CN109476338A - 动力转向装置 - Google Patents

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Abstract

一种动力转向装置，具有：操舵机构2；动力缸29，其具有被活塞31分隔的第一、第二油压室29a、29b，并且对操舵机构施加操舵力；转矩传感器11，其检测操舵机构的操舵转矩Tr；旋转阀30，其与输入轴和输出轴的相对旋转相对应地将从泵9供给的油选择性地向第一、第二油压室供给；中空马达10，其对输入轴施加操舵力；控制装置13，其搭载有微型计算机；转矩指令信号运算部61，其为设置于控制装置、并且基于操舵转矩Tr和车速Vs对转矩指令信号Tm*进行运算的转矩指令信号运算部，该转矩指令信号Tm*用于对电动马达进行驱动控制，在车速为规定车速以上时使转矩指令信号为0。由此，能够实现动力转向装置的小型化。

Description

动力转向装置
技术领域
本发明涉及动力转向装置。
背景技术
作为现有的动力转向装置，例如已知在以下专利文献1中记载的动力转向装置。
该动力转向装置具有通过电动马达进行电动助力和通过动力缸进行油压助力这两种助力功能。而且，在输入到方向盘的操舵力小的情况下，仅使用能够进行精细控制的上述电动马达来对操舵进行助力，在操舵力大的情况下，一起使用上述电动马达和动力缸对操舵进行助力。
现有专利文献
专利文献
专利文献1：特开2008-184049号公报
发明内容
发明所要解决的课题
但是，在上述现有的动力转向装置中，由于上述电动马达在上述方向盘的操舵中一直工作，因而电动马达的负载变大。因此，例如，不得不使电动马达为耐负载性高的大型电动马达，其结果是，动力转向装置不得不变得大型化。
本发明是鉴于现有的实际情况而作出的，其目的在于提供一种能够实现小型化的动力转向装置。
用于解决技术问题的技术方案
本发明作为其一个形态具有：动力缸，其通过被供给工作油而对操舵机构施加操舵力；电动马达，其对所述操舵机构的输入轴施加操舵力；转矩指令信号运算部，其为设置于控制装置并且计算用于对所述电动马达进行驱动控制的转矩指令信号的运算部，在车速为规定车速以上时使所述转矩指令信号为0。
发明效果
根据本发明，能够实现动力转向装置的小型化。
附图说明
图1是表示本发明的动力转向装置的概略图。
图2是该动力转向装置的纵剖视图。
图3是表示通过液压助力机构向操舵机构施加操舵力时的助力特性的图。
图4是表示控制装置的运算电路结构的控制框图。
图5是表示转矩指令修正运算部的细节的控制框图。
图6是表示油压助力机构的滞后特性的图。
图7是表示转舵时操舵转矩与保舵时转矩的关系的图，(a)是表示手动驾驶时的关系的图，(b)是表示自动驾驶时的关系的图。
图8是表示本发明第二实施方式的控制装置的运算电路构成的控制框图。
图9是表示第二实施方式中的保舵时转矩修正部的控制内容的细节的图。
图10是表示本发明第三实施方式的控制装置的运算电路构成的控制框图。
图11是表示第三实施方式的操舵速度抑制部的控制内容的细节的图。
图12是表示本发明第四实施方式的过渡特性修正部的控制内容的细节的图。
图13是表示本发明第四实施方式的液压助力机构和电动助力机构的助力特性的图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的动力转向装置的实施方式进行说明。
〔第一实施方式〕
图1是本发明第一实施方式的动力转向装置1的概略图。
动力转向装置1通过在所谓的一体型液压动力转向装置搭载后述的作为电动马达的中空马达10，从而具备通过液压和马达转矩的双***的操舵辅助功能。
即，动力转向装置1具备：伴随着方向盘6的操舵操作而使转向轮7、7转向的操舵机构2；将操舵机构2的一部分收纳在内部的壳体3(参照图2)；对操舵机构2施加操舵力而对操舵操作进行辅助的液压助力机构4和电动助力机构5。
液压助力机构4被供给通过泵9从车辆的储液箱8汲取的作为工作液的油，基于该油的液压(油压)对操舵机构2施加操舵辅助力。
需要说明的是，本实施方式的泵9作为被车辆的发动机驱动的发动机驱动泵构成。
另一方面，电动助力机构5具备：用于生成旋转驱动力的中空马达10；检测驾驶员经由方向盘6向操舵机构2输入的操舵转矩Tr的转矩传感器11；作为检测方向盘6的转向角θs的转向角传感器的后述第一分解器46；构成为具备微型计算机等电子部件，并且基于车速、各种传感器的检测结果等而对中空马达10进行驱动控制的控制装置13。而且，将中空马达10生成的旋转驱动力作为操舵辅助力施加操舵机构2。
并且，动力转向装置1还具备在从自动驾驶控制装置14向控制装置13输出自动操舵要求SigA时进行自动驾驶的功能。
该情况下，控制装置13基于自动驾驶控制装置14从本车位置检测传感器即摄像头15等取得的位置信息等对中空马达10进行控制，以使得转向角θs追随输出的转向角指令θs＊。
图2是动力转向装置1的纵剖视图。
操舵机构2具有：操舵轴16，其一端侧朝向壳体3外而与方向盘6连接，另一端侧收纳在壳体3内；传递机构17，其与操舵轴16的另一端侧连接，并且将操舵轴16的旋转传递给各转向轮7、7。
操舵轴16具备：输入轴18，其一端侧与方向盘6能够一体旋转地连接；输出轴19，其一端侧经由第一扭力杆20与输入轴18的另一端侧能够相对旋转地连接。
输入轴18由与方向盘6直接连接的一端侧的第一输入轴21和经由第二扭力杆23与第一输入轴21能够相对旋转地连接的另一端侧的第二输入轴22构成。
