JP4802758B2 - Steering reaction force control device - Google Patents

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Description

本発明は、車両を操舵するために運転者によって操作される操舵ハンドルの操作に対して反力トルクを発生させる操舵反力制御装置に関する。   The present invention relates to a steering reaction force control device that generates a reaction force torque in response to an operation of a steering wheel operated by a driver to steer a vehicle.

従来から、ステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置においては、操舵ハンドルの操作に対して反力トルクを付与する操舵反力制御装置を備える。この操舵反力制御装置は、操舵ハンドルを中立位置、即ち、転舵輪の転舵角が零となる操舵操作位置に戻すように作用するとともに、中立位置からの操舵操作量の増加にしたがって増加する操舵反力を発生するように構成され、操舵ハンドルと転舵輪とが機械的に連結してあるような操舵フィーリングを与える。
この操舵反力制御装置には、バネ等の弾性復元力を利用して機械的な反力トルクを発生させる方式のもの、電動モータ等の電動アクチュエータを作動させて電気的に反力トルクを発生させる方式のもの、更には、その両方を組み合わせた方式のものが知られている。
Conventionally, a steering device for a steering-by-wire vehicle includes a steering reaction force control device that applies a reaction force torque to an operation of a steering wheel. This steering reaction force control device acts to return the steering handle to the neutral position, that is, to the steering operation position where the turning angle of the steered wheels becomes zero, and increases as the amount of steering operation from the neutral position increases. It is configured to generate a steering reaction force, and provides a steering feeling in which a steering handle and a steered wheel are mechanically connected.
This steering reaction force control device uses a method of generating a mechanical reaction force torque using an elastic restoring force such as a spring, and generates an electric reaction torque electrically by operating an electric actuator such as an electric motor. There are known a method of combining the both, and a method combining both of them.

例えば、特許文献1のものでは、バネの弾性復元力により操舵ハンドルに対して反力トルクを機械的に発生させる機械的反力発生装置と、電動モータにより反力トルクを発生させる電気的反力発生装置とを備える。機械的反力発生装置においては、その発生トルクが操舵ハンドルの操舵角に線形に依存する。このため、電気的反力発生装置により、機械的反力発生装置により発生する反力トルクを補償することにより所望の反力トルクを得るようにしている。
また、特許文献2のものでは、ステアリングシャフトに反力トルクを発生させる電動モータと、弾性力によりステアリングシャフトに反力トルクを発生させるバネと、バネの機能を規制するストッパとを備え、通常においては、電動モータのみにより反力トルクを発生させ、モータ異常が検出されたときに、ストッパを外してバネの弾性による反力トルクをステアリングシャフトに付与するようにしている。
また、特許文献3のものでは、機械的な反力発生装置により、所定の操舵トルクよりも大きな反力トルクを発生させ、この機械的な反力トルクを減じる方向に電動モータを駆動して所望の反力トルクを得るようにしている。
特開平10−71957号 特開2005−47338号 特開2001−58575号
For example, in Patent Document 1, a mechanical reaction force generator that mechanically generates a reaction torque on a steering handle by an elastic restoring force of a spring, and an electric reaction force that generates a reaction force torque by an electric motor. A generator. In the mechanical reaction force generator, the generated torque linearly depends on the steering angle of the steering wheel. For this reason, the desired reaction force torque is obtained by compensating the reaction force torque generated by the mechanical reaction force generation device by the electric reaction force generation device.
Further, in Patent Document 2, an electric motor that generates a reaction torque on the steering shaft, a spring that generates a reaction torque on the steering shaft by elastic force, and a stopper that restricts the function of the spring are provided. Generates a reaction torque only by an electric motor, and when a motor abnormality is detected, the stopper is removed and a reaction torque generated by the elasticity of the spring is applied to the steering shaft.
Further, in Patent Document 3, a reaction force torque larger than a predetermined steering torque is generated by a mechanical reaction force generation device, and an electric motor is driven in a direction to reduce the mechanical reaction force torque. The reaction torque of is obtained.
JP-A-10-71957 JP-A-2005-47338 JP 2001-58575 A

バネ等による機械的な反力トルク発生装置においては、その反力特性(操舵角に対して発生する反力トルク)が固定であり、車速や路面状態(路面摩擦係数等)に応じて反力特性を可変することができない。そこで、特許文献1あるいは特許文献3では、機械的な反力トルクを電動モータにより発生するトルクで補償することで、車両の状態に応じた反力トルクを操舵ハンドルに付与することができ、良好な操舵フィーリングを得ることができる。   In a mechanical reaction force torque generator using a spring or the like, the reaction force characteristic (reaction torque generated with respect to the steering angle) is fixed, and the reaction force depends on the vehicle speed and the road surface condition (road friction coefficient, etc.). The characteristics cannot be varied. Therefore, in Patent Document 1 or Patent Document 3, by compensating the mechanical reaction force torque with the torque generated by the electric motor, the reaction force torque according to the state of the vehicle can be applied to the steering wheel. A steering feeling can be obtained.

しかしながら、従来の装置においては、電動モータの消費電力が大きくなってしまうという問題があった。
一般に、操舵ハンドルに付与する目標反力トルクは、車速、路面反力、操舵角といった車両状態データに基づいて演算される。そして、バネ(機械的反力発生装置)と電動モータ(電気的反力発生装置)とにより反力トルクを発生させる構成の場合、バネによる反力トルクと電動モータの駆動トルクとの合計が目標反力トルクとなるように電動モータを制御することが考えられる。
However, the conventional apparatus has a problem that the power consumption of the electric motor is increased.
In general, the target reaction force torque to be applied to the steering wheel is calculated based on vehicle state data such as vehicle speed, road surface reaction force, and steering angle. When the reaction force torque is generated by the spring (mechanical reaction force generator) and the electric motor (electric reaction force generator), the sum of the reaction force torque by the spring and the drive torque of the electric motor is the target. It is conceivable to control the electric motor so as to obtain a reaction torque.

例えば、車両の状態から、図3(a)に示すような目標反力特性(操舵角θに対する目標反力トルク特性)が導かれた場合、バネによる反力トルクだけでは目標反力トルクに対して不足するため、その不足分を電動モータの駆動トルクにより補償する。尚、図3中、(b)はバネの反力トルク特性、(c)はこの場合に電動モータにより補償するトルクを表す。
また、車両の状態から、図4(a)に示すような目標反力特性が導かれた場合には、バネによる反力トルクが目標反力トルクよりもやや大きくなるため、その超過分だけバネ反力トルクを減らす方向に電動モータを駆動する。
For example, when the target reaction force characteristic (target reaction force torque characteristic with respect to the steering angle θ) as shown in FIG. 3A is derived from the state of the vehicle, the reaction force torque by the spring alone is not sufficient for the target reaction force torque. Therefore, the shortage is compensated by the driving torque of the electric motor. In FIG. 3, (b) represents the reaction torque characteristics of the spring, and (c) represents the torque compensated by the electric motor in this case.
In addition, when the target reaction force characteristic as shown in FIG. 4A is derived from the state of the vehicle, the reaction force torque by the spring is slightly larger than the target reaction force torque, so that the excess is the amount of the spring. The electric motor is driven in a direction to reduce the reaction torque.

ところが、車両状態によっては目標反力特性がかなり小さな値に設定される場合がある。例えば、低μ路(摩擦係数の低い路面)を走行中においては、図6(a)に示すような目標反力特性が設定される。こうしたケースにおいては、図6(c)に示すように、バネ反力トルクを減少させるための電動モータの補償成分が大きくなり、結果としてその消費電力も増大してしまう。また、電動モータの発熱という問題も生じる。   However, the target reaction force characteristic may be set to a considerably small value depending on the vehicle state. For example, during traveling on a low μ road (a road surface with a low friction coefficient), a target reaction force characteristic as shown in FIG. 6A is set. In such a case, as shown in FIG. 6C, the compensation component of the electric motor for reducing the spring reaction force torque is increased, and as a result, the power consumption is also increased. There is also a problem of heat generation of the electric motor.

本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、電動モータ等の電動アクチュエータの補償成分を小さくして消費電力を低減することを目的とする。   The present invention has been made to cope with the above-described problem, and an object thereof is to reduce power consumption by reducing a compensation component of an electric actuator such as an electric motor.

