JP2006315658A - Steering device for vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、運転者が操作を行う操作子と転舵輪を転舵する転舵アクチュエータとを機械的に連結および分離が可能な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 capable of mechanically connecting and separating an operator operated by a driver and a steering actuator for steering a steered wheel.
運転者が操作するステアリングホイール(操作子)と転舵輪が機械的に接続されていない所謂ステア・バイ・ワイヤ式の操舵装置においては、運転者がステアリングホイールを操作したときに適切な操舵反力を与えるための反力アクチュエータと、運転者のステアリングホイールの操作に応じて転舵輪を転舵するための転舵アクチュエータとを備えており、両アクチュエータをそれぞれ独立に制御している。
このステア・バイ・ワイヤ式の操舵装置には、システム異常時にも操舵可能にするためにバックアップシステムを備えたものがある。
In a so-called steer-by-wire type steering device in which a steering wheel (operator) operated by a driver and a steered wheel are not mechanically connected, an appropriate steering reaction force when the driver operates the steering wheel. And a steering actuator for turning the steered wheels in accordance with the driver's operation of the steering wheel, each actuator being controlled independently.
Some steer-by-wire steering devices include a backup system to enable steering even when the system is abnormal.
このバックアップシステムとして、ステアリングホイールの回転軸と転舵機構の入力軸とを遊星歯車機構(クラッチ)で接続し、この遊星歯車機構の1つの構成歯車をロック部材で回転不能にできるようにして構成したものがある(例えば、特許文献1参照)。
このバックアップシステムでは、通常は遊星歯車機構の各構成歯車を自由回転可能にすることでステアリングホイールと転舵機構の入力軸とを機械的に分離し、ステア・バイ・ワイヤ式の操舵装置として機能させることができ、システム異常時には遊星歯車機構の1つの構成歯車をロック部材でロックして回転不能にすることによりステアリングホイールと転舵機構の入力軸とを機械的に連結し、ステアリングホイールで転舵輪を直接転舵動作させる操舵装置(非ステア・バイ・ワイヤ式の操舵装置)として機能させることができる。また、このバックアップシステムでは、システム停止時もロック部材をロック動作させる。
This backup system normally functions as a steer-by-wire steering device by mechanically separating the steering wheel and the input shaft of the steering mechanism by allowing each component gear of the planetary gear mechanism to freely rotate. When the system malfunctions, one gear of the planetary gear mechanism is locked with a lock member to make it non-rotatable, so that the steering wheel and the input shaft of the steering mechanism are mechanically connected and rotated by the steering wheel. It can be made to function as a steering device (non-steer-by-wire type steering device) that directly steers the steered wheels. In this backup system, the locking member is locked even when the system is stopped.
しかしながら、前記ロック部材のロック状態を解除する際に、運転者がステアリングホイールにある方向に力を加えていると、ステアリングホイールと転舵輪との間に捩れが生じ、この捩れに基づく力がロック部材のロック解除動作を邪魔してロックを解除できなくする場合がある。特に、システム起動時は転舵輪が停止しており、遊星歯車機構の転舵輪側には非常に大きな負荷が加わっているので、ステアリングホイールに力を加えると前記捩れの力が非常に大きくなり、ロック解除が難しくなる。このようにロック部材がロック解除されないままステア・バイ・ワイヤとしての制御を開始してしまうと、転舵機構の動作がステアリングホイールに拘束されるため、運転者が違和感を感じることがある。
この問題を解決するために、ロック解除力を大きくして対応すると、ロック解除装置が大型化したり、ロック解除時のショック発生や異音発生により商品性が低下するなどの不具合が生じる。
そこで、この発明は、装置の大型化を招くことなく、システム起動時に操作子と転舵輪の機械的な分離状態を確実に形成することができる車両用操舵装置を提供するものである。
However, when the driver applies a force in a direction on the steering wheel when releasing the lock state of the lock member, a twist is generated between the steering wheel and the steered wheel, and the force based on the twist is locked. There is a case where the unlocking operation of the member is obstructed and the lock cannot be released. In particular, when the system is started, the steered wheels are stopped, and a very large load is applied to the steered wheel side of the planetary gear mechanism, so if a force is applied to the steering wheel, the twisting force becomes very large, It becomes difficult to unlock. If the control as the steer-by-wire is started without unlocking the lock member in this way, the operation of the steering mechanism is restricted by the steering wheel, and the driver may feel uncomfortable.
In order to solve this problem, if the unlocking force is increased to cope with this problem, the unlocking device becomes large, and problems such as a reduction in merchantability due to occurrence of shock or abnormal noise during unlocking occur.
Therefore, the present invention provides a vehicle steering apparatus that can reliably form a mechanically separated state between an operating element and a steered wheel when the system is started without causing an increase in the size of the apparatus.
