JP2009101972A - Steering device, steering reaction force simulation device and steering reaction force setting method - Google Patents
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Description
本発明は、操舵装置、操舵反力模擬装置、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操舵装置及び操舵反力模擬装置と、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, a steering reaction force simulation device, and a steering reaction force setting method. More specifically, the present invention relates to a steering device and a steering reaction force simulation device that output a steering reaction force according to the operation of the steering wheel. The present invention relates to a steering reaction force setting method for setting a corresponding steering reaction force.
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、図9に示すように、操舵角θhの変化に対して操舵反力Tpが第1の傾きK1で変化する第1の特性線(例えば図9の特性線A,C)と、操舵角θhの変化に対して操舵反力Tp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の特性線(例えば図9の特性線B,D)と、を含み、操舵角θhに対する操舵反力Tpが第2の特性線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θhに対する操舵反力Tp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θhに対する操舵反力Tpが第1の特性線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に到達したときは、操舵角θhに対する操舵反力Tp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。図9に示す操舵反力特性においては、傾きK1の特性線(直線)A,Cが、クーロン摩擦によるヒステリシスを発生させるための操舵反力特性に相当する。特許文献1の操舵装置では、図9に示すヒステリシス特性をもって操舵反力を設定することで、ハンドルの切り増し時と切り戻し時の操舵反力特性にクーロン摩擦によるヒステリシスを持たせている。
Conventionally, as this type of steering device, as disclosed in
上記の操舵装置では、第1の傾きK1の値を十分大きくすることで、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角θhと操舵反力Tpの関係に与え、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。ただし、ハンドルとタイヤが機械的に接続された車の場合は、図10に示すように、操舵角θhと操舵反力Tpの関係にヒステリシスが発生しているときに、操舵角θhの変化に対して操舵反力Tpが非線形に変化する。ここで、図10は、ハンドルとタイヤが機械的に接続された車において、操舵角θhに対する操舵反力Tpの特性を測定した結果を示す。一方、上記の操舵装置では、操舵角θhと操舵反力Tpの関係にヒステリシスを発生させているときに(操舵角θhに対する操舵反力Tpが第1の特性線上にあるときに)、第1の傾きK1の値を一定としており、操舵角θhの変化に対して操舵反力Tpが線形に変化する。そのため、ヒステリシスを発生させているときの操舵反力Tpの変化の仕方が、ハンドルとタイヤが機械的に接続された車と異なり、ハンドルを操作する操作者の操舵感に違和感が生じることになる。また、上記の操舵装置では、操舵角θhに対する操舵反力Tpが第1の特性線上から第2の特性線上に移行するときに、操舵角θhに対する操舵反力Tpの変化量が急激に変化する。これによっても、ハンドルを操作する操作者の操舵感に違和感が生じることになる。 In the above steering device, by sufficiently increasing the value of the first inclination K1, a hysteresis approximating Coulomb friction is given to the relationship between the steering angle θh and the steering reaction force Tp by a spring element having a high rigidity (spring constant), Hysteresis characteristics that do not depend on the steering speed are reproduced. However, in the case of a vehicle in which the steering wheel and the tire are mechanically connected, as shown in FIG. 10, when the hysteresis occurs in the relationship between the steering angle θh and the steering reaction force Tp, the steering angle θh changes. On the other hand, the steering reaction force Tp changes nonlinearly. Here, FIG. 10 shows the result of measuring the characteristic of the steering reaction force Tp with respect to the steering angle θh in a vehicle in which the steering wheel and the tire are mechanically connected. On the other hand, in the above steering apparatus, when hysteresis is generated in the relationship between the steering angle θh and the steering reaction force Tp (when the steering reaction force Tp with respect to the steering angle θh is on the first characteristic line), the first The value of the inclination K1 is constant, and the steering reaction force Tp changes linearly with respect to the change in the steering angle θh. Therefore, the steering reaction force Tp when the hysteresis is generated differs from the vehicle in which the steering wheel and the tire are mechanically connected, and the steering feeling of the operator who operates the steering wheel is uncomfortable. . In the above steering apparatus, when the steering reaction force Tp with respect to the steering angle θh shifts from the first characteristic line to the second characteristic line, the amount of change in the steering reaction force Tp with respect to the steering angle θh changes abruptly. . This also causes an uncomfortable feeling in the steering feeling of the operator who operates the steering wheel.
