JP5892493B2 - 運転中に車両の運転者を支援する方法およびシステム - Google Patents

Description

本発明は、請求項１のプリアンブルによる、所望の舵取り感を運転者に提供することによって運転中に車両の運転者を支援する方法に関する。本発明は、更に、請求項１６のプリアンブルによる、所望の舵取り感を運転者に提供することによって運転中に車両の運転者を支援するシステムを対象とする。

舵取り装置の振れ、横加速度、ヨーレート、車両速度などの様々な入力パラメータに基づいて舵取り装置に案内力（ｇｕｉｄｉｎｇ ｆｏｒｃｅ）を加えることによって運転者に所望の舵取り感を提供することは知られている。

舵取り装置に加えられる案内力は、運転者によって舵取り装置に加えられた力を打ち消す場合には抵抗、または運転者によって舵取り装置に加えられた力と同じ方向に働く場合には補助であり、これにより、例えば地上車輪に働き舵取り装置を操作するときに運転者が抵抗として経験する摩擦力などの作用が減少する。

舵取り装置は、通常、車両の場合には従来のステアリング・ホイールによって構成される。しかしながら、本発明は、ジョイスティック、摺動ニップル、または車両を操縦するための他の適切な舵取り装置などの他の舵取り装置に適用可能である。例えば、舵取り装置が、ステアリング・ホイールの場合、案内力は、ステアリング・ホイールに働く案内トルクとして現われる。したがって、この場合、舵取り感という用語は、車両の運転中に運転者が経験するステアリング・ホイール・トルクを示す。

特許文献１は、ステアリング・ホイール回転角、車両速度および横加速度またはヨーレートに基づいてステアリング・ホイール抵抗トルクを推定するシステムを開示している。ステアリング・ホイールは、舵取りシャフト機構を介して接地輪に接続され、提供ステアリング・ホイール抵抗トルクが測定され、推定ステアリング・ホイール抵抗トルクと比較され、提供ステアリング・ホイール抵抗トルクは、フィードバック・コントローラの使用によって推定ステアリング・ホイール抵抗トルクと実質的に同じになるように適応される。しかしながら、このシステムが特定の運転において運転者に最適な舵取り感を提供しないことが判明した。

欧州特許第１４３１１６０号明細書

本発明の１つの目的は、運転者を支援するための、舵取り感を改善する状況を作り出す方法を達成することである。

この目的は、請求項１に定義された方法によって達成される。したがって、この目的は、舵取り角を検出する段階と、検出した舵取り角に基づいて所望の舵取り装置案内力を決定する段階と、所望の舵取り装置案内力に基づいて所望の舵取り感を運転者に提供する段階とを含む方法であって、舵取り機構の弾性舵取り力伝達要素の地面係合部材横の位置で舵取り角を検出する段階を特徴とする方法によって達成される。したがって、舵取り角は、舵取り機構の舵取り装置から地面係合部材への方向の弾性舵取り力伝達要素の下流位置で検出される。

用語「弾性舵取り力伝達要素」は、舵取り軸のまわりの特定の大きさのねじれ（すなわち、舵取り機構の上側シャフトと下側シャフト間の円周方向変位）を許容するように構成された要素を指し、ねじり棒によって構成されてもよい。

正確な舵取り角の測定は、車両挙動に関する最適で適正な舵取り感を運転者に提供するためにきわめて重要である。換言すると、入力があまり正確でないと、運転者に間違った舵取り感が提供され、これは、車両挙動の間違った結論をもたらす可能性があるという点で、安全性リスクになることがある。

本発明は、ステアリング・ホイールの回転角センサから受け取った舵取り角値が、いくつかの動作状況または運転シナリオには十分に正確でないという洞察に基づく。より具体的には、舵取り機構の弾性舵取り力伝達要素（ねじり棒）の存在が、接地輪の実際の舵取り角と舵取り角と間の角変位をもたらし、この角変位は、先行技術によるステアリング・ホイールで検出される。この問題は、あまり剛性でないねじり棒により大きくなる。

特に、車両挙動および／または接地接点と関連した特定の所望の舵取り特性を表わすモデルが、所望の舵取り装置案内力を決定するために使用されるとき、ステアリング・ホイール回転角は、舵取り角を示すには不正確すぎることが判明した。

舵取り機構の弾性舵取り力伝達要素の地面係合部材横の位置で舵取り角を検出する段階によって、弾性舵取り力伝達要素の角変位およびそれと関連した舵取り角精度問題がなくなる。

