電動式動力轉向裝置的製作方法
2023-05-14 05:16:31
專利名稱:電動式動力轉向裝置的製作方法
本發明涉及汽車等中的動力轉向裝置，尤其是操舵感覺舒適的動力轉向裝置。
在涉及到許多方面用戶的汽車等中，從大型車輛到小型車輛，普遍裝備動力轉向裝置，用於減輕疲勞程度和確保安全運行。
但是，這種動力轉向裝置以往主要採用液壓式的。然而，到了最近幾年，由於著眼於控制內容的豐富性和節能方面的效用，提出了電動式動力轉向裝置。
因此，在這種電動式動力轉向裝置中，為了得到其中所用的電動式致動器所需的較大的操縱力，該致動器採用電動機，並使其輸出減速，從而可得到最終輔助操舵用的操縱力，這種方式是目前採用的主要方式。
但是，在以往的電動式動力轉向裝置中具有下述的缺點，即由於輔助操舵力是由高速旋轉的電動機通過減速機械供給的，所以該電動機的慣性和由減速機構的輸出端使電動機空轉時所產生的較大摩擦阻力，會引起操舵感覺極不舒適的特性，這種特性表現在操舵罵駛盤的操作中。
其中，關於因電動機的慣性，在操作操舵罵駛盤時出現的操舵感覺不舒適的特性，如同特開昭55-76760號公報等中的提案，考慮使電動機的控制具有微分特性的方法，可望得到顯著改善操舵感覺的效果。
但是，在這種方法中，由于格外需要微分電路，微分特性的付給又需要對噪聲重新加以考慮，所以會導致成本提高。關於上述摩擦阻力引起的操舵感覺的惡化，不能期望任何改善效果，總的來說，不能得到操舵感覺的充分改善。並且，這種摩擦阻力引起的操舵感覺的惡化，是當舵角在零(中立位置)以外時以本來應該出現的復原力顯著下降乃至消失的形式表現出來的。
此外，當操舵力加在駕駛盤上時，通過電動機附加輔助力，但由於電動機上有慣性，若不附加與電動機轉數的平方成正比的電動機慣性能，則為使電動機加速，司機必須以駕駛盤的操舵力進行拉引，當停止時司機必須通過駕駛盤進行停止。特別是若迅速轉動駕駛盤，則在電動機尚未達到必需轉數的時間內具有負載，而手上感覺到震動。為了補償該負載部分，可採用具有上述微分功能的控制電路。但是，採用這種方法時，具有下述的缺點，即由於對電動機未考慮必要的加速、減速的能量，所以通過轉舵速度進行補償的能量是不足的。
另一方面，關於近年的油壓式動力轉向裝置，如同特開昭54-90726號公報所示，提出使具有復原力、並改善直進性能的方案。但是，關於前進加速時、後退時和通常行駛時的復原力如何控制才能提高行駛中的安全性、直進性能的問題，完全沒有考慮。
本發明的目的在於提供可以充分跟蹤駕駛盤的操舵速度的電動式動力轉向裝置。
本發明設有適應電動機轉數的電動機加減速函數，對於駕駛盤操舵力的增加和減少，想通過利用該函數進行電動機速度控制，可以充分跟蹤駕駛盤的操舵速度。
並且，在檢測車輛的前進或後退的同時，檢測車輛的加速量，根據所檢測出的加速量，向電動機的電樞供給電流，並在車輪的舵角變為零的方向上使車輛具有復原力，從而可提高車輛加速時的直進性能，以及還可提高後退時的操舵性。
圖1為表示本發明動力轉向控制裝置的一實施例的系統構成圖，圖2為轉矩傳感器的特性圖，圖3為舵角傳感器的特性圖，圖4為電動機的轉數轉矩特性圖，圖5為電動機的電樞電流和轉矩轉數特性圖，圖6為表示本發明實施例的方框圖，圖7為表示加速時的修正轉矩輸出的特性圖，圖8為圖6所示電動機控制電路的詳細電路圖，圖9為表示高階函數特性例子的特性圖，圖10和圖11為對高階函數特性的近似特性的說明圖，圖12為表示由本發明一實施例所給出的特性例子的說明圖，圖13為電動機的轉數和反制動轉矩的特性圖，圖14為加速轉矩-電動機轉數特性曲線圖，圖15為關於復原力的特性圖，圖16為輔助轉矩運算的工作流程圖，圖17為利用微型計算機時的方框圖，圖18為表示處理進度的流程圖，圖19至圖23為表示本發明其它實施例的附圖，圖19為表示本發明實施例的電路圖，圖20為工作方框圖，圖21為復原力電流-舵角特性圖，圖22為電流極限值的溫度特性圖，圖23為按照溫度的電流限制流程圖。
