JP4061997B2

JP4061997B2 - Automobile steering ratio variable steering device

Info

Publication number: JP4061997B2
Application number: JP2002206531A
Authority: JP
Inventors: 智彦足立; 建田中
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2002-07-16
Filing date: 2002-07-16
Publication date: 2008-03-19
Anticipated expiration: 2022-07-16
Also published as: JP2004050853A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のハンドル舵角に対する車輪舵角の比（以下、操舵比という）を変更可能な操舵比可変式のステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種の操舵比可変式のステアリング装置（Variable Gear-Ratio Steering：以下、ＶＧＲ装置ともいう）として、例えば特開２０００−６２６３２号公報に開示されるように、自動車の操舵ハンドルから車輪までの操舵力の伝達系路に可変機構を設けて、ハンドル操舵に対する車輪の操舵比を車速に応じて変更するようにしたものがある。このものでは、前記可変機構において操舵ハンドル側の入力軸と車輪側の出力軸とをギヤ機構により連結し、このギヤ機構を構成する所定のギヤをアクチュエータにより駆動することで、入力回転に対し加算乃至減算した回転量を出力し、これにより操舵回転の伝達比を変更するようになっている（以下、このような方式を加減算方式という）。
【０００３】
また、前記のものでは、高速側ほど操舵比（減速比）を小さくして比較的ゲインの低いスローな操舵特性とする一方、低速側ほど操舵比を大きくして比較的ゲインの高いクイックな操舵特性とするようにしている。これは、安定性の重視される高速走行時には自動車の挙動変化を抑えるために、ハンドル操舵に対する車輪舵角の変化を小さめにするのが好ましく、一方、低速走行時には小回りが利くことが求められるので、操舵比は大きい方がよいからである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ハンドル操舵から車輪が動き出すまでには操舵力の伝達遅れがあり、また、車輪が動き出してから車体にヨーレイト等が発生するまでにも遅れが生じる。このような操舵応答の遅れは比較的車速の低いときや、操舵量が大きくてドライバーが一気にハンドルを切るときにはあまり問題にならないが、車速の高いときには次のような問題がある。
【０００５】
すなわち、一般に、車速の高いときには、ドライバーは操舵に対する自動車の挙動変化、即ち操舵応答に注意を払い、これをフィードバックしながらハンドル操舵を行うものであるから、操舵の瞬間に自動車の反応が鈍くて思うような応答が得られないときには不安感を覚え、心理的な疲労の原因になるし、ハンドルをやや切り過ぎるきらいもある。
【０００６】
特に、自動車が直進状態から旋回状態に移行するときには、旋回中にハンドルを切り増すときに比べてタイヤやサスペンションブッシュの撓みが大きくなるので、ドライバーは操舵応答の位相遅れを一層、大きく感じることになる。
【０００７】
このような応答遅れの問題に対して、ＶＧＲ装置の高速側の操舵比をあまり小さくせずに比較的クイックなものとし、このことによってヨーレイト等の立ち上がりを早くすることは可能であるが、この場合でも操舵の位相遅れが減少するわけではないし、ハンドル操舵に対する自動車の挙動変化が大きくなるから、高速安定性の観点からは好ましいことではない。
【０００８】
斯かる問題点について、本願の発明者は、操舵力の伝達系路に差動ギヤ機構を設けて回転の伝達比を変化させるようにした上述の加減算方式のＶＧＲ装置において、アクチュエータの作動によって入力回転を減算する場合には、そのアクチュエータの作動の位相遅れによって見かけ上、操舵の位相遅れが減少することを見出して、本願発明を完成するに至った。すなわち、本願発明の目的は、従来のＶＧＲ装置と同様に自動車の車速に応じて適切な操舵ゲイン特性となるように操舵比を変更するとともに、これとは独立に位相遅れをも制御して、自動車の走行状態に対応した最適な操舵応答特性を得ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本願発明では、差動ギヤ機構の所定のギヤ要素をアクチュエータにより駆動して回転の伝達比を変化させるようにした加減算方式の操舵比可変式ステアリング装置において、操舵回転の伝達比が少なくとも車速に応じて変化するように前記アクチュエータを制御するとともに、そのアクチュエータの作動の位相遅れを少なくとも車速に応じて制御することで、操舵の位相遅れを変更するようにした。
【００１０】
具体的に、請求項１の発明は、自動車の操舵ハンドルから車輪までの操舵力の伝達系路に操舵回転の伝達比を変更可能な可変機構を設けるとともに、この可変機構のアクチュエータを制御するコントローラを備えて、ハンドル操舵角に対する車輪舵角の比である操舵比を少なくとも車速に応じて変更するようにした操舵比可変式のステアリング装置を前提とする。そして、前記可変機構を、差動ギヤ機構を有し、この差動ギヤ機構の所定のギヤ要素を前記アクチュエータにより駆動して入力回転に対し加算乃至減算した回転量を出力することにより、操舵回転の伝達比を変更するものとする。また、前記コントローラは、前記可変機構における操舵回転の伝達比が少なくとも車速に応じて変化するよう、差動ギヤ機構において入力回転に対する減算の度合いが車速の高いときほど大きくなるように、前記アクチュエータを制御する伝達比制御部と、そのアクチュエータの位相遅れを、少なくとも車速に応じて、車速の高いときほど位相遅れが増大するよう、積極的に大きくなるように制御する位相制御部とを備えるものとする。
【００１１】
前記の構成により、自動車の走行中にドライバーによるハンドル操舵がなされて車輪の向きが変化するとき、その操舵力の伝達系路において差動ギヤ機構の所定のギヤ要素がアクチュエータにより駆動され、該差動ギヤ機構において入力回転に対する出力回転の伝達比（減速比）が変更されて、操舵比が変化する。この際、コントローラの伝達比制御部による前記アクチュエータの制御によって、前記可変機構における操舵回転の伝達比は少なくとも車速の変化に応じて変更され、これにより、車速に対応する適切な操舵ゲイン特性が得られる。
【００１２】
また、前記コントローラの位相制御部によって、アクチュエータの作動の位相遅れが少なくとも車速に応じて制御される。この際、そのアクチュエータの作動の遅れは、ハンドル操舵の開始から遅れて操舵比が変化することを意味するから、差動ギヤ機構において入力回転を減算して出力する場合には操舵の位相遅れが小さくなり、反対に作動ギヤ機構において入力回転に加算する場合には操舵の位相遅れが大きくなる。つまり、操舵回転の伝達比をベースのものよりも小さくする高速域においてはアクチュエータの位相遅れの制御によって、操舵の位相遅れを小さくすることができ、これにより、車速に対応した適切な操舵応答を得ることができる。
【００１３】
より具体的には、前記コントローラの伝達比制御部は、差動ギヤ機構において入力回転に対する減算の度合いが車速の高いときほど大きくなるように、即ち入力回転に対する出力回転の伝達比が車速の高いときほど小さくなるように、アクチュエータを制御するものであり、また、位相制御部は、アクチュエータの位相遅れを、車速の高いときほど位相遅れが増大するよう、積極的に大きくなるように制御するものである。
【００１４】
