JP2009006742A - Steering device and setting method for steering reaction force - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、操舵装置及び操舵反力設定方法に関し、詳しくは、ハンドルの操作に応じた操舵反力を出力する車載用の操舵装置、及び車両のハンドルの操作に応じた操舵反力を設定する操舵反力設定方法に関する。 The present invention relates to a steering device and a steering reaction force setting method, and more specifically, an in-vehicle steering device that outputs a steering reaction force according to the operation of the steering wheel, and a steering reaction force according to the operation of the steering wheel of the vehicle. The present invention relates to a steering reaction force setting method.
従来、この種の操舵装置としては、下記特許文献1に開示されているように、ハンドルの操舵角とハンドルの切り増し切り戻しの判定結果とに基づいてヒステリシス特性をもって操舵反力を設定するものが提案されている。ここでのヒステリシス特性は、操舵角の変化に対して操舵反力が第1の傾きK1で変化する第1の特性と、操舵角の変化に対して操舵反力が第1の傾きK1よりも小さい第2の傾きK2で変化する第2の特性と、を含み、操舵角に対する操舵反力が第2の特性上にある場合にハンドルの切り増し切り戻しの方向が変化したときは、操舵角に対する操舵反力の傾きが第2の傾きK2から第1の傾きK1に変化し、操舵角に対する操舵反力が第1の特性上にある場合に操舵角が第1の特性と第2の特性との交点に相当する角度に到達したときは、操舵角に対する操舵反力の傾きが第1の傾きK1から第2の傾きK2に変化する特性である。この操舵装置では、第1の傾きK1の値を大きくすることで、剛性(ばね定数)の高いばね要素によってクーロン摩擦を近似したヒステリシスを操舵反力特性に与え、操舵速度に依存しないヒステリシス特性を再現している。
Conventionally, as this type of steering device, as disclosed in
上記の操舵装置において、ハンドルの操舵角を検出する操舵角センサの最小分解能が十分に高くない場合は、ハンドルに自励振動が発生しやすくなり、自励振動のレベルが増大すると、運転者に不快感・違和感を与えることになる。ヒステリシス特性における第1の傾きK1の値を小さくすることで、自励振動のレベルを低減することが可能となるが、その反面、クーロン摩擦によるヒステリシス特性が十分に得られず、操舵フィーリングが低下するというトレードオフの関係となる。 In the above steering device, when the minimum resolution of the steering angle sensor for detecting the steering angle of the steering wheel is not sufficiently high, self-excited vibration is likely to be generated in the steering wheel. It will make you feel uncomfortable and uncomfortable. By reducing the value of the first slope K1 in the hysteresis characteristic, the level of self-excited vibration can be reduced, but on the other hand, the hysteresis characteristic due to Coulomb friction cannot be sufficiently obtained, and the steering feeling is reduced. This is a trade-off relationship of lowering.
本発明は、ハンドルの切り増し時と切り戻し時の操舵反力特性にヒステリシスを持たせる場合において、ハンドルに振動が発生したときの振動レベルを抑制することを目的とする。 An object of the present invention is to suppress the vibration level when vibration is generated in the steering wheel when hysteresis is given to the steering reaction force characteristics when the steering wheel is additionally turned and turned back.
本発明に係る操舵装置及び操舵反力設定方法は、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。 The steering device and the steering reaction force setting method according to the present invention employ the following means in order to achieve the above-described object.
本発明に係る操舵装置は、ハンドルの操作に応じた操舵反力を出力する車載用の操舵装置であって、前記ハンドルの操舵角を検出する操舵角検出手段と、該検出した操舵角に基づいてハンドルの切り増しと切り戻しとを判定する切増切戻判定手段と、前記検出した操舵角に基づいて操舵角の振動レベルを演算する振動レベル演算手段と、前記切増切戻判定手段による判定結果と前記検出された操舵角とに基づいてヒステリシス特性をもって目標操舵反力を設定する目標操舵反力設定手段と、該設定された目標操舵反力が出力されるよう操舵反力を出力する操舵反力出力手段と、を備え、前記ヒステリシス特性は、操舵角の変化に対して操舵反力が第1の傾きで変化する第1の特性と、操舵角の変化に対して操舵反力が前記第1の傾きよりも小さい第2の傾きで変化する第2の特性と、を含み、操舵角に対する操舵反力が前記第2の特性上にある場合にハンドルの切り増し切り戻しの方向が変化したときは、操舵角に対する操舵反力の傾きが前記第2の傾きから前記第1の傾きに変化し、操舵角に対する操舵反力が前記第1の特性上にある場合に操舵角が該第1の特性と前記第2の特性との交点に相当する角度に到達したときは、操舵角に対する操舵反力の傾きが前記第1の傾きから前記第2の傾きに変化する特性であり、前記目標操舵反力設定手段は、前記振動レベル演算手段で演算された振動レベルが所定レベル以上である場合は、前記第1の特性における操舵角に対する操舵反力の傾きを、前記第1の傾きより小さい第3の傾きに設定することを要旨とする。 The steering device according to the present invention is a vehicle-mounted steering device that outputs a steering reaction force corresponding to the operation of the steering wheel, and is based on the steering angle detection means that detects the steering angle of the steering wheel, and the detected steering angle. A turning-up / back-off judging means for judging whether the steering wheel is turned up and down, a vibration level computing means for computing a vibration level of the steering angle based on the detected steering angle, and a turning-up / back-back judging means Target steering reaction force setting means for setting the target steering reaction force with hysteresis characteristics based on the determination result and the detected steering angle, and outputting the steering reaction force so that the set target steering reaction force is output A steering reaction force output means, wherein the hysteresis characteristic includes a first characteristic in which the steering reaction force changes with a first inclination with respect to a change in the steering angle, and a steering reaction force with respect to a change in the steering angle. Smaller than the first inclination A second characteristic that changes with a second inclination, and when the steering reaction force with respect to the steering angle is on the second characteristic, the steering angle is increased and the return direction is changed. When the steering reaction force inclination with respect to the steering angle changes from the second inclination to the first inclination and the steering reaction force with respect to the steering angle is on the first characteristic, the steering angle is the first characteristic and the first characteristic. When the angle corresponding to the intersection with the second characteristic is reached, the inclination of the steering reaction force with respect to the steering angle is a characteristic that changes from the first inclination to the second inclination, and the target steering reaction force setting means When the vibration level calculated by the vibration level calculation means is equal to or higher than a predetermined level, the inclination of the steering reaction force with respect to the steering angle in the first characteristic is changed to a third inclination smaller than the first inclination. The gist is to set.
