JP4614976B2

JP4614976B2 - 自動車の操舵車輪の操舵支援方法及び操舵支援装置

Info

Publication number: JP4614976B2
Application number: JP2006551894A
Authority: JP
Inventors: オーリーヴェイフォーコ; ジャニクオヴィネ
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2004-02-06
Filing date: 2005-02-04
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2025-02-04
Also published as: ES2303237T3; JP2007520392A; EP1713680B1; DE602005005792T2; FR2865989A1; WO2005075277A1; ATE391067T1; US20070299585A1; FR2865989B1; EP1713680A1; DE602005005792D1; US8359138B2

Description

本発明は、陸上車両の操舵の分野に属し、特に操舵支援機構すなわちパワーステアリング装置が装備された自動車の分野に属する。

従来から、自動車には、シャーシと、キャビンと、サスペンション機構を介してシャーシに連結された車輪が装備されており、操舵される前輪は、自動車のキャビンの中の運転者によって、ステアリングホイールを介して任意に操舵される。ステアリングホイールと車輪の間には、ステアリングカラムが設けられている。ステアリングカラムは、ステアリングホイールに回転方向に固定され、ステアリングカラムの下端部には、ラック部品に作用するピニオンが設けられている。このようにして、車輪の向きの変更と自動車のシャーシの旋回を可能にするために、車輪を概ね垂直な軸の周りに回転させることができる。

このような操舵機構は、特に停車時の操作、例えば駐車操作時における、運転者の労力を軽減するために、油圧または電気によって支援される。

最近では、ステアリングホイールの角度位置センサを有するパワーステアリング装置が出現している。この角度位置センサは、センサによって検出された角度位置に応じてラック部品に作用するアクチュエータから幾らかの距離を置いて設けられている。センサとアクチュエータは、ワイヤーリンクによって接続されている。

文献、ＵＳＡ５８８４７２４には、可変ギヤダウン比を有するステアリング装置が記載されている。このステアリング装置においては、動的な操作間の数瞬間の間は、運転者に対する混乱を回避するために、一定のギヤダウン比が維持される。低速時には、駐車の際の操作を容易にするために、ギヤダウンを小さくすることができる。

しかしながら、本出願人は、ステアリング装置を改良することによって、安全性の向上と自動車のロードホールディングの改良が可能であることに気付いた。従来は、自動車のロードホールディングにおける改良は、シャーシの剛性の強化、タイヤの改良、あるいはサスペンションのよりよい調整によって得られている。

さて、ステアリングホイールに対する運転者の操作と、自動車の旋回との間の遅延時間は、自動車ごとに変化する。ある運転状態においては、遅延時間は不利、あるいは更に危険でもあり得る。平均的な速度における障害回避操作において、平均的な練度の運転者は、ステアリングホイールを大きく急操作する可能性がある。もし、自動車が即座に旋回していないと運転者が感じたら、操舵の大きさは増加される。この瞬間に自動車は旋回し始め、運転者が希望する軌跡から大きく逸れる可能性があり、運転者は、自動車を直線上に戻すために逆操舵するように反応する。この運転者の逆操舵は、再度過剰になる可能性がある。このときの同期外れは、ステアリングホイールの急操作と自動車の反応との間の不一致現象を介して自動車を不安定にするので、危険である。
ＵＳＡ５８８４７２４

本発明は、ステアリング装置を改良することによって、自動車の動特性を改善することを目的とする。

本発明の１特徴による自動車の操舵車輪の操舵支援方法は、自動車の運転者によるステアリングホイールの操作に対する上記自動車の応答時間を短縮するために、上記ステアリングホイールとラック部品との間に、位相進度を適用することからなる。実際、従来から、ステアリングホイールの操作に対する自動車の応答時間は、特に、動作中のギヤの弾性的挙動と、タイヤのドリフトによってもたらされる。この応答時間は、コース維持と、角度方向の動力学特性と、自動車の過度的な運動性との間の妥協の結果である。この応答時間は、運転者によるステアリングホイールの急操作と、自動車の旋回開始、すなわちヨーレートの発生との間の遅延によって特徴付けられる。

