JP2003507237A - 適応混合トルクフィルタを用いた電力アシスト式ステアリング・システムを制御する方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ステアリング制御信号に応答してアシストを提供する電気式ステアリング・アシストシステムを制御する装置および方法であって、トルク信号（Ｔ_s）を提供するために、車両のステアリング・ホイール（１２）に動作可能に連結されたトルクセンサ（２０）と、混合周波数よりも低いトルク周波数にて第１の関数特性、および混合周波数よりも高いトルク周波数にて第２の関数特性を持つ混合フィルタリングされたトルク信号を提供するために、前記トルクセンサに接続された混合フィルタ手段であって、上記混合周波数よりも低い周波数をすべて通す低域フィルタ（７０）と、高域フィルタ（７１）を含んで、上記混合フィルタリングされたトルク信号に応答して、上記制御信号をステアリング・アシスト手段に提供する混合フィルタ手段と、上記ステアリング・アシストシステムの高周波数ゲインを、ステアリング・ホイールのオンセンタ操作では低く、またオフセンタ操作では比較的高くなるようにする手段とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、適応混合トルクフィルタを用いてステアリングフィーリングを向上
させるタイプの、車両内電力アシスト式ステアリング・システムを制御する方法
および装置に関する。

【０００２】 電気アシスト式ステアリング・システムは、当業界では周知のものである。ラ
ックとピニオンギヤのセットを利用する電力シスト式ステアリング・システムは
、電気モータを使用して、（１）ピニオンギヤに連結されたステアリング・シャ
フトに回転力を加えるか、あるいは、（２）ラック歯列が付けられているステア
リング部材に直線力を加えることで、パワーアシストを提供する。このステアリ
ング・システム内の電気モータは、一般に、（１）運転者により車両のステアリ
ング・ホイールに加えられたトルク、および（２）感知された車両速度、に応答
して制御される。

【０００３】 公知の電気アシスト式ステアリング・システムは、車両速度の関数として変化
する、システム帯域幅として知られている動的性能特性を有する。車両の運転者
がステアリング・トルクを加えて、ステアリング・ホイールを後方および前方に
例えば、左から右へ、さらに右から左へ回転させると、電気アシストモータが付
勢されて、ステアリング入力と同程度のステアリング・アシストを提供する。こ
のステアリング・システムがどのように特定周波数の前後のステアリング・ホイ
ール運動に応答するのかは、ステアリング・システムの動的性能を表わしている
。

【０００４】 電気アシストモータの局部変化量を、運転者が加えたステアリング・トルクの
局部変化量で割った値が、ステアリング・システムのゲインである。ステアリン
グ・トルクをステアリング・ホイールに加えたときから、電気アシストモータが
応答するときまで、時間遅れが発生する。この時間遅れは、入力指令が加えられ
たときの周波数の関数である。これは、システム応答時間と呼ばれる。このシス
テム・ゲインは、全体のシステム安定性を維持しながら、短いシステム応答時間
をもつように、所定の値に設定される。このシステム応答時間とシステム・ゲイ
ンが、システム帯域幅を決定する。

【０００５】 公知ステアリング・システムの帯域幅は、車両速度の関数として変化する。動
的ステアリング周波数、すなわち過渡応答の「周波数」が、特定の車両速度にて
、このシステム帯域幅を超える場合に、ステアリング感触は、「鈍く」（ステア
リング・ホイール方向を変えるときに、「ためらい」として感じられる）なる。
これは、ステアリングアシスト電気モータが、充分に速く応答しないからである
。一般に、車両速度が増すにつれて、システム帯域幅だけでなく、ステアリング
システム・ゲインも低下し、それゆえ、車両速度が増すにつれ、システムのため
らい、あるいは鈍さがさらに顕著となってくる。

【０００６】 本願発明者らの先の米国特許第５，５０４，４０３号により、この電力アシス
ト式装置は、加えられたステアリング・トルクを表わすトルク信号を提供するた
めに、車両のハンドホイールと操作可能に連結されたトルク感知手段を備えるこ
とが知られている。トルク感知手段に混合フィルタ手段を接続して、混合周波数
よりも低いトルク周波数にて第１の関数特性、および混合周波数よりも高いトル
ク周波数にて第２の関数特性を持つ混合フィルタリングされたトルク信号を提供
する。さらに、この装置は、制御信号に応答して、ステアリング・アシストを提
供するステアリング・アシスト手段と、その混合フィルタリングされたトルク信
号に応答して上記制御信号をステアリング・アシスト手段に提供するために混合
フィルタ手段と動作可能に連結された制御手段とを含む。混合フィルタリング手
段は、トルク信号をフィルタリングして、システムの動作中、選択可能なシステ
ム帯域幅を維持する。

【０００７】 同様に、後の米国特許第５，７０４，４４６号によれば、運転者トルク信号を
低周波数成分と高周波数成分に分ける混合フィルタが備えられる。しかしながら
、この低周波数成分が高周波数ゲインを設定する場合にさらなる特徴が与えられ
る。これは、高周波数成分の信号用のゲインが、低周波数成分の信号の実効ゲイ
ンを反映させるように行われ、これにより、この高周波数信号は、低周波数信号
に近いとはいえ、つねに、低周波信号よりもわずかに高くなっている。これによ
り、高周波数ゲインが、低周波数トルク信号成分の振幅の関数となるので、混合
周波数よりも高い高周波数成分に位相遅れがもたらされ、そのような位相遅れ自
体により、このシステム内に不安定な状態が発生しかねない。

