转向控制系统的制作方法

专利名称：转向控制系统的制作方法
技术领域：
本公开涉及控制车辆的转向盘的转向操作的转向控制系统。
背景技术：
传统的电动助力转向系统具有利用电子致动器产生扭矩以辅助车辆的转向操作的机构。例如在JP H05-41466A(US4，708，220)中公开的助力转向控制系统包括与用于转动转向盘的齿条相啮合的齿轮，利用电子致动器驱动该齿轮以产生辅助扭矩，并使用所产生的辅助扭矩来协助驾驶者对转向部件的转向。助力转向控制系统根据车速传感器所检测的车速以及扭矩传感器所检测的转向扭矩来计算辅助扭矩。助力转向控制系统以使得辅助扭矩随着转向扭矩的增大和车速的降低而增大的方式来计算辅助扭矩。助力转向控制系统 还通过以使得辅助扭矩随着转向扭矩的减小且随着车速的増大而减小的方式计算辅助扭矩来提供在高行进速度范围内的提高的车辆行进稳定性。当转向部件由于车辆的驾驶者的转向而沿ー个方向持续旋转时，助力转向控制系统使得例如转动驱动轮胎(受动轮)的齿条(rack)的端部碰撞到例如容纳该齿条的齿条壳体的内壁。这不仅使得齿条的纵向移动停止，而且使得转向部件的旋转停止。助力转向控制系统执行计算以使得辅助扭矩在车辆的行进速度低的低行进速度范围内増大。因此，当例如驾驶者特别是在低行进速度范围内执行突然转向操作时，当齿条碰撞到齿条壳体时齿条的移动速度高。由于碰撞的能量与速度的平方成比例，因此预期由于齿条与齿条壳体之间的碰撞而可能产生高碰撞扭矩。在一些情况下，碰撞扭矩的峰值可能大于正常转向扭矩的十倍。因此，当齿条碰撞到齿条壳体时，转向カ辅助机构中包括的齿轮可能受到过度冲击的损坏。为了避免对齿轮的损坏，必须考虑到齿条与齿条壳体之间的碰撞扭矩而设置用于齿轮的高安全系数。当为齿轮设置了高安全系数时，助力转向控制系统可能増大物理尺寸。

发明内容
因此，目的是提供一种能够避免损坏结构元件的紧凑型、轻重量的转向控制系统。根据ー个方面，提供了一种安装在车辆上的转向控制系统，该车辆具有与车辆的驾驶者所操纵的转向部件相耦合的输入轴、连接到输入轴的输出轴、在输出轴旋转时沿着纵向往复运动的齿条、在齿条往复运动时转动的受动轮、以及齿条被往复运动地容纳在其中的齿条壳体。转向控制系统包括转向カ辅助机构、转向扭矩检测装置、基本辅助扭矩计算部分、校正辅助扭矩计算部分、辅助扭矩确定部分和驱动控制部分。转向カ辅助机构包括与输出轴或齿条相啮合的齿轮机构以及驱动该齿轮机构的致动器。转向カ辅助机构利用在致动器和齿轮机构被驱动时产生的辅助扭矩来协助转向部件的转向。转向扭矩检测装置检测当转向部件被操作时输入到输入轴的转向扭矩。基本辅助扭矩计算部分根据转向扭矩检测装置所检测的转向扭矩来计算基本辅助扭矩。校正辅助扭矩计算部分通过根据齿条的位置校正基本辅助扭矩来计算校正辅助扭矩。辅助扭矩确定部分根据齿条的位置基于基本辅助扭矩或校正辅助扭矩来确定辅助扭矩。驱动控制部分根据辅助扭矩确定部分所确定的辅助扭矩来控制致动器。校正辅助扭矩计算部分通过以下方式来计算校正辅助扭矩进行校正，使得当齿条从接近于齿条的可移动范围的第一端的预定的第一位置移动到该第一端、或从接近干与该第一端相対的该可移动范围的第二端的预定的第二位置移动到该第二端时，基本辅助扭矩的值降低。辅助扭矩确定部分在齿条处于该预定的第一位置和该预定的第二位置之间时确定基本辅助扭矩作为辅助扭矩，并在齿条处于该预定的第一位置和该第一端之间或处于该预定的第二位置和该第二端之间时确定校正辅助扭矩作为辅助扭矩。



通过以下參考附图进行的详细描述，上述的和其它的目的、特征和优点将变得更加明显。在附图中图I是示出根据第一实施例的转向控制系统的示意图；图2是示出根据第一实施例的转向控制系统所执行的转向处理的流程图；图3是示出当根据第一实施例的转向控制系统的校正辅助扭矩计算部分计算校正辅助扭矩时使用的校正因子的图示；图4是示出施加在根据第一实施例的转向控制系统上的碰撞扭矩以及施加在转向控制系统的比较例子上的碰撞扭矩的时间图；图5是示出根据第二实施例的转向控制系统的示意图；图6是示出根据第二实施例的转向控制系统所执行的转向处理的流程图；图7是示出根据第三实施例的转向控制系统的示意图；图8是示出根据第三实施例的转向控制系统所执行的转向处理的流程图；图9是示出当根据第三实施例的转向控制系统的校正辅助扭矩计算部分计算校正辅助扭矩时使用的校正因子的图示；图10是示出根据第四实施例的转向控制系统的示意图；以及图11是示出根据第四实施例的转向控制系统所执行的转向处理的流程图。
具体实施例方式现在将參考附图描述根据多个实施例的转向控制系统。在对实施例的描述中，为了描述的简明起见，用相同的附图标记表示基本上相同的部件或要素。(第一实施例)參考图1，转向控制系统10被应用于车辆1，并用于控制车辆的驾驶者所执行的车辆转向操作。车辆I包括例如转向盘2、输入轴3、输出轴4、齿条6、受动轮(驱动轮胎)7以及齿条壳体8。输入轴3耦合到被驾驶者操纵的转向盘2。在转向盘2出于转向目的而旋转时形成的输入轴3的旋转角被称为转向角。输出轴4通过扭杆(未不出)以传统方式连接到输入轴3。输入轴3和输出轴4形成柱轴(column shaft)。转向副齿轮5位于输出轴4的端部以与齿条6相哨合。这确保了在输出轴4旋转时齿条6沿着齿条6的长度方向(车辆的横向)往复运动。齿条6和转向副齿轮5形成齿条和副齿轮的机构。受动轮7位于齿条6的两端。这允许受动轮7在齿条6往复运动时转动。在受动轮7转动时形成的输出轴4的旋转角被称为转动角。