JP3825297B2

JP3825297B2 - Vehicle steering device

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Publication number: JP3825297B2
Application number: JP2001318496A
Authority: JP
Inventors: 勝利西崎
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2001-10-16
Filing date: 2001-10-16
Publication date: 2006-09-27
Anticipated expiration: 2021-10-16
Also published as: JP2003118618A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操舵用アクチュエータを制御することで、舵角を変化させると共に操作部材の操作量と車輪の転舵量との比を変化させることができる車両の操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
操作部材と、操舵用アクチュエータと、その操舵用アクチュエータの動きを舵角変化が生じるように車輪に伝達する機構と、その操作部材の操作量と車輪の転舵量との比が変化するように操舵用アクチュエータを制御可能な制御系とを備える車両の操舵装置が提案されている。そのような操舵装置として、操作部材を車輪に機械的に連結するものと連結しないものとがある。操作部材を車輪に機械的に連結する場合、ステアリングホイールの操作に応じた入力シャフトの回転を出力シャフトに遊星ギヤ機構を介して伝達し、その伝達に際して遊星ギヤ機構を構成するリングギヤを駆動する操舵用アクチュエータを制御することで操作量と転舵量との比を変更している。また、操作部材を車輪に機械的に連結しない場合、操舵用アクチュエータの動きを舵角が変化するように車輪に伝達する際に、その操舵用アクチュエータを制御することで操作量と転舵量との比を変更している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような車両の操舵装置においては、操作部材の操作量や操作速度といった操作特性が一定であっても、右操舵時と左操舵時とで車両の挙動が相違することがある。そのため、車両の走行安定性が低下し、ドライバーに違和感を与えるという問題がある。
本発明は、上記問題を解決することのできる車両の操舵装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の車両の操舵装置は、操作部材と、操舵用アクチュエータと、その操舵用アクチュエータの動きを舵角変化が生じるように車輪に伝達する機構と、その操作部材の操作量と車輪の転舵量との比が変化するように操舵用アクチュエータを制御可能な制御系と、その操舵用アクチュエータの制御系におけるゲインを、右操舵時と左操舵時とで互いに異なる値に設定する手段とを備えることを特徴とする。
操作部材の操作量や操作速度といった操作特性が一定であっても、右操舵時と左操舵時とで車両の挙動が相違する原因としては、車両の慣性質量の中で乗員、積荷、燃料などの可変慣性質量の大きさや配置の変化が考えられる。例えば、そのような可変慣性質量の変化により、車両の重心位置が車両の左右方向における中央位置よりも右方に偏った場合は、路面と左側車輪との間の摩擦が路面と右側車輪との間の摩擦よりも小さくなる。そうすると、右操舵時は外輪となる左側車輪の駆動力が内輪となる右側車輪よりも小さくなるのに対して、左操舵時は外輪となる右側車輪の駆動力が内輪となる左側車輪よりも大きくなるので、右操舵時は左操舵時よりも車両の旋回性能が低下する。逆に、車両の重心位置が車両の左右方向における中央位置よりも左方に偏った場合は、左操舵時は右操舵時よりも車両の旋回性能が低下する。
本発明の構成によれば、右操舵時における操舵用アクチュエータの制御系におけるゲインと、左操舵時における操舵用アクチュエータの制御系におけるゲインとを互いに異なる値に設定することができるので、車両挙動が右操舵時と左操舵時とで相違するのを抑制できる。
【０００５】
本発明において、前記制御系におけるゲインの値は、車両の重心位置が車両の左右方向における中央位置よりも右方に偏っている場合は右操舵時に左操舵時よりも大きくなるように設定され、左方に偏っている場合は左操舵時に右操舵時よりも大きくなるように設定されるのが好ましい。
これにより、車両の重心位置が車両の左右方向における中央位置から偏った場合に、車両挙動が右操舵時と左操舵時とで相違するのを抑制できる。
【０００６】
車両の慣性質量の一部をなす可変慣性質量の大きさと配置の中の少なくとも一方の相違に応じて予め定められた値に、前記制御系におけるゲインの値が設定されるのが好ましい。これにより、可変慣性質量の大きさや配置の相違に起因して車両の重心位置が車両の左右方向における中央位置から偏った場合に、車両挙動が右操舵時と左操舵時とで相違するのを抑制できる。
この場合、その可変慣性質量の大きさは予め設定された値とされ、その可変慣性質量の数と配置の相違に対応して切替え操作可能なゲイン切替えスイッチが設けられ、そのゲイン切替えスイッチの切替え操作位置に応じて予め定められた値に、前記制御系におけるゲインが設定されるのが好ましい。これにより、車両の乗員がゲイン切替えスイッチを操作するだけで、車両挙動が右操舵時と左操舵時とで相違するのを抑制するように操舵用アクチュエータの制御系におけるゲインを設定することができる。
あるいは、その可変慣性質量の大きさと配置を検出する可変慣性質量検出センサが設けられ、そのセンサの検出結果に応じて予め定められた値に、前記制御系におけるゲインが設定されるのが好ましい。これにより、車両挙動が右操舵時と左操舵時とで相違するのを抑制するように自動的に操舵用アクチュエータの制御系におけるゲインを設定することができる。
その可変慣性質量は車両の乗員、燃料、積荷の中の少なくとも一つの慣性質量であるのが好ましい。これにより、車両挙動が右操舵時と左操舵時とで相違することに大きく影響する可変慣性質量の変化に対処することができる。
【０００７】
その操作部材の操作量に応じた目標挙動指標値を求める手段と、車輪の転舵により生じる実際の車両挙動の指標となる挙動指標値を求める手段とを備え、その目標挙動指標値と実際の挙動指標値との偏差をなくすように前記操舵用アクチュエータが制御され、車両が定常旋回状態か否かを判断する手段が設けられ、その定常旋回状態において、その目標挙動指標値に対する実際の挙動指標値の追従率に相関する値に応じて予め定められた値に前記制御系におけるゲインが設定されるのが好ましい。
これにより、車両挙動が右操舵時と左操舵時とで相違する場合に、その原因の如何に関わらず、その車両挙動の相違を抑制するように自動的に操舵用アクチュエータの制御系におけるゲインを設定することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１〜図４を参照して本発明の第１実施形態を説明する。
図１に示す車両の操舵装置は、ステアリングホイールを模した操作部材１と、その操作部材１の回転操作に応じて駆動される操舵用アクチュエータ２と、その操舵用アクチュエータ２の動きを、その操作部材１を車輪４に機械的に連結することなく、舵角変化が生じるように前部左右車輪４に伝達する機構としてステアリングギヤ３とを備える。
【０００９】
その操舵用アクチュエータ２は、例えば公知のブラシレスモータ等の電動モータにより構成できる。そのステアリングギヤ３は、その操舵用アクチュエータ２の出力シャフトの回転運動をステアリングロッド７の直線運動に変換する例えばボールネジ機構等の運動変換機構により構成されている。そのステアリングロッド７の動きがタイロッド８とナックルアーム９を介して車輪４に伝達され、車輪４のトー角が変化する。そのステアリングギヤ３は、公知のものを用いることができ、操舵用アクチュエータ２の動きを舵角が変化するように前部左右車輪４に伝達できれば構成は限定されない。なお、操舵用アクチュエータ２が駆動されていない状態では、前部左右車輪４はセルフアライニングトルクにより直進位置に復帰できるようにホイールアラインメントが設定されている。
【００１０】
その操作部材１は、車体側により回転可能に支持される回転シャフト１０に連結されている。その操作部材１を直進操舵位置に復帰させる方向の弾力を付与する弾性部材３０が設けられている。この弾性部材３０は、例えば、回転シャフト１０に弾力を付与するバネにより構成できる。
【００１１】
その操作部材１の操作量として、操作部材１の直進位置からの回転角度δｈを検出する角度センサ１１が設けられている。車両の舵角δを検出する手段として舵角センサ１３が設けられ、本実施形態では、その舵角δに対応するステアリングロッド７の作動量を検出するポテンショメータにより構成されている。本実施形態では、その舵角δが車輪４の転舵により生じる実際の車両挙動の指標となる挙動指標値とされている。車速Ｖを検出する速度センサ１４が設けられている。その角度センサ１１、舵角センサ１３、速度センサ１４は、コンピュータにより構成される制御装置２０に接続されている。その制御装置２０は、舵角変化時における車両挙動を安定化させることができるように、駆動回路２２を介して上記操舵用アクチュエータ２を制御する。