地面状況は、様々な用途で異なり、時間により異なることがある。特に、地面／道路の摩擦特性は、道路状態（アスファルト、湿潤面、氷、砂利面、土面など）によって異なり、適正な所望の舵取り装置案内力を決定し、それに対応する適正な舵取り感を運転者に提供するには重要なことがある。さらに、適正な所望の舵取り装置案内力を決定し、それに対応する適正な舵取り感を運転者に提供するには、内部摩擦、舵取りの弾性、地面圧力による地面摩擦の変化、初期スリップの摩擦変化、完全スリップの摩擦変化などの舵取り機構の動作特性も重要なことがある。スリップに関しては、接地輪角度、ヨーレートおよび車両速度のパラメータが、検出され、入力値として使用されることが好ましい。それにより、接地輪の近く、または少なくとも舵取り機構の舵取り力伝達要素の下で舵取り角を検出することで、改善された舵取り感の状況が作り出される。

方法は、電動機などのアクチュエータによって舵取り装置案内力を舵取り機構に加える段階を含むことが好ましい。この場合、前記弾性舵取り力伝達要素（ねじり棒）は、舵取り機構のアクチュエータと舵取り装置の間に配置される。

方法は、前記弾性舵取り力伝達要素を介して舵取り機構の現在舵取りトルクを決定する段階と、やはり前記舵取り機構の決定された現在トルクに基づいて所望の舵取り感を運転者に提供する段階とを含むことが好ましい。決定された現在トルクは、運転者の舵取り感を示す。

舵取りトルクは、ねじり棒の相対角運動（ねじれ）とねじり棒の剛性に基づいて決定することができる。代替例によれば、１つまたはいくつかのひずみゲージを使用してもよい。

提供された舵取り装置案内力は、測定され、推定された所望の舵取り装置案内力と比較され、提供された舵取り装置案内力は、フィードバック・コントローラの使用によって、前記案内力の大きさの適応によって所望の舵取り装置案内力と実質的に同じになるように適応されることが好ましい。

より具体的には、方法は、決定された所望の舵取り装置案内力の値から、決定された現在トルクの値を引くことによって、舵取り装置に適用される最終的な舵取り装置案内力の値を決定するための状況を作り出す。

表現「所望の舵取り感を運転者に提供する」は、運転者に提供され実際に感じられる舵取り装置力が、予め計算された所望の舵取り装置案内力に相当するかまたは等しいことを意味する。用語「舵取り感」は、舵取り装置がステアリング・ホイールによって構成されている場合に、運転者が、ステアリング・ホイールによって所望のステアリング・ホイール抵抗トルクを経験することを意味する。

好ましい実施形態によれば、方法は、前記地面係合部材のうちの１つの近くで舵取り角を検出する段階を含む。この実施形態は、特に、地面接点と関連付けられた特定の所望の舵取り特性を表わすモデル（タイヤ摩擦など）のときに有利である。方法は、前記地面係合部材のうちの１つの旋回角度を検出することによって舵取り角を検出する段階を含むことが好ましい。前記地面係合部材のうちの１つの旋回角度は、キングピン角度でよい。

さらに他の実施形態によれば、方法は、弾性舵取り力伝達要素の相対角度運動を検出することによって、舵取り機構の現在トルクを決定する段階を含む。この方法は、弾性舵取り力伝達要素の上側端に配置された第１の角度センサと、弾性舵取り力伝達要素の下側端に配置された第２の角度センサとによって、弾性舵取り力伝達要素の相対角度運動を検出する段階を含むことが好ましい。用語「上側端」は、要素の反対（下側）端より手動操作舵取り装置に近い端を示す。

さらに他の好ましい実施形態によれば、方法は、弾性舵取り力伝達要素の近くで舵取り角を検出する段階を含む。方法は、舵取り機構の現在トルクを決定するために使用される前記第２のセンサによって舵取り角を検出する段階を含むことが好ましい。現在舵取りトルクと舵取り角の検出に同じセンサを使用することは、２つの異なる目的に１つのセンサしか必要としないという点で費用効率が高い。

所望の舵取り装置案内力は、名目上の所望の舵取り感を表わすことが好ましい。

決定された所望の舵取り装置案内力は、タイヤ摩擦成分に加えて更に他の所望の舵取り特性などの他の情報に基づくことができる。したがって、決定された所望の舵取り装置案内力は、所望の力（トルク成分など）の合計でよい。

例示的実施形態によれば、方法は、所望の舵取り装置案内力に基づいて最終的な舵取り装置案内力を手動操作舵取り装置に加えることによって、運転者に所望の舵取り感を提供する段階を含む。

舵取り装置案内力と関連する用語「最終的」は、この場合、能動的に供給された舵取り装置案内力が、決定された所望の舵取り装置案内力と必ずしも等しくないことを定義する。例えば、方法は、運転中の車両舵取り機構により生じる舵取り装置に対する実際の力を決定し、決定された実際の力の値を、決定された所望の舵取り装置案内力の値から減算することによって、舵取り装置に加えられる最終的な舵取り装置案内力の値を決定する段階を含む。

