JP2005112103A

JP2005112103A - Steering device for vehicle

Info

Publication number: JP2005112103A
Application number: JP2003347757A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Kubota; 正博久保田; Hiroshi Mori; 宏毛利; Tadatsugu Tamamasa; 忠嗣玉正; Ryota Shirato; 良太白土; Yasuyuki Sonoda; 恭幸園田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-10-07
Filing date: 2003-10-07
Publication date: 2005-04-28
Anticipated expiration: 2023-10-07
Also published as: JP4449399B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a steering device for a vehicle capable of obtaining excellent steering characteristics having neutral feeling without uncomfortable feeling due to sudden change of the torque direction at the neutral position. <P>SOLUTION: The steering device for the vehicle is equipped with a torque sensor 4 detecting a steering torque of a steering shaft 3 connected to a steering mechanism 2, a motor 5 outputting a steering assisting force assisting the steering force of an driver to the steering mechanism 2, and a controller 13 outputting drive command relative to the motor 5 according to the detected steering torque. The controller 13 is provided with a compensation control part 13b driving the motor 5 so as to generate the steering reaction force according to the steering torque when the steering torque is not less than the dead-band torque and less than a first set torque. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、車両用操舵装置の技術分野に属する。 The present invention belongs to the technical field of vehicle steering devices.

従来の車両用操舵装置としては、例えば、操舵角がモータによる操舵補助力を発生させない中立位置付近の不感帯にあるとき、操舵角に応じて、ステアリングを中立位置へ復帰させる方向へモータを補償制御し、操舵反力を発生させるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−３３１９４８号公報 As a conventional vehicle steering device, for example, when the steering angle is in a dead zone near the neutral position where the steering assist force is not generated by the motor, the motor is compensated and controlled in a direction to return the steering to the neutral position according to the steering angle. And what produces a steering reaction force is known (for example, refer to patent documents 1).
JP 2002-331948 A

しかしながら、上記従来技術にあっては、例えば、レーンチェンジ等、不感帯内で中立位置をまたぐ操舵を、非常に遅い操舵速度で実施したとき、中立位置で操舵反力の方向が急変するため、運転者へ違和感を与えるという問題があった。 However, in the above prior art, for example, when steering across the neutral position in the dead zone, such as a lane change, is performed at a very slow steering speed, the direction of the steering reaction force changes suddenly at the neutral position. There was a problem of giving an uncomfortable feeling to the person.

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、中立位置での反力方向の急変に起因する違和感を伴うことなく、中立感のある操舵特性が得られる車両用操舵装置を提供することにある。 The present invention has been made paying attention to the above-described problem, and the object of the present invention is to provide a vehicle having a neutral steering feeling without a sense of incongruity caused by a sudden change in the reaction force direction at the neutral position. An object of the present invention is to provide a steering apparatus.

上述の目的を達成するため、本発明の車両用操舵装置では、検出された操舵トルクに応じた操舵補助力を発生させるようにモータを駆動制御する車両用操舵装置において、検出された操舵トルクが第１設定トルク以下であるとき、操舵トルクに応じて操舵反力を発生させるようにモータを補償制御する補償制御手段を設けた。 In order to achieve the above object, in the vehicle steering apparatus of the present invention, the detected steering torque is detected in the vehicle steering apparatus that controls the drive of the motor so as to generate the steering assist force according to the detected steering torque. Compensation control means is provided for compensating and controlling the motor so as to generate a steering reaction force according to the steering torque when the torque is equal to or less than the first set torque.

本発明では、操舵トルクが第１設定トルク以下、すなわち、ゼロ付近となったとき、操舵反力を発生させるようにモータが補償制御されるため、例えば、操舵トルクが直進時に微小修正舵を実施したとき、中立位置、すなわち操舵角ゼロ付近でステアリング操作が重くなり、運転者へ車両が直進するステアリング位置を教えることができる。また、補償制御の補償量は操舵角に依存しないため、中立位置をまたぐ操舵を非常に遅い操舵速度で実施したとき、中立位置で反力方向が急変することがない。よって、中立位置での反力方向の急変に起因する違和感を伴うことなく、中立感のある良好な操舵特性が得られる。 In the present invention, when the steering torque is equal to or less than the first set torque, that is, near zero, the motor is compensated to generate a steering reaction force. In this case, the steering operation becomes heavy at the neutral position, that is, near the steering angle of zero, and the driver can be instructed of the steering position where the vehicle goes straight ahead. Further, since the compensation amount of the compensation control does not depend on the steering angle, the reaction force direction does not change suddenly at the neutral position when steering across the neutral position is performed at a very slow steering speed. Therefore, good steering characteristics with a neutral feeling can be obtained without a sense of incongruity caused by a sudden change in the reaction force direction at the neutral position.

以下に、本発明の車両用操舵装置を実施する最良の形態を、実施例１〜７に基づいて説明する。 Below, the best form which implements the steering device for vehicles of the present invention is explained based on Examples 1-7.

まず、構成を説明する。
図１は、実施例１の車両用操舵装置の構成図である。 First, the configuration will be described.
FIG. 1 is a configuration diagram of a vehicle steering apparatus according to a first embodiment.

運転者の舵取り操作用のステアリングホイール１と、舵取り動作を行う舵取り機構２とを連結する操舵軸３に、ステアリングホイール１に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサ（操舵トルク検出手段）４と運転者の操舵力を補助するモータ５とが配置されている。 A torque sensor (steering torque detecting means) 4 for detecting a steering torque applied to the steering wheel 1 to a steering shaft 3 that connects a steering wheel 1 for a steering operation of the driver and a steering mechanism 2 that performs a steering operation, and the driver And a motor 5 for assisting the steering force.

