JP2021524414A - ２つの冗長電源装置を有するステアリングシステムの制御方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、並列に配置された第１チャンネル（１２）と第２チャンネル（１２’）を備え、求められる総要求アシスト力（３０）に対応して供給される２つのアシスト力の合計を得るために、それぞれが車両（２）のステアリングシステムにアシスト力を供給する電源装置を有する自動車のステアリングシステムを制御する制御方法に関する。この方法は、電源装置の電源電圧が最小値のチャンネルを評価するステップと、総要求アシスト力の初期部分を供給するマスタチャンネル機能部と、実際に供給される力の初期部分（３２）と総要求力（３０）との間の差に対応するアシスト力の可変の相補部分を供給するスレーブチャンネル機能部とを定義するステップと、マスタチャンネル機能部を電源装置の電源電圧が最小値のチャンネルと組み合わせ、スレーブチャンネル機能部を電源装置の電源電圧が最大値のチャンネルと組み合わせるステップと、を有する。

Description

本発明は、自動車のステアリングシステムの制御方法、及びその制御方法を実施する手段を有するステアリングシステムに関する。

自動車は、一般に、車輪を旋回させるのに必要な力の一部を得るために、運転者の意図センサ（intention sensor）によって測定される、運転者から加えられるトルクによって決まる必要な総要求アシスト力に対応してアシスト力を車両のステアリングに供給する電気機械（motorization）を備えるステアリングシステムを有する。以下、運転者によってステアリングホイールに加えられるトルクをステアリングホイールトルクと称する。

ステアリングシステムに用いられている電気機械は、一般に「ブラシレス」タイプの電気機械である。これらの電気機械は、特に動的応答が速く、高効率、低摩耗、低騒音である。さらに、これらの電気機械は、所定の電源電圧と温度での無負荷速度とブロックロータの動作トルクとを特徴とし、それらの間で電気機械の可能な動作ポイントが定められることが知られている。電源電圧が低下すると無負荷速度が低下し、その結果、電気機械の動作ポイントが変化する。

「ブラシレス」タイプの電気機械は、第１動作モードである「モータモード」を有し、電気機械は、所定の電源電圧と温度で、電気機械の回転速度が無負荷速度よりも低速である場合に、ラックタイプのステアリング部材に駆動力を与える。

「ブラシレス」タイプの電気機械は、第２動作モードである「発電機」モードを有し、電気機械は、所定の電源電圧と温度で、電気機械の回転速度が無負荷速度よりも高速である場合に、電気機械がラックタイプのステアリング部材に制動トルクつまり制動力を加える。

さらに、自動車の製造業者は、現在、自動車の自動駐車機能、渋滞中の走行機能、先行する自動車への追従機能、さらには完全な自動運転の機能など、いくつかの走行モードを多少とも自動化可能にする自動運転機能を開発している。これらの種々の機能では、車輪を旋回させるためにステアリングシステムを使用し、ドライバーはそのことには力を使わない。

したがって、ステアリングシステムの操作の安全性は、マニュアルの運転アシスト機能と自動運転機能の両方に重要である。

ステアリングシステムの安全性及び有用性の要件を満たすために、２つの電気機械を並列に配置することが慣例として実施され、それぞれ、ステアリングに求められる総アシスト力の一部に利用できるそれ自体の電源を有する電気機械を備える。特に、電気機械装置は、完全な冗長化が行われ、並列に配置される２つの独立した同等のチャンネルを有し、それぞれ、それ自体の電源を備えた電気機械と、車両からの信号の受信、システムの制御、及び電気機械の制御などの異なる機能部（function）を有する。したがって、電気機械は、独立して動作してもよいし、及び／または同時に動作してもよい。

電気機械が同時に動作する場合、通常の動作モードにおいて２つのアシストチャンネルはそれぞれ同じアシスト力を確実に供給し、２つのチャンネルは、同一の作動軸すなわち電気機械の回転軸に接続される。すなわち、各チャンネルは、求められる総要求アシスト力の一部を供給する。通常の運転モードでは、電気機械装置の冗長性が保証される。

しかしながら、独立した２つの電源ネットワークを備えた車両では、それぞれの動作条件が変動して、アシスト力の供給に関して能力が相違する２つのチャンネルの電源供給に影響することがあり得る。この相違により、一方のチャンネルが他方に対して動作を妨害することがある。より具体的には、電源電圧が最も低いチャンネルの無負荷速度が低下する。

