JP2004322695A

JP2004322695A - Steering device for vehicle

Info

Publication number: JP2004322695A
Application number: JP2003116154A
Authority: JP
Inventors: Katsutoshi Nishizaki; 勝利西崎
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2003-04-21
Filing date: 2003-04-21
Publication date: 2004-11-18

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a steering device for a vehicle capable of always suitably determining driving force of an actuator and thereby preventing reduction of a steering feeling. <P>SOLUTION: In the steering mechanism 2, a steering action is carried out by a steering wheel 50 of a vehicle in the state that motor rotation force (driving force) corresponding to the steering force applied to the steering member 1 is imparted from an electric motor (actuator) 7. First and second torque detection devices S1 and S2 for upstream side torque and downstream side torque acting at the steering member 1 side and the steering wheel 50 side respectively are provided. A target value aimed at the first torque detection device S1 is determined based on a detection value of the downstream side torque. The motor rotation force is feedback-controlled such that the detection value of the upstream side torque approaches to the determined target value. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等の車両に搭載され、電動モータ等のアクチュエータを備えた車両用操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等の車両の操舵動作を行う操舵装置では、電動パワーステアリング装置に代表されるように、アクチュエータとしての電動モータの回転力を操舵補助力として用いて、ドライバーの操舵負担を軽減するものが主流となっている。このような車両用操舵装置では、一般的に、操舵部材から車両の操向車輪に至る操舵機構の途中に、ドライバーが操舵部材に加える操舵力（操舵トルク）を検出するトルク検出装置と上記電動モータが連結された減速機構とが操舵部材側からこの順番で設けられており、上記検出装置での検出結果に基づきモータ回転力を変更するとともに、操舵機構が当該モータ回転力によってアシストされた状態で操向車輪に転舵動作を行わせていた。しかしながら、このような在来装置では、操舵機構での減速機構との連結箇所に設けられた歯部噛み合い部分での摩擦による操舵トルクの減衰や路面からの外乱に起因してモータ回転力を適切に変更することができずに、ドライバーが体感する操舵フィーリングの低下などを招くことがあった。
【０００３】
そこで、従来の車両用操舵装置には、上記連結箇所の上流側及び下流側に二つのトルク検出装置を配置して、操舵部材側及び操向車輪側で作用する上流側トルク及び下流側トルクを検出するとともに、これら上流側及び下流側トルクのうち、大きい値の検出トルクを基に上記モータ回転力を制御してドライバーの操舵動作を補助するものが提供されている（例えば、特許文献１参照。）。しかるに、この従来装置では、二つの検出トルクの比較結果に従ってモータ回転力を制御していたので、例えば操舵部材の動作初期段階（すなわち、ハンドルの切り始め段階）では、下流側トルクよりも先に立ち上がる上流側トルクを基にモータ回転力が付与される。ところが、上記回転力が付与されると、下流側トルクが直ちに上流側トルクよりも大きくなり、モータ回転力制御用の基準トルクが下流側トルクに変更され、しかも上流側トルクよりも大きい値に応じた回転力が与えられることから、当該回転力が大幅に変動しその不連続なアシスト力がドライバーに伝えられて操舵フィーリングが低下することがあった。
【０００４】
そこで、本出願人は、下記の特許文献２において、上記のようなモータ回転力の変動及びこれに起因する操舵フィーリング低下が生じるのを防ぐことができる技術的手段を提案している。
詳細には、この従来装置では、上記特許文献１と同様に、操舵部材と減速機構との間に設けたトーションバーを含む第１のトルク検出装置にて上流側トルクを検出するとともに、減速機構と操向車輪との間に配置されるピニオン軸に下流側トルクを検出する第２のトルク検出装置を設けていた。そして、ドライバーによって直接的に操作される操舵部材側の上流側トルクを基準としてモータ回転力を制御することにより、特許文献１でのモータ回転力が変動する不具合の発生を防いで操舵フィーリングの低下を防止していた。
【０００５】
【特許文献１】
特許第２５２６５８３号公報（第２〜３頁、第１図）
【特許文献２】
特開平２−２２７３６９号公報（第２〜３頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献２の従来装置は、減速機構よりも操舵部材側（上流側）に一つのトルク検出装置を設けた上記在来装置でのモータ回転力制御を踏襲したものであり、実際の車両の走行場面では、モータ回転力（アクチュエータの駆動力）を適切に決定することができずに、操舵フィーリングの低下を生じることがあった。
具体的には、例えば操舵部材を切り始めたときに、当該操舵部材に加えられたドライバーからの操舵力が上記歯部噛み合い部分以外の他の摩擦要素、例えば上記ピニオン軸と操向車輪との間に設けられるラック軸のピニオン軸との連結部分などで大きく減衰されるような小さい操舵力の場合でも、当該操舵力が操向車輪に伝えられる前に上記上流側トルクを基準にモータ回転力が決定され、操舵機構に付与されることがあり、操舵部材への運転操作と実際の車両挙動との不一致感をドライバーに体感させて操舵フィーリングが低下することがあった。
【０００７】
上記のような従来の問題点に鑑み、本発明は、アクチュエータの駆動力を常に適切に決定することができ、よって操舵フィーリングが低下するのを防止することができる車両用操舵装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、操舵部材の操作に応じて車両の操向車輪に転舵動作を行わせる操舵機構と、この操舵機構に駆動力を付与するアクチュエータと、前記操舵部材側及び前記操向車輪側でそれぞれ作用する上流側トルク及び下流側トルクを検出する第１及び第２のトルク検出装置とを備えた車両用操舵装置であって、
前記第２のトルク検出装置での下流側トルクの検出値に基づいて、前記第１のトルク検出装置での目標とする目標値を決定するとともに、この決定した目標値に前記第１のトルク検出装置での上流側トルクの検出値が近付くように前記アクチュエータの駆動力をフィードバック制御する制御手段を具備することを特徴とするものである。
【０００９】
上記のように構成された車両用操舵装置における制御手段は、上記駆動力に対するフィードバック制御での目標値について、上記下流側トルクの検出値を基準とすることにより、実際の車両挙動を当該フィードバック制御に反映させて操舵フィーリングの低下を防止している。すなわち、制御手段が、操舵部材側で作用する上流側トルクの目標値を、操向車輪側で作用する下流側トルクの検出値に基づき決定しているので、当該目標値を操向車輪での転舵動作で定まる実際の車両挙動に応じた適切な値とすることができる。また、このように適切に決定した目標値と対応する上流側トルクの検出値とを用いて、制御手段はアクチュエータの駆動力をフィードバック制御するので、当該駆動力は実際の車両挙動だけでなくドライバーの操舵部材に対する操舵動作にも常に対応したものとすることができる。この結果、操舵部材への運転操作（操作感）と実際の車両挙動との不一致感をドライバーに体感させるのを防ぐことができ、操舵フィーリングが低下するのを防止することができる。
