CN111746628A - 转向控制装置 - Google Patents

Abstract

转向控制装置包括处理器(1)。该处理器(1)被配置成计算轴向力分量和限制反作用力。该处理器(1)还被配置成基于通过将轴向力分量和限制反作用力相加所获得的反作用力分量来计算目标反作用扭矩。该处理器(1)还被配置成将反作用力分量的绝对值限制为极限值或更小，该极限值是使得反作用力分量不会变得太大的值。

Description

转向控制装置

技术领域

本发明涉及转向控制装置。

背景技术

下述线控转向式转向系统作为一种类型的转向系统是已知的：在该线控转向式转向系统中，由驾驶员进行转向的转向单元与根据驾驶员的转向操作使被转向轮转向的被转向单元之间的动力传递被机械地分离。在这种转向系统中，施加在被转向轮上的路面反作用力等不是被机械地传递给方向盘。因此，对这种类型的转向系统进行控制的一些转向控制装置通过将考虑到路面信息而产生的转向反作用力从转向侧致动器(转向侧马达)施加至方向盘来将路面信息发送给驾驶员。

例如，日本未经审查的专利申请公开No.2017-165219(JP 2017-165219 A)公开了下述转向控制装置：该转向控制装置利用了作用于与被转向轮联接的被转向轴上的轴向力。该转向控制装置通过与方向盘的目标转向角度相对应的目标转向角度来计算角度轴向力，并且通过用于作为转向侧致动器的驱动源的转向侧马达的驱动电流来计算电流轴向力。该转向控制装置获得包括有以预定的分配比的角度轴向力和电流轴向力的分配轴向力并且基于该分配轴向力来确定转向反作用力。

JP 2017-165219 A的该转向控制装置还利用了端部反作用力作为在确定转向反作用力时所考虑的反作用力。该端部反作用力是下述反作用力：该反作用力使当发生所谓的“端部撞击”时——即当作为齿条轴的端部的齿条端部撞击齿条壳体时——施加的冲击减小。在方向盘的转向角度大于转向角度阈值的情况下，施加该端部反作用力。该转向角度阈值是与下述假想齿条端部位置相对应的值：该假想齿条端部位置被设定为比齿条轴的轴向运动受到机械限制的实际齿条端部位置更靠近于中立位置。由于施加了端部反作用力，因此在发生端部撞击之前，驾驶员被限制无法进一步转动方向盘。因此，产生冲击的可能性较小。

发明内容

近年来，这种转向控制装置已经不仅需要向驾驶员发送路面信息，而且还需要通过施加转向反作用力来更适当地向驾驶员告知转向系统的状况。仍然不能说JP 2017-165219 A的配置已经达到了所需的水平。因此，需要一种下述新技术：该新技术不仅可以适当地告知驾驶员方向盘已经被转向至靠近齿条端部位置的位置，而且还可以告知驾驶员转向系统的其他状况。

本发明提供了一种能够适当地向驾驶员告知转向系统的状况的转向控制装置。

根据本发明的一方面的转向控制装置对转向系统进行控制，该转向系统具有下述结构：在该结构中，转向单元与被转向单元之间的动力传递被机械分离，该被转向单元是根据被输入到转向单元的转向操作来使被转向轮转向的单元，该转向控制装置被配置成对设置于转向单元中的转向侧马达的操作进行控制，使得产生与目标反作用扭矩相对应的马达扭矩，并且该目标反作用扭矩是下述转向反作用力的目标值：该转向反作用力是抵抗被输入到转向单元的转向操作的力。该转向控制装置包括处理器。该处理器被配置成计算与作用在操作以使被转向轮转向的被转向轴上的轴向力相对应的轴向力分量。该处理器还被配置成计算限制反作用力，该限制反作用力用以限制使被转向轮在一个方向上转向的转向操作从而使得车辆处于被转向轮在该一个方向上的转向受到限制的状况。该处理器还被配置成基于通过将轴向力分量和限制反作用力相加而获得的反作用力分量来计算目标反作用扭矩。该处理器还被配置为将反作用力分量的绝对值限制为极限值或更小，该极限值是使得反作用力分量不会变得太大的值。

根据本发明的上述方面的转向控制装置，引入了限制反作用力。因此，当车辆处于被转向轮在一个方向上的转向受到限制的状况时，可以施加较大的转向反作用力。因此，驾驶员可以被告知被转向轮在该一个方向上的转向受到限制的状况。因此，在车辆处于被转向轮在该一个方向上的转向受到限制的情况下，通过将轴向力分量和限制反作用力相加所获得的反作用力分量被增大。在目标反作用扭矩基于这种反作用力分量来计算时，施加至方向盘的反作用力可能变得太大。在这一方面，根据本发明的上述方面的转向控制装置，反作用力分量的绝对值被限制为极限值或更小。因此，当车辆处于被转向轮在该一个方向上的转向受到限制的状况时，反作用力分量不太可能变得太大，并且因此，转向反作用力也不太可能变得太大。

在根据本发明的上述方面的转向控制装置中，处理器可以被配置成计算作为限制反作用力的障碍物接触反作用力，该障碍物接触反作用力用以在车辆处于被转向轮因正在被转向而与障碍物相接触的状况时限制被转向轮朝向障碍物的转向操作。在根据本发明的上述方面的转向控制装置中，处理器可以被配置成计算作为限制反作用力的端部反作用力，该端部反作用力是当转向单元的转向角度的绝对值接近极限转向角度时抵抗转向单元的进一步转动的反作用力。

在根据本发明的上述方面的转向控制装置中，处理器可以具有被用于调整反作用力分量的反作用力分量调整图，并且处理器可以被配置成将利用反作用力分量调整图进行调整后的反作用力分量的绝对值设定为极限值或更小。

根据本发明的上述方面的转向控制装置，反作用力分量利用反作用力分量调整图来调整。因此，根据车辆的规格等的最佳转向反作用力可以通过改变该图的形状而容易地实现。反作用力分量的绝对值通过反作用力分量调整图被限制为极限值或更小。与例如额外提供了用于将反作用力分量的绝对值限制为极限值或更小的保护处理单元的情况相比，这限制了转向控制装置上的计算载荷的增大。

