JP5271551B2 - Steering device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To compensate for the inertia of a reaction motor in a steering device without being equipped with a torque sensor. <P>SOLUTION: The steering device includes a steering wheel 2 operated by a driver, wheels 10 mechanically separated from the steering wheel 2, a steering motor 11 to steer the wheels 10, the reaction motor 5 linked to the steering wheel 2 to impart a reaction force, a steering motor control means to control the steering motor 11 according to an operation input to the steering wheel 2, and a reaction motor control means to control the reaction motor 5, wherein the reaction motor control means compensates for the inertia based on a current flowing to the reaction motor 5. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&amp;INPIT

Description

この発明は、運転者が操作を行う操作子と転舵輪とが機械的に分離され、あるいは、機械的分離状態から連結可能に構成された操舵装置に関するものである。   The present invention relates to a steering device in which an operator operated by a driver and a steered wheel are mechanically separated or can be connected from a mechanically separated state.

運転者が操作を行う操作子と転舵輪とが機械的に分離された所謂ステア・バイ・ワイヤ式の操舵装置では、運転者のステアリングホイール(操作子)に対する操作入力に応じて転舵輪を転舵するための転舵モータと、運転者がステアリングホイールを操作したときに適切な反力を与えるための反力モータとを備え、両モータをそれぞれ独立に制御している。   In a so-called steer-by-wire type steering device in which the operator operated by the driver and the steered wheel are mechanically separated, the steered wheel is rotated according to the operation input to the steering wheel (operator) by the driver. A steering motor for steering and a reaction force motor for applying an appropriate reaction force when the driver operates the steering wheel are provided, and both motors are controlled independently.

前記反力の制御方法として、ステアリングホイールへの操作入力に基づいて設定される目標値(例えば目標転舵角)とこれに対応する実際の制御量(例えば実転舵角)との偏差に基づいて反力モータへの指示電流(デューティ比)を制御することが知られている(例えば、特許文献1参照)。   The reaction force control method is based on a deviation between a target value (for example, a target turning angle) set based on an operation input to the steering wheel and an actual control amount (for example, an actual turning angle) corresponding thereto. It is known to control the command current (duty ratio) to the reaction force motor (see, for example, Patent Document 1).

ところで、前記反力モータの回転イナーシャが無視できない場合、運転者がステアリングホイールを操作し始めた瞬間には、反力モータのイナーシャの影響によってステアリングホイールを直ぐに動かし難く、また、ステアリングホイールを操作しているときにステアリングホイールを止めようとしたときにも、やはり反力モータのイナーシャの影響によってステアリングホイールを直ぐには止め難いという事象が生じる。このような事象が生じると、運転者は操作フィールに違和感を覚えることがある。   By the way, if the rotational inertia of the reaction force motor cannot be ignored, at the moment when the driver starts operating the steering wheel, it is difficult to move the steering wheel immediately due to the influence of the inertia of the reaction force motor, and the steering wheel is operated. Even when trying to stop the steering wheel while the vehicle is running, an event occurs that it is difficult to stop the steering wheel immediately due to the inertia of the reaction force motor. When such an event occurs, the driver may feel uncomfortable with the operation feel.

そこで、前記反力制御の際に、反力モータの回転イナーシャを補償するため、反力モータへの指示電流を演算することが行われる。この回転イナーシャ補償は、ステアリングホイールと反力モータとの間にトルクセンサを設置し、該トルクセンサの出力に基づいて行っている。
特許第3897293号公報
Therefore, during the reaction force control, an instruction current to the reaction force motor is calculated in order to compensate for the rotation inertia of the reaction force motor. This rotational inertia compensation is performed based on the output of the torque sensor by installing a torque sensor between the steering wheel and the reaction force motor.
Japanese Patent No. 3897293

しかしながら、反力モータの回転イナーシャ補償のためにトルクセンサを装備するとなると、ステアリングシステムの大型化を招き、車両への搭載性を損なうという課題がある。また、トルクセンサの装備がコストアップを招くという課題もある。   However, if a torque sensor is provided to compensate for the rotational inertia of the reaction force motor, there is a problem that the steering system is increased in size and the mounting property on the vehicle is impaired. There is also a problem that the installation of the torque sensor causes an increase in cost.

そこで、この発明では、トルクセンサを装備することなく、反力モータのイナーシャ補償を行うことができる操舵装置を提供する。   Accordingly, the present invention provides a steering device that can perform inertia compensation of a reaction force motor without providing a torque sensor.

