JP2014500821A - ステアリングホイール角のオフセットの継続的補正 - Google Patents

Abstract

変化する道路条件に適応するためにステアリングホイール角のオフセット値を継続的に更新するシステムおよび方法。車両制御システムが、複数の車両パラメータ値をそれぞれ異なる車両センサから受け取る。このシステムは、次に、複数の車両パラメータ値の１つまたは複数に基づいた異なる計算方法をそれぞれ使用して、複数の観測操舵角値を計算する。複数の観測操舵角値は、次に車両操舵角を計算するために使用される。次に、ステアリングホイール角および計算された車両操舵角に基づいて、ステアリングホイール角のオフセット値が計算される。ステアリングホイール角のオフセット値およびステアリングホイール角は、車両の操舵システムを制御するために使用される。
【選択図】図２

Description

関連出願の相互参照
[0001]本出願は、２０１０年１０月１５日に出願された米国仮特許出願第６１／３９３，６９４号に基づく優先権を主張し、これによりその内容全体を参照により組み込む。

[0002]本発明は、平坦でない表面を走行時に車両のステアリングホイール角を補正するためのシステムに関する。

[0003]車両が角度のある、すなわち傾斜した路面上を走行しているとき、重力により車両は左または右に動かされる可能性がある。したがって、車両は、車両のステアリングホイールが中心位置に保持されているときでも、直進を維持できない可能性がある。本発明は、特に、車両の運転中にステアリングホイールのオフセット値を計算するための方法およびシステムを提供する。規定された予備的条件が満たされる限り、このシステムは、変化する路面条件に適応するために、更新されたステアリングホイールのオフセット値を継続的に計算する。

[0004]１つの実施形態では、本発明は、変化する道路条件に適応するためにステアリングホイール角のオフセット値を継続的に更新する方法を提供する。車両制御システムが、複数の車両パラメータ値をそれぞれ異なる車両センサから受け取る。このシステムは、次に、複数の車両パラメータ値の１つまたは複数に基づいた異なる計算方法をそれぞれ使用して、複数の観測操舵角値（observed steering angle values）を計算する。複数の観測操舵角値は、次に車両操舵角（vehicle steering angle）を計算するために使用される。次に、ステアリングホイール角および計算された車両操舵角に基づいて、ステアリングホイール角のオフセット値が計算される。ステアリングホイール角のオフセット値およびステアリングホイール角は、車両の操舵システムを制御するために使用される。一部の実施形態において、この方法はさらに、車両パラメータ値の１つまたは複数を対応する車両条件の閾値と比較することを含む。計算されたステアリングホイール角のオフセット値は、車両パラメータのそれぞれが対応する車両条件の閾値を満たすときに限り、操舵システムを制御するために使用される。

[0005]一部の実施形態において、ステアリングホイール角のオフセットを１つまたは複数の前に計算されたステアリングホイール角のオフセット値と比較することによって、ステアリングホイール角のオフセット値の変化率が決定される。その後車両システムは、計算されたステアリングホイール角に基づいて制御される。一部の実施形態では、ステアリングホイール角のオフセット値は、最大ステアリングホイール角のオフセット値と比較され、計算されたステアリングホイール角のオフセット値が、最大ステアリングホイール角のオフセット値よりも小さいときに限り、車両操舵システムは、ステアリングホイール角のオフセットに基づいて作動される。

[0006]別の実施形態において、本発明は、変化する道路条件に適応するためにステアリングホイール角のオフセット値を継続的に更新する方法を提供する。複数の車両パラメータ値が、それぞれ異なる車両センサから受け取られる。車両パラメータ値の１つまたは複数に基づいて、実際の車両操舵角（actual vehicle steering angle）が計算される。実際の車両操舵角とステアリングホイール角の差に基づいて、ステアリングホイール角のオフセット値が計算される。車両センサからの車両パラメータ値が、１つまたは複数の対応するフィルタ条件閾値を満たすときに限り、車両操舵システムは、ステアリングホイール角およびステアリングホイール角のオフセット値に基づいて操作される。

[0007]本発明の他の態様は、詳細な説明および添付の図面を検討することによって明らかになるであろう。

[0008]図１Ａは、角度のある路面上を走行中の車両の図である。 [0009]図１Ｂは、中高になった路面上を走行中の車両の図である。 [0010]本発明の一実施形態による継続的オフセット補正モジュールの概略図である。 [0011]車両のステアリングホイールのオフセット値を継続的に計算する方法を示すフローチャートである。

