车辆转向控制装置及控制方法

专利名称：车辆转向控制装置及控制方法
技术领域：
本发明一般涉及一种车辆转向控制装置，其包括线控转向系统和离合器，离合器用于机械方式连接及分离驾驶员操纵单元与转向单元，该转向单元配置成使转向轮转向。
背景技术：
在常规线控转向(steer-by-wire，SBW)系统中，转向盘和前轮转向机构彼此机械分离(例如，日本专利公开No.2002-225733)，设置离合器作为备用机构，用于将转向盘和转向机构机械方式连接起来。当SBW系统的部分中出现异常时，使离合器连接，并且立即暂停SBW控制，而代之以助力控制，减轻驾驶员的转向负担。
考虑到上述情况，根据本披露本领域技术人员易于理解，存在对改进的车辆转向控制装置的需求。本发明致力于本领域的这种需求和其他需求，对本领域技术人员而言根据本披露这是易于理解的。

发明内容
采用前述常规技术，当继续SBW控制而离合器连接时，转向控制导致施加转向扭矩，使得实际(检出)转向角与指令转向角匹配(一致)。由于驾驶员操纵单元与转向单元连接，所以，作为转向控制的结果，也使转向盘回转，而且，实际(检出)转向角与指令转向角之间的差值没有减小。因此，转向扭矩增大，以及，驾驶员对转向盘的操作感觉异常。
本发明致力于解决上述问题。一个目的是提供一种车辆转向控制装置，即使在SBW控制连续在转向单元处施加转向扭矩时，也使得驾驶员能够连续操纵转向盘。本发明通过正确判断离合器何时连接实现这一目的。
为了达到上述目的，根据本发明的车辆转向控制装置包括驾驶员操纵单元、转向单元、转向反作用力执行机构、转向执行机构、离合器、驱动扭矩检测装置、操纵扭矩检测装置、以及离合器连接判断装置。驾驶员操纵单元配置成由驾驶员操纵。转向单元布置成与驾驶员操纵单元机械方式分离，并且配置成回转(转动)至少一个转向轮。转向反作用力执行机构操作以向驾驶员操纵单元施加操纵反作用力。转向执行机构配置成向转向单元施加回转力。离合器操作使驾驶员操纵单元与转向单元彼此机械方式连接及分离。驱动扭矩检测装置操作以检测施加于转向反作用力执行机构的驱动扭矩。操纵扭矩检测装置操作以检测施加于驾驶员操纵单元的操纵扭矩。离合器连接判断装置配置成，对于由驱动扭矩检测装置检出的驱动扭矩检测值所代表的驱动扭矩，以及用操纵扭矩检测装置检出的操纵扭矩检测值所代表的操纵扭矩，当二者方向不同时，判定离合器处于连接状态。
根据下文结合附图进行的详细描述、披露的本发明的优选实施方式，对本领域技术人员而言，本发明的这些以及其它的目的、特点、方面和优点将更为明了。


简要说明本发明说明书的附图，附图构成本说明书原始披露的一部分图1是例示根据本发明第一实施方式的车辆转向控制装置的线控转向系统的示意图；图2是变速比与车速特性的关系曲线图，图示在本发明第一实施方式中由线控转向控制执行的可变变速比控制实例；图3是图示可以用作本发明第一实施方式的线控转向控制的转向控制部分的鲁棒模型匹配方法的控制方框图；图4是由本发明第一实施方式的操纵反作用力控制器和转向控制器执行的离合器连接判断处理的流程图；图5是图示当使离合器连接时转向盘操纵角、实际(检出)转向角、以及指令转向角之间关系的实例特性图；
图6是反作用力电机驱动扭矩和扭矩传感器值的特性图，以及图示在离合器连接同时在一个方向操纵转向盘的情况下，在离合器连接之后扭矩和转动方向如何改变的示意图；图7提供反作用力电机驱动扭矩和扭矩传感器值的特性图，以及图示在离合器连接同时使操纵转向盘的方向反转的情况下离合器连接之后扭矩和转动方向如何改变的示意图；图8是反作用力电机驱动扭矩和扭矩传感器值的特性图，以及为一示意图，图示在离合器连接同时在一个方向操纵转向盘、之后由驾驶员释放转向盘的情况下，离合器连接之后扭矩和转动方向如何改变；图9是流程图，图示由本发明第一实施方式的第一变化例的操纵反作用力控制器和转向控制器执行的离合器连接分离处理；图10是流程图，图示由本发明第一实施方式的第二变化例的操纵反作用力控制器和转向控制器执行的离合器连接分离处理；图11是根据本发明第二实施方式的车辆转向控制装置中离合器的剖视图；图12是根据第二实施方式的车辆转向控制装置中离合器的机械接合器部分；图13图示如何在离合器假设处于分离状态时使离合器连接；图14是流程图，图示由本发明第二实施方式的第一变化例的操纵反作用力控制器和转向控制器执行的离合器连接判断处理；图15是流程图，图示由本发明第二实施方式的第二变化例的操纵反作用力控制器和转向控制器执行的离合器连接判断处理；以及图16是流程图，图示由本发明第二实施方式的第三变化例的操纵反作用力控制器和转向控制器执行的离合器连接判断处理。
具体实施例方式
下面参照附图描述本发明的优选实施方式。本领域的技术人员根据本披露易于理解，提供本发明实施方式的以下描述仅仅是出于说明的目的，并不用于限制本发明，本发明的范围由所附权利要求及其等效置换限定。
首先参照图1至图8，例示了根据本发明第一实施方式的车辆转向控制装置。图1是例示根据第一实施方式的车辆转向控制装置的线控转向(SBW)系统的示意图。如图1所示，根据第一实施方式的SBW系统包括转向盘1(驾驶员操纵单元)、扭矩传感器2(操纵扭矩检测装置)、转向盘操纵角传感器3、反作用力电机4(转向反作用力执行机构)、离合器5、转向电机6(转向执行机构)、转向电机角传感器7、转向机构8(转向单元)、左右前轮9(转向轮)、轴向力传感器10、反作用力控制器11、转向控制器12、以及通信线路13。
控制器11和12优选包括带有控制程序的微型计算机，其控制下面讨论的线控转向(SBW)系统的多种处理。控制器11和12还可以包括其他常规部件，诸如输入接口电路、输出接口电路、以及存储装置诸如ROM(只读存储器)装置和RAM(随机存储器)装置。本领域的技术人员根据本文披露易于理解，关于控制器11和12的精确结构和算法可以是实现本发明功能的硬件和软件的任意组合。换而言之，“装置加功能”语句在说明书和权利要求中使用时，应当包括可以用来实现“装置加功能”语句功能的任何一种结构或硬件和/或算法或软件。
在根据第一实施方式的SBW系统中，转向盘1布置并且配置成由驾驶员进行操纵。转向机构8布置成与转向盘1机械地分离，并且配置成使左右前轮9转向。反作用力电机4布置并配置成对转向盘1施加操纵反作用力。转向电机6布置并配置成向转向机构8施加驱动力。对SBW系统进行配置，使得在离合器5处于分离状态的正常使用期间，转向盘1和转向机构8之间没有机械连接。SBW系统的离合器5作为机械备用机构，其使得转向盘1和转向机构8能机械方式连接起来。换而言之，当SBW系统中出现异常(例如，故障)时，连接离合器5使得可以安全驱动车辆。
在第一实施方式中，操纵角传感器3检测转向盘1的转动操作，而反作用力控制器11则计算指令转向角。在第一实施方式中，如图2所示，例如，执行可变变速比控制，从而转向变速比根据车速改变。转向变速比表示为指令转向角与操纵角的比值(指令转向角/操纵角)。配置可变变速比控制，使得车速处于低速区时，转向变速比大于1(快转向响应)，以及车速处于超过规定车速的高速区时，转向变速比小于1(慢转向响应)。当不执行可变变速比控制时，也就是，当通过离合器5使转向盘1和转向机构8机械方式连接时，指令转向角与操纵角的比值为1。
转向控制器12计算有关转向电机6的驱动指令值，使得实际(检出)转向角与指令转向角相匹配。基于驱动指令值，通过驱动转向电机6使车辆转向。转向电机6是无刷电机或者其他形式的电机。类似于转向电机6，反作用力电机4也是无刷电机等，用于对转向盘1施加操纵反作用力，并且基于由反作用力控制器11算出的驱动指令值对其进行驱动。由反作用力控制器11和转向控制器12算出的驱动指令值作为用于反作用力电机4和转向电机6的电流指令值。
