JP5234061B2 - Vehicle steering system - Google Patents
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Description
本発明は、車両用操舵装置に関し、特にステアリングホイールと操向輪との舵角比を変更可能な可変舵角機構を備えた車両用操舵装置に関する。 The present invention relates to a vehicle steering apparatus, and more particularly to a vehicle steering apparatus including a variable steering angle mechanism capable of changing a steering angle ratio between a steering wheel and a steered wheel.
従来、車両用操舵装置として、特許文献1に記載の技術が知られている。この公報に記載の技術では、ステアリングホイールに接続されたステアリングシャフトと、ラック&ピニオン機構のピニオンに接続されたピニオンシャフトとを接続する中間シャフト上に可変舵角機構が配置されている。この可変舵角機構は、ステアリングシャフトの回転(以下、操舵角と記載)が入力されると、モータ駆動により所望の回転角を加減算してピニオンシャフトを回転(以下、ピニオン角と記載)する構成とされている。
Conventionally, a technique described in
例えば、操舵角に対するピニオン角が増大された制御を行い、操舵角が発生している状態でイグニッションがOFFされたとする。このイグニッションOFF時にステアリングホイールを操作(操舵角が発生)すると、可変舵角機構は停止しているため、可変舵角制御時と異なる舵角比でピニオン角が発生することとなり、操舵角とピニオン角との中立位置関係がずれてしまう(以下、中立ズレと記載)。そこで、イグニッションOFF時に操舵角とピニオン角を記憶しておき、イグニッションON時に検出した操舵角、及びピニオン角と比較することで中立ズレを検知し、可変舵角機構のモータによって中立ズレを補正する制御を行うよう構成されている。 For example, assume that control is performed with an increased pinion angle with respect to the steering angle, and the ignition is turned off while the steering angle is generated. If the steering wheel is operated (steering angle is generated) when the ignition is turned off, the variable steering angle mechanism is stopped. Therefore, a pinion angle is generated with a different steering angle ratio from that during variable steering angle control. The neutral position relationship with the corner is shifted (hereinafter referred to as neutral deviation). Therefore, the steering angle and pinion angle are memorized when the ignition is OFF, the neutral deviation is detected by comparing with the steering angle and the pinion angle detected when the ignition is ON, and the neutral deviation is corrected by the motor of the variable steering angle mechanism. It is configured to perform control.
しかしながら、可変舵角機構のモータを駆動するため、手放し状態など、ステアリングホイール側に負荷がない場合には、モータ駆動によりステアリングホイールが回転し、運転者に違和感を与える虞があった。 However, since the motor of the variable rudder angle mechanism is driven, when there is no load on the steering wheel side, such as in the hand-off state, the steering wheel may be rotated by driving the motor, which may cause the driver to feel uncomfortable.
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、運転者に違和感を与えることなく中立ズレを補正することが可能な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 paying attention to the above problem, and an object of the present invention is to provide a vehicle steering apparatus capable of correcting a neutral shift without giving a driver a sense of incongruity.
上記目的を達成するため、本発明の車両用操舵装置では、ステアリングホイールと接続された入力軸と、操向輪と接続され、転舵量を出力する出力軸と、前記入出力軸回転数比を変更可能な第1モータを有する可変舵角制御機構と、前記出力軸に設けられ、運転者の操舵力をアシストする第2モータを有する電動パワーステアリング機構と、を備えた車両用操舵装置において、前記ステアリングホイールの目標操舵状態量を設定する目標操舵状態量設定手段と、前記目標操舵状態量に基づいて前記転舵用出力要素の目標転舵状態量を設定する目標転舵状態量設定手段と、前記目標操舵状態量設定手段により設定された目標操舵状態量と、前記目標転舵状態設定手段により設定された目標転舵状態量に基づいて、前記第1モータと前記第2モータの制御量を設定する目標モータ制御量設定手段と、前記ステアリングホイールの回転位置と前記転舵用出力要素の回転位置との中立ズレ量を検出する中立ズレ検出手段と、前記中立ズレ検出手段により検出された中立ズレ量に基づいて、前記第1モータ及び第2モータに対し補正制御量を出力する第1中立ズレ量補正制御手段と、運転者によりステアリングホイールが操作されているかどうかを検出する操作状態検出手段と、前記第1もしくは第2モータのうち一方のモータのみにより中立ズレ補正を行う第2中立ズレ補正制御手段と、前記中立ズレ検出手段により中立ズレが検出され、かつ、前記操舵状態検出手段により操舵状態を検出したときは、前記第2中立ズレ補正制御手段による補正制御を実行し、それ以外のときは前記第1中立ズレ補正制御手段による補正制御を実行する切り換え手段と、を設けたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, in the vehicle steering apparatus of the present invention, the input shaft connected to the steering wheel, the output shaft connected to the steered wheels and outputting the turning amount, and the input / output shaft rotation speed ratio In a vehicle steering apparatus , comprising: a variable steering angle control mechanism having a first motor capable of changing the speed; and an electric power steering mechanism provided on the output shaft and having a second motor that assists a driver's steering force . , Target steering state quantity setting means for setting the target steering state quantity of the steering wheel, and target turning state quantity setting means for setting the target steering state quantity of the steering output element based on the target steering state quantity And the target steering state quantity set by the target steering state quantity setting means and the target steering state quantity set by the target steering state setting means. A target motor control quantity setting means for setting a control amount of the neutral displacement detecting means for detecting the neutral shift amount between the rotational position of the rotational position and the steering output element of the steering wheel, by the neutral shift detection means Based on the detected neutral deviation amount, first neutral deviation amount correction control means for outputting a correction control amount to the first motor and the second motor, and whether or not the steering wheel is operated by the driver is detected. An operation state detection means, a second neutral deviation correction control means for performing neutral deviation correction by only one of the first or second motors, and a neutral deviation detected by the neutral deviation detection means, and the steering When the steering state is detected by the state detection means, correction control by the second neutral deviation correction control means is executed, and otherwise, the first neutral position is detected. Characterized by providing a switching means for performing correction control by the shift correction control means.
よって、ステアリングホイールを動かすことなく、中立ズレを補正することができる。 Therefore, neutral deviation can be corrected without moving the steering wheel.
