JP2005534558A - 自動車内でのハンドル操作中に作用する操舵トルクを決定する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、自動車内でのハンドル操作中に作用する操舵トルクを決定する方法に関する。自動車内で、ハンドルの操作中に作用する操舵トルクが決定される。車両は、特に、操舵された車輪が駆動される自動車である。本発明の方法によれば、操舵トルクの外乱トルク成分（Ｍ＿ｓｔｏｅｒ）が決定される。外乱力を低減した操舵トルク（Ｍ＿ｓｏｌｌ）、特に外乱力の影響がない操舵トルクが、トルク生成器（１０８）によってハンドルに生成される。

Description

本発明は、自動車内でハンドルが操作されるとき作用する操舵トルクを決定する方法に関する。

自動車が運転モードにあるとき、特にコーナリング時に、様々に異なる大きさの力が操舵された車輪で生じる。これは、操舵された車輪に作用する横方向の力だけでなく、車輪と路面との間の車輪接触面で作用する周囲方向の力にも当てはまる。

異なる周囲方向の力は、制動操作で、特に主に前後方向の力の伝達の制限範囲での制動操作において生じる。但し、このような異なる周囲方向の力は、主に操舵された車輪が駆動されるときに生じる。これらの駆動力は、車輪に伝達されるが、これらの車輪は、それらに沿って走行する異なる曲半径を、ゆえに横方向の力と前後方向の力との異なる組合せを有するので、異なる大きさの力がその車輪に集中する。それらは、構造的に提供された外乱力レバーアームを介して作用するステアリング装置によって支えられる。これらの力はしたがって、ステアリングがロックされるともはや互いに補正しない。

これらの力は、特にステアリング装置によって支えられる力が運転者によって加えられる操舵トルクの大部分を含むとき、運転者に破壊的であると感じられる。これは、例えば、大きなハンドルロック角度で走り去るときのような場合である。

この技術的問題の発生は、例えば、特許文献１及び特許文献２で説明されており、後者の出願は特に道路車両にではなく列車に当てはまり、力を補正するための機械的装置が目的を達成する手段として前記文献で提案されている。

独国特許出願公開第３５ ４１ ７３２ Ａ１号明細書 独国特許出願公開第３７ ３０ ９３６ Ａ１号明細書

本発明の目的は、対照的に、このような外乱の影響が無いように、運転者によるハンドル操作と対立する操舵トルクを適合させることである。

この目的は、本発明による方法で達成される。

自動車内で、ハンドル操作されると作用する操舵トルクが決定される。自動車は、ここでは、特に操舵された車輪が駆動される自動車である。この場合において、本発明による１つの方法によれば、外乱の影響に基づく操舵トルクの外乱トルク成分が決定される。外乱力を低減した操舵トルクが次にトルク生成器によってハンドルで生成される。本発明の好ましい実施形態によれば、外乱力を低減した操舵トルクには、外乱力の影響がない。

操舵トルクの外乱トルク成分が自動車内で決定されるという事実のおかげで、操舵トルクのこの部分がハンドルでトルク生成器によって大いに又は完全に補正されることが可能となる。外乱力はここでは、外乱力の影響及びトルク生成器の作動が決定される精度で低減される。その結果、運転者は、生じる外乱トルクの影響が少なくとも低減されると感知し、さらに好ましくはその影響はそれ以上感知されない。

本発明の１つの好ましい実施の形態によれば、外乱トルク成分は、車輪の力から決定される。特に、この目的のために車輪の周囲方向の力、車輪の垂直方向の力、及び車輪の横方向の力を含む力のうち少なくとも１つを使用することが可能であり、これらの力は少なくとも幾つかの操舵された車輪に対して決定されることが好ましい。車輪の力は、ここではモデル、特に観測器を使用して決定されても良い。特に軸モデルを使用するモデルを使用することによって、車軸の挙動が十分にシミュレートされるので外乱力成分も十分に決定される。これらのモデルは、特に観測器、好ましくはモデル支持観測器であっても良い。

