CN102666256B - 车辆的电动助力转向装置 - Google Patents
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Abstract
转角估计部(40)使用各个轮的车轮速度(ωfL、ωfR、ωrL、ωrR)计算前轮侧估计转角(θFr)和后轮侧估计转角(θRr),并通过取这些转角(θFr、θRr)的平均来计算高精度的估计转角(θc),并且计算转角(θFr、θRr)间的估计转角差(Δθ)。轴力估计部(50)使用估计转角(θc)和车速(V)计算基本轴力(Fb),并且根据驾驶员的转向增加操作或转向返回操作来计算向基本轴力(Fb)赋予轴力差(滞后特性)的修正轴力(Fa)。然后,轴力估计部(50)通过将基本轴力(Fb)和修正轴力(Fa)相加来计算高精度的估计轴力(Fc)。辅助运算部(60)对根据车速(V)而变化的目标转向转矩(Th)和高精度的估计轴力(Fc)进行比较,并通过从估计轴力(Fc)减去目标转向转矩(Th)来计算辅助转矩(Ta)。
Description
技术领域
本发明涉及包括对转向盘的转动操作施加辅助力的电动马达的车辆的电动助力转向装置,尤其涉及即使对通过驾驶员对转向盘进行的转动操作而输入的操作力进行检测的操作力检测装置发生了异常时也继续恰当地施加辅助力的电动助力转向装置。
背景技术
使用操作力检测装置进行检测并基于该检测出的操作力控制电动马达来施加辅助力的电动助力转向装置从防止操作力检测装置发生异常时的误输出的观点出发,通常具有失效保护机构,该失效保护机构迅速减少辅助力来停止电动马达的工作。但是,如果车辆行驶时由于操作力检测装置发生异常而辅助力不再被施加,驾驶员对转向盘进行转动操作时的负担就会变大。从而,即使在操作力检测装置发生了异常的情况下,电动助力转向装置也被期待尽可能使电动马达工作来继续施加辅助力。
因此,近年来积极研究并提出了即使在操作力检测装置发生了异常的情况下也能够继续施加辅助力的电动助力转向装置。例如,在特开2009-6985号公报中公开了考虑来自路面的反力来继续产生转向辅助力的电动助力转向装置。该现有的电动助力转向装置包括:转向转矩检测装置,其检测被输入至转向***的转向转矩;以及第一转矩指令值运算装置,其基于由该转向转矩检测装置检测到的转向转矩来计算转向辅助转矩指令值。此外,该现有的电动助力转向装置还包括:自校准估计装置,其估计从路面传递至转向机构的自校准转矩;以及第二转矩指令值运算装置,其基于该估计的自校准转矩来计算转向辅助转矩指令值。这里,自校准估计装置能够基于转向机构的转向角来估计自校准转矩,转向机构的转向角能够基于车辆左右前轮的车轮速来计算。
在该现有的电动助力转向装置中,当检测转向转矩检测装置的异常的转矩检测部异常检测装置检测到转向转矩检测装置的异常时,使用第二转矩指令值运算装置来取代第一转矩指令值运算装置。并且,使用由第二指令值运算装置算出的转向辅助转矩指令值继续产生转向辅助转矩。
这里,关于使用车轮速检测转向角的手段,例如在特开2005-98827号公报中公开了一种用于车辆的转向角估计装置,其通过对从分别设置在车辆的四轮上的车轮旋转速度传感器输入的前后左右每两个轮的车轮旋转速度的关系进行比较来检测四轮的滑移,并使用发生滑移的车轮以外的车轮的车轮旋转速度来估计转向角。
此外,例如在特开2008-249719号公报中公开了一种用于车辆的转向角估计装置,其求出从分别设置在车辆的四轮上的车轮旋转速度传感器输入的前面左右两轮的车轮旋转速度的旋转速度比、后面左右两轮的车轮旋转速度的旋转速度比、以及右侧前后两轮的车轮旋转速度的旋转速度比、以及左侧前后两轮的车轮旋转速度的旋转速度比,并通过比较这些各个旋转速度比来检测四轮的滑移,并使用除发生滑移的车轮之外求出的所述各旋转速度比来估计转向角。
此外,例如在特开平11-78924号公报中一种即使转向转矩传感器发生了故障也向转向***稳定地提供转向辅助力的电动助力转向装置。该现有的电动助力转向装置包括两个转向转矩检测装置,每个转向转矩检测装置具有转向转矩传感器以及转向转矩检测器,所述转向转矩检测器具有转矩信号检测器以及故障检测装置。并且,该现有电动助力转向装置基于来自故障检测装置的故障信号从一个转向转矩检测装置切换到另一个转向转矩检测装置,由此使装置继续工作,基于正确的转向转矩向转向***提供转向辅助力。
发明内容
但是,为了在操作力检测装置发生了异常时继续施加辅助力,需要正确地检测或估计相对于驾驶员经由转向盘输入的操作力的阻力、即从路面经由车轮输入的反力。并且需要使用正确检测或估计的反力来确定并施加辅助力。
关于这一点,在上述特开2009-6985号公报所示的电动助力转向装置中,基于转向角或路面摩擦系数来估计作为反力而输入的自校准转矩。在此情况下,自校准转矩很大程度上依赖于路面摩擦系数而改变,因此需要正确地检测或估计路面摩擦系数。因此需要另外在车辆上设置传感器。
此外,在基于转向角估计自校准转矩的情况下,需要高精度地检测或估计转向角。在此情况下,在上述特开2009-6985号公报所示的电动助力转向装置中,使用左右前轮的车轮速进行计算。但是,使用左右前轮的车轮速计算转向角时,如果不考虑各车轮的旋转状态,就无法正确地算出转向角。
对此,例如如果使用特开2005-98827号公报以及特开2008-249719号公报所示的车辆用转向角估计装置,能够考虑车轮所发生的滑移作为车轮的旋转状态,可算出正确的转向角。但是,在特开2005-98827号公报以及特开2008-249719号公报所示的车辆用转向角估计装置中,如图18所示,基于在车辆转弯时在前后左右轮间成立的公知的阿克曼·杨特理论,通过下述Eq.(1)以及Eq.(2)来估计转向角。具体地,估计作为使用了前轮侧的左右轮的车轮速度ωfL、ωfR的转向轮的转角的转向角θFr、和作为使用了后轮侧的左右轮的车轮速度ωrL、ωrR的转向轮的转角的转向角θRr。
其中,所述Eq(1)、Eq(2)中的L表示车辆的轮距,W表示车辆的胎面宽度。
但是,为了使阿克曼·杨特理论成立,在图18中,车辆转弯时的转弯内侧转向轮的阿克曼角αR需要大于转弯外侧转向轮的阿克曼角αL。此外,转弯内侧转向轮的阿克曼角αR和转弯外侧转向轮的阿克曼角αL之比、即所谓阿克曼率被维持也是必要的条件。
但是,通常被认为当转向轮转向至最大转角附近时由于车辆的悬架几何特性而阿克曼率下降。从而,在前轮侧为转向轮的情况下,当通过所述Eq.(1)来估计并计算转向角θFr时,尤其最大转角附近的估计精度会恶化。此外,通常,不被转向的后轮侧随着车辆的转弯而被拖拉着在转弯圆上移动。从而,当不考虑这样的后轮侧的行为而通过所述Eq.(2)来估计并计算转向角θRr时,估计精度就会恶化。并且,如果如此转向角θFr以及转向角θRr的估计精度恶化,使用转向角θFr或转向角θRr估计的反力(自校准转矩)的估计精度也会恶化。其结果是,难以施加适当的辅助力。
另一方面,如特开平11-78924号公报所示的电动助力转向装置那样,如果具备多个操作力检测装置(转向转矩检测装置)来构成冗余***,则能够始终施加适当的辅助力。但是,在此情况下,需要在车辆上安装多个操作力检测装置(转向转矩检测装置),从确保安装空间和成本方面来说不优选。
本发明就是为了解决上述问题而做出的,其目的在于,提供一种即使在操作力检测装置发生了异常的情况下也通过简化的构成来正确确定适当的辅助力并继续施加该辅助力的车辆的电动助力转向装置。
为了达到上述目的,本发明的特征在于一种车辆的电动助力转向装置,其包括:操作力检测装置,所述操作力检测装置检测为了通过驾驶员对转向盘进行的转动操作而对车辆的转向轮进行转向而被输入的操作力;电动马达,所述电动马达对由驾驶员对所述转向盘进行的转动操作施加辅助力;以及控制装置,所述控制装置基于与由所述操作力检测装置检测到的操作力对应的辅助力来控制所述电动马达的工作;其中,所述控制装置包括:车速检测装置,所述车速检测装置检测车辆的车速;车轮速度检测装置,所述车轮速度检测装置分别被设置在车辆的前后左右轮上,用于检测各轮的车轮速度;异常判定装置,所述异常判定装置判定所述操作力检测装置的异常;转角估计装置,当由所述异常判定装置判定出所述操作力检测装置的异常时,所述转角估计装置使用由所述车轮速度检测装置检测到的所述各轮的车轮速度中前轮侧的左右轮的车轮速度来运算所述转向轮的第一转角,并使用由所述车轮速度检测装置检测到的所述各轮的车轮速度中后轮侧的左右轮的车轮速度来运算所述转向轮的第二转角,并且使用所述第一转角以及所述第二转角来估计车辆转弯时的所述转向轮的转角;轴力估计装置,所述轴力估计装置使用由所述转角估计装置估计出的转角以及由所述车速检测装置检测到的车速来估计轴力,所述轴力与所述转向轮的转角以及车辆的车速具有预定关系,并被输入至对所述车辆的转向轮进行转向的转向机构;辅助力运算装置,所述辅助力运算装置使用由所述车速检测装置检测到的车速,来确定与车辆的车速具有预定关系并由驾驶员经由所述转向盘输入的目标转向力,并使用所述确定的目标转向力和由所述轴力估计装置估计出的轴力,来运算对由驾驶员对所述转向盘进行的转动操作施加的辅助力;以及工作控制装置,所述工作控制装置基于由所述辅助力运算装置算出的辅助力来控制所述电动马达的工作。
由此,当异常判定装置判定出操作力检测装置的异常时,转角估计装置能够使用前轮侧的左右轮的车轮速度来运算转向轮的第一转角,使用后轮侧的左右轮的车轮速度来运算转向轮的第二转角。并且,转角估计装置能够使用该算出的第一转角以及第二转角来估计车辆转弯时转向轮的转角。由此,例如即使基于上述的阿克曼·杨特理论估计转向轮的转角,也能够抑制随着前轮侧(转向轮侧)的阿克曼率下降而发生的估计精度的恶化或随着后轮侧发生拖拉而发生的估计精度的恶化。此外,通过使用第一转角以及第二转角,例如即使由车轮速度检测装置检测的各轮的车轮速度中的任一个发生异常,关于转向轮的转角的估计,也能够构成不容易受到该异常的影响的鲁棒的冗余***。从而,转角估计装置能够高精度地估计转向轮的转角。
这里,由于转角估计装置能够高精度地估计转向轮的转角,因此不需要检测转向轮转角的转角传感器。由此,不需要确保搭载空间,并且可大幅度降低成本。此外,例如即使在原本没有搭载转角传感器的车辆中,也能够在操作力检测装置发生了异常时使电动助力转向装置继续工作。
此外,轴力估计装置能够使用由转角估计装置高精度地估计的转向轮的转角来高精度地估计向转向机构输入的轴力。此外,辅助力运算装置能够使用基于车速确定的目标转向力和由轴力估计装置高精度地估计的轴力来运算对驾驶员对转向盘进行的转动操作施加的辅助力。然后,能够控制电动马达的工作,以施加工作控制装置所算出的辅助力。
从而,即使在操作力检测装置发生了异常的情况下,也能够正确估计转向轮的转角以及向转向机构输入的轴力,并对驾驶员对转向盘进行的转动操作继续施加适当的辅助力。由此能够大幅度减轻驾驶员对转向盘进行转动操作时的负担。
