JP2023008890A - ステアバイワイヤの操舵反力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両特性の影響を最小限にして、目標操舵反力を容易に設定することができるステアバイワイヤの操舵反力装置を提供すること。【解決手段】転舵輪を転舵させる操舵アクチュエータの電流値に基づいて操舵アクチュエータの軸力を推定する軸力推定手段１５と、軸力推定手段１５が推定した軸力に基づいて規範操舵力を設定する規範操舵力設定手段１６と、を備えるステアバイワイヤの操舵反力装置１である。このステアバイワイヤの操舵反力装置１は、ステアバイワイヤの操作子の操舵トルクが、規範操舵力設定手段１６にて設定された規範操舵力となるように、操作子に反力トルクを付与する操舵反力アクチュエータに供給する電流を制御する。【選択図】図２

Description

本発明は、ステアバイワイヤの操舵反力装置に関する。

従来、運転者が操作を行う操作子（例えば、ハンドルやレバーなど）と転舵輪とが機械的に連結されていないステアバイワイヤ式の操舵装置が知られている。例えば、下記特許文献１に開示されるように、目標転舵角と実転舵角との偏差に応じた偏差信号に基づいて目標操舵反力（目標操舵反力トルク）を設定し、目標操舵反力トルクに操舵トルクセンサの出力値に基づいて検出される実操舵トルクが一致するように、反力モータに流す電流をフィードバック制御するステアバイワイヤが知られている。

特許第４９０８０４９号公報

従来の場合、目標転舵角と実転舵角との偏差に応じた反力は車両ごとに異なるため、車両ごとに反力のマップ等を設定する必要がある。この場合、開発に労力がかかり、改善の余地がある。

本発明は、車両特性の影響を最小限にして、目標操舵反力を容易に設定することができるステアバイワイヤの操舵反力装置を提供することを目的とする。

（１）本発明は、転舵輪を転舵させる操舵アクチュエータの電流値に基づいて前記操舵アクチュエータの軸力を推定する軸力推定手段と、前記軸力推定手段が推定した軸力に基づいて規範操舵力を設定する規範操舵力設定手段と、を備え、ステアバイワイヤの操作子の操舵トルクが、前記規範操舵力設定手段にて設定された規範操舵力となるように、前記操作子に反力トルクを付与する操舵反力アクチュエータに供給する電流を制御する。

（２）本発明は、上記（１）において、前記軸力推定手段は、前記操舵アクチュエータのモータ速度に基づいて前記操舵アクチュエータのフリクションを推定し、推定されたフリクションに基づいて前記操舵アクチュエータの軸力を補正してもよい。

（３）本発明は、上記（２）において、前記軸力推定手段は、前記操舵アクチュエータのモータ速度に基づいて求められる粘性補正値に基づいて、前記操舵アクチュエータの軸力を補正してもよい。

（４）本発明は、上記（２）又は（３）において、前記軸力推定手段は、前記操舵アクチュエータのモータ速度に基づいて求められる慣性補正値に基づいて、前記操舵アクチュエータの軸力を補正してもよい。

（５）本発明は、上記（１）から（４）のいずれかにおいて、前記規範操舵力設定手段は、前記操舵反力アクチュエータのモータ角度に基づいてフリクション補正値を求め、求められたフリクション補正値に基づいて、前記軸力推定手段にて推定された軸力に基づいて求められる基本反力を補正してもよい。

（６）本発明は、上記（１）から（５）のいずれかにおいて、前記規範操舵力設定手段は、前記操舵反力アクチュエータのモータ角速度に基づいて減衰補正値を求め、求められた減衰補正値に基づいて、前記軸力推定手段にて推定された軸力に基づいて求められる基本反力を補正してもよい。

