JP2014520696A - 車両のステアリングシステムのための操作装置及び車両のステアリングシステムのための方法 - Google Patents

Abstract

車両、特には自動車、のステアリングシステムのための操作装置（４）と、前記操作装置（４）による車両のステアリングのための方法と、が説明される。前記操作装置（４）は、特には人の手で操作するための操縦桿（１０）を有している。前記操縦桿（１０）は、少なくとも１自由度を有している。ステアリング角は、前記操縦桿（１０）によって定義可能である。前記操作装置（４）は、制御要素（１２）を有している。前記定義可能なステアリング角は、前記操縦桿（１０）の状態に従って決定可能であるし、前記制御要素（１２）の状態に従って決定可能である。

Description

本発明は、特許請求の範囲の請求項１の上位概念に従う、車両のステアリングシステムのための操作装置、及び、特許請求の範囲の請求項６の上位概念に従う、車両のステアリングシステムのための方法に関する。

車両の横方向走行のための操縦桿の利用が知られている。このような操縦桿は、電動式パワーステアリングシステム（ＥＰＳ）と接続して利用され得る、あるいは、ステアバイワイヤステアリングシステム（ＳＢＷ）と接続して利用され得る。このため、操縦桿の状態は、ステアリングシステムに予め与えられるステアリング角を決定する。

更には、例えば高速道路走行のような長時間走行の場合、操縦桿の操作は、運転者の手に疲労現象をもたらすということが知られている。

そのため、本発明の課題は、操縦桿を用いたステアリングシステムにおける乗り心地を改善すること、及び、運転者の手の疲労現象を予防すること、である。

この課題は、請求項１に従う操作装置と、請求項６に従う車両のステアリングシステムのための方法と、によって解決される。更なる有利な実施の形態は、従属請求項に提案されている。更に、本発明にとって重要な特徴が、以下の説明及び図面において判明する。前記特徴は、単独の状態においても、様々な組み合わせにおいても、再度詳細に示されることなく、本発明にとって重要であり得る。制御要素を追加で設けることによって、及び、ステアリングシステムにとって決定可能なステアリング角が操縦桿の状態に従って、及び、当該制御要素の状態に従って決定されることによって、横方向走行は、もはや操縦桿の状態のみに依存するのではなく、当該制御要素の状態も考慮される。その結果、ステアリングシステムのためのステアリング角に影響を及ぼすための運転者のための追加の可能性が生じる。このことにより、操縦桿の操作のための選択の可能性がもたらされ、運転者の手の疲労が予防される。

前記操作装置の有利な実施の形態では、制御要素が操縦桿上に配置されている。運転者の手は、制御要素を操作する際に操縦桿上に留まるので、操縦桿の操作は有利に改善される。このことによって、安全性が高められ、同時に、操作の快適性が高められる。なぜなら、操縦桿は零点位置に存在し得て、車両の直進運転の際のわずかな修正を行うために、操縦桿は手の１本の指のみで操作される。このことにより、操縦桿の全体が動かされる必要はない。

前記操作装置の更なる別の実施の形態では、制御要素は、操縦桿の範囲のコンソール上に配置されている。この場合、（運転者の）手は操縦桿の範囲に当接してまたは当該範囲内にあり、制御要素は、手が置かれている場合、例えば１本の指で操作され得る。前述の実施の形態の場合と同じ利点が、操作の快適性と操作の安全性とに関して生じる。

更なる有利な実施の形態では、前記制御要素は、単一の自由度を有している。このことにより、制御要素の簡単な操作が有利に生じて、ステアリングシステムのためのステアリング角は、誤りなく、運転者によって予め決定され得る。

更なる有利な実施の形態では、制御要素には復帰機構が割り当てられている。前記復帰機構は、制御要素が当該制御要素のステアリング状態に対応する変位位置から零点位置に移動して戻るように、形成されている。制御要素が、運転者によって操作され、すなわち、変位位置にもたらされ、ひいてはステアリング状態にもたらされると、この状態がステアリング角に作用し、それがステアリングシステムに予め設定される。制御要素が操作されない場合、すなわち、運転者による力の作用がない場合、制御装置が零点位置に移動して戻ることによって、運転者は、制御要素の操作が直進走行の修正のみを結果として生じさせるということを運転者に伝える、力覚的な反応を得る。

