JP3846415B2 - Vehicle steering device - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操向車輪を転舵するための操舵ハンドルの回動操作に対して操舵反力を付与するようにした車両の操舵装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、操舵ハンドルに回転シャフトを介して連結されて同操舵ハンドルと一体的に回転するロータと、ロータを収容するとともに高粘性流体(シリコンオイル)を満たしたハウジングとを備え、ロータの回転時に高粘性流体の摩擦反力によって操舵ハンドルの回動に対して摩擦反力を付与する技術は知られている(特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開平1−153379号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の装置にあっては、ロータの回転速度に比例した摩擦反力がロータに付与されるが、操舵ハンドルの微低速回転時における摩擦反力は極めて小さいので、操舵ハンドルの中立位置における安定性に乏しく、車両の直進安定性を向上させることができない。
【0005】
【発明の概要】
本発明は、上記問題に対処するためになされたものであり、その目的は、微低速で回転する操舵ハンドルに対してもある程度大きな摩擦反力を付与することができるようにして、操舵ハンドルの中立位置における安定性を良好にし、車両の直進安定性を向上させた車両の操舵装置を提供することにある。
【0006】
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、操舵ハンドルの回動に応じて操向車輪を転舵する車両の操舵装置において、操舵ハンドルに回転シャフトを介して連結されて同操舵ハンドルと一体的に回転するロータと、ロータを収容するとともに、ロータの停止状態から回転状態への変化時に大きく非線形に変化する摩擦反力をロータに付与する非ニュートン流体であって、磁性粉末を含ませた非ニュートン流体を満たしたハウジングと、磁力線を発生して非ニュートン流体内に磁場を形成する磁力線発生手段とを備え、ハウジングの内面と対向するロータの外面の少なくとも一部に段差を設けたことにある。この場合、前記非ニュートン流体としてビンガム流体を採用するとよい。また、磁力線発生手段を、永久磁石または電磁石で構成できる。
【0007】
これによれば、微低速で回転する操舵ハンドルに対しても、ある程度大きな摩擦反力を付与することができるので、操舵ハンドルの中立位置における安定性が良好になり、車両の直進安定性が向上する。また、磁力線発生手段が非ニュートン流体内に磁場を形成するので、非ニュートン流体の粘性が増加し、より大きな反力を得ることができる。さらに、磁場により集められた磁性粉末が、ロータの回転時に同ロータの段差によって移動する非ニュートン流体に対してオリフィスのように機能するので、より大きな反力を得ることができ、また磁性粉末が撹拌されて沈殿しなくなるので、磁性粉末による非ニュートン流体の粘性を常に高く保つことができて、同磁性粉末による反力発生機能を常に維持できる。
【0010】
また、本発明の他の特徴は、電磁石による磁場の形成態様を変更制御する磁場態様制御手段を設けたことにある。この場合、磁場態様制御手段を、電磁石に対する通電態様を制御する通電態様制御手段で構成するとよい。これによれば、磁場の形成態様を変更制御することにより、ロータの回転に対する反力を可変制御できるので、操舵ハンドルの種々の回動操作に対して的確な反力を付与できる。
【0011】
また、本発明の他の特徴は、操向車輪の転舵の限界を検出して、同転舵の限界の検出時に磁場態様制御手段を制御して電磁石による磁場を強める転舵限界制御手段とを設けたことにある。これによれば、操舵ハンドルの回動によって操向車輪を限界まで転舵した場合、電磁石による磁場態様の制御により、操舵ハンドルの回動操作に対する反力が増加制御されるので、従前の車両における操向車輪のエンドあたりが的確にシミュレートされて、操舵フィーリングが良好になる。
【0012】
また、本発明の他の特徴は、操向車輪の転舵の遅れを検出して、同転舵の遅れの検出時に磁場態様制御手段を制御して電磁石による磁場を強める転舵遅れ制御手段とを設けたことにある。これによれば、操向車輪の転舵に遅れが生じた場合には、電磁石による磁場態様の制御により、操舵ハンドルの回動操作に対する反力が増加制御されるので、従前の車両における操向車輪の転舵遅れが的確にシミュレートされて、操舵フィーリングが良好になる。
【0013】
また、本発明の他の特徴は、前記非ニュートン流体による反力付与装置に加えて、操舵ハンドルに回転シャフトを介して連結されて同操舵ハンドルの回動に対して反力を付与する電動モータを備えたことにある。これによれば、操舵ハンドルの回動に対してより大きな反力を付与できるようになると同時に、電動モータの制御により自由度の高い反力の付与制御が可能になる。特に、磁性粉末を含む非ニュートン流体を用いるとともに、電磁石によって非ニュートン流体に磁場を形成するようにした場合には、電動モータおよび電磁石の通電制御により高度な反力制御が可能になると同時に、電動モータおよび電磁石の両制御系の一方に異常が発生しても、一方の制御により操舵ハンドルの回動に対する反力の制御が可能になる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図面を用いて説明する。図1は、本実施形態に係る車両の操舵装置を概略的に示している。この操舵装置は、操舵ハンドル10の回動に応じて、操向車輪である左右前輪20a,20bを左右に転舵するものである。
【0019】
操舵ハンドル10は回転シャフト11の上端に固定されており、回転シャフト11は操舵ハンドル10と一体的に回転する。回転シャフト11の下端には、反力発生用の電動モータ12が減速機13を介して接続されている。この電動モータ12は、その回転トルクに応じて、減速機13を介して操舵ハンドル10の回動操作に対して反力を付与する。なお、電動モータ12はモータ反力発生装置を構成する。回転シャフト11の中間には、流体反力発生装置14が組み付けられている。
【0020】
流体反力発生装置14は、図示しない車体部材に固定されて、図2に示すように、上面および下面の中心位置にて軸線方向に回転シャフト11を回動可能に貫通させた円筒状かつ非磁性材料で構成したハウジング41を備えている。ハウジング41は、回転シャフト11の外周面上に固定された円柱状のロータ42を収容している。また、ハウジング41と回転シャフト11の間には図示しないシール部材が介装されており、回転シャフト11およびロータ42の外面とハウジング41の内面との間に形成された内部空間R1は密閉されている。
【0021】
この内部空間R1は、磁性粉末(磁性体からなる粉末)を混入させたビンガム流体で満たされている。このビンガム流体は、非ニュートン流体の一種であって、剪断率の「0」からの増加に対して剪断応力を正の値から増加させる特性を有する。言いかえると、ビンガム流体は、ロータ42の停止状態から回転状態への変化に対して大きく非線形に変化する摩擦反力をロータ42に付与する非ニュートン流体である。なお、図2では内部空間R1を広く描いているが、ロータ42の回転に対して大きな摩擦反力を与えるために、実際には、この内部空間R1は極めて狭い。すなわち、ハウジング41の内面とロータ42の外面との間の隙間は、極めて小さく設定されている。
【0022】
また、ロータ42の回転に対してより大きな摩擦反力を付与するために、ロータ42の外周面上に、同外周面から突出したフィン42aが螺旋状かつ一体的に形成されている。このフィン42aの間隔、高さ、ロータ42の回転方向に対する角度などは、要求される前記摩擦反力の大きさによって決定される。また、このフィン42aは、ビンガム流体内の磁性粉末の沈殿を避けるために、ビンガム流体を撹拌する機能も有しており、本発明の撹拌手段を構成するものである。なお、大きな摩擦反力を得るとともにビンガム流体を撹拌する機能を有するものであれば、前記螺旋状のフィン42aに代えて、ロータ42の外周面に方形、円形などの各種形状に突出した突出部を設けるようにしてもよい。
【0023】
ハウジング41の内周面上には、周方向の適宜位置にて、鉄心43およびコイル44で構成した電磁石からなる磁力線発生器が組み付けられている。鉄心43は、円柱状の鉄棒をコ字状に曲げて構成されている。コイル44は、鉄心の中央部に巻かれており、樹脂45によりモールドされている。このように構成した磁力線発生器は、内部空間R1の適宜箇所に磁場を形成して、ビンガム流体中に混入させた磁性粉末の移動を制限することにより、ビンガム流体によるロータ42の回転に対する摩擦反力を大きくするように機能する。なお、コイル44の数は、要求される前記摩擦反力に応じて決められる。
【0024】
ふたたび、図1の説明に戻り、左右前輪20a,20bは、ラックバー21の両端に、左右タイロッド22a,22bおよび左右ナックルアーム23a,23bを介して転舵可能に連結されている。ラックバー21は、軸線方向に変位可能に図示しない車体に支持されて、同変位に応じて左右前輪20a,20bを左右に転舵する。ラックバー21には、ピニオンギヤ24が噛み合っている。ピニオンギヤ24は、回転シャフト25および減速機26を介して転舵用の電動モータ27に接続されている。このような構成により、電動モータ27が回転すると、同回転は減速機26によって減速されて回転シャフト25を介してピニオンギヤ24に伝達される。そして、ピニオンギヤ24の回転により、ラックバー21が軸線方向に変位して、左右前輪20a,20bが転舵される。
【0025】
次に、前述した操舵反力発生用の電動モータ12および転舵用の電動モータ27の回転と、流体反力発生装置14内のコイル44の通電を制御するための電気制御装置30について説明する。この電気制御装置30は、電子制御ユニット31、操舵角センサ32、転舵角センサ33および車速センサ34を備えている。電子制御ユニット31は、CPU、ROM、RAM、タイマなどからなるマイクロコンピュータを主要構成部品とし、図4の操舵制御プログラムを所定の短時間ごとに繰り返し実行して、電動モータ12、27の回転および流体反力発生装置14内のコイル44の通電を制御する。
【0026】
操舵角センサ32は、回転シャフト11に組み付けられて、同シャフト11の中立位置からの回転角すなわち操舵ハンドル10の操舵角θを検出して電子制御ユニット31に供給する。転舵角センサ33は、回転シャフト25に組み付けられて、同シャフト25の中立位置からの回転角すなわち左右前輪20a,20bの転舵角φを検出して電子制御ユニット31に供給する。これらの操舵角θおよび転舵角ψは、中立位置を「0」として、左方向の角度を正で表すとともに右方向の角度を負で表す。車速センサ34は、変速機の出力軸の回転速度に基づいて車速Vを検出して電子制御ユニット31に供給する。
【0027】
このように構成した車両の操舵装置においては、減速機13がその機構内の摩擦力変化および電動モータ12の慣性に大きく影響されるため、運転者のハンドル操作に対して目標とする操舵反力を付与し難い、特に中立付近にある操舵ハンドル10の操作に対して的確な反力を付与できない。この欠点を解決するために、図1に示す車両の操舵装置を、図3に示すように、減速機13を省略して電動モータ12を回転シャフト11に直結するように変形することが、運転者の操舵操作に対する反力の制御上好ましい。ただし、この変形例の場合には、減速機13の省略のために、出力が大きくかつ制御精度のよい電動モータを用いる必要がある。他の構成については、図1の場合と同じである。
【0028】
次に、上記のように構成した車両の操舵装置の動作を説明するが、図1に示す車両の操舵装置と図3に示す車両の操舵装置における電気制御装置30による制御動作は同じであるので、これらの動作について同時に説明する。車両のイグニッションスイッチの投入後、電子制御ユニット31は図4の操舵制御プログラムを所定の短時間ごとに繰り返し実行する。この操舵制御プログラムの実行はステップS10にて開始され、ステップS11にて操舵角センサ32、転舵角センサ33および車速センサ34からハンドル操舵角θ、前輪転舵角ψおよび車速Vをそれぞれ入力する。そして、ステップS12にて、ハンドル操舵角θに応じて左右前輪20a,20bの目標転舵角ψ*を計算する。なお、この計算においては、ハンドル操舵角θに対する目標転舵角ψ*の関係を表し、ハンドル操舵角θとほぼ比例関係にある目標転舵角ψ*を記憶したテーブルが参照される。
【0029】
前記ステップS12の処理後、ステップS13にて、前記入力した前輪転舵角ψが前記計算した目標転舵角ψ*に一致するように、電動モータ27の回転を制御する。この電動モータ27の回転は、減速機26および回転シャフト25を介してピニオンギヤ24に伝達され、同ピニオンギヤ24とラックバー21の作用により同ラックバー21の直線運動に変換される。そして、ラックバー21の軸線方向の変位はタイロッド22a,22bおよびナックルアーム23a,23bを介して左右前輪20a,20bに伝達され、左右前輪20a,20bは操舵ハンドル10の回動操作に応じて転舵される。
【0030】
次に、ステップS14,S15にて、流体反力発生装置14および反力発生用の電動モータ12がそれぞれ正常であるかを判定する。この流体反力発生装置14の正常判定の方法としては種々考えられるが、同判定は、例えば、電子制御ユニット31内に含まれていてコイル44の断線、短絡などを検出する検出回路出力に基づいて行われる。また、電動モータ12の正常判定の方法としても種々考えられるが、同判定は、例えば、電子制御ユニット31内に含まれていて電動モータ12の巻線の断線、短絡などを検出する検出回路出力に基づいて行われる。
【0031】
まず、流体反力発生装置14および電動モータ12が共に正常である場合について説明する。この場合、ステップS14,S15にてそれぞれ「Yes」と判定し、ステップS16にて第1反力制御ルーチンを実行する。この第1反力制御ルーチンの詳細は図5に示されており、その実行がステップS30にて開始される。この実行開始後、ステップS31にて前記図4のステップS11にて入力したハンドル操舵角θを時間微分することによりハンドル操舵速度θvを計算し、ステップS32,S33の判定処理を実行する。ステップS32の判定処理は操舵ハンドル10が切り込み中か否かを判定するもので、具体的には、前記計算したハンドル操舵速度θvの絶対値|θv|の時間微分値d|θv|/dtが所定値以上であるか否かを判定する。ステップS33の判定処理は操舵ハンドル10がニュートラル付近で保舵中であるか否かを判定するもので、具体的には、前記時間微分値d|θv|/dtが所定値以下であり、かつハンドル操舵角θの絶対値|θ|が所定値以下であるか否かを判定する。
【0032】
操舵ハンドル10が切り込み中であれば、ステップS32にて「Yes」と判定し、ステップS34にて反力分配比RTを「1」より小さな正の所定値ra1に設定する。操舵ハンドル10がニュートラル付近で保舵中であれば、ステップS33にて「Yes」と判定して、ステップS35にて反力分配比RTを「1」より小さな正の所定値ra2に設定する。また、操舵ハンドル10が切り込み中でも、ニュートラル付近で保舵中でもなければ、ステップS32,S33にてそれぞれ「No」と判定して、ステップS36にて反力分配比RTを「1」より小さな正の所定値rbに設定する。反力分配比RTとは、流体反力発生装置14による操舵反力と電動モータ12による反力の分担比を決定するものである。所定値ra1,ra2,rbは、ra1>rb,ra2>rbの関係にある。
【0033】
次に、ステップS37にて流体反力用の第1〜第3マップを参照して、ハンドル操舵速度θv、ハンドル操舵角θおよび車速Vに応じて、流体反力用の第1〜第3通電量I11,I12,I13をそれぞれ決定する。これらの第1〜第3マップは、電子制御ユニット31のメモリ内に予め用意されている。
【0034】
第1マップはハンドル操舵速度θvに対する第1通電量I11を記憶するもので、第1通電量I11は、図8に示すように、ハンドル操舵速度θvが「0」のとき正の所定値となり、ハンドル操舵速度θvの絶対値|θv|が増加するに従って徐々に増加する。これは、後述するコイル44に対する通電制御により、操舵ハンドル10の操作開始時には操舵ハンドル10を軽快に回動操作できるようにし、操舵ハンドル10の速い回動操作に対して安定感を付与するためである。
【0035】
第2マップはハンドル操舵角θに対する第2通電量I12を記憶するもので、第2通電量I12は、図9の実線で示すように、ハンドル操舵角θが「0」付近にあるとき正の所定値となり、ハンドル操舵角θの絶対値|θ|の僅かな増加時には僅かに減少し、同絶対値|θ|のさらなる増加に従って徐々に増加する。これは、後述するコイル44に対する通電制御により、操舵ハンドル10の中立位置からの操作開始時には操舵ハンドル10を軽快に回動操作できるようにし、操舵ハンドル10の大舵角操舵時には操作感を付与するためである。また、ハンドル操舵角θの「0」付近で第2通電量I12を若干増加させているのは、操舵ハンドル10の中立安定性を高めるためである。
【0036】
第3マップは車速Vに対する第3通電量I13を記憶するもので、第3通電量I13は、図10に示すように、車速Vが「0」のとき正の所定値となり、同車速Vが増加するに従って徐々に増加する。これは、後述するコイル44に対する通電制御により、車両の低車速走行時における操舵ハンドル10の末切り時には同操舵ハンドル10を軽快に回動操作できるようにし、車両の高速走行時には操舵ハンドル10の回動操作に対して安定感を付与するためである。
