本發(fā)明涉及一種電動助力轉(zhuǎn)向裝置，該電動助力轉(zhuǎn)向裝置具有自動轉(zhuǎn)向控制功能(駐車輔助模式、車道保持模式等)和手動轉(zhuǎn)向控制功能。本發(fā)明尤其涉及一種電動助力轉(zhuǎn)向裝置，該電動助力轉(zhuǎn)向裝置利用基于轉(zhuǎn)向盤以及扭力桿的特性的力學(xué)關(guān)系式或物理關(guān)系式來高精度地判定自動轉(zhuǎn)向控制中的駕駛員的手動輸入的有無，在發(fā)生了手動輸入的情況下，能夠安全地轉(zhuǎn)移到通常的輔助控制(手動轉(zhuǎn)向控制)。

背景技術(shù)：

利用電動機的旋轉(zhuǎn)力對車輛的轉(zhuǎn)向機構(gòu)施加轉(zhuǎn)向輔助力(輔助力)的電動助力轉(zhuǎn)向裝置，將電動機的驅(qū)動力經(jīng)由減速裝置通過諸如齒輪或皮帶之類的傳送機構(gòu)，向轉(zhuǎn)向軸或齒條軸施加轉(zhuǎn)向輔助力。為了準(zhǔn)確地產(chǎn)生轉(zhuǎn)向輔助力的扭矩，現(xiàn)有的電動助力轉(zhuǎn)向裝置(eps)進行電動機電流的反饋控制。反饋控制調(diào)整電動機外加電壓以便使轉(zhuǎn)向輔助指令值(電流指令值)與電動機電流檢測值之間的差變小，一般來說，通過調(diào)整pwm(脈沖寬度調(diào)制)控制的占空比(dutyratio)來進行電動機外加電壓的調(diào)整。

參照圖1對電動助力轉(zhuǎn)向裝置的一般結(jié)構(gòu)進行說明。如圖1所示，轉(zhuǎn)向盤(方向盤)1的柱軸(轉(zhuǎn)向軸或方向盤軸)2經(jīng)過減速齒輪3、萬向節(jié)4a和4b、齒輪齒條機構(gòu)5、轉(zhuǎn)向橫拉桿6a和6b，再通過輪轂單元7a和7b，與轉(zhuǎn)向車輪8l和8r連接。另外，扭力桿被插入到柱軸2，在柱軸2上設(shè)有基于扭力桿的扭轉(zhuǎn)角檢測出轉(zhuǎn)向盤1的轉(zhuǎn)向角θ的轉(zhuǎn)向角傳感器14和用于檢測出轉(zhuǎn)向扭矩th的扭矩傳感器10，對轉(zhuǎn)向盤1的轉(zhuǎn)向力進行輔助的電動機20通過減速齒輪3與柱軸2連接。電池13對用于控制電動助力轉(zhuǎn)向裝置的控制單元(ecu)30進行供電，并且，經(jīng)過點火開關(guān)11，點火信號被輸入到控制單元30中?？刂茊卧?0基于由扭矩傳感器10檢測出的轉(zhuǎn)向扭矩th和由車速傳感器12檢測出的車速vel，進行輔助(轉(zhuǎn)向輔助)指令的轉(zhuǎn)向輔助指令值的運算，由通過對轉(zhuǎn)向輔助指令值實施補償?shù)榷玫降碾妷嚎刂浦祐ref來控制供應(yīng)給電動機20的電流。此外，也可以從can(controllerareanetwork，控制器局域網(wǎng)絡(luò))等處獲得車速vel。

此外，轉(zhuǎn)向角傳感器14并不是必須的，也可以不設(shè)置轉(zhuǎn)向角傳感器14，還有，也可以從與電動機20相連接的諸如分解器之類的旋轉(zhuǎn)傳感器處獲得轉(zhuǎn)向角。

另外，用于收發(fā)車輛的各種信息的can(controllerareanetwork，控制器局域網(wǎng)絡(luò))40被連接到控制單元30，車速vel也能夠從can40處獲得。此外，用于收發(fā)can40以外的通信、模擬/數(shù)字信號、電波等的非can41也可以被連接到控制單元30。