実際の力は、舵取り機構のねじり棒などの前記弾性要素を介して決定されたステアリング・ホイールに対する実際のトルクによって生成される。

方法は、運転者の舵取り感への車両の舵取り機構の摩擦の影響を少なくとも抑制する段階を含むことが好ましい。運転者の舵取り感への舵取り機構の摩擦の影響の抑制は、いわゆる基準ジェネレータ機能または摩擦補償装置もしくは機能の他の既知の手段によって達成されることが好ましい。

運転者の舵取り感への舵取り機構の摩擦の影響の抑制は、舵取り装置案内力の印加と同時に達成されることが好ましい。運転者の舵取り感は、舵取り機構の摩擦の影響から切り離されることが好ましい。したがって、舵取り機構の摩擦の影響は、完全に除去されることが好ましい。

本発明は、電動パワーステアリング（ＥＰＡＳ）システムを使用するための状況を作り出す。特に、方法は、舵取り装置と地面の間に機械摩擦があるが、運転中に機械摩擦によって生じる固有の舵取り感がなくされるかまたは少なくとも抑制されるステアリング・システムで適用可能である。

方法は、決定された舵取り装置案内力を舵取り機構に適用し、同時に機械相互接続により生じる舵取り装置の外乱を少なくとも抑制する段階を含むことが好ましい。

方法は、車両舵取り機構の所望の摩擦の少なくとも１つの所定の摩擦モデルによって舵取り装置案内力を決定する段階を含むことが好ましい。摩擦モデルは、舵取り機構の弾性舵取り力伝達要素と舵取り装置との間の摩擦を表わすことが好ましい。この実施形態は、この特別に定義された摩擦が舵取り感に有利であるという洞察に基づく。

本発明の更に他の目的は、舵取り感を改善するための状況を作り出す運転者を支援するシステムを達成することである。

この目的は、請求項１６に定義された方法によって達成される。したがって、目的は、所望の舵取り感を運転者に提供することによって運転中に車両の運転者を支援するためのシステムによって達成され、車両は、手動操作舵取り装置と、少なくとも１対の地面係合部材と、舵取り装置と前記地面係合部材との間の機械相互接続とを含む舵取り機構を有し、システムは、舵取り角を検出する手段と、検出された舵取り角に基づいて所望の舵取り装置案内力を決定する手段と、所望の舵取り装置案内力に基づいて所望の舵取り感を運転者に提供する手段とを含み、前記舵取り角検出手段が、舵取り機構の弾性舵取り力伝達要素の地面係合部材横の位置で舵取り角を検出するように構成されたことを特徴とする。

さらに他の例示的な実施形態および利点は、以下の記述、図面および請求項から明らかになる。

本発明は、添付図面に示された実施形態に関して以下により詳細に説明される。

一実施形態により本発明の方法を実行するシステムを概略的に示す図である。 摩擦モデルの一実施形態を示す図である。 摩擦モデルの一実施形態を示す図である。 図１のシステムの舵取り機構と制御機能の例を概略的に示す図である。 図４ａの電動機の代替構成を概略的に示す図である。 本発明のシステムで使用される電動機の例を概略的に示す斜視図である。 本発明による舵取り機構の詳細な例を示す図である。 図６の舵取り機構を含むトラックの前部の部分切断斜視図である。 図６の舵取りひじの機構の拡大図である。

本発明は、以下に、トラックの用途に関して説明される。しかしながら、本発明は、トラックに限定されると見なされるべきでなく、乗用車などの他の車両にも適用されてもよい。図１は、一実施形態による制御方法を実行するためのシステム１を概略的に示す。システム１は、従来型のものでよい機械式舵取り機構２を含み、図４ａ、図６及び図７ａも参照されたい。機械式舵取り機構２は、ステアリング・ホイールの形の舵取り装置３、接地輪の形の少なくとも１つの地面係合部材４、およびステアリング・ホイール３から接地輪４まで舵取り信号を機械式に伝達するためのステアリング・ホイール３と接地輪４の間の機械接続５を含む。

ステアリング・ホイール３は、乗客室（図６と図７ａも参照）内に配置され、接地輪４を操縦するために車両の運転者によって手動で操作される。舵取り機構２は、ステアリング・ホイール３から、舵取りリンク機構６内の角度回転を舵取り部材８を介して直線運動に変換するための舵取りギア（油圧パワー支援システム（ＨＰＡＳ））７まで下に延在する舵取りリンク機構手段６を有する。ＨＰＡＳは、油圧シリンダ（図示せず）、ねじり棒４３およびトランスミッション４４を含む従来型のものでよく、図４ａを参照されたい。舵取り部材８は、両端で左側および右側接地輪４に結合され、ステアリング・ホイール３からの舵取り信号に応じて接地輪４を回転させるように構成される。