本発明の一態様では、前記目標操舵反力設定手段は、前記振動レベル演算手段で演算された振動レベルが前記所定レベル以上である場合は、操舵角がその振動中心を含む設定範囲内にある条件で、前記第1の特性における操舵角に対する操舵反力の傾きを前記第3の傾きに設定することが好適である。 In one aspect of the present invention, the target steering reaction force setting means has a steering angle within a set range including the vibration center when the vibration level calculated by the vibration level calculation means is equal to or greater than the predetermined level. It is preferable that the inclination of the steering reaction force with respect to the steering angle in the first characteristic is set to the third inclination under the condition.
本発明の一態様では、前記操舵角検出手段は、操舵角を所定の分解能Δθhで検出する手段であり、前記設定範囲は、操舵角の振動中心にΔθhを足した値をその上限とし、操舵角の振動中心からΔθhを引いた値をその下限とする範囲であることが好適である。 In one aspect of the present invention, the steering angle detecting means is means for detecting a steering angle with a predetermined resolution Δθh, and the setting range has an upper limit value obtained by adding Δθh to the vibration center of the steering angle. It is preferable that the lower limit is a value obtained by subtracting Δθh from the angular vibration center.
本発明の一態様では、前記目標操舵反力設定手段は、前記振動レベル演算手段で演算された振動レベルに応じて前記設定範囲を変更することが好適である。この態様では、前記目標操舵反力設定手段は、前記振動レベル演算手段で演算された振動レベルの増大に対して前記設定範囲を増大させることが好適である。 In one aspect of the present invention, it is preferable that the target steering reaction force setting unit changes the setting range according to the vibration level calculated by the vibration level calculation unit. In this aspect, it is preferable that the target steering reaction force setting means increases the setting range with respect to an increase in the vibration level calculated by the vibration level calculation means.
本発明の一態様では、前記目標操舵反力設定手段は、前記振動レベル演算手段で演算された振動レベルに応じて前記第3の傾きを変更することが好適である。この態様では、前記目標操舵反力設定手段は、前記振動レベル演算手段で演算された振動レベルの増大に対して前記第3の傾きを減少させることが好適である。 In one aspect of the present invention, it is preferable that the target steering reaction force setting unit changes the third inclination according to a vibration level calculated by the vibration level calculation unit. In this aspect, it is preferable that the target steering reaction force setting unit decreases the third inclination with respect to an increase in the vibration level calculated by the vibration level calculation unit.
本発明の一態様では、前記振動レベル演算手段は、前記操舵角検出手段で検出された操舵角に対して、前記第1の傾きまたは前記第2の傾きに基づいて決まるハンドルの共振周波数を含む帯域を通過させるフィルタ処理を行ってから、操舵角の振動レベルを演算することが好適である。この態様では、前記目標操舵反力設定手段は、操舵角に対する操舵反力が前記第1の特性上にあるか前記第2の特性上にあるかを判定し、前記振動レベル演算手段は、該判定結果に応じて前記フィルタ処理における通過帯域を変化させることが好適である。 In one aspect of the present invention, the vibration level calculation means includes a resonance frequency of a handle that is determined based on the first inclination or the second inclination with respect to the steering angle detected by the steering angle detection means. It is preferable to calculate the vibration level of the steering angle after performing a filter process for passing the band. In this aspect, the target steering reaction force setting means determines whether a steering reaction force with respect to a steering angle is on the first characteristic or the second characteristic, and the vibration level calculation means is It is preferable to change the pass band in the filter processing according to the determination result.
また、本発明に係る操舵反力設定方法は、車両のハンドルの操作に応じた操舵反力を設定する操舵反力設定方法であって、前記ハンドルの操舵角に基づいてハンドルの切り増しか切り戻しかを判定し、該判定結果と前記ハンドルの操舵角とに基づいてヒステリシス特性をもって操舵反力を設定する操舵反力設定方法において、前記ヒステリシス特性は、操舵角の変化に対して操舵反力が第1の傾きで変化する第1の特性と、操舵角の変化に対して操舵反力が前記第1の傾きよりも小さい第2の傾きで変化する第2の特性と、を含み、操舵角に対する操舵反力が前記第2の特性上にある場合にハンドルの切り増し切り戻しの方向が変化したときは、操舵角に対する操舵反力の傾きが前記第2の傾きから前記第1の傾きに変化し、操舵角に対する操舵反力が前記第1の特性上にある場合に操舵角が該第1の特性と前記第2の特性との交点に相当する角度に到達したときは、操舵角に対する操舵反力の傾きが前記第1の傾きから前記第2の傾きに変化する特性であり、前記操舵反力を設定する際には、前記ハンドルの操舵角に基づいて操舵角の振動レベルを演算し、該演算した振動レベルが所定レベル以上である場合は、前記第1の特性における操舵角に対する操舵反力の傾きを、前記第1の傾きより小さい第3の傾きに設定することを要旨とする。 The steering reaction force setting method according to the present invention is a steering reaction force setting method for setting a steering reaction force according to an operation of a steering wheel of a vehicle, wherein only the steering wheel is increased based on the steering angle of the steering wheel. In the steering reaction force setting method of determining whether to return and setting a steering reaction force with a hysteresis characteristic based on the determination result and the steering angle of the steering wheel, the hysteresis characteristic is a steering reaction force against a change in the steering angle. A first characteristic that changes with a first inclination, and a second characteristic that a steering reaction force changes with a second inclination that is smaller than the first inclination with respect to a change in steering angle. When the steering reaction force with respect to the angle is on the second characteristic and the direction of the steering wheel turning back and forth changes, the inclination of the steering reaction force with respect to the steering angle changes from the second inclination to the first inclination. To the steering angle When the steering reaction force is on the first characteristic, when the steering angle reaches an angle corresponding to the intersection of the first characteristic and the second characteristic, the inclination of the steering reaction force with respect to the steering angle is A characteristic that changes from the first inclination to the second inclination, and when setting the steering reaction force, the vibration level of the steering angle is calculated based on the steering angle of the steering wheel, and the calculated vibration When the level is equal to or higher than a predetermined level, the gist is to set the inclination of the steering reaction force with respect to the steering angle in the first characteristic to a third inclination smaller than the first inclination.