在根据本发明的上述方面的转向控制装置中，处理器可以被配置成基于车速调整极限值。例如，当正在以高速行驶的车辆进行急转弯时，施加至被转向轮的路面反作用力增大，并且因此，考虑到路面反作用力，轴向力分量增大。在这种情况下，如果轴向力分量的绝对值受到限制，则当车辆处于被转向轮在一个方向上的转向不需要受到限制的状况时，可能无法施加适当的转向反作用力。例如，当车辆正在以高速行驶时，车辆也不太可能处于被转向轮在该一个方向上的转向需要受限制的状况。根据本发明的上述方面的转向控制装置，极限值可以基于车速被调整。因此，当车辆不处于被转向轮在该一个方向上的转向需要受到限制的状况时，可以施加适当的转向反作用力。

根据本发明的上述方面的转向控制装置可以适当地将转向系统的状况告知驾驶员。

附图说明

下面将参照附图对本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技术和工业意义进行描述，在附图中，相似的附图标记表示相似的元件，并且在附图中：

图1是转向系统的示意构型图；

图2是转向控制装置的框图；

图3是目标反作用扭矩计算单元的框图；

图4是反作用力分量计算单元的框图；

图5是障碍物接触反作用力计算单元的框图；以及

图6是图示了反作用力分量调整图的示例的图。

具体实施方式

将参照附图对转向控制装置的实施方式进行描述。如图1中所示出的，待被本实施方式的转向控制装置1控制的转向系统2被配置为线控转向式转向系统。转向系统2包括转向单元4和被转向单元6。转向单元4由驾驶员通过方向盘3来进行转向。被转向单元6根据驾驶员对转向单元4的转向来使被转向轮5转向。

转向单元4包括转向轴11和转向侧致动器12。方向盘3被固定至转向轴11。转向侧致动器12可以将转向反作用力施加至转向轴11。转向侧致动器12包括转向侧马达13和转向侧减速器14。转向侧马达13是驱动源，并且转向侧减速器14降低转向侧马达13的转速以将该降低的转速传递至转向轴11。例如，使用三相无刷式电机作为本实施方式的转向侧马达13。

被转向单元6包括小齿轮轴21、齿条轴22、齿条壳体23、以及齿条-小齿轮机构24。齿条轴22是联接至小齿轮轴21的被转向轴。齿条壳体23容纳齿条轴22，使得齿条轴22可以在齿条壳体23中进行往复。齿条-小齿轮机构24由小齿轮轴21和齿条轴22组成。小齿轮轴21和齿条轴22以预定的交叉角度布置。小齿轮轴21具有小齿轮齿部21a，并且齿条轴22具有齿条齿部22a。齿条-小齿轮机构24由相互啮合的小齿轮齿部21a和齿条齿部22a形成。拉杆26经由作为球形接头的齿条端部25联接至齿条轴22的相应端部。拉杆26的顶端部联接至转向节，所述转向节未示出，所述转向节使左右被转向轮5附接至所述转向节。

被转向单元6还包括下述被转向侧致动器31：该被转向侧致动器31将使被转向轮5转向的被转向力施加至齿条轴22。被转向侧致动器31包括作为驱动源的被转向侧马达32、传动机构33、以及转换机构34。被转向侧致动器31将被转向侧马达32的旋转经由传动机构33传递至转换机构34，并且将已传递的旋转通过转换机构34转换成齿条轴22的往复运动，以将转向力施加至被转向单元6。例如，使用三相无刷式电机作为本实施方式的被转向侧马达32，使用皮带机构作为传动机构33，并且使用滚珠丝杠机构作为转换机构34。

在如上所述配置的转向系统2中，被转向侧致动器31根据驾驶员的转向操作而将被转向力施加至齿条轴22，由此改变被转向轮5的被转向角度。在此时，转向侧致动器12将抵抗驾驶员的转向操作的转向反作用力施加至方向盘3。

接下来，将对本实施方式的电气配置进行描述。转向控制装置1连接至转向侧马达13和被转向侧马达32，以对转向侧马达13和被转向侧马达32的操作进行控制。转向控制装置1包括处理器(中央处理器(CPU))和存储器，并且该CPU以预定的计算间隔执行存储于存储器中的程序。

因此，执行各种的控制。

转向控制装置1连接有车速传感器41和扭矩传感器42。车速传感器41检测车辆的车速V，并且扭矩传感器42检测施加至转向轴11的转向扭矩Th。扭矩传感器42在比转向轴11的连接至转向侧减速器14的部分更靠近于方向盘3的位置处被安装在转向轴11上。扭矩传感器42基于扭杆43的扭转来检测转向扭矩Th。转向控制装置1还连接有转向侧旋转传感器44和被转向侧旋转传感器45。转向侧旋转传感器44将对转向侧马达13的旋转角度θs进行检测，作为360°范围内的相对角度。被转向侧旋转传感器45将对被转向侧马达32的旋转角度θt进行检测，作为相对角度。转向侧马达13的检测到的旋转角度θs是指示转向单元4的转向量的值，并且被转向侧马达32的检测到的旋转角度θt是指示被转向单元6的被转向量的值。例如，检测到的转向扭矩Th和检测到的旋转角度θs、θt在向右转向的情况下取正值并且在向左转向的情况下取负值。转向控制装置1基于这些不同的状态量来控制转向侧马达13和被转向侧马达32的操作。

将详细描述转向控制装置1的配置。如图2中所示出的，转向控制装置1包括转向侧控制单元51和转向侧驱动电路52。转向侧控制单元51将转向侧马达控制信号Ms输出，并且转向侧驱动电路52基于转向侧马达控制信号Ms来将驱动动力提供至转向侧马达13。电流传感器54连接至转向侧控制单元51。电流传感器54对转向侧马达13的流经介于转向侧驱动电路52与转向侧马达13的三相马达线圈之间的连接线53的三相电流值Ius、Ivs、Iws进行检测。在图2中，为了便于描述，三相连接线53和三相电流传感器54被示出为一个连接线53和一个电流传感器54。

