JP4436272B2 - Vehicle steering system - Google Patents
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Description
本発明は車両用操舵装置に関し、特に、ステアバイワイヤ(SBW)式の車両用操舵装置に関する。 The present invention relates to a vehicle steering apparatus, and more particularly to a steer-by-wire (SBW) type vehicle steering apparatus.
ハンドル等の操作素子の操舵角、すなわち方位指示角で車両の進行方位角を制御するようにした車両用操舵装置については特許文献1に記載された装置が知られている。さらにハンドルの操作に対して車両の向きをより追従性よく、かつ、安定に制御する車両用操舵装置として、特許文献2に記載された装置が知られている。
As a vehicle steering apparatus in which the traveling azimuth of a vehicle is controlled by a steering angle of an operation element such as a steering wheel, that is, an azimuth indicating angle, an apparatus described in
特許文献1に記載された操舵装置は、操向車輪をアクチュエータが転舵する動力舵取手段を有する装置である。この操舵装置は、運転者の操作により所定の絶対方位を基準とする車両の進行方位角を指示する操向指示手段と、所定の絶対方位を基準とする車両進行方位角を検出する進行方向検知手段を備えている。制御手段は、操向指示手段に指示された進行方位角と進行方向検知手段により検出された車両進行方位角との偏差がゼロになるように動力舵取手段を制御する。
The steering apparatus described in
特許文献2に記載された操舵装置は、特許文献1に記載される操舵装置と同様、操向指示手段と、進行方向検知手段と、操向指示手段から入力された進行方向変化量と進行方向検知手段で検出された車両の進行方向変化量との方位角偏差がゼロになるよう操舵機構を制御する制御手段とを備えている。この制御手段は、方位角偏差に基づいて舵角に係る信号を出力する舵角指定手段を備えるとともに、この舵角指定手段は車速の増加に伴い出力する舵角を減少するよう構成している。それにより、さらに操縦性が安定した車両用操舵装置となっている。
Similar to the steering apparatus described in
上記特許文献1および特許文献2に記載された従来の技術は、運転者の操舵角(方位指示角)に対し、所定の絶対方位を基準とする車両の進行方位角または所定の絶対方位に対する進行方向との偏差がゼロになるように舵取手段を制御するものである。以下、特許文献1および特許文献2で示された操舵装置を「方位角フィードバック制御の操舵装置」と呼ぶことにする。また、現在広く利用されている、運転者の操舵角によってタイヤ角が決まる操舵装置を本願明細書では「タイヤ角制御の操舵装置」と呼ぶことにする。
The conventional techniques described in
方位角フィードバック制御の操舵装置では、レーンチェンジのように、進路変更後の方位角が変わらない場合は、ハンドル操舵角はもとに戻る。しかし、右左折時のように方位角が変わる場合は、ハンドル操舵角は、その方位角に対応した角度だけ回転し、そこにそのままの状態で留まる。ハンドル操舵角を一定に維持する限り、いかなる外乱が車両に加わっても、横変位は発生するが、方位角は変わらず、進路を維持することが可能となり、運転者の操舵負担を大幅に軽減することができる。 In the steering device of azimuth angle feedback control, when the azimuth angle after the course change does not change like a lane change, the steering wheel steering angle returns to the original. However, when the azimuth angle changes as in the case of a right or left turn, the steering angle of the steering wheel rotates by an angle corresponding to the azimuth angle and remains there. As long as the steering angle of the steering wheel is kept constant, lateral displacement will occur even if any disturbance is applied to the vehicle, but the azimuth angle will not change and the course can be maintained, greatly reducing the driver's steering burden. can do.
一方、タイヤ角制御の操舵装置では、一定半径の旋回を行う場合にはハンドル角を一定に維持すればよい。しかし、方位角フィードバック制御の操舵装置では、ハンドル操舵角を定常的に増加しつづけることが必要となる。したがって、現在の操舵系であるタイヤ角制御の操舵装置の操縦に慣れた運転者にとってはこのような継続的な円旋回において今までの操縦方法との違いが大きいため、方位角フィードバック制御の操縦方法に慣れるのに時間がかかるとともに、操作負担も増加する。 On the other hand, in a steering device for tire angle control, the steering wheel angle may be kept constant when turning with a constant radius. However, in a steering device for azimuth angle feedback control, it is necessary to constantly increase the steering wheel steering angle. Therefore, for drivers who are accustomed to steering a steering device for tire angle control, which is the current steering system, there is a great difference from the previous steering method in such a continuous circular turn, so the steering of azimuth feedback control It takes time to get used to the method and the operation burden increases.
また、方位角フィードバック制御の操舵装置では、転舵輪の角度を維持するには、ハンドルを回し続ける必要があるため、車庫入れ時や縦列駐車からの発進時のような転舵輪の大きな角度を必要とする場合には従来の操縦方法に比べ操作負担が増える。 In addition, in the steering device of azimuth feedback control, it is necessary to keep turning the steering wheel in order to maintain the angle of the steered wheels, so a large angle of steered wheels is required when entering the garage or starting from parallel parking. In this case, the operation burden increases compared to the conventional control method.
