JP4119563B2 - 車両ステアリング・システムに関する改良 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、電気モータが、車両運転者によってこのステアリング・システムに与えられた入力トルクを示すトルク・センサからの出力信号に応答して、アシスタンス（補助）トルクを提供するように構成されている種類の、電気的パワー・アシスト・ステアリング（動力補助操縦）システムにおける改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種類のステアリング・システムでは、アシスタンス・トルクが、電気モータによって発生されるのであるが、「ブースト曲線」（boost curve）が必要となる。ブースト曲線は、運転者によって与えられる入力トルクとモータによって生じるアシスタンス・トルクとの間の静的（static）な関係を定義する。単純なシステムでは、入力トルクと出力トルクとの間に線形の関係が存在し、ブースト曲線は、直線の形式をとり得る。
【０００３】
現実の応用例では、単純な「直線」であるブースト曲線では、満足のできる結果は得られない。実際のブースト曲線は、運転者の感触を向上させるいくつかの特徴を有している。第１に、入力トルクがゼロである点の両側の小さな入力トルクに対し、ゲインの小さな（ロー・ゲインである）曲線の領域が与えられることが望ましい。このロー・ゲイン領域では、アシスタンス・トルクは、小さい。これにより、ステアリング・システムが、例えば、高速道路上で車両の位置をある車線（レーン）に維持するときのように、直線状に移動しているときには、入力トルクの非常に小さな調整に対し、不必要な程に敏感ではなく、高い車両速度で曲がるときには、「漸進的」（連続的、progressive）な感触を提供できる、ことが保証される。
【０００４】
実際のブースト曲線の別の望ましい特徴として、この曲線の勾配は、入力トルクのレベルが大きい場合には大きくなければならないということがある。このような大きな入力トルクは、駐車の際の操車の間に生じるのが通常であり、この特徴によって、そのような操車の間のステアリング・ホイール（ハンドル）の運動が、「軽い」ステアリング感触を提供することにより容易になる、ことが保証される。大きな入力トルクはまた、車線の変更などの緊急回避的な操車の間の高い車両速度においても生じる。曲線の勾配が大きい場合には、この曲線は、大きなゲインを有すると称することができる。
【０００５】
第３の望ましい特徴は、（小さな入力トルクに対する）ロー・ゲイン領域と（大きな入力トルクに対する）ハイ・ゲイン領域との間での滑らかな変化がなければならない、ということである。曲線の勾配の急激なステップ状の変化は、どのようなものでも、運転者には明らかであり、予測不可能なステアリング感触を生じさせる。
【０００６】
実際のブースト曲線の最後の特徴は、モータが与えることが可能なアシスタンス・トルクのレベルには限度がなければならない、ということである。多くのシステムにおいて、この限度は、ハードウェア（すなわち、モータの最大トルク）を制限することによって、課されている。システムによっては、この限度は、人工的に導入される必要があることもあり得るだろう。このような限度が存在する場合には、ブースト曲線は、このような限度が存在しなければ制限値を超えるアシスタンス・トルクを結果的に生じさせるであろう入力トルクに対し、平坦（すなわち、出力トルクが一定）になる。
【０００７】
これらの特徴の多くは、油圧式（hydraulic）のパワー・アシスト・ステアリング・システムから、広く知られている。典型的には、油圧式システムでは、ブースト曲線の形状は、ステアリング入力トルクが異なるときには油圧油（hydraulic fluid）の流率が変動することを許容するロータリ・バルブの輪郭（profile）によって、決定される。電気的なパワー・アシスト・ステアリング・システムでは、ブースト曲線は、例えば、ソフトウェア・アルゴリズムなどにより、電子的に提供されるのが好ましい。これは、車両速度を測定する速度センサを提供することにより、速度の変動に対してブースト曲線のサイズと形状とを変更することが可能になる、という効果を有している。そのような変更の１つとして、ロー・ゲイン領域の幅を増加させ、より高速でのロー・ゲイン領域のゲインを減少させることがあり、それにより、車両の知覚される安定性の増加が得られる。
【０００８】
過去には、ブースト曲線は、ある曲線を区分的（ピースワイズ）に線形近似するという形態で生成されていた。そのようなブースト曲線は、多数の部分から構成され、それぞれの部分は、線形（一次）方程式によって定義される。それぞれの部分における線形方程式のパラメータを変更することにより、複雑なブースト曲線を構成することができる。そのような曲線の一例が、添付の図面の図１及び図２に示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
それぞれの部分が線形方程式によって定義されるブースト曲線を用いることの短所とは、１つの線形部分から別の線形部分に移動し、勾配の急激でステップ状の変化が生じるときには、このブースト曲線が滑らかではない、ということである。ブースト曲線の導関数からプロットが作成されると、この点が、はっきりと明らかになり、その様子は、図２に示されている多くの不連続点によって見ることができる。曲線の滑らかさの改善は、用いる線形方程式の数を増加させ、それぞれの部分の幅を小さくすることによって得ることができるが、そうすると、曲線の複雑性を著しく増大させてしまう。更に、ブースト曲線の形状の変化は、曲線全体を生成するのに要求される変数が非常に多数であるために、容易に行えることではない。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１の特徴によると、本発明は、入力部材と、出力部材と、前記出力部材とトルク・センサとに結合された電気モータと、を備えた電気的パワー・アシスト・ステアリング・システムであって、前記電気モータは、車両の運転者によって前記入力部材に与えられたトルクを示すトルク・センサからの出力信号に応答して、前記出力部材にアシスタント・トルクを与えるように構成されている電気的パワー・アシスト・ステアリング・システムにおいて、前記示された入力トルクと前記モータによって与えられた出力トルクとの間の関係は、ゼロ入力トルクの周囲で逆対称性（inverse symmetry）を有するブースト曲線によって定義され、ゼロ入力トルクのそれぞれの側における前記曲線は、ゼロ値と第１の値との間の入力トルク値の範囲に対応する第１の多項式によって定義される少なくとも第１の部分と、第２の値と第３の値との間の入力トルク値の範囲に対応する第２の多項式によって定義される第２の部分と、を有しており、前記曲線の前記第１の部分の前記第１の値における勾配は、前記曲線の前記第２の部分の前記第２の値における勾配と実質的に等しいことを特徴とする電気的パワー・アシスト・ステアリング・システムを提供する。
【００１１】
入力部材と出力部材とは、例えば、ステアリング・コラム・シャフトの対向する端部など、単一の一体的な部材の複数の部分で構成され得る。
好ましくは、前記曲線の第３の部分は、前記第１の値と前記第２の値との間に定義される。この部分は、線形方程式によって定義される。この線形方程式の勾配は、前記第１の値における前記曲線の前記第１の部分の勾配と同一である（従って、前記第２の値における前記曲線の前記第２の部分の勾配と同一であることが帰結される）。
【００１２】
前記第１の多項式と前記第２の多項式とは異なる形式を有することがあり得る。実際、異なる形式であることが好ましい。また、同じ形式であってもよい。多項式は、二次式であり得る。
【００１３】
前記第１及び第２の値は、実質的に同一であり得る。ゼロの値は、ゼロの入力トルクに対応する。
前記曲線の第４の部分を、前記第３の値と第４の値との間に定義することができる。これは、線形方程式によって定義され得る。
