JP4984625B2 - Vehicle steering device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ステアバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、バイラテラル制御により、転舵輪の転舵および操舵ハンドルに対する操舵反力付与を制御するようにした車両の操舵装置に関する。 The present invention relates to a steer-by-wire vehicle steering apparatus that controls steering of steered wheels and application of a steering reaction force to a steering handle by bilateral control.
従来から、操舵ハンドルと転舵輪とを機械的に切り離したステアバイワイヤ方式の車両の操舵装置はよく知られている。このステアバイワイヤ方式の車両の操舵装置は、例えば下記特許文献1に示すように、ステアリングシャフトに接続されて操舵ハンドルに対して操舵反力を付与する操舵反力用アクチュエータと、転舵軸に接続されて同転舵軸を変位させることより転舵輪を転舵する転舵用アクチュエータとを備えている。そして、操舵ハンドルの操舵角と転舵輪の転舵角とを検出して、検出操舵角と検出転舵角との差に応じて転舵用電動モータを回転制御することにより、操舵ハンドルの操舵に応じて転舵輪が転舵されるようにしている。また、ステアリングシャフトに付与される操舵力と転舵軸に付与される転舵反力とを検出して、検出操舵力と検出転舵反力との差に応じて操舵反力用電動モータを回転制御することにより、転舵輪の転舵に応じた操舵反力が操舵ハンドルに付与されるようにしている。
しかし、上記従来の装置においては、操舵反力は、転舵用アクチュエータによる転舵輪の転舵角(すなわち転舵用アクチュエータの位置応答)とは無関係に転舵軸に付与される転舵反力に応じて制御されることになる。したがって、転舵用アクチュエータによる転舵輪の転舵を考慮した路面反力を操舵ハンドルに対する操舵反力に反映させることができず、転舵輪の転舵に伴う適切な操舵反力を操舵ハンドルに与えることができない。 However, in the above conventional apparatus, the steering reaction force is applied to the steered shaft regardless of the steered angle of the steered wheels by the steered actuator (that is, the position response of the steered actuator). It will be controlled according to. Therefore, the road surface reaction force considering the turning of the steered wheels by the steering actuator cannot be reflected in the steering reaction force on the steering wheel, and an appropriate steering reaction force accompanying the steering of the steered wheels is given to the steering handle. I can't.
本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、操舵アクチュエータおよび転舵アクチュエータによる位置制御および力制御を同時に行うバイラテラル制御方法を採用することにより、機械的に分離されている操舵ハンドルと転舵輪とをあたかも接続されているような状態で、操舵ハンドルに対する操舵反力と転舵輪の転舵とを制御して転舵輪の転舵に伴う適切な操舵反力を操舵ハンドルに与えることができるようにした車両の操舵装置を提供することにある。 The present invention has been made to address the above-described problems, and the object thereof is mechanically separated by adopting a bilateral control method that simultaneously performs position control and force control by a steering actuator and a steering actuator. The steering steering wheel and the steered wheel are connected as if they were connected, and the steering reaction force against the steering handle and the steered wheel steer are controlled to steer the appropriate steering reaction force accompanying the steered wheel steer. An object of the present invention is to provide a vehicle steering apparatus that can be applied to a steering wheel.
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、操舵ハンドルを駆動する操舵アクチュエータと、操舵ハンドルとは機械的に非接続の転舵輪を転舵する転舵アクチュエータとを備えたステアバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、操舵ハンドルの操舵角を表す操舵角情報を取得する操舵角取得手段と、操舵ハンドルの操舵角速度を表す操舵角速度情報を取得する操舵角速度取得手段と、転舵輪の転舵角を表す転舵角情報を取得する転舵角取得手段と、転舵輪の転舵角速度を表す転舵角速度情報を取得する転舵角速度取得手段と、操舵ハンドルに付与される操舵力を表す操舵力情報を取得する操舵力取得手段と、転舵輪に入力される転舵反力を表す転舵反力情報を取得する転舵反力取得手段と、操舵角情報によって表された操舵角および転舵角情報によって表された転舵角のうちのいずれか一方に所定値を乗算し、前記一方に乗算の施された操舵角と転舵角との偏差、ならびに操舵角速度情報によって表された操舵角速度および転舵角速度情報によって表された転舵角速度のうちのいずれか一方に所定値を乗算し、前記一方に乗算の施された操舵角速度と転舵角速度との偏差を用いて、操舵ハンドルの操舵角と転舵輪との転舵角を所定比に保つための操舵アクチュエータおよび転舵アクチュエータに対する位置応答制御値を計算する位置応答制御値計算手段と、操舵力情報によって表された操舵力および転舵反力情報によって表された転舵反力のうちのいずれか一方に所定値を乗算し、前記一方に乗算の施された操舵力および転舵反力を用いて、操舵ハンドルに付与される操舵力および転舵輪に入力される転舵反力に応じた操舵アクチュエータおよび転舵アクチュエータに対する力応答制御値を計算する力応答制御値計算手段と、位置応答制御値計算手段によって計算された操舵アクチュエータのための位置応答制御値と、力応答制御値計算手段によって計算された操舵アクチュエータのための力応答制御値とを合算して操舵アクチュエータを駆動制御する操舵アクチュエータ駆動制御手段と、位置応答制御値計算手段によって計算された転舵アクチュエータのための位置応答制御値と、力応答制御値計算手段によって計算された転舵アクチュエータのための力応答制御値とを合算して転舵アクチュエータを駆動制御する転舵アクチュエータ駆動制御手段とを設けたことにある。 In order to achieve the above object, a feature of the present invention is a steer-by-wire system comprising a steering actuator that drives a steering handle and a steering actuator that steers a steered wheel that is mechanically disconnected from the steering handle. In a vehicle steering apparatus, a steering angle acquisition unit that acquires steering angle information that represents a steering angle of a steering handle, a steering angular velocity acquisition unit that acquires steering angular velocity information that represents a steering angular velocity of a steering handle, and a turning angle of a steered wheel Steering angle acquisition means for acquiring turning angle information representing the steering angle, turning angle speed acquisition means for acquiring turning angular speed information representing the turning angular speed of the steered wheels, and steering force representing the steering force applied to the steering wheel Steering force acquisition means for acquiring information, steered reaction force acquisition means for acquiring steered reaction force information representing the steered reaction force input to the steered wheels, and the steering angle and steered represented by the steering angle information Multiplied by a predetermined value to either out noise deviation of the turning angle represented by the information, a deviation between the steering angle and the turning angle has been subjected to multiplication before Symbol hand, and represented by the steering angular velocity information A steering wheel is obtained by multiplying one of the steering angular speeds represented by the steering angular speed and the steering angular speed information by a predetermined value and using a deviation between the steering angular speed multiplied by the one and the steering angular speed. A steering actuator for maintaining the steering angle of the steering wheel and the steered wheel at a predetermined ratio, a position response control value calculating means for calculating a position response control value for the steered actuator, a steering force represented by the steering force information, and multiplied by a predetermined value to either out noise deviation of turning reaction force represented by the turning reaction force information, using the steering force and the steering reaction force has been subjected to multiplication before Symbol hand, the steering wheel Steering force applied to A steering actuator according to the turning reaction force input to the steered wheels, a force response control value calculating means for calculating a force response control value for the steered actuator, and a steering actuator calculated by the position response control value calculating means A steering actuator drive control means for controlling the steering actuator by adding the position response control value of the steering wheel and the force response control value for the steering actuator calculated by the force response control value calculation means, and a position response control value calculation means The position response control value for the steered actuator calculated by the above and the force response control value for the steered actuator calculated by the force response control value calculating means are summed to drive control the steered actuator. Actuator drive control means is provided.
この場合、例えば、操舵角取得手段は、操舵ハンドルの操舵角を検出する操舵角センサであり、操舵角速度取得手段は、操舵角情報によって表された操舵角に基づいて操舵角速度を計算する手段である。また、転舵角取得手段は、転舵輪の転舵角を検出する転舵角センサであり、転舵角速度取得手段は、転舵角情報によって表された転舵角に基づいて転舵角速度を計算する手段である。また、操舵力取得手段は、操舵ハンドルに付与される操舵力を検出する操舵力センサである。また、転舵反力取得手段は、転舵輪に入力される転舵反力を検出する転舵反力センサである。 In this case, for example, a steering angle acquisition means, Ri steering angle sensor der for detecting a steering angle of the steering wheel, the steering angular velocity acquisition means, means for calculating a steering angular velocity based on the steering angle represented by the steering angle information der Ru. Further, the steering angle acquisition means, Ri steering angle sensor der to detect a steered angle of the steered wheels, the steering angular velocity acquisition means turning angular velocity based on the steering angle represented by the steering angle information Ru means der to calculate. The steering force acquisition means is a steering force sensor that detects a steering force applied to the steering wheel. The turning reaction force acquisition means is a turning reaction force sensor that detects the turning reaction force input to the steered wheels.
