JP2007513009A - 車両を安定化させる際に車両操作者を支援するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

この発明は、目標操舵角と瞬間的な操舵角の間の偏差に応じて決まる追加操舵トルクを車両の操舵系統に加える形で、車両の操舵可能な車輪の目標操舵角を調節して、車両を安定化させる際に車両操作者を支援する方法に関する。この方法は、車両の操舵系統に作用する負荷モーメントの値を見積もることと、この負荷モーメントに関する見積値に応じて、追加操舵トルクを算出することとを特徴とする。更に、この発明は、この方法を実施するのに適した装置に関する。

Description

この発明は、目標操舵角と瞬間的な操舵角の間の偏差に応じて決まる追加操舵トルクを車両の操舵系統に加える形で、車両の操舵可能な車輪の目標操舵角を調節して、車両を安定化させる際に車両操作者を支援する方法に関する。

更に、この発明は、制御ユニットにより、目標操舵角と車両の瞬間的な操舵角の間の偏差に応じて決定される追加操舵トルクを調節するための手段を備えた、車両の少なくとも一つの操舵可能な車輪の目標操舵角を調節する際に車両操作者を支援するための装置に関する。

車両の左と右の縦側で摩擦値が異なる不均一な走路上におけるブレーキ操作では、対称的でないブレーキ力が生じる可能性が有り、そのブレーキ力は、車両をその垂直軸の周りの回転運動状態に移行させるヨーイングモーメントを発生させることとなる。この場合に車両の横滑りを防止するためには、運転者は、好適な操舵動作によって、この対称的でないブレーキ力によって引き起こされるモーメントに対抗して作用する補正用ヨーイングモーメントを生成しなければならない。この場合、車輪のロックは、このロックと同時に生じる、車輪の伝達される横抗力の大きな低下が、必要な補正モーメントの生成を妨げる可能性が有るので、摩擦値が低い車両側においても回避されるべきである。そのため、この考察した状況は、特に、未熟な運転者にとって、一般的に過大となる高い要求を設定することとなる。

アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）を備えた車両では、車輪のロックは、コントローラによって防止される。この場合、前述した種類の状況では、通常使用される制御方針は、一方において、摩擦値が大きい車両側の車輪ブレーキの出来る限り大きなブレーキ圧によって、車両を効果的に減速させることを目指す。他方において、運転者は、摩擦値が大きい側と小さい側での異なるブレーキ力により生じるヨーイングモーメントによって、過大な要求を強いられるべきではない。従って、考察している状況での制御は、運転者に、安定化させる操舵動作を実行するのに十分な時間を与えるために、車両の前車軸において、摩擦値が大きい側と小さい側のブレーキ圧間の差分を、ただゆっくりと上昇させる形で行われる。更に、後車軸の両方の車輪ブレーキのブレーキ圧は、操舵介入により車両を安定化させるのに十分な横抗力を後車軸に生成させるために、摩擦値が低い方の側に対して許容される値に制限される（「セレクトロウ」）。

ここで述べた措置は、運転者が簡単に車両を支配することを可能とするが、摩擦値が大きい側の摩擦値ポテンシャルが、車両を減速するために最適に活用されていない。従って、車両の操舵可能な車輪の操舵角を走行安定性制御内で考慮して、コントローラとそれによって駆動される好適なアクチュエーターによって、必要な補正モーメントを生み出す操舵角に調節することを提案している。それにより、より速くかつより信頼性の有る形で車両を安定化させることができ、その結果効果的なブレーキ介入とそのため車両のより迅速な減速を可能とする「より積極的な」ＡＢＳ制御方針を選択することがきる。更に、車両が、運転者の不十分な又は誤った方向の操舵介入によって、横滑り状態になることが防止される。

特許文献１により、運転者が設定した操舵角と操舵角要求の間の偏差から算出され、電子式パワーステアリング機器によって調節される追加操舵トルクを車両の操舵系統に加えることが知られている。この場合、操舵角要求は、車両に作用する見積もったヨーイングモーメント、車両のヨーレイト及び車両の横加速度から計算される。

こうすることによって、制御ユニットが求めた操舵角に直接調節するのではなく、操舵角を調節する際に、追加操舵角によって、運転者を支援するものである。

しかし、このような制御では、制御が、大きい摩擦値に対応して調整されている場合、摩擦値が小さい走路でのブレーキ操作における追加操舵角は、運転者を効果的に支援するためには、大きすぎる値を採り、或いは制御が、小さい摩擦値に対応して調整されている場合、摩擦値が大きい走路でのブレーキ操作における追加操舵角は、小さすぎるという問題が生じる。このことは、運転者の誤った又は不十分な操舵介入に繋がるとともに、しばしば、運転者には不快なものと感じ取られる。
国際特許公開明細書第０２／０７４６３８−Ａ１号

この発明の課題は、同種の方法を改善して、多くの可能性の有る走行状況に対して、信頼できる快適な形で車両を安定化させることができるようにすることである。

更に、この発明は、この発明による方法を実施するための有利な装置を提供する。

この課題は、この発明にもとづき、請求項１による方法及び請求項９による装置によって解決される。

この発明の方法及び装置の目的に適った改善構成は、従属請求項の対象である。

この発明は、目標操舵角と瞬間的な操舵角の間の偏差に応じて生成される追加操舵トルクを車両の操舵系統に加える形で、車両の操舵可能な車輪の目標操舵角を調節して、車両を安定化させる際に車両操作者を支援する方法において、操舵系統に作用する負荷モーメントの値を見積もることと、この負荷モーメントに関する見積値に応じて、追加操舵トルクを算出することとを特徴とする方法を提供するものである。

この場合、負荷モーメントとは、特に、車両の操舵系統に作用するとともに、車両の操舵可能な車輪での横抗力又は横方向力によって生じるタイヤ復元モーメントである。

この場合、負荷モーメントを考慮することによって、制御介入に際して、瞬間的な走路状態を考慮することが可能となる。その場合、特に、異なる摩擦値に対して、異なった負荷モーメントが生じ、その結果追加操舵トルクの値を摩擦値に適合させることができる。更に、走路が不均一である場合、この発明による方法により、有利には、異なる摩擦値上に有るタイヤによって総合的に生成されるように、負荷モーメントを考慮することが可能となる。