本発明は、安全性を向上することを可能にする、より巧妙な障害回避動作を可能にするために、この応答時間を短縮することを可能にする。

本発明の１実施の形態においては、上記ステアリングホイールの回転速度と回転加速度が測定または推定され、上記回転速度と上記回転加速度の関数として、操舵車輪の操舵角度の設定値が発生される。上記設定値は、入力として上記回転速度と上記回転加速度を受ける制御ユニットによって作成される。

本発明の１実施の形態においては、上記ステアリングホイールの上記回転速度と上記回転加速度が、予め定められた閾値と比較され、上記位相進度は、上記回転速度と上記回転加速度が上記閾値をオーバーシュートしたときに適用される。上記操舵角度の上記設定値は、上記ステアリングホイールの回転速度と、上記ステアリングホイールの回転加速度と、時間進度に基づいて計算される。上記時間進度は、１０ミリ秒と１００ミリ秒の間にあり、望ましくは４０ミリ秒と７０ミリ秒の間にあり、例えば約６０ミリ秒である。

本発明の他の１つの実施の形態においては、上記位相進度は、上記操舵車輪の操舵角度と時間進度とに基づいて計算される。上記時間進度は、上記ステアリングホイールの角度に基づいて計算される。上記位相進度は、上記時間進度と上記ステアリングホイールの回転速度との積と、上記時間進度の二乗と上記ステアリングホイールの回転加速度との積の１／２との、和に等しいとすることができる。ラックのピニオンの角度とステアリングホイールの角度との関係は、場合によっては可変であるギヤダウン比に依存する。ギヤダウン比は、準静的な状態におけるギヤダウンに相当する静的利得と、ステアリングコラムにおける付加的な弾性的挙動に相当するフェーズに分解することができる。このフェーズによる遅延に、シャーシの応答時間が加えられる。シャーシの応答時間は、一連の機械部品の動特性によってもたらされる。これに対し、ステアリングホイールとピニオンとの間の応答時間は、負の位相を適用することによって、全体の応答時間が、一連の機械部品の動特性によってもたらされる応答時間よりも小さくなるように変更することができる。このように、ステアリングホイールとピニオンとの間に位相進度を適用する。

また本発明は、ステアリングホイールとラック部品との間に、位相進度を適用するための手段を含む、自動車の操舵車輪の操舵支援装置を提供する。このようにして、自動車の運転者によるステアリングホイールの操作に対する上記自動車の応答時間を短縮することが可能になる。

有利には、上記ステアリングホイールの回転パラメータのセンサを設ける。このセンサは、光学タイプ、または例えばホール効果タイプの磁気タイプであることができる。

有利には、上記位相進度を適用するための上記手段は、入力として上記ステアリングホイールの回転パラメータを受け、上記ステアリングホイールの上記回転パラメータに依存する位相進度の計算手段を有する。

有利には、上記操舵支援装置は、上記ステアリングホイールの上記回転パラメータの関数として上記位相進度を適用することが可能な制御ユニットと、特に上記制御ユニットから発生される指令に応じて、ステアリング装置の上記ラックを移動させることが可能なアクチュエータを含む。

本発明の１実施の形態においては、上記位相進度を適用するための上記手段は、上記ステアリングホイールの回転パラメータの関数として時間進度を計算する手段と、上記操舵車輪の操舵の角度パラメータと上記時間進度の関数として操舵角度を計算する手段とを含む。上記操舵車輪の操舵角度の設定値を計算する手段は、上記自動車の車輪の操舵角速度と、上記自動車の車輪の操舵角加速度を、上記自動車の車輪の操舵の角度位置に基づいて計算するための微分器を含むことができる。上記操舵車輪の操舵角度の設定値を計算する手段は、上記自動車の車輪の操舵角度位置と、上記自動車の車輪の操舵角速度と、上記自動車の車輪の操舵角加速度と、上記時間進度とに基づいて、操舵角度の設定値を計算するための計算要素を含むことができる。