转向控制装置1还包括被转向侧控制单元56和被转向侧驱动电路57。被转向侧控制单元56将被转向侧马达控制信号Mt输出，并且被转向侧驱动电路57基于被转向侧马达控制信号Mt来将驱动动力提供至被转向侧马达32。电流传感器59连接至被转向侧控制单元56。电流传感器59对被转向侧马达32的流经介于被转向侧驱动电路57与被转向侧马达32的三相马达线圈之间的连接线58的三相电流值Iut、Ivt、Iwt进行检测。在图2中，为了便于描述，三相连接线58和三相电流传感器59被示出为一个连接线58和一个电流传感器59。具有多个开关元件——比如场效应晶体管(FET)——的众所周知的脉冲宽度调制(PWM)逆变器被用于本实施方式的转向侧驱动电路52和被转向侧驱动电路57。转向侧马达控制信号Ms和被转向侧马达控制信号Mt是限定每个开关元件的接通状态和断开状态的门接通信号和门断开信号。

转向侧控制单元51和被转向侧控制单元56分别将转向侧马达控制信号Ms和被转向侧马达控制信号Mt输出到转向侧驱动电路52和被转向侧驱动电路57，由此驱动动力从车载电源B被供应到转向侧马达13和被转向侧马达32。因此，转向侧控制单元51和被转向侧控制单元56对转向侧马达13和被转向侧马达32的操作进行控制。

首先，将对转向侧控制单元51的配置进行描述。转向侧控制单元51以预定的计算间隔执行以下控制框中所示出的计算，以生成转向侧马达控制信号Ms。转向侧控制单元51接收车速V、转向扭矩Th、旋转角度θs、三相电流值Ius、Ivs、Iws、q轴电流值Iqt、以及稍后描述的对应被转向角度θp。q轴电流值Iqt是用于被转向侧马达32的驱动电流。转向侧控制单元51基于这些状态量而生成转向侧马达控制信号Ms并且将生成的转向侧马达控制信号Ms输出。

具体地，转向侧控制单元51包括转向角度计算单元61、目标反作用扭矩计算单元62、以及转向侧马达控制信号计算单元63。转向角度计算单元61计算方向盘3的转向角度θh。目标反作用扭矩计算单元62计算作为转向反作用力的目标值的目标反作用扭矩Ts*。转向侧马达控制信号计算单元63将转向侧马达控制信号Ms输出。

转向角度计算单元61接收转向侧马达13的旋转角度θs。转向角度计算单元61从例如转向中立位置对转向侧马达13的旋转次数进行计数，以将旋转角度θs转换为包括超过360°的范围的绝对角度。然后，转向角度计算单元61通过将由此转换为绝对角度的旋转角度乘以基于转向侧减速器14的转速比的转换系数来计算转向角度θh。由此计算出的转向角度θh被输出到目标反作用扭矩计算单元62。

目标反作用扭矩计算单元62接收车速V、转向扭矩Th、转向角度θh、q轴电流值Iqt、以及对应被转向角度θp。目标反作用扭矩计算单元62基于如稍后描述的这些状态量来计算目标反作用扭矩Ts*并且将计算出的目标反作用扭矩Ts*输出到转向侧马达控制信号计算单元63。目标反作用扭矩计算单元62还将在计算目标反作用扭矩Ts*的过程中所获得的目标转向角度θh*输出到被转向侧控制单元56。目标转向角度θh*是方向盘3的转向角度θh的目标值。

转向侧马达控制信号计算单元63除了接收目标反作用扭矩Ts*之外还接收旋转角度θs和三相电流值Ius、Ivs、Iws。本实施方式的转向侧马达控制信号计算单元63基于目标反作用扭矩Ts*来计算dq坐标系中的d轴上的d轴目标电流值Ids*和q轴上的q轴目标电流值Iqs*。目标电流值Ids*、Iqs*分别表示dq坐标系中的d轴上的目标电流值和q轴上的目标电流值。转向侧马达控制信号计算单元63对具有随着目标反作用扭矩Ts*的绝对值的增大而增大的绝对值的q轴目标电流值Iqs*进行计算。在本实施方式中，d轴目标电流值Ids*基本上被设定为零。转向侧马达控制信号计算单元63在dq坐标系中执行电流反馈控制，以生成要被输出至转向侧驱动电路52的转向侧马达控制信号Ms。

具体地，转向侧马达控制信号计算单元63基于旋转角度θs来将三相电流值Ius、Ivs、Iws映射到dq坐标，以计算d轴电流值Ids和q轴电流值Iqs。d轴电流值Ids和q轴电流值Iqs是dq坐标系中的转向侧马达13的实际电流值。然后，转向侧马达控制信号计算单元63基于d轴和q轴上的电流偏差来计算目标电压值，使得d轴电流值Ids跟随d轴目标电流值Ids*并且q轴电流值Iqs跟随q轴目标电流值Iqs*。转向侧马达控制信号计算单元63生成具有基于目标电压值的占空比的转向侧马达控制信号Ms。

由此计算出的转向侧马达控制信号Ms被输出到转向侧驱动电路52。因此，转向侧驱动电路52将与转向侧马达控制信号Ms相对应的驱动动力提供至转向侧马达13。转向侧马达13将由目标反作用扭矩Ts*表示的转向反作用力施加至方向盘3。

接下来，将对被转向侧控制单元56进行描述。被转向侧控制单元56以预定的计算间隔执行以下控制框中所示出的计算，以生成被转向侧马达控制信号Mt。被转向侧控制单元56接收被转向侧马达32的旋转角度θt、目标转向角度θh*以及三相电流值Iut、Ivt、Iwt。被转向侧控制单元56基于这些状态量来生成被转向侧马达控制信号Mt并且将生成的被转向侧马达控制信号Mt输出。

具体地，被转向侧控制单元56包括对应被转向角度计算单元71、目标被转向扭矩计算单元72、以及被转向侧马达控制信号计算单元73。对应被转向角度计算单元71计算作为小齿轮轴21的旋转角度的对应被转向角度θp。目标被转向扭矩计算单元72计算作为被转向力的目标值的目标被转向扭矩Tt*。被转向侧马达控制信号计算单元73将被转向侧马达控制信号Mt输出。在本实施方式的转向系统2中，作为转向角度θh与对应被转向角度θp之比的转向角度比被设定为恒定值，并且作为对应被转向角度θp的目标值的目标对应被转向角度等于目标转向角度θh*。