在此情况下,也可以如下:所述控制装置包括操作速度检测装置,所述操作速度检测装置检测所述转向盘的转动操作速度,所述转角估计装置具有滤波处理装置,所述滤波处理装置通过预定的截止频率对由所述车轮速度检测装置检测到的所述各轮的车轮速度进行低通滤波处理,所述滤波处理装置随着由所述操作速度检测装置检测到的转动操作速度的增加而将所述截止频率改变为大的频率,随着所述检测到的转动操作速度的减少而将所述截止频率改变为小的频率,并且对由所述车轮速度检测装置检测到的各轮的车轮速度进行低通滤波处理。在此情况下,所述操作速度检测装置例如可以检测所述电动马达的旋转工作中的旋转速度,并使用该检测到的电动马达的旋转速度来检测所述转向盘的转动操作速度。
根据上述,滤波处理部能够对车轮速度检测装置检测到的各轮的车轮速度进行低通滤波处理。由此,能够去除从车轮速度检测装置输出的表示各轮的车轮速度的信号的噪声成分,能够进一步提高由转角估计装置运算的第一转角、第二转角以及转向轮的转角的运算精度。
此外,滤波处理部能够根据操作速度检测装置检测到的转向盘的转动操作速度来改变用于低通滤波处理的截止频率。即,滤波处理部在检测到的转动操作速度增加时,换句话说驾驶员快速对转向盘进行转动操作时,将截止频率改变为大的频率,在检测到的转动操作速度减小时,换句话说驾驶员缓慢对转向盘进行转动操作时,将截止频率改变为小的频率。
由此,尤其在转动操作速度大时能够有效防止随低通滤波处理发生的信号的相位延迟。从而,转角估计装置能够不发生延迟地运算第一转角以及第二转角并且能够提高运算精度。由此,轴力估计部能够迅速估计轴力,辅助力运算装置能够迅速运算辅助力。其结果是,能够对驾驶员对转向盘进行的转动操作不发生延迟地、即在确保良好的追随性的情况下地施加辅助力。
而且,例如通过使用与转向盘的转动操作同步旋转的电动马达的旋转速度检测驾驶员对转向盘的转动操作速度,能够通过不利用其他传感器的简化的构成,来检测转向盘的转动操作速度。由此可降低成本。
此外,在上述的情况下,所述转角估计装置能够使用车辆的总齿轮比来运算所述转向轮的第一转角以及第二转角,所述总齿轮比表示车辆转向轮的检测转角与车辆转向轮的实际转角之比,并且是通过实验预先设定的。
如此,通过使用车辆的总齿轮比运算第一转角以及第二转角,能够降低例如由悬架几何特性引起的第一转角以及第二转角的运算误差。即,通过使用车辆的总齿轮比,即使基于上述的阿克曼·杨特理论估计转向轮的转角,也能够进一步抑制随着前轮侧(转向轮侧)的阿克曼率下降或在后轮侧发生拖拉而发生的估计精度的恶化。从而,转角估计装置能够高精度地估计转向轮的转角。
此外,在上述的情况下,所述转角估计装置也可以对使用由所述车轮速度检测装置检测到的所述各轮的车轮速度中所述前轮侧的左右轮的车轮速度之差算出的所述转向轮的第一转角、和使用由所述车轮速度检测装置检测到的所述各轮的车轮速度中所述后轮侧的左右轮的车轮速度之差算出的所述转向轮的第二转角取平均,由此估计车辆转弯时的所述转向轮的转角。
如此,通过转角估计装置对第一转角与第二转角取平均来估计转向轮的转角,例如即使基于上述的阿克曼·杨特理论估计转向轮的转角,也能够抵消随着前轮侧(转向轮侧)的阿克曼率下降和在后轮侧发生拖拉而发生的估计精度的恶化的影响。从而,转角估计装置能够高精度地估计转向轮的转角。
并且,在上述的情况下,也可以是:当由所述车速检测装置检测到的车速小于等于预先设定的车速时,所述转角估计装置将所述算出的所述转向轮的第一转角和所述算出的所述转向轮的第二转角分别运算为“0”。
由此,在车轮速度检测装置有可能无法正确检测各轮的车轮速度的低车速区域,能够将第一转角以及第二转角运算为“0”。由此,能够防止估计出错误的转向轮的转角,能够防止对驾驶员对转向盘进行的转动操作施加不适当的辅助力。
此外,本发明的其他特征还在于:所述控制装置包括操作速度检测装置,所述操作速度检测装置检测所述转向盘的转动操作速度,所述轴力估计装置包括修正轴力运算装置,所述修正轴力运算装置使用由所述操作速度检测装置检测到的转动操作速度以及由所述车速检测装置检测到的车速来运算修正轴力,所述修正轴力用于修正所述估计出的轴力,并且与所述转向盘的转动操作速度以及车辆的车速具有预定关系。
由此,修正轴力运算装置能够基于驾驶员对转向盘的转动操作速度以及车速,来运算对由轴力估计装置估计的轴力进行修正的修正轴力。即,通过运算修正轴力来修正由轴力估计装置估计的轴力,能够反映驾驶员对转向盘的转动操作状态来对估计出的轴力赋予轴力差,换句话说对估计出的轴力赋予滞后特性。从而,能够根据驾驶员对转向盘的转动操作状态来估计适当的轴力,因此能够有效地防止对转向盘进行了转动操作时驾驶员感到不适感。
这里,基于驾驶员对转向盘的转动操作速度(转动操作状态)来运算的修正轴力例如可以考虑因为转向轮转向时在与路面间产生的摩擦力而被输入至转向机构的轴力来运算。在此情况下,在转向轮与路面间产生的摩擦力的大小和作用方向根据驾驶员对转向盘的转动操作速度(转动操作状态)以及车速而不同。
此外,关于修正轴力的运算,也可以如下:在所述转向盘的转动操作速度、所述车辆的车速以及所述修正轴力的关系中,所述转向盘的转动操作速度与所述修正轴力的关系至少是如下所述的预先规定的关系:当所述转向盘的转动操作速度小于预先设定的第一转动操作速度时,所述修正轴力随着所述转向盘的转动操作速度的增加而增加,当所述转向盘的转动操作速度大于或等于被预先设定为比所述第一转动操作速度大的第二转动操作速度时,所述修正轴力随着所述转向盘的转动操作速度的增加而减小,所述修正轴力运算装置基于所述预先规定的关系,使用由所述操作速度检测装置检测到的转动操作速度来运算所述修正轴力。
由此,在驾驶员对转向盘的转动操作速度增大但小于第一转动操作速度的状况下,修正轴力运算装置增加修正轴力。由此,驾驶员相对于转向盘的转动操作,能够感觉到适当的辅助力,换句话说由随着转向轮的转向而输入的轴力(摩擦力)引起的适当大小的反力。另一方面,在驾驶员对转向盘的转动操作速度增大至第二转动操作速度以上的状况下,修正轴力运算装置减小修正轴力。由此,驾驶员即使在对转向盘快速进行了转动操作时,也不会感觉到辅助力不足,换句话说不会感觉到由随着转向轮的转向而输入的轴力(摩擦力)引起的过大的反力。
此外,在上述的情况下,在所述转向盘的转动操作速度、所述车辆的车速以及所述修正轴力的关系中,所述车辆的车速和所述修正轴力的关系至少是如下所述的预先规定的关系:随着所述车辆的车速的增加,所述修正轴力朝向预先设定的预定大小减小,所述修正轴力运算装置基于所述预先规定的关系,使用由所述车速检测装置检测到的车速来运算所述修正轴力。
由此,修正轴力运算装置随着车辆的车速的增加而减小修正轴力。从而,通过在低车速区域被运算得较大的修正轴力,例如能够修正由轴力估计装置估计的轴力以使其变大。因此,通过对转向盘的转动操作施加大的辅助力,驾驶员能够感觉到适当的辅助力(小的轴力)。另一方面,由于车速增加时修正轴力被运算得较小,因此估计的轴力基于修正轴力的增加量小。因此,通过对转向盘的转动操作施加小的辅助力,驾驶员能够感觉到稳固的反力(大的轴力)。修正轴力根据车速的增加而减小对应于例如在转向轮与路面间产生的摩擦力随着车辆车速的增加而减小。
此外,本发明的其他特征还在于:所述辅助力运算装置对所述确定的目标转向力的绝对值和由所述轴力估计装置估计出的轴力的绝对值进行比较,当所述估计出的轴力的绝对值小于或等于所述目标转向力的绝对值时将所述辅助力运算为“0”,当所述估计出的轴力的绝对值大于所述目标转向力的绝对值时通过从所述估计出的轴力减去所述目标转向力来运算所述辅助力。
由此,辅助运算装置能够对驾驶员应经由转向盘输入的目标转向力的绝对值与估计出的轴力的绝对值进行比较。并且,当估计出的轴力的绝对值小于等于目标转向力的绝对值时,辅助运算装置能够将辅助力运算为“0”。此外,当估计出的轴力的绝对值大于目标转向力的绝对值时,辅助运算装置能够通过从估计的轴力减去目标转向力来运算考虑了辅助方向的辅助力。
由此,当估计的轴力的绝对值小于等于目标转向力的绝对值时,即使驾驶员对转向盘进行转动操作也不被施加辅助力。换句话说,目标转向力的绝对值具有施加辅助力时的死区的大小。另一方面,当估计的轴力的绝对值大于目标转向力的绝对值时,被赋予与所估计的轴力的绝对值超出目标转向力的绝对值(死区)的量相当的辅助力,因此可对驾驶员进行的转向盘的转动操作进行最低限度的辅助。
此外,在此情况下,也可以如下:当由所述车速检测装置检测到的车速小于预先设定的预定车速时,所述辅助力运算装置随着所述检测到的车速的增加而增加所述目标转向力的绝对值来确定所述目标转向力,当所述检测到的车速大于或等于所述预先设定的预定车速时,所述辅助力运算装置随着所述检测到的车速的增加而固定所述目标转向力的绝对值来确定所述目标转向力。
由此,上述与死区的大小相一致的目标转向力的绝对值在低车速区域被确定为较小。因此,即使在估计的轴力小的情况下也能够施加辅助力。从而,在低车速区域,驾驶员能够通过小的操作力非常容易地对转向盘进行转动操作,能够良好地保持车辆的操纵性。
另一方面,在规定车速以上的中高车速区域,目标转向力的绝对值被确定为大的固定值。因此,上述的死区的大小变大,在估计的轴力小的情况下不施加辅助力。从而,在中高车速区域,驾驶员能够通过稍大的操作力对转向盘进行转动操作,换句话说能够感受着稳固的反力对转向盘进行转动操作,从而能够确保良好的行驶稳定性。
此外,本发明的其他特征还在于:所述转角估计装置运算转角差,所述转角差表示根据在所述前后左右轮的任意轮上产生的滑移的状态而增减的所述第一转角与所述第二转角之差,所述辅助力运算装置包括辅助力修正装置,所述辅助力修正装置基于由所述转角估计装置算出的转角差的大小,并根据在所述前后左右轮的任意轮上产生的滑移的状态来修正所述算出的辅助力。
由此,辅助力修正装置能够基于由转角估计装置运算的第一转角与第二转角的转角差,来判断作为车轮的旋转状态的、前后左右轮中的某轮上发生的滑移的状态。即,当前后左右轮中的某轮发生了滑移时,前后左右轮的转弯中心不相同,因此其结果是,转角差变大。因此,随着转角差变大,能够判断前后左右轮的某轮上发生了滑移率大的滑移。
从而,辅助力修正装置能够基于算出的转角差,换句话说根据前后左右轮的某轮上发生的滑移的状态,来修正辅助力的大小。此外,辅助力修正装置能够基于算出的转角差来判断滑移的发生,因此不需要另外设置其他传感器(例如,加速度传感器或横摆率传感器等),可降低成本。
在此情况下,所述辅助力修正装置可以包括:滑移增益确定装置,所述滑移增益确定装置使用由所述转角估计装置算出的转角差,并根据在所述前后左右轮的任意轮上产生的滑移的状态来确定滑移增益,所述滑移增益用于修正由所述辅助力运算装置算出的辅助力的大小,当所述算出的转角差大于或等于预先设定的第一转角差时,所述滑移增益确定装置减小所述滑移增益来确定所述滑移增益,当所述算出的转角差大于或等于被预先设定为比所述第一转角差大的第二转角差时,所述滑移增益确定装置将所述滑移增益确定为“0”;以及修正辅助力运算装置,所述修正辅助力运算装置运算通过对所述算出的辅助力乘以由所述滑移增益确定装置确定的滑移增益而修正的辅助力。
