JP2005225355A - Steering device for vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ハンドルとステアリング機構とが機械的に切り離された、いわゆる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 a technical field of a vehicle steering apparatus using a so-called steer-by-wire system in which a handle and a steering mechanism are mechanically separated.
従来のステアバイワイヤ方式による車両用操舵装置としては、ドライバに対する転舵負荷に応じた手応え感の付与を目的として、推定した転舵負荷に応じて操舵反力を制御するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
一般に、実転舵角を目標転舵角に追従させるフィードバック制御において、フィードバックゲインは、応答性を高めるために大きな値に設定される。従って、アクチュエータのモータ電流にドライバの操舵にとって不快な高周波振動成分が含まれてしまうため、これを低減させるローパスフィルタ等が必要となる。 In general, in feedback control in which the actual turning angle follows the target turning angle, the feedback gain is set to a large value in order to improve responsiveness. Therefore, since the motor current of the actuator includes a high-frequency vibration component that is uncomfortable for the driver's steering, a low-pass filter or the like is required to reduce this.
その結果、ローパスフィルタによる高周波振動成分の除去により、タイヤの縁石接触等、低速走行時にステアリングラックへの高負荷入力に対し、ダイレクトな操舵反力を生成できず、ドライバの転舵続行により操舵系の耐久信頼性が低下するおそれがあった。 As a result, by removing high-frequency vibration components using a low-pass filter, direct steering reaction force cannot be generated for high load input to the steering rack during low-speed driving such as tire curb contact, etc. There was a risk that the durability and reliability of the steel would decrease.
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、タイヤの縁石接触等、低速走行時におけるラック軸への高負荷入力の際に、迅速な操舵反力を生成でき、操舵系の耐久信頼性低下の防止を図る車両用操舵装置を提供することにある。 The present invention has been made paying attention to the above problems, and its purpose is to generate a rapid steering reaction force when a high load is applied to the rack shaft during low-speed traveling, such as tire curb contact. An object of the present invention is to provide a vehicle steering device that can prevent a decrease in durability reliability of a steering system.
上述の目的を達成するため、本発明では、転舵アクチュエータと反力アクチュエータを備えたステアバイワイヤ方式による車両用操舵装置において、
ハンドル角に基づいて目標転舵角を算出する目標転舵角算出手段と、
目標転舵角と実転舵角に基づいて転舵アクチュエータの目標転舵トルクを算出する転舵角サーボ手段と、
前記転舵アクチュエータに対し目標転舵トルクを得る制御指令を出力する転舵ドライバと、
目標転舵角と実転舵角との偏差に基づいて目標操舵反力トルクを算出する目標操舵反力算出手段と、
前記反力アクチュエータに対し目標操舵反力トルクを得る制御指令を出力する反力ドライバと、
を設け、
前記転舵角サーボ手段は、車速が所定値以下のとき、フィードバックの定常ゲインを有限値に設定することを特徴とする。
In order to achieve the above-mentioned object, in the present invention, in a steering apparatus for a vehicle by a steer-by-wire system including a steering actuator and a reaction force actuator,
A target turning angle calculating means for calculating a target turning angle based on the steering wheel angle;
A turning angle servo means for calculating a target turning torque of the turning actuator based on the target turning angle and the actual turning angle;
A steering driver that outputs a control command for obtaining a target steering torque to the steering actuator;
A target steering reaction force calculating means for calculating a target steering reaction force torque based on a deviation between the target turning angle and the actual turning angle;
A reaction force driver that outputs a control command to obtain a target steering reaction force torque to the reaction force actuator;
Provided,
The turning angle servo means sets a steady gain of feedback to a finite value when the vehicle speed is equal to or lower than a predetermined value.
