JP2006015988A - 自動車における操舵方法およびこの方法を実施するための装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ステアリングホィールによってステアリングホィール操舵角δ_ＬＲが入力され、その結果からステアリング制御装置によって車輪舵角δ_ＲＬおよび舵角勾配ω_ＲＬが発生されるような自動車の操舵方法において、危険な走行状況を支配できるようにし、これによって、車両の安全性を高めるようにする。
【解決手段】舵角勾配ω_ＲＬが、走行状況から計算される許容値ω_ＺＵＬによって制限されるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ステアリングホィール操舵角に基づいて車輪舵角（δ_ＲＬ）および舵角勾配（ω_ＲＬ）が発生されるような、自動車における操舵方法およびこの方法を実施するための装置に関する。

公知の操舵装置は、自動車の運動性（ドライビングダイナミック）をステアリングへの作用によって調整する。その場合、許容ヨーレート（偏揺れ率）に関係して、望ましくないヨー（偏揺れ）運動に対抗する操舵運動が引き起こされる。そのようないわゆるヨーレート調整式ステアリング装置は、特許文献１および特許文献２で知られている。それらのヨーレート調整は、特に車両状態の支障時、例えば車両左右の摩擦係数が異なる路面（いわゆるμ・スプリット路面）上での制動時あるいは横風発生時に利用される。

特許文献３によって、運動性（ドライビングダイナミック）の調整方法とその装置が知られている。その場合、設定ヨー動特性に関係して、操舵作用に対して利用される舵角・予制御値が形成される。

特許文献４によって、重畳伝動装置（ＡＦＳ＝アクティブ・フロント・ステアリング）を有するステアリング装置の運転方法が知られている。その重畳伝動装置は副入力部を備え、その副入力部に、運動性（ドライビングダイナミック）計算機で求められた追加舵角が供給される。

所定の走行状況において、例えば自動車の運転者による「急操舵時」、公知のヨー調整装置は機能しない。そのような走行状況は、例えばアンダーステア下の車両において、運転者特に未熟な運転者が車両の（運転者自身が思った）適切な反応を強いるために、より大きく操舵する傾向があるときに生ずる。しかし、車輪が過度に操舵された際、物理的に転換されるタイヤ横力の特性曲線が、大きな車輪舵角に対する最大値から再び低下するので、路面に伝達されるタイヤ横力は小さくなる。一層の操舵がヨーレートの増大を生じない限りにおいて、いわゆるこの前輪の失速（Uberziehen）が、タイヤ横力およびこれに伴って車両のヨーレートを瞬間的に著しく減少し、これは、運動性（ドライビングダイナミック）を不安定にする。
独国特許出願公開第１０１４１２７４号明細書 独国特許出願公開第１９７５１２２７号明細書 独国特許出願公開第１０２１２５８２号明細書 独国特許出願公開第１０２１８５７９号明細書

本発明の課題は、上述したような危険な走行状況を支配できるようにし、これによって、車両の安全性を高めることにある。

この課題は、ステアリングホィールによってステアリングホィール操舵角が入力され、その結果からステアリング制御装置によって車輪舵角および舵角勾配が発生される自動車における操舵方法において、舵角勾配が、走行状況から計算される許容値によって制限される、ことを特徴とする自動車における操舵方法によって解決される。

本発明に基づいて、舵角勾配が制限され、即ち、車両の車輪舵角の変化が許容値を超えないようにされる。これによって、車輪の急操舵および車両の軌道逸脱が避けられ、即ち、ステアリングホィールの急操舵時に、タイヤは路面との十分な摩擦接触（粘着摩擦）を維持し、これによって、車両は制御可能な状態に保たれる。従って、危険な浮游角（Schwimmwinkel）の発生（車両の軌道逸脱）が早期に直接制御される。全体として、車両の高い操舵安全性が得られるという利点が生ずる。

