JP2008514476A - 操舵角を求める方法 - Google Patents

Abstract

この発明は、サーボモーターによって制御されるオーバーライディング伝動部を備えた操舵システムでの操舵角を求める方法であって、この伝動部の出力側では、伝動部の入力側で設定されたハンドル角とサーボモーターを用いて調整された追加操舵角とを組み合わせた、ステアリングシャフトの伝動部の出力側の部分に対する合計操舵角を調整することが可能であり、サーボモーターは、操舵システムの停止状態ではロックされており、ハンドル角は、伝動部の入力側に配置されたハンドル角変換器により検出される方法に関する。この発明による方法は、伝動部の出力側のステアリングシャフト上に配置された増分測定式操舵角変換器（１３２）を用いて、初期値を出発点として合計操舵角（δ_T ）を検出し、この初期値は、操舵システムの作動時に、その前に行われた操舵システムの停止とほぼ同時に検出、保存していたハンドル角（δ_H,0 ）及び合計操舵角（δ_T,0 ）の値と、操舵システムの作動とほぼ同時にハンドル角変換器（１３０）を用いて検出したハンドル角（δ_H ）の値とから求めることを特徴とする。

Description

この発明は、サーボモーターによって制御されるオーバーライディング伝動部を備えた操舵システムでの操舵角を求める方法であって、この伝動部の出力側では、伝動部の入力側で設定されたハンドル角とサーボモーターを用いて調整された追加操舵角とを組み合わせた、ステアリングシャフトの伝動部の出力側の部分に対する合計操舵角を調整することが可能であり、サーボモーターは、操舵システムの停止状態ではロックされており、ハンドル角は、伝動部の入力側に配置されたハンドル角変換器により検出される方法に関する。

所謂オーバーライディング操舵部を用いて、自動車の操舵システムへの介入を行うことが知られている。その場合、サーボモーターが、オーバーライディング伝動部を介して、操舵系統に介入し、それにより、自動車の運転者により設定される操舵角に追加して、運転者の設定量と独立した追加操舵角を設定することが可能である。

そのため、オーバーライディング操舵部を備えた操舵システムでは、車両の操縦可能な車輪での操舵角は、運転者により設定された操舵角とサーボモーターを用いて設定された追加操舵角の合計から得られ、従って、以下において合計操舵角と称する。

追加操舵角は、例えば、電子コントローラによって計算することが可能であり、それにより、コースに沿った走行時に運転者を支援することができる。即ち、追加操舵角を用いて、ハンドル角と車輪操縦角の間の速度に依存した伝達を実現することができるか、或いは走行動特性コントローラを採用して、臨界的でない走行状態での車両の敏捷性と臨界的な走行状態での車両の安定性を改善するための目標操舵角を算出することができる。その場合、目標操舵角と操舵角変換器を用いて測定した運転者による操舵設定量との間の差分は、オーバーライディング操舵部を用いて操舵系統に組み込まれる追加操舵角を決めることとなる。

この場合、操舵角測定の際の分解能は、運転者により設定されたハンドル角に追加操舵角を適合させるためのステップ幅を決定する。その分解能が大きすぎる場合、運転者は、運転者自身による操舵動作に対抗して作用する操舵トルクの段階的な変化を感じ取って、それを操舵部での走行の快適性を著しく損なう「ジャーク」と看做すこととなる。

従って、追加操舵角を精密に、運転者が感じ取ることができない形で設定することが可能であるためには、所要の高い分解能と、更に、高い精度とを有する操舵角変換器を採用する必要がある。

その場合、一方が、例えば、運転者により設定されたハンドル角を検出し、他方が、合計操舵角を検出する少なくとも二つの操舵角変換器が必要である。

ハンドル及びステアリングシャフトの回転は、通常直進位置を始点として、時計周りと反時計回りに少なくとも二回全回転することが可能であるため、これらのセンサーは、更に「複数回転可能」でなければならない、即ち、特に、少なくとも−７２０°〜＋７２０°の角度範囲内において操舵角を一義的に検出しなければならない。

通常、同じく１回より多い全回転又は３６０°を上回る角度に対応する角度範囲内において、サーボモーターのモーターシャフトの回転角を求めるために、更に別の角度変換器が採用される。

しかし、この場合、例えば、従来のＥＳＰシステムでハンドル角を検出するために採用されているような、大量生産により入手可能な絶対測定による複数回転可能な操舵角変換器では、現在のところ所要の精度と分解能が達成されないという問題が生じる。

従って、所要の高い分解能と精度を有する非常にコストのかかる角度変換器に頼らなければならないが、そのことは、特に、大量生産に関して、経済的に非常に不利である。

以上のことから、この発明の課題は、特に、大量生産により製造される車両でも、オーバーライディング操舵部における操舵角測定の精度を出来る限り簡単に向上させることである。

