CN100460261C - 车辆转向设备和车辆转向方法 - Google Patents

Abstract

一种车辆转向设备和车辆转向方法，该设备包括：车辆转向***和辅助转向力施加装置。辅助转向力施加装置用于向车辆转向***施加辅助转向力以减小操作员的转向负荷。辅助转向力施加装置包括：转向力矩检测部、直线行驶状况检测部和偏向抑制控制部。直线行驶状况检测部用于检测车辆的直线行驶状况。偏向抑制控制部用于通过使用基于在直线行驶状况期间检测的转向力矩的历史数据计算的偏向抑制力，在直线行驶状况期间沿抵消施加在车辆上的偏向力的方向调整辅助转向力。

Description

车辆转向设备和车辆转向方法

技术领域

本发明涉及一种车辆转向设备和车辆转向方法，用于控制辅助转向力以减小驾驶员的转向负荷。

背景技术

日本特开2001-1923号公报公开了传统的车辆转向设备的一个例子，其用于估计作为动态扰动的各种输入例如侧风、道路倾斜和不良路况，并控制辅助转向力以补偿估计的扰动。此外，日本特开2000-313349号公报公开了传统的车辆转向设备的另一个例子，其用于计算由车辆的偏向(pulling)和/或摆动(shimmying)所产生的力矩量，并通过控制致动器对车辆施加对应于计算出的力矩量的摩擦力来抑制偏向和/或摆动。

考虑到上述内容，对于本领域技术人员，从本公开明显可以看出，有改进车辆转向设备和车辆转向方法的需要。本发明针对本领域的这种需要以及其他需要，这些需要通过本公开对本领域技术人员来说将变得明显。

发明内容

已经发现，在例如上述第一参考文献中的控制辅助转向力以补偿估计的扰动的传统车辆转向设备中，由于传统的车辆转向设备试图抑制车辆的偏向而不考虑扰动包括常规或者恒定扰动(例如，由在悬挂几何图(suspension geometry)中的横向差异和/或在轮胎锥度(tire conicity)中的横向差异等产生的、在车辆中引起的扰动)和例如侧风等的临时扰动，因此***趋于复杂。因此，使用传统的车辆转向设备对于驾驶员很难获得转向力矩的最佳辅助特性。

此外，在上述第二参考文献中对车辆施加摩擦力以抑制车辆的偏向的传统车辆转向设备中，摩擦力作为当驾驶员操纵车辆的转向盘时的阻力。因此，当使用这种传统的车辆转向设备时，驾驶员的转向负荷增加。

因此，本发明的一个目的是提供一种用于车辆转向设备的简化***，其可以稳定地抑制在车辆中产生的车辆的偏向(即由恒定扰动引起的偏向)，而不增加驾驶员的转向负荷。

为了实现本发明的上述目的，一种车辆转向设备包括：车辆转向***和辅助转向力施加装置。车辆转向***包括转向盘和一对驱动轮，转向盘由车辆的操作员进行操作，一对驱动轮联结到转向盘以根据操作员对转向盘的转向操作相对于车辆选择性地转动。辅助转向力施加装置用于向车辆转向***施加辅助转向力以减小操作员的转向负荷。辅助转向力施加装置包括转向力矩检测部、直线行驶状况检测部和偏向抑制控制部。转向力矩检测部用于检测转向力矩。直线行驶状况检测部用于检测车辆的直线行驶状况。偏向抑制控制部用于通过使用基于在直线行驶状况期间检测的转向力矩的历史数据计算的偏向抑制力，沿抵消在直线行驶状况期间施加到车辆的偏向力的方向调整辅助转向力。

本发明还提供一种车辆，其包括上述车辆转向设备。

本发明还提供一种车辆转向设备，包括：车辆转向装置，用于根据由车辆的操作员输入的转向力选择性地转变车辆的行驶方向；辅助转向力施加装置，用于向所述车辆转向装置施加辅助转向力以减小操作员的转向负荷；转向力矩检测装置，用于检测转向力矩；直线行驶状况检测装置，用于检测车辆的直线行驶状况；以及偏向抑制控制装置，用于通过使用基于在所述直线行驶状况期间检测的转向力矩的历史数据计算的偏向抑制力，沿抵消在所述直线行驶状况期间施加到车辆的偏向力的方向调整所述辅助转向力。

一种车辆转向方法包括：根据由车辆的操作员输入的转向力，向车辆施加辅助转向力以减小转向盘的转向负荷；检测转向力矩；检测车辆的直线行驶状况；以及通过使用基于在直线行驶状况期间检测的转向力矩的历史数据计算的偏向抑制力，沿抵消在直线行驶状况期间施加到车辆的偏向力的方向调整辅助转向力。

附图说明

现在参考构成本原始公开的一部分的附图：

图1是根据本发明第一实施例的车辆转向设备的示意图；

图2是示出由根据本发明第一实施例的车辆转向设备的控制器进行的偏向抑制控制处理的控制流程的流程图；

图3是示出当由根据本发明第一实施例的车辆转向设备进行偏向抑制控制时，转向角和转向力矩之间的关系的图；

图4是根据本发明第二实施例的车辆转向设备的示意图；

图5是示出由根据本发明第二实施例的车辆转向设备的控制器进行的偏向抑制控制处理的控制流程的流程图；

图6是示出由根据本发明第二实施例的车辆转向设备的控制器进行的直线转向角计算控制处理的控制流程的流程图；

图7是示出当由根据本发明第二实施例的车辆转向设备进行偏向抑制控制时，转向角和转向力矩之间的关系的图；

图8是示出由根据本发明第三实施例的车辆转向设备的控制器进行的偏向抑制控制处理的控制流程的流程图；

图9是示出当由根据本发明第三实施例的车辆转向设备进行偏向抑制控制时，转向角和转向力矩之间的关系的图；

图10是根据本发明第四实施例的车辆转向设备的示意图；

图11是示出由根据本发明第四实施例的车辆转向设备的控制器进行的偏向抑制控制处理的控制流程的流程图；

图12是示出当由根据本发明第四实施例的车辆转向设备进行偏向抑制控制时，转向角和转向力矩之间的关系的图；

图13是示出由根据本发明第五实施例的车辆转向设备的控制器进行的直线转向角计算控制处理的控制流程的流程图；

图14是示出在根据本发明第五实施例的车辆转向设备中使用的转向角的历史数据的频率分布的一个例子的图；

图15是根据本发明第六实施例的车辆转向设备的示意图；

图16是示出由根据本发明第六实施例的车辆转向设备的控制器进行的直线转向角计算控制处理的控制流程的流程图；

图17是示出由根据本发明第七实施例的车辆转向设备的控制器进行的直线转向角计算控制处理的控制流程的流程图；

图18是示出由根据本发明第八实施例的车辆转向设备的控制器进行的直线转向角计算控制处理的控制流程的流程图；

图19是示出在根据本发明第八实施例的车辆转向设备中使用的转向力矩的历史数据的频率分布的一个例子的图；

图20是示出在根据本发明第八实施例的车辆转向设备中使用的转向力矩的历史数据的不同分布离散度的例子的图；

图21是根据本发明第九实施例的车辆转向设备的示意图；

图22是根据本发明第十实施例的车辆转向设备的示意图；

图23是示出由根据本发明第十实施例的车辆转向设备的控制器进行的偏向抑制控制处理的控制流程的流程图；

图24是示出由根据本发明第十一实施例的车辆转向设备的控制器进行的转向角校正控制处理的控制流程的流程图；

图25是根据本发明第十二实施例的车辆转向设备的示意图；

图26是示出由根据本发明第十二实施例的车辆转向设备的控制器进行的处理的控制流程的框图；

图27是示出在本发明的比较例中，当偏移量不随转向力矩的幅值改变时，转向力矩和辅助电流之间的关系的图；

图28是示出当在根据本发明第十二实施例的车辆转向设备中偏移量随转向力矩的幅值改变时的时间图；

图29是示出根据本发明第十二实施例的基本力矩、恒定扰动估计值和计算的力矩补偿量的图；

图30是示出当由根据本发明第十二实施例的车辆转向设备进行偏向抑制控制时，转向力矩和辅助电流之间的关系的图；

图31是示出根据本发明的横向加速度和转向力矩之间的关系的图；

图32是示出由根据本发明第十三实施例的车辆转向设备的控制器进行的处理的控制流程的框图；

图33是示出在根据本发明第十三实施例的车辆转向设备中进行的偏向抑制控制(时间图(b))与比较例(时间图(a))进行比较的一对时间图；以及

图34是示出由根据本发明第十三实施例的车辆转向设备的控制器进行的变形控制流程的框图。

具体实施方式

现在参考附图说明本发明的选择实施例。本领域技术人员从本公开明显可以看出，以下对本发明实施例的说明仅用于进行说明，其目的不是限制由所附权利要求书和其等同结构所限定的本发明。

首先参考图1和2，根据本发明的第一实施例，示出车辆转向设备。

图1是根据第一实施例的车辆转向设备的示意图。如图1所示，第一实施例的车辆转向设备包括：手柄或者转向盘(转向输入部)1，用于由驾驶员进行操作；以及转向机构3，用于根据转向盘1的操作量转动一对前轮(转向控制轮)2。

转向轴(转向柱)4一体地连接到转向盘1。转向轴4设置有力矩传感器5和减速器6，经由减速器6连接到马达7。滑轨的小齿轮8和齿轮机构连接到转向轴4的顶端。左右前轮2中的每一个的转向节臂(knuckle arm)经由拉杆(tie rod)10连接到滑轨9的对应端。滑轨9与小齿轮8相配合，并沿车辆的宽度方向往复运动。