本発明では、低速時にフィードバックの定常ゲインを有限値とすることにより、目標転舵角と実転舵角とに偏差が発生するため、タイヤの縁石接触等、低速走行時にラック軸へ高負荷が入力されたとき、迅速に操舵反力を反映させることができる。よって、ドライバはその反力を感じて操舵を中止もしくは弱めるか、または反力自体によりハンドル操舵が弱められるため、結果として転舵続行による操舵系の耐久信頼性低下を防止できる。 In the present invention, since the steady gain of the feedback at a low speed is set to a finite value, a deviation occurs between the target turning angle and the actual turning angle. When input, it is possible to quickly reflect the steering reaction force. Therefore, the driver feels the reaction force, stops or weakens steering, or the steering force is weakened by the reaction force itself. As a result, it is possible to prevent a decrease in durability reliability of the steering system due to continued steering.
以下に、本発明の車両用操舵装置を実施するための最良の形態を、実施例1に基づいて説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the vehicle steering system of the present invention will be described based on the first embodiment.
図1は、実施例1の車両用操舵装置を適用したステアバイワイヤ車両の全体構成図である。 FIG. 1 is an overall configuration diagram of a steer-by-wire vehicle to which the vehicle steering apparatus according to the first embodiment is applied.
ハンドル1にはハンドル1に反力を与える反力モータ(反力アクチュエータ)3が連結されている。また、ハンドル1の角度(ハンドル角)はハンドル角センサ2により検出される。ステアリングラック4と前輪タイヤ6,6との間には、タイロッド5,5が設けられている。
A reaction force motor (reaction force actuator) 3 that applies a reaction force to the
ステアリングラック4には、タイヤ6,6を転舵させるトルクを発生する転舵モータ(転舵アクチュエータ)7が、変速機8を介して連結されている。転舵角センサ9は、転舵モータ7の回転角(≒前輪6,6の実転舵角)を検出する。
A steering motor (steering actuator) 7 that generates torque for steering the
操舵コントローラ10は、ハンドル角センサ2、車速センサ13、転舵角センサ9の出力に基づいて、反力指令トルクおよび転舵指令トルクを算出し、転舵モータドライバ(転舵ドライバ)11に対し転舵指令トルクを出力するとともに、反力モータドライバ(反力ドライバ)12に対し反力指令トルクを出力する。
The
転舵モータドライバ11は、転舵指令トルクに基づいて、転舵モータ7の電流を制御する。反力モータドライバ12は、反力指令トルクに基づいて、反力モータ3の電流を制御する。
The steered
次に、作用を説明する。
[操舵制御処理]
図2は、操舵コントローラ10で実行される操舵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 control processing]
FIG. 2 is a flowchart showing the flow of the steering control process executed by the
ステップS1では、ハンドル角センサ2その他の信号に基づいて、目標タイヤ転舵角δ*を計算し(目標転舵角算出手段に相当)、ステップS2へ移行する。目標タイヤ転舵角δ*の算出方法の一例としては、下記の式(1)が挙げられる。
δ*=G(v)・θ …(1)
ここで、θはハンドル角、G(v)はステアリングギア比に相当する。vは車速を表しており、G(v)は車速可変であることを示す。その他、多くの手法が提案されているが、本特許の範疇外であるため、詳細は省略する。
In step S1, a target tire turning angle δ * is calculated based on the steering
δ * = G (v) ・ θ… (1)
Here, θ corresponds to the steering wheel angle, and G (v) corresponds to the steering gear ratio. v represents the vehicle speed, and G (v) indicates that the vehicle speed is variable. Many other methods have been proposed, but since they are out of the scope of this patent, details are omitted.
ステップS2では、車速センサ13の信号に基づいて、転舵角サーボの特性を決定し(転舵サーボ手段に相当)、ステップS3へ移行する。この詳細は後段で説明する。 In step S2, the characteristic of the turning angle servo is determined based on the signal from the vehicle speed sensor 13 (corresponding to the turning servo means), and the process proceeds to step S3. Details of this will be described later.
ステップS3では、転舵角センサ9の信号である実タイヤ転舵角δと目標タイヤ転舵角δ*により、転舵モータ7の目標トルクTδ *を算出し、ステップS4へ移行する。 In step S3, the target torque T δ * of the steered motor 7 is calculated from the actual tire turning angle δ and the target tire turning angle δ * , which are signals from the turning angle sensor 9, and the process proceeds to step S4.