前記方法の有利な実施の形態では、操縦桿は、基本的に零点位置にあり、制御要素は、基本的にステアリング位置にある。この場合、予め設定可能なステアリング角に対応する第３信号が、基本的に、制御要素のステアリング位置に従って形成される第２信号から決定される。前記操縦桿は、基本的に零点位置にあるので、前記操縦桿の状態に従って決定される第１信号は、この関連において、ステアリング角にとっては重要ではない。このことにより、有利には、前記制御要素のみが、予め設定されるステアリング角の修正のために移動されれば足り、前記操縦桿自身は零点位置に留まり得る。この実施の形態が、操作装置の第１作動方式に対応する。

前記操作装置の第２作動方式に対応する前記方法の更なる実施の形態では、前記操縦桿も前記制御要素もステアリング状態にある。この場合、第３信号は、基本的に、第１信号と第２信号とから決定される。その結果、好適には、前記操縦桿のステアリング状態と前記制御要素のステアリング状態とが重畳される。前記制御要素は、前記操縦桿によって予め設定されるステアリング角の修正のために設置され得て、それによって、操作装置の操作の快適性が高められる。

前記方法の有利な実施の形態では、第２信号の上り勾配の量（程度）、すなわち、時間当たりの第２信号の変化は、変化の閾値によって制限される。これにより、有利には、例えば前記操縦桿によって始動され得るようなより大きなステアリングプロセスが、前記制御要素によって当該ステアリングシステムによって実行されることが阻止される。

更なる有利な実施の形態では、前記第２信号は、閾値によって制限される。前述したように、前記制御要素は予め設定されるステアリング角の修正を実行するためだけに利用され得る、という利点が明らかである。

本発明の更なる特徴、適用可能性、及び利点は、図面の各図に示されている本発明の実施の形態についての後述の説明から明らかである。この場合に、全ての記述される特徴あるいは全ての図示される特徴は、特許請求の範囲やその遡及適用物の要旨に依存することなく、また、説明ないし図面内の表現ないし図に依存することなく、単独で、あるいは、任意の組み合わせで、本発明の対象を形成する。全ての図において、異なった実施の形態においても、同等機能のために同じ参照符号が利用される。

操作装置とステアリングシステムとの概略ブロック図である。 操縦桿の概略側面図である。 更なる実施の形態における操縦桿の概略側面図である。 制御要素の一実施の形態である。 ステアリング角の経過の概略タイムダイアグラムである。

以下、本発明の例示的な実施の形態が、図面を参照して説明される。

図１は、操作装置４とステアリングシステム６とを有する概略ブロック２を示している。操作装置４とステアリングシステム６との間には、制御装置８がある。操作装置４は、ステアリングシステム６と制御システム８とを介して、車両、特には自動車の、ステアリングシステムに役立つ。操作装置４は、操縦桿１０と制御要素１２とを有する。

操縦桿１０の状態に従って、第１信号１４が決定される。制御要素１２の状態に従って、第２信号１６が決定される。操縦桿１０の状態と制御要素１２の状態とは、その時々の参照に関して、その時々の操縦桿１０の位置ないしは制御要素１２の位置に対応する。第１信号１４と第２信号１６とは、制御装置８の機能ブロック１８にもたらされる。第３信号２０は、第１信号１４に従って、及び、第２信号１６に従って、決定される。以下の図５では参照符号αで描かれるステアリング角は、機能ブロック１８ないしは制御装置８を介して、第３信号２０を用いて、ステアリングシステム６にもたらされ得る、ないしは、予め設定可能である。ステアリングシステム６は、図示されていない形態で、少なくとも一つのアクチュエータを有している。前記アクチュエータは、第３信号２０に依存しており、その結果、予め設定されたステアリング角αに依存して、車両の少なくとも一つの車輪のステアリング位置を調整する。