さらに、操舵力取得手段を、操舵アクチュエータの作動制御状態と、操舵アクチュエータの実際の作動状態とに基づいて、操舵ハンドルに付与される操舵力を推定する操舵力推定手段で構成することもできる。また、転舵反力取得手段を、転舵アクチュエータの作動制御状態と、同転舵アクチュエータの実際の作動状態とに基づいて、転舵輪に入力される転舵反力を推定する転舵反力推定手段で構成することもできる。より具体的には、操舵力または転舵反力を外乱とするオブザーバを想定し、操舵アクチュエータまたは転舵アクチュエータに対する駆動電流に基づく駆動制御トルクと、操舵アクチュエータまたは転舵アクチュエータの実際の発生トルクとの差により、操舵トルクまたは転舵反力を外乱として計算できる。この操舵力および転舵反力の推定技術を用いれば、操舵力センサおよび転舵反力センサは不要となり、製品の製造コストを下げることができる。 Furthermore, the steering force acquisition means can be configured by a steering force estimation means that estimates the steering force applied to the steering handle based on the operation control state of the steering actuator and the actual operation state of the steering actuator. Further, the steering reaction force acquisition means is configured to estimate the steering reaction force input to the steered wheel based on the operation control state of the steering actuator and the actual operation state of the steering actuator. It can also be configured by estimation means. More specifically, assuming an observer whose disturbance is a steering force or a turning reaction force, a drive control torque based on a drive current for the steering actuator or the turning actuator, an actual generated torque of the steering actuator or the turning actuator, and The steering torque or the turning reaction force can be calculated as a disturbance by the difference between the two. If this technique for estimating the steering force and the turning reaction force is used, the steering force sensor and the turning reaction force sensor become unnecessary, and the manufacturing cost of the product can be reduced.
このように構成した本発明によれば、操舵アクチュエータは、操舵アクチュエータ駆動制御手段により、操舵角と転舵角との比が所定値に保たれるように位置応答制御されるとともに、操舵力と転舵反力に応じて力応答制御される。また、転舵アクチュエータも、転舵アクチュエータ駆動制御手段により、操舵角と転舵角との比が所定値に保たれるように位置応答制御されるとともに、操舵力と転舵反力に応じて力応答制御される。このような、操舵アクチュエータおよび転舵アクチュエータの位置応答制御および力応答制御を同時に行うバイラテラル制御により、機械的に分離されている操舵ハンドルと転舵輪とがあたかも接続されているような状態で、操舵ハンドルに対する操舵反力と転舵輪の転舵が制御される。したがって、転舵輪の転舵に伴う適切な操舵反力を操舵ハンドルに与えることができ、運転者は的確に路面反力を感じながら、操舵ハンドルを良好に操舵操作できるようになる。 According to the present invention configured as described above, the steering actuator is subjected to position response control by the steering actuator drive control means so that the ratio between the steering angle and the turning angle is maintained at a predetermined value, and the steering force and Force response control is performed according to the turning reaction force. The steering actuator is also position-responsively controlled by the steering actuator drive control means so that the ratio between the steering angle and the steering angle is maintained at a predetermined value, and in accordance with the steering force and the steering reaction force. Force response controlled. By such bilateral control that simultaneously performs position response control and force response control of the steering actuator and the turning actuator, in a state where the steering handle and the steered wheels that are mechanically separated are connected, The steering reaction force on the steering wheel and the turning of the steered wheels are controlled. Accordingly, an appropriate steering reaction force accompanying the turning of the steered wheels can be applied to the steering handle, and the driver can perform a steering operation satisfactorily while feeling the road reaction force accurately.
また、本発明の他の特徴は、前述した車両の操舵装置において、さらに、操舵角速度情報によって表された操舵角速度と転舵角速度情報によって表された転舵角速度との偏差に比例したダンピング制御値を計算して、同ダンピング制御値を操舵アクチュエータ駆動制御手段および転舵アクチュエータ駆動制御手段のうちの少なくとも一方による操舵アクチュエータまたは転舵アクチュエータの駆動制御に加味するダンピング制御手段を設けたことにある。また、これに代え、操舵角速度情報によって表された操舵角速度に比例したダンピング制御値を計算して、同ダンピング制御値を操舵アクチュエータ駆動制御手段による操舵アクチュエータの駆動制御に加味するダンピング制御手段を設けてもよい。さらに、転舵角速度情報によって表された転舵角速度に比例したダンピング制御値を計算して、同ダンピング制御値を転舵アクチュエータ駆動制御手段による転舵アクチュエータの駆動制御に加味するダンピング制御手段を設けてもよい。 According to another aspect of the present invention, in the above-described vehicle steering apparatus, a damping control value proportional to a deviation between the steering angular velocity represented by the steering angular velocity information and the turning angular velocity represented by the steering angular velocity information. the calculated, in the provision of the damping control means to adding to the drive control of at least one by the steering actuator or steering actuator of the steering actuator drive control means and the turning actuator drive control means of the same damping control value . Also, instead of this, by calculating the damping control value proportional to the steering angular velocity represented by the steering angular velocity information, the damping control means to adding the same damping control value to the drive control of the steering actuator by the steering actuator drive control means It may be provided. Further, by calculating the damping control value proportional to the steering angular velocity represented by the turning angular velocity information, the damping control means to adding the same damping control value to the drive control of the turning actuator by turning actuator drive control means It may be provided.
これにより、操舵アクチュエータまたは転舵アクチュエータに、速度ダンピング制御が付加され、力制御の応答特性をより良好にできるようになる。言い換えれば、力に関する応答制御特性を安定化することができ、操舵アクチュエータおよび転舵アクチュエータに対する力応答制御のゲインを大きく設定することができるようになり、運転者による操舵ハンドルの操舵操作感覚がより良好になる。 Thereby, speed damping control is added to the steering actuator or the turning actuator, and the response characteristic of the force control can be improved. In other words, the response control characteristics related to the force can be stabilized, the gain of the force response control for the steering actuator and the steering actuator can be set large, and the steering operation feeling of the steering wheel by the driver can be further increased. Become good.
また、本発明の他の特徴は、前述した車両の操舵装置の位置応答制御値計算手段において、操舵角情報によって表された操舵角および転舵角情報によって表された転舵角のうちのいずれか一方に乗算される所定値を、車両の走行状態に応じて変更する第1変更手段をさらに設けたことにある。この場合、車両の走行状態とは、例えば、車両の走行速度、車両の旋回半径、またはその両者である。車両の走行状態が走行速度である場合には、車速を検出する車速センサを新たに設けて、車速センサによって検出された車速を用いるようにするとよい。車両の走行状態が旋回半径の場合には、操舵角センサによって検出された操舵角を用いるようにすればよい。これによれば、操舵ハンドルの操舵操作による操舵角と転舵輪が転舵される転舵角との関係を車両の走行状態に応じて変化させることができ、車両の操舵特性を車両の走行状態に応じて変更できるようになる。 Another feature of the present invention, in the position response control value calculation means of a steering apparatus for a vehicle described above, noise of the turning angle represented by the steering angle and the turning angle information represented by the steering angle information A first changing means for changing a predetermined value multiplied by one of the deviations according to the traveling state of the vehicle is further provided. In this case, the traveling state of the vehicle is, for example, the traveling speed of the vehicle, the turning radius of the vehicle, or both. When the traveling state of the vehicle is the traveling speed, a vehicle speed sensor that detects the vehicle speed may be newly provided to use the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor. When the running state of the vehicle is a turning radius, the steering angle detected by the steering angle sensor may be used. According to this, the relationship between the steering angle by the steering operation of the steering wheel and the turning angle at which the steered wheels are steered can be changed according to the running state of the vehicle, and the steering characteristics of the vehicle can be changed to the running state of the vehicle. Can be changed according to
さらに、本発明の他の特徴は、前述した車両の操舵装置の力応答制御値計算手段において、操舵力情報によって表された操舵力および転舵反力情報によって表された転舵反力のうちのいずれか一方に乗算される所定値を、車両の走行状態に応じて変更する第2変更手段をさらに設けたことにある。この場合も、車両の走行状態としては、車速センサによって検出された車両の走行速度、操舵角センサによって検出された旋回半径、またはその両者を利用できる。これによれば、操舵ハンドルへの操舵反力を車両の走行状態に応じて変化させることができ、車両の操舵反力特性を車両の走行状態に応じて変更できるようになる。 Furthermore, another feature of the present invention is that, in the above-described force response control value calculation means of the vehicle steering apparatus, the steering force represented by the steering force information and the turning reaction force represented by the turning reaction force information. Neu predetermined value to be multiplied by the deviation or the other, further in the provision of the second changing means for changing in accordance with the running state of the vehicle. In this case as well, as the running state of the vehicle, the running speed of the vehicle detected by the vehicle speed sensor, the turning radius detected by the steering angle sensor, or both can be used. According to this, the steering reaction force to the steering wheel can be changed according to the traveling state of the vehicle, and the steering reaction force characteristic of the vehicle can be changed according to the traveling state of the vehicle.
a.第1実施形態
以下、本発明の第1実施形態に係る車両の操舵装置について図面を用いて説明する。図1は、同実施形態に係る車両の操舵装置を概略的に示している。
a. First Embodiment Hereinafter, a vehicle steering apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 schematically shows a steering apparatus for a vehicle according to the embodiment.
