专利名称：车辆转向控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种车辆转向控制装置。更特别地，本发明涉及一种车辆转向控制装置，该装置控制一个自动转向单元，用于相对于一个转向输入单元而自动地使转向车轮转向，另外还控制一个转向辅助力产生单元，用于根据车辆的工作状态而产生一个转向辅助力，所述的车辆具有自动转向单元和转向辅助力产生单元。
背景技术：
作为一种汽车的车辆转向控制装置，如日本专利申请公报No.5-77751所公开的，有一种这样的转向控制装置，该装置进行主动转向控制，用于自动地使转向车轮转向，另外进行转向辅助力控制，用于平衡通过主动转向控制而产生的转向车轮自动转向的反作用力。日本专利申请公报No.2000-229579公开了一种用于减少主动转向系统中产生的转向反作用力的控制。
根据上述相关技术中的转向控制装置，由于通过主动转向控制而产生的转向车轮自动转向的反作用力被平衡，主动转向控制所产生的转向反作用力的波动就会被衰减，从而改善了转向感觉。但是，在进行基于主动转向控制的自动转向时，若通过自动转向而转动的转向车轮的实际转动方向发生逆转，位于主动转向机构输出侧的转向系统的摩擦力作用方向也发生逆转，从而使转向反作用力突然变化。因此，从这方面来说，在转向过程中有产生不愉快感觉的问题。
此外，总所周知，需要计算一个包含转向系统的惯性项、阻尼项、弹簧项和摩擦项的前馈控制量，作为一个平衡转向反作用力的控制量，另外基于该前馈控制量和基于转向力矩的反馈控制量的总和，通过控制动力转向单元而进行转向辅助力控制。但是，由于转向系统中的摩擦力大小和产生时间不能够精确地计算得到，即使包含摩擦项的前馈控制量也不能防止由于在转向系统中摩擦力的作用方向发生逆转而使转向反作用力突然变化。
发明内容
本发明提供一种车辆转向控制装置，该装置能够通过减少转向系统中摩擦力作用方向的逆转对转向反作用力的影响，而进一步改善转向感觉。
作为本发明的一个方面，提供了一种具有以下结构的车辆转向控制装置。该车辆转向控制装置包含一个转向输入单元，该单元由驾驶员操作，一个自动转向单元，该单元相对于转向输入单元而自动地使转向车轮转向，还有一个转向辅助力产生单元，该单元用于产生一个转向辅助力。若在自动转向中转向方向发生逆转，由自动转向单元和转向辅助力产生单元的至少一个所进行的转向控制就会被改变，以衰减驾驶员必需的操纵力的波动，这种波动是由于转向车轮的实际转向方向发生逆转而引起的。
另外也提供了根据本发明另一方面的一种车辆转向控制装置。该车辆转向控制装置包含一个由驾驶员操纵的转向输入单元，一个相对于转向输入单元而自动地使转向车轮转向的自动转向单元，一个产生转向辅助力的转向辅助力产生单元，以及一个控制器，该控制器在自动转向中转向方向发生逆转时，改变由自动转向单元和转向辅助力产生单元的至少一个所进行的转向控制，以衰减驾驶员必需的操纵力的波动，这种波动是由于转向车轮的实际转向方向发生逆转而引起的。
根据上述的车辆转向控制装置，若在自动转向中转向的转向车轮的实际转动方向发生逆转，由自动转向单元和转向辅助力产生单元中的至少一个所进行的转向控制就会被改变，以衰减驾驶员必需的操纵力的波动，这种波动是由于转向车轮的实际转向方向发生逆转而引起的。因此，驾驶员所必需的操纵力的波动——这种波动是由于转向车轮的转动方向发生逆转而产生的——就会得到衰减，从而使驾驶员感觉到的转向力矩的波动也得到衰减。因此，转向感觉得到改善。
相比于在自动转向中转向车轮的实际转动方向没有发生逆转的情况，若所述的转动方向发生逆转，由转向辅助力产生单元所产生的转向辅助力会增大。
根据上述的结构，若在自动转向中转向车轮的实际转动方向发生逆转，相比于转动方向没有发生逆转的情况，转向辅助力产生单元所产生的转向辅助力会增大。因此，由于转向辅助力的增大，相对于自动转向单元而位于转向车轮一侧上的转向系统的摩擦力所产生的转向反力的增大就会被减小，从而使得在自动转向中转向车轮的实际转动方向发生逆转时转向反作用力可以可靠地被抑制。
在这种情况下，适当的情况是估计一个转动方向发生逆转的逆转时间区，由转向辅助力产生单元产生的转向辅助力可以在该逆转时间区中增大。
此外，在这种情况下，该逆转时间区可以被估计为一个包含转动方向实际发生逆转的时期的时间区。
此外在这种情况下，当转向输入单元的操纵速度和转向车轮通过自动转向而转动的转动速度大小相等、正负相反(假定向左或向右为正)时，该时刻可以被估计为转动方向实际发生逆转的时刻。
此外，通过检测转向力矩和计算目标转向辅助力，从而目标转向辅助力与转向力矩之间的比率在逆转时间区中要大于正常状态中的比值，由转向辅助力产生单元产生的转向辅助力可以增大。
此外，适当的做法是估计出车辆的行驶状态，若车辆的行驶状态不稳定，计算出通过转动转向车轮而稳定车辆行驶状态的目标自动转向量，至少要根据该目标自动转向量而控制自动转向单元，预测目标自动转向量的变化，并根据该目标自动转向量的预测变化以及实际变化而估计一个逆转时间区。
此外，在上述的车辆转向控制装置中，若转向车轮通过自动转向而转动的实际转动方向发生逆转，适当的做法是使由自动转向单元转动的转向车轮的自动转向量减小，从而防止实际转动方向发生逆转。
根据上述的结构，若转向车轮通过自动转向而转动的实际转动方向发生逆转，由自动转向单元转动的转向车轮的自动转向量就会减小，从而防止转向车轮的转动方向发生逆转。因此，可以可靠地防止了转向反作用力的突然变化，转向反作用力的这种突然变化是由于相对于自动转向单元而位于转向车轮一侧上的转向系统的摩擦力作用方向发生逆转、以及由于由自动转向所转动的转向车轮的实际转动方向发生逆转而引起的。