【０００８】 本発明の目的は、ステアリング・システム内で、高周波トルクと低周波数トル
クの混合フィルタリングを行うことで、あらゆる動作条件のもとで、安定性と、
運転者の感触の向上を保証することである。

【０００９】 本発明の特徴は、上記システムにおいて、トルク混合動作をさらに最適化しよ
うと努めることである。 本発明により、ステアリング制御信号に応答してアシストを提供する電気式ス
テアリング・アシストシステムを制御する装置であって、加えられたステアリン
グ・トルクを表わすトルク信号を提供するために、車両のハンド・ホイールに動
作可能に連結されたトルク感知手段と、混合周波数よりも低いトルク周波数にて
第１の関数特性、および混合周波数よりも高いトルク周波数にて第２の関数特性
を持つ混合フィルタリングされたトルク信号を提供するために、トルク感知手段
に接続された混合フィルタ手段であって、混合周波数よりも低い周波数をすべて
通す低域フィルタと、混合周波数よりも高い周波数をすべて通す高域フィルタを
含む混合フィルタ手段と、制御信号に応答してステアリング・アシストを提供す
るステアリング・アシスト手段と、この混合フィルタリングされたトルク信号に
応答して、上記制御信号をステアリング・アシスト手段に提供するために、混合
フィルタ手段に動作可能に連結された制御手段と、ステアリング・アシストシス
テムの高周波数ゲインを、ハンド・ホイールのオンセンタの操作では低く、また
オフセンタの操作では比較的高くなるようにする手段とを備える装置が提供され
る。

【００１０】 「オンセンタ」操作とは、真正面の位置から数度、一般に５°〜１０°のずれ
の範囲内の操作領域におけるステアリング・ホイールの操作を意味し、この領域
では、運転者の入力トルクは比較的に小さく、例えば１〜２Ｎｍ（図１４参照）
である。「オフセンタ」操作とは、より大きい角度で、かつより大きい運転者入
力トルク、例えば３〜４Ｎｍでステアリング・ホイールの操作を意味する。

【００１１】 一実施形態では、上記手段により、高域フィルタを通る高周波経路のゲインを
、加えられたステアリング・トルクの感知レベルに基づいて調整して、ステアリ
ング・ホイールのオンセンタの操作では低くし、またオフセンタの操作では比較
的高くすることにおいて、このような操作が達成される。

【００１２】 他の実施形態では、混合フィルタ手段内に、付加的な周波数依存伝達関数を備
え、それにより、さらに低い周波数のフィルタリング成分の関数として、ステア
リングシステムのゲインを変化させる。

【００１３】 有利には、この付加的な周波数依存伝達関数要素は、比例兼微分フィルタを備
えている。 いくつかの実施形態では、、比例兼微分フィルタは、低域の加えられたステア
リング・トルクおよび感知された車両速度と関数関係にある値を有する所望のス
テアリング・トルク・アシスト信号を提供するアシスト曲線手段の後に位置付け
される。他の実施形態では、比例兼微分フィルタは、アシスト曲線手段の前に位
置づけられる場合がある。この好ましい実施形態は、単一のゲイン回路を用いる
ことによりアシスト曲線手段の前にＰＤフィルタを含み、混合フィルタからの高
周波出力の一部を低周波経路に結合する。

【００１４】 比例兼微分フィルタは、低周波数成分（Ｔ_SL）と高周波数成分（Ｔ_SH）を組み
合わせることにより、実現できる。そこでは、アシスト曲線手段への入力は、次
式により与えられる：

【００１５】

【数５】

【００１６】 式中、 Ｔ_SL＝低域通過信号 Ｔ_SH＝高域通過信号 ω_b＝混合フィルタ周波数

【００１７】

【数６】

【００１８】 Ｇ∞＝高周波数ゲイン Ｇ_b＝アシスト曲線（低周波）ゲイン 有利には、比例兼微分フィルタの伝達関数Ｋ（ｓ）は、以下の形式のものであ
る：

【００１９】

【数７】

【００２０】 ここで、

【００２１】

【数８】

【００２２】 であり、 式中、｜_on-centreと｜_off-centreは、好ましい「理想」値を表わしており、ω_z 、ω_b、Ｇ_b、Ｇ∞は、以下に定義される通りである。

【００２３】 この混合フィルタ設計では、低周波数成分も高周波数成分も、高周波数ゲイン
を設定する。このことから、オンセンタの高周波数ゲインとオフセンタの高周波
数ゲインを一意的に、かつ別々に設定できることが保証される。高周波数ゲイン
は低周波ゲインの関数であるから、混合周波数よりも高い周波数でも、必ずしも
位相遅れがもたらされるとは限らず、それゆえ、システム安定性と運転者の感触
を、車両速度の場合のように、車両の全操作条件にわたって、適切に維持するこ
とができ、そこでは、高周波数ゲインを車両速度の関数となるようにすることも
できる。

【００２４】 さらに、本発明を、以下で、例示としてのみ添付図面を参照して説明する。 図１を参照すると、例示されたパワーアシスト式ステアリングシステム１０は
、ピニオンギヤ１４に動作可能に連結されたステアリング・ホイール１２を含む
。具体的に言えば、車両のステアリング・ホイール１２は、入力シャフト１６に
連結され、またピニオンギヤ１４は、出力シャフト１８に連結される。入力シャ
フト１６は、トルクセンサ２０を経て、出力シャフト１８に動作可能に結合され
る。