車輪の力は、特に、センサによって測定されるか又は自動車内で決定される変数を使用して決定される。この状況において、特にかじ取り角、ヨーレート、車速、横加速度、車輪速度、車輪の制動圧力及び駆動トルクを含むセットからの変数が使用される。これらの変数は、外乱トルク成分を都合良く決定できるようにし、それらは、特にモデル又は観測器に組み込まれる。さらに、外乱トルクは、この目的のために使用される特に観測器又は少なくとも１つの特性線図内の、車輪の力及び測定変数から決定されても良い。

ハンドルに作用する操舵トルクは、好ましくは決定される外乱トルク成分だけトルク生成器を対応して作動させることによって低減される。外乱力の影響のない設定操舵トルクを決定し、トルク生成器によってその外乱力を加えることも可能であるので、その結果、外乱力の影響のない操舵トルクがハンドルにおいて生成される。両変数によって、運転者は、外乱トルク成分もなく、ハンドルを快適に操作できるようになる。外乱トルクの影響のない設定トルクは、この目的のために、特に、この状況で使用されるかじ取り角、ヨーレート、車速、横加速度、車輪速度、車輪の制動圧力、及び駆動トルクを含むセットからの変数を有する、モデル、例えば観測器によって決定される。

操舵トルクを生成させるために、外乱トルク成分を補正するトルクは、トルクアクチュエータを作動させる方法に応じて、トルクアクチュエータによって容易に生成されるが、全操舵トルクがトルク生成器によって生成される場合、外乱トルク成分は、外乱トルク成分を考慮せずに決定される操舵トルクに重ね合わされ、この重ね合わせから生じるトルクが操舵トルクとして加えられる。

外乱トルクを決定するために、すでに上述した変数のような、変数から特定の運転状況を導き、検出された運転状況の関数として外乱トルクを決定することも可能である。

本発明の１つの好ましい実施の形態によれば、操舵トルクは調整される。この場合、確率的励振は−特にステアリング装置の固有振動数域において−シミーと称される、操舵された車輪における外乱変数として検出され、操舵トルクがハンドルで制御される場合でも補正される。特定の運転状況で起こるこれらの振動は、ゆえにもはやハンドルに伝達されず、したがって、運転者の快適性及び運転の安全性が増す。

本発明、ならびにその有利な改良は、請求項だけでなく以下の説明でも提案される。さらに、本発明は、図面に例示した実施の形態を参照して以下で詳細に説明される。

図１に例示した実施の形態によれば、操舵トルクはハンドルにおいて制御される。最初、入力変数１１０は制御装置に送られる。これらの変数は、この場合特に、かじ取り角、ヨーレート、車速、横加速度、車輪速度、車輪の制動圧力及び駆動トルクを含む少なくとも幾つかの変数を含む。これらの変数は、通常、センサによって測定され、とにかく自動車内の信号として存在する。対応する値が、さらに単に追加的にこの制御装置にも送られ、使用される変数の数は、個々の場合で使用されるモデル、観測器及び特性線図により決まる。

送られる入力変数は、３つの異なる決定装置１０１、１０２、１０３に送られ、車輪の周囲方向の力が決定装置１０１で、車輪の垂直方向の力（車輪の接触力）が決定装置１０２で、及び車輪の横方向の力が決定装置１０３で決定される。対応する力は、それぞれ好ましくはモデル支持観測器のような対応モデルを使用、又は適合特性線図を使用して、決定装置１０１、１０２、１０３のそれぞれで決定される。

決定装置１０１、１０２、１０３の結果は、次に、外乱トルク成分が決定される決定装置１０４に送られる。決定装置１０４は、観測器のようなモデル又は特性線図を再び使用して、かじ取り角及び決定された車輪の力を含む変数に基づいて、さらに、適切であれば、入力変数１１０に対し、外乱トルクＭ＿ｓｔｏｅｒ（ここで“ｏｅ”はｏウムラウトを示す）を決定する。