控制器(偏向抑制控制部)11用于连接到马达7，以进行辅助转向力控制。控制器11优选包括具有如以下所述进行辅助转向力控制的辅助转向力控制程序的微型计算机。控制器11还可以包括其他传统组件，例如输入接口电路、输出接口电路和例如ROM(只读存储器)装置和RAM(随机存取存储器)装置的存储装置。对控制器11的微型计算机进行编程以控制马达7的辅助转向力命令值。存储器电路存储处理结果和控制程序，例如由处理器电路运行的偏向抑制控制操作的控制程序。控制器11以传统的方式连接到马达7。控制器11的内部RAM存储操作标志的状态和各种控制数据。控制器11的内部ROM存储用于各种操作的映射数据(map data)等。控制器11可以根据控制程序有选择地对控制***的组件中的任何一个进行控制。本领域技术人员从本公开明显可以看出，控制器11的确切结构和算法可以是能够实现本发明的功能的硬件和软件的任何组合。换句话说，在说明书和权利要求书中使用的“部件加功能”方式应当包括可以用于实现“部件加功能”方式的功能的任何结构或者硬件和/或算法或者软件。

控制器11用于基于来自力矩传感器5和车辆速度传感器13的信息对车辆产生辅助转向力以辅助驾驶员的转向力。更具体地，控制器11用于进行辅助转向力控制，根据对应于辅助转向力的辅助转向力命令值驱动马达7。

此外，控制器11用于独立于辅助转向力控制地进行偏向抑制控制。更具体地，当基于来自车辆速度传感器13和直线行驶状况检测部12的信息确定为车辆正沿直线行驶(即，车辆处于直线行驶状况)时，控制器11用于将由力矩传感器5测量的转向力矩保存在存储器电路中。控制器11还用于计算在存储器电路中存储的转向力矩的历史数据的平均值。认为在车辆沿直线行驶期间的该转向力矩的历史数据的平均值为在车辆中产生的偏向力(即由于悬挂几何图的横向差异和/或轮胎锥度的横向差异等而产生的偏向力)的代表值。因此，控制器11用于进行偏向抑制控制，其中将所计算的转向力矩的平均值设置为偏向抑制力，作为在车辆沿直线行驶期间抑制车辆向左或者向右偏向所需的力矩量。控制器11用于从对马达7的辅助转向力命令值加上或者减去偏向抑制力，使得当车辆沿直线行驶时，沿抵消施加到车辆的偏向力的方向施加偏向抑制力。

图2是示出由第一实施例的控制器11进行的偏向抑制控制处理的控制流程的流程图。在车辆正在运动的同时(即，当车辆速度传感器13检测到车辆速度不等于零时)，优选以预定控制间隔重复进行如图2所示的控制处理。

在步骤S101中，控制器11基于由直线行驶状况检测部12检测的车辆行为信息(例如偏航率等)来判断车辆是否处于直线行驶状况(即，车辆是否正在沿直线行驶)。步骤S101对应于本发明的直线行驶检测部。当在步骤S101中判断为“是”时，控制器11进行到步骤S102。当在步骤S101中判断为“否”时，重复步骤S101。

在步骤S102中，控制器11将由力矩传感器5测量的转向力矩记录在存储器中，控制器11进行到步骤S103。

在步骤S103中，控制器11计算在存储器中存储的转向力矩的历史数据的平均值，控制器11进行到步骤S104。为了计算转向力矩的历史数据的平均值，使用足够长的时间段的历史数据，从而相对忽略瞬时扰动的影响。

在步骤S104中，控制器11根据在步骤S103中计算的转向力矩的历史数据的平均值调整对马达7的辅助转向力命令值。更具体地，将转向力矩的历史数据的平均值设置为当车辆正在沿直线行驶抑制车辆的偏向所需的力矩量的偏向抑制力(偏向抑制辅助转向力)。因此，沿当车辆正在沿直线行驶时抵消施加到车辆的偏向力的方向，将该偏向抑制力加到对马达7的命令值，或者从对马达7的命令值中减去该偏向抑制力。然后，控制器11进行到步骤S105。因此，在本发明的第一实施例中，独立于在辅助转向力控制中计算的辅助转向力，计算转向力矩的历史数据的平均值(即偏向抑制力)。当在辅助转向力控制中计算任何辅助转向力命令值时，总是将转向力矩的历史数据的平均值作为辅助转向力命令值的偏移量加到辅助转向力命令值，或者从辅助转向力命令值减去。

在第一实施例中，由直线行驶状况检测部12判断车辆的直线行驶状况，由力矩传感器5测量直线行驶期间的转向力矩并将其存储在存储器中。控制器11用于计算转向力矩的历史数据的平均值，并且使用该平均值作为抑制车辆的偏向所需的力矩(偏向抑制力)来驱动马达7。

因此，将直线行驶状况期间的转向力矩的历史数据的平均值作为偏向抑制力矩，如图3所示，以在直线行驶状况期间沿抵消施加到车辆的偏向力的方向偏移辅助转向力命令值。因此，当车辆在直线行驶状况期间正常被在车辆中产生的偏向力(例如由于悬挂几何图的横向差异和/或轮胎锥度的横向差异等产生的偏向力)向左或者向右拉时，可以隔离并抑制由车辆的偏向产生的力矩，而不干扰辅助转向力控制。

因此，第一实施例的车辆转向设备包括：力矩传感器5(转向力矩检测部)，用于检测转向力矩；直线行驶状况检测部(步骤S101)，用于检测车辆的直线行驶状况；以及控制器11，用于基于在车辆直线行驶期间的转向力矩历史数据在直线行驶期间沿抵消转向力矩的方向提供偏向抑制辅助转向力。因此，简化了车辆转向设备***，通过使用转向力矩的长期历史数据的辅助转向力控制有规律地控制(相对于动态瞬时校正)车辆自身的特性，来稳定地抑制在车辆中产生的偏向。

控制器11用于独立于其他辅助转向力控制地控制偏向抑制力，对辅助转向力加上(或者减去)抑制车辆的偏向所需的力矩(偏向抑制辅助转向力或者偏向抑制力)。因此，可以抑制车辆的偏向，而不降低转向灵敏度或者产生错误的转向辅助力，即使当进行多个辅助转向力控制时也不干扰其他控制。

由于在转向柱上布置的测量驾驶员输入转向力矩的力矩传感器5用作转向力矩检测部，因此在本发明的车辆转向设备中使用的***可容易地应用于设置有现有常规辅助转向力控制功能的车辆转向设备。

在本发明的车辆转向设备中，基于在车辆直线行驶期间转向力矩的历史数据，沿抵消在直线行驶期间产生的转向力矩(偏向力)的方向施加偏向抑制力。因此，简化了车辆转向设备***，通过使用转向力矩的长期历史数据的偏向抑制控制有规律地即恒定地控制(相对于动态瞬时校正)车辆自身的特性，来稳定地抑制在车辆中产生的偏向力。

虽然在第一实施例中当直线行驶状况检测部12确定为车辆处于直线行驶状况时采集转向力矩的历史数据，但是可以有规律地测量转向力矩，可以将转向力矩的历史数据的频率分布的峰值频率确定为由车辆产生的偏向力，而不使用直线行驶状况检测部12。

第二实施例

现在参考图4～7，说明根据第二实施例的车辆转向设备。考虑到第一和第二实施例之间的相似性，与第一实施例的部件相同的第二实施例的部件使用与第一实施例的部件相同的附图标记。此外，为了简短，省略对与第一实施例的部件相同的第二实施例的部件的说明。

图4是第二实施例的车辆转向设备的示意图。下面的说明集中阐述第二实施例与图1所示的第一实施例不同的构件和操作。第二实施例的车辆转向设备与第一实施例的车辆转向设备的不同之处在于基于转向角的历史数据的平均值确定车辆的直线行驶状况。

如图4所示，第二实施例的车辆转向设备具有编码器(转向角检测部)14，用于检测转向盘1的转向角。编码器14连接到马达7。控制器11用于控制马达7的起动，并且基于来自车辆速度传感器13、编码器14和力矩传感器15的信息进行辅助转向力控制和偏向抑制控制。

图5是示出由第二实施例的控制器11进行的偏向抑制控制的控制流程的流程图。相同的步骤编号表示与图3所示的第一实施例的控制步骤的处理相同的控制步骤，不同的步骤编号表示与第一实施例不同的控制步骤。

在步骤S201中，控制器11用于计算维持车辆的直线行驶状况所需的直线转向角，并判断由编码器14测量的转向角是否为直线转向角。当在步骤S201中判断为“是”时，控制器11进行到步骤S102。当在步骤S201中判断为“否”时，重复步骤S201。

图6是示出在图5的步骤S201中进行的直线转向角计算控制处理的控制流程的流程图。图6所示的该控制流程对应于计算用于维持直线行驶状况的转向角的直线转向角计算部。

在步骤S201-1中，控制器11用于将由编码器14测量的转向角记录在存储器中，控制器11进行到步骤S201-2。

在步骤S201-2中，控制器11用于计算在存储器中存储的转向角的历史数据的平均值，控制器11进行到步骤S201-3。

在步骤S201-3中，控制器11用于将在步骤S201-2中计算的转向角的历史数据的平均值设置为直线转向角，控制器11进行到步骤S201-1。

在第二实施例中，将转向角的历史数据的平均值设置为预定转向角(直线转向角)以维持车辆的直线行驶状况。然后，在步骤S201中判断行驶期间的转向角是否与直线转向角相匹配。当该值匹配时，在步骤S102中将转向力矩记录在存储器中。然后，将转向力矩的历史数据的平均值设置为维持车辆的直线行驶状况所需的偏向抑制力矩。

