JP5210870B2 - 自動車の制御補助システム - Google Patents

Description

先行出願の引用
本国際出願は、２００５年１０月１９日に出願された仏国特許出願第０５１０６６１号の優先権を主張し、その出願の記述、図面、及び特許請求の範囲は全て本願に参照文献として組み込まれる。

本発明は、自動車の制御を補助するためのシステムに関する。

より詳しくは、本発明は、ハンドルとパワーステアリング作動装置とに連関するパワーステアリングシステムを有する種類の補助システムであり、その動作がデータ処理ユニットによって制御されることにより、自動車のステアリングに補助トルクが加えられる補助システムに関する。

過去３０年の間、自動車業界は電子工学の分野における技術的進歩から恩恵を受けて来た。従来単に機械的であったシステムが今や、機械学、流体学、及び電子工学の種々の分野における知識を用いて構成されており、これらの種々のシステムは例えば、「メカトロニクス・システム」として知られている。これらのメカトロニクス・システムが、先進制御のための自動車の性能を極めて顕著に増大させることを可能にしている。

これらのメカトロニクス・システムのうち、自動車の制動段階で車輪の回転阻止を防止する車輪アンチロックブレーキシステム又はＡＢＳシステムを挙げることができる。この回転阻止を防止することにより、タイヤがより高い制動力を生成することができ、したがって自動車の制御距離を最適化することができる。

自動車のステアリングシステムもまた改良されて来た。歴史的に見ると、まず液圧補助により、運転者がハンドルに加えるべき力の量を削減することが可能となった。現在は、ＥＰＳシステムと称する電動パワーステアリングシステムが、この液圧パワーステアリング技術に取ってかわろうとしている。

将来の革新は特に、パワーコラムへのトルクの付加（トルク・オーバレイ：トルク上乗せ）を可能にし、これにより、ハンドルを方向付けして特定の状況下で運転者を補助することを可能にするようなシステム、もはやハンドルと車輪との間に機械的連接がなく、電気的伝送路（バス）等により電気的データのみが伝達されるようなワイヤ操舵式制御システムに関するものになる。これらの新技術分野において、ＥＦＳシステム、電気式又は液圧式操舵又はワイヤ操舵式システムの稼働化が、自動車の地面接続機能の調整における新パラメータである新しい自由度を提供する。

この自由度により、ステアリングコラムにトルクを付加することが可能となり、これにより駆動トルクの変更、又はハンドルの自動回転を生じさせることを可能にする。このことは、液圧式のパワーステアリングシステムのみでは不可能であった。この新機能により、特に横方向の引っ張り力の補正、スプリット・ミュー制動補助等の多くの実際の状況における自動車の性能を改善することができる。そしてまた、低速での自動車の操舵時における自動車の性能を改善することが可能であり、この場合、操舵を遂行するためにハンドルに加える力がより少なくてよいように運転者の操作を補助することが可能である。

自動車のパワーステアリングシステムの主な機能は、自動車を操舵するために自動車の操舵車輪、例えば前輪を転回させることである。これは通常、ハンドル、ステアリングコラム、ピニオン、ラック、そしてタイ・ロッドから遂行される。ハンドル領域での力を削減するために、パワーステアリングシステムが導入された。これはもともと、必要とする動力に起因して、液圧式のシステムであった。しかし今日では、小型の高出力の電気モータが登場し始めている。このようにパワーステアリングは、「ＥＰＳシステム」と称する電気式システムに移行しつつある。車輪はいまだハンドルに機械的に連接されており、ハンドルの回転により自動車の操舵車輪が転回される。

本発明の目標は、自動車の低速操舵時に制御を更に簡略化することである。

このことから、本発明の目的は、自動車の操作を補助するための補助システムであって、この補助システムがハンドルとパワーステアリング作動装置とに連関するパワーステアリングシステムを有する種類の補助システムであり、その動作が、自動車のパワーステアリングシステムに補助トルクをかけるようにデータ処理ユニットによって制御され、補助システムが、データ処理ユニットに接続された少なくとも１つの予め定められた位置へのパワーステアリングシステムの戻りを制御するための制御手段を備え、上記制御手段が、上記パワーステアリングシステムによって加えられる抵抗トルクに対応する外乱除去トルクと、ハンドルの回転を制御するのに要するトルクに対応する設定値トルクとから、戻りトルクを計算するための手段を備えることを特徴とする、自動車の操作を補助するための補助システムである。