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、ハンドルを操作する操作者の操舵感に違和感が生じるのを防止することを目的とする。 An object of the present invention is to prevent an uncomfortable feeling in the steering feeling of an operator who operates a steering wheel when a hysteresis is given to a steering reaction force characteristic when the steering wheel is further turned back and turned back.
本発明に係る操舵装置、操舵反力模擬装置、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, the steering reaction force simulation 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回転方向が変化したときは、操舵角の変化に対して操舵反力が前記第2の傾きよりも大きい第1の傾きで変化し、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、操舵角の変化に対して操舵反力が前記第2の傾きで変化する特性であり、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の特性上にある場合に、ハンドルがその回転方向を変化させずに回転するにつれて前記第1の傾きを徐々に小さくすることを要旨とする。 A steering apparatus according to the present invention is a steering apparatus that outputs a steering reaction force corresponding to an operation of a steering wheel, and includes a steering angle detection unit that detects a steering angle of the steering wheel, and a steering wheel detection unit based on the detected steering angle. Target steering reaction force for setting a target steering reaction force with a hysteresis characteristic based on the determination result by the cutoff increase / return determination means and the detected steering angle Reaction force setting means, and steering reaction force output means for outputting a steering reaction force so that the set target steering reaction force is output, wherein the hysteresis characteristic is a steering reaction force against a change in steering angle. Includes a first characteristic that changes with a first inclination and a second characteristic that a steering reaction force changes with a second inclination with respect to a change in steering angle, and the steering reaction force with respect to the steering angle Rotating the handle when it is on the characteristics of 2 When the direction changes, the steering reaction force changes with a first inclination larger than the second inclination with respect to the change of the steering angle, and the steering reaction force with respect to the steering angle is on the first characteristic. When the steering angle reaches an angle corresponding to the intersection with the second characteristic, the steering reaction force changes with the second inclination with respect to the change of the steering angle, and the target steering reaction force The setting means is such that when the steering reaction force with respect to the steering angle is on the first characteristic, the first inclination is gradually reduced as the steering wheel rotates without changing its rotation direction. .
本発明の一態様では、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の特性上にある場合に、操舵角が前記第2の特性との交点に相当する角度に到達するときの第1の傾きを前記第2の傾きと略一致させることが好適である。 In one aspect of the present invention, the target steering reaction force setting means sets the steering angle to an angle corresponding to the intersection with the second characteristic when the steering reaction force with respect to the steering angle is on the first characteristic. It is preferable that the first inclination at the time of reaching substantially coincides with the second inclination.
本発明の一態様では、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の特性上にある場合にハンドルが切り増し状態にあるときは、ハンドルが切り増しされるにつれて前記第1の傾きを徐々に小さくすることが好適である。 In one aspect of the present invention, the target steering reaction force setting means is configured such that when the steering reaction force with respect to the steering angle is on the first characteristic and the steering wheel is in an increased state, the steering steering force is increased. It is preferable to gradually reduce the first inclination.
本発明の一態様では、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の特性上にある場合にハンドルが切り戻し状態にあるときは、ハンドルが切り戻しされるにつれて前記第1の傾きを徐々に小さくすることが好適である。 In one aspect of the present invention, when the steering reaction force with respect to the steering angle is on the first characteristic and the steering wheel is in the turning back state, the target steering reaction force setting means is configured so that the steering wheel is turned back. It is preferable to gradually reduce the first inclination.