[0012]本発明の実施形態を詳細に説明する前に、本発明はその応用において、次の記述で説明する、または次の図面に示す構成要素の構造の詳細および配置に限定されないことを理解されたい。本発明は、他の実施形態に対応し、様々な方法で実施される、または実行されることが可能である。

[0013]路面は、水平でないことが多い。路面の形状および角度は、路面上を走行中の車両の動きに影響を与える可能性がある。例えば、図１Ａは、車両の左に向かって下方に傾斜した（すなわち、右側の車輪が左側の車輪よりも高くなるように傾いた）路面を示している。重力の力により、この傾斜面を走行中の車両は左方に進路を変えることになる。したがって、車両のステアリングホイールが中心位置に静止した状態を維持されているときでも、車両は左方に向かう可能性がある。他の路面形状が、車両に同様の影響を有する可能性もある。例えば、図１Bに示す中高（クラウン状）になった路面により、車両は右方に進路を変えることになる。

[0014]傾斜した路面、中高の路面、または他の水平でない路面は、車両運転者に深刻な危険を与える恐れがある。図１Ａの傾斜した道路を走行中の車両は、対向車に向かって進路を変えることがある。同様に、図１Ｂの中高の路面を走行中の車両は、道路の脇からそれる可能性がある。より急な角度または片勾配（banking）のある路面は、車両の操舵角により深刻な影響を与えることになる。

[0015]図２は、車両のステアリングホイールのオフセット角を継続的に生成するためのシステムを示している。ステアリングホイールのオフセット角は、車輪の回転（旋回）を制御するためのステアリングホイールの相対角度に加えられる。例えば、道路が図１Ａに示すように左下方に傾斜している場合、計算されたステアリングホイールのオフセットは、道路の形状に合わせて調整する。ステアリングホイールが中立（ニュートラル）中心位置（neutral center position）に保持されるとき、計算されたオフセットにより、車両操舵システムは車輪を右に回転（旋回）させて、傾斜した路面を走行することによって引き起こされる影響を補正する。オフセット角を継続的に更新することによって、車両は路面の形状および角度の変化に適応することができる。したがって、システムは、運転者が路面の変化を計算する必要がないように、ステアリングホイール角を調節する。

[0016]このシステムは、継続中心発見（continuation center find、CCF)モジュール２００を含む。ＣＣＦモジュール２００は、様々な入力値を受け取って出力を生成する別個のコントローラとして図２に示している。しかしながら、他の実施形態では、ＣＣＦモジュール２００は他の方法で実装されることも可能である。例えば、ＣＣＦモジュール２００は、車両システムの別の部分であって、追加機能も行うプロセッサまたはコントローラで実行されるコンピュータ命令のサブセット（例えばサブルーチン）として実装されることが可能である。

[0017]ＣＣＦモジュール２００は、変化する道路条件に基づいてステアリングホイール角のオフセット値を継続的に更新するように実装されるが、車両を運転中にステアリングホイール角のオフセット値を変更することが必ずしも望ましい、または安全であるとは限らない。例えば、車両が（横方向に、または縦方向に）高レベルの加速をしている場合、ステアリングホイール角のオフセットを急に変更すると、車両の運転を困難にする可能性がある。それゆえにＣＣＦモジュール２００は、フィルタ条件モジュール２０１を含んでいる。フィルタ条件モジュール２０１は、一連の入力条件を受け取り、ステアリングホイールのオフセットを調整することが望ましい条件が満たされるかどうかを判断する。

[0018]フィルタ条件モジュール２０１によって監視および評価される条件は、特定の実施形態において様々であることが可能である。しかしながら、図２に示すシステムでは、フィルタ条件モジュール２０１は、速度センサ２０３によって検知される車両の縦速度（Ｖｘ）、横加速度センサ２０５からの横加速度（Ａｙ)、縦加速度センサ２０７からの縦車両加速度（Ａｘ）、１つまたは複数の車輪速度センサ２０９からの車輪速度、ヨーレートセンサ２１１からのヨーレートＹＲを示す車両パラメータ値を受け取る。