以下、本発明の車両用操舵装置を実現する最良の形態を、図面に示す実施例1に基づいて説明する。 Hereinafter, the best mode for realizing the vehicle steering system of the present invention will be described based on a first embodiment shown in the drawings.
図1は実施例1の車両用操舵装置の構成を表す概略図である。ステアリングホイール1には、ステアリングシャフト3が接続されている。ステアリングシャフト3にはステアリングホイール操舵角を検出する操舵角センサ2が設けられると共に、可変舵角機構20のアッパ側に接続されている。可変舵角機構20のロア側にはピニオンシャフト4が接続されている。ピニオンシャフト4にはピニオンシャフトの回転角(特許請求の範囲に記載の転舵角に相当)を検出するピニオン角センサ10が設けられている。また、ピニオンシャフト4上には、電動パワーステアリング機構5が設けられている。ピニオンシャフト4の下端にはピニオン6が設けられ、ラック軸7上に形成されたラック歯と噛み合うことで周知のラック&ピニオン機構を構成している。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the configuration of the vehicle steering apparatus according to the first embodiment. A
電動パワーステアリング機構5は、運転者の操舵トルクをアシストするパワーモータ53と、パワーモータ53の駆動力を出力するモータピニオン52と、ピニオンシャフト4上に設けられ、モータピニオン52と噛合する減速ギヤ51から構成されている。
The electric
可変舵角コントローラ12(以下、VGRSコントローラと記載)には、操舵角センサ2により検出された操舵角θと、ピニオン角センサ5により検出されたピニオン角δと、車速センサ9により検出された車速V等が入力される。可変舵角コントローラ12では、各センサ値に基づいて、操舵角θに対するピニオン角δの比を表す舵角比δ/θが演算され、可変舵角機構20に対し制御指令を出力する。尚、ピニオン角センサ5に代えて、可変舵角機構20のモータに搭載されたモータ回転角センサ等を用い操舵角センサ2の検出値に加減算を行うことでピニオン角δを検出してもよく、特に限定しない。
The variable steering angle controller 12 (hereinafter referred to as VGRS controller) includes a steering angle θ detected by the
電動パワーステアリングコントローラ13(以下、EPSコントローラと記載)には、トルクセンサ9により検出された運転者の操舵トルクTと、車速センサ9により検出された車速V等が入力される。EPSコントローラ12では、各センサ値に基づいて、運転者の操舵トルクTが所望の値となるようにパワーモータ53に対し制御指令を出力する。尚、パワーモータ53には、図示しないがパワーモータ回転角を検出するパワーモータ回転角センサ等が設けられており、パワーモータ回転角センサの検出値に基づいてモータ駆動制御が実行される。尚、ピニオン角センサ5に代えて、パワーモータ回転角センサ等を用いピニオン角δを検出してもよく、特に限定しない。
The electric power steering controller 13 (hereinafter referred to as an EPS controller) receives the driver's steering torque T detected by the
VGRSコントローラ12とEPSコントローラ13は、互いに通信によって制御情報やセンサ情報等を伝達可能な構成とされている。尚、操舵角センサ2やピニオン角センサ10やトルクセンサ9の信号が両コントローラに入力されている場合には、特に通信しなくてもよい。
The
運転者によりステアリングホイール1が操作されると、ステアリングシャフト3の回転が可変舵角機構20に伝達され、可変舵角機構20から出力されたピニオンシャフト4の回転によりピニオン6が回転する。ピニオン6の回転は、ラック軸7の軸方向移動に変換され、操向輪8を転舵する。
When the
図2は可変舵角機構20の構成を表す概略図である。ステアリングシャフト3には、一端が車体側に固定され、ステアリングシャフト3の外周に余裕を持って巻かれた後、他端がステアリングシャフト3側に固定されたスパイラルケーブルが収装されたスパイラルケーブルユニット21が設けられている。また、ステアリングシャフト3には、外歯ギヤ24と、電動アクチュエータとしての舵角制御用モータ20a(以下、VGRSモータ20aと記載)を構成するステータ22が一体に取り付けられている。スパイラルケーブルのステアリングシャフト側はステータ22と接続され、ステアリングシャフト3が回転したとしても常にステータ22に電源等を供給可能な構成となっている。
FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the variable
ステータ22の内周にはVGRSモータ20aを構成するロータ23が設けられ、このロータ23によりウェーブジェネレータ26を駆動する。ウェーブジェネレータ26は楕円形のカムを有し、長径と短径の位置関係を変更可能な構成となっている。ウェーブジェネレータ26の外周には金属弾性体の外歯を有するフレクスプライン27がベアリングを介して配置されている。このフレクスプライン27はピニオンシャフト4と接続されている。
A
外歯ギヤ24及びフレクスプライン27の外周には、外歯ギヤ24と同じ歯数の内歯を有するサーキュラスプライン25が嵌合され、外歯ギヤ24の回転をフレクスプライン27に伝達している。フレクスプライン27の歯数は、外歯24の歯数よりも2歯多く形成され長径部分のみサーキュラスプライン25と嵌合し、短径部分はサーキュラスプライン25と非嵌合状態とされている。
A
ロータ23が1回転すると、ウェーブジェネレータ26によりフレクスプライン27が弾性変形されて長径と短径の位置関係が変更され、2歯分の回転を増減速する所謂ハーモニックドライブ機構が搭載されている。また、図示しないロック機構が設けられており、フェール時やイグニッションOFF時には、ロータ23とステータ22とが一体となるように固定することで舵角比1を達成する。尚、可変舵角機構20の詳細については、例えば特開2004−58745号公報や、特開2003−324836号公報等に記載されているため、説明を省略する。
When the