本発明の目的は、上記課題に鑑み、車両の定常旋回時や低速時の走行において方位角フィードバック制御の操縦方法の操作負担を軽減し、運転者に容易な操縦を可能とする車両用操舵装置を提供することにある。 In view of the above problems, an object of the present invention is to reduce the operational burden of the steering method of the azimuth feedback control when the vehicle is traveling at a steady turn or at low speed, and allows the driver to easily perform the steering. Is to provide.
本発明に係る車両用操舵装置は、上記の目的を達成するために、次のように構成される In order to achieve the above object, a vehicle steering apparatus according to the present invention is configured as follows.
第1の車両用操舵装置(請求項1に対応)は、運転者が操作を行う操作素子と、操作素子の操作量を検出する操作量検知部と、タイヤの向きを変更する転舵アクチュエータと、操作素子の操作量に応じて転舵アクチュエータを駆動させる制御装置とを備える車両用操舵装置において、制御装置は、操作量に応じて目標方位角を設定し、目標方位角に基づいて転舵アクチュエータを駆動させる目標方位角設定用制御部と、操作量に応じて目標タイヤ角を設定し、目標タイヤ角に基づいて転舵アクチュエータを駆動させる目標タイヤ角設定用制御部と、車両の走行条件に応じて目標方位角設定用制御部と目標タイヤ角設定用制御部のいずれかに切り換える切換部とを備える、ことで特徴づけられる。 A first vehicle steering apparatus (corresponding to claim 1) includes an operation element that is operated by a driver, an operation amount detection unit that detects an operation amount of the operation element, a steering actuator that changes a tire direction, And a control device that drives the steering actuator according to the operation amount of the operation element. The control device sets a target azimuth angle according to the operation amount, and steers based on the target azimuth angle. A target azimuth angle setting control unit for driving the actuator, a target tire angle setting control unit for setting the target tire angle according to the operation amount, and driving the steered actuator based on the target tire angle, and a running condition of the vehicle And a switching unit that switches to one of the target azimuth angle setting control unit and the target tire angle setting control unit.
上記の構成によれば、車両の走行条件に応じて切換部により目標方位角設定用制御部と目標タイヤ角設定用制御部のいずれかに切り換えられる。それにより、車両の定常旋回時や低速時の走行において方位角フィードバック制御の操縦方法の操作負担を軽減し、運転者に容易な操縦を可能とすることができる。 According to said structure, according to the driving conditions of a vehicle, it switches to either a target azimuth angle setting control part or a target tire angle setting control part by the switching part. Thereby, the operation burden of the steering method of the azimuth feedback control can be reduced during steady turning of the vehicle or at low speed, and the driver can easily perform the steering.
第2の車両用操舵装置(請求項2に対応)は、上記の構成において、好ましくは切換部は、車両が所定時間を超えて旋回状態にあるとき、目標方位角設定用制御部から目標タイヤ角設定用制御部に切り換えることで特徴づけられる。 In the second vehicle steering device (corresponding to claim 2), in the above configuration, preferably, the switching unit is configured so that when the vehicle is in a turning state over a predetermined time, the target azimuth angle setting control unit is connected to the target tire. It is characterized by switching to a corner setting control unit.
第3の車両用操舵装置(請求項3に対応)は、上記の構成において、好ましくは切換部は、操作素子の操舵トルクが0になる時点で目標タイヤ角設定用制御部から目標方位角設定用制御部に切り換えることで特徴づけられる。 In the third vehicle steering device (corresponding to claim 3), in the above configuration, the switching unit preferably sets the target azimuth angle from the target tire angle setting control unit when the steering torque of the operation element becomes zero. It is characterized by switching to the control unit.
第4の車両用操舵装置(請求項4に対応)は、上記の構成において、好ましくは切換部は、低速時や発進時に目標方位角設定用制御部から目標タイヤ角設定用制御部に切り換えることで特徴づけられる。 In the fourth vehicle steering apparatus (corresponding to claim 4), in the above configuration, the switching unit preferably switches from the target azimuth angle setting control unit to the target tire angle setting control unit at a low speed or at the start. It is characterized by.
第5の車両用操舵装置(請求項5に対応)は、運転者が操作を行う操作素子と、操作素子の操作量を検出する操作量検知部と、タイヤの向きを変更する転舵アクチュエータと、車両進行方向を検出する車両進行方向検出部と、操作素子の操作量に応じた目標方位角と車両進行方向に基づく方位角フィードバック制御とによって転舵アクチュエータを駆動させる制御装置とを備える車両用操舵装置において、制御装置は、操作量に応じて目標方位角を設定する目標方位角設定部と、車両進行方向検出部により検出された車両進行方向に基づいて車両方位角を演算する方位角演算部と、方位角演算部から出力される車両方位角にゲイン係数を乗算して乗算方位角を出力する方位角ゲイン部と、目標方位角と乗算方位角の差に基づいて転舵アクチュエータを駆動させる駆動部と、車両の走行条件に応じてゲイン係数を変化させるゲイン可変部とを備える、ことで特徴づけられる。 A fifth vehicle steering apparatus (corresponding to claim 5) includes an operation element that is operated by a driver, an operation amount detection unit that detects an operation amount of the operation element, a steering actuator that changes a tire direction, A vehicle traveling direction detection unit that detects a vehicle traveling direction, and a control device that drives a steered actuator by a target azimuth angle according to an operation amount of an operation element and an azimuth angle feedback control based on the vehicle traveling direction. In the steering device, the control device calculates a vehicle azimuth based on a vehicle traveling direction detected by a vehicle traveling direction detection unit and a target azimuth setting unit that sets a target azimuth according to an operation amount. An azimuth gain unit that outputs a multiplication azimuth by multiplying the vehicle azimuth output from the azimuth calculation unit by a gain coefficient, and a steering actuator based on a difference between the target azimuth and the multiplication azimuth. Comprising a driving unit for driving the over motor, and a gain controller for varying the gain factor depending on the running condition of the vehicle, characterized by.