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、車両を操舵するために運転者によって操作される操舵ハンドルの操作に対して、その操作に応じた反力トルクを付与する操舵反力制御装置において、上記操舵ハンドルの操作に対して機械的反力トルクを付与する機械的反力トルク付与手段と、電動アクチュエータを作動させて上記操舵ハンドルの操作に対して所定のトルクを付与する電気的トルク付与手段と、車両の状態に応じて上記操舵ハンドルの操作に対して発生させる目標反力トルクを算出する目標反力トルク算出手段と、上記算出された目標反力トルクに対して上記機械的反力トルク付与手段の付与する機械的反力トルクの過不足分を補うように上記電気的トルク付与手段の電動アクチュエータの出力を制御する電動アクチュエータ制御手段と、上記機械的反力トルク付与手段により発生する機械的反力トルクの上記操舵ハンドルへの伝達経路に設けられ、上記機械的反力トルクを上記操舵ハンドルに伝達可能な状態と伝達不能な状態とに切り替える反力伝達遮断切替手段と、上記算出された目標反力トルクが所定値以下の場合には、上記反力伝達遮断切替手段により、上記機械的反力トルクを上記操舵ハンドルに伝達不能な状態にする切替制御手段とを備えたことにある。   In order to achieve the above object, a feature of the present invention is a steering reaction force control device that applies a reaction torque according to an operation of a steering wheel operated by a driver to steer a vehicle. And a mechanical reaction force torque applying means for applying a mechanical reaction force torque to the operation of the steering handle, and an electric torque for applying a predetermined torque to the operation of the steering handle by operating an electric actuator. Providing means; target reaction force torque calculating means for calculating a target reaction force torque to be generated in response to the operation of the steering wheel in accordance with the state of the vehicle; and the mechanical reaction with respect to the calculated target reaction force torque. Electric actuator control for controlling the output of the electric actuator of the electric torque applying means so as to compensate for the excess and deficiency of the mechanical reaction force torque applied by the force torque applying means. And a transmission path of the mechanical reaction force torque generated by the mechanical reaction force torque applying means to the steering handle, and a state in which the mechanical reaction torque can be transmitted to the steering handle and a state in which the mechanical reaction torque cannot be transmitted. When the calculated target reaction torque is less than a predetermined value, the mechanical reaction torque is transmitted to the steering wheel by the reaction force transmission switching unit. And switching control means for making it impossible.

上記のように構成した本発明によれば、機械的反力トルク付与手段と電気的トルク付与手段とを備え、目標反力トルク算出手段により算出された目標反力トルクに対して機械的反力トルク付与手段の付与する機械的反力トルクの過不足分を補うように電動アクチュエータ制御手段が電気的トルク付与手段の電動アクチュエータの出力を制御する。この目標反力トルクは、車両の状態に応じて算出される。例えば、車速、操舵角、路面から転舵機構に入力される反力の少なくとも1つの車両状態データを取得して算出される。   According to the present invention configured as described above, a mechanical reaction force torque applying means and an electric torque applying means are provided, and the mechanical reaction force is applied to the target reaction force torque calculated by the target reaction force torque calculation means. The electric actuator control means controls the output of the electric actuator of the electric torque applying means so as to compensate for the excess and deficiency of the mechanical reaction force torque applied by the torque applying means. This target reaction force torque is calculated according to the state of the vehicle. For example, it is calculated by acquiring at least one vehicle state data of the reaction force input to the steering mechanism from the vehicle speed, the steering angle, and the road surface.

そして、目標反力トルク算出手段により算出された目標反力トルクが所定値以下の場合には、切替制御手段が反力伝達遮断切替手段を作動させて、機械的反力トルクの操舵ハンドルへの伝達経路を遮断する。つまり、目標反力トルクが所定値以下の場合には、機械的反力トルクを操舵ハンドルに付与させずに電気的トルク付与手段のみを働かせて目標反力トルクと同等の反力トルクを付与する。   When the target reaction torque calculated by the target reaction torque calculation means is less than or equal to a predetermined value, the switching control means operates the reaction force transmission cutoff switching means to transfer the mechanical reaction force torque to the steering handle. Block the transmission path. That is, when the target reaction force torque is equal to or less than the predetermined value, the mechanical reaction force torque is not applied to the steering handle, and only the electric torque applying means is used to apply the reaction force torque equivalent to the target reaction force torque. .

目標反力トルクが機械的反力トルク付与手段の付与する機械的反力トルクよりも小さい場合には、その反力トルクを減らす方向に電動アクチュエータを作動させる必要がある。この場合、機械的反力トルクに対して目標反力がかなり小さいケースにおいては、大きな電動アクチュエータの出力が必要となる。
そこで、本発明においては、こうしたケースにおいては、機械的反力トルクの操舵ハンドルへの伝達経路を遮断して電動アクチュエータのみにより操舵ハンドルに反力を付与するようにすることで電動アクチュエータの出力を抑えることができる。
この結果、電動アクチュエータの消費電力を低減することができる。また、電動アクチュエータの発熱も抑えることができる。
When the target reaction force torque is smaller than the mechanical reaction force torque applied by the mechanical reaction force torque applying means, it is necessary to operate the electric actuator in a direction to reduce the reaction force torque. In this case, in a case where the target reaction force is much smaller than the mechanical reaction force torque, a large electric actuator output is required.
Therefore, in the present invention, in such a case, the output of the electric actuator is generated by interrupting the transmission path of the mechanical reaction torque to the steering handle and applying the reaction force to the steering handle only by the electric actuator. Can be suppressed.
As a result, the power consumption of the electric actuator can be reduced. In addition, heat generation of the electric actuator can be suppressed.

また、本発明の他の特徴は、上記切替制御手段は、上記目標反力トルクが上記機械的反力トルク付与手段で発生する機械的反力トルクの略半分以下の場合に、上記機械的反力トルクの上記操舵ハンドルへの伝達経路を遮断することにある。   Another feature of the present invention is that the switching control means has the mechanical reaction force torque when the target reaction force torque is approximately half or less of the mechanical reaction force torque generated by the mechanical reaction force torque application means. The purpose is to cut off the transmission path of force torque to the steering wheel.

これによれば、機械的反力トルクの操舵ハンドルへの伝達経路を適切に遮断することができる。つまり、目標反力トルクが機械的反力トルクの半分よりも小さい場合には、電動アクチュエータを機械的反力トルクを減らす方向に作動させるよりも、機械的反力トルクを遮断した状態で電動アクチュエータのみにより反力トルクを付与したほうが電動アクチュエータの消費電力が少なくてすむ。
そこで、本発明では、目標反力トルクが機械的反力トルクの略半分以下の場合に、機械的反力トルクの操舵ハンドルへの伝達経路を遮断することにより、少ない電力で所望の反力トルクを操舵ハンドルに付与することができる。
According to this, the transmission path of the mechanical reaction force torque to the steering handle can be appropriately blocked. In other words, when the target reaction torque is smaller than half of the mechanical reaction torque, the electric actuator is operated with the mechanical reaction torque cut off rather than operating the electric actuator in a direction to reduce the mechanical reaction torque. The power consumption of the electric actuator can be reduced by applying the reaction force torque only.
Therefore, in the present invention, when the target reaction force torque is approximately half or less of the mechanical reaction force torque, the desired reaction force torque can be obtained with a small amount of electric power by cutting off the transmission path of the mechanical reaction force torque to the steering handle. Can be applied to the steering wheel.

以下、本発明の一実施形態に係る操舵反力制御装置について図面を用いて説明する。図1は、操舵反力制御装置を備えたステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置のシステム構成を概略的に示している。   Hereinafter, a steering reaction force control apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 schematically shows the system configuration of a steering device for a steering-by-wire vehicle equipped with a steering reaction force control device.

