JP4777257B2 - 車両を安定化させる際に車両操作者を支援するための方法及び装置 - Google Patents

Description

この発明は、車両を安定化させる際に、車両の操舵系統に追加操舵トルクを加えて、車両操作者を支援するための方法に関する。

更に、この発明は、車両の操舵系統に追加操舵トルクを加えるための手段を備えた、車両操作者を支援するための装置に関する。

多くの最新の車両は、臨界的な走行状況において車両を安定化させるヨーレイト制御（ＥＳＰ）を、既に備えている。この場合、この制御は、個々の車輪へのブレーキ介入及びエンジン制御への介入にもとづいており、これらの介入は、車両の挙動が、所定の目標とする挙動から逸脱した場合に実行される。これらの制御介入は、車両操作者には非常に明確に感知可能であり、そのため非常に不快となり、その結果これらの介入は、通常目標とする挙動に対して著しい偏差が漸く確認された場合に初めて実行される。

更に、臨界的な走行状況において、車両操作者の操舵指示に関わらず、車両の操舵への制御介入によって、車両の走行状態を安定化させる操舵角に調節することが知られている。これらの介入は、運転者には著しい阻害とは感じ取られず、そのため、目標とする挙動からの偏差が小さい場合に早くも実行される。しかし、そのためには、車両は、好適な操舵システム、例えば、優先式ステアリング機器又はステアバイワイヤ式ステアリング機器を備えなければならない。更に、車両の安定性を著しく阻害する可能性の有る誤った制御介入が生じる虞が有る。

従って、不安定な車両挙動の始めで、かつ特に、そのコースに誘導する任務に有る場合にのみ、例えば、車両の操舵角などの制御量を直接調節することなく、車両の運転者を支援するのが望ましい。

特許文献１は、車両操作者が車両状態に関する情報を触覚により取得する車両用操舵システムを記載している。この場合、車両のヨーレイトと基準ヨーレイトの間の偏差に応じて、電気モーターによって、操舵トルクを調節し、それにより、操舵の動きを軽く、或いは重くしている。

しかし、それでは、運転者は、不安定な走行状態が存在する場合に、如何にして車両を安定化することができるかに関する具体的な指示を得られない。しかしながら、特に未熟な運転者は、例えば、アンダーステア又はオーバーステア状況において、安定した走行状態を達成するために、どのように対応しなければならないのかが分からない。
国際特許公開明細書第０２／０６２６４７−Ａ１号

以上のことから、この発明の課題は、最初に述べた種類の方法を改善して、車両の安定化の際に、信頼できる形で車両の運転者を支援することである。

更に、この発明は、この発明による方法を実施するための有利な装置を提供する。

この課題は、この発明にもとづき、請求項１による方法及び請求項１１による装置によって解決される。

この発明は、車両を安定化させる際に、車両の操舵系統に追加操舵トルクを加えて、車両操作者を支援するための方法において、車両の操舵可能な車輪での瞬間的な操舵角と目標操舵角の間の操舵角偏差に応じて、この追加操舵トルクの第一の成分を求め、その場合に、車両のヨーレイトの瞬間的な値と基準ヨーレイトの値の間の偏差に応じて、この操舵角偏差を求めるとともに、車両モデルにおいて運転者が設定する少なくとも一つの変量の値にもとづき、この基準ヨーレイトの値を計算することを特徴とする方法を提供するものである。

このような方法によって、例えば、オーバーステア状況において、車両の走行状態を安定化させる目標操舵角に調節することで、信頼できる、かつ効果的な形で、運転者を支援することができる。

この場合、有利には、基準ヨーレイトを、車両操作者により調節される操舵角に応じて検出し、そのようにして、運転者が希望する車両走行挙動を考慮する。

しかし、この場合、特に、ヨーレイト偏差制御用のＥＳＰコントローラを備えた車両において、追加操舵トルクの設定によって、不安定となる場合が有ることが分かっている。このことは、この追加操舵トルクによる支援のために引き起こされる運転者の操舵動作によって、基準ヨーレイトが影響を受けるためであると言うことができる。この場合、追加操舵トルクの値と基準ヨーレイトの値の間の相互的な影響によって、部分的にヨーレイトが変動して、それにより、車両が、「揺れ動く」こととなる。

この発明の有利な実施構成では、この問題を防止するために、車両の瞬間的なヨーレイトが、絶対値に関して、不安定な走行状況が始まる時点に検出した基準ヨーレイトの値を下回った場合、追加操舵トルクを撤回するものと規定する。

こうすることによって、車両の走行状態の安定的な制御を実現することができる。

この発明の別の有利な実施構成では、車両のヨーレイトの瞬間的な値と不安定な走行状況が始まる時点で検出した基準ヨーレイトの値の間の偏差に応じて、操舵角偏差を求めるものと規定する。

こうすることによっても、追加操舵トルクの値と基準ヨーレイトの値の間の相互的な影響を防止して、安定した制御を実現することができる。

不安定な走行状況が始まる時点を、有利には、作動ロジックによって求める。この場合、目的に適うことには、この作動ロジックは、走行状況検知部の結果にアクセスする。

この発明の別の有利な実施構成では、追加操舵トルクの第二の成分を、タイヤ復元モーメントの見積値に応じて求めるものと規定する。

この場合、このタイヤ復元モーメントを考慮することによって、制御介入の際に瞬間的な走路状態を考慮に入れることが可能となる。この場合、特に、走路の摩擦値が異なれば、タイヤ復元モーメントも異なることとなり、その結果追加操舵トルクの値をそれに適合させることができる。