また、本発明に係る操舵反力模擬装置は、ハンドルの操作に応じた操舵反力を出力する操舵反力模擬装置であって、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回転方向が変化したときは、操舵角の変化に対して操舵反力が前記第2の傾きよりも大きい第1の傾きで変化し、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、操舵角の変化に対して操舵反力が前記第2の傾きで変化する特性であり、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の特性上にある場合に、ハンドルがその回転方向を変化させずに回転するにつれて前記第1の傾きを徐々に小さくすることを要旨とする。 The steering reaction force simulation device according to the present invention is a steering reaction force simulation device that outputs a steering reaction force according to an operation of a steering wheel, a steering angle detection unit that detects a steering angle of the steering wheel, and the detection A turn-up / back-off judging means for judging whether the steering wheel is turned up or down based on the steering angle, and a target having a hysteresis characteristic on the basis of the result of judgment by the turn-up / back-back judging means and the detected steering angle. Target steering reaction force setting means for setting a steering reaction force; and steering reaction force output means for outputting a steering reaction force so that the set target steering reaction force is output. A first characteristic in which the steering reaction force changes at a first inclination with respect to a change in the steering angle, and a second characteristic in which the steering reaction force changes at a second inclination with respect to a change in the steering angle. The steering reaction force against the angle is on the second characteristic. In this case, when the rotation direction of the steering wheel is changed, the steering reaction force changes with a first inclination larger than the second inclination with respect to the change in the steering angle, and the steering reaction force with respect to the steering angle becomes the first reaction force. When the steering angle reaches an angle corresponding to the intersection with the second characteristic when it is on the characteristic, the steering reaction force changes with the second inclination with respect to the change of the steering angle, The target steering reaction force setting means gradually decreases the first inclination as the steering wheel rotates without changing its rotation direction when the steering reaction force with respect to the steering angle is on the first characteristic. This is the gist.
また、本発明に係る操舵反力設定方法は、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回転方向が変化したときは、操舵角の変化に対して操舵反力が前記第2の傾きよりも大きい第1の傾きで変化し、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、操舵角の変化に対して操舵反力が前記第2の傾きで変化する特性であり、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、ハンドルがその回転方向を変化させずに回転するにつれて前記第1の傾きを徐々に小さくすることを要旨とする。 Further, 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 the operation of the steering wheel, and only whether the steering wheel is turned back or back based on the steering angle of the steering wheel. In the steering reaction force setting method that sets the steering reaction force with a hysteresis characteristic based on the determination result and the steering angle of the steering wheel, the hysteresis characteristic indicates that the steering reaction force is a first response to a change in the steering angle. A first characteristic that changes with a tilt of 1 and a second characteristic that a steering reaction force changes with a second slope with respect to a change in steering angle, and the steering reaction force with respect to a steering angle is the second characteristic. When the direction of rotation of the steering wheel changes when the characteristic is in the characteristic, the steering reaction force changes with the first inclination larger than the second inclination with respect to the change in the steering angle, and the steering reaction force with respect to the steering angle becomes Steer when it is on the first characteristic Is a characteristic in which the steering reaction force changes with the second inclination with respect to a change in the steering angle, and the steering reaction force with respect to the steering angle is The gist is to gradually decrease the first inclination as the handle rotates without changing its rotation direction when the first characteristic is satisfied.
本発明によれば、操舵角に対する操舵反力が第1の特性上にある場合に、ハンドルがその回転方向を変化させずに回転するにつれて第1の特性の傾きを徐々に小さくすることで、操舵角と操舵反力の関係にヒステリシスを発生させているときに、操舵角の変化に対して操舵反力を非線形に変化させることができる。そして、操舵角に対する操舵反力が第1の特性上から第2の特性上に移行するときに、操舵角に対する操舵反力の傾きが急激に変化するのを抑制することができる。したがって、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、ハンドルを操作する操作者の操舵感に違和感が生じるのを防止することができる。 According to the present invention, when the steering reaction force with respect to the steering angle is on the first characteristic, the inclination of the first characteristic is gradually reduced as the steering wheel rotates without changing its rotation direction. When hysteresis is generated in the relationship between the steering angle and the steering reaction force, the steering reaction force can be changed nonlinearly with respect to the change in the steering angle. Then, when the steering reaction force with respect to the steering angle shifts from the first characteristic to the second characteristic, it is possible to suppress an abrupt change in the inclination of the steering reaction force with respect to the steering angle. Therefore, when the steering reaction force characteristics at the time of turning the steering wheel back and back are provided with hysteresis, it is possible to prevent the steering feeling of the operator who operates the steering wheel from feeling uncomfortable.
