JP3883980B2 - Vehicle steering system - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ハンドルなどの操舵部材の操舵に基づいて操向輪を転舵させる車両用操舵装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ハンドルと舵取り用の操向輪を転舵するための舵取り機構とを機械的に切り離し、ハンドルの操舵方向および操舵量を検出するとともに、その検出結果に基づいて、舵取り機構に電動モータなどの操舵アクチュエータから駆動力を与えるようにして、ハンドルからの操舵指令に応じて操向輪を電気的に制御する車両用操舵装置(いわゆる、ステア・バイ・ワイヤ・システム)が提案されている。
このような車両用操舵装置においては、ハンドルと舵取り機構とが電気的には結合されているものの、機械的には分離されているために、機械的にハンドルの回転を規制することができない。従って、操向輪が最大舵角まで転舵された状態から、ハンドルが回転できないようにするためのハンドル角規制手段が設けられている。このハンドル角規制手段は、操向輪の目標転舵角と実転舵角との偏差が所定値以上である場合に、反力アクチュエータから操舵反力を発生させることによって、操向輪の最大舵角でハンドルの回転を規制している。
これにより、ハンドルの回転角と操向輪の転舵角との関係が適切でないために、実際には操向輪が両方向に転舵可能な状態であるにも関わらず、ハンドルに操舵反力が与えられて、ハンドルの回転が規制されてしまうような恐れがない。また、操向輪が道路の端の縁石に当たるなどして、操向輪が一方向に動かない状態になっているにも関わらず、ハンドルが回り続けるといった恐れもない(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開2002−87308号公報(第5頁、第1図)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来の車両用操舵装置は以上のように、操向輪の目標転舵角と実転舵角との偏差に応じてハンドルに操舵反力を発生させる。しかし、運転者が操舵反力に抗してハンドルに操舵反力より小さな操舵力を印加し続けると、運転者の操舵力と操舵反力とでハンチングを起こす恐れがあり、ハンドルによる操舵を適切に規制することができないという問題点があった。
【0005】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、操向輪の最大舵角に応じてハンドルなどの操舵部材による操舵を適切に規制することのできる車両用操舵装置を得ることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る車両用操舵装置は、車両を操舵するための操舵部材と、操舵部材の操舵角を検出する操舵角検出手段と、車両の操向輪を転舵する操向輪転舵手段と、操向輪の車輪舵角を検出する操向輪角検出手段と、操舵角および車両状態に基づいて、車輪舵角に対する車輪舵角目標値を算出する目標操向輪角生成手段と、車輪舵角が車輪舵角目標値に一致するように操向輪転舵手段を制御する操向輪角制御手段と、操舵部材の操舵力に対する操舵反力を操舵部材に与える反力生成手段と、操舵反力に応じた反力トルクを検出する反力トルク検出手段と、操舵角および車両状態に基づいて、車両を保舵するための保舵反力トルク目標値を算出する目標保舵反力トルク生成手段と、反力トルクを保舵反力トルク目標値に一致させるための保舵反力制御値を算出する保舵反力トルク制御手段と、操向輪の車輪舵角に基づいて、操舵部材の目標最大操舵角を算出する目標最大操舵角生成手段と、操舵角を目標最大操舵角で規制するために、操舵角検出手段の出力をフィードバックし操舵角規制反力制御値を算出する操舵角制御手段と、保舵反力制御値および操舵角規制反力制御値の制御量を切り替える制御切替手段とを備えるものである。また、反力生成手段は制御切替手段の出力値に基づいて操舵反力を与える。
【0007】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態1について詳細に説明する。図1は、この発明の実施の形態1の車両用操舵装置を示す構成図である。
図1において、運転者によってハンドル1が操作されて車両が操舵されると、ハンドル角センサ12はハンドル角(ハンドル1の回転角、操舵角)1201を検出する。
目標操向輪角生成手段13は、ハンドル角1201に応じた操向輪7a、7bの操向輪角を算出し、目標操向輪角(車輪舵角目標値)1301として出力する。なお、車速やヨーレートなどの車両状態信号21等に応じて必要な操向輪角を算出してもよい。
操向輪角検出手段11は、操向輪7a、7bの操向輪角(車輪舵角)1101を検出する。
操向輪角制御手段14は、ハンドル1が操作されたことによる操向輪角指令としての目標操向輪角1301と、操向輪角検出手段11から出力された実際の操向輪角1101とが同値となるような制御値を算出し、制御値(駆動電流)1401に基づいて、操向輪角制御用電気モータ901を駆動させて操向輪7a、7bの操向輪角1101を目標操向輪角1301に制御する。
【0008】
また、操向輪角1101の制御用アクチュエータとして用いる操舵機構駆動手段9(操向輪転舵手段)は、操向輪転舵機構(操向輪転舵手段)5に動力を伝達して操向輪7a、7bを回転させるための操向輪角制御用電気モータ901と、ウォームホイール502と噛み合い、ピニオンを回転させるためのウォームギア902とにより構成される。