前記ステアリングホイール１は、図示しない車室内部の運転者と対向する位置に、軸周りに回動可能に設けられている。舵取り機構２は、操舵軸３の下端に一体形成されたピニオン６と、これに噛合するラック軸７とを備えるラック&ピニオン式の舵取り装置により構成されている。ラック軸７は、図示しない車両前部に、左右方向摺動可能に固定されており、その両端は、左右のタイロッド８，９を介して操向用の転舵輪１０，１１に連結されている。 The steering wheel 1 is provided so as to be rotatable around an axis at a position facing a driver in a vehicle interior (not shown). The steering mechanism 2 is constituted by a rack and pinion type steering device including a pinion 6 integrally formed at the lower end of the steering shaft 3 and a rack shaft 7 meshing with the pinion 6. The rack shaft 7 is fixed to a vehicle front portion (not shown) so as to be slidable in the left-right direction, and both ends thereof are connected to steered wheels 10 and 11 via left and right tie rods 8 and 9. .

前記モータ５は、モータ５の発生トルクを操舵軸３の回転トルクに変換する減速機１，２を介して、操舵軸３に結合されている。このモータ５に供給されるモータ電流は、コントローラ（操舵制御手段）１３により制御されている。 The motor 5 is coupled to the steering shaft 3 via speed reducers 1 and 2 that convert torque generated by the motor 5 into rotational torque of the steering shaft 3. The motor current supplied to the motor 5 is controlled by a controller (steering control means) 13.

続いて、図２の制御ブロック図を加えて、実施例１の制御系を説明する。
運転者によりステアリングホイール１が操舵されると、ステアリングホイール１と機械的に連結された転舵輪１０，１１が操向される。このとき、トルクセンサ４に入力される捩れ方向の負荷は、操舵トルクとしてコントローラ１３のノーマル制御部１３ａと補償制御部（補償制御手段）１３ｂへ入力される。さらに、ノーマル制御部１３ａには、車速センサ（車速検出手段）１４により検出された車速と、モータ端子間電圧センサ１３ｃとモータ電流センサ１３ｄの出力に基づき、モータ速度推定部（操舵速度検出手段）１３ｅにより推定されたモータ５の回転速度が入力される。モータ５の回転速度は、補償制御部１３ｂにも入力される。 Next, the control system of the first embodiment will be described with reference to the control block diagram of FIG.
When the steering wheel 1 is steered by the driver, the steered wheels 10 and 11 mechanically connected to the steering wheel 1 are steered. At this time, the load in the torsional direction input to the torque sensor 4 is input to the normal control unit 13a and the compensation control unit (compensation control unit) 13b of the controller 13 as steering torque. Further, the normal control unit 13a includes a motor speed estimation unit (steering speed detection unit) based on the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor (vehicle speed detection unit) 14, and the outputs of the voltage sensor 13c between the motor terminals and the motor current sensor 13d. The rotational speed of the motor 5 estimated by 13e is input. The rotational speed of the motor 5 is also input to the compensation control unit 13b.

モータ速度推定部１３ｅは、モータ５の回転速度をモータ５の逆起電力を用いて算出する。モータ５の端子間電圧をＶ、モータ電流をＩ、モータ５の逆起電力係数をＫ、モータ５の内部抵抗をＲとすると、モータ５の回転速度dθ/dtは、下記の式(1)のようになる。
dθ/dt＝Ｉ×（Ｖ−ＲＩ）／Ｋ …(1) The motor speed estimator 13e calculates the rotational speed of the motor 5 using the back electromotive force of the motor 5. Assuming that the terminal voltage of the motor 5 is V, the motor current is I, the counter electromotive force coefficient of the motor 5 is K, and the internal resistance of the motor 5 is R, the rotational speed dθ / dt of the motor 5 is expressed by the following equation (1) become that way.
dθ / dt = I × (V−RI) / K (1)

ここで、ＫとＲは、ほぼ一定値と考えることができるので、モータ５の端子電圧Ｖとモータ電流Ｉを計測することで、モータ５の回転速度dθ/dtを算出できる。 Here, since K and R can be considered to be substantially constant values, the rotational speed dθ / dt of the motor 5 can be calculated by measuring the terminal voltage V and the motor current I of the motor 5.

ノーマル制御部１３ａは、操舵トルク、モータ５の回転速度、車速等を用いて、ベース電流、慣性補償電流、ダンピング補償電流および戻り補償電流を加算したモータ５のノーマル電流を算出する。また、補償制御部１３ｂは、操舵トルク、モータ５の回転速度を用いて、補償電流を算出する。 The normal control unit 13a calculates the normal current of the motor 5 by adding the base current, the inertia compensation current, the damping compensation current, and the return compensation current using the steering torque, the rotation speed of the motor 5, the vehicle speed, and the like. Further, the compensation control unit 13b calculates a compensation current using the steering torque and the rotation speed of the motor 5.

コントローラ１３は、ノーマル電流と補償電流とを加算してモータ５の駆動電流を算出し、算出された駆動電流に対しモータ電流センサ１３ｄにより検出された実電流を参照しつつ、モータ５を制御駆動する。なお、モータ５へ供給される電源は、バッテリ１５により与えられる。 The controller 13 calculates the drive current of the motor 5 by adding the normal current and the compensation current, and controls and drives the motor 5 while referring to the actual current detected by the motor current sensor 13d with respect to the calculated drive current. To do. The power supplied to the motor 5 is supplied from the battery 15.

ベース電流は、操舵トルクに応じてあらかじめ設定されたマップに基づいて設定され、その特性は、図２に示すように、操舵トルクが大きくなるほどベース電流も増加するように設定されている。操舵トルクには、操舵補助力不感帯が設けられており、操舵トルクが操舵補助力不感帯内のときには、ベース電流をゼロとし、モータ５によるアシストを実施しない。 The base current is set based on a map set in advance according to the steering torque, and the characteristic is set so that the base current increases as the steering torque increases, as shown in FIG. The steering torque is provided with a steering assist force dead zone. When the steering torque is within the steering assist force dead zone, the base current is set to zero and the motor 5 does not assist.

補償電流は、操舵トルクが操舵補助力不感帯内にあるとき、操舵反力を発生させるように、モータ５を駆動するためのものである。補償電流は、操舵トルク、車速やモータ速度に応じて、その特性を変更できるものとする。 The compensation current is for driving the motor 5 so as to generate a steering reaction force when the steering torque is within the steering assist force dead zone. It is assumed that the characteristics of the compensation current can be changed according to the steering torque, the vehicle speed, and the motor speed.

