JP2008094383A - ステアリングシステムの安全方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ステアリングシステムの安定性と有効性を増加させると同時に、誤動作を起す可能性の検出を増やし、またはそうした誤動作をより早く検出することで、車両の安全性を高める方法を提供する。
【解決手段】不安定度と潜在的に危険な誤動作を検出する電動ステアリング支援を備えた自動車ステアリングシステムの監視用安全方法に関する。これは、ステアリング列の量を少なくとも一回測定し調整することを決定するステップと、ダイナミックドライブシステム４０の量を少なくとも一回測定し調整することを決定するステップと、前記決定した各量を比較して、その信憑性を確認するステップと、前記決定した各量が基準の各量から過剰な偏差を有する状態で動作し、前記ステアリングを安全な状態にするステップと、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、不安定度と潜在的に危険な誤動作を検出する電動ステアリング支援部を備えた自動車ステアリングシステムの監視用安全方法に関するものである。

一般的なステアリングシステムでは、運転者により作動ユニットを介して、より好ましくはステアリングホイールをねじることによって、操舵可能な各ホイールが操縦される。ステアリングホイールを回転することにより、ラックの変位、言い換えると各ホイールの旋回をもたらす。パワーステアリングでは、運転者の操舵運動が、付加した電動機を通して支援される。ここでの操舵支援は、固有に制御され、若しくは調整されたシステムを通して一般的に行なわれ、車輌速度に応じて当該操舵支援が与えられる。また、アクティブリターンやサイドウインド補償のような各種補償が、同様に行なわれる。

加えて、ステアされ得る各ホイールとステアリングホイールとの間で、機械的な連結が存在しない場合のステアリングシステムが知られている（ステアバイワイヤ）。ここでは、適切な原動機の助力によって、ステアリングホイールの回転速度に応じて、各ホイールが旋回される。

電動パワーステアリングシステムは、運転者によってステアリングホイールに加えられたステアリングモーメントを測定するために、そのステアリングシステムに割り当てられた個別のトルクセンサを利用している。このトルクセンサは、一般にはトルクを測定するためだけに用いられているが、それだけでなく回転角センサと組み合わせることも可能である。それに加えて、トーションバーのような弾性要素で連結されたステアリングコラムまたはステアリングギアにおける２個のパーツのねじれ角度を介して、トルクを測定する箇所で間接的にトルク測定を行なうことも知られており、前記弾性要素は間接的なトルク測定のために設けられる。さらに、例えば磁気弾性（magneto-elastic）原理に基づき、ステアリング列の構成部において、直接的にトルク測定を行なうことも知られている。しかしながら、モーメントセンサはそれぞれの場合において、一般にパワーステアリング（ＥＰＡＳシステム）に割り当てられ、適用できるならば、このＥＰＡＳシステムに一体化されることが要求される。

ステアリングシステムにおける制御若しくは調整の概念に依れば、同一の回転方向にステアリングを支援するという点で、運転者のステアリング指令を増幅し、若しくはステアリング角度または別なダイナミック運転パラメータのフィードバックを運転者に付与するために、ステアリングホイールにおける一定トルクを調整するのに、トルク信号が用いられる。

ステアリングの作動システムすなわちセンサシステムや、モータや、制御ユニットが故障または誤動作した場合、当該ステアリングシステムは、車輌の機械的なステアリングが継続できる安全若しくは不活性な状態にする。これは、アクチュエータシステムおよびセンサシステムを備えたステアリングシステムの量について、内部でパラメータ化された測定と調整の監視を通して行なわれる。

例えば、速度に依存した特性に関する入力量としての車輌速度信号や、アクティブリターンに対するステアリング角度や、外部信号としてのエンジン回転速度信号が、安全機能において監視され、また安全機能に包含される。

本発明の目的は、ステアリングシステムの安定性と有効性を増加させると同時に、誤動作を起す可能性の検出を増やし、またはそうした誤動作をより早く検出することで、車両の安全性を高める方法を開発することにある。