因此，在第二实施例的车辆转向设备中，如图7所示，即使当转向中性(neutral)位置和转向中性力矩二者都偏移(没有调准)时，也容易地抑制偏向力。

因此，第二实施例的车辆转向设备包括：编码器14，用于检测转向盘的转向角；以及直线转向角计算部(图6所示的控制流程)，用于计算直线转向角以维持直线行驶状况。控制器11用于控制偏向抑制力，以在直线转向角处获得为“0”或者接近于“0”的转向力矩以维持直线行驶状况。因此，可以通过同时考虑转向角和转向力矩的历史数据，根据转向中性位置的偏移量来校正中性力矩的偏移量。

直线转向角计算部(图6所示的控制流程)可以基于转向角的历史数据的平均值来设置直线转向角以维持直线行驶状况。因此，可以通过仅测量转向角来确定直线转向角。

在第二实施例中，当通过将转向的中性位置固定为车辆特性而准确地确认车辆处于直线行驶状况(即，即使当被施加偏向力时，车辆也不从中性转向角偏移)时，可以省略直线转向角计算处理，转向角为“0”时的转向力矩的历史数据的平均值可以用作抑制偏向所需的校正力矩。

虽然在第二实施例中检测直线转向角处的转向力矩，但是因为可以排除在转弯期间的转向角的瞬时匹配，所以当连续检测到指定的转向角并持续指定的时间段时，可以通过检测转向力矩来提高历史数据的可靠性。

虽然在第二实施例中基于转向角的历史数据的平均值来确定车辆的直线行驶状况，但是也可以使用其他物理量，例如偏航率等，而不使用转向角。

第三实施例

现在参考图8和9，说明根据第三实施例的车辆转向设备。考虑到第二和第三实施例之间的相似性，与第二实施例的部件相同的第三实施例的部件使用与第二实施例的部件相同的附图标记。此外，为了简短，省略对与第二实施例的部件相同的第三实施例的部件的说明。

第三实施例的车辆转向设备与第二实施例的车辆转向设备的不同之处在于当驾驶员不保持转向盘1或者不稳定地保持转向盘1时，检测车辆的偏向方向，并沿抑制偏向车辆的方向施加辅助转向力。除了控制器11用于进行图8的流程图所示的控制处理之外，第三实施例的车辆转向设备的结构与图4所示的第二实施例的结构相同。

图8是示出由第三实施例的控制器11进行的偏向抑制控制处理的控制流程的流程图。相同的步骤编号表示与图3所示的第一实施例的控制步骤的处理相同的控制步骤，不同的步骤编号表示与第一实施例不同的控制步骤。

在步骤S301中，控制器11判断由力矩传感器5测量的转向力矩是否小于接近于“0”的预定值。当在步骤S301中判断为“是”时，控制器11进行到步骤S302。当在步骤S301中判断为“否”时，重复步骤S301。

在步骤S302中，控制器11将由编码器14测量的转向角记录在存储器中，控制器11进行到步骤S303。

在步骤S303中，控制器11计算在存储器中记录的转向角的历史数据的平均值，控制器11进行到步骤S304。

在步骤S304中，控制器11从在步骤S303中计算的转向角的历史数据的平均值确定车辆向左或者向右转到什么程度。然后，控制器11沿抵消使车辆转向的偏向力的方向加上预定辅助转向力，然后控制器11进行到步骤S301。

在第三实施例中，当驾驶员不保持转向盘1或者不稳定地保持转向盘1时(例如，当转向力矩小于接近于“0”的预定值时)，检测车辆转向的方向，并且提供预定的辅助转向力矩以抵消使车辆转向的车辆的偏向力。在第三实施例中，如图9所示，仅通过确定辅助的方向并逐渐调整辅助量而不直接确定抑制车辆的偏向所需的辅助转向力矩，来抑制车辆的偏向。

在第三实施例中，当在用于维持直线行驶状况的转向角和当不施加转向力矩时的转向角之间有差异时，沿抵消该差异的方向从辅助转向力加上或者减去预定偏移量。在该差异仍然存在时，该偏移量逐渐增大，当用于维持直线行驶状况的转向角与当不施加转向力矩时的转向角相匹配时，该偏移量的增大停止。

因此，使用第三实施例，控制器11用于使用当转向力矩小于接近于“0”的预定值时的转向角的历史数据的平均值，沿接近直线转向角的方向控制偏向抑制力以维持直线行驶状况。因此，即使当驾驶员不保持转向盘1或者不稳定地保持转向盘1而没有转向力矩输入时，通过考虑转向角的历史数据也可以稳定地抑制车辆的偏向。

第四实施例

现在参考图10～12，说明根据第四实施例的车辆转向设备。考虑到第一和第四实施例之间的相似性，与第一实施例的部件相同的第四实施例的部件使用与第一实施例的部件相同的附图标记。此外，为了简短，省略对与第一实施例的部件相同的第四实施例的部件的说明。

图10是第四实施例的车辆转向设备的示意图。下面的说明集中阐述第四实施例与图1所示的第一实施例不同的构件和操作。第四实施例的车辆转向设备与第一实施例的车辆转向设备的不同之处在于，通过由例如驾驶员或者维修人员的车辆操作员操作的转向开关来设置转向中性点(对转向盘1施加足够的力矩量使得车辆沿直线行驶的点)。

如图10所示，第四实施例的车辆转向设备设置有转向开关15，用于设定转向中性点。当驾驶员或者维修人员感觉到车辆沿直线行驶的转向中性位置时，由驾驶员或者维修人员操作转向开关15。控制器11用于控制马达7以基于来自力矩传感器5和转向开关15的信息产生辅助转向力。

图11是示出由第四实施例的控制器11进行的偏向抑制控制处理的控制流程的流程图。

在步骤S401中，控制器11判断车辆是否处于直线行驶状况(即，车辆是否正在沿直线行驶)。当在步骤S401中判断为“是”时，控制器11进行到步骤S402。当在步骤S401中判断为“否”时，控制器11重复步骤S401。可选择地，也可以由驾驶员或者车辆维修员直接进行直线行驶状况的判断，在这种情况下，可以省略步骤S401。

在步骤S402中，控制器11判断转向开关15是否已被接通(ON)。当在步骤S402中判断为“是”时，控制器11进行到步骤S403。当在步骤S402中判断为“否”时，控制器11重复步骤S401。

在步骤S403中，控制器11将当接通转向开关15时由力矩传感器5测量的转向力矩设置为偏向抑制力矩，控制程序返回步骤S401。

因此，在第四实施例中，如果当没有瞬时扰动(例如侧风等)并且车辆处于直线行驶状况时，在车辆正在运动的同时接通转向开关15，则将此时作用在转向***上的力矩设置为偏向抑制力，将该偏向抑制力有规律地输出到马达7。

其结果是，如图12所示，当驾驶员已经对转向盘1施加力矩以抵抗车辆的偏向而沿直线行驶时，偏向抑制力在驾驶员接通转向开关15时就沿抵消车辆的偏向的方向作用在车辆上。因此，一旦接通转向开关15并且对车辆施加偏向抑制力，不需要驾驶员对转向盘1输出额外的力以沿直线行驶。此外，通过在车辆维修厂或者在车辆生产线上由转向开关15设定辅助转向力的中性点，显著减少了用于校正力矩从转向中性点的偏离的处理的数量。

因此，在本发明的第四实施例中，设置用于设定转向中性点的转向开关15，由驾驶员或者维修人员操作该转向开关15。控制器11用于将在操作转向开关15时的转向力矩设置为偏向抑制力。因此，通过将直线行驶状况的检测委托给例如驾驶员或者维修人员的车辆操作员，使用最简单的结构作为控制***就可以稳定地抑制车辆的偏向。此外，第四实施例的车辆转向设备的***可应用于全部类型的具有辅助转向力功能的车辆，可以在生产线上只用短的调整时间来快速地校正车辆特性的偏离以及在购置车辆之后出现的车辆特性的偏离。

第五实施例

现在参考图13和14，说明根据第五实施例的车辆转向设备。考虑到第二和第五实施例之间的相似性，与第二实施例的部件相同的第五实施例的部件使用与第二实施例的部件相同的附图标记。此外，为了简短，省略对与第二实施例的部件相同的第五实施例的部件的说明。

第五实施例的车辆转向设备与第二实施例的车辆转向设备的不同之处在于将转向角的历史数据的峰值分布值设置为直线转向角。除了控制器11用于进行图13的流程图所示的控制处理而不是第二实施例的图6所示的控制处理之外，第五实施例的车辆转向设备的结构与图4所示的第二实施例的车辆转向设备的结构相同。

图13是示出第五实施例的直线转向角计算控制处理的控制流程的流程图。相同的步骤编号表示与图6所示的第二实施例的控制步骤的处理相同的控制步骤，省略对这些步骤的说明。图13所示的控制处理对应于直线转向角计算部。