【００２５】 ピニオンギヤ１４は、ラック、すなわち直線ステアリング部材２２上の直線刻
み歯と噛み合わされる。ラック部材２２の直線刻み歯と結合したピニオンギヤ１
４は、ラックとピニオンギヤのセットを形成する。ラックは、公知のやり方でス
テアリング・リンケージを用いて、車両のステアリング可能な車輪２４、２６に
、ステアリング自在に結合される。ステアリング・ホイール１２を回すと、ラッ
クとピニオンギヤのセットは、ステアリング・ホイール１２の回転運動をラック
２２の直線運動に変換する。ラックが直線運動をすると、ステアリング可能な車
輪２４、２６は、関連ステアリング軸心を中心として枢動して、車両がステアリ
ングされる。

【００２６】 電気アシストモータは、ステアリング機構の一部材の、ある適切な地点に、動
作可能に連結される。例として、ラック駆動装置（米国特許第５，２５７，８２
８号）、コラム駆動装置、またはピニオン駆動装置がある。電気モータ２８は、
付勢されると、車両の運転者が車両のステアリング・ホイール１２を回転するの
を助けるように、パワーアシスト式ステアリングを提供する。

【００２７】 モータの巻線を流れる電流、またはそれらの巻線に印加される電圧を変えて、
ステアリング機構に施される支援レベルを制御する手段を含むモータコントロー
ラにより、電気アシストモータ２８が付勢される。電気モータは、当業界では周
知のやり方で、モータの位置に基づいて、モータコントローラがモータ巻線電流
を調整する、ブラシレス永久磁石タイプである場合もある。

【００２８】 加えられたステアリング・トルクを表わす電気信号Ｔ_sを与えるために、入力
シャフト１６と出力シャフト１８との間に、トルクセンサ２０を動作可能に連結
する。トルクを測定する一手段は、加えられたステアリング・トルクに応答して
捻じれ、それにより、入力シャフト１６と出力シャフト１８との間で相対的に回
転できるようにするトーションバーを用いるものである。止め子（図示されてな
い）は、当業界では周知のやり方で、入力シャフト１６と出力シャフト１８との
間の上記相対的回転量を制限する。トーションバーは、ここではＫ₁として示さ
れるばね定数を有している。加えられたステアリング・トルクに応答して、入力
シャフト１６と出力シャフト１８との間で相対的に回転する量は、このトーショ
ンバーのばね定数と関数関係にある。位置センサは、入力シャフト１６と出力シ
ャフト１８間に動作可能に連結されて、入力シャフト１６と出力シャフト１８と
の間の相対的回転位置または相対的角向きを表わす値を有する電気信号を供給す
る。トーションバーを組み合わせた位置センサが、トルクセンサ２０を形成して
いる。ステアリング・ホイール１２は、運転中に、運転者が角度θ_HWだけ回転さ
せる。入力トルクを加えた結果、入力シャフト１６と出力シャフト１８とのなす
相対角度は、ここではθ_Pとして示される。トーションバーのばね定数Ｋ₁を考慮
に入れると、センサ２０から得られる電気信号は、加えられたステアリング・ト
ルク、ここではＴ_Sとして示される。

【００２９】 トルクセンサ２０の出力は、トルク信号処理回路５０に連結される。トルク信
号処理回路５０は、角度θ_Pを監視し、トーションバーのばね定数Ｋ₁を「知って
」、加えられたステアリング・トルクＴ_sを表わす電気信号を供給する。

【００３０】 このトルクセンサ信号を、一対の「混合」フィルタに通す。２つの混合フィル
タは、第１のものが低域フィルタ７０であり、第２のものが高域フィルタ７１で
あるように構成されている。これらのフィルタは、あらゆる周波数に対して、２
つのフィルタの総和が等しくひとつであるように設計されている。低域フィルタ
７０により、含まれる周波数が、ある混合周波数ω_bよりも低い信号Ｔ_sはすべて
、あらゆる高周波データを阻止しながら、通過することができる。高域フィルタ
により、含まれる周波数が、ある混合周波数ω_bよりも高い信号Ｔ_sはすべて、あ
らゆる低周波データを阻止しながら、通過することができる。混合フィルタ周波
数ω_bは、所望の制御機能に基づいて、実際の計算を用いて達成される場合があ
る。低域トルクセンサの出力信号Ｔ_sLは、アシスト曲線回路５４に接続される。

【００３１】 アシスト曲線回路５４は、低域の加えられたステアリング・トルクＴ_sおよび
感知された車両速度と関数関係にある値を持った所望のトルク・アシスト信号Ｔ _assist を提供するルックアップ・テーブル、あるいは、ＥＰ０９４７４１３に記
述される解析関数であり得る。車両速度センサ５６は、アシスト曲線回路５４に
も動作可能に連結される。アシスト曲線機能は、マイクロコンピュータ内のルッ
クアップ・テーブルを用いて達成されるか、あるいは、所望の制御機能に基づい
て、実際の計算を用いて達成され得る。

【００３２】 当業界で知られているように、車両のステアリングシステムに求められるパワ
ーアシストの量は、車両速度が増すにつれて減少する。それゆえ、運転に適正な
、または望ましいステアリング運動への感触を持続するために、車両速度が増す
につれて、ステアリング・パワーアシストの量を減らすことが望ましい。これは
、当業界において、速度比例ステアリングと参照されている。それゆえ、アシス
ト曲線「回路」５４のゲインは、常態では、車両速度が増すにつれて低下する。

