CN1721250A - 车辆转向设备和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车辆转向设备，包括：产生有待施加到手动转向装置上的转向反作用力的转向反作用致动器、将转向反作用力指令值输出到转向反作用力致动器的转向反作用力控制器、以及探测从路面输入到转向车轮的路面输入扭矩的路面输入扭矩探测器，其中，转向反作用力控制器包括从路面输入扭矩探测器的输出提取等于或低于预定频率的低频分量的低截止频率滤波器，并根据车辆驱动条件和低截止频率滤波器的输出设定转向反作用力指令值。本发明还提供了一种车辆转向方法。
Description
技术领域
本发明涉及这种一种类型的车辆转向设备，其中，方向盘和转向机构彼此机械上分离，即，所谓的电传转向(steer-by-wire)类型。本发明还涉及一种用于具有上述类型的转向设备的车辆的转向方法。
背景技术
出于告知驾驶员路面条件的目的，如在未实审日本专利出版物No.2003-182619中所公开的那样，传统的车辆转向设备构造成借助于位移传感器探测构成悬挂***一部分的减振元件的振幅，并由此除了针对车辆驱动条件确定的转向反作用力之外，还施加与减振元件的位移相对应的补充反作用力。
然而，传统的车辆转向设备具有的问题是，虽然它可以通过对应于位移传感器的探测值的补充反作用力来成功地应付路面的起伏，但是它不能反映路面摩擦系数(路面μ)的变化对转向反作用力的影响。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种车辆转向设备及方法，这种车辆转向设备及方法能够反映路面μ条件对转向反作用力的影响，并由此使车辆驾驶员能够获得关于路面μ条件的准确信息。
为了实现上述目的，根据本发明一个方面，提供了一种车辆转向设备，包括：使车辆的转向车轮转向的转向机构；控制车轮的被转向角的被转向角控制器；与转向机构机械分离并且手动操纵以可变化地控制转向角的手动转向装置；产生有待施加于手动转向装置上的转向反作用力的转向反作用力致动器；向转向反作用致动器输出转向反作用力指令值的转向反作用力控制器；以及探测从路面输入到车轮的路面输入扭矩的路面输入扭矩探测器，其中，转向反作用力控制器包括低截止频率滤波器，该低截止频率滤波器从路面输入扭矩探测器的输出中提取等于或低于第一预定频率的低频分量，并且该转向反作用力控制器根据车辆驱动条件和低截止频率滤波器的输出设定转向反作用力指令值。
根据本发明另一方面，提供了一种车辆转向设备，包括：使车辆的转向车轮转向的转向机构；控制车轮的被转向角的被转向角控制器；与转向机构机械分离并且手动操纵以可变化地控制转向角的手动转向装置；产生有待施加于手动转向装置上的转向反作用力的转向反作用力致动器；以及将转向反作用力指令值输出到转向反作用力致动器的转向反作用力控制器；其中，被转向角控制器包括扰动评估装置，该扰动评估装置评估扰动并确定扰动估计值，而转向反作用力控制器根据车辆驱动条件和由扰动评估装置所评估的扰动估计值来设定转向反作用力指令值。
根据本发明再一方面，提供了一种用于车辆的转向方法，该车辆包括：使车辆的转向车轮转向的转向机构、控制车轮的被转向角的被转向角控制器、与转向机构机械分离并手动操纵来可变化地控制转向角的手动转向装置、产生有待施加到手动转向装置上的转向反作用力的转向反作用力致动器、以及将转向反作用力指令值输出到转向反作用致动器的转向反作用力控制器，所述转向方法包括：探测从路面输入到车轮的路面输入扭矩，并产生表示路面输入扭矩的输出；从该输出中提取等于或低于第一预定频率的频率分量；以及根据车辆驱动条件和从其中提取低于所述第一预定频率的低频分量的输出设定转向反作用力指令值。
根据本发明又一方面，提供了一种用于车辆的转向方法，所述车辆包括：使车辆的转向车轮转向的转向机构、控制车轮的被转向角的被转向角控制器、与转向机构机械分离并手动操纵来可变化地控制转向角的手动转向装置、产生有待施加到手动转向装置上的转向反作用力的转向反作用力致动器、以及将转向反作用力指令值输出到转向反作用力致动器的转向反作用力控制器，所述转向方法包括：评估扰动并确定扰动估计值；以及根据车辆驱动条件和扰动估计值来设定转向反作用力指令值。
附图说明
图1是采用根据本发明第一实施例的车辆转向设备的电传转向***的示意性方框图；
图2是第一实施例的车辆转向设备的转向反作用力控制器和转向角控制器的方框图；