この発明に係る操舵装置では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
請求項1に係る発明は、運転者により操作される操作子(例えば、後述する実施例におけるステアリングホイール2)と、前記操作子とは機械的に分離され、あるいは機械的分離状態から連結可能とされた転舵輪(例えば、後述する実施例における車輪10)と、前記転舵輪を転舵する転舵モータ(例えば、後述する実施例における転舵モータ11)と、前記操作子に連結されて該操作子に反力を付与する反力モータ(例えば、後述する実施例における反力モータ5)と、前記操作子への操作入力に応じて前記転舵モータを制御する転舵モータ制御手段と、前記反力モータを制御する反力モータ制御手段(例えば、後述する実施例における反力モータ制御部21)と、を備え、前記反力モータ制御手段は、前記反力モータに流れる電流に基づいてイナーシャ補償を行い、前記反力モータに流れる前記電流が前記反力モータの目標電流と一致するようにフィードバック制御を行い、前記反力モータの前記目標電流は、仮想トーションバー電流、ダンピング電流およびイナーシャ補償電流を合算して算出され、前記仮想トーションバー電流は、前記操作子の操舵角と、前記転舵輪の転舵角との角度偏差に基づいて算出されることを特徴とする操舵装置(例えば、後述する実施例における操舵装置1)である。
このような構成により、反力モータに流れる電流に基づいてイナーシャ補償を行うことができるので、反力モータのイナーシャ補償に使用するためのトルクセンサが不要になる。
The steering device according to the present invention employs the following means in order to solve the above problems.
According to the first aspect of the present invention, an operator operated by a driver (for example, a steering wheel 2 in an embodiment to be described later) and the operator are mechanically separated or connectable from a mechanically separated state. A steered wheel (for example, a wheel 10 in an embodiment to be described later), a steered motor for steering the steered wheel (for example, a steered motor 11 in an embodiment to be described later), and the operation element. A reaction force motor for applying a reaction force to the operation element (for example, a reaction force motor 5 in an embodiment described later), a turning motor control means for controlling the turning motor in response to an operation input to the operation element, Reaction force motor control means for controlling the reaction force motor (for example, reaction force motor control unit 21 in an embodiment described later), and the reaction force motor control means is based on a current flowing through the reaction force motor. Performs inertia compensation Te, wherein performs feedback control such that the current flowing through the reaction motor coincides with the target current of the reaction force motor, the target current of the reaction force motor, virtual torsion bar current, damping current and A steering device characterized in that the virtual torsion bar current is calculated based on an angular deviation between a steering angle of the operating element and a turning angle of the steered wheel. For example, a steering device 1) in an embodiment described later.
With such a configuration, inertia compensation can be performed based on the current flowing through the reaction force motor, so that a torque sensor for use in inertia compensation of the reaction force motor becomes unnecessary.

請求項1に係る発明によれば、反力モータに流れる電流に基づいてイナーシャ補償を行うことができるので、反力モータの回転イナーシャを補償するのに用いるトルクセンサが不要となり、その結果、部品点数の削減、システムの簡略化、およびコストダウンを図ることができる。また、車両への搭載性が向上する。   According to the first aspect of the present invention, since inertia compensation can be performed based on the current flowing through the reaction force motor, a torque sensor used to compensate for the rotation inertia of the reaction force motor becomes unnecessary. The number of points can be reduced, the system can be simplified, and the cost can be reduced. Moreover, the mounting property to a vehicle improves.

