JP3883980B2

JP3883980B2 - Vehicle steering system

Info

Publication number: JP3883980B2
Application number: JP2003100499A
Authority: JP
Inventors: 健治中島; 賢二小河; 正彦栗重
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-04-03
Filing date: 2003-04-03
Publication date: 2007-02-21
Anticipated expiration: 2023-04-03
Also published as: JP2004306700A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ハンドルなどの操舵部材の操舵に基づいて操向輪を転舵させる車両用操舵装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ハンドルと舵取り用の操向輪を転舵するための舵取り機構とを機械的に切り離し、ハンドルの操舵方向および操舵量を検出するとともに、その検出結果に基づいて、舵取り機構に電動モータなどの操舵アクチュエータから駆動力を与えるようにして、ハンドルからの操舵指令に応じて操向輪を電気的に制御する車両用操舵装置(いわゆる、ステア・バイ・ワイヤ・システム)が提案されている。
このような車両用操舵装置においては、ハンドルと舵取り機構とが電気的には結合されているものの、機械的には分離されているために、機械的にハンドルの回転を規制することができない。従って、操向輪が最大舵角まで転舵された状態から、ハンドルが回転できないようにするためのハンドル角規制手段が設けられている。このハンドル角規制手段は、操向輪の目標転舵角と実転舵角との偏差が所定値以上である場合に、反力アクチュエータから操舵反力を発生させることによって、操向輪の最大舵角でハンドルの回転を規制している。
これにより、ハンドルの回転角と操向輪の転舵角との関係が適切でないために、実際には操向輪が両方向に転舵可能な状態であるにも関わらず、ハンドルに操舵反力が与えられて、ハンドルの回転が規制されてしまうような恐れがない。また、操向輪が道路の端の縁石に当たるなどして、操向輪が一方向に動かない状態になっているにも関わらず、ハンドルが回り続けるといった恐れもない（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−８７３０８号公報（第５頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の車両用操舵装置は以上のように、操向輪の目標転舵角と実転舵角との偏差に応じてハンドルに操舵反力を発生させる。しかし、運転者が操舵反力に抗してハンドルに操舵反力より小さな操舵力を印加し続けると、運転者の操舵力と操舵反力とでハンチングを起こす恐れがあり、ハンドルによる操舵を適切に規制することができないという問題点があった。
【０００５】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、操向輪の最大舵角に応じてハンドルなどの操舵部材による操舵を適切に規制することのできる車両用操舵装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る車両用操舵装置は、車両を操舵するための操舵部材と、操舵部材の操舵角を検出する操舵角検出手段と、車両の操向輪を転舵する操向輪転舵手段と、操向輪の車輪舵角を検出する操向輪角検出手段と、操舵角および車両状態に基づいて、車輪舵角に対する車輪舵角目標値を算出する目標操向輪角生成手段と、車輪舵角が車輪舵角目標値に一致するように操向輪転舵手段を制御する操向輪角制御手段と、操舵部材の操舵力に対する操舵反力を操舵部材に与える反力生成手段と、操舵反力に応じた反力トルクを検出する反力トルク検出手段と、操舵角および車両状態に基づいて、車両を保舵するための保舵反力トルク目標値を算出する目標保舵反力トルク生成手段と、反力トルクを保舵反力トルク目標値に一致させるための保舵反力制御値を算出する保舵反力トルク制御手段と、操向輪の車輪舵角に基づいて、操舵部材の目標最大操舵角を算出する目標最大操舵角生成手段と、操舵角を目標最大操舵角で規制するために、操舵角検出手段の出力をフィードバックし操舵角規制反力制御値を算出する操舵角制御手段と、保舵反力制御値および操舵角規制反力制御値の制御量を切り替える制御切替手段とを備えるものである。また、反力生成手段は制御切替手段の出力値に基づいて操舵反力を与える。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態１について詳細に説明する。図１は、この発明の実施の形態１の車両用操舵装置を示す構成図である。
図１において、運転者によってハンドル１が操作されて車両が操舵されると、ハンドル角センサ１２はハンドル角（ハンドル１の回転角、操舵角）１２０１を検出する。
目標操向輪角生成手段１３は、ハンドル角１２０１に応じた操向輪７ａ、７ｂの操向輪角を算出し、目標操向輪角（車輪舵角目標値）１３０１として出力する。なお、車速やヨーレートなどの車両状態信号２１等に応じて必要な操向輪角を算出してもよい。
操向輪角検出手段１１は、操向輪７ａ、７ｂの操向輪角（車輪舵角）１１０１を検出する。
操向輪角制御手段１４は、ハンドル１が操作されたことによる操向輪角指令としての目標操向輪角１３０１と、操向輪角検出手段１１から出力された実際の操向輪角１１０１とが同値となるような制御値を算出し、制御値（駆動電流）１４０１に基づいて、操向輪角制御用電気モータ９０１を駆動させて操向輪７ａ、７ｂの操向輪角１１０１を目標操向輪角１３０１に制御する。
【０００８】
また、操向輪角１１０１の制御用アクチュエータとして用いる操舵機構駆動手段９（操向輪転舵手段）は、操向輪転舵機構（操向輪転舵手段）５に動力を伝達して操向輪７ａ、７ｂを回転させるための操向輪角制御用電気モータ９０１と、ウォームホイール５０２と噛み合い、ピニオンを回転させるためのウォームギア９０２とにより構成される。
操向輪転舵機構５は、操舵機構駆動手段９に接続されて、操向輪角制御用電気モータ９０１からの動力が伝達され、ナックルアーム６ａ、６ｂを介して操向輪７ａ、７ｂを転舵させて操向輪角１１０１を変化させる。この操向輪転舵機構５は、ラックアンドピニオン（ＲａｃｋａｎｄＰｉｎｉｏｎ）方式の操舵機構であり、ラックアンドピニオン機構５０１とウォームホイール５０２とにより構成される。
このように、ハンドル角１２０１に応じて操向輪角が決定され、ナックルアーム６ａ、６ｂを介して操向輪７ａ、７ｂの転舵が達成される。
【０００９】