第一输入轴21形成为中空状，在内部收纳第二扭力杆23的大部分。并且，第一输入轴21的另一端部21b形成为比方向盘6侧的一端部21a直径小，并且收纳于在第二输入轴22的一端部22a形成的开口凹部22c内。
而且，在第一输入轴21的另一端部21b的外周面与第二输入轴22的开口凹部22c的内周面之间设有滚针轴承24。第一输入轴21经由该滚针轴承24能够旋转地支承于第二输入轴22。
输出轴19形成为中空状，在内部收纳第一扭力杆20的大部分。并且，输出轴19的输入轴18侧的一端部19a形成为比另一端部19b直径大，在一端部19a的内部收纳第二输入轴22的另一端部22b。
第一扭力杆20具有使后述旋转阀30的流路或流路截面积与扭转方向或扭转角相对应地发生变化的功能。另一方面，第二扭力杆23作为转矩传感器用扭力杆构成，以使得图1所示的转矩传感器11根据该第二扭力杆23的扭转量来检测操舵转矩Tr。
传递机构17具备：滚珠螺杆机构25，其将输入到输出轴19的操舵力(旋转力)变换为向操舵轴16绕旋转轴线X的方向的移动力；扇形齿轮轴26，其基于滚珠丝杠机构25所转换的移动力而旋转。
滚珠丝杠机构25具有：输出轴19，其为在外周形成有螺旋槽即滚珠槽25a的螺杆轴；活塞31，其为配置在输出轴19的外周侧，并且在内周形成有与滚珠槽23a对应的滚珠槽25b的螺母；多个滚珠25c，其收纳在两滚珠槽25a、25b内。活塞31在外周的与扇形齿轮轴26相对的部位形成有齿部31a。
扇形齿轮轴26以与操舵轴16的旋转轴线X大致正交的方式配置。并且，在扇形齿轮轴26中，在其轴线方向的一端部外周形成有能够与活塞31的齿部31a啮合的齿部26a，并且在另一端部连接有作为传递机构的一部分的附图外的连杆臂。
该连杆臂伴随着扇形齿轮轴26的旋转而向车体的宽度方向被拉伸，由此适当地改变两转向轮7、7的方向。
壳体3具备：方向盘6侧的一端侧开口的第一壳体27；以封闭第一壳体27的一端开口的方式设置并且在内部收纳后述旋转阀30的第二壳体28。
需要说明的是，第一壳体27和第二壳体28通过在操舵轴16的相对于旋转轴线X的周向的规定位置配置的附图外的多个螺栓彼此连结。
第一壳体27具有：大致圆筒状的气缸部27a，其沿操舵轴16的旋转轴线X方向形成，并且在内部收纳有活塞31；轴收纳部27b，其形成为与气缸部27a大致正交并且一部分朝向气缸部27a，在内部收纳有扇形齿轮轴26。
液压助力机构4具备：由第一壳体27的气缸部27a和活塞31构成的动力缸29；向动力缸29的后述的一对液压室即第一、第二油压室29a、29b供油的旋转阀30。
活塞31呈线轴状，旋转轴线X方向上的接近方向盘6的一侧(图中上侧)的一端部31b与远离方向盘6的一侧(图中下侧)的另一端部31c分别形成为外径比气缸部27a的内径稍小。由此，活塞31在气缸部27a中能够维持稳定的姿态。
并且，在活塞31的另一端部31c的外周安装有圆环状的密封部件31d。利用该密封部件31d将气缸部27a的内部空间隔成比密封部件31d位于方向盘6侧的第一油压室29a和与方向盘6位于相反侧的第二油压室29b。即，动力缸29具有被活塞31分隔的第一、第二油压室29a、29b。
动力缸29在油被供给到第一油压室29a或第二油压室29b时，将两油压室29a、29b之间的压力差作为操舵辅助力施加于操舵机构2的一部分即活塞31。需要说明的是，此时，成为第一油压室29a内的油导入到轴收纳部27b的结构，在向第一油压室29a供油时使齿部26a、31a之间被润滑。
在方向盘6的中立时，旋转阀30的与泵9(参照图1)的吐出口连接的导入口32和与储液箱8(参照图1)连接的排出口33连通。
由此，在上述中立时，从泵9吐出到旋转阀30的油不向第一、第二油压室29a、29b中的任一个供给而是排出到储液箱8。
另一方面，旋转阀30在方向盘6的操舵时，根据第二输入轴22与输出轴19的相对旋转角即第一扭力杆20的扭转角而选择性地将油向各油压室29a、29b供给。
即，旋转阀30在方向盘6向任意一个方向操舵的情况下，导入口32经由第一给排通路34与第一油压室29a连接，排出口33经由第二给排通路35等与第二油压室29b连接。其结果是，向第一油压室29a供给油，从第二油压室29b排出油。
另一方面，在方向盘6被向其他方向操舵的情况下，导入口32经由第二给排通路35等与第二油压室29b连接，排出口33经由第一给排通路34与第一油压室29a连接。其结果是，向第二油压室29b供给油，从第一油压室29a排出油。
需要说明的是，向各油压室29a、29b供给油或排出油时，该供给量和排出量随着第二输入轴22与输出轴19的相对旋转差变大而增加。换言之，第一扭力杆20的扭转角越大，供给量和排出量越为增大。
中空马达10是所谓的三相交流式无刷马达，具有：马达元件，其设置在朝向壳体3外的第二输入轴22的外周侧；马达壳体36，其将该马达元件收纳在内部。
马达元件具备：圆筒状的马达转子37，其经由结合部件39能够一体旋转地固定于第二输入轴22；圆筒状的马达定子38，其经由规定间隙配置在马达转子37的外周侧。
马达壳体36向壳体3侧开口，并且具有：在内部收纳上述马达元件的带盖圆筒状的第一马达壳体构成部40；封堵第一马达壳体构成部40的开口部的圆盘状的第二马达壳体构成部41。第一、第二马达壳体构成部40、41均由铝合金等规定的金属材料构成。
第一马达壳体构成部40以筒状部40a的内径与马达定子38的外径大致相同的方式形成，通过压入或热套配合等在内周固定有马达定子38。
并且，第一马达壳体构成部40在开口部的外周侧具有凸缘部40b，该凸缘部40b通过螺栓43连结固定于圆盘状的转接器部件42。
