JP2023503316A - 不均衡の存在に関連付けられたハンドルの振動を補償するためのアルゴリズムを含む、パワーステアリングシステムのアシストモータを制御するための方法 - Google Patents

Abstract

パワーステアリングシステム（１）のアシストモータ（１２）を制御するための方法（１０）であって、パワーステアリングシステム（１）は、運転者によって印加されるハンドルトルク（Ｔ３）を受け取るように構成された少なくとも１つのハンドル（３）と、ラック（６）にモータトルク（Ｔ１２）を印加するように構成されたアシストモータ（１２）と、ラック（６）に接続された少なくとも１つの車輪（１００，１１）と、主制御アルゴリズム（５１）を実施する少なくとも１つのステアリングコンピュータ（２０）とを備え、主制御アルゴリズム（５１）は、少なくともハンドルトルク（Ｔ３）の関数としてメインモータトルク（Ｔ１２Ｐ）を決定する工程を備え、ステアリングコンピュータ（２０）は、ハンドル（３）のハンドルトルクＴ３が基準ハンドルトルクＴ３_ｒｅｆ）に等しくなるように、ハンドル（３）の振動のための補償モータトルク（Ｔ１２Ｃ）を決定する工程（６２）を実行する補償アルゴリズム（６１）も含む、ことを特徴とする。

Description

本発明は、車両のパワーステアリングシステムの分野、より詳細にはアシストモータを制御する方法に関する。

車両ステアリングシステムの目的は、運転者がハンドルに力を加えて車両の軌道を制御できるようにすることである。

一般に、ステアリングシステムは、ステアリングコラムに接続された前記ハンドル、ラック、及び各タイロッドに接続された２つの車輪を含むいくつかの要素を備える。ラックは、ステアリングコラムを介してハンドルと車輪を、タイロッドを介して連結する部分であり、すなわち、ラックは、運転者がハンドルに加える力を、車両の車輪の横方向の回転、すなわち、車両に対する右／左方向の回転に変換する。

車両の電動パワーステアリングシステムは、ステアリングコンピュータに埋め込まれた主制御アルゴリズムによって駆動されるアシストモータを使用して、運転者が車両の車輪を横方向に回転させるためにハンドル上で必要とされる労力を軽減する。ハンドルにかかる力、すなわちハンドルトルクに応じて、アシストモータは、車輪を横回転させるようにラックに補助モータトルクを作用させる。モータトルク値は、メイン制御アルゴリズムによって決定される。

また、車両の車輪は、車両を前方又は後方に移動させるために、それらの回転軸に沿って回転する。

この回転は、不均衡であり得る。この場合、車輪に不均衡が存在する。不均衡は、例えば、車輪バランスウェイトの損失、ベール付制動ディスクに関連付けられ、この場合、不均衡は、制動時か、又は車輪のタイヤ上の過失時にのみ現れる。

車両が移動しているとき、不均衡は、ラックに正弦波状に加えられる並進力を及ぼす。換言すれば、不均衡は、ラックの並進運動を生じさせる。ラックがハンドルに接続されているので、ラックの並進運動により、ハンドルの振動運動が発生する。

ハンドル振動の振幅は、不均衡のサイズに直接関係する。振幅はハンドルトルクにより測定できる。ハンドル振動の周波数は車両速度に関係する。より正確には、ハンドルの振動周波数は、車両速度とともに増加する。また、ハンドルトルクによって振動周波数を決定することができる。

したがって、車両速度が９０ｋｍ／ｈから１４０ｋｍ／ｈの間である場合、振動周波数は１１Ｈｚから１８Ｈｚの間で構成され、これらの周波数では、ステアリングシステムの共振を引き起こし、これによって、運転者にハンドルの振動が生じる。その結果、運転時のフィーリングが悪化する。

ハンドル振動現象を特性化するために試験を行った。試験中、不均衡が発生している車両が約３０秒の間に約１１０ｋｍ／ｈで移動した。図１は、車両のハンドルの、振動の振幅Ａを、周波数Ｆの関数として、時間Ｔを表す図に示す。図１は、特に１５～１９秒の間の１４．５Ｈｚでの振動の強い振幅Ａに対応する実質的に垂直な線Ｒを示す。