【００１４】
第５の部分を、前記第４の値と最大入力の大きさとの間に定義することができる。この部分は、好ましくは、勾配がゼロである。
前記第１、第２、第３及び第４の値の中の１又は複数の値は、使用の際に可変であり得る。これらの値は、車両速度と共に可変であり得る。メモリを設け、前記１つ又は複数の値をこのメモリに記憶することができる。これらは、電子処理ユニットのアレイに記憶され得る。
【００１５】
更に、前記第１、第２、第３及び第４の値の中の１つ又は複数の値における前記ブースト曲線の勾配は、前記メモリに記憶することができる。この１つ又は複数の値は、車両速度と共に可変である。また、前記ブースト曲線の１つ又は複数の部分の幅は、前記メモリに記憶され得る。
【００１６】
本発明による電気的パワー・アシスト・ステアリング・システムのためのブースト曲線は、複数の部分が区分的な線形方程式によって定義されるときに、勾配の突然な変化を全く生じさせない、という点で、従来技術よりも優れている。これにより、全体の範囲に亘り、滑らかなステアリング感触が確実になる。ブースト曲線の全体を、最小の変数又は一定のパラメータによって定義することもできる。
【００１７】
好ましくは、ブースト曲線は、ゼロである入力トルクの周囲で、逆対称性を有する。
好ましくは、入力トルクの前記第２の値は前記第１の値よりも大きく、入力トルクの前記第３の値は前記第２の値よりも大きく、前記第４の値は前記第３の値よりも大きい。
【００１８】
従って、最大の負の入力トルクと最大の正の入力トルクとの間のブースト曲線の全体は、２つの二次方程式と、アシスタンス・トルクの限度と、ゼロの入力トルクの周囲の逆対称性とによって、容易に定義することができる。これによって、ブースト曲線を定義するのに必要となる変数及び／又は定数の数を著しく減らすことができる。
【００１９】
ブースト曲線のそれぞれの部分の幅とゲインとの変動を可能にし、ブースト曲線の形状とゲインとを、運転条件に一致させる、すなわち、個々の運転者に対してカスタマイズすることを可能にする手段を提供することもできる。
【００２０】
特に好適な実施例では、二次及び線形部分を定義するパラメータを、ルックアップ・テーブルに保持することができる。ソフトウェアを提供してこれらのパラメータを変動させ、ブースト曲線の形状を変更することもできる。
【００２１】
ブースト曲線を定義するパラメータの値を、時間の経過と共にゆっくりと傾斜させる手段を提供することにより、滑らかな変化が保証される。
このステアリング・システムには、運転者が少なくとも第１及び第２のブースト曲線の形状及び／又はゲインの間で手動で選択することを可能にするように構成されたスイッチング手段を組み入れることができる。これにより、「運動（スポーツ）型、sports」又は「やすらぎ（コンフォート）型、comfort」のブースト曲線を、運転者が選択しステアリングの感触を変更することが可能となる。スポーツ型のブースト曲線では、コンフォート型の設定の場合よりも、提供されるアシスタンス・トルクが小さく、従って、より重いステアリング感触が提供される。
【００２２】
このステアリング・システムは、車両速度を示す車両速度信号を受け取るように構成することができる。そうすると、システムは、異なる車両速度に対して、ブースト曲線の形状を変更することができる。
【００２３】
このシステムは、異なる運転者に適するようにブースト曲線を自動的に変更する手段を含むこともあり得る。例えば、これは、それぞれの運転者に対して一意的である識別用トランスポンダを備えている。従って、運転者がその車両に乗り車両を始動させるときに、ステアリング・システムは、ブースト曲線の正しい形状を自動的に選択することができる。ブースト曲線は、予め定義しておくこともできるし、それぞれの運転者がユーザとして定義することもできる。
【００２４】
このステアリング・システムには、１つのブースト曲線の形状から別の形状への滑らかな変化を容易にする手段を組み入れることができる。例えば、曲線の形状は、車両速度が変化するにつれて、滑らかに変動させることができる。
【００２５】
特に効果的な実施例では、ブースト曲線は、６つのパラメータ、すなわち、前記第１の（二次の）部分の幅ｑ1w、第３の（線形の）部分の勾配ｇ1、第２の（二次）部分の開始に対応する第２の入力値ｑ2s、前記第２の（二次の）部分の幅ｑ2w、第４の（線形の）部分の勾配ｇ2、及び、第４の入力値を定義する最大のアシスタンス・トルクＴA(MAX)によって完全に定義される。
【００２６】
６つの値すべてを、電子メモリなどのメモリに記憶することができる。これら６つの値は、様々な車両速度に対して異なることがあり得る。この場合には、異なる車両速度におけるブースト曲線にそれぞれが対応する、６つの値の多数の組を、メモリに記憶することができる。補間法を用いて、中間的な車両速度において必要な値の組を選択することもできる。
【００２７】
これら６つのパラメータからブースト曲線を構成する手段も提供され得る。
このように、本発明は、曲線の本質的な特徴を定義する少数のキー・パラメータからブースト曲線を作成する装置から構成される。これは、曲線を小容量のメモリにおいて定義できるということを意味する。
【００２８】
前記１つ又は複数の値は、ユーザが定義することができる。従って、メモリにおける前記１つ又は複数の変数の値を変化させることによって、異なるブースト曲線を作成することは、比較的自明である。このように、変数の数は好ましく少数に保ちながら、滑らかなブースト曲線を提供することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
次に、添付の図面を参照して、本発明の１つの実施の形態を、単なる例として、説明する。
【００３０】
ここで述べる種類の電気的パワー・アシスト・ステアリング・システム（ＥＰＡＳ）においては、「ブースト曲線」が必要となる。これによって、入力トルクと電気モータによって生じるアシスタンス・トルクとの間の静的な関係が定義される。
【００３１】
図３には、ＥＰＡＳシステムのための制御アルゴリズムの簡略化したブロック図が示されている。入力トルクＴiは、トルク・センサ１などの感知装置と信号調整（signal conditioning）ユニットとを用いることにより測定される。トルク・センサ１が生じる信号は、運転者がステアリング・システムの入力コラムに与えたトルクのレベルに、ほぼ比例する。アシスタンス・トルクは、電流を電気モータ２に流すことによって生じ、電流コントローラ３が生成し供給された電流に、ほぼ比例する。
【００３２】
ブースト曲線５は、入力トルクとアシスタンス・トルクＴAとの間の静的な関係を与える。これらの２つのパラメータの間の動的な関係は、直列に与えられる、及び、並列に与えられる補償要素６、７によって決定される。例えば、並列フェーズのネットワークと直列のローパス・フィルタ・ネットワークとを用いることができる。トルク要求コンバータ４が、トルク・デマンドを、モータ電流コントローラ３に入力される電流デマンドに変換する。
【００３３】
本発明によるブースト曲線が、図４に示されている。正の入力トルクに対するブースト曲線５が、図５に示されている。ブースト曲線は、ゼロの入力トルクの周囲では逆対称性を有するが、これは、すべての適切な曲線に対する一般的な要件である。
【００３４】
図５に示されているブースト曲線は、５つの相互に区別される部分を有している。二次方程式によって定義される第１の二次部分１０は、ゼロ入力トルクと第１の入力トルク値ｑ1wとの間に延長している。入力値ｑ1wにおける二次曲線の勾配は、ｇ1と表される。二次方程式によって定義される第２の二次の部分１１は、第２の入力値ｑ2sから第３の入力トルク値まで延長している。第３の値は、第２の二次部分の幅をｑ2wとして定義することによって、第２の入力値に対して定義される。従って、第３の値は、ｑ2s＋ｑ2wによって与えられる。第２の入力値における第２の二次曲線の勾配は、第１の入力トルク値におけるブースト曲線の勾配と等しくなるように選択される。