图3是示出采用根据本发明第一实施例的车辆转向设备的电传转向***的控制块的简图；
图4是第一实施例的车辆转向设备的转向反作用力控制器的马达控制指令值计算装置或部分的控制块的简图；
图5A到5D是示出高截止频率滤波器和低截止频率滤波器的操作的视图；
图6是在第一实施例的车辆转向设备的反作用装置控制器中执行的转向反作用力控制的流程图；
图7是示出采用根据本发明第二实施例的车辆转向设备的电传转向***的控制块的简图；
图8是示出第二实施例的车辆转向设备的转向反作用力控制器的马达控制指令值计算装置或部分的控制块的简图；
图9是第二实施例的车辆转向设备的被转向角控制器的方块图，其中采用鲁棒模型匹配技术；以及
图10是在第二实施例的车辆转向设备的转向反作用力控制器中所执行的转向反作用力控制的流程图。
具体实施方式
首先参照图1和2，采用根据本发明第一实施例的车辆转向设备的电传转向***构造成：具有方向盘(手动转向装置或单元)1和转向反作用力致动器2的转向反作用装置3与具有转向车轮4、5和车辆转向致动器6的车辆转向装置7机械上分离。
除了方向盘1和转向反作用力致动器2之外，转向反作用装置3还包括转向柱轴8，转向反作用力致动器2借助于齿减速机构(未示出)设置在该转向柱轴8上。
转向反作用力致动器2是一个具有离合器的马达，并具有马达轴，用作反作用马达角度探测装置或部分的反作用马达角度传感器9设置在该马达轴上。
作为控制转向反作用力致动器2的电控装置，提供了一个反作用装置控制器10(转向反作用力控制装置或控制器)。来自转向反作用马达角度传感器9、车速传感器(车速探测装置或部分)11、和用于探测作用在车辆转向装置7的转向机构13的齿条轴上的轴向力的轴向力传感器(轴向力探测装置或部分)12的信息输入到该反作用装置控制器10中。轴向力传感器12用作路面输入扭矩探测装置或探测器，用来探测从路面输入到转向车轮4、5的路面输入扭矩。
反作用装置控制器10包括马达控制指令值计算装置或部分、马达驱动装置或部分、以及目标被转向角计算装置或部分，其中马达控制指令值计算装置或部分用来通过使马达扭矩指令值Tm经历限制器处理来计算马达控制指令值Tms，而马达扭矩指令值Tm是等效转向输入扭矩Ts和等效转向输出扭矩Tf之和；马达驱动装置或部分用于借助马达驱动电路将马达控制指令值Tms转换成施加到转向反作用力致动器2的指令电流；而目标被转向角或部分用于计算装置用于根据转向反作用马达角度传感器9的输出计算转向车轮4、5的目标被转向角。
在车辆转向装置7中，转向机构13由车辆转向致动器6驱动，而转向车轮4、5借助于运动转换机构14、15连接到转向机构13的相对的两个端部上。
类似于转向反作用力致动器2，车辆转向致动器6是具有离合器的马达，并设置有转向马达角度传感器16，该转向马达角度传感器16构成用于探测马达轴的转动圈数的转向马达角度探测装置或部分。
作为控制车辆转向致动器6的电控装置，提供了一个转向装置控制器(被转向角控制装置或控制器)17，其借助于用来交换信息的双向通信线路18连接到反作用装置控制器10上。来自转向马达角度传感器16的输入信息被输入到转向装置控制器17。
转向装置控制器17包括马达控制指令值计算装置或部分以及马达驱动装置或部分，其中，马达控制指令值计算装置或部分利用目标转向角、模型匹配补偿器和电流限制器来计算马达控制指令值，而马达驱动装置或部分用于通过马达驱动电路来驱动马达，该马达驱动电路将马达驱动指令值转变成要施加到车辆转向致动器6的指令电流。
图3示出采用第一实施例的车辆转向设备的电传转向***。
电传转向***可以分成包括反作用装置控制器10和转向反作用力致动器2的转向反作用力侧以及包括转向装置控制器17和车辆转向致动器6的被转向侧。
作为输入，反作用装置控制器10被提供来自车辆转向致动器6的实际被转向角、来自转向反作用力致动器2的实际转向角、以及来自轴向力传感器12的轴向力。反作用装置控制器10向转向反作用力致动器2输出指令电流，并向转向装置控制器17输出目标被转向角。
作为输入，转向反作用力致动器2被提供来自反作用装置控制器10的指令电流和来自驾驶员的转向力，并向反作用装置控制器10输出一个实际转向角。
作为输入，转向装置控制器17被提供来自反作用装置控制器10的目标被转向角以及来自车辆转向致动器6的实际被转向角，并向车辆转向致动器6输出一个指令电流。