本発明によれば、車両特性の影響を最小限にして、目標操舵反力を容易に設定することができるステアバイワイヤの操舵反力装置を提供することが可能になる。

本発明の一実施形態に係るステアバイワイヤの操舵反力装置が適用されるステアバイワイヤの一例を示す概略構成図である。 本発明の一実施形態に係るステアバイワイヤの操舵反力装置の構成を示す概略ブロック図である。 軸力推定手段の構成を示す概略ブロック図である。 規範操舵力設定手段の構成を示す概略ブロック図である。

以下、本発明の具体的な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るステアバイワイヤの操舵反力装置が適用されるステアバイワイヤの一例を示す概略構成図である。この図に示すように、本実施形態のステアバイワイヤの操舵反力装置１が適用されるステアバイワイヤ２は、運転者により操作されるステアリングホイール（操作子）３と、ステアリングホイール３の操舵角を検出する操舵角センサ４と、ステアリングホイール３に操舵反力（反力トルク）を付与する操舵反力アクチュエータ５と、ステアリングホイール３に作用する操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ６と、左右の車輪（転舵輪）７にナックルアーム８及びタイロッド９を介して連結されたラック軸１０と、ラック軸１０を軸方向に駆動して車輪７を転舵させる操舵アクチュエータ１１と、車速を検出する車速センサ１２と、ラック軸１０の軸方向位置から車輪の転舵角を検出する転舵角センサ１３と、操舵反力アクチュエータ５及び操舵アクチュエータ１１を制御する制御装置（ＥＣＵ）１４とを備える。このステアバイワイヤ２に、本発明のステアバイワイヤの操舵反力装置１が適用される。具体的には、ＥＣＵ１４は、操舵角センサ４や車速センサ１２などからの検出信号に基づいて操舵アクチュエータ１１を制御する図示しない操舵装置と、操舵反力アクチュエータ５を制御する本発明のステアバイワイヤの操舵反力装置１とを有する。なお、本実施形態では、操舵反力アクチュエータ５及び操舵アクチュエータ１１は、モータである。

図２は、本発明の一実施形態に係るステアバイワイヤの操舵反力装置の構成を示す概略ブロック図である。ステアバイワイヤの操舵反力装置１は、車輪７を転舵させる操舵アクチュエータ１１の電流値に基づいて操舵アクチュエータ１１の軸力を推定する軸力推定手段１５と、軸力推定手段１５が推定した軸力に基づいて規範操舵力を設定する規範操舵力設定手段１６とを備える。

図３は、軸力推定手段の構成を示す概略ブロック図である。軸力推定手段１５は、操舵アクチュエータ１１に流れる電流値である実電流値と、操舵アクチュエータ１１のモータ速度とに基づいて、軸力を推定する。すなわち、図３に示すように、軸力推定手段１５には、操舵アクチュエータ１１の実電流値と、操舵アクチュエータ１１のモータ速度とが入力される。

操舵アクチュエータ１１の実電流値は、ローパスフィルタ１７に入力される。ローパスフィルタ１７では、高周波成分が除去される。ローパスフィルタ１７により高周波成分が除去された実電流値は、変換部１８に入力される。変換部１８では、入力された実電流値に応じた軸力が生成される。変換部１８にて生成された軸力は、減算器１９に入力される。

また、変換部１８にて生成された軸力は、フリクション推定部２０に入力される。このフリクション推定部２０には、変換部１８にて生成された軸力に加えて、操舵アクチュエータ１１のモータ速度が入力される。フリクション推定部２０は、変換部１８にて生成された軸力と、操舵アクチュエータ１１のモータ速度とに基づいて、操舵アクチュエータ１１のフリクションを推定する。フリクション推定部２０にて推定されたフリクションは、フリクション補正部２１に入力される。フリクション補正部２１では、フリクション推定部２０にて推定されたフリクションにフリクション補正ゲインを乗算することによって、フリクション補正値が算出される。フリクション補正部２１にて求められたフリクション補正値は、加算器２２に入力される。