コンピュータの主制御アルゴリズムに、振動数におけるモータトルクの増幅を統合することにより、ハンドルの振動振幅を減少させることを可能にする既知の解決手段がある。

すなわち、ハンドルトルクのおかげで、不均衡に連動したハンドルの振動の周波数を１１Ｈｚ～１８Ｈｚの間で決定することができる。さらに、主制御アルゴリズムは、アシストモータによってラックに適用されるモータトルクを恒久的に決定する。解決手段は、不均衡によって誘発されるラックの動きに対抗するように、すなわち上述の周波数において、アシストモータが、不均衡によって誘発される動きに逆の動きをラックに加えるように、前記モータトルクを振動数で増加させる。このようにして、不均衡に関連付けられたラックの動きが減少し、したがって、ハンドルの振動振幅が減少する。

図１と同様の試験を、上記のように解決手段を実行することによって行った。図２には、車両のハンドルの、振動振幅Ａを、周波数Ｆに応じた時間Ｔを表す図に表しており、図２には、１４．５Ｈｚにおける振動振幅Ａに対応する略垂直線Ｒ'もある。振動振幅Ａは、最初のテスト、つまり図１よりも低いが、明らかに敏感なままである。

したがって、上記の解決手段は、ハンドルの振動を減少させるが、その完全な除去を保証することはない。

さらに、前記解決手段は主制御アルゴリズムと直列に統合されるので、前記解決手段は主制御アルゴリズムの後にのみ介在する。言い換えると、主制御アルゴリズムはモータトルクを決定し、前記解決手段はある条件にしたがって、このモータトルクを修正する。これにより、主制御アルゴリズムの適切な動作を不安定化させる危険性がある。

本発明の目的は、主制御アルゴリズムの安定性を保証しながら、不均衡に関連するハンドルの振動振幅を抑制することを可能にする解決手段を提案することによって、前述の欠点の全部又は一部を改善することである。

本発明の対象は、パワーステアリングシステムのアシストモータを制御するための方法であって、前記パワーステアリングシステムは、運転者によって加えられるハンドルトルクを受け取るように構成された少なくとも１つのハンドルを含み、前記アシストモータは、ラックにモータトルクを印加するように構成され、前記ラックに接続された少なくとも１つの車輪と、主制御アルゴリズムを実施する少なくとも１つのステアリングコンピュータとを含み、前記主制御アルゴリズムは、少なくともハンドルトルクの関数としてメインモータトルクを決定する工程を含み、前記ステアリングコンピュータは、前記ハンドルトルクが基準ハンドルトルクに等しくなるように、補償モータトルクを決定する工程を実施するハンドルの振動を補償するためのアルゴリズムも含むことを特徴とする方法である。

ハンドルを振動させる不均衡が存在する場合、補償アルゴリズムは、アシストモータによってラックに加えられる補償モータトルクを決定する。補償モータトルクは、不均衡を抑制するように、またそうすることでハンドルの揺動を抑制するように、不均衡により誘起されるトルクに対向する。

補償アルゴリズムは閉ループ調整である。実際に、補償アルゴリズムは、ハンドルトルクを考慮することにより、パワーステアリングシステムの反作用を統合する。より正確には、補償アルゴリズムは、ハンドルトルクが基準ハンドルトルクと等しくない限り、補償モータトルクを決定する。

したがって、補償アルゴリズムは、ハンドルトルクが基準ハンドルトルクと等しくなるようにすることによって、ハンドル振動振幅を制御する。

さらに、補償アルゴリズムは主制御アルゴリズムとは独立に補償モータトルクを決定する。実際、補償アルゴリズムは、メインモータトルクのような主制御アルゴリズムによって計算される基準ではなく、入力としてハンドルトルクを使用する。

したがって、主制御アルゴリズムと補償アルゴリズムとの間には干渉がない。補償アルゴリズムは、ステアリングシステムの安定性を確保するために主制御アルゴリズムを考慮する。

補償アルゴリズムは、主制御アルゴリズムと並列に動作する。

これにより、任意の主制御アルゴリズムで動作する任意の車両に補償アルゴリズムを搭載することができる。

本発明の１つの特徴によれば、この方法は、補償モータトルクが、モータトルクを決定するようにメインモータトルクに加えられる加算工程を含む。

つまり、モータトルクはメインモータトルクと補償モータトルクの和に等しくなる。

補償モータトルクがメインモータトルクに代わることはない。実際に、補償アルゴリズムと主制御アルゴリズムの同時操作がある。補償モータトルクは、メインモータトルクに重畳される。