本発明によれば、ハンドルの切り増し時と切り戻し時の操舵反力特性にヒステリシスを持たせる場合において、ハンドルに振動が発生したときの振動レベルを抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress the vibration level when vibration occurs in the steering wheel when hysteresis is given to the steering reaction force characteristics when the steering wheel is additionally turned and turned back.
以下、本発明を実施するための形態(以下実施形態という)を図面に従って説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態に係る操舵装置20の概略構成を示す図である。本実施形態に係る操舵装置20は、車両に搭載されるものであり、図示するように、運転者により操作されるハンドル22と、ハンドル22の角度(操舵角)を検出する操舵角センサ24と、ハンドル22のトルク(操舵反力)を検出するトルクセンサ26と、運転者によるハンドル22の操作に応じてハンドル22にトルクを作用させることでハンドル22の操舵反力を模擬する反力モータ40と、ハンドル22の操舵角に応じて操舵輪30,32の切り角を変更するための出力トルクを減速機34を介してラック36に伝達して操舵輪30,32へ出力する転舵モータ42と、装置全体をコントロールする電子制御ユニット50と、を備える。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a
電子制御ユニット50は、CPU52を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、処理プログラムを記憶したROM54と、一時的にデータを記憶するRAM56と、入出力ポート(図示せず)と、を備える。この電子制御ユニット50には、操舵角センサ24からの操舵角θh、トルクセンサ26からのトルクTh、及び車速センサ58からの車速Vなどが入力ポートを介して入力されている。また、電子制御ユニット50からは、反力モータ40及び転舵モータ42への駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。
The
図2は、操舵装置20の電子制御ユニット50が操舵反力指令値Tp*を演算する操舵反力指令値演算ブロック60として動作するときの制御ブロックを例示する説明図である。図示するように、操舵反力指令値演算ブロック60は、入力した操舵角θhに基づいてハンドル22の切り増しと切り戻しとを判定する切り増し切り戻し判定部62と、入力した操舵角θhに基づいてハンドル22(操舵角θh)の振動のレベル(振幅)を検出する振動レベル検出部64と、切り増し切り戻し判定部62の判定結果と振動レベル検出部64で検出された振動レベルと操舵角θhと車速Vとに基づいて操舵反力指令値Tp*を演算する操舵反力指令値演算部66と、を有する。電子制御ユニット50では、この操舵反力指令値演算ブロック60により演算された操舵反力指令値Tp*とトルクセンサ26により検出されるトルクThとに基づいてハンドル22に作用する操舵反力が操舵反力指令値Tp*となるよう反力モータ40を駆動制御する。ただし、ここでは、トルクセンサ26を用いずに操舵反力指令値Tp*のみに基づいて反力モータ40を駆動制御してもよい。なお、操舵角θhは、操舵角センサ24により所定の分解能(最小分解能)Δθhで検出される。
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a control block when the
操舵反力指令値演算ブロック60における切り増し切り戻し判定部62では、操舵角センサ24により検出される操舵角θhに基づいて、ハンドル22が切り増し状態にあるか切り戻し状態にあるかが判定される。より具体的には、前回入力した操舵角θhと今回入力した操舵角θhとの差の符号、すなわち正負により切り増しか切り戻しかが判定される。
The increase /
振動レベル検出部64では、入力した操舵角θhに対して、設定された周波数帯域を通過させるバンドパスフィルタ処理を行う。ここでは、ハンドル22の慣性と剛性とに基づいて決まるハンドル22の共振周波数を含む周波数帯域を通過させるようにバンドパスフィルタの通過帯域が設定されることで、ハンドル22の共振周波数に対応する操舵角θhの周波数成分が抽出される。バンドパスフィルタ処理後の操舵角θhは、振動レベル検出部64により振動レベルを検出するために自乗処理が行われた後にローパスフィルタ処理が施される。この処理によって、ハンドル22の共振周波数に対応する操舵角θhの振動レベルが演算される。
The vibration
操舵反力指令値演算部66では、切り増し切り戻し判定部62の判定結果と振動レベル検出部64で検出された振動レベルと操舵角θhと車速Vとに基づいてハンドル22に作用する操舵反力が図3に例示するようなヒステリシス特性を持つように操舵反力指令値Tp*を演算する。図3中、横軸は操舵角θhであり、縦軸は操舵反力Tpである。図3に例示するヒステリシス特性は、操舵角θhの変化に対して操舵反力Tpが傾きK1で変化する直線A,C(第1の特性線)と、操舵角θhの変化に対して操舵反力Tpが傾きK2(K2<K1)で変化する直線B,D(第2の特性線)とを含む特性である。また、図3において、直線Bの切片はT0であり、直線Dの切片は−T0である。以下、操舵反力指令値演算部66が操舵反力指令値Tp*を演算する処理について説明する。なお、操舵反力指令値Tp*は、ハンドル22を右に回転させたときと左に回転させたときとで符号が異なるだけで同様に演算されるから、操舵角θhが正の方向(実施形態ではハンドル22を左に回転したとき)について説明する。また、説明の容易のために、車速Vを用いずに操舵反力指令値Tp*を演算する処理について説明する。
In the steering reaction force command
ハンドル22の切り始めの操舵角θhが値0から傾きK1の直線上で直線Bと交差する角度θ1に至るまでは、操舵角θhと操舵反力Tpとを横軸と縦軸としたときの座標上で傾きK1で原点を通る直線の関係として操舵反力指令値Tp*を演算する。即ち、次式(1)として操舵反力指令値Tp*を演算するのである。
When the steering angle θh at the start of turning of the
Tp*=K1・θh (1) Tp * = K1 · θh (1)
操舵角θhが角度θ1を超えた後の切り増しのときには、操舵角θhが最小分解能Δθhずつ切り増しが行われる毎に次式(2)で計算されるΔTずつ加算する。即ち、最小分解能Δθhのn倍だけ切り増しされたときは、式(3)により操舵反力指令値Tp*を演算する。 When the steering angle θh is increased after exceeding the angle θ1, every time the steering angle θh is increased by the minimum resolution Δθh, ΔT calculated by the following equation (2) is added. That is, when the value is increased by n times the minimum resolution Δθh, the steering reaction force command value Tp * is calculated by the equation (3).
