JP3842172B2 - 電気パワー・ステアリング用のソフト・ディスエーブル制動 - Google Patents
電気パワー・ステアリング用のソフト・ディスエーブル制動 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
電気パワー・ステアリング（「ＥＰＳ」）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気パワー・ステアリング（「ＥＰＳ」）を装備した車においては、ステアリング・コラムまたはステアリング・シャフトに連結された電動モータにより、ステアリングの補助トルクを提供することが可能である。一般的には、そのようなＥＰＳシステムにおいて即時シャットダウンを必要とする状況が発生した場合、モータにより提供される補助トルクをゼロにするようにとの指令が突然に出て、モータを駆動するトランジスタから電力が取り除かれ、システムはシャットダウンされる。例えば、トルク・センサが故障しまたはその信号が来ない場合、即時シャットダウンが開始される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ＥＰＳシステムがシャットダウンされたとき、一般的には、ステアリング・システムは、手動ステアリングに切り替えられる。ＥＰＳモータが軽度の補助トルクを与えている間にシステムがシャットダウンされた場合、そのシャットダウンは運転者には感じられないかもしれない。しかし、ＥＰＳモータが中程度またはそれ以上の強さで補助トルクを与えている状態でシステムがシャットダウンされた場合、補助トルクの突然の減少により、運転者は、ステアリング・ホイール即ちハンドルでのリアクション・トルク（ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｏｒｑｕｅ）が突然増大するのを感じることがある。そのような突然増大するリアクション・トルクは、モータからの補助トルクが瞬時に取り除かれたためにタイヤおよびステアリングの系統内における蓄積エネルギーが放出されてしまう際に、発生する。一般的に、補助トルクが瞬時に取り除かれた場合、系統内の蓄積エネルギーで、モータが中速から高速でしばらくバックドライブ（ｂａｃｋ ｄｒｉｖｅ）してしまうことがある。その動作が、運転者にとっては、ステアリング・ホイールにおける突然増大するリアクション・トルクとして感じられる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上述およびその他の特徴は、添付の図面や本明細書中の説明によって例示される。そこで開示されているある電気パワー・ステアリング・システムは、モータ、および、補助トルクが突然ディスエーブルされたときに運転者の感じる突然増大するリアクション・トルクを軽減するためそのモータと通信するソフト・ディスエーブル（ｓｏｆｔ−ｄｉｓａｂｌｅ）コントローラを含む。
【０００５】
添付の図面で同じ要素は同様に番号付けしてある。
【０００６】
【発明の実施の形態】
電気パワー・ステアリング（「ＥＰＳ」）システム用のソフト・ディスエーブル・コントローラによって、ステアリング・ホイールでの突然増大するリアクション・トルクを緩和させつつ、補助モータの制御されたシャットダウンを行う。
【０００７】
図１を参照すると、参照番号１０は自動車両のＥＰＳシステムの概略を示す。ステアリング機構１２はギア・ハウジング１４の下に配置された歯付きラック（図示せず）およびピニオン・ギア（図示せず）を有するラックアンドピニオン式の機構である。ステアリング・ホイール１６は上部ステアリング・シャフト１８に連結されている。ステアリング・ホイール１６が回転するにつれて、自在継手２２を介して下部ステアリング・シャフト２０に連結されている上部ステアリング・シャフト１８が、ピニオン・ギアを回転させる。ピニオン・ギアが回転すると、歯付きラックが動かされ、それがタイ・ロッド２４（１本のみを図示した）を動かし、それによってステアリング・ナックル２６（１個のみを図示した）が動かされ、それが車輪２８（１本のみを図示した）の向きを変える。
【０００８】
ソフト・ディスエーブル・コントローラ３２および電動モータ３４を含む参照番号３０で全体的に示す補助ユニットによって、ＥＰＳ補助トルクが与えられる。モータ位置センサ５４がモータ３４に連結され、モータ３４の回転位置を感知する。モータ位置センサ５４は、モータの位置を示す信号を信号ライン５６を介してソフト・ディスエーブル・コントローラ３２に送る。コントローラ３２は、車両電源３６から電源ライン３８を介して電力を供給される。コントローラ３２は車両の速度を示す信号を信号ライン４０から受け取る。位置センサ４２によりステアリング・ピニオン・ギアの角度が計測され、ライン４４を介してコントローラ３２に送られる。位置センサ４２は、光学エンコード型センサでも、可変抵抗型センサでもよく、あるいは、位置センサ４２としての機能を果たすのに好適なものであれば、その他どのようなタイプの位置センサでもよい。
【０００９】
ステアリング・ホイール１６が回転するにつれて、トルク・センサ４３は車両の運転者によってステアリング・ホイール１６に加えられるトルクを感知する。トルク・センサ４３は、トーション・バー（図示せず）と、トーション・バーのねじれ量に関連する可変抵抗信号をライン４６を通してコントローラ３２に出力する可変抵抗型センサ（図示せず）を含む。代替実施形態では、既知の信号処理技術で使用可能なその他の好適なトルク感知デバイスを代わりに使用することができる。
【００１０】
コントローラ３２は、ライン４０、４４および４６からの入力に応答して、コマンド信号をライン４８を介して電動モータ３４に送る。モータ３４は、車両の運転者が加えた操舵力に加えて車両のステアリング・システムに操舵トルク上の補助を与えるため、ウォーム５０およびウォーム・ギア５２を介してステアリング・システムに補助トルクを加える。
【００１１】