この場合、この発明の有利な実施形態では、少なくとも二つの加算する成分から追加操舵トルクを生成し、その場合に、目標操舵角と瞬間的な操舵角の間の偏差に応じて、第一の成分を求めるとともに、負荷モーメントの見積値に応じて、第二の成分を算出するものと規定する。

このことにより、この操舵角偏差によって導き出される追加操舵トルクの制御成分と、外力成分と看做すことができる、負荷モーメントから算出される成分を互いに独立して決定することが可能となり、その結果使用する操舵角コントローラを非常に簡単かつ信頼できる形で実現することができる。

この場合、この発明の特に目的に適った実施構成では、外力監視部によって、負荷モーメントを見積もる。

この発明の別の有利な実施構成では、反転式車両モデルにおいて、外力によるヨーイングモーメントに応じて、目標操舵角の成分を求めるものと規定する。

それにより、目標操舵角は、その操舵角が、不均一な走路上でのブレーキプロセスの際に異なるブレーキ力によって引き起こされる外力によるヨーイングモーメントを補正する形で生成されるように決定することができる。

しかし、この場合、この目標操舵角の成分を調節することによって、必ずしも信頼できる形で車両を安定化させることができないことが分かっている。このことは、例えば、外力によるヨーイングモーメントを求める際の誤差に起因するものとすることができる。

従って、この発明の有利な実施形態では、車両のヨー角とヨー角の所定の値の間の偏差に応じて、目標操舵角の別の成分を求める。

この目標操舵角の成分によって、操舵角の変化に対する車両の反応を考慮に入れて、特に効果的に車両を安定化させることができる。この場合、ヨー角にもとづき、車両の反応を特徴付けることは、特に有利であることが分かっている。

特に、カーブ走行中の不均一な走路上でのブレーキプロセスの場合、有利には、目標操舵角の成分が、見積もったコースに沿った操舵角であるものと規定する。

この発明の別の有利な実施形態では、追加操舵トルクの成分が、所定の大きさを持つものと規定する。この成分は、目標操舵角の大きさと独立して決定される。

有利には、追加操舵トルクの成分は、不均一な走路上でのブレーキプロセスの開始後の所定の継続時間の間、所定の大きさに調節され、その後撤回される。

この追加操舵トルクの成分によって、不均一な走路上でのブレーキ状況が存在することに関する触覚による信号を車両の運転者に与えることができる。この信号は、運転者が、追加操舵トルクの制御成分による目標操舵角を簡単に調節することができるようにするために、撤回される。

制御ユニットにより、目標操舵角と車両の瞬間的な操舵角の間の偏差に応じて決定される追加操舵トルクを調節するための手段を備えた、車両の少なくとも一つの操舵可能な車輪の目標操舵角を調節して、車両を安定化させる際に車両操作者を支援するための装置は、操舵系統に組み込まれたセンサーの信号から、車両の操舵系統に作用する負荷モーメントを見積もるための見積手段が配備されており、その場合に、この見積手段が、別の手段と接続されており、この別の手段が、この見積手段で算出された負荷モーメントに関する見積結果から、追加操舵トルクの成分を算出し、この成分が、加算器によって、制御ユニットで算出された操舵トルクに加算されるとともに、この追加操舵トルクを調節するための手段が、この加算器の出力信号によって駆動されることを特徴とする。

この発明の目的に適った実施構成では、これらのセンサーは、少なくとも、操舵角センサー、運転者の要求を示す手による操舵トルクを測定するためのセンサー、及び追加操舵トルクを測定するためのセンサーである。

この発明の特に有利な実施構成では、負荷モーメントを見積もるための見積り手段は、外力監視部として構成される。

この発明の別の有利な実施形態では、追加操舵トルクを調節するための手段は、電気式パワーステアリング機器のサーボモーターである。

このモーターは、多くの車両において、既に配備されており、その結果この装置を、そのような車両に特に簡単な手法で提供することができる。

この発明の同じく有利な実施形態では、追加操舵トルクを調節するための手段は、油圧式パワーステアリング機器である。

この発明の更に別の有利な実施形態では、追加操舵トルクを調節するための手段は、ステアバイワイヤ式ステアリング機器である。

更に別の有利な実施構成の装置は、不均一な走路上でのブレーキ状況の存在に関する触覚による信号を導入するために、パイロット制御手段を有し、この制御手段は、加算器と接続されており、所定の継続時間の間、この加算器に所定の値の追加操舵トルクを伝えるものである。

同じく有利な実施形態の装置は、不均一な走路上でのブレーキプロセスを検知して、運転者支援を作動するために、走行状態を検知するための検知手段を有し、この検知手段は、検知した走行状態に応じて、作動信号を乗算器に伝え、この乗算器は、この作動信号に、算出した追加操舵トルクを乗算するものである。

目的に適ったことには、この検知手段が、不均一な走路上でのブレーキプロセスを検出した場合、この作動信号は、値１を採る。

この発明の目的に適った有利な実施構成が、不均一な走路上でのブレーキプロセスの間における運転者の支援を規定しているにも関わらず、この発明は、決して、これらの用途に限定されるものではない。この発明は、有利には、別の不安定な走行状況の間、例えば、オーバーステア又はアンダーステア状況の間に、追加操舵トルクを加える形の用途の範囲においても、同様に用いることができる。

この発明の更なる利点及び目的に適った改善構成は、以下における図面による有利な実施例の記述から明らかとなる。

前車軸に操舵可能な車輪を備えた、二つの車軸の四輪自動車を出発点とする。この車両のステアリング機器は、有利には、電気式パワーステアリング機器を備えたラックピニオン式ステアリング機器として実現される。パワーステアリング機器の従来の動作では、運転者が設定する操舵トルクを増幅するＥＰＳサーボモーター（ＥＰＳ＝電気式パワーステアリング）によって、追加的な操舵トルクを操舵系統に加えている。この場合、ステアリング機器の操舵系統に組み込まれたトーションバーを用いて測定した、手による操舵トルクＭ_H にもとづき、運転者の操舵要求を検出している。