図３は、操舵トルクに対する補償電流特性を示す図である。
図３に示すように、操舵トルクが補償電流不感帯を超えると、第２設定トルクまでは、操舵トルクが大きくなるほど補償量（補償電流）を増大させる。一方、操舵トルクが第２設定トルクを超えると、第１設定トルクで補償量がゼロとなるまで、操舵トルクが大きくなるほど補償量を減少させる。補償量は、第２設定トルクのとき最大となる。 FIG. 3 is a diagram illustrating a compensation current characteristic with respect to the steering torque.
As shown in FIG. 3, when the steering torque exceeds the compensation current dead zone, the compensation amount (compensation current) is increased as the steering torque increases until the second set torque. On the other hand, when the steering torque exceeds the second set torque, the compensation amount is decreased as the steering torque increases until the compensation amount becomes zero at the first set torque. The compensation amount becomes maximum at the second set torque.

すなわち、実施例１の車両用操舵装置にあっては、操舵トルクが補償電流不感帯トルク以上、かつ、第１設定トルクよりも小さいとき、操舵トルクに応じて操舵反力を発生させるため、操舵トルクがゼロとなるまで操舵反力の方向が変化しない。よって、運転者に違和感を与える中立位置での操舵反力方向の急変を防止できる。 That is, in the vehicle steering apparatus according to the first embodiment, when the steering torque is equal to or greater than the compensation current dead band torque and smaller than the first set torque, the steering reaction force is generated according to the steering torque. The direction of the steering reaction force does not change until becomes zero. Therefore, it is possible to prevent a sudden change in the direction of the steering reaction force at the neutral position that gives the driver a feeling of strangeness.

また、操舵トルクが操舵反力不感帯にあるときは操舵反力の補償量をゼロとし、操舵トルクの増大に応じて補償量を増大させ、第２設定トルクからは操舵トルクの増大に応じて補償量を減少させ、操舵トルクが第１設定トルクのとき補償量をゼロとするため、操舵量に応じた操舵反力を発生させることができ、かつ、通常の操舵補助を行う領域とスムースに接続されるため、中立感を滑らかに実現できる。 Also, when the steering torque is in the steering reaction force dead zone, the compensation amount of the steering reaction force is set to zero, the compensation amount is increased according to the increase of the steering torque, and the compensation is increased from the second set torque according to the increase of the steering torque. When the steering torque is the first set torque, the amount of compensation is reduced to zero so that the steering reaction force can be generated according to the steering amount and connected to the normal steering assist area and smoothly. Therefore, a neutral feeling can be smoothly achieved.

次に、実施例２について説明する。
実施例２の車両用操舵装置は、操舵トルクに対する補償電流特性を決める第１設定トルク、第２設定トルクおよび最大補償量を、車速に応じて変化させる点で、実施例１と異なる。 Next, Example 2 will be described.
The vehicle steering apparatus according to the second embodiment is different from the first embodiment in that the first set torque, the second set torque, and the maximum compensation amount that determine the compensation current characteristic with respect to the steering torque are changed according to the vehicle speed.

図４(a)は車速に対する第１設定トルクの設定例、図４(b)は車速に対する第２設定トルクの設定例、図４(c)は車速に対する最大補償量の設定例である。図に示すように、第１設定トルク、第２設定トルクおよび最大補償量は、車速が高いほど大きくなるように設定している（補償特性変更手段に相当）。したがって、車速が高いほど操舵反力が増大する。 FIG. 4A shows a setting example of the first set torque with respect to the vehicle speed, FIG. 4B shows a setting example of the second set torque with respect to the vehicle speed, and FIG. 4C shows a setting example of the maximum compensation amount with respect to the vehicle speed. As shown in the figure, the first set torque, the second set torque, and the maximum compensation amount are set to increase as the vehicle speed increases (corresponding to compensation characteristic changing means). Therefore, the steering reaction force increases as the vehicle speed increases.

実施例２の車両用操舵装置にあっては、補償電流特性を車速に応じて変更するため、車速に応じた中立感の演出が可能となる。すなわち、低速では操舵反力を小さくすることにより、軽快な操舵が容易となる。一方、高速では操舵反力を増やすことにより、中立感のある良好な操舵フィーリングが得られる。 In the vehicle steering apparatus according to the second embodiment, since the compensation current characteristic is changed according to the vehicle speed, it is possible to produce a neutral feeling according to the vehicle speed. That is, light steering is facilitated by reducing the steering reaction force at low speeds. On the other hand, by increasing the steering reaction force at high speed, a good steering feeling with a neutral feeling can be obtained.

次に、実施例３について説明する。
実施例３の車両用操舵装置は、操舵トルクに対する補償電流特性を決める第１設定トルク、第２設定トルクおよび最大補償量を、操舵速度に応じて変化させる点で、実施例１，２と異なる。 Next, Example 3 will be described.
The vehicle steering apparatus according to the third embodiment differs from the first and second embodiments in that the first set torque, the second set torque, and the maximum compensation amount that determine the compensation current characteristic with respect to the steering torque are changed according to the steering speed. .

図５(a)は操舵速度に対する第１設定トルクの設定例、図５(b)は操舵速度に対する第２設定トルクの設定例、図５(c)は操舵速度に対する最大補償量の設定例である。図に示すように、第１設定トルク、第２設定トルクおよび最大補償量は、操舵速度が高いほど小さくなるように設定している（補償特性変更手段に相当）。したがって、操舵速度が高いほど操舵反力は減少する。 5A is an example of setting the first set torque with respect to the steering speed, FIG. 5B is an example of setting the second set torque with respect to the steering speed, and FIG. 5C is an example of setting the maximum compensation amount with respect to the steering speed. is there. As shown in the figure, the first set torque, the second set torque, and the maximum compensation amount are set to be smaller as the steering speed is higher (corresponding to compensation characteristic changing means). Therefore, the steering reaction force decreases as the steering speed increases.