図１のＥＰＳシステム１０の状態遷移図は、図２に参照番号１１０で示したような概略となる。状態遷移図１１０は、初期化状態１１２、ラン・ランプアップ（ｒｕｎ ｒａｍｐ−ｕｐ）状態１１４、ラン（ｒｕｎ）状態１１６、ラン・ランプダウン（ｒｕｎ ｒａｍｐ−ｄｏｗｎ）状態１１８、ソフト・ディスエーブル状態１２０、ラン・ディスエーブル（ｒｕｎ ｄｉｓａｂｌｅ）状態１２２、シャットダウン状態１２４およびオフ状態１２６を含む。初期化状態１１２はオフ状態１２６から入ることができ、初期化状態１１２からはラン・ランプアップ状態１１４やシャットダウン状態１２４に移行することができる。ラン・ランプアップ状態１１４に入るのは、初期化状態１１２、ラン・ランプダウン状態１１８やラン・ディスエーブル状態１２２から可能であり、ランプアップ状態１１４からの移行先はラン状態１１６、ラン・ランプダウン状態１１８、ソフト・ディスエーブル状態１２０やシャットダウン状態１２４がある。ラン状態１１６は、ラン・ランプアップ状態１１４から入ることができ、ラン・ランプアップ状態１１８、ソフト・ディスエーブル状態１２０やシャットダウン状態１２４に移行することができる。ラン・ランプダウン状態１１８は、ラン・ランプアップ状態１１４やラン状態１１６から入ることができ、ラン・ランプアップ状態１１４、ソフト・ディスエーブル状態１２０、ラン・ディスエーブル状態１２２やシャットダウン状態１２４に移行することができる。
【００１２】
ソフト・ディスエーブル状態１２０は、ラン・ランプアップ状態１１４、ラン状態１１６やラン・ランプダウン状態１１８から入ることができ、シャットダウン状態１２４に移行することができる。ラン・ディスエーブル状態１２２は、ラン・ランプダウン状態１１８から入ることができ、ラン・ランプアップ状態１１４やシャットダウン状態１２４に移行することができる。シャットダウン状態１２４は、初期化状態１１２、ラン・ランプアップ状態１１４、ラン状態１１６、ラン・ランプダウン状態１１８、ソフト・ディスエーブル状態１２０やラン・ディスエーブル状態１２２から入ることができ、オフ状態１２６に移行することができる。オフ状態１２６はシャットダウン状態１２４から入ることができ、初期化状態１１２に移行することができる。
【００１３】
ソフト・ディスエーブル状態１２０に入るのは、例えば、ある時点現在でシステムが出力アクティブな状態のときすなわち参照番号１１４、１１６や１１８のような状態のときであって、トルク信号が無効だと判断されるときである。状態１２０中で即時シャットダウン・フォルトが発生した場合か、ソフト・ディスエーブル処理が完了した場合、状態１２０から出る。
【００１４】
次に、図３は、図２のソフト・ディスエーブル状態１２０についての流れ図１３０を示す。流れ図１３０は、図２のソフト・ディスエーブル状態１２０を開始するステップ１３２を含み、そこからステップ１３４に進みタイマをセットアップする。ステップ１３４から判断ブロック１３６に進み、タイマが時刻１（ＴＩＭＥ１）以上になっているかどうかチェックする。判断結果が真の場合、判断ブロック１３６から、もう一つの判断ブロック１４６に進む。偽の場合は、判断ブロック１３６からステップ１３８に進む。ステップ１３８で、第１の遮断周波数を使ってモータ制動（モータダンピング（motor damping））を計算し、ステップ１４０に進む。ステップ１４０で、モータ制動を１００％でスケーリングし、ステップ１４２に進む。ステップ１４２で、スケーリングしたモータ制動を制限し、ステップ１４４に進む。ステップ１４４で、行き着いたコマンドを出力し、判断ブロック１３６へ戻る。
【００１５】
判断ブロック１４６で、タイマが時刻２（ＴＩＭＥ２）以上になっているかどうかチェックする。判断結果が真の場合、判断ブロック１４６から、もう一つの判断ブロック１５８に進む。偽の場合は、判断ブロック１４６からステップ１４８に進む。ステップ１４８で、第２の遮断周波数を使ってモータ制動を計算し、ステップ１５０に進む。ステップ１５０で、モータ制動を１００％と較正可能なパーセント値との間で線形的にスケーリングし、判断ブロック１５２に進む。判断ブロック１５２で、モータ速度（Ｍｏｔｏｒ Ｖｅｌｏｃｉｔｙ）の絶対値がモータ速度閾値（ＭＯＴＯＲ＿ＶＥＬＯＣＩＴＹ＿ＴＨＲＥＳＨＯＬＤ）以下であるかどうかチェックする。判断結果が真の場合、判断ブロック１５２は、ステップ１７０に進む。偽の場合、判断ブロック１５２は、ステップ１５４に進む。ステップ１５４で、スケーリングしたモータ制動を制限し、ステップ１５６に進む。ステップ１５６で、生じた結果をコマンドとして出力し、判断ブロック１４６に戻る。
【００１６】
判断ブロック１５８で、タイマが時刻３（ＴＩＭＥ３）以上になっているかどうかチェックする。判断結果が真の場合、判断ブロック１５８から、ステップ１７０に進む。偽の場合は、判断ブロック１５８からステップ１６０に進む。ステップ１６０で、第２の遮断周波数を使ってモータ制動を計算し、ステップ１６２に進む。ステップ１６２で、較正可能なパーセント値でモータ制動をスケーリングし、判断ブロック１６４に進む。判断ブロック１６４は、モータ速度（Ｍｏｔｏｒ Ｖｅｌｏｃｉｔｙ）の絶対値がモータ速度閾値（ＭＯＴＯＲ＿ＶＥＬＯＣＩＴＹ＿ＴＨＲＥＳＨＯＬＤ）以下であるかどうかチェックする。判断結果が真の場合、判断ブロック１６４からステップ１７０に進む。偽の場合、判断ブロック１６４からステップ１６６に進む。ステップ１６６で、スケーリングしたモータ制動を制限し、ステップ１６８に進む。ステップ１６８で、生じた結果をコマンドとして出力し、判断ブロック１５８に戻る。ステップ１７０で、ソフト・ディスエーブル完了フラッグをセットし、ステップ１７２に進む。ステップ１７２で、図２のソフト・ディスエーブル状態１２０から出る。
【００１７】
操作に際しては、時間とともに数値を増加するフリー・ランニング・タイマがセットアップされる。タイマが時刻１（ＴＩＭＥ１）未満のときは、モータ制動を第１の遮断周波数を使って計算し、１００％でスケーリングし、最大値に制限し、それをモータ・コマンドとしてモータに与える。タイマ値が時刻１（ＴＩＭＥ１）より大で時刻２（ＴＩＭＥ２）未満のときは、第２遮断周波数を使ってモータ制動を計算する。モータ速度の絶対値が較正可能なモータ速度を上回るとき、１００％と較正可能なパーセント値との間で線形的にモータ制動をスケーリングし、最大値に制限し、それをモータ・コマンドとしてモータに与える。モータ速度の絶対値が較正可能なモータ速度以下の場合は、ソフト・ディスエーブル状態から出る。代替実施形態では、計算ブロック１５０は、計算効率のよい設計選択に応じて、判断ブロック１５２の前後どちらにあってもよいことに、留意されたい。
