车辆的转向操纵控制装置制造方法
【专利摘要】本发明提供车辆的转向操纵控制装置。车辆的转向操纵控制装置具备：具有输入轴的转向操纵部；具有输出轴的转向部；用于将输入轴以及输出轴间连接或切断的离合器；以及用于基于来自转向操纵部的输入对转向部进行控制的控制部。控制部控制输出轴的旋转，以便在输入轴进行旋转时使离合器空转。离合器构成为在输出轴的转速为输入轴的转速以上时空转，在输出轴的转速比输入轴的转速小时连接。
【专利说明】车辆的转向操纵控制装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及车辆的转向操纵控制装置。
【背景技术】
[0002]例如在专利文献I中记载有利用对输入轴与输出轴间的连接和切断进行切换从而切换动力的传递与非传递的断接机构使转向机构从方向盘机械式分离，并根据转向操纵量驱动转向机构的线控转向方式的转向操纵控制装置。
[0003]专利文献1:日本特开2010-188930号公报
[0004]在线控转向方式的车辆中，优选实施恰当的失效对策以便在线控转向的系统的失效时也能够进行转向操纵。典型地为此提出有电气系统多重化、机械式的备用系统。通过电气系统的多重化，即使在一个系统中产生异常也能够通过其他系统维持正常的转向操纵。机械式的备用系统将平时不连结的操作部件与转向轮在电失效时连结，以此能够使该转向轮转向。
[0005]但是，这样的对策存在如下课题。例如，在对策所需的设备中需要成本，导致大幅度的成本升高。此外还需要确保设备的搭载空间。失效保护方面的这样的课题是线控转向尚未普及的一个因素。
【发明内容】
[0006]本发明的某个方式的例示的目的之一在于提供一种适于线控转向方式、具有用于失效保护的实用的冗长性的转向操纵控制装置。
[0007]本发明的某个方式为车辆的转向操纵控制装置。该装置具有输入轴、输出轴、用于将上述输入轴以及上述输出轴间连接或切断的离合器、被设置为对上述输出轴施加旋转的转向致动器、以及用于对上述转向致动器进行控制的控制部。上述控制部在上述离合器的切断状态下控制上述转向制动器，以便在具有下限的转速范围内控制上述输出轴的旋转。该下限基于上述输入轴的转速。上述离合器在上述输出轴的转速比上述下限小时连接。
[0008]根据该方式，控制转向操纵控制装置的输出轴转速以使其高于基于转向操纵控制装置的输入轴转速的下限。在该转速控制范围内使输出轴转速相对于输入轴回轮数随意变化，例如能够提供传递比可变转向操纵控制。另一方面，在输出轴转速低于控制范围的下限时连接输入输出轴间的离合器，能够将旋转从输入轴向输出轴机械式传递。即便作为输出轴的驱动源的转向致动器不进行工作，也能够通过输入输出轴的连结对车辆进行转向操纵。因此，提供具有失效保护功能的转向操纵控制装置。
[0009]上述离合器可以是在上述输出轴的转速比上述输入轴的转速小时或者上述输出轴朝与上述输入轴相反的方向旋转时连接的机械式离合器。上述下限可以是上述输入轴的转速。上述控制部可以控制上述转向致动器，以便在上述转速范围内使上述输出轴朝与上述输入轴相同的方向旋转。
[0010]使用根据输入轴以及输出轴的旋转状态切换连接或切断的机械式离合器。输出轴的旋转被控制为使机械式离合器不连接，而当从这样的旋转状态脱离时将机械式离合器机械式连接。因此，能够不需要用于进行失效保护的离合器的电子控制。
[0011]上述机械式离合器可以具备外圈、与该外圈同轴地配设的内圈、配设于该外圈和该内圈之间的卡合件。上述机械式离合器在上述外圈的内表面以及上述内圈的外表面的一方具有凸轮面，通过将上述卡合件嵌入上述外圈的内表面以及上述内圈的外表面中的另一方与该凸轮面之间而将上述机械式离合器连接。上述外圈以及上述内圈中的一方可以与上述输入轴同轴地形成于上述输入轴的一端，上述外圈以及上述内圈中的另一方可以与上述输出轴同轴地形成于上述输出轴的一端。
[0012]这样一来，能够将通用的机械式离合器(例如，所谓的辊式的双向离合器)装入转向操纵控制装置。
[0013]转向操纵控制装置可以具备用于对上述输入轴施加扭矩的转向操纵反力致动器。
[0014]这样一来，能够将转向操纵反力扭矩施加给输入轴。
[0015]上述控制部可以控制上述转向致动器，以便当在上述转向操纵反力致动器检测到异常的情况下，在转向操纵最初将上述离合器连接。
[0016]这样一来，在进行对于输入轴的操作时迅速连接离合器，由此能够对输入轴施加转向操纵反力。这样，能够辅助因转向操纵反力致动器所产生的不充分的转向操纵反力。能够防止驾驶员的过度的操作、例如方向盘的过度转向，提高操作性。
[0017]上述控制部可以控制上述转向操纵反力致动器，以便当在上述转向致动器检测到异常的情况下进行转向操纵的辅助。
[0018]当在转向致动器产生异常且其动作不充分时，将输入输出轴间的离合器如上所述连接。此时，将转向操纵反力致动器用于转向操纵的辅助，由此能够抑制转向操纵扭矩的增大，提闻操作性。
[0019]转向操纵控制装置可以具有用于检测上述输入轴或者上述输出轴的旋转状态的检测器。上述控制部可以基于上述检测器的检测值与上述转向致动器的动作状态进行上述离合器的异常检测。
