JP2017506196A - ステアリングシステムを作動させる方法 - Google Patents

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Abstract

記載されるのは、操舵力を支援する電気駆動ユニット(15)を備えた自動車のステアリングシステム(4)を作動させる方法である。前記電気駆動ユニット(15)がソフトウェアによって作動される。前記ソフトウェアのリスタートの間、前記駆動ユニット(15)に導入されるトルクが減衰されるように前記駆動ユニット(15)が作動される。

Description

本発明は、請求項1の前提部分に記載した操舵力を支援する電気駆動ユニットを備えた自動車のステアリングシステムを作動させる方法に関する。
制御装置上で実行されるソフトウェアを頼りにステアリングシステムを作動させることは知られている。同様に、ステアリングシステムの機能不良を予防するためにソフトウェアエラーを処理しなければならないことも知られている。
特許文献1により公知のステアリングシステム作動方法では、複数のシステム状態が用いられる。これらのシステム状態は例えばステアリングシステムの初期化、ステアリングシステムのアプリケーション機能の部分的提供、ステアリングシステムの運動学的アプリケーション機能の提供、エラーモード、遮断を含む。
電気機械式ステアリングシステムの市場浸透の高まりによって、これらのシステムのアベイラビリティに対する要求も高まってきた。
独国特許出願公開第102004028827号明細書
本発明の根底にある課題は、請求項1に記載の方法によって解決される。有利な諸構成は従属請求項に明示されている。さらに、発明にとって重要な諸特徴は以下の明細書と図面に見られ、諸特徴は単独でもまた様々に組合せても発明にとって重要であり得るが、その点を再度明確に指摘することはしない。
本発明に係る方法では、駆動ユニットを作動させるソフトウェアのリスタートの間、駆動ユニットは、これに導入されるトルクが減衰されるように作動される。
ソフトウェアのリスタートの間、駆動ユニットに導入されるトルクは、ステアリングシステムを介して車両運転者と路面状態の影響を受ける。駆動ユニットに導入されるトルクの減衰によって、ソフトウェアによって算出されるサーボ支援が無くとも、走行状況の制御時にさしたる支障が車両運転者にとって生じないように時間を短縮することができる。その際、人間の反応時間、つまり或る事象が突然発生してから人間が行動を起こすまでの時間は通常約1.5〜2秒であることを特に考慮しなければならない。人間がこの或る事象を待ち受ける場合、反応時間は約500ミリ秒にまで減らすことができる。ステアリングシステムのソフトウェア障害の持続時間、及びそれと結び付いたソフトウェアリスタートは、現在少なくとも200ミリ秒を必要とする。
さらに、本発明に係る方法によって、いわゆるキックバックの影響は避けることができる。ソフトウェアのリスタートの間駆動ユニットは非通電であり、従って駆動ユニットはステアリングシステムの操舵運動に影響を及ぼさない。キックバックの影響は、ソフトウェアのリスタート時またはリスタートの間サーボトルクが存在しないことによって発生しよう。このことは、ソフトウェアのリスタートの間ステアリングホイールはサーボ支援なしに可動なため、車両運転者を困惑させる操舵状況を生むことがある。さらに、導入されるトルクの本発明に係る減衰は回転運動を絶対的に阻止するのでなく、操舵位置を減衰された状態で短時間保持するだけである。
本発明に係る方法によって、車両運転者は、路面の凸凹を通過することに相当する機械的フィードバックを、ステアリングホイールで受け取るだけである。運転者によって実質一定したトルクが加えられ/導入されると駆動ユニットの位置、従ってステアリングホイールの位置は実質的に保持され得る。運転者が経時的に変化するトルクを加えると、ソフトウェアのリスタートの間電気駆動ユニットの回転数とステアリングホイールの回転数は本提案の減衰によって、有利なことに低減させることができる。
本方法の有利な一実施形態では、ソフトウェアのリスタートの間、駆動ユニットの少なくとも2つの駆動位相の間で短絡が実現される。こうして、駆動ユニットに導入されるトルクに対抗して簡単に働きかけることが可能となる。
