JP5772344B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents
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Description
そこで、この発明は、上記従来の未解決の問題に着目してなされたものであり、車速に関係なく安定した操舵を実現することの可能な車両用操舵装置を提供することを目的としている。
(第1実施形態)
まず、第1の実施の形態を説明する。
(構成)
図1は、本発明の車両用操舵装置100の概略構成を示すブロック図の一例である。
図1に示すように、車両用操舵装置100は、ステアリングホイール1と、反力アクチュエータ2と、反力制御量検知センサ3と、操舵角センサ4と、操舵トルクセンサ5と、転舵輪6と、ステアリングギア7と、転舵アクチュエータ8と、転舵制御量検知センサ9と、転舵角センサ10と、制御装置11と、車速センサ12と、を備えている。
前記操舵トルクセンサ5は、ステアリングホイール1と反力アクチュエータ2との間に発生する操舵トルクを検出する。操舵角センサ4は、ステアリングホイール1の操舵角θを検出する。反力制御量検知センサ3は、反力アクチュエータ2の制御量を検出する。
前記制御装置11は、各センサの出力に基づいて、ステアリングホイール1に操舵反力を発生させる反力アクチュエータ2の制御量と、ステアリングギア7を駆動する転舵アクチュエータ8の制御量とを算出する。反力アクチュエータ2は、制御装置11から供給される制御量に応じてステアリングホイール1へ操舵反力を付与する。同様に、転舵アクチュエータ8は、制御装置11から供給される制御量に応じて、転舵輪6の転舵角δを変化させる。
以上の構成により、車両用操舵装置100では、ドライバの操舵入力に対して任意に転舵角の特性を変更することができ、操舵反力を車両運動、ギア比によらず任意に設定することのできる、いわゆるステアバイワイヤの機能を実現している。
制御装置11は、反力算出部11aと、転舵角算出部11bと、反力ドライバ11cと、転舵ドライバ11dと、を備えている。反力算出部11aと反力ドライバ11cとで操舵反力制御手段を構成している。また、転舵角算出部11bと転舵ドライバ11dでステアリングギア比制御手段を構成している。
前記反力制御量検知センサ3は、反力ドライバ11cが反力アクチュエータ2へ出力している、例えば電流値などの制御量を検出し、反力ドライバ11cへフィードバックする。操舵トルクセンサ5の出力は反力算出部11aへ入力される。
前記転舵制御量検知センサ9は、転舵ドライバ11dが転舵アクチュエータ8へ出力している、例えば電流値などの制御量を検出し、転舵ドライバ11dへフィードバックする。転舵角センサ10の出力は、転舵角算出部11bに入力される。
反力算出部11aは、ステアリングホイール1をニュートラル方向に戻すように作用する操舵反力を算出する。反力算出部11aは、操舵角θと車速Vとに応じて操舵反力を算出し、転舵ドライバ11dを駆動するための、例えば電流値などの物理量を出力する。
次に、制御装置11で実行される操舵反力および転舵角を算出するための操舵反力算出制御処理を、図4を伴って説明する。図4は、操舵反力算出制御処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。
車両のイグニッションキースイッチのオンなどをトリガとして、制御装置11が起動されると、図4の操舵反力算出制御処理が起動される。
そして、まずステップS1で車速センサ12からの車速Vと操舵角センサ4からのステアリングホイール1の操舵角θとを読み込む。
次いで、ステップS2に移行し、車速Vに応じたステアリングギア比Gおよび転舵角δを演算する。ステアリングギア比Gは前記図3の特性図から車速Vに基づき算出する。転舵角δは、ステアリングギア比Gと操舵角θとから、ステアリングギア比Gを満足する転舵角δを演算する。
なお、図5において横軸は操舵角θ〔deg〕、縦軸は操舵反力成分T(θ)である。また、図5において、操舵角θおよび操舵反力成分T(θ)の符号は、正値の場合は右に操舵が行われた場合を表し、負値の場合は左に操舵が行われた場合を表す。
