JP5009674B2 - Vehicle steering system - Google Patents

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Description

本発明は、車両用の操舵装置に関する。より具体的には、運転者が操舵操作を行うステアリングと、転舵輪を転舵させる転舵機構とが機械的に連結されていない所謂ステア・バイ・ワイヤ方式の操舵装置に関する。   The present invention relates to a steering apparatus for a vehicle. More specifically, the present invention relates to a so-called steer-by-wire type steering apparatus in which a steering that a driver performs a steering operation and a steering mechanism that steers steered wheels are not mechanically coupled.

従来より、ステアリングに結合した操舵軸と転舵輪を転舵させる転舵機構とが機械的に分離され、転舵機構に設けられた転舵アクチュエータを、ステアリングの操舵操作に基づいて電気的に制御する所謂ステア・バイ・ワイヤ方式（以下、ＳＢＷ方式）が提案されている。   Conventionally, the steering shaft coupled to the steering and the steering mechanism for turning the steered wheels are mechanically separated, and the steering actuator provided in the steering mechanism is electrically controlled based on the steering operation of the steering A so-called steer-by-wire system (hereinafter referred to as SBW system) has been proposed.

このようなステアリング装置では、ステアリングと、転舵輪及びこれを転舵する転舵機構とが機械的に連結されていないため、路面反力がステアリングに伝達されることがない。そこで、路面反力を擬似的に再現するために、ステアリングに操舵反力を付与する反力用のアクチュエータを備える車両用操舵装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このようなステアリング装置では、反力アクチュエータで発生させるトルクの目標値が決定され、該決定された目標値に基づいて反力アクチュエータが駆動される。   In such a steering device, since the steering, the steered wheels, and the steered mechanism for steering the steered wheels are not mechanically connected, road reaction force is not transmitted to the steering. Therefore, in order to simulate the road surface reaction force, a vehicle steering apparatus including a reaction force actuator that applies a steering reaction force to the steering has been proposed (for example, see Patent Document 1). In such a steering device, a target value of torque generated by the reaction force actuator is determined, and the reaction force actuator is driven based on the determined target value.

また近年では、運転者が感じる操舵感覚を向上させることを目的として、上述のようなトルクの目標値を決定する方法について様々な提案がなされている。具体的には、例えば、トルクを決定するための多項式に、転舵輪の実舵角とステアリングの操舵角との偏差に定数を乗じた項を含めることが提案されている。このような実舵角と操舵角度の偏差に比例する項を含む多項式を用いて、トルクの目標値を決定することにより、通常のコラム機構によるパワーステアリング用のトーションバーの捩れを近似的に再現することができる。
特開平４−１３３８６１号公報 In recent years, various proposals have been made on methods for determining the target value of torque as described above for the purpose of improving the steering feeling felt by the driver. Specifically, for example, it has been proposed that a polynomial for determining the torque includes a term obtained by multiplying the deviation between the actual steering angle of the steered wheels and the steering angle of the steering by a constant. By using a polynomial that includes a term proportional to the deviation between the actual steering angle and the steering angle, the target value of the torque is determined to approximately reproduce the torsion bar torsion bar for power steering by a normal column mechanism. can do.
Japanese Patent Laid-Open No. 4-133861

しかしながら、上述のようなトーションバーを近似する項を含めることにより、ＳＢＷ方式の操舵装置であっても通常のコラム機構の車両に近い操舵感覚を再現できるものの、一方では、路面からの入力による影響がステアリングの反力に反映されやすくなるため、運転者の操舵感覚を必ずしも向上できるものではなかった。   However, by including a term approximating the torsion bar as described above, a steering feeling close to that of a normal column mechanism vehicle can be reproduced even with an SBW-type steering device, but on the other hand, it is influenced by the input from the road surface. However, the steering feeling of the driver cannot always be improved.

より具体的には、例えば、転舵輪に撃力が加わると、この撃力による衝撃も操舵反力として再現されることとなる。つまり、転舵輪に撃力が加わると、転舵輪の実舵角が瞬間的に変化する。この実舵角の変化は、上述のトーションバーを近似する項を介してトルクの目標値に反映され、これにより、ステアリング反力に撃力までも再現されてしまうこととなる。   More specifically, for example, when a striking force is applied to the steered wheels, an impact due to the striking force is also reproduced as a steering reaction force. That is, when the striking force is applied to the steered wheels, the actual steered angle of the steered wheels changes instantaneously. This change in the actual rudder angle is reflected in the torque target value via the term approximating the above-described torsion bar, thereby reproducing the steering reaction force and even the striking force.

本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであり、車両の走行状態や路面からの入力に応じた適切な操舵反力を付与できる車両用操舵装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a vehicle steering apparatus capable of applying an appropriate steering reaction force according to the traveling state of the vehicle and input from the road surface. .

