JP2021195030A - Steering device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、転舵輪と機械的に接続されず、信号(情報)により転舵輪を転舵させる操作部材に連結される操舵装置に関する。 The present invention relates to a steering device that is not mechanically connected to a steering wheel but is connected to an operating member that steers the steering wheel by a signal (information).
従来、特許文献1に記載されるように、ステアリングホイールなどの操作部材を把持する運転者の把持位置に応じて、操作部材に加える反力を補正する技術が知られている。 Conventionally, as described in Patent Document 1, there is known a technique of correcting a reaction force applied to an operating member according to a gripping position of a driver who grips an operating member such as a steering wheel.
ところが、操作部材と転舵輪とが機械的に分離されているリンクレス・ステア・バイ・ワイヤ・システムでは、操作部材の操作量に対する転舵輪の転舵角は機械的に制限されないため、運転者が操作部材を操作することにより操作部材、車両などから得られる操作感を任意に設定できる。また、操作部材の形状は円環状に拘ることなく自由に選定できるため、操作部材の形状により運転者に与える操作感が異なる場合もある。 However, in a linkless steer-by-wire system in which the operating member and the steering wheel are mechanically separated, the steering angle of the steering wheel with respect to the operating amount of the operating member is not mechanically limited, so that the driver By operating the operation member, the operation feeling obtained from the operation member, the vehicle, etc. can be arbitrarily set. Further, since the shape of the operating member can be freely selected regardless of the annular shape, the feeling of operation given to the driver may differ depending on the shape of the operating member.
本発明は、上記の状況に鑑みなされたものであり、操作部材の形状に影響されずに運転者の操作感覚を向上させる操舵装置の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a steering device that improves a driver's operational feeling without being affected by the shape of an operating member.
上記目的を達成するために、本発明の1つである操舵装置は、転舵輪と機械的に接続されていない操作部材を回転可能に保持する操舵装置であって、前記操作部材における運転者の把持位置を検出する把持位置検出手段と、前記把持位置検出手段が検出した把持位置に基づき、前記操作部材の操作量に対する前記転舵輪の転舵量である伝達比を変更する伝達比変更部と、を備える。 In order to achieve the above object, the steering device, which is one of the present inventions, is a steering device that rotatably holds an operating member which is not mechanically connected to the steering wheel, and is a steering device of the driver in the operating member. A gripping position detecting means for detecting a gripping position, and a transmission ratio changing unit for changing a transmission ratio which is a steering amount of the steering wheel with respect to an operating amount of the operating member based on the gripping position detected by the gripping position detecting means. , Equipped with.
本発明によれば、運転者の操作部材への把持位置にかかわらず良好な操作感を運転者に付与することができる。 According to the present invention, it is possible to give the driver a good feeling of operation regardless of the gripping position of the driver on the operating member.
以下に、本発明に係る操舵装置の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の位置関係、および接続状態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下では複数の発明を一つの実施の形態として説明する場合があるが、請求項に記載されていない構成要素については、その請求項に係る発明に関しては任意の構成要素であるとして説明している。また、図面は、本発明を説明するために適宜強調や省略、比率の調整を行った模式的な図となっており、実際の形状や位置関係、比率とは異なる場合がある。 Hereinafter, embodiments of the steering device according to the present invention will be described with reference to the drawings. The numerical values, shapes, materials, components, positional relationships of the components, connection states, steps, the order of steps, etc. shown in the following embodiments are examples, and are not intended to limit the present invention. Further, in the following, a plurality of inventions may be described as one embodiment, but the components not described in the claims will be described as arbitrary components with respect to the claimed invention. ing. Further, the drawings are schematic views in which emphasis, omission, and ratio adjustment are appropriately performed in order to explain the present invention, and may differ from the actual shape, positional relationship, and ratio.