下面通過圖示的實施例對本發明的動力轉向控制裝置加以詳細說明。
圖1為本發明用於汽車用電動式動力轉向系統時的一實施例，其中1為操舵駕駛盤(以下簡稱為駕駛盤)，2為駕駛盤軸，3為小齒輪，4為齒條，5為轉向用的輪胎(車輪)，6為轉矩傳感器，7為動力輔助用的電動機，8為減速機構，9為小齒輪，10為舵角傳感器，11為控制裝置。此外，B為電源用的電池。
該實施例為所謂的齒條和小齒輪方式，司機對駕駛盤1所加的操舵力從駕駛盤軸2通過小齒輪3傳遞到齒條4上，並使輪胎5轉動到所定的舵角上。
當司機轉動駕駛盤1時，轉矩傳感器6便可檢測出從該駕駛盤1通過駕駛盤軸2傳給小齒輪3的轉矩，並發生表示該轉矩大小的信號τ，例如，它是由安裝在駕駛盤軸2上的應變片或者在駕駛盤軸2上設置扭簧機構，檢測該扭曲量的可變電阻器等構成的，可給出如圖2所示的特性。
電動機7是作為通過齒輪裝置等構成的減速機構8和小齒輪9，向齒條4施加輔助操舵力的電動式致動器而工作的。
舵角傳感器10檢測輪胎5的舵角(轉向角)，當汽車處於直進狀態即輪胎5的轉向角處於中立位置時的舵角為零，例如，按照圖3所示的特性，可發生表示舵角的信號θ，它是由隨著輪胎5的轉向來檢測旋轉構件旋轉角的可變電阻器等構成的旋轉編碼器、檢測直線運動構件動作的線性編碼器等構成的。
這種動力轉向裝置所用的電動機7，具有如圖4所示的轉矩-轉數特性。當電動機7的電樞電流I大時，相對於轉數的轉矩特性將變成為圖4的C→D→F→G。而當電樞電流I小時，相對於轉數的轉矩特性將變成為E→F→G。
該電動機7的電樞電流I與轉數、轉矩的特性如圖5所示。
圖6為控制裝置11的一實施例，它是由轉矩函數電路21、復原力函數電路22、加速制動判斷電路23、加速函數電路24、制動函數電路25、轉換判斷電路26、轉矩通流率變換電路27、削波器控制電路28、電動機控制電路29、鎖定檢測電路30構成的。
下面對動作加以說明由司機操縱駕駛盤1，當轉矩被加到駕駛盤軸2上時，它便按照圖2的特性，由轉矩傳感器6檢測出來，並輸出轉矩信號τ。
該轉矩信號τ通過轉矩函數電路21、轉矩通流率變換電路27輸入到削波器控制電路28，變換為對應於此時絕對值的佔空因數的脈衝信號CP，然後輸入電動機控制電路29。此時，在轉換判斷電路26中，根據輸入其中的信號的正負，輸出右旋轉信號R或左旋轉信號L，並將這些信號R、L輸入電動機控制電路29。
此外，由轉矩傳感器6發生的轉矩信號τ的極性，例如對應於駕駛盤1向右旋轉(順時針方向)時出現的轉矩為正極性，而對應於向左旋轉(逆時針方向)時出現的轉矩為負極性。因此，當轉矩信號τ為正時，汽車向右轉向，負時向左轉向。
下面對轉矩函數電路21加以說明。
為了產生如圖7(A)所示的修正轉矩輸出特性a、b，該轉矩函數電路21按照電動機7的轉數來輸出修正量的轉矩值。其輸出特性a是當電動機7的駕駛盤操縱速度較大時的情況，而圖7(A)的b是當駕駛盤操縱速度較小時的情況。並且，圖7(A)的C表示採用以往微分法的修正值。若加入這樣的修正轉矩值，則當附加圖7(B)的a所示的操舵力時，便可充分補償電動機7的慣性。圖7(B)的C為採用以往微分法的操舵力特性，不能消除由於駕駛盤操縱速度不同而不同的慣性的影響。
