JP2016501775A - 電気操舵システムのための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、所望の操舵感覚をドライバーに与えることにより運転の間に車両のドライバーをアシストする方法及び装置であって、前記車両は、手動で操作される操舵デバイス（２）に接続された入力軸（３ｂ）と、少なくとも一対の地面係合部材（７）に接続された出力軸（３ａ）と、前記出力軸と入力軸とを接続する機械的な相互接続部（１１）と、を有する操舵装置を備えている。前記方法は、前記地面係合部材（７）の位置を示す、前記出力軸の第１の舵角（Ａ１）を検出する段階、前記操舵デバイス（２）の位置を示す、前記入力軸の第２の舵角（Ａ２）を検出する段階、前記第１及び第２の舵角（Ａ１、Ａ２）を比較して、前記操舵装置の現在の状態を判定する段階、及び前記操舵装置の所望の状態を達成すべく、前記検出された第１及び第２の舵角（Ａ１、Ａ２）に応じて、前記出力軸（３ａ）に接続された第１のアクチュエータ（Ｅ１）及び前記入力軸（３ｂ）に接続された第２のアクチュエータ（Ｅ２）を制御する段階、所望の操舵感覚をドライバーに与えるべく、前記機械的な相互接続部（１１）における弾性部分を用いて、前記出力軸（３ａ）と前記入力軸（３ｂ）との間の角度差に比例するトルクを前記操舵デバイス（２）に負荷する段階、を含む。【選択図】図２

Description

本発明は、所望の操舵感覚をドライバーに与えることにより運転の間に車両のドライバーをアシストする方法及び装置に関する。

ドライバーの車両操舵をアシストするための異なる操舵装置が、従来技術において、知られている。伝統的に、ドライバーは、操舵組立を介して車輪に機械的に接続されたステアリングホイールの助けを借りて車両の方向を制御する。しかしながら、ドライバーをアシストするために、車両の操舵組立に負荷される追加の力を発生させる補助システムを用いることが一般的である。この追加の力は、車輪の方向を変えるためにドライバーが必要とする力を低減する。追加の力は、例えば油圧駆動あるいは電気モータ等の異なる技術によって、発生させることができる。

伝統的に、一定量のアシストトルクあるいはアシスト力を車両の操舵組立に加えるために、様々な油圧動力アシストステアリング（ＨＰＡＳ）システムが用いられている。そのような油圧装置は、一般的に、多くの場合にブーストカーブと呼ばれるアシスト特性に基づいている。そのブーストカーブの形状は、一般的に、油圧装置のバルブ及びポンプの設計により決定される。その結果として、従来のＨＰＡＳシステムのアシスト特性は変化しない。すなわち、ドライバーが必要とする操舵力とＨＰＡＳシステムにより供給されるアシストトルクとの間の関係は、予め定められた変化しないブーストカーブによって、定まる。ブーストカーブに基づいたＨＰＡＳシステムの作動は、一般的に、ドライバーがステアリングホイールに負荷する一定のトルクがＨＰＡＳシステムによって、車両の操舵組立に負荷される一定のアシストトルクに帰着し、ドライバーがより多くのトルクをステアリングホイールに負荷する必要があるときにアシストトルクが増加し、ドライバーがより少ないトルクをステアリングホイールに負荷する必要があるときに減少するようになっている。ドライバーがステアリングホイールに負荷する必要があるトルクの量は、回りまわって特定の運転シナリオによって、定まり、例えば車速、車両の旋回角度、その他によって、定まる。

ＨＰＡＳシステムの変化しないあるいはほとんど変化しないアシストは、ドライバーに対する道路外乱の伝達とドライバーに対する適切な操舵感覚の提供との間に適切なバランスを見いだすことを、困難にし、あるいは不可能にしている。

ＨＰＡＳシステムが高い静的アシストトルクを用いる場合、ドライバーが必要とする操舵力はより小さく、例えば、駐車運転に必要な操舵力を低減するために有益であり得る。高いアシストトルクは、車両が移動するときの道路外乱のステアリングホイールに対する伝達を減少させ、それはもう一つの利点である。しかしながら、高いアシストトルクが道路外乱からの影響を低下させる一方で、高いアシストトルクは、特に高速道路での速度におけるステアリングホイール入力に対して車両を敏感なものにし、それは操舵感覚を低下させるので不都合である。

ＨＰＡＳシステムが低い静的アシストトルクを用いる場合、ドライバーが必要とする操舵力はより大きい。しかしながら、このことは高速道路での速度における操縦に対する車両応答を安定させ、その結果として操舵感覚を高めるので、有利である。他方で、低いアシストトルクはドライバーに対する道路外乱の伝達を強め、それはステアリングホイールの望ましくない効果であり、その結果として不利となる。

近年、古いＨＰＡＳシステムは、車両の操舵に関連して用いられる様々な電動パワーアシストステアリングシステム（ＥＰＡＳ）に置き換えられてきている。

例えば、特許文献１は、ＥＰＡＳシステムの電気モータを制御するために制御装置を用いる車両の操舵システムを示している。この電気モータは、推定ピニオントルク、操舵コラム角度、電気モータの回転数、所望のアシストトルク、推定ドライバートルク、及びドライバーが負荷するステアリングホイールトルクの測定置に応じて制御される。電気モータが受け取る最終的な制御信号は、制御装置からの結果に対し、非線形ブーストカーブからの寄与分を加えることにより算出される。このブーストカーブは、推定ドライバートルクに対する電気モータの入力指令量をマップにしたものである。ブーストカーブは、推定ドライバートルクに応じて電気モータに供給する入力指令量を示している。このシステムは、ステアリングホイールトルクの制御を、道路外乱の減衰から明示的に切り離していない。ブーストカーブからの出力が、推定ドライバートルクに内在する道路外乱により影響されるからである。

