JP3905142B2 - 無軌道車両の走行特性安定化システム、パワーステアリングシステムおよび油圧操舵装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、無軌道車両の走行特性を安定化するシステムに係り、さらにその走行特性安定化システムを利用したパワーステアリングシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
高価な自動車でも直線走行性能に問題がある場合が多い。特に中程度の走行速度においては、外部から来る小さい外乱でも車両垂直軸を中心とする回転（ヨーイング運動）を引き起こすことがあり、かかる車両のヨーイング運動は煩わしいものであり、また走行安全上危険な場合もある。走行速度が大きい場合には、例えば横方向に作用する突風が危険な外乱因子である。
【０００３】
カーブ走行においては、制御特性が設計どうりであり、例えばニュートラルである場合には、多くの車両タイプが正常に動作する。しかし、実際の走行運転においては、多くの理由から、ずれのある操舵特性、特にオーバーステアまたはアンダーステアが生じることが知られている。その簡単な理由は、例えば車両の積載が異なることであって、それによって軸負荷分配が変化し、それに伴って制御特性が異なったものとなる。
【０００４】
ドイツ特許公開公報第４０３１３１６号にはモータ駆動のパワーステアリングシステムが記載されており、これには運転者によってもたらされる操舵成分に加えて他の操舵成分が供給され、それによって車両の運動、特に車両本体の運動を調節して、走行安全性および／または走行快適性を改良する。
【０００５】
英国特許第１４１４２０６号に紹介されているパワーステアリングシステムにおいては、車両の操舵力が油圧システムによって支援され、かつ運転者によって操作されるステアリングホイールのステアリングホイール角速度に電動モータの角速度が重畳される。その場合に、電動モータは、横風によってもたらされる横方向の力など車両運動を検出する補助システムによって制御される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような技術的立脚点に立ってなされたものであり、操舵に重畳される制御された作用によって走行安定性を向上させることが可能な新規かつ改良された無軌道車両の走行特性安定化システムを提供することを目的とする。さらに本発明は、システムの改良に要するコスト、特に制御器ソフトウエアに要するコストを許容範囲内に抑えることが可能なシステムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明により構成される操舵可能に設計された少なくとも１つの車両軸を操作する少なくとも１つのアクチュエータを有するパワーステアリングシステムにおいては，車両の運転者によって車両のステアリングホイールに加えられる操舵力はサーボ支援装置によって選択可能に増幅される。そして、本発明によれば、その増幅量は、目標ステアリングトルクを設定することすることなく、車両の現在の運転状態を表す少なくとも１つの操舵変量に応じて選択され、その場合に、その操舵変量はヨーイング角度、ヨーイング角速度および／またはヨーイング角加速度を表す少なくとも１つの変量を含むことを特徴とする。
【０００８】
本発明によるパワーステアリングシステムの好ましい実施例においては、車両の現在の走行状態に関係する操舵変量は、さらに、車両の運転者によって操作されるステアリングホイールの操作角度、車両の縦速度、車両の運転者によって操作されるステアリングホイールの操作角速度および／または操作角加速度を表す変量に関係する。そして好ましくは、ヨーイング運動および／またはステアリングホイール運動を表す変量は測定され、あるいは測定値に基づいて計算される。
【０００９】
本発明によるパワーステアリングシステムは，無軌道車両の走行特性安定化システムとして構成することも可能である。その場合においては、操舵可能に設計された少なくとも１つの車両軸を操作するために少なくとも１つのアクチュエータが駆動される。そして、車両の現在の走行状態に関係する少なくとも１つの操舵変量が求められて、そのアクチュエータに供給される。なお、その操舵変量はヨーイング角度、ヨーイング角速度およびヨーイング角加速度を表す少なくとも１つの変量に関係している。
【００１０】
本発明の好ましい実施例においては、車両の現在の走行状態に関係する操舵変量は、さらに、車両の運転者によって操作されるステアリングホイールの操作角度および車両の縦速度を表す変量に関係するように構成される。
【００１１】
さらに、車両の現在の走行状態に関係する操舵変量は、車両の運転者によって操作されるステアリングホイールの操作角速度および／または操作角加速度を表す変量に関係するように構成することができる。
【００１２】
