JP2006501094A5 - - Google Patents

Description

操舵トルクを決定する方法

本発明は、たとえば、一般的なタイプの基礎となっている特許文献１に記載されているような、操舵トルクを決定する方法に関する。

特許文献１による方法においては、外乱の影響を補償するために、運転者に対し、外乱力を知らせる操舵トルクを生成することが提案されている。この場合、操舵トルクは、運転者による操舵トルクに対抗する力が外乱力を補償するように生成される。したがって、生成された操舵トルクは、走行状況を悪化させるような、ハンドルの操作方向に作用する。

このような手順は、運転者が必要な操舵トルクを加えない場合には、好ましくない。そのような場合、所望の補償の効果は生じない。

さらに、先行技術より、危険な運転状態を安定させるために、ステアリング介入を行うことが知られている。この点に関して、たとえば特許文献２には、運転者によって指定されたホイールロック角及び運動学的に計算された追加のかじ取り角から、さらにホイールロック角全体を決定することが記載されている。このような手順は、危険な運転状態に安定した形で介入するためには好適であるが、この介入は、運転者の動作とは無関係であり、運転者へのフィードバックもせいぜい間接的なものである。

さらに、車両のステアリング動作及びハンドルロックに必要なハンドルの操作力は、操舵された軸の構造設計に、したがって事実上操舵された車輪の軸の構造設計に依存する。重要な構造上の特徴に、トーイン、ステアリングのオフセット、キャンバ角、かじ取り角の傾斜があり、操舵された軸で運転される車両の場合には、外乱力レバーアームもある。この場合、軸の設計は、たとえば重量、軸の負荷分散、走行速度などの、車両のさらなる構造条件に応じて、できる限り広い車両使用範囲内での乗り心地及び運転の安全が確実となり、同時に運転者にとって快適なステアリング動作が生じるよう適合される。このような適合作業中に、対立する異なる目標が生じるので、すべての範囲及び走行状況について、最適な構造を達成することができない。

独国特許出願公開第２３ ４８ ３１７ Ａ１号明細書 独国特許発明第１９６ ５０ ６９１ Ｃ２号明細書

本発明の目的は、ハンドルの操作力について最適化されたフィードバックを運転者に提供し、これにより、運転の安全性を向上することである。

本発明の目的は、本発明による方法によって達成される。

この方法においては、自動車のハンドル用の操舵トルクが決定される。この場合、操舵された車輪のかじ取り角が、ハンドルを用いて運転者によって予め規定される。車軸に対する力を表す操舵トルクが、ハンドルに作用する。本発明によれば、手動トルクは、本明細書においては、少なくとも１つの車軸モデルを用いて決定される。手動トルクは、次いで、操舵トルクに重ね合わされる。

少なくとも１つの車軸モデルを用いて手動トルクを決定することにより、必ずしも車両の構造条件に対応していないモデルに従って操舵トルクを決定することができる。したがって、運転者にフィードバックされた操舵トルクを、実際に作用している操舵トルクから切り離すことができるが、同時に、ステアリング装置の通常の動作に対応するフィードバックも提供される。この結果、運転者は、車両のより良い運転操作に対応するかじ取り角を生成するハンドルに対して、ハンドル操作を行うよう促される。たとえば操舵された車輪とハンドルとの間の連続した機械接続により、ハンドル角と操舵された車輪のかじ取り角との間で、固定した関係を維持し続けることができる。このため、本発明は、他のステアリング装置と比べて最適化されたステアリング感覚を生成し、運転上の安全性を向上する。

本発明の１つの好ましい実施の形態によれば、手動トルクは、この場合、車両運動力学的に好ましい方向のハンドルの操作がより容易となり、及び／又は車両運動力学的に好ましくない方向がより困難となるように決定される。車両運動力学状態をさらに考慮し、車両運動力学的に好ましくない状態を打ち消す操舵トルクを予め規定することにより、運転者のステアリング作業が支援される。このようにして生成された手動トルクにより、車両運動力学的に好ましい操作はより容易となり、車両運動力学的に好ましくない、運転者によるハンドルの操作はより困難となるが、後者は不可能なものではない。したがって、運転者は、ステアリング装置を適切に操作する作業は軽減されないものの、加えられた手動トルクを改善し、車両運動力学的に好ましい動作以外の動作のいくつかを予め規定することができる。

１つの好ましい実施の形態により、手動トルクは、モデル、特に観測器を用いて決定される。車軸モデルは、特に、制御技術におけるモデル又は観測器として具現化されることがある。この場合、モデルから生じるハンドルの力は、可測関数及び予め規定された車軸モデルから決定され、次いで、生成されるべきトルクとしてハンドルで予め規定される。この場合、モデル又は観測器は、車両の実際の条件を必ずしも反映している必要はない。この点に関して、複雑さ、利用可能な演算能力、及び実施された又は必要なモデル化により、観測器などのモデルにおいて使用され得る、トーイン、外乱力レバーアーム、ランオン距離、キャスタ角、ステアリングのオフセット、キャンバ角、及びかじ取り角の傾斜などのモデルのパラメータが、実際の構造条件から外れていることがある。次いで、観測器は、車両の実際の動作とは異なる動作を反映する。本発明の代替の実施の形態においては、手動トルクは、観測器を用いる代わりに、特性線図を用いて決定される。