特許文献２は車両の操舵システムを示しており、そこには操舵システム全体のための制御装置の構造が記載されている。その制御装置の構造は、ステアバイワイヤの概念を用いており、それはステアリングホイールと操舵ギヤ組立との間に機械的な接続がないことを意味している。そのような機械的な接続が操舵ギヤ組立に存在している場合、それはドライバーに対する道路外乱の伝達の原因となる。この接続が例えば電気手段により置き換えられあるいはシミュレートされるときに、道路外乱を取り除くことができる。ドライバーに操舵感覚を伝達するために、電子操舵装置により制御される第１の電気モータが、制御可能な抵抗トルクをステアリングホイールに負荷する。ステアリングホイールの抵抗トルクは、操舵ギヤ組立に操舵トルクを負荷する第２の電気モータに印加されている電流を測定することによって、あるいは第２の電気モータが操舵ギヤ組立に負荷しているトルクを直接的に測定することによって、決定しかつ処理できる。ステアリングホイールの抵抗トルクは、代わりに、様々な車両データ（例えば車速、道路表面とタイヤの間の摩擦、ステアリングホイールの操角度、その他）を用いるモデルを創り出すことによって、算出できる。

米国特許第６，２５０，４１９号明細書 米国特許第６，２１９，６０４号明細書

上に引用した先行技術は、ドライバーが感じる操舵特性の制御と同時にドライバーに伝達される道路外乱の量を制御することの問題について、特に対処している訳ではない。特に、それらの文献は、道路外乱の伝達の制御から独立した操舵特性の制御を達成することの問題に対処していない。特に、それらは、ステアリングホイールを道路車輪に機械的に接続する操舵軸装置を備える車両操舵組立との関係において、前記した問題に対処していない。

本発明の目的は、上記の問題を解決する改良された方法及び装置を提供することにある。

上記の問題は、添付の請求の範囲に記載の方法及び装置により解決される。

好ましい実施形態によると、本発明は所望の操舵感覚をドライバーに与えることにより運転の間に車両のドライバーをアシストする方法に関し、その車両が備える操舵装置は、手動で操作される操舵デバイスに接続された、例えば操舵コラムといった入力軸と、少なくとも一対の地面係合部材あるいは車輪に接続された出力軸と、出力軸と入力軸を接続する機械的な相互接続部と、を有している。機械的な相互接続部は、手動で操作される操舵デバイスと地面係合部材との間でトルクを伝達する力伝達要素である。

地面係合部材あるいは車輪は、出力軸と少なくとも一対の地面係合部材との間に配置されたサーボあるいはパワーステアリング装置によって、制御できる。パワーステアリング装置は、係合部材を転舵するときにドライバーをアシストするために用いられる。パワーステアリング装置は、通常は電気的にあるいは油圧で作動する、従来技術において、良く知られているものである。

本発明による方法は、
− 地面係合部材の位置を示す、出力軸の第１の角度を検出する段階、
− 操舵デバイスの位置を示す、入力軸の第２の角度を検出する段階、
− 第１及び第２の角度を比較して操舵装置の現在の状態を判定する段階、及び
− 操舵装置の所望の状態を達成すべく、検出された第１及び第２の角度に応じて、出力軸に接続された第１のアクチュエータ及び入力軸に接続された第２のアクチュエータを制御する段階、
− 所望の操舵感覚をドライバーに与えるべく、機械的な相互接続部における弾性部分を用いて、出力軸と入力軸との間の角度差に比例するトルクを操舵デバイスに負荷する段階、を含む。

弾性部分は、出力軸と入力軸を接続する機械的な相互接続部の一部である。この接続部は、例えば天然あるいは合成ゴムといった適切な弾性材料から製作できる。用途に応じ、接続部は、５〜２０度の範囲の最大ねじれ角を有することができる。この最大ねじれ角は、弾性部分に負荷されるトルクが増加する場合であっても、角度差がもはやそれを上回って増加しない角度である。出力軸に接続された第１のアクチュエータ及び入力軸に接続された第２のアクチュエータは、同一のあるいは反対の方向に独立して制御できる。入力軸及び出力軸が、アクチュエータによって、同一方向にあるいは反対方向に異なる速度で回転するときに、これらの軸の端部の間の角度変位は、機械的な相互接続部に接続されている弾性部分により吸収される。

以下の本文は、ステアリング装置の現在の状態が入力軸及び／又は出力軸の反対方向の回転を必要とする多くの実施例を含んでいる。これらの実施例によると、この方法は、操舵装置の判定された現在の状態に応じ、入力軸及び出力軸に反対方向にトルクを負荷することにより、第１及び第２のアクチュエータを制御する段階を含む。

第１実施例において、この方法は、
− 地面係合部材の振れを示す、変化する第１の舵角を検出する段階、
− 操舵デバイスの固定された位置を示す、一定な第２の舵角を検出する段階、
− 検出された第１の舵角に応じて第１及び第２のアクチュエータを制御する段階、
− 等しくかつ反対方向のトルクを出力軸に負荷することにより、地面係合部材から伝達されるトルクを打ち消す段階、及び
− 操舵デバイスの一定な第２の舵角を維持すべく、等しくかつ反対方向のトルクを入力軸に負荷することによって、出力軸から伝達されるトルクを打ち消す段階、を含む。

第１及び第２のアクチュエータを制御して同一かつ反対の方向の変動トルクを負荷することにより、「バンプステア」あるいは「ロールステア」状態の間に地面係合部材から伝達される変動トルクを打ち消すことが可能である。

バンプステア状態は、少なくとも一つの操舵可能な車輪が障害物に接触して、両輪の一体的な上昇を生じさせるときに発生する過渡的な状態である。ロールステア状態は、少なくとも一つの操舵可能な車輪が上昇するとき、あるいは他方が降下すると一方が上昇するときに生じる、過渡的な状態である。バンプステアの効果は、車輪がサスペンションを上方あるいは下方に移動させ、それが回りまわって、操舵ギヤのピットマンアームを操舵車輪に接続している操舵リンケージの動きを引き起こし得ることにある。バンプステアは、サスペンションがドライバーに代わって車両を操縦するので望ましくない。

第１及び第２のアクチュエータを制御して等しくかつ反対方向の連続トルクを負荷することにより、地面係合部材と出力軸を接続している操舵リンケージからの、サスペンションが引き起こした静的なトルクを打ち消す。その連続トルクを負荷することにより、操舵誤差の補正をもたらすべく、予め定められた位置に操舵デバイスを維持できる。操舵誤差の補正は、ステアリングホイールの角度が中心から外れる静的な操舵誤差を取り除くために用いることができる。この状態は、例えば、車両に荷物が積まれてシャシーの前部が予め定められたレベルより上に持ち上げられたときに生じ得る。車輪と操舵ギヤの相対位置は、操舵リンケージの操舵ジオメトリーによって、修正することができない操舵誤差を生じさせる。静的な操舵誤差が、例えば２、３度といった相対的に小さい場合であっても、車両が真っ直ぐ前方に進行しているときに、ドライバーはそれに気付く。

