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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2021-31003(P2021-31003A)
(43)【公開日】2021年3月1日
(54)【発明の名称】車両用操向装置
(51)【国際特許分類】
   B62D 6/00 20060101AFI20210201BHJP
   B62D 5/04 20060101ALI20210201BHJP
   B62D 101/00 20060101ALN20210201BHJP
   B62D 113/00 20060101ALN20210201BHJP
   B62D 119/00 20060101ALN20210201BHJP
【FI】
   B62D6/00
   B62D5/04
   B62D101:00
   B62D113:00
   B62D119:00
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】OL
【全頁数】18
(21)【出願番号】特願2019-156267(P2019-156267)
(22)【出願日】2019年8月29日
(71)【出願人】
【識別番号】000004204
【氏名又は名称】日本精工株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100075579
【弁理士】
【氏名又は名称】内藤 嘉昭
(74)【代理人】
【識別番号】100116012
【弁理士】
【氏名又は名称】宮坂 徹
(74)【代理人】
【識別番号】100175259
【弁理士】
【氏名又は名称】尾林 章
(72)【発明者】
【氏名】松村 大樹
(72)【発明者】
【氏名】椿 貴弘
【テーマコード(参考)】
3D232
3D333
【Fターム(参考)】
3D232CC08
3D232DA03
3D232DA15
3D232DA23
3D232DA63
3D232DA64
3D232DC01
3D232DC02
3D232DC03
3D232DC08
3D232DC21
3D232DD01
3D232DD02
3D232DD06
3D232DD10
3D232DE02
3D232DE05
3D232DE10
3D232EB01
3D232EB04
3D232EB12
3D232EC23
3D232EC24
3D232EC37
3D232GG01
3D333CB02
3D333CB13
3D333CB31
3D333CC30
3D333CC33
3D333CE49
3D333CE54
(57)【要約】

【課題】据え切り時、極低速走行時及び切り戻し時の操舵反力の反力感を容易に向上可能な車両用操向装置を提供する。
【解決手段】第1マップM1を参照し、操舵角センサで検出した操舵角θを基に正規化値を取得し、取得した正規化値を基に第2目標操舵トルクTref2を算出し、算出した第2目標操舵トルクTref2と実際の操舵トルクTとが等しくなるように、モータを動作させるようにした。その際、第2目標操舵トルクTref2がステアリングホイール2の切り返し時の操舵トルクと連続するとともに、第2目標操舵トルクTref2の絶対値の最大値が予め定められた数値となるように、正規化値の取得に用いる操舵角θをオフセットするようにした。
【選択図】 図9
【特許請求の範囲】
【請求項1】
車両用操向装置であって、
ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサと、
前記操舵角の増加に応じて所定値に漸近する操舵トルクの正規化値を示す第1マップと、
前記第1マップを参照し、前記操舵角センサで検出した操舵角に基づき前記正規化値を取得する正規化値取得部と、
前記正規化値取得部で取得した前記正規化値に基づき、前記操舵トルクの目標値である目標操舵トルクを算出する目標操舵トルク算出部と、
操向機構に駆動トルクを発生するためのモータと、
前記目標操舵トルク算出部で算出した目標操舵トルクと実際の操舵トルクとが等しくなるように、前記モータを動作させる操舵トルク制御部とを備え、
前記正規化値取得部は、前記目標操舵トルクが前記ステアリングホイールの切り返し時の操舵トルクと連続するとともに、前記目標操舵トルクの絶対値の最大値が予め定められた数値となるように、前記正規化値の取得に用いる操舵角をオフセットする車両用操向装置。
【請求項2】
ステアリング軸とステム出力軸との間に接続され、トーションバーと、前記トーションバーの両端に取り付けられた2つの角度検出部とを有するトルクセンサを備え、
前記モータは、操向機構の前記トルクセンサよりも操向輪側に駆動力を付与することを特徴とする請求項1に記載の車両用操向装置。
【請求項3】
前記第1マップは、前記操舵角が入力され前記正規化値を出力するマップであり、
前記車両用操向装置は、
前記正規化値が入力され前記操舵角を出力とする第2マップと、
前記ステアリングホイールの切り返し時の操舵角である第1オフセット角度、及び前記第1オフセット角度を前記第1マップに入力して得られる前記正規化値を「1」から減算した減算結果を前記第2マップに入力して得られる操舵角である第2オフセット角度を算出するオフセット角度計算部とを備え、
前記正規化値取得部は、前記オフセット角度計算部で算出された第1オフセット角度及び第2オフセット角度によって、前記正規化値の取得に用いる操舵角をオフセットする請求項1又は2に記載の車両用操向装置。
