JP2015101336A - 電気機械式ステアリング支援装置を含む自動車のステアリング装置を動作させる方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電気機械式ステアリング支援装置を含む自動車のステアリング装置を動作させる方法を提供する。【解決手段】ステアリング装置１のトーションバー３に作用する干渉誘導振動が検出され、干渉誘導振動の周波数および振幅が解析され、干渉誘導振動の振幅の限界値を超えた場合に、ステアリング支援装置２のステアリング安定化機能が有効にされ、ステアリング安定化機能は、ステアリング支援装置２の電気モータ２０に向けて駆動信号ＡＳを供給する。電気モータ２０は、トーションバー３に作用し、干渉誘導振動を少なくとも部分的に打ち消す補償トルクＭｂａｒを発生させる。干渉誘導振動の周波数および振幅から指標Ｉが生成され、車道誘導振動が、ステアリング装置１の不安定性によって引き起こされた振動と区別され、指標Ｉをステアリング安定化機能と組み合わせる／特に掛け合わせることで、駆動装置２０用の駆動信号ＡＳが、振動に応じた態様で生成される。【選択図】図１

Description

本発明は、電気機械式ステアリング支援装置を含む自動車のステアリング装置を動作させる方法に関し、その方法では、ステアリング装置のトーションバーに作用する干渉誘導振動が検出され、干渉誘導振動の周波数および振幅が解析され、干渉誘導振動の限界値を超えた場合に、ステアリング支援装置のステアリング安定化機能が有効になり、前記ステアリング安定化機能は、ステアリング支援装置の電気モータに向けて駆動信号を供給して、電気モータは、トーションバーに作用し、干渉誘導振動を少なくとも部分的に打ち消す補償トルクを発生させる。

自動車を操向するステアリング装置には、特に、自動車が静止している、または低速で走行しているときに、ステアリング装置のステアリングホイールを操作するのに必要な力を軽減するために、ステアリング支援装置が装備されていることが多い。先行技術は、油圧作動式のステアリング支援装置に加えて、電気油圧式または電気機械式として実現できる電気式ステアリング支援装置も開示している。電気機械式ステアリング支援装置は、ステアリング装置のトーションバーに作用し、制御装置によって駆動できる電気作動式駆動体を有する。その結果、駆動モータは、このようにして、運転者がステアリングホイールを動かすのを支援する補助力を供給することができる。

自動車のステアリング装置は、運転中に様々な干渉の影響を受け、これらの干渉の影響が、自動車のステアリングおよび走行挙動に不利な効果を及ぼすことが起こり得る。電気機械式ステアリング支援装置では、適切なステアリング安定化機能がない場合に、振幅が比較的大きい高周波振動が、トーションバーに生じることがある。この結果は、特に、ステアリング装置のトーションバーが負荷から解放された場合に（例えば、運転者が加える小さい手動トルクだけで切り戻す場合に）起こる。トーションバートルクに基づく、特に、駆動モータ用の制御装置で実行できる既存のステアリング安定化機能は、この種の振動を効果的に防止できるが、同時に、車道の状態に応じてステアリング装置に作用する励振現象を抑制する。これは、その結果として、運転者が感知できるステアリングフィードバックを不十分にし、ステアリング感覚に不利な影響を及ぼすことがある。したがって、実際に不安定になった場合のみ、ステアリング安定化機能が有効になるのが望ましい。

独国特許出願公開第１０ ２００８ ０３６ ００１Ａ１号明細書（特許文献１）は、電気ステアリング支援装置を含むステアリング装置を動作させる、導入部で説明した種類の方法を開示している。この方法では、車道の状態によって引き起こされ、ステアリング装置に作用する不定干渉が周波数解析によって解明される。解明された不定干渉が所定の振幅を超えた場合に、電気式ステアリング支援装置は、不定干渉によって発生し、ステアリング装置、特に、ステアリングホイールに作用する干渉誘導トルクを打ち消すことができる補償トルクを発生させる。