システム１は、更に、舵取り角の支援調整を提供するアクチュエータ９を有する。アクチュエータは、舵取り歯車７の上に（舵取り歯車７の上流のステアリング・ホイールからの舵取り力に対して）位置決めされる。アクチュエータ９は、電動機によって構成されることが好ましい。アクチュエータ９は、ステアリング・ホイールを舵取りする際に運転者を支援するために、案内力と、より具体的には案内トルク、または支援トルクを舵取り組立体に提供する。これにより、電動機は、運転者に所望の舵取り感を提供する手段を構成する。電動機９は、舵取り機構２内の舵取り柱のまわりに配置されてもよく、磁界が舵取り柱に直接作用し、図４ａと図５を参照されたい。

図５に、このシステムで利用する既知の電動機９の一例を示す。電動機９は、整流を制御するために制御ユニット４５が回転子位置に関する情報を受け取ることを必要とするタイプのものでよい（例えば、三相同期電動機）。回転子位置を監視して前記整流を制御するために、舵取り角センサ４２からの出力信号が使用される。電動機は、さらに、電機子巻線５２を含む。さらに、電源と電気アース（ＧＮＤ）の間に配置された三相ブリッジ５４を有する整流子５３が示される。

システム１は、更に、運転者によってステアリング・ホイールに加えられた手動トルクを測定するためのトルク測定装置４０を含み、図４ａを参照されたい。トルク測定装置４０は、好ましくはねじり棒を構成する弾性舵取り力伝達要素１０と、２つの回転角センサ４１，４２とを含む。換言すると、舵取り角は、ねじり棒１０を介して測定される。換言すると、センサ４１，４２は、ステアリング・ホイールに加えられた舵取りトルクとして、上側シャフトと下側シャフトの間に配置されたねじり棒１０のねじれによって、上側シャフトと下側シャフトの間に生じる円周方向の相対変位を検出する。したがって、前記装置４０は、前記弾性舵取り力伝達要素１０を介して舵取り機構の現在の舵取りトルクを決定する手段を構成する。

システム１は、さらに、電動パワーステアリング（ＥＰＡＳ）システム１１を含む。ＥＰＡＳ１１は、無トルク舵取りを達成するように構成された調整ループ１２（フィードバック・コントローラ）を含む。調整ループ１２は、ステアリング・ホイール３の現在舵取りトルクを示す入力信号を受け取るように構成される。入力信号は、トルク測定装置４０から受け取られる。基本的に、調整ループ１２は、アクチュエータ９に信号を出力して前記無トルク舵取りを達成するように構成される。

調整ループ１２は、フィルタ機能を含むコントローラ（または、レギュレータ）２７を有する。フィルタ機能は、この車両の舵取り動力学の反転モデルに基づいてもよい。さらに、レギュレータ２７は、システムの不安定さの危険を減らすために、モデル内の誤差を小さくし外乱と測定ノイズを減らすように構成されてもよい。

レギュレータ２７は、電動機を介して舵取り機構に適用されたトルクを示す信号を受け取り、それに応じて出力信号を生成するように構成される。調整ループ１２は、さらに、レギュレータ２７からトルクを示す出力信号を受け取り、対応する現在値を含む信号を電動機に対して生成するように構成された電動機制御手段２８を含む。代替例によれば、レギュレータ２７と電動機制御手段２８は、単一コントローラ内で組み合わせられる。

ＥＰＡＳは、さらに、運転者に所望の舵取り感を提供するためにステアリング・ホイールに加えられる所望のトルクを決定するように構成された制御機能１３（以下で基準ジェネレータと呼ばれる）を含む。換言すると、基準ジェネレータは、名目上の車両について述べる。基準ジェネレータは、検出された舵取り角に基づいて所望の舵取り装置案内力を決定する手段を構成する。

さらに、基準ジェネレータ１３は、調整ループ１２に動作可能に接続され、所望の舵取りトルクを示す信号を出力する。調整ループは、所望の舵取りトルクを実際の現在舵取りトルクと比較し、続いて所望の舵取りトルクが運転者に伝達されるようにアクチュエータへの出力信号を適応させるように構成される。換言すると、アクチュエータは、基準ジェネレータからの所望のトルク値と舵取り組立体の現在の実際のトルクとの差を、実際のトルクが所望のトルクと実質的に等しくなるように適用するように制御される。

図４ａは、図１の基準ジェネレータ１３とコントローラ２７，２８を表わす制御ユニット４５を概略的に示す。制御ユニット４５は、回転角センサ４１，４２から信号を受け取るように構成される。制御ユニット４５は、更に、電動機９を制御するように構成される。図４ａでは、電動機９は、舵取り機構２内の舵取り柱に直接作用するように構成される。より具体的には、電動機９の回転子が、舵取り柱の一部を構成する。