【００３５】
第３の線形部分１２は、第１および第２の二次曲線の間に延長している。線形部分の勾配は、ｇ1として与えられ、二次曲線が第３の部分と出会う位置での二次曲線の勾配と同じである。このようにして、ゼロの値から第３の値までの途切れのない曲線が、得られる。従って、ブースト曲線の導関数は、この範囲の値では、不連続点を全く有さない。
【００３６】
第４の線形部分１３は、第３の値と最大の許容されるアシスタンス・トルクＴA(max)に対応する第４の入力値との間に定義される。第４の線形部分の勾配ｇ2は、第３の入力トルク値における第２の二次部分の勾配と等しい。第４の入力値を超えると、曲線は、平坦である。この第５の部分では、入力トルクがどれだけ増加しても、アシスタンス・トルクは、それに対応して増加することはない。システムによっては、このアシスタンス・トルク値は、モータが生じることができる最大アシスタンス・トルクなどのハードウェア上の制限によって設定されたり、又は、望ましくないほど大きなアシスタンス・トルク・レベルを回避するために、ソフトウェアにおいて慎重に導入することもできる。
【００３７】
滑らかなブースト曲線５は、様々な部分（すなわち、二次及び線形部分のそれぞれに対応する入力トルク値の範囲、線形部分１２及び１３の勾配、及び、上限のトルク値ＴA(max)）の特性を設定するごく少数のパラメータを用い、ソフトウェアにおいて、定義することができる。
【００３８】
ブースト曲線がその導関数が連続となる程度に滑らかであることが補償されるためには、二次部分と線形部分とが、複数の規則を満足しなければならない。次に述べる計算を用いると、ブースト曲線のパラメータを定義することができる。
【００３９】
最適なブースト曲線関数は、どの車両モデルが与えられたとしても、車両速度と共に変動するが、通常は、テスト・ドライバによって主観的に決定され、運転者によるトルク、ステアリング・ホイールの角速度、ステアリング・ホイールの角度位置、車両のヨー・レート（yaw rate）、車両の横方向への加速度、及び、車両速度を、定義されたステアリング操作の間に客観的に測定することによって、サポートされる。
【００４０】
ここで論じられている設計の原理は、完全なブースト曲線が、例えば、０、１０、２０、．．．、２００ｋｍ／ｈなど、いくつかの個別的な特定の車両速度において定義される、ということである。車両速度が、パラメータが明示的に特定される値の間にある場合には、設定され用いられる実際のパラメータは、実際の車両速度と２つの隣接する周辺の車両速度の点で定義されたパラメータとに従い、それぞれのパラメータを線形補間することによって、決定し得る。
【００４１】
ここで提案されている設計では、ブースト曲線は、後に述べる６つのパラメータによって定義される。６つのパラメータは、それぞれが、既に述べたように、いくつかの予め定義された車両速度の値のそれぞれにおいて記憶することができるが、パラメータの中の１つ又は複数を車両速度とは独立の数値として定義することによって、チューニング・プロセスを更に簡略化する（そして、システムのメモリ必要量を減少させる）ことも可能である。
【００４２】
出力の極性は、入力の極性と常に等しく、関数として、直線ＴA＝−Ｔiに関して鏡映される。ブースト曲線の形状は、完全に定義するためには、Ｔi−ＴA軸の第１象限において定義することだけでよい。
【００４３】
既に述べたように、ブースト曲線の５つの部分は、次のパラメータによって定義される。
パラメータ１： ｑ1w 第１の（二次）部分の幅
パラメータ２： ｇ1 第３の（線形）部分の勾配
パラメータ３： ｑ2s 第２の（二次）部分の開始
パラメータ４： ｑ2w 第２の（二次）部分の幅
パラメータ５： ｇ2 第４の（線形）部分の勾配
パラメータ６： ＴA(MAX) 最大のアシスタンス・トルク
第１象限におけるブースト曲線のそれぞれの部分の数学的な定義を、次に述べることにする。ただし、｜Ｔi｜は、Ｔiの絶対値を示す。
【００４４】
第１の部分は、次の通りに定義される。
【００４５】
【数１】
ＴA＝（ｇ1ｘ｜Ｔi｜2）／（２ｘｑ1w）
第２の部分は、次の通りに定義される。
【００４６】
【数２】
ＴA＝｛［（ｇ2−ｇ1）ｘ（｜Ｔi｜−ｑ2s）2］／（２ｘｑ2w）｝＋［ｇ1ｘ（｜Ｔi｜−ｑ2s）］＋｛ｇ1ｘ［ｑ2s−（ｑ1w／２）］｝
第３の部分は、次の通りに定義される。
【００４７】
【数３】
ＴA＝［ｇ1ｘ（｜Ｔi｜−ｑ1w）］＋［（ｇ1ｘｑ1w）／２］
第４の部分は、次の通りに定義される。
【００４８】
【数４】
ＴA＝［ｇ2ｘ（｜Ｔi｜−ｑ2s−ｑ2w）］＋｛ｇ1ｘ［ｑ2s−（ｑ1w／２）＋（ｑ2w／２）］｝＋（ｇ2ｘｑ2w／２）
第５の部分は、次の通りに定義される。
【００４９】
【数５】
ＴA＝ＴA(max)
実際のブースト・アシスタンス・トルクＴAを決定するには、次の手順が用いられる。
ＩＦ｜ＴD｜＜ｑ1w ＴＨＥＮ
上述の第１の部分の定義を用いて、ＴAを計算する。
ＥＬＳＥ ＩＦ｜ＴD｜＜ｑ2s ＴＨＥＮ
上述の第３の部分の定義を用いて、ＴAを計算する。
ＥＬＳＥ ＩＦ｜ＴD｜＜（ｑ2s＋ｑ2w） ＴＨＥＮ
上述の第２の部分の定義を用いて、ＴAを計算する。
ＥＬＳＥ
上述の第４の部分の定義を用いて、ＴAを計算する。
ＥＮＤ ＩＦ
そして、次の段階では、計算された値であるＴAは、上述の第５の部分の定義に従い、ＴA(max)に制限される。すなわち、
ＩＦ ＴA＞ＴA(max) ＴＨＥＮ
ＴA＝ＴA(max)
ＥＮＤ ＩＦ
次に、ＴAの符号が、Ｔｉの符号と等しくなるように設定される。すなわち、ＴA＝ＴAｘｓｉｇｎ（Ｔi）
この手順の次には、パラメータの組である［ｑ1w，ｇ1，ｑ2s，ｑ2w，ｇ2，ＴA(MAX)］を用いて、任意の与えられた運転者入力トルクＴiに対するアシスタンス・トルク・デマンドＴAを計算する。この組の中のパラメータのそれぞれは、測定された車両速度に従う値の表から、線形補間法によって得られている。
【００５０】
ブースト曲線を定義するパラメータの単純さのために、曲線の形状を、最小の計算によって変更することが可能となる。
図６には、上述のブースト曲線を、ある電気的パワー・アシスト・ステアリング・システムにおいて具体化する１つの方法が図解されている。
【００５１】
最初に、入力トルク値Ｔiが、大きさの成分と符号の成分とに分けられる。これは、ＴiとＴi／｜Ｔi｜とを評価することによって、又は、適切なソフトウェア・サブルーチンを使用することによって、数学的に行うことができる。
【００５２】
次に、車両速度Ｖの測定値が、車両速度センサから得られる。そして、ブースト曲線の個々の部分のそれぞれが作成され、その後で、これらは、複数の値を合成して最終的なブースト曲線を作成する合成ユニットに送られる。次に、入力トルクの符号が、最終的なブースト曲線に与えられて、対称性を有するブースト曲線が得られる。
【００５３】
曲線の個々の部分が合成されて完全な曲線が得られる様子は、図８に示されている。
図９及び図１０は、図６に与えられているシステムを用いて生じた車両速度と共に変動するブースト曲線の組を示している。
【００５４】
図９では、第２及び第３の入力トルク値が、等しくなるように設定され、従って、第１の線形部分は、もはや不要になっている。
図１０では、２つの二次部分と２つの線形部分とから構成される完全な曲線が示されている。これにより、ブースト曲線の設計において、より大きな融通性が許容されるようになる。
【００５５】
この方式は、運転者が選択可能な感触を提供するようにも構成することができる。
ある種の車両での応用例では、運転者に、２つの予め定義されたブースト曲線の一方を選択する可能性を提供することが効果的である。
【００５６】
例えば、一方のブースト曲線は、低レベルのパワー・アシスタンスを定義して、「スポーツ型；ＳＰＯＲＴＳ」の運転者感触特性を実現することができよう。第２のブースト曲線は、高レベルのパワー・アシスタンスを定義し、「コンフォート型；ＣＯＭＦＯＲＴ」の運転者感触特性を実現し、市街地の通りで用いられる車両に好適な非常に低いステアリング作用を与える。
