JP4361480B2 - 自動車のステアリングシステムの運転方法およびステアリングシステム - Google Patents

Description

本発明は、自動車のステアリングシステムの運転方法および請求項１および６の前段に記載されているようなステアリングシステムに関する。

ドイツ特許公開公報第１９７１３５７６号に、運転者のハンドル操作の動きが、ハンドルおよびステアリング・シャフトを介してステアリング・ギアに伝達され、このステアリング・ギアによりハンドル操作の動きが前輪を駆動する動きに伝達比率を参照して変換されるような自動車のステアリングシステムが開示されている。運転者により発生したステアリング力を支持して増加させるために、運転者により発生した手動ステアリングトルクの関数としてモータ駆動トルクを発生させるサーボモータが設けられており、このモータ駆動トルクが車輪に伝達される。

このようなステアリングシステムにおいては、特にステアリングの動きを引き起こすために、ステアリングシステムにおけるシステムの摩擦により増加したステアリング抵抗を運転者が押さえなければならないという基本的な問題がある。システムの摩擦は、ステアリングシステムの複数の移動した機械的部品の間の相互作用により発生する。摩擦は基本的にはモータ駆動トルクを適用することにより補正されるが、ステアリングが動きはじめるときには、サーボモータのモータ速度が増加するまでは摩耗の補正が十分に効果的なものとはならないという問題がある。このため、ステアリングの動きが小さい場合には、運転者は増加したステアリングトルクを適用しなければならないが、この場合、主観的に好ましくないステアリング感覚を引き起こしてしまう。

本発明は、ステアリングの動きが小さい場合であっても、運転者により適用されるステアリングトルクが減少するようなステアリングシステムおよびステアリングシステムの操作方法を提供するという課題に基づくものである。とりわけ、ハンドルと車輪との間の連続的な機械的結合を有するステアリングシステムに適用することを目的としている。

この課題は、請求項１記載の特徴を有する方法および請求項６記載の特徴を有するステアリングシステムを備えた本発明により解決される。従属請求項は、適切な発展形を明らかにしている。

本発明の方法によれば、モータ駆動トルクを実際に発生させるためにサーボモータに与えられる目標トルクの予め設定された大きさは、少なくともステアリングシステムの摩耗をほぼ補正して、この目標トルクに加算される履歴トルク（ヒステリシストルク；ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ ｔｏｒｑｕｅ）を参照している。ステアリングシステムの摩耗を補正するモータ目標トルクは、目標トルクの予め設定された大きさがこのサーボモータに伝達される前に、ステアリングシステムのサーボモータの上流側に接続された制御ユニットにおいて適切に得られる。上流側で発生するプロセスにより目標トルクの予め設定された大きさに参照される履歴トルクによって、とりわけステアリングの動きが小さい場合において、少なくともステアリングシステムのシステムの摩耗をほぼ補正することができ、特に運転者により適用されるステアリングトルクを減少させることができる。ステアリングの動きが小さい場合においてステアリング力が減少することにより、運転者にとっての主観的なステアリング感覚がより良くなる。

履歴トルク（ヒステリシストルク）は、より有利には、未補正の目標トルクの関数として履歴特性カーブ（ヒステリシス特性曲線）により定められている。この履歴特性カーブにおいて、例えば未補正の目標トルクが入力変数として履歴特性カーブに算入され、履歴を参照しながら未補正の目標トルクから得られる理論上の駆動トルクが出力変数として定められる。そして、未補正の目標トルクから理論上の駆動トルクを減じることにより履歴トルクが得られる。履歴トルクは、駆動トルクの理想値と、履歴を参照することにより得られる理論上の駆動トルクとの間のトルクの差異を参照している。このトルクの差異の絶対値が未補正の目標トルクに加えられ、このことにより補正されたモータ目標トルクが得られる。

未補正の目標トルクは、ステアリングの動きを増加させるために運転者により予め設定された未補正のモータ目標トルクの関数として得られることが好ましい。この未補正のモータ目標トルクは、手動ステアリングトルクの関数として順に定められる。さらに、運転者により予め定められた手動ステアリングトルクは、未補正の目標トルクが追加的に参照されるようにすることができるが、ステアリングシステムの変速ギア機構におけるステアリングの伝達比率を決めるまでは適切に参照されないようになっている。

このような方法を実行するのに有利に適している本発明のステアリングシステムは、ハンドルおよび車輪の間にある伝動経路の中に設けられた変速ギア機構とともに、手動ステアリングトルクを増加させるサーボモータと、制御ユニットを備えており、この制御ユニットにおいて、ステアリングシステムの摩擦を特徴づける履歴関数が準備され、履歴トルクが定められて目標トルクの予め設定された大きさに加えられ、サーボモータに与えられて摩耗が補正されるようになっている。

