專利名稱：用于車輛的轉(zhuǎn)向設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于車輛的轉(zhuǎn)向設(shè)備，所述轉(zhuǎn)向設(shè)備包括由駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)向盤、與轉(zhuǎn)向盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向單元和用于將預(yù)定的扭矩傳遞到轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向操作中的電動(dòng)機(jī)，其中，所述轉(zhuǎn)向單元將轉(zhuǎn)向軸和車輛的可轉(zhuǎn)向車輪互相連接并且根據(jù)轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)動(dòng)使可轉(zhuǎn)向車輪轉(zhuǎn)向。
背景技術(shù)：
近年來，已經(jīng)積極地開發(fā)了用于車輛的轉(zhuǎn)向設(shè)備，其不管車輛的行駛環(huán)境如何，在任何時(shí)候(尤其是，即使當(dāng)車輛在雪地道路、覆蓋有冰的道路或者提供了小的路面反作用力的類似道路上行駛時(shí))都能夠?qū)⑦m合的反饋傳遞到轉(zhuǎn)向盤。例如，日本專利申請(qǐng)公開No.2002-211427公開了一種電力轉(zhuǎn)向控制設(shè)備，其根據(jù)行駛環(huán)境向轉(zhuǎn)向盤傳遞適合的反作用扭矩。這種電力轉(zhuǎn)向控制設(shè)備包括用于檢測(cè)轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向角的轉(zhuǎn)向角傳感器、用于檢測(cè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的反作用扭矩的反作用扭矩傳感器、和疊加反作用扭矩計(jì)算部分，其通過借助于轉(zhuǎn)向角傳感器檢測(cè)的轉(zhuǎn)向角乘以增益計(jì)算轉(zhuǎn)向盤的回轉(zhuǎn)方向上的疊加反作用扭矩。該設(shè)備控制增益使得當(dāng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的反作用扭矩是大的時(shí)減小疊加反作用扭矩，并且當(dāng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的反作用扭矩是小的時(shí)增大疊加反作用扭矩。
然而，傳統(tǒng)的電力轉(zhuǎn)向控制設(shè)備設(shè)計(jì)成當(dāng)駕駛員執(zhí)行適合的轉(zhuǎn)向操作時(shí)，該設(shè)備向轉(zhuǎn)向盤響應(yīng)于小的反作用扭矩傳遞適合的反饋；即，疊加的反作用扭矩。在駕駛員執(zhí)行不合理的轉(zhuǎn)向操作或者在路面提供小的反作用力的行駛環(huán)境下仔細(xì)地執(zhí)行過度的轉(zhuǎn)向操作的情況下，可轉(zhuǎn)向車輪的橫偏角增大，結(jié)果可轉(zhuǎn)向車輪的自回位扭矩急劇下降，可能導(dǎo)致不能從路面獲得小的反作用扭矩。在沒有獲得這樣小的反作用扭矩的情況下，產(chǎn)生適合的疊加反作用扭矩變得困難，結(jié)果駕駛員在駕駛過程中不能夠從轉(zhuǎn)向盤獲得任何反饋，并且在一些情況下不能夠隨意地驅(qū)動(dòng)車輛。
為了處理這個(gè)問題，如在例如日本專利申請(qǐng)公開No.2003-154962中所公開，提出了一種轉(zhuǎn)向反作用力控制設(shè)備，其逆著駕駛員的轉(zhuǎn)向操作控制所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向反作用力。該轉(zhuǎn)向反作用力控制設(shè)備包括能夠使可轉(zhuǎn)向車輪(可轉(zhuǎn)彎的車輪)轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向裝置(例如，電力轉(zhuǎn)向設(shè)備)、能夠向轉(zhuǎn)向裝置添加操作力的致動(dòng)器、和用于檢測(cè)可轉(zhuǎn)向車輪(可轉(zhuǎn)彎的車輪)相對(duì)于路面的橫偏角的橫偏角檢測(cè)裝置。為了響應(yīng)于橫偏角的產(chǎn)生而向轉(zhuǎn)向裝置傳遞轉(zhuǎn)向反作用，該設(shè)備控制致動(dòng)器在產(chǎn)生可轉(zhuǎn)向車輪(可轉(zhuǎn)彎的車輪)的橫偏角的方向上產(chǎn)生轉(zhuǎn)向反作用，并且隨著橫偏角的增大而增大轉(zhuǎn)向反作用。
根據(jù)該轉(zhuǎn)向反作用力控制設(shè)備，通過檢測(cè)可轉(zhuǎn)向車輪的橫偏角，能夠考慮到當(dāng)可轉(zhuǎn)向車輪的橫偏角較大時(shí)產(chǎn)生的自回位扭矩的急劇下降而控制致動(dòng)器的操作。借助于這個(gè)控制，即使在其中對(duì)可轉(zhuǎn)向車輪的旋轉(zhuǎn)的反饋或者響應(yīng)由于自回位扭矩的急劇下降而減小的行駛環(huán)境中，隨著可轉(zhuǎn)向車輪的橫偏角而增大的轉(zhuǎn)向反作用能夠單獨(dú)地產(chǎn)生，并且施加到可轉(zhuǎn)向車輪。因而，即使在可轉(zhuǎn)向車輪的橫偏角較大的情況下，駕駛員能夠感覺到適合的轉(zhuǎn)向反作用。

發(fā)明內(nèi)容
此外，在雪地道路或者覆蓋有冰的道路上行駛過程中，在來自路面的反作用力是小的情況下，除了可轉(zhuǎn)向車輪的當(dāng)前方向(轉(zhuǎn)向方向)之外，還知道使車輛轉(zhuǎn)彎性能穩(wěn)定的轉(zhuǎn)向方向是重要的。在這點(diǎn)上，如果可轉(zhuǎn)向車輪的橫偏角在允許的范圍內(nèi)，則上述設(shè)備的每個(gè)能夠從路面適合地獲得反作用扭矩(轉(zhuǎn)向反作用)。結(jié)果，即使在滑的道路上，只要駕駛員執(zhí)行適合的轉(zhuǎn)向，駕駛員能夠基于傳遞到轉(zhuǎn)向盤的反作用扭矩(轉(zhuǎn)向反作用)知道可轉(zhuǎn)向車輪的當(dāng)前方向，由此駕駛員能夠驅(qū)動(dòng)車輛。然而，在任一個(gè)設(shè)備中，駕駛員能夠僅僅從基于路面反作用傳遞到轉(zhuǎn)向盤的反作用扭矩(轉(zhuǎn)向反作用)感測(cè)到可轉(zhuǎn)向車輪的當(dāng)前轉(zhuǎn)向方向，但是不能夠感測(cè)使車輛的轉(zhuǎn)彎性能穩(wěn)定的轉(zhuǎn)向方向。尤其是，對(duì)于不很熟悉車輛駕駛的駕駛員來說，能夠確定地感測(cè)到使車輛轉(zhuǎn)彎性能穩(wěn)定的轉(zhuǎn)向方向是重要的。
本發(fā)明已經(jīng)作出來解決上述問題，并且本發(fā)明的目的是提供一種用于車輛的轉(zhuǎn)向設(shè)備，其考慮當(dāng)車輛在轉(zhuǎn)彎狀態(tài)下時(shí)所產(chǎn)生的車身橫偏角，在轉(zhuǎn)彎過程引導(dǎo)駕駛員到使車輛性能穩(wěn)定的轉(zhuǎn)向方向上。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供用于車輛的轉(zhuǎn)向設(shè)備，包括由駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)向盤、與轉(zhuǎn)向盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向單元和電致動(dòng)器，轉(zhuǎn)向單元將轉(zhuǎn)向軸和車輛的可轉(zhuǎn)向車輪互相連接并且使可轉(zhuǎn)向車輪根據(jù)轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)向，電致動(dòng)器向可轉(zhuǎn)向車輪的轉(zhuǎn)向操作施加預(yù)定扭矩，轉(zhuǎn)向設(shè)備特征在于包括轉(zhuǎn)向角檢測(cè)裝置，用于基于用于維持車輛在直線行駛狀態(tài)下的第一基準(zhǔn)點(diǎn)檢測(cè)可轉(zhuǎn)向車輪的轉(zhuǎn)向角，可轉(zhuǎn)向車輪根據(jù)轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)向；橫偏角檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)當(dāng)車輛在轉(zhuǎn)彎狀態(tài)下時(shí)產(chǎn)生的車輛的車身的橫偏角；基準(zhǔn)點(diǎn)計(jì)算裝置，用于計(jì)算根據(jù)所檢測(cè)的車身的橫偏角而變化的第二基準(zhǔn)點(diǎn)，并且被用來確定用于在減小橫向力對(duì)車輛的轉(zhuǎn)彎狀態(tài)的影響的同時(shí)使車輛轉(zhuǎn)彎的轉(zhuǎn)向角，橫向角由于車身的橫偏角在車輛中產(chǎn)生；轉(zhuǎn)向角轉(zhuǎn)換裝置，用于將由轉(zhuǎn)向角檢測(cè)裝置檢測(cè)的基于第一基準(zhǔn)點(diǎn)的可轉(zhuǎn)向車輪的轉(zhuǎn)向角轉(zhuǎn)換成基于第二基準(zhǔn)點(diǎn)的轉(zhuǎn)向角；反作用扭矩計(jì)算裝置，用于計(jì)算反作用扭矩，反作用扭矩是與通過轉(zhuǎn)換獲得的轉(zhuǎn)向角具有預(yù)定的關(guān)系并且作用在使通過轉(zhuǎn)換獲得的轉(zhuǎn)向角與第二基準(zhǔn)點(diǎn)一致的方向上的扭矩；和驅(qū)動(dòng)控制裝置，用于使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)和驅(qū)動(dòng)，以產(chǎn)生所計(jì)算的反作用扭矩。