この操舵装置は、転舵輪としての左右前輪FW1,FW2を転舵するために、運転者によって回動操作される操舵ハンドル11を備えている。操舵ハンドル11は、操舵入力軸12の上端に固定され、操舵入力軸12の下端には操舵反力付与装置20が接続される。
操舵反力付与装置20は、後述するように、運転者の操舵ハンドル11の回動操作状態に応じて所定の反力を付与するもので、電気的トルク付与部21と、クラッチ部22と、機械的反力トルク付与部23とから構成される。
This steering device includes a steering handle 11 that is turned by a driver to steer left and right front wheels FW1 and FW2 as steered wheels. The steering handle 11 is fixed to the upper end of the steering input shaft 12, and a steering reaction force applying device 20 is connected to the lower end of the steering input shaft 12.
As will be described later, the steering reaction force applying device 20 applies a predetermined reaction force according to the turning operation state of the driver's steering handle 11, and includes an electric torque applying unit 21, a clutch unit 22, It is comprised from the mechanical reaction force torque provision part 23. FIG.

電気的トルク付与部21は、減速機構を内蔵した電動モータからなり、電動モータの駆動により操舵入力軸に対して所定の回転トルクを付与する。以下、この電気的トルク付与部21を反力用モータ21と呼ぶ。
クラッチ部22は、操舵入力軸12と機械的反力トルク付与部23との連結状態(連結/非連結)を切り替える電磁クラッチであり、内部に設けられた電磁コイルへの通電により操舵入力軸12と機械的反力トルク付与部23との連結状態を切り替えることにより、機械的反力トルク付与部23で発生する反力トルクを操舵入力軸12側に伝達する伝達状態と伝達しない遮断状態とに切り替える。
The electric torque applying unit 21 is composed of an electric motor with a built-in speed reduction mechanism, and applies a predetermined rotational torque to the steering input shaft by driving the electric motor. Hereinafter, the electric torque applying unit 21 is referred to as a reaction force motor 21.
The clutch unit 22 is an electromagnetic clutch that switches a connection state (connected / not connected) between the steering input shaft 12 and the mechanical reaction force torque applying unit 23, and the steering input shaft 12 is energized by energizing an electromagnetic coil provided therein. By switching the connection state between the mechanical reaction force torque applying unit 23 and the mechanical reaction force torque applying unit 23, the reaction force torque generated in the mechanical reaction force torque applying unit 23 is transmitted to the steering input shaft 12 side and is not transmitted. Switch.

機械的反力トルク付与部23は、クラッチ部22が連結状態にあるときに、操舵ハンドル11の回動操作に対して機械的な反力トルクを付与するもので、ケーシング23a内で回転可能に設けられクラッチ部22の二次側軸(操舵入力軸と連結/非連結される軸)と連結されるネジ軸23bと、ネジ軸23bと噛み合いネジ軸23bの回転により軸線方向に進退動するナット23cと、ナット23cの周囲に固着される鍔状のバネ押し片23dと、ケーシング23aの上面および下面に設けられるバネ受け23e,23fと、バネ受け23eとバネ押し片23dとの間に設けられる上コイルバネ23g1と、バネ受け23fとバネ押し片23dとの間に設けられる下コイルバネ23g2とを備える。以下、上コイルバネ23g1,下コイルバネ23g2を区別しない場合には、それらを単にバネ23gと呼ぶ。   The mechanical reaction force torque applying portion 23 applies a mechanical reaction force torque to the turning operation of the steering handle 11 when the clutch portion 22 is in a connected state, and can be rotated in the casing 23a. A screw shaft 23b that is provided and connected to a secondary side shaft (a shaft that is connected / disconnected to the steering input shaft) of the clutch portion 22, and a nut that meshes with the screw shaft 23b and moves forward and backward in the axial direction by the rotation of the screw shaft 23b. 23c, a hook-like spring pressing piece 23d fixed around the nut 23c, spring receivers 23e and 23f provided on the upper and lower surfaces of the casing 23a, and provided between the spring receiver 23e and the spring pressing piece 23d. An upper coil spring 23g1 and a lower coil spring 23g2 provided between the spring receiver 23f and the spring pressing piece 23d are provided. Hereinafter, when the upper coil spring 23g1 and the lower coil spring 23g2 are not distinguished, they are simply referred to as springs 23g.

この機械的反力トルク付与部23では、クラッチ部22が連結状態にあるときには、操舵ハンドル11の回動操作トルクがネジ軸23bに伝達されて、ネジ軸23bが回転しナット23cが上方または下方に移動する。例えば、操舵ハンドル11を中立位置から左操舵方向に回転操作したときには、ナット23cが上方に移動して上コイルバネ23g1を圧縮し、その圧縮による弾性復元力で操舵ハンドル11には中立位置に戻ろうとする反力トルクが付与される。逆に、操舵ハンドル11を中立位置から右操舵方向に回転操作したときには、ナット23cが下方に移動して下コイルバネ23g2を圧縮し、その圧縮による弾性復元力で操舵ハンドル11には中立位置に戻ろうとする反力トルクが付与される。この反力トルクは、図3(b)に示すように、中立位置からの角度である操舵角θに応じて決まり、操舵角θの絶対値が大きいほどバネ23gが強く圧縮されて大きな値となる。   In the mechanical reaction force torque applying portion 23, when the clutch portion 22 is in the connected state, the rotational operation torque of the steering handle 11 is transmitted to the screw shaft 23b, the screw shaft 23b rotates, and the nut 23c moves upward or downward. Move to. For example, when the steering handle 11 is rotated in the left steering direction from the neutral position, the nut 23c moves upward to compress the upper coil spring 23g1, and the steering handle 11 returns to the neutral position by the elastic restoring force due to the compression. Reaction force torque is applied. On the contrary, when the steering handle 11 is rotated in the right steering direction from the neutral position, the nut 23c moves downward to compress the lower coil spring 23g2, and the steering handle 11 returns to the neutral position by the elastic restoring force by the compression. The reaction torque to be applied is applied. As shown in FIG. 3B, the reaction torque is determined according to the steering angle θ that is an angle from the neutral position. The larger the absolute value of the steering angle θ, the stronger the spring 23g is compressed and the larger the value is. Become.

こうした機械的反力トルク付与部23から操舵ハンドル11に付与される反力トルクは、クラッチ部22が連結状態にあるときにのみ作用し、クラッチ部22が非連結状態にあるときには、操舵入力軸12の回転がネジ軸23bに伝達されないため作用しない。   The reaction torque applied to the steering handle 11 from the mechanical reaction torque applying portion 23 acts only when the clutch portion 22 is in the connected state, and when the clutch portion 22 is in the disconnected state, the steering input shaft 12 does not work because the rotation of 12 is not transmitted to the screw shaft 23b.

一方、操舵装置は、左右前輪FW1,FW2を転舵するためのアクチュエータとして減速機構を内蔵した電動モータ24を備える。以下、この電動モータ24を転舵用モータ24と呼ぶ。
転舵用モータ24の出力は、転舵出力軸25、ピニオンギア26およびラックバー27を介して左右前輪FW1,FW2に伝達される。従って、転舵用モータ24が回転すると、その回転力は転舵出力軸25を介してピニオンギア26に伝達され、ピニオンギア26の回転によりラックバー27が軸線方向に変位して、このラックバー27の軸線方向の変位により、左右前輪FW1,FW2は左右に転舵される。
On the other hand, the steering device includes an electric motor 24 incorporating a speed reduction mechanism as an actuator for turning the left and right front wheels FW1 and FW2. Hereinafter, this electric motor 24 is referred to as a steering motor 24.
The output of the steering motor 24 is transmitted to the left and right front wheels FW1, FW2 via the steering output shaft 25, the pinion gear 26, and the rack bar 27. Therefore, when the steering motor 24 rotates, the rotational force is transmitted to the pinion gear 26 via the steering output shaft 25, and the rack bar 27 is displaced in the axial direction by the rotation of the pinion gear 26. The left and right front wheels FW1 and FW2 are steered to the left and right by the 27 axial displacement.

次に、操舵反力付与装置20および転舵用モータ24の作動を制御する電子制御ユニット40について説明する。電子制御ユニット40は、操舵角センサ31、操舵トルクセンサ32、転舵角センサ33、転舵トルクセンサ34および車速センサ35を接続している。   Next, the electronic control unit 40 that controls the operation of the steering reaction force applying device 20 and the steering motor 24 will be described. The electronic control unit 40 connects a steering angle sensor 31, a steering torque sensor 32, a turning angle sensor 33, a turning torque sensor 34, and a vehicle speed sensor 35.

