JP4581651B2 - Vehicle steering system - Google Patents
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Description
本発明は、ステア・バイ・ワイヤ方式による車両用操舵装置の技術分野に属する。 The present invention belongs to the technical field of a steering apparatus for a vehicle by a steer-by-wire system.
従来のステア・バイ・ワイヤシステムでは、路面の状況を、転舵アクチュエータに流す電流から推定し、推定した路面状況に応じて操舵反力アクチュエータを駆動することにより、運転者に細かな路面フィーリングを与えている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、上記従来の車両用操舵装置にあっては、転舵アクチュエータの電流値から路面の状況を推定し、操舵反力に反映させているため、転舵角を目標転舵角に正確に合わせるロバスト制御の影響により、転舵トルクが変化したとき、その変化分がそのまま操舵反力として生成される。よって、保舵状態で旋回している場合など、路面負荷が変動しないにもかかわらず、操舵反力トルクが増大してしまうため、運転者に違和感を与えるという問題があった。 However, in the above-described conventional vehicle steering apparatus, the road surface condition is estimated from the current value of the steering actuator and reflected in the steering reaction force, so the turning angle is accurately adjusted to the target turning angle. When the turning torque changes due to the influence of robust control, the change is generated as it is as a steering reaction force. Therefore, there is a problem in that the driver feels uncomfortable because the steering reaction torque increases even when the road surface load does not fluctuate, such as when the vehicle is turning in a steered state.
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、転舵アクチュエータのロバスト制御に伴う操舵反力トルクの過度変動を抑制でき、運転者に違和感を与えないように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 paying attention to the above-mentioned problem, and the purpose thereof is to suppress excessive fluctuations in the steering reaction torque associated with the robust control of the steering actuator so as not to give the driver a sense of incongruity. An object of the present invention is to provide a vehicular steering apparatus.
上記目的を達成するため、本発明では、
運転者の操舵入力を受ける操舵部と機械的に切り離され、操舵状態に応じた目標転舵角となるように操向輪を転舵する転舵部と、
前記転舵部の転舵トルクを検出する転舵トルク検出手段と、
前記転舵トルクに応じて前記操舵部に操舵反力トルクを付与する操舵反力付与手段と、
前記転舵トルクがあらかじめ設定されたしきい値以上の値であり、かつ増加したとき、前記転舵トルクに応じた操舵反力トルクが小さくなるように補正する操舵反力補正手段と、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, in the present invention,
A steering unit that is mechanically separated from the steering unit that receives the steering input of the driver and steers the steered wheels so as to achieve a target turning angle according to the steering state;
Steering torque detection means for detecting the steering torque of the steering unit;
Steering reaction force applying means for applying a steering reaction force torque to the steering unit in accordance with the steering torque;
Steering reaction force correction means for correcting the steering reaction force torque corresponding to the turning torque to be small when the turning torque is a value equal to or greater than a preset threshold value and increases ;
It is characterized by providing.
よって、本発明の車両用操舵装置にあっては、転舵トルクがしきい値以上の値であり、かつ増加しているときには、転舵トルクに応じた操舵反力トルクへの反映率を小さくすることにより、操舵反力トルクの過度変動を抑制でき、運転者へ与える違和感を防止できる。 Therefore, in the vehicle steering apparatus of the present invention, when the turning torque is equal to or greater than the threshold value and increases, the reflection rate to the steering reaction force torque corresponding to the turning torque is reduced. By doing so, the excessive fluctuation | variation of a steering reaction force torque can be suppressed, and the discomfort given to a driver | operator can be prevented.
以下、本発明の車両用操舵装置を実現する実施の形態を、図面に示す実施例1,2に基づいて説明する。 Hereinafter, an embodiment for realizing a vehicle steering system of the present invention will be described based on Examples 1 and 2 shown in the drawings.
まず、構成を説明する。
図1は実施例1の車両用操舵装置を示す全体システム図であり、実施例1の車両用操舵装置は、操舵部(1)と、転舵部(2)と、メカニカルバックアップ10と、コントローラ&駆動回路ユニット(以下、コントロールユニット)11と、車両状態パラメータセンサ14と、を備えている。
First, the configuration will be described.
FIG. 1 is an overall system diagram illustrating a vehicle steering apparatus according to a first embodiment. The vehicle steering apparatus according to the first embodiment includes a steering section (1), a steering section (2), a
操舵部(1)は、ハンドル角センサ1、操舵トルクセンサ(操舵トルク検出手段)2、操舵反力アクチュエータ(操舵反力付与手段)3、操舵反力アクチュエータ角度センサ4とを備えている。
The steering section (1) includes a steering
ハンドル角センサ1は、ステアリングシャフト15の回転角度からハンドル角(操舵角)を検出する。操舵トルクセンサ2は、ステアリングシャフト15に入力される運転者の操舵トルクを検出する。操舵反力アクチュエータ3としては、例えば、DCブラシレスモータが用いられ、モータ出力によりステアリングシャフト15に操舵反力トルクを付加する。操舵反力アクチュエータ角度センサ4は、操舵反力アクチュエータ3のモータ回転角度を検出する。
The
転舵部(2)は、転舵アクチュエータ5、転舵アクチュエータ角度センサ6、転舵トルクセンサ(転舵トルク検出手段)7、ピニオン角センサ(転舵角検出手段)8、タイロッド軸力センサ9を備えている。
The steered portion (2) includes a steered
転舵アクチュエータ5としては、例えば、DCブラシレスモータが用いられ、モータ出力によりピニオンシャフト16を回転させることにより、ステアリングラック17が車幅方向に摺動し、操向輪13,13が転舵される。転舵アクチュエータ角度センサ6は、転舵アクチュエータ5のモータ回転角度を検出する。転舵トルクセンサ7は、ピニオンシャフト16への入力トルクである転舵トルクを検出する。ピニオン角センサ8は、ピニオンシャフト16の回転角度を検出する。タイロッド軸力センサ9は、左右タイロッド18,18への入力トルクから、路面負荷を検出する。
As the turning
メカニカルバックアップ10は、転舵アクチュエータ5の故障等、ステア・バイ・ワイヤシステムが正常に作動しないとき、ステアリングシャフト15とピニオンシャフト16を機械的に連結し、運転者による操舵を可能とするもので、例えば、電磁クラッチが用いられる。
The
車両状態パラメータセンサ(車速検出手段を含む車両状態量検出手段)14は、車速や車両のヨーレート、横加速度、車体スリップ角など、車両状態量を示すパラメータを検出する。 A vehicle state parameter sensor (a vehicle state amount detection unit including a vehicle speed detection unit) 14 detects parameters indicating the vehicle state amount, such as a vehicle speed, a yaw rate of the vehicle, a lateral acceleration, and a vehicle body slip angle.
