專利名稱：車輛轉向控制設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種車輛轉向控制設備，該轉向控制設備控制車輛的轉向車輪的轉向角。
背景技術：
用于車輛的傳統的線控轉向型轉向系統在不利用施加到方向盤上的轉矩的情況下電驅動轉向車輪。根據JP 4248390、JP 2007-1564A和JP 2010-69895A，方向盤和轉向車輪通常不機械地連接。根據其中方向盤和轉向車輪通常不機械地連接的轉向系統(以下稱為完全線控型轉向系統)，需要獨立于完全線控型系統設置故障保護裝置，以用于系統中出現故障的情況。由于故障保護裝置通常不操作，因此使得系統很復雜。根據傳統的電動轉向裝置(以下稱為EPS裝置)，方向盤和轉向車輪機械地連接。 在控制施加到傳統EPS裝置中的方向盤上的轉向反作用力時，能夠基于轉向車輪的轉動力控制反作用力。但是，施加到轉向車輪上的轉向力的方向與施加到方向盤上的反作用力的方向不一定一致。因此，不可能適當地控制反作用力。

發明內容
本發明的目的是提供一種車輛轉向控制設備，該車輛轉向控制設備能夠以簡單的構造適當地控制施加到轉向構件上的轉向反作用力。根據本發明，車輛轉向控制設備具有輸入軸、輸出軸、轉向齒輪箱裝置、操作量檢測部件、轉向方向控制裝置和轉向反作用力施加裝置。輸入軸聯接到可由駕駛員操作的轉向構件上。輸出軸相對于輸入軸可旋轉地設置。轉向齒輪箱裝置將輸出軸的旋轉運動轉換成線性運動，并改變轉向車輪的轉向角度。操作量檢測部件檢測輸入軸的操作量，輸入軸的操作量隨著轉向構件的轉向操作而變化。轉向方向控制裝置包括第一電機，并配置成基于由操作量檢測部件檢測到的輸入軸的操作量、通過驅動第一電機來控制轉向車輪的轉向角度。轉向反作用力施加裝置比轉向方向控制裝置更靠近轉向構件設置，并包括差動減速單元和第二電機，差動減速單元聯接輸入軸和輸出軸以將輸入軸的旋轉傳遞至輸出軸。第二電機驅動差動減速單元。轉向反作用力施加裝置配置成通過第二電機的操作向轉向構件施加轉向反作用力。


從參考附圖作出的以下詳細說明中將更好地理解本發明的上述及其他目的、特征和優勢。在附圖中圖1是根據本發明的第一實施例的車輛轉向控制系統的框圖；圖2是根據本發明的第一實施例的轉向控制系統的示意圖；圖3是本發明的第一實施例中的轉向控制模塊的剖視圖4是沿圖3中的線IV-IV截取的剖視圖；圖5是示出本發明的第一實施例中的轉向角度控制過程的流程圖；圖6是示出本發明的第一實施例中的轉向角度目標值計算過程的流程圖；圖7是示出本發明的第一實施例中的轉向角度反饋控制計算過程的流程圖；圖8是示出本發明的第一實施例中的PWM指令值計算過程的流程圖；圖9是以映射圖形式示出本發明的第一實施例中的車速與增速比之間的關系的圖；圖10是示出本發明的第一實施例中的反作用力施加控制過程的流程圖；圖11是示出本發明的第一實施例中的反作用力目標值計算過程的流程圖；圖12是示出本發明的第一實施例中的反作用力反饋控制計算過程的流程圖；圖13是示出本發明的第一實施例中的PWM指令值計算過程的流程圖；圖14是以映射圖形式示出本發明的第一實施例中的方向盤角度與負載反作用力目標值之間的關系的圖；圖15是以映射圖形式示出本發明的第一實施例中的方向盤角速度與摩擦反作用力目標值之間的關系的圖；圖16是示出本發明的第二實施例中的反作用力施加控制過程的流程圖；圖17是示出本發明的第二實施例中的反作用力反饋控制計算過程的流程圖；以及圖18是根據本發明的另一個實施例的轉向控制系統的示意性視圖。
具體實施例方式下面將參考各個實施例對根據本發明的車輛轉向控制設備進行說明。在以下實施例中，為了簡潔，相同或相似的部件用相同的參考數字表示。(第一實施例)圖1至15中示出根據本發明的第一實施例的車輛轉向控制設備1。轉向控制設備 1由柱身2、轉向反作用力施加裝置3、轉向方向控制裝置5、轉向齒輪箱裝置6、左右轉向車輪(左右輪胎車輪)7、作為轉向構件的方向盤8、控制器ECU70等形成。反作用力施加裝置3包括差動減速單元30、作為第二電機的反作用力施加電機45 等。方向控制裝置5包括齒輪單元50、作為第一電機的方向控制電機55等。反作用力施加電機45和轉向方向控制電機55均由控制器ECU70控制并驅動。如圖2等所示，反作用力施加裝置3和方向控制裝置5均圍繞柱身2安裝，反作用力施加裝置3比方向控制裝置 5更靠近方向盤8側安裝。即，反作用力施加裝置3位于方向控制裝置5與方向盤8之間。如圖2所示，反作用力施加裝置3和方向控制裝置5容納在殼體12內。反作用力施加裝置3和方向控制裝置5集成為作為轉向控制模塊10的單體，因此該設備的大小緊湊。隨后將參考圖3等說明轉向控制模塊10。柱身2由輸入軸11和輸出軸21形成。輸出軸21通過萬向接頭23連接到中間軸 M上。