[0020]这样一来，可以检测在离合器是否存在异常。
[0021]上述检测器可以是设置于上述输入轴的扭矩传感器。上述控制部可以基于在上述转向致动器的非动作状态下上述输入轴旋转时的上述扭矩传感器的检测值进行上述离合器的异常检测。
[0022]如果在转向致动器未动作时输入轴旋转，则在离合器为正常的情况下离合器连接并在输入轴产生扭矩。因此，能够依据输入轴的扭矩传感器的检测值检测离合器是否正常连接。
[0023]上述检测器可以是设置于上述输出轴的旋转角传感器。上述控制部基于在上述转向致动器的非动作状态下上述输入轴旋转时的上述旋转角传感器的检测值进行上述离合器的异常检测。
[0024]如果离合器连接，则利用输入轴的旋转使输出轴旋转。因此，能够依据输出轴的旋转角传感器的检测值检测离合器是否正常连接。
[0025]转向操纵控制装置还可以具备转向操纵反力致动器，该转向操纵反力致动器用于对上述输入轴施加扭矩，上述控制部为了进行上述离合器的异常检测而通过上述转向操纵反力致动器使上述输入轴旋转。
[0026]这样一来，控制部利用转向操纵反力致动器使输入轴旋转，由此即便驾驶员未进行操作也能够自动地进行离合器的异常检测。与在驾驶员的操作中进行异常检测处理的情况相比，能够减少带给驾驶员的不协调感。
[0027]上述控制部可以在上述转向致动器处于行程末端时进行上述离合器的异常检测。
[0028]当处于转向的行程末端时将在离合器作用比较大的扭矩。能够检测在作用大扭矩时在离合器是否产生异常的打滑。
[0029]本发明的其他的方式为车辆的转向操纵控制装置。该装置具备:具有输入轴的转向操纵部、具有输出轴的转向部、用于将上述输入轴以及上述输出轴间连接或切断的离合器、以及用于基于来自上述转向操纵部的输入对上述转向部进行控制的控制部。上述控制部控制上述输出轴的旋转，以便在上述输入轴旋转时使上述离合器空转。
[0030]根据该方式，利用离合器空转将转向操纵部与转向部机械式断开。因此，能够提供线控转向控制。
[0031]上述离合器可以构成为在上述输出轴的转速为上述输入轴的转速以上时空转，在上述输出轴的转速比上述输入轴的转速小时连接
[0032]这样一来，在输出轴的转速降低时离合器连接，保证从转向操纵部向转向部的扭矩传递，对转向操纵控制装置赋予失效保护性能。
[0033]此外，将以上的构成要素的任意的组合、本发明的构成要素、表现在方法、装置、系统、程序等之间相互更换所形成的方式作为本发明的方式同样有效。
[0034]根据本发明，能够提供具有用于失效保护的实用的冗长性的转向操纵控制装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]图1为表示本发明的某个实施方式的转向操纵控制装置的概略结构的图。
[0036]图2为表示本发明的某个实施方式的离合器的剖视图。
[0037]图3为用于对图2所示的离合器的动作进行说明的图。
[0038]图4为用于对图2所示的离合器的动作进行说明的图。
[0039]图5为用于对图2所示的离合器的动作进行说明的图。
[0040]图6为用于对本发明的某个实施方式的转向操纵控制进行说明的流程图。
[0041]图7为用于对本发明的某个实施方式的离合器异常检测处理进行说明的流程图。
【具体实施方式】
[0042]本发明的实施方式的基本的想法是着眼于转向操纵轴以及转向轴间的离合器的连接或切断与轴转速之间的关系，将持续离合器空转状态的转速范围分配给线控转向控制。例如转向轴的旋转作为常态被控制为使离合器空转。通过离合器空转使转向轴从转向操纵轴断开，能够提供线控转向控制。另一方面，离合器在转向轴的转速降低时连接。保证从转向操纵轴向转向轴的扭矩传递，对转向操纵控制装置赋予失效保护性能。
[0043]在已经提出的转向操纵控制装置中，仅仅公开了当存在异常时离合器被连接。在此类典型的结构中，不存在在转向操纵控制中着眼于离合器的连接或切断与轴转速之间的关系的新颖的想法。
[0044]图1为表示本发明的某个实施方式的转向操纵控制装置10的概略结构的图。转向操纵控制装置10为车辆用的转向操纵装置。转向操纵控制装置10所适用的车辆例如可以是普通乘用车、小型乘用车、小型个人用短途汽车或者其他的汽车。或者可以在车轮(例如转向轮)的配置或者数目与此类汽车汽车不同的任意的车辆中应用转向操纵控制装置10。
[0045]转向操纵控制装置10将操作输入变换成电信号，由该电信号生成控制信号，并利用该控制信号控制用于进行车辆的转向操纵的致动器。这样，无需通过机械式的连结便可实现与操作输入相应的车辆的电转向操纵。
[0046]转向操纵控制装置10具有转向操纵部12、转向部14、控制部16、备用机构18。控制部16基于来自转向操纵部12的输入对转向部14进行控制。转向操纵控制装置10以控制部16的控制为基础，不依赖对转向操纵部12施加的操作力，而利用转向部14生成的动力使车轮转向。此时，经由备用机构18的转向操纵部12与转向部14的机械式的连结被解除。
[0047]转向操纵部12具有用于接受驾驶员的操作输入的操作部件，例如具有方向盘20、与对该方向盘的操作相应旋转的输入轴22。方向盘20设置于输入轴22的一端,输入轴22的另一端连结于备用机构18。输入轴22是转向操纵部12中的主要轴，因而也可以称作转向操纵轴。