操作装置４は、車両の運転手によって操作される。運転手は、例えば、操縦桿１０の状態ないしは制御要素１２の状態に影響を及ぼすことができる。操縦桿１０の状態は、説明したように、例えば軸周りの旋回のような操縦桿１０の位置に関する。制御要素１２の状態は、例えば制御要素１２の位置に対応する。操縦桿１０の状態ないし位置に依存して、第１信号１４が生成される。制御要素１２の状態ないし位置に依存して、第２信号１６が生成される。機能ブロック１８は、第１信号１４と第２信号１６とから、第３信号２０を決定する。

機能ブロック１８には、不図示の形態で、更なる信号がもたらされ得る。例えば、第１信号１４ないし第２信号１６は、走行安全機能の意味で更なる信号によって重畳され得るが、一時的に、例えば危機的な走行状態では、考慮され得ない。第３信号２０は、更なる機能ブロックあるいは前記機能ブロック１８によって、第１信号１４あるいは第２信号１６から独立して生成される。別の実施の形態では、制御要素１２は、制御要素１２の状態が、制御要素１２の位置に関連するのではなく、例えばタッチセンサの状態に関連する、というように実装され得る。信号１４と信号１６は、当然のことながら、制御装置８の機能ブロック１８の代わりに、例えばアナログ回路によって、他の性質を持つ形態で、再結合され組み合わされ得る。

図２は、操縦桿１０の概略側面図を示している。操縦桿１０は、軸２２に沿って延びている。操縦桿１０は、人の手で操作するために設けられている。操縦桿１０は、自由端３４の方に、第１ボタン３６、第２ボタン３８及び制御要素１２を有している。前記軸２２は、更なる軸２４、２６と共に、三次元デカルト座標系を形成している。前記軸２２の方向とは逆の線２８の下方で、操縦桿１０は、図示されていない割り当てられた軸受手段によって支持されており、少なくとも１自由度を有している。この自由度は、例えば、軸２４の周りの旋回可能性に関係し得る。当然のことながら、当該自由度は、軸２２あるいは軸２６に関する旋回可能性にも関係し得る。当然のことながら、操縦桿１０のための更なる運動モデルもまた、考慮可能である。操縦桿１０は、複数の自由度も有し得る。操縦桿１０の旋回のために、及び、操縦桿１０の操作のために、領域３０が設けられている。領域３０には、操縦桿１０の操作のために、人の手が方向３２で導かれ、操縦桿１０は、その手で握られる。

制御要素１２は、図２では、回転ノブ（Ｄｒｅｈｒａｄ）として構成されている。回転ノブとして構成された制御要素１２は、両方向矢印４２に従って回転軸４０の周りを回転可能に支持されている。回転ノブとして構成された制御要素１２は、更なる図示されていない復帰機構（応答機能）を有しており、当該図示されていない復帰機構（応答機能）は、回転ノブとして構成された制御要素１２が例えば人の手の親指で変位した後で、常に基本的に零点位置に移動して戻る、というように形成されている。前記復帰機構（応答機能）は、例えば、一つあるいは複数のバネ要素によって構成され得る。あるいは、前記復帰機構（応答機能）は、例えばモータのようなアクティブな制御駆動部によって構成される。これにより、制御要素１２に復帰機構（応答機能）が割り当てられ、復帰機構（応答機能）は、制御要素１２が変位位置から零点位置に移動して戻る、というように形成される。制御要素１２は、単一の自由度を有している。前記自由度は、両方向矢印４２に従う回転軸４０の周りの回転自由度である。制御要素１２は、操縦桿１０の自由端３４の方に、操縦桿１０の側方に配置されている。別の態様として、制御要素１２は、操縦桿１０の他の位置にも配置され得る。例えば軸２２とは逆の自由端３４上に配置され得る。