輸入軸11連接到由駕駛員操作的方向盤8上。輸入軸11設置有方向盤角度傳感器81和轉矩傳感器82。方向盤角度傳感器81檢測方向盤角度θ h，方向盤角度eh是輸入軸11的旋轉角度。轉矩傳感器82檢測由輸入軸11產生的輸入軸轉矩Tsn。方向盤8和輸入軸11聯接。方向盤角度傳感器81對應于操作量檢測部件，方向盤角度eh對應于輸入軸11的操作量，輸入軸11的操作量隨著方向盤8的操作量而變化。當方向盤8沿順時針方向和沿逆時針方向操作時，方向盤角度θ h分別為正值和負值。輸出軸21在柱身2上與輸入軸11同軸地設置并能夠相對于輸入軸11旋轉。通過差動減速單元30的操作，輸出軸21的旋轉方向相對于輸入軸11的旋轉方向相反。轉向齒輪箱裝置6包括轉向小齒輪61、轉向齒條63等，并從連接左側和右側轉向車輪7的旋轉中心的線(在圖2中由L指示)更向后地設置在車輛中。轉向小齒輪61和轉向齒條63容置在轉向齒輪箱64中。轉向小齒輪61——其為盤形齒輪——設置在柱身2 的與方向盤8相反的端部處。轉向小齒輪61與輸出軸21和小齒輪軸62沿正向和反向旋轉。小齒輪角度傳感器83設置在小齒輪軸62上，以檢測小齒輪角度θ p，小齒輪角度θ ρ 是小齒輪軸62的旋轉角度。形成在轉向齒條63上的齒條齒嚙合轉向小齒輪61，并將轉向小齒輪61的旋轉運動轉換成轉向齒條63的沿車輛的左右方向的線性運動。因此，轉向齒輪箱裝置6將輸出軸 21的旋轉運動轉換成線性運動。轉向小齒輪61與連接左側和右側轉向車輪7的旋轉中心的線L之間的距離A設定為比轉向齒條63與線L之間的距離B長。由于設置在輸入軸11與輸出軸21之間的差動減速單元30的操作，輸出軸21沿與輸入軸11的旋轉方向相反的方向旋轉。當從小齒輪軸62側看時，如果方向盤8沿向左方向旋轉，則轉向小齒輪61沿順時針方向旋轉。轉向齒條63沿向右方向運動，轉向車輪7的轉向角度變化由此沿向左方向引導車輛。當從小齒輪軸62側看時，如果方向盤8沿向右方向旋轉，則轉向小齒輪61沿逆時針方向旋轉。轉向齒條63沿向左方向運動，轉向車輪7的轉向角度變化由此沿向右方向引導車輛。如上所述，轉向小齒輪61與線L之間的距離A設定為比轉向齒條63與線L之間的距離B長。即，距離A和B設定為滿足Α>Β。因此，轉向車輪7沿與輸出軸21和轉向小齒輪61的旋轉方向相反的方向轉向。因此，方向盤8的旋轉方向與轉向車輪7的轉向角度的方向匹配。因此，不需要齒輪裝置等以再次使輸出軸21的旋轉方向反向。如圖1所示，拉桿66和轉向節臂(未示出)設置在轉向齒條63的兩端上。轉向齒條63通過拉桿66和轉向節臂與左側和右側轉向車輪7連接。因此，左側和右側轉向車輪7根據轉向齒條63的運力矩轉向。拉桿軸向力傳感器85分別設置在拉桿66處以檢測在轉向車輪7與路面之間產生的旋轉力。為轉向車輪7分別設置車速傳感器86，以檢測轉向車輪7的旋轉速度。控制器ECU70包括反作用力施加電機控制回路71、反作用力施加變換器72、轉向方向控制電機控制回路75和轉向方向控制變換器76。反作用力控制回路71由計算機形成，計算機包括CPU、R0M、RAM、I/0、總線等。反作用力控制回路71，具體是其CPU，配置成被編程為控制反作用力控制變換器72，使得反作用力施加電機45的電力供應狀態切換為反作用力施加電機45的控制驅動狀態。在反作用力控制變換器72中，多個開關元件以電橋形式連接。通過切換開關元件的通斷，切換反作用力施加電機45的電力供應狀態。方向控制回路75以與反作用力控制回路71相同的方式也由計算機形成，計算機包括CPU、ROM、RAM、I/O、總線等。方向控制回路75，具體是其CPU，配置成被編程為控制變換器76，使得轉向方向控制電機55的電力供應狀態切換為轉向方向控制電機55的控制驅動狀態。控制器E⑶70與方向盤角度傳感器81、轉矩傳感器82、小齒輪角度傳感器83、拉桿軸向力傳感器85和車速傳感器86連接，以獲取方向盤角度0}!、輸入軸轉矩1^11、小齒輪角度θ ρ、轉向車輪7與路面之間產生的旋轉力以及車速。控制器ECU70還與旋轉角度傳感器 46和旋轉角度傳感器56連接。旋轉角度傳感器46檢測反作用力施加電機45的旋轉角度。 旋轉角度傳感器56檢測轉向方向控制電機55的旋轉角度。控制器ECU70由此獲取反作用力施加電機45和轉向方向控制電機55的旋轉角度。控制器ECU70還與橫擺率傳感器88、 車輛縱向加速度傳感器89等連接。橫擺率傳感器88檢測車輛的橫擺率。控制器ECU70由此獲取橫擺率和沿車輛的縱向方向的加速度。控制器ECU70與車輛CAN(控制器局域網)79 連接并配置成獲取比如車輛的行駛速度之類的各種信息。由拉桿軸向力傳感器85獲取的信息對應于與轉向車輪和路面之間產生的旋轉力相關的轉向車輪旋轉力信息。