JP2006088867A - Vehicular steering device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、電動パワーステアリング装置をはじめとする車両用操舵装置、特に、自動車等に搭載された車両用操舵手段の制御を含む車両用操舵装置に関するものである。 The present invention relates to a vehicle steering apparatus including an electric power steering apparatus, and more particularly to a vehicle steering apparatus including control of a vehicle steering means mounted on an automobile or the like.
車両のドライバは、一般に道路の湾曲部や交差点を曲がる際に操舵を行い、その後直進走行に復帰する際に、タイヤの路面反力トルクによるハンドルの自発的な戻り力を利用してハンドルを戻す操作を行う。しかしながら、車速が低速域にある場合や凍結路などの滑り易い路面状況においてはタイヤの路面反力トルクが弱いため、上記路面反力トルクがステアリング機構の摩擦トルク以下となってしまい、直進復帰時にハンドルが戻らないことがある。 In general, a vehicle driver steers when turning a curved portion or an intersection of a road, and then returns the steering wheel by using a self-returning force of the steering wheel due to a road surface reaction torque of the tire when returning to straight traveling. Perform the operation. However, when the vehicle speed is in a low speed range or in slippery road conditions such as frozen roads, the road surface reaction torque of the tire is weak, so the road surface reaction torque becomes less than the friction torque of the steering mechanism, and when returning straight ahead The handle may not return.
したがって、このような状況下では、ドライバが自ら戻し方向へトルクを加えてハンドルを中立点まで戻さなければならず、操舵フィーリングが低下するという課題があった。これに対し、ハンドル角信号、操舵トルク信号を備えた電動パワーステアリング制御装置においては、操舵トルクに基づいてハンドル角を中立点へ戻す制御が行なわれている。(例えば特許文献1及び2参照)。
Therefore, under such circumstances, the driver has to apply torque in the return direction to return the steering wheel to the neutral point, which causes a problem that steering feeling is lowered. On the other hand, in the electric power steering control device provided with the steering wheel angle signal and the steering torque signal, control for returning the steering wheel angle to the neutral point is performed based on the steering torque. (For example, refer to
また、ハンドル角信号を利用しないハンドル戻し制御を行うものとして、操舵トルクに応じて電動パワーステアリングのアシスト制御を中立点ではハンドルが復帰する方向へ制御することも行なわれている。(例えば特許文献3参照)。 In addition, as control for returning the steering wheel without using the steering wheel angle signal, assist control of the electric power steering is controlled in a direction in which the steering wheel returns at the neutral point according to the steering torque. (For example, refer to Patent Document 3).
更に、操舵トルクやハンドル角を利用せずにハンドル戻し制御を行うものとして、タイヤに発生する路面反力トルクを推定し、前記路面反力トルクに応じてハンドルを中立点へ戻すことも行なわれている。(例えば特許文献4参照)。 Further, assuming that the steering wheel return control is performed without using the steering torque or the steering wheel angle, the road surface reaction torque generated in the tire is estimated, and the steering wheel is returned to the neutral point according to the road surface reaction torque. ing. (For example, refer to Patent Document 4).
更にまた、路面反力トルクの推定に当たって電流検出器、操舵トルク検出器、モータ角速度検出器、モータ角加速度検出器などの出力にもとづいてステアリング軸反力トルクをマイコンにて演算し、その演算結果にもとづいて路面反力トルクを推定することも行なわれている。(例えば特許文献5参照)。 Furthermore, in estimating the road surface reaction torque, the microcomputer calculates the steering shaft reaction torque based on the outputs from the current detector, steering torque detector, motor angular velocity detector, motor angular acceleration detector, etc. The road surface reaction torque is also estimated based on the above. (For example, refer to Patent Document 5).
従来の車両用操舵手段の制御は上記のようになされていたため、操縦する車両の車速が大きくなりハンドル角が小さい領域では、ハンドル戻し制御を行うために十分なハンドル角の分解能が得られない場合があり、このような状況で制御を行う場合には、ドライバの操舵フィーリングが低下するという問題点があった。また、ハンドル角信号がセンサ信号のフェールなどで得られない場合は、全ての領域でハンドル戻しが実施できない状況になるという問題点もあった。 Since conventional vehicle steering means control has been performed as described above, when the vehicle speed of the vehicle to be steered is large and the steering wheel angle is small, sufficient steering wheel angle resolution to perform steering wheel return control cannot be obtained. When the control is performed in such a situation, there is a problem that the steering feeling of the driver is lowered. In addition, when the steering wheel angle signal cannot be obtained due to a failure of the sensor signal, there is a problem that the steering wheel cannot be returned in all areas.