在步骤S501中，控制器11获得在存储器中存储的转向角的历史数据的频率分布，并且计算该频率分布的峰值频率值。然后，控制器11进行到步骤S502。

在步骤S502中，控制器11将在步骤S501中计算的峰值频率值设置为直线转向角，控制器11进行到步骤S201-1。

例如，在不擅长左转或者右转的不熟练驾驶员、或者当在车辆的行驶路线中有某些不平衡特性(例如车辆仅在特定路线上行驶)时的情况下，左转和右转之间的频率差异非常明显。因此，在第二实施例中使用的转向角的历史数据的平均值实际上不能代表真实的直线转向角。

相反，第五实施例的车辆转向设备用于获得如图14所示的转向角的历史数据的频率分布，并将峰值频率值设置为直线转向角。因此，即使当在左转和右转之间的频率有差别时，通过将直线转向角设定在峰值频率值处，也可以正确地设置直线转向角。

因此，使用第五实施例，直线转向角计算部用于获得转向角的历史数据的频率分布，并将该频率分布的峰值频率转向角设置为直线转向角。因此，可以准确地设置直线转向角，而不需要转向角之外的信息，也不会被驾驶员的习惯或者车辆行驶环境影响。

第六实施例

现在参考图15和16，说明根据第六实施例的车辆转向设备。考虑到第二和第六实施例之间的相似性，与第二实施例的部件相同的第六实施例的部件使用与第二实施例的部件相同的附图标记。此外，为了简短，省略对与第二实施例的部件相同的第六实施例的部件的说明。

图15是第六实施例的车辆转向设备的示意图。下面的说明集中阐述第六实施例与图4所示的第二实施例不同的构件和操作。第六实施例的车辆转向设备与第二实施例的车辆转向设备的不同之处在于，将当偏航率和横向加速度均为等于或者接近于零的预定值时的转向角设置为直线转向角。

如图15所示，第六实施例的车辆转向设备包括：偏航率传感器(偏航率检测部)16，用于检测车辆的偏航率；以及横向加速度传感器(横向加速度检测部)17，用于检测车辆的横向加速度。

控制器11用于基于来自力矩传感器5、编码器14、偏航率传感器16、横向加速度传感器17和车辆速度传感器13的信息控制马达7以产生辅助转向力。

图16是示出第六实施例的直线转向角计算控制处理的控制流程的流程图。在第六实施例中，用图16所示的直线转向角计算控制处理代替第二实施例的图6所示的直线转向角计算控制处理。

在步骤S601中，控制器11通过偏航率传感器16和横向加速度传感器17来检测偏航率γ和横向加速度Gy。然后，控制器11判断偏航率γ和横向加速度Gy是否均小于被设置为接近于零的值的预定值。换句话说，在步骤S601中，控制器11判断偏航率Y和横向加速度Gy是否均为接近于零的值。当在步骤S601中判断为“是”时，控制器11进行到步骤S602。当在步骤S601中判断为“否”时，控制器11重复步骤S601。

在步骤S602中，控制器11将由编码器14测量的转向角设置为直线转向角，控制器11进行到步骤S601。

因此，由于基于偏航率γ和横向加速度Gy确定直线转向角，因此在第六实施例中，可以在较短的时间内设置直线转向角。

第六实施例的车辆转向设备包括偏航率传感器16和横向加速度传感器17，控制器11用于基于偏航率γ和横向加速度Gy设置直线转向角。因此，确定偏向抑制力所需的时间比在采用转向角的历史数据或者转向力矩的历史数据来确定直线行驶状况的第一至第三和第五实施例中使用的方法短。

第七实施例

现在参考图17，说明根据第七实施例的车辆转向设备。考虑到第二和第七实施例之间的相似性，与第二实施例的部件相同的第七实施例的部件使用与第二实施例的部件相同的附图标记。此外，为了简短，省略对与第二实施例的部件相同的第七实施例的部件的说明。

第七实施例的车辆转向设备与第二实施例的车辆转向设备的不同之处在于，当转向角已变为值零或者小于接近于零的预定值且持续预定时间时，将所检测的转向角设为直线转向角。除了控制器11用来进行图17的流程图中所示的控制处理而不是第二实施例的图6的流程图所示的控制处理之外，第七实施例的车辆转向设备的结构与图4所示的第二实施例的车辆转向设备的结构相同。

图17是示出第七实施例的直线转向角计算控制处理的控制流程的流程图。图17中所示的该控制处理对应于直线转向角计算部。

在步骤S701中，控制器11通过编码器14检测转向角θ，并计算转向角θ的一阶导数值作为转向角速度θ′。然后，控制器11判断是否转向角θ和转向角速度θ′两者都小于接近于零的预定值。当在步骤S701中判断为“是”时，控制器11进行到步骤S702。当在步骤S701中判断为“否”时，控制器11进行到步骤S703。

在步骤S702中，控制器11向上计数计时器，并且控制器11进行到步骤S704。

在步骤S703中，控制器11清空计时器(计数＝0)，并且控制器11进行到步骤S701。

在步骤S704中，控制器11基于计时器的计数值，判断是否已经过了预定的时间，在该时间内，转向角θ和转向角速度θ′二者都小于接近于零的预定值。当在步骤S704中判断为“是”时，控制器11进行到步骤S705。当在步骤S704中判断为“否”时，控制器11进行到步骤S701。

在步骤S705中，控制器11将通过编码器14所检测的转向角设置为直线转向角，并且控制器11进行到步骤S701。

因此，在第七实施例中，当转向角持续地小于接近于零的预定值并持续预定时间时，将被检测到的转向角设置为直线转向角。从而，能在相对短的时间内设置直线转向角。

在第七实施例的车辆转向设备中，由于直线转向角计算部将当转向角持续地小于等于或接近于“0”的预定值并持续预定时间时的转向角设置为直线转向角，因此不需要转向角之外的信息。因此，由于不需要积累转向角的历史数据，减少了用来确定偏向抑制力所需的时间。

尽管第七实施例描述了如下例子，即，将当连续检测到转向角和转向角速度二者小于接近于或等于“0”的预定值并持续预定时间时的转向角设置为直线转向角，但也可将当连续检测到转向角为等于或接近于“0”的预定值并持续预定时间时的转向角设为直线转向角。

第八实施例

现在参考图18-20，说明根据第八实施例的车辆转向设备。考虑到第二和第八实施例之间的相似性，与第二实施例的部件相同的第八实施例的部件使用与第二实施例的部件相同的附图标记。此外，为了简短，省略对与第二实施例的部件相同的第八实施例的部件的说明。

第八实施例的车辆转向设备与第二实施例的车辆转向设备的不同之处在于，依赖于转向状态使用两种控制逻辑来计算偏向抑制力。更具体地，在第八实施例中，基于转向力矩的历史数据依赖于转向保持状况使用两种控制逻辑来确定偏向抑制力，以获得两个控制命令值，加权两个控制命令值然后求平均以获得马达命令值从而抑制车辆的偏向。除了控制器11用来进行图18的流程图中所示的控制处理之外，第八实施例的车辆转向设备的结构与图4所示第二实施例的车辆转向设备的结构相同。

图18是示出第八实施例的偏向抑制控制处理的控制流程的流程图。

在步骤S801中，控制器11判断力矩传感器5检测到的转向力矩是否小于预定的值。步骤S801对应于转向保持状况检测部。当在步骤S801中判断为“是”时，控制器11进行到步骤S802。当步骤在S801中判断为“否”时，控制器11进行到步骤S807。

在步骤S802中，控制器11将编码器14检测到的转向角记录到存储器中，并且控制器11进行到步骤S803。

在步骤S803中，控制器11计算记录在存储器中的转向角的历史数据的频率分布，计算峰值频率值，并且控制器11进行到步骤S804。

在步骤S804中，控制器11根据步骤S803中所计算的转向角的历史数据的峰值频率值判断车辆的横向转向的程度，并且判断用于抑制车辆的转向的辅助方向，然后控制器11进行到步骤S805。

在步骤S805中，控制器11计算在步骤S804中所判断的辅助方向上的第二马达命令值，并且控制器11进行到步骤S806。

在步骤S806中，控制器11根据转向角的历史数据的离散度，通过对在步骤S805中所计算的第二马达命令值加权来校正该第二马达命令值，并且控制器11进行到步骤S807。

在步骤S807中，控制器11计算直线转向角，并且判断通过编码器14所测量的转向角是否为直线转向角。当在步骤S807中判断为“是”时，控制器11进行到步骤S808。当在步骤S807中判断为“否”时，控制器11重复步骤S807。在步骤S807中使用的直线转向角的计算方法是与第二实施例中所用方法相同的方法。

在步骤S808中，控制器11将通过力矩传感器5所测量的转向力矩记录在存储器中，并且控制器11进行到步骤S809。

在步骤S809中，控制器11计算转向力矩的历史数据的频率分布，并计算在频率分布中的峰值频率值。然后，控制器11进行到步骤S810。

在步骤S810中，控制器11基于在步骤S809中所计算的峰值频率值计算第一马达命令值，然后控制器11进行到步骤S811。

在步骤S811中，控制器11根据转向力矩的历史数据的离散度通过加权来校正在步骤S810中所计算的第一马达命令值，然后控制器11进行到步骤S812。

在步骤S812中，控制器11根据历史数据(即，转向角的历史数据和转向力矩的历史数据)的数量加权在步骤S806和S811中所计算的校正后的马达第一和第二命令值。控制器11计算加权后的马达第一和第二命令值的平均值。然后，控制器11进行到步骤S813。例如，当转向角度的历史数据的数量表示为Nθ，转向力矩的历史数据的数量表示为N_T时，根据数量Nθ和N_T之比进行加权。然后使用加权后的值计算平均值。