ヨーイング運動および／またはステアリングホイール運動を表す変量は測定され、あるいは測定値に基づいて計算される。そして、好ましくはヨーイング運動および／またはステアリングホイール運動を表す変量を求めるために、ステアリングホイール角度および／またはヨーイング角度および／またはヨーイング角速度および／またはヨーイング角加速度が測定される。
【００１３】
本発明の好ましい実施例においては、ヨーイング運動および／またはステアリングホイール運動を表す変量は、車両の現在の走行状態に関係する操舵変量を求めるために重みづけされ、加算的に結合される。
【００１４】
車両の運転者によって操作されるステアリングホイールの操作角度を表す変量の重みづけを選択することによって、車両の操舵特性（ニュートラル、オーバーステア、アンダーステア）が本発明に従って調節される。その場合に車両の運転者によって操作されるステアリングホイールの操作角度を表す変量の重みづけは、固定的に設定され、あるいは走行状態を表すおよび／または調節する変量に従って選択することができる。
【００１５】
本発明の好ましい実施例においては、操舵可能に設計された少なくとも１つの車両軸を操作するために設けられているアクチュエータに、車両の現在の走行状態に関係する操舵変量が供給される。その場合に前車両軸および／または後車両軸を操舵可能に設計することができる。
【００１６】
特に好ましくは、車両の現在の走行状態に関係する操舵変量に、車両の走行方向に関する運転者の意図を表す操舵変量が重畳される。その場合に、車両の走行方向に関する運転者の意図を表す操舵変量を形成するために、車両の運転者によってステアリングホイールにもたらされるトルクがサーボ支援装置によって増幅される。
【００１７】
さらにまた本発明によるパワーステアリングシステムに採用可能な油圧操舵装置において，運転者によってもたらされるステアリングホイールトルクを支援するように作業シリンダ内の第１の作業ピストンに圧力媒体が供給され、その第１の作業ピストンは車両の操舵ラックと結合される。さらに、その操舵ラックは操舵可能に設計された前車軸を操作できるようにタイロッドと作用結合されている。本発明による油圧操舵装置の特徴は、第１の作業ピストン内部にタイロッドと操作可能に結合された第２の作業ピストンが配置されていることにある。
【００１８】
【作用】
本発明に基づいて構成されたシステムは以下に示す利点を有する：
−任意の外乱を補償するように制御することによる方向安定性の改良。
−任意の外乱を補償するように制御することによるカーブ走行の安定化。
−任意の外乱に応じて実際の制御特性を設計に基づく制御特性に近似させることによるカーブ走行の安定化。
その場合に、本発明によるシステムは、複雑な課題設定に較べて、比較的簡単に設計することができる。
【００１９】
また本発明に基づいて構成されたパワーステアリングシステムの重要な利点は、車両の運転者に対する路面接触の伝達性が改良されることである。それはもちろん走行特性の安定化にもプラスに作用する。
【００２０】
【実施例】
以下に添付図面に示す実施例に基づいて本発明について詳細に説明する。
【００２１】
制御コンセプト
適当なセンサ（図１の１０５、図２の２０８、図３の３０５）を用いて車両の垂直軸を中心とする車両の回転運動α(t)が測定される。車両固有の垂直軸を中心とする回転角度α(t)はヨーイング角度としても知られている。もちろんα’(t)またはα”(t)用のセンサを使用することも可能である。その場合には、α(t)はこれらの測定値から計算される。なお、本明細書にておいては、変量に付加されているインデックス（’）は時間的に一回微分された量を表し、インデックス（”）は時間的に２回微分された量を表すものとする。例えばヨーイング角度がαで示される場合には、変量α’はヨーイング角速度であり、α”はヨーイング角加速度を表す。後述する数学的機能関係を介して、操舵に距離ｘ(t)を重畳する高速のアクチュエータが駆動される。この高速のアクチュエータを実現するために、図２に示すように、作業ピストン２０２に圧力媒体が供給され、それによって操舵用タイロッド２０９の対応する運動が可能となる。
【００２２】
次にまず種々の走行状態を示す。
【００２３】
ケースＡ、ＢおよびＣが区別され、その場合に、まず、すべてのケースにおいて、角度αが経過する時間ｔと共に変化するかどうか、変化するならばどのように変化するのか、またなぜ変化するかが検討される。すなわち、α’(t)はゼロに等しいのか、あるいはα’(t)はゼロに等しくないのか、そして特にα’(t)がゼロに等しくない場合には、α’(t)はゼロより大きいのか、あるいはα’(t)はゼロより小さいのかが問題となる。
【００２４】
その場合に変量ｒｏは運転者によって操作されるステアリングホイール２０６の操作角度を示す。この変量は適当なセンサ２１０によって検出することができる。
【００２５】
ケースＡ：
運転者がステアリングホイール２０６を、ほぼゼロに相当する位置ｒｏに固定した場合である。この位置は運転者の意図によれば、直線走行をもたらすものである。外乱（転がり障害、路面傾斜、横風など）が発生すると、ゼロに等しくない値α_A’(t)が発生する。その場合に、α_A’(t)はゼロより大きくなるか（車両が反時計方向に回転）、あるいはα_A’(t)はゼロより小さくなる（車両は時計方向に回転）。
