JP4035031B2 - Steering device with variable steering angle ratio - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両のステアリングホイールの回転角とフロントタイヤの切れ角との比を車両の運転状態に応じて変化させるようにしてなる舵角比可変式操舵装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
中、低車速域での大舵角時の操縦応答性を高めると共に、高車速域での操縦安定性を高めるために、ステアリングホイールの回転角(操舵角)とタイヤの切れ角(転舵角)との比、即ち舵角比を、車両の運転状態(操舵角並びに車速の変化)に応じて変化させるようにした舵角比可変式操舵装置が知られている(例えば、特公平4−38622号公報を参照されたい)。
【0003】
上記公報に記載の技術は、ステアリングホイールの回転角及び車速に応じて変化する係数をステアリングホイールの回転角に掛けて目標タイヤ切れ角を出力するものであり、ステアリングホイールの回転角が定常状態でのタイヤ切れ角は制御し得るが、ステアリングホイール操舵の過渡状態には十分に対応することはできない。
【0004】
他方、ステアリングホイールの回転角速度(操舵角速度)を加味して補助操舵装置を制御し、迅速に操舵される時と緩慢に操舵される時とで補助操舵装置に対する制御量を変化させるようにした舵角制御装置も知られている(例えば、特許公報第2722881号を参照されたい)。しかしこの技術によると、車速に応じてヨーレイトゲインが変化することには対応し得ない。
【0005】
【特許文献1】
特公平4−38622号公報
【特許文献2】
特許公報第2722881号
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来技術の不都合、即ちステアリングホイール操舵の過渡状態に十分に対応できない点や車速に応じてヨーレイトゲインが変化することに対応できない点を改善すべく案出されたものであり、その主な目的は、車両のステアリングホイールの回転角とフロントタイヤ切れ角との比を車両の運転状態に応じて変化させるようにしてなる舵角比可変式操舵装置を、過渡状態における車両挙動を的確に制御可能なものとするところにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
このような目的を果たすために、本発明においては、車両のステアリングホイールの回転角とフロントタイヤの切れ角との比を車両の運転状態に応じて変化させるようにしてなる舵角比可変式操舵装置を、ステアリングホイールの操作量に対応したフロントタイヤの切れ角を車両の運転状態に応じて制御するためのフロントタイヤの切れ角目標値を、ステアリングホイールの回転角に対応した値とステアリングホイールの回転角速度に対応した値との和に基づいて決定するものとし、ステアリングホイールの回転角速度に対応した値を、車速の増大に応じて減少し且つ所定車速値を境に正領域から負領域へ移行するものとした。
【0008】
このようにすれば、低車速域ではステアリンクホイールの操作を素早くすればするほどタイヤ切れ角が増大する方向に舵角比が変化し、高車速域では、ステアリングホイールの操舵に対するタイヤ切れ角の応答性が低くなるように舵角比が変化することとなる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面を参照して本発明について詳細に説明する。
【0010】
図1は、本発明が適用される自動車用操舵装置の基本的構成の模式図である。この操舵装置Sは、ステアリングホイール1に加えた回転力をラック・アンド・ピニオン機構2を介してラック軸3の軸力に変換し、これをもって左右のフロントタイヤ4を転舵する主操舵機構5と、電動モータの回転力をラック軸の軸力に付加してステアリングホイール1の回転力を補助するアシスト機構(電動パワーステアリング装置)6と、主ステアリング機構5及びアシスト機構6の全体を車体に対して左右へ移動可能に支持するスライド機構7と、電動式軸力発生装置をもって主操舵機構5及びアシスト機構6を共に左右へ移動させる副操舵機構8とからなっている。
【0011】
アシスト機構6は、予め設定した所定の操舵条件に応じて運転者のステアリングホイール操作力に付加する補助トルクを発生するためのものであり、公知の所謂パワーステアリング装置と何等違いはないので、ここでは詳細な説明は省略する。
【0012】
この操舵装置Sによれば、ステアリングホイール1を運転者が操舵することによってアシスト機構6を介してフロントタイヤ4が転舵されると共に、副操舵機構8の発生する軸力で主操舵機構5及びアシスト機構6の全体を左右に移動させることにより、ステアリングホイール1の操舵とは別にフロントタイヤ4が転舵される。そして運転者が与えたステアリングホイール1の回転角つまり操舵角θと、車両の走行速度つまり車速Vと、副操舵機構8の変位量とを検知し、これらの信号に基づいて総合的なタイヤ切れ角δが制御される。
【0013】
ここで副操舵機構8は、操舵角θに対するタイヤ切れ角δを、運転状態に応じて連続的に増減させるように制御される。これにより、操舵角θとタイヤ切れ角δとの比、即ち舵角比を運転状態に応じて変化させることができる。
【0014】
次に本発明による制御アルゴリズムについて図2を参照して説明する。
【0015】
目標タイヤ切れ角δは、操舵角θ(運転者が与えたステアリングホイール1の回転角)のみに基づく基本レシオ11で決定する値、つまり主操舵機構5の作用のみによる値δNと、操舵角θ及び車速Vに基づく関数発生器12で決定される値、つまり副操舵機構8の作用による値δCとを加算して決定される。
【0016】
ここで応答性補償目標タイヤ切れ角δCは、下式により算出される。
【0017】
δC=k1・(dθ/dt)+k0・θ
【0018】
但し、θは操舵角であり、k0はその時の操舵角θと車速Vとに応じて変化する係数(図3参照)であり、k1は車速Vに応じて変化する係数(図4参照)である。
【0019】
これによれば、その時の車速Vに応じてk1を変化させると共に、操舵角θと車速Vに応じてk0を変化させることにより、低車速域のヨーレイトゲインの向上と、高車速域のヨーレイトゲインの低下とを両立することが可能となる(図5参照)。
【0020】
このような特性は、特に、微分係数k1の車速Vに応じた変化を、図4に示したように、微分係数k1を車速Vに応じてほぼ直線的に漸減させ、しかもある速度を境に正の領域から負の領域に移行させることによって得られる。つまり、低車速域ではステアリンクホイールの操作を素早くすればするほどタイヤ切れ角が増大する方向、つまりステアリングギアレシオがクイック傾向となってヨーレイトゲインの特性が高応答性の俊敏な操縦性が得られるようになり、高車速域では、ステアリンクホイールの操作を素早くするとむしろ切り戻される傾向となり、ステアリングホイールの操舵に対するタイヤ切れ角の応答が過敏にならず、ヨーレイトゲインの特性がダンピングの効いた収斂性の高い安定感のある操縦性が得られるようになる。
【0021】
以上のことから、同一条件で走行した場合、低車速域では従来車に比して高い応答性が得られるため、図6に示したように、車両挙動に対する修正舵角が少なくて済むようになり(操舵角のピーク値が低くなる)、また高車速域では、従来車に比してダンピング効果が高まるため、図7に示したように、ヨーレイトの収束時間が短縮されるようになる(ヨーレイトが早期にフラット化する)。
【0022】
【発明の効果】
以上詳述した通り本発明によれば、車速に対する定常ヨーレイトゲイン変化の体感上のリニア感が向上し、舵角比可変式操舵装置を用いた車両の低車速域でのクイック感と高車速域での安定感とをより一層高次元で両立する上に多大な効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用される舵角比可変式操舵装置の模式的な構成図