第6の車両用操舵装置(請求項6に対応)は、上記の構成において、好ましくはゲイン可変部は、方位角ゲイン部のゲイン係数を0に設定してタイヤ角制御と同等な制御を実行させ、ゲイン係数を0以外の値に設定して方位角フィードバック制御を実行させることで特徴づけられる。 In the sixth vehicle steering device (corresponding to claim 6), in the above configuration, the gain variable unit preferably performs control equivalent to tire angle control by setting the gain coefficient of the azimuth gain unit to 0. The gain coefficient is set to a value other than 0 and the azimuth feedback control is executed.
本発明によれば、目標方位角設定用制御部による方位角フィードバック制御によって進路変更後にハンドルを元に戻す必要がなくなる操作負担軽減に加え、定常円旋回時には目標タイヤ角設定用制御部によるタイヤ角制御によって現在広く利用されている操縦方法と同様に、ハンドルを一定に保持すればよくなるので、定常円旋回時の操作負担が増加することはない。さらに、これによって方位角フィードバック制御の操舵装置のハンドル操作とタイヤ角制御の操舵装置のハンドル操作との違いの大きさが低減されるので、現在広く利用されているタイヤ角制御の操舵装置の操縦方法に慣れた運転者においても違和感が少なく容易に方位角フィードバック制御の操縦を行うことができる。 According to the present invention, the tire angle by the target tire angle setting control unit at the time of steady circle turning, in addition to the reduction of the operation load that eliminates the need to return the steering wheel after changing the course by the azimuth angle feedback control by the target azimuth angle setting control unit. Similar to the steering method currently widely used by control, it is only necessary to keep the steering wheel constant, so that the operation burden at the time of steady circle turning does not increase. In addition, this reduces the magnitude of the difference between steering wheel operation of the steering device for azimuth feedback control and steering wheel operation of the steering device for tire angle control. Even a driver who is used to the method can easily control the azimuth feedback control with little discomfort.
また、本発明によれば、車庫入れ時のような極低速での走行や、縦列駐車からの発進時においても、ハンドルを回し続ける必要がなくなり、現在広く利用されているタイヤ角制御の操舵装置の操縦方法と同様にハンドルを保持することで旋回することができる。さらに、これも上記と同様に、方位角フィードバック制御の操舵装置のハンドル操作とタイヤ角制御の操舵装置の操縦方法との違いの大きさが低減されるので、現在広く利用されているタイヤ角制御の操舵装置の操縦方法に慣れた運転者においても違和感が少なく容易に方位角フィードバック制御の操縦を行うことができる。 In addition, according to the present invention, it is not necessary to keep turning the steering wheel even when traveling at an extremely low speed such as when entering a garage or when starting from parallel parking, and a steering device for tire angle control that is currently widely used. It is possible to turn by holding the steering wheel in the same manner as the steering method. Further, as described above, since the magnitude of the difference between the steering operation of the steering device of the azimuth feedback control and the steering method of the steering device of the tire angle control is reduced, the tire angle control that is currently widely used. Even a driver who is accustomed to the steering method of the steering apparatus can easily control the azimuth feedback control with little discomfort.
以下に、本発明の好適な実施形態(実施例)を添付図面に基づいて説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Preferred embodiments (examples) of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の第1実施形態に係る車両用操舵装置の模式構造図である。車両用操舵装置10は、ハンドル等の操作素子11(以下では「ハンドル11」という)の操舵入力に対して、転舵輪である前側タイヤ21の転舵角(舵角と同義)を任意に制御できる電子制御式の車両用操舵装置である。