上記課題を解決するために、請求項1に係る発明は、運転者が操作を行う操作子(例えば、後述する実施例におけるステアリングホイール21)と、前記操作子への操作入力量を検出する操作入力量検出手段(例えば、後述する実施例における操舵角センサ23)と、転舵輪(例えば、後述する実施例における転舵輪35)を転舵する転舵アクチュエータ(例えば、後述する実施例における転舵アクチュエータ38)と、前記操作子に操舵反力を付与する反力アクチュエータ(例えば、後述する実施例における反力アクチュエータ25)と、前記操作入力検出手段で検出した操作入力量に応じて前記転舵アクチュエータを制御する転舵アクチュエータ制御手段(例えば、後述する実施例における転舵制御部110と、前記反力アクチュエータの制御を行う反力アクチュエータ制御手段(例えば、後述する実施例における反力制御部120)と、前記操作子と前記転舵アクチュエータとの間に設けられたクラッチ(例えば、後述する実施例における遊星歯車機構51)と、前記クラッチの断続を切り替えるクラッチ切り替え手段(例えば、後述する実施例におけるロック機構80)と、前記クラッチが接続状態か切断状態かを判定するクラッチ状態判定手段(例えば、後述する実施例におけるステップS103,203)と、を備え、前記クラッチを接続状態から切断状態に移行させるべく前記クラッチ切り替え手段を作動しているにもかかわらず前記クラッチ状態判定手段がクラッチ接続状態であると判定した場合には、前記転舵アクチュエータの制御量を増大するか、または前記反力アクチュエータの制御量を増大するかの制御を行うことを特徴とする車両用操舵装置(例えば、後述する実施例における車両用操舵装置10)である。
クラッチを接続状態から切断状態に移行させるべくクラッチ切り替え手段を作動しているにもかかわらずクラッチを切断状態にできないのは、操作子と転舵輪との間が捩れた状態にあることに起因しており、転舵アクチュエータの制御量を増大するか、あるいは、反力アクチュエータの制御量を増大すると、前記捩れの状態を弱めることができる。その結果、クラッチを接続状態から切断状態に確実に移行させることができる。
なお、操作子の操作入力量としては、操作角あるいは操作トルク(操舵トルク)などが考えられる。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 is directed to an operation element (for example, a
The reason why the clutch cannot be disengaged despite the fact that the clutch switching means is operating to shift the clutch from the connected state to the disconnected state is due to the twisted state between the operating element and the steered wheels. If the control amount of the steering actuator is increased or the control amount of the reaction force actuator is increased, the torsional state can be weakened. As a result, the clutch can be reliably shifted from the connected state to the disconnected state.
Note that the operation input amount of the operation element may be an operation angle or an operation torque (steering torque).
請求項2に係る発明は、運転者が操作を行う操作子(例えば、後述する実施例におけるステアリングホイール21)と、前記操作子への操作入力量を検出する操作入力量検出手段(例えば、後述する実施例における操舵角センサ23)と、転舵輪(例えば、後述する実施例における転舵輪35)を転舵する転舵アクチュエータ(例えば、後述する実施例における転舵アクチュエータ38)と、前記操作子に操舵反力を付与する反力アクチュエータ(例えば、後述する実施例における反力アクチュエータ25)と、前記操作入力検出手段で検出した操作入力量に応じて前記転舵アクチュエータを制御する転舵アクチュエータ制御手段(例えば、後述する実施例における転舵制御部110)と、前記反力アクチュエータの制御を行う反力アクチュエータ制御手段(例えば、後述する実施例における反力制御部120)と、前記操作子と前記転舵アクチュエータとの間に設けられた遊星歯車機構(例えば、後述する実施例における遊星歯車機構51)と、ロック状態で前記遊星歯車機構の構成部材を回転不能にして前記操作子と前記転舵輪とを機械的に連結し、アンロック状態で前記構成部材を回転可能にして前記操作子と前記転舵輪とを機械的に分離するロック部材(例えば、後述する実施例におけるスイングアーム82)と、前記ロック部材を駆動するロック駆動手段(例えば、後述する実施例におけるソレノイド83)と、前記ロック部材がロック状態かアンロック状態かを判定するロック状態判定手段(例えば、後述する実施例におけるステップS103,S203)と、を備え、前記ロック部材をロック状態からアンロック状態に移行させるべく前記ロック駆動手段を駆動しているにもかかわらず前記ロック状態判定手段がロック状態であると判定した場合には、前記転舵アクチュエータの制御量を増大するか、または前記反力アクチュエータの制御量を増大するかの制御を行うことを特徴とする車両用操舵装置(例えば、後述する実施例における車両用操舵装置10)である。
ロック部材をロック状態からアンロック状態に移行させるべくロック駆動手段を駆動しているにもかかわらずロック解除できないのは、操作子と転舵輪との間が捩れた状態にあることに起因しており、転舵アクチュエータの制御量を増大するか、あるいは、反力アクチュエータの制御量を増大すると、前記捩れの状態を弱めることができる。その結果、ロック部材をロック状態からアンロック状態に確実に移行させることができる。
なお、操作子の操作入力量としては、操作角あるいは操作トルク(操舵トルク)などが考えられる。
The invention according to claim 2 is an operation element (for example, a
The reason why the lock cannot be released even though the lock driving means is driven to shift the lock member from the locked state to the unlocked state is that the space between the operating element and the steered wheel is twisted. Thus, if the control amount of the steering actuator is increased or the control amount of the reaction force actuator is increased, the torsional state can be weakened. As a result, the lock member can be reliably shifted from the locked state to the unlocked state.
Note that the operation input amount of the operation element may be an operation angle or an operation torque (steering torque).
請求項3に係る発明は、請求項1または請求項2に記載の発明において、前記制御量を増大させた場合には、前記操作子が中立位置に戻るまで、前記操作入力量に対する前記制御量の比を保持することを特徴とする。
このように構成することにより、クラッチが接続状態から切断状態に移行したとき、あるいは、ロック部材がロック状態からアンロック状態に移行したときに、制御量が急激に変化するのを防止することができる。
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the invention, when the control amount is increased, the control amount with respect to the operation input amount until the operation element returns to the neutral position. The ratio is maintained.
By configuring in this way, it is possible to prevent the control amount from changing suddenly when the clutch shifts from the connected state to the disconnected state or when the lock member shifts from the locked state to the unlocked state. it can.
