CN102233900B - 车辆用转向装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种车辆用转向装置。在高响应性地响应于转向而转动转向轮的同时抑制在转向开始时或转向停止时转向反作用力发生很大变化的情形，从而减少对驾驶员带来的不适感。转向控制部根据将第一目标转轮角和第二目标转轮角相加得到的最终目标转轮角，控制转轮马达。另一方面，反作用力控制部根据将第一目标转向反作用力和第二目标转向反作用力相加得到的最终目标转向反作用力，控制反作用力马达。在这种情况下，运算第二目标转向反作用力的第二目标转向反作用力运算部根据抑制基于转向角速度的第二目标转轮角的变化而得到的值(第二转轮角校正值)，计算第二目标转向反作用力。

Description

车辆用转向装置

技术领域

本发明涉及一种车辆用转向装置。

背景技术

例如，在专利文献1中公开了使用如下线控转向机构(Steer-by-Wire)的车辆用转向装置：在方向盘至转向轮的转向***中方向盘和转向轮被机械分离，能够任意地设定转向角与转轮角之间的关系，该转向角是驾驶员操作方向盘的操作量(转向量)，该转轮角是转向轮的转轮量。根据该装置，根据转向角和转向角速度计算转向轮的目标转轮角。然后，控制转向轮使转向轮的转轮角成为目标转轮角，并且与转向角相应地对方向盘施加转向反作用力。由于根据转向角和转向角速度计算转向轮的目标转轮角，因此能够高响应性地响应于驾驶员的转向来转动(控制)转向轮。

另外，例如在专利文献2中公开了如下一种方法：根据转向角和转向角速度计算转向轮的目标转轮角，根据该目标转轮角控制对转向轮进行转动驱动的驱动单元，并且根据目标转轮角控制方向盘的转向反作用力。

专利文献1：日本特开2007-99060号公报

专利文献2：日本特开2001-138936号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，根据专利文献1所公开的方法，在转向停止后，也会由于转向轮的转轮角发生变化，因此车辆行为发生变化，而转向反作用力不发生变化，因此驾驶员有可能会对转向反作用力和车辆行为的背离产生不适感。另一方面，根据专利文献2所公开的方法，考虑到通过根据目标转轮角对方向盘施加转向反作用力，能够抑制驾驶员所感觉到的转向反作用力和车辆行为的背离。然而，由于在转向开始时或者停止时转向角速度发生很大变化，因此转向反作用力发生很大的变化，从而驾驶员有可能会对该反作用力产生不适感。

本发明是鉴于上述情形而完成的，其目的在于在高响应性地响应于转向来转动转向轮的同时通过抑制在转向开始时或者停止时转向反作用力发生很大的变化、从而减少对驾驶员带来的不适感。

用于解决问题的方案

为了解决上述问题，本发明根据检测出的转向角来计算第一目标转轮角，根据转向角速度来计算第二目标转轮角。另一方面，根据所计算出的第一目标转轮角计算第一目标转向反作用力，根据抑制所计算出的第二目标转轮角的变化而得到的值，计算第二目标转向反作用力。与此同时，根据将第一目标转轮角和第二目标转轮角相加得到的最终目标转轮角来控制转向轮，根据将第一目标转向反作用力和第二目标转向反作用力相加得到的最终目标转向反作用力来控制转向反作用力。

发明的效果

根据本发明，根据将基于转向角的第一目标转轮角和基于转向角速度的第二目标转轮角相加得到的最终目标转轮角，控制转向轮。因此，能够高响应性地响应于驾驶员的转向来转动转向轮。另外，根据基于转向角的第一目标转轮角计算第一目标转向反作用力，根据抑制基于转向角速度的第二目标转轮角的变化而得到的值，计算第二目标转向反作用力。然后，根据将第一和第二目标转向反作用力相加得到的最终目标转向反作用力，控制转向反作用力。因此，即使第二目标转轮角伴随有很大的变化，也可抑制反映在第二目标转向反作用力中的变化、进一步说是反映在最终目标转向反作用力中的变化。因此，能够抑制发生在转向开始时和转向停止时转向反作用力产生很大的变动的情况。由此，能够高响应性地控制转向轮的同时减少对驾驶员带来的不适感。

附图说明

图1是示意性地表示应用了第一实施方式所涉及的车辆用转向装置1的车辆C的结构的说明图。

图2是表示SBW控制器20的结构的框图。

图3是表示第一目标转轮角运算部21的结构的框图。

图4是表示转向齿轮比运算部211的结构的框图。

图5是表示第二目标转轮角运算部22的结构的框图。

图6是表示第一目标转向反作用力运算部23的结构的框图。

图7是表示路面μ估计部231的结构的框图。

图8是表示横向加速度Ge的运算图的说明图。

图9是表示第二目标转向反作用力运算部24的结构的框图。

图10是表示指示部242的结构的框图。

图11是表示第一运算部242a的结构的框图。

图12是表示第二运算部242b的结构的框图。

图13是表示由第三运算部242c确定增益K3和截止频率H3的过程的流程图。

图14的(a)是将应用了第一实施方式所示的控制的情况和未应用该控制的情况进行比较的说明图，是表示某个代表性的转向输入(转向角θ)和与其相应的第一目标转轮角θ1的变化的图。

