CN86101092A

CN86101092A - 电动式动力转向装置

Info

Publication number: CN86101092A
Application number: CN198686101092A
Authority: CN
Inventors: 能登康雄; 杉浦登; 大内秀之
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-02-02
Filing date: 1986-02-01
Publication date: 1986-09-24
Also published as: DE3661250D1; US4753308A; KR860006381A; KR920007039B1; CN86101092B; EP0190678A1; EP0190678B1

Abstract

电动式动力转向装置具有：检测加在操舵驾驶盘上的操舵力的转矩传感器，按照该转矩传感器的输出加以控制的电动机，检测舵角的舵角传感器，按照上述转矩传感器和舵角传感器的输出来判断驾驶盘操舵的加速或减速的加减速判断器，按照该判断器来产生加速或减速函数的函数发生器，以便将对应于驾驶盘操舵的加减速的操舵辅助力加在操舵驾驶盘上。

Description

本发明涉及汽车等中的动力转向装置，尤其是操舵感觉舒适的动力转向装置。

在涉及到许多方面用户的汽车等中，从大型车辆到小型车辆，普遍装备动力转向装置，用于减轻疲劳程度和确保安全运行。

但是，这种动力转向装置以往主要采用液压式的。然而，到了最近几年，由于着眼于控制内容的丰富性和节能方面的效用，提出了电动式动力转向装置。

因此，在这种电动式动力转向装置中，为了得到其中所用的电动式致动器所需的较大的操纵力，该致动器采用电动机，并使其输出减速，从而可得到最终辅助操舵用的操纵力，这种方式是目前采用的主要方式。

但是，在以往的电动式动力转向装置中具有下述的缺点，即由于辅助操舵力是由高速旋转的电动机通过减速机械供给的，所以该电动机的惯性和由减速机构的输出端使电动机空转时所产生的较大摩擦阻力，会引起操舵感觉极不舒适的特性，这种特性表现在操舵骂驶盘的操作中。

其中，关于因电动机的惯性，在操作操舵骂驶盘时出现的操舵感觉不舒适的特性，如同特开昭55-76760号公报等中的提案，考虑使电动机的控制具有微分特性的方法，可望得到显著改善操舵感觉的效果。

但是，在这种方法中，由于格外需要微分电路，微分特性的付给又需要对噪声重新加以考虑，所以会导致成本提高。关于上述摩擦阻力引起的操舵感觉的恶化，不能期望任何改善效果，总的来说，不能得到操舵感觉的充分改善。并且，这种摩擦阻力引起的操舵感觉的恶化，是当舵角在零（中立位置）以外时以本来应该出现的复原力显著下降乃至消失的形式表现出来的。

此外，当操舵力加在驾驶盘上时，通过电动机附加辅助力，但由于电动机上有惯性，若不附加与电动机转数的平方成正比的电动机惯性能，则为使电动机加速，司机必须以驾驶盘的操舵力进行拉引，当停止时司机必须通过驾驶盘进行停止。特别是若迅速转动驾驶盘，则在电动机尚未达到必需转数的时间内具有负载，而手上感觉到震动。为了补偿该负载部分，可采用具有上述微分功能的控制电路。但是，采用这种方法时，具有下述的缺点，即由于对电动机未考虑必要的加速、减速的能量，所以通过转舵速度进行补偿的能量是不足的。

另一方面，关于近年的油压式动力转向装置，如同特开昭54-90726号公报所示，提出使具有复原力、并改善直进性能的方案。但是，关于前进加速时、后退时和通常行驶时的复原力如何控制才能提高行驶中的安全性、直进性能的问题，完全没有考虑。

本发明的目的在于提供可以充分跟踪驾驶盘的操舵速度的电动式动力转向装置。

本发明设有适应电动机转数的电动机加减速函数，对于驾驶盘操舵力的增加和减少，想通过利用该函数进行电动机速度控制，可以充分跟踪驾驶盘的操舵速度。

并且，在检测车辆的前进或后退的同时，检测车辆的加速量，根据所检测出的加速量，向电动机的电枢供给电流，并在车轮的舵角变为零的方向上使车辆具有复原力，从而可提高车辆加速时的直进性能，以及还可提高后退时的操舵性。