目標反力トルク生成手段（目標保舵反力トルク生成手段）１５は、ハンドル１を介して運転者に与える反力トルク（保舵反力トルク）を算出する。例えば、カーブ走行中にハンドル角を保持（保舵）するためなど、ハンドル角検出手段（操舵角検出手段）１２で検出されたハンドル角１２０１や、走行中の車速・ヨーレートなどの車両状態を示す車両状態信号２１等に応じて適当な反力トルクを算出し、走行中のハンドル角１２０１や車両状態に応じて発生させる反力トルクの目標値となる目標反力トルク（保舵反力トルク目標値）１５０１として出力する。反力生成手段８は、ハンドル１に反力トルク（ハンドル１の操舵方向とは反対方向の力、操舵反力）を与える反力制御用電気モータ８０１と、ウォームホイール２０５に噛み合うウォームギア８０２とより構成される。
反力トルク検出手段１０は、ハンドル１に生じる反力トルク１００１を検出する。
反力トルク制御手段（保舵反力トルク制御手段）１６は、目標反力トルク１５０１と反力トルク検出手段１０で検出された反力トルク１００１とが同値となるように制御値（保舵反力制御値）算出し、反力制御用電気モータ８０１を駆動させて、ハンドル１に生じる反力トルク１００１を制御する。
【００１０】
目標ハンドル最大角生成手段（目標最大操舵角生成手段）１７は、操向輪７ａ、７ｂの最大舵角（最大車輪舵角）でハンドル１の回転が規制されるように、操向輪７ａ、７ｂの最大舵角に対するハンドル角を算出し、目標ハンドル最大角（目標最大操舵角）１７０１として出力する。目標ハンドル最大角１７０１は、操向輪７ａ、７ｂの最大舵角と、転舵比２２とにより算出される。なお、転舵比２２は、ハンドル角と操向輪角、もしくはハンドル角と駆動機構５のピニオン軸角との比率を示す。この転舵比２２は、目標ハンドル最大角生成手段１７に予め格納されていてもよい。また、操向輪角検出手段１１とハンドル角検出手段１２との検出値に基づいて算出してもよい。
ハンドル角制御手段（操舵角制御手段）１８は、操向輪７ａ、７ｂの最大舵角に対応した目標ハンドル最大角１７０１と、ハンドル角検出手段１２で検出されたハンドル角１２０１とが同値となるような制御値（操舵角規制反力制御値）を算出し、反力制御用電気モータ８０１を駆動させて、ハンドル１に操舵反力を発生させることによりハンドル角１２０１を規制する。
【００１１】
制御切替手段１９は、反力トルク制御手段１６から出力された反力トルク制御値１６０１と、ハンドル角制御手段１８から出力されたハンドル角制御値１８０１とに重み付けをしながら、操向輪７ａ、７ｂが最大舵角の時などに反力トルク制御手段１６による制御とハンドル角制御手段１８による制御とを切り替え、切り替えた制御手段の制御量に応じた駆動電流１９０１を反力制御用電気モータ８０１に供給する。
以上のように、運転者によるハンドル１の操舵や、車速・ヨーレートなどの車両状態信号２１などにより、適切な操向輪角を算出して操向輪角１１０１を制御する。同時に、ハンドル角１２０１や車両状態に応じて適切な目標反力トルク１５０１を算出し、反力トルク制御手段１６は、ハンドル角１２０１や車両状態に応じた操舵反力をハンドル１に生じさせるように制御する。また、操向輪７ａ、７ｂの最大舵角と転舵比２２とに基づいてハンドル１の最大角を算出し、ハンドル角制御手段１８は、ハンドル角が最大角を超えないように操舵反力をハンドル１に生じさせて、ハンドル１の回転を規制するように制御している。
【００１２】
次に、図２を参照しながら、反力トルク制御手段１６、目標ハンドル最大角生成手段１７、ハンドル角制御手段１８および制御切替手段１９の動作について説明する。
図２は、この発明の実施の形態１による動作を示す回路図である。なお、図２において、前述（図１参照）と同様のものについては、同一符号を付して詳述を省略する。
反力トルク制御手段１６は、目標反力トルク生成手段１５から出力された目標反力トルク１５０１と、反力トルク検出手段１０から出力された反力トルク１００１との偏差を算出する。さらに、反力トルク１００１が目標反力トルク１５０１を追従するような係数Ｋ１（反力トルク制御手段ゲイン）が偏差に乗じられ、反力トルク制御値１６０１として出力される。
このように、反力トルク制御手段１６は、実際の反力トルク１００１がフィードバックされることにより、目標値１５０１との偏差を小さくするための制御がなされる。
【００１３】
ハンドル角制御手段１８は、操向輪７ａ、７ｂの最大舵角と転舵比２２とにより算出される目標ハンドル最大角１７０１と、ハンドル角検出手段１２から出力されたハンドル角１２０１との偏差が算出される。さらに、目標ハンドル最大角１７０１を追従するような係数Ｋ２（ハンドル角制御手段ゲイン）が偏差に乗じられ、ハンドル角制御値１８０１として出力される。
このように、ハンドル角制御手段１８は、実際のハンドル角１２０１がフィードバックされることにより、目標値１７０１との偏差を小さくするための制御がなされる。
制御切替手段１９は、反力制御手段１６の重み係数２３（出力信号２３０１）と、ハンドル角制御手段１８の重み係数２４（出力信号２４０１）とがそれぞれ設定されており、反力トルク制御値１６０１には重み係数２３０１が乗じられるとともに、ハンドル角制御値１８０１には重み係数２４０１が乗じられる。
【００１４】
制御切替手段１９は、この重み係数の値をハンドル１の最大角に近づいていく時や遠ざかる時に応じて増減させることにより、反力トルク制御値１６０１とハンドル角制御値１８０１との割合を増減させ、反力制御用電気モータ８０１への駆動電流１９０１を供給しながら、反力トルク制御手段１６による制御とハンドル角制御手段１８による制御とを序々に切り替える。
反力トルク制御手段１６の重み係数Ｗ１とハンドル角制御手段１８の重み係数Ｗ２との関係は、以下の式（１）〜（３）のように表すことができる。
０≦Ｗ１≦１・・・（１）
０≦Ｗ２≦１・・・（２）
Ｗ１＋Ｗ２＝１・・・（３）
【００１５】
次に、図３および図４を参照しながら、反力トルク制御手段１６の重み係数Ｗ１とハンドル角制御手段１８の重み係数Ｗ２について説明する。
図３は、この発明の実施の形態１による切り増し時および切り戻し時の重み係数を示す関係図であり、図４は、この発明の実施の形態１による切り替わり時の駆動電流１９０１および重み係数を示す関係図である。
なお、図３（Ａ）は、ハンドル１が最大角に向けて操舵される時（切り増し時）の重み係数とハンドル１の最大角［ｄｅｇ］との関係を示す。また、図３（Ｂ）は、最大角から切り戻しされる時の重み係数と反力トルク［Ｎｍ］との関係を示す。
図３（Ａ）および図３（Ｂ）において、実線は反力トルク制御手段１６の重み係数２３を示し、破線はハンドル角制御手段１８の重み係数２４を示す。
重み係数２３、２４は、ハンドル角検出手段１２で検出されたハンドル角１２０１と、反力トルク検出手段１０で検出された反力トルク１００１との２つの値を要素として、それぞれの重み係数が決定される。
【００１６】
まず、反力トルク制御手段１６による制御からハンドル角制御手段１８による制御への移行は、図３（Ａ）に示すハンドル角１２０１に依存する重み係数によって移行される。
図３（Ａ）において、縦軸は重み係数、横軸はハンドル角とその最大角を示す。
