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。
Further, in
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.
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
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
As will be described later, the steering reaction
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
The
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
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
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
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
The output of the
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
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
The turning
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
The drive current detected by the
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
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
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
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
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
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
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
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
Accordingly, the spring reaction force torque generated by the mechanical reaction force
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
That is, since the
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
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
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
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
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
Therefore, the spring reaction force torque generated by the mechanical reaction force
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
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
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
That is, since the
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
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
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
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
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
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
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
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
As a result, the power consumption of the
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
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
The
By the drive control by the
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
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
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
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
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
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
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)
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.
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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