【００１２】
図２は制御装置２０により構成される制御系を示すブロック線図であり、Ｃｋは操作部材１の回転角度δｈに対する目標舵角δ^* の調節部である。この調節部ＣｋにおけるゲインをＫδ（Ｖ）として、制御装置２０は予め定められて記憶されたδ^* ＝Ｋδ（Ｖ）・δｈの関係と、角度センサ１１により検出した回転角度δｈとから目標舵角δ^* を演算する。本実施形態では、その目標舵角δ^* が操作部材１の操作量である回転角度δｈに応じた目標挙動指標値とされている。そのゲインＫδ（Ｖ）は車速Ｖの関数とされ、例えば図３に示すように車速Ｖが増大する程に減少するものとされ、このゲインＫδ（Ｖ）と車速Ｖの関係は制御装置２０に記憶される。
【００１３】
Ｃ_FFは、目標舵角δ^* に対するフィードフォワード補償値ｉａ^* の調節部であり、制御系におけるフィードフォワード補償要素を構成する。この調節部Ｃ_FFにおける伝達関数をＧａとして、制御装置２０は、予め定めて記憶したｉａ^* ＝Ｇａ・δ^* の関係と演算した目標舵角δ^* とからフィードフォワード補償値ｉａ^* を演算する。その調節部Ｃ_FFは例えば比例積分（ＰＩ）制御要素とされ、この場合の伝達関数Ｇａは、Ｋａをゲイン、Ｔａを時定数、ｓをラプラス演算子としてＧａ＝Ｋａ・〔１＋１／（Ｔａ・ｓ）〕とされ、制御装置２０に記憶される。その時定数Ｔａは最適な制御を行えるように適宜設定される。
【００１４】
Ｃ_FBは、目標舵角δ^* と舵角センサ１３により検出される舵角δとの偏差（δ^* −δ）に対するフィードバック補償値ｉｂ^* の調節部であり、制御系におけるフィードバック補償要素を構成する。この調節部Ｃ_FBにおける伝達関数をＧｂとして、制御装置２０は、予め定めて記憶したｉｂ^* ＝Ｇｂ・（δ^* −δ）の関係と演算した目標舵角δ^* と舵角センサ１３により検出される舵角δとからフィードバック補償値ｉｂ^* を演算する。その調節部Ｃ_FBは例えば比例積分（ＰＩ）制御要素とされ、この場合の伝達関数Ｇｂは、Ｋｂをゲイン、Ｔｂを時定数、ｓをラプラス演算子としてＧｂ＝Ｋｂ・〔１＋１／（Ｔｂ・ｓ）〕とされ、制御装置２０に記憶される。その時定数Ｔｂは最適な制御を行えるように適宜設定される。
【００１５】
そのフィードフォワード補償値ｉａ^* とフィードバック補償値ｉｂ^* との和が操舵用アクチュエータ２の目標駆動電流Ｉｍ^* とされる。その目標駆動電流Ｉｍ^* に応じて駆動回路２２が操舵用アクチュエータ２を例えばＰＷＭ波により駆動することで、目標舵角δ^* と舵角δとの偏差をなくすように操舵用アクチュエータ２が制御装置２０により制御される。また、上記ゲインＫδ（Ｖ）は車速Ｖの関数とされていることから、操作部材１の操作量である回転角度δｈと車輪４の転舵量との比が車速Ｖに応じて変化するように操舵用アクチュエータ２を制御できる。
【００１６】
その制御装置２０に、右操舵時における操舵用アクチュエータ２の制御系におけるゲインと、左操舵時における操舵用アクチュエータ２の制御系におけるゲインとを互いに異なる値に設定するゲイン切替えスイッチ２１が接続されている。そのゲイン切替えスイッチ２１の切替え操作位置に応じて、操舵用アクチュエータ２の制御系におけるゲインの値は、車両の重心位置が車両の左右方向における中央位置よりも右方に偏っている場合は右操舵時に左操舵時よりも大きくなるように設定され、左方に偏っている場合は左操舵時に右操舵時よりも大きくなるように設定される。これにより、車両の乗員がゲイン切替えスイッチ２１を操作するだけで、車両挙動が右操舵時と左操舵時とで相違するのを抑制するように操舵用アクチュエータ２の制御系におけるゲインを設定することができる。本実施形態では、その操舵用アクチュエータ２の制御系におけるゲインの値は、車両の慣性質量の一部をなす可変慣性質量の大きさと配置の中の少なくとも一方の相違に応じて予め定められた値に設定される。その可変慣性質量の大きさは予め設定された値とされ、その可変慣性質量の数と配置の相違に対応してゲイン切替えスイッチ２１は乗員により切替え操作可能とされている。その可変慣性質量は車両の乗員、燃料、積荷の中の少なくとも一つの慣性質量とされる。例えば以下の表１に示すように、前部に左右２座席、後部に左中右３座席を有する車両の乗員の数と配置とに対応して上記調節部Ｃ_FF、Ｃ_FBのゲインＫａ、Ｋｂが制御系におけるゲインとして予め定められて制御装置２０に記憶される。これにより、車両挙動が右操舵時と左操舵時とで相違することに大きく影響する可変慣性質量の変化に対処することができる。
【００１７】
【表１】

【００１８】
図４のフローチャートを参照して制御装置２０による操舵用アクチュエータ２の制御手順を説明する。
まず、各センサによる検出値を読み込む（ステップＳ１）。次に、操舵用アクチュエータ２の制御系におけるゲインＫａ、Ｋｂが、ゲイン切替えスイッチ２１の操作に応じて予め定められた値に設定される（ステップＳ２）。次に、検出車速Ｖに対応するゲインＫδ（Ｖ）を求め（ステップＳ３）、その求めたゲインＫδ（Ｖ）と操作部材１の検出回転角度δｈから目標舵角δ^* を演算する（ステップＳ４）。次に、操作部材１の検出回転角度δｈから操舵方向が右か左かを判断し（ステップＳ５）、その操舵方向に対応して設定されたゲインＫａ、Ｋｂを読み出す（ステップＳ６）。次に、求めた目標舵角δ^* に対応するフィードフォワード補償値ｉａ^* を、読み出したゲインＫａを用いて演算し（ステップＳ７）、また、その求めた目標舵角δ^* と検出舵角δとの偏差に対するフィードバック補償値ｉｂ^* を、読み出したゲインＫｂを用いて演算する（ステップＳ８）。その求めたフィードフォワード補償値ｉａ^* とフィードバック補償値ｉｂ^* とから目標駆動電流Ｉｍ^* を求め（ステップＳ９）、その目標駆動電流Ｉｍ^* に応じて操舵用アクチュエータ２を駆動する（ステップＳ１０）。次に、制御を終了するか否かを判断し（ステップＳ１１）、終了しない場合はステップＳ１に戻る。その終了判断は、例えば車両の始動用キースイッチがオンか否かにより判断できる。
【００１９】
上記実施形態によれば、右操舵時における操舵用アクチュエータ２の制御系におけるゲインと、左操舵時における操舵用アクチュエータ２の制御系におけるゲインとを互いに異なる値に設定することができるので、操作部材１の一定の操作に対する車両挙動が右操舵時と左操舵時とで相違するのを抑制できる。特に、その制御系におけるゲインの値は、車両の重心位置が車両の左右方向における中央位置よりも右方に偏っている場合は右操舵時に左操舵時よりも大きくなるように設定され、左方に偏っている場合は左操舵時に右操舵時よりも大きくなるように設定されるので、車両の重心位置が車両の左右方向における中央位置から偏った場合でも、車両挙動が右操舵時と左操舵時とで相違するのを抑制できる。さらに、車両の慣性質量の一部をなす可変慣性質量の大きさや配置の相違に起因して車両の重心位置が車両の左右方向における中央位置から偏った場合に、車両挙動が右操舵時と左操舵時とで相違するのを抑制できる。
【００２０】
図５、図６を参照して本発明の第２実施形態を説明する。上記第１実施形態と同様部分は同一符号で示して相違点のみ説明する。本第２実施形態においては、第１実施形態におけるゲイン切替えスイッチ２１に代えて、制御装置２０により構成される制御系は自動ゲイン設定部３１を有する。その自動ゲイン設定部３１は、車両が定常旋回状態か否かを判断し、その定常旋回状態において、その目標挙動指標値に対する実際の挙動指標値の追従率に相関する値に応じて予め定められた値に操舵用アクチュエータ２の制御系におけるゲインを設定する。本実施形態では、車速Ｖが予め定めた設定値α（例えば２０ｋｍ／ｈ）以上において舵角δが予め定めた時間ｔ（例えば１秒）以上に亘り一定である場合に定常旋回状態であると判断する。その追従率に相関する値は、例えば目標舵角δ^* に対する目標舵角δ^* と舵角δとの偏差の割合（δ^* −δ）／δ^* や、目標舵角δ^* に対する舵角δの割合δ／δ^* とされる。操舵用アクチュエータ２の制御系におけるゲインの値は、その追従率が低い程に大きくなるように予め定められ、その追従率とゲインの値との関係が制御装置２０に記憶される。例えば、（δ^* −δ）／δ^* の値が大きい程に、δ／δ^* の値が１よりも小さい程に、操舵用アクチュエータ２の制御系におけるゲインの値は大きく設定される。本実施形態では、上記調節部Ｃ_FF、Ｃ_FBのゲインＫａ、Ｋｂがその追従率に相関する値に応じて設定される。なお、車両の挙動指標値として車両のヨーレートγや横加速度Ｇｙを検出するセンサを設け、目標挙動指標値として車速Ｖと目標舵角δ^* に応じた目標ヨーレートγ^* や目標横加速度Ｇｙ^* を演算し、その追従率に相関する値を（γ^* −γ）／γ^* 、γ／γ^* 、（Ｇｙ^* −Ｇｙ）／Ｇｙ^* 、あるいはＧｙ／Ｇｙ^* としてもよい。他の構成は第１実施形態と同様とされている。