由橫擺率傳感器88或車輛縱向加速度傳感器89獲取的信息對應于與車輛力矩相關的車輛力矩信息。轉向車輪旋轉力信息、車輛力矩信息、從車輛 CAN79獲取并與車輛的行駛速度相關的行駛速度信息以及從車輪速度感傳器86獲取的與車輪速度相關的信息形成車輛的狀態信息。以下將參考圖3和4說明轉向控制模塊10。圖3示出沿圖4中的線III-III截取的剖面，圖4示出沿圖3中的線IV-IV截取的剖面。轉向控制模塊10包括輸入軸11、殼體12、輸出軸21、反作用力施加裝置3、方向控制裝置5等。殼體12由殼體本體121和端架122形成。殼體本體121和端架122由螺絲 123固定。反作用力施加單元30等容納在殼體12內，輸入軸11和輸出軸21插入殼體12 內。可旋轉地支承輸入齒輪33的第一軸承13在殼體本體121內設置在與端架122相反的一側。第二軸承14在端架122中設置為可旋轉地支承輸出軸21。反作用力施加裝置3具有差動減速單元30和作為第二電機的反作用力施加電機 45，反作用力施加電機45驅動反作用力施加單元30。反作用力施加單元30由差動齒輪31 和蝸輪41形成。差動齒輪31具有輸入齒輪33、輸出齒輪34和小齒輪36。蝸輪41具有作為第二齒輪的差動減速蝸輪43和作為第一齒輪的差動減速蝸桿44。輸入齒輪33在輸入軸11上設置在與方向盤8相反的一側。輸入齒輪33是與小齒輪36嚙合的傘齒輪。輸入齒輪33具有柱形部分331和徑向地設置在柱形部分331的外部的傘形齒輪部分332。輸入軸11壓配合在柱形部分331內。柱形部分331由設置在殼體本體121中的第一軸承13可旋轉地支承在殼體本體121內。輸入軸11和輸入齒輪33由此可旋轉地支承在殼體12中。輸出軸21在與輸入軸11相反的一側插入輸入齒輪33內。滾針軸承333設置在輸入齒輪33與輸出軸21之間。輸出軸21由輸入軸11可旋轉地支承。 艮口，輸入軸11和輸出軸21可相對旋轉。輸出齒輪34設置為面向輸入齒輪33的齒輪部分332，小齒輪36位于輸出齒輪34 與齒輪部分332之間。輸出齒輪34是與小齒輪嚙合的傘齒輪，輸出齒輪34由金屬或樹脂制成。輸出軸21壓插入到輸出齒輪34內。輸出齒輪34定位在沿軸線方向比滾針軸承333 更遠離輸入軸11的一側。多個小齒輪36設置在輸入齒輪33與輸出齒輪34之間。小齒輪36是嚙合輸入齒輪33和輸出齒輪34的傘齒輪。輸入齒輪33、輸出齒輪34和多個小齒輪36如下設置。小齒輪36的齒數是偶數。輸入齒輪33和輸出齒輪34的齒數相同并為奇數。因此，輸入齒輪 33與小齒輪36之間的齒接觸點隨著旋轉而變化。類似地，輸出齒輪34與小齒輪36之間的齒接觸點隨著旋轉而變化。因此，很少有特定齒的磨損加劇和局部磨損縮短壽命的情況。 能夠將小齒輪36的齒數改變為奇數，并將輸入齒輪33和輸出齒輪34的齒數設定為相同的偶數。輸入齒輪33、輸出齒輪34和小齒輪36具有螺旋齒，使得輸入齒輪33與小齒輪36 之間的嚙合率以及輸出齒輪34與小齒輪36之間的嚙合率增加。因此，能夠減小由齒的接觸產生的操作聲音，并能夠減小從方向盤8傳遞至駕駛員的脈動振動。在輸入齒輪33和輸出齒輪34由金屬制成的情況下，小齒輪36由樹脂制成。在輸入齒輪33和輸出齒輪34由樹脂制成的情況下，小齒輪36由金屬制成。因此，能夠減小當齒輪嚙合時產生的撞擊聲音。小齒輪36在輸出軸21的徑向外部定位成使得小齒輪36的旋轉軸線與輸入軸11 和輸出軸21的旋轉軸線垂直地交叉。小齒輪36形成有軸向孔，小齒輪軸構件37穿過該軸向孔。形成在小齒輪36中的軸向孔形成為具有比小齒輪軸構件37的外徑略微大的直徑。第三軸承15和內環構件38設置在小齒輪36與輸出軸21之間。第三軸承15沿軸線方向定位在滾針軸承333與輸出齒輪34之間，并沿徑向方向定位在輸出軸21與內環構件38之間。因此第三軸承15在輸出軸21徑向外部的位置處可旋轉地支承內環構件38。內環構件38形成有第一孔381，第一孔381沿垂直于輸出軸21的旋轉軸線的方向穿過。第一孔381沿內環構件38的周向方向等角度地形成。小齒輪軸構件37的穿過小齒輪36 —個軸向端部壓配合在第一孔381內。外環構件39設置在內環構件38的徑向外部以夾持小齒輪36。外環構件39形成有第二孔391，第二孔391沿垂直于輸出軸21的旋轉軸線的方向穿過。第二孔391沿外環構件39的周向方向等角度地形成。第二孔421形成在對應于內環構件38的第一孔381的位置處。小齒輪軸構件37的穿過小齒輪36另一個軸向端部壓配合在第二孔391內。因此， 小齒輪軸構件37由內環構件38和外環構件39保持。此外，小齒輪36在內環構件38與外環構件39之間定位成能夠圍繞由內環構件38和外環構件39支承的小齒輪軸構件37的軸線旋轉。根據該構造，小齒輪軸構件37可容易地形成并組裝。差動減速蝸輪43由樹脂或金屬制成，并壓配合在外環構件39的徑向外部部分上。 