JP4023215B2

JP4023215B2 - Vehicle steering system

Info

Publication number: JP4023215B2
Application number: JP2002146133A
Authority: JP
Inventors: 武夫飯野; 勝利西崎; 賢司東; 眞之植野; 友保嘉田; 良平葉山
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2002-05-21
Filing date: 2002-05-21
Publication date: 2007-12-19
Anticipated expiration: 2022-05-21
Also published as: JP2003335253A

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車輪の転舵量との比を変更可能な車両用操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
操作部材の操作に応じた操舵用アクチュエータの動きを車輪に舵角が変化するように伝達する際に、操作部材の操作量と車輪の転舵量との比を変化させることで操舵特性を変更可能な車両用操舵装置が開発されている。そのような操舵装置として、操作部材を車輪に機械的に連結しない所謂ステアバイワイヤシステムを採用したものと機械的に連結したものとがある。ステアバイワイヤシステムを採用した操舵装置においては、ステアリングホイールを模した操作部材を車輪に機械的に連結することなく、操舵用アクチュエータの動きをステアリングギヤにより舵角が変化するように車輪に伝達する際に、その操舵用アクチュエータを制御することで操作量と転舵量との比を変更している。また、操作部材を車輪に機械的に連結した操舵装置においては、ステアリングホイールの回転を遊星ギヤ機構等の伝達比可変機構を介してステアリングギヤに伝達する際に、その遊星ギヤ機構を構成するリングギヤ等を駆動する操舵用アクチュエータを制御することで操作量と転舵量との比を変更している。
【０００３】
ステアバイワイヤシステムを採用した操舵装置においては、車輪と路面との間の摩擦に基づく操舵抵抗やセルフアライニングトルクは操作部材に伝達されない。また、ステアリングホイールと車輪とが伝達比可変機構を介して機械的に連結されている操舵装置においては、その操舵抵抗やセルフアライニングトルクは操作部材の操作量に対応しない。そのため、操作部材に作用するトルクを発生する操作用アクチュエータを設けることでドライバーに操舵フィーリングを与えている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の操作部材の操作量と車輪の転舵量との比を変更可能な車両用操舵装置においては、操作用アクチュエータの制御パターンは一定とされていた。そのため、その一定の制御パターンに従って操作用アクチュエータを制御して操作部材にトルクを作用させた場合、操舵フィーリングがドライバーの好みに合致しないことがあった。
【０００５】
また、従来の操作部材の操作量と車輪の転舵量との比を変更可能な車両用操舵装置においては、その比が変化しないように操舵用アクチュエータを制御することができなかった。そのため、操舵フィーリングがドライバーの好みに合致しないことがあった。
本発明は上記問題を解決することのできる車両用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】
本発明の車両用操舵装置の第１の特徴は、操作部材と、その操作部材に作用するトルクを発生する操作用アクチュエータと、操舵用アクチュエータと、その操舵用アクチュエータの動きを舵角変化が生じるように車輪に伝達するステアリングギヤと、その操作部材の操作量の検出手段と、その車輪の転舵量の検出手段と、その操作部材の操作量と車輪の転舵量との比が車両運転条件に応じて変化するように、その操舵用アクチュエータを制御可能な制御系と、その操作用アクチュエータを制御可能な制御系と、その操作用アクチュエータの制御のために予め設定された互いに異なる複数の操作制御パターンの記憶手段と、その複数の操作制御パターンの中の何れかを選択するための操作用選択スイッチとを備え、その操作用選択スイッチにより選択される操作制御パターンに従って、その制御系により操作用アクチュエータが制御され、前記複数の操作制御パターンとして、第１操作制御パターン、第２操作制御パターン、及び第３操作制御パターンが記憶され、前記第１操作制御パターン、前記第２操作制御パターン、及び前記第３操作制御パターンそれぞれにおいて、路面から前記車輪に作用する反力に対応する付加トルクが前記操作部材に作用されるトルクに付加されるように前記操作用アクチュエータが制御され、前記付加トルクは、前記第１操作制御パターンでは前記第２操作制御パターンよりも小さくされると共に前記第３操作制御パターンよりも大きくされ、さらに前記車輪のサスペンションの変位に比例するものとされる点にある。
これにより、操作用アクチュエータの制御パターンを操作用選択スイッチの操作により変化させることができるので、ドライバーの好みに応じた操舵フィーリングを操作用選択スイッチの操作により選択できる。
【０００７】
本発明の車両用操舵装置の第２の特徴は、操作部材と、その操作部材に作用するトルクを発生する操作用アクチュエータと、操舵用アクチュエータと、その操舵用アクチュエータの動きを舵角変化が生じるように車輪に伝達するステアリングギヤと、その操作部材の操作量の検出手段と、その車輪の転舵量の検出手段と、その操舵用アクチュエータを制御可能な制御系と、その操作用アクチュエータを制御可能な制御系と、その操作用アクチュエータの制御のために予め設定された互いに異なる複数の操作制御パターンの記憶手段と、その操舵用アクチュエータの制御のために予め設定された互いに異なる複数の操舵制御パターンの記憶手段と、その複数の操作制御パターンの中の何れかを選択するための操作用選択スイッチと、その複数の操舵制御パターンの中の何れかを選択するための操舵用選択スイッチとを備え、その操舵用選択スイッチにより選択可能な操舵制御パターンとして、その操作部材の操作量と車輪の転舵量との比が車両運転条件に応じて変化するように