由此,滑移增益确定装置能够根据算出的转角差、即根据前后左右轮的某轮上发生的滑移的状态来确定滑移增益,修正辅助力运算装置能够运算通过将由辅助力运算装置运算的辅助力和滑移增益相乘而修正的辅助力。从而,辅助力修正装置能够使用随着算出的转角差(即、滑移状态)的增加而减小的滑移增益来减小由辅助力运算装置运算的辅助力。因此,例如能够可靠地防止施加过度的辅助力或者在滑移轮上发生的自动转向(Self Steering)。此外,滑移增益确定装置能够与转角差(滑移状态)的增加相符地缓慢地减小滑移增益。由此,例如当前后左右轮的某轮发生了滑移时,辅助力修正装置能够修正辅助力使其缓慢减小,因此能够可靠地防止辅助力骤变。
此外,在此情况下,所述辅助力修正装置可以包括滑移增益复原判定装置,当由所述转角估计装置算出的转角差小于所述第二转角差时,如果由所述辅助力运算装置算出的辅助力不为“0”,则所述滑移增益复原判定装置禁止由所述滑移增益确定装置使用所述算出的转角差而确定的所述滑移增益大于“0”,而将所述滑移增益维持为“0”,如果所述算出的辅助力为“0”,则所述滑移增益复原判定装置允许通过将由所述滑移增益确定装置使用所述算出的转角差而确定的所述滑移增益复原而使所述滑移增益大于“0”。
由此,滑移增益复原判定装置能够在滑移增益从“0”的状态变为比“0”大的值的状况下,基于由辅助力运算装置运算的辅助力的大小来判定是否改变滑移增益的值。这里,在转角差大于等于第二转角差(例如,滑移率为“1”的完全滑移状态)时,例如如果转角差偶然变得小于第二转角差,滑移增益确定装置有时会将滑移增益确定为比“0”大的值。此时,在不设置滑移增益复原判定装置的情况下,例如如果算出比“0”大的辅助力,则由于被施加修正后的辅助力,因此可能会施加过度的辅助力或在滑移轮上发生自动转向。
因此,滑移增益复原判定装置在上述状况下,仅在算出的辅助力为“0”时,允许将维持为“0”的滑移增益复原为由滑移增益确定装置根据转角差而确定为比“0”大的值的滑移增益。由此,能够将滑移增益维持为“0”直至不再需要施加辅助力为止,因此能够可靠地防止施加过度的辅助力或在滑移轮上发生自动转向。
附图说明
图1是示出本发明实施方式涉及的车辆的电动助力转向装置的概要图;
图2是表示由图1的电子控制单元执行的控制处理的框图;
图3是表示由图2的转角估计部执行的控制处理的框图;
图4是示出转向速度(马达旋转角速度)与截止频率的关系的曲线图;
图5A、5B是针对前轮侧以及后轮侧示出基于阿克曼·杨特理论估计的估计转角与通过实验检测出的实际转角的关系的图;
图6是表示由图2的轴力估计部执行的控制处理的框图;
图7是示出由转角估计部估计的估计转角、车速以及基本轴力的关系的曲线图;
图8是用于说明转向轮转向时的力学关系的图;
图9是示出车速与车速增益的关系的曲线图;
图10是示出转向速度(马达旋转角速度)与摩擦修正轴力(滞后幅度)的关系的曲线图;
图11是示出由转角估计部估计的估计转角与估计轴力的关系的曲线图;
图12是表示由图2的辅助转矩运算部执行的控制处理的框图;
图13是示出车速与目标转向转矩的关系的曲线图;
图14是示出由轴力估计部估计的估计轴力与辅助转矩的关系的曲线图;
图15是示出由转角估计部估计的估计转角差与滑移增益的关系的曲线图;
图16是示出由图12的滑移增益复原判定部执行的滑移增益复原判定程序的流程图;
图17是用于说明滑移增益以及修正辅助转矩变化的时序图;
图18是用于说明基于公知的阿克曼·杨特理论的转向轮的转角估计的图。
具体实施方式
以下,使用附图对本发明实施方式涉及的电动助力转向装置进行说明。图1概要地示出了作为本实施方式而被安装在车辆上的电动助力转向装置。
该电动助力转向装置具有转向盘11,驾驶员对该转向盘11进行转动操作,以使作为转向轮的左右前轮WfL、WfR转向。转向盘11被固定在转向轴12的上端,转向轴12的下端与作为转向机构的转向齿轮单元20连接。
转向齿轮单元20例如是采用了齿条小齿轮机构的齿轮单元,使得与转向轴12构成一体地被安装在转向轴12的下端的小齿轮21的旋转传递至齿条杆22。齿条杆22的两端经由转向横拉杆23以及转向节24而连接至左右前轮WfL、WfR。此外,转向齿轮单元20中设置有电动马达25,该电动马达25产生减轻作为为了驾驶员通过转向盘11的转动操作而对左右前轮WfL、WfR进行转向而输入的操作力的转向转矩T的辅助力(以下,将该辅助力称为辅助转矩Ta)。该电动马达25被安装成可将产生的辅助转矩Ta传递至齿条杆22。就电动马达25来说,只要可产生辅助转矩Ta,可以采用无刷马达或有刷马达等任意结构的电动马达,在以下的说明中,将电动马达25作为无刷马达来进行说明。
根据该构成,从转向盘11向转向轴12输入的转向转矩T经由小齿轮21被传递至齿条杆22,并且电动马达25所产生的辅助转矩Ta被传递至齿条杆22。齿条杆22通过如此传来的转向转矩T以及辅助转矩Ta而在轴线方向上发生位移。并且,随着该齿条杆22的位移,经由转向横拉杆23以及转向节24而连接的左右前轮WfL、WfR左右转向。
接下来,对作为控制电动马达25的工作的控制装置的电控制装置30进行说明。电控制装置30包括:作为车轮速度检测装置的车轮速传感器31a~31d、作为操作力检测装置的转向转矩传感器32、作为操作速度检测装置的马达旋转角传感器33、以及作为车速检测装置的车速传感器34。如图1所示,车轮速传感器31a~31d分别被设置在车辆的左右前轮WfL、WfR以及左右后轮WrL、WrR的附近,从而检测各车轮WfL、WfR、WrL、WrR的旋转速度并输出表示车轮速度ωfL、ωfR、ωrL、ωrR的信号。关于车轮速度ωfL、ωfR、ωrL、ωrR,车辆前进时的值用正值来表示,车辆后退时的值用负值来表示。
转向转矩传感器32被安装在转向轴12上,从而检测输入到转向轴12上的转矩并输出表示转向转矩T的信号。关于转向转矩T,向右方向旋转转向轴12时的值用正值来表示,向左方向旋转转向轴12时的值用负值来表示。马达旋转角传感器33被安装在电动马达25上,从而检测电动马达25的旋转角(电角度)并输出表示马达旋转角Θ的信号。关于马达旋转角Θ,使齿条杆22向右方向位移时的值用正值来表示,使齿条杆22向左方向位移时的值用负值来表示。车速传感器34检测车辆的车速并输出表示车速V的信号。
车轮速传感器31a~31d、转向转矩传感器32、马达旋转角传感器33以及车速传感器34与电子控制单元35连接。电子控制单元35将由CPU、ROM、RAM等构成的微型计算机作为主要构成部件,并通过执行各种程序来控制电动马达25的工作以产生辅助转矩Ta。因此,在电子控制元35的输出侧连接有用于驱动电动马达25的驱动电路36。在驱动电路36内设置有电流检测器36a,用于检测流向电动马达25的驱动电流。电流检测器36a检测到的驱动电流被反馈给电子控制单元35,用于控制电动马达25的驱动。
在如此构成的电动助力转向装置中,电子控制单元35主要根据转向转矩传感器32所检测到的转向转矩T的大小来确定辅助转矩Ta。以下,对转向转矩传感器32正常检测转向转矩T的情况下被执行的通常控制进行说明。该通常控制与以往就熟知的控制相同,并且与本发明没有直接关系,因此以下简单进行说明。
电子控制单元35输入表示由转向转矩传感器32检测到的转向转矩T的信号以及表示由车速传感器34检测到的车速V的信号。电子控制单元35对所输入的表示转向转矩T的信号进行高通滤波处理来去除表示转向转矩T的信号中包含的外扰分量(低频分量),并且对在驾驶员对转向盘11进行的转动操作与检测到的转向转矩T之间产生的相位差(相位延迟)进行补偿。然后,电子控制单元35基于该补偿的转向转矩T和车速V,来确定通常控制时的辅助转矩Ta。
此外,电子控制单元35执行由于伴随电动马达25的旋转工作的惯性而在转向盘11的转动操作方向上产生的振动的减振控制、以及将转向盘11返回到中性位置的返回控制。即、电子控制单元35通过对由马达旋转角传感器33检测到的马达旋转角Θ进行时间微分来计算马达旋转角速度Θ’,并基于该马达旋转角速度Θ’的变化,施加抑制转向盘11上产生的向转动操作方向的振动的转矩来进行减振控制。此外,电子控制单元35基于马达旋转角Θ的变化,在左右前轮WfL、WfR的转向方向向中性位置方向发生了变化时施加将转向盘11返回到中性位置的转矩来进行返回控制。
如此,在确定了通常控制时的辅助转矩Ta和基于减振控制以及返回控制的转矩后,电子控制单元35将各个转矩相加,并驱动控制驱动电路36来向电动马达25供应与相加的转矩对应的驱动电流。由此,在通常控制时,驾驶员能够非常容易地对转向盘11进行转动操作,并且能够舒适地对转向盘11进行转动操作而不会感觉到令人不快的转向盘11的振动或返回操作时产生的不适感。
如此,在通常控制中,电子控制单元35使用由转向转矩传感器32检测到的转向转矩T,即通过将检测到的转向转矩T反馈来确定辅助转矩Ta。因此,在转向转矩传感器32发生了异常的情况下,对于驾驶员对转向盘11的转动操作,无法对电动马达25进行驱动控制来施加适当的辅助转矩Ta。因此,当转向转矩传感器32发生了异常时,电子控制单元35从上述的作为反馈控制的通常控制切换到作为前馈控制的后备控制。然后,电子控制单元35通过后备控制驱动电动马达25来继续施加适当的辅助转矩Ta。以下,对该后备控制进行详细说明。
每当向后备控制切换时,电子控制单元35在通常控制状态下判定转向转矩传感器32是否发生异常。具体举例对该判定进行说明。电子控制单元35判定从转向转矩传感器32是否输入了表示转向转矩T的信号。即,当用于电子控制单元35与转向转矩传感器32之间的通信的信号线例如由于断线等而不能通信从而不能从转向转矩传感器32输入信号时,电子控制单元35判定为转向转矩传感器32发生了异常。
此外,电子控制单元35判定由从转向转矩传感器32输入的信号表示的转向转矩T的值是否以与预先设定的转向转矩传感器32的检测上限值或检测下限值相一致的状态持续了固定时间以上。即,当转向转矩T的值以与检测上限值或检测下限值相一致的状态持续了固定时间以上时,电子控制单元35判定转向转矩传感器32发生了异常。
此外,当由从马达旋转角传感器33输入的信号表示的马达旋转角Θ的值为非“0”的值时,电子控制单元35判定由从转向转矩传感器32输入的信号表示的转向转矩T的值是否为“0”。即,当马达旋转角Θ的值不为“0”时,即至少通过电动马达25的驱动向转向轴12施加着辅助转矩Ta时,如果被检测的转向转矩T的值为“0”,则电子控制单元35判定转向转矩传感器32发生了异常。
然后,电子控制单元35在通过上述的异常判定处理判定出转向转矩传感器32发生了异常时,从通常控制切换到后备控制。
电子控制单元35为了执行后备控制,如图2所示包括:作为转角估计装置的转角估计部40、作为轴力估计装置的轴力估计部50、以及作为辅助力运算装置的辅助转矩运算部60。以下,依次对各部40~60进行详细说明。