ハンドル角検出手段１２で検出されたハンドル角１２０１が最大角近傍ではない場合、反力トルク１００１を走行時のハンドル角や車両状態に応じた目標反力トルク１５０１に近づけるための制御が行われる。この時点では、ハンドル角１２０１の規制は行われないので、反力トルクを発生させるためのハンドル角規制制御は行われない。従って、反力トルク制御手段１６の重み係数Ｗ１は、最大の「１」、ハンドル角制御手段１８の重み係数Ｗ２は、最小の「０」となる。
【００１７】
ハンドル角が最大角近傍の予め設定された値（例えば４５３ｄｅｇ）になった時、通常走行時の反力トルクの制御を、ハンドル角最大時の反力トルクの制御に切り替えるため、実線で示す反力トルク制御手段１６の重み係数Ｗ１を減少させるとともに、ハンドル角１２０１の規制を行うために破線で示すハンドル角制御手段１８の重み係数Ｗ２を増加させる。この間は、それぞれの重み係数の割合に応じて、通常走行時の反力トルクを制御するための制御値と、ハンドル角を制御するための制御値との割合が決定され、序々に反力トルク制御手段１６による制御からハンドル角制御手段１８による制御に移行される。
【００１８】
ハンドル角１２０１が最大角（例えば４５４ｄｅｇ）になった時には、ハンドル角１２０１を最大角で規制するために、反力トルク制御手段１６の重み係数Ｗ１を最小の「０」とするとともに、ハンドル角１２０１を最大角で保つためのハンドル角制御手段１８の重み係数Ｗ２を最大の「１」とする。
従って、ハンドル１を切り増していき、操向輪７ａ、７ｂが最大舵角近傍になると、重み係数の変化により、反力トルク制御手段１６による制御からハンドル角制御手段１８による制御に切り替わり、最大舵角になると、ハンドル角制御手段１８からのハンドル角制御値１８０１に基づいて反力制御用電気モータ８０１が駆動されて、ハンドル角１２０１を最大角に規制するための操舵反力をハンドル１に生じさせる。
なお、ここではハンドル角検出手段１２で検出されたハンドル角１２０１に基づいて重み係数を変化させたが、ハンドル角に対応する操向輪角の検出手段１１の検出値に基づいて重み係数を変化させてもよい。
【００１９】
一方、ハンドル角制御手段１８から反力トルク制御手段１６への移行は、図３（Ｂ）に示す反力トルクに依存する重み係数によって移行される。
ハンドル１が切り戻され、操舵トルクが低下するに従ってハンドル角１２０１を規制する必要が無くなるので、操舵トルクが所定値（例えば、３Ｎｍ）になった場合、破線で示すハンドル角制御手段１８の重み係数Ｗ２を低下させる。一方、通常走行時の反力トルク１００１の制御を行うために、実線で示す反力トルク制御手段１６の重み係数Ｗ１を増加させる。
したがって、制御切替手段１９は、ハンドル１の切り戻しによる操舵トルクの低下に従い、重み係数を変化させ、ハンドル角制御手段１８による制御から反力トルク制御手段１６による制御に切り替えていく。制御切替手段１９は、反力トルク制御手段１６から出力される反力トルク制御値１６０１に基づいて反力制御用電気モータ８０１を駆動させる。
【００２０】
ここで、反力制御用電気モータ８０１の駆動電流１９０１の計算式について説明する。
以下の式（４）は、目標ハンドル最大生成手段１７での目標ハンドル最大角１７０１の算出方法を示す。目標ハンドル最大生成手段１７は、操向輪７ａ、７ｂの最大舵角δｍａｘと、転舵比ＧｅａｒＲａｔｉｏ（ハンドル角と操向輪角との比率）とに基づいて、目標ハンドル最大角θｒｅｆを算出する。
θｒｅｆ＝ δｍａｘ／ＧｅａｒＲａｔｉｏ・・・（４）
【００２１】
以下の式（５）は、反力制御用電気モータ８０１の駆動電流１９０１の計算式であり、反力トルク制御手段１６とハンドル角制御手段１８とのフィードバック制御量にそれぞれ重み係数を乗算し、反力制御用電気モータ８０１への駆動電流Ｔ＿Ｉｒｅｆを決定している。
Ｔ＿Ｉｒｅｆ＝Ｗ１×｛(Ｔｒｅｆ−Ｔａｃｔ）×Ｋ１}
＋Ｗ２×{（θｒｅｆ−θａｃｔ）×Ｋ２｝・・・（５）
なお、式（５）において、Ｔｒｅｆは目標反力トルク１５０１、Ｔａｃｔは反力トルク検出手段１０で検出された反力トルク１００１を示す。また、θｒｅｆは目標ハンドル最大角１７０１、θａｃｔはハンドル角検出手段１２で検出されたハンドル角１２０１を示す。
【００２２】
図４において、図面上部は、最大舵角に近づいてから遠ざかるまでの駆動電流１９０１の関係を示し、図面下部は、上部の時間に対応して、重み係数の変化を示す。
ハンドル１が切り増しされ、操向輪角１１０１が最大舵角に近づくと、時間ｔ１において移行が開始される。
最大舵角に近づくにつれて、ハンドル角１２０１の制御が必要となるので、反力トルク制御手段１６の重み係数Ｗ１（実線）を小さくしていき、反力トルク１００１を制御するために算出される反力制御用電気モータ８０１への駆動電流の値（実線）を小さくする。一方で、ハンドル角制御手段１８の重み係数Ｗ２（破線）を大きくしていき、ハンドル角１２０１を制御するために算出される駆動電流の値（破線）を大きくする。このように、序々に制御値の割合が切り替えられる。
【００２３】
時間ｔ２からｔ３までの間、ハンドル角１２０１が最大角であるため、現状のままハンドル角１２０１を最大角で規制するために、ハンドル角制御手段１８からの制御値１８０１によって反力制御用電気モータ８０１が駆動される。
時間ｔ３からｔ４までの間、ハンドル１が切り戻されると、ハンドル角１２０１の規制が不要となるので、ハンドル角制御手段１８の重み係数Ｗ２を小さくし、ハンドル角制御のために算出される駆動電流の値を小さくする。一方で反力トルク１００１の制御が必要となるので、反力トルク制御手段１６の重み係数Ｗ１を大きくし、反力トルク１００１を制御するために算出される駆動電流の値を大きくする。このように、序々に制御値の割合が切り替えられる。
【００２４】
このように、ハンドル１が切り増しされて、ハンドル１の回転角１２０１の制御が必要な時には、ハンドル角検出手段１２もしくは操向輪角検出手段１１で検出された角度に基づいて重み係数を変化させ、ハンドル１が切り戻されて、反力トルク１００１の制御が必要な時には、反力トルク検出手段１０で検出された反力トルク（ハンドル１の操舵トルク）に基づいて重み係数を変化させるので、適切に制御を移行させることができる。
また、反力トルク制御手段１６の重み係数２３と、ハンドル角制御手段１８の重み係数２４を序々に増減させることにより、反力トルク制御手段１６からの制御値１６０１と、ハンドル角制御手段１８の制御値１８０１とを滑らかに切り替えることができる。
【００２５】
なお、目標ハンドル最大角生成手段１７では、操向輪角速度とハンドル角速度（操舵角速度）との角速度比率を算出し、算出された角速度比率と操向輪７ａ、７ｂの最大舵角とに基づいて目標ハンドル最大角１７０１を算出しても良い。
なお、本実施の形態１では、機構構成を図１に示したが、この構成に限定するものではなく、ハンドル１と操向輪７ａ、７ｂとが各々独立して動作できる車両用操舵装置であればよい。
以上のように、反力トルク制御手段１６による制御とハンドル角制御手段１８による制御とを切り替えることにより、操向輪７ａ、７ｂの状態に応じて適切な操舵反力を与えることができ、機械的にハンドル１の回転を規制させるための機構を設けることなく、ハンドル１の角度を適切に規制することができる。