盡管控制單元30主要由cpu(也包含mpu、mcu等)構(gòu)成，但該cpu內(nèi)部由程序執(zhí)行的一般功能如圖2所示。

參照圖2對控制單元30進行說明。如圖2所示，由扭矩傳感器10檢測出的轉(zhuǎn)向扭矩th和由車速傳感器12檢測出(或來自can40)的車速vel被輸入到用來運算出電流指令值iref1的扭矩控制單元31中。扭矩控制單元31基于被輸入進來的轉(zhuǎn)向扭矩th和車速vel并利用輔助圖(assistmap)等來運算出作為供應(yīng)給電動機20的電流的控制目標(biāo)值的電流指令值iref1。電流指令值iref1經(jīng)由加法單元32a被輸入到電流限制單元33中，被限制了最大電流的電流指令值irefm被反饋輸入到減法單元32b中，減法單元32b運算出被限制了最大電流的電流指令值irefm與電動機電流值im之間的偏差i(＝irefm－im)，該偏差i被輸入到用于進行轉(zhuǎn)向動作的特性改善的諸如pi(比例積分)控制之類的電流控制單元35中。在電流控制單元35中經(jīng)過特性改善后得到的電壓控制值vref被輸入到pwm控制單元36中，然后再經(jīng)由逆變器37來對電動機20進行pwm驅(qū)動。電動機電流檢測器38檢測出電動機20的電流值im，檢測出的電流值im被反饋到減法單元32b。逆變器37由作為半導(dǎo)體開關(guān)元件的fet的電橋電路構(gòu)成。

諸如分解器之類的旋轉(zhuǎn)傳感器21被連接到電動機20，旋轉(zhuǎn)傳感器21輸出電動機旋轉(zhuǎn)角度θ。

還有，在加法單元32a與來自補償信號生成單元34的補償信號cm相加，通過補償信號cm的相加來進行轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特性補償，以便改善收斂性和慣性特性等。補償信號生成單元34先在加法單元344將自對準(zhǔn)扭矩(sat)343與慣性342相加，然后在加法單元345將在加法單元344得到的加法結(jié)果與收斂性341相加，最后將在加法單元345得到的加法結(jié)果作為補償信號cm。

在這樣的電動助力轉(zhuǎn)向裝置中，近年出現(xiàn)了搭載了諸如駐車輔助功能(駐車輔助)、車道保持功能之類的自動轉(zhuǎn)向控制功能并且切換自動轉(zhuǎn)向控制和手動轉(zhuǎn)向控制的車輛。在這樣的搭載了駐車輔助功能的車輛中，基于來自攝像頭(圖像)、距離傳感器等的數(shù)據(jù)來設(shè)定目標(biāo)轉(zhuǎn)向角，并且進行使實際轉(zhuǎn)向角追隨目標(biāo)轉(zhuǎn)向角的自動轉(zhuǎn)向控制。

還有，在具有現(xiàn)有周知的自動轉(zhuǎn)向控制功能的電動助力轉(zhuǎn)向裝置中，通過基于預(yù)先存儲好的車輛的移動距離與轉(zhuǎn)舵角(転舵角)之間的關(guān)系來對電動機進行控制，從而自動地進行倒車駐車和縱隊駐車。

圖3示出了現(xiàn)有的具有自動轉(zhuǎn)向控制功能的車輛的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示例。如圖3所示，具備至少輸入轉(zhuǎn)向扭矩并運算出電流指令值itref的扭矩控制單元110、輸入來自車輛一側(cè)的ecu的目標(biāo)轉(zhuǎn)向角等并運算出電流指令值isref的自動轉(zhuǎn)向控制單元120和根據(jù)來自車輛一側(cè)的ecu的切換信號sw來切換電流指令值itref或isref并作為電流指令值iref輸出的切換單元130。電流指令值iref被輸入到電流控制/驅(qū)動單元140中，電流控制/驅(qū)動單元140通過實施了pi控制等的pwm信號對電動機20進行pwm驅(qū)動。

