JP3572290B2 - 自動車のステアリング装置用ミスアラインメント検出システム - Google Patents

Description

【０００１】
〔発明の分野〕
本発明は一般に、自動車のステアリング装置に関し、特に、ステアリング装置のミスアラインメント検出システムに関する。
【０００２】
〔発明の背景〕
自動車の作動中、操舵装置又はステアリング装置は、ミスアラインメント状態になる、すなわち、アライメントが狂う場合がある。ミスアラインメントは、種々の理由で自動車に生じる場合がある。特に、厳冬期、道路の窪み及びラフロードでは、ステアリング装置はミスアラインメント状態になる場合がある。
【０００３】
本願でいうミスアラインメントは、ステアリングホイール又はハンドルと、ステアリングアッセンブリーによって設定された所望の走行方向との不整合を意味している。運転手の気づくミスアラインメントは、ハンドルが直進方向に保持され、車輪が車両を真っ直ぐな前進経路からドリフトさせようとする場合に生じる。
【０００４】
アラインメントの狂いは僅かである場合が多い。しかしながら、アラインメントの狂いが車両性能に及ぼす影響は劇的な場合がある。例えば、アライメントが狂った操舵装置は、タイヤの一部に過度の摩耗を生じさせる場合がある。かかる摩耗を車両のオペレータが気づくまで、アラインメントが是正されないままの状態で進む場合がある。残念なことに、過度の摩耗が生じると、不均一な摩耗に起因してタイヤを時期尚早に交換しなければならない場合がある。
【０００５】
したがって、アラインメントの狂いの存在を信号で知らせて是正措置を取ることができるようにする自動車用ミスアラインメント検出システムを提供することが望ましい。
【０００６】
〔発明の概要〕
本発明は、車速を表す車速信号を発生する速度センサを有するステアリング装置のミスアラインメント検出システムを提供する。ヨーレートセンサが、車両ヨーレートを表すヨーレート信号を発生する。記憶装置が、ステアリング比メモリマップ及び履歴的舵取りハンドル角度を記憶する。コントローラが、速度センサ、ヨーレートセンサ及び記憶装置に結合されている。コントローラは、車速が所定速度であるときに現在の舵取りハンドル角度を推定する。舵取りハンドル角度のこの推定値は、車速、ヨーレート及びステアリング比の関数である。コントローラは、現在の舵取りハンドル角度と履歴的舵取りハンドル角度を比較して誤差を求めるようになっている。
【０００７】
本発明の一特徴は、所定の累積誤差量が生じると、ミスアラインメントがあることを知らす指標が車両オペレータに与えられることにある。
【０００８】
本発明の一特徴では、自動車のステアリング装置のミスアラインメントを検出する方法であって、所定の車速での基準舵取りハンドル角度を決定する段階と、基準舵取りハンドル角度と履歴的舵取りハンドル角度の誤差を求める段階と、この誤差が所定の誤差よりも大きい場合、ミスアラインメントを指示する段階とを有することを特徴とする方法が提供される。
【０００９】
本発明の一利点は、車両オペレータにミスアラインメントの存在を信号で知らせることにより、車両のタイヤ又は他の構成部品の過度の摩耗を是正措置により減少させることができるということにある。本発明のもう一つの利点は、センサのうち多くが、車両の他のシステムで現在用いられていることにある。したがって、本発明のミスアラインメント検出システムの実現を費用効果のよい方法で行うことができる。
【００１０】
本発明の他の利点及び特徴は、添付の図面を参照して行われる好ましい実施形態の詳細な説明及び特許請求の範囲の記載に照らして明らかになろう。
【００１１】
〔好ましい実施形態の説明〕
以下の図に関し、図中、同一の参照符号は同一の部分を示すために用いられている。本発明は、自動車用のミスアラインメント検出システムに関して記載されている。本発明は、種々のセンサ及び入力を自動車の他の種々のシステムと共有してもよいことは理解されるべきである。
【００１２】