图1为表示本发明动力转向控制装置的一实施例的系统构成图，图2为转矩传感器的特性图，图3为舵角传感器的特性图，图4为电动机的转数转矩特性图，图5为电动机的电枢电流和转矩转数特性图，图6为表示本发明实施例的方框图，图7为表示加速时的修正转矩输出的特性图，图8为图6所示电动机控制电路的详细电路图，图9为表示高阶函数特性例子的特性图，图10和图11为对高阶函数特性的近似特性的说明图，图12为表示由本发明一实施例所给出的特性例子的说明图，图13为电动机的转数和反制动转矩的特性图，图14为加速转矩-电动机转数特性曲线图，图15为关于复原力的特性图，图16为辅助转矩运算的工作流程图，图17为利用微型计算机时的方框图，图18为表示处理进度的流程图，图19至图23为表示本发明其它实施例的附图，图19为表示本发明实施例的电路图，图20为工作方框图，图21为复原力电流-舵角特性图，图22为电流极限值的温度特性图，图23为按照温度的电流限制流程图。

下面通过图示的实施例对本发明的动力转向控制装置加以详细说明。

图1为本发明用于汽车用电动式动力转向系统时的一实施例，其中1为操舵驾驶盘（以下简称为驾驶盘），2为驾驶盘轴，3为小齿轮，4为齿条，5为转向用的轮胎（车轮），6为转矩传感器，7为动力辅助用的电动机，8为减速机构，9为小齿轮，10为舵角传感器，11为控制装置。此外，B为电源用的电池。

该实施例为所谓的齿条和小齿轮方式，司机对驾驶盘1所加的操舵力从驾驶盘轴2通过小齿轮3传递到齿条4上，并使轮胎5转动到所定的舵角上。

当司机转动驾驶盘1时，转矩传感器6便可检测出从该驾驶盘1通过驾驶盘轴2传给小齿轮3的转矩，并发生表示该转矩大小的信号τ，例如，它是由安装在驾驶盘轴2上的应变片或者在驾驶盘轴2上设置扭簧机构，检测该扭曲量的可变电阻器等构成的，可给出如图2所示的特性。

电动机7是作为通过齿轮装置等构成的减速机构8和小齿轮9，向齿条4施加辅助操舵力的电动式致动器而工作的。

舵角传感器10检测轮胎5的舵角（转向角），当汽车处于直进状态即轮胎5的转向角处于中立位置时的舵角为零，例如，按照图3所示的特性，可发生表示舵角的信号θ，它是由随着轮胎5的转向来检测旋转构件旋转角的可变电阻器等构成的旋转编码器、检测直线运动构件动作的线性编码器等构成的。

这种动力转向装置所用的电动机7，具有如图4所示的转矩-转数特性。当电动机7的电枢电流I大时，相对于转数的转矩特性将变成为图4的C→D→F→G。而当电枢电流I小时，相对于转数的转矩特性将变成为E→F→G。

该电动机7的电枢电流I与转数、转矩的特性如图5所示。

图6为控制装置11的一实施例，它是由转矩函数电路21、复原力函数电路22、加速制动判断电路23、加速函数电路24、制动函数电路25、转换判断电路26、转矩通流率变换电路27、削波器控制电路28、电动机控制电路29、锁定检测电路30构成的。

下面对动作加以说明

由司机操纵驾驶盘1，当转矩被加到驾驶盘轴2上时，它便按照图2的特性，由转矩传感器6检测出来，并输出转矩信号τ。

该转矩信号τ通过转矩函数电路21、转矩通流率变换电路27输入到削波器控制电路28，变换为对应于此时绝对值的占空因数的脉冲信号CP，然后输入电动机控制电路29。此时，在转换判断电路26中，根据输入其中的信号的正负，输出右旋转信号R或左旋转信号L，并将这些信号R、L输入电动机控制电路29。