ステップS4では、反力モータ3の目標トルクTθ *を算出し(目標操舵反力算出手段に相当)、本制御を終了する。この詳細は後段で説明する。
In step S4, the target torque Tθ * of the
転舵モータドライバ11、反力モータドライバ12の内容は電流サーボである。電流サーボの設計は制御系設計理論を用いる。公知技術であり、ここでは詳細を省略する。
The contents of the steered
次に、実施例1のステップS2,ステップS4の詳細を説明する。
[転舵角サーボ特性決定]
まず、ステップS2の転舵角サーボ特性の決定方法について説明する。図3に、2自由度制御系による転舵角サーボ制御ブロックを示す。図3において、P(s)は制御対象モデル、C(s)はフィードバック制御器を表す。F(s)は目標転舵角δ*に対する実転舵角δの目標値応答を表す。F(s)の出力を目標転舵角補正値δ**と表記することにする。
Next, details of step S2 and step S4 of the first embodiment will be described.
[Determination of turning angle servo characteristics]
First, the method for determining the turning angle servo characteristic in step S2 will be described. FIG. 3 shows a turning angle servo control block by a two-degree-of-freedom control system. In FIG. 3, P (s) represents a controlled object model and C (s) represents a feedback controller. F (s) represents the target value response of the actual turning angle δ with respect to the target turning angle δ * . The output of F (s) will be expressed as a target turning angle correction value δ ** .
まず、P(s)の導出法の一例を示す。転舵軸まわりのモデルを、下記の式(2)で近似する。
Tδ=Iδ・s2δ+Cδ・sδ+ξNf(s)/Df(s)・δ …(2)
ここで、sはラプラス演算子で微分を表し、Tδは転舵モータトルク転舵軸まわり換算値、Iδはモータ、変速機、ステアリングラック、タイロッド、タイヤ等を含めた転舵装置の転舵軸まわりの慣性モーメント、Cδは転舵装置の転舵軸まわりの粘性係数である。また、ξはキャスタートレール、Nf(s)/Df(s)は転舵角δから前輪横力(左右2輪合計)までの伝達関数である。
First, an example of P (s) derivation method is shown. The model around the turning axis is approximated by the following equation (2).
T δ = I δ・ s 2 δ + C δ・ sδ + ξN f (s) / D f (s) ・ δ… (2)
Here, s is the Laplace operator, and T δ is the converted value around the turning torque of the turning motor torque, and I δ is the turning value of the turning device including the motor, transmission, steering rack, tie rod, tire, etc. moment of inertia around the steering axis, the C [delta] is a viscosity coefficient of around turning shaft of the turning device. Further, ξ is a caster rail, and N f (s) / D f (s) is a transfer function from the turning angle δ to the front wheel lateral force (total of left and right wheels).
これを伝達関数表現すると、下記の式(3)に示すP(s)が得られる。
δ=[Df(s)/{Iδ・s2+Cδ・s+ξNf(s)}]・Tδ=P(s)・Tδ …(3)
F(s)は、例えば、1次遅れ特性が上げられる。それを伝達関数で書くと、下記の式(4)となる。
F(s)=1/(Ta・s+1) …(4)
ここで、Taは遅れ時間を表す。目標転舵角δ*が時刻ゼロでステップ上に変化した時の目標転舵角補正値δ**の応答を、図4に示す。
When this is expressed as a transfer function, P (s) shown in the following equation (3) is obtained.
δ = [D f (s) / {I δ · s 2 + C δ · s + ξN f (s)}] · T δ = P (s) · T δ … (3)
For example, F (s) has a first-order lag characteristic. When it is written as a transfer function, the following equation (4) is obtained.
F (s) = 1 / (T a · s + 1) (4)
Here, Ta represents a delay time. FIG. 4 shows the response of the target turning angle correction value δ ** when the target turning angle δ * changes stepwise at time zero.