運転者支援用の追加操舵トルク要求Ｍ_DSR （ＤＳＲ＝運転者操舵勧告）を調節するために、この場合、例えば、車両のＣＡＮバスとのインタフェースを介して、コントローラが駆動する電気式パワーステアリング機器を使用する。この場合、ＥＰＳサーボモーターは、操舵トルクＭ_DSR を操舵系統に設定するアクチュエーターとして機能する。

しかし、この発明では、車両において、例えば、油圧式パワーステアリング機器又はステアバイワイヤ式ステアリング機器を備えた操舵システムなどの別の操舵システムを同様に用いることもできる。

図１には、操舵トルク要求Ｍ_DSR を算出するための操舵系統制御システム１２０の基本的な構造を全体図で図示している。これらの機能には、ブロック１３０と１４０での走行状況の検知、ブロック１５０と１６０での走行状況に適合した制御、追加操舵トルクΔＭを求めるためのブロック１７０での操舵角制御、及びブロック１８０での追加操舵角ΔＭの状況に応じた制限が含まれる。制御システム１２０の操舵トルク要求Ｍ_DSR は、制限を加えた追加操舵トルクΔＭから得られる。操舵トルク要求Ｍ_DSR に応じて、ＥＰＳサーボモーターにより操舵系統に加えられる操舵トルクは、運転者を支援するものであり、この場合、車両の操舵可能な車輪の目標操舵角δ_Sollを設定して、不安定な走行状態の車両を安定化させることができる。

この場合、走行状況を検知するために、車両のセンサーによって測定される走行動特性変量及びブレーキ変量と、走行動特性制御部１１０から提供される見積もった走行動特性変量及びブレーキ変量にアクセスし、この走行動特性制御部は、ヨーレイト制御部ＥＳＰ（電子安定化プログラム）か、アンチロックシステム（ＡＢＳ）か、或いはその両方とすることができる。

μスプリットブレーキ操作とも称される、不均一な走路上でのブレーキプロセスを検知するために、ブロック１３０を配備しており、ブロック１５０は、ここではブレーキ介入により生じる外力によるヨーイングモーメントＭ_Z に応じて算出される追加操舵トルクΔＭを計算するための制御システムの制御要素に対応する。そのための可能な拡張は、ブロック１４０と１６０に図示されており、車両がアンダーステア又はオーバーステアする状況に関連するものである。これらの状況の検知は、ブロック１４０で行うことができ、制御システムの制御要素１６０は、ここでは、適合した介入制御を実行することができる。ここで、この追加操舵トルクは、例えば、車両のヨーレイト

と車両モデルにもとづき計算した基準ヨーレイトの間の差分に応じて、計算することができる。

図２のブロック接続図は、μスプリットブレーキ操作の際の操舵角制御用制御・調節システムの有利な実施構成を図示している。このブロック接続図には、特に、μスプリットブレーキ操作を検知するためのブロック２１０、制御システムを作動するためのロジック回路を含むブロック２２０、目標操舵角δ_Sollを求めるためのブロック２３０、操舵系統に作用する負荷モーメントＭ_L を見積もるためのブロック２４０、モーメントをパイロット制御するためのブロック２５０、操舵角コントローラ２６０、及び外力をフィードフォワードするためのブロック２７０が含まれる。

μスプリットブレーキ操作を検知するためのブロック２１０では、μスプリットブレーキ操作を検知した場合、値１を採るμスプリットフラグが、出力信号として生成される。その他の場合、μスプリットフラグは、値０を持つ。

特に、例えば、ヨーレイトセンサーにより測定することができる車両のヨーレイト

、例えば、横加速度センサーにより測定することができる車両の横加速度ａ_y 、及び車両の操舵可能な車輪に存在する操舵角δ_R が、ブロック２１０の入力信号としての役割を果たす。この操舵角は、周知の伝達比にもとづき、ステアリングコラムで測定した操舵角δ_L 又はＥＰＳサーボモーターの測定した制御角δ_M から求めることができる。

この場合、これらの入力信号から、車両が、直線走行中又はカーブ走行中に有るか否かが検出される。この場合、カーブ走行は、例えば、これらの入力信号の値が、それぞれ所定の閾値を上回り、その際これらの信号の正負の符号にもとづき、右カーブ又は左カーブであるか否かを検出することができる場合に検知される。それに対応して、直線走行の検知は、前述した入力信号の値が、所定の閾値より小さい場合に行われる。

不均一な走路上でのブレーキプロセスは、ブロック２１０において、車両の基準速度ｖ_ref と、右前輪（ｉ＝ｖｒ）、左前輪（ｉ＝ｖｌ）、右後輪（ｉ＝ｈｒ）及び左後輪（ｉ＝ｈｌ）での車輪速度ｖ_Rad,i 及び車輪ブレーキのブレーキ圧ｐ_Rad,i にもとづき検知される。

この場合、特に、車輪ｉの縦方向のスリップは、車輪が、どの程度ロックする傾向に有るのかを示す車輪速度ｖ_Rad,i と車両基準速度ｖ_ref を比較することによって算出することができる。走行状況及び特に縦方向スリップの同様の検知は、ブレーキ圧ｐ_Rad,i の保持又は低下によって、車両のロックを防止するＡＢＳ制御を作動するために行われる。そのため、μスプリット状況を検知するため、並びに、特にμスプリットフラグを求めるために、以下に記載する制御を使用することができる。この場合、これらの制御は、既に最初に示した前車軸でのヨーイングトルク制限及び後車軸での「セレクトロウ」のＡＢＳ制御方針にも準拠する。