借助于上述構(gòu)造，基準(zhǔn)點(diǎn)計(jì)算裝置能夠計(jì)算相對(duì)于第一基準(zhǔn)點(diǎn)(靜態(tài)了零點(diǎn))的第二基準(zhǔn)點(diǎn)(動(dòng)態(tài)零點(diǎn))，第二基準(zhǔn)點(diǎn)根據(jù)由橫偏角檢測(cè)裝置所檢測(cè)的車身的橫偏角而變化。所計(jì)算的第二基準(zhǔn)點(diǎn)是用于在降低由于車身的橫偏角而影響車輛轉(zhuǎn)彎狀態(tài)的橫向力的同時(shí)確定車輛能夠穩(wěn)定地轉(zhuǎn)彎時(shí)的轉(zhuǎn)向角的基準(zhǔn)點(diǎn)。轉(zhuǎn)向角轉(zhuǎn)換裝置能夠?qū)⒂赊D(zhuǎn)向角檢測(cè)裝置檢測(cè)的基于第一基準(zhǔn)點(diǎn)的轉(zhuǎn)向角轉(zhuǎn)換成基于第二基準(zhǔn)點(diǎn)的轉(zhuǎn)向角(即，能夠改變用于檢測(cè)轉(zhuǎn)向角的基準(zhǔn)點(diǎn))。反作用扭矩計(jì)算裝置能夠計(jì)算與通過轉(zhuǎn)換獲得的轉(zhuǎn)向角有預(yù)定關(guān)系的反作用扭矩。該反作用扭矩是在使通過轉(zhuǎn)換獲得的轉(zhuǎn)向角與第二基準(zhǔn)點(diǎn)一致的方向上作用的扭矩。驅(qū)動(dòng)控制裝置能夠驅(qū)動(dòng)和控制電動(dòng)機(jī)使得產(chǎn)生所計(jì)算的反作用扭矩。
借助于以此方式產(chǎn)生的反作用扭矩，可轉(zhuǎn)向車輪轉(zhuǎn)向到第二基準(zhǔn)點(diǎn)，并且一體裝配到連接到轉(zhuǎn)向單元的轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)向盤朝著對(duì)應(yīng)于第二基準(zhǔn)點(diǎn)的方向轉(zhuǎn)動(dòng)(引導(dǎo))。利用這種操作，例如，即使當(dāng)車輛在雪地道路、覆蓋冰的道路或者提供小的路面反作用力的類似道路上行駛時(shí)，可以產(chǎn)生駕駛員確定地感測(cè)到的反作用扭矩以借助于所產(chǎn)生的反作用扭矩將駕駛員引導(dǎo)到駕駛員必轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤的方向上。因而，尤其是當(dāng)對(duì)駕駛車輛不很熟悉的駕駛員在雪地道路和覆蓋有冰的道路上駕駛時(shí)，駕駛員容易地確定其中轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤以穩(wěn)定在轉(zhuǎn)彎狀態(tài)中的車輛的性能的方向；即，朝著第二基準(zhǔn)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)操作的方向。這使駕駛員能夠校正轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤以穩(wěn)定在轉(zhuǎn)彎狀態(tài)中的車輛的性能的操作，并且很容易使車輛在行駛的同時(shí)轉(zhuǎn)彎。
優(yōu)選地，基準(zhǔn)點(diǎn)計(jì)算裝置通過將所檢測(cè)的車身的橫偏角乘以系數(shù)和校正項(xiàng)計(jì)算第二基準(zhǔn)點(diǎn)，其中，該系數(shù)通過使用朝著車輛的轉(zhuǎn)彎中心作用的比拐彎力基于在轉(zhuǎn)彎的狀態(tài)下路面和安裝到車輛前后輪的輪胎之間的摩擦力計(jì)算的，并且該校正項(xiàng)是考慮輪胎的變形特性確定，輪胎的變形特性隨著所檢測(cè)的車身的橫偏角非線性變化。優(yōu)選地，校正項(xiàng)根據(jù)由檢測(cè)車輛的橫向加速度檢測(cè)裝置檢測(cè)的車輛的橫向加速度確定。
借助于該構(gòu)造，第二基準(zhǔn)點(diǎn)通過車身的橫偏角乘以使系數(shù)和校正項(xiàng)計(jì)算，其中，該系數(shù)通過使用朝著車輛的轉(zhuǎn)彎中心作用的比拐彎力計(jì)算的，并且該校正項(xiàng)是考慮輪胎的變形特性確定，輪胎的變形系數(shù)隨著所檢測(cè)的車身的橫偏角非線性變化。校正項(xiàng)能夠根據(jù)所檢測(cè)的車輛的橫向加速度變化。因而，可以根據(jù)車輛的轉(zhuǎn)彎狀態(tài)(即，所產(chǎn)生的車身的橫偏角)最佳地計(jì)算第二基準(zhǔn)點(diǎn)，由此可轉(zhuǎn)向車輪何轉(zhuǎn)向盤朝著第二基準(zhǔn)點(diǎn)引導(dǎo)，因而駕駛員能夠以更穩(wěn)定的方式很容易使車輛在行駛的同時(shí)轉(zhuǎn)彎。
而且，優(yōu)選地，基準(zhǔn)點(diǎn)計(jì)算裝置通過將所檢測(cè)的車身橫偏角乘以使用朝著車輛的轉(zhuǎn)彎中心作用的比轉(zhuǎn)彎力的系數(shù)、表示由于車輛轉(zhuǎn)彎而導(dǎo)致發(fā)生車身側(cè)傾程度的側(cè)傾角和由于在車身中發(fā)生的側(cè)傾的負(fù)荷轉(zhuǎn)移的量而計(jì)算第二基準(zhǔn)點(diǎn)，其中考慮當(dāng)車輛在轉(zhuǎn)彎狀態(tài)下時(shí)所產(chǎn)生的橫向加速度計(jì)算比拐彎力。利用該種結(jié)構(gòu)，適合反映車輛轉(zhuǎn)彎狀態(tài)的比拐彎力能夠很精確地計(jì)算出，并且第二基準(zhǔn)點(diǎn)能夠根據(jù)使用比拐彎力的系數(shù)和所檢測(cè)的橫偏角β計(jì)算。因而，可以很精確地計(jì)算第二基準(zhǔn)點(diǎn)以確定降低由于在車身中產(chǎn)生的橫偏角而影響車輛轉(zhuǎn)彎狀態(tài)的橫向力的轉(zhuǎn)向角，由此使車輛能夠穩(wěn)定地轉(zhuǎn)彎。
優(yōu)選地，反作用扭矩和通過轉(zhuǎn)換獲得的轉(zhuǎn)向角之間的預(yù)定關(guān)系是其中反作用扭矩隨著通過轉(zhuǎn)換獲得的轉(zhuǎn)向角的絕對(duì)值的增大而增大的關(guān)系。在這情況下，優(yōu)選地，反作用扭矩和通過轉(zhuǎn)換獲得的轉(zhuǎn)向角之間的預(yù)定關(guān)系是反作用扭矩與通過轉(zhuǎn)換獲得的轉(zhuǎn)向角的絕對(duì)值的變化而成比例地變化。借助于該構(gòu)造，當(dāng)車輛的轉(zhuǎn)彎性能在通過轉(zhuǎn)換獲得轉(zhuǎn)向角的絕對(duì)值是大的(即，第二基準(zhǔn)點(diǎn)和基于第一基準(zhǔn)點(diǎn)所檢測(cè)的轉(zhuǎn)向角之間的差是大的)情形下變得不穩(wěn)定時(shí)，能夠產(chǎn)生大的反作用扭矩。由于借助于所產(chǎn)生的大的反作用扭矩可轉(zhuǎn)向車輪轉(zhuǎn)向并且轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)操作被引導(dǎo)，駕駛員能夠快速地并且適合地校正轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)操作。
進(jìn)一步，不管路面作用力如何都能夠確定預(yù)定關(guān)系。因而，反作用扭矩能夠以駕駛員能夠容易地轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤的方式相對(duì)于通過轉(zhuǎn)換獲得的轉(zhuǎn)向角的絕對(duì)值的大小而增大，換言之，駕駛員能夠容易地控制車輛的轉(zhuǎn)彎狀態(tài)。利用該控制，能夠確定預(yù)定關(guān)系使得反作用扭矩根據(jù)車輛的特性相對(duì)于通過轉(zhuǎn)換獲得的轉(zhuǎn)向角的絕對(duì)值的大小更大程度地增大。例如，在運(yùn)動(dòng)型車輛中，反作用扭矩相對(duì)于轉(zhuǎn)向角的絕對(duì)值的大小更大程度地增大，使得在運(yùn)定驅(qū)動(dòng)過程中能夠快速校正轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)操作。因而，駕駛員能夠快速和適合地校正轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)操作。
而且，當(dāng)預(yù)定關(guān)系是隨著通過轉(zhuǎn)換獲得的轉(zhuǎn)向角的絕對(duì)值增大而增大時(shí)，可以采用其中當(dāng)?shù)谝换鶞?zhǔn)點(diǎn)和所計(jì)算的第二基準(zhǔn)點(diǎn)之間的差是小的(即，當(dāng)車身的橫偏角是小的)時(shí)反作用扭矩略微增大的關(guān)系，和采用其中當(dāng)差是大的(即，當(dāng)車身的橫偏角是大的)時(shí)反作用扭矩增大的關(guān)系。借助于該構(gòu)造，小的反作用扭矩能夠在一般的行駛過程中產(chǎn)生，這是因?yàn)樗a(chǎn)生車身的橫偏角是小的。因而，駕駛員能夠在沒有感覺不自然的情況下駕駛。同時(shí)，在高速行駛等過程中產(chǎn)生了不期望大的橫偏角并且車輛的轉(zhuǎn)彎的性能變得不穩(wěn)定的情況下，能夠產(chǎn)生較大的反作用扭矩，由此駕駛員能夠快速地校正轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)操作。
本發(fā)明的另一個(gè)特征在于轉(zhuǎn)向軸由與轉(zhuǎn)向盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)向輸入軸和連接到轉(zhuǎn)向單元的轉(zhuǎn)向輸出軸組成；并且轉(zhuǎn)向輸入軸和轉(zhuǎn)向輸出軸由可變齒輪機(jī)構(gòu)連接，可變齒輪機(jī)構(gòu)相對(duì)于轉(zhuǎn)向輸入軸的轉(zhuǎn)動(dòng)量改變轉(zhuǎn)向輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)量。借助于該構(gòu)造，當(dāng)可轉(zhuǎn)向車輪由轉(zhuǎn)向扭矩轉(zhuǎn)向時(shí)；即，當(dāng)轉(zhuǎn)向盤由反作用扭矩引導(dǎo)時(shí)，在降低轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)量的同時(shí)能夠引導(dǎo)其中轉(zhuǎn)向盤必須轉(zhuǎn)動(dòng)的方向，使得能夠減輕駕駛員感覺到的不自然。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于車輛的轉(zhuǎn)向設(shè)備示意圖。
圖2是示出由圖1的電子控制單元執(zhí)行的零點(diǎn)變化程序的流程圖。
圖3是示出轉(zhuǎn)向角和反作用扭矩之間的關(guān)系的曲線圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)修改的實(shí)施例的用于車輛的轉(zhuǎn)向設(shè)備的示意圖。