操向輪転舵機構5は、操舵機構駆動手段9に接続されて、操向輪角制御用電気モータ901からの動力が伝達され、ナックルアーム6a、6bを介して操向輪7a、7bを転舵させて操向輪角1101を変化させる。この操向輪転舵機構5は、ラックアンドピニオン(Rack and Pinion)方式の操舵機構であり、ラックアンドピニオン機構501とウォームホイール502とにより構成される。
このように、ハンドル角1201に応じて操向輪角が決定され、ナックルアーム6a、6bを介して操向輪7a、7bの転舵が達成される。
【0009】
目標反力トルク生成手段(目標保舵反力トルク生成手段)15は、ハンドル1を介して運転者に与える反力トルク(保舵反力トルク)を算出する。例えば、カーブ走行中にハンドル角を保持(保舵)するためなど、ハンドル角検出手段(操舵角検出手段)12で検出されたハンドル角1201や、走行中の車速・ヨーレートなどの車両状態を示す車両状態信号21等に応じて適当な反力トルクを算出し、走行中のハンドル角1201や車両状態に応じて発生させる反力トルクの目標値となる目標反力トルク(保舵反力トルク目標値)1501として出力する。反力生成手段8は、ハンドル1に反力トルク(ハンドル1の操舵方向とは反対方向の力、操舵反力)を与える反力制御用電気モータ801と、ウォームホイール205に噛み合うウォームギア802とより構成される。
反力トルク検出手段10は、ハンドル1に生じる反力トルク1001を検出する。
反力トルク制御手段(保舵反力トルク制御手段)16は、目標反力トルク1501と反力トルク検出手段10で検出された反力トルク1001とが同値となるように制御値(保舵反力制御値)算出し、反力制御用電気モータ801を駆動させて、ハンドル1に生じる反力トルク1001を制御する。
【0010】
目標ハンドル最大角生成手段(目標最大操舵角生成手段)17は、操向輪7a、7bの最大舵角(最大車輪舵角)でハンドル1の回転が規制されるように、操向輪7a、7bの最大舵角に対するハンドル角を算出し、目標ハンドル最大角(目標最大操舵角)1701として出力する。目標ハンドル最大角1701は、操向輪7a、7bの最大舵角と、転舵比22とにより算出される。なお、転舵比22は、ハンドル角と操向輪角、もしくはハンドル角と駆動機構5のピニオン軸角との比率を示す。この転舵比22は、目標ハンドル最大角生成手段17に予め格納されていてもよい。また、操向輪角検出手段11とハンドル角検出手段12との検出値に基づいて算出してもよい。
ハンドル角制御手段(操舵角制御手段)18は、操向輪7a、7bの最大舵角に対応した目標ハンドル最大角1701と、ハンドル角検出手段12で検出されたハンドル角1201とが同値となるような制御値(操舵角規制反力制御値)を算出し、反力制御用電気モータ801を駆動させて、ハンドル1に操舵反力を発生させることによりハンドル角1201を規制する。
【0011】
制御切替手段19は、反力トルク制御手段16から出力された反力トルク制御値1601と、ハンドル角制御手段18から出力されたハンドル角制御値1801とに重み付けをしながら、操向輪7a、7bが最大舵角の時などに反力トルク制御手段16による制御とハンドル角制御手段18による制御とを切り替え、切り替えた制御手段の制御量に応じた駆動電流1901を反力制御用電気モータ801に供給する。
以上のように、運転者によるハンドル1の操舵や、車速・ヨーレートなどの車両状態信号21などにより、適切な操向輪角を算出して操向輪角1101を制御する。同時に、ハンドル角1201や車両状態に応じて適切な目標反力トルク1501を算出し、反力トルク制御手段16は、ハンドル角1201や車両状態に応じた操舵反力をハンドル1に生じさせるように制御する。また、操向輪7a、7bの最大舵角と転舵比22とに基づいてハンドル1の最大角を算出し、ハンドル角制御手段18は、ハンドル角が最大角を超えないように操舵反力をハンドル1に生じさせて、ハンドル1の回転を規制するように制御している。
【0012】
次に、図2を参照しながら、反力トルク制御手段16、目標ハンドル最大角生成手段17、ハンドル角制御手段18および制御切替手段19の動作について説明する。
図2は、この発明の実施の形態1による動作を示す回路図である。なお、図2において、前述(図1参照)と同様のものについては、同一符号を付して詳述を省略する。
反力トルク制御手段16は、目標反力トルク生成手段15から出力された目標反力トルク1501と、反力トルク検出手段10から出力された反力トルク1001との偏差を算出する。さらに、反力トルク1001が目標反力トルク1501を追従するような係数K1(反力トルク制御手段ゲイン)が偏差に乗じられ、反力トルク制御値1601として出力される。
このように、反力トルク制御手段16は、実際の反力トルク1001がフィードバックされることにより、目標値1501との偏差を小さくするための制御がなされる。
【0013】
ハンドル角制御手段18は、操向輪7a、7bの最大舵角と転舵比22とにより算出される目標ハンドル最大角1701と、ハンドル角検出手段12から出力されたハンドル角1201との偏差が算出される。さらに、目標ハンドル最大角1701を追従するような係数K2(ハンドル角制御手段ゲイン)が偏差に乗じられ、ハンドル角制御値1801として出力される。
このように、ハンドル角制御手段18は、実際のハンドル角1201がフィードバックされることにより、目標値1701との偏差を小さくするための制御がなされる。