在这种情况下，若车辆行驶状态的不稳定程度较高，相比于车辆行驶状态的不稳定程度较低的情况，适当的做法是使自动转向单元如此自动地转动转向车轮稳定车辆的行驶状态，并减小由自动转向单元转动的转向车轮的自动转向量。
根据上述的结构，若车辆行驶状态的不稳定程度较高，相比于车辆行驶状态的不稳定程度较低的情况，自动转向单元就会如此自动地转动转向车轮稳定车辆的行驶状态，并减小由自动转向单元转动的转向车轮的自动转向量。因此，由自动转向单元转动的转向车轮的自动转向量的减小就会防止车辆行驶状态的稳定性受到严重的干扰。这样，相对于自动转向量没有减小的情况，这种情况可以更可靠地稳定车辆的行驶状态。
此外在这种情况下，若车辆行驶状态的不稳定性较高，自动转向单元转动的转向车轮的自动转向量也可以不减小。
此外，在上述的车辆转向控制装置中，适当的做法是估计出车辆的行驶状态，若车辆行驶状态的不稳定性较高，计算出通过转动转向车轮而稳定车辆行驶状态的目标自动转向量，至少要根据该目标自动转向量而控制自动转向单元，根据转向操作量的变化率的符号与转向操作量的变化率与目标自动转向量的变化率的总和的符号之间的关系而判定通过自动转向而转动的转向车轮的实际转动方向发生逆转的情况。
此外，通过估计出车辆的行驶状态，若车辆行驶状态的不稳定性较高，计算出通过转动转向车轮而稳定车辆行驶状态的目标自动转向量，根据该目标自动转向量而计算出目标自动转向量的变化率，至少根据该目标自动转向量的变化率而控制自动转向单元，并减小目标自动转向量的变化率，由此可以使由上述自动转向单元转动的转向车轮的自动转向量减小。
在这种情况下，该目标自动转向量的变化率可以减小到一个不允许转向车轮转向的值。
此外，在上述的车辆转向控制装置中，适当的做法是检测转向力矩，根据该转向力矩而计算出一个目标转向辅助力，并至少根据该目标转向辅助力而控制转向辅助力产生单元。
此外，在上述的车辆转向控制装置中，适当的做法是估计车辆的行驶状态，若车辆的行驶状态不稳定则计算出可以通过转动转向车轮而稳定车辆行驶状态的目标自动转向量，并至少根据该目标自动转向量而控制自动转向单元。
通过阅读下述本发明典型实施例的详细说明而将会更好地理解本发明上述的目的、特点、优点，技术和工业意义，其中这些详细说明和附图结合，其中图1是根据本发明第一个实施例的一种车辆转向控制装置的原理框图，该车辆转向控制装置被应用于一台半自动转向控制的车辆上，该车辆具有一个自动转向单元和一个电子动力转向单元；图2是一张目标自动转向量计算控制程序的流程图，该控制程序由第一个实施例中的转向控制单元执行；图3是一张显示横摆角速度差Δγ和目标相对转角θrt之间的关系的图表；图4是一张辅助转向力矩控制程序的流程图，该控制程序由第一个实施例的电子动力转向控制单元执行；图5是一张逆转时间区判定程序的流程图，该判定程序在图4中的步骤120中执行，用于判定转向系统中的摩擦力的作用方向发生逆转的时间区；图6A至6C的图表每张对应一个车速范围，显示了转向力矩Ts和辅助转向力矩Tab在正常状态控制图(实线)和逆转状态控制图(虚线)中的关系；图7是辅助转向力矩控制程序的流程图，该控制程序由本发明的第二个实施例的电子动力转向控制单元执行；图8是一张显示车速V、转向力矩Ts以及辅助转向力矩Tab在正常状态控制图中的关系的图表；图9是一张显示车速V、转向力矩Ts以及辅助转向力矩Tab在逆转状态控制图中的关系的图表；图10的图表显示了符号变化转向角速度-θsd、实际相对角速度θrd以及预测相对角速度θrad的变化例子，同时也显示了标志符Fa和Fb的变化；
图11是一张目标自动转向量计算控制程序的流程图，该程序由根据本发明第三个实施例的一种车辆转向控制装置的转向控制单元所执行；以及图12是一张目标自动转向量计算控制程序的流程图，该程序由根据本发明第四个实施例的一种车辆转向控制装置的转向控制单元所执行。
具体实施例方式
在下面的说明中，将结合典型实施例而对本发明进行详细的说明。
图1是根据本发明的一种车辆转向控制装置的原理框图，该车辆转向控制装置被应用于一台半自动转向控制的车辆上，该车辆具有一个自动转向单元和一个电子动力转向单元。
在图1中，标号10FL和10FR分别表示车辆12的左前轮和右前轮，而标号10RL和10RR分别表示车辆12的左后轮和右后轮。左前轮和右前轮10FL和10FR为转向车轮，由一个齿轮齿条式的电子动力转向单元16通过一个齿条18和转向拉杆20L和20R所转动。该电子动力转向单元响应于驾驶员对方向盘14的操纵而被驱动。
在图中所示的实施例中，该电子动力转向单元16具有一个电机22和一个转换机构24。该转换机构24被设计为滚珠丝杠式，将电机22的转动力矩转换为齿条18的往复力。该电子动力转向单元16产生一个辅助转向力，用于驱动齿条18相对于外壳26而运动，从而作用为一个辅助转向力产生单元，以减轻驾驶员转向所需的努力。在这应当注意的是该辅助转向力产生单元可以采用当前技术领域中任何已知的结构。
方向盘14可驱动地通过作为第一转向轴的一个上转向轴28A、一个转动角变化单元30、作为第二转向轴的一个下转向轴28B以及一个万向节32而连接到电子动力转向单元16的一个齿轮轴34上。在图中所示的实施例中，该转动角变化单元30包含一个电机36，用于辅助转动和驱动。电机36在外壳36A的一侧上与上转向轴28A的下端连接，而在转子36B的一侧上与下转向轴28B的上端连接。
通过这种方式，该转动角变化单元30可转动地驱动第二转向轴相对于第一转向轴而运动，从而作用为一个自动转向单元，以相对于方向盘14而辅助地转动和驱动作为转向轮的左前轮和右前轮10FL和10FR。