第２の実施例においてこの方法は、
− 地面係合部材の振れを示す、変化する第１の舵角を検出する段階、
− 操舵デバイスからの操舵入力を示す現在の第２の舵角を検出する段階、
− 検出された第１の舵角に応じて第１及び第２のアクチュエータを制御する段階、
− 操舵入力に応じて地面係合部材に操舵トルクを伝達すべく出力軸に第１のトルクを負荷する段階、及び
− 操舵入力に対して抵抗力をもたらす第２のトルクを、入力軸に対し反対方向に負荷する段階、を含む。

第２のトルクより大きい第１のトルクを負荷することにより、アンダーステアを示す操舵感覚をもたらすことができる。この場合、地面係合要素を転舵させるための出力軸に対する第１のトルクは、入力軸に対する第２のトルクより大きく、弾性操舵力伝達要素はドライバー入力に対し抵抗力をもたらす。この機能は、横加速度が予め定めた値を上回る、積荷が重い車両が道路の湾曲部を通り抜けるときに望ましい。湾曲部に追従するために必要な車輪角度を達成するために、ドライバーは、通常状態におけるよりもステアリングホイールを更に回さなければならない。これは、車両がアンダーステアであるという印象をドライバーに与え、湾曲部を通る速度を低下させるようにドライバーを促す。

第２のトルクより小さい第１のトルクを負荷することにより、オーバーステアを示す操舵感覚をもたらすことができる。この場合、地面係合要素を転舵させるための出力軸に対する第１のトルクは、入力軸に対する第２のトルクより小さく、弾性操舵力伝達要素はドライバー入力に対するアシストをもたらす。この機能は、横加速度が予め定められた値より低い、車両が相対的に低い速度で操縦されるときに望ましい。低い速度で車両を操縦している間にタイトコーナーを通り抜けるときに、ドライバーは、所望の車輪角度を達成するために、通常状態におけるよりも少なくステアリングホイールを回す必要がある。これは、オーバーステアの応答をもたらし、車両が容易に操縦されるという印象をドライバーに与える。

第２の実施例による方法を適用することの決定は、ステアリング装置の現在の状態により左右される。操舵装置の現在の状態は、回りまわって、車両の横加速度に比例する、その装置上の現在の負荷により左右される。横加速度は、従来の手段によって、例えば加速度センサあるいは車速センサといった車両上の利用可能なセンサと、車両のシャシーデータ（車両のホイールベース、その他）との組合せにより決定される。横加速度を決定するための手段は、車両上で一般的に利用可能であり、それ自体は本発明の一部ではない。

本発明は、更に車両の操舵装置に関する。この操舵装置は、手動で操作される操舵デバイス、例えばステアリングホイールに接続された入力軸あるいはステアリングコラムと、少なくとも一対の地面係合部材、例えば車輪に操舵リンケージを介して接続されている出力軸とを備える。この操舵装置は、入力軸と出力軸との間の機械的な相互接続部と、操舵デバイス及び地面係合部材の角度位置を検出するように配置された角度センサとを備える。電子制御装置は、操舵装置の現在の状態を判定するように構成されている。

操舵装置は、更に、出力軸に接続された第１のアクチュエータと、入力軸に接続された第２のアクチュエータとを備える。第１及び第２のアクチュエータは、電気的なあるいは油圧のモータとすることができる。弾性操舵力伝達要素は、入力軸と出力軸に接続されている。入力軸と出力軸の間のこの接続部は、例えば天然あるいは合成ゴムといった適切な弾性材料から製作できる。

第１及び第２のアクチュエータは、個々に制御可能であり、かつ操舵デバイス及び地面係合部材の検出された角度位置及び操舵装置の現在の状態に応じて、出力軸及び入力軸をそれぞれ同一あるいは反対の方向に回転させるべく構成されている。操舵力伝達要素は、出力軸と入力軸との間の角度差に比例するトルクを操舵デバイスに負荷するべく構成される。

一般的に、第１及び第２のアクチュエータは、既存のサーボ機構あるいは操舵ギヤに代わってあるいはそれに関連して、地面係合部材を転舵するためのサーボアシストをもたらすべく、同一方向に作動するように制御できる。あるいは、第１及び第２のアクチュエータは、例えば地面係合部材からあるいは操舵リンケージを介してサスペンションから、予想外のあるいは望ましくないフィードバックがステアリングホイールに向かって伝達されるときに、改善された操舵感覚をもたらすとともに予め定められた状態の下でドライバーをアシストするために反対方向に作動するように制御できる。

一実施例によると、第１及び第２のアクチュエータは、操舵装置の判定された現在の状態に応じて、出力軸及び入力軸に反対方向のトルクを負荷するように構成される。

この第１実施例において、第１及び第２のアクチュエータは、バンプステア状態の間における地面係合部材からの変動トルクを打ち消すために、等しくかつ反対方向の変動トルクを負荷するように構成できる。

あるいは、第１及び第２のアクチュエータは、操舵デバイスを予め定められた位置に保持するために、地面係合部材と出力軸を接続している操舵リンケージからの、サスペンションが引き起こしたトルクを打ち消すべく、等しくかつ反対方向の連続トルクを負荷するように構成される。

第２実施例によると、第１のアクチュエータは、操舵入力に応じて地面係合部材に操舵トルクを伝達するべく出力軸に第１のトルクを負荷するように構成され、かつ第２のアクチュエータは、操舵入力に対する抵抗力をもたらす第２のトルクを入力軸に対し反対方向に負荷するように構成される。

この第２実施例において、第１のトルクは、アンダーステアを示す操舵感覚をもたらすべく第２のトルクより小さい。この機能は、横加速度が予め定めた値を上回る、積荷が重い車両が道路の湾曲部を通り抜けるときに望ましい。湾曲部に追従するのに必要な車輪角度を達成するために、ドライバーは、通常状態におけるよりも更に多く及び／又はより大きい力でステアリングホイールを回転させなければならない。このことは、車両がアンダーステア状態にあるという印象をドライバーに与え、湾曲部を通る速度を低下させるようにドライバーを促す。