本発明の１実施の形態においては、上記ステアリングホイールの上記角度パラメータの関数として上記時間進度を計算する手段は、状況信頼指標を計算するためのファジィ論理要素と、上記状況信頼指標から上記時間進度を導出するためのテーブルを含む。さらに、上記時間進度を計算する手段は、上記ステアリングホイールの角度位置の基づいて、角速度と角加速度を計算するための微分器を含むことができる。

本発明は、シャーシと、その１つが操舵車輪である少なくとも３つの車輪と、自動車の運転者によるステアリングホイールの操作に対する上記自動車の応答時間を短縮するために、上記ステアリングホイールとラック部品との間に位相進度を適用するための手段が装備された、自動車の操舵車輪の操舵支援装置を含む自動車も提供する。

上記自動車は、パワーステアリング装置、あるいはパワー支援ステアリング装置あるいは油圧支援ステアリング装置を含むことができる。

操舵車輪の操舵支援装置が装備された自動車は、シケイン（ｃｈｉｃａｎｅ）（障害物がジグザグに置かれた通路）を、操舵車輪の操舵支援装置が装備されない同じ自動車の７２ｋｍ／ｈに代えて、７５ｋｍ／ｈの速度で通過することが可能であることが、試験によって証明された。この移動速度の増加は、通常の運転状況において、他の自動車、二輪車、あるいは歩行者を巻き込む事故の数を減少させることを可能にする、向上した安全性をもたらす。

本発明は、非限定的な例としてとられ、添付図面によって例示された、実施の形態の詳細な説明を読むことによって明らかになるであろう。これらの添付図面において：
−図１は、本発明の１実施の形態による操舵支援装置が装備された自動車の、上から見た略図であり；
−図２は、自動車の動的動作の簡単化されたフローチャートであり；
−図３は、自動車の操舵装置の動作の論理図であり；
−図４は、本発明の他の１実施の形態によるフローチャートを示す。

図１に示すように、自動車１は、シャーシ２と、操舵される前輪３、４と、２つの後輪とを含み、これらの車輪は、サスペンション機構（図示しない）を介してシャーシ２に連結されている。前輪３、４の各々には、前輪３、４の角度位置のセンサ５、６が設けられている。自動車１には、さらに、図示しないキャビンの中に配置されたステアリングホイール８と、ステアリングホイール８の角度位置（角度パラメータ）のセンサ９と、ステアリングホイール８の角度位置に関する情報を受け取るために、センサ９へワイヤーリンク１１を介して接続された中央ユニット（制御ユニット）１０と、中央ユニット１０から指令を受け取るために、中央ユニット１０へワイヤーリンク１３を介して接続されたアクチュエータ１２と、アクチュエータ１２を操舵される前輪３、４へ連結するラック部品１４からなる操舵装置７が設けられている。中央ユニット１０は、前輪の操舵角α（ｔ）を確認するためにセンサ５、６へも連結されている。操舵角α（ｔ）は、それぞれセンサ５、６によって測定された前輪３、４の角度位置であるα_５（ｔ）とα_６（ｔ）の平均に等しいとすることができる。

センサ９は、ステアリングホイール８の回転パラメータ、すなわち回転角度を検出することができる。このセンサは、光学タイプ、または非回転のセンサがステアリングコラムに角度方向に固定されたコーダと協動する、例えばホール効果タイプの磁気タイプであることができる。

中央ユニット１０は、例えばＡＳＩＣタイプ、または少なくとも１つのメモリーを備え、センサ９から受け取る情報に基づいてステアリングホイール８の角速度

と、角加速度

を計算することを可能にする、マイクロコントローラの専用回路の形に作ることができる。

図２に示すように、ステアリングホイール８の角速度

と、角加速度

の計算は、ステップ１５で実行される。ステップ１５と同時に実行することができるステップ１６において、中央ユニット１０は、メモリーの中からステアリングホイール８の角速度の閾値を読み出し、ステップ１７は、この角速度の閾値と、ステップ１５で計算されたステアリングホイール８の角速度