艮口，輸出軸21、第三軸承15、內環構件38、小齒輪36、外環構件39和差動減速蝸輪43從徑向內部部分以所述順序布置。外環構件39、小齒輪軸構件37和差動減速蝸輪43與由第三軸承15可旋轉地支承的內環構件38 —起旋轉。如圖4所示，差動減速蝸桿44嚙合差動減速蝸輪43的徑向外部部分。差動減速蝸桿44由設置在殼體12內的第四軸承16和第五軸承17可旋轉地支承。差動減速蝸輪43 和差動減速蝸桿44的導程角設定為小于摩擦角。因此，差動減速蝸輪43通過差動減速蝸桿44旋轉而旋轉。但是，差動減速蝸桿44不由差動減速蝸輪43的旋轉而旋轉。因此，差動減速蝸輪43和差動減速蝸桿44能夠自鎖。當差動減速蝸輪43和差動減速蝸桿44自鎖時，輸入軸11和輸出軸21的旋轉比固定。由差動減速蝸輪43和差動減速蝸桿44提供的自鎖機構相對于固定部件。當差動減速蝸輪50和差動減速蝸桿44自鎖時，增速比Z是1。 差動減速蝸輪43形成為使其齒根遠離旋轉軸線恒定距離。因此，即使差動減速蝸輪43和差動減速蝸桿44的位置由于制造公差而沿旋轉軸線的方向偏離，也可保持沿正向和沿反向的兩種旋轉中的齒接觸關系。反作用力施加電機45設置在可旋轉地支承差動減速蝸桿44的第五軸承17的一側。反作用力施加電機45是電刷型電機，但可以是比如無電刷電機之類的任意其它電機。 當被供應電動力時，反作用力施加電機45沿正向旋轉方向和反向旋轉方向驅動差動減速蝸桿44。當差動減速蝸桿44被驅動旋轉時，差動蝸輪43、外環構件39、內環構件38和小齒輪軸構件37被驅動旋轉。通過由反作用力施加電機45控制差動減速蝸桿44來控制施加到方向盤8上的反作用力。方向控制裝置5設置在與反作用力施加裝置3相對的一側，同時夾持輸入軸11和輸出軸21。方向控制裝置5包括齒輪單元50和轉向方向控制電機55。齒輪單元50包括轉向方向控制蝸輪53和轉向方向控制蝸桿M。蝸輪和轉向方向控制蝸桿M容納在殼體 12中。轉向方向控制蝸輪53由樹脂或金屬形成。轉向方向控制蝸輪53與輸出軸21壓配合并與輸出軸21 —起旋轉。轉向方向控制蝸桿M嚙合轉向方向控制蝸輪53的徑向外部。轉向方向控制蝸桿 54由形成在殼體12中的第六軸承18和第七軸承19可旋轉地支承。轉向方向控制蝸輪53 的齒線形成為平行于轉向方向控制蝸輪53的旋轉軸線。蝸輪的齒根不呈弧形表面，而呈平面表面。因此，即使安裝轉向方向控制蝸輪53的位置沿輸出軸21的軸線方向偏離，也能夠在正向旋轉時和反向旋轉時之間將轉向方向控制蝸輪53與轉向方向控制蝸桿討之間的齒接觸狀態保持在相似狀態。轉向方向控制電機55設置在可旋轉地支承轉向方向控制蝸桿M的第七軸承19 的一側。反作用力施加電機45是無刷三相電機，但可以是比如電刷型電機之類的任意其它電機。當被供應電動力時，轉向方向控制電機陽沿正向旋轉方向和反向旋轉方向驅動轉向方向控制蝸桿M。因此，與轉向方向控制蝸桿M嚙合的轉向方向控制蝸輪53被驅動沿正向和反向旋轉。通過驅動裝配有輸出軸21的轉向方向控制蝸輪53以沿正向和反向旋轉， 控制輸出軸21的旋轉角度，并因此控制轉向車輪7的轉向角度et。反作用力施加裝置3和方向控制裝置5以其二者之間夾持輸出軸21的方式定位在相對的位置上。因此，當反作用力施加電機45和轉向方向控制電機55被驅動時沿徑向方向產生的負載被消除，使得輸出軸21的傾向被抑制。由于輸出軸21的傾斜被抑制，因此可靠地保持蝸輪43與差動減速蝸桿44的嚙合位置以及轉向方向控制蝸輪53與轉向方向控制蝸桿M的嚙合位置。下面將參考圖5至9說明用于轉向方向控制電機55的控制過程，該控制過程被編程以通過控制器ECU70的方向控制回路75執行。圖5中示出與通過控制回路75進行的用于轉向方向控制電機55的驅動控制相關的控制計算過程。在以下說明中，步驟簡寫為“S”。在步驟S100，從車輛CAN79獲取車速Vspd，車速Vspd是車輛的行駛速度。此外， 從旋轉角度傳感器56獲取轉向方向控制電機55的旋轉角度em。另外，從方向盤角度傳感器81獲取方向盤角度9h。在SllO處執行轉向角度目標值計算過程。在S120處執行轉向角度反饋控制計算過程。在S130處執行PWM指令值計算過程。在S140處基于在S130計算出的PWM指令值通過切換形成變換器76的開關元件的通斷來控制轉向方向控制電機55 的驅動。在SllO處的轉向角度目標值計算過程示出為圖6中的流程圖。