フィードバック制御器C(s)は、P(s)とC(s)からなるシステムが安定となるように設計する。ただし、車速vに応じてC(s)の設定を変える。フィードバック制御器C(s)の入出力関係を、下記の式(5)に示す。
Tδ_fb *=−C(s)・(δ−δ**)=−{N_fb(s)/D_fb(s)}(δ−δ**) …(5)
ここで、sはラプラス演算子を表す。Tδ_fb *は転舵モータ指令トルクTδ *のフィードバック分を表す。フィードフォワード分は、図3中のF(s)/P(s)・δ*である。
The feedback controller C (s) is designed so that the system composed of P (s) and C (s) is stable. However, the C (s) setting is changed according to the vehicle speed v. The input / output relationship of the feedback controller C (s) is shown in the following equation (5).
T δ_fb * = −C (s) ・ (δ−δ ** ) = − {N _fb (s) / D _fb (s)} (δ−δ ** )… (5)
Here, s represents a Laplace operator. T δ_fb * represents a feedback amount of the steered motor command torque T δ * . The feedforward component is F (s) / P (s) · δ * in FIG.
低速では、偏差δ-δ**に対する定常フィードバックが有限になるようにC(s)を設定する。すなわち、C(0)が有限値であるように設定する。C(s)をPD制御(比例+微分制御)で実現した例を、下記の式(6)に示す。
C(s)=Kpδ+Kdδ・s …(6)
ここで、Kpδ,Kdδは(比例/微分ゲイン)を表す。C(0)をフィードバック制御器C(s)の定常ゲインと呼ぶ。
At low speed, C (s) is set so that steady feedback with respect to the deviation δ-δ ** becomes finite. That is, C (0) is set to be a finite value. An example of realizing C (s) by PD control (proportional + differential control) is shown in the following formula (6).
C (s) = K pδ + K dδ・ s (6)
Here, K pδ and K dδ represent (proportional / differential gain). C (0) is called the steady gain of the feedback controller C (s).
式(6)における定常ゲインは、Kpδである。KdδはKpδに合わせてフィードバック系が安定となるように設定する。 The steady gain in Equation (6) is K pδ . K dδ is set according to K pδ so that the feedback system becomes stable.
高速になる程、定常ゲインC(0)を大きくする。式(7)のように、分母にsを含ませてC(0)を無限大にしてもよい。
C(s)=−N_fb(s)/{s・D_fb(s)} …(7)
The steady gain C (0) is increased as the speed increases. As in equation (7), C (0) may be infinite by including s in the denominator.
C (s) = − N _fb (s) / {s ・ D _fb (s)}… (7)
図5に、定常ゲインの車速依存性の例を示す。
この結果、低速では目標タイヤ転舵角補正値δ**と実タイヤ転舵角δとの間に偏差が生じる可能性がある。そのため、定常ゲインが低い車速範囲を広く設定すると、後に述べるラック軸力推定の車速範囲は広がるものの、偏差δ-δ**が生じる範囲も広がるため、両者のトレードオフを考えて設定する。
FIG. 5 shows an example of the vehicle speed dependence of the steady gain.
As a result, at low speed, there is a possibility that a deviation occurs between the target tire turning angle correction value δ ** and the actual tire turning angle δ. Therefore, if the vehicle speed range with a low steady gain is set wide, the range of rack axial force estimation described later is widened, but the range where the deviation δ-δ ** is also widened.
[反力トルクモータ計算]
次に、ステップS4の詳細を説明する。反力モータ指令トルクは、下記の式(8)で表される。
Tθ *=Kpθ・(δ−δ**)+Kdθ・s・(δ−δ**) …(8)
回転に関する物理量の符号を左回転正とする。すなわちθ,δは左回転正であり、Tθ *が正の時、ハンドルは左回転が発生する方向にハンドルの反力が発生するものとする。
[Reaction torque motor calculation]
Next, details of step S4 will be described. The reaction motor command torque is expressed by the following equation (8).