操舵用アクチュエータを制御するパターンと、その操作部材の操作量と車輪の転舵量との比が一定になるように操舵用アクチュエータを制御するパターンとが記憶され、その操作用選択スイッチにより選択される操作制御パターンに従って、その制御系により操作用アクチュエータが制御され、その操舵用選択スイッチにより選択される操舵制御パターンに従って、その制御系により操舵用アクチュエータが制御され、前記複数の操作制御パターンとして、第１操作制御パターン、第２操作制御パターン、及び第３操作制御パターンが記憶され、前記第１操作制御パターン、前記第２操作制御パターン、及び前記第３操作制御パターンそれぞれにおいて、路面から前記車輪に作用する反力に対応する付加トルクが前記操作部材に作用されるトルクに付加されるように前記操作用アクチュエータが制御され、前記付加トルクは、前記第１操作制御パターンでは前記第２操作制御パターンよりも小さくされると共に前記第３操作制御パターンよりも大きくされ、さらに前記車輪のサスペンションの変位に比例するものとされる点にある。
これにより、操舵用選択スイッチの操作によって操作部材の操作量と車輪の転舵量との比が変化する状態を選択することもできるし、その比が一定になる状態を選択することもできる。よって、ドライバーの好みに応じた操舵フィーリングを操舵用選択スイッチの操作により選択することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１に示す実施形態の車両用操舵装置は、ステアリングホイールを模した操作部材１と、操舵用アクチュエータ２と、その操舵用アクチュエータ２の動きを、その操作部材１を車輪４に機械的に連結することなく舵角変化が生じるように車輪４に伝達するステアリングギヤ３とを備える。
【００１０】
操作部材１は、車体側により回転可能に支持される入力側回転シャフト１０に同行回転するように連結されている。その入力側回転シャフト１０に操作用アクチュエータ１９の出力シャフトが一体化されている。その操作用アクチュエータ１９は操作部材に作用するトルクを発生することができる。その操作用アクチュエータ１９はブラシレスモータ等の電動モータにより構成できる。
【００１１】
操舵用アクチュエータ２は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３は操舵用アクチュエータ２の出力シャフトの回転運動をステアリングロッド７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７の動きがタイロッド８とナックルアーム９を介して車輪４に伝達されることで車輪４のトー角が変化する。そのステアリングギヤ３は公知のものを用いることができ、操舵用アクチュエータ２の動きを舵角が変化するように車輪４に伝達できれば構成は限定されない。本実施形態では、操舵用アクチュエータ２の出力シャフトに取り付けられたピニオン２ａに噛み合うラック７ａをステアリングロッド７に形成することで構成されている。操舵用アクチュエータ２が駆動されていない状態では、車輪４はセルフアライニングトルクにより直進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。
【００１２】
操作部材１の操作量として操作角δｈを検出する角度センサ１１が設けられている。車輪４の転舵量として舵角δを検出する舵角センサ１３が設けられている。本実施形態の舵角センサ１３は舵角δとしてステアリングロッド７の移動量を検出する。車両運転条件として車速Ｖを検出する速度センサ１４が設けられている。操作トルクＴｈとして入力側回転シャフト１０により伝達されるトルクを検出するトルクセンサ１２が設けられている。その角度センサ１１、トルクセンサ１２、舵角センサ１３、速度センサ１４はコンピュータにより構成される制御装置２０に接続されている。
【００１３】
その制御装置２０は、操舵用アクチュエータ２と操作用アクチュエータ１９を制御する制御系を構成し、また、操作用アクチュエータ１９の制御のために予め設定された互いに異なる複数の操作制御パターンと、操舵用アクチュエータ２の制御のために予め設定された互いに異なる複数の操舵制御パターンとを記憶する。その複数の操作制御パターンの中の何れかを選択するための操作用選択スイッチＳｗ１と、その複数の操舵制御パターンの中の何れかを選択するための操舵用選択スイッチＳｗ２とが制御装置２０に接続されている。両スイッチＳｗ１、Ｓｗ２は、例えば車両のインストルメントパネルにドライバーによって操作可能に取り付けられるトグルスイッチ等により構成できる。
【００１４】
操作用選択スイッチＳｗ１により選択可能な操作制御パターンとして、本実施形態では第１操作制御パターンと第２操作制御パターンと第３操作制御パターンとが記憶される。操作用選択スイッチＳｗ１により選択される何れかの操作制御パターンに従って、操作用アクチュエータ１９は制御装置２０により制御される。例えば制御装置２０は、各操作制御パターンに対応付けて操作角δｈと目標操作トルクＴｈ^*との間の予め定めた関係を記憶する。本実施形態における操作角δｈに対する目標操作トルクＴｈ^*の比Ｔｈ^*／δｈは、操作部材１を遊びの範囲で操作している操作角δｈの小さい範囲を除いて、図２において実線で示す第１操作制御パターンでの値Ｋ１が一点鎖線で示す第２操作制御パターンでの値Ｋ２よりも小さくされると共に二点鎖線で示す第３操作制御パターンでの値Ｋ３よりも大きくされ、各比Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３が記憶される。制御装置２０は検出操作角δｈと記憶した比Ｔｈ^*／δｈとから目標操作トルクＴｈ^*を演算し、目標操作トルクＴｈ^*と検出操作トルクＴｈとの偏差をなくすように操作用アクチュエータ１９の駆動信号を出力する。これにより、操作量を変化させた時の操作トルクの変化が、第２操作制御パターンの選択時は第１操作制御パターンの選択時よりも大きくなり、第３操作制御パターンの選択時は第１操作制御パターンの選択時よりも小さくなる。