在步骤S813中，控制器11将在步骤S812中所计算的平均值设置为偏向抑制马达命令值，程序返回主控制。

因此，在第八实施例中，当力矩传感器5检测到大于接近于零的预定值的转向力矩值时，将转向力矩的历史数据的频率分布(图19)的峰值设置为第一马达命令值。根据用于计算第一命令值的转向力矩的历史数据的频率分布离散度值，加权第一马达命令值。更具体地，当离散度小时，直接使用第一命令值，当离散度大时，返回小于第一命令值的值。图20示出在转向力矩的历史数据中不同分布离散度的例子。因此，通过离散度来衡量所用峰值频率的可靠性。

相反，当力矩传感器5检测到小于接近于零的预定值的转向力矩值时，将转向角的历史数据的频率分布的峰值设置为第二马达命令值。类似于第一命令值，根据转向角的历史数据的离散度，加权第二马达命令值。在所计算的第一和第二命令值二者都根据历史数据的数量加权之后，平均此二值，并将该平均值设为偏向抑制力。

第八实施例的车辆转向设备包括用来检测驾驶员的转向保持状况的转向保持状况检测部(步骤S801)。当驾驶员用大于预定值的力矩保持转向盘1时，控制器11用来控制偏向抑制力，从而减少在趋向于零的直线转向角处的转向力矩。另一方面，当驾驶员没有以大于预定值的力矩保持转向盘1或者当驾驶员根本没有保持转向盘1时，控制器11用来控制偏向抑制力，使得当转向力矩小于接近于零的预定值时检测到的转向角的历史数据的平均值接近直线转向角。因此，在第八实施例中，依赖于转向保持状况通过使用两种控制逻辑的组合来减少***误差。

此外，当驾驶员保持转向盘1稳定时以及当驾驶员没有保持转向盘1稳定时的车辆状态数据获取速度都被提高，结果，减少了确定偏向抑制力所需的时间。

在第八实施例中，控制器11用来根据各逻辑使用的历史数据的数量加权通过两种逻辑计算的偏向抑制力(第一和第二命令值)，并将这两个已加权过的值的平均值设置为偏向抑制力。因此，避免了扰动两种逻辑的操作误差，提高了整个***的可靠性。

由于当基于转向力矩的历史数据计算偏向抑制力时，控制器11用来计算在转向力矩的历史数据中的频率分布并且将峰值频率值设置为偏向抑制力，因而能够在短时间内设置偏向抑制力而不受驾驶员的习惯和车辆行驶环境的影响，并且能使用简单的***。

由于控制器11用来计算转向力矩的历史数据中的频率分布，并根据频率分布的离散度值加权偏向抑制力，因而从历史数据估计的偏向抑制力的可靠度能够反映在马达7的控制量中。此外，能够可靠地降低错误的辅助力的使用。

由于控制器11用来计算在转向角的历史数据中的分布频率，并根据频率分布的离散度值加权偏向抑制力，从历史数据估计的偏向抑制力的可靠度能够反映在马达7的控制量中。此外，能够可靠地降低错误的辅助力的使用。

第九实施例

现在参考图21，说明根据第九实施例的车辆转向设备。考虑到第一和第九实施例之间的相似性，与第一实施例的部件相同的第九实施例的部件使用与第一实施例的部件相同的附图标记。此外，为了简短，省略对与第一实施例的部件相同的第九实施例的部件的说明。

图21是根据第九实施例的车辆转向设备的示意图。下面的描述集中在说明与图1所示的第一实施例不同的第九实施例的构件和操作上。第九实施例的车辆转向设备与第一实施例的车辆转向设备的不同之处在于，基于滑轨9的轴向力计算车辆的偏向力。

如图21所示，第九实施例的车辆转向设备包括用来检测滑轨9的轴向力的滑轨轴向力传感器(反作用力传感器)18。滑轨轴向力传感器18作为本实施例的转向力矩检测部。控制器11用来基于来自滑轨轴向力传感器18、直线行驶状况检测部12和车辆速度传感器13的信息控制马达7并产生偏向抑制力。

在第九实施例中，由于道路反作用力是直接测量的而不受转向***的摩擦影响，因此通过基于来自滑轨轴向力传感器18的信息计算偏向力，能够更准确地产生偏向抑制力。

由于用于检测道路反作用力的滑轨轴向力传感器18在第九实施例中作为转向力矩检测部使用，因而能以更高的精度测量对车辆的偏向力而不受转向***的机械摩擦的影响。

第十实施例

现在参考图22和23，说明根据第十实施例的车辆转向设备。考虑到第九和第十实施例之间的相似性，与第九实施例的部件相同的第十实施例的部件使用与第九实施例的部件相同的附图标记。此外，为了简短，省略对与第九实施例的部件相同的第十实施例的部件的说明。

图22是根据本发明第十实施例的车辆转向设备的示意图。第十实施例的车辆转向设备与第九实施例的车辆转向设备的不同之处在于，将力矩传感器5加到图21所示的第九实施例的结构中。此外，在第十实施例中，分别检测两个力矩值(即，道路反作用力和由驾驶员施加的转向力矩)，并进行分开的偏向抑制控制。

控制器11用来基于来自滑轨轴向力传感器18、力矩传感器5、直线行驶状况检测部12和车辆速度传感器13的信息，来控制马达7并产生偏向抑制力。

图23是示出在第十实施例中通过控制器11所执行的偏向抑制控制处理的控制流程的流程图。

在步骤S1001中，控制器11基于车辆行为信息通过直线行驶状况检测部12来判断车辆是否处于直线行驶状况。当在步骤S1001中判断为“是”时，控制器11进行到步骤S1002。当在步骤S1001中判断为“否”时，控制器11进行到步骤S1003。

在步骤S1002中，控制器11将滑轨轴向力传感器18所检测到的滑轨9的轴向力作为道路反作用力记录在存储器中，并且控制器11进行到步骤S1004。

在步骤S1003中，控制器11将标志设为“关”(＝0)，并且控制器11进行到步骤S1001。

在步骤S1004中，控制器11计算存储在存储器中的历史道路反作用力矩数据的平均值，并且控制器11进行到步骤S1005。

在步骤S1005中，控制器11将在步骤S1004中所计算的历史道路反作用力矩数据的平均值设置为抑制车辆的偏向所需的力矩(道路力矩偏向抑制力)。控制器11用来基于在步骤S1004中计算的道路力矩偏向抑制力调整对马达7的辅助转向命令值。然后，控制器11进行到步骤S1006。

在步骤S1006中，控制器11将标志设置为“开”(＝1)，控制器11进行到步骤S1001。

在步骤S1007中，控制器11判断标志是否为“开”。当在步骤S1007中的判断为“是”时，控制器11进行到步骤S1008。当在步骤S1007中的判断为“否”时，控制器11重复步骤S1007。

在步骤S1008中，控制器11将力矩传感器5所测量的转向力矩记录在存储器中，并且控制器11进行到步骤S1009。

在步骤S1009中，控制器11计算存储在存储器中的转向力矩的历史数据的平均值，并且控制器11进行到步骤S1010。

在步骤S1010中，控制器11将在步骤S1009中所计算的转向力矩的历史数据的平均值设置为抑制车辆的偏向所需的力矩。控制器11用来基于在步骤S1009中所计算的偏向抑制力调整对马达7辅助转向命令值。然后，控制器11进行到步骤S1007。

因此，在第十实施例中，在直线行驶状况下通过滑轨轴向力传感器18检测到的历史道路反作用力矩数据的平均值被设置为抑制车辆的偏向所需的力矩以偏移辅助转向力。因此，当基于道路反作用力正确地进行偏向抑制控制时，在直线行驶状况下力矩传感器5的输出期望为零。然而，当在直线行驶状况下力矩传感器5的输出不为零时，控制器11进行与第一实施例中所说明的控制相同的进一步的偏向抑制控制。更具体地，在直线行驶状况下转向力矩的历史数据的平均值加到基于道路反作用力计算的偏移值(偏向抑制力)上。

因此，在第十实施例中进行额外的偏向抑制力控制，并且当通过分别检测包括道路反作用力和驾驶员所施加的转向力矩的两种力矩，稳定地保证偏向抑制控制的有效性的同时，校正辅助转向力的校正量。

因此，通过本发明的第十实施例，由于布置在转向轴4上的力矩传感器5和滑轨轴向力传感器18两者都作为转向力矩检测部使用，通过组合传感器的输出可以比较来自路面的偏向扭拒和驾驶员的转向力矩，并且可以通过该比较结果校正偏向抑制力。

当控制器11确认基于道路反作用力的偏向抑制力无效时(即，当在直线行驶状况下转向力矩基本不为零时)，控制器11用来基于在直线行驶状况下检测到的转向力矩的历史数据，校正偏向抑制力。因此，减少了错误的辅助力的产生，车辆特性更快地收敛到理想状态，并且防止了偏向抑制力的发散。

第十一实施例

现在参考图24，说明根据第十一实施例的车辆转向设备。考虑到第二和第十一实施例之间的相似性，与第二实施例的部件相同的第十一实施例的部件使用与第二实施例的部件相同的附图标记。此外，为了简短，省略对与第二实施例的部件相同的第十一实施例的部件的说明。

