JP5091228B2 - 車両のステアリングにおけるドライバの支援方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両のステアリングにおけるドライバの支援方法および対応する装置に関するものである。

最新の車両は、通常、ステアリングにおいてドライバを支援する補助力ステアリング装置（サーボステアリング装置）を備えている。既知の補助力ステアリング装置は、ドライバにより供給される操舵力を低減させる支援トルクをステアリング装置に供給する、例えば電動機または油圧ポンプのような操作装置を含む。支援トルクの大きさは、実際の走行状況、特にかじ取り角ないしはハンドル角および走行速度の関数である。支援トルクは、通常、制御装置により所定のステアリング特性に基づいて設定される。

ステアリングにおける力の消費を低減させる上記の補助力ステアリング装置のほかに、従来技術から、特定の走行状況において、ドライバによりハンドル位置を変化させるためにステアリング装置に追加操作トルクが供給されるステアリング装置もまた既知である。この装置はドライバ・ステアリング・アシスト装置とも呼ばれる。これには、例えば、車両を走行レーン内に保持するようにドライバを支援するＬＫＳ装置（ＬＫＳ：レーン・キープ支援）もまた挙げられる。

ＬＫＳ装置は、通常、例えばビデオ装置のような周辺センサ装置を含み、ビデオ装置により、走行レーンのコース並びに走行レーン内の車両の相対位置が決定され、または障害物があるときにそれが検出可能である。正常な走行運転において、車両の運動軌道が走行レーン・コースに対応しているかぎり、この装置は作動されない。この場合には、ステアリング装置にサーボトルクのみが供給される。しかしながら、車両の運動軌道が走行レーン・コースにより設定された最適運動軌道から著しく外れたとき、または他の危険状況が発生したとき、装置は追加操作トルクを発生し、この追加操作トルクは、ドライバにより感触で検出可能であり、且つ車両を走行レーン内に保持し、ないしは回避操縦を行うようにドライバがステアリング装置を操作しなければならないことをドライバに指示する。ハンドル旋回角がきわめて小さいとき、ドライバは、例えば操舵力の低下を感じ、これにより、ドライバはハンドルを自動的により強くカーブ内に旋回させることになる。これに対して、ハンドル旋回角がきわめて強いとき、装置がハンドルに作用する操舵力を上昇させ、これにより、ドライバは、可能なかぎりハンドルをさらに中立位置に移動させることになる。

ドライバ・ステアリング・アシスト装置のステアリング係合ごとに、ステアリング装置のステアリング特性は変化し、即ち、ドライバはハンドルにおいて急激に異なる反力を感ずることになる。異なるかじ取り感覚はドライバにとって不快なものであり且つ、特にドライバが提供されたステアリング運動に同調したくないときにそれが妨害となることがある。

ステアリング係合がドライバにとって本質的に快適であり、したがって操縦快適性を本質的に改善するステアリング・アシスト装置を提供することが本発明の課題である。

この課題は、本発明により、請求項に記載の特徴によって解決される。本発明の他の形態が従属請求項に記載されている。
本発明の本質的な観点は、追加的に要求される操作トルクが車両のステアリングにおいてドライバに著しい影響を与えず且つ、特にドライバを妨害しないように、この追加要求操作トルクを適合させることにある。このために、要求トルクは、その絶対値において、および／またはその動特性において、以下に記載のように制限されることが好ましい。

本発明の第１の実施形態により、追加操作トルクの勾配が所定の最大値に制限される。したがって、特にドライバに不快感を与えることがあるトルク・ジャンプが回避される。これにより、ステアリング快適性は本質的に改善される。

最大値は要求操作トルクの絶対値の関数であることが好ましく、この場合、操作トルクが大きい場合には操作トルクが小さい場合よりも最大勾配は小さいことが好ましい。即ち、ドライバにできるかぎり追加トルクを補償する可能性を与えることをドライバが希望する場合には、そのために、追加操作トルクが大きければ大きいほど、操作トルクはより緩慢に上昇ないしは低下されるべきである。勾配制限は、勾配が所定のしきい値より大きいときにのみ作動化されることが好ましい。