なお、操舵速度は、上述したモータ５の回転速度から推定する。モータ５と操舵軸３は機械的に接続されているので、モータ５の回転速度dθ/dtに減速比を乗算したものが、ステアリングホイール１の操舵速度として推測される。 The steering speed is estimated from the rotational speed of the motor 5 described above. Since the motor 5 and the steering shaft 3 are mechanically connected, a value obtained by multiplying the rotational speed dθ / dt of the motor 5 by the reduction ratio is estimated as the steering speed of the steering wheel 1.

実施例３の車両用操舵装置にあっては、緊急回避操舵時など、通常の操舵速度よりも大きな速度でステアリングホイール１が操舵された場合に、不要にステアリングホイール１が重くならないので、軽快なステアリング操舵が可能となり、運転者の緊急回避動作を妨げることがない。 In the vehicle steering apparatus according to the third embodiment, the steering wheel 1 does not become unnecessarily heavy when the steering wheel 1 is steered at a speed greater than the normal steering speed, such as during emergency avoidance steering. Steering can be performed and the driver's emergency avoidance operation is not hindered.

次に、実施例４について説明する。
図６は、実施例４の車両用操舵装置の制御ブロック図であり、実施例４の車両用操舵装置は、操舵方向と操舵トルク方向が不一致の場合は、補償電流をゼロとし、操舵反力を発生させない点で、実施例１〜３と異なる。 Next, Example 4 will be described.
FIG. 6 is a control block diagram of the vehicle steering apparatus according to the fourth embodiment. The vehicle steering apparatus according to the fourth embodiment sets the compensation current to zero and the steering reaction force when the steering direction and the steering torque direction do not match. It differs from Examples 1-3 by the point which does not generate | occur | produce.

図６に示すように、操舵方向は、上述した操舵速度の推定値を用い（操舵方向検出手段に相当）、操舵トルク方向は、トルクセンサ４の符号により判定する（操舵トルク方向検出手段に相当）。乗算器２１により操舵速度と操舵トルクの積を算出し、比較器２２において、積が正（共に正または共に負）の場合は、乗算器２３に１を出力する。一方、積が負の場合は、乗算器２３にゼロを出力する。乗算器２３では、補償制御部１３ｂで算出された補償電流と比較器２２の出力を掛け合わせたものを目標電流値とする。 As shown in FIG. 6, the steering direction is determined using the estimated value of the steering speed (corresponding to the steering direction detecting means), and the steering torque direction is determined by the sign of the torque sensor 4 (corresponding to the steering torque direction detecting means). ). The product of the steering speed and the steering torque is calculated by the multiplier 21. If the product is positive (both positive or both negative) in the comparator 22, 1 is output to the multiplier 23. On the other hand, when the product is negative, zero is output to the multiplier 23. In the multiplier 23, the product of the compensation current calculated by the compensation controller 13b and the output of the comparator 22 is used as the target current value.

したがって、操舵速度と操舵トルクの積が正の場合は、補償制御部１３ｂで算出された補償電流が乗算器２３からそのまま出力される。一方、操舵速度と操舵トルクの積が負の場合は、補償電流はゼロとされる。 Therefore, when the product of the steering speed and the steering torque is positive, the compensation current calculated by the compensation control unit 13b is output from the multiplier 23 as it is. On the other hand, when the product of the steering speed and the steering torque is negative, the compensation current is zero.

すなわち、実施例４の車両用操舵装置にあっては、運転者が切り込み操舵を行っている場合には、操舵反力によりステアリングホイール１を重くし、運転者が切り戻し操舵を行っている場合には、操舵反力を発生させずにスムースな操舵を可能とすることで、運転者へ与える違和感を軽減できる。 That is, in the vehicle steering apparatus of the fourth embodiment, when the driver is performing the turning steering, the steering wheel 1 is made heavy by the steering reaction force, and the driver is performing the return steering. Therefore, it is possible to reduce a sense of discomfort given to the driver by enabling smooth steering without generating a steering reaction force.

次に、実施例５について説明する。
図７は、実施例５の車両用操舵装置の制御ブロック図であり、実施例５の車両用操舵装置は、図２の補償電流制御部１３ｂに代え、検出された操舵トルクの周波数に応じて補償電流を算出する位相補償器（位相補償手段）３０を設けた点で、実施例１〜４と異なる。位相補償器３０で算出された補償電流は、ノーマル制御部１３ａで算出されたノーマル電流に加算されて目標電流値が算出される。 Next, Example 5 will be described.
FIG. 7 is a control block diagram of the vehicle steering apparatus according to the fifth embodiment. The vehicle steering apparatus according to the fifth embodiment is based on the detected steering torque frequency instead of the compensation current control unit 13b of FIG. It differs from the first to fourth embodiments in that a phase compensator (phase compensation means) 30 for calculating a compensation current is provided. The compensation current calculated by the phase compensator 30 is added to the normal current calculated by the normal control unit 13a to calculate a target current value.

図８に示すように、位相補償部３０は、例えば、１次のローパスフィルタ等により、１次遅れで構成され、１次遅れのゲインＧと時定数τは、位相補償特性変更部（位相補償特性変更手段）３０ａにより、車速に応じて変更される。具体的には、車速が大きくなるほどゲインＧを負方向へ増やすとともに、高速になるほど時定数τを大きくする。 As shown in FIG. 8, the phase compensation unit 30 is configured with a first-order lag, for example, by a first-order low-pass filter or the like, and the first-order lag gain G and time constant τ are changed to a phase compensation characteristic changing unit (phase compensation It is changed according to the vehicle speed by the characteristic changing means) 30a. Specifically, the gain G is increased in the negative direction as the vehicle speed increases, and the time constant τ is increased as the vehicle speed increases.

また、位相補償部３０において、１次遅れの入力段には、あらかじめ設定された第３設定トルク以下の操舵トルクをゼロとして出力する不感帯手段３１が設けられている。この不感帯の幅は、トルクセンサ４のノイズやヒステリシスの影響を無くすような幅に設定されている。 In addition, in the phase compensation unit 30, a dead zone means 31 that outputs a steering torque equal to or less than a preset third set torque as zero is provided at the input stage of the first order delay. The width of the dead zone is set so as to eliminate the influence of noise and hysteresis of the torque sensor 4.

