JP2013542886A - パワーステアリング装置を運転する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、パワーステアリング装置（１０）を運転する方法、及び、そのようなパワーステアリング（１０）に関する。モータトルクが、電子的なコンピュータ（２１）によって計算されて、好適なモータ制御装置によって調整される。測定された手動トルクを考慮しながら、計算されたモータトルクの信頼性チェックが行われる。信頼性チェックの間、付加トルクのレベルが、追加的に、少なくとも１つの特殊な機能によって考慮される。

Description

本発明は、パワーステアリング装置を運転する方法、そのようなパワーステアリング装置、当該方法を実施するための制御装置ないしコンピュータプログラムないしコンピュータプログラム製品に関する。

パワーステアリング装置は、サーボステアリング装置としても表記されるが、運転者によってステアリング装置に与えられなければならない力を低減することを実現するべく作用する。サーボステアリング装置としてのＥＰＳの場合、様々な入力パラメータに依存して、モータトルクが計算される。当該モータトルクは、追加トルクとして運転者によって与えられる手動トルクに重畳される。

ＥＰＳシステムにおける可能性ある欠陥作用の制限のために、追加の対策が知られている。それは、以下においては、安全対策と表記されている。手動トルクとモータトルクとの組合せを監視することによって、機能的な行程において許容される組合せの制限が行われながら、安全に関する作動ポイントが回避される。

ＤＥ１０２００９０００１６５Ａ１は、パワーステアリング装置を運転するための方法を開示している。そこでは、電子的な計算装置によってモータトルクが計算され、好適なモータ制御装置によって調整される。この場合、計算されたモータトルクの信頼性チェックが、安全構想の範囲内で行われる。安全構想というのは、例えば、３レベルの構想によって表される。モータトルク限界曲線の上方の部分の積分と、モータトルク限界曲線の下方の部分の積分の減分と、が実施される。レベル１での目標モータトルクは、第１積分閾値によって制限される。レベル２では、制限のモニタリングが行われる。追加的に、本来の安全なモータトルク制限曲線が、実際のトルクに依存して、引き合いに出される。

過去の数年、拡大された特殊な機能が、発展されてきた。ＥＰＳシステムは、トルク重畳を介して、運転者アシストの領域での付加価値を実現するために、それを利用している。例えば、駐車時のステアリングアシストや、レーンキーピングアシスト（レーン逸脱ウォーニング、レーンキーピングサポート）がある。この場合、アシストの程度を高めるために、より高い重畳ステアリングトルクが必要となる。これらの機能は、所定の状況に依存して、手動トルクを変更する。これにより、手動トルクとモータトルクとの組合せも変更されるが、このことは従来の構想では考慮されていなかった。

本発明による方法は、パワーステアリング装置を運転するために作用する。当該方法においては、モータトルクが、電子的なコンピュータによって計算され、好適なモータ制御装置によって調整されるが、測定された手動トルクを考慮しながら、計算されたモータトルクの信頼性チェックが行われる。追加的に、追加トルクの大きさが、少なくとも１つの特殊な機能によって考慮される。

当該方法において、測定された手動トルクの訂正が、特殊機能の通常の追加トルクの典型的な符号方向の大きさだけ、実施され得る。

本発明による方法の一実施の形態では、測定された手動トルクが高められる。あるいは、手動トルクが低減される。

本発明による方法の一実施の形態では、信頼性チェックが、例えば３レベル構想の枠内で実施される。

ある実施の形態では、手動トルクは、通常は手動トルクセンサによって検出され、目標手動トルクの設定によって調整される。

更に、自動車のパワーステアリング装置が提供される。それは、特には、前述の類の方法を実施するために好適である。このパワーステアリング装置は、モータトルクを計算するための電子的なコンピュータと、通常は所与の追加トルクすなわちモータトルクを供給するための電気モータと、実際の手動トルクを検出するための装置と、を備えている。このために、通常は、手動トルクセンサ、例えば、トーションバートルクセンサが設置されている。このパワーステアリング装置は、測定された手動トルクを考慮しながら計算されたモータトルクの信頼性チェックが行われることと、信頼性チェックの際に追加的に少なくとも１つの特殊な機能の追加トルクの大きさが考慮されることと、によって特徴付けられている。

更に、制御装置が提供される。それは、特には、前述の類のパワーステアリング装置に投入するために提供される。この制御装置は、モータトルクを計算するための電子的なコンピュータを備える。モータトルクは、信頼性チェックを受ける。この場合、追加的に、特殊な機能の追加トルクの大きさが考慮される。

本方法では、特殊機能が手動トルクを高める場合や、特殊機能が手動トルクを低減する場合において、安全機能の振舞が基本的に区別され得る。

手動トルクを高めることは、サポート出力の低減を意味する。すなわち、ＥＰＳモータがシステム内でより小さいトルクを導入しなければならない。これにより、モータトルクは、常に制限以内にとどまる。この時、サポート出力の低減は、安全技術上、安全状態への移行を経験する（サポート無し）。従って、機能的な制限は行われない。