在这里，转接器部件42通过螺栓44连结固定于壳体3的第二壳体28。因此，第一马达壳体构成部40经由转接器部件42固定于第二壳体28。
在第一马达壳体构成部40的盖部40c形成有供操舵轴16***的***孔40d。在该***孔40d的内周侧配置有结合部件39的方向盘6侧的一端部39a，在该一端部39a的外周面与***孔40d的内周面之间设有第一滚珠轴承45。
第一马达壳体构成部40经由该第一滚珠轴承45对结合部件39的一端部39a进行支承使其能够旋转。
并且，在盖部40c的方向盘6侧的端面形成有圆形凹状的凹部40e，在该凹部40e内配置有第一分解器46。
第一分解器46具有：圆环状的分解器转子46a，其能够一体旋转地固定在第一输入轴21外周；圆环状的分解器定子46b，其外周固定在凹部38e的内周。通过该分解器定子46b来检测分解器转子46a的旋转位置，从而检测第一输入轴21的旋转角即方向盘6的转向角θs。
并且，第一分解器46被罩部件47覆盖。该罩部件47通过螺栓48连结固定于第一马达壳体构成部40。
并且，在罩部件47的轴心位置形成有供第一输入轴21***的***孔47a。在该***孔47a与第一输入轴21之间设有对这两者47a、21之间进行密封的密封部件49。
在第二马达壳体构成部41的轴心位置形成有供操舵轴16***的***孔41a。在该***孔41a的内周侧配置有结合部件39的另一端部39b，在该另一端部39b的外周面与***孔41a的内周面之间设有第二滚珠轴承50。第二马达壳体构成部41经由该第二滚珠轴承50对结合部件39的另一端部37b进行支承使其能够旋转。
并且，在第二马达壳体构成部41的壳体3侧的端面形成有圆形凹状的凹部41c，在该凹部41c内配置有第二分解器51。
第二分解器51具有：圆环状的分解器转子51a，其经由结合部件39能够一体旋转地固定在第二输入轴22的外周；圆环状的分解器定子51b，其外周固定于凹部41c的内周。通过该分解器定子51b检测分解器转子51a的旋转位置，从而检测第二输入轴22的旋转角。
需要说明的是，该第二输入轴22的旋转角与中空马达10的马达转子37的旋转角相等。因此，第二分解器51也作为检测马达转子37的旋转角即马达旋转角的马达旋转角传感器发挥作用。
图3是表示液压助力机构4的操舵辅助力的施加特性的图。
液压助力机构4设定为，即使在通过其单体、即在没有施加电动助力机构5的操舵辅助力的状态下，也能够毫无问题地对驾驶员的操舵进行辅助。即，在手动驾驶时对操舵机构2施加的操舵辅助力基本上以液压助力机构4为基础提供。
并且，液压助力机构4在操舵转矩Tr小的区域A，抑制输出的操舵辅助力，以使得在中高速度的行驶中不会由于过剩的操舵辅助力而使操舵晃动。
另一方面，在操舵转矩Tr大的区域B，发挥在原地打方向盘6时能够将操舵机构2操舵至行程末端的操舵辅助力。
需要说明的是，该液压助力机构4发挥能够将操舵机构2操舵至行程末端的操舵辅助力时的操舵转矩Tr被设定为低于中空马达10能够输出的马达转矩的上限值。也就是说，在由驾驶员输入的操舵转矩Tr为0的自动驾驶时，仅通过中空马达10的输出来发出能够将操舵机构2操舵至行程末端的操舵辅助力。
并且，在区域A与区域B之间的区域C，考虑到与电动助力机构5协调控制时的控制性，设定为线性特性。
需要说明的是，上述特性被设定为无论车速Vs等驾驶状态是否发生变化而一直恒定。即，使得相对于操舵转矩Tr的、动力缸29的操舵辅助力不受车速Vs等的变化影响而具有单一的特性。
图4是表示控制装置13的运算电路构成的控制框图。
控制装置13具备：转矩指令信号运算部61，其基于各种驾驶信息对转矩指令信号Tm＊进行运算；马达控制部62，其基于转矩指令信号运算部61计算出的转矩指令信号Tm＊对中空马达10进行驱动控制。
转矩指令信号运算部61具有：手动驾驶时转矩指令运算部63，其对手动驾驶时的转矩指令信号Tm＊即手动驾驶时转矩指令信号Tm(manual)＊进行运算；自动驾驶时转矩指令运算部64，其对自动驾驶时的转矩指令信号Tm＊即自动驾驶时转矩指令信号Tm(auto)＊进行运算；转矩指令切换部65，其对将手动、自动驾驶时转矩指令信号Tm(manual)＊、Tm(auto)＊的哪一个作为转矩指令信号Tm＊用于控制进行选择；转矩指令修正运算部66，其基于驾驶状态等对经由转矩指令切换部65输入的转矩指令信号Tm＊适当地进行修正。
需要说明的是，以下为了便于说明，将手动驾驶时转矩指令信号Tm(manual)＊简称为“转矩指令信号Tm(manual)＊”，将手动驾驶时转矩指令信号Tm(auto)＊简称为“转矩指令信号Tm(auto)＊”。
手动驾驶时转矩指令运算部63基于转矩传感器11检测到的操舵转矩Tr和在附图外的差动齿轮等设置的车速传感器检测到的车速Vs对转矩指令信号Tm(manual)＊进行运算。
更详细来说，在操舵转矩Tr和车速Vs被输入时，手动驾驶时转矩指令运算部63基于转矩指令运算关系表67根据这些传感器信息计算出转矩指令信号Tm(manual)＊。
转矩指令运算关系表67基本上具有在操舵转矩Tr极小的区域和原地打轮时等的操舵转矩Tr变大的区域输出小的转矩指令信号Tm(manual)＊，在它们的中间区域输出大的转矩指令信号Tm(manual)＊的二次曲线的输出特性。
并且，转矩指令运算关系表67设定为，随着车速Vs增大而输出的转矩指令信号Tm(manual)＊减小。