以下、この発明に係る操舵装置の実施例を図1から図3の図面を参照して説明する。
<実施例1>
初めに、実施例1の操舵装置を説明する。
図1に示すように、操舵装置1は、運転者により操作されるステアリングホイール(操作子)2と、ステアリングホイール2の操舵角(操作入力量)を検出するためにステアリングシャフト3に設置された操舵角センサ(操作入力量検出手段)4と、ステアリングホイール2に反力を付与する反力モータ5と、ステアリングシャフト3と反力モータ5の間に設置された減速装置6と、左右の車輪(転舵輪)10にナックルアーム7等を介して連結されたラック軸9と、ラック軸9をその軸方向に動かして車輪10を転舵する転舵モータ11と、ラック軸9の軸方向位置から車輪10の転舵角を検出する転舵角センサ(転舵角検出手段)12と、反力モータ5および転舵モータ11を制御する電子制御装置(ECU)20、とを備えている。減速装置6は、反力モータ5の出力軸に設けられたウォームギヤ6aと、ステアリングシャフト3に設けられウォームギヤ6aに噛合するウォームホイールギヤ6bとからなる。
この操舵装置1は、ステアリングホイール2と転舵輪である車輪10とが機械的に分離されて構成された、所謂ステア・バイ・ワイヤ式の操舵装置である。
Embodiments of a steering apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings of FIGS.
<Example 1>
First, the steering device according to the first embodiment will be described.
As shown in FIG. 1, a steering device 1 is installed on a steering shaft 3 to detect a steering wheel (operator) 2 operated by a driver and a steering angle (operation input amount) of the steering wheel 2. A steering angle sensor (operation input amount detecting means) 4, a reaction force motor 5 for applying a reaction force to the steering wheel 2, a reduction gear 6 installed between the steering shaft 3 and the reaction force motor 5, and left and right wheels A rack shaft 9 connected to the (steered wheel) 10 via a knuckle arm 7 or the like, a steering motor 11 that steers the wheel 10 by moving the rack shaft 9 in the axial direction, and the axial position of the rack shaft 9 A turning angle sensor (steering angle detection means) 12 for detecting the turning angle of the wheel 10 and an electronic control unit (ECU) 20 for controlling the reaction force motor 5 and the turning motor 11 are provided. The reduction gear 6 includes a worm gear 6a provided on the output shaft of the reaction motor 5 and a worm wheel gear 6b provided on the steering shaft 3 and meshing with the worm gear 6a.
The steering device 1 is a so-called steer-by-wire steering device in which a steering wheel 2 and a wheel 10 that is a steered wheel are mechanically separated.

操舵角センサ4は検出した操舵角に対応する電気信号を、転舵角センサ12は検出した転舵角に対応する電気信号を、それぞれECU20に出力する。また、ECU20には、車速情報、ヨーレート情報、横加速度(横G)情報等が車両情報13として入力される。   The steering angle sensor 4 outputs an electrical signal corresponding to the detected steering angle, and the turning angle sensor 12 outputs an electrical signal corresponding to the detected turning angle to the ECU 20. In addition, vehicle speed information, yaw rate information, lateral acceleration (lateral G) information, and the like are input to the ECU 20 as vehicle information 13.

ECU20は、ステアリングホイール2への操作入力に応じて転舵モータ11を制御する転舵モータ制御部(転舵モータ制御手段)と、図2に示すように反力モータを制御する反力モータ制御部(反力モータ制御手段)21と、を備えている。
転舵モータ制御部については、その内容が従来技術と同じであり、また周知技術であるので詳細説明を省略するが、例えば、操舵角センサ4で検出されたステアリングホイール2の操舵方向を含めた操舵角に応じて車輪10に対する目標転舵角を設定し、さらに、この目標転舵角に対して、車両情報13のヨーレート情報等に基づいて車両運動外乱に対する車両挙動安定化のための転舵角補正を行い、転舵角センサ12で検出される車輪10の実転舵角が、前記補正後の目標転舵角と一致するように、転舵モータ11への供給電流を制御する。
The ECU 20 controls a steered motor 11 (steered motor control means) that controls the steered motor 11 in response to an operation input to the steering wheel 2, and a reaction force motor control that controls the reaction force motor as shown in FIG. Part (reaction force motor control means) 21.
The content of the steered motor control unit is the same as that of the prior art and is a well-known technology, and thus detailed description thereof is omitted. For example, the steering direction of the steering wheel 2 detected by the steering angle sensor 4 is included. A target turning angle for the wheel 10 is set according to the steering angle, and further, for this target turning angle, steering for stabilizing vehicle behavior against vehicle motion disturbance based on the yaw rate information of the vehicle information 13 and the like. Angle correction is performed, and the supply current to the steered motor 11 is controlled so that the actual steered angle of the wheel 10 detected by the steered angle sensor 12 coincides with the corrected target steered angle.

次に、図2を基にこの発明の特徴部である反力モータ制御部21について詳述する。
反力モータ制御部21は、反力モータ5の目標電流を演算する反力モータ目標電流演算部22と、反力モータ5に流れる実電流が前記目標電流と一致するように反力モータ5への供給電流のデューティ比を制御する電流フィードバック制御器27とを備えている。
Next, the reaction force motor control unit 21 which is a characteristic part of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
The reaction force motor control unit 21 supplies a reaction force motor target current calculation unit 22 for calculating the target current of the reaction force motor 5 and the reaction force motor 5 so that the actual current flowing through the reaction force motor 5 matches the target current. And a current feedback controller 27 for controlling the duty ratio of the supply current.