図1は、操舵装置を備えた操舵システムを示す図である。操舵システム200は、運転者が操作部材210を操作した操作量を信号(情報)に変換し、信号を受信したECU(Electronic Control Unit)の1つである転舵制御装置240が転舵機構230を制御することにより転舵輪220を転舵するリンクレス・ステア・バイ・ワイヤ・システムである。操舵システム200は、操作部材210と、転舵機構230と、転舵制御装置240と、操舵装置100とを備えている。
FIG. 1 is a diagram showing a steering system including a steering device. In the
操作部材210は、運転者から転舵のための操作を受ける装置であり、操舵装置100に連結されている。操作部材210の形状は特に限定されるものではないが、本実施の形態では操作部材210は、角がまるめられた台形の環形状のリム211とスポーク212とを備えている。
The
転舵機構230は、転舵制御装置240によって制御される転舵モータ232を駆動源として、転舵輪220を転舵させる機構であり、本実施の形態の場合、ラックシャフト231と、転舵モータ232と、転舵モータ232の回転駆動力を増幅してラックシャフト231に伝達するピニオンシャフトを備えた転舵減速機233と、直動するラックシャフト231と転舵輪220とを連結するタイロッド234と、を備えている。
The
操舵装置100は、転舵輪220と機械的に接続されていない操作部材210を操作可能に保持する装置であって、操作部材210の操作量に応じた転舵輪220の転舵角を示す転舵比を生成し、出力することにより転舵輪220を転舵し、操作感を創出する。操舵装置100は、把持位置検出手段120と、操作感制御装置130と、を備えている。本実施の形態の場合、操舵装置100は、軸部材150と、トルク検出手段140と、操作方向検出手段160と、反力手段110と、を備えている。
The
軸部材150は、操作部材210に機械的に連結され、操作部材210の操作に応じて回転する棒状の部材である。本実施の形態の場合、軸部材150は、反力手段110に接続され、操作部材210を操作する運転者に対し運転状態に応じた操舵感覚などを付与する反力が加えられる。
The
反力手段110は、軸部材150を介して操作部材210に反力を付与する装置である。反力手段110の構成は、特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、反力手段110は、転舵輪220と機械的に接続されている操舵装置が転舵輪220などから受けるトルクと類似した反力を発生させるための電動モータ111と、電動モータ111の出力トルクを増幅して軸部材150に伝達するための減速機112とを備えている。電動モータ111としては、三相ブラシレスモータを例示することができる。減速機112は、電動モータ111によって回転駆動されるウォームギヤと、軸部材150に一体回転可能に連結され、ウォームギヤによって回転駆動されるウォームホイールと、を備えるウォーム減速機を例示することができる。電動モータ111のロータの回転角であるロータ回転角は、レゾルバ等の回転角センサ(不図示)によって検出され、操作部材210の回転角を導出する情報として用いられる場合がある。
The reaction force means 110 is a device that applies a reaction force to the
トルク検出手段140は、操作部材210を介して軸部材150に加えられるトルクを検出する装置である。トルク検出手段140の構成は、特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、トルク検出手段140は、軸部材150に介在配置されているトーションバー142と、トーションバー142の操作部材210側の端部と減速機112側の端部との相対的なねじれ角(回転変位量)を検出するねじれ角検出装置141とを備えている。
The torque detecting means 140 is a device that detects the torque applied to the
把持位置検出手段120は、操作部材210における運転者の把持位置を検出する装置である。本実施の形態の場合、把持位置検出手段120は、操作部材210のリム211に、所定の間隔で配置された複数のタッチセンサを備え、運転者がリム211を把持することにより反応したタッチセンサの位置に基づき把持位置を検出している。タッチセンサの種類は、特に限定されるものではなく、既存の静電容量を利用したもの、膜抵抗を利用したもの、赤外線など光を利用したもの、圧力を検出するもの、マイクロスイッチなどを例示することができる。タッチセンサは、スポーク212などに取り付けられても構わない。
The gripping position detecting means 120 is a device that detects the gripping position of the driver on the