图14的(b)是将应用了第一实施方式所示的控制的情况和未应用该控制的情况进行比较的说明图，是表示与图14的(a)的输入相应的第二目标转轮角θ2和第二转轮角校正值θ2a的变化的图。

图14的(c)是将应用了第一实施方式所示的控制的情况和未应用该控制的情况进行比较的说明图，是表示根据图14的(b)所示的第二转轮角校正值θ2a计算出的最终目标转向反作用力Tt和根据未校正的第二目标转轮角θ2计算出的最终目标转向反作用力Tt1的变化的图。

图15的(a)是将应用了第一实施方式所示的控制的情况和未应用该控制的情况进行比较的说明图，是表示某个代表性的转向输入(转向角θ)和与其相应的第一目标转轮角θ1的变化的图。

图15的(b)是表示与图15的(a)的输入相应的第二目标转轮角θ2和第二转轮角校正值θ2a、θ2a′的变化的图。

图15的(c)是表示根据图15的(b)所示的第二转轮角校正值θ2a计算出的最终目标转向反作用力Tt、Tt′和根据未校正的第二目标转轮角θ2计算出的最终目标转向反作用力Tt1的变化的图。

图16是表示第二实施方式所涉及的第二目标转轮角运算部22的结构的框图。

附图标记说明

1：车辆用转向装置；2：转向轴(steering shaft)；3：反作用力马达；4：转向横拉杆(tie rod)；5：齿条；6：小齿轮轴；7：转轮马达；8：转向角传感器；9：转轮角传感器；10：车速传感器；11：轮胎横向力传感器；20：SBW(Steering By Wire：线控转向)控制器；21：第一目标转轮角运算部；211：转向齿轮比运算部；212：转轮角运算部；22：第二目标转轮角运算部；221：微分值运算部；222：转向齿轮比运算部；223：转轮角运算部；23：第一目标转向反作用力运算部；231：路面μ估计部；231a：横向加速度估计部；231b：横向加速部换算部；231c：μ估计部；232：反作用力运算部；24：第二目标转向反作用力运算部；241：参照横向加速度运算部；242：指示部；242a：第一运算部；242b：第二运算部；242c：第三运算部；242d：第一最小值选择部；242e：第二最小值选择部；243：LPF处理部；244：反作用力运算部；25：转轮控制部；26：反作用力控制部。

具体实施方式

(第一实施方式)

图1是示意性地表示应用了第一实施方式所涉及的车辆用转向装置1的车辆C的结构的说明图。在该车辆C中，在由驾驶员对方向盘St进行了操作(转向)的情况下，通过车辆用转向装置1转动作为转向轮的前轮Wf，该车辆用转向装置1例如使用线控转向机构。在该线控转向机构中，在方向盘St至前轮Wf的转向***中方向盘St与前轮Wf被机械分离，任意地设定转向角与转轮角之间的关系，该转向角是驾驶员对方向盘St的操作量，该转轮角是前轮Wf的转轮量。

一端安装有方向盘St的转向轴2的另一端连接有作为转向反作用力致动器的电动马达(下面称为“反作用力马达”)3的输出轴。在该反作用力马达3中产生的扭矩经过转向轴2、作为转向反作用力传递到方向盘St。

另一方面，在左和右的前轮Wf上分别连接有转向节臂(未图示)，各个转向节臂(knuckle arm)通过转向横拉杆4分别连接在齿条5上。通过小齿轮轴6与齿条5相啮合，形成了所谓的齿轮-齿条副(rack-and-pinion)。在小齿轮轴6上连接有作为转向轮驱动致动器的电动马达(下面称为“转轮马达”)7，在该转轮马达7中产生的扭矩经过小齿轮轴6被传递到齿条5。由此，当小齿轮轴6转动时，齿条5在轴线方向上发生位移，前轮Wf的转轮角与该位移相应地发生变化。

此外，虽然没有图示，但是在车辆用转向装置1中设置有动力传递机构(例如在发生异常的情况下接合的离合器)，该动力传递机构在线控转向机构中发生了某些异常的情况下，能够将转向轴2与小齿轮轴6机械连接来传递扭矩。通过该动力传递机构，在线控转向机构中发生了某些异常的情况下，通过驾驶员转动方向盘St，能够直接对前轮Wf进行转***作。此外，在下面的说明中，以线控转向机构中没有发生异常的状态为前提，设为转向轴2与小齿轮轴6是机械分离的。

反作用力马达3和转轮马达7的转动输出(输出扭矩)是由SBW控制器20进行控制的，通过该SBW控制器20设定与方向盘St的转向相应的前轮Wf的转轮角和转向反作用力。对SBW控制器20输入来自包括传感器8～11的检测***的检测值以进行这些马达3、7的输出控制。

转向角传感器8(转向角检测单元)安装在转向轴2上，根据转向轴2的转动角检测转向角θ。例如，将与方向盘St的中立位置相当的直行行驶时的转向角θ作为基准值(例如，零)，转向角传感器8检测偏离基准值的转向角θ。转轮角传感器9(转轮角检测单元)安装在小齿轮轴6上，根据小齿轮轴6的转动角检测前轮Wf的转轮角δ。车速传感器10分别设置在左和右的后轮Wr上，根据后轮Wr的转动状态检测车速V。轮胎横向力传感器11(横向力检测单元)分别设置在左和右的前轮Wf的轮毂部上，检测横向力(下面称为“轮胎横向力”)Fy，该横向力是作用于前轮Wf的轮胎的路面反作用力。