との間の比較を実行する。もし、計算されたステアリングホイール８の角速度

が閾値よりも小であれば、中央ユニット１０は、ステップ１５を繰り返す。計算されたステアリングホイール８の角速度

が、閾値よりも大であれば、ステップ１９へ進む。

ステップ１６およびステップ１７と同時に実行することができるステップ１８において、中央ユニット１０は、メモリーの中からステアリングホイール８の角加速度の閾値を読み出す。ステップ１９において、この角加速度の閾値と、ステップ１５で計算されたステアリングホイール８の角加速度

との間の比較を実行する。もし、計算されたステアリングホイール８の角加速度

が閾値よりも小であれば、中央ユニット１０は、ステップ１５を繰り返す。反対に、計算されたステアリングホイール８の角加速度

が、閾値よりも大であれば、ステップ２０へ進む。ステップ１７とステップ１９を実行する順序は、逆にしてもよい。ステップ２０においては、中央ユニット１０は、アクチュエータ１２によって適用されるべき、ステアリングホイール８の角速度

と、角加速度

の２つの閾値に対するオーバーシュートを考慮に入れた時間進度ｔ_１の計算を実行する。車輪の操舵角度の設定値α_ｃは、次式によって表すことができる。

次いで、適用されるべき設定値α_ｃは、ワイヤーリンク１３を介してアクチュエータ１２へ送られる。角度単位で表わされた位相進度φは、

である。時間単位で表わされた時間進度はｔ_１である。

変形として、位相進度を、角速度

と、角加速度

の関数として決定することを可能にするマッピングが設けられた中央ユニット１０を準備することができる。このマッピングは、角速度

と、角加速度

が、先に言及した閾値よりも小さい場合に、ゼロの位相進度を供給する。

図３は、自動車の操舵装置の動作を示す。運転者は、角度位置のセンサ９が設けられたステアリングホイール８を操作する。ステアリングホイール８とラック部品１４との間の連結は、利得２１と、従来の操舵装置の場合において遅延ｔ_１によって表示される位相２２によって特徴付けられる。シャーシ２と車輪３〜６の特性は、シャーシ２のヨーレートが修正される前の遅延ｔ_２によって表示される。従って、中央ユニット１０は、全体の応答時間がｔ_２よりも小さくなるように、応答時間を減少させることを可能にする負の位相ｔ_１を適用することによって、位相２２を操作することを可能にする。

時間進度はｔ_１は、約１４０ミリ秒の遅延ｔ_２を示す自動車について、約６０ミリ秒であろう。より一般的には、時間進度はｔ_１は、１０ミリ秒と１００ミリ秒の間にあり、望ましくは４０ミリ秒と７０ミリ秒の間にある。

図４に示されて実施に形態においては、中央ユニット１０は、状況検出モジュール２３と、テーブル２４と、設定角度α_ｃ（ｔ）を計算するためのモジュール２５からなる。状況検出モジュール２３は、フィルタ２６と、微分器２７と、ファジィ論理要素２８からなる。状況検出モジュール２３は、入力として、センサ９によって測定されたステアリングホイールの角度α_ｖ（ｔ）を受ける。フィルタ２６は、ステアリングホイールの角度α_ｖ（ｔ）のフィルタリングを実行し、フィルタされたステアリングホイールの角度α_ｖｆ（ｔ）を、微分器２７と、ファジィ論理要素２８へ供給する。微分器２７は、ステアリングホイールの角速度

と、角加速度

を計算する。ファジィ論理要素２８は、フィルタされたステアリングホイールの角度α_ｖｆ（ｔ）と、ステアリングホイールの角速度

と、角加速度

を受け、ファジィ論理要素２８からテーブル２４へ出力される状況信頼指標（ｓｉｔｕａｔｉｏｎｃｏｎｆｉｄｅｎｃｅｉｎｄｅｘ）ｈ_ｕを計算する。

テーブル２４は、状況信頼指標ｈ_ｕを、テーブル２４から設定角度α_ｃ（ｔ）を計算するためのモジュール２５へ出力される時間進度ｔ_１と関連付けする。設定角度α_ｃ（ｔ）を計算するためのモジュール２５は、入力として、時間進度ｔ_１と前輪の操舵角α（ｔ）を受ける。

