专利名称：转向控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种根据驾驶员对方向盘的操作来控制对转向系统施加动力的电动机的驱动的转向控制装置。
背景技术：
作为一般的转向装置，已知有对转向扭矩进行检测，并基于转向扭矩来施加辅助扭矩(转向辅助扭矩)的电动动力转向装置。由于对这种电动动力转向装置的驱动进行控制的转向控制装置会对驾驶员操作方向盘时所感到的转向扭矩进行控制，因此，转向控制装置是形成上述车辆的转向感的重要因素。在此，路面反力扭矩是因在路面与方向盘之间作用的轮胎横向力而朝使方向盘返 回至平衡点的方向施力的扭矩。因车辆的转向系统的设计、轮胎的规格等的不同，有时路面反力扭矩会变小。这样，在路面反力扭矩较小的情况下，该路面反力扭矩便无法抵消相对较大的摩擦扭矩。藉此，在驾驶员的转向过程中，朝使方向盘返回平衡点的方向施力的路面反力扭矩便不足。因此，驾驶员必须意识到要对方向盘施加返回扭矩，来使方向盘返回平衡点。除此之外，在路面反力扭矩较小的情况下，驾驶员很难通过传递到其手上的反力来感受到方向盘是否位于平衡点或是方向盘是否偏离平衡点而使车辆回旋。因此，为了使车辆稳定地笔直前进，驾驶员需要目视确认方向盘的位置。这样，在路面反力扭矩较小的情况下，存在转向感降低这样的技术问题。对于上述技术问题，例如在专利文献I所示的现有装置中，E⑶(ElectronicControl Unit:电子控制装置)对电动机进行驱动，以对操作系统施加与转角和转角速度的方向相对应的方向盘返回扭矩。此外，例如在专利文献2所示的现有装置中，ECU基于车辆模型根据转向角推算出齿条轴力，并根据该齿条轴力的推算值来执行辅助控制。此外，例如在专利文献3所示的现有装置中，ECU使用从转向扭矩对于转向角的响应特性中的作为车辆模型所表现出的转向响应特性中减去能数学计算得到的恒定响应成分后得到的结果，来计算出辅助扭矩。利用该计算出的辅助扭矩，来抵消转向扭矩对于转向角的响应特性中的高频成分的特性(非恒定响应成分)。此外，例如在专利文献4所示的现有装置中，为了对因悬架几何形状的影响而引起的转向反力(cornering force)及自动回正扭矩的运动特性的传递延迟进行补偿，E⑶对所检测的或所推定的自动回正扭矩进行相位补偿，并对转向辅助指令值进行修正。现有技术文献专利文献专利文献I :日本专利特开2002 — 145100号公报(第2页第〔0007〕 〔0021〕段及图2)专利文献2 :日本专利特开2007 — 269251号公报(第2页第〔0003〕 〔0010〕段及图2)专利文献3 :日本专利特开2004 - 338616号公报(第2页第〔0009〕 〔0012〕段及图2)专利文献4:日本专利特开2008 — 114687号公报(第6页第〔0019〕段、第9页第〔0042〕 〔0046〕段及图11)
发明内容
发明所要解决的技术问题在上述现有的装置中，基于转向角或使用车辆模型从转向角运算出的路面反力扭矩(相当于专利文献2中的齿条轴力、专利文献3中的手动转向时的转向扭矩)来设定辅 助扭矩。但是，在现有装置中，在将从转向角至路面反力扭矩的车辆的物理特性(传递特性)数学地表示的车辆模型中，没有考虑在转向轮产生横向滑动角时由于构成转向轮的一部分的轮胎自身因弹性变形而扭曲因而过渡性地产生的扭矩(Ms2 :以下在本说明书中称为“轮胎的扭曲扭矩”)的影响。具体来说，在现有装置中，将计算路面反力扭矩(Mk)近似为因后倾拖拽及轮胎横向力而产生的扭矩(Mf :以下在本说明书中称为“后倾拖拽引起的扭矩”)与因轮胎横向力不均匀地分布在转向轮的接地面上而产生的扭矩(Msi :以下在本说明书中称为“轮胎外缘后倾引起的扭矩”)之和。藉此，路面反力扭矩(Mk)成为与轮胎横向力(FyF)相同相位的状态量。在此，路面反力扭矩(Mk)在转向频率区域内具有相位比轮胎横向力(FyF)的相位更向前的特性。因此，使用转向角计算出的路面反力扭矩或使用转向角及车辆模型计算出的路面反力扭矩与实际上从路面作用于转向轴的路面反力扭矩是不同的。