また、路面から車輪４に作用する反力を操作部材１に作用するトルクに反映させるように操作用アクチュエータ１９を制御し、ドライバーに路面の状況をフィードバックし、複数の操作制御パターンの互いとの相違がその反力の反映程度の相違に対応するものである。例えば、路面から車輪４に作用する反力に対応する値として車輪４のサスペンションの変位を検出するセンサを設け、その検出変位に比例する付加トルクを、凹凸のない路面を走行した場合に操作部材１に作用させるトルクに付加されるように操作用アクチュエータ１９を制御する。その付加トルクを第１操作制御パターンでは第２操作制御パターンよりも小さくすると共に第３操作制御パターンよりも大きくする。これにより、平均的な凹凸の大きさの路面を走行する場合は第１操作制御パターンを選択し、凹凸の小さい路面を走行する場合は第２操作制御パターンを選択し、凹凸の大きい路面を走行する場合は第３操作制御パターンを選択することで、操作部材１に作用するトルクに路面状況を過不足なく反映できる。
【００１５】
操舵用選択スイッチＳｗ２により選択可能な操舵制御パターンとして、操作部材１の操作量と車輪４の転舵量との比が車両運転条件に応じて変化するように操舵用アクチュエータ２を制御する第１操舵制御パターンと、操作部材１の操作量と車輪４の転舵量との比が一定になるように操舵用アクチュエータ２を制御する第２操舵制御パターンとが記憶される。操舵用選択スイッチＳｗ２により選択される何れかの操舵制御パターンに従って、操舵用アクチュエータ２は制御装置２０により制御される。本実施形態の制御装置２０は、第１操舵制御パターンに対応付けて操作部材１の操作角δｈと車速Ｖと目標舵角δ^* との間の予め定めた関係を記憶し、検出操作角δｈと検出車速Ｖとから演算した目標舵角δ^* と検出舵角δとの偏差をなくすように操舵用アクチュエータ２の駆動信号を出力する。その操作角δｈと車速Ｖと目標舵角δ^* との間の関係は、例えば車輪４の転舵量が最大値に達するまでは低車速で旋回性能を向上して高車速で走行安定性を向上するため、車速Ｖが大きくなる程に操作角δｈに対する目標舵角δ^* の比δ^* ／δｈが小さくなるものとされる。なお、その比δ^* ／δｈは車速Ｖに応じて変化するものに限定されず、例えば操作速度や操作角等の他の車両運転条件に応じて変化してもよく、その比が車両運転条件に応じて変化するように操舵用アクチュエータ２を制御できればよい。また制御装置２０は第２操舵制御パターンに対応付けて操作部材１の操作角δｈに対する目標舵角δ^* の一定の比Ｋ＝δ^* ／δｈを記憶し、検出操作角δｈから演算した目標舵角δ^* と検出舵角δとの偏差をなくすように操舵用アクチュエータ２の駆動信号を出力する。その比Ｋは車両の操舵特性に応じて予め適宜定められる。
【００１６】
なお、図１に示すように出力側回転シャフト１５が、舵角変化による車輪４の動きに応じて回転するように車輪４に機械的に連結されている。例えば上記ラック７ａに噛み合うピニオン１５ａに出力側回転シャフト１５が同行回転するよう連結されている。出力側回転シャフト１５と上記入力側回転シャフト１０は通常は相対回転し、操舵用アクチュエータ２や制御系の故障等の異常発生時に操舵ができるように連結機構３０を介して連結される。その連結機構３０は、例えば上記制御装置２０からの信号により異常発生時に入力側回転シャフト１０と出力側回転シャフト１５とを連結する電磁クラッチにより構成される。
【００１７】
図３のフローチャートを参照して実施形態の制御装置２０による操舵用アクチュエータ２と操作用アクチュエータ１９の制御手順を説明する。
まず、各センサによる検出値を読み込む（ステップＳ１）。次に、操舵用選択スイッチＳｗ２により第１操舵制御パターンが選択されているか否かを判断する（ステップＳ２）。ステップＳ２において第１操舵制御パターンが選択されていれば、検出操作角δｈと検出車速Ｖと第１操舵制御パターンに対応付けて記憶された関係とから目標舵角δ^* を求め（ステップＳ３）、目標舵角δ^* と検出舵角δとの偏差をなくすように操舵用アクチュエータ２を制御する（ステップＳ４）。ステップＳ２において第１操舵制御パターンが選択されていない場合、第２操舵制御パターンに対応付けて記憶した操作角δｈに対する目標舵角δ^* の一定の比Ｋと検出操作角δｈとから目標舵角δ^* を求め（ステップＳ５）、目標舵角δ^* と検出舵角δとの偏差をなくすように操舵用アクチュエータ２を制御する（ステップＳ４）。次に、操作用選択スイッチＳｗ１により第１操作制御パターンが選択されているか否かを判断し（ステップＳ６）、選択されていれば第１操作制御パターンに対応付けて記憶された操作角δｈに対する目標操作トルクＴｈ^* の比Ｋ１を読み出す（ステップＳ７）。ステップＳ６において第１操作制御パターンが選択されていなければ、操作用選択スイッチＳｗ１により第２操作制御パターンが選択されているか否かを判断し（ステップＳ８）、選択されていれば第２操作制御パターンに対応付けて記憶された操作角δｈに対する目標操作トルクＴｈ^* の比Ｋ２を読み出す（ステップＳ９）。ステップＳ８において第２操作制御パターンが選択されていなければ、第３操作制御パターンに対応付けて記憶された操作角δｈに対する目標操作トルクＴｈ^* の比Ｋ３を読み出す（ステップＳ１０）。次に、その読み出した比Ｋ１、Ｋ２またはＫ３と検出操作角δｈから目標操作トルクＴｈ^* を求め（ステップＳ１１）、その目標操作トルクＴｈ^* と検出操作トルクＴｈとの偏差をなくすように操作用アクチュエータ１９を制御する（ステップＳ１２）。そして制御を終了するか否かを、例えばイグニッションスイッチがオフか否かにより判断し（ステップＳ１３）、終了しない場合はステップＳ１に戻る。
【００１８】
上記実施形態によれば、制御装置２０による操作用アクチュエータ１９の制御パターンを操作用選択スイッチＳｗ１の操作により変化させることで、ドライバーの好みに応じた操舵フィーリングを選択することができる。また、操舵用選択スイッチＳｗ２の操作により、車両運転条件に応じて操作部材１の操作角δｈと車輪４の転舵量との比が変化する状態を選択することもできるし、その比が一定になる状態を選択することもできる。よって、ドライバーの好みに応じた操舵フィーリングを操舵用選択スイッチＳｗ２の操作により選択することができる。
【００１９】