【００３３】 高域通過トルクセンサ信号Ｔ_sHは、高周波数アシスト・ゲイン回路７２に接続
される。高周波数アシスト・ゲイン回路７２は、高域通過トルクセンサ信号Ｔ_sH に、車両速度に関係した関数である所定のゲインＧ∞を掛ける。Ｇ∞の決定は、
マイクロコンピュータ内のルックアップ・テーブルを用いて達成されるか、ある
いは、所望の制御機能に基づいて、実際の計算を用いて達成される場合がある。

【００３４】 アシスト曲線回路５４の出力と高周波数アシスト・ゲイン回路７２の出力は、
加算回路７９で合計される。加算回路７９の出力はＴ_baとして示され、適応フィ
ルタ回路８０に結合される。これら２つの信号は組み合わされて、この適応フィ
ルタ回路への入力Ｔ_baを決定する。

【００３５】 適応フィルタ回路８０は、入力混合アシスト・トルク信号Ｔ_baをフィルタリン
グする。このフィルタは、最適な制御系を提供するために、車両速度が変わると
、そのポールとゼロが変更できるという点で適合性がある。このようなフィルタ
リングの組合せは、適応混合フィルタリングに関して参照され、トルク要求信号
として参照される、フィルタリングされたトルク信号Ｔ_mとなる。このトルク要
求信号は、モータコントローラ９０に結合される。モータコントローラ９０は、
トルク要求信号Ｔ_mに応答して、モータ２８の付勢を制御する。モータコントロ
ーラ９０は、ステアリング機構の感知された速度に応答して、ステアリング制動
を制御する。ＥＣＵ温度センサ、ソフトスタート回路などを含む他の入力回路９
４は、モータコントローラ９０に連結される。

【００３６】 モータコントローラ９０の出力は、駆動制御回路９６に連結される。この駆動
制御回路は、電気アシストモータ２８への電気エネルギーの印加を制御するため
に、複数の電力スイッチ１００に制御可能に連結される。

【００３７】 図２を参照すると、再度、図１の公知システムの閉ループ制御系が示されてい
る。 ステアリング・ホイールに加えられたトルクは、トルク信号Ｔ_sを与え、この
トルク信号が、高域／低域フィルタ回路に連結される。

【００３８】 トルク信号Ｔ_sを低域フィルタ７０に通して、低域通過アシスト・トルクＴ_sL
を発生させる。高域通過アシストトルクＴ_sHは、トルク信号Ｔ_sから、前述の低
周波アシスト・トルクを差し引くことで、決定される。このようなやり方でＴ_sH を決定できる理由は、以下に述べられる。

【００３９】 次式の通り、低域フィルタＧ_L（ｓ）と高域フィルタＧ_H（ｓ）の和が、常に１
に等しくなるように、連続領域混合フィルタを選択する。

【００４０】

【数９】 Ｇ_L（ｓ）＋Ｇ_H（ｓ）＝１ ここで、Ｆ（ｓ）は、ｆ（ｔ）のラプラス変換である。

【００４１】 この低域フィルタは、好ましくは、ω_bでポールをもつ一次フィルタに選ばれ
る。この低域フィルタのポールω_bは、回路８３を用いて、車両速度の関数とし
て計算され得る。

【００４２】 この高域フィルタは、２つのフィルタの和が１に等しくなる必要があるという
上記条件により、一意的に定められる。それゆえ、低域フィルタと高域フィルタ
の伝達関数は、次式で与えられる：

【００４３】

【数１０】 Ｇ_L（ｓ）＝ω_b／（ｓ＋ω_b）

【００４４】

【数１１】 Ｇ_H（ｓ）＝ω_b／（ｓ＋ω_b） デジタルコンピュータ内に一組の混合フィルタを実現しようとするときには、
当業者は、別々の高域フィルタ段と低域フィルタ段を構築する必要がないことが
わかる。もっと適切に言えば、混合フィルタへの入力Ｔ_sを低域フィルタに通し
て、信号Ｔ_sLを発生させる。高域通過信号は、次式のように、最初の入力トルク
から低域通過部分を引いたものである：

【００４５】

【数１２】 Ｔ_SH＝Ｔ_S−Ｔ_SL これは、この信号の低周波部分を決定して、最初の信号から、この低周波部分
を単に差し引くと同等なものと考えられる。その結果もたらされるものは、高周
波の情報しか含まない信号である。別法として、さらに高次の混合フィルタを使
用できる。しかしながら、デジタルコンピュータでは、フィルタの次数とともに
、フィルタ計算の複雑さが増す。一次フィルタの利用が好ましい。

【００４６】 低域通過トルク信号Ｔ_sLが、アシスト曲線回路５４に連結される。再び図２を
参照すると、この線形化制御系は、Ｇ_b（ｖ）として表わされるアシスト曲線回
路５４を含む。

【００４７】 ステアリングシステムでは、低域通過トルク信号Ｔ_sLをアシスト曲線回路に通
して、Ｔ_assistを決定する。低域通過アシスト値Ｔ_assistは、高域通過アシスト
値とともに合計される。高域通過アシスト値は、高域通過トルクセンサ信号Ｔ_sH に、高周波数アシスト・ゲインＧ∞を掛けて決定される。混合アシストは、次式
の通りである：

【００４８】

【数１３】 Ｔ_ba＝Ｔ_assist＋Ｇ∞Ｔ_SH 混合フィルタω_bのポールと高周波数アシスト・ゲインＧ∞は、それぞれ回路
８３と回路７４において、速度の関数として計算される。ω_bとＧ∞の決定は、
マイクロコンピュータ内のルックアップ・テーブルを用いて達成されるか、ある
いは、実際の計算を用いて達成される場合がある。図２の制御系の回路８３と回
路７４は、図１の混合フィルタ決定回路６８を形成している。混合アシストを適
応トルクフィルタＧ_fに連結することにより、車両のステアリングシステムは、
車両速度が変わると、システムのダイナミックス（動力学）を変えられるように
している。