この課題は、この発明にもとづき、請求項１の特徴を持つ方法によって解決される。

この発明では、伝動部の出力側のステアリングシャフト上に配置された増分測定式操舵角変換器を用いて、初期値を出発点として合計操舵角を検出し、初期値は、操舵システムの作動時に、その前に行われた操舵システムの停止とほぼ同時に検出、保存していたハンドル角及び合計操舵角の値と、操舵システムの作動とほぼ同時にハンドル角変換器を用いて検出したハンドル角の値とから求める形で、冒頭に述べた形式の方法を実行するものと規定する。

そのため、この発明は、合計操舵角を測定するために、増分測定式操舵角変換器を採用するとの考えをベースとする。このような高い分解能を持つ角度変換器は、既に大量生産により製造されており、そのため安価に入手することができる。それにより、大量生産により製造される車両の合計操舵角の高い分解能による測定が可能となる。通常合計操舵角の測定値と算出した目標値の間の差分として算出される追加操舵角は、このようにして、非常に小さいステップ幅で更新することが可能となり、そのため運転者がそれに気付くことなく設定される。

しかし、増分測定式操舵角変換器を用いては、合計操舵角の絶対値を直接検出することができず、合計操舵角の値の変化しか検出することができないので、この発明は、有利には、操舵システムの作動時に早くも、ハンドル角及び合計操舵角の値と操舵システムの作動時に検出したハンドル角の値とから、合計操舵角を求めるための初期値を求めるものと規定する。この場合、サーボモーターは、停止状態ではロックされており、その結果追加操舵角は、サーボモーターの停止状態では変化することができないという状況を活用している。そのため、サーボモーターが停止されている間、合計操舵角の変化は、ハンドル角の変化によってのみ生じ、その結果操舵システムの作動時に存在する合計操舵角の値は、操舵システムを停止した時に存在していた合計操舵角とハンドル角の値並びにハンドル角の最新値から求めることができる。

そして、このようにして算出した初期値を出発点として、増分測定式操舵角変換器の増分信号に従って、合計操舵角の絶対値を求めることができる。

この発明の別の有利な実施構成では、増分測定式操舵角変換器を用いて求めた合計操舵角の値とハンドル角変換器を用いて測定したハンドル角の値とから、追加操舵角の値を求めるものと規定する。

そのため、この発明のこの実施構成では、追加操舵角を検出するための追加的な角度変換器を不要とすることができる。

この発明の同じく有利な実施構成では、追加操舵角から、サーボモーターのモーターシャフトにおけるゼロ位置を始点としてその時点の全回転している回数を求めるとともに、モーターシャフト上に配置されたモーター角変換器を用いて、ちょうど１回の全回転に対応する角度範囲内におけるモーターシャフトの角度位置を求めるものと規定する。

このようにして、サーボモーターのモーターシャフトの角度位置を測定するために、複数回転可能でないモーター角変換器を採用することができ、その場合モーターシャフトにおけるゼロ位置を始点としてその時点の全回転している回数は、合計操舵角とハンドル角から求められる。この場合、ゼロ位置とは、モーターシャフトの所定の角度位置、特に、追加操舵角が０°の値となる角度位置であると解釈する。

この場合、この発明の特に目的に適った実施構成では、求めた全回転している回数とモーター角変換器の信号から、モーターシャフトの角度位置を算出するものと規定する。

この発明の有利な実施構成では、更に、ステアリングシャフトが伝動部の出力側において所定の複数の角度位置の中の一つを占める時に発動される基準信号が発生した場合、追加操舵角の値を所定の基準値に補正するものと規定する。

この発明のこの実施構成では、特に、例えば、現在ＥＳＰシステムで一般的に採用されている標準的なハンドル角変換器のような精度が低いハンドル角変換器を採用することも可能となる。この場合、確かに低い精度しか持たないＥＳＰハンドル角変換器による増分測定式操舵角変換器を用いて、合計操舵角を求めるための初期値を測定することができるが、合計操舵角の値の補正を行って、それにもとづき、操舵角を検出する際の精度を高めるものである。

この場合、基準信号は、有利には、基準マークセンサーを用いて、ステアリングシャフトの周囲の所定の位置に配置された少なくとも一つの基準マークを検出することによって発動される。

この場合、この発明の有利な実施構成では、ステアリングシャフトが、伝動部の出力側において直進位置に来た時に、基準マークを検出するものと規定する。

この場合、直進位置とは、車両の操縦可能な車輪が、車両の縦軸に対して平行な方向を向いた角度位置であると解釈する。この場合、この角度位置は、０°、±３６０°及び±７２０°の合計操舵角の値に対応する。

ステアリングシャフトは、通常車両のエンジン始動後のほんの短い時間で直進位置に来ることが分かっているので、合計操舵角の値の補正も、通常エンジン始動後のほんの短い時間に行われる。