更に、操舵トルクが発生しない領域では戻し補償が行われず、トルクセンサの不感帯領域においては、戻しトルクが発生しないためドライバが自らハンドル操作を行わなければならないという問題点があった。
更にまた、低速走行時などの路面反力が小さい領域ではハンドル戻りは向上するが、ハンドル角を中立点に復帰するような制御になっていないため必ずしもドライバの期待通りのハンドル角位置まで戻し力を制御することができないという問題点があった。
Further, there is a problem that the return compensation is not performed in the region where the steering torque is not generated, and the driver must perform the steering operation himself because the return torque is not generated in the dead zone region of the torque sensor.
Furthermore, although the steering wheel return is improved in areas where the road surface reaction force is small, such as when driving at low speeds, it is not controlled to return the steering wheel angle to the neutral point. There was a problem that could not be controlled.
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、操縦する車両の車速が大きくなりハンドル角が小さい領域では十分なハンドル戻し制御を行うハンドル角の分解能が得られない場合においても、ドライバが良好な操舵フィーリングを得ることが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 to solve the above-described problems. In the case where the vehicle speed of the vehicle to be steered is large and the steering wheel angle cannot be sufficiently resolved in the region where the steering wheel angle is small, the steering wheel angle cannot be sufficiently resolved. Another object of the present invention is to provide a vehicle steering apparatus that allows a driver to obtain a good steering feeling.
この発明は、また、ハンドル角信号がセンサ信号のフェールなどで得られない場合においても、ドライバにとって違和感のないハンドル戻し制御を行うことができる車両用操舵装置を提供することを目的とする。 Another object of the present invention is to provide a vehicle steering apparatus that can perform a steering wheel return control that does not give a driver a sense of incongruity even when a steering wheel angle signal cannot be obtained due to a sensor signal failure or the like.
この発明は、更に、操舵トルクが発生せず従来ドライバが自らハンドル操作を行わなければならない領域においても、ドライバの操作なしにハンドル角が中立点まで復帰するハンドル戻し制御を行うことができる車両用操舵装置を提供することを目的とする。 Further, the present invention is for a vehicle capable of performing a steering wheel return control in which a steering wheel angle returns to a neutral point without a driver's operation even in a region where a conventional driver has to perform a steering operation himself without generating a steering torque. An object is to provide a steering device.
この発明は、更にまた、低速走行時などの路面反力が小さい領域においても、ハンドル角が中立点まで復帰するハンドル戻し制御を行うことができる車両用操舵装置を提供することを目的とする。 A further object of the present invention is to provide a vehicle steering apparatus that can perform a steering wheel return control in which the steering wheel angle returns to a neutral point even in a region where the road surface reaction force is small, such as when traveling at a low speed.
この発明に係る車両用操舵装置は、運転者による操舵機構の操舵を補助するためのトルクを発生するモータを制御するための車両用操舵装置において、車輪に生じる路面反力トルクを検出する路面反力トルク検出器、ハンドル角を検出するハンドル角検出器、車速を検出する車速検出器及び前記各検出器の検出信号にもとづいて、前記運転者の操舵時に少なくとも前記ハンドル角を中立位置に戻すために補助すべき戻しトルクを演算する戻し補償器を備え、前記戻し補償器は、前記路面反力トルク及び車速に基づいてハンドルを中立位置に戻すための第1の戻しトルクを演算する第1の戻しトルク補償器と、前記ハンドル角及び車速に基づいてハンドルを中立位置に戻すための第2の戻しトルクを演算する第2の戻しトルク補償器を有し、前記戻し補償器は前記車速があらかじめ記憶された所定の車速より小さい場合には、第2の戻しトルクを第1の戻しトルクに加算した戻しトルクを前記戻し補償器の出力とし、前記車速が前記所定の車速より大きい場合には、第1の戻しトルクを前記戻し補償器の出力とするものである。 A vehicle steering apparatus according to the present invention is a vehicle steering apparatus for controlling a motor that generates a torque for assisting a steering of a steering mechanism by a driver, and detects a road surface reaction torque generated on a wheel. Based on a force torque detector, a steering wheel angle detector that detects a steering wheel angle, a vehicle speed detector that detects a vehicle speed, and a detection signal of each of the detectors, at least the steering wheel angle is returned to the neutral position when the driver steers. A return compensator for calculating a return torque to be assisted, wherein the return compensator calculates a first return torque for returning the steering wheel to a neutral position based on the road surface reaction force torque and the vehicle speed. A return torque compensator, and a second return torque compensator for calculating a second return torque for returning the handle to the neutral position based on the handle angle and the vehicle speed, When the vehicle speed is smaller than a predetermined vehicle speed stored in advance, the return compensator uses the return torque obtained by adding the second return torque to the first return torque as the output of the return compensator, and the vehicle speed is the predetermined vehicle speed. When the vehicle speed is greater than the first vehicle speed, the first return torque is used as the output of the return compensator.