特别地，在正常状态下，一个保持电流流经电机36，以防止外壳36A和转子36B相对转动，从而使转动角变化单元30将下转向轴28B相对于上转向轴28A的角度(下文中将简称为“相对转角”)保持为0。另一方面，在自动转向状态下，电机36主动地使下转向轴28B相对于上转向轴28A而转动，从而不依赖驾驶员的转向操作而自动地使左前轮和右前轮10FL和10FR转向。
上转向轴28A上有一个转向角传感器40和一个力矩传感器42。转向角传感器40检测上转向轴的转动角，作为转向角θs。力矩传感器42检测转向力矩Ts。下转向轴28B上有一个转向角传感器44，用于检测下转向轴28B的转动角，作为左前轮和右前轮的实际转向角θa。从传感器40、42和44的输出被输入到一个转向控制单元46中。由车速传感器48检测的指示车速V的信号以及由横摆角速度传感器50检测的指示车辆横摆角速度γ的信号也被输入到该转向控制单元46中。
指示转向角θa的一个信号和指示车速V的一个信号也从转向控制单元46中输入到一个可变转动角控制单元52中，用于控制转动角变化单元30。一个指示转向力矩Ts的信号和指示车速V的信号也从该转向控制单元46中输入到一个电子动力转向(电子PS)控制单元54中，用于控制电子动力转向单元16。由转向角传感器44检测的指示转向角θa的信号被用于在自动转向完成后使左前轮和右前轮10FL和10FR的直行位置与方向盘14的中性位置一致。
如后面将要说明的，转向控制单元46计算车辆的一个目标横摆角速度γt，并计算下转向轴28B相对于上转向轴28A的一个目标相对转角θr，作为转动角变化单元30的一个目标自动转向量，即，用于减小目标横摆角速度γt和由横摆角速度传感器50检测到的车辆横摆角速度γ之间的差Δγ。然后，该转向控制单元46输出一个指示目标相对转角θr的指令信号到可变转动角控制单元52中。
转向控制单元46根据该目标相对转角θr而计算一个修正的转向力矩Te，用于平衡通过由转动角变化单元30的操作而进行的自动转向而传递到转向轮14的反作用力矩。然后，该转向控制单元46输出一个指示该修正转向力矩Te的指令信号到电子动力转向控制单元54中。
当驾驶员进行正常的转向操作时，可变转动角控制单元52使转动角变化单元30的相对转角保持为O。若指示目标相对转角θr的信号从转向控制单元46中被输入到该可变转动角控制单元52中，该可变转动角控制单元52就根据该目标相对转角θr而控制转动角变化单元30的电机36，使得下转向轴28B相对于上转向轴28A而转动目标相对转角θr。左前轮和右前轮10FL和10FR从而自动地转向，而车辆的横摆角速度差Δγ减小。这样，正在转弯中的车辆的行驶稳定性得到了改善。
电子动力转向控制单元54根据转向力矩Ts和车速V而计算出一个辅助转向力矩Tab，以减轻驾驶员为转向所做的努力。该电子动力转向控制单元54计算该辅助转向力矩Tab和从转向控制单元46输入的经过修正的转向力矩Te的总和，作为目标辅助转向力矩Ta。另外，该电子动力转向控制单元54根据该目标辅助转向力矩Ta而控制电子动力转向单元16的电机22。该电子动力转向控制单元54从而辅助了驾驶员的转向操作，并平衡了在自动转向中由转动角变化单元30的操作而产生的反作用力矩。
特别地，如后面将要说明的，转向控制单元46估计出通过自动转向而转动的前轮的转动方向发生逆转的时间区域，并相比于正常状态下的辅助转向力矩，在该逆转时间区域中增大由电子动力转向单元16所产生的辅助转向力矩。该转向控制单元46从而在通过自动转向而转动的前轮的转动方向发生逆转时减小了转向力矩的变化量，防止了转向力矩的突然变化，并改善了转向感觉。
虽然在图1中没有详细描述，但转向控制单元46、可变转动角控制单元52以及电子动力转向控制单元54每一个都具有一个CPU、一个ROM、一个RAM以及一个输入/输出单元。转向控制单元46、可变转动角控制单元52以及电子动力转向控制单元54每一个都由一个驱动电路和一个微型计算机所组成，其中在该微型计算机中，CPU、ROM、RAM和输入/输出单元都通过双向总线而相互连接。转向角传感器40和44、力矩传感器42以及横摆角速度传感器50都基于车辆向左转的转向量为正的假设而分别检测转向角θs和θa、转向力矩Ts以及横摆角速度γ。
下面，将结合如图2所示的流程图而详细说明由转向控制单元46执行的目标自动转向量计算控制程序。基于如图2所示的流程图的该控制通过关闭点火开关(图中没有示意)而开始，并以预定的时间间隔而重复执行。
首先在步骤10，一个指示转向角θs之类的信号被读入。然后在步骤20，(i)在该转向角θs的基础上计算出前轮的实际转向角δ，(ii)根据如下公式(1)而计算出车辆的一个目标横摆角速度γt，以及(iii)计算出目标横摆角速度γt和检测的横摆角速度γ之间的差值Δγ(＝γt-γ)。在公式(1)中，H和Kh分别代表车辆的轮距和稳定性因子。
γt＝V×δ/{(1+Kh×V2)×H}…(1)在步骤30，在横摆角速度差Δγ的基础上，通过对应于如图3图表所示的图而计算出转动角变化单元30的一个目标自动转向量，即，下转向轴28B相对于上转向轴28A的目标相对转角θrt。
在步骤40，根据下面的公式(2)而计算出一个修正的转向力矩Te，作为用于平衡由转动角变化单元30通过自动转向而产生的反作用力矩的前馈控制量。
Te＝Iθrtdd+Cθrtd+Kθrt…(2)在这应当注意的是I表示从转动角变化单元30到车轮的转向系统的转动惯量，C表示从转动角变化单元30到车轮的转向系统的阻尼系数，K表示从转动角变化单元30到车轮的转向系统的弹性模量，而θrtd和θrtdd分别表示目标相对转动角θrt的一次微分和二次微分。