把持位置検出手段120の把持位置検出精度は、特に限定されるものではないが、少なくとも、操作部材210の中立姿勢における左右、および回転中心214から最も遠い位置、最も近い位置の4箇所が区別できる精度を備えることが好ましい。把持位置検出手段120は、操作部材210の中立姿勢における上死点、下死点などを把持していることを検出できる精度を備えてもよい。また、把持位置検出手段120は、中立姿勢における回転中心214の左右の真横を把持していることを検出できる精度を備えてもよい。また、把持位置検出手段120は、回転中心214を中心として所定の角度毎に把持位置を検出する精度を備えても構わない。
The gripping position detection accuracy of the gripping position detecting means 120 is not particularly limited, but at least four positions can be distinguished: left and right in the neutral posture of the
操作方向検出手段160は、操作部材210の操作方向を検出する装置である。操作方向検出手段160の検出方法は特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、操作方向検出手段160は、軸部材150の回転を操作部材210の回転として検出する角度検出手段としても機能している。具体的には、操作方向検出手段160は、軸部材150と共に回転する主歯車と、主歯車に噛み合う径の異なる二つの従動歯車とを備え、従動歯車にそれぞれ備えられた永久磁石の回転をホール素子などで検出することにより操作部材210の回転角度を検出し、かつ操作部材210の回転方向を検出するものとなっている。
The operation direction detecting means 160 is a device for detecting the operation direction of the
図2は、操作感制御装置の機能構成を示すブロック図である。操作感制御装置130は、操作部材210への把持位置、および操作量に応じた転舵情報を生成し、転舵制御装置240に出力するECUの一つであって、操作感制御装置130がプログラムを実行することより実現する処理部として、把持位置取得部131と、操作方向取得部132と、伝達比変更部133と、反力制御部136と、トルク取得部137と、を備えている。操作感制御装置130が制御する操作感とは、操作部材210の操作に応じた車両の挙動を運転者が感じる感覚であり、例えば、操舵時に運転者が感じるGなどである。また、操作感には、反力手段110により運転者が操作部材210から受ける感覚も含まれる。
FIG. 2 is a block diagram showing a functional configuration of the operation feeling control device. The operation
操作方向取得部132は、操作方向検出手段160が出力する信号に基づき運転者が操作部材210を操作した方向を取得する。本実施の形態の場合、操作部材210は、回転中心周りを回転するように保持されており、操作方向取得部132は、操作部材210の回転方向を操作方向として取得する。具体的には、操作方向取得部132は、操作方向検出手段160から取得した2つの従動歯車の回転の位相差から回転方向を取得する。また、操作方向取得部132は、軸部材150の回転角も取得している。
The operation
トルク取得部137は、トルク検出手段140が出力する信号に基づき運転者が操作部材210を回転させる際に発生するトルクを導出する処理部である。本実施の形態の場合、トーションバー142の両端部の相対的なねじれ角(回転変位量)、およびトーションバー142のねじり弾性率に基づきトルクを導出する。
The
回転角取得部135は、回転角検出手段143が出力する信号に基づき運転者が操作部材210を回転させた回転量を角度δhとして導出する処理部である。本実施の形態の場合、運転者から操作部材210を見た場合において、操作部材210が反時計回りに回る方向を正とし、回転角をδhと記載している 。
The rotation
把持位置取得部131は、把持位置検出手段120が出力する信号に基づき運転者が操作部材210を把持している位置を導出する処理部である。本実施の形態の場合、把持位置取得部131は、中立姿勢の操作部材210を運転者側から見た右側をR、左側をLとして区別し、把持位置を極座標として導出している。具体的には、図3に示すように、把持位置取得部131は、右腕把持位置RAの極座標(rR,θR)を導出し、左腕把持位置LAの極座標(rL,θL)を導出している。なおθは、回転中心214を中心(原点)とし、中立姿勢の操作部材210のリム211の回転中心214の直上部分へ延びる基準線からの角度を示している。この極座標(基準線)は操作部材210に固定され、操舵部材210とともに回転する。なお、rR、およびrLは、把持位置に関連付けられた状態で記憶手段139に記憶されている。
The gripping
伝達比変更部133は、把持位置検出手段120が検出した把持位置に基づき、操作部材210の操作量に対する転舵輪220の転舵量である伝達比を変更し、変更した伝達比に基づき操作方向取得部132から取得した操作部材210の回転角度に応じた指示転舵角を転舵制御装置240に出力する処理部である。本実施形態では、伝達比Tは、操作部材210の回転角δh、転舵輪220の転舵角δtとして、T=δt/δhと定義する。