今図１を参照すると、自動車又は車両１０内にはミスアラインメント検出システム１２が設けられている。ミスアラインメント検出システム１２は、種々の情報を受け取ってステアリング装置のミスアラインメントが生じているかどうかについて車両オペレータに知らせるための計算を実行するのに用いられるコントローラ１４を有している。
【００１３】
コントローラ１４は好ましくは、マイクロプロセッサを利用したものである。専用コントローラ１４をミスアラインメント検出システム１２内に用いてもよいが、コントローラ１４は、車両１０の別のシステム、例えば舵取り制御装置の一部であってもよい。さらに、コントローラ１４は、車両１０の動的制御装置の一部であってもよい。
【００１４】
コントローラ１４は、記憶装置１６に結合されている。記憶装置１６は、別個の部品として示されているが、コントローラ１４又は車両１０内に用いられる別の記憶装置の中に組み込まれたものであってもよい。記憶装置１６は、ＲＯＭ及びＲＡＭの組合せ又は別形式の記憶装置であってもよい。記憶装置１６は、ステアリング比メモリマップ、種々の他のメモリマップ及び（又は）種々の他の車両パラメータ及び（又は）信号を記憶するのに適しており、これについては以下に説明する。
【００１５】
コントローラ１４は、車速センサ１８に結合されている。車速センサ１８は、車両１０の長手方向における車速の指標をコントローラ１４に与える。車速センサ１８は、自動車に通常用いられている種々の装置又はシステムから成るものであるのがよい。本発明のシステムへの使用に適した車速センサ１８の一形式は、多数の速度センサから個々の車輪の速度を示すようになった入力を受け取る速度モジュールである。速度モジュールは、速度センサからの信号を組み合わせて平均化することにより長手方向車速信号を生じさせる。各車輪のところに設けられたパルス発生器を用いて個々の車輪速度を確認することができる。
【００１６】
ヨーレートセンサ２０がコントローラ１４に結合されている。ヨーレートセンサ２０は、車両のヨーレートを表すヨーレート信号を発生する。種々の形式のヨーレートセンサを採用することができる。適当なヨーレートセンサは、圧電又はシリコン微細加工素子を有するのがよい。
【００１７】
ステアリング装置がミスアラインメント状態になっていることを知らせるためにコントローラ１４を指示器２２に結合するのがよい。指示器２２は、車両の計器パネル上に設けられた動作不良表示灯であるのがよい。指示器２２は、車両内に設けられたＬＣＤディスプレイであってもよい。さらに、指示器２２は、適当な機器を所持した点検整備員がコントローラ１４からの情報をモニターできるように点検整備診断コネクタであってもよい。
【００１８】
次に、図２を参照すると、本発明のミスアラインメント検出システムの機能ブロック図が示されている。ブロック３０では、前輪の平均操舵角を求める。以下に詳細に説明するように、前輪の平均操舵角を所定の車速で求める。ブロック３２では、記憶装置１６に記憶されているステアリング比マップを用いてブロック３４に示すように基準舵取りハンドル角度の推定値（ＳＷＡＥｓｔＡ ）を求める。前輪の平均操舵角は、車両ヨーレート及び車速から得られる。車速及びヨーレートに基づいて、ブロック３２において舵取りハンドル角度の推定値を得る。ステアリング比計算法をどのようにして導き出すかについては以下の詳細に説明する。
【００１９】
ブロック３６は、事実上、履歴的であり、信頼性のある舵取りハンドル推定値ソースから導かれる舵取りハンドル角度推定値ＳＷＡＥｓｔＢ を生じさせる。例えば、車両が高速（毎時４５マイル（約７２．５ｋｍ）以上）で走行していて、ヨーレートが０である間に舵取りハンドル角度推定値を得ることができる。かくして、ＳＷＡＥｓｔＢ は、直進舵取りハンドル角度推定値に関して正確な真の指標を生じさせることになる。
【００２０】
信号ＳＷＡＥｓｔＡ 及びＳＷＡＥｓｔＢ は、加算器ブロック３８で結合される。信号の差は、ブロック４０で蓄積される誤差信号となる。累積誤差４０に当業者には明らかなように数値フィルタリング法を施すのがよい。ミスアラインメントについて間違った検出を避けるためにこのフィルタリング法を多数の点火サイクルについて実施するのがよい。もし累積誤差が所定の限度値よりも大きければ、ミスアラインメント仕様を越えている。もしこうした事態になると、例えば指示器による指標が提示される。