他の利点および適切な実施形態は、他の請求項、形態の記載、およびステアリングシステムのサーボモータに対する、ステアリングシステムで発生する摩擦の関数としてのモータ目標トルクの取得に関するブロック回路図の図面により得ることができる。

ブロック回路図に示される個々のブロックは、ステアリングシステムの運転方法のシーケンスを記号で表すものである。第１のブロック１において、最初に運転者により手動ステアリングトルクＭ_Ｈａｎｄが自動車のハンドルに伝達される。後に続くブロック２により、手動ステアリングトルクＭ_Ｈａｎｄは、ステアリングシステムの変速ギア機構のステアリング伝達比率によって、大きさＭ_{Ｈａｎｄ、Ｕ}に減少する。

ブロック３において、運転者により発生した手動ステアリングトルクＭ_Ｈａｎｄの関数として未補正のモータ目標トルクＭ_{Ｍｏｔ、ｓｏｌｌ}が発生する。ステアリング力を増加させるために、この未補正のモータ目標トルクＭ_{Ｍｏｔ、ｓｏｌｌ}は、目標の予め設定された大きさとして、手動ステアリングトルクとともにステアリングシステムのサーボモータＭに与えられる。例えば、未補正のモータ目標トルクＭ_{Ｍｏｔ、ｓｏｌｌ}は、手動ステアリングトルクＭ_Ｈａｎｄによって決まる非線形関数として算出することができる。

加算器４において、未補正のモータ目標トルクＭ_{Ｍｏｔ、ｓｏｌｌ}と、伝達された手動ステアリングトルクＭ_{Ｈａｎｄ、Ｕ}とが合流して加算されて未補正の目標トルクＭ_ｓｏｌｌが算出される。この未補正の目標トルクＭ_ｓｏｌｌが入力変数として履歴特性カーブ５に算入され、この履歴特性カーブ５によりステアリングシステムのシステムの摩耗を参照することができる。履歴が参照され、後に続くプロセスのための履歴特性カーブ５の出力として使用できる理論上の駆動トルクＭ_ｉｓｔが未補正の目標トルクＭ_ｓｏｌｌの関数として得られる。

加算器６において、負符号が付けられた駆動トルクＭ_ｉｓｔが、未補正の目標トルクＭ_ｓｏｌｌから減じられ、その結果として理論上の駆動トルクＭ_ｉｓｔと理想的な特徴カーブとの摩耗による差異を示す履歴トルク（ヒステリシストルク）Ｍ_Ｈｙｓが得られる。

後続の加算器７において、履歴トルクＭ_Ｈｙｓが未補正のモータ目標の大きさＭ_{Ｍｏｔ、ｓｏｌｌ}に加算され、その結果としてシステムの摩耗の補正を参照した補正目標トルクＭ_{ｓｏｌｌ、ｋｏｍｐ}が得られる。この補正された目標トルクＭ_{ｓｏｌｌ、ｋｏｍｐ}は次に目標トルクの予め設定された大きさとしてサーボモータＭに与えられる。その後、サーボモータＭが、好ましい操縦角度をセットするために、車輪に伝達されるモータ駆動トルクＭ_{Ｓｅｒｖｏ}を実際に発生させる。

モータ目標トルクの取得に関するブロック回路図である。

符号の説明

１ ブロック
２ ブロック
３ ブロック
４ 加算器
５ 履歴特性カーブ
６ 加算器
７ 加算器
Ｍ サーボモータ
Ｍ_Ｈａｎｄ 手動ステアリングトルク
Ｍ_{Ｈａｎｄ、Ｕ} 伝達された手動ステアリングトルク
Ｍ_{Ｍｏｔ、ｓｏｌｌ} 未補正のモータ目標トルク
Ｍ_ｓｏｌｌ 未補正の目標トルク
Ｍ_ｉｓｔ 実際のトルク
Ｍ_Ｈｙｓ 履歴トルク
Ｍ_{ｓｏｌｌ、ｋｏｍｐ} 補正された目標トルク

Claims (5)