独国特許出願公開第１０ ２００８ ０３６ ００１Ａ１号明細書

本発明は、電気機械式ステアリング支援装置を含む自動車のステアリング装置を動作させる、導入部で説明したタイプの方法を提供するという目的に基づいており、その方法は、ステアリング装置が要求通りに安定化されるのを可能にする。

この目的は、請求項１の特徴記載部分の特徴を有する、導入部で説明したタイプの方法によって達成される。従属請求項は、本発明の有益な発展形態に関するものである。

本発明による方法は、干渉誘導振動の周波数および振幅から指標が生成され、車道誘導振動がステアリング装置の不安定性により生じた振動と区別され、指標をステアリング安定化機能と組み合わせる／特に掛け合わせることで、電気モータ用の駆動信号が振動に応じた態様で生成される。本発明による方法では、トーションバーの振動の周波数および振幅が特定され、互いに組み合わされて、その組み合わせから指標を生成することができ、望ましい振動（車道の状態に基づくフィードバック）と不安定性によって引き起こされた望ましくない振動とを前記指標を用いて区別することが可能である。ステアリングの安定化は、不安定性によって引き起こされる振動が発生した場合のみ有効になる。車道の影響で引き起こされたトーションバーの望ましい振動が検出された場合、ステアリングの安定化は有効にされないのが好ましい。本発明による方法の特有の利点は、ステアリングの安定化が、指標を設けることで要望通りに有効化または無効化され得るだけでなく、特に、トーションバーの様々な（すなわち、望ましい、および望ましくない）振動が部分的に重畳された場合に調整することもできることである。

特に好ましい実施形態は、指標を生成するために、ステアリング装置のトーションバーのトーションバートルクの周波数および振幅を求めることを提案している。トーションバーの干渉誘導振動を検出および解析するために、トーションバートルクは、測定によって容易に検出することができ、したがって、解析目的で処理するのが同様に比較的容易である測定変数になる。

信号オフセットを除去するために、特に好ましい実施形態は、トーションバートルクが微分され、トーションバートルクの導関数のゼロ交差が検出され、トーションバーの振動の周波数が、前記ゼロ交差から計算され、さらに、トーションバートルクの導関数の最大絶対値が求められ、周波数をトーションバートルクの導関数の最大絶対値と組み合わせる／特に乗ずることで指標が生成されることを提案している。周波数をトーションバートルクの導関数の最大絶対値と組み合わせることで、望ましい車道誘導振動と不安定性によって引き起こされた望ましくない振動とを区別するための、あらゆる点で強固な指標を提供することができると分かった。

特に高速な態様で、本明細書に提示する方法を実行するために、トーションバーの半周期の振動の周波数を、いずれの場合も、トーションバートルクの導関数の隣接する２つのゼロ交差から特定するのが簡便であり得る。指標生成のための半周期の振動の解析でさえ、上記に説明した意味で望ましい振動と望ましくない振動とを区別するのを可能にするのに十分であると分かった。したがって、トーションバートルクの導関数の（周波数解析のためにすでに使用された）隣接するゼロ交差間の最大絶対値を求めるのが同様に簡便であり得る。

比較的速いトーションバー速度での指標の生成をさらに迅速化するのを可能にするために、特定の好ましい実施形態は、指標が、周波数とトーションバートルクの導関数の最大絶対値との組み合わせ／特に乗算で生成された第１の指標要素と、トーションバートルクの導関数の最大絶対値の大きさから求められた少なくとも１つの第２の指標要素とから形成されることを提案している。この尺度がない場合、指標を生成するために、少なくとも１つの半周期分が別途必要とされる。２つの指標要素は、指標を形成するために、特に加算によって互いに組み合わせることができる。

信号の評価中に問題をもたらすことがある、トーションバートルクの測定信号の高周波干渉成分を削除するか、または少なくとも部分的に削除するために、特に有益な実施形態は、周波数および／または振幅を求める前に、トーションバートルクがローパスフィルタに通されることを提案している。このローパスフィルタ処理はさらに、処理されるデータ量を削減するという利点を有する。

