车辆用转向操纵装置的制作方法

本发明涉及在汽车等车辆中使用的车辆用转向操纵装置。

本申请主张享有2016年8月5日提出的日本专利申请第2016-154898号的优先权，并在此引用包括说明书、附图、摘要在内的全部内容。

背景技术：

在日本特开2014-223862号公报中公开了一种具备离合器、反作用力马达以及两个转向马达的车辆用转向操纵控制装置。离合器设置于方向盘与转向轮之间的动力传递路径。反作用力马达对动力传递路径中的比离合器更靠方向盘侧的部分附加动力。转向马达对动力传递路径中的比上述离合器更靠上述转向轮侧的部分附加动力。

在日本特开2014-223862号公报的车辆用转向操纵控制装置中，具备两个转向马达，因而即便任一个转向马达发生故障，也能够通过另一个转向马达使转向轮转向。因此，日本特开2014-223862号公报的车辆用转向操纵控制装置是安全性高的车辆用转向操纵控制装置。然而，日本特开2014-223862号公报的车辆用转向操纵控制装置具备两个转向马达，因而存在成本高的问题。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于提供一种既确保安全性又实现成本降低的车辆用转向操纵装置。

本发明的一形态的车辆用转向操纵装置的结构上的特征在于，包括：转向操纵部件，其用于操纵车辆转向；转向机构，其用于使转向轮转向；离合器，其设置于上述转向操纵部件与上述转向轮之间的动力传递路径；反作用力马达，其与上述动力传递路径中的比上述离合器更靠上述转向操纵部件侧的部分连结；转向马达，其与上述动力传递路径中的比上述离合器更靠上述转向轮侧的部分连结，具有第一马达线圈以及第二马达线圈；反作用力马达驱动电路，其向上述反作用力马达供给电力；第一驱动电路以及第二驱动电路，它们向上述第一马达线圈以及第二马达线圈分别独立地供给电力；反作用力马达控制单元，其控制上述反作用力马达驱动电路；转向马达控制单元，其对由上述第一马达线圈以及上述第一驱动电路构成的第一系统中的上述第一驱动电路和由上述第二马达线圈以及上述第二驱动电路构成的第二系统中的上述第二驱动电路进行控制；以及离合器控制单元，其控制上述离合器。

附图说明

根据以下参照附图对实施例进行的详细说明，本发明的上述以及更多的特点和优点变得更加清楚，在附图中，相同的附图标记表示相同的元素，其中：

图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的车辆用转向操纵装置的简要结构的示意图。

图2是表示ecu的电结构的框图。

图3是用于对sbw模式时的转向马达控制部的动作进行说明的功能框图。

图4是用于对sbw模式时的反作用力马达控制部的动作进行说明的功能框图。

图5是用于对第一eps模式时的转向马达控制部的动作进行说明的功能框图。

图6是用于对第二eps模式时的反作用力马达控制部的动作进行说明的功能框图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式详细地进行说明。图1是表示本发明的一实施方式所涉及的车辆用转向操纵装置的简要结构的示意图。车辆用转向操纵装置1包括方向盘2、转向机构4、转向轴5以及离合器6。方向盘2是用于操纵车辆转向的转向操纵部件。转向机构4使转向轮3转向。转向轴5与方向盘2连结。离合器6使转向轴5(方向盘2)与转向机构4机械式地连结、分离。在该实施方式中，离合器6是电磁离合器。离合器6包括输入轴与输出轴，具有进行输入输出轴间的扭矩的传递、切断的功能。

转向轴5包括第一轴7、第二轴9以及扭杆8。第一轴7与方向盘2连结。第二轴9与离合器6的输入轴连结为一体。扭杆8连结第一轴7与第二轴9。在第一轴7的周围配置有用于对第一轴7的旋转角亦即转向操纵角θh进行检测的转向角传感器10。在该实施方式中，转向角传感器10对第一轴7的自第一轴7的中立位置起向正反两方向旋转的旋转量(旋转角)进行检测。转向角传感器10将从中立位置向右方向的旋转量例如作为正值输出，将从中立位置向左方向的旋转量例如作为负值输出。

