JP3560023B2

JP3560023B2 - Variable steering angle ratio steering device

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Publication number: JP3560023B2
Application number: JP2000067889A
Authority: JP
Inventors: 昌人湯田; 伸夫杉谷; 恭司浜本
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2000-03-13
Filing date: 2000-03-13
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2020-03-13
Also published as: JP2001253355A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両のステアリング系の舵角比（ステアリングの操舵角に対する操舵輪の転舵角）を車速等に応じて変化させる可変舵角比操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
可変舵角比操舵装置は、ドライバの操舵フィーリングをより向上させるために、ステアリングホイールの操舵角に対する操舵輪の転舵角である舵角比を最適な値に変化させる。例えば、本願出願人による特開平１１−７８９４４号公報には、車両の可変舵角比操舵装置が開示されている。この可変舵角比操舵装置は、ステアリングホイールからの操舵トルクの入力軸と操舵輪に操舵トルクを伝達する出力軸を備え、この入力軸を出力軸に対して偏心可能に配設している。さらに、可変舵角比操舵装置は、減速機構を介して、モータの回転駆動力によって入力軸を出力軸に対して移動させる。そして、可変舵角比操舵装置は、出力軸に対する入力軸の偏心量を変え、この偏心量に対応した舵角比特性によって舵角比を変化させる。ちなみに、この舵角比特性は、ステアリングホイールからの操舵角に応じて最適な舵角比に連続的に変化する特性である。
【０００３】
さらに、可変舵角比操舵装置は、モータを制御するために、制御装置を備える。制御装置は、車速等に基づいて目標偏心量（目標舵角比に相当）を設定する。そして、制御装置は、この目標偏心量と変位センサで実際に検出した実偏心量（実舵角比に相当）との偏差に基づいて、モータに流す電動機電流を演算する。さらに、制御装置は、この電動機電流を電動機に出力し、モータを正転駆動または逆転駆動する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、可変舵角比操舵装置は、経年変化により、装置内のモータや減速機構等のフリクションが次第に大きくなる。そのため、モータに供給する電流が微少の場合には、モータ自体が回転駆動しない、あるいはモータの回転駆動力が小さいために減速機構を介して入力軸を移動させることができなくなる。その結果、可変舵角比操舵装置は、出力軸に対する入力軸の偏心量を変えることができないにもかかわらず、モータに電動機電流を出力し続ける場合がある。つまり、可変舵角比操舵装置は、装置内のフリクションの影響で舵角比（偏心量）を変化させることができない時でも、電力を消費している。
【０００５】
そこで、本発明の課題は、無駄な電力を消費しない可変舵角比操舵装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決した本発明に係る可変舵角比操舵装置は、ステアリング系の舵角比を可変にする電動機と、前記ステアリング系の実舵角比を検出する舵角比センサと、目標舵角比を設定する目標舵角比設定手段と、前記実舵角比と前記目標舵角比とに基づいて前記電動機を制御する電動機制御手段と、前記電動機制御手段からの電動機制御信号に基づいて電動機電流を出力する電動機駆動手段とを備える可変舵角比操舵装置において、前記実舵角比と前記目標舵角比との差が所定値以下の場合に、前記電動機電流の出力を停止する出力停止手段を備え、前記所定値が、可変舵角比操舵装置内の経年劣化によるフリクションによって舵角比を変化させることができない電動機電流に相当する目標舵角比と実舵角比との差に設定されていることを特徴とする。この可変舵角比操舵装置によれば、出力停止手段によって目標舵角比と実舵角比との差が所定値以下の場合には電動機に電流を出力しないので、無駄な電流を電動機に流さない。つまり、可変舵角比操舵装置は、フリクションによって舵角比を変化させることができない時には、電力を消費しない。なお、「所定値」は、目標舵角比と実舵角比との差に基づいて設定される電動機電流を電動機に出力した場合に、可変舵角比操舵装置内のフリクションによって舵角比を変化させることができない電動機電流に相当する目標舵角比と実舵角比との差程度の値とする。
【０００７】
さらに、本発明（請求項２）は、前記可変舵角比操舵装置において、前記電動機制御手段は、比例項、積分項および微分項を演算するＰＩＤ制御部を有し、前記出力停止手段は、前記電動機電流の出力停止中に、前記ＰＩＤ制御部の積分項を制限することを特徴とする。この可変舵角比操舵装置によれば、出力停止手段によって電動機への電動機電流の出力停止中に強制的に０にする等の積分項を制限することによって、電動機への電動機電流の出力停止解除後の不具合を解消する。つまり、可変舵角比操舵装置は電動機への電動機電流の出力停止中でも目標舵角比と実舵角比とに基づいて電動機制御信号を生成しているため、ＰＩＤ制御部の積分項が次第に大きくなる。そのため、積分項を制限しない場合、可変舵角比操舵装置は、電動機への電動機電流の出力停止解除後に、過大となった積分項によって大きな電動機電流を電動機に急激に出力することになる。その結果、舵角比が急激に変化し、操舵フィーリングが悪化する。そこで、可変舵角比操舵装置は、電動機への電動機電流の出力停止中に積分項を制限し、電動機電流の出力停止解除後も快適な操舵フィーリングを維持する。なお、「積分項の制限」は、電動機電流の出力停止解除後に積分項により電動機電流が過大になることによって不具合が生じない程度に積分項を所定値以下に設定することであり、例えば、積分項を０に設定する、あるいは電動機電流の出力を停止した時の値に保持する等である。
また、本発明（請求項３）は、前記可変舵角比操舵装置において、前記所定値が、経年数に応じて大きな値になるように設定される構成を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の可変舵角比操舵装置。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係る可変舵角比操舵装置の実施の形態を説明する。
【０００９】
本発明に係る可変舵角比操舵装置は、目標舵角比と実舵角比との差が所定値以下の場合には電動機電流の出力を停止し、無駄な電流を電動機に流さない。さらに、この可変舵角比操舵装置は、電動機電流の出力停止中にはＰＩＤ制御部の積分項を制限し、電動機電流の出力停止解除後に電動機に適切な電流を流す。
【００１０】
本実施の形態では、本発明に係る可変舵角比操舵装置を、ドライバによるステアリングホイール操作によって操舵輪を転舵させるステアリング系に可変舵角比装置を配設し、この可変舵角比装置を制御装置で制御する構成とした。この可変舵角比装置は、ステアリングホイールからの操舵トルクの入力軸と操舵輪に操舵トルクを伝達する出力軸との偏心量を変え、この偏心量に応じて入出力角特性が変わる。そして、可変舵角比操舵装置は、この入出力角特性に従って舵角比特性を変える。なお、舵角比は、この舵角比特性に従って、ステアリングホイールの操舵角に応じて連続的に最適な値に可変する。つまり、本実施の形態の可変舵角比操舵装置は、車速に基づいて目標偏心量が決定され、この目標偏心量に応じて舵角比特性が変わり、さらにステアリングホイールの操舵角に応じて最適な舵角比となる。そこで、本実施の形態では、目標舵角比と実舵角比との差に相当する目標偏心量と実偏心量との差に基づいて、電動機電流の出力を停止するか否かの判断を行う。
【００１１】
まず、図１を参照して、可変舵角比操舵装置１の全体構成について説明する。
【００１２】
可変舵角比操舵装置１は、ステアリングホイール２から操舵輪９，９に至るステアリング系Ｓ、このステアリング系Ｓに設けられた可変舵角比装置１０および車速センサＶＳからの車速信号Ｖに基づいて可変舵角比装置１０を制御する制御装置４０を備える。
【００１３】
ステアリング系Ｓは、ステアリングホイール２に一体的に設けられたステアリング軸３が自在継ぎ手４ａ，４ｂを有する連結軸４を介して可変舵角比装置１０の入力軸に連結されている。なお、可変舵角比装置１０は、入力軸の回転角αに対する出力軸の回転角βの入出力角比β／αを連続的に可変できるものを用いている。さらに、ステアリング系Ｓは、可変舵角比装置１０の出力軸に設けられたピニオン５とラック軸６のラック歯６ａとを噛み合させることによって、出力軸の回転運動をラック軸６の直線運動へ変換する。そして、ステアリング系Ｓは、ラック軸６の直線運動をタイロッド７，７およびナックルアーム８を介して操舵輪９，９の転舵運動へ変換する。つまり、出力軸の回転角βが変化すると、ステアリング系Ｓは、ラック軸６のストロークＬが変化し、操舵輪９，９を転舵させる。なお、可変舵角比操舵装置１の舵角比は、入力軸の回転角αに対する出力軸の回転角βの入出力角比β／α（可変）およびピニオン５とラック歯６ａのギア比（固定）によって決まり、入出力角比β／αによって可変する。
【００１４】
次に、図２乃至図４を参照して、本実施の形態に係る可変舵角比装置１０の一具体例の構造について説明する。
【００１５】
図２に示すように、入力軸１１は、玉軸受け１２を介して上部ケーシング１３ａに回動自在に支持された支持部材１４の偏心位置に、玉軸受け１５を介して回転自在に支持されている。入力軸１１の下部ケーシング１３ｂ内に突入した端部には、出力軸１７に回転力を伝達するカップリング１６が一体形成されている。また、入力軸１１は、連結軸４（図１参照）に接続されており、ドライバがステアリングホイール２を操舵することによって、連結軸４を介して回転するようになっている。
【００１６】