反力モータ目標電流演算部22は、仮想トーションバー電流演算部23と、ダンピング電流演算部24と、イナーシャ補償電流演算部25と、を備え、各演算部23,24,25により演算された仮想トーションバー電流Itb、ダンピング電流Idmp、イナーシャ補償電流Iinaを合算し、これを反力モータ5の目標電流Irとして加減算器26に出力する(Ir=Itb+Idmp+Iina)。   The reaction force motor target current calculation unit 22 includes a virtual torsion bar current calculation unit 23, a damping current calculation unit 24, and an inertia compensation current calculation unit 25, and the virtual force calculated by each calculation unit 23, 24, 25. The torsion bar current Itb, the damping current Idmp, and the inertia compensation current Iina are added together and output to the adder / subtractor 26 as the target current Ir of the reaction force motor 5 (Ir = Itb + Idmp + Iina).

仮想トーションバー電流演算部23は、操舵角センサ4により検出されたステアリングホイール2の操舵角θhと、転舵角センサ12により検出された車輪10の転舵角θpとの角度偏差に基づいて、仮想トーションバー電流Itbを式(1)から演算する。なお、
ktbは仮想トーションバー係数である。
Itb=ktb・(θh−θp) ・・・式(1)
The virtual torsion bar current calculation unit 23 is based on the angular deviation between the steering angle θh of the steering wheel 2 detected by the steering angle sensor 4 and the turning angle θp of the wheel 10 detected by the turning angle sensor 12. The virtual torsion bar current Itb is calculated from the equation (1). In addition,
ktb is a virtual torsion bar coefficient.
Itb = ktb · (θh−θp) (1)

ダンピング電流演算部24は、操舵角センサ4により検出されたステアリングホイール2の操舵角θhの微分値、すなわち操舵角速度dθh/dtに基づいて、ダンピング電流Idmpを式(2)から演算する。なお、kdmpはダンパ係数である。
Idmp=kdmp・(dθh/dt) ・・・式(2)
The damping current calculation unit 24 calculates the damping current Idmp from the equation (2) based on the differential value of the steering angle θh of the steering wheel 2 detected by the steering angle sensor 4, that is, the steering angular velocity dθh / dt. Note that kdmp is a damper coefficient.
Idmp = kdmp · (dθh / dt) (2)

イナーシャ補償電流演算部25は、反力モータ5の回転イナーシャを補正するために、イナーシャ補償電流Iinaを演算する。
従来は、反力モータ5の回転イナーシャを補正するのに、ステアリングシャフトに設けたトルクセンサの信号値(トルク値τ)を用いて、式(3)によりイナーシャ補償電流Iinaを算出していたが、この実施例1では、反力モータ5の通電電流値(実電流)iによって代用し、式(4)によってイナーシャ補償電流Iinaを算出する。
なお、kina,kina,Kina,Kinaはイナーシャ補正係数であり、τは反力モータ5の負荷トルクである。
Iina=(kina・τ)+{(kina・(dτ/dt)} ・・・式(3)
Iina=(Kina・i)+{(Kina・(di/dt)} ・・・式(4)
The inertia compensation current calculation unit 25 calculates an inertia compensation current Iina in order to correct the rotation inertia of the reaction force motor 5.
Conventionally, in order to correct the rotational inertia of the reaction force motor 5, the inertia compensation current Iina is calculated by the equation (3) using the signal value (torque value τ) of the torque sensor provided on the steering shaft. In the first embodiment, the current value (actual current) i of the reaction force motor 5 is substituted, and the inertia compensation current Iina is calculated by the equation (4).
Note that kina 1 , kina 2 , Kina 1 , and Kina 2 are inertia correction coefficients, and τ is a load torque of the reaction force motor 5.
Iina = (kina 1 · τ) + {(kina 2 · (dτ / dt)} (3)
Iina = (Kina 1 · i) + {(Kina 2 · (di / dt)} (4)

式(3)の代わりに式(4)を用いることで、イナーシャ補正の機能が達成できるメカニズムについては、後で詳述する。
式(4)のように反力モータの通電電流値iによってイナーシャ補正ができると、従来技術で使用していたトルクセンサ値が不要となるので、トルクセンサを廃止することができるようになる。
The mechanism by which the function of inertia correction can be achieved by using Expression (4) instead of Expression (3) will be described in detail later.
If inertia correction can be performed by the energizing current value i of the reaction force motor as in the equation (4), the torque sensor value used in the conventional technique becomes unnecessary, so that the torque sensor can be eliminated.