操舵角センサ31は、操舵入力軸12に組み付けられて、操舵ハンドル11の中立位置からの回転角を検出して、操作入力値としての操舵角θを出力する。操舵トルクセンサ32も、操舵入力軸12に組み付けられて、操舵ハンドル11に入力されたトルクを検出して操舵トルクT1として出力する。
転舵角センサ33は、転舵出力軸25に組み付けられて、転舵出力軸25の中立位置からの回転角を検出して実転舵角δ(左右前輪FW1,FW2の転舵角に対応)として出力する。転舵トルクセンサ34も、転舵出力軸25に組み付けられて、転舵出力軸25に作用するトルクを検出して転舵トルクT2として出力する。この転舵トルクセンサ34は、路面反力、つまり、セルフアライニングトルクなど路面からラックバー27に入力される力を検出するものである。従って、この転舵トルクセンサ34に代えて、ラックバー27に働く軸荷重を検出する荷重センサを設けてもよい。
車速センサ35は、車両の車速を検出して車速Vとして出力する。
ここで、操舵角θおよび実転舵角δは、中立位置を「0」とし、左方向の回転角を正の値で表すとともに、右方向の回転角を負の値でそれぞれ表す。
The steering angle sensor 31 is assembled to the steering input shaft 12, detects the rotation angle from the neutral position of the steering handle 11, and outputs the steering angle θ as an operation input value. The steering torque sensor 32 is also assembled with the steering input shaft 12, detects the torque input to the steering handle 11, and outputs it as the steering torque T1.
The turning angle sensor 33 is assembled to the turning output shaft 25, detects the rotation angle from the neutral position of the turning output shaft 25, and corresponds to the actual turning angle δ (the turning angle of the left and right front wheels FW1, FW2). ). The turning torque sensor 34 is also assembled to the turning output shaft 25, detects torque acting on the turning output shaft 25, and outputs it as turning torque T2. The steering torque sensor 34 detects a road surface reaction force, that is, a force input to the rack bar 27 from the road surface such as a self-aligning torque. Therefore, a load sensor that detects the axial load acting on the rack bar 27 may be provided instead of the steering torque sensor 34.
The vehicle speed sensor 35 detects the vehicle speed of the vehicle and outputs it as the vehicle speed V.
Here, regarding the steering angle θ and the actual turning angle δ, the neutral position is “0”, the left rotation angle is represented by a positive value, and the right rotation angle is represented by a negative value.

電子制御ユニット40は、CPU、ROM、RAMなどからなるマイクロコンピュータを主要構成部品とするもので、図2に示す反力制御プログラムを含む各種プログラムの実行により操舵反力付与装置20および転舵用モータ24の作動をそれぞれ制御する。電子制御ユニット40の出力側には、操舵反力付与装置20の反力用モータ21を駆動する駆動回路41、クラッチ部22を駆動する駆動回路42、転舵用モータ24を駆動する駆動回路43がそれぞれ接続されている。駆動回路41内には、反力用モータ21に流れる駆動電流を検出する電流検出器41aが、駆動回路43内には、転舵用モータ24に流れる駆動電流を検出する電流検出器43aが設けられている。
電流検出器41a,43aによって検出された駆動電流は、両モータ21,24の駆動を制御するために、電子制御ユニット40にフィードバックされている。
The electronic control unit 40 includes a microcomputer including a CPU, a ROM, a RAM, and the like as main components. By executing various programs including the reaction force control program shown in FIG. Each operation of the motor 24 is controlled. On the output side of the electronic control unit 40, a drive circuit 41 that drives the reaction force motor 21 of the steering reaction force applying device 20, a drive circuit 42 that drives the clutch unit 22, and a drive circuit 43 that drives the steering motor 24. Are connected to each other. In the drive circuit 41, a current detector 41a for detecting the drive current flowing in the reaction force motor 21 is provided, and in the drive circuit 43, a current detector 43a for detecting the drive current flowing in the steering motor 24 is provided. It has been.
The drive current detected by the current detectors 41 a and 43 a is fed back to the electronic control unit 40 in order to control the drive of both the motors 21 and 24.

次に、電子制御ユニット40が実行する反力制御ルーチンについて説明する。図2は、反力制御ルーチンを表し、電子制御ユニット40のROM内に制御プログラムとして記憶されている。この反力制御ルーチンは、運転者によって図示しないイグニッションスイッチがオン状態とされると起動し、所定の短い周期で繰り返し実行される。   Next, a reaction force control routine executed by the electronic control unit 40 will be described. FIG. 2 shows a reaction force control routine, which is stored in the ROM of the electronic control unit 40 as a control program. This reaction force control routine starts when an unillustrated ignition switch is turned on by the driver, and is repeatedly executed at a predetermined short cycle.

本制御ルーチンが起動すると、まず、ステップS10にて、操舵角センサ31によって検出された操舵角θ、車速センサ35によって検出された車速V、操舵トルクセンサ32によって検出された操舵トルクT1、転舵トルクセンサ34によって検出された転舵トルクT2を入力する。
続いて、ステップS11において、この入力した操舵角θ、車速V、転舵トルクT2に基づいて目標反力トルクの値T*(以下、目標反力トルクT*と呼ぶ)を算出する。本実施形態においては、図7に示すような操舵角θに対する目標反力トルクT*を関係付けた目標反力特性マップMPを、車速Vおよび転舵トルクT2の組み合わせに応じた数だけ電子制御ユニット40の記憶回路内にデータとして記憶している。そして、車両状態を表す車速Vおよび転舵トルクT2に基づいて、最適な目標反力特性マップMPが抽出される。この目標反力特性は、車速Vおよび路面反力に比例させて、あるいは指数的に比例させて目標反力トルクT*が大きくなるように設定される。
従って、この目標反力特性マップMPから、現在の操舵角θに対する目標反力トルクT*が求められる。
尚、目標反力トルクT*の算出は、こうしたマップMPから求める構成に限るものではなく、例えば、関数f(θ,V,T2)等から演算により求めるようにしても良い。
When this control routine is started, first, at step S10, the steering angle θ detected by the steering angle sensor 31, the vehicle speed V detected by the vehicle speed sensor 35, the steering torque T1 detected by the steering torque sensor 32, and the steering. The turning torque T2 detected by the torque sensor 34 is input.
Subsequently, in step S11, a target reaction force torque value T * (hereinafter referred to as target reaction force torque T *) is calculated based on the input steering angle θ, vehicle speed V, and steering torque T2. In the present embodiment, the target reaction force characteristic map MP relating the target reaction force torque T * to the steering angle θ as shown in FIG. 7 is electronically controlled by the number corresponding to the combination of the vehicle speed V and the turning torque T2. It is stored as data in the storage circuit of the unit 40. Then, an optimum target reaction force characteristic map MP is extracted based on the vehicle speed V representing the vehicle state and the turning torque T2. This target reaction force characteristic is set so that the target reaction force torque T * increases in proportion to the vehicle speed V and the road surface reaction force or in an exponentially proportional manner.
Therefore, the target reaction force torque T * with respect to the current steering angle θ is obtained from the target reaction force characteristic map MP.
The calculation of the target reaction force torque T * is not limited to the configuration obtained from such a map MP, and may be obtained by calculation from a function f (θ, V, T2) or the like, for example.

続いて、ステップS12において、現在の操舵角θにおける目標反力トルクT*が、その操舵角θにおける機械的反力トルク付与部23で発生する機械的反力トルクの値Tspr(以下、バネ反力トルクTsprと呼ぶ)の半分の値に所定値kを加えた値(Tspr/2+k)より大きいか否かを判断する。
バネ反力トルクTsprは、図3(b)のバネ反力特性に示すように、操舵角θに応じて決定される。電子制御ユニット40は、このバネ反力特性をROM内に記憶しており、操舵角θからバネ反力トルクTsprを算出する。
所定値kは、バネ23gの経時的な塑性変形を考慮して予め設定記憶されており、バネ反力トルクTsprに対して小さな値である。
Subsequently, in step S12, the target reaction force torque T * at the current steering angle θ is a mechanical reaction force torque value Tspr (hereinafter referred to as a spring reaction torque) generated by the mechanical reaction force torque applying unit 23 at the steering angle θ. It is determined whether or not it is larger than a value (Tspr / 2 + k) obtained by adding a predetermined value k to a half value of the force torque Tspr.
The spring reaction force torque Tspr is determined according to the steering angle θ as shown in the spring reaction force characteristic of FIG. The electronic control unit 40 stores this spring reaction force characteristic in the ROM, and calculates the spring reaction force torque Tspr from the steering angle θ.
The predetermined value k is set and stored in advance in consideration of the temporal plastic deformation of the spring 23g, and is a small value with respect to the spring reaction force torque Tspr.