此外，由转矩传感器6发生的转矩信号τ的极性，例如对应于驾驶盘1向右旋转（顺时针方向）时出现的转矩为正极性，而对应于向左旋转（逆时针方向）时出现的转矩为负极性。因此，当转矩信号τ为正时，汽车向右转向，负时向左转向。

下面对转矩函数电路21加以说明。

为了产生如图7（A）所示的修正转矩输出特性a、b，该转矩函数电路21按照电动机7的转数来输出修正量的转矩值。其输出特性a是当电动机7的驾驶盘操纵速度较大时的情况，而图7（A）的b是当驾驶盘操纵速度较小时的情况。并且，图7（A）的C表示采用以往微分法的修正值。若加入这样的修正转矩值，则当附加图7（B）的a所示的操舵力时，便可充分补偿电动机7的惯性。图7（B）的C为采用以往微分法的操舵力特性，不能消除由于驾驶盘操纵速度不同而不同的惯性的影响。

图8示出电动机控制电路29的一实施例，它是由2个功率晶体管TR1、TR2（以下简称为TR1、TR2）、2个傍路二极管D1、D2构成的。分别向TR1供给左旋信号L和脉冲信号CP的逻辑乘信号，向TR2供给右旋信号R和脉冲信号CP的逻辑乘信号，因而，当右旋信号R出现时，即转矩信号τ为正极性时，TR2导通，按照图中箭头方向向电动机7供给电流，该电流的大小由脉冲信号CP的占空因数来控制。而当转矩信号τ为负极性而出现左旋信号L时，TR1导通，按照与图中箭头相反的方向向电动机7供给电流，此时的电流值同样也由脉冲信号CP的占空因数来控制。

并且，在上述的任何情况下，在电动机7内流动的电流的大小都被电流检测器检测，并作为反馈电流信号供给削波器控制电路28，因而，为了向电动机7准确地供给与转矩通流率变换电路27的输出信号对应的电流，形成反馈环路。

此外，当TR1或TR2由脉冲信号CP进行削波控制而截止时，二极管D1、D2起着提供环流回路的作用。

因此，当司机操纵驾驶盘1时，按照当时所加操纵力（操舵力）的方向及其大小，规定值的电流便从规定的方向供给电动机7，因而，电动机7产生的转矩便从小齿轮9供给齿条4，变成辅助操舵力，所以可得到动力转向装置的功能。

但是，司机操纵驾驶盘1时所需的操舵力值如果太小，也难操纵，因此，从经验等方面得知，对于转矩传感器6的信号τ，利用具有图6所示补偿的高阶函数特性来确定辅助操舵力，即电动机7的电流值，这样做对操舵感觉是最好的。

因此，为此目的而设置转矩函数电路21，对于输入信号，可发生符合图9所示特性的输出信号。

但是，实际上给出图9所示平滑特性的函数电路，要么成本高，要么不能实现，因此，可以采用如图10所示近似折线的转矩函数电路21。此外，采用图11所示的阶梯近似法来代替该折线近似法也可以实现。

其次，使轮胎5转向所需的力即所谓的操舵力，取决于轮胎和行驶路面之间在转向方向上的摩擦阻力，但该摩擦阻力随车速而发生变化，车速越高越减小。因此，该操舵力当车速越小就越大，通常在所谓最小的车速为零时达到极大，几乎达到不能操纵驾驶盘的程度。

但是，从实用的观点来看，在汽车入库或纵列停车时，需要进行这种极限操纵。

另一方面，在高速时，若驾驶盘操纵力变小反而危险，因此，高速时希望将辅助操舵力变小或是不附加。

因此，为达到此目的，在转矩函数电路21中，从车速传感器20输入车速信号V，对于转矩信号τ进行规定的运算处理，如图12所示，由转矩函数电路21给出的特性的补偿宽度随着车速信号V而变宽。