[0048]转向操纵部12具有转向操纵反力致动器24。转向操纵反力致动器24被设置用于对输入轴22施加扭矩。转向操纵反力致动器24具有用于生成扭矩的反力马达(未图示)。该反力马达可以直接连结于输入轴22，也可以根据需要经由减速机构连结于输入轴22。
[0049]转向操纵反力致动器24通常被用于对方向盘20施加转向操纵反力扭矩。但是，转向操纵反力致动器24可以构成为对方向盘20施加与操舵反力扭矩相反方向的扭矩，可以被用于利用该相反方向的扭矩来辅助驾驶员的转向操纵。
[0050]转向操纵部12还可以代替主动地产生转向操纵反力扭矩的转向操纵反力致动器24或者同时具有对输入轴22被动地施加转向操纵反力的反力生成机构。该反力生成机构例如可以具有弹簧、减震器等的机械要素，机械式地生成转向操纵反力。
[0051]转向操纵部12具有用于检测对于方向盘20的操作输入或者输入轴22的旋转状态的检测器。具体地说，例如转向操纵部12具有转向操纵角传感器26、转向操纵扭矩传感器28。转向操纵角传感器26被设置为用于检测方向盘20的转向操纵角。转向操纵扭矩传感器28被设置为用于检测作用于输入轴22的旋转扭矩。转向操纵部12的这些检测器例如设置于输入轴22。
[0052]转向操纵部12和特别是转向操纵反力致动器24并不局限于上述结构，可以适当地采用公知的结构。
[0053]转向部14具有输出轴30以及转向致动器32。输出轴30的一端连结于备用机构18，输出轴30的另一端连结于转向致动器32。输出轴30为转向部14中的主要轴的一个，因此也可以称作转向轴。输出轴30可以被视为转向致动器32的构成要素的一个。
[0054]转向致动器32被设置为对输出轴30施加旋转。转向致动器32例如具有作为动力源的转向马达34、利用转向马达34而工作的齿条齿轮机构36。齿条齿轮机构36的小齿轮齿(未图示)固定于输出轴30的端部，该小齿轮齿与齿条齿轮机构36的齿条齿(未图示)啮合。当转向马达34被驱动时，经由齿条齿轮机构36而输出轴30旋转。此外，转向马达34可以直接连结于输出轴30，也可以根据需要经由减速机构连结于输出轴30。
[0055]齿条齿轮机构36的齿条轴(未图示)向左右的横拉杆连结，左右的横拉杆分别经由左右的转向臂向转向轮连结(未图示)。此外，转向致动器32可以代替齿条齿轮机构36转而具有利用转向马达34工作的滚珠丝杠机构。
[0056]转向致动器32内置有用于确定转向轮的可转向范围的限制机构(未图示)。该限制机构例如为设置于齿条齿轮机构36的齿条端的限位器，但只要能够得到相同的效果，也可以是其他结构。此外，将该可转向范围的末端称作行程末端。
[0057]转向部14具有用于检测输出轴30的旋转状态的检测器。具体地说例如转向操纵部12具有用于检测输出轴30的旋转角的旋转角传感器38。旋转角传感器38例如设置于输出轴30。
[0058]转向部14和特别是转向致动器32并不局限于上述结构，可以适当地采用合适的公知的结构。
[0059]控制部16具有至少一个电子控制单元(以下简称为E⑶)。E⑶例如由计算机、各种马达以及各种致动器等的驱动器等构成。控制部16可以具有用于对转向操纵控制装置10进行控制的单个的ECU。或者，控制部16可以分开具有用于对转向操纵反力致动器24进行控制的反力ECU、用于对转向致动器32进行控制的转向ECU。
[0060]向控制部16输入转向操纵角传感器26、转向操纵扭矩传感器28、旋转角传感器38的测定值。控制部16基于这些输入值计算转向操纵反力指令值以及转向角指令值，将与这些相应的控制信号向转向操纵反力致动器24以及转向致动器32输出。这样，控制部16分别控制转向操纵反力致动器24以及转向致动器32。
[0061]另外，控制部16依据转向操纵角传感器26的测定值计算输入轴22的转速ω?。根据需要，控制部16为了进行转向操纵反力致动器24和/或转向致动器32的控制而使用输入轴22的转速ω i。输入轴22的转速ω i 一般情况下与转向操纵角速度相等。同样，控制部16依据旋转角传感器38的测定值计算输出轴30的转速ω0。根据需要，控制部16为了进行转向操纵反力致动器24和/或转向致动器32的控制而使用输出轴30的转速ω0。输出轴30的转速ω ο —般情况下与小齿轮角速度相等。
[0062]控制部16可以具有用于检测转向操纵反力致动器24和/或转向致动器32的异常的异常检测ECU。或者，上述的单一的ECU、反力ECU、或者转向ECU可以具有检测转向操纵反力致动器24和/或转向致动器32的异常的功能。控制部16通过合适的公知的方法决定在转向操纵反力致动器24和/或转向致动器32是否存在异常。
[0063]备用机构18具有用于将进行输入轴22以及输出轴30间的连接或切断的离合器40。备用机构18主要由输入轴22、输出轴30和离合器40构成。离合器40例如是通过输入轴22以及输出轴30的旋转状态而进行连接或切断的机械式的离合器。作为替代方案，备用机构18也可以具有通过对电磁铁的通电而连接或切断的电磁离合器。