この車両の操舵装置は、運転者によって操舵操作される操舵操作装置10と、転舵輪としての左右前輪FW1,FW2を運転者の操舵操作に応じて転舵する転舵装置20とを機械的に分離したステアバイワイヤ方式を採用している。操舵操作装置10は、運転者によって回動操作される操作部としての操舵ハンドル11を備えている。操舵ハンドル11はステアリングシャフト12の上端に固定され、ステアリングシャフト12の下端には減速機構13を介して操舵アクチュエータとしての操舵用電動モータ14の出力軸が接続されている。操舵用電動モータ14は、運転者による操舵ハンドル11の操舵操作に対して反力トルクを付与するもので、その回転力が減速機構13を介してステアリングシャフト12に伝達されるようになっている。ただし、操舵用電動モータ14は、操舵ハンドル11を右方向に回転させる方向を正回転とし、操舵ハンドル11を左方向の回転させる方向を負回転とする。そして、操舵用電動モータ14は、正の制御値によって正回転し、負の制御値によって負回転する。
This vehicle steering device mechanically includes a
転舵装置20は、車両の左右方向に延びて配置された転舵軸21を備えている。この転舵軸21の両端部には、タイロッド22a,22bおよびナックルアーム23a,23bを介して、左右前輪FW1,FW2が転舵可能に接続されている。左右前輪FW1,FW2は、転舵軸21の軸線方向の変位により左右に転舵される。転舵軸21には、転舵アクチュエータとしての転舵用電動モータ24と、減速機構を構成するボールねじ機構25とが組み付けられている。転舵用電動モータ24は、回転により左右前輪FW1,FW2を転舵するもので、その回転がボールねじ機構25によって減速されるとともに直線運動に変換されて転舵軸21に伝達される。ただし、転舵用電動モータ24は、左右前輪FW1,FW2を右方向に転舵する方向を正回転とし、左右前輪FW1,FW2を左方向の転舵する方向を負回転とする。そして、転舵用電動モータ24も、正の制御値によって正回転し、負の制御値によって負回転する。
The steered
次に、操舵用電動モータ14および転舵用電動モータ24の回転を制御する電気制御装置30について説明する。電気制御装置30は、操舵角センサ31、操舵力センサ32、転舵角センサ33および転舵反力センサ34を備えている。操舵角センサ31は、ステアリングシャフト12に組み付けられて、操舵ハンドル11の基準位置からの回転角を検出して操舵角θhとして出力する。なお、この操舵角センサ31として、操舵用電動モータ14内に設けた回転角センサを利用してもよい。この場合、操舵角θは、基準位置を「0」とし、操舵ハンドル11の右方向の回転角を正の値で表し、左方向の回転角を負の値で表す。操舵力センサ32は、ステアリングシャフト12に組み付けられて、ステアリングシャフト12に作用するトルクを検出して操舵力Thとして出力する。なお、操舵力Thは、操舵ハンドル11の右方向の操舵時における操舵力を正で表し、操舵ハンドル11の左方向の操舵時における操舵力を負で表す。したがって、操舵角θhおよび操舵力Thの正負によって表される方向は、操舵用電動モータ14の正負によって表される回転方向と同じである。
Next, the electric control device 30 that controls the rotation of the steering
転舵角センサ33は、転舵軸21に組み付けられて、転舵軸21の基準位置からの軸線方向の変位量を検出して左右前輪FW1,FW2の転舵角θwとして出力する。なお、転舵角センサ33として、転舵用電動モータ24内に設けた回転角センサを利用するようにしてもよい。この場合、転舵角θwは、基準位置を「0」とし、左右前輪FW1,FW2の右方向の転舵角を正の値で表し、左右前輪FW1,FW2の左方向の転舵角を負の値で表す。転舵反力センサ34は、転舵軸21に組み付けられ、路面から左右前輪FW1,FW2を介して転舵軸21に入力する力を転舵軸21の歪に基づいて検出して、転舵反力Twとして出力する。なお、この転舵反力Twを、転舵用電動モータ24またはボールねじ機構25内に作用するトルクに基づいて計算するようにしてもよい。この場合、転舵反力Twは、左右前輪FW1,FW2の右方向への転舵反力を正で表し、左右前輪FW1,FW2の左方向への転舵反力を負で表す。したがって、転舵角θwおよび転舵反力Twの正負によって表される方向は、転舵用電動モータ24の正負によって表される回転方向と同じである。
The turning
これらの操舵角センサ31、操舵力センサ32、転舵角センサ33および転舵反力センサ34は、電子制御ユニット(以下、ECUという)35に接続されている。ECU35は、CPU,ROM,RAMなどからなるマイクロコンピュータを主要構成部品とし、プログラムの実行により、前記操舵角θh、操舵力Th、転舵角θwおよび転舵反力Twに応じて駆動回路36,37を介して操舵用電動モータ14および転舵用電動モータ24を駆動制御する。駆動回路36は、ECU35により制御されて、操舵用電動モータ14および転舵用電動モータ24を駆動制御する。
These
次に、上記のように構成した実施形態の動作を図2の機能ブロック図を用いて説明する。この機能ブロック図および以降の機能ブロック図は、プログラムの実行により実現されるECU35の機能をブロック図で表したものである。ECU35は、位置応答制御値計算部B1および力応答制御値計算部B2を備えている。
Next, the operation of the embodiment configured as described above will be described with reference to the functional block diagram of FIG. This functional block diagram and the subsequent functional block diagrams represent the functions of the
位置応答制御値計算部B1は、係数乗算部101を備えている。係数乗算部101は、操舵角センサ31によって検出された操舵角θhに制御係数αを乗算して出力する。この制御係数αは、制御対象である操舵角θhと転舵角θwとの比(スケーリング)を決定するもので、従前の車両における左右前輪FW1,FW2の転舵角に対する操舵ハンドル11の操舵角の比(ステアリングギヤ比)を考慮に入れて、車両の操舵特性(具体的には、操舵ハンドル11の回動操作による操舵角θhに対する左右前輪FW1,FW2の転舵角θwの特性)を、所望の特性に設定するように予め決められた定数である。係数乗算部101による乗算値α・θhは、減算部111,121に供給される。
The position response control value calculation unit B1 includes a
位置応答制御値計算部B1は、微分演算部102,104および係数乗算部103を備えている。微分演算部102は、操舵角センサ31によって検出された操舵角θhを微分演算することにより操舵角速度dθh/dtを計算して係数乗算部103に出力する。なお、本願図面においては、「S」はラプラス演算子を示す。係数乗算部103は、前記係数乗算部101と同様に、操舵角速度dθh/dtに定数αを乗算して減算部112,122に出力する。微分演算部104は、転舵角センサ33によって検出された転舵角θwを微分演算することにより転舵角速度dθw/dtを計算して減算部112,122に出力する。
The position response control value calculation unit B1 includes
減算部111,112は、操舵角θhを転舵角θwに対応させるために、操舵用電動モータ14に操舵ハンドル11を位置制御させるためのPD(比例微分)制御による制御値を計算するための一部を構成する。減算部111は、転舵角センサ33からの転舵角θwを指令値として入力するともに、係数乗算部101からの乗算値α・θhをフィードバック値として入力し、転舵角θwから乗算値α・θhを減算してゲイン乗算部113に出力する。ゲイン乗算部113は、減算結果θw−α・θhに予め決められた比例項ゲインKp1を乗算して、乗算結果Kp1・(θw−α・θh)を比例項として出力する。減算部112は、微分演算部104からの転舵角速度dθw/dtを指令値として入力するともに、係数乗算部103からの乗算値α・dθh/dtをフィードバック値として入力し、転舵角速度dθw/dtから乗算値α・dθh/dtを減算してゲイン乗算部114に出力する。ゲイン乗算部114は、減算結果dθw/dt−α・dθh/dtに予め決められた微分項ゲインKv1を乗算して、乗算結果Kv1・(dθw/dt−α・dθh/dt)を微分項として出力する。加算部115は、ゲイン乗算部113,114からの比例項Kp1・(θw−α・θh)と微分項Kv1・(dθw/dt−α・dθh/dt)を加算して、係数乗算部116に出力する。
The
係数乗算部116は、加算部115からの出力値に、予め決められた制御係数βを乗算してイナーシャ乗算部117に出力する。なお、制御係数βは、制御対象である操舵力Thと転舵反力Twとの比(スケーリング)を決定するもので、車両の操舵特性(具体的には、左右前輪FW1,FW2に入力される転舵反力Twに対する操舵ハンドル11の回動操作の特性)を、所望の特性に設定するように予め決められた定数である。そして、この係数乗算部116による制御係数βの乗算は、本実施形態が位置応答制御と力応答制御を同時に行うためにシステム上必要な演算である。イナーシャ乗算部117は、係数乗算部116からの出力値に、操舵用電動モータ14のイナーシャに比例した定数J1を乗算して演算部141に出力する。
The
減算部121,122は、転舵角θwを操舵角θhに対応させるために、転舵用電動モータ24に左右前輪FW1,FW2を位置制御させるためのPD(比例微分)制御による制御値を計算するための一部を構成する。減算部121は、係数乗算部101からの乗算値α・θhを指令値として入力するともに、転舵角センサ33からの転舵角θwをフィードバック値として入力し、乗算値α・θhから転舵角θwを減算してゲイン乗算部123に出力する。ゲイン乗算部123は、減算結果α・θh−θwに予め決められた比例項ゲインKp2を乗算して、乗算結果Kp2・(α・θh−θw)を比例項として出力する。減算部122は、係数乗算部103からの乗算値α・dθh/dtを指令値として入力するともに、微分演算部104からの転舵角速度dθw/dtをフィードバック値として入力し、乗算値α・dθh/dtから転舵角速度dθw/dtを減算してゲイン乗算部124に出力する。ゲイン乗算部124は、減算結果α・dθh/dt−dθw/dtに予め決められた微分項ゲインKv2を乗算して、乗算結果Kv2・(α・dθh/dt−dθw/dt)を微分項として出力する。加算部125は、ゲイン乗算部123,124からの比例項Kp2・(α・θh−θw)と微分項Kv2・(α・dθh/dt−dθw/dt)を加算して、イナーシャ乗算部126に出力する。イナーシャ乗算部126は、加算部125からの出力値に、転舵用電動モータ24のイナーシャに比例した定数J2を乗算して演算部142に出力する。
