在装备车辆的现代动力转向系统中，是根据车辆行驶状况的参 数，例如车速，来控制施加在转向轮上用于辅助驾驶员转向操作的扭 矩(转向辅助扭矩)。迄今为止，除了减小转动方向盘所需要的扭矩 (转向扭矩)这一目的外，转向控制装置还有不同设计以提供给驾驶 员驾驶车辆的舒适性和安全性。
在一些动力转向系统中，驾驶员可以感觉到，通过使用从传感器 得到的车辆行驶状态的信息来调节转向辅助扭矩，转向控制装置修正 了转向扭矩，以避免车辆行驶状态恶化，例如转向不足(偏离)情况。 例如，日本专利公开发布No.11-20728，公开了一种电子动力转向系 统(EPS)的转向控制装置，被设计来减小车辆转向方向上的转向辅 助扭矩，以响应转向车辆陷入转向不足的情况。虽然这令转向方向上 转动方向盘变困难，但这一控制装置提醒驾驶员在转向方向上不要进 一步转动方向盘，以防车辆状态恶化。
根据上述转向控制装置的传统控制策略，驾驶员很难感觉到车辆 的实际情况以及它的变化，因为转向扭矩被修正为简单的增大以响应 车辆陷入转向不足的情况。没有这样的修正，当车辆陷入转向不足情 况时转向扭矩不再增大(转向扭矩是转向轮上轮胎所抓地面的反作用 力，因而在转向不足的情况下转向扭矩已经达到饱和)。因此，知道 转向扭矩这一特性的有经验驾驶员，能够注意到车辆转向的极限，即 在转动方向盘的过程中轻微改变或减小转向扭矩，转向轮上的轮胎不 再增大向心力(转向不足情况)。然而，根据通过传统控制策略中转 向扭矩的修正而出现转向扭矩的简单增大，驾驶员很难感觉到车辆转 向的极限，因为甚至在车辆陷入转向不足情况时，转向扭矩并不发生 减小。
此外，在上述的当前技术中，没有提出在为转向不足情况做修正 的过程中确定转向扭矩(转向辅助扭矩)增加(减小)的方法。驾驶 员的转向操作根据车辆行驶状况，道路条件，驾驶员的技术等而变化。 为了使转向扭矩的修正和驾驶员转向操作一致，在修正中转向扭矩增 量的确定要考虑转向操作条件并结合车辆行驶状况。
因此，传统转向控制装置可以结合转向扭矩的修正来适当地改 进，以避免和/或消除转向不足情况。

根据本发明，提供一种新式车辆转向控制装置用以辅助驾驶员的 转向操作，改进了给驾驶员车辆行驶状况恶化的提醒(确保驾驶员知 道车辆陷入转向不足的情况)，并从而避免车辆陷入转向不足情况的 恶化。装备本发明控制装置的车辆，具有一个方向盘(转向手柄)， 转向轮，根据转动方向盘所确定的转向角度来转动转向轮的动力转向 装置，以及至少一个传感器来监控车辆行驶状态。动力转向装置在转 向控制装置的控制下产生转向辅助扭矩。本发明的控制装置包括确定 转向辅助扭矩以响应方向盘上的转向扭矩的部分；根据至少一个传感 器监控的车辆行驶状态来产生用以指示转向不足情况的值的部分；以 及修正转向辅助扭矩的部分，在指示转向不足情况的值高于第一基准 值时，该部分在车辆转向方向上增大转向辅助扭矩。指示转向不足情 况的值，例如，可以是一个根据车身横摆率确定的偏离值以及更明确 的，该技术中任何已知的方法确定的实际横摆率和标准横摆率(正常 车辆转向所希望的值)之间的差值来确定。
如在当前技术一节中已经说明过的，没有通过调节转向辅助扭矩 来修正转向扭矩，一般来说，在车辆已经陷入转向不足情况之后随着 转向角的增大转向扭矩会逐渐减小，可以让驾驶员，特别是熟练的驾 驶员，从转向扭矩的轻微减小注意到转向极限。因此，前面提到的传 统控制策略中缺少转向扭矩的轻微减少，将导致一种车辆状态的响应 和转向操作不一致的感觉。