最大勾配は、操作トルクの正および負の勾配において異なる大きさに選択されていてもよい。
本発明の第２の実施形態により、ドライバにより供給されるドライバ・ハンドトルクと追加操作トルクとの間の差が所定の最大値に制限される。これにより、ドライバが提供されたステアリング運動に同調したくないとき、ドライバを妨害させることがあるきわめて高い力がハンドルに作用することが回避される。結局、追加操作トルクは、ドライバの応答を引き出させるのみであり且つこの応答を加速させるものであって、ドライバを妨害させるものであってはならない。したがって、操作トルクの絶対値は、ドライバもまたステアリング運動に同調するときにのみ増大してもよい。

ドライバ・ハンドトルクと操作トルクとの間の差の上記のような制限は、操作トルクの絶対値が所定のしきい値を超えているときにのみ作動化されることが好ましい。操作トルクがきわめて小さい場合、ドライバへの妨害はむしろ小さくなる。

本発明の第３の実施形態により、操作トルクが所定のしきい値より大きく、ドライバ・ハンドトルクが操作トルクとは反対の正負符号を有し、ドライバ・ハンドトルクの絶対値が所定のしきい値を超え、且つドライバ・ハンドトルクとその勾配との積が０より大きいとき、操作トルクが所定の最大値に制限される。この方法により、ドライバが提供されたステアリング運動に同調したくなく且つ要求操作トルクに反対の方向に応答するとき、要求操作トルクは急速に低下可能である。

上記の計算において、ジャンプを回避するために、ドライバ・ハンドトルクの勾配が、例えば不感帯関数のような関数によって低減されてもよい。
本発明の第４の実施形態により、ハンドルを特定の方向に移動させようとし且つハンドルがトルクの方向において所定の速度を既に超えているとき、要求操作トルクが低減される。このようにして、不快なステアリング運動、ないしは「感覚のない」ステアリング運動が回避可能である。

ドライバ・ハンドトルクの絶対値と操作トルクの絶対値との和が所定の最大値に制限されてもよい。これにより、ステアリングにおけるきわめて高い操舵力および抵抗感覚の損失によるドライバの過大疲労が回避可能である。

安全性の理由から、操作トルクの最大絶対値が所定の値に制限されることが好ましい。

図１は、車両のステアリングにおいてドライバを支援するドライバ・ステアリング・アシスト装置の本質的な構成要素の概略ブロック図を示す。ステアリング・アシスト装置は制御装置１を含み、制御装置１は、実際の走行状態をモニタリングするセンサ装置５の種々のセンサ信号を処理する。センサ装置５は、例えば車輪回転速度センサ、かじ取り角センサ、またはＬＫＳ装置の場合に周辺センサもまた含む。制御装置１はさらに、ドライバ・ハンドトルク・センサ６と結合され、ドライバ・ハンドトルク・センサ６はドライバにより供給された操舵力を測定する。

正常な走行運転において制御装置１はサーボトルクＭ_Ｕを発生し、サーボトルクＭ_Ｕはステアリング・アクチュエータにより車両のステアリング装置２に供給される（ここで、ステアリング・アクチュエータおよびステアリング装置はブロック２内にまとめられている）。車両が、例えば最適運動軌道からかなり大きく外れている特定の走行状態において、制御装置１または、例えば車両コントローラのような外部装置が、追加操作トルクＭ_Ｓ（要求操作トルク）を発生する。追加操作トルクＭ_Ｓは、次に、サーボトルクＭ_Ｕと共にステアリング装置２に供給される。これにより、人工的操舵力が発生され、この操舵力はドライバにより手の感触で検出可能であり、且つ車両をその走行レーン内に保持し、ないしは回避操縦を行うようにドライバがステアリング装置を操作しなければならないことをドライバに指示する。追加の操舵力は、一般に、ドライバにより過大制御が可能な程度の大きさである。