【請求項4】
前記操舵角が入力され、前記操舵角の絶対値が所定値より大きい場合に前記操舵角の絶対値が大きいほど大きな操舵トルクを出力する第3マップと、
前記第3マップを参照し、前記操舵角センサで検出した操舵角に基づき前記操舵トルクを取得する操舵トルク取得部とを備え、
前記操舵トルク制御部は、前記目標操舵トルク算出部で算出した目標操舵トルクと、前記操舵トルク取得部で取得した操舵トルクとの合計値と実際の操舵トルクとが等しくなるように、前記モータを動作させる請求項1から3の何れか1項に記載の車両用操向装置。
【請求項5】
前記ステアリングホイールは、操向機構のラックアンドピニオン機構と機械的に結合している請求項1から4の何れか1項に記載の車両用操向装置。
【請求項6】
前記ステアリングホイールは、操向機構のラックアンドピニオン機構と機械的に分離しており、
前記車両用操向装置は、
車速を検出する車速センサと、
操向輪を転舵する転舵用モータと、
前記操舵角センサで検出した操舵角及び前記車速センサで検出した車速に基づき、前記転舵用モータに操向輪を転舵させる転舵制御部とを備える請求項1から4の何れか1項に記載の車両用操向装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、車両用操向装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、車速と操舵角とを基に操舵トルクの目標値を算出し、算出した目標値を基にモータを制御して、操舵トルクを発生する車両用操向装置が提案されている(例えば特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】再表2015/064249号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、このような車両用操向装置では、据え切り時、極低速走行時及び切り戻し時の操舵反力の反力感のさらなる向上が求められている。
本発明は、上記のような点に着目し、据え切り時、極低速走行時及び切り戻し時の操舵反力の反力感を容易に向上可能な車両用操向装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記課題を解決するために、本発明の一態様は、(a)ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサと、(b)操舵角の増加に応じて所定値に漸近する操舵トルクの正規化値を示す第1マップと、(c)第1マップを参照し、操舵角センサで検出した操舵角に基づき正規化値を取得する正規化値取得部と、(d)正規化値取得部で取得した正規化値に基づき、操舵トルクの目標値である目標操舵トルクを算出する目標操舵トルク算出部と、(e)操向機構に駆動トルクを発生するためのモータと、(f)目標操舵トルク算出部で算出した目標操舵トルクと実際の操舵トルクとが等しくなるように、モータを動作させる操舵トルク制御部と、を備え、(g)正規化値取得部は、目標操舵トルクがステアリングホイールの切り返し時の操舵トルクと連続するとともに、目標操舵トルクの絶対値の最大値が予め定められた数値となるように、正規化値の取得に用いる操舵角をオフセットする車両用操向装置であることを要旨とする。
【発明の効果】
【0006】
本発明の一態様によれば、第1マップを調整するだけで、操舵角と操舵トルクとの関係を調整できるため、操舵角と操舵トルクとの関係を容易に調整できる。それゆえ、据え切り時、極低速走行時及び切り戻し時の操舵反力の反力感を容易に向上可能な車両用操向装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
図1】本実施形態に係る車両用操向装置の構成を示す図である。
図2】トルクセンサの構成を示す図である。
図3】ECUの内部構成を示す図である。
図4】電流指令値演算部の内部構成を示す図である。
図5】第1目標操舵トルク生成部の内部構成を示す図である。
図6】基本マップを示す図である。
図7】ダンパゲインを示す図である。
図8】第3トルク信号Tref_cの線図例を示す図である。
図9】第2目標操舵トルク生成部を示す図である。
図10】第1マップ及び第2マップを示す図であって、(a)は第1マップを示す図であり、(b)は第2マップを示す図である。
図11】切り返し判定部の内部構成を示す図である。
図12】オフセット角度計算部の内部構成を示す図である。
図13】反力制御部の内部構成を示す図である。
図14】係数a、bを示す図であって、(a)は係数aを示す図であり、(b)は係数bを示す図である。
図15】車両用操向装置の動作を示す図であって、(a)は操舵開始時の操舵トルクを示す図であり、(b)は切り替え指示の操舵トルクを示す図である。
図16】変形例に係る車両用操向装置の構成を示す図である。
図17】変形例に係る車両用操向装置の構成を示す図である。
図18】車両用操向装置の動作を示す図である。
図19】第3マップを示す図である。
図20】第2目標操舵トルク生成部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、本発明の実施形態に係る車両用操向装置の一例を、図1図20を参照しながら説明する。なお、本発明は、以下の例に限定されるものではない。また、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。