在转向轴5的周围配置有第一扭矩传感器11以及第二扭矩传感器12。各扭矩传感器11、12根据第一轴7以及第二轴9的相对旋转位移量即扭杆8的扭转角来检测赋予方向盘2的转向操纵扭矩th1、th2。在该实施方式中，对于由各扭矩传感器11、12检测的转向操纵扭矩th1、th2而言，用于向右方向的转向操纵的扭矩检测为正值，用于向左方向的转向操纵的扭矩检测为负值，其绝对值越大，转向操纵扭矩的大小越大。

在第二轴9经由减速器13连结有反作用力马达14。反作用力马达14是通常时用于对方向盘2施加转向操纵反作用力(与转向操纵方向反向的扭矩)的电动马达。在该实施方式中，反作用力马达14由三相无刷马达构成。减速器13由包括蜗杆轴(图示省略)与蜗轮(图示省略)的蜗杆副机构构成。蜗杆轴与反作用力马达14的输出轴连结为能够一体地旋转。蜗轮与该蜗杆轴啮合，与第二轴9连结为能够一体地旋转。在反作用力马达14设置有用于检测反作用力马达14的旋转角的旋转角传感器15。

转向机构4包括第一小齿轮轴16、作为转向轴的齿条轴17、以及转向促动器30。第一小齿轮轴16与离合器6的输出轴连结为一体。转向促动器30对齿条轴17施加转向力。在齿条轴17的各端部，经由横拉杆18以及转向臂(图示省略)连结有转向轮3。在第一小齿轮轴16的前端连结有第一小齿轮19。齿条轴17沿汽车的左右方向直线状地延伸。在齿条轴17的轴向的第一端部形成有与第一小齿轮19啮合的第一齿条20。

转向促动器30包括转向马达31、减速器32、第二小齿轮轴33、第二小齿轮34以及第二齿条35。在该实施方式中，转向马达31由一个转子和三相无刷马达构成。上述转子在外周部具有多个磁铁。三相无刷马达具有2组的三相马达线圈(三相定子线圈)31a、31b(参照图2)。第二小齿轮轴33与转向轴5分离配置。减速器32由包括蜗杆轴(图示省略)和蜗轮(图示省略)的蜗杆副机构构成。蜗杆轴与转向马达31的输出轴连结为能够一体地旋转。蜗轮(图示省略)与该蜗杆轴啮合，与第二小齿轮轴33连结为能够一体地旋转。

第二小齿轮34与第二小齿轮轴33的前端连结。第二齿条35设置于齿条轴17的轴向的与第一端部相反的第二端部侧。第二小齿轮34与第二齿条35啮合。在转向马达31设置有用于检测转向马达31的旋转角的旋转角传感器37。在齿条轴17的附近配置有用于检测齿条轴17的轴向移动量的行程传感器38。根据行程传感器38所检测出的齿条轴17的轴向移动量来检测转向轮3的转向角θt。

转向角传感器10、扭矩传感器11、12、旋转角传感器15、37、行程传感器38以及车速传感器39的检测信号与点火钥匙的状态检测信号输入至ecu(电子控制单元：electroniccontrolunit)40。ecu40根据它们的输入信号来控制离合器6、反作用力马达14以及转向马达31。

图2是表示ecu40的电结构的框图。ecu40包括微机41。ecu40由微机41控制。ecu40包括分别向转向马达31的第一以及第二马达线圈31a、31b供给电力的第一以及第二驱动电路(逆变器电路)42a、42b。ecu40包括对分别流动至第一以及第二马达线圈31a、31b的马达电流进行检测的第一以及第二电流检测部43a、43b。ecu40包括驱动电路(逆变器电路)44与电流检测部45。驱动电路44由微机41控制，向反作用力马达14供给电力。电流检测部45对流动至反作用力马达14的马达电流进行检测。并且，ecu40包括由微机41控制并用于驱动离合器6的驱动电路46。

微机41具备cpu以及存储器(rom、ram、非易失性存储器等)，通过执行规定的程序来作为多个功能处理部发挥功能。该多个功能处理部具备转向马达控制部50、反作用力马达控制部70以及离合器控制部90。转向马达控制部50控制转向马达31。反作用力马达控制部70控制反作用力马达14。离合器控制部90控制离合器6。

离合器6例如总是处于结合状态，通过成为通电状态而变为分离状态。离合器6根据点火钥匙的状态如下地被控制。若将点火钥匙操作至on位置(连通位置)，则离合器6成为通电状态而处于分离状态。若将点火钥匙从连通位置操作至off位置(断开位置)，则离合器6成为非通电状态而处于结合状态。