[0019]図２の例示のシステムでは、フィルタ条件モジュール２０１はまた、車両の電子安定制御システムからの入力を受け取る。電子安定制御（ＥＳＣ）システムは知られており、観測された条件（例えば、車両が凍結によりスリップしている場合）に応じて車両の１つまたは複数の車輪の動作を調整する。図２に示すフィルタ条件モジュール２０１は、車輪速度信号がＥＳＣによって補正されたかどうかを示すＥＳＣからの入力２１３を受け取る。

[0020]フィルタ条件モジュール２０１は入力を評価し、ステアリングホイール角のオフセットを調整することが望ましいかどうかを判断する。例示したシステムでは、フィルタ条件モジュール２０１は、入力値が以下の表１に概要を示す要件を満たすことを確認する。しかしながら、閾値およびフィルタ条件モジュール２０１によって評価された入力変数は、車両のタイプまたは車両の望ましい性能特性に応じて変化する可能性がある。したがって他の実施形態では、フィルタ条件モジュール２０１は、他の様々な変数を監視することができ、この変数を様々な限界基準（threshold criteria）と比較することができる。

[0021]フィルタ条件モジュール２０１によって性能基準を監視することに加えて、CCFモジュール２００は、車両の観測された運転条件に基づいて、更新されたステアリングホイールのオフセット角もまた計算する。更新されたオフセットは、複数の異なるモデルベースの計算を使用して複数の推定実効車両操舵角（estimated effective vehicle steering angles）を計算することによって決定される。モデルベースの計算のそれぞれにおいて、様々な変数が評価され、様々な技術が使用されるので、各モデルベースの計算による推定実効車両操舵角は、わずかに異なるものとなる。実効操舵角を推定する複数の方法を使用することによって、このシステムは、車両の実際の操舵角をよりよく見積もる（近似する）ことができる。

[0022]図２のシステムでは、第１のモデル２１５は、観測ヨーレートに基づいて実効車両操舵角ＳＡ_ＹＲを計算する。第２のモデル２１７は、車両の前車軸上の車輪の観測車輪速度に基づいて、実効車両操舵角ＳＡ_ＦＡを計算する。第３のモデル２１９は、車両の後車軸上の車輪の観測車輪速度に基づいて、実効車両操舵角ＳＡ_ＲＡを計算する。３つのモデルベースの計算のそれぞれの値は、ローパスフィルタ（それぞれ２２１、２２３、および２２５）を通される。

[0023]モデルベースの計算のそれぞれからのフィルタリングされた出力は、その後参照計算モジュール２２７に提供されて、重み付けされた、モデルベースの操舵輪角（steer wheel angle）ＳＡ_ＭＯＤを生成する。参照計算モジュール２２７によって使用される参照計算は、他の観測条件または車両のＥＳＣシステムから受け取られる出力に基づくことができる。図２のシステムでは、参照計算は、次の式を使用して行われる。

[0024]ＥＳＣからの出力に基づいて、参照係数（reference constants）ｋ_ＹＲ、ｋ_ＦＡ、およびｋ_ＲＡが決定される。所定の車軸の両輪が安定しているかどうか、および安定している場合、車輪速度の補正が閾値パーセンテージを超えるかどうかに基づいて、前車軸係数および後車軸係数（ｋ_ＦＡおよびｋ_ＲＡ）が決定される。車軸のどちらの車輪も安定していない場合、係数はゼロ（０）となる。車軸が安定しており、ＥＳＣによって実行される車輪速度の補正が０．２％未満である場合、係数は２（２）となる。車軸が安定しており、車輪速度の補正が０．２％よりも大きく０．５％未満である場合、車軸の係数は１（１）となる。ヨーレート係数（k_YR）は、ＥＳＣがヨーレート信号を補正したかどうかに基づいて決定される。ヨーレート信号がＥＳＣによって補正されている場合、係数は４（４）である。補正されていない場合、ｋ_ＹＲは１（１）である。