この発明に係る車両用操舵装置は上記のように、車速と路面反力トルクに基づいた第1の戻し補償器と、車速とハンドル角に基づいた第2の戻し補償器とによって戻し補償器が構成されているため、車速が低く十分に路面反力が得られない状況下においても所望のハンドル戻し制御を行うことが可能となる。 As described above, the vehicular steering apparatus according to the present invention includes the first return compensator based on the vehicle speed and the road surface reaction torque, and the second return compensator based on the vehicle speed and the steering wheel angle. Thus, the desired steering wheel return control can be performed even in a situation where the vehicle speed is low and sufficient road surface reaction force cannot be obtained.
また、第1の戻し補償トルク演算器、第2の戻し補償トルク演算器を備えることで路面反力トルク信号、ハンドル角信号のどちらか一方のセンサ信号がフェールして得られない場合においても、どちらか一方の戻し補償器の出力が得られるためドライバの操舵フィーリングの低下を最小限に抑えることが可能となる。 In addition, even when either the road surface reaction force torque signal or the steering wheel angle signal fails to be obtained by providing the first return compensation torque calculator and the second return compensation torque calculator, Since the output of either one of the return compensators can be obtained, it is possible to minimize the deterioration of the driver's steering feeling.
更に、車速に応じた摩擦トルクを補償することで最適なハンドル戻しトルク補償が可能となり、ステアリング機構の摩擦が経年変化した場合にも、所望のハンドル戻しを行うことが可能となる。 Furthermore, the optimum steering wheel return torque can be compensated by compensating the friction torque according to the vehicle speed, and the desired steering wheel return can be performed even when the friction of the steering mechanism changes over time.
更に、角度依存の摩擦トルクを補償することが可能となるため、ドライアスファルトや滑り易い路面状況下においても所望のハンドル戻しを行うことが可能となる。 Furthermore, since the angle-dependent friction torque can be compensated, a desired steering wheel return can be performed even under dry asphalt or slippery road conditions.
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1を図に基づいて説明する。図1は、この発明に係る代表的な車両用操舵装置系の全体構成を示す概略図である。この図に示すように、車両用操舵装置系は、ハンドル1からステアリング軸2を通じ、ステアリング軸2に付加されるモータ5の出力と足し合わせたトルクをステアリングギアBOX3を通じて数倍にし、ラック&ピニオン機構6を通じてタイヤ7を駆動する仕組みである。
次に、力学的・電気的な構成について説明する。車両用操舵装置は、ドライバの操舵トルク9に応じたアシストトルク10を発生させることを主な機能とする。
電気的には、ドライバがハンドル1を切った時の操舵トルク9をトルクセンサ4で測定し、制御装置8に操舵トルク検出信号13として信号が送られる。制御装置8はモータ5の状態量である電流検出信号15及び電圧検出信号16と操舵トルク検出信号13とによりアシストトルク10を発生させるための印加電圧14を演算し、モータ5に印加する。
Next, the mechanical and electrical configuration will be described. The vehicle steering device has a main function of generating an assist torque 10 corresponding to the
Electrically, the
力学的には、操舵トルク9とアシストトルク10の和がステアリング軸反力トルク17に抗してステアリングを回転させる。また、ハンドル1を回転させる時にはモータ5の慣性も作用し、結局以下の関係式が成立する。
Mechanically, the sum of the
Ttran=Thdl+Tassist- J・dω/dt (1)
ただし、Ttranはステアリング軸反力トルク、Thdlは操舵トルク、Tassistはアシストトルク10、J・dω/dtはモータの慣性トルクとする。また、モータ5によるアシストトルク10は、次式の関係が成立する。
T tran = T hdl + T assist -J ・ dω / dt (1)
Here, T tran is the steering shaft reaction torque, T hdl is the steering torque, T assist is the assist torque 10, and J · dω / dt is the motor inertia torque. Further, the assist torque 10 by the
Tassist=Ggear・Kt・Imtr (2)
ただし、Ggearはモータのギア比、Ktはモータのトルク乗数、Imtrはモータの駆動電流とする。また、ステアリング軸反力トルクTtran は、路面反力トルク12とステアリング機構内の摩擦トルク11の和であり、次の式で示される。
T assist = G gear・ K t・ I mtr (2)
Where G gear is the motor gear ratio, K t is the motor torque multiplier, and I mtr is the motor drive current. Further, the steering shaft reaction force torque T tran is the sum of the road surface reaction force torque 12 and the friction torque 11 in the steering mechanism, and is expressed by the following equation.