但是，电动机7在反方向上所受的制动转矩（即反制动转矩）与电动机7的转数的关系如同图13所示的特性。也就是说，电动机7的转数越大，反制动转矩也越大。因此，操纵驾驶盘使它停止在某位置上的力（对电动机施加制动而停止时的转矩），需要随着电动机7的转数增加而增大。此外，对于电动机7的转数的加速转矩值如图14所示，若电动机的转数小，则需要加大加速转矩。

下面对图6所示复原力函数电路22加以说明。该复原力函数电路22是向轮胎5供给复原力的电动机7的控制信号的输出电路，复原转矩与舵角（舵角传感器输出）的关系如图15所示。也就是说，舵角越大，复原所需的转矩也必须越大。该复原特性是决定设有动力转向装置的操舵系统的操舵感觉的关键。

也就是说，在汽车的操舵系统中，一般利用转向车轮的主销后倾效应等来产生复原特性，为此通过驾驶盘的操纵产生规定的舵角之后，根据该复原特性向驾驶盘供给复原力，利用这种复原力的运转操纵被广泛地采用，这是产生良好的操舵感觉的关键，因此，即使采用动力转向装置，也一定不要损失该复原力。

此外，图6的锁定检测电路30用来检测，有转矩传感器6的输出，却没有舵角传感器10的输出的情况，当这种情况被检测时，断开离合器8的电磁阀。

下面对本发明实施例的辅助转矩运算的操作加以说明。

图16示出辅助转矩运算的流程图。该流程图按照每隔10毫秒的定时器中断进行处理。首先，在步骤100中，读出转矩传感器6的上次值T_OLD，在步骤101中，读入现在转矩传感器6的输出值T_NEW。其次，在步骤103中，将T_OLD与T_NEW进行比较，判断转矩传感器6的输出值的增量△T是否超过一定值：

△T＝T_NEW-T_OLD

在该步骤103中，若判断转矩传感器的增量大于一定值，则在步骤104中判断舵角传感器10的输出值的增量是否大于与转矩传感器6的增加在时间上对应的某一定值。在该步骤104中，若舵角传感器的增量未超过一定值，则转移到步骤108。而在步骤104中，若判断舵角传感器的增量超过一定值，则在步骤105中根据电动机加速计算（如图7所示特性的加速）进行加速转矩计算，并转移到步骤108。

另一方面，在步骤106中，若判定转矩传感器的增量未超过一定值，则在步骤106中判断转矩传感器的减速量是否超过一定值。在该步骤106中，若判断转矩传感器的减速量未超过一定值，则转移到步骤108;若判断超过一一定值，则在步骤107中根据电动机减速计算进行减速转矩计算（对应于图13所示的反制动转矩特性），并转移到步骤108。接着，在步骤108中进行如图12所示的辅助转矩的运算。

图17示出在一系列操作中利用微型计算机时的方框图。此时处理的任务调度的中断流程图示于图18。

如上所述，采用本发明可充分跟踪驾驶盘的操舵速度。

其次，本发明的其它实施例示于图19～图23。图中电动机202与电池201连接，该电动机202可向左右任何一方旋转。FET（场效应晶体管）203的漏极与该电动机202的左旋电枢连接。此外，电池201通过正向连接的傍路二极管205与该FET203的漏极连接，而此FET203的源极与电池201连接，微型计算机100与栅极连接。还有FET204的漏极与电动机202的右旋电枢连接，电池201通过正向连接的傍路二极管206与该FET204的漏极连接。该FET204的源极与电池201连接，微型计算机100与栅极连接。提供发动机转数的传感器50的输出、操舵系统209的舵角计207的舵角、转矩传感器208输出的驾驶盘转矩（操舵力）分别输入该微型计算机100。此外，车速传感器的输出信号输入该微型计算机100。

此外，在电动机202上设置了检测电枢电流的电流检测器210，该电流检测器210的检测值输入微型计算机100。

图20示出说明图19的工作的方框图。

首先，由转矩传感器208检测出的转矩（操舵力）输入微型计算机100的辅助函数判断电路110，在其中选择对应于操舵力的辅助函数。该辅助函数按照操舵力为一定的原则来确定。由该辅助函数判断电路110输出相当于辅助力的电流指令。另一方面，根据由舵角计207输入的舵角量，在复原力函数判断电路120中，对应于舵角来选择复原力函数，并输出相当于复原力的电流指令。该电流指令与辅助函数判断电路输出的电流指令值相加，输入到判断驾驶盘的左右旋转方向的左右判断电路150。