コントロールユニット11は、ハンドル角センサ1、操舵トルクセンサ2および車両状態パラメータセンサ14の検出値に基づいて、操向輪13,13の目標舵角を設定し、ピニオン角センサ8により検出される実舵角が、設定した目標舵角と一致するような指令電流を転舵アクチュエータ5に出力する。続いて、転舵トルクセンサ7の検出値から転舵部(2)に入力される転舵トルクを検出し、この転舵トルクに応じた操舵反力トルクをステアリングシャフト15に付加する。
The
コントロールユニット11は、ステア・バイ・ワイヤシステムが正常に作動している場合には、メカニカルバックアップ10のクラッチを解放状態に保持し、システムに故障が検知されたとき、クラッチを締結状態とする。
When the steer-by-wire system is operating normally, the
図2は、コントロールユニット11の転舵制御ブロック図である。
目標舵角演算部11aは、ハンドル角センサ1からのハンドル角と車両状態パラメータセンサ14からの各パラメータ(車速、横速度、ヨーレートなど)に基づいて、目標舵角を演算する。
FIG. 2 is a steering control block diagram of the
The target rudder
PID制御器(比例制御器11b,微分制御器11c,積分制御器11d)には、目標舵角とピニオン角センサ8により検出された実舵角との偏差がそれぞれ入力される。各制御器11b,11c,11dの出力の加算値は、指令電流として転舵アクチュエータ5に供給される。
Deviations between the target rudder angle and the actual rudder angle detected by the
次に、作用を説明する。
[操舵反力制御処理]
図3は、実施例1のコントロールユニット11で実行される操舵反力制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。
Next, the operation will be described.
[Steering reaction force control processing]
FIG. 3 is a flowchart showing the flow of the steering reaction force control process executed by the
ステップS1では、ハンドル角センサ1の検出値と、転舵トルクセンサ7の検出値から、コーナー一定旋回中、かつ転舵トルクが大きいか否かを判断する。YESの場合にはステップS3へ移行し、NOの場合にはステップS2へ移行する。ここで、ハンドル角センサ1の出力が所定時間一定で、かつ転舵トルクセンサ7の検出値があらかじめ設定されたしきい値以上である場合には、コーナー一定旋回中で、かつ転舵トルクが大きいと判断する。なお、転舵トルクは、タイロッド軸力センサ9により検出しても良い。
In step S1, it is determined from the detected value of the steering
ステップS2では、転舵トルクに応じた操舵反力トルク(目標値)を、下記の式(1)を用いて設定すると共に、操舵反力トルクに反映させる通常制御を実施し、リターンへ移行する。
T=G0×Ta …(1)
ここで、G0はゲイン定数、Taは転舵トルクである。
In step S2, the steering reaction force torque (target value) corresponding to the steering torque is set using the following formula (1), and the normal control for reflecting the steering reaction force torque in the steering reaction force torque is performed, and the process proceeds to return. .
T = G 0 × Ta (1)
Here, G 0 is a gain constant, and Ta is a steering torque.
ステップS3では、ピニオン角センサ8の検出値から得られる操向輪13,13の実転舵角と目標舵角との偏差(舵角偏差)から、転舵トルクが増大しているか否かを判断する。YESの場合にはステップS4へ移行し、NOの場合にはステップS2へ移行する。
In step S3, it is determined whether or not the steering torque has increased from the deviation (steering angle deviation) between the actual steering angle of the steered
ステップS4では、転舵トルクの増加率に応じて、操舵反力トルクの目標値を補正する(操舵反力補正手段に相当)と共に、操舵反力トルクに反映させ、ステップS5へ移行する。ここで、操舵反力トルクは、下記の式(2)より求める。
T=G0×G1×Ta …(2)
In step S4, the target value of the steering reaction force torque is corrected (corresponding to the steering reaction force correction means) according to the rate of increase of the steering torque, and reflected in the steering reaction force torque, and the process proceeds to step S5. Here, the steering reaction torque is obtained from the following equation (2).