ΔT=K2・Δθh (2)
Tp*=K1・θ1+n・ΔT
=K2・(θ1+n・Δθh)+(K1−K2)・θ1 (3)
ΔT = K2 · Δθh (2)
Tp * = K1 · θ1 + n · ΔT
= K2 · (θ1 + n · Δθh) + (K1−K2) · θ1 (3)
最小分解能Δθhずつ操舵角θhが増加したときの操舵反力指令値Tp*が設定される様子を図4に示す。図示するように、操舵角θhが角度θ1を越えた後は、演算された操舵反力指令値Tp*は、傾きK2の直線B(第2の特性線)上の値となる。なお、式(3)中の右辺第2項の(K1−K2)・θ1は、図3における直線Bの切片T0となっている。 FIG. 4 shows how the steering reaction force command value Tp * is set when the steering angle θh increases by the minimum resolution Δθh. As shown in the figure, after the steering angle θh exceeds the angle θ1, the calculated steering reaction force command value Tp * is a value on the straight line B (second characteristic line) of the slope K2. Note that (K1−K2) · θ1 in the second term on the right side in Equation (3) is the intercept T0 of the straight line B in FIG.
操舵角θhが角度θ1より大きな角度θ2の状態からハンドル22が切り戻されたときには、次式(5)により操舵反力指令値Tp*は演算される。
When the
Tp*=K1・θh−(K1−K2)・(θ2−θ1) (5) Tp * = K1 · θh− (K1−K2) · (θ2−θ1) (5)
切り戻しが判定される直前の操舵反力指令値Tp*は、前述の切り増しの演算により図4における直線B上のポイントB2の値となっている。切り戻しが開始されると、式(5)により操舵反力指令値Tp*は計算され、操舵反力指令値Tp*は、図4におけるポイントB2を通る傾きK1の直線A2(第1の特性線)上の値となる。そして、操舵角θhが直線A2上において直線Bとの交点B2から直線Dとの交点D2に到達するのに要する角度だけ小さくなるまで、式(5)により操舵反力指令値Tp*が演算される。このように、操舵角θhに対する操舵反力指令値Tp*が第2の特性線(例えば直線B)上にある場合にハンドル22の切り増し切り戻しの方向が変化したときは、操舵反力指令値Tp*が第1の特性線(例えば直線A2)上の値となり、操舵角θhに対する操舵反力指令値Tp*の傾きがK2からK1に変化(増大)する。ここでの傾きK2の直線Bは、切り増し時の操舵反力特性に相当し、傾きK1の直線A2は、クーロン摩擦に対応する操舵反力を与えるための操舵反力特性に相当する。傾きK1の値を大きくすることで、剛性(ばね定数)の高いばね要素によってクーロン摩擦を近似したヒステリシスを得ることができる。
The steering reaction force command value Tp * immediately before the determination of the switchback is the value of the point B2 on the straight line B in FIG. When the switchback is started, the steering reaction force command value Tp * is calculated by the equation (5), and the steering reaction force command value Tp * is a straight line A2 (first characteristic) of the slope K1 passing through the point B2 in FIG. Value on line). Then, the steering reaction force command value Tp * is calculated by the equation (5) until the steering angle θh is reduced by the angle required to reach the intersection D2 with the straight line D from the intersection B2 with the straight line B on the straight line A2. The As described above, when the steering reaction force command value Tp * with respect to the steering angle θh is on the second characteristic line (for example, the straight line B), the steering reaction force command is changed when the direction of the additional turning back of the
次に、操舵角θhが、図4における直線A2と直線Dとの交点D2に相当する角度θ3まで切り戻されたときを考える。この角度θ3から更に切り戻しがなされると、操舵角θhが最小分解能Δθhずつ切り戻しが行われる毎に前述の式(2)で計算されるΔTずつ減算する。即ち、角度θ3から最小分解能Δθhのm倍だけ切り戻されたときは、次式(6)により操舵反力指令値Tp*が演算されるのである。 Next, consider a case where the steering angle θh is cut back to an angle θ3 corresponding to the intersection D2 between the straight line A2 and the straight line D in FIG. When further turning back is performed from this angle θ3, every time the steering angle θh is turned back by the minimum resolution Δθh, ΔT calculated by the above equation (2) is subtracted. That is, when the angle θ3 is switched back by m times the minimum resolution Δθh, the steering reaction force command value Tp * is calculated by the following equation (6).