また、出力軸１７は、一対の玉軸受け１８ａ，１８ｂを介して下部ケーシング１３ｂに回動自在に支持されている。この出力軸１７の下部には、ラック軸６のラック歯６ａに噛み合ったピニオン５が一体形成されている。出力軸１７の端部は下部ケーシング１３ｂ内に突入しており、出力軸１７の端部における出力軸１７の中心から偏心した位置には中間軸１９が突設されている。この中間軸１９と入力軸１１に一体形成されたカップリング１６との間は、平型ニードル軸受け２０を介在させたスライダ２１と円錐ころ軸受け２２とを介して互いに連結されている。さらに、入力軸１１と上部ケーシング１３ａとの間には、可撓性の筒状部を有するシール部材３５が設けられている。このシール部材３５によって可変舵角比装置１０内の気密が保持されている。
【００１７】
図３に示すように、カップリング１６の下面には、下方が拡開しかつ開放した台形断面の溝２３が形成されている。この溝２３に対して、一対の平型ニードル軸受け２０を介在させたスライダ２１が、この溝２３の互いに対向する斜面を摺動するように係合している。また、スライダ２１の下面の中心部には、円錐ころ軸受け２２を介して相対回動可能となるように、中間軸１９が係合している。
【００１８】
図２に示すように、下部ケーシング１３ｂには、出力軸１７の下端を支持する玉軸受１８ｂのアウタレースに当接するアジャストねじ２４が螺着されている。このアジャストねじ２４を適宜に締め込むことにより、ピニオン５が軸線方向に押圧され、カップリング１６を介した入力軸１１と出力軸１７との間に適度なプリロードが与えられる。このようにして、カップリング１６のがたを除去して連結剛性を向上させることができる。
【００１９】
図４に示すように、支持部材１４の外周部の一部には、扇型の部分的ウォームホイル２５が設けられている。この部分的ウォームホイル２５には、ウォーム減速機構２６を介してモータ２７によって駆動されるウォーム２８が噛み合っている。そして、モータ２７を回転駆動力によって、支持部材１４に対して所定の角度範囲にわたって回転運動を与えることができるようになっている。なお、ウォーム２８は、偏心カムを応用したバックラッシュ除去部材２９を介して上部ケーシング１３ａに支持されている。このバックラッシュ除去部材２９の端部に形成された六角孔３０に六角棒レンチを係合させて、この六角棒レンチを上部ケーシング１３ａに対して回動させることにより、その軸芯が移動して部分的ウォームホイル２５との噛み合いが変化するようになっている。また、ウォーム２８の軸芯の移動を許容するために、ウォーム２８とウォーム減速機構２６との間は、オルダム継手３１を介して連結されている。
なお、本実施の形態では、モータ２７が、特許請求の範囲に記載の電動機に相当する。
【００２０】
さらに、上部ケーシング１３ａには、支持部材１４の上面に突設されたピン３２に係合する差動トランスなどからなる変位センサ３３が取り付けられている。この変位センサ３３は、支持部材１４の回動角を検出している。そして、変位センサ３３は、検出した支持部材１４の回動量、すなわち、支持部材１４に支持された入力軸１１の偏心量信号（実偏心量）ＡＥを制御装置４０に出力している。なお、本実施の形態では、可変舵角比操舵装置１は、偏心量に応じて舵角比特性が変わり、この舵角比特性に基づいてステアリングホイールの操舵角に応じて舵角比が連続的に最適な値に可変する。つまり、本実施の形態では、偏心量に応じて舵角比が変わる。そこで、本実施の形態では、舵角比を直接検出するのではなく、実舵角比に相当する実偏心量ＡＥを変位センサ３３によって検出している。なお、本実施の形態では、変位センサ３３が、特許請求の範囲に記載の舵角比センサに相当する。
【００２１】
制御装置４０は、車速センサＶＳからの車速信号Ｖに基づいて決定した目標偏心量（目標舵角比に相当）ＣＥと、変位センサ３３によって検出した実偏心量（実舵角比に相当）ＡＥとを一致させるように、フィードバック制御によってモータ２７の回転駆動を制御している（図７参照）。なお、制御装置４０については、後で詳細に説明する。
【００２２】
なお、車速センサＶＳは、スピードメータ（図示せず）内に配設され、車両の速度を検出する。そして、車速センサＶＳは、検出した車速に対応したアナログ電気信号の車速信号Ｖを制御装置４０に送信する。なお、車速センサＶＳは、可変舵角比操舵装置１の専用のセンサでも、他のシステムと共用するセンサでもよい。
【００２３】
続いて、図５および図６を参照して、可変舵角比装置１０の作動原理について説明する。
【００２４】
図５に示すように、入力軸１１の回転中心をＡ、出力軸１７の回転中心をＢ、中間軸１９の作用点をＣとする（図３参照）。また、ＢＣ間寸法をｂ、入力軸１１と出力軸１７との間の偏心量（ＡＢ間寸法）をａとする（図３参照）。さらに、入力軸１１の回転角（ステアリングホイール２の操舵角）をα、出力軸１７の回転角（ピニオン５の回転角）をβとする（図１および図２参照）。このとき、
ｂ・ｓｉｎβ＝（ｂ・ｃｏｓβ−ａ）ｔａｎα
であるから、
α＝ｔａｎ^−１（ｂ・ｓｉｎβ／（ｂ・ｃｏｓβ−ａ））
で表わされる。
【００２５】
ドライバがステアリングホイール２を操舵することによって入力軸１１を回転させると、中間軸１９は、入力軸１１のカップリング１６のスライダ２１との係合により、出力軸１７の軸心回りでクランク回転する。ここで、支持部材１４を回動させると、支持部材１４の偏心カム作用により、図３ならびに図４で符号Ａ０〜Ａ２で示した範囲で入力軸１１の軸心が移動する。この入力軸１１の軸心の移動によって、入出力軸間の偏心量ａを適宜に定めて入力軸１１と出力軸１７との軸心同士を互いに偏心させる。すると、入力軸１１の回転角αに対する出力軸１７の回転角βが不一致となる（例えば、図５の入力軸１１の回転角α１と出力軸１７の回転角β１の関係）。しかも、入力軸１１の回転角αを等角度毎に回転させた場合（すなわち、ステアリングホイール２の操舵角を等角度毎に変化させた場合）、出力軸１７の回転角βの変化が漸進的に増大することになる（図６の太線（ａ１）ならびに細線（ａ２）参照）。つまり、可変舵角比装置１０は、各偏心量ａ（ａ０〜ａ２）に応じて、入力軸１１の回転角αに対して連続的に入出力角比β／αが変化する入出力角特性を各々有する。この入出力角特性は、可変舵角比装置１０の機構上のギア設定等によって、入力軸１１の回転角α（ステアリングホイール２の操舵角）の変化に応じて最適な入出力角比β／α（ひいては、舵角比）に連続的に変化する特性である。ちなみに、入力軸１１と出力軸１７の軸心が一致する場合、入力軸１１の回転角αと出力軸１７の回転角βが一致する。つまり、軸心が一致する場合（偏心量ａ＝ａ０（＝０）の場合）、入出力角特性は、入力軸１１の回転角αに関係なく入出力角比β／α（＝１）が一定となる。（図６の一点鎖線（ａ０）参照）。
【００２６】
図６に示すように、入力軸１１と出力軸１７との軸心の偏心量ａをａ２〜ａ０（ａ２＞ａ１＞ａ０＝０）の範囲で変化させると、入出力角特性（ひいては、舵角比特性）が変化する。なお、前記したように、舵角比は入出力角比β／αおよび固定比であるピニオン５とラック歯６ａのギア比で決まるので、入出力角比β／α（入出力角特性）が変化すると、舵角比（舵角比特性）が変化する。したがって、偏心量ａに応じて入出力角特性が決定すると、この入出力角特性に基づいて、ステアリングホイール２の操舵角に対して最適な舵角比となる。ここで、入出力軸間の偏心量ａを大きくすると、入力軸１１の回転角αに対する出力軸１７の回転角βの変化率（入出力角比β／αの変化率）漸進性が高まる。また、入出力軸間の偏心量ａを０にすれば、図６に一点鎖線（ａ０）で示すように、入力軸１１の回転角αに対する出力軸１７の回転角βは等しくなる（すなわち、入出力角比β／αが一定となる）。
【００２７】
可変舵角比操舵装置１は、車速に応じて最適な入出力角特性（すなわち、舵角比特性）を得るために、低速走行域では偏心量ａをａ０側に、高速走行域では偏心量ａをａ２側になるように制御する。そして、可変舵角比操舵装置１は、低速走行域では偏心量ａを小さくし、ステアリングホイール２の操舵角（ただし、操舵角は０°を中心として所定の角度範囲内）に対するラック軸６のストロークＬを在来の操舵装置に比して大きく設定してより一層敏感（クイック）な特性を実現できる。つまり、低速走行域では、ステアリングホイール２の操作は重くなるが、操舵輪９，９を転舵させるためにステアリングホイール２の操作量は少なくなる。また、可変舵角比操舵装置１は、高速走行域では偏心量ａを大きくし、ステアリングホイール２の操舵角（ただし、操舵角は０°を中心として所定の角度範囲内）に対するラック軸６のストロークＬを在来の操舵装置に比して小さくしてより一層鈍感（ダル）な特性を実現できる。つまり、高速走行域では、ステアリングホイール２の操作は軽くなるが、操舵輪９，９を転舵させるためにステアリングホイール２の操作量は多くなる。したがって、可変舵角比操舵装置１は、実用上のステアリングホイール２の操舵角と車速との関係を、フラットな特性とすることができる。
【００２８】
それでは、図７を参照して、制御装置４０について詳細に説明する。
【００２９】
制御装置４０は、目標舵角比設定部４１、偏差演算部４２、ＰＩＤ（ＰｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌＩｎｔｅｇｒａｌＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）制御部４３、電動機制御信号発生部４４、電動機駆動部４５および出力停止部４６から構成される。
なお、本実施の形態では、目標舵角比設定部４１が特許請求の範囲に目標舵角比設定手段に相当し、偏差演算部４２、ＰＩＤ制御部４３および電動機制御信号発生部４４が特許請求の範囲に記載の電動機制御手段に相当し、ＰＩＤ制御部４３が特許請求の範囲に記載のＰＩＤ制御部に相当し、電動機駆動部４５が特許請求の範囲に記載の電動機駆動手段に相当し、出力停止部４６が特許請求の範囲に記載の出力停止手段に相当する。
【００３０】
目標舵角比設定部４１は、目標偏心量決定部４１ａを備える。目標偏心量決定部４１ａは、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）等の記憶手段を備え、予め実験値または設計値に基づいて設定した車速信号Ｖと目標偏心量ＣＥの対応するデータ（変換テーブル）を記憶している。そして、目標偏心量決定部４１ａは、車速信号Ｖをアドレスとして対応する目標偏心量ＣＥを読み出し、目標偏心量ＣＥを偏差演算部４２に出力する。ちなみに、目標偏心量ＣＥは、車速信号Ｖに対して、路面反力の大きい低速の場合には小さい値が対応づけられ、走行時の安定性を確保するために高速の場合には大きい値が対応づけられている。なお、目標偏心量決定部４１ａに入力される車速信号Ｖは、不図示のＦ−Ｖコンバータを介して車速センサＶＳから入力された車速信号Ｖをアナログ信号からディジタル信号に変換されたものである。
【００３１】