The
力応答制御値計算部B2は、操舵ハンドル11に付与される操舵力Thおよび左右前輪FW1,FW2に入力される転舵反力Twに対して力応答制御のための操舵用電動モータ14および転舵用電動モータ24に対する制御値をそれぞれ計算する。力応答制御値計算部B2は、演算部131を備えている。演算部131は、操舵力センサ32によって検出された操舵力Thと、係数乗算部132からの乗算値β・Twとを加算してゲイン乗算部133に出力する。係数乗算部132は、転舵反力センサ34によって検出された転舵反力Twに前述した制御係数βを乗算して出力する。演算部131の出力値Th+β・Twは、操舵用電動モータ14および転舵用電動モータ24を、操舵力Thと転舵反力Twに追従させて駆動するための制御値を表している。
The force response control value calculation unit B2 controls the steering
ゲイン乗算部133は、力応答制御のための比例項ゲインKtpを演算部131の出力値Th+β・Twに乗算して、その出力値Ktp・(Th+β・Tw)を係数乗算部134を介して演算部141に出力するとともに、演算部142に出力する。係数乗算部134は、前述した制御係数αを、ゲイン乗算部133からの出力値Ktp・(Th+β・Tw)に乗算する。そして、この係数乗算部134による制御係数αの乗算は、前記係数乗算部116の場合と同様に、本実施形態が位置応答制御と力応答制御を同時に行うためにシステム上必要な演算である。
The
演算部141は、操舵用電動モータ14のための駆動制御部B3の一部を構成するもので、イナーシャ乗算部117および係数乗算部134の両出力値を加算して、電流指令値演算部143に出力する。電流指令値演算部143は、演算部141からの出力値を操舵用電動モータ14に関するトルク定数Kt1で除算することにより電流指令値Ic1を計算して駆動回路36に出力する。駆動回路36は、電流指令値Ic1に応じて操舵用電動モータ14の回転を制御する。
The
演算部142は、転舵用電動モータ24のための駆動制御部B4の一部を構成するもので、イナーシャ乗算部126およびゲイン乗算部133の両出力値を加算して電流指令値演算部144に出力する。電流指令値演算部144は、演算部142からの出力値を転舵用電動モータ24に関するトルク定数Kt2で除算することにより電流指令値Ic2を計算して駆動回路37に出力する。駆動回路37は、電流指令値Ic2に応じて転舵用電動モータ24の回転を制御する。
The
このようなECU35の位置応答制御値計算部B1、力応答制御値計算部B2および駆動制御部B3,B4の制御により、操舵用電動モータ14の位置応答制御および力応答制御と、転舵用電動モータ24の位置応答制御および力応答制御とが同時に行われる。具体的には、操舵ハンドル11が操作され、または路面からの左右前輪FW1,FW2に入力される転舵反力Twが変化して、操舵角θhと転舵角θwとがα・θh=θwの関係でなくなると、位置応答制御値計算部B1および駆動制御部B3,B4の制御により、操舵用電動モータ14および転舵用電動モータ24が、前記関係α・θh=θwが成立するように駆動制御される。これにより、操舵ハンドル11および左右前輪FW1,FW2は、常に前記関係α・θh=θwが成立するように位置応答制御される。
By such control of the position response control value calculation unit B1, force response control value calculation unit B2 and drive control units B3 and B4 of the
また、前記操舵ハンドル11に対する操舵力Th、または路面から左右前輪FW1,FW2に入力される転舵反力Twが変化して、操舵用電動モータ14および転舵用電動モータ24による発生駆動力に過不足が生じると、力応答制御値計算部B2および駆動制御部B3,B4の制御により、操舵用電動モータ14および転舵用電動モータ24が、ゲイン乗算部133からの出力値Ktp・(Th+β・Tw)によって駆動制御される。これにより、操舵用電動モータ14および転舵用電動モータ24は、操舵力Thおよび転舵反力Twに追従して駆動制御され、的確に力応答制御される。
Further, the steering force Th applied to the steering handle 11 or the turning reaction force Tw input to the left and right front wheels FW1 and FW2 from the road surface changes, and the generated driving force generated by the steering
上記作動説明からも理解できるように、上記第1実施形態によれば、操舵用電動モータ14の位置応答制御および力応答制御と、転舵用電動モータ24の位置応答制御および力応答制御とを同時に行うバイラテラル制御により、機械的に分離されている操舵ハンドル11と左右前輪FW1,FW2とがあたかも接続されているような状態で、操舵ハンドル11に対する操舵反力と左右前輪FW1,FW2の転舵が制御される。したがって、左右前輪FW1,FW2の転舵に伴う適切な操舵反力を操舵ハンドル11に与えることができ、運転者は的確に路面反力を感じながら、操舵ハンドルを良好に操舵操作できるようになる。
As can be understood from the above description of operation, according to the first embodiment, the position response control and force response control of the steering
a1.第1実施形態の第1変形例
次に、上記第1実施形態の第1変形例について説明する。この第1変形例に係る車両の操舵装置は、図3の機能ブロック図に示すように、ダンピング制御部B5を上記第1実施形態に係る図2の機能ブロック図に追加したものである。このダンピング制御部B5は、操舵用電動モータ14をダンピング制御するための減算部151、ダンピング係数乗算部152および演算部153を備えているとともに、転舵用電動モータ24をダンピング制御するための減算部154、ダンピング係数乗算部155および演算部156を備えている。
a1. First Modification of First Embodiment Next, a first modification of the first embodiment will be described. As shown in the functional block diagram of FIG. 3, the vehicle steering apparatus according to the first modified example is obtained by adding a damping control unit B5 to the functional block diagram of FIG. 2 according to the first embodiment. The damping control unit B5 includes a
減算部151は、微分演算部102から操舵ハンドル11の操舵角速度dθh/dtを入力するとともに、微分演算部104から左右前輪FW1,FW2の転舵角速度dθw/dtを入力して、操舵角速度dθh/dtから転舵角速度dθw/dtを減算する。この場合、微分演算部102は、操舵角θhに基づいて操舵角速度dθh/dtを計算する操舵角速度計算手段に対応する。微分演算部104は、転舵角θwに基づいて転舵角速度dθw/dtを計算する転舵角速度計算手段に対応する。ダンピング係数乗算部152は、減算部151からの出力値dθh/dt−dθw/dtにダンピング係数Ktv1を乗算して出力する。演算部153は、ゲイン乗算部133の出力値からダンピング係数乗算部152の出力値Ktv1・(dθh/dt−dθw/dt)を減算して係数乗算部134へ出力することにより、ダンピング制御値を操舵用電動モータ14への駆動制御値に加味する。
The
減算部154は、微分演算部104から左右前輪FW1,FW2の転舵角速度dθw/dtを入力するとともに、微分演算部102から操舵ハンドル11の操舵角速度dθh/dtを入力して、転舵角速度dθw/dtから操舵角速度dθh/dtを減算する。ダンピング係数乗算部155は、減算部154からの出力値dθw/dt−dθh/dtにダンピング係数Ktv2を乗算して出力する。演算部156は、ゲイン乗算部133の出力値からダンピング係数乗算部155の出力値Ktv2・(dθw/dt−dθh/dt)を減算して演算部142へ出力することにより、ダンピング制御値を転舵用電動モータ24への駆動制御値に加味する。
The
これにより、操舵用電動モータ14および転舵用電動モータ24に、上記第1実施形態の制御に対して、さらに速度ダンピング制御が付加され、力応答制御値計算部B2による力制御の応答特性をより良好にできるようになる。言い換えれば、力応答制御特性を安定化することができ、操舵用電動モータ14および転舵用電動モータ24による駆動力の制御に関係したゲイン乗算部133による比例項ゲインKtpを大きく設定することができるようになり、運転者による操舵ハンドル11の操舵操作感覚がより良好になる。
Thereby, speed damping control is further added to the steering
a2.第1実施形態の第2変形例
次に、第1実施形態の第2変形例について説明する。この第2変形例に係る車両の操舵装置は、図4の機能ブロック図に示すように、ダンピング制御部B5’,B5”を上記第1実施形態に係る図2の機能ブロック図に追加したものである。これらのダンピング制御部B5’,B5”は、操舵用電動モータ14および転舵用電動モータ24をダンピング制御するためのダンピング係数乗算部157,158をそれぞれ備えている。
a2. Second Modified Example of First Embodiment Next, a second modified example of the first embodiment will be described. As shown in the functional block diagram of FIG. 4, the vehicle steering apparatus according to the second modification is obtained by adding damping control units B5 ′ and B5 ″ to the functional block diagram of FIG. 2 according to the first embodiment. These damping control units B5 ′ and B5 ″ are respectively provided with damping