一方、操舵アクチュエータ１１のモータ速度は、前述したフリクション推定部２０だけでなく、ローパスフィルタ２３にも入力される。ローパスフィルタ２３では、高周波成分が除去される。ローパスフィルタ２３により高周波成分が除去されたモータ速度は、粘性補正部２４に入力される。粘性補正部２４では、ローパスフィルタ２３により高周波成分が除去されたモータ速度に粘性補正ゲインを乗算することによって、粘性補正値が算出される。粘性補正部２４にて求められた粘性補正値は、加算器２５に入力される。

操舵アクチュエータ１１のモータ速度は、前述したフリクション推定部２０及びローパスフィルタ２３だけでなく、微分器２６にも入力される。微分器２６では、操舵アクチュエータ１１のモータ速度を微分することによって、モータ加速度が算出される。微分器２６にて算出されたモータ加速度は、ローパスフィルタ２７に入力される。ローパスフィルタ２７では、高周波成分が除去される。ローパスフィルタ２７により高周波成分が除去されたモータ加速度は、慣性補正部２８に入力される。慣性補正部２８では、ローパスフィルタ２７により高周波成分が除去されたモータ加速度に慣性補正ゲインを乗算することによって、慣性補正値が算出される。慣性補正部２８にて求められた慣性補正値は、加算器２５に入力される。

加算器２５には、前述したように、粘性補正部２４からの粘性補正値と、慣性補正部２８からの慣性補正値が入力される。加算器２５では、粘性補正値と慣性補正値とが加算されて、第１加算値が生成される。加算器２５からの第１加算値は、加算器２２に入力される。加算器２２には、前述したように、フリクション補正部２１からのフリクション補正値が入力される。加算器２２では、第１加算値とフリクション補正値とが加算されて、第２加算値が生成される。加算器２２からの第２加算値は、減算器１９に入力される。減算器１９には、前述したように、変換部１８にて生成された軸力が入力される。減算器１９では、変換部１８にて生成された軸力から第２加算値が減算されて、操舵アクチュエータ１１の推定軸力が生成される。このようにして、軸力推定手段１５では、操舵アクチュエータ１１の軸力が推定される。

軸力推定手段１５では、変換部１８にて生成された軸力から、フリクション推定部２０にて推定されたフリクションを含む第２加算値が減算される。従って、軸力推定手段１５は、操舵アクチュエータ１１のモータ速度に基づいて操舵アクチュエータ１１のフリクションを推定し、推定されたフリクションに基づいて操舵アクチュエータ１１の軸力を補正することができる。また、軸力推定手段１５では、変換部１８にて生成された軸力から、粘性補正値を含む第２加算値が減算される。従って、軸力推定手段１５は、操舵アクチュエータ１１のモータ速度に基づいて求められる粘性補正値に基づいて、操舵アクチュエータ１１の軸力を補正することができる。さらに、軸力推定手段１５では、変換部１８にて生成された軸力から、慣性補正値を含む第２加算値が減算される。従って、軸力推定手段１５は、操舵アクチュエータ１１のモータ速度に基づいて求められる慣性補正値に基づいて、操舵アクチュエータ１１の軸力を補正することができる。

図４は、規範操舵力設定手段の構成を示す概略ブロック図である。規範操舵力設定手段１６は、軸力推定手段１５にて推定された軸力、操舵反力アクチュエータ５のモータ角速度、及び操舵反力アクチュエータ５のモータ角度に基づいて、規範操舵力を設定する。すなわち、図２及び図４に示すように、規範操舵力設定手段１６には、軸力推定手段１５にて推定された軸力、操舵反力アクチュエータ５のモータ角速度、及び操舵反力アクチュエータ５のモータ角度が入力される。本実施形態では、規範操舵力設定手段１６は、基準特性部２９、舵角速度要素部３０、舵角要素部３１、及び加算器３２を有する。