有利な一実施形態では、パルス幅変調信号を応用することによって減衰の強さが調整される。こうして、その都度の車両型式への適合を達成することができる。
本方法の他の有利な一実施形態では、ソフトウェアエラーを検出する前または検出時の状態に応じてパルス幅変調信号が判定される。これにより、ソフトウェアのリスタート位相の飛び越しはその都度の走行・操舵状況に適合させることができる。こうして、リスタートの間電気駆動ユニットの動作は第2時間の前に優勢であった走行状況に適合させることができる。
他の有利な一実施形態では、ソフトウェアリスタート前の駆動ユニットの回転数が閾値よりも高い場合、ソフトウェアのリスタートの間、駆動ユニットに導入されるトルクの減衰は実行されない。こうして、強い操舵運動が実行される操舵状況のときにもリスタートは実行することができる。この強い操舵運動時に減衰が実行されないことによって、操舵運動を強めるという見地から操舵要求に減衰が対抗しないので、走行安全性を高めることができる。
有利な一実施形態では、特に自動車のステアリングシステムの始動動作の間、ソフトウェアが第1時間の間にスタートされる。自動車走行動作の間、ソフトウェアの機能不良が検出される。ソフトウェアの機能不良の検出に応じてソフトウェアは第2時間の間、第2時間が第1時間よりも短くなるようにリスタートされる。こうして、電気機械式ステアリングシステムのアベイラビリティを本質的に高める方法が提供される。有利なことに機械的フォールバックレベルは、ステアリングシステムを極力迅速に再びサーボ支援で作動させるために、短縮された第2時間を通し短時間だけ利用される。
有利な一実施形態では、ステアリングシステムの機能が低減された範囲であっても、操舵力支援で一層確実な運転を保証するリンプホーム動作に切り替わる。
有利な一実施形態では、ソフトウェアの機能不良による損害を避けるために、及び、トルク低減によって運転者に特別な走行状況であることを気づかせて運転者に慎重な運転を促すために、リンプホーム動作の間トルクは通常動作時に比べて或る係数だけ低減される。さらに、リンプホーム動作の時は通常動作に比べて少ない数のソフトウェア諸機能、例えば快適性諸機能が活性であり、特に、遮断されたソフトウェア諸機能に端を発するエラーの影響は、こうして排除することができる。
本発明のその他の特徴、応用可能性および諸利点は、図示された本発明の実施例についての以下の明細書から明らかとなる。以下に述べられ、または図示される特徴はすべてそれ自体としてまたは任意に組合せて、特許請求の範囲におけるそれらの統合または帰属関係にかかわりなく、または、明細書または図面におけるそれらの記述または表現にかかわりなく、本発明の対象となる。すべての図において機能上同等なものには、実施形態が異なる場合でも一部で同じ符号が用いられる。
以下、図面を参考に本発明の例示的実施形態を解説する。
図1は、ステアリングシステムを例示的に略態様で示す。 図2は、電気駆動ユニットを作動させるパワーエレクトロニクスを略態様で示す。 図3は、トルク時間線図を概略示す。 図4は、流れ図を概略示す。 図5は、それぞれアクセス遷移線図を概略示す。 図6は、それぞれアクセス遷移線図を概略示す。
図1に示す制御装置6と称される制御器および/または調節器がステアリングシステム2に付設されている。ステアリングシステム2はステアリング装置とも称される。制御装置6内に計算機(例えばマイクロコンピュータまたはマイクロコントローラ)がプロセッサ3と共に配置され、プロセッサ3はデータ線路3a、例えばバスシステムを介して記憶素子5と接続されている。ここに述べる方法は特に、プロセッサ3等のデジタル演算装置用のコンピュータプログラムとして実施されてよい。本方法を実施するためのコンピュータプログラムはデジタル演算装置3上で実行可能である。さらに、コンピュータプログラムはステアリングシステム2の制御装置6用の記憶素子5に格納しておくことができる。制御装置6は、パワーエレクトロニクス28を介して、操舵力を支援するための補助力ステアリングの電気駆動ユニット15と接続され、これにより、制御装置6が電気駆動ユニット15を制御および/または調節することが可能となる。電気駆動ユニット15は例えば電動モータとして形成され、伝動装置16を介してラック12bに作用する。トーションバー9に操舵手段10、例えばステアリングホイールが配置され、この操舵手段によって、運転者が操舵手段10を操作することで、トルクをトーションバー9に加えることができる。