あるいは、第１のトルクは、オーバーステアを示す操舵感覚をもたらすために第２のトルクより大きい。この機能は、横加速度が予め定められた値より低い、車両が相対的に低い速度で操縦されるときに望ましい。低い速度で車両を操縦する間にタイトコーナーを通り抜けるときに、所望の車輪角度を達成するために、ドライバーは、ステアリングホイールを通常状態よりも少なく及び／又はより小さい力で回転させる必要がある。これはオーバーステアの応答をもたらし、車両が容易に操縦されるという印象をドライバーに与える。

上述したように、第２実施例による方法を適用することの決定は、操舵装置の現在の状態に応じて定まる。操舵装置の現在の状態は、回りまわって、車両の横加速度に比例する、その装置上における現在の負荷に応じて定まる。横加速度は、例えば加速度センサあるいは車速センサといった車両上の利用可能なセンサと、車両のシャシーデータ（車両のホイールベース、その他）との組合せを用いる電子制御装置により決定される。

加えて、第１及び第２のアクチュエータは、操舵アシストをもたらすために、操舵装置の決定された現在の状態に応じ、出力軸及び入力軸に対し同じ方向にトルクを負荷するように構成できる。

本発明は、更に、上述した操舵装置を備える車両に関する。

本発明はまた、コンピュータプログラム、コンピュータプログラム製品及びコンピュータのための記憶媒体に関し、その全てが、上記した実施例のいずれかに記載した方法を実行するためにコンピュータと共に用いられる。

本発明は、そのプログラムがコンピュータ上で実行されるときに上述した方法のすべてのステップを実行するためのプログラムコード手段を含む計算機プログラムに関する。

本発明はまた、コンピュータプログラム製品であって、そのプログラム製品がコンピュータ上で実行されるときに上記したすべてのステップを実行するための、コンピュータ可読媒体に記憶されたプログラムコード手段を含んでいるコンピュータプログラム製品に関する。

本発明は、更に、例えばコンピュータメモリあるいは不揮発性データ記憶媒体といった、計算機環境において、使用するための記憶媒体であって、そのメモリが上記した方法を実行するための計算機可読プログラムコードを含んでいる記憶媒体に関する。

以下の記述において、本発明を添付の図面を参照して詳細に説明する。これらの概略図は単に例示のためのものであり、発明の範囲をなんら制限するものではない。図面において、

図１は、本発明による操舵装置を備える車両を図式的に示している。 図２は、本発明による操舵装置の概略図を示している。 図３Ａ及び図３Ｂは、動的な操舵誤差補正の手順の間におけるトルクと操舵軸の角度を経時的にプロットした概略図を示している。 図４Ａ及び図４Ｂは、静的な操舵誤差補償の手順の間におけるトルク及び操舵軸角度を経時的にプロットしたプロットした概略図を示している。 図５Ａ及び図５Ｂは、アンダーステア応答のための手順の間におけるトルクと操舵軸角度を経時的にプロットした概略図を示している。 図６Ａ及び図６Ｂは、オーバーステア応答の手順の間におけるトルクと操舵軸角度を経時的にプロットした概略図を示している。及び 図７は、コンピュータ装置に適用される本発明を示している。

図１は、運転席１を有して図式的に表された車両を示しており、この車両を操舵するためのステアリングホイール２が装着されている。ステアリングホイール２が接続されている操舵主軸３は、上側部分あるいは入力軸３ｂと下側部分あるいは出力軸３ａを有している。操舵主軸３は図式的に示されているが、必要に応じ、例えば一つあるいは複数のユニバーサルジョイント４といった追加の部品を選択的に有することができる。操舵主軸３が接続されている操舵ギヤ５は、この車両を操舵するために、操舵リンケージ６を介して一対の車輪７上に作用できる。操舵主軸はサポート８内に延びており、その上部には車両の運転席あるいはダッシュボードに取り付けられたアタッチメント９が設けられ、かつその下側部分は運転席のフロア１０に固定されている。車両を操舵するときにドライバーをアシストするための装置１１が入力軸３ｂと出力軸３ａの間に配置されているが、その装置については以下に詳細に説明する。図１に示されている実施例は、単に一つのあり得る操舵装置であって、図示を目的とするためにだけに用いられる。本発明は、この特定の実施例における使用には限定されない。

図２は、本発明の操舵装置の概略図を示している。図１を参照すると、この操舵装置は、ステアリングホイール２に接続された入力軸３ｂと、操舵リンケージを介して少なくとも一対の車輪に接続された出力軸３ａとを有している。操舵装置は、出力軸３ａと入力軸３ｂの間の機械的な接続部２０と、出力軸３ａ及び入力軸３ｂによって、それぞれ示される地面係合部材及びステアリングホイールの角度位置を検出するように構成された角度センサ２１、２２とを有している。電子制御装置ＥＣＵは、角度センサ２１、２２からの入力に基づいて、操舵装置の現在の状態を判定するように構成されている。操舵装置の現在の状態は、これらのセンサにより検出される角度、並びに操舵装置上の現在の負荷によって、定まる。現在の負荷は、車両の横加速度に比例する。電子制御装置ＥＣＵは、従来通りの手段により、例えば、加速度センサあるいは車速センサ（図示されないセンサ）といった車両上の利用可能なセンサと、車両のシャシーのデータ（車両のホイールベース等）との組合せにより、横加速度を決定するように構成されている。

操舵装置は、更に、出力軸３ａに接続された第１アクチュエータＥ１と、入力軸３ｂに接続された第２アクチュエータＥ２とを有している。第１及び第２のアクチュエータは、電動あるいは油圧モータとすることができる。弾性操舵力伝達要素２３は、出力軸３ａと入力軸３ｂを接続している。出力軸３ａと入力軸３ｂの間のこの接続部は、例えば天然あるいは合成ゴム若しくは類似の適切な材料といった、適切な弾性材料から製作できる。用途に応じ、操舵力伝達要素２３は、最大で５〜２０度のねじれ角を取ることができる。最大ねじれ角は、弾性部分に負荷されるトルクが増加しても、それを上回って角度差がもはや増加しない角度である。