T = G 0 × G 1 × Ta (2)
G1は、補正ゲインであり、図4に示すマップに基づいて設定される。図4に示すように、補正ゲインG1は、転舵トルクの変化率(ΔTa/Δt)に応じて設定され、変化率(増加率)が大きくなるほど、小さな値となるように設定されている。なお、変化率がゼロの場合は、補正ゲインG1=1となるため、式(2)は通常制御時の式(1)と一致する。 G 1 is a correction gain, which is set based on the map shown in FIG. As shown in FIG. 4, the correction gain G 1 is set according to the change rate (ΔTa / Δt) of the turning torque, and is set to be a smaller value as the change rate (increase rate) becomes larger. . When the rate of change is zero, the correction gain G 1 = 1, and therefore equation (2) matches equation (1) during normal control.
また、図4の横軸は、目標舵角と実舵角との偏差の減少率に置き換えることができる。すなわち、偏差の減少率が大きいときには、補正ゲインG1を小さくし、偏差の減少率が小さくなるほど、補正ゲインG1を大きくする。 Further, the horizontal axis in FIG. 4 can be replaced with a reduction rate of deviation between the target rudder angle and the actual rudder angle. That is, when the decrease rate of the deviation is large, the correction gain G 1 is decreased, and the correction gain G 1 is increased as the decrease rate of the deviation is decreased.
さらに、図4において、補正ゲインG1の特性Aは、直線補間されているが、Bに示すように、任意の曲線で設定することも可能である。 Further, in FIG. 4, the characteristic A of the correction gain G 1 is linearly interpolated. However, as shown in B, it can be set by an arbitrary curve.
ステップS5では、操舵反力トルクの補正制御を継続するかどうかを判断する。YESの場合にはリターンへ移行し、NOの場合にはステップS2へ移行する。ここでは、転舵トルクが開始条件(ステップS1のしきい値)以下、または偏差がゼロであるとき補正制御を停止する。また、目標舵角が再び動き始めた場合にも、補正制御を停止する。 In step S5, it is determined whether or not to continue the steering reaction torque correction control. If YES, the process proceeds to return, and if NO, the process proceeds to step S2. Here, the correction control is stopped when the turning torque is equal to or less than the start condition (the threshold value of step S1) or the deviation is zero. The correction control is also stopped when the target rudder angle starts to move again.
なお、ステップS5において、運転者の操舵入力が無いにもかかわらず、目標転舵角と実舵角との偏差が開いている場合には、補正制御を停止する。すなわち、本発明で対象となるのは、保舵時においてサーボ制御に伴う違和感を防止することである。目標転舵角と実舵角との偏差が開いている場合には、車両運動や路面状態が変化し、負荷が増加していることを意味しているため、この要素は操舵反力トルクとして運転者に伝える必要がある。 In step S5, the correction control is stopped when the deviation between the target turning angle and the actual turning angle is open even though there is no steering input from the driver. That is, the object of the present invention is to prevent a sense of discomfort associated with servo control during steering. If the deviation between the target steering angle and the actual steering angle is open, this means that the vehicle motion and road surface conditions have changed and the load has increased. It is necessary to tell the driver.
[転舵アクチュエータの角度サーボ制御]
まず、一般的な転舵アクチュエータの制御器である角度サーボについて説明する。
図5は、転舵角サーボ制御において、転舵アクチュエータにステップ状の目標転舵角δ*が与えられたときの転舵角δと操舵反力の状態を時系列により図示したものである。状態はそれぞれ転舵アクチュエータ5に入力された負荷の違いによる応答の違いを示している(図5(I),(II))。なお、t1は目標舵角がステップ入力された時刻である。
[Angle servo control of steering actuator]
First, an angle servo that is a controller of a general steering actuator will be described.
FIG. 5 illustrates the turning angle δ and the steering reaction force in a time series when the stepwise target turning angle δ * is given to the turning actuator in the turning angle servo control. Each state indicates a difference in response due to a difference in load input to the steering actuator 5 (FIGS. 5 (I) and (II)). Note that t1 is the time when the target rudder angle is step-inputted.
転舵アクチュエータを制御する際は、一般的に、ある目標舵角δ*に対して、実舵角δを定常偏差無く追従させるような、角度ロバストサーボ制御が行われる。初期の追従制御は、実舵角δの立ち上がりを重視するため、比例項や微分項といった要素を用いて制御を行う。具体的な実例としては、図2に示した比例制御器11bや微分制御器11cである。
When the steering actuator is controlled, generally, an angle robust servo control is performed such that the actual steering angle δ follows a certain target steering angle δ * without a steady deviation. The initial follow-up control places importance on the rise of the actual steering angle δ, and therefore performs control using elements such as a proportional term and a differential term. Specific examples are the
初期以降の追従制御は、発生している目標舵角δ*と実舵角δとの偏差を小さくすることを目的として、積分要素を用いて制御を行う。具体的な実例としては、I制御や外乱オブザーバーなどが対応する(図5の積分制御器11d)。
Following control after the initial stage is performed using an integral element for the purpose of reducing the deviation between the target steering angle δ * and the actual steering angle δ. Specific examples include I control and disturbance observer (
図5(I)に示すように、低負荷時には、路面負荷と転舵トルクとの偏差が小さいため、角度サーボは目標舵角δ*に対して、偏差のほとんど無い滑らかな実舵角応答を示す。しかし、高負荷状態では、低負荷状態と応答が変ってくる。 As shown in FIG. 5 (I), when the load is low, the deviation between the road surface load and the steering torque is small, so the angle servo gives a smooth actual steering angle response with little deviation from the target steering angle δ * . Show. However, in a high load state, the response changes from a low load state.