T θ * = K pθ・ (δ−δ ** ) + K dθ・ s ・ (δ−δ ** )… (8)
The sign of the physical quantity related to rotation is assumed to be left rotation positive. That is, θ and δ are counterclockwise positive, and when Tθ * is positive, the handle generates a reaction force of the handle in the direction in which the counterclockwise rotation occurs.
今、偏差δ-δ**が正、すなわち、目標値よりも実転舵角が左に切られている状況を考える。そのとき反力も左に切られるように電流が生じるためにKpθの符号を正に設定する。また、偏差δ-δ**が正の方向へ変化する状況、すなわち、目標値よりも実転舵角が左に切り始められる状況でも左に切られるように電流が生じるためにKdθの符号を正に設定する。 Consider a situation where the deviation δ-δ ** is positive, that is, the actual turning angle is turned to the left of the target value. At this time, since the current is generated so that the reaction force is also cut to the left, the sign of K pθ is set to be positive. In addition, since the current is generated so that the deviation δ-δ ** changes in the positive direction, i.e., when the actual turning angle starts to turn to the left with respect to the target value, the sign of K dθ Set to positive.
[従来技術の問題点]
ステアバイワイヤ方式による車両用操舵装置では、ハンドルとステアリングギアとの間に機械的連結が無いため、ハンドルに対し反力アクチュエータを用いて操舵に応じた反力を発生させている。ハンドルの反力はヨーレイトセンサや加速度センサ、ハンドル角センサの信号を用いて生成する方式も検討されているが、タイヤが縁石等に接触したことをドライバに反力として知らせるためにはそれらの信号では不十分である。
[Problems of conventional technology]
In the steer-by-wire vehicle steering apparatus, since there is no mechanical connection between the handle and the steering gear, a reaction force corresponding to the steering is generated on the handle using a reaction force actuator. The method of generating the reaction force of the steering wheel using the signals of the yaw rate sensor, acceleration sensor, and steering wheel angle sensor is also being studied, but these signals are used to inform the driver that the tire has touched the curb as a reaction force. Is not enough.
すなわち、ヨーレイトや加速度は車両挙動を表す物理量であるから、タイヤが縁石に接触してからそれらに変化が現れるのに遅れが存在するため、それに基づいて生成された反力も遅れが発生し、ダイレクトな反力感が得られないためである。また、ステアバイワイヤの機構上、縁石等による外力がステアリングラックに加えられてもハンドル角は変化しないため、ハンドル角に基づく反力制御では前記外力を生成することはできない。 In other words, since yaw rate and acceleration are physical quantities that represent vehicle behavior, there is a delay in the change that occurs after the tire contacts the curb, so the reaction force generated based on it also has a delay. This is because a feeling of reaction force cannot be obtained. Further, because of the steer-by-wire mechanism, the handle angle does not change even when an external force such as a curb is applied to the steering rack. Therefore, the external force cannot be generated by the reaction force control based on the handle angle.
そこで、縁石接触の反力を生成する手段として、ラック軸力により反力を生成することが考えられる。例えば、ラック軸力の定数倍を反力に付与する。ラック軸力は直接計測することも考えられるが、軸力センサは一般に耐久性、信頼性、その他搭載性から難しい場合が多い。そのため、特開平10−310074号公報の『操舵制御装置』に示されるラック軸力推定が検討されている。 Therefore, as a means for generating the reaction force of the curb contact, it can be considered that the reaction force is generated by the rack axial force. For example, a constant multiple of the rack axial force is applied to the reaction force. Although it is conceivable to directly measure the rack axial force, an axial force sensor is generally difficult in terms of durability, reliability, and other mountability. Therefore, rack axial force estimation disclosed in “Steering control device” of JP-A-10-310074 is being studied.
先に述べたように、ステアバイワイヤではハンドル角その他の情報に基づき目標タイヤ転舵角が算出され、実タイヤ転舵角は目標タイヤ転舵角に一致するようにサーボ制御される。ステアリングギアにはタイヤ転舵用モータが接続されており、ラック軸力をそのモータに流れる電流に基づいて推定することが上記従来技術の概要である。 As described above, in steer-by-wire, the target tire turning angle is calculated based on the steering wheel angle and other information, and the actual tire turning angle is servo-controlled so as to coincide with the target tire turning angle. A tire steering motor is connected to the steering gear, and it is an outline of the above prior art to estimate the rack axial force based on the current flowing through the motor.
