JP3884844B2

JP3884844B2 - Vehicle steering system

Info

Publication number: JP3884844B2
Application number: JP31568597A
Authority: JP
Inventors: 裕西; 剛西森; 和重菅俣; 浩行川越
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1997-11-17
Filing date: 1997-11-17
Publication date: 2007-02-21
Anticipated expiration: 2017-11-17
Also published as: JPH11147478A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用操舵装置に関し、特に電動機により適正な操舵反力トルク及び外乱発生時に車両挙動を抑制する操舵トルクを発生可能なように構成された操舵装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
運転者の操舵力を軽減するための所謂パワーステアリング装置として、例えば特公昭５０−３３５８４号公報に記載されたような形式のものが知られている。これは、ステアリングホイールの操舵力を電動機の出力トルクにて補助するように構成されたものであり、ステアリングホイールに運転者が加える操舵トルクの検出信号の増幅度を、車速や道路状況などの検出信号に応じて変化させることによって補助電動機の出力トルクを増減し、常に最適な操舵トルクが得られるようにしたものである。
【０００３】
ところで、走行中に車両が強い横風を受けたり、轍路を走行したりすると目標走行ラインから外れる向きに車両が偏向してしまうことがある。また、雪道などタイヤと路面との摩擦係数(μ)が低い路面（以下低μ路と記す）での走行時や低速走行時には路面反力が減少する。
【０００４】
上記した従来のパワーステアリング装置の場合、運転者が操舵して初めて電動機が補助操舵トルクを発生するものであるため、走行中に横風を受けることによって車両が偏向しても、電動機は補助操舵トルクを発生しない。従って、車両の偏向を抑えるためには、運転者自身がステアリングホイールを操作しなければならないが、他方で上記パワーステアリング装置は一般的に車両の横加速度並びにヨーレイトが大きくなるほど大きな操舵力を必要とするようになっているため、外乱による車両の偏向の場合には、それが大きいほど、修正に要する操舵トルクが大きなものとなるなどの不都合があった。
【０００５】
そこで、例えば特開平５−１０５１００号公報には、ヨーレイト、横加速度などの車両挙動を検出し、その検出値に基づいて補助反力トルク値を決定し、この補助反力トルク値と操舵トルク等の検出値に基づいて決定された補助操舵トルク値とに基づいて上記電動機の駆動トルクを制御するものが提案されている。
【０００６】
この構造によれば、横風や轍路走行などの外乱が車両に作用した際の偏向抑制性能を高め、車両の走行安定性を向上することができ、雪道などの低μ路や低速走行時にもステアリング操作負荷が軽減される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記した補助操舵反力トルクは、操舵角速度をパラメータとするダンピングトルクと、ヨーレイトをパラメータとするヨーレイトトルクとを含んでいるが、例えばヨーレイトは低速走行時と高速走行時とでその周波数応答特性が異なる。特に高速走行時の比較的高周波領域でゲインにヨー共振によるピークが現出する。すると、従来の上記したような構造の操舵装置にあっては、入力されるヨーレイトと出力されるヨーレイトトルクとが１対１の対応となっていることから、上記ピークの近傍でヨーレイトトルクが大きくなり、その周波数領域の操舵入力に対して影響を与え、不自然にハンドルが重くなるなどの違和感を与えることが考えられる。特に、外乱時の車両挙動抑制効果を高めるべく、全操舵トルクに対する補助操舵反力トルクの割合α（＝補助操舵反力トルク／（補助操舵反力トルク＋セルフアライニングトルク）＝（補助操舵反力トルク／全操舵トルク））を大きくした場合に、上記問題が顕著になる。
一方では、走行時、手放し、または軽保舵状態の場合には上記全操舵トルクに対する補助操舵反力トルクの割合αを大きくして上記外乱による車両挙動の抑制効果を高くすると良い。
【０００８】
本発明は、このような従来技術の不都合を改善するべく案出されたものであり、その主な目的は、外乱作用時の偏向抑制性能、特に手放しまたは軽保舵状態での外乱作用時の偏向抑制性能を高め、かつ通常旋回時の操舵力を適切に設定することができ、しかも通常走行時、特に高速走行時の操舵違和感が発生することのない車両用操舵装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、本発明によれば、車両の操向車輪を手動により転舵するための手動操舵手段と、該手動操舵手段に加えられた操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、該操舵トルク検出手段の検出値に基づいて補助操舵トルクを決定する補助操舵トルク決定手段と、前記車両の挙動を検出する車両挙動検出手段と、前記車両挙動検出手段によって検出された検出値に基づいて補助反力トルクを決定する補助反力トルク決定手段と、前記操向車輪に補助トルクを加えるための電動機と、前記補助操舵トルク決定手段により決定された補助操舵トルク値に前記補助反力トルク決定手段により決定された補助反力トルク値を加えた補助トルク値をもって前記電動機を制御する制御手段とを有する車両用操舵装置に於いて、運転者の操舵状態を検出する手段を有し、前記補助反力トルク決定手段は、全操舵トルクに対する割合αが相対的に小さな第１の補助反力トルク値と、全操舵トルクに対する割合αが相対的に大きな第２の補助反力トルク値とを出力し得るようになっており、前記制御手段は、検出された運転者の操舵状態に応じて前記第１及び第２の補助反力トルク値のいずれか一方を、または前記操舵状態に応じて前記第１及び第２の補助反力トルク値を合成した値を用いるようになっていることを特徴とする車両用操舵装置を提供することによって達成される。
