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JP7180867B2 - vehicle steering system - Google Patents
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Description

本発明は、車両用操舵装置に関する。 The present invention relates to a vehicle steering system.

従来、操舵機構と転舵機構とが機械的に分離したステアバイワイヤシステムにおいて、転舵限界におけるラックエンドへの衝突を防止する装置が知られている。例えば特許文献1に開示された車両用操舵制御装置は、転舵輪を転舵可能な限界の転舵角である最大転舵角付近の角度を上限角度とし、転舵指令角演算値が上限角度よりも小さい制限開始角度を超えているとき、転舵指令角演算値の変化率を制限する。 Conventionally, in a steer-by-wire system in which a steering mechanism and a steering mechanism are mechanically separated, there is known a device for preventing collision with a rack end at the steering limit. For example, in the vehicle steering control device disclosed in Patent Document 1, an angle near the maximum steering angle, which is the limit steering angle at which the steered wheels can be steered, is set as the upper limit angle, and the steering command angle calculated value is the upper limit angle. When the limit start angle smaller than is exceeded, the rate of change of the steering command angle calculated value is limited.

特開2014-133521号公報JP 2014-133521 A

特許文献1の従来技術では、ラックエンド付近で実転舵角の変化速度を緩やかにし、実転舵角がラックエンド角に達することを防止する。しかし、転舵角を制限した結果、操舵角と転舵角との関係が変化し、転舵角が中立側に戻ったとき、操舵角と転舵角との関係が正規の状態に戻らなくなるおそれがある。 In the prior art disclosed in Patent Document 1, the rate of change in the actual steering angle is moderated near the rack end to prevent the actual steering angle from reaching the rack end angle. However, as a result of limiting the steering angle, the relationship between the steering angle and the steering angle changes, and when the steering angle returns to the neutral side, the relationship between the steering angle and the steering angle does not return to the normal state. There is a risk.

本発明は上述の課題に鑑みて成されたものであり、その目的は、ステアバイワイヤシステムにおいて、操舵角と転舵角との関係を維持しつつ、転舵角の上限を適切に制限する車両用操舵装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a steer-by-wire system in which the upper limit of the steering angle is appropriately limited while maintaining the relationship between the steering angle and the steering angle. The object of the present invention is to provide a steering system for a vehicle.

本発明は、操舵機構と転舵機構とが機械的に分離し、電気的に接続されたステアバイワイヤシステムの車両用操舵装置であって、車両速度(V)を含む車両状態を検出する車両状態検出装置(50)を備えた車両に適用される。この車両用操舵装置は、操舵角センサ(22)と、転舵角センサ(42)と、転舵アクチュエータ(43)と、操舵アクチュエータ(23)と、制御部(30)と、を備える。 The present invention is a vehicle steering apparatus of a steer-by-wire system in which a steering mechanism and a steering mechanism are mechanically separated and electrically connected, and detects a vehicle state including a vehicle speed (V). Applies to vehicles equipped with a detection device (50). This vehicle steering system includes a steering angle sensor (22), a steering angle sensor (42), a steering actuator (43), a steering actuator (23), and a controller (30).

操舵角センサは、操舵輪(21)の操舵角(θs)を検出する。転舵角センサは、転舵輪(48)の転舵角(θt)を検出する。転舵アクチュエータは、操舵角に応じた転舵角を発生させるように制御される。操舵アクチュエータは、操舵輪と機械的に接続され、操舵角に応じて操舵方向と反対方向の反力トルクを操舵輪に付与するように制御される。制御部は、転舵アクチュエータ及び操舵アクチュエータの駆動を制御する。操舵中に転舵角が所定の限界角度(θ LIM )に達した時、制御部は、転舵角が限界角度を超えないように転舵アクチュエータを制御し、且つ、反力トルクの絶対値を大きくしてドライバによる操舵を妨げるように操舵アクチュエータを制御する。 A steering angle sensor detects a steering angle (θs) of a steering wheel (21). The steering angle sensor detects the steering angle (θt) of the steerable wheels (48). The steering actuator is controlled to generate a steering angle corresponding to the steering angle. The steering actuator is mechanically connected to the steered wheels and is controlled according to the steering angle so as to apply reaction torque in the direction opposite to the steering direction to the steered wheels. The control unit controls driving of the steering actuator and the steering actuator. When the steering angle reaches a predetermined limit angle (θ LIM ) during steering, the control unit controls the steering actuator so that the steering angle does not exceed the limit angle, and the absolute value of the reaction torque is increased to control the steering actuator to impede steering by the driver.

制御部は、車両状態検出装置が検出した車両速度に応じて、車両速度が所定速度(V1)以下の領域では限界角度が一定であり、車両速度が所定速度を超えると、車両速度の増加に伴って限界角度が低下するように限界角度を変化させる。According to the vehicle speed detected by the vehicle state detection device, the control unit keeps the limit angle constant in a region where the vehicle speed is equal to or lower than a predetermined speed (V1), and when the vehicle speed exceeds the predetermined speed, the vehicle speed increases. The limit angle is changed so that the limit angle decreases accordingly.