また、ハンドル１の最大角を、転舵比２２と操向輪７ａ、７ｂの最大舵角とに基づいて算出することにより、転舵比２２に応じた目標ハンドル最大角１７０１を算出することができ、操向輪７ａ、７ｂの最大舵角とハンドル１の最大角との関係を維持させることができる。
【００２６】
また、反力トルク制御手段１６から出力された反力トルク制御値１６０１と、ハンドル角制御手段１８から出力されたハンドル角制御値１８０１とに重み係数を乗算することにより、反力トルク制御手段１６による制御とハンドル角制御手段１８による制御との切り替えを、滑らかに運転者に違和感を与えずに行うことができる。
また、重み係数の増減の要素を、操向輪角検出手段１１で検出された操向輪角１１０１もしくはハンドル角検出手段１２で検出されたハンドル角１２０１と、反力トルク検出手段１０で検出された反力トルク１００１とにすることにより、適切に反力トルク制御手段１６による制御とハンドル角制御手段１８による制御を切り替えることができる。
また、重み係数の増減の要素は、操向輪角１１０１もしくはハンドル角１２０１と、反力トルク１００１とし、ハンドル１の切り増し時は反力トルク制御からハンドル角制御へ、切り戻し時はハンドル角制御から反力トルク制御へと切り替えるので、適切に反力トルク制御手段１６による制御とハンドル角制御手段１８による制御とを切り替えることができる。
【００２７】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、操向輪角の最大舵角に基づいて目標ハンドル最大角１７０１を算出したが、所定時間毎に得られる操向輪角１１０１に基づいて目標ハンドル最大角１７０１を算出してもよい。
図５は、この発明の実施の形態２の車両用操舵装置を示す構成図である。
なお、図５において、前述（図１参照）と同様のものについては、同一符号または符号の後に「Ａ」を付す。また、同一符号を付したものは詳述を省略する。
図５において、目標ハンドル最大角生成手段１７Ａは、操向輪７ａ、７ｂの最大舵角でハンドル１が規制されるようにハンドル角の目標値１７０１を算出する。目標ハンドル最大角１７０１は、転舵比２２と操向輪角検出手段１１で検出された操向輪角１１０１とに基づいて算出される。
【００２８】
ハンドル角制御手段１８は、操向輪角１１０１に基づいて算出された目標ハンドル最大角１７０１に一致するような制御値を算出し、目標ハンドル最大角１７０１も操向輪角１１０１に応じて変動するので、操向輪７ａ、７ｂの状態に応じてハンドル１の角度を規制するような制御値１８０１が出力される。なお、操向輪角１１０１が最大舵角の時には、対応するハンドル角の最大角が算出されるので、ハンドル角１２０１を最大角に規制するように反力トルク１００１を生じさせる。
【００２９】
次に、図６を参照しながら、反力トルク制御手段１６、目標ハンドル最大角生成手段１７Ａ、ハンドル角制御手段１８および制御切替手段１９の動作について説明する。
図６は、この発明の実施の形態２による動作を示す回路図である。なお、図６において、前述（図２参照）と同様のものについては同一符号を付して詳述を省略する。
図６において、目標ハンドル最大角生成手段１７Ａは、操向輪角検出手段１１で所定時間毎に検出される操向輪角１１０１を入力し、操向輪角１１０１および転舵比２２に基づいて操向輪角１１０１に応じたハンドル角を算出し、目標ハンドル最大角１７０１として出力する。
【００３０】
ハンドル角制御手段１８は、ハンドル角検出手段１２で検出されるハンドル角１２０１と目標ハンドル最大角１７０１との偏差１８０２が算出され、出力される。また、目標ハンドル最大角１７０１を追従するような係数Ｋ２を偏差に乗じた値１８０１が出力される。
制御切替手段１９は、反力トルク制御手段１６から出力された反力トルク制御値１６０１に重み係数２３（２３０１）が乗じられる。
また、ハンドル角制御手段１８から出力されたハンドル角制御値１８０１に重み係数２４（２４０１）が乗じられる。
重み係数は、反力トルク検出手段１０で検出された反力トルク１００１と、ハンドル角制御手段１８で算出された目標ハンドル最大角１７０１とハンドル角１２０１との偏差とによりそれぞれの重み係数が決定される。
この重み係数を変化させることにより、反力制御用電気モータ８０１を駆動させながら、反力トルク制御手段１６による制御とハンドル角制御手段１８による制御とを序々に切り替えていく。
【００３１】
次に、図７を参照しながら、反力トルク制御手段１６の重み係数Ｗ１およびハンドル角制御手段１８の重み係数Ｗ２について説明する。
図７において、実線で示す反力トルク制御手段１６の重み係数Ｗ１および破線で示すハンドル角制御手段１８の重み係数Ｗ２は、目標ハンドル最大角１７０１とハンドル角検出手段１２で検出されるハンドル角１２０１との偏差と、反力トルク検出手段１６で検出される反力トルク１１０１（操舵トルク）の２つの値を要素としている。
図７（Ａ）は、反力トルク制御手段１６による制御からハンドル角制御手段１８による制御への移行を示し、偏差に依存する重み係数によって移行させる。
図７（Ａ）において、目標ハンドル最大角１７０１とハンドル角検出手段１２で検出されたハンドル角１２０１との偏差が所定値（例えば、０［ｄｅｇ］）より大きくなると、実線で示す反力トルク制御手段１６の重み係数Ｗ１を減少させ、破線で示すハンドル角制御手段１８の重み係数Ｗ２を増加させる。
したがって、ハンドル１を切り増していき、目標ハンドル最大角１７０１と実際のハンドル角１２０１との偏差が所定値以上になると、重み係数を変化させることにより、反力トルク制御手段１６による制御からハンドル角制御手段１８による制御に切り替える。
【００３２】
図７（Ｂ）は、ハンドル角制御手段１６による制御から反力トルク制御手段１８による制御への移行について示し、操舵トルクに依存する重み係数により移行する。操舵トルクが低下するにつれ、破線で示すハンドル角制御手段１８の重み係数Ｗ２を低下させ、実線で示す反力トルク制御手段１６の重み係数を増加させる。
従って、制御切替手段１９は、ハンドル１の切り戻しで操舵トルクの低下に応じて重み係数を変化させることにより、反力制御用電気モータ８０１への制御値をハンドル角制御値１８０１から反力トルク制御値１６０１に切り替える。
【００３３】
ここで、反力制御用電気モータ８０１への駆動電流１９０１の計算式について説明する。
以下の式（６）は目標ハンドル最大角１７０１の算出方法を示している。操向輪角検出手段１１で検出された操向輪角１１０１と転舵比２２とに基づいて、目標ハンドル最大角１７０１を算出する。
θｒｅｆ＝ δｆ／ＧｅａｒＲａｔｉｏ・・・（６）
なお、式（６）において、θｒｅｆは、目標ハンドル最大角１７０１、δｆは、操向輪角検出手段１１で検出された操向輪角１１０１、ＧｅａｒＲａｔｉｏは、転舵比（ハンドル角と操向輪角との比率）２２を示す。
【００３４】
以下の式（７）は、反力制御用電気モータ８０１への駆動電流１９０１の計算式を示す。
式（７）は、反力トルク制御手段１６とハンドル角制御手段１８とのフィードバック制御量にそれぞれ重み係数を乗算することにより、反力制御用電気モータ８０１の駆動電流を決定している。

