Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

JP4103550B2 - Vehicle steering system - Google Patents

Vehicle steering system Download PDF

Info

Publication number
JP4103550B2
JP4103550B2 JP2002321845A JP2002321845A JP4103550B2 JP 4103550 B2 JP4103550 B2 JP 4103550B2 JP 2002321845 A JP2002321845 A JP 2002321845A JP 2002321845 A JP2002321845 A JP 2002321845A JP 4103550 B2 JP4103550 B2 JP 4103550B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
steering
sensor
tire
vehicle
actuator
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.)
Expired - Lifetime
Application number
JP2002321845A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2004155282A (en
Inventor
史郎 中野
良平 葉山
幸夫 吉田
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.)
JTEKT Corp
Original Assignee
JTEKT Corp
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 JTEKT Corp filed Critical JTEKT Corp
Priority to JP2002321845A priority Critical patent/JP4103550B2/en
Priority to US10/696,508 priority patent/US7233850B2/en
Priority to EP03024877A priority patent/EP1415893B1/en
Priority to EP10008730.3A priority patent/EP2248709B1/en
Priority to DE60336532T priority patent/DE60336532D1/en
Priority to EP20120000573 priority patent/EP2450264A1/en
Publication of JP2004155282A publication Critical patent/JP2004155282A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4103550B2 publication Critical patent/JP4103550B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60CVEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
    • B60C23/00Devices for measuring, signalling, controlling, or distributing tyre pressure or temperature, specially adapted for mounting on vehicles; Arrangement of tyre inflating devices on vehicles, e.g. of pumps or of tanks; Tyre cooling arrangements
    • B60C23/06Signalling devices actuated by deformation of the tyre, e.g. tyre mounted deformation sensors or indirect determination of tyre deformation based on wheel speed, wheel-centre to ground distance or inclination of wheel axle
    • B60C23/064Signalling devices actuated by deformation of the tyre, e.g. tyre mounted deformation sensors or indirect determination of tyre deformation based on wheel speed, wheel-centre to ground distance or inclination of wheel axle comprising tyre mounted deformation sensors, e.g. to determine road contact area