Ttran=Talign+( Ggear・Tmfric+Tfrp) (3)
ただし、Talignは路面反力トルク、Tmfricはモータの摩擦トルク、Tfrpはモータを除く主要なステアリング軸機構内の摩擦トルクとする。
T tran = T align + (G gear · T mfric + T frp ) (3)
Where T align is the road reaction torque, T mfric is the motor friction torque, and T frp is the friction torque in the main steering shaft mechanism excluding the motor.
車両用操舵装置の制御装置8では、上述のセンサ信号から電流の目標値を演算し、これに対して、モータ5の実電流値が一致するように電流制御がなされて、モータ5は電流値のトルク定数とギア比(モータからステアリング軸間)を乗じた所定のトルクを発生し、ドライバが操舵する時のトルクをアシストする構成となっている。また、以降ステアリング軸換算のモータの摩擦トルクGgear・Tmfricとモータを除く主要なステアリング軸機構内の摩擦トルクTfrpの和を摩擦トルクTfricとする。
In the control device 8 of the vehicle steering device, the current target value is calculated from the above-described sensor signal, and the current control is performed so that the actual current value of the
実施の形態1による車両用操舵装置の構成の一例を図2に示す。ECU8及びマイコン21は図示した構成要素以外にも様々な機能を有するが、この図では実施の形態1の特徴を示す部分のみ記載する。ECU8は車速検出器22、操舵トルク検出器23、路面反力検出器24、ハンドル角検出器25の出力信号を入力として、マイコン21によるアシストマップ補償器26及び戻し補償器27にて演算される信号を加算器28で加算して電流目標値を定め、モータ32で発生しているモータ電流検出器31の出力信号と加算器29で加算することによって比較して制御電圧を決定し、モータ駆動機30にてモータ32を駆動し目的とするアシストトルクを得る構成となっている。
An example of the configuration of the vehicle steering apparatus according to the first embodiment is shown in FIG. Although the ECU 8 and the microcomputer 21 have various functions in addition to the constituent elements shown in the figure, only the portions showing the features of the first embodiment are described in this figure. The ECU 8 receives the output signals from the
ここで、マイコン21については電動パワーステアリングにおいて主要な要素であるアシストマップ補償器26及びこの発明において関係のある戻し補償器27の2つの補償器のみを表示したが、慣性補償をはじめその他の補償器を含めた構成を有するものも公知である。他の補償器を含む構成とする場合には、各補償器で演算される信号を実施の形態1と同様に加算器28で加算するものであり、加算量が増えることになるが、構成は変わらない。
Here, for the microcomputer 21, only the two compensators, the
路面反力トルクは、タイヤにロードセルなどの検出器24を取り付けることでその状態量を測定し制御要素として利用することができる。しかし、一般的にはECU8は電流検出器、操舵トルク検出器、モータ角速度検出器、モータ角加速度検出器を備えているため、これらの各検出器の出力信号にもとづいて特許文献5で提案されているようにマイコンによってステアリング軸反力トルクを演算することにより、路面反力トルク推定値を得ることも可能である。
The road surface reaction force torque can be used as a control element by measuring its state quantity by attaching a
また、ECU8がモータ角速度検出器及びモータ角加速度検出器を有していない場合においても、逆起電圧の補正などによりモータ角速度を得ることが可能となり、モータ角加速度は得られたモータ角速度信号を微分することで得ることが可能となる。
以降の実施の形態においては、路面反力トルクの検出には実施の形態1で説明した全ての手法が適用できるものとする。
Even when the ECU 8 does not have a motor angular velocity detector and a motor angular acceleration detector, the motor angular velocity can be obtained by correcting the back electromotive force, and the motor angular acceleration is obtained from the obtained motor angular velocity signal. It can be obtained by differentiating.
In the following embodiments, it is assumed that all the methods described in the first embodiment can be applied to the detection of the road surface reaction force torque.
ハンドル角は、コラム軸にハンドル角センサーなどの検出器を取り付けることでその状態量を測定し制御要素として利用することができる。また、ESC(Electronic Stability Control)の制御ECUなどよりCANなどを通じて得ることも可能である。 The handle angle can be used as a control element by measuring its state quantity by attaching a detector such as a handle angle sensor to the column shaft. Also, it can be obtained from a control ECU of ESC (Electronic Stability Control) through CAN.
