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JP2009113509A - Vehicle steering system - Google Patents

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Publication number
JP2009113509A
JP2009113509A JP2007285121A JP2007285121A JP2009113509A JP 2009113509 A JP2009113509 A JP 2009113509A JP 2007285121 A JP2007285121 A JP 2007285121A JP 2007285121 A JP2007285121 A JP 2007285121A JP 2009113509 A JP2009113509 A JP 2009113509A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
steering
operation amount
steering angle
angle
additional
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2007285121A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koji Matsuno
浩二 松野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Subaru Corp
Original Assignee
Fuji Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Heavy Industries Ltd filed Critical Fuji Heavy Industries Ltd
Priority to JP2007285121A priority Critical patent/JP2009113509A/en
Publication of JP2009113509A publication Critical patent/JP2009113509A/en
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Abstract

【課題】ドライバの操舵遅れを効果的に補償するとともに舵角のオーバーシュートを防止した車両用操舵装置を提供する。
【解決手段】車両用操舵装置1を、ドライバが操舵操作を入力する操舵入力部30と、操舵入力部の操作量を検出する操作量検出手段91と、操舵入力部の操作量の履歴に基づいて予測操作量を演算する予測操作量演算手段90と、操作量検出手段が検出した操舵入力部の実際の操作量と、予測操作量演算手段が演算した前記予測操作量との比較結果に基づいて、操舵入力部の操作量に応じた基礎舵角に付加される付加舵角を演算する付加舵角演算手段90と、基礎舵角及び前記付加舵角に応じて前輪を操向する操舵機構部50、80とを備える構成とする。
【選択図】図3
A vehicle steering apparatus that effectively compensates for a steering delay of a driver and prevents an overshoot of a steering angle is provided.
A vehicle steering apparatus 1 is based on a steering input unit 30 in which a driver inputs a steering operation, an operation amount detection unit 91 that detects an operation amount of the steering input unit, and an operation amount history of the steering input unit. Based on a comparison result between the predicted operation amount calculation means 90 that calculates the predicted operation amount, the actual operation amount of the steering input unit detected by the operation amount detection means, and the predicted operation amount calculated by the prediction operation amount calculation means. An additional steering angle calculating means 90 for calculating an additional steering angle added to the basic steering angle according to the operation amount of the steering input unit, and a steering mechanism for steering the front wheels according to the basic steering angle and the additional steering angle The units 50 and 80 are provided.
[Selection] Figure 3

Description

本発明は、自動車等の車両の前輪を操舵する操舵装置に関し、特に、操舵操作量に比例した基礎舵角に、ドライバの急操舵操作に応じた付加舵角を重畳させる操舵装置に関するものである。   The present invention relates to a steering device that steers front wheels of a vehicle such as an automobile, and more particularly to a steering device that superimposes an additional steering angle according to a driver's sudden steering operation on a basic steering angle proportional to a steering operation amount. .

自動車の操舵装置は、一般に、ステアリングホイールの回転運動を、ステアリングシャフトを介してステアリングギヤボックスに伝達し、ここで車幅方向の直進運動に変換して前輪を操向している。
近年、例えばステアリングシャフトの途中にアクチュエータを有する舵角補正機構を配置し、ステアリングホイールの操作量に対して舵角補正機構の作動角を重畳させて前輪の実舵角を制御する操舵装置が提案されている。このようなアクチュエータを備えた操舵装置は、例えば車両の走行速度に応じて見かけ上のステアリングギヤ比を変化させるステアリングギヤ比可変制御や、車両に不安定な挙動が生じた際に、自動的に舵角を修正して車両を復元させる制御等が可能となり、アクティブステアリングと通称されている。
In general, a steering apparatus for an automobile transmits a rotational movement of a steering wheel to a steering gear box via a steering shaft, and converts the movement into a straight movement in the vehicle width direction to steer a front wheel.
In recent years, for example, a steering device has been proposed in which a steering angle correction mechanism having an actuator is disposed in the middle of the steering shaft, and the actual steering angle of the front wheels is controlled by superimposing the operation angle of the steering angle correction mechanism on the steering wheel operation amount. Has been. A steering device equipped with such an actuator automatically controls, for example, a steering gear ratio variable control that changes the apparent steering gear ratio according to the traveling speed of the vehicle or an unstable behavior in the vehicle. Control such as restoring the vehicle by correcting the steering angle is possible, which is commonly referred to as active steering.

上述した操舵装置において、ステアリングホイール操作量に応じた舵角に、ステアリングホイール操作量の微分値に比例した付加舵角を付加する、いわゆる微分ステアリング制御を行うこと知られている(例えば、非特許文献1参照)。このような微分ステアリング制御を行うと、ドライバの操舵操作の遅れを補償して車両ヨー運動の応答性を高めることができる。
また、アクティブステア制御を行う車両用操舵装置において、反力トルクの変動を抑制することを目的として、モータ駆動に基づく舵角の角速度、角加速度が所定値を超えないようにガードすることが知られている(例えば、特許文献1参照)。
鈴村将人他著「フロントステア制御システムの開発」社団法人自動車技術会学術講演会前刷集No.34−03 特開2006−335250号公報
In the above-described steering apparatus, it is known to perform so-called differential steering control in which an additional steering angle proportional to the differential value of the steering wheel operation amount is added to the steering angle corresponding to the steering wheel operation amount (for example, non-patent) Reference 1). When such differential steering control is performed, the response of the vehicle yaw motion can be improved by compensating for the delay in the steering operation of the driver.
In addition, in a vehicle steering apparatus that performs active steering control, it is known to guard the angular velocity and angular acceleration of the steering angle based on the motor drive so as not to exceed predetermined values in order to suppress fluctuations in the reaction torque. (For example, refer to Patent Document 1).
Masato Suzumura et al. “Development of Front Steer Control System” 34-03 JP 2006-335250 A