[0064]图2为表示图1所示的离合器40的概略结构的剖视图。离合器40为具有外圈42、凸轮44以及多个辊46的机械式离合器。离合器40也被称作辊式的双向离合器。凸轮44为与外圈42同轴地配设的内圈。棍46为配设于外圈42与凸轮44之间的卡合件。
[0065] 外圈42与输出轴30同轴地固定于输出轴30的一端。此外,在图2中，由于从输入轴22侧进行观察，因此未图示出输出轴30。在图2中，在外圈42的例如背后安装输出轴30。凸轮44与输入轴22同轴地固定于输入轴22的一端。
[0066]外圈42的内表面43为圆筒面，另一方面，凸轮44的剖面例如为正多边形。在凸轮44的平坦部分形成凸轮面45，凸轮44的外表面具有多个凸轮面45。在外圈42的内表面43与多个凸轮面45之间形成有多个楔形空间47。多个辊46分别配设于楔形空间47。在图示的实施方式中，凸轮44的剖面为正八边形，沿着凸轮44的外周均等地形成8个楔形空间47。在各楔形空间47收容一个辊46，设置共计8个辊46。
[0067]离合器40具有用于将多个辊46保持于楔形空间47的保持器48。保持器48被装入外圈42的内表面43与凸轮44的凸轮面45的间隙。保持器48在内表面43与凸轮面45之间沿周方向等间隔地排列多个辊46。保持器48将多个辊46保持为能够旋转。
[0068]保持器48被设置为能够与凸轮44 (即输入轴22) —起旋转。保持器48在输入轴22旋转时受到与该旋转方向相反方向的阻力(例如摩擦力)。例如，保持器48还可以弹性地按压在轴向上邻接的部件(例如开关片，未图示)。该邻接部件被固定于不与输入轴22的旋转联动的静止系统，例如通过波形弹簧被朝保持器48按压。在这种情况下，当保持器48与凸轮44联动旋转时，在保持器48与该邻接部件的接触面产生的摩擦力成为施加给保持器48的与凸轮44相反的旋转方向的阻力。
[0069]如果输入轴22以及凸轮44旋转，则利用作用于保持器48的阻力在凸轮44与保持器48间产生相位差。换句话说，保持器48相对于凸轮44延后某个角度旋转。因此，辊46从图2所示的中立位置相对于凸轮44沿周向相对移动。如图3所示,在凸轮44例如沿顺时针旋转时，棍46朝与之相反方向(左方)移位。这样，棍46嵌入到外圈42的内表面43与凸轮面45的楔中。由于嵌入使得辊46被锁定，由此从凸轮44(即输入轴22)向外圈42 (即输出轴30)传递旋转扭矩。这样，离合器40被连接，能够由备用机构18进行转向操纵。
[0070]在实际情况下，当凸轮44的转速Ni高于外圈42的转速No时(即，Ni > No)，辊46嵌入在凸轮44与外圈42之间形成的楔中，从凸轮44向外圈42传递扭矩。这样，离合器40成为连接状态。另一方面，当凸轮44以及外圈42同向旋转，而凸轮44的转速Ni低于外圈42的转速No时(即，Ni < No)，辊46从嵌入位置脱离，外圈42空转。将不从凸轮44向外圈42传递扭矩。这样，离合器4成为切断状态。离合器40在正反两方向上对称构成，因此即使当凸轮44反转时(例如逆时针旋转)，离合器40也会同样进行连接或切断。
[0071]对于离合器40的连接或切断，在输入轴22以及输出轴30的转速中相同的关系成立。即，离合器40在输出轴30与输入轴22同向旋转，且输出轴30的转速ω0比输入轴22的转速ω?小时(g卩，I coil > I ωο并且ω?与ω0为相同符号时)连接。或者，离合器40在输出轴30与输入轴22反向旋转时(coi与ω ο为不同符号时)连接。
[0072]相反，离合器40在输出轴30与输入轴22相同的方向旋转且输出轴30的转速ω0为输入轴22的转速coi以上时(B卩，I ω? ( I ωο并且ω i与ω0为相同符号时)切断。
[0073]后文中为了方便说明，将离合器40连接的输入轴22以及输出轴30的旋转状态称为“离合器连接条件”，将离合器40切断的输入轴22以及输出轴30的旋转状态称为“离合器空转条件”。在本实施方式中，“I ?i| > ωο或者ω?与ω0为不同符号”是“离合器连接条件”，“l?i| ( ωο并且ω?与ω0为相同符号”是“离合器空转条件”。
[0074]另外，如上所述，转向操纵控制装置10通常基于来自转向操纵部12的输入对转向部14进行控制。转向操纵控制装置10进行所希望的转向操纵控制，例如进行线控转向控制或者传递比可变转向操纵控制。此时转向操纵控制装置10通常切断离合器40，将转向操纵部12与转向部14机械式分离。
[0075]在离合器40中，如上所述，当凸轮44以及外圈42同向旋转且凸轮44的转速Ni比外圈42的转速No小时，外圈42空转。当离合器40处于这样的空转状态时，外圈42能够相对于凸轮44的旋转独立地旋转。
[0076]在转向操纵控制装置10中，凸轮44连结于输入轴22，外圈42连结于输出轴30。在输入轴22设置有转向操纵反力致动器24，在输出轴30设置有转向致动器32。因此，对转向操纵反力致动器24以及转向致动器32中的至少一方进行控制，从而在离合器40产生与外圈42空转时相同的旋转状态。这样，能够使离合器40的空转状态持续。