在步骤50，一个指示目标相对转角θrt的指令信号被传递到可变转动角控制单元52中。在步骤60，一个指示修正的转向力矩Te的指令信号被传递给电子动力转向控制单元54。
虽然在图中没有显示，可变转角控制单元52一旦从转向控制单元46中接收到指示目标相对转角θrt的指令信号，就会通过控制电机36而使下转向轴28B相对上转向轴28A转动目标相对转角θrt。这样，左前轮和右前轮10FL和10FR就会自动转向。
下面，将结合如图4所示的流程图而对第一个实施例中电子动力转向控制单元54所执行的一个辅助转向力控制程序进行说明。基于如图4所示的流程图的该控制同样也是通过关闭点火开关(图中没有显示)而开始，并以预定的时间间隔而重复执行。
首先在步骤110，一个指示由转矩传感器42检测的转向力矩Ts的信号被读入。然后，在步骤120中，程序根据在下文将详细说明的如图5所示的流程图而判断是否已经进入到转向系统的摩擦力作用方向发生逆转的逆转时间区域中。若在步骤120的判断结果为负，程序就会转到步骤150。另一方面，若在步骤120的判断结果为正，程序就会转到步骤160。
在步骤150，根据车速V，一个对应于如图6A至6C中的实线所示的一个图表的正常状态控制图被选中。在步骤160，根据转向力矩Ts和车速V，一个对应于如图6A至6C中的虚线所示的一个图表的逆转状态控制图被设定并被选中。
在这种情况下，与逆转状态控制图类似，对应于由如图6A至6C中实线所示的一个图表的正常状态控制图首先根据车速V而被选中。若此时假设转向力矩Ts等于Tsi，逆转状态控制图就会被设定成经过转向力矩Ts等于Tsi且辅助转向力矩Tab等于Tabi的那点，而关于转向力矩Ts的辅助转向力矩Tab的斜率大于正常状态控制图中对应的斜率。
在步骤170，根据转向力矩Ts，从在步骤150或160中选中的图，计算出一个辅助转向力矩Tab，作为减轻驾驶员转向努力的一个反馈控制量。从图6A至6C中可以看出，不管正常状态控制图还是逆转状态控制图被选中，辅助转向力矩Tab都会被计算成其随着转向力矩Ts增大而增大，而在假定转向力矩Ts恒定时，其随着车速的增大而减小。
在步骤180，一个从转向控制单元46中输入、指示修正的转向力矩Te的信号被读入。在步骤190，计算出电子动力转向单元16的一个目标辅助转向力矩Ta，作为辅助转向力矩Tab和修正转向力矩Te的总和。在步骤200，根据该目标辅助转向力矩Ta，计算出电子动力转向单元16的一个目标驱动电流，用于驱动电机22，根据该目标驱动电流而控制电机22。
下面将结合如图5所示的流程图而对一个判定转向系统摩擦力作用方向发生逆转的时间区域的程序，即，在上述步骤120中执行的程序而进行说明。
若假定θr(＝θa-θs)代表转动角变化单元30的实际相对角度，可建立如下所示的公式(3)。若假设θsd、θad和θrd分别代表转向角速度、实际转向角速度和实际相对角速度，可建立如下所示的公式(4)。当前轮通过转动角变化单元30进行的自动转向而发生转动方向逆转时，实际转向角速度为零。可以从下面的公式(4)中确定出前轮通过自动转向而转动方向发生逆转的时间，作为如下所示公式(5)建立的一个时间，即，转向角速度θsd和实际相对角速度θrd大小相等且符号相反的时间。这个判定与转向的方向即转向角速度θsd的符号无关。
θs+θr＝θa…(3)θsd+θrd＝θad…(4)θsd＝-θrd…(5)在步骤122，首先计算出一个转向角速度θsd，例如，作为临时对转向角θs进行微分而获得的一个值，然后计算出实际相对角速度θrd，作为临时对转动角变化单元30的实际相对转角θr进行微分而获得的一个值。
在步骤124，根据如下所示的公式(6)而计算出转动角变化单元30的一个预定的相对角速度θrad。在公式(6)中，θrdd代表通过对转动角变化单元30的实际相对角度θr进行两次微分而获得的一个值，而Tm代表转向系统的摩擦力作用方向发生逆转之前和之后的一个目标浮动时间。
θrad＝θrd+θrdd×Tm…(6)在步骤126中，程序判断转向角速度θsd和实际相对角速度θrd的乘积是否为负，即，转向角速度θsd和实际相对角速度θrd的符号是否相反。若在步骤126中的判断结果为负，程序就会立即转到步骤132。另一方面，若在步骤126中的判断结果为正，程序就会转到步骤128。
在步骤128中，程序判断转向角速度θsd的绝对值是否小于实际相对角速度θrd的绝对值。若在步骤128的判断结果为正，在步骤130中标志符Fa就被设定为1。若在步骤128中的判断结果为负，在步骤132中标志符Fa就被重设为0。
在步骤134中，程序判断转向角速度θsd和预测的相对角速度θrad的乘积是否为负，即，转向角速度θsd和预测的相对角速度θrad的符号是否相反。若在步骤134中的判断结果为负，程序就会立即转到步骤140。另一方面，若在步骤134中的判断结果为正，程序就会转到步骤136。
在步骤136中，程序判断转向角速度θsd的绝对值是否小于预测相对角速度θrad的绝对值。若在步骤136的判断结果为正，在步骤138中标志符Fb就被设定为1。另一方面，若在步骤136中的判断结果为负，在步骤140中标志符Fb就被重设为0。
在步骤142中，程序判断标志符Fa和Fb是否一致。若在步骤142中的判断结果为负，程序就会判定已经进入到转向系统摩擦力作用方向发生逆转的时间区域中，然后程序和转到步骤160。另一方面，若步骤142中的判断结果为正，程序就会转到步骤144。
在步骤144中，程序判断标志符Fa和Fb从不一致转变到一致的期间是否经过了该目标浮动时间Tm。若在步骤144中的判断结果为正，程序就会判定还没有进入到转向系统摩擦力作用方向发生逆转的时间区域中，然后程序转到步骤150。另一方面，若步骤144中的判断结果为负，程序就会判定已经进入到转向系统摩擦力作用方向发生逆转的时间区域中，然后程序转到步骤160。