図3は、上述した図2の構成のうち、主要な構成要素である戻し補償器27の詳細構成を示すブロック図である。この図に示されるように、戻し補償器27は、路面反力トルクと車速に応じてドライバフィーリングが向上するような戻し量を決定する第1の戻しトルク補償器41と、車速が一定値以下でハンドルを中立点に戻すための戻しトルクを演算する第2の戻しトルク補償器42を有し、第1の戻しトルク補償器41の出力信号と第2の戻しトルク補償器42の出力信号とを加算器43で加算することにより、戻し補償器の出力信号を発生するようにされている。このとき、加算器43の出力は目標戻しトルク電流値、目標戻しトルク値どちらであってもよい。
FIG. 3 is a block diagram showing a detailed configuration of the
次に、この実施の形態における戻し補償器27の動作を図4に示すフローチャートに基づいて説明する。まず、ステップS101で路面反力トルク検出器24により路面反力トルクを検出し、メモリに記憶する。次に、ステップS102でハンドル角検出器25によりハンドル角を検出し、メモリに記憶する。次いでステップS103で車速検出器22により車速を検出し、メモリに記憶する。次に、ステップS104で第1の戻しトルク補償器41にてマイコンに予め記憶されている路面反力トルクと車速の関係に基づいた第1の戻し補償トルクを演算する。
Next, the operation of the
更に、ステップS105で第2の戻しトルク補償器42にてマイコンに予め記憶されているハンドル角と車速の関係に基づいた第2の戻し補償トルクを演算する。
その後、ステップS106で第1の戻し補償トルクと第2の戻し補償トルクを加算器43で加算することにより戻し補償器27の出力信号を演算する。以上の過程を経てステップS107で戻し補償器27の出力を得ることができる。
In step S105, the second return torque compensator 42 calculates a second return compensation torque based on the relationship between the steering wheel angle and the vehicle speed stored in advance in the microcomputer.
Then, the output signal of the
このとき例えば、第2の戻しトルク補償器42で予めマイコンに記憶されているハンドル角と車速の関係に基づいた第2の戻し補償トルクが車速20km/h以上で出力0となるように設定することで、車速が大きくなる状況下においてハンドル戻し制御を行うハンドル角の分解能が得られない場合においても路面反力トルクに基づいた第1の戻し補償トルクで戻し補償トルクを得ることが可能となる。 At this time, for example, the second return torque compensator 42 is set so that the second return compensation torque based on the relationship between the steering wheel angle and the vehicle speed stored in the microcomputer in advance is 0 at a vehicle speed of 20 km / h or more. Thus, even when the resolution of the steering wheel angle for performing the steering wheel return control cannot be obtained under a situation where the vehicle speed increases, the return compensation torque can be obtained with the first return compensation torque based on the road surface reaction force torque. .
また、上記の例では車速20km/hで出力0となるように設定したが、EPSが搭載される車両によって路面反力トルクの発生する大きさが異なるため、第1の戻しトルク補償器41で予めマイコンに記憶されている路面反力トルクと車速の関係に基づいた第1の戻し補償トルクにて十分ドライバの期待するハンドル戻しトルクが得られる車速において第2の戻しトルク補償器42の出力を0と設定することが望ましい。
In the above example, the output is set to 0 at a vehicle speed of 20 km / h. However, since the magnitude of road surface reaction torque generated differs depending on the vehicle on which the EPS is mounted, the first
また、第1の戻しトルク補償器41、第2の戻しトルク補償器42を備えることで路面反力トルク信号及びハンドル角信号のどちらか一方のセンサ信号がフェールして得られない場合においても、どちらか一方の戻しトルク補償器の出力が得られるためドライバの操舵フィーリングの低下を最小限に抑えることが可能となる。
In addition, even when either the road surface reaction force torque signal or the steering wheel angle signal fails to be obtained by providing the first
実施の形態2.
次に、この発明の実施の形態2を図に基づいて説明する。図5は、実施の形態2における戻しトルク補償器271の構成を示すブロック図である。戻しトルク補償器以外の構成は実施の形態1と同様であるため説明を省略する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration of the
実施の形態1における戻しトルク補償器27との相違点は、その演算手法である。即ち、実施の形態1では第1の戻しトルク補償器41の出力信号と第2の戻しトルク補償器42の出力信号を加算器43にて加算演算していたのに対して、実施の形態2では第1の戻しトルク補償器41のトルク信号と第2の戻しトルク補償器42のトルク信号を車速信号に基づいてスイッチ50にて切り替えるようにしたものである。
The difference from the
次に、実施の形態2の動作を図6に示すフローチャートに基づいて説明する。
まず、ステップS201で路面反力トルク検出器24により路面反力トルクを検出し、メモリに記憶する。次に、ステップS202でハンドル角検出器25によりハンドル角を検出し、メモリに記憶する。次いで、ステップS203で車速検出器22により車速を検出し、メモリに記憶する。
Next, the operation of the second embodiment will be described based on the flowchart shown in FIG.