如图3所示,转角估计部40具有作为对从车轮速传感器31a~31d输出的表示车轮速度ωfL、ωfR、ωrL、ωrR的信号进行低通滤波处理的滤波处理装置的低通滤波处理部41(以下简称为LPF处理部41)。LPF处理部41使用通过下式Eq.(3)所示的传递函数H(s)表示的低通滤波器进行滤波处理来去除从车轮速传感器31a~31d输入的表示车轮速度ωfL、ωfR、ωrL、ωrR的信号的高频噪声分量(具体地,由路面外扰施加的高频噪声分量)。
其中,所述Eq.(3)中的s表示拉普拉斯算子。此外,所述Eq.(3)中的T(|Θ’|)表示截止频率,该截止频率被定义为驾驶员对转向盘11的转动操作速度(以下称为转向速度)的函数。
这里,对截止频率T(|Θ’|)进行说明。通常,低通滤波器具有输入信号的输入频率越增大计算负荷就越大从而输出信号的增益下降并且相位延迟变大的特性。在使用具有这种特性的低通滤波器对表示车轮速度ωfL、ωfR、ωrL、ωrR的信号进行滤波处理的情况下,尤其当驾驶员快速对转向盘11进行了转动操作时容易产生大的相位延迟。并且,如果产生大的相位延迟,如后述那样估计运算的估计转角θc的误差有可能变大。
即,转向速度越大,表示车轮速度ωfL、ωfR、ωrL、ωrR的信号的输入频率就越大,从而由于发生的相位延迟,估计转角θc的误差变大。其结果是,当驾驶员通过大的转向速度对转向盘11进行了转动操作时,如后述那样通过后备控制施加的辅助转矩Ta(更详细来说,修正辅助转矩Tad)就会滞后。
由此,在驾驶员对转向盘11进行转动操作的初始阶段,电动马达25提供的辅助转矩Ta(修正辅助转矩Tad)不足,从而转向转矩T变大。并且,此后由于滞后施加的辅助转矩Ta(修正辅助转矩Tad),会发生转向转矩T急剧减少的状况。从而,当执行后备控制时,如果驾驶员通过大的转向速度对转向盘11进行了转动操作,就有可能感觉到伴随转向转矩T的变动的不适感,并且无法得到转向盘11的良好的可操作性。
因此,LPF处理部41使用根据转向速度的大小而变化的截止频率T(|Θ’|)执行低通滤波处理。具体说明的话,LPF处理部41首先对由从马达旋转角传感器33输入的信号表示的马达旋转角Θ进行时间微分来计算马达旋转角速度Θ’。这里,转向盘11(更详细为转向轴12)与电动马达25经由小齿轮21以及齿条杆22机械连接,并且同步旋转。因此,马达旋转角速度Θ’对应于驾驶员对转向盘11(转向轴12)的转动操作速度、即转向速度。从而,在本实施方式中,使用与转向速度对应的马达旋转角速度Θ’来确定截止频率T(|Θ’|)。
具体对截止频率T(|Θ’|)的确定进行说明。LPF处理部41参考图4所示的截止频率确定映射图,确定与所述算出的马达旋转角速度Θ’的绝对值对应的截止频率T(|Θ’|)。这里,如图4所示,当马达旋转角速度Θ’的绝对值小于预先设定的规定的旋转角速度Θ’0时,截止频率T(|Θ’|)被确定为预先设定的下限侧的截止频率T0。由此,当马达旋转角速度Θ’的绝对值小于规定的旋转角速度Θ’0时,成为截止频率T(|Θ’|)不依赖于驾驶员对转向盘11的转向速度而为恒定(下限侧的截止频率T0)的死区区域。
此外,当马达旋转角速度Θ’的绝对值大于等于旋转角速度Θ’0、且小于预先设定的规定的旋转角速度Θ’1时,截止频率T(|Θ’|)被确定为从下限侧的截止频率T0变化至预先设定的上限侧的截止频率T1的值。并且,当马达旋转角速度Θ’的绝对值大于等于旋转角速度Θ’1时,截止频率T(|Θ’|)被确定为上限侧的截止频率T1。
但是,通过在马达旋转角速度Θ’的绝对值小于规定的旋转角速度Θ’0时设置死区区域,能够对表示车轮速度ωfL、ωfR、ωrL、rR的信号实施适当的低通滤波处理。具体地,一般来说,从马达旋转角传感器33输出的表示马达旋转角Θ的信号中也附加有噪声,并且,被检测的马达旋转角Θ也会发生变动。因此,当以小的转向速度(马达旋转角速度Θ’)对转向盘11进行了转动操作时,例如在不设置死区区域的情况下,相对于马达旋转角速度Θ’的噪声和变动,截止频率T(|Θ’|)容易发生变化,有时无法适当地去除表示车轮速度ωfL、ωfR、ωrL、ωrR的信号的高频噪声。其结果是,相对于驾驶员的转向速度(马达旋转角速度Θ’),有时施加辅助转矩Ta(修正辅助转矩Tad)的辅助特性变得过于敏感。
因此,通过在马达旋转角速度Θ’的绝对值小于规定的旋转角速度Θ’0时设置将截止频率T(|Θ’|)设定为下限侧的截止频率T0的死区区域,适当地去除表示车轮速度ωfL、ωfR、ωrL、ωrR的信号的高频噪声。由此,能够防止当驾驶员保持转向盘11的转向或者以微小的转向速度对转向盘11进行转动操作时辅助特性变得过于敏感。
另一方面,通过在马达旋转角速度Θ’的绝对值大于等于旋转角速度Θ’1时将截止频率T(|Θ’|)确定为上限侧的截止频率T1,能够对表示车轮速度ωfL、ωfR、ωrL、ωrR的信号实施适当的低通滤波处理。具体说明的话,当车辆在车辙道等上行驶时,表示车轮速度ωfL、ωfR、ωrL、ωrR的信号中附加大的噪声,并且通过路面外力而转向盘11发生转动从而有时变成大的转向速度(马达旋转角速度Θ’)。此时,在不设置上限侧的截止频率T1的情况下,截止频率T(|Θ’|)会与大的转向速度(马达旋转角速度Θ’)相对应地变得过大,从而有时无法适当去除表示车轮速度ωfL、ωfR、ωrL、ωrR的信号的高频噪声。其结果是,被施加的辅助转矩Ta(修正辅助转矩Tad)的变动变大,从而控制***有可能会发散。
因此,通过在马达旋转角速度Θ’的绝对值大于等于旋转角速度Θ’1时将截止频率T(|Θ’|)确定为上限侧的截止频率T1,即使在转向盘11以大的转向速度(马达旋转角速度Θ’)转动的情况下,也能够适当地去除表示车轮速度ωfL、ωfR、ωrL、ωrR的信号的高频噪声。由此,能够将被施加的辅助转矩Ta(修正辅助转矩Tad)的变动抑制得较小。
另外,取代参考上述的截止频率确定映射图,也可以将相对于马达旋转角速度Θ’的绝对值的截止频率T(|Θ’|)定义为函数,使得:当马达旋转角速度Θ’小于规定的旋转角速度Θ’0时截止频率T(|Θ’|)为截止频率T0,当马达旋转角速度Θ’的绝对值大于等于旋转角速度Θ’0、且小于预先设定的规定的旋转角速度Θ’1时,截止频率T(|Θ’|)从下限侧的截止频率T0变化至预先设定的上限侧的截止频率T1,当马达旋转角速度Θ’的绝对值大于等于规定的旋转角速度Θ’1时截止频率T(|Θ’|)为截止频率T1。并且,可以使用该定义的函数来确定截止频率T(|Θ’|)。
如此,通过根据转向速度、即马达旋转角速度Θ’的绝对值来变更并确定截止频率T(|Θ’|),能够随着驾驶员的转向速度(马达旋转角速度Θ’)的增大将截止频率T(|Θ’|)设定为大的值。由此,即使在表示车轮速度ωfL、ωfR、ωrL、ωrR的信号的输入频率增大的情况下,也能够减小随着低通滤波处理而发生的相位延迟。并且,通过能够减小相位延迟,相对于驾驶员对转向盘11的转动操作,能够减小延迟来施加辅助转矩Ta。因此,驾驶员不会感觉到随转向转矩T的变动产生的不适感,并且能够获得良好的转向盘11的可操作性。
在如此确定截止频率T(|Θ’|)后,LPF处理部41对从车轮速传感器31a~31d输入的表示车轮速度ωfL、ωfR、ωrL、ωrR的信号执行低通滤波处理。然后,LPF处理部41向Fr估计转角运算部42提供经滤波处理而去除了高频噪声分量的表示车轮速度ωfL_LPF、ωfR_LPF的信号,并且向Rr估计转角运算部43提供去除了高频噪声分量的表示车轮速度ωrL_LPF、ωrR_LPF的信号。
Fr估计转角运算部42使用由从LPF处理部41提供的信号表示的车轮速度ωfL_LPF、ωfR_LPF,估计并计算作为第一转角的前轮侧估计转角θFr。即,Fr估计转角运算部42依照下述Eq.(4)来计算前轮侧估计转角θFr。
其中,所述Eq.(4)中的右边第二项实质上与上述基于阿克曼·杨特理论的Eq.(1)相同。此外,所述Eq.(4)中的GR是表示基于车辆的悬架几何特性通过试验预先设定的车辆的总齿轮比(车轮检测转角对车轮实际转角的比)的常数。
这里,通过在前轮侧估计转角θFr的计算中考虑车辆的总齿轮比GR,能够提高估计计算的精度。下面对此进行说明。
如上所述,根据阿克曼·杨特的理论,如图18所示,当车辆转弯时,通过车辆的四个轮WfL、WfR、WrL、WrR以分别描绘转弯中心相同但转弯半径不同的同心圆的方式行进,能够使车辆平滑地转弯,从而能够获得良好的转向特性。并且,为了使阿克曼·杨特的理论成立,对于作为转向轮的左右前轮WfL、WfR来说,必要条件是车辆转弯时的转弯内侧转向轮(图18的右轮WfR)的阿克曼角αR变得大于转弯外侧转向轮(图18的右轮WfL)的阿克曼角αL。而且,转弯内侧转向轮(图18的右轮WfR)的阿克曼角αR与转弯外侧转向轮(图18的右轮WfL)的阿克曼角αL的阿克曼率被维持也是必要条件。
但是,如在图5A中示出概略的实验结果那样,当作为转向轮的左右前轮WfL、WfR转向到最大转角附近时,由于车辆的悬架几何特性而阿克曼率下降,难以维持线性。即,在将作为转向轮的左右前轮WfL、WfR转向到最大转角附近的情况下,阿克曼·杨特理论不成立。从而,当基于阿克曼·杨特理论,例如依照所述Eq.(1)估计计算前轮侧估计转角θFr时,尤其,最大转角附近的估计精度会下降。
对此,Fr估计转角运算部42通过使用了基于车辆的悬架几何特性设定的车辆的总齿轮比GR的所述Eq.(4),估计计算前轮侧估计转角θFr。由此,尤其能够根据总齿轮比GR对将左右前轮WfL、WfR转向到最大转角附近时的转弯内侧转向轮(图18的右轮WfR)的阿克曼角αR与转弯外侧转向轮(图18的右轮WfL)的阿克曼角αL的变化进行修正(补充),因此能够抑制前轮侧估计转角θFr的估计计算中阿克曼率下降的影响。从而,通过Fr估计转角运算部42根据所述Eq.(4)来估计计算前轮侧估计转角θFr,能够提高估计计算的精度。
Rr估计转角运算部43使用由从LPF处理部41提供的信号表示的车轮速度ωrL_LPF、ωrR_LPF,估计计算作为第二转角的后轮侧估计转角θRr。即、Rr估计转角运算部43依照下述Eq.(5)来计算后轮侧估计转角θRr。
其中,所述Eq.(5)中的右边第二项实质上与上述基于阿克曼·杨特理论的Eq.(2)相同。此外,所述Eq.(5)中的GR也与所述Eq.(4)同样是表示车辆的总齿轮比的常数。
这里,在后轮侧估计转角θRr的计算中,也通过考虑车辆的总齿轮比GR,能够提高估计计算的精度。下面对此进行说明。
在本实施方式中,左右后轮WrL、WrR不转向。因此,当作为转向轮的左右前轮WfL、WfR被转向从而车辆转弯时,左右后轮WrL、WrR欲向阿克曼·杨特理论中的转弯中心相同的同心圆的切线方向行进。
即,由于左右后轮WrL、WrR不转向,因此随着车辆转弯而被拖拉着在同心圆上行进。在此情况下,如在图5B中示出概略的实验结果的那样,在使用左右后轮WrL、WrR的车轮速度ωrL_LPF、ωrR_LPF计算左右前轮WfL、WfR的转角的情况下,阿克曼率能够总是保持线性而不发生变化,但随着拖拉的产生而与从同心圆的偏离对应的滞后幅度变大。此外,例如,在左右后轮WrL、WrR为驱动轮的情况下,由于驱动力的传递,也容易从同心圆发生偏离,从而滞后幅度变大。因此,在基于阿克曼·杨特理论例如通过所述Eq.(2)计算估计后轮侧估计转角θRr的情况下,尽管能够良好地保持线性,但滞后幅度大,因此估计精度下降。