追加操作トルクＭ_Ｓの供給は、ドライバを驚かせたりまたは不快にさせたりすることがある。したがって、ステアリング特性にきわめて大きな影響を与えないように、変数および実際走行状況に応じてそれぞれ、例えばソフトウェア・アルゴリズムのような他の装置７により追加操作トルクＭ_Ｓを制限したりまたは他の方法で適合させたりすることが提案される。適合された操作トルクＭ_Ｓ′は、次に、接続点３においてサーボトルクＭ_Ｕに加算される。合成サーボトルクはＭ_Ｕ′で表わされている。

図２は、ハンドル４に作用する力およびトルクを示す。一方で、ハンドル４を中立位置に戻そうとするハンドル・トルクないしは戻し操作トルクＭ_Ｌが作用する。このトルクＭ_Ｌは、ステアリング装置２の機械的操舵力および修正サーボトルクＭ_Ｕ′から構成される。他方で、ドライバにより供給されるドライバ・ハンドトルクが作用し、このドライバ・ハンドトルクは、ここではＭ_Ｆで表わされている。

要求操作トルクＭ_Ｓは、基本的にその絶対値においておよび／またはその動特性において制限されてもよい。以下に、操作トルクＭ_Ｓを制限するための種々の方法が、図３−図７により詳細に説明される。要求操作トルクＭ_Ｓを制限ないしは適合させるためのアルゴリズムは、操作トルクＭ_Ｓを要求する装置とは別に形成されていることが好ましい。

図３は、要求操作トルクＭ_Ｓの勾配が所定の最大値に制限される方法の本質的な方法ステップを示す。この場合、ステップ１０において、操作トルクＭ_Ｓの勾配（ｇｒａｄＭ_Ｓ）が所定のしきい値ＳＷ１を超えるであろうかどうかが検査される。これが肯定（Ｙ）の場合、ステップ１１において、要求操作トルクＭ_Ｓの絶対値が決定される。操作トルクＭ_Ｓの（上昇するまたは低下する）勾配が次にステップ１２において最大値Ｍａｘ１に制限される。

最大勾配Ｍａｘ１は、操作トルクＭ_Ｓの絶対値の関数であることが好ましく、ここで、最大勾配Ｍａｘ１は、操作トルクＭ_Ｓが大きい場合においては、より小さい操作トルクＭ_Ｓにおいてよりも小さいことが好ましい。これにより、大きい操作トルクＭ_Ｓはより小さい操作トルクＭ_Ｓよりも基本的に緩慢に（絶対値がより小さい勾配で）供給される。このようにして、ドライバがステアリング係合によっていらいらさせられたり且つ驚かされたりすることが特に回避される。さらに、これにより、トルクに応答し、且つ場合によりそれが好ましい場合にはこのトルクを補償するための十分な時間がドライバに与えられる。

図４は、ドライバ・ハンドトルクＭ_Ｆと要求操作トルクＭ_Ｓとの間の差が所定のしきい値に制限される方法の本質的な方法ステップを示す。この機能は、要求操作トルクＭ_Ｓが所定のしきい値ＳＷ２よりも大きいときにのみ作動化されるべきである。

ステップ１３において、はじめに、要求操作トルクＭ_Ｓの絶対値がしきい値ＳＷ２より大きいかどうかが検査される。これが肯定（Ｙ）の場合、ステップ１４において、ドライバ・ハンドトルクＭ_Ｆ（ドライバ・ハンドトルク・センサ６により測定される）と操作トルクＭ_Ｓとの差がしきい値ＳＷ３を超えているかどうかが問い合わされる。これが肯定（Ｙ）の場合、操作トルクＭ_Ｓが最大値Ｍａｘ２に制限される。これにより、ドライバが提供されたステアリング運動に同調したくないとき、ドライバが補償しなければならないきわめて高い力がハンドル４に作用することが回避される。要求操作トルクＭ_Ｓは最終的にドライバの応答のみを引き出し且つこの応答を加速させるべきであるが、ドライバを妨害させてはならない。