【００５７】
このような実現例では、運転者には、２つのブースト曲線を選択する方法が、例えば、車両のダッシュボード上のスイッチなどが、提供され得る。これ以外の選択肢には、次のようなものが含まれる。すなわち、
・スイッチを押す度にブースト曲線の選択の変更が命じられる瞬間的接触スイッチ。
【００５８】
・別の車両電子制御ユニットからのコマンドを受け取る設備、例えば、１つのブースト曲線が個々の運転者に対して識別され、その運転者のキーがイグニションの中にあるときに選択される。
【００５９】
選択されたブースト曲線が例えばコーナリングの間に高速で変更されなければならない場合に運転者の邪魔をする可能性のあるパワー・アシスタンスのレベルの突然の変化を回避するために、（そして、車両の制御を失うという危険を回避するために）、２つの別々のチューンの間での切り換えを管理する次の方法が提案されている。
【００６０】
パラメータの組が２つ定義され、一方が、「スポーツ型」のブースト曲線のためのものであり、他方が、「コンフォート型」のブースト曲線のためのものであるとする。すべての車両速度で、「スポーツ型」と「コンフォート型」との両方のブースト曲線に対して、ブースト曲線の６つのパラメータのそれぞれを別々に定義することができるという点で、それぞれのパラメータの組は、完全なものであり得る。また、車両速度及び／又は「スポーツ型」／「コンフォート型」と独立であり、車両のチューニング・プロセスを簡略化し、記憶装置の必要容量を減少させるようなパラメータもあり得る。
【００６１】
選択されたブースト曲線によると、パラメータｂが定義される。パラメータｂは、「コンフォート型」のブースト曲線が選択されるときには、０（ゼロ）に等しく、「スポーツ型」のブースト曲線が選択されるときには、１に等しい。しかし、パラメータｂには、ある最大変化率を有するという制限があり、それによって、選択されたブースト曲線が変化すると、ｂは、０から１まで、またその逆に、滑らかに変化する。この様子は、図７に図解されている。
【００６２】
次に、ｂパラメータは、ブースト曲線の６つのパラメータのそれぞれに対する実際の値を決定するのに用いられ、これが、任意の瞬間に使用されるブースト曲線を決定するのに用いられる。
【００６３】
例えば、特定の車両速度において、ｇ1パラメータが、「スポーツ型」ブースト曲線によるｇ1(sports)と、「コンフォート型」ブースト曲線によるｇ1(comfort)とに等しいと仮定すると、用いられる実際のｇ1パラメータを決定するのには、次の表現が用いられる。
【００６４】
【数６】
ｇ1＝（ｂｘｇ1(sports)）＋［（１−ｂ）ｘｇ1(comfort)］
類似の表現が、ブースト曲線のそれぞれのパラメータの実際の値を計算するのに用いられる。そして、ブースト曲線が、このようにして決定されたパラメータの組を用いて、計算される。
【００６５】
ｂパラメータの最大の変化率は、ブースト曲線の選択が変更される時に、ブースト曲線が「スポーツ型」の設定から「コンフォート型」の設定に滑らかに変化する時間を決定するように、設定される。例えば、ｂの最大変化率が毎秒０．５として特定される場合には、ブースト曲線の選択が変更されて、その後で、新たに選択されたブースト曲線が完全に用いられるまでには、２秒が経過する。その中間の期間では、「スポーツ型」のブースト曲線と「コンフォート型」のブースト曲線との間にある現実のブースト曲線が、用いられる。
【００６６】
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】複数の一次方程式によって定義され滑らかな曲線を近似する従来技術によるブースト曲線の図解である。
【００６８】
【図２】図１の曲線の導関数を図解しているが、線形部分の交点において不連続であることが示されている。
【００６９】
【図３】電気的パワー・アシスト・ステアリング・システムのための制御戦略の簡略化されたブロック図である。
【００７０】
【図４】本発明によって作成することができる連続で滑らかなブースト曲線の様々な部分を示す図解である。
【００７１】
【図５】図４に示されているような滑らかなブースト曲線を定義するのに適した一次方程式と二次方程式とによって定義されたブースト曲線の第１象限部分の拡大図である。
【００７２】
【図６】ブースト曲線を用いることにより、対応する入力トルクに対して出力トルクを生成する際に実行される様々なステップを示す概略的なブロック図である。
【００７３】
【図７】１つのブースト曲線から別のブースト曲線に滑らかなブースト曲線の移動のために切り換える際の、オフセットの徐々の変動を図解している。
【００７４】
【図８】曲線の様々な部分を加えることによって完全な曲線が作成される様子を図解している。
【００７５】
【図９】異なる車両速度のために、１つの線形部分と１つの二次部分とを有する曲線を示している。
【００７６】
【図１０】異なる車両速度のために、２つの線形部分と２つの二次部分とを有する曲線を示している。
【００７７】
【符号の説明】
２： 電気モータ
３： 電流コントローラ
４： トルク要求コンバータ
５： ブースト曲線
６、７： 補償要素
１０： 第1の二次部分
１１： 第2の二次部分
１２： 第3の二次部分
【発明が属する技術分野】
本発明は、電気モータが、車両運転者によってこのステアリング・システムに与えられた入力トルクを示すトルク・センサからの出力信号に応答して、アシスタンス（補助）トルクを提供するように構成されている種類の、電気的パワー・アシスト・ステアリング（動力補助操縦）システムにおける改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種類のステアリング・システムでは、アシスタンス・トルクが、電気モータによって発生されるのであるが、「ブースト曲線」（boost curve）が必要となる。ブースト曲線は、運転者によって与えられる入力トルクとモータによって生じるアシスタンス・トルクとの間の静的（static）な関係を定義する。単純なシステムでは、入力トルクと出力トルクとの間に線形の関係が存在し、ブースト曲線は、直線の形式をとり得る。
【０００３】
現実の応用例では、単純な「直線」であるブースト曲線では、満足のできる結果は得られない。実際のブースト曲線は、運転者の感触を向上させるいくつかの特徴を有している。第１に、入力トルクがゼロである点の両側の小さな入力トルクに対し、ゲインの小さな（ロー・ゲインである）曲線の領域が与えられることが望ましい。このロー・ゲイン領域では、アシスタンス・トルクは、小さい。これにより、ステアリング・システムが、例えば、高速道路上で車両の位置をある車線（レーン）に維持するときのように、直線状に移動しているときには、入力トルクの非常に小さな調整に対し、不必要な程に敏感ではなく、高い車両速度で曲がるときには、「漸進的」（連続的、progressive）な感触を提供できる、ことが保証される。
【０００４】
実際のブースト曲線の別の望ましい特徴として、この曲線の勾配は、入力トルクのレベルが大きい場合には大きくなければならないということがある。このような大きな入力トルクは、駐車の際の操車の間に生じるのが通常であり、この特徴によって、そのような操車の間のステアリング・ホイール（ハンドル）の運動が、「軽い」ステアリング感触を提供することにより容易になる、ことが保証される。大きな入力トルクはまた、車線の変更などの緊急回避的な操車の間の高い車両速度においても生じる。曲線の勾配が大きい場合には、この曲線は、大きなゲインを有すると称することができる。
【０００５】
第３の望ましい特徴は、（小さな入力トルクに対する）ロー・ゲイン領域と（大きな入力トルクに対する）ハイ・ゲイン領域との間での滑らかな変化がなければならない、ということである。曲線の勾配の急激なステップ状の変化は、どのようなものでも、運転者には明らかであり、予測不可能なステアリング感触を生じさせる。
【０００６】