SBW控制器20发挥统一控制***整体的功能，SBW控制器20通过按照控制程序进行动作，来进行与转向控制有关的各种处理。作为SBW控制器20，能够使用以CPU、ROM、RAM、I/O接口为主体来构成的微计算机。该SBW控制器20根据通过检测***检测出的各种信息进行各种运算。然后，SBW控制器20通过将与运算结果相应的控制信号输出到作为反作用力施加单元的反作用力马达3和作为转向轮驱动单元的转轮马达7，来控制转向反作用力和前轮Wr的转轮角δ。

图2是表示SBW控制器20的结构的框图。SBW控制器20在考虑其功能性的情况下，具有第一目标转轮角运算部21、第二目标转轮角运算部22、第一目标转向反作用力运算部23、第二目标转向反作用力运算部24、转轮控制部25以及反作用力控制部26。

第一目标转轮角运算部21(第一目标转轮角运算单元)将转向角θ和车速V作为输入，计算第一目标转轮角θ1。计算出的第一目标转轮角θ1被分别输出到第一目标转向反作用力运算部23和第二目标转向反作用力运算部24，并且该第一目标转轮角θ1通过加法器与后述的第二目标转轮角θ2相加，该相加得到的值作为最终目标转轮角θt输出到转轮控制部25。

第二目标转轮角运算部22(第二目标转轮角运算单元)将转向角θ和车速V作为输入，计算与第一目标转轮角θ1不同的第二目标转轮角θ2。计算出的第二目标转轮角θ2被分别输出到第二目标转向反作用力运算部24和针对第一目标转轮角θ1的加法器。

第一目标转向反作用力运算部23(第一目标转向反作用力运算单元)将第一目标转轮角θ1、车速V以及轮胎横向力Fy作为输入，计算第一目标转向反作用力T1。计算出的第一目标转向反作用力T1通过加法器与后述的第二目标转向反作用力T2相加，该相加得到的值作为最终目标转向反作用力Tt输出到反作用力控制部26。

第二目标转向反作用力运算部24(第二目标转向反作用力运算单元)将第一目标转轮角θ1、车速V以及第二目标转轮角θ2作为输入，计算与第一目标转向反作用力T1不同的第二目标转向反作用力T2。计算出的第二目标转向反作用力T2被输出到针对第一目标转向反作用力T1的加法器。

转轮控制部25(转轮控制单元)通过控制转轮马达7，来控制对前轮Wf施加的转轮角δ。具体地说，转轮控制部25将转轮角δ和最终目标转轮角θt作为输入，控制转轮马达7使得转轮角δ与最终目标转轮角θt相对应。

反作用力控制部26(反作用力控制单元)通过控制反作用力马达3来控制对方向盘St施加的转向反作用力。具体地说，反作用力控制部26将最终目标转向反作用力Tt作为输入，控制反作用力马达3使得对方向盘St施加的转向反作用力与最终目标转向反作用力Tt相对应。

下面，针对SBW控制器20的详细动作进行说明。下面所示的动作例如在车辆C的点火开关接通的同时开始进行，并以规定的周期执行该动作。首先，SBW控制器20分别从转轮角传感器9、转向角传感器8、车速传感器10以及轮胎横向力传感器11读入转轮角δ、转向角θ、车速V以及轮胎横向力Fy。

图3是表示第一目标转轮角运算部21的结构的框图。第一目标转轮角运算部21具有转向齿轮比运算部211和转轮角运算部212。

转向齿轮比运算部211如图4所示那样根据车速V计算转向齿轮比N。转向齿轮比N与车速V相关联，在车速V较小的低速区域(A1)，将转向齿轮比N设定为较小的值来使转向响应变灵敏，在车速V较大的高速区域(A2)，将转向齿轮比N设定为较大的值来使转向响应变迟缓。转向齿轮比N与车速V之间的关系是通过实验或者仿真预先设定的，转向齿轮比运算部211保持有规定了该关系的图，与车速V相应地输出转向齿轮比N。转向齿轮比N被输出到转轮角运算部212。

此外，在本实施方式中，为了如上所述那样与车速V相应地改变转向响应，而设为能够与车速V相应地改变转向齿轮比N，但是不限定于此。在不需要根据车速V变更转向响应的情况下，转向齿轮比运算部211例如只要输出预先决定的规定(固定)的转向齿轮比N即可，在这种情况下，不需要将车速V输入到转向齿轮比运算部211。

转轮角运算部212如下式那样根据转向角θ和转向齿轮比N计算第一目标转轮角θ1。

[式1]

θ1＝N·θ

从该式可知，通过将转向齿轮比N与转向角θ相乘而算出第一目标转轮角θ1。

图5是表示第二目标转轮角运算部22的结构的框图。第二目标转轮角运算部22具有微分值运算部221、转向齿轮比运算部222以及转轮角运算部223。

微分值运算部221(转向角速度检测单元)对转向角θ进行时间微分，算出转向角速度θt。计算出的转向角速度θt被输出到转轮角运算部223。另外，转向齿轮比运算部222与上述转向齿轮比运算部211同样地，根据车速V计算转向齿轮比N。计算出的转向齿轮比N被输出到转轮角运算部223。