図5(II)において、制御の動作としては、まず、比例、微分項を用いて一気に立ち上げる。ここで制御対象に外からの高い負荷抵抗力(外乱)が加わると、あるところで角度の追従が鈍くなり、偏差Δdが発生する。こうなったところで、積分項が動き始め、徐々に目標舵角δ*に実舵角δが近づくような制御となる(転舵トルクが増大するため、路面負荷に対して、大きな値となる。)。 In FIG. 5 (II), as a control operation, first, a proportional and differential terms are used to start up at once. Here, when a high load resistance force (disturbance) from the outside is applied to the controlled object, the tracking of the angle becomes dull at a certain point, and a deviation Δd occurs. At this point, the integral term starts to move, and the control is such that the actual steering angle δ gradually approaches the target steering angle δ * (the steering torque increases, and thus becomes a large value with respect to the road load). ).
なお、基本的に、積分項は蓄積していく演算であるため、比例、微分項などと比較しても遅い動作となるのが一般的である。 Basically, since the integral term is an accumulation operation, the operation is generally slow even when compared with the proportional or differential term.
次に、実車走行のシーンにおいて、上記サーボ制御がどのように作動するかを、図2および図5を用いて説明する。
運転者は、あるコーナーを旋回する際に、ハンドル12を所定の位置に回転させる。この運転者のハンドル操作と車両の各パラメータ(車速、横加速度、ヨーレートなど)を考慮し、コントロールユニット11内の目標舵角演算部11aにおいて、各制御器11b,11c,11dへの指令値を求める。これら指令値は、一般的に、目標舵角として与えられる。そして、目標舵角と実舵角との偏差を小さくするような指令電流(もしくは指令電圧)が生成され、転舵アクチュエータ5が制御される。
Next, how the servo control operates in an actual vehicle traveling scene will be described with reference to FIGS.
When the driver turns around a certain corner, the driver rotates the
ある程度の負荷がかかる走行をしている場合、例えば、高横加速度で旋回中などは、初期応答の部分だけでは充分目標舵角δ*に追従できず、転舵アクチュエータ5の作動が路面からの負荷によって瞬間的に釣り合うため、目標舵角δ*と実舵角δとの間に偏差dが残る。この後で、この負荷の影響を打ち消して、実舵角δを目標舵角δ*に一致させる積分項が作動する。
When traveling with a certain load, for example, when turning at a high lateral acceleration, the initial response portion alone cannot sufficiently follow the target rudder angle δ * , and the
このようにステア・バイ・ワイヤの転舵アクチュエータ5は作動し、車両の「曲がる」という機能を実現している。
In this way, the steer-by-
次に、舵角サーボの影響が運転者に対して与える影響について説明する。
図6は、転舵角サーボ制御において、転舵アクチュエータにステップ状の目標転舵角δ*が与えられたときの転舵角応答とそのときの転舵アクチュエータにかかる転舵トルクTa、および操舵反力トルクTの状態を時系列により図示したものである。ステップ入力時刻はt1である。実例を挙げると、ハンドルを一定角度に保舵した状態でコーナーを旋回しているような状態(定常旋回)である。
Next, the effect of the rudder angle servo on the driver will be described.
FIG. 6 shows a turning angle response when a stepwise target turning angle δ * is given to the turning actuator, turning torque Ta applied to the turning actuator, and steering in the turning angle servo control. The state of the reaction force torque T is illustrated in time series. The step input time is t1. As an actual example, it is a state (steady turn) in which the corner is turned with the handle held at a certain angle.
上述したように、運転者が操舵すると、転舵トルクTaの値が大きくなり、この負荷により、転舵アクチュエータの角度サーボの目標舵角δ*と実舵角δとにある偏差Δdが生じて、瞬間的に釣り合うような状態となり、保舵のような状態となる(図6の時刻t2−t3の区間)。 As described above, when the driver steers, the value of the steering torque Ta increases, and this load causes a deviation Δd between the target steering angle δ * of the angle servo of the steering actuator and the actual steering angle δ. Then, the state is instantaneously balanced and the state is maintained as a rudder (interval of time t2-t3 in FIG. 6).
ちなみに、ここでの負荷とは、転舵アクチュエータに負荷が入っても転舵アクチュエータが動くことのできる程度の負荷を意味しており、縁石などで操向輪の転舵が固定されるような負荷を意味しているのではない。 By the way, the load here means a load that can move the steered actuator even when a load is applied to the steered actuator, and the steered wheel steer is fixed by a curb or the like. It does not mean load.
続いて、積分項は目標舵角δ*と実舵角δとの偏差Δdを縮めるように転舵アクチュエータを作動する(図6の時刻t3−t4の区間)。 Subsequently, the integral term operates the steered actuator so as to reduce the deviation Δd between the target rudder angle δ * and the actual rudder angle δ (section from time t3 to t4 in FIG. 6).
一方、操舵反力トルクTは、時刻t1から初期応答が止まった時刻t2まで増加し、時刻t2−t3の区間で一定値となる。これを運転者からみると、この実舵角δの止まったところがハンドル角一定時の反力であると感じることになる。 On the other hand, the steering reaction force torque T increases from the time t1 to the time t2 when the initial response stops, and becomes a constant value in the section of the time t2-t3. From the viewpoint of the driver, it is felt that the place where the actual steering angle δ stops is the reaction force when the steering wheel angle is constant.