第１及び第２のアクチュエータＥ１、Ｅ２は、個別に制御可能であるとともに、検出されたステアリングホイール２の角度位置及び出力軸３ａにより示される地面係合部材の角度と操舵装置の現在の状態に応じ、出力軸３ａ及び入力軸３ｂを同じ方向にあるいは反対方向にそれぞれ回転させるように構成されている。操舵力伝達要素２３は、出力軸３ａと入力軸３ｂの角度差を許容するように構成されている。同時に、操舵力伝達要素２３は、出力軸３ａと入力軸３ｂの間の角度差に比例したトルクを操舵デバイス２に負荷するように構成されている。負荷されるトルクの大きさは、角度差と、弾性的な操舵力伝達要素２３の剛性とによって、定まる。

一般に、第１及び第２のアクチュエータＥ１、Ｅ２は、地面係合部材を旋回させるためのサーボ支援をもたらすべく、既存のサーボ機構あるいは操舵ギヤに代わってあるいはそれと共に、同じ方向に作用するように制御できる。あるいは、第１及び第２のアクチュエータＥ１、Ｅ２は、改善された操舵感覚をもたらすと共に、予め定められた条件の下で、例えば地面係合部材あるいは操舵リンケージから予想外のあるいは望ましくないフィードバックがステアリングホイールに向けて伝達されるときにドライバーをアシストするために、反対方向に作動するように制御できる。

図２において、トルクＭｖ２はドライバーにより負荷されるトルクであり、かつトルクＭｖ１は、ステアリングホイール２を介してドライバーにより要求される、地面係合部材の所望の角度を達成するために必要なトルクである。同様に、トルクＭｅ１は第１のアクチュエータＥ１によって、出力軸３ａに負荷されるトルクであり、かつトルクＭｅ２は第２のアクチュエータＥ２によって、入力軸３ｂに負荷されるトルクである。

作動の際、操舵装置は、以下の段階を含む一般的な方法を用いて制御される。
− 地面係合部材の位置を示す、出力軸３ａの第１の舵角Ａ１を検出する段階、
− ステアリングホイール２の位置を示す、入力軸の第２の舵角Ａ２を検出する段階、
− 第１及び第２の舵角Ａ１、Ａ２を比較して操舵装置の現在の状態を判定する段階、及び
− 操舵装置の所望の状態を達成すべく、検出された第１及び第２の舵角Ａ１、Ａ２に応じて、出力軸３ａに接続された第１のアクチュエータＥ１及び入力軸３ｂに接続された第２のアクチュエータＥ２を制御する段階。

出力軸３ａと入力軸３ｂの間の角度差は、弾性操舵力伝達要素２３が、出力軸３ａと入力軸３ｂの角度差に比例するトルクを操舵デバイス２に負荷するようにする。

次の本文は、操舵装置の現在の状態が入力軸及び／又は出力軸の反対方向の回転を必要とする、多くの特定の実施例を説明している。これらの実施例によると、この方法は、操舵装置の判定された現在の状態に応じて、入力軸及び出力軸に反対方向のトルクを負荷することにより、第１及び第２のアクチュエータを制御する段階を含む。

第１の実施例によると、この方法は、地面係合部材あるいは操舵リンケージからステアリングホイールに対する望ましくないフィードバックが伝達されることを防止するべく、操舵誤差の補正のために用いることができる。この場合、この方法は、
− 地面係合部材の振れを示す、変化する第１の舵角を検出する段階、
− 操舵デバイスの固定された位置を示す、一定な第２の舵角を検出する段階、
− 検出された第１の舵角に応じて、第１及び第２のアクチュエータを制御する段階、
− 等しくかつ反対方向のトルクを出力軸に負荷することにより、地面係合部材から伝達されるトルクを打ち消す段階、及び
− 操舵デバイスの一定な第２の角度を維持すべく、等しくかつ反対方向のトルクを入力軸に負荷することにより、出力軸から伝達されるトルクを打ち消す段階、を含む。

図３Ａ及び図３Ｂは、動的な操舵誤差補正の手順の間におけるトルクと操舵軸角度を経時的にプロットした概略図を示している。図３Ａは、車両が真っ直ぐ前方に進行していて、少なくとも一つの操舵車輪が障害物に接触し、車輪が上方にそれて、バンプあるいはロール操舵状態を生じさせる場合を示している。バンプステア状態は、少なくとも一つの操舵車輪が障害物に接触して、両方の車輪が一緒に持ち上げられるときに発生する、過渡的な状態である。ロールステア状態は、少なくとも一つの操舵車輪が持ち上げられるときに発生する、過渡的な状態である。

車両が真っ直ぐ前方に進行しているので、ドライバーからの入力トルクＭｖ２及び車輪に対する出力トルクＭｖ１はゼロである。図３Ｂに示すように、ドライバーがステアリングホイールを回していないので、入力軸の第２の舵角Ａ２はゼロである。しかしながら、車輪の動揺は操舵リンケージの変位を生じさせ、出力軸の回転変動とそれに対応する第１の舵角Ａ１の変化を引き起こす。第１及び第２のアクチュエータＥ１、Ｅ２を制御して等しくかつ反対方向の変動トルクＭｅ１、Ｍｅ２を負荷することにより、車輪から操舵軸に伝達される変動トルクを打ち消すことができる。このようにして、動的な操舵誤差がステアリングホイールに伝達されることを防止しあるいは少なくとも低減できる。入力軸と出力軸の間の相対角度差は、弾性操舵力伝達要素（図２）により吸収され、変動トルク入力Ｍｖ２がステアリングホイールに到達することが回避される。

図４Ａ及び図４Ｂは、静的な操舵誤差補正の手順の間におけるトルクと操舵軸角度を経時的にプロットした概略図を示している。図４Ａは、車両は真っ直ぐ前方に進行しているが、荷物が積まれてシャシーの前部が予め定められたレベルを上回って持ち上がっている場合を示している。操舵可能な車輪と操舵ギヤとの相対位置は、操舵リンケージの操舵ジオメトリーによっては修正できない静的な操舵誤差を生じさせる。１度あるいは数度の静的な操舵誤差は、操舵車輪のオフセットあるいは中心からの角度ずれを生じさせる。静的な操舵誤差が相対的に小さい場合であっても、車両が真っ直ぐ前方に進行しているときには、ドライバーはそれに容易に気付く。