（１） ステアリング（例えば、後述のステアリング）と、該ステアリングの操舵操作に応じて転舵輪（例えば、後述の転舵輪３１，３１）を転舵させる転舵機構（例えば、後述の転舵機構３０）と、前記ステアリングの操舵操作に応じて操舵反力を該ステアリングに付与する反力機構（例えば、後述の反力機構７０）と、を備える車両用操舵装置において、前記ステアリングの操舵角度（例えば、後述の操舵角度θh）を検出する操舵角度検出手段（例えば、後述の操舵角度センサ２４）と、前記ステアリングの操舵角速度（例えば、後述の操舵角速度θh´）を算出する操舵角速度算出手段（例えば、後述の微分器５３）と、車速（例えば、後述の車速Ｖ）を検出する車速検出手段（例えば、後述の車速センサ６１）と、転舵輪の転舵角度（例えば、後述のピニオン角θp）を検出する舵角検出手段（例えば、後述のピニオン角センサ３８）と、前記転舵角度と前記操舵角度との差に、前記操舵角度と前記操舵角速度との少なくとも１つの入力に応じて設定されるゲイン（例えば、後述のトーションバーゲインｋ(Ｖ,θh, θh´)）を乗じて算出される捩れ近似項（例えば、後述の仮想トーションバー項）に基づいて、前記操舵反力を決定する制御手段（例えば、後述の制御装置５０）と、を備えることを特徴とする車両用操舵装置（例えば、後述の車両用操舵装置１）。 (1) Steering (for example, a steering mechanism described later) and a steering mechanism (for example, a steering mechanism 30 described later) that steers steered wheels (for example, steering wheels 31, 31 described later) according to the steering operation of the steering. ) And a reaction force mechanism (for example, a reaction force mechanism 70 described later) that applies a steering reaction force to the steering in accordance with a steering operation of the steering, a steering angle of the steering (for example, Steering angle detection means (for example, a steering angle sensor 24, which will be described later) for detecting a steering angle θ h which will be described later, and a steering angular speed calculation means for calculating the steering angular speed of the steering (for example, steering angular speed θ h ′, which will be described later). (For example, a differentiator 53 described later), vehicle speed detecting means (for example, a vehicle speed sensor 61 described later) for detecting a vehicle speed (for example, a vehicle speed V described later), and a steered wheel turning angle ( For example, a steering angle detection means (for example, a pinion angle sensor 38, which will be described later) for detecting a pinion angle θ p described later, and the difference between the steering angle and the steering angle, A twist approximation term (for example, a virtual torsion bar term described later) calculated by multiplying a gain (for example, a torsion bar gain k (V, θ h , θ h ′) described later) set according to at least one input. And a control means for determining the steering reaction force (for example, a control device 50 described later), a vehicle steering device (for example, a vehicle steering device 1 described later).

（１）の発明によれば、ステアリングに付与される操舵反力は、転舵角度と操舵角度との差に比例する捩れ近似項に基づいて決定される。これにより、通常のコラム機構におけるトーションバーの捩れを近似的に再現した操舵反力を、ステアリングに付与できる。   According to the invention of (1), the steering reaction force applied to the steering is determined based on a torsional approximation term proportional to the difference between the steering angle and the steering angle. As a result, a steering reaction force that approximately reproduces the torsion bar twist in the normal column mechanism can be applied to the steering.

また、（１）の発明によれば、操舵反力は、上記の転舵角度と操舵角度との差に、操舵角度と操舵角速度との少なくとも１つの入力に応じて設定されるゲインを乗じた捩れ近似項に基づいて決定される。これにより、車両の走行状態や路面からの入力に応じた適切な操舵反力をステアリングに付与できる。   According to the invention of (1), the steering reaction force is obtained by multiplying the difference between the steering angle and the steering angle by a gain set according to at least one input of the steering angle and the steering angular velocity. It is determined based on the twist approximation term. As a result, an appropriate steering reaction force according to the traveling state of the vehicle and the input from the road surface can be applied to the steering.

（２） 路面から前記転舵輪を介して入力される外力（例えば、後述のラック軸力Ｆr）を検出する路面入力検出手段（例えば、後述のラック軸力センサ３９）をさらに備え、前記制御手段は、前記路面入力検出手段により検出された外力の値に基づいて、前記転舵輪に所定の値よりも大きな撃力が入力されたか否かを判別し、前記転舵輪に所定の値よりも大きな撃力が入力された場合には、前記ゲインを小さな値に補正することを特徴とする（１）に記載の車両用操舵装置。 (2) A road surface input detecting means (for example, a rack axial force sensor 39 described later) for detecting an external force (for example, a rack axial force F r described later) input from the road surface via the steered wheels is further provided, and the control is performed. The means determines, based on the value of the external force detected by the road surface input detection means, whether or not an impact force greater than a predetermined value has been input to the steered wheel, and the steered wheel has a value greater than the predetermined value. The vehicular steering apparatus according to (1), wherein when a large striking force is input, the gain is corrected to a small value.

ここで、例えば、路面から転舵輪に撃力が入力されると、転舵輪の転舵角度が瞬間的に大きく変化する場合がある。上記の捩れ近似項は、転舵角度と操舵角度との差に比例するので、路面から撃力が入力されると、ステアリングに付与される操舵反力も大きく変化する場合がある。（２）の発明によれば、このような撃力が入力されると、これに伴い、ゲインが小さな値に補正されるので、運転者に衝撃が作用するのを防止できる。   Here, for example, when striking force is input from the road surface to the steered wheels, the steered angle of the steered wheels may change greatly instantaneously. The approximate torsion term is proportional to the difference between the steered angle and the steering angle. Therefore, when the impact force is input from the road surface, the steering reaction force applied to the steering may change greatly. According to the invention of (2), when such a striking force is input, the gain is corrected to a small value accordingly, so that it is possible to prevent an impact from acting on the driver.

（３） 前記制御手段は、前記操舵角速度が大きくなるに従い、前記ゲインを大きな値に設定することを特徴とする（１）又は（２）に記載の車両用操舵装置。   (3) The vehicle steering apparatus according to (1) or (2), wherein the control unit sets the gain to a large value as the steering angular velocity increases.