【００１０】
また、上記車両用操舵装置において、前記制御手段は、前記操舵部材に加えられた操舵力と、この操舵力に応じて前記操向車輪に転舵動作を行わせたときに当該操向車輪から路面に伝えられる転舵力とが一定の関係となるように、前記目標値を前記下流側トルクの検出値を基に決定することが好ましい。
この場合、目標値が上記操舵力と転舵力とが一定の関係を維持するように決定されるので、操作感と車両挙動とに応じて上記アクチュエータの駆動力をより適切に決定することができ、操舵フィーリングの低下をより確実に防止することができる。
【００１１】
また、上記車両用操舵装置において、前記操舵機構が、一端部側及び他端部側にそれぞれ前記操舵部材及び前記操向車輪が連結されるとともに、それらの操舵部材と操向車輪との間に前記アクチュエータが連結された操舵軸を備え、
前記第１のトルク検出装置が前記操舵部材と前記操舵軸での前記アクチュエータとの連結箇所との間で作用する上流側トルクを検出し前記第２のトルク検出装置が前記連結箇所と前記操向車輪との間で作用する下流側トルクを検出してもよい。
この場合、操舵部材が操舵軸により車両の操向車輪に連結される操舵機構において、そのアクチュエータの駆動力が操作感と車両挙動とに応じて適切に決定されて、操舵フィーリングが低下するのを防止することができる。
【００１２】
また、上記車両用操舵装置において、前記第１及び第２のトルク検出装置を、前記操舵部材及び前記操向車輪にそれぞれ近接して配置することが好ましい。
この場合、上記操舵軸を有する操舵機構において、上記の各トルク検出装置は、対応する上流側及び下流側トルクをそれぞれ高精度に検出することができる。
【００１３】
また、上記車両用操舵装置において、前記操舵機構は、前記第１のトルク検出装置及び前記操舵部材の操作に応じた反力を発生する第１のアクチュエータが設けられた反力発生部と、前記第２のトルク検出装置及び前記操舵部材の回転角に応じて前記転舵動作を当該操向車輪に行わせる転舵力を発生する第２のアクチュエータが設けられた転舵動作部とを備え、
前記制御手段は、前記第１のトルク検出装置での上流側トルクの検出値が決定した目標値に近付くように前記第１のアクチュエータの反力をフィードバック制御してもよい。
この場合、上記反力発生部及び転舵動作部を具備する操舵機構において、第１及び第２のアクチュエータの反力及び転舵力が操作感と車両挙動とに応じて適切に決定されて、操舵フィーリングが低下するのを防止することができる。
【００１４】
また、上記車両用操舵装置において、前記第１及び第２のアクチュエータを、前記操舵部材及び前記操向車輪にそれぞれ近接して配置することが好ましい。
この場合、上記反力発生部及び転舵動作部を有する操舵機構において、上記の各アクチュエータは、摩擦要素等による伝達ロスを極力抑えた状態で、制御手段から指示された反力及び転舵力を対応する操舵部材側及び操向車輪側に付与することができる。
【００１５】
また、上記車両用操舵装置において、前記第１のトルク検出装置が、前記第１のアクチュエータを駆動するための供給電流を検出する電流検出器を用いて構成されていることが好ましい。
この場合、上記第１のトルク検出装置の構成を簡略化することができるとともに、上記電流検出器を当該検出装置と共用することから、車両用操舵装置の部品点数を減らして小型でコスト安価な操舵装置を容易に構成することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の車両用操舵装置の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。尚、以下の説明では、アクチュエータとしての電動モータを備え、自動車等の車両に搭載される操舵装置に適用した場合について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の要部構成を示す模式図である。図において、本実施形態の操舵装置は、ドライバーに運転操作される操舵部材（ステアリングホイール）１と左右一対の車両の操向車輪５０との間に設けられた操舵機構２を備えたものであり、この操舵機構２が上記運転操作に伴って操舵部材１に加わる操舵力に応じて操向車輪５０の向き（タイヤ角）を変更し、当該操向車輪５０による車両の転舵動作を行わせる。
【００１７】
上記操舵機構２は、操舵部材１と操向車輪５０とを機械的に連結した連結タイプであり、操舵部材１が一端部側に連結された操舵軸３と、この操舵軸３の他端部側に連結され、操舵軸３の回転トルクを操向車輪５０に伝えるラックピニオン式伝達機構４とを具備している。
上記操舵軸３には、操舵部材１が上端部に取り付けられる筒状の取付軸３１と、この取付軸３１に一体回転可能に連結された筒状の入力軸３２と、トーションバー３３を介在させて入力軸３２に同軸的に連結された筒状の出力軸３４が設けられている。上記取付軸３１はステアリングコラム３５内に収納された状態で車体側に固定されるものであり、その下端部にはトーションバー３３の一端部を内嵌固定した入力軸３２の上端部がピン３６により連結されている。また、上記トーションバー３３の他端部はピン３７により出力軸３４の下端部に内嵌固定されている。上記入力軸３２及び出力軸３４は、車体側に固定され、かつ図の上下に分離可能な上側及び下側ハウジングＨ１，Ｈ２の内部に転がり軸受を介してそれぞれ回転自在に取り付けられている。
【００１８】
また、上記出力軸３４には、ウォーム６１及びこれに噛み合うウォームホイール６２を有する減速機構６と、上記ウォーム６１が出力軸に一体回転可能に取り付けられ、制御ユニット（ＥＣＵ）５によって制御される上記電動モータ７とが連結されている。これら減速機構６と電動モータ７とが操舵部材１から操向車輪５０に至る上記操舵機構２にモータ回転力による操舵補助力を付与する操舵補助部を形成して、操舵装置が上記操舵補助力にてドライバーの操舵負担を軽減する電動パワーステアリング装置を構成するようになっている。
さらに、出力軸３４の下端側には、図示しない自在継手などを介在させて上記伝達機構４のピニオン軸４１及びラック軸４２が順次連結されており、さらには左右の各操向車輪５０がタイロッド５１などを介してラック軸４２の対応する左右端部に連結され、出力軸３４に接続されている。また、上記ラック軸４２は、サポートヨーク及びラックガイド（図示せず）により摺動支持された状態でラックハウジング４３内に収納されている。このラックハウジング４３は、左右の各操向車輪５０側に設けられたラバーマウント４４によって車体に弾性支持されており、当該マウント４４を介在させることにより操舵フィーリングを柔軟なものとしたり、路面からのノイズを緩和したりすることが可能となっている。
【００１９】
また、上記操舵機構２には、操舵軸３と減速機構６との連結箇所の上流側及び下流側に第１及び第２のトルク検出装置Ｓ１、Ｓ２が設けられており、制御手段としての上記制御ユニット５が下流側のトルク検出装置Ｓ２の検出トルクを基準に電動モータ７の駆動制御を行うようになっている（詳細は後述）。
上記第１のトルク検出装置Ｓ１は、図２も参照して、ドライバーの運転操作に応じて操舵部材１から操舵機構２に入力される入力トルクＴｈなどの操舵部材１と上記連結箇所との間で作用する操舵トルク（操舵力）を上流側トルクＴｉとして検出している。また、このトルク検出装置Ｓ１は、操舵部材１に近接して配置されており、当該検出装置Ｓ１と操舵部材１との間に存在する摩擦要素数が少なくされた状態で、上流側トルクＴｉを高精度に検出できるようになっている。
【００２０】
具体的にいえば、このトルク検出装置Ｓ１は、上記トーションバー３３と、入出力軸３２、３４とそれぞれ一体的に回転する回転体８、９に設けられ、各々回転によりその周辺に周期的な磁性変化をもたらすターゲット８１、９１及び９２とを有している。また、トルク検出装置Ｓ１には、センサハウジングＨ３の内部でターゲット８１、９１及び９２に対向して配置されるとともに、磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）等の磁気的変化を電気信号に変えて出力する複数のセンサとが設けられている。そして、この検出装置Ｓ１がその各センサからの出力信号を制御ユニット５に逐次出力し、当該ユニット５が入力した信号に対して所定の演算を行うことにより、操舵部材１での操舵角（相対角）及び上流側トルクＴｉが検出される。尚、ターゲット９１及び９２の一方及び他方は、操舵部材１の相対角検出及び絶対角検出にそれぞれ用いられている。
【００２１】