このように、電源電圧が最も低いチャンネルの電気機械に課される回転速度が、電源電圧が最も高いチャンネルの電気機械によって、前記電気機械の無負荷速度よりも速くなることがあり、その結果、前記電気機械による制動トルクの発生を引き起こす。そして、前記電気機械が発電機モードで動作する。

この制動トルクは、ステアリングホイールの回転速度とともに大きくなり、ステアリングホイールに好ましくない、不安定でさえある感覚を生じさせ、電気機械の全体的な効率を低下させる。そして、２つのチャンネルは動作モードが低下する。

このタイプの低下した動作モードでは、電力供給が最も小さいチャンネルの電気機械を外すことが知られている。そして、電力供給が最も大きいチャンネルの電気機械が、最大で求められる総要求アシスト力に対応するアシストを単独で供給する。このとき、運転者の感覚は、このチャンネル単独で得られる全電力に左右される。チャンネルのそれぞれで、全体での最大要求の５０％の最大電力が得られると仮定すると、運転者が望ましくない感覚を持ち得る状況は走行中には極めて稀である（駐車の操作中、それが非常に動的な操作中であっても力不足が感じられるであろう）。しかしながら、この解決策は、電気機械装置の冗長性の損失につながる。

また、低下した動作モードにおいて、２つのチャンネルの電力供給を均等にするように、影響を受けないチャンネル、すなわち電源電圧が高い方のチャンネルの電源電圧を低下させることも知られている。この解決策では電気機械装置の冗長性を維持できるが、電気機械の無負荷速度、ひいては電気機械により車両のステアリングに与えられる最大アシスト力が低下する。求められる総要求アシスト力が得られないことがある。

本発明は、特に、これらの従来技術の欠点を回避することを目的とする。

この目的のために、本発明は、
並列に配置された第１チャンネルと第２チャンネルを備え、求められる総要求アシスト力に対応して供給される２つのアシスト力の合計を得るために、それぞれが車両のステアリングにアシスト力を供給する電気機械を有する自動車のステアリングシステムを制御する制御方法であって、
電気機械の電源電圧が最小値のチャンネルを評価する評価ステップと、
総要求アシスト力の初期部分を供給するマスタチャンネル機能部と、実際に供給される力の初期部分と総要求力との間の差に対応するアシスト力の可変の相補部分を供給するスレーブチャンネル機能部とを定義する定義ステップと、
マスタチャンネル機能部を電気機械の電源電圧が最小値のチャンネルと組み合わせ、スレーブチャンネル機能部を電気機械の電源電圧が最大値のチャンネルと組み合わせる組み合わせステップと、
を有することを特徴とする制御方法を提供する。

評価ステップでは、第１チャンネルと第２チャンネルのうち、電気機械の電源電圧の最小値のチャンネルがどちらであるかを決定できる。したがって、第１チャンネルまたは第２チャンネルのどちらが最低無負荷速度を有するか、言い換えると、第１チャンネルまたは第２チャンネルのどちらが発電機モードに容易に切り替わるかを知ることができる。

また、マスタチャンネル機能部は、第１チャンネルによって、各々第２チャンネルによって実行でき、スレーブチャンネル機能部は、第２チャンネルによって、各々第１チャンネルによって実行できる。

組み合わせステップにより、マスタチャンネル機能部を担うチャンネルと、スレーブチャンネル機能部を担うチャンネルとを決定できる。

第１チャンネルと第２チャンネルは、同時に動作することで、電気機械装置の冗長化を可能にする。より具体的には、第１チャンネルまたは各々第２チャンネルは、総要求アシスト力の初期部分を供給するマスタチャンネル機能部を実行し、第２チャンネルまたは各々第１チャンネルは、第１チャンネルまたは各々第２チャンネルによって実際に供給される力の推定値または測定値に基づいて、総要求アシスト力に到達するためのアシスト力の可変の相補部分を供給する。第１チャンネル及び第２チャンネルの電気機械は、それぞれが総要求力の異なる部分または同一の部分を供給するが、同じ回転速度で動作する。