因此，根据图中所示的实施例，在步骤20和30中计算出转动角变化单元30的一个目标自动转向量，即，下转向轴28B相对于上转向轴28A的一个目标相对转角θrt，作为令左前轮和右前轮自动转向而使车辆的横摆角速度γ等于目标横摆角速度γt并允许车辆稳定转向的一个目标控制量。这样，在步骤40中，就可以计算出一个修正的转向力矩Te，用于平衡通过自动转向由转动角变化单元30产生的反作用力矩。
然后在步骤120至170，计算出一个辅助转向力矩Tab，作为用于减轻驾驶员转向努力的一个反馈控制量。在步骤180和190，计算出电子动力转向单元16的一个目标辅助转向力矩Ta，作为辅助转向力矩Tab和修正转向力矩Te的总和。在步骤200，根据该目标辅助转向力矩Ta而对电子动力转向单元16的电机22进行控制。
在这种情况下，若在步骤120中判断出还没有进入到转向系统摩擦力作用方向发生逆转的时间区域中，在步骤150和170就会从正常状态控制图中计算出一个辅助转向力矩Tab。另一方面，若在步骤120中判断出已经进入到转向系统摩擦力作用方向发生逆转的时间区域中，在步骤160就会设定逆转状态控制图，并从该图中计算出一个辅助转向力矩Tab。这样，相比于正常状态的情况，辅助转向力矩Tab与转向力矩Ts之间的比值就会增大，而目标辅助转向力矩Ta也就增大。因此，不管驾驶员向哪个方向对车辆实施转向，在转向系统摩擦力作用方向发生逆转的时候，驾驶员实施转向所需的力就会减小，从而改善转向感觉。
根据图中所示的实施例，与逆转状态控制图类似，对应于由如图6A至6C中实线所示的图表的正常状态控制图首先根据车速V而被选中。若此时假设转向力矩Ts等于Tsi，逆转状态控制图就会被设定成经过转向力矩Ts等于Tsi且辅助转向力矩Tab等于Tabi的那点，而关于转向力矩Ts的辅助转向力矩Tab的斜率大于正常状态控制图中对应的斜率。这样，由于图的变换，辅助转向力矩Tab就可以被防止突然发生变化。因此，与下面将要说明的本发明的第二个实施例的情况相比，在本实施例中能够更理想地改善转向感觉。
图7是由根据本发明第二个实施例的车辆转向控制装置中的电子动力转向控制单元所执行的辅助转向力矩控制程序的流程图。参照图7，要注意的是，那些与如图4所示的相同的步骤用相同的数字表示。
在第二个实施例中，若在步骤120中判断出还没有进入到转向系统摩擦力作用方向发生逆转的时间区域中，在步骤S150中就会根据车速V而从对应图8所示的图表的多个正常状态控制图中选出一个用于计算辅助转向力矩Tab的图。若在步骤120中判断出已经进入到转向系统摩擦力作用方向发生逆转的时间区域中，在步骤160中就会根据车速V而从对应图9所示的图表的多个正常状态控制图中选出一个用于计算辅助转向力矩Tab的图。
在第二个实施例中辅助转向力矩控制程序的其他步骤，即，步骤120和170至200，以及由转向控制单元执行的目标自动转向量计算控制程序的步骤(图2)，都完全与在上述的第一个实施例中的情况那样以相同的方式实现。
因此，根据图中所示的第二个实施例，若在转向力矩Ts为恒定时进入到转向系统摩擦力作用方向发生逆转的逆转时间区域中，辅助转向力矩Tab就会被计算成一个比在正常状态下的力矩更大的值，而目标辅助转向力矩Ta也随之增大。因此，与上述第一个实施例的情况类似，不管驾驶员向哪个方向令车辆转向，在转向系统摩擦力作用方向发生逆转的时候，驾驶员所需的转向力的变化量可以减小，因而能够改善转向感觉。
特别地，根据图中所示的第二个实施例，在步骤160中预设的逆转状态控制图中的一个根据车速V而被选中。在这种情况下，由于此时逆转状态控制图不是根据转向力矩Ts设定的，因此，与上述第一个实施例的情况相比，在这可以更加容易地计算出一个用于逆转状态控制的辅助转向力矩Tab。
根据图中所示的第一和第二个实施例，转向系统摩擦力作用方向发生逆转的时间区域被设定在自动转向方向实际逆转的时间周围，而辅助转向力矩Ta在整个逆转时间区域中都增大。因此，对比于下面的这种情况——其中判定出自动转向的方向已经发生逆转，而从判定出逆转的时刻开始目标辅助转向力矩Ta已经增大了一段预定的时间——在这，转向系统摩擦力作用方向发生逆转时驾驶员所需的转向力的变化量可以更可靠地得到减小，没有响应延迟。
特别地，根据图中所示的第一和第二个实施例，在图5所示的流程图中的步骤124中计算出转动角变化单元30的一个预测的相对角速度θrad。在步骤126至132，根据转向角速度θsd和转动角变化单元30的实际相对角速度θrd而判断出自动转向的方向发生逆转。在步骤134至140，根据转向角速度θsd和转动角变化单元30的预测相对角速度θrad，比实际逆转提前了目标浮动时间Tm而预先判断出自动转向方向发生逆转的情况。
在步骤142和144，在预测地判定自动转向方向的逆转的时刻与判定从自动转向方向实际逆转后经过了目标浮动时间Tm的时刻之间的这个时间区域被设定成转向系统摩擦力作用方向发生逆转的逆转时间区域。然后，做出步骤120中的判定。
例如，图10的图表显示了转向角速度-θsd、实际相对角速度θrd和预测相对角速度θrad的符号变化例子，以及标志符Fa和Fb的变化例子。如图10所示，预测相对角速度θrad在相位上比实际相对角速度θrd提前一个目标浮动时间Tm。
在图10中假设了在时刻t1时预测相对角速度θrad变得比改变符号的转向角速度-θsd大，而在时刻t2时实际相对角速度θrd变得比改变符号的转向角速度-θsd大，而在时刻t4时预测相对角速度θrad变得比改变符号的转向角速度-θsd小，在时刻t5时实际相对角速度θrd变得比改变符号的转向角速度-θsd小。