図５は、ドライバが反対方向にステアリングするとき、操作トルクＭ_Ｓが急速に解消可能な方法の本質的な方法ステップを示す。この場合、はじめに、ステップ１６において、要求操作トルクＭ_Ｓが所定のしきい値ＳＷ４を超えているかどうかが検査される。これが肯定（Ｙ）の場合、ステップ１７において、ドライバ・ハンドトルクＭ_Ｆおよび操作トルクＭ_Ｓが異なる正負符号（ｓｉｇｎ）を有しているかどうかが問い合わされる。これが否定（Ｎ）の場合、この方法は終了する。正負符号が異なる（即ち、ドライバが反対方向に操作する）場合、ステップ１８において、ドライバ・ハンドトルクが所定のしきい値ＳＷ５を超えているかどうかが問い合わされる。これが肯定（Ｙ）の場合、ステップ１９において、ドライバ・ハンドトルクＭ_Ｆとその勾配ｇｒａｄＭｓとの積が形成され、且つこの積が０より大きいかどうかが特定される。これが否定（Ｎ）の場合、同様にこの方法は終了する。ステップ１９の結果が肯定（Ｙ）の場合、ステップ２０において、操作トルクＭ_Ｓが最大値Ｍａｘ３に制限される。

図６は、ハンドルが要求操作トルクＭ_Ｓの方向に既に移動されたときに操作トルクＭ_Ｓが所定の最大値に制限される機能を示す。このために、ステップ２１において、かじ取り角速度Ｖ_Ｌおよび操作トルクＭ_Ｓが同じ方向を示しているかどうかが検査される。これが肯定（Ｙ）の場合、ステップ２２において、かじ取り角速度Ｖ_Ｌが所定のしきい値ＳＷ６を超えているかどうかが問い合わされる。これが肯定（Ｙ）の場合、操作トルクは所定の値Ｍａｘ４にセットされる（ステップ２３）。

図７は、ドライバ・ハンドトルクと操作トルクとの和が所定のしきい値を超えているときに、操作トルクＭ_Ｓが所定の値に制限される方法を示す。このために、ステップ２４において、はじめに、ドライバ・ハンドトルクＭ_Ｆと操作トルクＭ_Ｓとの和の絶対値が所定のしきい値ＳＷ７を超えているかどうかが検査される。これが肯定（Ｙ）の場合、ステップ２５において、この和が所定の最大値Ｍａｘ５にセットされる。これにより、操作トルクＭ_Ｓはそれに対応して低減される。

図１は、自動車内におけるドライバ支援装置の本質的な構成要素の概略ブロック図を示す。 図２は、ハンドルに作用する力およびトルクを示す。 図３は、本発明の第１の実施形態による、ステアリング係合におけるステアリング快適性を改善するための本質的な方法ステップを示す。 図４は、本発明の第２の実施形態による、ステアリング係合におけるステアリング快適性を改善するための本質的な方法ステップを示す。 図５は、本発明の第３の実施形態による、ステアリング係合におけるステアリング快適性を改善するための本質的な方法ステップを示す。 図６は、本発明の第４の実施形態による、ステアリング係合におけるステアリング快適性を改善するための本質的な方法ステップを示す。 図７は、本発明の第５の実施形態による、かじ取り係合におけるかじ取り快適性を改善するための本質的な方法ステップを示す。

Claims (11)