コントローラ１３に位相補償部３０を加えたことにより効果を、図９，１０を用いて説明する。図９に示すように、静的な場合の操舵補助力特性（ノーマル電流と補償電流の和）は、ノーマル制御部１３ａで算出されるノーマル電流（一点鎖線）と、位相補償部３０で算出される補償電流（波線）を加算した特性となる。 The effect obtained by adding the phase compensation unit 30 to the controller 13 will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 9, the steering assist force characteristic (the sum of the normal current and the compensation current) in the static case is calculated by the normal current (one-dot chain line) calculated by the normal control unit 13a and the phase compensation unit 30. The compensation current (wave line) is added.

したがって、静的な場合の操舵補助力特性は、操舵トルクがゼロ付近の微小なトルク範囲では、操舵トルクが重くなるように操舵反力を発生させ、所定のトルク以上では、操舵トルクが軽くなるように操舵補助力を発生させることとなる。 Therefore, the steering assist force characteristic in the static state is such that a steering reaction force is generated so that the steering torque becomes heavy in a minute torque range where the steering torque is near zero, and the steering torque becomes light above a predetermined torque. Thus, a steering assist force is generated.

一方、動的な場合の操舵補助力特性を、図１０を用いて説明する。図１０では、操舵角の時系列推移であり、操舵角ゼロを横切って操舵している状態を示している。このとき、操舵補助力を発生させない場合は、操舵角と車両の特性で決まるタイヤ復元力により、マニュアル相当の反力（二点鎖線）が発生する。 On the other hand, the steering assist force characteristic in a dynamic case will be described with reference to FIG. FIG. 10 shows a time-series transition of the steering angle, and shows a state where steering is performed across the steering angle zero. At this time, when the steering assist force is not generated, a reaction force (two-dot chain line) corresponding to the manual is generated by the tire restoring force determined by the steering angle and the vehicle characteristics.

タイヤ復元力Ｆは、下記の式(2)で記述され、ほぼ少ない車両挙動の範囲では、θに略比例する。
Ｆ＝ξ*cf*（θ/Ｎ―lf/Ｖ*γ―β） …(2)
ここで、ξはトレール、cfは前輪（２輪分）のコーナリングパワー、θは操舵角、Ｎはオーバーオールギア比、lfは前軸から車両重心までの距離、Ｖは車速、γはヨーレート、βは車体スリップアングルである。 The tire restoring force F is described by the following formula (2), and is approximately proportional to θ in a range of almost small vehicle behavior.
F = ξ * cf * (θ / N−lf / V * γ−β) (2)
Where ξ is the trail, cf is the cornering power of the front wheels (for two wheels), θ is the steering angle, N is the overall gear ratio, lf is the distance from the front axle to the center of gravity of the vehicle, V is the vehicle speed, γ is the yaw rate, β Is the vehicle body slip angle.

しかし、操舵系には摩擦が存在するため、転舵方向にオフセットした反力となる（操舵角θがゼロとなる時刻と、タイヤ復元力がゼロとなる時刻が一致しない。）。ノーマル電流により所定トルクの不感帯内では操舵補助力を発生させず、所定トルクを超えたとき操舵トルクに応じた操舵補助力を発生させるため、操舵補助力のみを発生させた場合、図の波線に示す操舵補助力となる。 However, since friction exists in the steering system, the reaction force is offset in the turning direction (the time when the steering angle θ becomes zero and the time when the tire restoring force becomes zero do not coincide). The steering assist force is not generated in the dead zone of the predetermined torque due to the normal current, and the steering assist force corresponding to the steering torque is generated when the predetermined torque is exceeded. This is the steering assist force shown.

続いて、位相補償部３０により、操舵トルクに応じて操舵反力（一点鎖線）が算出される。操舵反力の方向は、ゲインＧが負であるため操舵トルクの逆方向となり、位相遅れの時定数があるため、操舵トルクより遅れていることになる。運転者の感じる操舵トルクは、操舵補助力と操舵反力を加算した値（実線）となる。 Subsequently, a steering reaction force (one-dot chain line) is calculated by the phase compensation unit 30 in accordance with the steering torque. The direction of the steering reaction force is the reverse direction of the steering torque because the gain G is negative, and is behind the steering torque because of the time constant of phase delay. The steering torque felt by the driver is a value (solid line) obtained by adding the steering assist force and the steering reaction force.

すなわち、実施例５の車両用操舵装置にあっては、操舵トルクの周波数に応じて操舵反力を発生させるため、運転者の感じる操舵トルクが、操舵トルクゼロ付近で急峻に変化することになり、操舵トルクゼロの位置が運転者にわかりやすくなる。また、操舵角のゼロ位置と操舵トルクのゼロ位置との時間差が少なくなるため、やはり中立感が向上することになる。 That is, in the vehicle steering apparatus of the fifth embodiment, since the steering reaction force is generated according to the frequency of the steering torque, the steering torque felt by the driver changes steeply near the steering torque zero. The position where the steering torque is zero can be easily understood by the driver. In addition, since the time difference between the zero position of the steering angle and the zero position of the steering torque is reduced, the neutral feeling is also improved.

また、位相補償特性変更部３０ａは、位相補償部３０のゲインＧを車速が大きくなるほど負方向へ増やすため、高速運転時に要求される中立感が高速でより明確となる。さらに、位相補償特性変更部３０ａは、高速になるほど位相補償部３０の時定数τを大きくするため、高速での運転者の少ない操舵量（操舵角、すなわち操舵トルク）のときの反力変化をより滑らかにでき、かつ、力の角度に対する進みを遅らせることにより、操舵角のゼロ位置と操舵トルクのゼロ位置を近づけることが可能となる。 Further, since the phase compensation characteristic changing unit 30a increases the gain G of the phase compensation unit 30 in the negative direction as the vehicle speed increases, the neutral feeling required during high-speed driving becomes clear at high speed. Furthermore, since the phase compensation characteristic changing unit 30a increases the time constant τ of the phase compensating unit 30 as the speed increases, the reaction force change when the steering amount (steering angle, that is, steering torque) with a small number of drivers is high. By making it smoother and delaying the advance with respect to the angle of force, it becomes possible to bring the zero position of the steering angle closer to the zero position of the steering torque.