Tp*=−T0+K2・(θ3−m・Δθh) (6) Tp * = − T0 + K2 · (θ3−m · Δθh) (6)
最小分解能Δθhずつ操舵角θhが減少したときの操舵反力指令値Tp*が設定される様子を図4に示す。図示するように、操舵角θhが角度θ3から減少した後は、演算された操舵反力指令値Tp*は、傾きK2の直線D(第2の特性線)上の値となる。このように、操舵角θhに対する操舵反力指令値Tp*が第1の特性線(例えば直線A2)上にある場合に操舵角θhが第1の特性線と第2の特性線との交点に相当する角度(例えば直線A2と直線Dとの交点D2に相当する角度θ3)に到達したときは、操舵反力指令値Tp*が第2の特性線(例えば直線D)上の値となり、操舵角θhに対する操舵反力指令値Tp*の傾きがK1からK2に変化(減少)する。ここでの傾きK2の直線Dは、切り戻し時の操舵反力特性に相当する。本実施形態では、操舵角θhと切り増し切り戻しの判定結果とに基づいて操舵反力指令値Tp*を設定することで、ヒステリシス特性における現在の状態(操舵角θh及び操舵反力Tpが直線A,B,C,Dのどの位置にあるか)を的確に把握しながら、操舵速度に依存しないクーロン摩擦によるヒステリシス特性を再現することができる。 FIG. 4 shows how the steering reaction force command value Tp * is set when the steering angle θh decreases by the minimum resolution Δθh. As shown in the drawing, after the steering angle θh is decreased from the angle θ3, the calculated steering reaction force command value Tp * becomes a value on the straight line D (second characteristic line) of the slope K2. Thus, when the steering reaction force command value Tp * with respect to the steering angle θh is on the first characteristic line (for example, the straight line A2), the steering angle θh is at the intersection of the first characteristic line and the second characteristic line. When the corresponding angle (for example, the angle θ3 corresponding to the intersection D2 of the straight line A2 and the straight line D) is reached, the steering reaction force command value Tp * becomes a value on the second characteristic line (for example, the straight line D), and the steering is performed. The inclination of the steering reaction force command value Tp * with respect to the angle θh changes (decreases) from K1 to K2. The straight line D with the inclination K2 here corresponds to the steering reaction force characteristic at the time of switching back. In the present embodiment, the steering reaction force command value Tp * is set based on the steering angle θh and the determination result of the additional turning back, whereby the current state in the hysteresis characteristic (the steering angle θh and the steering reaction force Tp are linear) It is possible to reproduce the hysteresis characteristic due to Coulomb friction that does not depend on the steering speed while accurately grasping the position (A, B, C, D).
操舵角センサ24の最小分解能Δθhが十分に高くない場合は、ハンドル22に自励振動が発生しやすくなり、自励振動のレベルが増大すると、運転者に不快感・違和感を与えることになる。特に、ハンドル22の手放し状態や軽く手を添えて保舵している状態等の操舵反力Tpの絶対値が小さいときに自励振動が発生しやすくなる。そこで、本実施形態では、振動レベル検出部64で検出された振動レベルが所定レベル以上である場合は、操舵反力指令値演算部66は、第1の特性線(例えば特性線A,A2,C)における傾き(操舵角θhに対する操舵反力Tpの傾き)をK1より小さいK3に設定する。これによって、ハンドル22の自励振動のレベルを抑制する。一方、振動レベル検出部64で検出された振動レベルが所定レベルより低い場合は、操舵反力指令値演算部66は、第1の特性線における傾きをK1に設定する。
When the minimum resolution Δθh of the
前述のように、振動レベル検出部64は、ハンドル22の共振周波数に対応する操舵角θhの振動レベルを検出する。操舵角θhに対する操舵反力指令値Tp*が第1の特性線(例えば直線A,A2,C)上にある場合は、ハンドル22の剛性(ばね定数)は傾きK1で表され、ハンドル22の共振周波数(角周波数)ω1は次式(7)で表される。一方、操舵角θhに対する操舵反力指令値Tp*が第2の特性線(例えば直線B,D)上にある場合は、ハンドル22の剛性は傾きK2で表され、ハンドル22の共振周波数(角周波数)ω2は次式(8)で表される。式(7)、(8)において、Jhはハンドル22の慣性モーメントである。
As described above, the
ω1=(K1/Jh)0.5 (7)
ω2=(K2/Jh)0.5 (8)
ω1 = (K1 / Jh) 0.5 (7)
ω2 = (K2 / Jh) 0.5 (8)
式(7)、(8)に示すように、ハンドル22の共振周波数は、傾きK1または傾きK2に基づいて決まる。ハンドル22の共振周波数に対応する操舵角θhの振動レベルを精度よく検出するためには、振動レベル検出部64は、ハンドル22の共振周波数ω1,ω2を含む周波数帯域を通過させる(ω1,ω2に対応する周波数成分を抽出する)ように、バンドパスフィルタ処理における通過帯域を設定することが好ましい。
As shown in equations (7) and (8), the resonance frequency of the
図5に示すように、操舵角θhが角度θ2から若干切り戻された角度θ4で保舵されたときに、ハンドル22の慣性Jhと剛性K1に応じた共振現象(自励振動)が発生し、振動レベル検出部64で検出された振動レベルが所定レベル以上になった例を考える。ここでは、操舵反力指令値演算部66は、操舵角θhがその振動中心θ4を含む設定範囲内にある条件で、第1の特性線A2における傾き(操舵角θhに対する操舵反力Tpの傾き)をK1より小さいK3に設定する。これによって、操舵反力指令値Tp*の最小単位をK1・ΔθhからK3・Δθhに小さくすることができ、ハンドル22に振動が発生したときの振動レベルを速やかに抑制することができる。ここでの設定範囲については、例えば図5に示すように、動作点θ4を振動中心として操舵角センサ24の最小分解能Δθhだけプラスマイナスしたθ4−Δθh(下限値)からθ4+Δθh(上限値)までの範囲とすることができる。一方、操舵角θhがθ4−Δθhを下限値としθ4+Δθhを上限値とする設定範囲から外れる条件では、図5に示すように、第1の特性線A2における傾きはK1に設定される。これによって、クーロン摩擦による摩擦感を運転者に与えることができる。なお、振動レベル検出部64は、例えば操舵角θhの振動波形(時系列波形)に基づいて動作点(操舵角θhの振動中心)θ4を検出することができる。
As shown in FIG. 5, when the steering angle θh is held at an angle θ4 slightly cut back from the angle θ2, a resonance phenomenon (self-excited vibration) corresponding to the inertia Jh and the rigidity K1 of the