しかし、微分ステアリング制御を行う場合、例えば障害物を緊急回避する場合のようにドライバの操舵速度が速い場合には、微分値に応じた付加舵角が過度に大きくなって、前輪実舵角がドライバの意図する目標舵角よりも大きく切り込まれるオーバーシュートが生じる場合があった。この場合、前輪は目標舵角以上に切り込まれた後に切り戻されることになり、ドライバが意図しない過剰なヨー運動を発生させ、ドライバに強い違和感を与えることになる。
これに対し、微分値に応じた付加舵角のゲインを下げることによってオーバーシュートの影響を低減することは可能であるが、この場合微分ステアリング制御によってドライバの操舵遅れを補償する効果も減殺されてしまう。
上述した問題に鑑み、本発明は、ドライバの操舵遅れを効果的に補償するとともに舵角のオーバーシュートを防止した車両用操舵装置を提供することを課題とする。
However, when differential steering control is performed, for example, when the driver's steering speed is fast, such as when an obstacle is urgently avoided, the additional steering angle corresponding to the differential value becomes excessively large, and the actual front wheel steering angle becomes There may be an overshoot that is cut larger than the target rudder angle intended by the driver. In this case, the front wheels are cut back after being cut beyond the target rudder angle, and an excessive yaw movement unintended by the driver is generated, giving a strong sense of incongruity to the driver.
On the other hand, it is possible to reduce the effect of overshoot by reducing the gain of the additional steering angle according to the differential value, but in this case, the effect of compensating the driver's steering delay by differential steering control is also reduced. End up.
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a vehicle steering apparatus that effectively compensates for a driver's steering delay and prevents steering angle overshoot.

本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項1の発明は、ドライバが操舵操作を入力する操舵入力部と、前記操舵入力部の操作量を検出する操作量検出手段と、前記操舵入力部の前記操作量の履歴に基づいて予測操作量を演算する予測操作量演算手段と、前記操作量検出手段が検出した前記操舵入力部の実際の操作量と、前記予測操作量演算手段が演算した前記予測操作量との比較結果に基づいて、前記操舵入力部の操作量に応じた基礎舵角に付加される付加舵角を演算する付加舵角演算手段と、前記基礎舵角及び前記付加舵角に応じて前輪を操向する操舵機構部とを備えることを特徴とする車両用操舵装置である。
ここで、予測操作量は典型的には滑らかなステアリング操作を前提とした最新の操作量であって、これは例えば過去の複数時点での操作量をサンプリングし、テイラー展開することによって求めることができる。
The present invention solves the above-described problems by the following means.
According to the first aspect of the present invention, a steering input unit for a driver to input a steering operation, an operation amount detection means for detecting an operation amount of the steering input unit, and a prediction operation based on the operation amount history of the steering input unit Based on a comparison result between a predicted operation amount calculation unit that calculates an amount, an actual operation amount of the steering input unit detected by the operation amount detection unit, and the predicted operation amount calculated by the prediction operation amount calculation unit. , Additional steering angle calculation means for calculating an additional steering angle added to the basic steering angle according to the operation amount of the steering input unit, and a steering mechanism for steering the front wheels according to the basic steering angle and the additional steering angle And a vehicle steering apparatus.
Here, the predicted operation amount is typically the latest operation amount on the premise of smooth steering operation, and can be obtained by sampling the operation amount at a plurality of past points in time and performing Taylor expansion, for example. it can.

請求項2の発明は、請求項1に記載の車両用操舵装置において、前記操舵入力部の操作量の微分値を検出する微分値検出手段を備え、前記付加舵角演算手段は、前記実際の操作量と前記予測操作量との偏差の増大に応じて増加する微分ステアリング制御ゲインに前記微分値を乗算して前記付加舵角を求めることを特徴とする車両用操舵装置である。
請求項3の発明は、請求項1に記載の車両用操舵装置において、前記付加舵角演算手段は、前記実際の操作量と前記予測操作量との偏差に所定のゲインを乗算して前記付加舵角を求めることを特徴とする車両用制御装置である。
According to a second aspect of the present invention, in the vehicle steering apparatus according to the first aspect, the vehicle steering apparatus further includes a differential value detection unit that detects a differential value of the operation amount of the steering input unit, The vehicle steering apparatus is characterized in that the additional steering angle is obtained by multiplying the differential steering control gain, which increases with an increase in the deviation between the operation amount and the predicted operation amount, by the differential value.
According to a third aspect of the present invention, in the vehicle steering apparatus according to the first aspect, the additional steering angle calculation means multiplies a deviation between the actual operation amount and the predicted operation amount by a predetermined gain to perform the addition. A control apparatus for a vehicle characterized by obtaining a rudder angle.