このため、車速が高いときほど差動ギヤ機構における回転の伝達比が小さくなって操舵比が小さくなるので、ゲインの低いスローな操舵特性が得られ、高速走行時の自動車の挙動変化が穏やかなものになる。また、車速が高いときほどアクチュエータの位相遅れが大きくなることで、ハンドル操舵の位相遅れは小さくなり、操舵に対して遅れなく期待通りの応答が得られるようになる。従って、ドライバーは高速走行時であっても何ら不安を感じることなく、自信を持ってハンドル操舵を行うことができ、このことが疲労の軽減につながる。
【００１５】
さらに、請求項２の発明として、前記コントローラの位相制御部を、ハンドル操舵角の増大に応じてアクチュエータの位相遅れを小値側に補正するように構成してもよい。すなわち、ハンドル操舵の位相遅れに関する好ましい特性はハンドル操舵角によっても異なり、直進状態からハンドル操舵を開始するときにはドライバーは操舵応答の遅れを大きく感じやすいので、このときには操舵の位相遅れができるだけ小さくなるようにするのが好ましいからである。
【００１６】
一方、旋回状態でさらにハンドルを切り増すときにはドライバーは比較的、応答遅れを感じ難いから、この場合にはアクチュエータの位相遅れを小値側に補正して、速やかに車速に対応する適切な操舵比に収束させるのが好ましいからである。
【００１７】
また、請求項３の発明として、前記コントローラの位相制御部を、ハンドル操舵速度の高いときほどアクチュエータの位相遅れを大値側に補正するように構成してもよい。すなわち、ハンドル操舵速度の高いときには、その分、ドライバーは自動車の向きを早く変えようとしているのであるから、このときにはアクチュエータの位相遅れを大値側に補正することで操舵の位相遅れを一層、小さくさせ、比較的クイックなベースの操舵比にて車輪の向きを早く変えるようにすることで、ドライバーの意志を反映した一層、適切な操舵特性とすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基いて説明する。
【００１９】
図１は、本発明に係る自動車の操舵比可変式ステアリング装置（ＶＧＲ装置）Ａをラックアンドピニオン式のステアリング装置に適用した実施形態を示す。同図において符号１は操舵ハンドルとしてのステアリングホイール（以下、単にステアリングという）であり、このステアリング１の回転運動は、ステアリングシャフト２と中間シャフト３とによってステアリングギヤボックス４に伝達され、ここで車幅方向の並進運動に変換された後に、左右両側のタイロッド５，５を介して車輪６（車体右側のもののみを図示する）に伝達される。詳しくは、前記ステアリングギヤボックス４は全体として車幅方向に長く、その内部には、図示しないが車幅方向に延びるラックシャフトとこれに噛み合うピニオンとが配設されていて、そのピニオンの上端部が前記中間シャフト３の下端部に連結され、一方、ラックシャフトの両端部はそれぞれタイロッド５，５の車体内方の端部に連結されている。
【００２０】
また、前記ステアリングギヤボックス４には、減速ギヤを介してピニオン側にトルクを付与する電動のパワーステアリングモータ７（以下、Ｐ／Ｓモータと略称する）と、該減速ギヤと中間シャフト３との間でステアリング１の操舵トルクを検出するトルクセンサ２８（図４参照）と、Ｐ／Ｓモータ７の回転角を検出する回転角センサ３０（同図参照）とが設けられている。このＰ／Ｓモータ７と各センサ２８，３０とはそれぞれ電力回路８を介してコントローラ９に接続されており、このコントローラ９からの制御信号に応じてＰ／Ｓモータ７のトルクが制御され、これによりステアリング１から車輪６へ伝達される操舵力に適度のアシスト力が付与されるようになっている。
【００２１】
前記ステアリングシャフト２の下端側、即ちステアリング１から車輪６までの操舵力伝達系路の途中には、ステアリング１の操舵角θH（以下、ハンドル舵角ともいう）に対する車輪舵角θfの比、即ち操舵比Ｒ（Ｒ＝θf／θH）を変更可能な伝達比可変機構１０が設けられている。この伝達比可変機構１０は、図２、３に模式的に示すように、ハウジング１１内に臨むステアリングシャフト２の下端部にギヤ１２，１３により駆動連結された入力軸１４と、この入力軸１４と同一軸線上に対向して配置された出力軸１５と、それらの間に配設された遊星ギヤ機構１６（差動ギヤ機構）とからなる。
【００２２】
前記出力軸１５は、図１に示すように下端部が伝達比可変機構１０のハウジング１１の外側に突出していて、自在継手等により中間シャフト３の上端部に連結されている。また、遊星ギヤ機構１６は、前記入力軸１４に回転一体に固定されたサンギヤ１７と、前記出力軸１５に回転一体に固定されたリングギヤ１８と、これらのサンギヤ１７及びリングギヤ１８の間に該両ギヤ１７，１８とそれぞれ噛み合うように配設された複数個（図例では３個）のプラネタリギヤ１９，１９，１９とからなり、該プラネタリギヤ１９，１９，…は、前記入力軸１４上に回転自在に外嵌合されたプラネタリキャリア２０に対してそれぞれ軸１９ａを介して担持されている。
【００２３】
また、前記プラネタリキャリア２０の外周にはウォームホイール２１が形成され、このウォームホイール２１には、電動のステッピングモータ２２（以下、ＶＧＲモータと略称する）の出力軸に固定されたウォーム２３が噛み合わされている。そして、ＶＧＲモータ２２が回転すると、ウォーム２３及びウォームホイール２１を介してプラネタリキャリア２０が入力軸１６の周りに回転し、そのキャリア２０に担持されたプラネタリギヤ１９，１９，…がサンギヤ１７及びリングギヤ１８の間で転動することによって、入力側のサンギヤ１７から出力側のリングギヤ１８へ伝達される回転量が加算又は減算されるようになっている。
【００２４】
つまり、前記遊星ギヤ機構１６においては、プラネタリキャリア２０が、サンギヤ１７からリングギヤ１８へ伝達される回転量を変更するギヤ要素とされており、このキャリア２０の回転角がＶＧＲモータ２２により変更されることで、ステアリングシャフト２から入力軸１４，サンギヤ１７、リングギヤ１８及び出力軸１５を介して中間シャフト３に伝達される回転量が加算又は減算されて、ハンドル舵角θHに対する車輪舵角θfの比Ｒが連続的に変化することになる。
【００２５】
さらに、前記ＶＧＲモータ２２には、その回転角を検出するセンサが内蔵されていて、電力回路２５を介してコントローラ９に接続されており、このコントローラ９からの制御信号に応じてＶＧＲモータ２２が制御されるようになっている。すなわち、図４に模式的に示すように、コントローラ９には、自動車の車速Ｖを検出する車速センサ２６からの出力信号と、ステアリング１の操舵角（ハンドル舵角θH）を検出する舵角センサ２７からの出力信号と、トルクセンサ２８からの出力信号と、ＶＧＲモータ２２の回転角センサ２９からの出力信号と、Ｐ／Ｓモータ７の回転角センサ３０からの出力信号とがそれぞれ入力され、一方、コントローラ９からはＰ／Ｓモータ７及びＶＧＲモータ２２にそれぞれ制御信号が出力される。
【００２６】
前記コントローラ９は、周知の如くＣＰＵやメモリを有するものであるが、機能的には、自動車の車速Ｖとハンドル舵角θHとに対応するように予め設定した操舵比Ｒ及び操舵位相遅れの制御特性をそれぞれ記憶する特性記憶部９ａと、前記車速センサ２６、舵角センサ２７及び回転角センサ３０からの信号に基づき、前記特性記憶部９ａに記憶されている特性マップ（図５参照）を参照して、現在の車速Ｖ及びハンドル舵角θHに対応する目標操舵比Ｒ*を演算する目標操舵比演算部９ｂと、その目標操舵比Ｒ*に対応するＶＧＲモータ２２の制御量（回転角）θmを演算する目標制御量演算部９ｃと、該ＶＧＲモータ２２の作動の位相遅れｄm（モータ位相遅れ）の目標値ｄm*を車速Ｖ及びハンドル舵角θHに基づいて演算する目標位相遅れ演算部９ｄと、モータ回転角センサ２９による検出値が前記目標制御量θmに一致するように、且つ前記の位相遅れｄmを付与しながらＶＧＲモータ２２を駆動するモータ駆動部９ｅとを備えている。
【００２７】
詳しくは、前記操舵比の特性マップは、図５に一例を示すように、車速Ｖの変化に対応する操舵比Ｒの変更係数ｋ1を設定した車速対応マップＭ1と、同様にハンドル舵角θHに対応する操舵比の変更係数ｋ2を設定した舵角対応マップ（図示せず）とからなり、前記目標操舵比演算部９ｂにおいては現在の車速Ｖ及びハンドル舵角θHに基づいて各マップからそれぞれ変更係数ｋ1，ｋ2を読み込み、これらを操舵比のベース値Ｒ0に乗算して、目標操舵比Ｒ*を演算する。これにより、車速Ｖ及びハンドル舵角θHの変化に対していつでも適切な操舵比Ｒとすることができる。