このタイヤ復元モーメントを、有利には、外力監視部によって見積もる。

この発明の別の有利な実施構成では、第一と第二の成分を加算することによって、追加操舵トルクを算出する。

このことにより、操舵角偏差から導き出する追加操舵トルクの制御成分と、外力成分と看做すことができるタイヤ復元モーメントから算出する成分とを互いに独立して求めることが可能となり、その結果使用する操舵角コントローラを、非常に簡単かつ信頼できる形で実現することができる。

この発明の別の有利な実施構成では、追加操舵トルクの大きさを制限するものと規定する。

こうすることによって、追加操舵トルクが大きくなって、運転者が車両の操舵による制御を喪失する可能性の有る制御介入が防止される。

追加操舵トルク信号にもとづき追加操舵トルクを調節するための手段を備えた、車両を安定化させる際に車両操作者を支援するための装置は、基準ヨーレイトを求めるための手段が、基準ヨーレイト信号を操舵角コントローラに伝え、この操舵角コントローラが、この基準ヨーレイト信号と測定したヨーレイト信号の間の偏差に応じて、第一の追加操舵トルク信号を求めることを特徴とする。

従属請求項１２〜１７は、既に述べた通り、車両の瞬間的なヨーレイトと、不安定な走行状況が始まる時点で検出した基準ヨーレイトの値の間の比較に応じて、制御介入を決定すること、或いはこの基準ヨーレイトの値に応じて、操舵角制御を実行することを可能とする装置の特に有利な実施形態を与える。

従属請求項１８〜２０で提示された有利な実施形態は、特に、外力のフィードフォワードによりタイヤ復元モーメントを考慮することを可能とするものである。

請求項２１〜２３は、追加操舵角を調節するための手段の有利な実施構成を提示している。

この発明の別の有利な目的に適った改善構成は、従属請求項と以下における図面による有利な実施例の記述から明らかとなる。

前車軸に操舵可能な車輪を備えた、二つの車軸の四輪自動車を出発点とする。この車両のステアリング機器は、有利には、電気式パワーステアリング機器を備えたラックピニオン式ステアリング機器として実現される。パワーステアリング機器の従来の動作では、運転者が設定する操舵トルクを増幅するＥＰＳサーボモーター（ＥＰＳ＝電気式パワーステアリング）によって、追加的な操舵トルクを操舵系統に加えている。この場合、ステアリング機器の操舵系統に組み込まれたトーションバーを用いて測定した、手による操舵トルクＭ_H にもとづき、運転者の操舵要求を検出している。

運転者支援用の追加操舵トルク要求Ｍ_DSR （ＤＳＲ＝運転者操舵勧告）を調節するために、この場合、例えば、車両のＣＡＮバスとのインタフェースを介して、コントローラが駆動する電気式パワーステアリング機器を使用する。この場合、ＥＰＳサーボモーターは、制限を加えられた追加操舵トルクΔＭに対応する操舵トルクＭ_DSR （ＤＳＲ＝運転者操舵勧告）を操舵系統に設定するアクチュエーターとして機能する。

しかし、この発明では、車両において、例えば、油圧式パワーステアリング機器又はステアバイワイヤ式ステアリング機器を備えた操舵システムなどの別の操舵システムを同様に用いることもできる。

図１には、操舵トルク要求Ｍ_DSR を算出するための操舵系統制御システム１２０の基本的な構造を全体図で図示している。車両の不安定な走行状態が存在する走行状況は、ブロック１３０と１４０で検知される。この場合、これらのブロックは、特に、走行動特性コントローラ１１０によって供給される情報に頼っている。走行状態コントローラ１１０は、例えば、ＥＳＰシステムか、ＡＢＳシステムか、或いはその両方とすることができる。車両がオーバーステアする臨界的な走行状況の検知は、有利には、ブロック１３０で実行される。ブロック１４０では、車両のアンダーステアが検知される。

検知した不安定な走行状態に対応して、ブロック１５０と１６０の制御システムの制御の構成要素において、目標操舵角δ_Sollを計算し、この目標操舵角は、検知した走行状況に適合した手法で求める。

ここで、カーブ内での荷重変化又は制動プロセスによって引き起こされる可能性の有るオーバーステアを検知した場合、ブロック１５０において、出来る限り速く走行状態を安定化させる目標操舵角δ_Sollを計算する。

車両をアンダーステアさせる走行状況は、典型的には、車両速度が高い場合に、摩擦値が小さい走路上、例えば、氷で覆われた走路上やハイドロプレーニング状況で発生する可能性が有る。そのような状況において、操舵動作は、典型的には、車両のヨーイング運動に影響を与えないか、或いは非常に僅かにしか影響を与えない。しかし、摩擦値の低い値から高い値へ摩擦値が変化する場合、運転者の操舵動作は、運転者が期待しない激しい車両の反応と横滑りに繋がる可能性が有る。従って、アンダーステア状況では、制御の目標は、ブロック１６０で求められる、この状況を検知した際に存在する操舵角を維持することである。

有利には、外力のフィードフォワードを行う操舵角コントローラ１７０は、追加操舵トルクΔＭを決定して、このトルクから、支援モーメントＭ_DSR を求め、このモーメントにもとづき、運転者は、目標操舵角δ_Sollを快適に調節することができるものである。アンダーステア状況では、追加操舵トルクΔＭは、操舵動作に対して対抗する形に作用し、それによって、操舵動作を支援して、瞬間的な操舵角を維持するものである。この場合、様々な走行状況に適合した手法で制御を行うために、ブロック１５０と１６０は、コントローラ１７０のパラメータ、例えば、増幅又は外力なども供給することができる。

ブロック１８０では、追加操舵トルクΔＭの状況に応じた制限が行われる。これによって、追加操舵トルクΔＭは、特に、運転者が、制御システム１２０の指示と合致しない操舵動作を執ることを可能とする値に制限される。そのため、運転者は、常に車両に対する完全な制御を保ち続ける。