この外乱トルクＭ＿ｓｔｏｅｒは、次に評価ユニット１０６に送られる。評価ユニット内で、トルク生成器１０８を作動させるのに必要となる制御信号が外乱トルクＭ＿ｓｔｏｅｒから発生され、次にそれを平滑化するためにフィルタにかけられる。このようにして得られる信号は、加算要素１０７に送られる。図示された実施の形態によれば、基本操舵トルク１０５から導かれる制御信号も加算要素１０７に送られ、基本操舵トルクは、外乱トルクを考慮に入れずに決定される。基本操舵トルクは、通常、特性線図の関数として決定され、操舵トルクを、例えば運転速度の関数として制御するために使用される。これらの２つの作動信号は、加算要素１０７内で結合され、その結果得られる作動信号は、トルク生成器１０８に送られ、トルク生成器１０８は次に、ステアリングコラム内で伝達されたトルクに加えられる対応作動トルクを生成し、その結果、一方で、これらのトルクは所望設定量に低減されるが、他方で、操舵トルクは補正によって除去される。

図２は、操舵トルクがハンドルにおいて制御され、起こりうる外乱トルクもしたがって補正される実施の形態を例示する。これは、操舵トルクのないハンドルの挙動となる。

この目的のため、操舵トルクの生成をもたらす制御信号は、評価ユニット２０７によってトルクアクチュエータ２０８に送られる。生成される操舵トルクＭ＿ｉｓｔは、トルクセンサ２０６によって検出され、被制御装置を閉じるために評価ユニット２０７にフィードバックされる。

設定トルクは、観測器ユニット２０５内で決定され、次に評価ユニット２０７に送られる。この目的のため、かじ取り角、ヨーレート、車速及び横加速度のような動的変数を表すセンサ信号２０１が、観測器ユニット２０５に送られる。さらに、運転状況検出器２０４からの信号も、観測器ユニット２０５に送られる。外乱入力のない操舵トルクＭ＿ｓｏｌｌは、運転状況検出器２０４内で検出された運転状況、及びセンサ信号２０１から観測器ユニット２０５内で決定される。この場合、自動車モデル、特にステアリングモデルの基盤を成すモデル、特にモデル支持観測器が、その決定過程で使用される。運転状況を考慮に入れる観測器によるモデル化の代わりに、運転状況に関係なく特性線図を予め規定することも可能である。

自動車の運転状態を表すセンサ信号２０１は、運転状況を決定するために運転状況検出器に送られる。さらに、車輪の挙動を表すセンサ信号２０２、さらに又は代わりに路面情報２０３も送られる。この路面情報２０３は、ここでは特に、カメラ又はナビゲーションシステムのような光学道路検出装置からもたらされても良い。車輪の挙動を表すセンサ信号２０２は、特に車輪速度（車輪の回転速度）ならびに車輪の制動圧力についての情報を含む。特に操舵された車輪からのこの情報は、次に運転状況の決定の際に考慮に入れられる。

決定されるか又は検出される運転状況は特に、コーナリング中のものであり、横風、自動車の両側面で異なる摩擦係数を有する状況（μ−スプリット）、及び低有効摩擦係数を有する状況（μ−ユースフル）を考慮に入れるために、特に曲げ半径もこの場合決定される。

このようにして外乱の影響のない設定操舵トルクＭ＿ｓｏｌｌを決定することが可能である。特にこのような制御装置は、少なくとも部分的に確率的励振を、特に、−シミーと称される−ステアリング装置の固有振動数域のものを補正し、ハンドルにおける操舵トルクを、このような影響があまり感じられない、好ましくは全く感じられないように制御することも可能である。このように決定される操舵トルクは、運転の快適性及び運転の安全性を改良するために使用される。外乱トルク及び運転者による過剰反応又は不正反応に帰因する影響は著しく低減されるか又は完全に回避される。

ハンドルの操作と対立する操舵トルクを決定する本発明による方法のブロック図である。 ハンドルの操作と対立する操舵トルクを制御する本発明による方法のブロック図である。