圖8示出電動機控制電路29的一實施例，它是由2個功率電晶體TR1、TR2(以下簡稱為TR1、TR2)、2個傍路二極體D1、D2構成的。分別向TR1供給左旋信號L和脈衝信號CP的邏輯乘信號，向TR2供給右旋信號R和脈衝信號CP的邏輯乘信號，因而，當右旋信號R出現時，即轉矩信號τ為正極性時，TR2導通，按照圖中箭頭方向向電動機7供給電流，該電流的大小由脈衝信號CP的佔空因數來控制。而當轉矩信號τ為負極性而出現左旋信號L時，TR1導通，按照與圖中箭頭相反的方向向電動機7供給電流，此時的電流值同樣也由脈衝信號CP的佔空因數來控制。
並且，在上述的任何情況下，在電動機7內流動的電流的大小都被電流檢測器檢測，並作為反饋電流信號供給削波器控制電路28，因而，為了向電動機7準確地供給與轉矩通流率變換電路27的輸出信號對應的電流，形成反饋環路。
此外，當TR1或TR2由脈衝信號CP進行削波控制而截止時，二極體D1、D2起著提供環流迴路的作用。
因此，當司機操縱駕駛盤1時，按照當時所加操縱力(操舵力)的方向及其大小，規定值的電流便從規定的方向供給電動機7，因而，電動機7產生的轉矩便從小齒輪9供給齒條4，變成輔助操舵力，所以可得到動力轉向裝置的功能。
但是，司機操縱駕駛盤1時所需的操舵力值如果太小，也難操縱，因此，從經驗等方面得知，對於轉矩傳感器6的信號τ，利用具有圖6所示補償的高階函數特性來確定輔助操舵力，即電動機7的電流值，這樣做對操舵感覺是最好的。
因此，為此目的而設置轉矩函數電路21，對於輸入信號，可發生符合圖9所示特性的輸出信號。
但是，實際上給出圖9所示平滑特性的函數電路，要麼成本高，要麼不能實現，因此，可以採用如圖10所示近似折線的轉矩函數電路21。此外，採用圖11所示的階梯近似法來代替該折線近似法也可以實現。
其次，使輪胎5轉向所需的力即所謂的操舵力，取決於輪胎和行駛路面之間在轉向方向上的摩擦阻力，但該摩擦阻力隨車速而發生變化，車速越高越減小。因此，該操舵力當車速越小就越大，通常在所謂最小的車速為零時達到極大，幾乎達到不能操縱駕駛盤的程度。
但是，從實用的觀點來看，在汽車入庫或縱列停車時，需要進行這種極限操縱。
另一方面，在高速時，若駕駛盤操縱力變小反而危險，因此，高速時希望將輔助操舵力變小或是不附加。
因此，為達到此目的，在轉矩函數電路21中，從車速傳感器20輸入車速信號V，對於轉矩信號τ進行規定的運算處理，如圖12所示，由轉矩函數電路21給出的特性的補償寬度隨著車速信號V而變寬。
但是，電動機7在反方向上所受的制動轉矩(即反制動轉矩)與電動機7的轉數的關係如同圖13所示的特性。也就是說，電動機7的轉數越大，反制動轉矩也越大。因此，操縱駕駛盤使它停止在某位置上的力(對電動機施加制動而停止時的轉矩)，需要隨著電動機7的轉數增加而增大。此外，對於電動機7的轉數的加速轉矩值如圖14所示，若電動機的轉數小，則需要加大加速轉矩。
下面對圖6所示復原力函數電路22加以說明。該復原力函數電路22是向輪胎5供給復原力的電動機7的控制信號的輸出電路，復原轉矩與舵角(舵角傳感器輸出)的關係如圖15所示。也就是說，舵角越大，復原所需的轉矩也必須越大。該復原特性是決定設有動力轉向裝置的操舵系統的操舵感覺的關鍵。
也就是說，在汽車的操舵系統中，一般利用轉向車輪的主銷後傾效應等來產生復原特性，為此通過駕駛盤的操縱產生規定的舵角之後，根據該復原特性向駕駛盤供給復原力，利用這種復原力的運轉操縱被廣泛地採用，這是產生良好的操舵感覺的關鍵，因此，即使採用動力轉向裝置，也一定不要損失該復原力。
此外，圖6的鎖定檢測電路30用來檢測，有轉矩傳感器6的輸出，卻沒有舵角傳感器10的輸出的情況，當這種情況被檢測時，斷開離合器8的電磁閥。