車両が真っ直ぐ前方に進行しているので、ドライバーからの入力トルクＭｖ２及び車輪に対する出力トルクＭｖ１はゼロである。図４Ｂに示すように、ドライバーがステアリングホイールを回していないので、入力軸の第２の舵角Ａ２はゼロである。しかしながら、静的な操舵誤差は操舵リンケージの変位を生じさせ、出力軸の回動とそれに対応する第１の舵角Ａ１の変化を引き起こす。第１及び第２のアクチュエータＥ１、Ｅ２を制御して等しくかつ反対方向の静的なトルクＭｅ１、Ｍｅ２を負荷することにより、操舵リンケージから操舵軸に伝達される静的なトルクを打ち消すことができる。このようにして、静的な操舵誤差がステアリングホイールに伝達されることを防止できる。入力軸と出力軸の間の相対角度差は、弾性操舵力伝達要素（図２）により吸収され、静的なトルク入力Ｍｖ２がステアリングホイールをオフセットさせることが回避される。

第２の実施例において、この方法は、ドライバーに所望の操舵感覚を与えるために用いられ、その操舵感覚は現在の運転状態に適合させることができる。この場合、この方法は、
− 地面係合部材の振れを示す、変化する第１の舵角を検出する段階、
− 操舵デバイスからの操舵入力を示す、現在の第２の舵角を検出する段階、
− 検出された第１の舵角に応じて第１及び第２のアクチュエータを制御する段階、
− 操舵入力に応じて地面係合部材（４）に操舵トルクを伝達するべく第１のトルクを出力軸に負荷する段階、及び
− 操舵入力に対する抵抗力をもたらす第２のトルクを入力軸に対し反対方向に負荷する段階、を含む。

図５Ａ及び図５Ｂは、アンダーステア応答を作り出す手順の間におけるトルクと操舵軸角度を経時的にプロットした概略図を示している。

図５Ａは、車両は予め定められた巡航速度で道路に沿って進行する場合を示している。トルクは、ステアリングホイールに対し第１の方向に負荷され、次いで第１の位置に戻される前に反対方向に負荷される。そのような操縦が実行され得る状態の実例は、急激な回避行動、あるいは屈曲路を通り抜けているときのサスペンション操舵の反作用であり、その間に横方向加速度は予め定められた値を上回る。

特に、屈曲路を通り抜けるときに、車両は、その長手方向の重心軸の回りにロールし易く、屈曲路を通して外側に傾斜する。これは、外側車輪のサスペンション荷重を増加させると共に、内側車輪のサスペンション荷重を減少させる。この状態は、車速や道路の曲率及び横方向の傾斜に応じて変動し得る、ある程度のロールステアを操舵リンケージに引き起こし得る。このロールステアがステアリングホイールに伝達されると、ドライバーは、カーブを通る所望の軌道を維持するために補正しようとする。

しかしながら、このロールステアはサスペンション上の荷重によって、変化し得るので、車両は、サスペンション上の現在の荷重及び車両重量に応じてアンダーステア状態からオーバーステア状態となり得る。車両がオーバーステア状態となったときにドライバーがロールステアを補正しようと試みる場合、彼は実際には過剰に補正することになる。これを理解したときに、彼は、ステアリングホイールをその第１の位置に戻すことによって、過剰な補正のキャンセルを直ちに試みる。車両がまだオーバーステア状態にある場合、この動作は、反対方向の過剰な補正を生じさせ得る。本発明の目的は、この状況が発生するリスクを取り除き、あるいは少なくとも低下させることにある。

図５Ａから、ドライバーが、ロールステアを補正するべく入力トルクＭｖ２を負荷することが判る。アンダーステアの感覚をもたらして過剰な補正を防止するためには、図５Ｂに示すように、出力軸の舵角Ａ１が、ステアリングホイールからの入力舵角Ａ２より小さくなければならない。このことは、第２のトルクＭｅ２がゼロでない限りにおいて、入力軸に負荷される第２のトルクＭｅ２より小さい第１のトルクＭｅ１を出力軸に負荷することにより達成される。出力軸に対して結果として生じるトルクＭｖ１は、ドライバーにより負荷される入力トルクＭｖ２を打ち消して、アンダーステアを示す操舵感覚をもたらす。操舵力伝達要素２３（図２）は、所望の状態を達成するべく、出力軸３ａと入力軸３ｂとの間の角度差に比例した、この場合はドライバーにより負荷される入力トルクＭｖ２に対抗するトルクを操舵デバイス２に負荷するように構成されている。

上述したように、この機能は、積荷が重い車両が道路の湾曲部を通り抜けるときに望ましい。湾曲部に追従するために必要な車輪角度を達成するべく、ドライバーは、ステアリングホイールを通常の状態におけるより更に回さなければならない。これは車両がアンダーステアである印象をドライバーに与え、湾曲部を通るときに速度を低下させることをドライバーに促す。

図６Ａ及び図６Ｂは、オーバーステア応答のための手順の間におけるトルクと操舵軸角度を経時的にプロットした概略図を示している。

図６Ａは、相対的に低い速度で車両が運転される場合を示している。低い速度で車両を操縦している間にタイトコーナーを通り抜けるときには、所望の車輪角度を達成するために、ドライバーは通常状態におけるよりも少なくステアリングホイールを回す必要があることが望ましい。一般的に、これらの状態では、横加速は予め定められた値より小さい。

図６Ａから、ドライバーがステアリングホイールに入力トルクＭｖ２を負荷することが判る。オーバーステアの感覚をもたらして操作をし易くするためには、図６Ｂに示すように、出力軸の出力舵角Ａ１は、ステアリングホイールからの入力舵角Ａ２よりも大きくなければならない。これは、第２のトルクＭｅ２がゼロでない限りにおいて、入力軸に負荷される第２のトルクＭｅ２より大きい第１のトルクＭｅ１を出力軸に負荷することにより達成される。結果として生じる出力軸トルクＭｖ１は、ドライバーにより負荷される入力トルクＭｖ２をアシストして、オーバーステアを示す操舵感覚をもたらす。操舵力伝達要素２３（図２）は、出力軸３ａと入力軸３ｂとの間の角度差に比例するトルク、この場合は所望の状態を達成するべくドライバーにより負荷される入力トルクＭｖ２をアシストするトルクを操舵デバイス２に負荷するように構成されている。