【0037】
前記ステップS37の処理後、ステップS38にて下記数1の演算の実行により、流体反力用の総通電量I10を計算する。
【0038】
【数1】
10=(I11+I12+I13)・RT
【0039】
なお、上記数1に代えて、下記数2を用いて総通電量I10を計算するようにしてもよい。
【0040】
【数2】
10=(I11+I12)・I13・RT
【0041】
そして、ステップS39にて総通電量I10に等しい電流をコイル44に流す。これにより、鉄心43は磁化され、同鉄心43の一端部から出力された磁力線が鉄心43の他端部に入力するので、ハウジング41の内部空間R1内には磁場が形成される。この磁場の形成により、ハンドル磁性粉末を混入させたビンガム流体は移動し難く、すなわちビンガム流体の粘性が増す。そして、この粘性は、磁場が強くなるに従って大きくなって、ロータ42の回転に対して大きな反力トルクを付与するので、コイル44への前記総通電量I10が大きくなるに従って、より大きな反力トルクが操舵ハンドル10の回動操作に対して付与されることになる。
【0042】
次に、ステップS40にてモータ反力用の第1〜第3マップを参照して、ハンドル操舵速度θv、ハンドル操舵角θおよび車速Vに応じて、モータ反力用の第1〜第3通電量I21,I22,I23をそれぞれ決定する。これらの第1〜第3マップは、電子制御ユニット31のメモリ内に予め用意されている。
【0043】
第1マップはハンドル操舵速度θvに対する第1通電量I21を記憶するもので、第1通電量I21は、図11の実線で示すように、ハンドル操舵速度θvの絶対値|θv|が所定範囲内にあるときハンドル操舵速度θvに対して所定の傾きで比例変化し、かつ絶対値|θv|が所定範囲を超えるとハンドル操舵速度θvに対して前記傾きよりも大きな傾きで比例変化する。これは、後述する電動モータ12に対する通電制御により、操舵ハンドル10の操作開始時には操舵ハンドル10を軽快に回動操作できるようにし、操舵ハンドル10の速い回動操作時に対して安定感を付与するためである。なお、この場合における第1通電量I21の正負の符号は、電動モータ12の回転方向を表していて、操舵ハンドル10の回動に対して反力トルクが付与されるように定められている。
【0044】
第2マップはハンドル操舵角θに対する第2通電量I22を記憶するもので、第2通電量I22は、図12に示すように、ハンドル操舵角θの絶対値|θ|が所定範囲内にあるとき「0」に保たれ、かつ絶対値|θv|が所定範囲を超えると、ハンドル操舵角θが正であればハンドル操舵角θの増加に対して徐々に増加し、ハンドル操舵角θが負であればハンドル操舵角θの減少に対して徐々に減少する。これは、後述する電動モータ12に対する通電制御により、操舵ハンドル10の中立位置からの操作開始時には操舵ハンドル10を軽快に回動操作できるようにし、操舵ハンドル10の大舵角操舵時には操作感を付与するためである。なお、この場合における第2通電量I22の正負の符号は、電動モータ12の回転方向を表していて、操舵ハンドル10を中立位置に復帰させようとするトルクが操舵ハンドル10に付与されるように定められている。
【0045】
第3マップは車速Vに対する第3通電量I23を記憶するもので、第3通電量I23は、図13に示すように、車速Vが「0」のとき正の所定値となり、同車速Vが増加するに従って徐々に増加する。これは、後述する電動モータ12に対する通電制御により、車両の低車速走行時における操舵ハンドル10の末切り時には同操舵ハンドル10を軽快に回動操作できるようにし、車両の高速走行時には操舵ハンドル10の回動操作に対して安定感を付与するためである。
【0046】
前記ステップS40の処理後、ステップS41にて下記数3の演算の実行により、モータ反力用の総通電量I20を計算する。
【0047】
【数3】
20=(I21+I22)・I23・(1−RT)
【0048】
なお、上記数3に代えて、下記数4の演算の実行により、総通電量I20を計算するようにしてもよい。この場合、sig[I21+I22]は、I21+I22が「0」であるとき「0」であり、I21+I22が正であるとき「1」となり、かつI21+I22が負であるとき「−1」となる関数である。
【0049】
【数4】
20=(I21+I22+sig[I21+I22]・I23)・(1−RT)
【0050】
そして、ステップS42にて総通電量I20に等しい電流を電動モータ12に流して、ステップS43にてこの第1反力制御ルーチンの実行を終了する。電動モータ12は、この通電制御により、減速機13および回転シャフト11を介して操舵ハンドル10に対し、通電方向に対応した回転方向に通電量に応じた大きさのトルクを付与する。ただし、前記図3の変形例の場合には、電動モータ12は回転シャフト11を介して操舵ハンドル10に対して前記トルクを直接的に付与する。この場合、前述のように、第1通電量I21によって電動モータ12に流れる電流の向きは操舵ハンドル10の回動に対して反力トルクを付与するように定められているとともに、第2通電量I22によって電動モータ12に流れる電流の向きは操舵ハンドル10を中立位置に復帰させるトルクが作用するように定められている。したがって、前記総通電量I20が大きくなるに従って、より大きな反力トルクが操舵ハンドル10の操舵操作および保舵操作に対して付与されることになる。
【0051】
このように上記実施形態およびその変形例によれば、電動モータ12によるモータ反力と流体反力発生装置14による流体反力の両者が、運転者による操舵ハンドル10の回動操作に対して付与されることになる。特に、流体反力発生装置14として、ハウジング41内には非ニュートン流体としてビンガム流体が満たされ、同ビンガム流体は、ロータ42の停止状態から回転状態への変化時に大きく非線形に変化する摩擦反力をロータ42に付与する。したがって、微低速で回転する操舵ハンドル10に対しても、ある程度大きな摩擦反力を付与することができるので、操舵ハンドル10の中立位置における安定性が良好になり、車両の直進安定性が向上する。
【0052】
また、上記実施形態およびその変形例においては、ビンガム流体には磁性粉末を混入させて磁気粘性をもたせるとともに、ハウジング41内に鉄心43およびコイル44からなる磁力線発生器を設けてビンガム流体内に磁場を形成するようにした。したがって、ビンガム流体の粘性が増加して、より大きな操舵反力を得ることができる。
【0053】
また、ロータ42には撹拌手段としてのフィン42aを設けて、磁性粉末を混入させたビンガム流体を撹拌するようにした。ロータ42の回転に伴って磁性粉末が撹拌されて沈殿しなくなるので、磁性粉末によるビンガム流体の粘性を常に高く保つことができて、同磁性粉末による反力発生機能を常に維持できる。また、このフィン42aはロータ42外周面から突出したものであるので、同フィン42aのビンガム流体に対する抵抗により、より大きな操舵反力を得ることができるようにもなる。さらに、このフィンの傾き、形状などを変更することにより、ビンガム流体に対する抵抗を種々に変更できて、的確な操舵反力の付与が可能となる。
【0054】
また、電子制御ユニット31は、図5のステップS37〜S39の処理により、ハンドル操舵速度θv、ハンドル操舵角θおよび車速Vに応じて、コイル44への通電態様を制御するようにした。したがって、図14に示すように、車両の運転状態および運動状態に応じて、操舵ハンドル10の操舵操作に対する反力を可変制御できるので、操舵ハンドル10の種々の回動操作に対して的確な操舵反力を付与できる。
【0055】
さらに、上記実施形態および変形例においては、流体反力発生装置14に加えて電動モータ12を設けて、これらの両者により、操舵ハンドル10の回動操作に対する反力を付与するようにした。したがって、操舵ハンドル10の回動に対してより大きな反力を付与できるようになると同時に、電動モータの制御により自由度の高い反力の付与制御が可能になる。また、操舵反力の付与のために、2つのアクチュエータを用いたので、各アクチュエータとしての流体反力発生装置14および電動モータ12をそれぞれ小型に構成できる。
【0056】
さらに、流体反力発生装置14による反力付与により、操舵ハンドル10の回動に対して、ヒステリシス特性をもった良好な操舵反力の付与が可能になる。すなわち、電動モータ12による反力付与制御においては、図15(A)に示すように、ハンドル操舵角θに対して比例的に変化する反力トルクしか得られない。この場合、ハンドル操舵速度θvに関しては簡単化のために無視しているが、ハンドル操舵速度θvを考慮しても、中立位置にある操舵ハンドル10を回動操作し始めるときには、反力トルクは最初「0」であり、操舵ハンドル10が中立付近にある状態では反力トルクは極めて小さい。これに対して、ビンガム流体による反力トルクはハンドル操舵速度θvに対して図15(B)のような変化特性を示す。すなわち、中立位置にある操舵ハンドル10を回動操作し始めた場合でも、ある程度大きな反力トルクが付与される。そして、これらの電動モータ12による反力トルクと流体反力発生装置14に反力トルクとの合成トルクは、図15(C)に示すように、中立位置付近にある操舵ハンドル10の操作に対しても大きな反力トルクをもつ特性、すなわちヒステリシスをもった特性となる。したがって、上記実施形態によれば、操舵ハンドル10の操舵操作に対して的確な反力を付与できるようになり、特に中立位置付近にある操舵ハンドル10の操舵操作を安定にできる。
【0057】
また、これらの2つのアクチュエータの反力分担をステップS32〜S36により制御するようにした。具体的には、操舵ハンドル10の切り込み時には、流体反力発生装置14による反力分担が大きくなるように制御した。流体反力発生装置14は、ロータ42の回転に対して摩擦力を付与するものであるので、速い速度で回動される操舵ハンドル10に対して反力を付与することを得意とする。したがって、大きな反力を必要とする操舵ハンドル10の切り込み時に大きな反力を付与できるとともに、電動モータ12の小型化、電力消費の節約および電動モータ12の発熱量の低減が可能になる。
【0058】
また、操舵ハンドル10が中立位置付近で保舵されている場合にも、他の場合に比べて、流体反力発生装置14による反力分担が大きくなるように制御した。そもそも、電動モータ12は、低速においては低効率でしかトルクを発生することができず、これに対して流体反力発生装置は特にビンガム流体そのものが反力(剪断力)を備えているために、低速回転するロータ42の回転に対しても高効率で反力を発生できる。これにより、操舵ハンドル10の中立位置付近における保舵に対して、流体反力発生装置14による充分な反力を得た上で、電動モータ12の小型化、電力消費の節約および電動モータ12の発熱量の低減が可能になる。
【0059】
次に、流体反力発生装置14は正常であるが、電動モータ12に異常が発生した場合について説明する。この場合、図4のステップS14にて「Yes」、ステップS15にて「No」と判定して、ステップS17に進む。ステップS17においては、電動モータ12に異常が発生していることを、図示しないランプ、音発生器などを作動させて運転者に知らせる。
【0060】
前記ステップS17の処理後、ステップS18にて第2反力制御ルーチンを実行する。この第2反力制御ルーチンの詳細は図6に示されており、その実行がステップS50にて開始される。この実行開始後、ステップS51にて上述した図5のステップS31の場合と同様にしてハンドル操舵速度θvを計算する。そして、ステップS52にて、上述した図5のステップS37の場合と同様にして、流体反力用の第1〜第3マップを参照して、ハンドル操舵速度θv、ハンドル操舵角θおよび車速Vに応じて、流体反力用の第1〜第3通電量I11,I12,I13をそれぞれ決定する。このステップS52の処理後、ステップS53にて下記数5の演算の実行により、流体反力用の総通電量I10を計算する。
【0061】
【数5】
10=(I11+I12+I13)・K1
【0062】
なお、上記数5に代えて、下記数6を用いて総通電量I10を計算するようにしてもよい。
【0063】
【数6】
10=(I11+I12)・I13・K1
【0064】
上記数5,6の係数K1は、少なくとも上記数1,2の反力分配比RT(所定値ra1,ra2またはrb)よりも大きな所定値である。そして、ステップS54にて総通電量I10に等しい電流をコイル44に流して、ステップS55にてこの第2反力制御ルーチンの実行を終了する。この結果、電動モータ12に異常が発生して同電動モータ12による操舵反力の付与が不能になっても、流体反力発生装置14による操舵反力の付与が可能となるので、運転者は適切な操舵反力を感じながら操舵ハンドル10を回動操作することができる。また、この場合、係数K1を上記電動モータ12および流体反力発生装置14が正常な場合に比べて大きく設定するようにしたので、電動モータ12による操舵反力が得られなくても支障がない。
【0065】
また、本実施形態では、電動モータ12および流体反力発生装置14の両者による反力発生の場合も、流体反力発生装置14のみによる反力発生の場合も、同一特性の第1〜第3通電量I11,I12,I13を用いるようにした。しかし、これに代えて、流体反力発生装置14のみによる反力発生の場合には、電動モータ12および流体反力発生装置14の両者による反力発生の場合とは異なる特性の第1〜第3通電量I11,I12,I13を用いるようにしてもよい。例えば、流体反力発生装置14は操舵ハンドル10が回動されて初めて、すなわちロータ42が回転して初めて反力が付与され、操舵ハンドル10が一定回転位置に静止していれば、反力(保舵反力)が発生しない。実際には、操舵ハンドル10を保舵していても、ハンドル操舵角θの微小な変動があるので、あたかも保舵反力が働くように作用する。しかしながら、所望の回転位置で操舵ハンドル10を保舵した後、操舵ハンドル10をさらに切り込む場合には操舵反力が不足気味となり、操舵ハンドル10を切り戻す場合には操舵反力が超過気味となる。
【0066】
このような点を改善するために、第2通電量I12として、図9の破線で示すように、操舵ハンドル10の切り込み時には図9上側の破線で示す特性の第2通電量I12を用い、操舵ハンドル10の切り戻し時には図9下側の破線で示す特性の第2通電量I12を用いるようにするとよい。この場合、図9の両破線特性にそれぞれ従ったハンドル操舵角θに対する第2通電量I12を予め用意して電子制御ユニット31のメモリ内に記憶しておく。そして、図6のステップS52にて、ハンドル操舵角θの絶対値|θ|の時間微分値d|θ|/dtが正であれば、すなわち前記絶対値|θ|が増加傾向にあれば、図9上側の破線特性に従った第2通電量I12をハンドル操舵角θに応じて決定する。また、前記時間微分値d|θ|/dtが負であれば、すなわち前記絶対値|θ|が減少傾向にあれば、図9下側の破線特性に従った第2通電量I12をハンドル操舵角θに応じて決定するようにするとよい。その他の動作については、上述した場合と同じである。
【0067】
また、このように電動モータ12の異常に伴い流体反力発生装置14のみによって操舵反力を発生すると、流体反力発生装置14の負荷が過大に成り過ぎる場合がある。したがって、電動モータ12の異常直後においては、異常前との操舵反力の急変を回避するために、流体反力発生装置14への通電量を増大させるが、その後においては状況に応じて流体反力発生装置14への通電量を緩和するようにするとよい。この場合、流体反力発生装置14の温度、流体反力発生装置14(コイル44)に流れる電流などを測定して、流体反発生装置14の負担が過大にならない限りにおいては流体反力発生装置14への通電量を大きく保ち、流体反発生装置14の負担が過大になる場合には流体反力発生装置14への通電量を減少させるようにする。
【0068】
次に、電動モータ12は正常であるが、流体反力発生装置14に異常が発生した場合について説明する。この場合、図4のステップS14にて「No」、ステップS19にて「Yes」と判定して、ステップS20に進む。ステップS20においては、流体反力発生装置14に異常が発生していることを、図示しないランプ、音発生器などを作動させて運転者に知らせる。
【0069】
前記ステップS20の処理後、ステップS21にて第3反力制御ルーチンを実行する。この第3反力制御ルーチンの詳細は図7に示されており、その実行がステップS60にて開始される。この実行開始後、ステップS61にて上述した図5のステップS31の場合と同様にしてハンドル操舵速度θvを計算する。そして、ステップS62にて、上述した図5のステップS40の場合と同様にして、モータ反力用の第1〜第3マップを参照して、ハンドル操舵速度θv、ハンドル操舵角θおよび車速Vに応じて、モータ反力用の第1〜第3通電量I21,I22,I23をそれぞれ決定する。このステップS62の処理後、ステップS63にて下記数7の演算の実行により、モータ反力用の総通電量I20を計算する。
【0070】
【数7】
20=(I21+I22)・I23・K2
【0071】
なお、上記数7に代えて、下記数8を用いて総通電量I20を計算するようにしてもよい。
【0072】
【数8】
20=(I21+I22+sig[I21+I22]・I23)・(1−RT)
【0073】
上記数7,8の係数K2は、少なくとも上記数3,4の反力分配比1−RT(所定値1−ra1,1−ra2または1−rb)よりも大きな所定値である。また、前記数8中の関数sig[I21+I22]は、上述した数4の場合と同じである。そして、ステップS64にて総通電量I20に等しい電流を電動モータ12に流して、ステップS65にてこの第3反力制御ルーチンの実行を終了する。この結果、流体反力発生装置14に異常が発生して同流体反力発生装置14による操舵反力の付与が不能になっても、電動モータ12による操舵反力の付与が可能となるので、運転者は適切な操舵反力を感じながら操舵ハンドル10を回動操作することができる。また、この場合、係数K2を上記電動モータ12および流体反力発生装置14が正常な場合に比べて大きく設定するようにしたので、流体反力発生装置14による操舵反力が得られなくても支障がない。