μスプリットフラグは、直線走行中に、以下の条件の中の一つが満たされた場合、値０から値１にセットされる。
ａ）一方の前輪が、所定の継続時間の間、ＡＢＳ制御状態に有る一方、他方の前輪が、Ａ ＢＳ制御状態に無い、
ｂ）両方の前輪が、ＡＢＳ制御状態に有り、前輪でのブレーキ圧ｐ_Rad,i の差分が、所定 の閾値を上回る、
ｃ）両方の前輪が、所定の継続時間の間、ＡＢＳ制御状態に有り、少なくとも一つの前輪 でのＡＢＳロック圧が、所定の閾値を上回り、一方の前輪でのＡＢＳロック圧が、他方 の前輪のロック圧の所定の倍数である。

μスプリットフラグは、直線走行中に、以下の条件の中の一つが満たされた場合、値１から値０にセットされる。
ａ）どの前輪もＡＢＳ制御状態に無い、
ｂ）両方の前輪におけるＡＢＳロック圧が、所定の継続時間の間、所定の閾値よりも小さ い、
ｃ）一方の前輪のＡＢＳロック圧が、他方の前輪のＡＢＳロック圧の所定の倍数より小さ い、
μスプリットフラグは、カーブ走行中に、以下の条件の中の一つが満たされた場合、値０から値１にセットされる。
ａ）カーブ外側の車輪が、カーブ内側の車輪より時間的に前にＡＢＳ制御状態となった、
ｂ）両方の前輪が、所定の継続時間の間、ＡＢＳ制御状態に有り、少なくとも一つの前輪 が、所定の閾値を上回るＡＢＳロック圧を持ち、カーブ内側の前輪のＡＢＳロック圧が 、少なくともカーブ外側の前輪のＡＢＳロック圧の所定の倍数である。

μスプリットフラグは、カーブ走行中に、以下の条件の中の一つが満たされた場合、値１から値０にセットされる。
ａ）どの前輪もＡＢＳ制御状態に無い、
ｂ）両方の前輪のＡＢＳロック圧が、所定の継続時間の間、所定の閾値よりも小さい、
ｃ）カーブ内側の前輪のＡＢＳロック圧が、カーブ外側の前輪のＡＢＳロック圧の所定の 倍数よりも小さい。

μスプリットフラグは、制御システムの作動ロジックを含むブロック２２０に対する入力信号として機能する。

エンジンを起動した場合、ブロック２２０の出力信号であるμスプリットアクティブフラグが、値０にセットされる。特に、μスプリットフラグが、値１を採る場合、値１への変更が行われる。

しかし、有利には、μスプリットアクティブフラグが値１を採るためには、同じく一つ以上の更なる条件を満たさなければならない。このような条件は、同じく、例えば、μスプリット状況において、ＡＢＳ制御又はＥＳＰシステムによるヨーイングモーメント補正を作動するために調べられる。

例えば、更に、ＡＢＳコントローラで見積もられた右側と左側の車輪に関する摩擦値の差分が、所定の閾値を上回るか、操舵角δ_R と算出した目標操舵角δ_Sollの間の偏差が、所定の閾値を上回るか、或いはその両方である場合に、μスプリットフラグは、値１にセットされる。更に、ＡＢＳシステムとＥＳＰシステムの両方又は一方で実行される走行状況検知の結果は、作動ロジックで考慮することができる。

μスプリットアクティブフラグは、μスプリットフラグが、値０を採るか、或いは残る考慮条件の中の一つ以上が最早満たされなくなった場合に、値１から値０にリセットされる。ここで、それらの条件において、変量と閾値の比較にもとづく場合、有利には、その前の作動時とは異なる閾値を使用し、その結果制御が、ヒステリシスによって安定化される。

目標操舵角δ_Sollの算出をブロック２３０で行い、その入力信号は、車両の操舵可能な車輪の操舵角δ_R 、車輪ブレーキのブレーキ圧ｐ_Rad,i 、ヨーレイト

、及び車両の横加速度ａ_y である。このブロックの有利な実施構成は、ブロック接続図として図３に図示されている。

ブロック３１０において、μスプリット状況での車両の車輪における異なるブレーキ圧Ｆ_x,i （ｉ＝ｖｒ，ｖｌ，ｈｒ，ｈｌ）によって生じる、外力によるヨーイングモーメントＭ_z を見積る。

この場合、車両の垂直軸の周りの回転モーメントに関するバランス条件から、以下の式となる。

Ｍ_z ＝ｃｏｓ（δ_R ）・｛ｓ₁ ・Ｆ_x,vl−ｓ_r ・Ｆ_x,vr｝
−ｓｉｎ（δ_R ）・ｌ_v ・｛Ｆ_x,hl−Ｆ_x,hr｝＋ｓ_l ・Ｆ_x,hl−ｓ_r ・Ｆ_x,hr （１）
ここで、ｓ_l は、車両の横方向に関する車両の重心と左車輪の接続点の間の間隔を、ｓ_r は、車両の横方向に関する車両の重心と右車輪の接続点の間の間隔を、ｌ_v は、車両の縦方向に関する車両の重心と前車軸の間の間隔を表す。

この発明の有利な実施構成では、車両の車輪のロックが、ＡＢＳ制御によって防止される。そのため、車輪のブレーキ圧Ｆ_x,i と車輪ブレーキのブレーキ圧ｐ_Rad,i の間の線形的な関係を出発点とすることができ、その結果ブレーキ圧Ｆ_x,i は、以下の関係により求められる。

Ｆ_x,i ＝Ｋ_pi・ｐ_Rad,i （ｉ＝ｖｒ，ｖｌ，ｈｒ，ｈｌ） （２）

ここで、比例定数Ｋ_piは、例えば、走行試験で決定され、ブロック３１０内に保存される。

ブロック３１０からブロック３２０に伝えられる外力によるヨーイングモーメントＭ_z にもとづき、目標操舵角δ_Sollの第一の成分δ_Soll,1を反転式車両モデルで求め、その場合有利には、線形的な単一トラックモデルをベースとする。この場合、外力によるヨーイングモーメントＭ_z と操舵角は、定常的な走行状態に関して線形的である。