在此SBW系统中，反作用力电机4产生转向盘1的操纵反作用力，这是因为没有使转向盘1与左右前轮9和转向电机6机械连接。基于作用在转向机构8齿条上的轴向力、操纵角(转向盘的转动角)、以及操纵角速度(转向盘回转的角速度)，产生操纵反作用力。扭矩传感器2设置在转向盘1与反作用力电机4之间，并且能起到监测操纵扭矩的作用。扭矩传感器2布置且配置成检测轴的扭转张力或者应力，并且基于扭转张力或者应力计算扭矩。在SBW控制期间不使用由扭矩传感器2算出的值，因此，正常只是监测。然而，在反作用力电机4故障时所使用的EPS模式(electric power steering mode，电动助力转向系统模式)期间，使用由扭矩传感器2算出的值。在EPS模式期间，连接离合器5，并且使用驱动电机6作为辅助装置。
由转向控制器12算出的电流指令值是用角度伺服系统算出的，角度伺服系统配置成控制实际(检出)转向角，使其以预定响应特性跟踪指令转向角。例如，将如图3所示以转向角控制方框图示出的鲁棒模型匹配方法应用于该算出的指令转向角θta，从而，以获得实际(检出)转向角θt的方式，驱动转向电机6。鲁棒模型匹配方法包括用于匹配预定特性的模型匹配补偿器，以及用于估算并抵偿作为扰动的控制抑制因素(包括模型误差)的鲁棒补偿器。
图4是由第一实施方式的操纵反作用力控制器11和转向控制器12执行的离合器连接判断处理的流程图。下面说明流程图的各步骤(此处理构成离合器连接判断装置)。每经过SBW控制循环时间(例如，每5毫秒)，由控制器11和12执行此处理程序一次。
在步骤S101，获取判断离合器是否连接所使用的信号并执行计算。更具体地，获取反作用力电机实际电流值Ih和扭矩传感器值Th，并且，将反作用力电机实际电流值Ih乘以反作用力电机4的扭矩常数τh，以计算反作用力电机4的驱动扭矩Mh。然后控制进行到步骤S102。
在步骤S102，计算扭矩传感器值Th与反作用力电机4的驱动扭矩Mh之间的差值Δh(差值计算装置)。然后控制进行到步骤S103。
在步骤S103，比较差值Δh的绝对值与第一门限值ω1和第二门限值ω2，并且比较扭矩传感器值Th的符号与反作用力电机4的驱动扭矩Mh的符号。如果差值Δh大于等于第一门限值ω1或者第二门限值ω2，并且扭矩传感器值Th与驱动扭矩Mh的符号彼此相反，那么，步骤S103的结果为“是”，并且控制进行到步骤S104。否则，步骤S103的结果为“否”，并且控制器返回到控制程序的开始。
关于差值Δh绝对值的门限值ω1和ω2，是考虑到反作用力电机4的响应(也就是，从接受指令电流直至实际电流达到指令电流值的控制延迟以及电流传感器的延迟)与扭矩传感器2的响应之间的差异，通过实验进行确定。
第一门限值ω1用于在一个方向操纵转向盘1使得回转角度增加(回转过度)或者向非回转位置返回时，而第二门限值ω2则用于操纵转向盘1使其操纵扭矩方向改变时。第二门限值ω2设定为大于第一门限值ω1。
在步骤S104，发出离合器连接识别讯号，并且将指令转向角设定为实际(检出)转向角。然后控制进行到步骤S105。
步骤S104构成在识别离合器5连接的同时所执行的处理。如果连接了离合器5，指令转向角与实际(检出)转向角之间的差值不会变小，并且使转向盘1独立于驾驶员的操纵而回转。所以，将指令转向角设定为实际(检出)转向角，以抑制导致转向盘1独立于驾驶员对转向盘1进行的操纵而发生回转的控制行为发生。
在步骤S105，判断是否已过了预定时间t1。如果判断为“是”，那么控制进行到步骤S106。如果判断为“否”，那么控制返回。
预定时间t1是用于离合器连接识别的等待时间。尽管需要尽可能早地判断离合器5是否连接，以避免使转向盘1独立于驾驶员对其进行的操纵而回转，但是，考虑到噪声影响还是将预定时间t1设定为，例如10毫秒。
在步骤S106，确定连接离合器5，并且发出离合器连接确认讯号。然后，控制返回。
本发明此实施方式采用反作用力电机4的驱动扭矩Mh。然而，根据本文披露内容本领域技术人员容易理解，也可采用反作用力控制器11算出的驱动指令值来实现本发明。
下面说明第一实施方式的操作动作。
在类似于先前所述的SBW系统中，在SBW控制期间即使连接离合器5，也由反作用力控制器11和转向控制器12继续正常的SBW控制。反作用力控制器11基于转向盘操纵角计算指令转向角，而转向控制器12执行转向角控制，使得实际(检出)转向角以预定响应特性跟踪(跟随)指令转向角。在这样一种情况下(也就是，在SBW控制期间连接离合器5的情况)，因为借助于离合器5连接转向盘1和转向电机6，使转向盘1与左右前轮9(其为转向轮)的移动一起回转。反作用力控制器11于是基于转向盘1的操纵角计算指令转向角，转向盘1的操纵角是由SBW控制所致的回转。转向控制器12接收这种指令转向角，并且控制转向电机电流指令值，使得进一步根据转向盘1的位置回转转向角。这继而导致转向盘1更进一步转动。结果，当连接离合器5时，指令转向角和实际(检出)转向角不收敛(其差值不减小)，如图5所示。因此，存在的可能性是，转向电机电流指令值将增大，并且导致转向盘1独立于驾驶员对转向盘的操纵而回转。此外，如图5所示，在连接离合器5之后，实际(检出)转向角与转向盘操纵角(通过将转向角乘以转向变速比得到的转换值)之间的差值趋于定值。
相对地，通过适当判断什么时候离合器5连接，根据第一实施方式的车辆转向控制装置，使驾驶员能继续操纵转向盘1，即使在转向机构8(转向单元)处继续SBW控制也亦然如此。
因此，当操纵转向盘1同时分离离合器5时，使得驾驶员操纵单元和转向单元彼此分离，没有转向扭矩通过离合器5从转向单元传动到驾驶员操纵单元。因此，在驾驶员操纵单元处，施加于反作用力电机4的驱动扭矩Mh(下文称为“反作用力电机驱动扭矩Mh”)的方向，与用扭矩传感器2检出的扭矩传感器值Th(下文称为“扭矩传感器值Th”)的方向相同。然而，当连接离合器5时，驱动扭矩通过离合器从转向单元传动到驾驶员操纵单元，并且，驱动扭矩的方向成为操纵扭矩的相反方向。因此，在驾驶员操纵单元处，不是扭矩传感器值Th就是反作用力电机驱动扭矩Mh的方向换向，使得反作用力电机驱动扭矩Mh的方向与扭矩传感器值Th的方向彼此相反。
基于以下事实，即在SBW控制期间连接离合器5时，反作用力电机驱动扭矩Mh的方向与扭矩传感器值Th的方向从相同的状态改变为彼此相反的状态，第一实施方式判断第一离合器5是否连接。当反作用力电机驱动扭矩Mh的方向与扭矩传感器值Th的方向不同时，装置判断离合器5连接。
因此，利用反作用力电机驱动扭矩Mh的方向与扭矩传感器值Th的方向之间的关系，也就是，通过判断反作用力电机驱动扭矩Mh的方向与扭矩传感器值Th的方向是否不同，就能判断离合器5是否连接。此外，如上所述，由于适当地判断了离合器5的连接，即使在转向单元处SBW继续进行控制，驾驶员也能继续操纵转向盘。
下面说明在下列情况下由根据第一实施方式的车辆转向控制装置完成的操纵动作。首先，说明当离合器5连接同时在一个方向操纵转向盘1的情况。接着，第二，说明当离合器5连接同时反转转向盘1的操纵扭矩方向的情况。接着，第三，说明当释放转向盘1同时离合器5连接的情况。也将对在离合器5连接之后与判断离合器5连接相关的操纵动作进行说明。
当分离离合器5并且正常执行SBW控制时，如图6所示，扭矩传感器特性(扭矩传感器值Th)和基于反作用力电流估算的反作用力电机扭矩特性(反作用力电机驱动扭矩Mh)具有相同的符号，并且彼此大致相等，直至在T0时刻连接离合器5。图6例示转向盘1向右回转的实例。
当连接离合器5时，因为使转向电机6的扭矩通过离合器5传动到驾驶员操纵单元，所以，与离合器5分离状态的扭矩作用方向相比，使作用在扭矩传感器2上的扭矩方向反转。同时，由于在与连接离合器5之前相同的方向转动转向盘1，反作用力控制器11计算用于反作用力电机4的指令电流值，其导致反作用力电机4在与连接离合器5之前相同的方向上产生扭矩。
