JP4636218B2

JP4636218B2 - Vehicle steering device

Info

Publication number: JP4636218B2
Application number: JP2001198600A
Authority: JP
Inventors: 勝利西崎; 友保嘉田
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2001-06-29
Filing date: 2001-06-29
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2021-06-29
Also published as: JP2003011838A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、いわゆるステアバイワイヤシステムを採用した車両の操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステアバイワイヤシステムを採用した車両においては、ステアリングホイールを模した操作部材を車輪に機械的に連結することなく、その操作部材の回転に応じて駆動される操舵用アクチュエータの動きを、その動きに応じて舵角が変化するように車輪に伝達している。そのため、車輪と路面との間の摩擦力に基づく操舵抵抗やセルフアライニングトルクは、その操作部材には伝達されない。
【０００３】
そこで、その操作部材を直進位置に戻す方向の反力を発生する反力アクチュエータを設けることで、ドライバーに操舵フィーリングを与えている。従来、その反力は操作部材の回転量に応じた大きさとされていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
車輪とステアリングホイールとが機械的に連結された通常の車両においては、ステアリングホイールに作用する反力は、車両の挙動変化による車輪と路面との間の摩擦力に基づき発生する。そのため、従来の操作部材の回転量に応じた大きさの反力は、通常の車両において作用する反力と大きく相違し、ドライバーに違和感を与えるという問題がある。
本発明は、上記問題を解決することのできる車両の操舵装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の車両の操舵装置は、操作部材と、その操作部材の回転に応じて駆動される操舵用アクチュエータと、その操作部材を車輪に機械的に連結することなく、その操舵用アクチュエータの動きに応じて舵角が変化するように、その動きを車輪に伝達する機構と、その操作部材の回転を抑制する方向に作用する反力を発生する反力アクチュエータと、その反力アクチュエータの発生反力を求める手段と、その舵角の変化の結果として生じる車両の横方向挙動に対応する変量を求める手段と、その変量と目標反力との間の予め定めた相関関係を記憶する手段と、その求めた変量と記憶した相関関係とから目標反力を求める手段と、その目標反力と前記求めた発生反力との偏差を低減するように前記反力アクチュエータを制御する手段とを備える。
本発明によれば、操作部材の回転を抑制する方向に作用する反力を、舵角の変化の結果として生じる車両の横方向挙動の変化に相関させることができる。その車両の横方向挙動の変化は、路面と車輪との間の摩擦力に相関する。よって、その反力の大きさを、車両の横方向挙動変化による車輪と路面との間の摩擦力に対応させることができる。その舵角の変化の結果として生じる車両の横方向挙動に対応する変量と目標反力との間の相関関係は、演算式やテーブルとして記憶できるので、その変量と相関関係とから目標反力をシンプルなロジックで求めることが可能になり、また、その求める目標反力の調整も記憶する相関関係を変更するだけで容易に行うことができる。
【０００６】
その相関関係は、前記変量に比例する値、前記変量の平方根に比例する値、前記変量の立方根に比例する値、あるいは、前記変量のアークタンジェントに比例する値が、その反力となるように定められているのが好ましい。その変量は、車両の横加速度、ヨーレート、横速度、横滑り角速度の中の何れかの値、または、その値の微分値、または、その値の積分値とされる。特に、車輪とステアリングホイールとが機械的に連結された通常の車両においてステアリングホイールに作用する反力は、車輪に作用する横力に略比例することから、その変量を車輪に作用する横力に比例する横方向加速度とし、その相関関係は目標反力が横方向加速度に比例するように定められているのが好ましい。
【０００７】
さらに本発明においては、その操作部材の回転量を検出する手段と、その舵角の変化の結果として生じる車両の横方向挙動に対応する挙動指標値を求める手段と、その検出した操作部材の回転量に対応する目標挙動指標値を、その回転量と目標挙動指標値との間の記憶した関係に基づき演算する手段と、その演算により求めた目標挙動指標値と前記求めた挙動指標値との偏差を低減するように、前記操舵用アクチュエータを制御する手段とを備え、その挙動指標値が前記変量とされている。
これにより、その挙動指標値を反力アクチュエータの制御と操舵用アクチュエータの制御の双方に利用でき、変量を別途求める必要がなく制御を簡単化できる。その挙動指標値としてはヨーレートや横加速度を用いることができる。
【０００８】
あるいは本発明においては、その操作部材の回転量を検出する手段と、その舵角の変化の結果として生じる車両の横方向挙動に対応する挙動指標値を求める手段と、その検出した操作部材の回転量に対応する目標挙動指標値を、その回転量と目標挙動指標値との間の記憶した関係に基づき演算する手段と、その演算により求めた目標挙動指標値と前記求めた挙動指標値との偏差を低減するように、前記操舵用アクチュエータを制御する手段とを備え、その目標挙動指標値が前記変量とされている。