従って、第一の目標操舵角成分δ_Soll,1は、外力によるヨーイングモーメントＭ_z に好適な増幅係数Ｋ_M を掛け算することによって算出される。

δ_Soll,1＝Ｋ_M ・Ｍ_z （３）

この場合、式（３）における関係は、車両速度ｖ_ref とブレーキ圧ｐ_Rad,i に対して依存性を持つことが分かっている。そのため、増幅係数Ｋ_M は、それらの変量に依存し、例えば、走行試験で計算した特性線にもとづき求められる。

更に、後車軸の車輪ブレーキのブレーキ圧ｐ_Rad,hrとｐ_Rad,hlは、僅かな影響しか持たないことが分かっている。更に、前車軸の車輪ブレーキのブレーキ圧ｐ_Rad,vrとｐ_Rad,vlを纏めることができる。従って、ブロック３２０の有利な実施構成では、目標操舵角成分δ_Soll,1は、以下の形の関係にもとづき求められる。

δ_Soll,1＝Ｋ_M （ｖ_ref ，｛ｐ_rad,vl＋ｐ_Rad,vr｝／２）・Ｍ_z （４）

特に、動作温度の変化やブレーキライニングの磨耗の進行など、車両ブレーキの動作条件の変化のために、或いは車輪ブレーキのブレーキ圧ｐ_Rad,i を求める際の不正確さのために、式（４）により算出した目標操舵角成分δ_Soll,1だけを考慮した場合、目標操舵角δ_Sollが誤って算出される可能性が有る。

従って、運転者の操舵動作に対する車両の実際の反応を考慮した第二の目標操舵角成分δ_Soll,2を求めるものと規定する。この場合、車両のヨー角Ψの所定の閾値Ψ_thに対する偏差から、第二の目標操舵角成分δ_Soll,2を算出すれば、車両を特に効果的に安定化可能であることが分かっている。

この発明の目的に適った実施構成では、ヨー角Ψの計算は、車両が直線的に走行しているとの条件下で行われる、測定したヨーレイト

の積分によって実行される。そのため、この積分は、ヨー角Ψに関して、初期値Ψ₀ ＝０をベースとすることができる。

この場合、ブロック３２０において、ｔ₀ 時点でブレーキプロセスが開始する前の継続時間Δｔ_{Vorgeschichte} の間、入力信号δ_R ，ａ_y 及び

を対応する閾値と持続的に比較することによって、車両が直線的に走行しているか否かを調べる。

この場合、長さΔｔ_Loopの計算サイクルを出発点とする有利な実現形態では、ｔ₀ 時点でブレーキプロセスが開始する前の所定の数ｎ＝Δｔ_{Vorgeschichte} ／Δｔ_Loopの計算サイクルに関して、以下の条件

ここで、δ₀ ，ａ₀ 及び

は、所定の閾値である
が満たされる場合に、初期値Ψ₀ ＝０でのヨーレイト

の積分を実行するものと規定する。

ブレーキプロセスの開始からｋ番目の計算サイクルにおけるヨー角Ψは、ブロック３２０で、以下の関係を用いて算出される。

しかし、同様に、当業者に周知の別の積分方法を使用することができる。

第二の目標操舵角成分δ_Soll,2は、有利には、式（５）により算出されたヨー角Ψの大きさが、所定の閾値Ψ_thを上回った場合に考慮される。この成分は、この発明の有利な実施構成では、ヨー角Ψと閾値Ψ_thの間の偏差、及び例えば、走行試験で算出された、好適に選定された増幅係数

から得られる。

直線走行中のμスプリットブレーキ操作の際の目標操舵角δ_Sollは、有利には、両方の目標操舵角成分δ_Soll,1とδ_Soll,2の合計として得られる。

δ_Soll＝δ_Soll,1＋δ_Soll,2 （７）

カーブ走行中のμスプリットブレーキ操作の場合、有利には、直線走行中のブレーキ操作の条件下で求めた第二の目標操舵角成分δ_Soll,2を考慮しないものと規定する。

更に、この操舵角、即ち、カーブ走行中のμスプリットブレーキ操作の際に運転者によって調節される目標操舵角δ_Soll,Kurveを、外力によるヨーイングモーメントＭ_z を補正するための第一の成分と、本来のコースに沿った操舵角に対応する第二の成分δ_Kursに分割することができる。

しかし、考察している状況では、コースに沿った操舵角は、測定することができず、車両モデルで計算される。ここで、有利には、又もや、定常的なカーブ走行において、以下の関係式が成り立つ線形的な単一トラックモデルをベースとする。

ここで、ＥＧは、本来の操舵勾配を表す。

この式に対応して、ブロック３２０において、入力信号ｖ_ref とａ_y から、コースに沿った操舵角δ_Kursを求める。

この場合、ブレーキプロセス中のコースに沿った操舵角δ_Kursの持続的な計算において、特に、ブレーキ介入による横加速度ａ_y の影響に起因するとされる不正確が生じる可能性が有ることが分かっている。

従って、目標操舵角δ_Soll,Kurveを求める場合、ｔ₀ 時点でのブレーキプロセスの開始時に存在する、コースに沿った操舵角δ_Kurs（ｔ₀ ）をベースとするのが有利であることが実証されている。

しかし、そのために、操舵角制御は、運転者が希望するコースに沿った操舵角の著しい変化が見込まれない限定された継続時間の間にのみ実行することができる。

ブレーキプロセス中の異なるブレーキ圧により生じる外力によるヨーイングモーメントＭ_z を補正するための目標操舵角成分として、ブロック３２０で前述した手法により算出される、カーブ走行中のμスプリットブレーキ操作に対する目標操舵角成分δ_Soll,1を使用することもできる。

カーブ走行中のブレーキプロセスの際に算出される目標操舵角δ_Soll,Kurveは、目標操舵角成分δ_Soll,1とｔ₀ 時点でのコースに沿った操舵角δ_Kursの加算により得られる。