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)
  • Power Steering Mechanism (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ステア・バイ・ワイヤ(SBW)システムのように、ステアリングホイール等の操作部材に対してアクチュエータからの力を与えることができる構成の車両用操舵装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
たとえば、ステアリングホイールと舵取り用の車輪を転舵するための舵取り機構との間の機械的な結合をなくし、ステアリングホイールの操作角を検出するとともに、その検出結果に基づいて、操舵アクチュエータからのトルクを舵取り機構に与えることによって、舵取り用の車輪の転舵を達成するようにしたシステム(いわゆるステア・バイ・ワイヤ(SBW)システム)が提案されている(たとえば、下記特許文献1)。
【0003】
操舵アクチュエータは、マイクロコンピュータを含む構成の制御装置によって制御されるようになっている。すなわち、車両のイグニッションキースイッチがオン状態の間、ステアリングホイールの操作角を検出する操作角センサおよび舵取り用の車輪の転舵角を検出する転舵角センサの各検出信号が制御装置に入力されている。制御装置は、それらの入力信号に基づいて、舵取り用の車輪の転舵角がステアリングホイールの操作角に対応するように、操舵アクチュエータを制御する。
【0004】
一方、ステアリングホイールに操作反力を与えるために、ステアリングシャフトには、反力アクチュエータが付設されている。制御装置は、操作角等に応じて反力アクチュエータを駆動制御することにより、ステアリングホイールに操作反力を与える。
【0005】
【特許文献1】
特開2000−198453号公報
【特許文献2】
特開平10−324120号公報
【特許文献3】
特開平11−20427号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
運転者は、車両を運転するために、意識的または無意識に、次のような情報を用いている。
▲1▼ タイヤの状態(摩耗具合:グリップ力の低下)
▲2▼ 路面の状態(滑りやすい路面、不整路、波状路、轍路)
▲3▼ 車両の異常(駆動系や足回りの部品の各部の異常、緩み、消耗
▲4▼ 走行インフラから受けた情報
運転者は、これらの情報を視覚、聴覚、座面の振動および操作端(ステアリングホイール、コントロールスティックなど)を操作するときの反力などから感知している。
【0007】
ところが、ステアリングギヤとハンドルコラムとが直結していないステア・バイ・ワイヤシステムにおいては、ステアリングホイールから舵取り機構までが機械的に連結された通常型のステアリング機構の場合とは異なり、操舵トルク伝達系での軸力やトルクの実値をステアリングホイールを介して運転者にフィードバックすることができない。
そのため、上記のような情報の運転者への伝達が不十分になる傾向にある。このことは、ステア・バイ・ワイヤシステムに限らず、車両の快適性や運動性能を高めるための各種の技術(ステア・バイ・ワイヤ技術の他、制動系、駆動系または懸架系の改良技術など)において共通の課題となっており、運転ストレスを増加させる一因となるおそれがある。
【0008】
そこで、この発明の目的は、運転者に必要な情報を適切に伝達することができ、これにより、快適な運転環境を提供できる車両用操舵装置を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項1記載の発明は、運転者によって操作される操作部材(1,22)の操作に応じて、舵取り車輪(5,29)を転舵させるための舵取り機構(4,6,7,24)を作動させる車両用操舵装置であって、上記運転者への情報伝達のために、上記操作部材に反力トルクを加えるアクチュエータ(9,40)と、車両の運動に関わる物理量を検出し、検出結果に応じた検出信号を出力する少なくとも一つのセンサ(S1〜S12)と、操舵方向外側に位置するタイヤを特定する特定手段(14)と、上記センサが出力する検出信号を解析し、解析結果を出力する信号解析手段(14,C,A2)と、この信号解析手段が出力する解析結果に基づいて、上記アクチュエータを制御する制御手段(14)とを含み、上記センサは、タイヤの右側サイドウォール部(52R)の応力を検出する右側応力センサ(SR)と、タイヤの左側サイドウォール部(52L)の応力を検出する左側応力センサ(SL)とを含み、上記制御手段は、上記特定手段によって特定されたタイヤの操舵方向外側となるタイヤの上記右側応力センサおよび左側応力センサの検出値の差(ΔT)の一階時間微分値または二階時間微分値に基づき、上記アクチュエータを駆動制御するものであることを特徴とする車両用操舵装置である。なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
【0010】
この構成によれば、車両の運動に関わる物理量(操作部材の操作、舵取り機構の動作、制動機構の動作、駆動系の動作、タイヤの負荷などについてのものを含む。)を検出するセンサの検出結果が解析され、その解析結果に基づいて、アクチュエータが制御される。すなわち、たとえば、センサの検出信号の周波数特性が分析され、その結果に応じて制御された反力トルクが操作部材に与えられる。これにより、車両の運動に関わる情報を、操作部材を介して運転者に伝達することができるから、車両の快適性や運動性能を高めるための各種の技術(ステア・バイ・ワイヤ等)が採用されている場合であっても、運転者に対して、必要な情報を適切に伝達することができる。
また、タイヤの左右のサイドウォール部の応力差の一階時間微分値(タイヤ負荷変化速度)または二階時間微分値(タイヤ負荷変化加速度)に応じてアクチュエータが制御されることにより、操作部材を介してタイヤ接地面過渡情報を運転者に伝達することができる。
【0011】
請求項2記載の発明は、上記信号解析手段による解析結果が、予め定めた第1の判定条件を満たすかどうかを判定する第1判定手段(A11,A12)と、この第1判定手段によって、上記信号解析手段の解析結果が上記第1の判定条件を満たすと判定されたときに(A11のYES,A12のYES)、この判定結果に対応した教示を運転者に与える教示手段(19,70)とをさらに含むことを特徴とする請求項1記載の車両用操舵装置である。
【0012】
この構成によれば、信号解析手段による解析結果(たとえば周波数特性)が第1の判定条件を満たすと判定されると、この判定結果に対応した教示が運転者に与えられるから、たとえば、運転者に対して、異常の発生などを適切に伝達できる。
上記教示手段は、音声を発生して運転者に対する教示を行うものであってもよいし、ランプ表示やメッセージ表示によって運転者に対する教示を行うものであってもよい。
【0013】
請求項3記載の発明は、上記信号解析手段による解析結果が、予め定めた第2の判定条件を満たすかどうかを判定する第2判定手段(A11,A16)をさらに含み、上記制御手段は、上記第2判定手段によって、上記信号解析手段の解析結果が上記第2の判定条件を満たすと判定されたときに(A11のNO、A16のYES)、その解析結果に応じて上記アクチュエータを制御する(A18)ものであることを特徴とする請求項1または2記載の車両用操舵装置である。
【0014】
この構成によれば、信号解析手段による解析結果(たとえば周波数特性)が所定の第2の判定条件を満たすときに、その解析結果に応じてアクチュエータが制御される。これにより、たとえば、上記解析結果が異常を示すものである場合に、その異常の程度に応じてアクチュエータを制御することで、操作部材を介して、運転者に異常の発生を適切に伝達できる。
請求項4記載の発明は、操舵系または転舵系に異常があるか否かを判定する手段(A6,A7,A9)と、異常があると判定されると、補正トルク値を通常時の目標反力トルク値に加える手段(A10)とをさらに含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の車両用操舵装置である。
請求項5記載の発明は、懸架系に異常があるか否かを判定する手段(A6,A11,A12,A16,A17)と、異常があると判定されると、補正トルク値を通常時の目標反力トルク値に加える手段(A18)とをさらに含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載の車両用操舵装置である。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、この発明の第1の実施形態に係る車両用操舵装置の構成を説明するための概念図である。この車両用操舵装置は、ステアリングホイール1と舵取り機構との機械的な結合をなくし、ステアリングホイール1の回転操作に応じて駆動される操舵アクチュエータ2の動作を、ハウジング3に支持された転舵軸4の車幅方向の直線運動に変換し、この転舵軸4の直線運動を舵取り用の前部左右車輪5の転舵運動に変換することにより操舵を達成するようにした、いわゆるステア・バイ・ワイヤ(SBW)システムである。
【0016】
操舵アクチュエータ2は、たとえば、ブラシレスモータ等の電動モータを含む構成である。この操舵アクチュエータ2の駆動力(出力軸の回転力)は、転舵軸4に関連して設けられた運動変換機構(たとえば、ボールねじ機構)により、転舵軸4の軸方向(車幅方向)の直線運動に変換される。この転舵軸4の直線運動は、転舵軸4の両端から突出して設けられたタイロッド6に伝達され、さらにタイロッド6を介してキングピンPに連結されたナックルアーム7の回動を引き起こす。これにより、ナックルアーム7に支持された車輪5の転舵が達成される。転舵軸4、タイロッド6およびナックルアーム7などにより、舵取り用の車輪5を転舵するための舵取り機構が構成されている。
【0017】
ステアリングホイール1は、車体に対して回転可能に支持された回転シャフト8に連結されている。この回転シャフト8には、ステアリングホイール1に操作反力を与えるための反力アクチュエータ9が付設されている。反力アクチュエータ9は、回転シャフト8と一体の出力シャフトを有するブラシレスモータ等の電動モータを含む。
回転シャフト8のステアリングホイール1とは反対側の端部には、渦巻きばね等からなる弾性部材10が車体との間に結合されている。この弾性部材10は、反力アクチュエータ9がステアリングホイール1にトルクを付加していないときに、その弾性力によって、ステアリングホイール1を直進操舵位置に復帰させる。
【0018】
ステアリングホイール1の操作入力値を検出するために、回転シャフト8に関連して、ステアリングホイール1の操作角を検出するための操作角センサS1が設けられている。また、回転シャフト8には、ステアリングホイール1に加えられた操作トルクを検出するためのトルクセンサS2が設けられている。一方、転舵軸4に関連して、舵取り用の車輪5の転舵角(タイヤ角)を検出するための転舵角センサS3および転舵軸4に作用する軸力を検出する軸力センサS4が設けられている。
【0019】
これらのセンサの他にも、車速を検出する車速センサS5、車両の前後方向加速度を検出する前後加速度センサS6、車両の横加速度を検出する横加速度センサS7、車両のヨーレートを検出するヨーレートセンサS8、ショックアブソーバのストローク(変位)を検出するストロークセンサS9、ブレーキ油圧を検出するブレーキ液圧センサS10、車両の荷重を検出する荷重センサS11、および駆動回路17から操舵アクチュエータ2に供給される駆動電流を検出する電流検出部S12(駆動電流の検出により、転舵軸4に作用する力を間接的に検出することができる。)が設けられている。
【0020】
さらに、後述するように、車輪5に装着されたタイヤWの内部には、このタイヤWの左右のサイドウォール部に作用する応力を検出する左側応力センサSLおよび右側応力センサSR、ならびにタイヤWの空気圧を検出する空気圧センサSPが設けられている。
上記のセンサ類S1〜S12,SL,SR,SPの各検出信号は、マイクロコンピュータを含む構成の電子制御ユニット(ECU)からなる制御装置14に入力されるようになっている。ただし、応力センサSL,SRおよび空気圧センサSPの検出信号については、アンテナ14aを介する無線通信によって、制御装置14に受信されるようになっている。
【0021】
制御装置14は、操作角センサS1によって検出される操作角、転舵角センサS3によって検出される転舵角、車速センサS5によって検出される車速、応力センサSL,SRによって検出されるタイヤの応力、および空気圧センサSPによって検出されるタイヤの空気圧に基づいて、操舵指令値を設定し、この操舵指令値に基づいて、駆動回路17を介し、操舵アクチュエータ2を制御する。
ステアリングホイール1と舵取り機構との間には機械的な結合がないので、ステアリングホイール1の回転量と車輪5の転舵量との比(伝達比、ギヤ比)を可変設定するVGR(Variable Gear Ratio)機能を実現できる。すなわち、たとえば、制御装置14は、車速センサS5によって検出される車速と、応力センサSL,SRおよび/または空気圧センサSPによって検出されるタイヤ負荷とに基づいて上記ギヤ比を設定し、このギヤ比とステアリングホイール1の操作角とに基づいて、操舵アクチュエータ2に与えるべき電圧に対応した操舵指令値を設定する。
【0022】
一方、制御装置14は、センサ類S1〜S12が出力する検出信号に基づいて、ステアリングホイール1の操作方向と逆方向の適当な反力が発生されるように、駆動回路18を介して、反力アクチュエータ9を制御する。
また、制御装置14には、たとえば、車両のインスツルメントパネルに設けられた警報器19が接続されている。警報器19は、警報音発生装置からなっていてもよいし、警報表示(ランプ表示やメッセージ表示)を行う警報表示装置からなっていてもよい。制御装置14は、センサ類S11〜S12(とくに転舵角センサS3、車速センサS5、ストロークセンサS9)の出力信号に基づいて、たとえば、所定の異常や走行状態(悪路走行中、フラッタ発生、アンバランス発生など)を検出したときに、警報器19から警報を発生させる。
【0023】
図2は、舵取り用の車輪5のタイヤWの構成を説明するための図解的な断面図である。タイヤWは、路面に接触するトレッド部51と、このトレッド部51の両側部に結合された一対のサイドウォール部52L,52Rとを備えている。車両の進行方向に向かって右側のサイドウォール部52Rの内壁面には、右側応力センサSRが配置されており、車両の進行方向に向かって左側のサイドウォール部52Lの内壁面には左側応力センサSLが配置されている。また、トレッド部51の内壁面には、空気圧センサSPが配置されている。その他、必要に応じて、たとえば、トレッド部51の内部に応力センサSAを埋設してもよい。
【0024】
右側応力センサSRおよび左側応力センサSLは、右側サイドウォール部52Rおよび左側サイドウォール部52Lに加わる応力をそれぞれ検出するものであって、歪みゲージ等のセンサ部と、このセンサ部の検出信号を無線伝送するためのトランスポンダ部と、タイヤWの回転運動を電気エネルギーに変換して蓄電する蓄電部とを備えており、この蓄電部に蓄積された電気エネルギーによって動作するようになっている。同様に、空気圧センサSPは、タイヤWの内部に配置されていて、タイヤWの内部空気圧を検出するセンサ部と、このセンサ部の検出信号を無線伝送するためのトランスポンダ部と、タイヤWの回転運動を電気エネルギーに変換して蓄電する蓄電部とを備えており、この蓄電部に蓄積された電気エネルギーによって動作するようになっている。上記トランスポンダ部が発信する信号が、アンテナ14aから、制御装置14に取り込まれるようになっている。
【0025】
上記のような応力センサや空気圧センサとしては、たとえば、特許文献2および特許文献3に開示されているような公知のものを採用することができる。
図3は、コーナリング時におけるタイヤWの変形を説明するための図解図である。図3(A)には、摩擦係数が比較的小さな路面上において左方向操舵を行った場合における左右のタイヤWL,WRの断面形状が示されており、図3(B)には、路面摩擦係数が比較的大きな路面上において左方向操舵を行った場合における左右のタイヤWL,WRの断面形状が示されている。図3(A)(B)のいずれにおいても、タイヤWL,WRの断面形状は、車両の進行方向後方から見た形状である。
【0026】
左右のタイヤWL,WRのうち、操舵方向内側となる左側タイヤWLの変形は比較的小さく、操舵方向外側となる右側タイヤWRの変形が大きくなる。そして、左右のタイヤWL,WRのいずれにおいても、操舵方向内側となる左側サイドウォール部における変形は小さく、操舵方向外側となる右側サイドウォール部における変形が大きくなる。この変形は、路面摩擦係数が大きいほど大きくなる。そこで、この実施形態では、制御装置14は、転舵角センサS3の出力信号に基づき、操舵方向外側に位置するタイヤを特定し、そのタイヤ(図3の例では右側タイヤWR)に装着された左右の応力センサSL,SRの出力を参照する。より具体的には、操舵方向外側となる右側サイドウォール部52Rの応力を検出する右側応力センサSRが検出する外側サイドウォール部の応力Toと、操舵方向内側となる左側サイドウォール部52Lの応力を検出する左側応力センサSLによって検出される内側サイドウォール部の応力Tiとの差ΔT(=To−Ti)が求められる。さらに、制御装置14は、左右のサイドウォール部の応力差ΔTの一階時間微分値(応力変化速度、タイヤ負荷変化速度)または二階時間微分値(応力変化加速度、タイヤ負荷変化加速度)を求め、こうして求められたタイヤ負荷変化速度またはタイヤ負荷変化加速度に基づき、操舵アクチュエータ2および反力アクチュエータ9を駆動制御する。
【0027】
図4は、制御装置14による反力アクチュエータ9の制御態様の一例を示す制御特性図である。制御装置14は、たとえば、操舵方向外側のタイヤにおけるタイヤ負荷変化速度またはタイヤ負荷変化加速度に応じて、一定範囲内で、たとえばリニアに変化する反力アクチュエータ駆動目標値を設定し、この反力アクチュエータ駆動目標値が達成されるように、駆動回路18に制御信号を与える。図4の特性図では、一定値以上のタイヤ負荷変化速度またはタイヤ負荷変化加速度に対して、タイヤ負荷変化速度またはタイヤ負荷変化加速度の増加に応じてリニアに増加する反力アクチュエータ駆動目標値が設定されるようになっており、かつ、車速センサS5が検出する車速が大きいほど大きな反力アクチュエータ駆動目標値が設定されるようになっている。
【0028】
これにより、タイヤに加わる負荷の変化速度または変化加速度が大きいほど大きな反力がステアリングホイール1を介して運転者に伝えられ、また、車速が大きいほど大きな反力がステアリングホイール1を介して運転者に伝達されることになる。
図5は、運転者、車両および路面の間における情報の授受の様子を示す概念図である。たとえば路面からは、横風等の外乱が車両に加わり、また道路交通網に配置されたインフラから交通状況等の情報がたとえばITS(Intelligent Transport Systems)電子情報などとして車両に提供される。さらに、轍路、カント路、波状路および雪道などの路面状況がタイヤを通じて車両に伝達される。
【0029】
一方、車両から運転者には、制御装置14(ECU:電子制御ユニット)による反力アクチュエータ9の制御(反力制御)により、ステアリングホイール1を介して、路面情報(低周波情報)とともに、上述のタイヤ接地面過渡情報が伝達される。さらに、上述の警報器19を通じて、操舵系の不安定情報や警告が、表示または音声によって運転者に伝達される。
反力アクチュエータ9は、操舵アクチュエータ2の発生トルクや、転舵角センサS3の出力に基づいて制御されることにより、低周波情報である路面情報をステアリングホイールを介して運転者に伝達することができる。この制御と併せて、上述のように、タイヤ負荷変化速度またはタイヤ負荷変化加速度に応じて反力アクチュエータ9が制御されることにより、ステアリングホイール1を介してタイヤ接地面過渡情報が運転者に伝達される。
【0030】
警報器19によって伝達される操舵系の不安定情報とは、タイヤアンバランスやシミーの発生などである。これらの情報は、反力アクチュエータ9の制御を介して運転者に伝達されてもよいが、警報器19を用いて視覚的または聴覚的に運転者に伝達し、メンテナンスを促す方が効果的である。
制御装置14は、操舵系の振動(消耗品・機構部品に関するメンテナンス不良や異常信号による制御異常などによるフラッタ、シミーなど)やタイヤ・サスペンション系の振動(アンバランスによる振動)などを、車両および/または各コンポーネント(車両運動に関わる物理量を検出する部位)に設けた変位センサ信号(操作角センサS1、転舵角センサS3、ストロークセンサS9などの信号)、加速度センサ信号(前後加速度センサS6、横加速度センサS7)や、それらの信号に対して信号処理によって解析を施して得られた解析結果(微分値、積分値、振動のパワースペクトラム解析により得られた周波数特性など)に基づいて、運転者に伝達すべき情報の有無を判定する。そして、さらに、運転者に伝達すべき情報があれば、その情報を操作反力として運転者に伝達すべきか、警報器19を介して視覚的または聴覚的に運転者に伝達すべきかを判定し、その判定結果に応じた方法で当該情報を運転者に伝達する。
【0031】
制御装置14は、さらに、操作角センサS1などの出力や応力センサSL,SRおよび空気圧センサSPによって検出されるタイヤ負荷に応じて、操舵アクチュエータ2を制御する(操舵制御)。
一方、運転者は、警報器19またはステアリングホイール1から伝達される上記の情報の他に、車両上において加速度Gを体感し、また、車速V、ヨーレートγ、ロールφおよびピッチτを体感する。これらの情報に基づき、運転者は、予覚制御、追跡制御および補償制御を行うべく、ステアリングホイール1を操作する。
【0032】
予覚制御とは、運転者が次の状況を予知して行う制御であり、追跡制御とは、運転者が意図する車両挙動を目標としてこの目標を追跡しようとする制御であり、補償制御とは、横風などの外乱を補償するための制御である。これらの制御は、車両の運転に関する運転者の知識に基づいて行われるが、この知識は、スキルベース、ルールベースおよびインテリジェントベースに層別することができる。スキルベースの運転知識とは、体で会得した知識であり、五感により知覚した情報に基づいて無意識に行動に移されるような知識である。ルールベースの運転知識とは、運転者の記憶に基づく判断結果(たとえば一定の条件に当てはまるかどうか)に応じて行動に移されるような知識、すなわち、パターン化された行動に関する知識である。インテリジェントベースの運転知識とは、パターン化された行動に関する知識ではなく、意識的で抽象的かつ論理的な思考を経て行動に移されるような高度な知識である。
【0033】
たとえば、低周波情報としてステアリングホイール1から運転者に伝達される路面情報は、ルールベースの知識に働きかけて、運転者にパターン化された運転行動を促す。これに対して、同じくステアリングホイール1から運転者に伝達されるタイヤ接地面過渡情報は、インテリジェントベースの知識に働きかけて、より高度な判断(ステアリングトルクが抜ける限界点かどうかなど)のために用いられる。
【0034】
図6は、反力アクチュエータ9の制御または警報器19によって運転者に情報を伝達するために制御装置14が実行する処理を説明するためのフローチャートである。まず、センサ類S1〜S12が出力する検出信号が取り込まれ(ステップA1)、その後に、これらのセンサ類S1〜S12の検出信号に対する信号処理(ステップA2)が行われる。具体的には、微分処理、積分処理、信号の周期性の解析、包絡線検波、スペクトル分析による周波数特性の解析などの処理が行われる。より具体的には、転舵角センサS3の出力信号の振動周波数(転舵角振動周波数)、ストロークセンサS9の出力信号の振動周波数(ショックアブソーバ振動周波数)、転舵角センサS3の出力信号の微分値(転舵角速度)が求められる。さらに、横加速度センサS7によって検出される横加速度(横G)、ヨーレートセンサS8によって検出されるヨーレート、ストロークセンサS9によって検出されるショックアブソーバストローク、ブレーキ液圧センサS10によって検出されるブレーキ液圧の各振動周波数などが求められる。
【0035】
さらに、制御装置14は、車速センサS5が検出する車速Vが予め定める複数の車速域(この実施形態では、0km/h<V≦30km/h、30km/h<V≦60km/h、60km/h<V≦90km/h、90km/h<Vの4つの車速域)のいずれに属するかに応じて、処理を分岐させる(ステップA3,A4,A5)。
たとえば、車速Vが0km/h<V≦30km/hの車速域内の値のときには(ステップA3のYES)、転舵角振動周波数が予め定めるしきい値である5Hz以上かどうかが判断される(ステップA6)。この判断が肯定されると、操舵系または転舵系の異常が発生している可能性があるので、さらに、横加速度センサS7によって検出される横加速度(横G)、ヨーレートセンサS8によって検出されるヨーレート、ストロークセンサS9によって検出されるショックアブソーバストローク、ブレーキ液圧センサS10によって検出されるブレーキ液圧のうちの1つまたは予め定める2つ以上のものについて、その振動周波数が、予め定めるしきい値である2Hz以下かどうかが判断される(ステップA7)。この判断が否定されれば、操舵系または転舵系の異常はないものとして、反力アクチュエータ9を駆動するための目標反力トルクを通常時(異常がないとき)の目標反力トルク値であるTaに定めて(ステップA8)、リターンする。この通常時の目標反力トルク値は、応力センサSL,SRや空気圧センサSPによって検出されるタイヤ負荷を反映した値である。
【0036】
一方、ステップA7において、横加速度、ヨーレート、ショックアブソーバストロークおよびブレーキ液圧のうちの1つまたは予め定める2つ以上のものについて、その振動周波数が2Hz以下であると判断されると、操舵系または転舵系に異常があるとの判定がなされる(ステップA9)。この場合、制御装置14は、反力アクチュエータ9の駆動のための目標反力トルクを、通常時の目標反力トルク値Taに補正トルク値Tb(操舵系または転舵系異常時の補正トルク)を加えた値Ta+Tbに設定して(ステップA10)、リターンする。
【0037】
補正トルク値Tbは、たとえば、ステップA7において2Hz以下であると判断された判定対象値の振動周波数に応じて定められ、たとえば、その振動周波数が大きいほど大きく定められる。また、補正トルク値Tbは、さらに車速や転舵角に応じて定められてもよく、車速が大きいほど大きく、また、転舵角が大きいほど大きく定めることとすればよい。
転舵角振動周波数が5Hz未満のときには(ステップA6のNO)、懸架系の異常等の可能性があるので、さらに、ショックアブソーバ振動周波数が予め定める第1のしきい値である1Hz以上かどうかが判断される(ステップA11)。ショックアブソーバ振動周波数が1Hz以上のときには、さらに、転舵角速度が予め定めるしきい値である5rad/sec以下かどうかが判断される(ステップA12)。この判断が肯定されると、悪路走行中、フラッタ発生またはアンバランス発生のいずれかであると判定され(ステップA13)、これらの異常等が警報器19を通じて運転者に報知される(ステップA14)。そして、反力アクチュエータ9の制御のための目標反力トルクを、通常時の目標反力トルク値Taに設定して(ステップA15)、リターンする。
【0038】
転舵角周波数が5Hz未満であっても、ショックアブソーバ振動周波数が1Hz未満であるとき(ステップA11のNO)、または転舵角周波数が5Hz未満で、かつショックアブソーバ振動周波数が1Hz以上であっても転舵速度が5rad/secを超えているとき(ステップA12のNO)には、懸架系の異常の有無を調べるために、さらに、ショックアブソーバ振動周波数が予め定める第2のしきい値である10Hz以上かどうかが判断される(ステップA16)。この判断が肯定されると、懸架系に異常があるものと判定され(ステップA17)、制御装置14は、反力アクチュエータ9の駆動のための目標反力トルクを、通常時の目標反力トルク値Taに補正トルク値Tc(懸架系異常時の補正トルク)を加えた値Ta+Tcに設定して(ステップA18)、リターンする。
【0039】
補正トルク値Tcは、たとえば、ショックアブソーバ振動周波数に応じて定められ、たとえば、ショックアブソーバ振動周波数が大きいほど大きく定められる。また、補正トルク値Tcは、さらに車速や転舵角に応じて定められてもよく、車速が大きいほど大きく、また、転舵角が大きいほど大きく定めることとすればよい。
ステップA16における上記の判断が否定されれば、懸架系の異常はないものとして、反力アクチュエータ9を駆動するための目標反力トルクを通常時(異常がないとき)の目標反力トルク値であるTaに定めて(ステップA19)、リターンする。
【0040】
30km/h<V≦60km/h、60km/h<V≦90km/h、90km/h<Vの車速域においても、判定対象となる振動周波数の種類が適宜選択され、各振動周波数に対するしきい値が適切に設定されたうえで、上記と同様な処理が行われる。
このような処理の結果、操舵系、転舵系および懸架系の異常に関しては、ステアリングホイール1に与えられる操舵反力を通常時の値(Ta)と異ならせることによって、ステアリングホイール1を介して運転者に伝達される。その一方で、悪路走行中、フラッタ発生、アンバランス発生などの情報は、ステアリングホイール1を介さずに、警報器19を介して運転者に報知される。このように、発生した異常等の種類に応じて、適切な伝達ルートが選択されるから、運転者への情報伝達が円滑に行われ、運転ストレスを減少することができ、快適な運転環境を実現できる。