加減算器26は、反力モータ目標電流演算部22から出力された目標電流Irと、反力モータ駆動回路31に設けられた電流センサ32によって検出された反力モータ5に流れる通電電流(実電流)iとの電流偏差Δiを演算し、電流フィードバック制御器27へ出力する。   The adder / subtractor 26 includes a target current Ir output from the reaction force motor target current calculation unit 22 and an energization current (actual current) flowing through the reaction force motor 5 detected by a current sensor 32 provided in the reaction force motor drive circuit 31. ) Calculate the current deviation Δi from i and output it to the current feedback controller 27.

電流フィードバック制御器27は、入力された電流偏差Δiに基づいて、反力モータ5に流れる実電流iが目標電流Irと一致するように反力モータ5への供給電流のデューティ比を制御する。   Based on the input current deviation Δi, the current feedback controller 27 controls the duty ratio of the supply current to the reaction force motor 5 so that the actual current i flowing through the reaction force motor 5 matches the target current Ir.

次に、式(3)の代わりに式(4)を用いることで、イナーシャ補正の機能が達成できるメカニズムを説明する。
まず、ステアリングホイール2からウォームホイールギア6bまでの系の運動方程式は、式(5)となる。
{Jh・(dθh/dt)}+{Ch・(dθh/dt)}=τd−(n・τm) ・・・式(5)
なお、各符号は次の通りである。
θh:ステアリングホイール2の操舵角
Jh:回転慣性係数
Ch:粘性抵抗係数
τd:運転者がステアリングホイール2に入力した入力トルク
τm:反力モータ5の負荷トルク
n:減速装置6の減速比
Next, a mechanism by which the function of inertia correction can be achieved by using Expression (4) instead of Expression (3) will be described.
First, the equation of motion of the system from the steering wheel 2 to the worm wheel gear 6b is expressed by equation (5).
{Jh · (d 2 θh / dt 2 )} + {Ch · (dθh / dt)} = τd− (n · τm) (5)
In addition, each code | symbol is as follows.
θh: Steering angle of steering wheel 2 Jh: Rotational inertia coefficient Ch: Viscous resistance coefficient τd: Input torque τm input by driver to steering wheel 2: Load torque of reaction force motor 5: Reduction ratio of reduction gear 6

また、ウォームギア6aから反力モータ5までの系の運動方程式は、式(6)となる。
{Jm・(dθm/dt)}+{Cm・(dθm/dt)}=(kt・i)+τm ・・・式(6)
なお、各符号は次の通りである。
θm:反力モータ5の回転角
Jm:回転慣性係数
Cm:粘性抵抗係数
kt:トルク定数
τm:反力モータ5の負荷トルク
i:反力モータ5の通電電流(実電流)
Further, the equation of motion of the system from the worm gear 6a to the reaction force motor 5 is expressed by equation (6).
{Jm · (d 2 θm / dt 2 )} + {Cm · (dθm / dt)} = (kt · i) + τm (6)
In addition, each code | symbol is as follows.
θm: rotation angle of reaction force motor 5 Jm: rotational inertia coefficient Cm: viscous resistance coefficient kt: torque constant τm: load torque i of reaction force motor 5: energization current (actual current) of reaction force motor 5

式(5)(6)から、反力モータ5の負荷トルクτmを消去すれば、式(7)が得られる。
τd=(−n・kt・i)+n・{Jm・(dθm/dt)+Cm・(dθm/dt)}+{Jh・(dθh/dt)+Ch・(dθh/dt)} ・・・式(7)
If the load torque τm of the reaction force motor 5 is eliminated from the equations (5) and (6), the equation (7) is obtained.
τd = (− n · kt · i) + n · {Jm · (d 2 θm / dt 2 ) + Cm · (dθm / dt)} + {Jh · (d 2 θh / dt 2 ) + Ch · (dθh / dt) } Expression (7)