さらに、操舵角θhが角度θ4の状態からハンドル22が切り戻されたときには、操舵角θhが特性A2(傾きK1の直線)上において直線Dとの交点D2に到達するのに要する角度だけ小さくなるまで、次式(9)により操舵反力指令値Tp*は演算される。式(9)において、T2は角度θ4での操舵反力指令値(図5参照)である。
Furthermore, when the
Tp*=T2−K3・Δθh−K1・(θ4−θh−Δθh) (9) Tp * = T2−K3 · Δθh−K1 · (θ4−θh−Δθh) (9)
操舵角θhが角度θ4の状態から運転者がハンドル22を手放した場合、操舵角θhは、次式(10)で表されるハンドル22の運動方程式に従って角度θ5(図5参照)に収束する。ただし、操舵角θhに対する操舵反力Tpの傾き(剛性)K1は大きい値であるため、ハンドル22には振動が発生する。なお、式(10)において、dθh/dtは操舵角速度(操舵角θhの時間微分)、d2θh/dt2は操舵角加速度(操舵角速度の時間微分)、chはハンドル22の粘性摩擦係数である。
When the driver releases the
Jh・d2θh/dt2=K1・(θh−θ5)−ch・dθh/dt (10) Jh · d 2 θh / dt 2 = K1 · (θh−θ5) −ch · dθh / dt (10)
角度θ5の近傍における剛性(操舵角θhに対する操舵反力Tpの傾き)をK1のままに設定した場合は、図6に示すように、操舵反力指令値Tp*の最小単位K1・Δθhが大きくなり、操舵角θhが制御によるハンチングを起こし、ハンドル22の振動が減衰しにくくなる。これに対して本実施形態では、振動レベル検出部64で検出された振動レベルが所定レベル以上になると、動作点θ5の近傍(例えばθ5−Δθhを下限としθ5+Δθhを上限とする範囲)における剛性、つまり操舵角θhに対する操舵反力Tpの傾きがK1より小さいK3に設定されるため、図7に示すように、操舵反力指令値Tp*の最小単位をK3・Δθhに小さくすることができる。その結果、操舵角θhが制御によるハンチングを起こすことなく、ハンドル22の振動を速やかに抑制することができる。さらに、操舵反力指令値Tp*の最小単位が小さいため、運転者がハンドル22に触れているときもハンドル22のトルク変動が気にならないという効果も生じる。そのためには、トルク変動分K3・Δθhが運転者の感じることができるトルク変動より小さくなるように傾きK3の値を設定することが好ましい。また、運転者が操舵を行おうとして腕の筋肉がある程度緊張状態になると、ハンドル回転方向の等価慣性が大きくなり、ハンドル22の自励振動は減衰する。本実施形態では、振動レベル検出部64で検出された振動レベルが所定レベルより低いときは、動作点θ5周りの剛性(操舵角θhに対する操舵反力Tpの傾き)はK3より大きいK1に設定されるため、ハンドル22を操作する運転者は、クーロン摩擦による摩擦感を十分に感じることができる。
When the stiffness in the vicinity of the angle θ5 (the inclination of the steering reaction force Tp with respect to the steering angle θh) is set to K1, the minimum unit K1 · Δθh of the steering reaction force command value Tp * is large as shown in FIG. Thus, the steering angle θh causes hunting by the control, and the vibration of the
以上説明したように、本実施形態によれば、操舵速度に依存しないクーロン摩擦によるヒステリシス特性を再現することができるとともに、ハンドル22に自励振動が生じたときの振動レベルを速やかに抑制することができる。その結果、良好な操舵フィーリングを得ることができる。
As described above, according to this embodiment, it is possible to reproduce the hysteresis characteristic due to Coulomb friction that does not depend on the steering speed, and to quickly suppress the vibration level when self-excited vibration occurs in the
以上の説明では、説明の容易のために、車速Vを考慮せずに操舵反力指令値Tp*を演算するものとした。ただし、実施形態に係る操舵装置20では、図3〜5における特性線A,A2,Cの傾きK1や特性線B,Dの傾きK2、及び切片T0,−T0を車速Vに応じて変更するものとして操舵反力指令値Tp*を演算することができる。
In the above description, for easy explanation, the steering reaction force command value Tp * is calculated without considering the vehicle speed V. However, in the
また、本実施形態では、振動レベル検出部64で検出された振動レベルが所定レベル以上である場合は、操舵反力指令値演算部66は、この振動レベルに応じて傾きK3の値を変更することもできる。例えば、振動レベル検出部64で検出された振動レベルが大きいほど、傾きK3の値を小さくすることもできる。このように、振動レベル検出部64で検出された振動レベルの増大に対して傾きK3の値を減少させることで、ハンドル22の振動レベルが大きいときにハンドル22の振動を速やかに抑制することができるとともに、ハンドル22の振動レベルが小さいときにクーロン摩擦による摩擦感を十分に運転者に与えることができる。
In the present embodiment, when the vibration level detected by the vibration
以上の説明では、振動レベル検出部64で検出された振動レベルが所定レベル以上である場合は、操舵角の振動中心(例えば図5のθ4)から最小分解能Δθhを引いた値θ4−Δθhを下限とし、操舵角の振動中心θ4に最小分解能Δθhを足した値θ4+Δθhを上限とする範囲において、第1の特性線(例えば特性線A,A2,C)の傾きをK3に設定するものとした。ただし、本実施形態では、振動レベル検出部64で検出された振動レベルが所定レベル以上である場合は、操舵反力指令値演算部66は、この振動レベルに応じて第1の特性線(例えば特性線A,A2,C)の傾きをK3に小さくする操舵角θhの範囲を変化させることもできる。例えば、振動レベル検出部64で検出された振動レベルが大きいほど、第1の特性線の傾きをK3に小さくする操舵角θhの範囲を広げることもできる。このように、振動レベル検出部64で検出された振動レベルの増大に対して第1の特性線の傾きをK3に小さくする操舵角θhの範囲を増大させることによっても、ハンドル22の振動レベルが大きいときにハンドル22の振動を速やかに抑制することができるとともに、ハンドル22の振動レベルが小さいときにクーロン摩擦による摩擦感を十分に運転者に与えることができる。
In the above description, when the vibration level detected by the vibration
また、本実施形態では、振動レベル検出部64は、バンドパスフィルタ処理における通過帯域を変化させることもできる。その場合は、操舵反力指令値演算部66は、操舵角θhとハンドル22の切り増し切り戻しの判定結果とに基づいて、操舵角θhに対する操舵反力指令値Tp*が第1の特性線(例えば直線A,A2,C)上にあるか第2の特性線(例えば直線B,D)上にあるかを判定する。そして、振動レベル検出部64は、この判定結果に応じてバンドパスフィルタ処理における通過帯域を変化させる。例えば、操舵角θhに対する操舵反力指令値Tp*が第1の特性線上にあるときは、振動レベル検出部64は、ハンドル22の共振周波数ω1を含む周波数帯域を通過させる(ω1に対応する周波数成分を抽出する)ように、バンドパスフィルタ処理における通過帯域を設定する。一方、操舵角θhに対する操舵反力指令値Tp*が第2の特性線上にあるときは、振動レベル検出部64は、ハンドル22の共振周波数ω2を含む周波数帯域を通過させる(ω2に対応する周波数成分を抽出する)ように、バンドパスフィルタ処理における通過帯域を設定する。これによって、ハンドル22の共振周波数に対応する振動レベルをさらに精度よく検出することができる。
In the present embodiment, the vibration
実施形態に係る操舵装置20では、操舵反力指令値Tp*のヒステリシス特性として図3における平行四辺形を描く特性を例示して説明したが、操舵角θhと操舵反力指令値Tp*との関係にヒステリシス特性が得られればよく、図8に例示するような種々の形状を描くものとしてもよい。また、ヒステリシス特性における傾きK1,K2についても、必ずしも一定値である必要はなく、操舵角θhに応じて変化させることも可能である。
In the