【００３５】
式（７）によって算出された駆動電流によって反力制御用電気モータ８０１が駆動され、前述の図４のように、重み係数が変化されることにより、反力トルク制御手段１６から出力された反力トルク制御値１６０１と、ハンドル角制御手段１８から出力されたハンドル角制御値１８０１とを切り替える。なお、重み係数を偏差および操舵トルク（反力トルク）に応じて序々に切り替えることにより、反力トルク制御手段１６による制御とハンドル角制御手段１８による制御とを滑らかに切り替えることができる。
なお、本実施の形態２では、機構構成を図５に示したが、この構成に限定するものではなく、ハンドル１と操向輪７ａ、７ｂとが各々独立して動作できる車両用操舵装置であればよい。
以上のように、ハンドル１の最大角を転舵比２２および操向輪角１１０１に基づいて算出することにより、操向輪角１１０１に応じた目標ハンドル最大角１７０１を算出することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、転舵比２２と操向輪７ａ、７ｂの最大舵角とに基づいて算出された目標ハンドル最大角１７０１と、実際のハンドル角１２０１との偏差に基づいてフィードバック制御するので、操向輪７ａ、７ｂの状態に応じて適切な操舵反力を与えることができ、機械的にハンドル１の回転を規制させるための機構を設けることなく、ハンドル１の角度を適切に規制することのできる車両用操舵装置が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１の車両用操舵装置を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による動作を示す回路図である。
【図３】この発明の実施の形態１による切り増し時および切り戻し時の重み係数を示す関係図である。
【図４】この発明の実施の形態１による切り替わり時の駆動電流および重み係数を示す関係図である。
【図５】この発明の実施の形態２の車両用操舵装置を示す構成図である。
【図６】この発明の実施の形態２による動作を示す回路図である。
【図７】この発明の実施の形態２による切り増し時および切り戻し時の重み係数を示す関係図である。
【符号の説明】
１ハンドル、５操向輪転舵機構、６ａ、６ｂナックルアーム、７ａ、７ｂ操向輪、８反力生成手段、９操舵機構駆動手段、１０反力トルク検出手段、１１操向輪角検出手段、１２ハンドル角検出手段、１３目標操向輪角生成手段、１４操向輪角制御手段、１５目標反力トルク生成手段、１６反力トルク制御手段、１７目標ハンドル最大角生成手段、１８ハンドル角制御手段、１９制御切替手段、２１車両状態信号、２２転舵比、５０１ラックアンドピニオン機構、５０２ウォームギア、８０１反力制御用電気モータ、８０２ウォームホイール、９０１操向輪角制御用電気モータ、９０２ウォームホイール、１００１反力トルク、１１０１操向輪角、１２０１ハンドル角、１３０１目標操向輪角、１４０１制御値（駆動電流）、１５０１目標反力トルク、１６０１反力トルク制御値、１７０１目標ハンドル最大角、１８０１ハンドル角制御値、１９０１駆動電流。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vehicle steering apparatus that steers steered wheels based on steering of a steering member such as a steering wheel.
[0002]
[Prior art]
The steering mechanism and the steering mechanism for steering the steering wheel for steering are mechanically separated to detect the steering direction and the steering amount of the steering wheel, and based on the detection result, the steering mechanism is steered by an electric motor or the like. A vehicle steering device (so-called steer-by-wire system) has been proposed in which a driving force is applied from an actuator to electrically control a steered wheel in accordance with a steering command from a steering wheel.
In such a vehicle steering apparatus, the steering wheel and the steering mechanism are electrically coupled, but are mechanically separated from each other, so that the rotation of the steering wheel cannot be mechanically restricted. Therefore, a steering wheel angle restricting means is provided for preventing the steering wheel from rotating from a state where the steering wheel is steered to the maximum steering angle. This steering wheel angle restricting means generates a steering reaction force from the reaction force actuator when the deviation between the target turning angle of the steering wheel and the actual turning angle is equal to or greater than a predetermined value. The steering angle is regulated by the steering angle.
As a result, since the relationship between the rotation angle of the steering wheel and the steering angle of the steered wheel is not appropriate, the steering reaction force is applied to the steering wheel even though the steered wheel is actually steerable in both directions. Therefore, there is no fear that the rotation of the handle is restricted. In addition, there is no fear that the steering wheel will continue to rotate despite the steering wheel hitting the curb at the end of the road and the steering wheel does not move in one direction (see, for example, Patent Document 1). ).
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2002-87308 A (page 5, FIG. 1)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the conventional vehicle steering apparatus generates a steering reaction force on the steering wheel according to the deviation between the target turning angle of the steered wheels and the actual turning angle. However, if the driver continues to apply a steering force smaller than the steering reaction force against the steering reaction force against the steering reaction force, the driver's steering force and steering reaction force may cause hunting. There was a problem that it could not be regulated.
[0005]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a vehicle steering apparatus capable of appropriately regulating steering by a steering member such as a steering wheel in accordance with the maximum steering angle of a steered wheel. For the purpose.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
A vehicle steering apparatus according to the present invention includes a steering member for steering a vehicle, a steering angle detection unit that detects a steering angle of the steering member, a steered wheel steering unit that steers a steering wheel of the vehicle, Steering wheel angle detection means for detecting the wheel steering angle of the steering wheel, target steering wheel angle generation means for calculating a wheel steering angle target value for the wheel steering angle based on the steering angle and the vehicle state, wheel steering Steering wheel angle control means for controlling the steered wheel steering means so that the angle matches the wheel steering angle target value, reaction force generation means for giving the steering member a steering reaction force with respect to the steering force of the steering member, and steering reaction Reaction force torque detection means for detecting reaction force torque according to force, and target steering reaction torque generation for calculating a steering reaction force torque target value for steering the vehicle based on the steering angle and the vehicle state Means and a reaction force for keeping the reaction force torque equal to the target value of the reaction force torque. Steering reaction force torque control means for calculating the control value, target maximum steering angle generation means for calculating the target maximum steering angle of the steering member based on the wheel steering angle of the steered wheels, and the steering angle as the target maximum steering angle To regulate in In addition, the output of the steering angle detection means is fed back. Steering angle control means for calculating a steering angle restriction reaction force control value, and control switching means for switching control amounts of the steering reaction force control value and the steering angle restriction reaction force control value. The reaction force generating means gives a steering reaction force based on the output value of the control switching means.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
Hereinafter, the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram showing a vehicle steering apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
In FIG. 1, when the steering wheel 1 is operated by the driver and the vehicle is steered, the steering wheel angle sensor 12 detects a steering wheel angle (the rotation angle of the steering wheel 1, the steering angle) 1201.
The target steered wheel angle generation means 13 calculates the steered wheel angles of the steered wheels 7a and 7b according to the steering wheel angle 1201, and outputs the calculated steered wheel angles (wheel steered angle target value) 1301. A necessary steering wheel angle may be calculated according to the vehicle state signal 21 such as the vehicle speed and the yaw rate.
The steered wheel angle detection means 11 detects the steered wheel angle (wheel steering angle) 1101 of the steered wheels 7a and 7b.
The steering wheel angle control means 14 includes a target steering wheel angle 1301 as a steering wheel angle command when the steering wheel 1 is operated, and an actual steering wheel angle 1101 output from the steering wheel angle detection means 11. And the steering wheel angle 1101 of the steering wheels 7a and 7b is determined by driving the steering wheel angle control electric motor 901 based on the control value (drive current) 1401. The target steering wheel angle 1301 is controlled.
[0008]
The steering mechanism drive means 9 (steering wheel steering means) used as an actuator for controlling the steering wheel angle 1101 transmits power to the steering wheel steering mechanism (steering wheel steering means) 5 to steer the wheels 7a. , 7b, a steering wheel angle control electric motor 901, and a worm gear 902 that meshes with the worm wheel 502 and rotates the pinion.
The steered wheel steering mechanism 5 is connected to the steering mechanism driving means 9 to receive power from the steered wheel angle control electric motor 901, and rotates the steered wheels 7a and 7b via the knuckle arms 6a and 6b. The steering wheel angle 1101 is changed by steering. The steered wheel steering mechanism 5 is a rack and pinion type steering mechanism, and includes a rack and pinion mechanism 501 and a worm wheel 502.
Thus, the steered wheel angle is determined according to the handle angle 1201, and the steered wheels 7a and 7b are steered through the knuckle arms 6a and 6b.
[0009]
The target reaction force torque generating means (target holding reaction force torque generating means) 15 calculates reaction force torque (steering reaction force torque) to be given to the driver via the handle 1. For example, the steering wheel angle 1201 detected by the steering wheel angle detection means (steering angle detection means) 12 and the vehicle state such as the vehicle speed and yaw rate during the driving are shown. An appropriate reaction force torque is calculated according to the vehicle state signal 21 and the like, and a target reaction force torque (target steering reaction force torque target) that is a target value of the reaction force torque generated according to the steering wheel angle 1201 during traveling and the vehicle state. Value) 1501 is output. The reaction force generation means 8 includes a reaction force control electric motor 801 that applies a reaction force torque (a force in the direction opposite to the steering direction of the handle 1, a steering reaction force) to the handle 1, and a worm gear 802 that meshes with the worm wheel 205. Composed.
The reaction force torque detection means 10 detects a reaction force torque 1001 generated in the handle 1.
The reaction force torque control means (steering reaction force torque control means) 16 controls the control value (steering reaction torque control means) so that the target reaction force torque 1501 and the reaction force torque 1001 detected by the reaction force torque detection means 10 have the same value. Force control value) is calculated and the reaction force control electric motor 801 is driven to control the reaction force torque 1001 generated in the handle 1.
[0010]
The target steering wheel maximum angle generating means (target maximum steering angle generating means) 17 controls the