ダンピング係数乗算部157は、微分演算部102から操舵角速度dθh/dtを入力して、操舵角速度dθh/dtにダンピング係数Ktv1を乗算して演算部141に出力する。この場合も、微分演算部102は、操舵角θhに基づいて操舵角速度dθh/dtを計算する操舵角速度計算手段に対応する。演算部141においては、イナーシャ乗算部117からの制御値と係数乗算部134からの制御値との加算値から、前記操舵角速度dθh/dtにダンピング係数Ktv1を乗算した値Ktv1・dθh/dtが減算される。これにより、操舵用電動モータ14がダンピング制御される。
The damping
ダンピング係数乗算部158は、微分演算部104から左右前輪FW1,FW2の転舵角速度dθw/dtを入力して、転舵角速度dθw/dtにダンピング係数Ktv2を乗算して演算部142に出力する。この場合も、微分演算部104は、転舵角θwに基づいて転舵角速度dθh/dtを計算する転舵角速度計算手段に対応する。演算部142においては、イナーシャ乗算部126からの制御値とゲイン乗算部133からの制御値との加算値から、前記転舵角速度dθw/dtにダンピング係数Ktv2を乗算した値Ktv2・dθw/dtが減算される。これにより、転舵用電動モータ24がダンピング制御される。
The damping
この第2変形例においても、前述のように、操舵用電動モータ14および転舵用電動モータ24に、上記第1実施形態の制御に対して、さらに速度ダンピング制御が付加され、力応答制御値計算部B2による力制御の応答特性をより良好にできるようになる。したがって、この第2変形例においても、上記第1変形例の場合と同様に、力応答制御特性を安定化することができ、操舵用電動モータ14および転舵用電動モータ24による駆動力の制御に関係したゲイン乗算部133による比例項ゲインKtpを大きく設定することができるようになり、運転者による操舵ハンドル11の操舵操作感覚がより良好になる。
Also in the second modified example, as described above, speed damping control is further added to the steering
b.第2実施形態
次に、上記第1実施形態の操舵力センサ32および転舵反力センサ34を省略して、操舵力Thおよび転舵反力Twを操舵角θhおよび転舵角θwを用いて推定するようにした本発明の第2実施形態について説明する。この第2実施形態は、図5に示すように、上記第1実施形態の操舵力センサ32に代えて操舵力推定部B6を設けるとともに、上記第1実施形態の転舵反力センサ34に代えて転舵反力推定部B7を設けたものである。他の部分については、演算部131’を除いて、上記第1実施形態と同じである。以下、上記第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
b. Second Embodiment Next, the steering
これらの操舵力Thおよび転舵反力Twの推定は、外乱オブザーバの理論に従うものであり、これらの操舵力推定部B6および転舵反力推定部B7について説明する前に、この外乱オブザーバについて簡単に説明しておく。操舵用電動モータ14に関する外乱オブザーブのブロック図は、図6のように示される。操舵用電動モータ14は、駆動電流Ic1によって駆動されて回転するとともに、外乱トルク(この場合の外乱トルクは操舵力である)が駆動電流Ic1による回転駆動を阻止する方向に作用する。すなわち、操舵用電動モータ14は、駆動電流Ic1による駆動トルクから外乱トルク(操舵力)を減じたトルクによって実際には回転する。
The estimation of the steering force Th and the steering reaction force Tw follows the theory of disturbance observers. Before describing these steering force estimation unit B6 and steering reaction force estimation unit B7, the disturbance observer will be briefly described. I will explain in detail. A block diagram of a disturbance observer relating to the steering
図示一点鎖線内は、操舵用電動モータ14の作動状態を機能ブロック図により表している。すなわち、電流指令値Ic1はトルク変換器201にて電流指令値Ic1にトルク定数Kt1を乗算することにより、電流指令値Ic1による駆動トルクがシミュレートされる。一方、操舵用電動モータ14には、前述のように、回転を阻止する外乱トルク(操舵力)が作用しており、前記駆動トルクから外乱トルクを減算する減算器202の出力が実際の回転に寄与する回転トルクを表している。この回転トルクは、除算器203にて操舵用電動モータ14のイナーシャJ1で除算されて、操舵用電動モータ14の実際の角加速度に変換される。この角加速度は、積分器204にて積分されて操舵用電動モータ14の実際の角速度ωに変換される。
In the drawing, the operation state of the steering
このことは、逆に、操舵用電動モータ14を駆動する駆動電流に対応した駆動トルクから、操舵用電動モータ14の実際の回転に関係した回転トルクを減算すれば、外乱トルクである操舵力を推定できることを表している。したがって、操舵用電動モータ14を駆動するための電流指令値Ic1および操舵用電動モータ14の角速度ωが分かれば、前記駆動トルクおよび回転トルクを計算することができ、それらの差である外乱トルク(すなわち操舵力)を計算できることは明らかである。
Conversely, if the rotational torque related to the actual rotation of the steering
そして、この理論を用いた操舵力を推定するオブザーバの構成が、図6の一点鎖線の枠外に示されている。トルク定数乗算部211は、操舵用電動モータ14を駆動制御するための駆動電流を表す電流指令値Ic1に、操舵用電動モータ14のトルク定数Kt1を乗算することにより、前記駆動トルクKt1・Ic1を計算する。演算部212は、操舵用電動モータ14の角速度ωに、操舵用電動モータ14のイナーシャJ1を乗算するとともに微分演算を施すことにより、前記回転トルクS・J1・ωを計算する。そして、減算部213は、前記駆動トルクKt1・Ic1から前記回転トルクS・J1・ωを減算して、外乱である操舵力Thを推定出力する。このようにして、操舵力Thを推定できるが、転舵用電動モータ24に関係した転舵反力Twも同様にして推定できる。
And the structure of the observer which estimates the steering force using this theory is shown outside the frame of the dashed-dotted line of FIG. The torque
ただし、この場合の推定操舵力Thおよび推定転舵反力Twは、操舵用電動モータ14および転舵用電動モータ24の回転トルクの過不足分に相当するものである。したがって、操舵用電動モータ14および転舵用電動モータ24の回転方向とは正負の方向が反転されている。そのために、上記第1実施形態の演算部131は、推定操舵力Thおよび推定転舵反力Twを正負反転して演算するための演算部131’に変更されている。
However, the estimated steering force Th and the estimated turning reaction force Tw in this case correspond to the excess and deficiency of the rotational torque of the steering
ふたたび、図5の説明に戻ると、操舵力推定部B6は、モータ回転角変換部161、微分演算部162、演算部163、トルク定数乗算部164、減算部165および演算部166を備えている。モータ回転角変換部161は、操舵用電動モータ14の回転角θhmが操舵ハンドル11の操舵角θhに比例していることに鑑みて、操舵角センサ31によって検出された操舵角θhに所定の比例定数を乗算して操舵用電動モータ14の回転角θhmを計算する。微分演算部162は、前記回転角θhmに微分演算を施すことにより、操舵用電動モータ14の回転速度ωを算出する。なお、操舵用電動モータ14内に回転角センサまたは回転角速度センサが内蔵されていて、操舵用電動モータ14の回転角θhmまたは回転角速度ωが検出される場合には、これらのモータ回転角変換部161および微分演算部162は適宜省略される。
Returning to the description of FIG. 5 again, the steering force estimation unit B6 includes a motor rotation
演算部163は、前述した図6の演算部212に対応するもので、操舵角速度ωを用いて操舵用電動モータ14の回転トルクS・J1・ωを計算する。トルク定数乗算部164は、前述した図6のトルク定数乗算部211に対応するもので、電流指令値演算部143からの電流指令値Ic1に操舵用電動モータ14のトルク定数Kt1を乗算することにより、駆動トルクKt1・Ic1を計算する。減算部165は、前述した図6の減算部213に対応するもので、駆動トルクKt1・Ic1から回転トルクS・J1・ωを減算して、操舵力Thを計算する。減算部165の出力には、演算部166にて、ローパスフィルタ処理演算が施されて演算部131’に出力される。
The
転舵反力推定部B7は、モータ回転角変換部171、微分演算部172、演算部173、トルク定数乗算部174、減算部175および演算部176を備えている。これらのモータ回転角変換部171、微分演算部172、演算部173、トルク定数乗算部174、減算部175および演算部176は、前述した操舵用電動モータ14のための操舵力推定部B6の場合と同じである。異なる点は、操舵用電動モータ14に代えて転舵用電動モータ24に関するトルク定数Kt2およびイナーシャJ2が利用される点と、減算部175から転舵反力Twを表す値が出力される点である。なお、この場合も、転舵用電動モータ24内に回転角センサまたは回転角速度センサが内蔵されていて、転舵用電動モータ24の回転角θwmまたは回転角速度ωが検出される場合には、これらのモータ回転角変換部171および微分演算部172は適宜省略される。