なお、制御装置４０は、可変舵角比装置１０の実偏心量ＡＥが目標偏心量ＣＥと一致するようにモータ２７を制御する。そして、可変舵角比装置１０は、目標偏心量ＣＥになると、車速に対して最適な入出力角特性となる。ひいては、可変舵角比操舵装置１は、この最適な入出力角特性に基づいて最適な舵角比特性となり、ステアリングホイール２の操舵角に対応して最適な舵角比となる。つまり、目標偏心量ＣＥを決定することは、車速およびステアリングホイール２の操舵角に対して最適な舵角比（目標舵角比）を設定することに相当する。
【００３２】
偏差演算部４２は、減算器またはソフト制御の減算機能を備え、目標舵角比設定部４１からの目標偏心量ＣＥと変位センサ３３からの実偏心量ＡＥが入力され、ＰＩＤ制御部４３および出力停止部４６に偏差ΔＥを出力する。偏差演算部４２は、目標偏心量ＣＥから実偏心量ＡＥを減算し、偏差ΔＥ（＝ＣＥ−ＡＥ）を算出する。なお、偏差演算部４２に入力される実偏心量ＡＥは、変位センサ３３から入力された実偏心量ＡＥをアナログ信号からディジタル信号に変換されたものである。
【００３３】
ＰＩＤ制御部４３は、比例項演算部４３ａ、微分項演算部４３ｂ、積分項演算部４３ｃおよびリミッタ４３ｄを備える。ＰＩＤ制御部４３は、偏差演算部４２からの偏差ΔＥが入力され、電動機制御信号発生部４４に偏差ΔＥに対するＰＩＤ制御信号ＰＳを出力する。比例項演算部４３ａは、偏差ΔＥに対する比例項を演算する。微分項演算部４３ｂは、偏差ΔＥに対する微分項を演算する。積分項演算部４３ｃは、偏差ΔＥに対する積分項を演算する。さらに、積分項演算部４３ｃは、出力停止部４６からの出力停止信号ＳＳが入力され、出力停止信号ＳＳが論理レベル１の時には積分項を０にする。リミッタ４３ｄは、積分項演算部４３ｃで演算された積分項が所定値以上の場合には積分項を所定値に設定し、積分項の値を所定値以下に制限する。そして、ＰＩＤ制御部４３は、この比例項、微分項および制限された積分項に基づいて、偏差ΔＥを０に近づけるためにモータ２７に供給する電動機電流の向きと電流値とを示すＰＩＤ制御信号ＰＳを演算する。
【００３４】
なお、積分項をリミッタ４３ｄで制限するのは、以下の理由による。積分項演算部４３ｃは、偏差ΔＥを積分していくため、積分項が次第に大きくなる。そのため、目標偏心量ＣＥが急に大きい値から小さい値（または小さい値から大きい値）に変わる場合、偏差ΔＥの符号が変わるが、大きくなっている積分項のために、ＰＩＤ制御信号ＰＳの符号が変わらない場合がある。つまり、積分項の影響でＰＩＤ制御信号ＰＳの符号が直ぐに変わらないため、目標偏心量ＣＥの変化に追従してモータ２７の回転方向を変えることができない。そこで、積分項に対しては、所定値（モータ２７の回転方向を目標偏心量ＣＥの変化に追従して変えることができる程度の積分項の値）以上にならないように、リミッタ４３ｄで制限する。
【００３５】
電動機制御信号発生部４４は、ＰＩＤ制御部４３からのＰＩＤ制御信号ＰＳが入力され、出力停止部４６のゲート駆動回路部４９に電動機制御信号ＭＳを出力する。電動機制御信号発生部４４は、ＰＩＤ制御信号ＰＳに基づいて、モータ２７に供給する電動機電流の向きと電流値に対応したＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号ＶＰＷＭ、オン信号ＶＯＮ、オフ信号ＶＯＦを生成する。ＰＷＭ信号ＶＰＷＭは、電動機駆動部４５のパワーＦＥＴ（ＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）４５ａのゲートＧ１またはパワーＦＥＴ４５ｂのゲートＧ２に入力され、偏差ΔＥの大きさに応じてパワーＦＥＴ４５ａまたはパワーＦＥＴ４５ｂをＰＷＭ駆動する信号である。なお、ＰＷＭ信号ＶＰＷＭがゲートＧ１かゲートＧ２のどちらのゲートに入力されるかは、偏差ΔＥ（ＰＩＤ制御信号ＰＳ）の極性によって決まる。そして、ゲートＧ１にＰＷＭ信号ＶＰＷＭが入力される場合には、パワーＦＥＴ４５ｄのゲートＧ４にオン信号ＶＯＮが入力され、パワーＦＥＴ４５ｄがオン駆動される。他方、ゲートＧ２にＰＷＭ信号ＶＰＷＭが入力される場合には、パワーＦＥＴ４５ｃのゲートＧ３にオン信号ＶＯＮが入力され、パワーＦＥＴ４５ｃがオン駆動される。また、ゲートＧ１またはゲートＧ２のうちＰＷＭ信号ＶＰＷＭが入力されないゲートにはオフ信号ＶＯＦが入力され、パワーＦＥＴ４５ａまたはパワーＦＥＴ４５ｂはオフされる。このとき、ゲートＧ１にオフ信号ＶＯＦが入力された場合には、パワーＦＥＴ４５ｄのゲートＧ４にもオフ信号ＶＯＦが入力され、パワーＦＥＴ４５ｄもオフされる。他方、ゲートＧ２にオフ信号ＶＯＦが入力された場合には、パワーＦＥＴ４５ｃのゲートＧ３にもオフ信号ＶＯＦが入力され、パワーＦＥＴ４５ｃもオフされる。なお、電動機制御信号ＭＳは、ゲートＧ１〜Ｇ４に出力するＰＷＭ信号ＶＰＷＭ、オン信号ＶＯＮ、オフ信号ＶＯＦで構成され、ゲート駆動回路部４９で論理判定される。
【００３６】
電動機駆動部４５は、ゲート駆動回路部４９から論理判定された電動機制御信号ＭＳが入力され、この電動機制御信号ＭＳに基づいて電動機電圧ＶＭをモータ２７に印加し、モータ２７に電動機電流ＩＭを出力する。電動機駆動部４５は、４個のパワーＦＥＴ（電界効果トランジスタ）４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄのスイッチング素子からなるブリッジ回路で構成され、電源電圧４５ｅから１２Ｖの電圧が供給される。さらに、電動機駆動部４５は、モータ２７がパワーＦＥＴ４５ａとパワーＦＥＴ４５ｄの間に直列にかつパワーＦＥＴ４５ｂとパワーＦＥＴ４５ｃの間に直列に接続される。パワーＦＥＴ４５ａ，４５ｂは、各ゲートＧ１，Ｇ２にＰＷＭ信号ＶＰＷＭまたはオフ信号ＶＯＦが入力され、ＰＷＭ信号ＶＰＷＭが入力されて論理レベル１の時にオンする。パワーＦＥＴ４５ｃ，４５ｄは、各ゲートＧ３，Ｇ４にオン信号ＶＯＮまたはオフ信号ＶＯＦが入力され、オン信号ＶＯＮが入力された時にオンする。そして、電動機駆動部４５は、パワーＦＥＴ４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄの各ゲートＧ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４に電動機制御信号ＭＳが各々入力されると、電動機制御信号ＭＳに基づいてモータ２７に電動機電圧ＶＭを印加する。すると、モータ２７には電動機電流ＩＭが流れ、モータ２７は正転駆動または逆転駆動して電動機電流ＩＭに比例したトルクを発生する。なお、モータ２７に印加される電動機電圧ＶＭは、ＰＷＭ信号ＶＰＷＭのデューティ比によって決定される。そして、モータ２７に流れる電動機電流ＩＭは、電動機電圧ＶＭに対応する。例えば、ＰＷＭ信号ＶＰＷＭのデューティ比が７（論理レベル１）：３（論理レベル０）の場合、１２Ｖ×（７／１０）＝８．４Ｖが電動機電圧ＶＭとなり、モータ２７に連続して８．４Ｖが印加されていることになる。
【００３７】
出力停止部４６は、所定偏差設定部４７、偏差比較部４８およびゲート駆動回路部４９から構成される。出力停止部４６は、可変舵角比装置１０のフリクションによって入力軸１１を偏心できない微少な電動機電流ＩＭをモータ２７に出力しないために、偏差ΔＥを監視する。つまり、偏差ΔＥが所定値（出力停止偏差ＳＥ）以下になると、モータ２７に出力する電動機電流ＩＭが微少（例えば、０．１Ａ）となり、モータ２７には微少トルク（微小回転駆動力）しか発生しない。そのため、可変舵角比装置１０のフリクションの影響によって、この微小回転駆動力では入力軸１１を偏心できない。そこで、出力停止部４６は、偏差ΔＥを監視して、偏差ΔＥが出力停止偏差ＳＥ以下の場合には電動機制御信号ＭＳを全てオフ信号ＶＯＦとする（すなわち、モータ２７への電動機電流ＩＭの出力を停止する）。さらに、出力停止部４６は、モータ２７への電動機電流ＩＭの出力停止中には、ＰＩＤ制御部４３の積分項を０とする。
【００３８】
なお、可変舵角比装置１０のフリクションは、部分的ウォームホイル２５、ウォーム減速機構２６、ウォーム２８およびモータ２７等の機構上フリクションを発生する全てのフリクションを合わせたものである。ちなみに、このフリクションは、可変舵角比装置１０の各部の経年変化により、年々増大するものと考えられる。
【００３９】
所定偏差設定部４７は、ＲＯＭ等の記憶手段を備え、出力停止偏差ＳＥを偏差比較部４８に出力する。出力停止偏差ＳＥは、目標偏心量ＣＥと実偏心量ＡＥとの偏差ΔＥに基づいて設定される電動機電流ＩＭをモータ２７に出力した場合に、可変舵角比装置１０のフリクションの影響で入力軸１１と出力軸１７の偏心量ａを変えることができないモータ２７の回転駆動力しか発生することができない微少な電動機電流ＩＭに相当する目標偏心量ＣＥと実偏心量ＡＥとの偏差ΔＥ程度の値とする。なお、所定偏差設定部４７は、可変舵角比操舵装置１の使用年数に従って増加すると予想されるフリクションに対応して、この使用年数に対応して出力停止偏差ＳＥとして年々増加する値を出力するようにしてもよい。
【００４０】
偏差比較部４８は、偏差演算部４２からの偏差ΔＥと所定偏差設定部４７からの出力停止偏差ＳＥが入力され、出力停止信号ＳＳをゲート駆動回路部４９およびＰＩＤ制御部４３の積分項演算部４３ｃに出力する。偏差比較部４８は、偏差ΔＥが出力停止偏差ＳＥ以下となると出力停止信号ＳＳとして論理レベル１を設定し、偏差ΔＥが出力停止偏差ＳＥより大きい場合には出力停止信号ＳＳとして論理レベル０を設定する。すなわち、偏差ΔＥが出力停止偏差ＳＥ以下の場合、偏差比較部４８は、モータ２７には無駄な電動機電流ＩＭしか流れないと判断し、モータ２７への電動機電流ＩＭの出力を停止させる信号を出力する。なお、出力停止信号ＳＳの論理レベルの設定は、前記設定に限定されず、ゲート駆動回路４９の論理回路の構成等に対応して設定する。
【００４１】
ちなみに、モータ２７への電動機電流ＩＭの出力停止中でも、制御装置４０は、電動機制御信号ＭＳを生成するために、目標舵角比設定部４１、偏差演算部４２、ＰＩＤ制御部４３および電動機制御信号発生部４４が動作している。そのため、ＰＩＤ制御部４３の積分項演算部４３ｃで演算される積分項を制限しないと、モータ２７への電動機電流ＩＭの出力停止中でも積分項演算部４３ｃは継続して積分演算を行うため、積分項が次第に大きくなる。その結果、モータ２７への電動機電流ＩＭの出力停止が解除された時に、大きくなった積分項によって大きな電動機電流ＩＭが一気にモータ２７に流れて偏心量（ひいては、舵角比）が急変し、操舵フィーリングが悪化する。そこで、偏差比較部４８は、出力停止信号ＳＳを積分項演算部４３ｃにも出力し、モータ２７への電動機電流ＩＭの出力停止中には積分項を０にする。
【００４２】
図８を参照して、ゲート駆動回路部４９を説明する。