本発明の車両用操舵装置は、転舵アクチュエータを制御して転舵角を制限するとともに、操舵アクチュエータを制御して操舵角を制限する。したがって、この車両用操舵装置は、操舵角と転舵角との関係を維持しつつ、転舵角の上限を適切に制限することができる。 The vehicle steering system of the present invention controls the steering actuator to limit the steering angle, and controls the steering actuator to limit the steering angle. Therefore, this vehicle steering system can appropriately limit the upper limit of the steering angle while maintaining the relationship between the steering angle and the steering angle.

一実施形態の車両用操舵装置のブロック図。1 is a block diagram of a vehicle steering system according to one embodiment; FIG. 一実施形態による転舵角制限処理のタイムチャート。4 is a time chart of steering angle limiting processing according to one embodiment; 車両状態に応じて限界角度を変化させる処理を示すタイムチャート。4 is a time chart showing processing for changing the limit angle according to the vehicle state; 車両速度と限界角度との関係を規定するマップ。A map that defines the relationship between vehicle speed and limit angle. 一実施形態による転舵角制限処理のフローチャート。4 is a flowchart of steering angle limiting processing according to one embodiment;

(一実施形態)
以下、車両用操舵装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態の車両用操舵装置は、操舵機構と転舵機構とが機械的に分離し、電気的に接続されたステアバイワイヤシステムに適用される。最初に図1を参照し、一実施形態による車両用操舵装置の構成について説明する。車両用操舵装置10は、操舵角センサ22、操舵アクチュエータ23、制御部30、転舵角センサ42、転舵アクチュエータ43等を備える。
(one embodiment)
An embodiment of a vehicle steering system will be described below with reference to the drawings. The vehicle steering system of this embodiment is applied to a steer-by-wire system in which a steering mechanism and a steering mechanism are mechanically separated and electrically connected. First, referring to FIG. 1, the configuration of a vehicle steering system according to one embodiment will be described. The vehicle steering system 10 includes a steering angle sensor 22, a steering actuator 23, a control section 30, a steering angle sensor 42, a steering actuator 43, and the like.

図1においてブロック間の実線は機械的接続を示し、破線は電気的接続を示す。操舵角センサ22及び操舵アクチュエータ23は操舵輪(ステア)21と機械的に接続され、操舵機構20を構成する。転舵角センサ42及び転舵アクチュエータ43は、ラック軸47を介して転舵輪(タイヤ)48と機械的に接続され、転舵機構40を構成する。操舵機構20と転舵機構40とは、制御部30を介して電気的に接続されている。したがって、操舵輪21は、制御部30を介して転舵輪48と電気的に接続されている。 Solid lines between blocks in FIG. 1 indicate mechanical connections, and dashed lines indicate electrical connections. A steering angle sensor 22 and a steering actuator 23 are mechanically connected to a steering wheel (steer) 21 and constitute a steering mechanism 20 . The steering angle sensor 42 and the steering actuator 43 are mechanically connected to a steered wheel (tire) 48 via a rack shaft 47 to constitute a steering mechanism 40 . The steering mechanism 20 and the steering mechanism 40 are electrically connected via the controller 30 . Accordingly, the steered wheels 21 are electrically connected to the steered wheels 48 via the controller 30 .

操舵角センサ22は、操舵輪21の操舵角θsを検出して制御部30に出力する。転舵角センサ42は、転舵輪48の転舵角θtを検出して制御部30に出力する。転舵アクチュエータ43は、操舵角θsに応じた転舵角θtを発生させるように制御される。操舵アクチュエータ23は、操舵角θsに応じて操舵方向と反対方向の反力トルクTrを操舵輪21に付与するように制御される。制御部30は、転舵アクチュエータ43及び操舵アクチュエータ23の駆動を制御する。 The steering angle sensor 22 detects the steering angle θs of the steered wheels 21 and outputs it to the controller 30 . The steering angle sensor 42 detects a steering angle θt of the steered wheels 48 and outputs the detected steering angle θt to the control unit 30 . The steering actuator 43 is controlled to generate a steering angle θt corresponding to the steering angle θs. The steering actuator 23 is controlled to apply a reaction torque Tr in a direction opposite to the steering direction to the steered wheels 21 according to the steering angle θs. The control unit 30 controls driving of the steering actuator 43 and the steering actuator 23 .

また、本実施形態が搭載される車両は、転舵角制限装置46、車両状態検出装置50及び警報装置60を備えている。転舵角制限装置46は、例えば(a)又は(b)等の位置に設けられ、転舵角θtの絶対値を所定の上限角度θMECH_LIM以下に機械的に制限するストッパである。 A vehicle in which the present embodiment is installed is equipped with a steering angle limiting device 46 , a vehicle state detection device 50 and an alarm device 60 . The turning angle limiting device 46 is provided at a position such as (a) or (b), for example, and is a stopper that mechanically limits the absolute value of the turning angle θt to a predetermined upper limit angle θMECH_LIM or less.