【0041】
しかも、この実施形態では、タイヤに取り付けられた左右の応力センサSL,SRや空気圧センサSPによって直接的に検出されるタイヤの負荷に応じて、反力アクチュエータ9が制御されるようになっている。そのため、舵取り機構の機械的な構成によらずに、適切な反力制御を行うことができるから、車種毎または車両毎に反力制御を異ならせるような車両適合技術を減少または排除することができる。これにより、車両用操舵装置の開発期間を大幅に短縮することができる。
【0042】
また、左右の応力センサSL,SRや空気圧センサSPによってタイヤWの負荷状況を直接的に検出し、これを用いて反力制御を行う構成であるから、複雑な演算処理が不要であり、数十ミリ秒オーダの高速な応答性で反力アクチュエータ9を制御できる。そのため、タイヤWがグリップ力を失うグリップ限界状況のようなタイヤ接地面過渡情報をステアリングホイール1を介して運転者に伝達することができる。
【0043】
図7は、本発明の第2の実施形態に係る車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。この車両用操舵装置21は、操作部材としてのステアリングホイール22に一体回転可能に連結される第1操舵軸23と、この第1操舵軸23と同軸上に設けられラックアンドピニオン機構等の舵取り機構24に連結される第2操舵軸25と、第1および第2操舵軸23,25間の差動回転を許容するための差動伝達機構を構成する遊星伝達機構としての遊星ギヤ機構26とを備える。
【0044】
舵取り機構24は、車両の左右方向に延びて配置された転舵軸27と、この転舵軸27の両端にタイロッド28を介して結合され、舵取り用の車輪29を支持するナックルアーム30とを備える。転舵軸27はハウジング31により支承されて軸方向に摺動可能とされており、その途中部に、電動モータからなる操舵アクチュエータ32が同軸的に組み込まれている。操舵アクチュエータ32の駆動回転は、ボールねじ機構等の運動変換機構等によって転舵軸27の摺動に変換され、この転舵軸27の摺動により車輪29の転舵が達成される。
【0045】
転舵軸27の一部には、ラック27aが形成されており、このラック27aには、第2操舵軸25の端部に設けられて第2操舵軸25と一体回転するピニオン34が噛み合わされている。操舵アクチュエータ32の故障時には、ステアリングホイール22の操作に応じて第2操舵軸25が回転駆動されると、この第2操舵軸25の回転がピニオン34およびラック27aにより、転舵軸27の摺動に変換され、車輪29の転舵が達成される。
【0046】
遊星ギヤ機構26は、第1操舵軸23の端部に一体回転可能に連結された入力側となる太陽ギヤ35と、出力側となるキャリア36により回転自在に保持されて太陽ギヤ35と噛み合う複数の遊星ギヤ37と、各遊星ギヤ37に噛み合う内歯38aを内周に持つリング部材としてのリングギヤ38とを含む。
リングギヤ38は外歯38bを形成することで例えばウォームホイールを構成している。この外歯38bは例えばウォームからなる駆動伝達ギヤ39を介して、ステアリングホイール22に操作反力を与えるための反力アクチュエータ40に駆動連結されている。この反力アクチュエータ40は例えば電動モータからなり、そのケーシングは車体の適所に固定されている。
【0047】
操舵アクチュエータ32および反力アクチュエータ40は、CPU61、制御プログラム等を記憶したROM62、演算処理等のワークエリアとして用いられるRAM63等を含む制御装置C(ECU:電子制御ユニット)により制御されるようになっている。
第1操舵軸23にはステアリングホイール22による操舵角を検出するための操舵角検出手段としての操舵角センサS1、およびステアリングホイール22から入力される操舵トルクを検出するための操舵トルク検出手段としてのトルクセンサS2が設けられている。これら操舵角センサS1およびトルクセンサS2からの検出信号が制御装置Cに入力される。
【0048】
また、転舵軸27には、転舵軸27の軸方向位置を検出することで、車輪29の転舵角を検出するための転舵角センサS3と、転舵軸27に作用する軸力を検出する軸力センサS4が設けられており、これらの転舵角センサS3および軸力センサS4による検出信号も制御装置Cに入力される。また、制御装置Cには、車速を検出するための車速センサS5からの検出信号が入力されるようになっている。
【0049】
これらの他、制御装置Cには、上記の第1の実施形態の場合と同じく、車両の前後方向加速度を検出する前後加速度センサS6、車両の横加速度を検出する横加速度センサS7、車両のヨーレートを検出するヨーレートセンサS8、ショックアブソーバのストローク(変位)を検出するストロークセンサS9、ブレーキ油圧を検出するブレーキ液圧センサS10、車両の荷重を検出する荷重センサS11、および操舵アクチュエータ32に供給される駆動電流を検出する電流検出部S12が出力する検出信号がそれぞれ入力されるようになっている。また、車輪29のタイヤの内部には、上述の第1の実施形態の場合と同様にして、タイヤ負荷検出手段として、タイヤ空気圧センサSP、左側応力センサSLおよび右側応力センサSRが設けられている。これらのセンサの出力信号は、無線通信によって、アンテナCaから、制御装置Cに取り込まれるようになっている。
【0050】
制御装置Cは、上記各センサ類からの入力信号に基づいて、操舵アクチュエータ32および反力アクチュエータ40をそれぞれ駆動するための駆動部としての駆動回路48,49に制御信号を出力する。
制御装置Cは、転舵系が正常に動作しているかどうかを常時監視している。より具体的には、転舵角センサ46および操舵アクチュエータ32の少なくとも一方における異常発生を監視している。
【0051】
転舵系に異常がなければ、制御装置Cは、反力アクチュエータ40によって、路面反力に対応した操舵反力をステアリングホイール22に与えるためのトルクを発生させる。
また、制御装置Cは、ステアリングホイール22の操作量に応じて、操舵アクチュエータ32の電圧指令値を設定し、その電圧指令値に応じた制御信号を駆動回路48に与えることによって、操舵アクチュエータ32を駆動制御する。ステアリングホイール22と舵取り機構24との間は、遊星ギヤ機構26を介して結合されているものの、反力アクチュエータ40がリングギヤ38の回転を実質的に拘束せず、ステアリングホイール22に操舵反力を与えるためにのみ動作している状態では、ステアリングホイール22に加えられた操舵トルクは舵取り機構24に実質的に伝達されることがない。その意味で、この図7に示された構成もまた、ステア・バイ・ワイヤ(SBW)型の車両用操舵装置であるということができ、上述の第1の実施形態の場合と同様な可変ギヤ比制御が可能である。
【0052】
この実施形態において、制御装置Cは、上述の第1の実施形態の制御装置14と同様に、図4に示されているような特性に従って、応力センサSL,SRおよび/または空気圧センサSPによって検出されるタイヤ負荷に基づいて、反力アクチュエータ40を制御する。これによって、運転者に対して、路面状況を表す低周波域の情報のみならず、タイヤ接地面過渡情報のような高周波域の情報をも、ステアリングホイール22を介して伝達することができる。
【0053】
さらに、制御装置Cは、上述の第1の実施形態における制御装置14と同じく、図6に示されているような処理を実行し、センサ類の信号を処理して、それらの振動周波数等に基づき、操舵系、転舵系および懸架系の異常については、反力制御によって運転者に伝達するとともに、悪路走行中、フラッタ発生およびアンバランス発生についての情報は警報器70(第1の実施形態における警報器19と同様な構成のもの)を介して運転者に報知する。
【0054】
転舵系に異常が生じると、制御装置Cは、操舵アクチュエータ32の制御を中止して操舵アクチュエータ32をフリー回転状態とするとともに、反力アクチュエータ40によってリングギヤ38の回転に制限を加え、ステアリングホイール22に加えられた操舵トルクが舵取り機構24に伝達される状態とする。このとき、反力アクチュエータ40の制御によって、操舵補助を行うことができるとともに、ギヤ比の可変制御を行うことができる。
【0055】
以上、この発明の2つの実施形態について説明したが、この発明は他の形態でも実施することができる。たとえば、図1および図7に示すように、制御部14,Cに操作部75を接続しておき、この操作部75からの操作により、操作反力の大小を調整できるようにしてもよい。
また、たとえば、ステアリングホイールと舵取り機構とを、トーションバーが介装されたステアリングシャフトによって結合するとともに、舵取り機構に対して、電動モータから操舵補助力を与える通常の電動パワーステアリング装置においても、ステアリングホイールに力を与えるアクチュエータと、警報器とを設けることによって、異常等の種類に応じて、ステアリングホイールか警報器かを使い分けて、運転者への情報伝達を行える。
【0056】
また、電動モータによって駆動されるポンプによって油圧を発生させ、この油圧によって作動されるパワーシリンダが発生する駆動力を舵取り機構に伝達する構成のパワーステアリング装置においても、同様な構成の採用が可能である。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施形態に係る車両用操舵装置の構成を説明するための概念図である。
【図2】舵取り用の車輪のタイヤの構成を説明するための図解的な断面図である。
【図3】コーナリング時におけるタイヤの変形を説明するための図解図である。
【図4】反力アクチュエータの制御態様の一例を示す制御特性図である。
【図5】運転者、車両および路面の間における情報の授受の様子を示す概念図である。
【図6】反力アクチュエータの制御または警報器によって運転者に情報を伝達するために制御装置が実行する処理を説明するためのフローチャートである。
【図7】本発明の第2の実施形態に係る車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。
【符号の説明】
1 ステアリングホイール
2 操舵アクチュエータ
4 転舵軸
5 車輪
9 反力アクチュエータ
14 制御装置
14a アンテナ
17 駆動回路
18 駆動回路
19 警報器
21 車両用操舵装置
22 ステアリングホイール
24 舵取り機構
26 遊星ギヤ機構
27 転舵軸
27a ラック
29 車輪
32 操舵アクチュエータ
34 ピニオン
35 太陽ギヤ
36 キャリア
37 遊星ギヤ
38 リングギヤ
39 駆動伝達ギヤ
40 反力アクチュエータ
44 操舵角センサ
45 トルクセンサ
46 転舵角センサ
47 車速センサ
48 駆動回路
51 トレッド部
52L 左側サイドウォール部
52R 右側サイドウォール部
70 警報器
C 制御装置
Ca アンテナ
SA 応力センサ
SL 左側応力センサ
SP 空気圧センサ
SR 右側応力センサ
W タイヤ
WL 左側タイヤ
WR 右側タイヤ
S1 操作角センサ
S2 トルクセンサ
S3 転舵角センサ
S4 軸力センサ
S5 車速センサ
S6 前後加速度センサ
S7 横加速度センサ
S8 ヨーレートセンサ
S9 ショックアブソーバストロークセンサ
S10 ブレーキ液圧センサ
S11 荷重センサ
S12 電流検出部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vehicle steering apparatus configured to be able to apply a force from an actuator to an operation member such as a steering wheel, as in a steer-by-wire (SBW) system.
[0002]
[Prior art]
For example, the mechanical coupling between the steering wheel and the steering mechanism for steering the steering wheel is eliminated, the steering wheel operating angle is detected, and the torque from the steering actuator is detected based on the detection result. A system (so-called steer-by-wire (SBW) system) that achieves steering of a steering wheel by providing the steering mechanism to the steering mechanism has been proposed (for example, Patent Document 1 below).
[0003]
The steering actuator is controlled by a control device including a microcomputer. That is, while the ignition key switch of the vehicle is on, detection signals of the operation angle sensor for detecting the operation angle of the steering wheel and the turning angle sensor for detecting the turning angle of the steering wheel are input to the control device. ing. Based on these input signals, the control device controls the steering actuator so that the turning angle of the steering wheel corresponds to the operation angle of the steering wheel.
[0004]
On the other hand, in order to apply an operational reaction force to the steering wheel, a reaction force actuator is attached to the steering shaft. The control device applies an operation reaction force to the steering wheel by driving and controlling the reaction force actuator according to an operation angle or the like.
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2000-198453 A [Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-324120 [Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-20427
[Problems to be solved by the invention]
The driver uses the following information consciously or unconsciously to drive the vehicle.
(1) Tire condition (Wear condition: Decrease in grip)
(2) Road conditions (slippery roads, irregular roads, wavy roads, bottled roads)
(3) Vehicle abnormalities (abnormalities, looseness and wear of each part of the drive system and undercarriage parts) (4) Information received from the driving infrastructure is a driver of vision, hearing, seat vibration and operation end. It is detected from the reaction force when operating (steering wheel, control stick, etc.).
[0007]
However, in the steer-by-wire system in which the steering gear and the handle column are not directly connected, the steering torque transmission system differs from the case of the normal type steering mechanism in which the steering wheel to the steering mechanism are mechanically connected. The actual value of the axial force and torque cannot be fed back to the driver via the steering wheel.
For this reason, the above information tends to be insufficiently transmitted to the driver. This is not limited to steer-by-wire systems, but various technologies to improve vehicle comfort and exercise performance (steer-by-wire technology as well as improved braking systems, drive systems, suspension systems, etc.) ) Is a common problem, and may increase driving stress.
[0008]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a vehicle steering apparatus that can appropriately transmit necessary information to a driver and thereby provide a comfortable driving environment.
[0009]
[Means for Solving the Problems and Effects of the Invention]
The invention according to claim 1 for achieving the above object is a steering mechanism for turning the steering wheel (5, 29) in accordance with the operation of the operation member (1, 22) operated by the driver. (4, 6, 7, 24) is a vehicle steering device, and for transmitting information to the driver, an actuator (9, 40) for applying a reaction torque to the operation member, At least one sensor (S1 to S12) that detects a physical quantity related to exercise and outputs a detection signal according to the detection result, a specifying means (14) for specifying a tire located outside the steering direction , and the sensor outputs A signal analyzing means (14, C, A2) for analyzing a detection signal to be output and outputting an analysis result, and a control means (14) for controlling the actuator based on the analysis result output by the signal analyzing means. See The sensor includes a right stress sensor (SR) that detects a stress of the right sidewall portion (52R) of the tire, and a left stress sensor (SL) that detects a stress of the left sidewall portion (52L) of the tire, The control means is based on a first-order time differential value or a second-order time differential value of a difference (ΔT) in a detection value (ΔT) between the right stress sensor and the left stress sensor of the tire located outside the steering direction of the tire specified by the specifying means. A vehicle steering apparatus that controls driving of the actuator . The alphanumeric characters in parentheses indicate corresponding components in the embodiments described later. The same applies hereinafter.
[0010]
According to this configuration, the physical quantity related to the motion of the vehicle sensor for detecting the (operating member operation, the operation of the steering mechanism, the operation of the brake mechanism, drive kinematic system operation. Including those for such as load of the tire) The detection result is analyzed, and the actuator is controlled based on the analysis result. That is, for example, the frequency characteristic of the detection signal of the sensor is analyzed, and the reaction torque controlled according to the result is applied to the operation member. As a result, information related to the movement of the vehicle can be transmitted to the driver via the operation member, so various technologies (steer-by-wire, etc.) are adopted to enhance the comfort and movement performance of the vehicle. Even if it is done, necessary information can be appropriately transmitted to the driver.
Further, the actuator is controlled according to the first-order time differential value (tire load change speed) or the second-order time differential value (tire load change acceleration) of the stress difference between the left and right sidewall portions of the tire, so that the operation member is interposed. Thus, the tire ground contact surface transient information can be transmitted to the driver.
[0011]
In the invention according to claim 2, the first determination means (A11, A12) for determining whether or not the analysis result by the signal analysis means satisfies a predetermined first determination condition, and the first determination means, When it is determined that the analysis result of the signal analysis means satisfies the first determination condition (YES in A11, YES in A12), teaching means (19, 70) that gives the driver a teaching corresponding to the determination result The vehicle steering apparatus according to claim 1, further comprising:
[0012]
According to this configuration, when it is determined that the analysis result (for example, frequency characteristics) by the signal analysis unit satisfies the first determination condition, the driver is provided with the teaching corresponding to the determination result. On the other hand, the occurrence of an abnormality can be appropriately communicated.
The teaching means may be one that generates voice and teaches the driver, or may teach the driver by lamp display or message display.
[0013]
The invention according to claim 3 further includes second determination means (A11, A16) for determining whether an analysis result by the signal analysis means satisfies a predetermined second determination condition, wherein the control means includes: When the second determination means determines that the analysis result of the signal analysis means satisfies the second determination condition (NO in A11, YES in A16), the actuator is controlled according to the analysis result. The vehicle steering apparatus according to claim 1 or 2, wherein the vehicle steering apparatus is (A18).
[0014]