指標Ｉの品質をさらに向上させるために、特定の好ましい実施形態は、指標が、ステアリング安定化機能と組み合わされる前に、特に、飽和させる、かつ／または制限する、かつ／または最小／最大値を定めることで後処理されるオプションを含む。

本発明の好ましい例示的な実施形態が、図面を参照して下記にさらに詳細に説明される。

電気機械式ステアリング支援装置を含む自動車のステアリング装置のきわめて簡略化した概略図を示している。 自動車の電気機械式ステアリング装置を動作させる方法の基本機能原理を示すブロック図を示している。 方法の細部を示すブロック図を示している。

図１を参照すると、電気機械式ステアリング支援装置２を有する自動車のステアリング装置１は、トーションバー３に連結されたステアリングホイール５を含み、トーションバー３としては、ステアリング機構４に機械的に連結されている。運転者が加えたステアリングホイール５の回転動作は、トーションバー３を介した公知の態様でステアリング機構４に伝達され、ステアリング機構４としては、自動車が所望の態様で操向され得るように、自動車の操向可能なホイールに動作可能な形で機械的に連結されるが、前記ホイールは、ここに明示的に図示されていない。

電気機械式ステアリング支援装置２は、制御装置２１を用いて、プログラム制御式の態様で動作することができる電気モータ２０を含み、制御装置２１は前記電気モータに接続されている。電気モータ２０は、ステアリング機構４に作用し、自動車の運転者によって行われるステアリングホイール５の機械式回転動作を手助けできるように向けられるトルクを発生させることができる。

さらに図２に示すブロック図を参照して、電気機械式ステアリング支援装置２を含むステアリング装置１を動作させる方法の基本原理を下記にさらに詳細に説明する。不安定性によって、および／または車道の状態によって誘導されたトーションバー３の干渉誘導振動の尺度であるトーションバー３のトーションバートルクＭ_ＤＳは、トルク検出手段を用いて電気モータ２０の制御装置２１によって検出される。制御装置２１は、干渉誘導振動の周波数および振幅を検出および解析することができ、車道誘導振動、つまり、ステアリングフィードバックを最適化するという意味で望ましい振動が、不安定性によって引き起こされた望ましくない振動と区別され得るような方法で、周波数および振幅から指標Ｉを生成できるように設計される。指標Ｉを制御装置２１で実行されるステアリング安定化機能と組み合わせることで、ステアリング機構４によってトーションバー３に作用し、振動誘導振動を少なくとも部分的に打ち消すことができる補償トルクＭ_ｂａｒを発生させる電気駆動信号ＡＳを電気モータ２０に供給することが可能である。したがって、指標Ｉを生成し、指標Ｉをステアリング安定化機能と組み合わせることにより、要求通り、および状況に応じて、補償トルクＭ_ｂａｒを発生させることを目的として、調整された駆動信号ＡＳを電気モータ２０に供給することができる。乗算によりステアリング安定化機能と組み合わせるために、有利にも指標Ｉは、０〜１の可能な値域に正規化することができ、この場合に、Ｉ＝０は、ステアリングの安定化が行われないことを意味し、Ｉ＝１は、ステアリング安定化機能が最大限に有効化されることを意味する。０＜Ｉ＜１の場合、ステアリング安定化機能は一部のみ有効である。したがって、２つの極値０、１間の指標の中間値は、ステアリング安定化機能が干渉誘導振動のタイプおよび強度に応じて要求通りに調整されるのを可能にする。ここで説明した手法の大きな利点は、ステアリング装置１のトーションバー３の振動が、厳しく抑制されないことである。その代わりに、車道の状態に応じてステアリング装置１に作用する振動励振現象は、ここで説明した方法によって抑制されるのではなくて、むしろ、運転者が感知することができ、ステアリング感覚にプラスの影響を及ぼすステアリングフィードバックをさらに発生させる。