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り、本発明をステアバイワイヤシステムに適用した場合を示す。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(操作者)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、切り増し切り戻し判定部62の判定結果と操舵角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 /
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で変化する特性線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で変化する特性線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、特性線(直線)Bの切片はT2であり、特性線(直線)Dの切片は−T2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から増加したときには、図4に示す特性線(曲線)A’上で特性線(傾きK2の直線)Bと交わる角度θ1に至るまで、操舵反力指令値Tp*を特性線A’上の値となるように演算する。即ち、特性線A’を関数f(θh)で表すと、次式(1)により操舵反力指令値Tp*を演算する。
When the steering angle θh at the start of turning of the
ここでの特性線A’は、図4に示すように、操舵角θhが0であるときの傾きK1の値が直線Bの傾きK2よりも大きく、操舵角θhが0から増加するにつれて傾きK1の値が徐々に小さくなり、操舵角θhが直線Bとの交点に相当する角度θ1に到達するときの傾きK1の値が直線Bの傾きK2と一致する(あるいはほぼ一致する)曲線である。この曲線A’を表す関数f(θh)としては、例えば、次式(2)〜(6)を満たす、上に凸の単調増加関数を用いることができる。 As shown in FIG. 4, the characteristic line A ′ has a slope K1 when the steering angle θh is 0, which is larger than the slope K2 of the straight line B, and the slope K1 increases as the steering angle θh increases from 0. Is a curve in which the value of the slope K1 when the steering angle θh reaches the angle θ1 corresponding to the intersection with the straight line B coincides (or substantially coincides) with the inclination K2 of the straight line B. As the function f (θh) representing the curve A ′, for example, an upward convex monotonically increasing function that satisfies the following expressions (2) to (6) can be used.
式(2)〜(6)を満たす、上に凸の単調増加関数f(θh)としては、例えば次式(7)を用いることができる。 As an upwardly convex monotonously increasing function f (θh) that satisfies the expressions (2) to (6), for example, the following expression (7) can be used.
式(7)において、afとbfは定数であり、次式(8)、(9)を満たす。 In Expression (7), a f and b f are constants and satisfy the following Expressions (8) and (9).
操舵角θhが角度θ1を超えた後の切り増しのときには、操舵反力指令値Tp*が傾きK2の直線B上の値となるように、次式(10)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, the steering reaction force command value Tp * is calculated by the following equation (10) so that the steering reaction force command value Tp * becomes a value on the straight line B with the inclination K2. Is calculated.
このように、操舵角θhに対する操舵反力指令値Tp*が特性線A’(第1の特性線)上にある場合に操舵角θhが特性線A’と特性線B(第2の特性線)との交点に相当する角度θ1に到達したときは、操舵角θhに対する操舵反力指令値Tp*が特性線B上に移行し、操舵角θhの変化に対して操舵反力指令値Tp*が傾きK2で変化する。そして、操舵角θhに対する操舵反力指令値Tp*が特性線A’上にある場合にハンドル22がその回転方向を変化させずに切り増し状態にあるときは、ハンドル22が切り増しされることで操舵角θhが増大して角度θ1に近づくにつれて、傾きK1の値が徐々に小さくなる。傾きK1の値は、操舵角θhが角度θ1に到達するまで徐々に小さくなり、操舵角θhが角度θ1に到達するときの傾きK1の値が直線Bの傾きK2と等しくなる。
Thus, when the steering reaction force command value Tp * for the steering angle θh is on the characteristic line A ′ (first characteristic line), the steering angle θh is the characteristic line A ′ and the characteristic line B (second characteristic line). ), The steering reaction force command value Tp * with respect to the steering angle θh shifts to the characteristic line B, and the steering reaction force command value Tp * with respect to the change in the steering angle θh. Changes with the slope K2. When the steering reaction force command value Tp * with respect to the steering angle θh is on the characteristic line A ′, if the
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が切り戻されてハンドル22の回転方向が変化したときには、図4に示す特性線(曲線)C上で特性線(傾きK2の直線)Dと交わる角度θ3に至るまで、操舵反力指令値Tp*を特性線C上の値となるように演算する。ここでの特性線Cは、図4に示すように、操舵角θhが角度θ2であるときの傾きK1の値が直線B,Dの傾きK2よりも大きく、操舵角θhが角度θ2から減少するにつれて傾きK1の値が徐々に小さくなり、操舵角θhが直線Dとの交点に相当する角度θ3に到達するときの傾きK1の値が直線Dの傾きK2と一致する(あるいはほぼ一致する)曲線である。この曲線Cとしては、例えば、曲線A’を原点中心に180°回転させて、横軸(θh方向)にa、縦軸(Tp方向)にbだけシフトさせた曲線を用いることができる。したがって、特性線Cを表す関数fc1(θh)として、例えば、下に凸の単調増加関数−f(−(θh−a))+bを用いることができ、次式(11)により操舵反力指令値Tp*を演算することができる。
When the
ここで、aとbは、次式(12)と次式(13)をそれぞれ満たす。 Here, a and b satisfy the following expressions (12) and (13), respectively.