更に、θm=n・θhの関係が成立するので、結局、式(7)から次の式(8)が得られる。
τd=(−n・kt・i)+{(n・Jm+Jh)・(dθh/dt)}+{(n・Cm+Ch)・(dθh/dt)} ・・・式(8)
Further, since the relationship θm = n · θh is established, the following equation (8) is obtained from the equation (7).
τd = (− n · kt · i) + {(n 2 · Jm + Jh) · (d 2 θh / dt 2 )} + {(n 2 · Cm + Ch) · (dθh / dt)} (8)

ところで、反力モータ5の目標電流Irは式(9)である。
Ir=Itb+Idmp+Iina
={ktb・(θh−θp)}+{kdmp・(dθh/dt)}+Iina ・・・式(9)
By the way, the target current Ir of the reaction force motor 5 is represented by Expression (9).
Ir = Itb + Idmp + Iina
= {Ktb · (θh−θp)} + {kdmp · (dθh / dt)} + Iina (9)

よって、その微分演算値は式(10)となる。
dIr/dt={ktb・(d(θh−θp)/dt)}+{kdmp・(dθh/dt)+(dIina/dt)} ・・・式(10)
Therefore, the differential operation value is expressed by equation (10).
dIr / dt = {ktb · (d (θh−θp) / dt)} + {kdmp · (d 2 θh / dt 2 ) + (dIina / dt)} (10)

ここで反力モータの電流フィードバック制御器27の働きによって目標値に実値が追従するように制御され、Ir≒iとなっている場合には、その一階微分値はdIr/dt≒di/dtなので、反力モータの電流値iの微分値には、式(11)のように、dθh/dtの成分と、dθh/dtの成分とが、近似的に含まれていると考えてよい。
di/dt≒{ktb・(d(θh−θp)/dt)}+{kdmp・(dθh/dt)}+(dIina/dt) ・・・式(11)
このことから、di/dtの項を含んだ式(4)のイナーシャ補償電流Iinaには、反力モータ5とステアリングホイール2の系のイナーシャ成分に比例する成分が含まれているとしてよい。
Here, the actual value is controlled to follow the target value by the action of the current feedback controller 27 of the reaction force motor, and when Ir≈i, the first-order differential value is dIr / dt≈di / Since it is dt, the differential value of the current value i of the reaction motor includes approximately the dθh / dt component and the d 2 θh / dt 2 component as shown in the equation (11). You can think about it.
di / dt≈ {ktb · (d (θh−θp) / dt)} + {kdmp · (d 2 θh / dt 2 )} + (dIina / dt) (11)
Therefore, the inertia compensation current Iina in the equation (4) including the term di / dt may include a component proportional to the inertia component of the reaction force motor 5 and the steering wheel 2 system.

一方、式(8)より、運転者の操舵トルクτdには、イナーシャ成分(dθh/dtに比例)が含まれていることが分る。これは、ステアリングホイール2の操舵操作に反力モータ5等のイナーシャが影響することを意味している。 On the other hand, from the equation (8), it can be seen that the driver's steering torque τd includes an inertia component (proportional to d 2 θh / dt 2 ). This means that inertia such as the reaction force motor 5 influences the steering operation of the steering wheel 2.

もし、式(4)のイナーシャ補償電流Iinaを反力モータ5への目標電流Irの一成分として用いれば、式(11)に関する上述の理由により、機械的な回転イナーシャと同じ位相関係の成分(dθh/dt)が目標電流Irに含まれることになるので、実際の反力モータ5とステアリングホイール2の系のイナーシャを補正できることを示している。 If the inertia compensation current Iina of the equation (4) is used as one component of the target current Ir to the reaction force motor 5, for the reason described above with respect to the equation (11), the component having the same phase relationship as the mechanical rotational inertia ( d 2 θh / dt 2 ) is included in the target current Ir, which indicates that the inertia of the actual reaction force motor 5 and steering wheel 2 system can be corrected.

上述の議論より自明であるが、運転者のステアリングホイール2の操作において、反力モータ5の系のイナーシャの影響が問題となるケースでは、反力モータ5の通電電流値(実電流)iを用いた式(4)による補正によってイナーシャ補償が近似的になされ、結果的に、従来のトルクセンサ値を用いた手法と同様の効果を得ることができる。
したがって、トルクセンサを廃止することができるので、操舵装置1の部品点数の削減、システムの簡略化、およびコスト低減を図ることができる。また、システムの簡素化により、操舵装置1の車両への搭載性が向上する。
As is obvious from the above discussion, in the case where the influence of the inertia of the reaction force motor 5 becomes a problem in the operation of the steering wheel 2 by the driver, the energizing current value (actual current) i of the reaction force motor 5 is Inertia compensation is made approximately by the correction using the equation (4) used, and as a result, the same effect as the method using the conventional torque sensor value can be obtained.
Therefore, since the torque sensor can be eliminated, the number of components of the steering device 1 can be reduced, the system can be simplified, and the cost can be reduced. In addition, the simplification of the system improves the mountability of the steering device 1 on the vehicle.

