JP2012533473A - 自動車のパワーステアリングシステムにおいて、ステアリングホイールのトルク設定値を決定するための方法 - Google Patents

自動車のパワーステアリングシステムにおいて、ステアリングホイールのトルク設定値を決定するための方法 Download PDF

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Abstract

【課題】パワーステアリングシステムにおいて、自動車が如何なる状況にあってもドライバに快適な乗り心地を提供することができるように、各種のパラメータ及び情報に基づいて、トルク設定値又は荷重設定値を決定する。
【解決手段】トルク設定値又は荷重設定値は自動車の横加速度に基づいて決定され、横加速度は、主にラックに作用する推定荷重に基づいて決定され、さらに他の方法によって得られる横加速度を重み付けして決定されることが好ましい。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車のパワーステアリングシステム、特に、自動車に搭載された電子コンピュータにより駆動される電子パワーステアリングシステムに関する。特に、自動車のパワーステアリングシステムにおいて、如何なる状況においてもドライバに快適な乗り心地を提供することができるようにステアリングホイールのトルク設定値又は荷重設定値を決定する方法に関する。
発明の背景は、図１の線図によって説明することができる。この図には、パワーステアリングシステムの主要な機械要素及び他の要素が示されている。この種のステアリングシステムは、ステアリングコラム３に接続されたステアリングホイール２を有する機械部品を備え、ステアリングコラム３におけるステアリングホイール２から離間する側の端部には、ステアリングギヤボックスにスライド可能に固定されたラック４に係合するステアリングピニオンが支持されている。ラック４における相対向する２つの端部は、コネクティングロッド６及び７を介して自動車の左右のホイール（図示省略）に接続されている。ステアリングシステムは、自動車のドライバによってステアリングホイール２に付与される手動の力を補助するために、両方向に回転可能な電子補助モータ８を備えている。電子補助モータ８の出力軸は、エンジントルク（同様に抵抗トルク）をステアリングシステムに伝達するために、円筒状のウォームホイール又はギヤトレイン（歯車列）を有するウォーム減速ギヤ９を介してステアリングコラム３若しくはステアリングピニオンに連結されるか、又は直接ラック４に連結される。電子補助モータ８は、自動車に搭載され且つ各種センサからの様々な信号を受信して処理する電子コンピュータ１０により制御される。
一つの実施例として、電子コンピュータ１０は、ステアリングコラム３に設置されたトルクセンサ１１からの電気信号、及び、ステアリングホイール２の角度センサ１２からの電気信号を受信する。センサ１１は、ドライバによってホイール２に付与されるトルクを測定する。電子コンピュータ１０は、自動車の車速センサ（図示省略）からの電気信号、及び、電子補助モータ８の角度位置センサ１３からの電気信号を受信することができる。
電子コンピュータ１０は、ドライバによりステアリングホイール２に付与される手動の変位（荷重）を補助するべく、上記受信した信号に基づいて、上記電子補助モータ８が、ドライバによりステアリングホイールに付与される荷重を増幅するか又は補償する方法で補助トルク又は補助荷重を常に発生するように、予め定めた補助法則に基づいて該モータ８を駆動する。
しかしながら、自動車の使用状態によっては、必ずしもこのような補助が、ドライバに対して期待通りの乗り心地やステアリングホイール荷重を付与しない場合がある。この点、ステアリングホイールのトルク、より正確にはステアリングホイールの荷重は、自動車の乗り心地及びドライバが受ける動的な感覚を支配する重要な要素となる。
特許文献１には、請求項１の序文と同じ構成が記載されていて、自動車の電子パワーステアリングシステムが記載されている。このものでは、ステアリングホイールのためのトルク設定値は、横加速度を含む様々な測定パラメータに基づいて計算される。このパラメータは、もっぱら横方向の加速度センサによって測定される。
欧州特許出願第１２３４７４６号明細書
本発明の目的は、上述した欠点を解決することであり、その主な目的は、如何なる状況においても快適な乗り心地を提供することにある。すなわち、自動車の動的な状態に応じてステアリングホイールのトルク又は荷重を設定することで、如何なる運転状況においても快適な乗り心地を提供することにある。
上記の目的を達成するために、この発明では、ラックピニオン方式を採用した自動車のパワーステアリングシステムにおいて、各種のパラメータ及び／又は情報の関数として定まるステアリングホイール２のトルク設定値又は荷重設定値を決定するための方法に関連し、上記ステアリングホイール２のトルク設定値又は荷重設定値は、自動車の横方向加速度に基づいて決定され、上記自動車の横方向加速度は、上記ステアリングシステムのラック４に作用する荷重の推定に基づいて決定される。
このように、本発明の基礎となる考え方では、ステアリングホイールのトルク設定値又は荷重設定値は横加速度（横方向の加速度）に基づいて決定され、該加速度は、ステアリングシステムのラックに作用する荷重を推定することにより決定される。自動車の横加速度は、自動車の重心位置の軌跡の加速度として定義される。