对应被转向角度计算单元71接收被转向侧马达32的旋转角度θt。对应被转向角度计算单元71从例如车辆直线行驶的中立位置对被转向侧马达32的旋转次数进行计数，以将接收到的旋转角度θt转换为绝对角度。然后，对应被转向角度计算单元71通过将由此转换为绝对角度的旋转角度乘以基于传动机构33的减速比、转换机构34的导程和齿条-小齿轮机构24的转速比的转换系数来计算对应被转向角度θp。也就是说，在假设小齿轮轴21连接至转向轴11的情况下，对应被转向角度θp对应于方向盘3的转向角度θh。由此计算出的对应被转向角度θp被输出到减法器74和目标反作用扭矩计算单元62。减法器74除了接收对应被转向角度θp之外还接收目标转向角度θh*。

减法器74从目标转向角度θh*即从目标对应被转向角度减去对应被转向角度θp，以获得角度偏差Δθp。目标被转向扭矩计算单元72接收该角度偏差Δθp。目标被转向扭矩计算单元72基于角度偏差Δθp来计算目标被转向扭矩Tt*，作为用于使对应被转向角度θp跟随目标转向角度θh*的控制变量。目标被转向扭矩Tt*是由被转向侧马达32所施加的被转向力的目标值。具体地，目标被转向扭矩计算单元72对接收角度偏差Δθp的比例环节、积分环节和微分环节的输出值的总和进行计算，作为目标被转向扭矩Tt*。即，目标被转向扭矩计算单元72通过执行下述转向角度反馈控制来计算目标被转向扭矩Tt*：该转向角度反馈控制使实际的对应被转向角度θp跟随作为目标对应转向角度的目标转向角度θh*。

被转向侧马达控制信号计算单元73除了接收目标被转向扭矩Tt*之外还接收旋转角度θt和三相电流值Iut、Ivt、Iwt。被转向侧马达控制信号计算单元73基于目标被转向扭矩Tt*来计算dq坐标系中的q轴上的q轴目标电流值Iqt*。被转向侧马达控制信号计算单元73对具有随着目标被转向扭矩Tt*的绝对值的增大而增大的绝对值的q轴目标电流值Iqt*进行计算。在本实施方式中，d轴上的d轴目标电流值Idt*基本上被设定为零。与转向侧马达控制信号计算单元63类似，被转向侧马达控制信号计算单元73在dq坐标系中执行电流反馈控制，以生成要被输出到被转向侧驱动电路57的被转向侧马达控制信号Mt。被转向侧马达控制信号计算单元73将在产生被转向侧马达控制信号Mt的过程中计算出的q轴电流值Iqt输出到目标反作用扭矩计算单元62。

由此计算出的被转向侧马达控制信号Mt被输出到被转向侧驱动电路57。因此，被转向侧驱动电路57将与被转向侧马达控制信号Mt相对于的驱动动力提供至被转向侧马达32。被转向侧马达32将由目标被转向扭矩Tt*表示的被转向力施加至被转向轮5。

接下来，将对目标反作用扭矩计算单元62进行描述。如图3中所示出的，目标反作用扭矩计算单元62包括输入扭矩基本分量计算单元81和反作用力分量计算单元82。输入扭矩基本分量计算单元81计算下述输入扭矩基本分量Tb*：该输入扭矩基本分量Tb*是用于使方向盘3沿由驾驶员执行的转向操作的方向旋转的力。反作用力分量计算单元82对如稍后描述的调整的反作用力分量Fir’进行计算。反作用力分量Fir’是抵抗方向盘3的由驾驶员的转向操作引起的旋转的力。目标反作用扭矩计算单元62还包括目标转向角度计算单元83和转向角度反馈控制单元(转向角度F/B控制单元)84。目标转向角度计算单元83对作为转向角度θh的目标值的目标转向角度θh*进行计算。转向角度F/B控制单元84执行转向角度反馈计算，以计算转向角度反馈分量(转向角度F/B分量)Tfbh。

输入扭矩基本分量计算单元81接收转向扭矩Th。输入扭矩基本分量计算单元81对具有随着转向扭矩Th的绝对值的增大而增大的绝对值的输入扭矩基本分量(反作用力基本分量)Tb*进行计算。由此计算出的输入扭矩基本分量Tb*被输入到目标转向角度计算单元83和加法器85。

反作用力分量计算单元82接收车速V、转向角度θh、用于被转向侧马达32的q轴电流值Iqt、对应被转向角度θp、以及目标转向角度θh*。基于这些状态量，反作用力分量计算单元82根据作用在齿条轴22上的轴向力来计算反作用力分量Fir’并且将计算出的反作用力分量Fir’输出到目标转向角度计算单元83，如稍后所描述的。

目标转向角度计算单元83接收车速V、转向扭矩Th、输入扭矩基本分量Tb*、以及反作用力分量Fir’。目标转向角度计算单元83利用将输入扭矩Tin*与目标转向角度θh*相关联的模型(转向模型)公式来计算目标转向角度θh*。输入扭矩Tin*是将转向扭矩Th与输入扭矩基本分量Tb*相加并且从该总和中减去反作用力分量Fir’的值。

Tin*＝C·θh*’+J·θh*” (1)

该模型公式表示随着方向盘3的旋转而旋转的旋转轴的扭矩与旋转轴的旋转角度之间的关系，该模型公式定义成用于方向盘3机械连接至被转向轮5的构型，即转向单元4机械地连接至被转向单元6的构型。该模型公式利用对转向系统2的摩擦等进行建模的粘度系数C和对转向系统2的惯性进行建模的惯性系数J来表示。粘度系数C和惯性系数J根据车速V而变化。利用模型公式由此计算出的目标转向角度θh*除了被输出到减法器86和被转向侧控制单元56之外还被输出到反作用力分量计算单元82。

减法器86从目标转向角度θh*减去转向角度θh，以获得角度偏差Δθs。转向角度F/B控制单元84接收该角度偏差Δθs。基于该角度偏差Δθs，转向角度F/B控制单元84计算转向角度F/B分量Tfbh，作为用于将转向角度θh反馈控制为目标转向角度θh*的控制变量。转向角度F/B分量Tfbh是由转向侧马达13施加的转向反作用力的基本分量。具体地，转向角度F/B控制单元84对接收角度偏差Δθs的比例环节、积分环节和差分环节的输出值的总和进行计算，作为基本反作用扭矩。由此计算出的转向角度F/B分量Tfbh被输出到加法器85。