本発明によれば、以下の効果を得ることができる。
(1)操舵入力部の操作量の履歴に基づいて演算した予測操作量と実際の操作量との比較結果に基づいて付加舵角を演算することによって、例えば危険回避時のように急なステアリング操作が行われた場合(予測操作量と実際の操作量との偏差が大きい場合)に、大きな付加舵角を与えることでドライバの操舵遅れを効果的に補償することができる。また、ステアリング操作の中期から後期にかけては偏差が小さくなることから、付加舵角が過大となって生じる実舵角のオーバーシュートを防止することができる。
(2)実際の操作量と予測操作量との偏差の増大に応じて微分ステアリング制御ゲインを増加させることによって、急なステアリング操作が開始されて偏差及び操舵速度が大きい場合に、これらの積に応じて付加舵角を大きくしてドライバの操舵遅れを確実に補償することができる。また、ステアリング操作が収束しつつあって偏差及び操舵速度が小さくなった場合に付加舵角を小さくしてオーバーシュートの防止を確実に行うことができる。
(3)実際の操作量と予測操作量との偏差に所定のゲインを乗算して付加舵角を求めることによって、操舵入力部の操作量を微分する必要がなくなり、演算負荷の軽減を図るとともに、微分処理の際に生じる波形の乱れ、信号の出力遅れ等の影響を排除することができる。
According to the present invention, the following effects can be obtained.
(1) By calculating the additional rudder angle based on the comparison result between the predicted operation amount calculated based on the operation amount history of the steering input unit and the actual operation amount, for example, steering steeper as in danger avoidance When the operation is performed (when the deviation between the predicted operation amount and the actual operation amount is large), the driver's steering delay can be effectively compensated by giving a large additional steering angle. Further, since the deviation becomes small from the middle to the latter half of the steering operation, it is possible to prevent an actual steering angle overshoot caused by an excessive additional steering angle.
(2) By increasing the differential steering control gain in accordance with an increase in the deviation between the actual operation amount and the predicted operation amount, when a sudden steering operation is started and the deviation and the steering speed are large, these products are Accordingly, the steering angle of the driver can be reliably compensated by increasing the additional steering angle. In addition, when the steering operation is converging and the deviation and the steering speed are reduced, the additional steering angle can be reduced to reliably prevent overshoot.
(3) By multiplying the deviation between the actual operation amount and the predicted operation amount by a predetermined gain to obtain the additional steering angle, there is no need to differentiate the operation amount of the steering input unit, and the calculation load is reduced. Thus, it is possible to eliminate the influence of waveform disturbance, signal output delay, and the like that occur during differentiation processing.

本発明は、ドライバの操舵遅れを効果的に補償するとともに舵角のオーバーシュートを防止した車両用操舵装置を提供する課題を、操舵操作量の履歴を2次テイラー展開することによって滑らかなステアリング操作を前提とした予測操舵操作量を算出し、この予測操舵操作量と実際の操舵操作量との偏差に応じて微分ステアリング制御のゲインを設定することによって解決した。
また、本発明の他の態様によれば、上述した予測操作量と実際の操舵操作量との偏差に所定の定数を乗じて付加舵角を算出することによって上記課題を解決した。
An object of the present invention is to provide a vehicular steering apparatus that effectively compensates for a driver's steering delay and prevents steering angle overshoot. This is solved by calculating a predicted steering operation amount based on the above and setting a gain of differential steering control according to a deviation between the predicted steering operation amount and the actual steering operation amount.
According to another aspect of the present invention, the above-described problem is solved by calculating the additional steering angle by multiplying the deviation between the predicted operation amount and the actual steering operation amount by a predetermined constant.

以下、本発明を適用した車両用操舵装置の実施例1について説明する。
実施例1の操舵装置は、例えば4輪の乗用車の前輪を操舵するものである。
図1は、実施例1の操舵装置の構成を示す図である。なお、左右設けられる構成要素に関しては、左右それぞれL,Rの添え字を付して図示する。
操舵装置1は、左右の前輪10及びハウジング20を操向するものである。
ハウジング20は、前輪10を回転可能に支持する図示しないハブベアリングユニットを収容する部材である。ハウジング20は、操向軸線(キングピン軸)から車両後方側へ突出したナックルアーム21を備えている。
A vehicle steering apparatus according to a first embodiment to which the present invention is applied will be described below.
The steering device according to the first embodiment steers the front wheels of, for example, a four-wheeled passenger car.
FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of the steering device according to the first embodiment. Note that the left and right components are illustrated with L and R subscripts attached to the left and right, respectively.
The steering device 1 steers the left and right front wheels 10 and the housing 20.
The housing 20 is a member that houses a hub bearing unit (not shown) that rotatably supports the front wheel 10. The housing 20 includes a knuckle arm 21 that protrudes from the steering axis (kingpin shaft) toward the vehicle rear side.

操舵装置1は、ステアリングホイール30、アッパステアリングシャフト40、舵角補正機構50、ロワステアリングシャフト60、ジョイント部70、ステアリングギヤボックス80、操舵制御部90、モータ駆動部100等を備えて構成されている。
ステアリングホイール30は、ドライバが操舵操作を入力する操舵入力部である。
アッパステアリングシャフト40は、ステアリングホイール30と舵角補正機構50とを連結し、ステアリングホイール30の回転を舵角補正機構50の後述するサンギヤ51に伝達する回転軸である。
The steering device 1 includes a steering wheel 30, an upper steering shaft 40, a steering angle correction mechanism 50, a lower steering shaft 60, a joint unit 70, a steering gear box 80, a steering control unit 90, a motor driving unit 100, and the like. Yes.
The steering wheel 30 is a steering input unit through which a driver inputs a steering operation.
The upper steering shaft 40 is a rotating shaft that connects the steering wheel 30 and the steering angle correction mechanism 50 and transmits the rotation of the steering wheel 30 to a sun gear 51 described later of the steering angle correction mechanism 50.