此外，车速由车速传感器30输入齿轮比判断电路130和加速计算电路140。并且，发动机转数由发动机旋转传感器50输入该齿轮比判断电路130。该齿轮比判断电路130的输出和加速计算电路140的输出，被输入复原力函数判断电路120。这样一来，复原力函数判断电路可输出由舵角传感器207的输出和加速计算结果，以及齿轮比所决定的值。该齿轮比计算可由下式决定：

齿轮比＝N/V

式中N：发动机转数

V：车速

通过该齿轮比计算，可检测背轮，该背轮的检测也可以通过反向开关来进行。

此外，检测加速量的加速计算可由下式求出：

加速量＝V_n-V_n-1

式中V_n：此次的车速

V_n-1：一定时间前的车速

该加速计算结果输入复原力函数判断电路120，与该加速量成正比地按照图21所示的特性来增加复原力电流。该图21所示的特性图存储在复原力函数判断电路120中。并且，如图21的点划线所示，也可以利用可按线性检测舵角的舵角传感器，从舵角零按线性上升，得到一定值的特性。但是，在本实施例中，舵角的检测使用达到某一舵角时产生输出的开关。

这样求得的复原力和操纵力相加后，在左右判断电路150中判断电动机向右旋转还是向左旋转，并输出给右削波器180或左削波器190。此外，左右判断电路150中输入的合成信号输入电流指令电路，并成为绝对值作为电流指令值进行输出。该电流指令值与电流检测器210输出的检测电流值进行比较，与检测电流值的差值输出给削波器电器170，在该削波器电路170中，变为削波信号后，输出给右削波器电路180和左削波器电路190，并借助左右判断电路150输出的判断信号使右削波器电路180或左削波器电路190发生作用，从而对FET203或FET204进行削波控制。

该FET203、204，当温度升高时会被击穿。因此，FET203、204中流动的电流量有如图22所示的极限值，这是FET对于温度的电流极限值。因此，在构成上能检测出电源电路的温度，并将对应于温度的电流供给电动机。也就是说，在电动式动力转向驱动电路的电源部分中设置温度检测器，在微型计算机100中计算出对应于温度的电动机中流动的最大电流，并进行控制以使在电动机中不会有超过最大电流的电流流过。该流程图示于图23。

因此，若采用本实施例，则当驾驶盘处于自由状态而行驶时，可以借助复原力始终保持直进方向。

此外，若采用本实施例，则可防止由于行驶时的振动而产生的蛇行。

此外，若采用本实施例，则可保护FET、电动机不由于温度上升而引起击穿。

Claims

1、电动式动力转向装置具有；检测加在操舵驾驶盘上的操舵力的转矩传感器，按照该转矩传感器的输出加以控制的电动机，检测舵角的舵角传感器，按照上述转矩传感器和舵角传感器的输出来判断驾驶盘操舵的加速或减速的加减速判断器，按照该判断器来产生加速或减速函数的函数发生器；以便将对应于驾驶盘操舵的加减速的操舵辅助力加在操舵驾驶盘上。

2、在权项1中，函数发生器采用微型计算机。

3、在权项1中，操舵辅助力按照复原力函数器的函数加在驾驶盘上，而复原力函数器按照舵角传感器的大小进行输出。

4、电动式动力转向装置，对应于驾驶盘的左右旋转，利用电动机辅助使车轮的舵角左右变化的操舵力;电动式动力转向装置的构成是：在检测车辆的前进或后退的同时，检测车辆的加速量，并按照所检测出的加速量对上述电动机的电枢供给电流，在车轮的舵角为零的方向上使车轮具有复原力。

5、在权项4中，加在车轮上的复原力在后退时比在前进时更大。