請求項1に係る発明によれば、転舵アクチュエータの制御量を増大するか、または反力アクチュエータの制御量を増大することにより、操作子と転舵輪との間の捩れを弱めて、クラッチを接続状態から切断状態に確実に移行させることができるので、運転者に違和感を与えずにステア・バイ・ワイヤによる操舵制御を行うことができる。また、クラッチ切り替え手段を大型化することなくクラッチを接続状態から切断状態に確実に移行させることができる。
請求項2に係る発明によれば、転舵アクチュエータの制御量を増大するか、または反力アクチュエータの制御量を増大することにより、操作子と転舵輪との間の捩れを弱めて、ロック部材をロック状態からアンロック状態に確実に移行させることができるので、運転者に違和感を与えずにステア・バイ・ワイヤによる操舵制御を行うことができる。また、ロック駆動手段を大型化することなくロック部材をロック状態からアンロック状態に確実に移行させることができる。
請求項3に係る発明によれば、クラッチを接続状態から切断状態に移行したとき、あるいは、ロック部材がロック状態からアンロック状態に移行したときに、制御量が急激に変化するのを防止することができるので、運転者に違和感を与えずにステア・バイ・ワイヤによる安定した操舵制御を行うことができ、操舵フィーリングが向上する。
According to the first aspect of the present invention, by increasing the control amount of the steering actuator or increasing the control amount of the reaction force actuator, the torsion between the operating element and the steered wheels is weakened, and the clutch is Since it is possible to reliably shift from the connected state to the disconnected state, steering control by steer-by-wire can be performed without causing the driver to feel uncomfortable. Further, the clutch can be reliably shifted from the connected state to the disconnected state without increasing the size of the clutch switching means.
According to the second aspect of the present invention, by increasing the control amount of the steering actuator or increasing the control amount of the reaction force actuator, the torsion between the operating element and the steered wheels is weakened, and the lock member Can be reliably shifted from the locked state to the unlocked state, and steering control by steer-by-wire can be performed without causing the driver to feel uncomfortable. Further, the lock member can be reliably shifted from the locked state to the unlocked state without increasing the size of the lock driving means.
According to the invention of claim 3, when the clutch shifts from the connected state to the disconnected state, or when the lock member shifts from the locked state to the unlocked state, the control amount is prevented from changing suddenly. Therefore, stable steering control by steer-by-wire can be performed without causing the driver to feel strange, and the steering feeling is improved.
以下、この発明に係る車両用操舵装置の実施例を図1〜図7の図面を参照して説明する。
図1に示すように、車両用操舵装置10は、ステアリングホイール21から転舵機構30を機械的に分離し、ステアリングホイール21の操舵量に応じて転舵アクチュエータ38から転舵用動力を発生させ、この転舵用動力を転舵機構30へ伝えることで、転舵機構30にて左右の転舵輪35,35を転舵させる、いわゆるステア・バイ・ワイヤ式の操舵装置である。
Embodiments of a vehicle steering apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings of FIGS.
As shown in FIG. 1, the
この車両用操舵装置10の操舵機構20は、運転者が操作を行うステアリングホイール(操作子)21と、ステアリングホイール21に連結したステアリングシャフト22と、ステアリングホイール21の操舵角(操作入力量)を検出する操舵角センサ(操作入力量検出手段)23と、ステアリングホイール21に操舵反力を付与する反力アクチュエータ25と、ステアリングシャフト22に作用する操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ29と、を備える。ここで、操舵反力とは、ステアリングホイール21の回転方向に対して逆方向に作用する操作抵抗である。反力アクチュエータ25は、操舵反力(反力トルク)を発生する反力モータ24と、操舵反力をステアリングシャフト22に伝達する反力伝達機構26と、からなり、反力伝達機構26は、反力モータ24のモータ軸に設けたウォーム27と、ステアリングシャフト22に結合するとともにウォーム27に噛合するウォームホイール28とからなるウォームギヤ機構、すなわち倍力機構で構成されている。
The
転舵機構30は、ステアリングシャフト22の操舵力が入力される入力軸31と、入力軸31にラックアンドピニオン機構33を介して連結されたラック軸34と、ラック軸34の両端に左右の転舵輪(例えば前輪)35,35を連結するタイロッド36,36およびナックル37,37と、入力軸31に転舵用動力を付与する転舵アクチュエータ38と、ラック軸34の位置を検出するラック軸位置センサ42と、を備える。ラックアンドピニオン機構33は、入力軸31に形成したピニオン43とラック軸34に形成したラック44とからなる。転舵アクチュエータ38は、転舵用動力を発生するステアリングモータ45と、転舵用動力を入力軸31に伝達する転舵動力伝達機構46とからなり、転舵動力伝達機構46は、ステアリングモータ45のモータ軸に設けたウォーム47と、入力軸31に結合するとともにウォーム47に噛合するウォームホイール48とからなるウォームギヤ機構、すなわち倍力機構で構成されている。
The
さらに、この車両用操舵装置10では、操舵機構20のステアリングシャフト22と転舵機構30の入力軸31とが、遊星歯車機構51、第1連結軸52、第1自在軸継手53、第2連結軸54および第2自在軸継手55を介して連結されている。
遊星歯車機構51について図2の模式図を参照して説明する。遊星歯車機構51は、中心のサンギヤ71に複数個、例えば3個のプラネタリギヤ72・・・を噛合させ、これらのプラネタリギヤ72・・・に内歯のリングギヤ73を噛合させ、プラネタリギヤ72・・・をキャリア74にそれぞれ回転可能に取付けて構成されている。