1. 少なくとも１つの操縦可能な車輪と、ハンドルおよび車輪の間にある伝動経路の中に設けられた変速ギア機構と、サーボモータ（Ｍ）とを有する自動車のステアリングシステムの運転方法であって、
   モータ駆動トルク（Ｍ_{Ｓｅｒｖｏ}）を発生させるために、モータ目標トルクの予め設定された大きさを、運転者により発生した手動ステアリングトルク（Ｍ_Ｈａｎｄ）の関数としてサーボモータ（Ｍ）に与える工程と、
   少なくともステアリングシステムの摩擦を補正するヒステリシストルク（Ｍ_Ｈｙｓ）を、サーボモータ（Ｍ）に対するモータ目標トルクの予め設定された大きさを定める際に関数に基づいて参照する工程とを有し、
   この関数は、
   Ｍ_{ｓｏｌｌ、ｋｏｍｐ}＝Ｍ_{Ｍｏｔ、ｓｏｌｌ}＋Ｍ_Ｈｙｓ
   （Ｍ_{ｓｏｌｌ、ｋｏｍｐ}は、サーボモータに与えられる補正されたモータ目標トルクであり、Ｍ_{Ｍｏｔ、ｓｏｌｌ}は、手動ステアリングトルク（Ｍ_Ｈａｎｄ）により定められる未補正のモータ目標トルクであり、Ｍ_Ｈｙｓは、ヒステリシストルクである）
   であり、
   ヒステリシストルク（Ｍ_Ｈｙｓ）は、未補正のトルクの目標値（Ｍ_ｓｏｌｌ）の関数としてヒステリシス特性曲線から得られることを特徴とするステアリングシステムの運転方法。
2. 未補正のトルクの目標値（Ｍ_ｓｏｌｌ）は入力変数としてヒステリシス特性曲線に算入され、駆動トルク（Ｍ_ｉｓｔ）が出力変数として定められ、ヒステリシストルク（Ｍ_Ｈｙｓ）は下記の関係式により未補正のトルクの目標値（Ｍ_ｓｏｌｌ）から駆動トルク（Ｍ_ｉｓｔ）を減じることにより定められることを特徴とする請求項１記載の方法。
   Ｍ_Ｈｙｓ＝Ｍ_ｓｏｌｌ−Ｍ_ｉｓｔ
3. 未補正のトルクの目標値（Ｍ_ｓｏｌｌ）は、下記の関係式により、未補正のモータ目標トルク（Ｍ_{Ｍｏｔ、ｓｏｌｌ}）、および運転者により発生した手動ステアリングトルク（Ｍ _Ｈａｎｄ ）がステアリングシステムの変速ギア機構のステアリング伝達比率によって減少させられた大きさである手動ステアリングトルク（Ｍ_{Ｈａｎｄ、Ｕ}）の関数として得られることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
   Ｍ_ｓｏｌｌ＝Ｍ_{Ｍｏｔ、ｓｏｌｌ}＋Ｍ_{Ｈａｎｄ、Ｕ}
4. 手動ステアリングトルク（Ｍ_{Ｈａｎｄ、Ｕ}）は、運転手によりハンドルに伝達され変速ギア機構において修正される手動ステアリングトルク（Ｍ_Ｈａｎｄ）により定められることを特徴とする請求項３記載の方法。
5. 特に請求項１乃至４のいずれかに記載の方法を実行するための自動車のステアリングシステムであって、
   自動車は少なくとも１つの操縦可能な車輪と、ハンドルおよび車輪の間にある伝動経路の中に設けられた変速ギア機構と、サーボモータ（Ｍ）とを有し、
   車輪に伝達されるモータ作動トルク（Ｍ_{Ｓｅｒｖｏ}）を発生させるために、モータ目標トルクの予め設定された大きさが、運転者により発生した手動ステアリングトルクの関数としてサーボモータ（Ｍ）に与えられ、
   少なくともステアリングシステムの摩擦を補正するヒステリシストルク（Ｍ_Ｈｙｓ）により、サーボモータ（Ｍ）に対する前記のモータ目標トルクの予め設定された大きさが関数に基づいて得られるステアリングシステムにおいて、
   制御ユニットにおいて、ステアリングシステムの摩擦を特徴づけるヒステリシス関数が準備され、少なくともヒステリシストルク（Ｍ_Ｈｙｓ）がヒステリシス関数に基づいて得られ、
   Ｍ_{ｓｏｌｌ、ｋｏｍｐ}＝Ｍ_{Ｍｏｔ、ｓｏｌｌ}＋Ｍ_Ｈｙｓ
   （Ｍ_{ｓｏｌｌ、ｋｏｍｐ}は、サーボモータに与えられる補正されたモータ目標トルクであり、Ｍ_{Ｍｏｔ、ｓｏｌｌ}は、手動ステアリングトルク（Ｍ_Ｈａｎｄ）により定められる未補正のモータ目標トルクであり、Ｍ_Ｈｙｓは、ヒステリシストルクである）
   であり、
   ヒステリシストルク（Ｍ_Ｈｙｓ）は、未補正のトルクの目標値（Ｍ_ｓｏｌｌ）の関数としてヒステリシス特性曲線から得られることを特徴とするステアリングシステム。

Images