圖5是與本發(fā)明修改實(shí)施例相關(guān)并且示出轉(zhuǎn)向角和反作用扭矩之間關(guān)系的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
以下，將操作附圖詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的車輛轉(zhuǎn)向設(shè)備。圖1示意性示出用作根據(jù)本實(shí)施例的車輛轉(zhuǎn)向設(shè)備的電力轉(zhuǎn)向設(shè)備。
該電力轉(zhuǎn)向設(shè)備包括轉(zhuǎn)向盤11，駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤以使可轉(zhuǎn)向車輪的左右前輪FW1和FW2轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)向盤11固定到轉(zhuǎn)向軸12的上端，轉(zhuǎn)向軸12的下端連接到轉(zhuǎn)向齒輪單元20。
轉(zhuǎn)向齒輪單元20是例如齒條-小齒輪型齒輪單元，并且設(shè)計(jì)成一體安裝到轉(zhuǎn)向軸12下端的小齒輪21的旋轉(zhuǎn)傳遞到齒條22。進(jìn)一步，電動(dòng)機(jī)23設(shè)置在轉(zhuǎn)向齒輪單元23中。電動(dòng)機(jī)23產(chǎn)生用于減小駕駛員通過使轉(zhuǎn)向盤11旋轉(zhuǎn)而輸入的轉(zhuǎn)向扭矩t(以下該扭矩將稱為“輔助扭矩Ta”)，并且還在逆著轉(zhuǎn)向扭矩t的方向上產(chǎn)生大致相等的扭矩(以下該將稱為“反作用扭矩Tz”)。該電動(dòng)機(jī)23的組裝方式為所產(chǎn)生的輔助扭矩Ta和反作用扭矩Tz傳遞到齒條22。利用這種構(gòu)造，從轉(zhuǎn)向盤11輸入到轉(zhuǎn)向軸12的轉(zhuǎn)向扭矩t經(jīng)由小齒輪21傳遞到齒條22，并且由電動(dòng)機(jī)23所產(chǎn)生的輔助和反作用扭矩Ta和Tz傳遞到齒條22。在接收到以此方式傳遞的這些扭矩時(shí)，齒條22軸向移動(dòng)，并且連接到齒條22的相對(duì)兩端的左右前輪FW1和FW2向左和向右轉(zhuǎn)向。
接著，將描述用于控制電動(dòng)機(jī)23操作的電控制器。電控制器包括車速傳感器31、轉(zhuǎn)向扭矩傳感器32、轉(zhuǎn)向角傳感器33、橫向加速度傳感器34、和橫偏角傳感器35。車速傳感器31檢測(cè)車輛的速度，并且將其輸出作為車輛速度V。轉(zhuǎn)向扭矩傳感器32裝配到轉(zhuǎn)向軸12，并且適于檢測(cè)輸入轉(zhuǎn)向軸12的扭矩T，并且將其輸出。注意，當(dāng)扭矩使轉(zhuǎn)向盤12在從車輛的前進(jìn)方向觀察是反時(shí)針的方向上轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，假定扭矩T是正值，并且當(dāng)扭矩使轉(zhuǎn)向盤12在順時(shí)針的方向上轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，假定扭矩T是正值。
轉(zhuǎn)向角傳感器33裝配到轉(zhuǎn)向齒輪單元20，并且適于檢測(cè)齒條22在軸向方向上的位移，并且輸出對(duì)應(yīng)于所檢測(cè)的位移的左右前輪FW1和FW2的轉(zhuǎn)向角δ。轉(zhuǎn)向角傳感器33使用齒條22的中性位置作為基準(zhǔn)(以下稱為靜態(tài)零點(diǎn))，此時(shí)左右前輪FW1和FW2沒有轉(zhuǎn)向并且齒輪直線向前行駛。因而，轉(zhuǎn)向角傳感器33輸出為“0”的對(duì)應(yīng)于的靜態(tài)零點(diǎn)的轉(zhuǎn)向角δ。當(dāng)轉(zhuǎn)向角傳感器33檢測(cè)從靜態(tài)零點(diǎn)沿著從車輛前進(jìn)方向觀察是向右方向的齒條22的位移(即，左右前輪FW1和FW2向左轉(zhuǎn)向)時(shí)，轉(zhuǎn)向角傳感器33輸出作為正值的轉(zhuǎn)向角δ，并且當(dāng)轉(zhuǎn)向角傳感器33檢測(cè)齒條22從靜態(tài)零點(diǎn)向左方向的位移(即，左右前輪FW1和FW2向右轉(zhuǎn)向)時(shí)，轉(zhuǎn)向角傳感器33輸出作為負(fù)值的轉(zhuǎn)向角δ。橫向加速度傳感器34檢測(cè)和輸出在車輛中產(chǎn)生的橫向加速度G。橫向加速度傳感器34輸出作為正值的從車輛的前進(jìn)方向觀察是向左的橫向加速度，和作為負(fù)值的向右的橫向加速度。
橫偏角傳感器35檢測(cè)車輛的車身在轉(zhuǎn)彎狀態(tài)下所產(chǎn)生的橫偏角β，并且將其輸出。當(dāng)橫偏角β是負(fù)值時(shí)，其表示相對(duì)于車輛前進(jìn)方向向左的橫偏角，并且當(dāng)橫偏角β是正值時(shí)，其表示相對(duì)于車輛前進(jìn)方向是向右的橫偏角。盡管能夠采用各種方法檢測(cè)車身的橫偏角β，優(yōu)選地檢測(cè)橫偏角β如下。即，當(dāng)沿著車輛前后方向的車輛速度表示為Vx，并且沿著車輛橫向方向的車輛速度表示為Vy時(shí)，車身的橫偏角能夠根據(jù)下面的Eq.1計(jì)算。
β＝tan-1(Vy/Vx)Eq.1注意，車輛速度Vx和Vy優(yōu)選地使用利用例如光和聲音的檢測(cè)器檢測(cè)。
這些傳感器31至35連接到電子控制單元36。電子控制單元36的主要部件包括由CPU、ROM、RAM等組成的微型計(jì)算機(jī)，并且通過使用傳感器31至35的相應(yīng)檢測(cè)值執(zhí)行程序而控制轉(zhuǎn)向齒輪單元20的電動(dòng)機(jī)23的驅(qū)動(dòng)。因而，用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)23的驅(qū)動(dòng)電路37連接到電子控制單元36的輸出側(cè)。用于檢測(cè)流過電動(dòng)機(jī)23的驅(qū)動(dòng)電流的電流檢測(cè)器37a設(shè)置在驅(qū)動(dòng)電路37中。借助于電流檢測(cè)器37a檢測(cè)的驅(qū)動(dòng)電流反饋到電子控制單元36以控制電動(dòng)機(jī)23的驅(qū)動(dòng)。
接著，將詳細(xì)描述具有以上構(gòu)造的本實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)向設(shè)備的操作。當(dāng)駕駛員接通未示出的點(diǎn)火開關(guān)時(shí)，電子控制單元36(更具體地，CPU)以預(yù)定的短間隔重復(fù)執(zhí)行圖2所示的反作用扭矩控制程序。
即，電子控制單元36在步驟S10開始反作用扭矩控制程序，并且進(jìn)行到步驟S11以輸入借助于車速傳感器31、轉(zhuǎn)向角傳感器33、橫向加速度傳感器34和橫偏角傳感器35所檢測(cè)的相應(yīng)值；即，車輛速度V、轉(zhuǎn)向角δ、橫向加速度G和車身橫偏角β。在從傳感器31、33、34和35輸入檢測(cè)值之后，電子控制單元36進(jìn)行到步驟S12。
在步驟S12，電子控制單元36判斷在上述步驟S11輸入的橫偏角β的絕對(duì)值是否大于預(yù)設(shè)的小的正的車身橫偏角βo。此處，車身橫偏角βo是用來判斷車輛的轉(zhuǎn)彎性能是否由于車身中所產(chǎn)生的橫偏角β而惡化的值。即，當(dāng)橫偏角β大于預(yù)定的車身橫偏角βo時(shí)，必須校正已經(jīng)由所產(chǎn)生的橫偏角β引起惡化的車輛轉(zhuǎn)彎性能。因而，電子控制單元36作出“是”的判斷，然后進(jìn)行到步驟S13。
同時(shí)，當(dāng)橫偏角β等于或者小于預(yù)定的車身橫偏角βo時(shí)，不必校正車輛的轉(zhuǎn)彎性能。因而，電子控制單元36作出“否”的判斷，然后進(jìn)行到步驟S17，以結(jié)束當(dāng)前執(zhí)行的反作用扭矩控制程序。
在這情況下，根據(jù)由轉(zhuǎn)向扭矩傳感器32檢測(cè)的扭矩T(即，轉(zhuǎn)向扭矩t)，電子控制單元36使得電動(dòng)機(jī)23在與通過轉(zhuǎn)向盤11的轉(zhuǎn)動(dòng)輸入的轉(zhuǎn)向扭矩t的方向相同的方向上產(chǎn)生預(yù)定的輔助扭矩Ta。輔助扭矩Ta設(shè)定成隨著所檢測(cè)的車速V增大而減小。由電動(dòng)機(jī)23產(chǎn)生的輔助扭矩Ta傳遞到齒條22。
結(jié)果，除了由駕駛員輸入的轉(zhuǎn)向扭矩t，由電動(dòng)機(jī)23產(chǎn)生的輔助扭矩Ta傳遞到齒條23，由此使左右前輪FW1和FW2轉(zhuǎn)向所需的轉(zhuǎn)向扭矩t大大地降低。因而，駕駛員能夠通過轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤11很容易使左右前輪FW1和FW2轉(zhuǎn)向。在預(yù)定短間隔經(jīng)過之后，電子控制單元36再次在步驟S10開始執(zhí)行反作用扭矩控制程序。
在步驟S13，相對(duì)于作為第一基準(zhǔn)點(diǎn)的上述靜態(tài)零點(diǎn)，電子控制單元36計(jì)算動(dòng)態(tài)零點(diǎn)δo，該動(dòng)態(tài)零點(diǎn)δo用作第二基準(zhǔn)點(diǎn)，并且考慮到在車身中所產(chǎn)生的橫偏角β的影響用來穩(wěn)定車輛的轉(zhuǎn)彎性能。在下面，將詳細(xì)描述該動(dòng)態(tài)零點(diǎn)δo的計(jì)算。
首先，針對(duì)左右前輪FW1和FW2例如以靜態(tài)零點(diǎn)作為基準(zhǔn)轉(zhuǎn)向了轉(zhuǎn)向角δc的情況描述車身橫偏角β對(duì)車輛的轉(zhuǎn)彎性能的影響。當(dāng)轉(zhuǎn)向盤11由駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)向齒輪單元20的齒條22軸向移動(dòng)，使得左右前輪FW1和FW2轉(zhuǎn)向了轉(zhuǎn)向角δc。結(jié)果，車輛從直線行駛狀態(tài)變化到轉(zhuǎn)彎狀態(tài)，或者保持轉(zhuǎn)彎狀態(tài)。由于轉(zhuǎn)彎而引起的離心力和所產(chǎn)生的朝向轉(zhuǎn)彎中心的向心力作用在轉(zhuǎn)彎狀態(tài)下的車輛上。作用在轉(zhuǎn)彎狀態(tài)下的車輛上的向心力由朝著轉(zhuǎn)彎中心作用在路面和車輛的前后輪(更具體地，安裝到前后輪的輪胎)之間橫向力提供(以下，該橫向力將稱為拐彎力)。