Further, in the
The
サンギヤ71、リングギヤ73およびキャリア74は、第1連結軸52を中心として同心上に配列されている。リングギヤ73はステアリングシャフト22に連結され、キャリア74は第1連結軸52に連結され、サンギヤ71は第1連結軸52に相対回転可能に支持されており、プラネタリギヤ72・・・は、サンギヤ71に対して等ピッチで放射状に配列されている。なお、図2において、符号92はステアリングシャフト22を支持する第1軸受、符号93,93は第1連結軸52を支持する第2軸受、符号94はリングギヤ73を支持する第3軸受を示す。
The
さらに、この遊星歯車機構51はサンギヤ71を回転不能にするロック機構80を備えている。ロック機構80は、サンギヤ71に一体的に設けられたロック用歯車81と、ロック用歯車81の歯に係合可能なスイングアーム(ロック部材)82と、スイングアーム82をロック状態あるいはアンロック状態に駆動するソレノイド(ロック駆動手段)83とからなる。ロック用歯車81は、第1連結軸52と同心上に配置され、第1連結軸52に対して相対回転可能に設けられている。スイングアーム82は支軸85を中心にして回転可能に設けられており、一端にロック用歯車81の歯に係合可能なロック爪84を有している。スイングアーム82は、図示しないリターンスプリングによってロック爪84をロック用歯車81に接近させる回転方向に付勢されており、スイングアーム82の他端にソレノイド83のプッシュロッド88の先端が突き当てられている。
Further, the
そして、ソレノイド83の非励磁状態では図3において実線で示すようにプッシュロッド88は後退しており、このときにはスイングアーム82が前記リターンスプリングによってロック用歯車81に接近する方向に回転するので、スイングアーム82のロック爪84がロック用歯車81の歯に係合し(以下、この状態をロック状態と称す)、ロック用歯車81の回転が阻止され、その結果、サンギヤ71は回転不能になる。なお、この車両用操舵装置10では、システム停止でソレノイド83は非励磁となり、ロック機構80はロック状態となるように構成されている。
In the non-excited state of the
一方、ソレノイド83を励磁すると図2に示すように(図3において二点鎖線で示すように)プッシュロッド88が前進し、前記リターンスプリングの弾性に抗してスイングアーム82の他端を押動する。その結果、スイングアーム82が弾性に抗して回転し、ロック爪84がロック用歯車81から離反し、ロックが解除される(以下、この状態をアンロック状態と称す)。
On the other hand, when the
次に、遊星歯車機構51の作用を説明する。
図示しないイグニッションスイッチがONのときには、通常、ソレノイド83は励磁されており、ロック機構80はアンロック状態になる。このときには、ロック用歯車81が回転可能になり、ロック用歯車81と一体のサンギヤ71も回転可能になる。その結果、プラネタリーギヤ72・・・とリングギヤ73は相互に規制されることなく回転可能になり、ステアリングシャフト22から入力軸31へ操舵力が伝わることはない。つまり、ロック機構80をアンロック状態にすると、遊星歯車機構51において操舵トルクが遮断され、ステアリングホイール21と転舵輪35を実質的に分離することができる。このとき、反力モータ24とステアリングモータ45は後述するように電子制御装置61によってそれぞれ独立に制御され、車両用操舵装置10はステア・バイ・ワイヤ式の操舵装置になる。
Next, the operation of the
When an ignition switch (not shown) is ON, the
一方、何らかの要因によって操舵機構20と転舵機構30との間での電気的な接続が解除されたとき、または前記イグニッションスイッチをOFFにしたときには、ソレノイド83が非励磁の状態になり、ロック機構80はロック状態になる。このときには、ロック用歯車81は回転不能にされ、ロック用歯車81と一体のサンギヤ71も回転不能になる。この状態でステアリングホイール21を回転操作してリングギヤ73を回転すると、その回転力がプラネタリギヤ72・・・を介してキャリア74に伝わり、キャリア74が回転し、プラネタリギヤ72・・・は自転しつつ公転する。つまり、ロック機構80をロック状態にすると、遊星歯車機構51を介してステアリングシャフト22から第1連結軸52に操舵トルクを伝達可能になり、操舵機構20と転舵機構30がプラネタリーギヤ72・・・とリングギヤ73を介して機械的に接続され、ステアリングホイール21と転舵輪35とを機械的に連結することができる。その結果、ステアリングホイール21の回転運動を機械的にラック軸9の軸方向運動に変換することができ、転舵輪35を転舵することができる。
On the other hand, when the electrical connection between the
すなわち、このときには車両用操舵装置10はステア・バイ・ワイヤではなくなり、手動で転舵輪35を転舵することが可能な操舵装置となる。なお、このときには反力モータ24は電子制御装置61によって操舵反力を発生しないように制御される。この場合、転舵輪35,35が受ける路面反力は、転舵機構30および遊星歯車機構51を介してステアリングシャフト22に作用することとなる。
つまり、ロック機構80をロック状態にするとステアリングホイール21と転舵輪35とを機械的に連結することができ、ロック機構80をアンロック状態にするとステアリングホイール21と転舵輪35を実質的に分離することができる。
すなわち、この車両用操舵装置10において遊星歯車機構51はクラッチを構成し、ロック機構80は該クラッチの断続を切り替えるクラッチ切り替え手段を構成する。そして、ロック機構80のアンロック状態はクラッチ切断状態に対応し、ロック機構80のロック状態はクラッチ接続状態に対応する。
That is, at this time, the
That is, the
That is, in the
次に、反力モータ24とステアリングモータ45の制御について説明する。車両用操舵装置10は電子制御装置61を備えており、この電子制御装置61には、操舵角センサ23、操舵トルクセンサ29、ラック軸位置センサ42、車速センサ62、イグニッションスイッチ63の出力信号が入力される。そして、前述したようにロック機構80をアンロック状態にして車両用操舵装置10をステア・バイ・ワイヤ式の操舵装置として使用しているときに、電子制御装置61は、前記各センサ23,29,42,62の出力信号に基づいて、反力モータ24とステアリングモータ45とを個別に制御する。なお、ラック軸位置センサ42で検出されるラック軸位置(ラックストローク)は実転舵角に対応するので、以下の説明では、ラック軸位置センサ42の出力信号を実転舵角信号と読み替えて説明する。
Next, control of the
電子制御装置61は、図4のブロック図に示すように、ステアリングモータ45を制御する転舵制御部(転舵アクチュエータ制御手段)110と、反力モータ24を制御する反力制御部(反力アクチュエータ制御手段)120と、ロック機構80の解除制御を行うロック解除制御部130と、を備えている。
As shown in the block diagram of FIG. 4, the
ロック解除制御部130は、イグニッションスイッチ63のON/OFF信号、操舵トルクセンサ29からの操舵トルク信号に基づいて、システム起動時の制御量(目標転舵角または目標操舵反力)補正の要否を判定し、制御量補正が必要と判定した場合には目標転舵角設定部111または目標操舵反力設定部121に補正信号を出力する。
The lock
転舵制御部110は、操舵角センサ23からのステアリングホイール2の操舵方向を含めた操舵角信号,車速センサ62からの車速信号,ロック解除制御部130からの補正信号に基づいて目標転舵角を設定する目標転舵角設定部111と、この目標転舵角設定部111で設定された目標転舵角にラック軸位置センサ42からの実転舵角信号を一致させるためにステアリングモータ45への供給電流を制御するステアリングモータ制御部112と、を備えている。
これにより、ステアリングホイール21に運転者が与えた操舵角(操作量)に対し、その時の車速を加味した最適な転舵輪35の転舵角が決定される。