【0074】
また、本実施形態では、電動モータ12および流体反力発生装置14の両者による反力発生の場合も、電動モータ12のみによる反力発生の場合も、同一特性の第1〜第3通電量I21,I22,I23を用いるようにした。しかし、これに代えて、電動モータ12のみによる反力発生の場合には、電動モータ12および流体反力発生装置14の両者による反力発生の場合とは異なる特性の第1〜第3通電量I21,I22,I23を用いるようにしてもよい。例えば、流体反力発生装置14は操舵ハンドル10が回動時に、特に回転速度が大きくなると、大きな操舵反力を発生する。そのために、操舵ハンドル10の回動に対する電動モータ12による操舵反力が不足気味となる。
【0075】
このような点を改善するために、第1通電量I21として、図11の破線で示す特性の第1通電量I21を用いるようにするとよい。この場合、図11の破線特性にそれぞれ従ったハンドル操舵速度θvに対する第1通電量I21を予め用意して電子制御ユニット31のメモリ内に記憶しておく。そして、図7のステップS62の処理にて、図11の破線特性に従った第1通電量I21をハンドル操舵速度θvに応じて決定するようにするとよい。その他の動作については、上述した場合と同じである。
【0076】
また、このように流体反力発生装置14の異常に伴い電動モータ12のみによって操舵反力を発生すると、電動モータ12の負荷が過大に成り過ぎる場合がある。したがって、流体反力発生装置14の異常直後においては、異常前との操舵反力の急変を回避するために、電動モータ12への通電量を増大させるが、その後においては状況に応じて電動モータ12への通電量を緩和するようにするとよい。この場合、電動モータ12の温度、電動モータ12に流れる電流などを測定して、電動モータ12の負担が過大にならない限りにおいては電動モータ12への通電量を大きく保ち、電動モータ12の負担が過大になる場合には電動モータ12への通電量を減少させるようにする。
【0077】
次に、上記のように構成した流体反力発生装置14の変形例について説明する。第1変形例は、図16に示すように、各鉄心43内に永久磁石46を介装させている。他の構成は、上記実施形態と同一である。これによれば、永久磁石46から発生される磁力線は、鉄心43を通って磁性粉末を混入させたビンガム流体内に磁場を形成する。したがって、永久磁石46によって形成される磁力線の向きと、コイル44によって形成される磁力線の向きとを一致させるように、電子制御ユニット31がコイル44を通電制御すれば、永久磁石46による磁力線とコイル44による磁力線とを重畳させた磁場をビンガム流体内に形成できて、ビンガム流体による操舵反力の可変範囲を大きくすることが可能になる。また、上記実施形態の図5のステップS39および図6のステップS54の処理によるコイル44への通電量を減らすことができるとともに、図5のステップS42および図7のステップS64の処理による電動モータ12への通電量を減らすこともできる。さらに、コイル44への通電制御系の異常時にも、流体反力発生装置14の永久磁石46による磁性粉末を用いた操舵反力も確保できる。
【0078】
また、永久磁石46によって形成される磁力線の向きとコイル44によって形成される磁力線の向きとが反対になるように、電子制御ユニット31がコイル44を通電制御するようにしてもよい。この場合、コイル44による操舵反力の制御においては、永久磁石46による磁力線をコイル44による磁力線で打ち消したうえで、コイル44による通電量を図8(A)(B)(C)による特性に従って決定するようにするとよい。したがって、上記実施形態の図5のステップS42および図6のステップS54の処理によるコイル44への通電量を上記実施形態の場合に比べて大きくする必要がある。これによれば、コイル44の通電制御系の異常時にも、永久磁石46による反力を確保できると同時に、同反力がコイル44の通電制御系の正常時に比べて激減しないようにすることができる。
【0079】
次に、上記のように構成した流体反力発生装置14の第2変形例について説明すると、図17はこの第2変形例に係る流体反力発生装置50を縦断面図により示している。この流体反力発生装置50も、上面および下面の中心位置にて軸線方向に回転シャフト11を回動可能に貫通させた円筒状かつ非磁性材料で構成したハウジング51を備えている。ハウジング51は、回転シャフト11の外周面上に固定された円柱状のロータ52を収容している。また、ハウジング51と回転シャフト11の間には図示しないシール部材が介装されており、回転シャフト11およびロータ52の外面とハウジング51の内面との間に形成された内部空間R1は密閉されている。
【0080】
この内部空間R1は、上記実施形態と同様に、磁性粉末を混入させたビンガム流体で満たされている。このビンガム流体は、上記実施形態と同様な機能を有する。なお、この場合も、図17では内部空間R1を広く描いているが、ロータ52の回転に対して大きな摩擦反力を与えるために、実際には、この内部空間R1は極めて狭い。ロータ52には、図17および図18に示すように、一部を残して周方向に沿った溝52aが形成されている。一方、ハウジング51には、樹脂53によってモールドされていて円柱の鉄心54にコイル55を巻いた複数の電磁石が周方向の適宜箇所にて埋め込まれている。鉄心54およびコイル55かららなる電磁石の磁極面はロータ52の外周面(溝52a)に対向している。
【0081】
このように構成した第2変形例に係る流体反力発生装置50においても、上記実施形態と同様に、電子制御ユニット31によって通電制御される。したがって、この第2変形例に係る流体反力発生装置50を用いた車両の操舵装置においても、磁性粉末を混入させたビンガム流体とロータ52との摩擦により、上記実施形態と同様な反力が操舵ハンドル10の回動操作に対して付与される。また、ロータ52の外周面であって溝52aを形成しない部分は溝52aの底面に対して突出部を形成するので、ロータ52の回転に伴ってビンガム流体が撹拌され、磁性粉末の沈殿を避けることができる。したがって、この場合も、操舵ハンドル10の回動に対して、的確な操舵反力が常に維持される。
【0082】
また、この第2変形例においては、ロータ52の外周面上の溝52aの非形成部分は本発明の段差に対応するもので、ロータ52の外周面とハウジング51の内周面との間の通路面積を周方向の一部において異ならせている。一方、コイル55への通電により、ビンガム流体内に混入された磁性粉末は鉄心54の磁極面に対向した位置に集中する。この場合、前記溝52aの非形成部分が鉄心54の近傍位置に近づいた状態では、同溝52aの非形成部分と前記集中した磁性粉末とにより、ビンガム流体に対するオリフィス機能が実現される。したがって、これによれば、上記実施形態の場合に比べ、さらに大きな操舵反力を得ることができる。
【0083】
このような第2変形例においては、ロータ52の外周面上に溝52aの非形成部分を一箇所だけ設けるようにしたが、ロータ52の外周面上に溝52aの非形成部分を複数箇所設けるようにしてもよい。また、鉄心54およびコイル55からなる電磁石の数に関しても、必要に応じて適当な数だけ設けるようにすればよい。
【0084】
さらに、この第2変形例に係る流体反力発生装置50においても、上記第1変形例に係る流体反力発生装置14と同様に、コイル55に加えて永久磁石を設けるようにしてもよい。この場合、永久磁石をコイル55による磁力線の進行方向に一致するように鉄心54内に介装または鉄心54と直列に配置するようにしてもよいし、ハウジング51の周方向に沿った適宜位置であって鉄心54およびコイル55と周方向の異なる位置に配置するようにしてもよい。
【0085】
次に、第3変形例に係る流体反力発生装置60について説明すると、図19はこの第3変形例に係る流体反力発生装置60を縦断面図により示している。この流体反力発生装置60は、前記第2変形例に係る流体反力発生装置50の一部を変形したもので、磁性粉末を混入させたビンガム流体で満たした円筒状のハウジング61内に、回転シャフト11に固定した第1ロータ62および第2ロータ63を収容している。第1ロータ62は、図19および図20(A)に示すように、全周にわたって半径を等しく形成した円柱状に形成されている。第2ロータ63は、図19および図20(B)に示すように、段差63a,63bを境に半径の異なる小径部63cおよび大径部63dを備えたほぼ円柱状に形成されている。
【0086】
一方、ハウジング51には、樹脂64によってモールドされていて円柱の第1および第2鉄心65,66に第1および第2コイル67,68をそれぞれ巻いた各複数の第1および第2電磁石が周方向の適宜箇所にて埋め込まれている。第1鉄心65および第1コイル67からなる1組の第1電磁石の磁極面は第1ロータ62の外周面に対向している。第2鉄心66および第2コイル68からなる1組の第2電磁石の磁極面は第2ロータ62の外周面に対向している。
【0087】
このように構成した第3変形例に係る流体反力発生装置60においても、上記実施形態と同様に、電子制御ユニット31によって第1および第2コイル67,68が通電制御される。したがって、この第3変形例に係る流体反力発生装置50を用いた車両の操舵装置においても、磁性粉末を混入させたビンガム流体と第1および第2ロータ62,63との摩擦により、上記実施形態と同様な反力が操舵ハンドル10の回動操作に対して付与される。また、この第3変形例においては、ビンガム流体と摩擦作用するロータとして第1および第2ロータ62,63を設けたので、より大きな反力を得ることができる。また、第2ロータ63の段差63a,63bの作用により、ロータ52の回転に伴ってビンガム流体が撹拌され、磁性粉末の沈殿を避けることができる。したがって、この場合も、操舵ハンドル10の回動に対して、的確な操舵反力が常に維持される。
【0088】
また、この第3変形例においては、前記第2変形例と同様に、第2ロータ63の外周上において、段差63a,63bを境に小径部63cと大径部63dとでハウジング61の内周面との間の通路面積を周方向の一部において異ならせている。そして、この場合も、コイル68への通電により、ビンガム流体内に混入された磁性粉末は第2鉄心66の磁極面に対向した位置に集中する。この場合、第2ロータ63の段差63a,63bが第2鉄心66の磁極面に近傍位置に近づいた状態では、第2ロータ63の段差63a,63bと前記集中した磁性粉末とにより、ビンガム流体に対するオリフィス機能が実現される。したがって、これによれば、前記変形例に係る流体反力発生装置50と同様に、上記実施形態の場合に比べ、さらに大きな操舵反力を得ることができる。
【0089】
このような第3変形例においては、第2ロータ63の外周面に2つの段差63a,63bを設けるようにしたが、さらに多くの段差を設けるようにしてもよい。また、第1ロータ62にも段差を設けるようにしてもよい。また、第1鉄心65および第1コイル67からなる第1電磁石の数に関しても、第2鉄心66および第2コイル68からなる第2電磁石の数に関しても、必要に応じて適当な数だけ設けるようにすればよい。さらに、この第3変形例に係る流体反力発生装置60においても、前記第2変形例の場合と同様に、第1および第2コイル67,68に加えて永久磁石を設けるようにしてもよい。
【0090】
また、前記第3変形例のように複数組のコイル67,68を備えている場合には、上記実施形態における図5のステップS39の処理を図21のステップS70〜S73のように変形することもできる。ステップS70においては左右前輪20a,20bの転舵限界(言いかえれば、操舵ハンドル10の操舵限界)が判定され、ステップS71においては操舵ハンドル10の操舵操作に対する左右前輪20a,20bの転舵遅れが判定される。
【0091】
この転舵限界の判定においては、図4のステップS11にて入力した前輪転舵角ψの絶対値|ψ|が、左右前輪20a,20bの左右への最大転舵角に対応する所定値を越えたとき転舵限界を判定する。また、これに代えて、図4のステップS11にて入力したハンドル操舵角θの絶対値|θ|が、操舵ハンドル10の左右への最大操舵角に対応する所定値を越えたとき転舵限界を判定してもよい。転舵遅れの判定においては、図4のステップS11にて入力した前輪転舵角ψと、図4のステップS12にて計算した目標転舵角ψ*の差ψ−ψ*の絶対値|ψ−ψ*|が所定値を越えたとき、転舵遅れを判定する。
【0092】
そして、転舵限界に達しておらず、かつ転舵遅れも発生していなければ、ステップS70,S71にて共に「No」と判定し、ステップS72にて、ステップS38の処理によって計算された総通電量I10に応じて第1コイル67のみを通電制御する。これにより、この場合には、上記実施形態と同様な流体反力発生装置60による操舵反力が操舵ハンドル10の回動操作に対して付与される。一方、転舵限界に達していたり、転舵遅れが発生している場合には、ステップS70,S71のいずれかにて「Yes」と判定し、ステップS73にて、ステップS38の処理によって計算された総通電量I10に応じて第1および第2コイル67、68の両者を通電制御する。これにより、この場合には、前記よりも大きな操舵反力が、操舵ハンドル10の回動操作に対して付与される。特に、前述したオリフィス効果のために、極めて大きな操舵反力が付与される。
【0093】
その結果、この変形例の制御によれば、操舵ハンドル10の回動によって左右前輪20a,20bを限界まで転舵した場合、流体反力発生装置60によって操舵ハンドル10の回動操作に対する反力が非常に増加制御されるので、従前の車両における操向車輪(左右前輪20a,20b)のエンドあたりが的確にシミュレートされて、操舵フィーリングが良好になる。また、左右前輪20a,20bに転舵遅れが生じた場合にも、流体反力発生装置60によって操舵ハンドル10の回動操作に対する反力が非常に増加制御されるので、従前の車両における操向車輪の転舵遅れが的確にシミュレートされて、操舵フィーリングが良好になる。
【0094】
また、前記説明では、電動モータ12による反力付与に並行して行う第1反力制御ルーチンのステップS39(図5)の処理に代えて、図21のステップS70〜S73からなる制御を行うようにした。しかし、この制御は、電動モータ12に異常が発生したときに実行される第2反制御ルーチンにも適用できる。この場合、図6のステップS54の処理を前記ステップS70〜S73の処理で置換すればよい。
【0095】
次に、第4変形例に係る流体反力発生装置70について説明すると、図22はこの第4変形例に係る流体反力発生装置70を縦断面図により示している。この流体反力発生装置70は、前記第2変形例に係る流体反力発生装置50の一部を変形したもので、磁性粉末を混入させたビンガム流体で満たした円筒状のハウジング71内に、回転シャフト11に固定したロータ72を収容している。ロータ72は、図22および図23に示すように、周方向に沿って徐々に半径を異ならせて、外周面の一部に段差72aを設けている。
【0096】
一方、ハウジング71には、上記第2変形例の場合と同様に、樹脂73によってモールドされていて円柱の第1鉄心74に第1コイル75を巻いた複数の第1電磁石が周方向の適宜箇所にて埋め込まれて、ロータ72の外周面に対向している。この第1電磁石に加えて、ハウジング71の上面部および下面部にも、樹脂76によってモールドされていて円柱の第2鉄心77に第2コイル78を巻いた複数の第2電磁石が周方向の適宜箇所にて埋め込まれて、ロータ72の上面及び下面に対向している。
【0097】
このように構成した第4変形例に係る流体反力発生装置70においても、上記実施形態と同様に、電子制御ユニット31によって第1および第2コイル75,78が通電制御される。したがって、この第4変形例に係る流体反力発生装置70を用いた車両の操舵装置においても、磁性粉末を混入させたビンガム流体とロータ72との摩擦により、上記実施形態と同様な反力が操舵ハンドル10の回動操作に対して付与される。また、ロータ72の段差72aの作用により、ロータ72の回転に伴ってビンガム流体が撹拌され、磁性粉末の沈殿を避けることができる。したがって、この場合も、操舵ハンドル10の回動に対して、的確な操舵反力が常に維持される。
【0098】
また、この第4変形例においては、前記第2および第3変形例と同様に、ロータ72の外周上において、段差72aによりハウジング61の内周面との間の通路面積を周方向の一部において異ならせている。そして、この場合も、第1コイル75への通電により、ビンガム流体内に混入された磁性粉末は第1鉄心74の磁極面に対向した位置に集中する。この場合、ロータ72の段差72aが第1鉄心74の近傍位置に近づいた状態では、ロータ72の段差72aと前記集中した磁性粉末とにより、ビンガム流体に対するオリフィス機能が実現される。したがって、これによっても、大きな操舵反力を得ることができる。
【0099】
このような第4変形例においても、ロータ72の外周面に1つの段差72aのみを設けるようにしたが、複数の段差を設けるようにしてもよい。また、第1鉄心74および第1コイル75からなる第1電磁石の数に関しても、第2鉄心77および第2コイル78からなる第2電磁石の数に関しても、必要に応じて適当な数だけ設けるようにすればよい。さらに、この第4変形例に係る流体反力発生装置70においても、前記第2および第3変形例の場合と同様に、第1および第2コイル75,78に加えて永久磁石を設けるようにしてもよい。