他の特徴によれば、
− 予め定められた位置が、パワーステアリングシステムの中央位置であって、その位置において自動車の操舵車輪が直線に位置合わせされており、
− 予め定められた位置が、パワーステアリングシステムの停止位置であって、その位置において自動車の操舵車輪が転回されており、
− 制御手段が、自動車の速度が予め定められたしきい値よりも低い場合に、予め定められた位置へのパワーステアリングシステムの戻りを誘発させるような自動車の速度を得るための手段を備え、
− 制御手段が、自動車の速度がゼロである場合に、予め定められた位置へのパワーステアリングシステムの戻りを誘発するような自動車の速度を得るための手段を備え、
− 制御手段が、運転者がハンドルにトルクを加えない場合に、予め定められた位置へのパワーステアリングシステムの戻りを始動させるように、運転者によってハンドルに加えられるトルクを得るための手段を備え、
− 制御手段が、運転者がハンドルを再び把持する場合に、予め定められた位置へのパワーステアリングシステムの戻りを停止させるように、運転者によってハンドルに加えられるトルクを得るための手段を備え、
− 補助システムが、データ処理ユニットに接続され且つパワーステアリングシステムの戻りを制御するための制御手段を始動／停止させる、始動／停止手段を備え、
− パワーステアリングシステムの戻りを制御するための制御手段が、パワーステアリングシステムが戻る予め定められた位置をモニタするための手段を備え、
− 外乱除去トルクが、主にハンドルトルクのデータと作動装置によって加えられる総合トルクとから計算され、
− パワーステアリングシステムの戻りを制御するための制御手段が、外乱除去トルクと設定値トルクとから、戻りトルクを発生させるように加算値を形成する手段を備える。

添付図面を参照してなされた実施例についての次の説明を読むことにより、本発明の他の利点及び特徴が明らかとなる。

本発明の実施の手法
すなわち、図１は自動車の操作を補助するための補助システムを示し、この補助システムは、図１において符号１を付したパワーステアリングシステムを有し、このパワーステアリングシステムは、符号２を付したハンドルと符号３を付したパワーステアリング作動装置とに連関し、その動作は、自動車のパワーステアリングシステムに補助トルクをかけるように、符号４を付したデータ処理ユニットによって制御される。

上述したように、パワーステアリング作動装置３は例えば、補助電気モータでもよい。

本発明によれば、データ処理ユニット４は、少なくとも１つの予め定められた位置へのパワーステアリングシステムの戻りを制御するための制御手段５に接続される。本発明の目標は、パワーステアリングシステム１を、したがって操舵車輪及びハンドル２を、運転者がハンドル２に触れることなしに転回させることにある。

これらの制御手段５は、例えばパワーステアリングシステム１の、自動車の車輪が直線に位置合わせされるような中央位置への戻りを制御することができる。もちろん制御手段５は、パワーステアリングシステムを中央位置以外の位置、例えば自動車の操舵車輪が転回されているパワーステアリングシステムの停止位置に戻るように制御することも可能である。

制御手段５はまた、パワーステアリングシステム１の中央位置又は停止位置への戻りを制御することが可能である。この場合、制御手段５は、運転者が２つの位置のうちの１つを選択することができるように、予め定められた位置をモニタするための手段１２を備える。運転者は、「ヒューマン／マシン インタフェース」の形態で設けられるこれらのモニタ手段を用いて運転者の思い通りにステアリングシステムの回転を制御するために、データ処理ユニット４を作動させる。

制御手段５は、例えば３０ｋｍ／ｈに設定される予め定められたしきい値よりも自動車の速度が低い場合に、予め定められた位置へのパワーステアリングシステムの戻りを誘発するような自動車の速度６を得るための手段を有する。より詳しくは、ゼロからしきい値、ここでは３０ｋｍ／ｈの自動車速度に対しては、パワーステアリングシステムの戻りが始動され、自動車速度が３０ｋｍ／ｈを超える場合には戻りが停止される。

制御手段５はまた、運転者がパワーステアリングシステムの戻りを始動させるようにハンドルにトルクをかけない場合に、運転者によってハンドルにかけられるトルク７を得るするための手段を備える。制御手段５はまた、この戻りが進行中のときに運転者が再びハンドル２を把持する場合に、パワーステアリングシステム１の戻りを停止させるように運転者によってハンドル２にかけられるトルクを得るための手段６を備える。

これらのトルク及び速度のデータはそして、対応するトルク及び速度のセンサから得られる。

当然ながら、この場合、自動車の速度が３０ｋｍ／ｈよりも低くそして運転者がハンドルにトルクを全くかけないときには、システムが、ステアリングシステムの中央位置への戻り、すなわち車輪が直線に位置合わせされた位置に戻ることを可能にする。