この発明の別の有利な実施構成では、更に、複数の基準マークが、それぞれステアリングシャフトの周囲の一つの位置に配置されるものと規定する。

この発明のこの実施構成では、合計操舵角に関して、多数の基準値が得られ、特に、ステアリングシャフトの直進位置に対応しない基準値も得られ、その結果例えば、運転者が、カーブ内で車両を操舵したために、ステアリングシャフトが、エンジン始動後最初に直進位置に来なかった場合にも、合計操舵角の値を直ぐに補正することが可能である。

この場合、この発明の目的に適うこととして、合計操舵角の複数の基準値を予め定めておき、基準信号が発生した場合に、合計操舵角の検出した値に最も近い基準値への合計操舵角の補正を行うものと規定する。

この発明の特に有利な実施構成では、更に、パラメータａが、区間［０，１］内の値を有するとして、増分測定式操舵角変換器を用いて検出した合計操舵角とモーター角変換器を用いて検出した追加操舵角とから、ハンドル角δ_H の第一の成分ａ・δ_H を求めるとともに、ハンドル角変換器を用いて、ハンドル角δ_H の第二の成分（１−ａ）・δ_H を求めるものと規定する。

この場合、特に、高い分解能の増分測定式操舵角変換器を用いて検出した第一の成分にもとづき、ハンドル角を求める際の分解能をハンドル角変換器の分解能と比べて高めることができる。しかし、合計操舵角を求めるための増分測定式操舵角変換器が、オーバーライディング伝動部の出力側に配置されているので、第一の成分は、ハンドルの操舵動作時に、操舵系統、特に、オーバーライディング伝動部の慣性のために、並びに或る程度の遅延しか伴わない計算時間のために変化することとなる。このことは、ハンドルの領域内に配置された、ハンドル角を直接測定するハンドル角変換器を用いて求めた第二の成分にもとづき補正することができる。

この場合、有利には、パラメータａの値を変更することが可能である。

更に、有利には、パラメータａの値をハンドル角変換器の分解能に適合させるものと規定する。

この発明の更なる利点、特徴及び目的に適った改善構成は、従属請求項及び以下の図面のもとづく有利な実施例の記述から明らかとなる。

図１に模式的に図示した車両の操舵設備は、全体として符号１０２を付与されている。この例示した実施形態では、操舵設備１０２は、ラックピニオン式舵取り装置として構成されており、ステアリングシャフトの下方部分１０６に配備されたピニオン１０４が、ラック１０８の側方に固定されたタイロッド１１０，１１２を操作するラック１０８と噛み合っており、それによって、車輪１１４，１１６の旋回を起こすことができる。しかし、この発明の枠組み内では、当然のことながら、例えば、サーキュレーティングボール式舵取り装置などの当業者に周知の別の操舵設備を採用することもできる。

運転者により操作されるハンドル１１８は、ステアリングシャフトの上方部分１２０と直接又は別のシャフトを介して接続されており、ステアリングシャフトの上方部分１２０の角度位置は、以下においてδ_H で表すハンドル角に対応する。

この場合、通常の習慣にもとづき、ハンドル１１８又はステアリングシャフト１０６，１２０の直進位置、即ち、車輪１１４，１１６が、（操舵設備１０２への外力による制御介入が無い場合に）車両の縦軸に対して平行な方向を向いた位置は、０°のハンドル角に対応する。ハンドル１１８又はステアリングシャフト１０６，１２０が反時計回りに回転した場合、ハンドル角δ_H は増大し、時計周りに回転した場合減少する。

この場合、ハンドル１１８とステアリングシャフト１０６，１２０は、通常−７２０°〜＋７２０°の角度範囲内で回転可能である、即ち、それらの回転は、直進位置を始点として、時計周りに２回の全回転と反時計回りに２回の全回転が可能である。

ステアリングシャフトの上方部分１２０は、ステアリングシャフトに組み込まれた、オーバーライディング操舵部１２４の成分を生成するオーバーライディング伝動部１２２の入力と接続されている。オーバーライディング伝動部１２２の出力側は、ラック１０８と噛み合うピニオン１０４が配備された、ステアリングシャフトの下方部分１０６と接続されている。

オーバーライディング伝動部１２２を用いて、外力により制御された形で、伝動部の入力側に存在する、運転者により設定されたハンドル角δ_H を重畳した追加操舵角Δδを操舵系統に取り込むことが可能である。この場合、伝動部の出力側には、ハンドル角δ_H と追加操舵角Δδの合計に対応した、従って、この場合合計操舵角とも称される操舵角δ_T が得られる。

追加操舵角Δδは、有利には、電気整流式電動機であるサーボモーター１２６を用いて設定される。その場合、モーターシャフトの角度位置は、以下において、モーター角φ_M と表す。

この場合、通常モーターシャフトの回転は、同じくモーター角φ_M ＝０°であり、追加操舵角Δδも０°の値を採るゼロ位置を始点として、時計周りと反時計回りに１回を上回る回数の全回転が可能であり、その結果モーター角φ_M の値も、３６０°を上回る範囲に対応する。