转轮角运算部223如下式那样根据转向角速度θt和转向齿轮比N，计算第二目标转轮角θ2。

[式2]

θ2＝N·(K1·θt)

在该式中，K1是比例常数，通过实验或者仿真预先设定了最优的值。从该式可知，通过将转向角速度θt和比例常数K1的相乘值与转向齿轮比N相乘，来算出第二目标转轮角θ2。

图6是表示第一目标转向反作用力运算部23的结构的框图。第一目标转向反作用力运算部23具有路面μ估计部231和反作用力运算部232。

路面μ估计部231(路面摩擦系数估计单元)根据第一目标转轮角θ1、车速V以及轮胎横向力Fy，计算作为路面的摩擦系数(下面称为“路面μ”)的估计值的路面μ估计值μe。具体地说，如图7所示，路面μ估计部231具有横向加速度估计部231a、横向加速度换算部231b以及μ估计部231c。

横向加速度估计部231a根据第一目标转轮角θ1和车速V，估计车体所产生的横向加速度Ge(下面称为“估计横向加速度Ge”)。估计横向加速度Ge如图8所示那样具有如下趋势：第一目标转轮角θ1越大，并且车速V越大(V1＜V2＜V3)，估计横向加速度Ge所呈现的值越大。横向加速度Ge与第一目标转轮角θ1及车速V的关系例如是在将路面μ设为普通干燥路面的路面μ的条件下通过实验或者仿真预先设定的。横向加速度估计部231a保持有对于各种车速V规定了横向加速度Ge与第一目标转轮角θ1的关系的图，根据第一目标转轮角θ1和车速V，计算估计横向加速度Ge。另外，在针对图中没有规定的车速V运算估计横向加速度Ge的情况下，优选的是横向加速度估计部231a根据现有的图进行线性插值。估计横向加速度Ge被输出到μ估计部231c。

横向加速度换算部231b计算根据轮胎横向力Fy换算出的、车体所产生的横向加速度Gv(下面称为“换算横向加速度Gv”)。具体地说，横向加速度换算部231b根据下式计算换算横向加速度Gv。

[式3]

$\mathrm{Gv}=\mathrm{Fy}\×\frac{\mathrm{lr}}{(\mathrm{lf}+\mathrm{lr})\·m}\×C1$

在该式中，m是车辆质量。lf是重心与前轮轴之间的距离，lr是重心与后轮轴之间的距离。另外，C1是校正系数，通过实验或者仿真预先设定了最佳的值。换算横向加速度Gv是根据车辆各要素和轮胎横向力Fy决定的值，具有如下趋势：轮胎横向力Fy越大，换算横向加速度Gv所呈现的值越大。换算横向加速度Gv被输出到μ估计部231c。

μ估计部231c利用下面所示的关系式，根据估计横向加速度Ge与换算横向加速度Gv之间的比较，来计算路面μ估计值μe。

[式4]

$\mathrm{\μe}=C2\×\frac{\mathrm{Gv}}{\mathrm{Ge}}$

在该式中，C2是校正系数，通过实验或者仿真预先设定了最佳的值。根据在横向加速度的估计运算中假定的路面μ(例如普通的干燥路面的路面μ)与实际的路面μ之差(Δμ)相当于估计横向加速度Ge与换算横向加速度Gv之间的横向加速度差，基于该式计算路面μ估计值μe。路面μ估计值μe被输出到反作用力运算部232。

反作用力运算部232(反作用力运算单元)根据路面μ估计值μe和第一目标转轮角θ1，计算第一目标转向反作用力T1。具体地说，反作用力运算部232根据下式计算第一目标转向反作用力T1。

[式5]

T1＝P1·μe·θ1

在该式中，P1是比例常数。从该式可知，在路面μ估计值μe较低的情况下，第一目标转向反作用力T1被设定为与路面μ估计值μe较高的情况相比成比例地小的值。

图9是表示第二目标转向反作用力运算部24的结构的框图。第二目标转向反作用力运算部24具有参照横向加速度运算部241、指示部242、LPF处理部243以及反作用力运算部244。

参照横向加速度运算部241根据车速V和第一目标转轮角θ1，计算作为车辆C的横向加速度的估计值的参照横向加速度Gr。具体地说，参照横向加速度运算部241根据下式计算参照横向加速度Gr。

[式6]

在该式中，

是参照横摆率(yaw rate)，利用下式算出。

[式7]

在此，Kf是前轮轮胎的侧抗力，Kr是后轮轮胎的侧抗力，l是轴距。计算出的参照横向加速度Gr被输出到指示部242。此外，参照横向加速度运算部241也可以与上述横向加速度估计部231a同样地通过图运算来运算参照横向加速度Gr。