ゲート駆動回路部４９は、ＮＯＴ回路４９ａ，４９ｂ，４９ｃ，４９ｄとＡＮＤ回路４９ｅ，４９ｆ，４９ｇ，４９ｈを備える。ゲート駆動回路部４９は、電動機制御信号発生部４４からの電動機制御信号ＭＳおよび偏差比較部４８からの出力停止信号ＳＳが入力され、論理判定した電動機制御信号ＭＳを電動機駆動部４５に出力する。各ＮＯＴ４９ａ，４９ｂ，４９ｃ，４９ｄは、偏差比較部４８からの出力停止信号ＳＳが入力され、ＡＮＤ回路４９ｅ，４９ｆ，４９ｇ，４９ｈに出力停止信号ＳＳの論理レベルを反転出力する。ＡＮＤ回路４９ｅ，４９ｆ，４９ｇ，４９ｈは、各ＮＯＴ４９ａ，４９ｂ，４９ｃ，４９ｄの出力とＰＷＭ信号ＶＰＷＭ、オン信号ＶＯＮまたはオフ信号ＶＯＦが入力され、パワーＦＥＴ４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄの各ゲートＧ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４に論理判定後の電動機制御信号ＭＳを出力する。各ＡＮＤ回路４９ｅ，４９ｆ，４９ｇ，４９ｈは、各ＮＯＴ４９ａ，４９ｂ，４９ｃ，４９ｄの出力が０の場合（すなわち、出力停止信号ＳＳの論理レベル１でモータ２７への電動機電流ＩＭの出力を停止する場合）には、全て論理レベル０（オフ信号ＶＯＦ）を出力する。他方、各ＡＮＤ回路４９ｅ，４９ｆ，４９ｇ，４９ｈは、各ＮＯＴ４９ａ，４９ｂ，４９ｃ，４９ｄの出力が１の場合（すなわち、出力停止信号ＳＳの論理レベル０でモータ２７への電動機電流ＩＭの出力を停止しない場合）には、入力されたＰＷＭ信号ＶＰＷＭ、オン信号ＶＯＮまたはオフ信号ＶＯＦをそのまま出力する。なお、論理判定後の電動機制御信号ＭＳは、各ＡＮＤ回路４９ｅ，４９ｆ，４９ｇ，４９ｈから出力されるＰＷＭ信号ＶＰＷＭ、オン信号ＶＯＮおよびオフ信号ＶＯＦで構成され、ＰＷＭ信号ＶＰＷＭのデューティ比で電動機電圧ＶＭを決定し、オン信号ＶＯＮとオフ信号ＶＯＦでモータ２７の回転方向を決定する。
【００４３】
それでは、図１乃至図９を参照して、可変舵角比操舵装置１の動作について説明する。ここでは、車両が一定車速になり、目標偏心量ＣＥが一定量に決定され、そして目標偏心量ＣＥと実偏心量ＡＥとの偏差ΔＥが次第に小さくなり、やがて偏差ΔＥが出力停止偏差ＳＥ以下になった場合の動作ついて説明する。
【００４４】
制御装置４０は、目標舵角比設定部４１で車速センサＶＳからの車速信号Ｖに基づいて目標偏心量ＣＥを決定する。そして、制御装置４０は、この目標偏心量ＣＥと変位センサ３３からの実偏心量ＡＥに基づいて、電動機制御信号ＭＳを生成する。さらに、制御装置４０は、この電動機制御信号ＭＳに基づいて、電動機駆動部４５によってモータ２７に電動機電圧ＶＭを印加し、モータ２７に電動機電流ＩＭを出力する。すると、モータ２７の回転駆動力によって、可変舵角比装置１０の各部が動作し、目標偏心量ＣＥに近づく方向に入力軸１１が偏心する。このとき、出力停止部４６の偏差比較部４８は、実偏心量ＡＥと目標偏心量ＣＥとの偏差ΔＥが出力停止偏差ＳＥより大きいため、出力停止信号ＳＳの論理レベルとして０を出力している。そのため、ゲート駆動回路部４９は、各ＮＯＴ回路４９ａ，４９ｂ，４９ｃ，４９ｄの出力が１となる。その結果、ゲート駆動回路部４９は、電動機制御信号発生部４４から入力されたＰＷＭ信号ＶＰＷＭ、オン信号ＶＯＮまたはオフ信号ＶＯＦを、各ＡＮＤ回路４９ｅ，４９ｆ，４９ｇ，４９ｈからそのまま出力している。
【００４５】
可変舵角比装置１０で入力軸１１が偏心するに伴って、制御装置４０では、変位センサ３３で検出される実偏心量ＡＥが目標偏心量ＣＥに近づくため、偏差ΔＥが次第に小さくなる（図９（ａ）参照）。そして、制御装置４０では、偏差ΔＥが小さくなるに従って、電動機制御信号ＭＳのＰＷＭ信号ＶＰＷＭのデューティ比が次第に小さくなる。そのため、電動機駆動部４５がモータ２７に印加する電動機電圧ＶＭが小さくなり、モータ２７に流れる電動機電流ＩＭが次第に小さくなる（図９（ｂ）参照）。また、可変舵角比操舵装置１は、実偏心量ＡＥが目標偏心量ＣＥに近づくため、この実偏心量ＡＥに応じた入出力角特性（ひいては、舵角比特性）に基づいて、ステアリングホイール２の操舵角に応じた最適な舵角比に近づく。
【００４６】
やがて、偏差ΔＥが出力停止偏差ＳＥ以下となると（図９（ａ）参照）、出力停止部４６の偏差比較部４８は、出力停止信号ＳＳの論理レベルとして１を出力する。すると、ゲート駆動回路部４９は、ＮＯＴ回路４９ａ，４９ｂ，４９ｃ，４９ｄが全て０を出力する。そのため、ゲート駆動回路部４９は、ＡＮＤ回路４９ｅ，４９ｆ，４９ｇ，４９ｈが全てオフ信号ＶＯＦを出力する。その結果、電動機駆動部４５のパワーＦＥＴ４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄが全てオフし、モータ２７には電動機電圧ＶＭが印加されないため、モータ２７への電動機電流ＩＭの出力が停止される（図９（ｂ）参照）。ちなみに、モータ２７に電動機電流ＩＭが流れても、可変舵角比装置１０のフリクションによって、入力軸１１をこれ以上偏心させることができない。
【００４７】
さらに、ＰＩＤ制御部４３の積分項演算部４３ｃは、出力停止信号ＳＳの論理レベルが１の間、積分項として０を出力する。つまり、モータ２７への電動機電流ＩＭの出力が停止される間、制御装置４０は、電動機制御信号ＭＳの生成を継続するが、この電動機制御信号ＭＳにはＰＩＤ制御部４３の積分項を加味しない。そのため、モータ２７への電動機電流ＩＭの出力停止が解除した時、積分項の影響でモータ２７に大きな電動機電流ＩＭが一気に流れることはない。
【００４８】
ちなみに、偏差ΔＥが出力停止偏差ＳＥ以下では、可変舵角比装置１０は、入力軸１１と出力軸１７の軸心間がほぼ目標偏心量ＣＥとなっているので、現在の車速に対して最適な入出力角特性となっている。ひいては、可変舵角比操舵装置１は、この入出力角特性に従って最適な舵角比特性となっているので、ステアリングホイール２の操舵角に対して最適な舵角比（目標舵角比）で操舵輪９，９を転舵させることができる。
【００４９】
この可変舵角比操舵装置１によれば、目標偏心量ＣＥと実偏心量ＡＥとの偏差ΔＥが出力停止偏差ＳＥ以下になると、モータ２７に電動機電流ＩＭを流さない。そのため、可変舵角比操舵装置１は、可変舵角比装置１０の各部のフリクションによって入力軸１１を偏心させることができない微少な電動機電流ＩＭがモータ２７に流れ続けることがないので、無駄なエネルギを消費しない。さらに、可変舵角比操舵装置１は、電動機電流ＩＭの出力停止中には、ＰＩＤ制御部４３の積分項を０にする。そのため、可変舵角比操舵装置１は、電動機電流ＩＭの出力停止を解除した時、積分項の影響によってモータ２７に大きな電動機電流ＩＭが急激に流れることなく、快適な操舵フィーリングを維持することができる。
【００５０】
以上、本発明は、前記の実施の形態に限定されることなく、様々な形態で実施される。
例えば、可変舵角比装置１０の入力軸１１と出力軸１７の軸心間の偏心量を制御対象とし、勿論、舵角比を直接制御対象としてもよい。
また、電動機電流ＩＭの出力を停止する場合、ゲート駆動回路部４９の論理判定によって電動機制御信号ＭＳを全てオフ信号ＶＯＦとしたが、電動機駆動部４５の電源電圧４５ｅとブリッジ回路との間にスイッチを配線し、このスイッチをオフする等の手段でもよい。
また、電動機電流ＩＭの出力停止中に、積分項を０にしたが、電動機電流ＩＭの出力停止解除後に、操舵フィーリングに影響を与えない程度以下に積分項を制限するようにしてもよい。
【００５１】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係る可変舵角比操舵装置は、出力停止手段によって、目標舵角比と実舵角比との差が所定値以下の場合には無駄な電流を電動機に流さない。つまり、可変舵角比操舵装置は、装置内のフリクションの影響で舵角比を変化させることができない時には、無駄な電力を消費しない。
【００５２】
本発明の請求項２に係る可変舵角比操舵装置は、出力停止手段によって、電動機への電動機電流の出力停止中にＰＩＤ制御部の積分項を制限する。そのため、可変舵角比操舵装置は、電動機電流の出力停止解除後、積分項の影響によってモータに大きな電動機電流が急激に流れることなく、快適な操舵フィーリングを維持する。
また、本発明の請求項３に係る可変舵角比操舵装置は、経年数に応じた適切な所定値を設定することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る可変舵角比操舵装置の全体構成図である。
【図２】本実施の形態に係る可変舵角比装置の正断面図である。
【図３】本実施の形態に係る可変舵角比装置の軸部の分解斜視図である。
【図４】図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図５】本実施の形態に係る可変舵角比操舵装置の作動原理を示す説明図である。
【図６】本実施の形態に係る可変舵角比操舵装置の舵角比特性を示す入出力角特性図である。
【図７】本実施の形態に係る可変舵角比操舵装置の制御装置のブロック構成図である。
【図８】図７のゲート駆動回路部の回路図である。
【図９】本実施の形態に係る可変舵角比操舵装置による目標偏心量と実偏心量との偏差が微少時の特性を示すグラフであり、（ａ）は時間−偏心量グラフ、（ｂ）は時間−電動機電流グラフである。
【符号の説明】
１・・・可変舵角比操舵装置
１０・・・可変舵角比装置
２７・・・モータ（電動機）
３３・・・変位センサ（舵角比センサ）
４０・・・制御装置
４１・・・目標舵角比設定部（目標舵角比設定手段）
４２・・・偏差演算部（電動機制御手段）
４３・・・ＰＩＤ制御部（電動機制御手段）
４４・・・電動機制御信号発生部（電動機制御手段）
４５・・・電動機駆動部（電動機駆動手段）
４６・・・出力停止部（出力停止手段）
ＡＥ・・・実偏心量（実舵角比）
ＣＥ・・・目標偏心量（目標舵角比）
ＭＳ・・・電動機制御信号
Ｓ・・・ステアリング系[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a variable steering angle ratio steering device that changes a steering angle ratio of a steering system of a vehicle (a steering angle of a steered wheel with respect to a steering angle of a steering wheel) according to a vehicle speed or the like.