作为输入，车辆转向致动器6被提供来自转向装置控制器17的指令电流，并向反作用装置控制器10和转向装置控制器17输出实际被转向角。
图4是示出车辆转向设备的反作用装置控制器10的马达控制指令值计算装置或部分的简图。
首先，反作用装置控制器10包括：用于计算等效转向输入扭矩(即，与转向输入等效的扭矩)Ts的计算部分、用于计算等效转向输出扭矩(即，与转向输出等效的扭矩)Tf的计算部分、用于计算瞬时变化的等效路面μ扭矩(即，与路面μ等效的扭矩)To的计算部分、第一限制器处理部分10p和第二限制器处理部分10q。
用于计算等效转向输入扭矩Ts的计算部分包括增益设定装置10a、微分器10b、增益设定装置10c、和加法器10d，其中增益设定装置10a用于通过以增益Ka乘以等效转向输入扭矩Ts而获得扭矩Ta，微分器10b用来对实际转向角θs作时间微分，增益设定装置10c用来通过以增益Kas乘以实际转向角θs而获得扭矩Tas，而加法器10d用来通过将Tas与Ta相加来计算等效转向输入扭矩Ts。
Ts＝Ta+Tas＝Ka·θs+Ks·dθs/dt
用于计算等效转向输出扭矩Tf的计算部分包括：差值计算器10e，用于计算目标被转向角θta和实际被转向角θt之间的被转向角差θts；增益设定装置10f，用于通过以增益Kfa乘以被转向角差θts而获得扭矩Tfa；微分器10g，用于对被转向角差θts作时间微分；增益设定装置10h，用于通过以增益Kfas乘以被转向角差θts的微分值而获得扭矩Tfs；以及加法器10i，用于通过将Tfas与Tfa相加来计算等效转向输出扭矩Tf。
θts＝|θta-θt|
Tf＝Tfa+Tfas＝Kfa·θts+Kfs·dθts/dt
用于计算等效路面μ扭矩To的计算部分包括：高截止频率滤波器10j，用于从轴向力传感器12的输出F中提取等于或低于第二预定频率的频率分量FH；低截止频率滤波器10k，用于提取等于或低于第一预定频率(第一预定频率低于第二预定频率)的频率分量FL；差值计算器10m，用于获得两个分量FH和FL之间的差值FH-L；以及增益设定装置10n，用于通过以增益Kfo乘以差值FH-L来计算等效路面μ扭矩To。
To＝Kfo×(FH-TL)
第二预定频率(截止频率)设定在这样的一个值处，使得被提取的频率分量的频率范围不包括较多包含噪声分量的高频范围。于是，通过滤波器的作用，噪声分量被截去，而不会影响转向反作用力，从而使得可以防止驾驶员对转向操作产生奇怪感觉。
第一限制器处理部分10p使Tc经历限制器处理(极限值Ls)并产生Tc1，其中Tc是通过利用加法器10r计算等效转向输入扭矩Ts和等效转向输出扭矩Tf的和获得的。
Tc＝Ts+Tf
在这个方面，极限值Ls根据车速V和转向角θs设定，使得即使在转向角θs和方向盘角速度dθs/dt变得很大的情况下转向反作用力也不会变得过大或过分大，并另外根据轴向力F的低频分量FL设定，使得转向力具有一个稳定状态路面μ变化部分。
第二限制器处理部分10q通过使Tt经历限制器处理(极限值Lm)来计算马达控制指令值Tms，其中Tt是通过借助加法器10s计算Tc1和等效路面扭矩To的和而获得的。
在这方面，极限值Lm设定成不等于或大于转向反作用力致动器2的额定值。
下面描述车辆转向设备的操作。
[等效路面μ扭矩的计算]
等效路面μ扭矩计算部分如图5A所示通过使作为轴向力传感器12的输出的轴向力F通过低截止频率滤波器10k而如图5B所示获得上述分量FL。此外，等效路面μ扭矩计算部分如图5C所示通过使轴向力F通过高截止频率滤波器10j而获得上述分量FH。
然后，差值计算器10m如图5D所示通过从分量FH中减去分量FL而获得上述差值FH-L，并通过使FH-L通过增益设定装置10n而获得瞬间变化的路面等效扭矩。
[转向反作用力控制过程]
图6示出在这个实施例的车辆转向设备1的反作用装置控制器10内执行的转向反作用力控制过程。下面，将对控制过程的每个步骤加以描述。
在步骤6-1中，读取来自反作用马达角度传感器9的反作用马达角度θms、来自车速传感器11的车速V和来自轴向力传感器12的轴向力F。然后，控制进行到步骤6-2。
在步骤6-2中，反作用马达角度θms被马达(致动器)2和转向柱轴8之间的减速传动比Rs除，并由此转变成转向角θs(θs＝θms/Rs)。然后，控制进行到步骤6-3。