このようにして、第１チャンネルまたは第２チャンネルの電気機械の電源が故障した場合は、故障した電源を有するチャンネルがマスタチャンネルとなる。したがって、故障した電源を有するチャンネルは、総要求力の初期部分を供給する。この初期部分は、課される速度がマスタチャンネルの無負荷速度よりも低速である場合に完全に供給されるか、または課される速度がマスタチャンネルの無負荷速度よりも高速である場合に制動力から差し引かれる初期部分に対応し得る。課される速度がマスタチャンネルの無負荷速度よりも低速である場合、求められる総要求アシスト力の全てを供給するように、第２チャンネルによって供給される相補部分が初期部分を補完するか、または、課される速度がマスタチャンネルの無負荷速度よりも高速である場合、制動力を補正することにより、求められる総要求アシスト力の全てを供給するように、第２チャンネルが初期部分を補完する。

したがって、あるチャンネルへの電源供給に不具合がある場合に、冗長性が確保され、求められる総要求アシスト力の大部分が供給される。

本発明に係る制御方法は、以下の特徴のうちの１つ以上を追加的に含んでもよく、それらを互いに組み合わせてもよい。

総要求力の初期部分は、この総要求力の一部に対応することが望ましい。

特に、総要求力の初期部分は、この総要求力の全体に対応していてもよい。このようにすると、初期部分の算出が簡略化される。

本発明の１つの特徴によれば、評価ステップは、発電機モードのいずれかの電気機械の経路に対応する制動トルクを検出することによって実行される。

本発明の１つの特徴によれば、評価ステップは、各チャンネルの電源電圧の値を比較することによって実行される。

この比較により、２つのチャンネル間の電圧の偏差を求めることができる。

本発明の１つの特徴によれば、評価ステップは、偏差閾値を決定する段階を有する。

マスタチャンネル機能部とスレーブチャンネル機能部の置換を制限するために、偏差閾値により、２つのチャンネル間の許容し得る偏差を決定できる。偏差閾値は、車両が走行するパラメータにもよるが、予め定められた固定値または可変値である。

本発明の１つの特徴によれば、各チャンネルの電気機械の電源電圧の値が、各チャンネルによって実際に供給される力の信号を用いて決定される。

本発明の１つの特徴によれば、各チャンネルは、総要求力の最大５０％に等しいアシスト力を供給する。

また、本発明は、本発明に係るステアリングシステムを制御するための方法を実行する手段を有するステアリングシステムを対象とする。

特に、このステアリングシステムは、それぞれが車両のステアリングにアシスト力を供給する２つの電気機械を有してもよい。

図１は、本発明に係る制御方法を実行する自動車のステアリングを示す図である。 図２は、この制御方法の動作を示すフローチャートである。

本発明は、添付図面に関して例示される以下の説明によって、より良く理解され、他の特徴及び効果がより明確になるであろう。

図１は、車両に横方向に配置されたラックタイプの制御部材を有するステアリングボックス２を示し、その両端がタイロッド４によって前輪のハブ６に連結され、ハブ６を旋回させて車両の操舵を確実に行う。

ボックス２に接続され、運転者によって操作されるステアリングホイール８を備えたステアリングコラムは、運転者によってこのコラムに加えられる力のセンサを有し、このセンサは運転者の意図を測るための装置１０を構成する。

第１チャンネル１２と第２チャンネル１２’を形成する２つの電気機械１２，１２’は、手動運転の場合にはアシストとなり、車両の自動運転の場合には自動操舵を実行するように、運転者によってステアリングホイール８に与えられる力に全ての力を加えるため、それぞれ、独立してステアリングボックス２にアシスト力を加える電源と制御手段を有する。

電気機械１２、１２’は、それぞれ、以下に示すように、力を供給する電気モータを備えるか、またはその代わりに、回転または並進の形でステアリングボックス２にトルクまたは力を加える他の任意の電磁手段を有する。そして、電気機械１２、１２’の作用は、トルクまたは力のいずれとも呼ばれる。

制御コンピュータ１６は、特に外部１４から受信する異なるパラメータに応じて、電源電圧の値が最も低いチャンネルを評価し、マスタチャンネル及びスレーブチャンネル機能部を定義し、そして各モータ１２，１２’の個々のトルク設定点Ｄ１，Ｄ２を設定するために、運転者の意図センサ１０及び電気機械１２，１２’と、それらの電源とに接続される。

図２は、運転者によってステアリングコラムに加えられる力センサを含む、運転者の意図を測定するための装置１０を示し、装置１０は、各電気モータ１２，１２’によって実際に加えられるアシスト力の測定機能部２０に情報を送る。加えられるアシスト力は、特に、これら２つの電気機械を有する電気機械グループ２２から受信した情報を形成する電気機械１２，１２’のそれぞれによって実際に供給されるトルクであってもよい。