この場合、ハンドルによりオーバーライディング伝動部を介して操舵部に伝えられる機械的な伝達比ν₁ とサーボモーターが操舵部に伝える伝達比ν₂ を考慮すると、入力量δ_H 及びφ_M と出力量δ_T の他に、乗算ブロック２０２と２０４にもとづき入力量に伝達比ν₁ とν₂ を乗算することが示されている図２に図示されたブロック図からも分かる通り、次の式の合計操舵角が得られる。この場合、追加操舵角は、Δδ＝ν₂ φ_M によって得られる。

δ_T ＝ν₁ δ_H ＋ν₂ φ_M （１）

ハンドル角δ_H を検出するために、オーバーライディング伝動部１２２の入力側でステアリングシャフトの上方部分１２０に配置された角度変換器１３０が配備されている。それは、例えば、ＥＳＰシステム（ＥＳＰ：電子式安定化プログラム）の標準的なハンドル角変換器とすることができ、そのシステムでは、その変換器は、ＥＳＰシステムで使用されている車両参照モデルの入力量としての役割を果たす運転者の操舵要求を検出するために用いられている。

ハンドル角変換器１３０は、当業者に周知の形式の電気機械式、磁気式又は光学式角度変換器として実現される。例えば、ホール効果によるハンドル角変換器であり、この変換器では、ステアリングシャフトの上方部分１２０に関して半径方向に配置されたホールセンサーが、ステアリングシャフトの上方部分１２０に同軸に固定された軟磁性体から作られたコーディングディスクにより変調される、隣接する磁石の磁界を検出する。

そのような従来のＥＳＰシステムで現在採用されている角度変換器は、通常約４．５°の精度と約１．５°の分解能を有する。

この発明の枠組み内では、合計操舵角δ_T を検出するために、オーバーライディング伝動部１２２の出力側でステアリングシャフトの下方部分１０６に取り付けられた増分測定式角度変換器１３２が配備されている。

合計操舵角変換器１３２は、例えば、規則的な構造を持つ円環状の増分トラックを増分センサーにより走査する光学式又は磁気式角度変換器として実現することができる。この合計操舵角変換器は、更に、円環状のトラックの円周上の所定の位置、即ち、増分トラックの円周上の所定の位置に配置された少なくとも一つの基準マークを検出する基準マークセンサーを備えている。

この場合、基準マークは、ステアリングシャフトの下方部分１０６が、有利には、特に、δ_T ＝０°の合計操舵角に対応する直進位置である所定の角度位置を占めた場合に、基準マークセンサーにより検出されるように、円環状のトラック上に配置されている。しかし、ここで、当然のことながら、直進位置以外の角度位置も予め定めることもできる。

しかし、ステアリングシャフトの下方部分１０６の回転は（ハンドル１１８又はステアリングシャフトの上方部分１２０の回転も）、直進位置を始点として、時計周りと反時計回りに２回の全回転が可能であるので、基準マークは、合計操舵角δ_T の基準値に一義的に対応する訳ではなく、むしろステアリングシャフトの下方部分１０６の、それぞれ３６０°だけ相違する複数の角度位置で検出されることとなる。

そのため、ステアリングシャフトの下方部分１０６の直進位置において、特に、合計操舵角δ_T の基準値が０°である時に、基準マークを検出した場合、同じくステアリングシャフトの下方部分１０６の直進位置に対応する可能性が有る−３６０°と＋３６０°及び−７２０°と＋７２０°の別の基準値が生じる。

角度変換器１３２の増分トラック又は別のトラックの円周上の位置に配置された、直進位置で検出される基準マークの他に、それぞれ合計操舵角δ_T の３６０°だけ異なる複数の基準値にそれぞれ対応する、角度変換器１３２の増分トラック又は第二のトラックの円周上の所定の位置に、別の基準マークを更に配置することができる。

以下において、増分信号と称する、角度変換器１３２の第一の出力信号は、増分センサーにより供給されるとともに、パルス列から構成され、その場合ステアリングシャフトの下方部分１０６は、二つのパルスが発生する間に所定の角度だけ回転する。回転方向は、増分信号から同様に読み取ることができる。

角度変換器１３２の第二の出力信号は、基準マークセンサーが基準マークを通過した時に基準マークセンサーから供給される。

増分測定式角度変換器１３２の実施形態は、例えば、図３に図示されている。この実施構成では、角度変換器１３２は、ステアリングシャフトの下方部分１０６に同軸に配置して固定された磁気車輪３０６の増分トラック３０４を走査する磁気抵抗式増分センサー（ＭＲセンサー）３０２を有し、この磁気車輪は、それぞれ（黒い色の）Ｎ極と（灰色の）Ｓ極から成る、磁極の長さが同じであり、直接隣接する磁極対を有する。この場合、図３において、例として選び出した磁極対を符号３０８で表示している。

