JP3969046B2

JP3969046B2 - Vehicle steering device

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Publication number: JP3969046B2
Application number: JP2001308458A
Authority: JP
Inventors: 良平葉山; 史郎中野; 勝利西崎; 友保嘉田; 雅也瀬川
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2001-10-04
Filing date: 2001-10-04
Publication date: 2007-08-29
Anticipated expiration: 2021-10-04
Also published as: JP2003112652A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操作部材の操作量と前輪の転舵量との比を車両の走行状態を表す変量に応じて変更可能な車両において、一方向への舵角増加後の舵角減少時における車両の他方向へのヨー運動である揺り戻しを防止するための車両の操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車速およびステアリングホイールの操作速度がある程度以上であると、一方向への舵角増加後の舵角減少時における他方向への車両のヨー運動、すなわち揺り戻しが発生する。この揺り戻しの発生は、図１０の（１）において実線で示すように前輪の転舵角θが時間ｔの経過に伴って一方向へ増加した後に直進復帰のために減少する時、図１０の（２）において実線で示すように、前輪のコーナリングフォースＦｆは前輪の転舵角θの変化に略対応して変化するが、図１０の（３）において実線で示すように後輪のコーナリングフォースＦｒは前輪の転舵角θの変化よりも遅れて変化することに起因する。すなわち、車速およびステアリングホイールの操作速度がある程度以上であると、前輪の転舵角θの減少時に前輪のコーナリングフォースＦｆよりも後輪のコーナリングフォースＦｒが大幅に大きくなる。そうすると、図１０の（４）において実線で示すように直進復帰時に前輪の転舵方向と逆方向に作用する車両のヨーレートγが増大するため揺り戻しが生じる。
【０００３】
そのような揺り戻しを、ステアリングホイールの操作量と前輪の転舵量との比を変更可能な車両の操舵装置を用いて防止することが提案されている（特許第２５８０８６５号）。この従来例においては、ステアリングホイールを舵角が減少するように操作する時に、車速およびステアリングホイールの操作速度がある程度以上であれば前輪の転舵角を増大させている。これにより、揺り戻しが発生する前に前輪のコーナリングフォースを増大させ、前輪の転舵方向と逆方向に作用する車両のヨーレートγが増大するのを防止している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例では、ステアリングホイールを舵角が減少するように操作している時に前輪の転舵角を増大させるため、揺り戻しが発生するおそれがなくなった後に前輪の転舵角を再び減少させる必要があり、制御が複雑になる。また、前輪のコーナリングフォースを増大させるためにタイヤの負担が大きくなる。
【０００５】
本発明は、上記問題を解決することのできる車両の操舵装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電動アクチュエータの動きを前輪に舵角が変化するように伝達する際に、その電動アクチュエータを車両の走行状態を表す変量に応じて制御することで、その変量に応じて操作部材の操作量と前輪の転舵量との比を変化させることができる車両の操舵装置において、操作部材を舵角が減少するように操作する時に、車速が設定値以上であって且つ操作部材の操作速度が設定値以上である揺り戻し抑制必要状態である場合、前輪の転舵速度が揺り戻し抑制のために設定された上限値以下に制限されるように前記電動アクチュエータが制御されることを特徴とする。
本発明の車両の操舵装置は、操作部材と、その操作部材の操作量を検出する手段と、電動アクチュエータと、その電動アクチュエータの制御装置と、その電動アクチュエータの動きを前輪に舵角が変化するように伝達可能な機構と、車両の走行状態を表す変量として少なくとも車速を検出するセンサとを備え、検出変量に応じて操作部材の操作量と前輪の転舵量との比が変化するように前記電動アクチュエータが制御される車両の操舵装置において、操作部材の操作速度を求める手段と、車両が揺り戻し抑制必要状態であるか否かの判断基準となる車速の設定値と操作部材の操作速度の設定値とを記憶する手段と、操作部材を舵角が減少するように操作する時に、車速が記憶した設定値以上であって且つ操作部材の操作速度が記憶した設定値以上である揺り戻し抑制必要状態であるか否かを判断する手段と、揺り戻し抑制のための前輪の転舵速度の設定上限値を記憶する手段とが設けられ、車両が揺り戻し抑制必要状態である場合、舵角が減少するように操作部材を操作する時、前輪の転舵速度が記憶した設定上限値以下に制限されるように前記電動アクチュエータが制御されるのが好ましい。
その車速の設定値と操作部材の操作速度の設定値とを記憶する手段と、その記憶される車速の設置値と操作部材の操作速度の設定値とは、車速の設定値が大きくなる程に操作部材の操作速度の設定値が小さくなる関係を充足するのが好ましい。
本発明によれば、揺り戻し抑制必要状態である場合に前輪の転舵速度が設定上限値よりも遅くされるので、前輪の転舵角の減少時における前輪のコーナリングフォースの減少速度も遅くなる。これにより、舵角減少時における前輪のコーナリングフォースと後輪のコーナリングフォースとの差が小さくなるので、前輪のコーナリングフォースよりも後輪のコーナリングフォースが大幅に大きくなるのを防止できる。よって、前輪の転舵方向と逆方向に作用する車両のヨーレートが増大するのを防止し、揺り戻しを抑制できる。この際、単に前輪の転舵速度を設定上限値よりも遅くするだけでよいため制御が簡単であり、また、前輪のコーナリングフォースが必要以上に増大することはないためタイヤの負担が増大することもない。
【０００７】
本発明においては、車両が危険回避操舵状態か否かを判断する手段を備え、車両が危険回避操舵状態である場合、前輪の転舵速度を設定上限値以下に制限するための前記電動アクチュエータの制御は解除されるのが好ましい。この場合、車両が制動状態であって、且つ、操作部材の操作速度が揺り戻し抑制必要状態であるか否かの判断基準となる前記設定値よりも大きな第２設定値以上である時、車両が危険回避操舵状態であると判断するのが好ましい。
これにより、危険回避操舵状態である場合は前輪の転舵速度が遅くなることはないので車両の舵角変化が遅れるのを防止できる。
【０００８】
その操作部材の操作に応じて回転する入力シャフトと、出力シャフトと、その入力シャフトの回転を出力シャフトに伝達する回転伝達機構と、その出力シャフトの回転を前輪に舵角が変化するように伝達するステアリングギヤとを備え、その回転伝達機構の構成要素を前記電動アクチュエータにより駆動することで、その電動アクチュエータの動きが前輪に舵角が変化するように伝達されるのが好ましい。
これにより、操作部材と前輪とが機械的に連結された車両の操舵装置に本発明を適用できる。
その回転伝達機構は、サンギヤとリングギヤとに噛み合う遊星ギヤをキャリアにより保持する遊星ギヤ機構により構成され、そのサンギヤとリングギヤとキャリアの中の何れかである第１遊星ギヤ要素が前記入力シャフトに連結され、そのサンギヤとリングギヤとキャリアの中で入力シャフトに連結されていない何れかである第２遊星ギヤ要素が前記出力シャフトに連結され、そのサンギヤとリングギヤとキャリアの中で入出力シャフトに連結されていない第３遊星ギヤ要素が前記電動アクチュエータにより回転駆動されるのが好ましい。
【０００９】
その操作部材を前輪に機械的に連結することなく、その電動アクチュエータの動きが、その動きに応じて舵角が変化するように前輪に伝達されるのが好ましい。これにより、操作部材を前輪に機械的に連結することなく、電動アクチュエータの動きを、その動きに応じて舵角が変化するように前輪に伝達する車両の操舵装置に本発明を適用できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１に示す第１実施形態の車両の操舵装置１は、ステアリングホイール（操作部材）Ｈに連結される入力シャフト２を備えている。その入力シャフト２はベアリング７、８を介してハウジング１０により支持されている。
【００１１】