According to this configuration, when the analysis result (for example, frequency characteristics) by the signal analysis unit satisfies the predetermined second determination condition, the actuator is controlled according to the analysis result. Thereby, for example, when the analysis result indicates an abnormality, the occurrence of the abnormality can be appropriately transmitted to the driver via the operation member by controlling the actuator according to the degree of the abnormality.
The invention according to claim 4 is a means (A6, A7, A9) for determining whether or not there is an abnormality in the steering system or the turning system. The vehicle steering apparatus according to any one of claims 1 to 3, further comprising means (A10) for adding to the target reaction force torque value.
The invention according to claim 5 is a means (A6, A11, A12, A16, A17) for determining whether or not there is an abnormality in the suspension system. The vehicle steering apparatus according to any one of claims 1 to 4, further comprising means (A18) for adding the target reaction force torque value.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining a configuration of a vehicle steering apparatus according to a first embodiment of the present invention. This vehicle steering device eliminates the mechanical coupling between the steering wheel 1 and the steering mechanism, and the operation of the steering actuator 2 driven in accordance with the rotation operation of the steering wheel 1 is performed on the steering shaft supported by the housing 3. 4 is converted to a linear motion in the vehicle width direction, and the steering is achieved by converting the linear motion of the steered shaft 4 into the steered motion of the front left and right wheels 5 for steering. A wire (SBW) system.
[0016]
The steering actuator 2 includes an electric motor such as a brushless motor, for example. The driving force (rotational force of the output shaft) of the steering actuator 2 is generated by an axial direction (vehicle width direction) of the steered shaft 4 by a motion conversion mechanism (for example, a ball screw mechanism) provided in association with the steered shaft 4. ) Is converted to linear motion. This linear motion of the steered shaft 4 is transmitted to the tie rods 6 that protrude from both ends of the steered shaft 4, and further causes the knuckle arm 7 connected to the king pin P to rotate via the tie rod 6. Thereby, turning of the wheel 5 supported by the knuckle arm 7 is achieved. The steering shaft 4, the tie rod 6, the knuckle arm 7, and the like constitute a steering mechanism for steering the steering wheel 5.
[0017]
The steering wheel 1 is connected to a rotating shaft 8 that is rotatably supported with respect to the vehicle body. A reaction force actuator 9 for applying an operation reaction force to the steering wheel 1 is attached to the rotating shaft 8. The reaction force actuator 9 includes an electric motor such as a brushless motor having an output shaft integrated with the rotary shaft 8.
An elastic member 10 made of a spiral spring or the like is coupled to the end of the rotating shaft 8 on the opposite side of the steering wheel 1 from the vehicle body. The elastic member 10 returns the steering wheel 1 to the straight-ahead steering position by the elastic force when the reaction force actuator 9 is not applying torque to the steering wheel 1.
[0018]
In order to detect the operation input value of the steering wheel 1, an operation angle sensor S <b> 1 for detecting the operation angle of the steering wheel 1 is provided in association with the rotary shaft 8. The rotating shaft 8 is provided with a torque sensor S2 for detecting an operation torque applied to the steering wheel 1. On the other hand, in relation to the steered shaft 4, a steered angle sensor S3 for detecting the steered angle (tire angle) of the steering wheel 5 and an axial force sensor for detecting the axial force acting on the steered shaft 4. S4 is provided.
[0019]
In addition to these sensors, a vehicle speed sensor S5 that detects the vehicle speed, a longitudinal acceleration sensor S6 that detects the longitudinal acceleration of the vehicle, a lateral acceleration sensor S7 that detects the lateral acceleration of the vehicle, and a yaw rate sensor S8 that detects the yaw rate of the vehicle. , A stroke sensor S9 for detecting the stroke (displacement) of the shock absorber, a brake fluid pressure sensor S10 for detecting the brake hydraulic pressure, a load sensor S11 for detecting the load of the vehicle, and a drive current supplied to the steering actuator 2 from the drive circuit 17 A current detection unit S12 (a force acting on the steered shaft 4 can be indirectly detected by detecting a drive current) is provided.
[0020]
Further, as will be described later, the left side stress sensor SL and the right side stress sensor SR that detect the stress acting on the left and right sidewall portions of the tire W, and the tire W are disposed inside the tire W attached to the wheel 5. An air pressure sensor SP for detecting air pressure is provided.
The detection signals of the sensors S1 to S12, SL, SR, and SP are input to a control device 14 including an electronic control unit (ECU) having a configuration including a microcomputer. However, the detection signals of the stress sensors SL and SR and the air pressure sensor SP are received by the control device 14 by wireless communication via the antenna 14a.
[0021]
The control device 14 controls the operation angle detected by the operation angle sensor S1, the turning angle detected by the turning angle sensor S3, the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor S5, and the tire stress detected by the stress sensors SL and SR. The steering command value is set based on the tire pressure detected by the air pressure sensor SP, and the steering actuator 2 is controlled via the drive circuit 17 based on the steering command value.
Since there is no mechanical coupling between the steering wheel 1 and the steering mechanism, VGR (Variable Gear) that variably sets the ratio (transmission ratio, gear ratio) between the rotation amount of the steering wheel 1 and the steering amount of the wheel 5 Ratio) function can be realized. That is, for example, the control device 14 sets the gear ratio based on the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor S5 and the tire load detected by the stress sensors SL, SR and / or the air pressure sensor SP, and this gear ratio. And a steering command value corresponding to a voltage to be applied to the steering actuator 2 is set based on the operation angle of the steering wheel 1.
[0022]
On the other hand, the control device 14 reacts via the drive circuit 18 so that an appropriate reaction force in the direction opposite to the operation direction of the steering wheel 1 is generated based on the detection signals output from the sensors S1 to S12. The force actuator 9 is controlled.
Further, for example, an alarm device 19 provided on an instrument panel of the vehicle is connected to the control device 14. The alarm device 19 may be composed of an alarm sound generator, or may be composed of an alarm display device that performs alarm display (lamp display or message display). Based on the output signals of the sensors S11 to S12 (particularly the turning angle sensor S3, the vehicle speed sensor S5, and the stroke sensor S9), the control device 14 may, for example, perform a predetermined abnormality or traveling state (running on a rough road, generating flutter, When an unbalance occurrence or the like is detected, an alarm is generated from the alarm device 19.
[0023]
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining the configuration of the tire W of the steering wheel 5. The tire W includes a tread portion 51 that contacts a road surface, and a pair of sidewall portions 52L and 52R coupled to both side portions of the tread portion 51. A right stress sensor SR is disposed on the inner wall surface of the right sidewall portion 52R in the traveling direction of the vehicle, and a left stress sensor is disposed on the inner wall surface of the left sidewall portion 52L in the traveling direction of the vehicle. SL is arranged. An air pressure sensor SP is disposed on the inner wall surface of the tread portion 51. In addition, for example, the stress sensor SA may be embedded in the tread portion 51 as necessary.
[0024]
The right side stress sensor SR and the left side stress sensor SL detect the stress applied to the right side wall part 52R and the left side wall part 52L, respectively. A sensor part such as a strain gauge and a detection signal of this sensor part are wirelessly transmitted. A transponder unit for transmission and a power storage unit that converts the rotational motion of the tire W into electric energy and stores the electric energy, and operates by the electric energy accumulated in the power storage unit. Similarly, the air pressure sensor SP is arranged inside the tire W, a sensor unit for detecting the internal air pressure of the tire W, a transponder unit for wirelessly transmitting a detection signal of the sensor unit, and rotation of the tire W And a power storage unit that converts motion into electrical energy and stores the electrical energy, and is operated by the electrical energy stored in the power storage unit. A signal transmitted from the transponder unit is taken into the control device 14 from the antenna 14a.
[0025]
As the stress sensor and the air pressure sensor as described above, for example, known ones as disclosed in Patent Document 2 and Patent Document 3 can be adopted.
FIG. 3 is an illustrative view for explaining deformation of the tire W during cornering. FIG. 3A shows the cross-sectional shapes of the left and right tires WL and WR when leftward steering is performed on a road surface with a relatively small friction coefficient, and FIG. 3B shows road surface friction. The cross-sectional shapes of the left and right tires WL and WR when leftward steering is performed on a road surface having a relatively large coefficient are shown. 3A and 3B, the cross-sectional shapes of the tires WL and WR are shapes as viewed from the rear in the traveling direction of the vehicle.
[0026]
Of the left and right tires WL, WR, the deformation of the left tire WL on the inside in the steering direction is relatively small, and the deformation of the right tire WR on the outside in the steering direction is large. In both the left and right tires WL and WR, the deformation at the left sidewall portion that is inside the steering direction is small, and the deformation at the right sidewall portion that is outside the steering direction is large. This deformation increases as the road surface friction coefficient increases. Therefore, in this embodiment, the control device 14 identifies a tire located on the outer side in the steering direction based on the output signal of the turning angle sensor S3 and is mounted on the tire (the right tire WR in the example of FIG. 3). Refer to the outputs of the left and right stress sensors SL, SR. More specifically, the stress To of the outer side wall part detected by the right side stress sensor SR that detects the stress of the right side wall part 52R on the outer side in the steering direction and the stress of the left side wall part 52L on the inner side in the steering direction are determined. A difference ΔT (= To−Ti) from the stress Ti of the inner sidewall portion detected by the detected left stress sensor SL is obtained. Further, the control device 14 obtains a first-order time differential value (stress change rate, tire load change rate) or a second-order time differential value (stress change acceleration, tire load change acceleration) of the stress difference ΔT between the left and right sidewall portions, The steering actuator 2 and the reaction force actuator 9 are driven and controlled based on the tire load change speed or the tire load change acceleration thus obtained.
[0027]
FIG. 4 is a control characteristic diagram showing an example of a control mode of the reaction force actuator 9 by the control device 14. The control device 14 sets a reaction force actuator drive target value that changes, for example, linearly within a certain range in accordance with, for example, a tire load change speed or a tire load change acceleration in a tire outside the steering direction. A control signal is given to the drive circuit 18 so that the drive target value is achieved. In the characteristic diagram of FIG. 4, a reaction force actuator drive target value that linearly increases with an increase in the tire load change speed or the tire load change acceleration is set for a tire load change speed or a tire load change acceleration that is greater than a certain value. In addition, the larger the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor S5, the larger the reaction force actuator drive target value is set.
[0028]