尤其是在车速Vs在规定的中高速以上的情况下，无论操舵转矩Tr的大小如何都使输出的转矩指令信号Tm(manual)＊为0。即，在车速Vs为规定值以上的情况下，基本上不进行中空马达10的操舵辅助，仅通过液压助力机构4输出的操舵辅助力对操舵进行辅助。
自动驾驶时转矩指令运算部64基于PI控制对转向角θs追随自动驾驶控制装置14输出的转向角指令θs＊时所需的转矩指令信号Tm(auto)＊进行运算。
转矩指令切换部65在从自动驾驶控制装置14向控制装置13输出自动操舵要求SigA的情况下，将转矩指令信号Tm(auto)＊作为转矩指令信号Tm＊向转矩指令修正运算部56输出。
另一方面，在未输出自动操舵要求SigA的情况下，将转矩指令信号Tm(manual)＊作为转矩指令信号Tm＊继续向转矩指令修正运算部66输出。
转矩指令修正运算部66具有：过渡特性修正部68，其对操舵辅助的响应延迟进行补偿；减法修正部69，其在方向盘6被缓慢操舵的情况下对转矩指令信号Tm＊进行减法修正。
过渡特性修正部68通过对转矩指令信号Tm＊进行增大修正从而在电动助力机构5侧对液压助力机构4特有的操舵辅助的响应延迟进行补偿。
液压助力机构4的操舵辅助力通过在方向盘6***舵时第一扭力杆20被扭转且向第一油压室29a或第二油压室29b供给与该扭转角对应的量的油而开始施加于操舵机构2。
即，从液压助力机构4的结构来说，液压助力机构4的操舵辅助力的施加相对于驾驶员对方向盘6的操舵操作必然会延迟。并且，该液压助力机构4的操舵辅助的延迟即使在自动驾驶时转向角θs追随转向角指令θs＊的情况下也同样会发生。
鉴于这些情况，在过渡特性修正部68中，如图5所示，为了补偿液压助力机构4的助力延迟，首先基于相位超前信号生成部70生成使转矩指令信号Tm＊的相位超前的信号即相位超前信号Tml。该相位超前信号生成部70是在控制装置13的微型计算机内设置的作为数字滤波器的高通滤波器，从转矩指令信号Tm＊提取相位超前信号Tml。
需要说明的是，作为相位超前信号生成部70使用的高通滤波器可以不是数字滤波器，而是在控制装置13的基板上由电子电路构成。
以这种方式生成相位超前信号Tml，过渡特性修正部68接着计算出从转矩指令信号Tm＊减去了相位超前信号Tml的转矩指令稳定信号Tmc。通过对该转矩指令稳定信号Tmc和将相位超前信号Tml乘以修正系数G的信号进行加法运算，生成对响应延迟进行了补偿的转矩指令信号(马达指令信号)Tm＊。
需要说明的是，此时，转矩指令稳定信号Tmc通过转矩指令信号限幅部72来设置上限值。另一方面，将相位超前信号Tml乘以修正系数G的信号通过相位超前信号限幅部73设置上限值。
转矩指令信号限幅部72根据车速Vs对转矩指令稳定信号Tmc用的上限值进行可变控制。更具体地说，以随着车速Vs变高而使上限值降低的方式进行设定。
另一方面，相位超前信号限幅部73根据车速Vs对相位超前信号Tml用的上限值进行可变控制。更具体地说，以随着车速Vs变高而使上限值降低的方式进行设定。
并且，两限幅部72、73分别设定在相位超前信号Tml用的上限值在转矩指令稳定信号Tmc用的上限值以上。
并且，过渡特性修正部68还具备针对补偿了响应延迟的转矩指令信号(马达指令信号)Tm＊设置上限值的马达指令信号限幅部74。该马达指令信号限幅部74也与前述的限幅部72、73同样地构成为能够根据车速Vs对转矩指令信号(马达指令信号)Tm＊的上限值进行可变控制。更具体地说，马达指令信号限幅部74以随着车速Vs变高而使上限值降低的方式进行设定。
如图5所示，减法修正部69具有：操舵速度运算部75，其在手动驾驶时对转向角θs、在自动驾驶时对转向角指令θs＊进行时间微分而对操舵速度ωs进行运算；修正部76，其作为接收操舵速度运算部75运算出的操舵速度ωs的操舵速度信号接收部发挥作用，根据操舵速度ωs对转矩指令信号Tm＊进行修正。
修正部76在通过操舵速度运算部75计算出的操舵速度ωs的增加率小于规定值时，对转矩指令信号Tm＊适当地进行减法修正，以使中空马达10对操舵机构2施加的操舵力比通过动力缸29对操舵机构2施加的操舵力小。
如图4所示，马达控制部62首先通过电流指令运算部77根据转矩指令信号Tm＊和基于第二分解器51所检测到的马达旋转角θm而计算出的马达转速N对d轴、q轴电流指令Id＊、Iq＊进行运算。
接着，马达控制部62通过三相两相变换器78根据设置于中空马达10的电流传感器79u、79v所输出的u相、v相电流Iu、Iv和马达旋转角θm而得到d轴、q轴电流Id、Iq。
之后，马达控制部62计算出d轴、q轴电流Id、Iq追随d轴、q轴电流指令Id＊、Iq＊所需的值，基于该计算值对d轴、q轴电压指令Vd＊、Vq＊进行运算。即，分别计算出d轴电流指令Id＊与d轴电流Id之间的差值、q轴电流指令Iq＊与q轴电流Iq之间的差值，基于PI控制根据这些差值而得到d轴、q轴电压指令Vd＊、Vq＊。
在对d轴、q轴电压指令Vd＊、Vq＊进行运算时，马达控制部62通过三相两相变换器80根据d轴、q轴电压指令Vd＊、Vq＊和马达旋转角θm计算出u相、v相、w相电压指令Vu＊、Vv＊、Vw＊。在通过PWM变换器81将该电压指令Vu＊、Vv＊、Vw＊从模拟波形变换成PWM波形之后，向设置于控制装置13的逆变器电路82输出，从而经由该逆变器电路82驱动中空马达10。
〔本实施方式的作用效果〕
如前所述，在现有的动力转向装置中，由于电动马达在方向盘的转向中一直工作，所以电动马达上的负载必然变大。因此，在上述现有的动力转向装置中，作为电动马达需要使用能够耐受高负载的大型电动马达，其结果是导致动力转向装置的大型化。