その入力シャフト２のステアリングホイールＨの操作に応じた回転は、遊星ギヤ機構（回転伝達機構）３０を介して出力シャフト１１に伝達される。その出力シャフト１１は、入力シャフト２と同軸心に隙間を介して配置され、ベアリング１２、１３を介してハウジング１０により支持されている。その出力シャフト１１の回転はステアリングギヤにより舵角が変化するように前輪に伝達される。そのステアリングギヤは、例えばラックピニオン式ステアリングギヤやボールスクリュー式ステアリングギヤ等の公知のものを用いることができる。これにより、入力シャフト２の回転は遊星ギヤ機構３０を介して出力シャフト１１に伝達され、その出力シャフト１１の回転により舵角が変化する。
【００１２】
その遊星ギヤ機構３０は、サンギヤ３１とリングギヤ３２とに噛み合う遊星ギヤ３３をキャリア３４により保持する。そのサンギヤ３１は、入力シャフト２の端部に同行回転するように連結されている。そのキャリア３４は、出力シャフト１１に同行回転するように連結されている。そのリングギヤ３２は、入力シャフト２を囲むホルダー３６にボルト３６２を介して固定されている。そのホルダー３６は、入力シャフト２を囲むようにハウジング１０に固定された筒状部材３５によりベアリング９を介して支持されている。そのホルダー３６の外周にウォームホイール３７が同行回転するように嵌め合わされている。そのウォームホイール３７に噛み合うウォーム３８がハウジング１０により支持されている。そのウォーム３８はハウジング１０に取り付けられたモータ（電動アクチュエータ）３９により駆動される。これにより、その遊星ギヤ機構３０の構成要素であるリングギヤ３２がモータ３９により駆動され、そのモータ３９の動きが前輪に舵角が変化するように伝達される。
【００１３】
そのモータ３９として、例えば目標駆動電流に応じてパルス幅変調駆動されるブラシ付き直流モータが用いられる。そのモータ３９の動きを前輪に舵角が変化するように伝達する際に、そのモータ３９を車両の走行状態を表す変量に応じて閉ループ制御することで、その変量に応じて入力シャフト２から出力シャフト１１への回転伝達比、すなわちステアリングホイールＨの操作量と前輪の転舵量との比を変化させることができる。本実施形態では、その走行状態を表す変量は車速とされている。例えば、車速零の据え切り状態では入力シャフト２の回転角速度とリングギヤ３２の回転角速度とが等しくなるようにモータ３９を制御することで、入力シャフト２から出力シャフト１１への回転伝達比を１とする。また、高速になる程にリングギヤ３２の回転角速度を低下させ、遊星ギヤ機構３０を減速ギヤ機構として機能させることで、車両の低速での旋回性と高速での走行安定性とを向上できる。
【００１４】
図２に示すように、そのモータ３９は車両に搭載される制御装置４０により制御される。その制御装置４０に、走行状態を表す変量の検出用センサとして車速センサ４１と、ステアリングホイールＨの操作量として入力シャフト２の回転角を検出する舵角センサ４２と、前輪の転舵量として出力シャフト１１の回転角を検出する回転角センサ４３とが接続されている。検出された入力シャフト２の回転角および車速から求められる目標転舵量と、検出された出力シャフト１１の回転角との偏差を低減するように、制御装置４０はモータ３９を閉ループ制御する。
【００１５】
図３は、操舵装置１における制御系の制御ブロック線図を示す。図３において、ＴｉはステアリングホイールＨの操舵トルク、Ｖは車速のセンサ４１による検出値、θｉは入力シャフト２の回転角の舵角センサ４２による検出値、θｏは出力シャフト１１の回転角の回転角センサ４３による検出値、θｏ^* は出力シャフト１１の目標回転角、ｉ^* はモータ３９の目標制御量である目標駆動電流、Ｃ１は入力シャフト２の回転角θｉに対する出力シャフトの目標回転角θｏ^* の調節部、Ｃ２は出力シャフト１１の目標回転角θｏ^* と回転角θｏとの偏差（θｏ^* −θｏ）に対するモータ３９の目標駆動電流ｉ^* の調節部である。
制御装置４０は、舵角センサ４２により検出した入力シャフト２の回転角θｉに対する出力シャフト１１の目標回転角θｏ^* を、予め定められて記憶された関係に基づき演算する。本実施形態では、その入力シャフト２の回転角θｉに対する出力シャフトの目標回転角θｏ^* の調節部Ｃ１は比例制御要素とされ、出力シャフト１１の目標回転角はθｏ^* ＝Ｋ（Ｖ）・θｉにより求められる。ここでＫ（Ｖ）は比例ゲインであり、車速Ｖの関数とされている。この入力シャフト２の回転角θｉと車速Ｖと出力シャフト１１の目標回転角θｏ^* との関係を表す比例ゲインＫ（Ｖ）が制御装置４０に記憶される。例えば図４に示すように、その比例ゲインＫ（Ｖ）は車速Ｖが増大する程に減少するものとされ、この関係が制御装置４０に記憶される。制御装置４０は、その記憶した比例ゲインＫ（Ｖ）と入力シャフト２の検出回転角θｉと検出車速Ｖとに基づき出力シャフト１１の目標回転角θｏ^* を演算する。
制御装置４０は、出力シャフト１１の目標回転角θｏ^* と検出回転角θｏとの偏差（θｏ^* −θｏ）と、モータ３９の目標駆動電流ｉ^* との間の関係を記憶する。本実施形態では、その偏差（θｏ^* −θｏ）に対する目標駆動電流ｉ^* の調節部Ｃ２は比例積分（ＰＩ）制御要素とされ、目標駆動電流ｉ^* はｉ^* ＝Ｇ・（θｏ^* −θｏ）により求められる。ここでＧは伝達関数であり、例えばＫｇをゲイン、Ｔを時定数として、その伝達関数ＧはＰＩ制御がなされるようにＧ＝Ｋｇ・〔１＋１／（Ｔ・ｓ）〕とされ、そのゲインＫｇと時定数Ｔは最適な制御を行えるように設定される。その伝達関数Ｇが制御装置４０に記憶される。
【００１６】
制御装置４０は、ステアリングホイールＨの操作速度として入力シャフト２の検出回転角θｉの時間変化ｄ（θｉ）／ｄｔを演算し、また、車両が揺り戻し抑制必要状態であるか否かの判断基準となる車速の設定値αとステアリングホイールＨの操作速度の設定値βとを記憶する。それら設定値α、βは、車速が設定値α以上で、且つ、ステアリングホイールＨの操作速度が設定値β以上であれば揺り戻し抑制必要状態になるように予め実験により定めればよい。本実施形態では、その車速の設定値αが大きくなる程にステアリングホイールＨの操作速度の設定値βは小さくなるものとされ、例えば図５において曲線９９で示す車速の設定値αとステアリングホイールＨの操作速度の設定値βとの関係が制御装置４０に記憶される。ステアリングホイールＨを舵角が減少するように操作する時に、上記検出車速Ｖが記憶した設定値α以上であって且つステアリングホイールＨの操作速度ｄ（θｉ）／ｄｔが記憶した設定値β以上であれば、揺り戻し抑制必要状態であると判断し、そうでなければ揺り戻し抑制必要状態ではないと判断する。なお、その車速の設定値αとステアリングホイールＨの操作速度の設定値βとはそれぞれ一定値としてもよい。
【００１７】
制御装置４０は、揺り戻し抑制のための前輪の転舵速度の設定上限値ηを記憶する。その設定上限値ηは、前輪の転舵速度が設定上限値η以下であれば揺り戻しを抑制できるように予め実験により定めればよい。その設定上限値ηは一定値であってもよいし、車速ＶやステアリングホイールＨの操作速度ｄ（θｉ）／ｄｔの変化に応じて変化するものとしてもよい。制御装置４０は、車両が揺り戻し抑制必要状態であると判断した場合、ステアリングホイールＨを舵角が減少するように操作する時、前輪の転舵速度が記憶した設定上限値η以下に制限されるように上記モータ３９を制御する。
【００１８】
制御装置４０は、車両が危険回避操舵状態か否かを判断する。本実施形態では、車両が制動状態であり、且つ、ステアリングホイールＨの操作速度ｄ（θｉ）／ｄｔが揺り戻し抑制必要状態であるか否かの判断基準となる設定値βよりも大きな第２設定値ζ以上である時に危険回避操舵状態であると判断する。そのため、制御装置４０はブレーキランプの点灯信号が入力されているか否かにより車両が制動動作中か否かを判断し、また、第２設定値ζを記憶する。その第２設定値ζは、車両の制動状態であって、且つ、ステアリングホイールＨの操作速度ｄ（θｉ）／ｄｔが第２設定値ζ以上である時、車両が危険回避操舵状態になるように予め実験により定めればよい。制御装置４０は、車両が危険回避操舵状態であると判断した場合、前輪の転舵速度を設定上限値η以下に制限するためのモータ３９の制御を、上記揺り戻し抑制必要状態であっても解除する。
【００１９】