【００２６】
ケースＢ：
運転者がステアリングホイール２０６をゼロに等しくない位置ｒｏに固定した場合である。この位置は運転者の意図によれば、一定の半径のカーブ走行を発生させるものである。その結果、カーブ走行のみに起因して、ゼロに等しくない値α_B’(t)が発生する。その場合に、α_B’(t)はゼロより大きくなるか、あるいはα_B’(t)はゼロより小さくなり、外乱があった場合には、その外乱から生じる値α_A’(t)が重畳される。
【００２７】
ケースＣ：
その時の直線走行またはカーブ走行から走行方向を変化させるために、運転者がステアリングホイールを回転させた場合である（従って、ｒｏ’はゼロに等しくない）。その結果、ゼロに等しくない値α_C’(t)が発生する。その場合に、α_C’(t)はゼロより大きいか、あるいはα_C’(t)はゼロより小さい。そして、値α_C’(t)は外乱からもたらされる値α_A’(t)に重畳される。
【００２８】
上記α_C’(t)の定義によれば、その予測される影響は、ケースＢとの比較により、先行して既に評価されている。すなわち、予測される影響は、ステアリングホイールの回転速度ｒｏ’の関数として評価される。従って操舵動作がα_B’(t)に到達するまで待機する必要はない。
【００２９】
さらに「高速の先取り」が、ゼロに等しくない値α_C2’(t)によって導入される。なお値α_C2’(t)はステアリングホイールの回転加速度ｒｏ”に応じて設定される。
【００３０】
ケースＡの後続処理（ステアリングホイール固定、ｒｏはほぼゼロに等しい、ｒｏ’はゼロに等しい、直線走行）：
【００３１】
α_A’(t)に基づいて、車輪における操舵角φまたはアクチュエータの行程ｘに対する制御の干渉が次のように実施される。
【００３２】
ｘ_A(t) ＝ Ｃ_A×α_A(t) ＋ Ｃ_A1×α_A’(t) ＋ Ｃ_A2×α_A”(t)…（１）
ただし、
−ｘ_A(t)は、制御器出力（距離）
−Ｃ_A1は、設計に基づく定数（定義に従って正の値）
−Ｃ_A、Ｃ_A2は、設計に基づく定数であり、その影響はＣＡ１の影響より小さい、
−α_A(t)、α_A’(t)、α_A”(t)は、制御器入力量
なお、これらの値は測定しても良いし、測定値から計算して求めても良い。
【００３３】
以下に、時間ｔの計算方法について補足する。
【００３４】
式（１）と図２に示す構成に基づいて次の関係が示される。
車両を周囲に対して反時計方向に回転させる外乱の場合には、ゼロより大きい値α_A’(t)が発生し、それによって、ステアリングホイールが固定されている場合には、ゼロより大きい値ｘ(t)が得られる［式（１）］。それにより、操舵操作φが増加される。その結果、車両は外乱を補正するために時計方向へ戻るように回転する。
【００３５】
このような動作は、一般に最大時間Ｔ後（例えばＴ＝０．５秒）にはほぼ終了していることが前提とされる。制御器は、それぞれＴ秒後に測定されたα値をαの新しいゼロ値として（すなわちα₀、図２を参照）定義し、後続の周期Ｔの間これを保持するように設計することができる。最も望ましい周期長さＴは、試行実験によって決定しなければならない。場合によっては、設計に基づく周期長さＴを車両速度Ｖに関係させること、例えば、式、Ｔ＝Ｔ₀−［定数×（Ｖ／Ｖ_max）］とすることが望ましい。ゼロ点の調節は、特に、式（１）において角度成分［（Ｃ_A×α_A(t)］が、成分［Ｃ_A1×α_A’(t)］または［Ｃ_A2×α_A”(t)］に比較して大きい場合には、特に重要である。もちろん、周期を考慮る際には、角度αが所望の連続移動を行うように車両周囲に対して最終的に連続的な変化を受けていることを仮定している。そのため、ｘ(t)に関するゼロ点α₀を予め設定した時間応答に応じて調節しなければならない。この調節は、従来説明されているように、必ずしも段階的に行う必要はなく、好ましくは「流動的」に行うこともできる。というのは比較的「低速」で行われるからである（一般的な制御技術の例も参照）。
ケースＡの説明については差し当たりこの程度で十分であろう。
【００３６】
ケースＢの後続処理（ステアリングホイール固定、ｒｏはゼロに等しくなく、ｒｏ’はゼロに等しく、定常的なカーブ走行）：
【００３７】
変量α_B’(t)については既に説明した。ここでは次の式が定義され、設計に基づいて定められる。
【００３８】
α_B’(t) ＝ −Ｃ_B×Ｖ×ｒｏ(t) …（２）
ただし、
−α_B’(t)は、この簡略化された手法では、車両の計算上の回転角速度である。
−ｒｏ(t)は、ステアリングホイールの直線前方位置に対する測定されたステアリングホイール操作角度である（符号については図２を参照）。
−Ｃ_Bは、設計に基づく定数であって、定義によればゼロより大きい。Ｃ_Bをパラメータの関数として形成すれば、より精緻な制御も可能である。その場合には、Ｃ_Bは定数とはならない。