在步骤6-3中，确定在步骤6-2中通过转变获得的转向角θs是否等于或大于由被转向侧位移元件的可位移量所确定的最大值θmax。当答案是肯定的时，控制进行到步骤6-4。当答案是否定的时，控制进行到步骤6-6。同时，在转向侧和被转向侧之间的转向传动比可变时，最大值θmax通过考虑传动比来加以确定。
在步骤6-4中，如果在步骤6-3中确定了转向角θms等于或大于最大值θmax，则转向角θs经历极限值Lm的限制器处理，并且控制进行到步骤6-5。
在步骤6-5中，在步骤6-4中获得的极限值Lm被确定为马达控制指令值Tms。由此，转向角θs恒定地保持在最大值θmax。同时，与常规情况下(步骤6-22)相比，以类脉冲方式使转向反作用力变大。然后，控制返回到步骤6-1。
在步骤6-6中，如果在步骤6-3中确定了转向角θs小于最大值θmax，则对在步骤6-2中获得的转向角θs进行时间微分，由此计算方向盘角速度dθs/dt，并且控制进行到步骤6-7。
在步骤6-7中，在步骤6-2中获得的转向角θs乘以基于事先通过车速V确定的目标响应和阻尼系数算得的增益Ka，由此计算角度项扭矩Ta(Ta＝Ka×θs)，并且控制进行到步骤6-8。
在步骤6-8中，在步骤6-6中获得的方向盘角速度dθs/dt乘以基于已经事先根据车速V确定的目标响应和阻尼系数算得的增益Kas，由此计算角速度项扭矩Tas(Tas＝Kas×dθs/dt)。然后，控制进行到步骤6-9。
在步骤6-9中，计算在步骤6-7、6-8中获得的角度项扭矩Ta和角速度项扭矩Tas的和，并且该计算结果被表示为Ts(Ts＝Ta+Tas)。然后，控制进行到步骤6-10。
在步骤6-10中，计算目标被转向角θta和实际被转向角θt之间的差值θts，且控制进行到步骤6-11。
在步骤6-11中，对在步骤6-10中获得的目标被转向角θta和实际被转向角θt之间的差值θts作时间微分，以获得dθts/dt，且控制进行到步骤6-12。
在步骤6-12中，在步骤6-10中获得的目标被转向角θta和实际被转向角θt之间的差值θts乘以对应于车速V的增益Kfa，且计算结果被表示为Tfa，然后，控制进行到步骤6-13。
在步骤6-13中，在步骤6-11中通过对θts作时间微分而获得的dθts/dt乘以对应于车速V的增益Kfas，并且计算结果表示为Tfas(Tfas＝Kfas×dθts/dt)。然后控制进行到步骤6-14。
在步骤6-14中，计算在步骤6-12、6-13中获得的Tfa和Tfas的和，并且计算结果表示为Tf(Tf＝Tfa+Tfas)。然后，控制进行到步骤6-15。
在步骤6-15中，在步骤6-14中获得的Tf被加到在步骤6-9中获得的Ts上，且计算结果表示为Tc(Tc＝Ts+Tf)。然后，控制进行到步骤6-16。
在步骤6-16中，使步骤6-1中读取的轴向力F通过其截止频率(第一预定频率)例如设定为从3到5Hz范围内的一个值的低截止频率滤波器10k和其截止频率(第二预定频率)例如设定为从30到50Hz范围内的一个值的高截止频率滤波器10j，并且各滤波器的输出分别表示为FL和FH。然后，控制进行到步骤6-17。
在步骤6-17中，利用根据步骤6-1中读取的车速V和转向角θs以及根据步骤6-16中获得的FL获得的极限值Ls，使在步骤6-15中获得的Tc经历限制器处理，且处理结果表示为Tc1。然后，控制进行到步骤6-18。
在步骤6-18中，计算在步骤6-16中获得的FH和FL之间的差值，并且计算结果表示为FH-L(FH-L＝FH-FL)。然后，控制进行到步骤6-19。
在步骤6-19中，在步骤6-18中获得的FH-L乘以增益Kfo，且计算结果表示为To(To＝Kfo×FH-L)。然后，控制进行到步骤6-20。
在步骤6-20中，在步骤6-19中获得的To被加到步骤6-17中获得的Tc1上，并且计算结果表示为Tt(Tt＝Tc1+To)。然后，控制进行到步骤6-21。
在步骤6-21，在步骤6-20中获得的Tt经历极限值Lm的限制器处理，该极限值是为了保护马达而事先确定的，由此计算马达控制指令值Tms。然后，控制进行到步骤6-22。
在步骤6-22中，基于马达控制指令值Tms执行转向反作用力致动器2的控制，并且控制返回到步骤6-1，用于另一个循环的等效路面μ扭矩计算。
[转向反作用力控制的操作]