【００２８】
Ｒ* ＝ｋ1×ｋ2×Ｒ0
具体的に、前記車速対応マップＭ1によれば、車速Ｖに対応する操舵比Ｒの変更係数ｋ1は、例えば自動車の中速域に予め設定した所定車速Ｖ0（図例では約時速４０ｋｍ）のときに１とされ、それよりも車速の高いときには１よりも小さな値とされ、一方、設定車速Ｖ0よりも車速の低いときには１よりも大きな値とされている。また、車速Ｖの変化に対する変更係数ｋ1の変化割合は低速側ほど大きく、前記設定車速Ｖ0よりも低速側では車速Ｖの変化に対して変更係数ｋ1の値が比較的大きく変化するのに対して、設定車速Ｖ0よりも高速側では車速Ｖが変化しても変更係数ｋ1の値はあまり変化していない。
【００２９】
すなわち、この実施形態では、自動車の車速Ｖが設定車速Ｖ0よりも高いときには、その車速Ｖの上昇に応じて緩やかに変更係数ｋ1が減少し、操舵比Ｒが小さくなって高速側ほどゲインの低いスローな操舵特性になる。従って、ステアリング１から車輪６までの操舵力伝達系路の機械的な構成によって決まるベースの操舵比Ｒ0が比較的大きな値であっても、高速域での自動車の操舵特性はゲインの小さなスローなものとなり、操舵に対する自動車の挙動変化が穏やかなものとなって、高い安心感が得られる。
【００３０】
また、前記設定車速Ｖ0のときには変更係数ｋ1は１であり、基本的にはＶＧＲモータ２２が停止してプラネタリキャリア２０の回転が拘束され、これにより操舵比Ｒがベース値Ｒ0に維持される。さらに、自動車の車速Ｖが前記設定車速Ｖ0よりも低いときには変更係数ｋ1は１よりも大きな値であり、ＶＧＲモータ２２によりプラネタリキャリア２０が遊星ギヤ機構１６の出力回転を加算する向きに回転されて、操舵比Ｒがベース値Ｒ0よりも大きくなる。このことで、低速走行時の自動車の操舵特性はゲインの高いクイックなものとなり、非常に小回り性能が高くなる。
【００３１】
そして、上述の如く比較的高速側の速度域（Ｖ＞Ｖ0）において伝達比可変機構１０により操舵回転を減算する場合には、遊星ギヤ機構１６のプラネタリキャリア２０を駆動するＶＧＲモータ２２の作動の位相遅れｄmが、ステアリング１の操舵に対する車輪６の転舵の位相遅れを減少する結果となる。すなわち、遊星ギヤ機構１６において伝達する回転量を減算する場合、そのためのＶＧＲモータ２２の作動が遅れるということは、ステアリング１の操舵開始から遅れて操舵比Ｒが減少するということであり、換言すれば、ステアリング１が操舵されたときに始めのうちは実際の操舵比Ｒが目標値Ｒ*よりも少しクイックなものとなるから、見かけ上、操舵の位相遅れが減少することになるのである。
【００３２】
この点について詳しくは、ステアリング１に所定の操舵入力を加えたときに伝達比可変機構１０の遊星ギヤ機構１６へ入力する回転角（ギヤ入力角）と、ＶＧＲモータ２２の作動によるプラネタリキャリア２０の回転角（モータ生成角）と、遊星ギヤ機構１６の出力軸１５の回転角（出力角）との関係は、図６のグラフに示すようになる。これらのグラフによれば、減算作動するＶＧＲモータ２２の生成角は負の値になっていて、この負のモータ生成角がギヤ入力角に重なり合って出力角が得られることが分かる。そして、モータ生成角の位相が入力角に比べて遅れており、一方、出力角の位相は入力角よりも進んでいることが分かる。
【００３３】
図７は、前記と同様にステアリング１に所定の操舵入力を加えたときの車輪舵角θfの変化をシミュレーションした結果であって、同図に破線で示すのは操舵比をベース値のままに固定したものであり（ベース操舵比）、実線で示すのはＶＧＲモータ２２の減算制御によって操舵比を減少させたものである（ＶＧＲ）。また、仮想線で示すのは、機械的にギヤ比を変更して操舵比をベースの値よりも小さくしたものである（操舵比減少）。図示の如く、機械的に操舵比を小さくしたときには、操舵角θfのピーク値は低下するものの位相の変化は見られない。一方、ＶＧＲモータ２２の減算作動によって操舵比を減少させた場合には、ピーク値の低下とともに操舵角θfの位相がベースのものに比べて早まっていることが分かる。
【００３４】
さらに、図８は、ステアリング１への操舵入力に対するヨーレイトの周波数応答特性を示すボード線図であり、同図(a)に実線で示すようにＶＧＲモータ２２の減算制御によって操舵比を変更した場合、その操舵比の変化に応じて操舵ゲインのピーク値がベースのもの（図に破線で示す）よりも低下しており（図に黒丸で示す約１Ｈｚのときに略０．３５から略０．１９に低下）、また、約１Ｈｚのときの位相は図に黒丸で示すように−２１．４から−１５．７に進んでいることが分かる。一方、同図(b)に仮想線で示すように機械的に操舵比を変化させた場合、操舵ゲインのピーク値は低下するものの、位相は変化していない。
【００３５】
そのように加減算方式のＶＧＲ装置において、ＶＧＲモータ２２の減算側への作動遅れがハンドル操舵の位相遅れを減少させることを利用して、この実施形態のＶＧＲ装置Ａでは、上述の如く、コントローラ９によりＶＧＲモータ２２の回転角を制御して操舵比Ｒを変更するとともに、そのＶＧＲモータ２２の作動の位相遅れｄmも制御して、操舵の位相遅れ特性を変更するようにしている。
【００３６】
具体的には、前記コントローラ９の特性記憶部９ａには、図９に一例を示すように車速Ｖの変化に対応するようにモータ位相遅れｄmのベース値ｄm0を設定した車速対応マップＭ2と、ハンドル舵角θHに対応するモータ位相遅れｄmの変更係数ｋ3を設定した舵角補正マップＭ3とが記憶され、さらに、図１０に一例を示すように、舵角速度θH′に対応する変更係数ｋ4を設定した舵角速度補正マップＭ4が記憶されている。そして、コントローラ９の目標位相遅れ演算部９ｄでは、現在の車速Ｖに基づいて前記車速対応マップＭ2からモータ位相遅れのベース値ｄm0を読み込むとともに、ハンドル舵角θH及び舵角速度θH′に基づいて前記補正マップＭ3，Ｍ4からそれぞれ変更係数ｋ3、ｋ4を読み込み、それらを乗算して、目標モータ位相遅れｄm*を演算する。
【００３７】
ｄm* ＝ｋ3×ｋ4×ｄm0
より具体的に、図９(a)の車速対応マップＭ2によれば、モータ位相遅れｄmのベース値ｄm0は、車速Ｖの低いときから高いときまでその車速Ｖの上昇に略比例して増加している。そして、上述したように、設定車速Ｖ0よりも高い車速域ではＶＧＲモータ２２の作動の位相遅れが大きいほど、ステアリング１の舵角θHに対する車輪舵角θfの位相遅れが小さくなるから、前記のマップＭ2に設定された特性によれば、車速Ｖの高いときほど操舵の位相遅れが小さくなって、ステアリング１の操舵に対して期待通りの反応が得られるようになる。
【００３８】
また、同図(b)に示す舵角補正マップＭ3によれば、モータ位相遅れｄmの変更係数ｋ3は、ハンドル舵角θH（絶対値）の小さいときには略一定であり、さらにハンドル舵角θHが増大すると、これに応じて徐々に減少する。その際、ハンドル舵角θHの増大に対して変更係数ｋ3が減少する割合は車速Ｖの高いときの方が相対的に大きくなっていて、例えば時速１２０ｋｍ以上の高速域では、図に実線で示すように変更係数ｋ3はハンドル舵角θHが最大となるときを含む所定の範囲で略一定になる。
【００３９】
そのようにハンドル舵角θHに応じて変更係数ｋ3の値を変更するのは、操舵の位相遅れに関する好ましい特性が車速Ｖだけではなく、ハンドル舵角θHによっても変化するからである。すなわち、一般的に、自動車の直進中にドライバーがステアリング１の操舵を開始するときには、旋回中にステアリング１を切り増すときに比べてタイヤやサスペンションブッシュの撓みが大きくなるので、車体のヨーレイト等の立ち上がりが遅れて、ドライバーは操舵応答の遅れを大きく感じ易い。そこで、このような状態では操舵の位相遅れができるだけ小さくなるように、モータ位相遅れｄmを大きめに設定しているのである。
【００４０】