Claims (16)

1. ハンドルが、自動車、特に操舵された車輪で駆動される自動車内で操作されるとき作用する操舵トルクを決定する方法であって、
   前記操舵トルク（Ｍ＿ｉｓｔ）の、外乱の影響に基づく外乱トルク成分（Ｍ＿ｓｔｏｅｒ）が決定され、外乱力が低減された前記操舵トルク（Ｍ＿ｉｓｔ）が、トルク生成器（１０８、２０８）によって生成されることを特徴とする方法。
2. 外乱力が低減された前記操舵トルク（Ｍ＿ｉｓｔ）は、それが少なくともほとんど外乱力がないように決定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記外乱トルク成分（Ｍ＿ｓｔｏｅｒ）は、車輪の力（１０１、１０２、１０３、２０１）から決定されることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の方法。
4. 前記外乱トルク（Ｍ＿ｓｔｏｅｒ）は、車輪の周囲方向の力（１０１）、車輪の垂直方向の力（１０２）及び車輪の横方向の力（１０３）を含む力のうち少なくとも１つから決定されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記車輪の力（１０１、１０２、１０３、２０１）は、観測器を使用して決定されることを特徴とする請求項３あるいは４に記載の方法。
6. 前記車輪の力（１０１、１０２、１０３、２０１）は、センサによって測定されるか又は自動車内で決定される変数、特にかじ取り角、ヨーレート、車速、横加速度、車輪速度、車輪の制動圧力及び駆動トルクを含むセットからの変数を使用して決定されることを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記外乱トルク成分（Ｍ＿ｓｔｏｅｒ）は、車輪の力（１０１、１０２、１０３、２０１）及び測定された変数から決定され、特にモデル、好ましくは観測器、又は少なくとも１つの特性線図がこの目的のために使用されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記ハンドルに作用する操舵トルク（Ｍ＿ｉｓｔ）は、前記外乱トルクによって低減されることを特徴とする請求項２〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 外乱力からの影響がない設定操舵トルク（Ｍ＿ｓｏｌｌ）が、変数から決定されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
10. 外乱力からの影響がない前記設定操舵トルク（Ｍ＿ｓｏｌｌ）は、モデル、特に観測器によって決定され、特に、かじ取り角、ヨーレート、車速、横加速度、車輪速度、車輪の制動圧力及び駆動トルクのセットからの変数が使用されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 生成されるべき操舵トルク、及び前記操舵トルクを生成するための外乱トルク成分（Ｍ＿ｓｔｏｅｒ）が、前記トルク生成器（１０８、２０８）に送られることを特徴とする請求項９あるいは１０に記載の方法。
12. 前記外乱トルク成分（Ｍ＿ｓｔｏｅｒ）を決定するために、運転状況が変数から導かれ、前記外乱トルク成分（Ｍ＿ｓｔｏｅｒ）が前記運転状況の関数として導かれることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記操舵トルクの実際のトルク（Ｍ＿ｉｓｔ）が検出され、外乱トルクのない操舵トルクは、前記実際のトルク（Ｍ＿ｉｓｔ）、及び決定された前記外乱トルク成分（Ｍ＿ｓｔｏｅｒ）に基づいて加えられることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記操舵トルクの実際のトルク（Ｍ＿ｉｓｔ）が検出され、外乱トルクのない操舵トルク（Ｍ＿ｉｓｔ）は、前記実際のトルク（Ｍ＿ｉｓｔ）及び外乱トルクからの影響のない前記設定トルク（Ｍ＿ｓｏｌｌ）に基づいて加えられることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
15. 操舵された車輪の確率的励振が、外乱トルク成分（Ｍ＿ｓｔｏｅｒ）として決定されることを特徴とする請求項１３あるいは１４に記載の方法。
16. 運転者がかじ取り角を予め規定するハンドル、及び操舵トルクを前記ハンドルに加えるトルク生成器を有する自動車であって、
    前記操舵トルクが、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法で決定されることを特徴とする自動車。
    
    

Images