車両状態検出装置50は、車両速度、加速度等の車両状態を検出する。制御部30は、車両状態検出装置50が検出した車両状態の情報を取得する。警報装置60は、インストルメントパネルに設けられるインジケータランプやブザー、操舵輪21に配置される振動素子等によって構成され、制御部30からの指令により警報を出力する。 The vehicle state detection device 50 detects vehicle states such as vehicle speed and acceleration. The control unit 30 acquires vehicle state information detected by the vehicle state detection device 50 . The alarm device 60 includes an indicator lamp and a buzzer provided on the instrument panel, vibration elements arranged on the steering wheel 21, and the like, and outputs an alarm according to a command from the control unit 30. FIG.

次に、本実施形態の作用効果を説明する前に、ステアバイワイヤシステムにおいて転舵限界を制限する技術の背景について説明する。従来の代表的な車両用操舵装置である電動パワーステアリング装置(以下「EPS」)では、操舵輪(ステア)と転舵輪(タイヤ)とが機械的に接続され、ドライバの操舵をアシストするようにアクチュエータが設置されている。これに対し、近年、操舵輪と転舵輪とが機械的に分離し、電気的に接続されたステアバイワイヤシステムが量産開始され、今後、自動運転の実用化や車両電動化に伴って増えていくと考えられる。 Next, before explaining the effects of this embodiment, the background of the technology for limiting the steering limit in the steer-by-wire system will be explained. In an electric power steering system (hereafter referred to as "EPS"), which is a typical conventional vehicle steering system, a steering wheel (steer) and a steerable wheel (tire) are mechanically connected to assist the driver's steering. Actuator is installed. On the other hand, in recent years, mass production of steer-by-wire systems, in which the steered wheels are mechanically separated from the steerable wheels and electrically connected, has begun, and in the future, the number will increase along with the commercialization of autonomous driving and the electrification of vehicles. it is conceivable that.

車両用操舵装置の課題の一つに「転舵限界(例えばラックエンド)での衝突による機械的強度の確保」がある。つまり、転舵輪の転舵量には構造的限界があるため、操舵時に限界に近づいた時、転舵を止める制限装置(ストッパ)が必要である。この制限装置は強い衝撃が何度も加わることが想定されるため、材料、重量、サイズを考慮し一般に高強度に設計される。EPSの場合、アクチュエータのアシストトルクが加わるため、より大きな力がかかる。 One of the problems with vehicle steering systems is "ensuring mechanical strength against collisions at the steering limit (for example, rack end)". That is, since there is a structural limit to the amount of steering of the steerable wheels, a limiting device (stopper) is required to stop the steering when the limit is approached during steering. Since this restriction device is expected to be subjected to many strong impacts, it is generally designed with high strength in consideration of material, weight and size. In the case of EPS, a larger force is applied due to the assist torque of the actuator.

そのためEPSにおいては、特許2826687号公報や特開2006-160076号公報に開示されているように、転舵限界へ近づくにつれて操舵と反対方向にアクチュエータを駆動させ、制限装置にかかる負荷を低減する技術が開発されている。しかし、この技術では操舵と反対方向に力を発生させているため、道路の落下物や轍等の凹凸等による外乱により、ドライバの意図に反して転舵輪が中心方向へ戻りやすくなってしまう。 Therefore, in EPS, as disclosed in Japanese Patent No. 2826687 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-160076, the actuator is driven in the direction opposite to the steering as the steering limit approaches, thereby reducing the load on the limiter. is being developed. However, since this technology generates a force in the direction opposite to the steering direction, the steered wheels tend to return to the center direction against the driver's intention due to disturbances such as unevenness such as falling objects and ruts on the road.

一方、操舵輪と転舵輪とが電気的に接続されたステアバイワイヤシステムでは、操舵角と転舵角との比や操舵力と転舵力との比を自在に変化させることができる。この特徴を活かし、転舵角が転舵限界に近づいた時、転舵用アクチュエータがそれ以上転舵されないように電気的に制御することで、機械的なストッパにかかる負荷を低減することができると考えられる。 On the other hand, in the steer-by-wire system in which the steered wheels and the steered wheels are electrically connected, the ratio between the steering angle and the steered angle and the ratio between the steering force and the steered force can be freely changed. Taking advantage of this feature, the load on the mechanical stopper can be reduced by electrically controlling the steering actuator so that it is not steered any further when the steering angle approaches the steering limit. it is conceivable that.