ところが、この後(時刻t3−t4)、積分項により、転舵アクチュエータが動かされてしまうため、転舵トルクTaが動き(増加量ΔTa)、そのため操舵反力トルクTaも過度に変動してしまう(図4の変動量ΔT)。すなわち、路面負荷が変動しないにもかかわらず、積分項の分だけ操舵反力トルクTが増大してしまう。操舵反力制御は、路面の微妙な変化を読み取っているため、操舵反力トルクTにその変動の影響が出てしまい、運転者の操舵フィーリングを悪化させることとなる。 However, after this (time t3−t4), the steered actuator is moved due to the integral term, so the steered torque Ta moves (increase ΔTa), and therefore the steering reaction torque Ta also fluctuates excessively. (Fluctuation amount ΔT in FIG. 4). That is, the steering reaction torque T is increased by the integral term even though the road load does not change. Since the steering reaction force control reads a subtle change in the road surface, the fluctuation of the steering reaction force torque T is exerted and the steering feeling of the driver is deteriorated.
[実施例1の操舵反力補正作用]
これに対し、実施例1の車両用操舵装置では、保舵中に転舵トルクTaがしきい値以上となったとき、転舵トルクTaに応じた操舵反力トルクTが小さくなるように補正することにより、転舵角のサーボ制御に伴う操舵フィーリングの悪化を防止している。
[Steering reaction force correcting action of embodiment 1]
On the other hand, in the vehicle steering apparatus of the first embodiment, when the turning torque Ta becomes equal to or greater than the threshold value during steering, the steering reaction force torque T corresponding to the turning torque Ta is corrected to be small. By doing so, the deterioration of the steering feeling accompanying the servo control of the turning angle is prevented.
転舵トルクTaがしきい値以上になると、転舵アクチュエータ5への目標舵角δ*と実舵角δとの偏差Δdが大きくなり、操舵反力トルクTへの影響も大きくなる。しかし、転舵トルクTaが小さい場合、偏差Δdが出にくく操舵反力トルクTへの影響も少ない。よって転舵トルクTaをしきい値以上で区切っておくことで、操舵反力トルクTの影響を小さくする。
When the steering torque Ta is equal to or greater than the threshold value, the deviation Δd between the target steering angle δ * to the
ここで、しきい値は、転舵アクチュエータ5への目標舵角δ*と実舵角δとの偏差Δdが発生するような値であり、この値は、転舵アクチュエータ5のトルク発生特性によって決まるものである。
Here, the threshold value is a value such that a deviation Δd between the target steering angle δ * to the
図7は、実施例1の操舵反力補正作用を示す図であり、図6と同様に、転舵アクチュエータ5にステップ状の目標転舵角δ*が与えられたときの転舵角応答とそのときの転舵アクチュエータ5にかかる転舵トルクTa、および操舵反力トルクTの状態を時系列により図示したものである。
FIG. 7 is a diagram showing the steering reaction force correcting action of the first embodiment. Similarly to FIG. 6, the turning angle response when the stepwise target turning angle δ * is given to the turning
時刻t2では、ステップ状に入力された目標舵角δ*に対して、実舵角δが応答する。この直後(時刻t3)に、偏差を縮めていく積分項が動き始める。 At time t2, the actual steering angle δ responds to the target steering angle δ * input in a stepwise manner. Immediately after this (time t3), the integral term that reduces the deviation starts to move.
実施例1では、転舵トルクTaのある変化率(ΔTa/Δt)に対応して、操舵反力トルクTを小さく補正することにより、操舵反力トルクTの増加量ΔTが小さく抑えられている。すなわち、旋回保舵時において積分項による操舵反力トルクTの変動を小さくすることができる。 In the first embodiment, the increase amount ΔT of the steering reaction force torque T is suppressed to be small by correcting the steering reaction force torque T to be small corresponding to a certain rate of change (ΔTa / Δt) of the steering torque Ta. . That is, it is possible to reduce the fluctuation of the steering reaction torque T due to the integral term during turning keeping.
ここで、転舵トルクの変化率(ΔTa/Δt)は、角度サーボの変化率(Δδ/Δt)と同意と言え、角度サーボの変化率による判断も可能である。よって、角度サーボの変化率(Δδ/Δt)が小さいほど、積分項による操舵反力トルクの変化の影響を小さくする。 Here, it can be said that the change rate (ΔTa / Δt) of the steering torque is the same as the change rate (Δδ / Δt) of the angle servo, and it can also be determined by the change rate of the angle servo. Therefore, the smaller the change rate (Δδ / Δt) of the angle servo, the smaller the influence of the change in the steering reaction torque due to the integral term.
転舵トルクの変化率(ΔTa/Δt)が大きな部分では、図7aに示すように、操舵反力トルクの変化率を小さくすることを意味しており、このようにすることにより、転舵アクチュエータ5の不要な変化分の影響を小さくでき、操舵フィーリングの悪化を防止することができる。また、上記では、変化率としたが、ゲインを下げるといった表現も同意である。
In a portion where the change rate (ΔTa / Δt) of the turning torque is large, as shown in FIG. 7A, this means that the change rate of the steering reaction torque is reduced. By doing so, the turning
次に、効果を説明する。
実施例1の車両用操舵装置にあっては、下記に列挙する効果が得られる。
Next, the effect will be described.
In the vehicle steering apparatus according to the first embodiment, the following effects can be obtained.