式(12)と式(13)において、θ0は曲線A’が直線Dと交わる角度(図4参照)である。よって、式(13)中のf(θ0)は、次式(14)で表される。 In the equations (12) and (13), θ0 is an angle (see FIG. 4) at which the curve A ′ intersects the straight line D. Therefore, f (θ0) in the equation (13) is expressed by the following equation (14).
操舵角θhが角度θ3の状態からハンドル22がさらに切り戻されたときには、操舵反力指令値Tp*が傾きK2の直線D上の値となるように、次式(15)により操舵反力指令値Tp*を演算する。
When the
このように、操舵角θhに対する操舵反力指令値Tp*が特性線B(第2の特性線)上にある場合にハンドル22の回転方向が変化したときは、操舵角θhに対する操舵反力指令値Tp*が特性線C(第1の特性線)上に移行し、操舵角θhの変化に対して操舵反力指令値Tp*が特性線B,Dの傾きK2よりも大きい傾きK1で変化する(操舵角θhに対する操舵反力指令値Tp*の傾きが増大する)。そして、操舵角θhに対する操舵反力指令値Tp*が特性線C上にある場合にハンドル22がその回転方向を変化させずに切り戻し状態にあるときは、ハンドル22が切り戻しされることで操舵角θhが減少して特性線Dとの交点に相当する角度θ3に近づくにつれて、傾きK1の値が徐々に小さくなる。傾きK1の値は、操舵角θhが角度θ3に到達するまで徐々に小さくなり、操舵角θhが角度θ3に到達するときの傾きK1の値が直線Dの傾きK2と等しくなる。そして、操舵角θhが角度θ3に到達した後は、操舵角θhに対する操舵反力指令値Tp*が特性線D上に移行し、操舵角θhの変化に対して操舵反力指令値Tp*が傾きK2で変化する。ここでの傾きK2の特性線Bは、切り増し時の操舵反力特性に相当し、傾きK2の特性線Dは、切り戻し時の操舵反力特性に相当する。そして、傾きK1の特性線A,A’,C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。そして、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が特性線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。
Thus, when the steering direction of the
また、図5に示すように、操舵反力指令値Tp*が特性線A’上にある場合に、操舵角θhが角度θ1よりも小さな角度θ4の状態からハンドル22が切り戻されてハンドル22の回転方向が変化したときには、図5に示す特性線(曲線)C’上で特性線(傾きK2の直線)Dと交わる角度θ5に至るまで、操舵反力指令値Tp*を特性線C’上の値となるように演算する。ここでの特性線C’は、図5に示すように、操舵角θhが角度θ4であるときの傾きK1の値が直線B,Dの傾きK2よりも大きく、操舵角θhが角度θ4から減少するにつれて傾きK1の値が徐々に小さくなり、操舵角θhが直線Dとの交点に相当する角度θ5に到達するときの傾きK1の値が直線Dの傾きK2と一致する(あるいはほぼ一致する)曲線である。この曲線C’としては、例えば、曲線A’を原点中心に180°回転させて、横軸(θh方向)にc、縦軸(Tp方向)にdだけシフトさせた曲線を用いることができる。したがって、特性線C’を表す関数fc2(θh)として、例えば、下に凸の単調増加関数−f(−(θh−c))+dを用いることができ、次式(16)により操舵反力指令値Tp*を演算することができる。
Further, as shown in FIG. 5, when the steering reaction force command value Tp * is on the characteristic line A ′, the
ここで、cとdは、次式(17)と次式(18)をそれぞれ満たす。 Here, c and d satisfy the following expressions (17) and (18), respectively.
式(17)と式(18)において、θ4’は曲線C’が直線Bと交わる角度(図5参照)である。曲線A’と曲線C’とが交わる角度がθ4であるから、次式(19)が成立する。 In the equations (17) and (18), θ4 ′ is an angle (see FIG. 5) at which the curve C ′ intersects the straight line B. Since the angle at which the curve A ′ and the curve C ′ intersect is θ4, the following equation (19) is established.