需要说明的是，此时，如果在上述电动马达安装基于负载来抑制电动马达高温化的散热风扇等马达冷却装置，则能够使用小型的电动马达。
但是，该情况下，由于设置了上述马达冷却装置，动力转向装置相应地大型化，难以解决该大型化的问题。
与此相对，在本实施方式中，在手动驾驶时，在车速Vs在规定的中高速以上的情况下，通过液压助力机构4提供全部的操舵辅助力，不通过中空马达10进行操舵辅助。
即，在手动驾驶时且车速Vs为规定的中高速以上的情况下，构成为手动驾驶时转矩指令运算部63所输出的转矩指令信号Tm(manual)＊为0。
由此，由于车速Vs在规定的中高速以上的情况下中空马达10的负载为0，因此，能够降低手动驾驶时中空马达10的负载。其结果是，作为中空马达10能够使用小型的马达，从而能够实现动力转向装置1的小型化。
并且，本实施方式中，在车速Vs小于规定的中高速的情况下，随着该车速Vs的增大中空马达10所输出的操舵辅助力减小。因此，也能够得到减轻中空马达10负担的效果。
而且，在本实施方式中，在控制装置13设置相位超前信号生成部70，通过该相位超前信号生成部70对转矩指令信号Tm＊进行增大修正。因此，能够在电动助力机构5侧补偿液压助力机构4特有的响应延迟。
其结果是，在手动驾驶时，由于对驾驶员的操舵操作施加响应性高操舵力，因此，能够提升操舵感。并且，在自动驾驶时，特别是能够提高开始转舵时转向角θs相对于转向角指令θs＊的追随性。
并且，在本实施方式中，使相位超前信号生成部70为高通滤波器，因此能够容易地生成相位超前信号Tml。
需要说明的是，在本实施方式中，作为相位超前信号生成部70使用的滤波器为高通滤波器，但也可以使用能够消除不必要的高次谐波的带通滤波器。并且，在本实施方式中，通过使转矩指令信号Tm＊的相位超前来生成相位超前信号Tml，但也可以通过使操舵转矩Tr的相位超前来生成相位超前信号Tml。
然而，在通过过渡特性修正部68来补偿液压助力机构4的响应延迟时，如果从中空马达10向操舵机构2施加过剩的操舵力，反而会使驾驶员感到操舵不适。
于是，在本实施方式中，在过渡特性修正部68设置转矩指令信号限幅部72和相位超前信号限幅部73、通过这些限幅部72、73来抑制转矩指令信号Tm＊变得过大。由此，能够抑制从中空马达10施加过剩的操舵力，因此能够实现操舵感的提升。
并且，在通过限幅部72、73对转矩指令信号Tm＊进行限制时，如果通过相位超前信号限幅部73对相位超前信号Tml过剩地进行限制，有可能不能充分地对液压助力机构4的响应延迟进行补偿。
因此，在本实施方式中，将相位超前信号限幅部73的上限值的大小设定为转矩指令信号限幅部72的上限值以上。因此，相位超前信号Tml很大程度地反映到转矩指令信号Tm＊，因此能够提高相对于操舵操作的响应性。
并且，在本实施方式中，构成为能够基于车速Vs分别对相位超前信号限幅部72和转矩指令信号限幅部73的上限值进行可变控制。由此，例如通过在不需要施加大的操舵力的高车速时降低各上限值而能够抑制对操舵机构2施加过剩的操舵力。即，能够根据车速Vs准确地施加操舵力。
并且，在本实施方式中，在过渡特性修正部68进一步设置马达指令信号限幅部74。由此，在对转矩指令稳定信号Tmc和相位超前信号Tml分别设置了限幅，但对它们的和即响应延迟进行补偿的转矩指令信号(马达指令信号)Tm＊变大过大的情况下，能够对转矩指令信号Tm＊进行限制。因此能够更可靠地抑制从中空马达10向操舵机构2施加过剩的操舵力。
另外，在本实施方式中，由于马达指令信号限幅部74也构成为能够基于车速Vs对上限值进行可变控制，因此能够根据车速Vs更准确地施加操舵力。
需要说明的是，在本实施方式中，在过渡特性修正部68共设有三个限幅部72～74，但能够任意地选择设置所有这些限幅部72～74或废除其一部分等。并且，对于是否将限幅部72～74设定为能够根据车速Vs对上限值进行可变控制也是任意的。
并且，在本实施方式中，通过减法修正部69对转矩指令信号Tm＊进行修正，以使得在操舵速度ωs的增加率小于规定值时，中空马达10施加于操舵机构2的操舵力比动力缸29施加于操舵机构2的操舵力小。由此，在相对来说不需要及时性的缓慢的操舵时，能够减轻中空马达10负担。
并且，在本实施方式中，相对于输入到方向盘6的操舵转矩Tr的、动力缸29对操舵机构2施加的操舵力构成为不受车速Vs的变化影响而成为单一的特性。由此，能够通过简单的结构实现基于液压的操舵力施加。并且，通过使由液压进行的操舵力的施加为单一的特性，能够容易地进行液压助力机构4和电动助力机构5的协调控制。
〔第二实施方式〕
本发明的第二实施方式构成为，考虑在方向盘6以转动的状态被保持的状态即保舵状态而使转矩指令信号运算部61对转矩指令信号Tm＊进行运算。
需要说明的是，在本实施方式中，对与上述第一实施方式相同的结构标注相同的附图标记而省略具体的说明(对于以下各实施方式也是同样的)。
一般来说，在通过液压助力机构4进行操舵辅助的情况下，如图6所示，已知以规定的转向角θx保舵所需的保舵转矩Trk比在方向盘6转动到规定的转向角θx时所需的转动操舵转矩Trs小。
即，在动力缸29进行的操舵辅助中，一般来说，已知在操舵转矩Tr增大时的变化量与减少时的变化量之间产生差值(滞后)。需要说明的是，该滞后是由液压助力机构4的***摩擦等引起的。
因此，在手动驾驶时，如果在转动时和保舵时通过电动助力机构5无区别地进行马达助力，则如图7(a)所示，在保舵时保舵转矩Trk变得过小，反而会引发操舵不适感。