对此,Rr估计转角运算部43通过使用了车辆的总齿轮比GR的所述Eq.(5)来估计计算后轮侧估计转角θRr。由此,能够进行修正(补充),以使与从同心圆的偏离对应的滞后幅度变小。从而,通过Rr估计转角运算部43根据所述Eq.(5)来估计计算后轮侧估计转角θRr,能够提高估计计算的精度。
这里,如上所述,Fr估计转角运算部42以及Rr估计转角运算部43使用车轮速度ωfL_LPF、ωfR_LPF以及车轮速度ωrL_LPF、ωrR_LPF,来估计计算前轮侧估计转角θFr以及后轮侧估计转角θRr。即,当车辆正在行驶、并且左右前轮WfL、WfR以及左右后轮WrL、WrR向车辆行进方向旋转时,能够估计计算前轮侧估计转角θFr以及后轮侧估计转角θRr。
因此,例如当在车辆处于停止状态、并且车轮速传感器31a~31d无法检测车轮速度ωfL_LPF、ωfR_LPF以及车轮速度ωrL_LPF、ωrR_LPF的状况下、左右前轮WfL、WfR被转向了时(所谓静态转向时),不能估计计算前轮侧估计转角θFr以及后轮侧估计转角θRr。此外,当在车辆从停止状态开始行驶、从而车轮速传感器31a~31d能够检测车轮速度ωfL_LPF、ωfR_LPF以及车轮速度ωrL_LPF、ωrR_LPF之后立刻计算前轮侧估计转角θFr以及后轮侧估计转角θRr时,有可能估计计算出误差大的前轮侧估计转角θFr以及后轮侧估计转角θRr。
从而,Fr估计转角运算部42以及Rr估计转角运算部43分别输入表示车速传感器34所检测到的车速V的信号,并且在由该输入的信号表示的车速V的大小小于等于车轮速传感器31a~31d的可测车速的情况下,将前轮侧估计转角θFr以及后轮侧估计转角θRr设定为“0”。此外,Fr估计转角运算部42以及Rr估计转角运算部43在车速V的大小变为车轮速传感器31a~31d的可测车速以下之后、车速V的大小再次变为大于车轮速传感器31a~31d的可测车速时,在规定时间经过之前将前轮侧估计转角θFr以及后轮侧估计转角θRr设定为“0”。
由此,例如即使在从由于车辆停止而前轮侧估计转角θFr以及后轮侧估计转角θRr一度不清楚的状况转变到可估计计算前轮侧估计转角θFr以及后轮侧估计转角θRr的状况的情况下,也能够防止估计计算误差大的前轮侧估计转角θFr以及后轮侧估计转角θRr。从而,由此能够提高估计计算前轮侧估计转角θFr以及后轮侧估计转角θRr时的精度。
如此,Fr估计转角运算部42以及Rr估计转角运算部43在估计计算前轮侧估计转角θFr以及后轮侧估计转角θRr后,将该算出的前轮侧估计转角θFr以及后轮侧估计转角θRr提供给控制转角运算部44。
在控制转角运算部44中,输入由Fr估计转角运算部42算出的前轮侧估计转角θFr,并且还输入由Rr估计转角运算部43算出的后轮侧估计转角θRr。然后,控制转角运算部44通过下述Eq.(6)求前轮侧估计转角θFr和后轮侧估计转角θRr的平均来计算估计转角θc。
如此,通过使用前轮侧估计转角θFr和后轮侧估计转角θRr计算估计转角θc,即使车轮速度ωfL_LPF、ωfR_LPF以及车轮速度ωrL_LPF、ωrR_LPF中的任一者异常,也能够形成难以受该异常的影响的鲁棒的冗余***。此外,通过利用所述Eq.(6)求前轮侧估计转角θFr与后轮侧估计转角θRr的平均来计算估计转角θc,能够进一步防止上述由悬架几何特性引起的估计计算精度的下降。从而能够提高估计计算估计转角θc时的精度。
此外,控制转角运算部44按照下述Eq.(7)计算前轮侧估计转角θFr与后轮侧估计转角θRr之差来计算估计转角差Δθ。
Δθ=θFr_θRr …Eq.(7)
如此,在控制转角运算部44算出估计转角θc以及估计转角差Δθ后,转角估计部40在将估计转角θc以及马达旋转角速度Θ’提供给轴力估计部50的同时,将估计转角差Δθ提供给辅助转矩运算部60(更具体地,后述的辅助转矩修正部63)。
在轴力估计部50中,如图6所示,基本轴力运算部51使用从转角估计部40提供而来的估计转角θc以及由车速传感器34检测到的车速V,计算从被转向的左右前轮WfL、WfR经由转向节24以及转向横拉杆23作用于齿条杆22的基本轴力Fb。因此,基本轴力运算部51包括:转角符号运算部52,其确定从控制转角运算部44提供而来的估计转角θc的符号、即以中性位置为基准的左右前轮WfL、WfR的转向方向;以及基本轴力确定部53,其使用估计转角θc的大小(绝对值)来确定随着左右前轮WfL、WfR的转向而被输入至齿条杆22的基本轴力Fb的大小(绝对值)。
基本轴力确定部53参考图7所示的基本轴力映射图,确定与从控制转角运算部44输入的估计转角θc对应的基本轴力Fb。这里,基本轴力映射图表示基本轴力Fb随着估计转角θc的绝对值增大而增大的关系,并且表示随着车速传感器34检测到的车速V增大而基本轴力Fb增大、随着车速V减小而基本轴力Fb减小的关系。另外,取代参考基本轴力映射图,也可以利用定义了与估计转角θc以及车速V相应地变化的基本轴力Fb的函数来计算基本轴力Fb。
因此,基本轴力确定部53基于所输入的车速V来确定基本轴力映射图,并使用该确定的基本轴力映射图来确定与从控制转角运算部44输入的估计转角θc的绝对值对应的基本轴力Fb的大小(绝对值)。并且,基本轴力运算部51通过将由转角符号运算部52确定的估计转角θc的符号(对应于左右前轮WfL、WfR的以中性位置为基准的转向方向)与由基本轴力确定部53确定的基本轴力Fb(绝对值)相乘,来计算考虑了左右前轮WfL、WfR的转向方向的基本轴力Fb。
但是,与左右前轮WfL、WfR的转向方向以及估计转角θc(绝对值)相对应地确定基本轴力Fb。换句话说,基本轴力Fb不考虑作为驾驶员对转向盘11的转动操作的、增大左右前轮WfL、WfR的转角(绝对值)的转向增加操作以及减小左右前轮WfL、WfR的转角(绝对值)的转向返回操作来确定。如此,如果后面详细说明的辅助运算部60仅使用与估计转角θc(绝对值)相对应地被确定的基本轴力Fb来计算辅助转矩Ta,则驾驶员有时会对在转向盘11的转向增加操作与转向返回操作之间感知的转矩变动感到不适感。下面,对此进行说明。
现在,假定左右前轮WfL、WfR以中性位置为基准例如转向到相对于车辆的前后方向处于右侧的估计转角θc1的状况,并考虑驾驶员对转向盘11进行转向增加操作的情况与对转向盘11进行转向返回操作的情况。在此情况下,在驾驶员即将进行转向增加操作或转向返回操作之前,基本轴力确定部53参考基本轴力映射图,例如确定了与估计转角θc1(绝对值)对应的基本轴力Fb1(绝对值)。
然后,一旦驾驶员对转向盘11进行了转向增加操作,左右前轮WfL、WfR被转向到绝对值比估计转角θc1大的估计转角θc2。其结果是,基本轴力确定部53与估计转角θc2(绝对值)相对应地确定绝对值比基本轴力Fb1大的基本轴力Fb2(绝对值)。另一方面,一旦驾驶员对转向盘11进行了转向返回操作,则左右前轮WfL、WfR被转向到绝对值比估计转角θc1小的估计转角θc3。其结果是,基本轴力确定部53与估计转角θc3(绝对值)相对应地确定绝对值比基本轴力Fb1小的基本轴力Fb3(绝对值)。
即,在将转向到估计转角θc1的左右前轮WfL、WfR通过转向增加操作而转向至估计转角θc2的情况与将转向到估计转角θc1的左右前轮WfL、WfR通过转向返回操作而转向至估计转角θc3的情况下,被确定的基本轴力Fb2、Fb3仅仅是以基本轴力Fb1为基准沿着基本轴力映射图的映射线而变化。换句话说,在例示的上述状况下,通过基本轴力确定部53确定的基本轴力Fb2、Fb3以基本轴力Fb1为基准而变化,但基本轴力Fb1并不根据驾驶员对转向盘11的转向增加操作以及转向返回操作而发生变化,即在转向增加操作和转向返回操作之间不产生轴力差。
因此,当辅助转矩运算部60仅使用基本轴力Fb计算辅助转矩Ta时,由于不产生轴力差,因此驾驶员在对转向盘11进行转向增加操作的时间点,将通过辅助转矩Ta不足的大的转向转矩T对转向盘11进行转动操作。由此,驾驶员会对在对转向盘11进行转向增加操作时的转矩变动(即、转向转矩T的大小)感到不适感。另一方面,在驾驶员对转向盘11进行转向返回操作的时间点,被施加的辅助转矩Ta起到作为所谓反辅助的作用,因此转向盘11难以向中性位置方向返回。由此,驾驶员会对在对转向盘11进行转向返回操作时的转矩变动(即、转向转矩T的大小)感到不适感。
如此,在仅使用不产生轴力差的基本轴力Fb的情况下,驾驶员有时会对在转向盘11的转向增加操作与转向返回操作之间感知的转矩变动感到不适感。换句话说,通过根据驾驶员对转向盘11的转向增加操作或转向返回操作而使得相对于估计转角θc的变化的基本轴力Fb的变化具有滞后特性,能够抑制上述的驾驶员感到的不适感。
因此,轴力估计部50包括作为修正轴力运算装置的转向感应轴力修正部54。该转向感应轴力修正部54为了降低与驾驶员对转向盘11的转向增加操作与转向返回操作中驾驶员感知的转矩变动相关的不适感,而计算修正基本轴力Fb的修正轴力Fa。即、修正轴力Fa根据驾驶员对转向盘11的转向增加操作以及转向返回操作,对相对于估计转角θc的变化的基本轴力Fb的变化赋予滞后特性。下面,参考图8,对该修正轴力Fa进行具体说明。
首先,在说明修正轴力Fa时,考虑作为转向轮的左右前轮WfL、WfR被转向时的力学关系。对于左右前轮WfL、WfR来说,如在图8中例如以左前轮WfL为代表示出的那样,构成左前轮WfL(右前轮WfR)的轮胎与路面通过接地面而接触。并且,当左前轮WfL(右前轮WfR)随着驾驶员对转向盘11进行转动操作而被转向时,一般会产生接地面的摩擦(以下称为接地面摩擦)、轮胎刚性以及轮胎惯性,由这些接地面摩擦、轮胎刚性以及轮胎惯性引起的力经由转向节臂24以及转向横拉杆23被输入至齿条杆22。
因此,现在,对被施加辅助转矩Ta并且左前轮WfL(右前轮WfR)被转向时的力学关系进行建模来考虑。在该模型中,如图8所示,在由于辅助转矩Ta的传递而转向节臂24(即、包含转向盘11的转向***)旋转了旋转角θh的情况下,如果将轮胎的惯性力矩设定为JW,将轮胎的弹性系数设定为Kt,将轮胎相对于路面的挠曲角度设定为θt,并将轮胎接地面的粘性摩擦系数设定为Cr,则有下述Eq.(8)成立。
JW ×θh”+Cr×θt’+Kt×(θh-θt)-Ta=0 …Eq.(8)
这里,在所述Eq.(8)中,左边第一项(JW×θh”)是与轮胎的惯性相关的项,θh”是旋转角θh的二阶微分值(即、旋转角加速度)。并且,由所述Eq.(8)的左边第一项(JW×θh”)表示的与轮胎惯性相关的项是根据驾驶员对转向盘11的转向增加操作或转向返回操作而左前轮WfL(右前轮WfR)转向时,与这些转向状态无关地总是作用的项。