式(19)に式(17)、式(18)、式(14)を代入すると、次式(20)が得られる。角度θ4’の値は、次式(20)を解くことによって得ることができる。 Substituting Equation (17), Equation (18), and Equation (14) into Equation (19) yields the following Equation (20). The value of the angle θ4 ′ can be obtained by solving the following equation (20).
また、図6に示すように、操舵反力指令値Tp*が特性線C上にある場合に、操舵角θhが角度θ2より小さく且つ角度θ3より大きい角度θ8の状態からハンドル22が切り増しされてハンドル22の回転方向が変化したときには、図6に示す特性線(曲線)A''上で特性線(傾きK2の直線)Bと交わる角度θ9に至るまで、操舵反力指令値Tp*を特性線A''上の値となるように演算する。ここでの特性線A''は、図6に示すように、操舵角θhが角度θ8であるときの傾きK1の値が直線B,Dの傾きK2よりも大きく、操舵角θhが角度θ8から増大するにつれて傾きK1の値が徐々に小さくなり、操舵角θhが直線Bとの交点に相当する角度θ9に到達するときの傾きK1の値が直線Bの傾きK2と一致する(あるいはほぼ一致する)曲線である。この曲線A''としては、例えば、曲線A’を横軸(θh方向)にg、縦軸(Tp方向)にhだけシフトさせた曲線を用いることができる。したがって、特性線A''を表す関数fa1(θh)として、例えば、上に凸の単調増加関数f(θh−g)+hを用いることができ、次式(21)により操舵反力指令値Tp*を演算することができる。
Further, as shown in FIG. 6, when the steering reaction force command value Tp * is on the characteristic line C, the
ここで、gとhは、次式(22)と次式(23)をそれぞれ満たす。 Here, g and h satisfy the following expressions (22) and (23), respectively.
式(22)と式(23)において、θ8’は曲線A''が直線Dと交わる角度(図6参照)である。曲線A''と曲線C’とが交わる角度がθ8であるから、次式(24)が成立する。 In Expressions (22) and (23), θ8 ′ is an angle at which the curve A ″ intersects the straight line D (see FIG. 6). Since the angle at which the curve A ″ and the curve C ′ intersect is θ8, the following equation (24) is established.
式(24)に式(22)、式(23)を代入すると、次式(25)が得られる。角度θ8’の値は、次式(25)を解くことによって得ることができる。 Substituting Equation (22) and Equation (23) into Equation (24) yields the following Equation (25). The value of the angle θ8 ′ can be obtained by solving the following equation (25).
このように、操舵角θhに対する操舵反力指令値Tp*が特性線A''上にある場合にハンドル22がその回転方向を変化させずに切り増し状態にあるときは、ハンドル22が切り増しされることで操舵角θhが増大して特性線Bとの交点に相当する角度θ9に近づくにつれて、傾きK1の値が徐々に小さくなる。傾きK1の値は、操舵角θhが角度θ9に到達するまで徐々に小さくなり、操舵角θhが角度θ9に到達するときの傾きK1の値が直線Bの傾きK2と等しくなる。
As described above, when the steering reaction force command value Tp * with respect to the steering angle θh is on the characteristic line A ″, when the
また、図7に示すように、操舵反力指令値Tp*特性線D上にある場合に、操舵角θhが角度θ6の状態からハンドル22が切り増しされてハンドル22の回転方向が変化したときには、図7に示す特性線(曲線)A'''上で特性線(傾きK2の直線)Bと交わる角度θ7に至るまで、操舵反力指令値Tp*を特性線A'''上の値となるように演算する。つまり、操舵角θhに対する操舵反力指令値Tp*が特性線D上から特性線A'''上に移行する。ここでの特性線A'''は、図7に示すように、操舵角θhが角度θ6であるときの傾きK1の値が直線B,Dの傾きK2よりも大きく、操舵角θhが角度θ6から増大するにつれて傾きK1の値が徐々に小さくなり、操舵角θhが直線Bとの交点に相当する角度θ7に到達するときの傾きK1の値が直線Bの傾きK2と一致する(あるいはほぼ一致する)曲線である。つまり、操舵角θhに対する操舵反力指令値Tp*が特性線D上から特性線A'''上に移行するときには、操舵角θhに対する操舵反力指令値Tp*の傾きが増大する。この曲線A'''としては、例えば、曲線A’を横軸(θh方向)にi、縦軸(Tp方向)にjだけシフトさせた曲線を用いることができる。したがって、特性線A'''を表す関数fa2(θh)として、例えば、上に凸の単調増加関数f(θh−i)+jを用いることができ、次式(26)により操舵反力指令値Tp*を演算することができる。
As shown in FIG. 7, when the
ここで、iとjは、次式(27)と次式(28)をそれぞれ満たす。 Here, i and j satisfy the following expressions (27) and (28), respectively.