【0009】
(車両用操向装置の全体構成)
図1は、本実施形態に係る車両用操向装置の全体構成を示す図である。図1の車両用操向装置1は、ステアリング軸3に駆動トルクを加えるコラム式EPS(Electric Power Steering)に適用したものである。図1に示すように本実施形態の車両用操向装置1は、ステアリングホイール2と、ステアリング軸3と、ステム出力軸4aと、シャフトアッシー4bと、ピニオン入力軸4cと、トルクセンサ5と、減速機構6と、ラックアンドピニオン機構7と、ロッド8L、8Rと、モータ9と、操舵角センサ10と、ECU(Electronic Control Unit)13とを備えている。
【0010】
ステアリングホイール2には、ステアリング軸3の一端側が接続されている。ステアリング軸3の他端側には、トルクセンサ5の入力側が接続されている。トルクセンサ5の出力側には、ステム出力軸4aの一端側が接続されている。トルクセンサ5は、図2に示すように、トーションバー5aと、トーションバー5aを挟むようにトーションバー5aの両端に取り付けられた2つの角度検出部5b、5cとからなり、トーションバー5aの一端側を入力とし、他端側を出力とする入出力間で生じるトーションバー5aの捩れ角Δθ(=θ2―θ1)を2つの角度検出部5b、5cで検出することで、操舵トルクT(=−Kt・Δθ)を検出する。捩れ角Δθ及び操舵トルクTは、ECU13に出力される。図2は、捩れ角Δθ及び操舵トルクTを出力するための、トルクセンサ4の内部構成の一例を示している。ここで、θ1は、角度検出部5bで検出されるトーションバー5aの上端の回転角度である。また、θ2は、角度検出部5cで検出されるトーションバー5aの下端の回転角度である。さらに、Ktは、トーションバー5aのバネ定数である。角度検出部5b、5cとしては例えばレゾルバを採用できる。
【0011】
ステム出力軸4aの途中には、減速機構6が連結されている。減速機構6は、モータ9から出力される駆動力をステム出力軸4aの他端側に伝達する。即ち、モータ9は、操向機構のうちのトーションバー5aよりも操向輪14L、14R側の機構に駆動トルクを付与する。操向機構としては、例えば、ステアリングホイール2、ステアリング軸3、ステム出力軸4a、シャフトアッシー4b、ピニオン入力軸4c、ラックアンドピニオン機構7、ロッド8L、8R等からなる機構を用いることができる。また、ステム出力軸4aの他端側にはシャフトアッシー4bの一端側が接続され、シャフトアッシー4bの他端側にはピニオン入力軸4cの一端側が接続され、ピニオン入力軸4cの他端側には、ラックアンドピニオン機構7を構成するラック軸(不図示)のラック溝に噛合可能なピニオンギヤ(不図示)が形成されている。ラックアンドピニオン機構7では、ピニオン入力軸4cの回転運動をラック軸の直線運動に変換する。また、ラック軸の両端には、ロッド8L、8Rが連結されている。ロッド8L、8Rそれぞれの端部には、ナックル(不図示)等を介して操向輪14L、14Rが連結されている。これにより、ピニオン入力軸4cが回転すると、ラックアンドピニオン機構7、ロッド8L、8R等を介して操向輪14L、14Rの転舵角が変化する。即ちモータ9から出力される駆動力によって、ピニオン入力軸4cの回転に従った操向輪14L、14Rの転舵が可能となっている。
【0012】
操舵角センサ10は、ステアリングホイール2の操舵角θを検出する。操舵角θは、ステアリングホイール2が中立位置よりも右方向に切られている場合に正値となり、中立位置よりも左方向に切られている場合に負値となる。検出された操舵角θは、ECU13に出力される。
また、ECU13には、車速センサ11で検出された車速Vが出力される。また、ECU13には、車両用操向装置1が搭載される車両の各種電装品等に電力を供給するバッテリ12から電力が供給される。バッテリ12には、オルタネータで発電された電力が充電される。
【0013】
ECU13は、図3に示すように、電流指令値演算部15と、操舵トルク制御部16とを備えている。
電流指令値演算部15は、トルクセンサ5から出力される操舵トルクT及び捩れ角Δθ、操舵角センサ10から出力される操舵角θ、車速センサ11から出力される車速V、並びにモータ9が備えている回転角センサ(不図示)から出力されるモータ回転角θmに基づき、モータ9を駆動させるための指令値である電流指令値Iref1を算出する。電流指令値Iref1は、操舵トルク制御部16に出力される。電流指令値演算部15の詳細については後述する。
【0014】
操舵トルク制御部16は、電流指令値演算部15から出力される電流指令値Iref1に基づき、目標操舵トルク混合部27(図4参照)で算出した目標操舵トルクTrefと、トルクセンサ5で検出される操舵トルクT、つまり実際の操舵トルクTとが等しくなるように、モータ9を動作させる。電流指令値Iref1は、後述するように目標操舵トルクTrefに基づいて算出される。
具体的には、操舵トルク制御部16は、電流制限部19と、減算部20と、PI(Proportional-Integral)制御部21と、PWM(Pulse Width Modulation)制御部22と、インバータ23とを備えている。
【0015】
電流制限部19は、電流指令値演算部15から出力される電流指令値Iref1の最大電流を制限して制限電流指令値Irefmを生成する。制限電流指令値Irefmは、減算部20に出力される。