本発明に依れば、この目的は、
−ステアリング列の量を少なくとも一回測定し調整することを決定するステップと、
−ダイナミックドライブシステムの量を少なくとも一回測定し調整することを決定するステップと、
−信憑性（plausibility）のために前記決定した各量を比較するステップと、
−前記決定した各量が過剰な偏差を有する場合に動作し、前記ステアリングを安全な状態にするステップと、
以上の各処理ステップを有し、不安定度と潜在的に危険な誤動作を検出する電動ステアリング支援を備えた自動車ステアリングシステムの監視用安全方法により解決される。

本発明は、あらゆる方法で決定されるダイナミックドライブシステムのデータを、ステアリングの監視にも利用するという考えに基づいている。

したがって、静止および非静止時における動作挙動の永続的な監視と、ステアリングシステムにおける安定性は、車輛ダイナミックドライブ支援システムからのパラメータ化された測定し調整した量（例えば、ヨー率，ラテラル加速度，ステアリング角度，ホイール回転速度など）を継続的に決定し、観測し、評価することで行なわれる。

ここで重要なのは、現在の車輌は一般に、例えはあらゆる方法で車輌の安定性に影響を及ぼすことができるダイナミックドライブシステムを備えている、ということである。こうしたダイナミックドライブシステムは、運転者支援のためにデータを連続的に測定しており、本発明に依れば、この運転者支援を同様に利用することができる。例えば、スリップ制御や、ブレーキや、運転に関する各安定性システム（ＡＢＳ，ＡＳＣ，ＤＳＣ，ＥＳＰなど）をリンクすることで、一方では運転者を救済するようなアクティブセーフティや運転の快適さを向上させることに成功し、危険な状況下であっても、そうしたシステムが車輌を安全に制御して運転者を助けている。

このようなシステムは、ホイールがスピンしたり、横滑りしたり、ブロックする前で、例えばタイヤが接地を失う危険性のある時にのみ、動作状態になる。ホイールセンサは、例えばブレーキ動作の間にホイールがどの程度の速さで回転するのかを監視する。そして、ホイールがブロックしそうになれば、当該ホイールが通常のスリップの下での走行に戻るまでの間に、それに対応したホイールブレーキシリンダのブレーキ圧を自動的に減少させる。

ドライブスリップ制御を備えることで、各センサは加速中における運転パワーが最小のスリップで伝達されるのを確実なものとする。アクセルペダルの位置に拘らず、ホイールをスピンすることなしに、現在の運転状況において可能であるような、非常に多くのエンジンパワーだけが許容される。このシステムでは、各センサを通じてホイール速度を感知することで、各ホイールが安全にグリップするかどうかを認識する。仮に、従動する各ホイールがスピンに向かおうとする場合には、エンジンの管理部に制御が連携し、現在のアクセルペダルの位置に関係なく、トルクを減少させる。

急な捕えがたい操縦や、突然危険な状況の間に、運転中の安全を高めるために、ダイナミックな安定性制御を備えることで、付加した各センサが更に運転状態を測定する。ＡＢＳを拡張することにより、とりわけカーブでのブレーキ時に、運転中の安全性が増加する。

各センサは、個々のホイールの回転速度のみならず、車輛がどの程度の速さでその標準軸の周りを回転するのかを示すヨー率と、カーブ率と速度に対する次元としてのラテラル加速度と、望ましい方向を示すステアリング角度と、運転者によりペダルを介して力が加えられるブレーキ圧とを測定する。

とりわけ、本発明の基づく安全方法の利用に好適なのは、ホイール回転速度と、ヨー率と、ラテラル加速度である。

上述した実施形態は、単に例示的に理解されなければならず、運転のダイナミックデータは別なシステムからも測定され、また利用される。

車輌のダイナミックドライブシステムからの測定し調整した量で、本発明に基づくステアリング機能を比較することにより、従来技術と比べて明らかに広範囲な信憑性に対する考えが可能になる。例えば本発明は、ステアリングレベルだけで、若しくはそうしたステアリングの困難さだけでしか、安全性の機能を通して検出することができない電動パワーステアリングシステムにおいて、当該システムに対する更なる安全装置として特に好適である。ステアリングレベルだけでの監視と比較すると、車輌レベルでの検出を通して、不具合を検出する可能性が明確に増大する。