1. 正常な走行運転において車両のステアリング装置（２）に供給されるサーボトルク（Ｍ_Ｕ）と、ドライバによりハンドル位置を変化させるために走行状況の関数として追加的に車両のステアリング装置（２）に供給可能な追加操作トルク（Ｍ_Ｓ、Ｍ_Ｓ′）と、が発生される、車両のステアリングにおけるドライバの支援方法において、
   追加操作トルク（Ｍ_Ｓ′）の勾配が、正および負の勾配に対して異なる大きさである最大値（Ｍａｘ１）に制限されることを特徴とする車両のステアリングにおけるドライバの支援方法。
2. 最大値（Ｍａｘ１）が、追加操作トルク（Ｍ_Ｓ）の絶対値の関数であることを特徴とする請求項１の方法。
3. 正常な走行運転において車両のステアリング装置（２）に供給されるサーボトルク（Ｍ_Ｕ）と、ドライバによりハンドル位置を変化させるために走行状況の関数として追加的に車両のステアリング装置（２）に供給可能な追加操作トルク（Ｍ_Ｓ、Ｍ_Ｓ′）と、が発生される、車両のステアリングにおけるドライバの支援方法において、
   ドライバにより供給されるドライバ・ハンドトルク（Ｍ_Ｆ）と追加操作トルク（Ｍ_Ｓ′）との間の差が所定の最大値（Ｍａｘ２）に制限されることを特徴とする車両のステアリングにおけるドライバの支援方法。
4. 前記差は、追加操作トルク（Ｍ_Ｓ）の絶対値が所定のしきい値（ＳＷ２）を超えているときにのみ制限されることを特徴とする請求項３の方法。
5. 正常な走行運転において車両のステアリング装置（２）に供給されるサーボトルク（Ｍ_Ｕ）と、ドライバによりハンドル位置を変化させるために走行状況の関数として追加的に車両のステアリング装置（２）に供給可能な追加操作トルク（Ｍ_Ｓ、Ｍ_Ｓ′）と、が発生される、車両のステアリングにおけるドライバの支援方法において、
   追加操作トルク（Ｍ_Ｓ）がしきい値（ＳＷ４）より大きく、ドライバにより供給されるドライバ・ハンドトルク（Ｍ_Ｆ）が追加操作トルク（Ｍ_Ｓ）とは反対の正負符号を有し、ドライバ・ハンドトルク（Ｍ_Ｆ）の絶対値が所定のしきい値（ＳＷ５）を超え、且つドライバ・ハンドトルク（Ｍ_Ｆ）とドライバ・ハンドトルク（Ｍ _Ｆ ）の勾配との積が０より大きいとき、ステアリング装置（２）に供給される追加操作トルク（Ｍ_Ｓ′）が所定の最大値（Ｍａｘ３）に制限されることを特徴とする車両のステアリングにおけるドライバの支援方法。
6. ドライバ・ハンドトルク（Ｍ_Ｆ）の勾配が、不感帯関数により低減されることを特徴とする請求項５の方法。
7. ドライバ・ハンドトルク（Ｍ_Ｆ）と追加操作トルク（Ｍ_Ｓ）との和の絶対値が所定のしきい値を超えているときに、前記和が制限されることを特徴とする請求項５または６の方法。
8. 正常な走行運転において車両のステアリング装置（２）に供給されるサーボトルク（Ｍ_Ｕ）と、ドライバによりハンドル位置を変化させるために走行状況の関数として追加的に車両のステアリング装置（２）に供給可能な追加操作トルク（Ｍ_Ｓ、Ｍ_Ｓ′）と、が発生される、車両のステアリングにおけるドライバの支援方法において、
   追加操作トルク（Ｍ_Ｓ）がハンドル（４）を特定の方向に移動させようとし且つハンドル（４）が追加操作トルク（Ｍ_Ｓ）の方向において所定のかじ取り角速度を既に超えているとき、追加操作トルク（Ｍ_Ｓ′）が低減されることを特徴とするステアリングにおけるドライバの支援方法。
9. ステアリング装置に供給される追加操作トルク（Ｍ_Ｓ′）の最大絶対値が、所定の値に制限されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかの方法。
10. 正常な走行運転において車両のステアリング装置（２）に供給されるサーボトルク（Ｍ_Ｕ）と、ドライバによりハンドル位置を変化させるために走行状況の関数として追加的に車両のステアリング装置（２）に供給可能な追加操作トルク（Ｍ_Ｓ、Ｍ_Ｓ′）とを発生する制御装置（１）を含む、車両のステアリングにおけるドライバの支援装置において、
    制御装置（１）が、追加操作トルク（Ｍ_Ｓ）を請求項１ないし１０に記載のいずれかの方法により制限し、ないしは適合させ、且つ修正された追加操作トルク（Ｍ_Ｓ′）を発生するアルゴリズムを含むことを特徴とする車両のステアリングにおけるドライバの支援装置。
11. ドライバにより供給されるドライバ・ハンドトルク（Ｍ_Ｆ）を測定するドライバ・ハンドトルク・センサ（５）が設けられていることを特徴とする請求項１０の装置。

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