−Ｖは、瞬間的な車両の縦速度である。走行速度が大きい場合には、周期Ｔの間に走行速度が小さい場合よりも大きい値α_B’(t)が得られる。
【００３９】
式（２）に基づく手法は、測定された角速度α_G、A、B’(t)を補正するために使用される。（なお、インデックス「_G」は、測定された値が関与していることを示す。）
【００４０】
定義によれば：
α_G、A、B’(t) ＝ α_A’(t) ＋ α_B’(t)
であり、その場合に、α_G、A、B’(t)は測定されたヨーイング角速度であり、α_A’(t)は外乱の成分であり、α_B’(t)はケースＢに基づく重畳すべき成分である。
【００４１】
そこから：
α_A’(t) ＝ α_G、A、B’(t) − α_B’(t) …（３）
が得られ、
（２）式を（３）式に代入し、
α_A’(t) ＝ α_G、A、B’(t) ＋ Ｃ_B×Ｖ×ｒｏ(t) …（４）
が得られ、
式（４）に基づいて積分または微分することによって：

が得られ、その場合に、積分定数は式（１）との関連で説明したように、省略されている。式（４）、（４ａ）および（４ｂ）を式（１）に代入することにより、式（１）は拡大された制御器式（５）に変換できる。式（５）はケースＡもケースＢもカバーする：

【００４２】
照合の結果、ｒｏ(t)がゼロに等しい場合には、式（５）を式（１）に変換することが認められる。さらに、照合の結果、α_Aがゼロに等しい場合には、α_G、A、B ＝ −Ｃ_B×Ｖ×ｒｏ(t)が式（４）に、またα_A＝０が式（４ａ）に、そして、これらとα_G、A、B ＝ −Ｃ_B×Ｖ×ｒｏ×ｔが式（５）に代入される：

【００４３】
これは、ケースＢの場合にも、従って定常的なカーブ走行の場合にも、単に外乱のみが制御器に作用することを意味している。従って、運転者が意図するカーブ走行は実質的には制御プロセスに影響を与えない。これは制御コンセプトの意図に近似的に相当する。
「実質的に」および「近似的に」の条件については後述する。
【００４４】
ケースＣの後続処理、および要約的な制御器式（回転するステアリングホイール、ゼロに等しくないｒｏ’、走行方向の変化）
【００４５】
変量α_C’(t)については、この実施例の最初にすでに説明してある。次の式が定義され、設計に基づいて決定される：
α_C’(t) ＝ −Ｖ×｛Ｃ_C1×ｒｏ’(t) ＋ Ｃ_C2×ｒｏ”(t)｝ …（６）
ただし、
−αＣ’(t)は、この簡略化された手法では、それがｒｏ’(t)およびｒｏ”(t)と関連している限りにおいて、車両の計算による回転角速度である（これに関しては前述のケースＣに関する説明を参照）。
−ｒｏ’(t)は、測定に基づいて求められたステアリングホイールの回転速度である。
−ｒｏ”(t)は、測定に基づいて求められたステアリングホイールの回転加速度である。
−Ｃ_C1とＣ_C2は、設計に基づく係数であり、通常は定数である。これらは定義に従ってゼロより大きい。
−Ｖは瞬間的な走行速度である（式（２）も参照）。
式（６）に基づく手法は、測定された角度α_G(t)の補正に使用される。
【００４６】
定義によれば：
α_G’(t) ＝ α_G、A、B’(t) ＋ α_C’(t)
であって、その場合に
−α_G’(t)は、測定されたヨーイング角速度であり、
−α_G、A、B’(t)は、式（５）ですでに処理されている角速度成分であり、
−α_C’(t)は、ケースＣに基づいて、さらに重畳すべき成分である。
【００４７】
そこから次式が得られる：
α_G、A、B’(t) ＝ α_G’(t) − α_C’(t) …（７）
式（６）を式（７）に代入して、

が得られ、かつ式（８）から積分または微分によって：

が得られる。なお、ｒｏ”(t)は、ここでは単純化して、定数として取り扱う。
【００４８】
式（８）、（８ａ）および（８ｂ）が式（５）に代入され、それによってさらに拡大された制御器式（９）が導かれる：

なお、式（５）に基づく項Ｃ_B×Ｖ×ｒｏ(t)は、∫^t ₀ｒｏ(τ)ｄτ で置き換えられる。というのは、ｒｏ(t)は、もはや定数とみなすことはできないからである。
【００４９】
そこから次の制御器式が得られる：

この制御器式（９）（９）’においては、説明したすべてのケース、すなわちＡ、Ｂ、Ｃがカバーされており、その場合に定数の選択が正しい場合には、外乱は実質的にゼロに制御される。すなわち意図された車両運動は除去される。
【００５０】
車両のオーバーステア特性とアンダーステア特性
【００５１】
いくつかの制御器の作用については上述の部分ですでに説明がなされている。そして、ケースＢ（定常的なカーブ走行）の場合に、補正Ｃ_B×Ｖ×ｒｏ(t)による制御器のニュートラル化は、「近似的に」意図されただけであり、かつまた「実質的に」行われるだけであることが示唆されている。
【００５２】