上面提及发明的控制装置中，为了使驾驶员清楚的注意到他的车 辆陷入转向不足情况而不会感到车辆状态的响应和他的转向操作相 反，通过增大在车辆转向方向上的转向辅助扭矩来减小转向扭矩。换 句话说，转向扭矩的减小被认为是转向极限的信息，提供给驾驶员。 在操作中，车辆转向过程中，驾驶员将停止或者反向转动方向盘以响 应转向扭矩的减小。因此，第一基准值将被设置为指示转向不足情况 的值，在该情况下车辆陷入转向不足的情况。
可能出现驾驶员在车辆转向的方向上连续转动方向盘，甚至是在 转向扭矩减小后，导致车辆状态的进一步恶化，即，指示转向不足情 况的值增大。为了避免这一情况，在发明的控制装置中，辅助扭矩修 正部分在指示转向不足情况的值高于比第一基准值大的第二基准值 时，停止增加辅助扭矩。更特别的是，在指示转向不足的值超过第二 值之后，通过减少转向辅助扭矩来增加车辆转向方向的转向扭矩。转 向扭矩的这一增大将阻止驾驶员沿转向方向转动方向盘。
更可取的是，当指示转向不足情况的值超过第一基准值时，根据 方向盘的角速度或转动速度来调节转向扭矩的减少量。当驾驶员以较 高的速度转动方向盘时，转向扭矩的减少将导致方向盘转动过度。因 此，当转动方向盘的角速度超过基准值时转向扭矩的减小量，即转向 辅助扭矩的增加量无效(即，辅助扭矩修正部分执行转向辅助扭矩不 增大的修正)。此外，在转向扭矩减少的过程中方向盘的转动量(即 转向角的增加)将尽可能的小。因此，最好，方向盘的角速度越高， 转向扭矩的减少量调节得越小(转向扭矩越大)。
类似的，当转动方向盘的角速度增大时，指示转向不足情况的值 超过第二值之后，转向扭矩的增加量，即，转向辅助扭矩的减少量将 增大，避免方向盘的进一步转动。此外，更可取的，当指示转向不足 情况的值更大时，转向扭矩的这一增加量也增加。这是因为当车辆状 况恶化时需要限制方向盘在车辆转向方向上的转动。
然而，最好给转向扭矩的增量提供一个上限。这是因为，如果驾 驶员用于转动方向盘的转向扭矩变得太大，驾驶员将担心失去转向可 控性。
顺便说一下，当车速相对较低时，转向扭矩修正的需求较低，因 为转向不足情况的危险性相对较低。另外，一般而言，指示转向不足 情况的值在低车速时相对不准确：经常，当车辆在十字路口以低速转 弯时会做出转向不足情况的错误判断。因此，在车速低于基准车速时 上述转向扭矩的修正不执行。既然转向扭矩修正的必要性随着车速的 减小而降低，用做转向极限信息的转向扭矩减少量和用于阻止方向盘 转动的转向扭矩增加量可以随着车速减小而减小。
因此，本发明的一个目标是提供用于车辆例如汽车的新颖奇特的 转向控制装置，该装置通过修正车辆的驾驶员感觉的转向扭矩，以避 免车辆的行驶状况恶化并且不会产生转向动作和车辆响应不一致的感 觉。
本发明的另一个目标是提供这样一种装置，其转向扭矩在车辆转 向的方向上减小来响应车辆陷入转向不足情况或者接近车辆转向极 限，以提供转向极限的清楚信息并确保提醒驾驶员车辆的行驶状况。
本发明的另一个目标是提供这样一种装置，当驾驶员在转向扭矩 减小之后持续进行不必要的转向操作时，其转向扭矩在车辆转向的方 向上增加，从而避免了车辆行驶状况进一步恶化。
本发明另一个目标是提供这样一种装置，在车辆陷入转向不足情 况时，根据方向盘转动的角速度来控制转向扭矩或转向辅助扭矩，以 避免转向角不必要的增大。
本发明另一个目标是提供这样一种装置，当车速相对较低时避免 转向扭矩不必要的修正。
本发明另一个目标是提供这样一种装置，在车辆陷入转向不足情 况时根据转向操作的情况，车速，车辆行驶状况等调节转向扭矩修正 的大小。