設定角度α_ｃ（ｔ）を計算するためのモジュール２５は、フィルタ２９と、微分器３０と、計算要素３１からなる。フィルタ２９は、操舵角α（ｔ）のフィルタリングを実行し、フィルタされた操舵角α_ｆ（ｔ）を、微分器３０と計算要素３１へ供給する。微分器３０は、前輪の操舵角の角速度

と、角加速度

を計算する。計算要素３１は、操舵の設定角度

を計算する。

ファジィ論理要素は、特にファジィ則とファジィ論理要素への入力との少なくとも一方の数を増加することによって、様々な状況への適応を可能にする。従って、時間進度の値は、環境に適応される。自動車の速度及びその他の変数を考慮に入れるための措置があらかじめなされる。

本発明は、このように、シケインを走行する際の自動車の挙動を改善することを可能にする。実験の結果、自動車の重心におけるドリフトの３０％以上の減少と、ステアリングホイールの回転角速度の約５０％の減少が証明された。このように、操舵支援装置が装備された自動車は、小さなステアリングホイールの角度を用いて、応答性が向上し、より小さなドリフト角を伴って容易に制御される。

本発明は、軽重量車両、多操舵軸を有するトラックを含む重量トラック、３輪車両、土木または農業用機械、牽引機械に適用される。

Claims

自動車の運転者によるステアリングホイールの操作に対する上記自動車の応答時間を短縮するために、上記ステアリングホイールとラック部品との間に、操舵車輪の操舵角度の設定値に位相進度φを加算する、自動車の操舵車輪の操舵支援方法であって、
上記ステアリングホイールの角速度α’(t)と角加速度α’’(t)とが測定または推定され、
上記位相進度φは、時間進度をｔ _１としたとき、式、
φ＝ｔ _１ α’(t)＋ｔ _１ ^２ α’’(t)/２
によって求められ、
上記自動車の運転者によるステアリングホイールの操作に対する上記自動車の応答に遅れが無いとしたときの、前記操舵角度の設定値α(t)に前記位相進度φを加算して、補正後の前記操舵角度の設定値α _ｃ (t)＝α(t)＋φとすることを特徴とする自動車の操舵車輪の操舵支援方法。
上記ステアリングホイールの上記角速度α’(t)と上記角加速度α’’(t)とが、予め定められた閾値と比較され、上記位相進度φは、上記角速度α’(t)と上記角加速度α’’(t)とが上記閾値を超えたときに、上記α(t)に加算されることを特徴とする、請求項１に記載の自動車の操舵車輪の操舵支援方法。
ステアリングホイール（８）とラック部品（１４）との間に、操舵車輪の操舵角度の設定値に位相進度φを加算する手段を含む自動車（１）の操舵車輪の操舵支援装置であって、
上記ステアリングホイール（８）の角速度α’(t)と角加速度α’’(t)とが測定または推定され、
上記位相進度φは、時間進度をｔ _１としたとき、式、
φ＝ｔ _１ α’(t)＋ｔ _１ ^２ α’’(t)/２
によって求められ、
上記自動車の運転者によるステアリングホイールの操作に対する上記自動車の応答に遅れが無いとしたときの、前記操舵角度の設定値α(t)に前記位相進度φを加算して、補正後の操舵角度の設定値α _ｃ (t)＝α(t)＋φとすることを特徴とする、自動車（１）の操舵車輪の操舵支援装置。
上記ステアリングホイール（８）の回転パラメータのセンサ（９）を含むことを特徴とする、請求項３に記載の自動車の操舵車輪の操舵支援装置。
上記操舵車輪の操舵角度の設定値に位相進度φを加算する手段は、入力として上記ステアリングホイール（８）の回転パラメータを受け、上記ステアリングホイール（８）の上記回転パラメータに依存する上記位相進度φの計算手段を有する、制御ユニット（１０）を含むことを特徴とする、請求項３または４に記載の自動車の操舵車輪の操舵支援装置。