此外,在所述Eq.(8)中,左边第三项(Kt×(θh-θt))是与轮胎的刚性相关的项。并且,左边第三项(Kt×(θh-θt))与左边第四项(-Ta)具有左右前轮WfL、WfR的转角依赖性,因此相当于由基本轴力运算部51计算的基本轴力Fb。
但是,在所述Eq.(8)中,左边第二项(Cr×θt’)是表示轮胎与路面间的摩擦力的项,θt’是挠曲角θt的微分值(即、挠曲角速度、换句话说,轮胎的转角速度)。因此,所述Eq.(8)的左边第二项(Cr×θt’)是左前轮WfL(右前轮WfR)以转角速度θt’、即马达旋转角速度Θ’转向时产生的摩擦力,其根据驾驶员对转向盘11的转向增加操作以及转向返回操作而变化。从而,为了根据驾驶员对转向盘11的转向增加操作以及转向返回操作而对相对于估计转角θc的变化的基本轴力Fb的变化赋予滞后特性,基于所述摩擦力来确定修正轴力Fa即可。
这里,粘性摩擦系数Cr根据使左前轮WfL(右前轮WfR)转向时轮胎接地面积的大小而改变。即,粘性摩擦系数Cr由轮胎与路面间的静止摩擦系数μ和法向力N(V)之积表示,法向力N(V)被表示为车速V的函数。轮胎接地面积的大小依据车辆的车速V而变化,当车速V小时接地面积变大,车速V大时接地面积变小。因此,法向力N(V)在车速V小时变大,车速V大时变小。由此,粘性摩擦系数Cr依据车速V而变化,当车速V小时变大,车速V大时变小。
从而,左前轮WfL(右前轮WfR)以转角速度θt’、即马达旋转角速度Θ’转向时产生的摩擦力可以考虑为根据车速V的大小而变化的粘性摩擦系数Cr与驾驶员对转向盘11的转向速度、即马达旋转角速度Θ’之积。
如此,为了基于根据左右前轮WfL、WfR的转向状态(具体地,转向增加操作或转向返回操作)而作用的摩擦力来确定修正轴力Fa,如图6所示,转向感应轴力修正部54包括车速增益确定部55、滞后幅度确定部56、以及转向方向运算部57,该转向方向运算部57确定从转角估计部40的LPF处理部41提供的马达旋转角速度Θ’的符号、即驾驶员对转向盘11的转向增加操作或转向返回操作。
车速增益确定部55确定车速增益Kv,该车速增益Kv如上所述与根据车速V而变化的接地面积的大小、即所述Eq.(8)中上述粘性摩擦系数Cr的变化关联。具体地,车速增益确定部55输入表示车速传感器34检测到的车速V的信号。并且,车速增益确定部55参考图9所示的车速增益映射图,确定与由该信号表示的车速V相应的车速增益Kv。这里,车速增益映射图示出了车速增益Kv相对于检测到的车速V的增加而减小的关系。取代参考车速增益映射图,也可以使用定义了根据车速V而变化的车速增益Kv的函数来计算基本轴力Fb。
滞后幅度确定部56用于确定对相对于估计转角θc的变化的基本轴力Fb的变化赋予滞后特性的滞后幅度(以下简称为滞后幅度),参考图10所示的滞后幅度确定映射图,确定与滞后幅度对应的摩擦修正轴力Fh。这里,滞后幅度确定映射图在由转角估计部40的LPF处理部41算出的马达旋转角速度Θ’的绝对值小于预先设定的规定的旋转角速度Θ’2时表示摩擦修正轴力Fh增大(即,滞后幅度变大)的关系,并且在马达旋转角速度Θ’的绝对值大于等于比规定的旋转角速度Θ’2大的规定的旋转角速度Θ’3时表示摩擦修正轴力Fh减小(即,滞后幅度变小)的关系。因此,滞后幅度确定部56使用滞后幅度确定映射图,确定与从所述LPF处理部41输入的马达旋转角速度Θ’的绝对值对应的滞后幅度即摩擦修正轴力Fh的大小(绝对值)。
取代参考上述滞后幅度确定映射图,也可以事先按照在马达旋转角速度Θ’小于规定的旋转角速度Θ’2时使摩擦修正轴力Fh增大、并且在马达旋转角速度Θ’大于等于旋转角速度Θ’3时使摩擦修正轴力Fh减小的方式,将针对马达旋转角速度Θ’的摩擦修正轴力Fh定义为函数。并且,使用该定义的函数来确定摩擦修正轴力Fh。
并且,转向感应轴力修正部54通过将由车速增益确定部55确定的车速增益Kv与由滞后幅度确定部56确定的摩擦修正轴力Fh(绝对值)相乘来确定修正轴力Fa(绝对值)。而且,转向感应轴力修正部54通过对修正轴力Fa(绝对值)乘以由转向方向运算部57确定的马达旋转角速度Θ’的符号(对应于驾驶员对转向盘11的转动操作方向),来计算考虑了左右前轮WfL、WfR的转向状态的修正轴力Fa。
如此,在由基本轴力运算部51算出基本轴力Fb、并由转向感应轴力修正部54算出修正轴力Fa后,轴力估计部50通过将这些基本轴力Fb和修正轴力Fa相加来计算估计轴力Fc。这里,如图11所示,如此计算的估计轴力Fc是通过将由修正轴力Fa表示的滞后幅度(轴力差)加到根据估计转角θc的变化而变化的基本轴力Fb上而确定的。在此情况下,修正轴力Fa如上述那样根据马达旋转角速度Θ’即转向速度的大小以及车速V而变化。因此,通过考虑该修正轴力Fa计算估计轴力Fc,能够估计计算还考虑了驾驶员对转向盘11的转动操作状态的更正确的估计轴力Fc。然后,轴力估计部50将算出的估计轴力Fc提供给辅助运算部60。
在辅助运算部60中,如图12所示,包括目标转向转矩确定部61、辅助转矩确定部62、以及作为辅助力修正装置的辅助转矩修正部63。
目标转向转矩确定部61用于确定由驾驶员经由转向盘11输入的目标转向转矩Th。具体说明的话,目标转向转矩确定部61确定目标转向转矩Th,使得当车辆低速行驶时驾驶员向转向盘11输入的转向转矩T变小,此外当车辆以中高速行驶时驾驶员向转向盘11输入的转向转矩T变得较大。
为此,目标转向转矩确定部61输入车速传感器34所检测到的车速V。并且,目标转向转矩确定部61参考图13所示的目标转向转矩确定映射图,确定与输入的车速V对应的目标转向转矩Th。这里,目标转向转矩确定映射图具有在输入的车速V从“0”达到预先设定的规定车速V0之前目标转向转矩Th均匀增加、并且在输入的车速V大于等于规定车速V0时目标转向转矩Th为恒定的特性。取代参考具有这种特性的目标转向转矩确定映射图,也可以事先以使目标转向转矩Th在小于规定车速V0时均匀增加并在大于等于规定车速V0时为恒定的方式,将相对于车速V的目标转向转矩Th定义为函数,并且使用该定义的函数来确定目标转向转矩Th。然后,目标转向转矩确定部61将确定的目标转向转矩Th提供给辅助转矩确定部62。
辅助转矩确定部62用于确定辅助转矩Ta,以使驾驶员通过目标转向转矩Th能够反抗轴力估计部50算出的估计轴力Fc而对转向盘11进行转动操作。具体说明的话,辅助转矩确定部62对从轴力估计部60提供的估计轴力Fc(绝对值)和从目标转向转矩确定部61提供的目标转向转矩Th(绝对值)进行比较。即,辅助转矩确定部62在估计轴力Fc(绝对值)小于目标转向转矩Th(绝对值)时,如图14所示,将辅助转矩Ta确定为“0”。另一方面,当估计轴力Fc(绝对值)大于目标转向转矩Th(绝对值)时,如图14所示,通过依照下述Eq.(9)从估计轴力Fc减去目标转向转矩Th来计算辅助转矩Ta。
Ta=Fc-Th …Eq.(9)
如此,在估计轴力Fc小的情况下,由于驾驶员对转向盘11的转动操作量小,辅助转矩Ta被确定为“0”。由此,辅助转矩Ta被确定为“0”的区域成为即使驾驶员对转向盘11进行转动操作也不施加辅助转矩Ta的所谓的死区。并且,当驾驶员以超过该死区的方式对转向盘11进行了转动操作时,即当估计轴Fc大于目标转向转矩Th时,施加最小限度的辅助转矩Ta。
此外,如上所述,目标转向转矩Th在车速V小于规定车速V0时被确定为小的恒定值,在大于等于规定车速V0时被确定为大的恒定值。因此,在车速V小于规定车速V0的低速区域,目标转向转矩Th被设定为较小,因此死区被设定为较小。从而,对驾驶员进行的转向盘11的转动操作,快速施加辅助转矩Ta(修正辅助转矩Tad)。即,在车辆在低速区域内行驶的情况下,驾驶员能够非常容易地对转向盘11进行转动操作,可良好地处理车辆。
另一方面,在车速V大于等于规定车速V0的中高速区域,目标转向转矩Th被确定为大的恒定值,因此死区被设定为较大。从而,对驾驶员进行的转向盘11的转动操作缓慢地施加辅助转矩Ta(修正辅助转矩Tad)。即在车辆在中高速区域行驶的情况下,驾驶员能够在经由转向盘11感觉稳固的反力的情况下进行转动操作,能够通过稳定的转动操作来使车辆的行为稳定。
辅助转矩修正部63用于在左右前轮WfL、WfR以及左右后轮WrL、WrR中的至少一个轮发生了滑移时修正由辅助转矩确定部62确定的辅助转矩Ta来计算修正辅助转矩Tad。具体地,辅助转矩修正部63在左右前轮WfL、WfR以及左右后轮WrL、WrR中的至少一个轮发生了滑移的状况下,对由辅助转矩确定部62确定的辅助转矩Ta进行修正,以防止在施加辅助转矩Ta时可能发生的过度辅助(以下称为过辅助)或左右前轮WfL、WfR的自动转向。因此,如图12所示,辅助转矩修正部63包括作为滑移增益确定装置的滑移增益确定部64以及作为滑移增益复原判定装置的滑移增益复原判定部65。
滑移增益确定部64确定用于修正辅助转矩Ta的滑移增益Ks。具体说明的话,滑移增益确定部64输入由估计转角运算部40的控制转角运算部44算出的估计转角差Δθ。即当左右前轮WfL、WfR以及左右后轮WrL、WrR中的至少一个轮发生了滑移时,上述图18所示的左右前轮WfL、WfR的转弯中心与左右后轮WrL、WrR的转弯中心不同,因此估计转角差Δθ变大。因此,滑移增益确定部64参考图15所示的滑移增益确定映射图,确定与该估计转角差Δθ的绝对值对应的滑移增益Ks。
具体地,当从控制转角运算部44输入的估计转角差Δθ的绝对值小于预先设定的规定的转角差Δθ0时,滑移增益确定部64判定为左右前轮WfL、WfR以及左右后轮WrL、WrR中的至少一个轮发生了滑移率极小的滑移。由此,滑移增益确定部64将滑移增益Ks确定为上限值(具体为“1”)。在以下的说明中,将滑移增益Ks被设定为作为上限值的“1”的时候称为抓地状态。
此外,当输入的估计转角差Δθ的绝对值大于等于规定的转角差Δθ0、且小于预先设定的规定的转角差Δθ1时,滑移增益确定部64判定为左右前轮WfL、WfR以及左右后轮WrL、WrR中的至少一个轮发生了滑移率较大的滑移。由此,滑移增益确定部64根据输入的估计转角差Δθ的绝对值的增加或减小,使滑移增益Ks从上限值均匀减小到下限值(具体为“0”)或者从下限值均匀增加到上限值来确定滑移增益Ks。在以下的说明中,将滑移增益Ks按照从“1“向“0”减小的方式被设定的时候称为滑移开始状态,将滑移增益Ks从“0”向“1”增加的方式被设定的时候称为滑移复原状态。
此外,当输入的估计转角差Δθ的绝对值大于等于规定的转角差Δθ1时,滑移增益确定部64判定为左右前轮WfL、WfR以及左右后轮WrL、WrR中的至少一个轮发生了滑移率为“1”的完全的滑移。由此,滑移增益确定部64将滑移增益Ks确定为下限值(具体为“0”)。在以下的说明中,将滑移增益Ks被设定为作为上限值的“0”的时候称为完全滑移状态。这里,取代参考滑移增益确定映射图,也可以使用定义了根据估计转角差Δθ的绝对值而变化的滑移增益Ks的函数来计算滑移增益Ks。