これにより、その目標挙動指標値を反力アクチュエータの制御と操舵用アクチュエータの制御の双方に利用でき、変量を別途求める必要がなく制御を簡単化できる。その目標挙動指標値としては目標ヨーレートや目標横加速度を用いることができる。
【０００９】
その相関関係は、前記変量に比例する値に予め定めた設定値を付加した値、前記変量の平方根に比例する値に予め定めた設定値を付加した値、前記変量の立方根に比例する値に予め定めた設定値を付加した値、あるいは、前記変量のアークタンジェントに比例する値に予め定めた設定値を付加した値が、その反力となるように定められているのが好ましい。
反力アクチュエータに印加される駆動電流の大きさが所定値以下では、反力アクチュエータの作動は粘性抵抗等に基づき阻止される。そのため、反力アクチュエータは、駆動電流が印加されているにも関わらず反力を発生しない出力不感帯を有する。その設定値の大きさを、その出力不感帯に対応して設定することで、出力不感帯を超える反力値に対応する駆動電流を制御開始当初から印加し、反力アクチュエータによる反力発生の遅れを防止できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１に示す車両の操舵装置は、ステアリングホイールを模した操作部材１と、その操作部材１の回転に応じて駆動される操舵用アクチュエータ２と、その操作部材１を車輪４に機械的に連結することなく、その操舵用アクチュエータ２の動きに応じて舵角が変化するように、その動きを車輪４に伝達するステアリングギヤ３と、その操作部材１の回転を抑制する方向に作用する反力を発生する反力アクチュエータ１９とを備える。
【００１１】
その操舵用アクチュエータ２は、例えば公知のブラシレスモータ等の電動モータにより構成できる。そのステアリングギヤ３は、その操舵用アクチュエータ２の出力シャフトの回転運動をステアリングロッド７の直線運動に変換する例えばボールネジ機構等の運動変換機構により構成されている。そのステアリングロッド７の動きがタイロッド８とナックルアーム９を介して車輪４に伝達され、その車輪４のトー角が変化する。そのステアリングギヤ３は、公知のものを用いることができ、操舵用アクチュエータ２の動きを舵角が変化するように車輪４に伝達できれば構成は限定されない。なお、操舵用アクチュエータ２が駆動されていない状態では、車輪４はセルフアライニングトルクにより直進位置に復帰できるようにホイールアラインメントが設定されている。
【００１２】
その操作部材１は、車体側により回転可能に支持される回転シャフト１０に連結されている。その回転シャフト１０に反力アクチュエータ１９の出力シャフトが一体化されている。その反力アクチュエータ１９はブラシレスモータ等の電動モータにより構成できる。
【００１３】
その操作部材１の直進位置からの回転量を求める手段として、その操作部材１の直進位置からの回転角度δｈを検出する角度センサ１１が設けられている。車両の舵角δを検出する手段として舵角センサ１３が設けられ、本実施形態では、その舵角δに対応するステアリングロッド７の作動量を検出するポテンショメータにより構成されている。その舵角δの変化の結果として生じる車両の横方向挙動に対応する挙動指標値として、車両の横加速度Ｇｙを検出する横加速度センサ１５が設けられている。本実施形態では、その横加速度Ｇｙが舵角δの変化の結果として生じる車両の横方向挙動に対応する変量とされている。その操作部材１の回転を抑制する方向に作用する反力に対応する値として、回転シャフト１０により伝達される操作トルクＴｈを検出するトルクセンサ１２が設けられている。その角度センサ１１、トルクセンサ１２、舵角センサ１３、横加速度センサ１５は、コンピュータにより構成される制御装置２０に接続されている。
【００１４】
図２は、上記操舵装置の制御ブロック図を示す。その制御ブロック図における記号は以下の通りである。
δｈ：回転角度
δ：舵角
δ^* ：目標舵角
Ｔｈ：操作トルク（反力アクチュエータの発生反力）
Ｔｈ^* ：目標操作トルク（目標反力）
Ｇｙ：横加速度
Ｇｙ^* ：目標横加速度
Ｉｍ^* ：操舵用アクチュエータ２の目標駆動電流
Ｉｈ^* ：反力アクチュエータ１９の目標駆動電流
【００１５】
図２において、Ｋ１は操作部材１の回転角度δｈに対する目標横加速度Ｇｙ^* のゲインであり、制御装置２０は予め定められて記憶したＧｙ^* ＝Ｋ１・δｈの関係と、角度センサ１１により検出することで求めた回転角度δｈとから、その目標横加速度Ｇｙ^* を演算する。すなわち制御装置２０は、検出した回転角度δｈに対応する目標横加速度Ｇｙ^* を、その回転角度δｈと目標横加速度Ｇｙ^* との間の記憶した関係に基づき演算する。そのゲインＫ１は最適な制御を行えるように調整される。
【００１６】
Ｇ１は、車両１００の目標横加速度Ｇｙ^* と横加速度Ｇｙとの偏差に対する目標舵角δ^* の伝達関数であり、制御装置２０は予め定められて記憶したδ^* ＝Ｇ１・（Ｇｙ^* −Ｇｙ）の関係と、上記演算により求めた目標横加速度Ｇｙ^* と、横加速度センサ１５より検出することで求めた横加速度Ｇｙとから、その目標舵角δ^* を演算する。その伝達関数Ｇ１は、例えばＰＩ制御を行う場合、ゲインをＫａ、ラプラス演算子をｓ、時定数をＴａとして、Ｇ１＝Ｋａ〔１＋１／（Ｔａ・ｓ）〕になる。そのゲインＫａ及び時定数Ｔａは最適な制御を行えるように調整される。Ｇ２は目標舵角δ^* と舵角δとの偏差に対する操舵用アクチュエータ２の目標駆動電流Ｉｍ^* の伝達関数であり、制御装置２０は予め定められて記憶したＩｍ^* ＝Ｇ２・（δ^* −δ）の関係と、上記演算により求めた目標舵角δ^* と、舵角センサ１３により検出することで求めた舵角δとから目標駆動電流Ｉｍ^* を演算する。その伝達関数Ｇ２は、例えばＰＩ制御を行う場合、ゲインをＫｂ、ラプラス演算子をｓ、時定数をＴｂとして、Ｇ２＝Ｋｂ〔１＋１／（Ｔｂ・ｓ）〕になる。そのゲインＫｂ及び時定数Ｔｂは最適な制御を行えるように調整される。その目標駆動電流Ｉｍ^* に応じて操舵用アクチュエータ２が駆動される。すなわち制御装置２０は、演算により求めた目標横加速度Ｇｙ^* と横加速度センサ１５により検出することで求めた横加速度Ｇｙとの偏差を低減するように、操舵用アクチュエータ２を制御する。