オーバーステア状況における制御を実行する制御システム１２０の構成要素、即ち、特に図１の基本図のブロック１３０，１５０，１７０及び１８０を含む構成要素の有利な実施形態は、図２にブロック接続図として示された全体図で図示されている。

この場合、この部分システムは、特に、オーバーステア状況を検知するためのブロック２１０と、制御システムを作動するためのロジック回路を含むブロック２２０と、特にタイヤ復元モーメントＭ_R や運転者操舵トルクＭ_F などの外力を見積もるためのブロック２３０と、目標操舵角δ_Sollを求めるためのブロック２４０と、操舵角コントローラ２５０と、外力をフィードフォワードするためのブロック２６０と、追加操舵トルクΔＭを制限するためのブロック２７０とを有する。この場合、制限を加えられた追加操舵トルクΔＭは、ＥＰＳサーボモーターに対する操舵トルク要求Ｍ_DSR に対応する。

オーバーステア状況を検知するためのブロック２１０の有利な実施形態は、図３に図示されている。オーバーステア状況は、車両の基準速度ｖ_ref が、所定の閾値Ｓ_v より大きい場合及び以下に説明する更なる条件の中の少なくとも一つを満たす場合に、ブロック２１０で検知される。この場合、この閾値Ｓ_v は、５ｋｍ／ｈと２０ｋｍ／ｈの間に有る、有利には１０ｋｍ／ｈである。

オーバーステア状況の検知に関する第一の更なる条件は、以下の場合に満たされる。
ａ）操舵可能な車輪における操舵角δ_R が、測定したヨーレイト

と車両参照モデルで計算した基準ヨーレイト

の間の差分

と同じ正負の符号を持つ、
ｂ）この差分

の絶対値が、所定の閾値

より大きい、
ｃ）ＳＥＳＰフラグが、値１を持つ。

この場合、この条件のａ）項によって、不安定な走行状況が、オーバーステア状況及び別の種類の不安定な状態であることが保証される。ｂ）項により、臨界的な走行状態が存在するか否かにもとづき、瞬間的な走行状況を評価している。この閾値

は、有利には、瞬間的な車両基準速度ｖ_ref と瞬間的に存在する摩擦値に適合したものであり、その際ここでは、例えば、ＥＳＰシステムで見積もられた摩擦値をベースとすることができる。この適合は、有利には、特性曲線又は表にもとづき行われる。

ＳＥＳＰフラグは、別の走行状況検知部によって決定され、直線走行又はカーブ走行の間に部分的なブレーキ操作が検出されるか、或いはカーブ走行の間に荷重変化が検出された場合に、値１を採る。その他の場合には、値０を持つ。

この場合、車両の操舵可能な車輪における操舵角δ_R とその変化率

、及び車両の測定した横加速度ａ_y にもとづき、並びにＥＳＰシステムの検知結果を考慮に入れて、車両が、真っ直ぐに又はカーブ内を走行しているのか否かを検出する。

更に、車輪ブレーキのブレーキ圧とその時間的な推移にもとづき、車両の制動介入によって、車両の不安定性が発生している可能性が有るか否かを検出する。

更に、測定した車輪速度にもとづき、そしてエンジントルクとその時間的な推移又はアクセルペダル位置とその時間的な推移にもとづき、運転者がエンジントルクを速く低下させたことにより不安定性が発生している可能性が有るか否かを検出する。

更に、ヨーレイト

とその変化率にもとづき検出したオーバーステア傾向により、ＳＥＳＰフラグを決定する。更に、ＡＢＳ制御介入と調整するために、車両の後輪がＡＢＳ制御中であるか否かを調べる。

オーバーステアの存在に関する第二の更なる条件は、以下の場合に満たされる。
ａ）横滑り角βの変化率

が、所定の閾値

より大きい、
ｂ）操舵角δ_R の変化率

が、所定の閾値

よりも大きい。

これによって、運転者が、カーブ内で加速した場合に、特に後輪駆動の車両で発生する、オーバーステア状況が早期に検知される。この場合、これらの閾値

と

を、走行試験により、各車両形式に適合させる。

ブロック２１０において、前述した条件にもとづき、オーバーステア状況を検知した場合、ブロック２１０の出力信号であるオーバーステアフラグは、値１にセットされる。前述した条件が最早満たされない場合、このオーバーステアフラグは、値１から値０にリセットされる。しかし、この場合、有利には、より小さい閾値をベースとし、その結果ヒステリシスによって、制御を安定させる。

このオーバーステアフラグは、制御用作動ロジックを含むブロック２２０に対する入力信号として機能する。このブロックの有利な実施形態は、図４に図示されている。

エンジンを起動した場合、ブロック２２０の出力信号であるオーバーステアアクティブフラグは、値０にセットされる。オーバーステアフラグが値１を採る場合には、値１への変更が行われる。

ブロック２２０内では、オーバーステアアクティブフラグによって、有利には、エッジ駆動式保持バッファーとして実現されたメモリ４１０を駆動している。オーバーステアアクティブフラグの値が、ｔ_ein 時点で０から１に変化した場合、基準ヨーレイト

の値

をメモリ４１０に保存する。この場合、この基準ヨーレイト

の値は、ｔ_ein 時点で制御に入った際の車両の定常状態を特徴付けるものであり、この状態は、制御介入によって復元される。

オーバーステアアクティブフラグが、値１を持つ場合、このフラグは、以下の条件の中の少なくとも一つが満たされる場合、値０にリセットされる。
ａ）オーバーステアフラグが、値０を持つ（或いは値が１から０に変化する）、
ｂ）操舵角δ_R の正負の符号が、車両の測定したヨーレイト