steering wheels

7a, 7a, 7b so that the rotation of the steering wheel 1 is regulated by the maximum steering angle (maximum wheel steering angle) of the steering wheels 7a, 7b. The steering wheel angle with respect to the maximum steering angle 7b is calculated and output as a target steering wheel maximum angle (target maximum steering angle) 1701. The target handle maximum angle 1701 is calculated from the maximum steering angle of the steered wheels 7a and 7b and the steering ratio 22. Note that the steering ratio 22 indicates the ratio between the steering wheel angle and the steering wheel angle, or the steering wheel angle and the pinion shaft angle of the drive mechanism 5. The steering ratio 22 may be stored in advance in the target handle maximum angle generation means 17. Further, it may be calculated based on the detected values of the steering wheel angle detecting means 11 and the steering wheel angle detecting means 12.
In the handle angle control means (steer angle control means) 18, the target handle maximum angle 1701 corresponding to the maximum steering angle of the steered wheels 7 a and 7 b and the handle angle 1201 detected by the handle angle detection means 12 have the same value. Such a control value (steering angle restriction reaction force control value) is calculated, and the reaction angle control electric motor 801 is driven to cause the steering wheel 1 to generate a steering reaction force, thereby restricting the handle angle 1201.
[0011]
The control switching unit 19 weights the steering wheel 7a, while weighting the reaction force torque control value 1601 output from the reaction force torque control unit 16 and the handle angle control value 1801 output from the handle angle control unit 18. The control by the reaction force torque control means 16 and the control by the steering wheel angle control means 18 are switched when 7b is the maximum steering angle, etc., and the drive current 1901 corresponding to the control amount of the switched control means is applied to the reaction force control electric motor 801. To supply.
As described above, the steering wheel angle 1101 is controlled by calculating an appropriate steering wheel angle based on the steering of the steering wheel 1 by the driver and the vehicle state signal 21 such as the vehicle speed and yaw rate. At the same time, depending on the steering wheel angle 1201 and the vehicle condition, Target reaction torque 1501 And the reaction torque control means 16 controls the steering wheel 1 to generate a steering reaction force corresponding to the steering wheel angle 1201 and the vehicle state. Further, the maximum angle of the steering wheel 1 is calculated based on the maximum steering angle of the steered wheels 7a, 7b and the steering ratio 22, and the steering wheel angle control means 18 controls the steering reaction force so that the steering wheel angle does not exceed the maximum angle. Is generated in the handle 1 to control the rotation of the handle 1.
[0012]
Next, operations of the reaction force torque control means 16, the target handle maximum angle generation means 17, the handle angle control means 18 and the control switching means 19 will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a circuit diagram showing an operation according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 2, the same components as those described above (see FIG. 1) are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
The reaction force torque control unit 16 calculates a deviation between the target reaction force torque 1501 output from the target reaction force torque generation unit 15 and the reaction force torque 1001 output from the reaction force torque detection unit 10. Further, the coefficient K1 (reaction force torque control means gain) that causes the reaction force torque 1001 to follow the target reaction force torque 1501 is multiplied by the deviation and output as a reaction force torque control value 1601.
In this way, the reaction force torque control means 16 is controlled to reduce the deviation from the target value 1501 by feeding back the actual reaction force torque 1001.
[0013]
The steering wheel angle control means 18 has a deviation between the target steering wheel maximum angle 1701 calculated from the maximum steering angle of the steered wheels 7a and 7b and the steering ratio 22, and the steering wheel angle 1201 output from the steering wheel angle detection means 12. Calculated. Further, the deviation is multiplied by a coefficient K2 (handle angle control means gain) that follows the target handle maximum angle 1701 and output as a handle angle control value 1801.
Thus, the handle angle control means 18 is controlled to reduce the deviation from the target value 1701 by feedback of the actual handle angle 1201.
In the control switching means 19, the weight coefficient 23 (output signal 2301) of the reaction force control means 16 and the weight coefficient 24 (output signal 2401) of the handle angle control means 18 are set, respectively, and the reaction force torque control value 1601 is set. Is multiplied by a weighting coefficient 2301, and the steering wheel angle control value 1801 is multiplied by a weighting coefficient 2401.
[0014]
The control switching means 19 increases / decreases the ratio between the reaction force torque control value 1601 and the handle angle control value 1801 by increasing / decreasing the value of the weighting coefficient according to approaching or moving away from the maximum angle of the handle 1. The control by the reaction force torque control means 16 and the control by the handle angle control means 18 are gradually switched while supplying the drive current 1901 to the reaction force control electric motor 801.
The relationship between the weighting coefficient W1 of the reaction force torque control means 16 and the weighting coefficient W2 of the handle angle control means 18 can be expressed as the following equations (1) to (3).
0 ≦ W1 ≦ 1 (1)
0 ≦ W2 ≦ 1 (2)
W1 + W2 = 1 (3)
[0015]
Next, the weighting coefficient W1 of the reaction force torque control means 16 and the weighting coefficient W2 of the handle angle control means 18 will be described with reference to FIGS.
FIG. 3 is a relationship diagram showing weighting factors at the time of addition and switching back according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 4 shows drive current 1901 and weighting factors at the time of switching according to Embodiment 1 of the present invention. FIG.
FIG. 3A shows the relationship between the weighting factor and the maximum angle [deg] of the steering wheel 1 when the steering wheel 1 is steered toward the maximum angle (when the steering wheel 1 is increased). FIG. 3B shows the relationship between the weighting coefficient and the reaction torque [Nm] when switching back from the maximum angle.
3A and 3B, the solid line indicates the weighting coefficient 23 of the reaction force torque control means 16, and the broken line indicates the weighting coefficient 24 of the handle angle control means 18.
The weighting factors 23 and 24 are determined based on two values of the handle angle 1201 detected by the handle angle detection unit 12 and the reaction force torque 1001 detected by the reaction force torque detection unit 10. Is done.
[0016]
First, the shift from the control by the reaction torque control means 16 to the control by the handle angle control means 18 is shifted by a weighting factor depending on the handle angle 1201 shown in FIG.
In FIG. 3A, the vertical axis represents the weighting factor, and the horizontal axis represents the handle angle and its maximum angle.
When the handle angle 1201 detected by the handle angle detection means 12 is not near the maximum angle, control is performed to bring the reaction force torque 1001 closer to the target reaction force torque 1501 corresponding to the handle angle during traveling and the vehicle state. At this time, since the handle angle 1201 is not restricted, the handle angle restriction control for generating the reaction force torque is not performed. Accordingly, the weight coefficient W1 of the reaction force torque control means 16 is the maximum “1”, and the weight coefficient W2 of the handle angle control means 18 is the minimum “0”.
[0017]
When the steering wheel angle reaches a preset value near the maximum angle (for example, 453 deg), the reaction force torque control during normal driving is switched to the control of the reaction torque torque at the maximum steering wheel angle. The weight coefficient W1 of the force torque control means 16 is decreased, and the weight coefficient W2 of the handle angle control means 18 indicated by a broken line is increased in order to restrict the handle angle 1201. During this time, the ratio between the control value for controlling the reaction force torque during normal driving and the control value for controlling the steering wheel angle is determined according to the ratio of the respective weighting factors. Control from the control means 16 is shifted to control by the handle angle control means 18.
[0018]
When the steering wheel angle 1201 reaches the maximum angle (for example, 454 deg), in order to regulate the steering wheel angle 1201 at the maximum angle, the weight coefficient W1 of the reaction force torque control means 16 is set to the minimum “0” and the steering wheel angle 1201. The weight coefficient W of the handle angle control means 18 for keeping the maximum angle 2 Is the maximum “1”.
Therefore, when the steering wheel 1 is gradually increased and the steered wheels 7a and 7b are close to the maximum steering angle, the control by the reaction force torque control means 16 is switched to the control by the handle angle control means 18 due to the change of the weighting coefficient. When the steering angle is reached, the reaction force control electric motor 801 is driven based on the steering wheel angle control value 1801 from the steering wheel angle control means 18 and the steering reaction force for restricting the steering wheel angle 1201 to the maximum angle is applied to the steering wheel 1. Cause it to occur.