本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、図４の変形例に示すように、操作部材であるステアリングホイールＨが車輪に機械的に連結され、且つ、操作部材の操作量と車輪の転舵量との比を変化させることができる操舵装置１０１に本発明を適用してもよい。その操舵装置１０１においては、ステアリングホイールＨの操作に応じた入力シャフト１０２の回転は、回転伝達機構１３０により出力シャフト１１１に伝達され、出力シャフト１１１の回転が車輪に舵角が変化するようにステアリングギヤ（図示省略）により伝達される。そのステアリングギヤは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。入力シャフト１０２と出力シャフト１１１は互いに同軸心に隙間を介して配置され、ベアリング１０７、１０８、１１２、１１３を介してハウジング１１０により支持されている。その回転伝達機構１３０は、本変形例では遊星ギヤ機構とされ、サンギヤ１３１とリングギヤ１３２とに噛み合う遊星ギヤ１３３をキャリア１３４により保持する。サンギヤ１３１は、入力シャフト１０２の端部に同行回転するように連結されている。キャリア１３４は、出力シャフト１１１に同行回転するように連結されている。リングギヤ１３２は、入力シャフト１０２を囲むホルダー１３６にボルト３６２を介して固定されている。ホルダー１３６は、入力シャフト１０２を囲むようにハウジング１１０に固定された筒状部材１３５によりベアリング１０９を介して支持されている。そのホルダー１３６の外周にウォームホイール１３７が同行回転するように嵌め合わされている。ウォームホイール１３７に噛み合うウォーム１３８がハウジング１１０により支持されている。ウォーム１３８がハウジング１１０に取り付けられた操舵用アクチュエータ１３９により駆動される。その操舵用アクチュエータ１３９の制御によってステアリングホイールＨの操作量と車輪の転舵量との比を変化させることができる。また、ステアリングホイールＨに作用するトルクを発生する操作用アクチュエータ１１９が設けられている。他は上記実施形態と同様に操作用アクチュエータ１１９と操舵用アクチュエータ１３９を操作用選択スイッチにより選択される操作制御パターンと操舵用選択スイッチにより選択される操舵制御パターンとに従って制御するようにすればよい。
【００２０】
さらに、操舵用アクチュエータ２の第１操舵制御パターンは、操作部材の操作量と車輪の転舵量との比が車両運転条件に応じて変化するものであればよく、例えば上記実施形態において操作角δｈと車速Ｖと目標舵角δ^*との間の予め定めた関係と検出操作角δｈと検出車速Ｖとから目標舵角δ^*を演算することに代えて、操作トルクＴｈと車速Ｖと目標舵角δ^*との間の予め定めた関係と検出操作トルクＴｈと検出車速Ｖとから目標舵角δ^*を演算してもよい。
【００２１】
上記実施形態における操舵用アクチュエータ２と、その操舵用アクチュエータ２の回転運動をステアリングロッド７の直線運動に変換する運動変換機構に代えて、図５の変形例に示す操舵用アクチュエータ２００と運動変換機構を用いてもよい。その操舵用アクチュエータ２００は、車体に固定されるハウジング２０１に固定されるステータ２０２と、このステータ２０２に挿入されると共にハウジング２０１により軸受けを介して回転可能に支持されるロータ２０３とを有し、そのロータ２０３にステアリングロッド７が挿入される。その運動変換機構は、そのロータ２０３に一体化されるボールナット２１０と、そのボールナット２１０に図外ボールを介してねじ合わされると共にステアリングロッド７に一体化されるボールスクリューシャフト２１１とを有する。これにより、操舵用アクチュエータ２００の回転運動はステアリングロッド７の直線運動に変換される。なお、操舵用アクチュエータ２００と同軸心に操舵用アクチュエータ２００と同様の構成の予備操舵用アクチュエータ２００′が配置され、ハウジング２０１に固定されるステータ２０２′に挿入されると共にハウジング２０１により軸受けを介して回転可能に支持されるロータ２０３′にボールナット２１０が一体化されている。その予備操舵用アクチュエータ２００′のロータ２０３′に、ボールナット２１０とは別のボールナットを一体化するようにしてもよい。
【００２２】
上記実施形態における操作用選択スイッチＳｗ１と操舵用選択スイッチＳｗ２の中の何れか一方のみを設け、操作用アクチュエータと操舵用アクチュエータの中の何れか一方のみの制御に本発明を適用してもよい。
【００２３】
車両の停車状態での操舵時におけるドライバーの操舵負担を軽減するため、操作部材１を操作することなくスイッチを操作するだけで舵角が変化するようにしてもよい。例えば、上記実施形態において制御装置２０に常開の右据え切り操舵用スイッチと常開の左据え切り操舵用スイッチとを接続し、車速零において右据え切り操舵用スイッチを閉じている間は右操舵方向へ車輪が転舵されるように操舵用アクチュエータ２を駆動し、左据え切り操舵用スイッチを閉じている間は左操舵方向へ車輪が転舵されるように操舵用アクチュエータ２を駆動してもよい。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、スイッチ操作によってドライバーの好みに応じた操舵フィーリングを選択可能な車両用操舵装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の車両用操舵装置の構成説明図
【図２】本発明の実施形態の車両用操舵装置における操作角と目標操作トルクＴｈ^* との関係を示す図
【図３】本発明の実施形態の車両用操舵装置における操舵用アクチュエータと操作用アクチュエータの制御手順を示すフローチャート
【図４】本発明の変形例の車両用操舵装置の構成説明図
【図５】本発明の変形例の操舵用アクチュエータと運動変換機構の構成説明図
【符号の説明】
１操作部材
２、１３９、２００操舵用アクチュエータ
３ステアリングギヤ
４車輪
１１角度センサ
１３舵角センサ
１９、１１９操作用アクチュエータ
２０制御装置
Ｓｗ１操作用選択スイッチ
Ｓｗ２操舵用選択スイッチ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vehicle steering apparatus capable of changing a ratio between an operation amount of an operation member and a steering amount of a wheel.