一般に、実タイヤ転舵角と目標タイヤ転舵角の誤差が存在しないように、フィードバックゲインは大きな値に設定される。その結果、図6に示すようにモータ電流は高周波成分を含むものとなる。この定数倍を反力に付与すると、反力には不快な高周波振動成分が加わるため、ローパスフィルタ等を用いて高周波ノイズを低減する必要がある。 Generally, the feedback gain is set to a large value so that there is no error between the actual tire turning angle and the target tire turning angle. As a result, the motor current includes a high frequency component as shown in FIG. If this constant multiple is applied to the reaction force, an unpleasant high-frequency vibration component is added to the reaction force, so it is necessary to reduce high-frequency noise using a low-pass filter or the like.
その結果、低速時にハンドルを急転舵させてタイヤが縁石に強打する状況や、低速時に縁石に乗り上げたりしてステアリングギアに大きなラック軸力が加わる状況において、縁石接触時のダイレクトな反力を生成することができず、ドライバは転舵を続行するため、場合によってはステアリングギアを含めた操舵系の耐久信頼性が低下するおそれがある。 As a result, a direct reaction force at the time of curb contact is generated in situations where the steering wheel is steered suddenly at low speed and the tire hits the curb at a low speed, or when a large rack axial force is applied to the steering gear by climbing on the curb at low speed Since the driver continues to steer, the durability reliability of the steering system including the steering gear may be lowered in some cases.
[低速時の定常ゲイン設定作用]
これに対し、実施例1の車両用操舵装置では、低速時にはフィードバック制御器C(s)の定常ゲインC(0)を有限値に設定し、ラック軸力を迅速にハンドル反力に反映させることにより、ハンドルおよびタイヤが切り戻されてラック軸力が低減し、前記のような状況での前輪操舵系の耐久信頼性低下を防止できる。以下、その理由を説明する。
[Operation of steady gain at low speed]
In contrast, in the vehicle steering system of the first embodiment, the steady state gain C (0) of the feedback controller C (s) is set to a finite value at low speeds, and the rack axial force is quickly reflected in the steering reaction force. As a result, the steering wheel and the tire are cut back, and the rack axial force is reduced, so that it is possible to prevent a decrease in durability reliability of the front wheel steering system in the above situation. The reason will be described below.
低速では、転舵角サーボ制御の定常ゲインを有限値としたため、ラック軸力が加わった場合、目標タイヤ転舵角補正値δ**と実タイヤ転舵角δには偏差が発生することになる。PD制御を用いた時のラック軸力Fδと偏差δ-δ**は以下の関係がある。
Fδ={−Kpδ・(δ−δ**)−Kdδ・s・(δ−δ**)}・cδ …(9)
At low speed, the steady gain of the steering angle servo control is a finite value, so that when the rack axial force is applied, a deviation occurs between the target tire turning angle correction value δ ** and the actual tire turning angle δ. Become. The rack axial force Fδ and deviation δ-δ ** when using PD control have the following relationship.
F δ = {− K pδ・ (δ−δ ** ) −K dδ・ s ・ (δ−δ ** )} ・ c δ (9)
式(9)中のcδは、転舵モータトルクをラック軸力に換算するための係数である。式(9)に示されるように、ラック軸力が大きくなるにつれ、偏差も大きくなることが判る。反力トルクである式(8)を再掲する。
Tθ *=Kpθ・(δ−δ**)+Kdθ・s・(δ−δ**) …(8)
In the equation (9), c δ is a coefficient for converting the steered motor torque into the rack axial force. As shown in equation (9), it can be seen that the deviation increases as the rack axial force increases. Equation (8), which is the reaction torque, is shown again.