【００１８】
タイマ値が時刻２（ＴＩＭＥ２）より大で時刻３（ＴＩＭＥ３）未満のときは、第２遮断周波数を使ってモータ制動を計算する。モータ速度の絶対値が較正可能なモータ速度を上回るとき、較正可能なパーセント値でモータ制動をスケーリングし、最大値に制限し、それをモータ・コマンドとしてモータに与える。モータ速度の絶対値が較正可能なモータ速度以下の場合は、ソフト・ディスエーブル状態から出る。タイマが時刻３（ＴＩＭＥ３）以上の場合も、ソフト・ディスエーブル状態から出る。
【００１９】
スケーリングされたモータ制動は、モータ・コマンドにより発生した制動が所望数のニュートンメートル未満のトルクになることがほぼ保証できるように、ある最大値までに制限される。時刻１（ＴＩＭＥ１）を過ぎた後で、モータ速度が較正可能なモータ速度を下回ったときにはできるだけ迅速にソフト・ディスエーブル状態から出ることができるように、モータ速度をある較正可能なモータ速度と比較する。時刻１（ＴＩＭＥ１）過ぎまで待つことで、モータ速度が較正可能な値よりも下回ったかどうかチェックする前にモータ速度が較正可能なモータ速度よりも上昇するのに十分な時間をモータに与える。好適な時刻１（ＴＩＭＥ１）の値はＥＰＳシステム１０の物理的動力学（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｄｙｎａｍｉｃｓ）特性にもとづいて定義され、実験的に決定することも可能である。
【００２０】
モータ制動は、時間の関数としてスケーリングされる。モータ制動を時間とともにスケーリングすると、初期モータ・コマンド値を高くして、バックドライブしているモータをより迅速に減速させることが可能になる。初期モータ・コマンドの後、モータ制動スケーリング・ファクタが時間とともに下限値まで下がる。こうすると、モータ・コマンド値が下がるので、運転者が回避行動をとりやすくなり、またバックドライブしたモータの速度を落とし過ぎることも防止される。
【００２１】
図４に示すように、制動機能１８０において、モータ位置を示す信号が微分器１８２で受け取られ、そこでモータ位置を微分することにより、スケーリングされておらずかつフィルタリングされていないモータ速度を得る。この微分器はスケーラ１８４に接続されている。スケーラ１８４は、微分器１８２からのスケーリングされておらずかつフィルタリングされていないモータ速度をスケーリングする。このスケーラはフィルタ１８６に接続されている。フィルタ１８６は、スケーラ１８４からのフィルタリングされていないモータ速度をフィルタリングする。このフィルタ１８６は、乗算器１８８に接続されている。乗算器１８８は、フィルタ１８６からのモータ速度に制動係数を乗算し、よって所望のモータ制動を示す信号を生成する。
【００２２】
すなわち、モータ位置の入力が、ソフト・ディスエーブル状態中でのバックドライブするモータ速度を制限する帰還信号として使用される。例示したＥＰＳシステムでは、真のモータ速度を示す信号はなく、モータ位置を示す入力からモータ速度が計算される。モータ位置を示す入力は、次に微分され、スケーリングされ、フィルタリングされてモータ速度の計算に用いられる。代替実施形態では、モータ速度信号を直接測定し帰還信号として使用することもできる。
【００２３】
次に、モータ速度を制動係数と乗算し、よってモータ制動を計算し、モータ制動をスケーリング・ファクタと乗算し、よってスケーリングされたモータ制動を生成する。スケーリングされたモータ制動に制限を加えたうえでモータ・コマンドとしてモータに与える。モータ・コマンドにより、モータは、モータが動いている向きと逆向きにトルクを付与するようになる。これにより、モータのバックドライブする速度は制限され、また、普通なら運転者が感じるはずの突然増大するリアクション・トルクも除去または最小限に抑えられる。
【００２４】
次に図５に移ると、例示的な実施形態でのモータ制動は、その全体を参照番号１９０で示したグラフに示すようにスケーリングされる。時刻ゼロから時刻１未満では、モータ制動は、１００％スケーリング・ファクタ１９２によりスケーリングされる。時刻１から時刻２では、モータ制動は、１００％とスケーリングされたモータ制動値のための較正可能なスケーリング・ファクタパーセント値との間１９４で線形的にスケーリングされる。時刻２を過ぎて時刻３までは、モータ制動は、スケーリングされたモータ制動値のための較正可能なスケーリング・ファクタパーセント値１９６に従ってスケーリングされる。したがって、図３および図４を参照して説明したスケーリングされたモータ制動値は、時間軸に対する区分的連続関数を離散化したものである。
【００２５】
初期においてバックドライブするときのモータのスピードが比較的大であるので、モータ速度を計算するローパス・フィルタ、図４のフィルタ１８６は、高速を示す信号に迅速に収束するため、比較的高い遮断周波数を必要とする。モータ位置信号の分解能が低くまたサンプリングレートが高いので、モータ位置信号をモータ速度に変換するには、図４で示したスケーラ１８４が高い利得を有している必要がある。遮断周波数が高いことおよび利得の高いことがあいまって、ハンドルにまで感じられるリプルが起こり得る。このリプルを克服するために、ローパス・フィルタ１８６は、時間帯に分けて使用される２つの遮断周波数を有している。時刻１未満の時間からは、比較的高い遮断周波数（第１遮断周波数すなわち「遮断周波数１」）が選択される。時刻１以上の時間からは、低い方の遮断周波数（第２遮断周波数すなわち「遮断周波数２」）が選択される。２つの遮断周波数を使うことで、初期に必要な高速応答性が可能となり、また、モータがいったん減速し始めるときハンドルに感じられるリプルを緩和する助けにもなる。