δ_Soll,Kurve＝δ_Kurs（ｔ₀ ）＋δ_Soll,1 （９）

ブロック２３０で前述した手法により算出される、状況に応じた目標操舵角δ_Sollまたはδ_Soll,Kurveは、ブロック２２０の作動ロジック、モーメントをパイロット制御するためのブロック２５０及び操舵角コントローラ２６０に伝えられる。

図２のブロック２４０は、車両操作者の操舵動作に対抗して作用するとともに、タイヤの横抗力と横方向力により生じるタイヤ復元モーメントを考慮した負荷モーメントＭ_L を見積もる役割を果たす。そのため、負荷モーメントＭ_L により、存在する走路状態及び特に瞬間的な走路表面部を、制御システムに考慮することができる。即ち、例えば、氷上でのブレーキ操作の際に、アスファルト上でのブレーキ操作の場合よりも小さい操舵トルクＭ_DSR に調節することができる。

ブロック２４０の有利な実施形態が、ブロック接続図として図面に図示されている。

この場合、負荷モーメントＭ_L は、手による操舵トルクＭ_H 、ＥＰＳサーボモーターのモータートルクＭ_M 、運転者により設定されるステアリングコラムに関する操舵角δ_L 及びその変化率

から求められる。この場合、手による操舵トルクＭ_H は、前に既に説明した通り、操舵系統上で測定される。ＥＰＳサーボモーターのモータートルクＭ_M は、測定するか、或いは例えば、モーター電流などのモーターの動作変量から求める。同様に、ＥＳＰ制御ユニットによって生成される目標モータートルクを、これらの変量が、ＥＳＰ設備によって、十分精確にかつ動的に調節されることが保証される場合に使用することもできる。

操舵系統内の共通の基準点における変量に換算するために、ステアリングコラムに関する操舵角δ_L と操舵可能な車輪に関する操舵角δ_R の間の伝達率ｉ_L ＝δ_L ／δ_R 及びＥＰＳサーボモーターの軸の制御角δ_M と操舵可能な車輪の操舵角δ_R の間の伝達率ｉ_M ＝δ_M ／δ_R を使用し、その場合以下の通り、ステアリングコラムに関する評価を出発点とする。

負荷モーメントＭ_L の決定は、所謂外力監視部による計算に対応する。この場合、操舵系統のモデルは、以下の式で記述される。

ここで、

は、見積もった操舵角加速度を、Ｊは、操舵系統の慣性モーメントを表す。

手による操舵トルクＭ_H とＥＰＳサーボモーターのモータートルクＭ_M は、モデル方程式（１０）に対応して、同じ方向に作用し、それに対して、内部操舵トルクＭ_I と負荷モーメントＭ_L は、対抗する形で作用する。

内部操舵トルクＭ_I によって、潤滑された、或いは乾いた接触面上での滑りによって起こる、粘性（ストークス）及びクーロン摩擦により操舵系統内に生じるモーメントと、往復運動に伴って生じる復元モーメント（ばね効果）を考慮しており、その結果以下の形の式をベースとする。

ここで、定数Ｋ_S ，Ｋ_C 及びＫ_F は、走行試験で算出される。

見積もった操舵角速度

及び見積もった操舵角

は、見積もった操舵角加速度

の積分によって求められる。

外力監視部の入力にフィードバックされる、負荷モーメントＭ_L に関する見積値は、見積もった操舵角速度

と測定した操舵角速度

の間の差分及び見積もった操舵角

と測定した操舵角δ_L の間の差分から得られる。

ここで、増幅係数ｈ₁ とｈ₂ は、走行試験により決定され、その結果このシステムは、特に安定しており、負荷モーメントＭ_L に関する十分に精確な値を求めることができる。

負荷モーメントを見積もるためのブロック２４０の別の有利な実施形態は、図５に図示されている。ここで、操舵系統内のクーロン摩擦に関係する前述したモデルの線形的でない項を考慮しない操舵系統の線形的なモデルを使用する。

そのため、このモデルでは、内部操舵トルクＭ_I は、次の形式である。

ここで、比例定数ｃ₁ とｄ₁ は、又もや走行試験で算出することができる。

このブロック２４０の実施構成では、見積もった操舵角加速度

は、モデル方程式（１０）にもとづき計算され、その場合ここでは、方程式（１４）に提示された内部操舵トルクＭ_I をベースとする。

それから、第一の積分によって、操舵角速度

に関する見積値

が得られるとともに、見積もった操舵角速度

の更なる積分により、見積もった操舵角

が得られる。

図５に図示した実施構成の外力監視部では、見積もった操舵角

と測定した操舵角δ_L の間の偏差及び見積もった操舵角速度

と操舵角センサーの測定値から導き出した操舵角速度

の間の偏差から、見積もった負荷モーメントＭ_L の時間的な微分

を算出して、ここで、増幅行列Ｌを介して、外力監視部の入力にフィードバックする。そのため、以下の通りとなる。

見積もった負荷モーメントＭ_L は、これらの時間的な微分値

の積分によって得られる。

更に、この増幅行列Ｌを介して、見積もった操舵角加速度

と見積もった操舵角速度

は、見積もった変量

及び

とそれらに対応する測定信号から算出した変量δ_L 及び

の間の偏差にもとづき、直接適合させることができる。

増幅行列Ｌの増幅要素Ｌ_ijを規定するためには、制御理論の標準的な手法を用いることができる。それらは、例えば、極配置法によって算出することができる。

係数ｉ_L を掛け算することによって、最初にブロック２４０で操舵系統に関連して求めた負荷モーメントＭ_L を、車両の操舵可能な車輪と関連付けることができる。

見積もった負荷モーメントＭ_L は、モーメントをパイロット制御するためのブロック２５０と外力をフィードフォワードするためのブロック２７０に伝えられる。

この場合、ブロック２５０において、負荷モーメントＭ_L に応じて、追加操舵トルクの制御成分Ｍ_Steuerを求める。この成分は、有利には、「直接的な」成分Ｍ_Steuer,0と、運転者が車両の操舵可能な車輪に設定する操舵角δ_R と目標操舵角δ_Sollの間の偏差に比例する別の成分から構成され、その場合カーブ走行中のμスプリットブレーキ操作の際の目標操舵角δ_Soll,Kurveをベースとする。