一方、自動車の旋回中には車体に対して横加速度が作用していて、タイヤやサスペンションブッシュにも概ね一方向の付勢力が作用しているので、この状態からさらにステアリング１を切り増すときのヨーレイト等の立ち上がりは比較的早い。しかも、そのように横加速度を受けている状態ではドライバーは比較的、操舵応答の遅れを感じ難い。そこで、ハンドル舵角θHが大きくなればＶＧＲモータ２２の作動の位相遅れｄmは小さめにして、操舵比Ｒを速やかに車速Ｖに対応する適値Ｒ*に収束させるようにしている。
【００４１】
さらに、図１０(a)に示す舵角速度補正マップＭ4によれば、変更係数ｋ4は、ステアリング１の操舵速度θH′（絶対値）が所定範囲にあるときにその値に略比例して増加するように設定されている。すなわち、操舵速度θH′の高いときには、ドライバーは自動車の向きを早く変えようとしているのであるから、このときにはＶＧＲモータ２２の位相遅れｄmを大きくして操舵の位相遅れを小さくすることで、比較的クイックなベースの操舵比Ｒ0により車輪３の向きを早く変えるようにするのである。こうすることで、ドライバーの意志を反映させた一層、適切な操舵特性とすることができる。
【００４２】
尚、そのような舵角速度θH′に応じた補正は車速Ｖ及びハンドル舵角θHがそれぞれ予め設定した範囲にあるときにのみ、行われる。すなわち、図１０(b)に一例を示すように、コントローラ９の特性記憶部９ａには、自動車の運転状態を車速Ｖ及びハンドル舵角θHによって規定したマップＭ5が記憶され、このマップＭ5上には図に斜線を入れて示すように舵角速度補正領域が設定されている。そして、コントローラ９は、現在の車速Ｖ及びハンドル舵角θHに基づいて、自動車の運転状態が前記舵角速度補正領域にあると判定したときにのみ、前記の舵角速度θH′に応じた補正を行うようになっている。
【００４３】
したがって、この実施形態に係る自動車の操舵比可変式ステアリング装置Ａによると、自動車の走行中にドライバーによりステアリング１の操舵がなされて、車輪６の向きが変化するとき、その操舵力の伝達系路に設けられた伝達比可変機構１０において遊星ギヤ機構１６のプラネタリキャリア２０がＶＧＲモータ２２により駆動され、これにより入力回転に対する出力回転の伝達比（減速比）が変更されて操舵比Ｒが変化する。
【００４４】
その際、まず、前記コントローラ９によるＶＧＲモータ２２の制御によって、前記伝達比可変機構１０における操舵回転の伝達比が車速Ｖ及びハンドル舵角θHに応じて変更される。すなわち、車速Ｖが設定車速Ｖ0よりも高いときにはＶＧＲモータ２２が操舵回転を減算する向きに回転して、操舵比が小さくなるので、高速走行状態でも安定性を確保しやすいゲインの低い、スローな操舵特性となる。一方、車速Ｖが設定車速Ｖ0よりも低いときにはＶＧＲモータ２２が操舵回転を加算する向きに回転し、操舵比が大きくなることで、ゲインの高いクイックな操舵特性となる。つまり、車速Ｖの変化に対応して適切な操舵ゲイン特性を得ることができる。
【００４５】
これとともに、前記ＶＧＲモータ２２の作動の位相遅れｄmが車速Ｖやハンドル舵角θHに応じて制御され、これにより操舵の位相遅れが変更される。すなわち、基本的には車速Ｖが高いほどモータ位相遅れｄmが大きくなり、これにより操舵の位相遅れが減少して自動車の操舵応答が極めて早くなるから、ドライバーはステアリング１の操舵に対して遅れなく期待通りの応答を得ることができる。
【００４６】
つまり、この実施形態のものでは、高速側での自動車の操舵特性を、ステアリング１の操舵に対する挙動変化が小さい安定したものとしながら、同時に操舵応答の遅れが殆どない極めてシュアな操舵フィーリングを得ることができる。これにより、ドライバーは高速走行時であっても何ら不安を感じることなく、自信を持ってステアリング１を操舵することができ、このことが疲労の軽減につながる。
【００４７】
さらに、そのように車速Ｖに応じて変更するモータ位相遅れｄmをさらにハンドル舵角θH及び舵角速度θH′に応じて補正することで、自動車の走行状態による操舵応答の感じやすさやドライバーの意志を加味した一層、適切な操舵特性とすることができる。
【００４８】
尚、この実施形態では、車速Ｖが設定車速Ｖ0よりも低いときには、伝達比可変機構１０においてＶＧＲモータ２２を加算側に動作させるようにしており、このときにモータ作動に位相遅れがあるとその分、操舵応答の遅れが助長されることになるが、車速Ｖの低いときには元々、微舵によるヨーレイト等の変化が小さく、しかも、一般的にドライバーがステアリング１を早く且つ大きく操作するので、操舵応答の遅れによって違和感を感じることは殆どない。
【００４９】
また、本発明はこの実施形態のようなラックアンドピニオン式のステアリング装置だけでなく、例えばボールスクリュウ式等、種々の形式のステアリング装置にも適用することができる。
【００５０】
【発明の効果】
以上、説明したように、請求項１の発明に係る自動車の操舵比可変式ステアリング装置によると、操舵力の伝達系路に介在させた差動ギヤ機構の所定のギヤ要素をアクチュエータにより駆動して、操舵回転の伝達比を変更するようにした加減算方式の操舵比可変式ステアリング装置において、操舵回転の伝達比が少なくとも車速に応じて変化するように前記アクチュエータを制御するとともに、そのアクチュエータの作動の位相遅れを少なくとも車速に応じて制御することで、車速に対応する適切な操舵比、即ち操舵ゲイン特性を得ながら、操舵の位相遅れも適切に変更して、最適な操舵応答を得ることができる。
【００５１】
すなわち、車速が高いときほど操舵比を小さくすることで、高速安定性に優れたスローな操舵特性としながら、しかも、位相遅れの小さいシュアな操舵フィーリングを得ることができる。
【００５２】
請求項２の発明によると、ハンドル操舵角の増大に応じてアクチュエータの位相遅れを小値側に補正することで、操舵応答の遅れの感じやすさを加味したさらに適切な操舵特性とすることができる。
【００５３】
請求項３の発明によると、ハンドル操舵速度の高いときほどアクチュエータの位相遅れを大値側に補正することで、ドライバーの意志を加味した一層、適切な操舵特性とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る自動車の操舵比可変式ステアリング装置の全体構成を示す図である。
【図２】伝達比可変機構の構成を示す縦断面図である。
【図３】遊星ギヤ機構の構成を示す図２のIII-III線における断面図である。
【図４】コントローラの構成を示す機能ブロック図である。
【図５】車速の変化に対応して操舵比の変更係数を設定したマップの一例を示す図である。
【図６】ギヤ入力角とモータ生成角と出力角との対応関係を示すグラフ図である。
【図７】所定のハンドル操舵に対する車輪舵角の変化を同一時間軸にて比較したシミュレーションの結果を示すグラフ図である。
【図８】ハンドル舵角の変化に対するヨーレイトの周波数応答特性を示すボード線図である。
【図９】車速及び舵角に応じてモータ位相遅れを変更するマップを例示する図である。
【図１０】舵角速度に応じてモータ位相遅れを変更するマップを例示する図である。
【符号の説明】
Ａ操舵比可変式ステアリング装置
１ステアリングホイール（操舵ハンドル）
２ステアリングシャフト（操舵力伝達系路）
３中間シャフト（操舵力伝達系路）
４ステアリングギヤボックス（操舵力伝達系路）
５タイロッド（操舵力伝達系路）
６車輪
９コントローラ
９ｂ目標操舵比演算部（伝達比制御部）
９ｃ目標制御量演算部（伝達比制御部）
９ｄ目標位相遅れ演算部（位相制御部）
９ｅモータ駆動部（伝達比制御部、位相制御部）
１０伝達比可変機構（可変機構）
１６遊星ギヤ機構（差動ギヤ機構）
２０プラネタリキャリア（所定のギヤ要素）
２２ＶＧＲモータ（アクチュエータ）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a steering ratio variable type steering device capable of changing a ratio of a wheel steering angle to a steering angle of a vehicle (hereinafter referred to as a steering ratio).