また、所定値以下の操舵トルクをゼロとする不感帯手段３１を設けたため、トルクセンサ４等に起因するノイズやヒステリシスの影響を防止できる。 In addition, since the dead zone means 31 for setting the steering torque below a predetermined value to zero is provided, the influence of noise and hysteresis caused by the torque sensor 4 and the like can be prevented.

次に、実施例６について説明する。
実施例６は、位相補償部３０のゲインＧと時定数を、操舵速度に応じて変化させる点で、実施例５と異なる。
図１１に示すように、位相補償特性変更部（位相補償特性変更手段）３０ｂは、１次遅れのゲインＧと時定数τを操舵速度に応じて変更する。操舵速度に応じてゲインＧを負の範囲内で絶対値を減少させることにより、操舵速度が遅い場合に要求される中立感がより明確になる。また、操舵速度が遅くなるほど時定数τを大きくすることにより、中立をはっきりさせたいゆっくりとした操舵時の反力変化がより滑らかとなり、かつ、操舵角のゼロ位置と操舵トルクのゼロ位置とを近づけることが可能となる。 Next, Example 6 will be described.
The sixth embodiment is different from the fifth embodiment in that the gain G and the time constant of the phase compensation unit 30 are changed according to the steering speed.
As shown in FIG. 11, the phase compensation characteristic changing unit (phase compensation characteristic changing unit) 30b changes the first-order delay gain G and the time constant τ according to the steering speed. By reducing the absolute value of the gain G within a negative range according to the steering speed, the neutral feeling required when the steering speed is low becomes clearer. In addition, by increasing the time constant τ as the steering speed becomes slower, the reaction force change during slow steering that makes the neutrality clearer becomes smoother, and the zero position of the steering angle and the zero position of the steering torque are It becomes possible to approach.

すなわち、実施例６の車両用操舵装置では、位相補償部３０のゲインＧと時定数τを操舵速度に応じて変更するようにしたため、緊急回避等のように通常の操舵速度以上の操作があった場合に、不要にステアリングを重くすることなく、スムースな操作が可能となる。 That is, in the vehicle steering apparatus of the sixth embodiment, the gain G and the time constant τ of the phase compensation unit 30 are changed according to the steering speed, so that there is an operation exceeding the normal steering speed such as emergency avoidance. In this case, smooth operation is possible without unnecessarily increasing the steering weight.

次に、実施例７について説明する。
実施例７は、位相補償部３０は、のゲインＧと時定数τを、操舵トルクに応じて変化させる点で、実施例５，６と異なる。 Next, Example 7 will be described.
The seventh embodiment differs from the fifth and sixth embodiments in that the phase compensation unit 30 changes the gain G and the time constant τ according to the steering torque.

図１２に示すように、位相補償特性変更部（位相補償特性変更手段）３０ｃは、１次遅れの時定数τとゲインＧを操舵トルクに応じて変更する。操舵トルクに応じて、ゲインＧを負の範囲内で、その絶対値を減少させることにより、トルクが小さい（すなわち、ほぼ操舵角がゼロ）場合に要求される中立感がより明確になる。また、トルクが小さくなるほど時定数τを大きくすることにより、中立をはっきりさせたいトルクが小さい（すなわち、ほぼ操舵角がゼロ）付近での反力変化をより滑らかにし、かつ、操舵角ゼロの位置と操舵トルクゼロの位置を近づけることができる。 As shown in FIG. 12, the phase compensation characteristic changing unit (phase compensation characteristic changing means) 30c changes the first-order delay time constant τ and the gain G in accordance with the steering torque. By reducing the absolute value of the gain G in a negative range according to the steering torque, the neutral feeling required when the torque is small (that is, the steering angle is almost zero) becomes clearer. Also, by increasing the time constant τ as the torque becomes smaller, the reaction force change near the small torque (ie, the steering angle is almost zero) where the neutral is clearly clarified is made smoother, and the position where the steering angle is zero And the position of zero steering torque can be brought closer.

すなわち、実施例７の車両用操舵装置では、位相補償部３０のゲインＧと時定数τを操舵トルクに応じて変更するようにしたため、運転者がステアリングホイール１を大きく操作し、操舵トルクが増大した場合に、不要にステアリングホイール１を重くすることなく、スムースな操舵が可能となる。 That is, in the vehicle steering apparatus of the seventh embodiment, the gain G and the time constant τ of the phase compensation unit 30 are changed according to the steering torque, so that the driver greatly operates the steering wheel 1 to increase the steering torque. In this case, smooth steering is possible without making the steering wheel 1 unnecessarily heavy.

（他の実施例）
以上、本発明を実施する最良の形態を、実施例１〜７に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は各実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。 (Other examples)
As mentioned above, although the best form which implements this invention was demonstrated based on Examples 1-7, the concrete structure of this invention is not limited to each Example, The range which does not deviate from the summary of invention. Such design changes are included in the present invention.

例えば、実施例２では車速に応じて補償電流特性を変化させる例、実施例３では操舵速度に応じて補償電流特性を変化させる例を示したが、車速と操舵速度の両方に応じて補償電流特性を変化させる構成としてもよい。 For example, in the second embodiment, the compensation current characteristic is changed according to the vehicle speed, and in the third embodiment, the compensation current characteristic is changed according to the steering speed. It is good also as a structure which changes a characteristic.

また、実施例５〜７では、位相補償部を１次遅れとしたが、多次数の遅れ成分と多次数の進み成分の組み合わせでもよい。また、各実施例において、位相補償部の時定数τとゲインＧをそれぞれ車速のみ、操舵速度のみ、操舵トルクのみの関数としているが、位相補償部の時定数τとゲインＧを車速、操舵速度または操舵トルクのいずれか複数の関数またはマップとしてもよい。 In the fifth to seventh embodiments, the phase compensation unit is a first-order lag, but a combination of a multi-order delay component and a multi-order advance component may be used. In each embodiment, the time constant τ and the gain G of the phase compensation unit are functions of only the vehicle speed, only the steering speed, and only the steering torque. However, the time constant τ and the gain G of the phase compensation unit are the vehicle speed and the steering speed. Alternatively, any function or map of the steering torque may be used.