上記第２のトルク検出装置Ｓ２は、減速機構６との上記連結箇所から出力軸３４に付与されるモータ回転力が合成された操舵トルクや操向車輪５０側から操舵機構２側に逆入力される外乱トルクなどの上記連結箇所と操向車輪５０との間で作用する下流側トルクＴｏを検出している。また、このトルク検出装置Ｓ２は、操向車輪５０に近接して配置されており、当該検出装置Ｓ２と操向車輪５０との間に存在する摩擦要素数が少なくされた状態で、下流側トルクＴｏを高精度に検出できるようになっている。また、上記下流側トルクＴｏは、操舵部材１に加えられた操舵力に応じて操向車輪５０に転舵動作を行わせたときに当該車輪５０から路面に伝えられる転舵力（すなわち、路面反力）に相当するものであり、例えば車両走行に伴う操向車輪５０と路面との間での摩擦（操舵抵抗）に起因して操舵機構２に作用するコーナリングパワー（Ｃ．Ｐ．）等の力、つまり操向車輪５０側から出力軸３４に作用し当該出力軸３４を一方向に回転させようとする回転トルクやドライバーによる操舵動作に対し反作用的に操舵機構２に働く復元トルクとしてのセルフアライニングトルク（Ｓ．Ａ．Ｔ）が含まれている。
【００２２】
具体的には、上記トルク検出装置Ｓ２は、例えばラック軸４２上に設けられた歪みゲージにより構成されており、当該ラック軸４２に伝わる軸力を検出してその検出結果を示す信号を制御ユニット５に逐次出力し、当該ユニット５が入力した信号に対して所定の演算を行うことにより、下流側トルクＴｏが検出される。尚、この説明以外に、ラックハウジング４３に対するラック軸４２の変位量を検出する位置センサ等により、第２のトルク検出装置Ｓ２を構成してもよい。
【００２３】
上記制御ユニット５は、ＣＰＵ等により構成された演算部５１及び駆動制御部５２を備えたものであり、上記トルク検出装置Ｓ１、Ｓ２からの出力信号と図示しない車速センサからの車両の速度を示す速度信号とを用いて、電動モータ７でのモータ回転力（操舵補助力）を決定している。
また、制御ユニット５では、図３も参照して、演算部５１が第２のトルク検出装置Ｓ２での下流側トルクＴｏの検出値に基づいて、第１のトルク検出装置Ｓ１での目標とする目標値を決定しており、演算部５１は操向車輪５０の転舵動作で定まる実際の車両挙動に応じた適切な目標値を設定することができる。具体的には、この目標値を決定する際に、演算部５１は、操舵部材１に加えられた操舵力と、この操舵力に対応して操舵機構２から操向車輪５０を介して路面に伝えられる上記転舵力とが一定の関係となるように当該目標値を決定して実際の車両挙動に対応した適切な値としている。さらに、演算部５１は、第１のトルク検出装置Ｓ１での上流側トルクＴｉの検出値が決定した目標値に近付くようにモータ７での目標とする操舵補助力を定めて当該操舵補助力に対するフィードバック制御を行う。そして、駆動制御部５２が、演算部５１にて定められた操舵補助力が電動モータ７から操舵機構２に付与されるように、電動モータ７に対する駆動信号（例えば当該モータ７への供給電流の指示信号）を生成し当該モータ７を駆動させることにより操舵アシストを行わせる。
【００２４】
以上のように構成された本実施形態の操舵装置では、制御ユニット（制御手段）５が下流側の第２のトルク検出装置Ｓ２からの検出トルクＴｏに基づいて、操舵部材１側で作用する上流側トルクＴｉの目標値を決定し、さらにこの決定した目標値と上流側の第１のトルク検出装置Ｓ１からの検出トルクＴｉとを用いたフィードバック制御によって電動モータ７のモータ回転力を決定している。これにより、制御ユニット５は、ドライバーの操舵部材１に対する操舵動作及び実際の車両挙動に対応した適切なモータ回転力（アクチュエータの駆動力）を常に決定することができ、ドライバーが操舵部材１への操作感と実際の車両挙動との不一致感を感じるのを防いで操舵フィーリングの低下を防止することができる。この結果、上記従来例と異なり、例えば操舵部材１を切り始めたときに、当該操舵部材１に加えられたドライバーからの操舵力が上記ピニオン軸４１とラック軸４２との連結部分などで大きく減衰されるような小さい操舵力の場合でも、当該操舵力が操向車輪５０に伝えられる前に、上記上流側トルクＴｉに基づくモータ回転力が決定されて操舵機構２に付与されるのを防止することができる。
【００２５】
図４は、他の実施形態に係る車両用操舵装置の要部構成を示す模式図である。図において、この実施形態と図１に示した実施形態との主な相違点は、操舵部材１と操向車輪５０とを操舵軸３により連結した連結タイプの操舵機構２に代えて、これらの操舵部材１と操向車輪５０とを機械的に連結せずに分離した分離タイプの操舵機構１２を設けた点である。
図４において、上記操舵機構１２は、操舵部材１側に取り付けられ、その操舵部材１に付与する反力を発生する反力発生部１３と、操向車輪５０側に取り付けられ、その操向車輪５０のタイヤ角を実質的に変更する転舵動作部１４とを備えたものであり、これら分離配置された反力発生部１３及び転舵動作部１４と上記制御ユニット５とが電気配線で接続されたステアバイワイヤ（ＳＢＷ）方式にて構成されている。
【００２６】
上記反力発生部１３には、上端部が操舵部材１に一体回転可能に取り付けられた回転軸１３ａと、この回転軸１３ａに連結された電動モータ１３ｂと、制御ユニット５からの駆動信号に従ってモータ１３ｂを駆動する駆動回路１３ｃとが設けられている。上記電動モータ１３ｂは、操舵部材１への操作に応じた反力を発生する第１のアクチュエータを構成するものであり、操舵部材１に近接して配置されることにより、摩擦要素等による伝達ロスを極力抑えた状態で発生した反力を操舵部材１側に与えることができるようになっている。
また、上記反力発生部１３には、例えば電流検出器を用いて構成された第１のトルク検出装置Ｓ１が設けられており、駆動回路１３ｃから電動モータ１３ｂへの供給電流を検出してその検出結果を示す信号を制御ユニット５の演算部５１に逐次出力している。これにより、演算部５１では、操舵部材１側で作用する上記上流側トルクＴｉが検出されるとともに、ドライバーの運転操作に伴い回転する操舵部材１の所定の中立位置（例えば車両が直進する、上記タイヤ角が０度）からの回転角を示す操舵角Ｘｉが求められる。
【００２７】
上記転舵動作部１４は、ボールネジ機構等により構成されたステアリングギヤ１４ａと、このステアリングギヤ１４ａを回転駆動する電動モータ１４ｂと、制御ユニット５からの駆動信号に従ってモータ１４ｂを駆動する駆動回路１４ｃとを備えたものであり、ステアリングギヤ１４ａが電動モータ１４ｂの回転動作をステアリングロッド１４ｄの直線運動に変換することにより、当該ロッド１４ｄの両端部に連結された上記操向車輪５０のタイヤ角Ｘｏを変更する。上記電動モータ１４ｂは、操舵部材１の回転角（操舵角Ｘｉ）に応じて転舵動作を操向車輪５０に行わせる転舵力を発生する第２のアクチュエータを構成するものであり、操向車輪５０に近接して配置されることにより、摩擦要素等による伝達ロスを極力抑えた状態で発生した転舵力によって操向車輪５０に転舵動作を行わせるようになっている。
【００２８】
また、転舵動作部１４には、例えば電流検出器を用いて構成された第２のトルク検出装置Ｓ２が設けられており、駆動回路１４ｃから電動モータ１４ｂへの供給電流を検出してその検出結果を示す信号を演算部５１に逐次出力している。これにより、演算部５１では、操向車輪５０側で作用する上記下流側トルクＴｏが検出される。
また、上記ステアリングギヤ１４ａには、操向車輪５０のタイヤ角Ｘｏを検出するタイヤ角検出部１５が取り付けられており、当該ステアリングギヤ１４ａによるステアリングロッド１４ｄの移動量を検出し、その検出値を示す検出信号を演算部５１に出力するようになっている。
【００２９】
上記制御ユニット５では、その演算部５１がタイヤ角検出部１５からの検出信号を基に求めたタイヤ角Ｘｏと上記車速センサの検出結果（車両速度）とに基づいて、ステアリングギヤ１４ａのステアリングギヤ比（操舵角δｉとタイヤ角δｏとの比）を求めている。これにより、車両の操舵特性が車両速度に応じて適切な値に変更され、ドライバーの操舵負担を軽減するようになっている。具体的には、車両速度が低下するにつれて操舵角δｉに対してタイヤ角δｏが大きく変化するように上記ステアリングギヤ比が決定されて負担軽減が行われる。
また、上記演算部５１は、図５も参照して、第１のトルク検出装置Ｓ１により検出された電動モータ１３ｂへの供給電流検出値Ｉｉと同モータ１３ｂのタイプ等により定まる比例定数Ｋ１とを乗算することにより、ドライバーの運転操作に伴う入力トルクＴｈに応じて回動する操舵部材１側での上流側トルク（操舵トルク）Ｔｉを求めている。同様に、演算部５１は、第２のトルク検出装置Ｓ２により検出された電動モータ１４ｂへの供給電流検出値Ｉｏと同モータ１４ｂのタイプ等により定まる比例定数Ｋ２とを乗算することにより、上記コーナリングパワー（Ｃ．Ｐ．）やセルフアライニングトルク（Ｓ．Ａ．Ｔ）などの路面からの外乱トルクを含んだ操向車輪５０側での下流側トルクＴｏを求めている。
【００３０】