The
As a result, the optimum turning angle of the steered
反力制御部120は、車速センサ62からの車速信号,ラック軸位置センサ42からの実転舵角信号,転舵制御部110からの舵角指令信号,ロック解除制御部130からの補正信号に基づいて目標操舵反力を設定する目標操舵反力設定部121と、この目標操舵反力設定部121で設定された目標操舵反力に操舵トルクセンサ29の出力値(つまり、実操舵トルク)を一致させるために反力モータ24への供給電流を制御する反力モータ制御部122と、を備えている。ここで、転舵制御部110からの舵角指令信号は、目標転舵角設定部111から出力される目標転舵角信号とラック軸位置センサ42から出力される実転舵角信号との偏差信号である。
これにより、運転者の操舵方向とは逆方向の操舵反力がステアリングホイール21に加えられ、ステアリングホイール21と転舵輪35との間に、あたかもトーションバーが存在するかのような操舵フィーリングを得ることができる。
The reaction
As a result, a steering reaction force in a direction opposite to the steering direction of the driver is applied to the
次に、ロック解除制御部130によって制御量補正が必要と判定される場合の処理を説明する。
前述したようにイグニッションスイッチがOFFのときはロック機構80がロックされているが、この状態からイグニッションスイッチをONにすると、ソレノイド83が励磁され、スイングアーム82がリターンスプリングの弾性に抗して回転し、ロック爪84がロック用歯車81から離脱してロックが解除され、ロック機構80がアンロック状態になって、ステアリングホイール21と転舵輪35とを機械的に分離することができる。
Next, processing when the
As described above, when the ignition switch is OFF, the
しかしながら、ステアリングホイール21にある方向に力を加えながらイグニッションスイッチをON操作すると、イグニッションスイッチをONする時点では転舵輪35が停止状態で路面に接地しているので、転舵機構30は極めて大きな負荷がかかった状態になっており、そのためステアリングホイール21の操作に転舵アクチュエータ38の動作が付いていけず遅れることから、ステアリングシャフト22と第1連結軸52が捩れた状態になってロック用歯車81がロック爪84を噛んでしまい、ロック爪84がロック用歯車81から離脱できず(すなわち、アンロック状態に移行することができず)、ステアリングホイール21と転舵輪35とを機械的に分離することができない虞がある。
However, if the ignition switch is turned on while applying a force in the direction of the
そこで、この車両用操舵装置10では、ロック解除指令によりソレノイド83が励磁されているにもかかわらず、ロック機構80がロック状態からアンロック状態に移行しない場合には、転舵アクチュエータ38の制御量を通常よりも増大する制御を実行するか、または、反力アクチュエータ25の制御量を通常よりも増大する制御を実行することにより、ロック爪84をロック用歯車81の歯から確実に離脱できるようにし、ロック機構80をロック状態からアンロック状態に確実に移行することができるようにしている。
Therefore, in the
詳述すると、転舵アクチュエータ38の制御量を通常よりも増大させると、通常よりも大きい転舵用動力が得られるので、ステアリングシャフト22と第1連結軸52の捩れ状態を弱めることができ、ロック爪84がロック用歯車81の歯から確実に離脱できるようになる。
また、反力アクチュエータ25の制御量を通常よりも増大させると、ステアリングホイール21に対する操舵反力が通常よりも大きくなるので、ステアリングシャフト22に作用する操舵トルクを低減することができる。その結果、ステアリングシャフト22と第1連結軸52の捩れ状態を弱めることができ、ロック爪84がロック用歯車81の歯から確実に離脱できるようになる。
More specifically, when the control amount of the
Further, when the control amount of the
なお、この実施例では、ロック解除指令後にロック機構80がロック状態からアンロック状態に移行したか否かは、操舵トルクセンサ29により検出される操舵トルク値によって判定することとした。つまり、検出された操舵トルクが所定値よりも大きいときにはアンロック状態に移行していないと判定し、検出された操舵トルクが所定値以下のときにはアンロック状態に移行したと判定する。
In this embodiment, whether or not the
次に、転舵アクチュエータ38の制御量を通常よりも増大制御することによってロック機構80をロック解除し易くするロック解除処理を、図5に示すフローチャートと図6に示すタイムチャートに従って説明する。なお、図5のフローチャートに示すロック解除処理ルーチンは、電子制御装置61によって一定時間毎に繰り返し実行される。また、図6におけるラックストロークは転舵角に対応し、転舵角と読み替えることができる。
Next, an unlocking process for facilitating unlocking of the
まず、ステップS101において、イグニッションスイッチ63の出力信号に基づいてシステム起動時か否かを判定する。
ステップS101における判定結果が「YES」(システム起動時)である場合は、ステップS102に進み、ロック解除指令を出して、ロック機構80のソレノイド83に電流を流し励磁する。
次に、ステップS103に進み、操舵トルクセンサ29で検出された操舵トルク値trqが予め設定した所定の閾値thよりも大きいか否かを判定する。ここで、操舵トルクtrqが閾値thよりも大きい場合は、ロック機構80がロック状態からアンロック状態に移行していないと判断し、操舵トルクtrqが閾値th以下の場合は、ロック機構80がロック状態からアンロック状態に移行したと判断する。この実施例においては、電子制御装置61がステップS103の処理を実行することにより、ロック部材がロック状態かアンロック状態かを判定するロック状態判定手段が実現されるとともに、クラッチが接続状態か切断状態かを判定するクラッチ状態判定手段が実現される。
First, in step S101, based on the output signal of the
If the determination result in step S101 is “YES” (during system startup), the process proceeds to step S102 where a lock release command is issued and current is passed through the
In step S103, it is determined whether the steering torque value trq detected by the
ステップS103における判定結果が「YES」(trq>th)である場合は、アンロック状態に移行していないので、ステップS104に進み、式(1)に基づいて補正係数rを算出する。
r=(λt+α)/λt ・・・ 式(1)
なお、式(1)において、λtはロック機構80がアンロック状態のときに設定される通常の目標転舵角であり、操舵角センサ23で検出された操舵角と車速センサで検出された車速に基づいて設定される。また、αは制御増大分に対応する転舵角であり、所定の一定値が予め設定されている。
If the determination result in step S103 is “YES” (trq> th), it has not shifted to the unlocked state, so the process proceeds to step S104, and the correction coefficient r is calculated based on the equation (1).