并且，在自动驾驶时，如果仅以转向角θs追踪转向角指令θs＊的方式对中空马达10进行控制，则如图7(b)所示，转矩在转动时和保舵时无差别地维持在高的状态，在保舵时产生不需要的多余转矩。
于是，在本实施方式中，如图8所示，除了上述第一实施方式的构成之外，在转矩指令修正运算部66设置保舵时转矩修正部83，该保舵时转矩修正部83在方向盘6处于保舵状态的情况下对转矩指令信号Tm＊进行减少修正。
更详细来说，如图9所示，保舵时转矩修正部83首先通过操舵速度运算部84在手动驾驶时对转向角θs、在自动驾驶时对转向角指令θs＊进行时间微分而计算出操舵速度ωs。
接着，保舵时转矩修正部83通过切换判断部85判断操舵速度ωs的绝对值|ωs|是否在规定值ωx以下。
在这里，在判定为操舵速度的绝对值|ωs|比规定值ωx大的情况下，即，在判定为方向盘6处于操舵状态的情况下，保舵时转矩修正部83不进行转矩指令信号Tm＊的修正。
另一方面，在判定为操舵速度的绝对值|ωs|在规定值ωx以下、即方向盘6处于保舵状态的情况下，在预先存储的保舵时补偿转矩Tf上标注符号判别部86根据转向角θs(转向角指令θs＊)导出的适当的符号之后，通过从转矩指令信号Tm＊减去保舵时补偿转矩Tf而对转矩指令信号Tm＊进行减少修正。
需要说明的是，在该转矩指令信号Tm＊的减法运算中使用的保舵时补偿转矩Tf是基于液压助力机构4的滞后特性而确定的固定值。
由以上构成，根据本实施方式的动力转向装置1，在手动驾驶时和自动驾驶时中的任一情况下，都能够抑制保舵时的操舵辅助力的施加量。
由此，在手动驾驶时能够抑制由于在保舵时施加过剩的操舵辅助力而产生的操舵不适感。并且，在自动驾驶时能够减少在保舵时产生的多余转矩。
并且，在本实施方式中，使保舵时补偿转矩Tf为基于液压助力机构4的滞后特性而确定的固定值，因此能够恰如其分地进行转矩指令信号Tm＊的减少修正。
需要说明的是，其他作用效果与上述第一实施方式大致相同。
〔第三实施方式〕
图10所示的本发明的第三实施方式的基本构成与上述第一实施方式相同，但在转矩指令修正运算部66追加了操舵速度抑制部87，该操舵速度抑制部87通过对转矩指令信号Tm＊进行减少修正而能够抑制操舵速度ωs的过度上升。
更详细来说，如图11所示，操舵速度抑制部87首先通过操舵速度运算部88对手动驾驶时转向角θs、在自动驾驶时转向角指令θs＊进行时间微分而计算出速度ωs。
接着，操舵速度抑制部87通过预先准备的操舵速度限制值运算关系表89根据车速Vs计算出操舵速度限制值ωl。
需要说明的是，此时使用的操舵速度限制值运算关系表89在车速Vs为规定的中高速以上的情况下，作为操舵速度限制值ωl计算出较小的值。
之后，操舵速度抑制部87通过切换判断部90判断操舵速度ωs的绝对值|ωs|是否为操舵速度限制值ωl以上。此时，在判断为操舵速度的绝对值|ωs|比操舵速度限制值ωl小的情况下，操舵速度抑制部87不进行转矩指令信号Tm＊的修正。
另一方面，在判断为操舵速度的绝对值|ωs|在操舵速度限制值ωl以上的情况下，在预先存储的减速转矩Tb上标注通过符号判别部91从转向角θs(转向角指令θs＊)导出的适当的符号之后，通过从转矩指令信号Tm＊减去减速转矩Tb而对转矩指令信号Tm＊进行减少修正。
在操舵速度ωs为高速的情况下，如果同往常一样通过过渡特性修正部68对液压助力机构4的响应延迟进行补偿，则方向盘6的操舵感会变得过轻而有损车辆的稳定性。该车辆的稳定性的恶化在操舵速度ωs为高速且车速Vs在规定的中高速以上的情况下尤为明显。
与此相对，在本实施方式中，在操舵速度ωs比操舵速度限制值ωl高的情况下，通过操舵速度抑制部87对转矩指令信号Tm＊进行减少修正。由此，施加于操舵机构2的操舵辅助力减小，由此能够抑制操舵速度ωs的上升，能够抑制由于上述要因造成的车辆的稳定性的恶化。
而且，在本实施方式中，特别是在车辆的稳定性可能变差的操舵速度ωs为高速且车速Vs为规定的中高速以上的情况下，计算出小的值作为操舵速度限制值ωl。由此，尤其是抑制了中高速行驶时的操舵速度ωs的上升，因此能够更有效地抑制由上述要因造成的车辆稳定性的恶化。
〔第四实施方式〕
图12和图13所示的本发明的第四实施方式的基本构成与上述第一实施方式大致相同，但改变了过渡特性修正部68的控制内容。
即，如图12所示，本实施方式的过渡特性修正部68首先通过操舵速度运算部92在手动驾驶时对转向角θs、在自动驾驶时对转向角指令θs＊进行时间微分而计算出操舵速度ωs。接着，过渡特性修正部68在将操舵速度ωs发送到作为操舵速度信号接收部发挥作用的切换判断部93之后，通过切换判断部93判断操舵速度ωs的绝对值|ωs|是否在规定值ωy以上。
在这里，在判断为操舵速度的绝对值|ωs|比规定值ωy小的情况下，修正部68不进行转矩指令信号Tm＊的修正。
另一方面，在判断为操舵速度的绝对值|ωs|在规定值ωy以上的情况下、即方向盘6被急操舵的情况下，在预先存储的急操舵判定时增量转矩Ta上标注通过符号判别部94由转向角θs(转向角指令θs＊)导出的适当的符号。
之后，通过在转矩指令信号Tm＊上加上急操舵判定时增量转矩Ta来对转矩指令信号Tm＊进行增量修正。
需要说明的是，在该转矩指令信号Tm＊上加上的急操舵判定时增量转矩Ta是能够对旋转阀30具有的不工作区进行补偿的任意的固定值。
并且，如图13所示，本实施方式的电动助力机构5在被输入比液压助力机构4开始进行操舵辅助的液压辅助开始转矩Ts1高的操舵转矩Tr时，开始进行操舵辅助。
即，本实施方式的控制装置13在操舵转矩Tr在操舵开始转矩即电动辅助开始转矩Ts2以上时，开始进行中空马达10的驱动控制，动力缸29在操舵转矩Tr比电动辅助开始转矩Ts2小的区域，开始向操舵机构2施加操舵力。