そして、制御ユニット５は、転舵動作部１４に対して、操舵部材１に加えられた操舵角Ｘｉに応じた転舵動作が行われるように、その動作部１４の電動モータ１４ｂをフィードバック制御する。具体的には、演算部５１は、上記決定したステアリングギヤ比となるように求めた操舵角Ｘｉからタイヤ角Ｘｏの目標値を定めて、操向車輪５０に転舵動作を行わせる上記転舵動作部１４の電動モータ１４ｂでのモータ回転力を決定し、駆動制御部５２が、このモータ回転力を発生させるための駆動信号を生成して駆動回路１４ｃに出力する。これにより、転舵動作部１４では、ステアリングギヤ比の変更による操舵負担の軽減を行いつつ、そのモータ回転力によって操舵部材１への操舵動作に応じた転舵動作を操向車輪５０に行わせる。
【００３１】
また、制御ユニット５では、反力発生部１３に対して、図１に示した実施形態のものと同様に、下流側の第２のトルク検出装置Ｓ２での検出トルクを基準にしたフィードバック制御を実施することにより、その発生部１３の電動モータ１３ｂを駆動している（図６も参照。）。具体的には、演算部５１は、操舵部材１に加えられた操舵力と、この操舵力に対応して操舵機構１２から操向車輪５０を介して路面に伝えられる転舵力とが一定の関係となるように、下流側トルクＴｏの検出値に基づき第１のトルク検出装置Ｓ１での目標値を決定する。さらに、演算部５１は、第１のトルク検出装置Ｓ１での上流側トルクＴｉの検出値が決定した目標値に近付くようにモータ１３ｂでの目標とする反力を定めて当該反力に対するフィードバック制御を行う。そして、駆動制御部５２が、演算部５１にて定められた反力が電動モータ１３ｂから操舵部材１に与えられるように、電動モータ１３ｂに対する駆動信号を生成して駆動回路１３ｃに出力する。これにより、反力発生部１３では、操舵部材１が操舵動作によって例えば左回転した場合に、その操舵部材１が上記中立位置に復帰するよう当該操舵部材１を右回転させる反力を発生させて、回転軸１３ａを介して操舵部材１に当該反力を伝えることにより、ドライバーに操作感を体感させる。
【００３２】
以上のように構成された本実施形態の操舵装置では、制御ユニット５が下流側の第２のトルク検出装置Ｓ２からの検出トルクＴｏに基づいて、操舵部材１側で作用する上流側トルクＴｉの目標値を決定し、さらにこの決定した目標値と上流側の第１のトルク検出装置Ｓ１からの検出トルクＴｉとを用いたフィードバック制御によって反力発生部１３の電動モータ１３ｂのモータ回転力を決定している。これにより、制御ユニット５は、実際の車両挙動に対応した適切な反力を操舵部材１からドライバーに与えることができ、図１の実施形態と同様に、操作感に対する車両挙動の違和感をドライバーに体感させることなく、操舵フィーリングの低下を防止することができる。
【００３３】
また、本実施形態では、第１及び第２のトルク検出装置Ｓ１及びＳ２が対応する電動モータ１３ｂ及び１４ｂに供給される供給電流を検出する電流検出器を各々用いて構成されているので、これらの各トルク検出装置Ｓ１及びＳ２の構成を簡略化することができるとともに、電流検出器とトルク検出装置とを共用することから、車両用操舵装置の部品点数を減らして小型でコスト安価な操舵装置を容易に構成することができる。
【００３４】
尚、上記の説明では、アクチュエータとしての電動モータを用いた操舵装置に適用した場合について説明したが、本発明は操舵部材側の上流側トルクと操向車輪側の下流側トルクをそれぞれ検出する二つのトルク検出装置を備え、下流側トルクを基準トルクとしてアクチュエータの駆動制御を行うものであればよく、駆動力としての油圧を制御する制御バルブを備えた油圧式パワーステアリング装置その他の車両用操舵装置に適用することができる。
【００３５】
また、図４に示した実施形態では、ＳＢＷ方式の分離タイプの操舵機構１２に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、反力発生部１３及び転舵動作部１４が操舵部材１側及び操向車輪５０側に設けられるとともに、これら操舵部材１と操向車輪５０とが遊星ギヤ機構等からなる伝達比可変機構によって機械的に連結された連結タイプの操舵機構にも適用することができる。
また、図４に示した実施形態では、第２のトルク検出装置Ｓ２とタイヤ角検出部１５とを別個に設けた場合について説明したが、演算部５１がタイヤ角検出部１５の検出結果を用いた演算により上記下流側トルクＴｏを検出してもよい。このように構成した場合は、トルク検出装置Ｓ２が操向車輪５０により近接配置されることとなり、当該検出装置Ｓ２による下流側トルクＴｏの検出精度をさらに高めることができる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、操舵部材に対するドライバーの運転操作と車両挙動とに応じて、アクチュエータから操舵機構に付与させる駆動力を常に適切に決定することができるので、操舵部材への操作感と実際の車両挙動との不一致感をドライバーに体感させるのを防ぐことができ、操舵フィーリングの低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の要部構成を示す模式図である。
【図２】図１に示した操舵装置の操舵機構に加わる力を模式的に表した図である。
【図３】図１に示した操舵装置での主要な制御動作を示す制御ブロック図である。
【図４】別の実施形態に係る車両用操舵装置の要部構成を示す模式図である。
【図５】図４に示した操舵装置の操舵機構に加わる力を模式的に表した図である。
【図６】図４に示した操舵装置での主要な制御動作を示す制御ブロック図である。
【符号の説明】
１操舵部材
２、１２操舵機構
３操舵軸
５制御ユニット（制御手段）
７、１３ｂ、１４ｂ電動モータ（アクチュエータ）
１３反力発生部
１４転舵動作部
５０操向車輪
Ｓ１第１のトルク検出装置
Ｓ２第２のトルク検出装置[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a vehicle steering system mounted on a vehicle such as an automobile and provided with an actuator such as an electric motor.
[0002]
[Prior art]
Steering devices that perform the steering operation of vehicles such as automobiles, which are typified by electric power steering devices, reduce the driver's steering burden by using the rotational force of an electric motor as an actuator as a steering assist force. It has become. In such a vehicle steering device, generally, a torque detecting device that detects a steering force (steering torque) applied to a steering member by a driver during a steering mechanism from a steering member to a steered wheel of the vehicle, and the electric power steering device. A deceleration mechanism to which a motor is connected is provided in this order from the steering member side, and the motor torque is changed based on the detection result of the detection device, and the steering mechanism is assisted by the motor torque. In this case, the steered wheels were steered. However, in such a conventional device, the motor rotational force is appropriately adjusted due to attenuation of steering torque due to friction at a tooth meshing portion provided at a connection portion of the steering mechanism with the speed reduction mechanism and disturbance from the road surface. The driver may not be able to change the steering feeling, which may lead to a decrease in the steering feeling experienced by the driver.