【００１０】
このように、手放しまたは軽保舵状態では、全操舵トルクに対する補助操舵反力トルクの割合αを高くして外乱作用時の偏向抑制性能を高め、それ以外の特に高速走行時にはαを低くして例えばヨーレイトの周波数応答特性のヨー共振等によるピークによる影響を小さくすることで、操舵周波数の全域に亘り平坦な周波数応答特性となり、共振点近傍の補助操舵反力トルクの変化による操舵違和感を軽減できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施形態について添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図１に、本発明が適用された車両用操舵装置の概略構成を示す。この装置は、ステアリングホイール１に一体結合されたステアリングシャフト２に自在継手を有する連結軸３を介して連結されたピニオン４と、ピニオン４に噛合して車幅方向に往復動し得ると共にタイロッド５を介して操向車輪としての左右の前輪６のナックルアームにその両端が連結されたラック軸８とを有するラック・アンド・ピニオン機構からなる手動操舵力発生手段を有している。また、ラック・アンド・ピニオン機構を介しての手動操舵力を軽減するための補助操舵力を発生するべく、電動パワーステアリング装置を構成する電動機９がラック軸８の中間部に同軸的に配設されている。
【００１３】
ラック・アンド・ピニオン機構のピニオン４の近傍にはステアリングホイール１の回転角から操舵角速度を検出するための操舵角速度センサ１１と、ピニオン４に作用する手動操舵トルクを検出するためのトルクセンサ１２とが設けられている。また、ヨーレイト（ヨーイング角速度）に対応した信号、つまり車両の挙動変化の検出値を出力するためのヨーレイトセンサ１５と、車両の走行速度に対応した信号を出力するための車速センサ１６とが設けられ、これら各センサは、その検出値に基づいて電動機９の出力を制御するための操舵制御ユニット１７に接続されている。
【００１４】
図２に示されるように、上記した操舵制御ユニット１７内には、電動パワーステアリング装置としての補助操舵トルクを演算するための補助操舵トルク決定手段１７ａと、補助反力トルクを演算するための補助反力トルク決定手段１７ｂとが設けられている。補助操舵トルク決定手段１７ａには、操舵角速度センサ１１・トルクセンサ１２・車速センサ１６の各検出信号が入力しており、それらの各検出信号に応じて通常のアシスト制御を行う補助操舵トルクが決定される。
【００１５】
補助反力トルク決定手段１７ｂには、車両挙動検出手段を構成する操舵角速度センサ１１・ヨーレイトセンサ１５・車速センサ１６の各検出信号が入力するようになっており、それらの各信号から後記するアルゴリズムによって目標補助反力トルクを求めるようになっている。また、補助反力トルク決定手段１７ｂは運転者の操舵状態を判別するための操舵状態判別手段１８が接続され、上記各センサ１５、１６からの各信号出力に基づいて後記するアルゴリズムによって運転者がステアリングホイールを保持して保舵または操舵しているか、殆ど手放しの状態であるかを推定（検出）するようになっている。
【００１６】
操舵制御ユニット１７内には、補助操舵トルク決定手段１７ａと補助反力決定手段１７ｂとから出力される各トルク値に応じて電動機９に対する目標電流を設定する目標電流決定手段１７ｃと、その目標電流に応じて電動機９に流す電流を制御する出力電流制御手段１７ｄとが設けられている。そして、出力電流制御手段１７ｄからの電流制御信号が、操舵制御ユニット１７と電動機９との間に設けられた駆動回路１９に入力され、該駆動回路１９は電動機９を例えばＰＷＭ制御によって駆動するようになっていると共に駆動回路１９と出力電流制御手段１７ｄとの間で出力電流のフィードバック制御が行われるようになっている。
【００１７】
操舵制御ユニット１７内の補助反力トルク決定手段１７ｂに於いては、図３のフローチャートに示す処理が所定の周期で繰り返し実行される。先ず、ステップ１に於いて各センサの信号出力を読込み、ステップ２に於て目標操舵反力トルク値ＴＡを決定し、続いてステップ３に於いて目標操舵反力トルク値ＴＡにリミッタをかけ、ステップ４に於いて補助操舵トルク決定手段１７ａからの出力信号にこの制御信号を加算する。
【００１８】
この処理を図４〜図１０を併せて参照して更に詳しく説明する。先ず上記ステップ１に於いては、図４のフローチャートに示すように、車速Ｖ（ステップ１１）、ハンドル角速度ω（ステップ１２）、ヨーレイトγ(ステップ１３）をそれぞれ読込む処理が行われる。
【００１９】
次に上記ステップ２に於いては、図５のフローチャートに示すように、まず、図７（ａ）に示すような操舵角速度ωをアドレスとし、車速Ｖごとに異なる特性に設定されているデータテーブルから補助反力トルク値Ｔ1（ダンピングトルク成分）を求める（ステップ２１）。
【００２０】
次に、ステップ２２にて実ヨーレイトγをアドレスとし、車速Ｖごとに異なる特性に設定されている２種類のデータテーブル（図７（ｂ）、図７（ｃ））から、車両挙動の変化に対応した補助反力トルクの１つであるヨーレイトトルク成分としての補助反力トルク値Ｔ2（第１の補助反力トルク値）及びＴ2’（第２の補助反力トルク値）を求める。ここで、図７（ｂ）のデータテーブルに比較して図７（ｃ）のデータテーブルはその係数の傾きが急になっている。従って、Ｔ2’はＴ2に比較して大きくなり、セルフアライニングトルクを含む全操舵トルクＴに対する補助操舵反力トルクＴＡの割合αがＴ2を補助反力トルクのヨーレイトトルク成分として採用した場合よりもＴ2’を採用した場合の方が大きくなる。
【００２１】
次に操舵状態判別手段１８にて運転者の操舵状態を判別する（ステップ２３、２４）。
【００２２】
上記ステップ２３の処理を更に詳しく説明する。ここでは下式に基づき運転者の操舵状態を検出する。
【００２３】
ステアリングホイール回りの運動方程式は、
【００２４】
【数１】