The steering reaction force estimation unit B7 includes a motor rotation
このように構成した第2実施形態においては、上記第1実施形態の操舵力センサ32によって検出された操舵力Thに代えて、操舵力推定部B6によって操舵力Thが推定される。また、上記第1実施形態の転舵反力センサ34によって検出された転舵反力Twに代えて、転舵反力推定部B7によって転舵反力Thが推定される。そして、これらの推定された操舵力Thおよび転舵反力Twを用いて、上記第1実施形態の場合と同様に、操舵用電動モータ14および転舵用電動モータ24がバイラテラル制御される。
In the second embodiment configured as described above, the steering force Th is estimated by the steering force estimation unit B6 instead of the steering force Th detected by the steering
したがって、上記第2実施形態においても、上記第1実施形態の場合と同様に、機械的に分離されている操舵ハンドル11と左右前輪FW1,FW2とがあたかも接続されているような状態で、操舵ハンドル11に対する操舵反力と左右前輪FW1,FW2の転舵が制御される。その結果、この場合も、左右前輪FW1,FW2の転舵に伴う適切な操舵反力を操舵ハンドル11に与えることができ、運転者は的確に路面反力を感じながら、操舵ハンドル11を良好に操舵操作できるようになる。また、この第2実施形態においては、操舵力推定部B6および転舵反力推定部B7の採用により、上記第1実施形態の操舵力センサ32および転舵反力センサ34を省略でき、装置の構成が簡単になり、製造コストを下げることができる。
Therefore, also in the second embodiment, as in the case of the first embodiment, the steering handle 11 that is mechanically separated and the left and right front wheels FW1, FW2 are connected as if they are connected. The steering reaction force with respect to the
b1.第2実施形態の第1変形例
次に、図7に示すように、上記第2実施形態の操舵力推定部B6、転舵反力推定部B7および駆動制御部B3,B4を変形した第2実施形態の第1変形例について説明する。この第1変形例においては、上記第2実施形態の操舵力推定部B6の演算部163および減算部165が、演算部163’,163”、加算部165’および減算部167に置換されている。また、上記第2実施形態の転舵反力推定部B7の演算部173および減算部175が、演算部173’,173”、加算部175’および減算部177に置換されている。なお、これらの置換は、上記第2実施形態と全く等価の演算機能であるので、上記第2実施形態の場合と同一に機能する。
b1. First Modified Example of Second Embodiment Next, as shown in FIG. 7, a second modified version of the steering force estimating unit B6, the turning reaction force estimating unit B7, and the drive control units B3 and B4 of the second embodiment. A first modification of the embodiment will be described. In the first modification, the
さらに、この第1変形例の駆動制御部B3,B4においては、減算部167,177の出力値をフィードバック演算部145,146にてトルク定数Kt1,Kt2で除算して減算部147,148にそれぞれ出力する。減算部147,148は、電流指令値演算部143,144からの電流指令値Ic1,Ic2から前記フィードバック演算部145,146からの出力値を減算して、減算結果を新たな電流指令値Ic1,Ic2として駆動回路36,37にそれぞれ供給する。これにより、操舵用電動モータ14および転舵用電動モータ24に対する力応答制御のゲインが上がり、ロバスト性が向上する。
Further, in the drive control units B3 and B4 of the first modified example, the output values of the
b2.第2実施形態の第2変形例
次に、第2実施形態の第2変形例について説明する。この第2変形例に係る車両の操舵装置は、図8の機能ブロック図に示すように、ダンピング制御部B5を上記第2実施形態に係る図5の機能ブロック図に追加したものである。このダンピング制御部B5は、上記第1実施形態の第1変形例と全く同じであり、操舵用電動モータ14および転舵用電動モータ24に、上記第2実施形態の制御に対して、さらに速度ダンピング制御が付加され、力応答制御値計算部B2による力応答制御特性をより良好にできるようになる。その結果、この第2変形例においても、上記第1実施形態の第1変形例の場合と同様に、操舵用電動モータ14および転舵用電動モータ24による力応答制御に関係したゲイン乗算部133による比例項ゲインKtpを大きく設定することができるようになり、運転者による操舵ハンドル11を操舵操作感覚がより良好になる。
b2. Second Modification of Second Embodiment Next, a second modification of the second embodiment will be described. As shown in the functional block diagram of FIG. 8, the vehicle steering apparatus according to the second modified example is obtained by adding a damping control unit B5 to the functional block diagram of FIG. 5 according to the second embodiment. The damping control unit B5 is exactly the same as the first modification of the first embodiment, and the steering
b3.第2実施形態の第3変形例
次に、第2実施形態の第3変形例について説明する。この第3変形例に係る車両の操舵装置は、図9の機能ブロック図に示すように、ダンピング制御部B5’,B5”を上記第2実施形態に係る図5の機能ブロック図に追加したものである。これらのダンピング制御部B5’,B5”は、操舵用電動モータ14および転舵用電動モータ24をダンピング制御するためのダンピング係数乗算部157’,158’をそれぞれ備えている。
b3. Third Modification Example of Second Embodiment Next, a third modification example of the second embodiment will be described. As shown in the functional block diagram of FIG. 9, the vehicle steering apparatus according to the third modification is obtained by adding damping control units B5 ′ and B5 ″ to the functional block diagram of FIG. 5 according to the second embodiment. These damping control units B5 ′ and B5 ″ are provided with damping
ダンピング係数乗算部157’は、微分演算部162から操舵用電動モータ14のモータ回転角速度dθhm/dtを入力して、モータ回転角速度dθhm/dtにダンピング係数Ktv1を乗算して演算部141に出力する。演算部141においては、イナーシャ乗算部117からの制御値と係数乗算部134からの制御値との加算値から、前記モータ回転角速度dθhm/dtにダンピング係数Ktv1を乗算した値Ktv1・dθhm/dtが減算される。これにより、操舵用電動モータ14がダンピング制御される。
The damping
ダンピング係数乗算部158’は、微分演算部172から転舵用電動モータ24のモード回転角速度dθwm/dtを入力して、モータ回転角速度dθwm/dtにダンピング係数Ktv2を乗算して演算部142に出力する。演算部142においては、イナーシャ乗算部126からの制御値とゲイン乗算部133からの制御値との加算値から、前記モータ回転角速度dθwm/dtにダンピング係数Ktv2を乗算した値Ktv2・dθwm/dtが減算される。これにより、転舵用電動モータ24がダンピング制御される。
The damping
その結果、この第3変形例においても、前述のように、操舵用電動モータ14および転舵用電動モータ24に、上記第2実施形態の制御に対して、さらに速度ダンピング制御が付加され、力応答制御値計算部B2による力制御の応答特性をより良好にできるようになる。したがって、この第3変形例においても、上記第2実施形態の第2変形例の場合と同様に、力に関する応答制御特性を安定化することができ、操舵用電動モータ14および転舵用電動モータ24による駆動力の制御に関係したゲイン乗算部133による比例項ゲインKtpを大きく設定することができるようになり、運転者による操舵ハンドル11の操舵操作感覚がより良好になる。
As a result, also in the third modified example, as described above, the speed damping control is further added to the steering
さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。 Furthermore, in carrying out the present invention, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the object of the present invention.