[0002]
[Prior art]
The variable steering angle ratio steering device changes a steering angle ratio, which is a turning angle of a steered wheel with respect to a steering angle of a steering wheel, to an optimum value in order to further improve the steering feeling of the driver. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-78944 by the present applicant discloses a variable steering angle ratio steering device for a vehicle. This variable steering angle ratio steering device includes an input shaft for steering torque from a steering wheel and an output shaft for transmitting steering torque to the steered wheels, and the input shaft is disposed eccentrically with respect to the output shaft. Furthermore, the variable steering angle ratio steering device moves the input shaft with respect to the output shaft by the rotational driving force of the motor via the speed reduction mechanism. The variable steering angle ratio steering device changes the amount of eccentricity of the input shaft with respect to the output shaft, and changes the steering angle ratio by a steering angle ratio characteristic corresponding to the amount of eccentricity. Incidentally, the steering angle ratio characteristic is a characteristic that continuously changes to an optimum steering angle ratio according to the steering angle from the steering wheel.
[0003]
Further, the variable steering angle ratio steering device includes a control device for controlling the motor. The control device sets a target eccentric amount (corresponding to a target steering angle ratio) based on the vehicle speed and the like. Then, the control device calculates a motor current flowing to the motor based on a deviation between the target eccentric amount and an actual eccentric amount (corresponding to an actual steering angle ratio) actually detected by the displacement sensor. Further, the control device outputs the motor current to the motor, and drives the motor to rotate forward or reverse.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in a variable steering angle ratio steering device, the friction of a motor, a speed reduction mechanism, and the like in the device gradually increases due to aging. Therefore, when the current supplied to the motor is very small, the motor itself does not rotate or the rotation driving force of the motor is small, so that the input shaft cannot be moved via the speed reduction mechanism. As a result, the variable steering angle ratio steering device may continue to output the motor current to the motor even though the amount of eccentricity of the input shaft with respect to the output shaft cannot be changed. That is, the variable steering angle ratio steering device consumes power even when the steering angle ratio (the amount of eccentricity) cannot be changed due to the influence of friction in the device.
[0005]
Therefore, an object of the present invention is to provide a variable steering angle ratio steering device that does not consume wasteful power.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
A variable steering angle ratio steering apparatus according to the present invention that solves the above-mentioned problems includes an electric motor that changes a steering angle ratio of a steering system, a steering angle ratio sensor that detects an actual steering angle ratio of the steering system, and a target steering angle. Target steering angle ratio setting means for setting a ratio, motor control means for controlling the electric motor based on the actual steering angle ratio and the target steering angle ratio, and an electric motor based on a motor control signal from the electric motor control means. A variable steering angle ratio steering device including a motor driving unit that outputs a current, wherein an output stop for stopping the output of the motor current when a difference between the actual steering angle ratio and the target steering angle ratio is equal to or less than a predetermined value. Equipped with meansThe predetermined value is set to a difference between a target steering angle ratio and an actual steering angle ratio corresponding to a motor current that cannot change the steering angle ratio due to friction due to aging in the variable steering angle ratio steering device.It is characterized by that. According to this variable steering angle ratio steering apparatus, when the difference between the target steering angle ratio and the actual steering angle ratio is equal to or smaller than a predetermined value, no current is output to the motor, and wasteful current is supplied to the motor. Absent. That is, the variable steering angle ratio steering device does not consume power when the steering angle ratio cannot be changed by friction. The “predetermined value” is a value obtained when the motor current set based on the difference between the target steering angle ratio and the actual steering angle ratio is output to the motor, and the steering angle ratio is determined by friction in the variable steering angle ratio steering device. The value is set to a value corresponding to the difference between the target steering angle ratio and the actual steering angle ratio corresponding to the motor current that cannot be changed.
[0007]
further,The present invention (claim 2)In the variable steering angle ratio steering device, the motor control unit includes a PID control unit that calculates a proportional term, an integral term, and a derivative term, and the output stop unit controls the PID control while the output of the motor current is stopped. It is characterized in that the integral term of the control unit is limited. According to this variable steering angle ratio steering device, the output stop means cancels the output stop of the motor current to the motor by limiting the integral term such as forcibly setting the output term to 0 while the output of the motor current to the motor is stopped. Eliminate later problems. That is, since the variable steering angle ratio steering device generates the motor control signal based on the target steering angle ratio and the actual steering angle ratio even while the output of the motor current to the motor is stopped, the integral term of the PID control unit gradually increases. Become. Therefore, when the integral term is not limited, the variable steering angle ratio steering device suddenly outputs a large motor current to the motor due to the excessive integral term after the output stop of the motor current to the motor is released. As a result, the steering angle ratio changes rapidly, and the steering feeling deteriorates. Therefore, the variable steering angle ratio steering device limits the integral term while the output of the motor current to the motor is stopped, and maintains a comfortable steering feeling even after the stop of the output stop of the motor current. Note that "limitation of the integral term" is to set the integral term to a predetermined value or less to such an extent that no trouble occurs due to the motor current becoming excessive due to the integral term after the output stop of the motor current is released. The term is set to 0, or the output of the motor current is held at the value at the time of stopping.
Further, the present invention (Claim 3) is characterized in that the variable steering angle ratio steering device has a configuration in which the predetermined value is set to a large value according to the age. A variable steering angle ratio steering device according to claim 2 or 3.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a variable steering angle ratio steering device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0009]
The variable steering angle ratio steering device according to the present invention stops the output of the motor current when the difference between the target steering angle ratio and the actual steering angle ratio is equal to or less than a predetermined value, and does not flow useless current to the motor. Further, the variable steering angle ratio steering device limits the integral term of the PID control unit during the stop of the output of the motor current, and flows an appropriate current to the motor after the stop of the stop of the output of the motor current.
[0010]
In the present embodiment, a variable steering angle ratio steering device according to the present invention is provided with a variable steering angle ratio device in a steering system that steers the steered wheels by operating a steering wheel by a driver. It was configured to be controlled by the control device. This variable steering angle ratio device changes the amount of eccentricity between the input shaft of the steering torque from the steering wheel and the output shaft transmitting the steering torque to the steered wheels, and the input / output angle characteristic changes according to the amount of the eccentricity. The variable steering angle ratio steering device changes the steering angle ratio characteristics according to the input / output angle characteristics. The steering angle ratio is continuously changed to an optimum value according to the steering angle of the steering wheel according to the steering angle ratio characteristic. That is, in the variable steering angle ratio steering device of the present embodiment, the target eccentric amount is determined based on the vehicle speed, the steering angle ratio characteristic changes according to the target eccentric amount, and furthermore, the optimal eccentricity varies according to the steering wheel steering angle. Steering angle ratio. Therefore, in the present embodiment, it is determined whether to stop the output of the motor current based on the difference between the target eccentric amount and the actual eccentric amount corresponding to the difference between the target steering angle ratio and the actual steering angle ratio. Do.
[0011]
First, the overall configuration of the variable steering angle ratio steering device 1 will be described with reference to FIG.
[0012]
The variable steering angle ratio steering device 1 is based on a steering system S from the steering wheel 2 to the steered wheels 9, 9, a variable steering angle ratio device 10 provided in the steering system S, and a vehicle speed signal V from a vehicle speed sensor VS. A control device 40 for controlling the variable steering angle ratio device 10 is provided.
[0013]
In the steering system S, a steering shaft 3 provided integrally with a steering wheel 2 is connected to an input shaft of a variable steering angle ratio device 10 via a connecting shaft 4 having universal joints 4a and 4b. The variable steering angle ratio device 10 uses a device capable of continuously varying the input / output angle ratio β / α of the rotation angle β of the output shaft to the rotation angle α of the input shaft. Further, the steering system S engages the pinion 5 provided on the output shaft of the variable steering angle ratio device 10 with the rack teeth 6 a of the rack shaft 6, so that the rotational motion of the output shaft is linearly moved by the rack shaft 6. Convert to Then, the steering system S converts the linear motion of the rack shaft 6 into steering motion of the steered wheels 9, 9 via the tie rods 7, 7 and the knuckle arm 8. That is, when the rotation angle β of the output shaft changes, the steering system S changes the stroke L of the rack shaft 6 to steer the steered wheels 9 and 9. Note that the steering angle ratio of the variable steering angle ratio steering device 1 includes an input / output angle ratio β / α (variable) of a rotation angle β of the output shaft to a rotation angle α of the input shaft, and a gear ratio of the pinion 5 and the rack teeth 6a ( Fixed) and varies with the input / output angle ratio β / α.
[0014]
Next, the structure of a specific example of the variable steering angle ratio device 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
[0015]
As shown in FIG. 2, the input shaft 11 is rotatably supported via a ball bearing 15 at an eccentric position of a support member 14 rotatably supported by an upper casing 13 a via a ball bearing 12. . At the end of the input shaft 11 protruding into the lower casing 13b, a coupling 16 for transmitting a rotational force to the output shaft 17 is integrally formed. The input shaft 11 is connected to the connection shaft 4 (see FIG. 1), and is configured to rotate through the connection shaft 4 when the driver steers the steering wheel 2.
[0016]
The output shaft 17 is rotatably supported by the lower casing 13b via a pair of ball bearings 18a, 18b. A pinion 5 meshed with the rack teeth 6a of the rack shaft 6 is integrally formed below the output shaft 17. An end of the output shaft 17 protrudes into the lower casing 13b, and an intermediate shaft 19 protrudes from the end of the output shaft 17 at a position eccentric from the center of the output shaft 17. The intermediate shaft 19 and the coupling 16 formed integrally with the input shaft 11 are connected to each other via a slider 21 having a flat needle bearing 20 interposed therebetween and a tapered roller bearing 22. Further, a seal member 35 having a flexible tubular portion is provided between the input shaft 11 and the upper casing 13a. The seal member 35 maintains airtightness in the variable steering angle ratio device 10.