特殊機能の影響の下で手動トルクを高めることによって、機能的には不要であって安全技術上はむしろ絶対に回避すべきであるのに、本質的に多くのＥＰＳモータトルクが許容される。なぜなら、この状況で、モータトルクを対応方向に引き起こすシステム欠陥が、何の妨げもなく解消し得て、制御可能な影響を招き寄せることが無い。

手動トルクを低減する特殊機能の場合、実際の安全機能の振舞も考慮され得る。

運転者が正しい方向に操舵する時、トルク重畳によって、運転者にとっての操作が軽くなる。「軽くなる」とは、この場合、手動トルクが低減することである。これは、ＥＰＳモータトルクを高めることを意味する。

安全技術とは、この重畳の過程、すなわち、小さい手動トルクの際にＥＰＳモータトルクを高めること、である。運転者は、操舵ストッパの方向に小さい抵抗のみで操舵することができ、算出されたモータトルクの前記信頼性チェック（モータトルクリミッタ）によって制限されるであろう。すなわち、モータトルクリミッタは、当該追加トルクを許容しないで、モータトルクを制限するであろう。この場合、人が回避しなければならない欠陥状況を問題にすることなく、それぞれの特殊機能の機能的な特性を問題にすることができる。すなわち、人はモータトルクリミッタを、この類の機能性を可能とするために、拡張しなければならない。

本発明の利点は、とりわけ、トルクベースのＥＰＳ特殊機能が、機能的な制限なしで、安全機能を不能にしたり安全機能の受容されるパラメータを変更したりする必要なしで、作用され得ることである。この場合、潜在的に可能性ある欠陥の作用が改善される。処置は、安全保証の枠内で確立され得る。

前述の方法は、特に、自由なステアリングトルク制御を達成するための追加トルクの導入のための手段、実際の手動トルクを検出するための手段、電気モータの電気的な量を検出するための手段、及び、電気モータのロータ位置ないしロータ速度を検出するための手段、を有するＥＰＳシステムでの動作にとって、好適である。

本発明の制御は、典型的には、所与の追加トルクの制御にとって好適な制御システムによって行われる。当該制御において、典型的には、以下の方法工程が実施される。
１．目標手動トルクの計算
２．実際手動トルクの測定
３．制御対象の目標モータトルクの計算による、目標トルクと実際トルクとの間の相違の最小化
４．目標モータトルクの調整のための電流制御

この制御は、追加トルクの生成のための制御システムで行われる。そこでは、合目的的に、マイクロプロセッサが設けられており、それは、インテリジェント型の安全コンピュータ（監視コンピュータ（Watchdog）） と通信する。典型的には、コンピュータセルの保護のための３レベル構想が利用される。

本方法は、少なくとも幾つかの実施形態において、ＥＰＳ特殊機能についての以下の要求に基づいている：重畳トルクは、固有の安全な値についての大きさ及び勾配に関して制限されなければならないか、信頼性チェック対策によるＡＳＩＬＤ積分が保証されなければならない。更に、重畳トルクは、対応する特殊な状況においてのみ、要求されることができ、一時的に監視され、制限されなければならない。更に、重畳トルクは、操作方向（Aufschaltrichtung）の信頼性チェックをしなければならないし、不所望の可能性ある振動性の符号変化を除去しなければならない。

前述のコンピュータプログラムは、当該コンピュータプログラムがコンピュータないし計算装置で実施される時に、前述の方法の全ての工程を実施するようなプログラムコード手段を有している。

更に、当該コンピュータプログラムがコンピュータないし対応する計算装置で実施される時に、前述の方法の全ての工程を実施するようなプログラムコード手段を有するコンピュータプログラムが提案される。

コンピュータプログラム製品は、当該プログラムコード手段を有しており、当該プログラムコード手段は、コンピュータ読取可能な記憶媒体に記憶されている。

当該コンピュータプログラムは、コンピュータプログラム製品として、例えば、フレキシブルディスク、ＣＤ、ＤＶＤ、ハードディスク、ＵＳＢメモリスティック、それらの類似物、インターネットサーバ、のような、コンピュータ読取可能な記憶媒体に記憶され得る。そこから、当該コンピュータプログラムは、制御装置の記憶要素に転送（ダウンロード）される。

本発明の更なる利点及び実施の形態は、当該明細書及び添付の図面から明らかである。

前述の、及び、後述の特徴は、本発明の枠を逸脱することなく、それぞれの明示された組合せにおいてのみならず、他の組合せにおいても、あるいは、単独でも、採用可能である、と理解される。