【００２１】
次に、図３を参照すると、以下の説明は、舵取りハンドル角度及びステアリング比に基づいている。コントローラは、車両の方向転換中（即ち、駐車場での操縦）、所定の閾値で車両の舵取りハンドル角度を推定する。
【００２２】
中心探索アルゴリズム（ｃｅｎｔｅｒ ｆｉｎｄ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ）の機能は、車両を直線に沿って走行させる角度に対する舵取りハンドル角度を推定することにある。この推定は、以下の関係式から得ることができる。
【数１】
舵取りハンドル角度＝ステアリング比×δｆ ×５７．２９５ （１）
上式において、δｆ は、前輪タイヤ操舵角の平均値である。
【００２３】
上式中のステアリング比は、経験的に得られたデータから作成され又は自動車製造業者の原仕様から導き出されたマップを表している。かくして、互いに異なるステアリング装置を備えた種々の車両についての特定のデータは様々である場合がある。もしステアリング比が既知であり又はヨーレート、車速及び横加速度の値からδｆ を求めてこれにかなり良好に近似させると、結果的にこれら動的値が得られるようにする車両舵取りハンドル角度の正確な推定値を得ることができる。
【００２４】
例えば、前輪タイヤ操舵角δｆ の平均値を以下の式から計算することができる。
【数２】
δｆ ＝ｒ／ｕ×（Ｌ＋Ｋｕｓ／ｇ×ｕ２ ） （２）
上式において、ｒ＝車両のヨーレート（ｒａｄ／ｓ）、ｕ＝車両の長手方向速度（１秒当たりのｍ）、Ｌ＝ホイールベース（ｍ）、Ｋｕｓ／ｇ＝車両のアンダステア係数（ｇ＝重力加速度）、ｕ＝車両の長手方向速度（ｍ／ｓ）であり、ステアリング比についてのマップ（実験データから得られる）を用いると、式１を用いて舵取りハンドル角度の推定値を求めることができる。したがって、ステアリング比のばらつきを車速及び舵取りハンドル角度（又は、これに対応した前輪タイヤ操舵角の平均値）の関数として定量化することができる。
【００２５】
これらばらつきを定量化するため、車両について試験を行って、ヨーレート、車速、横加速度及び正確な舵取りハンドル角度を測定する。次に、ヨーレート、車速及び他の車両パラメータを式２に代入して前輪タイヤ操舵角の平均値δｆ について解を求める。最後に、舵取りハンドル角度を測定し、式１を用いてステアリング比について解くことができる。
【数３】
ステアリング比＝舵取りハンドル角度測定値／δｆ （３）
種々の測定された舵取りハンドル角度位置に相当するステアリング比についての表を作成することができるということに注目されたい。１つの特定の舵取りハンドル角度のところでのステアリング比の代表的なプロットが図３に示されている。
【００２６】
ステアリング比と車速の非線形の関係を図３に示すような線形方程式で近似させることができる。したがって、ステアリング比を以下の線形方程式で表すことができる。
ステアリング比＝ｍ×車速＋ｂ
上式において、ｍ及びｂはそれぞれ、図３のステアリング比と車速の関係を表す直線４９の勾配及び直線当てはめ４８のｙ切片である。
【００２７】
この関係は、すべての舵取りハンドル角度について実験的に定量化される。一例として、車両のヨーレート、車速及び舵取りハンドル角度の測定値を、レフトロックライトロックまで２０°刻みで測定し、その結果、約１，０００°の角変位について約５０のデータポイントが得られることになる。次に、各データランにつき、平均前輪タイヤ操舵角δｆ を計算し、式３に代入してステアリング比について解く。図４は、ステアリング比を幾つかの舵取りハンドル角度について車速の関数として表している。図４で分かるように、パターンが、大きな舵取りハンドル角度から小さな舵取りハンドル角度に進むと現れ始める。これら曲線を徹直線５０をこの中に当てはめることができる。プロットで分かるように各直線について独特な勾配及びｙ切片が存在し、これらをこれらと対応関係にある前輪タイヤ操舵角と併せて作表することができる。これらの変数を表にした後、勾配、ｙ切片及びこれらの対応の前輪タイヤ操舵角についての約５０のデータポイントを得ることができる。次に、勾配及びｙ切片データポイントをこれらと対応関係にある前輪タイヤ操舵角に対してプロットすることができる。前輪タイヤ操舵角の関数としてのｙ切片の値の代表的なプロットが、図５に示されている。