[0017]
As shown in FIG. 3, a groove 23 having a trapezoidal cross section is formed on the lower surface of the coupling 16 so that the lower part is expanded and opened. A slider 21 having a pair of flat needle bearings 20 interposed therein is engaged with the groove 23 so as to slide on mutually opposing inclined surfaces of the groove 23. An intermediate shaft 19 is engaged with the center of the lower surface of the slider 21 via a tapered roller bearing 22 so as to be relatively rotatable.
[0018]
As shown in FIG. 2, an adjusting screw 24 that is in contact with an outer race of a ball bearing 18 b that supports a lower end of the output shaft 17 is screwed to the lower casing 13 b. By properly tightening the adjusting screw 24, the pinion 5 is pressed in the axial direction, and an appropriate preload is applied between the input shaft 11 and the output shaft 17 via the coupling 16. In this way, it is possible to improve the coupling rigidity by removing the play of the coupling 16.
[0019]
As shown in FIG. 4, a fan-shaped partial worm wheel 25 is provided on a part of the outer peripheral portion of the support member 14. A worm 28 driven by a motor 27 via a worm reduction mechanism 26 meshes with the partial worm wheel 25. The motor 27 can be rotated by a rotational driving force with respect to the support member 14 over a predetermined angle range. The worm 28 is supported by the upper casing 13a via a backlash removing member 29 using an eccentric cam. The hexagonal wrench is engaged with the hexagonal hole 30 formed at the end of the backlash removing member 29, and the hexagonal wrench is rotated with respect to the upper casing 13a, so that the axis of the wrench is moved. The engagement with the partial worm wheel 25 is changed. The worm 28 and the worm reduction mechanism 26 are connected via an Oldham coupling 31 in order to allow the axis of the worm 28 to move.
In the present embodiment, the motor 27 corresponds to an electric motor described in the claims.
[0020]
Further, a displacement sensor 33 such as a differential transformer that engages with a pin 32 protruding from the upper surface of the support member 14 is attached to the upper casing 13a. The displacement sensor 33 detects the rotation angle of the support member 14. The displacement sensor 33 outputs the detected rotation amount of the support member 14, that is, the eccentricity amount signal (actual eccentricity amount) AE of the input shaft 11 supported by the support member 14, to the control device 40. In the present embodiment, in the variable steering angle ratio steering device 1, the steering angle ratio characteristic changes according to the amount of eccentricity, and based on the steering angle ratio characteristic, the steering angle ratio changes continuously according to the steering angle of the steering wheel. To the optimal value. That is, in the present embodiment, the steering angle ratio changes according to the amount of eccentricity. Therefore, in the present embodiment, the actual eccentric amount AE corresponding to the actual steering angle ratio is detected by the displacement sensor 33 instead of directly detecting the steering angle ratio. In the present embodiment, the displacement sensor 33 corresponds to a steering angle ratio sensor described in the claims.
[0021]
The control device 40 includes a target eccentric amount (corresponding to the target steering angle ratio) CE determined based on the vehicle speed signal V from the vehicle speed sensor VS, and an actual eccentric amount (corresponding to the actual steering angle ratio) AE detected by the displacement sensor 33. The rotational drive of the motor 27 is controlled by feedback control so as to match (see FIG. 7). The control device 40 will be described later in detail.
[0022]
The vehicle speed sensor VS is provided in a speedometer (not shown) and detects the speed of the vehicle. Then, the vehicle speed sensor VS transmits to the control device 40 a vehicle speed signal V of an analog electric signal corresponding to the detected vehicle speed. The vehicle speed sensor VS may be a dedicated sensor of the variable steering angle ratio steering device 1 or a sensor shared with another system.
[0023]
Subsequently, an operation principle of the variable steering angle ratio device 10 will be described with reference to FIGS.
[0024]
As shown in FIG. 5, the rotation center of the input shaft 11 is A, the rotation center of the output shaft 17 is B, and the action point of the intermediate shaft 19 is C (see FIG. 3). Also, let b be the dimension between BC and a be the eccentricity (dimension between AB) between the input shaft 11 and the output shaft 17 (see FIG. 3). Further, the rotation angle of the input shaft 11 (the steering angle of the steering wheel 2) is α, and the rotation angle of the output shaft 17 (the rotation angle of the pinion 5) is β (see FIGS. 1 and 2). At this time,
b · sin β = (b · cos β−a) tan α
Because
α = tan^-1(B · sin β / (b · cos β-a))
Is represented by
[0025]
When the driver turns the input shaft 11 by steering the steering wheel 2, the intermediate shaft 19 cranks around the axis of the output shaft 17 due to the engagement of the coupling 16 of the input shaft 11 with the slider 21. . Here, when the support member 14 is rotated, the axis of the input shaft 11 moves within the range indicated by reference numerals A0 to A2 in FIGS. 3 and 4 due to the eccentric cam action of the support member 14. By the movement of the axis of the input shaft 11, the eccentricity a between the input and output shafts is appropriately determined, and the axes of the input shaft 11 and the output shaft 17 are eccentric to each other. Then, the rotation angle β of the output shaft 17 does not match the rotation angle α of the input shaft 11 (for example, the relationship between the rotation angle α1 of the input shaft 11 and the rotation angle β1 of the output shaft 17 in FIG. 5). Moreover, when the rotation angle α of the input shaft 11 is rotated at equal angles (that is, when the steering angle of the steering wheel 2 is changed at equal angles), the rotation angle β of the output shaft 17 changes gradually. (See the thick line (a1) and the thin line (a2) in FIG. 6). In other words, the variable steering angle ratio device 10 has an input / output angle characteristic in which the input / output angle ratio β / α continuously changes with respect to the rotation angle α of the input shaft 11 according to each eccentricity a (a0 to a2). Respectively. This input / output angle characteristic is determined by changing the rotation angle α of the input shaft 11 (the steering angle of the steering wheel 2) by changing the gear setting on the mechanism of the variable steering angle ratio device 10 or the like. This is a characteristic that continuously changes to α (and thus the steering angle ratio). Incidentally, when the axes of the input shaft 11 and the output shaft 17 coincide, the rotation angle α of the input shaft 11 and the rotation angle β of the output shaft 17 coincide. That is, when the axes coincide (when the amount of eccentricity a = a0 (= 0)), the input / output angle characteristic is such that the input / output angle ratio β / α (= 1) is independent of the rotation angle α of the input shaft 11. It will be constant. (See the dashed line (a0) in FIG. 6).
[0026]
As shown in FIG. 6, when the amount of eccentricity a of the axis between the input shaft 11 and the output shaft 17 is changed in the range of a2 to a0 (a2> a1> a0 = 0), the input / output angle characteristics (and the steering (Angle ratio characteristic) changes. As described above, since the steering angle ratio is determined by the input / output angle ratio β / α and the gear ratio between the pinion 5 and the rack teeth 6a, which is a fixed ratio, the input / output angle ratio β / α (input / output angle characteristic) is When it changes, the steering angle ratio (steering angle ratio characteristic) changes. Therefore, when the input / output angle characteristics are determined in accordance with the eccentricity a, the steering angle of the steering wheel 2 is optimized based on the input / output angle characteristics. Here, when the amount of eccentricity a between the input and output shafts is increased, the rate of change of the rotation angle β of the output shaft 17 with respect to the rotation angle α of the input shaft 11 (change rate of the input / output angle ratio β / α) increases. When the amount of eccentricity a between the input and output shafts is set to 0, the rotation angle β of the output shaft 17 becomes equal to the rotation angle α of the input shaft 11 as shown by a dashed line (a0) in FIG. The input / output angle ratio β / α is constant).
[0027]
The variable steering angle ratio steering device 1 sets the eccentricity a to the a0 side in a low-speed running range and the eccentricity in a high-speed running range in order to obtain an optimum input / output angle characteristic (that is, a steering angle ratio characteristic) according to the vehicle speed. a is controlled to be on the a2 side. The variable steering angle ratio steering device 1 reduces the amount of eccentricity a in the low-speed running range, and the rack shaft 6 with respect to the steering angle of the steering wheel 2 (however, the steering angle is within a predetermined angle range around 0 °). By setting the stroke L larger than that of a conventional steering device, more sensitive (quick) characteristics can be realized. That is, in the low-speed running range, the operation of the steering wheel 2 becomes heavy, but the amount of operation of the steering wheel 2 becomes small in order to steer the steered wheels 9 and 9. Further, the variable steering angle ratio steering device 1 increases the amount of eccentricity a in a high-speed running range, and the rack shaft 6 with respect to the steering angle of the steering wheel 2 (however, the steering angle is within a predetermined angle range around 0 °). By making the stroke L smaller than that of a conventional steering device, it is possible to realize a more insensitive (dull) characteristic. That is, in the high-speed running range, the operation of the steering wheel 2 becomes lighter, but the amount of operation of the steering wheel 2 becomes larger in order to steer the steered wheels 9, 9. Therefore, the variable steering angle ratio steering apparatus 1 can make the relationship between the steering angle of the steering wheel 2 and the vehicle speed in practical use flat characteristics.
[0028]
Now, the control device 40 will be described in detail with reference to FIG.
[0029]
The control device 40 includes a target steering angle ratio setting unit 41, a deviation calculation unit 42, a PID (Proportional Integral Differential) control unit 43, a motor control signal generation unit 44, a motor drive unit 45, and an output stop unit 46.
In the present embodiment, the target steering angle ratio setting unit 41 corresponds to a target steering angle ratio setting unit in the claims, and the deviation calculation unit 42, the PID control unit 43, and the motor control signal generation unit 44 are claimed. The PID control unit 43 corresponds to the PID control unit described in the claims, the motor drive unit 45 corresponds to the motor drive means described in the claims, The output stopping unit 46 corresponds to an output stopping unit described in the claims.
[0030]
The target steering angle ratio setting unit 41 includes a target eccentric amount determination unit 41a. The target eccentricity determination unit 41a includes storage means such as a ROM (Read Only Memory) and stores data (conversion table) corresponding to the vehicle speed signal V and the target eccentricity CE set in advance based on experimental values or design values. are doing. Then, the target eccentricity determination unit 41a reads the corresponding target eccentricity CE using the vehicle speed signal V as an address, and outputs the target eccentricity CE to the deviation calculating unit 42. Incidentally, the target eccentricity CE is associated with a small value at a low speed where the road surface reaction force is large, and a large value at a high speed in order to secure stability during traveling, with the vehicle speed signal V. Corresponding. The vehicle speed signal V input to the target eccentricity determination unit 41a is obtained by converting the vehicle speed signal V input from the vehicle speed sensor VS via an FV converter (not shown) from an analog signal to a digital signal. .