なお、式(4)中のKinaとKinaについては実験を行うことにより、式(3)のイナーシャ補償電流Iinaが近似できるように設定する。 Note that Kina 1 and Kina 2 in the equation (4) are set so that the inertia compensation current Iina in the equation (3) can be approximated by performing an experiment.

<実施例2>
次に、この発明の実施例2を図3を基に説明する。
先に述べた実施例1では、式(3)に於けるトルクセンサ値を、式(4)にあるように、反力モータの通電電流値(実電流)iで代用したが、本実施例2では、トルクセンサの近似値を、反力モータ5の通電電流値iとステアリングホイール2の操舵角θhとから導き、それによりトルクセンサ値の代替とする手法を採る。
<Example 2>
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the first embodiment described above, the torque sensor value in the equation (3) is substituted with the current value (actual current) i of the reaction force motor as in the equation (4). 2, an approximate value of the torque sensor is derived from the energization current value i of the reaction force motor 5 and the steering angle θh of the steering wheel 2, thereby adopting a method of substituting the torque sensor value.

まず、式(8)にある通り、運転者のステアリングホイール2の操舵トルクτdは、反力モータ5の通電電流i、ステアリングホイール2の操舵速度dθh/dt、ステアリングホイール2の操舵加速度dθh/dtによって表すことができる。 First, as shown in the equation (8), the steering torque τd of the driver's steering wheel 2 includes the energization current i of the reaction force motor 5, the steering speed dθh / dt of the steering wheel 2, and the steering acceleration d 2 θh of the steering wheel 2. / Dt 2 .

次に、一般的には、運転者のステアリングホイール2の操舵トルクτdは、トルクセンサ値τと等しいものとされている。
τd≒τ ・・・式(12)
Next, generally, the steering torque τd of the driver's steering wheel 2 is equal to the torque sensor value τ.
τd≈τ (12)

よって式(8)と式(12)とから、トルクセンサ値τは式(13)のように近似できる。
τ≒(−n・kt・i)+{(n・Jm+Jh)・(dθh/dt)}+{(n・Cm+Ch)・(dθh/dt)} ・・・式(13)
Therefore, from the equations (8) and (12), the torque sensor value τ can be approximated as in the equation (13).
τ≈ (−n · kt · i) + {(n 2 · Jm + Jh) · (d 2 θh / dt 2 )} + {(n 2 · Cm + Ch) · (dθh / dt)} (13)

この式(13)の右辺に現れる定数n、kt、Jm、Jh、Cm、Chについては、設計値や事前の計測テスト等の手法によって予め知ることができる。また、反力モータ5の通電電流iは電流センサ32により、またステアリングホイール2の操舵角θhは操舵角センサ4から取得することができる。よって、トルクセンサ値τの近似値が式(13)を用いることで求めることができる。   The constants n, kt, Jm, Jh, Cm, and Ch appearing on the right side of the expression (13) can be known in advance by a technique such as a design value or a prior measurement test. The energizing current i of the reaction motor 5 can be acquired from the current sensor 32, and the steering angle θh of the steering wheel 2 can be acquired from the steering angle sensor 4. Therefore, the approximate value of the torque sensor value τ can be obtained by using Expression (13).

この近似的に求められた式(13)のトルクτを、式(3)中の実際のトルクセンサ値τの代わりに用いて、イナーシャ補正のためのイナーシャ補償電流Iinaを算出すれば、理論的にはトルクセンサの実際の計測値τと式(13)により得られるτの両者の値がほぼ等しいはずであることから、反力モータ5の系のイナーシャ補正効果が期待できる。   If the torque τ of the equation (13) obtained approximately is used in place of the actual torque sensor value τ in the equation (3), the inertia compensation current Iina for inertia correction is calculated. Since the actual measured value τ of the torque sensor and the value τ obtained by the equation (13) should be substantially equal, the inertia correction effect of the reaction force motor 5 system can be expected.