在Slll處讀取在SlOO處獲取的車速Vspd和方向盤角度θ h。在Sl 12處基于車速Vspd獲取增速比Z。車速Vspd與增速比Z之間的關系以圖9所示的數據映射圖形式存儲。增速比ζ是方向盤角度eh與小齒輪角度θ ρ之間的比值。通過方向盤角度eh乘以增速比ζ計算小齒輪角度θP。如果增速比ζ為1，則方向盤角度eh與小齒輪角度θρ — 致。如上所述，輸入軸11的旋轉方向與輸出軸21的旋轉方向相反。由于該原因，如果增速比Z為1，當從方向盤8側看時，在輸入軸11沿向右方向旋轉角度θ X時，輸出軸21沿向左方向旋轉相同的角度θχ。在S113處基于增速比ζ和方向盤角度eh計算轉向角度目標值轉向角度目標值θ t*通過以下等式⑴計算。θ t*= ZXnlX θ h …(1)在此，nl是轉向車輪7的轉向角度θ t相對于方向盤角度θ h的變化量。接著，圖7中示出在S120處進行的轉向角度反饋控制計算過程。在S121處讀取在SlOO處獲取的旋轉角度θ m和在S113處計算出的轉向角度目標值et*。在S122處計算轉向車輪7的轉向角度et。通過以下等式( 計算轉向角度 θ t而作為實際轉向角度。θ t = θ mXn2 ... (2)在此，n2是轉向車輪7的轉向角度θ t相對于轉向方向控制電機55的旋轉角度 θπι的變化量。在S123處計算要提供給轉向方向控制電機55的電壓指令值Vm2。基于在 S122處計算出的轉向車輪7的轉向角度et和在S113處計算出的轉向角度目標值et*， 通過P-I控制反饋控制電壓指令值Vm2。在轉向方向控制電機55中，假定比例增益是KP2， 積分增益是KI2，則通過以下等式(3)計算電壓指令值Vm2。Vm2 = KP2 X ( θ t * - θ t) +ΚΙ2 X / ( θ t * - θ t) dt . · · (3)圖8中示出在Sl30處進行的PWM指令值計算過程。在S131處讀取在S123處計算出的電壓指令值Vm2。在S132處計算用于轉向方向控制電機^Wpwm指令值P2。假定電池電壓是vb，通過以下等式⑷計算PWM指令值 P2。P2 = Vm2/VbX100 . . . (4)在方向控制回路75中，基于在S132處計算出的PWM指令值P2，通過控制形成變換器76的開關元件的通/斷正時來控制電機55的驅動(圖5中的S140)。接下來將參考圖10至15說明用于反作用力施加電機45的控制過程，該控制過程被編程為通過控制器ECU70的反作用力控制回路71執行。圖10示出與通過反作用力控制回路71進行的用于反作用力施加電機45的驅動控制相關的控制計算過程。在S200處從車輛CAN79獲取車速Vspd。另外，從轉矩傳感器82獲取輸入軸11的輸入軸轉矩Tsn。此外，從方向盤角度傳感器81獲取方向盤角度9h。在S210處執行轉向角度目標值計算過程。在S220處執行反作用力反饋控制計算過程。在S230處執行PWM指令值計算過程。在S240處基于在S230處計算出的PWM指令值，通過切換形成變換器75的開關元件的通斷來控制反作用力施加電機45的驅動。圖11中示出在S210處進行的反作用力目標值計算過程。在S211處讀取在S200處獲取的車速Vspd和方向盤角度θ h。在S212處基于在S211處讀取的方向盤角度eh來計算方向盤角速度d θ h。在S213處計算負載反作用力目標值Thi。負載反作用力目標值ThI是與轉向車輪7的驅動負載相關的值。方向盤角度eh 與負載反作用力目標值Thl之間的關系以圖14所示的數據映射圖形式存儲。映射圖形式中的方向盤角度θ h與負載反作用力目標值Thl之間的關系存儲為用于車速Vspd中的每一個。基于對應于車速Vspd的映射數據計算負載反作用力目標值Thl。在S214處計算摩擦反作用力目標值Th2。摩擦反作用力目標值Th2是與比如為差動減速單元30之類的機械機構的靜摩擦力相關的值。方向盤角速度d θ h和摩擦反作用力目標值Th2以圖15所示的數據映射圖形式存儲。映射圖形式中的方向盤角度θ h與摩擦反作用力目標值Th2之間的關系存儲為用于每個車速Vspd。基于對應于車速Vspd的映射數據計算摩擦反作用力目標值Th2。在S215處基于在S213處計算出的負載反作用力目標值Thl和在S214處計算出的摩擦力目標值Th2來計算反作用力目標值Th*。反作用力目標值Th*通過以下等式(5)計笪弁。Th* = Thl+Th2 …(5)基于轉向車輪的驅動負載和機械裝置的靜摩擦力確定反作用力目標值。但是，可通過進一步增加機械裝置的動摩擦力(與方向盤角速度d θ h成正比的力)和/或慣性矩力(與方向盤角速度d θ h的微分值成正比的力)確定反作用力目標值。圖12中示出在S220處進行的反作用力反饋控制計算過程。在S221處讀取在S200處獲取的輸入軸轉矩Tsn和在S215處計算出的反作用力目標值Th*。在S222處計算要提供給反作用力施加電機45的電壓指令值Vml。基于通過轉矩傳感器82獲取和在S221處讀取的輸入軸轉矩Tsn以及在S215處計算出的反作用力目標值Th *，通過P-I控制反饋控制指令值Vml。在反作用力施加電機45中，假定比例增益是KP1，積分增益是KI1，則通過以下等式(6)計算電壓指令值Vml。