ところで、特許文献1(特開2014-133521号公報)の従来技術は、ステアバイワイヤシステムにおいて、ラックエンド付近で実転舵角の変化速度を緩やかにし、実転舵角がラックエンド角に達することを防止するものである。しかし、転舵角を制限した結果、操舵角と転舵角との関係が変化し、転舵角が中立側に戻ったとき、操舵角と転舵角との関係が正規の状態に戻らなくなるおそれがある。 By the way, in the conventional technology of Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-133521), in the steer-by-wire system, the change speed of the actual steering angle is slowed near the rack end, and the actual steering angle reaches the rack end angle. to prevent However, as a result of limiting the steering angle, the relationship between the steering angle and the steering angle changes, and when the steering angle returns to the neutral side, the relationship between the steering angle and the steering angle does not return to the normal state. There is a risk.

そこで本実施形態の車両用操舵装置10は、ステアバイワイヤシステムにおいて、操舵角と転舵角との関係に影響を及ぼすことなく、転舵角の上限を適切に制限することを目的とする。そのために制御部30は、操舵中に転舵角θtが所定の限界角度θLIMに達した時、転舵角θtが限界角度θLIMを超えないように転舵アクチュエータ43を制御する。且つ、制御部30は、反力トルクTrの絶対値を大きくしてドライバによる操舵を妨げるように操舵アクチュエータ23を制御する。 Therefore, the vehicle steering system 10 of the present embodiment aims to appropriately limit the upper limit of the steering angle without affecting the relationship between the steering angle and the steering angle in a steer-by-wire system. Therefore, the control unit 30 controls the steering actuator 43 so that the steering angle θt does not exceed the limit angle θLIM when the steering angle θt reaches a predetermined limit angle θLIM during steering. In addition, the control unit 30 controls the steering actuator 23 so as to increase the absolute value of the reaction torque Tr to prevent the driver from steering.

続いて図2のタイムチャートを参照し、転舵角θtを限界角度θLIM以下に制限する具体的な処理例を説明する。図2の横軸は時間軸であり、縦軸には、操舵角θs、転舵角θt、反力トルクTr及び警報装置フラグの変化を示す。また、記号(*1)、(*2)は、説明中で引用される箇所を示す。 Next, a specific example of processing for limiting the turning angle θt to the limit angle θLIM or less will be described with reference to the time chart of FIG. The horizontal axis in FIG. 2 is the time axis, and the vertical axis shows changes in the steering angle θs, the turning angle θt, the reaction torque Tr, and the warning device flag. Also, the symbols (*1) and (*2) denote locations cited in the description.

ここで、操舵角θs及び転舵角θtは、操舵輪21又は転舵輪48の回転方向に応じて正負の値を取る。また操舵角θsを正方向に増加させる向きに作用する操舵トルクが正、操舵角θsを負方向に増加させる向きに作用する操舵トルクが負と定義される。ただし、正負の特性は基本的に対称であるため、図2には、操舵角θs及び転舵角θtが正の場合のみを記す。このとき、反力トルクTrは負方向に発生する。 Here, the steering angle θs and the turning angle θt take positive and negative values depending on the direction of rotation of the steered wheels 21 or 48 . The steering torque that acts to increase the steering angle θs in the positive direction is defined as positive, and the steering torque that acts to increase the steering angle θs in the negative direction is defined as negative. However, since the positive and negative characteristics are basically symmetrical, FIG. 2 shows only the case where the steering angle θs and the turning angle θt are positive. At this time, the reaction torque Tr is generated in the negative direction.

時刻ts以前は直進状態であり、操舵輪21及び転舵輪48は中立位置にある。時刻tsにドライバが操舵を開始すると、操舵角センサ22が検出する操舵角θsが徐々に増加する。すると、転舵アクチュエータ43は、操舵角θs対し一定の比で転舵角θtを発生させるように制御され、転舵角θtが増加する。 Before the time ts, the vehicle is traveling straight, and the steered wheels 21 and the steered wheels 48 are in the neutral position. When the driver starts steering at time ts, the steering angle θs detected by the steering angle sensor 22 gradually increases. Then, the steering actuator 43 is controlled to generate the steering angle θt at a constant ratio to the steering angle θs, and the steering angle θt increases.

また、操舵角θsの増加に伴って操舵アクチュエータ23の駆動により反力トルクTrの絶対値が増加する。ステアバイワイヤシステムでは、ドライバは操舵に対する反力を直接感知することができないため、操舵アクチュエータ23が、操舵方向と反対方向の反力トルクを付与するように操舵輪21を回転させることで、ドライバに適切な操舵フィーリングを与える。 Further, the absolute value of the reaction torque Tr increases due to the driving of the steering actuator 23 as the steering angle θs increases. In the steer-by-wire system, the driver cannot directly sense the reaction force to the steering. To give an appropriate steering feeling.