図６のフローチャートを参照して上記制御装置４０による制御手順を説明する。まず、各センサの検出値を読み込む（ステップ１）。次に、検出車速Ｖに対応する比例ゲインＫ（Ｖ）を求め（ステップ２）、その求めた比例ゲインＫ（Ｖ）と入力シャフト２の検出回転角θｉとから出力シャフト１１の目標回転角θｏ^* を演算し（ステップ３）、その目標回転角θｏ^* と出力シャフト１１の検出回転角θｉとの偏差（θｏ^* −θｏ）と、伝達関数Ｇとから目標駆動電流ｉ^* を演算し（ステップ４）する。次に、出力シャフト１１の検出回転角θｏが減少中か否かにより、ステアリングホイールＨを舵角が減少するように操作しているか否かを判断する（ステップ５）。ステップ５においてステアリングホイールＨを舵角が減少するように操作している時（ステップ５でＹＥＳ）、ステアリングホイールＨの操作速度ｄ（θｉ）／ｄｔを求め（ステップ６）、検出車速Ｖが設定値α以上であって且つステアリングホイールＨの操作速度ｄ（θｉ）／ｄｔが設定値β以上である揺り戻し抑制必要状態であるか否かを判断する（ステップ７）。ステップ７において揺り戻し抑制必要状態であると判断した場合、ブレーキランプの点灯信号が入力され、且つ、ステアリングホイールＨの操作速度ｄ（θｉ）／ｄｔが第２設定値ζ以上である危険回避操舵状態であるか否かを判断する（ステップ８）。ステップ５においてステアリングホイールＨを舵角が減少するように操作していない時（ステップ５でＮＯ）、ステップ７において揺り戻し抑制必要状態ではないと判断した場合（ステップ７でＮＯ）、ステップ８において危険回避操舵状態であると判断された時（ステップ８でＹＥＳ）、前輪の転舵速度を設定上限値η以下に制限するモータ３９の制御を解除し（ステップ９）、ステップ４で求めた目標駆動電流ｉ^* に基づきモータ３９を駆動する（ステップ１０）。次に、制御を終了するか否かを、例えば車両のイグニッションスイッチがオンか否かにより判断し（ステップ１１）、終了しない場合（ステップ１１でＮＯ）はステップ１に戻る。ステップ８において危険回避操舵状態ではないと判断された時（ステップ８でＮＯ）、ステップ４で求めた目標駆動電流ｉ^* に基づきモータ３９を駆動した場合の前輪の転舵速度ｓを演算し（ステップ１２）、その演算した前輪転舵速度ｓが設定上限値ηを超えるか否かを判断する（ステップ１３）。ステップ１３において前輪転舵速度ｓが設定上限値η以下であれば（ステップ１３でＮＯ）ステップ１０において目標駆動電流ｉ^* に基づきモータ３９を駆動する。ステップ１３において前輪転舵速度ｓが設定上限値ηを超える場合（ステップ１３でＹＥＳ）、前輪転舵速度が設定上限値ηになるようにモータ３９を制御し（ステップ１４）、ステップ１１において制御を終了するか否かを判断する。
【００２０】
上記実施形態によれば、揺り戻し抑制必要状態である場合に前輪の転舵速度が遅くされるので、前輪の転舵角の減少時における前輪のコーナリングフォースの減少速度も遅くなる。これにより、舵角減少時における前輪のコーナリングフォースと後輪のコーナリングフォースとの差が小さくなるので、前輪のコーナリングフォースよりも後輪のコーナリングフォースが大幅に大きくなるのを防止できる。よって、前輪の転舵方向と逆方向に作用する車両のヨーレートが増大するのを防止し、揺り戻しを抑制できる。例えば、図１０の（１）において破線で示すように、前輪の転舵角θが時間ｔの経過に伴って一方向へ増加した後に直進復帰のために減少する時の転舵速度が、実線で示す従来例よりも遅くなる。これにより、図１０の（２）において破線で示す前輪のコーナリングフォースＦｆの減少速度も実線で示す従来例よりも遅くなる。この際、後輪のコーナリングフォースＦｒの減少速度も図１０の（３）において破線で示す破線で示すように実線で示す従来例よりも遅くなるが、前輪のコーナリングフォースと後輪のコーナリングフォースとの差は小さくなる。よって、図１０の（４）において破線ですように、直進復帰時に前輪の転舵方向と逆方向に作用する車両のヨーレートγが従来よりも低減され、揺り戻しが抑制される。この際、単に前輪の転舵速度を遅くするだけでよいため制御が簡単であり、また、前輪のコーナリングフォースが必要以上に増大することはないためタイヤの負担が増大することもない。さらに、危険回避操舵状態である場合は前輪の転舵速度が遅くなることはないので車両の舵角変化が遅れるのを防止できる。
【００２１】
図７は、本発明の第２実施形態に係る所謂ステアバイワイヤシステムを採用した車両の操舵装置を示す。この車両の操舵装置は、ステアリングホイールを模した操作部材１０１と、この操作部材１０１の回転操作により駆動される操舵用モータ（電動アクチュエータ）１０２と、その操舵用モータ１０２の動きを、その操作部材１０１を前輪１０４に機械的に連結することなく、その動きに応じて舵角が変化するように操舵用左右前輪１０４に伝達するステアリングギヤ１０３とを備える。その操舵用モータ１０２は、例えば公知のブラシレスモータ等の電動モータにより構成できる。そのステアリングギヤ１０３は、その操舵用モータ１０２の出力シャフトの回転運動をステアリングロッド１０７の直線運動に変換する運動変換機構を有する。そのステアリングロッド１０７の動きがタイロッド１０８とナックルアーム１０９を介して前輪１０４に伝達され、その前輪１０４のトー角が変化する。そのステアリングギヤ１０３は公知のものを用いることができ、操舵用モータ１０２の動きを舵角が変化するように前輪１０４に伝達できれば構成は限定されない。なお、操舵用モータ１０２が駆動されていない状態では、前輪１０４がセルフアライニングトルクにより直進操舵位置に復帰できるようにホイールアラインメントが設定されている。その操作部材１０１は、車体側により回転可能に支持される回転シャフト１１０に連結されている。その操作部材１０１を直進操舵位置に復帰させる方向の弾力を付与する弾性部材１３０が設けられている。
【００２２】
操作部材１０１の操作量の検出用センサとして回転シャフト１１０の回転角を検出する角度センサ１１１と、転舵量の検出用センサとして舵角を検出する舵角センサ１１３と、走行状態を表す変量の検出用センサとして車速を検出する速度センサ１１４および車両のヨーレートを検出するヨーレートセンサ１１６が設けられている。その角度センサ１１１、舵角センサ１１３、速度センサ１１４、ヨーレートセンサ１１６は、コンピュータにより構成される制御装置１２０に接続される。
【００２３】
その制御装置１２０は、操舵用モータ１０２の動きを前輪１０４に舵角が変化するように伝達する際に、その操舵用モータ１０２を車速とヨーレートに応じて駆動回路１２２を介して閉ループ制御することで、その車速とヨーレートに応じて操作部材１０１の操作量と前輪１０４の転舵量との比を変化させる。
【００２４】
図８は、第２実施形態の制御装置１２０の制御系の構成を示すブロック線図を示す。ここで、γは車両１００のヨーレートの検出値、γ^* はヨーレートの目標値、Ｖは車速の検出値、δｈは操作部材１０１の回転角の検出値、δは舵角の検出値、δ^* は目標舵角、ｉ^* は操舵用モータ１０２の駆動電流の目標値、Ｇ１はδｈに対するγ^* の調節部の伝達関数、Ｇ２はγ^* とγとの偏差に対するδ^* の調節部の伝達関数、Ｇ３はδ^* とδとの偏差に対するｉ^* の調節部の伝達関数である。
その検出されたδｈ、Ｖ、γから求められるδ^* と、検出されたδとの偏差を低減するように操舵用モータ１０２を閉ループ制御する。すなわち、そのδｈに対するγ^* の調節部は例えば比例制御要素とされ、比例ゲインは車速Ｖに比例するものとされ、比例定数をＫとして以下の関係が制御装置１２０に記憶される。
γ^* ＝Ｇ１・δｈ＝Ｋ・Ｖ・δｈ
そのγ^* とγとの偏差に対するδ^* の調節部は例えばＰＩ制御要素とされ、Ｋａをゲイン、Ｔａを時定数として、以下の関係が制御装置１２０に記憶される。
δ^* ＝Ｇ２・（γ^* −γ）＝Ｋａ〔１＋１／（Ｔａ・ｓ）〕（γ^* −γ）
そのδ^* とδとの偏差に対するｉ^* の調節部は例えばＰＩ制御要素とされ、Ｋｂをゲイン、Ｔｂを時定数として、以下の関係が制御装置１２０に記憶される。
ｉ^* ＝Ｇ３・（δ^* −δ）＝Ｋｂ〔１＋１／（Ｔｂ・ｓ）〕（δ^* −δ）
その比例定数Ｋ、ゲインＫａ、Ｋｂ、時定数Ｔａ、Ｔｂは最適な制御を行えるように適宜調整される。
【００２５】
制御装置１２０は、操作部材１０１の操作速度として回転シャフト１１０の検出回転角δｈの時間変化ｄ（δｈ）／ｄｔを演算し、また、第１実施形態と同様に車両が揺り戻し抑制必要状態であるか否かの判断基準となる車速の設定値αと操作部材１０１の操作速度の設定値βとを記憶する。制御装置１２０は、操作部材１０１を舵角が減少するように操作する時に、上記検出車速Ｖが設定値α以上であって且つ操作部材１０１の操作速度ｄ（δｈ）／ｄｔが設定値β以上であれば、揺り戻し抑制必要状態であると判断し、そうでなければ揺り戻し抑制必要状態ではないと判断する。
【００２６】
制御装置１２０は、第１実施形態と同様に揺り戻し抑制のための前輪１０４の転舵速度の設定上限値ηを記憶する。制御装置１２０は、車両１００が揺り戻し抑制必要状態であると判断した場合、操作部材１０１を舵角が減少するように操作する時、前輪１０４の転舵速度が記憶した設定上限値η以下に制限されるように操舵用モータ１０２を制御する。