【００２６】
図２のソフト・ディスエーブル状態１２０に入っているのは、ごく短時間である。それでも、突然増大するリアクション・トルクの影響を緩和するには十分長い時間である。ソフト・ディスエーブル状態１２０でのモータ制動を行う時間の長さを決定するには、さまざまなタイプの運転条件を、モータのバックドライブの影響およびモータに加えられる制動の影響の両方について分析することが必要である。モータが最大補助トルクを付与しているときに即時シャットダウン・フォルトが発生すると、モータは最高速度でバックドライブされる。ステアリング負荷がワーストケースになっている状況下で、最大補助トルクが付与される。
【００２７】
ワーストケース・ステアリング負荷は、一般的にステアリング・ラックの行程の両端近くで発生する。したがって、モータが最も激しくバックドライブするのは一般的にステアリング・ラックの行程の両端近くである。実験に基づいて運転者が制動付加を感じることがあるとされた場所は、道路を直進している途中で回避行動としての車線変更を行ったところである。それゆえ、ステアリング・ラックが行程両端に来る事態と、回避行動としての車線変更操作を行う事態とを、交換条件として両天秤にかけなければならない。行程の端での突然増大するリアクション・トルクを最小限に抑えるには長時間かける方が望ましいが、一方、直進中の制動を最小限に抑えるには短時間のほうが望ましい。行程の端および回避的車線変更の交換条件がうまく釣り合っている場合、運転者は、行程の端付近での突然増大するリアクション・トルクも、回避的車線変更中の制動も感じなくてすむだろう。したがって、ソフト・ディスエーブル・コントローラのいくつかの実施形態では、単に補助トルクを急激に入れたり切ったりするのではなく、レベルを制御された制動トルクを供与するものである。
【００２８】
行程の端と回避的車線変更との交換条件調整を補助するための入力として、車両の速度を使用することも可能である。車両が静止状態または低速であるときにステアリングの負荷は最大になるので、車両が加速されるにともなって、ソフト・ディスエーブル実行継続時間の長さを、所定下限の閾値まで短縮するようにしておくことも可である。車両の速度を入力として追加することで、代替実施形態での交換条件調整がうまく行えるように支援させることもできる。
【００２９】
例示した実施形態を参照して本発明を説明してきたが、関連技術分野の技術者ならば理解できるように、開示の範囲を逸脱することなしに、多様な変更が可能であり、均等技術がある部分においてはその該当要素を差し替えることが可能である。また、特定の目的や状況に対して、開示の本質的な範囲を逸脱することなく、本教示内容を適合化するような修正は多数可能である。したがって、特許請求の範囲は、本明細書の教示内容を実行するために現時点で熟考された好ましい最良の形態として開示された特定の実施形態に限定することを意図されたものではなく、開示の真の範囲および精神の範囲内にあたる実施形態を全て含むように意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】ソフト・ディスエーブル・コントローラを有する電気パワー・ステアリング・システムの概略図である。
【図２】図１に示されたコントローラの一部分についての状態遷移図である。
【図３】図１に示されたコントローラの一部分についての流れ図である。
【図４】図１に示されたコントローラの一部分についてのブロック図である。
【図５】図１に示されたコントローラの一部分についてのモータ制動スケーリング・ファクタを時間軸に対して示したグラフである。
【符号の説明】
１８０ 制動機能
１３６、１４６、１５２、１５８、１６４ 判断ブロック
１８２ 微分器
３４ 電動モータ
３０ ＥＰＳ補助ユニット
１０ ＥＰＳシステム
１８６ フィルタ
１３０ 流れ図
１４ ギア・ハウジング
１９０ グラフ
１１２ 初期化状態（ｉｎｉｔｉａｌｉｚｅ ｓｔａｔｅ）
４０、４４、４６、４８、５６ ライン
２０ 下部ステアリング・シャフト
５４ モータ位置センサ
１８８ 乗算器
１２６ オフ状態
４２ 位置センサ
１２２ ラン・ディスエーブル（ｒｕｎ ｄｉｓａｂｌｅ）状態
１１８ ラン・ランプダウン（ｒｕｎ ｒａｍｐ−ｄｏｗｎ）状態
１１４ ラン・ランプアップ（ｒｕｎ ｒａｍｐ−ｕｐ）状態
１１６ ラン（ｒｕｎ）状態
１９２、１９４、１９６ モータ制動スケーリング・ファクタ
１８４ 速度スケーラ
１２４ シャットダウン状態
３２ ソフト・ディスエーブル・コントローラ
１２０ ソフト・ディスエーブル状態
１１０ 状態遷移図
２６ ステアリング・ナックル
１２ ステアリング機構
１６ ステアリング・ホイール
１３２、１３４、１３８ ステップ
１４０、１４２、１４４、１４８ ステップ
１５０、１５４、１５６ ステップ
１６０、１６２、１６６、１６８ ステップ
１７０、１７２ ステップ
３８ 電源ライン
２４ タイ・ロッド
４３ トルク・センサ
２２ 自在継手
１８ 上部ステアリング・シャフト
３６ 車両電源
２８ 車輪
５０ ウォーム
５２ ウォーム・ギア
【発明の属する技術分野】
電気パワー・ステアリング（「ＥＰＳ」）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気パワー・ステアリング（「ＥＰＳ」）を装備した車においては、ステアリング・コラムまたはステアリング・シャフトに連結された電動モータにより、ステアリングの補助トルクを提供することが可能である。一般的には、そのようなＥＰＳシステムにおいて即時シャットダウンを必要とする状況が発生した場合、モータにより提供される補助トルクをゼロにするようにとの指令が突然に出て、モータを駆動するトランジスタから電力が取り除かれ、システムはシャットダウンされる。例えば、トルク・センサが故障しまたはその信号が来ない場合、即時シャットダウンが開始される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ＥＰＳシステムがシャットダウンされたとき、一般的には、ステアリング・システムは、手動ステアリングに切り替えられる。