図４ｂは、図４ａに示された実施形態の代替例を概略的に示す。舵取り柱と電動機１０９の間にトランスミッション４６が配置される。トランスミッション４６は、概略的にのみ示され、好ましくは１組のピニオン・ギアを含む。トランスミッション４６は、舵取り柱から電動機への回転速度を高めるように構成されることが好ましい。この場合、電動機は、高速度電動機によって構成されることが好ましい。舵取り角センサ１４２は、電動機１０９内に配置される。この代替例は、舵取り角値の分解能が改善されるので特に有利である。したがって、舵取り角センサ１４２は、電動機１０９からの方向でトランスミッション４６内のシフトアップ歯車の上流に位置決めされる。図４ｂに示された実施形態の代替によれば、舵取り角センサ１４２は、トランスミッション４６と電動機１０９の間、あるいはトランスミッション内、好ましくはトランスミッションの出力シャフトに配置されてもよい。

基準ジェネレータ１３は、少なくとも１つの舵取り装置案内力動作モデルと、図１の例では複数の案内力動作モデル１４，１５，１６，１７，１８を含む。案内力動作モデルは、好ましくは数学的モデルを含む。モデルは、舵取り装置内で所望の舵取り感を達成するように設計される。したがって、モデルは、様々な車両タイプおよび／または様々な所望の舵取り感のために様々な方法で設計されてもよい。

さらに、モデルは、少なくとも１つの所望の舵取り特性パラメータを含む。より具体的には、各モデルは、少なくとも１つの入力１９に基づいて、１つの望ましい所定の舵取り特性パラメータ用の案内トルク値Ｔを生成するように構成される。換言すると、舵取り特性パラメータは、案内力が影響する動作パラメータである。各モデルは、数学関数を含み、トルク値は、入力の値の関数として決定され、図１の関数の例を参照されたい。

モデルから得られる個別のトルク値は、基準ジェネレータからの出力２０を構成するトルク合計値に合算される。示された実施形態によれば、基準ジェネレータは、車両横加速度、舵取り装置の動きの減衰、タイヤ摩擦、舵取り装置の中立位置に対する自己アライメント、および舵取り装置と接地輪間の機械接続の摩擦の舵取り特性パラメータのモデルを含む。

基準ジェネレータに入力された信号は、舵取り角（δ）や舵取り角の変化率（ｄδ／ｄｔ）などの運転者の舵取り意図を示す少なくとも１つの信号を含む。舵取り角は、前記モデル（車両挙動を表わすように適応された）の少なくとも１つに関して、接地輪角度または機械式舵取り機構の弾性舵取り力伝達要素と接地輪との間のどこかの場所を測定することなどによって、舵取り機構の弾性舵取り力伝達要素１０の地面係合部材横の位置で検出される。舵取り意図を示すこの信号は、電動機角度または接地輪角度でよい。同様に、舵取り意図を示す信号は、電動機角度の変化率または接地輪角度の変化率でよい。

特に、舵取り機構の弾性舵取り力伝達要素１０の地面係合部材横の位置で検出された舵取り角値を使用することは、車両挙動および／または接地接点と関連した舵取り特性を表わす各モデルに有利である。そのようなモデルの例は、タイヤ摩擦モデル１６、自己アライメント・モデル１７、および場合によっては横加速度モデル１４である。

他方、ステアリング・ホイールの位置で検出された舵取り角値（および、ステアリング・ホイール回転角の変化率）を使用することは、舵取り機構／舵取り柱と関連した舵取り特性を表わす各モデルに有利である。そのようなモデルの例は、舵取り機構摩擦モデル１８と減衰モデル１５である。

基準ジェネレータへ入力された信号は、横加速度（Ａｙ）および／またはヨーレートなどの車体の動きを示す少なくとも１つの信号を含む。そのような車体の動きは、車両内に配置されたセンサによって検出されてもよい。

車両横加速度モデル１４は、所望の舵取り感を達成するために案内トルク値と現在横加速度との所定の関係を表わす。したがって、モデル１４は、入力信号として現在横加速度を示す信号を受け取る。図１に示された例示的な機能によれば、トルク値は、横加速度の入力値が小さい場合に劇的に増大する。さらに、横加速度の入力値が大きくなるとトルク値は実質的に増加しない。換言すると、曲線は平らになる。車両横加速度モデル１４は、好ましくは純粋な静的マッピングである。好ましい例によれば、車両横加速度は、最も重要な舵取り特性パラメータである。