以下の考察においては、車両は、そのニュートラルの設計に比較してカーブ走行の場合にオーバーステアとなるものと仮定する。すなわち、車両は、過度の後車軸負荷または後車軸の駆動トルクが大きいことによって、あるいは他の影響によって、オーバーステアとなると仮定する。この点についてはきわめて多くの可能性が考えられる。
【００５３】
次の例は左カーブの例である。その場合には、測定された値＋（α_G）に含まれる成分＋（α_B）は、補正量Ｃ_B×Ｖ×ｒｏ(t)が減じられる値（制御器入力の前段で「減じられる」）より大きい。これより、制御器は、残ったプラスの「α過剰」を「外乱」として処理し、正しい符号でカウンタ制御する（制御器式（９）を参照）。このα過剰は設計に基づく制御特性からの偏差であるため、実際に生じた「外乱」である。例では、車両は制御作用によって、再びニュートラルぎみに動作する。制御の効果の程度は補正量Ｃ_B×Ｖ×ｒｏ(t)の設計によって調節可能である。さらに、（これに関連して）他のパラメータを用いて上式を表し、より精緻な制御を行う構成にしても良い。
【００５４】
これに対して、カーブ走行時に、同じ車両が、例えばハイドロプレーン現象の開始時の水膜によって、そのニュートラルな設計に比較して、アンダーステア特性になった場合でも、制御器は、設計に従ったニュートラルな特性に近似して、正しい符号でカウンタステアを行う［制御器式（９）を参照］。
【００５５】
要約すると制御器作用［制御器式（９）］について次のことが言える：
１．任意の外乱をなくすように制御することによる方向安定性の改良、
２．任意の外乱をなくすように制御することによるカーブ走行の安定化、
３．任意の外乱の作用後、実際の制御特性を設計に基づく制御特性に近似させることによるカーブ走行の安定化。
【００５６】
変量が測定される場合には、この複雑な演算に対して、制御器の構成を簡略化できる［制御器式（９）を参照］。
【００５７】
式（１）、（５）または（９）に基づいて重畳される操舵作用を可能にする油圧構成の実施例は、図２に示す構成図から明かである。重畳される操舵作用を可能にするために、車両の運転者が車両のステアリングホイール（２０６）にもたらす操舵トルク（Ｍ_L）が油圧サーボ支援機構によって増幅される。その場合に、運転者によってもたらされる操舵トルク（Ｍ_L）を支援するように、作業シリンダ内の第１の作業ピストン（２０１）に圧力媒体が供給される。そして、その第１の作業ピストン（２０１）は車両の操舵ラックと結合され、その操舵ラックは操舵可能に設計された前車軸（２０３）を操作できるようにタイロッド（２０９）と結合されている。
【００５８】
本発明に基づいて構成された重畳される操舵作用に関する本実施例の要旨は、第１の作業ピストン（２０１）の内部にタイロッド（２０９）と操作可能に結合された第２の作業ピストン（２０２）が配置されていることにある。
【００５９】
図２の構成から明らかなように、操舵成分ｘ(t)は、＋／−（ｘ_max）によって構造的に制限されている。従って、この制限された作用距離［＋／−（ｘ_max)］によって、誤機能に対する保護のための安全コストを抑えることができる。
【００６０】
もちろん、上述の油圧構造の他に、電動式サーボ支援機構および／または電動モータにより重畳される操舵作用を実現することも可能である。
【００６１】
制御器とパワーステアリングシステムの組合せ
【００６２】
図２に示す構成には、式（９）によって記述される制御器と運転者の操舵力を支援するパワーステアリングシステムの組合せが示唆されている。この組合せは本発明による走行安定化システムに必須の要件ではない。しかし、この組合せは、サーボ強化によって、制御器機能による反作用を、ステアリングホイールで感じさせないという利点を有する。
【００６３】
完全を期するためにパワーステアリングシステムに関する一般的な関係を定義する。その場合に、式（９）に基づく制御器が設置されていても、されていなくても、相違はない：
Ｍ_Ｒ＝Ｐ_Ａ×ｒｃ…（１０）
Ｐ_Ａ＝（Ｐ_Ｒ−Ｐ_Ｌ）＋（Ｍ_Ｌ／ｒａ）…（１１）
Ｍ_Ｌ＝（Ｐ_２−Ｐ_１）×ｒｂ…（１２）
−Ｍ_Ｒは、操舵される車輪の復帰トルク
−Ｐ_Ａは、タイロッド力
−ｒｃは、レバーアームの長さ
−Ｐ_Ｒは、右に作用するサーボ力
−Ｐ_Ｌは、左に作用するサーボ力
−Ｍ_Ｌは、ステアリングホイールにおけるトルク
−ｒａは、第１のレバーアームの長さ（図２の構成を参照）
−Ｐ_２は、運転者によってもたらされる右回転力、すなわち図２の構成において、操舵力伝達機構２０７の「フォーク状部材」から「クランク」への右回転の支持力
−Ｐ_１は、運転者によってもたらされる左回転力、すなわち図２の構成において、操舵力伝達機構２０７の「フォーク状部材」から「クランク」への左回転力、
−ｒｂは、第２のレバーアームの長さ（図２の構成を参照）
【００６４】
定義により、あるいはアクチュエータの設計により、サーボ式は以下に示すようになる：
（Ｐ_R−Ｐ_L）×ｒ_a＝ｐ×（Ｐ₂−Ｐ₁）×ｒ_b …（１３）
ただし、
−ｐは、パワーステアリングシステムの設計に基づく増幅係数である。