本发明的其他目标和优点将在下文中部分显现和部分点出。
附图说明
在附图中，
图1所示简图表示一辆四轮后驱动车辆安装有根据本发明的控制 转向辅助扭矩的转向控制装置的实施例；
图2所示为根据本发明的控制装置在转向轮的转向角δ增加时转 向扭矩Ts的变化(实线)[为了达到和当前技术比较的目的，表示出 了转向辅助扭矩没有修正时的转向扭矩变化(虚线)和当前技术的转 向扭矩变化(点划线)]；
图3所示流程图为根据本发明执行图1中的优选实施例修正转向 辅助扭矩的控制流程；
图4A所示为(初始)基本转向辅助扭矩作为转向扭矩的函数的 映射表，使用在图3中流程的步骤20中；
图4B所示为用于修正基本转向辅助扭矩的系数对应于车速的映 射表，使用在3流程中的步骤20中；
图5A所示为在转向不足情况的初始阶段(初始)转向辅助扭矩 增量作为偏离值的函数的映射表，使用在图3流程中的步骤60中；
图5B所示为用于修正转向辅助扭矩的系数对应于方向盘转动角 速度的映射表，使用在图3流程中的步骤60中；
图6A所示为第一避免过度转动扭矩(ERAT，用于避免方向盘转 角的增大)作为偏离值的函数的映射表，使用在图3流程中的步骤70；
图6B所示为第二ERAT作为方向盘转动角速度的函数的映射表， 使用在图3流程中的步骤70中；
图6C所示为用于修正第二ERAT的系数对应于偏离值的映射表， 使用在图3流程中的步骤70中；以及
图7所示为用于修正转向辅助扭矩增量或ERAT的系数对应于车 速的映射表，使用在图3流程的步骤80中。

图1简要表示出一辆四轮后驱动车辆安装有根据本发明的转向控 制装置的实施例(为了图形的清晰，和本发明转向控制装置的操作无 关的大部分部件都被省略)。就此而论，从下面的解释说明很容易理 解，安装发明转向控制装置的车辆也可以是一辆四轮前驱动车辆或者 四轮驱动车辆。
车辆包括车身12，以及通过各自的悬挂装置(图中未示出)支 撑车身12的右前轮10FR，左前轮10FL，右后轮10RR和左后轮10RL。 通常，车辆也提供有发动机，根据响应驾驶员施加在加速踏板的压力 而根据节气门开度来输出驱动扭矩，液力变矩器和自动变速器将来自 发动机的旋转驱动力通过差速齿轮系统(未表示出)和驱动轴传递给 后车轮10RL，RR。此外，虽然在图中没有表示出，车辆提供有一个 制动系统，包括液压管路，一个由驾驶员踩踏的制动踏板，一个根据 制动踏板的压力将液压主缸压力提供给液压回路装置的主液压缸，以 及轮缸安装来施加制动力给各个相应的车轮10FL-10RR。
右前轮和左前轮10FR，FL由一个齿条-齿轮型的EPS装置16 根据驾驶员对方向盘14的转动，通过一对转向横拉杆18R，18L来转 向。EPS装置16可以是一个齿条辅助型，来自电机22的转距通过一 个滚珠螺纹型转换装置26转换得到的相反作用力，被添加到方向盘14 转动引起的齿条24相对壳体28的相反作用力中。电机22产生的转 距是电子控制器20控制下调节得到的转向辅助扭矩。
电子控制器20可以是一种通用类型，包括中央处理单元，只读 存储器，随机存取存储器，输入输出接口设备以及一条连接这些元件 (未表示出)的公共总线。反馈给控制器20的信号，至少有一个方 向盘14的转动角θ信号，该信号来自安装在转向轴上的角度传感器44； 一个转距Ts信号，来自安装在方向盘14上的扭矩传感器46；一个来 自车速传感器48的车速V信号；以及一个来自横摆率传感器50的横 摆率γ信号。根据这些信号的数据，控制器20确定施加到齿条24上以 和驾驶员作用的转向扭矩合并的转向辅助扭矩，然后操纵电机22，产 生转向辅助扭矩。为了确定转向辅助扭矩，一个偏离值DV，该值用 以指示转向不足情况，也是由控制器20计算得到。