Ｍ_Steuer＝Ｍ_Steuer,0・ｓｇｎ（δ_Soll−δ_R ）＋ｍ_Steuer・（δ_Soll−δ_R ）（１６）
この場合、不均一な走路上でのブレーキプロセスの開始時のパイロット制御モーメントＭ_Steuerを設定し、感知できるパルスによって、発生している危険な状況を運転者に気付かせると同時に、車両を安定化させるために、どの方向に操舵しなければならないかの指示を早くも与えるものと規定する。この場合、式（１６）の係数ｓｇｎ（δ_Soll−δ_R ）によって、パイロット制御モーメントＭ_Steuerの直接的な成分が、正しい正負の符号を持つことが保証される。

ｔ₀ 時点でのブレーキプロセスの開始から始まる所定の継続時間Δｔ_Steuer後に、追加操舵トルクの制御成分Ｍ_Steuerを撤回し、その結果制御成分Ｍ_Steuerに関して、以下の時間的な挙動が得られる。

更に、係数Ｍ_Steuer,0とｍ_Steuerの値が、車両速度ｖ_ref の低下と共に低下し、負荷モーメントＭ_L の上昇と共に上昇する場合、パイロット制御モーメントＭ_Steuerによる介入が、運転者にとって特に快適な形で実行可能であることが分かっている。このことは、パイロット制御モーメントＭ_Steuerの走行状況及び存在する走路の摩擦値への適合に対応するものである。

従って、この発明の有利な実施形態では、係数Ｍ_Steuer,0とｍ_Steuerは、以下の形により選定される。

この場合、定数Ｋ_i,j （ｉ＝Ｍ，ｍ；ｊ＝１，２，３）及び速度値ｖ_M,0 及びｖ_m,0 は、走行試験で求める。

追加操舵トルクΔＭの制御成分Ｍ_reg は、コントローラ２６０によって決定される。有利なコントローラ２６０のブロック接続図は、図６に図示されている。このコントローラ２６０の実施構成では、制御成分Ｍ_reg は、第一の成分と第二の成分を合算して構成される。

第一の成分は、比例コントローラにより、目標操舵角δ_Sollと車両の操舵可能な車輪の瞬間的に存在する操舵角δ_R の間の制御偏差を所定の係数Ｋ₂ で増幅することによって求められる。

第二の成分は、操舵角速度

の制御偏差から得られ、カスケード式コントローラとして実現されたコントローラ２６０の分岐内で求められる。この場合、内部コントローラに関する設定変量は、操舵角の制御偏差δ_Soll−δ_R に所定の係数Ｋ₁ を掛け算することによって算出され、目標操舵角変化に相当する。この制御偏差は、目標操舵角変化と測定した操舵角速度

の間の差分

から得られる。

カスケード式コントローラの内部コントローラは、有利には、ＰＤコントローラとして実現され、その結果追加操舵トルクの制御成分Ｍ_reg の第二の成分は、以下の通り得られる。

目標操舵角δ_Sollと瞬間的な操舵角δ_R の間の差分が、運転者の操舵動作によって増幅される場合、この制御システムは、この追加操舵トルクの制御成分Ｍ_reg の第二の成分により、非常に速くかつ効果的に介入することができる。この場合、増幅係数Ｋ_2,F とＫ_2,D は、走行試験により算出される。

追加操舵トルクΔＭの別の成分

は、係数Ｋ_S により増幅した見積った負荷モーメントＭ_L から得られ、有利な実施構成により、ブロック接続図で図７に図示されたブロック２７０内で決定される。

この場合、成分

の考慮は、外力のフィードフォワードに対応し、このフィードフォワードは、ここでは、走路の状態を考慮することを可能とするが、簡単な手法で、この影響と関係無く、操舵角制御を実行することを可能としている。

追加操舵トルクΔＭを求めるために、成分Ｍ_Steuer，Ｍ_reg 及び

を加算する。更に、この合計に、ブロック２４０の作動ロジックによって決定したμスプリットアクティブフラグを掛け算し、その結果操舵トルク要求Ｍ_DSR は、μスプリットアクティブフラグが値１を有する場合にだけ、生成される。

操舵トルク要求Ｍ_DSR を求めるために、瞬間的な走行状態と瞬間的な走行挙動に応じて実行する形で追加操舵トルクΔＭを制限するものと規定する。有利な制限部品のブロック接続図は、図８に図示されている。

ブロック８１０では、速度に応じた制限を行い、その場合に、下方の速度範囲では、中間の速度範囲におけるよりも大きな追加操舵トルクの制限を行う。運転者は、このような速度に応じた制限を特に快適であると看做していることが分かっている。より高い速度範囲において、そこでは、車両操作者の誤った挙動による介入が、重大な損傷に繋がる可能性が有るので、追加操舵トルクΔＭの大きな制限を行う。

ブロック８１０内での制限は、有利には、例えば、走行試験で求めた特性曲線にもとづき行われる。

ブロック８２０は、制御介入の継続時間をより長くする形で、追加操舵トルクΔＭを低減している。こうすることによって、例えば、ブレーキ圧ｐ_Rad,i などの入力変量を求める際の誤差が増大する、或いは、例えば、カーブを走行している間の制動プロセス時のコースに沿った操舵角δ_Kursを見積る際の見積り誤差が増大することによって、誤った制御介入が実行されることが防止される。この場合、一般的に、車両操作者は、危険な状況に気付いて、車両を安定化するように誘導されることとなる、介入の或る程度の継続時間後には、自分自身で操舵制御任務を完全に引き受けることができるようになる。