【００１７】
Ｋｔは、目標反力に対応する目標操作トルクＴｈ^* の横加速度Ｇｙに対するゲインであり、制御装置２０は予め定められて記憶したＴｈ^* ＝Ｋｔ・Ｇｙの関係と、横加速度センサ１５より検出することで求めた横加速度Ｇｙとから、その目標操作トルクＴｈ^* を演算する。すなわち制御装置２０は、挙動指標値である横加速度Ｇｙと目標反力に対応する目標操作トルクＴｈ^* との間の予め定めた相関関係を記憶し、その求めた横加速度Ｇｙと記憶した相関関係とから目標操作トルクＴｈ^* を演算し、その相関関係は、その目標操作トルクＴｈ^* が横加速度Ｇｙに比例するように定められている。そのゲインＫｔは最適な制御を行えるように調整される。
【００１８】
Ｇ３は、目標操作トルクＴｈ^* と操作トルクＴｈとの偏差に対する反力アクチュエータ１９の目標駆動電流Ｉｈ^* の伝達関数であり、制御装置２０は記憶したＩｈ^* ＝Ｇ３・（Ｔｈ^* −Ｔｈ）の関係と、演算した目標操作トルクＴｈ^* と、トルクセンサ１２により検出することで求めた操作トルクＴｈとから目標駆動電流Ｉｈ^* を演算する。その伝達関数Ｇ３は、例えばＰＩ制御を行う場合、ゲインをＫｃ、ラプラス演算子をｓ、時定数をＴｃとして、Ｇ３＝Ｋｃ〔１＋１／（Ｔｃ・ｓ）〕になる。そのゲインＫｃおよび時定数Ｔｃは最適な制御を行えるように調整される。その目標駆動電流Ｉｈ^* に応じて反力アクチュエータ１９が駆動される。すなわち制御装置２０は、その求めた目標操作トルクＴｈ^* と操作トルクＴｈとの偏差を低減するように反力アクチュエータ１９を制御する。
【００１９】
図３のフローチャートを参照して上記操舵装置の制御手順を説明する。
まず、各センサ１１、１２、１３、１５による回転角度δｈ、操作トルクＴｈ、舵角δ、横加速度Ｇｙの検出データを読み込む（ステップ１）。次に、回転角度δｈとゲインＫ１に基づき目標横加速度Ｇｙ^* が求められ（ステップ２）、その目標横加速度Ｇｙ^* と検出された横加速度Ｇｙとの偏差と伝達関数Ｇ１とに応じて目標舵角δ^* が求められ（ステップ３）、その目標舵角δ^* から舵角δを差し引いた偏差と伝達関数Ｇ２に基づき目標駆動電流Ｉｍ^* が求められ（ステップ４）、その目標駆動電流Ｉｍ^* が操舵用アクチュエータ２に印加される。これにより操舵用アクチュエータ２が駆動されることで舵角δが変化する（ステップ５）。次に、横加速度ＧｙとゲインＫｔに基づき目標操作トルクＴｈ^* を演算し（ステップ６）、その目標操作トルクＴｈ^* から操作トルクＴｈを差し引いた偏差と伝達関数Ｇ３に基づき目標駆動電流Ｉｈ^* が求められ（ステップ７）、その目標駆動電流Ｉｈ^* が反力アクチュエータ１９に印加されることで反力が発生する（ステップ８）。次に、制御を終了するか否かを判断し（ステップ９）、終了しない場合はステップ１に戻る。その終了判断は、例えば車両の始動用キースイッチがオンか否かにより判断できる。
【００２０】
上記実施形態によれば、操作部材１の回転を抑制する方向に作用する反力に対応する操作トルクＴｈを、舵角δの変化の結果として生じる車両の横方向挙動の変化に相関させることができる。その車両の横方向挙動の変化は、路面と車輪４との間の摩擦力に相関する。よって、その反力の大きさを、車両の横方向挙動変化による車輪４と路面との間の摩擦力に対応させることができる。その舵角δの変化の結果として生じる車両の横方向挙動に対応する横加速度Ｇｙと目標操作トルクＴｈ^* との間の相関関係は、演算式やテーブルとして記憶できるので、その横加速度Ｇｙとその相関関係とから目標操作トルクＴｈ^* をシンプルなロジックで求めることができ、また、反力アクチュエータ１９が発生する操作トルクＴｈの調整も記憶する相関関係を変更するだけで容易に行うことができる。その横加速度Ｇｙは変量として反力アクチュエータ１９の制御に利用できると共に、挙動指標値として操舵用アクチュエータ２の制御にも利用でき、変量を別途求める必要がなく制御を簡単化できる。さらに、車輪とステアリングホイールとが機械的に連結された通常の車両においてステアリングホイールに作用する反力は、車輪に作用する横力に略比例することから、その変量を車輪４に作用する横力に比例する横加速度Ｇｙとし、目標反力は横加速度Ｇｙに比例するように定めることで、通常の車両との反力の相違を低減できる。
【００２１】
上記実施形態では横加速度Ｇｙを変量および挙動指標値としたが、車両に取り付けるセンサの検出値から求めるヨーレートを変量および挙動指標値としてもよい。その挙動指標値に代えて目標横加速度Ｇｙ^* や目標ヨーレート等の目標挙動指標値を変量としてもよく、例えば、上記実施形態における目標横加速度Ｇｙ^* を変量とする場合、図４の変形例に示すようにＴｈ^* ＝Ｋｔ・Ｇｙ^* の関係と、演算により求めた目標横加速度Ｇｙ^* とから目標操作トルクＴｈ^* を演算すればよい。これにより、その目標横加速度Ｇｙ^* は変量として反力アクチュエータ１９の制御に利用できると共に、挙動指標値として操舵用アクチュエータ２の制御にも利用でき、制御を簡単化できる。