データ処理ユニットは、対応する機能を始動/停止（オン／オフ）させるための手段８に接続される。これらの始動/停止手段８は従って、パワーステアリングシステムの戻りを制御するための制御手段５を始動/停止させる。これらの始動/停止手段８は例えば、運転者によって駆動される。この場合、自動車が一旦停止するか又はロックされたときに制御手段５が始動するように、これらの始動/停止手段８を、制約のない仕方で、自動車の停止又はロックにつながるデバイスの、ハンドルを戻す機能のオン／オフのボタンによって形成することが可能である。

同様に、データ処理ユニットは、戻りを自動的に制御する他のセンサにも接続される。

従って例えば、このデータ処理ユニットが、符号９を付したハンドル角度センサにも接続されている場合、ハンドルの運動速度は符号１０を付され、作動装置の総合トルクは符号１１を付される。

当然ながらこのようなシステムは、制御、特に低速において自動車を操作する際の制御を簡略化でき、新しいインタフェースを用いて運転者による自動車の使用を簡略化することができる。

システムはそれから、例えばパワーステアリングモータを用いて、運転者のハンドルへの接触なしにハンドルを、従って車輪を転回させる。したがって本発明の目的は、低速で操作するときに運転者がしなければならない動きを削減することにある。

これは例えば図２に示されており、図２では、自動車の運転者がハンドルを放し且つ自動車の速度が例えば３０ｋｍ／ｈという予め定められたしきい値より低い場合に、制御手段が戻りトルクを計算することが分かる。

この戻りトルクがコラム、そしてステアリングシステムにかかることにより、ハンドルが回転し、車輪を予め定められた位置に転回させる。

最新式のシステムを用いて、例えば自動車の速度ゼロを含む低速で操作する際に、自動車の操舵車輪一式の自動位置合わせの時間が非常に遅くなる。その理由は、自動車の速度が遅いからである。したがって、この自動位置合わせではハンドルを中央位置に戻すことができない。その理由は、自動位置合わせの効果がタイヤの滑りトルクよりも極めて顕著に低いからである。このため、速度ゼロで運転者がハンドルを放すと、ハンドルはタイヤの捩れトルクによって生じる僅かな振動の後にその位置にとどまる。

低速で操作する間、運転者は従って図３に示す４つの四角形の中で操作を行う。この図３は、運転者のトルクとハンドル角度との関係を表わす。

すなわち、図示された四角形２及び４において操作を行う際、運転者はハンドルを中央位置の方向に戻す必要がある。

本発明によるシステムは、パワーステアリングシステムを用いてトルクをコラムに加え、これにより運転者がハンドルを放したときにハンドルを中央位置に向けて戻すことにより、運転者が負の四角形１及び３においてのみ操作を行うことが可能となる。これにより、運転者のハンドルでの操作が２つに分かれる。

自動車が停止、特に駐車操作の後に停止すると制御手段５が駆動して、ハンドルの予め定められた位置、好ましくは中央位置への戻りを制御する。すなわち、自動車の速度がゼロのとき、そして運転者がハンドル２を放すときに、操舵車輪（したがってハンドル２）は、タイヤの滑りトルクが大きいため、その位置にとどまる。本発明による制御手段５を用いると、ハンドル２は運転者が特に何もしなくても中央位置に戻る。

上述したように、このシステムは「ヒューマン／マシン インタフェース」、すなわち、例えば制御ボタンを介して駆動することができ、又は自動車内に恒久的に常駐させることが可能である。

本発明によるシステムに組み込まれたデータ処理ユニットはそれから、ハンドル角度、ハンドル速度、ハンドルトルク、及びパワーステアリング作動装置の総合トルクのデータを用いる。

ハンドルトルクのデータから、システムは連続的に運転者がハンドルを把持しているか否かを検出する。運転者が例えば０〜３０ｋｍ／ｈを含む目標速度範囲においてハンドルを放すと、システムが、ハンドル角度、ハンドル速度、ハンドルトルク及びパワーステアリング作動装置の総合トルクから戻りトルクを計算し、ハンドルを中央位置に向けて戻すことが可能になる。

運転者が再びハンドルを把持すると、システムが連続的に追加トルクを絶つ。ハンドルが放された状態での戻りトルクの計算を図４に示す。実際には、パワーステアリング作動装置によってステアリングコラムにかかるこの戻りトルクは、２つの個別且つ同質のトルクの和として分解することが可能である。

これらのトルクのうちの一方は、図４で符号１５を付したいわゆる外乱除去トルクであって、これはパワーステアリングシステムによって加えられる抵抗トルクに対応する。この抵抗トルクはまたラック力、同等の慣性力、また乾性及び粘性摩擦等に対応する。このトルクは主に、ハンドルトルクのデータと作動装置によって加えられる総合トルクのデータとから計算される。得られるハンドルトルクは従って、このトルクが本発明によるシステムを用いて加えられる場合には、ゼロである。