本発明の他の有利な実施態様において、当該走行状況における許容舵角勾配（変化率）は、種々のパラメータに関係して計算され、例えばステアリングホィール操舵角速度（ステアリングホィール操舵角勾配）、ステアリングホィール操舵角、車輪舵角、タイヤ摩擦係数および車両縦速度に関係して計算される。それらのパラメータを考慮して、舵角勾配に対する実際的限界値（車輪舵角変化）が計算される。この場合、特にアンダーステアの走行状況においてタイヤと路面との粘着摩擦ができるだけ長く保たれ、即ち、物理的可能限度まで保たれることが有利である。

本発明の他の有利な実施態様において、ステアリング制御装置によって、車輪舵角（単に舵角とも呼ばれる）に対して、予め計算された許容舵角勾配に関係して計算された追加舵角が重ね合わされる。この追加舵角は（ステアリングホィールの急ハンドル時における）負の追加舵角であり、実際の舵角を許容量へ減少させる。

本発明の課題はまた、本発明に基づく方法を実施するための装置によっても解決され、詳しくは、ステアリングのギヤ比を可変化する遊星歯車装置として形成された重畳伝動装置によって解決される。

そのような重畳伝動装置は、ＺＦレンクシステムＧｍｂＨ社のカタログによる名称「アクティブレンクング (Aktivlenkung)」で知られ、ドイツ自動車製造業においても名称「アクティブレンクング (Aktivlenkung)」で通用している。重畳伝動装置（ＡＦＳ）は特許文献４で知られ、ステアリングのギヤ比を可変化する遊星歯車装置として独国特許第４３２６３５５号明細書で知られている。

そのような遊星歯車装置において、本発明に基づく追加舵角が電動機によって第２入力軸を介して入力され、第１入力軸を介して入力されたステアリングホィール操舵角に重ね合わされることが有利である。これによって、ステアリングホィールと車輪との機械的結合が保たれ、これは操舵に対する安全要因となっている。

本発明の課題は、追加舵角がステアリングホィール操舵角に液圧式に重ね合わされるステアリング装置によっても解決される。ここでも、ステアリングホィールと車輪との機械的結合が保たれる。しかし、追加舵角は機械式重畳伝動装置を介してではなく、純粋な液圧装置を介して入力される。

本発明の他の有利な実施態様において、ステアリング制御装置は「ステア・バイ・ワイヤ」装置として形成される。これによって、もはやステアリングホィールと車輪との間に機械的結合は存在しない。ステアリングホィールの指令は専ら電気的（バイ・ワイヤ）に伝達される。従って、本発明に基づく追加舵角はステアリングホィール操舵角から制御装置において減じられる。

図には、本発明に基づく方法が概略的に示されている。自動車におけるステアリング装置（詳細に図示せず）のコンピュータ１に、種々のパラメータｘ１、ｘ２、ｘ３、ｘ４、ｘ５、ｘ６が入力され、処理される。なおその個々のパラメータは次の通りである。
ｘ１：ステアリングホィール操舵角速度（ω_ＬＲ）
ｘ２：ステアリングホィール操舵角（δ_ＬＲ）
ｘ３：車輪舵角（δ_ＲＬ）
ｘ４：タイヤ摩擦係数（μ_Ｒ）
ｘ５：車両縦速度（Ｖ_Ｘ）
ｘ６：車両の安定度余裕

コンピュータ１において、上述したパラメータｘ１〜ｘ６に関係して、舵角勾配ω_ＲＬにおける上限、即ち、最大許容値が求められる。車輪が操舵される舵角勾配、即ち、角速度の上限値は、いわば理想的に路面上における車輪の粘着摩擦と滑り摩擦との限界を表している。この舵角勾配ω_ＬＲの上限に関係して追加舵角δ_ＺＬ決定されて出力され、これは重畳伝動装置２に導かれ、ないしは重畳伝動装置２に入力される。