[0003]
Therefore, in the conventional vehicle steering device, two torque detecting devices are arranged on the upstream side and the downstream side of the connection point, and the upstream torque and the downstream torque acting on the steering member side and the steered wheel side are determined. There is provided a motor that detects the torque and controls the motor torque based on the detected torque having a larger value among the upstream torque and the downstream torque to assist the driver's steering operation (for example, see Patent Document 1). .). However, in this conventional device, the motor torque is controlled in accordance with the result of comparison between the two detected torques. Therefore, for example, in the initial stage of the operation of the steering member (that is, in the stage of starting to turn the steering wheel), the torque is set earlier than the downstream torque. The motor torque is applied based on the rising upstream torque. However, when the above-mentioned torque is applied, the downstream torque immediately becomes larger than the upstream torque, and the reference torque for controlling the motor torque is changed to the downstream torque, and according to the value larger than the upstream torque. Since the rotational force is applied, the rotational force fluctuates greatly, and the discontinuous assist force is transmitted to the driver, and the steering feeling may be reduced.
[0004]
In view of this, the present applicant has proposed, in Patent Document 2 below, a technical means capable of preventing the above-described fluctuation of the motor rotational force and the reduction in steering feeling caused by the fluctuation.
In detail, in this conventional device, similarly to Patent Document 1, an upstream torque is detected by a first torque detection device including a torsion bar provided between a steering member and a speed reduction mechanism, and a speed reduction mechanism is also provided. A second torque detector for detecting a downstream torque is provided on a pinion shaft disposed between the steering wheel and the steering wheel. Then, by controlling the motor torque based on the upstream torque on the steering member side directly operated by the driver, it is possible to prevent the occurrence of a problem in which the motor torque is fluctuated in Patent Document 1 and to improve the steering feeling. The decline was prevented.
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 2526583 (pages 2-3, FIG. 1)
[Patent Document 2]
JP-A-2-227369 (pages 2-3, FIG. 1)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional device of Patent Document 2 is based on the motor torque control in the conventional device in which one torque detecting device is provided on the steering member side (upstream side) of the speed reduction mechanism. In the traveling scene of, the motor torque (driving force of the actuator) could not be appropriately determined, and the steering feeling sometimes deteriorated.
Specifically, for example, when the steering member is started to be turned, the steering force from the driver applied to the steering member is different from the frictional element other than the tooth meshing portion, for example, between the pinion shaft and the steered wheels. Even in the case of a small steering force that is greatly attenuated at the connection between the rack shaft and the pinion shaft provided between them, the motor torque is determined based on the upstream torque before the steering force is transmitted to the steered wheels. May be determined and applied to the steering mechanism, and the driver may experience a feeling of inconsistency between the driving operation on the steering member and the actual vehicle behavior, and the steering feeling may be reduced.
[0007]
In view of the above-described conventional problems, the present invention provides a vehicle steering device that can always appropriately determine the driving force of an actuator and can prevent a decrease in steering feeling. The purpose is to:
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a steering mechanism that causes a steered wheel of a vehicle to perform a turning operation in accordance with an operation of a steering member, an actuator that applies a driving force to the steering mechanism, and a steering mechanism that includes a steering member and a steered wheel. A first and second torque detecting device for detecting an upstream torque and a downstream torque acting on the vehicle, respectively, the vehicle steering device,
A target value to be targeted by the first torque detecting device is determined based on a detected value of the downstream torque by the second torque detecting device, and the first target torque is detected by the determined target value. The apparatus is characterized by comprising a control means for performing feedback control of the driving force of the actuator so that the detected value of the upstream torque in the device approaches.
[0009]
The control means in the vehicle steering system configured as described above performs the feedback control on the actual vehicle behavior by using the detected value of the downstream torque as a reference for the target value in the feedback control for the driving force. To prevent the steering feeling from deteriorating. That is, the control means determines the target value of the upstream torque acting on the steering member side based on the detected value of the downstream torque acting on the steered wheel side. An appropriate value can be set according to the actual vehicle behavior determined by the turning operation. Further, the control means performs feedback control of the driving force of the actuator using the target value appropriately determined in this way and the detected value of the upstream torque, so that the driving force is not only the actual vehicle behavior but also the driver's driving force. Can always be adapted to the steering operation of the steering member. As a result, it is possible to prevent the driver from experiencing a feeling of inconsistency between the driving operation (operating feeling) on the steering member and the actual vehicle behavior, and it is possible to prevent the steering feeling from deteriorating.
[0010]
Further, in the vehicle steering device, the control unit may include a steering force applied to the steering member, and the steering wheel may perform a steering operation in accordance with the steering force. It is preferable that the target value is determined based on the detected value of the downstream torque so that the steering force transmitted to the road surface has a constant relationship.
In this case, since the target value is determined such that the steering force and the turning force maintain a constant relationship, it is possible to more appropriately determine the driving force of the actuator according to the operational feeling and the vehicle behavior. As a result, it is possible to more reliably prevent the steering feeling from deteriorating.
[0011]
Further, in the vehicle steering system, the steering mechanism is configured such that the steering member and the steering wheel are connected to one end side and the other end side, respectively, and between the steering member and the steering wheel. A steering shaft to which the actuator is connected;
The first torque detecting device detects an upstream torque acting between a connection point between the steering member and the actuator on the steering shaft, and the second torque detection device detects the upstream torque. The downstream torque acting between the wheels may be detected.
In this case, in a steering mechanism in which the steering member is connected to the steered wheels of the vehicle by the steering shaft, the driving force of the actuator is appropriately determined according to the operational feeling and the vehicle behavior, and the steering feeling is reduced. Can be prevented.
[0012]
Further, in the vehicle steering device, it is preferable that the first and second torque detecting devices are arranged close to the steering member and the steered wheels, respectively.
In this case, in the steering mechanism having the steering shaft, each of the torque detecting devices can detect the corresponding upstream and downstream torques with high accuracy.
[0013]
Further, in the vehicle steering device, the steering mechanism includes a first torque detection device and a reaction force generation unit provided with a first actuator that generates a reaction force according to an operation of the steering member; A steering operation unit provided with a second torque detection device and a second actuator that generates a steering force that causes the steered wheels to perform the steering operation in accordance with the rotation angle of the steering member;
The control means may perform feedback control of the reaction force of the first actuator so that the detected value of the upstream torque in the first torque detection device approaches the determined target value.
In this case, in the steering mechanism including the reaction force generation unit and the turning operation unit, the reaction force and the turning force of the first and second actuators are appropriately determined according to the operational feeling and the vehicle behavior, It is possible to prevent the steering feeling from being reduced.
[0014]
Further, in the vehicle steering device, it is preferable that the first and second actuators are arranged close to the steering member and the steered wheels, respectively.
In this case, in the steering mechanism having the reaction force generating unit and the turning operation unit, each of the actuators is configured to control the reaction force and the turning force instructed by the control unit in a state where transmission loss due to a friction element or the like is minimized. Can be given to the corresponding steering member side and the steered wheel side.
[0015]
Further, in the steering apparatus for a vehicle, it is preferable that the first torque detection device is configured using a current detector that detects a supply current for driving the first actuator.
In this case, the configuration of the first torque detecting device can be simplified, and the current detector is shared with the detecting device. Therefore, the number of parts of the vehicle steering device is reduced, and the size and cost are reduced. The steering device can be easily configured.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a preferred embodiment of a vehicle steering system according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, a case will be described in which an electric motor as an actuator is provided and applied to a steering device mounted on a vehicle such as an automobile.