在這樣的具有自動轉(zhuǎn)向控制功能的車輛中，在現(xiàn)有技術(shù)中，駕駛員在自動轉(zhuǎn)向控制中操縱轉(zhuǎn)向盤，當(dāng)被判斷為該轉(zhuǎn)向扭矩超過預(yù)先設(shè)定的規(guī)定值的時候，則中止自動轉(zhuǎn)向控制。

然而，只通過比較轉(zhuǎn)向扭矩檢測裝置的輸出和規(guī)定值來進行判斷的話，則由于轉(zhuǎn)向扭矩檢測裝置的噪聲，或者，由于像輪胎踩到小石頭那樣的場合、進行了基于電動機的自動轉(zhuǎn)向的場合的轉(zhuǎn)向盤的慣性扭矩，轉(zhuǎn)向扭矩檢測裝置的輸出有時會一時性地超過規(guī)定值，這樣就存在每當(dāng)轉(zhuǎn)向扭矩檢測裝置的輸出超過規(guī)定值的時候，就會中止自動轉(zhuǎn)向控制的問題。為了回避這樣的不便，設(shè)定較高的規(guī)定值的話，則存在這樣的可能性，即，不僅自動轉(zhuǎn)向和手動轉(zhuǎn)向互相干涉并給駕駛員帶來不協(xié)調(diào)感，而且即使駕駛員在自動轉(zhuǎn)向控制中操縱轉(zhuǎn)向盤，也不能立即中止自動轉(zhuǎn)向控制。

因此，可以考慮當(dāng)持續(xù)規(guī)定時間或更長的時間檢測出等于或大于規(guī)定值的轉(zhuǎn)向扭矩的時候，判斷為進行了手動轉(zhuǎn)向，從而中止自動轉(zhuǎn)向控制。在這種情況下，當(dāng)駕駛員進行緩慢的手動轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向扭矩稍微超過規(guī)定值的時候，就不會給駕駛員帶來不協(xié)調(diào)感，經(jīng)過規(guī)定時間，自動轉(zhuǎn)向控制被中止。然而，當(dāng)駕駛員進行急劇的手動轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向扭矩大大地超過規(guī)定值的時候，因為到這種狀態(tài)經(jīng)過規(guī)定時間為止自動轉(zhuǎn)向控制不被中止，所以有時轉(zhuǎn)向盤變重，從而給駕駛員帶來不協(xié)調(diào)感。

例如，日本專利第3845188號公報(專利文獻1)提出了一種用來解決這樣的問題的裝置。專利文獻1的裝置具備用于檢測出駕駛員施加在轉(zhuǎn)向盤上的轉(zhuǎn)向扭矩的轉(zhuǎn)向扭矩檢測裝置和電動機控制裝置，其中，電動機控制裝置基于由移動軌跡設(shè)定單元設(shè)定的移動軌跡對電動機的驅(qū)動進行控制，并且，當(dāng)持續(xù)規(guī)定時間或更長的時間檢測出等于或大于預(yù)先設(shè)定的規(guī)定值的轉(zhuǎn)向扭矩的時候，中止基于移動軌跡的電動機控制。還有，專利文獻1的裝置設(shè)定復(fù)數(shù)個種類的規(guī)定值，根據(jù)各個規(guī)定值來變更規(guī)定時間。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：日本專利第3845188號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

然而，在專利文獻1的裝置中，因為針對轉(zhuǎn)向扭矩設(shè)定閾值，基于轉(zhuǎn)向扭矩是否超過閾值來進行切換到手動輸入，并沒有基于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的實際的力學(xué)模型，所以存在不能高精度地進行手動輸入的檢測或判定，并且，在從手動輸入到判定的期間會發(fā)生遲延的問題。

本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，本發(fā)明的目的在于提供一種電動助力轉(zhuǎn)向裝置，該電動助力轉(zhuǎn)向裝置在具有自動轉(zhuǎn)向控制功能的車輛中，通過基于力學(xué)關(guān)系式的正確和高精度的方法來進行自動轉(zhuǎn)向控制中的手動輸入的判定(檢測)，具有駕駛員和搭乘者不會有不舒服的感覺的轉(zhuǎn)向性能。