減算部20は、電流制限部19から出力される制限電流指令値Irefmから、モータ9に流れている電流Imを減算して偏差Iを算出する。偏差Iは、PI制御部21に出力される。
PI制御部21は、減算部20から出力される偏差Iを「0」とするための指令値である電圧制御指令値Vrefを生成する。電圧制御指令値Vrefは、PWM制御部22に出力される。
PWM制御部22は、PI制御部21から出力される電圧制御指令値Vrefに基づき、モータ9を駆動させるためのPWM信号を算出する。PWM信号はインバータ23に出力される。
インバータ23は、PWM制御部22が出力するPWM信号に従ってモータ9を駆動する。
【0016】
(電流指令値演算部の構成)
電流指令値演算部15は、図4に示すように、右切り/左切り判定部24と、第1目標操舵トルク生成部25と、第2目標操舵トルク生成部26と、目標操舵トルク混合部27と、変換部28と、捩れ角制御部29とを備えている。
右切り/左切り判定部24は、回転角センサから出力されるモータ回転角θmの時間微分値(以下、「モータ角速度ωm」とも呼ぶ)に基づき、操舵が右切りか左切りかを判定する。判定結果(以下、「操舵状態STs1」とも呼ぶ)は、第1目標操舵トルク生成部25に出力される。なお、モータ角速度ωmの代わりに、操舵角θの時間微分値を用いてもよい。
【0017】
第1目標操舵トルク生成部25は、車速センサ11から出力される車速V、操舵角センサ10から出力される操舵角θ、トルクセンサ5から出力される操舵トルクT、回転角センサから出力されるモータ回転角θm、右切り/左切り判定部24から出力される操舵状態STs1及び捩れ角制御部29から出力される電流指令値Iref1に基づき、車速Vが予め定めた所定値(例えば、10km/h)以上のときの目標操舵トルク(以下、「第1目標操舵トルクTref1」とも呼ぶ)を生成する。第1目標操舵トルクTref1は、目標操舵トルク混合部27に出力される。
【0018】
具体的には、第1目標操舵トルク生成部25は、図5に示すように、基本マップ部30、符号部30−1、微分部31、ダンパゲイン部32、ヒステリシス補正部33、SAT(Self-Aligning Torque)情報補正部34、乗算部35、30−2、並びに加算部36、37及び38を備えている。
【0019】
基本マップ部30は、図6に示した基本マップM4を参照して、車速センサ11から出力される車速Vに基づき、トルク信号ref_aの絶対値|Tref_a|を生成する。基本マップM4では、トルク信号Tref_aの絶対値|Tref_a|が、操舵角θの絶対値|θ|が増加するにつれて増加し、また、車速Vが増加するにつれて増加する。トルク信号Tref_aの絶対値|Tref_a|は、乗算部30−2に出力される。また、符号部30−1は、操舵角θの符号を取得する。操舵角θの符号は乗算部30−2に出力される。また、乗算部30−2は、トルク信号Tref_aの絶対値|Tref_a|に操舵角θの符号を乗算して、トルク信号Tref_a(以下、「第1トルク信号Tref_a」とも呼ぶ)を生成する。第1トルク信号Tref_aは、加算部36に出力される。
【0020】
微分部31は、操舵角センサ10から出力される操舵角θを微分して舵角速度ωhを算出する。舵角速度ωhは、乗算部35に出力される。また、ダンパゲイン部32は、図7に示したダンパゲインマップM5を参照して、車速センサ11から出力される車速Vに基づきダンパゲインDを生成する。ダンパゲインマップM5では、ダンパゲインDが、車速Vが増加するにつれて増加する。ダンパゲインDは乗算部35に出力される。また、乗算部35は、舵角速度ωhにダンパゲインDを乗算して、トルク信号(以下、「第2トルク信号Tref_b」とも呼ぶ。)を生成する。第2トルク信号Tref_bは、加算部37に出力される。
ヒステリシス補正部33は、操舵角θ及び操舵状態STs1に基づき、下記(1)式に従って、トルク信号(以下、「第3トルク信号Tref_c」とも呼ぶ)を算出する。なお、下記(1)式では、x=θ、y=Tref_c、a>1、c>0、Ahys=ヒステリシス幅である。
【0021】
【数1】
【0022】
右切り操舵から左切り操舵、左切り操舵から右切り操舵へ切り替える際に、最終座標(x1,y1)の値に基づき、切り替え後の式(1)の「b」に以下の式(2)を代入する。これにより、切り替え前後の連続性が保たれる。
【0023】
【数2】
【0024】
上記(2)式は、上記(1)式中のxにx1を、y及びyにy1を代入することにより導出することができる。
「a」として1より大きい任意の正数を用いることができ、例えば、ネイピア数「e」を用いた場合、上記(1)式及び(2)式は下記(3)式及び(4)式となる。
【0025】
【数3】
【0026】
【数4】
【0027】
上記(3)式及び(4)式においてAhys=1Nm、c=0.3と設定し、0degから開始し、+50deg、−50degの操舵をした場合の、ヒステリシス補正された第3トルク信号Tref_cの線図例を図8に示す。即ち、ヒステリシス補正部33からの第3トルク信号Tref_cは、0の原点→L1(細線)→L2(破線)→L3(太線)のようなヒステリシス特性を示すものとなる。
【0028】