[0025]オフセット更新／フィルタモジュール２２９は、モデルベースの車両操舵角に基づいて、新しい更新されたステアリングホイール角のオフセットを計算する。ステアリングホイール角センサ２３１によって決定されるステアリングホイールの相対位置（ＳＡ_ＲＥＬ）からモデルベースの車両操舵角（ＳＡ_ＭＯＤ）を差し引くことによって、生オフセット値（ＯｆｓＲａｗ（ｋ））が計算される。オフセット更新／フィルタモジュール２２９はその後、生オフセット値の変化率（ｄＯｆｓＲａｗ（ｋ）＝ＯｆｓＲａｗ（ｋ）−ＯｆｓＲａｗ（ｋ−ｌ））を求める。新しいステアリングホイール角のオフセット値（ＣＣＦＯｆｓ（ｋ））は、次の式に従って生オフセット値の変化率に基づいて前のステアリングホイール角のオフセット値（ＣＣＦＯｆｓ（ｋ−ｌ））を調整することによって計算される。
ＣＣＦＯｆｓ（ｋ）＝ＣＣＦＯｆｓ（ｋ−１）＋ＦＰ＊（ｄＯｆｓＲａｗ（ｋ））
[0026]オフセットが徐々に調整され、車両を制御するための運転者の能力に影響を与える可能性がある急な変更が行われないことを保証するために、生オフセットの変化率にローパスフィルタ係数（ＦＰ）を掛ける。フィルタ係数（ＦＰ）は、オフセット値が計算される率（ｒａｔｅ）および計算オペレーションを完了するために要する時間に基づいて決定される。例えば、この実施形態では、更新された生オフセット値（ＯｆｓＲａｗ）は５秒毎に計算され、計算は２０ｍｓ以内に完了する。この実施形態のフィルタ係数（ＦＰ）は、０．００４である。

[0027]オフセット更新／フィルタモジュール２２９は、計算されたステアリングホイールのオフセット値を電動パワーステアリング（ＥＰＳ）システム２３３に提供する。しかしながら、補助的予防措置として、オフセット更新／フィルタモジュール２２９は、最終フィルタを行って、ステアリングホイール角のオフセットが大きくなりすぎず、急に変化しないように保証する。新しい計算されたステアリングホイールのオフセットが１０度未満であり、変更率が０．５度／秒未満である場合、新しい計算されたオフセット値（ＣＣＦＯｆｓ（ｋ））は、ＥＰＳシステム２３３へ出力され、車両の操舵を制御するために使用される。しかしながら、新しい計算されたステアリングホイールのオフセットが１０度よりも大きい場合、または変化率が０．５度／秒よりも大きい場合、前に計算されたオフセット値（ＣＣＦＯｆｓ（ｋ−１））が代わりにＥＰＳシステム２３３に出力される。

[0028]他の実施形態では、角度閾値および変化率閾値は、車両のタイプまたは望ましい運転条件に基づいて異なるものとすることが可能である。さらに、一部の実施形態では、オフセット角の値および変化率は、一定の閾値で上限を設けられる。例えば、新しい計算されたオフセット角が１０度よりも大きい場合、ＥＰＳシステム２３３に送信されるオフセット値は１０度に相当するものとなる。新しい計算されたオフセット角により変化率が０．５度／秒を越える場合、オフセット／更新フィルタモジュール２２９は、変化率が０．５度／秒に相当するようにオフセット値を再計算する。再計算されたオフセット値は、ＥＰＳシステム２３３に出力（送信）される。

[0029]図３は、車両の操舵を制御するために、図２に示して上述したシステムを使用する方法を示している。車両のエンジンが始動された後（ステップ３０１）、車両の制御システムは、車両が静止している間に検知された条件に基づいて初期操舵オフセット値を計算する（ステップ３０３）。車両のＥＰＳシステムは、次に初期操舵オフセット値に基づいて作動される（ステップ３０５）。フィルタ条件モジュール２０１は、次にセンサから受け取った値を評価し、フィルタ条件が満たされているかどうかを判断する（ステップ３０７）。フィルタ条件が満たされていない場合、操舵オフセット値は変更されず、ＥＰＳシステムは、前に計算された操舵オフセット値を使用して作動し続ける（ステップ３０５）。しかしながら、フィルタ条件が満たされる場合、システムは続いて新しい操舵オフセット値を決定する。