ステアリング装置2はさらに、例えばラックアンドピニオン式ステアリングギヤとして形成されるステアリングギヤ11を有する。しかしステアリングギヤ11はリサーキュレーティングボール式ステアリングギヤもしくはボールナット式ステアリングギヤとして形成することもできる。以下の明細書では主にラックアンドピニオン式ステアリングであり、ステアリングギヤはピニオン12aとラック12bとを含んでいる。しかし本発明にとってステアリングの種類は重要ではない。図1に示すステアリング装置2はラックアンドピニオン式ステアリングとする代わりに例えばボールナット式ステアリングまたは動力補助ステアリングとして実現され得る。ステアリングギヤ11は、車両の各側で、ピニオン12aとラック12bとを介してステアリングリンケージ13と結合され、このステアリングリンケージが車輪14と協働する。無論、電気駆動ユニット15はトーションバー9にステアリングギヤ11を配置する代わりにまたはそれを補足して他の駆動部を有することもでき、この場合前記他の駆動部は、他の伝動装置を介してラック12bと機械的に作用結合されている。無論、図示した駆動ユニット15はピニオン12aを介してラック12bと作用結合されてよい。
図1に示すステアリング装置2は、この様に、本発明に係る方法を実施するのに適したステアリング装置の可能な多くの実施形態の1つである。それに応じて、補助力ステアリングのモータ15は、トーションバー9と一緒に、ステアリングギヤ11内に配置されるピニオン12aに作用するように、または(他のピニオンによって)ラック12bに直接作用するように配置されてよい。
電気駆動ユニット15は、3つの位相を含む線路26を介して供給される電気エネルギーで作動される。このためパワーエレクトロニクス28は供給電圧Vsのエネルギー供給源と接続され、信号30を介して制御装置6によって作動される。
プロセッサ3が監視ユニット32によって監視される。監視ユニット32は演算ユニット3に質問メッセージを送信し、正しい応答メッセージを待ち受ける。監視ユニット32は、応答メッセージが正しい応答メッセージと異なる場合エラー計数器を増分または減分する。エラー計数器で閾値に到達すると、監視ユニット32は、パワーエレクトロニクス28および/または演算ユニット3すなわち制御装置6を介して供給電圧Vsから、すなわちエネルギー供給源から、スイッチ34および/または36によって電子駆動ユニット15を切り離す。
ステアリングシステム2はさらにトーションバー9の脇にセンサ18を有する。測定信号Tはこのセンサによって判定され、制御装置6に送られてよい。無論、なお他の図示しない測定信号を制御装置6に送ってもよい。制御装置6は、これらの測定信号に応じて、操舵力を支援するための信号30を判定する。
図2は図1のパワーエレクトロニクス28を例示的態様で示す。無論、電気駆動ユニット15を作動させるための別の駆動部を用いてもよい。パワーエレクトロニクス28は供給電圧Vsに接続された3つのスイッチ40、42、44を含む。さらに、パワーエレクトロニクス28は接地GNDに接続された3つのスイッチ50、52、54を含む。電気駆動ユニット15は矢印56の方向で配置され、線路26と接続されている。スイッチ40、50は第1位相60と接続されている。スイッチ42、52は第2位相62と接続されている。スイッチ44、54は第3位相64と接続されている。位相60〜64が線路26を形成する。スイッチ40〜44、50〜54は、制御装置6からの信号30に応じて作動される。図示したスイッチ40〜54の開路位置は単なる例示である。電気駆動ユニット15を作動させるための三相交流電流を線路30上で生成するために、スイッチ40〜54は信号30によって開路または閉路される。
図3にトルク時間線図66の概略が示されている。時点t0から時点t1に至る第1時間T1の間にコールドブートが実行される。時点t1後に通常動作に切り替わる。通常動作の間、電気駆動ユニット15が作動されるが、この時、電気駆動ユニット15は、推移68に従ってその都度の駆動状況に対応したトルクMの常に100%が、駆動ユニット15によってステアリングシステム2に導入され得るように作動される。トルクの100%は、例えば、駆動状況に対応したトルクMを乗算可能な係数1に一致する。相応にリンプホーム動作用に1未満、例えば0.5以下の係数が選択され、駆動状況に対応したトルクMをこの係数に乗算することができる。