转向马达控制部50具备如下功能，即在由转向马达31的第一马达线圈31a以及第一驱动电路42a构成的第一系统或由转向马达31的第二马达线圈31b以及第二驱动电路42b构成的第二系统产生故障的情况下，将该主旨通知给反作用力马达控制部70以及离合器控制部90。反作用力马达控制部70具备如下功能，即在反作用力马达14或驱动电路44产生故障的情况下，将该主旨通知给转向马达控制部50以及离合器控制部90。

在反作用力马达14以及驱动电路44正常且上述第一系统(31a、42a)以及上述第二系统(31b、42b)中的至少一方正常的情况下，反作用力马达控制部70、转向马达控制部50以及离合器控制部90在线控转向模式(以下，称为“sbw模式”)下动作。即，各控制部50、70、90的动作模式被设定为sbw模式。在sbw模式下，离合器控制部90使离合器6处于分离状态。反作用力马达控制部70通过反作用力马达14对方向盘2施加转向操纵反作用力。转向马达控制部50通过转向马达31使转向轮3转向。

在sbw模式时，在上述第一系统(31a、42a)以及上述第二系统(31b、42b)中的任一方产生故障的情况下，转向马达控制部50通过使用正常的系统控制转向马达31来使转向轮3转向。在反作用力马达14或驱动电路44产生故障且上述第一系统(31a、42a)以及上述第二系统(31b、42b)中的至少一方正常的情况下，转向马达控制部50以及离合器控制部90在第一动力转向模式(eps模式)下动作。即，各控制部50、70、90的动作模式被设定为第一eps模式。在第一eps模式下，离合器控制部90使离合器6处于结合状态。另外，转向马达控制部50使转向马达31产生转向操纵辅助力。

在第一eps模式时，在上述第一系统(31a、42a)以及上述第二系统(31b、42b)中的任一方产生故障的情况下，转向马达控制部50通过使用正常的系统控制转向马达31来使转向马达31产生转向操纵辅助力。在上述第一系统(31a、42a)以及上述第二系统(31b、42b)两方产生故障且反作用力马达14以及驱动电路44正常的情况下，反作用力马达控制部70以及离合器控制部90在第二动力转向模式(eps模式)下动作。即，各控制部50、70、90的动作模式被设定为第二eps模式。在第二eps模式下，离合器控制部90使离合器6处于结合状态。反作用力马达控制部70使反作用力马达14产生转向操纵辅助力。

在反作用力马达14或驱动电路44产生故障且转向马达31的上述第一系统以及转向马达31的上述第二系统两方产生故障的情况下，离合器控制部90使离合器6处于结合状态。图3是用于对sbw模式时的转向马达控制部的动作进行说明的功能框图。

在sbw模式时，离合器6处于分离状态。由此，转向轴5与第一小齿轮轴16处于被断开分离的状态。在sbw模式时，转向马达控制部50作为其功能处理部而包括目标转向角设定部51、角度偏差运算部52、电流指令值生成部53、指令值分配部54、第一电流反馈控制部55a以及第二电流反馈控制部55b。

目标转向角设定部51根据由车速传感器39检测的车速v以及由转向角传感器10检测的转向操纵角θh来设定目标转向角θt＊。例如，目标转向角设定部51使用规定的传递函数来设定与车速v以及转向操纵角θh对应的目标转向角θt＊。角度偏差运算部52对由目标转向角设定部51设定好的目标转向角θt＊与由行程传感器38检测的实转向角θt的偏差进行运算。

电流指令值生成部53进行针对由角度偏差运算部52运算出的角度偏差的pi运算等。由此，生成马达电流指令值it＊(二相电流指令值(d轴电流指令值以及q轴电流指令值))。指令值分配部54将由电流指令值生成部53生成的马达电流指令值it＊向第一电流反馈控制部55a以及第二电流反馈控制部55b分配。在该实施方式中，在转向马达31的上述第一系统以及上述第二系统均正常的情况下，指令值分配部54将马达电流指令值it＊向第一电流反馈控制部55a以及第二电流反馈控制部55b各分配1/2。即，马达电流指令值it＊向第一电流反馈控制部55a的分配率以及马达电流指令值it＊向第二电流反馈控制部55b的分配率均为50％。