T θ * = K pθ・ (δ−δ ** ) + K dθ・ s ・ (δ−δ ** )… (8)
ハンドル転舵によるタイヤの縁石強打時や縁石乗り上げ時には偏差δ-δ**が発生し、式(8)により迅速にハンドルに反力が反映されることになる。 Deviation δ-δ ** occurs when the tire is struck hard by curbing the steering wheel or when the curb is climbing up, and the reaction force is quickly reflected on the steering wheel by equation (8).
ここで、『迅速』の意味を補足する。式(9)で表されるPD制御のように、低速では偏差を許容する制御のため、偏差δ-δ**の正負の切り替わりが発生しない。すなわち、高周波のノイズが発生しないため、式(8)で反力を与えたとしても、高周波の反力は発生しない。従来の電流による推定ではローパスフィルタが必要で、迅速な反力は生成できなかったが、式(8)に示すようにローパスフィルタ無しで反力を与えるため、迅速な反力が生成できる。 Here, the meaning of “quick” is supplemented. As in the PD control represented by the equation (9), since the deviation is allowed at a low speed, the deviation Δ−δ ** does not switch between positive and negative. That is, since no high frequency noise is generated, even if the reaction force is given by the equation (8), no high frequency reaction force is generated. In the conventional estimation using current, a low-pass filter is required, and a quick reaction force cannot be generated. However, since a reaction force is applied without a low-pass filter as shown in Equation (8), a quick reaction force can be generated.
その結果、ハンドルは切り戻されるトルクが発生し、ドライバはその反力を感じて操舵を中止もしくは弱めるか、もしくは反力自体によりハンドル操舵が弱められる。結果として、転舵続行による前輪操舵系の耐久信頼性の低下を効果的に防止できる。 As a result, the steering wheel generates a torque to be turned back, and the driver feels the reaction force to stop or weaken the steering, or the steering force is weakened by the reaction force itself. As a result, it is possible to effectively prevent a decrease in durability reliability of the front wheel steering system due to continued steering.
結論として、フィードバック制御器C(s)の定常ゲインを低速時には有限にし、高速程それを大きくなるように設定することにより、低速時の迅速な反力制御の実現、高速域の運転操作の正確さを両立することができる。また、低速で転舵角サーボの定常ゲインを比較的に小さく設定することにより、転舵の剛性が下がり、その結果、縁石強打による前輪転舵機構の耐久性低下を抑制できる。 In conclusion, by setting the steady gain of the feedback controller C (s) to be finite at low speeds and increasing it at higher speeds, quick reaction force control at low speeds can be achieved, and high-speed driving operation can be accurately performed. Both can be balanced. Further, by setting the steady gain of the turning angle servo at a low speed at a relatively low value, the rigidity of the turning is lowered, and as a result, it is possible to suppress the decrease in the durability of the front wheel turning mechanism due to the curb striking.
先の議論で述べたように、低速程ハンドル操舵量が大きくなる傾向があり、その正確さは要求されない傾向にあるため、偏差δ-δ**の許容範囲は大きくなる。すなわち、低速程、転舵角サーボの定常ゲインC(0)を小さく設定することができる。よって、同じラック軸力でも偏差は大きくなるため、同じ反力を発生させるためには反力のフィードバック係数Kpθ,Kdθを小さく設定できる。その結果、偏差の量子誤差の反力への影響は低減され、より滑らかな反力制御が実現できる。 As described in the previous discussion, the steering amount tends to increase at lower speeds, and the accuracy thereof tends not to be required. Therefore, the allowable range of the deviation δ-δ ** increases. That is, the steady gain C (0) of the turning angle servo can be set smaller as the speed decreases. Therefore, the deviation becomes large even with the same rack axial force, so that the reaction force feedback coefficients K pθ and K dθ can be set small in order to generate the same reaction force. As a result, the influence of the deviation quantum error on the reaction force is reduced, and smoother reaction force control can be realized.
次に、効果を説明する。
実施例1の車両用操舵装置のあっては、以下に列挙する効果が得られる。
Next, the effect will be described.
With the vehicle steering apparatus according to the first embodiment, the following effects can be obtained.