例えば、上記第1実施形態、第2実施形態およびそれらの変形例においては、位置応答制御値計算部B1において、PD(比例・微分)制御によって操舵用電動モータ14および転舵用電動モータ24の位置制御を行うようにした。しかし、これに代えて、積分項をさらに加えて、PID(比例・微分・積分)制御によって操舵用電動モータ14および転舵用電動モータ24の位置制御を行うようにしてもよい。また、微分項を省略して、P(比例)制御のみによって操舵用電動モータ14および転舵用電動モータ24の位置制御を行うようにしてもよい。
For example, in the first embodiment, the second embodiment, and the modifications thereof, the position response control value calculation unit B1 uses the PD (proportional / differential) control to control the steering
また、上記第1実施形態、第2実施形態およびそれらの変形例においては、力応答制御値計算部B2においては、P(比例)制御により操舵用電動モータ14および転舵用電動モータ24の力制御を行うようにした。しかし、これに代えて、微分制御項を加えて、PI(比例・微分)制御によって操舵用電動モータ14および転舵用電動モータ24の力制御を行うようにしてもよい。さらに、積分項を加えて、PID(比例・微分・積分)制御によって操舵用電動モータ14および転舵用電動モータ24の力制御を行うようにしてもよい。
In the first embodiment, the second embodiment, and the modifications thereof, the force response control value calculation unit B2 uses the forces of the steering
また、上記第1実施形態、第2実施形態およびそれらの変形例においては、制御係数α,βとして、予め定めた定数を利用するようにした。しかし、これに代えて、これらの制御係数α,βを車両の走行状態に応じて変化させるようにしてもよい。この場合、上述のように、制御係数αは、操舵角θhを転舵角θwに対応させるための係数であるとともに、制御係数βは、転舵反力Twを操舵力Thに対応させるための係数である。したがって、制御係数αを車両の走行状態に応じて制御することは、位置応答制御値計算部B1によって位置制御される操舵角θhと転舵角θwの比を、車両の走行状態に応じて変更することを意味する。また、制御係数βを車両の走行状態に応じて制御することは、力応答制御値計算部B2によって力応答制御される操舵力Thと転舵反力Twの比を車両の走行状態に応じて変更することを意味する。 In the first embodiment, the second embodiment, and their modifications, predetermined constants are used as the control coefficients α and β. However, instead of this, these control coefficients α and β may be changed according to the running state of the vehicle. In this case, as described above, the control coefficient α is a coefficient for making the steering angle θh correspond to the turning angle θw, and the control coefficient β is for making the turning reaction force Tw correspond to the steering force Th. It is a coefficient. Therefore, controlling the control coefficient α according to the running state of the vehicle changes the ratio between the steering angle θh and the turning angle θw that are position-controlled by the position response control value calculation unit B1 according to the running state of the vehicle. It means to do. Further, controlling the control coefficient β in accordance with the running state of the vehicle means that the ratio of the steering force Th and the turning reaction force Tw controlled by the force response control value calculation unit B2 is made in accordance with the running state of the vehicle. Means to change.
このように、制御係数α,βを車両の走行状態に応じて変化させるために、例えば、図1に破線で示すように、車速Vを検出する車速センサ41を設けるとともに、ECU35内に車速Vに応じて変化する制御係数α,βを記憶したテーブル、または車速Vに応じて変化する制御係数α,βを規定する関数を用意しておき、ECU35によって車速Vに応じて制御係数α,βが決定されるようにするとよい。
Thus, in order to change the control coefficients α and β according to the running state of the vehicle, for example, as shown by a broken line in FIG. 1, a
例えば、上記第1および第2実施形態で用いた定数αをαoとし、図10(A)に示すように、制御係数αが、車速Vの増加に従って定数αoの近傍にて減少するように規定しておけば、左右前輪FW1,FW2の転舵角θwは、操舵ハンドル11の同一の操舵角θhに対して、車速Vの増加に従って小さくなるように制御される。これによれば、低速域にて車両の小回り性能が良好になるとともに、高速域における車両の走行安定性が良好になる。
For example, the constant α used in the first and second embodiments is αo, and the control coefficient α is defined to decrease near the constant αo as the vehicle speed V increases as shown in FIG. In this case, the turning angle θw of the left and right front wheels FW1 and FW2 is controlled so as to decrease as the vehicle speed V increases with respect to the same steering angle θh of the
また、上記第1および第2実施形態で用いた定数αを同じくαoとし、図10(B)に示すように、制御係数αが操舵角θhの増加に従って定数αoの近傍にて増加するように規定しておけば、左右前輪FW1,FW2の転舵角θwは、操舵ハンドル11の操舵角θhの増加に従って大きくなるように制御される。これによれば、大舵角操舵時における車両の小回り性能が良好になる。
The constant α used in the first and second embodiments is also αo, and as shown in FIG. 10B, the control coefficient α increases in the vicinity of the constant αo as the steering angle θh increases. If defined, the turning angle θw of the left and right front wheels FW1 and FW2 is controlled to increase as the steering angle θh of the
また、上記第1および第2実施形態で用いた定数βをβoとし、図10(C)に示すように、制御係数βが車速Vの増加に従って定数βoの近傍にて増加するように規定しておけば、操舵ハンドル11の操舵力(操舵反力)は、車速Vの増加に従って増加するように制御される。これによれば、低速域にて操舵ハンドル11が軽快に操舵され、高速域における操舵ハンドル11の操舵操作が重くなり、車両の走行安定性が良好になる。 Further, the constant β used in the first and second embodiments is defined as βo, and the control coefficient β is defined to increase in the vicinity of the constant βo as the vehicle speed V increases as shown in FIG. In this case, the steering force (steering reaction force) of the steering handle 11 is controlled to increase as the vehicle speed V increases. According to this, the steering handle 11 is steered lightly in the low speed range, the steering operation of the steering handle 11 in the high speed range becomes heavy, and the running stability of the vehicle becomes good.
また、上記第1および第2実施形態で用いた定数βを同じくβoとし、図10(D)に示すように、制御係数βが操舵角θhの増加に従って定数βoの近傍にて減少するように規定しておけば、操舵ハンドル11の操舵力(操舵反力)は、操舵角θhの増加に従って減少するように制御される。これによれば、大舵角操舵時における操舵ハンドル11の操舵操作が軽快になされるようになる。 The constant β used in the first and second embodiments is also βo, and as shown in FIG. 10D, the control coefficient β decreases in the vicinity of the constant βo as the steering angle θh increases. If defined, the steering force (steering reaction force) of the steering handle 11 is controlled to decrease as the steering angle θh increases. According to this, the steering operation of the steering handle 11 at the time of large steering angle steering can be performed lightly.
さらに、制御係数α、βを車速Vおよび操舵角θhの両方の変化に応じて変化させるようにしてもよい。さらに、車速Vおよび操舵角θhに限らず、横加速度、ヨーレートなどの車両の走行状態を表す物理量に応じて制御係数α,βを変化させるようにしてもよい。 Furthermore, the control coefficients α and β may be changed according to changes in both the vehicle speed V and the steering angle θh. Furthermore, not only the vehicle speed V and the steering angle θh, but also the control coefficients α and β may be changed in accordance with physical quantities representing the running state of the vehicle such as lateral acceleration and yaw rate.