指示部242(频率设定单元)根据车速V、参照横向加速度Gr以及第一目标转轮角θ1，设定增益K和截止频率H。该增益K和截止频率H是在由LPF处理部243对第二目标转轮角θ2实施的滤波处理(低通滤波处理)中起作用的参数。即，通过设定增益K和截止频率H，能够控制第二目标转轮角θ2反映在第二目标转向反作用力T2中的影响程度。在本实施方式中，从车速V、参照横向加速度Gr、第一目标转轮角θ1的观点出发，设定增益K和截止频率H。由此，通过根据抑制第二目标转轮角的变化而得到的值(后述的第二目标转轮角校正值θ2a)计算出第二目标转向反作用力T2，来抑制第二目标转向反作用力T2与第二目标转轮角θ2的过渡性变化相应地发生变化。

如图10所示，指示部242具有第一至第三运算部242a～242c以及第一和第二最小值选择部242d、242e。

图11是表示第一运算部242a的结构的框图。第一运算部242a根据车速V计算与车速V相关的增益K1和截止频率H1。在高速行驶时，通过抑制伴随转向产生的转向反作用力的变动，以避免阻碍由驾驶员进行的转向，从这样的观点出发，如图中区域A3、A4所示，增益K1和截止频率H1具有如下趋势：车速V越大，增益K1和截止频率H1的值越小。增益K1及截止频率H1与车速V的关系是通过实验或者仿真预先设定的，第一运算部242a将该关系以图的形式保存。与车速V相关的增益K1被输出到第一最小值选择部242d，另外，与车速V相关的截止频率H1被输出到第二最小值选择部242e。

图12是表示第二运算部242b的结构的框图。第二运算部242b根据参照横向加速度Gr，计算与参照横向加速度Gr相关的增益K2和截止频率H2。通过抑制在较高的横向加速度起作用的转弯过程中进行的微校正转向所引起的转向反作用力的变动，来使驾驶员实现稳定的转向感，从该观点出发，如图中区域A5、A6所示，增益K2和截止频率H2具有如下趋势：参照横向加速度Gr越大，增益K2和截止频率H2的值越小。增益K2及截止频率H2与参照横向加速度Gr之间的关系是通过实验或者仿真预先设定的，第二运算部242b将该关系以图的形式保存。与参照横向加速度Gr相关的增益K2被输出到第一最小值选择部242d，另外，与参照横向加速度Gr相关的截止频率H2被输出到第二最小值选择部242e。

第三运算部242c根据第一目标转轮角θ1计算与第一目标转轮角θ1相关的增益K3和截止频率H3。图13是表示由第三运算部242c确定增益K3和截止频率H3的过程的流程图。

首先，在步骤1(S1)中，第三运算部242c判断转向量是否增加。在该步骤1中判断为“是”的情况下、即在转向量增加了的情况下，进入步骤2(S2)。另一方面，在步骤1中判断为“否”的情况下、即在转向量没有增加的情况下，再次进行步骤1的判断。

在步骤2中，第三运算部242c在参照当前的第二目标转轮角θ2的基础上，判断第二目标转轮角θ2是否大于预先设定的阈值θth、即是否进行了大幅的转向。在该步骤2中判断为“是”的情况下、即在第二目标转轮角θ2大于阈值θth的情况下，进入步骤3(S3)。另一方面，在步骤2中判断为“否”的情况下、即在第二目标转轮角θ2小于或等于阈值θth的情况下，返回步骤1的判断。

在步骤3中，第三运算部242c判断转向量是否减少。在该步骤3中判断为“是”的情况下、即在转向量减少的情况下，进入步骤4(S4)。另一方面，在步骤3中判断为“否”的情况下、即在转向量没有减少的情况下(例如在保持转向状态的情况下)，进入步骤5(S5)。

在步骤4中，第三运算部242c将增益K3设定为第一规定增益Ks1，并且将截止频率H3设定为第一规定频率Hs1。另一方面，在步骤5(S5)中，第三运算部242c将增益K3设定为第二规定增益Ks2，并且将截止频率H3设定为第二规定频率Hs2。与第一目标转轮角θ相关的增益K3被输出到第一最小值选择部242d，另外，与第一目标转轮角θ相关的截止频率H3被输出到第二最小值选择部242e。

在此，第二规定增益Ks2被设定为小于第一规定增益Ks1的值，另外，第二规定频率Hs2被设定为小于第一规定频率Hs1的值。在转向量没有减少的例如保持转向状态的情形下，通过应用第二规定增益Ks2和规定频率Hs2，能够抑制由于转向引起的反作用力的变动。另外，在转向量减少了的情况下，通过应用第一规定增益Ks1和规定频率Hs1，能够抑制转向角速度θt的符号已反转但转向反作用力未开始减小这样的用户所感觉到的响应性的延迟。通过实验或者仿真预先对这些参数Ks1、Ks2、Hs1、Hs2设定了最佳的值。

第一最小值选择部242d将输入的各增益K1～K3进行比较，将最小值作为最终的增益K输出到LPF处理部243。另外，第二最小值选择部242e将输入的各截止频率H1～H3进行比较，将最小值作为最终的截止频率H输出到LPF处理部243。由此，例如在高速行驶时，与车速相关的增益K1和截止频率H1被设定为最终的增益K和截止频率H，在高的横向加速度起作用的转弯行驶时，与参照横向加速度Gr相关的增益K2和截止频率H2被设定为最终的增益K和截止频率H。另外，在进行了如阶梯式地输入那样的转向的情况下，与第一目标转轮角θ相关的增益K3和截止频率H3被设定为最终的增益K和截止频率H。