同時に、ここでの更なる監視レベルの導入は、システム機能の信憑性に対する考えに広範囲な可能性を持たせ、当該システムの安定性と有効性を改良することに対して、可能性を広げるものであり、結果的に、システム安定性の監視に制限して、ステアリングレベルだけが必要とされていた危険性（compromise）を排除することが可能になる。そのための実例は、ステアリング角度センサからの角度信号の信憑性に対する考えとなっており、この考えはホイールの回転角度やヨー率での調整を通して、ハードウェアまたはソフトウェアの形態で存在する。

本発明に依れば、不安定度と潜在的に危険な誤動作を検出することで、ステアリングが安全な状態になり、この安全な状態では、ステアリングにおける一定の機能性を失わせることから、ステアリング支援を完全に失わせることに誘導が可能となる。しかしながら車輌のステア能力は、例えばステアリングホイールとステアされた各ホイールとの間の機械的な連結形態において、機械的な復帰レベルで常に保証される。

本発明に基づく安全方法は、通常のフェイルセーフ（二重安全）システムよりも、相当に迅速で、より信頼できるものである。本発明は、動作挙動についての安全監視システムの概略図を示す添付の一図面によって、より詳細に説明される。ここでの例示的な実施形態は、単に一例として提示したものに過ぎず、本発明を制限するのに提示してはいない。

関連する凡例から理解できるように、図示した各構成部の間で、構造的な連結や、信号の流れや、力の流れや、エネルギーの流れが可能となっている。さらに、システムの境界と、サブシステムの境界が、異なる線の強さで示されている。

運転者１４は、ステアリングコラム１６を介して、ステアリングギア（操舵装置）１８にステアリングモーメントを加えている。ステアリングギア１８はピニオン２２を備え、このピニオン２２を介してラック１０にステアリングモーメントを伝達する。オプションで、最新技術によるステアリング角度センサ１２を、ステアリングコラム１６に備えることができる。代わりに、ステアリング角度センサ１２を、ステアリングギア１８内若しくはラック１０上に配置することもできる。

補助的なモーメントは電動機２６によって発生され、減速装置２４を経由してラック１０に伝達される。ステアリング列の回転を支援し、すなわち各ホイール（車輪）を旋回させるラックの移動を支援する電動機２６は、位置センサ（角度センサ）２０を含んでおり、この位置センサ２０から各ホイールの現在位置若しくはステアリング角度を推定（deduct）することができる。ここでは、ステアリング角度センサ１２と位置センサ２０のどちらも備えることができるが、一方の構成部で十分とすることもできる。

さらに、ステアリングギア１８は、トーションバー２８を備えることができる。このトーションバーを介して、ステアリングギア１８に作用するステアリングモーメントを、ステアリングモーメントセンサ４２によって決定することが可能になる。

位置センサ２０により測定された各値は、制御ユニット３２に伝送される。電動機２６は、制御ユニット３２を介して制御され、それにより制御ユニット３２は、減速装置２４に対する特に最適な支援モーメントを決定する。

図示した例示的な実施形態では、ダイナミックドライブシステム４０によりそれぞれ決定されたステアリング角度，ヨー率，ラテラル加速度，ホイール回転速度と同様に、総輪システム３４における決定済のモーメント分布と、ギア制御部３６の係合される決定済のギアと、エンジン制御部３８における決定済のエンジンモーメントも、制御ユニット３２に伝送される。さらに制御ユニット３２は、ステアリング角度センサ１２から決定されたステアリング角度を受取る。加えて制御ユニット３２は、ステアリングギア１８に作用するステアリングモーメントを、ステアリングモーメントセンサ４２から受取る。

制御ユニット３２は、例えばＡＢＳ，ＡＳＣ，ＤＳＣ，ＥＳＰのようなダイナミックドライブシステムからの入力量を比較すると共に、設定量からの偏差によって、若しくは不安定度や誤動作の検出によって、ステアリングを安全な状態にし、この安全な状態では、ステアリングにおける一定の機能性を失わせることに続いて、ステアリング支援の動作停止を誘導することができる。しかしながら、ここでの車輌のステア能力は、例えばステアリングホイールとステアされた各ホイールとの間の機械的な連結形態において、機械的な復帰レベルで常に保証される。