減衰モデル１５は、所望の舵取り感を達成するための案内トルク値と現在舵取り速度との所定の関係を表わす。したがって、減衰モデル１５は、舵取り速度（例えば、舵取り柱位置の変化率）を示す信号を受け取ることが好ましい。図１に示された例示的な機能によれば、トルク値は、舵取り速度の入力値が小さい場合に劇的に増加する。さらに、トルク値は、舵取り速度の入力値が大きくなると実質的にあまり増加しない。換言すると、曲線は、平らになる。減衰モデル１５は、純粋な静的マッピングであることが好ましい。減衰モデルから出力されるトルク値は、現在舵取り速度に対して反対方向に働くように構成される。減衰モデルは、得られるトルクが、舵取り速度が高いほど小さく、舵取り速度が小さいほど高くなるように設計されることが好ましい。このようにして、減衰トルクは、通常の運転中の舵取り速度に比例し、駐車または回避操縦（ｅｖａｓｉｖｅ ｍａｎｏｕｅｖｒｅｓ）中に最大値に限定される。

このように、車両横加速度モデル１４と減衰モデル１５は、互いに関連付けられる。

自己アライメント・モデル１７は、所望の舵取り感を達成するための案内トルク値と現在ステアリング・ホイール角との所定の関係を表わす。舵取り装置を中立位置に自己アライメントさせることは、アクティブ・リターン、すなわち、解放されたステアリング・ホイールが中央設定に戻ることを意味する。自己アライメント・モデル１７は、入力信号として、ステアリング・ホイール角度を示す信号と車両速度を示す信号とを受け取ることが好ましい。車両速度入力信号の目的は、現在の所望のアライニング・トルクを車両速度で変調して高速運転中に自己アライメント・トルクを減少させることができるようにすることである。

摩擦モデル１６および１８に関しては、ステアリング・ホイールに特定の大きさの摩擦感が必要とされる。例えば、小さなステアリング・ホイール角度の振れに対して所望のトルク増加を達成するために、オンセンター・ハンドリング中にクーロン摩擦が必要とされる。さらに、クーロン摩擦は、長いカーブを運転している際にも必要とされ、その結果、舵取り力が減少し、運転者は、ステアリング・ホイールを摩擦で「静止させる」ことができる。

タイヤ・モデル１６は、タイヤ・モデルを表わすヒステリシス曲線を含む。モデル１６は、舵取りトルクに関する非回転タイヤの動的モデルであることが好ましい。舵取り角とトルクとの関係は、物理的な関係によって与えられ、この場合、個別のゴム部材の振れは、ステアリング・ホイールの角度差と、回転タイヤによるゴム部材のねじれおよび弛緩とによりモデル化される。したがって、得られるモデルによって、車両速度が高く舵取り角周波数が一定の場合にヒステリシス効果が小さくなる。

本発明の方法は、実際の舵取り機構から生じるステアリング・ホイールの実際の摩擦作用を打ち消し、その代わりに運転者に名目上の摩擦感を提供する所望の抵抗トルクをステアリング・ホイールに加える状況を作り出す。したがって、ハードウェア（機械式舵取り機構）は、摩擦舵取り感から切り離される。換言すると、本発明は、用途に関係ない（ハードウェアに関係ない）摩擦舵取り感の状況を作り出す。

タイヤ摩擦モデル１６と機械接続摩擦モデル１８は、互いに類似の原理である。タイヤ摩擦モデル１６は、タイヤと地面の間の摩擦を表わし、機械接続摩擦モデル１８は、上側ステアリング・ホイール舵取り柱アセンブリの摩擦を表わす。したがって、機械摩擦摩擦モデル１８の集中摩擦剛性（ｌｕｍｐｅｄ ｆｒｉｃｔｉｏｎａｌ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ）は、タイヤ摩擦モデル１６のものより高い。タイヤ摩擦モデル１６は、舵取り角を示す信号と車両速度を示す信号を受け取ることが好ましい。機械摩擦摩擦モデル１８は、舵取り角を示す信号を受け取ることが好ましい。

図２乃至図３は、摩擦モデル１６，１８の例をより詳細に示す。舵取り角δの値は、Ｎｍ／ｒａｄで表した集中ばね剛性に対応する剛性Ｋを表わす第１のボックス５０１に入力される。第１のボックス５０１からの得られた値は、ラプラス演算子ｓによって示されるような導関数を表わす第２のボックス５０３に入力される。導出された舵取り角信号、すなわち、舵取り角速度と剛性Ｋを掛けたものは、積分範囲とラプラス変換子によって示されたアンチ・ワインドアップ機能（ａｎｔｉ ｗｉｎｄｕｐ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｔｙ）を有する積分関数を表す第３のボックス５０５に渡される。範囲値は、摩擦トルクを所望の最大値と最小値に制限するように選択される。前述のアンチ・ワインドアップ機能は、積分範囲が達成された後で積分をやめるように意図される。図６に、舵取り角δと出力トルク値の関係が示される。