制御切替手段19は、反力制御手段16の重み係数23(出力信号2301)と、ハンドル角制御手段18の重み係数24(出力信号2401)とがそれぞれ設定されており、反力トルク制御値1601には重み係数2301が乗じられるとともに、ハンドル角制御値1801には重み係数2401が乗じられる。
【0014】
制御切替手段19は、この重み係数の値をハンドル1の最大角に近づいていく時や遠ざかる時に応じて増減させることにより、反力トルク制御値1601とハンドル角制御値1801との割合を増減させ、反力制御用電気モータ801への駆動電流1901を供給しながら、反力トルク制御手段16による制御とハンドル角制御手段18による制御とを序々に切り替える。
反力トルク制御手段16の重み係数W1とハンドル角制御手段18の重み係数W2との関係は、以下の式(1)〜(3)のように表すことができる。
0≦W1≦1 ・・・ (1)
0≦W2≦1 ・・・ (2)
W1+W2=1 ・・・ (3)
【0015】
次に、図3および図4を参照しながら、反力トルク制御手段16の重み係数W1とハンドル角制御手段18の重み係数W2について説明する。
図3は、この発明の実施の形態1による切り増し時および切り戻し時の重み係数を示す関係図であり、図4は、この発明の実施の形態1による切り替わり時の駆動電流1901および重み係数を示す関係図である。
なお、図3(A)は、ハンドル1が最大角に向けて操舵される時(切り増し時)の重み係数とハンドル1の最大角[deg]との関係を示す。また、図3(B)は、最大角から切り戻しされる時の重み係数と反力トルク[Nm]との関係を示す。
図3(A)および図3(B)において、実線は反力トルク制御手段16の重み係数23を示し、破線はハンドル角制御手段18の重み係数24を示す。
重み係数23、24は、ハンドル角検出手段12で検出されたハンドル角1201と、反力トルク検出手段10で検出された反力トルク1001との2つの値を要素として、それぞれの重み係数が決定される。
【0016】
まず、反力トルク制御手段16による制御からハンドル角制御手段18による制御への移行は、図3(A)に示すハンドル角1201に依存する重み係数によって移行される。
図3(A)において、縦軸は重み係数、横軸はハンドル角とその最大角を示す。
ハンドル角検出手段12で検出されたハンドル角1201が最大角近傍ではない場合、反力トルク1001を走行時のハンドル角や車両状態に応じた目標反力トルク1501に近づけるための制御が行われる。この時点では、ハンドル角1201の規制は行われないので、反力トルクを発生させるためのハンドル角規制制御は行われない。従って、反力トルク制御手段16の重み係数W1は、最大の「1」、ハンドル角制御手段18の重み係数W2は、最小の「0」となる。
【0017】
ハンドル角が最大角近傍の予め設定された値(例えば453deg)になった時、通常走行時の反力トルクの制御を、ハンドル角最大時の反力トルクの制御に切り替えるため、実線で示す反力トルク制御手段16の重み係数W1を減少させるとともに、ハンドル角1201の規制を行うために破線で示すハンドル角制御手段18の重み係数W2を増加させる。この間は、それぞれの重み係数の割合に応じて、通常走行時の反力トルクを制御するための制御値と、ハンドル角を制御するための制御値との割合が決定され、序々に反力トルク制御手段16による制御からハンドル角制御手段18による制御に移行される。
【0018】
ハンドル角1201が最大角(例えば454deg)になった時には、ハンドル角1201を最大角で規制するために、反力トルク制御手段16の重み係数W1を最小の「0」とするとともに、ハンドル角1201を最大角で保つためのハンドル角制御手段18の重み係数W2を最大の「1」とする。
従って、ハンドル1を切り増していき、操向輪7a、7bが最大舵角近傍になると、重み係数の変化により、反力トルク制御手段16による制御からハンドル角制御手段18による制御に切り替わり、最大舵角になると、ハンドル角制御手段18からのハンドル角制御値1801に基づいて反力制御用電気モータ801が駆動されて、ハンドル角1201を最大角に規制するための操舵反力をハンドル1に生じさせる。
なお、ここではハンドル角検出手段12で検出されたハンドル角1201に基づいて重み係数を変化させたが、ハンドル角に対応する操向輪角の検出手段11の検出値に基づいて重み係数を変化させてもよい。
【0019】
一方、ハンドル角制御手段18から反力トルク制御手段16への移行は、図3(B)に示す反力トルクに依存する重み係数によって移行される。
ハンドル1が切り戻され、操舵トルクが低下するに従ってハンドル角1201を規制する必要が無くなるので、操舵トルクが所定値(例えば、3Nm)になった場合、破線で示すハンドル角制御手段18の重み係数W2を低下させる。一方、通常走行時の反力トルク1001の制御を行うために、実線で示す反力トルク制御手段16の重み係数W1を増加させる。
したがって、制御切替手段19は、ハンドル1の切り戻しによる操舵トルクの低下に従い、重み係数を変化させ、ハンドル角制御手段18による制御から反力トルク制御手段16による制御に切り替えていく。制御切替手段19は、反力トルク制御手段16から出力される反力トルク制御値1601に基づいて反力制御用電気モータ801を駆動させる。
【0020】
ここで、反力制御用電気モータ801の駆動電流1901の計算式について説明する。
