超出规定值A0时，图16所示流程图中的流程从步骤S1到步骤S41，然后到步骤S42。在步骤S42中，比较指令转向角速度与规定值A3。具体地说，在步骤S42中，当指令转向角速度超出规定值A3时流程转入步骤S4。如果指令转向角速度没有超出规定值A3，则不进行离合器接合判断，并且流程结束。在步骤S4中，当方向盘角速度与实际转向角速度之间的偏差小于规定值B时，流程转入步骤S5。在步骤S5中，判断存在离合器差错接合状态。

当一直增大方向盘角度(参见图6)时，可以在步骤S3中根据实际转向角与估计转向角之间的偏差进行离合器接合判断。如图17和图18所示，当驾驶者把持方向盘1并且逐渐增大方向盘角度时，因为角度的变化很小，所以根据角度偏差难以进行离合器接合判断。

在第四实施例中，当出现非常高的方向盘角速度(即，高于规定值A3)时，如果离合器分离，则在方向盘角速度与实际转向角速度之间存在偏差。结果，可以根据该偏差进行离合器接合判断。

如上所述，采用第四实施例中的车辆转向控制装置可以实现第一实施例的第一个至第三个效果。

上述说明已经涉及四个实施例，但是本发明的具体构造不限于这四个公开的实施例。举例来说，在第一实施例的图3所示步骤S3中，当实际转向角与估计转向角之间偏差的绝对值达到或者超出规定值C时判断存在离合器差错接合。可选的是，在步骤S4中，当方向盘角速度与实际转向角速度之间偏差的绝对值等于或者小于规定值B时判断存在离合器差错接合。然而，也可以采用如下方案：即，仅仅当同时满足步骤S3和S4的条件时进行离合器差错接合判断。

此外，也可以采用如下方案。如果在出现离合器差错接合时方向盘角度的角度区域大于规定值A0-A3，那么以产生离合器差错接合的角速度设定阈值。当数值超出该阈值时进行离合器接合判断。

此外，也可以采用如下方案。如果离合器差错接合依赖于方向盘角度，那么在进行判断或者决定时使用方向盘角度代替指令转向角速度。

在上述应用实例中，是在线控转向操作过程中进行离合器差错接合判断。然而，也可以采用如下方案。在进行从线控转向控制到助力控制的转变时，进行离合器接合判断，以便检查离合器是否接合。在这种情况下，前提是在转向操纵角传感器2和转向角传感器6中没有产生故障。

而且，上面说明了一些实施例，以便于可以容易地理解本发明而非对本发明的限制。相反，其意图是本发明包括在所附权利要求书范围内的各种修改和等同结构，该范围符合最广义的解释，以至于包括法律所允许的所有这些修改和等同结构。

本申请要求2005年11月29日提交的日本专利申请No.2005-343113的优先权，其全部内容在此以引用的方式并入本文。

Claims (20)

1.一种用于使车辆的至少一个车轮转向的车辆转向装置，所述装置包括：

转向操纵装置，其可用于接受来自驾驶者的输入；

转向装置，其可用于使所述至少一个车轮转向；

可以选择性接合的备用离合器，其位于所述转向操纵装置与所述转向装置之间；以及

控制器，其可用于根据来自所述转向操纵装置的转向操纵状态信号与来自所述转向装置的转向状态信号判断所述备用离合器是否处于接合状态。

2.根据权利要求1所述的车辆转向装置，其中，

所述控制器还可用于：根据所述转向操纵装置和所述转向装置中之一的工作特性判断所述备用离合器是否处于接合状态，所述工作特性是响应于操作所述转向操纵装置和所述转向装置中的另一个而获得的。

3.根据权利要求2所述的车辆转向装置，其中，

所述控制器还可用于：根据关于所述转向状态信号与所述转向操纵状态信号之间的跟踪延迟的信息判断所述备用离合器是否处于接合状态。

4.根据权利要求1所述的车辆转向装置，其中，

所述转向操纵状态信号是所述转向操纵装置的操纵速度，所述转向状态信号是所述转向装置的转向速度；并且

所述控制器还可用于：当所述操纵速度与所述转向速度之间的偏差小于预定阈值时，判断所述备用离合器处于接合状态。

5.根据权利要求1所述的车辆转向装置，其中，

所述转向操纵状态信号是所述转向操纵装置的操纵量，所述转向状态信号是所述转向装置的实际转向角；并且

所述控制器还可用于：当估计转向角与所述实际转向角之间的偏差超出预定阈值时，判断所述备用离合器处于接合状态，所述估计转向角是根据与所述操纵量相对应的指令转向角进行估计的。