[0077]因此，在本实施方式中，控制部16对输出轴30的旋转进行控制，以便在输入轴22旋转时使离合器40空转。如此一来将确保转向操纵部12与转向部14断开的状态，并且控制部16控制转向操纵控制装置10以实现所希望的转向操纵控制。
[0078]具体地说，控制部16对转向致动器32进行控制，以使输出轴30与输入轴22同向旋转，输出轴30的转速ω ο成为输入轴22的转速coi以上(g卩，coi与ω0为相同符号并且I ?i| ( I ω0|)。控制部16对转向致动器32进行控制，使得只要在允许执行转向操纵控制的情况下(例如，转向操纵控制装置10为正常时)，将离合器40始终形成为空转状态。
[0079]这样一来，当进行所希望的转向操纵控制时，离合器40被切断，因此能够维持所谓的线控转向的功能。在确保离合器40的切断状态且将输入轴22的转速ω?形成为下限的转速范围内能够随意调整输出轴30的转速ω0。能够使输出轴30的转速ω ο相对于输入轴22的转速ω?变化，提供所希望的传递比可变转向操纵控制。
[0080]另一方面，当因某种原因输出轴30的转速ω0相比输入轴22的转速ω i降低时，相对于驾驶员的操作输入，车轮的转向角变得不够充分。但是，在转向操纵控制装置10中，当输出轴30的转速ω0比输入轴22的转速ω i小时，离合器40被机械式连接，保证备用机构18工作。因此，提供具有失效保护功能的转向操纵控制装置10。
[0081]例如，假设由于在转向致动器32中存在异常使得输出轴30不进行旋转。图3、图
4、图5为用于对在转向致动器32存在异常的情况下的离合器40的动作进行说明的图。图
3、图4、图5为图2所不的离合器40的局部放大图。图3表不方向盘20向右打轮之时。图4以及图5与图3相反，表示向右打轮的方向盘20的回轮。图4表示自动回正扭矩大的情况，图5表示自动回正扭矩小的情况。
[0082]当方向盘20打轮时，输入轴22旋转。此时如果离合器40切断而转向致动器32不动作，则输出轴30不进行旋转。此时输出轴30的转速ω0明显比输入轴22的转速ω i小，满足离合器连接条件。因此，如图3所示，由于离合器40的楔效应而辊46被锁定，从凸轮44向外圈42传递扭矩。扭矩的方向由箭头A标示。这样离合器40连接，输出轴30以与输入轴22相等的转速旋转，形成与方向盘20的打轮相应的车轮的转向。
[0083]当方向盘20回轮时，转向操纵方向反转。但是，离合器40在打轮时已经连接。如图4所示，足够大的自动回正扭矩起作用而将离合器40连接。楔效应所产生的辊46的锁定被继续，从外圈42向凸轮44传递扭矩。扭矩的方向由箭头B标示。这样，即使转向操纵方向反转，离合器40的连接状态仍持续，输入轴22以与输出轴30相等的转速旋转，方向盘20回轮。
[0084]如图5所示，当自动回正扭矩小的情况下,例如当进行静态操舵时的回轮转向操纵时，离合器40的连接会被暂时解除。外圈42静止，通过回轮转向操纵使得凸轮44旋转，辊46朝与图3的相反侧移动。这样当辊46与外圈42接触时，静止的输出轴30的转速ω0明显比输入轴22的转速ω i小，再次满足离合器连接条件。楔效应使得辊46被锁定，从凸轮44向外圈42传递扭矩。用箭头C标示扭矩的方向。这样离合器40连接，输出轴30以与输入轴22相等的转速旋转，形成与方向盘20的回轮转向操纵相应的车轮的转向。
[0085]这样，在转向操纵控制装置10中，即使转向致动器32不动作，离合器40也被机械式连接从而能够进行车辆的转向操纵。能够机械式实现线控转向的失效保护，因此无需在转向操纵控制装置10配备基于电子控制的冗长系统。也无需用于切换离合器40的连接或切断的致动器。机械式的结构通常比电子控制可靠性高。能够提供在以低成本实现可靠的失效保护应对方面实用性优异的线控转向装置。
[0086]另外，与正常时相比，在离合器40被连接时转向传动比增大。这是因为正常时转向轴的转速ω ο被控制为高于转向操纵轴的转速ω i，与此相对在离合器连接状态下，这两轴的转速ω?、ω0相等的缘故。离合器40的连接所产生的传动比的增加带来缓解了因转向致动器32停止而产生的转向操纵力的增大的优点。
[0087]图6为用于对本发明的某个实施方式的转向操纵控制进行说明的流程图。控制部16以例如规定的控制周期执行本转向操纵控制。当处理开始时，控制部16判定转向操纵控制装置10是否正常或者参照最近的判定结果(SlO)。控制部16通过合适的公知方法判定例如转向操纵反力致动器24和/或转向致动器32是否正常。或者，控制部16通过例如将在后文中叙述的方法判定离合器40是否正常。
[0088]当判定转向操纵控制装置10为正常的情况下(S10的是)，控制部16执行通常的转向操纵控制(S12)。该通常模式例如为传递比可变转向操纵控制，除了为满足上述的离合器空转条件而控制输出轴30的旋转以外，与现有的线控转向控制相同。
[0089]当判定在转向操纵控制装置10存在某种异常的情况下(S10的否)，控制部16转移至异常模式(S14)。此时离合器40被机械式连接。与此同时或取而代之，在异常模式中，控制部16可以为了满足上述的离合器连接条件而控制输出轴30和/或输入轴22的旋转。这样，可以保证离合器40被连接。