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a main configuration of a vehicle steering system according to an embodiment of the present invention. In the figure, the steering apparatus according to the present embodiment includes a steering mechanism 2 provided between a steering member (steering wheel) 1 operated by a driver and a steering wheel 50 of a pair of left and right vehicles. The steering mechanism 2 changes the direction (tire angle) of the steered wheels 50 in accordance with the steering force applied to the steering member 1 in association with the driving operation, and causes the steered wheels 50 to perform a steering operation of the vehicle. .
[0017]
The steering mechanism 2 is of a connection type in which the steering member 1 and the steered wheels 50 are mechanically connected. The steering shaft 3 has the steering member 1 connected to one end and the other end of the steering shaft 3. And a rack and pinion type transmission mechanism 4 that is connected to the steering wheel 3 and transmits the rotational torque of the steering shaft 3 to the steered wheels 50.
The steering shaft 3 is provided with a cylindrical mounting shaft 31 to which the steering member 1 is mounted on the upper end, a cylindrical input shaft 32 connected to the mounting shaft 31 so as to be integrally rotatable, and a torsion bar 33. A cylindrical output shaft 34 coaxially connected to the input shaft 32 is provided. The mounting shaft 31 is fixed to the vehicle body in a state housed in the steering column 35, and the lower end of the mounting shaft 31 is provided with a pin 36 at the upper end of the input shaft 32 in which one end of the torsion bar 33 is fixed. Are connected by The other end of the torsion bar 33 is internally fixed to the lower end of the output shaft 34 by a pin 37. The input shaft 32 and the output shaft 34 are fixed to the vehicle body side, and are rotatably attached to the inside of upper and lower housings H1 and H2, which are separable up and down in the figure, via rolling bearings.
[0018]
The output shaft 34 is provided with a worm 61 and a reduction mechanism 6 having a worm wheel 62 meshing with the worm 61, and the worm 61 is attached to the output shaft so as to be integrally rotatable, and is controlled by a control unit (ECU) 5. The electric motor 7 is connected. The deceleration mechanism 6 and the electric motor 7 form a steering assisting portion that applies a steering assisting force by a motor rotating force to the steering mechanism 2 from the steering member 1 to the steered wheels 50, and the steering device operates the steering assisting force. Thus, an electric power steering device that reduces the driver's steering burden is configured.
Further, a pinion shaft 41 and a rack shaft 42 of the transmission mechanism 4 are sequentially connected to a lower end side of the output shaft 34 via a universal joint (not shown). Further, each of the left and right steering wheels 50 is connected to a tie rod. It is connected to the corresponding left and right ends of the rack shaft 42 via 51 and the like, and is connected to the output shaft 34. The rack shaft 42 is housed in a rack housing 43 while being slidably supported by a support yoke and a rack guide (not shown). The rack housing 43 is elastically supported on the vehicle body by rubber mounts 44 provided on the left and right steering wheels 50 side. Noise can be reduced.
[0019]
Further, the steering mechanism 2 is provided with first and second torque detecting devices S1 and S2 on the upstream side and the downstream side of the connection point between the steering shaft 3 and the speed reduction mechanism 6, and the above-mentioned as a control means. The control unit 5 controls the drive of the electric motor 7 based on the torque detected by the torque detector S2 on the downstream side (details will be described later).
Referring to FIG. 2, the first torque detecting device S1 is provided between the steering member 1 such as an input torque Th input to the steering mechanism 2 from the steering member 1 in response to a driver's driving operation and the connection portion. Is detected as the upstream torque Ti. Further, the torque detecting device S1 is arranged close to the steering member 1, and reduces the upstream torque Ti in a state where the number of friction elements existing between the detecting device S1 and the steering member 1 is reduced. It can be detected with high accuracy.
[0020]
More specifically, the torque detecting device S1 is provided on the torsion bar 33 and the rotating bodies 8 and 9 that rotate integrally with the input / output shafts 32 and 34, respectively. It has targets 81, 91 and 92 for effecting a magnetic change. Further, the torque detecting device S1 is disposed inside the sensor housing H3 so as to face the targets 81, 91 and 92, and converts a magnetic change of a magnetoresistive element (MR element) or the like into an electric signal and outputs the electric signal. Are provided. Then, the detection device S1 sequentially outputs output signals from the respective sensors to the control unit 5 and performs a predetermined calculation on the signals input by the unit 5 to thereby determine the steering angle (relative Angle) and the upstream torque Ti are detected. One and the other of the targets 91 and 92 are used for detecting the relative angle and the absolute angle of the steering member 1, respectively.
[0021]
The second torque detecting device S2 is reversely input to the steering mechanism 2 side from the steering torque combined with the motor torque applied to the output shaft 34 from the connection portion with the speed reduction mechanism 6 and from the steered wheels 50 side. The downstream torque To acting between the connection point and the steered wheels 50, such as disturbance torque, is detected. Further, the torque detecting device S2 is disposed close to the steering wheel 50, and the downstream torque is reduced in a state where the number of friction elements existing between the detecting device S2 and the steering wheel 50 is reduced. To can be detected with high accuracy. The downstream torque To is the steering force transmitted from the steered wheels 50 to the road surface when the steered wheels 50 perform the steering operation in accordance with the steering force applied to the steering member 1 (that is, the road surface torque To). For example, a cornering power (CP) acting on the steering mechanism 2 due to friction (steering resistance) between the steered wheels 50 and the road surface due to the traveling of the vehicle, and the like. That is, a rotational torque acting on the output shaft 34 from the steered wheels 50 side to rotate the output shaft 34 in one direction or a restoring torque acting on the steering mechanism 2 in reaction to the steering operation by the driver. Self-aligning torque (SAT) is included.
[0022]
Specifically, the torque detecting device S2 is configured by, for example, a strain gauge provided on the rack shaft 42, detects an axial force transmitted to the rack shaft 42, and outputs a signal indicating the detection result to the control unit. 5, and a predetermined operation is performed on the signal input by the unit 5 to detect the downstream torque To. Note that, other than this description, the second torque detecting device S2 may be configured by a position sensor or the like that detects the amount of displacement of the rack shaft 42 with respect to the rack housing 43.
[0023]
The control unit 5 includes a calculation unit 51 and a drive control unit 52 including a CPU and the like, and indicates output signals from the torque detection devices S1 and S2 and a vehicle speed from a vehicle speed sensor (not shown). The motor rotational force (steering assist force) of the electric motor 7 is determined using the speed signal.
In the control unit 5, referring also to FIG. 3, the calculation unit 51 sets the target in the first torque detection device S1 based on the detection value of the downstream torque To in the second torque detection device S2. The target value is determined, and the calculation unit 51 can set an appropriate target value according to the actual vehicle behavior determined by the turning operation of the steered wheels 50. Specifically, when determining the target value, the calculating unit 51 applies the steering force applied to the steering member 1 and the steering force from the steering mechanism 2 to the road surface via the steered wheels 50 in accordance with the steering force. The target value is determined so that the transmitted steering force has a fixed relationship, and is set to an appropriate value corresponding to the actual vehicle behavior. Further, the calculation unit 51 determines a target steering assist force of the motor 7 so that the detected value of the upstream torque Ti in the first torque detecting device S1 approaches the determined target value, and determines the target steering assist force. Perform feedback control. Then, the drive control unit 52 transmits a drive signal to the electric motor 7 (for example, a current supplied to the motor 7) so that the steering assist force determined by the calculation unit 51 is applied from the electric motor 7 to the steering mechanism 2. An instruction signal is generated and the motor 7 is driven to perform steering assist.