【００２７】
制御装置１２０は、車両１００が危険回避操舵状態か否かを判断する。そのため、本実施形態でも第１実施形態と同様に制御装置１２０はブレーキランプの点灯信号が入力されるか否かにより車両１００が制動動作中か否かを判断する。また、制御装置１２０は、第１実施形態と同様に操作部材１０１の操作速度ｄ（δｈ）／ｄｔが揺り戻し抑制必要状態であるか否かの判断基準となる設定値βよりも大きな第２設定値ζを記憶する。制御装置１２０は、車両１００が制動状態であり、且つ、ステアリングホイールＨの操作速度ｄ（δｈ）／ｄｔが第２設定値ζ以上である時に危険回避操舵状態であると判断する。制御装置１２０は、車両１００が危険回避操舵状態であると判断した場合、前輪１０４の転舵速度を設定上限値η以下に制限するための操舵用モータ１０２の制御を、上記揺り戻し抑制必要状態であっても解除する。
【００２８】
図９のフローチャートを参照して上記制御装置１２０による制御手順を説明する。まず、各センサの検出値を読み込む（ステップ１０１）。次に、検出した回転角δｈと車速Ｖに対応する目標ヨーレートγ^* を記憶した関係から演算し（ステップ１０２）、その目標ヨーレートγ^* と検出したヨーレートγとの偏差に対応する目標舵角δ^* を記憶した関係から演算し（ステップ１０３）、その目標舵角δ^* と検出した舵角δとの偏差に対応する操舵用モータ１０２の目標駆動電流ｉ^* を記憶した関係から演算する（ステップ１０４）。次に、舵角センサ１１３の検出値から操作部材１０１を舵角が減少するようにしているか否かを判断する（ステップ１０５）。ステップ１０５において操作部材１０１を舵角が減少するように操作している時（ステップ１０５でＹＥＳ）、操作部材１０１の操作速度ｄ（δｈ）／ｄｔを求め（ステップ１０６）、検出車速Ｖが記憶した設定値α以上であって且つ操作部材１０１の操作速度ｄ（δｈ）／ｄｔが記憶した設定値β以上である揺り戻し抑制必要状態であるか否かを判断する（ステップ１０７）。ステップ１０７において揺り戻し抑制必要状態であると判断した場合（ステップ１０７でＹＥＳ）、ブレーキランプの点灯信号が入力され、且つ、操作部材１０１の操作速度ｄ（δｈ）／ｄｔが第２設定値ζ以上である危険回避操舵状態であるか否かを判断する（ステップ１０８）。ステップ１０５において操作部材１０１を舵角が減少するように操作していない時（ステップ１０５でＮＯ）、ステップ１０７において揺り戻し抑制必要状態ではないと判断した場合（ステップ１０７でＮＯ）、ステップ１０８において危険回避操舵状態であると判断された時（ステップ１０８でＹＥＳ）、前輪１０４の転舵速度を設定上限値η以下に制限する操舵用モータ１０２の制御を解除し（ステップ１０９）、ステップ１０４で求めた目標駆動電流ｉ^* に基づき操舵用モータ１０２を駆動する（ステップ１１０）。次に、制御を終了するか否かを、例えば車両１００のイグニッションスイッチがオンか否かにより判断し（ステップ１１１）、終了しない場合はステップ１０１に戻る。ステップ１０８において危険回避操舵状態ではないと判断された時（ステップ１０８でＮＯ）、ステップ１０４で求めた目標駆動電流ｉ^* に基づき操舵用モータ１０２を駆動した場合の前輪１０４の転舵速度ｓを演算し（ステップ１１２）、その演算した前輪転舵速度ｓが設定上限値ηを超えるか否かを判断する（ステップ１１３）。ステップ１１３において前輪転舵速度ｓが設定上限値η以下であれば（ステップ１１３でＮＯ）ステップ１１０において目標駆動電流ｉ^* に基づき操舵用モータ１０２を駆動する。ステップ１１３において前輪転舵速度ｓが設定上限値ηを超える場合（ステップ１１３でＹＥＳ）、前輪転舵速度が設定上限値ηになるように操舵用モータ１０２を制御し（ステップ１１４）、ステップ１１１において制御を終了するか否かを判断する。
【００２９】
上記第２実施形態によれば、操作部材１０１と前輪１０４とが機械的に連結されていない車両において、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００３０】
本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、車両が制動状態である時、あるいは、操作部材の操作速度が第２設定値以上である時の何れかの場合に危険回避操舵状態であると判断してもよい。また、第１実施形態において車両の走行状態を表す変量としてステアリングホイールＨの操作量を用い、モータ３９を車速に代えて、あるいは車速と共に、舵角センサ４２により検出されるステアリングホイールＨの操作量に応じて制御するようにしてもよい。その操作量が大きい場合は小さい場合よりも入力シャフト２から出力シャフト１１への回転伝達比を大きくすることで車両の旋回性を向上できる。また、第１実施形態における入力シャフト２に遊星ギヤ機構３０のリングギヤ３２あるいはキャリア３４を連結し、出力シャフト１１に連結される遊星ギヤ機構３０の構成要素を入力シャフト２に連結されていないサンギヤ３１あるいはリングギヤ３２とし、モータ３９により駆動される遊星ギヤ機構３０の構成要素を入出力シャフト２、１１に連結されていないサンギヤ３１あるいはキャリア３４としてもよい。すなわち、サンギヤ３１、リングギヤ３２、キャリア３４の各遊星ギヤ要素の中の何れかを入力シャフト２に連結し、各遊星ギヤ要素の中で入力シャフト２に連結されていない何れかを出力シャフト１１に連結し、各遊星ギヤ要素の中で入出力シャフトに連結されていないものをモータ３９により回転駆動してもよい。さらに、遊星ギヤ機構３０以外の回転伝達機構、例えば遊星コーン式回転伝達機構を用いてもよい。また、各実施形態において電動アクチュエータを車両の走行状態を表す変量に応じて制御する際に、その変量に応じて操作部材の操作量と前輪の転舵量との比を変化させることができるならば、制御系の構成は特に限定されない。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、車両の舵角減少時における揺り戻しを複雑な制御を要することなく、タイヤの負担を増大させることなく防止でき、さらに危険回避操舵に影響を与えることのない車両の操舵装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の操舵装置の縦断面図
【図２】本発明の第１実施形態の操舵装置の制御構成の説明図
【図３】本発明の第１実施形態の操舵装置における制御系のブロック線図
【図４】本発明の第１実施形態の操舵装置の制御系における比例ゲインＫ（Ｖ）と車速Ｖとの関係一例を示す図
【図５】本発明の実施形態の操舵装置における車速の設定値とステアリングホイールＨの操作速度の設定値との関係を示す図
【図６】本発明の第１実施形態の操舵装置における制御手順を示すフローチャート
【図７】本発明の第２実施形態の操舵装置の構成説明図
【図８】本発明の第２実施形態の操舵装置における制御系のブロック線図
【図９】本発明の第２実施形態の操舵装置における制御手順を示すフローチャート
【図１０】（１）は前輪の転舵角θと時間ｔとの関係を示す図、（２）は前輪のコーナリングフォースＦｆと時間ｔとの関係を示す図、（３）は後輪のコーナリングフォースＦｒと時間ｔとの関係を示す図、（４）は車両のヨーレートγと時間ｔとの関係を示す図
【符号の説明】
２入力シャフト
１１出力シャフト
３０遊星ギヤ機構
３９モータ
４０制御装置
４１車速センサ
４２舵角センサ
４３回転角センサ
１０１操作部材
１０２操舵用モータ
１０３ステアリングギヤ
１０４前輪
１１１角度センサ
１１３舵角センサ
１１４速度センサ
１１６ヨーレートセンサ
１２０制御装置
Ｈステアリングホイール[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vehicle capable of changing a ratio between an operation amount of an operation member and a steering amount of a front wheel in accordance with a variable representing a traveling state of the vehicle, and a vehicle when the steering angle decreases after the steering angle increases in one direction. The present invention relates to a vehicle steering apparatus for preventing a swingback that is a yaw motion in the other direction.