時点t2で、制御装置6上でプロセッサユニット3が実行するソフトウェアの機能不良が検出される。ソフトウェアの機能不良を検出することによってソフトウェアは非活性となり、その結果、電気駆動ユニット15による操舵力支援は省かれることになる。それゆえに推移68により利用可能な操舵力支援は0%に低下する。
時点t2から時点t3に至る、障害時間とも称される第2時間T2の間、ステアリングシステムは操舵力支援が無い。これは、第2時間T2の間、ステアリングシステム2の機械的フォールバックレベルが、自動車を操舵するのに利用されることを意味する。
時点t3でリンプホーム動作に切り替わる。この動作はステアリングシステム2の通常動作時よりも機能範囲が少ない。さらに、リンプホーム動作の時、トルクは通常動作時に比べて低減される。時点t3に始まり時点t4に至る第3の時間T3の間、突然のトルク急変を防止するためにトルクの単傾斜が起こる。これは例えば、生成すべきトルクで乗算するための0〜0.5の係数を時点t3以降時点t4にかけて高めることによって行われる。この様に、推移70がリンプホーム動作を表す。リンプホーム動作のとき、例えば警報ランプの点灯によって、整備のため自動車を工場に持ち込まねばならないことを車両運転者に知らせることができる。
第2時間T2内で、電気駆動ユニット15は、これに導入されるトルクが減衰されるように作動される。導入されるトルクの減衰は、第2時間T2の間に運転者が導入するトルクに、電気駆動ユニット15の当該動作が対抗して働くことを意味する。無論、走行・操舵状況も路面状態と協働して導入トルクに影響を及ぼす。従って、駆動ユニット15に導入されるトルクの減衰は、一般に駆動ユニット15の動作を意味し、駆動トルク15が生成するトルクは、駆動ユニット15のアイドリングによって生成されるトルクを超えるものでありかつ導入トルクに対抗して働くものである。運転者が経時的に変化するトルクを加える場合、時間T2の間、減衰によって、ステアリングホイールの回転速度は電気駆動ユニット15により、少なくとも短時間低減される。
第1実施形態では、時間T2の間スイッチ50、52、54のうち1つが閉路される。第2実施形態では、スイッチ50、52、54のうち2つが閉路される。第3実施形態では、3つのスイッチ50、52、54がすべて閉路される。
第4実施形態では、スイッチ50、52、54のうち2つが開路したままであり、スイッチ50、52、54のうち1つはパルス幅変調信号に応じて作動される。第5実施形態では、スイッチ50、52、54のうち1つが開路したままであり、スイッチ50、52、54のうち2つはパルス幅変調信号に応じて開路または閉路される。
第6実施形態では、3つのスイッチ50、52、54がパルス幅変調信号に応じてすべて開路または閉路される。無論、異なるパルス幅を有するパルス幅変調信号を個々のスイッチ50〜54に送ることもできる。
無論、スイッチ50〜54の代わりにスイッチ40〜44を上記実施形態に従って作動させることもでき、その際スイッチ50〜54は開路している。
時間T2の間ソフトウェアは活性でなく、それゆえに一実施形態ではなお通常走行動作の間、時間T2に入る前または入る時、時間T2用のスイッチ40〜54の状態が確定される。
パルス幅変調信号の場合、この信号は時間T2の間に、主にハードウェアで実行されるパルス幅ユニットによって生成される。パルス幅変調のパラメータ、特にデューティファクターおよび/またはパルス幅は、時間T2に入るよりも前に駆動ユニット15の回転数に応じてソフトウェアによって判定され、レジスタに記憶される。時間T2の開始時およびその時間T2の間にパルス幅変調を実行するために、他のユニットはレジスタから読み取ることができる。それゆえにデューティファクターおよび/またはパルス幅は、ソフトウェアエラーの検知前または検知時の状態に応じて判定可能である。前記他のユニットは特に、ハードウェアで実行されるタイマーモジュールである。