転舵角θtの限界角度θLIMの絶対値は、転舵角制限装置46の上限角度θMECH_LIMの絶対値よりも小さく予め設定されている。時刻teに転舵角θtが限界角度θLIMに達すると、制御部30は、操舵角θsに対する転舵角θtの角度比特性を変化させる。そして制御部30は、転舵角θtが限界角度θLIMに固定されるように転舵アクチュエータ43を制御し、且つ、反力トルクTrの絶対値を大きくするように操舵アクチュエータ23を制御する。 The absolute value of the limit angle θ LIM of the turning angle θt is preset to be smaller than the absolute value of the upper limit angle θ MECH_LIM of the turning angle limiting device 46 . When the steering angle θt reaches the limit angle θLIM at time te, the control unit 30 changes the angle ratio characteristic of the steering angle θt to the steering angle θs. The control unit 30 controls the steering actuator 43 so that the steering angle θt is fixed at the limit angle θLIM and also controls the steering actuator 23 so as to increase the absolute value of the reaction torque Tr.

このとき反力トルクTrは、ブロック矢印で示すようにTreからTrxまで急激に変化する(*1)。Trxの値は、ドライバがそれ以上操舵できないように操舵を妨げる値に設定されているため、操舵角θsは時刻teにおける値θsxで固定される(*2)。以下、この値θsxを固定角度という。その結果、時刻te以後の転舵角θt及び操舵角θsは、それぞれ限界角度θLIM及び固定角度θsxで一定値に維持されることになる。すなわち、操舵角θsと転舵角θtとの関係が維持される。 At this time, the reaction torque Tr abruptly changes from Tre to Trx as indicated by the block arrow (*1). Since the value of Trx is set to a value that hinders steering so that the driver cannot steer the vehicle any further, the steering angle θs is fixed at the value θsx at time te (*2). This value θsx is hereinafter referred to as a fixed angle. As a result, the steering angle θt and the steering angle θs after the time te are maintained at constant values at the limit angle θLIM and the fixed angle θsx, respectively. That is, the relationship between the steering angle θs and the steering angle θt is maintained.

操舵角θsが固定されると、ドライバは、操舵輪21を握った手の感覚から転舵限界に達したことを直感的に感知することができる。この感覚は、EPSと同様の感覚である。さらに、転舵角θtが限界角度θLIMに達した時刻teに警報装置フラグがOFFからONになり、制御部30は、転舵角θtが限界角度θLIMに達したことを、警報装置60によりドライバに通知する。したがってドライバは、転舵限界に達したことを、視覚や聴覚等により確実に感知することができる。 When the steering angle θs is fixed, the driver can intuitively feel that the steering limit has been reached from the feeling of gripping the steered wheels 21 . This feeling is similar to EPS. Furthermore, at the time te when the steering angle θt reaches the limit angle θ LIM , the alarm device flag turns from OFF to ON. to notify the driver. Therefore, the driver can reliably perceive that the steering limit has been reached by sight, hearing, or the like.

次に図3、図4を参照し、車両状態に応じて限界角度θLIMを変化させる構成について説明する。図3の記号(*3)、(*4)は、説明中で引用される箇所を示す。転舵角θtの限界角度θLIMは車両の構造的限界によるものだけでなく、車両状態や路面状況によって、「それ以上タイヤを転舵させるとスリップが発生する」という角度に設定することが考えられる。 Next, with reference to FIGS. 3 and 4, a configuration for changing the limit angle .theta.LIM according to the vehicle state will be described. Symbols (*3) and (*4) in FIG. 3 denote portions cited in the description. The limit angle θ LIM of the turning angle θt is not only due to the structural limit of the vehicle, but also depending on the vehicle state and road surface conditions. be done.

「車両状態」には、車両速度、加速度に基づく急加速または急停止状態、登板または降板状態、シフトポジション等が含まれる。「路面状況」には、路面の摩擦係数(μ)等が含まれる。なお、「車両が走行している路面の状態」を広く「車両状態」に含めて考えてもよい。本実施形態では、車両状態検出装置50は車両自体の動作状態を検出するとともに、車両が走行している路面の状況を検出可能であることを想定する。 The "vehicle state" includes vehicle speed, rapid acceleration or sudden stop state based on acceleration, climbing or descending state, shift position, and the like. The "road surface condition" includes the friction coefficient (μ) of the road surface and the like. It should be noted that the "state of the road on which the vehicle is running" may be broadly included in the "state of the vehicle." In this embodiment, it is assumed that the vehicle state detection device 50 can detect the operating state of the vehicle itself and also detect the condition of the road surface on which the vehicle is traveling.

そこで図3に示すように、制御部30は、車両状態検出装置50から取得した車両状態がそれまでの車両状態から変化したとき、限界角度を変更前の値θLIM1(破線)から変更後の値θLIM2(実線)に変化させる。例えば低速走行から高速走行に移行した場合、或いは、雨や雪が降り始め、路面が乾燥した状態から濡れた状態や凍った状態に変化した場合等に限界角度θLIMは小さくする方向に変更される(*3)。 Therefore, as shown in FIG. 3, when the vehicle state acquired from the vehicle state detection device 50 changes from the previous vehicle state, the control unit 30 changes the limit angle from the pre-change value θ LIM1 (dashed line) to the post-change value θ LIM1 . Change the value θ LIM2 (solid line). For example, the limit angle θ LIM is changed to be smaller when the vehicle shifts from low-speed driving to high-speed driving, or when rain or snow begins to fall and the road surface changes from a dry state to a wet or frozen state. (*3).