SAT情報補正部34は、トルクセンサ5から出力される操舵トルクT、回転角センサから出力されるモータ回転角θm、及び捩じれ角制御部29から出力される電流指令値Iref1に基づきセルフアライニングトルク(SAT)を推定した後、推定したセルフアライニングトルクにフィルタ処理、ゲイン乗算及び制限処理を施して、トルク信号(以下、「第4トルク信号Tref_d」とも呼ぶ)を算出する。第4トルク信号Tref_dは、加算部38に出力される。
上述のように求めたトルク信号Tref_d、Tref_c、Tref_b及びTref_aは、加算部38、37、36で順次加算されていき、最終の加算結果が第1目標操舵トルクTref1とされる。
【0029】
第2目標操舵トルク生成部26は、操舵角センサ10から出力される操舵角θに基づき、車速Vが予め定めた所定値(例えば、5km/h)未満のとき、つまり、車両停止時(0km/h)及び極低速走行時(0km/h超え5km/h以下)操舵トルク(以下、「第2目標操舵トルクTref2」とも呼ぶ)を生成する。第2目標操舵トルクTref2は、目標操舵トルク混合部27に出力される。
具体的には、第2目標操舵トルク生成部26は、図9に示すように、マップ記憶部39と、切り返し判定部40と、オフセット角度計算部41と、反力制御部42とを備えている。
【0030】
マップ記憶部39は、第1マップM1及び第2マップM2を記憶している。第1マップM1は、図10(a)に示すように、操舵角θの増加に応じて所定値(例えば、1.0)に漸近する操舵トルクTの正規化値Tnを示すマップである。図10(a)では、車速Vが所定値(例えば、5km/h)以下の状態で、ステアリングホイール2を左端から右端まで切ったときの、操舵角θと、ステアリングホイール2に付与される操舵トルクTを正規化して得られる正規化値Tnとの関係を示す第1マップM1を一例として示している。第1マップM1は、例えば、操舵角θと正規化値Tnとからなるテーブルで表現してもよい。また第1マップM1は、横軸が操舵角θに対応し、縦軸が正規化値Tnに対応し、操舵角θが入力され、正規化値Tnを出力する。
また、第2マップM2は、図10(b)に示すように、第1マップM1の縦軸と横軸とを相互に入れ替えたマップとなっている。すなわち、第2マップM2は、横軸が正規化値Tnに対応し、縦軸が操舵角θに対応している。そして、正規化値Tnが入力され、操舵角θを出力する。
【0031】
切り返し判定部40は、図11に示すように、操舵方向判定部43と、切り返しフラグ設定部44とを備えている。
操舵方向判定部43は、予め定めた所定時間(例えば10msec)が経過するたびに、操舵角センサ10から出力される操舵角θを取得し、今回取得した操舵角θが前回取得した操舵角θoldよりも大きいかを判定する。そして、大きいと判定した場合(θ>θold)には、ステアリングホイール2が右方向に操舵されていると判定し、小さいと判定した場合(θ<θold)には、ステアリングホイール2が左方向に操舵されていると判定する。判定結果(以下、「操舵状態STs2」とも呼ぶ)は、反力制御部42及び切り返しフラグ設定部44に出力される。
【0032】
切り返しフラグ設定部44は、操舵方向判定部43から操舵状態STs2が出力されるたびに、出力される操舵状態STs2を取得し、今回取得した操舵状態STs2が前回取得した操舵状態STs2と同じであるかを判定する。そして、同じであると判定した場合には、切り返しフラグFを「OFF状態」に設定し、異なっていると判定した場合には、切り返しフラグFを「ON状態」に設定する。切り返しフラグFは、オフセット角度計算部41に出力される。
【0033】
オフセット角度計算部41は、図12に示すように、第1オフセット角度設定部45と、正規化値算出部46と、減算部47と、第2オフセット角度設定部48とを備えている。
第1オフセット角度設定部45は、ステアリングホイール2の切り返し時の操舵角θである第1オフセット角度θo1を算出する。具体的には、切り返し判定部40から出力される切り返しフラグFがON状態であるかを判定する。そして、ON状態であると判定した場合には、第1オフセット角度θo1として、操舵角センサ10から出力される操舵角θを設定する。一方、OFF状態であると判定した場合には、それまでの第1オフセット角度θo1を維持する。なお、第1オフセット角度θo1の初期値、つまりECU13への電源投入直後の値としては0degを用いる。第1オフセット角度θo1は正規化値算出部46及び反力制御部42に出力される。
正規化値算出部46は、マップ記憶部39が記憶している図10(a)に示した第1マップM1を参照し、第1オフセット角度設定部45から出力される第1オフセット角度θo1に対応する正規化値Tnを取得する。即ち、第1オフセット角度θo1図10(a)に示した第1マップM1に入力して正規化値Tnを取得する。正規化値Tnは、減算部47に出力される。
【0034】
減算部47は、数値「1.0」から、正規化値算出部46から出力される正規化値Tnを減算する。減算結果Tn’は、第2オフセット角度設定部48に出力される。
第2オフセット角度設定部48は、マップ記憶部39が記憶している図10(b)に示した第2マップM2を参照し、減算部47から出力される減算結果Tn’に対応する操舵角θを取得する。即ち減算結果Tn’を図10(b)に示した第2マップM2に入力して操舵角θを取得する。操舵角θ(以下「第2オフセット角度θo2」とも呼ぶ)は反力制御部42に出力される。
【0035】
反力制御部42は、図13に示すように、正規化値取得部49と、目標操舵トルク算出部50とを備えている。