以下の式(4)は、目標ハンドル最大生成手段17での目標ハンドル最大角1701の算出方法を示す。目標ハンドル最大生成手段17は、操向輪7a、7bの最大舵角δmaxと、転舵比GearRatio(ハンドル角と操向輪角との比率)とに基づいて、目標ハンドル最大角θrefを算出する。
θref = δmax/GearRatio ・・・ (4)
【0021】
以下の式(5)は、反力制御用電気モータ801の駆動電流1901の計算式であり、反力トルク制御手段16とハンドル角制御手段18とのフィードバック制御量にそれぞれ重み係数を乗算し、反力制御用電気モータ801への駆動電流T_Irefを決定している。
T_Iref = W1×{(Tref−Tact)×K1}
+W2×{(θref−θact)×K2} ・・・ (5)
なお、式(5)において、Trefは目標反力トルク1501、Tactは反力トルク検出手段10で検出された反力トルク1001を示す。また、θrefは目標ハンドル最大角1701、θactはハンドル角検出手段12で検出されたハンドル角1201を示す。
【0022】
図4において、図面上部は、最大舵角に近づいてから遠ざかるまでの駆動電流1901の関係を示し、図面下部は、上部の時間に対応して、重み係数の変化を示す。
ハンドル1が切り増しされ、操向輪角1101が最大舵角に近づくと、時間t1において移行が開始される。
最大舵角に近づくにつれて、ハンドル角1201の制御が必要となるので、反力トルク制御手段16の重み係数W1(実線)を小さくしていき、反力トルク1001を制御するために算出される反力制御用電気モータ801への駆動電流の値(実線)を小さくする。一方で、ハンドル角制御手段18の重み係数W2(破線)を大きくしていき、ハンドル角1201を制御するために算出される駆動電流の値(破線)を大きくする。このように、序々に制御値の割合が切り替えられる。
【0023】
時間t2からt3までの間、ハンドル角1201が最大角であるため、現状のままハンドル角1201を最大角で規制するために、ハンドル角制御手段18からの制御値1801によって反力制御用電気モータ801が駆動される。
時間t3からt4までの間、ハンドル1が切り戻されると、ハンドル角1201の規制が不要となるので、ハンドル角制御手段18の重み係数W2を小さくし、ハンドル角制御のために算出される駆動電流の値を小さくする。一方で反力トルク1001の制御が必要となるので、反力トルク制御手段16の重み係数W1を大きくし、反力トルク1001を制御するために算出される駆動電流の値を大きくする。このように、序々に制御値の割合が切り替えられる。
【0024】
このように、ハンドル1が切り増しされて、ハンドル1の回転角1201の制御が必要な時には、ハンドル角検出手段12もしくは操向輪角検出手段11で検出された角度に基づいて重み係数を変化させ、ハンドル1が切り戻されて、反力トルク1001の制御が必要な時には、反力トルク検出手段10で検出された反力トルク(ハンドル1の操舵トルク)に基づいて重み係数を変化させるので、適切に制御を移行させることができる。
また、反力トルク制御手段16の重み係数23と、ハンドル角制御手段18の重み係数24を序々に増減させることにより、反力トルク制御手段16からの制御値1601と、ハンドル角制御手段18の制御値1801とを滑らかに切り替えることができる。
【0025】
なお、目標ハンドル最大角生成手段17では、操向輪角速度とハンドル角速度(操舵角速度)との角速度比率を算出し、算出された角速度比率と操向輪7a、7bの最大舵角とに基づいて目標ハンドル最大角1701を算出しても良い。
なお、本実施の形態1では、機構構成を図1に示したが、この構成に限定するものではなく、ハンドル1と操向輪7a、7bとが各々独立して動作できる車両用操舵装置であればよい。
以上のように、反力トルク制御手段16による制御とハンドル角制御手段18による制御とを切り替えることにより、操向輪7a、7bの状態に応じて適切な操舵反力を与えることができ、機械的にハンドル1の回転を規制させるための機構を設けることなく、ハンドル1の角度を適切に規制することができる。
また、ハンドル1の最大角を、転舵比22と操向輪7a、7bの最大舵角とに基づいて算出することにより、転舵比22に応じた目標ハンドル最大角1701を算出することができ、操向輪7a、7bの最大舵角とハンドル1の最大角との関係を維持させることができる。
【0026】
また、反力トルク制御手段16から出力された反力トルク制御値1601と、ハンドル角制御手段18から出力されたハンドル角制御値1801とに重み係数を乗算することにより、反力トルク制御手段16による制御とハンドル角制御手段18による制御との切り替えを、滑らかに運転者に違和感を与えずに行うことができる。
また、重み係数の増減の要素を、操向輪角検出手段11で検出された操向輪角1101もしくはハンドル角検出手段12で検出されたハンドル角1201と、反力トルク検出手段10で検出された反力トルク1001とにすることにより、適切に反力トルク制御手段16による制御とハンドル角制御手段18による制御を切り替えることができる。
また、重み係数の増減の要素は、操向輪角1101もしくはハンドル角1201と、反力トルク1001とし、ハンドル1の切り増し時は反力トルク制御からハンドル角制御へ、切り戻し時はハンドル角制御から反力トルク制御へと切り替えるので、適切に反力トルク制御手段16による制御とハンドル角制御手段18による制御とを切り替えることができる。
【0027】
実施の形態2.