この実施例2の場合も、イナーシャ補償電流Iinaを反力モータ5の通電電流(実電流)iに基づいて近似計算しているので、反力モータ5のイナーシャ補償用のトルクセンサが不要となる。その結果、操舵装置1の部品点数の削減、システムの簡略化、およびコスト低減を図ることができる。また、システムの簡素化により、操舵装置1の車両への搭載性が向上する。   Also in the second embodiment, since the inertia compensation current Iina is approximately calculated based on the energization current (actual current) i of the reaction force motor 5, a torque sensor for inertia compensation of the reaction force motor 5 becomes unnecessary. . As a result, the number of parts of the steering device 1 can be reduced, the system can be simplified, and the cost can be reduced. In addition, the simplification of the system improves the mountability of the steering device 1 on the vehicle.

〔他の実施例〕
なお、この発明は前述した実施例に限られるものではない。
例えば、前述した実施例では、ステアリングホイールと転舵輪とが機械的に完全に分離されて構成されたステア・バイ・ワイヤ式の操舵装置を対象としたが、クラッチなどの連結・遮断手段によって、ステアリングホイールと転舵輪との連結状態を選択することができるようにしておき、通常はステアリングホイールと転舵輪とを機械的に分離して使用し、必要に応じてステアリングホイールと転舵輪とを機械的に連結して使用する操舵装置にも、この発明は適用可能である。
[Other Examples]
The present invention is not limited to the embodiment described above.
For example, in the above-described embodiment, a steer-by-wire type steering device in which the steering wheel and the steered wheel are mechanically completely separated from each other is targeted, but by a connection / disconnection means such as a clutch, It is possible to select the connection state between the steering wheel and the steered wheel. Normally, the steering wheel and the steered wheel are mechanically separated from each other. If necessary, the steering wheel and steered wheel are mechanically separated. The present invention can also be applied to a steering device that is used in a connected manner.

この発明に係る実施例1の操舵装置の構成図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a block diagram of the steering device of Example 1 which concerns on this invention. 実施例1の操舵装置におけるブロック図である。FIG. 3 is a block diagram of the steering apparatus according to the first embodiment. この発明に係る実施例2の操舵装置のブロック図である。It is a block diagram of the steering apparatus of Example 2 which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 操舵装置
2 ステアリングホイール(操作子)
5 反力モータ
10 車輪(転舵輪)
11 転舵モータ
21 反力モータ制御部(反力モータ制御手段)
1 Steering device 2 Steering wheel (operator)
5 reaction force motor 10 wheels (steering wheels)
11 Steering motor 21 Reaction force motor control part (Reaction force motor control means)

Claims (1)

運転者により操作される操作子と、
前記操作子とは機械的に分離され、あるいは機械的分離状態から連結可能とされた転舵輪と、
前記転舵輪を転舵する転舵モータと、
前記操作子に連結されて該操作子に反力を付与する反力モータと、
前記操作子への操作入力に応じて前記転舵モータを制御する転舵モータ制御手段と、
前記反力モータを制御する反力モータ制御手段と、
を備え、
前記反力モータ制御手段は、前記反力モータに流れる電流に基づいてイナーシャ補償を行い、前記反力モータに流れる前記電流が前記反力モータの目標電流と一致するようにフィードバック制御を行い、
前記反力モータの前記目標電流は、仮想トーションバー電流、ダンピング電流およびイナーシャ補償電流を合算して算出され、
前記仮想トーションバー電流は、前記操作子の操舵角と、前記転舵輪の転舵角との角度偏差に基づいて算出されることを特徴とする操舵装置。
An operator operated by the driver;
A steered wheel that is mechanically separated from the operating element or that can be connected from a mechanically separated state;
A steering motor that steers the steered wheel;
A reaction force motor coupled to the operation element to apply a reaction force to the operation element;
Steered motor control means for controlling the steered motor in response to an operation input to the operator;
Reaction force motor control means for controlling the reaction force motor;
With
The reaction force motor control means performs inertia compensation based on a current flowing through the reaction force motor, and performs feedback control so that the current flowing through the reaction force motor matches a target current of the reaction force motor,
The target current of the reaction force motor is calculated by adding a virtual torsion bar current, a damping current and an inertia compensation current,
The virtual torsion bar current is calculated based on an angular deviation between a steering angle of the operating element and a turning angle of the steered wheel.
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