r = (λt + α) / λt (1)
In equation (1), λt is a normal target turning angle set when the
次に、ステップS104からステップS105に進み、操舵角センサ23で検出されたステアリングホイール21の操舵角θが「0」(中立位置)か否かを判定する。
ステップS105における判定結果が「NO」(θ≠0)である場合は、ステップS106に進み、式(2)に基づいて補正目標転舵角λttを算出する。
λtt=λt・r ・・・ 式(2)
Next, the process proceeds from step S104 to step S105, and it is determined whether or not the steering angle θ of the
When the determination result in step S105 is “NO” (θ ≠ 0), the process proceeds to step S106, and the corrected target turning angle λtt is calculated based on the equation (2).
λtt = λt · r (2)
次に、ステップS107に進み、補正目標転舵角λttとラック軸位置センサ42で検出される実転舵角λとが一致するように、ステアリングモータ45への供給電流を制御する
一方、ステップS105における判定結果が「YES」(θ=0)である場合はステップS108に進み、補正係数rを「1」に設定した後、ステップS106に進む。
Next, the process proceeds to step S107, and the current supplied to the
つまり、システム起動時にロック機構80のソレノイド83が励磁されたにもかかわらず、ロック機構80がロック状態からアンロック状態に移行しないと判定されたときには、通常よりも目標転舵角を増大する制御が実行され、これにより図6のタイムチャートに示すように、第1連結軸31に作用していた操舵トルク(操舵トルク)が直ちに激減し、ステアリングシャフト22と第1連結軸52の捩れ状態を急激に弱めることができる。その結果、ロック機構80のロック爪84がロック用歯車81の歯から離脱することができ、ロック機構80はアンロック状態になる。
That is, when it is determined that the
そして、目標転舵角の増大制御は、ロック機構80がアンロック状態になった後もステアリングホイール21が中立位置に戻るまで、増大制御開始時に設定したステアリングレシオ(操舵角に対する転舵角制御量の比)を維持しながら継続される。そして、ステアリングホイール21が中立位置に戻ると目標転舵角の増大制御を終了して、通常のステアリングレシオによる制御に戻る。
このようにして、ロック機構80におけるソレノイド83を大型化することなく、システム起動時に確実にロック機構80をアンロック状態にすることができる。また、ロック解除時にショックや異音が発生することもなく、運転者に違和感を与えることなくステア・バイ・ワイヤによる安定した操舵制御を行うことができ、商品性が向上する。
The target turning angle increase control is performed after the
In this way, the
換言すると、クラッチ切り替え手段(ロック機構80)を大型化することなく、システム起動時に確実にクラッチ(遊星歯車機構51)を接続状態から切断状態に確実に移行させることができる。また、クラッチの接続状態から切断状態への切り替え時にショックや異音が発生することもなく、運転者に違和感を与えることなくステア・バイ・ワイヤによる安定した操舵制御を行うことができ、商品性が向上する。 In other words, the clutch (planetary gear mechanism 51) can be reliably shifted from the connected state to the disconnected state when the system is started up without enlarging the clutch switching means (lock mechanism 80). In addition, there is no shock or noise when switching from the clutch connected state to the disconnected state, and stable steering control by steer-by-wire can be performed without giving the driver a sense of incongruity. Will improve.