[0031]
The control device 40 controls the motor 27 such that the actual eccentric amount AE of the variable steering angle ratio device 10 matches the target eccentric amount CE. When the target eccentricity CE is reached, the variable steering angle ratio device 10 has the optimum input / output angle characteristics with respect to the vehicle speed. As a result, the variable steering angle ratio steering device 1 has an optimum steering angle ratio characteristic based on the optimum input / output angle characteristic, and has an optimum steering angle ratio corresponding to the steering angle of the steering wheel 2. That is, determining the target eccentricity CE corresponds to setting an optimum steering angle ratio (target steering angle ratio) with respect to the vehicle speed and the steering angle of the steering wheel 2.
[0032]
The deviation calculator 42 has a subtractor or a soft control subtraction function, receives the target eccentricity CE from the target steering angle ratio setting unit 41 and the actual eccentricity AE from the displacement sensor 33, and outputs a PID control unit 43 and an output. The deviation ΔE is output to the stop unit 46. The deviation calculator 42 subtracts the actual eccentricity AE from the target eccentricity CE to calculate a deviation ΔE (= CE−AE). Note that the actual eccentricity AE input to the deviation calculation unit 42 is obtained by converting the actual eccentricity AE input from the displacement sensor 33 from an analog signal to a digital signal.
[0033]
The PID control section 43 includes a proportional term operation section 43a, a differential term operation section 43b, an integral term operation section 43c, and a limiter 43d. The PID control unit 43 receives the deviation ΔE from the deviation calculation unit 42 and outputs a PID control signal PS for the deviation ΔE to the motor control signal generation unit 44. The proportional term calculator 43a calculates a proportional term for the deviation ΔE. The differential term calculator 43b calculates a differential term for the deviation ΔE. The integral term operation unit 43c computes an integral term for the deviation ΔE. Further, the integration term operation unit 43c receives the output stop signal SS from the output stop unit 46, and sets the integration term to 0 when the output stop signal SS is at logic level 1. The limiter 43d sets the integral term to a predetermined value when the integral term calculated by the integral term operation section 43c is equal to or more than a predetermined value, and limits the value of the integral term to a predetermined value or less. Then, based on the proportional term, the derivative term, and the limited integral term, the PID control unit 43 outputs a PID control signal indicating the direction and the current value of the motor current supplied to the motor 27 to make the deviation ΔE close to zero. Calculate PS.
[0034]
The reason why the integral term is limited by the limiter 43d is as follows. Since the integral term calculation unit 43c integrates the deviation ΔE, the integral term gradually increases. Therefore, when the target eccentricity CE suddenly changes from a large value to a small value (or from a small value to a large value), the sign of the deviation ΔE changes, but the sign of the PID control signal PS due to the increased integral term. May not change. That is, since the sign of the PID control signal PS does not change immediately due to the influence of the integral term, the rotation direction of the motor 27 cannot be changed following the change in the target eccentricity CE. Accordingly, the limiter 43d limits the integral term so that it does not exceed a predetermined value (a value of the integral term that can change the rotation direction of the motor 27 to follow the change of the target eccentricity CE). .
[0035]
The PID control signal PS from the PID control unit 43 is input to the motor control signal generation unit 44, and the motor control signal generation unit 44 outputs a motor control signal MS to the gate drive circuit unit 49 of the output stop unit 46. The motor control signal generation unit 44 generates a PWM (Pulse Width Modulation) signal VPWM, an ON signal VON, and an OFF signal VOF corresponding to the direction and current value of the motor current supplied to the motor 27 based on the PID control signal PS. . The PWM signal VPWM is input to the gate G1 of the power FET (Field Effect Transistor) 45a of the motor driving unit 45 or the gate G2 of the power FET 45b, and is a signal for PWM driving the power FET 45a or the power FET 45b according to the magnitude of the deviation ΔE. is there. Which of the gate G1 and the gate G2 receives the PWM signal VPWM is determined by the polarity of the deviation ΔE (PID control signal PS). When the PWM signal VPWM is input to the gate G1, the ON signal VON is input to the gate G4 of the power FET 45d, and the power FET 45d is driven ON. On the other hand, when the PWM signal VPWM is input to the gate G2, the ON signal VON is input to the gate G3 of the power FET 45c, and the power FET 45c is driven ON. The off signal VOF is input to the gate of the gate G1 or the gate G2 to which the PWM signal VPWM is not input, and the power FET 45a or 45b is turned off. At this time, when the off signal VOF is input to the gate G1, the off signal VOF is also input to the gate G4 of the power FET 45d, and the power FET 45d is also turned off. On the other hand, when the off signal VOF is input to the gate G2, the off signal VOF is also input to the gate G3 of the power FET 45c, and the power FET 45c is also turned off. The motor control signal MS is composed of a PWM signal VPWM output to the gates G1 to G4, an ON signal VON, and an OFF signal VOF, and is logically determined by the gate drive circuit unit 49.
[0036]
The motor drive unit 45 receives the motor control signal MS logically determined from the gate drive circuit unit 49, applies the motor voltage VM to the motor 27 based on the motor control signal MS, and outputs the motor current IM to the motor 27. I do. The motor driving unit 45 is configured by a bridge circuit including switching elements of four power FETs (field effect transistors) 45a, 45b, 45c, and 45d, and is supplied with a voltage of 12 V from a power supply voltage 45e. Further, in the motor driving section 45, the motor 27 is connected in series between the power FET 45a and the power FET 45d and in series between the power FET 45b and the power FET 45c. The power FETs 45a and 45b are turned on when the PWM signal VPWM or the off signal VOF is input to each of the gates G1 and G2, and when the PWM signal VPWM is input and the logic level is 1. The power FETs 45c and 45d turn on when the ON signal VON or the OFF signal VOF is input to each of the gates G3 and G4 and the ON signal VON is input. When the motor control signal MS is input to each of the gates G1, G2, G3, and G4 of the power FETs 45a, 45b, 45c, and 45d, the motor drive unit 45 applies the motor voltage to the motor 27 based on the motor control signal MS. Apply VM. Then, the motor current IM flows through the motor 27, and the motor 27 drives forward or reverse to generate a torque proportional to the motor current IM. The motor voltage VM applied to the motor 27 is determined by the duty ratio of the PWM signal VPWM. The motor current IM flowing through the motor 27 corresponds to the motor voltage VM. For example, when the duty ratio of the PWM signal VPWM is 7 (logical level 1): 3 (logical level 0), 12V × (7/10) = 8.4V becomes the motor voltage VM, which is continuously output to the motor 27. This means that 4 V is applied.
[0037]
The output stop unit 46 includes a predetermined deviation setting unit 47, a deviation comparison unit 48, and a gate drive circuit unit 49. The output stop unit 46 monitors the deviation ΔE so that the motor 27 does not output a small motor current IM that cannot decenter the input shaft 11 due to friction of the variable steering angle ratio device 10. That is, when the deviation ΔE becomes equal to or less than a predetermined value (output stop deviation SE), the motor current IM output to the motor 27 becomes very small (for example, 0.1 A), and only a very small torque (a very small rotation driving force) is generated in the motor 27. do not do. Therefore, the input shaft 11 cannot be eccentric with this small rotational driving force due to the influence of the friction of the variable steering angle ratio device 10. Therefore, the output stop unit 46 monitors the deviation ΔE, and when the deviation ΔE is equal to or smaller than the output stop deviation SE, sets all the motor control signals MS to the off signal VOF (that is, outputs the motor current IM to the motor 27). To stop). Further, the output stop unit 46 sets the integral term of the PID control unit 43 to 0 while the output of the motor current IM to the motor 27 is stopped.
[0038]
Note that the friction of the variable steering angle ratio device 10 is a sum of all frictions that generate mechanical friction such as the partial worm wheel 25, the worm reduction mechanism 26, the worm 28, and the motor 27. Incidentally, it is considered that this friction increases year by year due to aging of each part of the variable steering angle ratio device 10.
[0039]
The predetermined deviation setting unit 47 includes storage means such as a ROM, and outputs the output stop deviation SE to the deviation comparison unit 48. The output stop deviation SE is determined by the influence of friction of the variable steering angle ratio device 10 when the motor current IM set on the basis of the deviation ΔE between the target eccentricity CE and the actual eccentricity AE is output to the motor 27. A deviation ΔE between the target eccentricity CE and the actual eccentricity AE corresponding to a small motor current IM capable of generating only the rotational driving force of the motor 27 which cannot change the eccentricity a of the output shaft 17 with the eccentricity 11. And In addition, the predetermined deviation setting unit 47 outputs a value that increases year by year as the output stop deviation SE corresponding to the friction expected to increase according to the years of use of the variable rudder angle ratio steering device 1 corresponding to the years of use. You may do so.
[0040]
The deviation comparing unit 48 receives the deviation ΔE from the deviation calculating unit 42 and the output stop deviation SE from the predetermined deviation setting unit 47, and outputs the output stop signal SS to the gate drive circuit unit 49 and the integral term calculation unit of the PID control unit 43. 43c. The deviation comparing section 48 sets the logical level 1 as the output stop signal SS when the deviation ΔE is equal to or smaller than the output stop deviation SE, and sets the logical level 0 as the output stop signal SS when the deviation ΔE is larger than the output stop deviation SE. I do. That is, when the deviation ΔE is equal to or less than the output stop deviation SE, the deviation comparison unit 48 determines that only the useless motor current IM flows to the motor 27, and outputs a signal for stopping the output of the motor current IM to the motor 27. I do. The setting of the logic level of the output stop signal SS is not limited to the above setting, but is set according to the configuration of the logic circuit of the gate drive circuit 49 and the like.
[0041]
Incidentally, even when the output of the motor current IM to the motor 27 is stopped, the control device 40 generates the motor control signal MS by using the target steering angle ratio setting unit 41, the deviation calculation unit 42, the PID control unit 43, and the motor control signal. The generator 44 is operating. Therefore, unless the integration term calculated by the integration term calculation section 43c of the PID control section 43 is limited, the integration term calculation section 43c continuously performs the integration calculation even while the output of the motor current IM to the motor 27 is stopped. The term grows larger. As a result, when the stop of the output of the motor current IM to the motor 27 is released, the large motor current IM flows to the motor 27 at a stretch due to the increased integral term, and the eccentric amount (and, consequently, the steering angle ratio) changes suddenly. Feeling worsens. Therefore, the deviation comparing section 48 also outputs the output stop signal SS to the integral term calculating section 43c, and sets the integral term to 0 while the output of the motor current IM to the motor 27 is stopped.
[0042]
The gate drive circuit section 49 will be described with reference to FIG.