図6において、横軸は車速V〔km/h〕、縦軸は操舵反力係数K1である。操舵反力係数K1は、車速Vがしきい値v21より小さいときには“1”より大きな値であるk11に設定される。また、車速Vがしきい値v21以上しきい値v22(v22>v21)以下であるときには車速Vが大きくなるほど操舵反力係数K1は車速Vの増加に反比例して減少し、車速Vがしきい値v22より大きいとき、操舵反力係数K1は“1”より小さな値であるk12に設定される。
この車速Vおよび操舵角θに応じた操舵反力成分T(V,θ)は、ステップS3で演算した操舵角θに応じた操舵反力成分T(θ)に、ステップS4で算出した操舵反力係数K1を乗算することで算出する。
このフリクション成分Tfは、ステアリングホイール1の操舵方向に対して反対方向に作用する力であって、車速Vに関係なく一定とする。
次いで、ステップS7に移行し、操舵角速度θ′に応じた操舵反力成分T(θ′)を演算する。この操舵角速度θ′に応じた操舵反力成分T(θ′)は、ステアリングホイール1の操舵方向に対して反対方向に作用する力であって、図7に示す特性を有する値に演算される。
次いで、ステップS9に移行し、演算した操舵反力Tを反力ドライバ11cに出力する。また、ステップS2で演算した転舵角δを転舵ドライバ11dに出力する。
そして本制御を終了する。
次に、第1の実施の形態の動作を説明する。
操舵が行われると、車速Vに基づきステアリングギア比Gが検出され、ステアリングギア比Gと操舵角θとに基づき転舵角δが算出され(ステップS1、S2)、これに応じて転舵輪が制御される。車速Vが比較的小さいときには、ステアリングギア比は比較的小さな値に設定されるため、車両の取り回し性に優れたステアリング特性となり、逆に車速Vが比較的大きいときには、ステアリングギア比は比較的大きな値に設定されるため、直進安定性のよいステアリング特性となる。
このとき、操舵反力Tは、車速Vおよび操舵角θに応じた操舵反力成分T(V,θ)と、フリクション成分Tfと、操舵角速度θ′に応じた操舵反力成分T(θ′)との和から求められ、操舵反力成分T(V,θ)は、車速Vおよび操舵角θに応じて演算される。そのため、操舵反力成分T(V,θ)は車速Vに応じて変化し、車速Vが大きいときほど操舵反力成分T(V,θ)は小さな値となる。つまり、操舵角θが一定であっても車速Vが大きいときほど操舵反力Tは抑制され、結果的にステアリングホイール1に付与される操舵反力が抑制されることになる。
ここで、操舵角に比例した操舵反力を発生させる構成とした場合、あるカーブを走行する際の操舵角が車速によって異なると、車速によって操舵反力が異なることになるため、ドライバは操舵量をイメージしにくくなり、同一カーブを走行する場合であっても適切な操舵を行うことができない可能性がある。
ここで、ステアリングギア7および転舵アクチュエータ8が転舵機構およびステアリングギア比可変手段に対応し、車速センサ12が車速検出手段に対応し、操舵角センサ4が操舵角検出手段に対応し、転舵角算出部11bおよび転舵ドライバ11dがステアリングギア比制御手段に対応し、反力算出部11aおよび反力ドライバ11cが操舵反力制御手段に対応している。
(1)制御装置11では、高速となるほどステアリングギア比Gが大きくなるようにステアリングギア比を変化させるため、同一カーブなど同一曲率の道路を走行する場合であっても高速時と低速時とでは操舵角が異なる。
しかしながら、ステアリングホイール1に付与される操舵反力が、高速となるほどより小さくなるように操舵反力Tを設定するため、同一カーブを走行する際にステアリングホイール1に付与される操舵反力の、車速による差を小さくすることができる。そのため、同一カーブを走行する場合に車速が異なる場合であっても、ドライバが感じる操舵反力の差を抑制することができるため、ドライバは操舵量をイメージしやすくなり、的確な操舵を行うことができる。これにより安定走行を行うことができる。
(3)また、高速となるほどより大きくなるように設定されるステアリングギア比に対して、高速となるほどより小さくなるように操舵反力Tを設定しているため、ステアリングギア比の変化に対応して操舵反力Tの差が小さくなるように操舵反力Tを設定することができる。そのため、ドライバが操舵量をよりイメージしやすくすることができる。
(4)特に、図6の操舵反力係数K1の特性図において、しきい値v21およびしきい値v22を、図3のステアリングギア比Gの特性図におけるしきい値v11およびv12と同一または同等程度に設定している。このため、車速の変化に伴い、ステアリングギア比が変化した場合には、ステアリングギア比の変化と同時に操舵反力Tも変化することになる。そのため、より的確に車速に伴う操舵反力の差を抑制することができ、ドライバが操舵量をより的確にイメージしやすくすることができる。