（３）の発明によれば、ステアリングを素早く操作すると、より大きな操舵反力がステアリングに付与されることとなる。これにより、運転者の過剰なステアリング操作を抑制して、車両の挙動を安定させることができる。   According to the invention of (3), when the steering is operated quickly, a larger steering reaction force is applied to the steering. Thereby, the driver's excessive steering operation can be suppressed, and the behavior of the vehicle can be stabilized.

（４） 前記ステアリングの中立位置に対応する操舵角度を０として、前記制御手段は、前記操舵角度が０の付近では、前記操舵角度が０に近づくに従い、前記ゲインを大きな値に設定することを特徴とする（１）から（３）の何れかに記載の車両用操舵装置。   (4) When the steering angle corresponding to the neutral position of the steering is set to 0, the control means sets the gain to a larger value as the steering angle approaches 0 when the steering angle is near 0. The vehicle steering apparatus according to any one of (1) to (3).

（４）の発明によれば、ステアリングを中立位置付近の角度から操舵する場合には、この中立位置以外の角度から操舵する場合よりも、より大きな操舵反力が付与されることとなる。これにより、ステアリングを中立に位置した状態、すなわち、車両が直進した状態でステアリングを保持しやすくできる。   According to the invention of (4), when steering from an angle near the neutral position, a larger steering reaction force is applied than when steering from an angle other than the neutral position. As a result, the steering can be easily held in a state where the steering is in a neutral position, that is, in a state where the vehicle is traveling straight.

（５） 前記制御手段は、前記車速が０の付近では、前記車速が０に近づくに従い、前記ゲインを大きな値に設定することを特徴とする（１）から（４）の何れかに記載の車両用操舵装置。   (5) The control means sets the gain to a larger value as the vehicle speed approaches 0 when the vehicle speed is near 0, according to any one of (1) to (4), Vehicle steering system.

ここで、例えば、据え切り時において転舵輪を転舵させるには、一般的に、走行中よりも大きな転舵動力が必要となる。（５）の発明によれば、車速が０の付近において操舵操作する場合、すなわち据え切り時には、走行中よりも大きな操舵反力がステアリングに付与され、運転者によるステアリングの操舵操作が抑制されることとなる。これにより、転舵輪を転舵させるためのアクチュエータの出力が要求される出力未満となって、転舵輪が転追不足に陥るのを防止できる。   Here, for example, in order to steer the steered wheels at the time of stationary, generally larger steered power is required than during traveling. According to the invention of (5), when the steering operation is performed in the vicinity of the vehicle speed of 0, that is, at the time of stationary, a steering reaction force larger than that during traveling is applied to the steering, and the steering operation of the steering by the driver is suppressed. It will be. As a result, the output of the actuator for turning the steered wheels becomes less than the required output, and the steered wheels can be prevented from falling short.

本発明によれば、通常のコラム機構におけるトーションバーの捩れを近似的に再現した操舵反力をステアリングに付与できる。これに加えて、車両の走行状態や路面からの入力に応じた適切な操舵反力をステアリングに付与できる。   According to the present invention, a steering reaction force that approximately reproduces the torsion bar twist in a normal column mechanism can be applied to the steering. In addition to this, an appropriate steering reaction force according to the traveling state of the vehicle and the input from the road surface can be applied to the steering.

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

＜実施形態＞
図１は、本発明の一実施形態に係る車両用操舵装置１の構成を示す模式図である。
車両用操舵装置１は、運転者による操舵操作が入力される操舵機構２０と、この操舵機構２０の操舵操作に応じて一対の転舵輪３１，３１を転舵させる転舵機構３０と、これら操舵機構２０及び転舵機構３０を制御する制御装置５０と、を含んで構成される。本発明の車両用操舵装置１は、これら操舵機構２０と転舵機構３０とを機械的に分離した、所謂ステア・バイ・ワイヤ（ＳＢＷ）方式の車両用操舵装置である。 <Embodiment>
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a vehicle steering apparatus 1 according to an embodiment of the present invention.
The vehicle steering apparatus 1 includes a steering mechanism 20 to which a steering operation by a driver is input, a steering mechanism 30 that steers a pair of steered wheels 31 and 31 according to the steering operation of the steering mechanism 20, and the steering. And a control device 50 that controls the mechanism 20 and the steering mechanism 30. The vehicle steering apparatus 1 of the present invention is a so-called steer-by-wire (SBW) type vehicle steering apparatus in which the steering mechanism 20 and the steering mechanism 30 are mechanically separated.

操舵機構２０は、運転者が操舵可能なステアリング２１と、このステアリング２１を回転可能に支持する略棒状のステアリングシャフト２２と、ステアリング２１の操舵操作に応じて、このステアリング２１に操舵反力を付与する反力機構７０と、を備える。   The steering mechanism 20 applies a steering reaction force to the steering 21 according to the steering operation of the steering 21, the substantially rod-shaped steering shaft 22 that rotatably supports the steering 21, and the steering 21. And a reaction force mechanism 70.

反力機構７０は、ステアリング２１に操舵反力を付与するためのトルクを発生する反力モータ７１と、この反力モータ７１の出力軸に設けられたウォーム７２と、このウォーム７２と噛合するウォームホイール７３と、を含んで構成される。また、ウォームホイール７３は、ステアリングシャフト２２と同軸にして、その先端側に設けられている。   The reaction force mechanism 70 includes a reaction force motor 71 that generates torque for applying a steering reaction force to the steering 21, a worm 72 provided on the output shaft of the reaction force motor 71, and a worm that meshes with the worm 72. And a wheel 73. The worm wheel 73 is coaxial with the steering shaft 22 and is provided on the tip side thereof.