具體地，當(dāng)車輛沿著基于左右前輪FW1和FW2的轉(zhuǎn)向角δc確定的預(yù)定轉(zhuǎn)彎圓行駛時(shí)(以下，該行駛方向?qū)⒎Q為“前進(jìn)方向”)，輪胎相對(duì)于前進(jìn)方向橫向偏出。由于輪胎的橫向偏出的結(jié)果車輛獲得所產(chǎn)生的向心力，因而沿著轉(zhuǎn)彎圓行駛。因而，轉(zhuǎn)彎狀態(tài)下的車身具有由車身的前進(jìn)方向和前后方向之間的角度差表示的橫偏角β。此外，由于前后輪一體安裝到車身上，在其中車身具有橫偏角β的狀態(tài)下，前后輪的輪胎易于相對(duì)于路面在作用在車輛上的慣性力的方向上發(fā)生位移。
然而，當(dāng)前后輪的輪胎易于相對(duì)于路面發(fā)生位移時(shí)，在前后輪的輪胎和路面之間產(chǎn)生摩擦力，使得車輛在前進(jìn)方向上行駛在轉(zhuǎn)彎圓上，而不是在慣性力的作用方向上。換言之，基于摩擦力產(chǎn)生拐彎力，并且因?yàn)樗a(chǎn)生的拐彎力，產(chǎn)生使車輛在前進(jìn)方向上行駛的離心力。由于左右前輪FW1和FW2(更具體地，左右前輪FW1和FW2的輪胎)的所產(chǎn)生的拐彎力傳遞到轉(zhuǎn)向盤11，駕駛員能夠感測(cè)到反作用扭矩，并且還能夠感測(cè)到左右前輪FW1和FW2的當(dāng)前轉(zhuǎn)向方向(即，轉(zhuǎn)向角δc)。
因而，借助于以下Eq.2能夠計(jì)算車輛向心力，其中車輛的左右前輪FW1和FW2已經(jīng)轉(zhuǎn)向了轉(zhuǎn)向角δc并且車輛在轉(zhuǎn)彎狀態(tài)下，Eq.2使用了在前后輪處產(chǎn)生的拐彎力；更具體地，是每單位橫偏角β的拐彎力的比拐彎力。
M·α＝2·Kf·δc+2·(Kf+Kr)·β+ε Eq.2在Eq.2中的M是車輛的質(zhì)量。在Eq.2中的α是朝著轉(zhuǎn)彎中心的加速度(以下，該加速度將被稱為“向心加速度”)，并且能夠由以下Eq.3表示。
α＝V2·(1/R) Eq.3在Eq.3中，R表示基于轉(zhuǎn)向角δc所確定的車輛轉(zhuǎn)彎半徑，并且1/R表示轉(zhuǎn)彎圓的曲率(所謂的轉(zhuǎn)彎曲率)。
在以下Eq.4中所示的關(guān)系是在轉(zhuǎn)向角δc和轉(zhuǎn)彎曲率1/R之間。
δc＝L·(1+A·V2)·(1/R) Eq.4在Eq.4中的L是表示車輛軸距的預(yù)定值，并且A是表示車輛穩(wěn)定性能的預(yù)定值。通過運(yùn)算Eq.4，轉(zhuǎn)彎曲率1/R能夠用以下Eq.5表示。
1/R＝δc/(L·(1+A·V2))Eq.5因而，向心加速度α能夠用以下Eq.6表示，而Eq.6是通過將Eq.5代入上述Eq.3獲得。
α＝(V2/(L·(1+A·V2)))·δc Eq.6在上述Eq.2的右側(cè)，Kf表示在左右前輪FW1和FW2處所產(chǎn)生的比拐彎力，并且Kr表示在后輪處產(chǎn)生的比拐彎力。進(jìn)一步，如上所述，當(dāng)轉(zhuǎn)向角δc是正值；即，當(dāng)車輛向左轉(zhuǎn)彎時(shí)，產(chǎn)生向右的橫偏角，使得車身的橫偏角β呈現(xiàn)為正值，并且當(dāng)轉(zhuǎn)向角δc是負(fù)值(即，當(dāng)車輛向右轉(zhuǎn)彎)時(shí)，產(chǎn)生向左的橫偏角，使得車身的橫偏角β呈現(xiàn)為負(fù)值。注意，在上述Eq.2的右側(cè)，ε是隨著車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)產(chǎn)生的橫擺率而產(chǎn)生的很小的力，并且因而能夠忽略。因而，轉(zhuǎn)彎狀態(tài)下車輛的向心力能夠用以下Eq.7代替上述Eq.2表示。
M·α＝2·Kf·δc+2·(Kf+Kr)·βEq.7根據(jù)Eq.7，通過將與左右前輪FW1和FW2的轉(zhuǎn)向角δc成比例的橫向力(以下，該橫向力將被稱為“轉(zhuǎn)向橫向力”)加上與車身的橫偏角β成比例的橫向力(以下，該橫向力將被稱為“偏出橫向力”)計(jì)算在車輛中所產(chǎn)生的向心力M·α。此外，如從Eq.7明顯可見，偏出橫向力在其中橫偏角β在車身中產(chǎn)生的狀態(tài)下自然地產(chǎn)生，并且難以供駕駛員經(jīng)由轉(zhuǎn)向盤11直接控制。由于偏出橫向力自然產(chǎn)生的結(jié)果，產(chǎn)生的向心力比駕駛員通過轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤11期望產(chǎn)生的向心力大。
結(jié)果，車輛不能以駕駛員已經(jīng)期望的轉(zhuǎn)彎半徑轉(zhuǎn)彎。因而，駕駛員必須通過適合地轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤11而校正轉(zhuǎn)向角δc，使得車輛以期望的轉(zhuǎn)彎半徑轉(zhuǎn)彎(以下，該轉(zhuǎn)向操作將被稱為“校正轉(zhuǎn)向”)。即，駕駛員必須執(zhí)行轉(zhuǎn)向盤11的校正轉(zhuǎn)向，使得向心力M·α減小了對(duì)應(yīng)于偏出橫向力的量，其中偏出橫向力將由于車輛轉(zhuǎn)彎的結(jié)果而自然地產(chǎn)生。如以上所述，自然地產(chǎn)生的橫偏角β影響左右前輪FW1和FW2已經(jīng)轉(zhuǎn)向了轉(zhuǎn)向角δc的車輛的轉(zhuǎn)彎性能。
因而，在步驟S13，電子控制單元36計(jì)算動(dòng)態(tài)零點(diǎn)δo，用于通過消除在轉(zhuǎn)彎狀態(tài)下的車輛中自然產(chǎn)生的偏出橫向力(更具體地，車身橫偏角β)的影響而穩(wěn)定車輛轉(zhuǎn)彎性能。
具體地，如上所述，在其中由于左右前輪FW1和FW2轉(zhuǎn)向了轉(zhuǎn)向角δc的結(jié)果而產(chǎn)生的車身的橫偏角β的狀態(tài)下，根據(jù)上述Eq.7計(jì)算向心力M·α；即，通過將偏出力加上轉(zhuǎn)向橫向力。換言之，僅僅需要轉(zhuǎn)向橫向力使車輛根據(jù)轉(zhuǎn)向盤11的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)彎，并且偏出橫向力是不需要的。因而，當(dāng)使車輛以期望的轉(zhuǎn)彎半徑(駕駛員通過轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤11已經(jīng)確定的)轉(zhuǎn)彎的轉(zhuǎn)向角作為目標(biāo)轉(zhuǎn)向角δd，由轉(zhuǎn)向角δd產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向橫向力能夠由以下Eq.8表示，Eq.8通過從上述Eq.7的兩側(cè)減去偏出橫向力而獲得。
2·Kf·δd＝M·α-2·(Kf+Kr)·β Eq.8因而，目標(biāo)轉(zhuǎn)向角δd能夠根據(jù)以下Eq.9獲得，Eq.9通過運(yùn)算Eq.8獲得。
δd＝(M/(2·Kf))·α-(1+Kr/Kf)·β Eq.9能夠通過使用上述Eq.6修改Eq.9獲得以下Eq.10。
δd＝(M/(2·Kf))·(V2/(L·(1+A·V2)))·δc-(1+Kr/Kf)·β Eq.10由于以下Eq.10的左手側(cè)的第一項(xiàng)根據(jù)轉(zhuǎn)向角δc而變化，且轉(zhuǎn)向角δc由駕駛員通過轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤11而輸入，Eq.10能夠借助于用駕駛員輸入的轉(zhuǎn)向角δc1代替那一項(xiàng)而重新寫成如以下Eq.11所示。
δd＝δc1-(1+Kr/Kf)·β Eq.11根據(jù)Eq.11，通過從與由駕駛員通過轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤11輸入的轉(zhuǎn)向角δc1相關(guān)的項(xiàng)減去與車身的橫偏角β成比例的項(xiàng)而確定目標(biāo)轉(zhuǎn)向角δd。因而，當(dāng)駕駛員執(zhí)行上述校正轉(zhuǎn)向時(shí)，駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤11使得轉(zhuǎn)向角與根據(jù)Eq.9確定的目標(biāo)轉(zhuǎn)向角δd一致。換言之，用于在消除在轉(zhuǎn)彎狀態(tài)下的車輛的車身中產(chǎn)生的橫偏角β的影響的同時(shí)而穩(wěn)定車輛轉(zhuǎn)彎性能的左右前輪FW1和FW2的轉(zhuǎn)向方向與左右前輪FW1和FW2(即，齒條22)在產(chǎn)生橫偏角β的方向上回轉(zhuǎn)了由(1+Kr/Kf)·β表示的角度的方向一致。
這等于在轉(zhuǎn)彎狀態(tài)下的車輛執(zhí)行控制使在齒條22的中性位置(靜態(tài)零點(diǎn))在其中產(chǎn)生橫偏角β的方向(更具體地，轉(zhuǎn)向盤11的當(dāng)前回轉(zhuǎn)方向)上移動(dòng)了(1+Kr/Kf)·β，以將齒條22的移動(dòng)后的位置(以下稱為“變化后的中性位置”)確定為動(dòng)態(tài)零點(diǎn)δo，并且在變化后的中性位置(動(dòng)態(tài)零點(diǎn)δo)用作基準(zhǔn)的同時(shí)使左右前輪FW1和FW2轉(zhuǎn)向。因而，動(dòng)態(tài)零點(diǎn)δo能夠由以下Eq.12表示。
δo＝-(1+Kr/Kf)·β·N Eq.12Eq.12中的N表示用于將左右前輪FW1和FW2的輪胎變形特性視為線性的校正量，而在產(chǎn)生車身的橫偏角β時(shí)輪胎變形特性非線性地變化。該校正量N能夠計(jì)算為如在以下Eq.13中所示的所檢測(cè)的橫向加速度G的函數(shù)。