【図2】本発明の制御ブロック図
【図3】比例項係数の設定マップ図
【図4】微分項係数の設定マップ図
【図5】ヨーレイトゲインと車速との関係を示すグラフ
【図6】操舵角変化を示すグラフ
【図7】ヨーレイト変化を示すグラフ
【符号の説明】
1 ステアリングホイール
5 主操舵機構
8 副操舵機構
11 基本レシオ
12 関数発生器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a steering angle ratio variable type steering apparatus in which a ratio between a rotation angle of a steering wheel of a vehicle and a cutting angle of a front tire is changed according to a driving state of the vehicle.
[0002]
[Prior art]
The steering wheel rotation angle (steering angle) and tire turning angle (steering angle) to improve steering response at large steering angles at medium and low vehicle speeds and to improve steering stability at high vehicle speeds. ), That is, the steering angle ratio is changed in accordance with the driving state of the vehicle (changes in the steering angle and vehicle speed). No. 38622).
[0003]
The technology described in the above publication outputs a target tire turning angle by multiplying the steering wheel rotation angle by a coefficient that changes according to the rotation angle of the steering wheel and the vehicle speed, and the rotation angle of the steering wheel is in a steady state. Although the tire turning angle can be controlled, it cannot sufficiently cope with the transient state of steering wheel steering.
[0004]
On the other hand, an auxiliary steering device is controlled in consideration of the rotational angular velocity (steering angular velocity) of the steering wheel, and the control amount for the auxiliary steering device is changed depending on whether it is steered quickly or slowly. Angular control devices are also known (see, for example, Japanese Patent Publication No. 2722882). However, according to this technique, it cannot cope with the yaw rate gain changing according to the vehicle speed.
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No. 4-38622 [Patent Document 2]
Patent Publication No. 2722811 [0006]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been devised to improve such disadvantages of the prior art, that is, the inability to sufficiently cope with the transient state of steering wheel steering and the inability to cope with the change in yaw rate gain according to the vehicle speed. Its main purpose is to provide a steering angle ratio variable type steering device that changes a ratio of a rotation angle of a steering wheel of a vehicle and a front tire turning angle in accordance with a driving state of the vehicle. The behavior is to be able to be precisely controlled.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above objects, in the present invention, variable steering ratio steering formed by the ratio between the rotation angle and the sharpness of the front wheel angle of a steering wheel of the vehicle is varied in accordance with the operating condition of the vehicle The target value of the front tire for controlling the angle of the front tire corresponding to the operation amount of the steering wheel according to the driving state of the vehicle is set to the value corresponding to the rotational angle of the steering wheel and the value of the steering wheel. The value is determined based on the sum of the value corresponding to the rotational angular velocity, and the value corresponding to the rotational angular velocity of the steering wheel is decreased as the vehicle speed increases and is shifted from the positive region to the negative region with the predetermined vehicle speed value as a boundary. To do.