舵取り特性モデル１４，１５，１６，１７，１８は、様々な舵取り特性パラメータが、様々な運転シナリオで他のものより優先されるように設計されることが好ましい。一例によれば、横加速度は、高速で運転中に他の舵取り特性パラメータより優先されるように構成される。さらに他の例によれば、舵取りシステム摩擦とタイヤ摩擦は、低速で運転中に他の舵取り特性パラメータより優先されるように構成される。減衰トルクは、車両速度にかかわらず等しく有効である。さらに他の例によれば、自己アライメントは、高速と低速の間の中間速度期間の運転中に他の舵取り特性パラメータより優先されるように構成される。

本発明は、運転中に車両の運転者を支援する方法に関する。好ましい実施形態によれば、制御方法は、移動中に車両の運転者が経験する舵取り特性の制御を可能にするように構成される。換言すると、制御方法は、ステアリング・ホイールによる舵取り感（または、舵取り感度または触覚フィードバック）を運転者に提供するように構成される。

摩擦に関して、例示的実施形態によれば、方法は、舵取り角を表わす入力に基づいて所望の抵抗トルクを決定する段階を含む。実際の舵取り角の方向（時計回りまたは反時計回り）を決定し、即座にトルクを同じ方向に加えることにより、舵取り機構の摩擦作用を有効に打ち消すことができる。

図６は、舵取り機構２をより詳細に示す。ステアリング・ホイール３の真下に、運転者がステアリング・ホイールの位置を調整することを可能にするステアリング・ホイール調整装置６０が配置される。舵取り機構２は、上側舵取りシャフト６１を中間舵取りシャフト６３と動作可能に接続する第１の継手６２と、中間舵取りシャフト６３を下側舵取りシャフト６５と動作可能に接続する第２の継手６４とを有する。アクチュエータ（電動機）９は、舵取り歯車７とステアリング・ホイール３の間に動作可能に位置決めされる。より具体的には、電動機９は、下側の第２の継手６４と舵取り歯車７の間に位置決めされる。電動機（または、少なくとも下側の第２の継手６４の下流）の舵取り角を検出することによって、継手６２，６４の角変位誤差がなくなる。舵取り機構２（中間舵取りシャフト６３）は、運転室内の床６６の穴を通る。

図７ａは、図６の舵取り機構２を有するトラック７０の前面部分の部分切断斜視図を示す。前接地輪４は、剛性前車軸７２と舵取りひじ７４上に懸架される。舵取りひじ７４は、両端でジャーナル接続されたキングピンの形の旋回手段７６によって前車軸に柔軟に取り付けられる。舵取り機構２は、加圧下の作動油を舵取り歯車７に送るために舵取り歯車７に動作可能に接続されたサーボ・ポンプ７８を有する。さらに、サーボ・ポンプ７８は、油圧リザーバ８０に動作可能に接続される。

運転者がステアリング・ホイール３を廻すとき、その動きは、舵取りシャフト６１，６３，６５を介して舵取り歯車７に伝達される。ステアリング・ホイールの動きは、舵取り歯車に達したとき、サーボ・ポンプ７８からの液圧によって強化される。次に、ドロップ・アーム（図示せず）が、舵取り歯車７からの舵取り運動を引棒８２を介して舵取腕８４に伝達し、さらに舵取りひじ７４に伝達し、接地輪４が回転する。他の接地輪も確実に回転させるために、さらに他の舵取腕（前輪連結棒）８６が、舵取りひじ７４を各接地輪に接続する。

図７ｂは、図７ａの舵取りひじ７４の機構の拡大図を示す。舵取り角は、前記接地輪４のうちの１つの旋回角を検出することによって検出される。より具体的には、前記車輪４のうちの１つのキングピン角度が、専用センサ２４２によって検出される。

基準ジェネレータ１３と調整ループ１２（コントローラ２７，２８を含む）は、ソフトウェアに実装されることが好ましい。

車両横加速度の値は測定車両ヨーレートから推定することができる。

Claims (13)