トーションバー３のトーションバートルクＭ_ＤＳの周波数解析の詳細が、さらに図３を参照して下記に説明される。第１のステップで、最初に、トーションバー３のトーションバートルクＭ_ＤＳがローパスフィルタに通されて所望の低周波範囲になる。結果として、解析される周波数帯域が適切な態様で限定される。このようにして得られた、ローパスフィルタ処理済みトーションバートルクＭ_{ＤＳ，ｆｉｌｔｅｒｅｄ}は、次のステップで微分されるので、トーションバートルクＭ_ＤＳのオフセットを有益な態様で除去することができ、次の周波数解析が、オフセットによって精度を落としたり、または何か別の形でマイナスの影響を受けたりすることはない。微分によって得られた（時間に関する）導関数Ｍ_{ＤＳ，ｆｉｌｔｅｒｅｄ}’のゼロ交差が第１の解析パスで求められる。周波数は、いずれの場合も、ローパスフィルタ処理済みトーションバートルクＭ_{ＤＳ，ｆｉｌｔｅｒｅｄ}の導関数Ｍ_{ＤＳ，ｆｉｌｔｅｒｅｄ}’の直近の２つのゼロ交差間のサイクル数が求められ、周波数に変換されるような方法で求められる。結果として、トーションバー３の直近の半周期の振動の周波数が得られる。

ローパスフィルタ処理済みトーションバートルクＭ_{ＤＳ，ｆｉｌｔｅｒｅｄ}の導関数Ｍ_{ＤＳ，ｆｉｌｔｅｒｅｄ}’の絶対値は、第２の解析パスで求められる。周波数解析のためにすでに選択された直近の２つのゼロ交差間のローパスフィルタ処理済みトーションバートルクＭ_{ＤＳ，ｆｉｌｔｅｒｅｄ}の導関数Ｍ_{ＤＳ，ｆｉｌｔｅｒｅｄ}’の最大絶対値も求められる。ローパスフィルタ処理済みトーションバートルクＭ_{ＤＳ，ｆｉｌｔｅｒｅｄ}の導関数Ｍ_{ＤＳ，ｆｉｌｔｅｒｅｄ}’のこの最大絶対値は、トーションバー３の直近の半周期の振動の導関数の振幅の尺度になる。

第１の指標要素Ｉ１は、ローパスフィルタ処理済みトーションバートルクＭ_{ＤＳ，ｆｉｌｔｅｒｅｄ}の導関数Ｍ_{ＤＳ，ｆｉｌｔｅｒｅｄ}’の最大絶対値に、上記の態様で求めた直近の半周期の振動の周波数を乗ずることで生成することができ、望ましい周波数帯域は、有利にも、固定された、あるいは調整可能な特性曲線を用いて、周波数ｆ１と周波数ｆ２との間に画定することができる。制御装置２１で実行されるステアリング安定化機能と組み合わせることで、必要とされる補償トルクＭ_ｂａｒを発生させるために、電気モータ用の駆動信号ＡＳを生成することを目的として、トーションバー３の望ましい車道誘導振動と不安定性によって引き起こされたトーションバー３の望ましくない振動とを第１の指標要素Ｉ１を用いて区別することがすでに可能である。この場合に、指標はＩ＝Ｉ１である。

特に、速いトーションバー速度において、制御装置２１の応答速度を効果的に速くするために、ここで示した例示的な実施形態において、ローパスフィルタ処理済みトーションバートルクＭ_{ＤＳ，ｆｉｌｔｅｒｅｄ}の導関数Ｍ_{ＤＳ，ｆｉｌｔｅｒｅｄ}’の絶対値から第２の指標要素Ｉ２を生成することが可能であり、前記第２の指標要素が第１の指標要素Ｉ１に加えられて、指標はＩ＝Ｉ１＋Ｉ２である。上記の態様で電気駆動信号ＡＳを生成するために、指標Ｉは、掛け合わせることでステアリング安定化機能と組み合わせることができて、制御装置２１は電気モータ２０を駆動することができ、電気モータ２０は、要求通りにトーションバー３に作用する補償トルクＭ_ｂａｒを発生させることができる。このさらなる追加要素Ｉ２がない場合、振動を検出するために、少なくとも１つの半周期分が常に必要とされる。