上記実施の形態1では、操向輪角の最大舵角に基づいて目標ハンドル最大角1701を算出したが、所定時間毎に得られる操向輪角1101に基づいて目標ハンドル最大角1701を算出してもよい。
図5は、この発明の実施の形態2の車両用操舵装置を示す構成図である。
なお、図5において、前述(図1参照)と同様のものについては、同一符号または符号の後に「A」を付す。また、同一符号を付したものは詳述を省略する。
図5において、目標ハンドル最大角生成手段17Aは、操向輪7a、7bの最大舵角でハンドル1が規制されるようにハンドル角の目標値1701を算出する。目標ハンドル最大角1701は、転舵比22と操向輪角検出手段11で検出された操向輪角1101とに基づいて算出される。
【0028】
ハンドル角制御手段18は、操向輪角1101に基づいて算出された目標ハンドル最大角1701に一致するような制御値を算出し、目標ハンドル最大角1701も操向輪角1101に応じて変動するので、操向輪7a、7bの状態に応じてハンドル1の角度を規制するような制御値1801が出力される。なお、操向輪角1101が最大舵角の時には、対応するハンドル角の最大角が算出されるので、ハンドル角1201を最大角に規制するように反力トルク1001を生じさせる。
【0029】
次に、図6を参照しながら、反力トルク制御手段16、目標ハンドル最大角生成手段17A、ハンドル角制御手段18および制御切替手段19の動作について説明する。
図6は、この発明の実施の形態2による動作を示す回路図である。なお、図6において、前述(図2参照)と同様のものについては同一符号を付して詳述を省略する。
図6において、目標ハンドル最大角生成手段17Aは、操向輪角検出手段11で所定時間毎に検出される操向輪角1101を入力し、操向輪角1101および転舵比22に基づいて操向輪角1101に応じたハンドル角を算出し、目標ハンドル最大角1701として出力する。
【0030】
ハンドル角制御手段18は、ハンドル角検出手段12で検出されるハンドル角1201と目標ハンドル最大角1701との偏差1802が算出され、出力される。また、目標ハンドル最大角1701を追従するような係数K2を偏差に乗じた値1801が出力される。
制御切替手段19は、反力トルク制御手段16から出力された反力トルク制御値1601に重み係数23(2301)が乗じられる。
また、ハンドル角制御手段18から出力されたハンドル角制御値1801に重み係数24(2401)が乗じられる。
重み係数は、反力トルク検出手段10で検出された反力トルク1001と、ハンドル角制御手段18で算出された目標ハンドル最大角1701とハンドル角1201との偏差とによりそれぞれの重み係数が決定される。
この重み係数を変化させることにより、反力制御用電気モータ801を駆動させながら、反力トルク制御手段16による制御とハンドル角制御手段18による制御とを序々に切り替えていく。
【0031】
次に、図7を参照しながら、反力トルク制御手段16の重み係数W1およびハンドル角制御手段18の重み係数W2について説明する。
図7において、実線で示す反力トルク制御手段16の重み係数W1および破線で示すハンドル角制御手段18の重み係数W2は、目標ハンドル最大角1701とハンドル角検出手段12で検出されるハンドル角1201との偏差と、反力トルク検出手段16で検出される反力トルク1101(操舵トルク)の2つの値を要素としている。
図7(A)は、反力トルク制御手段16による制御からハンドル角制御手段18による制御への移行を示し、偏差に依存する重み係数によって移行させる。
図7(A)において、目標ハンドル最大角1701とハンドル角検出手段12で検出されたハンドル角1201との偏差が所定値(例えば、0[deg])より大きくなると、実線で示す反力トルク制御手段16の重み係数W1を減少させ、破線で示すハンドル角制御手段18の重み係数W2を増加させる。
したがって、ハンドル1を切り増していき、目標ハンドル最大角1701と実際のハンドル角1201との偏差が所定値以上になると、重み係数を変化させることにより、反力トルク制御手段16による制御からハンドル角制御手段18による制御に切り替える。
【0032】
図7(B)は、ハンドル角制御手段16による制御から反力トルク制御手段18による制御への移行について示し、操舵トルクに依存する重み係数により移行する。操舵トルクが低下するにつれ、破線で示すハンドル角制御手段18の重み係数W2を低下させ、実線で示す反力トルク制御手段16の重み係数を増加させる。
従って、制御切替手段19は、ハンドル1の切り戻しで操舵トルクの低下に応じて重み係数を変化させることにより、反力制御用電気モータ801への制御値をハンドル角制御値1801から反力トルク制御値1601に切り替える。
【0033】
ここで、反力制御用電気モータ801への駆動電流1901の計算式について説明する。
以下の式(6)は目標ハンドル最大角1701の算出方法を示している。操向輪角検出手段11で検出された操向輪角1101と転舵比22とに基づいて、目標ハンドル最大角1701を算出する。
θref = δf/GearRatio ・・・ (6)
なお、式(6)において、θrefは、目標ハンドル最大角1701、δfは、操向輪角検出手段11で検出された操向輪角1101、GearRatioは、転舵比(ハンドル角と操向輪角との比率)22を示す。
【0034】
以下の式(7)は、反力制御用電気モータ801への駆動電流1901の計算式を示す。
式(7)は、反力トルク制御手段16とハンドル角制御手段18とのフィードバック制御量にそれぞれ重み係数を乗算することにより、反力制御用電気モータ801の駆動電流を決定している。
【0035】
式(7)によって算出された駆動電流によって反力制御用電気モータ801が駆動され、前述の図4のように、重み係数が変化されることにより、反力トルク制御手段16から出力された反力トルク制御値1601と、ハンドル角制御手段18から出力されたハンドル角制御値1801とを切り替える。なお、重み係数を偏差および操舵トルク(反力トルク)に応じて序々に切り替えることにより、反力トルク制御手段16による制御とハンドル角制御手段18による制御とを滑らかに切り替えることができる。
なお、本実施の形態2では、機構構成を図5に示したが、この構成に限定するものではなく、ハンドル1と操向輪7a、7bとが各々独立して動作できる車両用操舵装置であればよい。
以上のように、ハンドル1の最大角を転舵比22および操向輪角1101に基づいて算出することにより、操向輪角1101に応じた目標ハンドル最大角1701を算出することができる。
【0036】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、転舵比22と操向輪7a、7bの最大舵角とに基づいて算出された目標ハンドル最大角1701と、実際のハンドル角1201との偏差に基づいてフィードバック制御するので、操向輪7a、7bの状態に応じて適切な操舵反力を与えることができ、機械的にハンドル1の回転を規制させるための機構を設けることなく、ハンドル1の角度を適切に規制することのできる車両用操舵装置が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1の車両用操舵装置を示す構成図である。
【図2】 この発明の実施の形態1による動作を示す回路図である。
【図3】 この発明の実施の形態1による切り増し時および切り戻し時の重み係数を示す関係図である。
【図4】 この発明の実施の形態1による切り替わり時の駆動電流および重み係数を示す関係図である。
【図5】 この発明の実施の形態2の車両用操舵装置を示す構成図である。
【図6】 この発明の実施の形態2による動作を示す回路図である。
【図7】 この発明の実施の形態2による切り増し時および切り戻し時の重み係数を示す関係図である。
【符号の説明】
1 ハンドル、5 操向輪転舵機構、6a、6b ナックルアーム、7a、7b 操向輪、8 反力生成手段、9 操舵機構駆動手段、10 反力トルク検出手段、11 操向輪角検出手段、12 ハンドル角検出手段、13 目標操向輪角生成手段、14 操向輪角制御手段、15 目標反力トルク生成手段、16 反力トルク制御手段、17 目標ハンドル最大角生成手段、18 ハンドル角制御手段、19 制御切替手段、21 車両状態信号、22 転舵比、501 ラックアンドピニオン機構、502 ウォームギア、801 反力制御用電気モータ、802 ウォームホイール、901 操向輪角制御用電気モータ、902 ウォームホイール、1001 反力トルク、1101 操向輪角、1201 ハンドル角、1301 目標操向輪角、1401 制御値(駆動電流)、1501目標反力トルク、1601 反力トルク制御値、1701 目標ハンドル最大角、1801 ハンドル角制御値、1901 駆動電流。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vehicle steering apparatus that steers steered wheels based on steering of a steering member such as a steering wheel.