舵角補正機構50は、アッパステアリングシャフト40からの入力舵角に、所望の付加舵角を重畳させてロワステアリングシャフト60に伝達するものである。付加舵角は、舵角補正機構50がアッパステアリングシャフト40に対してロワステアリングシャフト60を回転させることによって発生する。
舵角補正機構50は、サンギヤ51,52、プラネタリギヤ53,54、ピニオン軸55、キャリヤ56、モータ57、ドライブギヤ58、ドリブンギヤ59等を備えて構成されている。
The steering angle correction mechanism 50 superimposes a desired additional steering angle on the input steering angle from the upper steering shaft 40 and transmits it to the lower steering shaft 60. The additional steering angle is generated when the steering angle correction mechanism 50 rotates the lower steering shaft 60 with respect to the upper steering shaft 40.
The steering angle correction mechanism 50 includes sun gears 51 and 52, planetary gears 53 and 54, a pinion shaft 55, a carrier 56, a motor 57, a drive gear 58, a driven gear 59, and the like.

サンギヤ51は、アッパステアリングシャフト40の舵角補正機構50側の端部に固定されている。
サンギヤ52は、ロワステアリングシャフト60の舵角補正機構50側の端部に固定されている。
これらのサンギヤ51,52は、その回転中心軸が一致して配置されている。
The sun gear 51 is fixed to the end of the upper steering shaft 40 on the rudder angle correction mechanism 50 side.
The sun gear 52 is fixed to the end of the lower steering shaft 60 on the rudder angle correction mechanism 50 side.
These sun gears 51 and 52 are arranged so that their rotation center axes coincide.

プラネタリギヤ53,54は、それぞれサンギヤ51,52と噛合されている。
これらのプラネタリギヤ53,54は、その回転中心軸が一致して配置されている。
ピニオン軸55は、プラネタリギヤ53,54が両端部にそれぞれ固定された回転軸である。
キャリヤ56は、ピニオン軸55及びプラネタリギヤ53,54を、サンギヤ51,52のそれぞれに対してこれらと同じ回転中心軸回りに公転可能に支持するとともに、ピニオン軸55の中心軸回りに自転可能に支持する部材である。
Planetary gears 53 and 54 mesh with sun gears 51 and 52, respectively.
These planetary gears 53 and 54 are arranged such that their rotation center axes coincide with each other.
The pinion shaft 55 is a rotation shaft in which the planetary gears 53 and 54 are fixed to both ends.
The carrier 56 supports the pinion shaft 55 and the planetary gears 53 and 54 so that they can revolve around the same rotation center axis as the sun gears 51 and 52, respectively, and can rotate around the center axis of the pinion shaft 55. It is a member to do.

モータ57は、モータ駆動部100によって駆動され、キャリヤ56を回転駆動することによって所望の付加舵角を発生させるものである。
ドライブギヤ58は、モータ57の出力軸に固定されている。
ドリブンギヤ59は、キャリヤ56のステアリングホイール30側の端部外径側に設けられ、ドライブギヤ58と噛合され、ドライブギヤ58によって駆動される。
The motor 57 is driven by the motor drive unit 100 and generates a desired additional steering angle by rotating the carrier 56.
The drive gear 58 is fixed to the output shaft of the motor 57.
The driven gear 59 is provided on the outer diameter side of the end of the carrier 56 on the steering wheel 30 side, meshed with the drive gear 58, and driven by the drive gear 58.

ロワステアリングシャフト60は、舵角補正機構50とジョイント部70とを連結し、舵角補正機構50のサンギヤ52の回転をジョイント部70に伝達する回転軸である。
ジョイント部70は、ロワステアリングシャフト60とステアリングギヤボックス80のピニオン軸81とを連結し、ロワステアリングシャフト60の回転を、方向を変えつつピニオン軸81に伝達する。
ジョイント部70は、直列に配置されたユニバーサルジョイント71,72、及び、これらを連結するジョイント軸73を備えている。
The lower steering shaft 60 is a rotating shaft that connects the rudder angle correction mechanism 50 and the joint part 70 and transmits the rotation of the sun gear 52 of the rudder angle correction mechanism 50 to the joint part 70.
The joint unit 70 connects the lower steering shaft 60 and the pinion shaft 81 of the steering gear box 80, and transmits the rotation of the lower steering shaft 60 to the pinion shaft 81 while changing the direction.
The joint part 70 includes universal joints 71 and 72 arranged in series, and a joint shaft 73 that connects them.

ステアリングギヤボックス80は、ピニオン軸81から入力される回転運動を、図示しないステアリングラックの車幅方向の直進往復運動に変換するラックアンドピニオン機構を備えている。
また、ステアリングギヤボックス80は、車幅方向の両端部に、ステアリングラックの動きをハウジング20のナックルアーム21に伝達するタイロッド82を備えている。
The steering gear box 80 includes a rack and pinion mechanism that converts a rotational motion input from the pinion shaft 81 into a linear reciprocating motion in the vehicle width direction of a steering rack (not shown).
Further, the steering gear box 80 includes tie rods 82 that transmit the movement of the steering rack to the knuckle arm 21 of the housing 20 at both ends in the vehicle width direction.