【００４９】 適応トルクフィルタ８０からの出力は、トルク要求信号Ｔ_mである。モータは
、トルク・アシストを供給し、このトルク・アシストは、ピニオン・シャフトを
経て伝達されるマニュアル・アシストとともに合計されて、ラック上に合計力を
発生させる。

【００５０】 これまで述べられたシステムは、本願発明者らの先の米国特許第５，５０４，
４０３号から知られているものである。上述のように、公知システムでは、図１
と図２のブロック７２で確立された高周波数アシスト・ゲインＧ∞は、所与の車
両速度では、ほとんど一定値である。しかしながら、ステアリング・ホイールが
オンセンタで運転するときと、ステアリング・ホイールがオフセンタで運転する
ときとで、それぞれ、良好な性能を得るためには、異なる高周波数アシスト・ゲ
インが必要であることが、実験により確認された。

【００５１】 図３は、図１と図２の補償回路を線形化したものを示しており、これは、測定
されたコラム・トルクＴ_sを高周波部分と低周波部分に分ける周波数フィルタ１
５０、１５２、低周波数成分に施されるブースト（増強）曲線回路１５４、およ
び、高周波数成分に施されるゲイン（Ｇ∞）回路１５６から成っている。次に、
低周波経路と高周波経路が１５８に加えられて、適応トルクフィルタ１６０に通
される。このフィルタは、位相を進ませ、ループを安定させる。線形化したもの
では、関数はどれも、車両速度とは関係ない。一般に、周波数フィルタは、単一
の低域フィルタを用いて実施される。 したがって、

【００５２】

【数１４】 Ｇ_L（ｓ）＝ω_b／（ｓ＋ω_b） ゲインＧ_bは、次式のように、ある低域通過入力トルクと速度にて評価された
入力トルクに対するアシスト機能の局所微分である。

【００５３】

【数１５】 Ｇ_b＝δＴ_assist／δＴ_SL ゲインＧ_bは、ある公称低域通過入力トルクと車両速度に関する低域通過入力
トルクＴ_sLの増分変化量に対し、どれだけＴ_assistが増分するのかを表わしてい
る。

【００５４】 トルクフィルタの伝達関数は、Ｇ∞（ｓ）である。 実施の高速同調試験では、比較的小さい値のＧ∞（例えば、６）と、４Ｈｚの
周波数分割で、良好なオンセンタ感触が得られることが立証された。オンセンタ
では、アシスト曲線ゲインは、局部的にゼロである。しかしながら、このような
Ｇ∞の設定では、オフセンタ感触は不充分であり、応答に著しい遅れがある。そ
の一方、さらに大きい値のＧ∞（例えば、２０）と、４Ｈｚの周波数分割で、良
好なオフセンタ感触が得られる。このような状況では、この分割周波数を変更し
ても、有意な恩恵は得られない。一般に、センタでのアシスト曲線の局部ゲイン
は、約１０である。

【００５５】 前述の２つの設定に対して、この線形化制御系の周波数応答は、例示として、
図４ａと図４ｂに示されている。 このような周波数応答から、良好なオンセンタ応答は、運転者に、このセンタ
を感じるせるのに、比較的不活動なステアリングシステムを必要とするが、これ
と対照的に、良好なオフセンタ応答は、鈍い感触を避けるために、さらなるゲイ
ンを必要とすることが明らかである。

【００５６】 それゆえ、オンセンタとオフセンタの最適な設定が同時に達成できるように、
補償器の構造を変更することが必要である。 このような作業を実現する現在好ましいオプションは、低周波経路中に、付加
的な周波数依存ブロックを挿入することであり、その効果として、低周波ゲイン
から得られる付加的な高周波数成分を提供し、それにより、ステアリング・アシ
ストシステムの総体的な高周波数ゲインを高める。この成分は、本来、アシスト
曲線ゲインによって決まり、さらに、このアシスト曲線ゲインは、低周波数トル
クレベルとともに変化することになる。この付加的な周波数依存ブロックをどの
ように設定できるかの一例が、次に述べられる。

【００５７】 下記の説明には、次の名称が使用される： Ｇ_L（ｓ）：低域通過フィルタの伝達関数 Ｇ_H（ｓ）：高域通過フィルタの伝達関数（＝１−Ｇ_L（ｓ）） Ｈ_t（ｓ）：補償器の総体的な伝達関数（トルクフィルタを除く） Ｋ（ｓ）：低周波経路中の付加的成分 ω_b：混合フィルタ周波数 ω_z：Ｋ（ｓ）中の付加的ゼロの周波数 Ｇ_b：アシスト曲線（局部低周波）ゲイン Ｇ∞：高周波数ゲイン 低域フィルタと高域フィルタの伝達関数は、次式である：

【００５８】

【数１６】 Ｇ_H（ｓ）＝１−Ｇ_L＝ｓ／（ｓ＋ω_b） 下記の表は、上述の例に基づいて、所望のパラメータと、その結果得られる伝
達関数を示している。

【００５９】

【表１】

【００６０】 修正された補償器構造は、図５に示されている。付加的な伝達関数Ｋ（ｓ）は
、ブロック１６２で示される通り、低周波経路に加えられる。これは、車両速度
依存ゲインを有すると仮定される。