First, in step S201, the road surface reaction torque is detected by the road surface
次に、ステップS204で第1の戻しトルク補償器41にてマイコンに予め記憶されている路面反力トルクと車速の関係に基づいた第1の戻し補償トルクを演算する。続いて、ステップS205で第2の戻しトルク補償器42にてマイコンに予め記憶されているハンドル角と車速の関係に基づいた第2の戻し補償トルクを演算する。次に、ステップS206でスイッチ50にて車速に基づき第1の戻し補償トルクと第2の戻し補償トルクの選択を行い、どちらか一方を戻し補償器271の出力信号とする。以上の過程を経てステップS207で戻し補償器271の出力を得ることができる。
Next, in step S204, the first
このように、実施の形態2によれば、車速に応じた戻しトルク補償を実施することが可能となるため、実施の形態1と同様な効果が狙えるだけでなく、搭載車両ごとに設定を行うチューニング工数が低減可能となる。 As described above, according to the second embodiment, it is possible to perform the return torque compensation according to the vehicle speed, so that not only the same effect as in the first embodiment can be aimed but also the setting is performed for each mounted vehicle. Tuning man-hours can be reduced.
実施の形態3.
次に、この発明の実施の形態3を図に基づいて説明する。図7は、実施の形態3における戻しトルク補償器272の構成を示すブロック図である。戻しトルク補償器以外の構成は実施の形態1と同様であるため説明を省略する。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration of the
実施の形態2における戻しトルク補償器271との相違点は、実施の形態2のスイッチ50を予め記憶された車速に応じた摩擦トルク発生器70の出力信号に応じて第1の戻しトルク補償器41のトルク信号と、第2の戻しトルク補償器42のトルク信号を切り替えるスイッチ71に置き換えた点である。
The difference from the
実施の形態3における摩擦トルクに関して図8に示すハンドル角とステアリング軸反力トルクの特性に基づいて説明する。図8において、Aは低速車におけるステアリング軸反力特性を示し、Bは高速車におけるステアリング軸反力特性を示す。また、aは低速車におけるステアリング機構の摩擦トルクを示し、bは高速車におけるステアリング機構の摩擦トルクを示す。 The friction torque in the third embodiment will be described based on the characteristics of the steering wheel angle and the steering shaft reaction torque shown in FIG. In FIG. 8, A shows the steering shaft reaction force characteristic in the low-speed vehicle, and B shows the steering shaft reaction force characteristic in the high-speed vehicle. Further, a represents the friction torque of the steering mechanism in the low speed vehicle, and b represents the friction torque of the steering mechanism in the high speed vehicle.
操舵は様々なパターンで実施されるが、ステアリング機構の摩擦トルクTfricはドライバの操舵方向によりその操舵方向も決定される。即ち、路面反力トルクTalignにステアリング機構の摩擦トルクTfric相当のヒステリシス特性を含むものがステアリング軸反力トルクTtranに相当する。 Steering is performed in various patterns, and the steering direction of the friction torque Tfric of the steering mechanism is also determined by the steering direction of the driver. That is, the road surface reaction torque Talign including the hysteresis characteristic corresponding to the friction torque Tfric of the steering mechanism corresponds to the steering shaft reaction torque Ttran.
また、一般的にステアリング機構の摩擦トルクは一定値であるが、車速が上がってくるとタイヤ回転によるディザトルク効果で、路面反力トルクに対するステアリング軸反力トルクのヒステリシス幅が図8にBで示すように小さくなり、ステアリング機構の摩擦トルクはbで示すように小さくなる。また、車速が下がってくると逆に図8のAで示すようにヒステリシス幅が大きくなり、ステアリング機構の摩擦トルクはaで示すように大きくなる。 In general, the friction torque of the steering mechanism is a constant value. When the vehicle speed increases, the hysteresis width of the steering shaft reaction force torque with respect to the road surface reaction force torque is indicated by B in FIG. The friction torque of the steering mechanism becomes small as shown by b. In contrast, when the vehicle speed decreases, the hysteresis width increases as indicated by A in FIG. 8, and the friction torque of the steering mechanism increases as indicated by a.