[0002]
[Prior art]
When the movement of the steering actuator according to the operation of the operation member is transmitted to the wheel so that the steering angle changes, the steering characteristic is changed by changing the ratio between the operation amount of the operation member and the turning amount of the wheel Possible vehicle steering devices have been developed. As such a steering device, there is one that employs a so-called steer-by-wire system in which an operation member is not mechanically coupled to a wheel, and one that is mechanically coupled. In a steering device that employs a steer-by-wire system, the operation of the steering actuator is transmitted to the wheels such that the steering angle is changed by the steering gear without mechanically connecting an operation member imitating the steering wheel to the wheels. In addition, the ratio between the operation amount and the turning amount is changed by controlling the steering actuator. Further, in a steering device in which an operation member is mechanically connected to a wheel, when the rotation of the steering wheel is transmitted to the steering gear via a transmission ratio variable mechanism such as a planetary gear mechanism, the ring gear constituting the planetary gear mechanism The ratio between the operation amount and the turning amount is changed by controlling a steering actuator that drives the steering wheel.
[0003]
In a steering device that employs a steer-by-wire system, steering resistance and self-aligning torque based on friction between the wheels and the road surface are not transmitted to the operating member. Further, in a steering device in which the steering wheel and the wheel are mechanically connected via a transmission ratio variable mechanism, the steering resistance and the self-aligning torque do not correspond to the operation amount of the operation member. Therefore, a steering feeling is given to the driver by providing an operation actuator that generates torque acting on the operation member.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional vehicle steering apparatus that can change the ratio between the operation amount of the operation member and the steering amount of the wheel, the control pattern of the operation actuator is constant. For this reason, when the operating actuator is controlled according to the fixed control pattern to apply torque to the operating member, the steering feeling may not match the driver's preference.
[0005]
Further, in the conventional vehicle steering apparatus that can change the ratio of the operation amount of the operation member and the turning amount of the wheel, the steering actuator cannot be controlled so that the ratio does not change. As a result, the steering feeling may not match the driver's preference.
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]
A first feature of the vehicle steering apparatus of the present invention is that an operation member, an operation actuator that generates torque acting on the operation member, a steering actuator, and a change in the steering angle of the movement of the steering actuator are generated. Thus, the steering gear transmitted to the wheel, the operation amount detecting means for the operation member, the steering amount detection means for the wheel, and the ratio between the operation amount of the operation member and the wheel turning amount is the vehicle driving A control system capable of controlling the steering actuator, a control system capable of controlling the operation actuator, and a plurality of different preset presets for controlling the operation actuator so as to change according to conditions An operation control pattern storage means and an operation selection switch for selecting one of the plurality of operation control patterns are provided. According to the selected operation control pattern, an operation actuator is controlled by the control system, and a first operation control pattern, a second operation control pattern, and a third operation control pattern are stored as the plurality of operation control patterns, In each of the first operation control pattern, the second operation control pattern, and the third operation control pattern, an additional torque corresponding to the reaction force acting on the wheel from the road surface is added to the torque acting on the operation member. The operation actuator is controlled as described above, and the additional torque is made smaller than the second operation control pattern and larger than the third operation control pattern in the first operation control pattern , and further the suspension of the wheel lies in the displacement Ru is assumed to be proportional.
As a result, the control pattern of the operation actuator can be changed by operating the operation selection switch, so that the steering feeling according to the preference of the driver can be selected by operating the operation selection switch.
[0007]
A second feature of the vehicle steering apparatus according to the present invention is that an operation member, an operation actuator that generates torque acting on the operation member, a steering actuator, and a change in the steering angle of the movement of the steering actuator are generated. The steering gear that transmits to the wheel, the operation amount detection means for the operation member, the steering amount detection means for the wheel, the control system that can control the steering actuator, and the operation actuator Possible control system, storage means for a plurality of different operation control patterns preset for control of the actuator for operation, and a plurality of different steering controls preset for control of the actuator for steering A pattern storage means, an operation selection switch for selecting one of the plurality of operation control patterns, and the plurality of operation control patterns A steering selection switch for selecting one of the steering control patterns, and a ratio between the operation amount of the operation member and the steering amount of the wheel as a steering control pattern selectable by the steering selection switch There are a pattern for controlling the steering actuator so that changes in accordance with vehicle driving conditions, and a pattern for controlling the steering actuator so that the ratio between the operation amount of the operation member and the steering amount of the wheel is constant. The operation actuator is controlled by the control system according to the operation control pattern stored and selected by the operation selection switch, and the steering actuator is controlled by the control system according to the steering control pattern selected by the steering selection switch. Controlled, the plurality of operation control patterns include a first operation control pattern, a second operation control pattern, and A third operation control pattern is stored, and in each of the first operation control pattern, the second operation control pattern, and the third operation control pattern, an additional torque corresponding to a reaction force acting on the wheels from the road surface is the operation. The operation actuator is controlled to be added to the torque applied to the member, and the additional torque is made smaller than the second operation control pattern in the first operation control pattern and the third operation control pattern. It is larger than that, in that it further Ru is assumed to be proportional to the displacement of the suspension of the wheel.
Accordingly, it is possible to select a state in which the ratio between the operation amount of the operation member and the wheel turning amount is changed by operating the steering selection switch, or it is possible to select a state in which the ratio is constant. Therefore, the steering feeling according to the driver's preference can be selected by operating the steering selection switch.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The vehicle steering apparatus of the embodiment shown in FIG. 1 mechanically couples the operation member 1 simulating a steering wheel, the steering actuator 2, and the movement of the steering actuator 2 to the wheel 4. And a steering gear 3 that transmits to the wheels 4 so that the steering angle changes without causing the change.
[0010]
The operation member 1 is connected to an input side rotation shaft 10 rotatably supported by the vehicle body side so as to rotate together. An output shaft of the operating actuator 19 is integrated with the input side rotating shaft 10. The operating actuator 19 can generate torque acting on the operating member. The operating actuator 19 can be constituted by an electric motor such as a brushless motor.