齿条6被往复运动地容纳在齿条壳体8中。齿条6的端部靠着齿条壳体8的内壁，以限制齿条6的长度方向的往复运动，即齿条6的行程(stroke)。也就是说，齿条6可以在齿条壳体8中的预定范围(可移动范围)内往复运动。在转向控制系统10所应用于的车辆I中，如同朝向车辆I的后面所看到的那样，位于输出轴4的端部的转向副齿轮5与齿条6的正面相啮合。如同朝向车辆I的后面所看到的那样，齿条6从受动轮7的旋转中心在后面移位的点处连接到受动轮7。因此，当驾驶者出于转向目的而使转向盘2 (输入轴3)顺时针(向右)旋转时，输出轴4顺时针(向右)旋转，由此，如同朝向车辆I的正面所看到的那样，使得齿条6向左移动。这改变了受动轮7的转向角以使车辆I向右移动(使得受动轮7向右转动)。另ー方面，当驾驶者逆时针地(向左)旋转转向盘2 (输入轴3)吋，输出轴4逆时针地(向左)旋转，由此如同朝向车辆I的正面所看到的那样，使得齿条6向右移动。这改变了受动轮7的转向角，以使车辆I向左移动(使得受动轮7向左转动)。 转向控制系统10包括例如由齿轮机构51和致动器52构成的转向カ辅助机构50、扭矩传感器31以及电子控制单元(ECU) 40。扭矩传感器31用作转向扭矩检测装置。齿轮机构51被安装在输出轴4上。齿轮机构51具有与输出轴4相啮合的齿轮。致动器52是电子马达。致动器52包括与在齿轮机构51的齿轮的外部端部上形成的外部齿相啮合的蜗轮。致动器52可以通过旋转驱动该蜗轮来旋转地驱动齿轮机构51的齿轮。当致动器52被驱动以使齿轮机构51的齿轮旋转时，通过齿轮的旋转而产生的扭矩被施加于输出轴4。当从致动器52经由齿轮机构51沿着与在驾驶者出于转向目的而使转向盘2旋转时旋转的输出轴4的旋转方向相同的方向施加扭矩时，所施加的扭矩协助驾驶者对转向盘2的转向操作。也就是说，通过驱动致动器52和齿轮机构51而施加于输出轴4的扭矩结果是协助从驾驶者向转向盘2输入的转向カ(转向扭矩)的辅助扭矩。如上文所述，第一实施例被配置成使得通过齿轮机构51和致动器52形成转向カ辅助机构50。转向カ辅助机构50利用通过驱动致动器52和齿轮机构51而产生的辅助扭矩来协助驾驶者对转向轮2的操纵。转向カ辅助机构50是柱式电动助力转向系统的一部分。扭矩传感器31被布置在输入轴3与输出轴4之间，以检测当驾驶者操纵转向盘2时输入到输入轴3的转向扭矩。更具体地，扭矩传感器31通过测量将输入轴3连接到输出轴4的扭杆的扭转角来检测转向扭矩。车辆I还包括转向角传感器32。转向角传感器32用作转向角检测装置。转向角传感器32安装在输入轴3上，用于检测输入轴3的旋转角，即转向角。转向角传感器32将表示所检测到的转向角的信号输出到ECU40。E⑶40包括例如具有诸如中央处理单元(CPU)之类的计算部分和诸如随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)之类的存储部分的微计算机。ECU 40用于控制安装在转向控制系统10所应用于的车辆I上的各种装置。从扭矩传感器31、转向角传感器32以及位于车辆I的各种部分中的各种其它传感器输出的信号被输入到ECU 40。ECU 40根据各种输入信号和存储在ROM中的预定的控制程序来控制安装在车辆I上的各种装置。扭矩传感器31将表示检测到的转向扭矩的信号输出到E⑶40。E⑶40连接到致动器52以通过调节供应给致动器52的电カ来控制致动器52的旋转驱动。E⑶40可以通过控制致动器52的旋转驱动来控制齿轮机构51的驱动。因此，E⑶40可以控制致动器52的驱动，使得辅助扭矩取期望值。E⑶40被编程用于执行图2所示的控制处理，以控制根据第一实施例的转向控制系统10的操作。图2所示的系列处理步骤在例如驾驶者开启车辆I的点火钥匙时开始。
在步骤SlOl中，E⑶40获得来自传感器的各种信号(信息)。E⑶40具体地获得扭矩传感器31所检测到的转向扭矩Tin。ECU 40还获得转向角传感器32所检测到的输入轴3的旋转角，即转向角Θ in。在完成步骤SlOl时，处理进行到步骤S102。在步骤S102中，ECU 40估计齿条6的位置。更具体地，E⑶40根据步骤SlOl中获得的转向角Θ in来估计齿条6的位置。也就是说，E⑶40根据其变量为Θ in的函数(下面的等式I)通过以下等式(I)来计算齿条6的位置Π，以估计步骤S102中占主要地位的齿条6的位置n=F ( Θ in)(I)这里，n是介于-100和100 (%)之间的值。假设当转向盘2、输入轴3、输出轴4和受动轮7处于中立位置(neutral position)时齿条6的位置η是O (%)。这意味着当n为O时齿条6位于可移动范围的中心处。当允许转向盘2沿着ー个方向(例如顺时针)持续旋转时，齿条6沿着一个长度方向移动，使得其端部靠着齿条壳体8的内壁。这限制了齿条6的长度方向的移动，即齿条6的行程。假设齿条6的主要位置η为100 (%)。更具体地，当η为100时，这意味着齿条6位于可移动范围的第一端，即位于最大行程位置(一个极限位置)处。当允许转向盘2沿着另一方向(例如逆时针)持续旋转时，齿条6沿着另ー长度方向移动，使得其端部靠着齿条壳体8的内壁。这限制了齿条6的长度方向的移动，S卩，齿条6的行程。假设齿条6的主要位置η为-100 (%)。更具体地，当η为_100时，这意味着齿条6位于可移动范围的第二端(第二端)，即位于最大行程位置(另ー极限位置)处。在完成步骤S102时，处理进行到步骤S103。