(二)技術(shù)方案

本發(fā)明涉及一種電動助力轉(zhuǎn)向裝置，其基于電動機電流指令值來驅(qū)動電動機以便對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行輔助控制，并且，具有進行自動轉(zhuǎn)向控制和手動轉(zhuǎn)向控制的功能，本發(fā)明的上述目的可以通過下述這樣實現(xiàn)，即：利用基于轉(zhuǎn)向盤以及扭力桿的特性的力學(xué)關(guān)系式來運算出扭力桿扭矩的時間序列響應(yīng)，判定所述運算出的轉(zhuǎn)向扭矩運算值和所述扭力桿扭矩的檢測值的適合程度，具備基于所述適合程度判定所述自動轉(zhuǎn)向控制中的手動輸入的有無的功能。

還有，本發(fā)明的上述目的還可以通過下述這樣更有效地實現(xiàn)，即：所述扭力桿扭矩的時間序列響應(yīng)為轉(zhuǎn)向盤角，所述扭力桿扭矩的檢測值為柱軸角；或，所述轉(zhuǎn)向盤角對應(yīng)于所述轉(zhuǎn)向扭矩運算值，所述柱軸角對應(yīng)于轉(zhuǎn)向扭矩檢測值；或，基于運算周期內(nèi)的測定時間的經(jīng)過、設(shè)定周期以及設(shè)定周期的開始時刻之間的關(guān)系和所述轉(zhuǎn)向扭矩運算值與所述轉(zhuǎn)向扭矩檢測值之間的差的積算值和閾值之間的關(guān)系來進行所述適合程度的判定；或，當(dāng)所述測定時間的經(jīng)過等于或大于所述設(shè)定周期，并且，所述積算值等于或大于所述閾值的時候，判定為“有”手動輸入；或，當(dāng)被判定為所述“有”手動輸入的時候，中止所述自動轉(zhuǎn)向控制。

(三)有益效果

根據(jù)本發(fā)明的電動助力轉(zhuǎn)向裝置，利用基于轉(zhuǎn)向盤以及扭力桿的特性的力學(xué)關(guān)系式來運算出扭力桿扭矩的時間序列響應(yīng)，判定運算結(jié)果的值和扭力桿扭矩的檢測值的適合程度，基于適合程度判定自動轉(zhuǎn)向控制中的手動輸入。因此，能夠正確地并且高精度地進行手動輸入的判定(檢測)，并且，能夠?qū)崿F(xiàn)駕駛員和搭乘者不會有不舒服的感覺的轉(zhuǎn)向性能。

還有，因為基于扭力桿扭矩的時間序列響應(yīng)的積算值來進行手動輸入的判定，所以能夠消除在由于噪聲，或者，由于像輪胎踩到小石頭那樣的場合、轉(zhuǎn)向盤的慣性扭矩等，檢測值一時性地變大的情況下，立即中止自動轉(zhuǎn)向控制的不便。

附圖說明

圖1是表示電動助力轉(zhuǎn)向裝置的概要的結(jié)構(gòu)圖。

圖2是表示電動助力轉(zhuǎn)向裝置的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示例的結(jié)構(gòu)框圖。

圖3是表示具有自動轉(zhuǎn)向控制功能的車輛的控制系統(tǒng)的概略結(jié)構(gòu)示例的結(jié)構(gòu)框圖。

圖4是用來說明本發(fā)明的原理的轉(zhuǎn)向盤與扭力桿之間的力學(xué)關(guān)系圖。

圖5是表示本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示例的結(jié)構(gòu)框圖。

圖6是表示本發(fā)明的動作示例的時序圖。

圖7是表示本發(fā)明的動作示例的流程圖。

具體實施方式

在具備諸如駐車輔助、車道保持之類的自動轉(zhuǎn)向控制功能和作為通常的輔助控制的手動轉(zhuǎn)向控制功能的車輛中，在自動轉(zhuǎn)向控制中發(fā)生了來自駕駛員的手動輸入的情況下，需要安全并平滑地轉(zhuǎn)移到通常的輔助控制。還有，當(dāng)進入諸如駐車輔助、車道保持之類的自動轉(zhuǎn)向控制模式的時候，需要確認(rèn)駕駛員的手動輸入的有無。