As a result, the greater the change speed or change acceleration of the load applied to the tire, the greater the reaction force is transmitted to the driver via the steering wheel 1, and the greater the vehicle speed, the greater reaction force is transmitted to the driver via the steering wheel 1. Will be transmitted to.
FIG. 5 is a conceptual diagram showing how information is exchanged between the driver, the vehicle, and the road surface. For example, a disturbance such as a cross wind is applied to the vehicle from the road surface, and information such as traffic conditions is provided to the vehicle as, for example, ITS (Intelligent Transport Systems) electronic information from the infrastructure arranged in the road traffic network. Furthermore, road surface conditions such as a narrow road, a cant road, a wavy road and a snowy road are transmitted to the vehicle through the tire.
[0029]
On the other hand, from the vehicle to the driver, the control device 14 (ECU: electronic control unit) controls the reaction force actuator 9 (reaction force control) through the steering wheel 1 together with the road surface information (low frequency information). The tire ground contact surface transient information is transmitted. Further, through the above-described alarm device 19, instability information and warning of the steering system are transmitted to the driver by display or sound.
The reaction force actuator 9 is controlled based on the torque generated by the steering actuator 2 and the output of the turning angle sensor S3, so that road surface information as low frequency information can be transmitted to the driver via the steering wheel. it can. In addition to this control, as described above, the reaction force actuator 9 is controlled in accordance with the tire load change speed or the tire load change acceleration, so that tire ground contact surface transient information is transmitted to the driver via the steering wheel 1. Is done.
[0030]
The instability information of the steering system transmitted by the alarm device 19 includes the occurrence of tire imbalance and shimmy. These pieces of information may be transmitted to the driver through the control of the reaction force actuator 9, but it is more effective to visually or audibly transmit the driver to the driver using the alarm device 19 to promote maintenance. is there.
The control device 14 controls vibrations of the steering system (flutter, shimmy, etc. due to poor maintenance of consumables / mechanical parts and abnormal control due to abnormal signals), tire / suspension vibration (vibration due to unbalance), etc. Alternatively, displacement sensor signals (signals from the operation angle sensor S1, the steering angle sensor S3, the stroke sensor S9, etc.) and acceleration sensor signals (front-rear acceleration sensor S6, lateral) provided in each component (part for detecting a physical quantity related to vehicle motion) Based on the acceleration sensor S7) and the analysis results (differential values, integral values, frequency characteristics obtained by vibration power spectrum analysis, etc.) obtained by analyzing these signals by signal processing, the driver The presence or absence of information to be transmitted to is determined. Further, if there is information to be transmitted to the driver, it is determined whether the information should be transmitted to the driver as an operation reaction force or visually or audibly via the alarm device 19. The information is transmitted to the driver by a method according to the determination result.
[0031]
The control device 14 further controls the steering actuator 2 according to the output of the operation angle sensor S1 and the like and the tire load detected by the stress sensors SL and SR and the air pressure sensor SP (steering control).
On the other hand, in addition to the information transmitted from the alarm device 19 or the steering wheel 1, the driver feels the acceleration G on the vehicle, and also feels the vehicle speed V, yaw rate γ, roll φ, and pitch τ. Based on these pieces of information, the driver operates the steering wheel 1 to perform predictive control, tracking control, and compensation control.
[0032]
Predictive control is control that the driver predicts the next situation, and tracking control is control that tries to track this target with the vehicle behavior intended by the driver as a target. Is a control for compensating for disturbances such as crosswinds. These controls are based on the driver's knowledge about driving the vehicle, but this knowledge can be stratified into a skill base, a rule base and an intelligent base. Skill-based driving knowledge is knowledge that has been acquired by the body and is knowledge that is unconsciously transferred to action based on information perceived by the five senses. The rule-based driving knowledge is knowledge that is transferred to an action according to a determination result based on a driver's memory (for example, whether or not a certain condition is met), that is, knowledge about a patterned action. Intelligent-based driving knowledge is not knowledge about patterned behavior, but advanced knowledge that is transferred to behavior through conscious, abstract and logical thinking.
[0033]
For example, the road surface information transmitted from the steering wheel 1 to the driver as low-frequency information works on the rule-based knowledge and prompts the driver to drive a pattern. On the other hand, the tire ground contact surface transient information transmitted from the steering wheel 1 to the driver is used for more advanced judgment (whether it is a limit point from which the steering torque can be removed, etc.) by working on the knowledge of the intelligent base. It is done.
[0034]
FIG. 6 is a flowchart for explaining processing executed by the control device 14 to transmit information to the driver by the control of the reaction force actuator 9 or the alarm device 19. First, detection signals output from the sensors S1 to S12 are captured (step A1), and then signal processing (step A2) is performed on the detection signals of these sensors S1 to S12. Specifically, differentiation processing, integration processing, signal periodicity analysis, envelope detection, frequency characteristic analysis by spectrum analysis, and the like are performed. More specifically, the vibration frequency of the output signal of the turning angle sensor S3 (steering angle vibration frequency), the vibration frequency of the output signal of the stroke sensor S9 (shock absorber vibration frequency), and the output signal of the turning angle sensor S3. A differential value (steering angular velocity) is obtained. Further, the lateral acceleration (lateral G) detected by the lateral acceleration sensor S7, the yaw rate detected by the yaw rate sensor S8, the shock absorber stroke detected by the stroke sensor S9, and the brake hydraulic pressure detected by the brake hydraulic pressure sensor S10. Each vibration frequency is required.
[0035]
Furthermore, the control device 14 has a plurality of vehicle speed ranges determined in advance by the vehicle speed V detected by the vehicle speed sensor S5 (in this embodiment, 0 km / h <V ≦ 30 km / h, 30 km / h <V ≦ 60 km / h, 60 km / The processing is branched depending on which of the four vehicle speed ranges h <V ≦ 90 km / h and 90 km / h <V (steps A3, A4, A5).
For example, when the vehicle speed V is a value within the vehicle speed range of 0 km / h <V ≦ 30 km / h (YES in step A3), it is determined whether the turning angular vibration frequency is equal to or higher than a predetermined threshold value of 5 Hz ( Step A6). If this determination is affirmative, there is a possibility that an abnormality of the steering system or the steering system has occurred, so that the lateral acceleration (lateral G) detected by the lateral acceleration sensor S7 is further detected by the yaw rate sensor S8. The vibration frequency of one or more of the predetermined yaw rate, the shock absorber stroke detected by the stroke sensor S9, and the brake hydraulic pressure detected by the brake hydraulic pressure sensor S10 is set to a predetermined threshold. It is determined whether the value is 2 Hz or less (step A7). If this determination is denied, it is assumed that there is no abnormality in the steering system or the steering system, and the target reaction force torque for driving the reaction force actuator 9 is the normal reaction force torque value (when there is no abnormality). Set to a certain Ta (step A8) and return. The normal target reaction force torque value reflects the tire load detected by the stress sensors SL and SR and the air pressure sensor SP.
[0036]
On the other hand, if it is determined in step A7 that the vibration frequency of one or more of the lateral acceleration, yaw rate, shock absorber stroke, and brake fluid pressure is 2 Hz or less, the steering system or It is determined that there is an abnormality in the turning system (step A9). In this case, the control device 14 converts the target reaction force torque for driving the reaction force actuator 9 to the normal target reaction force torque value Ta and the correction torque value Tb (correction torque when the steering system or the steering system is abnormal). Is set to a value Ta + Tb (step A10), and the process returns.
[0037]
The correction torque value Tb is determined according to the vibration frequency of the determination target value determined to be 2 Hz or less in step A7, for example, and is determined to be larger as the vibration frequency is larger. Further, the correction torque value Tb may be further determined according to the vehicle speed and the turning angle, and may be determined to be larger as the vehicle speed is higher and larger as the turning angle is larger.
If the turning angular vibration frequency is less than 5 Hz (NO in step A6), there is a possibility of a suspension system abnormality or the like. Further, whether or not the shock absorber vibration frequency is 1 Hz or more which is a predetermined first threshold value. Is determined (step A11). When the shock absorber vibration frequency is 1 Hz or more, it is further determined whether or not the turning angular velocity is 5 rad / sec or less which is a predetermined threshold value (step A12). If this determination is affirmative, it is determined that either flutter or unbalance occurs while traveling on a rough road (step A13), and these abnormalities are notified to the driver through the alarm device 19 (step A14). ). Then, the target reaction force torque for controlling the reaction force actuator 9 is set to the normal target reaction force torque value Ta (step A15), and the process returns.
[0038]
Even when the turning angular frequency is less than 5 Hz, when the shock absorber vibration frequency is less than 1 Hz (NO in step A11), or the turning angular frequency is less than 5 Hz and the shock absorber vibration frequency is 1 Hz or more. When the turning speed exceeds 5 rad / sec (NO in step A12), the shock absorber vibration frequency is a predetermined second threshold value in order to check whether there is any abnormality in the suspension system. It is determined whether the frequency is 10 Hz or higher (step A16). If this determination is affirmed, it is determined that there is an abnormality in the suspension system (step A17), and the control device 14 uses the target reaction force torque for driving the reaction force actuator 9 as the normal target reaction force torque. The value Ta + Tc obtained by adding the correction torque value Tc (correction torque when the suspension system is abnormal) to the value Ta is set (step A18), and the process returns.
[0039]
The correction torque value Tc is determined according to, for example, the shock absorber vibration frequency, and is determined to be larger as the shock absorber vibration frequency is larger, for example. Further, the correction torque value Tc may be further determined according to the vehicle speed and the turning angle, and may be determined to be larger as the vehicle speed is higher and larger as the turning angle is larger.
If the above determination in Step A16 is negative, it is assumed that there is no abnormality in the suspension system, and the target reaction force torque for driving the reaction force actuator 9 is the target reaction force torque value at normal time (when there is no abnormality). Set to a certain Ta (step A19) and return.
[0040]
In the vehicle speed range of 30 km / h <V ≦ 60 km / h, 60 km / h <V ≦ 90 km / h, 90 km / h <V, the type of vibration frequency to be determined is appropriately selected, and the threshold for each vibration frequency is selected. After the value is set appropriately, the same processing as described above is performed.