【００２２】
その変量は横加速度Ｇｙやヨーレートに限定されず、舵角の変化の結果として生じる車両の横方向挙動に対応するものであればよい。例えば、車両の横速度、横滑り角速度の中の何れかの値、または、その値の微分値、または、その値の積分値、または横加速度Ｇｙやヨーレートの微分値や積分値を変量としてもよい。その横速度は車両に取り付けたセンサの検出値から求めることができる。その横滑り角速度βは、横加速度Ｇｙ、車速Ｖ、ヨーレートγを車両に取り付けたセンサの検出値から求めた上で、β＝Ｇｙ／Ｖ−γの関係から制御装置２０により演算によって求めることができる。その微分値や積分値は制御装置２０による演算によって求めることができる。
【００２３】
また、変量と目標反力との相関関係は、上記実施形態のように目標反力が変量に比例するものに限定されず、例えば、その目標反力が変量の平方根に比例し、その目標反力が変量の立方根に比例し、あるいは、その目標反力が変量のアークタンジェントに比例するように定められてもよい。例えば上記実施形態において、目標操作トルクＴｈ^* をＴｈ^* ＝Ｋｔ・Ｇｙ^1/2 、Ｔｈ^* ＝Ｋｔ・Ｇｙ^1/3 、あるいはＴｈ^* ＝Ｋｔ・ｔａｎ^-1（Ｇｙ）により求め、また、変量を車両のヨーレートγとしてＴｈ^* ＝Ｋｔ・ｄ／ｄｔ（γ）^1/3 により求めてもよい。
【００２４】
さらに、その変量と目標反力との間の予め定めた相関関係は、その変量に比例する値に予め定めた設定値を付加した値、その変量の平方根に比例する値に予め定めた設定値を付加した値、その変量の立方根に比例する値に予め定めた設定値を付加した値、あるいは、その変量のアークタンジェントに比例する値に予め定めた設定値を付加した値が、その反力となるように定められていてもよい。例えば上記実施形態において、その設定値をＣとして、目標操作トルクＴｈ^* をＴｈ^* ＝Ｋｔ・Ｇｙ^1/2 ＋Ｃ、Ｔｈ^* ＝Ｋｔ・Ｇｙ^1/3 ＋Ｃ、あるいはＴｈ^* ＝Ｋｔ・ｔａｎ^-1（Ｇｙ）＋Ｃにより求める。図５はＴｈ^* ＝Ｋｔ・Ｇｙ^1/2 ＋Ｃの場合、図６はＴｈ^* ＝Ｋｔ・Ｇｙ^1/3 ＋Ｃの場合、図７はＴｈ^* ＝Ｋｔ・ｔａｎ^-1（Ｇｙ）＋Ｃの場合における、反力アクチュエータ１９の目標駆動電流Ｉｈ^* と操作部材１の回転角度δｈと車速Ｖとの関係の一例をそれぞれ示す。その図５〜図７における回転角度δｈが零の時の目標駆動電流Ｉｈ^* の値Ｉｃ^* が設定値Ｃに対応する。これにより、反力アクチュエータ１９が駆動電流を印加されているにも関わらず反力を発生しない出力不感帯を有する場合でも、その設定値Ｃの大きさを、その出力不感帯に対応して設定することで、出力不感帯を超える反力値に対応する目標駆動電流Ｉｍ^* を制御開始当初から印加し、反力アクチュエータ１９による反力発生の遅れを防止できる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、ステアバイワイヤシステムを採用した車両において、通常の車両において車輪に機械的に連結されたステアリングホイールに作用する反力と同様の反力を、シンプルなロジックで操作部材に作用させ、ドライバーの違和感を低減する車両の操舵装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の車両の操舵装置の構成説明図
【図２】本発明の実施形態の操舵装置の制御ブロック図
【図３】本発明の実施形態の操舵装置の制御手順を示すフローチャート
【図４】本発明の実施形態の変形例の操舵装置の制御ブロック図
【図５】本発明の実施形態の車両の操舵装置における反力アクチュエータの目標駆動電流と操作部材の回転角度と車速との関係の一例を示す図
【図６】本発明の実施形態の車両の操舵装置における反力アクチュエータの目標駆動電流と操作部材の回転角度と車速との関係の一例を示す図
【図７】本発明の実施形態の車両の操舵装置における反力アクチュエータの目標駆動電流と操作部材の回転角度と車速との関係の一例を示す図
【符号の説明】
１操作部材
２操舵用アクチュエータ
３ステアリングギヤ
４車輪
１１角度センサ
１２トルクセンサ
１５横加速度センサ
１９反力アクチュエータ
２０制御装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vehicle steering apparatus employing a so-called steer-by-wire system.
[0002]
[Prior art]
In a vehicle that employs a steer-by-wire system, the operation of the steering actuator driven according to the rotation of the operation member according to the movement of the operation member imitating the steering wheel is not mechanically coupled to the wheel. The steering angle is transmitted to the wheels to change. Therefore, the steering resistance and the self-aligning torque based on the frictional force between the wheel and the road surface are not transmitted to the operation member.