因此，本發(fā)明判定利用基于以沒有手動輸入的狀態(tài)為前提的轉(zhuǎn)向盤慣性、扭力桿特性以及電動機角度(柱軸角)之間的力學(xué)關(guān)系式或物理關(guān)系式估計出的扭力桿扭矩的時間序列響應(yīng)的轉(zhuǎn)向扭矩運算值和實際的扭力桿扭矩的時間序列響應(yīng)的檢測值的適合程度，按照適合程度的判定結(jié)果來判定手動輸入的有無。通過時間經(jīng)過的測定和運算值與檢測值之間的差的積算(積分)來進行適合程度的判定，基于測定時間是否經(jīng)過規(guī)定時間或更長的時間，并且，差的積算值是否等于或大于所規(guī)定的閾值來進行手動輸入的有無的判定，當(dāng)判定為“有”手動輸入的時候，中止自動轉(zhuǎn)向控制，從自動轉(zhuǎn)向控制轉(zhuǎn)移到(切換到)通常的輔助控制。

在這里，圖4示出了轉(zhuǎn)向盤角θh、扭力桿扭轉(zhuǎn)角δθ以及柱軸角θc之間的關(guān)系，在將轉(zhuǎn)向盤1的慣性設(shè)為jh，將扭力桿的彈簧常數(shù)設(shè)為k，將扭力桿的阻尼常數(shù)設(shè)為c的情況下，沒有手動輸入的場合的一般的力學(xué)關(guān)系式成為下述式1。

式1

從圖4可知，因為扭力桿扭轉(zhuǎn)角δθ為轉(zhuǎn)向盤角θh與柱軸角θc之間的差，所以下述式2成立。

式2

δθ＝θh-θc

從式1以及式2中消去轉(zhuǎn)向盤角θh，然后設(shè)定轉(zhuǎn)向扭矩＝kδθ＝y(tǒng)和柱軸角θc＝u，使用z變換來整理式子。盡管存在各種z變換，但例如采用向后差分的話，則成為下述式3。實際上，通過ecu內(nèi)部的運算，計算出相對于檢測出的柱軸角u的轉(zhuǎn)向扭矩y，換句話來說，計算出相對于柱軸角θc的轉(zhuǎn)向扭矩。

式3

在本發(fā)明中，在ecu內(nèi)部，在每個運算周期cs運算上述式3，在每個設(shè)定周期ts核對式3的運算結(jié)果y(基于運算的轉(zhuǎn)向扭矩)和實際上檢測出的轉(zhuǎn)向扭矩的適合程度，判定手動輸入的有無。適合程度的指標(biāo)例如可以為轉(zhuǎn)向扭矩(檢測值)和轉(zhuǎn)向扭矩(運算值)的誤差的絕對值的積算值(積分值或總和)。在適合程度的核對結(jié)果等于或大于設(shè)定好的閾值的情況下，判定為“有”手動輸入，在適合程度的核對結(jié)果小于設(shè)定好的閾值的情況下，判定為“沒有”手動輸入。

在被判定為“有”手動輸入的情況下，中止自動轉(zhuǎn)向控制，轉(zhuǎn)移到(切換到)通常的輔助控制(手動轉(zhuǎn)向控制)。

下面，參照附圖來詳細地說明本發(fā)明的實施方式。

圖5示出了本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示例。如圖5所示，設(shè)有輸入轉(zhuǎn)向盤角θh和柱軸角θc并且使用基于上述式1～式3的運算的運算值來判定手動輸入的有無的手動輸入判定單元100。在手動輸入判定單元100判定為“有”手動輸入的情況下，輸出判定標(biāo)志mf，中止自動轉(zhuǎn)向控制，經(jīng)由切換單元130將來自扭矩控制單元110的電流指令值itref設(shè)定為電流指令值iref，轉(zhuǎn)移到通常的輔助控制。