[0002]
[Prior art]
The steering mechanism and the steering mechanism for steering the steering wheel for steering are mechanically separated to detect the steering direction and the steering amount of the steering wheel, and based on the detection result, the steering mechanism is steered by an electric motor or the like. A vehicle steering device (so-called steer-by-wire system) has been proposed in which a driving force is applied from an actuator to electrically control a steered wheel in accordance with a steering command from a steering wheel.
In such a vehicle steering apparatus, the steering wheel and the steering mechanism are electrically coupled, but are mechanically separated from each other, so that the rotation of the steering wheel cannot be mechanically restricted. Therefore, a steering wheel angle restricting means is provided for preventing the steering wheel from rotating from a state where the steering wheel is steered to the maximum steering angle. This steering wheel angle restricting means generates a steering reaction force from the reaction force actuator when the deviation between the target turning angle of the steering wheel and the actual turning angle is equal to or greater than a predetermined value. The steering angle is regulated by the steering angle.
As a result, since the relationship between the rotation angle of the steering wheel and the steering angle of the steered wheel is not appropriate, the steering reaction force is applied to the steering wheel even though the steered wheel is actually steerable in both directions. Therefore, there is no fear that the rotation of the handle is restricted. In addition, there is no fear that the steering wheel will continue to rotate despite the steering wheel hitting the curb at the end of the road and the steering wheel does not move in one direction (see, for example, Patent Document 1). ).
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2002-87308 A (page 5, FIG. 1)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the conventional vehicle steering apparatus generates a steering reaction force on the steering wheel according to the deviation between the target turning angle of the steered wheels and the actual turning angle. However, if the driver continues to apply a steering force smaller than the steering reaction force against the steering reaction force against the steering reaction force, the driver's steering force and steering reaction force may cause hunting. There was a problem that it could not be regulated.
[0005]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a vehicle steering apparatus capable of appropriately regulating steering by a steering member such as a steering wheel in accordance with the maximum steering angle of a steered wheel. For the purpose.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
A vehicle steering apparatus according to the present invention includes a steering member for steering a vehicle, a steering angle detection unit that detects a steering angle of the steering member, a steered wheel steering unit that steers a steering wheel of the vehicle, Steering wheel angle detection means for detecting the wheel steering angle of the steering wheel, target steering wheel angle generation means for calculating a wheel steering angle target value for the wheel steering angle based on the steering angle and the vehicle state, wheel steering Steering wheel angle control means for controlling the steered wheel steering means so that the angle matches the wheel steering angle target value, reaction force generation means for giving the steering member a steering reaction force with respect to the steering force of the steering member, and steering reaction Reaction force torque detection means for detecting reaction force torque according to force, and target steering reaction torque generation for calculating a steering reaction force torque target value for steering the vehicle based on the steering angle and the vehicle state Means and a reaction force for keeping the reaction force torque equal to the target value of the reaction force torque. Steering reaction force torque control means for calculating the control value, target maximum steering angle generation means for calculating the target maximum steering angle of the steering member based on the wheel steering angle of the steered wheels, and the steering angle as the target maximum steering angle To regulate in In addition, the output of the steering angle detection means is fed back. Steering angle control means for calculating a steering angle restriction reaction force control value, and control switching means for switching control amounts of the steering reaction force control value and the steering angle restriction reaction force control value. The reaction force generating means gives a steering reaction force based on the output value of the control switching means.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram showing a vehicle steering apparatus according to
In FIG. 1, when the
The target steered wheel angle generation means 13 calculates the steered wheel angles of the steered
The steered wheel angle detection means 11 detects the steered wheel angle (wheel steering angle) 1101 of the steered
The steering wheel angle control means 14 includes a target steering wheel angle 1301 as a steering wheel angle command when the
[0008]
The steering mechanism drive means 9 (steering wheel steering means) used as an actuator for controlling the
The steered wheel steering mechanism 5 is connected to the steering mechanism driving means 9 to receive power from the steered wheel angle control
Thus, the steered wheel angle is determined according to the
[0009]
The target reaction force torque generating means (target holding reaction force torque generating means) 15 calculates reaction force torque (steering reaction force torque) to be given to the driver via the
The reaction force torque detection means 10 detects a
The reaction force torque control means (steering reaction force torque control means) 16 controls the control value (steering reaction torque control means) so that the target
[0010]
The target steering wheel maximum angle generating means (target maximum steering angle generating means) 17 controls the
In the handle angle control means (steer angle control means) 18, the target handle
[0011]
The
As described above, the
[0012]
Next, operations of the reaction force torque control means 16, the target handle maximum angle generation means 17, the handle angle control means 18 and the control switching means 19 will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a circuit diagram showing an operation according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 2, the same components as those described above (see FIG. 1) are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
The reaction force
In this way, the reaction force torque control means 16 is controlled to reduce the deviation from the
[0013]
The steering wheel angle control means 18 has a deviation between the target steering wheel
Thus, the handle angle control means 18 is controlled to reduce the deviation from the
In the control switching means 19, the weight coefficient 23 (output signal 2301) of the reaction force control means 16 and the weight coefficient 24 (output signal 2401) of the handle angle control means 18 are set, respectively, and the reaction force
[0014]
The control switching means 19 increases / decreases the ratio between the reaction force
The relationship between the weighting coefficient W1 of the reaction force torque control means 16 and the weighting coefficient W2 of the handle angle control means 18 can be expressed as the following equations (1) to (3).