この発明の有利な実施構成では、基準マークセンサー３１０は、同様に磁気車輪３０６の所定の角度セグメントに配置された、基準マークを構成する単一の磁極対３１４を有する、磁気車輪３０６の第二のトラック３１２を走査するＭＲセンサーとして実現される。複数の基準マークを使用する場合、それに対応して磁気車輪３０６の第二のトラック３１２上に所定の角度間隔で、或いは互いに所定の間隔を開けた角度セグメント内に複数の磁極対３１４が配置される。

それに代わって、磁気車輪３０６の増分トラック３０４のランド上の磁気的な不規則性によって、基準マークを構成して、基準マークセンサー３１０により検出するものと規定することもできる。

ＭＲセンサーは、当業者に周知の手法で構成され、有利には、磁極対３０８，３１４を通過する際に、それぞれ正弦波又は余弦波形状の出力信号を供給する互いに４５°だけ回転させた二つのセンサーブリッジを備え、これらの信号は、有利には、評価のために補間される。

そのようなセンサーでは、互いの位相位置又は信号のエッジ位置を評価することによって、磁極対３０８，３１４に対応する角度範囲内における角度位置を一義的に求めるとともに、磁気車輪３０６が回転する回転方向を検出することができる。

そのように構成された増分角度変換器は、今日では既に約１°の高い精度と約０．１°の高い分解能を持つ形で大きなロット数で安価に製造することができ、従って、大量生産品を採用しても、非常に精確で高い分解能の角度測定が可能となる。

モーター角φ_M を検出するために、別のモーター角変換器１３４が配備される。有利な実施形態では、モーター角変換器１３４は、当業者に周知の形式で実現された整流式センサーである。モーター角変換器１３４を出来る限り簡単に構成するために、この変換器は、複数回転可能でない形で実現され、その結果３６０°に対応する角度範囲内でのみ一義的な角度測定が可能である。

例えば、サーボモーター１２６を制御するためにも配備することができる、図面に図示されていない評価・制御ユニットが、信号に関して角度変換器１３０，１３２及び１３４と接続されている。

初期値を出発点として、評価・制御ユニット又は合計操舵角変換器１３２と一体化された評価用電子回路は、増分信号にもとづき、ステアリングシャフトの下方部分１０６が回転する回転方向に応じて、測定ステップ毎に合計操舵角δ_T の値を増分又は減分することによって、合計操舵角変換器１３２の増分信号から、特に、ステアリングシャフトの下方部分１０６の角度位置を算出する。

しかし、通常車両のエンジン始動時に行われる操舵システムの作動の際に、その前に設定されていた追加操舵角Δδが既に存在する可能性が有るので、この発明では、前に操舵システムを停止する直前に存在した合計操舵角δ_T の値とハンドル角δ_H にもとづき、合計操舵角δ_T を求めるための初期値を算出するものと規定する。

そのために、操舵システムを停止する場合、特に、シャットダウンプロセスの枠組みにおいて操舵システムの電源を切る場合、評価・制御ユニットの不揮発性メモリに、ハンドル角δ_H の値δ_H,0 と合計操舵角δ_T の値δ_T,0 を保存する。この場合、例えば、ＥＥＰＲＯＭ（電気消去可能プログラマブル読出し専用メモリー）としてメモリを実現することができる。

操舵システムの停止時又はオーバーライディング操舵部１２４の停止状態において、オーバーライディング操舵部１２４のサーボモーター１２６はロックされており、その結果追加操舵角Δδは、電子回路の停止時のハンドル角δ_H に対して変化することはできない。サーボモーター１２６のロックは、例えば、自己ロック式伝動装置の使用及び／又は当業者に周知のその他のサーボモーター１２６用ロック機構の採用により実現される。

操舵システムの作動時に、評価・制御ユニットは、操舵角δ_H とδ_T の保存していた値δ_H,0 とδ_T,0 を不揮発性メモリから読み出して、その時点に存在するハンドル角δ_H をハンドル角変換器１３０から入手する。次に、これらの量から、評価ユニットは、次の通り、合計操舵角δ_T を計算する。

δ_T ＝δ_T,0 ＋ν₁ （δ_H −δ_H,0 ） （２）

この合計操舵角δ_T の値は、増分測定式操舵角変換器１３２を用いて合計操舵角δ_T を求めるための初期値として基準とされる。

更に、電子回路の作動時において、サーボモーター１２６のシャフトにおけるゼロ位置を始点とする全回転している回数は、当初分からない。従って、操舵システムを作動している間の初期化時に、ハンドル角変換器１３０を用いて、その前に検出しておいたハンドル角δ_H の値と合計操舵角δ_T の検出値とから、次の式にもとづき追加操舵角Δδ又はモーター角φ_M を求めるものと規定する。

φ_M ＝（δ_T −ν₁ δ_H ）／ν₂ （３）

次に、このモーター角φ_M の値から、操舵システムの作動時におけるモーターシャフトのゼロ位置を始点として、モーターシャフトが全回転している回数を算出することができる。