実施例１〜７では、操舵軸と舵取り機構が機械的に連結されたタイプの車両用操舵装置について説明したが、本発明は、操舵軸と舵取り機構が連結されていないステアバイワイヤタイプにも適用できる。通常、ステアバイワイヤシステムには、操舵軸へセルフアライニングトルクが入力されないため、中立感の演出が必要であるが、本発明を適用することで、簡単に中立感のある操舵フィーリングが得られる。 In the first to seventh embodiments, the vehicle steering apparatus in which the steering shaft and the steering mechanism are mechanically connected has been described. However, the present invention is also applicable to a steer-by-wire type in which the steering shaft and the steering mechanism are not connected. it can. Normally, since the steer-by-wire system does not input self-aligning torque to the steering shaft, it is necessary to produce a neutral feeling. By applying the present invention, a steering feeling with a neutral feeling can be easily obtained. .

実施例１〜７では、操舵速度検出手段として、モータの回転速度を推定し、推定したモータの回転速度から操舵速度を算出する例を示したが、タコジェネレータ等を用いてモータの回転速度を直接検出してもよい。また、操舵角センサの検出値から操舵速度を推定してもよい。 In the first to seventh embodiments, as an example of the steering speed detection unit, the rotation speed of the motor is estimated, and the steering speed is calculated from the estimated rotation speed of the motor. However, the rotation speed of the motor is calculated using a tachometer generator or the like. It may be detected directly. Further, the steering speed may be estimated from the detected value of the steering angle sensor.

車両用操舵装置の構成図である（実施例１）。1 is a configuration diagram of a vehicle steering device (first embodiment). FIG. 制御ブロック図である（実施例１）。FIG. 3 is a control block diagram (Example 1). 操舵トルクに対する補償電流特性を示す図である（実施例１）。FIG. 6 is a diagram illustrating a compensation current characteristic with respect to steering torque (Example 1). 車速に対する第１設定トルク、第２設定トルクおよび最大補償量の設定例を示す図である（実施例２）。(Example 2) which is a figure which shows the example of a setting of the 1st setting torque with respect to a vehicle speed, a 2nd setting torque, and the maximum compensation amount. 操舵速度に対する第１設定トルク、第２設定トルクおよび最大補償量の設定例を示す図である（実施例３）。(Example 3) which is a figure which shows the example of a setting of the 1st setting torque with respect to steering speed, the 2nd setting torque, and the maximum compensation amount. 制御ブロック図である（実施例４）。(Example 4) which is a control block diagram. 制御ブロック図である（実施例５）。(Example 5) which is a control block diagram. 位相補償部の構成を示すブロック図である（実施例５）。(Example 5) which is a block diagram which shows the structure of a phase compensation part. 静的な操舵補助力特性を示す図である（実施例５）。(Example 5) which is a figure which shows a static steering assist force characteristic. 動的な操舵補助力特性を示す図である（実施例５）。(Example 5) which is a figure which shows the dynamic steering assistance force characteristic. 制御ブロック図である（実施例６）。(Example 6) which is a control block diagram. 制御ブロック図である（実施例７）。(Example 7) which is a control block diagram.

符号の説明Explanation of symbols

１ステアリングホイール
２舵取り機構
３操舵軸
４トルクセンサ
５モータ
６ピニオン
７ラック軸
８、９タイロッド
１０，１１転舵輪
１２減速機
１３コントローラ
１３ａノーマル制御部
１３ｂ補償制御部
１３ｃモータ端子間電圧センサ
１３ｄモータ電流センサ
１４車速センサ
１５バッテリ
２１，２３乗算器
２２比較器
３０位相補償器
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ位相補償特性変更部
３１不感帯手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Steering wheel 2 Steering mechanism 3 Steering shaft 4 Torque sensor 5 Motor 6 Pinion 7 Rack shaft 8, 9 Tie rod 10, 11 Steering wheel 12 Reduction gear 13 Controller 13a Normal control part 13b Compensation control part 13c Motor terminal voltage sensor 13d Motor current Sensor 14 Vehicle speed sensor 15 Battery 21, 23 Multiplier 22 Comparator 30 Phase compensator 30a, 30b, 30c Phase compensation characteristic changing unit 31 Dead band means

Claims

操舵軸の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
舵取り機構に操舵補助力を出力するモータと、
検出された操舵トルクが、あらかじめ設定された操舵補助力不感帯のしきい値である第１設定トルクを超えたとき、操舵トルクに応じた操舵補助力を発生させるようにモータを駆動制御する操舵制御手段と、
を備えた車両用操舵装置において、
検出された操舵トルクが、第１設定トルク以下であるとき、操舵トルクに応じて操舵反力を発生させるようにモータを補償制御する補償制御手段を設けたことを特徴とする車両用操舵装置。 Steering torque detecting means for detecting the steering torque of the steering shaft;
A motor that outputs a steering assist force to the steering mechanism;
Steering control for driving and controlling the motor to generate a steering assist force corresponding to the steering torque when the detected steering torque exceeds a first set torque that is a threshold value of a preset steering assist force dead zone. Means,
In a vehicle steering apparatus comprising:
A vehicle steering apparatus, comprising: compensation control means for compensating and controlling a motor so as to generate a steering reaction force according to the steering torque when the detected steering torque is equal to or less than a first set torque.