【００２１】
図６のフローチャートを参照して制御装置２０による操舵用アクチュエータ２の制御手順を説明する。
まず、各センサによる検出値を読み込む（ステップＳ１０１）。次に、検出車速Ｖが上記設定値α以上であって且つ検出舵角δが上記設定時間ｔ以上に亘り一定であるか否かにより、車両が定常旋回状態か否かを判断する（ステップＳ１０２）。ステップＳ１０２において車両が定常旋回状態でなければ、操舵用アクチュエータ２の制御系におけるゲインＫａ、Ｋｂを予め記憶した初期設定値または前回の設定値に設定する（ステップＳ１０３）。ステップＳ１０２において車両が定常旋回状態であれば、目標挙動指標値に対する実際の挙動指標値の追従率に相関する値を演算し（ステップＳ１０４）、その追従率に相関する値に応じて予め定められて記憶された値に操舵用アクチュエータ２の制御系におけるゲインＫａ、Ｋｂを設定する（ステップＳ１０５）。次に、検出車速Ｖに対応するゲインＫδ（Ｖ）を求め（ステップＳ１０６）、その求めたゲインＫδ（Ｖ）と操作部材１の検出回転角度δｈから目標舵角δ^* を演算し（ステップＳ１０７）、その求めた目標舵角δ^* に対応するフィードフォワード補償値ｉａ^* を、設定したゲインＫａを用いて演算し（ステップＳ１０８）、また、その求めた目標舵角δ^* と検出舵角δとの偏差に対するフィードバック補償値ｉｂ^* を、設定したゲインＫｂを用いて演算する（ステップＳ１０９）。その求めたフィードフォワード補償値ｉａ^* とフィードバック補償値ｉｂ^* とから目標駆動電流Ｉｍ^* を求め（ステップＳ１１０）、その目標駆動電流Ｉｍ^* に応じて操舵用アクチュエータ２を駆動する（ステップＳ１１１）。次に、制御を終了するか否かを判断し（ステップＳ１１２）、終了しない場合はステップＳ１０１に戻る。
【００２２】
上記第２実施形態によれば、操舵用アクチュエータ２の制御系におけるゲインＫａ、Ｋｂを、右操舵時と左操舵時とで互いに異なる値に設定することができるので、操作部材１の一定の操作に対する車両挙動が右操舵時と左操舵時とで相違するのを抑制できる。また、車両挙動が右操舵時と左操舵時とで相違する場合に、その原因の如何に関わらず、その車両挙動の相違を抑制するように自動的に操舵用アクチュエータ２の制御系のゲインＫａ、Ｋｂを設定することができる。
【００２３】
なお、上記第２実施形態において、制御装置２０に第１実施形態と同様のゲイン切替えスイッチ２１を接続し、さらに、操舵用アクチュエータ２の制御系におけるゲインＫａ、Ｋｂを、ゲイン切替えスイッチ２１により設定するモードと自動ゲイン設定部３１により設定するモードとに切替え可能なモード切替えスイッチを設けてもよい。
【００２４】
図７〜図１０を参照して本発明の第３実施形態を説明する。上記各実施形態では操作部材１と車輪４とが機械的に連結されていないステアバイワイヤシステムを採用した操舵装置に本発明を適用したが、本第３実施形態においては操作部材であるステアリングホイールＨが車輪に機械的に連結された操舵装置１０１に本発明を適用している。
【００２５】
すなわち、ステアリングホイールＨの操作に応じた入力シャフト１０２の回転が、回転伝達機構１３０により出力シャフト１１１に伝達され、その出力シャフト１１１の回転が車輪に舵角が変化するようにステアリングギヤにより伝達される。そのステアリングギヤはラックピニオン式ステアリングギヤやボールスクリュー式ステアリングギヤ等の公知のものを用いることができる。その回転伝達機構１３０の構成要素をモータ（操舵用アクチュエータ）１３９により駆動することで、そのモータ１３９の動きが車輪に舵角が変化するように伝達される。その入力シャフト１０２と出力シャフト１１１は互いに同軸心に隙間を介して配置され、ベアリング１０７、１０８、１１２、１１３を介してハウジング１１０により支持されている。その回転伝達機構１３０は、本実施形態では遊星ギヤ機構とされ、サンギヤ１３１とリングギヤ１３２とに噛み合う遊星ギヤ１３３をキャリア１３４により保持する。そのサンギヤ１３１は、入力シャフト１０２の端部に同行回転するように連結されている。そのキャリア１３４は、出力シャフト１１１に同行回転するように連結されている。そのリングギヤ１３２は、入力シャフト１０２を囲むホルダー１３６にボルト３６２を介して固定されている。そのホルダー１３６は、入力シャフト１０２を囲むようにハウジング１１０に固定された筒状部材１３５によりベアリング１０９を介して支持されている。そのホルダー１３６の外周にウォームホイール１３７が同行回転するように嵌め合わされている。そのウォームホイール１３７に噛み合うウォーム１３８がハウジング１１０により支持されている。そのウォーム１３８がハウジング１１０に取り付けられたモータ１３９により駆動される。
【００２６】
そのモータ１３９の動きを車輪に舵角が変化するように伝達する際に、車両の走行状態を表す変量に応じて制御することで、その変量に応じて入力シャフト１０２から出力シャフト１１１への回転伝達比、すなわちステアリングホイールＨの操作量と車輪の転舵量との比を変化させることができる。本実施形態では、その走行状態を表す変量は車速とされている。例えば、そのモータ１３９の制御によって高速になる程にリングギヤ１３２の回転角速度を低下させ、遊星ギヤ機構１３０を減速ギヤ機構として機能させることで、車両の低速での旋回性と高速での走行安定性とを向上できる。
【００２７】
図８に示すように、そのモータ１３９は車両に搭載される制御装置１４０に接続され、その制御装置１４０に走行状態を表す変量の検出用センサとして車速センサ１４１が接続されている。また、その制御装置１４０に、ステアリングホイールＨの操作量の検出用センサとして入力シャフト１０２の回転角を検出する回転角センサ１４２と、車輪の転舵量の検出用センサとして出力シャフト１１１の回転角を検出する舵角センサ１４３とが接続されている。ステアリングホイールＨの操作量に対応する入力シャフト１０２の回転角と、走行状態を表す変量に対応する車速とから、目標挙動指標値に対応する出力シャフト１１１の目標舵角を求め、その目標舵角と車輪の転舵により生じる実際の車両挙動の指標となる出力シャフト１１１の舵角との偏差をなくすように制御装置１４０はモータ１３９を閉ループ制御する。
【００２８】
図９は、制御装置１４０により構成される制御系を示すブロック線図であり、ＴｉはステアリングホイールＨの操舵トルク、Ｖは車速センサ１４１による検出値、θｉは入力シャフト１０２の回転角の回転角センサ１４２による検出値、θｏは出力シャフト１１１の回転角の舵角センサ１４３による検出値、θｏ^* は出力シャフト１１１の目標舵角、ｉ^* はモータ１３９の目標制御量に対応する目標駆動電流、Ｃ１は入力シャフト１０２の回転角θｉに対する出力シャフト１１１の目標舵角θｏ^* の調節部、Ｃ２は出力シャフト１１１の目標舵角θｏ^* と舵角θｏとの偏差（θｏ^* −θｏ）に対するモータ１３９の目標駆動電流ｉ^* の調節部である。
その制御装置１４０は、回転角センサ１４２により検出した入力シャフト１０２の回転角θｉに対する出力シャフト１１１の目標舵角θｏ^* を、予め定められて記憶された関係に基づき演算する。本実施形態では、その入力シャフト１０２の回転角θｉに対する出力シャフト１１１の目標舵角θｏ^* の調節部Ｃ１は比例制御要素とされ、出力シャフト１１１の目標舵角はθｏ^* ＝Ｋ（Ｖ）・θｉにより求められる。ここでＫ（Ｖ）は比例ゲインであって車速Ｖの関数とされている。この比例ゲインＫ（Ｖ）は、例えば車速Ｖが増大する程に減少するものとされ、制御装置１４０に記憶される。その記憶した比例ゲインＫ（Ｖ）と入力シャフト１０２の検出回転角θｉと検出車速Ｖに基づき出力シャフト１１１の目標舵角θｏ^* を演算する。
その制御装置１４０は、出力シャフト１１１の目標舵角θｏ^* と検出舵角θｏとの偏差（θｏ^* −θｏ）と、モータ１３９の目標制御量に対応する目標駆動電流ｉ^* との間の関係、すなわち転舵量の目標値と検出値との偏差と、モータ１３９の目標制御量との間の関係を記憶する。本実施形態では、その偏差（θｏ^* −θｏ）に対する目標駆動電流ｉ^* の調節部Ｃ２は比例積分（ＰＩ）制御要素とされ、目標駆動電流ｉ^* はｉ^* ＝Ｇ・（θｏ^* −θｏ）により求められる。ここでＧは伝達関数であり、例えばＫｇをゲイン、Ｔを時定数、ｓはラプラス演算子として、その伝達関数ＧはＰＩ制御がなされるようにＧ＝Ｋｇ・〔１＋１／（Ｔ・ｓ）〕とされ、その時定数Ｔは最適な制御を行えるように設定される。その伝達関数Ｇが制御装置１４０に記憶される。
制御装置１４０は、その記憶した伝達関数Ｇと、演算した出力シャフト１１１の目標舵角θｏ^* と、検出舵角θｏとに基づき、モータ１３９の目標駆動電流ｉ^* を演算する。その演算された目標駆動電流ｉ^* が印加されることでモータ１３９は駆動される。
【００２９】
その制御装置１４０に、第１実施形態におけるゲイン切替えスイッチ２１と同様のゲイン切替えスイッチ２１′が接続され、そのゲイン切替えスイッチ２１′の切替え操作位置に応じて、モータ１３９の制御系における上記調節部Ｃ２のゲインＫｇの値が、車両の重心位置が車両の左右方向における中央位置よりも右方に偏っている場合は右操舵時に左操舵時よりも大きくなるように設定され、左方に偏っている場合は左操舵時に右操舵時よりも大きくなるように設定される。