合計操舵角δ_T を求めるための初期値の算出とモーターシャフトのその時点の全回転回数の決定により、操舵システムの初期化が完了する。

そして、次に、算出したモーターシャフトの全回転回数とモーター角変換器１３４の信号にもとづきモーター角φ_M を算出し、これらの組み合わせから、モーター角φ_M の値が得られる。この場合、角度変換器１３４を用いて、特に、１回の全回転の３６０°に対応する角度範囲内におけるモーターシャフトの角度位置を求めて、全回転回数と組み合わせ、モーターシャフトが回転することが可能な角度範囲全体内におけるモーター角φ_M の値を求める。この場合、このモーター角φ_M の値は、特に、モーター制御のために活用される。

操舵システムの初期化後に、評価・制御ユニットで基準信号を受信した場合、評価・制御ユニットは、先ずは最新の値に最も近い合計操舵角δ_T の基準値を算出して、次にその基準値を合計操舵角δ_T の新しい値として看做すことによって、合計操舵角δ_T の値の補正を行う。

例えば、０°，±３６０°及び±７２０°の基準角度を予め定めておいて、評価・制御ユニットが、例えば、合計操舵角δ_T ＝３５８．７°である場合に基準信号を受信した時、基準信号を受信した場合の合計操舵角δ_T は、最新の値の３５８．７°に最も近い基準値であるδ_T ＝３６０°の値に設定される。それに対応して、合計操舵角δ_T ＝０．９°である際に基準信号を受信した場合、合計操舵角δ_T は、例えば、δ_T ＝０°に設定される。

基準値を合計操舵角δ_T の最新の値として見做した後、合計操舵角変換器１３２の増分信号にもとづき、最終的に求めた値を増分又は減分することによって、合計操舵角を再度算出する。

そのため、基準マークが最初に基準マークセンサー３１０の所に到達した場合、合計操舵角δ_T の値の適合が行われ、その結果その後合計操舵角を求める場合の精度は、合計操舵角変換器１３２の高い分解能に相当することとなる。

この場合、経験的な調査によると、運転者は、通常エンジン始動後又は発進後の非常に短い時間にはもうハンドル９を直進位置に持って来ていることが判明しており、その結果ステアリングシャフトの下方部分１０６も、エンジン始動後の早い時期に直進位置を占めることとなり、そのため、短い時間後には早くも合計操舵角δ_T の当初不正確だった値の補正が可能である。

しかし、前述した通り、ステアリングシャフトの下方部分１０６の複数の位置にそれぞれ一つの基準マークを割り当てるものと規定することもできる。この場合、例えば、規則的な角度間隔で、即ち、磁気車輪３０６の周囲に規則的な間隔を開けて、基準マークを配置することができる。この場合、角度間隔は、絶対測定式ハンドル角変換器１３０によるハンドル角測定時に生じる最大測定誤差と基準マークの位置の不正確さの合計よりも大きくなければならないだけであり、その結果基準信号が発生した際に、合計操舵角δ_T の実際に存在する基準値を一義的に算出することができる。

複数の基準マークを使用する場合、合計操舵角δ_T を適合させるために、ステアリングシャフトの下方部分１０６が直進位置を占めるまで待つ必要はなく、その他の角度位置でも、適合を行うことができる。そうすることによって、特に、運転者が、エンジン始動後に車両の操縦可能な車輪１１４，１１６を直進位置に持って行くこと無く、カーブ内で車両を制御した場合でも、合計操舵角δ_T の値の早期の適合を行うことができる。

この発明の有利な実施構成では、更に、評価・制御ユニットが、基準信号を受信する毎に、前述した手法で同様に実施される合計操舵角δ_T の値の補正を行うものと規定することができる。この合計操舵角変換器１３２の校正を繰り返すことによって、測定時間が長くなるにつれて、算出される合計操舵角δ_T の精度が低下することが防止される。

更に、基準信号を受信する毎に、評価・制御ユニットが、合計操舵角δ_T のその時点で存在する値が、所定の許容範囲内で基準値と一致するか否かを検査し、一致しない場合、誤り通報を発出するものと規定することができる。

合計操舵角δ_T の値と全ての得られた基準値の間の差分が、所定の閾値よりも大きい場合には、センサー機器内に誤りが存在するものと結論付けて、誤り信号を発出する。

高い分解能の合計操舵角変換器１３２を用いて求めた合計操舵角δ_T は、特に、例えば、評価・制御ユニットと一体化された、サーボモーター１２６を制御する操舵角コントローラの制御量としての役割を果たすことができる。ここで、そのような操舵角コントローラを有する、オーバーライディング操舵部１２４を備えた操舵システムのブロック図が、図４に図示されている。

図４から分かる通り、合計操舵角δ_T の目標値δ_T,CMD は、運転者により設定されるハンドル角δ_H と、例えば、走行動特性コントローラ４０２で求めた追加操舵角Δδ_ESP とから得られる。この場合、走行動特性コントローラ４０２は、特に、ヨーレイト制御又はヨーレイト補償を当業者に基本的に周知の手法で行うことができ、それにより、追加操舵角Δδ_ESP が、車両の安定性を向上させている。