第十一实施例的车辆转向设备与第二实施例的车辆转向设备的不同之处在于，在进行第二实施例的偏向抑制控制之后，在第十一实施例中确认控制有效性。除了控制器11用来进行第二实施例的控制处理和在图24的流程图中所示的控制处理之外，第十一实施例的车辆转向设备的结构与图4所示第二实施例的车辆转向设备的结构相同。

图24是示出通过第十一实施例的控制器11所执行的偏向抑制力校正控制处理的控制流程的流程图。当基于来自力矩传感器5和车辆速度传感器13的信息，判断为车辆低速行驶且驾驶员很轻地保持转向盘1或驾驶员没有保持转向盘1时，执行该控制处理。

在步骤S1101中，控制器11将偏向抑制力设为零，并且控制器11进行到步骤S1102。

在步骤S1102中，控制器11从编码器14等检测车辆状态，以判断车辆的偏向是否发生在与马达7的辅助方向相反的方向上(即，偏向抑制力施加的方向)。当在步骤S1102中的判断为“是”时，控制器11进行到步骤S1103。当在步骤S1102中的判断为“否”时，控制器11进行到步骤S1104。

在步骤S1103中，控制器11产生偏向抑制力，并且程序返回主控制。

在步骤S1104中，控制器11复位积累在存储器中的转向力矩的历史数据，并且控制器11进行到步骤S1101。

因此，在第十一实施例中，当判断为车辆低速行驶且驾驶员很轻地保持转向盘1或驾驶员没有保持转向盘1时，偏向抑制力临时设为零，并且通过车辆行驶状况检测部例如编码器14监视车辆的行为。此时，当车辆的转向发生在与偏向抑制力相反的方向上时，判断为偏向抑制力控制有效，当车辆的转向发生在与偏向抑制力相同的方向上时，判断为偏向抑制力控制无效。当判断为偏向抑制力控制无效时，复位直到该点的转向力矩的历史数据，并再次进行偏向抑制力控制。

因此，通过本发明的第十一实施例，由于当偏向抑制力临时增加或减少时，控制器11基于车辆行为的变化判断偏向抑制力的有效性，当控制量趋于增加或减少时，通过监视车辆行为的变化，可以确认辅助转向力的校正量的适当性。

由于控制器11确认当车辆低速行驶且驾驶员很轻地保持转向盘1或驾驶员没有保持转向盘1时偏向抑制力的有效性，驾驶员的转向负荷(身体和精神负荷)减少(由于通过驾驶员所施加的转向力矩小，判断状态为不接近于紧急转向)。此外，在低速状态下，提高了车辆行为的稳定性，并且减少了驾驶员的转向负荷。

第十二实施例

现在参考图25到31，说明根据第十二实施例的车辆转向设备。考虑到第二和第十二实施例之间的相似性，与第二实施例的部件相同的第十二实施例的部件使用与第二实施例的部件相同的附图标记。此外，为了简短，省略对与第二实施例的部件相同的第十二实施例的部件的说明。

在第十二实施例的车辆转向设备中，基于直线行驶状况下的转向力矩的历史数据，估计影响车辆的扰动，并如本发明的第一实施例那样，根据扰动的幅值将偏向抑制力施加到车辆上。此外，在第十二实施例中，偏向抑制力根据转向力矩的幅值而改变。

图25是第十二实施例的车辆转向设备的示意图。下面的描述集中在说明不同于图4所示的第二实施例的第十二实施例的构件和操作上。

第十二实施例的车辆转向设备包括用来检测车辆偏航率的偏航率传感器(偏航率检测部)17。控制器11用来基于来自力矩传感器5、编码器14、偏航率传感器16和车辆速度传感器13的信息控制马达7并产生偏向抑制力。

图26是示出通过第十二实施例的控制器11所执行处理的控制流程的框图。

控制块包括：目标力矩计算部101、目标电流计算部102、控制电压计算部103、驱动电流控制部104和偏向抑制控制部105。

在目标力矩计算部101中，控制器11用来接收来自力矩传感器5的表示转向力矩的信号和来自车辆速度传感器13的表示车辆速度的信号，并且通过参考预先存储在存储器中的辅助控制映射计算相当于力矩辅助量的标准力矩命令值。

尽管在附图中未示出，目标力矩计算部101包括：静态辅助部，用来通过产生近似正比于转向力矩的辅助力矩来减少驾驶员的转向负荷；惯性补偿辅助部，用来进行马达惯性补偿；制动(dumping)辅助部件，用来保证转向***制动；以及转向盘返回辅助部，用来改善转向盘的返回。目标力矩计算部101用来计算基本力矩命令值。

在目标电流计算部102中，控制器11将目标力矩转换为作为马达7的驱动电流命令值的马达电流命令值，该目标力矩是通过将后面描述的偏向抑制控制部105所计算的扰动校正量加到通过目标力矩计算部101所计算的基本力矩命令值上得到的。

在控制电压计算部103中，控制器11基于由目标电流计算部102计算的马达电流命令值，计算在马达PWM控制中的马达电压命令值。

在驱动电流控制部104中，控制器11基于由控制电压计算部103所计算的马达电压命令值，通过选择性地切换在马达7的驱动电路中的开/关开关元件例如FET等，来控制马达7的马达驱动电流。在这种情况下，可以通过由马达电流传感器7a检测的反馈到电流伺服***的电流信号的反馈控制来稳定地控制马达7的驱动电流。

在偏向抑制控制部105中，控制器11按照以下顺序执行偏向抑制控制处理。

首先，在直线行驶状况检测部105A中，控制器11判断车辆是否处于直线行驶状况。更具体地，在直线行驶状况检测部105A中进行判断，以判断编码器14所测量的转向角的绝对值|θ|是否小于预定值A，以及偏航率传感器16所测量的偏航率的绝对值|γ|是否小于预定值B。

由于当|θ|<A且|γ|<B时转向角接近于中性，偏航率接近于零，判断为车辆处于直线状态并且输出记录标志“1”。当|θ|≥A或|γ|≥B时，判断为非直线行驶状况，并且输出记录标志“0”。

尽管本实施例描述了使用转向角和偏航率判断直线行驶状况，但是也可以使用其它车辆行为，例如，横向加速度、车辆滑动、车轮间速度差异等。

在记录部105B中，当记录标志＝1时，即当车辆处于直线行驶状况中时，控制器11记录通过力矩传感器5所检测到的转向力矩。

在平均值计算部105C中，控制器11计算存储于存储器中的转向力矩的历史数据的平均值，并将结果作为导致车辆偏向现象的恒定扰动估计值输出。

尽管恒定扰动估计值用作本实施例中的转向力矩的历史数据的平均值，也可以使用转向力矩的历史数据的中央值。也可以通过使用扰动观察器等确定恒定扰动估计值。

此外，在力矩补偿计算部105D中，控制器11参考预先存储的力矩补偿计算映射基于力矩传感器5所测量的转向力矩计算力矩补偿量C1。

设置力矩补偿计算映射，使得在转向力矩接近于零的区域(即，在直线行驶状况下使用的转向力矩量的区域)力矩补偿量C1被设置为零，随着转向力矩正向增加，力矩补偿量C1基本成比例地正向增加，并且随着转向力矩负向增加，力矩补偿量C1基本成比例地负向增加。

在力矩补偿部105E中，控制器11从通过平均值计算部105C所计算的恒定扰动估计值中减去通过力矩补偿计算部105D所计算的力矩补偿量C1，并将结果输出到扰动补偿部105F。

在扰动补偿部105F中，控制器11将增益L1结合到从力矩补偿部105E输入的值中，并且将结果作为扰动校正量(偏向抑制力)输出。

在此实施例中，基于通过车辆速度传感器13所测量的车辆速度，参考预先存储的增益计算映射计算增益L1。设置增益计算映射，使得当车辆速度基本稳定时增益L1为零，增益L1正比于车辆速度的增加而增加，直到值1为止。因此，车辆速度越低，偏向抑制力的设置变得越小。

因此，在第十二实施例中，将直线行驶过程中的转向力矩的平均值设为导致车辆偏向现象的恒定扰动值，对偏向抑制力设置沿抵消直线行驶状况期间车辆的偏向的方向的恒定扰动补偿量。此时，随着转向力矩的绝对值的增加，偏向抑制力的量减少。

图27是示出在第十二实施例的比较例中，当补偿量(偏向抑制力)不随转向力矩的幅值变化时，马达电流(辅助电流)和转向力矩之间关系的视图。在图27中，虚线代表扰动补偿之前的特性，实线代表扰动补偿之后的特性。图28是当补偿量(偏向抑制力)不随转向力矩的幅值变化时的时间图，其中(a)示出转向力矩对时间的变化，(b)示出辅助电流对时间的变化，(c)示出马达温度对时间的变化。

如图27所示，当与转向力矩的幅值无关地对辅助转向力提供恒定扰动补偿量时，例如，当使用高的力矩在与偏向抑制力相同的方向上进行转向时，车辆朝与扰动补偿方向相同的方向(即，偏向抑制力的方向)转向，此时关心增加的功率消耗以及对燃料效率的负面影响。与此同时，马达温度提高，如图28中的(c)所示。结果，迅速达到考虑到控制器11和EPS马达发热问题而设置的上限温度，辅助力的量减少。