[0090]另外，控制部16当在转向致动器32检测到异常的情况下，可以控制转向操纵反力致动器24以便进行转向操纵的辅助。控制部16可以控制转向操纵反力致动器24，以便从转向操纵反力方向朝与之反向的动力辅助方向切换扭矩。这样一来，可以利用转向操纵反力致动器24代替由转向致动器32产生的动力辅助的至少一部分。能够缓解转向致动器32的异常所产生的操作性的恶化。
[0091]或者，控制部16当在转向操纵反力致动器24检测到异常的情况下，可以控制转向致动器32以便在转向操纵最初进行离合器40的连接。控制部16例如基于转向操纵扭矩传感器28的检测值检测离合器40是否被连接。当确认到离合器连接的情况下，控制部16控制转向致动器32以便生成转向操纵反力。这样一来，能够利用转向致动器32代替转向操纵反力致动器24的转向操纵反力生成的至少一部分。能够缓解因转向操纵反力致动器24的异常而产生的操作性的恶化。
[0092]在这种情况下，例如，控制部16可以在转向操纵角比阈值小时限制转向致动器32的动作。这样一来，离合器连接条件中的“I ω? I > I ωο I”得到满足从而能够连接离合器40。另外，控制部16可以在转向操纵角比阈值小时使转向致动器32朝与通常相反的方向动作。这样一来，离合器连接条件中的“《i与ω ο为不同符号”得到满足，从而能够连接离合器40。转向操纵角的阈值例如被设定为棍46嵌入的摆动量。
[0093]接下来，例示检测离合器40的异常的方法。图7为用于对本发明的某个实施方式的离合器异常检测处理进行说明的流程图。控制部16例如以规定的控制周期执行本异常检测处理。如果处理开始，则控制部16判定是否为执行本异常检测处理的正时(S20)。异常检测处理例如在停车中、更具体地说例如在停车中或者非行驶时之类的允许处理执行的情况下被执行。控制部16判定在处理执行被允许的情况下是否处于规定的正时。
[0094]当判定为处于异常检测处理的执行正时的情况下(S20的是)，控制部16执行用于异常检测的动作(S22)。另一方面，当未判定出处于异常检测处理的执行正时的情况下(S20的否)，控制部16将不执行用于异常检测的动作。
[0095]该异常检测动作(S22)包括执行用于异常检测的致动器动作的情况、在该动作中检测输入轴22或者输出轴30的旋转状态的情况、基于检测出的旋转状态与致动器的动作状态判定在离合器40是否存在异常的情况。用于异常检测的致动器动作包括使转向操纵反力致动器24以及转向致动器32的至少一方动作的情况。输入轴22或者输出轴30的旋转状态由操舵角传感器26、转向操纵扭矩传感器28以及旋转角传感器38的至少一个检测。
[0096]对于本异常检测处理的几个具体例进行描述。在某个例子中，控制部16在IG刚启动后并且驾驶员操作方向盘20时判定为执行异常检测处理的正时。驾驶员的操作的有无通过转向操纵角传感器26检测。此时，为了进行异常检测，控制部16临时禁止转向致动器32的动作。控制部16基于转向致动器32的非动作状态下方向盘20被操作时的转向操纵扭矩传感器28的检测值进行离合器40的异常检测。
[0097]控制部16在转向操纵扭矩传感器28的检测值超出阈值的情况下，判定离合器40为正常。控制部16在判定离合器40为正常的情况下结束异常检测处理，恢复至通常的转向操纵控制。另一方面，当在转向操纵角达到规定值之前转向操纵扭矩传感器28的检测值不超出阈值的情况下，控制部16判定离合器40为异常。
[0098]通过驾驶员的操作而输入轴22旋转的一方转向致动器32因非动作使得输出轴30不进行旋转，因此满足离合器连接条件。在离合器40为正常的情况下，离合器40被连接且在输入轴22作用扭矩。当离合器40正常连接时，设置于输入轴22的转向操纵扭矩传感器28的检测扭矩值升高。基于这样的扭矩的增加量，设定转向操纵扭矩传感器28的检测值的判定阈值。另外，用于结束异常检测动作的转向操纵角的规定值考虑对于通常的转向操纵控制的影响而设定。
[0099]这样，能够依据设置于输入轴22的转向操纵扭矩传感器28的检测值检测离合器40是否正常连接。当在IG刚启动后并且驾驶员操作方向盘20时进行异常检测处理，因此每次使用车辆时都能够可靠地检测故障。
[0100] 也可以取代转向操纵扭矩传感器28转而使用旋转角传感器38。即，控制部16可以基于在转向致动器32的非动作状态下转向车轮20被操作时的旋转角传感器38的检测值进行离合器40的异常检测。这是因为当离合器40为正常的情况下，离合器40被连接而输出轴30与输入轴22 —起旋转的缘故。这样，能够依据输出轴30的旋转角传感器38的检测值检测离合器40是否正常连接。
[0101]作为输入轴22的驱动源，可以代替利用驾驶员的操作转而使用转向操纵反力致动器24。S卩，控制部16为了进行离合器40的异常检测，可以在临时禁止转向致动器32的动作的同时利用转向操纵反力致动器24使输入轴22旋转。这样一来，即使没有驾驶员的操作也能够自动地进行离合器40的异常检测。与在驾驶员的操作中进行异常检测处理的情况相比，能够减少给驾驶员造成的不协调感。