図3はVGRSコントローラ12及びEPSコントローラ13の構成を表す制御ブロック図である。VGRSコントローラ12には、操舵角θやピニオン角δや車速V等に基づいて、通常の舵角比制御を行う舵角比制御部121と、操舵角θを維持したままで中立ズレ補正制御を行う第1中立ズレ補正制御部122と、運転者の操舵時等に中立ズレ補正制御を行う第2中立ズレ補正制御部123を有する。
FIG. 3 is a control block diagram showing the configuration of the
EPSコントローラ13には、運転者の操舵トルクTや車速V等に基づいて操舵アシストトルク制御を行う操舵アシストトルク制御部131と、第1中立ズレ補正制御部122からの指令信号に基づいてパワーモータ53の回転数制御を行うモータ回転数制御部132を有する。
The
図4は第1中立ズレ補正制御部122の構成を表す制御ブロック図である。第1中立ズレ補正制御部122には、操舵角θの目標操舵状態量を設定する目標操舵状態量設定部122aと、ピニオン角δの目標転舵状態量を設定する目標転舵状態量設定部122bと、VGRSモータ20aの目標モータ制御量を設定するVGRS目標モータ制御量設定部122cと、パワーモータ53の目標モータ制御量を設定するEPS目標モータ制御量設定部122dを有する。
FIG. 4 is a control block diagram showing the configuration of the first neutral deviation
目標操舵状態量設定部122b及び目標転舵状態量設定部122cにより設定された各目標状態量は、各目標モータ制御量設定部122c,122dに出力され、所望の操舵状態を達成するようVGRSモータ20a及びパワーモータ53(モータ回転制御部132)を駆動する。
The respective target state quantities set by the target steering state
図5はステアリングシャフト3の回転速度とピニオンシャフト4の回転速度とロータ23の回転速度の関係を表す共通速度線図(以下、共線図と記載する)を表す図である。図5中、上側の領域が右側に操舵したときの回転速度を表し、下側の領域が左側に操舵したときの回転速度を表す。実施例1の可変舵角機構20は、ステアリングシャフト3とステータ22が一体に回転するため、ロータ23の回転速度はステータ22に対する回転速度ではなく、車体側に対する回転速度とする。また、縦軸間の距離は各回転要素間のギヤ比を表し、ロータ23が車体側に対して非回転状態となっているときのステアリングシャフト3とピニオンシャフト4のギヤ比をα、ピニオンシャフト4とロータ23のギヤ比をβとする。以下、パターン(1)〜(4)について説明する。尚、説明の都合上、ステアリングシャフト3を右側に操舵したときについて説明するが、左側に操舵したときも同様である。
FIG. 5 is a diagram showing a common speed diagram (hereinafter referred to as a collinear diagram) representing the relationship among the rotational speed of the
〔パターン(1)〕
図5中(1)に示すように、ステアリングシャフト3を右側に操舵するとき、可変舵角コントローラ12により舵角比δ/θを1よりも大きくする制御指令が出力されると、ロータ23がステアリングシャフト3よりも高回転となり、ステアリングシャフト3の回転速度よりもピニオンシャフト4の回転速度を増速する。
〔pattern 1)〕
As shown in (1) in FIG. 5, when the
〔パターン(2)〕
図5中(2)に示すように、ステアリングシャフト3を右側に操舵するとき、可変舵角コントローラ12により舵角比δ/θを1とする制御指令が出力されると、ロータ23がステアリングシャフト3と同じ回転となり、ステアリングシャフト3の回転速度とピニオンシャフト4の回転速度は同じとなる。尚、ステータ22はステアリングシャフト3と一体に回転するため、ロータ23はステータ22に対し固定された状態となる(フェール時もロック機構によってパターン(2)を達成する)。
[Pattern (2)]
As shown in (2) in FIG. 5, when the
〔パターン(3)〕
図5中(3)に示すように、ステアリングシャフト3を右側に操舵するとき、可変舵角コントローラ12により舵角比δ/θを1よりも小さくする制御指令が出力されると、ロータ23がステアリングシャフト3よりも低回転となり、ステアリングシャフト3の回転速度よりもピニオンシャフト4の回転速度を減速する。
[Pattern (3)]
As shown in (3) in FIG. 5, when the
〔パターン(4)〕
図5中(4)に示すように、ピニオンシャフト4の回転を固定した場合、ロータ23を左側に回転すると、ステアリングシャフト3は右側に回転する。すなわち、ピニオンシャフト4を固定したときは、ロータ23の回転方向とステアリングシャフト3の回転方向の関係が逆転する。
[Pattern (4)]
As shown in (4) in FIG. 5, when the rotation of the
図6は操舵角θとピニオン角δの関係を表す図である。可変舵角機構20では、非制御状態(すなわちコンベンショナルな車両と同じ状態)では、操舵角θに対するピニオン角δの関係は1:1であり、舵角比δ/θ=1として制御される。例えば低車速領域では、運転者のステアリングホイール操作の負担を軽減するため、舵角比(δ/θ)を小さくする。具体的には、小さな操舵角θで大きなピニオン角δが得られるように制御する。また、高車速領域では、車両挙動を安定化するため、舵角比(δ/θ)を大きくする。具体的には、操舵角θに対して小さなピニオン角δが得られるように制御する。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the steering angle θ and the pinion angle δ. In the variable
ここで、図6の太線部分及び図7に示すタイムチャートに基づいて、中立ズレが発生する要因、及び中立ズレが発生した場合の中立ズレ補正制御について説明する。
時刻t1において、運転者が中立位置から左側に操舵を行い、このとき可変舵角機構20では最小舵角比で制御されている。
Here, based on the thick line portion in FIG. 6 and the time chart shown in FIG. 7, the cause of the neutral deviation and the neutral deviation correction control when the neutral deviation occurs will be described.