需要说明的是，在本实施方式中，通过改变第一、第二扭力杆20、23的刚性来实现该液压助力机构4与电动助力机构5的操舵力的施加时机的差异。也就是说，通过使转矩传感器11用扭力杆即第二扭力杆23的刚性在旋转阀30用的扭力杆即第一扭力杆20的刚性以上，使液压助力机构4先启动。
一般来说，已知液压助力机构4的响应延迟造成的影响在操舵速度ωs高的状态、即在进行急操舵的状态下变大。
在这里，在本实施方式中，过渡特性修正部68构成为在操舵速度ωs高的情况下对转矩指令信号Tm＊进行增大修正。由此，能够在电动助力机构5侧对急操舵时的液压助力机构4的响应延迟进行补偿。
其结果是，在手动驾驶时，对驾驶员的操舵操作施加了响应性高的操舵力，因此能够提升操舵感。并且，在自动驾驶时，尤其是在开始转舵时能够提高转向角θs相对于转向角指令θs＊的追踪性。
并且，在本实施方式中，将电动助力机构5的辅助开始转矩Ts2设定为比液压助力机构4的辅助开始转矩Ts1高。
由此，在操舵转矩Tr小于电动辅助开始转矩Ts2的区域，中空马达10的负担为0，因此能够减少中空马达10上的负载。
而且，在本实施方式中，使液压助力机构4和电动助力机构5的辅助开始转矩Ts1、Ts2基于第一、第二扭力杆20、23的刚性变化。
由此，能够容易地实现液压辅助开始转矩Ts1以及电动辅助开始转矩Ts2的调整。
本发明不限于上述各实施方式的构成，在不脱离发明主旨的范围内能够对上述构成实施变更。
例如，在上述各实施方式中将本发明适用于一体型动力转向装置，但也能够适用于具备由齿条杆或拉杆构成的传递机构的齿条-小齿轮式或管柱式动力转向装置。
并且，在上述各实施方式中，控制装置13构成为通过操舵速度运算部75等对转向角θs进行时间微分来获取操舵速度ωs，但是显然也可以构成为读取通过传感器等检测到的操舵速度ωs。
作为基于以上说明的各实施方式的动力转向装置，例如考虑以下所述的形态。
动力转向装置在其一个形态中，具有：操舵机构，其具有伴随着方向盘的操舵操作而旋转的输入轴、经由扭力杆与所述输入轴连接的输出轴、将所述输出轴的旋转向转向轮传递的传递机构；动力缸，其具有被活塞分隔的一对液压室，对所述操舵机构施加操舵力；转矩传感器，其检测所述操舵机构的操舵转矩；旋转阀，其与所述输入轴和输出轴的相对旋转相对应地将从所述操舵机构的外部的泵供给的工作液选择性地向所述动力缸的一对液压室供给；电动马达，其对所述输入轴施加操舵力；控制装置，其搭载有微型计算机；转矩指令信号运算部，其为设置于所述控制装置、并且基于所述操舵转矩和车速对扭矩指令信号进行运算的转矩指令信号运算部，所述扭矩指令信号用于对所述电动马达进行驱动控制，在所述车速为规定车速以上时使所述转矩指令信号为0。
在所述动力转向装置的优选的形态中，所述控制装置具备接收操舵速度的信号的操舵速度信号接收部，所述转矩指令信号运算部在所述操舵速度为规定值以上时以使所述转矩指令信号增大的方式进行修正。
在另一优选的形态中，在所述动力转向装置的任一形态的基础上，所述控制装置具备相位超前信号生成部，该相位超前信号生成部生成使所述操舵转矩或所述转矩指令信号的相位超前的相位超前信号，所述转矩指令信号运算部基于所述相位超前信号以使所述转矩指令信号增大的方式进行修正。
在又一优选的形态中，在所述动力转向装置的任一形态的基础上，所述相位超前信号生成部为滤波器。。
在又一优选的形态中，在所述动力转向装置的任一形态的基础上，所述控制装置具有：相位超前信号生成部，其生成使所述操舵转矩或所述转矩指令信号的相位超前的相位超前信号；转矩指令信号限幅部，其设置所述转矩指令信号的上限值；相位超前信号限幅部，其设置所述相位超前信号的上限值。
在又一优选的形态中，在所述动力转向装置的任一形态的基础上，所述相位超前信号的上限值的大小不低于所述转矩指令信号的上限值。
在又一优选的形态中，在所述动力转向装置的任一形态的基础上，所述转矩指令信号限幅部根据所述车速对所述转矩指令信号的上限值进行可变控制，所述相位超前信号限幅部根据所述车速对所述相位超前信号的上限值进行可变控制。
在又一优选的形态中，在所述动力转向装置的任一形态的基础上，所述控制装置具有马达指令信号限幅部，该马达指令信号限幅部设置马达指令信号的上限值，该马达指令信号是将通过了所述转矩指令信号限幅部的信号与通过了所述相位超前信号限幅部的信号相加的信号。
在又一优选的形态中，在所述动力转向装置的任一形态的基础上，所述马达指令信号限幅部根据所述车速对所述马达指令信号的上限值进行可变控制。
在又一优选的形态中，在所述动力转向装置的任一形态的基础上，所述控制装置具备接收操舵速度的信号的操舵速度信号接收部，所述转矩指令信号运算部在所述操舵速度的增加率小于规定值或所述操舵转矩的增加率小于规定值时对所述转矩指令信号进行运算，以使所述电动马达对所述操舵机构施加的操舵力比所述动力缸对所述操舵机构施加的操舵力小。
在又一优选的形态中，在所述动力转向装置的任一形态的基础上，所述控制装置在所述操舵转矩为规定值即操舵开始转矩以上时，开始所述电动马达的驱动控制，所述动力缸在所述操舵转矩比所述操舵开始转矩小的区域，开始向所述操舵机构施加操舵力。
在又一优选的形态中，在所述动力转向装置的任一形态的基础上，所述转矩指令信号运算部对所述转矩指令信号进行运算，以使所述电动马达的旋转角成为目标角度，并且在操舵速度为规定值以下的状态即保舵状态时，对所述转矩指令信号进行减少修正。