すなわち、この反力機構７０は、反力モータ７１で発生されたトルクを、所謂ウォームギヤ機構によりステアリングシャフト２２に伝達し、運転者による回転操舵操作に対する操作抵抗として、操舵反力をステアリング２１に付与する。   That is, the reaction force mechanism 70 transmits the torque generated by the reaction force motor 71 to the steering shaft 22 by a so-called worm gear mechanism, and applies the steering reaction force to the steering 21 as an operation resistance to the rotational steering operation by the driver. To do.

また、ステアリングシャフト２２には、このステアリングシャフト２２に連結されたステアリング２１の中立位置からの操舵角度θh（回転角度）を検出する操舵角度検出手段としての操舵角度センサ２４が設けられている。ここで、ステアリング２１の中立位置とは、転舵輪３１，３１が直進状態になるように制御装置５０によって制御されるステアリング２１の位置に対応する。 Further, the steering shaft 22 is provided with a steering angle sensor 24 as steering angle detection means for detecting a steering angle θ h (rotation angle) from the neutral position of the steering 21 connected to the steering shaft 22. Here, the neutral position of the steering wheel 21 corresponds to the position of the steering wheel 21 controlled by the control device 50 so that the steered wheels 31 and 31 are in a straight traveling state.

転舵機構３０は、略棒状のラック軸３２と、このラック軸３２に転舵動力を付与する転舵アクチュエータ３３と、ラック軸３２の両端側に連結された転舵輪３１，３１と、を含んで構成される。転舵アクチュエータ３３は、ステアリング２１の回転に応じて駆動される。また、この転舵アクチュエータ３３の出力軸は、ラック軸３２と図示しないラックアンドピニオン機構、あるいは、ボールアンドスクリュー機構等で連結されており、これにより、ラック軸３２を軸方向に駆動することが可能となっている。   The steered mechanism 30 includes a substantially rod-shaped rack shaft 32, a steered actuator 33 that applies steered power to the rack shaft 32, and steered wheels 31, 31 connected to both ends of the rack shaft 32. Consists of. The steered actuator 33 is driven according to the rotation of the steering 21. The output shaft of the steering actuator 33 is connected to the rack shaft 32 by a rack and pinion mechanism (not shown), a ball and screw mechanism or the like, so that the rack shaft 32 can be driven in the axial direction. It is possible.

ラック軸３２の両端部には、それぞれ、ステアリングロッド３５，３５、タイロッド３６，３６、及びナックルアーム３７，３７を介して、転舵輪３１，３１が連結されている。これにより、転舵アクチュエータ３３により付与された転舵動力は、ラック軸３２及びステアリングロッド３５，３５の直線運動に変換され、タイロッド３６，３６及びナックルアーム３７，３７を介して転舵輪３１，３１に伝達され、これら転舵輪３１，３１の舵角を変化させる。   Steering wheels 31 and 31 are connected to both ends of the rack shaft 32 via steering rods 35 and 35, tie rods 36 and 36, and knuckle arms 37 and 37, respectively. Thereby, the turning power imparted by the turning actuator 33 is converted into linear motion of the rack shaft 32 and the steering rods 35 and 35, and the steered wheels 31 and 31 are connected via the tie rods 36 and 36 and the knuckle arms 37 and 37. The steering angle of these steered wheels 31, 31 is changed.

また、ラック軸３２には、サブステアリングシャフト３４がピニオンギヤ３４１を介して連結されている。このサブステアリングシャフト３４は、ラック軸３２の軸方向に沿った運動に応じて回転すると共に、図示しないクラッチ機構を介して、上述のステアリングシャフト２２と機械的に連結可能となっている。これにより、例えば転舵アクチュエータ３３の失陥時には、ステアリングシャフト２２とサブステアリングシャフト３４とを連結して、ステアリング２１でラック軸３２を軸方向に沿って運動させることができる。   A sub steering shaft 34 is connected to the rack shaft 32 via a pinion gear 341. The sub steering shaft 34 rotates in accordance with the movement of the rack shaft 32 along the axial direction, and can be mechanically connected to the steering shaft 22 via a clutch mechanism (not shown). Thus, for example, when the steering actuator 33 fails, the steering shaft 22 and the sub steering shaft 34 can be connected, and the rack shaft 32 can be moved along the axial direction by the steering 21.

また、サブステアリングシャフト３４には、ピニオンギヤ３４１の回転角度（以下、ピニオン角θp）を検出する舵角検出手段としてのピニオン角センサ３８が設けられている。上述のように、ピニオンギヤ３４１はラック軸３２の運動に応じて回転するので、ピニオン角センサ３８は、ピニオン角θpを検出することにより、間接的に転舵輪３１，３１の転舵角を検出すると言える。 Further, the sub steering shaft 34 is provided with a pinion angle sensor 38 as a steering angle detection means for detecting a rotation angle of the pinion gear 341 (hereinafter, pinion angle θ p ). As described above, since the pinion gear 341 rotates in response to movement of the rack shaft 32, pinion angle sensor 38, by detecting the pinion angle theta p, indirectly detect the steered angle of the steered wheels 31, 31 I can say that.