ｐが大きくなるほどステアリングホイールへもたらされるタイヤトルクの反作用は小さくなる。
【００６５】
式（１３）から次の式が得られる：
（Ｐ₂−Ｐ₁）＝｛（Ｐ_R−Ｐ_L）／ｐ｝×（ｒ_a／ｒ_b） …（１３ａ）
【００６６】
確認のために、式（１３ａ）を式（１２）へ代入することができる。そこから次の式が得られる：
Ｍ_L＝｛（Ｐ_R−Ｐ_L）／ｐ｝×ｒ_a …（１４）
Ｍ_L×（ｐ／ｒ_a）＝（Ｐ_R−Ｐ_L） …（１４ａ）
【００６７】
式（１１）が式（１０）に代入されて：
Ｍ_R＝ｒ_c×｛（Ｐ_R−Ｐ_L）＋（Ｍ_L／ｒ_a）｝ …（１５）
【００６８】
式（１４ａ）を式（１５）に代入して：
Ｍ_R＝ｒ_c×｛Ｍ_L×（ｐ／ｒ_a）＋（Ｍ_L／ｒ_a）｝
Ｍ_R＝（ｒ_c／ｒ_a）×｛Ｍ_L×（ｐ＋１）｝
【００６９】
そこからサーボ支援機構が次のように得られる：
（Ｍ_R／Ｍ_L）＝（ｒ_c／ｒ_a）×（ｐ＋１） …（１６）
【００７０】
説明のためにさらに実際の数値を示しておく：
（ｒ_c／ｒ_a）＝１６、 （Ｍ_R／Ｍ_L）＝５６、 ｐ＝２．５
【００７１】
ステアリングホイールを介しての路面接触、触覚的信号の発生
【００７２】
ステアリングホイールトルクＭ_Lは、運転者に路面との接触を伝達する。増幅量ｐ［式（１６）］が大きくなるにつれて、この接触はだんだんと失われて行く。Ｍ_Lの入力信号は、操舵される車輪における復帰トルクＭ_Rである。しかし、この復帰トルクＭ_Rは「不確実」な信号である。というのは、その信号は、多数のパラメータに関係するからである（タイヤ状態、路面状態、走行状態など）。測定された角度偏差α（および／またはα’および／またはα”）から導かれる信号は、路面接触を運転者に伝達するためにより適している。というのはα(t)は物理的に一義的に決定されており、車両垂直軸を中心とする走行状態を直接表しているからである。
【００７３】
信号伝達は触覚的でなければならないので、すなわち運転者が知覚できなでればならないので、例えばパワーステアリングシステムの可変のゲインｐを介して、α（α’および／またはα”）に従って行われる。この場合に、きわめて多様な関数関係が考えられる。いくつかの簡単な設計を以下で例として定義する：
ｐ（α’）＝ｐ_m−Ｃ_D×α_G’(t) …（１７）
なおｐ（α’）は定義によればゼロより大きいかあるいはゼロと等しい。
【００７４】
例えば、式（１７）は、走行状態に関する触覚的信号を示している。その場合に、次のことが成立する：
−ｐ（α’）は、パワーステアリングシステムのゲインである。この例では、ゲインは測定されたヨーイング角速度の絶対値α_G’(t)に関係づけられる。従って、α_G’(t)の符号は考慮されない。
−Ｃ_Dは、設計に従ってゼロより大きい定数である。
−ｐ_mは、ｐの中心位置に関する設計点である（基本的なサーボ増幅）。値ｐ（α’）は、この中心位置を中心に「マイナス」の方へ変動する。
【００７５】
車両の回転方向とは関係なく、絶対値αＧ’（ｔ）が発生し、これは、式（１７）に従って増幅ｐ（α’）を減衰させる［ｐ（α’）＜ｐｍ］。この増幅が減少すると、ステアリングホイールトルクＭ_Ｌが大きくなる［式（１６）］。そして、この変化が本発明による触覚的信号である。
【００７６】
この関係を証明するために：
式（１６）から次の式が獲られる：
Ｍ_L ^m＝｛Ｍ_R／（ｐ_m＋１）｝×（ｒ_a／ｒ_c） …（１８）
Ｍ_L ^alpha’＝｛Ｍ_R／（ｐ（α’）＋１｝×（ｒ_a／ｒ_c） …（１９）
なお、
−Ｍ_L ^mは、平均の増幅ｐｍにおけるステアリングホイールトルクであって、
−Ｍ_L ^alpha’は、ヨーイング角速度α’による影響の場合のステアリングホイールトルクである。
【００７７】
式（１８）と（１９）から次の式が得られる：
（Ｍ_L ^m／Ｍ_L ^alpha’）＝｛ｐ（α’）＋１｝／（ｐ_m＋１） …（２０）
【００７８】
操舵される車輪に作用する復帰トルクＭ_Rは、両方の場合において同じと見なされる。
【００７９】
式（１７）と（２０）を用いて次の式が得られる：

【００８０】
式（２１）の論考
【００８１】
ケース１：
α_G’(t)＝０、すなわちヨーイング角度の時間的変化が存在しない
→ Ｍ_L ^m＝Ｍ_L ^alpha’
すなわち、運転者はヨーイング運動に関係する増幅成分を感知しない。
【００８２】
ケース２：
ｐ_mは「無限」へ向かう、すなわち平均の増幅が非常に大きく選択される
→ Ｍ_L ^m＝Ｍ_L ^alpha’＝０
すなわち、ヨーイング運動に影響されるステアリングホイールトルクは平均の増幅においてはステアリングホイールトルクと一致する。
【００８３】

すなわちαＧ’(t)＝０（ケース１）に比較して、ステアリングホイール復帰トルクの倍化が生じる。
【００８４】