FIG. 1 is a schematic structural diagram of a vehicle steering apparatus according to a first embodiment of the present invention. The
ハンドル11は、運転者が操作することにより車両の方位角あるいはタイヤ角を変化させるための操作量を入力するものである。例えば、制御装置(ECU)22が、図2で説明する制御切換部32によって目標方位角設定用制御部30に接続されているときは、運転者によってハンドル11を回転させることにより、その回転させた角度により方位角を変化させるための操作量が入力される。また、制御装置22が制御切換部32(図2参照)によって目標タイヤ角設定用制御部31に接続されているときは、運転者によってハンドルを回転させることにより、その回転させた角度によりタイヤ角を変化させるための操作量が入力される。
The
操作量検出部13は、ハンドル11から運転者により入力された操作量を検出し、ハンドル操舵角θを制御装置22に入力する。すなわち、ロータリエンコーダ等を用いて、操舵軸12の回転を検出することで、ハンドル11の所定位置からのハンドル操舵角θに係る信号13sを制御装置22へ供給するよう構成している。なお、図2で示す制御装置22が制御切換部32によって目標方位角設定用制御部30に接続されているときは、操作量は方位指示角となる。方位指示角は、前述の所定位置を例えば北等の絶対方位、または、現在の車両の進行方位等として、この方位を基準とする方位角度を表す。また、操作量検出部13は、制御装置22が制御切換部32(図2参照)によって目標タイヤ角設定用制御部31に接続されているときは、操作量は、タイヤ角を変化させるための量となる。
The operation
操舵反力発生アクチュエータ14は、制御装置22により制御され、ハンドル11に反力を与えるもので、操舵反力発生アクチュエータ14には、図示しないギア機構等が備えられ、制御装置22から供給されるモータ電流14sの大きさに応じた操舵反力を与えるよう構成している。
The steering reaction
操舵トルクセンサ15は、ハンドル11から入力される操舵トルクを検出し、操舵トルク信号15sを制御装置22に出力する。
The
車速センサ16は、車速Vに係る信号16sを制御装置22へ供給している。進行方向検出部17はヨーレートジャイロやナビゲーションシステム等を用いて構成し、進行方向に係る信号17sを制御装置22へ入力している。
The
車両挙動センサ18は、ヨーレートや横加速度、車速等の車両挙動状態に関する信号18sを制御装置22へ入力するものである。
The
舵角発生部19は、舵角アクチュエータであり、制御装置22から出力される操舵駆動信号39sに基づいて前側タイヤ21を操舵するよう構成している。
The
転舵角センサ20は、実舵角を検出し、実舵角に係る信号20sを制御装置22に出力するものである。
The steered
制御装置22は、ハンドル操舵角θに係る信号13sと、進行方向に係る信号17s、車速Vに係る信号16sと操舵トルクに係る信号15sと実舵角に係る信号20sと車両挙動状態に係る信号18sを入力として、モータ電流の極性ならびに電流値を制御してハンドル11に操舵反力を与えるとともに、図2に示すように、目標方位角設定用制御部30と目標タイヤ角設定用制御部31との切換えを行う。制御装置22は、切換部45が目標方位角設定用制御部30に接続されているときは、ハンドル操舵角θに対応して車両の方位角を制御するように舵角発生部19を駆動する。また、切換部45が目標タイヤ角設定用制御部31に接続されているときは、ハンドル操舵角θに対応してタイヤ角を制御するように舵角発生部19を駆動する。
The
図2は、本実施形態の車両用操舵装置における制御装置のブロック構成図である。制御装置22は、目標方位角設定用制御部30と目標タイヤ角設定用制御部31と制御切換部32と操舵反力制御部33を備えている。目標方位角設定用制御部30は、ハンドル11の操作量に応じて目標方位角を設定し、目標方位角に基づいて舵角発生部19を駆動させる。目標方位角設定用制御部30は方位角フィードバック制御を行う。目標タイヤ角設定用制御部31は、ハンドル11の操作量に応じて目標タイヤ角を設定し、目標タイヤ角に基づいて舵角発生部19を駆動させる。目標タイヤ角設定用制御部31は従来のタイヤ角制御を行う。制御切換部32は、スイッチ49からの信号、操舵角センサ48、操舵トルクセンサ15、転舵角センサ20、車両挙動センサ18、車速センサ16からの各信号に基づいて、目標方位角設定用制御部30と目標タイヤ角設定用制御部31のいずれかに切り換える。なお、操舵角センサ48の代わりに操作量検出部13を用いてもよい。
FIG. 2 is a block configuration diagram of a control device in the vehicle steering device of the present embodiment. The
目標方位角設定用制御部30は、目標方位角設定部35と偏差演算部36と実舵角指定部37と実舵角制御部38と実舵角駆動部39と方位角演算部40と方位角ゲイン部41からなる。
The target azimuth angle setting
目標方位角設定部35は、操作量検出部13で検出したハンドル操舵角θに係る信号に基づいて目標方位角に係る信号を出力するもので、ハンドル操舵角と目標方位角との比率k1を任意に設定できるよう構成している。比率k1を1.0に設定した場合、ハンドル操舵角と目標方位角は等しくなる。すなわち、ハンドル11を180度回転させた場合、現在の車両の進行方向が北向きであれば目標方位角は南向きに変更される。比率k1を0.5に設定した場合、ハンドル11を右方向へ180度回転させると、目標方位角は車両の進行方向に対して右方向へ90度(例えば進行方向北向きから東向きに)変化する。
The target azimuth
方位角演算部40は、進行方向検出部17から出力される信号に基づいて得られた車両の現在の進行方位に係る信号を出力する。方位角ゲイン部41は、進行方位に係る信号に任意に設定された比率k2を掛けた値を偏差演算部36に出力する。
The