また、ラック軸３２には、ラック軸３２に作用する外力を検出する路面入力検出手段としてのラック軸力センサ３９が設けられている。このようなラック軸力センサ３９を設けることにより、路面から転舵輪３１，３１を介して、ラック軸３２に入力される外力（以下、ラック軸力Ｆr）を検出できる。 The rack shaft 32 is provided with a rack axial force sensor 39 as road surface input detection means for detecting an external force acting on the rack shaft 32. By providing such a rack axial force sensor 39, it is possible to detect an external force (hereinafter referred to as rack axial force F r ) input to the rack shaft 32 from the road surface via the steered wheels 31 and 31.

制御装置５０は、上述の操舵角度センサ２４及びピニオン角センサ３８の他、車両の車速Ｖを検出する車速検出手段としての車速センサ６１、及び、車両のヨーレートを検出するヨーレートセンサ６２等からの入力信号に基づいて、操舵機構２０及び転舵機構３０を制御する。ここで、操舵機構２０及び転舵機構３０は、それぞれ、反力モータ駆動回路５１及び転舵アクチュエータ３３を介して、制御装置５０に接続されている。   In addition to the steering angle sensor 24 and the pinion angle sensor 38 described above, the control device 50 receives inputs from a vehicle speed sensor 61 as vehicle speed detection means for detecting the vehicle speed V of the vehicle, a yaw rate sensor 62 for detecting the yaw rate of the vehicle, and the like. Based on the signal, the steering mechanism 20 and the steering mechanism 30 are controlled. Here, the steering mechanism 20 and the turning mechanism 30 are connected to the control device 50 via a reaction force motor drive circuit 51 and a turning actuator 33, respectively.

反力モータ駆動回路５１は、制御装置５０からの出力に基づいて反力モータ７１を駆動し、車両の走行状態及び運転者による操作状態に応じて、ステアリング２１に対して操舵反力を付与する。ここで、反力モータ駆動回路５１には、制御装置５０において車両の状態に応じて決定された目標反力トルクＴhが入力される。反力モータ駆動回路５１は、この入力に基づいて反力モータ７１を駆動し、ステアリング２１に、目標反力トルクＴhを発生させる。 The reaction force motor drive circuit 51 drives the reaction force motor 71 based on the output from the control device 50, and applies a steering reaction force to the steering 21 in accordance with the traveling state of the vehicle and the operation state by the driver. . Here, the reaction force motor drive circuit 51, the target reaction torque T h which is determined according to the state of the vehicle in the control device 50 is inputted. The reaction force motor drive circuit 51 drives the reaction force motor 71 on the basis of this input, the steering 21, to generate a target reaction force torque T h.

転舵アクチュエータ駆動回路５２は、制御装置５０からの出力に基づいて転舵アクチュエータ３３を駆動し、転舵輪３１，３１を転舵させる。ここで、転舵アクチュエータ駆動回路５２には、制御装置５０において車両の走行状態及びステアリング２１の操作状態に応じて決定された目標転舵角が入力される。転舵アクチュエータ駆動回路５２は、転舵輪３１，３１の舵角が目標転舵角と一致するように、転舵アクチュエータ３３を駆動する。   The steered actuator drive circuit 52 drives the steered actuator 33 based on the output from the control device 50 to steer the steered wheels 31 and 31. Here, a target turning angle determined according to the traveling state of the vehicle and the operating state of the steering 21 in the control device 50 is input to the turning actuator drive circuit 52. The steered actuator drive circuit 52 drives the steered actuator 33 so that the steered angles of the steered wheels 31 and 31 coincide with the target steered angle.

図２は、制御装置５０の構成を示すブロック図であり、制御装置５０のうち、反力機構７０の制御に関する制御ブロックのみを示している。より具体的には、図２は、制御装置５０のうち、反力モータ駆動回路５１に出力する目標反力トルクＴhの決定に関わるブロックのみを示している。 FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the control device 50, and shows only the control block related to the control of the reaction force mechanism 70 in the control device 50. More specifically, FIG. 2, of the control device 50, shows only blocks relating to the determination of the target reaction force torque T h to be output to the reaction force motor drive circuit 51.

制御装置５０は、目標反力トルクＴhを、次の多項式に基づいて決定する。
Ｔh＝ｋ(Ｖ,θh, θh´)・(θh−θp)＋ｃ(Ｖ)・θh´
ここで、操舵角度とピニオン角との偏差(θh−θp)に比例する項は、捩れ近似項としての仮想トーションバー項であり、操舵角速度θh´に比例する項は、ダンピング項である。また、ゲインｋ(Ｖ,θh, θh´)は、車速Ｖ、操舵角度θh、及び操舵角速度θh´に応じて可変するトーションバーゲインであり、ｃ(Ｖ)はダンピングゲインである。以下では、このような目標反力トルクＴhを決定する制御ブロックについて説明する。 Controller 50, the target reaction torque T h, is determined based on the following polynomial.
T h = k (V, θ h , θ h ′) · (θ h −θ p ) + c (V) · θ h ′
Here, the term proportional to the deviation (θ h −θ p ) between the steering angle and the pinion angle is a virtual torsion bar term as a torsion approximation term, and the term proportional to the steering angular velocity θ h ′ is a damping term. is there. The gain k (V, θ h , θ h ′) is a torsion bar gain that varies according to the vehicle speed V, the steering angle θ h , and the steering angular velocity θ h ′, and c (V) is a damping gain. . Below, the control block which determines such target reaction force torque Th is demonstrated .