加えられるアシスト力の測定機能部２０は、電気機械グループ２２の各チャンネルによって実際に供給される力３１の信号を受信し、情報を総要求アシスト力算出機能部２４に送り、そこに供給される情報の全部または一部に基づいて算出が実行される。

総要求アシスト力量算出機能部２４は、第１信号３０を形成する総要求アシスト力を、２つの電気機械１２，１２’によって構成される冗長要素制御機能部２６に送り、マスタチャンネル機能部を担うチャンネルとスレーブチャンネル機能部を担うチャンネルを決定し、電気機械グループ２２に含まれる電気機械のそれぞれが目的とするアシスト力目標値を、個別のトルク設定信号Ｄ１，Ｄ２のそれぞれに供給することで算出する。

各電気機械１２，１２’の制御システムは、そのために目的とする個別のトルク設定点信号Ｄ１，Ｄ２を受信し、この設定点に対応するモータトルクを供給するように、その電気モータの電力供給を制御する。

そして、各モータ１２，１２’は、個別の設定点Ｄ１，Ｄ２に対応するトルクを供給するために、電気モータの能力を推定または測定する機能部２８に情報を送る。この推定または測定機能部２８は、第２信号３２を形成するこの推定値または測定値を冗長要素制御機能部２６に供給する。

このようにして、冗長要素を制御する機能部２６は、アシスト力目標算出機能部２４によって設定される総要求アシスト力３０の両方を有し、これらの電気機械１２の各々から要求される個別のトルク設定点信号Ｄ１，Ｄ２を調整するために、その要求されるトルクを供給するために各電気機械１２の能力を表す第２信号３２の推定値または測定値を考慮する。

特に、冗長要素を制御する機能部２６は、総要求アシスト力３０に対応する供給トルクの合計を得るために、２つの電気機械１２，１２’の間で個々のトルク設定点Ｄ１，Ｄ２を割り振るために、その状態の変動に応じて、各電気機械１２，１２’の動作の特性をリアルタイムで取り入れる。

冗長要素を制御する機能部２６は、複数の外部パラメータ１４を受信して、特に電圧、電流、及びネットワークによって供給可能な電力を含む、車両４０の電気的ネットワークの状況を推定または測定する機能部からの情報を有する個々のトルク設定点Ｄ１，Ｄ２を算出する。

このようにして、冗長要素を制御する機能部２６は、電力供給ネットワークに不均衡がある場合に、これらの電気機械１２，１２’のそれぞれの電力供給が異なり得る可能性をリアルタイムで認識し、マスタチャンネル機能部を担うチャンネルとスレーブチャンネル機能部を担うチャンネルとを確立し、電気機械が供給し得るトルクに対応する個々のトルク設定点Ｄ１，Ｄ２を設定する。

ステアリングの操作を促進するためにステアリング設定点４２を設定する機能部は、車両または外部ソースから、冗長要素を制御する機能部２６に第１パラメータを供給する。

車両の動的な状況を測定する機能部４４、例えば、車両の速度、車両の横方向、縦方向または垂直方向の加速度、または車両のドリフト角を測定する機能部は、冗長要素を制御する機能部２６に第２パラメータを供給する。

本発明に係る制御方法の工程は以下の通りである。

冗長要素の機能部２６は、評価ステップ中に、発電機モードの一つの電気機械の経路に対応する制動トルクを検出することによって、及び／又は予め定められた偏差閾値で各チャンネルの電源電圧の値を比較することによって、電気機械の電源電圧が最小値のチャンネルを決定する。

各電気機械の電源電圧の値の偏差が所定の偏差閾値よりも小さい場合、例えば、車両におけるそれぞれの始動後に、これらの２つの電気機械を同じように使用するために、電気機械によって発揮される機能を定期的に反転させることが望ましく、そうすることで摩耗を均等にすることができる。

各電気機械の電源電圧の値の偏差が所定の偏差閾値よりも大きい場合、冗長要素の機能部２６は、マスタチャンネル機能部を電気機械の電源電圧が最小値のチャンネルと組み合わせ、スレーブチャンネル機能部を電気機械の電源電圧が最大値のチャンネルと組み合わせる。