The transmission
本実施の形態の場合、伝達比変更部133は、操作方向検出手段160が検出した操作方向側の把持位置と操作部材210の支点である回転中心との距離が比較的短い場合、把持位置と操作部材210の支点である回転中心との距離が比較的長い場合より伝達比を小さくする。つまり、操作部材210の中立姿勢における右側の第一把持位置(rR1,θR1)を運転者が把持して右方向に操作部材210を回転させた場合の第一伝達比をT1、第二把持位置(rR2,θR2)を把持して右方向に操作部材210を回転させた場合の第二伝達比をT2とし、rR1<rR2であった場合、伝達比変更部133は、T1<T2となるように伝達比を変更する。例えば、上記関係を満たすように伝達比TをrRの関数として表してもよい。また、記憶手段139に伝達比TとrRとが関連付けられたテーブルを備え、テーブルに基づき伝達比を変更しても構わない。
In the case of the present embodiment, the transmission
伝達比変更部133を設計するにあたり、伝達比の上限値を把持位置に応じて設定することが望ましい。具体的には、把持位置が一定の場合に操作部材210が中立姿勢から操作部材を操作できる最大操作量と最大転舵角から算出される伝達比を、前記把持位置における伝達比の下限値として例示できる。
When designing the transmission
伝達比変更部133は、操作部材210の把持位置により伝達比を変更し、中立姿勢からの操作部材210の操作量に対し変更後の伝達比に基づき指示転舵角を転舵制御装置240に送信する。また、運転者が操作部材210を切り戻す方向に操作する場合には、運転者が操作部材210の把持位置を変更しても操作部材210が中立姿勢に戻るまで変更した伝達比を維持して指示転舵角を出力する。これにより、車両の挙動によって運転者が感じる違和感を低減することができる。
The transmission
伝達比変更部133は、把持位置が、操作部材210の回転中心よりも上方の場合、下方の場合よりも大きくなるように伝達比を変更してもよい。これによれば、操作部材210の把持位置にかかわらず運転者はスムーズな操作感を得ることができる。
The transmission
反力制御部136は、反力手段110に発生させる反力を制御する。本実施の形態の場合、反力制御部136は、トルク取得部137により取得されたトルク、操作方向取得部132から取得された操作方向、回転角など、および反力情報に基づき、反力手段110の電動モータ111を制御する。例えば反力制御部136は、転舵輪220と操作部材とが機械的に連結されているステアリングにおいて、転舵輪220から操作部材に伝わるトルクをリンクレス・ステア・バイ・ワイヤ・システムに用いられる操舵装置100において再現し、運転者に適度な操作感を付与するように反力トルク値を反力情報に基づき算出する。
The reaction
反力変更部134は、把持位置検出手段120が検出した把持位置に基づき、反力制御部136の制御に用いられる反力トルク情報を変更する。本実施の形態の場合、反力変更部134は、操作方向検出手段160が検出した操作方向側の把持位置と操作部材210の支点である回転中心との距離が比較的短い場合、把持位置と操作部材210の支点である回転中心との距離が比較的長い場合より反力トルクが小さくなるように反力トルク情報を変更する。
The reaction
操作部材210は回転中心の周りに回転可能であり、把持位置が、操作部材210の回転中心よりも上方の場合、把持位置が回転中心より下方の場合よりも反力トルクが重くなるように反力変更部134は、反力トルク情報を変更してもよい。これによれば、操作部材210の把持位置にかかわらず運転者はスムーズな操作感を得ることができる。
The operating
以上、本実施の形態にかかる操舵装置100によれば、回転中心と把持位置との距離が異なる異形の操作部材210であっても、あたかも円形の操作部材210を使っているような操作感を運転者に与えることが可能となる。つまり、異形の操作部材210であっても、把持位置の違いにかかわらず操作がしやすくなるような転舵比、反力とすることができる。
As described above, according to the
具体的には、車両の曲がり具合によるGの感覚や、操作部材210から受ける反力等の操作感を、操作部材210を把持した把持位置に関わらず一定レベルに維持することができる。
Specifically, the feeling of G due to the bending condition of the vehicle and the feeling of operation such as the reaction force received from the operating
また、異形の操作部材210を採用しても良好な操作感を得ることができるため、操作部材210の形状設計の自由度が向上する。これにより、自動運転時にダッシュボード内に収納させやすい形状など自動運転に適した操作部材210の形状を採用することなどが可能となる。
Further, even if the irregularly shaped