また、実施形態に係る操舵装置20では、演算した操舵反力指令値Tp*に基づいて反力モータ40を駆動制御するものとしたが、図9に例示する制御ブロックに示すように、操舵角θhの時間微分である操舵角速度にダンパゲインを乗じた値を操舵反力指令値Tp*に加算し、この値に基づいて反力モータ40を駆動制御するものとしてもよい。こうすれば、ハンドル22から手を離したときの平衡点への収束特性を向上させることができる。
In the
また、実施形態に係る操舵装置20では、反力モータ40のトルクによりハンドル22に操舵反力を与えるものとしたが、モータ以外のアクチュエータを用いてハンドル22に操舵反力を与えることもできる。
In the
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。 As mentioned above, although the form for implementing this invention was demonstrated, this invention is not limited to such embodiment at all, and it can implement with a various form in the range which does not deviate from the summary of this invention. Of course.
20 操舵装置、22 ハンドル、24 操舵角センサ、26 トルクセンサ、30,32 操舵輪、34 減速機、36 ラック、40 反力モータ、42 転舵モータ、50 電子制御ユニット、52 CPU、54 ROM、56 RAM、58 車速センサ、60 操舵反力指令値演算ブロック、62 切り増し切り戻し判定部、64 振動レベル検出部、66 操舵反力指令値演算部。 20 Steering device, 22 Handle, 24 Steering angle sensor, 26 Torque sensor, 30, 32 Steering wheel, 34 Reducer, 36 Rack, 40 Reaction force motor, 42 Steering motor, 50 Electronic control unit, 52 CPU, 54 ROM, 56 RAM, 58 Vehicle speed sensor, 60 Steering reaction force command value calculation block, 62 Increase / return switching determination unit, 64 Vibration level detection unit, 66 Steering reaction force command value calculation unit
Claims (10)
前記ハンドルの操舵角を検出する操舵角検出手段と、
該検出した操舵角に基づいてハンドルの切り増しと切り戻しとを判定する切増切戻判定手段と、
前記検出した操舵角に基づいて操舵角の振動レベルを演算する振動レベル演算手段と、
前記切増切戻判定手段による判定結果と前記検出された操舵角とに基づいてヒステリシス特性をもって目標操舵反力を設定する目標操舵反力設定手段と、
該設定された目標操舵反力が出力されるよう操舵反力を出力する操舵反力出力手段と、
を備え、
前記ヒステリシス特性は、
操舵角の変化に対して操舵反力が第1の傾きで変化する第1の特性と、操舵角の変化に対して操舵反力が前記第1の傾きよりも小さい第2の傾きで変化する第2の特性と、を含み、
操舵角に対する操舵反力が前記第2の特性上にある場合にハンドルの切り増し切り戻しの方向が変化したときは、操舵角に対する操舵反力の傾きが前記第2の傾きから前記第1の傾きに変化し、操舵角に対する操舵反力が前記第1の特性上にある場合に操舵角が該第1の特性と前記第2の特性との交点に相当する角度に到達したときは、操舵角に対する操舵反力の傾きが前記第1の傾きから前記第2の傾きに変化する特性であり、
前記目標操舵反力設定手段は、前記振動レベル演算手段で演算された振動レベルが所定レベル以上である場合は、前記第1の特性における操舵角に対する操舵反力の傾きを、前記第1の傾きより小さい第3の傾きに設定する、操舵装置。 A vehicle-mounted steering device that outputs a steering reaction force according to the operation of the steering wheel,
Steering angle detection means for detecting the steering angle of the steering wheel;
An increase / return determination means for determining whether to increase or decrease the steering wheel based on the detected steering angle;
Vibration level calculating means for calculating the vibration level of the steering angle based on the detected steering angle;
Target steering reaction force setting means for setting a target steering reaction force with hysteresis characteristics based on the determination result by the increase / decrease / return determination means and the detected steering angle;
Steering reaction force output means for outputting a steering reaction force so that the set target steering reaction force is output;
With
The hysteresis characteristic is
A first characteristic in which the steering reaction force changes with a first inclination with respect to a change in the steering angle, and a steering reaction force with a second inclination smaller than the first inclination with respect to a change in the steering angle. A second characteristic;
When the steering reaction force with respect to the steering angle is on the second characteristic and the direction of the steering wheel is increased and turned back, the inclination of the steering reaction force with respect to the steering angle is changed from the second inclination to the first inclination. When the steering angle changes to an inclination and the steering reaction force with respect to the steering angle is on the first characteristic, the steering angle reaches an angle corresponding to the intersection of the first characteristic and the second characteristic. The inclination of the steering reaction force with respect to an angle is a characteristic that changes from the first inclination to the second inclination,
The target steering reaction force setting means, when the vibration level calculated by the vibration level calculation means is equal to or higher than a predetermined level, sets the inclination of the steering reaction force with respect to the steering angle in the first characteristic as the first inclination. A steering device that sets a smaller third tilt.