の正負の符号と異なる（或いは操舵角δ_R の正負の符号が、ヨーレイト

の正負の符号と比べて変化する）、
ｃ）測定したヨーレイト

の値が、絶対値に関して、基準ヨーレイト

の値

よりも小さい（或いはこの値以下に低下する）。

条件ａ）により、オーバーステア状況が最早存在しない場合、制御介入が撤回される。条件ｂ）は、運転者が、制御の間に非常に激しく過剰に反応した場合にだけ満たされる。この場合、それによって生じる臨界的な走行状況は、車両を安定化させるＥＳＰ制御介入を引き起こす。ここで考察している操舵角制御とＥＳＰ制御介入の間を調整する問題を回避するために、オーバーステアアクティブフラグを、ここでは値０にリセットする。

条件ｃ）により、車両が安定した場合に、操舵角制御を停止する。この場合、又もや操舵角制御とＥＳＰ制御の相互的な影響を防止するために、安定した車両状態を特徴付けるものとして、基準ヨーレイト

の瞬間的な値の代わりに、値

をベースとする。

このことは、追加操舵トルクΔＭによる支援にもとづき実行される運転者の操舵動作によって、基準ヨーレイト

に影響を与えることにより行われる。追加操舵トルクΔＭの値と基準ヨーレイト

の値の間の相互的な影響によって、車両のヨーレイト偏差を増幅することができ、その結果振幅が増大して行く形の基準ヨーレイト

の変動を生み出すことができる。ここで、操舵角制御とＥＳＰシステムの相応の制御介入によって、車両の「増大して行く揺れ」が生じさせることができる。

しかし、撤回条件ｃ）によって、この調整の問題を回避した安定した制御を達成することができる。

更に、この発明の有利な実施構成では、運転者が設定したものと見積った運転者操舵トルク

が閾値Ｓ_M よりも小さい場合にも、オーバーステアフラグは、値０にリセットされる。この場合、この条件によって、運転者が最早ハンドルを握っていない状況を検知している。ここで、操舵系統で測定した手によるトルクＭ_H は、ＥＰＳサーボモーターを用いて行われる制御介入によっても影響を受けるので、この検知は、運転者の操舵トルクＭ_F の見積り値

をベースとしなければならない。この場合、運転者の操舵トルクＭ_F は、ブロック２３０で見積もられる。

この制御により運転者を支援するために調節すべき目標操舵角δ_Sollを求めるために、ブロック２４０を配備している。このブロックの時間的に最適な制御にもとづく有利な実施構成は、図５に図示されている。

この実施構成では、車両の測定したヨーレイト

とｔ_ein 時点で求めた基準ヨーレイト

の間の偏差

から、先ずは目標追加操舵角Δδ_R を算出する。これから、目標操舵角δ_Sollは、以下の引き算によって得られる。

δ_Soll＝δ_R −Δδ_R

この基準ヨーレイトは、有利には、又もやエッジ駆動式保持バッファーとして実現され、オーバーステアアクティブフラグによって駆動されるメモリ５１０によって供給される。

追加操舵角Δδ_R の計算は、追加操舵角Δδ_R が増大するにつれて、ヨーレイト偏差

が上昇する、オーバーステアする車両のモデルをベースとしている。ここで、特に、以下の伝達関数

を持つモデルを選定し、この場合、Ｌ｛．｝は、ラプラス変換を表す。

このモデルをベースとして、入力変量

と切換特性線５２０で算出される変量

の間の差分から、制御変量ｕを求める。この場合、以下の式が成り立つ。

この場合、有利には、線形化した形式の切換特性線５２０を使用し、それは、以下の通りである。

このパラメータＴは、例えば、走行試験により、適合させることができる。

追加操舵角Δδ_R の決定は、ブロック５３０で三点特性曲線にもとづき行われる。この場合、値δ_max は、追加操舵角Δδ_R に関する最大許容値を規定する。更に、ブロック５３０により、絶対値に関して、不感知パラメータａよりも大きい、そのような制御変量ｕだけを伝達している。この措置は、制御を安定化させる役割を果たす。

目標操舵角δ_Sollを求めるためのブロック２４０の別の有利な実施構成は、図６に図示されている。この場合、目標追加操舵角Δδ_R は、係数

により増幅された横滑り角速度

及び係数

により増幅された、車両の測定したヨーレイト

と基準ヨーレイト

の間の偏差

から求められる。この場合、ブロック６１０では、有利には、ブロック６１０の前述した入力変量の合算又は最大値計算により実行されるアービトレーションを行う。

この実施構成では、目標操舵角δ_Sollは、同じく操舵可能な車輪の操舵角δ_R と検出した操舵角変化Δδ_R の間の差分として求められる。

図２のブロック２３０は、タイヤの横抗力と横方向力によって生じ、手による操舵トルクＭ_H に対抗して作用する、操舵系統に作用するタイヤ復元モーメントＭ_R と、運転者が設定する運転者の手による操舵トルクＭ_F を見積もる役割を有する。この場合、この発明の有利な実施構成では、この見積りのために、線形的な外力監視部を使用する。

この場合、図７に図示したタイヤ復元モーメントＭ_R を見積もるための外力監視部は、以下の操舵システムのモデル方程式をベースとする。

ここで、Ｊは、操舵系統の慣性モーメントを、Ｍ_M は、例えば、モーターの入力電流から算出することができるＥＰＳサーボモーターによって設定される操舵トルクを、ｉ_L ＝δ_L ／δ_R は、ステアリングコラムの操舵角δ_L と車両の操舵可能な車輪の操舵角δ_R の間の伝達比を、ｉ_M ＝δ_M ／δ_R は、ＥＰＳサーボモーターの制御角δ_M と操舵可能な車輪の操舵角δ_R の間の伝達比を表す。この場合、方程式（１）による評価は、ステアリングコラムに関連するものである。