ここで、目標値δ_T,CMD は、追加操舵角Δδ_ESP と、図４で乗算ブロック４０４により図示されている通り、ハンドル角δ_H にオーバーライディング伝動部の伝達比ν₁ を乗算することにより得られる、ステアリングシャフトの下方部分１０６に関するハンドル角δ_DRV,CMD との合計として与えられる。

操舵角コントローラ４０６により調整すべき制御偏差は、合計操舵角δ_T の目標値δ_T,CMD と前述した手法で合計操舵角変換器１３２を用いて検出した実際値の間の偏差である。

この制御偏差から、操舵角コントローラ４０６によって、追加操舵角Δδ又はモーター角φ_M が、調整量として計算されて、オーバーライディング操舵部１２４のサーボモーター１２６に設定される。この場合、モーター角φ_M は、ちょうど合計操舵角δ_T の制御偏差にサーボモーター１２６のシャフトとステアリングシャフトの下方部分１０６の間の伝達比ν₂ を乗算したものと一致する。

このようにして、合計操舵角δ_T の実際値と設定量δ_T,CMD の偏差を調整することによって、操舵角コントローラ４０６を用いて、走行動特性コントローラ４０２の設定量Δδ_ESP と一致する追加操舵角Δδが確実に設定される。

標準的なＥＳＰハンドル角変換器を用いた場合、特に、走行動特性コントローラ４０２に関する入力量としての役割を果たすハンドル角δ_H を測定する際の分解能は、通常オーバーライディング操舵部１２４の介入を運転者に気付かれないように追加操舵角Δδ_ESP をハンドル角δ_H に適合することを可能とするためには低すぎる。

従って、以下において、図５に図示したブロック図にもとづき説明する、この発明の特に有利な実施構成では、合計操舵角変換器１３２を用いて検出した合計操舵角δ_T とモータ角変換器１３４を用いて測定したモーター角φ_M とから、ハンドル角δ_H の少なくとも一つの成分を求めるものと規定する。このようにして、標準的なＥＳＰハンドル角変換器を用いて検出することが可能なものよりも高い精度と分解能で、ハンドル角δ_H を算出することができる。

この場合、図５に図示された操舵システムは、基本的に図４に図示された操舵システムと同様の構造を有する、即ち、運転者がハンドル１１８を用いて設定した角度設定量δ_DRV,CMD に追加して、ステアリングシャフトの下方部分１０６に設定される追加操舵角Δδ_ESP を計算する走行動特性コントローラ５０２を有し、その場合操舵角設定量δ_DRV,CMD は、ブロック５０４により示されたハンドル角δ_H とオーバーライディング伝動部１２２の伝達比ν₁ との乗算によって得られる。

ここでも、合計操舵角δ_T に関する設定量δ_T,CMD の設定は、設定量δ_T,CMD と合計操舵角変換器１３２を用いて検出した合計操舵角δ_T の実際値の間の偏差が供給される操舵角コントローラ５０６を用いて行われる。この場合、この偏差を調整するために、既に図４と関連して前述した通り、操舵角コントローラ５０６によって、オーバーライディング操舵部１２４のサーボモーター１２６の相応の制御が行われる。

この実施構成では、ハンドル角δ_H を求めるために、その角度は、ステアリングシャフトの上方部分１２０に関する合計操舵角δ_T と同じくステアリングシャフトの上方部分１２０に関するモーター角φ_M の間の差分によって与えられるという事実を出発点としている。そのため、ハンドル角δ_H に関する推定値δ_H,est は、それらの量から、次の関係式にもとづき求めることができる。

δ_H,est ＝（１／ν₁ ）・（δ_T −ν₂ φ_M ） （４）

この場合、この推定値の計算は、乗算ブロック５０８と５１０から成るユニット５１２で行われ、そのユニットでは、合計操舵角変換器１３２を用いて検出した合計操舵角δ_T とモータ角変換器１３４を用いて求めたモーター角φ_M が、入力量としての役割を果たしている。

特に、ブロック５１４と５１６から成るユニット５１８を用いて、ハンドル角変換器１３２を用いて検出した値と前述した手法で算出したハンドル角δ_H に関する推定値δ_H,est のどのような割合で、運転者による操舵設定量δ_DRV,CMD を算出するのかを規定することができる。

この場合、このユニット５１８の出力信号として、次の量が得られる。

δ_DRV,CMD ＝ａδ_H ＋（１−ａ）δ_H,est （５）

ここで、パラメータａに関して、区間［０，１］内の値を選定する。

この場合、（１−ａ）δ_H,est の成分にもとづき、例えば、標準的なＥＳＰハンドル角変換器のような分解能の低いハンドル角変換器１３０を用いた場合における、運転者による操舵設定量δ_DRV,CMD に関する目標値を求める際の分解能を高めることができる。