Here, the weighting coefficient is changed based on the steering wheel angle 1201 detected by the steering wheel angle detection means 12, but the weighting coefficient is changed based on the detected value of the steering wheel angle detection means 11 corresponding to the steering wheel angle. You may let them.
[0019]
On the other hand, the transition from the steering wheel angle control means 18 to the reaction force torque control means 16 is made by a weighting factor depending on the reaction force torque shown in FIG.
As the steering wheel 1 is turned back and the steering torque decreases, it is not necessary to regulate the steering wheel angle 1201. Therefore, when the steering torque becomes a predetermined value (for example, 3 Nm), the weight coefficient of the steering wheel angle control means 18 indicated by a broken line Decrease W2. On the other hand, in order to control the reaction force torque 1001 during normal running, the weighting coefficient W1 of the reaction force torque control means 16 indicated by the solid line is increased.
Therefore, the control switching unit 19 changes the weighting coefficient according to the decrease in the steering torque due to the steering wheel 1 being switched back, and switches from the control by the handle angle control unit 18 to the control by the reaction force torque control unit 16. The control switching means 19 drives the reaction force control electric motor 801 based on the reaction force torque control value 1601 output from the reaction force torque control means 16.
[0020]
Here, a calculation formula of the drive current 1901 of the reaction force control electric motor 801 will be described.
The following equation (4) shows a method of calculating the target handle maximum angle 1701 in the target handle maximum generation means 17. The target handle maximum generation means 17 calculates the target handle maximum angle θref based on the maximum steering angle δmax of the steered wheels 7a and 7b and the steered ratio GearRatio (ratio between the steering wheel angle and the steered wheel angle). .
θref = δmax / GearRatio (4)
[0021]
The following equation (5) is a calculation formula of the drive current 1901 of the reaction force control electric motor 801, and the feedback control amounts of the reaction force torque control means 16 and the handle angle control means 18 are respectively multiplied by weighting factors, The drive current T_Iref to the reaction force control electric motor 801 is determined.
T_Iref = W1 × {(Tref−Tact) × K1}
+ W2 × {(θref−θact) × K2} (5)
In equation (5), Tref represents the target reaction torque 1501 and Tact represents the reaction torque 1001 detected by the reaction torque detector 10. Θref represents the target handle maximum angle 1701, and θact represents the handle angle 1201 detected by the handle angle detecting means 12.
[0022]
In FIG. 4, the upper part of the drawing shows the relationship of the drive current 1901 from approaching the maximum rudder angle to moving away, and the lower part of the drawing shows the change of the weighting factor corresponding to the time of the upper part.
When the steering wheel 1 is increased and the steered wheel angle 1101 approaches the maximum steering angle, the transition starts at time t1.
As the steering angle approaches the maximum steering angle, control of the steering wheel angle 1201 becomes necessary. Therefore, the weight coefficient W1 (solid line) of the reaction force torque control means 16 is decreased, and the reaction force calculated to control the reaction force torque 1001 is reduced. The value (solid line) of the drive current to the electric motor 801 for force control is reduced. On the other hand, the weighting factor W2 (broken line) of the steering wheel angle control means 18 is increased, and the value of the driving current (broken line) calculated for controlling the steering wheel angle 1201 is increased. In this way, the ratio of the control values is gradually switched.
[0023]
Since the handle angle 1201 is the maximum angle from time t2 to t3, the reaction force control electric motor is controlled by the control value 1801 from the handle angle control means 18 in order to restrict the handle angle 1201 to the maximum angle as it is. 801 is driven.
When the handle 1 is turned back from time t3 to t4, the regulation of the handle angle 1201 becomes unnecessary, so the weight coefficient W2 of the handle angle control means 18 is reduced and the driving calculated for the handle angle control is performed. Decrease the current value. On the other hand, since the reaction force torque 1001 needs to be controlled, the weight coefficient W1 of the reaction force torque control means 16 is increased, and the value of the drive current calculated for controlling the reaction force torque 1001 is increased. In this way, the ratio of the control values is gradually switched.
[0024]
As described above, when the handle 1 is increased and the rotation angle 1201 of the handle 1 needs to be controlled, the weighting coefficient is changed based on the angle detected by the handle angle detecting means 12 or the steering wheel angle detecting means 11. When the handle 1 is turned back and the reaction force torque 1001 needs to be controlled, the weighting coefficient is changed based on the reaction force torque (steering torque of the handle 1) detected by the reaction force torque detecting means 10. , Control can be transferred appropriately.
Further, by gradually increasing or decreasing the weight coefficient 23 of the reaction force torque control means 16 and the weight coefficient 24 of the handle angle control means 18, the control value 1601 from the reaction force torque control means 16 and the handle angle control means 18 The control value 1801 can be switched smoothly.
[0025]
The target steering wheel maximum angle generating means 17 calculates an angular velocity ratio between the steering wheel angular velocity and the steering wheel angular velocity (steering angular velocity), and the calculated angular velocity ratio. Rate and The target handle maximum angle 1701 may be calculated based on the maximum steering angle of the steered wheels 7a and 7b.
In the first embodiment, the mechanism configuration is shown in FIG. 1, but is not limited to this configuration, and is a vehicle steering apparatus in which the steering wheel 1 and the steered wheels 7 a and 7 b can operate independently. I just need it.
As described above, by switching between the control by the reaction force torque control means 16 and the control by the steering wheel angle control means 18, an appropriate steering reaction force can be given according to the state of the steered wheels 7a and 7b. Thus, the angle of the handle 1 can be appropriately restricted without providing a mechanism for restricting the rotation of the handle 1.
Further, by calculating the maximum angle of the steering wheel 1 based on the steering ratio 22 and the maximum steering angle of the steered wheels 7a and 7b, the target steering wheel maximum angle 1701 corresponding to the steering ratio 22 can be calculated. The relationship between the maximum steering angle of the steered wheels 7a and 7b and the maximum angle of the steering wheel 1 can be maintained.
[0026]
Further, the reaction force torque control means 16 is multiplied by a weighting coefficient by multiplying the reaction force torque control value 1601 output from the reaction force torque control means 16 and the handle angle control value 1801 output from the handle angle control means 18. It is possible to smoothly switch between the control by the control and the control by the steering wheel angle control means 18 without causing the driver to feel uncomfortable.
Further, the factors of increase / decrease in the weight coefficient are detected by the steering wheel angle 1101 detected by the steering wheel angle detection means 11 or the steering wheel angle 1201 detected by the steering wheel angle detection means 12 and the reaction force torque detection means 10. By using the reaction force torque 1001, the control by the reaction force torque control means 16 and the control by the handle angle control means 18 can be appropriately switched.
The factors for increasing and decreasing the weighting factor are the steering wheel angle 1101 or the handle angle 1201 and the reaction force torque 1001. When the handle 1 is increased, the reaction force torque control is changed to the handle angle control. Since the control is switched from the control to the reaction force torque control, the control by the reaction force torque control means 16 and the control by the handle angle control means 18 can be appropriately switched.
[0027]
Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, the target steering wheel maximum angle 1701 is calculated based on the maximum steering angle of the steering wheel angle, but the target steering wheel maximum angle 1701 is calculated based on the steering wheel angle 1101 obtained every predetermined time. May be.
FIG. 5 is a block diagram showing a vehicle steering apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
In FIG. 5, the same reference numerals as those described above (see FIG. 1) are given the same reference numerals or “A” after the reference numerals. Further, detailed description of the components having the same reference numerals is omitted.
In FIG. 5, the target handle maximum angle generating means 17A calculates a target value 1701 of the handle angle so that the handle 1 is regulated by the maximum steering angle of the steered wheels 7a and 7b. Target handle maximum angle 1701 is steered