したがって、２つのアルゴリズムの並列演算が存在する。

本発明の１つの特徴によれば、基準ハンドルトルクは、少なくとも１つのパラメータの関数としての可変値である。

本発明の１つの特徴によれば、基準ハンドルトルクは固定値である。

本発明の１つの特徴によれば、基準ハンドルトルクは０Ｎｍに等しい。したがって、補償アルゴリズムは、ハンドルトルクが、不均衡に関連する振動周波数に対して０Ｎｍに等しいことを求め、一方、他の周波数、つまり、走る楽しみの領域内に位置する周波数を変更しない。言い換えれば、補償アルゴリズムは、ハンドル振動振幅を打ち消す。この補償アルゴリズムにより、不均衡に連動したハンドル振動のあらゆる感覚を排除することが可能となる。したがって、運転の快適性が保証される。

本発明の１つの特徴によれば、補償モータトルクを決定する工程は、ハイパスフィルタによって低周波数をフィルタリングする段階を含む。

ハイパスフィルタは、入力信号の高周波を通過させる。

今回の場合、ハイパスフィルタは、ハンドルトルクを入力として受ける。したがって、ハンドルトルクの高周波数のみが補償アルゴリズムによって処理される。

このようにして、不均衡の存在に関連し、望ましくない振動を引き起こすハンドルトルクと、運転者が通常加えるハンドルトルクとを区別することができる。

補償アルゴリズムはハンドルトルクの高周波のみに適用されるので、補償アルゴリズムと主制御アルゴリズムの間には干渉がない。

本発明の１つの特徴によれば、ハイパスフィルタは、１０Ｈｚのカットオフ周波数を有する。

経験では、ハンドルのレベルで運転者が検出可能な不均衡が、ハンドルを１０Ｈｚから２０Ｈｚの間で振動させることが示されている。

こうして、ハイパスフィルタは、ハンドルの振動周波数にマッチする。

本発明の１つの特徴によれば、補償モータトルクを決定する工程は、基準操舵ハンドルトルク誤差を計算する段階を含む。

ハンドルトルク誤差は、ハンドルトルクと基準ハンドルトルクとの差に相当する。したがって、これは、補償アルゴリズムによって吸収されなければならない差である。ハンドルのトルク誤差が０の場合、ハンドルの振動はない。

本発明の１つの特徴によれば、補償モータトルクを決定する工程は、制御装置がハンドルトルク誤差の関数として補償モータトルクを決定する補償段階を含む。制御装置は補償モータトルクを決定するように補償段階を行い、これによりハンドルトルク誤差をキャンセルすることができる。制御装置は、複数のパラメータを備え、その少なくとも１つは、ハンドルの振動周波数に依存する。

したがって、制御装置は、ハンドルの異なる振動周波数に適合させることができる。本発明の１つの特徴によれば、補償アルゴリズムの動作周波数は、主制御アルゴリズムの動作周波数とは独立して選択することができる。

動作周波数は、１秒間の補償アルゴリズムの呼び出し数に対応する。

補償アルゴリズムは主制御アルゴリズムとは独立であるため、それらの動作周波数は独立にすることができる。

一般に、主制御アルゴリズムの周波数は１ｋＨｚ前後である。したがって、補償アルゴリズムの動作周波数は、ステアリングコンピュータ上の負荷を制限するように選択することができる。

本発明の１つの特徴によれば、補償アルゴリズムの動作周波数は２００Ｈｚ未満である。

したがって、補償アルゴリズムは、周波数が１００Ｈｚ未満の物理現象を処理することができる。１０Ｈｚ～２０Ｈｚの不均衡に連動したハンドルの振動周波数、２００Ｈｚ未満の補償アルゴリズムの動作周波数により、物理現象を完全に検出することができる。