在步骤S103中，E⑶40检查齿条位置n是否在第一阈值η I与第二阈值η2之间。假设第一阈值为90而第二阈值为-90。也就是说，第一阈值对应于接近于齿条6的可移动范围的第一端的位置，即第一位置。另ー方面，第二阈值对应于接近于齿条6的可移动范围的第二端的位置，即第二位置。当齿条位置η被确定为处于第一阈值和第二阈值之间时，即当_90〈 η〈90时(当步骤S103中的检查结果为“是”时)，处理进行到步骤S104。另ー方面，当齿条位置η未被确定为处于第一阈值和第二阈值之间时，即当η <-90或90 < n时(当步骤S103中的检查结果为“否”吋)，处理进行到步骤S111。在步骤S104中，E⑶40计算基本辅助扭矩Tas。根据步骤SlOl中获取的转向扭矩Tin来计算基本辅助扭矩。通过以下等式(2)根据其变量为Tin的函数来计算基本辅助扭矩。Tas=T (Tin)(2)
然后E⑶40将所计算的基本辅助扭矩T (Tin)代入辅助扭矩Tas。也就是说，E⑶40将基本辅助扭矩T (Tin)确定为辅助扭矩Tas。在完成步骤S104后，处理进行到步骤S105。在步骤Slll中，E⑶40计算校正的辅助扭矩。通过根据步骤S102中估计的齿条6的位置η校正基本辅助扭矩来计算校正辅助扭矩。更具体地，通过将基本辅助扭矩T (Tin)与根据齿条6的位置η计算的校正因子k ( Π)相乘来计算校正辅助扭矩。校正因子k ( n )是不大于I的值，并被确定为如图3所示的齿条位置η的函数。如图3所示，当_90〈 η〈90时，校正因子k ( η)为I。当90≤η≤100 (即，η从90到100变化)时，校正因子k( η)从I逐渐减小到O。此外，当-100≤η≤-90 (B卩，η从-90到-100变化)吋，校正因子k ( η)从I逐渐减小到O。当η为100或-100时，校正因子k ( η )为 O。如图3所示，当η从90到95或从-90到-95变化时，校正因子k ( η )从I到O. 5逐渐非线性地减小。当η从95到100或从-95到-100变化时，校正因子k ( n )线性地逐渐减小。如同关于步骤S104所描述的那样地计算基本辅助扭矩T (Tin)0通过以下等式
(3)计算校正辅助扭矩。Tas=k ( η ) · T (Tin)(3)也就是说，当齿条6从预定的第一位置(90%)移动到第一端(100%)或从预定的第二位置(-90%)移动到第二端(-100%)时，所计算的校正辅助扭矩k ( η ) · T (Tin)减小。然后E⑶40将所计算的校正辅助扭矩k ( n) XT (Tin)代入辅助扭矩Tas。这意味着E⑶40将校正辅助扭矩k ( η ) · T (Tin)确定为辅助扭矩Tas。在步骤Slll完成时，处理进行到步骤S105。在步骤S105中，ECU 40将步骤S104或Slll中确定的辅助扭矩Tas设置为辅助扭矩，并控制致动器52的驱动，以使得该辅助扭矩被施加到输出轴4。这确保了转向扭矩Tin和辅助扭矩Tas均被施加于输出轴4。也就是说，作为转向扭矩Tin和辅助扭矩Tas的和的转动扭矩Tout被施加在输出轴4上。結果，输出轴4旋转以使齿条6沿着长度方向移动，由此使得受动轮7转动。在步骤S105完成时，处理完成图2所示的系列处理步骤。随后，当点火钥匙处于开启状态时，ECU 40重新开始图2所示的系列处理步骤。也就是说，当点火钥匙处于开启状态时重复地执行图2所示的系列处理步骤。如上文所述，在步骤S102中，ECU 40用作齿条位置估计部分。在步骤S103和S104中以及在步骤S103和Slll中，E⑶40用作辅助扭矩确定部分。在步骤S104和Slll中，ECU 40用作基本辅助扭矩计算部分。在步骤Slll中，ECU 40用作校正辅助扭矩计算部分。在步骤S105中，E⑶40用作驱动控制部分。如上文所述，ECU 40包括齿条位置估计部分、辅助扭矩确定部分、基本辅助扭矩计算部分、校正辅助扭矩计算部分和驱动控制部分作为功能元件。在第一实施例中，执行上述处理使得在齿条6碰撞到齿条壳体8时可以降低齿条6的移动速度。因此，可以减小齿条6与齿条壳体8之间的碰撞能量。結果，当齿条6碰撞到齿条壳体8时，作为反作用施加到齿轮机构51中包括的齿轮的扭矩(碰撞扭矩Tgr)可以被减小。下面将參考比较例子(參见图4)来详细描述该优点。
图4中的实线表示在执行上述系列处理步骤的转向控制系统10所应用于的车辆I静止(车速V=O)时当转向盘2沿着ー个方向持续转动(干转向)时发生的Tgr的时间变化。另ー方面，图4中的虚线表示在根据比较例子的转向控制系统所应用于的车辆I静止时当转向盘2沿着ー个方向持续旋转时发生的Tgr的时间变化。这里，假设根据该比较例子的转向控制系统具有与转向控制系统10相同的硬件配置，并执行上述的除了步骤S102、S103和Slll之外的转向处理步骤。也就是说，根据该比较例子的转向控制系统并不校正基本辅助扭矩。如从图4来看显然的是，在使用根据该比较例子的转向控制系统的情况下，当齿条6在时间11碰撞到齿条壳体8吋，作为反作用扭矩高碰撞扭矩Tgr被施加到齿轮机构51中的齿轮(碰撞扭矩Trg的峰值很大)。然而，在使用根据本实施例的转向控制系统10的情况下，即使当齿条6在时间tl碰撞到齿条壳体8时，被施加到齿轮机构51中的齿轮的碰撞扭矩Tgr的峰值也较小。如上文所讨论的，与比较例子中相比，在第一实施例中当齿条6碰撞到碰撞壳体8时产生的碰撞扭矩的峰值相当小。 