如发明概述一节所述，本发明的一个特征是转动方向盘14所需 要的转向扭矩，即驾驶员对方向盘的感觉，已经受到调节，以作为车 辆陷入转向不足情况时提供车辆达到转向极限的信息。
图2所示为根据本发明转向控制装置的操作转向扭矩Ts随着转 向前轮的转向角δ增加的典型变化图(实线)。在图中，表示出了没有 转向辅助扭矩修正时的转向扭矩变化(虚线)，以及在先前提及当前 技术中转向辅助扭矩修正策略(即JP 11-20728，长短点划线)，以和 本发明进行比较。
正如所知技术，没有转向辅助扭矩修正的普通EPS系统被设计来 增加转向扭矩Ts以及转向角δ，以响应来自道路表面对于车轮轮胎的 反作用力，直到达到车辆陷入转向不足情况的一个峰值点P(虚线)。 在这之后，转向扭矩Ts随着道路表面反作用力的减小而逐渐减小。因 此，在转向角δ达到峰值点P之后方向盘应不再沿着车辆转向的方向 上转动。从图上看出在先前提及的当前技术对转向辅助扭矩修正的操 作中(点划线)，转向扭矩在转向角达到峰值点P之后被简单的增大。 在这种情况下，可能出现驾驶员没有注意到车辆陷入转向不足情况， 而由于转向扭矩的增加驾驶员可能不再转动方向盘。
在本发明中，转向扭矩Ts一旦通过增大转向辅助扭矩而减小， 以响应转向车辆在峰值点P附近δ1陷入不足情况，因此驾驶员得悉车 辆达到转向极限，并希望通过沿着车辆转向的相反方向转动方向盘来 减少转向角。然而，如果转向角增大，即，车辆状况进一步恶化(车 辆陷入转向不足情况更严重)例如在驾驶员连续转动方向盘的情况 下，通过减小转向辅助扭矩转向扭矩增加到δ2，阻止方向盘在转向方 向上的转动。
在本图中，分别表示出在转向角δ1和δ2处发生的转向扭矩的减 小和增加。然而，车辆陷入转向不足情况下的转向角是变化的，取决 于道路情况，车速等，因此转向扭矩Ts的减小和增加的时刻根据偏离 值DV来确定。此外，在用以阻止转向不足情况的调节的控制下，转 向扭矩大小被设置为随着方向盘转动角速度的增大而变大，因为转向 角δ的增加将尽可能的小(方向盘的转速越快将使转向角的增量变大 直到驾驶员停止转动方向盘)。在本发明中转向扭矩控制中值得注意 得另一个特性将联系图3所示的示范流程来指出。
图3流程图中的控制程序将由图1中的控制器20执行，程序可 以在点火开关(图1中没有表示出)接通时开始并以一定的循环时间 如车辆运转过程中的几毫秒来周期性重复。在下面的处理中，方向盘 角度θ，转向角度δ，横摆率γ，转向扭矩Ts，转向辅助扭矩Ta，Tab 等等，以及偏离值DV，都是以右方向定义为正的。向前的车速被定 义为正。
首先，在步骤10中，图1中所示的信号被读入。然后，在步骤 20中，确定基本转向辅助扭矩Tab如下：
Tab＝Kv·Tabo    (1)
这里Tabo为初始基本转向扭矩，是转向扭矩Ts的函数，使用图 4A中的映射表来确定；而Kv，关于车速V的修正系数，使用图4B 中的映射表来确定。从映射表可以看出，Tab随着由扭矩传感46监 控的转向扭矩Ts而增大，并随着车速V而减小。应该注意到这个基 本转向辅助扭矩Tab通常被加到转向扭矩Ts中，除非车辆陷入转向不 足情况。基本转向辅助扭矩可以用该技术中其他已知合适的方法来确 定。
然后，在步骤30中，偏离值DV用该技术中已知的合适方法， 使用由各自的传感器监控得到的车速V和横摆率γ来确定。例如，偏 离值DV可以确定如下：