[0002]
[Prior art]
Conventionally, this type of steering ratio variable type steering device (Variable Gear-Ratio Steering: hereinafter also referred to as a VGR device) is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-62632. There is a mechanism in which a variable mechanism is provided in the transmission path of the steering force up to and changes the steering ratio of the wheel with respect to the steering wheel according to the vehicle speed. In this configuration, in the variable mechanism, the input shaft on the steering handle side and the output shaft on the wheel side are connected by a gear mechanism, and a predetermined gear constituting this gear mechanism is driven by an actuator, so that it is added to the input rotation. The rotation amount obtained through subtraction is output, and the transmission ratio of the steering rotation is changed accordingly (hereinafter, such a method is referred to as an addition / subtraction method).
[0003]
Further, in the above-mentioned, the steering ratio (reduction ratio) is reduced at the higher speed side to obtain a slow steering characteristic having a relatively low gain, while the steering ratio is increased at the lower speed side to obtain a quick steering having a relatively higher gain. It is made to be a characteristic. This is because it is preferable to reduce the change of the wheel rudder angle with respect to the steering wheel in order to suppress changes in the behavior of the vehicle during high-speed driving where stability is important. This is because a larger steering ratio is better.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, there is a delay in the transmission of steering force from the steering of the wheel until the wheel starts to move, and there is also a delay from the start of the wheel to the occurrence of yaw rate or the like in the vehicle body. Such a delay in steering response is not a problem when the vehicle speed is relatively low or when the driver turns the steering wheel at a stroke because the steering amount is large, but there are the following problems when the vehicle speed is high.
[0005]
That is, in general, when the vehicle speed is high, the driver pays attention to the behavior change of the vehicle with respect to steering, that is, the steering response while feeding back the steering response. Therefore, the response of the vehicle is slow at the moment of steering. When you don't get the response you want, you feel anxious, cause psychological fatigue, and sometimes feel that you are turning the steering wheel a little too far.
[0006]
In particular, when the vehicle transitions from a straight running state to a turning state, the tires and suspension bushes will bend more greatly than when the steering wheel is increased during turning, so the driver will feel a greater phase delay in the steering response. Become.
[0007]
For such a response delay problem, the steering ratio on the high speed side of the VGR device is made relatively quick without making it too small, and this makes it possible to speed up the start of the yaw rate, etc. Even in such a case, the phase delay of the steering is not reduced, and the behavior change of the automobile with respect to the steering of the steering wheel is increased, which is not preferable from the viewpoint of high-speed stability.
[0008]
With regard to such a problem, the inventor of the present application provides an input by operating an actuator in the above-described addition / subtraction type VGR apparatus in which a differential gear mechanism is provided in the transmission system path of the steering force to change the transmission ratio of rotation. In the case of subtracting the rotation, the present invention has been completed by finding that the phase delay of the steering apparently decreases due to the phase delay of the operation of the actuator. That is, the object of the present invention is to change the steering ratio so as to obtain an appropriate steering gain characteristic according to the vehicle speed of the vehicle as in the conventional VGR device, and also to control the phase delay independently of this, The object is to obtain an optimum steering response characteristic corresponding to the running state of the automobile.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, in an addition / subtraction type steering ratio variable type steering apparatus in which a predetermined gear element of a differential gear mechanism is driven by an actuator to change a transmission ratio of rotation, The actuator is controlled so that the transmission ratio changes at least according to the vehicle speed, and the phase delay of the operation of the actuator is controlled at least according to the vehicle speed, thereby changing the phase delay of the steering.
[0010]
Specifically, the invention of claim 1 is provided with a variable mechanism capable of changing the transmission ratio of the steering rotation in the transmission path of the steering force from the steering wheel of the automobile to the wheel, and a controller for controlling the actuator of the variable mechanism And a steering ratio variable type steering device in which the steering ratio, which is the ratio of the wheel steering angle to the steering angle of the steering wheel, is changed at least according to the vehicle speed. The variable mechanism has a differential gear mechanism, and a predetermined gear element of the differential gear mechanism is driven by the actuator to output a rotation amount that is added to or subtracted from the input rotation. The transmission ratio is changed. Further, the controller may change the transmission ratio of the steering rotation in the variable mechanism at least according to the vehicle speed. In the differential gear mechanism, the degree of subtraction with respect to the input rotation increases as the vehicle speed increases. A transmission ratio control unit for controlling the actuator, and an actuator thereof; Of Phase lag , At least according to vehicle speed , Actively increase so that the phase delay increases as the vehicle speed increases And a phase control unit for controlling.
[0011]
With the above configuration, when the steering wheel is steered by the driver while the vehicle is running and the direction of the wheel changes, a predetermined gear element of the differential gear mechanism is driven by the actuator in the transmission path of the steering force. In the dynamic gear mechanism, the transmission ratio (reduction ratio) of the output rotation to the input rotation is changed, and the steering ratio changes. At this time, by the control of the actuator by the transmission ratio control unit of the controller, the transmission ratio of the steering rotation in the variable mechanism is changed at least according to the change in the vehicle speed, thereby obtaining an appropriate steering gain characteristic corresponding to the vehicle speed. It is done.
[0012]
In addition, the phase delay of the operation of the actuator is controlled according to at least the vehicle speed by the phase control unit of the controller. At this time, the delay in the operation of the actuator means that the steering ratio changes after the start of steering of the steering wheel. Therefore, when the differential gear mechanism subtracts the input rotation and outputs it, the phase delay of the steering is Conversely, when adding to the input rotation in the operating gear mechanism, the phase delay of the steering is increased. In other words, in the high speed range where the transmission ratio of the steering rotation is smaller than that of the base, the phase lag of the steering can be reduced by controlling the phase lag of the actuator, thereby providing an appropriate steering response corresponding to the vehicle speed. Obtainable.
[0013]
More specifically, the transmission ratio control unit of the controller increases the degree of subtraction with respect to the input rotation in the differential gear mechanism as the vehicle speed is high, that is, the transmission ratio of the output rotation to the input rotation is high. Control the actuator so that it becomes smaller And In addition, the phase control unit adjusts the phase delay of the actuator. , The higher the vehicle speed Actively increase the phase lag What controls to increase Is .
[0014]
For this reason The higher the vehicle speed, the smaller the transmission ratio in the differential gear mechanism and the smaller the steering ratio, resulting in a slow gain with low gain and a gentle change in the behavior of the car during high-speed driving. Become. Also The higher the vehicle speed, the greater the phase delay of the actuator, so that the phase delay of the steering wheel steering becomes smaller and the expected response can be obtained without delay with respect to the steering. Therefore, the driver can steer the steering wheel with confidence without feeling uneasy even during high-speed driving, which leads to reduction of fatigue.
[0015]
And claims 2 As an aspect of the invention, the phase control unit of the controller may be configured to correct the phase delay of the actuator to the small value side in accordance with an increase in the steering angle. In other words, the preferable characteristics regarding the phase delay of the steering wheel vary depending on the steering angle of the steering wheel, and when the steering wheel is started from the straight traveling state, the driver tends to feel a large delay in the steering response. This is because it is preferable.