方程式（１）のモーメントＭ_IRによって、油で潤滑された表面上での滑りにより生じる、操舵系統内における操舵角速度

に比例する粘性の摩擦抵抗と、操舵角δ_L に比例する、操舵系統内における往復運動と関連した復元モーメント（ばね効果）を考慮している。従って、このモーメントＭ_IRは、以下の形式となる。

比例定数ｃ₁ とｄ₁ は、慣性モーメントＪと同様に、走行試験において計算することができる。

方程式（１）にもとづき、外力監視部は、見積もった操舵角加速度

を計算する。それから、第一の積分によって、操舵角速度

に関する見積り値

を取得し、この見積もった操舵角速度

から、第二の積分によって、見積もった操舵角

が得られる。

外力監視部において、タイヤ復元モーメントＭ_R に関する見積り値

の時間的な微分

が、見積もった操舵角

と測定した操舵角δ_L の間の偏差及び見積もった操舵角速度

と操舵角センサーの測定値を微分した操舵角速度

の間の偏差から算出されて、増幅行列Ｌを介して、外力監視部の入力にフィードバックされる。従って、以下の通りとなる。

更に、この増幅行列Ｌを介して、見積もった操舵角加速度

と見積もった操舵角速度

は、見積もった変量

及び

とそれらに対応する測定信号から検出した変量δ_L 及び

の間の偏差にもとづき、直接適合させることができる。

増幅行列Ｌの増幅要素Ｌ_ijを規定するためには、制御理論の標準的な手法を用いることができる。それらは、例えば、極配置法によって算出することができる。

この発明の別の有利な実施構成では、タイヤ復元モーメントＭ_R を見積もるために、図８による非線形の外力監視部を使用するものと規定する。

この場合、この見積りは、既に述べたモデルで使用される変量に加えて、乾いた接触面上で滑る際に生じるクーロン摩擦を考慮した操舵系統モデルに基づいている。このモデルでは、摩擦によって生じる内部操舵トルクは、以下の形式の式に従う。

図８に図示した監視部は、又もや、内部操舵トルクに対応して、方程式（４）を採用したモデル方程式（１）をベースとしている。ここでも、見積もった操舵角速度

と見積もった操舵角

は、見積もった操舵角加速度

の積分によって算出される。

ここで、見積もるべきタイヤ復元モーメント

は、見積もった操舵角速度

と測定した操舵角速度

の間の差分及び見積もった操舵角

と測定した操舵角δ_L の間の差分から得られ、外力監視部の入力にフィードバックされる。

この場合、増幅係数ｈ₁ とｈ₂ は、走行試験により好適に決定され、その結果このシステムは、特に安定しており、タイヤ復元モーメントＭ_R に関する十分に精確な値を見積もることができる。

この見積もったタイヤ復元モーメント

は、操舵系統に作用する負荷モーメントＭ_Lastと一致する。ここでは操舵系統と関連して決定される、この負荷モーメントＭ_Lastは、係数ｉ_L を掛けることによって、車両の操舵可能な車輪と関連付けられる。

運転者の操舵トルクＭ_F の見積りは、有利には、タイヤ復元モーメントＭ_R の見積りと同じ手法で、図９に図示した線形の外力監視部を用いて行われる。この場合、外力監視部は、以下のハンドルの回転挙動に関するモデル方程式をベースとし、その方程式では、特に、運転者が設定する運転者操舵トルクＭ_F と測定した手による操舵トルクＭ_R の間の差分が入力される。

項

によって、又もや粘性による摩擦抵抗とばね効果を考慮している。

式（４）にもとづき、見積もった運転者の操舵トルク

を計算するために、又もやハンドルにおける見積もった操舵角加速度

、見積もった操舵角速度

及び見積もった操舵角

を使用する。

外力監視部において、見積もった運転者の操舵トルク

の時間的な微分

は、図７での見積もったタイヤ復元モーメント

の微分

と同様に、見積もった操舵角

と測定した操舵角δ_L の間の偏差及び見積もった操舵角速度

と操舵角センサーの測定値を微分した操舵角速度

の間の偏差から算出し、増幅行列１を介して、外力監視部の入力にフィードバックされる。従って、以下の通りとなる。

これから、積分によって、見積もった運転者の操舵トルク

が得られる。

既に説明した通り、この見積もった運転者の操舵トルク

から、運転者が、制御介入の間にハンドルを離しているか否かが検出される。

追加操舵トルクΔＭは、ブロック２５０の操舵角制御とブロック２６０による外力のフィードフォワードにもとづき算出される。

有利なコントローラ２５０のブロック接続図が、図１０に図示されている。この場合、このコントローラ２５０の図示した実施構成では、追加操舵トルクΔＭの制御成分Ｍ_Reg は、第一の成分と第二の成分の合算から求められる。

第一の成分は、比例コントローラを用いて、車両の操舵可能な車輪における目標操舵角δ_Sollと瞬間的に存在する操舵角δ_R の間の制御偏差を所定の係数Ｋ₂ で増幅することによって求められる。

第二の成分は、操舵角速度

の制御偏差から得られ、カスケード式コントローラとして実現されたコントローラ２５０の分岐内で求められる。この場合、内部コントローラに関する設定変量は、操舵角の制御偏差δ_Soll−δ_R に所定の係数Ｋ₁ を掛け算することによって算出され、目標操舵角変化に相当する。それに対応して、この制御偏差は、算出した目標操舵角変化と操舵角センサーの測定値から求めた操舵角速度

の間の差分

から得られる。

カスケード式コントローラの内部コントローラは、有利には、ＰＤコントローラとして実現され、その結果追加操舵トルクの制御成分Ｍ_reg の第二の成分は、以下の通り得られる。

目標操舵角δ_Sollと瞬間的な操舵角δ_R の間の差分が、運転者の操舵動作によって増幅される場合、このシステムは、この追加操舵トルクの制御成分Ｍ_reg の第二の成分により、非常に速くかつ効果的に介入することができる。