DV＝γt-γ                             (2)
其中γt是标准横摆率，确定如下：
γt＝V·δ/{(1+Kh·V2)·H·(1+τ·s)}  (3)
其中δ是根据方向盘转角θ确定的转向角度；Kh，一个刚度系数；H， 轴距的长度；τ和s，拉普拉斯变换的时间常数和频率参数。这个偏离 值DV是实际横摆率和预期横摆率(标准横摆率)的偏差，当DV＞0 表示一辆车辆，右转，陷入转向不足情况。当DV的大小增大时，车 辆行驶状况的恶化程度(车身的横摆趋势)增加。更详细的信息将在 其他地方说明。需要注意到DV可以在车辆稳定性控制(VSC)的不 同处理方式或不同设备中确定，并在步骤10中和来自传感器的信号 一起读入。
然后，在步骤40中判断偏离值的绝对值|DV|是否在第一基准值 ADV和第二基准值BDV之间，以及在步骤50中|DV|是否大于BDV。ADV 可以设置为车辆陷入转向不足情况时或者刚刚陷入之后所对应的DV 值。BDV可以设置为一个高于ADV的适当值。ADV和BDV可以通过实 验和/或理论来确定。
当|DV|≤ADV时，车辆还没有陷入转向不足情况，如图2所见转 向角的范围在0到δ1之间时不执行Tab修正，并因此，基本转向辅助 扭矩被直接施加到齿条24上(步骤90)。
当ADV＜|DV|≤BDV时，车辆已经陷入转向不足情况，转向辅助扭 矩被修正使之相对基本转向辅助扭矩增大，从而减小驾驶员感觉到的 转向扭矩Ts，如图2中所示的δ1和δ2之间，以提供转向车轮的轮胎 力达到转向极限，车身开始从转向中心偏离的信息。
转向辅助扭矩的增量，Ta1，计算如下(步骤60)：
Ta1＝Ks·Ta1o    (4)
其中Ta1o是转向辅助扭矩增量Ta1的初始值，由DV的函数使用图5A 所示映射表来确定；Ks，一个系数，由方向盘14的转动角速度dθ的 函数使用图5B中所示映射表来确定，以根据转向速度修正初始值。
从表达式(4)和图5A和5B中的映射表可以看出，转向辅助扭 矩的增量，在车辆陷入转向不足情况后只有在初始阶段(ADV和BDV 之间)产生，将随着方向盘转动速度的增加而逐渐减小。在方向盘转 速高时，方向盘的角度，即转向前轮的转向角δ，将因为转向扭矩的 减小而容易在车辆转向方向上出现不希望的过大。为了避免这种因为 转向扭矩的减小而出现方向盘不必要的转动，当转向轮的转动角速度 增加时转向辅助扭矩的增量被设置得更小。如果转向速度超过一定值 dθ2，Ta1将被设置为0，并且因此不执行转向辅助扭矩的任何修正。
参考图5B，第一基准角速度(绝对值)dθ1，在这里Ks已经开 始减小，以及第二基准值dθ2，在这里Ks变为0，可以用实验和/或理 论的方法来确定。
如下面将要说明的，转向辅助扭矩增量Ta1将根据车速进一步修 正。同样的，扭矩成分，Ta2和Ta3，下面将说明，在这一步骤中无 效。
当|DV|＞BDV时，转向辅助扭矩被修正使之相对基本转向辅助扭矩 减小，因此增加转向扭矩Ts，如图2中所示转向角δ大于δ2的范围， 以阻止驾驶员继续沿着车辆转向方向转动方向盘。
所说的，避免过度转动扭矩(ERAT；用以避免方向盘角度增大)， 即转向辅助扭矩的减少量，可以通过增加两项扭矩来计算如下：(步 骤70)：
Ta2+Ta3           (5)