ステップS12において、「YES」と判断された場合、つまり、目標反力トルクT*がバネ反力トルクTsprの半分の値に所定値kを加算した値より大きい(T*>Tspr/2+k)と判断された場合には、次に、ステップS13にてフラグFの設定状況を確認し、F=0か否かを判断する。このフラグFは、クラッチ部22の連結/非連結状態を表すもので、F=0であれば連結状態、F=1であれば非連結状態にあることを表す。また、このフラグFは、本制御ルーチンの起動時にはF=0に設定される。   If “YES” is determined in step S12, that is, the target reaction torque T * is larger than a value obtained by adding a predetermined value k to a half value of the spring reaction torque Tspr (T *> Tspr / 2 + k). If it is determined, next, in step S13, the setting state of the flag F is confirmed, and it is determined whether or not F = 0. This flag F represents the connection / disconnection state of the clutch part 22, and if F = 0, it represents a connection state, and if F = 1, it represents a non-connection state. The flag F is set to F = 0 when this control routine is started.

ステップS13のフラグFの確認において、F=0と判断された場合には、次のステップS15の処理に移行してクラッチ部22を連結状態にする。この場合、すでにフラグFがF=0に設定されていたため、クラッチ部22の連結状態が継続されることになる。
一方、ステップS13のフラグFの確認において、F=1と判断された場合には、ステップS14にてフラグFをF=0に設定してステップS15の処理に移行してクラッチ部22を非連結状態から連結状態に切り替える。この場合、電子制御ユニット40は、駆動回路42に切替制御信号を出力してクラッチ部22を連結状態にする。
従って、機械的反力トルク付与部23で発生するバネ反力トルクが操舵入力軸12を介して操舵ハンドル11に伝達される状態となる。
In the confirmation of the flag F in step S13, if it is determined that F = 0, the process proceeds to the next step S15, and the clutch unit 22 is brought into a connected state. In this case, since the flag F has already been set to F = 0, the engaged state of the clutch portion 22 is continued.
On the other hand, in the confirmation of the flag F in step S13, if it is determined that F = 1, the flag F is set to F = 0 in step S14, the process proceeds to step S15, and the clutch unit 22 is disconnected. Switch from state to connected state. In this case, the electronic control unit 40 outputs a switching control signal to the drive circuit 42 to bring the clutch unit 22 into a connected state.
Accordingly, the spring reaction force torque generated by the mechanical reaction force torque applying unit 23 is transmitted to the steering handle 11 via the steering input shaft 12.

続いて、ステップS16に処理を進めて、反力用モータ21の出力トルクを算出する。このステップS16では、反力用モータ21の出力トルクを目標反力トルクT*からバネ反力トルクTsprを差し引いた値に設定する。
つまり、クラッチ部22が連結状態にあるために、目標反力トルクT*とバネ反力トルクTsprとの差分を反力用モータ21の目標出力トルクとする。
Subsequently, the process proceeds to step S16, and the output torque of the reaction force motor 21 is calculated. In step S16, the output torque of the reaction force motor 21 is set to a value obtained by subtracting the spring reaction force torque Tspr from the target reaction force torque T *.
That is, since the clutch portion 22 is in the connected state, the difference between the target reaction force torque T * and the spring reaction force torque Tspr is set as the target output torque of the reaction force motor 21.

例えば、車両状態に応じて図3(a)に示すような目標反力特性マップが抽出されている場合には、機械的反力トルク付与部23で発生するバネ反力トルクだけでは反力トルクが不足するため、その不足分を補償するように反力用モータ21の出力トルクが演算される(図3(b),(c)参照)。
また、図4に示すように、目標反力特性がバネ反力特性よりも小さい場合には、機械的反力トルク付与部23で発生するバネ反力トルクを減らす方向に、その差分に応じて反力用モータ21の出力トルクが演算される。
For example, when a target reaction force characteristic map as shown in FIG. 3A is extracted according to the vehicle state, the reaction force torque is obtained only by the spring reaction force torque generated by the mechanical reaction force torque application unit 23. Therefore, the output torque of the reaction force motor 21 is calculated so as to compensate for the shortage (see FIGS. 3B and 3C).
As shown in FIG. 4, when the target reaction force characteristic is smaller than the spring reaction force characteristic, the spring reaction force torque generated in the mechanical reaction force torque applying unit 23 is reduced in accordance with the difference. The output torque of the reaction force motor 21 is calculated.

続いて、ステップS17に処理を進めて、演算された出力トルク(目標モータトルク)に応じた制御指令を駆動回路41に出力する。駆動回路41は、図示しないスイッチング素子によりインバータ回路を構成し、電子制御ユニット40からの制御指令値に応じて、PWM制御によりスイッチング素子のデューティ比を制御して反力用モータ21に印加する電圧を調整する。電子制御ユニット40は、駆動回路41から反力用モータ21に流れる電流値を電流検出器41aから入力するとともに、操舵トルクセンサ32から操舵トルクT1を入力し、反力用モータ21に目標モータトルクに対応した駆動電流が流れるようにフィードバック制御する。この反力用モータ21の駆動制御により、操舵反力付与装置20は、操舵入力軸12を介して操舵ハンドル11に対し、目標反力トルクT*に対応した反力を付与する。   Subsequently, the process proceeds to step S17, and a control command corresponding to the calculated output torque (target motor torque) is output to the drive circuit 41. The drive circuit 41 forms an inverter circuit with switching elements (not shown), and controls the duty ratio of the switching elements by PWM control in accordance with a control command value from the electronic control unit 40 to be applied to the reaction force motor 21. Adjust. The electronic control unit 40 inputs the current value flowing from the drive circuit 41 to the reaction force motor 21 from the current detector 41 a and also inputs the steering torque T <b> 1 from the steering torque sensor 32, and the target motor torque is input to the reaction force motor 21. The feedback control is performed so that the drive current corresponding to. By the driving control of the reaction force motor 21, the steering reaction force applying device 20 applies a reaction force corresponding to the target reaction force torque T * to the steering handle 11 via the steering input shaft 12.

一方、ステップS12における判断が「NO」、つまり、目標反力トルクT*がバネ反力トルクTsprの半分の値に所定値kを加算した値以下である(T*≦Tspr/2+k)と判断された場合には、ステップS23にて、今度は、目標反力トルクT*がバネ反力トルクTsprの半分の値から所定値kを減算した値(Tspr/2−k)未満であるか否かを判断する。   On the other hand, the determination in step S12 is “NO”, that is, it is determined that the target reaction force torque T * is equal to or less than a value obtained by adding a predetermined value k to a half value of the spring reaction force torque Tspr (T * ≦ Tspr / 2 + k). If so, in step S23, the target reaction force torque T * is now less than the value obtained by subtracting the predetermined value k from the half value of the spring reaction force torque Tspr (Tspr / 2−k). Determine whether.

例えば、低μ路を走行している場合には、図5に示すように、バネ反力特性よりもかなり小さく設定された目標反力特性マップMPが選択される。こうしたケースにおいては、T*<Tspr/2−kとなり、ステップS23の判断が「YES」となる。この場合には、ステップS18に処理を進める。ステップS18においては、フラグFの状態を確認し、F=1であれば、ステップS21の処理に移行してクラッチ部22の非連結状態を継続する。   For example, when traveling on a low μ road, as shown in FIG. 5, the target reaction force characteristic map MP set to be considerably smaller than the spring reaction force characteristic is selected. In such a case, T * <Tspr / 2−k, and the determination in step S23 is “YES”. In this case, the process proceeds to step S18. In step S18, the state of the flag F is confirmed. If F = 1, the process proceeds to step S21, and the clutch portion 22 is kept in the disconnected state.