本発明は、本発明による方法を実施する車両にも関する。

本発明は、非限定的な例として与えられ、添付の概略図を参照して説明される、本発明による実施形態に関する以下の説明のおかげで、より良く理解されるであろう。

約１１０ｋｍ／ｈでの移動を行う不均衡を含む車両での、ハンドルの振動振幅を図示したハンドルの振動周波数の関数としての時間を表す図である。 ハンドルの振動振幅を減少させるための従来技術の解決手段を含む、図１の車両におけるハンドルの振動振幅が示されている、ハンドルの振動周波数の関数として時間を表す図である。 本発明による方法の概略図である。 図３の詳細図である。 約１１０ｋｍ／ｈで移動する不均衡を含む車両での、ハンドルの振動振幅を図示したハンドルの振動周波数の関数としての時間を表す図である。 ハンドルの振動振幅を低減するための本発明による方法を含む、図５の車両におけるハンドルの振動振幅が示されている、ハンドルの振動周波数の関数として時間を表す図である。 図５の車両上の、時間の関数及び周波数の関数としての、ハンドルトルクを示す図である。 図６の車両上の、ハンドルトルク及び補償トルクを時間の関数として、かつ周波数の関数として表した図である。 パワーステアリングシステムの概略図である。

本発明は、車両２のパワーステアリングシステム１のアシストモータ１２を制御する方法１０に関し、より詳細には、人の輸送を目的とする自動車に関する。

それ自体公知の方法で、かつ図９に見られるように、前記パワーステアリングシステム１は、ハンドル３に「操舵トルク」Ｔ３と呼ばれる力を加えることによって、運転者が前記パワーステアリングシステム１を操縦することができるハンドル３を備えている。

当該ハンドル３は、好ましくは、ステアリングコラム４に取り付けられ、車両２の回転に誘導され、かつ、ステアリングピニオン５によって噛み合わされ、それ自体が、前記車両２に固定されたステアリングケース７で並進誘導されるラック６上に位置する。

好ましくは、前記ラック６の端部は、それぞれ、車輪１００，１１のステアリングナックルに接続された接続タイロッド８，９（それぞれ、左側車輪１００及び右側車輪１１）に接続されており、これにより、ラック６の並進における長手方向の変位によって、横方向の回転を行うことが可能となり、したがって、車輪１００，１１の操舵角（ヨー角）を修正することが可能となる。

さらに、車輪１００，１１は、好ましくは、駆動輪であってもよい。

パワーステアリングシステム１はまた、補助力Ｔ１２、より詳細にはモータトルクＴ１２を供給して前記パワーステアリングシステム１の動作を補助するように意図されたアシストモータ１２を備える。

アシストモータ１２は、好ましくは、２つの動作方向を有する電気モータであり、好ましくは、ブラシレス型の回転電気モータである。アシストモータ１２は、必要であれば、ギヤ減速機タイプの減速機を介して、又はステアリングコラム４自体を介して係合して、例えば、ステアリングコラム４がラック６と噛み合うことを可能にするステアリングピニオン５とは別個の第２のピニオン１３によってラック６上に直接、いわゆる「シングルピニオン」機構を形成することができ、図９に示すように、又は前記ステアリングピニオン５から距離をおいて前記ラック６の対応するねじ山と協働するボールねじによってさえも、いわゆる「ダブルピニオン」機構を形成することができる。

また、パワーステアリングシステム１は、ハンドルトルクＴ３センサ２３からの情報を受け取り、適用されるモータトルクＴ１２をアシストモータ１２に伝達するステアリングコンピュータ２０を備えている。

図３は、主制御アルゴリズム５１及び補償アルゴリズム６１を実装するステアリングコンピュータ２０によって実行されるアシストモータ１２を制御する方法１０を表す。

主制御アルゴリズム５１は、ハンドルトルクＴ３の関数としてメインモータトルクＴ１２Ｐを決定する工程を備える。したがって、主制御アルゴリズム５１は、入力としてハンドルトルクＴ３を受け取り、メインモータトルクＴ１２Ｐを決定する。主制御アルゴリズム５１は、例えば、運転者によるハンドル３の良好なメンテナンスの検知、又はオーバーステア又はアンダーステアの検知を可能にする複数の関数を備える。メインモータトルクＴ１２Ｐの目的は、運転者がハンドル３を回すのに必要な力を低減することである。つまり、メインモータトルクＴ１２Ｐは、運転者がハンドル３に及ぼすハンドルトルクＴ３を低減する。