ＥＰＳモータが軽度の補助トルクを与えている間にシステムがシャットダウンされた場合、そのシャットダウンは運転者には感じられないかもしれない。しかし、ＥＰＳモータが中程度またはそれ以上の強さで補助トルクを与えている状態でシステムがシャットダウンされた場合、補助トルクの突然の減少により、運転者は、ステアリング・ホイール即ちハンドルでのリアクション・トルク（ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｏｒｑｕｅ）が突然増大するのを感じることがある。そのような突然増大するリアクション・トルクは、モータからの補助トルクが瞬時に取り除かれたためにタイヤおよびステアリングの系統内における蓄積エネルギーが放出されてしまう際に、発生する。一般的に、補助トルクが瞬時に取り除かれた場合、系統内の蓄積エネルギーで、モータが中速から高速でしばらくバックドライブ（ｂａｃｋ ｄｒｉｖｅ）してしまうことがある。その動作が、運転者にとっては、ステアリング・ホイールにおける突然増大するリアクション・トルクとして感じられる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上述およびその他の特徴は、添付の図面や本明細書中の説明によって例示される。そこで開示されているある電気パワー・ステアリング・システムは、モータ、および、補助トルクが突然ディスエーブルされたときに運転者の感じる突然増大するリアクション・トルクを軽減するためそのモータと通信するソフト・ディスエーブル（ｓｏｆｔ−ｄｉｓａｂｌｅ）コントローラを含む。
【０００５】
添付の図面で同じ要素は同様に番号付けしてある。
【０００６】
【発明の実施の形態】
電気パワー・ステアリング（「ＥＰＳ」）システム用のソフト・ディスエーブル・コントローラによって、ステアリング・ホイールでの突然増大するリアクション・トルクを緩和させつつ、補助モータの制御されたシャットダウンを行う。
【０００７】
図１を参照すると、参照番号１０は自動車両のＥＰＳシステムの概略を示す。ステアリング機構１２はギア・ハウジング１４の下に配置された歯付きラック（図示せず）およびピニオン・ギア（図示せず）を有するラックアンドピニオン式の機構である。ステアリング・ホイール１６は上部ステアリング・シャフト１８に連結されている。ステアリング・ホイール１６が回転するにつれて、自在継手２２を介して下部ステアリング・シャフト２０に連結されている上部ステアリング・シャフト１８が、ピニオン・ギアを回転させる。ピニオン・ギアが回転すると、歯付きラックが動かされ、それがタイ・ロッド２４（１本のみを図示した）を動かし、それによってステアリング・ナックル２６（１個のみを図示した）が動かされ、それが車輪２８（１本のみを図示した）の向きを変える。
【０００８】
ソフト・ディスエーブル・コントローラ３２および電動モータ３４を含む参照番号３０で全体的に示す補助ユニットによって、ＥＰＳ補助トルクが与えられる。モータ位置センサ５４がモータ３４に連結され、モータ３４の回転位置を感知する。モータ位置センサ５４は、モータの位置を示す信号を信号ライン５６を介してソフト・ディスエーブル・コントローラ３２に送る。コントローラ３２は、車両電源３６から電源ライン３８を介して電力を供給される。コントローラ３２は車両の速度を示す信号を信号ライン４０から受け取る。位置センサ４２によりステアリング・ピニオン・ギアの角度が計測され、ライン４４を介してコントローラ３２に送られる。位置センサ４２は、光学エンコード型センサでも、可変抵抗型センサでもよく、あるいは、位置センサ４２としての機能を果たすのに好適なものであれば、その他どのようなタイプの位置センサでもよい。
【０００９】
ステアリング・ホイール１６が回転するにつれて、トルク・センサ４３は車両の運転者によってステアリング・ホイール１６に加えられるトルクを感知する。トルク・センサ４３は、トーション・バー（図示せず）と、トーション・バーのねじれ量に関連する可変抵抗信号をライン４６を通してコントローラ３２に出力する可変抵抗型センサ（図示せず）を含む。代替実施形態では、既知の信号処理技術で使用可能なその他の好適なトルク感知デバイスを代わりに使用することができる。
【００１０】
コントローラ３２は、ライン４０、４４および４６からの入力に応答して、コマンド信号をライン４８を介して電動モータ３４に送る。モータ３４は、車両の運転者が加えた操舵力に加えて車両のステアリング・システムに操舵トルク上の補助を与えるため、ウォーム５０およびウォーム・ギア５２を介してステアリング・システムに補助トルクを加える。
【００１１】
図１のＥＰＳシステム１０の状態遷移図は、図２に参照番号１１０で示したような概略となる。状態遷移図１１０は、初期化状態１１２、ラン・ランプアップ（ｒｕｎ ｒａｍｐ−ｕｐ）状態１１４、ラン（ｒｕｎ）状態１１６、ラン・ランプダウン（ｒｕｎ ｒａｍｐ−ｄｏｗｎ）状態１１８、ソフト・ディスエーブル状態１２０、ラン・ディスエーブル（ｒｕｎ ｄｉｓａｂｌｅ）状態１２２、シャットダウン状態１２４およびオフ状態１２６を含む。初期化状態１１２はオフ状態１２６から入ることができ、初期化状態１１２からはラン・ランプアップ状態１１４やシャットダウン状態１２４に移行することができる。ラン・ランプアップ状態１１４に入るのは、初期化状態１１２、ラン・ランプダウン状態１１８やラン・ディスエーブル状態１２２から可能であり、ランプアップ状態１１４からの移行先はラン状態１１６、ラン・ランプダウン状態１１８、ソフト・ディスエーブル状態１２０やシャットダウン状態１２４がある。ラン状態１１６は、ラン・ランプアップ状態１１４から入ることができ、ラン・ランプアップ状態１１８、ソフト・ディスエーブル状態１２０やシャットダウン状態１２４に移行することができる。ラン・ランプダウン状態１１８は、ラン・ランプアップ状態１１４やラン状態１１６から入ることができ、ラン・ランプアップ状態１１４、ソフト・ディスエーブル状態１２０、ラン・ディスエーブル状態１２２やシャットダウン状態１２４に移行することができる。