因此，从图6所示的特性曲线清楚可见，当连接离合器5时，也就是，在连接时刻T0之后，对于基于反作用力电机4的电流值确定的反作用力电机驱动扭矩Mh的值，该Mh的值向最大反作用力值增大，而扭矩传感器值Th的值减小至负扭矩值，具有与连接离合器5之前存在的扭矩传感器值Th相反的方向。
当离合器5分离并且正常执行SBW控制时，如图7所示，扭矩传感器特性(扭矩传感器值Th)与基于反作用力电流估算的反作用力电机扭矩特性(反作用力电机驱动扭矩Mh)，具有相同的符号并且彼此大致相等，直至在T0时刻离合器5连接。图7图示在向左反转之前将转向盘1向右回转的实例。
当向左反转转向盘1时如果离合器5连接，那么，作用在扭矩传感器2上的扭矩将增大。出现这种作用在扭矩传感器2上的扭矩增大，是因为在与离合器连接之前相反的方向转动转向盘1，并且，转向控制器12正在计算用于转向电机6的指令电流值，其导致转向电机6在与离合器连接之前相反的方向上产生扭矩。简而言之，将转向扭矩添加到如果离合器5未连接时存在的扭矩上。同时，由于在与连接离合器5之前相反的方向上转动转向盘1，反作用力控制器11计算用于反作用力电机4的指令电流值，其导致反作用力电机4在与离合器5连接之前相反的方向产生扭矩。
因此，从图7所示的特性曲线清楚可见，当离合器5连接时，也就是，在连接时刻T0之后，扭矩传感器值Th增大，同时保持与离合器5连接之前所存在的扭矩传感器值Th相同的方向，而基于反作用力电机4的电流值确定的反作用力电机驱动扭矩Mh的值向最大反作用力值减小，并且成为与离合器5连接之前所存在的反作用力电机驱动扭矩Mh相反的方向。
当分离离合器5并且正常执行SBW控制时，如图8所示，扭矩传感器特性(扭矩传感器值Th)与基于反作用力电流估算的反作用力电机扭矩特性(反作用力电机驱动扭矩Mh)，具有相同的符号并且彼此大致相等，直至在T0时刻连接离合器5。图8图示在释放转向盘之前向右回转转向盘1的实例。
当离合器5连接时，因为转向电机6的扭矩通过离合器5传动到驾驶员操纵单元，与如果离合器5分离时的扭矩作用方向相比，使作用在扭矩传感器2上的扭矩方向反转。同时，由于以与离合器5连接之前相同的方向转动转向盘1，反作用力控制器11计算用于反作用力电机4的指令电流值，其导致反作用力电机4在与离合器5连接之前相同的方向上产生扭矩。
因此，从图8所示的特性曲线清楚可见，在从T0时刻离合器5连接直至释放转向盘1之前的时间内，基于反作用力电机4的电流值确定的反作用力电机驱动扭矩Mh的值向最大反作用力值增大，而扭矩传感器值Th则减小到负扭矩值，具有与离合器5连接之前所存在扭矩传感器值Th相反的方向。
于是，如图8所示，当在T1时刻释放转向盘1时，因为驾驶员的手不再支撑转向盘1，所以，扭矩传感器值Th稳定在与转向盘1惯性力平衡的值上。即使在离合器5连接的瞬间驾驶员释放转向盘1，扭矩传感器值Th也改变为与离合器5连接之前的相反方向(相反符号)。
其时，由于使转向盘1因被自动转向控制释放而在回转方向上进一步回转，因为计算指令电流以在与连接离合器5之前相同的方向上产生扭矩(由于反作用力控制特性所致，不会产生在相反方向上的扭矩)，以及实际电流跟随指令电流，所以，反作用力电机驱动扭矩Mh增大至最大反作用力值。
以上描述了对于连接离合器5同时在一个方向操纵转向盘1的情形、连接离合器5同时转向盘1的操纵扭矩方向反转的情形、以及放开转向盘1同时连接离合器5的情形，在不同的转向盘操纵情形下，当连接离合器5时反作用力电机驱动扭矩Mh的方向与扭矩传感器值Th的方向不同的关系都成立。
因此，在连接离合器5之后，当满足下列三个条件时可以获得离合器5连接的正确判断。
(a)差值Δh的绝对值大于等于ω1或者ω2(差值条件)。
(b)Th与Mh的符号不同(方向条件)。
(c)在预定时间t1内连续满足条件(a)和(b)(时间条件)。
结果，当离合器5的连接出现时，在确定(检出)离合器连接之后，通过进行下列任何一种操作能允许驾驶员继续操纵转向盘1，这些操作包括分离离合器5；换档到EPS模式，其中离合器5连接并且使用反作用力电机4或者转向电机6作为助力电机；或者使用连接的离合器5作为转向盘1和转向轮之间的直接机械连接。
如上所述，根据第一实施方式的车辆转向控制装置设有差值计算装置(步骤S102)，该差值计算装置配置成计算施加到反作用力电机4上的驱动扭矩Mh与用扭矩传感器2检出的扭矩传感器值Th之间的差值Δh。当由差值计算装置算出的差值Δh的绝对值大于等于门限值ω，并且施加到反作用力电机4上的驱动扭矩Mh的方向与用扭矩传感器2检出的扭矩传感器值Th的方向不同(步骤S103的结果为“是”)，此时，离合器连接判断装置(图4)判定离合器5处于连接状态。
如果不包括关于反作用力电机驱动扭矩与扭矩传感器值之间差值的条件，那么，当离合器5没有连接时，装置有可能错误地检出离合器5连接。例如，当操纵转向盘1以使其在操纵方向上经少许反转以调节转向方向时，将会出现这种错误识别。在这种情况下，反作用力电机驱动扭矩和扭矩传感器值将比较小，并且之间的差值也比较小，但是，因为反作用力电机响应和扭矩传感器响应的差异，反作用力电机驱动扭矩与扭矩传感器值的符号也就是方向彼此相反。
由于在关于反作用力电机驱动扭矩Mh与扭矩传感器值Th的符号相反条件之外，第一实施方式还包括差值条件，在满足反作用力电机驱动扭矩Mh与扭矩传感器值Th符号相反条件但差值Δh的幅值较小的情形下，就能避免错误识别。结果，能高度准确地判断离合器5的连接。
在根据第一实施方式的车辆转向控制装置中，离合器连接判断装置(图4)配置成设定下列值作为与差值Δh的绝对值相比较的门限值ω第一门限值ω1，用于在一个方向操纵转向盘1以回转角度增加或者返回非回转位置时；以及第二门限值ω2，用于在操纵转向盘1使其操纵扭矩方向改变(反转)时。另外，第二门限值ω2大于第一门限值ω1。举例说明，当离合器连接时，反作用力电机驱动扭矩与扭矩传感器值之间的差值突然增大(参见图6、图7、以及图8)。尽管从获得正确判断的目的，用于差值的较小门限值更好，但当使用较小门限值时获得错误识别的机会也增加。同时，当使操纵转向盘1的方向反转时，由于反作用力电机的电流值的响应时间，在反作用力电机驱动扭矩与扭矩传感器值之间出现一定程度的差异。通过将第二门限值ω2(用于反转转向盘1的操纵方向时)设定为大于第一门限值ω1(用于在一个方向操纵转向盘1以回转角度增加或者返回非回转位置时)的值，第一实施方式解决了这一问题。这种途径使得能避免反转转向盘1情况下的错误识别，同时还能正确地判断离合器5的连接。
在根据第一实施方式的车辆转向控制装置中，离合器连接判断装置(图4)配置成，当关于反作用力电机驱动扭矩Mh和扭矩传感器值Th之间的差值条件、以及关于反作用力电机驱动扭矩Mh和扭矩传感器值Th的符号不同的条件都满足时，发出离合器连接识别讯号，并且将指令转向角设定为实际(检出)转向角(步骤S104)。
为了避免错误识别，离合器连接判断装置可以配置成，在其确认以连续的方式满足上述条件之前，不对离合器连接进行判断。然而，如果离合器连接同时离合器连接判断装置在满足条件的情况下等待，指令转向角与实际(检出)转向角之间的差异将不会减小，并且转向盘1将独立于驾驶员的操纵进行回转。
当满足上述条件时，通过发出离合器连接识别讯号并且将指令转向角设定为实际(检出)转向角，第一实施方式解决了这种问题。按照这种方式，在离合器连接判断装置正在等待同时连续满足条件的时期期间，消除了指令转向角与实际(检出)转向角之间的差异。结果，在确认离合器连接之前的等待时期期间，就能抑制出现导致转向盘1独立于驾驶员的操纵进行回转的控制行为。
在根据第一实施方式的车辆转向控制装置中，离合器连接判断装置(图4)配置成，当已经使离合器连接识别讯号连续处在发出状态预定时间t1或者更长(步骤S105的结果为“是”)，确定离合器5连接并且发出离合器连接确认讯号(步骤S106)。