Vml = KPlX (Th* -Tsn) +KIlX f (Th * -Tsn) dt ... (6)圖13中示出在S230處進行的PWM指令值計算過程。在S231處讀取在S222處計算出的電壓指令值Vml。在S232處計算用于反作用力施加電機45的PWM指令值Pl。假定電池電壓是Vb，通過以下等式(7)計算PWM指令值 Pl0Pl = Vml/VbX100 ... (7)在反作用力控制回路71中，基于在S232處計算出的PWM指令值Pl，通過控制形成轉向方向控制變換器76的開關元件的通/斷正時來控制反作用力施加電機45的驅動(圖 10 中的 S240)。根據如上所述的第一實施例，轉向控制設備1由輸入軸11、輸出軸21、轉向齒輪箱裝置6、方向盤角度傳感器81、轉向方向控制裝置5和反作用力施加裝置3形成。輸入軸11 聯接到由駕駛員操作的方向盤8上。輸出軸21相對于輸入軸11可旋轉地設置。轉向齒輪箱裝置6將輸出軸21的旋轉運動轉換成線性運動并通過擺動轉向車輪7改變轉向角度 0t。方向盤角度傳感器81檢測方向盤角度eh作為輸入軸的操作量，方向盤角度9h隨著方向盤8的轉向操作而變化。方向控制裝置5包括轉向方向控制電機55，并基于方向盤角度θ h而通過驅動轉向方向控制電機55來控制轉向車輪7的轉向角度0t。反作用力施加裝置3比方向控制裝置5更靠近方向盤8設置。反作用力施加裝置3包括差動減速單元30和反作用力施加電機45。差動減速單元30將輸入軸11的旋轉傳遞至輸出軸21。反作用力施加電機45驅動形成差動減速單元30的差動減速蝸桿44。反作用力施加裝置3通過驅動反作用力施加電機45向方向盤8施加轉向反作用力。 方向盤8和轉向車輪7通常通過差動減速單元30、輸出軸21、轉向齒輪箱裝置6 等機械地聯接。通過控制方向控制裝置5的轉向方向控制電機55的驅動電氣地控制轉向車輪7的轉向角0t。因此，提供線控轉向功能。即，轉向控制設備1半線控型轉向系統，其具有線控轉向功能并機械地連接方向盤8和轉向車輪7。 由于方向盤8與轉向車輪7機械地連接，因此不需要獨立地設置故障保護裝置。該系統比完全的線控系統更簡單化。由于具有差動減速單元30的反作用力施加裝置3設置為比方向控制裝置5更靠近方向盤8側，并且施加到方向盤8側上的反作用力通過反作用力施加電機45控制，因此，施加到方向盤8上的反作用力能夠比傳統EPS裝置更加適當地得到控制。如果假定車輛為自動行駛，例如，在傳統EPS裝置中由于方向盤8與轉向車輪7 之間的機械連接將存在駕駛員的干預。但是，由于轉向控制設備1在輸入軸11與輸出軸21 之間具有由反作用力施加電機45驅動的差動減速單元30，因此消除了輸入軸11與輸出軸 21之間的關聯操作并能夠減少駕駛員的干預。差動減速單元30包括由反作用力施加電機45驅動旋轉的差動減速蝸桿44和與差動減速蝸桿44嚙合的差動減速蝸輪43。導程角設定為提供自鎖功能，由此差動減速蝸輪43通過差動減速蝸桿44的旋轉而旋轉，而差動減速蝸桿44不通過差動蝸輪43的旋轉而旋轉。因此，差動減速蝸輪43和差動減速蝸桿44形成自鎖機構。當差動減速蝸輪43和差動減速蝸桿44自鎖時，輸入軸11和輸出軸21的旋轉速度之間的比值固定。方向盤8和轉向車輪7在正常時間機械地聯接。因此，通過固定輸入軸11與輸出軸21之間的旋轉比， 能夠在不獨立地增加機械連接裝置的情況下容易地實現故障保護操作。通過適當地設定差動減速蝸輪43和差動減速蝸桿44中的導程角來設置自鎖機構。因此，不需要獨立地設置用于固定輸入軸11與輸出軸21的旋轉速度的比值的構件，并由此減少部件的數量。基于輸入軸11中產生的輸入軸轉矩Tsn控制反作用力施加電機45。因此，可基于輸入軸轉矩Tsn適當地控制反作用力。轉矩傳感器82設置為用于檢測輸入軸轉矩Tsn。 由于輸入軸轉矩Tsn被直接檢測，因此能夠高精度地控制反作用力。此外，基于由方向盤角度傳感器81獲取的方向盤角度eh控制反作用力施加電機 45。由于方向盤角度eh與轉向車輪7的轉動力相關，所以能夠通過基于方向盤角度eh 而由反作用力施加電機45控制反作用力來提高車輛的可控性。控制器ECU70獲取與車輛狀態相關的車輛狀態信息。上述信息包括與車輛行駛速度相關的車速信息、與轉向車輪7和路面之間產生的旋轉力相關的轉向車輪旋轉力信息、 以及與車輛的力矩相關的車輛力矩信息。基于車速Vspd控制反作用力施加電機45。因此， 可基于車輛狀態適當地控制施加到方向盤8側上的反作用力。基于車速Vspd控制轉向方向控制電機陽。因此，能夠基于車輛狀態適當地控制轉向車輪7的轉向角0t。在控制轉向方向控制電機55的過程中，當車速Vspd低時，增速比Z設定為較大，當車速Vspd高時， 增速比Z設定為較小。因此，能夠提高低速行駛時的方向盤8的可操作性以及高速行駛時的車輛的行駛穩定性。控制器ECU70對應于狀態信息獲取裝置。(第二實施例)