基準特性部２９には、軸力推定手段１５にて推定された推定軸力が入力される。基準特性部２９は、横軸が推定軸力で、縦軸が基準の重さであるマップ３３を参照して、入力された推定軸力に対応する基準の重さを生成する。基準特性部２９にて生成された基準の重さは、加算器３２に入力される。

舵角速度要素部３０には、操舵反力アクチュエータ５のモータ角速度が入力される。舵角速度要素部３０は、横軸がモータ角速度で、縦軸が減衰補正値であるマップ３４を有する。舵角速度要素部３０は、入力されたモータ角速度を減衰補正値に変換する。舵角速度要素部３０からの減衰補正値は、加算器３２に入力される。

舵角要素部３１には、操舵反力アクチュエータ５のモータ角度が入力される。舵角要素部３１は、横軸がモータ角度で、縦軸がフリクション補正値であるマップ３５を有する。舵角要素部３１は、入力されたモータ角度をフリクション補正値に変換する。舵角要素部３１からのフリクション補正値は、加算器３２に入力される。

加算器３２では、基準の重さ、減衰補正値及びフリクション補正値が加算される。加算器３２における加算結果は、規範操舵力特性３６になる。このようにして、規範操舵力設定手段１６は、基準特性部２９、舵角速度要素部３０及び舵角要素部３１においてそれぞれ、基準の重さ、減衰補正値及びフリクション補正値を生成し、生成した基準の重さ、減衰補正値及びフリクション補正値を加算することで、規範操舵力を設定する。

規範操舵力設定手段１６では、基準の重さに減衰補正値が加算される。従って、規範操舵力設定手段１６は、操舵反力アクチュエータ５のモータ角速度に基づいて減衰補正値を求め、求められた減衰補正値に基づいて、軸力推定手段１５にて推定された軸力に基づいて求められる基本反力を補正することができる。また、規範操舵力設定手段１６では、基準の重さにフリクション補正値が加算される。従って、規範操舵力設定手段１６は、操舵反力アクチュエータ５のモータ角度に基づいてフリクション補正値を求め、求められたフリクション補正値に基づいて、軸力推定手段１５にて推定された軸力に基づいて求められる基本反力を補正することができる。

図２に示すように、規範操舵力設定手段１６からの規範操舵力は、減算器３７に入力される。この減算器３７には、操舵トルクセンサ６で検出された操舵トルクが入力される。減算器３７では、規範操舵力設定手段１６にて設定された規範操舵力（規範操舵トルク）から、操舵トルクセンサ６で検出された操舵トルクが減算される。減算器３７における減算結果は、ＬＱＲ制御部３８に入力される。ＬＱＲ制御部３８では、減算器３７における減算結果をＬＱＲ制御して、操舵反力アクチュエータ５に流すべき電流値である指示電流値が生成される。そして、ステアバイワイヤの操舵反力装置１は、操舵反力アクチュエータ５に入力する電流値が指示電流値になるようにフィードバック制御する。このようにして、ステアバイワイヤの操舵反力装置１は、ステアバイワイヤ２のステアリングホイール３の操舵トルクが、規範操舵力設定手段１６にて設定された規範操舵力となるように、ステアリングホイール３に反力トルクを付与する操舵反力アクチュエータ５に供給する電流を制御する。

本実施形態のステアバイワイヤの操舵反力装置１の場合、操舵反力アクチュエータ５に流す電流が前述したようにフィードバック制御される。従って、操舵アクチュエータ１１の出力と車輪７が路面から受ける反力とはほぼ等しい関係となることから、操舵アクチュエータ１１の電流値から規範操舵力に基づいて操舵反力アクチュエータ５の目標操舵反力を設定することで、車両特性の影響を最小限として目標操舵反力を容易に設定できる。また、本実施形態のステアバイワイヤの操舵反力装置１の場合、操舵アクチュエータ１１のモータ速度から推定されるフリクションによって、操舵アクチュエータ１１の軸力が補正される。従って、ステアリングホイール３の切り始めや切り返し時のフリクションによって生じる実際のラック軸力とのずれを補正できる。