圖6示出了在每個設(shè)定周期ts進行運算并且實施比較判定的時序。如圖6所示，在時刻t1開始進行手動輸入，該時刻t1之后，轉(zhuǎn)向扭矩(檢測值)與轉(zhuǎn)向扭矩(運算值)之間的差變大。

圖7的流程圖示出了本發(fā)明的動作示例。如圖7所示，首先確認(rèn)是否處于自動轉(zhuǎn)向控制中(步驟s1)，在不是自動轉(zhuǎn)向控制的情況下，動作結(jié)束。在是自動轉(zhuǎn)向控制的情況下，首先檢測出轉(zhuǎn)向扭矩(步驟s2)，判定是否到了設(shè)定周期ts的開始時刻(步驟s3)。如果是開始時刻之前的話，則運算出轉(zhuǎn)向扭矩(步驟s6)，在到了開始時刻的情況下，將上次的轉(zhuǎn)向扭矩運算值設(shè)定為檢測值(步驟s4)。

然后，也就是說，在上述步驟s4之后或在上述步驟s6之后，對轉(zhuǎn)向扭矩與被檢測出來的轉(zhuǎn)向扭矩之間的差(絕對值)進行積算，并且，測定時間的經(jīng)過(步驟s5)，判定測定時間是否等于或大于設(shè)定周期ts(步驟s10)，在測定時間等于或大于設(shè)定周期ts的情況下，判定積算值是否等于或大于所規(guī)定的閾值s0(步驟s12)。在積算值等于或大于所規(guī)定的閾值s0的情況下，手動輸入的判定被判定為“有”(步驟s13)。在積算值小于所規(guī)定的閾值s0的情況下，手動輸入的判定被判定為“沒有”(步驟s14)。

在手動輸入的判定被判定為“有”的情況下，輸出用來表示“有”手動輸入的判定結(jié)果的判定標(biāo)志mf(步驟s20)，并且，通過切換單元130來中止自動轉(zhuǎn)向控制，并且，切換到通常的輔助控制(步驟s21)。然后，或者，在上述步驟s12手動輸入判定被判定為“沒有”的情況下，重置測定時間和積算值(步驟s30)，動作結(jié)束。

還有，在上述步驟s10中，當(dāng)測定時間小于設(shè)定周期ts的時候，手動輸入的判定使用上次的值(步驟s11)。

此外，盡管在上述實施方式中，將扭力桿扭矩(轉(zhuǎn)向扭矩)的運算值與扭力桿扭矩(轉(zhuǎn)向扭矩)的檢測值之間的差的絕對值的積算值與閾值進行比較，但也可以為積分值。還有，對于上述絕對值來說，也可以為平方、與感應(yīng)于時間的增益相乘后得到的值的積算值。

還有，也可以通過用于直接檢測出柱軸角的角度傳感器來獲得柱軸角，另外，柱軸角也可以為基于電動機角度和減速比之間的關(guān)系求出的角度。也可以通過用于直接檢測出扭轉(zhuǎn)角的扭力桿扭矩傳感器來獲得扭力桿扭轉(zhuǎn)角，另外，扭力桿扭轉(zhuǎn)角也可以為基于轉(zhuǎn)向盤角與柱軸角之間的偏差求出的角度。

另外，并不限于在沒有手動輸入的狀態(tài)下的柱軸角和扭轉(zhuǎn)角之間的力學(xué)關(guān)系式，也可以使用基于柱軸角和轉(zhuǎn)向盤角、扭力桿扭轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)向盤角的關(guān)系式的時間序列響應(yīng)(運算值或估計值)。

附圖標(biāo)記說明

1-轉(zhuǎn)向盤(方向盤)；

2-柱軸(轉(zhuǎn)向軸、方向盤軸)；

10-扭矩傳感器；12-車速傳感器；

13-電池；

20-電動機；

21-電動機驅(qū)動單元；

100-手動輸入判定單元；

110-扭矩系統(tǒng)控制單元；

120-自動轉(zhuǎn)向控制單元；

130-切換單元；

140-電流控制/驅(qū)動單元。