因此，在现有装置中，是使用与实际不同的路面反力扭矩来设计电动动力转向装置的辅助扭矩。其结果是，在现有装置中，无法充分发挥出控制设计者所要得到的控制效果，因而存在无法实现自然的转向感这样的技术问题。本发明为解决上述技术问题而作，其目的在于得到一种能容易获得设计者想要得到的控制效果，且能实现更自然的转向感的转向控制装置。解决技术问题所采用的技术方案本发明的转向控制装置对用于将动力施加至转向系统的电动机的驱动进行控制，包括转向控制装置主体，该转向控制装置主体使用具有规定的频率特性的滤波器对转向角信号进行滤波处理，并基于该滤波处理的结果来设定上述电动机的驱动扭矩，其中，上述转向角信号是从生成与上述转向系统的转向角相对应的转向角信号的转向角检测元件接收到的，上述规定的频率特性表现了从上述转向角至上述转向系统的转向轮的自动回正扭矩的车辆特性。
图I是表示本发明实施方式I的电动动力转向装置的结构图。图2是表示图I的转向控制装置主体的框图。图3是表示辅助地图的一例的图表。
图4是用于对各种符号的定义进行说明的说明图。图5是用两轮等价模型来表现四轮车辆的示意图。图6是表示车辆绕X轴的旋转运动的示意图。图7是表示轮胎模型的示意图。图8是表示轮胎刚性的示意图。图9是表示图2的指令电流运算系统的动作的流程图。图10是表示换算增益地图的一例的图表。图11是表示基于实际测量值的频率特性和对于车辆模型的频率响应的图表。
图12是表示用于说明使用路面反力扭矩来计算出反力指令电流时的效果的频率特性的图表。图13是在车速为40km/h的情况下、以0. 2Hz的正弦波转向时，转向扭矩与转向角的李沙育(Lissajou)波形。图14是在车速为40km/h的情况下、以2Hz的正弦波转向时，转向扭矩与转向角的李沙育波形。图15是表示本发明实施方式2的限制值设定地图的一例的图表。图16是表示本发明实施方式2的指令电流运算系统的动作的流程图。图17是用于说明本发明实施方式2的转向控制装置主体的效果的说明图。图18是表示本发明实施方式3的电动动力转向装置的结构图。图19是表示图18的转向控制装置主体的框图。图20是表示本发明实施方式4的转向控制装置主体的框图。图21是用于说明使用图20的反力指令电流运算部对反力指令电流进行修正处理的说明图。图22是表示本发明实施方式5的转向控制装置主体的框图。
具体实施例方式以下，参照附图，对用于实施本发明的实施方式进行说明。实施方式I图I是表示本发明实施方式I的电动动力转向装置的结构图。在图I中，电动动力转向装置100具有方向盘I、转向轴2、减速器3、电动机4、系杆5、齿轮箱(未图不)及一对转向轮6A、6B。方向盘I、转向轴2、系杆5、齿轮箱及一对转向轮6A、6B构成转向系统。方向盘I固定在转向轴2的一端。此外，方向盘I由驾驶员操作。减速器3安装在转向轴2的中间部。电动机4经由减速器3与转向轴2结合。系杆5的中间部经由齿轮箱而与转向轴2连接。一对转向轮6A、6B能自由旋转地安装在系杆5的两端部。根据驾驶员操作方向盘I的旋转角度的变化，使一对转向轮6A、6B的转向角变化。电动机4的驱动扭矩被减速器3放大，然后施加在转向轴2上。因此，在转向轴2上施加有电动机4的放大后的扭矩和因驾驶员旋转方向盘I而产生的转向扭矩。利用上述由电动机4施加的驱动扭矩和转向扭矩的总和，来克服从转向轮6A、6B传递至转向轴2的路面反力扭矩，以使转向轴2及转向轮6A、6B旋转。在方向盘I上安装有作为转向角检测元件的转向角传感器10。转向角传感器10生成与方向盘I的转向角相对应的转向角信号。在转向轴2上安装有作为转向扭矩检测元件的转向扭矩传感器11。转向扭矩传感器11生成与作用于转向轴2的转向扭矩相对应的转向扭矩信号。电动动力转向装置100的动作受到转向控制装置主体50的控制。在转向控制装置主体50中，输入有来自转向角传感器10的转向角信号、来自转向扭矩传感器11的转向扭矩信号、来自作为车速检测元件的车速传感器12的车速信号。转向控制装置主体50使用转向角信号、转向扭矩信号及车速信号来监视转向角、转向扭矩及车速。