上述したように、この機能はオーバーステアの応答をもたらして、車両が容易に操縦されるという印象をドライバーに与える。

本発明はまた、コンピュータプログラム、コンピュータプログラム製品及びコンピュータのための記憶媒体に関し、その全ては、上記した実施例のいずれかに記載した方法を実行するためにコンピュータと共に用いられる。

図７は、不揮発性メモリ７２０、プロセッサ７１０、読出し及び書込みメモリ７６０を備える、本発明の一実施形態による装置を示している。メモリ７２０は、装置を制御するための計算機プログラムを記憶している第１のメモリ部分７３０を有している。装置を制御するためのメモリ部分７３０の計算機プログラムは、オペレーションシステムとすることができる。この装置は、例えば電子制御装置ＥＣＵ（図２を参照）といった制御ユニットに含めることができる。データ処理ユニット７１０は、例えば、マイクロコンピュータから構成できる。

メモリ７２０はまた、本発明による目標変速段選択機能を制御するためのプログラムが記憶されている第２のメモリ部分７４０を有している。代わりの実施形態において、変速機を制御するためのプログラムは、例えばＣＤあるいは交換可能な半導体メモリといった、データ用の別個の不揮発性記憶媒体７５０に記憶される。プログラムは、実行可能な形態で、あるいは圧縮された状態で記憶できる。

データ処理ユニット７１０が特定の機能を実行すると以下において、述べるときに、データ処理ユニット７１０が、メモリ７４０に記憶されたプログラムの特定の部分あるいは不揮発性記憶媒体７５０に記憶されたプログラムの特定の部分を実行することは明らかである。

データ処理ユニット７１０は、データバス７１４を介して記憶装置７５０と通信するべく調製されている。データ処理ユニット７１０はまた、データバス７１２を介してメモリ７２０と通信するべく調製されている。加えて、データ処理ユニット７１０は、データバス７１１を介してメモリ７６０と通信するべく調製されている。データ処理ユニット７１０はまた、データバス７１５を使用してデータポート７９０と通信するべく調製されている。

本発明の方法は、データ処理ユニット７１０によって、実行することができ、そのデータ処理ユニット７１０はメモリ７４０に記憶されたプログラムあるいは不揮発性記憶媒体７５０に記憶されたプログラムを実行する。

本発明は、上述した実施形態に限定されることの考えられるべきではなく、むしろ多くの更なる変形及び変更が以下の特許請求の範囲内にあると考えられる。

１ 運転席
２ 操舵デバイス
２ ステアリングホイール
３ 操舵主軸
３ａ 出力軸
３ｂ 入力軸
４ ユニバーサルジョイント
５ 操舵ギヤ
６ 操舵リンケージ
７ 車輪
８ サポート
９ アタッチメント
１０ フロア
１１ 装置
２０ 接続部
２１ 角度センサ
２２ 角度センサ
２３ 操舵力伝達要素
２３ 弾性操舵力伝達要素
７１０ データ処理ユニット
７１０ プロセッサ
７１１ データバス
７１２ データバス
７１４ データバス
７１５ データバス
７２０ 不揮発性メモリ
７３０ 第１のメモリ部分
７４０ 第２のメモリ部分
７５０ 不揮発性記憶媒体
７６０ メモリ
７６０ 書込みメモリ
７９０ データポート
Ａ１ 第１の舵角
Ａ２ 第２の舵角
Ｅ１ 第１のアクチュエータ
Ｅ２ 第２のアクチュエータ
Ｍｅ１ 第１のトルク
Ｍｅ２ 第２のトルク
Ｍｖ１ 出力トルク
Ｍｖ２ 入力トルク

Claims (21)