[0003]
Therefore, a steering feeling is given to the driver by providing a reaction force actuator that generates a reaction force in a direction to return the operation member to the straight-ahead position. Conventionally, the reaction force has been sized according to the amount of rotation of the operating member.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In a normal vehicle in which a wheel and a steering wheel are mechanically connected, a reaction force acting on the steering wheel is generated based on a frictional force between the wheel and the road surface due to a behavior change of the vehicle. For this reason, the reaction force having a magnitude corresponding to the rotation amount of the conventional operation member is greatly different from the reaction force acting in a normal vehicle, and there is a problem that the driver feels uncomfortable.
It is an object of the present invention to provide a vehicle steering apparatus that can solve the above problems.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The vehicle steering apparatus according to the present invention includes an operation member, a steering actuator that is driven according to the rotation of the operation member, and the movement of the steering actuator without mechanically connecting the operation member to a wheel. And a reaction force actuator for generating a reaction force acting in a direction to suppress the rotation of the operation member, and a reaction force generated by the reaction force actuator so that the rudder angle changes in response. Means for obtaining a variable corresponding to the lateral behavior of the vehicle resulting from the change in the rudder angle, means for storing a predetermined correlation between the variable and the target reaction force, and Means for obtaining a target reaction force from the obtained variable and the stored correlation, and means for controlling the reaction force actuator so as to reduce a deviation between the target reaction force and the obtained reaction force.
According to the present invention, the reaction force acting in the direction of suppressing the rotation of the operation member can be correlated with the change in the lateral behavior of the vehicle that occurs as a result of the change in the steering angle. The change in the lateral behavior of the vehicle correlates with the frictional force between the road surface and the wheels. Therefore, the magnitude of the reaction force can be made to correspond to the frictional force between the wheel and the road surface due to the change in the lateral behavior of the vehicle. Since the correlation between the variable corresponding to the lateral behavior of the vehicle resulting from the change in the steering angle and the target reaction force can be stored as an arithmetic expression or a table, the target reaction force can be calculated from the variable and the correlation. It can be obtained with simple logic, and the desired reaction force can be easily adjusted by simply changing the stored correlation.
[0006]
The correlation is such that the value proportional to the variable, the value proportional to the square root of the variable, the value proportional to the cube root of the variable, or the value proportional to the arctangent of the variable is the reaction force. It is preferable that it is defined. Its variable is the lateral acceleration of the vehicle, yaw rate, lateral speed, one of the values in the slip angle velocity or the differential value of the value, or are integral value of that value. In particular, in a normal vehicle in which a wheel and a steering wheel are mechanically connected, the reaction force acting on the steering wheel is approximately proportional to the lateral force acting on the wheel, so the variable is converted to the lateral force acting on the wheel. The proportional lateral acceleration is preferably set so that the target reaction force is proportional to the lateral acceleration.
[0007]
Further, in the present invention, means for detecting the rotation amount of the operation member, means for obtaining a behavior index value corresponding to the lateral behavior of the vehicle resulting from the change in the steering angle, and rotation of the detected operation member Means for calculating a target behavior index value corresponding to the amount based on a stored relationship between the rotation amount and the target behavior index value, and the target behavior index value obtained by the calculation and the calculated behavior index value so as to reduce the deviation, and means for controlling the steering actuator, that the behavior index value is to the variable.
Thus, the behavior index value can be used for both the control of the reaction force actuator and the control of the steering actuator, and it is not necessary to separately obtain a variable, thereby simplifying the control. As the behavior index value, yaw rate or lateral acceleration can be used.
[0008]
Alternatively, in the present invention, means for detecting the amount of rotation of the operating member, means for obtaining a behavior index value corresponding to the lateral behavior of the vehicle resulting from the change in the steering angle, and rotation of the detected operating member Means for calculating a target behavior index value corresponding to the amount based on a stored relationship between the rotation amount and the target behavior index value, and the target behavior index value obtained by the calculation and the calculated behavior index value so as to reduce the deviation, the and means for controlling the steering actuator, the target behavior index value that is between the variables.
As a result, the target behavior index value can be used for both the reaction force actuator control and the steering actuator control, and it is not necessary to separately determine the variable, thereby simplifying the control. A target yaw rate or a target lateral acceleration can be used as the target behavior index value.
[0009]
The correlation is a value obtained by adding a predetermined set value to a value proportional to the variable, a value obtained by adding a predetermined set value to a value proportional to the square root of the variable, and a value proportional to the cube root of the variable. It is preferable that a value obtained by adding a predetermined set value or a value obtained by adding a predetermined set value to a value proportional to the arc tangent of the variable is determined to be the reaction force.
When the magnitude of the drive current applied to the reaction force actuator is a predetermined value or less, the operation of the reaction force actuator is blocked based on viscous resistance or the like. Therefore, the reaction force actuator has an output dead zone that does not generate a reaction force even though a drive current is applied. By setting the magnitude of the set value corresponding to the output dead zone, a drive current corresponding to the reaction force value exceeding the output dead zone is applied from the beginning of the control, and the reaction force generated by the reaction force actuator is delayed. Can be prevented.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The vehicle steering apparatus shown in FIG. 1 is an operation member 1 that imitates a steering wheel, a steering actuator 2 that is driven according to the rotation of the operation member 1, and the operation member 1 that is mechanically connected to a wheel 4. The steering gear 3 that transmits the movement to the wheels 4 and the reaction force that acts in a direction that suppresses the rotation of the operation member 1 so that the steering angle changes according to the movement of the steering actuator 2. And a reaction force actuator 19 for generating.
[0011]
The steering actuator 2 can be constituted by an electric motor such as a known brushless motor. The steering gear 3 is constituted by a motion conversion mechanism such as a ball screw mechanism that converts the rotational motion of the output shaft of the steering actuator 2 into the linear motion of the steering rod 7. The movement of the steering rod 7 is transmitted to the wheel 4 through the tie rod 8 and the knuckle arm 9, and the toe angle of the wheel 4 changes. As the steering gear 3, a known one can be used, and the configuration is not limited as long as the movement of the steering actuator 2 can be transmitted to the wheels 4 so that the steering angle changes. In the state where the steering actuator 2 is not driven, the wheel alignment is set so that the wheel 4 can be returned to the straight position by the self-aligning torque.