如果只是满足差值条件和符号条件(方向条件)就立即判定离合器5连接，那么，在由于噪声影响所致瞬间满足差值条件和符号条件的情形下，离合器连接判断装置将错误地判定离合器5连接(即使不是)。然而，除了差值条件和符号条件(方向条件)之外，第一实施方式还包括时间条件，其要求差值条件和符号条件保持满足预定时间t1，以确定离合器5连接。因此，即使噪声导致瞬间满足差值条件和符号条件，也能避免错误识别。
下面说明第一实施方式的效果。
根据第一实施方式的车辆转向控制装置获得如下效果。
(1)车辆转向控制装置包括转向盘1，由驾驶员操纵；转向机构8，布置成与转向盘1机械方式分离，并且配置成使左右前轮9转向；反作用力电机4，对转向盘1施加操纵反作用力；转向电机6，向转向机构8施加回转力；离合器5，布置且配置成使转向盘1与转向机构8机械方式连接及分离；扭矩传感器2，检测施加于转向盘1的操纵扭矩；以及，当施加于反作用力电机4的驱动扭矩Mh的方向与用扭矩传感器2检出的扭矩传感器值Th的方向不同时，离合器连接判断装置(图4)判断离合器5处于连接状态。结果，可以正确判断离合器5的连接，以及，即使在转向机构8处继续SBW控制，驾驶员也能继续操纵转向盘1。
(2)车辆转向控制装置设有差值计算装置(步骤S102)，该差值计算装置配置成计算施加于反作用力电机4的驱动扭矩Mh与用扭矩传感器2检出的扭矩传感器值Th之间的差值Δh，以及，离合器连接判断装置(图4)配置成，当由差值计算装置算出的差值Δh的绝对值大于等于门限值ω，并且施加于反作用力电机4的驱动扭矩Mh的方向与用扭矩传感器2检出的扭矩传感器值Th的方向不同(步骤S103的结果为“是”)，此时，判定离合器5处于连接状态。因此，当满足反作用力电机驱动扭矩Mh和扭矩传感器值Th的符号不同的条件但差值Δh的幅值较小时，装置避免做出错误识别。结果，能以高度准确性判定离合器5的连接。
(3)离合器连接判断装置(图4)配置成设定以下值作为门限值ω以与差值Δh的绝对值相比较第一门限值ω1，用于在一个方向操纵转向盘1以使其回转角度增加或者返回非回转位置时；以及第二门限值ω2，用于操纵转向盘1使其操纵扭矩方向改变(反转)时。另外，第二门限值ω2大于第一门限值ω1。结果，可以避免转向盘1反转时出现的错误识别，同时还能正确判定离合器5的连接。
(4)离合器连接判断装置(图4)配置成，当满足反作用力电机驱动扭矩Mh与扭矩传感器值Th的差值条件和符号条件时，发出离合器连接识别讯号，并且将指令转向角设定为实际(检出)转向角(步骤S104)。以这种方式，在离合器连接判断装置等待连续满足条件的间隔期间，消除指令转向角与实际(检出)转向角之间的差值。结果，能抑制发生在确认离合器连接之前的等待时期期间导致独立于驾驶员操纵使转向盘1回转的控制行为。
(5)离合器连接判断装置(图4)配置成，当已经使离合器连接识别讯号连续处于发出状态至少预定时间t1时(步骤S105的结果为“是”)，判定离合器5连接并且发出离合器连接确认讯号(步骤S106)。结果，即使噪声导致瞬间满足差值条件和符号条件，也能避免错误识别。
下面说明变化例情况，其中装置配置成当确定离合器连接时，使用转向电机或者反作用力电机分离离合器连接。
系统的结构特点与图1至图3所示的那些相同，并且出于简洁目的这里省略其说明。
图9是由第一变化例的反作用力控制器11和转向控制器12执行的离合器连接分离处理的流程图。下面说明流程图的各步骤(此处理构成离合器连接分离装置)。每经过SBW控制循环时间(例如，每5毫秒)，由控制器11和12执行此处理程序一次。
在步骤S111，判断离合器连接确认讯号是否由离合器连接判断处理发出。如果判断为“是”，控制进行到步骤S112。如果判断为“否”，那么，控制返回。
在步骤S112，将实际(检出)转向角设定为指令转向角，并且基于指令转向角驱动转向电机6。然后控制进行到步骤S113。
当使用实际(检出)转向角作为指令转向角驱动转向电机6时，转向电机6在与离合器连接方向相反的方向上施加驱动扭矩，因此，可以分离离合器5的连接。
在步骤S113，通过执行计算处理，其设计以求由转向电机角传感器7检出的实际(检出)转向角θt相对时间的导数(微分演算处理)，来计算转向角速度θt’。控制然后进行到步骤S114。
在步骤S114，判断转向角速度θt’的当前值是否具有与先前控制循环相反的符号。如果判断为“是”，那么控制进行到步骤S115。如果判断为“否”，那么控制返回。
换而言之，如果转向角速度θt’的符号已经反转(也就是，从正变到负或从负变到正)，步骤S114判定转向电机6已在相反方向上施加扭矩。
监测转向角速度θt’，以判定转向电机6是否以这样的方式实际开始移动，该移动方式考虑了转向电机6的惯性力和电流控制响应。这种途径使得能可靠判断是否已分离离合器5的连接。
在步骤S115，清除离合器连接确认讯号，并且以设定至1∶1的可变变速比执行SBW控制。控制返回。
图10是图示由第二变化例的反作用力控制器11和转向控制器12执行的离合器连接分离处理的流程图。下面说明流程图的各步骤(此处理构成离合器连接分离装置)。每经过SBW控制循环时间(例如，每5毫秒)，由控制器11和12执行此处理程序一次。
在步骤S121，判断离合器连接确认讯号是否经过离合器连接判断处理而发出。如果判断为“是”，那么控制进行到步骤S122。如果判断为“否”，那么控制返回。
在步骤S122，判断转向变速比是否小于等于1。如果判断为“是”，那么控制进行到步骤S123。如果判断为“否”，那么控制进行到步骤S124。
在步骤S123，由反作用力电机4施加与连接方向反向的扭矩。然后控制进行到步骤S125。
更具体地，当连接离合器5，并且执行可变变速比控制使得变速比小于等于1(参见图2)，通过将反作用力电机4的指令电流值设定为这样的值，使得反作用力电机4在连接方向的相反方向上对离合器5施加作用力，可以分离离合器5的连接。
在步骤S124，将实际(检出)转向角设定作为指令转向角，并且基于该指令转向角驱动转向电机6。然后控制进行到步骤S125。
当使用实际(检出)转向角作为指令转向角驱动转向电机6时，转向电机6在与连接方向相反的方向上施加驱动扭矩，因此，可以分离离合器5的连接。
在步骤S125，获取判断离合器是否分离所使用的信号，并且执行计算。更具体地，获取反作用力电机实际电流值Ih和扭矩传感器值Th，并且将反作用力电机实际电流值Ih乘以反作用力电机4的扭矩常数τh，以计算反作用力电机4的驱动扭矩Mh。然后控制进行到步骤S126。
在步骤S126，计算扭矩传感器值Th和反作用力电机4的驱动扭矩Mh之间的差值Δh。然后控制进行到步骤S127。
在步骤S127，比较差值Δh的绝对值与第三门限值ω3，并且比较扭矩传感器值Th的符号与反作用力电机4的驱动扭矩Mh的符号。如果差值Δh小于等于第三门限制ω3，并且扭矩传感器值Th与驱动扭矩Mh的符号相同，步骤S127的结果为“是”，并且控制进行到步骤S128。否则，步骤S127的结果为“否”，并且控制返回。
在本变化例中，差值Δh的第三门限值ω3用于判断离合器5是否已从连接状态分离。所以，第三门限值ω3小于判断离合器5是否连接的第一门限值ω1和第二门限值ω2。第三门限值ω3设定为以下述方式确定的值，例如，在离合器5分离以及驾驶员在可能转向的速度下进行转向的条件下，通过测量反作用力电机4的驱动扭矩和扭矩传感器值之间的差值，实验方式确定此值。
在步骤S128，清除离合器连接确认讯号，并且在可变变速比设定为1∶1的情况下执行SBW控制。控制返回。
下面说明本变化例的操纵动作。
首先说明在第一变化例中离合器5连接的分离动作。如图9的流程图中所示，如果离合器连接确认讯号已由离合器连接判断处理发出，处理从步骤S111进行到步骤S112。在步骤S112，使用实际(检出)转向角作为指令转向角驱动转向电机6。结果，转向电机6在与连接方向相反的方向上对离合器5施加驱动扭矩，从而分离离合器5的连接状态。