より正確に考察すると、この種の接触信号によって、制御効果が、特に運転者を取り込んで発生する。経験的に、ステアリングホイールのトルクが増加すると、運転者はより小さいステアリングホイール角度ｒｏを成し、その結果、測定された車両回転αは触覚的に拮抗される。この説明においてまず、回転αは実質的に外乱からもたらされ、従って運転者が意図したステアリングホイールにおける回転動作からは余りもたらされないものと仮定する［ｒｏ(t)、ｒｏ’(t)、ｒｏ”(t)、式（６）におけるｒｏ、ｒｏ’、ｒｏ”の定義を参照］。触覚的信号の後者成分を中立化し、あるいは部分的に中立化するために、補正を行うことができ、これは、すでに説明した操舵作用を重畳するための制御器の場合にも導入される［例えば式（９）］。式（９）と同じ数式を使用して、式（１７）から下記の拡大された信号式（２２）が得られる。

これは、ｐ（α’）がゼロより大きい第１の条件の場合であり、さらに
第２条件の場合には、
α_G’(t)−Ｖ×｛Ｃ_B×ｒｏ(t)＋Ｃ_C1×ｒｏ’(t)＋Ｃ_C2×ｒｏ”(t)｝
がゼロより大きいか、ゼロに等しくなる。
【００８５】
触覚的効果を本発明により発生させる第３の変更例においては、設計によればαのパワーステアリングシステムのゲインｐはヨーイング角度αに（従ってヨーイング各速度α’にではなく）関連づけられ、その場合には、
ｐ（α）＝ｐ_m−Ｃ_D×α_G(t) …（２３）
が、式（１７）の代わりに、ｐ（α）がゼロより大きいという境界条件下に得られる。なお、ｔの計数方法は式（２４）の場合と同様に選択される。
【００８６】
運転者が意図する成分を補正することによって、式（２３）から、下記の式（２４）が得られる。

これは、ｐ（α）がゼロより大きい第１の条件の場合であり、さらに
第２条件の場合には、
α_G(t)−Ｖ×｛Ｃ_B×ｒｏ(t)＋Ｃ_C1×ｒｏ’(t)＋Ｃ_C2×ｒｏ”(t)｝
がゼロより大きいか、ゼロに等しくなる。
【００８７】
式（２３）と（２４）においては、式（１）との関連において説明したｔの計数方法が使用される。さらに、式（１７）、（２２）、（２３）および（２４）におけるゲインｐと設計に基づく定数Ｃ_D、Ｃ_B、Ｃ_C1およびＣ_C2は、それぞれの実施例に応じて、それぞれ異なるように選択することができることは言うまでもない。
【００８８】
従って、触覚信号の発生によるステアリングホイールを介しての本発明による路面接触においては、ステアリングホイール作用を重畳させる上述の制御器の場合に使用されるのと同じ式が部分的に使用される［式（９）］。しかし、本実施例においては、ｘ(t)の制御器は省略され、制御関数［式（９）］は明確な形では存在せず、それは運転者の反応から得られる。かかる方法により、車両の走行安定性の向上が達成される。従って、パワーステアリングシステムを有する車両においては、走行安定性を増大させるように上記システムを付加するために必要なコストはわずかである。触覚的信号を発生させる本発明の実施例においては、種々の運転者が異なる反応をすることが考慮される。そのために、運転者が検知できる反応を得るために信号フローをどのくらい強くなければならないか、さらにこの信号フローは許容範囲にあるかどうかを調べる必要がある。一般にこの種の走行を安定化させるパワーステアリングシステムを有する車両の運転者がかかるシステムの効果を利用できるようになるためには、ある程度の学習プロセスが必要である。
【００８９】
触覚的信号を発生することにより、ステアリングホイールを介しての路面接触を改良する実施例を、図３に示すブロック回路図を用いて、上述の説明との関連で説明する。
【００９０】
運転者がステアリングホイール３０１を操作することによってもたらされる操舵力Ｐ₁ないしＰ₂（左または右回転する支持力）は、式（１３）に基づくサーボ増幅機構３０２によって、車両３０３の操舵可能に設計された車輪を調節する右または左に作用するサーボ力Ｐ_RないしＰ_Lに増幅される。
【００９１】
ブロック３０３、３０２と３０１間の破線によって、車両３０３の操舵可能に設計された車輪からステアリングホイール３０１（ステアリングホイールトルクＭ_L）にもたらされる復帰作用（復帰トルクＭ_R）が示唆されている。この復帰作用によって従来のパワーステアリングシステムにおいて、すでに説明した路面接触の効果を得ることが可能になる。
【００９２】
本発明によれば、サーボ支援機構３０２の増幅ｐは少なくとも車両３０３のヨーイング運動に従って選択される。そのために計算ユニット３０４にセンサ３０５の信号が供給される。センサ３０５は、ぞれぞれ本発明の実施例に従って、ヨーイング角度α_G、および／またはヨーイング角速度α_G’、および／またはヨーイング角加速度α_G”、を直接または測定値から求める。そして、本発明の実施例に従って、計算ユニット３０４には、センサ３０６によって直接または間接的に検出されたステアリングホイール角度ｒｏ、ステアリングホイール角速度ｒｏ’および／またはステアリングホイール角加速度ｒｏ”をそれぞれ供給することができる。
【００９３】