【0100】
また、この第4変形例においても、上記図21のステップS70〜S73の制御を適用して、転舵限界および転舵遅れの制御を的確に行うことができる。ただし、この場合には、第1コイル75への通電による操舵反力が第2コイル78の通電による操舵反力よりも大きいので、転舵限界でなく、かつ転舵遅れのない状態におけるステップS72の通電制御時には、第2コイル78のみを通電制御するようにするとよい。そして、転舵限界であり、または転舵遅れの発生した状態におけるステップS73の通電制御時には、第1および第2コイル75,78の両方を通電制御するようにするとよい。
【0101】
以上、本発明の実施形態およびその各種変形例について説明したが、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変形も可能である。
【0102】
例えば、上記実施形態および各種変形例においては、ハンドル操舵速度θv、ハンドル操舵角θおよび車速Vに応じて操舵反力の大きさを制御するようにしたが、これらの一部に代え、またはこれらに加えて、ハンドル操舵加速度、操向車輪の転舵反力、路面摩擦係数(車両環境情報)、ヨーレートなどに応じて操舵反力を制御するようにしてもよい。
【0103】
ハンドル操舵加速速度に応じて操舵反力を制御する場合、上記実施形態における図5〜図7の各反力制御ルーチンのステップS31,S51,S61の処理によって計算したハンドル操舵速度θvを、電子制御ユニット31のプログラム処理によってさらに時間微分して、ハンドル操舵加速度を計算する。そして、ハンドル操舵加速度の絶対値が増加するに従って、電動モータ12による反力および流体反力発生装置14,50,60,70による反力のいずれか一方または両方を増加させるように制御して、操舵ハンドル10の操舵操作を安定させるようにするとよい。
【0104】
また、操向車輪の転舵反力に応じて操舵反力を制御する場合、図1および図3に破線で示すように回転シャフト25に転舵反力(転舵トルク)を検出する転舵反力センサ35を組み付けるようにする。そして、この検出転舵反力が大きくなるに従って、電動モータ12による反力および流体反力発生装置14,50,60,70による反力のいずれか一方または両方を増加させるように制御して、左右前輪20a,20bの転舵状態を操舵ハンドル10の操作に反映させるようにするとよい。
【0105】
また、路面摩擦係数またはヨーレートに応じて操舵反力を制御する場合、図1および図3に破線で示すように操向路面の摩擦係数を検出する路面摩擦係数検出装置またはヨーレートセンサなどの検出装置36を設けて、路面摩擦係数またはヨーレートを検出できるようにする。そして、検出路面摩擦係数が大きくなるに従って、電動モータ12による反力および流体反力発生装置14,50,60,70による反力のいずれか一方または両方を増加させるように制御して、走行路面の状態を操舵ハンドル10の操作に反映させるようにするとよい。また、検出ヨーレートが大きくなるに従って、電動モータ12による反力および流体反力発生装置14,50,60,70による反力のいずれか一方または両方を増加させるように制御して、操舵ハンドル10の操舵操作を安定させるとよい。
【0106】
また、上記実施形態および各種変形例においては、本発明をステアバイワイヤ方式の車両の操舵装置に適用した例について説明した。しかし、本発明は、操舵ハンドル10と操向車輪である左右前輪20a,20bが機械的に連結されている車両の操舵装置にも適用できるものである。これによっても、油圧式、電動モータのみでは困難であった複雑な操舵反力の制御が可能になり、車両の操向安定性と良好な操舵フィーリングが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態に係る車両の操舵装置の概略図である。
【図2】 図1の流体反力発生装置の縦断面図である。
【図3】 前記車両の操舵装置の変形例の概略図である。
【図4】 図1の電子制御ユニットによって実行される操舵制御プログラムのフローチャートである。
【図5】 図4の第1反力制御ルーチンの詳細フローチャートである。
【図6】 図4の第2反力制御ルーチンの詳細フローチャートである。
【図7】 図4の第3反力制御ルーチンの詳細フローチャートである。
【図8】 ハンドル操舵速度に対する流体反力用の第1通電量の変化特性を示すグラフである。
【図9】 ハンドル操舵角に対する流体反力用の第2通電量の変化特性を示すグラフである。
【図10】 車速に対する流体反力用の第3通電量の変化特性を示すグラフである。
【図11】 ハンドル操舵速度に対するモータ反力用の第1通電量の変化特性を示すグラフである。
【図12】 ハンドル操舵角に対するモータ反力用の第2通電量の変化特性を示すグラフである。
【図13】 車速に対するモータ反力用の第3通電量の変化特性を示すグラフである。
【図14】 磁性粉末を混入させたビンガム流体の反力トルクの変化状態を説明するための説明図である。
【図15】 (A)はハンドル操舵角に対するモータによる反力特性を示すグラフであり、(B)はハンドル操舵速度に対するビンガム流体による反力特性を示すグラフであり、(C)は前記モータおよびビンガム流体による合成反力特性を示すグラフである。
【図16】 図2の流体反力発生装置の第1変形例に係る流体反力発生装置の縦断面図である。
【図17】 図2の流体反力発生装置の第2変形例に係る流体反力発生装置の縦断面図である。
【図18】 図17のA−A線に沿って見たロータの横断面図である。
【図19】 図2の流体反力発生装置の第3変形例に係る流体反力発生装置の縦断面図である。
【図20】 (A)は図19のA−A線に沿って見た第1ロータの横断面図であり、(B)は図19のB−B線に沿って見た第2ロータの横断面図である。
【図21】 前記第3変形例に係る流体反力発生装置に適用され、上記実施形態の第1および第2反力制御ルーチンの一部を変形したフローチャートである。
【図22】 図2の流体反力発生装置の第4変形例に係る流体反力発生装置の縦断面図である。
【図23】 図22のA−A線に沿って見たロータの横断面図である。
【符号の説明】
10…操舵ハンドル、11…回転シャフト、12…電動モータ、13…減速機、14…流体反力発生装置、20a,20b…前輪(操向車輪)、27…電動モータ、30…電気制御装置、31…電子制御ユニット、32…操舵角センサ、33…転舵角センサ、34…車速センサ、41…ハウジング、42…ロータ、42a…フィン、43…鉄心、44…コイル、46…永久磁石、50,60,70…流体反力発生装置、51,61,71…ハウジング、52,62,63,72…ロータ、52a…溝、63a,63b,72a…段差、54,65,66,74,77…鉄心、55,67,68,75,78…コイル。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vehicle steering apparatus in which a steering reaction force is applied to a turning operation of a steering handle for turning steered wheels.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a rotor that is connected to a steering handle via a rotating shaft and rotates integrally with the steering handle, and a housing that houses the rotor and is filled with high-viscosity fluid (silicon oil) are provided. A technique for applying a friction reaction force to the rotation of a steering handle by a friction reaction force of a highly viscous fluid is known (see Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 1-153379
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described conventional apparatus, a friction reaction force proportional to the rotational speed of the rotor is applied to the rotor. However, since the friction reaction force when the steering handle rotates at a very low speed is very small, the steering handle is stable at the neutral position. It is difficult to improve the straight running stability of the vehicle.
[0005]
SUMMARY OF THE INVENTION
The present invention has been made to cope with the above-described problems, and the object of the present invention is to make it possible to apply a certain amount of friction reaction force to a steering handle that rotates at a very low speed. An object of the present invention is to provide a vehicle steering apparatus that improves the stability in the neutral position and improves the straight-line stability of the vehicle.
[0006]
  In order to achieve the above object, the present invention is characterized in that, in a steering apparatus for a vehicle that steers steered wheels according to the rotation of a steering handle, the steering handle is coupled to the steering handle via a rotating shaft. A rotor that rotates integrally, and a non-Newtonian fluid that houses the rotor and applies a frictional reaction force that changes greatly and nonlinearly when the rotor changes from a stopped state to a rotating state.A non-Newtonian fluid containing magnetic powderFilled with housing andA magnetic field line generating means for generating a magnetic field line to form a magnetic field in the non-Newtonian fluid, and a step is provided on at least a part of the outer surface of the rotor facing the inner surface of the housing.There is. In this case, a Bingham fluid may be adopted as the non-Newtonian fluid.Yes. Further, the magnetic force line generating means can be constituted by a permanent magnet or an electromagnet.
[0007]
  According to this, a relatively large frictional reaction force can be applied even to a steering wheel that rotates at a very low speed, so the stability at the neutral position of the steering wheel is improved and the straight running stability of the vehicle is improved. To do. In addition, since the magnetic field line generating means forms a magnetic field in the non-Newtonian fluid,Increased viscosity of non-Newtonian fluidsAndA larger reaction force can be obtained.Furthermore, since the magnetic powder collected by the magnetic field functions like an orifice with respect to a non-Newtonian fluid that moves due to the step of the rotor when the rotor rotates, a larger reaction force can be obtained. Since the agitation does not cause precipitation, the viscosity of the non-Newtonian fluid by the magnetic powder can always be kept high, and the reaction force generation function by the magnetic powder can always be maintained.
[0010]
Another feature of the present invention is that magnetic field mode control means for changing and controlling the magnetic field forming mode by the electromagnet is provided. In this case, the magnetic field mode control means may be constituted by energization mode control means for controlling the energization mode for the electromagnet. According to this, since the reaction force against the rotation of the rotor can be variably controlled by changing and controlling the magnetic field formation mode, an accurate reaction force can be applied to various turning operations of the steering handle.
[0011]
Another feature of the present invention is that the turning limit control means detects the turning limit of the steered wheel and controls the magnetic field mode control means at the time of detecting the turning limit to strengthen the magnetic field by the electromagnet. It is in having established. According to this, when the steering wheel is steered to the limit by turning the steering handle, the reaction force against the turning operation of the steering handle is increased and controlled by the control of the magnetic field mode by the electromagnet. Steering wheels are well simulated, and the steering feeling is improved.