請求項１に記載の車両用操舵装置において、
前記補償制御手段は、
検出された操舵トルクが、第１設定トルクよりも小さな操舵反力不感帯にあるとき、モータの補償量をゼロとし、
操舵トルクが操舵反力不感帯を超え、かつ、第１設定トルクよりも小さな第２設定トルク以下のとき、操舵トルクが大きくなるほど補償量を増大させ、
操舵トルクが第２設定トルクよりも大きく、かつ、第１設定トルク以下のとき、操舵トルクが大きくなるほど補償量を減少させ、
操舵トルクが第１設定トルクを超えたとき、補償量をゼロとすることを特徴とする車両用操舵装置。
操舵トルクが第１ The vehicle steering apparatus according to claim 1,
The compensation control means includes
When the detected steering torque is in a steering reaction force dead zone smaller than the first set torque, the compensation amount of the motor is set to zero,
When the steering torque exceeds the steering reaction force dead zone and is equal to or smaller than the second set torque smaller than the first set torque, the compensation amount is increased as the steering torque is increased.
When the steering torque is greater than the second set torque and less than or equal to the first set torque, the compensation amount is decreased as the steering torque is increased.
A vehicle steering apparatus, wherein the compensation amount is set to zero when the steering torque exceeds the first set torque.
Steering torque is first

請求項１または請求項２に記載の車両用操舵装置において、
車速を検出する車速検出手段と、
検出された車速に応じて、第１設定トルク、第２設定トルクまたは補償量の少なくとも一つを変化させる補償特性変更手段と、
を設けたことを特徴とする車両用操舵装置。 The vehicle steering apparatus according to claim 1 or 2,
Vehicle speed detection means for detecting the vehicle speed;
Compensation characteristic changing means for changing at least one of the first set torque, the second set torque, or the compensation amount according to the detected vehicle speed;
A vehicle steering apparatus characterized by comprising:

請求項１または請求項２に記載の車両用操舵装置において、
前記操舵軸の操舵速度を検出する操舵速度検出手段と、
検出された操舵速度に応じて、第１設定トルク、第２設定トルクまたは補償量の少なくとも一つを変化させる補償特性変更手段と、
を設けたことを特徴とする車両用操舵装置。 The vehicle steering apparatus according to claim 1 or 2,
Steering speed detecting means for detecting a steering speed of the steering shaft;
Compensation characteristic changing means for changing at least one of the first set torque, the second set torque, or the compensation amount according to the detected steering speed;
A vehicle steering apparatus characterized by comprising:

請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の電装パワーステアリング装置において、
前記操舵軸の操舵方向を検出する操舵方向検出手段と、
操舵トルク方向を検出する操舵トルク方向検出手段と、
を設け、
前記補償制御手段は、検出された操舵方向と操舵トルク方向が異なるとき、補償量をゼロとすることを特徴とする車両用操舵装置。 The electrical power steering apparatus according to any one of claims 1 to 4,
Steering direction detecting means for detecting a steering direction of the steering shaft;
Steering torque direction detecting means for detecting the steering torque direction;
Provided,
The vehicle steering apparatus according to claim 1, wherein the compensation control means sets the compensation amount to zero when the detected steering direction and the steering torque direction are different.

操舵軸の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
舵取り機構に操舵補助力を出力するモータと、
検出された操舵トルクに応じた操舵補助力を発生させるようにモータを駆動制御する操舵制御手段と、
を備えた車両用操舵装置において、
操舵トルクの周波数を検出する操舵トルク周波数検出手段と、
検出された操舵トルクの周波数に応じて、操舵反力を発生させるようにモータを補償制御する補償制御手段と、
を設けたことを特徴とする車両用操舵装置。 Steering torque detecting means for detecting the steering torque of the steering shaft;
A motor that outputs a steering assist force to the steering mechanism;
Steering control means for driving and controlling the motor to generate a steering assist force according to the detected steering torque;
In a vehicle steering apparatus comprising:
Steering torque frequency detection means for detecting the frequency of the steering torque;
Compensation control means for compensating and controlling the motor so as to generate a steering reaction force according to the detected frequency of the steering torque;
A vehicle steering apparatus characterized by comprising:

請求項６に記載の車両用操舵装置において、
前記補償制御手段を、操舵トルクの遅れ補償を行う位相補償手段としたことを特徴とする車両用操舵装置。 The vehicle steering apparatus according to claim 6,
A vehicle steering apparatus, wherein the compensation control means is a phase compensation means for compensating for a delay in steering torque.

請求項７に記載の車両用操舵装置において、
車速を検出する車速検出手段と、
検出された車速に応じて、位相補償手段のゲインまたは時定数の少なくとも一方を変更する位相補償特性変更手段と、
を設けたことを特徴とする車両用操舵装置。 The vehicle steering apparatus according to claim 7, wherein
Vehicle speed detection means for detecting the vehicle speed;
Phase compensation characteristic changing means for changing at least one of gain or time constant of the phase compensation means in accordance with the detected vehicle speed;
A vehicle steering apparatus characterized by comprising:

請求項７に記載の車両用操舵装置において、
前記操舵軸の操舵速度を検出する操舵速度検出手段と、
検出された操舵速度に応じて、位相補償手段のゲインまたは時定数の少なくとも一方を変更する位相補償特性変更手段と、
を設けたことを特徴とする車両用操舵装置。 The vehicle steering apparatus according to claim 7, wherein
Steering speed detecting means for detecting a steering speed of the steering shaft;
Phase compensation characteristic changing means for changing at least one of the gain and time constant of the phase compensation means in accordance with the detected steering speed;
A vehicle steering apparatus characterized by comprising:

請求項７に記載の車両用操舵装置において、
検出された操舵トルクに応じて、位相補償手段のゲインまたは時定数の少なくとも一方を変更する位相補償特性変更手段を設けたことを特徴とする車両用操舵装置。 The vehicle steering apparatus according to claim 7, wherein
A vehicle steering apparatus comprising phase compensation characteristic changing means for changing at least one of a gain and a time constant of the phase compensation means in accordance with the detected steering torque.

請求項７ないし請求項１０のいずれか１項に記載の車両用操舵装置において、
検出された操舵トルクが、あらかじめ設定された操舵補助力不感帯のしきい値である第３設定トルク以下であるとき、操舵トルクをゼロとして位相補償手段へ出力する不感帯手段を設けたことを特徴とする車両用操舵装置。 The vehicle steering apparatus according to any one of claims 7 to 10,
When the detected steering torque is equal to or less than a third set torque that is a threshold value of a steering assist force dead zone set in advance, a dead zone means is provided that outputs the steering torque as zero to the phase compensation means. A vehicle steering device.