(1) 操舵コントローラ10は、車速vが所定値以下のとき、フィードバック制御器C(s)の定常ゲインC(0)を有限値に設定するため、ラック軸力が加わった場合は、目標タイヤ転舵角補正値δ**と実タイヤ転舵角δには偏差が発生し、迅速にハンドル1に反力が反映され、結果としてドライバにより転舵が続行され操舵系の耐久信頼性が低下するのを防止できる。
(1) The
(2) 操舵コントローラ10は、フィードバック制御器C(s)の定常ゲインC(0)を、車速vが高くなるほど大きな値に設定するため、車速vが高くなるほど目標タイヤ転舵角補正値δ**と実タイヤ転舵角δの偏差を小さくできる。よって、低速時の迅速な反力制御と高速走行域での運転操作の正確さとの両立を図ることができる。
(2) Since the
(3) 操舵コントローラ10は、反力モータ指令トルクTθ *を、目標タイヤ転舵角補正値δ**と実タイヤ転舵角δの偏差の定数倍と偏差の微分値を含む形(式(8)参照)に設定したため、ローパスフィルタを介して反力を与えていた従来技術に比して、より迅速な反力が生成できる。
(3) The
1 ハンドル
2 ハンドル角センサ
3 反力モータ
4 ステアリングラック
5 タイロッド
6 前輪タイヤ
7 転舵モータ
8 変速機
9 転舵角センサ
10 操舵コントローラ
11 転舵モータドライバ
12 反力モータドライバ
13 車速センサ
DESCRIPTION OF
Claims (3)
この前輪転舵用ステアリングギアに連結され、前輪を転舵するトルクを発生する転舵アクチュエータと、
前記ハンドルに操舵反力を与えるトルクを発生する反力アクチュエータと、
を備えた車両用操舵装置において、
ハンドル角に基づいて目標転舵角を算出する目標転舵角算出手段と、
目標転舵角と実転舵角に基づいて転舵アクチュエータの目標転舵トルクを算出する転舵角サーボ手段と、
前記転舵アクチュエータに対し目標転舵トルクを得る制御指令を出力する転舵ドライバと、
目標転舵角と実転舵角との偏差に基づいて目標操舵反力トルクを算出する目標操舵反力算出手段と、
前記反力アクチュエータに対し目標操舵反力トルクを得る制御指令を出力する反力ドライバと、
を設け、
前記転舵角サーボ手段は、車速が所定値以下のとき、フィードバックの定常ゲインを有限値に設定することを特徴とする車両用操舵装置。 A steering gear for steering the front wheels mechanically separated from the steering wheel that receives the steering input;
A steering actuator that is coupled to the front-wheel steering steering gear and generates torque for steering the front wheels;
A reaction force actuator that generates a torque that applies a steering reaction force to the handle;
In a vehicle steering apparatus comprising:
A target turning angle calculating means for calculating a target turning angle based on the steering wheel angle;
A turning angle servo means for calculating a target turning torque of the turning actuator based on the target turning angle and the actual turning angle;
A steering driver that outputs a control command for obtaining a target steering torque to the steering actuator;
A target steering reaction force calculating means for calculating a target steering reaction force torque based on a deviation between the target turning angle and the actual turning angle;
A reaction force driver that outputs a control command to obtain a target steering reaction force torque to the reaction force actuator;
Provided,
The steering angle servo means sets a steady gain of feedback to a finite value when the vehicle speed is a predetermined value or less.
前記転舵角サーボ手段は、フィードバックの定常ゲインを、車速が高くなるほど大きな値に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,
The steering angle servo means sets a steady gain of feedback to a larger value as the vehicle speed increases.
前記目標操舵反力算出手段は、目標操舵反力トルクを、目標転舵角と実転舵角の偏差の定数倍と偏差の微分値とを含む形に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 or 2,
The target steering reaction force calculation means sets the target steering reaction force torque in a form including a constant multiple of the deviation between the target turning angle and the actual turning angle and a differential value of the deviation. apparatus.
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