[0012]
Further, another feature of the present invention is that the steering delay control means detects the steering delay of the steered wheel and controls the magnetic field mode control means when the steering delay is detected to strengthen the magnetic field by the electromagnet. It is in having established. According to this, when there is a delay in the steering of the steering wheel, the reaction force against the turning operation of the steering handle is increased and controlled by the control of the magnetic field mode by the electromagnet. The wheel turning delay is accurately simulated, and the steering feeling is improved.
[0013]
Another feature of the present invention is that, in addition to the reaction force applying device using the non-Newtonian fluid, an electric motor connected to the steering handle via a rotating shaft to apply a reaction force to the rotation of the steering handle. It is in having. According to this, it becomes possible to apply a larger reaction force to the turning of the steering handle, and at the same time, it is possible to perform a reaction force application control with a high degree of freedom by controlling the electric motor. In particular, when a non-Newtonian fluid containing magnetic powder is used and a magnetic field is formed in the non-Newtonian fluid by an electromagnet, a high degree of reaction force control can be achieved through electric current control of the electric motor and the electromagnet. Even if an abnormality occurs in one of the control systems of the motor and the electromagnet, the control of the reaction force with respect to the turning of the steering wheel can be performed by one control.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 schematically shows a vehicle steering apparatus according to this embodiment. This steering device steers the left and right front wheels 20a and 20b, which are steered wheels, to the left and right according to the turning of the steering handle 10.
[0019]
The steering handle 10 is fixed to the upper end of the rotating shaft 11, and the rotating shaft 11 rotates integrally with the steering handle 10. An electric motor 12 for generating reaction force is connected to the lower end of the rotating shaft 11 via a speed reducer 13. The electric motor 12 applies a reaction force to the turning operation of the steering handle 10 via the speed reducer 13 according to the rotational torque. The electric motor 12 constitutes a motor reaction force generator. A fluid reaction force generator 14 is assembled in the middle of the rotating shaft 11.
[0020]
The fluid reaction force generating device 14 is fixed to a vehicle body member (not shown), and has a cylindrical shape and a non-rotating shape in which the rotary shaft 11 is pivotally penetrated in the axial direction at the center position of the upper surface and the lower surface as shown in FIG. A housing 41 made of a magnetic material is provided. The housing 41 accommodates a columnar rotor 42 fixed on the outer peripheral surface of the rotary shaft 11. Further, a seal member (not shown) is interposed between the housing 41 and the rotating shaft 11, and the internal space R <b> 1 formed between the outer surface of the rotating shaft 11 and the rotor 42 and the inner surface of the housing 41 is sealed. Yes.
[0021]
The internal space R1 is filled with a Bingham fluid mixed with magnetic powder (powder made of a magnetic material). This Bingham fluid is a kind of non-Newtonian fluid and has a characteristic of increasing the shear stress from a positive value with respect to an increase in the shear rate from “0”. In other words, the Bingham fluid is a non-Newtonian fluid that imparts to the rotor 42 a frictional reaction force that varies greatly and nonlinearly with respect to the change of the rotor 42 from the stopped state to the rotating state. In FIG. 2, the internal space R <b> 1 is widely drawn. However, in order to apply a large frictional reaction force to the rotation of the rotor 42, the internal space R <b> 1 is actually extremely narrow. That is, the gap between the inner surface of the housing 41 and the outer surface of the rotor 42 is set to be extremely small.
[0022]
Further, in order to apply a greater frictional reaction force to the rotation of the rotor 42, fins 42 a protruding from the outer peripheral surface are spirally and integrally formed on the outer peripheral surface of the rotor 42. The interval and height of the fins 42a, the angle with respect to the rotation direction of the rotor 42, and the like are determined by the required magnitude of the friction reaction force. The fin 42a also has a function of stirring the Bingham fluid in order to avoid precipitation of magnetic powder in the Bingham fluid, and constitutes the stirring means of the present invention. In addition, as long as it has a function to obtain a large frictional reaction force and stir the Bingham fluid, instead of the helical fin 42a, a protruding portion protruding in various shapes such as a square shape and a circular shape on the outer peripheral surface of the rotor 42 May be provided.
[0023]
On the inner peripheral surface of the housing 41, a magnetic force line generator composed of an electromagnet composed of an iron core 43 and a coil 44 is assembled at an appropriate position in the circumferential direction. The iron core 43 is configured by bending a cylindrical iron bar into a U-shape. The coil 44 is wound around the center of the iron core and molded with a resin 45. The magnetic field generator configured in this way forms a magnetic field at an appropriate location in the internal space R1, and restricts the movement of the magnetic powder mixed in the Bingham fluid, thereby reducing the friction reaction against the rotation of the rotor 42 by the Bingham fluid. Functions to increase power. The number of coils 44 is determined according to the required friction reaction force.
[0024]
Returning to the description of FIG. 1, the left and right front wheels 20a and 20b are connected to both ends of the rack bar 21 via left and right tie rods 22a and 22b and left and right knuckle arms 23a and 23b so as to be steerable. The rack bar 21 is supported by a vehicle body (not shown) so as to be displaceable in the axial direction, and steers the left and right front wheels 20a and 20b to the left and right according to the displacement. A pinion gear 24 meshes with the rack bar 21. The pinion gear 24 is connected to an electric motor 27 for turning via a rotating shaft 25 and a speed reducer 26. With this configuration, when the electric motor 27 rotates, the rotation is decelerated by the speed reducer 26 and transmitted to the pinion gear 24 via the rotating shaft 25. The rack bar 21 is displaced in the axial direction by the rotation of the pinion gear 24, and the left and right front wheels 20a and 20b are steered.
[0025]
Next, the electric control device 30 for controlling the rotation of the electric motor 12 for generating the steering reaction force and the electric motor 27 for turning and the energization of the coil 44 in the fluid reaction force generation device 14 will be described. . The electric control device 30 includes an electronic control unit 31, a steering angle sensor 32, a turning angle sensor 33, and a vehicle speed sensor 34. The electronic control unit 31 includes a microcomputer including a CPU, a ROM, a RAM, a timer, and the like as main components, and repeatedly executes the steering control program of FIG. 4 every predetermined short time to rotate the electric motors 12 and 27 and The energization of the coil 44 in the fluid reaction force generator 14 is controlled.
[0026]
The steering angle sensor 32 is assembled to the rotary shaft 11, detects the rotation angle from the neutral position of the shaft 11, that is, the steering angle θ of the steering handle 10, and supplies it to the electronic control unit 31. The turning angle sensor 33 is assembled to the rotating shaft 25, detects the turning angle from the neutral position of the shaft 25, that is, the turning angle φ of the left and right front wheels 20a, 20b, and supplies it to the electronic control unit 31. The steering angle θ and the turning angle ψ are represented by setting the neutral position to “0”, the left direction angle being positive, and the right direction angle being negative. The vehicle speed sensor 34 detects the vehicle speed V based on the rotational speed of the output shaft of the transmission and supplies it to the electronic control unit 31.
[0027]
In the vehicle steering apparatus configured as described above, the reduction gear 13 is greatly affected by the frictional force change in the mechanism and the inertia of the electric motor 12, so that the steering reaction force targeted for the driver's steering operation is targeted. In particular, it is difficult to apply an appropriate reaction force to the operation of the steering handle 10 in the vicinity of the neutral position. In order to solve this drawback, the vehicle steering device shown in FIG. 1 may be modified to directly connect the electric motor 12 to the rotary shaft 11 without the reduction gear 13 as shown in FIG. This is preferable in terms of controlling the reaction force against the steering operation of the person. However, in the case of this modification, it is necessary to use an electric motor having a large output and good control accuracy in order to omit the reduction gear 13. Other configurations are the same as those in FIG.
[0028]
Next, the operation of the vehicle steering device configured as described above will be described. However, the control operation by the electric control device 30 in the vehicle steering device shown in FIG. 1 and the vehicle steering device shown in FIG. 3 is the same. These operations will be described simultaneously. After turning on the ignition switch of the vehicle, the electronic control unit 31 repeatedly executes the steering control program of FIG. 4 every predetermined short time. The execution of this steering control program is started in step S10, and the steering wheel steering angle θ, the front wheel turning angle ψ, and the vehicle speed V are input from the steering angle sensor 32, the turning angle sensor 33, and the vehicle speed sensor 34 in step S11, respectively. . In step S12, the target turning angle ψ * of the left and right front wheels 20a, 20b is calculated in accordance with the steering wheel steering angle θ. In this calculation, a table that stores the target turning angle ψ *, which represents the relationship of the target turning angle ψ * with respect to the steering angle θ, and is approximately proportional to the steering angle θ.
[0029]
After the process of step S12, in step S13, the rotation of the electric motor 27 is controlled so that the input front wheel turning angle ψ matches the calculated target turning angle ψ *. The rotation of the electric motor 27 is transmitted to the pinion gear 24 via the speed reducer 26 and the rotating shaft 25, and is converted into a linear motion of the rack bar 21 by the action of the pinion gear 24 and the rack bar 21. The axial displacement of the rack bar 21 is transmitted to the left and right front wheels 20a and 20b via the tie rods 22a and 22b and the knuckle arms 23a and 23b, and the left and right front wheels 20a and 20b rotate according to the turning operation of the steering handle 10. Steered.
[0030]
Next, in steps S14 and S15, it is determined whether the fluid reaction force generator 14 and the reaction force generating electric motor 12 are normal. Various methods of determining the normality of the fluid reaction force generator 14 are conceivable. The determination is based on, for example, a detection circuit output that is included in the electronic control unit 31 and detects disconnection or short-circuit of the coil 44. Done. There are various methods for determining whether the electric motor 12 is normal. This determination is, for example, output from a detection circuit that is included in the electronic control unit 31 and detects a disconnection or a short circuit of the winding of the electric motor 12. Based on.
[0031]
First, the case where both the fluid reaction force generator 14 and the electric motor 12 are normal will be described. In this case, “Yes” is determined in steps S14 and S15, and the first reaction force control routine is executed in step S16. The details of the first reaction force control routine are shown in FIG. 5, and its execution is started in step S30. After this execution is started, the steering wheel steering speed θv is calculated by time-differentiating the steering wheel steering angle θ input in step S11 of FIG. 4 in step S31, and the determination processing in steps S32 and S33 is executed. The determination process in step S32 is to determine whether or not the steering wheel 10 is being cut. Specifically, the calculated time differential value d | θv | / dt of the absolute value | θv | of the steering wheel steering speed θv is calculated. It is determined whether or not it is equal to or greater than a predetermined value. The determination process in step S33 is to determine whether or not the steering handle 10 is being held near the neutral position. Specifically, the time differential value d | θv | / dt is equal to or less than a predetermined value, and It is determined whether or not the absolute value | θ | of the steering wheel steering angle θ is equal to or smaller than a predetermined value.
[0032]
If the steering wheel 10 is being cut, it is determined “Yes” in step S32, and the reaction force distribution ratio RT is set to a positive predetermined value ra1 smaller than “1” in step S34. If the steering handle 10 is being held near the neutral position, “Yes” is determined in Step S33, and the reaction force distribution ratio RT is set to a positive predetermined value ra2 smaller than “1” in Step S35. Further, if the steering handle 10 is not being cut or kept near the neutral position, it is determined as “No” in steps S32 and S33, and the reaction force distribution ratio RT is a positive value smaller than “1” in step S36. Set to the predetermined value rb. The reaction force distribution ratio RT determines the ratio of the steering reaction force by the fluid reaction force generator 14 and the reaction force by the electric motor 12. The predetermined values ra1, ra2, rb are in a relationship of ra1> rb, ra2> rb.
[0033]
Next, referring to the first to third maps for the fluid reaction force in step S37, the first to third energizations for the fluid reaction force according to the steering wheel steering speed θv, the steering wheel steering angle θ, and the vehicle speed V. Amount I11, I12, I13Respectively. These first to third maps are prepared in advance in the memory of the electronic control unit 31.
[0034]
The first map shows the first energization amount I with respect to the steering wheel steering speed θv.11The first energization amount I11As shown in FIG. 8, when the steering wheel steering speed θv is “0”, it becomes a predetermined positive value and gradually increases as the absolute value | θv | of the steering wheel steering speed θv increases. This is because the energization control for the coil 44 described later enables the steering handle 10 to be easily turned at the start of operation of the steering handle 10 and gives a sense of stability to the fast turning operation of the steering handle 10. is there.
[0035]
The second map shows the second energization amount I with respect to the steering angle θ.12The second energization amount I12As shown by the solid line in FIG. 9, the value is a positive predetermined value when the steering angle θ is near “0”, and decreases slightly when the absolute value | θ | of the steering angle θ is slightly increased. It gradually increases as the absolute value | θ | increases further. This is because energization control to the coil 44 described later enables the steering handle 10 to be easily rotated when starting operation from the neutral position of the steering handle 10 and gives a feeling of operation when the steering handle 10 is steered at a large steering angle. Because. Further, the second energization amount I is near “0” of the steering angle θ of the steering wheel.12Is slightly increased in order to increase the neutral stability of the steering wheel 10.
[0036]
The third map shows the third energization amount I with respect to the vehicle speed V.13The third energization amount I13As shown in FIG. 10, when the vehicle speed V is “0”, it becomes a positive predetermined value and gradually increases as the vehicle speed V increases. This is because energization control to the coil 44 described later enables the steering handle 10 to be easily rotated when the steering handle 10 is turned off when the vehicle is traveling at a low vehicle speed, and the steering handle 10 is rotated when the vehicle is traveling at a high speed. This is to give a sense of stability to the dynamic operation.
[0037]
After the process of step S37, the total energization amount I for the fluid reaction force I is obtained by executing the following equation 1 in step S38.TenCalculate
[0038]
[Expression 1]
ITen= (I11+ I12+ I13) ・ RT
[0039]
In addition, instead of the above formula 1, the following formula 2 is used to calculate the total energization amount ITenMay be calculated.
[0040]
[Expression 2]
ITen= (I11+ I12) ・ I13・ RT
[0041]
In step S39, the total energization amount ITenIs passed through the coil 44. As a result, the iron core 43 is magnetized, and the magnetic lines of force output from one end of the iron core 43 are input to the other end of the iron core 43, so that a magnetic field is formed in the internal space R <b> 1 of the housing 41. Due to the formation of this magnetic field, the Bingham fluid mixed with the handle magnetic powder hardly moves, that is, the viscosity of the Bingham fluid increases. The viscosity increases as the magnetic field increases, and a large reaction torque is applied to the rotation of the rotor 42. Therefore, the total energization amount I to the coil 44 is increased.TenAs the value increases, a larger reaction force torque is applied to the turning operation of the steering handle 10.
[0042]
Next, referring to the first to third maps for the motor reaction force in step S40, the first to third energizations for the motor reaction force according to the steering wheel steering speed θv, the steering wheel steering angle θ, and the vehicle speed V. Amount Itwenty one, Itwenty two, Itwenty threeRespectively. These first to third maps are prepared in advance in the memory of the electronic control unit 31.