【００２５】
この式全体を時間積分すると、
【００２６】
【数２】

【００２７】
これを変形して、
【００２８】
【数３】

【００２９】
ここで、ＴS（ｋｇ・ｃｍ）はトルクセンサ値、ＴH（ｋｇ・ｃｍ）は保舵または操舵トルク、ω（ｄｅｇ・ｓｅｃ）は操舵角速度、ＪH（ｋｇ・ｍ）はステアリングホイールのイナーシャである。
【００３０】
上記ＴSとωとの実測値が得られることからＴHが求められる。即ち、（３）式の左辺の演算結果が０であれば運転者がステアリングホイールを殆ど手放ししている状態であり、０でなければ運転者がステアリングホイールを保舵または操舵していると判断する。
【００３１】
実際には、（３）式の計算を時刻ｔ＝０から時刻ｔ＝Ｘまでについて行う。
【００３２】
【数４】

【００３３】
ただし、ωXは時刻Ｘに於ける操舵角速度である。
【００３４】
このとき、時刻ｔ＝０からの積分はオフセットの影響を受けることから、（４）式の第１項を時刻ｔ＝Ｘ−Ｎで２分して、
【００３５】
【数５】

【００３６】
とし、更に（５）式の第１項を時刻ｔ＝Ｘ−Ｎに於ける操舵角速度ωX-Nに置き換えて、
【００３７】
【数６】

【００３８】
とすることで、時刻ｔ＝Ｘ−Ｎから時刻ｔ＝Ｘまでの積分を行うことでＴHが求められる。
【００３９】
上記ステップ２３で求めたＴHが０か否かで運転者がステアリングホイールを保舵または操舵しているか、または殆ど手放ししているかをステップ２４で判別する。そして、実ヨーレートγの入力に対して操舵力が低い（軽保舵時）か、または発生していない（手放し時）と判別した場合、上記ステップ２２で求めたＴ2’を補助反力トルク値Ｔ2としてその後の処理に用いる（ステップ２５）。また、運転者が補舵または操舵していると判別した場合、上記ステップ２２で求めたＴ2をそのままその後の処理に用いる（ステップ２６）。
【００４０】
そして、各補助操舵反力トルク値Ｔ1・Ｔ2を加算して補助反力トルク値ＴＡを求める（ステップ２７）。
【００４１】
次に、必要以上の補助反力トルクを排除するために目標操舵反力値ＴＡが最大値（Ｔｍａｘ）を超えているか否かを判断し、目標操舵反力値ＴＡが最大値を超えている場合は目標操舵反力値ＴＡを上記Ｔｍａｘとし、また、目標操舵反力値ＴＡが最大値（Ｔｍａｘ）を超えていない場合には、同様に目標操舵反力値ＴＡが負の最大値（−Ｔｍａｘ）を超えているか否か判断し、目標操舵反力値ＴＡが負の最大値を超えている場合には目標操舵反力値ＴＡを上記−Ｔｍａｘ値とするリミッタ処理（ステップ２８）を行い、目標補助反力トルク決定値ＴＡを決定する。
【００４２】
上記ステップ２の制御ブロック図は図６に示すとおりで、ステップ２１〜２８は図６の各ブロックに対応する。
【００４３】
このようにして決定された目標補助反力トルク決定値ＴＡは、別に求めた目標補助操舵トルク決定値と加算されて目標電流決定手段１７ｃにて目標電流値に変換され、出力される。
【００４４】
上記処理を行うことで、図８に示すように、前進時、横風を受けて車両２０が走行ライン２１から外れるようになった際には、このときの車両２０のヨーレイトγを検出し、これらヨーレイトγを打ち消す方向に、即ち、その時の車両２０の偏向を走行ライン２１に戻す向きに電動機９が駆動され、外乱に対して車両２０を常に直進走行させるように前輪６が自動的に操舵され、不整挙動を安定化させることができたり、轍のある路面、あるいは水溜まりのある路面を走行する場合にも、車両２０を直進させるように自動的に軌道修正が行われるなどの効果が得られる。
【００４５】
図９は、上記実施形態の変形例を示す図６と同様な図であり、上記実施形態と同様な部分には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。本例では、図５のステップ２４に相当するステップ２４’にて運転者の操舵または保舵力の程度ｙを０（操舵または保舵）〜１（手放し）の間で求め、ステップ２５’で
ｙ・Ｔ2’＋（１−ｙ）・Ｔ2
を補助操舵反力トルクＴ2としてその後の処理に用いる（ステップ２６は削除）。
【００４６】
即ち、操舵または保舵の程度が大きければ、補助操舵反力トルクＴ2を小さく（αを小さく）し、高速時等の操舵違和感を軽減し、操舵または保舵の程度が小さくなる程、その程度に応じて補助操舵反力トルクＴ2を大きく（αを大きく）し、外乱抑制効果を高くするようにしている。
その対応する部分を破線で囲んでステップ２４’、２５’として図９に記した。それ以外の構成、作用・効果は上記実施形態と同様である。
【００４７】
尚、上記構成ではヨーレイトセンサをもって車両挙動検出手段としたが、これに代えて、またはこれに加えて横加速度センサ用いても同様の作用・効果が得られる。
【００４８】
【発明の効果】
このように本発明による車両用操舵装置によれば、運転者の操舵状態、即ち運転者がどの程度保舵または操舵しているかに応じて、全操舵トルクに対する補助操舵反力トルクの割合αが変わるように、補助操舵反力トルクの大きさを切り替える、または徐々に変化させることで、例えばヨーレートの周波数応答特性のヨー共振によるピークの影響を小さくすることができ、共振点近傍の補助操舵反力トルクの変化による操舵違和感が軽減でき、通常運転時の操舵感を犠牲にすることなく走行時の速度全域に亘り適正な操舵力及び外乱時の車両挙動抑制力を高いレベルで両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された車両用操舵装置を模式的に示す全体構成図。
【図２】同操舵装置の制御系の回路ブロック図。
【図３】同操舵装置の制御処理を示すフローチャート。
【図４】同操舵装置の制御処理を示すフローチャート。
【図５】同操舵装置の制御処理を示すフローチャート。
【図６】同操舵装置の制御系の回路ブロック図及び同制御処理に用いられるデータテーブル。
【図７】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は共に同制御処理に用いられるデータテーブルの拡大図。
【図８】直進走行時に横風を受けた場合の車両の動きを示す模式図。
【図９】本発明が適用された別の車両用操舵装置の制御系の回路ブロック図及び同制御処理に用いられるデータテーブルを示す図６と同様な図。
【符号の説明】
１ステアリングホイール
２ステアリングシャフト
３連結軸
４ピニオン
５タイロッド
６前輪
８ラック軸
９電動機
１１操舵角速度センサ
１２トルクセンサ
１５ヨーレイトセンサ
１６車速センサ
１７操舵制御ユニット
１７ａ補助操舵トルク決定手段
１７ｂ補助反力決定手段
１７ｃ目標電流決定手段
１７ｄ出力電流制御手段
１８操舵状態判別手段
１９駆動回路
２０車両
２１直進走行ライン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vehicle steering device, and more particularly to a steering device configured to be able to generate an appropriate steering reaction torque and a steering torque that suppresses vehicle behavior when a disturbance is generated by an electric motor.
[0002]
[Prior art]
As a so-called power steering device for reducing the driver's steering force, for example, a device of the type described in Japanese Patent Publication No. 50-33584 is known. This is designed to assist the steering force of the steering wheel with the output torque of the electric motor, and detect the amplification of the detection signal of the steering torque applied by the driver to the steering wheel, such as the vehicle speed and road conditions. By changing in accordance with the signal, the output torque of the auxiliary motor is increased or decreased so that the optimum steering torque is always obtained.
[0003]
By the way, if the vehicle receives a strong crosswind or travels along a narrow road while traveling, the vehicle may be deflected in a direction away from the target travel line. Further, the road surface reaction force decreases when traveling on a road surface with a low friction coefficient (μ) between the tire and the road surface such as a snowy road (hereinafter referred to as a low μ road) or when traveling at a low speed.
[0004]