[0030]複数のモデルベースの計算によって決定された観測操舵角値はフィルタリングされ（ステップ３０９）、実際の車両操舵角を推定するために参照計算が使用される（ステップ３１１）。オフセット更新／フィルタモジュール２２９は、次にオフセットの変化が閾値よりも大きいかどうか（ステップ３１５）、および更新されたオフセットが所定の範囲内であるかどうか（ステップ３１７）を判断する。オフセット角または変化率がそれぞれの閾値を超える場合、計算されたオフセット値は、ＥＰＳ２３３に出力されず(ステップ３１９）、車両は前に計算されたオフセット値を使用して作動し続ける（ステップ３０５）。しかしながら、オフセット角および変化率が共にそれぞれの閾値内であるとき、新しい計算されたオフセットがＥＰＳ２３３に出力される（ステップ３２１）。システムは、一定間隔（例えば５秒）でステップ３０７〜３２１を繰り返して、ステアリングホイール角のオフセット値を継続的に更新する。

[0031]上述のシステムおよび方法は、例示的なものである。したがって、本発明は、他のシステムおよび方法を使用して実行されることが可能である。例えば、図３に示す方法によれば、フィルタ条件が満たされるときに限り、新しいオフセットが計算される。しかしながら、他の実施形態では、オフセット更新／フィルタモジュール２２９およびフィルタ条件モジュール２０１は同時に作動する。このようなシステムでは、新しく計算されたオフセット値は、フィルタ条件が満たされているとフィルタ条件モジュール２０１が判断するときに、ＥＰＳシステム２３３に出力されるだけである。同様に、一部の実施形態では、図２に示すモジュールによって行われる行為は、他のモジュールによって行われることも可能である。例えば、他の実施形態では、図２のシステムにおけるオフセット更新／フィルタモジュール２２９によって行われる最終フィルタの動作（例えば図３、ステップ３１５および３１７）は、フィルタ条件モジュール２０１によって行われることが可能である。

[0032]さらに、他の実施形態では、システムは、フィルタまたはオフセット計算オペレーションを行うために、様々なセンサから様々な入力値を受け取ることができる。同様に、図２に記載するシステムはＥＳＣシステムからの入力を受け取るが、本発明の他の実施形態は、車両のＥＳＣシステムと無関係に作動し、ＥＳＣシステムのない車両に実装されることが可能である。

[0033]このように、本発明は、特に、車両のステアリングシステムが変化する道路条件に適応できるようにするために、ステアリングホイールのオフセット値を継続的に計算するためのシステムを提供する。本発明の様々な特徴および利点について、次の特許請求の範囲に示す。

Claims (13)