正規化値取得部49は、第1マップM1を参照し、操舵角センサ10で検出した操舵角θに基づき正規化値Tnを取得する。また、目標操舵トルクTrefがステアリングホイール2の切り返し時の操舵トルクTと連続するとともに、目標操舵トルクTrefの絶対値の最大値が予め定められた数値Tmaxとなるように、正規化値Tnの取得に用いる操舵角θをオフセットする。
【0036】
具体的には、正規化値取得部49は、減算部51と、絶対値計算部52と、加算部53と、正規化値算出部54とを備えている。
減算部51は、操舵角センサ10から出力される操舵角θから、オフセット角度計算部41から出力される第1オフセット角度θo1を減算する。減算結果θ’は、絶対値計算部52に出力される。操舵角θを第1オフセット角度θo1で減算してオフセットすることにより、ステアリングホイール2の切り返しの開始時の操舵角θからの変化量を用いて、第1マップM1からの正規化値Tnの取得を行うことができ、正規化値Tnを比較的容易に取得することができる。
【0037】
絶対値計算部52は、減算部51から出力される減算結果θ’の絶対値|θ’|を算出する。算出結果|θ’|は、加算部53に出力される。
加算部53は、絶対値計算部52から出力される算出結果|θ’|に、オフセット角度計算部41から出力される第2オフセット角度θo2を加算する。加算結果θ”は、正規化値算出部54に出力される。減算結果θ’を第2オフセット角度θo2でオフセットすることにより、例えば、操舵トルクTの絶対値が最大値Tmaxに到達する前に切り返しが行われた場合にも、ステアリングホイール2の切り返し時の操舵トルク値を連続させることができ、また、第2目標操舵トルクTref2の絶対値の最大値Tmaxを予め定められた数値とすることができる。
正規化値算出部54は、マップ記憶部39が記憶している図10(a)に示した第1マップM1を参照し、加算部53から出力される加算結果θ”(=|θ−θo1|+θo2)に対応する正規化値Tnを取得する。即ち、加算結果θ”を図10(a)に示した第1マップM1に入力して正規化値Tnを取得する。正規化値Tnは、目標操舵トルク算出部50に出力される。
【0038】
目標操舵トルク算出部50は、正規化値取得部49で取得した正規化値Tnに基づき、操舵トルクTの目標値である目標操舵トルク(第2目標操舵トルクTref2)を算出する。
具体的には、目標操舵トルク算出部50は、減算部55と、乗算部56と、乗算部57と、乗算部58とを備えている。
減算部55は、正規化値算出部54から出力される正規化値Tnから、数値「0.5」を減算する。減算結果Tn’は、乗算部56に出力される。
乗算部56は、減算部55から出力される減算結果Tn’に、数値「2」を乗算する。乗算結果Tn”は、乗算部57に出力される。
【0039】
乗算部57は、操舵方向判定部43から出力される操舵状態STs2に基づき、ステアリングホイール2が左右何れの方向に操舵されているかを判定する。そして、右方向に操舵されていると判定した場合には、乗算部56から出力される乗算結果Tn”に、数値「1」を乗算する。一方、左方向に操舵されていると判定した場合には、乗算部56から出力される乗算結果Tn”に、数値「−1」を乗算する。乗算結果Tn’’’は、乗算部58に出力される。
乗算部58は、乗算部57から出力される乗算結果Tn’’’にトルク係数Tmaxを乗算して第2目標操舵トルクTref2を算出する。トルク係数Tmaxは、第2目標操舵トルクTref2の絶対値の最大値である。第2目標操舵トルクTref2は、目標操舵トルク混合部27に出力される。
【0040】
図4に戻り、目標操舵トルク混合部27は、第1目標操舵トルク生成部25から出力される第1目標操舵トルクTref1、第2目標操舵トルク生成部26から出力される第2目標操舵トルクTref2、及び係数a、bに基づき、下記(5)式に従って目標操舵トルクTrefを生成する。
ref=a・Tref1+b・Tref2 ………(5)
ここで、係数aは、図14(a)に示すように、車速Vが0km/hの場合には「1」となり、車速Vが0km/hより大きく5km/h未満の場合には、車速Vが大きいほど「1」から「0」に直線的に小さくなり、車速Vが5km/h以上の場合には「0」となる。また、係数bは、図14(b)に示すように、車速Vが0km/hの場合には「0」となり、車速Vが0km/hより大きく5km/h未満の場合には、車速Vが大きいほど「0」から「1」に直線的に大きくなり、車速Vが5km/h以上の場合には「1」となる。
【0041】
変換部28は、目標操舵トルク混合部27から出力される目標操舵トルクTrefに、トーションバー5aのバネ定数Kの逆数の符号を反転して得られる係数(−1/K)を乗算して目標捩れ角Δθrefを生成する。目標捩れ角Δθrefは、捩れ角制御部29に出力される。
捩れ角制御部29は、トルクセンサ5から出力される捩れ角Δθ(=θ2−θ1)が、変換部28から出力される目標捩れ角Δθrefと等しくなるような電流指令値Iref1を算出する。これにより、電流指令値Iref1として、目標操舵トルク混合部27で生成した目標操舵トルクTrefと実際の操舵トルクTとが等しくなるようにモータ9を動作させる指令値が算出される。
【0042】