其中Ta2为第一ERAT，由DV的函数使用图6A中所示映射表来确定； Ta3为第二ERAT，由DV和方向盘转动角速度dθ的函数来确定。Ta3 由Kus·Ta3o计算得到，其中Ta3o是初始的第二ERAT，根据方向盘 转动的角速度dθ，使用图6B中所示的映射表来确定；以及Kus，用 以根据DV使用图6C中所示映射表来修正Ta3o的系数。
从图6A-C中的映射表可以看出，ERAT沿着车辆转向方向的相 反方向控制出现变化，从而随着DV的增加而增大的转向扭矩将具有 一定优点，即希望实际横摆率从标准横摆率的偏离没有车辆的不必要 滑动，从而导致车辆状况恶化时驾驶员很难转动方向盘。
此外，ERAT被设置成随着转向速度增加而增大转向扭矩。如上 文所述，方向盘转动角速度越快将使转向角的转动量过大。因此，通 过当转向速度增加时令方向盘更难转动，当驾驶员仍连续转动方向盘 甚至是在转向极限的信息被提供之后时，转动量将变得尽可能的小。 既然Ta2不依赖与方向盘转动的角速度，甚至在方向盘完全保持住的 时候，仍有一定数值的ERAT被应用上，以促使驾驶员沿着车辆转向 的相反方向转动方向盘。
如图6A和6C的映射表可以看出，对于ERAT，设置一个上限值。 转向扭矩的减少量不是随着DV无限制增加。这是为了避免驾驶员因 为转向扭矩过度增加而觉得转向不可控的恐慌。该上限可以由实验和/ 或理论确定。
ERAT，Ta2和Ta3将在步骤80中根据车速进一步修正。同样， 扭矩成分Ta1在这一步骤中无效。
然后，在步骤80中，转向辅助扭矩使用在先前步骤中确定的Ta1， 或Ta2和Ta3来计算，如下：
Ta＝Tab+Tus    (6)
其中，Tus是转向辅助扭矩对于转向不足情况的修正量，如下确定：
Tus＝Kuv·(Ta1+Ta2+Ta3)       (7)
其中Kuv是修正系数由车速的函数使用图7的映射表来确定，用以修 正扭矩部分Ta1，Ta2和Ta3。如映射表所看到的，在车速较低时转向 辅助扭矩Tus的修正量减小，因为如发明概述一节所描述的，修正转 向辅助扭矩以抵抗转向不足情况的必要性较低。
然后，根据表达式(6)的值，在步骤90中启动电机。
总之，转向辅助控制的大小如下，取决于DV：
Ta＝Tab(Ts，V)         在|DV|≤ADV时
Ta＝Tab(Ts，V)+Kuv(V)·Ta1(DV，dθ)在ADV＜|DV|≤BDV时
Ta＝Tab(Ts，V)+Kuv(V)·{Ta2(DV)+Ta3(DV，dθ)}
在|DV|＞BDV时。
其中每个扭矩成分的参数在括号中表示出。因此，当转向角δ增加时 转向扭矩也改变，如图2所示。
在上述过程中，优先的是，对于DV的第一基准值ADV被确定， 从而允许产生尽可能大的轮胎力。在这里说明的范例中，ADV被描述 为一个常数，ADV也可以是任何车辆状况如车速V，车身的侧向加速 度的函数。类似的，BDV也被变化的确定以确保将转向极限的信息提 供给驾驶员，而不会造成转向角不必要的过度增加。该技术中的一种 普通技术可以适当的选择和确定ADV和BDV，即转向辅助扭矩修正开 始的时刻，并且这样使用可变的ADV和BDV被认为是包括在本发明的 范畴之内。
此外，如果得到转向扭矩和图2所示一样的变化，确定转向辅助 扭矩的增加量和减少量的其他方法可以被采用。例如，虽然ERAT组 成部分Ta2和Ta3被单独确定，但这些使用一份合适的多变量映射表 来确定作为单独的部分。关于Kuv，设置不同修正系数提供给各自扭 矩成分Ta1，Ta2和Ta3。
虽然本发明已经详细说明其相关的优选实施例及其部分修正，但 是对那些在本领域技术熟练的人员来说很明显，可以有其他不同但和 本发明范畴内所示的实施例相关的修正。