在转向角θs小于基于被转向侧位移元件的可位移量确定的最大值θmax的情况下，控制在图6的流程图中以步骤6-1、步骤6-2、步骤6-3、步骤6-6、步骤6-7、步骤6-8和步骤6-9的顺序进行。在步骤6-9中，计算步骤6-7中获得的角度项扭矩Ta和步骤6-8中获得的角速度项扭矩Tas的和，由此计算等效转向输入扭矩Ts。
然后，控制从步骤6-9按照步骤6-10、步骤6-11、步骤6-12、步骤6-13和步骤6-14的顺序进行。在步骤6-14中，计算在步骤6-12中获得的角度差项扭矩Tfa和步骤6-13中获得的微分角度差项扭矩Tfas的和，由此计算等效转向输出扭矩Tf。
在步骤6-15中，在步骤6-9中获得的等效转向输入扭矩Ts和在步骤6-14中获得的等效转向输出扭矩Tf相加到一起，由此计算Tc。然后，在步骤6-16中，在步骤6-1中读取的轴向力F通过低截止频率滤波器10k和高截止频率滤波器10j，由此计算FL和FH。
然后，在步骤6-17中，利用根据车速V和转向角θs以及根据步骤6-16中获得的FL获得的极限值Ls，使在步骤6-15中获得的Tc经历限制器处理。
从而，在转向角θs和方向盘角速度dθs/dt变大时，可以防止转向反作用力变得过大或太大，由此防止方向盘1失效或难于由驾驶员进一步转动，并可以获得与车辆特性相对应的预期转向反作用特性。
此外，由于除了车速V和转向角θs之外，极限值Ls考虑到轴向力F的低频分量FL是可变的，因此可以计算反映稳态条件的Tc1。为此原因，在路面μ的变化导致稳态条件的值的变化时，可以响应路面μ的变化计算转向反作用力。
然后，控制从步骤6-17以步骤6-18和步骤6-19的顺序进行。在步骤6-19中，通过以增益Kfo乘以步骤6-18中获得的FH和FL之间的差值FH- L，计算出瞬时变化的等效路面扭矩To。
从而，由于从稳态部分中截去的瞬时变化部分作为转向反作用力的一个分量被加到转向反作用力，因此，驾驶员可以接收到瞬时变化的、关于来自路面或车辆外部的输入的准确信息(即，关于路面起伏等的信息)。
然后，控制从步骤6-19按照步骤6-20、步骤6-21和步骤6-22的顺序进行。在步骤6-21中，在步骤6-20中获得的Tt经历极限值Lm的限制器处理，由此计算马达控制指令值Tms。在步骤6-22中，执行基于马达控制指令值Tms的转向反作用力致动器2的马达控制。
从而，在计算出等于或大于转向反作用力致动器2的额定值的马达控制指令值的情况下，马达控制指令值经历限制器处理，由此可以防止过大的电流流过马达并从而保护马达。
在转向角θs等于或大于根据被转向侧位移元件的可位移量确定的最大值θmax的情况下，控制在图6的流程图中按照步骤6-1、步骤6-2、步骤6-3、步骤6-4和步骤6-5的顺序进行。在步骤6-4中，转向角θs经历极限值Lm的限制器处理。在步骤6-5中，转向角θs恒定地保持于θmax，且与常规控制时的相比，转向反作用力以类脉冲方式增加。
于是，通过与常规控制时的相比，以类脉冲方式增加转向反作用力，可以告知驾驶员方向盘被转动到最大转向角，并防止方向盘1被驾驶员1过渡转向。
此外，由于用于被转向角的指令值是由转向角θs确定的，转向角θs所经历的限制器处理使得可以防止被转向侧位移元件撞击限位块。
本发明的车辆转向设备具有如下效果：
(1)由于设置了用来探测作用于转向机构13齿条轴上的轴向力的轴向力传感器12、以及用于从轴向力传感器12的输出F中提取等于或小于第一预定频率的频率分量的低截止频率滤波器10k，且反作用装置控制器10根据车辆驱动条件(车速V和转向角θs)以及低截止频率滤波器10k的输出FL设定用来限制转向反作用力的极限值Lm，并确定马达控制指令值Tms，因此，可以产生对应于稳态路面μ的转向反作用力并可以准确地告知驾驶员路面条件。
(2)由于设置了从轴向力传感器12的输出F中提取低于比第一预定频率高的第二预定频率的频率分量的高截止频率滤波器10j，且反作用装置控制器10构造用来将对应于高截止频率滤波器10j的输出FH与低截止频率滤波器10k的输出FL之间的差值FH-L的等效路面μ扭矩To加到对应于车辆驱动条件(车速V和转向角θs)的等效转向输入扭矩Ts和等效转向输出扭矩Tf上，从稳态部分中截去的瞬时变化部分作为转向反作用力的一个分量被加到转向反作用力上，因此，驾驶员可以获得瞬时变化的、关于来自路面或车辆外部的输入的准确信息(即，关于路面起伏等的信息)。