At time t1, the driver steers from the neutral position to the left, and at this time, the variable
時刻t2において、運転者が操舵角θ1で操舵を停止する。このとき、ピニオンシャフト4の回転角は最小舵角比に対応するピニオン角δ1となる。
At time t2, the driver stops steering at the steering angle θ1. At this time, the rotation angle of the
時刻t3において、イグニッションOFFとされると、車両の各種制御が終了するため、可変舵角機構20の制御も終了する。尚、可変舵角機構20はイグニッションOFF時には、ロック機構によりロータ23とステータ22とが一体となるように固定することで舵角比1とされている。
When the ignition is turned off at time t3, various controls of the vehicle are ended, so that the control of the variable
時刻t4において、イグニッションOFFの状態で運転者がステアリングホイール1を操作し、中立位置方向に操舵を開始する。このとき、可変舵角機構20の舵角比=1であるため、ピニオン角δは操舵角θと同じ回転角で回転する。
At time t4, the driver operates the
時刻t5において、操舵角θが中立位置に戻された状態となる。このとき、ピニオン角δ2=(δ1―θ1)となり、ステアリングホイール1が中立位置にもかかわらず、ピニオン角が生じており、中立ズレが発生する。
At time t5, the steering angle θ is returned to the neutral position. At this time, the pinion angle δ2 = (δ1−θ1) is satisfied, and the pinion angle is generated regardless of the neutral position of the
時刻t6において、イグニッションONとされると、この時点での操舵角θ及びピニオン角δを読み込み、中立ズレが発生しているため、中立ズレ補正制御を開始する。 When the ignition is turned on at time t6, the steering angle θ and pinion angle δ at this time are read, and neutral deviation has occurred, so neutral deviation correction control is started.
すなわち、可変舵角機構20を備えた車両では、上記作用等によって中立ズレが発生するため、イグニッションON時には、中立ズレ補正制御が実行される。以下、本実施例1の中立ズレ補正制御について説明する。
That is, in the vehicle including the variable
〔中立ズレ補正制御〕
図8は中立ズレ補正制御を表すフローチャートである。
ステップ101では、操舵角θと車速Vから舵角比を決定し、この舵角比に基づいて目標ピニオン角δ*を算出する。
[Neutral deviation correction control]
FIG. 8 is a flowchart showing neutral deviation correction control.
In
ステップ102では、ピニオン角センサ10により検出されたピニオン角δと目標ピニオン角δ*から中立ズレ量Δθ(=δ−δ*)を算出する。
In
ステップ103では、中立ズレ量Δθの絶対値が予め設定された閾値ΔθTよりも大きいかどうかを判断し、大きいときはステップ104へ進み、それ以外のときはステップ110へ進む。尚、閾値ΔθTは運転者に違和感を与えない範囲で適宜設定すればよく、特に限定しない。
In
ステップ104では、中立ズレ補正フラグFを1にセットする。
In
ステップ105では、車速センサ11により検出された車速Vの絶対値(前後方向があるため)が予め設定された閾値VTよりも大きいかどうかを判断し、大きいときはステップ111へ進み、それ以外のときはステップ106へ進む。
In
ステップ106では、ピニオン角センサ10により検出されたピニオン角変化量dδ/dtの絶対値が予め設定された閾値ΔδTよりも小さいかどうかを判断し、小さいときはステップ107へ進み、それ以外のときはステップ111へ進む。
In
ステップ107では、トルクセンサ9により検出された操舵トルクTが予め設定された閾値TTよりも大きいかどうかを判断し、大きいときはステップ108へ進み、それ以外のときはステップ109へ進む。
In
ステップ108では、VGRSコントローラ12及びEPSコントローラ13の制御によって操舵角θの初期操舵角θinitを維持しつつ中立ズレを補正する第1中立ズレ補正制御処理を実行する。
In
ステップ109では、VGRSコントローラ12により操舵中の操舵速度等に応じて中立ズレが補正される第2中立ズレ補正制御処理が実行されると共に、EPSコントローラ13により通常の操舵トルクアシスト制御が実行される。尚、第2中立ズレ補正制御処理については、公知技術(例えば特開2000−344121号公報等)と同様の作用を行うものであり、詳細な説明を省略する。
In
ステップ110では、中立ズレ補正フラグFを0にセットする。
In
ステップ111では、操舵角センサ2により検出された実操舵角θから中立ズレ量Δθを差し引いた補正操舵角θhを算出する。
In
ステップ112では、VGRSコントローラ12により補正操舵角θhを用いた通常の可変舵角制御が実行されると共に、EPSコントローラ13により通常の操舵トルクアシスト制御が実行される。
In
ステップ113では、中立ズレ補正フラグFが0かどうかを判断し、F=0のときは本制御フローを終了し、それ以外のときはステップ114へ進む。
In
ステップ114では、補正操舵角θhに再度中立ズレ量Δθを加算し、操舵角θを操舵角センサ値に戻すことで、次の制御周期における中立ズレ量Δθの算出に用いる。
In
〔中立ズレ補正制御の作用〕
上記制御フローの作用について説明する。
(1)中立ズレ補正制御が行われない場合
(条件1)中立ズレ量Δθを算出し、中立ズレ量Δθの絶対値が予め設定された閾値ΔθT以下のとき。
[Operation of neutral deviation correction control]
The operation of the control flow will be described.
(1) When neutral deviation correction control is not performed (Condition 1) When the neutral deviation amount Δθ is calculated and the absolute value of the neutral deviation amount Δθ is equal to or less than a preset threshold value ΔθT.
すなわち、中立ズレ量Δθが小さいときは、操舵角θとピニオン角δとが一致しており、運転者に違和感を与えることがないため、特に中立ズレ補正を必要としない。よって、通常の舵角比制御及び操舵トルクアシスト制御を実行する。 That is, when the neutral deviation amount Δθ is small, the steering angle θ and the pinion angle δ coincide with each other, so that the driver does not feel uncomfortable, so that neutral deviation correction is not particularly required. Therefore, normal steering angle ratio control and steering torque assist control are executed.
(条件2)車速センサ11により検出された車速Vの絶対値(前後方向があるため)が予め設定された閾値VTよりも大きいとき。 (Condition 2) When the absolute value of the vehicle speed V detected by the vehicle speed sensor 11 (because there is a front-rear direction) is greater than a preset threshold value VT.
すなわち、走行中であれば、中立ズレ補正制御により運転者の意図しないピニオン角δ変化が発生し、車両挙動に影響を与える可能性がある。よって、走行中と判断されたときには中立ズレ補正制御を行わず、通常の舵角比制御及び操舵トルクアシスト制御を実行する。 That is, if the vehicle is traveling, the pinion angle δ change not intended by the driver may occur due to the neutral deviation correction control, which may affect the vehicle behavior. Therefore, when it is determined that the vehicle is running, neutral deviation correction control is not performed, and normal steering angle ratio control and steering torque assist control are performed.