另一方面，在转向马达31的上述第一系统以及上述第二系统中的任一方产生故障(异常)的情况下，在第一电流反馈控制部55a以及第二电流反馈控制部55b中、针对与正常的系统对应的控制部的分配率为100％，针对与异常的系统对应的控制部的分配率为0％。将分配至第一电流反馈控制部55a的马达电流指令值称为第一马达电流指令值it1＊。将分配至第二电流反馈控制部55b的马达电流指令值称为第二马达电流指令值it2＊。

第一电流反馈控制部55a使用旋转角传感器37的输出信号并借助公知的矢量控制来控制第一驱动电路42a，以使由第一电流检测部43a检测且3相/2相转换后的马达电流(d轴电流以及q轴电流)与第一马达电流指令值it1＊相等。第二电流反馈控制部55b使用旋转角传感器37的输出信号并借助公知的矢量控制来控制第二驱动电路42b，以使由第二电流检测部43b检测且3相/2相转换后的马达电流(d轴电流以及q轴电流)与第二马达电流指令值it2＊相等。由此，转向马达31被控制为由行程传感器38检测的实转向角θt与由目标转向角设定部51设定的目标转向角θt＊相等。

图4是用于对sbw模式时的反作用力马达控制部的动作进行说明的功能框图。在sbw模式时，反作用力马达控制部70作为其功能处理部而包括目标反作用力扭矩设定部71、电流指令值生成部72以及电流反馈控制部73。

目标反作用力扭矩设定部71根据由车速传感器39检测的车速v、由转向角传感器10检测的转向操纵角θh以及由第一扭矩传感器11检测的转向操纵扭矩th1来设定目标反作用力扭矩tf＊。例如，目标反作用力扭矩设定部71根据转向操纵角θh以及车速v来求目标反作用力扭矩基本值。通过对该目标反作用力扭矩基本值乘以与转向操纵扭矩th1对应的增益来设定目标反作用力扭矩tf＊。

电流指令值生成部72生成与由目标反作用力扭矩设定部71运算出的目标反作用力扭矩tf＊对应的马达电流指令值if＊(d轴电流指令值以及q轴电流指令值)。电流反馈控制部73使用旋转角传感器15的输出信号并借助公知的矢量控制来控制驱动电路44，以使由电流检测部45检测且3相/2相转换后的马达电流(d轴电流以及q轴电流)与由电流指令值生成部72生成的马达电流指令值if＊相等。

由此，反作用力马达14被控制为从反作用力马达14产生与目标反作用力扭矩tf＊对应的马达扭矩。第一扭矩传感器11对施加于方向盘2与离合器6之间的动力传递路径亦即转向轴5的转向操纵扭矩进行检测。由此，能够对与由驾驶员施加于方向盘2的转向操纵扭矩大致相等的大小的扭矩进行检测。因此，能够设定与由驾驶员施加于方向盘2的转向操纵扭矩对应的目标反作用力扭矩tf＊。由此，与对施加于离合器6与转向轮3之间的动力传递路径的扭矩进行检测并使用该检测值来设定目标反作用力扭矩的情况相比，能够使转向操纵感提高。

图5是用于对第一eps模式时的转向马达控制部的动作进行说明的功能框图。在第一eps模式时，离合器6处于结合状态。由此，转向轴5与第一小齿轮轴16处于连结的状态。在第一eps模式时，转向马达控制部50作为其功能处理部而包括目标辅助扭矩运算部61、电流指令值生成部62、指令值分配部63、第一电流反馈控制部64a以及第二电流反馈控制部64b。

目标辅助扭矩运算部61根据由第二扭矩传感器12检测出的转向操纵扭矩th2和由车速传感器39检测出的车速v来设定目标辅助扭矩ta＊。目标辅助扭矩运算部61例如通过对转向操纵扭矩th2乘以与车速v对应的车速增益来运算目标辅助扭矩ta＊。车速v越大，车速增益取越小的值。因此，对于目标辅助扭矩ta＊的绝对值而言，转向操纵扭矩th2的绝对值越大越大，车速v越大越小。