【００３０】
図１０のフローチャートを参照して上記制御装置１４０による制御手順を説明する。まず、各センサの検出値を読み込む（ステップＳ２０１）。次に、モータ１３９の制御系におけるゲインＫｇが、ゲイン切替えスイッチ２１′の操作に応じて予め定められた値に設定される（ステップＳ２０２）。次に、検出車速Ｖに対応する比例ゲインＫ（Ｖ）を求める（ステップＳ２０３）。その求めた比例ゲインＫ（Ｖ）と入力シャフト１０２の検出回転角θｉとから出力シャフト１１１の目標舵角θｏ^* を演算する（ステップＳ２０４）。次に、入力シャフト１０２の検出回転角θｉから操舵方向が右か左かを判断し（ステップＳ２０５）、その操舵方向に対応して設定されたゲインＫｇを読み出す（ステップＳ２０６）。その目標舵角θｏ^* と出力シャフト１１１の検出舵角θｏとの偏差（θｏ^* −θｏ）と、読み出されたゲインＫｇとを用いて目標駆動電流ｉ^* を演算する（ステップＳ２０７）。その目標駆動電流ｉ^* に基づきモータ１３９を駆動する（ステップＳ２０８）。次に、制御を終了するか否かを、例えば車両のイグニッションスイッチがオンか否かにより判断し（ステップＳ２０９）、制御を終了しない場合はステップＳ２０１に戻る。
【００３１】
上記第３実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。なお、第３実施形態において、ゲイン切替えスイッチ２１′に代えて、制御装置１４０に第２実施形態の自動ゲイン設定部３１と同様の自動ゲイン設定部を接続し、モータ１３９の制御系におけるゲインＫｇを自動ゲイン設定部により設定するようにしてもよい。また、第３実施形態において、制御装置１４０に第２実施形態の自動ゲイン設定部３１と同様の自動ゲイン設定部を接続し、モータ１３９の制御系におけるゲインＫｇを、ゲイン切替えスイッチ２１′により設定するモードと自動ゲイン設定部により設定するモードとに切替え可能なモード切替えスイッチを設けてもよい。
【００３２】
本発明は上記実施形態に限定されない。
例えば、車両の慣性質量の一部をなす可変慣性質量の大きさと配置を検出する可変慣性質量検出センサを設け、そのセンサの検出結果に応じて予め定められた値に操舵用アクチュエータの制御ゲインを設定するようにしてもよい。この場合、上記第１実施形態では表１に示す乗員の着座位置を乗員が判断し、ゲイン切替えスイッチ２１を切替え操作することで制御ゲインを設定したが、可変慣性質量検出センサによる乗員の着座位置の検出結果に応じて制御ゲインを設定すればよい。これにより、車両挙動が右操舵時と左操舵時とで相違するのを抑制するように自動的に操舵用アクチュエータの制御系におけるゲインを設定することができる。
また、その設定される制御ゲインは、上記各実施形態では調節部Ｃ_FF、Ｃ_FB、Ｃ２のゲインＫａ、Ｋｂ、Ｋｇとされたが、これに限定されず、例えば第１、第２実施形態ではゲインＫδ（Ｖ）を、第３実施形態ではゲインＫ（Ｖ）を、右操舵時と左操舵時とで異なる値に設定してもよい。さらに、制御系の構成は上記各実施形態に限定されるものではない。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、車両挙動が右操舵時と左操舵時とで相違するのを抑制し、車両の走行安定性を向上してドライバーに違和感を与えることのない実用的な車両の操舵装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の車両の操舵装置の構成説明図
【図２】本発明の第１実施形態の車両の操舵装置の制御ブロック線図
【図３】本発明の第１実施形態の制御系における比例ゲインＫδ（Ｖ）と車速Ｖとの関係を示す図
【図４】本発明の第１実施形態の車両の操舵装置の制御手順を示すフローチャート
【図５】本発明の第２実施形態の車両の操舵装置の制御ブロック線図
【図６】本発明の第２実施形態の車両の操舵装置の制御手順を示すフローチャート
【図７】本発明の第３実施形態の操舵装置の縦断面図
【図８】本発明の第３実施形態の操舵装置の制御構成の説明図
【図９】本発明の第３実施形態の操舵装置における制御系のブロック線図
【図１０】本発明の第３実施形態の車両の操舵装置の制御手順を示すフローチャート
【符号の説明】
１操作部材
２操舵用アクチュエータ
３ステアリングギヤ
４車輪
２１、２１′ ゲイン切替えスイッチ
３１自動ゲイン設定部
１３９モータ
１４０制御装置
Ｈステアリングホイール[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vehicle steering apparatus capable of changing a steering angle and changing a ratio between an operation amount of an operation member and a steering amount of a wheel by controlling a steering actuator.
[0002]
[Prior art]
The operation member, the steering actuator, the mechanism for transmitting the movement of the steering actuator to the wheel so that the steering angle changes, and the ratio between the operation amount of the operation member and the steering amount of the wheel is changed. There has been proposed a vehicle steering apparatus including a control system capable of controlling a steering actuator. Such steering devices include those that mechanically connect the operating member to the wheels and those that do not. When the operation member is mechanically connected to the wheel, the rotation of the input shaft according to the operation of the steering wheel is transmitted to the output shaft through the planetary gear mechanism, and the steering for driving the ring gear constituting the planetary gear mechanism at the time of the transmission The ratio between the operation amount and the turning amount is changed by controlling the actuator. Further, when the operation member is not mechanically connected to the wheel, when the movement of the steering actuator is transmitted to the wheel so that the steering angle changes, the operation amount and the steering amount are controlled by controlling the steering actuator. The ratio of has been changed.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the vehicle steering apparatus as described above, even when the operation characteristics such as the operation amount and the operation speed of the operation member are constant, the behavior of the vehicle may be different between right steering and left steering. For this reason, there is a problem that the running stability of the vehicle is lowered and the driver feels uncomfortable.