(条件3)ピニオン角センサ10により検出されたピニオン角変化量dδ/dtの絶対値が予め設定された閾値ΔδTよりも小さい。
(Condition 3) The absolute value of the pinion angle change amount dδ / dt detected by the
すなわち、中立ズレ補正制御が行われる際には、第1中立ズレ補正制御と第2中立ズレ補正制御のどちらかが行われることとなる。実施例1における第1中立ズレ補正制御は、初期操舵角θinitを維持するようにVGRSモータ20aとパワーモータ53の両方が制御される。このとき、例えば操向輪8が縁石等に当接し転舵できない状態が発生すると、パワーモータ53の回転が停止させられて、ピニオン角変化量dδ/dtの絶対値が予め設定された閾値ΔδTよりも小さくなる。このとき、第1中立ズレ補正制御を継続すると、パワーモータ53により無駄な電流消費が発生してしまう。よって、このときは、補正操舵角θhを用いて通常の舵角比制御及び操舵トルクアシスト制御を行うことで、運転者の操舵介入を待機し、操舵介入時もしくは発進後に縁石等の障害が無くなった状態で第2中立ズレ補正制御を行う。これにより、違和感のない中立ズレ補正を達成する。
That is, when the neutral deviation correction control is performed, either the first neutral deviation correction control or the second neutral deviation correction control is performed. In the first neutral deviation correction control in the first embodiment, both the
(2)中立ズレ補正制御が行われる場合
上記各条件1〜条件3が不成立となったときには、更に下記(条件4)を満たすか否かで第1中立ズレ補正制御もしくは第2中立ズレ補正制御が行われる(特許請求の範囲に記載の切り換え手段に相当)。
(2) When neutral deviation correction control is performed When each of the
(条件4)トルクセンサ9により検出された操舵トルクTが予め設定された閾値TTよりも大きいときは、第2中立ズレ補正制御を行い、それ以外のときは第1中立ズレ補正制御を実行する。
(Condition 4) When the steering torque T detected by the
すなわち、操舵トルクTが発生している場合は、運転者の操舵が行われている状態であるため、初期操舵角θinitを維持する第1中立ズレ補正制御を行う必要がない。よって、このときは、第2中立ズレ補正制御を実行する。また、操舵トルクTが発生していない場合は、運転者がステアリングホイール1を保舵していない状態と考えられ、この状態でステアリングホイール1が回動すると、違和感を与える虞がある。よって、このときは、初期操舵角θinitを維持する第1中立ズレ補正制御を実行する。
That is, when the steering torque T is generated, it is a state in which the driver is steering, so it is not necessary to perform the first neutral deviation correction control for maintaining the initial steering angle θinit. Therefore, at this time, the second neutral deviation correction control is executed. Further, when the steering torque T is not generated, it is considered that the driver is not keeping the
〔第1中立ズレ補正制御について〕
次に、実施例1の第1中立ズレ補正制御について説明する。中立ズレ量Δθが検出されると、EPS目標モータ制御量設定部122dにおいて、この中立ズレ量Δθに応じたパワーモータ53の回転数を設定してEPSコントローラ13により回転制御を行う。一方、VGRS目標モータ制御量設定部122cでは、初期操舵角θinitを維持するように、すなわち、操舵角変化量が所定値以下となるようにフィードバック制御が行われる。
[About the first neutral deviation correction control]
Next, the first neutral deviation correction control according to the first embodiment will be described. When the neutral deviation amount Δθ is detected, the EPS target motor control
このように、VGRSモータ20aとパワーモータ53を同時に作動させることで、ステアリングホイール1の動きを極力抑制しつつ中立ズレ補正制御を達成することができる。尚、VGRSモータ20aとパワーモータ53を制御する際、VGRSモータ20aの出力するトルクは極力小さくすることが望ましい。すなわち、ステータ22はステアリングシャフト3に固定支持されているため、ステアリングホイール1及びステアリングシャフト3のイナーシャを大きく越えると、ステアリングホイール1が反力トルクによって動いてしまう虞があるからである。
Thus, by operating the
次に、効果を説明する。実施例1の車両用舵角制御装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
(1).共線図上にステアリングホイール1と、VGRSモータ20aと、パワーモータ53と、操向輪8を転舵するピニオンシャフト4が接続された車両用操舵装置において、ステアリングホイール1の目標操舵状態量を設定する目標操舵状態量設定部122aと、ピニオンシャフト4の目標転舵状態量を設定する目標転舵状態量設定部122bと、目標操舵状態量設定部122aにより設定された目標操舵状態量と、目標転舵状態設定部122bにより設定された目標転舵状態量に基づいて、VGRSモータ20aとパワーモータ53の制御量を設定する目標モータ制御量設定部122c,122dとを設けた。
Next, the effect will be described. In the vehicle steering angle control device of the first embodiment, the effects listed below can be obtained.