また、本実施形態のステアバイワイヤの操舵反力装置１の場合、操舵アクチュエータ１１のモータ速度から求められる粘性補正値及び慣性補正値によって、操舵アクチュエータ１１の軸力が補正される。従って、モータ速度から粘性補正（切り始め）及び慣性補正（切り返し）の補正を行うことで、前述したずれをさらに抑制することができる。また、本実施形態のステアバイワイヤの操舵反力装置１の場合、操舵反力アクチュエータ５のモータ角度であるステアリングホイール角から求められるフリクション補正値によって、軸力推定手段１５にて推定された軸力から求められる基本反力が補正される。従って、推定軸力に基づいた基準の重さをステアリングホイール角によって補正することで、車両の運転者にとって適切な操舵力を設定することができる。さらに、本実施形態のステアバイワイヤの操舵反力装置１の場合、操舵反力アクチュエータ５のモータ角速度であるステアリングホイール角速度から求められる減衰補正値によって、軸力推定手段１５にて推定された軸力から求められる基本反力が補正される。従って、推定軸力に基づいた基準の重さをステアリングホイール角速度によって補正することで、ステアリングホイール角だけでなくステアリングホイール角速度に応じた目標操舵反力を設定することができ、運転者にとってさらに適切な操舵力を設定することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良は本発明に含まれる。

例えば上記実施形態では、粘性補正値及び慣性補正値によって軸力を補正したが、粘性補正値又は慣性補正値によって軸力を補正してもよい。

１ ステアバイワイヤの操舵反力装置
２ ステアバイワイヤ
３ ステアリングホイール（操作子）
５ 操舵反力アクチュエータ
７ 車輪（転舵輪）
１１ 操舵アクチュエータ
１５ 軸力推定手段
１６ 規範操舵力設定手段

Claims (6)

1. 転舵輪を転舵させる操舵アクチュエータの電流値に基づいて前記操舵アクチュエータの軸力を推定する軸力推定手段と、
   前記軸力推定手段が推定した軸力に基づいて規範操舵力を設定する規範操舵力設定手段と、を備え、
   ステアバイワイヤの操作子の操舵トルクが、前記規範操舵力設定手段にて設定された規範操舵力となるように、前記操作子に反力トルクを付与する操舵反力アクチュエータに供給する電流を制御する、ステアバイワイヤの操舵反力装置。
2. 前記軸力推定手段は、前記操舵アクチュエータのモータ速度に基づいて前記操舵アクチュエータのフリクションを推定し、推定されたフリクションに基づいて前記操舵アクチュエータの軸力を補正する、請求項１に記載のステアバイワイヤの操舵反力装置。
3. 前記軸力推定手段は、前記操舵アクチュエータのモータ速度に基づいて求められる粘性補正値に基づいて、前記操舵アクチュエータの軸力を補正する、請求項２に記載のステアバイワイヤの操舵反力装置。
4. 前記軸力推定手段は、前記操舵アクチュエータのモータ速度に基づいて求められる慣性補正値に基づいて、前記操舵アクチュエータの軸力を補正する、請求項２又は３に記載のステアバイワイヤの操舵反力装置。
5. 前記規範操舵力設定手段は、前記操舵反力アクチュエータのモータ角度に基づいてフリクション補正値を求め、求められたフリクション補正値に基づいて、前記軸力推定手段にて推定された軸力に基づいて求められる基本反力を補正する、請求項１から３のいずれかに記載のステアバイワイヤの操舵反力装置。
6. 前記規範操舵力設定手段は、前記操舵反力アクチュエータのモータ角速度に基づいて減衰補正値を求め、求められた減衰補正値に基づいて、前記軸力推定手段にて推定された軸力に基づいて求められる基本反力を補正する、請求項１から３のいずれかに記載のステアバイワイヤの操舵反力装置。

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