また、スポーク212などにも把持位置検出手段120を設けることにより、スポーク212を把持して運転した場合でも、良好な操作感を発揮することができる。
Further, by providing the gripping position detecting means 120 on the
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本発明に含まれる。 The present invention is not limited to the above embodiment. For example, another embodiment realized by arbitrarily combining the components described in the present specification and excluding some of the components may be an embodiment of the present invention. The present invention also includes modifications obtained by making various modifications that can be conceived by those skilled in the art within the scope of the gist of the present invention, that is, the meaning indicated by the wording described in the claims, with respect to the above-described embodiment. Will be.
例えば、把持位置検出手段120は、タッチセンサを備え、タッチセンサの反応に基づき把持位置を検出していたが、把持位置検出手段120は、操作部材210を撮像可能なカメラを備え、カメラから取得した画像に基づき把持位置を検出しても構わない。
For example, the gripping position detecting means 120 includes a touch sensor and detects the gripping position based on the reaction of the touch sensor, but the gripping position detecting means 120 includes a camera capable of capturing an image of the operating
また、伝達比変更部133は、把持位置に基づき伝達比を変更するが、把持位置に基づき伝達比に補正を加えることも伝達比の変更に含まれる。
Further, the transmission
同様に、反力変更部134は、把持位置に基づき反力情報を変更するが、把持位置に基づき反力情報を補正することも反力情報の変更に含まれる。
Similarly, the reaction
本発明は、リンクレス・ステア・バイ・ワイヤ・システムにおいて、操作部材を回転可能に保持する操舵装置に利用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for a steering device that rotatably holds an operating member in a linkless steering-by-wire system.
100…操舵装置、110…反力手段、111…電動モータ、112…減速機、120…把持位置検出手段、130…操作感制御装置、131…把持位置取得部、132…操作方向取得部、133…伝達比変更部、134…反力変更部、135…回転角取得部、136…反力制御部、137…トルク取得部、139…記憶手段、140…トルク検出手段、141…角検出装置、142…トーションバー、143…回転角検出手段、150…軸部材、160…操作方向検出手段、200…操舵システム、210…操作部材、211…リム、212…スポーク、214…回転中心、220…転舵輪、230…転舵機構、231…ラックシャフト、232…転舵モータ、233…転舵減速機、234…タイロッド、240…転舵制御装置
100 ... Steering device, 110 ... Reaction force means, 111 ... Electric motor, 112 ... Reducer, 120 ... Gripping position detecting means, 130 ... Operation feeling control device, 131 ... Gripping position acquisition unit, 132 ... Operation
Claims (8)
前記操作部材における運転者の把持位置を検出する把持位置検出手段と、
前記把持位置検出手段が検出した把持位置に基づき、前記操作部材の操作量に対する前記転舵輪の転舵量である伝達比を変更する伝達比変更部と、
を備える操舵装置。 A steering device that rotatably holds an operating member that is not mechanically connected to the steering wheel.