また、上記第1実施形態、第2実施形態およびそれらの変形例においては、係数乗算部101,103にて操舵角θhおよび操舵角速度dθh/dtに制御係数αを乗算するようにした。しかし、これに代えて、転舵角センサ33の出力である転舵角θwおよび微分演算部104の出力である転舵角速度dθw/dtにそれぞれ制御係数αに相当する制御係数α’(例えば、α’=1/α)を乗算するようにしてもよい。この場合、車速V、操舵角θhなどの車両の走行状態を表す物理量の変化に対して、制御係数α’を、上記第1および第2実施形態の制御係数αとは増減方向を逆方向に変化させるようにする。また、この変形例の場合には、上記第1および第2実施形態の係数乗算部134を省略して、ゲイン乗算部133から演算部142に与えられる制御値に制御係数α’を乗算する係数乗算部を、ゲイン乗算部133からの出力値が供給される演算部142の入力側に介装しておく。
In the first embodiment, the second embodiment, and their modifications, the
また、上記第1実施形態、第2実施形態およびそれらの変形例においては、係数乗算部132にて転舵反力センサ34または演算部176(または減算部177)の出力値に制御係数βを乗算するようにした。しかし、これに代えて、操舵力センサ32または演算部166(または減算部167)と演算部131または演算部131’との間に係数乗算部を設けて、同係数乗算部にて操舵力センサ32または演算部166(または減算部167)の出力値に制御係数βに相当する制御係数β’(例えば、β’=1/β)を乗算するようにしてもよい。この場合、車速V、操舵角θhなどの車両の走行状態を表す物理量の変化に対して、制御係数β’を、上記第1および第2実施形態の制御係数βとは増減方向を逆方向に変化させるようにする。また、この変形例の場合には、上記第1および第2実施形態の係数乗算部116を省略して、加算部125からイナーシャ乗算部126に与えられる制御値に制御係数β’を乗算する係数乗算部を、加算部125とイナーシャ乗算部126との間に介装しておく。さらに、上記第1および第2実施形態の制御係数α,βと、前記変形例の制御係数α’,β’の両者を考慮するようにしてもよい。
In the first embodiment, the second embodiment, and the modifications thereof, the
FW1,FW2…前輪、11…操舵ハンドル、13…操舵用電動モータ、24…転舵用電動モータ、31…操舵角センサ、32…操舵力センサ、33…転舵角センサ、34…転舵反力センサ、35…電子制御ユニット(ECU)、B1…位置応答制御値計算部、B2…力応答制御値計算部、B3,B4…駆動制御部、B5,B5’,B5”…ダンピング制御部。
FW1, FW2 ... front wheel, 11 ... steering handle, 13 ... electric motor for steering, 24 ... electric motor for steering, 31 ... steering angle sensor, 32 ... steering force sensor, 33 ... steering angle sensor, 34 ...
Claims (8)
操舵ハンドルの操舵角を表す操舵角情報を取得する操舵角取得手段と、
操舵ハンドルの操舵角速度を表す操舵角速度情報を取得する操舵角速度取得手段と、
転舵輪の転舵角を表す転舵角情報を取得する転舵角取得手段と、
転舵輪の転舵角速度を表す転舵角速度情報を取得する転舵角速度取得手段と、
操舵ハンドルに付与される操舵力を表す操舵力情報を取得する操舵力取得手段と、
転舵輪に入力される転舵反力を表す転舵反力情報を取得する転舵反力取得手段と、
前記操舵角情報によって表された操舵角および前記転舵角情報によって表された転舵角のうちのいずれか一方に所定値を乗算し、前記一方に乗算の施された操舵角と転舵角との偏差、ならびに前記操舵角速度情報によって表された操舵角速度および前記転舵角速度情報によって表された転舵角速度のうちのいずれか一方に所定値を乗算し、前記一方に乗算の施された操舵角速度と転舵角速度との偏差を用いて、操舵ハンドルの操舵角と転舵輪の転舵角とを所定比に保つための前記操舵アクチュエータおよび転舵アクチュエータに対する位置応答制御値を計算する位置応答制御値計算手段と、
前記操舵力情報によって表された操舵力および前記転舵反力情報によって表された転舵反力のうちのいずれか一方に所定値を乗算し、前記一方に乗算の施された操舵力および転舵反力を用いて、操舵ハンドルに付与される操舵力および転舵輪に入力される転舵反力に応じた前記操舵アクチュエータおよび転舵アクチュエータに対する力応答制御値を計算する力応答制御値計算手段と、
前記位置応答制御値計算手段によって計算された前記操舵アクチュエータのための位置応答制御値と、前記力応答制御値計算手段によって計算された前記操舵アクチュエータのための力応答制御値とを合算して前記操舵アクチュエータを駆動制御する操舵アクチュエータ駆動制御手段と、
前記位置応答制御値計算手段によって計算された前記転舵アクチュエータのための位置応答制御値と、前記力応答制御値計算手段によって計算された前記転舵アクチュエータのための力応答制御値とを合算して前記転舵アクチュエータを駆動制御する転舵アクチュエータ駆動制御手段と
を設けたことを特徴とする車両の操舵装置。 In a steer-by-wire vehicle steering apparatus comprising: a steering actuator that drives a steering handle; and a steering actuator that steers a steered wheel that is mechanically disconnected from the steering handle.
Steering angle acquisition means for acquiring steering angle information representing the steering angle of the steering wheel;
Steering angular velocity acquisition means for acquiring steering angular velocity information representing the steering angular velocity of the steering handle ;
Turning angle acquisition means for acquiring turning angle information representing the turning angle of the turning wheels;
Steered angular velocity acquisition means for acquiring steered angular velocity information representing the steered angular velocity of the steered wheels;
Steering force acquisition means for acquiring steering force information representing the steering force applied to the steering handle;
Steered reaction force acquisition means for acquiring steered reaction force information representing the steered reaction force input to the steered wheels;
The multiplied by a predetermined value to either out noise deviation of the turning angle represented by the steering angle and the steering angle information represented by the steering angle information, steering angle and subjected to the multiplication before Symbol hand One of the deviation from the turning angle, the steering angular velocity represented by the steering angular velocity information and the turning angular velocity represented by the turning angular velocity information is multiplied by a predetermined value, and the one is subjected to multiplication. A position response control value for the steering actuator and the turning actuator for maintaining the steering angle of the steering wheel and the turning angle of the steered wheels at a predetermined ratio is calculated using a deviation between the steering angular velocity and the steered angular velocity. Position response control value calculation means;
The steering force multiplied by a predetermined value to either out noise deviation of turning reaction force represented by the steering force and the steering reaction force information represented by the information, has been subjected to multiplication before Symbol hand steering Force response control that calculates force response control values for the steering actuator and the steering actuator according to the steering force applied to the steering wheel and the steering reaction force input to the steered wheels using the force and the steering reaction force A value calculation means;
The position response control value for the steering actuator calculated by the position response control value calculation means and the force response control value for the steering actuator calculated by the force response control value calculation means are added together to add the Steering actuator drive control means for driving and controlling the steering actuator;
The position response control value for the steering actuator calculated by the position response control value calculation means and the force response control value for the steering actuator calculated by the force response control value calculation means are added together. And a steering actuator drive control means for driving and controlling the steering actuator.
前記操舵角速度取得手段は、前記操舵角情報によって表された操舵角に基づいて操舵角速度を計算する手段であり、
前記転舵角取得手段は、転舵輪の転舵角を検出する転舵角センサであり、
前記転舵角速度取得手段は、前記転舵角情報によって表された転舵角に基づいて転舵角速度を計算する手段であり、
前記操舵力取得手段は、操舵ハンドルに付与される操舵力を検出する操舵力センサであり、かつ
前記転舵反力取得手段は、転舵輪に入力される転舵反力を検出する転舵反力センサである請求項1に記載した車両の操舵装置。 The steering angle acquisition means is a steering angle sensor that detects a steering angle of a steering wheel,
The steering angular velocity acquisition means is a means for calculating a steering angular velocity based on a steering angle represented by the steering angle information,
The steered angle acquisition means is a steered angle sensor that detects the steered angle of steered wheels,
The turning angular velocity acquisition means is a means for calculating a turning angular speed based on a turning angle represented by the turning angle information.
The steering force acquisition means is a steering force sensor that detects a steering force applied to a steering wheel, and the turning reaction force acquisition means detects a turning reaction force that is input to a steered wheel. The vehicle steering apparatus according to claim 1, which is a force sensor.
前記転舵反力取得手段は、前記転舵アクチュエータの作動制御状態と、同転舵アクチュエータの実際の作動状態とに基づいて、転舵輪に入力される転舵反力を推定する転舵反力推定手段である請求項1に記載した車両の操舵装置。 The steering force acquisition means is steering force estimation means for estimating a steering force applied to a steering handle based on an operation control state of the steering actuator and an actual operation state of the steering actuator, and The steering reaction force acquisition means is a steering reaction force estimation means for estimating a steering reaction force input to the steered wheel based on an operation control state of the steering actuator and an actual operation state of the steering actuator. The vehicle steering device according to claim 1.
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