前記目標操舵反力設定手段は、前記振動レベル演算手段で演算された振動レベルが前記所定レベル以上である場合は、操舵角がその振動中心を含む設定範囲内にある条件で、前記第1の特性における操舵角に対する操舵反力の傾きを前記第3の傾きに設定する、操舵装置。 The steering apparatus according to claim 1,
When the vibration level calculated by the vibration level calculation means is equal to or higher than the predetermined level, the target steering reaction force setting means has the condition that the steering angle is within a setting range including the vibration center. A steering device that sets the inclination of the steering reaction force with respect to the steering angle in the characteristic to the third inclination.
前記操舵角検出手段は、操舵角を所定の分解能Δθhで検出する手段であり、
前記設定範囲は、操舵角の振動中心にΔθhを足した値をその上限とし、操舵角の振動中心からΔθhを引いた値をその下限とする範囲である、操舵装置。 The steering apparatus according to claim 2,
The steering angle detecting means is means for detecting the steering angle with a predetermined resolution Δθh,
The steering device is a steering device in which a value obtained by adding Δθh to the vibration center of the steering angle is an upper limit, and a value obtained by subtracting Δθh from the vibration center of the steering angle is a lower limit.
前記目標操舵反力設定手段は、前記振動レベル演算手段で演算された振動レベルに応じて前記設定範囲を変更する、操舵装置。 The steering apparatus according to claim 2,
The target steering reaction force setting means changes the setting range according to the vibration level calculated by the vibration level calculation means.
前記目標操舵反力設定手段は、前記振動レベル演算手段で演算された振動レベルの増大に対して前記設定範囲を増大させる、操舵装置。 The steering apparatus according to claim 4, wherein
The target steering reaction force setting means increases the setting range with respect to an increase in the vibration level calculated by the vibration level calculation means.
前記目標操舵反力設定手段は、前記振動レベル演算手段で演算された振動レベルに応じて前記第3の傾きを変更する、操舵装置。 The steering apparatus according to any one of claims 1 to 5,
The target steering reaction force setting means changes the third inclination according to the vibration level calculated by the vibration level calculation means.
前記目標操舵反力設定手段は、前記振動レベル演算手段で演算された振動レベルの増大に対して前記第3の傾きを減少させる、操舵装置。 The steering apparatus according to claim 6, wherein
The target steering reaction force setting means is a steering device that reduces the third inclination with respect to an increase in vibration level calculated by the vibration level calculation means.
前記振動レベル演算手段は、前記操舵角検出手段で検出された操舵角に対して、前記第1の傾きまたは前記第2の傾きに基づいて決まるハンドルの共振周波数を含む帯域を通過させるフィルタ処理を行ってから、操舵角の振動レベルを演算する、操舵装置。 The steering apparatus according to any one of claims 1 to 7,
The vibration level calculation means performs a filtering process for passing a band including a resonance frequency of a handle determined based on the first inclination or the second inclination with respect to the steering angle detected by the steering angle detection means. A steering device that calculates the vibration level of the steering angle after going.
前記目標操舵反力設定手段は、操舵角に対する操舵反力が前記第1の特性上にあるか前記第2の特性上にあるかを判定し、
前記振動レベル演算手段は、該判定結果に応じて前記フィルタ処理における通過帯域を変化させる、操舵装置。 The steering apparatus according to claim 8, wherein
The target steering reaction force setting means determines whether a steering reaction force with respect to a steering angle is on the first characteristic or the second characteristic;
The vibration level calculation means is a steering device that changes a pass band in the filter processing according to the determination result.
前記ハンドルの操舵角に基づいてハンドルの切り増しか切り戻しかを判定し、
該判定結果と前記ハンドルの操舵角とに基づいてヒステリシス特性をもって操舵反力を設定する操舵反力設定方法において、
前記ヒステリシス特性は、
操舵角の変化に対して操舵反力が第1の傾きで変化する第1の特性と、操舵角の変化に対して操舵反力が前記第1の傾きよりも小さい第2の傾きで変化する第2の特性と、を含み、
操舵角に対する操舵反力が前記第2の特性上にある場合にハンドルの切り増し切り戻しの方向が変化したときは、操舵角に対する操舵反力の傾きが前記第2の傾きから前記第1の傾きに変化し、操舵角に対する操舵反力が前記第1の特性上にある場合に操舵角が該第1の特性と前記第2の特性との交点に相当する角度に到達したときは、操舵角に対する操舵反力の傾きが前記第1の傾きから前記第2の傾きに変化する特性であり、
前記操舵反力を設定する際には、前記ハンドルの操舵角に基づいて操舵角の振動レベルを演算し、
該演算した振動レベルが所定レベル以上である場合は、前記第1の特性における操舵角に対する操舵反力の傾きを、前記第1の傾きより小さい第3の傾きに設定する、操舵反力設定方法。 A steering reaction force setting method for setting a steering reaction force according to an operation of a steering wheel of a vehicle,
Based on the steering angle of the steering wheel, it is determined whether the steering wheel is increased or not,
In a steering reaction force setting method for setting a steering reaction force with hysteresis characteristics based on the determination result and the steering angle of the steering wheel,
The hysteresis characteristic is
A first characteristic in which the steering reaction force changes with a first inclination with respect to a change in the steering angle, and a steering reaction force with a second inclination smaller than the first inclination with respect to a change in the steering angle. A second characteristic;
When the steering reaction force with respect to the steering angle is on the second characteristic and the direction of the steering wheel is increased and turned back, the inclination of the steering reaction force with respect to the steering angle is changed from the second inclination to the first inclination. When the steering angle changes to an inclination and the steering reaction force with respect to the steering angle is on the first characteristic, the steering angle reaches an angle corresponding to the intersection of the first characteristic and the second characteristic. The inclination of the steering reaction force with respect to an angle is a characteristic that changes from the first inclination to the second inclination,
When setting the steering reaction force, the vibration level of the steering angle is calculated based on the steering angle of the steering wheel,
When the calculated vibration level is equal to or higher than a predetermined level, a steering reaction force setting method for setting the inclination of the steering reaction force with respect to the steering angle in the first characteristic to a third inclination smaller than the first inclination. .
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JP2009029399A (en) * | 2007-06-26 | 2009-02-12 | Toyota Central R&D Labs Inc | Steering device, steering reaction force simulating device, and steering reaction force setting method |
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- 2007-06-26 JP JP2007167396A patent/JP2009006742A/en active Pending
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