1. 運転者に所望の舵取り感を提供することによって運転中に車両の運転者を支援する方法であって、前記車両が、手動操作舵取り装置（３）、少なくとも１対の地面係合部材（４）、前記舵取り装置と前記地面係合部材との間の機械相互接続（５）、及び前記舵取り装置（３）と前記地面係合部材（４）との間に配置された弾性舵取り力伝達要素（１０）を含む舵取り機構（２）を有し、舵取り角を検出する段階と、前記検出された舵取り角に基づいて所望の舵取り装置案内力を決定する段階と、前記弾性舵取り力伝達要素（１０）によって前記舵取り機構（２）の現在舵取りトルクを決定する段階とを含む前記方法において、前記弾性舵取り力伝達要素（１０）と前記地面係合部材（４）との間の位置で前記舵取り角を検出する段階と、入力として前記検出された舵取り角、横加速度、舵取り速度、を含む現在の舵取り特性パラメータを用いて、複数の舵取り装置案内力動作モデル（１４，１５，１６，１７）によって所望の舵取り装置案内力を決定する段階と、前記舵取り特性パラメータは高速運転あるいは低速運転時等の車両速度による運転シナリオに応じて優先的に選択することができる段階と、決定した前記所望の舵取り装置案内力と決定した前記現在舵取りトルクとの差に基づいて前記所望の舵取り感を前記運転者に提供する段階を含む前記方法。
2. 前記弾性舵取り力伝達要素（１０）の相対角度運動を検出することによって前記舵取り機構（２）の前記現在トルクを決定することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記弾性舵取り力伝達要素の上側端に配置された第１の角度センサ（４１）と、前記弾性舵取り力伝達要素の下側端に配置された第２の角度センサ（４２）とによって前記弾性舵取り力伝達要素（１０）の相対角度運動を検出することを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 前記舵取り機構の前記現在トルクを決定するために使用される前記第２のセンサ（４２）によって前記舵取り角を検出することを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. 前記舵取り機構に動作可能に接続されたアクチュエータ（９，１０９）によって前記所望の舵取り感を前記運転者に提供し、前記アクチュエータが、前記弾性舵取り力伝達要素（１０）と前記地面係合部材（４）の間に動作可能に位置決めされたことを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
6. 前記舵取り特性パラメータが、タイヤ摩擦（１６）を含むことを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
7. 運転者に所望の舵取り感を提供することによって運転中に車両の運転者を支援するシステム（１）であって、前記車両が、手動操作舵取り装置（３）、少なくとも１対の地面係合部材（４）、前記舵取り装置と前記地面係合部材との間の機械相互接続（５）、及び前記舵取り装置（３）と地面係合部材（４）との間に配置された弾性舵取り力伝達要素（１０）を有する舵取り機構（２）を備え、舵取り角を検出する手段（４２，１４２，２４２）と、前記検出した舵取り角に基づいて所望の舵取り装置案内力を決定する手段（１３）と、前記弾性舵取り力伝達要素（１０）によって前記舵取り機構（２）の現在舵取りトルクを決定する手段（４０）と、所望の舵取り装置案内力に基づいて前記所望の舵取り感を前記運転者に提供する手段（９，１０９）とを有する前記システムにおいて、前記舵取り角を検出する手段（４２，１４２，２４２）は、前記弾性舵取り力伝達要素（１０）と前記地面係合部材（４）との間の位置で舵取り角を検出するように配置され、所望の舵取り装置案内力を決定する手段（１３）は、入力として前記検出された舵取り角、横加速度、舵取り速度、を含む現在の舵取り特性パラメータを用いた複数の舵取り装置案内力操作モデル（１４，１５，１６，１７）によって構成され、前記舵取り特性パラメータは高速運転あるいは低速運転時等の車両速度による運転シナリオに応じて優先的に選択することができ、前記所望の舵取り感を運転者に提供する手段（９）は、決定した前記所望の舵取り装置案内力と舵取り機構（２）において決定した前記現在舵取りトルクとの差に基づいて前記所望の舵取り感を前記運転者に提供するように構成されたことを特徴とするシステム。
8. 前記舵取り機構の現在トルクを決定する前記手段（４０）が、前記弾性舵取り力伝達要素（１０）の相対角度運動を検出するように構成されたことを特徴とする、請求項７に記載のシステム。
9. 前記弾性舵取り力伝達要素の相対角度運動を検出する前記手段（４０）が、前記弾性舵取り力伝達要素の上側端に配置された第１の角度センサ（４１）と、前記弾性舵取り力伝達要素の下側端に配置された第２の角度センサ（４２）とを備えたことを特徴とする、請求項８に記載のシステム。
10. 前記舵取り角を検出する前記手段（４０）が、前記舵取り機構の前記現在トルクを決定するために使用される前記第２のセンサ（４２）を備えたことを特徴とする、請求項９に記載のシステム。
11. 前記所望の舵取り感を前記運転者に提供する前記手段（９，１０９）が、前記舵取り機構に動作可能に接続されたアクチュエータを備え、前記アクチュエータが、前記弾性舵取り力伝達要素（１０）と前記地面係合部材（４）の間に位置決めされたことを特徴とする、請求項７乃至１０のいずれかに記載のシステム。
12. 前記少なくとも１つの所望の舵取り特性パラメータが、少なくともタイヤ摩擦（１６）を含むことを特徴とする、請求項７乃至１１のいずれかに記載のシステム。
13. 請求項７乃至１２のいずれかに記載のシステムを含む車両。

Images