[0016]
On the other hand, when turning the steering wheel further in the turning state, it is relatively difficult for the driver to feel a response delay, so in this case, correct the phase delay of the actuator to a small value side and quickly adjust the appropriate steering ratio corresponding to the vehicle speed. This is because it is preferable to converge to.
[0017]
Claims 3 As an aspect of the invention, the phase control unit of the controller may be configured to correct the phase delay of the actuator to a larger value side as the steering wheel steering speed is higher. In other words, when the steering wheel steering speed is high, the driver is trying to change the direction of the car faster, so at this time, by correcting the phase lag of the actuator to the larger value side, the steering phase lag is further reduced. By changing the direction of the wheel quickly with a relatively quick steering ratio of the base, it is possible to obtain a more appropriate steering characteristic that reflects the driver's will.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0019]
FIG. 1 shows an embodiment in which a steering ratio variable steering apparatus (VGR apparatus) A according to the present invention is applied to a rack and pinion type steering apparatus. In the figure, reference numeral 1 denotes a steering wheel as a steering wheel (hereinafter simply referred to as steering), and the rotational motion of the steering 1 is transmitted to a steering gear box 4 by a steering shaft 2 and an intermediate shaft 3. After being converted into a translational motion in the width direction, it is transmitted to the wheel 6 (only the one on the right side of the vehicle body is shown) via the left and right tie rods 5 and 5. Specifically, the steering gear box 4 as a whole is long in the vehicle width direction, and a rack shaft that extends in the vehicle width direction (not shown) and a pinion that meshes with the rack shaft are disposed therein, and an upper end portion of the pinion. Are connected to the lower end of the intermediate shaft 3, while both ends of the rack shaft are connected to the inner ends of the tie rods 5 and 5, respectively.
[0020]
The steering gear box 4 includes an electric power steering motor 7 (hereinafter abbreviated as a P / S motor) that applies torque to the pinion side via a reduction gear, and the reduction gear and the intermediate shaft 3. A torque sensor 28 (see FIG. 4) for detecting the steering torque of the steering 1 and a rotation angle sensor 30 (see FIG. 4) for detecting the rotation angle of the P / S motor 7 are provided. The P / S motor 7 and each of the sensors 28 and 30 are connected to the controller 9 via the power circuit 8, and the torque of the P / S motor 7 is controlled in accordance with a control signal from the controller 9. As a result, an appropriate assist force is applied to the steering force transmitted from the steering 1 to the wheels 6.
[0021]
The ratio of the wheel steering angle θf to the steering angle θH (hereinafter also referred to as steering wheel steering angle) of the steering wheel 1 at the lower end side of the steering shaft 2, that is, in the middle of the steering force transmission system path from the steering wheel 1 to the wheel 6, A transmission ratio variable mechanism 10 capable of changing the steering ratio R (R = θf / θH) is provided. As schematically shown in FIGS. 2 and 3, the transmission ratio variable mechanism 10 includes an input shaft 14 that is drivingly connected to the lower end portion of the steering shaft 2 facing the housing 11 by gears 12 and 13, and the input shaft 14. And an output shaft 15 disposed opposite to each other on the same axis, and a planetary gear mechanism 16 (differential gear mechanism) disposed therebetween.
[0022]
As shown in FIG. 1, the output shaft 15 has a lower end protruding outside the housing 11 of the transmission ratio variable mechanism 10, and is connected to the upper end of the intermediate shaft 3 by a universal joint or the like. Further, the planetary gear mechanism 16 includes a sun gear 17 that is fixed to the input shaft 14 so as to rotate integrally, a ring gear 18 that is fixed to the output shaft 15 so as to rotate integrally, and the sun gear 17 and the ring gear 18 between the two. A plurality of (three in the illustrated example) planetary gears 19, 19, 19 disposed so as to mesh with the gears 17, 18, respectively, which are rotatable on the input shaft 14. The planetary carrier 20 that is externally fitted to each other is supported by a shaft 19a.
[0023]
A worm wheel 21 is formed on the outer periphery of the planetary carrier 20, and a worm 23 fixed to an output shaft of an electric stepping motor 22 (hereinafter abbreviated as a VGR motor) is engaged with the worm wheel 21. ing. When the VGR motor 22 rotates, the planetary carrier 20 rotates around the input shaft 16 via the worm 23 and the worm wheel 21, and the planetary gears 19, 19,... Carried on the carrier 20 are the sun gear 17 and the ring gear 18. , The amount of rotation transmitted from the input-side sun gear 17 to the output-side ring gear 18 is added or subtracted.
[0024]
That is, in the planetary gear mechanism 16, the planetary carrier 20 is a gear element that changes the amount of rotation transmitted from the sun gear 17 to the ring gear 18, and the rotation angle of the carrier 20 is changed by the VGR motor 22. Thus, the amount of rotation transmitted from the steering shaft 2 to the intermediate shaft 3 via the input shaft 14, the sun gear 17, the ring gear 18 and the output shaft 15 is added or subtracted, and the ratio of the wheel steering angle θf to the steering wheel steering angle θH. R will change continuously.
[0025]
Further, the VGR motor 22 has a built-in sensor for detecting the rotation angle thereof, and is connected to the controller 9 through the power circuit 25. The VGR motor 22 is controlled in accordance with a control signal from the controller 9. To be controlled. That is, as schematically shown in FIG. 4, the controller 9 includes an output signal from the vehicle speed sensor 26 that detects the vehicle speed V of the vehicle and a steering angle sensor that detects the steering angle of the steering wheel 1 (the steering angle θH). 27, an output signal from the torque sensor 28, an output signal from the rotation angle sensor 29 of the VGR motor 22, and an output signal from the rotation angle sensor 30 of the P / S motor 7, respectively. On the other hand, control signals are output from the controller 9 to the P / S motor 7 and the VGR motor 22, respectively.
[0026]
The controller 9 has a CPU and a memory as is well known, but functionally controls the steering ratio R and the steering phase delay that are set in advance so as to correspond to the vehicle speed V and the steering angle θH of the vehicle. Refer to a characteristic map (see FIG. 5) stored in the characteristic storage unit 9a on the basis of signals from the characteristic storage unit 9a for storing the characteristic and signals from the vehicle speed sensor 26, the steering angle sensor 27, and the rotation angle sensor 30. Then, the target steering ratio calculation unit 9b for calculating the target steering ratio R * corresponding to the current vehicle speed V and the steering angle θH, and the control amount (rotation angle) of the VGR motor 22 corresponding to the target steering ratio R *. A target control amount calculation unit 9c that calculates θm, and a target phase delay calculation unit that calculates a target value dm * of the phase delay dm (motor phase delay) of the operation of the VGR motor 22 based on the vehicle speed V and the steering angle θH. 9 When the detected value and a said to match the target control amount .theta.m, a motor drive unit 9e for driving the VGR motor 22 while and applying the phase delay dm by the motor rotation angle sensor 29.
[0027]
Specifically, the steering ratio characteristic map is similar to the vehicle speed correspondence map M1 in which the change coefficient k1 of the steering ratio R corresponding to the change in the vehicle speed V is set as shown in FIG. It consists of a steering angle correspondence map (not shown) in which a corresponding steering ratio change coefficient k2 is set, and the target steering ratio calculation section 9b changes from each map based on the current vehicle speed V and steering wheel steering angle θH. The coefficients k1 and k2 are read and multiplied by the steering ratio base value R0 to calculate the target steering ratio R *. Thereby, it is possible to always set the steering ratio R appropriate for the change in the vehicle speed V and the steering angle θH.
[0028]
R * = k1 x k2 x R0
Specifically, according to the vehicle speed correspondence map M1, the change factor k1 of the steering ratio R corresponding to the vehicle speed V is, for example, a predetermined vehicle speed V0 (about 40 km / h in the example) preset in the middle speed range of the automobile. When the vehicle speed is higher than that, the value is smaller than 1. On the other hand, when the vehicle speed is lower than the set vehicle speed V0, the value is larger than 1. Further, the change rate of the change coefficient k1 with respect to the change in the vehicle speed V is larger at the lower speed side, whereas the value of the change coefficient k1 changes relatively greatly with respect to the change in the vehicle speed V at the lower speed side than the set vehicle speed V0. Even if the vehicle speed V changes on the higher speed side than the set vehicle speed V0, the value of the change coefficient k1 does not change much.