In the case of the above-described conventional power steering device, since the electric motor generates auxiliary steering torque only after the driver steers, even if the vehicle is deflected by receiving a crosswind during driving, the electric motor does not generate auxiliary steering torque. Does not occur. Therefore, in order to suppress the deflection of the vehicle, the driver himself has to operate the steering wheel. On the other hand, the power steering device generally requires a larger steering force as the lateral acceleration and yaw rate of the vehicle increase. Therefore, in the case of the deflection of the vehicle due to disturbance, there is a disadvantage that the larger the value is, the larger the steering torque required for correction becomes.
[0005]
Therefore, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 5-105100, vehicle behavior such as yaw rate and lateral acceleration is detected, an auxiliary reaction force torque value is determined based on the detected value, and the auxiliary reaction force torque value and steering torque are determined. There has been proposed one that controls the driving torque of the electric motor based on the auxiliary steering torque value determined based on the detected value.
[0006]
According to this structure, it is possible to improve the deflection suppression performance when disturbances such as crosswinds and rutted roads are applied to the vehicle, and improve the running stability of the vehicle. Even the steering operation load is reduced.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the auxiliary steering reaction torque described above includes a damping torque with the steering angular velocity as a parameter and a yaw rate torque with the yaw rate as a parameter. For example, the yaw rate has a frequency response at low speed and high speed. The characteristics are different. In particular, a peak due to yaw resonance appears in the gain in a relatively high frequency region during high-speed traveling. Then, in the conventional steering apparatus having the above-described structure, since the input yaw rate and the output yaw rate torque have a one-to-one correspondence, the yaw rate torque is large in the vicinity of the peak. Therefore, it is conceivable that the steering input in the frequency range is affected, and that the vehicle feels unnatural, such as an unnaturally heavy steering wheel. In particular, the ratio α of the auxiliary steering reaction torque to the total steering torque α (= auxiliary steering reaction torque / (auxiliary steering reaction torque + self aligning torque) = (auxiliary steering reaction torque) in order to enhance the vehicle behavior suppression effect during disturbance. When the force torque / total steering torque)) is increased, the above problem becomes significant.
On the other hand, it is preferable to increase the ratio α of the auxiliary steering reaction force torque with respect to the total steering torque to increase the vehicle behavior suppression effect due to the disturbance when the vehicle is running, released by hand, or in the light steering state.
[0008]
The present invention has been devised to improve such disadvantages of the prior art, and its main purpose is to suppress deflection during a disturbance action, particularly during a disturbance action in a hand-held or light steering state. An object of the present invention is to provide a vehicle steering apparatus that can improve the deflection suppression performance, can appropriately set the steering force during normal turning, and does not cause a sense of incongruity during normal driving, particularly during high-speed driving. .
[0009]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, such an object is to provide a manual steering means for manually steering a steering wheel of a vehicle, a steering torque detecting means for detecting a steering torque applied to the manual steering means, An auxiliary steering torque determining unit that determines an auxiliary steering torque based on a detection value of the steering torque detecting unit, a vehicle behavior detecting unit that detects the behavior of the vehicle, and a detection value detected by the vehicle behavior detecting unit Auxiliary reaction force torque determining means for determining auxiliary reaction force torque, an electric motor for applying auxiliary torque to the steering wheel, and the auxiliary reaction force torque determination to the auxiliary steering torque value determined by the auxiliary steering torque determining means In a vehicle steering apparatus having a