追加操舵トルクΔＭの成分

は、見積もった負荷操舵トルクＭ_Lastを係数Ｋ_S によって増幅することにより得られるとともに、図１１のブロック接続図に図示したブロック２６０で求められる。この場合、この成分

を考慮することは、外力のフィードフォワードに対応し、このフィードフォワードは、ここでは、走路の状態を考慮することを可能とするが、簡単な手法で、この影響と関係無く、操舵角制御を実行することを可能としている。

追加操舵トルクΔＭを求めるために、成分Ｍ_reg と

を加算する。更に、この合計に、ブロック２２０の作動ロジックによって決定したオーバーステアアクティブフラグを掛け算し、その結果追加操舵トルクは、オーバーステアアクティブフラグが値１を有する場合にだけ、ＥＰＳサーボモーターに伝えられることとなる。

更に、ブロック２７０において、追加操舵トルクの制限を行う。このブロックの有利な実施形態を、図１２にもとづき説明する。

この場合、先ずは、制御介入の動力

を、追加操舵トルクΔＭと操舵角速度から計算する。この動力の絶対値が、所定の値

を上回る場合、支援トルクＭ_DSR が、ＥＰＳサーボモーターによって、操舵系統のトルクに加えられるとともに、以下の値に制限される。

そうでない場合、ＥＰＳサーボモーターに対する操舵トルク要求Ｍ_DSR は、追加操舵トルクΔＭと一致する。

この制限は、とりわけ、運転者がハンドルを離しているか否かを検知することを省略している場合、特に有意義である。

アンダーステア状況での制御を行う制御システム１２０の構成要素の有利な実施構成は、図１３に、ブロック接続図として示された全体図で図示されている。

この場合、部分システムは、アンダーステア状況を検知するためのブロック１３１０、制御システムを作動するためのロジック回路を含むブロック１３２０、目標操舵角δ_Sollを求めるためのブロック１３３０、操舵角コントローラ１３４０及び追加操舵トルクΔＭを制限するためのブロック１３５０を有する。

アンダーステア状況を検知するためのブロック１３１０の有利な実施構成は、図１４に図示されている。このブロック１３１０内において、車両の基準速度ｖ_ref が、６０ｋｍ／ｈと１２０ｋｍ／ｈの間に有る、有利には、８０ｋｍ／ｈである所定の閾値Ｓ_v よりも大きい場合で、更に、以下の条件の中の少なくとも一つが満たされる場合、アンダーステア状況が検知される。
ａ）ハイドロプレーニングフラグが、値１を有する、
ｂ）走路の瞬間的に存在する摩擦値μが、所定の閾値

よりも小さい。

この場合、有利には、ハイドロプレーニングフラグは、車両のＥＳＰシステムが、ハイドロプレーニング状況を検知した場合、このシステムによって、値１にセットされる。有利には、走路の摩擦値の瞬間的な値μとして、同じくＥＳＰシステムによって見積もられた値を採用する。この摩擦値μに関する閾値

は、例えば、０．０５と０．２の間に有り、有利には、０．１である。

ブロック１３１０で、アンダーステア状況が検知された場合、ブロック１３１０の出力信号であるアンダーステアフラグは、値１にセットされる。前述した条件にもとづき、アンダーステア状況が検知されない場合、アンダーステアフラグは、値０を有する。

このアンダーステアフラグは、制御の作動ロジックを含むブロック１３２０に対する入力信号として機能する。ブロック１３２０の有利な実施形態は、図１５に図示されている。

エンジンを起動した場合、このブロックによって、アンダーステアアクティブフラグは、値０にセットされる。アンダーステアフラグが、値１を採る場合には、値０から値１への変化が起こる。

オーバーステアアクティブフラグが値１を持つ場合、このフラグは、アンダーステアフラグが値０を採った時に、値０にリセットされる。

目標操舵角δ_Sollは、その調節が、この制御にもとづき、運転者によって支援されるべきものであり、ブロック１３３０内で計算される。このブロック１３３０の有利な実施構成は、図１６に図示されている。

この場合、ブロック１３３０は、有利には、エッジ駆動式保持バッファーとして実現され、オーバーステアアクティブフラグによって駆動されるメモリ１６１０を有する。オーバーステアアクディブフラグの値が、ｔ_ein 時点で、値０から値１に変化した場合、車両の操舵可能な車輪における操舵角δ_R のｔ_ein 時点で存在する値δ_R （ｔ_ein ）が、メモリ１６１０に保存され、ブロック１３３０から、目標操舵角δ_Sollとして出力される。

追加操舵トルクΔＭは、制御成分Ｍ_reg にアンダーステアアクティブフラグを掛け算することによって求められ、そのため、アンダーステアアクティブフラグが、値１を持つ場合に、値Ｍ_reg を採る。そうでない場合、追加操舵トルクΔＭは、値０を持つ。

追加操舵トルクΔＭの制御成分Ｍ_reg は、コントローラ１３４０によって求められる。このコントローラの有利な実施構成は、図１７に図示されている。

この実施構成では、制御成分は、増幅した制御偏差δ_Soll−δ_R と増幅した操舵角速度

の間の差分から求められる。

この場合、この増幅は、ブロック１７１０と１７２０内において、特性曲線ｕ_p （δ_Soll−δ_R ）と

にもとづき算出される。操舵角速度

は、好適な実数微分器で実現された差分器１７３０を用いて求められる。有利には、この差分器１７３０は、ＤＴ₁ 部品である。

更に、追加操舵トルクΔＭの制限は、瞬間的な走行状態と瞬間的な運転者挙動に従って実行されるものと規定する。制限部品のブロック接続図は、図１８に図示されている。

ブロック１８２０では、速度に応じた制限を行い、その場合に、下方の速度範囲では、中間の速度範囲におけるよりも大きな追加操舵トルクの制限を行う。多くの車両操作者は、このような速度に応じた制限を特に快適であると看做していることが分かっている。より高い速度範囲において、そこでは、車両操作者の誤った挙動による介入が、重大な損傷に繋がる可能性が有るので、追加操舵トルクの大きな制限を行う。ブロック１８１０内での制限は、有利には、例えば、走行試験で求められた特性曲線にもとづき行われる。