如上文所讨论的，E⑶40 (校正辅助扭矩计算部分)通过进行校正以使得当齿条6从接近于可移动范围的第一端(一端，即100%)的预定的第一位置(90%)移动到接近于可移动范围的第二端(另一端，即-100)的预定的第二位置(-90)时基本辅助扭矩降低，来计算校正辅助扭矩。当齿条6介于预定的第一位置和预定的第二位置之间时，E⑶40 (辅助扭矩确定部分)确定基本辅助扭矩计算部分所计算的基本辅助扭矩作为辅助扭矩。另ー方面，当齿条6介于预定的第一位置和第一端之间或介于预定的第二位置和第二端之间时，E⑶40(辅助扭矩确定部分)确定校正辅助扭矩计算部分所计算的校正辅助扭矩作为辅助扭矩。在齿条6位于接近于其可移动范围的第一端或第二端的情况下，上述配置进行校正，使得当驾驶者使转向盘2转向以使齿条6朝向可移动范围的第一端或第二端移动(SP，齿条6接近于最大行程位置)时辅助扭矩降低。这降低了在齿条6碰撞齿条壳体8时齿条6的移动速度。结果可以减小齿条6与齿条壳体8之间的碰撞扭矩。这使得可以对齿轮机构51设置低的可允许的扭矩且可以减小齿轮机构51的尺寸。因此，不仅可以减小转向控制系统10的物理尺寸和重量，而且可以降低制造转向控制系统10的成本。此外，由于减小了齿条6与齿条壳体8之间的碰撞扭矩，因此可以避免对齿轮机构51的损坏，以提高转向控制系统10的可靠性。第一实施例还包括转向角传感器32和齿条位置估计部分。转向角传感器32检测作为输入轴3的旋转角的转向角。ECU 40 (齿条位置估计部分)根据转向角传感器32所检测的转向角来估计齿条6的位置。ECU 40 (校正辅助扭矩计算部分)根据齿条位置估计部分所估计的齿条6的位置来校正基本辅助扭矩。此外，ECU 40 (辅助扭矩确定部分)根据齿条位置估计部分所估计的齿条6的位置来确定辅助扭矩。如上文所述，第一实施例不使用例如实际地检测齿条6的位置的检测装置，而是使用ECU 40 (齿条位置估计部分)来估计齿条6的位置，并允许校正辅助扭矩计算部分来校正基本辅助扭矩。这使得可以减少所使用的元件的数目。(第二实施例)在图5中示出了根据第二实施例的转向控制系统10。第二实施例与第一实施例的区别在于其配置，并且与第一实施例的部分区别在于与转向相关的处理。与第一实施例相比，第二实施例不包括转向角传感器32，而是包括用作齿条位置检测装置的齿条位置传感器33。齿条位置传感器33被安装在齿条壳体8中，以检测齿条6的位置。齿条位置传感器33将表示所检测的齿条6的位置的信号输出到ECU 40。从齿条位置传感器33输出的信号(η)对应于介于-100和100 (%)之间的值。当转向盘2、输入轴3、输出轴4和受动轮7处于中立位置时,从齿条位置传感器33输出的信号(H)为O (%)。当η为O时，齿条6位于其可移动范围的中心。当转向盘2沿着ー个方向(例如顺时针)持续旋转直到齿条6的端部靠着齿条壳体8的内壁吋，从齿条位置传感器33输出的信号(η)为100 (%)。当η为100时，齿条6位于其可移动范围的第一端，即位于最大行程位置。
当转向盘2沿着另一方向(例如逆时针)持续旋转直到齿条6的端部靠着齿条壳体8的内壁吋，从齿条位置传感器33输出的信号(η)为-100 (%)。当η为_100时，齿条6位于其可移动范围的第二端，即位于最大行程位置。根据第二实施例的转向控制系统的E⑶40被编程用于执行图6所示的控制处理。该系列处理步骤例如在驾驶者开启车辆I的点火钥匙时开始。在步骤S201中，E⑶40获取来自传感器的各种信号(信息)。E⑶40获取扭矩传感器31所检测到的转向扭矩Tin。E⑶40还获取齿条位置传感器33所检测到的齿条位置
η ο在步骤S201完成时，处理进行到步骤S202。在步骤S202中，ECU 40检查步骤S201中获得的齿条位置rI是否介于第一阈值rU与第二阈值η2之间。假设如同在第一实施例中执行的步骤S103的情况那样地，第一阈值为90而第二阈值为-90。步骤S202与第一实施例中执行的步骤S103的区别在于步骤S103中使用的齿条位置η是由E⑶40(齿条位置估计部分)所估计的，而步骤S202中使用的实际齿条位置η是由齿条位置传感器33所检测到的。当齿条位置η被确定为介于第一阈值与第二阈值之间时，即，当-90〈η〈90时(当步骤S202中的检查结果为“是”吋)，处理进行到步骤S203。另ー方面，如果齿条位置n未被确定为介于第一阈值与第二阈值之间时，即当n <-90或90< n时(当步骤S202中的检查结果为“否”吋)，处理进行到步骤S211。在步骤S203中，E⑶40计算基本辅助扭矩。根据步骤S201中获取的转向扭矩Tin来计算基本辅助扭矩。如同关于第一实施例中执行的步骤S104所描述的那样地计算基本辅助扭矩。ECU 40确定所计算的基本辅助扭矩T (Tin)作为辅助扭矩Tas。在完成步骤S203时，处理进行到步骤S204。在步骤S211中，E⑶40计算校正辅助扭矩。通过根据齿条6的位置(S卩，步骤S201中获取的齿条位置η)校正基本辅助扭矩来计算校正辅助扭矩。如同关于第一实施例中执行的步骤Slll所描述的那样地计算校正辅助扭矩。步骤S211与步骤Slll的区别在于步骤Slll中使用的齿条位置η由E⑶40(齿条位置估计部分)估计，而步骤S211中使用的齿条位置η是由齿条位置传感器33所检测的。E⑶40确定所计算的校正辅助扭矩k ( η ) · T (Tin)作为辅助扭矩Tas。在S211完成时，处理进行到步骤S204。