(1) In the vehicle steering system in which the
よって、共線図上に配置されたVGRSモータ20aとパワーモータ53の二つのアクチュエータにより、目標操舵状態量に基づいて目標転舵状態量を制御することができる。
Therefore, the target turning state quantity can be controlled based on the target steering state quantity by the two actuators of the
(2).目標転舵状態量設定部122aは、ステアリングホイール1の操舵状態量である初期操舵角θinitに基づいて目標転舵状態量であるピニオンシャフト回転数W1を設定した。
(2). The target turning state
これにより、微少なステアリングホイール1の動きの範囲内で初期操舵角θinitを維持しつつ中立ズレを補正することができる。また、上記条件3で記載したようにVGRSモータ20aのみ回転することで、ステアリングホイール1が回転してしまうことによる運転者の違和感を与えないようにできる。
Thereby, the neutral deviation can be corrected while maintaining the initial steering angle θinit within the range of the slight movement of the
次に、実施例2について説明する。基本的な構成は実施例1と同様であるため、異なる点についてのみ説明する。実施例1では、VGRSモータ20aをフィードバック制御によって初期操舵角θinitに維持するよう制御した。これに対し、実施例2では、フィードバック制御と異なり、予め中立ズレ量Δθに基づいてVGRSモータ20aの制御量を設定する点が異なる。
Next, Example 2 will be described. Since the basic configuration is the same as that of the first embodiment, only different points will be described. In the first embodiment, the
次に、上記制御の違いに伴う実施例2の中立ズレ補正制御について説明する。図9は実施例2の中立ズレ補正制御を表すフローチャートである。ステップ101〜105及びステップ107〜114までは実施例1と同じであるため、異なるステップについてのみ説明する。
Next, neutral deviation correction control according to the second embodiment associated with the above control will be described. FIG. 9 is a flowchart illustrating neutral deviation correction control according to the second embodiment. Since
ステップ206では、操舵角センサ2により検出された操舵角θの初期操舵角θinitからの変化量絶対値θ'が予め設定された閾値θTよりも大きいかどうかを判断し、大きいときはステップ107へ進み、それ以外のときはステップ111へ進む。
In
すなわち、中立ズレ補正制御が行われる際には、第1中立ズレ補正制御と第2中立ズレ補正制御のどちらかが行われることとなる。実施例2における第1中立ズレ補正制御は、初期操舵角θinitを維持するようにVGRSモータ20aとパワーモータ53の両方が制御される。このとき、例えば操向輪8が縁石等に当接し転舵できない状態が発生すると、パワーモータ53の回転が停止させられてしまう。このとき、VGRSモータ20aのみが回転することになり、この状態でVGRSモータ20aが回転すると、初期操舵角θinitが維持できない可能性が考えられる。このときは、補正操舵角θhを用いて通常の舵角比制御及び操舵トルクアシスト制御を行うことで、運転者の操舵介入を待機し、操舵介入時に第2中立ズレ補正制御を行うことで違和感のない中立ズレ補正を達成する。
That is, when the neutral deviation correction control is performed, either the first neutral deviation correction control or the second neutral deviation correction control is performed. In the first neutral deviation correction control in the second embodiment, both the
〔第1中立ズレ補正制御について〕
次に、実施例2の第1中立ズレ補正制御について説明する。図5の共線図で説明したように、ステアリングホイール1から操向輪8の間は、機械的に結合されているため回転速度の関係は直線で規定される。よって、初期操舵角θinitを維持した状態で、ピニオン角δを目標ピニオン角δ*に回転させるには、図10に示すように、ロータ23の回転速度をピニオンシャフト4の回転速度よりも増速させればよい。
[About the first neutral deviation correction control]
Next, the first neutral deviation correction control according to the second embodiment will be described. As described with reference to the collinear diagram of FIG. 5, since the
まず、目標操舵状態量設定部122aにおいて、目標操舵状態量として操舵角θ=初期操舵角θinit(すなわち、操舵角速=0)が設定される。次に、目標転舵状態量設定部122bにおいて、中立ズレ量Δθに応じたピニオンシャフト4の回転数W1が設定される。次に、EPS目標モータ制御量設定部122dにおいて、パワーモータ53の制御量が設定され、EPSコントローラ13のモータ回転制御部132においてパワーモータ53を駆動する。同時に、目標転舵状態量設定部122bにおいて、ピニオンシャフト回転数W1にギヤ比(α+β)を掛けた値(α+β)W1が設定され、VGRS目標モータ制御量設定部122cにおいて、VGRSモータ20aの制御量が設定され、VGRSモータ20aを駆動する。
First, in the target steering state
これにより、初期操舵角θinitを維持した状態で、中立ズレ補正を達成することができる。また、予めVGRSモータ20aの回転数を設定しているため、ステアリングホイール1の動きを更に抑制することができる。尚、上記第1中立ズレ補正制御部122の構成は、言い換えると、操舵角θとピニオン角δを二つのモータによって自在に制御可能な構成である。よって、中立ズレ補正制御に限らず、通常走行時の制御に適用しても良い。
Thus, neutral deviation correction can be achieved while maintaining the initial steering angle θinit. Moreover, since the rotation speed of the
次に、実施例3について説明する。基本的な構成は実施例1と同様であるため、異なる点についてのみ説明する。 Next, Example 3 will be described. Since the basic configuration is the same as that of the first embodiment, only different points will be described.
図11は、実施例3の可変舵角機構60の構成を表す概略図である。可変舵角機構60は、ステアリングシャフト3に接続された第1サンギヤS1と、第1サンギヤS1と噛合する第1ピニオンP1から成る第1遊星ギヤG1を有する。また、ピニオンシャフト4に接続された第2サンギヤS2と、第2サンギヤS2と噛合する第2ピニオンP2から成る第2遊星ギヤG2を有する。また、第1ピニオンP1及び第2ピニオンP2を共に回転可能に支持するキャリヤC1と、キャリヤC1と噛合するVGRSモータ61から構成されている。VGRSモータ61は車体側に固定支持され、キャリヤC1とは、VGRSモータピニオン61a及びギヤCaにより回転速度比λcとなるように噛合している。
FIG. 11 is a schematic diagram illustrating the configuration of the variable
図12は、実施例3の可変舵角機構60の各回転要素の回転速度の関係を表す共線図である。第1サンギヤS1の回転速度をNs1,第2サンギヤS2の回転速度をNs2,キャリヤC1の回転速度をNc1,第1サンギヤS1と第2サンギヤS2との回転速度比をλとする。
FIG. 12 is a collinear diagram showing the relationship between the rotational speeds of the rotating elements of the variable
上記関係は、下記式により表される。
(式1)
(Ns2−Nc)=λ(Ns1−Nc)
The above relationship is expressed by the following formula.