第2時間T2の開始時、および/または第2時間T2の間、および/またはソフトウェアの機能不良の検知に応じて監視ユニット32は作動されるが、この時、監視ユニット32は、これが電気駆動ユニット15および/または演算ユニット3、従って制御装置6を、第2時間T2の間エネルギー供給源から切り離す確率が低減するように作動される。このため第2時間T2の開始時、および/または第2時間T2の間、および/またはソフトウェアの機能不良の検知に応じて、監視ユニット32からの質問メッセージの周波数が高められ、および/または監視ユニット32への応答メッセージの周波数が高められる。
図4は制御装置6上でのソフトウェアのスタートを略線図80で示す。矢印84によるコールドブートの枠内でブロック86、88、90、92の通過後にはじめて走行動作82に到達する。ブロック86はエントリ条件を表す。ブロック88はブートブロックを表し、そこではリフラッシングによってソフトウェアの更新が必要か否かが点検され、ソフトウェアの更新が必要な場合には更新が実行される。ブロック90はメモリインテグリティテストを表し、メモリ5の初期化に役立つ。ブロック92は遮断位相のテストを表す。走行動作82の間に丸印94によりソフトウェアエラーが検知される。ソフトウェアエラーの検知は例えば、スタックオーバーフローの検知や実行時間点検によって、または重複して実行されるアルゴリズムの結果を比較することによって行われてよい。無論、走行動作82は通常動作68もリンプホーム動作70も含む。リンプホーム動作の時にソフトウェアエラーが検知されると操舵力支援は遮断される。
通常動作時にソフトウェアエラーを検知後、ソフトブートの枠内でソフトウェアがリスタートされる。ソフトブートはソフトウェアのリスタートとも称される。ソフトブートは動作可能状態のハードウェアにおけるソフトウェアのスタートを含む。ソフトウェアエラー94の検知から始まり矢印96と矢印98によりブロック90を通過する。ブロック90の通過後、矢印100により再び走行動作82に切り替わる。ブロック86、88、92を省略することによって、第2時間T2は第1時間T1よりも短くなる。
図5は状態遷移線図102を示す。状態104においてソフトウェアはコールドブートによりスタートする。コールドブートはコールドスタートとも称され、ハードウェアの非通電状態後のハードウェアのスタートもソフトウェアのスタートも含む。コールドブートによるソフトウェアのスタート後、状態106による走行動作に切り替わる。ソフトウェアエラーが検知されると状態108に切り替わり、この状態において第2時間T2の間にソフトウェアがソフトブートによりリスタートされる。ソフトブートによるソフトウェアのリスタート後、再び状態106による走行動作に切り替わる。図3とは異なり、この線図102はリンプホーム動作を含まない。
図6は状態遷移線図110を示す。状態112においてコールドブートが実行される。ソフトウェアのスタート後、状態114により通常動作が実行される。通常動作時にソフトウェアのエラーが検知されると状態116に切り替わり、この状態において第2時間T2の間ソフトウェアはソフトブートによりリスタートされる。ソフトウェアのリスタート後、リンプホーム動作に対応した状態118に切り替わる。
第1時間T1の間のソフトウェアのスタートがコールドブートである。第2時間T2の間のソフトウェアのリスタートがソフトブートである。コールドブートはハードウェア完全性試験および/またはソフトウェアアップデート試験を含む。ソフトブートとソフトウェアリスタートはハードウェア完全性試験もソフトウェアアップデート試験も含まない。

Claims (15)

  1. ソフトウェアによって作動され操舵力を支援する電気駆動ユニット(15)を備えた自動車のステアリングシステム(2)を作動させる方法であって、前記駆動ユニット(15)は、前記ソフトウェアのリスタートの間、前記駆動ユニット(15)に導入されるトルクが減衰されるように作動されることを特徴とする方法。
  2. 前記ソフトウェアのリスタートの間、前記駆動ユニット(15)に導入されるトルクを減衰するために、前記電気駆動ユニット(15)の少なくとも2つの駆動位相、特に3つの駆動位相(60、62;62、64;64、62)が短絡される請求項1に記載の方法。
  3. 前記ソフトウェアのリスタートの間、前記駆動ユニット(15)に導入されるトルクを減衰するために、前記電気駆動ユニット(15)がパルス幅変調信号に応じて作動される請求項1に記載の方法。