計算ユニット３０４は、入力信号を、本発明により触覚的信号を形成するすでに説明した第１の実施例においては式（１７）に従って、第２の実施例においては式（２２）に従って、そして第３の実施例においては式（２３）または式（２４）に従って結合する。なお、基礎となる増幅量ｐ_mと式に与えられる定数は、ブロック３０４に設計に基づく定数として格納されており、あるいはそれぞれ運転状態に従ってロードすることができる。
【００９４】
触覚的信号と操舵制御器との結合
【００９５】
この種の結合はきわめて興味深いものである。というのは制御された操舵においてさえ路面接触に関して改良された信号が望ましいからである。その場合には式（９）と（２４）が使用される。これらの構造は、すでに説明したように、式（９）におけるＣ_B、Ｃ_C1およびＣ_C2は必ずしも式（２４）におけるＣ_B、Ｃ_C1およびＣ_C2とは同一ではないが、同様である。
【００９６】
１つのシステム（触覚的信号を用いるパワーステアリングシステムまたは操舵制御器）で処理を行い、他のシステムによって補完を行う場合には、ソフトウエアおよびハードウエアにかかる余分なコストを最少に抑えることができる。
【００９７】
走行を安定化させる操舵作用を重畳するが、ただし操舵される後車軸に作用する操舵制御器
【００９８】
後車軸操舵を有する車両においてはもちろん、図２に示す構成とは異なり、後車軸に対して、式（９）によるアクチュエータの行程ｘ(t)により、作用することができる。ただｘ(t)の符号を変えるだけでよい。この場合には、ｘ(t)の高速のアクチュエータはすでに設けられている。この場合に、前車軸は大量生産方式で設計することができる。さらに、ステアリングホイール角度ｒｏ(t)用の角度センサ２１０、走行速度信号Ｖ(t)およびヨーイング角度α(t)またはヨーイング角速度α’(t)またはヨーイング角加速度α”(t)用のセンサ２０８が取り付けられるだけである。また後車軸操舵の制御装置が、式（９）を処理するために付け加えられる。
従って付加コストはわずかである。
【００９９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に基づいて構成されたシステムは以下に示す利点を有する：
−任意の外乱を補償するように制御することによる方向安定性の改良。
−任意の外乱を補償するように制御することによるカーブ走行の安定化。
−任意の外乱に応じて実際の制御特性を設計に基づく制御特性に近似させることによるカーブ走行の安定化。
その場合に、本発明によるシステムは、複雑な課題設定に較べて、比較的簡単に設計することができる。
【０１００】
また本発明に基づいて構成されたパワーステアリングシステムの重要な利点は、車両の運転者に対する路面接触の伝達性が改良されることである。それはもちろん走行特性の安定化にもプラスに作用する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例のブロック回路図である。
【図２】制御される本発明の操舵の概略を説明する説明図である。
【図３】本発明の実施例のブロック回路図である。
【符号の説明】
１０１ ステアリングホイール
１０２ アクチュエータ
１０５ センサ
２０１ サーボ支援機構（第１の作業ピストン）
２０２ 第２の作業ピストン
２０３ 前車両軸
２０５ 後車両軸
２０６ ステアリングホイール
２０９ タイロッド
３０１ ステアリングホイール
３０２ サーボ支援機構
３０３ 車両軸
３０４ 計算ユニット

Claims (3)

1. 操舵可能に設計された少なくとも１つの車両軸（３０３）を操作する少なくとも１つのアクチュエータを有するとともに、車両の運転者によって車両のステアリングホイール（３０１）に加えられる操舵力［Ｐ１、Ｐ２］がサーボ支援装置（３０２）によって選択可能に増幅されるパワーステアリングシステムにおいて、サーボ支援装置（３０２）による増幅量［ｐ］は、目標ステアリングトルクを設定することなく、車両の現在の運転状態を表す少なくとも１つの操舵変量に応じて選択され、その場合に、前記操舵変量はヨーイング角度［αＧ（ｔ）］、ヨーイング角速度［αＧ’（ｔ）］および／またはヨーイング角加速度［αＧ”（ｔ）］を表す少なくとも１つの変量を含むことを特徴とする、パワーステアリングシステム。
2. 車両の現在の運転状態を表す前記操舵変量は、さらに、車両の運転者によって操作されるステアリングホイールの操作角度［ｒｏ（ｔ）］、車両の縦速度［Ｖ］、車両の運転者によって操作されるステアリングホイール（３０１）の操作角速度［ｒｏ’（ｔ）］および／または操作角加速度［ｒｏ”（ｔ）］を表す変量を含むことを特徴とする、請求項１に記載のパワーステアリングシステム。
3. ヨーイング運動および／またはステアリングホイール運動を表す前記変量［αＧ（ｔ）、αＧ’（ｔ）、αＧ”（ｔ）、ｒｏ（ｔ）、ｒｏ’（ｔ）、ｒｏ”（ｔ）］は測定され、あるいは測定値に基づいて計算されることを特徴とする、請求項１または２に記載のパワーステアリングシステム。

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