上記ステアリングホイール２のトルク設定値又は荷重設定値の決定に際しては、以下の４つの方法により得られる横加速度のうちの少なくとも一つを重み付けして考慮に入れることがより好ましい。上記ステアリングホイールの角度位置及び上記自動車の縦方向の速度から得られる横加速度、ジャイロスコープセンサを使用して測定される横加速度、上記自動車のヨーレイト及び縦方向の速度に基づいて決定される横加速度、及び、上記自動車のホイールの速度の関数（特に、同軸に配置されたホイールの速度差の関数)として決定される横加速度。
このようにステアリングホイールの角度位置及び自動車の縦方向（長手方向）の速度から得られる横加速度を考慮に入れることで、ステアリングシステムを介して、路面からドライバの手に伝わる摩擦の影響を補償することができる。また、横加速度を決定するための他の３つうち少なくとも一つを考慮に入れることで、自動車及び／又は車外の状況に応じた修正を踏まえて、ステアリングホイールのトルク設定値（又は荷重設定値）のロバスト性を向上させることができる。
ラック４に作用する荷重は、電子パワーステアリングシステム内のデータ（例えば、電子モータの補助トルク、又は、該モータを流れる電流、該モータの回転速度、荷重推定から横加速度推定に至るまでのモデル計算中にドライバにより付与されるトルク）から推定される。
横加速度を決定するための他の方法では、前述した４つの中からの組み合せによる方法が好ましい。これらは、センサ、データ、関数機能を必要とするが、最近の自動車では、特に、これらは、”ＥＳＰ”と呼ばれる電子安定性プラグラムに備えられているため、発明の実施にはさらに特別の機器を追加する必要もない。
上記各横加速度の決定に際して実行される重み付けは、各横加速度値に”重み係数”を割り当てることで実行され、上記重み係数は、理論的な横加速度を得るために、横加速度自体に依存しており、そうして得られる理論的な横加速度は、ステアリングホイール２のトルク設定値又は荷重設定値を出力（決定）するメインデータテーブルへの入力として利用される。
もう一つの方法は、先ず、横加速度を基にステアリングホイールの理論設定荷重又は理論設定トルクを決定し、それから、横加速度を直接重み付けするのではなく、該理論設定荷重又は理論設定トルクを重み関数によって重み付けする方法である。
さらにステアリングホイールの回転速度が実質的に増加する際に、ステアリングホイール２が固定された場合のトルク又は荷重の一定性を向上させるために、又は、ステアリングホイール２が解放された場合にその回転方向において交互に生じる変位運動を減衰するために、上記ステアリングホイールのトルク設定値又は荷重設定値はステアリングホイール２の回転速度の関数として決定されることが好ましい。このステアリングホイールの回転速度は、ステアリングシステムの電気補助モータの瞬間的な速度を基に計算によって決定することができる。
以上説明したように、本発明によると、自動車の動的な状態に応じてステアリングホイールのトルク又は荷重を設定することで、如何なる運転状況においても快適な乗り心地を提供することができる。
本発明は、添付の図面と共に以下の詳細な説明を参照することで、より一層容易に理解することができる。この詳細な説明は、ステアリングホイールのトルク設定値の決定方法に係る一実施例を例示的に示したものである。
本発明の方法が適用される電子パワーステアリングシステムを示す斜視図である。 本発明の方法を簡潔にまとめたブロック線図である。
図２の特に左側の部分を参照すると、本発明の方法において考慮される様々なパラメータがシンボル化されて示されている。
すなわち、Ａ：ステアリングホイール２の角速度
Ｂ：自動車の縦方向速度
Ｃ：自動車のヨーレイト
Ｄ：ステアリングホイール２の角度位置
Ｅ：自動車の横加速度
ブロック１４では、電子パワーステアリングシステムの電子コンピュータ１０により計算されるラック４に作用する理論荷重、及び、自動車の縦方向の速度Ｂを基に、横加速度を理論的に（理論横加速度を）算出する。
もう一つのブロック１５では、自動車の縦方向の速度と、ジャイロスコープにより測定されるヨーレイトＣとに基づいて、横加速度を理論的に算出する。
さらにもう一つのブロック１６では、自動車の縦方向の速度Ｂ及びステアリングホイールの角度位置Ｄを基に、横加速度を理論的に算出する。
Ｅは、ジャイロスコープにより測定される自動車の横加速度を表しており、この測定された横加速度は、ブロック１７でローパスフィルターを介して処理される。
不図示の方法では、さらなるブロックを設けて、このブロックにおいて、同軸に配置された車輪の速度偏差と、車軸の幅（すなわち、２つの車輪間の距離）と、自動車の縦方向の速度とを基に横加速度を理論的に算出するようにしてもよい。
ブロック１８では、自動車の縦方向の速度を受信するとともに、上述した各ブロックからの出力を合成して、ステアリングホイールのトルク設定値の決定が実行される。この決定は、特に、ブロック１４〜１７から供給される様々な横加速度を、適切な重み付けを行った上で合成することで実行される。
最後のブロック１９では、ステアリングホイールＡの角速度を基に自動車の縦方向の速度を考慮に入れることで、減衰機能を発揮する。
ブロック１８及び１９の出力の合成が最終的に、ステアリングホイールのトルク設定値ＣＣを提供する。この設定値はパワーステアリングシステムによって利用される。
本発明は、自動車のパワーステアリングシステムに有用である。
２ ステアリングホイール
３ ステアリングコラム
４ ラック
８ 電子モータ