As a result of such processing, regarding the abnormality of the steering system, the steering system and the suspension system, the steering reaction force applied to the steering wheel 1 is made different from the normal value (Ta) through the steering wheel 1. It is transmitted to the driver. On the other hand, information such as occurrence of flutter and occurrence of unbalance during rough road traveling is notified to the driver via the alarm device 19 without passing through the steering wheel 1. In this way, since an appropriate transmission route is selected according to the type of abnormality that has occurred, information transmission to the driver is performed smoothly, driving stress can be reduced, and a comfortable driving environment can be achieved. realizable.
[0041]
Moreover, in this embodiment, the reaction force actuator 9 is controlled in accordance with the tire load directly detected by the left and right stress sensors SL, SR and the air pressure sensor SP attached to the tire. . Therefore, since appropriate reaction force control can be performed regardless of the mechanical configuration of the steering mechanism, it is possible to reduce or eliminate vehicle adaptation technology that makes reaction force control different for each vehicle type or vehicle. it can. Thereby, the development period of the vehicle steering device can be greatly shortened.
[0042]
In addition, since the load state of the tire W is directly detected by the left and right stress sensors SL, SR and the air pressure sensor SP, and the reaction force control is performed using this, complicated calculation processing is not required. The reaction force actuator 9 can be controlled with high-speed response on the order of 10 milliseconds. Therefore, tire ground contact surface transient information such as a grip limit situation in which the tire W loses gripping power can be transmitted to the driver via the steering wheel 1.
[0043]
FIG. 7 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the vehicle steering apparatus according to the second embodiment of the present invention. The vehicle steering device 21 includes a first steering shaft 23 connected to a steering wheel 22 as an operation member so as to be integrally rotatable, and a steering mechanism provided coaxially with the first steering shaft 23, such as a rack and pinion mechanism. And a planetary gear mechanism 26 as a planetary transmission mechanism constituting a differential transmission mechanism for allowing differential rotation between the first and second steering shafts 23 and 25. Prepare.
[0044]
The steering mechanism 24 includes a steering shaft 27 that extends in the left-right direction of the vehicle, and a knuckle arm 30 that is coupled to both ends of the steering shaft 27 via tie rods 28 and supports steering wheels 29. Prepare. The steered shaft 27 is supported by a housing 31 and is slidable in the axial direction, and a steering actuator 32 made of an electric motor is coaxially incorporated in the middle of the steered shaft 27. The drive rotation of the steering actuator 32 is converted into sliding of the turning shaft 27 by a motion conversion mechanism such as a ball screw mechanism, and the turning of the wheel 29 is achieved by the sliding of the turning shaft 27.
[0045]
A rack 27a is formed in a part of the steered shaft 27, and a pinion 34 provided at an end of the second steering shaft 25 and rotating integrally with the second steering shaft 25 is engaged with the rack 27a. ing. When the steering actuator 32 fails, when the second steering shaft 25 is driven to rotate according to the operation of the steering wheel 22, the rotation of the second steering shaft 25 is caused to slide on the turning shaft 27 by the pinion 34 and the rack 27a. The wheel 29 is steered.
[0046]
The planetary gear mechanism 26 includes a plurality of sun gears 35 that are connected to the end of the first steering shaft 23 so as to be integrally rotatable, and are rotatably held by a carrier 36 that is an output side to mesh with the sun gear 35. Planetary gears 37 and ring gears 38 as ring members having inner teeth 38a meshing with the planetary gears 37 on the inner periphery.
The ring gear 38 forms, for example, a worm wheel by forming external teeth 38b. The external teeth 38b are drivingly connected to a reaction force actuator 40 for applying an operation reaction force to the steering wheel 22 via a drive transmission gear 39 made of, for example, a worm. The reaction force actuator 40 is composed of, for example, an electric motor, and its casing is fixed at an appropriate position on the vehicle body.
[0047]
The steering actuator 32 and the reaction force actuator 40 are controlled by a control device C (ECU: electronic control unit) including a CPU 61, a ROM 62 storing a control program, a RAM 63 used as a work area for arithmetic processing, and the like. ing.
The first steering shaft 23 has a steering angle sensor S1 as a steering angle detection means for detecting a steering angle by the steering wheel 22, and a steering torque detection means for detecting a steering torque input from the steering wheel 22. A torque sensor S2 is provided. Detection signals from the steering angle sensor S1 and the torque sensor S2 are input to the control device C.
[0048]
Further, the turning shaft 27 detects the turning position of the wheel 29 by detecting the axial position of the turning shaft 27, and the axial force acting on the turning shaft 27. Is detected, and detection signals from the turning angle sensor S3 and the axial force sensor S4 are also input to the control device C. Further, a detection signal from a vehicle speed sensor S5 for detecting the vehicle speed is input to the control device C.
[0049]
In addition to these, the control device C includes a longitudinal acceleration sensor S6 for detecting the longitudinal acceleration of the vehicle, a lateral acceleration sensor S7 for detecting the lateral acceleration of the vehicle, and the yaw rate of the vehicle, as in the case of the first embodiment. Is supplied to the yaw rate sensor S8 for detecting the stroke, the stroke sensor S9 for detecting the stroke (displacement) of the shock absorber, the brake hydraulic pressure sensor S10 for detecting the brake hydraulic pressure, the load sensor S11 for detecting the load of the vehicle, and the steering actuator 32. Detection signals output from the current detection unit S12 that detects the drive current are respectively input. Further, as in the case of the first embodiment described above, a tire air pressure sensor SP, a left stress sensor SL, and a right stress sensor SR are provided in the tire of the wheel 29 as tire load detection means. . The output signals of these sensors are taken into the control device C from the antenna Ca by wireless communication.
[0050]
The control device C outputs a control signal to drive circuits 48 and 49 as drive units for driving the steering actuator 32 and the reaction force actuator 40 based on the input signals from the sensors.
The control device C constantly monitors whether the steering system is operating normally. More specifically, the occurrence of abnormality in at least one of the turning angle sensor 46 and the steering actuator 32 is monitored.
[0051]
If there is no abnormality in the turning system, the control device C causes the reaction force actuator 40 to generate torque for applying to the steering wheel 22 a steering reaction force corresponding to the road surface reaction force.
Further, the control device C sets the voltage command value of the steering actuator 32 in accordance with the operation amount of the steering wheel 22, and gives the control signal corresponding to the voltage command value to the drive circuit 48, so that the steering actuator 32 is controlled. Drive control. Although the steering wheel 22 and the steering mechanism 24 are coupled via the planetary gear mechanism 26, the reaction force actuator 40 does not substantially restrain the rotation of the ring gear 38, and the steering reaction force is applied to the steering wheel 22. In the state of operating only for giving, the steering torque applied to the steering wheel 22 is not substantially transmitted to the steering mechanism 24. In that sense, the configuration shown in FIG. 7 can also be said to be a steer-by-wire (SBW) type vehicle steering device, and the same variable gear as in the first embodiment described above. Ratio control is possible.
[0052]
In this embodiment, the control device C is detected by the stress sensors SL, SR and / or the air pressure sensor SP according to the characteristics as shown in FIG. 4 in the same manner as the control device 14 of the first embodiment described above. The reaction force actuator 40 is controlled based on the applied tire load. As a result, not only low frequency information indicating road surface conditions but also high frequency information such as tire ground contact surface transient information can be transmitted to the driver via the steering wheel 22.
[0053]
Furthermore, like the control device 14 in the first embodiment described above, the control device C executes the processing as shown in FIG. 6 to process the signals of the sensors to obtain the vibration frequency and the like. On the basis of this, abnormalities in the steering system, the steering system, and the suspension system are transmitted to the driver by reaction force control, and information on the occurrence of flutter and unbalance during rough road traveling is provided by the alarm device 70 (first implementation). The driver is informed via a similar configuration to the alarm device 19 in the embodiment.
[0054]
When an abnormality occurs in the steering system, the control device C stops the control of the steering actuator 32 to put the steering actuator 32 in a free rotation state, and restricts the rotation of the ring gear 38 by the reaction force actuator 40, and the steering wheel It is assumed that the steering torque applied to 22 is transmitted to the steering mechanism 24. At this time, the steering assist can be performed by the control of the reaction force actuator 40, and the variable control of the gear ratio can be performed.
[0055]
As mentioned above, although two embodiment of this invention was described, this invention can be implemented also with another form. For example, as shown in FIGS. 1 and 7, an operation unit 75 may be connected to the control units 14 and C, and the magnitude of the reaction force of the operation may be adjusted by an operation from the operation unit 75.
Further, for example, in a normal electric power steering apparatus in which a steering wheel and a steering mechanism are coupled by a steering shaft in which a torsion bar is interposed and a steering assist force is applied to the steering mechanism from an electric motor, By providing an actuator that applies force to the wheel and an alarm device, it is possible to transmit information to the driver by properly using the steering wheel or the alarm device according to the type of abnormality or the like.
[0056]
A similar configuration can also be adopted in a power steering device configured to generate hydraulic pressure by a pump driven by an electric motor and transmit a driving force generated by a power cylinder operated by the hydraulic pressure to a steering mechanism. is there.
In addition, various design changes can be made within the scope of matters described in the claims.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining a configuration of a vehicle steering apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining the configuration of a tire for a steering wheel.
FIG. 3 is an illustrative view for explaining deformation of a tire during cornering.
FIG. 4 is a control characteristic diagram showing an example of a control mode of a reaction force actuator.
FIG. 5 is a conceptual diagram showing how information is exchanged among a driver, a vehicle, and a road surface.
FIG. 6 is a flowchart for explaining processing executed by the control device in order to transmit information to the driver through control of the reaction force actuator or an alarm device.
FIG. 7 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a vehicle steering apparatus according to a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Steering wheel 2 Steering actuator 4 Steering shaft 5 Wheel 9 Reaction force actuator 14 Control device 14a Antenna 17 Drive circuit 18 Drive circuit 19 Alarm 21 Vehicle steering device 22 Steering wheel 24 Steering mechanism 26 Planetary gear mechanism 27 Steering shaft 27a Rack 29 Wheel 32 Steering actuator 34 Pinion 35 Sun gear 36 Carrier 37 Planetary gear 38 Ring gear 39 Drive transmission gear 40 Reaction force actuator 44 Steering angle sensor 45 Torque sensor 46 Steering angle sensor 47 Vehicle speed sensor 48 Drive circuit 51 Tread part 52L Left side Wall portion 52R Right side wall portion 70 Alarm C Control device Ca Antenna SA Stress sensor SL Left side stress sensor SP Air pressure sensor SR Right side stress sensor W Tire WL Left side tire WR Right side tire S1 Operation angle sensor S2 Torque sensor S3 Steering angle sensor S4 Axial force sensor S5 Vehicle speed sensor S6 Longitudinal acceleration sensor S7 Lateral acceleration sensor S8 Yaw rate sensor S9 Shock absorber stroke sensor S10 Brake fluid pressure sensor S11 Load sensor S12 Current detection unit