电流指令值生成部62生成与由目标辅助扭矩运算部61运算出的目标辅助扭矩ta＊对应的马达电流指令值it＊(d轴电流指令值以及q轴电流指令值)。指令值分配部63将由电流指令值生成部62生成的马达电流指令值it＊向第一电流反馈控制部64a以及第二电流反馈控制部64b分配。在该实施方式中，在转向马达31的上述第一系统以及上述第二系统均正常的情况下，指令值分配部63将马达电流指令值it＊向第一电流反馈控制部64a以及第二电流反馈控制部64b各分配1/2。即，马达电流指令值it＊向第一电流反馈控制部64a的分配率以及马达电流指令值it＊向第二电流反馈控制部64b的分配率均为50％。

另一方面，在转向马达31的上述第一系统以及上述第二系统中的任一方产生故障(异常)的情况下，在第一电流反馈控制部64a以及第二电流反馈控制部64b中、针对与正常的系统对应的控制部的分配率为100％，针对与异常的系统对应的控制部的分配率为0％。将分配至第一电流反馈控制部64a的马达电流指令值称为第一马达电流指令值it1＊。将分配至第二电流反馈控制部64b的马达电流指令值称为第二马达电流指令值it2＊。

第一电流反馈控制部64a使用旋转角传感器37的输出信号并借助公知的矢量控制来控制第一驱动电路42a，以使由第一电流检测部43a检测且3相/2相转换后的马达电流(d轴电流以及q轴电流)与第一马达电流指令值it1＊相等。第二电流反馈控制部64b使用旋转角传感器37的输出信号并借助公知的矢量控制来控制第二驱动电路42b，以使由第二电流检测部43b检测且3相/2相转换后的马达电流(d轴电流以及q轴电流)与第二马达电流指令值it2＊相等。

由此，转向马达31被控制为从转向马达31产生与目标辅助扭矩ta＊对应的马达扭矩。由此，产生与转向操纵扭矩对应的转向操纵辅助力。图6是用于对第二eps模式时的反作用力马达控制部的动作进行说明的功能框图。

在第二eps模式时，离合器6处于结合状态。由此，转向轴5与第一小齿轮轴16处于连结的状态。在第二eps模式时，反作用力马达控制部70作为其功能处理部而包括目标辅助扭矩运算部81、电流指令值生成部82以及电流反馈控制部83。

目标辅助扭矩运算部81根据由车速传感器39检测出的车速v与由第一扭矩传感器11检测的转向操纵扭矩th1来设定目标辅助扭矩ta＊。目标辅助扭矩运算部81例如通过对转向操纵扭矩th1乘以与车速v对应的车速增益来运算目标辅助扭矩ta＊。车速v越大，车速增益取越小的值。因此，对于目标辅助扭矩ta＊的绝对值而言，转向操纵扭矩th1的绝对值越大则越大，车速v越大则越小。

电流指令值生成部82生成与由目标辅助扭矩运算部81运算出的目标辅助扭矩ta＊对应的马达电流指令值if＊(d轴电流指令值以及q轴电流指令值)。电流反馈控制部83使用旋转角传感器15的输出信号并借助公知的矢量控制来控制驱动电路44，以使由电流检测部45检测且3相/2相转换后的马达电流(d轴电流以及q轴电流)与由电流指令值生成部82生成的马达电流指令值if＊相等。

由此，反作用力马达14被控制为从反作用力马达14产生与目标辅助扭矩ta＊对应的马达扭矩。由此，产生与转向操纵扭矩对应的转向操纵辅助力。在上述的实施方式中，与设置有两个转向马达的日本特开2014-223862号公报所记载的车辆用转向操纵控制装置相比，能够实现成本降低。转向马达31具备2个系统的量的马达线圈31a、31b，因而与只具备1个系统的量的马达线圈的转向马达相比，能够确保安全性。即，在上述的实施方式中，既确保安全性又实现成本降低。

以上，对本发明的一实施方式进行了说明，但本发明还能够以其他方式实施。例如，在上述实施方式中，根据由行程传感器38检测的齿条轴17的轴向移动量来检测转向轮3的转向角θt。然而，也可以根据由旋转角传感器37检测的转向马达31的旋转角来检测转向轮3的转向角θt。

在上述实施方式中，设置有第一扭矩传感器11与第二扭矩传感器12，但也可以仅设置单一扭矩传感器。此时，由单一扭矩传感器检测的转向操纵扭矩赋予转向马达控制部50以及反作用力马达控制部70两方。除此之外，在权利要求书所记载的事项的范围内能够实施各种设计变更。