在步骤S113计算转向角速度θt’，以及在步骤S114中比较转向角速度θt’的当前值和先前值，以判断其符号是否不同(相反)。如果转向角速度θt’的符号反转(从正到负或者从负到正)，判定转向电机6施加了反向的扭矩，并且控制进行到步骤S115。在步骤S115，清除离合器连接确认讯号，并且以设定为1∶1的可变变速比执行SBW控制。
接着，说明在第二变化例中离合器5连接的分离动作。如果离合器连接判断处理已经发出离合器连接确认讯号，那么，控制进行到步骤S122，此处判断转向变速比是否小于等于1。
如果转向变速比小于等于1，那么控制进行到步骤S123。在步骤S123，反作用力电机4施加与连接方向反向的扭矩，从而，分离离合器5的连接。
同时，如果转向变速比大于1，那么控制进行到步骤S124。在步骤S124，使用实际(检出)转向角作为指令转向角，使转向电机6运转。结果，转向电机6在与连接方向相反的方向上施加驱动扭矩，从而，分离离合器5的连接状态。在步骤S125，获取反作用力电机实际电流值Ih和扭矩传感器值Th，并且计算反作用力电机4的驱动扭矩Mh。然后，在步骤S126计算扭矩传感器值Th与反作用力电机驱动扭矩Mh之间的差值Δh，以及，在步骤S127判断差值Δh的绝对值是否小于等于ω3，以及扭矩传感器值Th与驱动扭矩Mh的符号是否相同。如果步骤S127的结果是肯定的，判定不是反作用力电机4就是转向电机6已经施加了与连接方向反向的扭矩，并且控制进行到步骤S128。在步骤S128，清除离合器连接确认讯号，并且以设定为1∶1的可变变速比执行SBW控制。
下面说明当转向变速比小于等于1时从反作用力电机4输出连接方向反向扭矩的原因。
当转向变速比为1或者更低时，驱动转向电机6以使其回到由转向盘操纵角、实际(检出)转向角、以及在当离合器5成为连接时刻的指令转向角与转向盘操纵角的比值所确定的角度。对于驾驶员而言难以超出那个角度回转转向盘。在这样一种情况下，取代采用转向电机6施加与连接方向反向的扭矩，可以采用反作用力电机4来施加反向的扭矩。在SBW控制期间，因为反作用力电机4不执行角度控制(也就是这样的控制，反作用力控制器11计算指令转向盘操纵角并且控制反作用力电机4，使得实际操纵角跟踪指令操纵角的控制)，设定用于反作用力电机4的指令电流值，使得反作用力电机4在连接方向的相反方向上施加扭矩。
如上所述，本装置设有离合器连接分离装置(图9和图10)，配置成当离合器连接判断装置判定离合器5处于连接状态时，使用转向电机6或者反作用力电机4在离合器5连接方向的相反方向上施加扭矩。
例如，如果本装置配置成，当确定连接离合器5时，装置立即切换至采用连接状态下离合器5的EPS控制，将失去在切换之前以可变变速比执行SBW控制的优点。另外，离合器的连接经常由离合器故障诸如滚柱开始移动而导致。
当判定离合器5连接时，利用转向电机6或者反作用力电机4在与离合器5连接方向反向上施加扭矩，本实施方式解决了这些问题。结果，当检出由于离合器故障导致的离合器5连接时，可以立即分离该连接，使得可以继续执行SBW控制(在分离离合器5之后)，以及可以将SBW控制的优势发挥到最大程度。
离合器连接分离装置(图9)配置成，当确定了离合器5处于连接状态时，使用该时点存在的实际(检出)转向角作为指令转向角来驱动转向电机6(步骤S112)。为了分离离合器连接，需要在与离合器5连接方向反向上对离合器5施加扭矩。
由于当确定了离合器5处于连接状态时，使用该时点存在的实际(检出)转向角作为指令转向角驱动转向电机6，通过在与连接方向反向上对离合器5施加扭矩，就能分离离合器5的连接状态。
离合器连接分离装置(图10)配置成，当判定了离合器5处于连接状态，使用该时点执行可变变速比控制时，使得变速比小于等于离合器连接变速比(变速比＝1)(也就是，当步骤S122的结果为“是”时)，使用反作用力电机4在与离合器5连接方向反向上施加扭矩(步骤S123)。
例如，当转向变速比为1或者更低时，转向电机6被驱动以使转向变速比回归到其在离合器5连接时刻所具有的值。因此，转向电机6不能用来分离离合器5。
在这种情况下，当正在执行可变变速比控制使得变速比小于等于1时，由于反作用力电机4在与离合器连接方向反向上施加扭矩，通过在与连接方向反向上对离合器5施加扭矩，就能分离离合器5的连接状态。
离合器连接分离装置(图10)配置成，当施加到反作用力电机4的驱动扭矩Mh与由扭矩传感器2检出的扭矩传感器值Th之间的差值Δh的绝对值小于等于第三门限ω3，并且反作用力电机驱动扭矩Mh的方向与扭矩传感器值Th的方向相同时(也就是，当步骤S127的结果为“是”时)，判定已经分离离合器5的连接。
为了分离离合器连接，需要在与离合器5连接方向反向上对离合器5施加扭矩。
通过在差值Δh的绝对值小于等于ω3(|Δh|≤ω3)并且Th和Mh的符号相同时判定离合器5的连接已经分离，基于假设反作用力电机4在相反方向开始转动时就在与离合器连接方向反向施加扭矩，在较短时间期间就能识别离合器连接的分离。
下面说明第一实施方式的前述变化例的效果。获得了如下效果。
(6)车辆转向控制装置设有离合器连接分离装置(图9和图10)，离合器连接分离装置配置成，当离合器连接判断装置判定离合器5连接时，使用转向电机6或者反作用力电机4在与离合器5连接方向反向上施加扭矩。结果，当检出由离合器故障导致的离合器5的连接时，可以立即分离此连接，使得可以继续SBW控制(在分离离合器5之后)，以及可以将SBW控制的优势发挥到最大程度。
(7)离合器连接分离装置(图9)配置成，当判定离合器5处于连接状态时，使用该时点存在的实际(检出)转向角作为指令转向角来驱动转向电机6(步骤S112)。结果，可以在与离合器连接方向反向上对离合器5施加扭矩，使得离合器5的连接分离。
(8)离合器连接分离装置(图10)配置成，当判定离合器5处于连接状态时，在该时点执行可变变速比控制，使得变速比小于等于离合器连接变速比(变速比＝1)(也就是，当步骤S122的结果为“是”时)，使用反作用力电机4在与离合器5连接方向反向上施加扭矩(步骤S123)。结果，可以在离合器连接方向的相反方向对离合器5施加扭矩，使得离合器5的连接分离。
(9)离合器连接分离装置(图10)配置成，当施加到反作用力电机4的驱动扭矩Mh与由扭矩传感器2检出的扭矩传感器值Th之间的差值Δh的绝对值小于等于第三门限值ω3，并且反作用力电机驱动扭矩Mh的方向与扭矩传感器值Th的方向相同时(也就是，当步骤S127的结果为“是”时)，判定已经分离离合器5的连接。结果，基于假设反作用力电机4开始在相反方向转动时就在与离合器连接方向反向施加扭矩，在较短的时间周期内就能识别离合器5连接的分离。
第二实施方式下面参照图11和图12说明根据第二实施方式的车辆转向控制装置。考虑到第一和第二实施方式之间的相同之处，第二实施方式中与第一实施方式部分相同的部分，将使用与第一实施方式部分相同的标号。此外，出于简洁说明的目的，省略对有关第二实施方式中与第一实施方式相同的部分进行描述。
图11是根据第二实施方式的车辆转向控制装置的离合器的剖视图。图12图示该离合器的机械接合器部分。
返回参照图1，构成根据本发明的车辆转向控制装置的SBW系统设有离合器5作为备用机构。离合器5配置成可以连接及分离。
离合器5包括外环16；内环17；电磁线圈21和转子23，配置成产生电磁力；以及机械接合器部分，配置成根据电磁线圈21和转子23的工作状态使外环16和内环17彼此机械连接及分离。机械接合器部分包括滚柱18、保持装置26、以及中立弹簧27。滚柱18、保持装置26、以及中立弹簧27设置在内环17上，内环17随驾驶员操纵单元一起转动。
更具体地，滚柱18、保持装置26、以及中立弹簧27设置在内环17和外环16中具有较小转速的环上。内环17与备用机构的辊轴15连接，辊轴15随驾驶员操纵单元一起转动，因此，内环17随驾驶员操纵单元一起转动。外环16则与转向单元的小齿轮轴14连接，并且随小齿轮轴14一起转动。