此外，转向控制装置主体50对电动机4的驱动电流进行监视。而且，转向控制装置主体50对所监视的转向角、转向扭矩、车速及电动机4的驱动电流各自的变化进行存储。此外，转向控制装置主体50基于转向角信号、转向扭矩信号及车速信号来计算出产生电动机4的驱动扭矩所需要的指令电流(转向辅助电流)。此外，转向控制装置主体 50执行电流控制(反馈控制)，以使基于电动机电流信号的电动机电流与指令电流相一致，并将通过上述电流控制获得的施加电压施加至电动机4。图2是表示图I的转向控制装置主体50的框图。在图2中，转向控制装置主体50具有辅助指令电流运算部51、路面反力扭矩运算部52、反力指令电流运算部53、减法计算部54、电流控制部55、驱动电路56及作为电流检测元件的电流传感器57。在此，路面反力扭矩运算部52、反力指令电流运算部53及减法计算部54所执行的根据转向角运算出指令电流的运算处理相当于滤波处理。辅助指令电流运算部51、路面反力扭矩运算部52、反力指令电流运算部53及减法计算部54构成指令电流运算系统60。指令电流运算系统60计算出指令电流。辅助指令电流运算部51使用车速及转向扭矩来计算出用于减少驾驶员的转向扭矩的基本辅助指令电流。具体来说，在辅助指令电流运算部51中，预先录入图3所示的辅助地图、即相对于车速及转向扭矩的基本辅助指令电流的值。辅助指令电流运算部51使用辅助地图、车速及转向扭矩来计算出基本辅助指令电流。另外，将与上述基本辅助指令电流相当的电动机4的驱动扭矩设定为基本辅助扭矩。路面反力扭矩运算部52使用车速及转向角和后述式(I) (13)所示的车辆模型(一种滤波器)，来分别计算出后倾拖拽引起(caster-trail-caused)的扭矩MF、自动回正扭矩Ms和路面反力扭矩Mk。另外，如后述式(9)所示，自动回正扭矩Ms包括因轮胎横向力FyFf均匀地分布在转向轮6A、6B的接地面上而产生的轮胎外缘后倾引起(pneumatic-trail-caused)的扭矩Msi和轮胎的扭曲扭矩MS2。反力指令电流运算部53从路面反力扭矩运算部52接收路面反力扭矩Mk的计算结果。此外，反力指令电流运算部53使用路面反力扭矩Mk及车速，计算出反力指令电流。上述反力指令电流是用于将电动机4的驱动扭矩的大小调节成与路面反力扭矩Mk的大小相对应的电流。减法计算部54从辅助指令电流运算部51接收基本辅助指令电流的计算结果。此夕卜，减法计算部54从反力指令电流运算部53接收反力指令电流的计算结果。接着，减法计算部54从基本辅助指令电流中减去反力指令电流，将通过上述减法计算获得的电流值作为电动机4的指令电流送至电流控制部55。电流控制部55通过电流传感器57对电动机电流进行监视。此外，电流控制部55基于指令电流及电动机电流，计算出施加于电动机4的电压，以使在电动机4中流动的电流与指令电流相一致。驱动电路56执行PWM(Pulse Width Modulation :脉宽调制)驱动，以将由电流控制部55计算出的施加电压施加至电动机4。在此，转向控制装置主体50能由具有运算处理装置(CPU)、存储装置(ROM及RAM等)、信号输入输出装置、驱动电路56及电流传感器57的硬件(未图示)构成。在上述硬件的存储装置中，存储有用于实现辅助指令电流运算部51、路面反力扭矩运算部52、反力指令电流运算部53、减法计算部54及电流控制部55的功能的程序。接着，对指令电流运算系统60的运算处理进行更具体说明。指令电流运算系统60读取车速V及转向角0h，使用下式(I) 式(13)所示的车辆模型来计算出路面反力扭矩Mr。另外，上述车辆模型预先存储在转向控制装置主体50中。此外，在转向控制装置主体 50的运算处理中使用的各种符号(参数)被如图4所示这样定义。此外，在转向控制装置主体50的运算处理中使用的各种符号与图5 图8所示的车辆模型相对应。用下式⑴ 式(6)表示从转向角0h运算出转向轮上产生的轮胎横向力？_的运动模型。从转向角0h向转向轮的转角S的换算(数学式I)在=备…⑴车辆在y轴(横)方向上的运动方程式(数学式2)mV{— + /)-mshs= 2F ■ + 2Fvr(Z)