LPF处理部243(低通滤波处理单元)根据增益K和截止频率H，对第二目标转轮角θ2实施使高频成分衰减的低通滤波处理，由此计算出第二目标转轮角θ的校正值(下面称为“第二转轮角校正值”)θ2a。具体地说，LPF处理部243根据下式计算第二转轮角校正值θ2a。

[式8]

$\mathrm{\θ}2a=\mathrm{\θ}2\·K\frac{1}{1+s\·\mathrm{\τ}}$

[式9]

$\mathrm{\τ}=\frac{1}{2\·\mathrm{\π}\·H}$

在此，τ是滤波器的时间常数，s是拉普拉斯算子。计算出的第二转轮角校正值θ2a被输出到反作用力运算部244。

反作用力运算部244根据所输入的第二转轮角校正值θ2a，计算第二目标转轮反作用力T2。具体地说，反作用力运算部244根据下式计算第二目标转向反作用力T2。在此，P2是比例常数。

[式10]

T2＝P2·θ2a

这样，在本实施方式的车辆用转向装置1中，反作用力控制部26根据将第一目标转向反作用力T1和第二目标转向反作用力T2相加得到的最终目标转向反作用力Tt，控制反作用力马达3。在这种情况下，运算第二目标转向反作用力T2的第二目标转向反作用力运算部24根据抑制了第二目标转轮角θ2的变化而得到的值(第二转轮角校正值θ2a)，计算出第二目标转向反作用力T2。

图14是将应用了本实施方式所示的控制的情况和未应用该控制的情况进行比较的说明图。(a)示出某个代表性的转向输入(转向角θ)和与其相应的第一目标转轮角θ1的变化(在该图中“T”表示时间)。(b)示出了与(a)的输入相应的第二目标转轮角θ2和第二转轮角校正值θ2a的变化。(c)示出根据(b)所示的第二转轮角校正值θ2a计算出的最终目标转轮反作用力Tt和根据未校正的第二目标转轮角θ2计算出的最终目标转轮反作用力Tt1的变化。

在转向初期(时间t1)，通过LPF处理部243的低通滤波处理的效果，在第二转轮角校正值θ2a中抑制了如校正前的值、即第二目标转轮角θ2那样的骤变。因而，即使第二目标转轮角θ2伴随有很大的变化，也可抑制反映在第二目标转向反作用力T2中的变化、进一步说是反映在最终目标转向反作用力Tt中的变化。由此，能够抑制在转向开始时以及转向停止时反作用力产生很大变动的情形。因此，能够将驾驶员在转向开始后或者转向停止后进行的转轮控制所引起的转向反作用力的变化适度地传递给驾驶员。由此，能够减少对驾驶员带来的不适感。

但是，第二目标转轮角θ2是为了进行转轮角控制以及转向反作用力控制而参照的参数。然而，关于转轮角控制，在转向响应的关系上优选的是按原样反映第二目标转轮角θ2的变化，因此与转向反作用力控制不同，没有应用抑制第二目标转轮角θ2的变化的方法。即，在本实施方式中，通过设为仅在转向反作用力控制中抑制第二目标转轮角θ2的变化的结构，可以兼顾以下效果：实现高速的转向响应；以及减少在转向开始时和转向停止时等由于转向反作用力的很大的变动而对驾驶员带来的不适感。

另外，在本实施方式中，第一目标转向反作用力运算部23根据路面μ估计值μe和第一目标转轮角θ1，计算出第一目标转向反作用力T1。因此，在路面μ估计值μe较低的情况下，第一目标转向反作用力T1被设定为与路面μ估计值μe较高的情况相比成比例地小的值。因此，能够将路面状态作为转向反作用力传递给驾驶员，因此驾驶员能够与路面状态相应地进行转向。

另外，在本实施方式中，第二目标转向反作用力运算部24具有LPF处理部243，该LPF处理部243对第二目标转轮角θ2实施去除高频成分的滤波处理。根据上述结构，通过对第二目标转轮角θ2实施低通滤波处理，能够获得第二转轮角校正值θ2a，该第二转轮角校正值θ2a是抑制第二目标转轮角θ2的变化而得到的值。

关于抑制这种伴随第二目标转轮角θ2的变化产生的转向反作用力变化的效果，从与车速V相关的增益K1和截止频率H1可知，车速V越高，该效果越强。由此，由于在高速行驶时抑制了转向所引起的转向反作用力的变动，因此在对驾驶员的转向精确度的要求较高的高速行驶时，能够抑制发生阻碍驾驶员转向的情形。

另外，关于上述的抑制伴随第二目标转轮角θ2的变化产生的转向反作用力变化的效果，从与参照横向角速度Gr相关的增益K2和截止频率H2可知，参照横向角速度Gr越高，该效果越强。在高的横向加速度起作用的转弯过程中，驾驶员为了抵抗转向反作用力，而进行微校正转向来提供转向扭矩，从而控制车辆行为。因此，通过如上所述那样运算增益K2和截止频率H2，来抑制转向反作用力的变动，因此能够使驾驶员实现稳定的转向感。