本発明は、一実施の形態に基づいて、添付の図面に概略的に図示され、以下において添付の図面を参照しつつ詳述される。

本発明によるパワーステアリング装置の一実施の形態を示している。 手動トルクを高める特殊機能のための、安全機能の図示のための、トルク制限曲線の経過を、グラフで示している。 手動トルクを低減する特殊機能のための、安全機能の図示のための、トルク制限曲線の経過を、グラフで示している。

図１では、図１ａ及び図１ｂにおいて、パワーステアリング装置の一実施の形態を示している。それは、全体的に、参照符号１０で示されている。更に、図１ａにおいて、ステアリングハンドル１２、２つの操舵される車輪１６を有するフロント車軸１４、電気モータないしＥＰＳモータ１８、電子的な計算装置２１を有する制御装置２０、及び、手動トルクセンサ２２が示されている。計算装置２１を有する制御装置２０によって、モータ１８の駆動のためのモータ制御が実現されている。

図１ａの計算装置２１において実施されるソフトウェアを開示する図１ｂによれば、制御部２３とブロック部２４とが設けられており、ブロック部２４は制御部２３のための設定値を予め設定する。このブロック部２４において、運転者アシスト部２５と、ステアリング感覚設定のための領域２６と、が用意されている。

ステアリング感覚は、システム内で、経路Ｍ_{Ｌｅｎｋｇｅｆｕｅｈｌ}（経路２７）を介して導入される。重畳トルクは、経路Ｍ_{Ｆａｈｒｅｒａｓｓｉｓｔｅｎｚ}（経路２８）を介して導入される。点２９において、図１の手動トルクセンサ２２からの手動トルクセンサ信号が入力される。点３０において、図１ａのモータ１８のためのモータトルクの設定が行われる。

解決アプローチは、追加トルクによって制限される特殊機能による変更を補償するような、手動トルクの訂正に基づいており、適用され受容されているパラメータを変更しないことを可能にする。これにより、特殊機能無しで同一の操舵運動に必要とされる手動トルクが計算される。この矯正可能な信号が、安全機能に供給される。これにより、特殊機能との関連で、機能的な制限が何も生じない。

図２において、モータトルク制限曲線の経過３０が、グラフに示されている。この場合、横軸３２に、実際の手動トルクが適用され、縦軸３４に、手動トルクが適用されている。この図面は、手動トルクを高める特殊機能のための、安全機能の訂正の図示のために役立つ。

図示の例では、例えば、好適な曲線が延伸されている。特殊機能の影響により、追加トルク、例えば−５Ｎｍの追加トルク、が適用される。測定された手動トルクは、これによって高められ、約Ｍ_Ｈａｎｄ＝−８Ｎｍとなる。ＥＰＳモータの部分は低減する。なぜなら、それは、より小さくアシストしなければならないからである。すなわち、機能的に何らの制限も存在しない。８Ｎｍの手動トルクの場合、安全機能は、それは機能的に不要で安全技術上回避すべきであるのに、最大のモータトルクを許容する（第一領域５０） 。説明された訂正によって、今や、置換手動トルクＭ_{Ｈａｎｄ＊}が計算される。

Ｍ_{Ｈａｎｄ＊} ＝ Ｍ_Ｈａｎｄ − Ｍ_{Ｏｆｆｓｅｔ} ＝ −８Ｎｍ−（−５Ｎｍ） ＝ −３Ｎｍ
置換手動トルクは、特殊機能無しで曲線が延伸される時に必要とされる手動トルクに対応している。許容されるモータトルクは、この場合、第一領域５０から第二領域５２に移動される（経路５４）。これは、可能性ある欠陥作用が明らかにより小さいという結果をもたらす。

図３には、図２に対応するモータトルク制限曲線３０が適用されている。この図面は、手動トルクを低減する特殊機能のための、安全機能の訂正の図示のために役立つ。

この場合、例えば、好適な曲線が延伸されている。特殊機能の影響により、追加トルク、例えばＭ_{Ｏｆｆｓｅｔ}＝＋５Ｎｍの追加トルク、が適用される。測定された手動トルクは、これによって低減され、約Ｍ_Ｈａｎｄ＝０Ｎｍとなる。ＥＰＳモータの部分は高められる。なぜなら、それは、より強くアシストしなければならないからである。小さい手動トルクの場合、信頼性チェック対策によって制限されて、小さいＥＰＳモータトルクのみが許容される。すなわち、特殊機能の要求がかなり制限され得る（第一領域６０）。

この曲線は、しかし、正常な操舵感覚の調和の範囲内で、約０Ｎｍという手動トルクを伴わずに、延伸されている。むしろ、特殊機能無しでは、より高い手動トルクが必要である。より高い手動トルクの場合、更に、より高いＥＰＳモータトルクが許容される。このことから、安全機能のために手動トルクを訂正することは、機能的に正しく必要であって、置換手動トルクＭ_{Ｈａｎｄ＊}は以下のように計算される。