N＝(a+b·G2)/(c+d·G2) Eq.13注意，Eq.13中的a、b、c和d是根據(jù)車輛型號(hào)和輪胎確定的常數(shù)。注意，校正量N不限于根據(jù)Eq.13所計(jì)算的，并且可以根據(jù)車輛的特性在之前設(shè)定，或者可以由駕駛員自由地改變。電子控制單元36通過使用在上述步驟S11輸入的橫向加速度G和橫偏角β并且根據(jù)上述Eq.12和13計(jì)算動(dòng)態(tài)零點(diǎn)δo。
在計(jì)算動(dòng)態(tài)零點(diǎn)δo之后，電子控制單元36執(zhí)行步驟S14和S15，以在使用所計(jì)算的動(dòng)態(tài)零點(diǎn)δo作為基準(zhǔn)的同時(shí)使左右前輪FW1和FW2轉(zhuǎn)向。換言之，電子控制單元36計(jì)算用于引導(dǎo)駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤11的方向的反作用扭矩Tz?，F(xiàn)在詳細(xì)描述該反作用扭矩Tz的計(jì)算。
如上所述，動(dòng)態(tài)零點(diǎn)δo是用于在消除橫偏角β的影響的同時(shí)而穩(wěn)定轉(zhuǎn)彎狀態(tài)下車輛轉(zhuǎn)彎性能的左右前輪FW1和FW2的轉(zhuǎn)向角的基準(zhǔn)點(diǎn)。即，利用在轉(zhuǎn)彎狀態(tài)下的車輛，當(dāng)左右前輪FW1和FW2以動(dòng)態(tài)零點(diǎn)δo用作基準(zhǔn)而轉(zhuǎn)向時(shí)，車輛的轉(zhuǎn)彎性能能夠被最大程度地穩(wěn)定。因而，在車輛的轉(zhuǎn)彎性能由于產(chǎn)生車身的橫偏角β而不穩(wěn)定的狀態(tài)下，必須借助于在使用動(dòng)態(tài)零點(diǎn)δo作為基準(zhǔn)的同時(shí)使左右前輪FW1和FW2轉(zhuǎn)向來穩(wěn)定車輛的轉(zhuǎn)彎性能。
此處，如上所述，當(dāng)車輛向左轉(zhuǎn)彎時(shí)，產(chǎn)生向右的橫偏角，使得車身的橫偏角β呈現(xiàn)正值。因而，根據(jù)上述Eq.12，動(dòng)態(tài)零點(diǎn)δo呈負(fù)值。進(jìn)一步，如上所述，當(dāng)車輛向右轉(zhuǎn)彎時(shí)，產(chǎn)生向左的橫偏角，使得車身的橫偏角β呈現(xiàn)負(fù)值。因而，根據(jù)上述Eq.12，動(dòng)態(tài)零點(diǎn)δo呈正值。因而，當(dāng)左右前輪FW1和FW2取決于所計(jì)算的動(dòng)態(tài)零點(diǎn)δo使正值還是負(fù)值而在不同的方向上轉(zhuǎn)向，當(dāng)動(dòng)態(tài)零點(diǎn)δo呈負(fù)值，左右前輪FW1和FW2向右回轉(zhuǎn)，當(dāng)動(dòng)態(tài)零點(diǎn)δo呈正值，左右前輪FW1和FW2向左回轉(zhuǎn)。
因而，電子控制單元36計(jì)算用于在使用所計(jì)算的動(dòng)態(tài)零點(diǎn)δo作為基準(zhǔn)的同時(shí)使由駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤11而轉(zhuǎn)動(dòng)的左右前輪FW1和FW2回轉(zhuǎn)的扭矩；即，電子控制單元36計(jì)算用于將轉(zhuǎn)向盤11朝著動(dòng)態(tài)零點(diǎn)δo逆著由駕駛員輸入的轉(zhuǎn)向扭矩t引導(dǎo)的反作用扭矩Tz。
為了計(jì)算反作用扭矩Tz，在步驟S14中，電子控制單元36首先以動(dòng)態(tài)零點(diǎn)δo作為基準(zhǔn)并且根據(jù)以下Eq.14計(jì)算左右前輪FW1和FW2的轉(zhuǎn)向角δa。
δa＝δ-δo Eq.14在Eq.14中，δ表示由轉(zhuǎn)向角傳感器33所檢測(cè)的轉(zhuǎn)向角；即，以靜態(tài)零點(diǎn)為基準(zhǔn)來檢測(cè)的轉(zhuǎn)向角。
如上所述，根據(jù)Eq.14計(jì)算的轉(zhuǎn)向角δa變成等于以靜態(tài)零點(diǎn)作為基準(zhǔn)檢測(cè)轉(zhuǎn)向角δ減去動(dòng)態(tài)零點(diǎn)δo。換言之，轉(zhuǎn)向角δa通過將轉(zhuǎn)向角δ(轉(zhuǎn)向角傳感器33在使用靜態(tài)零點(diǎn)作為基準(zhǔn)的同時(shí)檢測(cè)的)轉(zhuǎn)換成基準(zhǔn)是動(dòng)態(tài)零點(diǎn)δo的轉(zhuǎn)向角。在步驟S15，電子控制單元36計(jì)算對(duì)應(yīng)于所計(jì)算的(轉(zhuǎn)換后)的轉(zhuǎn)向角δa的大小的反作用扭矩Tz。
如在圖3所示，反作用扭矩Tz在動(dòng)態(tài)零點(diǎn)δo設(shè)定成等于“0”，并且與轉(zhuǎn)向角δa在向左和向右方向上(即，轉(zhuǎn)向角δa的絕對(duì)值)的增大成比例增大。具體地，當(dāng)轉(zhuǎn)向角δa的絕對(duì)值較大時(shí)；即，所檢測(cè)的轉(zhuǎn)向角δ和動(dòng)態(tài)零點(diǎn)δo之間的差的絕對(duì)值較大時(shí)，計(jì)算的反作用扭矩Tz較大。當(dāng)轉(zhuǎn)向角δa的絕對(duì)值較小時(shí)；即，所檢測(cè)的轉(zhuǎn)向角δ和動(dòng)態(tài)零點(diǎn)δo之間的差的絕對(duì)值較小時(shí)，所計(jì)算的反作用扭矩Tz較小。注意，反作用扭矩Tz設(shè)定成其在左右前輪FW1和FW2能夠轉(zhuǎn)向(即，齒條23能夠在軸向方向上移動(dòng))的最大的轉(zhuǎn)向角附近是最大值。
注意，本實(shí)施例采用反作用扭矩Tz的變化特性使得其與轉(zhuǎn)向角δa成比例變化，并且在最大轉(zhuǎn)向角附近是恒定值。然而，本實(shí)施例可以采用變化特性(例如，向上凸起的函數(shù)曲線)，使得如圖3中的雙點(diǎn)劃線所示，反作用扭矩Tz隨著轉(zhuǎn)向角δa均勻地增大，并且在最大轉(zhuǎn)向角處是最大值。
此處，將描述施加到轉(zhuǎn)向盤11的反作用扭矩Tz。一般，在電力轉(zhuǎn)向設(shè)備中，在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中存在的粘性(viscous)扭矩、慣性扭矩和自回位扭矩的反作用扭矩和(以下簡(jiǎn)稱為SAT)變成等于由駕駛員輸入的轉(zhuǎn)向扭矩t和輔助扭矩Ta的轉(zhuǎn)向扭矩和。換言之，電動(dòng)機(jī)根據(jù)SAT(SAT隨著轉(zhuǎn)向盤11的轉(zhuǎn)動(dòng)而變化)大小產(chǎn)生輔助扭矩Ta，使得由駕駛員輸入的轉(zhuǎn)向扭矩t不增大。在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中存在的粘性扭矩的示例是伴隨轉(zhuǎn)向齒輪單元20中填充的油的流動(dòng)阻力所產(chǎn)生的扭矩。慣性扭矩的示例是伴隨轉(zhuǎn)向盤11的慣性效應(yīng)所產(chǎn)生的扭矩。
此外，在本實(shí)施例中，為了以用作基準(zhǔn)的動(dòng)態(tài)零點(diǎn)引導(dǎo)轉(zhuǎn)向盤11，電子控制單元36驅(qū)動(dòng)和控制電動(dòng)機(jī)23使得向轉(zhuǎn)向盤11施加反作用扭矩Tz。因而，在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中存在反作用扭矩是粘性扭矩、慣性扭矩、自回位扭矩和反作用扭矩Tz之和。即，SAT如圖3中的點(diǎn)劃線所示是用于轉(zhuǎn)向盤11從車身橫偏角β轉(zhuǎn)動(dòng)而自然地產(chǎn)生的作為路面反作用，反作用扭矩Tz是用于轉(zhuǎn)向盤11從動(dòng)態(tài)零點(diǎn)δo轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生的，SAT疊加在反作用扭矩Tz上，反作用扭矩和增大。因而，電子控制單元36通過驅(qū)動(dòng)和控制電動(dòng)機(jī)23適合調(diào)整輔助扭矩的大小，以防止轉(zhuǎn)向扭矩t的增大。
有兩個(gè)方法用于電子控制單元36調(diào)整輔助扭矩Ta；即，調(diào)整輔助扭矩Ta使得輔助扭矩Ta變成等于粘性扭矩、慣性扭矩和SAT之和；和調(diào)整輔助扭矩Ta使得輔助扭矩Ta變成等于粘性扭矩、慣性扭矩、SAT和反作用扭矩Tz之和。
在電子控制單元36調(diào)整輔助扭矩Ta使得輔助扭矩Ta變成等于粘性扭矩、慣性扭矩和SAT之和的情況下，反作用扭矩Tz變成等于轉(zhuǎn)向扭矩t。換言之，轉(zhuǎn)向盤11能夠借助于經(jīng)由齒條22、小齒輪21和轉(zhuǎn)向軸12傳遞到轉(zhuǎn)向盤11的反作用扭矩Tz以動(dòng)態(tài)零點(diǎn)δo用作基準(zhǔn)來引導(dǎo)。注意，在這情況下，在轉(zhuǎn)向扭矩t沒有駕駛員輸入的情形，電子控制單元36驅(qū)動(dòng)和控制電動(dòng)機(jī)23；即，調(diào)整輔助扭矩Ta使得粘性扭矩變成等于反作用扭矩Tz，由此使轉(zhuǎn)向盤11回位到動(dòng)態(tài)零點(diǎn)δo。
在電子控制單元36調(diào)整輔助扭矩Ta使得輔助扭矩Ta變成等于粘性扭矩、慣性扭矩、SAT和反作用扭矩Tz之和的情況下，SAT和反作用扭矩Tz之和變成等于轉(zhuǎn)向扭矩t。在此情況下，轉(zhuǎn)向盤11借助于經(jīng)由齒條22、小齒輪21和轉(zhuǎn)向軸12傳遞到轉(zhuǎn)向盤11的SAT而引導(dǎo)到車身橫偏角β的方向，并且以類似的方式借助于傳遞到轉(zhuǎn)向盤11的反作用扭矩Tz朝著動(dòng)態(tài)零點(diǎn)δo引導(dǎo)。
此外，在SAT和反作用扭矩Tz以疊加的方式施加到轉(zhuǎn)向盤11的情況下，在一些情況下，轉(zhuǎn)向扭矩t隨著轉(zhuǎn)向盤11的轉(zhuǎn)動(dòng)非連續(xù)地變化。即，由于SAT和反作用扭矩Tz之和等于轉(zhuǎn)向扭矩t，轉(zhuǎn)向扭矩t在SAT變成“0”的轉(zhuǎn)向盤11的轉(zhuǎn)動(dòng)位置(對(duì)應(yīng)于橫偏角β的轉(zhuǎn)動(dòng)位置)和反作用扭矩Tz變成“0”的轉(zhuǎn)向盤11的轉(zhuǎn)動(dòng)位置(對(duì)應(yīng)于動(dòng)態(tài)零點(diǎn)δo的轉(zhuǎn)動(dòng)位置)處變小(產(chǎn)生所謂的扭矩下降(torque dip))。