It is an object of the present invention to provide a vehicle steering apparatus that can solve the above problems.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The vehicle steering apparatus of the present invention includes an operation member, a steering actuator, a mechanism for transmitting the movement of the steering actuator to a wheel so that a steering angle change occurs, an operation amount of the operation member, and steering of the wheel. A control system capable of controlling the steering actuator so that the ratio to the amount changes, and means for setting the gain in the control system of the steering actuator to different values during right steering and left steering It is characterized by that.
Even if the operation characteristics such as the operation amount and operation speed of the operation member are constant, the cause of the difference in vehicle behavior between right steering and left steering is the occupant, cargo, fuel, etc. in the inertial mass of the vehicle Changes in the size and arrangement of the variable inertial mass can be considered. For example, when the position of the center of gravity of the vehicle is biased to the right of the center position in the left-right direction of the vehicle due to such a change in the variable inertial mass, the friction between the road surface and the left wheel is reduced between the road surface and the right wheel. It becomes smaller than the friction between. Then, when driving right, the driving force of the left wheel serving as the outer wheel is smaller than that of the right wheel serving as the inner wheel, while when driving left, the driving force of the right wheel serving as the outer wheel is greater than that of the left wheel serving as the inner wheel. Therefore, the turning performance of the vehicle is lower during right steering than during left steering. Conversely, when the center of gravity position of the vehicle is deviated to the left of the center position in the left-right direction of the vehicle, the turning performance of the vehicle is lower during left steering than during right steering.
According to the configuration of the present invention, the gain in the control system of the steering actuator at the time of right steering and the gain in the control system of the steering actuator at the time of left steering can be set to different values. Differences between right steering and left steering can be suppressed.
[0005]
In the present invention, the value of the gain in the control system is set to be larger at the time of right steering than at the time of left steering when the center of gravity of the vehicle is biased to the right of the center position in the left-right direction of the vehicle. When it is biased to the left, it is preferably set to be larger during left steering than during right steering.
Thereby, when the position of the center of gravity of the vehicle is deviated from the center position in the left-right direction of the vehicle, it is possible to suppress the difference in vehicle behavior between right steering and left steering.
[0006]
It is preferable that the value of the gain in the control system is set to a predetermined value according to a difference between at least one of the size and the arrangement of the variable inertia mass forming a part of the inertia mass of the vehicle. As a result, when the position of the center of gravity of the vehicle is deviated from the center position in the left-right direction of the vehicle due to the difference in the size and arrangement of the variable inertial mass, the vehicle behavior differs between right steering and left steering. Can be suppressed.
In this case, the magnitude of the variable inertia mass is set to a preset value, and a gain change-over switch that can be switched according to the difference in the number and arrangement of the variable inertia mass is provided. It is preferable that the gain in the control system is set to a predetermined value according to the operation position. Thus, the gain in the control system of the steering actuator can be set so that the vehicle behavior is suppressed from being different between right steering and left steering simply by operating the gain changeover switch. .
Alternatively, it is preferable that a variable inertial mass detection sensor for detecting the size and arrangement of the variable inertial mass is provided, and the gain in the control system is set to a predetermined value according to the detection result of the sensor. Thereby, the gain in the control system of the steering actuator can be automatically set so as to suppress the difference in vehicle behavior between right steering and left steering.
The variable inertial mass is preferably at least one of the inertial masses of the vehicle occupant, fuel and cargo. As a result, it is possible to cope with a change in the variable inertial mass that greatly affects the difference in vehicle behavior between right steering and left steering.
[0007]
Means for obtaining a target behavior index value corresponding to the operation amount of the operation member, and means for obtaining a behavior index value as an index of an actual vehicle behavior caused by wheel steering, the target behavior index value and an actual The steering actuator is controlled so as to eliminate a deviation from the behavior index value, and means for determining whether or not the vehicle is in a steady turning state is provided. In the steady turning state, an actual behavior index with respect to the target behavior index value is provided. It is preferable that the gain in the control system is set to a predetermined value in accordance with a value correlated with the value tracking rate.
As a result, when the vehicle behavior is different between right steering and left steering, the gain in the control system of the steering actuator is automatically increased so as to suppress the difference in the vehicle behavior regardless of the cause. Can be set.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The vehicle steering apparatus shown in FIG. 1 includes an operation member 1 that imitates a steering wheel, a steering actuator 2 that is driven in accordance with a rotation operation of the operation member 1, and the movement of the steering actuator 2 according to the operation. A steering gear 3 is provided as a mechanism for transmitting the front and left and right wheels 4 so that the steering angle changes without mechanically connecting the member 1 to the wheels 4.
[0009]
The steering actuator 2 can be constituted by an electric motor such as a known brushless motor. The steering gear 3 is constituted by a motion conversion mechanism such as a ball screw mechanism that converts the rotational motion of the output shaft of the steering actuator 2 into the linear motion of the steering rod 7. The movement of the steering rod 7 is transmitted to the wheel 4 through the tie rod 8 and the knuckle arm 9, and the toe angle of the wheel 4 changes. As the steering gear 3, a known one can be used, and the configuration is not limited as long as the movement of the steering actuator 2 can be transmitted to the front left and right wheels 4 so that the steering angle changes. In the state where the steering actuator 2 is not driven, the wheel alignment is set so that the front left and right wheels 4 can return to the straight traveling position by the self-aligning torque.
[0010]
The operating member 1 is connected to a rotating shaft 10 that is rotatably supported by the vehicle body side. An elastic member 30 is provided that provides elasticity in a direction to return the operation member 1 to the straight steering position. The elastic member 30 can be constituted by, for example, a spring that imparts elasticity to the rotary shaft 10.
[0011]
As an operation amount of the operation member 1, an angle sensor 11 is provided that detects a rotation angle δh of the operation member 1 from a straight position. A steering angle sensor 13 is provided as means for detecting the steering angle δ of the vehicle. In the present embodiment, the steering angle sensor 13 is configured by a potentiometer that detects the operation amount of the steering rod 7 corresponding to the steering angle δ. In the present embodiment, the rudder angle δ is a behavior index value that is an index of an actual vehicle behavior generated by turning the wheels 4. A speed sensor 14 for detecting the vehicle speed V is provided. The angle sensor 11, the rudder angle sensor 13, and the speed sensor 14 are connected to a control device 20 configured by a computer. The control device 20 controls the steering actuator 2 via the drive circuit 22 so as to stabilize the vehicle behavior when the steering angle changes.
[0012]
FIG. 2 is a block diagram showing a control system constituted by the control device 20, where Ck is a target steering angle δ with respect to the rotation angle δh of the operating member 1. ^* It is the adjustment part. With the gain in the adjusting unit Ck as Kδ (V), the control device 20 determines and stores the predetermined δ. ^* = Target steering angle δ from the relationship of Kδ (V) · δh and the rotation angle δh detected by the angle sensor 11 ^* Is calculated. In the present embodiment, the target rudder angle δ ^* Is the target behavior index value corresponding to the rotation angle δh, which is the operation amount of the operation member 1. The gain Kδ (V) is a function of the vehicle speed V. For example, as shown in FIG. 3, the gain Kδ (V) decreases as the vehicle speed V increases. The relationship between the gain Kδ (V) and the vehicle speed V is Remembered.
[0013]
C _FF Is the target rudder angle δ ^* Feedforward compensation value ia for ^* And a feedforward compensation element in the control system. This adjustment part C _FF Assuming that the transfer function in is Ga, the control device 20 stores the predetermined ia stored in ia ^* = Ga · δ ^* And the calculated target rudder angle δ ^* And feedforward compensation value ia ^* Is calculated. The adjustment part C _FF Is a proportional integral (PI) control element, for example, and the transfer function Ga in this case is Ga = Ka · [1 + 1 / (Ta · s)] where Ka is a gain, Ta is a time constant, and s is a Laplace operator. And stored in the control device 20. The time constant Ta is appropriately set so that optimum control can be performed.