加法器85将转向角度F/B分量Tfbh和输入扭矩基本分量Tb*相加，并且目标反作用扭矩计算单元62将该总和输出，作为目标反作用扭矩Ts*。接下来，将对反作用力分量计算单元82的配置进行描述。

如图4中所示出的，反作用力分量计算单元82包括分配轴向力计算单元91、端部反作用力计算单元92、以及障碍物接触反作用力计算单元93。分配轴向力计算单元91根据作用在齿条轴22上的轴向力来计算分配轴向力Fd。端部反作用力计算单元92计算下述端部反作用力Fie：该端部反作用力Fie是当方向盘3的转向角度θh的绝对值接近极限转向角度时抵抗方向盘3的进一步转动的反作用力。障碍物接触反作用力计算单元93计算下述障碍物接触反作用力Fo：该障碍物接触反作用力Fo用以限制当车辆处于被转向轮5因正在被转向而与障碍物比如路缘相接触的状况时被转向轮5朝向障碍物的转向操作。反作用力分量计算单元82将端部反作用力Fie和障碍物接触反作用力Fo中的具有较大绝对值的一者与分配轴向力Fdt相加，以获得反作用力分量Fir’。然后，反作用力分量计算单元82调整反作用力分量Fir’的绝对值并且将所得到的值输出作为调整后的反作用力分量Fir’。

具体地，分配轴向力计算单元91包括电流轴向力计算单元101和角度轴向力计算单元102。电流轴向力计算单元101计算作为估计轴向力的电流轴向力Fer。角度轴向力计算单元102计算作为理想轴向力的角度轴向力Fib。电流轴向力Fer和角度轴向力Fib通过扭矩大小(N·m)来计算。分配轴向力计算单元91还包括分配处理单元103。分配处理单元103计算下述分配轴向力Fd：角度轴向力Fib和电流轴向力Fer以预定分配比被包括在该分配轴向力Fd中，使得从路面施加到被转向轮5的轴向力——即从路面传递的路面信息——被反映在分配轴向力Fd中。

电流轴向力计算单元101接收被转向侧马达32的q轴电流值Iqt。电流轴向力计算单元101基于q轴电流值Iqt来计算反映路面信息的电流轴向力Fer。电流轴向力Fer是作用在被转向轮5上的轴向力——即传递给被转向轮5的传递力——的估计值。具体地，电流轴向力计算单元101计算电流轴向力Fer，使得：在假定由被转向侧马达32施加到齿条轴22的扭矩与同从路面施加到被转向轮5的力相对应的扭矩平衡的情况下，电流轴向力Fer的绝对值随着q轴电流值Iqt的绝对值的增大而增大。由此计算出的电流轴向力Fer被输出到乘法器105。

角度轴向力计算单元102接收目标转向角度θh*和车速V。目标转向角度θh*是目标对应被转向角度。角度轴向力计算单元102基于目标转向角度θh*来计算不反映路面信息的角度轴向力Fib。角度轴向力Fib是作用在被转向轮5上的轴向力——即传递给被转向轮5的传递力——的理想值。具体地，角度轴向力计算单元102计算角度轴向力Fib，使得角度轴向力Fib的绝对值随着目标转向角度θh*的绝对值的增大而增大。角度轴向力计算单元102还计算角度轴向力Fib，使得角度轴向力Fib的绝对值随着车速V的绝对值的增大而增大。由此计算出的角度轴向力Fib被输出到乘法器106。

分配处理单元103除了接收车速V之外还接收电流轴向力Fer和角度轴向力Fib。分配处理单元103包括分配增益计算单元107。分配增益计算单元107基于车速V来计算分配增益Ger、Gib。本实施方式的分配增益计算单元107具有定义车速V与分配增益Ger、Gib之间的关系的映射图。分配增益计算单元107通过参考该映射图来计算与车速V相对应的分配增益Ger、Gib。车速V较高时的分配增益Gib小于车速V较低时的分配增益Gib。车速V较高时的分配增益Ger大于车速V较低时的分配增益Ger。也就是说，角度轴向力Fib在分配轴向力Fd中的比率随着车速V的增大而减小，并且电流轴向力Fer在分配轴向力Fd中的比率随着车速V的增大而增大。在本实施方式中，分配增益Ger、Gib的值被设定成使得分配增益Ger、Gib的总和等于“1”。计算出的分配增益Ger被输出到乘法器105，并且计算出的分配增益Gib被输出到乘法器106。

分配处理单元103将电流轴向力Fer乘以乘法器105中的分配增益Ger、将角度轴向力Fib乘以乘法器106中的分配增益Gib、并且将所产生的乘积加到加法器108中以计算分配轴向力Fd。由此计算出的分配轴向力Fd被输出到加法器94。

端部反作用力计算单元92接收作为目标对应被转向角度的目标转向角度θh*。端部反作用力计算单元92具有定义目标转向角度θh*与端部反作用力Fie之间的关系的映射图。端部反作用力计算单元92通过参考该映射图来计算与目标转向角度θh*相对应的端部反作用力Fie。在该映射图中设定有阈值角度θie。当目标转向角度θh*的绝对值等于或小于阈值角度θie时，由端部反作用力计算单元92计算出的端部反作用力Fie为零。当目标转向角度θh*的绝对值大于阈值角度θie时，由端部反作用力计算单元92计算出的端部反作用力Fie的绝对值大于零。由此计算出的端部反作用力Fie被输出到反作用力选择单元95。端部反作用力Fie被设定成使得当目标转向角度θh*大于阈值角度θie一定量时，端部反作用力Fie的绝对值足够大而使得方向盘3不能再被人力转动。阈值角度θie被设定为下述假想齿条端部位置处的对应被转向角度θp的值：该假想齿条端部位置被设定成比齿条轴22的轴向运动因齿条端部25与齿条壳体23接触而受到限制的机械齿条端部位置更靠近于中立位置。

减法器96从转向角度θh减去对应被转向角度θp，以获得角度偏差Δθx。障碍物接触反作用力计算单元93除了接收q轴电流值Iqt之外还接收角度偏差Δθx和被转向速度wt。被转向速度wt通过对转向角度θp进行微分而获得。本实施方式的障碍物接触反作用力计算单元93基于这些状态量来计算障碍物接触增益Go并且基于障碍物接触增益Go来计算障碍物接触反作用力Fo。障碍物接触增益Go表示车辆的当前状况与应当施加障碍物接触反作用力Fo的状况的接近程度。