在这种情况下，实际变化标志符Fa和预测变化标志符Fb一直指示为0，直到时刻t1。但是，预测变化标志符Fb在时刻t1时变为1，实际变化标志符Fa在时刻t2变为1。此外，预测变化标志符Fb在时刻t4时变为0，实际变化标志符Fa在时刻t5变为0。
在时刻t1到时刻t2的区域中，实际变化标志符Fa和预测变化标志符Fb不一致，这样在步骤142中的判断结果为负，因而判定出已经进入到逆转时间区域中。在经过了目标浮动时间Tm之后的时刻t2到时刻t3的区域中，在步骤142和144中的判断结果分别为正和为负，因而判定出已经进入到逆转时间区域中。
同理，在时刻t4到时刻t5的区域中，实际变化标志符Fa和预测变化标志符Fb不一致，这样在步骤142中的判断结果为负，因而判定出已经进入到逆转时间区域中。在经过了目标浮动时间Tm之后的时刻t5到时刻t6的区域中，在步骤142和144中的判断结果分别为正和为负，因而判定出已经进入到逆转时间区域中。
因此，逆转时间区域被设定成在自动转向方向发生逆转的时刻t2和t5周围，长度为目标浮动时间Tm的两倍。这样，辅助转向力矩Ta就可以在自动转向方向实际逆转时的一段预定时间内可靠地增大，因而使在转向系统摩擦力作用方向发生逆转时驾驶员所需的转向力的变化量能够可靠地被减小，而没有响应延迟。
图11是由根据本发明的第三个实施例的车辆转向控制装置的转向控制单元所执行的一个目标自动转向量计算控制程序的流程图。基于如图11所示的流程图的这种控制也是通过关闭点火开关(图中没有显示)而开始，并以预定的时间间隔重复执行。
在第三个实施例中，首先在步骤310，一个指示转向角θs或类似的信号被读入。在步骤320，如在上述的第一个和第二个实施例中的类似，计算出车辆的一个目标横摆角速度γt，以及计算出该目标横摆角速度γt和检测到的横摆角速度γ之间的差Δγ(＝γt-γ)。
在步骤330，根据如下所示的公式(7)，在横摆角速度差Δγ的基础上，计算出转动角变化单元30的一个目标自动转向量，即，下转向轴28B相对于上转向轴28A而转动的一个目标相对转角θrt。在公式(7)中，N代表转向传动比。
θrt＝Δγ(1+KhV2)N×H/V…(7)在步骤340，根据如下所示的公式(8)，计算出转动角变化单元30的一个临时目标相对转动角速度θrtdp。在公式(8)中，ΔT表示如图11的流程图所示的循环时间。
θrtdp＝θrt/ΔT…(8)在步骤350中，程序判断横摆角速度差Δγ的绝对值是否大于一个参考值A(一个正的常数)，即，车辆的不稳定程度是否增大。若步骤350的判断结果为正，程序就会立即转到步骤380。另一方面，若步骤350的判断结果为负，程序就会转到步骤360。
在步骤360中，程序判断转向角速度θsd和转向角速度θsd与临时目标相对转动角速度θrtdp的和的乘积是否为负，即，转向系统摩擦力作用方向是否正在发生逆转。若步骤360的判断结果为正，在步骤370中就会把转动角变化单元30的一个目标相对转动角速度θrtd设定成改变符号的转向角速度-θsd。另一方面，若步骤360的判断结果为负，在步骤380中就会把转动角变化单元30的一个目标相对转动角速度θrtd设定成临时目标相对转动角速度θrtdp。
步骤390和410分别与上述的第一和第二个实施例中的步骤40和60同样的方式执行。在步骤400中，一个指示目标相对转动角速度θrtd的指令信号被传递到可变转动角控制单元52中。该可变转动角控制单元52进行这样的控制，使得转动角变化单元30的相对转动角速度变得与目标相对转动角速度θrtd相等。
根据第三个实施例，在步骤320中计算出一个横摆角速度差Δγ。然后在步骤330中，计算出转动角变化单元30的一个目标相对转角θrt，用于稳定车辆的转动状态。然后在步骤340中，计算出转动角变化单元30的一个临时目标相对转动角速度θrtdp。然后在步骤S350中，程序判断车辆的转动状态是否为不稳定。然后在步骤S360中，程序判断通过自动转向的前轮的实际转动方向是否相对于转向操作的方向而发生逆转。然后，若步骤350和360的判断结果分别为负和为正，程序就会转到步骤370。另一方面，若步骤350和360的判断结果分别为正和为负，程序就会转到步骤380。
因此，在车辆转动状态不稳定的时候若通过自动转向的前轮的实际转动方向发生逆转，转动角变化单元30的一个目标相对转动角速度θrtd就会减小并在步骤370中被设定为改变符号的转向角速度-θsd。这样，转向角速度θsd和目标相对转动角速度θrtd的和为零，使得前轮不会转动。这样，通过自动转向而转动的前轮的实际转动方向就被防止发生逆转，而转向系统的摩擦力作用方向也被防止发生逆转。因此，驾驶员所需的转向力就被防止突然发生变化，从而改善了转向感觉。
另外，根据图中所示的第三个实施例，当车辆的不稳定程度较高，若把更多的重点放在车辆的稳定性上，而非转向感觉的改善上，在步骤350中的判断结果为正。然后在步骤380中，转动角变化单元30的目标相对角速度θrtd没有被减小，而被设定为临时目标相对转动角速度θrtdp。因此，转动角变化单元30的相对转角θr被可靠地控制为等于目标相对转角θrt，因此车辆的稳定性可以有效地得到改善。
特别地，根据图中所示的第三个实施例，即使步骤350的判断结果为负，只要步骤360的判断结果为负，程序就会转到步骤380。因此，在车辆的转动状态较为稳定时，若通过自动转向而转动的前轮的实际转动方向没有逆转，转动角变化单元30的目标相对转动角速度θrtd没有被减小，而被设定为临时目标相对转动角速度θrtdp。因此，车辆的转动状态可以被有效地防止变得不稳定。