指標Ｉの品質をさらに向上させるために、指標Ｉが、ステアリング安定化機能と組み合わされる前に、特に、飽和させる、制限する（いわゆる「速度制限」）、または最小／最大値を定めることで後処理されることが任意選択で可能である。

１ ステアリング装置
２ 電気機械式ステアリング支援装置
３ トーションバー
２０ 電気モータ
ＡＳ 駆動信号
Ｉ 指標
Ｍ_ｂａｒ 補償トルク

Claims (9)

1. 電気機械式ステアリング支援装置（２）を含む自動車のステアリング装置（１）を動作させる方法であって、前記ステアリング装置（１）のトーションバー（３）に作用する干渉誘導振動が検出され、前記干渉誘導振動の周波数および振幅が解析され、前記干渉誘導振動の前記振幅の限界値を超えた場合に、前記ステアリング支援装置（２）のステアリング安定化機能が有効にされ、前記ステアリング安定化機能は、前記ステアリング支援装置（２）の電気モータ（２０）に向けて駆動信号（ＡＳ）を供給し、それにより、前記電気モータ（２０）は、前記トーションバー（３）に作用し、前記干渉誘導振動を少なくとも部分的に打ち消す補償トルクＭ_ｂａｒを発生させる方法において、前記干渉誘導振動の前記周波数および前記振幅から指標（Ｉ）が生成され、車道誘導振動が、前記ステアリング装置（１）の不安定性によって引き起こされた振動と区別され、前記指標（Ｉ）を前記ステアリング安定化機能と組み合わせる／特に掛け合わせることで、前記電気モータ（２０）用の前記駆動信号（ＡＳ）が、振動に応じた態様で生成されることを特徴とする、方法。
2. 前記指標（Ｉ）を生成するために、前記ステアリング装置（１）の前記トーションバー（３）のトーションバートルク（Ｍ_ＤＳ）の周波数および振幅が求められることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記トーションバートルク（Ｍ_ＤＳ）が微分され、前記トーションバートルク（Ｍ_ＤＳ）の導関数のゼロ交差が検出され、前記トーションバー（３）の前記振動の前記周波数が、前記ゼロ交差から計算され、さらに、前記トーションバートルク（Ｍ_ＤＳ）の前記導関数の最大絶対値が求められ、前記周波数を前記トーションバートルク（Ｍ_ＤＳ）の前記導関数の前記最大絶対値と組み合わせる／特に乗ずることで指標（Ｉ）が生成されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 前記トーションバー（３）の半周期の振動の周波数が、いずれの場合も、前記トーションバートルク（Ｍ_ＤＳ）の前記導関数の隣接する２つのゼロ交差から特定されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. 前記トーションバートルク（Ｍ_ＤＳ）の前記導関数の前記隣接するゼロ交差間の前記最大絶対値が求められることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
6. 前記指標（Ｉ）は、前記周波数と前記トーションバートルク（Ｍ_ＤＳ）の前記導関数の前記最大絶対値との組み合わせ／特に乗算で生成された第１の指標要素（Ｉ１）と、前記トーションバートルク（Ｍ_ＤＳ）の前記導関数の前記絶対値の大きさから求められた少なくとも１つの第２の指標要素（Ｉ２）とから形成されることを特徴とする、請求項３〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記指標（Ｉ）を形成するために、前記２つの指標（Ｉ１、Ｉ２）が加算されることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
8. 前記トーションバートルク（Ｍ_ＤＳ）は、前記周波数および／または前記振幅が求められる前にローパスフィルタに通されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記指標（Ｉ）は、前記ステアリング安定化機能と組み合わされる前に、特に、飽和させる、かつ／または制限する、かつ／または最小／最大値を定めることで後処理されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。

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