[0011]
The steering actuator 2 can be constituted by an electric motor such as a brushless motor. The steering gear 3 has a motion conversion mechanism that converts the rotational motion of the output shaft of the steering actuator 2 into the linear motion of the steering rod 7. The movement of the steering rod 7 is transmitted to the wheel 4 through the tie rod 8 and the knuckle arm 9 so that the toe angle of the wheel 4 changes. The steering gear 3 can be a known one, and the configuration is not limited as long as the movement of the steering actuator 2 can be transmitted to the wheels 4 so that the steering angle changes. In this embodiment, the steering rod 7 is formed with a rack 7 a that meshes with a pinion 2 a attached to the output shaft of the steering actuator 2. In a state where the steering actuator 2 is not driven, the wheel alignment is set so that the wheel 4 can return to the straight position by the self-aligning torque.
[0012]
An angle sensor 11 that detects an operation angle δh as an operation amount of the operation member 1 is provided. A steering angle sensor 13 that detects a steering angle δ as a steering amount of the wheel 4 is provided. The steering angle sensor 13 of the present embodiment detects the amount of movement of the steering rod 7 as the steering angle δ. A speed sensor 14 for detecting the vehicle speed V is provided as a vehicle driving condition. A torque sensor 12 is provided for detecting torque transmitted by the input side rotary shaft 10 as the operation torque Th. The angle sensor 11, torque sensor 12, rudder angle sensor 13, and speed sensor 14 are connected to a control device 20 configured by a computer.
[0013]
The control device 20 constitutes a control system for controlling the steering actuator 2 and the operation actuator 19, a plurality of different operation control patterns set in advance for controlling the operation actuator 19, and a steering system A plurality of different steering control patterns set in advance for controlling the actuator 2 are stored. An operation selection switch Sw1 for selecting any one of the plurality of operation control patterns and a steering selection switch Sw2 for selecting any one of the plurality of steering control patterns are provided in the control device 20. It is connected. Both switches Sw1 and Sw2 can be configured by, for example, a toggle switch that is operably attached to a vehicle instrument panel by a driver.
[0014]
In the present embodiment, a first operation control pattern, a second operation control pattern, and a third operation control pattern are stored as operation control patterns that can be selected by the operation selection switch Sw1. The operation actuator 19 is controlled by the control device 20 in accordance with any operation control pattern selected by the operation selection switch Sw1. For example, the control device 20 stores a predetermined relationship between the operation angle δh and the target operation torque Th ^* in association with each operation control pattern. The ratio Th ^* / δh of the target operating torque Th ^* to the operating angle δh in the present embodiment is the first indicated by a solid line in FIG. 2 except for a small operating angle δh in which the operating member 1 is operated in the play range. The value K1 in the one operation control pattern is made smaller than the value K2 in the second operation control pattern indicated by the one-dot chain line and larger than the value K3 in the third operation control pattern indicated by the two-dot chain line, and each ratio K1 , K2, K3 are stored. The control device 20 calculates the target operation torque Th ^* from the detected operation angle δh and the stored ratio Th ^* / δh, and drives the operation actuator 19 so as to eliminate the deviation between the target operation torque Th ^* and the detected operation torque Th. Output a signal. Thereby, the change in the operation torque when the operation amount is changed is larger when the second operation control pattern is selected than when the first operation control pattern is selected, and when the third operation control pattern is selected, the first operation control pattern is changed. It becomes smaller than when an operation control pattern is selected.
In addition, the operation actuator 19 is controlled so that the reaction force acting on the wheel 4 from the road surface is reflected in the torque acting on the operation member 1, the road surface condition is fed back to the driver, and a plurality of operation control patterns are connected to each other. The difference corresponds to the difference in the degree of reflection of the reaction force. For example, a sensor for detecting the displacement of the suspension of the wheel 4 as a value corresponding to the reaction force acting on the wheel 4 from the road surface is provided, and the additional torque proportional to the detected displacement is applied to the operation member when traveling on a road surface without unevenness. The operating actuator 19 is controlled so as to be added to the torque acting on the motor 1. The additional torque is made smaller in the first operation control pattern than in the second operation control pattern and larger than in the third operation control pattern. As a result, the first operation control pattern is selected when traveling on a road surface with an average unevenness, and the second operation control pattern is selected when traveling on a road surface with small unevenness, and the vehicle travels on a road surface with large unevenness. In this case, by selecting the third operation control pattern, the road surface condition can be reflected in the torque acting on the operation member 1 without excess or deficiency.
[0015]
As a steering control pattern that can be selected by the steering selection switch Sw2, a first actuator that controls the steering actuator 2 so that the ratio between the operation amount of the operation member 1 and the turning amount of the wheels 4 changes according to the vehicle driving conditions. A steering control pattern and a second steering control pattern for controlling the steering actuator 2 so that the ratio between the operation amount of the operation member 1 and the steering amount of the wheel 4 is constant are stored. The steering actuator 2 is controlled by the control device 20 in accordance with any steering control pattern selected by the steering selection switch Sw2. The control device 20 of the present embodiment stores a predetermined relationship between the operation angle δh of the operation member 1, the vehicle speed V, and the target rudder angle δ ^* in association with the first steering control pattern, and detects the detected operation angle δh. And a drive signal for the steering actuator 2 so as to eliminate a deviation between the target steering angle δ ^* calculated from the detected vehicle speed V and the detected steering angle δ. The relationship between the operation angle δh, the vehicle speed V, and the target rudder angle δ ^* is, for example, that the turning performance is improved at a low vehicle speed and the running stability at a high vehicle speed until the turning amount of the wheel 4 reaches the maximum value. In order to improve, the ratio δ ^* / δh of the target rudder angle δ ^* to the operation angle δh decreases as the vehicle speed V increases. Note that the ratio δ ^* / δh is not limited to the one that changes according to the vehicle speed V, and may change according to other vehicle operating conditions such as the operating speed and the operating angle. It suffices if the steering actuator 2 can be controlled so as to change according to the above. Further, the control device 20 stores a constant ratio K = δ ^* / δh of the target rudder angle δ ^{* with} respect to the operation angle δh of the operation member 1 in association with the second steering control pattern, and calculates the target rudder calculated from the detected operation angle δh. A drive signal for the steering actuator 2 is output so as to eliminate the deviation between the angle δ ^* and the detected steering angle δ. The ratio K is appropriately determined in advance according to the steering characteristics of the vehicle.