本発明のさらなる実施の形態によれば、手動トルクは、測定変数から導き出された走行状況の関数として決定される。このため、特に走行状況が決定される。決定された走行状況から、この走行状況で運転するのに好ましい車軸モデル又は特性線図が導き出され、この車軸モデル又はこの特性線図に基づいて、手動トルクが決定される。本発明のさらなる実施の形態においては、次いで、手動トルクは、操舵トルク及び手動トルクから生じるトルクが、好ましい車軸モデルの操舵トルクに対応するように決定される。運転者は、この測定値を用いて、特定の走行状況に適合されたかじ取り角を予め規定することが好ましい。

測定変数から走行状況を検出することにより、動作を個々の走行状況に適合させることができる。この場合、たとえば特に、μスプリット、コーナリング、横風、及び低い摩擦係数などの走行状況を検出することができる。特に、制動圧力、車輪速度、姿勢角、及びかじ取り角などを含む変数が、このために使用され得る。

μスプリットの状況が、本明細書においては、たとえば異なる制動圧力を用いて検出され、異なる制動圧力は、異なる摩擦係数を有する道路区間上で車両を制動する場合だけでなく、スリップ制御により、より低い摩擦係数を有する車両の側部の駆動輪がスリップするのを防止する運転の場合においても生じ得る。コーナリングは、車輪速度からも導き出され得る。姿勢角及び車輪のかじ取り角は、横風がある時の走行を検出することができる可測関数である。車輪速度から感知され得る車輪のスリップ、及び制動介入（アンチロックブレーキの介入があった場合、及びトラクションコントロールのための制動介入中の車輪の制動圧力）を用いて、低い摩擦係数を有する状況を検出することができる。

次いで、本発明の改良した形態によれば、検出されたすべての車両運動力学的な状況において、手動トルクを決定するために、それぞれ、走行状況に適合された特定の車軸モデルを用いることにより、このような特別の状況に適合するように、手動トルクを決定することができる。車軸モデルを好適に選択する代わりに、手動トルクのための対応する特性線図を、それぞれ検出可能な走行状況に割り当てることもできる。この場合、このような特性線図は、特に、事前に計算された車軸モデルから導き出された値に適合されるか、又はこれを含むことができる。このような手順により、モデルを基礎としたシステムと比べて、手動トルク及び演算容量の決定を実施するのに必要な演算容量が削減される。

本発明によれば、手動トルクは、代替の形態又は追加の形態として、予め規定された設定運転操作及び実際の運転操作から得られた、少なくとも１つの値に応じて決定され得る。

本発明のさらなる改良された形態により、手動トルクは、かじ取り角と、ヨーレートと、ロールレートと、ピッチレートと、車速と、車輪速度と、車輪の制動圧力と、車輪の加速度と、前後加速度と、横加速度と、垂直加速度と、操舵トルクと、車輪の支持力とを含む、車両に関連する変数の少なくとも１つを考慮して決定され、これらの変数は、特に、使用される車軸モデルで、したがって対応するモデル又は観測器で表現される。この場合、手動トルクはまた、ナビゲーションシステム又は視覚センサ装置などの、道路の輪郭を感知するための少なくとも１つの装置に応じて決定され得る。これらの装置により、前記装置を用いて感知されたデータから、走行される経路区間を決定し、たとえば使用されることが好ましい車軸モデルをこれから導き出すこともできる。これらのシステムはまた、現在の運転状態を検出できるだけでなく、期待される動作についての予測報告を可能にすることもできるという利点を有する。

さらに、本発明については、特許請求の範囲だけでなく明細書においても記載されているが、図面に例示した実施の形態を参照しながら、以下により詳細に説明する。ここで、図１は、観測器を用いて、本発明による手動トルクを決定する手段を示すブロック図である。

図１は、２つのモデルを用いて手動トルクを決定する例を、機能ブロック図で示しており、例示した実施の形態のモデルは観測器である。本明細書においては、１つの観測器は、車両内で実際に実行された車両モデルから生じる操舵トルクを決定するために使用され、他の観測器は、検出された走行状況に適合された車軸モデルを用いて、望ましい手動トルクを決定する。

走行状況を決定するために、測定値が、車両のセンサ１０１、１０２、及び評価装置１０３から、走行状況検出器１０４に送られる。センサ１０１は、車両力学、即ちたとえば、かじ取り角、ヨーレート、姿勢角、車速、及び横加速度を決定するためのセンサである。センサ信号は、本発明による方法を実行することにより、測定値として好適な処理がなされた後、たとえばデータバスを用いて、手動トルクのための制御ユニットに送られることがある。センサ信号はまた、たとえばアンチロックブレーキ又は車両運動力学コントローラなどの、他の制御方法の範囲内で発生し、次いで、手動トルクを決定するための装置に伝えられることがある。