偏差演算部36は、目標方位角設定部35から出力される目標方位角に係る信号と、進行方位に係る信号に比率k2を掛けた信号との方位角偏差Eを求め、方位角偏差に係る信号を実舵角指定部37へ供給する。
The
実舵角指定部37と実舵角制御部38によって実舵角演算部を構成する。実舵角演算部は、方位角偏差に係る信号と、車速検出部16で検出した車速Vに係る信号とに基づいて、舵角に係る信号を出力する。この実舵角演算部は、例えばROM等を用い、各方位角偏差と各車速Vとに対応して予め設定した舵角を格納した変換テーブルで構成している。なお、この実舵角演算部は、予め登録した関数式等に基づいて舵角を演算して出力する構成としてもよい。また、切換スイッチ46が接点Bに接続しているときは、切換スイッチ46からゼロ出力指令信号を受け取り、そのときは、実舵角指定部37からの出力はゼロとなる。
The actual rudder
実舵角駆動部39は、実舵角演算部から出力される操舵目標値に係る信号に基づいて、舵角発生部19を駆動する操舵駆動信号を出力するよう構成している。舵角発生部19はギア機構等を備え、直流モータに供給するモータ電流の極性と電流値に基づいて車両の操舵角を制御する構成の場合、実舵角駆動部39は、操舵目標値に対応して予め設定した極性で予め設定したモータ電流を供給する。舵角発生部19がパルスモータ等を用いて構成されている場合、実舵角駆動部39は、正転パルスまたは逆転パルスを必要数供給するよう構成する。この舵角発生部19により車両1の方位が制御され、ヨーレートγに基づいて進行方向が検出され、また、ヨーレートγを積分処理(ブロック2)することにより車両方位角(ヨー角:ψ)が決定される。
The actual rudder
操舵反力制御部33は、操舵反力設定部42と、操舵反力アクチュエータ駆動部43とからなる。
The steering reaction
操舵反力設定部42は、実舵角制御部38から出力される信号と、偏差演算部36から出力される信号Eと車速Vに係る信号とに基づいて、反力トルク目標値Tに係る信号を出力する。この操舵反力設定部42は、例えばROM等を用い、各実舵角δ、各偏差と各車速Vとに対応して予め設定した反力トルク目標値を格納した変換テーブルで構成している。なお、この操舵反力設定部43は、予め登録した関数式等に基づいて反力トルク目標値を演算して出力する構成としてもよい。
The steering reaction
操舵反力アクチュエータ駆動部43は、操舵反力設定部42から出力される反力トルク目標値に基づいて操舵反力発生アクチュエータ14を駆動する操舵反力発生アクチュエータ駆動信号を出力する。
The steering reaction force
目標タイヤ角設定用制御部31は、目標タイヤ角設定部44と実舵角駆動部39とからなる。実舵角駆動部39は、目標方位角設定用制御部30と共有している。そのため、説明は省略する。
The target tire angle setting
目標タイヤ角設定部44は、ハンドル操舵角θに係る信号と、車速検出部16で検出した車速Vに係る信号とに基づいて、タイヤ角に係る信号を出力する。この目標タイヤ角設定部は、例えばROM等を用い、各ハンドル操舵角θと各車速Vとに対応して予め設定したタイヤ角を格納した変換テーブルで構成している。なお、この目標タイヤ角設定部は、予め登録した関数式等に基づいてタイヤ角を演算して出力する構成としてもよい。
The target tire
制御切換部32は、切換部45と切換スイッチ46と制御切換領域設定部47からなる。制御切換領域設定部47は、操舵角センサ48と操舵トルクセンサ15と転舵角センサ20と車両挙動センサ18と車速センサ16からの各検出値を入力とし、その入力された値に基づいて、目標方位角設定用制御部30に切り換えるときには、切換部45に目標方位角設定用制御部切換信号を送り、目標タイヤ角設定用制御部31に切り換えるときには、切換部45に目標タイヤ角設定用制御部切換信号を送る。制御切換領域設定部47は、操舵角と操舵トルクと転舵角と車両挙動と車速に対応した目標方位角設定用制御部または目標タイヤ角設定用制御部のマップを記憶している。例えば、各センサからの値に基づいて、円旋回中であることを判断したとき、あるいは、低速時または発進時であることを検出したときは、目標タイヤ角設定用制御部31に切り換える信号を送る。例えば、車速センサ16からの情報に基づき低速時、例えば0km/hから5km/hまでの低速時には常時、目標タイヤ角設定用制御部31に接続することで、タイヤ角制御の操作が可能となる。また、操舵トルクなどの情報から操縦状態を検出し、低速時でも目標方位角設定用制御部30に接続し、方位角フィードバック制御を活用することも可能である。
The
切換部45は、スイッチ49からの信号と、制御切換領域設定部47からの信号とを入力とし、切換スイッチ46に切換信号を出力する。切換スイッチ46は、切換部45からの信号に従って目標方位角設定用制御部30に切り換えるときは、接点Aに接続し、目標タイヤ角設定用制御部31に切り換えるときは、接点Bに接続する。また、切換スイッチ46が接点Bに接続しているときは、ゼロ指令信号が実舵角指定部37に送られ、実舵角指定部37から出力される信号がゼロとなる。
The switching
スイッチ49を用いれば、目標方位角設定用制御部30による方位角フィードバック制御の操縦方法と目標タイヤ角設定用制御部31によるタイヤ角制御の操縦方法を自動的に切り換える以外に、運転者の意思で双方の切り替えを可能とし、切り換え時のフィーリングの向上を図ることができる。
By using the
図3は、本実施形態の定常円旋回状態において切換部45で目標方位角設定用制御部(方位角フィードバック制御)30と目標タイヤ角設定用制御部(タイヤ角制御)31の切り換えを行うときの、ハンドル操舵角θ、操舵トルクTθ、舵角δ、ヨーレートγ、ヨー角ψの時間変化を示すグラフである。図3(a)は、ハンドル操舵角θの時間変化を示し、図3(b)は、操舵トルクTθの時間変化を示し、図3(c)は、舵角δとヨーレートγの時間変化を示し、図3(d)は、ヨー角ψの時間変化を示し、図3(e)は、ハンドル操舵角とヨー角の差(θ−ψ)の時間変化を示す。各グラフでの実線が本実施形態での各値の時間変化を示し、点線は目標方位角設定用制御部30から目標タイヤ角設定用制御部31への切り替えを行わずに、方位角フィードバック制御のみのときの出力を参考として示す。本実施形態では、操舵トルクTθが或る時間継続して出力された状態を定常円旋回状態とみなし、方位角フィードバック制御から従来のタイヤ角制御へと切り換える。図3で示すように、時刻TAから操舵が始まり時刻TBから定常円旋回の状態になる。その状態が時刻TCまで続いたときに定常円旋回と判断し、従来のタイヤ角制御に切り換え、その後、時刻TDからTEの間で操舵トルクTθの減少とともに舵角δを減らし、Tθがゼロの時刻TEで再度、タイヤ角制御から方位角フィードバック制御に切り換える。他の出力であるヨーレートγ、ヨー角ψは、図3(c)、図3(d)のように方位角フィードバック制御を行った場合と同様の結果が得られる。このように本実施形態によって、ハンドル操舵角θは従来のタイヤ角制御の操縦と同等に保持することで定常円旋回が可能となる。本実施形態は、操舵トルクに基づいた切換を示したが、これに車速やヨーレート、横加速度などの他の車両状態情報を加味した切換も可能であり、また、操舵トルクを用いずに旋回状態を検出して切り換えることでも達成可能である。