[0029]
That is, in this embodiment, when the vehicle speed V of the automobile is higher than the set vehicle speed V0, the change coefficient k1 gradually decreases as the vehicle speed V increases, the steering ratio R decreases, and the gain becomes lower as the speed increases. Slow steering characteristics. Therefore, even if the base steering ratio R0 determined by the mechanical configuration of the steering force transmission path from the steering 1 to the wheels 6 is a relatively large value, the steering characteristics of the automobile in the high speed range are slow with a small gain. The change in the behavior of the car with respect to steering becomes gentle, and a high sense of security is obtained.
[0030]
At the set vehicle speed V0, the change coefficient k1 is 1. Basically, the VGR motor 22 is stopped and the rotation of the planetary carrier 20 is restrained, whereby the steering ratio R is maintained at the base value R0. Further, when the vehicle speed V of the vehicle is lower than the set vehicle speed V0, the change coefficient k1 is a value larger than 1, and the planetary carrier 20 is rotated by the VGR motor 22 in a direction in which the output rotation of the planetary gear mechanism 16 is added. The steering ratio R becomes larger than the base value R0. As a result, the steering characteristic of the vehicle during low-speed driving becomes quick with high gain, and the turning performance is very high.
[0031]
When the steering rotation is subtracted by the transmission ratio variable mechanism 10 in the relatively high speed range (V> V0) as described above, the operation of the VGR motor 22 that drives the planetary carrier 20 of the planetary gear mechanism 16 is performed. The phase delay dm results in a reduction in the phase delay of the steering of the wheel 6 relative to the steering of the steering 1. That is, when the rotation amount transmitted in the planetary gear mechanism 16 is subtracted, that the operation of the VGR motor 22 for that purpose is delayed means that the steering ratio R decreases after the steering start of the steering 1, in other words. For example, when the steering 1 is steered, the actual steering ratio R is a little quicker than the target value R * at the beginning, so that the phase delay of the steering is apparently reduced.
[0032]
Specifically, in this regard, the rotation angle (gear input angle) input to the planetary gear mechanism 16 of the variable transmission ratio mechanism 10 when a predetermined steering input is applied to the steering 1 and the planetary carrier 20 by the operation of the VGR motor 22. The relationship between the rotation angle (motor generation angle) and the rotation angle (output angle) of the output shaft 15 of the planetary gear mechanism 16 is as shown in the graph of FIG. According to these graphs, it can be seen that the generation angle of the VGR motor 22 that performs the subtraction operation has a negative value, and this negative motor generation angle overlaps the gear input angle to obtain the output angle. It can be seen that the phase of the motor generation angle is delayed compared to the input angle, while the phase of the output angle is ahead of the input angle.
[0033]
FIG. 7 shows the result of simulating the change in the wheel steering angle θf when a predetermined steering input is applied to the steering 1 in the same manner as described above. The broken line in FIG. 7 shows the steering ratio as the base value. This is fixed (base steering ratio), and the solid line shows the steering ratio decreased by subtraction control of the VGR motor 22 (VGR). Also, the phantom line indicates that the gear ratio is mechanically changed to make the steering ratio smaller than the base value (steering ratio decrease). As shown in the figure, when the steering ratio is mechanically reduced, the peak value of the steering angle θf decreases, but no phase change is observed. On the other hand, when the steering ratio is decreased by the subtraction operation of the VGR motor 22, it can be seen that the phase of the steering angle θf is earlier than that of the base as the peak value decreases.
[0034]
Further, FIG. 8 is a Bode diagram showing the frequency response characteristics of the yaw rate with respect to the steering input to the steering 1. When the steering ratio is changed by the subtraction control of the VGR motor 22 as shown by the solid line in FIG. In response to the change in the steering ratio, the peak value of the steering gain is lower than that of the base (shown by a broken line in the drawing) (from about 0.35 to about 0. 0 at about 1 Hz shown by a black circle in the drawing). 19), and the phase at about 1 Hz progresses from −21.4 to −15.7 as indicated by a black circle in the figure. On the other hand, when the steering ratio is mechanically changed as indicated by the phantom line in FIG. 5B, the peak value of the steering gain is reduced, but the phase is not changed.
[0035]
As described above, in the VGR apparatus A according to this embodiment, in the VGR apparatus A according to this embodiment, the operation delay toward the subtraction side of the VGR motor 22 reduces the phase delay of the steering wheel. Thus, the rotation angle of the VGR motor 22 is controlled to change the steering ratio R, and the phase delay dm of the operation of the VGR motor 22 is also controlled to change the phase delay characteristic of the steering.
[0036]
Specifically, in the characteristic storage unit 9a of the controller 9, a vehicle speed correspondence map M2 in which a base value dm0 of the motor phase delay dm is set so as to correspond to a change in the vehicle speed V as shown in FIG. The steering angle correction map M3 in which the change coefficient k3 of the motor phase delay dm corresponding to the steering angle θH is stored, and as shown in FIG. 10, for example, the change coefficient k4 corresponding to the steering angular speed θH ′ is stored. The set steering angular velocity correction map M4 is stored. Then, the target phase lag calculating unit 9d of the controller 9 reads the motor phase lag base value dm0 from the vehicle speed correspondence map M2 based on the current vehicle speed V, and based on the steering angle θH and the steering angular speed θH ′. The change coefficients k3 and k4 are read from the correction maps M3 and M4, respectively, and multiplied to calculate the target motor phase delay dm *.
[0037]
dm * = k3 x k4 x dm0
More specifically, according to the vehicle speed correspondence map M2 in FIG. 9 (a), the base value dm0 of the motor phase delay dm increases substantially in proportion to the increase in the vehicle speed V from when the vehicle speed V is low to when it is high. ing. As described above, in the vehicle speed range higher than the set vehicle speed V0, the greater the phase delay of the operation of the VGR motor 22, the smaller the phase delay of the wheel steering angle θf with respect to the steering angle θH of the steering 1; According to the characteristic set to M2, the higher the vehicle speed V, the smaller the phase delay of the steering, and the expected response to the steering of the steering 1 can be obtained.
[0038]
Further, according to the steering angle correction map M3 shown in FIG. 5B, the change coefficient k3 of the motor phase delay dm is substantially constant when the steering wheel steering angle θH (absolute value) is small, and the steering wheel steering angle θH is further determined. As it increases, it gradually decreases accordingly. At this time, the rate at which the change coefficient k3 decreases with respect to the increase in the steering angle θH is relatively large when the vehicle speed V is high. For example, in the high speed range of 120 km / h or more, the solid line is shown in the figure. Thus, the change coefficient k3 becomes substantially constant within a predetermined range including the time when the steering angle θH is maximum.
[0039]
The reason why the value of the change coefficient k3 is changed according to the steering angle θH is that the preferable characteristic regarding the phase delay of the steering changes not only by the vehicle speed V but also by the steering angle θH. That is, generally, when the driver starts steering the steering wheel 1 while the vehicle is traveling straight ahead, the tires and suspension bushes are more bent than when the steering wheel 1 is turned up during a turn. The driver is likely to feel a large delay in the steering response due to the delay in starting up. Therefore, in such a state, the motor phase delay dm is set to be large so that the steering phase delay becomes as small as possible.
[0040]
On the other hand, lateral acceleration is acting on the vehicle body while the vehicle is turning, and a unidirectional biasing force is also acting on the tire and suspension bush. When the steering 1 is further increased from this state, The rise of yaw rate etc. is relatively fast. In addition, the driver is relatively less likely to feel a delay in the steering response when receiving such lateral acceleration. Therefore, when the steering angle θH is increased, the phase delay dm of the operation of the VGR motor 22 is made smaller so that the steering ratio R is quickly converged to an appropriate value R * corresponding to the vehicle speed V.