[0102]当为了进行离合器40的异常检测而使转向操纵反力致动器24工作的情况下，异常检测处理的执行正时不局限于IG刚启动后。控制部16例如可以将IG刚关闭后、驾驶员下车后或者未乘车时、或者车门锁刚解除后判定为执行异常检测处理的正时。在这样的时亥IJ，驾驶员尚未接触方向盘20。因此，能够不给驾驶员造成不协调感地进行离合器40的异常检测处理。
[0103]在异常检测处理的其他的例子中，控制部16在转向致动器32处于行程末端时，执行异常检测处理。为了进行异常检测，控制部16临时限制转向操纵反力致动器24的动作。控制部16基于转向操纵角传感器26的检测值进行离合器40的异常检测。
[0104]控制部16当转向操纵角传感器26的检测值在经过规定的判定时间之前不超出阈值的情况下，判定离合器40为正常。控制部16在判定离合器40为正常的情况下结束异常检测处理，恢复至通常的转向操纵控制。另一方面，当转向操纵角传感器26的检测值超出阈值的情况下，控制部16判定离合器40为异常。
[0105]例如，当为了进入车库而进行静态操舵等时，转向致动器32的齿条与齿条球关节机构抵接，物理性地限制输出轴30的旋转。此时，在通常的转向操纵控制中，转向操纵反力致动器24将比较大的转向操纵反力施加于输入轴22以对抗驾驶员的操作。如果转向操纵反力致动器24停止，则输入轴22因驾驶员的操作而旋转，满足离合器连接条件。当离合器40为正常的情况下，离合器40被连接，输入轴22不再进一步旋转。转向操纵角传感器26的检测值为恒定。然而，当在离合器40产生打滑的情况下，输入轴22持续旋转，因此转向操纵角传感器26的检测值增加。基于这样的转向操纵角的增加量，设定转向操纵角传感器26的检测值的判定阈值。另外，用于结束异常检出动作的判定时间可考虑对于通常的转向操纵控制的影响来设定。
[0106]这样，能够检测在作用比较大的扭矩时是否在离合器40产生异常的打滑。
[0107]也可以代替停止转向操纵反力致动器24，转而由控制部16控制转向操纵反力致动器24以相比通常减弱转向操纵反力。另外，控制部16也可以朝对方向盘20进行打轮的方向控制转向操纵反力致动器24。如此同样能够在作用大的扭矩时检测在离合器40是否产生异常的打滑。
[0108]也可以代替转向操纵角传感器26转而使用转向操纵扭矩传感器28。当在离合器40产生异常的打滑的情况下，转向操纵扭矩传感器28的检测值相比通常降低。因此，控制部16当转向操纵扭矩传感器28的检测值在经过规定的判定时间之前不低于阈值的情况下，可以判定离合器40为正常。另一方面，当转向操纵扭矩传感器28的检测值低于阈值的情况下，控制部16可以判定离合器40为异常。
[0109]在异常检测处理的其他例子中，控制部16例如可以在IG刚启动后，优选为方向盘20的锁定被解除前执行异常检测处理。为了进行异常检测，控制部16使转向致动器32工作而使车轮转向。控制部16基于转向操纵扭矩传感器28的检测值进行离合器40的异常检测。
[0110]当离合器40被正常切断的情况下，即便使转向致动器32工作，其动作也不向输入轴22传递。因此，可以基于转向致动器32的工作与转向操纵扭矩传感器28的检测值检测离合器40是否正常切断。能够在车辆做出动作前可靠地检测离合器的异常。
[0111]另外，小型个人用短途汽车大都轴距短，因此相对于转向角的偏航增益(yawgain)大。因此，从抑制高速行驶时的摇晃的观点出发，优选使转向系统的传动比比更大型的车辆(例如普通乘用车)大。另一方面，为了能够在道路中不费力地拐小弯，优选减小传动比。因此为了兼顾高速时的稳定性和道路中的使用便利性，优选对小型个人用短途汽车利用线控转向来改变传动比。
[0112]小型个人用短途汽车由于体积较小，因此在搭载设备的设置空间和成本两方面相比更大型的车辆受到更为严格的制约。因此，现已提出的伴随着离合器的电子控制的机械式的备用系统、电气系统多重化的失效保护的方法未必能够实现。另外，由于这样的电子控制将增加车辆的消耗电力，因此将给燃油效率带来不利影响。
[0113]因此，本实施方式的转向操纵控制装置10在通过紧凑的结构机械地确保失效保护性能方面尤为适合小型个人用短途汽车。但是，高可靠性、低成本、省空间、低消耗电力之类的优点不仅局限于小型个人用短途汽车，对于任何车辆都为优选项，由此可见本发明是将带动线控转向的普及的突破性技术。
[0114]至此，以实施方式为基础对本发明进行了说明。该实施方式不过为例示，对于上述各构成要素、各处理工艺的组合能够进行各种变形且这样的变形例将被涵盖于本发明的范围内，这对于本领域技术人员是显而易见的。以下，对这样的变形例进行说明。
[0115]本发明的实施方式所使用的离合器40不过为一个例子，可以使用具有不同的其他结构的离合器。例如，可以代替在内圈的外表面设置凸轮面转而在外圈的内表面设置凸轮面。或者，可以将外圈形成于输入轴的端部，将内圈形成于输出轴的端部。外圈与内圈之间的卡合件可以是楔块。
[0116]离合器40可以具有电磁离合器。控制部16可以在输出轴的转速ωο高于设定的下限时切断电磁离合器，在输出轴的转速ωο低于该下限时连接电磁离合器。在这种情况下，只要在输出轴的转速ωο降低至期望备用机构18的工作的程度时连接电磁离合器便可。因此，基于输入轴的转速设定的输出轴的转速ωο的下限无需与输入轴的转速coi一致，只要设定在输入轴的转速的附近即可。