根據本發明的第二實施例的車輛控制設備的不同之處在于用于反作用力施加電機45的控制過程，因此以下將僅說明該控制過程而省略其它說明。下面將參考圖16、17等說明用于通過反作用力控制回路71進行的用于反作用力施加電機45的控制過程。在S300處從車輛CAN79獲取車速Vspd。另外，獲取提供給反作用力施加電機45 的電機電流^11。該電機電流^Ii對應于提供給反作用力施加電機45的電流值。此外，從方向盤角度傳感器81獲取方向盤角度9h。在S310處執行轉向角度目標值計算過程。該轉向角度目標值計算過程與第一實施例的轉向角度目標值計算過程相同，并執行與圖11所示相同的步驟。在S320處執行反作用力反饋控制計算過程。在S330處執行PWM指令值計算過程。該PWM指令值計算過程與第一實施例的PWM指令值計算過程相同，并執行與圖13 所示相同的步驟。在S340處基于在S330處計算出的PWM指令值，通過切換形成反作用力施加變換器72的開關元件的通斷來控制反作用力施加電機45的驅動。在此，圖17中示出在S320處進行的反作用力反饋控制過程。在S321處讀取在S215處計算出的反作用力目標值Th *和在S300處獲取的電機電流加。在S322處計算輸入軸11的輸入軸轉矩的轉矩估算值The。通過以下等式(8)計算輸入軸轉矩估算值The。The = ImXKmXn3 …(8)在此，Km是電機轉矩常數，n3是對應于輸入軸11的旋轉速度的反作用力施加電機 45的旋轉速度。Km和η3均為預定常數。在S323處計算施加到反作用力施加電機45上的電壓指令值Vml。基于在S322處計算出的輸入軸轉矩估算值Thc和在S215處計算出的反作用力目標值Th *，通過P-I控制來反饋控制電壓指令值Vml。在反作用力施加電機45中， 假定比例增益是ΚΡ1，積分增益是ΚΙ1，則通過以下等式(9)計算電壓指令值Vml。Vml = KPl X (Th * -The) +KI1 X f (Th * -The) dt . · · (9)第二實施例提供與第一實施例相同的優點。另外，基于提供給反作用力施加電機 45的電機電流加估算輸入軸轉矩，計算輸入軸轉矩估算值Thc并基于輸入軸轉矩估算值 Thc控制反作用力。因此，不需要設置在第一實施例中設置的轉矩傳感器82，能夠減少部件的數量。(其它實施例)第一和第二實施例可如下修改而作為其它實施例。可基于轉向車輪旋轉力信息控制反作用力施加電機45，例如，基于以限定轉向車輪旋轉力信息與用于方向盤8的反作用力之間的關系的數據映射圖形式存儲的數據控制反作用力施加電機45。可基于車輛力矩信息控制反作用力施加電機45，例如基于以限定車輛力矩信息與用于方向盤8的反作用力之間的關系的數據映射圖形式存儲的數據控制反作用力施加電機45。因此，通過控制反作用力施加電機45來控制反作用力，能夠向駕駛員反饋比如車轍、側風等負載信息。可基于轉向車輪旋轉力信息控制轉向方向控制電機55。可基于車輛力矩信息控制轉向方向控制電機55。可由通過輪速傳感器檢測到的輪速計算從車輛CAN79獲取的車速Vspd。根據第一和第二實施例，導程角設定為提供自鎖功能，由此差動減速蝸輪43通過差動減速蝸桿44的旋轉而旋轉，而差動減速蝸桿44不通過差動蝸輪43的旋轉而旋轉。因此，差動減速蝸輪43和差動減速蝸桿44形成自鎖機構。但是，僅需要差動減速單元30是差動單元，該差動單元能夠通過驅動蝸輪并自鎖蝸輪改變輸入軸11與輸出軸21之間的旋轉比。例如，可使用比如為行星齒輪型單元之類的任意其它單元。用于固定輸入軸11與輸出軸21之間的旋轉比的固定部件不局限于自鎖機構。能夠采用固定輸入軸與輸出軸21之間的旋轉比的比如為鎖銷之類的單獨的構件。根據第一和第二實施例，反作用力施加裝置3和轉向方向控制裝置5集成在單個模塊單元中。但是，反作用力施加裝置3和轉向方向控制裝置5不需要集成到模塊中，只要反作用力施加裝置3比轉向方向控制裝置5更靠近方向盤8側就可獨立地設置反作用力施加裝置3和轉向方向控制裝置5。例如，轉向方向控制裝置5可設置在轉向齒條63上。在第一和第二實施例中，轉向齒輪箱裝置6比如圖2所示連接轉向車輪7的旋轉中心的線L更靠車輛的后側地設置。轉向控制設備1可如圖18所示地配置。與第一和第二實施例相同或相似的部件由相同的參考數字標出。如圖18所示，在轉向控制設備1中， 轉向齒輪箱裝置6可比連接轉向車輪7的旋轉中心的線L更靠車輛前側地設置。即，轉向小齒輪61與線L之間的距離A設定為比轉向齒條63與線L之間的距離B長。在圖18所示的構造中，由于設置在輸入軸11與輸出軸21之間的差動齒輪31的操作，輸出軸21和輸入軸11沿相反的方向旋轉。