図２に示すように、制御装置５０は、トーションバーゲインｋ(Ｖ,θh, θh´)を算出するトーションバーゲイン算出部５４と、算出されたトーションバーゲインｋ(Ｖ,θh, θh´)に基づいて、目標反力トルクＴhを演算する目標反力トルク演算部５５と、を備える。また、制御装置５０は、これらの他、ステアリング２１の操舵角速度θh´を算出する操舵角速度算出手段としての微分器５３を備える。 As shown in FIG. 2, the control device 50 includes a torsion bar gain calculating unit 54 that calculates a torsion bar gain k (V, θ h , θ h ′), and the calculated torsion bar gain k (V, θ h , and a target reaction force torque calculation unit 55 for calculating the target reaction force torque T h based on θ h ′). In addition to the above, the control device 50 includes a differentiator 53 as a steering angular velocity calculating means for calculating the steering angular velocity θ h ′ of the steering 21.

トーションバーゲイン算出部５４は、車速Ｖ、操舵角度θh、及び操舵角速度θh´の入力に基づいて、トーションバーゲインｋ(Ｖ,θh, θh´)を設定するトーションバーゲイン設定部５６と、ラック軸力Ｆrの入力に応じて、設定されたトーションバーゲインｋ(Ｖ,θh, θh´)を補正するショック補正部５７と、を含んで構成される。 The torsion bar gain calculation unit 54 sets the torsion bar gain k (V, θ h , θ h ′) based on the inputs of the vehicle speed V, the steering angle θ h , and the steering angular velocity θ h ′. 56 and a shock correction unit 57 that corrects the set torsion bar gain k (V, θ h , θ h ′) in accordance with the input of the rack axial force F r .

トーションバーゲイン設定部５６は、車速Ｖ、操舵角度θh、及び操舵角速度θh´の３つの入力に応じたトーションバーゲインｋ(Ｖ,θh, θh´)を規定する制御マップを備えており、この制御マップに基づいて、トーションバーゲインｋ(Ｖ,θh, θh´)を設定する。この制御マップの具体的な例については、後に実施例において説明する。 The torsion bar gain setting unit 56 includes a control map that defines a torsion bar gain k (V, θ h , θ h ′) corresponding to three inputs of the vehicle speed V, the steering angle θ h , and the steering angular velocity θ h ′. Based on this control map, the torsion bar gain k (V, θ h , θ h ′) is set. A specific example of this control map will be described later in an embodiment.

ショック補正部５７には、トーションバーゲイン設定部５６において設定されたトーションバーゲインｋ(Ｖ,θh, θh´)と、ラック軸力センサ３９から入力されたラック軸力Ｆrとが入力される。ショック補正部５７は、入力されたラック軸力Ｆrに基づいて、転舵輪３１，３１に所定の値よりも大きな撃力が作用したか否かを判別する。 The shock correction unit 57 receives the torsion bar gain k (V, θ h , θ h ′) set by the torsion bar gain setting unit 56 and the rack axial force F r input from the rack axial force sensor 39. Is done. The shock correction unit 57 determines whether or not an impact force larger than a predetermined value has acted on the steered wheels 31 and 31 based on the input rack axial force F r .

ここで、ショック補正部５７は、所定の値よりも大きな撃力が転舵輪３１，３１に作用したと判別した場合には、この撃力の大きさに応じて、トーションバーゲインｋ(Ｖ,θh, θh´)を小さな値に補正する。具体的には、撃力が大きくなるに従い、トーションバーゲインｋ(Ｖ,θh, θh´)の値をより小さくするように補正する。これにより、路面から転舵輪３１，３１を介して撃力が入力された場合に、仮想トーションバー項を介して、操舵反力が大きく変化し、運転者に衝撃が作用するのを防止できる。 Here, when the shock correction unit 57 determines that a striking force greater than a predetermined value has acted on the steered wheels 31, 31, the torsion bar gain k (V, θ h , θ h ′) is corrected to a small value. Specifically, the torsion bar gain k (V, θ h , θ h ′) is corrected so as to become smaller as the impact power increases. Thereby, when a striking force is input from the road surface via the steered wheels 31, 31, it is possible to prevent the steering reaction force from being greatly changed via the virtual torsion bar term and an impact acting on the driver.

目標反力トルク演算部５５は、操舵角度θh、操舵角速度θh´、車速Ｖ、ピニオン角θp、及び、トーションバーゲイン算出部５４により算出されたトーションバーゲインｋ(Ｖ,θh, θh´)に基づいて、次式に示す目標反力トルクＴhを算出する。
Ｔh＝ｋ(Ｖ,θh, θh´)・(θh−θp)＋ｃ(Ｖ)・θh´
ここで、ダンピングゲインｃ(Ｖ)は、予め設定された制御マップに基づいて、車速Ｖに応じて設定される。 The target reaction torque calculation unit 55 includes a steering angle θ h , a steering angular velocity θ h ′, a vehicle speed V, a pinion angle θ p , and a torsion bar gain k (V, θ h , based on θ h '), calculates the target reaction torque T h in the following equation.
T h = k (V, θ h , θ h ′) · (θ h −θ p ) + c (V) · θ h ′
Here, the damping gain c (V) is set according to the vehicle speed V based on a preset control map.

＜実施例＞
次に、上記実施形態の車両用操舵装置１に係る実施例について図３から図５を参照して説明する。
図３は、トーションバーゲインを設定するための制御マップを示す図であり、より具体的には、車速Ｖ及び操舵角度θhを所定の値に保った状態における、操舵角速度θh´の変化に対するトーションバーゲインの変化を示す図である。 <Example>
Next, an example of the vehicle steering apparatus 1 according to the above embodiment will be described with reference to FIGS. 3 to 5.
FIG. 3 is a diagram showing a control map for setting the torsion bar gain. More specifically, the change in the steering angular velocity θ h ′ in a state where the vehicle speed V and the steering angle θ h are maintained at predetermined values. It is a figure which shows the change of the torsion bar gain with respect to.