[0002]
[Prior art]
If the vehicle speed and the steering wheel operating speed are above a certain level, yaw motion of the vehicle in the other direction when the rudder angle is decreased after the rudder angle is increased in one direction, that is, rolling back. The occurrence of this swing-back occurs when the front wheel turning angle θ increases in one direction with the passage of time t as shown by the solid line in FIG. As shown by the solid line in (2), the cornering force Ff of the front wheels changes substantially corresponding to the change in the steering angle θ of the front wheels, but as shown by the solid line in (3) of FIG. The force Fr is caused by the fact that it changes later than the change in the turning angle θ of the front wheels. In other words, when the vehicle speed and the steering wheel operating speed are at or above a certain level, the cornering force Fr of the rear wheel is significantly greater than the cornering force Ff of the front wheel when the turning angle θ of the front wheel is decreased. Then, as indicated by the solid line in (4) of FIG. 10, the yaw rate γ of the vehicle acting in the direction opposite to the steering direction of the front wheels is increased when returning straight ahead, so that the vehicle rolls back.
[0003]
It has been proposed to prevent such swinging back by using a vehicle steering device that can change the ratio of the steering wheel operation amount and the front wheel turning amount (Japanese Patent No. 2580865). In this conventional example, when the steering wheel is operated so as to decrease the steering angle, the steering angle of the front wheels is increased if the vehicle speed and the operation speed of the steering wheel are more than a certain level. As a result, the cornering force of the front wheels is increased before the swingback occurs, and the yaw rate γ of the vehicle acting in the direction opposite to the steering direction of the front wheels is prevented from increasing.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the above conventional example, the steering angle of the front wheels is increased when the steering wheel is operated so as to decrease the steering angle. And control becomes complicated. In addition, the tire burden increases because the cornering force of the front wheels is increased.
[0005]
It is an object of the present invention to provide a vehicle steering apparatus that can solve the above problems.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, when transmitting the movement of the electric actuator to the front wheels so that the rudder angle changes, the electric actuator is controlled according to the variable representing the traveling state of the vehicle, so that the operation member can be controlled according to the variable. In a vehicle steering apparatus capable of changing the ratio of the operation amount and the steering amount of the front wheel, when operating the operation member so that the steering angle decreases, the vehicle speed is equal to or higher than a set value and the operation member is operated. The electric actuator is controlled so that the turning speed of the front wheels is limited to an upper limit value or less set for suppressing the swingback when the speed is in a state where it is necessary to suppress the swingback that is equal to or higher than the set value. And
The vehicle steering apparatus according to the present invention has an operation member, means for detecting an operation amount of the operation member, an electric actuator, a control device for the electric actuator, and a steering angle that changes the movement of the electric actuator to the front wheel. And a sensor for detecting at least the vehicle speed as a variable representing the running state of the vehicle, so that the ratio between the operation amount of the operating member and the steering amount of the front wheels changes according to the detected variable. In the vehicle steering apparatus in which the electric actuator is controlled, a means for obtaining the operation speed of the operation member, a set value of the vehicle speed and the operation speed of the operation member which are criteria for determining whether or not the vehicle is in a state where it is necessary to suppress the swingback And the setting value stored when the operation speed of the operation member is stored when the operation member is operated so that the rudder angle decreases. Means for determining whether or not the above state is necessary to suppress the swingback, and means for storing a setting upper limit value of the steering speed of the front wheels for suppressing the swingback are provided, and the vehicle is required to suppress the swingback. In this case, when operating the operating member so that the steering angle decreases, it is preferable that the electric actuator is controlled so that the turning speed of the front wheels is limited to a stored upper limit value or less.
The means for storing the set value of the vehicle speed and the set value of the operating speed of the operating member, and the stored setting value of the vehicle speed and the set value of the operating speed of the operating member are such that the set value of the vehicle speed increases. It is preferable to satisfy the relationship that the set value of the operation speed of the operation member becomes small.
According to the present invention, since the turning speed of the front wheels is made slower than the set upper limit value when it is necessary to suppress the swingback, the reduction speed of the cornering force of the front wheels when the turning angle of the front wheels is reduced also becomes slow. . As a result, the difference between the cornering force of the front wheels and the cornering force of the rear wheels when the rudder angle is reduced can be reduced, so that the cornering force of the rear wheels can be prevented from becoming significantly larger than the cornering force of the front wheels. Therefore, it is possible to prevent the yaw rate of the vehicle acting in the direction opposite to the steering direction of the front wheels from increasing, and to suppress the swing back. At this time, the control is simple because it is only necessary to make the steering speed of the front wheels slower than the set upper limit value, and the cornering force of the front wheels does not increase more than necessary, and the burden on the tire increases. Nor.
[0007]
In the present invention, there is provided means for determining whether or not the vehicle is in the danger avoidance steering state, and when the vehicle is in the danger avoidance steering state, the electric actuator for limiting the turning speed of the front wheels to a set upper limit value or less. Control is preferably released. In this case, when the vehicle is in a braking state and the operation speed of the operation member is greater than or equal to a second set value that is greater than the set value, which is a criterion for determining whether or not the swingback suppression is necessary, the vehicle Is determined to be in the danger avoidance steering state.
As a result, in the danger avoidance steering state, the turning speed of the front wheels does not become slow, so that the change in the steering angle of the vehicle can be prevented from being delayed.
[0008]
An input shaft that rotates according to the operation of the operation member, an output shaft, a rotation transmission mechanism that transmits the rotation of the input shaft to the output shaft, and the rotation of the output shaft is transmitted to the front wheels so that the steering angle changes. It is preferable that the movement of the electric actuator is transmitted to the front wheels so that the steering angle changes by driving the components of the rotation transmission mechanism by the electric actuator.
Thus, the present invention can be applied to a vehicle steering apparatus in which the operation member and the front wheels are mechanically coupled.
The rotation transmission mechanism is constituted by a planetary gear mechanism that holds a planetary gear meshing with a sun gear and a ring gear by a carrier, and the first planetary gear element that is one of the sun gear, the ring gear, and the carrier is connected to the input shaft. A second planetary gear element that is not connected to the input shaft among the sun gear, ring gear, and carrier is connected to the output shaft, and is connected to the input / output shaft in the sun gear, ring gear, and carrier. Preferably, the third planetary gear element that is not rotated is driven to rotate by the electric actuator.
[0009]
Preferably, the movement of the electric actuator is transmitted to the front wheels so that the steering angle changes according to the movement without mechanically connecting the operating member to the front wheels. Thus, the present invention can be applied to a vehicle steering apparatus that transmits the movement of the electric actuator to the front wheels so that the steering angle changes according to the movement without mechanically connecting the operating member to the front wheels.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A vehicle steering apparatus 1 according to the first embodiment shown in FIG. 1 includes an input shaft 2 connected to a steering wheel (operation member) H. The input shaft 2 is supported by the housing 10 via bearings 7 and 8.
[0011]
The rotation of the input shaft 2 according to the operation of the steering wheel H is transmitted to the output shaft 11 via the planetary gear mechanism (rotation transmission mechanism) 30. The output shaft 11 is disposed coaxially with the input shaft 2 via a gap, and is supported by the housing 10 via bearings 12 and 13. The rotation of the output shaft 11 is transmitted to the front wheels so that the steering angle is changed by the steering gear. As the steering gear, known ones such as a rack and pinion type steering gear and a ball screw type steering gear can be used. Thereby, the rotation of the input shaft 2 is transmitted to the output shaft 11 via the planetary gear mechanism 30, and the steering angle changes due to the rotation of the output shaft 11.
[0012]
The planetary gear mechanism 30 holds a planetary gear 33 that meshes with a sun gear 31 and a ring gear 32 by a carrier 34. The sun gear 31 is connected to the end portion of the input shaft 2 so as to rotate together. The carrier 34 is coupled to the output shaft 11 so as to rotate together. The ring gear 32 is fixed to a holder 36 surrounding the input shaft 2 via bolts 362. The holder 36 is supported via a bearing 9 by a cylindrical member 35 fixed to the housing 10 so as to surround the input shaft 2. A worm wheel 37 is fitted on the outer periphery of the holder 36 so as to rotate together. A worm 38 that meshes with the worm wheel 37 is supported by the housing 10. The worm 38 is driven by a motor (electric actuator) 39 attached to the housing 10. Thereby, the ring gear 32 which is a component of the planetary gear mechanism 30 is driven by the motor 39, and the movement of the motor 39 is transmitted to the front wheels so that the steering angle changes.