[0117]产业上的可利用性
[0118]根据本发明，能够提供具有用于失效保护的实用的冗长性的转向操纵控制装置。
[0119]其中，附图标记说明如下:
[0120]10:转向操纵控制装置；12:转向操纵部；14:转向部；16:控制部；18:备用机构；20:方向盘；22:输入轴；24:转向操纵反力致动器；26:转向操纵角传感器；28:转向操纵扭矩传感器；30:输出轴；32:转向致动器；34:转向马达；36:齿条齿轮机构；38:旋转角传感器;40:离合器；42:外圈;43:内表面;44:凸轮；45:凸轮面；46:棍；47:楔形空间；48:保持器。
【权利要求】
1.一种车辆的转向操纵控制装置，其特征在于， 所述车辆的转向操纵控制装置具备: 输入轴； 输出轴； 离合器，该离合器用于将所述输入轴以及所述输出轴间连接或切断； 转向致动器，该转向致动器被设置为对所述输出轴施加旋转；以及 控制部，该控制部用于对所述转向致动器进行控制， 所述控制部在所述离合器的切断状态下控制所述转向致动器，以便在具有下限的转速范围内控制所述输出轴的旋转， 该下限基于所述输入轴的转速， 所述离合器在所述输出轴的转速比所述下限小时连接。
2.根据权利要求1所述的转向操纵控制装置，其特征在于， 所述离合器为在所述输出轴的转速比所述输入轴的转速小时或者所述输出轴朝与所述输入轴相反的方向旋转时连接的机械式离合器。 所述下限是所述输入轴的转速， 所述控制部控制所述转向致动器，以便在所述转速范围内使所述输出轴朝与所述输入轴相同的方向旋转。
3.根据权利要求2所述的转向操纵控制装置，其特征在于， 所述机械式离合器具备外圈、与该外圈同轴地配设的内圈、配设于该外圈和该内圈之间的卡合件，在所述外圈的内表面以及所述内圈的外表面中的一方具有凸轮面，通过将所述卡合件嵌入所述外圈的内表面以及所述内圈的外表面中的另一方与该凸轮面之间而将所述机械式离合器连接， 所述外圈以及所述内圈中的一方与所述输入轴同轴地形成于所述输入轴的一端，所述外圈以及所述内圈中的另一方与所述输出轴同轴地形成于所述输出轴的一端。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的转向操纵控制装置，其特征在于， 所述转向操纵控制装置还具备转向操纵反力致动器，该转向操纵反力致动器用于对所述输入轴施加扭矩。
5.根据权利要求4所述的转向操纵控制装置，其特征在于， 所述控制部控制所述转向致动器，以便当在所述转向操纵反力致动器检测到异常的情况下，在转向操纵最初将所述离合器连接。
6.根据权利要求4所述的转向操纵控制装置，其特征在于， 所述控制部控制所述转向操纵反力致动器，以便当在所述转向致动器检测到异常的情况下进行转向操纵的辅助。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的转向操纵控制装置，其特征在于， 所述转向操纵控制装置还具备检测器，该检测器用于检测所述输入轴或者所述输出轴的旋转状态， 所述控制部基于所述检测器的检测值与所述转向致动器的动作状态进行所述离合器的异常检测。
8.根据权利要求7所述的转向操纵控制装置，其特征在于，所述检测器为设置于所述输入轴的扭矩传感器，所述控制部基于在所述转向致动器的非动作状态下所述输入轴旋转时的所述扭矩传感器的检测值进行所述离合器的异常检测。
9.根据权利要求7所述的转向操纵控制装置，其特征在于， 所述检测器为设置于所述输出轴的旋转角传感器，所述控制部基于在所述转向致动器的非动作状态下所述输入轴旋转时的所述旋转角传感器的检测值进行所述离合器的异常检测。
10.根据权利要求9所述的转向操纵控制装置，其特征在于， 所述转向操纵控制装置还具备转向操纵反力致动器，该转向操纵反力致动器用于对所述输入轴施加扭矩， 所述控制部为了进行所述离合器的异常检测而通过所述转向操纵反力致动器使所述输入轴旋转。
11.根据权利要求7所述的转向操纵控制装置，其特征在于， 所述控制部在所述转向致动器处于行程末端时进行所述离合器的异常检测。
12.—种车辆的转向操纵控制装置，其特征在于， 所述车辆的转向操纵控制装置具备: 具有输入轴的转向操纵部； 具有输出轴的转向部； 离合器，该离合器用于将所述输入轴以及所述输出轴间连接或切断；以及 控制部，该控制部用于基于来自所述转向操纵部的输入控制所述转向部， 所述控制部控制所述输出轴的旋转，以便在所述输入轴旋转时使所述离合器空转。
13.根据权利要求12所述的转向操纵控制装置，其特征在于， 所述离合器构成为在所述输出轴的转速为所述输入轴的转速以上时空转，在所述输出轴的转速比所述输入轴的转速小时连接。
【文档编号】B62D6/00GK104080689SQ201280068333
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2012年1月31日 优先权日:2012年1月31日
【发明者】关谷义秀 申请人:丰田自动车株式会社