图29示出了根据本发明的第十二实施例的马达电流(辅助电流)和转向力矩之间的关系。在图29中，虚线a代表通过目标力矩计算部101所计算的基本力矩，双点划线b代表通过平均值计算部105C所计算的恒定扰动估计值，单点划线c代表通过力矩补偿计算部105D所计算的力矩补偿量C1。由于通过扰动补偿部105F从恒定扰动估计值中减去力矩补偿量C1，因此力矩补偿量C1与图29中所示相反。实线d代表通过将图29中的以上三个值相加所得到的最终的辅助电流(偏向抑制力)。

因此，在第十二实施例中，由于辅助转向力是对在抵消直线行驶状况下的转向力矩的方向上的偏向抑制力的补偿，随着转向力矩的绝对值的增加，补偿量(偏向抑制力)减小，示出转向力矩和辅助电流之间关系的辅助特性如图30中的实线所示。因此，在接近于转向中性点的范围内，直线行驶状况下通过施加抵消恒定扰动的偏向来抑制力矩，抑制车辆的偏向，并且随着转向力矩的增加，偏向抑制力的增加被抑制，因此在高转向负载范围内的电流消耗能被抑制。

图31示出横向加速度和转向力矩之间的关系。在本实施例中，如图31所示，由于随着转向力矩的绝对值的增加，补偿量(偏向抑制力)减少，因此能够消除左右转向的转向力的差异。

通过本发明的第十二实施例，随着通过转向力矩检测部检测到的转向力矩在抵消直线行驶状况下转向力矩的方向上增大，偏向抑制力减小。因此，当由于车辆的偏向而输入恒定扰动并且在抑制恒定扰动(车辆的偏向)的方向上施加偏向抑制辅助转向力时，减轻了在直线行驶状况下由于偏向的抑制所导致的驾驶员的不舒适，并且当沿与恒定扰动抑制方向相同的方向施加高转向力矩时，尽管燃料消耗增加，但电流消耗被抑制。此外，由于抑制了热保护电路的频繁工作，因此抑制了温度提高。

由于随着转向力矩检测部所检测到的转向力矩的绝对值增大偏向抑制力减小，能够消除相对于转向角的转向力的左右差别，并且能够获得固有转向力特性。

由于随着车辆行驶速度的增大偏向抑制力减小，在容易产生多次转向期间，可以执行控制以抑制车辆的偏向。此外，当很难估计不是由车辆的行为产生的扰动时，通过将偏向抑制力设为零能够防止伴随着错误操作而带来的驾驶员的不舒适。

第十三实施例

现在参考图32到34，说明根据第十三实施例的车辆转向设备。考虑到第十二和第十三实施例之间的相似性，与第十二实施例的部件相同的第十三实施例的部件使用与第十二实施例的部件相同的附图标记。此外，为了简短，省略对与第十二实施例的部件相同的第十三实施例的部件的说明。

第十三实施例的车辆转向设备与第十二实施例的车辆转向设备的不同之处在于，当状态从转向保持状况变为转向操作状态时，偏向抑制力根据转向方向与所施加的偏向抑制力的方向是否匹配而变化。除了控制器11用来执行图32的框图中所示的控制流程而不是执行第十二实施例的图26所示的控制流程之外，第十三实施例的结构与图25所示的第十二实施例的结构相同。

图32是示出第十三实施例的控制器11所执行的处理的控制流程的框图。对与图26所示的第十二实施例的控制处理相同的控制处理指定了相同的附图标记，以下的描述集中在与第十二实施例的处理不同的部分。

在偏向抑制控制部105的转向角速度测量部105G中，对通过编码器14所检测的转向角θ进行微分，计算转向角速度dθ。

在转向盘操作状态判断部105H中，控制器11基于转向角速度计算部105G所计算的转向角速度dθ，判断转向盘1的操作状态是否通过驾驶员从转向保持状况变到转向操作状态。在转向盘操作状态判断部105H中，控制器11首先在处理部件a中判断转向盘操作状态是否处于转向角速度绝对值|dθ|小、于预定值C的转向保持状况，然后在处理部件b中基于在处理部a中的处理结果判断转向盘操作状态是否从转向操作状态变到转向保持状况。然后，当转向盘操作状态已从转向操作状态变到转向保持状况时，将判断标志设为“1”。

此外，在处理部件c中，控制器11判断转向盘操作状态是否处于转向角速度绝对值|dθ|小、于预定值D的转向保持状况。当处理部件b输入判断标志“1”并且在处理部件c中判断为转向盘操作状态处于转向保持状况时，通过处理部件d输出判断标志值“1”。否则，输出判断标志值“0”。在处理部件e中，控制器11判断从处理部件d中输出的判断标志值是否从“0”变到“1”。当确定判断标志值从“0”变到“1”时，在处理部件e中判断标志复位为“0”。否则，保持判断标志值“1”。

在处理部件f中，控制器11基于处理部件b和e的处理结果输出最终判断标志。换言之，当驾驶员对转向盘的操作状态的状况在转向操作状况和转向保持状况之间转换时，从处理部件f输出的判断标志值为“1”。否则，在处理部件f中输出判断标志值“0”。

在转向方向判断部105I中，控制器11判断驾驶员的转向方向是否与扰动输入方向(施加偏向抑制力的方向)匹配，并且当方向匹配时输出“1”，其它时候输出“0”。更具体地，通过力矩传感器5所测量的转向力矩的极性(正时为1，负时为-1)和扰动估计值的极性(正时为1，负时为-1)相乘，并且当结果为“1”时(即，当转向力矩极性与扰动估计值极性相匹配时)，输出值1，在其它时候输出“0”。

在响应特性补偿判断部105J中，控制器11输出转向盘操作状态判断部105H和转向方向判断部105I的输出结果的积。换言之，当在转向保持状况和转向操作状况之间转换中驾驶员在与扰动补偿方向(施加偏向抑制力的方向)相反的方向上操作转向盘时，从响应特性补偿判断部105J输出值“1”。否则从响应特性补偿判断部105J输出值“0”。

在相应特性补偿计算部105K中，当响应特性补偿判断部105J的输出结果为“1”时，控制器11将预定的固定值作为响应特性补偿量输出。

因此，在第十三实施例中，将在直线行驶状况下转向力矩的平均值设置为导致车辆偏向现象的恒定扰动值，通过沿抵消在直线行驶过程中施加到车辆上的转向力矩(偏向力)方向的恒定扰动补偿(偏向抑制力)来调整辅助转向力。此时，当在转向保持状况和转向操作状况之间转换中驾驶员沿与抵消在直线行驶状况下施加到车辆上的转向力矩的方向的相反的方向操作转向盘1时，扰动补偿量(偏向抑制力)减少预定的量(响应特性补偿量)。

图33是示出辅助力矩随转向操作状态的变化而变化的时间图。图中的(a)是在本发明的比较例中无响应特性补偿时的时间图，(b)是示出本发明的响应特性补偿的时间图。

当驾驶员将转向盘保持在中性的位置，同时由于在直线状态下的恒定扰动的转动，施加用于补偿偏向力的偏向抑制力时驾驶员在时间t1在施加偏向抑制力的方向上操作转向盘1。在这种情况下，如图33的(a)和(b)中的段a和b所示，在产生辅助电流的流动的同时产生辅助力矩，并获得具有固有转向特性的转向响应。

当施加偏向抑制力时，马达7在抵消车辆偏向力的方向上恒定地产生力矩。此时，压下减速器6，使得在预定的方向上产生力。由于在减速器6中通常具有一种特定的现象，即所谓的空回(backlash)，存在如下传递期间：在该期间内，当从沿预定方向施加预定力改变为沿相反方向施加力时，不传递力。

因此，如在比较例中图33的图(a)的部分c所示，在时间t2在与所施加的扰动校正不同的方向上发生转动时，当不进行响应特性补偿时，即使流过辅助电流，在减速装置的空回之后产生辅助力矩。结果存在左转和右转时的转向响应差异。

相反，在第十三实施例中，当在与扰动校正量(偏向抑制力)的施加方向相反的方向上从转向保持状况变到转向操作状态时，以预定的响应特性补偿校正量校正扰动校正量。

因此，当在时间t2在与扰动校正量的施加方向不同的方向上转向时，用于偏向抑制控制的辅助电流以预定的量减少，并且改善了转向响应，如图33的(b)的部分d所示。结果，当左转和右转时的转向响应特性基本相同。

在本实施例中，转向盘操作状态判断部105H对应于转向盘操作状态检测部。

由于当转向力处于抵消在直线行驶状况下转向力矩的方向上时的偏向抑制力，小于转向力从转向盘操作状态变到与抵消在直线行驶状况下转向力矩方向的相反方向时的偏向抑制力，因此当减速器经历空回时改善了转向响应延迟，并且能够获得对于右转和左转基本相同的固有转向响应特性。

现在参考图34，说明第十三实施例的变形操作。在变形例中，可以基于转向力矩的导数值计算响应特性补偿量。

图34是示出当基于转向力矩的导数值计算响应特性校正量时控制器11所执行的处理的控制流程的框图。对与图32所示的第十三实施例的控制处理相同的控制处理指定了相同的附图标记，以下描述集中在不同于图32中所示第十三实施例的处理的部分。

在转向方向判断部105L中，控制器11判断驾驶员的转向方向是否与扰动输入方向相匹配，并且当方向匹配时，输出为“1”，在其它时候，输出为“0”。更具体地，通过力矩传感器5所测量的转向力矩的极性(正时为1，负时为-1)与扰动估计值的极性(正时为1，负时为-1)相乘，并且输出结果。