[0012]
The operating member 1 is connected to a rotating shaft 10 that is rotatably supported by the vehicle body side. An output shaft of the reaction force actuator 19 is integrated with the rotary shaft 10. The reaction force actuator 19 can be constituted by an electric motor such as a brushless motor.
[0013]
An angle sensor 11 that detects a rotation angle δh of the operating member 1 from the rectilinear position is provided as means for obtaining the amount of rotation of the operating member 1 from the rectilinear position. A steering angle sensor 13 is provided as means for detecting the steering angle δ of the vehicle. In the present embodiment, the steering angle sensor 13 is configured by a potentiometer that detects the operation amount of the steering rod 7 corresponding to the steering angle δ. A lateral acceleration sensor 15 that detects a lateral acceleration Gy of the vehicle is provided as a behavior index value corresponding to the lateral behavior of the vehicle that occurs as a result of the change in the steering angle δ. In the present embodiment, the lateral acceleration Gy is a variable corresponding to the lateral behavior of the vehicle generated as a result of the change in the steering angle δ. A torque sensor 12 that detects an operation torque Th transmitted by the rotary shaft 10 is provided as a value corresponding to a reaction force acting in a direction to suppress the rotation of the operation member 1. The angle sensor 11, torque sensor 12, rudder angle sensor 13, and lateral acceleration sensor 15 are connected to a control device 20 configured by a computer.
[0014]
FIG. 2 is a control block diagram of the steering device. Symbols in the control block diagram are as follows.
δh: rotation angle δ: rudder angle δ ^* : target rudder angle Th: operation torque (reaction force generated by reaction force actuator)
Th ^* : Target operating torque (target reaction force)
Gy: Lateral acceleration Gy ^* : Target lateral acceleration Im ^* : Target drive current Ih ^* of the steering actuator 2 Target drive current of the reaction force actuator 19
In FIG. 2, K1 is the gain of the target lateral acceleration Gy ^{* with} respect to the rotation angle δh of the operation member 1, and the control device 20 detects the relationship of Gy ^* = K1 · δh that is determined in advance and stored by the angle sensor 11. The target lateral acceleration Gy ^* is calculated from the rotation angle δh obtained in this way. That is, the control device 20 calculates the target lateral acceleration Gy ^* corresponding to the detected rotation angle δh based on the stored relationship between the rotation angle δh and the target lateral acceleration Gy ^* . The gain K1 is adjusted so that optimal control can be performed.
[0016]
G1 is a transfer function of the target steering angle δ ^{* with} respect to the deviation between the target lateral acceleration Gy ^* and the lateral acceleration Gy of the vehicle 100, and the control device 20 previously stores and stores δ ^* = G1 · (Gy ^* −Gy ), The target lateral acceleration Gy ^* obtained by the above computation, and the lateral acceleration Gy obtained by detection from the lateral acceleration sensor 15, the target steering angle δ ^* is computed. For example, when PI control is performed, the transfer function G1 is G1 = Ka [1 + 1 / (Ta · s)], where Ka is the gain, s is the Laplace operator, and Ta is the time constant. The gain Ka and time constant Ta are adjusted so that optimal control can be performed. G2 is a transfer function of the target drive current Im ^* of the steering actuator 2 with respect to the deviation between the target rudder angle δ ^* and the rudder angle δ, and the control device 20 stores Im ^* = G2 · (δ ^* − The target drive current Im ^* is calculated from the relationship of δ), the target steering angle δ ^* determined by the above calculation, and the steering angle δ determined by detection by the steering angle sensor 13. For example, when PI control is performed, the transfer function G2 is G2 = Kb [1 + 1 / (Tb · s)] where the gain is Kb, the Laplace operator is s, and the time constant is Tb. The gain Kb and the time constant Tb are adjusted so that optimal control can be performed. The steering actuator 2 is driven according to the target drive current Im ^* . That is, the control device 20 controls the steering actuator 2 so as to reduce the deviation between the target lateral acceleration Gy ^* obtained by calculation and the lateral acceleration Gy obtained by detection by the lateral acceleration sensor 15.
[0017]
Kt is a gain of the target operation torque Th ^* corresponding to the target reaction force with respect to the lateral acceleration Gy, and the control device 20 detects the relationship of Th ^* = Kt · Gy that is determined in advance and stored by the lateral acceleration sensor 15. The target operation torque Th ^* is calculated from the lateral acceleration Gy obtained in this way. That is, the control device 20 stores a predetermined correlation between the lateral acceleration Gy, which is a behavior index value, and the target operation torque Th ^* corresponding to the target reaction force, and stores the calculated correlation with the calculated lateral acceleration Gy. The target operation torque Th ^* is calculated from the above, and the correlation is determined so that the target operation torque Th ^* is proportional to the lateral acceleration Gy. The gain Kt is adjusted so that optimal control can be performed.
[0018]
G3 is a transfer function of the target drive current Ih ^* of the reaction force actuator 19 with respect to the deviation between the target operation torque Th ^* and the operation torque Th, and the controller 20 stores the stored Ih ^* = G3 · (Th ^* −Th). The target drive current Ih ^* is calculated from the relationship, the calculated target operation torque Th ^*, and the operation torque Th obtained by detection by the torque sensor 12. For example, when PI control is performed, the transfer function G3 is G3 = Kc [1 + 1 / (Tc · s)] where the gain is Kc, the Laplace operator is s, and the time constant is Tc. The gain Kc and the time constant Tc are adjusted so that optimal control can be performed. The reaction force actuator 19 is driven according to the target drive current Ih ^* . That is, the control device 20 controls the reaction force actuator 19 so as to reduce the deviation between the obtained target operation torque Th ^* and the operation torque Th.