control means for controlling the electric motor with an auxiliary torque value obtained by adding an auxiliary reaction force torque value determined by the means, the steering state of the driver The auxiliary reaction force torque determining means includes a first auxiliary reaction force torque value having a relatively small ratio α to the total steering torque and a second ratio α having a relatively large ratio α to the total steering torque. The auxiliary reaction force torque value can be output, and the control means outputs one of the first and second auxiliary reaction force torque values according to the detected steering state of the driver. Alternatively, the present invention is achieved by providing a vehicle steering apparatus characterized in that a value obtained by combining the first and second auxiliary reaction torque values according to the steering state is used.
[0010]
In this way, in the let-off or light steering state, the ratio α of the auxiliary steering reaction force torque to the total steering torque is increased to improve the deflection suppression performance at the time of disturbance action, and α is decreased at other high speed traveling in particular. For example, by reducing the influence of the peak due to yaw resonance etc. in the frequency response characteristic of the yaw rate, the frequency response characteristic becomes flat over the entire steering frequency, and the uncomfortable steering feeling due to the change in the auxiliary steering reaction torque near the resonance point can be reduced. .
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0012]
FIG. 1 shows a schematic configuration of a vehicle steering apparatus to which the present invention is applied. This device includes a pinion 4 coupled to a steering shaft 2 integrally coupled to a steering wheel 1 via a coupling shaft 3 having a universal joint, and can reciprocate in the vehicle width direction while meshing with the pinion 4 and a tie rod 5. Manual steering force generating means comprising a rack and pinion mechanism having rack shafts 8 connected at both ends to knuckle arms of left and right front wheels 6 as steering wheels. In addition, an electric motor 9 constituting an electric power steering device is coaxially disposed at an intermediate portion of the rack shaft 8 so as to generate an auxiliary steering force for reducing a manual steering force via the rack and pinion mechanism. Has been.
[0013]
Near the pinion 4 of the rack and pinion mechanism, there are a steering angular velocity sensor 11 for detecting the steering angular velocity from the rotation angle of the steering wheel 1, and a torque sensor 12 for detecting the manual steering torque acting on the pinion 4. Is provided. Further, a yaw rate sensor 15 for outputting a signal corresponding to the yaw rate (yaw angular velocity) , that is, a detected value of the behavior change of the vehicle, and a vehicle speed sensor 16 for outputting a signal corresponding to the traveling speed of the vehicle are provided. These sensors are connected to a steering control unit 17 for controlling the output of the electric motor 9 based on the detected value.
[0014]
As shown in FIG. 2, in the steering control unit 17 described above, auxiliary steering torque determining means 17a for calculating auxiliary steering torque as an electric power steering device and auxiliary for calculating auxiliary reaction force torque are provided. Reaction force torque determining means 17b is provided. The detection signals of the steering angular velocity sensor 11, the torque sensor 12, and the vehicle speed sensor 16 are input to the auxiliary steering torque determining means 17a, and the auxiliary steering torque for performing normal assist control is determined according to these detection signals. Is done.
[0015]
The auxiliary reaction force torque determining means 17b is inputted with detection signals of the steering angular velocity sensor 11, the yaw rate sensor 15 and the vehicle speed sensor 16 constituting the vehicle behavior detecting means, and an algorithm described later from these signals. Thus, the target auxiliary reaction torque is obtained. Further, the auxiliary reaction torque determining means 17b is connected to a steering state determining means 18 for determining the steering state of the driver, and the driver uses an algorithm to be described later on the basis of each signal output from each of the