[0013]
As the motor 39, for example, a brushed DC motor that is pulse-width-modulated and driven according to a target drive current is used. When the movement of the motor 39 is transmitted to the front wheels so that the steering angle changes, the motor 39 is controlled by the closed loop according to the variable representing the traveling state of the vehicle, and output from the input shaft 2 according to the variable. The rotation transmission ratio to the shaft 11, that is, the ratio between the operation amount of the steering wheel H and the front wheel turning amount can be changed. In the present embodiment, the variable representing the running state is the vehicle speed. For example, by controlling the motor 39 so that the rotational angular velocity of the input shaft 2 is equal to the rotational angular velocity of the ring gear 32 in a stationary state where the vehicle speed is zero, the rotational transmission ratio from the input shaft 2 to the output shaft 11 is 1. To do. Further, the rotational angular velocity of the ring gear 32 is decreased as the speed is increased, and the planetary gear mechanism 30 is caused to function as a reduction gear mechanism, whereby the turning performance at low speed and the running stability at high speed can be improved.
[0014]
As shown in FIG. 2, the motor 39 is controlled by a control device 40 mounted on the vehicle. The controller 40 outputs to the control device 40 a vehicle speed sensor 41 as a variable detection sensor that indicates a running state, a steering angle sensor 42 that detects the rotation angle of the input shaft 2 as an operation amount of the steering wheel H, and a steering wheel output amount. A rotation angle sensor 43 that detects the rotation angle of the shaft 11 is connected. The control device 40 performs the closed loop control of the motor 39 so as to reduce the deviation between the detected target turning amount obtained from the rotation angle and vehicle speed of the input shaft 2 and the detected rotation angle of the output shaft 11.
[0015]
FIG. 3 is a control block diagram of a control system in the steering device 1. 3, Ti is the steering torque of the steering wheel H, V is a value detected by the vehicle speed sensor 41, θi is a value detected by the rudder angle sensor 42 of the rotation angle of the input shaft 2, and θo is the rotation angle of the output shaft 11. Detection value by angle sensor 43, θo ^* Is the target rotation angle of the output shaft 11, i ^* Is a target drive current which is a target control amount of the motor 39, C1 is a target rotation angle θo of the output shaft with respect to the rotation angle θi of the input shaft 2. ^* Adjusting part C2 is the target rotation angle θo of the output shaft 11 ^* And the rotation angle θo (θo ^* Target drive current i of the motor 39 with respect to -θo) ^* It is the adjustment part.
The control device 40 detects the target rotation angle θo of the output shaft 11 with respect to the rotation angle θi of the input shaft 2 detected by the steering angle sensor 42. ^* Is calculated based on a predetermined and stored relationship. In the present embodiment, the target rotation angle θo of the output shaft with respect to the rotation angle θi of the input shaft 2. ^* The adjusting portion C1 is a proportional control element, and the target rotation angle of the output shaft 11 is θo. ^* = K (V) · θi. Here, K (V) is a proportional gain and is a function of the vehicle speed V. The rotation angle θi of the input shaft 2, the vehicle speed V, and the target rotation angle θo of the output shaft 11. ^* The proportional gain K (V) representing the relationship is stored in the control device 40. For example, as shown in FIG. 4, the proportional gain K (V) decreases as the vehicle speed V increases, and this relationship is stored in the control device 40. The control device 40 determines the target rotation angle θo of the output shaft 11 based on the stored proportional gain K (V), the detected rotation angle θi of the input shaft 2 and the detected vehicle speed V. ^* Is calculated.
The control device 40 controls the target rotation angle θo of the output shaft 11. ^* And the detected rotation angle θo (θo ^* −θo) and the target drive current i of the motor 39 ^* Remember the relationship between In this embodiment, the deviation (θo ^* Target driving current i with respect to -θo) ^* The adjustment unit C2 is a proportional integral (PI) control element, and the target drive current i ^* I ^* = G · (θo ^* -Θo). Here, G is a transfer function, for example, Kg is a gain, T is a time constant, and the transfer function G is G = Kg · [1 + 1 / (T · s)] so that PI control is performed, and the gain Kg and time constant T are set so that optimal control can be performed. The transfer function G is stored in the control device 40.
[0016]
The control device 40 calculates the time change d (θi) / dt of the detected rotation angle θi of the input shaft 2 as the operation speed of the steering wheel H, and determines whether or not the vehicle is in a state where it is necessary to suppress the swingback. The vehicle speed setting value α and the steering wheel H operating speed setting value β are stored. These set values α and β may be determined in advance by experiments so that the swingback suppression is necessary when the vehicle speed is equal to or higher than the set value α and the operation speed of the steering wheel H is equal to or higher than the set value β. In the present embodiment, as the vehicle speed setting value α increases, the operation speed setting value β of the steering wheel H decreases. For example, the vehicle speed setting value α indicated by a curve 99 in FIG. The relationship between the operation speed and the set value β is stored in the control device 40. When the steering wheel H is operated so that the steering angle decreases, the detected vehicle speed V is not less than the set value α stored and the operation speed d (θi) / dt of the steering wheel H is not less than the set value β stored. If there is, it is determined that the state is required to suppress the swingback, and if not, it is determined that the state is not required to suppress the swingback. The vehicle speed setting value α and the steering wheel H operation speed setting value β may each be a constant value.
[0017]
The control device 40 stores a set upper limit value η of the steering speed of the front wheels for suppressing swingback. The set upper limit value η may be determined in advance by experiments so that the swingback can be suppressed if the turning speed of the front wheels is equal to or less than the set upper limit value η. The set upper limit value η may be a constant value, or may be changed according to changes in the vehicle speed V or the operation speed d (θi) / dt of the steering wheel H. When the control device 40 determines that the vehicle is in a state where it is necessary to suppress the swingback, when the steering wheel H is operated so that the steering angle decreases, the turning speed of the front wheels is limited to the stored upper limit value η or less. Thus, the motor 39 is controlled.
[0018]
The control device 40 determines whether or not the vehicle is in a danger avoidance steering state. In the present embodiment, the vehicle is in a braking state and the second operation speed d (θi) / dt of the steering wheel H is larger than the set value β that is a criterion for determining whether or not the swingback suppression is necessary. When it is equal to or greater than the set value ζ, it is determined that the vehicle is in the danger avoidance steering state. Therefore, the control device 40 determines whether or not the vehicle is performing a braking operation based on whether or not a brake lamp lighting signal is input, and stores the second set value ζ. The second set value ζ is such that the vehicle enters a danger avoidance steering state when the vehicle is in a braking state and the operation speed d (θi) / dt of the steering wheel H is equal to or higher than the second set value ζ. It may be determined in advance by experiment. When the control device 40 determines that the vehicle is in the danger avoidance steering state, the control of the motor 39 for limiting the steering speed of the front wheels to the set upper limit value η or less is in the state where it is necessary to suppress the swingback. To release.
[0019]
The control procedure by the control device 40 will be described with reference to the flowchart of FIG. First, the detection value of each sensor is read (step 1). Next, a proportional gain K (V) corresponding to the detected vehicle speed V is obtained (step 2), and the target rotational angle θo of the output shaft 11 is determined from the obtained proportional gain K (V) and the detected rotational angle θi of the input shaft 2. ^* (Step 3), and the target rotation angle θo ^* And the detected rotation angle θi of the output shaft 11 (θo ^* −θo) and the transfer function G, the target drive current i ^* Is calculated (step 4). Next, it is determined whether or not the steering wheel H is operated so as to decrease the steering angle depending on whether or not the detected rotation angle θo of the output shaft 11 is decreasing (step 5). When the steering wheel H is operated so that the steering angle decreases in step 5 (YES in step 5), the operation speed d (θi) / dt of the steering wheel H is obtained (step 6), and the detected vehicle speed V is set. It is determined whether or not it is in a state where it is necessary to suppress swingback that is equal to or greater than the value α and the operation speed d (θi) / dt of the steering wheel H is equal to or greater than the set value β (step 7). If it is determined in step 7 that the swing back suppression is necessary, a brake lamp lighting signal is input, and the operation speed d (θi) / dt of the steering wheel H is equal to or higher than the second set value ζ. It is determined whether or not it is in a state (step 8). When it is determined in step 5 that the steering wheel H is not operated so as to decrease the steering angle (NO in step 5), if it is determined in step 7 that the swingback suppression is not necessary (NO in step 7), When it is determined that the vehicle is in the danger avoidance steering state (YES in step 8), the control of the motor 39 that limits the steering speed of the front wheels to the set upper limit value η or less is released (step 9), and the target obtained in step 4 Drive current i ^* Based on the above, the motor 39 is driven (step 10). Next, whether or not to end the control is determined, for example, based on whether or not the ignition switch of the vehicle is on (step 11). If the control is not ended (NO in step 11), the process returns to step 1. When it is determined in step 8 that the vehicle is not in the danger avoidance steering state (NO in step 8), the target drive current i obtained in step 4 is obtained. ^* Based on this, the front wheel turning speed s when the motor 39 is driven is calculated (step 12), and it is determined whether the calculated front wheel turning speed s exceeds the set upper limit value η (step 13). If the front wheel turning speed s is equal to or lower than the set upper limit value η in step 13 (NO in step 13), the target drive current i is determined in step 10. ^* Based on this, the motor 39 is driven. When the front wheel turning speed s exceeds the set upper limit value η in step 13 (YES in step 13), the motor 39 is controlled so that the front wheel turning speed becomes the set upper limit value η (step 14). It is determined whether or not to end.