(3)由于反作用装置控制器10构造用来在转向角θs达到最大转向角θmax时将转向角θs恒定地保持于最大转向角θmax，并且转向反作用力被处理以便以类脉冲方式增加，因此，可以告知驾驶员转向角正处于最大转向角，并可以防止驾驶员过渡转动方向盘1以及防止被转向侧位移元件撞击限位块。
(4)由于转向反作用力致动器2由具有离合器的马达构成，该离合器可以在马达的不经意驱动时脱开，用来防止产生过大的反作用力。
(5)由于用来探测从路面输入到转向车轮4、5的路面输入扭矩的路面输入扭矩探测部分由用来探测输入到转向机构13的齿条轴上的轴向力的轴向力传感器12构成，因此，驾驶员可以获得关于路面条件的准确信息。此外，与具有探测减振元件振动振幅的位移传感器的传统设备相比，实现了低成本。
参照图7到10，下面描述根据本发明第二实施例的车辆转向设备。
第二实施例与第一实施例不同之处在于：转向装置控制器17设置有扰动评估部分，该扰动评估部分用作路面探测部分，用来探测从路面输入到转向车轮4、5的路面输入扭矩。因此，在图7到10中，与第一实施例中的那些类似的部件和部分由相同的附图标记标识，并为了清晰起见而省略对它们的重复描述。
反作用装置控制器10仅只将来自被转向侧(即，车轮侧)的转向装置控制器17的扰动估计值馈送回转向反作用力侧(即，转向侧)，并且作为输入接收来自车辆转向致动器6的实际被转向角和来自转向反作用力致动器2的实际转向角。反作用装置控制器10将指令电流输出到转向反作用力致动器2并将目标被专线角输出到转向装置控制器18。
图8是示出第二实施例的车辆转向设备的反作用装置控制器10的马达控制指令值计算装置或部分的控制块的简图。借助于增益设定装置10t，用增益Ko乘以从转向装置控制器17的扰动补偿器输出的路面扰动估计值Tgs，由此产生等效路面μ扭矩To。
图9是示处采用鲁棒模型匹配技术的转向装置控制器17的控制块的简图。在此，“鲁棒模型匹配技术”是这样一种技术，即：事先确定作为有待控制的对象的车辆动态特性的模型并对车辆进行控制，使得车辆动态特性与模型相吻合，同时将建模中的误差以及扰动的影响减至最小。
首先，转向装置控制器17包括模型匹配补偿器17a、扰动补偿器17b、差值计算器17c和电流限制器17d。
模型匹配补偿器17a是前馈补偿器，它接收指令马达角度θtam和实际马达角度θtm作为输入，并输出马达指令电流，该电流使车辆转向设备的响应特性与预定响应特性相吻合。
扰动补偿器17b是鲁棒补偿器，作为输入，它接收作为被控制对象的输入的指令电流和作为被控制对象的输出的实际马达角度θtm，并输出通过估计包含建模中的误差的控制阻碍因子而获得的、作为扰动的扰动估计值Tg。此外，扰动估计值Tg通过扰动补偿器17b内的高截止滤波器和低截止滤波器，以产生TgH和TgL，而同时产生作为TgH和TgL之间的差值的路面扰动估计值Tgs，并将低频分量TgL和路面扰动估计值Tgs输出到反作用装置控制器10。
差值计算器17c从来自模型匹配补偿器17a的马达电流值中减去来自扰动补偿器17b的扰动估计值Tg，并产生不受扰动影响的指令电流。
当来自差值计算器17c的指令电流等于或低于作为车辆转向致动器6的额定值的极限电流时，电流限制器17d将指令电流按其原样输出到车辆转向致动器6，而当指令电流大于极限电流时，电流限制器17d将极限电流输出到作为被控对象的车辆转向致动器6。
下面描述操作过程。
[转向反作用力控制过程]
图10是示出在根据本发明第二实施例的车辆转向设备的反作用装置控制器10中所执行的转向反作用力控制过程的流程图。下面，将对控制过程的每个步骤加以描述。同时，步骤10-2到10-15分别执行与步骤6-2到6-15中所执行的相同的处理过程，而步骤10-18到10-20分别执行与步骤6-20到6-22中所执行的相同的处理过程，因此为了简单起见省略了对它们的重复描述，并且仅对与第一实施例不同的各步骤加以描述。
在步骤10-1中，读取来自反作用马达角度传感器9的反作用马达角度θms、来自车速传感器11的车速V和来自转向装置控制器17的扰动补偿器17b的低频分量TgL和路面估计值Tgs，在转向装置控制器17中应用鲁棒模型匹配技术进行转向角控制。然后，控制进行到步骤10-2。
在步骤10-16中，利用根据转向角θs和低频分量TgL获得的极限值Ls，使在步骤10-15中获得的Tc经历限制器处理，并且处理结果表示为Tc1。然后，控制进行到步骤10-17。
在步骤10-17中，在步骤10-1中读取的路面扰动估计值Tgs与增益Ko相乘，且计算结果表示为等效路面扭矩To。然后，控制进行到步骤10-18。