在步骤S204中，ECU 40将步骤S203或S211中确定的辅助扭矩Tas设置为辅助扭矩，并控制转向カ辅助机构50的致动器52的驱动，以保持所述辅助扭矩。在步骤S204完成吋，E⑶40完成该系列处理步骤。随后，当点火钥匙开启时，E⑶40重新开始图6所示的系列处理步骤。也就是说，当点火钥匙开启时，图6所示的系列处理步骤被重复地执行。如上文所述，在步骤S202和S203中以及在步骤S202和S211中，ECU 40用作辅助扭矩确定部分。在步骤S203和S211中，ECU 40用作基本辅助扭矩计算部分。在步骤S211中，ECU 40用作校正辅助扭矩计算部分。在步骤S204中，ECU 40用作驱动控制部分。如上文所述，第二实施例中的ECU 40包括作为功能元件的辅助扭矩确定部分、基本辅助扭矩计算部分、校正辅助扭矩计算部分以及驱动控制部分。在第二实施例中，执行上述处理使得可以在齿条6碰撞到齿条壳体8时降低齿条
6的移动速度，如同第一实施例的情况一祥。因此，齿条6与齿条壳体8之间的碰撞能量可以被降低。结果，当齿条6碰撞到齿条壳体8时，可以减小作为反作用扭矩施加到齿轮机构51中包括的齿轮的扭矩(碰撞扭矩Tgr)。如上文所述，第二实施例包括检测齿条6的位置的齿条位置传感器33。E⑶40(校正辅助扭矩计算部分)根据齿条位置传感器33所检测到的齿条6的位置来校正基本辅助扭矩。此外，ECU 40 (辅助扭矩确定部分)根据齿条位置传感器33所检测到的齿条6的位置来确定辅助扭矩。如上文所述，第二实施例通过使用实际地检测齿条6的位置的齿条位置传感器33而可以准确地检测齿条6的位置。因此，第二实施例使得E⑶40(校正辅助扭矩计算部分)能够以提高的精确度校正基本辅助扭矩。(第三实施例)图7示出了根据第三实施例的转向控制系统10。第三实施例与第一实施例具有相同的配置，但是与第一实施例的部分区别在于与转向相关的处理。E⑶40被编程用于执行图8所示的控制处理。图8所示的系列处理步骤在例如驾驶者开启车辆I的点火钥匙时开始。在步骤S301中，E⑶40获取来自传感器的各种信号(信息)。E⑶40获取扭矩传感器31所检测到的转向扭矩Tin。ECU 40还获取由转向角传感器32所检测到的输入轴3的旋转角，即转向角Θ in。在步骤S301完成时，处理进行到步骤S302。在步骤S302中，E⑶40计算作为输入轴3的角速度的转向角速度。更具体地，ECU 40根据步骤S301中获取的转向角Θ in来计算该转向角速度。也就是说，ECU 40通过如以下等式(4)中所表示的对转向角Qin进行数学微分来计算该转向角速度ω。ω= Θ in/dt(4)在步骤S302完成时，处理进行到步骤S303。在步骤S303中，E⑶40估计齿条6的位置。更具体地，E⑶40根据步骤S301中获取的转向角Θ in来估计齿条6的位置。如关于第一实施例中执行的步骤S102所描述的那样估计齿条6的位置。在步骤S303完成时，处理进行到步骤S304。在步骤S304中，E⑶40检查齿条位置n是否在第一阈值η I与第二阈值η2之间。假设第一阈值为90而第二阈值为-90，如同第一实施例中执行的步骤S103的情况那样。当齿条位置η被确定为介于第一阈值与第二阈值之间时，即，当-90〈 η〈90时(当步骤S304中的检查结果为“是”时)，处理进行到步骤S305。另ー方面，如果齿条位置η未被确定为介于第一阈值和第二阈值之间，即，当η <-90或90 < n时(当步骤S304中的检查结果为“否”吋)，处理进行到步骤S311。在步骤S305中，E⑶40计算基本辅助扭矩。根据步骤S301中获取的转向扭矩Tin来计算基本辅助扭矩。如同关于第一实施例中执行的步骤S104所描述的那样地计算基本辅助扭矩。ECU 40确定所计算的基本辅助扭矩T (Tin)为辅助扭矩Tas。在步骤S305完成时，处理进行到步骤S306。在步骤S311中，E⑶40计算校正辅助扭矩。通过根据齿条6的位置(S卩，步骤S303中估计的齿条6的位置)以及步骤S302中计算的转向角速度ω校正基本辅助扭矩来计算校正辅助扭矩。更具体地，通过将基本辅助扭矩T (Tin)与根据齿条6的位置η以及转向角速度ω计算的校正因子k ( η，ω)相乘来计算校正辅助扭矩。 校正因子k ( η，ω)是不大于I的值。图9中示出了校正因子k ( η，ω )与齿条位置Π之间的关系。校正因子k ( η, ω)被确定为齿条位置η和转向盘角速度ω的函数。角速度ω的值ω2和ω3分别在预定范围内，并且当ω为Co1时，这意味着转向盘2的旋转速度(B卩，转向旋转的速度)在低速范围内。当ω为(02时，这意味着转向旋转的速度在中速范围内。当ω为(03时，这意味着转向旋转的速度在高速范围内。如图9所示，当-90〈 η〈90时，校正因子k( η，(O1)为I。当90彡η彡100且η从90到100变化时，校正因子k ( η，Q1)从I逐渐减小到O。此外，当-100彡η彡-90且Π从-90到-100变化时，校正因子k( η，GJ1)从I到O逐渐减小。当η为100或-100时，校正因子k ( η , (O1)为O。当ω为ω i时，预定的第一位置和第一阈值为90,而预定的第二位置和第二阈值为-90。如图9所示，当η从90到95或从-90到-95变化时，校正因子k ( η，(O1)以曲线方式或非线性方式逐渐减小。此外，当η从95到100或从-95到-100变化时，校正因子k ( η，Co1)以线性方式逐渐减小。当-85〈 η〈85时，校正因子k( η，ω2)为I。