(Formula 1)
(Ns2-Nc) = λ (Ns1-Nc)
第1中立ズレ補正制御部122では、目標操舵状態量設定部122aにおいてステアリングホイール1が初期操舵角θinitを維持するように制御されるため、第1サンギヤS1の目標操舵状態量は0となる。このとき、第2サンギヤS2とキャリヤC1の回転速度の関係は、下記関係式により表される。
(式2)
Nc1={1/(1−λ)}×Ns2
In the first neutral deviation
(Formula 2)
Nc1 = {1 / (1-λ)} × Ns2
このとき、パワーモータ53は減速ギヤ51を介してピニオンシャフト4に接続されているため、この減速ギヤ51の減速比を考慮したパワーモータ53からピニオンシャフト4に伝達される回転速度Neは、第2サンギヤS2の回転速度と等しい。
(式3)
Ns2=Ne
At this time, since the
(Formula 3)
Ns2 = Ne
キャリヤC1の回転速度NcとVGRSモータ61の回転速度Nvは、下記関係式により表される。
(式4)
Nv=(−1/λc)×Nc
The rotational speed Nc of the carrier C1 and the rotational speed Nv of the
(Formula 4)
Nv = (− 1 / λc) × Nc
上記式(2)〜(4)から、VGRSモータ61とパワーモータ53との回転速度の関係は、下記式により表される。
(式5)
Nv={−1/(λc(1−λ))}×Ne
From the above formulas (2) to (4), the relationship between the rotational speeds of the
(Formula 5)
Nv = {− 1 / (λc (1-λ))} × Ne
以上により、各回転要素の回転速度の関係が規定される。 The relationship between the rotational speeds of the rotating elements is defined as described above.
次に、各回転要素のトルクの関係について説明する。キャリヤC1と第2サンギヤS2との回転トルクTc,Ts2の関係は下記式により表される。
(式6)
Tc=(1−λ)×Ts2
Next, the relationship between the torques of the rotating elements will be described. The relationship between the rotational torques Tc and Ts2 between the carrier C1 and the second sun gear S2 is expressed by the following equation.
(Formula 6)
Tc = (1-λ) × Ts2
このとき、第2サンギヤS2の回転速度Ts2はパワーモータ53から与えられる。サンギヤS2とパワーモータ53は一体であるため、減速ギヤ51を考慮したパワーモータ53からピニオンシャフト4に伝達されるトルクをTeとすると、下記式により表される。
(式7)
Ts2=Te
At this time, the rotational speed Ts2 of the second sun gear S2 is given from the
(Formula 7)
Ts2 = Te
キャリヤC1の回転トルクTcは、VGRSモータ61の回転トルクTvとの間において下記式により表される。
(式8)
Tv=−λc×Tc
The rotational torque Tc of the carrier C1 is expressed by the following equation with the rotational torque Tv of the
(Formula 8)
Tv = −λc × Tc
よって、式(6)〜(8)により、パワーモータ53のトルクTeに対するVGRSモータ61の回転トルクTvとの関係は下記式により表される。
(式9)
Tv=−λc×(1−λ)×Te
上記関係は第1中立ズレ補正制御部122により設定される。
Therefore, the relationship between the rotation torque Tv of the
(Formula 9)
Tv = −λc × (1-λ) × Te
The above relationship is set by the first neutral deviation
尚、VGRSモータ61からキャリヤC1に与えられるトルクの反力は、VGRSモータ61の車体側支持点によって受けられる。また、パワーモータ53のトルクTeは、操向輪8からピニオン6に与えられる操舵反力トルクとの相殺によって最終的にピニオンシャフトから第2サンギヤS2に与えられるトルクであり、操舵反力トルクの大半はパワーモータ53の車体側支持点によって受けられることは言うまでもない。
The reaction force of the torque applied from the
よって、上記式(5)及び式(9)の関係を満たすように、VGRS目標モータ制御量設定部122c及びEPS目標モータ制御量設定部122dにおいてVGRSモータ61及びパワーモータ53の回転速度及び回転トルクが同時に制御される。
Therefore, the rotational speed and rotational torque of the
実施例1,2では、可変舵角機構20のVGRSモータ20aがステアリングシャフト3に対して固定支持されているため、回転数のみ制御し、ステアリングホイール1の動きを規制していた。よって、VGRSモータ20a駆動時のモータ反力をステアリングシャフト3が拾ってしまうため、若干ステアリングホイール1が動いてしまう虞があった(実際にはステアリングホイール1のイナーシャがあるため、このイナーシャの範囲内で制御すれば問題ない。)
In the first and second embodiments, since the
これに対し、実施例3では、VGRSモータ61が車体側に支持されているためVGRSモータ61駆動時のモータ反力は、ステアリングシャフト3が受けることはない。よって、各回転要素の回転数とトルクを同時に制御することが可能となり、ステアリングシャフト3が全く動かないようにピニオンシャフト4を回転することができる。よって、運転者に違和感を与えることなく中立ズレを補正することができる。
On the other hand, in Example 3, since the
尚、上記実施例3では、中立ズレを補正する点に着目して説明したが、通常の操舵制御に上記論理を適用しても良い。例えば、運転者の操舵角θ,操舵角速度dθ/dtから操舵状態量として操舵トルク等を設定し、この操舵状態量(操舵角θと操舵トルクT)を達成するように、目標転舵状態量であるピニオン角δ,ピニオン角速度dδ/dt及びピニオントルクを設定する。この設定された操舵状態量及び転舵状態量に基づいて、VGRSモータ61及びパワーモータ53の回転速度及びトルクを制御するよう構成してもよい。
Although the third embodiment has been described by focusing on the point of correcting the neutral deviation, the above logic may be applied to normal steering control. For example, a steering torque is set as a steering state quantity from the steering angle θ and steering angular velocity dθ / dt of the driver, and the target turning state quantity is achieved so as to achieve this steering state quantity (steering angle θ and steering torque T). The pinion angle δ, the pinion angular velocity dδ / dt, and the pinion torque are set. The rotational speed and torque of the
これにより、運転者の操舵状態を走行状況に応じて設定しつつ、操向輪8の転舵状態を自由に設定することができる。また、各回転要素の回転数とトルクを同時に制御するため、VGRSモータ61やパワーモータ53のトルク入力が運転者側に跳ね返り、違和感を与えるといった状況を回避することができる。
Thereby, the steering state of the steered
以上、本発明の車両用操舵装置を実施例1〜3に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これら実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。例えば、実施例3では、可変舵角機構60として二つの遊星歯車G1,G2を用いた構成としたが、可変舵角機構とパワーアシスト機能を融合した操舵ユニットを搭載し、この操舵ユニットにより制御しても良い。例えば、4つの回転要素を有するラビニョウタイプの遊星歯車を用い、ステアリングホイール1と、ピニオンシャフト4と、VGRSモータ61と、パワーモータ53を各回転要素に接続し、操舵状態量と転舵状態量を自在に制御してもよい。また、シンプソンタイプや、ダブルサンギヤタイプを用いて操舵ユニットを構成し、各回転要素に接続して操舵状態量と転舵状態量を自在に制御してもよい。
As mentioned above, although the vehicle steering device of the present invention has been described based on the first to third embodiments, the specific configuration is not limited to these embodiments, and the invention according to each claim of the claims. Design changes and additions are permitted without departing from the gist of the present invention. For example, in the third embodiment, the two planetary gears G1 and G2 are used as the variable
1 ステアリングホイール
2 操舵角センサ
3 ステアリングシャフト
4 ピニオンシャフト
5 電動パワーステアリング機構
6 ピニオン
7 ラック軸
8 操向輪