A gripping position detecting means for detecting the gripping position of the driver in the operating member,
A transmission ratio changing unit that changes the transmission ratio, which is the steering amount of the steering wheel, with respect to the operating amount of the operating member, based on the gripping position detected by the gripping position detecting means.
A steering device equipped with.
前記伝達比変更部は、
前記操作方向検出手段が検出した操作方向側の把持位置と前記操作部材の支点との距離が比較的短い場合、把持位置と前記操作部材の支点との距離が比較的長い場合より伝達比を小さくする
請求項1に記載の操舵装置。 An operation direction detecting means for detecting the operation direction of the operation member is provided.
The transmission ratio changing unit is
When the distance between the gripping position on the operating direction side detected by the operating direction detecting means and the fulcrum of the operating member is relatively short, the transmission ratio is smaller than when the distance between the gripping position and the fulcrum of the operating member is relatively long. The steering device according to claim 1.
車両の直進走行時における操作部材の姿勢である中立姿勢に前記操作部材を戻す切り戻し方向に操作される場合には、前記操作部材が中立姿勢に戻るまで変更した伝達比を維持する
請求項1または2に記載の操舵装置。 The transmission ratio changing unit is
1 Or the steering device according to 2.
把持位置が一定の場合に車両の直進走行時における操作部材の姿勢である中立姿勢から操作部材を操作できる最大操作量と最大転舵角から算出される伝達比を、前記把持位置における伝達比の上限値として設定する
請求項1から3のいずれか一項に記載の操舵装置。 The transmission ratio changing unit is
The transmission ratio calculated from the maximum operating amount and the maximum steering angle at which the operating member can be operated from the neutral posture, which is the posture of the operating member when the vehicle is traveling straight when the gripping position is constant, is the transmission ratio at the gripping position. The steering device according to any one of claims 1 to 3, which is set as an upper limit value.
前記伝達比変更部は、
把持位置が、前記回転中心よりも上方の場合、把持位置が下方の場合よりも大きくなるように伝達比を変更する
請求項1から4のいずれか一項に記載の操舵装置。 When the operating member is rotatable around the center of rotation,
The transmission ratio changing unit is
The steering device according to any one of claims 1 to 4, wherein when the gripping position is above the center of rotation, the transmission ratio is changed so that the gripping position is larger than when the gripping position is below.
前記反力を制御する反力制御部と、
前記把持位置検出手段が検出した把持位置に基づき、前記反力制御部の反力情報を変更する反力変更部と、
を備える請求項1から5のいずれか一項に記載の操舵装置。 A reaction force means for applying a reaction force to the operating member, and
The reaction force control unit that controls the reaction force,
A reaction force changing unit that changes the reaction force information of the reaction force control unit based on the gripping position detected by the gripping position detecting means, and a reaction force changing unit.
The steering device according to any one of claims 1 to 5.
前記反力変更部は、
前記操作方向検出手段が検出した操作方向側の把持位置と前記操作部材の支点との距離が比較的短い場合、把持位置と前記操作部材の支点との距離が比較的長い場合より反力トルクが小さくなるように反力情報を変更する
請求項6に記載の操舵装置。 An operation direction detecting means for detecting the operation direction of the operation member is provided.
The reaction force changing part is
When the distance between the gripping position on the operating direction side detected by the operating direction detecting means and the fulcrum of the operating member is relatively short, the reaction force torque is higher than when the distance between the gripping position and the fulcrum of the operating member is relatively long. The steering device according to claim 6, wherein the reaction force information is changed so as to be smaller.
前記反力変更部は、
把持位置が、前記回転中心よりも上方の場合、把持位置が前記回転中心よりも下方の場合より反力トルクを重くする
請求項6または7に記載の操舵装置。 When the operating member is rotatable around the center of rotation,
The reaction force changing part is
The steering device according to claim 6 or 7, wherein when the gripping position is above the center of rotation, the reaction force torque is heavier than when the gripping position is below the center of rotation.
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2020
- 2020-06-15 JP JP2020103390A patent/JP2021195030A/en active Pending
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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