当85彡η彡100且η从85到100变化时，校正因子k ( η, ω2)从I到O逐渐减小。此外，当-100彡η彡-85且η从-85到-100变化时，校正因子k ( η, ω2)从I逐渐减小到O。当η为100或-100时，校正因子k(n,co2)为O。当ω为ω2时，预定的第一位置和第一阈值为85,而预定的第二位置和第二阈值为-85。如图9所示，当η从85到95或从-85到-95变化时，校正因子k ( η，ω2)以曲线方式逐渐减小。此外，当η从95到100或从-95到-100变化时，校正因子k ( η, ω2)以线性方式逐渐减小。当-80〈 η〈80时，校正因子k( η，ω3)为I。当80彡η彡100且η从80到100变化时，校正因子k ( η, ω3)从I到O逐渐减小。此外，当-100彡η彡-80且η从-80到-100变化时，校正因子k ( η, ω3)从I逐渐减小到O。当η为100或-100时，校正因子k(n,co3)为O。当ω为ω3时，预定的第一位置和第一阈值为80,而预定的第二位置和第二阈值为-80。如图9所示，当η从80到90或从-80到-90变化时，在第三实施例中使用的校正因子k ( η, ω3)以曲线方式逐渐减小。此外，当Π从90到100或从-90到-100变化时，校正因子k ( η, ω3)以线性方式逐渐减小。如上文所示，当ω为ω2或ω 3时，g卩当转向旋转的角速度在中速范围或高速范围内吋，预定的第一位置和第一阈值从90到85或80变化，并且预定的第二位置和第二阈值从-90到-85或-80变化。第一阈值和第二阈值的变化影响步骤S304中由E⑶40进行的确定。实际上，假设当步骤S302中计算的转向角速度ω为GJ1时，步骤S304中用公式表示的确定所基于的第一阈值和第二阈值分别为90和-90，当步骤S302中计算的转向角速度ω为ω2时，该第一阈值和该第二阈值分别为85和-85，当步骤S302中计算的转向角速度 ω为ω3时,该第一阈值和该第二阈值分别为80和-80。如同关于步骤S305描述的那样计算基本辅助扭矩T (Tin)。通过以下等式(5)计算校正辅助扭矩。Tas=k ( η , ω ) · T (Tin)(5)也就是说，当齿条6从预定的第一位置(90%、85%或80%)移动到第一端(100%)或从预定的第二位置(_90%、-85%或-80%)移动到第二端(-100%)时，所计算的校正辅助扭矩k (η, ω)·Τ (Tin)减小。然后，E⑶40将所计算的校正辅助扭矩k ( η, ω) XT (Tin)代入辅助扭矩Tas。这意味着E⑶40确定校正辅助扭矩k ( η，ω ) · T (Tin)作为辅助扭矩Tas。在S311完成时，处理进行到步骤S306。在步骤S306中，ECU 40将步骤S305或S311中确定的辅助扭矩Tas设置为辅助扭矩，并控制转向カ辅助机构50的致动器52的驱动以获得辅助扭矩。在步骤S306完成时，E⑶40完成图8所示的系列处理步骤。随后，当点火钥匙被开启吋，ECU 40重新开始图8所示的系列处理步骤。也就是说，当点火钥匙被开启时，重复地执行图8所示的系列处理步骤。如上文所述，在步骤S302中，E⑶40用作转向角速度计算部分。在步骤S303中，E⑶40用作齿条位置估计部分。在步骤S304和S305中以及在步骤S304和S311中，E⑶40用作辅助扭矩确定部分。在步骤S305和S311中，ECU 40用作基本辅助扭矩计算部分。在步骤S311中，E⑶40用作校正辅助扭矩计算部分。在步骤S306中，E⑶40用作驱动控制部分。如上文所述，第三实施例中的ECU 40包括作为功能元件的转向角速度计算部分、齿条位置估计部分、辅助扭矩确定部分、基本辅助扭矩计算部分、校正辅助扭矩计算部分以及驱动控制部分。在第三实施例中，执行上述处理使得可以在齿条6碰撞到齿条壳体8时降低齿条6的移动速度，如同第一实施例的情况一祥。因此，可以减少齿条6与齿条壳体8之间的碰撞能量。结果，当齿条6碰撞到齿条壳体8时，可以减小作为反作用而施加到齿轮机构51中包括的齿轮的扭矩(碰撞扭矩Tgr)。E⑶40选择校正因子k ( η，ω)，并根据步骤S302中计算的转向角速度(ωι、ω2或ω3，其中ω'CO2(CO3)来校正步骤S311中的基本辅助扭矩T (Tin)。因此，根据转向角速度以类似于映射的方式校正辅助扭矩。例如，当转向角速度ω高(例如ω = ω3)时辅助扭矩校正的程度升高，当转向角速度ω低(例如ω = ωι)时辅助扭矩校正的程度降低。
如上文所述，本实施例还包括根据转向角传感器32所检测的转向角来计算转向角速度(即，输入轴3的角速度)的转向角速度计算部分。E⑶40 (校正辅助扭矩计算部分)根据齿条6的位置以及转向角速度计算部分所计算的转向角速度来校正基本辅助扭矩。此外，ECU 40 (辅助扭矩确定部分)根据齿条6的位置以及转向角速度计算部分所计算的转向角速度来确定辅助扭矩。第三实施例例如通过在转向角速度高时提高辅助扭矩校正的程度并在转向角速度低时降低辅助扭矩校正的程度来根据转向角速度校正辅助扭矩。也就是说，基本辅助扭矩被校正为随着转向角速度升高而降低。预定的第一位置和预定的第二位置优选地随着转向角速度升高而降低。这使得不仅可以有效地减小齿条6与齿条壳体8之间的碰撞扭矩，而且由于本实施例进行的校正(本实施例进行校正以降低最大行程位置附近的辅助扭矩)可以降低可能带给驾驶者的不适的程度。