[0024]
In the steering device according to the present embodiment configured as described above, the control unit (control means) 5 operates on the steering member 1 side based on the detected torque To from the downstream second torque detection device S2. The target value of the side torque Ti is determined, and the motor torque of the electric motor 7 is determined by feedback control using the determined target value and the detected torque Ti from the upstream first torque detector S1. I have. Thereby, the control unit 5 can always determine an appropriate motor rotation force (driving force of the actuator) corresponding to the steering operation of the driver with respect to the steering member 1 and the actual vehicle behavior. It is possible to prevent a feeling of inconsistency between the operational feeling and the actual vehicle behavior, thereby preventing a decrease in steering feeling. As a result, unlike the above-described conventional example, for example, when the steering member 1 starts to be turned, the steering force from the driver applied to the steering member 1 is greatly attenuated at the connection portion between the pinion shaft 41 and the rack shaft 42 and the like. Even in the case of such a small steering force, it is possible to prevent the motor rotation force based on the upstream torque Ti from being determined and applied to the steering mechanism 2 before the steering force is transmitted to the steered wheels 50. be able to.
[0025]
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a main configuration of a vehicle steering system according to another embodiment. In the drawing, the main difference between this embodiment and the embodiment shown in FIG. 1 is that instead of the connection type steering mechanism 2 in which the steering member 1 and the steered wheels 50 are connected by the steering shaft 3, The point is that a separation type steering mechanism 12 is provided in which the steering member 1 and the steering wheel 50 are separated from each other without being mechanically connected.
In FIG. 4, the steering mechanism 12 is attached to the steering member 1 and generates a reaction force 13 to generate a reaction force applied to the steering member 1; And a steering operation unit 14 for substantially changing the tire angle of 50. The separated reaction force generation unit 13 and the steering operation unit 14 are connected to the control unit 5 by electric wiring. And a steer-by-wire (SBW) system.
[0026]
The reaction force generator 13 includes a rotating shaft 13 a having an upper end rotatably attached to the steering member 1, an electric motor 13 b connected to the rotating shaft 13 a, and a motor according to a drive signal from the control unit 5. And a driving circuit 13c for driving the driving circuit 13b. The electric motor 13b constitutes a first actuator that generates a reaction force in accordance with an operation on the steering member 1. The electric motor 13b is disposed close to the steering member 1 so that a transmission loss due to a friction element or the like is generated. Can be applied to the steering member 1 side while keeping the pressure as low as possible.
Further, the reaction force generating unit 13 is provided with a first torque detection device S1 configured using, for example, a current detector, and detects a supply current from the drive circuit 13c to the electric motor 13b to detect the current. The signal indicating the detection result is sequentially output to the arithmetic unit 51 of the control unit 5. As a result, the arithmetic unit 51 detects the upstream torque Ti acting on the steering member 1 side, and determines a predetermined neutral position of the steering member 1 that rotates with the driver's driving operation (for example, when the vehicle travels straight ahead, The steering angle Xi indicating the rotation angle from the tire angle of 0 degree is obtained.
[0027]
The steering operation unit 14 includes a steering gear 14a configured by a ball screw mechanism or the like, an electric motor 14b that rotationally drives the steering gear 14a, and a drive circuit 14c that drives the motor 14b according to a drive signal from the control unit 5. The steering gear 14a converts the rotation of the electric motor 14b into a linear motion of the steering rod 14d, thereby changing the tire angle Xo of the steering wheel 50 connected to both ends of the rod 14d. change. The electric motor 14b constitutes a second actuator that generates a turning force that causes the steered wheels 50 to perform a turning operation in accordance with the rotation angle (steering angle Xi) of the steering member 1, and performs steering. By being disposed close to the wheels 50, the steered wheels 50 are caused to perform a steering operation by a steering force generated in a state in which transmission loss due to a friction element or the like is minimized.
[0028]
Further, the steering operation unit 14 is provided with a second torque detecting device S2 configured using, for example, a current detector, and detects a supply current from the drive circuit 14c to the electric motor 14b to detect the current. A signal indicating the result is sequentially output to the arithmetic unit 51. As a result, the calculating section 51 detects the downstream torque To acting on the steered wheels 50 side.
The steering gear 14a is provided with a tire angle detector 15 for detecting a tire angle Xo of the steered wheel 50. The tire angle detector 15 detects the amount of movement of the steering rod 14d by the steering gear 14a, and determines the detected value. The detection signal shown in FIG.
[0029]
In the control unit 5, the calculation unit 51 calculates the steering gear of the steering gear 14a based on the tire angle Xo obtained based on the detection signal from the tire angle detection unit 15 and the detection result (vehicle speed) of the vehicle speed sensor. The ratio (the ratio between the steering angle δi and the tire angle δo) is determined. As a result, the steering characteristics of the vehicle are changed to appropriate values in accordance with the vehicle speed, so that the driver's steering burden is reduced. Specifically, the steering gear ratio is determined so that the tire angle δo changes greatly with respect to the steering angle δi as the vehicle speed decreases, and the load is reduced.
Also, referring to FIG. 5, the arithmetic unit 51 calculates a supply current detection value Ii to the electric motor 13b detected by the first torque detection device S1 and a proportional constant K1 determined by the type of the motor 13b. By the multiplication, the upstream torque (steering torque) Ti on the steering member 1 that rotates in accordance with the input torque Th accompanying the driving operation of the driver is obtained. Similarly, the arithmetic unit 51 multiplies the detected current value Io supplied to the electric motor 14b by the second torque detecting device S2 by a proportional constant K2 determined by the type of the motor 14b, thereby obtaining the cornering. The downstream torque To on the steered wheel 50 side including the disturbance torque from the road surface such as the power (CP) and the self-aligning torque (SAT) is obtained.
[0030]
Then, the control unit 5 performs feedback control on the electric motor 14b of the operation unit 14 so that the steering operation according to the steering angle Xi applied to the steering member 1 is performed on the steering operation unit 14. . Specifically, the arithmetic unit 51 determines the target value of the tire angle Xo from the steering angle Xi obtained so as to have the determined steering gear ratio, and causes the steered wheels 50 to perform a steering operation. The drive torque of the electric motor 14b of the operation unit 14 is determined, and the drive control unit 52 generates a drive signal for generating the motor torque and outputs the signal to the drive circuit 14c. Accordingly, the steering operation unit 14 causes the steered wheels 50 to perform a steering operation according to the steering operation on the steering member 1 by the motor rotational force while reducing the steering load by changing the steering gear ratio. .
[0031]
Further, in the control unit 5, the feedback control based on the torque detected by the second torque detecting device S2 on the downstream side is performed on the reaction force generating unit 13 in the same manner as in the embodiment shown in FIG. By carrying out, the electric motor 13b of the generator 13 is driven (see also FIG. 6). Specifically, the calculation unit 51 determines that the steering force applied to the steering member 1 and the steering force transmitted from the steering mechanism 12 to the road surface via the steered wheels 50 in accordance with the steering force are constant. The target value in the first torque detecting device S1 is determined based on the detected value of the downstream torque To so as to have a relationship. Further, the calculation unit 51 determines a target reaction force of the motor 13b so that the detection value of the upstream torque Ti in the first torque detection device S1 approaches the determined target value, and performs feedback control on the reaction force. I do. Then, the drive control unit 52 generates a drive signal for the electric motor 13b and outputs it to the drive circuit 13c so that the reaction force determined by the calculation unit 51 is applied to the steering member 1 from the electric motor 13b. Accordingly, the reaction force generating unit 13 generates a reaction force that rotates the steering member 1 clockwise so that the steering member 1 returns to the neutral position when, for example, the steering member 1 rotates left by the steering operation. By transmitting the reaction force to the steering member 1 via the rotating shaft 13a, the driver feels the operational feeling.
[0032]
In the steering device of the present embodiment configured as described above, the control unit 5 determines the upstream torque Ti acting on the steering member 1 based on the detected torque To from the downstream second torque detection device S2. The target value is determined, and the motor torque of the electric motor 13b of the reaction force generator 13 is determined by feedback control using the determined target value and the detected torque Ti from the first torque detecting device S1 on the upstream side. are doing. Thereby, the control unit 5 can apply an appropriate reaction force corresponding to the actual vehicle behavior to the driver from the steering member 1 and, as in the embodiment of FIG. It is possible to prevent a decrease in the steering feeling without experiencing it.