在此情況下，SAT對(duì)扭矩下降的影響能夠通過將反作用扭矩Tz設(shè)定成具有其大小足夠大于SAT的大小而減輕。在扭矩下降的影響得到降低的情況下，轉(zhuǎn)向扭矩t在SAT變成“0”的轉(zhuǎn)向盤11的轉(zhuǎn)動(dòng)位置處略微變化。換言之，由于轉(zhuǎn)向扭矩t變化的轉(zhuǎn)向盤11的轉(zhuǎn)動(dòng)位置處，駕駛員易于基于轉(zhuǎn)向扭矩t的變化知道左右前輪FW1和FW2的轉(zhuǎn)向方向與車輛的前進(jìn)方向一致。
電子控制單元36通過使用根據(jù)上述Eq.14計(jì)算的轉(zhuǎn)向角δa并且參照?qǐng)D3所示的用于反作用扭矩Tz的特性表計(jì)算將在電動(dòng)機(jī)23中產(chǎn)生的反作用扭矩Tz。在完成計(jì)算反作用扭矩Tz時(shí)，電子控制單元36進(jìn)行到步驟S16。
在步驟S16，電子控制單元36驅(qū)動(dòng)和控制轉(zhuǎn)向齒輪單元20的電動(dòng)機(jī)23，以產(chǎn)生在上述步驟S13中計(jì)算的反作用扭矩Tz。
將具體地描述用于產(chǎn)生反作用扭矩Tz的驅(qū)動(dòng)和控制。電子控制單元36輸入來自轉(zhuǎn)向扭矩傳感器32的作用在轉(zhuǎn)向軸12(即，齒條22)上的檢測(cè)的扭矩T。電子控制單元36接著反饋控制電動(dòng)機(jī)23的旋轉(zhuǎn)使得所檢測(cè)的扭矩與隨計(jì)算的反作用扭矩Tz一致。進(jìn)一步，電子控制單元36輸入來自驅(qū)動(dòng)電路37的流過電動(dòng)機(jī)23的驅(qū)動(dòng)電流，并且反饋控制驅(qū)動(dòng)電路37使得具有對(duì)應(yīng)于反作用扭矩Tz的驅(qū)動(dòng)電流適合地流動(dòng)。
由于以此方式驅(qū)動(dòng)和控制電動(dòng)機(jī)23，反作用扭矩Tz由電動(dòng)機(jī)23產(chǎn)生并且傳遞。進(jìn)一步，由于反作用扭矩Tz被傳遞到齒條22的結(jié)果，反作用扭矩Tz經(jīng)由轉(zhuǎn)向軸12傳遞到轉(zhuǎn)向盤11。因而，轉(zhuǎn)向盤11借助于以動(dòng)態(tài)零點(diǎn)δo用作基準(zhǔn)產(chǎn)生的反作用力轉(zhuǎn)動(dòng)(引導(dǎo))。
當(dāng)由轉(zhuǎn)向扭矩傳感器32檢測(cè)的扭矩T變成等于所計(jì)算的反作用扭矩Tz時(shí)，電子控制單元36停止電動(dòng)機(jī)23的驅(qū)動(dòng)和控制，并且進(jìn)行到步驟S17。在步驟S17，電子控制單元36結(jié)束當(dāng)前執(zhí)行的反作用扭矩控制程序。在經(jīng)過預(yù)定短間隔之后，再次開始執(zhí)行相同的程序。
還從以上描述中能夠理解到，根據(jù)本實(shí)施例，在上述步驟S13中電子控制單元36能夠根據(jù)上述Eq.12計(jì)算相對(duì)于靜態(tài)零點(diǎn)(第一參考點(diǎn))的動(dòng)態(tài)零點(diǎn)δo(第二參考點(diǎn))，動(dòng)態(tài)零點(diǎn)δo根據(jù)由橫偏角傳感器35所檢測(cè)的橫偏角β而變化。進(jìn)一步，在上述步驟S14中，根據(jù)上述Eq.14，電子控制單元36能夠?qū)⒂赊D(zhuǎn)向角傳感器33以靜態(tài)零點(diǎn)作為基準(zhǔn)檢測(cè)的轉(zhuǎn)向角δ轉(zhuǎn)換成是當(dāng)動(dòng)態(tài)零點(diǎn)δo用作基準(zhǔn)時(shí)相應(yīng)的轉(zhuǎn)向角的轉(zhuǎn)向角δa。而且，在上述步驟S15中，電子控制單元36能夠計(jì)算具有與通過上述轉(zhuǎn)換獲得的轉(zhuǎn)向角δa預(yù)定關(guān)系的反作用扭矩Tz。隨后，在上述步驟S16中，電子控制單元36能夠以產(chǎn)生所計(jì)算的反作用扭矩Tz的方式經(jīng)由驅(qū)動(dòng)電路37驅(qū)動(dòng)和控制電動(dòng)機(jī)23。
由于以此方式產(chǎn)生反作用扭矩Tz，一體裝配到與轉(zhuǎn)向齒輪單元20連接的轉(zhuǎn)向軸12的轉(zhuǎn)向盤11借助于所產(chǎn)生的反作用力以動(dòng)態(tài)零點(diǎn)δo用作基準(zhǔn)轉(zhuǎn)動(dòng)。利用這種控制，例如，即使當(dāng)車輛在雪地道路、覆蓋有冰的道路或者提供小的路面反作用力的類似道路上行駛時(shí)，可以產(chǎn)生駕駛員一定感測(cè)到的反作用扭矩Tz，并且借助于所產(chǎn)生的反作用扭矩Tz將駕駛員必須轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤11的方向通知(引導(dǎo))駕駛員。
因而，尤其是，即使當(dāng)不很熟悉駕駛車輛的駕駛員在雪地道路或者覆蓋有冰的道路上行駛時(shí)，駕駛員能夠容易地判斷轉(zhuǎn)向盤11將要轉(zhuǎn)動(dòng)的方向以穩(wěn)定在轉(zhuǎn)彎狀態(tài)下車輛性能；即，朝著動(dòng)態(tài)零點(diǎn)δo的轉(zhuǎn)動(dòng)操作方向。這使駕駛員能夠適合地校正轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤11的操作以穩(wěn)定在轉(zhuǎn)彎過程中車輛的性能，并且很容易使車輛在行駛的同時(shí)轉(zhuǎn)彎。
而且，從上述Eq.12明顯可見，動(dòng)態(tài)零點(diǎn)δo能夠通過將車身的橫偏角β乘以使用朝著車輛的轉(zhuǎn)彎中心作用的比拐彎力Kf和Kr計(jì)算的系數(shù)，和考慮輪胎的變形特性計(jì)算的并且隨著由上述Eq.13表示的車身的橫偏角β非線性變化的校正項(xiàng)N計(jì)算。校正項(xiàng)N是橫向加速度G的函數(shù)。因而，變得可以最佳地根據(jù)車輛的轉(zhuǎn)彎狀態(tài)；即所產(chǎn)生車身的橫偏角β計(jì)算動(dòng)態(tài)零點(diǎn)δo，由此轉(zhuǎn)向盤11以動(dòng)態(tài)零點(diǎn)δo用作基準(zhǔn)來被引導(dǎo)，因而駕駛員能夠很容易以更穩(wěn)定的方式在車輛行駛的同時(shí)使車輛轉(zhuǎn)彎。
當(dāng)車輛的行駛性能在轉(zhuǎn)向角δa的絕對(duì)值是大的狀態(tài)下變得不穩(wěn)定時(shí)，能夠產(chǎn)生大反作用扭矩Tz。由于轉(zhuǎn)向盤11的轉(zhuǎn)動(dòng)方向能夠借助于所產(chǎn)生的大的反作用扭矩Tz引導(dǎo)，駕駛員能夠快速地和適合地校正轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤11的操作。進(jìn)一步，由于反作用扭矩Tz的大小能夠自由設(shè)定，反作用扭矩Tz能夠相對(duì)于轉(zhuǎn)向角δa的絕對(duì)值的大小而增大，使得駕駛員容易地轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤11；即駕駛員容易地控制車輛的轉(zhuǎn)彎狀態(tài)。這使得反作用扭矩Tz能夠根據(jù)車輛的特性相對(duì)于轉(zhuǎn)向角δa的絕對(duì)值的大小更大程度地增大。例如，在運(yùn)動(dòng)型轎車(sporty car)的情況下，反作用扭矩Tz相對(duì)于轉(zhuǎn)向角δa的絕對(duì)值的大小更大程度地增大，使得能夠在運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)(sportydriving)過程中快速校正轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)操作。
而且，在上述實(shí)施例中，電動(dòng)機(jī)23通過針對(duì)靜態(tài)零點(diǎn)計(jì)算動(dòng)態(tài)零點(diǎn)δo和以動(dòng)態(tài)零點(diǎn)δo用作基準(zhǔn)計(jì)算反作用扭矩Tz而被驅(qū)動(dòng)。這能夠通過在傳統(tǒng)的電力轉(zhuǎn)向設(shè)備中不用提供附加的設(shè)備或者機(jī)構(gòu)來驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生反作用扭矩Tz實(shí)現(xiàn)。因而，本發(fā)明能夠很容易地應(yīng)用到傳統(tǒng)的電力轉(zhuǎn)向設(shè)備中，由此能夠降低制造成本。
在上述實(shí)施例中，如在上述Eq.12中所示，動(dòng)態(tài)零點(diǎn)δo通過使用前輪的比拐彎力Kf、后輪的比拐彎力Kr和由于校正左右前輪FW1和FW2的輪胎的特性變形(其根據(jù)車輛的轉(zhuǎn)彎條件而變化)的校正量N。使用校正量N是因?yàn)椴还茌喬サ淖冃翁匦匀绾巫兓?；即，不管車輛的轉(zhuǎn)彎條件如何變化，前輪和后輪的比拐彎力Kf和Kr是恒定的。因而，當(dāng)前輪和后輪的比拐彎力Kf和Kr計(jì)算為根據(jù)車輛的轉(zhuǎn)彎條件變化的值時(shí)校正量N能夠省略。
以下將描述這個(gè)修改的實(shí)施例。與上述實(shí)施例的相同的部分用相同的參考標(biāo)號(hào)和符號(hào)表示，并且其詳細(xì)說明將不再重復(fù)。
如在上述實(shí)施例中所提及，當(dāng)轉(zhuǎn)向盤11由駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，左右前輪FW1和FW2例如轉(zhuǎn)向了轉(zhuǎn)向角δ。結(jié)果，車輛將其狀態(tài)從直線行駛狀態(tài)變?yōu)檗D(zhuǎn)彎狀態(tài)，或者維持轉(zhuǎn)彎狀態(tài)。如上所述，由上述Eq.7所示的向心力和離心力作用在轉(zhuǎn)彎狀態(tài)下車輛上。