一方、ステップS18において、F=0と判断された場合には、ステップS19にてフラグFをF=1に設定してステップS21の処理に移行してクラッチ部22を連結状態から非連結状態に切り替える。この場合、電子制御ユニット40は、駆動回路42に切替制御信号を出力してクラッチ部22を非連結状態にする。
従って、機械的反力トルク付与部23で発生するバネ反力トルクが操舵ハンドル11に伝達されない状態となる。
On the other hand, if it is determined in step S18 that F = 0, the flag F is set to F = 1 in step S19, the process proceeds to step S21, and the clutch unit 22 is changed from the connected state to the disconnected state. Switch. In this case, the electronic control unit 40 outputs a switching control signal to the drive circuit 42 to place the clutch unit 22 in a disconnected state.
Therefore, the spring reaction force torque generated by the mechanical reaction force torque applying unit 23 is not transmitted to the steering handle 11.

また、ステップS23における判断が「NO」、つまり、目標反力トルクT*がバネ反力トルクTsprの半分の値から所定値kを減算した値以上であると判断した場合(T*≧Tspr/2−k)には、次に、ステップS20にてフラグFの設定状態を確認し、フラグFがF=1であればステップS21に処理を進めてクラッチ部22の非連結状態を継続し、フラグFがF=0であればステップS15に処理を進めてクラッチ部22の連結状態を継続する。   Further, when the determination in step S23 is “NO”, that is, it is determined that the target reaction force torque T * is equal to or greater than a value obtained by subtracting the predetermined value k from the half value of the spring reaction force torque Tspr (T * ≧ Tspr / 2-k), next, the setting state of the flag F is confirmed in step S20. If the flag F is F = 1, the process proceeds to step S21 to continue the disengaged state of the clutch portion 22. If the flag F is F = 0, the process proceeds to step S15 to keep the clutch unit 22 engaged.

つまり、ステップS23において「NO」と判断された場合には、クラッチ部22の作動切り替えを行わないようにしている。従って、(Tspr/2−k)≦T*≦(Tspr/2+k)となる領域が、クラッチ部22の切り替え動作を行わない不感帯となる。   That is, when “NO” is determined in step S23, the operation of the clutch portion 22 is not switched. Therefore, a region where (Tspr / 2−k) ≦ T * ≦ (Tspr / 2 + k) is a dead zone where the switching operation of the clutch unit 22 is not performed.

ステップS21によりクラッチ部22が非連結状態に設定されると、ステップS22に処理を進めて、反力用モータ21の出力トルクを算出する。このステップS22では、反力用モータ21の出力トルクを目標反力トルクT*と同じ値に設定する。
つまり、クラッチ部22が非連結状態にあることから、機械的反力トルク付与部23で発生するバネ反力トルクが操舵ハンドル11に伝達されないため、反力用モータ21の出力トルクを目標反力トルクT*と同一の値に設定するのである。
If the clutch part 22 is set to a non-engaged state by step S21, a process will be advanced to step S22 and the output torque of the motor 21 for reaction force will be calculated. In step S22, the output torque of the reaction force motor 21 is set to the same value as the target reaction force torque T *.
That is, since the clutch portion 22 is in the non-connected state, the spring reaction force torque generated in the mechanical reaction force torque applying portion 23 is not transmitted to the steering handle 11, and therefore the output torque of the reaction force motor 21 is set to the target reaction force. It is set to the same value as the torque T *.

続いてステップS17に移行して、算出された出力トルク(目標モータトルク)に応じた制御指令を駆動回路41に出力する。このステップS17では、上述したように反力用モータ21が駆動制御され、操舵入力軸12を介して操舵ハンドル11に対して目標反力トルクT*が付与される。
こうした反力制御ルーチンは、所定の短い周期で繰り返し実行され、車両状態に応じた目標反力特性とバネ反力特性とに基づいて、クラッチ部22の連結切替と反力用モータ21の出力制御が行われる。
Subsequently, the process proceeds to step S17, where a control command corresponding to the calculated output torque (target motor torque) is output to the drive circuit 41. In step S17, the reaction force motor 21 is drive-controlled as described above, and the target reaction force torque T * is applied to the steering handle 11 via the steering input shaft 12.
Such a reaction force control routine is repeatedly executed at a predetermined short cycle, and based on a target reaction force characteristic and a spring reaction force characteristic corresponding to the vehicle state, switching of the clutch portion 22 and output control of the reaction force motor 21 are performed. Is done.

ここで、クラッチ部22の連結切替によって反力用モータ21の消費電力を低減する原理について説明する。
上述したように、ステップS23における判断が「YES」、つまり、目標反力トルクT*がバネ反力トルクTsprの半分の値から所定値kを減算した値未満であると判定された場合(T*<Tspr/2−k)には、クラッチ部22を非連結状態にして(S21)、反力用モータ21のみの反力トルクを操舵ハンドル11に付与している(S22)。
このステップS23の判断は、所定値kがバネ反力トルクに対して極めて小さな値に設定されていることから、目標反力トルクT*がバネ反力トルクTsprの略半分より小さいか否かを判断しているものである。
Here, the principle of reducing the power consumption of the reaction force motor 21 by switching the coupling of the clutch portion 22 will be described.
As described above, when the determination in step S23 is “YES”, that is, it is determined that the target reaction force torque T * is less than the value obtained by subtracting the predetermined value k from the half value of the spring reaction force torque Tspr (T * <Tspr / 2-k), the clutch portion 22 is disengaged (S21), and the reaction force torque of only the reaction force motor 21 is applied to the steering handle 11 (S22).
In step S23, the predetermined value k is set to a very small value with respect to the spring reaction force torque. Therefore, it is determined whether or not the target reaction force torque T * is smaller than about half of the spring reaction force torque Tspr. Judgment.

低μ路を走行している場合には、図5(a)に示すように、バネ反力特性よりもかなり小さく設定された目標反力特性マップが選択されることがある。こうした場合、目標反力トルクT*は、バネ反力トルクTsprの1/2よりも小さい値に設定されることになる。このとき、本実施形態においては、クラッチ部22を非連結状態にするため、反力用モータ21で必要となる出力トルクは、図5(c)に示すように、目標反力トルクT*と同一値となり小さな出力ですむ。   When traveling on a low μ road, as shown in FIG. 5A, a target reaction force characteristic map set to be considerably smaller than the spring reaction force characteristic may be selected. In such a case, the target reaction force torque T * is set to a value smaller than ½ of the spring reaction force torque Tspr. At this time, in this embodiment, the output torque required for the reaction force motor 21 to bring the clutch portion 22 into a non-connected state is equal to the target reaction force torque T * as shown in FIG. Same value and small output.

一方、クラッチ部22を備えない場合においては、図6に示すように、機械的反力トルク付与部23で発生するバネ反力トルクTsprを減らす方向に反力用モータ21を駆動する必要あり、目標反力トルクT*が小さいほど大きなモータ補償トルクを要する。
つまり、図6(c)におけるモータ補償トルクと、図5(c)におけるモータ出力トルクとを比較して分かるように、目標反力トルクT*がバネ反力トルクTsprの1/2未満である場合には、機械的反力トルク付与部23で発生するバネ反力トルクの操舵ハンドル11への伝達経路を遮断したほうが、反力用モータ21の出力は小さくてすむことがわかる。
On the other hand, when the clutch portion 22 is not provided, the reaction force motor 21 needs to be driven in a direction to reduce the spring reaction force torque Tspr generated in the mechanical reaction force torque applying portion 23, as shown in FIG. The smaller the target reaction torque T *, the larger the motor compensation torque is required.
That is, as can be seen by comparing the motor compensation torque in FIG. 6C and the motor output torque in FIG. 5C, the target reaction force torque T * is less than ½ of the spring reaction force torque Tspr. In this case, it can be understood that the output of the reaction force motor 21 can be smaller if the transmission path of the spring reaction force torque generated by the mechanical reaction force torque applying unit 23 to the steering handle 11 is cut off.