[0033]
In the present embodiment, the first and second torque detecting devices S1 and S2 are configured using current detectors for detecting the supply current supplied to the corresponding electric motors 13b and 14b, respectively. The structure of each of the torque detecting devices S1 and S2 can be simplified, and the current detector and the torque detecting device are shared, so that the number of parts of the vehicle steering device is reduced, and the steering device is small and inexpensive. Can be easily configured.
[0034]
In the above description, the case where the present invention is applied to a steering device using an electric motor as an actuator has been described. However, the present invention provides a method for detecting an upstream torque on a steering member side and a downstream torque on a steered wheel side. A hydraulic power steering device and a vehicle steering device having a control valve for controlling the hydraulic pressure as the driving force as long as the device has two torque detecting devices and controls the drive of the actuator using the downstream torque as a reference torque. Can be applied to
[0035]
Further, in the embodiment shown in FIG. 4, the case where the present invention is applied to the separation type steering mechanism 12 of the SBW method has been described. However, the present invention is not limited to this. A connection-type steering system in which the section 14 is provided on the steering member 1 side and the steering wheel 50 side, and the steering member 1 and the steering wheel 50 are mechanically connected by a variable transmission ratio mechanism such as a planetary gear mechanism. It can also be applied to mechanisms.
Further, in the embodiment shown in FIG. 4, the case where the second torque detecting device S2 and the tire angle detecting unit 15 are provided separately has been described, but the calculation unit 51 uses the detection result of the tire angle detecting unit 15 The above-described downstream torque To may be detected by the calculation. In the case of such a configuration, the torque detection device S2 is disposed closer to the steered wheels 50, and the detection accuracy of the downstream torque To by the detection device S2 can be further increased.
[0036]
【The invention's effect】
According to the present invention, the driving force applied from the actuator to the steering mechanism can always be appropriately determined in accordance with the driver's driving operation on the steering member and the vehicle behavior. It is possible to prevent the driver from experiencing a feeling of inconsistency with the vehicle behavior, and to prevent a decrease in steering feeling.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a main configuration of a vehicle steering system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram schematically showing a force applied to a steering mechanism of the steering device shown in FIG.
FIG. 3 is a control block diagram illustrating main control operations in the steering device illustrated in FIG. 1;
FIG. 4 is a schematic diagram showing a main configuration of a vehicle steering system according to another embodiment.
FIG. 5 is a diagram schematically showing a force applied to a steering mechanism of the steering device shown in FIG.
6 is a control block diagram showing main control operations in the steering device shown in FIG.
[Explanation of symbols]
1 Steering member
2,12 steering mechanism
3 Steering axis
5 control unit (control means)
7, 13b, 14b Electric motor (actuator)
13 Reaction force generator
14 Steering unit
50 Steering wheels
S1 First torque detecting device
S2 Second torque detecting device

Claims

操舵部材の操作に応じて車両の操向車輪に転舵動作を行わせる操舵機構と、この操舵機構に駆動力を付与するアクチュエータと、前記操舵部材側及び前記操向車輪側でそれぞれ作用する上流側トルク及び下流側トルクを検出する第１及び第２のトルク検出装置とを備えた車両用操舵装置であって、
前記第２のトルク検出装置での下流側トルクの検出値に基づいて、前記第１のトルク検出装置での目標とする目標値を決定するとともに、この決定した目標値に前記第１のトルク検出装置での上流側トルクの検出値が近付くように前記アクチュエータの駆動力をフィードバック制御する制御手段を具備することを特徴とする車両用操舵装置。A steering mechanism that causes a steered wheel of a vehicle to perform a steering operation in response to an operation of a steering member, an actuator that applies a driving force to the steering mechanism, and an upstream that acts on the steering member side and the steered wheel side, respectively. A first and a second torque detecting device for detecting a side torque and a downstream torque, the vehicle steering device comprising:
A target value to be targeted by the first torque detecting device is determined based on a detected value of the downstream torque by the second torque detecting device, and the first target torque is detected by the determined target value. A vehicle steering system, comprising: a control unit that performs feedback control of a driving force of the actuator so that a detection value of an upstream torque in the system approaches.

前記制御手段は、前記操舵部材に加えられた操舵力と、この操舵力に応じて前記操向車輪に転舵動作を行わせたときに当該操向車輪から路面に伝えられる転舵力とが一定の関係となるように、前記目標値を前記下流側トルクの検出値を基に決定することを特徴とする請求項１に記載の車両用操舵装置。The control means includes a steering force applied to the steering member, and a steering force transmitted from the steered wheels to a road surface when the steered wheels perform a steering operation in accordance with the steering force. The vehicle steering apparatus according to claim 1, wherein the target value is determined based on the detected value of the downstream torque so that a predetermined relationship is established.

前記操舵機構が、一端部側及び他端部側にそれぞれ前記操舵部材及び前記操向車輪が連結されるとともに、それらの操舵部材と操向車輪との間に前記アクチュエータが連結された操舵軸を備え、
前記第１のトルク検出装置が前記操舵部材と前記操舵軸での前記アクチュエータとの連結箇所との間で作用する上流側トルクを検出し前記第２のトルク検出装置が前記連結箇所と前記操向車輪との間で作用する下流側トルクを検出することを特徴とする請求項１または２に記載の車両用操舵装置。The steering mechanism includes a steering shaft in which the steering member and the steering wheel are connected to one end and the other end, respectively, and the actuator is connected between the steering member and the steering wheel. Prepare,
The first torque detecting device detects an upstream torque acting between a connection point between the steering member and the actuator on the steering shaft, and the second torque detection device detects the upstream torque. The vehicle steering apparatus according to claim 1 or 2, wherein a downstream torque acting between the vehicle and the wheel is detected.

前記第１及び第２のトルク検出装置を、前記操舵部材及び前記操向車輪にそれぞれ近接して配置したことを特徴とする請求項３に記載の車両用操舵装置。The vehicle steering apparatus according to claim 3, wherein the first and second torque detection devices are arranged near the steering member and the steered wheels, respectively.

前記操舵機構は、前記第１のトルク検出装置及び前記操舵部材の操作に応じた反力を発生する第１のアクチュエータが設けられた反力発生部と、前記第２のトルク検出装置及び前記操舵部材の回転角に応じて前記転舵動作を当該操向車輪に行わせる転舵力を発生する第２のアクチュエータが設けられた転舵動作部とを備え、
前記制御手段は、前記第１のトルク検出装置での上流側トルクの検出値が決定した目標値に近付くように前記第１のアクチュエータの反力をフィードバック制御することを特徴とする請求項１または２に記載の車両用操舵装置。The steering mechanism includes a reaction force generation unit provided with a first actuator that generates a reaction force according to the operation of the first torque detection device and the steering member; a second torque detection device; A steering operation unit provided with a second actuator that generates a steering force that causes the steered wheels to perform the steering operation according to the rotation angle of the member,
2. The control device according to claim 1, wherein the control unit performs feedback control on a reaction force of the first actuator so that a detection value of the upstream torque detected by the first torque detection device approaches a determined target value. 3. 3. The vehicle steering system according to 2.

前記第１及び第２のアクチュエータを、前記操舵部材及び前記操向車輪にそれぞれ近接して配置したことを特徴とする請求項５に記載の車両用操舵装置。The vehicle steering apparatus according to claim 5, wherein the first and second actuators are arranged near the steering member and the steered wheels, respectively.

前記第１のトルク検出装置が、前記第１のアクチュエータを駆動するための供給電流を検出する電流検出器を用いて構成されていることを特徴とする請求項５または６に記載の車両用操舵装置。7. The vehicle steering system according to claim 5, wherein the first torque detection device includes a current detector that detects a supply current for driving the first actuator. 8. apparatus.