(1) 運転者の操舵入力を受ける操舵部(1)と機械的に切り離され、操舵状態に応じた目標転舵角δ*となるように操向輪13,13を転舵する転舵部(2)と、転舵部(2)の転舵トルクTaを検出する転舵トルクセンサ7と、転舵トルクTaに応じて操舵部(1)に操舵反力トルクを付与する操舵反力アクチュエータ3と、転舵トルクTaがあらかじめ設定されたしきい値以上の値であり、かつ増加したとき、転舵トルクTaに応じた操舵反力トルクTが小さくなるように補正する操舵反力補正手段と、を備えるため、転舵アクチュエータ5のロバスト制御に伴う操舵反力トルクTの過度変動を抑制でき、運転者に与える違和感を防止できる。
(1) A steering unit that is mechanically separated from the steering unit (1) that receives the steering input of the driver, and steers the steered
(2) 操舵反力補正手段は、転舵トルクの増加率(ΔTa/Δt)が大きいほど、操舵反力トルクの補正量を大きくするため、転舵トルクの増加率(ΔTa/Δt)に比例して発生する過度変動を効果的に抑制できる。 (2) The steering reaction force correction means is proportional to the increase rate of the steering torque (ΔTa / Δt) in order to increase the correction amount of the steering reaction force torque as the increase rate of the steering torque (ΔTa / Δt) increases. Thus, excessive fluctuations that occur can be effectively suppressed.
(3) 操舵反力補正手段は、舵角偏差の減少率が小さいほど、操舵反力トルクTの補正量を大きくするため、舵角偏差に比例して発生する過度変動を効果的に抑制できる。 (3) Since the steering reaction force correction means increases the correction amount of the steering reaction force torque T as the steering angle deviation reduction rate is smaller, it is possible to effectively suppress excessive fluctuations that occur in proportion to the steering angle deviation. .
実施例2の車両用操舵装置は、路面の摩擦状態、車速、車両状態量、操舵トルク等に応じて操舵反力トルクの補正量を変更する例であり、実施例2の構成は、実施例1と同じであるため、説明は省略する。 The vehicle steering apparatus according to the second embodiment is an example in which the correction amount of the steering reaction torque is changed according to the frictional state of the road surface, the vehicle speed, the vehicle state quantity, the steering torque, and the like. Since it is the same as 1, description is abbreviate | omitted.
また、実施例2では、積分項の動き始めを検出し、操舵反力トルクの補正制御を開始する。補正制御開始後は、積分項の動き始めの操舵反力トルク(図9のT1)を記憶しておき、補正制御終了までその値T1が継続するように操舵反力トルクTを補正する。 In the second embodiment, the start of movement of the integral term is detected, and the steering reaction torque correction control is started. After the start of the correction control, the steering reaction force torque (T 1 in FIG. 9) at the beginning of the movement of the integral term is stored, and the steering reaction force torque T is corrected so that the value T 1 continues until the end of the correction control. .
[制御開始判定]
実施例2では、実施例1と同様に、保舵中に転舵トルクTaがしきい値以上のとき、実舵角δと目標舵角δ*との偏差を監視し(舵角偏差算出手段に相当)、あらかじめ定められた設定時間(図8の時刻t2−t3の区間)経過後、この値の開きΔdがしきい値以上であった場合には、操舵反力トルクの変化率を小さくする。
[Control start judgment]
In the second embodiment, as in the first embodiment, the deviation between the actual steering angle δ and the target steering angle δ * is monitored (steering angle deviation calculating means) when the steering torque Ta is greater than or equal to the threshold value during steering. If the opening Δd of this value is greater than or equal to the threshold value after the elapse of a predetermined set time (section from time t2 to t3 in FIG. 8), the rate of change in the steering reaction torque is reduced. To do.
ここで、設定時間(時刻t2―t3の区間)は、操向輪13,13に舵角偏差が発生する程度の負荷が入力されているとき、目標舵角入力に対して実舵角δの動きが鈍くなる時間や、制御系の時定数などで決めることができる。この設定時間は、運転者の定常的な操舵に対し、角度サーボがある固有の特性(立ち上がり時定数、収束性など)を有していることから規定できるものである。
Here, during the set time (time t2-t3), when a load that causes a steering angle deviation is input to the steered
また、実施例2では、運転者によるハンドル操作が止まってから時間経過により規定を行い(例えば、積分制御器11dの時定数)、これをトリガー判定とし、変化率を変更する(時刻t3−t4の区間)。
Further, in the second embodiment, the regulation is performed with the passage of time after the steering operation by the driver is stopped (for example, the time constant of the
[操舵反力補正作用]
図9は、実施例2の操舵反力補正作用を示す図であり、実施例2では、積分項の効き始めの操舵反力トルクT1を記憶しておき、補正制御終了までその値T1が継続するように操舵反力トルクTを補正するため、積分項の影響による操舵反力トルクの変動をゼロとすることができる。
[Steering reaction force correction]
FIG. 9 is a diagram showing the steering reaction force correcting action of the second embodiment. In the second embodiment, the steering reaction force torque T 1 at which the integral term starts to be effective is stored, and the value T 1 is stored until the correction control is completed. Since the steering reaction torque T is corrected so that the torque continues, the fluctuation of the steering reaction torque due to the influence of the integral term can be made zero.
[路面摩擦に応じた目標反力トルクの補正]
路面摩擦が低いとき、操舵に対して車両挙動が大きく出るため、操舵反力トルクTの補正量を小さくして、反力を重めに設定し、運転者の過剰な操舵を防止する。なお、路面摩擦は、車輪速変化から推定できる。また、インフラ情報や雨滴センサ等の検出値から推定しても良い。さらに、赤外線センサを用いて路面μを検出しても良い(摩擦推定手段に相当)。
[Correction of target reaction torque according to road friction]
When the road surface friction is low, the vehicle behavior greatly increases with respect to steering. Therefore, the correction amount of the steering reaction force torque T is reduced and the reaction force is set to be heavy to prevent the driver from excessive steering. The road surface friction can be estimated from a change in wheel speed. Further, it may be estimated from detection values of infrastructure information and raindrop sensors. Furthermore, the road surface μ may be detected using an infrared sensor (corresponding to friction estimation means).