0 ≦ W1 ≦ 1 (1)
0 ≦ W2 ≦ 1 (2)
W1 + W2 = 1 (3)
[0015]
Next, the weighting coefficient W1 of the reaction force torque control means 16 and the weighting coefficient W2 of the handle angle control means 18 will be described with reference to FIGS.
FIG. 3 is a relationship diagram showing weighting factors at the time of addition and switching back according to
FIG. 3A shows the relationship between the weighting factor and the maximum angle [deg] of the
3A and 3B, the solid line indicates the
The weighting factors 23 and 24 are determined based on two values of the
[0016]
First, the shift from the control by the reaction torque control means 16 to the control by the handle angle control means 18 is shifted by a weighting factor depending on the
In FIG. 3A, the vertical axis represents the weighting factor, and the horizontal axis represents the handle angle and its maximum angle.
When the
[0017]
When the steering wheel angle reaches a preset value near the maximum angle (for example, 453 deg), the reaction force torque control during normal driving is switched to the control of the reaction torque torque at the maximum steering wheel angle. The weight coefficient W1 of the force torque control means 16 is decreased, and the weight coefficient W2 of the handle angle control means 18 indicated by a broken line is increased in order to restrict the
[0018]
When the
Therefore, when the
Here, the weighting coefficient is changed based on the
[0019]
On the other hand, the transition from the steering wheel angle control means 18 to the reaction force torque control means 16 is made by a weighting factor depending on the reaction force torque shown in FIG.
As the
Therefore, the
[0020]
Here, a calculation formula of the drive current 1901 of the reaction force control
The following equation (4) shows a method of calculating the target handle
θref = δmax / GearRatio (4)
[0021]
The following equation (5) is a calculation formula of the drive current 1901 of the reaction force control
T_Iref = W1 × {(Tref−Tact) × K1}
+ W2 × {(θref−θact) × K2} (5)
In equation (5), Tref represents the
[0022]
In FIG. 4, the upper part of the drawing shows the relationship of the drive current 1901 from approaching the maximum rudder angle to moving away, and the lower part of the drawing shows the change of the weighting factor corresponding to the time of the upper part.
When the
As the steering angle approaches the maximum steering angle, control of the
[0023]
Since the
When the
[0024]
As described above, when the
Further, by gradually increasing or decreasing the
[0025]
The target steering wheel maximum angle generating means 17 calculates an angular velocity ratio between the steering wheel angular velocity and the steering wheel angular velocity (steering angular velocity), and the calculated angular velocity ratio. Rate and The target handle
In the first embodiment, the mechanism configuration is shown in FIG. 1, but is not limited to this configuration, and is a vehicle steering apparatus in which the
As described above, by switching between the control by the reaction force torque control means 16 and the control by the steering wheel angle control means 18, an appropriate steering reaction force can be given according to the state of the steered
Further, by calculating the maximum angle of the
[0026]
Further, the reaction force torque control means 16 is multiplied by a weighting coefficient by multiplying the reaction force
Further, the factors of increase / decrease in the weight coefficient are detected by the
The factors for increasing and decreasing the weighting factor are the
[0027]
In the first embodiment, the target steering wheel
FIG. 5 is a block diagram showing a vehicle steering apparatus according to
In FIG. 5, the same reference numerals as those described above (see FIG. 1) are given the same reference numerals or “A” after the reference numerals. Further, detailed description of the components having the same reference numerals is omitted.
In FIG. 5, the target handle maximum angle generating means 17A calculates a
[0028]
The steering wheel angle control means 18 calculates a control value that matches the target steering wheel
[0029]
Next, the operations of the reaction force torque control means 16, the target handle maximum angle generation means 17A, the handle angle control means 18 and the control switching means 19 will be described with reference to FIG.
FIG. 6 is a circuit diagram showing an operation according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 6, the same components as those described above (see FIG. 2) are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
In FIG. 6, the target steering wheel maximum
[0030]
The handle angle control means 18 calculates and outputs a
The control switching means 19 multiplies the reaction force
Further, the handle
The weighting coefficient is determined by the
By changing this weighting factor, the control by the reaction force torque control means 16 and the control by the handle angle control means 18 are gradually switched while driving the
[0031]
Next, the weighting coefficient W1 of the reaction force torque control means 16 and the weighting coefficient W2 of the handle angle control means 18 will be described with reference to FIG.
In FIG. 7, the weighting factor W1 of the reaction force
FIG. 7A shows the transition from the control by the reaction force torque control means 16 to the control by the handle angle control means 18, and the transition is made by a weighting factor depending on the deviation.