如此,滑移增益确定部64能够根据估计转角差Δθ的绝对值来确定滑移增益Ks。然后,如后述那样,通过计算使用滑移增益Ks对辅助转矩Ta进行了修正的修正辅助转矩Tad,即使在左右前轮WfL、WfR以及左右后轮WrL、WrR中的至少一个轮发生了滑移的情况下,也能够施加适当的辅助转矩Ta(修正辅助转矩Tad)。
滑移增益复原判定部65用于通过判定左右前轮WfL、WfR以及左右后轮WrL、WrR中的至少一个轮(以下简称为车轮)的旋转状态是否从完全滑移状态转移到滑移复原状态,来确定是否输出(复原)由滑移增益确定部64确定的滑移增益Ks。具体地,滑移增益复原判定部65输入由辅助转矩确定部62确定的辅助转矩Ta,并且从滑移增益确定部64输入滑移增益Ks。
然后,滑移增益复原判定部65通过执行图16所示的滑移增益复原判定程序,来判定车轮的旋转状态是否从完全滑移状态转移到滑移复原状态。而且,滑移增益复原判定部65通过执行滑移增益复原判定程序,来根据车轮的旋转状态、具体根据完全滑移状态、滑移复原状态、滑移复原状态或抓地状态确定表示是否输出(复原)滑移增益Ks的最终滑移增益Ksd。以下,对该滑移增益复原判定部65进行的状态转变判定以及最终滑移增益Ksd的确定进行详细说明。
滑移增益复原判定部65在步骤S10开始执行程序,接着在步骤S11中判定车轮的旋转状态是否从完全滑移状态转变到滑移复原状态。具体说明的话,如果在前一次执行程序时输入的滑移增益Ks为“0”,并且这次执行程序时输入的滑移增益Ks不为“0”,则滑移增益复原判定部65判定为车轮的旋转状态从完全滑移状态转变到滑移复原状态。因此,滑移增益复原判定部65在步骤S11中判定为“是”,并进入步骤S12。
即,在此情况下,前一次执行程序时从滑移增益确定部64输入的滑移增益Ks为“0”,换句话说,估计转角差Δθ大于等于规定的转角差Δθ1,车轮的旋转状态处于完全滑移状态。相对于此,这次执行程序时,从滑移增益确定部64输入的滑移增益Ks不为“0”,换句话说,估计转角差Δθ小于规定的转角差Δθ1,车轮的旋转状态处于滑移复原状态(或抓地状态)。
另一方面,如果前一次执行程序时输入的滑移增益Ks不为“0”或者这次执行程序时输入的滑移增益Ks为“0”,则车轮的旋转状态不处于完全滑移状态或者车轮的旋转状态处于完全滑移状态。因此,滑移增益复原判定部65在步骤S11中判定为“否”,进入步骤S15。即、在此情况下,在前一次执行程序时,从滑移增益确定部64输入的滑移增益Ks不为“0”,换句话说,估计转角差Δθ小于规定的转角差Δθ1,车轮的旋转状态处于抓地状态、滑移开始状态或滑移复原状态。或者,在这次执行程序时,从滑移增益确定部64输入的滑移增益Ks为“0”,换句话说,估计转角差Δθ大于等于规定的转角差Δθ1,车轮的旋转状态处于完全滑移状态。
在步骤S12中,滑移增益复原判定部65判定从辅助转矩运算部60的辅助转矩确定部62输入的辅助转矩Ta是否为“0”。即,如上所述,当由于估计轴力Fc小于等于目标转向转矩Th、换句话说作为转向轮的左右前轮WfL、WfR的估计转角θc小而辅助转矩Ta被辅助转矩运算部62确定为“0”时,滑移增益复原判定部65判定为“是”,进入步骤S13。
在步骤S13中,滑移增益复原判定部65将最终滑移增益Ksd设定为由滑移增益确定部64确定的滑移增益Ks,并允许输出(复原)滑移增益Ks。即,在此情况下,即使辅助转矩Ta为“0”,并且将最终修正辅助转矩Ta的最终滑移增益Ksd设定为滑移增益Ks并允许复原,对于驾驶员向转向盘11输入的转向转矩T也不施加任何转矩。因此,驾驶员不会感到不适感。
另一方面,如果从辅助转矩运算部60的辅助转矩确定部62输入的辅助转矩Ta不为“0”,即,当由于估计轴力Fc大于等于目标转向转矩Th、换句话说作为转向轮的左右前轮WfL、WfR的估计转角θc大而辅助转矩Ta被确定为比“0”大时,滑移增益复原判定部65在步骤S13中判定为“否”,并重复执行步骤S14。
在步骤S14中,滑移增益复原判定部65禁止输出(复原)由滑移增益确定部64确定的滑移增益Ks,将最终滑移增益Ksd设定为“0”。即,在此情况下,虽处于车轮从完全滑移状态转移到滑移复原状态的状态,但也处于由辅助转矩确定部62确定了比“0”大的辅助转矩Ta的状态。
因此,例如,如果将最终滑移增益Ksd设定为由滑移增益确定部64确定的滑移增益Ks,则随着施加急剧的修正辅助转矩Tad而有可能发生左右前轮WfL、WfR的转向(过辅助或自动转向),并且驾驶员有可能感觉到经由转向盘11被施加的修正辅助转矩Tad而感到不适感。从而,滑移增益复原判定部65将最终滑移增益Ksd设定(维持)为“0”,以使急剧的修正辅助转矩Tad不被施加。
此外,当在所述步骤S11中判定为“否”时,滑移增益复原判定部65进入步骤S15,将最终滑移增益Ksd设定为滑移增益Ks。即、在此情况下,如上所述,车轮的旋转状态没有从完全滑移状态转移到滑移复原状态。从而,在此情况下,滑移增益复原判定部65将最终滑移增益Ksd设定为滑移增益Ks,允许输出(复原)滑移增益Ks。
此外,当执行所述步骤S13或步骤S15的步骤处理后,滑移增益复原判定部65在步骤S16中暂时停止滑移增益复原判定程序的执行。
如此,在滑移增益复原判定部65设定最终滑移增益Ksd后,辅助转矩修正部63通过向从辅助转矩确定部62提供而来的辅助转矩Ta乘以最终滑移增益Ksd来计算最终修正的修正辅助转矩Tad。
这里,如果按时间经过的顺序在图中示出上述的最终滑移增益Ksd的确定以及修正辅助转矩Tad的计算,则能够如图17那样示出。具体说明的话,首先,在(a.)抓地状态下,是左右前轮WfL、WfR以及左右后轮WrL、WrR中的至少一个轮发生了滑移率极小的滑移的状态。从而,在该(a.)抓地状态下,滑移增益复原判定部65通过执行滑移增益复原判定程序的所述步骤S11、S15的步骤处理,来将最终滑移增益Ksd设定为滑移增益Ks。从而,在此情况下,由于修正辅助转矩Tad、即滑移增益Ks为“1”,因此变为被施加辅助转矩Ta的满辅助状态。
一旦从该(a.)抓地状态转变到(b.)滑移开始状态,就是左右前轮WfL、WfR以及左右后轮WrL、WrR中的至少一个轮发生了滑移率较大的滑移的状态。因此,滑移增益复原判定部65通过执行滑移增益复原判定程序的所述步骤S11、S15的步骤处理,来将最终滑移增益Ksd设定为滑移增益Ks。由此,最终滑移增益Ksd随着滑移增益Ks的减小而向下限值“0”减小。从而,修正辅助转矩Tad变为朝着“0”逐渐减小的状态。
此外,一旦从(b.)滑移开始状态转变到(c.)完全滑移状态,就是左右前轮WfL、WfR以及左右后轮WrL、WrR中的至少一个轮发生了滑移率为“1”的完全滑移的状态。因此,滑移增益复原判定部65通过执行滑移增益复原判定程序的所述步骤S11,S15的步骤处理,来将最终滑移增益Ksd设定为滑移增益Ks。从而,在此情况下,由于滑移增益Ks为“0”而修正辅助转矩Tad变为“0”,从而变为不被施加任何转矩的零辅助状态。
一旦从该(c.)完全滑移状态转变到(d.)滑移复原状态,则如单点划线所示,滑移增益确定部64通过随着估计转角差Δθ的减小而使滑移增益Ks的值从下限值“0”向上限值“1”增加来确定该滑移增益Ks的值。随之,滑移增益复原判定部65在滑移增益复原判定程序的所述步骤S11中开始执行滑移增益复原判定,即判定车轮的旋转状态是否从完全滑移状态转变到滑移复原状态。
此外,在该状况下,如果由辅助转矩确定部62确定的辅助转矩Ta不为“0”,则滑移增益复原判定部65禁止由滑移增益确定部64确定的滑移增益Ks的输出(复原),并将最终滑移增益Ksd设定为“0”(相当于步骤S11、步骤S12以及步骤S14)。由此,如粗实线所示,不施加修正辅助转矩Tad而维持零辅助。而且,即使从(d.)滑移复原状态转变到(e.)抓地状态,从而滑移增益Ks被设定为“1”,如果由辅助转矩确定部62确定的辅助转矩Ta不为“0”,则滑移增益复原判定部65继续仍将最终滑移增益Ksd设定为“0”(相当于步骤S11、步骤S12以及步骤S14)。因此,不施加修正辅助转矩Tad而维持零辅助。
此外,如果转变到(e.)抓地状态,并随着时间的经过而由辅助转矩确定部62确定的辅助转矩Ta变为“0”,则滑移增益复原判定部65将最终滑移增益Ksd设定为滑移增益Ks(相当于步骤S11、步骤S12以及步骤S13)。从而,在转变到(e.)抓地状态后,由于辅助转矩Ta暂且变为“0”而辅助复原条件成立,之后算出比“0”大的辅助转矩Ta时,由于滑移增益Ks被设定为“1”,因此变为施加辅助转矩Ta作为修正辅助转矩Tad的满辅助状态。
如此,在计算修正辅助转矩Tad后,电子控制单元35经由驱动电路36向电动马达25供应与修正辅助转矩Tad对应的驱动电流。由此,电动马达25能够经由齿条杆22传递与修正辅助转矩Tad(或辅助转矩Ta)对应的转矩。从而,驾驶员能够通过目标转向转矩Th对转向盘11进行转动操作,能够获得良好的转向感觉。
从以上的说明也可知的那样,根据本实施方式,当转向转矩传感器32发生了异常时,转角估计部40通过对从车轮速传感器31a~31d输出的表示左右前轮WfL、WfR以及左右后轮WrL、WrR的车轮速度ωfL、ωfR、ωrL、ωrR的信号进行低通滤波处理,能够计算前轮侧估计转角θFr以及后轮侧估计转角θRr。并且,转角估计部40能够通过对前轮侧估计转角θFr与后轮侧估计转角θRr取平均来计算高精度的估计转角θc,并且能够通过计算前轮侧估计转角θFr与后轮侧估计转角θRr之差来计算高精度的估计转角差Δθ。
此外,轴力估计部50能够使用由转角估计部40算出的高精度的估计转角θc和车速V来计算基本轴力Fb,并且计算根据驾驶员对转向盘11的转向增加操作或转向返回操作而向基本轴力Fb赋予滞后特性的修正轴力Fa。然后,轴力估计部50通过将基本轴力Fb与修正轴力Fa相加,能够计算高精度的估计轴力Fc。
然后,辅助运算部60通过对根据车速V而变化的目标转向转矩Th与由轴力估计部50算出的高精度的估计轴力Fc进行比较,从估计轴力Fc减去目标转向转矩Th,能够计算辅助转矩Ta。此外,辅助运算部60还能够根据左右前轮WfL、WfR以及左右后轮WrL、WrR的旋转状态(即是否发生滑移)修正辅助转矩Ta来计算修正辅助转矩Tad。
然后,电子控制单元35对驱动电路36进行驱动控制,从而使电动马达25输出修正辅助转矩Tad(辅助转矩Ta)。由此,能够对驾驶员对转向盘11进行的转动操作施加修正辅助转矩Tad(辅助转矩Ta)。
如此,在本实施方式涉及的车辆的电动助力转向装置中,即使在转向转矩传感器32发生了异常的情况下,也能够正确地估计左右前轮WfL、WfR的估计转角θc以及向转向齿轮单元20的齿条杆22输入的估计轴力Fc。由此,即使在转向转矩传感器32发生了异常的情况下,例如不将转向转矩传感器32构成为冗余***,而是能够通过简化的构成正确地确定适当的修正辅助转矩Tad(辅助转矩Ta),从而能够向驾驶员对转向盘11的转动操作继续施加适当的修正辅助转矩Tad(辅助转矩Ta)。从而能够大幅度减轻驾驶员对转向盘进行转动操作时的负担。