図３に示すように、操舵角速度θh´が大きくなるに従い、トーションバーゲインｋ(Ｖ,θh, θh´)は大きな値に設定される。このような制御マップを用いることにより、例えば、ステアリング２１を速く操作すると、より大きな操舵反力がステアリング２１に付与されることとなる。これにより、運転者の過剰なステアリング操作を抑制して、車両の挙動を安定させることができる。 As shown in FIG. 3, as the steering angular velocity θ h ′ increases, the torsion bar gain k (V, θ h , θ h ′) is set to a larger value. By using such a control map, for example, when the steering wheel 21 is operated quickly, a larger steering reaction force is applied to the steering wheel 21. Thereby, the driver's excessive steering operation can be suppressed, and the behavior of the vehicle can be stabilized.

図４は、トーションバーゲインを設定するための制御マップを示す図であり、より具体的には、車速Ｖ及び操舵角速度θh´を所定の値に保った状態における、操舵角度θhの中立位置付近での変化に対するトーションバーゲインの変化を示す図である。 FIG. 4 is a diagram showing a control map for setting the torsion bar gain, more specifically, the neutral of the steering angle θ h in a state where the vehicle speed V and the steering angular velocity θ h ′ are maintained at predetermined values. It is a figure which shows the change of the torsion bar gain with respect to the change of position vicinity.

図４に示すように、ステアリング２１の中立位置付近においては、操舵角度θhが０に近づくに従い、トーションバーゲインｋ(Ｖ,θh, θh´)は大きな値に設定される。このような制御マップを用いることにより、例えば、ステアリング２１を中立位置付近の角度から操舵する場合には、この中立位置以外の角度から操舵する場合よりも、より大きな操舵反力が付与されることとなる。これにより、ステアリング２１を中立に位置した状態、すなわち、車両が直進した状態でステアリング２１を保持しやすくできる。 As shown in FIG. 4, in the vicinity of the neutral position of the steering wheel 21, the torsion bar gain k (V, θ h , θ h ′) is set to a larger value as the steering angle θ h approaches zero. By using such a control map, for example, when steering the steering wheel 21 from an angle near the neutral position, a larger steering reaction force is applied than when steering from an angle other than the neutral position. It becomes. As a result, it is possible to easily hold the steering wheel 21 in a state where the steering wheel 21 is in a neutral position, that is, in a state where the vehicle travels straight.

図５は、トーションバーゲインを設定するための制御マップを示す図であり、より具体的には、操舵角度θh及び操舵角速度θh´を所定の値に保った状態における、車速Ｖの低速域付近での変化に対するトーションバーゲインの変化を示す図である。 FIG. 5 is a diagram showing a control map for setting the torsion bar gain. More specifically, the low speed of the vehicle speed V in a state where the steering angle θ h and the steering angular velocity θ h ′ are maintained at predetermined values. It is a figure which shows the change of the torsion bar gain with respect to the change of the area vicinity.

図５に示すように、車速Ｖが０の付近では、車速Ｖが０に近づくに従い、トーションバーゲインｋ(Ｖ,θh, θh´)は大きな値に設定される。このような制御マップを用いることにより、例えば、車速Ｖが０の付近において操舵操作する場合、すなわち据え切り時には、走行中よりも大きな操舵反力がステアリング２１に付与され、運転者によるステアリング２１の操舵操作が抑制されることとなる。これにより、転舵アクチュエータ３３の出力よりも大きな出力が要求されて、転舵輪３１，３１が転舵不足に陥るのを防止できる。 As shown in FIG. 5, when the vehicle speed V is in the vicinity of 0, the torsion bar gain k (V, θ h , θ h ′) is set to a larger value as the vehicle speed V approaches 0. By using such a control map, for example, when the steering operation is performed in the vicinity of the vehicle speed V of 0, that is, at the time of stationary, a larger steering reaction force is applied to the steering 21 than during traveling, and the driver can The steering operation is suppressed. Thereby, it is possible to prevent the steered wheels 31 and 31 from being insufficiently steered because an output larger than the output of the steered actuator 33 is required.

以上、本発明の実施形態について、図面を参照して説明したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described with reference to drawings, the specific structure is not restricted to this embodiment, The design etc. of the range which does not deviate from the summary of this invention are included.

例えば、上記実施形態では、路面から転舵輪３１，３１を介して入力される外力を検出する路面入力検出手段として、ラック軸力センサ３９を設けたが、これに限らない。例えば、転舵アクチュエータ３３に流れる実電流に基づいて、ラック軸に作用する外力を、間接的に検出してもよい。また、例えば、ピニオン角センサ３８により検出されたピニオン角の時間変化に基づいて、ラック軸に作用する外力を、間接的に検出してもよい。   For example, in the above embodiment, the rack axial force sensor 39 is provided as the road surface input detection means for detecting the external force input from the road surface via the steered wheels 31, 31, but is not limited thereto. For example, the external force acting on the rack shaft may be indirectly detected based on the actual current flowing through the steering actuator 33. Further, for example, the external force acting on the rack shaft may be indirectly detected based on the time change of the pinion angle detected by the pinion angle sensor 38.