在力矩变化速度计算部105M中，通过力矩传感器5所检测的转向力矩被微分，并计算转向力矩的变化速度。

在响应特性校正计算部105N中，将转向方向判断部105L的输出结果与转向力矩的微分值之积作为响应特性校正量输出。

在该变形例中，当转向盘在与施加扰动补偿的方向相反的方向转动以在转向保持状况和转向操作状况之间转换时，由于转向力矩的微分值加到辅助电流上，辅助力矩按照转向力矩的微分值快速增加，与第十三实施例相似，改善了转向响应。

尽管在以上所述的第一到第十三实施例中描述了通过EPS(电子助力转向，electrical power steering)进行的前轮转向辅助的例子，本发明也可以应用于其它能够转向车辆的***，例如使用制动牵引力(brake traction power)的DYC、对所有车轮的独立控制、后轮转向等。

本发明的车辆转向设备基于车辆直线行驶过程的驱动力矩历史，沿抵消直线行驶过程中驱动力矩的方向提供偏向抑制辅助转向力。因此通过使用长期历史而不是进行动态瞬时校正的辅助转向力控制有规律地控制车辆本身特性，可以实现***简化和对车辆所导致的转向的稳定的抑制。

本申请要求日本专利申请2005-223554和2006-058454的优先权。日本专利申请2005-223554和2006-058454的全部公开在此引入作为参考。

Claims (25)

1.一种车辆转向设备，包括：

车辆转向***，其包括转向盘和一对驱动轮，所述转向盘由车辆的操作员进行操作，所述一对驱动轮联结到所述转向盘以根据操作员对所述转向盘的转向操作相对于车辆选择性地转动；以及

辅助转向力施加装置，用于向所述车辆转向***施加辅助转向力以减小操作员的转向负荷，所述辅助转向力施加装置包括：

转向力矩检测部，用于检测转向力矩；

直线行驶状况检测部，用于检测车辆的直线行驶状况；以及

偏向抑制控制部，用于通过使用基于在所述直线行驶状况期间检测的所述转向力矩的历史数据计算的偏向抑制力，沿抵消在所述直线行驶状况期间施加到车辆的偏向力的方向调整所述辅助转向力。

2.根据权利要求1所述的车辆转向设备，其特征在于，还包括：

转向角检测部，用于检测所述转向盘的转向角；以及

直线转向角计算部，用于计算维持车辆的所述直线行驶状况所需的直线转向角，

所述偏向抑制控制部还用于控制所述偏向抑制力，使得在所述直线转向角处的所述转向力矩接近于零。

3.根据权利要求2所述的车辆转向设备，其特征在于，

所述偏向抑制控制部还用于调整所述偏向抑制力，使得当由所述转向力矩检测部检测的所述转向力矩小于预定值、其中所述预定值接近于零时，由所述转向角检测部检测的所述转向角的平均值接近于在所述直线转向角计算部中计算的所述直线转向角。

4.根据权利要求2所述的车辆转向设备，其特征在于，

所述直线转向角计算部还用于将所述转向角的历史数据的平均值设置为所述直线转向角。

5.根据权利要求2所述的车辆转向设备，其特征在于，

所述直线转向角计算部还用于计算所述转向角的历史数据的频率分布，并将该频率分布的峰值频率转向角设置为所述直线转向角。

6.根据权利要求2所述的车辆转向设备，其特征在于，还包括：

偏航率检测部，用于检测车辆的偏航率；以及

横向加速度检测部，用于检测车辆的横向加速度；

所述直线转向角计算部还用于将当所述偏航率和所述横向加速度小于预定值、其中所述预定值接近于零时由所述转向角检测部检测到的转向角设置为所述直线转向角。

7.根据权利要求2所述的车辆转向设备，其特征在于，

所述直线转向角计算部还用于将如下的转向角设置为所述直线转向角：当所述转向角已小于预定值并持续预定时间时由所述转向角检测部检测到的转向角，其中，所述预定值接近于零。

8.根据权利要求1所述的车辆转向设备，其特征在于，还包括：

转向开关，用于由操作员操作以设置转向中性点；

所述偏向抑制控制部还用于将如下的转向力矩设置为所述偏向抑制力：当操作所述转向开关时由所述转向力矩检测部检测到的转向力矩。

9.根据权利要求1所述的车辆转向设备，其特征在于，

所述偏向抑制控制部还用于独立于所述辅助转向力地控制所述偏向抑制力。

10.根据权利要求2所述的车辆转向设备，其特征在于，还包括：

转向盘保持状况检测部，用于检测操作员对所述转向盘的保持状况；

所述偏向抑制控制部还用于如下控制所述偏向抑制力，使得：

所述偏向抑制控制部通过使用第一逻辑来计算第一偏向抑制力，使得当操作员以等于或者大于预定值的力矩保持所述转向盘时，所述在直线转向角处的所述转向力矩朝零减小；以及

所述偏向抑制控制部通过使用第二逻辑来计算第二偏向抑制力，使得当操作员以小于所述预定值的力矩保持所述转向盘时或者当操作员不保持所述转向盘时，使当所述转向力矩小于预定值、其中所述预定值接近于零时检测到的所述转向角的历史数据的平均值接近于所述直线转向角。

11.根据权利要求10所述的车辆转向设备，其特征在于，

所述偏向抑制控制部用于根据所述转向力矩的历史数据的数量对所述第一偏向抑制力进行加权调整，根据所述转向角的历史数据的数量对所述第二偏向抑制力进行加权调整，并计算加权调整后的所述第一和第二偏向抑制力的平均值作为所述偏向抑制力。

12.根据权利要求10所述的车辆转向设备，其特征在于，

所述偏向抑制控制部还用于计算所述转向力矩的历史数据的频率分布，并将峰值频率转向力矩设置为所述第一偏向抑制力。

13.根据权利要求10所述的车辆转向设备，其特征在于，

所述偏向抑制控制部还用于计算所述转向力矩的历史数据的频率分布，并根据所述转向力矩的历史数据的频率分布的离散度值对所述第一偏向抑制力进行加权调整。

14.根据权利要求10所述的车辆转向设备，其特征在于，

所述偏向抑制控制部还用于计算所述转向角的历史数据的频率分布，并根据所述转向角的历史数据的频率分布的离散度值对所述偏向抑制力进行加权调整。

15.根据权利要求1所述的车辆转向设备，其特征在于，

所述转向力矩检测部包括用于检测施加到转向柱的转向力矩的力矩传感器和用于检测道路的反作用力的反作用力传感器中的至少一个。

16.根据权利要求15所述的车辆转向设备，其特征在于，

所述偏向抑制控制部还用于确定施加的所述偏向抑制力的有效性，当发现施加的所述偏向抑制力无效时校正所述偏向抑制力。

17.根据权利要求16所述的车辆转向设备，其特征在于，

所述偏向抑制控制部还用于基于当所述偏向抑制力临时改变时车辆行为的改变来确定施加的所述偏向抑制力的有效性。

18.根据权利要求16所述的车辆转向设备，其特征在于，

所述偏向抑制控制部还用于当由操作员施加的所述转向力小于预定力矩并且车辆速度低于预定速度时，观察施加的所述偏向抑制力的有效性。

19.根据权利要求1所述的车辆转向设备，其特征在于，

所述偏向抑制控制部用于随着由所述转向力矩检测部检测的转向力矩沿抵消在所述直线行驶状况期间施加到车辆的偏向力的方向的增大，减小所述偏向抑制力。

20.根据权利要求19所述的车辆转向设备，其特征在于，

所述偏向抑制控制部用于随着由所述转向力矩检测部检测的所述转向力矩的绝对值增大，减小所述偏向抑制力。

21.根据权利要求1所述的车辆转向设备，其特征在于，还包括：

转向盘操作状况检测部，用于检测操作员的转向盘操作状况；

所述偏向抑制控制部还用于当所述转向盘操作状况表明操作员沿与施加所述偏向抑制力的方向相反的方向操作所述转向盘时，与当操作员沿与施加所述偏向抑制力的方向相同的方向操作所述转向盘时施加的偏向抑制力相比，减小所述偏向抑制力。

22.根据权利要求1所述的车辆转向设备，其特征在于，

所述偏向抑制控制部还用于随着车辆行驶速度的降低，减小所述偏向抑制力。

23.一种车辆，其包括根据权利要求1所述的车辆转向设备。

24.一种车辆转向设备，包括：

车辆转向装置，用于根据由车辆的操作员输入的转向力选择性地转变车辆的行驶方向；

辅助转向力施加装置，用于向所述车辆转向装置施加辅助转向力以减小操作员的转向负荷；

转向力矩检测装置，用于检测转向力矩；

直线行驶状况检测装置，用于检测车辆的直线行驶状况；以及

偏向抑制控制装置，用于通过使用基于在所述直线行驶状况期间检测的转向力矩的历史数据计算的偏向抑制力，沿抵消在所述直线行驶状况期间施加到车辆的偏向力的方向调整所述辅助转向力。

25.一种车辆转向方法，包括：

根据由车辆的操作员输入的转向力，向车辆施加辅助转向力以减小转向盘的转向负荷；

检测转向力矩；

检测车辆的直线行驶状况；以及

通过使用基于在所述直线行驶状况期间检测的转向力矩的历史数据计算的偏向抑制力，沿抵消在所述直线行驶状况期间施加到车辆的偏向力的方向调整所述辅助转向力。

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