重畳伝動装置２は例えば２つの入力軸と１つの出力軸とを備えたそれ自体公知の遊星歯車装置であり、この遊星歯車装置はステアリングホィール操舵角δ_ＬＲと車輪舵角δ_ＲＬとの間におけるステアリングのギヤ比を可変化する。そのような重畳伝達装置は、ＺＦレンクシステムＧｍｂＨ社のカタログによって、中級および高級の乗用車に対して名称「ＺＦ・アクティブレンクング (ZF・Aktivlenkung)」で知られ、今日ではドイツ自動車製造業の車両で通用している。

運転者によって選択されたステアリングホィール操舵角δ_ＬＲが第１入力軸（図示せず）を介して入力されたとき、追加舵角δ_ＺＬが第２入力軸（図示せず）を介して重畳伝動装置２に入力される。その場合、重畳伝動装置２の出力軸（図示せず）によって、車輪舵角δ_ＲＬ（単に舵角とも呼ぶ）が伝達される。従って、この舵角δ_ＲＬは走行状況に合わされ、ステアリングホィールの急ステアリング操作時における車両の軌道逸脱（浮游角発生）を防止する。

重畳伝動装置２は自動車におけるステアリングホィール（図示せず）と車輪（図示せず）との機械的継手となっており、従って、機械的冗長性を形成している。

しかし、追加舵角δ_ＺＬを「ステア・バイ・ワイヤ」装置によって運転者要望に重ね合わせることもできる。これによって、追加舵角δ_ＺＬは機械式にではなく、電気信号として「ステア・バイ・ワイヤ」装置に与えられる。

本発明に基づく方法を概略的に表したブロック図。

符号の説明

１ コンピュータ
２ 重畳伝動装置（ＡＦＳ＝アクディブ・フロント・ステアリング）
δ_ＬＲ ステアリングホィール操舵角
ω_ＬＲ ステアリングホィール操舵角勾配ないしステアリングホィール操舵角速度
δ_ＲＬ 舵角勾配ないし舵角速度
ω_ＺＵＬ 舵角勾配の許容値
δ_ＺＬ 追加舵角
Ｖ_Ｘ （ｘ方向における）車両縦速度
μ_Ｒ タイヤと路面との間の摩擦係数

Claims (7)

1. ステアリングホィールによってステアリングホィール操舵角（δ_ＬＲ）が入力され、その結果からステアリング制御装置によって車輪舵角（δ_ＲＬ）および舵角勾配（ω_ＲＬ）が発生される自動車における操舵方法において、
   舵角勾配（ω_ＲＬ）が、走行状況から計算される許容値（ω_ＺＵＬ）によって制限される、ことを特徴とする自動車における操舵方法。
2. 許容値（ω_ＺＵＬ）が、種々のパラメータ、特にステアリングホィール操舵角速度（ω_ＬＲ）、ステアリングホィール操舵角（δ_ＬＲ）、車輪舵角（δ_ＲＬ）、タイヤ摩擦係数（μ_Ｒ）および車両縦速度（Ｖ_Ｘ）に関係して計算される、ことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. ステアリング制御装置によって車輪舵角（δ_ＲＬ）に対して、舵角勾配（ω_ＲＬ）に関係して計算された追加舵角（δ_ＺＬ）が重ね合わされる、ことを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
4. 車輪舵角（δ_ＲＬ）に負の追加舵角（δ_ＺＬ）が重ね合わされる、ことを特徴とする請求項３記載の方法。
5. ステアリング制御装置が、２つの入力軸を備えステアリングのギヤ比を可変化する重畳伝動装置（２）を有し、この重畳伝動装置（２）を介してそれぞれステアリングホィール操舵角（δ_ＬＲ）および追加舵角（δ_ＺＬ）が入力される、ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の方法を実施するための装置。
6. ステアリング制御装置が、ステアリングホィール操舵角（δ_ＬＲ）と追加舵角（δ_ＺＬ）をそれぞれ入力する液圧装置を有している、ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の方法を実施するための装置。
7. ステアリング制御装置が「ステア・バイ・ワイヤ」装置として形成されている、ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の装置。

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