次に、第2の実施の形態を説明する。
この第2の実施の形態における車両用操舵装置100は、操舵反力の算出方法が異なること以外は、上記第1の実施の形態と同様であるので同一部には同一符号を付与しその詳細な説明は省略する。
(操舵反力算出方法)
第2の実施の形態において、制御装置11で実行される操舵反力および転舵角を算出するための操舵反力算出制御処理を、図9を伴って説明する。
車両のイグニッションキースイッチのオンなどをトリガとして、制御装置11が起動されると、図9の操舵反力算出制御処理が起動される。
次いで、ステップS14に移行し、車速Vに応じたフリクション成分Tf(V)を演算する。この車速Vに応じたフリクション成分Tf(V)は、図10の特性を有する。図10において、横軸は車速V〔km/h〕、縦軸は車速Vに応じたフリクション成分Tf(V)〔Nm〕である。
次いで、ステップS16に移行し、操舵反力Tを演算する。具体的には、ステップS13で演算した操舵角θに応じた操舵反力成分T(θ)と、ステップS14で演算した車速Vに応じたフリクション成分Tf(V)と、ステップS15で演算した操舵角速度θ′に応じた操舵反力成分T(θ′)との和を操舵反力Tとする。
そして本制御を終了する。
次に、第2の実施の形態の動作を説明する。
操舵が行われると、車速Vに基づきステアリングギア比Gが検出され、ステアリングギア比Gと操舵角θとに基づき転舵角δが算出され(ステップS11、S12)、これに応じて転舵輪が制御される。車速Vが比較的小さいときには、ステアリングギア比Gは比較的小さな値に設定されるため、車両の取り回し性に優れたステアリング特性となり、逆に車速Vが比較的大きいときには、ステアリングギア比Gは比較的大きな値に設定されるため、直進安定性のよいステアリング特性となる。
このとき、操舵反力Tは、操舵角θに応じた操舵反力成分T(θ)と、車速Vに応じたフリクション成分Tf(V)と、操舵角速度θ′に応じた操舵反力成分T(θ′)との和から求められ、フリクション成分Tf(V)は車速Vに応じて演算される。そのため、フリクション成分Tf(V)は車速Vに応じて変化し、車速Vが大きいときほどフリクション成分Tf(V)は小さな値となる。
図11は、ステップS16で算出した操舵反力Tの特性を表したものであり、横軸は操舵角θ〔deg〕、縦軸は操舵反力〔Nm〕である。図11の(a)および(b)において、上側の特性は右操舵が行われたときの特性を表し下側の特性は左操舵が行われたときの特性を表す。図11(a)は低速時(例えば、30〔km/h〕程度)、図11(b)は高速時(例えば、70〔km/h〕程度)の操舵反力Tを表したものである。
また、図11(b)に示すように、高速時には、フリクション成分Tf(V)がより小さくなるため、切り増し時や切り戻し時の操舵反力差が、低速時に比較してより小さくなる。したがって、きびきびした操舵感を演出することができる。
ここで、ステアリングギア7および転舵アクチュエータ8が転舵機構およびステアリングギア比可変手段に対応し、車速センサ12が車速検出手段に対応し、操舵角センサ4が操舵角検出手段に対応し、転舵角算出部11bおよび転舵ドライバ11dがステアリングギア比制御手段に対応し、反力算出部11aおよび反力ドライバ11cが操舵反力制御手段に対応している。
(1)フリクション成分Tf(V)を車速(V)が大きいときほど小さくなる特性とし、このフリクション成分Tf(V)に基づき操舵反力Tを演算しているため、結果的に操舵反力Tを車速Vが大きいときほど小さくなる特性とすることができる。したがって、この第2の実施の形態においても上記第1の実施の形態と同等の作用効果を得ることができる。
(2)特に、フリクション成分Tf(V)の特性を車速Vに応じて変化させる構成としているため、ステアリングホイール1を切り込む際に、静止状態から動状態へ移行する際のフリクションを調整することで、低速時にフクションを大きくして切り過ぎを抑制し、高速時にフリクションを小さくすることで操舵操作を行いやすくすることができる。
(4)特に、図10のフリクション成分Tf(V)の特性図において、しきい値v31およびしきい値v32を、図3のステアリングギア比Gの特性図におけるしきい値v11およびv12と同一または同等程度に設定している。このため、車速の変化に伴い、ステアリングギア比が変化した場合には、ステアリングギア比の変化と同時に操舵反力Tも変化することになる。そのため、より的確に車速に伴う操舵反力の差を抑制することができ、ドライバが操舵量をよりイメージしやすくすることができる。