并且，关于上述的抑制伴随第二目标转轮角θ2的变化产生的转向反作用力变化的效果，从与第一目标转轮角θ1相关的增益K3和截止频率H3可知，在转向保持开始时(时间t2)，该效果变强(步骤4中判断为“否”的情况)。由此，能够抑制发生在保持转向状态时转向反作用力消失这样的情形。

此外，如图15所示，在转向量增加之后，在转向量减少的情况下，与转向量未减少的情况相比，上述的抑制伴随第二目标转轮角θ2的变化产生的转向反作用力变化的效果变弱(步骤S4中判断为“是”的情况)。由此，能够抑制发生转向角速度θ的符号已反转但转向反作用力未开始减小、即转向反作用力的变化发生延迟的情形。

在此，图15是将应用了本实施方式所示的控制的情况和未应用该控制的情况进行比较的说明图。(a)示出某个代表性的转向输入(转向角θ)和与其相应的第一目标转轮角θ1的变化(在该图中，“T”表示时间)。(b)示出了与(a)的输入相应的第二目标转轮角θ2和第二转轮角校正值θ2a、θ2a′的变化。在这种情况下，θ2a是在转向量减少时将增益K3和截止频率H3设定为第一规定增益Ks1和规定频率Hs1时的第二转轮角校正值，θ2a′是在转向量减少时将增益K3和截止频率H3按原样设定为第二规定增益Ks2和规定频率Hs2时的第二转轮角校正值。另外，(c)示出根据(b)所示的第二转轮角校正值θ2a计算出的最终目标转向反作用力Tt、Tt′和根据未校正的第二目标转轮角θ2计算出的最终目标转向反作用力Tt1的变化。在此，Tt是在转向量减少时将增益K3和截止频率H3设定为第一规定增益Ks1和规定频率Hs1时的最终目标转向反作用力，Tt′是在转向量减少时将增益K3和截止频率H3按原样设定为第二规定增益Ks2和规定频率Hs2时的最终目标转向反作用力。

另外，在上述实施方式中，选择与车速V、参照横向加速度Gr及第一目标转轮角θ1相关的增益K1～K3以及截止频率H1～H3中的最小值，并对LPF处理部243设定该最小值。由此，能够获得与作用最大的要素相应地抑制伴随第二目标转轮角θ2的变化产生的转向反作用力变化的效果，因此能够抑制对驾驶员的带来不适感。

此外，在上述实施方式中，在指示部242中分别对与车速V、参照横向加速度Gr及第一目标转轮角θ1相关的增益K1～K3以及截止频率H1～H3进行了设定。然而，也可以在指示部242中单独地对某一个要素进行设定，也可以将两个要素组合来进行设定，还可以附加其它要素。

(第二实施方式)

下面，说明本发明的第二实施方式所涉及的车辆用转向装置1。第二实施方式所涉及的车辆用转向装置1与第一实施方式的车辆用转向装置1的不同点在于第二目标转轮角θ2的运算方法。此外，本实施方式所涉及的车辆用转向装置1的结构以及控制动作基本上与第一实施方式相同，引用附图以及相关联的说明，下面以不同点为中心进行说明。

图16是表示本实施方式所涉及的第二目标转轮角运算部22的结构的框图。第二目标转轮角运算部22具有第一微分值运算部221、第二微分值运算部224、转向齿轮比运算部222以及转轮角运算部223。

第一微分值运算部221对转向角θ进行时间微分，计算转向角速度θt。计算出的转向角速度θt被输出到第二微分值运算部224和转轮角运算部223。另外，转向齿轮比运算部222与第一实施方式同样地计算转向齿轮比N。计算出的转向齿轮比N被输出到转轮角运算部223。

第二微分值运算部224(转向角加速度检测单元)对转向角速度θt进行时间微分，计算转向角加速度θt2。计算出的转向角加速度θt2被输出到转轮角运算部223。

转轮角运算部223如下式所示那样，根据转向角速度θt、转向角加速度θt2以及转向齿轮比N计算第二目标转轮角θ2。

[式11]

θ2＝N·(K1·θt+K2·θt2)

在该式中，K1、K2是比例常数，通过实验或者仿真预先设定了最佳的值。从该式可知，通过将转向角速度θt和比例常数K1的相乘值与转向角加速度θt2和比例常数K2的相乘值相加，并将该相加得到的值与转向齿轮比N相乘，来算出第二目标转轮角θ2。

这样，根据本实施方式，基于转向角速度θt和转向角加速度θt2计算第二目标转轮角θ2。根据上述结构，例如躲避障碍物的紧急躲避时之类的进行紧急转向的情况下，与仅利用转向角速度θt运算第二目标转轮角θ2的方法相比，第二目标转轮角θ2的上升(转向初期的第二目标转轮角θ2的增大速度)变快。因此，能够改善对于紧急转向的反作用力的不足，并能够提高转向初期的驾驶员的操作性。

以上针对本发明的实施方式所涉及的车辆用转向控制装置进行了说明，但是本发明不限定于上述实施方式，在该发明的范围内能够进行各种变形，这是不言自明的。

Claims (12)