  4. 前記ソフトウェアの機能不良を検出する前または検出時に前記電気駆動ユニット(15)によって生成されるトルクに応じて、および/または前記ソフトウェアの機能不良を検出する前または検出時の前記電気駆動ユニット(15)の回転数に応じて、および/または前記ソフトウェアの機能不良を検出する前または検出時に運転者によって生成される運転者トルクに応じて、前記パルス幅変調信号が生成される請求項3に記載の方法。
  5. 2つの駆動位相(60、62;62、64;64、62)の間に1つの閉路可能なスイッチ(50、52;52、54;50、54;40、42;42、44;40、44)が配置され、導入されるトルクを減衰するために前記スイッチ(40〜54)が閉路されて前記2つの駆動位相(60、62;62、64;64、62)を短絡する請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 第2時間(T2)の間、前記パルス幅変調信号に応じて、特に前記パルス幅変調信号の前縁または後縁に応じて前記スイッチ(40〜54)が開路または閉路される請求項3及び5に記載の方法。
  7. 前記ソフトウェアのリスタート前の前記駆動ユニット(15)の回転数が閾値よりも高い場合、前記ソフトウェアのリスタートの間、前記駆動ユニット(15)に導入されるトルクの減衰は実行されない請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
  8. 特に自動車の前記ステアリングシステムの始動動作(84)の間、前記ソフトウェアが第1時間(T1)中にスタートされ、前記自動車の走行動作(82)の間に前記ソフトウェアの機能不良が検出され、前記ソフトウェアの機能不良の検出に応じて前記ソフトウェアのリスタートは前記第2時間(T2)が前記第1時間(T1)よりも短くなるように実行される請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記ソフトウェアのリスタート後にリンプホーム動作(70)に切り替わり、前記リンプホーム動作(70)はリスタート前に実行された通常動作(68)に比べて機能範囲が少なく、特に駐車支援機能および/または車線保持機能を有しておらず、前記リンプホーム動作(70)の間、前記電気駆動ユニット(15)からステアリングリンケージ(21)に導入されるトルクは前記通常動作(68)時に比べて或る係数だけ、特に0.5だけ低減される請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。
  10. 前記ソフトウェアの実行に関して演算ユニット(3)が監視ユニット(32)によって監視され、前記ソフトウェアのリスタートの間、前記監視ユニット(32)が前記電気駆動ユニット(15)および/または前記演算ユニット(3)を前記第2時間(T2)の間エネルギー供給源(Vs)から切り離す確率が低減するように、前記監視ユニット(32)は作動される請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
  11. 前記第2時間(T2)が200ミリ秒以下で前記第1時間(T1)が200ミリ秒を超え、または前記第2時間(T2)が300ミリ秒以下で前記第1時間(T1)が300ミリ秒を超え、または前記第2時間(T2)が500ミリ秒以下で前記第1時間(T2)が500ミリ秒を超える請求項8〜10のいずれか一項に記載の方法。
  12. 請求項1〜11のいずれか一項に記載の方法を実行するように構成されたデジタル演算装置用コンピュータプログラム。
  13. 自動車のステアリングシステム(4)を作動させる制御装置(6)であって、請求項12に記載のコンピュータプログラムを実行させることのできるデジタル演算装置(3)、特にマイクロプロセッサを備えた制御装置。
  14. 請求項13に記載の制御装置(6)用の記憶媒体であって、請求項12に記載のコンピュータプログラムを記憶した記憶媒体。
  15. 請求項1〜11のいずれか一項に記載の方法を実行するようにされた自動車ステアリングシステム(4)。
JP2016570172A 2014-02-25 2015-01-14 ステアリングシステムを作動させる方法 Active JP6538086B2 (ja)

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