操縦桿１０上に制御要素１２が配置される代わりに、制御要素１２は、操縦桿１０のある範囲内、すなわち、コンソール上の操縦桿１０の近くに配置され得る。この場合、制御要素１２は、例えば休んでいる手の１本の指で届き得る操縦桿１０のある範囲内に配置される。例えば、前記手は操縦桿１０に方向３２で導かれるので、図２及び図３に関して、制御要素１２は、操縦桿１０に関して、方向２６とは逆の操縦桿１０の側に、例えば人差し指で操作されるために配置され得る。操縦桿１０に関係して方向２４とは逆の制御要素１２の配置の追加のアライメントの際、前記手は、操縦桿１０を少なくとも部分的に包み込み得る。これにより、操縦桿１０の素早く確実な操作が、対応するステアリング需要ないし対応する走行状況において、可能とされる。

図３は、更なる実施の形態における操縦桿１０の概略側面図を示している。図３は、本質的に、制御要素１２の実施の形態によってのみ、図２と異なっている。そのため、図２に関する実施の形態が、図３に本質的に転用可能である。図３における制御要素１２は、操作部４４を有しており、当該操作部４４を介して制御要素１２の位置が両方向矢印４６に従って変化され得る。図３の制御要素１２は、図４において詳細に説明される。

図４は、図３による制御要素１２の実施の形態を示している。両矢印４８に従って、制御要素１２は、操作部４４の操作を介して、回転軸５０の周りを回転可能である。回転軸５０は、図３に従う実施の形態では、操縦桿１０のハウジングの内側にある。操縦桿１０のハウジングの壁は、参照符号５２で描かれている。そのため、図４に従う制御要素１２は、単一の回転自由度を有している。

単一の回転自由度の代わりに、制御要素１２は、単一の並進自由度を有していてもよい。制御要素１２のこの代替的（選択的）な実施の形態では、例えば図３の側面図に示されるように、操作部４４を有し得て、当該操作部４４によって並進的にある軸に沿って、特には制御要素１２の長手方向軸に沿って、移動され得る。この代替的（選択的）な実施の形態においては、制御要素１２は、滑り要素としても表され得る。

図５は、参照符号αで示されたステアリング角の推移５６に関する概略時系列図５４を示している。時間軸ｔに沿って、時点５８、６０、６２及び６４が適用されている。ステアリング角αの軸に沿って、ステアリング角αは、基本的に車両の直線走行に対応する０度に適用されている。

ステアリング角αの推移５６は、時点５８までは、０度にとどまっている。この場合、操縦桿１０は零点位置にあり、制御要素１２も同様に零点位置にある。図１を参照して、第１信号１４は、基本的に直線走行を示し、第２信号１６も、同様に基本的に直線走行を示す。これに対応して、機能ブロック１８が第３信号２０を生成し、当該第３信号２０は、基本的に時点５８まで推移５６に対応する。

推移５６は、時点５８から時点６０まで上昇し、基本的に時点６２まで一定のレベルにとどまり、時点６２から時点６４まで下降してステアリング角αが０度を通過する。時点５８と時点６０との間の範囲における推移５６の上り勾配値（勾配の量（程度））は、基本的に、時点６２と時点６４との間の範囲における推移５６の値（勾配の量（程度））に対応する。操縦桿１０は、時点６４まではそれまでと同じように零点位置にあるので、図１に基づく第１信号１４は、基本的に０度のステアリング角αに対応する。その結果、操縦桿１０の状態は、基本的に車両の直線走行に対応する。それに対して、制御要素１２は、あるステアリング位置にあるので、図１に基づく第２信号は、基本的に０度ではないステアリング角に対応する。その結果、制御要素１２は、少なくとも一時的に、あるステアリング状態にある。すなわち、図１に基づく第３信号２０は、基本的に前記第２信号１６から決定される、ないしは、基本的に前記第２信号１６に従って決定される。

図１に従う前記第２信号１６の上り勾配値（勾配の量（程度））、すなわち、時間当たりの前記第２信号１６の変化、特には時間当たりの角変化、は、ある変化の閾値によって制限される。代替的（選択的）に、あるいは追加的に、図１に従う第２信号１６の値は、ある閾値によって制限され得る。第１信号１４には、前述の閾値より大きな値ないしは絶対値が採用され得る。第１信号１４の上り勾配の値ないしは絶対値には、第２信号１６に関する変化の閾値より大きな値が採用され得る。その結果、制御要素１２は、特にステアリングシステム６に所与のステアリング角αに関する小さな修正を伝達するのに好適である。これに対して、ステアリング角αの大きな修正は、操縦桿１０で与えられなければならない。