操舵制御部90は、ステアリングホイール30の回転中心軸回りにおける位置(角度)を検出する舵角センサ(操作量検出手段)91を備え、この舵角センサ91の出力に応じて、舵角補正機構50で付加される付加舵角を演算する付加舵角演算手段である。
舵角センサ91は、例えばステアリングコラムに設けられ、アッパステアリングシャフト40の回転と連動して相対移動するように配置された磁性体と磁気検出素子とを備え、磁気検出素子の出力に応じてアッパステアリングシャフト40の角度(ステアリングホイール30の角度と等しい)を検出する。
なお、操舵制御部90における付加舵角の演算については、後に詳しく説明する。
モータ駆動部100は、操舵制御部90が演算した付加舵角に応じて、舵角補正機構50のモータ57を駆動し、舵角補正機構50が目標とする付加舵角を発生するように制御するものである。
The steering control unit 90 includes a steering angle sensor (operation amount detection means) 91 that detects a position (angle) of the steering wheel 30 around the rotation center axis, and a steering angle correction mechanism according to the output of the steering angle sensor 91. The additional steering angle calculating means calculates the additional steering angle added at 50.
The rudder angle sensor 91 is provided, for example, in a steering column, and includes a magnetic body and a magnetic detection element arranged to move relative to each other in conjunction with the rotation of the upper steering shaft 40. The angle of the steering shaft 40 (equal to the angle of the steering wheel 30) is detected.
The calculation of the additional steering angle in the steering control unit 90 will be described in detail later.
The motor driving unit 100 drives the motor 57 of the rudder angle correction mechanism 50 according to the additional rudder angle calculated by the steering control unit 90, and controls the rudder angle correction mechanism 50 to generate a target additional rudder angle. To do.

次に、上述した操舵装置1における付加舵角の演算について説明する。
操舵制御部90は、舵角センサ91が検出したステアリングホイール30の角度θHを所定のサンプリングレートでサンプリングし、例えば過去3点(k−1,k−2,k−3)のステアリングホイール角度を用いて、k−1時点を中心とする2次テイラー展開により算出されるk時点でのステアリングホイール角度予測値θH_P(k)を求める。そして、舵角予測値θH_P(k)と、実際のk時点におけるステアリングホイール角度θ(k)との差をとることによって、k時点での予測誤差値eを求める。すなわち、ここでは操舵制御部90は、予測操作量演算手段として機能する。
Next, calculation of the additional steering angle in the steering device 1 described above will be described.
Steering control unit 90, a steering wheel angle of the angle theta H of the steering wheel 30 to the steering angle sensor 91 detects sampling at a predetermined sampling rate, for example, the last three points (k-1, k-2 , k-3) Is used to determine the steering wheel angle predicted value θ H — P (k) at time k calculated by secondary Taylor expansion centered on time k−1. And the prediction error value e in k time is calculated | required by taking the difference of steering angle prediction value (theta) H_P (k) and steering wheel angle (theta) H (k) in actual k time. That is, here, the steering control unit 90 functions as a predicted operation amount calculation unit.

ステアリングホイール角度予測値θH_P(k)は、以下の式1によって求められる。

θH_P(k)=θH(k−1)+(θH(k−1)−θH(k−2))
+0.5((θH(k−1)−θH(k−2))−(θH(k−2)−θH(k−3))) ・・・式1

また、予測誤差値(偏差)eは、以下の式2によって求められる。
e=θ(k)−θH_P(k) ・・・式2

θ(k):k時点における実際のステアリングホイール角度
The steering wheel angle predicted value θ H — P (k) is obtained by the following expression 1.

θ H_P (k) = θ H (k−1) + (θ H (k−1) −θ H (k−2))
+0.5 ((θ H (k−1) −θ H (k−2)) − (θ H (k−2) −θ H (k−3))) Equation 1

Further, the prediction error value (deviation) e is obtained by the following equation 2.
e = θ H (k) −θ H —P (k) Equation 2

θ H (k): Actual steering wheel angle at time k

また、操舵制御部90は、微分ステアリング制御のゲインK及び舵角補正機構50における付加舵角θH_d(アッパステアリングシャフト40に対するロワステアリングシャフト60の回転角度)を、以下の式3及び式4の通り設定する。

Figure 2009113509
Figure 2009113509
ここで、ステアリングホイール角度θHと予測誤差値eとが同符号である場合とは、ドライバが急激にステアリングホイールを切り増した場合を意味する。
図2は、実施例1における予測誤差値eと微分ステアリング制御ゲインKとの相関を示すグラフである。図2において、横軸は予測誤差値e、縦軸はゲインKをそれぞれ示している(後述する図4において同じ)。 Further, the steering control unit 90 calculates the differential steering control gain K d and the additional steering angle θ H — d (rotation angle of the lower steering shaft 60 with respect to the upper steering shaft 40) in the steering angle correction mechanism 50 by the following equations 3 and 4. Set as follows.

Figure 2009113509
Figure 2009113509
Here, the case where the steering wheel angle θ H and the prediction error value e have the same sign means that the driver has suddenly increased the steering wheel.
FIG. 2 is a graph showing the correlation between the prediction error value e and the differential steering control gain Kd in the first embodiment. In FIG. 2, the horizontal axis represents the prediction error value e, and the vertical axis represents the gain Kd (the same applies to FIG. 4 described later).

上述した舵角補正機構50の付加舵角θH_dによる前輪10切れ角の変化量である前輪付加舵角δf_aは、以下の式5によって表される。

Figure 2009113509
このとき、前輪10の実舵角は、δ+δf_aとなる。ここで、舵角δは、舵角補正機構50によって舵角補正を行わない場合(モータ57を駆動しない場合)における前輪の舵角である。 The front wheel additional rudder angle δ f_a which is the amount of change in the front wheel 10 turning angle due to the additional rudder angle θ H_d of the rudder angle correction mechanism 50 described above is expressed by the following Expression 5.