Claims (5)

運転者によって操作される操作部材の操作に応じて、舵取り車輪を転舵させるための舵取り機構を作動させる車両用操舵装置であって、
上記運転者への情報伝達のために、上記操作部材に反力トルクを加えるアクチュエータと、
車両の運動に関わる物理量を検出し、検出結果に応じた検出信号を出力する少なくとも一つのセンサと、
操舵方向外側に位置するタイヤを特定する特定手段と、
上記センサが出力する検出信号を解析し、解析結果を出力する信号解析手段と、
この信号解析手段が出力する解析結果に基づいて、上記アクチュエータを制御する制御手段とを含み、
上記センサは、タイヤの右側サイドウォール部の応力を検出する右側応力センサと、タイヤの左側サイドウォール部の応力を検出する左側応力センサとを含み、
上記制御手段は、上記特定手段によって特定されたタイヤの操舵方向外側となるタイヤの上記右側応力センサおよび左側応力センサの検出値の差の一階時間微分値または二階時間微分値に基づき、上記アクチュエータを駆動制御するものであることを特徴とする車両用操舵装置。
A vehicle steering apparatus for operating a steering mechanism for turning a steering wheel according to an operation of an operation member operated by a driver,
An actuator for applying a reaction torque to the operating member for information transmission to the driver;
At least one sensor for detecting a physical quantity related to the motion of the vehicle and outputting a detection signal according to the detection result;
A specifying means for specifying a tire located outside the steering direction;
A signal analyzing means for analyzing the detection signal output by the sensor and outputting an analysis result;
The signal analysis means on the basis of the analysis result is outputted, seen including a controller for controlling the actuator,
The sensor includes a right stress sensor that detects a stress of a right sidewall portion of the tire, and a left stress sensor that detects a stress of a left sidewall portion of the tire,
The control means includes the actuator based on a first-order time differential value or a second-order time differential value of a difference between detected values of the right stress sensor and the left stress sensor of the tire that is outside the steering direction of the tire specified by the specifying means. A vehicle steering apparatus characterized by controlling the drive of the vehicle.
上記信号解析手段による解析結果が、予め定めた第1の判定条件を満たすかどうかを判定する第1判定手段と、
この第1判定手段によって、上記信号解析手段の解析結果が上記第1の判定条件を満たすと判定されたときに、この判定結果に対応した教示を運転者に与える教示手段とをさらに含むことを特徴とする請求項1記載の車両用操舵装置。
First determination means for determining whether an analysis result by the signal analysis means satisfies a predetermined first determination condition;
And a teaching means for providing the driver with a teaching corresponding to the determination result when the first determination means determines that the analysis result of the signal analysis means satisfies the first determination condition. The vehicle steering apparatus according to claim 1, wherein
上記信号解析手段による解析結果が、予め定めた第2の判定条件を満たすかどうかを判定する第2判定手段をさらに含み、
上記制御手段は、上記第2判定手段によって、上記信号解析手段の解析結果が上記第2の判定条件を満たすと判定されたときに、その解析結果に応じて上記アクチュエータを制御するものであることを特徴とする請求項1または2記載の車両用操舵装置。
A second determination unit that determines whether the analysis result by the signal analysis unit satisfies a predetermined second determination condition;
The control means controls the actuator according to the analysis result when the second determination means determines that the analysis result of the signal analysis means satisfies the second determination condition. The vehicle steering apparatus according to claim 1, wherein the vehicle steering apparatus is a vehicle steering apparatus.
操舵系または転舵系に異常があるか否かを判定する手段と、  Means for determining whether there is an abnormality in the steering system or the steering system;
異常があると判定されると、補正トルク値を通常時の目標反力トルク値に加える手段とをさらに含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の車両用操舵装置。  The vehicle steering apparatus according to any one of claims 1 to 3, further comprising means for adding a correction torque value to a normal target reaction force torque value when it is determined that there is an abnormality.
懸架系に異常があるか否かを判定する手段と、  Means for determining whether there is an abnormality in the suspension system;
異常があると判定されると、補正トルク値を通常時の目標反力トルク値に加える手段とをさらに含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載の車両用操舵装置。  The vehicle steering apparatus according to any one of claims 1 to 4, further comprising means for adding a correction torque value to a normal target reaction force torque value when it is determined that there is an abnormality.
JP2002321845A 2002-10-31 2002-11-05 Vehicle steering system Expired - Lifetime JP4103550B2 (en)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002321845A JP4103550B2 (en) 2002-11-05 2002-11-05 Vehicle steering system
US10/696,508 US7233850B2 (en) 2002-10-31 2003-10-30 Vehicle steering apparatus
EP03024877A EP1415893B1 (en) 2002-10-31 2003-10-31 Vehicle steering apparatus
EP10008730.3A EP2248709B1 (en) 2002-10-31 2003-10-31 Vehicle steering apparatus
DE60336532T DE60336532D1 (en) 2002-10-31 2003-10-31 Motor vehicle steering device
EP20120000573 EP2450264A1 (en) 2002-10-31 2003-10-31 Vehicle steering apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002321845A JP4103550B2 (en) 2002-11-05 2002-11-05 Vehicle steering system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004155282A JP2004155282A (en) 2004-06-03
JP4103550B2 true JP4103550B2 (en) 2008-06-18