本发明的实施不限定于上述实施方式,可在不脱离本发明目的的范围内进行各种变更。
例如,上述实施方式是以使轴力估计部50包括转向感应轴力修正部54来实施的。但是,从将转向转矩传感器32的异常准确地通知给驾驶员的观点出发,也可以省略转向感应轴力修正部54来实施。在如此省略了转向感应轴力修正部54的情况下,仅基于由轴力估计部50的基本轴力运算部51确定的基本轴力Fb来估计估计轴力Fc。因此,如上所述,驾驶员在转向盘11的转动操作中感觉到转矩变动而感到不适感。换句话说,驾驶员通过感到该不适感,能够有效地通知电动助力转向装置的工作发生了异常。在此情况下,也能够在转向转矩传感器32发生了异常的状况下继续施加辅助转矩Ta。
此外,上述实施方式是以使辅助转矩运算部60包括辅助转矩修正部63来实施的。但是,例如在通过搭载在车辆上的其他装置抑制了左右前轮WfL、WfR以及左右后轮WrL、WrR上发生的滑移的情况下,也可以省略辅助转矩修正部63来实施。在如此省略了辅助转矩修正部63的情况下,如果辅助转矩运算部60的辅助转矩确定部62也能够确定适当大小的辅助转矩Ta,从而可抑制左右前轮WfL、WfR以及左右后轮WrL、WrR上发生的滑移,则就是施加辅助转矩Ta也能够防止过辅助或自动转向的发生。从而,在此情况下,也能够在转向转矩传感器32发生了异常的状况下继续施加辅助转矩Ta。
此外,上述实施方式是以使转角估计部40的LPF处理部41使用根据转向速度(具体为马达旋转角速度Θ’)的大小而变化的截止频率T(|Θ’|)来对表示车轮速度ωfL、ωfR、ωrL、ωrR的信号实施适当的低通滤波处理来实施的。在此情况下,取代使用根据转向速度(具体为马达旋转角速度Θ’)的大小而变化的截止频率T(|Θ’|),也可以固定截止频率来实施低通滤波处理。在此情况下,例如通过设定上述实施方式中的下限侧的截止频率T0与上限侧的截止频率T1之间的频率来作为固定的截止频率,相位延迟的抑制和高频噪声去除性能虽与上述实施方式相比略差一些,但能够简化构成来构成低价的低通滤波处理部。从而,能够期待与上述实施方式相同的效果,并且能够在转向转矩传感器32发生了异常的状况下继续施加辅助转矩Ta。
此外,上述实施方式是通过采用公知的无刷马达作为电动马达25并由马达旋转角传感器33检测电动马达25的旋转角Θ来实施的。在此情况下,在采用公知的有刷马达作为电动马达25的情况下,例如也可以构成为检测从有刷马达向驱动电路36输出的反电动势,并根据该反电动势的大小检测电动马达25的旋转角Θ来实施。在此情况下,也能够与上述实施方式同样地使用马达旋转角Θ,因此与上述实施方式同样,能够在转向转矩传感器32发生了异常的状况下继续施加辅助转矩Ta。
此外,在上述实施方式中,是采用将电动马达25安装在转向齿轮单元20中并由电动马达25对齿条杆22传递与辅助转矩Ta(修正辅助转矩Tad)对应的转矩的齿条助力式来实施的。在此情况下,显然可采用电动马达25例如对转向轴12传递转矩的转向柱助力式或者对图中省略示出的小齿轮轴传递转矩的小齿轮助力式来实施。如此,即使在采用转向柱助力式或小齿轮助力式来实施的情况下,也能够在转向转矩传感器32发生了异常的状况下继续施加辅助转矩Ta。
Claims (13)
1.一种车辆的电动助力转向装置,所述电动助力转向装置包括:操作力检测装置,所述操作力检测装置检测为了通过驾驶员对转向盘进行的转动操作而对车辆的转向轮进行转向而被输入的操作力;电动马达,所述电动马达对由驾驶员对所述转向盘进行的转动操作施加辅助力;以及控制装置,所述控制装置基于与由所述操作力检测装置检测到的操作力对应的辅助力来控制所述电动马达的工作;所述电动助力转向装置的特征在于,
所述控制装置包括:
车速检测装置,所述车速检测装置检测车辆的车速;
车轮速度检测装置,所述车轮速度检测装置分别被设置在车辆的前后左右轮上,用于检测各轮的车轮速度;
异常判定装置,所述异常判定装置判定所述操作力检测装置的异常;
转角估计装置,当由所述异常判定装置判定出所述操作力检测装置的异常时,所述转角估计装置使用由所述车轮速度检测装置检测到的所述各轮的车轮速度中前轮侧的左右轮的车轮速度来运算所述转向轮的第一转角,并使用由所述车轮速度检测装置检测到的所述各轮的车轮速度中后轮侧的左右轮的车轮速度来运算所述转向轮的第二转角,并且使用所述第一转角以及所述第二转角来估计车辆转弯时的所述转向轮的转角;
轴力估计装置,所述轴力估计装置使用由所述转角估计装置估计出的转角以及由所述车速检测装置检测到的车速来估计轴力,所述轴力与所述转向轮的转角以及车辆的车速具有预定关系,并被输入至对所述车辆的转向轮进行转向的转向机构;
辅助力运算装置,所述辅助力运算装置使用由所述车速检测装置检测到的车速,来确定与车辆的车速具有预定关系并由驾驶员经由所述转向盘输入的目标转向力,并使用所述确定的目标转向力和由所述轴力估计装置估计出的轴力,来运算对由驾驶员对所述转向盘进行的转动操作施加的辅助力;
工作控制装置,所述工作控制装置基于由所述辅助力运算装置算出的辅助力来控制所述电动马达的工作;以及
操作速度检测装置,所述操作速度检测装置检测所述转向盘的转动操作速度,
所述转角估计装置具有滤波处理装置,所述滤波处理装置通过预定的截止频率对由所述车轮速度检测装置检测到的所述各轮的车轮速度进行低通滤波处理,
所述滤波处理装置随着由所述操作速度检测装置检测到的转动操作速度的增加而将所述截止频率改变为大的频率,随着所述检测到的转动操作速度的减少而将所述截止频率改变为小的频率,并且对由所述车轮速度检测装置检测到的各轮的车轮速度进行低通滤波处理。
2.如权利要求1所述的车辆的电动助力转向装置,其特征在于,
所述操作速度检测装置检测所述电动马达的旋转工作中的旋转速度,并使用所述检测到的电动马达的旋转速度来检测所述转向盘的转动操作速度。
3.如权利要求1或2所述的车辆的电动助力转向装置,其特征在于,
所述转角估计装置使用车辆的总齿轮比来运算所述转向轮的第一转角以及第二转角,所述总齿轮比表示车辆转向轮的检测转角与车辆转向轮的实际转角之比,并且是通过实验预先设定的。
4.如权利要求1或2所述的车辆的电动助力转向装置,其特征在于,
所述转角估计装置对使用由所述车轮速度检测装置检测到的所述各轮的车轮速度中所述前轮侧的左右轮的车轮速度之差算出的所述转向轮的第一转角、和使用由所述车轮速度检测装置检测到的所述各轮的车轮速度中所述后轮侧的左右轮的车轮速度之差算出的所述转向轮的第二转角取平均,由此估计车辆转弯时的所述转向轮的转角。
5.如权利要求1或2所述的车辆的电动助力转向装置,其特征在于,
当由所述车速检测装置检测到的车速小于或等于预先设定的车速时,所述转角估计装置将所述算出的所述转向轮的第一转角和所述算出的所述转向轮的第二转角分别运算为“0”。
6.如权利要求1所述的车辆的电动助力转向装置,其特征在于,
所述轴力估计装置包括修正轴力运算装置,所述修正轴力运算装置使用由所述操作速度检测装置检测到的转动操作速度以及由所述车速检测装置检测到的车速来运算修正轴力,所述修正轴力用于修正所述估计出的轴力,并且与所述转向盘的转动操作速度以及车辆的车速具有预定关系。
7.如权利要求6所述的车辆的电动助力转向装置,其特征在于,
在所述转向盘的转动操作速度、所述车辆的车速以及所述修正轴力的关系中,所述转向盘的转动操作速度与所述修正轴力的关系至少是如下所述的预先规定的关系:当所述转向盘的转动操作速度小于预先设定的第一转动操作速度时,所述修正轴力随着所述转向盘的转动操作速度的增加而增加,当所述转向盘的转动操作速度大于或等于被预先设定为比所述第一转动操作速度大的第二转动操作速度时,所述修正轴力随着所述转向盘的转动操作速度的增加而减小,
所述修正轴力运算装置基于所述预先规定的关系,使用由所述操作速度检测装置检测到的转动操作速度来运算所述修正轴力。
8.如权利要求6或7所述的车辆的电动助力转向装置,其特征在于,
在所述转向盘的转动操作速度、所述车辆的车速以及所述修正轴力的关系中,所述车辆的车速和所述修正轴力的关系至少是如下所述的预先规定的关系:随着所述车辆的车速的增加,所述修正轴力朝向预先设定的预定大小减小,
所述修正轴力运算装置基于所述预先规定的关系,使用由所述车速检测装置检测到的车速来运算所述修正轴力。
9.如权利要求1所述的车辆的电动助力转向装置,其特征在于,
所述辅助力运算装置对所述确定的目标转向力的绝对值和由所述轴力估计装置估计出的轴力的绝对值进行比较,当所述估计出的轴力的绝对值小于或等于所述目标转向力的绝对值时将所述辅助力运算为“0”,当所述估计出的轴力的绝对值大于所述目标转向力的绝对值时通过从所述估计出的轴力减去所述目标转向力来运算所述辅助力。
10.如权利要求9所述的车辆的电动助力转向装置,其特征在于,
当由所述车速检测装置检测到的车速小于预先设定的预定车速时,所述辅助力运算装置随着所述检测到的车速的增加而增加所述目标转向力的绝对值来确定所述目标转向力,当所述检测到的车速大于或等于所述预先设定的预定车速时,所述辅助力运算装置随着所述检测到的车速的增加而固定所述目标转向力的绝对值来确定所述目标转向力。
11.如权利要求1所述的车辆的电动助力转向装置,其特征在于,
所述转角估计装置运算转角差,所述转角差表示根据在所述前后左右轮的任意轮上产生的滑移的状态而增减的所述第一转角与所述第二转角之差,
所述辅助力运算装置包括辅助力修正装置,所述辅助力修正装置基于由所述转角估计装置算出的转角差的大小,并根据在所述前后左右轮的任意轮上产生的滑移的状态来修正所述算出的辅助力。
12.如权利要求11所述的车辆的电动助力转向装置,其特征在于,
所述辅助力修正装置包括:
滑移增益确定装置,所述滑移增益确定装置使用由所述转角估计装置算出的转角差,并根据在所述前后左右轮的任意轮上产生的滑移的状态来确定滑移增益,所述滑移增益用于修正由所述辅助力运算装置算出的辅助力的大小,当所述算出的转角差大于或等于预先设定的第一转角差时,所述滑移增益确定装置减小所述滑移增益来确定所述滑移增益,当所述算出的转角差大于或等于被预先设定为比所述第一转角差大的第二转角差时,所述滑移增益确定装置将所述滑移增益确定为“0”;以及
修正辅助力运算装置,所述修正辅助力运算装置运算通过对所述算出的辅助力乘以由所述滑移增益确定装置确定的滑移增益而修正的辅助力。
13.如权利要求12所述的车辆的电动助力转向装置,其特征在于,
所述辅助力修正装置包括滑移增益复原判定装置,
当由所述转角估计装置算出的转角差小于所述第二转角差时,
如果由所述辅助力运算装置算出的辅助力不为“0”,则所述滑移增益复原判定装置禁止由所述滑移增益确定装置使用所述算出的转角差而确定的所述滑移增益大于“0”,而将所述滑移增益维持为“0”,
如果所述算出的辅助力为“0”,则所述滑移增益复原判定装置允许通过将由所述滑移增益确定装置使用所述算出的转角差而确定的所述滑移增益复原而使所述滑移增益大于“0”。
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