なお、ステップS101における判定結果が「NO」(起動時でない)である場合、および、ステップS103における判定結果が「NO」(trq≦th)である場合(すなわち、ロック機構80がロック解除されている場合)は、目標転舵角の増大制御を行う必要がないので、これらの場合はステップS105に進む。また、これらの場合には補正係数rが初期値「1」に設定されて、ステップS106以下の処理が実行される。
In addition, when the determination result in step S101 is “NO” (not at the time of activation) and when the determination result in step S103 is “NO” (trq ≦ th) (that is, the
次に、反力アクチュエータ25の制御量を通常よりも増大制御することによってロック機構80をロック解除し易くするロック解除処理を、図7に示すフローチャートに従って説明する。なお、図7のフローチャートに示すロック解除処理ルーチンは、電子制御装置61によって一定時間毎に繰り返し実行される。
Next, an unlocking process for facilitating unlocking of the
まず、ステップS201において、イグニッションスイッチ63の出力信号に基づいてシステム起動時か否かを判定する。
ステップS201における判定結果が「YES」(システム起動時)である場合は、ステップS202に進み、ロック解除指令を出して、ロック機構80のソレノイド83に電流を流し励磁する。
次に、ステップS203に進み、操舵トルクセンサ29で検出された操舵トルク値trqが予め設定した所定の閾値thよりも大きいか否かを判定する。この実施例においては、電子制御装置61がステップS203の処理を実行することにより、ロック状態判定手段が実現される。
First, in step S201, it is determined based on the output signal of the
If the determination result in step S201 is “YES” (during system startup), the process proceeds to step S202, where a lock release command is issued, and current is passed through the
In step S203, it is determined whether the steering torque value trq detected by the
ステップS203における判定結果が「YES」(trq>th)である場合は、ロック機構80がロック状態からアンロック状態に移行していないと判断して、ステップS204に進み、式(3)に基づいて補正係数rを算出する。
r=(ht+α)/ht ・・・ 式(3)
なお、式(3)において、htはロック機構80がアンロック状態のときに設定される通常の目標操舵反力であり、車速センサ62からの車速信号,ラック軸位置センサ42からの実転舵角信号,転舵制御部110からの舵角指令信号(目標転舵角信号と実転舵角信号との偏差信号)とに基づいて設定される。また、αは制御増大分に対応する操舵反力であり、所定の一定値が予め設定されている。
If the determination result in step S203 is “YES” (trq> th), it is determined that the
r = (ht + α) / ht Formula (3)
In Expression (3), ht is a normal target steering reaction force set when the
次に、ステップS204からステップS205に進み、操舵角センサ23で検出されたステアリングホイール21の操舵角θが「0」(中立位置)か否かを判定する。
ステップS205における判定結果が「NO」(θ≠0)である場合は、ステップS206に進み、式(4)に基づいて補正目標操舵反力httを算出する。
htt=ht・r ・・・ 式(4)
Next, the process proceeds from step S204 to step S205, and it is determined whether or not the steering angle θ of the
When the determination result in step S205 is “NO” (θ ≠ 0), the process proceeds to step S206, and the corrected target steering reaction force htt is calculated based on the equation (4).
ht = ht · r (4)
次に、ステップS207に進み、補正目標操舵反力httと操舵トルクセンサ29で検出される実操舵トルクhとが一致するように、反力モータ24への供給電流を制御する。
一方、ステップS205における判定結果が「YES」(θ=0)である場合はステップS208に進み、補正係数rを「1」に設定した後、ステップS206に進む。
Next, proceeding to step S207, the supply current to the
On the other hand, if the determination result in step S205 is “YES” (θ = 0), the process proceeds to step S208, the correction coefficient r is set to “1”, and then the process proceeds to step S206.
つまり、システム起動時にロック機構80のソレノイド83が励磁されたにもかかわらず、ロック機構80がロック状態からアンロック状態に移行しないと判定されたときには、通常よりも目標操舵反力を増大する制御が実行される。これにより、ステアリングシャフト22に作用していた操舵トルクを直ちに激減させることができ、ステアリングシャフト22と第1連結軸52の捩れ状態を急激に弱めることができる。その結果、ロック機構80のロック爪84がロック用歯車81の歯から離脱することができ、ロック機構80はアンロック状態になる。
That is, when it is determined that the
そして、目標操舵反力の増大制御は、ロック機構80がアンロック状態になった後もステアリングホイール21が中立位置に戻るまで、増大制御開始時に設定したステアリングレシオ(操舵角に対する転舵角制御量の比)を維持しながら継続される。そして、ステアリングホイール21が中立位置に戻ると目標操舵反力の増大制御を終了して、通常のステアリングレシオによる制御に戻る。
このようにして、ロック機構80におけるソレノイド83を大型化することなく、システム起動時に確実にロック機構80をアンロック状態にすることができる。また、ロック解除時にショックや異音が発生することもなく、運転者に違和感を与えることなくステア・バイ・ワイヤによる安定した操舵制御を行うことができ、商品性が向上する。
The increase control of the target steering reaction force is performed after the
In this way, the
換言すると、クラッチ切り替え手段(ロック機構80)を大型化することなく、システム起動時に確実にクラッチ(遊星歯車機構51)を接続状態から切断状態に確実に移行させることができる。また、クラッチの接続状態から切断状態への切り替え時にショックや異音が発生することもなく、運転者に違和感を与えることなくステア・バイ・ワイヤによる安定した操舵制御を行うことができ、商品性が向上する。 In other words, the clutch (planetary gear mechanism 51) can be reliably shifted from the connected state to the disconnected state when the system is started up without enlarging the clutch switching means (lock mechanism 80). In addition, there is no shock or noise when switching from the clutch connected state to the disconnected state, and stable steering control by steer-by-wire can be performed without giving the driver a sense of incongruity. Will improve.
なお、ステップS201における判定結果が「NO」(起動時でない)である場合、および、ステップS203における判定結果が「NO」(trq≦th)である場合(すなわち、ロック機構80がロック解除されている場合)は、目標操舵反力の増大制御を行う必要がないので、これらの場合はステップS205に進む。また、これらの場合には補正係数rが初期値「1」に設定されて、ステップS206以下の処理が実行される。
この実施例では、反力モータ24によって発生させる補正目標操舵反力を前記式(4)に基づいて決定しているが、補正目標操舵反力を、ステアリングホイール21に入力される操舵トルクと同等の大きさで反対方向となるように決定することも可能である。
In addition, when the determination result in step S201 is “NO” (not at the time of activation) and when the determination result in step S203 is “NO” (trq ≦ th) (that is, the
In this embodiment, the corrected target steering reaction force generated by the
〔他の実施例〕
なお、この発明は前述した実施例に限られるものではない。
例えば、操作子はステアリングホイール21に限定されるものではなく、ジョイスティックであってもよい。
また、前述した実施例ではステアリングホイール21(操作子)への操作入力量を操作角としたが、操舵トルク(操作状態量)を操作入力量として転舵アクチュエータ38を制御してもよい。
また、前述した実施例では、ロック部材のロック/アンロック状態を操舵トルクに基づいて判定したが、ソレノイド83のプッシュロッド88の位置、あるいは、ロック爪84の位置を位置センサで検出可能にし、この位置センサの出力に基づいてロック部材のロック/アンロック状態を判定してもよい。
さらに、ソレノイド83を励磁しているにもかかわらずロック機構80がロック状態からアンロック状態に移行しない場合に、転舵アクチュエータ38の制御量の増大制御と、反力アクチュエータ25の制御量の増大制御を両方実行することも可能である。
[Other Examples]
The present invention is not limited to the embodiment described above.