以上説明した本実施形態では、操舵角θhに対する操舵反力Tpがヒステリシスを発生させるための第1の特性線(例えば特性線A,A’,A'',A''',C,C’)上にある場合に、ハンドル22がその回転方向を変化させずに回転して操舵角θhが第2の特性線(例えば特性線B,D)との交点に相当する角度(例えば角度θ1,θ3,θ5,θ7,θ9)に近づくにつれて、第1の特性線の傾きK1の値を徐々に小さくしている。これによって、操舵角θhと操舵反力Tpの関係にクーロン摩擦によるヒステリシスを発生させているときに、ハンドルとタイヤが機械的に接続された車の場合(図10参照)と同様に、操舵角θhの変化に対して操舵反力Tpを非線形に変化させることができる。そして、操舵角θhに対する操舵反力Tpが第1の特性線上から第2の特性上に移行するときに、操舵角θhに対する操舵反力Tpの傾きが急激に変化するのを抑制することができる。したがって、ハンドル22を操作する操作者の操舵感に違和感が生じるのを防止することができ、操作者の操舵感を向上させることができる。
In the present embodiment described above, the steering reaction force Tp with respect to the steering angle θh has the first characteristic line (for example, characteristic lines A, A ′, A ″, A ′ ″, C, C ′) for generating hysteresis. ), The
さらに、本実施形態では、操舵角θhに対する操舵反力Tpが第1の特性線上にある場合に、操舵角θhが第2の特性線との交点に相当する角度に到達するときの傾きK1を傾きK2と一致させている。これによって、操舵角θhと操舵反力Tpの関係にクーロン摩擦によるヒステリシスを発生させてから操舵反力Tpが第1の特性線上から第2の特性上に移行するときに、操舵反力Tpをより滑らかに変化させることができる。したがって、より滑らかな操舵感を得ることができる。 Further, in this embodiment, when the steering reaction force Tp with respect to the steering angle θh is on the first characteristic line, the inclination K1 when the steering angle θh reaches an angle corresponding to the intersection with the second characteristic line is calculated. It is made to coincide with the inclination K2. Accordingly, when the hysteresis due to Coulomb friction is generated in the relationship between the steering angle θh and the steering reaction force Tp, the steering reaction force Tp is changed when the steering reaction force Tp shifts from the first characteristic line to the second characteristic. It can be changed more smoothly. Therefore, a smoother steering feeling can be obtained.
なお、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3〜7における特性線A,A’,A'',A''',C,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。また、傾き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 above description, the steering reaction force command value Tp * is calculated without considering the vehicle speed V for easy explanation. However, 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8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
以上の実施形態の説明では、本発明を車載用の操舵装置20に適用した場合について説明した。ただし、本発明をドライビングシミュレータ等において用いられる操舵反力模擬装置に適用することも可能である。その場合は、以上説明したハンドル22と操舵角センサ24と反力モータ40と電子制御ユニット50とを含んで実施形態に係る操舵反力模擬装置を構成することができる。
In the above description of the embodiment, the case where the present invention is applied to the vehicle-mounted
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、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, 66 Steering reaction force command value calculation unit
Claims (6)
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回転方向が変化したときは、操舵角の変化に対して操舵反力が前記第2の傾きよりも大きい第1の傾きで変化し、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、操舵角の変化に対して操舵反力が前記第2の傾きで変化する特性であり、
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の特性上にある場合に、ハンドルがその回転方向を変化させずに回転するにつれて前記第1の傾きを徐々に小さくする、操舵装置。 A steering device that outputs a steering reaction force according to the operation of a 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;
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 second characteristic in which the steering reaction force changes with a second inclination with respect to a change in the steering angle. ,
When the steering reaction force with respect to the steering angle is on the second characteristic and the steering direction changes, the first inclination in which the steering reaction force is greater than the second inclination with respect to the change in the steering angle. When the steering angle reaches an angle corresponding to the intersection with the second characteristic when the steering reaction force with respect to the steering angle is on the first characteristic, the steering is changed with respect to the change in the steering angle. The reaction force is a characteristic that changes with the second inclination,
The target steering reaction force setting means gradually decreases the first inclination as the steering wheel rotates without changing its rotation direction when the steering reaction force with respect to the steering angle is on the first characteristic. Steering device.