Figure 2009113509
At this time, the actual steering angle of the front wheel 10 is δ f + δ f_a . Here, the steering angle [delta] f is the steering angle of the front wheels in the case of no steering angle correction by steering angle correction mechanism 50 (without driving the motor 57).

次に、上述した実施例1の効果を、以下説明する本発明の比較例1,2と対比して説明する。なお、比較例1,2及び後述する実施例2において、実施例1と実質的に同様の箇所については説明を省略し、主に相違点について説明する。
比較例1は、ステアリングホイール角速度に応じた付加舵角を与えない(微分ステアリング制御を行わない)既存の操舵装置である。
比較例2は、ステアリングホイール角速度に一定のゲインを乗じて付加舵角を設定している操舵装置である。
Next, the effect of the first embodiment will be described in comparison with comparative examples 1 and 2 of the present invention described below. In Comparative Examples 1 and 2 and Example 2 to be described later, description of portions substantially similar to Example 1 is omitted, and differences are mainly described.
The comparative example 1 is an existing steering device that does not give an additional steering angle corresponding to the steering wheel angular velocity (does not perform differential steering control).
Comparative Example 2 is a steering device that sets an additional steering angle by multiplying a steering wheel angular velocity by a certain gain.

図3は、実施例1及び比較例1,2において同じ操舵操作を行った際の舵角、実施例における偏差、及び、比較例2における操舵速度の履歴の一例を示すグラフである。
図3において、横軸は時間、縦軸は各項目の値の大きさをそれぞれ示している。
また、図3において、実施例1における舵角及び予測誤差値を実線及び破線、比較例1における舵角を一点鎖線、比較例2における舵角及び操舵速度を二点鎖線及び三点鎖線でそれぞれ示している。
FIG. 3 is a graph showing an example of the steering angle when the same steering operation is performed in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, the deviation in the Example, and the history of the steering speed in Comparative Example 2.
In FIG. 3, the horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates the magnitude of the value of each item.
In FIG. 3, the steering angle and the prediction error value in Example 1 are indicated by a solid line and a broken line, the steering angle in Comparative Example 1 is indicated by a one-dot chain line, and the steering angle and the steering speed in Comparative Example 2 are indicated by a two-dot chain line and a three-dot chain line, respectively. Show.

図3に示すように、微分ステアリング制御を行わない比較例1においては、ドライバの操舵遅れによって、初期における舵角の立ち上がりが遅く、その結果、車両に発生するヨー運動の発生も遅れてしまう。
これに対し、ステアリングホイール角速度に一定のゲインを乗じて付加舵角を算出する微分ステアリング制御を行う比較例2の場合には、初期における舵角の立ち上がりが比較例1に対して早くなり、早期に車両のヨー運動を発生させることができる。しかし、比較例2では、舵角がドライバの意図する目標舵角よりも大きく切り込まれ、その後目標舵角まで戻される舵角のオーバーシュートが発生し、ドライバに違和感を与えてしまう。
As shown in FIG. 3, in the first comparative example in which the differential steering control is not performed, the steering angle rises early in the initial stage due to the steering delay of the driver, and as a result, the generation of the yaw motion generated in the vehicle is also delayed.
On the other hand, in the case of the comparative example 2 in which the differential steering control for calculating the additional steering angle by multiplying the steering wheel angular velocity by a certain gain is performed, the initial steering angle rises earlier than the comparative example 1, and the early stage The yaw movement of the vehicle can be generated. However, in Comparative Example 2, the rudder angle is cut larger than the target rudder angle intended by the driver, and then an overshoot of the rudder angle that is returned to the target rudder angle occurs, giving the driver an uncomfortable feeling.

これに対し、実施例1によれば、以下の効果を得ることができる。
(1)過去3時点のステアリングホイール角度θをテイラー展開して得た予測操作量と、実際の操作量との偏差である予測誤差値eに基づいて付加舵角θH_dを演算することによって、例えば危険回避時のように急なステアリング操作が行われた場合に、付加舵角によって効果的にドライバの操舵遅れを補償し、早期に車両のヨー運動を発生させることができる。また、ステアリング操作の中期から後期にかけては上述した偏差が小さくなることから、付加舵角が過大となって生じる実舵角のオーバーシュートを防止することができる。
(2)予測誤差値eの増大に応じて微分ステアリング制御ゲインKを増加させることによって、急なステアリング操作が開始されて予測誤差値e及び操舵速度が大きい場合に、これらの積に比例させて付加舵角を大きくし、ドライバの操舵遅れを確実に補償することができる。また、ステアリング操作が収束しつつあって偏差が小さくなった場合に付加舵角を小さくしてオーバーシュートの防止を確実に行うことができる。
On the other hand, according to the first embodiment, the following effects can be obtained.
(1) By calculating the additional steering angle θ H_d based on the prediction error value e which is a deviation between the predicted operation amount obtained by Taylor expansion of the steering wheel angle θ H at the past three time points and the actual operation amount. For example, when a sudden steering operation is performed as in danger avoidance, the steering delay of the driver is effectively compensated by the additional steering angle, and the yaw motion of the vehicle can be generated early. In addition, since the above-described deviation becomes small from the middle to the latter half of the steering operation, it is possible to prevent an actual steering angle overshoot caused by an excessive additional steering angle.
(2) By increasing the differential steering control gain Kd in accordance with the increase in the prediction error value e, when a sudden steering operation is started and the prediction error value e and the steering speed are large, the difference is made proportional to these products. Thus, the additional steering angle can be increased to reliably compensate for the driver's steering delay. In addition, when the steering operation is converging and the deviation is small, the additional steering angle can be reduced to reliably prevent overshoot.