[0019]
The control procedure of the steering device will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, detection data of the rotation angle δh, the operation torque Th, the steering angle δ, and the lateral acceleration Gy by the sensors 11, 12, 13, and 15 are read (step 1). Next, the target lateral acceleration Gy ^* is obtained based on the rotation angle δh and the gain K1 (step 2), and the target rudder is determined according to the deviation between the target lateral acceleration Gy ^* and the detected lateral acceleration Gy and the transfer function G1. The angle δ ^* is determined (step 3), and the target drive current Im ^* is determined based on the deviation obtained by subtracting the steering angle δ from the target steering angle δ ^* and the transfer function G2 (step 4) ^. Is applied to the steering actuator 2. As a result, the steering angle δ changes by driving the steering actuator 2 (step 5). Next, the target operation torque Th ^* is calculated based on the lateral acceleration Gy and the gain Kt (step 6), and the target drive current Ih ^* is calculated based on the deviation obtained by subtracting the operation torque Th from the target operation torque Th ^* and the transfer function G3. The target force is obtained (step 7), and the target drive current Ih ^* is applied to the reaction force actuator 19 to generate a reaction force (step 8). Next, it is determined whether or not to end the control (step 9). If not, the process returns to step 1. The end determination can be made based on, for example, whether or not the vehicle start key switch is on.
[0020]
According to the embodiment, the operation torque Th corresponding to the reaction force acting in the direction of suppressing the rotation of the operation member 1 can be correlated with the change in the lateral behavior of the vehicle that occurs as a result of the change in the steering angle δ. it can. The change in the lateral behavior of the vehicle correlates with the frictional force between the road surface and the wheels 4. Therefore, the magnitude of the reaction force can be made to correspond to the frictional force between the wheel 4 and the road surface due to the change in lateral behavior of the vehicle. Since the correlation between the lateral acceleration Gy corresponding to the lateral behavior of the vehicle resulting from the change in the steering angle δ and the target operation torque Th ^* can be stored as an arithmetic expression or a table, the lateral acceleration Gy and its The target operation torque Th ^* can be obtained from the correlation with simple logic, and the adjustment of the operation torque Th generated by the reaction force actuator 19 can be easily performed only by changing the stored correlation. The lateral acceleration Gy can be used for controlling the reaction force actuator 19 as a variable, and can also be used for controlling the steering actuator 2 as a behavior index value, so that it is not necessary to separately determine the variable and the control can be simplified. Further, in a normal vehicle in which the wheel and the steering wheel are mechanically connected, the reaction force acting on the steering wheel is approximately proportional to the lateral force acting on the wheel. By setting the target acceleration to be proportional to the lateral acceleration Gy, the difference in reaction force from that of a normal vehicle can be reduced.
[0021]
In the above embodiment, the lateral acceleration Gy is a variable and a behavior index value, but a yaw rate obtained from a detection value of a sensor attached to the vehicle may be a variable and a behavior index value. Instead of the behavior index value, a target behavior index value such as a target lateral acceleration Gy ^* or a target yaw rate may be used as a variable. For example, when the target lateral acceleration Gy ^* in the above embodiment is used as a variable, the modification of FIG. As shown, the target operating torque Th ^* may be calculated from the relationship Th ^* = Kt · Gy ^* and the target lateral acceleration Gy ^* obtained by the calculation. As a result, the target lateral acceleration Gy ^* can be used as a variable for controlling the reaction force actuator 19, and can also be used as a behavior index value for controlling the steering actuator 2, thereby simplifying the control.
[0022]
The variable is not limited to the lateral acceleration Gy or the yaw rate, but may be any variable that corresponds to the lateral behavior of the vehicle generated as a result of the change in the steering angle. For example, any value of the lateral speed and the side slip angular speed of the vehicle, a differential value of the value, an integral value of the value, or a differential value or an integral value of the lateral acceleration Gy or yaw rate may be used as the variable. . The lateral speed can be obtained from the detection value of a sensor attached to the vehicle. The side slip angular velocity β can be obtained by calculation by the control device 20 from the relationship of β = Gy / V−γ after obtaining the lateral acceleration Gy, the vehicle speed V, and the yaw rate γ from the detection values of the sensors attached to the vehicle. . The differential value and the integral value can be obtained by calculation by the control device 20.
[0023]
Further, the correlation between the variable and the target reaction force is not limited to that in which the target reaction force is proportional to the variable as in the above embodiment. For example, the target reaction force is proportional to the square root of the variable, and the target reaction force is It may be determined that the force is proportional to the cube root of the variable, or the target reaction force is proportional to the arc tangent of the variable. For example, in the above embodiment, the target operation torque Th ^{* is obtained} by Th ^* = Kt · Gy ^1/2 , Th ^* = Kt · Gy ^1/3 , or Th ^* = Kt · tan ⁻¹ (Gy), and the variable May be obtained by Th ^* = Kt · d / dt (γ) ^1/3 as the yaw rate γ of the vehicle.