[0020]
According to the above-described embodiment, since the turning speed of the front wheels is slowed when the swingback suppression is necessary, the speed of reduction of the cornering force of the front wheels when the turning angle of the front wheels is reduced is also slowed. As a result, the difference between the cornering force of the front wheels and the cornering force of the rear wheels when the rudder angle is reduced can be reduced, so that the cornering force of the rear wheels can be prevented from becoming significantly larger than the cornering force of the front wheels. Therefore, it is possible to prevent the yaw rate of the vehicle acting in the direction opposite to the steering direction of the front wheels from increasing, and to suppress the swing back. For example, as indicated by the broken line in (1) of FIG. 10, the turning speed when the turning angle θ of the front wheels increases in one direction with the passage of time t and then decreases to return straight ahead is indicated by a solid line. It becomes slower than the conventional example shown by. As a result, the reduction speed of the cornering force Ff of the front wheel indicated by the broken line in (2) of FIG. 10 is also slower than the conventional example indicated by the solid line. At this time, the reduction speed of the rear wheel cornering force Fr is also slower than the conventional example shown by the solid line as shown by the broken line in FIG. 10 (3). The difference between is small. Therefore, as indicated by the broken line in (4) of FIG. 10, the yaw rate γ of the vehicle acting in the direction opposite to the steered direction of the front wheels when returning straight ahead is reduced compared to the conventional case, and the swing back is suppressed. At this time, the control is simple because it is only necessary to reduce the turning speed of the front wheels, and the cornering force of the front wheels does not increase more than necessary, so that the burden on the tire does not increase. Furthermore, in the danger avoidance steering state, the steering speed of the front wheels does not become slow, so that the change in the steering angle of the vehicle can be prevented from being delayed.
[0021]
FIG. 7 shows a vehicle steering apparatus employing a so-called steer-by-wire system according to a second embodiment of the present invention. The vehicle steering apparatus includes an operation member 101 that imitates a steering wheel, a steering motor (electric actuator) 102 that is driven by a rotation operation of the operation member 101, and the movement of the steering motor 102. A steering gear 103 is provided that transmits the steering wheel 101 to the left and right front wheels 104 so that the rudder angle changes according to the movement of the front wheel 104 without mechanically connecting the front wheel 101 to the front wheel 104. The steering motor 102 can be constituted by an electric motor such as a known brushless motor. The steering gear 103 has a motion conversion mechanism that converts the rotational motion of the output shaft of the steering motor 102 into the linear motion of the steering rod 107. The movement of the steering rod 107 is transmitted to the front wheel 104 via the tie rod 108 and the knuckle arm 109, and the toe angle of the front wheel 104 changes. A known gear can be used as the steering gear 103, and the configuration is not limited as long as the movement of the steering motor 102 can be transmitted to the front wheels 104 so that the steering angle changes. In the state where the steering motor 102 is not driven, the wheel alignment is set so that the front wheels 104 can return to the straight steering position by the self-aligning torque. The operating member 101 is connected to a rotating shaft 110 that is rotatably supported by the vehicle body side. An elastic member 130 is provided that provides elasticity in a direction to return the operation member 101 to the straight steering position.
[0022]
An angle sensor 111 for detecting the rotation angle of the rotary shaft 110 as a sensor for detecting the operation amount of the operation member 101, a rudder angle sensor 113 for detecting the rudder angle as a sensor for detecting the steered amount, and a variable representing a running state. A speed sensor 114 for detecting the vehicle speed and a yaw rate sensor 116 for detecting the yaw rate of the vehicle are provided as detection sensors. The angle sensor 111, the rudder angle sensor 113, the speed sensor 114, and the yaw rate sensor 116 are connected to a control device 120 configured by a computer.
[0023]
The control device 120 performs closed-loop control of the steering motor 102 via the drive circuit 122 according to the vehicle speed and the yaw rate when transmitting the movement of the steering motor 102 to the front wheels 104 so that the steering angle changes. Thus, the ratio between the operation amount of the operation member 101 and the turning amount of the front wheel 104 is changed according to the vehicle speed and the yaw rate.
[0024]
FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the control system of the control device 120 of the second embodiment. Here, γ is a detected value of the yaw rate of the vehicle 100, γ ^* Is the target value of the yaw rate, V is the detected value of the vehicle speed, δh is the detected value of the rotation angle of the operating member 101, δ is the detected value of the steering angle, and δ ^* Is the target rudder angle, i ^* Is the target value of the drive current of the steering motor 102, G1 is γ with respect to δh ^* The transfer function of the control unit, G2 is γ ^* Δ for the deviation between γ and γ ^* The transfer function of the adjusting part of G3, G3 is δ ^* I for the deviation between δ and δ ^* It is a transfer function of the adjustment part.
Δ obtained from the detected δh, V, γ ^* Then, the steering motor 102 is closed-loop controlled so as to reduce the deviation from the detected δ. That is, γ with respect to δh ^* For example, the adjustment unit is a proportional control element, the proportional gain is proportional to the vehicle speed V, and the following relationship is stored in the control device 120, where K is a proportionality constant.
γ ^* = G1 · δh = K · V · δh
That γ ^* Δ for the deviation between γ and γ ^* For example, the adjusting unit is a PI control element, and the following relationship is stored in the control device 120 with Ka as a gain and Ta as a time constant.
δ ^* = G2 · (γ ^* −γ) = Ka [1 + 1 / (Ta · s)] (γ ^* −γ)
That δ ^* I for the deviation between δ and δ ^* For example, the adjusting unit is a PI control element, and the following relationship is stored in the control device 120 with Kb as a gain and Tb as a time constant.
i ^* = G3 · (δ ^* −δ) = Kb [1 + 1 / (Tb · s)] (δ ^* −δ)
The proportionality constant K, the gains Ka and Kb, and the time constants Ta and Tb are appropriately adjusted so that optimum control can be performed.
[0025]
The control device 120 calculates the time change d (δh) / dt of the detected rotation angle δh of the rotary shaft 110 as the operation speed of the operation member 101, and the vehicle is in a state where it is necessary to suppress the swingback as in the first embodiment. The vehicle speed setting value α and the operation speed setting value β of the operation member 101 are stored as criteria for determining whether or not there is an operation. When the control device 120 operates the operation member 101 so that the steering angle decreases, the detected vehicle speed V is equal to or higher than the set value α, and the operation speed d (δh) / dt of the operation member 101 is equal to or higher than the set value β. If this is the case, it is determined that the swingback suppression is necessary, and if not, it is determined that the swingback suppression is not necessary.
[0026]
The control device 120 stores the set upper limit value η of the turning speed of the front wheels 104 for suppressing the swingback as in the first embodiment. When the control device 120 determines that the vehicle 100 is in a state where it is necessary to suppress the swingback, when the operation member 101 is operated so that the rudder angle decreases, the turning speed of the front wheels 104 is less than or equal to the stored upper limit value η. The steering motor 102 is controlled so as to be limited.
[0027]
The control device 120 determines whether or not the vehicle 100 is in a danger avoidance steering state. Therefore, also in the present embodiment, as in the first embodiment, the control device 120 determines whether or not the vehicle 100 is in a braking operation based on whether or not a brake lamp lighting signal is input. Further, as in the first embodiment, the control device 120 determines that the operation speed d (δh) / dt of the operation member 101 is the second larger than the set value β that is a criterion for determining whether or not the swingback suppression is necessary. The set value ζ is stored. The control device 120 determines that the vehicle is in the danger avoidance steering state when the vehicle 100 is in the braking state and the operation speed d (δh) / dt of the steering wheel H is equal to or higher than the second set value ζ. When the control device 120 determines that the vehicle 100 is in the danger avoidance steering state, the control of the steering motor 102 for limiting the turning speed of the front wheels 104 to be equal to or less than the set upper limit value η Even release it.