sensors

15 and 16. It is estimated (detected) whether the steering wheel is held or steered while being held, or whether the steering wheel is almost released.
[0016]
In the steering control unit 17, target current determining means 17c for setting a target current for the motor 9 according to each torque value output from the auxiliary steering torque determining means 17a and the auxiliary reaction force determining means 17b, and the target current And an output current control means 17d for controlling the current flowing through the electric motor 9 according to the above. Then, a current control signal from the output current control means 17d is input to a drive circuit 19 provided between the steering control unit 17 and the electric motor 9, and the drive circuit 19 drives the electric motor 9 by, for example, PWM control. In addition, feedback control of output current is performed between the drive circuit 19 and the output current control means 17d.
[0017]
In the auxiliary reaction force torque determining means 17b in the steering control unit 17, the process shown in the flowchart of FIG. 3 is repeatedly executed at a predetermined cycle. First, the signal output of each sensor is read in step 1, the target steering reaction torque value TA is determined in step 2, and then the target steering reaction torque value TA is limited in step 3. In step 4, this control signal is added to the output signal from the auxiliary steering torque determining means 17a.
[0018]
This process will be described in more detail with reference to FIGS. First, in step 1, as shown in the flowchart of FIG. 4, processing for reading vehicle speed V (step 11), steering wheel angular velocity ω (step 12), and yaw rate γ (step 13) is performed.
[0019]
Next, in step 2, as shown in the flowchart of FIG. 5, first, a data table in which the steering angular velocity ω as shown in FIG. From this, the auxiliary reaction force torque value T1 (damping torque component) is obtained (step 21).
[0020]
Next, in step 22, the actual yaw rate γ is used as an address, and the vehicle behavior changes from the two types of data tables (FIGS. 7B and 7C) set to different characteristics for each vehicle speed V. An auxiliary reaction force torque value T2 (first auxiliary reaction force torque value) and T2 ′ ( second auxiliary reaction force torque value) as yaw rate torque components which are one of the corresponding auxiliary reaction force torques are obtained . Here, the data table shown in FIG. 7 (c) as compared to the data table of FIG. 7 (b) the slope of the coefficient becomes steeper. Therefore, T2 ′ becomes larger than T2, and the ratio α of the auxiliary steering reaction torque TA to the total steering torque T including the self-aligning torque is larger than that when T2 is adopted as the yaw rate torque component of the auxiliary reaction torque. When T2 'is adopted, it becomes larger.
[0021]
Next, the steering state discriminating means 18 discriminates the steering state of the driver (steps 23 and 24).
[0022]
The process of step 23 will be described in more detail. Here, the steering state of the driver is detected based on the following equation.
[0023]
The equation of motion around the steering wheel is
[0024]
[Expression 1]