6.根据权利要求5所述的车辆转向装置，其中，

所述预定阈值对应于转向致动器控制的响应性。

7.根据权利要求1所述的车辆转向装置，其中，

所述转向操纵状态信号是所述转向操纵装置的操纵速度；并且

所述控制器还可用于：当所述操纵速度超出预定速度时，判断所述备用离合器是否处于接合状态。

8.根据权利要求1所述的车辆转向装置，还包括：

转向致动器，其可用于向所述转向装置输出转向力矩；并且

所述控制器还可用于：当所述转向致动器的电流值表示所述至少一个车轮的转向受阻时，向对应于所述转向操纵状态信号的指令转向角提供规定改变量，并且在向所述指令转向角提供所述规定改变量时，判断所述备用离合器是否处于接合状态。

9.根据权利要求8所述的车辆转向装置，其中，

所述控制器还可用于：沿着复位方向改变所述指令转向角直到预定时间已经过去。

10.根据权利要求1所述的车辆转向装置，其中，

所述控制器还可用于：当所述备用离合器处于分离状态时执行可变转向控制，在可变转向控制中，所述转向状态信号与所述转向操纵状态信号的比值变化；并且

所述控制器还可用于：当执行可变转向控制时判断所述备用离合器是否处于接合状态。

11.根据权利要求1所述的车辆转向装置，还包括：

转向致动器，其可用于向所述转向装置施加转向力矩；以及

线控转向控制器，其可用于使所述备用离合器分离并且驱动所述转向致动器以执行线控转向控制，使得所述转向角对应于所述转向操纵状态信号；并且

所述控制器还可用于：在线控转向控制中判断所述备用离合器是否处于接合状态。

12.一种用于至少一个车轮的车辆转向装置，所述转向装置包括：

转向操纵装置，其用于从驾驶者接收对于所述至少一个车轮的指令；

转向装置，其用于响应所述转向操纵装置以使所述至少一个车轮转向；

离合装置，其可以在所述转向操纵装置与所述转向装置之间可分离地接合，从而在所述离合装置处于接合状态时使所述至少一个车轮转向；

转向操纵检测装置，其用于检测所述转向操纵装置的转向操纵状态；

转向检测装置，其用于检测所述转向装置的转向状态；以及

判断装置，其用于根据所述转向操纵状态和所述转向状态判断所述离合装置是否处于接合状态。

13.一种使用线控转向系统和备用离合器控制至少一个车轮的车辆转向控制方法，所述线控转向系统包括转向操纵装置和响应来自所述转向操纵装置的信号的转向装置，所述备用离合器可以在所述转向操纵装置与所述转向装置之间可分离地接合，所述方法包括：

转向操纵状态检测步骤，其检测来自所述转向操纵装置的转向操纵状态信号；

转向状态检测步骤，其检测来自所述转向装置的转向状态信号；以及

判断步骤，其根据所述转向操纵状态信号和所述转向状态信号判断所述备用离合器是否处于接合状态。

14.根据权利要求13所述的车辆转向控制方法，其中，

所述判断步骤还包括：根据所述离合器与所述转向操纵装置和所述转向装置中之一的工作特性判断所述备用离合器是否处于接合状态，所述工作特性是响应于操作所述转向操纵装置和所述转向装置中的另一个而获得的。

15.根据权利要求14所述的车辆转向控制方法，其中，

所述判断步骤还包括：根据所述转向状态信号与所述转向操纵状态信号之间的跟踪延迟判断所述备用离合器是否处于接合状态。

16.根据权利要求13所述的车辆转向控制方法，其中，

所述转向操纵状态信号是所述转向操纵装置的操纵速度，所述转向状态信号是所述转向装置的转向速度；并且

所述判断步骤还包括：当所述操纵速度与所述转向速度之间的偏差小于阈值时，判断所述备用离合器是否处于接合状态。

17.根据权利要求13所述的车辆转向控制方法，其中，

所述转向操纵状态信号是所述转向操纵装置的操纵量，所述转向状态信号是所述转向装置的实际转向角；并且

所述判断步骤还包括：当所述实际转向角与使用所述操纵量获得的估计转向角之间的偏差超出预定阈值时，判断所述备用离合器是否处于接合状态。

18.根据权利要求13所述的车辆转向控制方法，其中，

所述转向操纵状态信号是所述转向操纵装置的操纵速度；并且

所述判断步骤还包括：当所述操纵速度超出阈值速度时，判断所述备用离合器是否处于接合状态。

19.根据权利要求13所述的车辆转向控制方法，还包括：

当所述至少一个车轮的转向受阻时，向所述转向装置的指令转向角提供改变量，所述指令转向角对应于所述转向操纵状态信号；并且

所述判断步骤还包括：当向所述指令转向角提供所述改变量时，根据所述转向操纵状态信号判断所述备用离合器是否处于接合状态。

20.根据权利要求13所述的车辆转向控制方法，还包括：

当所述备用离合器处于分离状态时执行可变转向控制，在可变转向控制中，所述转向状态信号与所述转向操纵状态信号的比值变化；并且

所述判断步骤还包括：当执行可变转向控制时判断所述备用离合器是否处于接合状态。

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