[0028]
The control procedure by the control device 120 will be described with reference to the flowchart of FIG. First, the detection value of each sensor is read (step 101). Next, the target yaw rate γ corresponding to the detected rotation angle δh and the vehicle speed V ^* Is calculated from the stored relationship (step 102), and the target yaw rate γ ^* And the target rudder angle δ corresponding to the deviation from the detected yaw rate γ ^* Is calculated from the stored relationship (step 103), and the target rudder angle δ ^* And the target drive current i of the steering motor 102 corresponding to the deviation between the detected steering angle δ and ^* Is calculated from the stored relationship (step 104). Next, it is determined from the detected value of the steering angle sensor 113 whether or not the steering angle of the operation member 101 is decreased (step 105). When the operation member 101 is operated so that the rudder angle decreases in step 105 (YES in step 105), the operation speed d (δh) / dt of the operation member 101 is obtained (step 106), and the detected vehicle speed V is stored. It is determined whether or not the swing back suppression is in a necessary state that is equal to or greater than the set value α and the operation speed d (δh) / dt of the operation member 101 is equal to or greater than the stored set value β (step 107). When it is determined in step 107 that the swing back suppression is necessary (YES in step 107), a brake lamp lighting signal is input, and the operation speed d (δh) / dt of the operation member 101 is the second set value ζ. It is determined whether or not it is in the danger avoidance steering state as described above (step 108). When it is determined in step 105 that the operating member 101 is not operated so as to decrease the rudder angle (NO in step 105), if it is determined in step 107 that the swing back suppression is not necessary (NO in step 107), in step 108 When it is determined that the vehicle is in the danger avoidance steering state (YES in step 108), the control of the steering motor 102 that limits the turning speed of the front wheels 104 to the set upper limit value η or less is released (step 109). Calculated target drive current i ^* Based on this, the steering motor 102 is driven (step 110). Next, whether or not to end the control is determined by, for example, whether or not the ignition switch of the vehicle 100 is on (step 111). If not, the process returns to step 101. When it is determined in step 108 that the vehicle is not in the danger avoidance steering state (NO in step 108), the target drive current i obtained in step 104 is determined. ^* Based on this, the steering speed s of the front wheels 104 when the steering motor 102 is driven is calculated (step 112), and it is determined whether or not the calculated front wheel steering speed s exceeds the set upper limit value η (step 113). ). If the front wheel turning speed s is less than or equal to the set upper limit value η in step 113 (NO in step 113), the target drive current i is determined in step 110. ^* Based on this, the steering motor 102 is driven. When the front wheel turning speed s exceeds the set upper limit value η in step 113 (YES in step 113), the steering motor 102 is controlled so that the front wheel turning speed becomes the set upper limit value η (step 114). It is determined whether or not to end the control.
[0029]
According to the second embodiment, in the vehicle in which the operation member 101 and the front wheel 104 are not mechanically connected, the same effects as those of the first embodiment can be achieved.
[0030]
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, the danger avoidance steering state may be determined when the vehicle is in a braking state or when the operation speed of the operation member is equal to or higher than the second set value. Further, in the first embodiment, the operation amount of the steering wheel H is used as a variable representing the traveling state of the vehicle, and the operation amount of the steering wheel H detected by the steering angle sensor 42 instead of the vehicle speed or together with the vehicle speed. Control may be performed according to the above. When the operation amount is large, the turning performance of the vehicle can be improved by increasing the rotation transmission ratio from the input shaft 2 to the output shaft 11 than when the operation amount is small. Further, the ring gear 32 or the carrier 34 of the planetary gear mechanism 30 is connected to the input shaft 2 in the first embodiment, and the constituent elements of the planetary gear mechanism 30 connected to the output shaft 11 are not connected to the input shaft 2. Alternatively, the ring gear 32 may be used, and the constituent elements of the planetary gear mechanism 30 driven by the motor 39 may be the sun gear 31 or the carrier 34 that is not connected to the input / output shafts 2 and 11. That is, any one of the planetary gear elements of the sun gear 31, the ring gear 32, and the carrier 34 is connected to the input shaft 2, and any of the planetary gear elements that are not connected to the input shaft 2 is connected to the output shaft 11. The planetary gear elements connected to each other and not connected to the input / output shaft may be rotationally driven by the motor 39. Further, a rotation transmission mechanism other than the planetary gear mechanism 30, for example, a planetary cone type rotation transmission mechanism may be used. Further, in each embodiment, when the electric actuator is controlled according to the variable representing the running state of the vehicle, the ratio between the operation amount of the operation member and the turning amount of the front wheel can be changed according to the variable. For example, the configuration of the control system is not particularly limited.
[0031]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to prevent the vehicle from swinging back when the steering angle of the vehicle is reduced, without requiring complicated control, without increasing the burden on the tire, and without further affecting the risk avoidance steering. Can provide.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a steering apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a control configuration of the steering device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram of a control system in the steering apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing an example of a relationship between a proportional gain K (V) and a vehicle speed V in the control system of the steering apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a set value of the vehicle speed and a set value of the operation speed of the steering wheel H in the steering device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a flowchart showing a control procedure in the steering apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating the configuration of a steering device according to a second embodiment of the invention.
FIG. 8 is a block diagram of a control system in a steering apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a flowchart showing a control procedure in the steering apparatus according to the second embodiment of the present invention.
FIGS. 10A and 10B are diagrams showing the relationship between the turning angle θ of the front wheels and the time t, FIG. 10B is a diagram showing the relationship between the cornering force Ff of the front wheels and the time t, and FIG. The figure which shows the relationship between the cornering force Fr and the time t, (4) is the figure which shows the relationship between the yaw rate γ of the vehicle and the time t
[Explanation of symbols]
2 Input shaft
11 Output shaft
30 Planetary gear mechanism
39 Motor
40 Control device
41 Vehicle speed sensor
42 Rudder angle sensor
43 Rotation angle sensor
101 Operation member
102 Steering motor
103 Steering gear
104 Front wheel
111 Angle sensor
113 Rudder angle sensor
114 Speed sensor
116 Yaw rate sensor
120 controller
H Steering wheel

Claims

When transmitting the movement of the electric actuator to the front wheels so that the rudder angle changes, the electric actuator is controlled according to the variable representing the running state of the vehicle, so that the operation amount of the operation member and the front wheel are controlled according to the variable. In a vehicle steering apparatus that can change the ratio of the steering amount of
When operating the operating member so that the rudder angle decreases, if the vehicle speed is higher than the set value and the operating speed of the operating member is higher than the set value, the turning speed of the front wheels will fluctuate. The vehicle steering apparatus characterized in that the electric actuator is controlled so as to be limited to an upper limit value or less set for suppression of return.

An operation member;
Means for detecting an operation amount of the operation member;
An electric actuator;
A control device for the electric actuator;
A mechanism capable of transmitting the movement of the electric actuator to the front wheels so that the rudder angle changes;
A sensor for detecting at least the vehicle speed as a variable representing the running state of the vehicle,
In the vehicle steering apparatus in which the electric actuator is controlled so that the ratio between the operation amount of the operation member and the steering amount of the front wheel changes according to the detected variable,
Means for determining the operating speed of the operating member;
Means for storing a set value of the vehicle speed and a set value of the operation speed of the operation member, which serve as a criterion for determining whether or not the vehicle is in a state where it is necessary to suppress the swingback;
When operating the operation member so that the rudder angle decreases, it is determined whether or not the vehicle speed is greater than the stored setting value and the operation member operating speed is greater than the stored setting value. Means to
Means for storing a setting upper limit value of the turning speed of the front wheels for suppressing swingback,
When the vehicle is in a state where it is necessary to suppress the swingback, when operating the operating member so that the steering angle decreases, the electric actuator is controlled so that the turning speed of the front wheels is limited to the stored upper limit value or less. A vehicle steering apparatus.

Means for determining whether or not the vehicle is in a danger avoidance steering state;
3. The vehicle steering apparatus according to claim 1, wherein when the vehicle is in a danger avoidance steering state, the control of the electric actuator for limiting the turning speed of the front wheels to a set upper limit value or less is canceled.

When the vehicle is in a braking state and the operation speed of the operation member is greater than or equal to a second set value that is greater than the set value, which is a criterion for determining whether or not the swingback suppression is necessary, the vehicle avoids danger. The vehicle steering apparatus according to claim 3, wherein the vehicle steering apparatus determines that the vehicle is in a steering state.

An input shaft that rotates according to the operation of the operation member;
An output shaft;
A rotation transmission mechanism for transmitting the rotation of the input shaft to the output shaft;
A steering gear that transmits the rotation of the output shaft to the front wheels so that the steering angle changes,
The vehicle according to any one of claims 1 to 4, wherein a component of the rotation transmission mechanism is driven by the electric actuator so that the movement of the electric actuator is transmitted to the front wheels so that the steering angle changes. Steering device.

The movement of the electric actuator is transmitted to the front wheel so that the rudder angle changes according to the movement without mechanically connecting the operation member to the front wheel. Vehicle steering system.