Family

ID=32802206

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002321845A Expired - Lifetime JP4103550B2 (en) 2002-10-31 2002-11-05 Vehicle steering system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4103550B2 (en)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4327617B2 (en) 2004-01-29 2009-09-09 ヤマハ発動機株式会社 Steering control method for ship propulsion device
JP4327637B2 (en) 2004-03-26 2009-09-09 ヤマハ発動機株式会社 Outboard motor steering device and outboard motor
JP2006001432A (en) 2004-06-18 2006-01-05 Yamaha Marine Co Ltd Steering device for small sized vessel
JP4938271B2 (en) 2005-09-02 2012-05-23 ヤマハ発動機株式会社 Ship steering method and steering apparatus
JP2006224695A (en) 2005-02-15 2006-08-31 Yamaha Marine Co Ltd Rudder turning device for vessel
JP4703263B2 (en) 2005-03-18 2011-06-15 ヤマハ発動機株式会社 Ship steering device
JP2007050823A (en) 2005-08-19 2007-03-01 Yamaha Marine Co Ltd Behavior control device for small vessel
JP4658742B2 (en) 2005-09-02 2011-03-23 ヤマハ発動機株式会社 Small ship steering device
JP4673187B2 (en) 2005-10-25 2011-04-20 ヤマハ発動機株式会社 Multi-machine propulsion unit controller
JP4732860B2 (en) * 2005-11-04 2011-07-27 ヤマハ発動機株式会社 Electric steering system for outboard motor
JP5034234B2 (en) * 2005-12-28 2012-09-26 株式会社ジェイテクト Vehicle steering control device
JP5132132B2 (en) 2006-11-17 2013-01-30 ヤマハ発動機株式会社 Ship steering device and ship
JP4884177B2 (en) 2006-11-17 2012-02-29 ヤマハ発動機株式会社 Ship steering device and ship
JP2008126775A (en) 2006-11-17 2008-06-05 Yamaha Marine Co Ltd Rudder turning device for vessel and vessel
EP2404823A3 (en) * 2010-05-17 2012-04-11 Alloy Yachts International Limited Steering system for sailing vessels
WO2014068793A1 (en) * 2012-11-05 2014-05-08 トヨタ自動車株式会社 Steering control device
JP7369045B2 (en) * 2020-01-24 2023-10-25 日立Astemo株式会社 Steering control device
WO2021213622A1 (en) * 2020-04-20 2021-10-28 Thyssenkrupp Presta Ag Steer-by-wire steering system with acceleration dependent steering torque feedback
CN113219894B (en) * 2021-04-12 2022-12-13 成都飞机工业(集团)有限责任公司 Aircraft tool state real-time monitoring method based on three-dimensional force sensor

Also Published As

Publication number Publication date
JP2004155282A (en) 2004-06-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1415893B1 (en) Vehicle steering apparatus
JP4103550B2 (en) Vehicle steering system
EP1332946B1 (en) Hand wheel actuator
US6095277A (en) Vehicle steering system
JP3521249B2 (en) Car steering system
JP3493568B2 (en) Car steering system
JP4862493B2 (en) Power steering device
US20210001921A1 (en) Steering system and vehicle equipped with same
JP4871103B2 (en) Vehicle motion control device
US9771102B2 (en) Steer-by-wire steering reaction force control device
JP2007269251A (en) Electric power steering device
JP4140346B2 (en) Vehicle steering system
JP4300103B2 (en) Vehicle steering control device
JP4100130B2 (en) Vehicle steering system
US20240025474A1 (en) Steering system
JP4100131B2 (en) Vehicle steering system
JP2008074386A (en) Method for adapting steering characteristic of automobile
JP2616041B2 (en) Vehicle motion characteristics control device
WO2019189095A1 (en) Steering system, and vehicle provided with same
JPH1159466A (en) Power steering device
JP2008265613A (en) Electric power steering device
JPH0571431B2 (en)
JP2004314764A (en) Steering device for vehicle
JP2005193779A (en) Vehicle steering device
US20030226711A1 (en) Integrated differential steering actuator

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050729

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20071206

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20071218

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080218

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20080304

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20080317

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110404

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120404

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130404

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140404

Year of fee payment: 6