実際のブースト曲線の最後の特徴は、モータが与えることが可能なアシスタンス・トルクのレベルには限度がなければならない、ということである。多くのシステムにおいて、この限度は、ハードウェア（すなわち、モータの最大トルク）を制限することによって、課されている。システムによっては、この限度は、人工的に導入される必要があることもあり得るだろう。このような限度が存在する場合には、ブースト曲線は、このような限度が存在しなければ制限値を超えるアシスタンス・トルクを結果的に生じさせるであろう入力トルクに対し、平坦（すなわち、出力トルクが一定）になる。
【０００７】
これらの特徴の多くは、油圧式（hydraulic）のパワー・アシスト・ステアリング・システムから、広く知られている。典型的には、油圧式システムでは、ブースト曲線の形状は、ステアリング入力トルクが異なるときには油圧油（hydraulic fluid）の流率が変動することを許容するロータリ・バルブの輪郭（profile）によって、決定される。電気的なパワー・アシスト・ステアリング・システムでは、ブースト曲線は、例えば、ソフトウェア・アルゴリズムなどにより、電子的に提供されるのが好ましい。これは、車両速度を測定する速度センサを提供することにより、速度の変動に対してブースト曲線のサイズと形状とを変更することが可能になる、という効果を有している。そのような変更の１つとして、ロー・ゲイン領域の幅を増加させ、より高速でのロー・ゲイン領域のゲインを減少させることがあり、それにより、車両の知覚される安定性の増加が得られる。
【０００８】
過去には、ブースト曲線は、ある曲線を区分的（ピースワイズ）に線形近似するという形態で生成されていた。そのようなブースト曲線は、多数の部分から構成され、それぞれの部分は、線形（一次）方程式によって定義される。それぞれの部分における線形方程式のパラメータを変更することにより、複雑なブースト曲線を構成することができる。そのような曲線の一例が、添付の図面の図１及び図２に示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
それぞれの部分が線形方程式によって定義されるブースト曲線を用いることの短所とは、１つの線形部分から別の線形部分に移動し、勾配の急激でステップ状の変化が生じるときには、このブースト曲線が滑らかではない、ということである。ブースト曲線の導関数からプロットが作成されると、この点が、はっきりと明らかになり、その様子は、図２に示されている多くの不連続点によって見ることができる。曲線の滑らかさの改善は、用いる線形方程式の数を増加させ、それぞれの部分の幅を小さくすることによって得ることができるが、そうすると、曲線の複雑性を著しく増大させてしまう。更に、ブースト曲線の形状の変化は、曲線全体を生成するのに要求される変数が非常に多数であるために、容易に行えることではない。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１の特徴によると、本発明は、入力部材と、出力部材と、前記出力部材とトルク・センサとに結合された電気モータと、を備えた電気的パワー・アシスト・ステアリング・システムであって、前記電気モータは、車両の運転者によって前記入力部材に与えられたトルクを示すトルク・センサからの出力信号に応答して、前記出力部材にアシスタント・トルクを与えるように構成されている電気的パワー・アシスト・ステアリング・システムにおいて、前記示された入力トルクと前記モータによって与えられた出力トルクとの間の関係は、ゼロ入力トルクの周囲で逆対称性（inverse symmetry）を有するブースト曲線によって定義され、ゼロ入力トルクのそれぞれの側における前記曲線は、ゼロ値と第１の値との間の入力トルク値の範囲に対応する第１の多項式によって定義される少なくとも第１の部分と、第２の値と第３の値との間の入力トルク値の範囲に対応する第２の多項式によって定義される第２の部分と、を有しており、前記曲線の前記第１の部分の前記第１の値における勾配は、前記曲線の前記第２の部分の前記第２の値における勾配と実質的に等しいことを特徴とする電気的パワー・アシスト・ステアリング・システムを提供する。
【００１１】
入力部材と出力部材とは、例えば、ステアリング・コラム・シャフトの対向する端部など、単一の一体的な部材の複数の部分で構成され得る。
好ましくは、前記曲線の第３の部分は、前記第１の値と前記第２の値との間に定義される。この部分は、線形方程式によって定義される。この線形方程式の勾配は、前記第１の値における前記曲線の前記第１の部分の勾配と同一である（従って、前記第２の値における前記曲線の前記第２の部分の勾配と同一であることが帰結される）。
【００１２】
前記第１の多項式と前記第２の多項式とは異なる形式を有することがあり得る。実際、異なる形式であることが好ましい。また、同じ形式であってもよい。多項式は、二次式であり得る。
【００１３】
前記第１及び第２の値は、実質的に同一であり得る。ゼロの値は、ゼロの入力トルクに対応する。
前記曲線の第４の部分を、前記第３の値と第４の値との間に定義することができる。これは、線形方程式によって定義され得る。
【００１４】
第５の部分を、前記第４の値と最大入力の大きさとの間に定義することができる。この部分は、好ましくは、勾配がゼロである。
前記第１、第２、第３及び第４の値の中の１又は複数の値は、使用の際に可変であり得る。これらの値は、車両速度と共に可変であり得る。メモリを設け、前記１つ又は複数の値をこのメモリに記憶することができる。これらは、電子処理ユニットのアレイに記憶され得る。
【００１５】
更に、前記第１、第２、第３及び第４の値の中の１つ又は複数の値における前記ブースト曲線の勾配は、前記メモリに記憶することができる。この１つ又は複数の値は、車両速度と共に可変である。また、前記ブースト曲線の１つ又は複数の部分の幅は、前記メモリに記憶され得る。
【００１６】
本発明による電気的パワー・アシスト・ステアリング・システムのためのブースト曲線は、複数の部分が区分的な線形方程式によって定義されるときに、勾配の突然な変化を全く生じさせない、という点で、従来技術よりも優れている。これにより、全体の範囲に亘り、滑らかなステアリング感触が確実になる。ブースト曲線の全体を、最小の変数又は一定のパラメータによって定義することもできる。
【００１７】
好ましくは、ブースト曲線は、ゼロである入力トルクの周囲で、逆対称性を有する。
好ましくは、入力トルクの前記第２の値は前記第１の値よりも大きく、入力トルクの前記第３の値は前記第２の値よりも大きく、前記第４の値は前記第３の値よりも大きい。
【００１８】
従って、最大の負の入力トルクと最大の正の入力トルクとの間のブースト曲線の全体は、２つの二次方程式と、アシスタンス・トルクの限度と、ゼロの入力トルクの周囲の逆対称性とによって、容易に定義することができる。これによって、ブースト曲線を定義するのに必要となる変数及び／又は定数の数を著しく減らすことができる。
【００１９】
ブースト曲線のそれぞれの部分の幅とゲインとの変動を可能にし、ブースト曲線の形状とゲインとを、運転条件に一致させる、すなわち、個々の運転者に対してカスタマイズすることを可能にする手段を提供することもできる。
【００２０】
特に好適な実施例では、二次及び線形部分を定義するパラメータを、ルックアップ・テーブルに保持することができる。ソフトウェアを提供してこれらのパラメータを変動させ、ブースト曲線の形状を変更することもできる。
【００２１】
ブースト曲線を定義するパラメータの値を、時間の経過と共にゆっくりと傾斜させる手段を提供することにより、滑らかな変化が保証される。
このステアリング・システムには、運転者が少なくとも第１及び第２のブースト曲線の形状及び／又はゲインの間で手動で選択することを可能にするように構成されたスイッチング手段を組み入れることができる。これにより、「運動（スポーツ）型、sports」又は「やすらぎ（コンフォート）型、comfort」のブースト曲線を、運転者が選択しステアリングの感触を変更することが可能となる。スポーツ型のブースト曲線では、コンフォート型の設定の場合よりも、提供されるアシスタンス・トルクが小さく、従って、より重いステアリング感触が提供される。