【００６１】 オンセンタの伝達関数およびオフセンタの伝達関数の双方を達成するのに必要
なＫ（ｓ）は、以下のように計算できる。高周波経路が不変であり、またオンセ
ンタのときに、アシスト曲線ゲインがゼロであると仮定する。したがって、Ｇ∞
は、所望のオンセンタ特性を得るのに必要な値を取らなければならない（すなわ
ちＧ∞＝６）。双方の所望の特性に対して、混合フィルタ周波数は同一である。
所望のオフセンタ応答は、１０のＧ_bを有し、また２０という理想Ｇ∞は、次式
の通りである：

【００６２】

【数１７】

【００６３】 したがって、Ｋ（ｓ）は、比例＋微分（Ｐ＋Ｄ）フィルタの形式を取る。一般
に、比例ゲインを１とし、また微分ゲインを１／ω_zとして、Ｋ（ｓ）を次式と
せよ：

【００６４】

【数１８】 Ｋ（ｓ）＝１＋ｓ／ω_z ここで、

【００６５】

【数１９】

【００６６】 式中、｜_on-centreと｜_off-centreは、上記の表に与えられた「理想」値を示し
ている。上記の表に示された個々の値を用いると、微分ゲイン（１／ω_z）は１
．４／（２×π×４）＝０．５５７＝１／１８である。すなわち、ω_z＝２．８
６Ｈｚである。

【００６７】 低車両速度にて、既存の特性を回復するために、車両が静止状態のときに、Ｋ
（ｓ）の微分ゲインは、ゼロでなければならない。 Ｐ＋Ｄフィルタの効果は、周波数の点から考察することができる。このフィル
タは、オフセンタの応答しか影響を及ぼさない。図６ａと図６ｂは、オフセンタ
の周波数応答が、どのように、微分ゲイン（＝１／ω_z）とともに変化するのか
示している。オンセンタの応答も示されている。

【００６８】 この解析は、連続時間領域で行われてきたが、当業者であれば、サンプリング
周波数が充分に高いという条件で、サンプルデータ系内で、これらの連続時間関
数をすべて実施できることが理解されよう。連続時間からデジタルフィルタへの
マッピングがよく知られており、これは、例えば、Ｐ＝ｅｘｐ（ＰΔ_t）、Ｚ＝
ｅｘｐ（ＺΔ_t）を通じて、連続時間のポールＰとゼロＺを、離散時間のポール
ＰとゼロＺにマッピングするポールゼロ・マッピングによって、実行される。こ
こで、Δｔは、サンプリング周期である。

【００６９】 Ｐ＋Ｄ要素は、アシスト曲線手段の前または後に位置づけられる。このような
位置は、アシスト曲線手段が非線形の構成要素であるため、フィルタの応答に影
響を及ぼす。

【００７０】 再び図２を参照すると、低域フィルタＧ_L、高域フィルタＧ_H、フィルタＧ_Fは
、次式で与えられる：

【００７１】

【数２０】 Ｇ_L（ｓ）＝ω_b／（ｓ＋ω_b） Ｇ_H（ｓ）＝ω_b／（ｓ＋ω_b） Ｇ_F（ｓ）は、例えばノッチフィルタであり、

【００７２】

【数２１】 Ｇ_F（ｓ）＝（ｓ＋４０）²／｛（ｓ＋４）（ｓ＋４００）｝ ノッチフィルタＧ_F（ｓ）は、複合のゼロおよび／またはポールを持つように
構成できることに留意されたい。

【００７３】 図９は、コントローラとＰＤ要素１６６の可能な一実施形態を示している。こ
の場合、トルクセンサ入力Ｔ_sHの高周波数成分は、図２と同じやり方で、すなわ
ち、減算要素１７１を用いて、入力Ｔ_sから低周波数成分Ｔ_sLを差し引いて計算
される。わかりやすくするために、車両速度の影響は、図９から省かれているが
、ただし、図２に示された技法の場合のように、ω_b、アシスト曲線、Ｇ∞、Ｇ_F （ｓ）、新たな微分項ω_zなどの要素は、車両速度とともに変わり得る。

【００７４】 図１０は、本発明の一実施形態によるＰ＋Ｄ要素の追加改良を、アシスト曲線
回路１５４の前に配置した図２の配置構成を示している。 図８は、ブースト（増強）曲線回路およびＰ＋Ｄ要素（Ｄゲイン＝１／１８）
へのランプ入力を持つ一例を示している。この図は、この具体的な事例において
、総体的な応答の差が、きわめてわずかでしかないことを示している。

【００７５】 アシスト曲線回路の前の信号の流れの中にＰ＋Ｄ要素を配置する利点は、簡略
化が行われる点である。図１０では、点１８０への低域経路は、次式で与えられ
る：

【００７６】

【数２２】

【００７７】 したがって、Ｐ＋Ｄ要素は、低周波数成分Ｔ_sLと高周波数成分Ｔ_sHの組合せを
用いて実現できる。これは、図１１に示される通りに実施でき、そこでは、Ｐ＋
Ｄ要素を、ゲイン・ブロック１７２と合計要素１７４に代えた。

【００７８】 操作中は、高周波数成分は、２つの経路を経て、混合フィルタ出力Ｔ_baに存在
するであろう。第１の経路は、図２の前方に示される通り、ゲイン要素Ｇ∞を通
る。第２の経路は、図５、図９、図１０、図１１に示されるもので、ゲイン要素
（ω_b／ω_z）およびアシスト曲線の局部ゲインＧ_bを通る。アシスト曲線の局部
ゲインＧ_bは、低周波数成分Ｔ_sLによって決まり、オンセンタ操作とオフセンタ
操作との間で連続的に変化する。