在又一优选的形态中，在所述动力转向装置的任一形态的基础上，所述动力缸的操舵力在所述操舵转矩增大时的变化量与减少时的变化量之间具有差值，所述转矩指令信号运算部在操舵速度为规定值以下的状态即保舵状态时，以所述差值的大小对所述转矩指令信号进行减少修正。
在又一优选的形态中，在所述动力转向装置的任一形态的基础上，所述转矩指令信号运算部在操舵速度比基于所述车速计算出的操舵速度上限值高的情况下，对述转矩指令信号进行减少修正。
在又一优选的形态中，在所述动力转向装置的任一形态的基础上，相对于所述操舵转矩的所述动力缸的操舵力不受所述车速的变化影响而具有单一的特性。
在又一优选的形态中，在所述动力转向装置的任一形态的基础上，所述输入轴具备：第一输入轴，其与所述方向盘连接；第二输入轴，其经由与所述扭力杆不同的转矩传感器用扭力杆与所述第一输入轴连接；所述转矩传感器根据所述转矩传感器用扭力杆的扭转量来检测所述操舵转矩，所述转矩传感器用扭力杆的刚性不低于所述扭力杆的刚性。

Claims (16)

1.一种动力转向装置，其特征在于，具有：
操舵机构，其具有伴随着方向盘的操舵操作而旋转的输入轴、经由扭力杆与所述输入轴连接的输出轴、将所述输出轴的旋转向转向轮传递的传递机构；
动力缸，其具有被活塞分隔的一对液压室，对所述操舵机构施加操舵力；
转矩传感器，其检测所述操舵机构的操舵转矩；
旋转阀，其与所述输入轴和输出轴的相对旋转相对应地将从所述操舵机构的外部的泵供给的工作液选择性地向所述动力缸的一对液压室供给；
电动马达，其对所述输入轴施加操舵力；
控制装置，其搭载有微型计算机；
转矩指令信号运算部，其为设置于所述控制装置、并且基于所述操舵转矩和车速对扭矩指令信号进行运算的转矩指令信号运算部，所述扭矩指令信号用于对所述电动马达进行驱动控制，在所述车速为规定车速以上时使所述转矩指令信号为0。
2.如权利要求1所述的动力转向装置，其特征在于，
所述控制装置具备接收操舵速度的信号的操舵速度信号接收部，
所述转矩指令信号运算部在所述操舵速度为规定值以上时以使所述转矩指令信号增大的方式进行修正。
3.如权利要求1所述的动力转向装置，其特征在于，
所述控制装置具备相位超前信号生成部，该相位超前信号生成部生成使所述操舵转矩或所述转矩指令信号的相位超前的相位超前信号，
所述转矩指令信号运算部基于所述相位超前信号以使所述转矩指令信号增大的方式进行修正。
4.如权利要求3所述的动力转向装置，其特征在于，
所述相位超前信号生成部为滤波器。
5.如权利要求1所述的动力转向装置，其特征在于，
所述控制装置具有：相位超前信号生成部，其生成使所述操舵转矩或所述转矩指令信号的相位超前的相位超前信号；转矩指令信号限幅部，其设置所述转矩指令信号的上限值；相位超前信号限幅部，其设置所述相位超前信号的上限值。
6.如权利要求5所述的动力转向装置，其特征在于，
所述相位超前信号的上限值的大小不低于所述转矩指令信号的上限值。
7.如权利要求6所述的动力转向装置，其特征在于，
所述转矩指令信号限幅部根据所述车速对所述转矩指令信号的上限值进行可变控制，
所述相位超前信号限幅部根据所述车速对所述相位超前信号的上限值进行可变控制。
8.如权利要求5所述的动力转向装置，其特征在于，
所述控制装置具有马达指令信号限幅部，该马达指令信号限幅部设置马达指令信号的上限值，该马达指令信号是将通过了所述转矩指令信号限幅部的信号与通过了所述相位超前信号限幅部的信号相加的信号。
9.如权利要求8所述的动力转向装置，其特征在于，
所述马达指令信号限幅部根据所述车速对所述马达指令信号的上限值进行可变控制。
10.如权利要求1所述的动力转向装置，其特征在于，
所述控制装置具备接收操舵速度的信号的操舵速度信号接收部，
所述转矩指令信号运算部在所述操舵速度的增加率小于规定值或所述操舵转矩的增加率小于规定值时对所述转矩指令信号进行运算，以使所述电动马达对所述操舵机构施加的操舵力比所述动力缸对所述操舵机构施加的操舵力小。
11.如权利要求1所述的动力转向装置，其特征在于，
所述控制装置在所述操舵转矩为规定值即操舵开始转矩以上时，开始所述电动马达的驱动控制，
所述动力缸在所述操舵转矩比所述操舵开始转矩小的区域，开始向所述操舵机构施加操舵力。
12.如权利要求1所述的动力转向装置，其特征在于，
所述转矩指令信号运算部对所述转矩指令信号进行运算，以使所述电动马达的旋转角成为目标角度，并且在操舵速度为规定值以下的状态即保舵状态时，对所述转矩指令信号进行减少修正。
13.如权利要求12所述的动力转向装置，其特征在于，
所述动力缸的操舵力在所述操舵转矩增大时的变化量与减少时的变化量之间具有差值，
所述转矩指令信号运算部在操舵速度为规定值以下的状态即保舵状态时，以所述差值的大小对所述转矩指令信号进行减少修正。
14.如权利要求1所述的动力转向装置，其特征在于，
所述转矩指令信号运算部在操舵速度比基于所述车速计算出的操舵速度上限值高的情况下，对述转矩指令信号进行减少修正。
15.如权利要求1所述的动力转向装置，其特征在于，
相对于所述操舵转矩的所述动力缸的操舵力不受所述车速的变化影响而具有单一的特性。
16.如权利要求1所述的动力转向装置，其特征在于，
所述输入轴具备：第一输入轴，其与所述方向盘连接；第二输入轴，其经由与所述扭力杆不同的转矩传感器用扭力杆与所述第一输入轴连接；
所述转矩传感器根据所述转矩传感器用扭力杆的扭转量来检测所述操舵转矩，
所述转矩传感器用扭力杆的刚性不低于所述扭力杆的刚性。
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