1.一种车辆用转向装置，其特征在于，具有：

转向轮驱动单元，其对与由驾驶员操作的方向盘机械分离的转向轮进行驱动；

反作用力施加单元，其对上述方向盘施加转向反作用力；

转轮角检测单元，其对上述转向轮的转轮角进行检测；

转向角检测单元，其检测驾驶员对上述方向盘的操作量、即转向角；

转向角速度检测单元，其检测驾驶员对上述方向盘的操作速度、即转向角速度；

第一目标转轮角运算单元，其根据检测出的上述转向角，计算第一目标转轮角；

第二目标转轮角运算单元，其根据检测出的上述转向角速度，计算第二目标转轮角；

第一目标转向反作用力运算单元，其根据所计算出的上述第一目标转轮角，计算第一目标转向反作用力；

第二目标转向反作用力运算单元，其根据抑制所计算出的上述第二目标转轮角的变化而得到的值，计算第二目标转向反作用力；

转向轮控制单元，其根据将上述第一目标转轮角和上述第二目标转轮角相加得到的最终目标转轮角，控制上述转向轮驱动单元；以及

反作用力控制单元，其根据将上述第一目标转向反作用力和上述第二目标转向反作用力相加得到的最终目标转向反作用力，控制上述反作用力施加单元。

2.根据权利要求1所述的车辆用转向装置，其特征在于，

上述第二目标转向反作用力运算单元具有低通滤波处理单元，该低通滤波处理单元对上述第二目标转轮角实施去除高频成分的滤波处理。

3.根据权利要求2所述的车辆用转向装置，其特征在于，

上述第二目标转向反作用力运算单元还具有频率设定单元，该频率设定单元对要设定给上述低通滤波处理单元的增益和截止频率进行设定。

4.根据权利要求3所述的车辆用转向装置，其特征在于，

上述频率设定单元设定与车速相关的增益和截止频率，设定成：车速越高，则增益和截止频率越小。

5.根据权利要求3或4所述的车辆用转向装置，其特征在于，

上述频率设定单元设定与车辆的横向加速度相关的增益和截止频率，设定成：车辆的横向加速度越大，则增益和截止频率越小。

6.根据权利要求3所述的车辆用转向装置，其特征在于，

上述频率设定单元设定与上述第一目标转轮角相关的增益和截止频率，设定成：上述第一目标转轮角没有发生变化时的增益和截止频率小于在该第一目标转轮角发生变化时的增益和截止频率。

7.根据权利要求4所述的车辆用转向装置，其特征在于，

上述频率设定单元设定与上述第一目标转轮角相关的增益和截止频率，设定成：上述第一目标转轮角没有发生变化时的增益和截止频率小于在该第一目标转轮角发生变化时的增益和截止频率。

8.根据权利要求5所述的车辆用转向装置，其特征在于，

上述频率设定单元设定与上述第一目标转轮角相关的增益和截止频率，设定成：上述第一目标转轮角没有发生变化时的增益和截止频率小于在该第一目标转轮角发生变化时的增益和截止频率。

9.根据权利要求6至8中的任一项所述的车辆用转向装置，其特征在于，

上述频率设定单元设定成为如下增益和截止频率中的最小值的增益和截止频率：与车速相关的增益和截止频率；与车辆的横向加速度相关的增益和截止频率；以及与上述第一目标转轮角相关的增益和截止频率。

10.根据权利要求1所述的车辆用转向装置，其特征在于，

还具备转向角加速度检测单元，该转向角加速度检测单元对转向角加速度进行检测，

上述第二目标转轮角运算单元根据所检测出的上述转向角速度和转向角加速度，计算上述第二目标转轮角。

11.根据权利要求1或10所述的车辆用转向装置，其特征在于，

还具有横向力检测单元，该横向力检测单元对作用于上述转向轮的轮胎的横向力进行检测，

上述第一目标转向反作用力运算单元具有：

路面摩擦系数估计单元，其根据所检测出的上述横向力，来估计路面摩擦系数；以及

反作用力运算单元，其根据所估计出的上述路面摩擦系数和所计算出的上述第一目标转轮角，计算上述第一目标转向反作用力。

12.一种车辆用转向装置，其特征在于，具有：

转向轮驱动单元，其对与由驾驶员操作的方向盘机械分离的转向轮进行驱动；

反作用力施加单元，其对上述方向盘施加转向反作用力；

转轮角检测单元，其对上述转向轮的转轮角进行检测；

转向角检测单元，其检测驾驶员对上述方向盘的操作量、即转向角；

转向角速度检测单元，其检测驾驶员对上述方向盘的操作速度、即转向角速度；

转向轮控制单元，其根据将第一目标转轮角和第二目标转轮角相加得到的最终目标转轮角，控制上述转向轮驱动单元，其中，该第一目标转轮角是根据所检测出的上述转向角计算出的，该第二目标转轮角是根据所检测出的上述转向角速度计算出的；以及

反作用力控制单元，其根据将第一目标转向反作用力和第二目标转向反作用力相加得到的最终目标转向反作用力，控制上述反作用力施加单元，其中，该第一目标转向反作用力是根据所计算出的上述第一目标转轮角计算出的，该第二目标转向反作用力是根据所计算出的上述第二目标转轮角计算出的，

其中，以抑制与上述第二目标转轮角的变化相应的上述第二目标转向反作用力的变化的方式，计算上述第二目标转向反作用力。

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