推移５６は、時点６４から、時点６２と時点６４との間の領域の推移の上り勾配値より大きな上り勾配値で、時点６５まで下降する。時点６５の後で、推移５６は、基本的に一定値にとどまる。時点６４までは、制御要素１２のみが、あるステアリング状態にある。ここで、操縦桿１０は、零点位置にとどまり、ステアリング状態にはない。これに対して時点６４と時点６５との間の領域では、操縦桿１０はステアリング状態にあり、その結果、図１に従う第１信号１４は、基本的に０度ではないステアリング角αのある値に対応する。時点６４と時点６５との間の領域では、制御要素１２もステアリング状態にあり、その結果、図１に従う第２信号１６は、基本的に０度ではないステアリング角に対応する。図１に従う機能ブロック１８は、第１信号１４と第２信号１６とが重畳されて時点６４と時点６５との間の推移５６が生ずる、ということを保証する。操縦桿１０は、時点６４と時点６５との間の領域では、ステアリング状態になければならない。なぜなら、制御要素１２のステアリング状態は、操縦桿１０のステアリング状態と比べて、限定された影響のみをステアリング角αに与えるからである。特にはステアリング角αの推移の勾配あるいはステアリング角αの値は、制御要素１２の状態に依存して制限される。制御要素１２のみの操作では、時点６２と時点６４との間では、コーナリングに関する走行状況にもはや適さないので、時点６４の後では、同様に操縦桿１０が操作され、そのステアリング位置に移行されなければならない。

説明された内容の代わりに、時点６４と時点６５との間で制御要素１２が零点位置にあり得る、及び／または、第２信号１６が時点６４と時点６５との間で第３信号２０の決定の際に考慮されないかもしれない。この代替的な実施の形態によれば、操縦桿１０のステアリング状態での制御要素１２の状態は、考慮されない。

図１に従う信号１６の決定に関しては、とりわけ、二つの可能性がある。以下では、操縦桿１０が零点位置にある、という結果がもたらされる。運転者が制御要素１２をステアリング状態に移行すると、制御要素１２の変位が対応され、その結果、第２信号１６に依存して第３信号２０が決定される。第３信号２０の決定のための第１の可能性では、制御要素１２が変位の後で開放されて復帰機構によって自動的に零点位置に戻る時に、第３信号２０は制御要素１２の変位の前の状態に戻ることができる。第２信号１６ないし第３信号２０の実施の形態の第２の可能性では、第３信号２０は、制御要素１２の開放と零点位置へのその戻りの後、ある値、つまり、制御要素１２の変位と制御要素１２の変位の期間とから明らかになる値、にとどまる。

操作装置４は、時点５８と時点６０との間と、時点６２と時点６４との間とで、第１作動方式（の状態）にある。前記操作装置４は、時点６４と時点６５との間では、第２作動方式（の状態）にある。

前述の方法は、デジタルコンピュータのためのコンピュータプログラムとして実装され得る。前記デジタルコンピュータは、前述の方法がコンピュータプログラムとして実装されるのに好適である。操作装置４は、特には車両のために設けられ、ステアリングシステム６と共に制御装置８に割り当てられる。制御装置８は、デジタルコンピュータ、特にはマイクロプロセッサ、を有している。制御装置８は、コンピュータプログラムが記憶されている記憶媒体を有している。

Claims (15)