[0024]
Further, the predetermined correlation between the variable and the target reaction force is a value obtained by adding a predetermined set value to a value proportional to the variable, and a predetermined set value corresponding to the square root of the variable. The value obtained by adding a predetermined set value to a value proportional to the cube root of the variable, or a value obtained by adding a predetermined set value to a value proportional to the arc tangent of the variable is the reaction force. It may be determined to be. For example, in the above embodiment, the set value is C, and the target operation torque Th ^* is Th ^* = Kt · Gy ^1/2 + C, Th ^* = Kt · Gy ^1/3 + C, or Th ^* = Kt · tan ^−1. Obtained by (Gy) + C. 5 shows the case of Th ^* = Kt · Gy ^1/2 + C, FIG. 6 shows the case of Th ^* = Kt · Gy ^1/3 + C, and FIG. 7 shows the case of Th ^* = Kt · tan ⁻¹ (Gy) + C. An example of the relationship among the target drive current Ih ^* of the reaction force actuator 19, the rotation angle δh of the operating member 1, and the vehicle speed V is shown. The value Ic ^* of the target drive current Ih ^* when the rotation angle δh in FIGS. 5 to 7 is zero corresponds to the set value C. Thus, even when the reaction force actuator 19 has an output dead zone that does not generate a reaction force even though a drive current is applied, the magnitude of the set value C is set corresponding to the output dead zone. Thus, the target drive current Im ^* corresponding to the reaction force value exceeding the output dead zone can be applied from the beginning of the control to prevent the reaction force actuator 19 from delaying the generation of the reaction force.
[0025]
【The invention's effect】
According to the present invention, in a vehicle employing a steer-by-wire system, a reaction force similar to a reaction force acting on a steering wheel mechanically connected to a wheel in a normal vehicle is caused to act on an operation member with simple logic. Thus, a vehicle steering device that reduces the driver's discomfort can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a configuration of a vehicle steering apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a control block diagram of a steering apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a control block diagram of a steering apparatus according to a modification of the embodiment of the present invention. FIG. 5 shows a target drive current of a reaction force actuator and a rotation angle of an operation member in the vehicle steering apparatus of the embodiment of the present invention. FIG. 6 is a diagram showing an example of the relationship between the vehicle speed and the vehicle speed according to the embodiment of the present invention. FIG. 10 is a diagram showing an example of the relationship among the target drive current of the reaction force actuator, the rotation angle of the operation member, and the vehicle speed in the vehicle steering system according to the embodiment of the present invention.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Operation member 2 Steering actuator 3 Steering gear 4 Wheel 11 Angle sensor 12 Torque sensor 15 Lateral acceleration sensor 19 Reaction force actuator 20 Control apparatus

Claims

An operation member;
A steering actuator driven according to the rotation of the operation member;
A mechanism for transmitting the movement to the wheel so that the rudder angle changes according to the movement of the steering actuator without mechanically connecting the operation member to the wheel;
A reaction force actuator that generates a reaction force acting in a direction to suppress rotation of the operation member;
Means for obtaining the reaction force generated by the reaction force actuator;
As a variable corresponding to the lateral behavior of the vehicle as a result of the change of the rudder angle, one of the values of the lateral acceleration, yaw rate, lateral velocity, side slip angular velocity of the vehicle, or a differential value of the value, or Means for obtaining an integral value of the value ;
Means for storing a predetermined correlation between the variable and the target reaction force;
Means for obtaining a target reaction force from the obtained variable and the stored correlation;
Means for controlling the reaction force actuator so as to reduce a deviation between the target reaction force and the obtained reaction force ;
Means for detecting the amount of rotation of the operating member;
Means for determining a behavior index value corresponding to the lateral behavior of the vehicle resulting from the change in the steering angle;
Means for calculating a target behavior index value corresponding to the detected rotation amount of the operating member based on a stored relationship between the rotation amount and the target behavior index value;
Means for controlling the steering actuator so as to reduce a deviation between the target behavior index value determined by the calculation and the determined behavior index value;
A vehicle steering system whose behavior index value is the variable .

An operation member;
A steering actuator driven according to the rotation of the operation member;
A mechanism for transmitting the movement to the wheel so that the steering angle changes according to the movement of the steering actuator without mechanically connecting the operation member to the wheel;
A reaction force actuator that generates a reaction force acting in a direction to suppress rotation of the operation member;
Means for obtaining the reaction force generated by the reaction force actuator;
As a variable corresponding to the lateral behavior of the vehicle as a result of the change in the steering angle, any one of the vehicle's lateral acceleration, yaw rate, lateral velocity, skid angular velocity, or a differential value of the value, or Means for obtaining an integral value of the value;
Means for storing a predetermined correlation between the variable and the target reaction force;
Means for obtaining a target reaction force from the obtained variable and the stored correlation;
Means for controlling the reaction force actuator so as to reduce a deviation between the target reaction force and the obtained reaction force;
Means for detecting the amount of rotation of the operating member;
Means for determining a behavior index value corresponding to the lateral behavior of the vehicle resulting from the change in the steering angle;
Means for calculating a target behavior index value corresponding to the detected rotation amount of the operating member based on a stored relationship between the rotation amount and the target behavior index value;
Means for controlling the steering actuator so as to reduce a deviation between the target behavior index value determined by the calculation and the determined behavior index value;
A vehicle steering apparatus in which the target behavior index value is the variable .

The correlation is such that the value proportional to the variable, the value proportional to the square root of the variable, the value proportional to the cube root of the variable, or the value proportional to the arctangent of the variable is the reaction force. The vehicle steering device according to claim 1 or 2 , wherein the vehicle steering device is defined .

The correlation is a value obtained by adding a predetermined setting value to a value proportional to the variable, a value obtained by adding a predetermined setting value to a value proportional to the square root of the variable, and a value proportional to the cube root of the variable. A value obtained by adding a predetermined set value or a value obtained by adding a predetermined set value to a value proportional to the arc tangent of the variable is determined so as to be the reaction force. The vehicle steering apparatus as described.