The gate drive circuit unit 49 includes NOT circuits 49a, 49b, 49c, 49d and AND circuits 49e, 49f, 49g, 49h. The gate drive circuit unit 49 receives the motor control signal MS from the motor control signal generation unit 44 and the output stop signal SS from the deviation comparison unit 48, and outputs the motor control signal MS that has been logically determined to the motor drive unit 45. Each of the NOTs 49a, 49b, 49c, and 49d receives the output stop signal SS from the deviation comparator 48, and inverts the logical level of the output stop signal SS to the AND circuits 49e, 49f, 49g, and 49h. The AND circuits 49e, 49f, 49g, and 49h receive the outputs of the NOTs 49a, 49b, 49c, and 49d, the PWM signal VPWM, and the ON signal VON or the OFF signal VOF, respectively. The motor control signal MS after the logic determination is output to G2, G3, and G4. Each of the AND circuits 49e, 49f, 49g, and 49h stops the output of the motor current IM to the motor 27 when the output of each of the NOTs 49a, 49b, 49c, and 49d is 0 (that is, at the logical level 1 of the output stop signal SS). ), All output a logic level 0 (off signal VOF). On the other hand, each of the AND circuits 49e, 49f, 49g, and 49h outputs the output of the motor current IM to the motor 27 when the output of each of the NOTs 49a, 49b, 49c, and 49d is 1 (that is, at the logical level 0 of the output stop signal SS). If not stopped, the input PWM signal VPWM, ON signal VON or OFF signal VOF is output as it is. The motor control signal MS after the logical determination is composed of a PWM signal VPWM output from each of the AND circuits 49e, 49f, 49g, and 49h, an on signal VON, and an off signal VOF, and the motor voltage is determined by the duty ratio of the PWM signal VPWM. VM is determined, and the rotation direction of the motor 27 is determined by the ON signal VON and the OFF signal VOF.
[0043]
The operation of the variable steering angle ratio steering device 1 will now be described with reference to FIGS. Here, the vehicle has a constant vehicle speed, the target eccentricity CE is determined to be a constant amount, and the deviation ΔE between the target eccentricity CE and the actual eccentricity AE gradually decreases, and eventually the deviation ΔE becomes equal to or less than the output stop deviation SE. The operation in the case where the error occurs is described.
[0044]
The control device 40 determines the target eccentricity CE based on the vehicle speed signal V from the vehicle speed sensor VS in the target steering angle ratio setting section 41. Then, the control device 40 generates a motor control signal MS based on the target eccentricity CE and the actual eccentricity AE from the displacement sensor 33. Further, the control device 40 applies the motor voltage VM to the motor 27 by the motor drive unit 45 based on the motor control signal MS, and outputs the motor current IM to the motor 27. Then, each part of the variable steering angle ratio device 10 is operated by the rotational driving force of the motor 27, and the input shaft 11 is eccentric in a direction approaching the target eccentricity CE. At this time, since the deviation ΔE between the actual eccentricity AE and the target eccentricity CE is larger than the output stop deviation SE, the deviation comparison unit 48 of the output stop unit 46 outputs 0 as the logical level of the output stop signal SS. . Therefore, in the gate drive circuit section 49, the outputs of the NOT circuits 49a, 49b, 49c, and 49d become 1. As a result, the gate drive circuit unit 49 outputs the PWM signal VPWM, the ON signal VON, or the OFF signal VOF input from the motor control signal generation unit 44 from the respective AND circuits 49e, 49f, 49g, and 49h as they are.
[0045]
As the input shaft 11 is eccentric with the variable steering angle ratio device 10, the control device 40 gradually reduces the deviation ΔE because the actual eccentric amount AE detected by the displacement sensor 33 approaches the target eccentric amount CE (see FIG. 9 (a)). In the control device 40, as the deviation ΔE decreases, the duty ratio of the PWM signal VPWM of the motor control signal MS gradually decreases. Therefore, the motor voltage VM applied to the motor 27 by the motor drive unit 45 decreases, and the motor current IM flowing to the motor 27 gradually decreases (see FIG. 9B). In addition, since the actual eccentric amount AE approaches the target eccentric amount CE, the variable steering angle ratio steering device 1 determines the steering wheel based on the input / output angle characteristic (and, consequently, the steering angle ratio characteristic) according to the actual eccentric amount AE. 2 approaches an optimum steering angle ratio according to the steering angle.
[0046]
Eventually, when the deviation ΔE becomes equal to or smaller than the output stop deviation SE (see FIG. 9A), the deviation comparison unit 48 of the output stop unit 46 outputs 1 as the logical level of the output stop signal SS. Then, the NOT circuits 49a, 49b, 49c, and 49d of the gate drive circuit section 49 all output 0. Therefore, in the gate drive circuit unit 49, the AND circuits 49e, 49f, 49g, and 49h all output the off signal VOF. As a result, the power FETs 45a, 45b, 45c, and 45d of the motor drive unit 45 are all turned off, and the motor voltage VM is not applied to the motor 27, so that the output of the motor current IM to the motor 27 is stopped (FIG. b)). Incidentally, even if the motor current IM flows through the motor 27, the input shaft 11 cannot be further decentered due to friction of the variable steering angle ratio device 10.
[0047]
Further, the integral term calculating section 43c of the PID control section 43 outputs 0 as an integral term while the logic level of the output stop signal SS is 1. That is, while the output of the motor current IM to the motor 27 is stopped, the control device 40 continues to generate the motor control signal MS, but does not consider the integral term of the PID control unit 43 in the motor control signal MS. . Therefore, when the output stop of the motor current IM to the motor 27 is released, the large motor current IM does not flow to the motor 27 at once due to the influence of the integral term.
[0048]
Incidentally, when the deviation ΔE is equal to or smaller than the output stop deviation SE, the variable steering angle ratio device 10 is optimal for the current vehicle speed because the distance between the axes of the input shaft 11 and the output shaft 17 is substantially equal to the target eccentricity CE. Input / output angle characteristics. As a result, the variable steering angle ratio steering device 1 has an optimum steering angle ratio characteristic according to the input / output angle characteristic, so that the steering angle of the steering wheel 2 is optimal (target steering angle ratio). The steered wheels 9, 9 can be steered.
[0049]
According to the variable steering angle ratio steering device 1, when the deviation ΔE between the target eccentricity CE and the actual eccentricity AE is equal to or less than the output stop deviation SE, the motor current IM is not supplied to the motor 27. Therefore, the variable steering angle ratio steering device 1 does not continue to flow through the motor 27 because the minute motor current IM that cannot decenter the input shaft 11 due to the friction of each part of the variable steering angle ratio device 10 does not flow to the motor 27. Do not consume. Further, the variable steering angle ratio steering device 1 sets the integral term of the PID control unit 43 to 0 while the output of the motor current IM is stopped. Therefore, when the output stop of the motor current IM is released, the variable steering angle ratio steering device 1 maintains a comfortable steering feeling without the large motor current IM flowing to the motor 27 abruptly due to the influence of the integral term. Can be.
[0050]
As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, but may be embodied in various forms.
For example, the amount of eccentricity between the axis of the input shaft 11 and the axis of the output shaft 17 of the variable steering angle ratio device 10 may be controlled, and the steering angle ratio may be directly controlled.
Further, when the output of the motor current IM is stopped, all the motor control signals MS are set to the off signal VOF by the logic judgment of the gate drive circuit unit 49, but a switch is provided between the power supply voltage 45e of the motor drive unit 45 and the bridge circuit. And turning off this switch.
In addition, the integral term is set to 0 while the output of the motor current IM is stopped. However, the integral term may be limited to a value that does not affect the steering feeling after the output stop of the motor current IM is released.
[0051]
【The invention's effect】
In the variable steering angle ratio steering device according to the first aspect of the present invention, when the difference between the target steering angle ratio and the actual steering angle ratio is equal to or less than a predetermined value, useless current is not supplied to the motor. That is, the variable steering angle ratio steering device does not consume wasteful power when the steering angle ratio cannot be changed due to the influence of friction in the device.
[0052]
In the variable steering angle ratio steering device according to claim 2 of the present invention, the output terminating means limits the integral term of the PID control unit while the output of the motor current to the motor is stopped. Therefore, the variable steering angle ratio steering device maintains a comfortable steering feeling without a large motor current suddenly flowing through the motor due to the influence of the integral term after the output stop of the motor current is released.
Further, in the variable steering angle ratio steering device according to claim 3 of the present invention, it is possible to set an appropriate predetermined value according to the age.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a variable steering angle ratio steering device according to the present embodiment.
FIG. 2 is a front sectional view of the variable steering angle ratio device according to the embodiment.
FIG. 3 is an exploded perspective view of a shaft portion of the variable steering angle ratio device according to the present embodiment.
FIG. 4 is a sectional view taken along line AA of FIG. 2;
FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating an operation principle of the variable steering angle ratio steering device according to the present embodiment.
FIG. 6 is an input / output angle characteristic diagram showing a steering angle ratio characteristic of the variable steering angle ratio steering device according to the present embodiment.
FIG. 7 is a block diagram of a control device of the variable steering angle ratio steering device according to the present embodiment.
FIG. 8 is a circuit diagram of the gate drive circuit section of FIG. 7;
9A and 9B are graphs showing characteristics when the deviation between the target eccentricity and the actual eccentricity by the variable steering angle ratio steering device according to the present embodiment is very small; FIG. 9A is a time-eccentricity graph; ) Is a time-motor current graph.
[Explanation of symbols]
1: Variable steering angle ratio steering device
10 ... variable steering angle ratio device
27 ・・・ Motor (motor)
33 ··· Displacement sensor (steering angle ratio sensor)
40 ・・・ Control device
41 ... target steering angle ratio setting unit (target steering angle ratio setting means)
42... Deviation calculator (motor control means)
43 ... PID control unit (motor control means)
44 ··· Motor control signal generator (motor control means)
45 ... motor drive unit (motor drive means)
46 ··· Output stop unit (output stop means)
AE: Actual eccentricity (actual steering angle ratio)
CE: target eccentricity (target steering angle ratio)
MS: Motor control signal
S: Steering system

Claims

An electric motor for varying a steering angle ratio of a steering system, a steering angle ratio sensor for detecting an actual steering angle ratio of the steering system, target steering angle ratio setting means for setting a target steering angle ratio, and the actual steering angle ratio And a motor control means for controlling the motor based on the target steering angle ratio and a motor drive means for outputting a motor current based on a motor control signal from the motor control means. ,
When a difference between the actual steering angle ratio and the target steering angle ratio is equal to or less than a predetermined value, an output stopping unit that stops output of the motor current ,
Rukoto the predetermined value, it is set to the difference between the variable steering angle ratio target steering angle ratio corresponding to the motor current can not change the steering angle ratio by the friction due to aging in the steering system and the actual steering angle ratio A variable steering angle ratio steering device characterized by the above-mentioned.

The motor control unit has a PID control unit that calculates a proportional term, an integral term, and a differential term,
2. The variable steering angle ratio steering device according to claim 1, wherein the output stop unit limits an integral term of the PID control unit while the output of the motor current is stopped. 3.

The variable steering angle ratio steering device according to claim 1 or 2, wherein the predetermined value is set so as to increase according to the age.