Claims (5)

  1. ラックピニオン方式を採用した自動車のパワーステアリングシステムにおいて、各種のパラメータ及び／又は情報の関数として定まるステアリングホイール(２)のトルク設定値又は荷重設定値を決定するための方法であって、
    上記ステアリングホイール(２)のトルク設定値又は荷重設定値は、自動車の横加速度に基づいて決定され、
    上記自動車の横加速度は、上記ステアリングシステムのラック(４)に作用する荷重の推定に基づいて決定されることを特徴とする方法。
  2. 請求項１記載の方法において、
    上記ステアリングホイール(２)のトルク設定値又は荷重設定値の決定に際しては、以下の４つの方法により得られる横加速度のうちの少なくとも一つを重み付けして考慮に入れることを特徴とする方法。
    上記ステアリングホイールの角度位置及び上記自動車の縦方向の速度から得られる横加速度、
    ジャイロスコープセンサを使用して測定される横加速度、
    上記自動車のヨーレイト及び縦方向の速度に基づいて決定される横加速度、
    及び、上記自動車のホイールの速度の関数として決定される横加速度。
  3. 請求項１又は２記載の方法において、
    上記ラック(４)に作用する荷重の推定は、電子パワーステアリングシステム内のデータに基づいて決定されることを特徴とする方法。
  4. 請求項２記載の方法において、
    上記各横加速度の決定に際して実行される重み付けは、各横加速度に”重み係数”を割り当てることで実行され、
    上記重み係数は、理論的な横加速度を得るために、横加速度自体に依存しており、
    該理論的な横加速度は、ステアリングホイール(２)のトルク設定値又は荷重設定値を出力するメインデータテーブルへの入力として利用されることを特徴とする方法。
  5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法において、
    上記ステアリングホイールのトルク設定値又は荷重設定値はまた、ステアリングホイールが固定されている場合のそのトルク又は荷重の一定性を向上させるために、又は、ステアリングホイールが解放された場合にその回転方向において交互に生じる変位運動を減衰するために、ステアリングホイール(２)の回転速度の関数として決定されることを特徴とする方法。
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