また、ステアリング機構の摩擦トルクの大きさとハンドル戻し補償の関係を示す特性図を図9に示す。この図において、T1はステアリング機構の摩擦トルクを示すものであり、T2は第1の戻しトルク補償器41の発生する補償トルクを示すものである。図9のT2aに示すように、第1の戻しトルク補償器41にてマイコンに予め記憶されている路面反力トルクと車速の関係に基づいた第1の戻し補償トルクの大きさが摩擦トルクT1より大きい場合は、ドライバが操作することなくハンドルが中立方向へ戻るが、図9のT2bに示すように、第1の戻しトルク補償器41にてマイコンに予め記憶されている路面反力トルクと車速の関係に基づいた第1の戻し補償トルクの大きさが摩擦トルクT1より小さい場合はドライバが自らハンドルを中立点まで操作して戻さなければならない。
FIG. 9 is a characteristic diagram showing the relationship between the magnitude of the friction torque of the steering mechanism and the steering wheel return compensation. In this figure, T 1 indicates the friction torque of the steering mechanism, and T 2 indicates the compensation torque generated by the first
次に、実施の形態3の動作を図10に示すフローチャートに基づいて説明する。まず、ステップS301で路面反力トルク検出器24により路面反力トルクを検出し、メモリに記憶する。次に、ステップS302でハンドル角検出器25によりハンドル角を検出し、メモリに記憶する。次いで、ステップS303で車速検出器22により車速を検出し、メモリに記憶する。続いてステップS304で第1の戻しトルク補償器41にてマイコンに予め記憶されている路面反力トルクと車速の関係に基づいた第1の戻し補償トルクを演算する。
Next, the operation of the third embodiment will be described based on the flowchart shown in FIG. First, in step S301, the road surface reaction torque is detected by the road surface
次に、ステップS305で第2の戻しトルク補償器42にてマイコンに予め記憶されているハンドル角と車速の関係に基づいた第2の戻し補償トルクを演算する。
次に、ステップS306で車速に応じた摩擦トルク発生器70にてマイコンに予め記憶されている車速に基づいた摩擦トルク信号を発生する。その後、ステップS307でスイッチ71にて摩擦トルクに基づき第1の戻し補償トルクと第2の戻し補償トルクの選択を行い、どちらか一方を戻し補償器272の出力信号とする。以上の過程を経てステップS308で戻し補償器272の出力を得ることができる。
Next, in step S305, the second return torque compensator 42 calculates a second return compensation torque based on the relationship between the steering wheel angle and the vehicle speed stored in advance in the microcomputer.
Next, in step S306, the
また、以上の説明では、車速に応じたステアリング機構の摩擦トルクを予めマイコンに記憶する車速に応じた摩擦トルク発生器について説明したが、ステアリング機構の経年変化などにより摩擦トルクが変化する状況も考えられるので、その場合にはマイコンにステアリング軸反力とハンドル角とからヒステリシス幅を演算する機能を備えメモリに記憶するような手段を用いてもよい。 In the above description, the friction torque generator corresponding to the vehicle speed in which the friction torque of the steering mechanism corresponding to the vehicle speed is stored in the microcomputer in advance has been described. However, the situation where the friction torque changes due to secular change of the steering mechanism is also considered. In this case, the microcomputer may be provided with a function of calculating the hysteresis width from the steering shaft reaction force and the steering wheel angle and stored in the memory.
このように、実施の形態3によれば車速に応じた摩擦トルクを補償することで最適なハンドル戻しトルク補償が可能となり、実施の形態1と同様な効果が狙えるだけでなくステアリング機構の摩擦が経年変化した場合にも、所望のハンドル戻しを実現することが可能となる。 As described above, according to the third embodiment, it is possible to compensate for the optimum torque for returning the steering wheel by compensating the friction torque according to the vehicle speed. In addition to aiming for the same effect as that of the first embodiment, the friction of the steering mechanism can be reduced. Even in the case of aging, it is possible to realize a desired handle return.
実施の形態4.
次に、この発明の実施の形態4を図に基づいて説明する。図11は、実施の形態4における戻しトルク補償器273の構成を示すブロック図である。戻しトルク補償器以外の構成は実施の形態1と同様であるため説明を省略する。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of the
実施の形態3における戻しトルク補償器272との相違点は、実施の形態3のスイッチ71を予め記憶されたハンドル角と車速に応じた摩擦トルク発生器110の出力に応じて第1の戻しトルク補償器41のトルク信号と、第2の戻しトルク補償器42のトルク信号を切り替えるスイッチ111に置き換えた点である。
The difference from the
実施の形態4におけるハンドル角に応じた摩擦トルクに関して図12に示すハンドル角と摩擦トルクの特性に基づいて説明する。図12において、Cはステアリング機構の摩擦トルク、D1はドライアスファルトの路面における路面反力トルク、D2は滑り易い路面における路面反力トルクを示す。 The friction torque according to the handle angle in the fourth embodiment will be described based on the characteristics of the handle angle and the friction torque shown in FIG. In FIG. 12, C is the friction torque of the steering mechanism, D 1 is the road surface reaction torque on the dry asphalt road surface, and D 2 is the road surface reaction torque on the slippery road surface.