【００２８】
ｙ切片及び勾配のばらつきをタイヤ操舵角の関数として定量化するため、ｙ切片及び勾配データに２次多項式を当てはめる。ｙ切片とタイヤ操舵角との関係についての多項式による当てはめ状態が図４に示されている。ｙ切片及び勾配についての曲線当てはめを以下の多項式で表すことができる。
【数４】
ｂ＝ａ１ δｆ ２ ＋ａ２ δｆ ＋ａ３ （４）
【数５】
ｍ＝ｃ１ δｆ ２ ＋ｃ２ δｆ ＋ｃ３ （５）
上式において、ｂ、ｍはそれぞれ、図４のステアリング比曲線に当てはめられるｙ切片、直線の勾配である。曲線の当てはめアルゴリズムを用いると、係数ａｉ 及びｃｉ を把握することができる。この場合、それ自体ステアリング比δｆ の２次関数であるｍの勾配及びｂのｙ切片をもつ速度の１次関数でステアリング比を表すことができる。ヨーレート及び車速が分かれば、δｆ を式２から計算できるということを思い起こされたい。
【００２９】
要約すると、ヨーレート及び車速が与えられると、δｆ を式２から計算することができる。δｆ が既知であれば、ｂ及びｍを式４，５から計算することができ、この場合、係数ａｉ ，ｃｉ は実験的又は特定のデータから分かっている。次に、以下の方程式からステアリング比を計算することができる。
【数６】
ステアリング比＝ｍ×車速＋ｂ （６）
上式は、図４に示された直線当てはめ群を表している。ステアリング比を計算したからには、式１を用いて舵取りハンドル角度を推定することができる。すなわち、
【数７】
舵取りハンドル角度の推定値（ＳＷＡｅｓｔ）＝
ステアリング比×δｆ ×５７．２９５
上述の理論的説明を利用すると式４，５の多項式係数を把握することができる。特定の車両形態についてこれらの係数がいったん分かれば、車両の舵取りハンドル角度をその車速及びヨーレートから非常に正確に推定することができる。
【００３０】
作用を説明すると、車両１０の作動中、履歴的舵取りハンドル角度の推定値を維持する。次に、低速舵取りハンドル角度の推定値を履歴的舵取りハンドル角度の推定値と比較して誤差を求める。誤差は、真に真っ直ぐな位置からの車両の車輪のミスアラインメントの量に相当する。次に、ミスアラインメントの存在を指示器２２を介して車両オペレータに伝える。かくして、指示器に応答して、次に車両オペレータは、車両をアラインメント状態にするために車両を点検整備に出すのがよい。これを時宜に適って行うと、タイヤの摩耗量及び車両に対する他の労力が減少することになる。
【００３１】
本発明の特定の実施形態を開示したが、当業者には多くの改造例及び変形例が想到されよう。したがって、本発明の範囲は、特許請求の範囲及びその均等範囲に基づいて定められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のミスアラインメント検出システムのブロック図である。
【図２】本発明のミスアラインメント検出システムの機能流れ図である。
【図３】特定の舵取りハンドル角度での車速の関数としてステアリング比をプロットした図である。
【図４】幾つかの舵取りハンドル角度での車速の関数として舵取りハンドル比をプロットした図である。
【図５】本発明のシステムについて前輪タイヤ操舵角の関数としてｙ切片をプロットした図である。

Claims (19)

1. ステアリング装置のミスアラインメント検出システムであって、
   車速を表す車速信号を発生する速度センサと、
   車両ヨーレートを表すヨーレート信号を発生するヨーレートセンサと、
   ステアリング比メモリマップ及び履歴的舵取りハンドル角度を記憶する記憶装置と、