FIG. 3 shows a case where the switching
次に、本発明の第2実施形態に係る車両用操舵装置を図4のブロック構成図により説明する。図4で示すように、第2実施形態での制御装置(ECU)50は、第1実施形態の制御装置22の制御切換領域設定部47に代えて方位角フィードバック制御故障診断部51を設けた点が異なるものである。そして、車速信号と、実舵角制御部38からの信号と、操舵角センサ48、操舵トルクセンサ15、転舵角センサ20、車両挙動センサ18からの各信号とに基づいて故障を判断する。すなわち、ハンドル操舵角と操舵トルクから求めた目標舵角と、実舵角制御部38にて設定された制御目標転舵角と、転舵角センサ20によって検出された実舵角とを相互比較し故障を判断する。故障を判断したときは、切換部45に目標タイヤ角設定用制御部への切換信号を送り、それに従って切換スイッチ46に信号を送る。切換スイッチ46は、接点Aから接点Bに切り替わり、目標タイヤ角設定用制御部31での制御に切り替わる。このとき、以下に述べるメカニカルバックアップ機構を有しているシステムでは、それと同時にクラッチ接続の指令が発せられ、クラッチ機構が接続し、メカニカルな接続も同時に起こるようにしても良い。それ以外は、第1実施形態で説明した構成と同様の構成となっている。第1実施形態で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付して説明は省略する。
Next, a vehicle steering apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the block diagram of FIG. As shown in FIG. 4, the control device (ECU) 50 in the second embodiment is provided with an azimuth feedback control
メカニカルバックアップ機構を設けたステアバイワイヤのシステム構成例を図5に示す。このステアバイワイヤシステムはメカニカルなクラッチ機構73を備え、通常時にはクラッチ機構73を切り離しておき、ハンドルの入力量に対し転舵輪の角度を任意に制御可能としている。システムの故障が発生した場合には、クラッチ機構73を接続し、従来のメカニカルな操舵を可能とする。なお操舵装置60は、ハンドル61に連結された操舵軸62と、操作量検出部63と、操舵反力発生アクチュエータ64と、操舵トルクセンサ65と、車速センサ66と、進行方向検出部67と、車両運動状態検出部68と、舵角発生部69と、転舵角センサ70と、タイヤ71と、制御装置(ECU)72とを備える。操舵軸62は、図示しない車体等に回転自在に支持されている。
FIG. 5 shows an example of a steer-by-wire system configuration provided with a mechanical backup mechanism. This steer-by-wire system includes a mechanical
第2実施形態に係る車両用操舵装置によれば、方位角フィードバック制御を行う目標方位角設定用制御部30が故障したときに、方位角フィードバック制御故障診断部51で当該故障を診断し、切換部45および切換スイッチ46で目標タイヤ角設定用制御部31に切換えて操縦を維持できる。さらにメカニカルバックアップ機構を設けたシステムによれば、メカニカルバックアップシステムによる操縦が可能となるため安全性が確保できる。さらにメカニカルバックアップシステムによる操舵方法はタイヤ角制御の操縦方法であるが、本実施形態では運転者はタイヤ角制御の操縦方法を通常の走行において習得しているため、故障時においても操縦を容易に行うことができる。
According to the vehicle steering apparatus according to the second embodiment, when the target azimuth angle setting
図6は、本発明の第3実施形態に係る車両用操舵装置のブロック構成図である。第3実施形態では、制御装置80は、図2で示した第1実施形態の制御装置22での切換部45と切換スイッチ46と制御切換領域設定部47の代わりにゲイン可変部81と操舵応答特性設定部82を設けている。また、図2で示した目標方位角設定用制御部30の構成のみを有し、目標タイヤ角設定用制御部31を有していない。第1実施形態と同様な構成要素には、同一の符号を付し、説明を省略する。ゲイン可変部81は、目標方位角設定部35でのハンドル操舵角と目標方位角との比率k1と、方位角ゲイン部41での車両方位角ψに係る信号に掛ける比率k2とを個別に変化させるという機能を有している。ゲイン可変部81には、マニュアルコントローラ83が接続されており、マニュアルコントローラ83が手動ポジションに設定されているときは、そのマニュアルコントローラ83により、目標方位角設定部35での比率k1と方位角ゲイン41での比率k2を手動で個別に変化させることができる。また、マニュアルコントローラ83が自動ポジションに設定されているときは、操舵応答特性設定部82により、操舵角センサ48からの信号と操舵トルクセンサ15からの信号と転舵角センサ20からの信号と車両挙動センサ18からの信号と車速センサ16からの信号に基づいて、最適の比率k1,k2が設定され、設定された比率k1,k2に係る信号がゲイン可変部81に送られる。ゲイン可変部81は、受信した比率k1,k2に係る信号に基づいて目標方位角設定部35での比率k1と方位角ゲイン41での比率k2を設定する。
FIG. 6 is a block diagram of a vehicle steering apparatus according to the third embodiment of the present invention. In the third embodiment, the