10 ピニオン角センサ
11 車速センサ
12 VGRSコントローラ
13 EPSコントローラ
20 可変舵角機構
20a 舵角制御用モータ(VGRSモータ)
53 パワーモータ
60 可変舵角機構
61 舵角制御用モータ(VGRSモータ)
DESCRIPTION OF
53
Claims (6)
操向輪と接続され、転舵量を出力する出力軸と、
前記入出力軸回転数比を変更可能な第1モータを有する可変舵角制御機構と、
前記出力軸に設けられ、運転者の操舵力をアシストする第2モータを有する電動パワーステアリング機構と、
を備えた車両用操舵装置において、
前記ステアリングホイールの目標操舵状態量を設定する目標操舵状態量設定手段と、
前記目標操舵状態量に基づいて前記転舵用出力要素の目標転舵状態量を設定する目標転舵状態量設定手段と、
前記目標操舵状態量設定手段により設定された目標操舵状態量と、前記目標転舵状態設定手段により設定された目標転舵状態量に基づいて、前記第1モータと前記第2モータの制御量を設定する目標モータ制御量設定手段と、
前記ステアリングホイールの回転位置と前記転舵用出力要素の回転位置との中立ズレ量を検出する中立ズレ検出手段と、
前記中立ズレ検出手段により検出された中立ズレ量に基づいて、前記第1モータ及び第2モータに対し補正制御量を出力する第1中立ズレ量補正制御手段と、
運転者によりステアリングホイールが操作されているかどうかを検出する操作状態検出手段と、
前記第1もしくは第2モータのうち一方のモータのみにより中立ズレ補正を行う第2中立ズレ補正制御手段と、
前記中立ズレ検出手段により中立ズレが検出され、かつ、前記操舵状態検出手段により操舵状態を検出したときは、前記第2中立ズレ補正制御手段による補正制御を実行し、それ以外のときは前記第1中立ズレ補正制御手段による補正制御を実行する切り換え手段と、
を設けたことを特徴とする車両用操舵装置。 An input shaft connected to the steering wheel;
An output shaft connected to the steered wheels and outputting the steered amount;
A variable steering angle control mechanism having a first motor capable of changing the input / output shaft rotation speed ratio;
An electric power steering mechanism provided on the output shaft and having a second motor for assisting a driver's steering force;
In a vehicle steering apparatus comprising:
Target steering state amount setting means for setting a target steering state amount of the steering wheel;
Target turning state amount setting means for setting a target turning state amount of the output element for turning based on the target steering state amount;
Based on the target steering state quantity set by the target steering state quantity setting means and the target steering state quantity set by the target steering state setting means, the control amounts of the first motor and the second motor are determined. Target motor control amount setting means to be set;
A neutral deviation detecting means for detecting a neutral deviation amount between the rotational position of the steering wheel and the rotational position of the steering output element;
First neutral deviation amount correction control means for outputting a correction control amount to the first motor and the second motor based on the neutral deviation amount detected by the neutral deviation detection means;
Operation state detection means for detecting whether or not the steering wheel is operated by the driver;
Second neutral deviation correction control means for performing neutral deviation correction by only one of the first or second motors;
When the neutral deviation is detected by the neutral deviation detection means and the steering state is detected by the steering state detection means, correction control by the second neutral deviation correction control means is executed, and otherwise, the first deviation is detected. Switching means for executing correction control by one neutral deviation correction control means;
A vehicle steering apparatus characterized by comprising:
前記ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角検出手段を設け、
前記目標操舵状態量設定手段は、前記操舵角検出手段により検出された操舵角に基づいて目標操舵状態量を設定することを特徴とする車両用操舵装置。 The vehicle steering apparatus according to claim 1,
A steering angle detection means for detecting a steering angle of the steering wheel is provided,
The vehicle steering apparatus according to claim 1, wherein the target steering state quantity setting means sets a target steering state quantity based on the steering angle detected by the steering angle detection means.
前記目標操舵状態量設定手段は、前記操舵角検出手段により検出された操舵角の変化量が所定値以下となるように目標操舵状態量を設定することを特徴とする車両用操舵装置。 The vehicle steering apparatus according to claim 2,
The vehicle steering apparatus according to claim 1, wherein the target steering state quantity setting means sets the target steering state quantity so that a change amount of the steering angle detected by the steering angle detection means is a predetermined value or less.
前記目標操舵状態量設定手段は、前記ステアリングホイールの操舵トルクを目標操舵状態量として設定する手段としたことを特徴とする車両用操舵装置。 The vehicle steering apparatus according to any one of claims 1 to 3,
The vehicle steering apparatus according to claim 1, wherein the target steering state quantity setting means is means for setting a steering torque of the steering wheel as a target steering state quantity.
前記目標操舵状態量設定手段は、車両用操舵装置の起動時における初期操舵状態量を前記目標操舵状態量として設定することを特徴とする車両用操舵装置。 In the vehicle steering device according to any one of claims 1 to 4,
The target steering state quantity setting means sets an initial steering state quantity when the vehicle steering apparatus is activated as the target steering state quantity.
前記目標操舵状態量設定手段は、前記目標操舵状態量として前記ステアリングホイールの操舵トルクを所定値以下に設定することを特徴とする車両用操舵装置。 In the vehicle steering device according to claim 4 or 5,
The target steering state amount setting means sets a steering torque of the steering wheel as a target steering state amount to a predetermined value or less.
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