[0043]
The first map shows the first energization amount I with respect to the steering wheel steering speed θv.twenty oneThe first energization amount Itwenty oneAs shown by the solid line in FIG. 11, when the absolute value | θv | of the steering wheel steering speed θv is within a predetermined range, the absolute value | θv | is proportional to the steering wheel steering speed θv with a predetermined inclination. When the predetermined range is exceeded, the steering wheel speed changes proportionally with respect to the steering wheel steering speed θv with an inclination larger than the inclination. This is because energization control for the electric motor 12, which will be described later, enables the steering handle 10 to be turned easily when the steering handle 10 starts to operate, and provides a sense of stability when the steering handle 10 is quickly turned. It is. In this case, the first energization amount Itwenty oneThe positive and negative signs represent the rotational direction of the electric motor 12 and are determined so that a reaction torque is applied to the rotation of the steering handle 10.
[0044]
The second map shows the second energization amount I with respect to the steering angle θ.twenty twoThe second energization amount Itwenty twoAs shown in FIG. 12, when the absolute value | θ | of the steering wheel steering angle θ is within a predetermined range, it is kept at “0”, and when the absolute value | θv | exceeds the predetermined range, the steering wheel steering angle θ If the steering angle θ is positive, it gradually increases as the steering wheel steering angle θ increases. If the steering wheel steering angle θ is negative, it gradually decreases as the steering wheel steering angle θ decreases. This is because energization control to the electric motor 12 described later enables the steering handle 10 to be easily turned when starting operation from the neutral position of the steering handle 10, and gives a feeling of operation when steering the steering wheel 10 at a large steering angle. It is to do. In this case, the second energization amount Itwenty twoThe positive and negative signs represent the rotational direction of the electric motor 12 and are determined so that torque for returning the steering handle 10 to the neutral position is applied to the steering handle 10.
[0045]
The third map shows the third energization amount I with respect to the vehicle speed V.twenty threeThe third energization amount Itwenty threeAs shown in FIG. 13, when the vehicle speed V is “0”, it becomes a positive predetermined value, and gradually increases as the vehicle speed V increases. This is because energization control to the electric motor 12 described later enables the steering handle 10 to be easily rotated when the steering handle 10 is turned off when the vehicle is traveling at a low vehicle speed, and the steering handle 10 is operated when the vehicle is traveling at a high speed. This is to give a sense of stability to the turning operation.
[0046]
After the process of step S40, the total energization amount I for the motor reaction force I is obtained by executing the following equation 3 in step S41.20Calculate
[0047]
[Equation 3]
I20= (Itwenty one+ Itwenty two) ・ Itwenty three・ (1-RT)
[0048]
In addition, instead of the above formula 3, the total energization amount I is obtained by executing the calculation of the following formula 4.20May be calculated. In this case, sig [Itwenty one+ Itwenty two] Is Itwenty one+ Itwenty twoIs "0" when I is "0" and Itwenty one+ Itwenty twoIs "1" when is positive and Itwenty one+ Itwenty twoThis is a function that becomes “−1” when is negative.
[0049]
[Expression 4]
I20= (Itwenty one+ Itwenty two+ Sig [Itwenty one+ Itwenty two] ・ Itwenty three) ・ (1-RT)
[0050]
In step S42, the total energization amount I20Is passed through the electric motor 12, and the execution of the first reaction force control routine is terminated in step S43. By this energization control, the electric motor 12 applies torque having a magnitude corresponding to the energization amount to the steering handle 10 via the speed reducer 13 and the rotating shaft 11 in the rotation direction corresponding to the energization direction. However, in the modified example of FIG. 3, the electric motor 12 directly applies the torque to the steering handle 10 via the rotating shaft 11. In this case, as described above, the first energization amount Itwenty oneThe direction of the current flowing through the electric motor 12 is determined so as to apply a reaction torque to the rotation of the steering handle 10, and the second energization amount Itwenty twoThus, the direction of the current flowing through the electric motor 12 is determined so that a torque for returning the steering handle 10 to the neutral position acts. Therefore, the total energization amount I20As becomes larger, a larger reaction force torque is applied to the steering operation and the steering operation of the steering handle 10.
[0051]
As described above, according to the embodiment and the modification thereof, both the motor reaction force by the electric motor 12 and the fluid reaction force by the fluid reaction force generator 14 are applied to the turning operation of the steering handle 10 by the driver. Will be. In particular, as the fluid reaction force generating device 14, the housing 41 is filled with a Bingham fluid as a non-Newtonian fluid, and the Bingham fluid is a friction reaction force that changes greatly in a nonlinear manner when the rotor 42 changes from a stopped state to a rotating state. Is applied to the rotor 42. Accordingly, since a certain amount of friction reaction force can be applied to the steering handle 10 that rotates at a very low speed, the stability at the neutral position of the steering handle 10 is improved, and the straight running stability of the vehicle is improved. .
[0052]
In the above-described embodiment and its modification, the Bingham fluid is mixed with magnetic powder to give a magnetic viscosity, and a magnetic field generator comprising an iron core 43 and a coil 44 is provided in the housing 41 to provide a magnetic field in the Bingham fluid. To form. Therefore, the viscosity of the Bingham fluid increases and a larger steering reaction force can be obtained.
[0053]
Further, the rotor 42 is provided with fins 42a as stirring means so that the Bingham fluid mixed with the magnetic powder is stirred. Since the magnetic powder is agitated and does not settle with the rotation of the rotor 42, the viscosity of the Bingham fluid by the magnetic powder can always be kept high, and the reaction force generation function by the magnetic powder can always be maintained. Further, since the fin 42a protrudes from the outer peripheral surface of the rotor 42, a greater steering reaction force can be obtained by the resistance of the fin 42a to the Bingham fluid. Furthermore, by changing the inclination and shape of the fins, the resistance to the Bingham fluid can be variously changed, and an appropriate steering reaction force can be applied.
[0054]
Further, the electronic control unit 31 controls the energization mode to the coil 44 in accordance with the steering wheel steering speed θv, the steering wheel steering angle θ, and the vehicle speed V by the processing of steps S37 to S39 in FIG. Accordingly, as shown in FIG. 14, the reaction force against the steering operation of the steering handle 10 can be variably controlled in accordance with the driving state and the motion state of the vehicle. A reaction force can be applied.
[0055]
Further, in the above embodiment and the modification, the electric motor 12 is provided in addition to the fluid reaction force generator 14, and both of them apply a reaction force to the turning operation of the steering handle 10. Therefore, a larger reaction force can be applied to the rotation of the steering handle 10, and at the same time, a reaction force application control with a high degree of freedom can be performed by controlling the electric motor. In addition, since two actuators are used for applying the steering reaction force, the fluid reaction force generator 14 and the electric motor 12 as the actuators can be made compact.
[0056]
Furthermore, the application of the reaction force by the fluid reaction force generator 14 makes it possible to apply a favorable steering reaction force having hysteresis characteristics with respect to the rotation of the steering handle 10. That is, in the reaction force application control by the electric motor 12, only a reaction force torque that changes in proportion to the steering angle θ is obtained as shown in FIG. In this case, the steering wheel steering speed θv is neglected for simplification, but even when the steering wheel steering speed θv is taken into consideration, when the steering handle 10 in the neutral position is started to rotate, the reaction torque is first When it is “0” and the steering wheel 10 is near neutral, the reaction torque is extremely small. On the other hand, the reaction torque due to the Bingham fluid exhibits a change characteristic as shown in FIG. 15B with respect to the steering speed θv of the steering wheel. That is, even when the steering handle 10 in the neutral position is started to rotate, a somewhat large reaction force torque is applied. The combined torque of the reaction torque generated by these electric motors 12 and the reaction torque generated by the fluid reaction force generator 14 is as shown in FIG. 15C in response to the operation of the steering handle 10 near the neutral position. However, the characteristic has a large reaction torque, that is, a characteristic having hysteresis. Therefore, according to the above-described embodiment, an accurate reaction force can be applied to the steering operation of the steering handle 10, and particularly the steering operation of the steering handle 10 in the vicinity of the neutral position can be stabilized.
[0057]
The reaction force sharing of these two actuators is controlled by steps S32 to S36. Specifically, when the steering handle 10 is cut, control is performed so that the reaction force sharing by the fluid reaction force generator 14 is increased. Since the fluid reaction force generator 14 applies a frictional force to the rotation of the rotor 42, the fluid reaction force generator 14 is good at applying a reaction force to the steering handle 10 that is rotated at a high speed. Therefore, a large reaction force can be applied when the steering handle 10 that requires a large reaction force is cut, and the electric motor 12 can be downsized, power consumption can be saved, and the amount of heat generated by the electric motor 12 can be reduced.
[0058]
In addition, when the steering handle 10 is being held near the neutral position, the reaction force sharing by the fluid reaction force generator 14 is controlled to be larger than in other cases. In the first place, the electric motor 12 can generate torque only at low efficiency at low speeds. In contrast, the fluid reaction force generator particularly has a reaction force (shearing force) in the Bingham fluid itself. The reaction force can be generated with high efficiency even when the rotor 42 rotates at a low speed. As a result, a sufficient reaction force is obtained by the fluid reaction force generator 14 with respect to the steering in the vicinity of the neutral position of the steering handle 10, and the electric motor 12 can be reduced in size, power consumption can be reduced, and the electric motor 12 can be saved. The amount of generated heat can be reduced.
[0059]
Next, the case where the fluid reaction force generator 14 is normal but an abnormality has occurred in the electric motor 12 will be described. In this case, “Yes” is determined in step S14 of FIG. 4, “No” is determined in step S15, and the process proceeds to step S17. In step S17, the driver is notified that an abnormality has occurred in the electric motor 12 by operating a lamp, a sound generator, etc. (not shown).
[0060]
After the process of step S17, a second reaction force control routine is executed in step S18. The details of the second reaction force control routine are shown in FIG. 6, and its execution is started in step S50. After the start of execution, the steering wheel steering speed θv is calculated in step S51 in the same manner as in step S31 of FIG. 5 described above. In step S52, the steering wheel steering speed θv, the steering wheel steering angle θ, and the vehicle speed V are set in the same manner as in step S37 of FIG. Accordingly, first to third energization amounts I for fluid reaction force11, I12, I13Respectively. After the process of step S52, the total energization amount I for the fluid reaction force I is obtained by executing the following equation 5 in step S53.TenCalculate
[0061]
[Equation 5]
ITen= (I11+ I12+ I13) ・ K1
[0062]
Instead of the above formula 5, the following formula 6 is used to calculate the total energization amount ITenMay be calculated.
[0063]
[Formula 6]
ITen= (I11+ I12) ・ I13・ K1
[0064]
Coefficient K in the above formulas 51Is a predetermined value that is at least larger than the reaction force distribution ratio RT (predetermined values ra1, ra2 or rb) of Equations 1 and 2 above. In step S54, the total energization amount ITenIs passed through the coil 44, and the execution of the second reaction force control routine is terminated in step S55. As a result, even if an abnormality occurs in the electric motor 12 and the application of the steering reaction force by the electric motor 12 becomes impossible, the application of the steering reaction force by the fluid reaction force generation device 14 is possible. The steering handle 10 can be turned while feeling an appropriate steering reaction force. In this case, the coefficient K1Since the electric motor 12 and the fluid reaction force generator 14 are set larger than when the electric motor 12 and the fluid reaction force generator 14 are normal, there is no problem even if the steering reaction force by the electric motor 12 is not obtained.
[0065]
Further, in the present embodiment, the first to third of the same characteristics both in the case of reaction force generation by both the electric motor 12 and the fluid reaction force generator 14 and in the case of reaction force generation by only the fluid reaction force generator 14. Energization amount I11, I12, I13Was used. However, instead of this, when the reaction force is generated only by the fluid reaction force generator 14, the first to first characteristics having different characteristics from the case of reaction force generation by both the electric motor 12 and the fluid reaction force generator 14 are used. 3 energization amount I11, I12, I13May be used. For example, if the reaction force is applied to the fluid reaction force generator 14 only after the steering handle 10 is rotated, that is, the rotor 42 rotates, and the steering handle 10 is stationary at a fixed rotational position, the reaction force ( (Steering reaction force) does not occur. Actually, even if the steering handle 10 is being held, there is a slight change in the steering angle θ of the steering wheel, so that the steering reaction force acts as if it were working. However, after the steering handle 10 is held at a desired rotational position, when the steering handle 10 is further turned, the steering reaction force becomes insufficient, and when the steering handle 10 is turned back, the steering reaction force becomes excessive. .
[0066]
In order to improve such a point, the second energization amount I12As shown by the broken line in FIG. 9, when the steering handle 10 is cut, the second energization amount I having the characteristic indicated by the broken line on the upper side of FIG.12When the steering wheel 10 is switched back, the second energization amount I having the characteristic indicated by the broken line on the lower side of FIG.12Should be used. In this case, the second energization amount I with respect to the steering angle θ of the steering wheel according to the both broken line characteristics of FIG.12Are prepared in advance and stored in the memory of the electronic control unit 31. In step S52 in FIG. 6, if the time differential value d | θ | / dt of the absolute value | θ | of the steering wheel steering angle θ is positive, that is, if the absolute value | θ | The second energization amount I according to the broken line characteristic on the upper side of FIG.12Is determined according to the steering angle θ. If the time differential value d | θ | dt is negative, that is, if the absolute value | θ | is in a decreasing tendency, the second energization amount I according to the broken line characteristic on the lower side of FIG.12May be determined according to the steering angle θ. Other operations are the same as those described above.
[0067]
In addition, when the steering reaction force is generated only by the fluid reaction force generator 14 due to the abnormality of the electric motor 12 as described above, the load of the fluid reaction force generator 14 may be excessively large. Therefore, immediately after the abnormality of the electric motor 12, in order to avoid a sudden change in the steering reaction force before the abnormality, the amount of energization to the fluid reaction force generator 14 is increased. The amount of power supplied to the force generator 14 may be reduced. In this case, the temperature of the fluid reaction force generator 14, the current flowing through the fluid reaction force generator 14 (coil 44), and the like are measured, so long as the load on the fluid reaction generator 14 does not become excessive, the fluid reaction force generator The energization amount to 14 is kept large, and when the burden of the fluid reaction generator 14 becomes excessive, the energization amount to the fluid reaction force generator 14 is decreased.
[0068]
Next, a case where the electric motor 12 is normal but an abnormality has occurred in the fluid reaction force generator 14 will be described. In this case, “No” is determined in step S14 of FIG. 4, “Yes” is determined in step S19, and the process proceeds to step S20. In step S20, the operator is notified that an abnormality has occurred in the fluid reaction force generator 14 by operating a lamp, a sound generator, etc. (not shown).