具体地，如图5中所示出的，障碍物接触反作用力计算单元93包括电流增益计算单元111、角度增益计算单元112、以及速度增益计算单元113。电流增益计算单元111基于q轴电流值Iqt来计算电流增益Goi。角度增益计算单元112基于角度偏差Δθx来计算角度增益Goa。速度增益计算单元113基于被转向速度wt来计算速度增益Gos。

电流增益计算单元111接收q轴电流值Iqt。电流增益计算单元111具有定义q轴电流值Iqt的绝对值与电流增益Goi之间的关系的映射图。电流增益计算单元111通过参考该映射图来计算与q轴电流值Iqt相对应的电流增益Goi。该映射图被设定成使得当q轴电流值Iqt的绝对值为零时电流增益Goi为“0”并且使得电流增益Goi随着q轴电流值Iqt的绝对值的增大而增大。该映射图也被设定成使得：当q轴电流值Iqt的绝对值大于电流阈值Ith时，电流增益Goi为“1”。也就是说，在本实施方式中，用于确定车辆的当前状况接近于被转向轮5因正在被转向而与障碍物相接触的状况的条件中的一个条件是，正在进行使被转向轮5转向的尝试。q轴电流值Iqt的绝对值越大，则车辆的当前状况被确定为越接近于被转向轮5因正在被转向而与障碍物相接触的状况。电流阈值Ith是下述电流值：当该电流值被提供给被转向侧马达32时，被转向轮5可以在处于正常路面的情况下被转向。电流阈值Ith基于测试、模拟等的结果被预先设定。由此计算出的电流增益Goi被输入到乘法器114。

角度增益计算单元112接收角度偏差Δθx。角度增益计算单元112具有定义角度偏差Δθx的绝对值与角度增益Goa之间的关系的映射图。角度增益计算单元112通过参考该映射图来计算与角度偏差Δθx相对应的角度增益Goa。该映射图被设定成使得当角度偏差Δθx的绝对值为零时角度增益Goa为“0”并且使得角度增益Goa随着角度偏差Δθx的绝对值的增大而增大。该映射图也被设定成使得：当角度偏差Δθx的绝对值大于角度偏差阈值Δθth时，角度增益Goa为“1”。也就是说，在本实施方式中，用于确定车辆的当前状况接近于被转向轮5因正在被转向而与障碍物相接触的状况的条件中的一个条件是，转向角度θh与对应被转向角度θp之间的偏差较大。角度偏差Δθx的绝对值越大，则车辆的当前状况被确定为越接近于被转向轮5因正在被转向而与障碍物相接触的状况。角度偏差阈值Δθth是使得即使在考虑到传感器噪声等的情况下也可以将转向角度θh和对应被转向角度θp视为彼此偏离的角度。角度偏差阈值Δθth根据测试、模拟等的结果被预先设定。由此计算出的角度增益Goa被输入到乘法器114。

速度增益计算单元113接收被转向速度wt。速度增益计算单元113具有定义被转向速度wt的绝对值与速度增益Gos之间的关系的映射图。速度增益计算单元113通过参考该映射图来计算与被转向速度wt相对应的速度增益Gos。该映射图被设定成使得当被转向速度wt的绝对值为零时速度增益Gos为“1”并且使得速度增益Gos随着被转向速度wt的绝对值的增大而减小。该映射图也被设定成使得：当被转向速度wt的绝对值大于速度阈值ωth时，速度增益Gos为“0”。也就是说，在本实施方式中，用于确定车辆的当前状况接近于被转向轮5因正在被转向而与障碍物相接触的状况的条件中的一个条件是，被转向速度wt较低。被转向速度wt的绝对值越小，则车辆的当前状况被确定为越接近于被转向轮5因正在被转向而与障碍物相接触的状况。速度阈值ωth是使得即使在考虑到传感器噪声等的情况下也可以将被转向轮5视为正在被转向的速度。速度阈值ωth根据测试、模拟等的结果被预先设定。由此计算出的速度增益Gos被输入到乘法器114。

障碍物接触反作用力计算单元93在乘法器114中将电流增益Goi、角度增益Goa和速度增益Gos相乘，以获得下述障碍物接触增益Go：该障碍物接触增益Go表示车辆的当前状况与应当施加障碍物接触反作用力Fo的状况的接近程度。由此计算出的障碍物接触增益Go被输出到反作用力计算处理单元115。

反作用力计算处理单元115具有定义障碍物接触增益Go与障碍物接触反作用力Fo之间的关系的映射图。反作用力计算处理单元115通过参考该映射图来计算与障碍物接触增益Go相对应的障碍物接触反作用力Fo。该映射图被设定成使得当障碍物接触增益Go为零时障碍物接触反作用力Fo为“0”并且使得障碍物接触反作用力Fo随着障碍物接触增益Go的增大而逐渐增大。该映射图还被设定成使得：一旦障碍物接触增益Go大于增益阈值Gth，则障碍物接触反作用力Fo随着障碍物接触增益Go的增大而快速增大。增益阈值Gth是使得车辆可以被确定为处于被转向轮5因正在被转向而与障碍物相接触的状况的增益。增益阈值Gth根据测试、模拟等的结果被预先设定。障碍物接触反作用力Fo被设定成使得：当障碍物接触增益Go大于增益阈值Gth一定量时，障碍物接触反作用力Fo的绝对值足够大以使得方向盘3不能再被人力转动。因此，在障碍物接触增益Go等于或小于增益阈值Gth的区域中，仅在被转向轮5的轮胎部分与障碍物相接触时所施加的反作用力通过障碍物接触反作用力Fo再现。在障碍物接触增益Go大于增益阈值Gth的区域中，在被转向轮5的车轮部分与障碍物相接触时所施加的反作用力通过障碍物接触反作用力Fo再现。由此计算出的障碍物接触反作用力Fo被输出到反作用力选择单元95。

如图4中所示出的，反作用力选择单元95除了接收端部反作用力Fie和障碍物接触反作用力Fo之外还接收转向速度ωh。转向速度ωh通过对转向角度θh进行微分而获得。反作用力选择单元95选择端部反作用力Fie和障碍物接触反作用力Fo中的具有较大绝对值的一者、将所选择的反作用力的符号——即所选择的反作用力的方向——设定为与转向速度ωh的符号相同的符号、并且将所得到的反作用力即选择的反作用力Fsl输出到加法器94。