下面對本發明實施例的輔助轉矩運算的操作加以說明。
圖16示出輔助轉矩運算的流程圖。該流程圖按照每隔10毫秒的定時器中斷進行處理。首先，在步驟100中，讀出轉矩傳感器6的上次值TOLD，在步驟101中，讀入現在轉矩傳感器6的輸出值TNEW。其次，在步驟103中，將TOLD與TNEW進行比較，判斷轉矩傳感器6的輸出值的增量△T是否超過一定值△T＝TNEW-TOLD在該步驟103中，若判斷轉矩傳感器的增量大於一定值，則在步驟104中判斷舵角傳感器10的輸出值的增量是否大於與轉矩傳感器6的增加在時間上對應的某一定值。在該步驟104中，若舵角傳感器的增量未超過一定值，則轉移到步驟108。而在步驟104中，若判斷舵角傳感器的增量超過一定值，則在步驟105中根據電動機加速計算(如圖7所示特性的加速)進行加速轉矩計算，並轉移到步驟108。
另一方面，在步驟106中，若判定轉矩傳感器的增量未超過一定值，則在步驟106中判斷轉矩傳感器的減速量是否超過一定值。在該步驟106中，若判斷轉矩傳感器的減速量未超過一定值，則轉移到步驟108;若判斷超過一一定值，則在步驟107中根據電動機減速計算進行減速轉矩計算(對應於圖13所示的反制動轉矩特性)，並轉移到步驟108。接著，在步驟108中進行如圖12所示的輔助轉矩的運算。
圖17示出在一系列操作中利用微型計算機時的方框圖。此時處理的任務調度的中斷流程圖示於圖18。
如上所述，採用本發明可充分跟蹤駕駛盤的操舵速度。
其次，本發明的其它實施例示於圖19～圖23。圖中電動機202與電池201連接，該電動機202可向左右任何一方旋轉。FET(場效應電晶體)203的漏極與該電動機202的左旋電樞連接。此外，電池201通過正向連接的傍路二極體205與該FET203的漏極連接，而此FET203的源極與電池201連接，微型計算機100與柵極連接。還有FET204的漏極與電動機202的右旋電樞連接，電池201通過正向連接的傍路二極體206與該FET204的漏極連接。該FET204的源極與電池201連接，微型計算機100與柵極連接。提供發動機轉數的傳感器50的輸出、操舵系統209的舵角計207的舵角、轉矩傳感器208輸出的駕駛盤轉矩(操舵力)分別輸入該微型計算機100。此外，車速傳感器的輸出信號輸入該微型計算機100。
此外，在電動機202上設置了檢測電樞電流的電流檢測器210，該電流檢測器210的檢測值輸入微型計算機100。
圖20示出說明圖19的工作的方框圖。
首先，由轉矩傳感器208檢測出的轉矩(操舵力)輸入微型計算機100的輔助函數判斷電路110，在其中選擇對應於操舵力的輔助函數。該輔助函數按照操舵力為一定的原則來確定。由該輔助函數判斷電路110輸出相當於輔助力的電流指令。另一方面，根據由舵角計207輸入的舵角量，在復原力函數判斷電路120中，對應於舵角來選擇復原力函數，並輸出相當於復原力的電流指令。該電流指令與輔助函數判斷電路輸出的電流指令值相加，輸入到判斷駕駛盤的左右旋轉方向的左右判斷電路150。
此外，車速由車速傳感器30輸入齒輪比判斷電路130和加速計算電路140。並且，發動機轉數由發動機旋轉傳感器50輸入該齒輪比判斷電路130。該齒輪比判斷電路130的輸出和加速計算電路140的輸出，被輸入復原力函數判斷電路120。這樣一來，復原力函數判斷電路可輸出由舵角傳感器207的輸出和加速計算結果，以及齒輪比所決定的值。該齒輪比計算可由下式決定齒輪比＝N/V式中N發動機轉數V車速通過該齒輪比計算，可檢測背輪，該背輪的檢測也可以通過反向開關來進行。