本発明はさらに、車輌のダイナミックドライブシステム（ＥＳＰ，ＴＳＣ，ＡＢＳ若しくはこれと同等のもの）４０からの測定し制御した各量の評価を、初めて可能にするもので、ダイナミックドライブシステム４０は、ステアリングの直接的な機能のために必要な信号処理を越えて、ステアリングの安全性および動作挙動をさらに監視するのに役立つ。電動パワーステアリングシステムは、安全監視システムに初めて一体化される。

本発明は、上述した例の実施形態に限定されるものではなく、同様の効果を有するあらゆる実施形態を含んでいる。

本発明における安全監視システムの概略図である。

符号の説明

１０ ラック
２０ 位置センサ
２６ 電動機
３２ 制御ユニット
３４ 総輪システム
３６ ギア制御部
３８ エンジン制御部
４０ ダイナミックドライブシステム
４２ ステアリングモーメントセンサ

Claims (11)

1. 不安定度と潜在的に危険な誤動作を検出する電動ステアリング支援を備えた自動車ステアリングシステムの監視用安全方法であって、
   ステアリング列の量を少なくとも一回測定し調整することを決定するステップと、
   ダイナミックドライブシステム（４０）の量を少なくとも一回測定し調整することを決定するステップと、
   −前記決定した各量を比較して、その信憑性を確認するステップと、
   −前記決定した各量が基準の各量から過剰な偏差を有する場合に動作し、前記ステアリングを安全な状態にするステップと、を備えることを特徴とする自動車ステアリングシステムの監視用安全方法。
2. 不安定度と潜在的に危険な誤動作を検出する電動ステアリング支援を備えた自動車ステアリングシステムの監視用安全方法であって、
   少なくとも一個のステアリング列におけるステアリングモーメントセンサ（４２）を利用して、前記ステアリング列の量を少なくとも一回測定し調整することを決定するステップと、
   ダイナミックドライブシステム（４０）の量を少なくとも一回測定し調整することを決定するステップと、
   −前記決定した各量を比較して、その信憑性を確認するステップと、
   −前記決定した各量が基準の各量から過剰な偏差を有する状態で動作し、前記ステアリングを安全な状態にするステップと、を備えることを特徴とする自動車ステアリングシステムの監視用安全方法。
3. 前記決定した測定および調整の各量を評価するのに、制御ユニット（３２）が提供されることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
4. 前記ダイナミックドライブシステム（４０）が、ステアリング角度，ヨー率，ラテラル加速度，およびホイール回転速度の一群からなるデータを決定することを特徴とする請求項１〜３の何れか一つに記載の方法。
5. 前記決定した測定および調整の各量について、連続的に前記信憑性の確認を行ない、信憑性が無い場合には警報信号を発することを特徴とする請求項１〜４の何れか一つに記載の方法。
6. 前記決定した測定および調整の各量について、連続的に前記信憑性の確認を行ない、信憑性の無さが重大な場合には前記ステアリングシステムを動作停止にすることを特徴とする請求項１〜５の何れか一つに記載の方法。
7. 位置センサ（２０）を備えた電動機（２６）のデータが用いられることを特徴とする請求項１〜６の何れか一つに記載の方法。
8. ステアリングホイールまたはステアされる各ホイールの位置が、電動機の位置センサ（２０）またはラックのリニアセンサによって感知されることを特徴とする請求項１〜６の何れか一つに記載の方法。
9. 総輪システム（３４）における決定済のモーメント分布をさらに考慮することを特徴とする請求項１〜８の何れか一つに記載の方法。
10. エンジン制御部（３８）からの決定済のエンジンモーメントをさらに考慮することを特徴とする請求項１〜９の何れか一つに記載の方法。
11. ギア制御部（３６）からの決定済の係合されるギアをさらに考慮することを特徴とする請求項１〜１０の何れか一つに記載の方法。

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