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の特性上にある場合に、操舵角が前記第2の特性との交点に相当する角度に到達するときの第1の傾きを前記第2の傾きと略一致させる、操舵装置。 The steering apparatus according to claim 1,
The target steering reaction force setting means has a first steering angle when the steering angle reaches an angle corresponding to an intersection with the second characteristic when the steering reaction force with respect to the steering angle is on the first characteristic. A steering device that makes the inclination substantially coincide with the second inclination.
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の特性上にある場合にハンドルが切り増し状態にあるときは、ハンドルが切り増しされるにつれて前記第1の傾きを徐々に小さくする、操舵装置。 The steering apparatus according to claim 1 or 2,
The target steering reaction force setting means gradually increases the first inclination as the steering wheel is increased when the steering wheel is in the increased state when the steering reaction force with respect to the steering angle is on the first characteristic. Steering device to make it smaller.
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の特性上にある場合にハンドルが切り戻し状態にあるときは、ハンドルが切り戻しされるにつれて前記第1の傾きを徐々に小さくする、操舵装置。 The steering apparatus according to any one of claims 1 to 3,
When the steering reaction force with respect to the steering angle is on the first characteristic and the steering wheel is in the return state, the target steering reaction force setting means gradually increases the first inclination as the steering wheel is turned back. Steering device to make it smaller.
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回転方向が変化したときは、操舵角の変化に対して操舵反力が前記第2の傾きよりも大きい第1の傾きで変化し、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、操舵角の変化に対して操舵反力が前記第2の傾きで変化する特性であり、
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の特性上にある場合に、ハンドルがその回転方向を変化させずに回転するにつれて前記第1の傾きを徐々に小さくする、操舵反力模擬装置。 A steering reaction force simulation device that outputs a steering reaction force according to a steering operation,
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;
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 second characteristic in which the steering reaction force changes with a second inclination with respect to a change in the steering angle. ,
When the steering reaction force with respect to the steering angle is on the second characteristic and the steering direction changes, the first inclination in which the steering reaction force is greater than the second inclination with respect to the change in the steering angle. When the steering angle reaches an angle corresponding to the intersection with the second characteristic when the steering reaction force with respect to the steering angle is on the first characteristic, the steering is changed with respect to the change in the steering angle. The reaction force is a characteristic that changes with the second inclination,
The target steering reaction force setting means gradually decreases the first inclination as the steering wheel rotates without changing its rotation direction when the steering reaction force with respect to the steering angle is on the first characteristic. Steering reaction force simulation device.
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回転方向が変化したときは、操舵角の変化に対して操舵反力が前記第2の傾きよりも大きい第1の傾きで変化し、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、操舵角の変化に対して操舵反力が前記第2の傾きで変化する特性であり、
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、ハンドルがその回転方向を変化させずに回転するにつれて前記第1の傾きを徐々に小さくする、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,
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 second characteristic in which the steering reaction force changes with a second inclination with respect to a change in the steering angle. ,
When the steering reaction force with respect to the steering angle is on the second characteristic and the steering direction changes, the first inclination in which the steering reaction force is greater than the second inclination with respect to the change in the steering angle. When the steering angle reaches an angle corresponding to the intersection with the second characteristic when the steering reaction force with respect to the steering angle is on the first characteristic, the steering is changed with respect to the change in the steering angle. The reaction force is a characteristic that changes with the second inclination,
A steering reaction force setting method in which, when a steering reaction force with respect to a steering angle is on the first characteristic, the first inclination is gradually reduced as the steering wheel rotates without changing its rotation direction.
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