ハンドル３の振動に対する補償アルゴリズム６１の目的は、車輪１００，１１に存在する不均衡によってハンドル３に誘導される振動を低減することである。

補償アルゴリズム６１は、図４により正確に表され、補償アルゴリズム６１は、ハンドルトルクＴ３が基準ハンドルトルクＴ３_ｒｅｆに等しくなるように補償モータトルクＴ１２Ｃを決定する工程６２を実施する。すなわち、補償アルゴリズム６１は、ハンドルトルクＴ３を入力とし、基準ハンドルトルクＴ３_ｒｅｆを入力とし、補償モータトルクＴ１２Ｃを決定する。

このために、補償モータトルクＴ１２Ｃを決定する工程６２は、基準ハンドルトルクＴ３_ｒｅｆ及びハンドルトルクＴ３を減算することによってハンドルトルク誤差ΔＴ３を計算する段階６３を含む。基準ハンドルトルクＴ３_ｒｅｆは、ハンドル３の振動の大きさＡを完全に抑制するように、０Ｎｍに等しく選択される。実際、基準ハンドルトルクＴ３_ｒｅｆは、ハンドルトルクＴ３を課す値である。

さらに、補償モータトルクＴ１２Ｃを決定する工程６２は、ハイパスフィルタによって低周波数をフィルタリングする工程６４を含む。フィルタリング工程６４は、入力としてハンドルトルク誤差ΔＴ３を受け取り、フィルタリングされたハンドルトルク誤差ΔＴ３ｆを決定する。ハイパスフィルタのカットオフ周波数は１０Ｈｚである。言い換えれば、１０Ｈｚよりも大きいハンドルトルク誤差ΔＴ３の周波数のみが次の段階に通過する。したがって、補償アルゴリズム６１は、１０Ｈｚよりも大きいハンドルトルクＴ３の周波数にのみ適用され、したがって、不均衡に関連するハンドル３の振動にのみ適用される。

補償モータトルクＴ１２Ｃを決定する工程６２は最終的には補償段階６５を含み、制御装置はフィルタ処理されたハンドルトルク誤差ΔＴ３ｆの関数として補償モータトルクＴ１２Ｃを決定する。コントローラは、補償アルゴリズム６１が堅調かつ安定であるように賢明に選択された複数のパラメータを用いてパラメータ化される。

補償アルゴリズム６１は、主制御アルゴリズム５１と並列に配置される。したがって、補償アルゴリズム６１の動作周波数は、主制御アルゴリズム５１の動作周波数とは独立に選択することができ、補償アルゴリズム６１の動作周波数は１００Ｈｚ未満である。

補償アルゴリズム６１は、閉ループにおけるハンドルトルクＴ３の調節である。実際、本発明に係る方法１０では、主制御アルゴリズム５１とアシストモータ２１とからなる一般的なシステムＧに補償アルゴリズム６１が適用されていると考えることができる。一般的なシステムＧの反応は、補償アルゴリズム６１を補償するために基準値と比較される。

また、この方法は、補償モータトルクＴ１２ＣがモータトルクＴ１２を決定するようにメインモータトルクＴ１２Ｐに加算される加算工程５２を備える。したがって、モータトルクＴ１２は、主制御アルゴリズム５１にリンクされた部分と、補償アルゴリズム６１に関連付けられた部分とを含む。

図５は、車両２が本発明による方法１０を備えていない場合に、不均衡を示し、約１１０ｋｍ／ｈで移動する車両２に対して実施された試験の結果を示すグラフである。図１と同様に、図５のダイアグラムは、１４．５Ｈｚでの高い振動振幅Ａに対応する実質的に垂直な直線Ｒと同様に、周波数Ｆの関数としての時間Ｔを表す。

図６は、車両２が本発明による方法１０を含む場合に、図５の車両２に対して行われた試験の結果を表すグラフである。図６のグラフ上では、図５で見える高振幅Ａの直線Ｒが完全に消えている。したがって、本発明に係る方法１０は、車輪１００，１１が不均衡を有する場合に、ハンドル３の振動振幅Ａを任意に抑えることができる。運転者は車輪に不均衡があることを認識しなくなる。