Ｍ_{Ｈａｎｄ＊} ＝ Ｍ_Ｈａｎｄ − Ｍ_{Ｏｆｆｓｅｔ} ＝ ０Ｎｍ−（＋５Ｎｍ） ＝ −５Ｎｍ
置換手動トルクは、特殊機能無しで曲線が延伸される時に必要とされる手動トルクに対応している。許容されるモータトルクは、この場合、第一領域６０から第二領域６２に移動され（経路６４）、特殊機能のトルク変更が許容される。

当該方法は、自動車応答の関係で制限され得る。制御可能な領域に維持されなければならない自動車応答にとって決定的なのは、ギヤラックの運動である。なぜなら、ギヤラックの運動によって、車輪が操舵されるからである。この運動は、手動トルクとＥＰＳモータトルクとの和から生じる。運転者が特殊機能によって小さい手動トルク部分を供給しなければならない時、サーボモータ部分がこれに対応して高まる。手動トルクとＥＰＳモータトルクとの和は、ギヤラック上において、同一を維持する。すなわち、トルクベースの追加機能によって、手動トルクとモータトルクとの間の増幅要素だけが変更される。この場合、手動トルクと追加トルクないしはモータトルクとの符号方向の和は、モータトルクの制限に関連する。

安全技術上、自動車の振舞を考慮して、特殊機能及び訂正された安全機能を伴う運転者と、特殊機能無しでも境界的領域の状況を制御できる熟練した運転者−高い手動トルクと高い許容モータトルクとで操舵車輪を細かく制御する−と、の間で、何らの相違も生じない。

Claims (11)

1. パワーステアリング装置（１０）を運転する方法であって、
   モータトルクが、電子的なコンピュータ（２１）によって計算され、好適なモータ制御装置によって調整され、
   測定された手動トルクを考慮しながら、計算されたモータトルクの信頼性チェックが行われ、
   信頼性チェックの際、追加的に、追加トルクの大きさが、少なくとも１つの特殊な機能によって考慮される
   ことを特徴とする方法。
2. 測定された手動トルクの訂正が、特殊機能の追加トルクの大きさだけ、実施される
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 手動トルクが高められる
   ことを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 手動トルクが低減される
   ことを特徴とする請求項２に記載の方法。
5. 信頼性チェックが、３レベル構想の枠内で実施される
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
6. 手動トルクは、手動トルクセンサ（２２）によって検出され、目標手動トルクの設定によって調整される
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
7. 以下の条件に基づいて実施される
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
   ・重畳トルクは、固有の安全な値についての大きさ及び勾配に関して制限されなければならないか、信頼性チェック対策によるＡＳＩＬＤ積分が保証されなければならない
   ・重畳トルクは、対応する特殊な状況においてのみ、要求されることができ、一時的に監視され、制限されなければならない。
   ・重畳トルクは、操作方向（Aufschaltrichtung）の信頼性チェックをしなければならないし、不所望の可能性ある振動性の符号変化を除去しなければならない。
8. 特には請求項１乃至７のいずれかによる方法を実施するための、自動車のパワーステアリング装置であって、
   モータトルクを計算するための電子的なコンピュータ（２１）と、
   モータトルクを供給するための電気モータ（１８）と、
   実際の手動トルクを検出するための装置と、
   を備え、
   測定された手動トルクを考慮しながら、計算されたモータトルクの信頼性チェックが行われ、
   当該パワーステアリング装置（１０）は、信頼性チェックの際、追加的に、特殊な機能の追加トルクの大きさを考慮するように、構成されている
   ことを特徴とするパワーステアリング装置。
9. 特には請求項８によるパワーステアリング装置に投入するための、制御装置であって、
   モータトルクを計算するための電子的なコンピュータ（２１）を備え、
   測定された手動トルクを考慮しながら、計算されたモータトルクの信頼性チェックが行われ、
   当該制御装置（２０）は、信頼性チェックの際、追加的に、特殊な機能の追加トルクの大きさを考慮するように、構成されている
   ことを特徴とする制御装置。
10. 当該コンピュータプログラムがコンピュータないし対応する計算装置（２１）、特には請求項９による制御装置（２０）、で実施される時に、請求項１乃至７のいずれかによる方法の全ての工程を実施するための、プログラムコード手段を有するコンピュータプログラム。
11. 当該コンピュータプログラムがコンピュータないし対応する計算装置（２１）、特には請求項９による制御装置（２０）、で実施される時に、請求項１乃至７のいずれかによる方法の全ての工程を実施するための、コンピュータ読取可能な記憶媒体に記憶された、プログラムコード手段を有するコンピュータプログラム製品。

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