次に、本発明を適用した車両用操舵装置の実施例2について説明する。
実施例2の車両用操舵装置は、上述した実施例1の式3に代えて、微分ステアリング制御のゲインKを以下の式6に示すようにしたものである。

Figure 2009113509
図4は、実施例2における予測誤差値eと微分ステアリング制御ゲインKとの相関を示すグラフである。
以上説明した実施例2によれば、上述した実施例1と同様の効果に加えて、所定の予測誤差値eに対するゲインKの絶対値が大きくなることによって、微分ステアリング制御の効果を増大し、ドライバの操舵遅れの補償効果を高めることができる。 Next, a second embodiment of the vehicle steering apparatus to which the present invention is applied will be described.
In the vehicle steering apparatus according to the second embodiment, the gain Kd of the differential steering control is represented by the following expression 6 instead of the expression 3 according to the first embodiment.

Figure 2009113509
FIG. 4 is a graph showing the correlation between the prediction error value e and the differential steering control gain Kd in the second embodiment.
According to the second embodiment described above, the effect of differential steering control is increased by increasing the absolute value of the gain Kd with respect to the predetermined prediction error value e in addition to the same effects as in the first embodiment. Thus, the effect of compensating the driver's steering delay can be enhanced.

次に、本発明を適用した車両用操舵装置の実施例3について説明する。
実施例3の車両用操舵装置においては、上述した実施例1における微分ステアリング制御に代えて、式2において求めた予測誤差値eに所定のゲインKを直接乗じたものを、舵角補正機構50における付加舵角θH_dとしている。
すなわち、実施例3においては、舵角補正機構50における付加舵角θH_dは以下の式7のようになる。

Figure 2009113509
以上説明した実施例3によれば、上述した実施例1と同様の効果に加えて、微分処理を行う必要がないことから、ハードウェアの演算負荷を軽減することができ、また、微分に伴う波形の乱れや微分値出力の遅れといった問題を防止することができる。 Next, a third embodiment of the vehicle steering apparatus to which the present invention is applied will be described.
The vehicular steering apparatus of the third embodiment, in place of the differential steering control in the first embodiment described above, are multiplied directly by a predetermined gain K c to the prediction error value e obtained in equation 2, the steering angle correction mechanism The additional steering angle θ H_d at 50 is set.
That is, in the third embodiment, the additional steering angle θ H_d in the steering angle correction mechanism 50 is expressed by the following Expression 7.

Figure 2009113509
According to the third embodiment described above, in addition to the same effects as those of the first embodiment described above, it is not necessary to perform a differentiation process, so that it is possible to reduce the calculation load of hardware and to accompany the differentiation. Problems such as waveform disturbance and differential value output delay can be prevented.

(変形例)
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
(1)各実施例の操舵装置は、ステアリングコラムの途中にプラネタリギヤ式の舵角補正機構を設ける構成としているが、舵角補正機構の構成はこれに限らず適宜変更することができる。例えば、波動歯車装置を用いた舵角補正機構を用いてもよい。また、本発明はこのような舵角補正機構を用いたものに限らず、例えばステアリングホイールとステアリングギヤボックスとが機械的に接続されていないいわゆるステア・バイ・ワイヤの操舵装置にも適用することができる。
(2)各実施例の操舵装置は、舵角補正機構による付加舵角としてステアリングホイール操作速度に応じたもののみを用いているが、これを他の制御に基づく付加舵角と合成して用いてもよい。例えば、車両の走行速度に応じて見かけ上のステアリングギヤ比を変化させる可変ギヤ比制御に基づく付加舵角や、車両にオーバーステア、アンダーステア等の挙動が生じた際に、挙動を安定化させるために設定される付加舵角と、本発明による付加舵角とを重畳する構成としてもよい。
(3)操舵装置の機械的、ハードウェア的構成は上述した各実施例のものに限定されない。例えば、舵角補正機構の構造、配置や、ステアリングギヤボックスのキングピン軸に対する後置き、前置き等は適宜変更することができる。また、各制御手段を共通のECUに統合したり、複数のECUに分散することも可能である。
(4)実施例1では、舵角センサの出力を微分して操舵入力部の操作量の微分値を得ているが、これに限らず、操舵入力部の操作速度を検出する速度センサを設け、この出力を微分値として用いてもよい。
(Modification)
The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications and changes are possible, and these are also within the technical scope of the present invention.
(1) Although the steering device of each embodiment is configured to provide a planetary gear-type steering angle correction mechanism in the middle of the steering column, the configuration of the steering angle correction mechanism is not limited to this and can be changed as appropriate. For example, a steering angle correction mechanism using a wave gear device may be used. Further, the present invention is not limited to the use of such a steering angle correction mechanism, and may be applied to a so-called steer-by-wire steering apparatus in which a steering wheel and a steering gear box are not mechanically connected. Can do.
(2) Although the steering apparatus of each embodiment uses only the steering wheel operating speed according to the steering wheel operation speed as the additional steering angle by the steering angle correction mechanism, this is used in combination with the additional steering angle based on other controls. May be. For example, to stabilize the behavior when an additional steering angle based on variable gear ratio control that changes the apparent steering gear ratio according to the traveling speed of the vehicle, or when a behavior such as oversteer or understeer occurs in the vehicle It is good also as a structure which superimposes the additional steering angle set to 1 and the additional steering angle by this invention.
(3) The mechanical and hardware configuration of the steering device is not limited to those of the above-described embodiments. For example, the structure and arrangement of the rudder angle correction mechanism, the rear placement and the front placement with respect to the kingpin shaft of the steering gear box can be changed as appropriate. Each control means can be integrated into a common ECU or can be distributed to a plurality of ECUs.
(4) In Example 1, the output of the steering angle sensor is differentiated to obtain the differential value of the operation amount of the steering input unit. However, the present invention is not limited to this, and a speed sensor for detecting the operation speed of the steering input unit is provided. This output may be used as a differential value.