図4に、車両速度Vと限界角度θLIMとの関係を規定するマップの例を示す。車両速度Vが速度V1以下の領域では限界角度θLIMは一定であり、速度V1を超えると、車両速度Vの増加に伴って限界角度θLIMは低下する。 FIG. 4 shows an example of a map that defines the relationship between the vehicle speed V and the limit angle θ LIM . The limit angle θ LIM is constant in the region where the vehicle speed V is equal to or lower than the speed V1, and when the vehicle speed V exceeds the speed V1, the limit angle θ LIM decreases as the vehicle speed V increases.

図3に戻り、限界角度がθLIM1からθLIM2に変更されると、転舵角θtが限界角度θLIMに到達するタイミングが時刻te1から時刻te2に早められる。それにより、反力トルクTrの絶対値を大きくするタイミングが早くなり、操舵角θsの固定角度θsxがθsx1からθsx2に低下する(*4)。つまり、限界角度θLIMの変化に追従して、操舵角θsの固定角度θsxも変化する。 Returning to FIG. 3, when the limit angle is changed from θLIM1 to θLIM2 , the timing at which the turning angle θt reaches the limit angle θLIM is advanced from time te1 to time te2. As a result, the timing of increasing the absolute value of the reaction torque Tr is advanced, and the fixed angle θsx of the steering angle θs is reduced from θsx1 to θsx2 (*4). That is, the fixed angle θsx of the steering angle θs also changes following the change in the limit angle θLIM .

次に、図5のフローチャートを参照し、本実施形態による転舵角制限処理を説明する。フローチャートの記号「S」はステップを意味する。制御部30は、S1で、車両状態検出装置50が検出した車両状態の情報を取得し、S2で、車両状態に応じて転舵角θtの限界角度θLIMを設定する。 Next, the turning angle limiting process according to this embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. The symbol "S" in the flow chart means step. The control unit 30 acquires vehicle state information detected by the vehicle state detection device 50 in S1, and sets a limit angle θ LIM of the turning angle θt in accordance with the vehicle state in S2.

S3では、操舵角の絶対値|θs|が閾値θs_th以上であるか判断される。操舵角の絶対値|θs|が閾値θs_th未満でありS3でNOの場合、S1の前に戻る。操舵角の絶対値|θs|が閾値θs_th以上でありS3でYESの場合、S4に移行する。なお、閾値θs_thは、転舵角θtの限界角度θLIMを操舵角θsと転舵角θtとの角度比で換算した値であり、図2、図3の固定角度θsxに置き換え可能である。 In S3, it is determined whether or not the absolute value |θs| of the steering angle is greater than or equal to the threshold value θs_th. If the absolute value |θs| of the steering angle is less than the threshold value θs_th and the result in S3 is NO, the process returns to before S1. If the absolute value |θs| of the steering angle is greater than or equal to the threshold value θs_th and S3 is YES, the process proceeds to S4. The threshold θs_th is a value obtained by converting the limit angle θLIM of the steering angle θt by the angle ratio between the steering angle θs and the steering angle θt, and can be replaced with the fixed angle θsx in FIGS.

制御部30は、S4で、操舵角θsに対する転舵角θtの特性を変化させ、S5で、操舵トルクTsを反力方向に大きくする。また制御部30は、S6で、転舵角θtが限界角度θLIMに達したことを、警報装置60によりドライバに通知する。 The control unit 30 changes the characteristic of the steering angle θt with respect to the steering angle θs in S4, and increases the steering torque Ts in the reaction force direction in S5. Further, in S6, the control unit 30 notifies the driver via the warning device 60 that the turning angle θt has reached the limit angle θLIM .

S7では、操舵角の絶対値|θs|が閾値θs_th以上であるか再び判断される。S7でNOの場合、制限状態から一旦脱していることを意味する。この場合、S1の前に戻り、その時点での車両状態に基づいて、あらためて限界角度θLIMが設定される。S7でYESの場合、S4の前に戻り、制限状態が継続される。このルーチンは、例えばイグニションスイッチがオフされるまで繰り返される。 In S7, it is determined again whether the absolute value |θs| of the steering angle is greater than or equal to the threshold value θs_th. If NO in S7, it means that the restricted state has been temporarily removed. In this case, the process returns to before S1, and the limit angle θ LIM is set again based on the vehicle state at that time. If YES in S7, the process returns to before S4 to continue the restricted state. This routine is repeated until, for example, the ignition switch is turned off.