[車速に応じた目標反力トルクの補正]
車速が高くなると、セルフアライニングトルクを例にとっても路面負荷が大きくなることがわかる。そのため、車速が高くなるほど操舵反力トルクTを重めに設定することで、高速域での操舵の安定性を高める。
[Correction of target reaction torque according to vehicle speed]
It can be seen that as the vehicle speed increases, the road surface load increases with the self-aligning torque as an example. Therefore, by setting the steering reaction torque T to be heavier as the vehicle speed increases, the stability of steering in the high speed range is improved.
[横加速度に応じた目標反力トルクの補正]
車両の横加速度が大きくなると、高横加速度旋回などを想定するとわかるが、操舵に対して車両挙動が大きく出るため、横加速度が大きいほど操舵反力トルクTの補正量を小さくし、反力を重めに設定することで、運転者の過剰な操舵を防止する。
[Correction of target reaction torque according to lateral acceleration]
When the lateral acceleration of the vehicle increases, it can be understood that a high lateral acceleration turn is assumed. However, the behavior of the vehicle increases with respect to steering. Therefore, the greater the lateral acceleration, the smaller the correction amount of the steering reaction torque T and the reaction force. Setting it to be heavy prevents the driver from excessive steering.
[操舵トルクに応じた目標反力トルクの補正]
運転者の操舵トルクが大きいときには、切り増し操舵されている状況であるため、舵角偏差がさらに増大するのを防止するために、操舵反力トルクTの補正量を小さくし、反力を重めに設定することで、運転者の過剰な操舵を防止する。
[Correction of target reaction torque according to steering torque]
When the driver's steering torque is large, the vehicle is steered and the steering angle deviation is further increased. Therefore, in order to prevent the steering angle deviation from further increasing, the correction amount of the steering reaction force torque T is reduced to increase the reaction force. Therefore, excessive steering of the driver is prevented.
次に、効果を説明する。
実施例2の車両用操舵装置にあっては、実施例1の効果(1)に加え、以下の効果が得られる。
Next, the effect will be described.
In the vehicle steering apparatus of the second embodiment, the following effects can be obtained in addition to the effect (1) of the first embodiment.
(4) 操向輪13,13の転舵角を検出するピニオン角センサ8と、目標転舵角δ*と転舵角δとの偏差である舵角偏差を算出する舵角偏差算出手段と、を備え、転舵部(2)は、舵角偏差の積分値に基づき転舵トルクの指令値を決定し、操舵反力補正手段は、舵角偏差が所定角度以上である状態が設定時間以上継続したとき、転舵トルクが増加していると判定するため、積分項が働くとき、確実に操舵反力への反映率を小さくできるので、操舵反力トルクTへの影響を小さくし、運転者の違和感を低減できる。
(4) a
(5) 車両が走行している路面の摩擦状態を推定する路面摩擦推定手段を備え、操舵反力補正手段は、路面摩擦が低いほど、操舵反力トルクTの補正量を小さくため、低μ路における運転者の過剰な操舵が抑制され、車両挙動の安定化を図ることができる。 (5) Provided with a road surface friction estimating means for estimating the friction state of the road surface on which the vehicle is traveling, the steering reaction force correcting means reduces the correction amount of the steering reaction force torque T as the road surface friction is lower. Excessive steering by the driver on the road is suppressed, and the vehicle behavior can be stabilized.
(6) 車両の車速を検出する車速検出手段(車両状態パラメータセンサ14)を備え、操舵反力補正手段は、車速が高いほど、操舵反力トルクTの補正量を小さくするため、高速域における操舵安定性を確保できる。 (6) Vehicle speed detection means (vehicle state parameter sensor 14) for detecting the vehicle speed of the vehicle is provided, and the steering reaction force correction means reduces the correction amount of the steering reaction force torque T as the vehicle speed increases. Steering stability can be secured.
(7) 横加速度を検出する車両状態量検出手段(車両状態パラメータセンサ14)を備え、操舵反力補正手段は、横加速度が大きいほど、操舵反力トルクTの補正量を小さくするため、高横加速度旋回時における運転者の過剰な操舵を防止できる。 (7) The vehicle state quantity detection means (vehicle state parameter sensor 14) for detecting the lateral acceleration is provided, and the steering reaction force correction means increases the lateral acceleration so that the correction amount of the steering reaction force torque T decreases. It is possible to prevent excessive steering of the driver during the lateral acceleration turning.
(8) 運転者が操舵部(2)に入力している操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ2を備え、操舵反力補正手段は、操舵トルクが大きいほど、操舵反力トルクTの補正量を小さくするため、切り増し操舵時の過剰操舵を防止できる。
(8) A
(他の実施例)
以上、本発明の車両用操舵装置を実施例1,2に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの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。
(Other examples)
As mentioned above, although the vehicle steering device of the present invention has been described based on the first and second embodiments, the specific configuration is not limited to these embodiments, and it relates to each claim of the claims. Design changes and additions are allowed without departing from the scope of the invention.
例えば、タイロッド軸力センサに代えて、ラック軸力センサや、タイヤ軸力相当を推定もしくは検出する手段を設けた構成としても良い。また、メカニカルバックアップは省略しても良い。 For example, instead of the tie rod axial force sensor, a configuration may be provided in which a rack axial force sensor or a means for estimating or detecting tire axial force equivalent is provided. Mechanical backup may be omitted.