ブロック１８２０は、制御介入の継続時間をより長くする形で、追加操舵トルクを低減している。こうすることによって、例えば、ブレーキ圧などの入力変量を求める際の誤差が増大する、或いは、例えば、カーブを走行している間の制動プロセス時のコースに沿った操舵角を見積る際の見積り誤差が増大することによって、誤った制御介入が実行されることが防止される。この場合、一般的に、車両操作者は、危険な状況に気付いて、車両を安定化するように誘導されることとなる、介入の或る程度の継続時間後には、自分自身で操舵制御任務を完全に引き受けることができるようになる。

更に、車両操作者の挙動を考慮した制限を規定する。この場合、ブロック１８３０では、測定した、車両操作者によって設定された手による操舵トルクＭ_R と操舵角の瞬間的な制御偏差から、車両操作者が、制御システムの指示に従っているか、或いは逆らっているかを検出する。この場合、これらの変量の時間的に継続した考察と評価によって、運転者の逆行に関する尺度である変量を生成することができる。これらの変量が、所定の閾値を上回る場合、追加操舵トルクは、ブロック１８３０によって、値０にまで低減される。

更に、ブロック１８４０では、追加操舵トルクが、速くハンドルに加わるのを防止するために、追加操舵トルクの上昇及び下降を制限する動特性制限を実行している。この制限が無いと、ＥＰＳサーボモーターの非常に大きな動特性により、追加操舵トルクの急激な調整によって、ハンドルが車両操作者の手に衝撃を与える可能性が有る。

この制限部品の出力信号は、ＥＰＳサーボモーターへの操舵トルク要求Ｍ_DSR である。この場合、アンダーステア状況において、操舵トルクＭ_DSR は、急激な操舵角の変化を防止する形で運転者を支援し、その結果大きな摩擦値に変化する際の車両の横滑りが防止されることとなる。

追加操舵トルクを算出するための制御システムの模式図 オーバーステア状況における追加操舵トルクを算出するための制御システムの全体的なブロック接続図 図２に図示したブロック接続図で走行状況を検知するためのブロックの実施形態 図２に図示したブロック接続図で作動ロジックを含むブロックの実施形態 図２に図示したブロック接続図で目標操舵角を算出するためのブロックの第一の実施構成 図２に図示したブロック接続図で目標操舵角を算出するためのブロックの第二の実施構成 図２に図示したブロック接続図でタイヤ復元モーメントを見積もるためのブロックの第一の実施形態 図２に図示したブロック接続図でタイヤ復元モーメントを見積もるためのブロックの第二の実施形態 図２に図示したブロック接続図で運転者による操舵トルクを見積もるためのブロックの実施形態 操舵角コントローラの実施形態 図２に図示したブロック接続図で外力フォワードフィード用ブロックの実施形態 追加操舵トルク制限の説明図 アンダーステア状況における追加操舵トルクを算出するための制御システムの全体的なブロック接続図 図１３に図示したブロック接続図で走行状況を検知するためのブロックの実施形態 図１３に図示したブロック接続図で作動ロジックを含むブロックの実施形態 図１３に図示したブロック接続図で目標操舵角を算出するためのブロックの実施形態 操舵角コントローラの実施構成 図１３に図示したブロック接続図で追加操舵トルクを制限するためのブロックの実施形態

Claims (21)