[转向反作用力控制的操作过程]
在转向角θs小于由被转向侧位移元件的可位移量确定的最大值θmax的情况下，程序控制在图10的流程图中按照步骤10-1、步骤10-2、步骤10-3、步骤10-6、步骤10-7、步骤10-8、步骤10-9、步骤10-10、步骤10-11、步骤10-12、步骤10-13、步骤10-14和步骤10-15的顺序进行。在步骤10-15中，在步骤10-9中获得的等效转向输入扭矩Ts和等效转向输出扭矩Tf加在一起，由此计算Tc。
然后，在步骤10-16中，利用在步骤10-1中读取的车速V和转向角θs以及根据TgL获得的极限值Ls，使Tc经历限制器处理。
从而，在转向角θs和方向盘角速度dθs/dt变大时可以防止转向角变得过分大，由此防止方向盘1失效或变得难于被驾驶员进一步转动，并使得可以获得与车辆特性相对应的预期转向反作用特性。
此外，由于除了转向角θs之外，极限值Ls考虑到扰动估计值Tg的低频分量TgL可变化地加以确定，因此，可以计算反映稳态条件的Tc1。为此原因，在路面μ的变化导致稳态条件的数值变化时，可以响应路面μ的变化来计算转向反作用力。
在步骤S10-17中，在步骤10-1中读取的路面扰动估计值Tgs与增益Ko相乘，由此计算等效路面扭矩To。
因此，被转向侧控制具有抗扰动的较大稳定性。从而，即使在施加了来自路面等的扰动几乎不会在目标被转向角和实际被转向角之间造成任何差异的情况下，通过仅只将鲁棒模型匹配技术的扰动补偿器17b所评估的扰动部分馈送回用于计算转向反作用力的转向反作用力侧，也可以将与瞬时变化的扰动部分相对应的转向反作用力部分精确地加入到转向反作用力上。由于在被转向侧控制中，对扰动部分进行估计，以用于使目标被转向角和实际车轮角度彼此吻合，并且对指令电流进行计算以便抵消扰动部分，因此，即使在几乎不会在目标被转向角和实际被转向角之间造成任何差异的情况下，也可以评估扰动部分。
此外，由于扰动部分由用于被转向角控制中的鲁棒模型匹配技术的扰动补偿器17b来评估，同时利用目标被转向角和实际被转向角之间的差异评估路面反作用力，因此，可以获得更精确的扰动评估，并更加接近车辆特性地模拟转向反作用力。
此外，由于扰动是通过利用用于被转向角控制中的鲁棒模型匹配技术的扰动补偿器17b来评估的，因此不需要额外的用于转向反作用力控制的扰动补偿器。
除了第一实施例的效果(1)到(4)之外，根据第二实施例的车辆转向设备还可以产生如下效果。
(6)由于转向反作用力控制装置或部分构造用来根据车辆驱动条件(车速V，转向角θs)和转向装置控制器17的扰动评估装置17b的估计值(扰动估计值Tg的低频分量TgL、路面扰动估计值Tgs)设定马达控制指令值Tms，因此可以省去诸如第一实施例中的轴向力传感器或传统设备中的位移传感器等探测器，由此可以降低成本。
(7)由于扰动评估装置17b是用于鲁棒模型匹配技术中的鲁棒补偿器，其中鲁棒模型匹配技术用于转向装置控制器17中来达到将建模中的误差和扰动的影响减小到最小的目的，因此不必要提供额外的扰动评估装置。
日本专利申请P2004-158211的整个内容(2004年5月27日提出申请)纳入本文作为参考。
虽然上面参照本发明的特定实施例对本发明进行了描述，但是本发明不局限于上述的实施例。鉴于上面的教导，本领域技术人员可以想到上述实施例的各种改进和变型。本发明的范围参照所附的权利要求书限定。
Claims (13)
1.一种车辆转向设备，包括：
使车辆的转向车轮转向的转向机构；
控制车轮的被转向角的被转向角控制器；
与转向机构机械分离并且手动操纵以可变化地控制转向角的手动转向装置；
产生有待施加于手动转向装置上的转向反作用力的转向反作用力致动器；
向转向反作用致动器输出转向反作用力指令值的转向反作用力控制器；以及
探测从路面输入到车轮的路面输入扭矩的路面输入扭矩探测器，
其中，转向反作用力控制器包括低截止频率滤波器，该低截止频率滤波器从路面输入扭矩探测器的输出中提取等于或低于第一预定频率的低频分量，并且该转向反作用力控制器根据车辆驱动条件和低截止频率滤波器的输出设定转向反作用力指令值。
2.如权利要求1所述的车辆转向设备，其中，转向反作用力控制器还包括高截止频率滤波器，该高截止频率滤波器从路面输入扭矩探测器的输出中提取等于或低于第二预定频率的频率分量，该第二预定频率高于所述第一预定频率，并且该转向反作用力控制器根据车辆驱动条件和高截止频率滤波器的输出与低截止频率滤波器的输出之间的差值来设定转向反作用力指令值。