上記第1の実施の形態および第2の実施の形態では、操舵角θに対する操舵反力成分T(θ)またはフリクション成分を車速Vに応じて変化する特性とすることにより、結果的に操舵反力Tの特性を車速Vに応じて変化させるようにした場合について説明したがこれに限るものではない。
例えば、これら第1の実施の形態および第2の実施の形態を組み合わせ、操舵反力Tに含まれる、操舵角θに対する操舵反力成分T(θ)と、操舵角速度θ′に応じた操舵反力成分T(θ′)と、フリクション成分Tfとのうちの1または複数の成分を、車速Vに応じて変化する特性とすることによって、結果的に操舵反力Tを、車速Vに応じて変化する特性とするようにしてもよい。
次に、第3の実施の形態を説明する。
この第3の実施の形態における車両用操舵装置100は、操舵反力の算出方法が異なること以外は、上記第1の実施の形態と同様であるので同一部には同一符号を付与しその詳細な説明は省略する。
第3の実施の形態において、制御装置11で実行される操舵反力および転舵角を算出するための操舵反力算出制御処理を、図12を伴って説明する。
車両のイグニッションキースイッチのオンなどをトリガとして、制御装置11が起動されると、図12の操舵反力算出制御処理が起動される。
図12において、ステップS21およびS22の処理は上記第1の実施の形態における図4のステップS1およびステップS2の処理と同様であって、車速センサ12からの車速Vと操舵角センサ4からのステアリングホイール1の操舵角θとに基づき、車速Vに応じたステアリングギア比Gおよび転舵角δを演算する。
図13において、横軸は車速V〔km/h〕、縦軸は操舵反力係数K2である。操舵反力係数K2は、“1”より小さい値であって、車速Vがしきい値v41より小さいときには比較的大きな値であるk21(例えば、0.15程度)に設定される。また、車速Vがしきい値v41以上しきい値v42(v42>v41)以下であるときには車速Vの増加に伴い車速Vに反比例して減少し、車速Vがしきい値v42より大きいときには、比較的小さい値であるk22(例えば、0.075程度)に設定される。
次いで、ステップS24に移行し、演算した操舵反力Tを反力ドライバ11cに出力する。また、ステップS22で演算した転舵角δを転舵ドライバ11dに出力する。
そして本制御を終了する。
次に、第3の実施の形態の動作を説明する。
操舵が行われると、車速Vに基づきステアリングギア比Gが検出され、ステアリングギア比Gと操舵角θとに基づき転舵角δが算出され(ステップS21、S22)、これに応じて転舵輪が制御される。
車速Vが比較的小さいときには、ステアリングギア比Gは比較的小さな値に設定されるため、車両の取り回し性に優れたステアリング特性となり、逆に車速Vが比較的大きいときには、ステアリングギア比Gは比較的大きな値に設定されるため、直進安定性のよいステアリング特性となる。
このとき、操舵反力Tは、操舵角θと操舵反力係数K2との乗算値から演算され、操舵反力係数K2は、車速Vに応じて演算される。そのため、操舵反力Tは車速Vに応じて変化し、車速Vが大きいときほど操舵反力Tは小さな値となる。そのため、操舵角θが一定であっても車速Vが大きいときほど操舵反力Tは抑制され、結果的にステアリングホイール1に付与される操舵反力が抑制されることになる。
また、操舵反力係数K2は、図13に示すように車速Vに対して反比例するように設定される。また、ステアリングギア比は図3に示すように車速Vに対して比例するように設定される。つまり、操舵角に対する操舵反力とステアリングギア比とは反比例となる関係にある。このように、操舵角に対する操舵反力とステアリングギア比とが反比例となる関係であると、操舵角と転舵角とが線形関係となり、すべりが小さく且つカーブ曲率が同じであれば、車速に依存せずに同じ操舵反力で操舵を行うことができる。そのため、ドライバは操舵量をよりイメージしやすくなる。
(1)操舵反力係数K2を車速(V)が大きいときほど小さくなる特性とし、この操舵反力係数K2に操舵角θを乗算して操舵反力Tを演算しているため、結果的に操舵反力Tを車速Vが大きいときほど小さくなる特性とすることができる。したがって、この第3の実施の形態においても上記第1の実施の形態と同等の作用効果を得ることができる。