   速度センサ、ヨーレートセンサ及び記憶装置に結合されたコントローラとを有し、該コントローラは、車速が所定速度であるときに基準舵取りハンドル角度を決定し、前記基準舵取りハンドル角度は、車速、ヨーレート及びステアリング比の関数であり、前記コントローラは、前記基準舵取りハンドル角度と履歴的舵取りハンドル角度を比較して誤差を求める、
   前記ミスアラインメント検出システム。
2. 前記コントローラに結合されていて、誤差が所定誤差限度を越えた旨の警告を車両のオペレータに出す指示器を更に有していることを特徴とする請求項１記載のミスアラインメント検出システム。
3. 前記指示器は、警告灯、可聴音及びコネクタから成る群から選択されていることを特徴とする請求項２記載のミスアラインメント検出システム。
4. 前記コントローラは、累積誤差を経時的に蓄積し、前記指示器を前記累積誤差に応答して制御することを特徴とする請求項２記載のミスアラインメント検出システム。
5. 前記コントローラは、前記車速及びヨーレートに応答して前輪の平均操舵角を決定することを特徴とする請求項１記載のミスアラインメント検出システム。
6. 前記コントローラは、基準舵取りハンドル角度を、ステアリング比メモリマップ及び前輪の平均操舵角の関数として決定することを特徴とする請求項５記載のミスアラインメント検出システム。
7. 自動車のステアリング装置のミスアラインメントを検出する方法であって、所定の車速での基準舵取りハンドル角度を決定する段階と、基準舵取りハンドル角度と履歴的舵取りハンドル角度の誤差を求める段階と、前記誤差が所定の誤差よりも大きい場合、ミスアラインメントを指示する段階とを有することを特徴とする方法。
8. 車速及びヨーレートを検出する段階を更に有していることを特徴とする請求項７記載の方法。
9. 前輪の平均操舵角を決定する前記段階は、前輪の平均操舵角を車速及びヨーレートの関数として決定する段階から成ることを特徴とする請求項８記載の方法。
10. 基準舵取りハンドル角度を決定する前記段階は、基準舵取りハンドル角度をステアリング比及び前輪の平均操舵角の関数として決定する段階から成ることを特徴とする請求項７記載の方法。
11. ステアリング比をマップから得る段階を更に有していることを特徴とする請求項１０記載の方法。
12. 前記誤差を経時的に蓄積して累積誤差を得る段階及び前記指示器を前記累積誤差に応答して制御する段階を更に有していることを特徴とする請求項７記載の方法。
13. 指示器を前記累積誤差に応答して制御する段階は、累積誤差が誤差閾値を越えたときに指示器を制御する段階から成ることを特徴とする請求項１２記載の方法。
14. 自動車のステアリング装置のミスアラインメント検出する方法であって、車速を検出する段階と、車両ヨーレートを検出する段階と、所定の車速での基準舵取りハンドル角度をヨーレートの関数として決定する段階と、基準舵取りハンドル角度と履歴的舵取りハンドル角度の誤差を求める段階と、誤差が所定レベルよりも大きい場合、誤差を指示する段階とを有することを特徴とする方法。
15. 前輪の平均操舵角を決定する前記段階は、前輪の平均操舵角を車速及びヨーレートの関数として決定する段階から成ることを特徴とする請求項１４記載の方法。
16. 基準舵取りハンドル角度を決定する前記段階は、基準舵取りハンドル角度をステアリング比及び前輪の平均操舵角の関数として決定する段階から成ることを特徴とする請求項１５記載の方法。
17. ステアリング比をマップから得る段階を更に有していることを特徴とする請求項１４記載の方法。
18. 前記誤差を経時的に蓄積して累積誤差を得る段階及び前記指示器を前記累積誤差に応答して制御する段階を更に有していることを特徴とする請求項１４記載の方法。
19. 指示器を前記累積誤差に応答して制御する段階は、累積誤差が誤差閾値を越えたときに指示器を制御する段階から成ることを特徴とする請求項１４記載の方法。

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