他方のトルクは、図４で符号１６を付したいわゆる設定値トルクであって、これはハンドルの回転を駆動するのに要するトルクに等しい。このトルクはしたがって、測定されたハンドルトルクに等しく、ステアリングシステムの外部の状況から独立している。実際には、戻りトルクは、例えばハンドル角度、速度等のようなデータから、すなわち直接的に計算可能であり、或いは、直接の計算又は自動制御を介して、すなわち間接的に計算可能である。

対応する計算手段はそして、入力部として上記の種々の検出器及びセンサに接続され、これにより、ハンドルトルク、パワーステアリング作動装置の総合トルク、ハンドル角度、ハンドル速度、そして自動車速度を得ることができる。

出力部としてこれらの計算手段が、図４で符号１７を付した加算値を形成する手段に接続され、これら２つのトルクから、ハンドルが放された状況でその機能によって加えられる戻りトルクが供給される。

当然ながら、更に別の実施形態も構想可能である。このシステムは、パワーステアリングシステムの予め定められた位置への戻りを確実にするものであり、したがって、運転者の行う操作を削減するために、そして自動車の操舵車輪を所望の位置に正確に移動させるために、方向の角度運転（又はハンドルの角度位置による運転）を確実にするものである。

本発明による補助システムの全体構造を示す総観的な概略図である。 このシステムの動作を示す図である。 適用された改良を示す線図である。 戻りトルクの計算を示す図である。

Claims (11)

1. 自動車の操作を補助するための補助システムであって、
   補助システムが、ハンドル（２）とパワーステアリング作動装置（３）とに連関するパワーステアリングシステム（１）を有する補助システムであり、その動作が、自動車のパワーステアリングシステムに補助トルクがかかるようにデータ処理ユニット（４）によって制御され、
   補助システムが、
   データ処理ユニット（４）に接続された、少なくとも１つの予め定められた位置への自動車の戻りを制御するための制御手段（５）を備え、
   前記制御手段（５）が、
   パワーステアリングシステムが、その機構上、自明に発生する抵抗トルクに対応する外乱除去トルクと、運転者がハンドルを回転させる際に要する、ハンドルのトルクに対応する設定値トルクとから、戻りトルクを計算するための手段を備え、
   自動車の速度が所定の速度より小さく、かつ、前記運転者によるハンドルのトルクがゼロとなったときに、前記戻りトルクをステアリングコラムに付加することを特徴とする、自動車の操作を補助するための補助システム。
2. 前記外乱除去トルクが、ハンドルのトルクに関するデータと、作動装置によって加えられる総合トルクとから計算され、前記設定値トルクが、ハンドルのトルクの測定値であることを特徴とする、請求項１に記載の補助システム。
3. 前記予め定められた位置が自動車の中央位置であって、その位置において自動車の操舵車輪が直線に位置合わせされることを特徴とする、請求項１に記載の補助システム。
4. 前記予め定められた位置が自動車の停止位置であって、その位置において自動車の操舵車輪が転回されることを特徴とする、請求項１に記載の補助システム。
5. 前記制御手段（５）が、自動車の速度を計測する手段（７）を備えることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の補助システム。
6. 前記制御手段（５）が、運転者がハンドル（２）にトルクを加えない場合に、予め定められた位置への自動車の戻りを始動させる、運転者によってハンドル（２）に加えられるトルクを得るための手段（６）を備えることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の補助システム。
7. 前記制御手段（５）が、運転者がハンドル（２）を再び把持して、ハンドルにトルクを与える場合に、予め定められた位置への自動車の戻りを停止させるように、運転者によってハンドル（２）に加えられるトルクを得るための手段（６）を備えることを特徴とする、請求項６に記載の補助システム。
8. 前記補助システムが、データ処理ユニット（４）に接続し、且つハンドルの戻りを制御するための制御手段（５）を始動／停止する、始動／停止手段（８）を備えることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の補助システム。
9. 前記補助システムが、運転者がハンドルにトルクを加えない場合に制御手段（５）を始動し、運転者が再びハンドルを把持してハンドルにトルクを与える場合に制御手段（５）を停止することを特徴とする、請求項８に記載の補助システム。
10. 自動車の戻りを制御するための前記制御手段（５）が、自動車が戻る、予め定められた、中央位置又は停止位置を選択するための手段を備えることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の補助システム。
11. 自動車の戻りを制御するための前記制御手段（５）が、外乱除去トルクと設定値トルクとを加算する手段（１７）を備えることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の補助システム。

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