1. 所望の操舵感覚をドライバーに与えることにより運転の間に車両のドライバーをアシストする方法であって、
   前記車両が、手動で操作される操舵デバイス（２）に接続された入力軸（３ｂ）と、少なくとも一対の地面係合部材（７）に接続された出力軸（３ａ）と、前記出力軸と入力軸とを接続する機械的な相互接続部（１１）と、を有する操舵装置を備えており、
   前記方法が、
   − 前記地面係合部材（７）の位置を示す、前記出力軸の第１の舵角（Ａ１）を検出する段階、
   − 前記操舵デバイス（２）の位置を示す、前記入力軸の第２の舵角（Ａ２）を検出する段階、
   − 前記第１及び第２の舵角（Ａ１、Ａ２）を比較して、前記操舵装置の現在の状態を判定する段階、及び
   − 前記操舵装置の所望の状態を達成すべく、前記検出された第１及び第２の舵角（Ａ１、Ａ２）に応じて、前記出力軸（３ａ）に接続された第１のアクチュエータ（Ｅ１）及び前記入力軸（３ｂ）に接続された第２のアクチュエータ（Ｅ２）を制御する段階、
   − 所望の操舵感覚をドライバーに与えるべく、前記機械的な相互接続部（１１）における弾性部分を用いて、前記出力軸（３ａ）と前記入力軸（３ｂ）との間の角度差に比例するトルクを前記操舵デバイス（２）に負荷する段階、
   を含む方法。
2. 前記操舵装置の判定された現在の状態に応じて、前記入力軸及び前記出力軸に対し反対方向にトルクを負荷することにより、前記第１及び第２のアクチュエータ（Ｅ１、Ｅ２）を制御する段階を含む、請求項１に記載の方法。
3. − 前記地面係合部材（７）の振れを示す、変化する第１の舵角（Ａ１）を検出する段階、
   − 前記操舵デバイス（２）の固定された位置を示す、一定な第２の舵角（Ａ２）を検出する段階、
   − 前記検出された第１の舵角（Ａ１）に応じて、前記第１及び第２のアクチュエータ（Ｅ１、Ｅ２）を制御する段階、
   − 等しくかつ反対のトルクを前記出力軸に負荷することにより、前記地面係合部材（７）から伝達されるトルクを打ち消す段階、及び
   − 前記操舵デバイス（２）の一定な第２の舵角（Ａ２）を維持すべく、等しくかつ反対のトルクを前記入力軸に負荷することにより、前記出力軸から伝達されるトルクを打ち消す段階、
   を含む、請求項１又は２に記載の方法。
4. バンプステア状態の間の前記地面係合部材（７）からの変動トルクを打ち消すべく、前記第１及び第２のアクチュエータ（Ｅ１、Ｅ２）を制御して等しくかつ反対方向の変動トルクを負荷する、請求項３に記載の方法。
5. 前記地面係合部材（７）と前記出力軸を接続する操舵リンケージからの、サスペンションが引き起こしたトルクを打ち消すべく、前記第１及び第２のアクチュエータ（Ｅ１、Ｅ２）を制御して等しくかつ反対方向の連続トルクを負荷する、請求項３に記載の方法。
6. 操舵誤差の補正をもたらすべく、前記操舵デバイス（２）を予め定められた位置に保持するために前記連続トルクを負荷する、請求項５記載の方法。
7. − 前記地面係合部材（７）の振れを示す、現在の第１の舵角（Ａ１）を検出する段 階、
   − 前記操舵デバイス（２）からの操舵入力を示す、現在の第２の舵角（Ａ２）を検出する段階、
   − 前記検出された第１の舵角（Ａ１）に応じて、前記第１及び第２のアクチュエータ（Ｅ１、Ｅ２）を制御する段階、
   − 前記操舵入力に応じて前記地面係合部材（７）に操舵トルクを伝達すべく前記出力軸に第１のトルクを負荷する段階、及び
   − 前記操舵入力に対する抗力をもたらす第２のトルクを、前記入力軸に対し反対方向に負荷する段階、
   を含む、請求項１又は２に記載の方法。
8. アンダーステアを示す操舵感覚をもたらすべく、前記第２のトルクより小さい第１のトルクを負荷する、請求項７に記載の方法。
9. オーバーステアを示す操舵感覚をもたらすべく、前記第２のトルクより大きい第１のトルクを負荷する、請求項７に記載の方法。
10. 車両の操舵装置であって、
    そのパワーステアリング装置が、
    手動で操作される操舵デバイス（２）に接続された入力軸、
    少なくとも一対の地面係合部材と、前記入力軸と前記出力軸との間の機械的な相互接続（１１）とに接続された出力軸（３ａ）、
    前記操舵デバイス及び前記地面係合部材の角度位置を検出するように配置された角度センサ、
    及び前記操舵装置の現在の状態を判定するように構成された電子制御装置、
    を備えており、
    前記パワーステアリング装置は、
    前記出力軸に接続された第１のアクチュエータ（Ｅ１）、
    前記入力軸に接続された第２のアクチュエータ（Ｅ２）、及び
    前記入力軸及び前記出力軸に接続された弾性操舵力伝達要素（２３）
    を更に備え、
    前記第１及び第２のアクチュエータは、前記操舵デバイス及び前記地面係合部材の前記検出された角度位置及び前記操舵装置の現在の状態に応じ、前記出力軸及び前記入力軸をそれぞれ反対方向に回転させるべく、個々に制御可能に構成され、
    かつ前記操舵力伝達要素（２３）は、前記出力軸（３ａ）と前記入力軸（３ｂ）との間の角度差に比例するトルクを前記操舵デバイス（２）に負荷するべく構成されている、操舵装置。
11. 前記第１及び第２のアクチュエータ（Ｅ１、Ｅ２）は、前記操舵装置の前記判定された現在の状態に応じて、前記出力軸（３ａ）及び前記入力軸（３ｂ）に反対方向のトルクを負荷するように構成されている、請求項１０に記載の操舵装置。
12. 前記第１及び第２のアクチュエータ（Ｅ１、Ｅ２）は、バンプステア状態の間の前記地面係合部材（４）からの変動トルクを打ち消すべく、等しくかつ反対方向の変動トルクを負荷するように構成されている、請求項１０又は１１に記載の操舵装置。
13. 前記第１及び第２のアクチュエータ（Ｅ１、Ｅ２）は、前記操舵デバイス（２）を予め定められた位置に保持するために、前記地面係合部材（７）と前記出力軸を接続している操舵リンケージからの、サスペンションが引き起こしたトルクを打ち消すべく、等しくかつ反対方向の連続トルクを負荷するように構成されている、請求項１０又は１１に記載の操舵装置。
14. 前記第１のアクチュエータ（Ｅ１）は、前記操舵入力に応じて応記地面係合部材（７）に操舵トルクを伝達すべく、前記出力軸（３ａ）に第１のトルクを負荷するように構成されており、かつ前記第２のアクチュエータ（Ｅ２）は、前記操舵入力に対して抵抗をもたらす第２のトルクを、前記入力軸（３ｂ）に対し反対方向に負荷するように構成されている、請求項１０又は１１に記載の操舵装置。
15. アンダーステアを示す操舵感覚をもたらすべく、前記第１のトルクが前記第２のトルクより小さい、請求項１４に記載の操舵装置。
16. オーバーステアを示す操舵感覚をもたらすべく、前記第１のトルクが前記第２のトルクより大きい、請求項１４に記載の操舵装置。
17. 前記第１及び第２のアクチュエータ（Ｅ１、Ｅ２）は、操舵アシストをもたらすべく、前記操舵装置の前記判定された現在の状態に応じ、前記出力軸及び前記入力軸に対し同じ方向にトルクを負荷するように構成されている、請求項１０に記載の操舵装置。
18. 請求項１０乃至１７のいずれかに記載のパワーステアリング装置を備えていることを特徴とする車両。
19. コンピュータプログラムであって、前記プログラムがコンピュータ上で実行されるときに請求項１乃至９のいずれかに記載されたあらゆる段階を実行するためのプログラムコード手段を含んでいるコンピュータプログラム。
20. コンピュータプログラム製品であって、前記プログラム製品がコンピュータ上で実行されるときに請求項１乃至９のいずれかに記載されたあらゆる段階を実行する、コンピュータ可読媒体に記憶されたプログラムコード手段、を含んでいるコンピュータプログラム製品。
21. コンピュータ環境において使用するための、コンピュータメモリ（７２０）あるいは不揮発性データ記憶媒体（７５０）といった記憶媒体であって、前記メモリが請求項１乃至９のいずれかに記載された方法を実行するためのコンピュータ可読プログラムコードを含んでいる記憶媒体。

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