実施の形態3の説明ではステアリング機構の摩擦トルクは車速に応じて一定としたが、実際はハンドル操作を行いハンドル角が発生した位置に応じて図12のCに示すように、摩擦トルクの大きさが異なる。また、図12のD1 、D2に示すように同じハンドル角においてもドライアスファルトの路面や滑り易い路面など路面状態に応じて路面反力が異なるため、路面反力と車速に基づいた第1の戻しトルク補償器41の信号の大きさが異なる状況が発生する。
In the description of the third embodiment, although the friction torque of the steering mechanism is constant according to the vehicle speed, the magnitude of the friction torque is actually shown in FIG. 12C according to the position at which the steering wheel operation is performed and the steering wheel angle is generated. Is different. Also, as shown by D 1 and D 2 in FIG. 12, the road surface reaction force varies depending on the road surface condition such as the dry asphalt road surface and the slippery road surface even at the same handle angle, so the first based on the road surface reaction force and the vehicle speed. A situation occurs in which the magnitude of the signal of the
実施の形態4のように、ハンドル角と車速に応じた摩擦トルク発生器110を備え、その出力に応じて補償トルク信号を切り替えることにより、角度依存の摩擦トルクを補償することが可能となるため、ドライアスファルト路面や滑り易い路面状況下においてもマイコンに予め記憶されている路面反力トルクと車速の関係に基づいた第1の戻しトルク補償器41の戻し補償トルクにより、また、ハンドル角と車速に応じたステアリング機構の摩擦トルクより小さい場合には、第2の戻しトルク補償器42の戻し補償トルクによりハンドルを中立位置へ戻すことが可能となる。
Since the
実施の形態5.
次に、この発明の実施の形態5について説明する。
実施の形態5は、上述した各実施の形態における戻し補償器27及び271〜273の出力に対して出力変化率に上下限値を設定するようにしたものである。
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described.
In the fifth embodiment, upper and lower limit values are set for the output change rate with respect to the outputs of the
このようにすれば、戻し補償器27及び271〜273における第1の戻しトルク補償器41と第2の戻しトルク補償器42の出力に大きな差があった場合でも、実施の形態1では加算器43により、また、実施の形態2〜4においてはスイッチ50、71、111により急激な戻しトルク信号の変化を和らげてドライバへ違和感なく戻しトルクをアシストすることが可能となる。
In this way, even if there is a large difference in the outputs of the first
なお、運転者が違和感を感じない戻し補償器のトルク変動は、経験的には出力変化率の上下限値を±1Nm/s程度とするのがよく、より望ましくは±0.3Nm/s以下とするのがよい。 As for the torque fluctuation of the return compensator that the driver does not feel uncomfortable, empirically, the upper and lower limits of the output change rate should be about ± 1 Nm / s, and more desirably ± 0.3 Nm / s or less. It is good to do.
また、出力変化率に上下限値を設定する手段は、ローパスフィルタを用いるなど種々の手段があるが、いずれも良く知られたものであるため詳細な説明は省略する。 There are various means for setting the upper and lower limit values for the output change rate, such as using a low-pass filter, but since all are well known, detailed description thereof is omitted.
1 ハンドル、 2 ステアリング軸、 3 ステアリングギアBOX、
4 トルクセンサ、 5 モータ、 6 ラック&ピニオン軸、 7 タイヤ、
8 制御装置、 9 操舵トルク、 10 アシストトルク、 11 摩擦トルク、 12 路面反力トルク 、 13 操舵トルク検出信号、 14 印加電圧、
15 電流検出信号、 16 電圧検出信号、 17 ステアリング軸反力トルク、 21 マイコン、 22 車速検出器、 23 操舵トルク検出器、
24 路面反力検出器、 25 ハンドル角検出器、 26 アシストマップ補償器、 27、271〜273 戻し補償器、
28 加算器、 29 加算器、 30 モータ駆動機、 31 モータ電流検出器、 32 モータ、 41 第1の戻しトルク補償器、 42 第2の戻しトルク補償器、 43 加算器、 50 車速信号に基づくスイッチ、
70 車速に応じた摩擦トルク発生器、 71 スイッチ、
110 ハンドル角と車速に応じた摩擦トルク発生器、 111 スイッチ。
1 steering wheel, 2 steering shaft, 3 steering gear box,
4 Torque sensor, 5 Motor, 6 Rack & pinion shaft, 7 Tire,
8 control device, 9 steering torque, 10 assist torque, 11 friction torque, 12 road surface reaction force torque, 13 steering torque detection signal, 14 applied voltage,
15 current detection signal, 16 voltage detection signal, 17 steering shaft reaction force torque, 21 microcomputer, 22 vehicle speed detector, 23 steering torque detector,
24 road surface reaction force detector, 25 handle angle detector, 26 assist map compensator, 27, 271-273 return compensator,
28 adder, 29 adder, 30 motor driver, 31 motor current detector, 32 motor, 41 first return torque compensator, 42 second return torque compensator, 43 adder, 50 switch based on vehicle speed signal ,
70 Friction torque generator according to vehicle speed, 71 switch,
110 Friction torque generator according to steering wheel angle and vehicle speed, 111 switch.
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