此外，前后輪(所謂的非彈簧側(cè))和車身(所謂彈簧側(cè))通過懸架設(shè)備連接在一起，使得它們?cè)诖怪钡姆较蛏媳舜讼鄬?duì)移動(dòng)。因而，當(dāng)與車輛的橫向運(yùn)動(dòng)相關(guān)聯(lián)的慣性力(離心力)作用在尤其是在轉(zhuǎn)彎狀態(tài)下的車身的重心時(shí)，車身朝著其中慣性力作用的方向上傾斜；換言之，車身側(cè)傾。在車身側(cè)傾的狀態(tài)下，換言之，在車身中產(chǎn)生側(cè)傾角Φ的情況下，在前輪側(cè)和后輪側(cè)的每一個(gè)上，作用在左右車輪中一個(gè)上的負(fù)荷增大，并且作用在另外車輪上的負(fù)荷減小。因而，當(dāng)車輛在轉(zhuǎn)彎狀態(tài)時(shí)，必須考慮由所產(chǎn)生側(cè)傾引起的負(fù)荷轉(zhuǎn)移計(jì)算比拐彎力Kf和Kr。
即，在本修改的實(shí)施例中，以橫向加速度G轉(zhuǎn)彎的車輛的前后輪的比拐彎力Kf和Kr根據(jù)以下Eqs.15和16計(jì)算。
Kf＝Kfo+ξ·((Nf·Φ+mf·hf·G)/Tr)2Eq.15Kr＝Kro+ξ·((Nr·Φ+mr·hr·G)/Tr)2Eq.16在Eq.15中的Kfo和在Eq.16中的Kro分別表示針對(duì)車輛停止時(shí)前后車軸負(fù)荷(以下，該負(fù)荷將稱為停止?fàn)顟B(tài)負(fù)荷)的前后輪的比拐彎力。進(jìn)一步，在Eqs.15和16中，Nf和Nr分別表示前輪側(cè)側(cè)傾剛度值和后輪側(cè)側(cè)傾剛度值；mf和mr分別表示前輪側(cè)車身質(zhì)量和后輪側(cè)車身質(zhì)量；并且hf和hr分別表示在路面和相應(yīng)的側(cè)傾中心之間測(cè)量的前輪側(cè)和后輪側(cè)的距離(高度)。進(jìn)一步，在Eqs.15和16中，ξ表示比拐彎力的負(fù)荷依賴系數(shù)，Φ表示車身側(cè)傾角，和Tr表示前后輪的輪距寬度。
此處，將描述伴隨側(cè)傾產(chǎn)生的負(fù)荷轉(zhuǎn)移。在以橫向加速度G轉(zhuǎn)彎的車輛中產(chǎn)生的側(cè)傾角Φ能夠根據(jù)以下Eq.17計(jì)算。
Φ＝(m·Gd·hs)/(Nf+Nr-m·g·hs)Eq.17在Eq.17中，m表示彈簧質(zhì)量，并且hs表示車輛重心和側(cè)傾中心之間的距離。
前后輪的橫向負(fù)荷轉(zhuǎn)移量能夠計(jì)算為依賴于側(cè)傾角Φ的負(fù)荷轉(zhuǎn)移和由作用在側(cè)傾中心上的橫向力引起的負(fù)荷轉(zhuǎn)移之和。因而，當(dāng)前后輪的停止?fàn)顟B(tài)負(fù)荷表示為Fo和Ro時(shí)，負(fù)荷轉(zhuǎn)移之后的前后輪的負(fù)荷Ff和Fr能夠用以下Eqs.18和19表示。
Ff＝Fo±(Nf·Φ+mf·hf·G)/TrEq.18Fr＝Ro±(Nr·Φ+mr·hr·G)/TrEq.19同時(shí)，當(dāng)負(fù)荷Ff和Fr作用造前后輪上時(shí)的比拐彎力Kf和Kr能夠由以下Eqs.20和21表示。
Kf＝Ff·(nCp+ξ(Ff-Fzo))Eq.20Kr＝Fr·(nCp+ξ(Fr-Fzo))Eq.21在Eq.20和Eq.21中，nCp是通過用給定時(shí)刻的負(fù)荷除以比拐彎力Kf、Kr而獲得的比拐彎力系數(shù)并且表示標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷時(shí)的歸一化的比拐彎力系數(shù)。進(jìn)一步，在Eq.20和Eq.21中的Fzo表示預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷。
當(dāng)上述Eqs.18和19代入Eq.20和Eq.21中，并且在前后輪的停止?fàn)顟B(tài)負(fù)荷的比拐彎力用Kfo和Kro表示的同時(shí)所得的方程式被簡(jiǎn)化時(shí)，能夠獲得上述Eqs.15和16。如上所述，在根據(jù)Eqs.15和16計(jì)算比拐彎力Kf和Kr中，考慮了在車身中產(chǎn)生的側(cè)傾角Φ。因而，比拐彎力Kf和Kr能夠計(jì)算為反映車輛轉(zhuǎn)彎條件的適合值。這通過從上述Eq.12消除校正量N而能夠精確地計(jì)算動(dòng)態(tài)零點(diǎn)δo。因而，能夠獲得類似于上述實(shí)施例提供的那些效果。
本發(fā)明不限于上述實(shí)施例和其修改，并且能夠在不脫離本發(fā)明目的的情況下以各種方式進(jìn)行修改。
例如，在上述實(shí)施例和其修改中，轉(zhuǎn)向盤11和轉(zhuǎn)向齒輪單元20借助于轉(zhuǎn)向軸12連接，并且由電動(dòng)機(jī)23引起的朝著動(dòng)態(tài)零點(diǎn)δo的齒條22的位移直接傳遞到轉(zhuǎn)向盤11。因而，轉(zhuǎn)向盤11被引導(dǎo)到對(duì)應(yīng)于動(dòng)態(tài)零點(diǎn)δo的轉(zhuǎn)動(dòng)操作方向上，由此駕駛員能夠很容易感測(cè)左右前輪FW1和FW2的轉(zhuǎn)向方向以穩(wěn)定車輛的轉(zhuǎn)彎性能。
然而，在借助于轉(zhuǎn)向角傳感器33檢測(cè)的左右前輪FW1和FW2的轉(zhuǎn)向角δ顯著地與動(dòng)態(tài)零點(diǎn)δo分開的情況下；即，當(dāng)轉(zhuǎn)向角δa的絕對(duì)值較大時(shí)，在一些情況下，對(duì)應(yīng)于齒條22向動(dòng)態(tài)零點(diǎn)δo的軸向位移的轉(zhuǎn)向盤11的轉(zhuǎn)動(dòng)量增大，結(jié)果駕駛員感覺不自然。為了解決這個(gè)問題，本發(fā)明能夠在提供如圖4所示的可變齒輪機(jī)構(gòu)40的情況下實(shí)施?？勺凖X輪機(jī)構(gòu)40提供轉(zhuǎn)向盤11在轉(zhuǎn)動(dòng)方向上的位移和齒條22在軸向方向上位移之間相對(duì)位移。注意，由于可變齒輪機(jī)構(gòu)40的結(jié)構(gòu)和操作是公知的，其詳細(xì)描述將不再重復(fù)。
在此情況下，在用作車輛的轉(zhuǎn)向設(shè)備的電力轉(zhuǎn)向設(shè)備中，上述實(shí)施例的轉(zhuǎn)向軸12由與轉(zhuǎn)向盤11一起轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)向輸入軸12a和連接到轉(zhuǎn)向齒輪單元20的轉(zhuǎn)向輸出軸12b組成?？勺凖X輪機(jī)構(gòu)40將轉(zhuǎn)向輸入軸12a和轉(zhuǎn)向輸出軸12b彼此連接。可變齒輪機(jī)構(gòu)40包括電動(dòng)機(jī)41和減速器42。可變齒輪機(jī)構(gòu)40相對(duì)于轉(zhuǎn)向輸入軸12a的轉(zhuǎn)動(dòng)量適當(dāng)?shù)馗淖冞B接到減速器42的轉(zhuǎn)向輸出軸12b的轉(zhuǎn)向量。
電動(dòng)機(jī)14的殼體一體連接到轉(zhuǎn)向輸入軸12a，并且當(dāng)轉(zhuǎn)向盤11由駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)與其整體地轉(zhuǎn)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)41的驅(qū)動(dòng)軸41a連接到減速器42，使得電動(dòng)機(jī)41的旋轉(zhuǎn)力經(jīng)由驅(qū)動(dòng)軸41a傳遞到減速器42。減速器42由預(yù)定的齒輪機(jī)構(gòu)(例如，行星齒輪機(jī)構(gòu)等)組成，并且轉(zhuǎn)向輸出軸12b連接到齒輪機(jī)構(gòu)。借助于該構(gòu)造，可變齒輪致動(dòng)器40將轉(zhuǎn)向輸入軸12a和轉(zhuǎn)向輸出軸12b經(jīng)由電動(dòng)機(jī)41的驅(qū)動(dòng)軸41a和減速器42連接起來，使得轉(zhuǎn)向輸入軸12a和轉(zhuǎn)向輸出軸12b能夠相對(duì)彼此轉(zhuǎn)動(dòng)，并且能夠適合地改變轉(zhuǎn)向輸出軸12a的轉(zhuǎn)動(dòng)量和轉(zhuǎn)向輸出軸12b的轉(zhuǎn)動(dòng)量之間的比率。
因而，當(dāng)左右前輪FW1和FW2借助于反作用扭矩Tz轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)向盤11的轉(zhuǎn)動(dòng)量能夠借助于改變轉(zhuǎn)向輸入軸12a的轉(zhuǎn)動(dòng)量和轉(zhuǎn)向輸出軸12b的轉(zhuǎn)動(dòng)量的比率而被降低，由此，能夠降低駕駛員感覺到的不自然的感覺。注意，在此情況下的其它效果預(yù)期與在上述實(shí)施例和其修改中獲得的效果類似。
在上述實(shí)施例和其修改中，本發(fā)明實(shí)施方式為反作用扭矩Tz與轉(zhuǎn)向角δ的絕對(duì)值成比例地改變。然而，如圖5所示，本發(fā)明實(shí)施的方式能夠?yàn)榉醋饔门ぞ豑z根據(jù)例如轉(zhuǎn)向角δa的絕對(duì)值的大小逐級(jí)變化。
借助于該構(gòu)造，在一般行駛過程中小反作用扭矩Tz施加到轉(zhuǎn)向盤11，這是因?yàn)樗a(chǎn)生的車身的橫偏角β較小。因而，駕駛員能夠在沒有感到不自然的情況下駕駛。注意，能夠確定以此方式施加的小反作用扭矩Tz，使得反作用扭矩Tz變成等于駕駛員經(jīng)由轉(zhuǎn)向盤11輸入的轉(zhuǎn)向扭矩t和電動(dòng)機(jī)23施加的輔助扭矩Ta之間的差(t-Ta)。因而，駕駛員能夠在一般行駛過程中在沒有感到不自然的情況下逆著施加的反作用扭矩Tz駕駛。同時(shí)，在高速行駛等過程中產(chǎn)生不期望的大車身的橫偏角β并且車輛的轉(zhuǎn)彎性能變得不穩(wěn)定的情況下，更大的反作用扭矩Tz能夠施加到轉(zhuǎn)向盤11，由此駕駛員能夠快速地校正轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤11的操作。
在上述實(shí)施例和其修改中，本發(fā)明的實(shí)施方式為通過執(zhí)行計(jì)算上述的使用由檢測(cè)器檢測(cè)的車速Vx和Vy的Eq.1，橫偏角傳感器35檢測(cè)車身的橫偏角β。可選地，在用于檢測(cè)在車輛中產(chǎn)生的橫向加速度α(對(duì)應(yīng)于離心加速度α)的加速度傳感器和用于檢測(cè)橫擺率ω的橫擺率傳感器安裝在車輛上的情況下，本發(fā)明能夠?qū)嵤橥ㄟ^使用由這些傳感器檢測(cè)的值檢測(cè)車身的橫偏角β。在此情況下，優(yōu)選地，車身的橫偏角β根據(jù)以下Eq.22計(jì)算。