3.如权利要求1所述的车辆转向设备，其中，在转向角达到最大转向角时，转向反作用力控制器将转向角恒定地保持于最大转向角，并以通过类脉冲方式增加转向反作用力的方法设定转向反作用力指令值。
4.如权利要求1所述的车辆转向设备，其中，转向反作用力致动器包括具有离合器的马达。
5.如权利要求1所述的车辆转向设备，其中，路面输入扭矩探测器包括轴向力传感器，该轴向力传感器探测输入到转向机构齿条轴上的轴向力。
6.一种车辆转向设备，包括：
使车辆的转向车轮转向的转向机构；
控制车轮的被转向角的被转向角控制装置；
与转向机构机械分离并且手动操纵以可变化地控制转向角的手动转向装置；
产生有待施加于手动转向装置上的转向反作用力的转向反作用力致动器；
将转向反作用力指令值输出到转向反作用力致动器的转向反作用力控制装置；以及
探测从路面输入到车轮的路面输入扭矩的路面输入扭矩探测装置；
其中，转向反作用力控制装置包括低截止频率滤波器，该低截止频率滤波器从路面输入扭矩探测器的输出中提取等于或低于第一预定频率的低频分量，且转向反作用力控制装置根据车辆驱动条件和低截止频率滤波器的输出来设定转向反作用力指令值。
7.一种车辆转向设备，包括：
使车辆的转向车轮转向的转向机构；
控制车轮的被转向角的被转向角控制器；
与转向机构机械分离并且手动操纵以可变化地控制转向角的手动转向装置；
产生有待施加于手动转向装置上的转向反作用力的转向反作用力致动器；以及
将转向反作用力指令值输出到转向反作用力致动器的转向反作用力控制器，
其中，被转向角控制器包括扰动评估装置，该扰动评估装置评估扰动并确定扰动估计值，而转向反作用力控制器根据车辆驱动条件和由扰动评估装置所评估的扰动估计值来设定转向反作用力指令值。
8.如权利要求7所述的车辆转向设备，其中，扰动评估装置包括用于用来将建模中的误差以及扰动的影响减小到最小的鲁棒模型匹配技术中的鲁棒补偿器。
9.一种车辆转向设备，包括：
使车辆的转向车轮转向的转向机构；
控制车轮的被转向角的被转向角控制装置；
与转向机构机械分离并且手动操纵以可变化地控制转向角的手动转向装置；
产生有待施加于手动转向装置上的转向反作用力的转向反作用力致动器；以及
用于将转向反作用力指令值输出到转向反作用力致动器的转向反作用力控制装置，
其中，被转向角控制装置包括扰动评估装置，该扰动评估装置评估扰动并确定扰动估计值，而转向反作用力控制装置根据车辆驱动条件和由扰动评估装置所评估的扰动估计值来设定转向反作用力指令值。
10.一种用于车辆的转向方法，该车辆包括：使车辆的转向车轮转向的转向机构、控制车轮的被转向角的被转向角控制器、与转向机构机械分离并手动操纵来可变化地控制转向角的手动转向装置、产生有待施加到手动转向装置上的转向反作用力的转向反作用力致动器、以及将转向反作用力指令值输出到转向反作用力致动器的转向反作用力控制器，所述转向方法包括：
探测从路面输入到车轮的路面输入扭矩，并产生表示路面输入扭矩的输出；
从该输出中提取等于或低于第一预定频率的频率分量；以及
根据车辆驱动条件和从其中提取等于或低于所述第一预定频率的低频分量的输出设定转向反作用力指令值。
11.如权利要求10所述的转向方法，其中还包括从所述输出中提取等于或低于第二预定频率的频率分量，该第二预定频率高于第一预定频率，其中所述设定还包括根据车辆驱动条件以及从其中提取等于或低于第一预定频率的频率分量的输出与从其中提取等于或低于第二预定频率的频率分量的输出之间的差值来设定转向反作用力指令值。
12.一种用于车辆的转向方法，其中所述车辆包括：使车辆的转向车轮转向的转向机构、控制车轮的被转向角的被转向角控制器、与转向机构机械分离并手动操纵来可变化地控制转向角的手动转向装置、产生有待施加到手动转向装置上的转向反作用力的转向反作用力致动器、以及将转向反作用力指令值输出到转向反作用力致动器的转向反作用力控制器，所述转向方法包括：
评估扰动并确定扰动估计值；以及
根据车辆驱动条件和扰动估计值来设定转向反作用力指令值。
13.如权利要求12所述的转向方法，其中，所述评估步骤包括利用鲁棒模型匹配技术，用于将建模中的误差和扰动的影响减至最小。
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