[0025]
If this whole equation is integrated over time,
[0026]
[Expression 2]

[0027]
Transform this,
[0028]
[Equation 3]

[0029]
Here, TS (kg · cm) is the torque sensor value, TH (kg · cm) is the steering or steering torque, ω (deg · sec) is the steering angular velocity, and JH (kg · m) is the inertia of the steering wheel. .
[0030]
TH is obtained from the actual measurement values of TS and ω. That is, if the calculation result on the left side of equation (3) is 0, the driver has almost released the steering wheel, and if it is not 0, it is determined that the driver is holding or steering the steering wheel. To do.
[0031]
Actually, the calculation of equation (3) is performed from time t = 0 to time t = X.
[0032]
[Expression 4]

[0033]
However, ωX is the steering angular velocity at time X.
[0034]
At this time, since the integration from time t = 0 is affected by the offset, the first term of equation (4) is divided into two at time t = X−N,
[0035]
[Equation 5]

[0036]
Further, the first term in the equation (5) is replaced with the steering angular velocity ωX-N at time t = X−N,
[0037]
[Formula 6]

[0038]
Thus, TH is obtained by performing integration from time t = X-N to time t = X.
[0039]
Whether or not the driver holds or steers the steering wheel is determined based on whether TH obtained in step 23 is 0 or not is determined in step 24. When it is determined that the steering force is low (light steering) or not generated (when letting go) with respect to the input of the actual yaw rate γ, T2 ′ obtained in step 22 is determined as the auxiliary reaction force torque value. T2 is used for subsequent processing (step 25). If it is determined that the driver is steering or steering, T2 obtained in step 22 is used as it is in the subsequent processing (step 26).
[0040]
Then, the auxiliary steering reaction torque values T1 and T2 are added to obtain the auxiliary reaction torque value TA (step 27).
[0041]
Next, it is determined whether or not the target steering reaction force value TA exceeds the maximum value (Tmax) in order to eliminate the auxiliary reaction force torque more than necessary, and the target steering reaction force value TA exceeds the maximum value. In this case, the target steering reaction force value TA is set to the above Tmax. If the target steering reaction force value TA does not exceed the maximum value (Tmax), the target steering reaction force value TA is similarly set to the negative maximum value (− Tmax) is exceeded. If the target steering reaction force value TA exceeds the negative maximum value, a limiter process (step 28) is performed to set the target steering reaction force value TA to the -Tmax value. Then, the target auxiliary reaction force torque determination value TA is determined.
[0042]
The control block diagram of step 2 is as shown in FIG. 6, and steps 21 to 28 correspond to the respective blocks in FIG.
[0043]
The target auxiliary reaction torque determination value TA determined in this way is added to the target auxiliary steering torque determination value obtained separately, converted into a target current value by the target current determination means 17c, and output.
[0044]
By performing the above processing, as shown in FIG. 8, when the vehicle 20 is separated from the travel line 21 due to the crosswind when traveling forward, the yaw rate γ of the vehicle 20 at this time is detected, and these The electric motor 9 is driven in a direction to cancel the yaw rate γ, that is, in a direction to return the deflection of the vehicle 20 at that time to the travel line 21, and the front wheels 6 are automatically steered so that the vehicle 20 always travels straight ahead against disturbance. In addition, it is possible to stabilize the irregular behavior, and even when traveling on a road surface with a trap or a puddle, an effect such as automatically correcting the trajectory so that the vehicle 20 moves straight is obtained. .
[0045]
FIG. 9 is a view similar to FIG. 6 showing a modification of the above-described embodiment. The same reference numerals are given to the same portions as in the above-described embodiment, and detailed description thereof is omitted. In this example, the degree y of the driver's steering or holding force is obtained between 0 (steering or holding) and 1 (hand-off) in step 24 ′ corresponding to step 24 in FIG. 5, and in step 25 ′. y ・ T2 '+ (1-y) ・ T2
Is used as the auxiliary steering reaction torque T2 for subsequent processing (step 26 is deleted).
[0046]
That is, if the degree of steering or holding is large, the auxiliary steering reaction torque T2 is reduced (α is reduced), the steering discomfort is reduced at high speeds, and the degree of steering or holding is reduced. Accordingly, the auxiliary steering reaction torque T2 is increased (α is increased) to increase the disturbance suppressing effect.