本発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の構成を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing composition of a steering device for vehicles concerning one embodiment of the present invention. 前記実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the control apparatus which concerns on the said embodiment. 本発明の実施例に係る車両用操舵装置の制御マップの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the control map of the steering apparatus for vehicles which concerns on the Example of this invention. 前記実施例に係る車両用操舵装置の制御マップの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the control map of the steering apparatus for vehicles which concerns on the said Example. 前記実施例に係る車両用操舵装置の制御マップの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the control map of the steering apparatus for vehicles which concerns on the said Example.

符号の説明Explanation of symbols

１…車両用操舵装置（車両用操舵装置）、２０…操舵機構、２１…ステアリング（ステアリング）、２４…操舵角度センサ（操舵角度検出手段）、７０…反力機構（反力機構）、３０…転舵機構（転舵機構）、３１，３１…転舵輪（転舵輪）、３８…ピニオン角センサ（舵角検出手段）、３９…ラック軸力センサ（路面入力検出手段）、６１…車速センサ（車速検出手段）、５０…制御装置（制御手段）、５３…微分器（微分器）、５４…トーションバーゲイン算出部、５６…ゲイン設定部、５７…ショック補正部、５５…目標反力トルク演算部、θh…操舵角度、θh´…操舵角速度、Ｖ…車速、Ｔh…目標反力トルク、θp…ピニオン角、Ｆr…ラック軸力、ｋ(Ｖ,θh, θh´)…トーションバーゲイン DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vehicle steering device (vehicle steering device), 20 ... Steering mechanism, 21 ... Steering (steering), 24 ... Steering angle sensor (steering angle detecting means), 70 ... Reaction force mechanism (reaction force mechanism), 30 ... Steering mechanism (steering mechanism) 31, 31 ... steered wheel (steered wheel), 38 ... pinion angle sensor (steering angle detecting means), 39 ... rack axial force sensor (road surface input detecting means), 61 ... vehicle speed sensor ( Vehicle speed detection means), 50 ... control device (control means), 53 ... differentiator (differentiator), 54 ... torsion bar gain calculation unit, 56 ... gain setting unit, 57 ... shock correction unit, 55 ... target reaction force torque calculation Part, θ h ... steering angle, θ h '... steering angular velocity, V ... vehicle speed, T h ... target reaction torque, θ p ... pinion angle, F r ... rack axial force, k (V, θ h , θ h ' ) ... Torsion bar gain

Claims (5)

ステアリングと、該ステアリングの操舵操作に応じて転舵輪を転舵させる転舵機構と、前記ステアリングの操舵操作に応じて操舵反力を該ステアリングに付与する反力機構と、を備える車両用操舵装置において、
前記ステアリングの操舵角度を検出する操舵角度検出手段と、
前記ステアリングの操舵角速度を算出する操舵角速度算出手段と、
車速を検出する車速検出手段と、
転舵輪の転舵角度を検出する舵角検出手段と、
前記転舵角度と前記操舵角度との差に、前記操舵角度と前記操舵角速度との少なくとも１つの入力に応じて設定されるゲインを乗じて算出される捩れ近似項に基づいて、前記操舵反力を決定する制御手段と、を備えることを特徴とする車両用操舵装置。 A vehicle steering apparatus comprising: a steering; a steering mechanism that steers steered wheels according to a steering operation of the steering; and a reaction force mechanism that applies a steering reaction force to the steering according to the steering operation of the steering. In
Steering angle detection means for detecting the steering angle of the steering;
Steering angular velocity calculating means for calculating the steering angular velocity of the steering;
Vehicle speed detection means for detecting the vehicle speed;
Rudder angle detecting means for detecting the steered angle of the steered wheels;
Based on a torsional approximation term calculated by multiplying the difference between the steering angle and the steering angle by a gain set according to at least one input of the steering angle and the steering angular velocity, the steering reaction force And a control means for determining the vehicle steering device. 路面から前記転舵輪を介して入力される外力を検出する路面入力検出手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記路面入力検出手段により検出された外力の値に基づいて、前記転舵輪に所定の値よりも大きな撃力が入力されたか否かを判別し、前記転舵輪に所定の値よりも大きな撃力が入力された場合には、前記ゲインを小さな値に補正することを特徴とする請求項１に記載の車両用操舵装置。 Road surface input detecting means for detecting external force input from the road surface via the steered wheels,
The control means determines whether or not an impact force greater than a predetermined value is input to the steered wheel based on the value of the external force detected by the road surface input detection means, and determines a predetermined value for the steered wheel. The vehicle steering apparatus according to claim 1, wherein the gain is corrected to a small value when a greater striking force is input. 前記制御手段は、前記操舵角速度が大きくなるに従い、前記ゲインを大きな値に設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用操舵装置。   3. The vehicle steering apparatus according to claim 1, wherein the control unit sets the gain to a larger value as the steering angular velocity increases. 4. 前記ステアリングの中立位置に対応する操舵角度を０として、
前記制御手段は、前記操舵角度が０の付近では、前記操舵角度が０に近づくに従い、前記ゲインを大きな値に設定することを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の車両用操舵装置。 The steering angle corresponding to the neutral position of the steering is 0,
4. The vehicle steering according to claim 1, wherein when the steering angle is near 0, the control unit sets the gain to a larger value as the steering angle approaches 0. 5. apparatus. 前記制御手段は、前記車速が０の付近では、前記車速が０に近づくに従い、前記ゲインを大きな値に設定することを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の車両用操舵装置。   5. The vehicle steering apparatus according to claim 1, wherein when the vehicle speed is near 0, the control unit sets the gain to a larger value as the vehicle speed approaches 0. 6.
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