そこで、本実施形態においては、目標反力トルクT*がバネ反力トルクTsprの略半分より小さいか否かを判断し、その判断結果に基づいてクラッチ部22の連結状態を切り替え制御するようにしている。
この結果、反力用モータ21の電力消費量を低減することができる。従って、車載バッテリ(図示略)の電気負荷を軽くして電源供給システムの安定化を図ることができる。また、反力用モータ21の発熱を抑制することもできる。
Therefore, in this embodiment, it is determined whether or not the target reaction force torque T * is smaller than about half of the spring reaction force torque Tspr, and the connection state of the clutch portion 22 is controlled to be switched based on the determination result. ing.
As a result, the power consumption of the reaction force motor 21 can be reduced. Therefore, the electric load of the on-vehicle battery (not shown) can be reduced to stabilize the power supply system. Further, the heat generation of the reaction force motor 21 can be suppressed.

一般に、車載バッテリには操舵装置だけでなく、多くの電気制御システムが接続される。こうした電源供給システムでは、各電気制御システムがそれぞれ必要な電力を車載バッテリから随時取り出しているが、各電気制御システムの作動が重なったりした場合には、瞬時的に大きな電流が車載バッテリから引き出されてバッテリ電圧が低下し、電気制御システムの動作が不安定になるおそれがある。
こうした問題に対して、本実施形態では、反力用モータ21の電力消費量を低減することで、車載バッテリの負荷を軽くして、そうした不具合を防止する。
In general, not only a steering device but also many electric control systems are connected to a vehicle-mounted battery. In such a power supply system, each electric control system extracts the necessary power from the in-vehicle battery as needed. However, when the operation of each electric control system overlaps, a large current is instantaneously drawn from the in-vehicle battery. As a result, the battery voltage may decrease and the operation of the electric control system may become unstable.
In response to such a problem, in the present embodiment, the load of the on-vehicle battery is reduced by reducing the power consumption of the reaction force motor 21 to prevent such a problem.

次に、電子制御ユニット40により実行される転舵制御について説明する。
電子制御ユニット40は、操舵ハンドル11の回動操作に応じた操舵角θを操舵角センサ31から入力し、この入力した操舵角θに対応した転舵角δを計算する。そして、この転舵角δに一致するように左右前輪FW1,FW2を転舵制御する。つまり、電子制御ユニット40は、駆動回路43から転舵用モータ24に流れる駆動電流値を電流検出器43aにより検出して入力するとともに、転舵角センサ33によって検出された実転舵角を入力する。そして、電子制御ユニット40は、左右前輪FW1,FW2が転舵角δに転舵されるように転舵用モータ24に適切な駆動電流が流れるように駆動回路43をフィードバック制御する。
この電子制御ユニット40による駆動制御により、転舵用モータ24の回転は、転舵出力軸25を介してピニオンギア26に伝達され、ピニオンギア26によりラックバー27を軸線方向に変位させる。そして、このラックバー27の軸線方向の変位により、左右前輪FW1,FW2は操舵角θに対応した転舵角δに転舵される。
Next, the steering control executed by the electronic control unit 40 will be described.
The electronic control unit 40 inputs the steering angle θ corresponding to the turning operation of the steering handle 11 from the steering angle sensor 31, and calculates the turning angle δ corresponding to the input steering angle θ. Then, the left and right front wheels FW1, FW2 are steered so as to coincide with the steered angle δ. That is, the electronic control unit 40 detects and inputs the drive current value flowing from the drive circuit 43 to the steering motor 24 by the current detector 43a, and inputs the actual turning angle detected by the turning angle sensor 33. To do. Then, the electronic control unit 40 feedback-controls the drive circuit 43 so that an appropriate drive current flows through the steering motor 24 so that the left and right front wheels FW1, FW2 are steered to the steered angle δ.
By the drive control by the electronic control unit 40, the rotation of the steering motor 24 is transmitted to the pinion gear 26 via the steering output shaft 25, and the rack bar 27 is displaced in the axial direction by the pinion gear 26. Due to the displacement of the rack bar 27 in the axial direction, the left and right front wheels FW1, FW2 are steered to a turning angle δ corresponding to the steering angle θ.

以上説明した本実施形態の転舵装置によれば、反力用モータ21とクラッチ部22と機械的反力トルク付与部23とからなる操舵反力付与装置20、および、この操舵反力付与装置20を制御する電子制御ユニット40を備え、車両状態に応じて設定される目標反力トルクT*がバネ反力トルクTsprの略半分(Tspr−k)より小さい場合には、クラッチ部22を非連結状態に切り替え制御して、反力用モータ21のみにて反力トルクを操舵ハンドル11に付与するようにしたため、反力用モータ21の電力消費量を抑えることができる。この結果、車載バッテリの電圧降下を防止して、各種の電気制御システムの作動の安定化を図ることができる。また、反力用モータ21の発熱を抑制することもできる。   According to the steering device of the present embodiment described above, the steering reaction force applying device 20 including the reaction force motor 21, the clutch portion 22, and the mechanical reaction force torque applying portion 23, and the steering reaction force applying device. When the target reaction force torque T * set in accordance with the vehicle state is smaller than approximately half of the spring reaction force torque Tspr (Tspr-k), the clutch unit 22 is turned off. Since the control is switched to the connected state and the reaction force torque is applied to the steering handle 11 only by the reaction force motor 21, the power consumption of the reaction force motor 21 can be suppressed. As a result, it is possible to prevent the voltage drop of the in-vehicle battery and stabilize the operation of various electric control systems. Further, the heat generation of the reaction force motor 21 can be suppressed.

また、バネ反力トルクに所定値kを加味して目標反力トルクとの比較をしているため、バネの経時的な塑性変形にも対処することができる。さらに、(Tspr/2−k)≦T*≦(Tspr/2+k)となる領域が、クラッチ部22の切り替え動作を行わない不感帯となるため、目標反力トルクT*がバネ反力トルクTsprの1/2となる値を境にして増減変化した場合であっても、必要以上にクラッチ部が切り替わってしまうことがなく、クラッチ部22の安定した適正な動作を維持することができる。   In addition, since a predetermined value k is added to the spring reaction force torque and compared with the target reaction force torque, it is possible to cope with the temporal plastic deformation of the spring. Furthermore, since the region where (Tspr / 2−k) ≦ T * ≦ (Tspr / 2 + k) is a dead zone in which the switching operation of the clutch portion 22 is not performed, the target reaction force torque T * is equal to the spring reaction force torque Tspr. Even when the change is increased or decreased with a value of ½ as a boundary, the clutch portion is not switched more than necessary, and the stable and proper operation of the clutch portion 22 can be maintained.

また、機械的反力トルク付与部23によるバネ復元力を利用して操舵ハンドル11に反力トルクを付与するようにしているため、極低速操舵時や中立位置付近の微小な操舵時においても良好な操舵フィーリングを得ることができる。つまり、電動モータのみで反力トルクを付与する構成の場合、極低速操舵時や中立位置付近の微小な操舵時に良好な操舵フィーリングを作り出そうとすると、高精度なセンサや制御処理が必要となり、実質的に難しいものであったが、本実施形態では、機械的反力トルク付与部23と反力用モータ21とを組み合わせることで、操舵フィーリングを改善することができる。   Further, since the reaction force torque is applied to the steering handle 11 using the spring restoring force by the mechanical reaction force torque applying unit 23, it is good even at extremely low speed steering or at a minute steering near the neutral position. A steering feeling can be obtained. In other words, in the case of a configuration in which reaction force torque is applied only with an electric motor, high accuracy sensors and control processing are required to create a good steering feeling during extremely low speed steering or minute steering near the neutral position. Although it was substantially difficult, in this embodiment, the steering feeling can be improved by combining the mechanical reaction force torque applying portion 23 and the reaction force motor 21.

以上、本実施形態の車両の操舵装置について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
例えば、本実施形態では、バネの経時的な塑性変形を考慮して所定値kをバネ反力トルクに加味しているが、所定値kを用いない構成であってもよい。
また、機械的反力トルク付与部23の構成においても、コイルバネに限らず種々の構成を採用することができる。
更に、目標反力特性にヒステリシスを設けて、操舵角だけでなく操舵方向に応じて目標反力トルクを設定した目標反力特性を用いる構成であってもよい。
As mentioned above, although the vehicle steering apparatus of this embodiment was demonstrated, this invention is not limited to the said embodiment, A various change is possible unless it deviates from the objective of this invention.
For example, in the present embodiment, the predetermined value k is added to the spring reaction torque in consideration of the time-dependent plastic deformation of the spring, but a configuration in which the predetermined value k is not used may be used.
In addition, the structure of the mechanical reaction force torque applying unit 23 is not limited to the coil spring, and various structures can be employed.
Furthermore, a configuration may be employed in which hysteresis is provided in the target reaction force characteristic and the target reaction force characteristic in which the target reaction force torque is set according to not only the steering angle but also the steering direction is used.