【００７９】 最後に、図１２ａと図１２ｂはそれぞれ、公知の混合構造と、ω_z＝∞による
構造について、ゲインと周波数の特性と、位相と周波数の特性を示しており、線
形化されたアシスト・センタ・ゲインＧ_bが変えられる。図１３ａと図１３ｂは
それぞれ、公知の混合構造と、本発明の一実施形態による構造について、ゲイン
と周波数の特性と、位相と周波数の特性（ここで、ω_z＝ω_b／ｓ）を示しており
、局部的に高くなったアシスト曲線ゲインが変えられる。これらの図から、高周
波数ゲインは、公知の構造では一定であるが、新たな構造ではＧ_bとともに変化
することがわかる。この変化量は、パラメータω_zにより制御される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明が適用できるタイプの公知のパワーアシスト式ステアリン
グシステムを示す概略ブロック図である。

【図２】 図１の公知ステアリングシステムの制御ループシステムの概略表
示である。

【図３】 図１のシステムに用いられた公知のトルク補償器の簡略ブロック
図である。

【図４】 最適化されたオンセンタとオフセンタの操作に対して、周波数応
答特性を示した説明図である。

【図５】 本発明による修正トルク補償器の簡略ブロック図である。

【図６】 本発明の一実施形態による、Ｐ＋Ｄフィルタを織り込んだシステ
ム用の周波数応答特性を示す説明図である。

【図７】 代表的なアシスト曲線を示す図である。

【図８】 ランプ入力に対する比例兼微分（Ｐ＋Ｄ）フィルタおよびアシス
ト曲線回路の応答の一例を示す図である。

【図９】 アシスト曲線手段の後にＰ＋Ｄ要素を配置した場合に、本発明に
よる配置構成を示す図である。

【図１０】 アシスト曲線手段の前にＰ＋Ｄ要素を配置した場合に、本発明
による配置構成を示す図である。

【図１１】 図１０の配置構成を実現する手段を示した説明図である。

【図１２】 それぞれ、ω_z（定義される通り）＝∞であり、かつ、線形化
されたアシスト・センタ・ゲインＧ_b（定義される通り）が変えられる場合に、
公知の混合構造と、本発明による構造に対して、ゲインと周波数の特性を示すで
ある。

【図１３】 それぞれ、ω_z＝ω_b／ｓの場合に、公知の混合構造と、本発明
による構造に対して、ゲインと周波数の特性を示すである。

【図１４】 システムのオンセンタ操作とオフセンタ操作を示す図である。

【手続補正書】

【提出日】平成１４年２月２１日（２００２．２．２１）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正の内容】

【図１】

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正の内容】

【図２】

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正の内容】

【図４】

【手続補正４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図６

【補正方法】変更

【補正の内容】

【図６】

【手続補正５】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図７

【補正方法】変更

【補正の内容】

【図７】

【手続補正６】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図８

【補正方法】変更

【補正の内容】

【図８】

【手続補正７】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図９

【補正方法】変更

【補正の内容】

【図９】

【手続補正８】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１０

【補正方法】変更

【補正の内容】

【図１０】

【手続補正９】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１１

【補正方法】変更

【補正の内容】

【図１１】

【手続補正１０】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１２

【補正方法】変更

【補正の内容】

【図１２】

【手続補正１１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１３

【補正方法】変更

【補正の内容】

【図１３】

【手続補正１２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１４

【補正方法】変更

【補正の内容】

【図１４】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ， ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，Ｋ Ｅ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ， ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ウィリアムズ，アンドリュー・ジェイム ズ・スティーヴン イギリス国ソリハル ビー94 ６エルディ ー，ラプワース，オールド・ウォーリッ ク・ロード，セント・チャズ・ミューズ １ (72)発明者 ジョーンズ，ラッセル・ウィルソン イギリス国ウォーリックシャー シーヴイ 37 ９イーユー，ストラットフォード−ア ポン−エイヴォン，ショッタリー，モンゴ メリー・クロース ６ (72)発明者 バートン，アンソニー・ウォルター イギリス国ソリハル ビー37 ７イーアー ル，マーストン・グリーン，ビッケンヒ ル・ロード，ザ・カピス (72)発明者 スティーブンズ，サイモン・デイヴィッド イギリス国ウエスト・ミドランズ ビー13 ０ディーピー，バーミンガム，エラーズ リー・ロード 18 (72)発明者 マクラフリン，ケヴィン アメリカ合衆国ミシガン州48083，トロイ， ナイアガラ 2180 Ｆターム(参考） 3D032 CC02 CC08 DA15 DA23 DB11 DC03 DC08 DC12 DC13 DD02 DD05 DD07 DE02 EA01 EA02 EB11 EC24 GG01 3D033 CA13 CA16 CA21 JB18