更に、車両操作者の挙動を考慮した制限を規定する。この場合、ブロック８３０では、手による操舵トルクＭ_H と操舵角の瞬間的な制御偏差δ_Soll−δ_R から、車両操作者が、制御システムの指示に従っているか、或いは逆らっているかを検出する。この場合、これらの変量の時間的に継続した考察と評価によって、運転者の逆行に関する尺度である変量を生成することができる。これらの変量が、所定の閾値を上回る場合、追加操舵トルクΔＭは、ブロック８３０によって、値０にまで低減される。

更に、ブロック８４０では、追加操舵トルクが、速くハンドルに加わるのを防止するために、追加操舵トルクΔＭの上昇及び下降を制限する動特性制限を実行している。この制限が無いと、ＥＰＳアクチュエーターの非常に大きな動特性により、追加操舵トルクの急激な調整によって、ハンドルが車両操作者の手に衝撃を与える可能性が有る。

図８に図示した制限部品の出力信号として、ＥＰＳサーボモーターに伝えられる操舵トルク要求Ｍ_DSR となる、制限を加えた追加操舵トルクΔＭが得られる。このモーターは、操舵系統における追加トルクＭ_DSR を調整し、その結果運転者は、μスプリット状況での対抗した操舵の際に支援されるものである。

こうすることによって、運転者は、車両をより速く安定化させることができるとともに、摩擦値が大きい側の車輪ブレーキのブレーキ圧を運転者の指示に、より速く適合させることが可能となる。

以上の通り、図示した制御システムによって、μスプリットブレーキ操作の間、より信頼でき、かつより速い形で、車両を安定化させることができる。そのため、そのような状況において、車両の制動距離を短縮することができる。

追加操舵トルクを算出するための制御システムの模式図 不均一な走路上でのブレーキプロセスの際に追加操舵トルクを算出するための制御システムの全体的なブロック接続図 図２に図示したブロック接続図で目標操舵角を求めるためのブロックの実施形態 図２に図示したブロック接続図で負荷モーメントを見積もるためのブロックの第一の実施形態 図２に図示したブロック接続図で負荷モーメントを見積もるためのブロックの第二の実施構成 操舵角コントローラの実施形態 図２に図示したブロック接続図でモーメントをパイロット制御するためのブロックの第一の実施形態 追加操舵トルクの制限を説明するためのブロック接続図

Claims (17)

1. 目標操舵角と瞬間的な操舵角の間の偏差に応じて決まる追加操舵トルクを車両の操舵系統に加える形で、車両の操舵可能な車輪の目標操舵角を調節して、車両を安定化させる際に車両操作者を支援する方法において、
   車両の操舵系統に作用する負荷モーメントの値を見積もることと、この負荷モーメントに関する見積値に応じて、追加操舵トルクを算出することとを特徴とする方法。
2. 当該の追加操舵トルクが、少なくとも二つの加算される成分から構成され、その場合に、第一の成分が、目標操舵角と瞬間的な操舵角の間の偏差に応じて決定され、第二の成分が、当該の負荷モーメントの見積値に応じて算出されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 当該の負荷モーメントを外力監視部によって見積もることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 反転式車両モデルにより、外力によるヨーイングモーメントに応じて、目標操舵角の成分を決定することを特徴とする請求項１から３までのいずれか一つに記載の方法。
5. 車両のヨー角とヨー角の所定の値の間の偏差に応じて、目標操舵角の成分を決定することを特徴とする請求項１から４までのいずれか一つに記載の方法。
6. 目標操舵角の成分が、コースの沿った見積もった操舵角であることを特徴とする請求項１から５までのいずれか一つに記載の方法。
7. 追加操舵角の成分が、所定の大きさを有することを特徴とする請求項１から６までのいずれか一つに記載の方法。
8. ブレーキプロセスの開始後の所定の継続時間の間、当該の追加操舵角の成分を所定の大きさに調節することを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 制御ユニットにより、目標操舵角と車両の瞬間的な操舵角の間の偏差に応じて決定される追加操舵トルクを調節するための手段を備えた、車両の少なくとも一つの操舵可能な車輪の目標操舵角を調節して、車両を安定化させる際に車両操作者を支援するための装置において、
   操舵系統に組み込まれたセンサーの信号から、操舵系統に作用する負荷モーメントの値を見積もるための見積手段が配備されており、その場合に、この見積手段が、別の手段と接続されており、この別の手段が、この見積手段で見積もられた負荷モーメントに関する見積結果から、追加操舵トルクの成分を算出し、この成分が、加算器によって、制御ユニットで算出された操舵トルクに加算されるとともに、この追加操舵トルクを調節するための手段が、この加算器の出力信号によって駆動されることを特徴とする装置。
10. 当該のセンサーが、少なくとも、操舵角センサー、運転者の要求を示す手による操舵トルクを測定するためのセンサー、及び追加操舵トルクを測定するためのセンサーであることを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 当該の負荷モーメントを見積もるための見積手段が、外力監視部として構成されることを特徴とする請求項９又は１０に記載の装置。
12. 当該の追加操舵トルクを設定するための手段が、電気式パワーステアリング機器のサーボモーターであることを特徴とする請求項９から１１までのいずれか一つに記載の装置。
13. 当該の追加操舵トルクを設定するための手段が、油圧式パワーステアリング機器であることを特徴とする請求項９から１２までのいずれか一つに記載の装置。
14. 当該の追加操舵トルクを設定するための手段が、ステアバイワイヤ式ステアリング機器であることを特徴とする請求項９から１３までのいずれか一つに記載の装置。
15. 当該の加算器に、パイロット制御手段が接続されており、この手段は、所定の継続時間の間、この加算器に所定の値の追加操舵トルクを伝えることを特徴とする請求項９から１４までのいずれか一つに記載の装置。
16. この装置は、走行状態を検知するための検知手段を有し、この手段は、検知した走行状態に応じて、作動信号を乗算器に伝え、この乗算器は、この作動信号に、当該の算出された追加操舵トルクを乗算することを特徴とする請求項９から１５までのいずれか一つに記載の装置。
17. 当該の検知手段が、不均一な走路上でのブレーキプロセスを検出した場合、当該の作動信号は、値１を採ることを特徴とする請求項９から１６までのいずれか一つに記載の装置。

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