[0008]
In this way, the steering angle ratio changes in a direction where the tire turning angle increases as the steer wheel is operated more quickly in the low vehicle speed range, and in the high vehicle speed range, the steering angle ratio with respect to steering of the steering wheel changes. The rudder angle ratio changes so that the responsiveness is lowered.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0010]
FIG. 1 is a schematic diagram of a basic configuration of a vehicle steering system to which the present invention is applied. The steering device S converts the rotational force applied to the steering wheel 1 into the axial force of the rack shaft 3 via the rack and
[0011]
The
[0012]
According to this steering device S, the driver steers the steering wheel 1 to turn the front tire 4 via the
[0013]
Here, the auxiliary steering mechanism 8 is controlled so as to continuously increase or decrease the tire turning angle δ with respect to the steering angle θ according to the driving state. Thereby, the ratio between the steering angle θ and the tire turning angle δ, that is, the steering angle ratio can be changed according to the driving state.
[0014]
Next, a control algorithm according to the present invention will be described with reference to FIG.
[0015]
The target tire turning angle δ is a value determined by the
[0016]
Here responsive compensation target tire turning angle [delta] C is calculated by the following equation.
[0017]
δ C = k 1 · (dθ / dt) + k 0 · θ
[0018]
However, θ is a steering angle, k 0 is a coefficient (see FIG. 3) that changes according to the steering angle θ and the vehicle speed V at that time, and k 1 is a coefficient that changes according to the vehicle speed V (see FIG. 4). ).
[0019]
According to this, the changes the k 1 in accordance with the vehicle speed V when the its, by changing the k 0 corresponding to the steering angle θ and the vehicle speed V, the improvement in the yaw rate gain of the low vehicle speed region, high vehicle speed It is possible to achieve both a reduction in the yaw rate gain in the region (see FIG. 5).
[0020]
Such properties, particularly the change corresponding to the vehicle speed V of the differential coefficient k 1, as shown in FIG. 4, the differential coefficient k 1 in accordance with the vehicle speed V is substantially linearly decreasing, yet certain speed It is obtained by shifting from the positive region to the negative region at the boundary. In other words, in the low vehicle speed range, the steer wheel is operated more quickly and the tire turning angle increases. At high vehicle speeds, if the steer wheel is operated quickly, it tends to be switched back, the response of the tire turning angle to the steering wheel steering is not sensitive, and the yaw rate gain characteristics are damped. A highly maneuverable and stable maneuverability can be obtained.
[0021]
From the above, when traveling under the same conditions, high responsiveness can be obtained in the low vehicle speed range as compared with the conventional vehicle, so that the corrected steering angle for the vehicle behavior can be reduced as shown in FIG. (The peak value of the steering angle becomes lower), and in the high vehicle speed range, the damping effect is enhanced as compared with the conventional vehicle, so that the convergence time of the yaw rate is shortened as shown in FIG. Yaw rate flattenes early).
[0022]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, the sense of linearity of the steady yaw gain gain change with respect to the vehicle speed is improved, and the quick feeling and the high vehicle speed range in the low vehicle speed range of the vehicle using the steering angle ratio variable type steering device. It is possible to achieve a great effect in making the sense of stability at a higher level compatible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a steering angle ratio variable type steering apparatus to which the present invention is applied. FIG. 2 is a control block diagram of the present invention. FIG. 3 is a proportional term coefficient setting map. Coefficient setting map [Fig. 5] Graph showing the relationship between yaw rate gain and vehicle speed [Fig. 6] Graph showing steering angle change [Fig. 7] Graph showing yaw rate change [Explanation of symbols]
1 Steering wheel 5 Main steering mechanism 8
Claims (1)
前記ステアリングホイールの操作量に対応した前記フロントタイヤの切れ角を車両の運転状態に応じて制御するための前記フロントタイヤの切れ角目標値は、前記ステアリングホイールの回転角に対応した値と前記ステアリングホイールの回転角速度に対応した値との和に基づいて決定されると共に、
前記ステアリングホイールの回転角速度に対応した値は、車速の増大に応じて減少し且つ所定車速値を境に正領域から負領域へ移行するものであることを特徴とする舵角比可変式操舵装置。A variable steering ratio steering apparatus comprising as varied according to the ratio between the rotation angle and the sharpness of the front wheel angle of a vehicle steering wheel to the operating state of the vehicle,
The target value of the front tire turning angle for controlling the turning angle of the front tire corresponding to the operation amount of the steering wheel according to the driving state of the vehicle is a value corresponding to the rotation angle of the steering wheel and the steering wheel. It is determined based on the sum of the value corresponding to the rotational angular velocity of the wheel,
A steering angle ratio variable type steering apparatus characterized in that the value corresponding to the rotational angular velocity of the steering wheel decreases as the vehicle speed increases and shifts from a positive region to a negative region with a predetermined vehicle speed value as a boundary. .
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