この結果は、図７及び図８において確認される。

図７（ａ）は、本発明による方法１０が起動されない前例の試験中に運転者が感じるハンドルトルクＴ３を示す。図７（ａ）は、運転者に知覚可能なハンドルトルクＴ３の完全な振動を示している。これは、ハンドルトルクＴ３の周波数解析によって確認され、これは図７（ｂ）に表される。図７（ｂ）は、１４．５Ｈｚの周波数ピークを示している。

図８（ａ）及び図８（ｂ）は、本発明による方法１０が車両上で起動されたときの、図７（ａ）及び図７（ｂ）相当図である。ハンドルトルクＴ３はもはや振動を示さず、これは周波数解析によって確認される。さらに、図８（ｃ）は、補償アルゴリズム６１によって決定される補償モータトルクＴ１２Ｃを示している。

補償モータトルクＴ１２Ｃは、可視振幅を含む。これは、図８（ｄ）で行った周波数解析によって確認される。

もちろん、本発明は、添付の図面に記載され、表された実施形態に限定されない。特に、様々な要素の構成の観点から、又は技術的均等物の置換によって、本発明の保護の範囲から逸脱することなく、変更が可能なままである。

Claims (10)

1. パワーステアリングシステム（１）のアシストモータ（１２）を制御するための方法（１０）であって、
   前記パワーステアリングシステム（１）は、
   運転者によって印加されるハンドルトルク（Ｔ３）を受け取るように構成された少なくとも１つのハンドル（３）と、
   ラック（６）にモータトルク（Ｔ１２）を印加するように構成されたアシストモータ（１２）と、
   前記ラック（６）に接続された少なくとも１つの車輪（１００，１１）と、
   主制御アルゴリズム（５１）を実施する少なくとも１つのステアリングコンピュータ（２０）とを備え、
   前記主制御アルゴリズム（５１）は、少なくとも前記ハンドルトルク（Ｔ３）の関数としてメインモータトルク（Ｔ１２Ｐ）を決定する工程を備え、
   前記ステアリングコンピュータ（２０）は、前記ハンドル（３）のハンドルトルクＴ３が基準ハンドルトルクＴ３_ｒｅｆ）に等しくなるように、前記ハンドル（３）の振動のための補償モータトルク（Ｔ１２Ｃ）を決定する工程（６２）を実行する補償アルゴリズム（６１）も含む、
   ことを特徴とする方法（１０）。
2. 前記補償モータトルク（Ｔ１２Ｃ）が、前記モータトルク（Ｔ１２）を決定するように前記メインモータトルク（Ｔ１２Ｐ）に加算される、加算工程（５２）を含む、
   請求項１に記載の方法（１０）。
3. 前記基準ハンドルトルク（Ｔ３_ｒｅｆ）が、０Ｎｍに等しい、
   請求項１又は２に記載の方法（１０）。
4. 前記補償モータトルク（Ｔ１２Ｃ）を決定する工程（６２）が、ハイパスフィルタによって低周波数をフィルタリングする工程（６４）を含む、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の方法（１０）。
5. 前記ハイパスフィルタが１０Ｈｚのカットオフ周波数を有する、
   請求項４に記載の方法（１０）。
6. 前記補償モータトルク（Ｔ１２Ｃ）を決定する工程（６２）が、前記基準ハンドルトルク（Ｔ３_ｒｅｆ）と前記ハンドルトルク（Ｔ３）とを減算することによってハンドルトルク誤差（ΔＴ３）を計算する段階（６３）を含む、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の方法（１０）。
7. 補償モータトルク（Ｔ１２Ｃ）を決定する工程（６２）が、制御装置が前記ハンドルトルク誤差（ΔＴ３）に応じて前記補償モータトルク（Ｔ１２Ｃ）を決定する補償段階（６５）を含む、
   請求項６に記載の方法（１０）。
8. 前記補償アルゴリズム（６１）の動作周波数が、前記主制御アルゴリズム（５１）の動作周波数とは独立して選択可能である、
   請求項１から７のいずれか１項に記載の方法（１０）。
9. 前記補償アルゴリズム（６１）の動作周波数が２００Ｈｚ未満である、
   請求項８に記載の方法（１０）。
10. 請求項１～９のいずれか１項に記載の方法（１０）を実施する車両（２）。

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