當從小齒輪軸62側看時，在方向盤8沿向左方向轉向時，轉向小齒輪61沿順時針方向旋轉。轉向齒條63沿向左方向運動并且轉向車輪7的轉向角度變化，使得車輛沿向左方向行駛。當從小齒輪軸62側看時，在方向盤8 沿向右方向轉向時，轉向小齒輪61沿逆時針方向旋轉。轉向齒條63沿向右方向運動并且轉向車輪7的轉向角度變化，使得車輛沿向右方向行駛。由于線L與轉向小齒輪61之間的距離A設定為比線L與轉向齒條63之間的距離 B長，即A > B，因此沿與輸出軸21、軸M和轉向小齒輪61的旋轉方向相反的方向轉動轉向車輪7。因此，方向盤8的旋轉方向與轉向車輪7的轉向角度的方向匹配。如上所述的本發明不局限于公開的實施例，而可實施為其它不同的實施例。
權利要求
1.一種車輛轉向控制設備，包括輸入軸(11)，所述輸入軸(11)聯接至能夠由駕駛員操作的轉向構件(8)； 輸出軸(21)，所述輸出軸相對于所述輸入軸可旋轉地設置； 轉向齒輪箱裝置(6)，所述轉向齒輪箱裝置(6)用于將所述輸出軸的旋轉運動轉換成線性運動并改變轉向車輪(7)的轉向角度；操作量檢測部件(81)，所述操作量檢測部件(81)用于檢測所述輸入軸的操作量，所述操作量隨著所述轉向構件的轉向操作而變化；轉向方向控制裝置(5)，所述轉向方向控制裝置( 包括第一電機(55)，并配置成基于由所述操作量檢測部件檢測到的所述輸入軸的所述操作量、通過驅動所述第一電機來控制所述轉向車輪的所述轉向角度；以及轉向反作用力施加裝置(3)，所述轉向反作用力施加裝置(3)比所述轉向方向控制裝置更靠近所述轉向構件設置，并包括差動減速單元(30)和第二電機(45)，所述差動減速單元(30)聯接所述輸入軸和所述輸出軸以將所述輸入軸的旋轉傳遞到所述輸出軸，所述第二電機0 驅動所述差動減速單元，其中，所述反作用力施加裝置(3)配置成通過所述第二電機的操作向所述轉向構件施加轉向反作用力。
2.根據權利要求1所述的車輛轉向控制設備，其中所述反作用力施加裝置C3)包括固定部件，所述固定部件固定所述輸入軸與所述輸出軸之間的旋轉比。
3.根據權利要求2所述的車輛轉向控制設備，其中所述差動減速單元(30)包括由所述第二電機驅動旋轉的第一齒輪G4)和嚙合所述第一齒輪的第二齒輪G3)；并且所述固定部件是自鎖機構，所述自鎖機構具有導程角，用于固定所述輸入軸與所述輸出軸之間的旋轉比，由此使得所述第二齒輪能夠通過所述第一齒輪的旋轉而旋轉并使得所述第一齒輪不能通過所述第二齒輪的旋轉而旋轉。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的車輛轉向控制設備，其中 所述第二電機0 基于所述輸入軸的輸入軸轉矩被控制。
5.根據權利要求4所述的車輛轉向控制設備，還包括 用于檢測所述輸入軸轉矩的轉矩傳感器(82)。
6.根據權利要求4所述的車輛轉向控制設備，其中 所述輸入軸轉矩基于提供給所述第二電機的電流的量被估算。
7.根據權利要求1至3中任一項所述的車輛轉向控制設備，其中 所述第二電機G5)基于所述輸入軸的操作量被控制。
8.根據權利要求1至3中任一項所述的車輛轉向控制設備，還包括 用于獲取關于車輛狀態的狀態信息的狀態信息獲取部件。
9.根據權利要求8所述的車輛轉向控制設備，其中所述第二電機G5)基于由所述狀態信息獲取部件獲取的所述狀態信息被控制。
10.根據權利要求8所述的車輛轉向控制設備，其中所述第一電機(55)基于由所述狀態信息獲取部件獲取的所述狀態信息被控制。
11.根據權利要求8所述的車輛轉向控制設備，其中 所述狀態信息包括與車輛的行駛速度相關的行駛速度信息。
12.根據權利要求8所述的車輛轉向控制設備，其中所述狀態信息包括與所述轉向車輪和路面之間產生的旋轉力相關的轉向車輪旋轉力 fn息ο
13.根據權利要求8所述的車輛轉向控制設備，其中 所述狀態信息包括與車輛的力矩相關的車輛力矩信息。
全文摘要
一種車輛轉向控制設備(1)，具有轉向方向控制裝置(5)和反作用力施加裝置(3)。轉向方向控制裝置(5)基于方向盤角度(θh)通過控制轉向方向控制電機(55)來控制轉向車輪(7)的轉向角(θt)。反作用力施加單元(3)比轉向方向控制裝置(5)更靠近方向盤(8)設置，并具有差動減速單元(30)和反作用力施加電機(45)。差動減速單元(30)將輸入軸(11)的旋轉傳遞至輸出軸(21)。反作用力施加電機(45)驅動差動減速單元(30)。方向盤(8)和轉向車輪(7)通常機械地連接，因此不需要故障保護裝置。
文檔編號B62D5/04GK102452415SQ201110350988
公開日2012年5月16日 申請日期2011年11月4日 優先權日2010年11月4日
發明者中村功一, 向井靖彥, 堀政史 申請人:株式會社日本自動車部品綜合研究所, 株式會社電裝