[0041]
Further, according to the steering angular velocity correction map M4 shown in FIG. 10 (a), the change coefficient k4 increases substantially in proportion to the steering speed θH ′ (absolute value) of the steering wheel 1 when it is within a predetermined range. Is set to In other words, when the steering speed θH ′ is high, the driver tries to change the direction of the automobile quickly. At this time, by increasing the phase delay dm of the VGR motor 22 and reducing the steering phase delay, The direction of the wheel 3 is changed quickly by the quick steering ratio R0 of the base. By doing so, it is possible to obtain a more appropriate steering characteristic that reflects the will of the driver.
[0042]
It should be noted that such correction according to the steering angular velocity θH ′ is performed only when the vehicle speed V and the steering wheel steering angle θH are in a preset range. That is, as shown in FIG. 10 (b), the characteristic storage unit 9a of the controller 9 stores a map M5 in which the driving state of the vehicle is defined by the vehicle speed V and the steering angle θH. The steering angular velocity correction region is set as indicated by the hatched lines in the figure. Then, the controller 9 performs the correction according to the steering angular speed θH ′ only when it is determined that the driving state of the automobile is in the steering angular speed correction region based on the current vehicle speed V and the steering steering angle θH. It is like that.
[0043]
Therefore, according to the vehicle steering ratio variable type steering apparatus A according to this embodiment, when the steering of the steering wheel 1 is made by the driver while the vehicle is traveling and the direction of the wheels 6 changes, the transmission path of the steering force is changed. The planetary carrier 20 of the planetary gear mechanism 16 is driven by the VGR motor 22 in the transmission ratio variable mechanism 10 provided in the transmission ratio, whereby the transmission ratio (reduction ratio) of the output rotation with respect to the input rotation is changed, and the steering ratio R changes. .
[0044]
At that time, first, the transmission ratio of the steering rotation in the transmission ratio variable mechanism 10 is changed according to the vehicle speed V and the steering angle θH by the control of the VGR motor 22 by the controller 9. That is, when the vehicle speed V is higher than the set vehicle speed V0, the VGR motor 22 rotates in the direction to subtract the steering rotation, and the steering ratio becomes small. Steering characteristics. On the other hand, when the vehicle speed V is lower than the set vehicle speed V0, the VGR motor 22 rotates in the direction in which the steering rotation is added, and the steering ratio increases, thereby providing quick steering characteristics with high gain. That is, an appropriate steering gain characteristic can be obtained corresponding to the change in the vehicle speed V.
[0045]
At the same time, the phase delay dm of the operation of the VGR motor 22 is controlled in accordance with the vehicle speed V and the steering angle θH, thereby changing the phase delay of the steering. That is, basically, the higher the vehicle speed V, the greater the motor phase delay dm, which reduces the steering phase delay and makes the vehicle's steering response very fast. The expected response can be obtained.
[0046]
That is, in this embodiment, the steering characteristic of the automobile on the high speed side is stabilized with a small change in behavior with respect to the steering of the steering 1, and at the same time, an extremely sure steering feeling with almost no delay in steering response is obtained. be able to. As a result, the driver can steer the steering wheel 1 with confidence without feeling uneasy even during high-speed driving, which leads to reduction of fatigue.
[0047]
Further, by correcting the motor phase delay dm, which is changed according to the vehicle speed V, according to the steering angle θH and the steering angle velocity θH ′, it is possible to improve the feeling of steering response due to the running state of the vehicle and the will of the driver. In addition to this, it is possible to obtain a more appropriate steering characteristic.
[0048]
In this embodiment, when the vehicle speed V is lower than the set vehicle speed V0, the transmission ratio variable mechanism 10 operates the VGR motor 22 to the addition side. However, when the vehicle speed V is low, the change in yaw rate due to the fine steering is small, and the driver generally operates the steering 1 quickly and largely. There is almost no sense of incongruity due to a delay in response.
[0049]
Further, the present invention can be applied not only to the rack and pinion type steering device as in this embodiment but also to various types of steering devices such as a ball screw type.
[0050]
【The invention's effect】
As described above, according to the vehicle steering ratio variable type steering apparatus according to the first aspect of the present invention, the predetermined gear element of the differential gear mechanism interposed in the steering force transmission path is driven by the actuator. In addition, in the steering ratio variable type steering device that changes the transmission ratio of the steering rotation, the actuator is controlled so that the transmission ratio of the steering rotation changes at least according to the vehicle speed, and the operation of the actuator is controlled. By controlling the phase lag according to at least the vehicle speed, it is possible to obtain an optimum steering response by appropriately changing the phase lag of the steering while obtaining an appropriate steering ratio corresponding to the vehicle speed, that is, a steering gain characteristic. .
[0051]
Ie By making the steering ratio smaller as the vehicle speed is higher, it is possible to obtain a smooth steering feeling with a small phase delay while achieving a slow steering characteristic with excellent high-speed stability.
[0052]
Claim 2 According to the invention, by correcting the phase delay of the actuator to the small value side in accordance with the increase in the steering angle of the steering wheel, it is possible to obtain a more appropriate steering characteristic in consideration of the ease of feeling the delay in the steering response.
[0053]
Claim 3 According to the invention, the higher the steering speed of the steering wheel, the more appropriate steering characteristics can be obtained in consideration of the driver's will by correcting the phase delay of the actuator to the larger value side.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a steering ratio variable type steering apparatus for an automobile according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a transmission ratio variable mechanism.
3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 2 showing the configuration of the planetary gear mechanism.
FIG. 4 is a functional block diagram showing a configuration of a controller.
FIG. 5 is a diagram showing an example of a map in which a steering ratio change coefficient is set in accordance with a change in vehicle speed.
FIG. 6 is a graph showing a correspondence relationship between a gear input angle, a motor generation angle, and an output angle.
FIG. 7 is a graph showing the result of a simulation in which changes in the wheel steering angle with respect to a predetermined steering wheel are compared on the same time axis.
FIG. 8 is a Bode diagram showing a frequency response characteristic of a yaw rate with respect to a change in the steering angle of the steering wheel.
FIG. 9 is a diagram illustrating a map for changing a motor phase delay according to a vehicle speed and a steering angle.
FIG. 10 is a diagram illustrating a map for changing a motor phase delay according to a steering angular speed.
[Explanation of symbols]
A Steering device with variable steering ratio
1 Steering wheel (steering handle)
2 Steering shaft (steering force transmission path)
3 Intermediate shaft (steering force transmission path)
4 Steering gear box (steering force transmission path)
5 Tie rod (steering force transmission path)
6 wheels
9 Controller
9b Target steering ratio calculation unit (transmission ratio control unit)
9c Target control amount calculation unit (transmission ratio control unit)
9d Target phase delay calculation unit (phase control unit)
9e Motor drive unit (transmission ratio control unit, phase control unit)
10 Transmission ratio variable mechanism (variable mechanism)
16 Planetary gear mechanism (differential gear mechanism)
20 Planetary carrier (predetermined gear element)
22 VGR motor (actuator)

Claims

A variable mechanism capable of changing the transmission ratio of the steering rotation is provided in the transmission path of the steering force from the steering wheel of the automobile to the wheel, and a controller for controlling the actuator of the variable mechanism is provided. In a steering ratio variable type steering device in which a steering ratio which is a ratio of angles is changed at least according to the vehicle speed,
The variable mechanism has a differential gear mechanism, and a predetermined gear element of the differential gear mechanism is driven by the actuator to output a rotation amount obtained by adding to or subtracting from an input rotation, thereby transmitting steering rotation. Change the ratio,
The controller is
A transmission ratio control unit for controlling the actuator so that the degree of subtraction with respect to the input rotation in the differential gear mechanism increases as the vehicle speed increases so that the transmission ratio of the steering rotation in the variable mechanism changes at least according to the vehicle speed. When,
Wherein a phase delay of the actuator, in response to at least vehicle speed, so that the phase lag smaller the high vehicle speed increases, the motor vehicle characterized by comprising a phase control unit that controls so as to actively increase Steering device with variable steering ratio.

In claim 1,
The phase control unit of the controller is configured to correct the phase lag of the actuator to a small value side in accordance with an increase in the steering angle of the steering wheel.

In claim 2,
The phase control section of the controller is configured to correct the phase delay of the actuator to a larger value side as the steering wheel steering speed is higher .