β＝∫(ω-α/V)dt Eq.22在Eq.22中的V表示由車速傳感器31檢測(cè)的車速V。
借助于該構(gòu)造，提供如在上述實(shí)施例和其修改中的附加檢測(cè)器是不需要的，盡管車身的橫偏角β的檢測(cè)精度由于在橫向加速度α、橫擺率ω和其它因子的產(chǎn)生中時(shí)間的延遲略微降低。因而，能夠降低轉(zhuǎn)向設(shè)備的制造成本。
在上述實(shí)施例和其修改中，本發(fā)明的實(shí)施方式是齒條-小齒輪型轉(zhuǎn)向齒輪單元用作轉(zhuǎn)向齒輪單元20。然而，本發(fā)明的實(shí)施方式可以是滾準(zhǔn)絲杠機(jī)構(gòu)用作組成齒輪單元。進(jìn)一步，本發(fā)明的實(shí)施方式是電動(dòng)機(jī)23裝配到轉(zhuǎn)向齒輪單元20以將電動(dòng)機(jī)23的驅(qū)動(dòng)力傳遞到齒條22。然而，本發(fā)明的實(shí)施方式可以是電動(dòng)機(jī)2的驅(qū)動(dòng)力傳遞到轉(zhuǎn)向軸12。
權(quán)利要求
1.一種用于車輛的轉(zhuǎn)向設(shè)備，包括由駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)向盤、與所述轉(zhuǎn)向盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向單元和電致動(dòng)器，所述轉(zhuǎn)向單元將所述轉(zhuǎn)向軸和所述車輛的可轉(zhuǎn)向車輪互相連接并且使所述可轉(zhuǎn)向車輪根據(jù)所述轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)向，所述電致動(dòng)器向所述可轉(zhuǎn)向車輪的所述轉(zhuǎn)向操作施加預(yù)定扭矩，所述轉(zhuǎn)向設(shè)備特征在于包括轉(zhuǎn)向角檢測(cè)裝置，用于基于用于維持所述車輛在直線行駛狀態(tài)下的第一基準(zhǔn)點(diǎn)檢測(cè)所述可轉(zhuǎn)向車輪的轉(zhuǎn)向角，所述可轉(zhuǎn)向車輪根據(jù)所述轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)向；橫偏角檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)當(dāng)所述車輛在轉(zhuǎn)彎狀態(tài)下時(shí)產(chǎn)生的所述車輛的所述車身的橫偏角；基準(zhǔn)點(diǎn)計(jì)算裝置，用于計(jì)算第二基準(zhǔn)點(diǎn)，所述第二基準(zhǔn)點(diǎn)根據(jù)所檢測(cè)的所述車身的橫偏角而變化，并且所述基準(zhǔn)點(diǎn)計(jì)算裝置被用來確定用于在減小橫向力對(duì)所述車輛的所述轉(zhuǎn)彎狀態(tài)的影響的同時(shí)使所述車輛轉(zhuǎn)彎的轉(zhuǎn)向角，所述橫向角由于所述車身的所述橫偏角在所述車輛中產(chǎn)生；轉(zhuǎn)向角轉(zhuǎn)換裝置，用于將由所述轉(zhuǎn)向角檢測(cè)裝置檢測(cè)的基于所述第一基準(zhǔn)點(diǎn)的所述可轉(zhuǎn)向車輪的所述轉(zhuǎn)向角轉(zhuǎn)換成基于所述第二基準(zhǔn)點(diǎn)的轉(zhuǎn)向角；反作用扭矩計(jì)算裝置，用于計(jì)算反作用扭矩，所述反作用扭矩是與通過所述轉(zhuǎn)換獲得的所述轉(zhuǎn)向角具有預(yù)定的關(guān)系并且作用在使通過所述轉(zhuǎn)換獲得的所述轉(zhuǎn)向角與所述第二基準(zhǔn)點(diǎn)一致的方向上的扭矩；和驅(qū)動(dòng)控制裝置，用于使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)和驅(qū)動(dòng)，以產(chǎn)生所計(jì)算的反作用扭矩。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于車輛的轉(zhuǎn)向設(shè)備，其中，所述基準(zhǔn)點(diǎn)計(jì)算裝置通過將所檢測(cè)的所述車身的橫偏角乘以系數(shù)和校正項(xiàng)計(jì)算所述第二基準(zhǔn)點(diǎn)，其中，所述系數(shù)通過使用朝著所述車輛的轉(zhuǎn)彎中心作用的比拐彎力基于在轉(zhuǎn)彎的狀態(tài)下路面和安裝到所述車輛前后輪的輪胎之間的摩擦力計(jì)算的，并且所述校正項(xiàng)是考慮所述輪胎的所述變形特性確定，所述輪胎的所述變形特性隨著所檢測(cè)的所述車身的橫偏角非線性變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于車輛的轉(zhuǎn)向設(shè)備，進(jìn)一步包括橫向加速度檢測(cè)裝置，其用于檢測(cè)所述車輛的橫向加速度，其中，所述校正項(xiàng)根據(jù)由所述橫向加速度檢測(cè)裝置檢測(cè)的所述車輛的橫向加速度確定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于車輛的轉(zhuǎn)向設(shè)備，其中，所述基準(zhǔn)點(diǎn)計(jì)算裝置通過將所檢測(cè)的車身橫偏角乘以使用朝著所述車輛的轉(zhuǎn)彎中心作用的比轉(zhuǎn)彎力的系數(shù)、表示因所述車輛轉(zhuǎn)彎而產(chǎn)生的所述車身的側(cè)傾程度的側(cè)傾角和因所述車身中發(fā)生的所述側(cè)傾而產(chǎn)生的負(fù)荷轉(zhuǎn)移量而計(jì)算所述第二基準(zhǔn)點(diǎn)，其中所述比拐彎力考慮當(dāng)所述車輛在轉(zhuǎn)彎狀態(tài)下時(shí)所產(chǎn)生的橫向加速度計(jì)算的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于車輛的轉(zhuǎn)向設(shè)備，其中，所述反作用扭矩和通過所述轉(zhuǎn)換獲得的所述轉(zhuǎn)向角之間的所述預(yù)定關(guān)系是其中所述反作用扭矩隨著通過所述轉(zhuǎn)換獲得的所述轉(zhuǎn)向角的絕對(duì)值的增大而增大的關(guān)系。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于車輛的轉(zhuǎn)向設(shè)備，其中，所述反作用扭矩和通過所述轉(zhuǎn)換獲得的所述轉(zhuǎn)向角之間的所述預(yù)定關(guān)系是所述反作用扭矩與通過所述轉(zhuǎn)換獲得的所述轉(zhuǎn)向角的絕對(duì)值的變化而成比例地變化。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于車輛的轉(zhuǎn)向設(shè)備，其中，所述轉(zhuǎn)向軸由與所述轉(zhuǎn)向盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)向輸入軸和連接到所述轉(zhuǎn)向單元的轉(zhuǎn)向輸出軸組成；和所述轉(zhuǎn)向輸入軸和所述轉(zhuǎn)向輸出軸由可變齒輪機(jī)構(gòu)連接，所述可變齒輪機(jī)構(gòu)相對(duì)于所述轉(zhuǎn)向輸入軸的轉(zhuǎn)動(dòng)量改變所述轉(zhuǎn)向輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)量。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于車輛的轉(zhuǎn)向設(shè)備，其中，所述反作用扭矩和通過所述轉(zhuǎn)換獲得的所述轉(zhuǎn)向角之間的所述預(yù)定關(guān)系是其中所述反作用扭矩隨著通過所述轉(zhuǎn)換獲得的所述轉(zhuǎn)向角的絕對(duì)值增大而逐級(jí)增大的關(guān)系。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于車輛的轉(zhuǎn)向設(shè)備，其中，所述橫偏角檢測(cè)裝置通過使用利用光或者聲音檢測(cè)的所述車輛的前后方向的速度和所述車輛的橫向方向的速度來檢測(cè)所述車身的所述橫偏角。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于車輛的轉(zhuǎn)向設(shè)備，其中，所述橫偏角檢測(cè)裝置包括橫擺率傳感器，用于檢測(cè)所述車輛的橫擺率；加速度傳感器，用于檢測(cè)所述車輛的橫向加速度；車速傳感器，用于檢測(cè)所述車輛的速度；和橫偏角計(jì)算裝置，用于通過使用所檢測(cè)的橫擺率、橫向加速度和車速計(jì)算所述車身的橫偏角。
全文摘要
在步驟S11中電子控制單元輸入車身的橫偏角β。接著，在步驟S13，該單元在使用車身橫偏角β的同時(shí)計(jì)算用于降低由于車身橫偏角β而在車輛中產(chǎn)生橫向力的動(dòng)態(tài)零點(diǎn)。接著，在步驟S14中，單元計(jì)算轉(zhuǎn)向角δa，δa由動(dòng)態(tài)零點(diǎn)δo和由轉(zhuǎn)向角傳感器檢測(cè)的轉(zhuǎn)向角δ之間的差表示。接著，在步驟S15中，單元計(jì)算具有與轉(zhuǎn)向角δa具有預(yù)定關(guān)系的反作用扭矩Tz。隨后，在步驟S16中，單元驅(qū)動(dòng)和控制電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生所計(jì)算的反作用扭矩Tz。因而，單元向適合的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向引導(dǎo)駕駛員。
文檔編號(hào)B62D5/04GK101061030SQ20068000123
公開日2007年10月24日 申請(qǐng)日期2006年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月16日
發(fā)明者后藤武志, 大沼豐, 黑沢隆一 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社