操舵応答特性設定部82は、操舵角と操舵トルクと転舵角と車両挙動と車速の各々の組合せに対応して予め設定した比率k1,k2を格納した変換テーブルで構成している。例えば、各センサからの値に基づいて、円旋回中であることを判断したとき、あるいは、低速時または発進時であることを検出したときは、目標方位角設定部35での比率k1を1にし、方位角ゲイン部41での比率k2を0に設定し、ゲイン可変部81に信号を送る。それにより、目標方位角設定部35での比率k1が1に設定され、方位角ゲイン部41での比率k2が0に設定される。方位角ゲイン部41で設定される比率k2(ゲイン係数)が0になると方位角フィードバック制御のためのフィードバックループは働かず、実舵角指定部37では、常に目標方位角設定部35で設定した目標方位角に対応した舵角が指定される。その結果としてタイヤ角制御と同等の操縦をすることができる。また、方位角ゲイン部41での比率k2を0以外の値、代表的には1に設定することで方位角フィードバック制御の操縦方法にすることができる。例えば、車速センサ16からの情報に基づき低速時、例えば0km/hから5km/hまでの低速時には常時、目標方位角設定部35での比率k1を1に設定し、方位角ゲイン部41での比率k2を0に設定することで、運転者にとってはタイヤ角制御と同等の操縦が可能となる。また、操舵トルクなどの情報から操縦状態を検出し、低速時でも目標方位角設定部35での比率k1を1に設定し、方位角ゲイン部41での比率k2を1に設定することで、方位角フィードバック制御を活用することも可能である。
The steering response
ゲイン可変部81は、マニュアルコントローラ83からの信号と、操舵応答特性設定部82からの信号とを入力とし、目標方位角設定部35と方位角ゲイン部41にそれぞれ比率k1に係る信号と比率k2に係る信号を個別に出力する。それらの信号により目標方位角設定部35での比率k1と方位角ゲイン部41での比率k2が設定される。
The gain
マニュアルコントローラ83を用いれば、目標方位角設定用制御部30による方位角フィードバック制御の操縦方法と方位角ゲイン部41での比率k2を0にしたときのタイヤ角制御と同等の操縦方法を自動的に切り換える以外に、運転者の意思で双方の切り換えを可能とし、切り換え時のフィーリングの向上を図ることができる。
If the
図7は、第3実施形態の定常円旋回状態において方位角ゲイン部41での比率k2を1か0に変化させることで方位角フィードバック制御とタイヤ角制御と同等の制御の切り換えを行うときの、ハンドル操舵角θ、操舵トルクTθ、舵角δ、ヨーレートγ、ヨー角ψの時間変化を示すグラフである。図7(a)は、ハンドル操舵角θの時間変化を示し、図7(b)は、操舵トルクTθの時間変化を示し、図7(c)は、舵角δとヨーレートγの時間変化を示し、図7(d)は、ヨー角ψの時間変化を示し、図7(e)は、方位角ゲイン部41での比率k2の時間変化を示す。各グラフでの実線が本実施形態での各値の時間変化を示し、方位角ゲイン部41での比率k2を常に1とし、方位角フィードバック制御のみのときの出力を参考として示す。本実施形態では、操舵トルクTθが或る時間継続して出力された状態を定常円旋回状態とみなし、図7(e)に示すように比率k2を1から0に変化させ、方位角フィードバック制御からタイヤ角制御と同等の制御へと切り換える。図7で示すように、時刻TAから操舵が始まり時刻TBから定常円旋回の状態になる。その状態が時刻TCまで続いたときに定常円旋回と判断し、方位角ゲイン部41での比率k2を0に設定しタイヤ角制御と同等の制御に切り換え、その後、時刻TDからTEの間で操舵トルクTθの減少とともに舵角δを減らし、Tθがゼロの時刻TEで再度、比率k2を0から1に戻し、タイヤ角制御と同等の制御から方位角フィードバック制御に切り換える。他の出力であるヨーレートγ、ヨー角ψは、図7(c)、図7(d)のように方位角フィードバック制御を行った場合と同様の結果が得られる。このように本実施形態によって、ハンドル操舵角θは従来のタイヤ角制御の操縦と同等に保持することで定常円旋回が可能となる。本実施形態は、操舵トルクに基づいた比率k2の変化を示したが、これに車速やヨーレート、横加速度などの他の車両状態情報を加味した比率k2の変化も可能であり、また、操舵トルクを用いずに旋回状態を検出して比率k2の変化をさせることでも達成可能である。
FIG. 7 shows a case where the control equivalent to the azimuth feedback control and the tire angle control is performed by changing the ratio k2 in the
上述のように本発明においては、通常走行時に定常円旋回中や低速走行時にタイヤ角制御の操縦系を用いて操縦しているため、ステアバイワイヤシステムの故障時にメカニカルバックアップ機構への切り換えがあっても運転者は戸惑うことなく操縦することができる。さらに、故障時のみならず、通常走行時の従来操縦系制御状態をインジケータなどで運転者に知らしめることにより、切り換え時の運転者の対応がスムーズに、かつ容易になる。 As described above, in the present invention, since the steering is controlled using the tire angle control control system during steady circle turning or low speed driving during normal driving, there is a switch to the mechanical backup mechanism when the steer-by-wire system fails. However, the driver can control without being confused. Furthermore, not only at the time of failure but also by letting the driver know the conventional control system control state during normal driving with an indicator or the like, the driver's response at the time of switching becomes smooth and easy.