また、実施例1,2では、PID制御器を用いたが、これに類似する機能であればそのような制御器を用いても良い。 In the first and second embodiments, the PID controller is used. However, such a controller may be used as long as it has a function similar to this.
1 ハンドル角センサ
2 操舵トルクセンサ
3 操舵反力アクチュエータ
4 操舵反力アクチュエータ角度センサ
5 転舵アクチュエータ
6 転舵アクチュエータ角度センサ
7 転舵トルクセンサ
8 ピニオン角センサ
9 タイロッド軸力センサ
10 メカニカルバックアップ
11 コントローラ&駆動回路ユニット
12 ハンドル
13 操向輪
14 車両状態パラメータセンサ
15 ステアリングシャフト
16 ピニオンシャフト
17 ステアリングラック
18 タイロッド
1
Claims (8)
前記転舵部の転舵トルクを検出する転舵トルク検出手段と、
前記転舵トルクに応じて前記操舵部に操舵反力トルクを付与する操舵反力付与手段と、
前記転舵トルクがあらかじめ設定されたしきい値以上の値であり、かつ増加したとき、前記転舵トルクに応じた操舵反力トルクが小さくなるように補正する操舵反力補正手段と、
を備えることを特徴とする車両用操舵装置。 A steering unit that is mechanically separated from the steering unit that receives the steering input of the driver and steers the steered wheels so as to achieve a target turning angle according to the steering state;
Steering torque detection means for detecting the steering torque of the steering unit;
Steering reaction force applying means for applying a steering reaction force torque to the steering unit in accordance with the steering torque;
Steering reaction force correction means for correcting the steering reaction force torque corresponding to the turning torque to be small when the turning torque is a value equal to or greater than a preset threshold value and increases ;
A vehicle steering apparatus comprising:
前記操向輪の転舵角を検出する転舵角検出手段と、
前記目標転舵角と前記転舵角との偏差である舵角偏差を算出する舵角偏差算出手段と、を備え、
前記転舵部は、前記舵角偏差の積分値に基づき前記転舵トルクの指令値を決定し、
前記操舵反力補正手段は、前記舵角偏差が所定角度以上である状態が設定時間以上継続したとき、前記転舵トルクが増加したと判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 turning angle detection means for detecting a turning angle of the steering wheel;
Rudder angle deviation calculating means for calculating a rudder angle deviation that is a deviation between the target steered angle and the steered angle, and
The steering unit determines a command value of the steering torque based on an integral value of the steering angle deviation,
The vehicle steering apparatus according to claim 1, wherein the steering reaction force correction means determines that the turning torque has increased when a state where the steering angle deviation is equal to or greater than a predetermined angle continues for a set time or longer.
前記操舵反力補正手段は、前記転舵トルクの増加率が大きいほど、前記操舵反力トルクの補正量を大きく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 or 2,
The steering apparatus for a vehicle according to claim 1, wherein the steering reaction force correction means increases the correction amount of the steering reaction force torque as the increase rate of the steering torque increases.
前記操向輪の転舵角を検出する転舵角検出手段と、
前記目標転舵角と前記転舵角との偏差である舵角偏差を算出する舵角偏差算出手段と、を備え、
前記転舵部は、前記舵角偏差の積分値に基づき前記転舵トルクの指令値を決定し、
前記操舵反力補正手段は、前記舵角偏差の減少率が小さいほど、前記操舵反力トルクの補正量を大きく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 or 2,
A turning angle detection means for detecting a turning angle of the steering wheel;
Rudder angle deviation calculating means for calculating a rudder angle deviation that is a deviation between the target steered angle and the steered angle, and
The steering unit determines a command value of the steering torque based on an integral value of the steering angle deviation,
The steering apparatus for a vehicle according to claim 1, wherein the steering reaction force correction means increases the correction amount of the steering reaction force torque as the decrease rate of the steering angle deviation decreases.
車両が走行している路面の摩擦状態を推定する路面摩擦推定手段を備え、
前記操舵反力補正手段は、前記路面摩擦が低いほど、前記操舵反力トルクの補正量を小さくする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 4, wherein:
Road surface friction estimation means for estimating the friction state of the road surface on which the vehicle is running,
The steering apparatus for a vehicle according to claim 1, wherein the steering reaction force correction unit decreases the correction amount of the steering reaction force torque as the road surface friction is lower.
車両の車速を検出する車速検出手段を備え、
前記操舵反力補正手段は、前記車速が高いほど、前記操舵反力トルクの補正量を小さくする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 5,
Vehicle speed detection means for detecting the vehicle speed of the vehicle,
The steering apparatus for a vehicle according to claim 1, wherein the steering reaction force correction unit decreases the correction amount of the steering reaction force torque as the vehicle speed increases.
車両状態量として車両の横加速度を検出する車両状態量検出手段を備え、
前記操舵反力補正手段は、前記車両状態量が大きいほど、前記操舵反力トルクの補正量を小さくする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 6, wherein:
Vehicle state quantity detecting means for detecting the lateral acceleration of the vehicle as the vehicle state quantity,
The steering apparatus for a vehicle according to claim 1, wherein the steering reaction force correction unit decreases the correction amount of the steering reaction force torque as the vehicle state amount increases.
運転者が前記操舵部に入力している操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段を備え、
前記操舵反力補正手段は、前記操舵トルクが大きいほど、前記操舵反力トルクの補正量を小さくする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 7,
A steering torque detecting means for detecting a steering torque input by the driver to the steering unit;
The vehicle steering apparatus according to claim 1, wherein the steering reaction force correction unit reduces the correction amount of the steering reaction force torque as the steering torque increases.
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