尚、本実施形態においては、車両の操舵装置について説明したが、そのうちの操舵反力付与装置20、操舵角センサ31、操舵トルクセンサ32、転舵トルクセンサ34、車速センサ35、電子制御ユニット40、駆動回路41,42が操舵反力制御装置を構成している。   In this embodiment, the vehicle steering device has been described. Among them, the steering reaction force applying device 20, the steering angle sensor 31, the steering torque sensor 32, the steering torque sensor 34, the vehicle speed sensor 35, and the electronic control unit 40 are described. The drive circuits 41 and 42 constitute a steering reaction force control device.

尚、本実施形態における機械的反力トルク付与部23が本発明の機械的反力トルク付与手段に相当し、本実施形態における電気的トルク付与部21(反力用モータ)が本発明の電気的トルク付与手段に相当し、本実施形態の反力制御ルーチンにおけるステップS10,S11の処理(電子制御ユニット40の処理)が本発明の目標反力トルク算出手段に相当し、本実施形態の反力制御ルーチンにおけるステップS16,S17,S22の処理(電子制御ユニット40の処理)が本発明の電動アクチュエータ制御手段に相当し、本実施形態のクラッチ部22が本発明の反力伝達遮断切替手段に相当し、本実施形態の反力制御ルーチンにおけるステップS12、S13、S14、S15,S23,S18,S19,S20,S21の処理(電子制御ユニット40の処理)が本発明の切替制御手段に相当する。   The mechanical reaction force torque applying section 23 in the present embodiment corresponds to the mechanical reaction force torque applying means of the present invention, and the electric torque applying section 21 (reaction force motor) in the present embodiment is the electric power of the present invention. The processing of steps S10 and S11 (processing of the electronic control unit 40) in the reaction force control routine of the present embodiment corresponds to the target reaction force torque calculation device of the present invention. The processing of steps S16, S17, and S22 (processing of the electronic control unit 40) in the force control routine corresponds to the electric actuator control means of the present invention, and the clutch portion 22 of the present embodiment serves as the reaction force transmission cutoff switching means of the present invention. Correspondingly, the processing of steps S12, S13, S14, S15, S23, S18, S19, S20, S21 in the reaction force control routine of this embodiment (electronic control). Processing unit 40) corresponds to the switching control means of the present invention.

操舵反力制御装置を備えた車両の操舵装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the steering apparatus of the vehicle provided with the steering reaction force control apparatus. 反力制御ルーチンを表すフローチャートである。It is a flowchart showing a reaction force control routine. 目標反力特性、バネ反力特性、モータ補償トルク(クラッチ部連結時)を表す説明図である。It is explanatory drawing showing a target reaction force characteristic, a spring reaction force characteristic, and a motor compensation torque (at the time of clutch part connection). 目標反力特性、バネ反力特性、モータ補償トルク(クラッチ部連結時)を表す説明図である。It is explanatory drawing showing a target reaction force characteristic, a spring reaction force characteristic, and a motor compensation torque (at the time of clutch part connection). 目標反力特性、バネ反力特性、モータ出力トルク(クラッチ部非連結時)を表す説明図である。It is explanatory drawing showing a target reaction force characteristic, a spring reaction force characteristic, and a motor output torque (at the time of a clutch part non-connecting). 目標反力特性、バネ反力特性、モータ補償トルク(クラッチ部を備えない場合)を表す説明図である。It is explanatory drawing showing a target reaction force characteristic, a spring reaction force characteristic, and a motor compensation torque (when a clutch part is not provided). 目標反力トルクを算出するためのマップを表す説明図である。It is explanatory drawing showing the map for calculating a target reaction force torque.

符号の説明Explanation of symbols

FW1,FW2…前輪、11…操舵ハンドル、12…操舵入力軸、20…操舵反力付与装置、21…電気的トルク付与部(反力用モータ)、22…クラッチ部、23…機械的反力トルク付与部、23b…ねじ軸、23c…ナット、23d…バネ押し片、23g1,23g2…コイルバネ、31…操舵角センサ、32…操舵トルクセンサ、33…転舵角センサ、34…転舵トルクセンサ、35…車速センサ、40…電子制御ユニット、41,42,43…駆動回路。
FW1, FW2 ... front wheels, 11 ... steering handle, 12 ... steering input shaft, 20 ... steering reaction force applying device, 21 ... electric torque applying portion (reaction force motor), 22 ... clutch portion, 23 ... mechanical reaction force Torque imparting section, 23b ... screw shaft, 23c ... nut, 23d ... spring pushing piece, 23g1, 23g2 ... coil spring, 31 ... steering angle sensor, 32 ... steering torque sensor, 33 ... steering angle sensor, 34 ... steering torque sensor 35 ... Vehicle speed sensor, 40 ... Electronic control unit, 41, 42, 43 ... Drive circuit.

Claims (2)

車両を操舵するために運転者によって操作される操舵ハンドルの操作に対して、その操作に応じた反力トルクを付与する操舵反力制御装置において、
上記操舵ハンドルの操作に対して機械的反力トルクを付与する機械的反力トルク付与手段と、
電動アクチュエータを作動させて上記操舵ハンドルの操作に対して所定のトルクを付与する電気的トルク付与手段と、
車両の状態に応じて上記操舵ハンドルの操作に対して発生させる目標反力トルクを算出する目標反力トルク算出手段と、
上記算出された目標反力トルクに対して上記機械的反力トルク付与手段の付与する機械的反力トルクの過不足分を補うように上記電気的トルク付与手段の電動アクチュエータの出力を制御する電動アクチュエータ制御手段と、
上記機械的反力トルク付与手段により発生する機械的反力トルクの上記操舵ハンドルへの伝達経路に設けられ、上記機械的反力トルクを上記操舵ハンドルに伝達可能な状態と伝達不能な状態とに切り替える反力伝達遮断切替手段と、
上記算出された目標反力トルクが所定値以下の場合には、上記反力伝達遮断切替手段により、上記機械的反力トルクを上記操舵ハンドルに伝達不能な状態にする切替制御手段と
を備えたことを特徴とする操舵反力制御装置。
In a steering reaction force control device that applies a reaction torque according to an operation of a steering wheel operated by a driver to steer a vehicle,
Mechanical reaction force torque applying means for applying mechanical reaction force torque to the operation of the steering handle;
An electric torque applying means for operating the electric actuator to apply a predetermined torque to the operation of the steering handle;
Target reaction force torque calculating means for calculating a target reaction force torque to be generated in response to the operation of the steering wheel according to the state of the vehicle;
Electricity for controlling the output of the electric actuator of the electrical torque applying means so as to compensate for the excess or deficiency of the mechanical reaction force torque applied by the mechanical reaction force torque applying means with respect to the calculated target reaction torque. An actuator control means;
The mechanical reaction force torque generated by the mechanical reaction force torque applying means is provided in a transmission path to the steering handle, and the mechanical reaction force torque can be transmitted to the steering handle. Reaction force transmission cutoff switching means for switching,
When the calculated target reaction force torque is less than or equal to a predetermined value, the reaction force transmission cut-off switching means includes switching control means for making the mechanical reaction force torque impossible to transmit to the steering handle. A steering reaction force control device.
上記切替制御手段は、上記目標反力トルクが上記機械的反力トルク付与手段で発生する機械的反力トルクの略半分以下の場合に、上記機械的反力トルクの上記操舵ハンドルへの伝達経路を遮断することを特徴とする請求項1記載の操舵反力制御装置。
The switching control means transmits the mechanical reaction force torque to the steering handle when the target reaction torque is approximately half or less of the mechanical reaction torque generated by the mechanical reaction torque applying means. The steering reaction force control device according to claim 1, wherein the steering reaction force control device is cut off.
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