なお、本発明の実施形態に係る車両用操向装置1では、電流指令値演算部15が、変換部28から出力される目標捩れ角Δθrefと、トルクセンサ4から出力される捩れ角Δθとが等しくなるような電流指令値Iref1を算出する例を示したが、他の構成を採用することもできる。例えば、目標操舵トルク混合部27から出力される目標操舵トルクTrefとトルクセンサ5から出力される操舵トルクTとが等しくなるような電流指令値Iref1を算出する構成としてもよい。
【0043】
(動作その他)
次に、本発明の実施形態に係る車両用操向装置1の動作について図面を参照して説明する。
まず、車両が起動後停止しているときに、図15(a)の区間Aに示すように、操舵角θが0degの位置から右方向への操舵が開始されたとする。すると、図9に示すように、ECU13のオフセット角度計算部41が、第1オフセット角度θo1を0degに設定し、第2オフセット角度θo2を第2マップM2の正規化値Tn=0.5(起動時初期値)に対応する角度に設定する。続いて、図13に示すように、ECU13の反力制御部42が、操舵角θから第1オフセット角度θo1を減算し第2オフセット角度θo2を加算し、第1マップM1を参照し、加算結果θ”に対応する正規化値Tnを算出し、正規化値Tnから第2目標操舵トルクTref2を算出する。続いて、図4に示すように、ECU13の目標操舵トルク混合部27が、第2目標操舵トルクTref2を目標操舵トルクTrefとする。続いて、ECU13の変換部28及び捩れ角制御部29が、目標操舵トルクTrefから目標捩れ角Δθrefを生成し、目標捩れ角Δθrefを基に電流指令値Iref1を生成する。
【0044】
続いて、図2に示すように、ECU13の操舵トルク制御部16が、生成した電流指令値Iref1を基にモータ9を制御する。これにより、捩れ角Δθが目標捩れ角Δθrefと等しくなりトルクセンサ5で取得される操舵トルクTが目標操舵トルクTref(=Tref2)と等しくなる。なお、図15(a)の点線は、ステアリングホイール2を右端まで切った後、切り返して左端まで切って、さらに右端まで切った場合の操舵角θと操舵トルクTの関係を示す線図例である。
【0045】
一方、上記したモータ9の制御が繰り返されるうちに、切り返し操舵が行われ、図15(b)の区間Bに示すように、左方向への操舵が開始されたとする。すると、図12に示すように、ECU13のオフセット角度計算部41が、第1オフセット角度θo1を切り返しが行われた操舵角θに更新し、また、第2オフセット角度θo2も更新する。そして、更新された第1オフセット角度θo1及び第2オフセット角度θo2を用いて上記のモータ9の制御が繰り返される。
【0046】
以上説明したように、本発明の実施形態に係る車両用操向装置1は、操舵角θの増加に応じて所定値に漸近する操舵トルクの正規化値Tnを示す第1マップM1を参照し、操舵角センサ10で検出した操舵角θを基に正規化値Tnを取得し、取得した正規化値Tnを基に目標操舵トルクTrefを算出し、算出した目標操舵トルクTrefと実際の操舵トルクTとが等しくなるように、モータ9を動作させるようにした。その際、目標操舵トルクTrefがステアリングホイール2の切り返し時の操舵トルクと連続するとともに、目標操舵トルクTrefの絶対値の最大値が予め定められた数値Tmaxとなるように、正規化値Tnの取得に用いる操舵角θをオフセットするようにした。それゆえ、第1マップM1を調整するだけで、操舵角θと操舵トルクTとの関係を調整できるため、操舵角θと操舵トルクTとの関係を容易に調整でき、据え切り時、極低速走行時及び切り戻し時の操舵反力の反力感を容易に向上可能な車両用操向装置1を提供できる。
また、目標操舵トルクTrefの取得に第1マップM1を用いるようにしたため、例えば、数式を用いる方法に比べ、演算量を低減でき、さらに、電力の使用量を低減することができる。
【0047】
また、本発明の実施形態に係る車両用操向装置1では、ステアリング軸3とステム出力軸4aとの間に接続され、トーションバー5aと、トーションバー5aの両端に取り付けられた2つの角度検出部5b、5cとを有するトルクセンサ5を備えるようにした。また、モータ9を、操向機構のトルクセンサ5よりも操向輪14L、14R側に駆動力を付与するようにした。それゆえ、操舵トルクTをより適切に発生でき、反力感をより適切に向上できる。
【0048】
また、本発明の実施形態に係る車両用操向装置1では、第1マップM1として、操舵角θが大きくなるにつれて正規化値Tnが「1」に漸近する曲線を用いるようにしたため、据え切り時、極低速走行時及び切り戻し時の操舵反力のヒステリシス特性をより適切に表現できる。
【0049】
また、本発明の実施形態に係る車両用操向装置1では、ステアリングホイール2の切り返し時の操舵角θである第1オフセット角度θo1、及び第1オフセット角度θo1を第1マップM1に入力して得られる正規化値Tnを「1」から減算した減算結果(1−Tn)を第2マップM2に入力して得られる操舵角θである第2オフセット角度θo2を算出し、第1オフセット角度θo1及び第2オフセット角度θo2によって、正規化値Tnの取得に用いる操舵角θをオフセットするようにした。それゆえ、操舵角θを容易にオフセットでき、正規化値Tnを容易に取得できる。
【0050】
(変形例)
(1)なお、本発明の実施形態に係る車両用操向装置1では、モータ9による操舵アシスト力をステアリング軸3に加えるコラム式EPS(Electric Power Steering)に適用する例を示したが、他の構成を採用することもできる。例えば、図16に示すように、モータ9による操舵アシスト力をラック軸に直接に加える下流方式EPSに適用する構成としてもよい。