内环17以花键连接方式固定在辊轴15上。外环16则以花键连接方式固定在转向单元的小齿轮轴14上。
如图12所示，外环16的内表面在形状上是圆筒形，而内环17的外表面则是凸轮形(八角形)。机械接合器单元具有布置在外环16和内环17之间的滚柱18(接合元件)。
离合器5配置成向电磁线圈21提供电流时使其分离。更具体地，当电流馈入电磁线圈21时，电磁线圈21的电磁力平衡若干永磁体22的磁力，并且使滚柱18保持在中立位置。结果，允许外环16和内环17相对彼此转动，并且使转向单元与驾驶员操纵单元分离。相反，当连接离合器5时，不给电磁线圈21馈入电流。永磁体22的磁力导致滚柱18没有保持在中立位置，以及，滚柱18成为楔进外环16和内环17之间，从而连接离合器5。
如图11所示，电磁线圈21固定在离合器外壳19的端板20(离合器壳件)上。转子23以花键连接方式紧固于外环16的末端位置，而永磁体22则布置在转子23中，使其处于电磁线圈21的磁场内。
通过将永磁体22布置在电磁线圈21的磁场内，可以使用电磁线圈21产生与永磁体22的磁通同方向或者反方向的磁通。
如图11所示，机械接合器部分包括电枢25，布置成可以用布置在电枢25和转子23之间的分离弹簧24，使电枢25相对转子23轴向移动；多个(8个)滚柱18，布置在外环16和内环17之间，以及作为接合元件；以及保持装置26，具有安装在其空腔中的滚柱18，并且作用为保持滚柱18，使得滚柱18彼此隔开预定的相等间距。保持装置26以这样的方式支撑在内环17上，使得保持装置26能以绕其转动的方式移动。如图12所示，当分离离合器5时，离合器5的中立弹簧27用于将滚柱18之一保持在中立位置。在离合器5从连接状态变换到分离状态的转变期期间，中立弹簧27施加回位弹簧力，作用为向中立位置推压楔住的滚柱。中立弹簧27固定在内环17上。
滚针轴承28设置在辊轴15(内环17以花键连接方式安装在其上)与转子23(固定于外环16的末端)之间。如图11所示，第一滚珠轴承29在端板20上支撑辊轴15。第二滚珠轴承30在离合器外壳19上支撑外环16。第三滚珠轴承31布置在外环16和内环17之间。
下面说明第二实施方式的操纵动作。
如果SBW系统的反作用力电机4故障，停止反作用力控制，并且，机械方式连接离合器5，使得转向盘1的转动传动到小齿轮轴14。同时，在转向单元侧，以与典型电动助力转向系统中所使用的转向盘操纵助力控制相同的方式控制转向电机6。
离合器连接动作当连接离合器5时，对电磁线圈21发出断开(OFF)指令，以及，断开由电磁线圈21产生的电磁力。结果，布置在转子23中的永磁体22的磁力，能克服安装在转子23和电枢25之间的分离弹簧24的弹簧力。因此，将电枢25吸附在转子23上，并且依靠作用在其间的摩擦力，使转子23和电枢25作为整体单元转动。由于电枢25的转动使保持装置26转动，以及，滚柱18克服中立弹簧27的弹簧力转动。滚柱18楔进外环16和内环17之间，并且通过离合器5传动扭矩。
离合器分离动作当离合器5分离时，对电磁线圈21发出接通(ON)指令，以及，电磁线圈21产生抵消永磁体22磁力的电磁力。结果，安装在电枢25中的分离弹簧24的弹簧力克服永磁体22的磁力，并且使转子23与电枢25彼此分离。同时，由于中立弹簧27(配置成将滚柱18保持在中立位置)构成楔进连接出现的部分，当转子23与电枢25之间的摩擦力消失时，中立弹簧27的回位弹簧力促使滚柱18返回中立位置，使得由滚柱18建立的楔进连接分离，也就是使离合器5分离。
如此配置，离合器5执行SBW系统中离合器所需要的两种功能第一，断开电源时通过连接离合器执行故障自动保护功能；第二，当离合器连接时，满足对具有较小窜动量(游隙)的小型高扭矩离合器的需求。
然而，在具有楔进连接结构的离合器5中，随内环17一起转动的电枢、滚柱、以及保持装置具有一定程度的质量，因此，当内环17转动同时离合器5处于分离状态时，将产生惯量扭矩。内环与旋转轴结合，使得内环随转向单元一起转动，以及，外环与旋转轴结合，使得外环随驾驶员操纵单元一起转动。因此，在执行可变变速比控制同时分离离合器(也就是，在内环与外环彼此分离时)期间，当转向角的变换大于操纵角的变化，内环的转速高于外环的转速。因此，惯量扭矩较大，并且使中立弹簧(将滚柱保持在中立位置)伸长，使得滚柱和保持装置从中立位置移向接合位置，从而导致楔进接合(离合器连接)。设想处于分离状态的离合器5的连接，取决于离合器处于分离状态时由中立弹簧27保持的滚柱18的惯量。如果由于滚柱18的较大减速或者加速，产生较大的与中立弹簧27弹簧力相反的惯量扭矩，滚柱18将从中立位置移向连接位置，并导致离合器5进入连接状态(参见图13)。
本系统的组成特点与图1至图3所示第一实施方式的相同之处，并且简要说明的目的这里省略对其说明。
图14为流程图，图示由第二实施方式的第一变化例中的反作用力控制器11和转向控制器12执行的离合器连接判断处理。下面说明本流程图的各步骤(此处理构成离合器连接判断装置)。处理步骤S212至S216与图4所示流程图的处理步骤S102至S106相同。所以，这里出于简要说明的目的省略其说明。
在步骤S211，获取用于判断离合器是否连接所使用的信号并且执行计算。更具体地，获取转向盘操纵角θ、反作用力电机实际电流值Ih、以及扭矩传感器值Th。然后，通过执行设计成求操纵角θ对时间的导数的计算处理，计算转向盘的操纵角速度θ’，以及，通过将反作用力电机实际电流值Ih乘以反作用力电机4的扭矩常数τh，计算反作用力电机4的驱动扭矩Mh。然后控制进行到步骤S217。
在步骤S217(离合器连接判断执行条件检测装置)，判断转向盘操纵角速度θ’是否大于等于第一速度门限值λ1。如果判断为“是”，那么控制进行到步骤S212。如果判断为“否”，那么控制返回。
第一角速度门限值λ1是与急剧回转转向盘时出现的操纵角速度相对应的值(大约2Hz)。
图15是流程图，图示由第二实施方式的第二变化例中的反作用力控制器11和转向控制器12执行的离合器连接判断处理。下面说明流程图的各步骤(本处理构成离合器连接判断装置)。处理步骤S222至S226与图4所示流程图的处理步骤S102至S106相同。所以，这里出于简要说明的目的进行省略。
在步骤S221，获取用于判断离合器是否连接所使用的信号并且执行计算。更具体地，获取反作用力电机实际电流值Ih和扭矩传感器值Th。然后，通过执行设计成求反作用力电机实际电流值Ih对时间的导数的计算处理，计算反作用力电机实际电流值变化率Ih’，以及，通过将反作用力电机实际电流值Ih乘以反作用力电机4的扭矩常数τh，计算反作用力电机4的驱动扭矩Mh。控制然后进行到步骤S227。
在步骤S227(离合器连接判断执行条件检测装置)，判断反作用力电机实际电流值变化率Ih’是否大于等于第二速度门限值λ2。如果判断为“是”，那么控制进行到步骤S222。如果判断为“否”，那么控制返回。
第二速度门限值λ2是与急剧回转转向盘时出现的反作用力电机实际电流值变化率相对应的值(大约2Hz)。
图16是流程图，示出由第二实施方式的第三变化例中的反作用力控制器11和转向控制器12执行的离合器连接判断处理。下面说明流程图的各步骤(本处理构成离合器连接判断装置)。处理步骤S232至S236与图4所示流程图的处理步骤S102至S106相同。所以，这里出于简要说明的目的进行省略。
在步骤S231，获取用于判断离合器是否连接所使用的信号并且执行计算。更具体地，获取反作用力电机实际电流值Ih和扭矩传感器值Th。然后，通过执行设计成求扭矩传感器值Th对时间的导数的计算处理，计算扭矩传感器值变化率Th’，以及，通过将反作用力电机实际电流值Ih乘以反作用力电机4的扭矩常数τh，计算反作用力电机4的驱动扭矩Mh。控制然后进行到步骤S237。