【００１２】
ソフト・ディスエーブル状態１２０は、ラン・ランプアップ状態１１４、ラン状態１１６やラン・ランプダウン状態１１８から入ることができ、シャットダウン状態１２４に移行することができる。ラン・ディスエーブル状態１２２は、ラン・ランプダウン状態１１８から入ることができ、ラン・ランプアップ状態１１４やシャットダウン状態１２４に移行することができる。シャットダウン状態１２４は、初期化状態１１２、ラン・ランプアップ状態１１４、ラン状態１１６、ラン・ランプダウン状態１１８、ソフト・ディスエーブル状態１２０やラン・ディスエーブル状態１２２から入ることができ、オフ状態１２６に移行することができる。オフ状態１２６はシャットダウン状態１２４から入ることができ、初期化状態１１２に移行することができる。
【００１３】
ソフト・ディスエーブル状態１２０に入るのは、例えば、ある時点現在でシステムが出力アクティブな状態のときすなわち参照番号１１４、１１６や１１８のような状態のときであって、トルク信号が無効だと判断されるときである。状態１２０中で即時シャットダウン・フォルトが発生した場合か、ソフト・ディスエーブル処理が完了した場合、状態１２０から出る。
【００１４】
次に、図３は、図２のソフト・ディスエーブル状態１２０についての流れ図１３０を示す。流れ図１３０は、図２のソフト・ディスエーブル状態１２０を開始するステップ１３２を含み、そこからステップ１３４に進みタイマをセットアップする。ステップ１３４から判断ブロック１３６に進み、タイマが時刻１（ＴＩＭＥ１）以上になっているかどうかチェックする。判断結果が真の場合、判断ブロック１３６から、もう一つの判断ブロック１４６に進む。偽の場合は、判断ブロック１３６からステップ１３８に進む。ステップ１３８で、第１の遮断周波数を使ってモータ制動（モータダンピング（motor damping））を計算し、ステップ１４０に進む。ステップ１４０で、モータ制動を１００％でスケーリングし、ステップ１４２に進む。ステップ１４２で、スケーリングしたモータ制動を制限し、ステップ１４４に進む。ステップ１４４で、行き着いたコマンドを出力し、判断ブロック１３６へ戻る。
【００１５】
判断ブロック１４６で、タイマが時刻２（ＴＩＭＥ２）以上になっているかどうかチェックする。判断結果が真の場合、判断ブロック１４６から、もう一つの判断ブロック１５８に進む。偽の場合は、判断ブロック１４６からステップ１４８に進む。ステップ１４８で、第２の遮断周波数を使ってモータ制動を計算し、ステップ１５０に進む。ステップ１５０で、モータ制動を１００％と較正可能なパーセント値との間で線形的にスケーリングし、判断ブロック１５２に進む。判断ブロック１５２で、モータ速度（Ｍｏｔｏｒ Ｖｅｌｏｃｉｔｙ）の絶対値がモータ速度閾値（ＭＯＴＯＲ＿ＶＥＬＯＣＩＴＹ＿ＴＨＲＥＳＨＯＬＤ）以下であるかどうかチェックする。判断結果が真の場合、判断ブロック１５２は、ステップ１７０に進む。偽の場合、判断ブロック１５２は、ステップ１５４に進む。ステップ１５４で、スケーリングしたモータ制動を制限し、ステップ１５６に進む。ステップ１５６で、生じた結果をコマンドとして出力し、判断ブロック１４６に戻る。
【００１６】
判断ブロック１５８で、タイマが時刻３（ＴＩＭＥ３）以上になっているかどうかチェックする。判断結果が真の場合、判断ブロック１５８から、ステップ１７０に進む。偽の場合は、判断ブロック１５８からステップ１６０に進む。ステップ１６０で、第２の遮断周波数を使ってモータ制動を計算し、ステップ１６２に進む。ステップ１６２で、較正可能なパーセント値でモータ制動をスケーリングし、判断ブロック１６４に進む。判断ブロック１６４は、モータ速度（Ｍｏｔｏｒ Ｖｅｌｏｃｉｔｙ）の絶対値がモータ速度閾値（ＭＯＴＯＲ＿ＶＥＬＯＣＩＴＹ＿ＴＨＲＥＳＨＯＬＤ）以下であるかどうかチェックする。判断結果が真の場合、判断ブロック１６４からステップ１７０に進む。偽の場合、判断ブロック１６４からステップ１６６に進む。ステップ１６６で、スケーリングしたモータ制動を制限し、ステップ１６８に進む。ステップ１６８で、生じた結果をコマンドとして出力し、判断ブロック１５８に戻る。ステップ１７０で、ソフト・ディスエーブル完了フラッグをセットし、ステップ１７２に進む。ステップ１７２で、図２のソフト・ディスエーブル状態１２０から出る。
【００１７】
操作に際しては、時間とともに数値を増加するフリー・ランニング・タイマがセットアップされる。タイマが時刻１（ＴＩＭＥ１）未満のときは、モータ制動を第１の遮断周波数を使って計算し、１００％でスケーリングし、最大値に制限し、それをモータ・コマンドとしてモータに与える。タイマ値が時刻１（ＴＩＭＥ１）より大で時刻２（ＴＩＭＥ２）未満のときは、第２遮断周波数を使ってモータ制動を計算する。モータ速度の絶対値が較正可能なモータ速度を上回るとき、１００％と較正可能なパーセント値との間で線形的にモータ制動をスケーリングし、最大値に制限し、それをモータ・コマンドとしてモータに与える。モータ速度の絶対値が較正可能なモータ速度以下の場合は、ソフト・ディスエーブル状態から出る。代替実施形態では、計算ブロック１５０は、計算効率のよい設計選択に応じて、判断ブロック１５２の前後どちらにあってもよいことに、留意されたい。
【００１８】
タイマ値が時刻２（ＴＩＭＥ２）より大で時刻３（ＴＩＭＥ３）未満のときは、第２遮断周波数を使ってモータ制動を計算する。モータ速度の絶対値が較正可能なモータ速度を上回るとき、較正可能なパーセント値でモータ制動をスケーリングし、最大値に制限し、それをモータ・コマンドとしてモータに与える。モータ速度の絶対値が較正可能なモータ速度以下の場合は、ソフト・ディスエーブル状態から出る。タイマが時刻３（ＴＩＭＥ３）以上の場合も、ソフト・ディスエーブル状態から出る。
【００１９】