此外，檢測加速量的加速計算可由下式求出加速量＝Vn-Vn-1式中Vn此次的車速Vn-1一定時間前的車速該加速計算結果輸入復原力函數判斷電路120，與該加速量成正比地按照圖21所示的特性來增加復原力電流。該圖21所示的特性圖存儲在復原力函數判斷電路120中。並且，如圖21的點劃線所示，也可以利用可按線性檢測舵角的舵角傳感器，從舵角零按線性上升，得到一定值的特性。但是，在本實施例中，舵角的檢測使用達到某一舵角時產生輸出的開關。
這樣求得的復原力和操縱力相加後，在左右判斷電路150中判斷電動機向右旋轉還是向左旋轉，並輸出給右削波器180或左削波器190。此外，左右判斷電路150中輸入的合成信號輸入電流指令電路，並成為絕對值作為電流指令值進行輸出。該電流指令值與電流檢測器210輸出的檢測電流值進行比較，與檢測電流值的差值輸出給削波器電器170，在該削波器電路170中，變為削波信號後，輸出給右削波器電路180和左削波器電路190，並藉助左右判斷電路150輸出的判斷信號使右削波器電路180或左削波器電路190發生作用，從而對FET203或FET204進行削波控制。
該FET203、204，當溫度升高時會被擊穿。因此，FET203、204中流動的電流量有如圖22所示的極限值，這是FET對於溫度的電流極限值。因此，在構成上能檢測出電源電路的溫度，並將對應於溫度的電流供給電動機。也就是說，在電動式動力轉向驅動電路的電源部分中設置溫度檢測器，在微型計算機100中計算出對應於溫度的電動機中流動的最大電流，並進行控制以使在電動機中不會有超過最大電流的電流流過。該流程圖示於圖23。
因此，若採用本實施例，則當駕駛盤處於自由狀態而行駛時，可以藉助復原力始終保持直進方向。
此外，若採用本實施例，則可防止由於行駛時的振動而產生的蛇行。
此外，若採用本實施例，則可保護FET、電動機不由於溫度上升而引起擊穿。
權利要求
1.電動式動力轉向裝置具有；檢測加在操舵駕駛盤上的操舵力的轉矩傳感器，按照該轉矩傳感器的輸出加以控制的電動機，檢測舵角的舵角傳感器，按照上述轉矩傳感器和舵角傳感器的輸出來判斷駕駛盤操舵的加速或減速的加減速判斷器，按照該判斷器來產生加速或減速函數的函數發生器；以便將對應於駕駛盤操舵的加減速的操舵輔助力加在操舵駕駛盤上。
2.在權項1中，函數發生器採用微型計算機。
3.在權項1中，操舵輔助力按照復原力函數器的函數加在駕駛盤上，而復原力函數器按照舵角傳感器的大小進行輸出。
4.電動式動力轉向裝置，對應於駕駛盤的左右旋轉，利用電動機輔助使車輪的舵角左右變化的操舵力;電動式動力轉向裝置的構成是在檢測車輛的前進或後退的同時，檢測車輛的加速量，並按照所檢測出的加速量對上述電動機的電樞供給電流，在車輪的舵角為零的方向上使車輪具有復原力。
5.在權項4中，加在車輪上的復原力在後退時比在前進時更大。
專利摘要
電動式動力轉向裝置具有檢測加在操舵駕駛盤上的操舵力的轉矩傳感器，按照該轉矩傳感器的輸出加以控制的電動機，檢測舵角的舵角傳感器，按照上述轉矩傳感器和舵角傳感器的輸出來判斷駕駛盤操舵的加速或減速的加減速判斷器，按照該判斷器來產生加速或減速函數的函數發生器，以便將對應於駕駛盤操舵的加減速的操舵輔助力加在操舵駕駛盤上。
文檔編號B62D5/04GK86101092SQ86101092
公開日1986年9月24日 申請日期1986年2月1日
發明者能登康雄, 杉浦登, 大內秀之 申請人:株式會社日立製作所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan