JP2000355281A - Steering device for vehicle - Google Patents
Steering device for vehicleInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、車輪の向きを変え
る舵取機構が舵輪と機械的に連結されず、舵輪の操舵角
及び舵輪に加わる操舵トルクを求め、求めた操舵角及び
操舵トルクに応じて、舵取機構が有する電動モータを駆
動制御し、舵角を増減制御する車両用操舵装置に関する
ものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a steering mechanism for changing the direction of a wheel, which is not mechanically connected to a steering wheel, and determines a steering angle of the steering wheel and a steering torque applied to the steering wheel. The present invention relates to a vehicle steering system that controls the drive of an electric motor of a steering mechanism to increase or decrease a steering angle.
【0002】[0002]
【従来の技術】車両の操舵は、車室の内部に配された操
舵手段の操作、例えば、ステアリングホイール(舵輪)
の回転を、舵取り用の車輪(一般的には前輪)の操向の
ために車室の外部に配された舵取機構に伝えて行われ
る。近年においては、舵取機構の中途に油圧シリンダ、
電動モータ等の操舵補助用のアクチュエータを配し、こ
のアクチュエータを、操舵のためにステアリングホイー
ルに加えられる操作力の検出結果に基づいて駆動して、
ステアリングホイールの回転に応じた舵取機構の動作を
補助し、操舵のための運転者の労力負担を軽減する構成
とした車両用操舵装置(パワーステアリング装置)が広
く普及している。2. Description of the Related Art Steering of a vehicle is performed by operating a steering means disposed inside a vehicle compartment, for example, a steering wheel (steering wheel).
Is transmitted to a steering mechanism disposed outside the vehicle compartment for steering of a steering wheel (generally, a front wheel). In recent years, hydraulic cylinders,
An actuator for steering assist such as an electric motor is arranged, and the actuator is driven based on a detection result of an operating force applied to a steering wheel for steering,
2. Description of the Related Art A vehicle steering device (power steering device) configured to assist the operation of a steering mechanism according to the rotation of a steering wheel and to reduce the labor burden on a driver for steering has been widely used.
【0003】ところが、このような従来の車両用操舵装
置においては、操舵手段であるステアリングホイールと
舵取機構との機械的な連結が必要であり、車室の内部に
おけるステアリングホイールの配設位置が、車室外での
舵取機構との連結が可能な位置に限定されるという問題
があり、また、連結可能にステアリングホイールが配設
された場合であっても、連結の実現のために複雑な連結
構造を要し、車両の軽量化、組立て工程の簡素化を阻害
する要因となっている。However, in such a conventional steering apparatus for a vehicle, a mechanical connection between a steering wheel, which is a steering means, and a steering mechanism is required, and the position of the steering wheel in the vehicle interior is limited. However, there is a problem that the steering wheel is limited to a position where it can be connected to the steering mechanism outside the vehicle compartment. Further, even when the steering wheel is provided so as to be connectable, a complicated structure is required to realize the connection. The connection structure is required, which is a factor that hinders weight reduction of the vehicle and simplification of the assembly process.
【0004】例えば、実公平2−29017号公報に
は、このような問題の解消を目的としたリンクレスのパ
ワーステアリング装置である車両用操舵装置が開示され
ている。この車両用操舵装置は、ステアリングホイール
を舵取機構から機械的に切り離して配し、また、従来の
車両用操舵装置における操舵補助用のアクチュエータと
同様に、舵取機構の中途に舵取り用のアクチュエータと
しての電動モータを配してなり、この電動モータを、ス
テアリングホイールの操作方向及び操作量の検出結果に
基づいて駆動することにより、ステアリングホイールの
操作に応じた舵取りを行わせる構成となっている。[0004] For example, Japanese Utility Model Publication No. 2-29017 discloses a vehicle steering system which is a linkless power steering system for solving such a problem. In this vehicle steering device, a steering wheel is mechanically separated from a steering mechanism, and a steering actuator is provided in the middle of the steering mechanism in the same manner as a steering assist actuator in a conventional vehicle steering device. An electric motor is arranged, and the electric motor is driven based on the detection result of the operation direction and the operation amount of the steering wheel, thereby performing steering according to the operation of the steering wheel. .
【0005】以上のように構成された分離型の車両用操
舵装置は、ステアリングホイールの配設自由度の増加、
車両の軽量化等の前述した目的に加え、レバー、ペダル
等、ステアリングホイールに代わる新たな操舵手段の実
現、及び路面上の誘導標識の検出、衛星情報の受信等の
走行情報に従う自動運転システムの実現等、将来におけ
る自動車技術の発展のために有用なものである。[0005] The vehicle steering apparatus of the separated type configured as described above increases the degree of freedom in arranging the steering wheel.
In addition to the above-mentioned objectives such as reducing the weight of the vehicle, realization of new steering means such as levers and pedals instead of the steering wheel, detection of guidance signs on the road surface, reception of satellite information, etc. It is useful for the future development of automobile technology such as realization.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】上述したような車両用
操舵装置では、操舵トルクを検出する手段として、従来
からのトーションバーを使用したトルクセンサが考えら
れているが、トーションバーを使用したトルクセンサ
は、高価であり、また、サイズ、設置位置等の制約の
為、設計の自由度が制約される問題があった。本発明
は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、トルク
を検出する為のスペースが小さく、また、その為の部品
コストが安価な分離型の車両用操舵装置を提供すること
を目的とする。In the vehicle steering apparatus as described above, a conventional torque sensor using a torsion bar is considered as a means for detecting the steering torque. The sensor is expensive, and there is a problem that the degree of freedom in design is limited due to restrictions on size, installation position, and the like. The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and has as its object to provide a separated type vehicle steering device in which a space for detecting torque is small, and the cost of parts for that is low. I do.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】第1発明に係る車両用操
舵装置は、車輪の向きを変える舵取機構が舵輪と機械的
に連結されず、舵輪の操舵角及び舵輪に加わる操舵トル
クを求め、求めた操舵角及び操舵トルクに応じて、前記
舵取機構が有する第1の電動モータを駆動制御し、舵角
を増減制御する車両用操舵装置において、前記舵輪の軸
に連結された第2の電動モータと、該第2の電動モータ
の逆起電圧又は該第2の電動モータに流れる電流を検出
する検出手段と、該検出手段が検出した逆起電圧又は電
流、前記操舵角、前記舵輪の慣性モーメント及び前記第
2の電動モータの慣性モーメントに基づき前記操舵トル
クを演算する手段とを備えることを特徴とする。According to a first aspect of the present invention, there is provided a steering apparatus for a vehicle, wherein a steering mechanism for changing the direction of a wheel is not mechanically connected to the steering wheel, and a steering angle of the steering wheel and a steering torque applied to the steering wheel are determined. A vehicle steering device for controlling the drive of a first electric motor of the steering mechanism in accordance with the determined steering angle and steering torque to increase or decrease the steering angle; An electric motor, detection means for detecting a back electromotive voltage of the second electric motor or a current flowing in the second electric motor, and a back electromotive voltage or current detected by the detection means, the steering angle, and the steering wheel. Means for calculating the steering torque based on the moment of inertia of the second electric motor and the moment of inertia of the second electric motor.
【0008】この車両用操舵装置では、車輪の向きを変
える舵取機構が舵輪と機械的に連結されず、舵輪の操舵
角及び舵輪に加わる操舵トルクを求め、求めた操舵角及
び操舵トルクに応じて、舵取機構が有する第1の電動モ
ータを駆動制御し、舵角を増減制御する。第2の電動モ
ータが舵輪の軸に連結され、検出手段は、第2の電動モ
ータの逆起電圧又は第2の電動モータに流れる電流を検
出する。演算する手段は、検出手段が検出した逆起電圧
又は電流、操舵角、舵輪の慣性モーメント及び第2の電
動モータの慣性モーメントに基づき操舵トルクを演算す
る。これにより、トルクを検出する為のスペースが小さ
く、また、その為の部品コストが安価な分離型の車両用
操舵装置を実現することが出来る。In this vehicle steering system, the steering mechanism for changing the direction of the wheels is not mechanically connected to the steering wheel, but determines the steering angle of the steering wheel and the steering torque applied to the steering wheel, and determines the steering angle according to the determined steering angle and steering torque. Then, the first electric motor of the steering mechanism is drive-controlled to increase or decrease the steering angle. A second electric motor is connected to the shaft of the steering wheel, and the detecting means detects a back electromotive voltage of the second electric motor or a current flowing through the second electric motor. The calculating means calculates the steering torque based on the back electromotive voltage or current detected by the detecting means, the steering angle, the inertia moment of the steering wheel, and the inertia moment of the second electric motor. As a result, it is possible to realize a separation type vehicle steering device in which the space for detecting the torque is small and the cost of parts for the detection is low.
【0009】第2発明に係る車両用操舵装置は、前記第
2の電動モータは、前記舵輪にその操作方向と逆方向の
力を与える反力モータであることを特徴とする。A second aspect of the present invention is directed to a vehicle steering system, wherein the second electric motor is a reaction motor that applies a force to the steering wheel in a direction opposite to the operation direction.
【0010】この車両用操舵装置では、第2の電動モー
タが、舵輪にその操作方向と逆方向の力を与える反力モ
ータであるので、トルクを検出する為のスペースが不要
であり、また、その為の部品コストが安価な分離型の車
両用操舵装置を実現することが出来る。In this vehicle steering system, the second electric motor is a reaction motor that applies a force to the steering wheel in a direction opposite to the operation direction, so that a space for detecting torque is not required. Therefore, it is possible to realize a separation type vehicle steering device with a low component cost.
【0011】第3発明に係る車両用操舵装置は、車輪の
向きを変える舵取機構が舵輪と機械的に連結されず、舵
輪の操舵角及び舵輪に加わる操舵トルクを求め、求めた
操舵角及び操舵トルクに応じて、前記舵取機構が有する
第1の電動モータを駆動制御し、舵角を増減制御する車
両用操舵装置において、前記舵輪の軸に連結された第2
の電動モータと、該第2の電動モータの逆起電圧又は該
第2の電動モータに流れる電流を検出する検出手段と、
該検出手段が検出した逆起電圧又は電流、前記舵輪の慣
性モーメント及び前記第2の電動モータの慣性モーメン
トに基づき前記操舵トルクを演算する手段とを備えるこ
とを特徴とする。In the steering apparatus for a vehicle according to a third aspect of the present invention, the steering mechanism for changing the direction of the wheels is not mechanically connected to the steering wheel, and the steering angle of the steering wheel and the steering torque applied to the steering wheel are determined. In a vehicle steering system for controlling the driving of a first electric motor of the steering mechanism in accordance with a steering torque to increase or decrease a steering angle, a second electric motor connected to a shaft of the steering wheel is provided.
An electric motor, and detection means for detecting a back electromotive voltage of the second electric motor or a current flowing through the second electric motor,
Means for calculating the steering torque based on the back electromotive voltage or current detected by the detection means, the moment of inertia of the steering wheel, and the moment of inertia of the second electric motor.
【0012】この車両用操舵装置では、車輪の向きを変
える舵取機構が舵輪と機械的に連結されず、舵輪の操舵
角及び舵輪に加わる操舵トルクを求め、求めた操舵角及
び操舵トルクに応じて、舵取機構が有する第1の電動モ
ータを駆動制御し、舵角を増減制御する。第2の電動モ
ータが舵輪の軸に連結され、検出手段は、第2の電動モ
ータの逆起電圧又は第2の電動モータに流れる電流を検
出する。演算する手段は、検出手段が検出した逆起電圧
又は電流、舵輪の慣性モーメント及び第2の電動モータ
の慣性モーメントに基づき操舵トルクを演算する。これ
により、トルクを検出する為のスペースが小さく、ま
た、その為の部品コストが安価な分離型の車両用操舵装
置を実現することが出来る。In this vehicle steering system, the steering mechanism for changing the direction of the wheels is not mechanically connected to the steering wheel, but determines the steering angle of the steering wheel and the steering torque applied to the steering wheel. Then, the first electric motor of the steering mechanism is drive-controlled to increase or decrease the steering angle. A second electric motor is connected to the shaft of the steering wheel, and the detecting means detects a back electromotive voltage of the second electric motor or a current flowing through the second electric motor. The calculating means calculates the steering torque based on the back electromotive voltage or current detected by the detecting means, the inertia moment of the steering wheel, and the inertia moment of the second electric motor. As a result, it is possible to realize a separation type vehicle steering device in which the space for detecting the torque is small and the cost of parts for the detection is low.
【0013】[0013]
【発明の実施の形態】以下に、本発明をその実施の形態
を示す図面に基づいて説明する。図1(a)は、本発明
に係る車両用操舵装置の原理構成を示す原理図である。
この車両用操舵装置は、ステアリングホイール2(舵
輪)に連結され、ステアリングホイール2にその操作方
向と逆方向の力を与える反力モータ3(第2の電動モー
タ)と、反力モータ3の逆起電圧又は反力モータ3に流
れる電流を検出する検出器34(検出手段)と、ステア
リングホイール2の操舵角を検出するロータリエンコー
ダ33とを備えている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings showing an embodiment. FIG. 1A is a principle diagram showing a principle structure of a vehicle steering system according to the present invention.
The vehicle steering system is connected to a steering wheel 2 (steering wheel), and a reaction motor 3 (second electric motor) that applies a force to the steering wheel 2 in a direction opposite to the operation direction; A detector 34 (detection means) for detecting an electromotive voltage or a current flowing through the reaction motor 3 and a rotary encoder 33 for detecting a steering angle of the steering wheel 2 are provided.
【0014】この車両用操舵装置は、また、検出器34
が検出した逆起電圧又は電流とロータリエンコーダ33
が検出した操舵角とステアリングホイール2の慣性モー
メントと反力モータ3の慣性モーメントとに基づき、ス
テアリングホイール2に加わる操舵トルクを演算検出す
る操舵制御部4a(演算する手段)を備えている。操舵
制御部4aは、また、演算検出した操舵トルクに基づ
き、反力モータ3によりステアリングホイール2にその
操作方向と逆方向の力を与える反力制御を行う。図1
(b)は、上述した図1(a)に示す原理構成の車両用
操舵装置のステアリングホイール2と反力モータ3との
間に、反力モータ3の回転速度を増加させる為の増速ギ
ヤ7を設けた場合の原理構成を示す原理図である。The vehicle steering system also includes a detector 34.
And the detected back electromotive voltage or current and the rotary encoder 33
Is provided with a steering controller 4a (means for calculating) which calculates and detects the steering torque applied to the steering wheel 2 based on the detected steering angle, the moment of inertia of the steering wheel 2 and the moment of inertia of the reaction motor 3. The steering control unit 4a also performs a reaction force control that applies a force in a direction opposite to the operation direction to the steering wheel 2 by the reaction force motor 3 based on the steering torque calculated and detected. FIG.
(B) is a speed increasing gear for increasing the rotation speed of the reaction force motor 3 between the steering wheel 2 and the reaction force motor 3 of the vehicle steering apparatus having the principle configuration shown in FIG. FIG. 7 is a principle diagram showing a principle configuration in a case where 7 is provided.
【0015】以下に、このような構成の車両用操舵装置
の原理を説明する。図1(b)に示すように、増速ギヤ
7を設けてある場合、増速ギヤ7のギヤ比をn:1、ス
テアリングホイール2の操舵角をθh 、反力モータ3の
回転角度をθm とすると、 θm =n・θh (1) また、増速ギヤ7のステアリングホイール2側のギヤに
加わるトルクをTx 、増速ギヤ7の反力モータ3側のギ
ヤに加わるトルクをTy とすると、 Tx =n・Ty (2)Hereinafter, the principle of the vehicle steering system having such a configuration will be described. As shown in FIG. 1B, when the speed increasing gear 7 is provided, the gear ratio of the speed increasing gear 7 is n: 1, the steering angle of the steering wheel 2 is θ h , and the rotation angle of the reaction motor 3 is Assuming θ m , θ m = n · θ h (1) Further, the torque applied to the gear of the speed increasing gear 7 on the steering wheel 2 side is T x , the torque applied to the gear of the speed increasing gear 7 on the reaction motor 3 side. Is Ty , Tx = n · Ty (2)
【0016】ここで、ステアリングホイール2に加わる
トルク(操舵トルク)をT、反力モータ3に加わるトル
クをTm 、既知であるステアリングホイール2の慣性モ
ーメントをIh 、既知である反力モータ3の慣性モーメ
ントをIm 、既知であるステアリングホイール2から増
速ギヤ7迄の粘性抵抗係数をCh 、既知である増速ギヤ
7から反力モータ3迄の粘性抵抗係数をCm とすると、 Tx =T−Ih ・θh ″−Ch ・θh ′ (3) Ty =Tm +Im ・θm ″+Cm ・θm ′ (4) (但し、θ′=dθ/dt θ″=d2 θ/dt2 )Here, the torque (steering torque) applied to the steering wheel 2 is T, the torque applied to the reaction motor 3 is T m , the known moment of inertia of the steering wheel 2 is I h , and the known reaction motor 3 is the moment of inertia I m of the viscous drag coefficient C h from the steering wheel 2 until the speed increasing gear 7 is known, the viscosity resistance coefficient from the speed increasing gear 7 is known up to the reaction motor 3 When C m, T x = T-I h · θ h "-C h · θ h '(3) T y = T m + I m · θ m" + C m · θ m' (4) ( where, θ '= dθ / dt θ ″ = d 2 θ / dt 2 )
【0017】(3),(4)式を(2)式に代入して、 T−Ih ・θh ″−Ch ・θh ′=nTm +nIm ・θ
m ″+nCm ・θm ′ (1)式より、 T−Ih ・θh ″−Ch ・θh ′=nTm +nIm ・n
・θh ″+nCm ・n・θh ′ 整理して、 T−nTm =Ih ・θh ″+Ch ・θh ′ +n2 Im ・θh ″+n2 Cm ・θh ′ =(Ih +n2 Im )θh ″ +(Ch +n2 Cm )θh ′ (5)[0017] (3), (4) by substituting expression (2) below, T-I h · θ h "-C h · θ h '= nT m + nI m · θ
m ″ + nC m · θ m ′ From equation (1), T−I h · θ h ″ −C h · θ h ′ = nT m + nI m · n
· Θ h "+ nC m · n · θ h ' to organize, T-nT m = I h · θ h" + C h · θ h' + n 2 I m · θ h "+ n 2 C m · θ h '= (I h + n 2 I m ) θ h "+ (C h + n 2 C m) θ h '(5)
【0018】i) 反力モータの反力が無い(Tm =
0)場合 粘性抵抗分を無視すると、(5)式から、 T=(Ih +n2 Im )θh ″ θh =θm /nより、 T=((Ih +n2 Im )/n)θm ″ (6)I) There is no reaction force of the reaction motor (T m =
0) Neglecting viscous resistance component, (from 5), from the T = (I h + n 2 I m) θ h "θ h = θ m / n, T = ((I h + n 2 I m) / n) θ m ″ (6)
【0019】反力モータ3の逆起電圧定数をKe とする
と、このときの反力モータ3の逆起電圧V=Ke ・
θm ′である。従って、θm ′=V/Ke ∴ θm ″=V′/Ke (但し、V′=dV/d
t) よって、(6)式より、 T=(Ih +n2 Im )・V′/(n・Ke ) (7) となり、検出器34が検出した反力モータ3の逆起電圧
V、ステアリングホイール2の慣性モーメントIh 及び
反力モータ3の慣性モーメントIm より、ステアリング
ホイール2に加わるトルクTを求めることが出来る。つ
まり、反力モータ3に代えて、反力モータではない電動
モータを使用した場合は、電動モータの逆起電圧V、ス
テアリングホイール2の慣性モーメントIh及び電動モ
ータの慣性モーメントIm より、ステアリングホイール
2に加わるトルクTを求めることが出来る。[0019] The counter electromotive voltage constant of the reaction force motor 3 and K e, the counter electromotive voltage V = K e · of the reaction motor 3 at this time
θ m ′. Therefore, θ m ′ = V / K e ∴θ m ″ = V ′ / K e (where V ′ = dV / d
t) Therefore, (from 6), T = (I h + n 2 I m) · V '/ (n · K e) (7) next, the reaction motor 3 that the detector 34 detects the counter electromotive voltage V , from the moment of inertia I m moment of inertia I h and the reaction motor 3 of the steering wheel 2 can obtain a torque T applied to the steering wheel 2. That is, instead of the reaction motor 3, the case of using the electric motor is not a reaction motor, the counter electromotive voltage V of the electric motor, from the moment of inertia I h and of the electric motor inertia moment I m of the steering wheel 2, a steering The torque T applied to the wheel 2 can be obtained.
【0020】ここで、粘性抵抗分を考慮すると、(5)
式及びθh =θm /nより、 T=(Ih +n2 Im )θm ″/n +(Ch +n2 Cm )θm ′/n (8) θm ′=V/Ke 及びθm ″=V′/Ke より、 T=(Ih +n2 Im )V′/nKe +(Ch +n2 Cm )V/nKe (9)Here, considering the viscous resistance component, (5)
The equation and θ h = θ m / n, T = (I h + n 2 I m) θ m "/ n + (C h + n 2 C m) θ m '/ n (8) θ m' = V / K 'from / K e, T = (I h + n 2 I m) V' e and θ m "= V / nK e + (C h + n 2 C m) V / nK e (9)
【0021】ii)反力モータの反力が有る(Tm ≠0)
場合 反力モータ3に加わるトルクTm は、反力モータ3に流
れる電流iを検出することにより求めることが出来、反
力モータ3のトルク定数をKt とすると、Tm=i・K
t である。従って、反力モータ3を作動させる場合、そ
の流れる電流iを検出すれば、i)で求めた(6)〜
(9)の各式にnTm を加えることで、ステアリングホ
イール2に加わるトルクTを求めることが出来る。Ii) There is a reaction force of the reaction force motor (T m ≠ 0)
If the torque T m applied to the reaction motor 3, can be determined by detecting the current i flowing through the reaction motor 3, when the torque constant of the reaction force motor 3 and K t, T m = i · K
t . Therefore, when the reaction motor 3 is operated, if the flowing current i is detected, the values obtained in (6) to (6) are obtained in i).
By adding nT m to each equation of (9), the torque T applied to the steering wheel 2 can be obtained.
【0022】例えば、(8)式にnTm を加えると、 T=(Ih +n2 Im )θm ″/n +(Ch +n2 Cm )θm ′/n+nTm =(Ih +n2 Im )ωm ′/n +(Ch +n2 Cm )ωm /n+nTm (10) (但し、ωm =θm ′=反力モータ3の回転速度 ωm ′=dωm /dt) となり、ロータリエンコーダ33が検出したステアリン
グホイール2の操舵角θ h (又は反力モータ3の回転角
度θm )、検出器34が検出した反力モータ3に流れる
電流i、ステアリングホイール2の慣性モーメントIh
及び反力モータ3の慣性モーメントIm より、反力モー
タの反力が有り、粘性抵抗分を考慮した場合のステアリ
ングホイール2に加わるトルクTを求めることが出来
る。For example, in equation (8), nTmT = (Ih+ NTwoIm) Θm″ / N + (Ch+ NTwoCm) Θm'/ N + nTm = (Ih+ NTwoIm) Ωm'/ N + (Ch+ NTwoCm) Ωm/ N + nTm (10) (However, ωm= Θm'= Rotational speed of reaction motor 3m'= Dωm/ Dt) and the stearin detected by the rotary encoder 33
Steering angle θ of wheel 2 h(Or the rotation angle of the reaction motor 3
Degree θm), Flows to the reaction force motor 3 detected by the detector 34
Current i, moment of inertia I of steering wheel 2h
And the inertia moment I of the reaction motor 3mMore reaction mode
Due to viscous drag
Torque T applied to the steering wheel 2
You.
【0023】図2は、本発明に係る車両用操舵装置の実
施の形態の要部構成を示すブロック図である。この車両
用操舵装置は、図示しない車体の左右に配された一対の
舵取り用の車輪10,10に舵取り動作を行わせるため
の舵取機構1と、舵取機構1から機械的に切り離して配
された操舵手段であるステアリングホイール2と、ステ
アリングホイール2に反力を付与する反力アクチュエー
タ3(第2の電動モータ)と、マイクロプロセッサを用
いてなる操舵制御部4とを備え、ステアリングホイール
2の操作に応じた操舵制御部4の動作により、舵取機構
1の中途に配した操舵モータ5(第1の電動モータ)を
駆動し、舵取機構1を作動させる構成となっている。FIG. 2 is a block diagram showing a main configuration of an embodiment of a vehicle steering system according to the present invention. The vehicle steering system includes a steering mechanism 1 for causing a pair of steering wheels 10, 10 arranged on the left and right sides of a vehicle body (not shown) to perform a steering operation, and a steering mechanism 1 which is mechanically separated from the steering mechanism 1. The steering wheel 2 includes a steering wheel 2 as a steering means, a reaction force actuator 3 (second electric motor) for applying a reaction force to the steering wheel 2, and a steering control unit 4 using a microprocessor. In accordance with the operation of the steering control unit 4 in accordance with the operation described above, the steering motor 5 (first electric motor) arranged in the middle of the steering mechanism 1 is driven to operate the steering mechanism 1.
【0024】舵取機構1は、公知のように、車体の左右
方向に延設されて軸長方向に摺動する操舵軸11の両端
部と、車輪10,10を支持するナックルアーム12,
12とを、各別のタイロッド13,13により連結し、
操舵軸11の両方向への摺動によりタイロッド13,1
3を介してナックルアーム12,12を押し引きし、車
輪10,10を左右に操向させるものであり、この操向
は、操舵軸11の中途部に同軸的に構成された操舵モー
タ5の回転を、適宜の運動変換機構により操舵軸11の
摺動に変換して行われる。As is well known, the steering mechanism 1 includes both ends of a steering shaft 11 that extends in the left-right direction of the vehicle body and slides in the axial direction, and knuckle arms 12 that support the wheels 10, 10.
12 are connected by separate tie rods 13, 13, respectively.
The tie rods 13 and 1 are moved by sliding the steering shaft 11 in both directions.
The knuckle arms 12, 12 are pushed and pulled via 3 to steer the wheels 10, 10 to the left and right. This steering is performed by the steering motor 5, which is coaxially formed in the middle of the steering shaft 11. The rotation is converted into sliding of the steering shaft 11 by an appropriate motion conversion mechanism.
【0025】操舵軸11は、操舵軸ハウジング14との
間に介装された図示しない回転拘束手段により軸回りの
回転を拘束されており、操舵モータ5の回転は、操舵軸
11の軸長方向の摺動に変換され、操舵モータ5の回転
に応じた舵取り(操舵用の車輪10,10の操向)が行
われる。このように舵取りされる車輪10,10の舵角
は、操舵モータ5の一側の操舵軸ハウジング14と操舵
軸11との相対摺動位置を媒介として、舵角センサ16
により検出されるようになしてあり、舵角センサ16の
出力は、操舵モータ5の回転位置を検出するロータリエ
ンコーダ15の出力と共に、操舵制御部4に与えられて
いる。The rotation around the axis of the steering shaft 11 is restricted by rotation restricting means (not shown) interposed between the steering shaft 11 and the steering shaft housing 14. And the steering (steering of the steering wheels 10, 10) according to the rotation of the steering motor 5 is performed. The steering angles of the wheels 10, 10 steered in this manner are determined by a relative sliding position between the steering shaft housing 14 on one side of the steering motor 5 and the steering shaft 11 as a medium.
The output of the steering angle sensor 16 is supplied to the steering control unit 4 together with the output of the rotary encoder 15 for detecting the rotational position of the steering motor 5.
【0026】ステアリングホイール2に反力を付与する
反力アクチュエータ3は、電動モータ(例えば3相ブラ
シレスモータ)であり、回転軸30に関連して、そのケ
ーシングを図示しない車体の適宜部に固定して取り付け
てある。ステアリングホイール2は、回転軸30の一側
の突出端に同軸的に固定されている。The reaction force actuator 3 for applying a reaction force to the steering wheel 2 is an electric motor (for example, a three-phase brushless motor), and its casing is fixed to an appropriate portion of a vehicle body (not shown) in relation to the rotating shaft 30. It is attached. The steering wheel 2 is coaxially fixed to a protruding end on one side of the rotating shaft 30.
【0027】反力アクチュエータ3は、操舵制御部4か
ら与えられる反力指示トルク信号に応じた駆動回路3a
からの通電により正逆両方向に駆動され、回転軸30の
一端に取り付けたステアリングホイール2に、その操作
方向と逆方向の力(反力)を付与する動作をなす。従っ
て、ステアリングホイール2の回転操作には、反力アク
チュエータ3が発生する反力に抗する操舵トルクを加え
る必要がある。このようにしてステアリングホイール2
に加えられる操舵トルクは、操舵制御部4により、反力
アクチュエータ3に流れる電流に基づき演算検出され、
反力アクチュエータ3が発生する反力の調節に使用され
る。電流センサ3bは、駆動回路3aから反力アクチュ
エータ3に通電する電流を検出し、操舵制御部4に与え
る。The reaction force actuator 3 has a drive circuit 3a corresponding to a reaction force instruction torque signal given from the steering control unit 4.
When the steering wheel 2 is mounted on one end of the rotating shaft 30, a force (reaction force) in a direction opposite to the operation direction is applied to the steering wheel 2 attached to one end of the rotating shaft 30. Therefore, it is necessary to apply a steering torque against the reaction force generated by the reaction force actuator 3 to the rotation operation of the steering wheel 2. Thus, the steering wheel 2
Is calculated and detected by the steering control unit 4 based on the current flowing through the reaction force actuator 3,
It is used for adjusting the reaction force generated by the reaction force actuator 3. The current sensor 3 b detects a current flowing from the drive circuit 3 a to the reaction force actuator 3 and supplies the detected current to the steering control unit 4.
【0028】ステアリングホイール2の操作量(操舵
角)は、反力アクチュエータ3に付設されたロータリエ
ンコーダ33により、操作方向を含めて検出されてお
り、これらの検出結果は、操舵制御部4に与えられてい
る。また、操舵制御部4には、車両の走行速度を検出す
る車速センサ6の検出結果が与えられている。操舵制御
部4の出力は、反力アクチュエータ3と操舵モータ5と
に、各別の駆動回路3a,5aを介して与えられてお
り、反力アクチュエータ3及び操舵モータ5は、操舵制
御部4からの指示信号に応じて各別の動作を行うように
なしてある。The operation amount (steering angle) of the steering wheel 2 is detected including the operation direction by a rotary encoder 33 attached to the reaction force actuator 3, and these detection results are given to the steering control unit 4. Have been. Further, the steering control unit 4 is provided with a detection result of a vehicle speed sensor 6 for detecting a running speed of the vehicle. The output of the steering control unit 4 is provided to the reaction force actuator 3 and the steering motor 5 via respective drive circuits 3a and 5a. The reaction force actuator 3 and the steering motor 5 Are performed in response to the instruction signals of the above.
【0029】操舵制御部4は、ステアリングホイール2
に付与すべき反力を決定し、反力を発生させるべく反力
アクチュエータ3に反力指示トルク信号を発する反力制
御を行い、また、ロータリエンコーダ33が検出したス
テアリングホイール2の操舵角と、電流センサ3bが検
出した反力アクチュエータ3(反力モータ)に流れる電
流と、ステアリングホイール2の慣性モーメントと、反
力アクチュエータ3の慣性モーメントとにより、上述し
たように、ステアリングホイール2に加えられる操舵ト
ルクを演算検出する。The steering control unit 4 includes the steering wheel 2
Is determined, a reaction force control for generating a reaction force instruction torque signal to the reaction force actuator 3 in order to generate a reaction force, and a steering angle of the steering wheel 2 detected by the rotary encoder 33; As described above, the steering applied to the steering wheel 2 by the current flowing through the reaction force actuator 3 (reaction force motor) detected by the current sensor 3b, the moment of inertia of the steering wheel 2, and the moment of inertia of the reaction force actuator 3 Calculate and detect torque.
【0030】また、操舵制御部4は、ロータリエンコー
ダ33からの入力によりステアリングホイール2の操作
方向を含めた操作角度を認識し、舵取機構1に付設され
た舵角センサ16からの入力により認識される実舵角度
との舵角偏差を求め、この舵角偏差を、車速センサ6か
らの入力として与えられる車速の遅速、及び演算検出し
た操舵トルクに応じて大小となるように補正して目標舵
角を求め、この目標舵角が得られるまで操舵モータ5を
駆動する操舵制御動作を行う。このとき、ロータリエン
コーダ15からの入力は、操舵モータ5が所望の回転位
置に達したか否かを調べるためのフィードバック信号と
して用いられる。The steering control unit 4 recognizes an operation angle including an operation direction of the steering wheel 2 based on an input from the rotary encoder 33 and recognizes an operation angle based on an input from a steering angle sensor 16 attached to the steering mechanism 1. The steering angle deviation from the actual steering angle is calculated, and the steering angle deviation is corrected to be large or small according to the vehicle speed given as an input from the vehicle speed sensor 6 and the steering torque calculated and detected. A steering angle is obtained, and a steering control operation for driving the steering motor 5 is performed until the target steering angle is obtained. At this time, an input from the rotary encoder 15 is used as a feedback signal for checking whether or not the steering motor 5 has reached a desired rotational position.
【0031】以下に、このような構成の車両用操舵装置
の動作を、それを示す図3のフローチャートを参照しな
がら説明する。先ず、操舵制御部4は、電流センサ3b
に、反力モータ3に流れる電流iを検出させて読み込み
(S2)、nTm をn・i・Kt により求め記憶する
(S4)。次に、操舵制御部4は、ロータリエンコーダ
33が検出したステアリングホイール2の操舵角θ
h (又は反力モータ3の回転角度θm )から反力モータ
3の回転速度ωm を算出検出させて読み込み(S6)、
今回のサンプリング周期の回転速度ωm (N)として記
憶する(S8)。次に、操舵制御部4は、今回のサンプ
リング周期の回転速度ωm (N)と、前回のサンプリン
グ周期に検出し記憶した回転速度ωm (N−1)との差
を演算し、Δωm として記憶する(S10)。The operation of the vehicle steering system having such a configuration will be described below with reference to the flowchart of FIG. First, the steering control unit 4 controls the current sensor 3b.
To read by detecting the current i flowing through the reaction motor 3 (S2), the nT m storing determined by n · i · K t (S4 ). Next, the steering control unit 4 determines the steering angle θ of the steering wheel 2 detected by the rotary encoder 33.
h (or the rotation angle θ m of the reaction force motor 3), the rotation speed ω m of the reaction force motor 3 is calculated and detected, and read (S6).
It is stored as the rotation speed ω m (N) of the current sampling cycle (S8). Next, the steering control unit 4 calculates a difference between the rotation speed ω m (N) of the current sampling cycle and the rotation speed ω m (N−1) detected and stored in the previous sampling cycle, and calculates Δω m (S10).
【0032】次に、操舵制御部4は、サンプリング周期
ΔtによりΔωm を割り算して、反力モータ3の回転加
速度ωm ′を求めて記憶する(S12)。次に、操舵制
御部4は、記憶してあるnTm (S4)及び反力モータ
3の回転加速度ωm ′(S12)を、(10)式 T=(Ih +n2 Im )ωm ′/n +(Ch +n2 Cm )ωm /n+nTm (10) に代入して、ステアリングホイール2に加わるトルクT
(操舵トルク)を演算する(S14)。次に、操舵制御
部4は、今回のサンプリング周期の回転速度ωm (N)
を、前回のサンプリング周期の回転速度ωm (N−1)
として記憶し(S16)リターンする。Next, the steering control unit 4 divides Δω m by the sampling period Δt to obtain and store the rotational acceleration ω m ′ of the reaction force motor 3 (S12). Next, the steering control unit 4 compares the stored nT m (S4) and the rotational acceleration ω m ′ (S12) of the reaction motor 3 with the equation (10) T = (I h + n 2 Im ) ω m '/ n + (C h + n 2 C m) are substituted into ω m / n + nT m ( 10), the torque T applied to the steering wheel 2
(Steering torque) is calculated (S14). Next, the steering control unit 4 determines the rotation speed ω m (N) of the current sampling cycle.
Is the rotation speed ω m (N-1) of the previous sampling cycle.
And returns (S16).
【0033】尚、反力モータ3に代えて、反力モータで
はない電動モータを使用した場合は、電動モータの逆起
電圧V、ステアリングホイール2の慣性モーメントIh
及び電動モータの慣性モーメントIm より、(9)式を
演算して、ステアリングホイール2に加わるトルクTを
求めることが出来る。When an electric motor other than the reaction motor is used in place of the reaction motor 3, a back electromotive voltage V of the electric motor and an inertia moment I h of the steering wheel 2 are obtained.
And from the moment of inertia I m of the electric motor, (9) by calculating the equation, it is possible to obtain a torque T applied to the steering wheel 2.
【0034】[0034]
【発明の効果】第1,3発明に係る車両用操舵装置によ
れば、トルクを検出する為のスペースが小さく、また、
その為の部品コストが安価な分離型の車両用操舵装置を
実現することが出来る。According to the vehicle steering system according to the first and third aspects of the present invention, the space for detecting the torque is small,
Therefore, it is possible to realize a separation type vehicle steering device with a low component cost.
【0035】第2発明に係る車両用操舵装置によれば、
トルクを検出する為のスペースが不要であり、また、そ
の為の部品コストが安価な分離型の車両用操舵装置を実
現することが出来る。According to the vehicle steering system of the second invention,
A space for detecting the torque is not required, and a separate type vehicle steering device with a low component cost can be realized.
【図1】本発明に係る車両用操舵装置の原理構成を示す
原理図である。FIG. 1 is a principle diagram showing the principle structure of a vehicle steering system according to the present invention.
【図2】本発明に係る車両用操舵装置の実施の形態の要
部構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a main configuration of an embodiment of the vehicle steering system according to the present invention.
【図3】本発明に係る車両用操舵装置の動作を示すフロ
ーチャートである。FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the vehicle steering system according to the present invention.
1 舵取機構 2 ステアリングホイール(舵輪) 3 反力モータ(反力アクチュエータ、第2の電動モー
タ) 3a,5a 駆動回路 3b 電流センサ(検出手段) 4,4a 操舵制御部(演算する手段) 5 操舵モータ(第1の電動モータ) 7 増速ギヤ 30 回転軸(舵輪の軸) 33 ロータリエンコーダ 34 検出器(検出手段)Reference Signs List 1 steering mechanism 2 steering wheel (steering wheel) 3 reaction force motor (reaction force actuator, second electric motor) 3a, 5a drive circuit 3b current sensor (detection means) 4, 4a steering control unit (calculation means) 5 steering Motor (first electric motor) 7 Speed-up gear 30 Rotation shaft (steering wheel shaft) 33 Rotary encoder 34 Detector (detection means)
Claims (3)
械的に連結されず、舵輪の操舵角及び舵輪に加わる操舵
トルクを求め、求めた操舵角及び操舵トルクに応じて、
前記舵取機構が有する第1の電動モータを駆動制御し、
舵角を増減制御する車両用操舵装置において、 前記舵輪の軸に連結された第2の電動モータと、該第2
の電動モータの逆起電圧又は該第2の電動モータに流れ
る電流を検出する検出手段と、該検出手段が検出した逆
起電圧又は電流、前記操舵角、前記舵輪の慣性モーメン
ト及び前記第2の電動モータの慣性モーメントに基づき
前記操舵トルクを演算する手段とを備えることを特徴と
する車両用操舵装置。A steering mechanism for changing the direction of a wheel is not mechanically connected to a steering wheel, but determines a steering angle of the steering wheel and a steering torque applied to the steering wheel, and according to the determined steering angle and steering torque,
Controlling the drive of a first electric motor of the steering mechanism;
A steering apparatus for a vehicle for controlling a steering angle to increase or decrease, comprising: a second electric motor connected to a shaft of the steering wheel;
Detecting means for detecting the back electromotive voltage of the electric motor or the current flowing in the second electric motor, the back electromotive voltage or current detected by the detecting means, the steering angle, the moment of inertia of the steering wheel, and the second Means for calculating the steering torque based on the moment of inertia of the electric motor.
の操作方向と逆方向の力を与える反力モータである請求
項1記載の車両用操舵装置。2. The vehicle steering system according to claim 1, wherein the second electric motor is a reaction motor that applies a force to the steering wheel in a direction opposite to an operation direction thereof.
械的に連結されず、舵輪の操舵角及び舵輪に加わる操舵
トルクを求め、求めた操舵角及び操舵トルクに応じて、
前記舵取機構が有する第1の電動モータを駆動制御し、
舵角を増減制御する車両用操舵装置において、 前記舵輪の軸に連結された第2の電動モータと、該第2
の電動モータの逆起電圧又は該第2の電動モータに流れ
る電流を検出する検出手段と、該検出手段が検出した逆
起電圧又は電流、前記舵輪の慣性モーメント及び前記第
2の電動モータの慣性モーメントに基づき前記操舵トル
クを演算する手段とを備えることを特徴とする車両用操
舵装置。3. A steering mechanism for changing a direction of a wheel is not mechanically connected to the steering wheel, and determines a steering angle of the steering wheel and a steering torque applied to the steering wheel, and according to the determined steering angle and steering torque,
Controlling the drive of a first electric motor of the steering mechanism;
A steering apparatus for a vehicle for controlling a steering angle to increase or decrease, comprising: a second electric motor connected to a shaft of the steering wheel;
Detecting means for detecting the back electromotive voltage of the electric motor or the current flowing through the second electric motor, the back electromotive voltage or current detected by the detecting means, the moment of inertia of the steering wheel, and the inertia of the second electric motor. Means for calculating the steering torque based on the moment.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1315280A3 (en) * | 2001-11-22 | 2004-06-30 | Tamagawa Seiki Kabushiki Kaisha | Sensor system for controlling a motor |
| JP2009166776A (en) * | 2008-01-18 | 2009-07-30 | Honda Motor Co Ltd | Steering device |
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