ratio

22 and the steering wheel angle 1101 detected by the steering wheel angle detection means 11.
[0028]
The steering wheel angle control means 18 calculates a control value that matches the target steering wheel maximum angle 1701 calculated based on the steering wheel angle 1101, and the target steering wheel maximum angle 1701 also varies according to the steering wheel angle 1101. Therefore, a control value 1801 that regulates the angle of the handle 1 according to the state of the steered wheels 7a and 7b is output. Note that when the steering wheel angle 1101 is the maximum steering angle, the maximum steering wheel angle is calculated, so that the reaction torque 1001 is generated so as to restrict the steering wheel angle 1201 to the maximum angle.
[0029]
Next, the operations of the reaction force torque control means 16, the target handle maximum angle generation means 17A, the handle angle control means 18 and the control switching means 19 will be described with reference to FIG.
FIG. 6 is a circuit diagram showing an operation according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 6, the same components as those described above (see FIG. 2) are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
In FIG. 6, the target steering wheel maximum angle generation unit 17 </ b> A inputs the steering wheel angle 1101 detected by the steering wheel angle detection unit 11 every predetermined time, and based on the steering wheel angle 1101 and the steering ratio 22. A steering wheel angle corresponding to the steering wheel angle 1101 is calculated and output as the target steering wheel maximum angle 1701.
[0030]
The handle angle control means 18 calculates and outputs a deviation 1802 between the handle angle 1201 detected by the handle angle detection means 12 and the target handle maximum angle 1701. Further, a value 1801 obtained by multiplying the deviation by a coefficient K2 that follows the target handle maximum angle 1701 is output.
The control switching means 19 multiplies the reaction force torque control value 1601 output from the reaction force torque control means 16 by a weighting coefficient 23 (2301).
Further, the handle angle control value 1801 output from the handle angle control means 18 is multiplied by a weighting factor 24 (2401).
The weighting coefficient is determined by the reaction force torque 1001 detected by the reaction force torque detecting means 10 and the deviation between the target handle maximum angle 1701 and the handle angle 1201 calculated by the handle angle control means 18. The
By changing this weighting factor, the control by the reaction force torque control means 16 and the control by the handle angle control means 18 are gradually switched while driving the electric motor 801 for reaction force control.
[0031]
Next, the weighting coefficient W1 of the reaction force torque control means 16 and the weighting coefficient W2 of the handle angle control means 18 will be described with reference to FIG.
In FIG. 7, the weighting factor W1 of the reaction force torque control unit 16 indicated by the solid line and the weighting factor W2 of the handle angle control unit 18 indicated by the broken line are the target handle maximum angle 1701 and the handle angle 1201 detected by the handle angle detection unit 12. And two values of the reaction force torque 1101 (steering torque) detected by the reaction force torque detection means 16 are used as elements.
FIG. 7A shows the transition from the control by the reaction force torque control means 16 to the control by the handle angle control means 18, and the transition is made by a weighting factor depending on the deviation.
In FIG. 7A, when the deviation between the target handle maximum angle 1701 and the handle angle 1201 detected by the handle angle detecting means 12 becomes larger than a predetermined value (for example, 0 [deg]), the reaction force torque control indicated by the solid line is performed. The weight coefficient W1 of the means 16 is decreased, and the weight coefficient W2 of the handle angle control means 18 indicated by a broken line is increased.
Therefore, when the handle 1 is gradually increased and the deviation between the target handle maximum angle 1701 and the actual handle angle 1201 exceeds a predetermined value, the handle angle is changed from the control by the reaction force torque control means 16 by changing the weighting factor. Switching to control by the control means 18 is performed.
[0032]
FIG. 7B shows the transition from the control by the steering wheel angle control means 16 to the control by the reaction force torque control means 18, and the transition is made by a weighting factor depending on the steering torque. As the steering torque decreases, the weighting coefficient W2 of the steering wheel angle control means 18 indicated by a broken line is reduced, and the weighting coefficient of the reaction force torque control means 16 indicated by a solid line is increased.
Therefore, the control switching means 19 changes the weighting coefficient in accordance with the decrease in the steering torque when the handle 1 is turned back, so that the control value for the reaction force control electric motor 801 is changed from the handle angle control value 1801 to the reaction force torque. Switch to the control value 1601.
[0033]
Here, a calculation formula of the drive current 1901 to the reaction force control electric motor 801 will be described.
The following formula (6) shows a calculation method of the target handle maximum angle 1701. Based on the steering wheel angle 1101 detected by the steering wheel angle detection means 11 and the steering ratio 22, a target steering wheel maximum angle 1701 is calculated.
θref = δf / GearRatio (6)
In equation (6), θref is the target steering wheel maximum angle 1701, δf is the steering wheel angle 1101 detected by the steering wheel angle detection means 11, and GearRatio is the steering ratio (the steering wheel angle and the steering wheel). (Ratio to corner) 22 is shown.
[0034]
The following formula (7) shows a calculation formula of the drive current 1901 to the electric motor 801 for reaction force control.
Formula (7) determines the drive current of the reaction force control electric motor 801 by multiplying the feedback control amounts of the reaction force torque control means 16 and the handle angle control means 18 by weighting factors, respectively.

[0035]
The reaction force control electric motor 801 is driven by the drive current calculated by the equation (7), and the weight coefficient is changed as shown in FIG. The force torque control value 1601 and the handle angle control value 1801 output from the handle angle control means 18 are switched. Note that the control by the reaction torque control means 16 and the control by the steering wheel angle control means 18 can be smoothly switched by gradually switching the weighting coefficient according to the deviation and the steering torque (reaction torque).
In the second embodiment, the mechanism configuration is shown in FIG. 5, but is not limited to this configuration, and is a vehicle steering apparatus in which the steering wheel 1 and the steered wheels 7 a and 7 b can operate independently. I just need it.
As described above, the target handle maximum angle 1701 corresponding to the steering wheel angle 1101 can be calculated by calculating the maximum angle of the handle 1 based on the steering ratio 22 and the steering wheel angle 1101.
[0036]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the steering ratio 22 and the maximum steering angle of the steered wheels 7a and 7b, feedback control is performed based on the deviation between the target handle maximum angle 1701 calculated from the actual handle angle 1201, and the state of the steered wheels 7a and 7b. Accordingly, an appropriate steering reaction force can be applied to the vehicle, and a vehicle steering apparatus that can appropriately regulate the angle of the handle 1 without mechanically restricting the rotation of the handle 1 can be obtained. There is an effect.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a vehicle steering apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing an operation according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a relationship diagram showing weighting factors at the time of rounding up and switching back according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a relationship diagram showing a drive current and a weighting factor at the time of switching according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a configuration diagram showing a vehicle steering apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a circuit diagram showing an operation according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a relational diagram showing weighting factors at the time of rounding up and switching back according to Embodiment 2 of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Steering wheel, 5 Steering wheel steering mechanism, 6a, 6b Knuckle arm, 7a, 7b Steering wheel, 8 Reaction force generating means, 9 Steering mechanism driving means, 10 Reaction force torque detecting means, 11 Steering wheel angle detecting means, 12 steering wheel angle detection means, 13 target steering wheel angle generation means, 14 steering wheel angle control means, 15 target reaction force torque generation means, 16 reaction force torque control means, 17 target handle maximum angle generation means, 18 handle angle control Means, 19 Control switching means, 21 Vehicle status signal, 22 Steering ratio, 501 Rack and pinion mechanism, 502 Worm gear, 801 Electric motor for reaction force control, 802 Worm wheel, 901 Electric motor for steering wheel angle control, 902 Worm Wheel, 1001 Reaction torque, 1101 Steering wheel angle, 1201 Steering wheel angle, 1301 Target steering wheel angle, 1401 Control value (drive power ), 1501 target reaction torque, 1601 reaction force torque control value, 1701 target wheel maximum angle, 1801 steering wheel angle control value, 1901 drive current.

Claims

A steering member for steering the vehicle;
Steering angle detecting means for detecting a steering angle of the steering member;
Steering wheel steering means for steering the steering wheel of the vehicle;
Steering wheel angle detection means for detecting a steering angle of the steering wheel;
Target steered wheel angle generating means for calculating a wheel steering angle target value for the wheel steering angle based on the steering angle and the state of the vehicle;
Steering wheel angle control means for controlling the steering wheel steering means so that the wheel steering angle matches the wheel steering angle target value;
Reaction force generating means for applying a steering reaction force to the steering member with respect to the steering force of the steering member;
Reaction force torque detecting means for detecting a reaction force torque according to the steering reaction force;
Target steering reaction force torque generating means for calculating a steering reaction force torque target value for steering the vehicle based on the steering angle and the state of the vehicle;
A steering reaction force torque control means for calculating a steering reaction force control value for making the reaction torque equal to the steering reaction force torque target value;
Target maximum steering angle generating means for calculating a target maximum steering angle of the steering member based on a wheel steering angle of the steering wheel;
Steering angle control means for feeding back the output of the steering angle detection means and calculating a steering angle restriction reaction force control value to regulate the steering angle at the target maximum steering angle;
Control switching means for switching control amounts of the steering reaction force control value and the steering angle restriction reaction force control value,
The vehicle steering apparatus according to claim 1, wherein the reaction force generating means applies the steering reaction force based on an output value of the control switching means.

The target maximum steering angle generation means calculates the target maximum steering angle based on an angle ratio between the wheel steering angle and the steering angle and a preset maximum wheel steering angle of the steered wheels. The vehicle steering apparatus according to claim 1.

The target maximum steering angle generating means, said calculated angular velocity ratio of the steering wheel of the steering wheel angular velocity and the steering angular velocity of said steering member, on the basis with the angular velocity ratios to said maximum wheel steering angle, the target The vehicle steering apparatus according to claim 1 , wherein a maximum steering angle is calculated.

2. The target maximum steering angle generation unit calculates the target maximum steering angle based on an angle ratio between the wheel steering angle and the steering angle and the wheel steering angle. Vehicle steering system.

The control switching unit weights the steering holding reaction force control value and the steering angle restriction reaction force control value, respectively, and weights the steering holding reaction force control value and the steering angle restriction reaction force control value. The vehicle steering apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein an addition value with the weighted value is output.

The control switching means determines a weighting value for the steering reaction force control value and the steering angle restriction reaction force control value based on the wheel steering angle, the steering angle, and the reaction force torque. The vehicle steering apparatus according to claim 5.

When the steering angle approaches the target maximum steering angle, the control switching unit determines a weighting value based on the wheel steering angle or the steering angle, and the steering angle moves away from the target maximum steering angle. The vehicle steering apparatus according to claim 6, wherein the weighting value is determined based on the reaction force torque.