【００２２】
このステアリング・システムは、車両速度を示す車両速度信号を受け取るように構成することができる。そうすると、システムは、異なる車両速度に対して、ブースト曲線の形状を変更することができる。
【００２３】
このシステムは、異なる運転者に適するようにブースト曲線を自動的に変更する手段を含むこともあり得る。例えば、これは、それぞれの運転者に対して一意的である識別用トランスポンダを備えている。従って、運転者がその車両に乗り車両を始動させるときに、ステアリング・システムは、ブースト曲線の正しい形状を自動的に選択することができる。ブースト曲線は、予め定義しておくこともできるし、それぞれの運転者がユーザとして定義することもできる。
【００２４】
このステアリング・システムには、１つのブースト曲線の形状から別の形状への滑らかな変化を容易にする手段を組み入れることができる。例えば、曲線の形状は、車両速度が変化するにつれて、滑らかに変動させることができる。
【００２５】
特に効果的な実施例では、ブースト曲線は、６つのパラメータ、すなわち、前記第１の（二次の）部分の幅ｑ1w、第３の（線形の）部分の勾配ｇ1、第２の（二次）部分の開始に対応する第２の入力値ｑ2s、前記第２の（二次の）部分の幅ｑ2w、第４の（線形の）部分の勾配ｇ2、及び、第４の入力値を定義する最大のアシスタンス・トルクＴA(MAX)によって完全に定義される。
【００２６】
６つの値すべてを、電子メモリなどのメモリに記憶することができる。これら６つの値は、様々な車両速度に対して異なることがあり得る。この場合には、異なる車両速度におけるブースト曲線にそれぞれが対応する、６つの値の多数の組を、メモリに記憶することができる。補間法を用いて、中間的な車両速度において必要な値の組を選択することもできる。
【００２７】
これら６つのパラメータからブースト曲線を構成する手段も提供され得る。
このように、本発明は、曲線の本質的な特徴を定義する少数のキー・パラメータからブースト曲線を作成する装置から構成される。これは、曲線を小容量のメモリにおいて定義できるということを意味する。
【００２８】
前記１つ又は複数の値は、ユーザが定義することができる。従って、メモリにおける前記１つ又は複数の変数の値を変化させることによって、異なるブースト曲線を作成することは、比較的自明である。このように、変数の数は好ましく少数に保ちながら、滑らかなブースト曲線を提供することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
次に、添付の図面を参照して、本発明の１つの実施の形態を、単なる例として、説明する。
【００３０】
ここで述べる種類の電気的パワー・アシスト・ステアリング・システム（ＥＰＡＳ）においては、「ブースト曲線」が必要となる。これによって、入力トルクと電気モータによって生じるアシスタンス・トルクとの間の静的な関係が定義される。
【００３１】
図３には、ＥＰＡＳシステムのための制御アルゴリズムの簡略化したブロック図が示されている。入力トルクＴiは、トルク・センサ１などの感知装置と信号調整（signal conditioning）ユニットとを用いることにより測定される。トルク・センサ１が生じる信号は、運転者がステアリング・システムの入力コラムに与えたトルクのレベルに、ほぼ比例する。アシスタンス・トルクは、電流を電気モータ２に流すことによって生じ、電流コントローラ３が生成し供給された電流に、ほぼ比例する。
【００３２】
ブースト曲線５は、入力トルクとアシスタンス・トルクＴAとの間の静的な関係を与える。これらの２つのパラメータの間の動的な関係は、直列に与えられる、及び、並列に与えられる補償要素６、７によって決定される。例えば、並列フェーズのネットワークと直列のローパス・フィルタ・ネットワークとを用いることができる。トルク要求コンバータ４が、トルク・デマンドを、モータ電流コントローラ３に入力される電流デマンドに変換する。
【００３３】
本発明によるブースト曲線が、図４に示されている。正の入力トルクに対するブースト曲線５が、図５に示されている。ブースト曲線は、ゼロの入力トルクの周囲では逆対称性を有するが、これは、すべての適切な曲線に対する一般的な要件である。
【００３４】
図５に示されているブースト曲線は、５つの相互に区別される部分を有している。二次方程式によって定義される第１の二次部分１０は、ゼロ入力トルクと第１の入力トルク値ｑ1wとの間に延長している。入力値ｑ1wにおける二次曲線の勾配は、ｇ1と表される。二次方程式によって定義される第２の二次の部分１１は、第２の入力値ｑ2sから第３の入力トルク値まで延長している。第３の値は、第２の二次部分の幅をｑ2wとして定義することによって、第２の入力値に対して定義される。従って、第３の値は、ｑ2s＋ｑ2wによって与えられる。第２の入力値における第２の二次曲線の勾配は、第１の入力トルク値におけるブースト曲線の勾配と等しくなるように選択される。
【００３５】
第３の線形部分１２は、第１および第２の二次曲線の間に延長している。線形部分の勾配は、ｇ1として与えられ、二次曲線が第３の部分と出会う位置での二次曲線の勾配と同じである。このようにして、ゼロの値から第３の値までの途切れのない曲線が、得られる。従って、ブースト曲線の導関数は、この範囲の値では、不連続点を全く有さない。
【００３６】
第４の線形部分１３は、第３の値と最大の許容されるアシスタンス・トルクＴA(max)に対応する第４の入力値との間に定義される。第４の線形部分の勾配ｇ2は、第３の入力トルク値における第２の二次部分の勾配と等しい。第４の入力値を超えると、曲線は、平坦である。この第５の部分では、入力トルクがどれだけ増加しても、アシスタンス・トルクは、それに対応して増加することはない。システムによっては、このアシスタンス・トルク値は、モータが生じることができる最大アシスタンス・トルクなどのハードウェア上の制限によって設定されたり、又は、望ましくないほど大きなアシスタンス・トルク・レベルを回避するために、ソフトウェアにおいて慎重に導入することもできる。
【００３７】
滑らかなブースト曲線５は、様々な部分（すなわち、二次及び線形部分のそれぞれに対応する入力トルク値の範囲、線形部分１２及び１３の勾配、及び、上限のトルク値ＴA(max)）の特性を設定するごく少数のパラメータを用い、ソフトウェアにおいて、定義することができる。
【００３８】
ブースト曲線がその導関数が連続となる程度に滑らかであることが補償されるためには、二次部分と線形部分とが、複数の規則を満足しなければならない。次に述べる計算を用いると、ブースト曲線のパラメータを定義することができる。
【００３９】
最適なブースト曲線関数は、どの車両モデルが与えられたとしても、車両速度と共に変動するが、通常は、テスト・ドライバによって主観的に決定され、運転者によるトルク、ステアリング・ホイールの角速度、ステアリング・ホイールの角度位置、車両のヨー・レート（yaw rate）、車両の横方向への加速度、及び、車両速度を、定義されたステアリング操作の間に客観的に測定することによって、サポートされる。
【００４０】
ここで論じられている設計の原理は、完全なブースト曲線が、例えば、０、１０、２０、．．．、２００ｋｍ／ｈなど、いくつかの個別的な特定の車両速度において定義される、ということである。車両速度が、パラメータが明示的に特定される値の間にある場合には、設定され用いられる実際のパラメータは、実際の車両速度と２つの隣接する周辺の車両速度の点で定義されたパラメータとに従い、それぞれのパラメータを線形補間することによって、決定し得る。
【００４１】
ここで提案されている設計では、ブースト曲線は、後に述べる６つのパラメータによって定義される。６つのパラメータは、それぞれが、既に述べたように、いくつかの予め定義された車両速度の値のそれぞれにおいて記憶することができるが、パラメータの中の１つ又は複数を車両速度とは独立の数値として定義することによって、チューニング・プロセスを更に簡略化する（そして、システムのメモリ必要量を減少させる）ことも可能である。