图12是由根据本发明第四个实施例的一种车辆转向控制装置的转向控制单元所执行的一个目标自动转向量计算程序的流程图。参照图12，要注意的是那些与如图11所示相同的步骤被标以相同的数字。
在第四个实施例中，除了对应于上述第三个实施例的步骤350之外，其他的步骤被以与第三个实施例的相同的方式执行。
根据第四个实施例，若步骤360的判断结果为正，即，若判定出通过自动转向而转动的前轮的实际转动方向发生逆转，通过自动转向而转动的前轮的实际转动方向就会可靠地被防止发生逆转，而转向系统的摩擦力作用方向也会由于前轮的实际转动方向的逆转而可靠地被防止发生逆转。驾驶员所需的转向力从而被防止突然变化，从而改善了转向感觉。另外，相比于上述第三个实施例的情况，在这自动转向的控制也可以更加容易地进行。
特别地，根据上述的第三和第四个实施例，在步骤340中，根据目标相对转动角速度θrt而计算出转动角变化单元30的一个临时目标相对转动角速度θrtdp。在步骤360中，程序在转动角速度θsd和该临时目标相对转动角速度θrtdp的基础上，判断出通过自动转向而转动的前轮的实际转动方向是否发生逆转。因此，相比于根据转向角速度θsd和实际相对转动角速度θrd而做出判断的这种情况，在这可以提前判断出通过自动转向而转动的前轮的实际转动方向是否发生逆转。因此，减小自动转向量的控制可以更加有效地进行，而没有响应延迟。
虽然在这结合了特定的实施例对本发明进行了详细的说明，但很明显，对于那些本领域中的熟练技术人员来说，本发明并不被限制于上述的实施例中，因此在本发明的范围内还可以有其他的实施例。
例如，在上述的实施例中，图中的一个被这样选中，其中使得辅助转向力矩Tab与转向力矩Ts之间的比率随着修正转向力矩Te的增大而增大，即，随着自动转向控制量的增大而增大。但是，只要辅助转向力矩Tab是从一个图中计算得出，其中辅助转向力矩Tab与转向力矩Ts之间的比率在自动转向过程中要大于在非自动转向过程的比率，适当的是只有一个图可供自动转向选择。
在上述的实施例中，指示目标相对转角θr的指令信号被输出到可变转动角控制单元52中，而指示目标辅助转向力矩Ta的指令信号被输出到电子动力转向控制单元54中。但是，被输出到可变转动角控制单元52中的指令信号也可以作为对应于上述的目标相对转角θr的一个值，而指示用于驱动电机36的一个目标驱动电流。此外，被输出到电子动力转向控制单元54中的指令信号也可以作为对应于上述的目标辅助转向力矩Ta的一个值，而指示用于驱动电机22的一个目标驱动电流。
在上述的实施例中，用于平衡通过转动角变化单元30的自动转向而产生的反作用力矩的修正转向力矩Te是根据上述的公式(2)而计算得出的。但是，该修正转向力矩Te也可以是根据当前技术领域中任一种已知的方法而计算得出。特别地，若被输出到可变转动角控制单元52中的指令信号是对应于目标相对转角θr的一个值、用于驱动电机36的目标驱动电流时，该修正转向力矩Te可以被修改成在用于驱动电机36的该目标驱动电流的基础上而计算得出。
在上述的实施例中，作为一个转向辅助力产生装置的该电子动力转向单元16位于关于作为一个辅助转动装置的转动角变化单元30的转向轮一侧。但是，该转向辅助力产生装置也可以位于关于该辅助转动装置的方向盘的一侧。
在上述的实施例中，作为一个用于平衡通过转动角变化单元30的自动转向而产生的反作用力矩的前馈控制量的修正转向力矩Te被计算出，作为用于减轻驾驶员转向努力的一个反馈控制量的辅助转向力矩Tab是在转向力矩Ts和车速V的基础上被计算得出，而电子动力转向单元16的目标辅助转向力矩Ta被计算为辅助转向力矩Tab和修正转向力矩Te两者的和。但是，上述的前馈控制量也可以被省略。
在上述的实施例中，当驾驶员进行一个正常的转向操作时，可变转动角控制单元52将转动角变化单元30的相对转角保持为0。但是，在正常转向操作时，若没有进行自动转向，转动角变化单元30可以被用于作为一个符合车辆行驶情况的传动比变换单元，例如，使得下转向轴28B的转角与上转向轴28A的转角之间的比率随着车速的增大而减小。
在上述的实施例中，转向轮的目标转向量是用于减小车辆实际横摆角速度与车辆目标横摆角速度之间的差的一个目标转向量。但是，转向轮的目标转向量也可以是用于使车辆沿着一条巡航线路而行驶的一个目标转向量，如日本专利申请公报No.11-73597所公开的。若通过激光雷达或类似的方法而检测到车辆前方有障碍，转向轮的该目标转向量可以是用于避开车辆前方障碍的一个目标转向量，例如，如日本专利申请公报No.10-31799所公开的。另外，转向轮的目标转向量也可以是不同于上述的任何一种目标转向量。
在上述的实施例中，转动角变化单元30由可变转动角控制单元52所控制，电子动力转向单元16由电子动力转向控制单元54所控制，而可变转动角控制单元52和电子动力转向控制单元54由转向控制单元46所控制。但是，将这些控制单元中的至少两个集成为一个控制单元也是可以的。
虽然上面结合了典型实施例而对本发明加以说明，但是应当理解的是本发明并不受限于这些典型实施例或结构。相反，本发明旨在囊括各种各样的改动和等价的布置。另外，虽然上述的典型实施例的各种元件以各种组合和结构而展示，这些都是典型的，但是其他的组合和结构，包括更多、更少或仅有一个元件的，也是在本发明的精神和范围之内。
权利要求
1.一种车辆转向控制装置，其特征在于包括一个转向输入单元，该单元由驾驶员操作；一个自动转向单元，该单元使转向轮相对于转向输入单元而自动地转向；以及一个转向辅助力产生单元，该单元产生一个转向辅助力，其中若判定出通过自动转向转动方向逆转，由自动转向单元和转向辅助力产生单元的至少一个所进行的转向控制被改变，以衰减驾驶员所需的操作力的波动，这种波动是由于转向轮的实际转动方向逆转而产生的。