センサ１０２は、少なくとも操舵された車輪の、個々の車輪の車輪速度、及び少なくとも操舵された車輪の、モデルのサポートにより測定された又は計算された車輪の制動圧力のための値を伝達する。センサ１０１及び１０２の代わりに又はこれに加えて、ビデオカメラ又は衛星ナビゲーションシステムなどの光センサ装置の信号を用いて、経路区間又は路面を感知する及び評価する評価ユニット１０３に、評価信号を送ることもできる。

特定の走行状況の存在が、供給されたセンサデータを用いて走行状況検出器１０４において検出される。この結果は、一方では、運転操作最適化器１０５に、及び車軸モデルの観測器１０７に送られる。

これに加えて、運転操作最適化器１０５には、車両運動力学センサ１０１のセンサデータも供給される。垂直軸についての車両の力学に関連する設定車両動作、たとえば設定ヨーレート及び／又は設定姿勢角が、これから導き出される。この値はまた、車軸モデルの観測器１０７にも送られる。

さらに、車両運動力学センサ１０１のデータは、実際の運転操作を決定する装置１０６に送られる。車両の実際の動作の車両運動力学変数は、これから導き出され、また車軸モデルの観測器１０７に送られる。

これと同時に、センサによって感知され、かつ異なる方向の車輪の力などの、実際の車輪動作を表す車輪データ１０９が、感知され、評価され、実際のモデルの観測器１０８に送られる。実際のモデルの観測器１０８は、軸の実際の構造を表す観測器に基づいて、車軸によりハンドルに実際にフィードバックされた操舵トルクＭ＿ｉｓｔを決定する。この値は、評価ユニット１１０に送られる。本明細書に例示されているものの代替の形態として、モデル又は観測器を用いて操舵トルクの実際のトルクＭ＿ｉｓｔを決定する代わりに、センサを用いて感知オペレーションを実施することもできる。

その上、送られたデータに基づいて車軸モデルの観測器１０７において決定された手動トルクＭ＿ｓｏｌｌのための値が、評価ユニット１１０に送られる。この場合、車軸モデルの観測器は、車軸モデルのために、走行状況に応じて選択された観測器を使用する。車軸モデルは、本明細書においては、検出された走行状況について最適化されるように選択され、決定中に、車両の設定動作と車両の実際の動作との間の制御誤差を考慮することもできる。

次いで、制御差異は、評価ユニット１１０において、決定された手動トルクＭ＿ｓｏｌｌ及び操舵トルクＭ＿ｉｓｔから決定され、信号にフィルタがかけられ、次いで手動トルクＭ＿ｓｏｌｌを生成するために、コントローラを介して、評価ユニット１１０のコントローラによって作動する手動トルクアクチュエータ１１１に送られる。これは、たとえば、対応するトルクを重ね合わせることによって実施されるので、重ね合わされたトルクと操舵トルクＭ＿ｉｓｔとの和は、手動トルクＭ＿ｓｏｌｌとなる。

Claims (10)

1. 自動車のハンドルの操舵トルクを決定する方法であり、操舵車輪のかじ取り角が、運転者によりハンドルを用いて、ハンドルと操舵車輪との間の連続した機械接続により規定され、前記ハンドルと操舵車輪との間の連続した機械接続から、車軸に対する力を表すハンドルに作用する操舵トルクが生じ、該操舵トルクに少なくとも１つの車軸モデルを用いて決定される手動トルクが重ね合わされて、該手動トルクが前記自動車のハンドルの操舵トルクとして生成され、
   測定された変数から自動車の走行状況が導き出され、前記走行状況に最適な車軸モデルが複数の車軸モデルから選択され、該選択された車軸モデルに基づいて前記手動トルクが決定される方法。
2. 前記手動トルクは、車両運動力学的に好ましい方向の前記ハンドルの操作がより容易となる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. 前記手動トルクは、車両運動力学的に好ましくない方向の前記ハンドルの操作がより困難となるように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. 前記手動トルクが、前記車軸モデルとして観測器を用いて決定されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記手動トルクが、前記車軸モデルとして特性線図から決定されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記手動トルクが、車両の設定動作と実際の運転動作との間の誤差に基づいて選択された前記車軸モデルにより決定されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記手動トルクが、かじ取り角と、ヨーレートと、ロールレートと、ピッチレートと、車速と、車輪速度と、車輪の制動圧力と、車輪の加速度と、前後加速度と、横加速度と、垂直加速度と、操舵トルクと、車輪の支持力とを含む、前記車両に関連する変数の少なくとも１つを考慮して決定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. 前記手動トルクが、ナビゲーションシステム又は視覚センサ装置を含む、道路の輪郭を感知するための少なくとも１つの装置に応じて決定されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記手動トルクが前記操舵トルクに重ね合わされることにより、運転者が、前記車両のより良い運転操作に対応するかじ取り角を生成するように、ハンドル操作を行うよう促されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
10. 運転者がかじ取り角を規定するためのハンドルと、手動トルクを前記ハンドルに加えるためのトルク生成器（１１１）とを具備した自動車であって、前記手動トルクが、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法に従って決定されることを特徴とする自動車。