次に、例えば、電気機械の電源電圧が最小値のチャンネルを第１チャンネル１２とする。

したがって、この例では、マスタチャンネル機能部は第１チャンネルによって実行され、スレーブチャンネル機能部は第２チャンネルによって実行される。

以降の説明では、参照符号は実施例に関連して記す。

冗長要素の機能部２６は、総要求アシスト力３０の初期部分に対応するマスタチャンネル１２の個別トルク設定点Ｄ１と、実際に供給された力の初期部分と要求された力の合計との間の差に対応するアシスト力の相補部分に対応するスレーブチャンネル１２’の個別トルク設定点Ｄ２とを決定する。

マスタチャンネル１２に課せられる回転速度が無負荷速度よりも小さい場合、マスタチャンネル１２は、総要求の所定割合に対応する初期部分Ｄ１を供給する。特に、この初期部分Ｄ１は、総要求アシスト力の大部分を構成し得る。スレーブチャンネル１２’の相補部分Ｄ２は、その要求されたトルクを供給するためにマスタチャンネル１２の能力を含む第２信号３２を考慮して設定される。この場合、電気機械装置の冗長性が確保され、総要求力が供給される。

マスタチャンネル１２に課せられた回転速度が無負荷速度よりも大きい場合、マスタチャンネル１２は発電機モードである。発電機モードのマスタチャネルは初期部分Ｄ１と制動トルクを供給する。スレーブチャンネル１２’の相補部分Ｄ２は、要求されたトルク及び生成された制動トルクを供給するためにマスタチャンネル１２の能力を考慮して設定される。この場合、電気機械装置の冗長性が確保され、供給される力は、制動トルクから差し引かれる総要求力に等しい。

２つの電気機械１２，１２’は、互いに補完し合って動作するので、その間の同期を必要としない、同じでない力が要求される。

一般に、この方法は、２つのチャンネルの電源電圧が実質的に等しい場合、１つの電気機械のみで、または互いに補完し合って動作する２つの電気機械１２，１２’で動作し得る。

単一の電気機械での動作の場合、マスタチャンネル１２の個々のトルク設定点Ｄ１は、総要求力に等しく、スレーブチャンネル１２’は、マスタチャンネル１２によるトルク供給が不十分な場合に自動的に検出されるアシスト力の可変の相補部分を即座に供給するように、設定点Ｄ２が低い値またはゼロの値で制御されたまま不変である。

２つの電気機械が補完し合う動作は、例えば高速操作の場合に、運転者によって求められる大きな力を供給するために使用できる。このようなまれな運転状況で、電気機械の制御に例えば知覚できる小さな振動を与えるような不備があっても、車両の快適性には影響しない。

Claims (6)

1. 並列に配置された第１チャンネル（１２）と第２チャンネル（１２’）を備え、求められる総要求アシスト力（３０）に対応して供給される２つのアシスト力の合計を得るために、それぞれが車両（２）のステアリングにアシスト力を供給する電気機械を有する自動車のステアリングシステムを制御する制御方法であって、
   電気機械の電源電圧が最小値のチャンネルを評価する評価ステップと、
   総要求アシスト力の初期部分を供給するマスタチャンネル機能部と、実際に供給される力の初期部分（３２）と総要求力（３０）との間の差に対応するアシスト力の可変の相補部分を供給するスレーブチャンネル機能部とを定義する定義ステップと、
   マスタチャンネル機能部を電気機械の電源電圧が最小値のチャンネルと組み合わせ、スレーブチャンネル機能部を電気機械の電源電圧が最大値のチャンネルと組み合わせる組み合わせステップと、
   を有することを特徴とする制御方法。
2. 請求項１の制御方法において、
   前記評価ステップが、発電機モードのいずれかの電気機械の経路に対応する制動トルクを検出することによって実行される制御方法。
3. 請求項１または２の制御方法において、
   各チャンネル（１２，１２’）の電気機械の電源電圧の値が、各チャンネル（１２，１２’）によって実際に供給される力（３１）の信号を用いて決定される制御方法。
4. 請求項１から３の何れか１つの制御方法において、
   各チャンネル（１２、１２’）が、総要求力（３０）の最大５０％に等しいアシスト力を供給する制御方法。
5. ステアリングシステムであって、
   このステアリングシステムを制御するために請求項１から４の何れか１つの方法を実行する手段を有するステアリングシステム。
6. 請求項５のステアリングシステムにおいて、
   前記手段は、それぞれが車両（２）のステアリングにアシスト力を供給する２つの電気機械（１２，１２’）を有するステアリングシステム。

Images