[0016]
In addition, as shown in FIG. 1, the output side rotating shaft 15 is mechanically connected to the wheel 4 so as to rotate in accordance with the movement of the wheel 4 due to a change in the steering angle. For example, the output side rotating shaft 15 is connected to the pinion 15a meshing with the rack 7a so as to rotate together. The output side rotation shaft 15 and the input side rotation shaft 10 normally rotate relative to each other and are connected via a connection mechanism 30 so that steering can be performed when an abnormality such as a failure of the steering actuator 2 or the control system occurs. The connection mechanism 30 is configured by an electromagnetic clutch that connects the input-side rotary shaft 10 and the output-side rotary shaft 15 when an abnormality occurs, for example, by a signal from the control device 20.
[0017]
A control procedure of the steering actuator 2 and the operation actuator 19 by the control device 20 of the embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, the detection value by each sensor is read (step S1). Next, it is determined whether or not the first steering control pattern is selected by the steering selection switch Sw2 (step S2). If the first steering control pattern is selected in step S2, the target steering angle δ ^* is obtained from the detected operation angle δh, the detected vehicle speed V, and the relationship stored in association with the first steering control pattern (step S3). Then, the steering actuator 2 is controlled so as to eliminate the deviation between the target rudder angle δ ^* and the detected rudder angle δ (step S4). When the first steering control pattern is not selected in step S2, the target steering angle is calculated from the constant ratio K of the target steering angle δ ^* to the operation angle δh stored in association with the second steering control pattern and the detected operation angle δh. δ ^* is obtained (step S5), and the steering actuator 2 is controlled so as to eliminate the deviation between the target steering angle δ ^* and the detected steering angle δ (step S4). Next, it is determined whether or not the first operation control pattern is selected by the operation selection switch Sw1 (step S6). If it is selected, the operation angle δh stored in association with the first operation control pattern is determined. The ratio K1 of the target operation torque Th ^* is read (step S7). If the first operation control pattern is not selected in step S6, it is determined whether or not the second operation control pattern is selected by the operation selection switch Sw1 (step S8). If it is selected, the second operation control pattern is determined. The ratio K2 of the target operation torque Th ^{* with} respect to the operation angle δh stored in association with the pattern is read (step S9). If the second operation control pattern is not selected in step S8, the ratio K3 of the target operation torque Th ^{* with} respect to the operation angle δh stored in association with the third operation control pattern is read (step S10). Next, the target operation torque Th ^* is obtained from the read ratio K1, K2 or K3 and the detected operation angle δh (step S11), and the operation is performed so as to eliminate the deviation between the target operation torque Th ^* and the detected operation torque Th. The actuator 19 is controlled (step S12). Then, whether or not to end the control is determined, for example, based on whether or not the ignition switch is off (step S13). If not, the process returns to step S1.
[0018]
According to the above embodiment, the steering feeling according to the driver's preference can be selected by changing the control pattern of the operation actuator 19 by the control device 20 by the operation of the operation selection switch Sw1. In addition, by operating the steering selection switch Sw2, it is possible to select a state in which the ratio between the operation angle δh of the operation member 1 and the turning amount of the wheel 4 changes according to the vehicle operating conditions, and the ratio is constant. You can also select the state that will be. Therefore, the steering feeling according to the driver's preference can be selected by operating the steering selection switch Sw2.
[0019]
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, as shown in the modification of FIG. 4, a steering wheel H that is an operation member is mechanically coupled to the wheel, and the ratio between the operation amount of the operation member and the turning amount of the wheel can be changed. The present invention may be applied to the steering device 101. In the steering device 101, the rotation of the input shaft 102 according to the operation of the steering wheel H is transmitted to the output shaft 111 by the rotation transmission mechanism 130, and the steering is performed so that the rotation angle of the output shaft 111 changes to the wheels. It is transmitted by a gear (not shown). 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. The input shaft 102 and the output shaft 111 are disposed coaxially with a gap therebetween and are supported by the housing 110 via bearings 107, 108, 112, and 113. The rotation transmission mechanism 130 is a planetary gear mechanism in this modification, and the planetary gear 133 that meshes with the sun gear 131 and the ring gear 132 is held by the carrier 134. The sun gear 131 is coupled to the end of the input shaft 102 so as to rotate together. The carrier 134 is connected to the output shaft 111 so as to rotate together. The ring gear 132 is fixed to a holder 136 surrounding the input shaft 102 via bolts 362. The holder 136 is supported via a bearing 109 by a cylindrical member 135 fixed to the housing 110 so as to surround the input shaft 102. A worm wheel 137 is fitted on the outer periphery of the holder 136 so as to rotate together. A worm 138 that meshes with the worm wheel 137 is supported by the housing 110. The worm 138 is driven by a steering actuator 139 attached to the housing 110. By controlling the steering actuator 139, the ratio between the operation amount of the steering wheel H and the turning amount of the wheel can be changed. In addition, an operation actuator 119 that generates torque acting on the steering wheel H is provided. Other than that, the operation actuator 119 and the steering actuator 139 may be controlled according to the operation control pattern selected by the operation selection switch and the steering control pattern selected by the steering selection switch, as in the above embodiment. .
[0020]
Et al of the first steering control pattern of the steering actuator 2 is not limited as long as the ratio between the operation amount and the wheel turning amount of the operation member is changed in accordance with vehicle operating conditions, for example in the above embodiment Instead of calculating the target steering angle δ ^* from the predetermined relationship among the operation angle δh, the vehicle speed V, and the target steering angle δ ^* , the detected operation angle δh, and the detected vehicle speed V, the operation torque Th and the vehicle speed V and may be calculated target steering angle [delta] ^* from a predetermined relationship between the detected operating torque Th and the detected vehicle speed V between the target steering angle [delta] ^*.