[0069]
After the process of step S20, a third reaction force control routine is executed in step S21. The details of the third reaction force control routine are shown in FIG. 7, and the execution is started in step S60. After the start of execution, the steering wheel steering speed θv is calculated in step S61 in the same manner as in step S31 of FIG. 5 described above. In step S62, the steering wheel steering speed θv, the steering wheel steering angle θ, and the vehicle speed V are set in the same manner as in step S40 in FIG. Accordingly, the first to third energization amounts I for the motor reaction forcetwenty one, Itwenty two, Itwenty threeRespectively. After the process of step S62, the total energization amount I for the motor reaction force I is obtained by executing the following equation 7 in step S63.20Calculate
[0070]
[Expression 7]
I20= (Itwenty one+ Itwenty two) ・ Itwenty three・ K2
[0071]
In place of the above formula 7, the following formula 8 is used to calculate the total energization amount I20May be calculated.
[0072]
[Equation 8]
I20= (Itwenty one+ Itwenty two+ Sig [Itwenty one+ Itwenty two] ・ Itwenty three) ・ (1-RT)
[0073]
The coefficient K of the above 7 and 82Is a predetermined value that is at least larger than the reaction force distribution ratio 1-RT (predetermined value 1-ra1, 1-ra2 or 1-rb) of Equations 3 and 4 above. In addition, the function sig [Itwenty one+ Itwenty two] Is the same as in the case of Equation 4 described above. In step S64, the total energization amount I20Is passed through the electric motor 12, and the execution of the third reaction force control routine is terminated in step S65. As a result, even if an abnormality occurs in the fluid reaction force generator 14 and the application of the steering reaction force by the fluid reaction force generator 14 becomes impossible, the steering reaction force can be applied by the electric motor 12. The driver can turn the steering handle 10 while feeling an appropriate steering reaction force. In this case, the coefficient K2Is set larger than when the electric motor 12 and the fluid reaction force generator 14 are normal, there is no problem even if the steering reaction force by the fluid reaction force generator 14 cannot be obtained.
[0074]
Further, in the present embodiment, the first to third energization amounts I having the same characteristics are generated both in the case of reaction force generation by both the electric motor 12 and the fluid reaction force generator 14 and in the case of reaction force generation by only the electric motor 12.twenty one, Itwenty two, Itwenty threeWas used. However, instead of this, when the reaction force is generated only by the electric motor 12, the first to third energization amounts having different characteristics from the case of the reaction force generation by both the electric motor 12 and the fluid reaction force generator 14. Itwenty one, Itwenty two, Itwenty threeMay be used. For example, the fluid reaction force generator 14 generates a large steering reaction force when the steering handle 10 rotates, particularly when the rotational speed increases. Therefore, the steering reaction force by the electric motor 12 with respect to the rotation of the steering handle 10 becomes insufficient.
[0075]
In order to improve such a point, the first energization amount Itwenty oneAs shown in FIG.twenty oneShould be used. In this case, the first energization amount I with respect to the steering wheel steering speed θv according to the broken line characteristics of FIG.twenty oneAre prepared in advance and stored in the memory of the electronic control unit 31. Then, in the process of step S62 of FIG. 7, the first energization amount I according to the broken line characteristic of FIG.twenty oneIs preferably determined according to the steering speed θv. Other operations are the same as those described above.
[0076]
In addition, when the steering reaction force is generated only by the electric motor 12 due to the abnormality of the fluid reaction force generator 14 as described above, the load on the electric motor 12 may be excessively large. Therefore, immediately after the abnormality of the fluid reaction force generating device 14, in order to avoid a sudden change in the steering reaction force before the abnormality, the amount of current supplied to the electric motor 12 is increased. The amount of current supplied to 12 may be relaxed. In this case, the temperature of the electric motor 12, the current flowing through the electric motor 12, and the like are measured, and unless the load on the electric motor 12 becomes excessive, the amount of current supplied to the electric motor 12 is kept large, and the load on the electric motor 12 is reduced. When it becomes excessive, the energization amount to the electric motor 12 is decreased.
[0077]
Next, a modified example of the fluid reaction force generator 14 configured as described above will be described. In the first modification, as shown in FIG. 16, a permanent magnet 46 is interposed in each iron core 43. Other configurations are the same as those in the above embodiment. According to this, the magnetic field lines generated from the permanent magnet 46 form a magnetic field in the Bingham fluid mixed with the magnetic powder through the iron core 43. Therefore, if the electronic control unit 31 controls the energization of the coil 44 so that the direction of the magnetic lines of force formed by the permanent magnet 46 and the direction of the magnetic lines of force formed by the coil 44 coincide, It is possible to form a magnetic field in which the magnetic field lines 44 are superimposed in the Bingham fluid, and to increase the variable range of the steering reaction force by the Bingham fluid. Further, the amount of energization to the coil 44 can be reduced by the processing of step S39 of FIG. 5 and step S54 of FIG. 6 of the above embodiment, and the electric motor 12 by the processing of step S42 of FIG. 5 and step S64 of FIG. It is also possible to reduce the amount of electricity applied to the. Furthermore, even when the energization control system for the coil 44 is abnormal, the steering reaction force using the magnetic powder by the permanent magnet 46 of the fluid reaction force generator 14 can be secured.
[0078]
Further, the electronic control unit 31 may control the energization of the coil 44 so that the direction of the magnetic lines of force formed by the permanent magnet 46 and the direction of the magnetic lines of force formed by the coil 44 are opposite. In this case, in the control of the steering reaction force by the coil 44, the magnetic field lines by the permanent magnet 46 are canceled by the magnetic field lines by the coil 44, and the energization amount by the coil 44 is determined according to the characteristics shown in FIGS. It is good to decide. Therefore, it is necessary to increase the energization amount to the coil 44 by the processing of step S42 in FIG. 5 and step S54 in FIG. 6 as compared with the above embodiment. According to this, even when the energization control system of the coil 44 is abnormal, the reaction force by the permanent magnet 46 can be secured, and at the same time, the reaction force is prevented from being drastically reduced as compared with the normal operation of the energization control system of the coil 44. it can.
[0079]
Next, a second modification of the fluid reaction force generator 14 configured as described above will be described. FIG. 17 shows a fluid reaction force generator 50 according to the second modification in a longitudinal sectional view. The fluid reaction force generating device 50 also includes a housing 51 made of a cylindrical and non-magnetic material that allows the rotary shaft 11 to rotate in the axial direction at the center position of the upper surface and the lower surface. The housing 51 accommodates a columnar rotor 52 fixed on the outer peripheral surface of the rotary shaft 11. Further, a seal member (not shown) is interposed between the housing 51 and the rotary shaft 11, and the internal space R <b> 1 formed between the outer surface of the rotary shaft 11 and the rotor 52 and the inner surface of the housing 51 is sealed. Yes.
[0080]
This internal space R1 is filled with a Bingham fluid mixed with magnetic powder, as in the above embodiment. This Bingham fluid has the same function as the above embodiment. Also in this case, although the internal space R1 is drawn widely in FIG. 17, in order to give a large frictional reaction force to the rotation of the rotor 52, the internal space R1 is actually extremely narrow. As shown in FIGS. 17 and 18, a groove 52 a is formed in the rotor 52 along the circumferential direction, leaving a part. On the other hand, in the housing 51, a plurality of electromagnets molded with a resin 53 and wound with a coil 55 around a cylindrical iron core 54 are embedded at appropriate locations in the circumferential direction. The magnetic pole surface of the electromagnet composed of the iron core 54 and the coil 55 faces the outer peripheral surface (groove 52 a) of the rotor 52.
[0081]
Also in the fluid reaction force generator 50 according to the second modified example configured as described above, energization control is performed by the electronic control unit 31 as in the above embodiment. Therefore, also in the vehicle steering apparatus using the fluid reaction force generating apparatus 50 according to the second modification, the reaction force similar to that in the above embodiment is caused by the friction between the Bingham fluid mixed with magnetic powder and the rotor 52. It is given to the turning operation of the steering handle 10. Further, since the outer peripheral surface of the rotor 52 that does not form the groove 52a forms a protrusion with respect to the bottom surface of the groove 52a, the Bingham fluid is agitated with the rotation of the rotor 52, and the precipitation of magnetic powder is avoided. be able to. Therefore, also in this case, an accurate steering reaction force is always maintained with respect to the rotation of the steering handle 10.
[0082]
Further, in this second modification, the non-formed portion of the groove 52a on the outer peripheral surface of the rotor 52 corresponds to the step of the present invention, and between the outer peripheral surface of the rotor 52 and the inner peripheral surface of the housing 51. The passage area is different in a part of the circumferential direction. On the other hand, when the coil 55 is energized, the magnetic powder mixed in the Bingham fluid is concentrated at a position facing the magnetic pole surface of the iron core 54. In this case, when the non-formed portion of the groove 52a is close to the position near the iron core 54, the non-formed portion of the groove 52a and the concentrated magnetic powder realize an orifice function for the Bingham fluid. Therefore, according to this, a larger steering reaction force can be obtained compared to the case of the above embodiment.
[0083]
In such a second modification, only one non-formed portion of the groove 52 a is provided on the outer peripheral surface of the rotor 52, but a plurality of non-formed portions of the groove 52 a are provided on the outer peripheral surface of the rotor 52. You may do it. Further, regarding the number of electromagnets composed of the iron core 54 and the coil 55, an appropriate number may be provided as necessary.
[0084]
Furthermore, in the fluid reaction force generator 50 according to the second modification, a permanent magnet may be provided in addition to the coil 55, as in the fluid reaction force generator 14 according to the first modification. In this case, the permanent magnet may be disposed in the iron core 54 or arranged in series with the iron core 54 so as to coincide with the traveling direction of the magnetic force lines by the coil 55, or at an appropriate position along the circumferential direction of the housing 51. Therefore, it may be arranged at a position different from the iron core 54 and the coil 55 in the circumferential direction.
[0085]
Next, the fluid reaction force generator 60 according to the third modification will be described. FIG. 19 shows the fluid reaction force generator 60 according to the third modification in a longitudinal sectional view. This fluid reaction force generation device 60 is a part of the fluid reaction force generation device 50 according to the second modification, and is formed in a cylindrical housing 61 filled with a Bingham fluid mixed with magnetic powder. A first rotor 62 and a second rotor 63 fixed to the rotating shaft 11 are accommodated. As shown in FIGS. 19 and 20A, the first rotor 62 is formed in a columnar shape having the same radius over the entire circumference. As shown in FIGS. 19 and 20B, the second rotor 63 is formed in a substantially cylindrical shape having a small-diameter portion 63c and a large-diameter portion 63d having different radii with respect to the steps 63a and 63b.
[0086]
On the other hand, a plurality of first and second electromagnets each having a first and second coils 67 and 68 wound around cylindrical first and second iron cores 65 and 66 are molded in the housing 51 by resin 64. It is embedded at appropriate locations in the direction. The magnetic pole surface of the first electromagnet including the first iron core 65 and the first coil 67 is opposed to the outer peripheral surface of the first rotor 62. A pair of second electromagnet magnetic pole surfaces including the second iron core 66 and the second coil 68 are opposed to the outer peripheral surface of the second rotor 62.
[0087]
In the fluid reaction force generator 60 according to the third modified example configured as described above, the first and second coils 67 and 68 are energized and controlled by the electronic control unit 31 as in the above embodiment. Therefore, also in the vehicle steering apparatus using the fluid reaction force generator 50 according to the third modification, the above-described implementation is performed due to the friction between the Bingham fluid mixed with magnetic powder and the first and second rotors 62 and 63. A reaction force similar to that of the form is applied to the turning operation of the steering handle 10. In the third modification, since the first and second rotors 62 and 63 are provided as the rotor that frictionally acts with the Bingham fluid, a larger reaction force can be obtained. Further, due to the action of the steps 63a and 63b of the second rotor 63, the Bingham fluid is agitated as the rotor 52 rotates, so that the precipitation of the magnetic powder can be avoided. Therefore, also in this case, an accurate steering reaction force is always maintained with respect to the rotation of the steering handle 10.
[0088]
Further, in the third modified example, as in the second modified example, on the outer periphery of the second rotor 63, the inner periphery of the housing 61 is formed by the small diameter portion 63c and the large diameter portion 63d with the steps 63a and 63b as boundaries. The passage area between the surfaces is different in a part of the circumferential direction. Also in this case, the magnetic powder mixed in the Bingham fluid is concentrated at a position facing the magnetic pole surface of the second iron core 66 by energization of the coil 68. In this case, in a state where the steps 63a and 63b of the second rotor 63 are close to the magnetic pole surface of the second iron core 66, the steps 63a and 63b of the second rotor 63 and the concentrated magnetic powder prevent the Bingham fluid. Orifice function is realized. Therefore, according to this, similarly to the fluid reaction force generator 50 according to the modified example, it is possible to obtain a larger steering reaction force than in the case of the above embodiment.
[0089]
In such a third modification, the two stepped portions 63a and 63b are provided on the outer peripheral surface of the second rotor 63, but more steps may be provided. Further, the first rotor 62 may be provided with a step. Further, regarding the number of first electromagnets composed of the first iron core 65 and the first coil 67 and the number of second electromagnets composed of the second iron core 66 and the second coil 68, an appropriate number is provided as necessary. You can do it. Further, in the fluid reaction force generator 60 according to the third modification, a permanent magnet may be provided in addition to the first and second coils 67 and 68, as in the case of the second modification. .
[0090]
Further, when a plurality of sets of coils 67 and 68 are provided as in the third modification, the process of step S39 in FIG. 5 in the above embodiment is modified as steps S70 to S73 in FIG. You can also. In step S70, the steering limit of the left and right front wheels 20a, 20b (in other words, the steering limit of the steering handle 10) is determined. Determined.
[0091]
In the determination of the turning limit, the absolute value | ψ | of the front wheel turning angle ψ input in step S11 in FIG. 4 is a predetermined value corresponding to the left and right maximum turning angle of the left and right front wheels 20a and 20b. When exceeded, the steering limit is judged. Alternatively, when the absolute value | θ | of the steering wheel steering angle θ input in step S11 of FIG. 4 exceeds a predetermined value corresponding to the maximum steering angle to the left and right of the steering wheel 10, the turning limit is reached. May be determined. In determining the turning delay, the absolute value | ψ of the difference ψ−ψ * between the front wheel turning angle ψ input in step S11 of FIG. 4 and the target turning angle ψ * calculated in step S12 of FIG. When -ψ * | exceeds a predetermined value, the steering delay is determined.
[0092]
If the turning limit has not been reached and no turning delay has occurred, “No” is determined in steps S70 and S71, and the total calculated by the processing in step S38 in step S72. Energization amount ITenAccordingly, only the first coil 67 is energized and controlled. Thereby, in this case, the steering reaction force by the fluid reaction force generator 60 similar to that in the above embodiment is applied to the turning operation of the steering handle 10. On the other hand, if the steering limit has been reached or a steering delay has occurred, “Yes” is determined in either step S70 or S71, and the calculation in step S38 is performed in step S73. Total energization ITenAccordingly, the energization of both the first and second coils 67 and 68 is controlled. Thereby, in this case, a larger steering reaction force than that described above is applied to the turning operation of the steering handle 10. In particular, an extremely large steering reaction force is applied due to the orifice effect described above.