atdt^车辆绕z轴(铅垂方向轴)旋转的运动方程式(数学式3)1 与-Ij^ = ILfFflLrFyr(3)车辆绕X轴(车体前后方向轴)旋转的运动方程式(数学式4)
^-m^v^ + = ^ +-CJd-…(4)轮胎横向力(侧向反力)的产生模型(数学式5)
Kf dFvfLfY,「、-j-^ + Fif = -Kf(/3 + ^-RJ-S) …(5) ky atV
K dF/ Y: +l\r = -^,(P~ — R ￠)
k%y dtV* (6)
用下式(7)表示因轮胎横向力而作用于转向轴2的路面反力扭矩Mk的模型。(数学式6)MK=MF+Mf (7)MF=2LcFyf/Gs... (8)Ms=Ms!+Ms2--- (9)Msl=2LpFyf/Gs... (10)
权利要求
1.一种转向控制装置，其对用于将动力施加至转向系统的电动机的驱动进行控制，其特征在于， 包括转向控制装置主体，该转向控制装置主体使用具有规定的频率特性的滤波器对转向角信号进行滤波处理，并基于该滤波处理的结果来设定所述电动机的驱动扭矩，其中，所述转向角信号是从生成与所述转向系统的转向角相对应的转向角信号的转向角检测元件接收到的，所述规定的频率特性表现了从所述转向角至所述转向系统的转向轮的自动回正扭矩的车辆特性。
2.如权利要求I所述的转向控制装置，其特征在于， 在所述滤波器的规定的频率特性中包括轮胎的扭曲扭矩的特性，该轮胎的扭曲扭矩是所述转向轮的轮胎自身因弹性变形而扭曲所产生的、作用于所述转向系统的扭矩。
3.如权利要求I或2所述的转向控制装置，其特征在于， 所述转向控制装置主体使用具有规定的频率特性的滤波器对所述转向角信号进行滤波处理，并基于该滤波处理的结果来对所述驱动扭矩进行修正，其中，所述规定的频率特性表现了从所述转向角至后倾拖拽引起的扭矩的车辆特性，所述后倾拖拽引起的扭矩是因后倾拖拽和轮胎横向力而产生的、作用于所述转向系统的扭矩。
4.如权利要求I或2所述的转向控制装置，其特征在于， 所述转向控制装置主体进行如下滤波处理 使用具有规定的频率特性的滤波器对所述转向角信号进行滤波处理，其中，所述规定的频率特性表现了从所述转向角至所述转向轮的自动回正扭矩的车辆特性； 使用具有规定的频率特性的滤波器对所述转向角信号进行滤波处理，其中，所述规定的频率特性表现了从所述转向角至后倾拖拽引起的扭矩的车辆特性，所述后倾拖拽引起的扭矩是因后倾拖拽和轮胎横向力而产生的、作用于所述转向系统的扭矩， 所述转向控制装置主体使所述滤波处理的结果分别乘以规定的增益，并基于乘上所述增益得到的结果来对所述驱动扭矩进行修正。
5.如权利要求I或2所述的转向控制装置，其特征在于， 所述转向控制装置主体基于来自转向扭矩检测元件的转向扭矩信号来计算出基本辅助扭矩，其中，所述转向扭矩检测元件生成与驾驶员施加至所述转向系统的转向扭矩相对应的所述转向扭矩信号， 所述转向控制装置主体使用计算出的基本辅助扭矩来对所述驱动扭矩进行修正。
6.如权利要求I或2所述的转向控制装置，其特征在于， 所述滤波器的特性对应于如下参数中的至少任意一个的变化而变化 所述车辆的车速； 由对驾驶员施加至所述转向系统的转向扭矩进行检测的转向扭矩检测元件检测出的转向扭矩； 由所述转向角检测元件检测出的转向角； 由对车重进行检测或推算的车重获取元件获取的车重； 由对路面摩擦系数进行检测或推算的路面摩擦系数获取元件获取的路面摩擦系数； 基于所述转向角的转向速度；以及 基于所述转向角和所述转向扭矩中的一方的转向方向。
全文摘要
一种转向控制装置，路面反力扭矩运算部(52)使用车速、转向角和车辆模型来分别计算出后倾拖拽引起的扭矩、自动回正扭矩和路面反力扭矩。反力指令电流运算部(53)使用路面反力扭矩及车速，计算出反力指令电流。
文档编号B62D119/00GK102770328SQ201080064248
公开日2012年11月7日 申请日期2010年2月19日 优先权日2010年2月19日
发明者喜福隆之, 土居英树, 松下正树, 栗重正彦, 远藤雅也 申请人:三菱电机株式会社