1. 車両を安定化させる際に、車両の操舵系統に追加操舵トルクを加えて、車両操作者を支援する方法において、
   車両の操舵可能な車輪における実際の操舵角と目標操舵角の間の操舵角偏差に応じて、追加操舵トルクの第一の成分を求め、その場合に、車両のヨーレイトの実際の値と基準ヨーレイトの値の間の偏差に応じて、この操舵角偏差を求めるとともに、車両モデルにおける運転者が設定する少なくとも一つの変量である車両操作者によって調節される操舵角の値に応じて、この基準ヨーレイトの値を計算することと、
   車両の基準速度ｖ_ｒｅｆが所定の閾値Ｓ_ｖよりも大きい場合、かつ
   ａ）操舵可能な車輪における操舵角δ_Ｒが、測定したヨーレイト
   と車両参照モデルで計算した基準ヨーレイト
   の間の差分
   と同じ正負の符号を持ち、
   ｂ）この差分
   の絶対値が、所定の閾値
   よりも大きく、
   ｃ）ＳＥＳＰフラグは、直線走行又はカーブ走行の間に部分的なブレーキ操作が検出されるか、或いはカーブ走行の間に荷重変化が検出された場合に値１を採り、その他の場合に値０を採るとして、このＳＥＳＰフラグが、値１を持つ、
   という条件と、
   ａ）横滑り角βの変化率
   が、所定の閾値
   よりも大きく、
   ｂ）操舵角δ_Ｒの変化率
   が、所定の閾値
   よりも大きい、
   という条件の二つの条件の中の少なくとも一つが満たされた場合に、オーバーステア状況が検出されて、オーバーステアフラグが、値１にセットされ、前記の二つの条件のいずれか一方でも満たされなくなると、オーバーステアフラグが、値１から値０にリセットされ、
   車両の実際のヨーレイトの絶対値が、オーバーステア状況が始まる時点で検出された基準ヨーレイトの値を下回った場合、当該の追加操舵トルクを撤回することと、
   を特徴とする方法。
2. 車両の実際のヨーレイトと、オーバーステア状況が始まる時点で検出された基準ヨーレイトの値との偏差に応じて、当該の操舵角偏差を計算することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 当該のオーバーステア状況が始まる時点を作動ロジックによって求め、その作動ロジックは、オーバーステア状況が検知されて、オーバーステアフラグが値１にセットされた場合に、オーバーステアアクティブフラグの値を１にセットし、エンジンを起動した場合、或いは、
   ａ）オーバーステアフラグの値が０であるか、或いは値が１から０に変化する、
   ｂ）操舵角δ _R の正負の符号が、車両の測定したヨーレイト
   の正負の符号と異なるか、或いは操舵角δ _R の正負の符号が、ヨーレイト
   の正負の符号と比べて変化する、
   ｃ）測定したヨーレイト
   の値が、絶対値に関して、オーバーステアフラグの値が０から１に変化した時点t _ein における基準ヨーレイト
   の値
   よりも小さいか、或いはこの値以下に低下する、
   ｄ）運転者が設定したものと見積った運転者操舵トルク
   が閾値Ｓ _M よりも小さい、
   という四つの条件の中の少なくとも一つが満たされた場合に、オーバーステアアクティブフラグ値を０にリセットするロジックであることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 当該のオーバーステア状況の始まりを検出するための作動ロジックが、走行状況検知部の結果にアクセスすることを特徴とする請求項１から３までのいずれか一つに記載の方法。
5. セルフアライニングトルクの推定値にもとづき、当該の追加操舵トルクの第二の成分を求めることを特徴とする請求項１から４までのいずれか一つに記載の方法。
6. 当該のセルフアライニングトルクを外力監視部によって見積り、その外力監視部では、セルフアライニングトルクＭ _R に関する見積り値
   の時間的な微分
   が、下記の式にもとづき計算されるか、
   或いは、セルフアライニングトルクＭ _R に関する見積り値
   が、下記の式にもとづき計算され、
   ここで、δ _L は測定した操舵角であり、
   は見積もった操舵角であり、
   は測定した操舵角速度であり、
   は見積もった操舵角速度であり、
   Ｌ ₃₁ ，Ｌ ₃₂ は増幅行列Ｌの要素であり、ｈ ₁ ，ｈ ₂ は増幅行列Ｌの走行試験で求めた要素である、
   ことを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 当該の追加操舵トルクを、当該の第一と第二の成分を加算することによって求めることを特徴とする請求項５又は６に記載の方法。
8. 当該の追加操舵トルクの大きさを制限することを特徴とする請求項１から７までのいずれか一つに記載の方法。
9. 追加操舵トルク信号により追加操舵トルクを調節するための手段を備えた、車両を安定化させる際に、車両操作者を支援するための装置において、
   請求項１に記載された方法により基準ヨーレイトを求めるための手段が、基準ヨーレイト信号を操舵角コントローラに伝え、このコントローラが、この基準ヨーレイト信号と測定したヨーレイト信号の間の偏差に応じて、第一の追加操舵トルク信号を求め、
   オーバーステア状況を検知するための手段が、請求項１に記載された方法によりオーバーステア状況を検出し、車両の実際のヨーレイトの絶対値が、オーバーステア状況が始まる時点で検出された基準ヨーレイトの値を下回った場合に、追加操舵トルクを調節するための手段に加えられる第一の追加操舵トルクが撤回される、
   ことを特徴とする装置。
10. この装置が、当該の基準ヨーレイト信号の値を保存するために、少なくとも一つの制御可能なメモリ手段を備えており、この基準ヨーレイト信号は、基準ヨーレイトを求めるための手段から、このメモリ手段に伝えられることを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 当該のメモリ手段が、請求項３に記載された作動ロジックを有する作動手段によって駆動されることを特徴とする請求項９又は１０に記載の装置。
12. 当該の作動手段が、少なくとも二つの動作状態で動作可能であり、オーバーステアアクティブフラグの値が０である第一の動作状態からオーバーステアアクティブフラグの値が１である第二の動作状態に移行する際に、当該のメモリ手段の駆動が行われることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
13. 当該の作動手段の第一の動作状態から第二の動作状態への移行が、オーバーステア状況を検知するための手段によって制御されることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
14. 当該の作動手段の第二の動作状態から第一の動作状態への移行が、当該のメモリ手段に保存された基準ヨーレイト信号の値と車両のヨーレイトの測定値を比較するための比較手段によって制御されることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の装置。
15. 当該のメモリ手段が、当該の基準ヨーレイトの保存値を、当該の操舵角コントローラに伝えることを特徴とする請求項１０から１４までのいずれか一つに記載の装置。
16. この装置が、請求項６に記載された方法によりセルフアライニングトルクを見積もるための外力監視部を有することを特徴とする請求項９から１５までのいずれか一つに記載の装置。
17. この装置が、当該の見積もったセルフアライニングトルクにもとづき、第二の追加操舵トルク信号を求めるための手段を有することを特徴とする請求項１６に記載の装置。
18. この装置が、当該の第一と第二の追加操舵トルク信号から追加操舵トルクを計算するための加算器を有することを特徴とする請求項１７に記載の装置。
19. 当該の追加操舵トルクを調節するための手段が、電気式パワーステアリング機器のサーボモーターであることを特徴とする請求項９から１８までのいずれか一つに記載の装置。
20. 当該の追加操舵トルクを調節するための手段が、油圧式パワーステアリング機器であることを特徴とする請求項９から１８までのいずれか一つに記載の装置。
21. 当該の追加操舵トルクを調節するための手段が、ステアバイワイヤ式ステアリング機器であることを特徴とする請求項９から１８までのいずれか一つに記載の装置。