在步骤S237(离合器连接判断执行条件检测装置)，判断扭矩传感器值变化率Th’是否大于等于第三速度门限值λ3。如果判断为“是”，那么控制进行到步骤S232。如果判断为“否”，那么控制返回。
第三速度门限值λ3是与急剧回转转向盘时出现的扭矩传感器值变化率相对应的值(大约2Hz)。
本发明此实施方式采用反作用力电机4的驱动扭矩Mh。然而，根据本文披露内容本领域技术人员容易理解，也可采用反作用力控制器11算出的驱动指令值来实现本发明。
下面说明第二实施方式的变化例的操纵动作。
在第二实施方式的第一变化例中，如果操纵角速度θ’大于等于第一速度门限值λ1，控制进行为从图14的步骤S211到步骤S217到步骤S212。
在第二实施方式的第二变化例中，如果反作用力电机实际电流值变化率Ih’大于等于第二速度门限值λ2，控制从图15的步骤S221到步骤S227再到步骤S222。
在第二实施方式的第三变化例中，如果扭矩传感器值变化率Th’大于等于第三速度门限值λ3，控制从图16的步骤S231到步骤S237再到步骤S232。
当测出的操纵角速度θ’、反作用力电机实际电流值变化率Ih’、或者扭矩传感器值变化率Th’为表示转向盘急剧操纵的值(在大约2Hz或者更高)时，执行这些连接识别，这是因为当急剧操纵转向盘时离合器5进入连接状态的机会较高。
如上所述，根据第二实施方式的车辆转向控制装置设有离合器连接判断执行条件检测装置，配置成检测是否存在需要检测离合器5是否连接的条件。当检测出需要检测离合器5是否连接的条件时，离合器连接判断装置(图14至图16)执行关于离合器5是否连接的判断。
换而言之，由于当不需要检测离合器5是否连接时并不执行离合器连接判断，当条件为不需要判断离合器5是否连接时，就可以避免装置错误地识别离合器5连接。
在根据第二实施方式的车辆转向控制装置中，离合器连接判断执行条件检测装置(步骤S217)配置成，当转向盘1的操纵速度(也就是操纵角速度θ’)大于等于第一速度门限值λ1时，检出存在需要判断离合器5是否连接的条件。
在第二实施方式的第一变化例中，当操纵角速度θ’大于等于第一速度门限值λ1时，离合器连接判断装置判断离合器5是否连接。结果，可以限制连接识别，使其仅在驾驶员操纵单元的操纵速度较高时才执行，驾驶员操纵单元的操纵速度较高是需要进行连接识别的一种条件。
在根据第二实施方式的车辆转向控制装置中，离合器连接判断执行条件检测装置(步骤S227)配置成，当反作用力电机4的驱动扭矩的变化率(也就是反作用力电机实际电流值变化率Ih’)大于等于第二速度门限值λ2时，检出存在需要判断离合器5是否连接的条件。
会出现离合器5连接的一种情形，实例是在一定速度范围反转转向盘1的操纵方向时。当反转转向盘时，反作用力电机的电流值急剧改变。
在第二实施方式的第二变化例中，当反作用力电机实际电流值变化率Ih’大于等于第二速度门限值λ2时，离合器连接判断装置判断离合器5是否连接。结果，可以限制连接识别，使其仅在反作用力电机实际电流值Ih由于反转转向盘而变化时才执行，反转转向盘是需要连接识别的一种条件。
在根据第二实施方式的车辆转向控制装置中，离合器连接判断执行条件检测装置(步骤S237)配置成，当来自扭矩传感器2的扭矩传感器值Th的变化比率(变化速度)(也就是扭矩传感器值变化率Th’)大于等于第三速度门限值λ3时，检出存在需要判断离合器5是否连接的条件。
其中离合器5的连接应当发生的情形，一种实例在一定速度范围反转转向盘1的操纵方向时。当反转方向盘时，使扭矩传感器值(其为操纵扭矩的检出值)的符号相反变化。
在第二实施方式的第三变化例中，当扭矩传感器值变化率Th’大于等于第三速度门限值λ3时，离合器连接判断装置判断离合器5是否连接。结果，可以限制连接识别，使其仅在扭矩传感器值Th由于反转转向盘而变化时才执行，反转转向盘是需要连接识别的一种条件。
下面说明第二实施方式的效果。
除了用第一实施方式所获得的效果(1)至(5)之外，根据第二实施方式的车辆转向控制装置还获得了以下效果(10)根据第二实施方式的车辆转向控制装置设有离合器连接判断执行条件检测装置，配置成检测是否存在需要检测离合器5是否连接的条件。当检出需要检测离合器5是否连接的条件时，离合器连接判断装置(图14、图15、以及图16)执行离合器5是否连接的判断。结果，当条件为不需要判断离合器5是否连接时，可以避免装置错误地识别离合器5连接。
(11)离合器连接判断执行条件检测装置(步骤S217)配置成，当转向盘1的操纵速度(也就是操纵角速度θ’)大于等于第一速度门限值λ1时，检出存在需要判断离合器5是否连接的条件。结果，可以限制连接识别，使其仅在驾驶员操纵单元的操纵速度较高时才执行。
(12)离合器连接判断执行条件检测装置(步骤S227)配置成，当反作用力电机4的驱动扭矩的变化率(也就是反作用力电机实际电流值变化率Ih’)大于等于第二速度门限值λ2时，检出存在需要判断离合器5是否连接的条件。结果，可以限制连接识别，使其仅在由于反转转向盘的操纵方向而导致反作用力电机实际电流值Ih变化时才执行。
(13)离合器连接判断执行条件检测装置(步骤S237)配置成，当来自扭矩传感器2的扭矩传感器值Th的变化率(也就是扭矩传感器值变化率Th’)大于等于第三速度门限值λ3时，检出存在需要判断离合器5是否连接的条件。结果，可以限制连接识别，使其仅在由于转向盘的操纵方向反转而导致扭矩传感器值Th变化时才执行。
在本专利说明书中，基于第一实施方式和第二实施方式说明了根据本发明的车辆转向控制装置。然而，本发明的具体组成特征并不局限于这些实施方式。可以不超出如所附权利要求中描述的本发明范围进行不同设计改进和增添。
例如，在第一和第二实施方式中，扭矩传感器2用作检测施加到转向单元的操纵扭矩的装置。然而，检测操纵扭矩的装置并不局限于扭矩传感器2。任何一种其他的装置都能接受，只要其能检测施加到驾驶员操纵单元的操纵扭矩并且检出操纵扭矩的方向是否改变即可。
在第一实施方式中，当使用转向电机6分离离合器5的连接时，使用那一时间的实际(检出)转向角作为指令转向角用于驱动转向电机6。然而，代替使用实际(检出)转向角作为指令转向角，将转向电机6的指令电流值设定为在相反方向产生最大扭矩的值也是可以接受的。这种方法使得能在短时间内分离离合器5的连接。
在第一实施方式中，当满足三个条件差值条件、符号条件(方向条件)、以及时间条件时，离合器连接判断装置判断离合器连接。在第二实施方式中，除了第一实施方式的三个条件之外，在满足附加要求即存在需要判断离合器是否连接的情况时，离合器连接判断装置即判断离合器是否连接。然而，在本发明的范围内可以包括任何一种离合器连接判断装置，只要当施加到转向反作用力执行机构的驱动扭矩的方向与由操纵扭矩检测装置检出的操纵扭矩检测值所代表的方向不同时，该离合器连接判断装置判定离合器处于连接状态。
尽管第一和第二实施方式例示了这样的情况，其中本发明应用于仅仅设置离合器作为备用机构的线控转向系统，但本发明也能应用于具有离合器和缆索的SBW系统。简而言之，本发明可以应用于任何这样的车辆转向控制装置，其中通过分离离合器使驾驶员操纵单元与转向单元分开，并且执行线控转向控制，线控转向控制设计成发出驱动转向执行机构的控制指令，使得通过转向单元达到与驾驶员操纵单元的操纵状态相对应的转向角；以及发出驱动转向反作用力执行机构的控制指令，使得向驾驶员操纵单元施加与转向单元的转向状态相对应的操纵反作用力。
本申请要求2006年3月1日提交的日本专利申请No.2006-054319的优先权，日本专利申请No.2006-054319的全部内容在此以引用的方式并入本文。