本発明を適用した車両用操舵装置の実施例1の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of Example 1 of the steering apparatus for vehicles to which this invention is applied. 図1の車両用操舵装置における予測誤差値eと微分ステアリング制御ゲインKとの相関を示すグラフである。2 is a graph showing a correlation between a prediction error value e and a differential steering control gain Kd in the vehicle steering apparatus of FIG. 図1の車両用操舵装置におけるステアリングホイール角、操舵速度及び前輪実舵角の時間履歴の一例を示すグラフである。2 is a graph illustrating an example of a time history of a steering wheel angle, a steering speed, and a front wheel actual steering angle in the vehicle steering device of FIG. 1. 本発明を適用した車両用操舵装置の実施例2における予測誤差値eと微分ステアリング制御ゲインKとの相関を示すグラフである。It is a graph which shows the correlation with the prediction error value e in Example 2 of the steering apparatus for vehicles to which this invention is applied, and differential steering control gain Kd .

符号の説明Explanation of symbols

1 操舵装置 10 前輪
20 ハウジング 21 ナックルアーム
30 ステアリングホイール 40 アッパステアリングシャフト
50 舵角補正機構 51,52 サンギヤ
53,54 プラネタリギヤ 55 ピニオン軸
56 キャリヤ 57 モータ
58 ドライブギヤ 59 ドリブンギヤ
60 ロワステアリングシャフト 70 ジョイント部
71,72 ユニバーサルジョイント 73 ジョイント軸
80 ステアリングギヤボックス 81 ピニオン軸
90 操舵制御部 91 舵角センサ
100 モータ駆動部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Steering device 10 Front wheel 20 Housing 21 Knuckle arm 30 Steering wheel 40 Upper steering shaft 50 Steering angle correction mechanism 51,52 Sun gear 53,54 Planetary gear 55 Pinion shaft 56 Carrier 57 Motor 58 Drive gear 59 Driven gear 60 Lower steering shaft 70 Joint part 71 , 72 Universal joint 73 Joint shaft 80 Steering gear box 81 Pinion shaft 90 Steering control section 91 Steering angle sensor 100 Motor drive section

Claims (3)

ドライバが操舵操作を入力する操舵入力部と、
前記操舵入力部の操作量を検出する操作量検出手段と、
前記操舵入力部の前記操作量の履歴に基づいて予測操作量を演算する予測操作量演算手段と、
前記操作量検出手段が検出した前記操舵入力部の実際の操作量と、前記予測操作量演算手段が演算した前記予測操作量との比較結果に基づいて、前記操舵入力部の操作量に応じた基礎舵角に付加される付加舵角を演算する付加舵角演算手段と、
前記基礎舵角及び前記付加舵角に応じて前輪を操向する操舵機構部と
を備えることを特徴とする車両用操舵装置。
A steering input unit for a driver to input a steering operation;
An operation amount detection means for detecting an operation amount of the steering input unit;
Predicted operation amount calculation means for calculating a predicted operation amount based on a history of the operation amount of the steering input unit;
Based on the result of comparison between the actual operation amount of the steering input unit detected by the operation amount detection unit and the predicted operation amount calculated by the predicted operation amount calculation unit, the operation amount of the steering input unit is determined. Additional steering angle calculating means for calculating an additional steering angle added to the basic steering angle;
A vehicle steering apparatus comprising: a steering mechanism that steers front wheels according to the basic steering angle and the additional steering angle.
請求項1に記載の車両用操舵装置において、
前記操舵入力部の操作量の微分値を検出する微分値検出手段を備え、
前記付加舵角演算手段は、前記実際の操作量と前記予測操作量との偏差の増大に応じて増加する微分ステアリング制御ゲインに前記微分値を乗算して前記付加舵角を求めること
を特徴とする車両用操舵装置。
The vehicle steering apparatus according to claim 1,
A differential value detecting means for detecting a differential value of an operation amount of the steering input unit;
The additional steering angle calculating means obtains the additional steering angle by multiplying the differential steering control gain that increases in accordance with an increase in the deviation between the actual operation amount and the predicted operation amount by the differential value. A vehicle steering device.
請求項1に記載の車両用操舵装置において、
前記付加舵角演算手段は、前記実際の操作量と前記予測操作量との偏差に所定のゲインを乗算して前記付加舵角を求めること
を特徴とする車両用制御装置。
The vehicle steering apparatus according to claim 1,
The vehicle control apparatus according to claim 1, wherein the additional steering angle calculating means obtains the additional steering angle by multiplying a deviation between the actual operation amount and the predicted operation amount by a predetermined gain.
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