(効果)
(1)本実施形態の車両用操舵装置10は、操舵機構と転舵機構とが機械的に分離し、電気的に接続されたステアバイワイヤシステムにおいて、転舵角θtが限界角度θLIMに達したとき、それ以上転舵されないように転舵アクチュエータ43が制御される。したがって、転舵限界近くで操舵と反対方向に力を発生する技術に比べ、外乱により、ドライバの意図に反して転舵角が変化することが防止される。
(effect)
(1) In the steer-by-wire system in which the steering mechanism and the steering mechanism are mechanically separated and electrically connected, the steering angle θt reaches the limit angle θ LIM . When this occurs, the steering actuator 43 is controlled so as not to steer any further. Therefore, compared with the technology that generates a force in the direction opposite to the steering direction near the steering limit, it is possible to prevent the steering angle from changing against the driver's intention due to disturbance.

また、転舵角θtが限界角度θLIMに達した時、制御部30は、操舵方向と反対方向の反力トルクTrの絶対値を大きくしてドライバによる操舵を妨げるように操舵アクチュエータ23を制御する。これにより、ドライバに転舵限界を直感的に伝えることができる。また、転舵アクチュエータのみを制御する特許文献1(特開2014-133521号公報)の技術に対し、操舵角θsと転舵角θtとの関係を維持しつつ、転舵角θtの上限を適切に制限することができる。 Further, when the steering angle θt reaches the limit angle θ LIM , the control unit 30 increases the absolute value of the reaction torque Tr in the direction opposite to the steering direction to control the steering actuator 23 so as to prevent the driver from steering. do. As a result, the steering limit can be intuitively communicated to the driver. In addition, in contrast to the technique of Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-133521) that controls only the steering actuator, the upper limit of the steering angle θt is set appropriately while maintaining the relationship between the steering angle θs and the steering angle θt. can be limited to

(2)機械的な転舵角制限装置46は、転舵アクチュエータ43が発生するトルク以上の外乱により転舵された場合等のバックアップとして備えられることが好ましい。ここで、転舵角θtの限界角度θLIMの絶対値は、転舵角制限装置46の上限角度θMECH_LIMの絶対値よりも小さく設定されている。これにより、機械的な転舵制限の前に、転舵アクチュエータ43による電気的な制限が先にかかるため、転舵角制限装置46には衝突しない、又は、衝突しても衝撃が相当量減少する。したがって、転舵角制限装置46の疲労を抑制し、また、強度や疲労に関する機械的要求仕様を緩和することができる。 (2) The mechanical steering angle limiter 46 is preferably provided as a backup in the event that the steering actuator 43 is steered by a disturbance greater than the torque generated by the steering actuator 43 . Here, the absolute value of the limit angle θ LIM of the turning angle θt is set smaller than the absolute value of the upper limit angle θ MECH_LIM of the turning angle limiting device 46 . As a result, since the electrical restriction by the steering actuator 43 is applied before the mechanical steering restriction, the steering angle limiter 46 is not collided with, or the impact is considerably reduced even if it collides. do. Therefore, fatigue of the turning angle limiting device 46 can be suppressed, and the mechanical requirement specifications regarding strength and fatigue can be relaxed.

(3)また、制御部30は、車両状態や路面状況に基づき、例えば高速走行時や濡れた路面、凍った路面等の走行時には、限界角度θLIMは小さくする方向に変更される。このように、スリップしやすい車両状態では限界角度θLIMを小さくし、それ以上転舵されないようにすることで、安定した車両運転を促すことができる。 (3) Based on the vehicle state and road surface conditions, the control unit 30 changes the limit angle θ LIM to a smaller value when the vehicle is traveling at high speeds or on wet or icy roads, for example. In this manner, when the vehicle is likely to slip, the limit angle θ LIM is reduced to prevent further turning, thereby promoting stable vehicle driving.

(4)さらに制御部30は、転舵角θtが限界角度θLIMに達したことを、インジケータランプやブザー、振動素子等の警報装置60によりドライバに通知する。したがってドライバは、操舵輪21を握った手の感覚に加え、視覚や聴覚等により、転舵限界に達したことを確実に感知することができる。 (4) Further, the control unit 30 notifies the driver that the steering angle θt has reached the limit angle θLIM by means of an alarm device 60 such as an indicator lamp, a buzzer, or a vibrating element. Therefore, the driver can reliably perceive that the steering limit has been reached by sight, hearing, etc., in addition to the feeling of the hand gripping the steering wheel 21 .

(その他の実施形態)
本発明の車両用操舵装置10は、機械的な転舵角制限装置46、車両状態検出装置50又は警報装置60を備えない車両に適用されてもよい。例外的に大きな外乱が発生する場合を除けば、機械的な転舵角制限装置46は無くてもよい。例えば車両状態検出装置50に代えて、降雨又は降雪の走行時等にドライバが手動で限界角度θLIMを切り替えられるようにしてもよい。
(Other embodiments)
The vehicle steering system 10 of the present invention may be applied to a vehicle that does not have the mechanical steering angle limiting device 46, the vehicle state detection device 50, or the warning device 60. FIG. Unless an exceptionally large disturbance occurs, the mechanical steering angle limiter 46 may be omitted. For example, instead of the vehicle state detection device 50, the driver may manually switch the limit angle θ LIM when driving in rain or snow.