[0014]
C _FB Is the target rudder angle δ ^* Between the steering angle δ detected by the steering angle sensor 13 (δ ^* Feedback compensation value ib for -δ) ^* And is a feedback compensation element in the control system. This adjustment part C _FB Assuming that the transfer function in Gb is Gb, the control device 20 determines the ib that has been stored in advance. ^* = Gb · (δ ^* -Δ) relationship and calculated target rudder angle δ ^* And the steering angle δ detected by the steering angle sensor 13, the feedback compensation value ib ^* Is calculated. The adjustment part C _FB Is a proportional integral (PI) control element, and the transfer function Gb in this case is Gb = Kb · [1 + 1 / (Tb · s)] where Kb is a gain, Tb is a time constant, and s is a Laplace operator. And stored in the control device 20. The time constant Tb is appropriately set so that optimum control can be performed.
[0015]
The feedforward compensation value ia ^* And feedback compensation value ib ^* Is the target drive current Im of the steering actuator 2 ^* It is said. Target drive current Im ^* Accordingly, the drive circuit 22 drives the steering actuator 2 with, for example, a PWM wave, so that the target rudder angle δ ^* The steering actuator 2 is controlled by the control device 20 so as to eliminate the deviation between the steering angle δ and the steering angle δ. Further, since the gain Kδ (V) is a function of the vehicle speed V, the ratio between the rotation angle δh, which is the operation amount of the operation member 1, and the turning amount of the wheel 4 is changed according to the vehicle speed V. In addition, the steering actuator 2 can be controlled.
[0016]
The control device 20 is connected with a gain changeover switch 21 for setting the gain in the control system of the steering actuator 2 during right steering and the gain in the control system of the steering actuator 2 during left steering to different values. Yes. Depending on the switching operation position of the gain changeover switch 21, the gain value in the control system of the steering actuator 2 is steered rightward when the center of gravity of the vehicle is biased to the right of the center position in the left-right direction of the vehicle. Sometimes it is set to be larger than during left steering, and when it is biased to the left, it is set to be larger during left steering than during right steering. Thus, the gain in the control system of the steering actuator 2 is set so that the vehicle behavior is suppressed from being different between right steering and left steering only by operating the gain changeover switch 21. Can do. In the present embodiment, the gain value in the control system of the steering actuator 2 is a value determined in advance according to the difference between at least one of the size and the arrangement of the variable inertia mass that forms part of the inertia mass of the vehicle. Set to The magnitude of the variable inertial mass is set to a preset value, and the gain changeover switch 21 can be switched by the occupant corresponding to the difference in the number and arrangement of the variable inertial masses. The variable inertial mass is at least one inertial mass in the vehicle occupant, fuel, and cargo. For example, as shown in Table 1 below, the adjustment unit C corresponds to the number and arrangement of passengers in a vehicle having two left and right seats at the front and three left middle right seats at the rear. _FF , C _FB The gains Ka and Kb are determined in advance as gains in the control system and stored in the control device 20. As a result, it is possible to cope with a change in the variable inertial mass that greatly affects the difference in vehicle behavior between right steering and left steering.
[0017]
[Table 1]

[0018]
A control procedure of the steering actuator 2 by the control device 20 will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, the detection value by each sensor is read (step S1). Next, the gains Ka and Kb in the control system of the steering actuator 2 are set to predetermined values according to the operation of the gain changeover switch 21 (step S2). Next, a gain Kδ (V) corresponding to the detected vehicle speed V is obtained (step S3), and the target steering angle δ is calculated from the obtained gain Kδ (V) and the detected rotation angle δh of the operating member 1. ^* Is calculated (step S4). Next, it is determined from the detected rotation angle δh of the operating member 1 whether the steering direction is right or left (step S5), and the gains Ka and Kb set corresponding to the steering direction are read (step S6). Next, the calculated target rudder angle δ ^* Feedforward compensation value ia corresponding to ^* Is calculated using the read gain Ka (step S7), and the obtained target steering angle δ is calculated. ^* And feedback compensation value ib for deviation between detected and steering angle δ ^* Is calculated using the read gain Kb (step S8). The calculated feedforward compensation value ia ^* And feedback compensation value ib ^* To target drive current Im ^* (Step S9), and the target drive current Im ^* Accordingly, the steering actuator 2 is driven (step S10). Next, it is determined whether or not to end the control (step S11). If not, the process returns to step S1. The end determination can be made based on, for example, whether or not the vehicle start key switch is on.
[0019]
According to the above embodiment, the gain in the control system of the steering actuator 2 at the time of right steering and the gain in the control system of the steering actuator 2 at the time of left steering can be set to different values. It is possible to suppress the difference in vehicle behavior with respect to the constant operation of 1 between right steering and left steering. In particular, the gain value in the control system is set to be larger at the time of right steering than at the time of left steering when the position of the center of gravity of the vehicle is biased to the right of the center position in the left-right direction of the vehicle. If the vehicle's center of gravity is deviated from the center position in the left-right direction of the vehicle, the vehicle behavior will be the same during left steering and left steering. It is possible to suppress the difference in time. Further, when the position of the center of gravity of the vehicle deviates from the center position in the left-right direction of the vehicle due to the difference in the size and arrangement of the variable inertial mass that forms part of the inertial mass of the vehicle, the vehicle behavior is It is possible to suppress the difference between the time of steering.
[0020]
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and only different points will be described. In the second embodiment, instead of the gain changeover switch 21 in the first embodiment, the control system configured by the control device 20 has an automatic gain setting unit 31. The automatic gain setting unit 31 determines whether or not the vehicle is in a steady turning state, and is determined in advance according to a value correlated with the follow-up rate of the actual behavior index value with respect to the target behavior index value in the steady turning state. The gain in the control system of the steering actuator 2 is set to the obtained value. In the present embodiment, when the vehicle speed V is equal to or higher than a predetermined set value α (for example, 20 km / h), the steering angle δ is constant for a predetermined time t (for example, 1 second) or longer. to decide. The value correlated with the follow-up rate is, for example, the target rudder angle δ ^* Target steering angle δ for ^* And the deviation ratio between the steering angle δ (δ ^* −δ) / δ ^* And target rudder angle δ ^* Ratio of steering angle δ to δ / δ ^* It is said. The gain value in the control system of the steering actuator 2 is determined in advance so as to increase as the tracking rate decreases, and the relationship between the tracking rate and the gain value is stored in the control device 20. For example, (δ ^* −δ) / δ ^* The larger the value of, the more δ / δ ^* The smaller the value is, the larger the gain value in the control system of the steering actuator 2 is set. In the present embodiment, the adjusting unit C _FF , C _FB Gains Ka and Kb are set in accordance with values correlated with the follow-up rate. A sensor for detecting the yaw rate γ and lateral acceleration Gy of the vehicle is provided as the vehicle behavior index value, and the vehicle speed V and the target steering angle δ are used as the target behavior index value. ^* Target yaw rate γ according to ^* And target lateral acceleration Gy ^* And calculate a value that correlates with the tracking rate (γ ^* -Γ) / γ ^* , Γ / γ ^* , (Gy ^* -Gy) / Gy ^* Or Gy / Gy ^* It is good. Other configurations are the same as those of the first embodiment.
[0021]
A control procedure of the steering actuator 2 by the control device 20 will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, the detection value by each sensor is read (step S101). Next, it is determined whether or not the vehicle is in a steady turning state based on whether or not the detected vehicle speed V is equal to or greater than the set value α and the detected steering angle δ is constant over the set time t (step S102). ). If the vehicle is not in a steady turning state in step S102, the gains Ka and Kb in the control system of the steering actuator 2 are set to previously stored initial setting values or previous setting values (step S103). If the vehicle is in a steady turning state in step S102, a value that correlates with the tracking rate of the actual behavior index value with respect to the target behavior index value is calculated (step S104), and is determined in advance according to the value that correlates with the tracking rate. The gains Ka and Kb in the control system of the steering actuator 2 are set to the stored values (step S105). Next, a gain Kδ (V) corresponding to the detected vehicle speed V is obtained (step S106), and the target steering angle δ is calculated from the obtained gain Kδ (V) and the detected rotation angle δh of the operating member 1. ^* Is calculated (step S107), and the obtained target rudder angle δ is calculated. ^* Feedforward compensation value ia corresponding to ^* Is calculated using the set gain Ka (step S108), and the calculated target rudder angle δ is calculated. ^* And feedback compensation value ib for deviation between detected and steering angle δ ^* Is calculated using the set gain Kb (step S109). The calculated feedforward compensation value ia ^* And feedback compensation value ib ^* To target drive current Im ^* (Step S110), and the target drive current Im ^* Accordingly, the steering actuator 2 is driven (step S111). Next, it is determined whether or not to end the control (step S112). If not, the process returns to step S101.