(第四实施例)图10中示出了根据第四实施例的转向控制系统10。第四实施例与第一实施例的区别在于硬件配置，并且与第一实施例的部分区别在于与转向相关的处理。第四实施例包括作为速度检测装置的车速传感器34。车速传感器34被安装在车辆I上以检测车辆的速度，即车速。车速传感器34将表示所检测到的车速V的信号输出到ECU 40。E⑶40被编程用于执行图11所示的控制处理。图11所示的系列处理步骤在例如驾驶者开启车辆I的点火钥匙时开始。在步骤S401中，E⑶40获取来自传感器的各种信号(信息)。E⑶40获取扭矩传感器31所检测到的转向扭矩Tin。ECU 40还获取转向角传感器32所检测的输入轴3的旋转角，即转向角9in。E⑶40还获取车速传感器34所检测的车速V。在步骤S401完成时，处理进行到步骤S402。在步骤S402中，ECU 40检查步骤S401中获取的车速V的值是否大于预定的阈值Vr。该预定的阈值Vr是相对小的。当车速V的值被确定为大于预定的阈值Vr时(当步骤S402中的检测结果为“是”时)，处理进行到步骤S403。另ー方面，当车速V的值未被确定为大于预定的阈值Vr吋，即当车速V的值不大于预定的阈值Vr时(当步骤S402中的检查结果为“否”吋)，处理进行到步骤S411。在步骤S411中，E⑶40估计齿条6的位置。更具体地，E⑶40根据步骤S401中获取的转向角Qin来估计齿条6的位置。如同关于第一实施例中执行的步骤S102描述的那样估计齿条6的位置。在步骤S411完成时，处理进行到步骤S412。在步骤S412中，E⑶40检查齿条位置η是否介于第一阈值η I与第二阈值η2之间。假设第一阈值为90而第二阈值为-90，如同第一实施例中执行的步骤S103的情况一祥。当齿条位置η被确定为介于第一阈值和第二阈值之间时，即，当-90〈η〈90时(当步骤S412中的检查结果为“是”时)，处理进行到步骤S403。另ー方面，如果齿条位置η未被确定为介于第一阈值和第二阈值之间，即当H <-90或90 < n时(当步骤S412中的检查结果为“否”吋)，处理进行到步骤S421。在步骤S403中，E⑶40计算基本辅助扭矩。根据步骤S401中获取的转向扭矩Tin来计算基本辅助扭矩。如同关于第一实施例中执行的步骤S104所描述的那样地计算基本辅助扭矩。ECU 40将所计算的基本辅助扭矩T (Tin)确定为辅助扭矩Tas。在步骤S403完成时，处理进行到步骤S404。在步骤S421中，E⑶40计算校正辅助扭矩。通过根据步骤S411中估计的齿条6的位置(S卩，齿条位置η)校正基本辅助扭矩来计算校正辅助扭矩。如关于第一实施例中执行的步骤Slll描述的那样计算校正辅助扭矩。E⑶40将所计算的校正辅助扭矩k ( η) · T(Tin)确定为辅助扭矩Tas。在步骤S421完成时，处理进行到步骤S404。在步骤S404中，ECU 40将步骤S403或S421中确定的辅助扭矩Tas设置为辅助扭矩，并控制转向カ辅助机构50的致动器52的驱动以获得该辅助扭矩。在步骤S404完成时，处理完成图11所示的系列处理步骤。随后，当点火钥匙被开启时，ECU 40重新开始图11所示的系列处理步骤。也就是说，当点火钥匙开启时，重复地 执行图11所示的系列处理步骤。如上文所述，在步骤S411中，E⑶40用作齿条位置估计部分。在步骤S402、S412和S403中以及在步骤S402、S412和S421中，ECU 40用作辅助扭矩确定部分。在步骤S403和S421中，E⑶40用作基本辅助扭矩计算部分。在步骤S402和S421中，E⑶40用作校正辅助扭矩计算部分。在步骤S404中，ECU 40用作驱动控制部分。如上文所述，第四实施例中的E⑶40包括作为功能元件的齿条位置估计部分、辅助扭矩确定部分、基本辅助扭矩计算部分、校正辅助扭矩计算部分以及驱动控制部分。如同第一实施例的情况那样，在第四实施例中执行上述处理使得可以在齿条6碰撞到齿条壳体8时降低齿条6的移动速度。因此，可以降低齿条6与齿条壳体8之间的碰撞能量。结果，当齿条6碰撞到齿条壳体8吋，作为反作用而施加到齿轮机构51中包括的齿轮的扭矩(碰撞扭矩Tgr)可以被减小。E⑶40在步骤S402中根据步骤S401中获取的车速V的值来检查是否要校正基本辅助扭矩。当步骤S401中获取的车速V不高于预定的阈值时，即当车辆I正以低行进速度行进时，根据齿条6的位置校正基本辅助扭矩(步骤S421)。另ー方面，当车辆I正以中速或高速行进时，不校正基本辅助扭矩(步骤S403)。如上文所述，第四实施例包括检测车辆I的速度的车速传感器34。E⑶40 (校正辅助扭矩计算部分)根据齿条6的位置以及车速传感器34所检测的车辆I的速度来校正基本辅助扭矩。此外，ECU 40 (辅助扭矩确定部分)根据齿条6的位置以及车速传感器34所检测的车辆I的速度来确定辅助扭矩。当车辆I的速度高时，本实施例不利用校正辅助扭矩计算部分计算校正辅助扭矩。第四实施例仅在车辆I的速度低时才利用校正辅助扭矩计算部分计算校正辅助扭矩。这使得可以仅在车辆I正以低行进速度行进时才校正辅助扭矩，在该低行进速度处齿条6可能由于实际驾驶场景中的突然转向操作而碰撞到齿条壳体8。(其它实施例)可以以任何适当的组合来组合前述实施例的物理配置和功能配置，只要不存在与配置相关的妨碍即可。在第三实施例中，假设根据转向角速度ω以类似于映射的方式校正辅助扭矩。例如，当转向角速度ω高时(例如ω = ω3)提高辅助扭矩校正的程度，当转向角速度ω低时(例如Q = (O1)降低辅助扭矩校正的程度。