角度変換器１３２と１３４が、オーバーライディング伝動部１２２の領域とオーバーライディング伝動部１２２の出力側に配置されているので、運転者によるハンドル１１８での操舵動作時に、操舵系統の慣性、特に、オーバーライディング伝動部１２２の慣性のために、（１−ａ）δ_H,est の成分は変化する。この成分のユニット５１２での計算時間のために、操舵の動特性に対して無視することができる遅延も更に生じる。

従って、有利には、運転者による操舵角の設定量を求める際に、分解能は確かに低いが、遅延無しに検出される、ハンドル角変換器１３０を用いて測定したハンドル角δ_H を比例配分することを考慮する。

この場合、有利には、パラメータａの値は、ハンドル角変換器１３０の分解能に応じて設定され、その場合この値は、高い分解能のハンドル角変換器１３０を用いる場合には１に近く、より低い分解能のハンドル角変換器１３０を用いる場合には０に近いものとなる。

この発明の実施に適した車両の操舵システムの基本構成図 オーバーライディング伝動部のブロック図 増分測定式角度変換器の実施構成の模式図 この発明の枠組み内で規定される操舵システムの第一の実施構成のブロック図 この発明の枠組み内で規定される操舵システムの第二の実施構成のブロック図

Claims (12)

1. サーボモーターによって制御されるオーバーライディング伝動部を備えた操舵システムでの操舵角を求める方法であって、この伝動部の出力側では、伝動部の入力側で設定されたハンドル角とサーボモーターを用いて調整された追加操舵角とを組み合わせた、ステアリングシャフトの伝動部の出力側の部分に対する合計操舵角を調整することが可能であり、サーボモーターは、操舵システムの停止状態ではロックされており、ハンドル角は、伝動部の入力側に配置されたハンドル角変換器により検出される方法において、
   伝動部の出力側のステアリングシャフト上に配置された増分測定式操舵角変換器（１３２）を用いて、初期値を出発点として合計操舵角（δ_T ）を算出し、この初期値は、操舵システムの作動時に、その前に行われた操舵システムの停止とほぼ同時に検出、保存していたハンドル角（δ_H ）及び合計操舵角（δ_T ）の値（δ_H,0 ；δ_T,0 ）と、操舵システムの作動とほぼ同時にハンドル角変換器（１３０）を用いて検出したハンドル角（δ_H ）の値とから求めることを特徴とする方法。
2. 増分測定式操舵角変換器（１３２）を用いて求めた合計操舵角（δ_T ）の値と、ハンドル角変換器（１３０）を用いて測定したハンドル角（δ_H ）の値とから、追加操舵角（Δδ）の値を求めることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 追加操舵角（Δδ）から、サーボモーター（１２６）のモーターシャフトがその時点でゼロ位置から全回転している回数を求めることと、モーターシャフト上に配置されたモータ角変換器（１３４）を用いて、ちょうど１回の全回転に対応する角度範囲内におけるモーターシャフトの角度位置を求めることとを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 求めた全回転している回数とモータ角変換器（１３４）の信号とから、モーターシャフトの角度位置（φ_M ）を算出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. ステアリングシャフト（１０６，１２０）が伝動部の出力側で所定の複数の角度位置の中の一つを占めた時に発動される基準信号が発生した場合に、合計操舵角（δ_T ）の値を所定の基準値に補正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. 基準マークセンサーを用いて、ステアリングシャフト（１０６，１２０）の周囲の所定の位置に配置された少なくとも一つの基準マーク（３１４）を検出することにより、基準信号を発動す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. ステアリングシャフト（１０６，１２０）の伝動部の出力側の部分（１０６）が直進位置に来た時に、基準マーク（３１４）を検出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. 複数の基準マーク（３１４）が、それぞれステアリングシャフト（１０６，１２０）の周囲の一つの位置に配置されていることを特徴とする請求項１から７までのいずれか一つに記載の方法。
9. 合計操舵角（δ_T ）の複数の基準値が予め定められており、基準信号が発生した時に、合計操舵角（δ_T ）の検出値に最も近い基準値への合計操舵角（δ_T ）の補正を行うことを特徴とする請求項１から８までのいずれか一つに記載の方法。
10. 増分測定式操舵角変換器（１３２）を用いて検出した合計操舵角（δ_T ）とモータ角変換器（１３４）を用いて検出した追加操舵角（Δδ）とから、ハンドル角（δ_H ）の第一の成分ａ・δ_H を求めるとともに、ハンドル角変換器（１３０）を用いてハンドル角（δ_H ）の第二の成分（１−ａ）・δ_H を求め、その場合パラメータａが、区間［０，１］内の値を有することを特徴とする請求項１から９までのいずれか一つに記載の方法。
11. パラメータａの値を変更することが可能であることを特徴とする請求項１から１０までのいずれか一つに記載の方法。
12. ハンドル角変換器（１３０）の分解能に、パラメータａの値を適合させることを特徴とする請求項１から１１までのいずれか一つに記載の方法。

Images