[0093]
As a result, according to the control of this modification, when the left and right front wheels 20a and 20b are steered to the limit by turning the steering handle 10, the reaction force against the turning operation of the steering handle 10 is caused by the fluid reaction force generator 60. Since the increase control is very increased, the vicinity of the steering wheel (the left and right front wheels 20a, 20b) in the conventional vehicle is accurately simulated, and the steering feeling is improved. Further, even when a steering delay occurs in the left and right front wheels 20a, 20b, the reaction force against the turning operation of the steering handle 10 is greatly increased and controlled by the fluid reaction force generator 60. The wheel turning delay is accurately simulated, and the steering feeling is improved.
[0094]
In the above description, instead of the processing in step S39 (FIG. 5) of the first reaction force control routine performed in parallel with the reaction force application by the electric motor 12, the control including steps S70 to S73 in FIG. 21 is performed. I made it. However, this control can also be applied to the second counter-control routine that is executed when an abnormality occurs in the electric motor 12. In this case, what is necessary is just to replace the process of FIG.6 S54 with the process of said step S70-S73.
[0095]
Next, the fluid reaction force generator 70 according to the fourth modification will be described. FIG. 22 shows the fluid reaction force generator 70 according to the fourth modification in a longitudinal sectional view. This fluid reaction force generator 70 is a modified part of the fluid reaction force generator 50 according to the second modification, and in a cylindrical housing 71 filled with a Bingham fluid mixed with magnetic powder, The rotor 72 fixed to the rotating shaft 11 is accommodated. As shown in FIGS. 22 and 23, the rotor 72 is provided with a step 72a at a part of the outer peripheral surface with the radius gradually changed along the circumferential direction.
[0096]
On the other hand, in the housing 71, as in the case of the second modified example, a plurality of first electromagnets molded with resin 73 and wound with a first coil 75 around a cylindrical first iron core 74 are provided at appropriate locations in the circumferential direction. And is opposed to the outer peripheral surface of the rotor 72. In addition to the first electromagnet, a plurality of second electromagnets molded with resin 76 and having a second coil 78 wound around a cylindrical second iron core 77 on the upper surface portion and the lower surface portion of the housing 71 as appropriate in the circumferential direction. It is embedded at a location and faces the upper and lower surfaces of the rotor 72.
[0097]
In the fluid reaction force generator 70 according to the fourth modified example configured as described above, the first and second coils 75 and 78 are energized and controlled by the electronic control unit 31 as in the above embodiment. Therefore, also in the vehicle steering apparatus using the fluid reaction force generation apparatus 70 according to the fourth modification, the reaction force similar to that in the above embodiment is generated due to the friction between the Bingham fluid mixed with magnetic powder and the rotor 72. It is given to the turning operation of the steering handle 10. Further, due to the action of the step 72a of the rotor 72, the Bingham fluid is agitated with the rotation of the rotor 72, and precipitation of the magnetic powder can be avoided. Therefore, also in this case, an accurate steering reaction force is always maintained with respect to the rotation of the steering handle 10.
[0098]
Further, in the fourth modified example, as in the second and third modified examples, the passage area between the inner peripheral surface of the housing 61 is partially set in the circumferential direction by the step 72a on the outer periphery of the rotor 72. Is different. Also in this case, the magnetic powder mixed in the Bingham fluid is concentrated at a position facing the magnetic pole surface of the first iron core 74 by energizing the first coil 75. In this case, when the step 72a of the rotor 72 is close to the position near the first iron core 74, an orifice function for the Bingham fluid is realized by the step 72a of the rotor 72 and the concentrated magnetic powder. Therefore, a large steering reaction force can be obtained also by this.
[0099]
Also in the fourth modified example, only one step 72a is provided on the outer peripheral surface of the rotor 72, but a plurality of steps may be provided. In addition, regarding the number of first electromagnets composed of the first iron core 74 and the first coil 75 and the number of second electromagnets composed of the second iron core 77 and the second coil 78, an appropriate number is provided as necessary. You can do it. Further, in the fluid reaction force generator 70 according to the fourth modified example, a permanent magnet is provided in addition to the first and second coils 75 and 78, as in the case of the second and third modified examples. May be.
[0100]
Also in this fourth modification, the control of the turning limit and the turning delay can be accurately performed by applying the control of steps S70 to S73 of FIG. However, in this case, since the steering reaction force due to the energization of the first coil 75 is larger than the steering reaction force due to the energization of the second coil 78, step S72 in a state that is not at the turning limit and has no turning delay. During the energization control, it is preferable that only the second coil 78 be energized. And at the time of the energization control of step S73 in the state which is a steering limit or the steering delay generate | occur | produced, it is good to carry out energization control of both the 1st and 2nd coils 75 and 78.
[0101]
The embodiments of the present invention and various modifications thereof have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the object of the present invention. is there.
[0102]
For example, in the above-described embodiment and various modifications, the magnitude of the steering reaction force is controlled in accordance with the steering wheel steering speed θv, the steering wheel steering angle θ, and the vehicle speed V. In addition, the steering reaction force may be controlled in accordance with the steering steering acceleration, the steering reaction force of the steered wheels, the road surface friction coefficient (vehicle environment information), the yaw rate, and the like.
[0103]
When the steering reaction force is controlled according to the steering speed of the steering wheel, the steering wheel steering speed θv calculated by the processes in steps S31, S51, and S61 of the reaction force control routines of FIGS. The steering steering acceleration is calculated by further time differentiation by the program processing of the unit 31. Then, as the absolute value of the steering acceleration of the steering wheel increases, control is performed to increase one or both of the reaction force by the electric motor 12 and the reaction force by the fluid reaction force generators 14, 50, 60, 70, The steering operation of the steering handle 10 may be stabilized.
[0104]
Further, when the steering reaction force is controlled in accordance with the steering reaction force of the steered wheels, the steering for detecting the steering reaction force (steering torque) on the rotating shaft 25 as shown by the broken line in FIGS. 1 and 3. The reaction force sensor 35 is assembled. Then, as the detected turning reaction force increases, control is performed to increase either one or both of the reaction force by the electric motor 12 and the reaction force by the fluid reaction force generators 14, 50, 60, 70, The steered state of the left and right front wheels 20a, 20b may be reflected in the operation of the steering handle 10.
[0105]
When the steering reaction force is controlled according to the road surface friction coefficient or the yaw rate, a road surface friction coefficient detection device or a detection device such as a yaw rate sensor detects the friction coefficient of the steering road surface as indicated by a broken line in FIGS. 36 is provided so that the road friction coefficient or yaw rate can be detected. Then, as the detected road surface friction coefficient increases, control is performed so as to increase one or both of the reaction force by the electric motor 12 and the reaction force by the fluid reaction force generators 14, 50, 60, and 70, and the traveling road surface This state may be reflected in the operation of the steering wheel 10. In addition, as the detected yaw rate increases, control is performed so that either one or both of the reaction force by the electric motor 12 and the reaction force by the fluid reaction force generators 14, 50, 60, and 70 are increased. It is good to stabilize the steering operation.
[0106]
In the above-described embodiment and various modifications, examples in which the present invention is applied to a steer-by-wire vehicle steering apparatus have been described. However, the present invention can also be applied to a vehicle steering apparatus in which the steering handle 10 and the left and right front wheels 20a and 20b as steering wheels are mechanically connected. This also makes it possible to control a complex steering reaction force, which was difficult with only a hydraulic or electric motor, and to obtain a steering stability and a good steering feeling of the vehicle.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a vehicle steering apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the fluid reaction force generator of FIG.
FIG. 3 is a schematic view of a modified example of the vehicle steering apparatus.
FIG. 4 is a flowchart of a steering control program executed by the electronic control unit of FIG.
FIG. 5 is a detailed flowchart of a first reaction force control routine of FIG.
6 is a detailed flowchart of a second reaction force control routine of FIG.
FIG. 7 is a detailed flowchart of a third reaction force control routine of FIG.
FIG. 8 is a graph showing a change characteristic of a first energization amount for fluid reaction force with respect to a steering wheel steering speed.
FIG. 9 is a graph showing a change characteristic of the second energization amount for the fluid reaction force with respect to the steering angle of the steering wheel.
FIG. 10 is a graph showing a change characteristic of a third energization amount for fluid reaction force with respect to vehicle speed.
FIG. 11 is a graph showing a change characteristic of the first energization amount for the motor reaction force with respect to the steering speed of the steering wheel.
FIG. 12 is a graph showing a change characteristic of the second energization amount for the motor reaction force with respect to the steering angle of the steering wheel.
FIG. 13 is a graph showing a change characteristic of the third energization amount for the motor reaction force with respect to the vehicle speed.
FIG. 14 is an explanatory diagram for explaining a change state of a reaction torque of a Bingham fluid mixed with magnetic powder.
15A is a graph showing a reaction force characteristic of a motor with respect to a steering angle of a steering wheel, FIG. 15B is a graph showing a reaction force characteristic of a Bingham fluid with respect to a steering speed of the steering wheel, and FIG. It is a graph which shows the synthetic reaction force characteristic by a Bingham fluid.
16 is a longitudinal sectional view of a fluid reaction force generator according to a first modification of the fluid reaction force generator of FIG.
FIG. 17 is a longitudinal sectional view of a fluid reaction force generator according to a second modification of the fluid reaction force generator of FIG. 2;
18 is a cross-sectional view of the rotor as seen along line AA in FIG.
FIG. 19 is a longitudinal sectional view of a fluid reaction force generator according to a third modification of the fluid reaction force generator of FIG.
20A is a cross-sectional view of the first rotor viewed along line AA in FIG. 19, and FIG. 20B is a view of the second rotor viewed along line BB in FIG. It is a cross-sectional view.
FIG. 21 is a flowchart that is applied to the fluid reaction force generator according to the third modified example, and is a modified part of the first and second reaction force control routines of the embodiment.
22 is a longitudinal sectional view of a fluid reaction force generator according to a fourth modification of the fluid reaction force generator of FIG.
23 is a cross-sectional view of the rotor as seen along line AA in FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Steering handle, 11 ... Rotating shaft, 12 ... Electric motor, 13 ... Reduction gear, 14 ... Fluid reaction force generator, 20a, 20b ... Front wheel (steering wheel), 27 ... Electric motor, 30 ... Electric control device, DESCRIPTION OF SYMBOLS 31 ... Electronic control unit, 32 ... Steering angle sensor, 33 ... Steering angle sensor, 34 ... Vehicle speed sensor, 41 ... Housing, 42 ... Rotor, 42a ... Fin, 43 ... Iron core, 44 ... Coil, 46 ... Permanent magnet, 50 , 60, 70 ... fluid reaction force generator, 51, 61, 71 ... housing, 52, 62, 63, 72 ... rotor, 52a ... groove, 63a, 63b, 72a ... step, 54, 65, 66, 74, 77 ... iron core, 55, 67, 68, 75, 78 ... coil.

Claims (9)

操舵ハンドルの回動に応じて操向車輪を転舵する車両の操舵装置において、
操舵ハンドルに回転シャフトを介して連結されて同操舵ハンドルと一体的に回転するロータと、
前記ロータを収容するとともに、前記ロータの停止状態から回転状態への変化時に大きく非線形に変化する摩擦反力を前記ロータに付与する非ニュートン流体であって、磁性粉末を含ませた非ニュートン流体を満たしたハウジングと
磁力線を発生して前記非ニュートン流体内に磁場を形成する磁力線発生手段とを備え、
前記ハウジングの内面と対向する前記ロータの外面の少なくとも一部に段差を設けたことを特徴とする車両の操舵装置。
In a steering apparatus for a vehicle that steers steering wheels according to the rotation of a steering handle,
A rotor coupled to the steering handle via a rotating shaft and rotating integrally with the steering handle;
A non-Newtonian fluid containing a magnetic powder and containing a non-Newtonian fluid that contains the rotor and imparts a frictional reaction force to the rotor that varies greatly in a nonlinear manner when the rotor changes from a stopped state to a rotating state. A filled housing ,
Magnetic field lines generating means for generating magnetic field lines to form a magnetic field in the non-Newtonian fluid,
A vehicle steering apparatus comprising a step provided on at least a part of an outer surface of the rotor facing an inner surface of the housing .
前記請求項1に記載した車両の操舵装置において、
前記非ニュートン流体としてビンガム流体を採用した車両の操舵装置。
In the vehicle steering apparatus according to claim 1,
A vehicle steering system employing a Bingham fluid as the non-Newtonian fluid.
前記請求項1または2に記載した車両の操舵装置において、
前記磁力線発生手段を永久磁石で構成した車両の操舵装置。
In the vehicle steering apparatus according to claim 1 or 2,
A vehicle steering apparatus in which the magnetic force line generating means is constituted by a permanent magnet .
前記請求項1または2に記載した車両の操舵装置において、
前記磁力線発生手段を電磁石で構成した車両の操舵装置。
In the vehicle steering apparatus according to claim 1 or 2 ,
A vehicle steering apparatus in which the magnetic force line generating means is composed of an electromagnet .
前記請求項4に記載した車両の操舵装置において、さらに
前記電磁石による磁場の形成態様を変更制御する磁場態様制御手段を設けたことを特徴とする車両の操舵装置。
The vehicle steering apparatus according to claim 4 , further comprising:
A vehicle steering apparatus comprising magnetic field mode control means for changing and controlling a magnetic field formation mode by the electromagnet .
前記請求項5に記載した車両の操舵装置において、
前記磁場態様制御手段を、前記電磁石に対する通電態様を制御する通電態様制御手段で構成した車両の操舵装置。
In the vehicle steering apparatus according to claim 5 ,
A steering apparatus for a vehicle, wherein the magnetic field mode control unit includes an energization mode control unit that controls an energization mode of the electromagnet .
前記請求項5または6に記載した車両の操舵装置において、さらに、
操向車輪の転舵の限界を検出して、同転舵の限界の検出時に前記磁場態様制御手段を制御して前記電磁石による磁場を強める転舵限界制御手段とを設けたことを特徴とする車両の操舵装置。
The vehicle steering apparatus according to claim 5 or 6 , further comprising:
A turning limit control means for detecting a turning limit of the steered wheel and controlling the magnetic field mode control means when the turning limit is detected to strengthen the magnetic field by the electromagnet is provided. Vehicle steering device.
前記請求項5ないし7のうちのいずれか一つに記載した車両の操舵装置において、さらに、
操向車輪の転舵の遅れを検出して、同転舵の遅れの検出時に前記磁場態様制御手段を制御して前記電磁石による磁場を強める転舵遅れ制御手段を設けたことを特徴とする車両の操舵装置。
The vehicle steering apparatus according to any one of claims 5 to 7 , further comprising:
A vehicle comprising: a steering delay control unit that detects a steering delay of a steered wheel and controls the magnetic field mode control unit when the steering delay is detected to strengthen a magnetic field by the electromagnet. Steering device.
前記請求項1ないし8のうちのいずれか一つに記載した車両の操舵装置において、さらに、
操舵ハンドルに前記回転シャフトを介して連結されて同操舵ハンドルの回動に対して反力を付与する電動モータを備えたことを特徴とする車両の操舵装置。
The vehicle steering apparatus according to any one of claims 1 to 8 , further comprising:
A vehicle steering apparatus comprising an electric motor coupled to a steering handle via the rotary shaft to apply a reaction force to the rotation of the steering handle.
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