スケーリングされたモータ制動は、モータ・コマンドにより発生した制動が所望数のニュートンメートル未満のトルクになることがほぼ保証できるように、ある最大値までに制限される。時刻１（ＴＩＭＥ１）を過ぎた後で、モータ速度が較正可能なモータ速度を下回ったときにはできるだけ迅速にソフト・ディスエーブル状態から出ることができるように、モータ速度をある較正可能なモータ速度と比較する。時刻１（ＴＩＭＥ１）過ぎまで待つことで、モータ速度が較正可能な値よりも下回ったかどうかチェックする前にモータ速度が較正可能なモータ速度よりも上昇するのに十分な時間をモータに与える。好適な時刻１（ＴＩＭＥ１）の値はＥＰＳシステム１０の物理的動力学（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｄｙｎａｍｉｃｓ）特性にもとづいて定義され、実験的に決定することも可能である。
【００２０】
モータ制動は、時間の関数としてスケーリングされる。モータ制動を時間とともにスケーリングすると、初期モータ・コマンド値を高くして、バックドライブしているモータをより迅速に減速させることが可能になる。初期モータ・コマンドの後、モータ制動スケーリング・ファクタが時間とともに下限値まで下がる。こうすると、モータ・コマンド値が下がるので、運転者が回避行動をとりやすくなり、またバックドライブしたモータの速度を落とし過ぎることも防止される。
【００２１】
図４に示すように、制動機能１８０において、モータ位置を示す信号が微分器１８２で受け取られ、そこでモータ位置を微分することにより、スケーリングされておらずかつフィルタリングされていないモータ速度を得る。この微分器はスケーラ１８４に接続されている。スケーラ１８４は、微分器１８２からのスケーリングされておらずかつフィルタリングされていないモータ速度をスケーリングする。このスケーラはフィルタ１８６に接続されている。フィルタ１８６は、スケーラ１８４からのフィルタリングされていないモータ速度をフィルタリングする。このフィルタ１８６は、乗算器１８８に接続されている。乗算器１８８は、フィルタ１８６からのモータ速度に制動係数を乗算し、よって所望のモータ制動を示す信号を生成する。
【００２２】
すなわち、モータ位置の入力が、ソフト・ディスエーブル状態中でのバックドライブするモータ速度を制限する帰還信号として使用される。例示したＥＰＳシステムでは、真のモータ速度を示す信号はなく、モータ位置を示す入力からモータ速度が計算される。モータ位置を示す入力は、次に微分され、スケーリングされ、フィルタリングされてモータ速度の計算に用いられる。代替実施形態では、モータ速度信号を直接測定し帰還信号として使用することもできる。
【００２３】
次に、モータ速度を制動係数と乗算し、よってモータ制動を計算し、モータ制動をスケーリング・ファクタと乗算し、よってスケーリングされたモータ制動を生成する。スケーリングされたモータ制動に制限を加えたうえでモータ・コマンドとしてモータに与える。モータ・コマンドにより、モータは、モータが動いている向きと逆向きにトルクを付与するようになる。これにより、モータのバックドライブする速度は制限され、また、普通なら運転者が感じるはずの突然増大するリアクション・トルクも除去または最小限に抑えられる。
【００２４】
次に図５に移ると、例示的な実施形態でのモータ制動は、その全体を参照番号１９０で示したグラフに示すようにスケーリングされる。時刻ゼロから時刻１未満では、モータ制動は、１００％スケーリング・ファクタ１９２によりスケーリングされる。時刻１から時刻２では、モータ制動は、１００％とスケーリングされたモータ制動値のための較正可能なスケーリング・ファクタパーセント値との間１９４で線形的にスケーリングされる。時刻２を過ぎて時刻３までは、モータ制動は、スケーリングされたモータ制動値のための較正可能なスケーリング・ファクタパーセント値１９６に従ってスケーリングされる。したがって、図３および図４を参照して説明したスケーリングされたモータ制動値は、時間軸に対する区分的連続関数を離散化したものである。
【００２５】
初期においてバックドライブするときのモータのスピードが比較的大であるので、モータ速度を計算するローパス・フィルタ、図４のフィルタ１８６は、高速を示す信号に迅速に収束するため、比較的高い遮断周波数を必要とする。モータ位置信号の分解能が低くまたサンプリングレートが高いので、モータ位置信号をモータ速度に変換するには、図４で示したスケーラ１８４が高い利得を有している必要がある。遮断周波数が高いことおよび利得の高いことがあいまって、ハンドルにまで感じられるリプルが起こり得る。このリプルを克服するために、ローパス・フィルタ１８６は、時間帯に分けて使用される２つの遮断周波数を有している。時刻１未満の時間からは、比較的高い遮断周波数（第１遮断周波数すなわち「遮断周波数１」）が選択される。時刻１以上の時間からは、低い方の遮断周波数（第２遮断周波数すなわち「遮断周波数２」）が選択される。２つの遮断周波数を使うことで、初期に必要な高速応答性が可能となり、また、モータがいったん減速し始めるときハンドルに感じられるリプルを緩和する助けにもなる。
【００２６】
図２のソフト・ディスエーブル状態１２０に入っているのは、ごく短時間である。それでも、突然増大するリアクション・トルクの影響を緩和するには十分長い時間である。ソフト・ディスエーブル状態１２０でのモータ制動を行う時間の長さを決定するには、さまざまなタイプの運転条件を、モータのバックドライブの影響およびモータに加えられる制動の影響の両方について分析することが必要である。モータが最大補助トルクを付与しているときに即時シャットダウン・フォルトが発生すると、モータは最高速度でバックドライブされる。ステアリング負荷がワーストケースになっている状況下で、最大補助トルクが付与される。
【００２７】
ワーストケース・ステアリング負荷は、一般的にステアリング・ラックの行程の両端近くで発生する。したがって、モータが最も激しくバックドライブするのは一般的にステアリング・ラックの行程の両端近くである。実験に基づいて運転者が制動付加を感じることがあるとされた場所は、道路を直進している途中で回避行動としての車線変更を行ったところである。それゆえ、ステアリング・ラックが行程両端に来る事態と、回避行動としての車線変更操作を行う事態とを、交換条件として両天秤にかけなければならない。行程の端での突然増大するリアクション・トルクを最小限に抑えるには長時間かける方が望ましいが、一方、直進中の制動を最小限に抑えるには短時間のほうが望ましい。行程の端および回避的車線変更の交換条件がうまく釣り合っている場合、運転者は、行程の端付近での突然増大するリアクション・トルクも、回避的車線変更中の制動も感じなくてすむだろう。したがって、ソフト・ディスエーブル・コントローラのいくつかの実施形態では、単に補助トルクを急激に入れたり切ったりするのではなく、レベルを制御された制動トルクを供与するものである。