术语的一般解释在理解本发明范围的过程中，术语“包含”及其派生词，在此使用时，为开放式描述的术语，说明存在所陈述的特征、组件、部件、组、整体和/或步骤，但不排除其它未陈述的特征、组件、部件、组、整体和/或步骤的存在。上述说明也适用于具有相似含义的词语，诸如术语“包括”、“具有”及其派生词。同样，单数使用的术语“零件”、“部件”、“部分”、“组件”、或者“元件”，可以具有单个零件或者多个零件的双重含义。同样，当在此使用以描述上述实施方式时，下列方向术语“前、后、上、下、垂直、水平、下面以及横向”以及任何其它相似的方向术语，指的是装配有本发明的机动车方向。因此，当利用这些术语来描述本发明时，应当相对于装配有本发明的机动车来解释。术语“检测”当在此使用来描述由部件、部分、装置等实现的操作或者功能时，包括不要求物理检测的部件、部分、装置等，而且包括判定、测量、建模、预测或者计算等，以实现操作或者功能。术语“配置”当在此使用来描述部件、部分、或者装置的部分时，包括对硬件和/或软件进行构造和/或编程，以实现期望的功能。此外，在权利要求中表示成“装置加功能”的术语，应当包括任何能用来实现本发明部分的功能的结构。程度术语诸如“大致”、“大约”、以及“接近(近似)”在此使用时的含义是所修饰术语的合理偏差量，使得最终结果不会显著改变。
虽然仅仅选择了优选实施方式来说明本发明，但是，本领域的技术人员从本文披露中容易理解，可以进行多种修改和改进而不脱离本发明范围，本发明范围由所附权利要求进行限定。例如，在需要时和/或期望时，可以改变多种零部件的大小、形状、位置或者取向。在图示为直接连接或者彼此接触的部件之间，可以布置有中间结构。一个组件的功能可以用两个组件来完成，反之亦然。一种实施方式的结构和功能可以在另一种实施方式中采用。所有优点不必同时出现在具体实施方式
中。与现有技术相比独特的各特征，无论是独自使用还是与其它特征结合使用，都应当视为本申请人对进一步发明的单独描述，包括由这种特征(或多个特征)实施的结构性和/或功能性概念。因此，提供根据本发明实施方式的前述描述，仅仅是为了说明的目的，而不是为了对本发明进行限定，本发明由所附权利要求及其等效置换所限定。
权利要求
1.一种车辆转向控制装置，包括驾驶员操纵单元，配置成由驾驶员操纵；转向单元，布置成与所述驾驶员操纵单元机械方式分开，并且配置成回转至少一个转向轮；转向反作用力执行机构，操作以向所述驾驶员操纵单元施加操纵反作用力；转向执行机构，配置成向所述转向单元施加回转力；离合器，操作以使所述驾驶员操纵单元与所述转向单元机械方式彼此连接及分离；驱动扭矩检测装置，操作以检测施加于所述转向反作用力执行机构的驱动扭矩；操纵扭矩检测装置，操作以检测施加到所述驾驶员操纵单元上的操纵扭矩；以及离合器连接判断装置，所述离合器连接判断装置配置成，对于由所述驱动扭矩检测装置检出的驱动扭矩检测值所代表的驱动扭矩方向，以及用所述操纵扭矩检测装置检出的操纵扭矩检测值所代表的操纵扭矩方向，当二者不同时，判定所述离合器处于连接状态。
2.根据权利要求1所述的车辆转向控制装置，进一步包括差值计算装置，配置成计算施加于所述转向反作用力执行机构的所述驱动扭矩与用所述操纵扭矩检测装置检出的所述操纵扭矩检测值之间的差值；以及所述离合器连接判断装置进一步配置成，当由所述差值计算装置算出的所述差值的绝对值大于等于门限值时，判定所述离合器处于连接状态。
3.根据权利要求2所述的车辆转向控制装置，其中所述离合器连接判断装置进一步配置成，当向一方向操纵所述驾驶员操纵单元，从而使所述驾驶员操纵单元的回转角度增加或者返回非回转位置时，设定第一门限值为所述门限值；当操纵所述驾驶员操纵单元使得所述操纵扭矩方向改变时，设定第二门限值为所述门限值；所述第二门限值大于所述第一门限值。
4.根据权利要求2或者权利要求3所述的车辆转向控制装置，其中，所述离合器连接判断装置进一步配置成，一旦确定所述离合器处于所述连接状态，发出离合器连接识别讯号，并且将指令转向角设定为检出转向角。
5.根据权利要求4所述的车辆转向控制装置，其中，所述离合器连接判断装置进一步配置成，当使所述离合器连接识别讯号连续处于发出状态经过至少预定时间时，确定所述离合器处于所述连接状态，并发出离合器连接确认讯号。
6.根据权利要求1所述的车辆转向控制装置，进一步包括连接判断执行条件检测装置，配置成用以检测预定条件，在该条件下所述离合器连接判断装置判断所述离合器是否处于所述连接状态；以及所述离合器连接判断装置进一步配置成，当检出所述预定条件时，执行对所述离合器是否处于所述连接状态的判断。
7.根据权利要求6所述的车辆转向控制装置，其中，所述连接判断执行条件检测装置进一步配置成，当所述驾驶员操纵单元的操纵速度大于等于第一速度门限值时，检出存在所述预定条件。
8.根据权利要求6所述的车辆转向控制装置，其中，所述连接判断执行条件检测装置进一步配置成，当施加于所述转向反作用力执行机构的所述驱动扭矩的变化率大于等于第二速度门限值时，检出存在所述预定条件。
9.根据权利要求6所述的车辆转向控制装置，其中，所述连接判断执行条件检测装置进一步配置成，当用所述操纵扭矩检测装置检出的所述操纵扭矩检测值的变化率大于等于第三速度门限值时，检出存在所述预定条件。
10.根据权利要求1所述的车辆转向控制装置，进一步包括离合器连接分离装置，使所述离合器连接分离装置配置成，当所述离合器连接判断装置检出所述离合器处于所述连接状态时，使用所述转向执行机构或者所述转向反作用力执行机构，在所述离合器连接方向的反向上施加扭矩。
11.根据权利要求10所述的车辆转向控制装置，其中所述离合器连接分离装置进一步配置成，当所述离合器连接判断装置检出所述离合器的所述连接状态时，使用该时间点的检出转向角作为指令转向角，驱动所述转向执行机构。
12.根据权利要求10所述的车辆转向控制装置，其中，所述离合器连接分离装置进一步配置成，当所述离合器连接判断装置检出所述离合器的所述连接状态时，执行可变变速比控制以使变速比小于等于在该时间点的离合器连接变速比，这时使用所述转向反作用力执行机构在所述离合器的连接方向的反向上施加扭矩。
13.根据权利要求10所述的车辆转向控制装置，其中，所述离合器连接分离装置进一步配置成，在下述条件下，所述离合器连接分离装置确定所述离合器已经分离，所述条件为对于施加于所述转向反作用力执行机构的所述驱动扭矩，以及与用所述操纵扭矩检测装置检出的所述操纵扭矩检测值，当二者之间差值的绝对值小于等于第三门限值时；以及，对于施加于所述转向反作用力执行机构的所述驱动扭矩的方向，以及用所述操纵扭矩检测装置检出的所述操纵扭矩检测值所代表的所述操纵扭矩方向，当上述方向相同时。
14.一种车辆转向控制方法，包括设置驾驶员操纵单元，将其配置成由驾驶员操纵，以将操纵扭矩输入至配置成回转至少一个转向轮的转向单元，备有转向执行机构，该转向执行机构配置成基于所述操纵扭矩向所述转向单元施加回转作用力，以及离合器，可选择方式操纵，以使所述驾驶员操纵单元与所述转向单元彼此机械方式连接及分离，以向所述转向单元选择方式传动所述操纵扭矩；设置转向反作用力执行机构，操作以向所述驾驶员操纵单元施加操纵反作用力；检测施加于所述转向反作用力执行机构的驱动扭矩的方向，所述转向反作用力执行机构与驾驶员操纵单元连接；检测所述操纵扭矩的操纵扭矩方向，所述操纵扭矩由所述驾驶员施加于所述驾驶员操纵单元；以及当施加于所述转向反作用力执行机构的所述驱动扭矩方向与所述操纵扭矩的所述操纵扭矩方向不同时，判定所述离合器处于连接状态。
全文摘要
一种车辆转向控制装置，该装置具有转向盘；转向机构，与转向盘机械方式分离，用于使左右前轮转向；反作用力电机，对转向盘施加操纵反作用力；转向电机，向转向机构施加回转力；离合器，使转向盘与转向机构机械方式连接及分离；扭矩传感器，检测施加于转向盘的操纵扭矩；离合器连接判断装置，当施加于反作用力电机的驱动扭矩的方向与用扭矩传感器检出的扭矩传感器值的方向不同时，判定离合器处于连接状态。
文档编号B62D5/04GK101028831SQ20071007997
公开日2007年9月5日 申请日期2007年3月1日 优先权日2006年3月1日
发明者宫坂匠吾, 久保川范规, 江口孝彰 申请人:日产自动车株式会社