本発明は、ステアバイワイヤ(SBW)式の車両用操舵装置として利用される。 The present invention is used as a steer-by-wire (SBW) type vehicle steering apparatus.
10 車両用操舵装置
11 操作素子(ハンドル)
12 操舵軸
13 操作量検出部
14 操舵反力発生アクチュエータ
15 操舵トルクセンサ
16 車速センサ
17 進行方向検出部
18 車両挙動センサ
19 舵角発生部
20 転舵角センサ
21 タイヤ
22 制御装置(ECU)
30 目標方位角設定用制御部
31 目標タイヤ角設定用制御部
32 制御切換部
10
DESCRIPTION OF
30 Target azimuth setting
Claims (6)
タイヤの向きを変更する転舵アクチュエータと、前記操作素子の前記操作量に応じて前記転舵アクチュエータを駆動させる制御手段とを備える車両用操舵装置において、
前記制御手段は、
前記操作量に応じて目標方位角を設定し、前記目標方位角に基づいて前記転舵アクチュエータを駆動させる目標方位角設定用制御手段と、
前記操作量に応じて目標タイヤ角を設定し、前記目標タイヤ角に基づいて前記転舵アクチュエータを駆動させる目標タイヤ角設定用制御手段と、
車両の走行条件に応じて前記目標方位角設定用制御手段と前記目標タイヤ角設定用制御手段のいずれかに切り換える切換手段とを備える、
ことを特徴とする車両用操舵装置。 An operation element for the driver to operate, and an operation amount detection means for detecting an operation amount of the operation element;
In a vehicle steering apparatus, comprising: a steering actuator that changes a direction of a tire; and a control unit that drives the steering actuator according to the operation amount of the operation element.
The control means includes
A target azimuth setting control means for setting a target azimuth according to the operation amount and driving the steering actuator based on the target azimuth;
A target tire angle setting control means for setting a target tire angle according to the operation amount and driving the steering actuator based on the target tire angle;
Switching means for switching to either one of the target azimuth angle setting control means and the target tire angle setting control means according to the running condition of the vehicle,
A vehicle steering apparatus characterized by the above.
タイヤの向きを変更する転舵アクチュエータと、車両進行方向を検出する車両進行方向検出手段と、前記操作素子の前記操作量に応じた目標方位角と前記車両進行方向に基づく方位角フィードバック制御とによって前記転舵アクチュエータを駆動させる制御手段とを備える車両用操舵装置において、
前記制御手段は、
前記操作量に応じて前記目標方位角を設定する目標方位角設定手段と、
前記車両進行方向検出手段により検出された前記車両進行方向に基づいて車両方位角を演算する方位角演算手段と、
前記方位角演算手段から出力される前記車両方位角にゲイン係数を乗算して乗算方位角を出力する方位角ゲイン手段と、
前記目標方位角と前記乗算方位角の差に基づいて前記転舵アクチュエータを駆動させる駆動手段と、
車両の走行条件に応じて前記ゲイン係数を変化させるゲイン可変手段とを備える、
ことを特徴とする車両用操舵装置。 An operation element for the driver to operate, and an operation amount detection means for detecting an operation amount of the operation element;
By a steering actuator that changes the direction of the tire, vehicle traveling direction detection means that detects the vehicle traveling direction, and a target azimuth according to the operation amount of the operation element and azimuth feedback control based on the vehicle traveling direction In a vehicle steering apparatus comprising control means for driving the steering actuator,
The control means includes
Target azimuth setting means for setting the target azimuth according to the operation amount;
Azimuth angle calculating means for calculating a vehicle azimuth angle based on the vehicle traveling direction detected by the vehicle traveling direction detection means;
Azimuth gain means for multiplying the vehicle azimuth angle output from the azimuth angle calculation means by a gain coefficient and outputting a multiplication azimuth angle;
Driving means for driving the steering actuator based on a difference between the target azimuth angle and the multiplication azimuth angle;
Gain varying means for changing the gain coefficient according to the running condition of the vehicle,
A vehicle steering apparatus characterized by the above.
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