1. 変化する道路条件に適応するために車両操舵システムのステアリングホイール角のオフセット値を継続的に更新するための装置であって、
   前記装置が１つまたは複数のプロセッサを含み、前記１つまたは複数のプロセッサが、
   複数の車両パラメータ値を、それぞれ異なる車両センサから受け取り、
   前記複数の車両パラメータ値の１つまたは複数に基づいた異なる計算方法をそれぞれ使用して、複数の観測操舵角値を計算し、
   前記複数の観測操舵角値に基づいて車両操舵角を計算し、
   ステアリングホイール角と前記計算された車両操舵角との差に基づいて、ステアリングホイール角のオフセット値を計算し、
   前記ステアリングホイール角および前記計算されたステアリングホイール角のオフセット値に基づいて車両操舵システムを制御するためのコマンド信号を生成し、
   前記車両の継続的運転を通してその後の複数の観測操舵角値に基づいてその後のステアリングホイール角のオフセット値を繰り返して計算する
   ように構成された、装置。
2. 前記１つまたは複数のプロセッサがさらに、
   前記複数の車両パラメータ値の１つまたは複数をそれぞれ対応する車両条件の閾値と比較し、
   前記複数の車両パラメータ値の前記１つまたは複数がそれぞれ前記対応する車両条件の閾値を満たすときに限り、前記ステアリングホイール角および前記計算されたステアリングホイール角のオフセットに基づいて前記車両操舵システムを制御するための前記コマンド信号を生成する
   ように構成された、請求項１に記載の装置。
3. 前記複数の車両パラメータ値の前記１つまたは複数が車両速度値を含み、前記対応する車両条件の閾値が車両速度閾値を含み、前記１つまたは複数のプロセッサが、前記車両速度が車両速度閾値未満であるときに限り、前記コマンド信号を生成する、請求項２に記載の装置。
4. 前記１つまたは複数のプロセッサがさらに、
   前記計算されたステアリングホイール角のオフセット値を１つまたは複数前に計算されたステアリングホイール角のオフセット値と比較し、
   前記ステアリングホイール角のオフセット値の変化率が閾値未満であるときに限り、前記ステアリングホイール角および前記計算されたステアリングホイール角のオフセット値に基づいて前記車両操舵システムを制御する
   ように構成された、請求項１に記載の装置。
5. 前記１つまたは複数のプロセッサがさらに、
   前記計算されたステアリングホイール角のオフセット値を最大ステアリングホイール角のオフセット値と比較し、
   前記計算されたステアリングホイール角のオフセット値が前記最大ステアリングホイール角のオフセット値未満であるときに限り、前記ステアリングホイール角および前記計算されたステアリングホイール角のオフセット値に基づいて前記車両操舵システムを制御する
   ように構成された、請求項１に記載の装置。
6. 前記１つまたは複数のプロセッサがさらに、前記計算されたステアリングホイール角のオフセット値が前記最大ステアリングホイール角のオフセット値よりも大きいとき、前記ステアリングホイール角および前記最大ステアリングホイール角のオフセット値に基づいて前記車両操舵システムを制御するように構成された、請求項５に記載の装置。
7. 前記１つまたは複数のプロセッサがさらに、前記計算されたステアリングホイール角のオフセット値が前記最大ステアリングホイール角のオフセット値よりも大きいとき、前記ステアリングホイール角および前に計算されたステアリングホイール角のオフセット値に基づいて前記車両操舵システムを制御するように構成された、請求項５に記載の装置。
8. 前記１つまたは複数のプロセッサが、異なる観測車両パラメータに焦点を合わせた異なるモデルベースの計算を使用して各観測操舵角値を計算することによって、前記複数の観測操舵角値を計算する、請求項１に記載の装置。
9. 前記複数の観測操舵角値を計算するために使用される前記モデルベースの計算が、
   ヨーレートセンサによって検出されるヨーレートに基づいて観測操舵角値を決定するヨーレートモデルベースの計算と、
   左前輪速度センサによって検出される左前輪速度および右前輪速度センサによって検出される右前輪速度に基づいて観測操舵角値を決定する前車軸モデルベースの計算と、
   左後輪速度センサによって検出される左後輪速度および右後輪速度センサによって検出される右後輪速度に基づいて観測操舵角値を決定する後車軸モデルベースの計算と
   を含む、請求項８に記載の装置。
10. 前記１つまたは複数のプロセッサが、前記複数の観測操舵角値に基づいて前記車両操舵角を計算することが、参照計算を使用して前記車両操舵角を計算することを含み、前記参照計算が、１つまたは複数の観測車両条件に基づいて前記モデルベースの計算の１つを使用して計算された観測操舵角値に異なる重み付けを行う、請求項９に記載の装置。
11. 前記参照計算が、前記前車軸の前記車輪が安定していない場合、前記前車軸モデルベースの計算を使用して決定された前記観測操舵角値に重みを付けない、請求項９に記載の装置。
12. 前記参照計算が、前記後車軸の前記車輪が安定していない場合、前記後車軸モデルベースの計算を使用して決定された前記観測操舵角値に重みを付けない、請求項９に記載の装置。
13. 変化する道路条件に適応するためにステアリングホイール角のオフセット値を継続的に更新する方法であって、
    複数の車両パラメータ値を、それぞれ異なる車両センサから受け取るステップと、
    前記車両パラメータ値の１つまたは複数に基づいて、実際の車両操舵角を計算するステップと、
    前記実際の車両操舵角と操舵輪角センサによって検出された操舵輪角との差に基づいて、ステアリングホイール角のオフセット値を計算するステップと、
    前記車両パラメータ値の第２の１つまたは複数を、前記車両パラメータ値の１つにそれぞれ対応する１つまたは複数のフィルタ条件閾値と比較するステップと、
    前記第２の１つまたは複数の車両パラメータ値が前記対応するフィルタ条件閾値を満たすときに限り、前記ステアリングホイール角および前記計算されたステアリングホイール角のオフセット値に基づいて車両操舵システムを制御するステップと、
    前記車両の継続的運転を通してその後の複数の観測操舵角値に基づいてその後のステアリングホイール角のオフセット値を繰り返して計算するステップと
    を含む、方法。

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