【００４２】
出力の極性は、入力の極性と常に等しく、関数として、直線ＴA＝−Ｔiに関して鏡映される。ブースト曲線の形状は、完全に定義するためには、Ｔi−ＴA軸の第１象限において定義することだけでよい。
【００４３】
既に述べたように、ブースト曲線の５つの部分は、次のパラメータによって定義される。
パラメータ１： ｑ1w 第１の（二次）部分の幅
パラメータ２： ｇ1 第３の（線形）部分の勾配
パラメータ３： ｑ2s 第２の（二次）部分の開始
パラメータ４： ｑ2w 第２の（二次）部分の幅
パラメータ５： ｇ2 第４の（線形）部分の勾配
パラメータ６： ＴA(MAX) 最大のアシスタンス・トルク
第１象限におけるブースト曲線のそれぞれの部分の数学的な定義を、次に述べることにする。ただし、｜Ｔi｜は、Ｔiの絶対値を示す。
【００４４】
第１の部分は、次の通りに定義される。
【００４５】
【数１】
ＴA＝（ｇ1ｘ｜Ｔi｜2）／（２ｘｑ1w）
第２の部分は、次の通りに定義される。
【００４６】
【数２】
ＴA＝｛［（ｇ2−ｇ1）ｘ（｜Ｔi｜−ｑ2s）2］／（２ｘｑ2w）｝＋［ｇ1ｘ（｜Ｔi｜−ｑ2s）］＋｛ｇ1ｘ［ｑ2s−（ｑ1w／２）］｝
第３の部分は、次の通りに定義される。
【００４７】
【数３】
ＴA＝［ｇ1ｘ（｜Ｔi｜−ｑ1w）］＋［（ｇ1ｘｑ1w）／２］
第４の部分は、次の通りに定義される。
【００４８】
【数４】
ＴA＝［ｇ2ｘ（｜Ｔi｜−ｑ2s−ｑ2w）］＋｛ｇ1ｘ［ｑ2s−（ｑ1w／２）＋（ｑ2w／２）］｝＋（ｇ2ｘｑ2w／２）
第５の部分は、次の通りに定義される。
【００４９】
【数５】
ＴA＝ＴA(max)
実際のブースト・アシスタンス・トルクＴAを決定するには、次の手順が用いられる。
ＩＦ｜ＴD｜＜ｑ1w ＴＨＥＮ
上述の第１の部分の定義を用いて、ＴAを計算する。
ＥＬＳＥ ＩＦ｜ＴD｜＜ｑ2s ＴＨＥＮ
上述の第３の部分の定義を用いて、ＴAを計算する。
ＥＬＳＥ ＩＦ｜ＴD｜＜（ｑ2s＋ｑ2w） ＴＨＥＮ
上述の第２の部分の定義を用いて、ＴAを計算する。
ＥＬＳＥ
上述の第４の部分の定義を用いて、ＴAを計算する。
ＥＮＤ ＩＦ
そして、次の段階では、計算された値であるＴAは、上述の第５の部分の定義に従い、ＴA(max)に制限される。すなわち、
ＩＦ ＴA＞ＴA(max) ＴＨＥＮ
ＴA＝ＴA(max)
ＥＮＤ ＩＦ
次に、ＴAの符号が、Ｔｉの符号と等しくなるように設定される。すなわち、ＴA＝ＴAｘｓｉｇｎ（Ｔi）
この手順の次には、パラメータの組である［ｑ1w，ｇ1，ｑ2s，ｑ2w，ｇ2，ＴA(MAX)］を用いて、任意の与えられた運転者入力トルクＴiに対するアシスタンス・トルク・デマンドＴAを計算する。この組の中のパラメータのそれぞれは、測定された車両速度に従う値の表から、線形補間法によって得られている。
【００５０】
ブースト曲線を定義するパラメータの単純さのために、曲線の形状を、最小の計算によって変更することが可能となる。
図６には、上述のブースト曲線を、ある電気的パワー・アシスト・ステアリング・システムにおいて具体化する１つの方法が図解されている。
【００５１】
最初に、入力トルク値Ｔiが、大きさの成分と符号の成分とに分けられる。これは、ＴiとＴi／｜Ｔi｜とを評価することによって、又は、適切なソフトウェア・サブルーチンを使用することによって、数学的に行うことができる。
【００５２】
次に、車両速度Ｖの測定値が、車両速度センサから得られる。そして、ブースト曲線の個々の部分のそれぞれが作成され、その後で、これらは、複数の値を合成して最終的なブースト曲線を作成する合成ユニットに送られる。次に、入力トルクの符号が、最終的なブースト曲線に与えられて、対称性を有するブースト曲線が得られる。
【００５３】
曲線の個々の部分が合成されて完全な曲線が得られる様子は、図８に示されている。
図９及び図１０は、図６に与えられているシステムを用いて生じた車両速度と共に変動するブースト曲線の組を示している。
【００５４】
図９では、第２及び第３の入力トルク値が、等しくなるように設定され、従って、第１の線形部分は、もはや不要になっている。
図１０では、２つの二次部分と２つの線形部分とから構成される完全な曲線が示されている。これにより、ブースト曲線の設計において、より大きな融通性が許容されるようになる。
【００５５】
この方式は、運転者が選択可能な感触を提供するようにも構成することができる。
ある種の車両での応用例では、運転者に、２つの予め定義されたブースト曲線の一方を選択する可能性を提供することが効果的である。
【００５６】
例えば、一方のブースト曲線は、低レベルのパワー・アシスタンスを定義して、「スポーツ型；ＳＰＯＲＴＳ」の運転者感触特性を実現することができよう。第２のブースト曲線は、高レベルのパワー・アシスタンスを定義し、「コンフォート型；ＣＯＭＦＯＲＴ」の運転者感触特性を実現し、市街地の通りで用いられる車両に好適な非常に低いステアリング作用を与える。
【００５７】
このような実現例では、運転者には、２つのブースト曲線を選択する方法が、例えば、車両のダッシュボード上のスイッチなどが、提供され得る。これ以外の選択肢には、次のようなものが含まれる。すなわち、
・スイッチを押す度にブースト曲線の選択の変更が命じられる瞬間的接触スイッチ。
【００５８】
・別の車両電子制御ユニットからのコマンドを受け取る設備、例えば、１つのブースト曲線が個々の運転者に対して識別され、その運転者のキーがイグニションの中にあるときに選択される。
【００５９】
選択されたブースト曲線が例えばコーナリングの間に高速で変更されなければならない場合に運転者の邪魔をする可能性のあるパワー・アシスタンスのレベルの突然の変化を回避するために、（そして、車両の制御を失うという危険を回避するために）、２つの別々のチューンの間での切り換えを管理する次の方法が提案されている。
【００６０】
パラメータの組が２つ定義され、一方が、「スポーツ型」のブースト曲線のためのものであり、他方が、「コンフォート型」のブースト曲線のためのものであるとする。すべての車両速度で、「スポーツ型」と「コンフォート型」との両方のブースト曲線に対して、ブースト曲線の６つのパラメータのそれぞれを別々に定義することができるという点で、それぞれのパラメータの組は、完全なものであり得る。また、車両速度及び／又は「スポーツ型」／「コンフォート型」と独立であり、車両のチューニング・プロセスを簡略化し、記憶装置の必要容量を減少させるようなパラメータもあり得る。
【００６１】
選択されたブースト曲線によると、パラメータｂが定義される。パラメータｂは、「コンフォート型」のブースト曲線が選択されるときには、０（ゼロ）に等しく、「スポーツ型」のブースト曲線が選択されるときには、１に等しい。しかし、パラメータｂには、ある最大変化率を有するという制限があり、それによって、選択されたブースト曲線が変化すると、ｂは、０から１まで、またその逆に、滑らかに変化する。この様子は、図７に図解されている。
【００６２】
次に、ｂパラメータは、ブースト曲線の６つのパラメータのそれぞれに対する実際の値を決定するのに用いられ、これが、任意の瞬間に使用されるブースト曲線を決定するのに用いられる。
【００６３】
例えば、特定の車両速度において、ｇ1パラメータが、「スポーツ型」ブースト曲線によるｇ1(sports)と、「コンフォート型」ブースト曲線によるｇ1(comfort)とに等しいと仮定すると、用いられる実際のｇ1パラメータを決定するのには、次の表現が用いられる。
【００６４】
【数６】
ｇ1＝（ｂｘｇ1(sports)）＋［（１−ｂ）ｘｇ1(comfort)］
類似の表現が、ブースト曲線のそれぞれのパラメータの実際の値を計算するのに用いられる。そして、ブースト曲線が、このようにして決定されたパラメータの組を用いて、計算される。