The corresponding portions are surrounded by a broken line and are shown in FIG. 9 as steps 24 ′ and 25 ′. Other configurations, operations and effects are the same as those in the above embodiment.
[0047]
In the above configuration, the vehicle behavior detecting means is a yaw rate sensor, but the same action and effect can be obtained by using a lateral acceleration sensor instead of or in addition to this.
[0048]
【The invention's effect】
As described above, according to the vehicle steering apparatus of the present invention, the ratio α of the auxiliary steering reaction force torque to the total steering torque is determined according to the steering state of the driver, that is, how much the driver holds or steers. By changing or gradually changing the magnitude of the auxiliary steering reaction torque so as to change, for example, the influence of the peak due to yaw resonance in the frequency response characteristics of the yaw rate can be reduced, and the auxiliary steering reaction torque near the resonance point can be reduced. It is possible to reduce the uncomfortable feeling of steering due to changes in force torque, and to achieve both high levels of appropriate steering force and vehicle behavior suppression force during disturbance over the entire speed range without sacrificing steering feeling during normal driving. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram schematically showing a vehicle steering apparatus to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a circuit block diagram of a control system of the steering device.
FIG. 3 is a flowchart showing a control process of the steering device.
FIG. 4 is a flowchart showing a control process of the steering device.
FIG. 5 is a flowchart showing a control process of the steering device.
FIG. 6 is a circuit block diagram of a control system of the steering apparatus and a data table used for the control processing.
FIGS. 7A, 7B, and 7C are enlarged views of a data table used for the control processing. FIG.
FIG. 8 is a schematic diagram showing movement of a vehicle when a crosswind is received during straight traveling.
9 is a circuit block diagram of a control system of another vehicle steering apparatus to which the present invention is applied and a diagram similar to FIG. 6 showing a data table used for the control processing.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Steering wheel 2 Steering shaft 3 Connecting shaft 4 Pinion 5 Tie rod 6 Front wheel 8 Rack shaft 9 Electric motor 11 Steering angular velocity sensor 12 Torque sensor 15 Yaw rate sensor 16 Vehicle speed sensor 17 Steering control unit 17a Auxiliary steering torque determination means 17b Auxiliary reaction force determination means 17c Target current determination means 17d Output current control means 18 Steering state determination means 19 Drive circuit 20 Vehicle 21 Straight traveling line

Claims

A manual steering means for manually steering the steered wheels of the vehicle, a steering torque detecting means for detecting a steering torque applied to the manual steering means, and an auxiliary steering based on a detected value of the steering torque detecting means Auxiliary steering torque determining means for determining torque, vehicle behavior detecting means for detecting the behavior of the vehicle, and auxiliary reaction force torque corresponding to a change in vehicle behavior based on a detection value detected by the vehicle behavior detecting means. Auxiliary reaction force torque determining means to determine, an electric motor for applying auxiliary torque to the steering wheel, and an auxiliary steering torque value determined by the auxiliary steering torque determining means determined by the auxiliary reaction force torque determining means In a vehicle steering apparatus having control means for controlling the electric motor with an auxiliary torque value obtained by adding an auxiliary reaction force torque value,
Means for detecting the steering state of the driver,
The auxiliary reaction force torque determining means includes a first auxiliary reaction force torque value having a relatively small ratio α to the total steering torque, and a second auxiliary reaction force torque value having a relatively large ratio α to the total steering torque. Can be output,
The control means may select one of the first and second auxiliary reaction torque values according to the detected steering state of the driver, or the first and second auxiliary reaction torques according to the steering state. A vehicle steering apparatus characterized in that a value obtained by combining force torque values is used.

The vehicle steering apparatus according to claim 1, wherein the vehicle behavior detected by the vehicle behavior detection means includes a yaw rate.