(2)また、高速となるほどより小さくなり且つ車速に対して反比例するように、操舵反力Tを設定しており、すなわち、高速となるほどより大きくなるように設定されるステアリングギア比と、操舵反力Tとが反比例の関係となるように操舵反力Tを設定しているため、ステアリングギア比の変化に対応して操舵反力Tを変化させることができ、車速に依存せずに同じ操舵反力で操舵を行うことができる。そのためドライバが操舵量をよりイメージしやすくすることができる。
上記第3の実施の形態においては、操舵反力Tを、操舵角θと操舵反力係数K2とに基づき演算しており、すなわち、操舵角に応じた操舵反力成分のみに基づいて演算しているが、これに限るものではない。上記第1の実施の形態や第2の実施の形態と同様に、操舵角速度θ′に応じた操舵反力成分T(θ′)や、フリクション成分Tfも考慮し、操舵角θおよび操舵反力係数K2に応じた操舵反力成分と操舵反力成分T(θ′)とフリクション成分Tfとの和を操舵反力Tとして演算するようにしてもよい。
また、操舵角θに応じた操舵反力成分T(θ)、フリクション成分Tf、操舵角速度θ′に応じた操舵反力成分T(θ′)として車速Vに応じて変化しない特性を有するこれら成分を算出し、これらの成分の総和を演算し、演算した総和に、車速Vに応じて設定される操舵反力係数K2を乗算して、これを操舵反力Tとするようにしてもよい。
2 反力アクチュエータ
3 反力制御量検知センサ
4 操舵角センサ
6 転舵輪
7 ステアリングギア
8 転舵アクチュエータ
9 転舵制御量検知センサ
10 転舵角センサ
11 制御装置
11a 反力算出部
11b 転舵角算出部
11c 反力ドライバ
11d 転舵ドライバ
12 車速センサ
Claims (4)
- ステアリング操作手段と転舵機構とが機械的に分離されてなるステアバイワイヤ式の車両用操舵装置において、
前記転舵輪の転舵角に対する前記ステアリング操作手段に加えた操舵角の比であるステアリングギア比を任意に変更可能なステアリングギア比可変手段と、
車速を検出する車速検出手段と、
前記ステアリング操作手段の操舵角を検出する操舵角検出手段と、
検出された車速および操舵角に基づき高速のときほど前記ステアリングギア比が大きくなるように前記ステアリングギア比可変手段を制御するステアリングギア比制御手段と、
前記ステアリング操作手段に任意の操舵反力を与える反力アクチュエータと、
検出された操舵角が大きいほど大きくなる操舵反力成分および低速時よりも高速時の方が小さくなる操舵反力係数に基づき目標操舵反力を設定し、前記ステアリング操作手段に前記目標操舵反力相当の操舵反力を与えるように前記反力アクチュエータを制御する操舵反力制御手段と、
を備え、
前記目標操舵反力は、高速時ほど小さくなることを特徴とする車両用操舵装置。 - 前記目標操舵反力は、前記ステアリングギア比と反比例の関係となることを特徴とする請求項1記載の車両用操舵装置。
- ステアリング操作手段と転舵機構とが機械的に分離されてなるステアバイワイヤ式の車両用操舵装置において、
前記転舵輪の転舵角に対する前記ステアリング操作手段に加えた操舵角の比であるステアリングギア比を任意に変更可能なステアリングギア比可変手段と、
車速を検出する車速検出手段と、
前記ステアリング操作手段の操舵角を検出する操舵角検出手段と、
検出された車速および操舵角に基づき高速のときほど前記ステアリングギア比が大きくなるように前記ステアリングギア比可変手段を制御するステアリングギア比制御手段と、
前記ステアリング操作手段に任意の操舵反力を与える反力アクチュエータと、
検出された車速および操舵角に基づき目標操舵反力を設定し、前記ステアリング操作手段に前記目標操舵反力相当の操舵反力を与えるように前記反力アクチュエータを制御する操舵反力制御手段と、
を備え、
前記目標操舵反力は、前記ステアリングギア比と反比例の関係となることを特徴とする車両用操舵装置。 - 前記操舵反力制御手段は、操舵角に応じた操舵反力成分と前記転舵輪に操舵トルクを伝達する伝達系におけるフリクションに応じたフリクション成分とを含んで前記目標操舵反力を設定し、
前記操舵反力成分および前記フリクション成分のいずれか一方を、高速時ほど小さくなるように設定することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の車両用操舵装置。
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