[0021]
Instead of the steering actuator 2 and the motion conversion mechanism that converts the rotational motion of the steering actuator 2 into the linear motion of the steering rod 7 in the above embodiment, the steering actuator 200 and the motion conversion mechanism shown in the modified example of FIG. May be used. The steering actuator 200 includes a stator 202 fixed to a housing 201 fixed to the vehicle body, and a rotor 203 inserted into the stator 202 and supported rotatably by the housing 201 via a bearing. The steering rod 7 is inserted into the rotor 203. The motion conversion mechanism includes a ball nut 210 that is integrated with the rotor 203 and a ball screw shaft 211 that is screwed to the ball nut 210 via an unillustrated ball and is integrated with the steering rod 7. Thereby, the rotational motion of the steering actuator 200 is converted into the linear motion of the steering rod 7. A preliminary steering actuator 200 ′ having the same configuration as that of the steering actuator 200 is disposed coaxially with the steering actuator 200, and is inserted into a stator 202 ′ fixed to the housing 201, and is inserted into the stator 201 via a bearing. A ball nut 210 is integrated with a rotor 203 ′ that is rotatably supported. A ball nut different from the ball nut 210 may be integrated with the rotor 203 ′ of the preliminary steering actuator 200 ′.
[0022]
Only one of the operation selection switch Sw1 and the steering selection switch Sw2 in the above embodiment may be provided, and the present invention may be applied to control only one of the operation actuator and the steering actuator. .
[0023]
In order to reduce the driver's steering burden during steering when the vehicle is stopped, the steering angle may be changed by operating the switch without operating the operation member 1. For example, in the above embodiment, the control device 20 is connected to the normally open right stationary steering switch and the normally open left stationary steering switch, and the right stationary steering switch is closed while the right stationary steering switch is closed at the vehicle speed of zero. The steering actuator 2 is driven so that the wheel is steered in the steering direction, and the steering actuator 2 is driven so that the wheel is steered in the left steering direction while the left stationary steering switch is closed. May be.
[0024]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the steering apparatus for vehicles which can select the steering feeling according to a driver | operator's liking by switch operation can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a vehicle steering apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram illustrating a relationship between an operation angle and a target operation torque Th ^* in a vehicle steering apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a flowchart showing the control procedure of the steering actuator and the operation actuator in the vehicle steering apparatus according to the embodiment of the present invention. FIG. 4 is a diagram illustrating the configuration of the vehicle steering apparatus according to a modification of the present invention. Configuration diagram of the modified steering actuator and motion conversion mechanism 【Explanation of symbols】
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Operation member 2, 139, 200 Steering actuator 3 Steering gear 4 Wheel 11 Angle sensor 13 Steering angle sensor 19, 119 Operation actuator 20 Control device Sw1 Operation selection switch Sw2 Steering selection switch

Claims

An operation member;
An operating actuator for generating torque acting on the operating member;
A steering actuator;
A steering gear that transmits the movement of the steering actuator to the wheels so that the steering angle changes,
Means for detecting the operation amount of the operation member;
Means for detecting the amount of steering of the wheel;
A control system capable of controlling the steering actuator such that the ratio between the operation amount of the operation member and the steering amount of the wheel changes according to the vehicle operating conditions;
A control system capable of controlling the operating actuator;
Storage means for a plurality of different operation control patterns set in advance for controlling the operation actuator;
An operation selection switch for selecting any of the plurality of operation control patterns;
According to the operation control pattern selected by the operation selection switch, the operation actuator is controlled by the control system,
A first operation control pattern, a second operation control pattern, and a third operation control pattern are stored as the plurality of operation control patterns,
In each of the first operation control pattern, the second operation control pattern, and the third operation control pattern, an additional torque corresponding to a reaction force acting on the wheel from the road surface is added to the torque acting on the operation member. The operation actuator is controlled so that the additional torque is made smaller than the second operation control pattern and larger than the third operation control pattern in the first operation control pattern , and further, vehicle steering apparatus according to claim Rukoto is assumed to be proportional to the displacement of the suspension.

An operation member;
An operating actuator for generating torque acting on the operating member;
A steering actuator;
A steering gear that transmits the movement of the steering actuator to the wheels so that the steering angle changes,
Means for detecting the operation amount of the operation member;
Means for detecting the amount of steering of the wheel;
A control system capable of controlling the steering actuator;
A control system capable of controlling the operating actuator;
Storage means for a plurality of different operation control patterns set in advance for controlling the operation actuator;
A plurality of different steering control pattern storage means preset for controlling the steering actuator;
An operation selection switch for selecting one of the plurality of operation control patterns;
A steering selection switch for selecting one of the plurality of steering control patterns;
As a steering control pattern that can be selected by the steering selection switch, a pattern for controlling the steering actuator so that the ratio of the operation amount of the operation member and the turning amount of the wheel changes according to the vehicle driving condition, and A pattern for controlling the steering actuator so that the ratio between the operation amount of the operation member and the turning amount of the wheel is constant is stored;
According to the operation control pattern selected by the operation selection switch, the operation actuator is controlled by the control system,
In accordance with the steering control pattern selected by the steering selection switch, the steering actuator is controlled by the control system,
A first operation control pattern, a second operation control pattern, and a third operation control pattern are stored as the plurality of operation control patterns,
In each of the first operation control pattern, the second operation control pattern, and the third operation control pattern, an additional torque corresponding to a reaction force acting on the wheel from the road surface is added to the torque acting on the operation member. The operation actuator is controlled so that the additional torque is made smaller than the second operation control pattern and larger than the third operation control pattern in the first operation control pattern , and further, vehicle steering apparatus according to claim Rukoto is assumed to be proportional to the displacement of the suspension.