[0022]
According to the second embodiment, the gains Ka and Kb in the control system of the steering actuator 2 can be set to different values for the right steering and the left steering. It is possible to suppress the difference in the vehicle behavior with respect to right and left steering. Further, when the vehicle behavior is different between right steering and left steering, the gain Ka of the control system of the steering actuator 2 is automatically controlled so as to suppress the difference in the vehicle behavior regardless of the cause. , Kb can be set.
[0023]
In the second embodiment, a gain changeover switch 21 similar to that of the first embodiment is connected to the control device 20, and gains Ka and Kb in the control system of the steering actuator 2 are set by the gain changeover switch 21. A mode changeover switch that can be switched between the mode to be set and the mode set by the automatic gain setting unit 31 may be provided.
[0024]
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In each of the above embodiments, the present invention is applied to a steering device that employs a steer-by-wire system in which the operation member 1 and the wheel 4 are not mechanically connected. In the third embodiment, the steering wheel H that is an operation member is used. The present invention is applied to a steering device 101 that is mechanically connected to wheels.
[0025]
That is, the rotation of the input shaft 102 according to the operation of the steering wheel H is transmitted to the output shaft 111 by the rotation transmission mechanism 130, and the rotation of the output shaft 111 is transmitted by the steering gear so that the steering angle changes to the wheels. The As the steering gear, known ones such as a rack and pinion type steering gear and a ball screw type steering gear can be used. By driving the components of the rotation transmission mechanism 130 by a motor (steering actuator) 139, the movement of the motor 139 is transmitted to the wheels so that the steering angle changes. The input shaft 102 and the output shaft 111 are arranged coaxially with a gap therebetween and are supported by the housing 110 via

bearings

107, 108, 112 and 113. The rotation transmission mechanism 130 is a planetary gear mechanism in the present embodiment, and the planetary gear 133 that meshes with the sun gear 131 and the ring gear 132 is held by the carrier 134. The sun gear 131 is coupled to the end of the input shaft 102 so as to rotate together. The carrier 134 is connected to the output shaft 111 so as to rotate together. The ring gear 132 is fixed to a holder 136 surrounding the input shaft 102 via bolts 362. The holder 136 is supported via a bearing 109 by a cylindrical member 135 fixed to the housing 110 so as to surround the input shaft 102. A worm wheel 137 is fitted on the outer periphery of the holder 136 so as to rotate together. A worm 138 that meshes with the worm wheel 137 is supported by the housing 110. The worm 138 is driven by a motor 139 attached to the housing 110.
[0026]
When the movement of the motor 139 is transmitted to the wheels so that the steering angle changes, the rotation from the input shaft 102 to the output shaft 111 is controlled in accordance with the variable representing the running state of the vehicle. The transmission ratio, that is, the ratio between the operation amount of the steering wheel H and the steering amount of the wheel can be changed. In the present embodiment, the variable representing the running state is the vehicle speed. For example, the rotational angular speed of the ring gear 132 is reduced as the speed is increased by the control of the motor 139, and the planetary gear mechanism 130 is functioned as a reduction gear mechanism. And improve.
[0027]
As shown in FIG. 8, the motor 139 is connected to a control device 140 mounted on the vehicle, and a vehicle speed sensor 141 is connected to the control device 140 as a variable detection sensor that indicates a running state. Further, the control device 140 includes a rotation angle sensor 142 for detecting the rotation angle of the input shaft 102 as a sensor for detecting the operation amount of the steering wheel H, and a rotation angle of the output shaft 111 as a sensor for detecting the turning amount of the wheel. Is connected to a steering angle sensor 143 for detecting. The target steering angle of the output shaft 111 corresponding to the target behavior index value is obtained from the rotation angle of the input shaft 102 corresponding to the operation amount of the steering wheel H and the vehicle speed corresponding to the variable representing the running state, and the target steering angle And the control device 140 controls the motor 139 in a closed loop so as to eliminate the deviation from the steering angle of the output shaft 111 that is an indicator of the actual vehicle behavior caused by the steering of the wheels.
[0028]
FIG. 9 is a block diagram showing a control system configured by the control device 140, where Ti is a steering torque of the steering wheel H, V is a value detected by the vehicle speed sensor 141, and θi is a rotation angle of the rotation angle of the input shaft 102. The detection value by the sensor 142, θo is the detection value by the steering angle sensor 143 of the rotation angle of the output shaft 111, and θo ^* Is the target rudder angle of the output shaft 111, i ^* Is a target drive current corresponding to the target control amount of the motor 139, and C1 is a target steering angle θo of the output shaft 111 with respect to the rotation angle θi of the input shaft 102. ^* Adjusting portion C2 is a target rudder angle θo of the output shaft 111. ^* And the steering angle θo (θo ^* Target driving current i of the motor 139 with respect to -θo) ^* It is the adjustment part.
The control device 140 detects the target rudder angle θo of the output shaft 111 with respect to the rotation angle θi of the input shaft 102 detected by the rotation angle sensor 142. ^* Is calculated based on a predetermined and stored relationship. In the present embodiment, the target rudder angle θo of the output shaft 111 with respect to the rotation angle θi of the input shaft 102. ^* The adjusting portion C1 is a proportional control element, and the target rudder angle of the output shaft 111 is θo ^* = K (V) · θi. Here, K (V) is a proportional gain and is a function of the vehicle speed V. The proportional gain K (V) decreases as the vehicle speed V increases, for example, and is stored in the control device 140. Based on the stored proportional gain K (V), the detected rotation angle θi of the input shaft 102 and the detected vehicle speed V, the target rudder angle θo of the output shaft 111. ^* Is calculated.
The control device 140 controls the target steering angle θo of the output shaft 111. ^* And the difference between the detected steering angle θo (θo ^* -Θo) and the target drive current i corresponding to the target control amount of the motor 139 ^* , That is, the relationship between the deviation between the target value and the detected value of the turning amount and the target control amount of the motor 139 is stored. In this embodiment, the deviation (θo ^* Target driving current i with respect to -θo) ^* The adjustment unit C2 is a proportional integral (PI) control element, and the target drive current i ^* Is i ^* = G · (θo ^* -Θo). Here, G is a transfer function, for example, Kg is a gain, T is a time constant, s is a Laplace operator, and the transfer function G is G = Kg · [1 + 1 / (T · s) so that PI control is performed. The time constant T is set so that optimum control can be performed. The transfer function G is stored in the control device 140.
The control device 140 determines the stored transfer function G and the calculated target steering angle θo of the output shaft 111. ^* And the target driving current i of the motor 139 based on the detected steering angle θo ^* Is calculated. The calculated target drive current i ^* Is applied, the motor 139 is driven.
[0029]
The control device 140 is connected to a gain changeover switch 21 'similar to the gain changeover switch 21 in the first embodiment, and the adjustment unit in the control system of the motor 139 according to the switching operation position of the gain changeover switch 21'. The value of the gain Kg of C2 is set so as to be larger during left steering than during left steering when the center of gravity of the vehicle is biased to the right of the center position in the lateral direction of the vehicle, and biased to the left. When it is, it is set to be larger during left steering than during right steering.
[0030]
The control procedure by the control device 140 will be described with reference to the flowchart of FIG. First, the detection value of each sensor is read (step S201). Next, the gain Kg in the control system of the motor 139 is set to a predetermined value in accordance with the operation of the gain changeover switch 21 '(step S202). Next, a proportional gain K (V) corresponding to the detected vehicle speed V is obtained (step S203). The target rudder angle θo of the output shaft 111 is determined from the obtained proportional gain K (V) and the detected rotation angle θi of the input shaft 102. ^* Is calculated (step S204). Next, it is determined from the detected rotation angle θi of the input shaft 102 whether the steering direction is right or left (step S205), and the gain Kg set corresponding to the steering direction is read (step S206). Target steering angle θo ^* And the detected steering angle θo of the output shaft 111 (θo ^* −θo) and the read gain Kg, the target drive current i ^* Is calculated (step S207). The target drive current i ^* Based on this, the motor 139 is driven (step S208). Next, it is determined whether or not to end the control, for example, based on whether or not the ignition switch of the vehicle is on (step S209). If the control is not ended, the process returns to step S201.