【００６５】
ｂパラメータの最大の変化率は、ブースト曲線の選択が変更される時に、ブースト曲線が「スポーツ型」の設定から「コンフォート型」の設定に滑らかに変化する時間を決定するように、設定される。例えば、ｂの最大変化率が毎秒０．５として特定される場合には、ブースト曲線の選択が変更されて、その後で、新たに選択されたブースト曲線が完全に用いられるまでには、２秒が経過する。その中間の期間では、「スポーツ型」のブースト曲線と「コンフォート型」のブースト曲線との間にある現実のブースト曲線が、用いられる。
【００６６】
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】複数の一次方程式によって定義され滑らかな曲線を近似する従来技術によるブースト曲線の図解である。
【００６８】
【図２】図１の曲線の導関数を図解しているが、線形部分の交点において不連続であることが示されている。
【００６９】
【図３】電気的パワー・アシスト・ステアリング・システムのための制御戦略の簡略化されたブロック図である。
【００７０】
【図４】本発明によって作成することができる連続で滑らかなブースト曲線の様々な部分を示す図解である。
【００７１】
【図５】図４に示されているような滑らかなブースト曲線を定義するのに適した一次方程式と二次方程式とによって定義されたブースト曲線の第１象限部分の拡大図である。
【００７２】
【図６】ブースト曲線を用いることにより、対応する入力トルクに対して出力トルクを生成する際に実行される様々なステップを示す概略的なブロック図である。
【００７３】
【図７】１つのブースト曲線から別のブースト曲線に滑らかなブースト曲線の移動のために切り換える際の、オフセットの徐々の変動を図解している。
【００７４】
【図８】曲線の様々な部分を加えることによって完全な曲線が作成される様子を図解している。
【００７５】
【図９】異なる車両速度のために、１つの線形部分と１つの二次部分とを有する曲線を示している。
【００７６】
【図１０】異なる車両速度のために、２つの線形部分と２つの二次部分とを有する曲線を示している。
【００７７】
【符号の説明】
２： 電気モータ
３： 電流コントローラ
４： トルク要求コンバータ
５： ブースト曲線
６、７： 補償要素
１０： 第1の二次部分
１１： 第2の二次部分
１２： 第3の二次部分
Claims (16)
- 入力部材と、出力部材と、前記出力部材とトルク・センサとに結合された電気モータと、を備えた電気的パワー・アシスト・ステアリング・システムであって、前記電気モータは、車両の運転者によって前記入力部材に与えられたトルクを示すトルク・センサからの出力信号に応答して、前記出力部材にアシスタント・トルクを与えるように構成されており、前記示された入力トルクと前記モータによって与えられた出力トルクとの間の関係は、ゼロ入力トルクの周囲で逆対称性を有するブースト曲線５によって定義される、電気的パワー・アシスト・ステアリング・システムにおいて、
ゼロ入力トルクのそれぞれの側における前記曲線５は、ゼロ値と第１の値との間の入力トルク値の範囲に対応する第１の多項式によって定義される少なくとも第１の部分１０と、第２の値と第３の値との間の入力トルク値の範囲に対応する第２の多項式によって定義される第２の部分１１と、を有しており、前記曲線５の前記第１の部分１０の前記第１の値における勾配は、前記曲線５の前記第２の部分１１の前記第２の値における勾配と実質的に等しいことを特徴とする電気的パワー・アシスト・ステアリング・システム。 - 請求項１記載の電気的パワー・アシスト・ステアリング・システムにおいて、前記曲線の第３の部分１２が前記第１の値と前記第２の値との間に定義され、前記第３の部分１２は実質的に線形であることを特徴とする電気的パワー・アシスト・ステアリング・システム。
- 請求項１記載の電気的パワー・アシスト・ステアリング・システムにおいて、前記第１の多項式と前記第２の多項式とは異なる形式を有することを特徴とする電気的パワー・アシスト・ステアリング・システム。
- 請求項１、請求項２又は請求項３記載の電気的パワー・アシスト・ステアリング・システムにおいて、前記第１及び第２の多項式は、前記入力トルクの二次関数であることを特徴とする電気的パワー・アシスト・ステアリング・システム。
- 請求項１ないし請求項４記載の電気的パワー・アシスト・ステアリング・システムにおいて、前記曲線５の第４の部分が、前記第３の値と第４の値との間に、線形方程式によって定義されることを特徴とする電気的パワー・アシスト・ステアリング・システム。
- 請求項５記載の電気的パワー・アシスト・ステアリング・システムにおいて、勾配がゼロである第５の部分が、前記第４の値と最大の入力の大きさとの間に定義されることを特徴とする電気的パワー・アシスト・ステアリング・システム。
- 請求項５記載の電気的パワー・アシスト・ステアリング・システムにおいて、前記第１、第２、第３及び第４の値の中の１又は複数の値は、使用の際に可変であることを特徴とする電気的パワー・アシスト・ステアリング・システム。
- 請求項７記載の電気的パワー・アシスト・ステアリング・システムにおいて、前記１又は複数の値は、車両速度と共に可変であることを特徴とする電気的パワー・アシスト・ステアリング・システム。
- 請求項１ないし請求項８記載の電気的パワー・アシスト・ステアリング・システムにおいて、メモリが提供され、前記ブースト曲線を定義する値の中の１又は複数の値は、前記メモリに記憶されることを特徴とする電気的パワー・アシスト・ステアリング・システム。
- 請求項９記載の電気的パワー・アシスト・ステアリング・システムにおいて、前記第１、第２、第３又は第４の値における前記ブースト曲線の勾配は、前記メモリに記憶されることを特徴とする電気的パワー・アシスト・ステアリング・システム。
- 請求項１０記載の電気的パワー・アシスト・ステアリング・システムにおいて、前記１又は複数の勾配の値は、車両速度と共に変動することを特徴とする電気的パワー・アシスト・ステアリング・システム。
- 請求項９、請求項１０又は請求項１１記載の電気的パワー・アシスト・ステアリング・システムにおいて、前記ブースト曲線５の前記部分１０、１１、１２の中の１又は複数の部分の幅は、前記メモリに記憶されることを特徴とする電気的パワー・アシスト・ステアリング・システム。
- 請求項１ないし請求項１２記載の電気的パワー・アシスト・ステアリング・システムにおいて、運転者が少なくとも第１及び第２のブースト曲線の形状及び／又はゲインの間で手動で選択することを可能にするように構成されたスイッチング手段が組み入れられていることを特徴とする電気的パワー・アシスト・ステアリング・システム。
- 請求項１ないし請求項１３記載の電気的パワー・アシスト・ステアリング・システムにおいて、前記ブースト曲線５を自動的に変更し異なる運転者に適応する手段を更に備えていることを特徴とする電気的パワー・アシスト・ステアリング・システム。
- 請求項１３記載の電気的パワー・アシスト・ステアリング・システムにおいて、１つのブースト曲線の形状から別の形状への滑らかな変化を容易にする手段を更に備えていることを特徴とする電気的パワー・アシスト・ステアリング・システム。
- 請求項１ないし請求項１５記載の電気的パワー・アシスト・ステアリング・システムにおいて、前記ブースト曲線は、６つのパラメータ、すなわち、前記第１の（二次の）部分の幅ｑ1w、第３の（線形の）部分の勾配ｇ1、第２の二次部分の開始に対応する第２の入力値ｑ2s、前記第２の（二次の）部分の幅ｑ2w、第４の（線形の）部分の勾配ｇ2、及び、第４の入力値を定義する最大のブースト曲線出力トルクＴA(MAX)によって完全に定義され、前記６つの変数はメモリに記憶され、前記５つのパラメータから前記ブースト曲線５を構成する手段が設けられていることを特徴とする電気的パワー・アシスト・ステアリング・システム。
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