然后，反作用力分量计算单元82将加法器94中的选择的反作用力Fsl与分配轴向力Fd相加，并且将该总和即反作用力分量Fir输出到反作用力分量调整单元97。反作用力分量调整单元97接收反作用力分量Fir和车速V。反作用力分量调整单元97具有被用于调整反作用力分量Fir的反作用力分量调整图。如图6中所示出的，反作用力分量调整图被设定成使得调整前的反作用力分量Fir和调整后的反作用力分量Fir’在调整前的反作用力分量Fir的绝对值较小的区域中以及在调整前的反作用力分量Fir的绝对值中等的区域中具有线性关系。反作用力分量调整图还被设定成使得：在调整前的反作用力分量Fir的绝对值较大的区域中，调整后的反作用力分量Fir’的绝对值等于或小于预定极限值Flim。本实施方式的反作用力分量调整图还被设定成使得极限值Flim随着车速V的增大而增大。极限值Flim是使得基于调整后的反作用力分量Fir’来计算的目标反作用扭矩Ts*不会变得太大的值。极限值Flim基于测试、模拟等的结果被预先设定。反作用力分量调整单元97通过参考反作用力分量调整图来调整与车速V相对应的反作用力分量Fir。由此计算出的调整后的反作用力分量Fir’被输出到目标转向角度计算单元83。

接下来，将对本实施方式的功能和效果进行描述。

(1)反作用力分量计算单元82包括障碍物接触反作用力计算单元93。障碍物接触反作用力计算单元93计算障碍物接触反作用力，该障碍物接触反作用力用以限制在车辆处于被转向轮5因正在被转向而与障碍物相接触的状况时使被转向轮5朝向障碍物转向的转向操作。因此，当车辆处于被转向轮5与障碍物比如路缘相接触的状况时，可以施加较大的转向反作用力。因此，可以将被转向轮5与障碍物比如路缘相接触的状况告知驾驶员。

当车辆处于被转向轮5与障碍物相接触的状况时，实际对应被转向角度θp不跟随作为目标对应被转向角度的目标转向角度θh*。因此，目标被转向扭矩Tt*增大，并且基于提供给被转向侧马达32的q轴电流值Iqt的电流轴向力Fer也增大。因此，在车辆正在以分配增益Ger占主导地位的车速V行驶、同时车辆处于被转向轮5与障碍物比如路缘相接触的状况的情况下，通过将分配轴向力Fd和障碍物接触反作用力Fo相加所获得的反作用力分量Fir增大。如果目标反作用扭矩Ts*基于这种反作用力分量Fir来计算，则施加到方向盘3的转向反作用力可能变得过大。

在这方面，根据本实施方式，反作用力分量计算单元82将调整后的反作用力分量Fir’的绝对值限制为极限值Flim或更小并且基于调整后的反作用力分量Fir’来计算目标反作用扭矩Ts*。因此，当车辆处于被转向轮5因正在被转向而与障碍物相接触的状况时，反作用力分量Fir’被抑制而不能变得过大，并且因此，转向反作用力被抑制而不能变得过大。

(2)反作用力分量调整单元97具有被用于调整反作用力分量Fir的反作用力分量调整图。反作用力分量调整单元97利用反作用力分量调整图来调整反作用力分量Fir。因此，通过改变该图的形状，可以容易地实现与车辆的规格等相对应的最佳转向反作用力。利用反作用力分量调整图调整后的反作用力分量Fir’的绝对值被设定为极限值Flim或更小。与另外提供用于将反作用力分量Fir的绝对值限制为极限值Flim或更小的保护处理单元的情况相比，这抑制了转向控制装置1上的计算载荷的增大。

(3)反作用力分量调整单元97使极限值Flim随着车速V的增大而增大。例如，当正在以高速行驶的车辆进行急转弯时，施加至被转向轮5的路面反作用力增大，并且因此电流轴向力Fer增大。在这种情况下，如果电流轴向力Fer的绝对值受到限制，则当车辆不处于被转向轮5与障碍物相接触的状况时，可能无法施加适当的转向反作用力。当车辆正在以高速行驶时，在被转向轮5越过路缘的情况下、例如即使在被转向轮5接触路缘的情况下，车辆也不太可能处于被转向轮5的转向受限制的状况。鉴于此，在本实施方式中，极限值Flim随着车速V的增大而增大。因此，当车辆不处于被转向轮5与障碍物相接触的状况时，可以施加适当的转向反作用力。

上述实施方式可以被修改如下。除非出现技术不一致，否则上述实施方式和以下修改可以进行组合。

在上述实施方式中，反作用力分量调整单元97具有反作用力分量调整图，并且通过参考该图来调整反作用力分量Fir’，使得调整后的反作用力分量Fir’的绝对值被限制为极限值Flim或更小。然而，本发明不限于此。例如，反作用力分量调整单元97可以不具有反作用力分量调整图。具体地，当反作用力分量Fir的绝对值等于或小于极限值Flim时，反作用力分量调整单元97可以将该反作用力分量Fir作为反作用力分量Fir’输出。当反作用力分量Fir的绝对值大于极限值Flim时，反作用力分量调整单元97可以将反作用力分量Fir的绝对值限制为极限值Flim或更小，并且将所得到的反作用力分量Fir输出作为调整后的反作用力分量Fir’。

上述实施方式的反作用力分量调整图的形状可以适当被改变。例如，反作用力分量调整图可以被设定成使得调整后的反作用力分量Fir’的绝对值大于极限值Flim。在这种情况下，反作用力分量调整单元97包括下述保护处理单元：该保护处理单元将调整后的反作用力分量Fir’的绝对值限制为极限值Flim或更小。