1. 車両、特には自動車、のステアリングシステムのための操作装置（４）であって、特には人の手で操作するための操縦桿（１０）を備え、
   前記操縦桿（１０）は、少なくとも１自由度を有し、
   ステアリング角（α）は、前記操縦桿（１０）によって定義可能であり、
   前記操作装置（４）は、制御要素（１２）を有し、
   前記定義可能なステアリング角（α）は、前記操縦桿（１０）の状態に従って決定可能であるし、前記制御要素（１２）の状態に従って決定可能である
   ことを特徴とする操作装置（４）。
2. 前記制御要素（１２）は、前記操縦桿（１０）上に配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の操作装置（４）。
3. 前記制御要素（１２）は、前記操縦桿（１０）の範囲のコンソール上に配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の操作装置（４）。
4. 前記制御要素（１２）は、単一の自由度を有する
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の操作装置（４）。
5. 前記制御要素（１２）には、復帰機構（応答機能）が割り当てられており、
   前記復帰機構は、前記制御要素（１２）が変位位置から零点位置に移動して戻るように形成されている
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の操作装置（４）。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の操作装置（４）を備えたことを特徴とするステアリング制御システム（６）。
7. 操作装置（４）を用いた車両、特には自動車、のステアリングのための方法であって、前記操作装置（４）は、特には人の手で操作するための操縦桿（１０）を有し、前記操縦桿（１０）は、少なくとも１自由度を有し、
   前記操縦桿（１０）を用いる当該方法では、
   ステアリング角（α）が予め設定され、
   前記操作装置（４）は、制御要素（１２）を有し、
   当該方法において、前記ステアリング角（α）は、前記操縦桿（１０）の状態に従って決定されるし、制御要素（１２）の状態に従って決定される
   ことを特徴とする方法。
8. 前記操縦桿（１０）の状態に従って、第１信号（１４）が決定され、
   前記制御要素（１２）の状態に従って、第２信号（１６）が決定され、
   第３信号（２０）が、前記第１信号（１４）と前記第２信号（１６）とに従って決定され、
   前記第３信号（２０）は、予め設定されたステアリング角（α）に対応する
   ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記操縦桿（１０）は、前記操作装置（４）の第１作動方式では、基本的に零点位置に存在し、その場合、第１信号（１４）は、基本的に０度、特には基本的に車両の直線走行、のステアリング角（α）に対応し、
   前記制御要素（１２）は、前記操作装置（４）の第１作動方式では、あるステアリング状態にあり、その場合、前記第２信号（１６）は、基本的に０度ではないステアリング角（α）に対応し、
   前記第３信号（２０）は、前記操作装置（４）の第１作動方式では、基本的に第２信号（１６）から決定される
   ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 前記操縦桿（１０）は、前記操作装置（４）の第２作動方式では、そのステアリング状態にあり、その場合、前記第１信号（１４）は、基本的に０度ではないステアリング角（α）に対応し、
    前記制御要素（１２）は、前記操作装置（４）の第２作動方式では、そのステアリング状態にあり、その場合、前記第２信号（１６）は、基本的に０度ではないステアリング角（α）に対応し、
    前記第３信号（２０）は、前記操作装置（４）の第２作動方式では、基本的に前記第１信号（１４）と前記第２信号（１６）とから決定される
    ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
11. 前記第２信号（１６）の上り勾配、特には時間当たりの角変化、の絶対値が、ある変化の閾値によって制限され、
    前記第１信号（１４）の上り勾配の絶対値が、前記変化の閾値の半分以上の値を採用し得る
    ことを特徴とする請求項７乃至１０のいずれかに記載の方法。
12. 前記第２信号（１６）の絶対値が、ある閾値によって制限され、
    前記第１信号（１４）の絶対値が、前記閾値の半分以上の値を採用し得る
    ことを特徴とする請求項７乃至１１のいずれかに記載の方法。
13. デジタルコンピュータのためのコンピュータプログラムであって、
    請求項７乃至１２のいずれかに記載の方法を実施することに適している
    ことを特徴とするコンピュータプログラム。
14. 操作装置、特には自動車の操作装置（４）、のための制御装置（８）であって、
    デジタルコンピュータ、特にはマイクロプロセッサが設けられており、
    請求項１３に記載のコンピュータプログラムが実行可能である
    ことを特徴とする操作装置（４）。
15. 請求項１３に記載のコンピュータプログラムが記憶されている、操作装置、特には請求項１４に記載の自動車の操作装置（４）、の制御装置のための記憶媒体。

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