然而，可以通过使用包括其变量为ω的函数( ·(ω))的校正因子(例如f(co) 4(11))来计算校正辅助扭矩。替代方案是通过使用如下校正因子来计算校正辅助扭矩，该校正因子是通过加上或减去其变量为ω的函数(f(co))而获得的，例如k( η) 土f (ω)。假设在前述实施例中使用柱式电动助力转向机构来在齿轮机构与输出轴相啮合的情况下将辅助扭矩应用于输出轴。然而，可以使用齿条电动助力转向机构来在齿轮机构与齿条相啮合的情况下将辅助扭矩应用于齿条。已经基于使用电子马达作为致动器的假设而描述了前述实施例。然而，本公开的另ー实施例可以被配置成使得使用除了电子马达之外的动カ源作为致动器，只要可以按照期望控制该致动器的驱动即可。还可以包括改变传递比的可变传递比机构，该传递比是输出轴的旋转角(B卩，转动角)与输入轴的旋转角(即，转向角)之间的比率。 注意，动カ转向系统不限于上述的实施例，而是可以以不同的实施方式来实现。
权利要求
1.一种安装在车辆上的转向控制系统，所述车辆具有耦合到被所述车辆的驾驶者操纵的转向部件(2 )的输入轴(3 )、连接到所述输入轴的输出轴(4)、当所述输出轴旋转时沿着长度方向往复运动的齿条(6)、当所述齿条往复运动时转动的受动轮(7)以及所述齿条被往复运动地各纳在其中的齿条壳体(8),所述转向控制系统包括 转向力辅助机构(50)，包括与所述输出轴或所述齿条相啮合的齿轮机构(51)以及驱动所述齿轮机构的致动器(52)，所述转向力辅助机构(50)通过使用当所述致动器和所述齿轮机构被驱动时所产生的辅助扭矩来协助所述转向部件的转向； 转向扭矩检测装置(31)，所述转向扭矩检测装置(31)检测当所述转向部件被操作时输入到所述输入轴的转向扭矩； 基本辅助扭矩计算部分(40)，所述基本辅助扭矩计算部分(40)根据所述转向扭矩检测装置所检测的转向扭矩来计算基本辅助扭矩； 校正辅助扭矩计算部分(40)，所述校正辅助扭矩计算部分(40)通过根据所述齿条的位置校正所述基本辅助扭矩来计算校正辅助扭矩； 辅助扭矩确定部分(40)，所述辅助扭矩确定部分(40)根据所述齿条的位置基于所述基本辅助扭矩或所述校正辅助扭矩来确定所述辅助扭矩；以及 驱动控制部分(40)，所述驱动控制部分(40)根据所述辅助扭矩确定部分所确定的所述辅助扭矩来控制所述致动器， 其中，所述校正辅助扭矩计算部分(40)通过进行校正以使得当所述齿条从接近于所述齿条的可移动范围的第一端的预定的第一位置移动到所述第一端或从接近于所述可移动范围的第二端的预定的第二位置移动到与所述第一端相对的所述第二端时所述基本辅助扭矩的值降低，来计算所述校正辅助扭矩，以及 其中，所述辅助扭矩确定部分(40)在所述齿条处于所述预定的第一位置和所述预定的第二位置之间时确定所述基本辅助扭矩作为所述辅助扭矩，并在所述齿条处于所述预定的第一位置和所述第一端之间或处于所述预定的第二位置和所述第二端之间时确定所述校正辅助扭矩作为所述辅助扭矩。
2.根据权利要求I所述的转向控制系统，还包括 转向角检测装置(32)，所述转向角检测装置(32)检测作为所述输入轴的旋转角的转向角；以及 齿条位置估计部分(40)，所述齿条位置估计部分(40)根据所述转向角检测装置所检测的转向角来估计所述齿条的位置； 其中所述校正辅助扭矩计算部分(40)根据由所述齿条位置估计部分所估计的所述齿条的位置来校正所述基本辅助扭矩。
3.根据权利要求I所述的转向控制系统，还包括 齿条位置检测装置(33 )，所述齿条位置检测装置(33 )检测所述齿条的位置， 其中所述校正辅助扭矩计算部分(40)根据所述齿条位置检测装置所检测的所述齿条的位置来校正所述基本辅助扭矩。
4.根据权利要求2所述的转向控制系统，还包括 转向角速度计算部分(40)，所述转向角速度计算部分(40)根据所述转向角检测装置所检测的转向角来计算作为所述输入轴的角速度的转向角速度，其中所述校正辅助扭矩计算部分(40)根据所述齿条的位置以及所述转向角速度计算部分所计算的所述转向角速度来校正所述基本辅助扭矩。
5.根据权利要求4所述的转向控制系统， 其中所述校正辅助扭矩计算部分(40)将所述基本辅助扭矩校正为随着所述转向角速度升高而降低。
6.根据权利要求4或5所述的转向控制系统， 其中所述预定的第一位置和所述预定的第二位置随着所述转向角速度升高而降低。
7.根据权利要求2所述的转向控制系统，还包括 速度检测装置(34)，所述速度检测装置(34)检测所述车辆的速度； 其中所述校正辅助扭矩计算部分(40)根据所述齿条的位置以及由所述速度检测装置检测的车辆的速度来校正所述基本辅助扭矩。
全文摘要
在转向控制系统(10)中，ECU(40)根据扭矩传感器(31)所检测的转向扭矩来计算基本辅助扭矩，并通过根据齿条(6)的位置校正所计算的基本辅助扭矩来计算校正辅助扭矩，该校正是通过以下方式进行的进行校正，以使得当齿条从接近于可移动范围的第一端的预定的第一位置移动到该第一端或从接近于该可移动范围的第二端的预定的第二位置移动到该第二端时，基本辅助扭矩减小。ECU根据齿条的位置确定基本辅助扭矩或校正辅助扭矩作为所述辅助扭矩。ECU根据所确定的辅助扭矩来控制致动器的驱动。
文档编号B62D6/00GK102837736SQ20121021234
公开日2012年12月26日 申请日期2012年6月21日 优先权日2011年6月22日
发明者川濑悠, 堀政史, 向井靖彦 申请人:株式会社电装