【００２８】
行程の端と回避的車線変更との交換条件調整を補助するための入力として、車両の速度を使用することも可能である。車両が静止状態または低速であるときにステアリングの負荷は最大になるので、車両が加速されるにともなって、ソフト・ディスエーブル実行継続時間の長さを、所定下限の閾値まで短縮するようにしておくことも可である。車両の速度を入力として追加することで、代替実施形態での交換条件調整がうまく行えるように支援させることもできる。
【００２９】
例示した実施形態を参照して本発明を説明してきたが、関連技術分野の技術者ならば理解できるように、開示の範囲を逸脱することなしに、多様な変更が可能であり、均等技術がある部分においてはその該当要素を差し替えることが可能である。また、特定の目的や状況に対して、開示の本質的な範囲を逸脱することなく、本教示内容を適合化するような修正は多数可能である。したがって、特許請求の範囲は、本明細書の教示内容を実行するために現時点で熟考された好ましい最良の形態として開示された特定の実施形態に限定することを意図されたものではなく、開示の真の範囲および精神の範囲内にあたる実施形態を全て含むように意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】ソフト・ディスエーブル・コントローラを有する電気パワー・ステアリング・システムの概略図である。
【図２】図１に示されたコントローラの一部分についての状態遷移図である。
【図３】図１に示されたコントローラの一部分についての流れ図である。
【図４】図１に示されたコントローラの一部分についてのブロック図である。
【図５】図１に示されたコントローラの一部分についてのモータ制動スケーリング・ファクタを時間軸に対して示したグラフである。
【符号の説明】
１８０ 制動機能
１３６、１４６、１５２、１５８、１６４ 判断ブロック
１８２ 微分器
３４ 電動モータ
３０ ＥＰＳ補助ユニット
１０ ＥＰＳシステム
１８６ フィルタ
１３０ 流れ図
１４ ギア・ハウジング
１９０ グラフ
１１２ 初期化状態（ｉｎｉｔｉａｌｉｚｅ ｓｔａｔｅ）
４０、４４、４６、４８、５６ ライン
２０ 下部ステアリング・シャフト
５４ モータ位置センサ
１８８ 乗算器
１２６ オフ状態
４２ 位置センサ
１２２ ラン・ディスエーブル（ｒｕｎ ｄｉｓａｂｌｅ）状態
１１８ ラン・ランプダウン（ｒｕｎ ｒａｍｐ−ｄｏｗｎ）状態
１１４ ラン・ランプアップ（ｒｕｎ ｒａｍｐ−ｕｐ）状態
１１６ ラン（ｒｕｎ）状態
１９２、１９４、１９６ モータ制動スケーリング・ファクタ
１８４ 速度スケーラ
１２４ シャットダウン状態
３２ ソフト・ディスエーブル・コントローラ
１２０ ソフト・ディスエーブル状態
１１０ 状態遷移図
２６ ステアリング・ナックル
１２ ステアリング機構
１６ ステアリング・ホイール
１３２、１３４、１３８ ステップ
１４０、１４２、１４４、１４８ ステップ
１５０、１５４、１５６ ステップ
１６０、１６２、１６６、１６８ ステップ
１７０、１７２ ステップ
３８ 電源ライン
２４ タイ・ロッド
４３ トルク・センサ
２２ 自在継手
１８ 上部ステアリング・シャフト
３６ 車両電源
２８ 車輪
５０ ウォーム
５２ ウォーム・ギア
Claims (7)
- 補助トルクを提供するようモータにコマンドを与えるステップと、前記補助トルクが取り除かれたときに増大するリアクション・トルクを緩和するために前記モータと通信するソフト・ディスエーブル制動トルクを与えるステップと、モータ速度を示す信号を受け取るステップと、前記受け取った信号に対応して前記ソフト・ディスエーブル制動トルクを調節するステップとを含む、電気パワー・ステアリング・システムを制御する方法。
- 補助トルクを提供するようモータにコマンドを与えるステップと、前記補助トルクが突然取り除かれたときに突然増大するリアクション・トルクを緩和するために前記モータと通信するソフト・ディスエーブル制動トルクを与えるステップと、モータ速度を示す信号を受け取るステップと、前記受け取った信号に対応して前記ソフト・ディスエーブル制動トルクを調節するステップとを含む、電気パワー・ステアリング・システムを制御する方法。
- 前記ソフト・ディスエーブル制動トルクの継続を時間調整するステップと、離散化区分的連続関係で前記時間調整に対応して前記ソフト・ディスエーブル制動トルクをスケーリングするステップとをさらに含む、請求項１又は２に記載の方法。
- 前記スケーリングされた制動トルクに対応して前記モータを制御するステップをさらに含む、請求項３に記載の方法。
- モータ位置を示す信号を受け取るステップと、受け取った前記信号に対応してソフト・ディスエーブル制動トルクを調節するステップとをさらに含む、請求項１又は２に記載の方法。
- 前記調節ステップが、前記モータ位置を示す信号を微分してモータ速度を示す信号を供給するステップと、前記モータ速度を示す信号をスケーリングするステップと、前記スケーリングされた信号をフィルタリングするステップと、前記フィルタ済信号に制動係数を乗算してモータ制動を示す信号を生成するステップとを含む、請求項５に記載の方法。
- モータ制動を示す信号をスケーリングするステップと、前記スケーリングされたモータ制動を示す信号を制限してコマンド信号を提供するステップと、前記コマンド信号に対応して前記モータを制御するステップとをさらに含む、請求項１又は２に記載の方法。
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