In FIG. 7A, when the deviation between the target handle
Therefore, when the
[0032]
FIG. 7B shows the transition from the control by the steering wheel angle control means 16 to the control by the reaction force torque control means 18, and the transition is made by a weighting factor depending on the steering torque. As the steering torque decreases, the weighting coefficient W2 of the steering wheel angle control means 18 indicated by a broken line is reduced, and the weighting coefficient of the reaction force torque control means 16 indicated by a solid line is increased.
Therefore, the control switching means 19 changes the weighting coefficient in accordance with the decrease in the steering torque when the
[0033]
Here, a calculation formula of the drive current 1901 to the reaction force control
The following formula (6) shows a calculation method of the target handle
θref = δf / GearRatio (6)
In equation (6), θref is the target steering wheel
[0034]
The following formula (7) shows a calculation formula of the drive current 1901 to the
Formula (7) determines the drive current of the reaction force control
[0035]
The reaction force control
In the second embodiment, the mechanism configuration is shown in FIG. 5, but is not limited to this configuration, and is a vehicle steering apparatus in which the
As described above, the target handle
[0036]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a vehicle steering apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing an operation according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a relationship diagram showing weighting factors at the time of rounding up and switching back according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a relationship diagram showing a drive current and a weighting factor at the time of switching according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a configuration diagram showing a vehicle steering apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a circuit diagram showing an operation according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a relational diagram showing weighting factors at the time of rounding up and switching back according to
[Explanation of symbols]
1 Steering wheel, 5 Steering wheel steering mechanism, 6a, 6b Knuckle arm, 7a, 7b Steering wheel, 8 Reaction force generating means, 9 Steering mechanism driving means, 10 Reaction force torque detecting means, 11 Steering wheel angle detecting means, 12 steering wheel angle detection means, 13 target steering wheel angle generation means, 14 steering wheel angle control means, 15 target reaction force torque generation means, 16 reaction force torque control means, 17 target handle maximum angle generation means, 18 handle angle control Means, 19 Control switching means, 21 Vehicle status signal, 22 Steering ratio, 501 Rack and pinion mechanism, 502 Worm gear, 801 Electric motor for reaction force control, 802 Worm wheel, 901 Electric motor for steering wheel angle control, 902 Worm Wheel, 1001 Reaction torque, 1101 Steering wheel angle, 1201 Steering wheel angle, 1301 Target steering wheel angle, 1401 Control value (drive power ), 1501 target reaction torque, 1601 reaction force torque control value, 1701 target wheel maximum angle, 1801 steering wheel angle control value, 1901 drive current.
Claims (7)
前記操舵部材の操舵角を検出する操舵角検出手段と、
前記車両の操向輪を転舵する操向輪転舵手段と、
前記操向輪の車輪舵角を検出する操向輪角検出手段と、
前記操舵角および前記車両の状態に基づいて、前記車輪舵角に対する車輪舵角目標値を算出する目標操向輪角生成手段と、
前記車輪舵角が前記車輪舵角目標値に一致するように前記操向輪転舵手段を制御する操向輪角制御手段と、
前記操舵部材の操舵力に対する操舵反力を前記操舵部材に与える反力生成手段と、
前記操舵反力に応じた反力トルクを検出する反力トルク検出手段と、
前記操舵角および前記車両の状態に基づいて、前記車両を保舵するための保舵反力トルク目標値を算出する目標保舵反力トルク生成手段と、
前記反力トルクを前記保舵反力トルク目標値に一致させるための保舵反力制御値を算出する保舵反力トルク制御手段と、
前記操向輪の車輪舵角に基づいて、前記操舵部材の目標最大操舵角を算出する目標最大操舵角生成手段と、
前記操舵角を前記目標最大操舵角で規制するために、前記操舵角検出手段の出力をフィードバックし操舵角規制反力制御値を算出する操舵角制御手段と、
前記保舵反力制御値および前記操舵角規制反力制御値の制御量を切り替える制御切替手段とを備え、
前記反力生成手段は、前記制御切替手段の出力値に基づいて前記操舵反力を与えることを特徴とする車両用操舵装置。A steering member for steering the vehicle;
Steering angle detecting means for detecting a steering angle of the steering member;
Steering wheel steering means for steering the steering wheel of the vehicle;
Steering wheel angle detection means for detecting a steering angle of the steering wheel;
Target steered wheel angle generating means for calculating a wheel steering angle target value for the wheel steering angle based on the steering angle and the state of the vehicle;
Steering wheel angle control means for controlling the steering wheel steering means so that the wheel steering angle matches the wheel steering angle target value;
Reaction force generating means for applying a steering reaction force to the steering member with respect to the steering force of the steering member;
Reaction force torque detecting means for detecting a reaction force torque according to the steering reaction force;
Target steering reaction force torque generating means for calculating a steering reaction force torque target value for steering the vehicle based on the steering angle and the state of the vehicle;
A steering reaction force torque control means for calculating a steering reaction force control value for making the reaction torque equal to the steering reaction force torque target value;
Target maximum steering angle generating means for calculating a target maximum steering angle of the steering member based on a wheel steering angle of the steering wheel;
Steering angle control means for feeding back the output of the steering angle detection means and calculating a steering angle restriction reaction force control value to regulate the steering angle at the target maximum steering angle;
Control switching means for switching control amounts of the steering reaction force control value and the steering angle restriction reaction force control value,
The vehicle steering apparatus according to claim 1, wherein the reaction force generating means applies the steering reaction force based on an output value of the control switching means.
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