在上述实施方式中，极限值Flim根据车速V而改变。然而，本发明不限于此。极限值Flim可能不会根据车速V而改变。

在上述实施方式中，目标反作用扭矩Ts*通过将输入扭矩基本分量Tb*和转向角度F/B分量Tfbh相加来计算。然而，本发明不限于此。对目标反作用扭矩Ts*进行计算的方式可以适当被改变。例如，输入扭矩基本分量Tb*可以是通过执行使转向扭矩Th跟随目标转向扭矩的扭矩反馈控制来计算的值。可以无需执行转向角度F/B控制。例如，目标反作用扭矩Ts*可以基于输入扭矩Tin*来直接计算，或者目标反作用扭矩Ts*可以基于反作用力分量Fir来直接计算。替代性地，目标转向扭矩可以基于例如反作用力分量Fir来计算，并且可以使用通过执行使转向扭矩Th跟随目标转向扭矩的扭矩反馈控制所获得的值作为目标反作用扭矩Ts*。

在上述实施方式中，分配轴向力Fd中的电流轴向力Fer和角度轴向力Fib的比例可以根据除车速V以外的参数来改变。这种参数的示例是指示用于车载发动机等的控制模式的设定状态的驱动模式。

在上述实施方式中，障碍物接触反作用力计算单元93基于下述障碍物接触增益Go来计算障碍物接触反作用力Fo：该障碍物接触增益Go指示车辆的当前状况与应当施加障碍物接触反作用力Fo的状况的接近程度。然而，本发明不限于此。例如，可以基于q轴电流值Iqt、角度偏差Δθx、被转向速度wt与其对应的阈值之间的大小比较来替代性地确定车辆是否处于应当施加障碍物接触反作用力Fo的状况，并且可以根据确定的结果来计算障碍物接触反作用力Fo。

在上述实施方式中，角度轴向力Fib基于作为目标对应转向角度的目标转向角度θh*来计算。然而，本发明不限于此，并且角度轴向力Fib可以通过其他方法来计算。例如，角度轴向力Fib可以基于转向角度θh和对应被转向角度θp来计算，或者角度轴向力Fib可以根据其他参数比如转向扭矩Th和车速V来计算。

在上述实施方式中，分配轴向力Fd基于电流轴向力Fer和角度轴向力Fib来计算。然而，本发明不限于此。可以使用基于除了或代替角度轴向力Fib的其他状态量的轴向力。基于其他状态量的轴向力的示例包括基于横摆率和横向加速度所计算的车辆状态量轴向力、基于对齿条轴22的轴向力进行检测的轴向力传感器的检测值的轴向力、以及基于作用在被转向轮5上的轮胎力的轴向力。

在上述实施方式中，角度增益Goa基于转向角度θh与对应被转向角度θp之间的角度偏差Δθx来计算。然而，本发明不限于此。例如，角度增益可以基于目标对应转向角度与对应被转向角度θp之间的角度偏差来计算。

在上述实施方式中，反作用力分量计算单元82可以不包括端部反作用力计算单元92。替代性地，反作用力分量计算单元82可以除了包括端部反作用力计算单元92之外还包括对限制被转向轮5转向的其他反作用力进行计算的计算单元。这种其他反作用力可以是当车载电源B的电压降低并且被转向侧马达32不能施加足够的被转向力时施加的反作用力。

在上述实施方式中，被转向控制装置1控制的转向系统2具有转向单元4与被转向单元6之间的动力传递被分离的无连杆式结构。然而，本发明不限于此，并且转向控制装置1可以对具有下述结构的转向系统进行控制：在该结构中，转向单元4与被转向单元6之间的动力传递能够通过离合器分离。

接下来，将对可以从上述实施方式获得的技术思想和改型进行描述。

转向控制装置包括下述目标被转向扭矩计算单元：该目标被转向扭矩计算单元对作为被转向力的目标值的目标被转向扭矩进行计算。转向控制装置对设置于被转向单元中的被转向侧马达的操作进行控制，使得产生与目标被转向扭矩相对应的马达扭矩。目标被转向扭矩计算单元通过执行下述被转向角度反馈控制来计算目标被转向扭矩：该被转向角度反馈控制使作为实际旋转角度的对应被转向角度跟随作为旋转角度的目标值的目标对应被转向角度。

角度轴向力在分配轴向力中的比率随着车速的增大而减小，并且电流轴向力在分配轴向力中的比率随着车速的增大而增大。

Claims (5)

1.一种转向控制装置，所述转向控制装置对转向系统进行控制，所述转向系统具有下述结构：转向单元与被转向单元之间的动力传递是机械分离的，所述被转向单元是根据被输入到所述转向单元的转向操作而使被转向轮转向的单元，所述转向控制装置被配置成对设置于所述转向单元中的转向侧马达的操作进行控制，使得产生与目标反作用扭矩相对应的马达扭矩，并且所述目标反作用扭矩是转向反作用力的目标值，所述转向反作用力是抵抗被输入到所述转向单元的所述转向操作的力，所述转向控制装置的特征在于包括处理器(1)，所述处理器(1)被配置成：

计算与作用在被转向轴上的轴向力相对应的轴向力分量，所述被转向轴操作以使所述被转向轮转向；

计算限制反作用力，所述限制反作用力用以限制所述被转向轮在一个方向上的转向操作从而使得车辆处于所述被转向轮在所述一个方向上的转向受到限制的状况；

基于通过将所述轴向力分量和所述限制反作用力相加所获得的反作用力分量来计算所述目标反作用扭矩；以及

将所述反作用力分量的绝对值限制为极限值或更小，所述极限值是使得所述反作用力分量不会变得太大的值。

2.根据权利要求1所述的转向控制装置，其特征在于，所述处理器(1)被配置成计算作为所述限制反作用力的障碍物接触反作用力，所述障碍物接触反作用力用以在所述车辆处于所述被转向轮因正在被转向而与障碍物相接触的状况时限制所述被转向轮朝向所述障碍物的转向操作。

3.根据权利要求1或2所述的转向控制装置，其中，所述处理器(1)被配置成计算作为所述限制反作用力的端部反作用力，所述端部反作用力是当所述转向单元的转向角度的绝对值接近极限转向角度时抵抗所述转向单元的进一步转动的反作用力。

4.根据权利要求1或2所述的转向控制装置，其特征在于，所述处理器(1)具有用于调整所述反作用力分量的反作用力分量调整图，并且所述处理器(1)被配置成将利用所述反作用力分量调整图进行调整后的所述反作用力分量的绝对值设定为所述极限值或更小。

5.根据权利要求1或2所述的转向控制装置，其特征在于，所述处理器(1)被配置成基于车速调整所述极限值。

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