[0031]
According to the said 3rd Embodiment, there can exist an effect similar to 1st Embodiment. In the third embodiment, instead of the gain changeover switch 21 ', an automatic gain setting unit similar to the automatic gain setting unit 31 of the second embodiment is connected to the control device 140, and the gain Kg in the control system of the motor 139 is connected. May be set by an automatic gain setting unit. In the third embodiment, an automatic gain setting unit similar to the automatic gain setting unit 31 of the second embodiment is connected to the control device 140, and the gain Kg in the control system of the motor 139 is set by the gain changeover switch 21 '. A mode changeover switch that can be switched between the mode to be set and the mode set by the automatic gain setting unit may be provided.
[0032]
The present invention is not limited to the above embodiment.
For example, a variable inertial mass detection sensor that detects the size and arrangement of the variable inertial mass that forms part of the inertial mass of the vehicle is provided, and the control gain of the steering actuator is set to a predetermined value according to the detection result of the sensor. You may make it set. In this case, in the first embodiment, the occupant's sitting position shown in Table 1 is determined by the occupant, and the control gain is set by switching the gain changeover switch 21. However, the occupant's sitting position by the variable inertial mass detection sensor The control gain may be set according to the detection result. Thereby, the gain in the control system of the steering actuator can be automatically set so as to suppress the difference in vehicle behavior between right steering and left steering.
Further, the set control gain is the adjusting unit C in each of the above embodiments. _FF , C _FB , C2 gains Ka, Kb, and Kg are not limited to this. For example, in the first and second embodiments, the gain Kδ (V) is set, and in the third embodiment, the gain K (V) is set to the right steering. Different values may be set for hour and left steering. Furthermore, the configuration of the control system is not limited to the above embodiments.
[0033]
【The invention's effect】
According to the present invention, there is provided a practical vehicle steering apparatus that suppresses the difference in vehicle behavior between right steering and left steering, improves the running stability of the vehicle, and does not give the driver a sense of incongruity. Can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a configuration of a steering apparatus for a vehicle according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a control block diagram of the vehicle steering system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a proportional gain Kδ (V) and a vehicle speed V in the control system of the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart showing a control procedure of the vehicle steering system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a control block diagram of a vehicle steering system according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a flowchart showing a control procedure of the vehicle steering system according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a longitudinal sectional view of a steering device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an explanatory diagram of a control configuration of a steering device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a block diagram of a control system in a steering apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a flowchart showing a control procedure of the vehicle steering apparatus according to the third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Operation member
2 Steering actuator
3 Steering gear
4 wheels
21, 21 'Gain selector switch
31 Automatic gain setting section
139 motor
140 Controller
H Steering wheel

Claims

操作部材と、
操舵用アクチュエータと、
その操舵用アクチュエータの動きを舵角変化が生じるように車輪に伝達する機構と、
その操作部材の操作量と車輪の転舵量との比が変化するように操舵用アクチュエータを制御可能な制御系と、
その操舵用アクチュエータの制御系におけるゲインを、右操舵時と左操舵時とで互いに異なる値に設定する手段とを備え、
前記制御系におけるゲインの値は、車両の重心位置が車両の左右方向における中央位置よりも右方に偏っている場合は右操舵時に左操舵時よりも大きくなるように設定され、左方に偏っている場合は左操舵時に右操舵時よりも大きくなるように設定されることを特徴とする車両の操舵装置。An operation member;
A steering actuator;
A mechanism for transmitting the movement of the steering actuator to the wheels so that the steering angle changes,
A control system capable of controlling the steering actuator so that the ratio between the operation amount of the operation member and the steering amount of the wheel changes;
Means for setting the gain in the control system of the steering actuator to values different from each other during right steering and left steering ,
The gain value in the control system is set so as to be larger during left steering than during left steering when the center of gravity of the vehicle is biased to the right of the center position in the left-right direction of the vehicle and biased to the left. If you have a steering apparatus for a vehicle according to claim Rukoto is set to be greater than during right steering during left steering.

車両の慣性質量の一部をなす可変慣性質量の大きさと配置の中の少なくとも一方の相違に応じて予め定められた値に、前記制御系におけるゲインの値が設定される請求項１に記載の車両の操舵装置。 2. The gain value in the control system according to claim 1 , wherein a value of a gain in the control system is set to a predetermined value in accordance with at least one of a size and an arrangement of the variable inertial mass forming a part of the inertial mass of the vehicle. Vehicle steering device.

その可変慣性質量の大きさは予め設定された値とされ、その可変慣性質量の数と配置の相違に対応して切替え操作可能なゲイン切替えスイッチが設けられ、そのゲイン切替えスイッチの切替え操作位置に応じて予め定められた値に、前記制御系におけるゲインが設定される請求項２に記載の車両の操舵装置。 The magnitude of the variable inertial mass is set to a preset value, and a gain changeover switch that can be switched according to the difference in the number and arrangement of the variable inertial masses is provided. The vehicle steering apparatus according to claim 2 , wherein a gain in the control system is set to a predetermined value accordingly .

その可変慣性質量の大きさと配置を検出する可変慣性質量検出センサが設けられ、そのセンサの検出結果に応じて予め定められた値に、前記制御系におけるゲインが設定される請求項２に記載の車両の操舵装置。 The variable inertial mass detection sensor that detects the size and arrangement of the variable inertial mass is provided, and the gain in the control system is set to a value that is predetermined according to the detection result of the sensor . Vehicle steering device.

その可変慣性質量は車両の乗員、燃料、積荷の中の少なくとも一つの慣性質量である請求項３または４に記載の車両の操舵装置。 The vehicle steering apparatus according to claim 3 or 4 , wherein the variable inertial mass is at least one inertial mass among a vehicle occupant, fuel, and cargo .

その操作部材の操作量に応じた目標挙動指標値を求める手段と、
車輪の転舵により生じる実際の車両挙動の指標となる挙動指標値を求める手段とを備え、
その目標挙動指標値と実際の挙動指標値との偏差をなくすように前記操舵用アクチュエータが制御され、
車両が定常旋回状態か否かを判断する手段が設けられ、
その定常旋回状態において、その目標挙動指標値に対する実際の挙動指標値の追従率に相関する値に応じて予め定められた値に前記制御系におけるゲインが設定される請求項１〜５の中の何れかに記載の車両の操舵装置。 Means for obtaining a target behavior index value according to the operation amount of the operation member;
Means for obtaining a behavior index value that is an index of actual vehicle behavior caused by wheel steering,
The steering actuator is controlled to eliminate the deviation between the target behavior index value and the actual behavior index value,
Means for determining whether or not the vehicle is in a steady turning state;
The gain in the control system is set to a predetermined value in accordance with a value correlated with a follow-up rate of the actual behavior index value with respect to the target behavior index value in the steady turning state. A vehicle steering apparatus according to any one of the above.

操作部材と、
操舵用アクチュエータと、
その操舵用アクチュエータの動きを舵角変化が生じるように車輪に伝達する機構と、
その操作部材の操作量と車輪の転舵量との比が変化するように操舵用アクチュエータを制御可能な制御系と、
その操舵用アクチュエータの制御系におけるゲインを、右操舵時と左操舵時とで互いに異なる値に設定する手段と、
その操作部材の操作量に応じた目標挙動指標値を求める手段と、
車輪の転舵により生じる実際の車両挙動の指標となる挙動指標値を求める手段とを備え、
その目標挙動指標値と実際の挙動指標値との偏差をなくすように前記操舵用アクチュエータが制御され、
車両が定常旋回状態か否かを判断する手段が設けられ、
その定常旋回状態において、その目標挙動指標値に対する実際の挙動指標値の追従率に相関する値に応じて予め定められた値に前記制御系におけるゲインが設定されることを特徴とする車両の操舵装置。 An operation member;
A steering actuator;
A mechanism for transmitting the movement of the steering actuator to the wheels so that the steering angle changes,
A control system capable of controlling the steering actuator so that the ratio between the operation amount of the operation member and the steering amount of the wheel changes;
Means for setting the gain in the control system of the steering actuator to values different from each other during right steering and left steering;
Means for obtaining a target behavior index value according to the operation amount of the operation member;
Means for obtaining a behavior index value that is an index of actual vehicle behavior caused by wheel steering,
The steering actuator is controlled to eliminate the deviation between the target behavior index value and the actual behavior index value,
Means for determining whether or not the vehicle is in a steady turning state;
In the steady turning state, the vehicle steering is characterized in that the gain in the control system is set to a predetermined value in accordance with a value that correlates with the tracking rate of the actual behavior index value with respect to the target behavior index value. apparatus.