【0051】
(2)また、本発明の実施形態に係る車両用操向装置1では、ステアリングホイール2が、操向機構のラックアンドピニオン機構7と機械的に結合している車両に適用する例を示したが、他の構成を採用することもできる。例えば、図17に示すように、ステアリングホイール2が、操向機構のラックアンドピニオン機構7と機械的に分離している車両(以下、「ステア・バイ・ワイヤの車両」とも呼ぶ)に適用してもよい。ステア・バイ・ワイヤの車両には、操舵角センサ10で検出した操舵角θ及び車速センサ11で検出した車速Vに基づき、ラックアンドピニオン機構7に転舵用モータ59で駆動トルクを付与する転舵制御部60が備えられる。
【0052】
このようなステア・バイ・ワイヤの車両では、ステアリングホイール2とラックアンドピニオン機構7とが機械的に結合されているかのような路面反力を再現することが求められるが、据え切り時における操舵角θと路面反力との関係と、走行時における操舵角θと路面反力との関係とは大きく異なり、同一のロジックではその両方を再現することが困難であった。
これに対し、本変形例に係る車両用操向装置1では、据え切り時と走行時とのそれぞれに専用のロジックを構築したため、ステアリングホイール2とラックアンドピニオン機構7とが機械的に結合されている場合に生じていた、操舵時の路面反力の再現性を高めることができる。
【0053】
(3)また、例えば、図18に示すように、ステアリングホイール2が回動可能範囲の端部に当接されている端当て状態になったときに発生する操舵反力の増大(いわゆるリフトアップ)を再現する構成としてもよい。なお、図18は、ステアリングホイール2を中立位置から右端まで切った後、切り戻して左端まで切って、さらに右端まで切った場合の操舵角θと操舵トルクTの関係を示す線図例である。この場合、マップ記憶部39には、第1マップM1及び第2マップM2に加え、第3マップM3が記憶される。第3マップM3は、図19に示すように、操舵角θの絶対値|θ|が所定値(例えば、端あて状態となる操舵角θ)よりも大きい場合に、操舵角θの絶対値|θ|が大きいほど絶対値が大きな操舵トルクTref_eを出力するマップである。
【0054】
また第2目標操舵トルク生成部26には、図20に示すように、マップ記憶部39、オフセット角度計算部41及び反力制御部42に加え、操舵トルク取得部61及び加算部62が備えられている。操舵トルク取得部61は、マップ記憶部39が記憶している第3マップM3を参照し、操舵角センサ10で検出した操舵角θに基づき操舵トルクTref_eを取得する。加算部62は、反力制御部42から出力される第2目標操舵トルクTref2に、操舵トルク取得部61から出力される操舵トルクTref_eを加算する。これにより、操舵トルク制御部16は、操舵トルク取得部61から出力される操舵トルクTref_eと、反力制御部42から出力される第2目標操舵トルクTref2との合計値と実際の操舵トルクTが等しくなるようにモータ9を動作させる。 本変形例に係る車両用操向装置1では、リフトアップ状態(図18の点Cにおける状態)を再現できることに加え、リフトアップ状態から切り戻し方向に操舵されたときには、図18の矢印Dに示すように、リフトアップ状態によって操舵反力が増大されていた分だけ、切り戻し方向への操舵トルクTの増加が徐々に行われることになる。それゆえ、操向輪14L、14Rが反転するときの慣性を作り出すことができ、切り戻し時の手応え感を向上できる。なお、リフトアップ状態の再現(図18に示した点Cにおける状態)が行われない場合には、リフトアップ状態による操舵反力の増大ないため、切り戻し方向への操舵トルクTが定常値に増大するまでの時間が早く感じることになり、切り戻し時の手応え感が少なくなる可能性がある。
【符号の説明】
【0055】
1…車両用操向装置、2…ステアリングホイール、3…ステアリング軸、4a…ステム出力軸、4b…シャフトアッシー、4c…ピニオン入力軸、5…トルクセンサ、5a…トーションバー、5b、5c…角度検出部、6…減速機構、7…ラックアンドピニオン機構、8L、8R…ロッド、9…モータ、10…操舵角センサ、11…車速センサ、12…バッテリ、13…ECU、14L…操向輪、14R…操向輪、15…電流指令値演算部、16…操舵トルク制御部、19…電流制限部、20…減算部、21…PI制御部、22…PWM制御部、23…インバータ、24…右切り/左切り判定部、25…第1目標操舵トルク生成部、26…第2目標操舵トルク生成部、27…目標操舵トルク混合部、28…変換部、29…捩れ角制御部、30…基本マップ部、30−1…符号部、30−2…乗算部、31…微分部、32…ダンパゲイン部、33…ヒステリシス補正部、34…SAT情報補正部、35…乗算部、36…加算部、37…加算部、38…加算部、39…マップ記憶部、40…切り返し判定部、41…オフセット角度計算部、42…反力制御部、43…操舵方向判定部、44…切り返しフラグ設定部、45…第1オフセット角度設定部、46…正規化値算出部、47…減算部、48…第2オフセット角度設定部、49…正規化値取得部、50…目標操舵トルク算出部、51…減算部、52…絶対値計算部、53…加算部、54…正規化値算出部、55…減算部、56…乗算部、57…乗算部、58…乗算部、59…転舵用モータ、60…転舵制御部、61…操舵トルク取得部、62…加算部
図1
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