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステアリング制御信号に応答してアシストを提供する電気式
   ステアリング・アシストシステムを制御する装置であって、 加えられたステアリング・トルクを表わすトルク信号を提供するために、車両
   のステアリング・ホイールに操作可能に連結されたトルク感知手段と、 混合周波数よりも低いトルク周波数にて第１の関数特性、および前記混合周波
   数よりも高いトルク周波数にて第２の関数特性を持つ混合フィルタリングされた
   トルク信号を提供するために、前記トルク感知手段に接続された混合フィルタ手
   段であって、前記混合周波数よりも低い周波数をすべて通す低域フィルタと、前
   記混合周波数よりも高い周波数をすべて通す高域フィルタを含む混合フィルタ手
   段と、 制御信号に応答してステアリング・アシストを提供するステアリング・アシス
   ト手段と、 前記混合フィルタリングされたトルク信号に応答して、前記制御信号を前記ス
   テアリング・アシスト手段に提供するために、前記混合フィルタ手段に操作可能
   に連結された制御手段と、 前記ステアリング・アシストシステムの高周波数ゲインを、前記ステアリング
   ・ホイールのオンセンタ操作では低く、またオフセンタ操作では比較的高くなる
   ようにする手段と、 を備える装置。
2. 【請求項２】 前記手段により、前記高域フィルタを通る高周波経路のゲイ
   ンを、加えられたステアリング・トルクの感知レベルに基づいて調整し、前記ス
   テアリング・ホイールのオンセンタ操作では低くし、またオフセンタ操作では比
   較的高くすることができる、請求項１記載の装置。
3. 【請求項３】 前記手段は、前記混合フィルタ手段内に付加的な周波数依存
   伝達関数を含み、それにより、前記ステアリングシステムのゲインを、さらに低
   い周波数のフィルタリング成分の関数として変化させて、前記ステアリング・ア
   シストシステムの高周波数ゲインを、前記ステアリング・ホイールのオンセンタ
   操作では低く、またオフセンタ操作では比較的高くなるようにする、請求項１記
   載の装置。
4. 【請求項４】 前記付加的な周波数依存伝達関数は、低周波経路中の周波数
   依存要素によって得られ、それにより、低周波ゲインから得られた付加的な高周
   波数成分が、前記高周波経路から得られた高周波数ゲインに加えられて、前記ス
   テアリング・アシストシステムの全高周波数ゲインを高める、請求項３記載の装
   置。
5. 【請求項５】 前記付加的な周波数依存伝達関数要素は比例兼微分フィルタ
   を備える、請求項３または４に記載の装置。
6. 【請求項６】 低域の加えられたステアリング・トルクおよび感知された車
   両速度と関数関係にある値を有する所望のステアリング・トルク・アシスト信号
   を提供するアシスト曲線手段の後に、前記比例兼微分フィルタは位置付けられる
   、請求項５記載の装置。
7. 【請求項７】 低域の加えられたステアリング・トルクおよび感知された車
   両速度と関数関係にある値を有する所望のステアリング・トルク・アシスト信号
   を提供するアシスト曲線手段の前に、前記比例兼微分フィルタは位置付けられる
   、請求項５記載の装置。
8. 【請求項８】 単一のゲイン回路を用いて、前記混合フィルタからの高周波
   出力の一部を前記低周波経路に結合して前記比例兼微分フィルタを実現する、請
   求項７記載の装置。
9. 【請求項９】 低周波数成分と高周波数成分を組み合わせて、前記比例兼微
   分フィルタを実現し、前記アシスト曲線手段への入力は、以下の式により提供さ
   れる、 【数１】 ここで Ｔ_SL＝低域通過信号 Ｔ_SH＝高域通過信号 ω_b＝混合フィルタ周波数 【数２】 Ｇ∞＝高周波数ゲイン Ｇ_b＝アシスト曲線（低周波）ゲイン） で与えられる、請求項５ないし８のいずれかに記載の装置。
10. 【請求項１０】 前記比例兼微分フィルタは、次の形式の伝達関数Ｋ（ｓ）
    を有し、 【数３】 ここで、 【数４】 であり、 式中、｜_on-centreと｜_off-centreは、好ましい「理想」値を表わしており、 ω_b＝混合フィルタ周波数 Ｇ∞＝高周波数ゲイン Ｇ_b＝アシスト曲線（低周波）ゲイン である請求項５ないし９のいずれかに記載の装置。
11. 【請求項１１】 ステアリング制御信号に応答してアシストを提供する電気
    式ステアリング・アシストシステムを制御する方法であって、 加えられたステアリング・トルクを表わすトルク信号を設定するために、車両
    のステアリング・ホイールに加えられるステアリング・トルクを測定するステッ
    プと、 混合周波数よりも低いトルク周波数において第１の関数特性、および前記混合
    周波数よりも高いトルク周波数において第２の関数特性を持つ混合フィルタリン
    グされたトルク信号を設定するために、前記トルク測定手段に接続された混合フ
    ィルタ手段であって、前記混合周波数よりも低い周波数をすべて通す低域フィル
    タと、前記混合周波数よりも高い周波数をすべて通す高域フィルタを含む混合フ
    ィルタ手段の中で、前記トルク信号をフィルタリングするステップと、 前記混合フィルタ手段に制御手段を操作可能に連結することにより、前記混合
    フィルタリングされたトルク信号に応答してステアリング・アシスト手段向けの
    制御信号が得られ、前記制御信号に応答してステアリング・アシストを提供する
    ステップと、 前記ステアリング・アシストシステムの高周波数ゲインを制御して、前記ステ
    アリング・ホイールのオンセンタ操作では低く、またオフセンタ操作では比較的
    高くなるようにするステップと、 を含む方法。
12. 【請求項１２】 高域フィルタを通る高周波経路のゲインを、加えられたス
    テアリング・トルクの感知レベルに基づいて調整して、ステアリング・ホイール
    のオンセンタ操作では低くし、またオフセンタ操作では比較的高くする、請求項
    １１記載の方法。