本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。 The present invention is not limited to such embodiments, and can be embodied in various forms without departing from the scope of the invention.

10・・・車両用操舵装置、
21・・・操舵輪、22・・・操舵角センサ、23・・・操舵アクチュエータ、
30・・・制御部、
42・・・転舵角センサ、43・・・転舵アクチュエータ、48・・・転舵輪。
10... vehicle steering device,
21... steering wheel, 22... steering angle sensor, 23... steering actuator,
30 ... control unit,
42... Steering angle sensor, 43... Steering actuator, 48... Steering wheel.

Claims (4)

操舵機構と転舵機構とが機械的に分離し、電気的に接続されたステアバイワイヤシステムの車両用操舵装置であって、車両速度(V)を含む車両状態を検出する車両状態検出装置(50)を備えた車両に適用され、
操舵輪(21)の操舵角(θs)を検出する操舵角センサ(22)と、
転舵輪(48)の転舵角(θt)を検出する転舵角センサ(42)と、
操舵角に応じた転舵角を発生させるように制御される転舵アクチュエータ(43)と、
前記操舵輪と機械的に接続され、操舵角に応じて操舵方向と反対方向の反力トルクを前記操舵輪に付与するように制御される操舵アクチュエータ(23)と、
前記転舵アクチュエータ及び前記操舵アクチュエータの駆動を制御する制御部(30)と、
を備え、
操舵中に転舵角が所定の限界角度(θLIM)に達した時、
前記制御部は、転舵角が前記限界角度を超えないように前記転舵アクチュエータを制御し、且つ、前記反力トルクの絶対値を大きくしてドライバによる操舵を妨げるように前記操舵アクチュエータを制御し、
前記制御部は、前記車両状態検出装置が検出した車両速度に応じて、
車両速度が所定速度(V1)以下の領域では前記限界角度が一定であり、車両速度が前記所定速度を超えると、車両速度の増加に伴って前記限界角度が低下するように前記限界角度を変化させる車両用操舵装置。
A steer-by-wire system vehicle steering apparatus in which a steering mechanism and a steering mechanism are mechanically separated and electrically connected , and is a vehicle state detection device (50) for detecting a vehicle state including a vehicle speed (V). ), and
a steering angle sensor (22) for detecting a steering angle (θs) of a steering wheel (21);
a turning angle sensor (42) for detecting a turning angle (θt) of a turning wheel (48);
a steering actuator (43) controlled to generate a steering angle corresponding to the steering angle;
a steering actuator (23) mechanically connected to the steered wheels and controlled to apply reaction torque in a direction opposite to the steering direction to the steered wheels according to a steering angle;
a control unit (30) for controlling driving of the steering actuator and the steering actuator;
with
When the turning angle reaches a predetermined limit angle (θ LIM ) during steering,
The control unit controls the steering actuator so that the steering angle does not exceed the limit angle and increases the absolute value of the reaction torque to prevent the driver from steering. death,
The control unit, according to the vehicle speed detected by the vehicle state detection device,
When the vehicle speed exceeds the predetermined speed, the limit angle is changed so that the limit angle decreases as the vehicle speed increases. vehicle steering system.
前記車両状態検出装置は、車両が走行している路面の状況をさらに検出可能であり、The vehicle state detection device is capable of further detecting the condition of the road surface on which the vehicle is running,
前記制御部は、前記車両状態検出装置が検出した路面状況に応じて前記限界角度を変化させる請求項1に記載の車両用操舵装置。2. The vehicle steering system according to claim 1, wherein the control unit changes the limit angle according to road conditions detected by the vehicle condition detection device.
転舵角の絶対値を所定の上限角度(θMECH_LIM)以下に機械的に制限する転舵角制限装置(46)を備えた車両に適用され、
前記限界角度の絶対値は、前記転舵角制限装置の前記上限角度の絶対値よりも小さく設定されている請求項1または2に記載の車両用操舵装置。
Applied to a vehicle equipped with a steering angle limiting device (46) for mechanically limiting the absolute value of the steering angle to a predetermined upper limit angle (θ MECH_LIM ) or less,
3. The vehicle steering system according to claim 1, wherein the absolute value of the limit angle is set smaller than the absolute value of the upper limit angle of the steering angle limiter.
転舵角が前記限界角度に達した時、
前記制御部は、転舵角が前記限界角度に達したことを、警報装置(60)によりドライバに通知することを請求項1~3のいずれか一項に記載の車両用操舵装置。
When the steering angle reaches the limit angle,
The vehicle steering system according to any one of claims 1 to 3, wherein the controller notifies the driver that the steering angle has reached the limit angle by means of an alarm device (60).
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