For example, the operation element is not limited to the
In the embodiment described above, the operation input amount to the steering wheel 21 (operator) is used as the operation angle. However, the steering
In the above-described embodiment, the lock / unlock state of the lock member is determined based on the steering torque. However, the position of the
Further, when the
また、前述した実施例では、クラッチを遊星歯車機構51により構成したが、クラッチは、操舵トルクの伝達・遮断を切り替えることができるものであればこれに限定されず、例えば、噛み合いクラッチで構成することも可能である。その場合、クラッチを駆動する油圧アクチュエータなどによりクラッチ切り替え手段が構成されることになる。
In the above-described embodiment, the clutch is configured by the
10 車両用操舵装置
21 ステアリングホイール(操作子)
23 操舵角センサ(操作入力量検出手段)
25 反力アクチュエータ
35 転舵輪
38 転舵アクチュエータ
51 遊星歯車機構(クラッチ)
80 ロック機構(クラッチ切り替え手段)
82 スイングアーム(ロック部材)
83 ソレノイド(ロック駆動手段)
110 転舵制御部(転舵アクチュエータ制御手段)
120 反力制御部(反力アクチュエータ制御手段)
10
23 Steering angle sensor (operation input amount detection means)
25
80 Lock mechanism (clutch switching means)
82 Swing arm (locking member)
83 Solenoid (lock drive means)
110 Steering control unit (steering actuator control means)
120 reaction force control unit (reaction force actuator control means)
Claims (3)
前記操作子への操作入力量を検出する操作入力量検出手段と、
転舵輪を転舵する転舵アクチュエータと、
前記操作子に操舵反力を付与する反力アクチュエータと、
前記操作入力検出手段で検出した操作入力量に応じて前記転舵アクチュエータを制御する転舵アクチュエータ制御手段と、
前記反力アクチュエータの制御を行う反力アクチュエータ制御手段と、
前記操作子と前記転舵アクチュエータとの間に設けられたクラッチと、
前記クラッチの断続を切り替えるクラッチ切り替え手段と、
前記クラッチが接続状態か切断状態かを判定するクラッチ状態判定手段と、
を備え、前記クラッチを接続状態から切断状態に移行させるべく前記クラッチ切り替え手段を作動しているにもかかわらず前記クラッチ状態判定手段がクラッチ接続状態であると判定した場合には、前記転舵アクチュエータの制御量を増大するか、または前記反力アクチュエータの制御量を増大するかの制御を行うことを特徴とする車両用操舵装置。 An operator operated by the driver, and
An operation input amount detecting means for detecting an operation input amount to the operation element;
A steering actuator for steering the steered wheels;
A reaction force actuator for applying a steering reaction force to the operation element;
Steered actuator control means for controlling the steered actuator according to the operation input amount detected by the operation input detecting means;
Reaction force actuator control means for controlling the reaction force actuator;
A clutch provided between the operating element and the steering actuator;
Clutch switching means for switching on and off of the clutch;
Clutch state determining means for determining whether the clutch is in a connected state or a disconnected state;
And when the clutch state determining means determines that the clutch is in the clutch connected state even though the clutch switching means is operating to shift the clutch from the connected state to the disconnected state, the steering actuator A vehicle steering apparatus that controls whether to increase the control amount of the reaction force or to increase the control amount of the reaction force actuator.
前記操作子への操作入力量を検出する操作入力量検出手段と、
転舵輪を転舵する転舵アクチュエータと、
前記操作子に操舵反力を付与する反力アクチュエータと、
前記操作入力検出手段で検出した操作入力量に応じて前記転舵アクチュエータを制御する転舵アクチュエータ制御手段と、
前記反力アクチュエータの制御を行う反力アクチュエータ制御手段と、
前記操作子と前記転舵アクチュエータとの間に設けられた遊星歯車機構と、
ロック状態で前記遊星歯車機構の構成部材の一部を回転不能にして前記操作子と前記転舵輪とを機械的に連結し、アンロック状態で前記構成部材を回転可能にして前記操作子と前記転舵輪とを機械的に分離するロック部材と、
前記ロック部材を駆動するロック駆動手段と、
前記ロック部材がロック状態かアンロック状態かを判定するロック状態判定手段と、
を備え、前記ロック部材をロック状態からアンロック状態に移行させるべく前記ロック駆動手段を駆動しているにもかかわらず前記ロック状態判定手段がロック状態であると判定した場合には、前記転舵アクチュエータの制御量を増大するか、または前記反力アクチュエータの制御量を増大するかの制御を行うことを特徴とする車両用操舵装置。 An operator operated by the driver, and
An operation input amount detecting means for detecting an operation input amount to the operation element;
A steering actuator for steering the steered wheels;
A reaction force actuator for applying a steering reaction force to the operation element;
Steered actuator control means for controlling the steered actuator according to the operation input amount detected by the operation input detecting means;
Reaction force actuator control means for controlling the reaction force actuator;
A planetary gear mechanism provided between the operating element and the steering actuator;
In a locked state, a part of the constituent members of the planetary gear mechanism is made non-rotatable to mechanically connect the operating element and the steered wheel, and in an unlocked state, the constituent member is made rotatable so that the operating element and the A locking member that mechanically separates the steered wheels;
Lock driving means for driving the lock member;
Lock state determination means for determining whether the lock member is in a locked state or an unlocked state;
The lock member is driven to shift the lock member from the locked state to the unlocked state. A vehicle steering apparatus that controls whether to increase the control amount of an actuator or to increase the control amount of the reaction force actuator.
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