2.根据权利要求1的车辆转向控制装置，其中检测出一个转向力矩，根据该转向力矩计算出一个目标转向辅助力，以及至少根据该目标转向辅助力而对转向辅助力产生单元进行控制。
3.根据权利要求1或2的车辆转向控制装置，其中估计出车辆的行驶状态，若车辆的行驶状态不稳定，则计算出一个目标自动转向量，用于通过转动转向轮而稳定车辆的行驶状态，以及至少根据该目标自动转向量而对自动转向单元进行控制。
4.根据权利要求1至3的任何一条的车辆转向控制装置，其中，若判定出通过自动转向而转动的转向轮的实际转动方向逆转，与没有发生逆转的情况相比，由转向辅助力产生单元产生的转向辅助力被增大。
5.根据权利要求4的车辆转向控制装置，其中估计出转动方向逆转的一个逆转时间区域，以及由转向辅助力产生单元产生的一个转向辅助力在该逆转时间区域中被增大。
6.根据权利要求5的车辆转向控制装置，其中该逆转时间区域被估计为这样的一个时间区域，它包括转动方向实际逆转的时刻周围的区域。
7.根据权利要求5或6的车辆转向控制装置，其中假定向左转或向右转的方向为正，当转向输入单元的操作速度和通过自动转向而转动的转向轮的转动速度大小相等而正负相反时，这个时刻被估计为转动方向实际逆转的时刻。
8.根据权利要求5至7的任一条的车辆转向控制装置，其中通过检测到一个转向力矩和计算出一个目标转向辅助力，使目标转向辅助力与转向力矩之间的比率在逆转时间区域中要大于在正常状态下的比率，使得由转向辅助力产生单元产生的转向辅助力增大。
9.根据权利要求5至8的任一条的车辆转向控制装置，其中估计出车辆的行驶状态，若车辆行驶状态的不稳定程度较高，则计算出一个目标自动转向量，以通过转动转向轮而稳定车辆的行驶状态，至少根据该目标自动转向量而控制自动转向单元，预测出目标自动转向量的变化，以及根据目标自动转向量的预测变化和目标自动转向量的实际变化而估计出一个逆转时间区域。
10.根据权利要求1至3中任一条的车辆转向控制装置，其中若判断出转动方向正在被逆转，由自动转向单元转向的转向轮的一个自动转向量被减小，以防止通过自动转向而转动的转向轮的实际转动方向发生逆转。
11.根据权利要求10的车辆转向控制装置，其中若车辆行驶状态的不稳定程度较高，相比于车辆行驶状态的不稳定程度较低的情况，由自动转向单元转向的转向轮的自动转向量的减小量被减小。
12.根据权利要求10的车辆转向控制装置，其中若车辆行驶状态的不稳定程度较高，由自动转向单元转向的转向轮的自动转向量不被减小。
13.根据权利要求1的车辆转向控制装置，其中估计出车辆的行驶状态，若车辆行驶状态的不稳定程度较高，则计算出一个目标自动转向量，以通过转动转向轮而稳定车辆的行驶状态，至少根据该目标自动转向量而控制自动转向单元，根据转向操作量的变化率的符号和转向操作量的变化率与目标自动转向量的变化率的和的符号之间的关系，对通过自动转向而转动的转向轮的实际转动方向被逆转的情况作出判定。
14.根据权利要求1的车辆转向控制装置，其中通过估计出车辆的行驶状态，若车辆行驶状态的不稳定性较高，则计算出通过转动转向车轮而稳定车辆行驶状态的目标自动转向量，根据该目标自动转向量而计算出目标自动转向量的变化率，至少根据该目标自动转向量的变化率而控制自动转向单元，并减小目标自动转向量的变化率，由此使由上述自动转向单元转向的转向车轮的自动转向量减小。
15.根据权利要求14的车辆转向控制装置，其中目标自动转向量的变化率被减小到不允许转向轮转动的一个值。
16.一种车辆转向控制装置，包括一个转向输入单元，该单元由驾驶员操作；一个自动转向单元，该单元使转向轮相对于转向输入单元而自动地转向；以及一个转向辅助力产生单元，该单元产生一个转向辅助力；以及一个控制器，该控制器判断通过自动转向的实际转动方向是否逆转，若判定出通过自动转向的转动方向被逆转，改变由自动转向单元和转向辅助力产生单元的至少一个所进行的转向控制，以衰减驾驶员所需的操作力的波动，这种波动是由于转向轮的转动方向发生逆转而产生的。
17.根据权利要求16的车辆转向控制装置，其中若判断出通过自动转向而转动的转向轮的实际转动方向被逆转，相比于转动方向没有被逆转的情况，该控制器增大由转向辅助力产生单元产生的一个转向辅助力。
18.根据权利要求16的车辆转向控制装置，其中若判断出转动方向正在被逆转，该控制器减小通过自动转向而转动的转向轮的自动转向量，以防止通过自动转向而转动的转向轮的实际转动方向被逆转。
19.根据权利要求18的车辆转向控制装置，其中自动转向单元自动地转向转向轮以稳定车辆的行驶状态；若车辆行驶状态的不稳定程度较高，与车辆行驶状态的不稳定程度较低的情况相比，控制器减小通过自动转向而转向的转向轮的自动转向量的减小量。
全文摘要
通过减小转向系统的摩擦力作用方向的逆转对转向反作用力的影响而改善转向感觉。计算出允许车辆稳定转向的转动角变化单元的一个目标相对转角，在该目标相对转角的基础上，车辆的前轮通过自动转向而转动。但是，若判定出已经进入到由于通过自动转向而转动的前轮的转动方向发生逆转而导致的转向系统摩擦力作用方向发生逆转的时间区域中，就会设定一个逆转状态控制图，并根据该图而计算出一个辅助转向力矩。这样，相比于正常状态，辅助转向力矩与转向力矩之间的比率就会增大，从而使辅助转向力矩增大。
文档编号B62D6/00GK1701018SQ200480000821
公开日2005年11月23日 申请日期2004年3月1日 优先权日2003年3月6日
发明者横田尚大 申请人:丰田自动车株式会社