JP6263527B2 - 自動車のパワーアシストステアリングのステアリングホイールのセンタリング方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車の操作を容易かつ安全にするための、自動車の運転をアシストする装置及び方法の分野に関する。

本発明は、とりわけ、例えばパワーアシスト付ステアリングシステム、特に電動パワーアシスト付ステアリングにおいて、ステアリングホイールを所定の中央位置へ復帰させることを補助するためにステアリングホイールの操作をアシストする方法に関する。

ステアリングホイールを回して自動車を移動させる際に、上記ステアリングホイールが自動的に中立の中央位置に戻るようにする復帰力を上記ステアリングホイールに、特にステアリングアシストモータを介して返し、ドライバーに快適な走行状況を与えるステアリングアシストシステムが知られている。

運転の快適さや安全性を改良することによって、このような復帰力の戻りが略十分であったとしても、やはり限界が生じてしまう。

実際に、本発明者等は、既知のシステムは、通常のセンタリング現象が軽減される傾向にある幾らかの状況が発生することがあることを観測した。

これは、特にリアマウントエンジンを有し、操舵される前側車軸の操舵が効きにくい傾向にある推進自動車で発生し、このような前側車軸では、ステアリングの自然なセンタリング現象が発生し難くなる。

ステアリングホイールを復帰させる一般的な方法によって前側車軸が正側のキャスタ角を形成する際に、そのキャスタ効果により、定常状態で、このセンタリング力の欠陥を部分的に補償することができるとしても、加速段階においては、上記前側車軸が加速により受ける追加的な動的緩和によって、この方法が有効ではなくなる。

自動車の動作制御の損失に対し、ドライバーの感覚や総体的には走行補助は、多少なり歪められる可能性がある。

したがって、本発明の目的は、上記欠点を克服し、ステアリングの制御、特にセンタリングを確保する新しいステアリングアシスト方法を提供することである。この方法は特に効果的で信頼性が高く、自動車の実際の状況がどうあろうとも、その動きを忠実に表現するものである。

本発明の上記目的は、以下のような、上記ステアリングホイールの所定の中央位置への復帰を補助するために与えられる復帰力を定める復帰設定値を決定するステアリングホイール操作アシスト方法により達成される。この方法は、自動車の瞬時の前後加速度を推算する少なくとも１つの前後加速度判定ステップ（ａ）と、その後、ステアリングホイールの復帰設定値を上記瞬時の前後加速度に合わせて調整する復帰設定値適合ステップ（ｂ）と、を備えること、その適合ステップ（ｂ）は、自動車が前後に加速している間に、横加速度が増加した場合に復帰設定値を制限又は減少させるか、或いは自動車が閾値以上の高い横加速度を受けた場合に復帰力を制限又は限定するように、自動車の横加速度の実測値又は推定値も考慮して復帰設定値を調整することを特徴とするものである。

さらには、ステアリングホイールの復帰力を動的に加減することによって、特に加速度が増加したときに上記復帰力を増大させることによって、本発明に係る方法により、操舵可能な前側車軸が軽くなることで発生するセンタリング効果の低下を効果的に補償することができる。

このように、上記方法により、ステアリングホイールやステアリング全体、特に操向車輪のセンタリングの連続性と有効性とが確保され、同時に、上記センタリング効果及びこれによる操舵可能な車軸の動きを感じることができるようになる。

上記方法は、自動車が進行（progress）する全ての状況、とりわけ加速を維持する段階において、自動車のより良い操作性、信頼性及び直観性を同時に与える。

したがって、本発明に係る方法により、全ての状況において、運転の快適さと安全性とを十分に増大させることができる。とりわけ、この方法は、自動車の重量化や構成の複雑化を伴わずに単純かつ安価な方法であるというところに利点がある。

本発明の他の目的、特徴及び利点は、以下の明細書、添付された図面により明らかになるであろう。以下の説明や図面は、純粋に例示を目的として提供されるものであり、限定を目的とするものではない。

本発明に係る操作方法を実行するステアリングアシストシステムを備えた正側のキャスタの自動車を概略的に表す側面図である。 本発明に係るステアリングホイールセンタリング補償方法の流れを表すブロック図である。

本発明は、車両のステアリングホイール１の操作補助方法に関する。

上記方法は、図１に示すように、特にパワーアシスト付ステアリングシステム２、好ましくはウォームホイール及びウォームのタイプの減速機５によりステアリングコラム４に連結された電動アシストモータ３を用いたシステムの適用に見られる。

一般に、コラム４の回転により、ケーシング内に並進運動により据えられたラックに噛み合うピニオン（いずれも図示せず）が駆動される。このラックの動作は左右のタイロッド６に作用し、操舵可能な車軸の車輪７をその回転方向に向ける。この例では、前側車軸は正側のキャスタ角度θを有している。

パワーアシスト付ステアリングシステム２には、好ましくは計算器８が搭載されている。この計算器８は、アシストモータ３を駆動するために、さらには、１つの又は複数の予め設定されたアシスト原則に基づき、ステアリングホイール１の操作を促進或いは逆に制限するトルクに対応した設定値を上記モータに与えるために設計されている。

計算器８とのデータ交換は、ＣＡＮ（Controller Area Network）のような車載コンピュータネットワーク９により有利に確保される。

本発明に係る方法では、可能ならば、上記設定値が与えられるアシストモータ３から、モータに接続されたステアリングコラム４を経由してステアリングホイール１に与えられ、所定の中央位置へ向かうステアリングホイール１の復帰を補助するための復帰力、特にトルクを見積もる復帰設定値（図２の最終復帰設定値）を造り出す必要がある。

所定の中央位置は自由に設定してもよいが、好ましくは、おおよそステアリングホイールの中立位置に対応している。これは、操舵可能な走行軸の車輪が、車両の前側ＦＲ−後側ＲＥの縦方向に沿った直線方向を向くようなステアリングシステムの構成をしているということである。

さらに、便宜的に「ステアリングホイール」という言葉を使用しているが、特に制限されるものでは無く、ここでは、通常の環状ステアリングホイール、或いはその周囲の一部を取り除いたもの、チラー（steering tiller）、ジョイスティックタイプのハンドル、方向舵ペダル装置等、車両のドライバーがステアリングを操作することができる装置を表している。

本発明によると、図２に示すように、本方法は、車両の瞬時の前後加速度を推算（evaluate）する少なくとも１つの前後加速度決定ステップ（ａ）と、その後、ステアリングホイールの復帰設定値を上記瞬時の前後加速度に合わせて調整する復帰設定値適合ステップ（ｂ）と、を有する。

この方法により、略リアルタイムで車両の前後加速度パラメータを考慮することができるため有利である。この前後加速度パラメータとは、自動車の前後方向に伝達され、かつ、原則として、上記ステアリングホイールが所定の中央位置とは異なりそれから多少離れた角度位置に回される際に、ステアリングホイールの操作に合わせて該ステアリングホイールに与えられる復帰力を適合しかつ加えるための軌道に略接する加速度要素のことである。

とりわけ、上記方法により、自動車が加速した際に、ステアリングホイール１の効果的なセンタリング動作、さらには、ステアリングと走行軸との効果的なセンタリング動作と同時に、センタリング効果に対するドライバーの認識を向上させることができる。

これにより、前側車軸が傾いた車両、特に軽量で後輪駆動の車両のようにエンジンが後部に搭載された車両に対する動的な軽減効果を人為的かつ効果的に補償及び修正することができる。

可能ならば、車両の前進又は後退の両方の変位に対して、中心力の定義の中に加速度を導入してもよい。

好ましくは、適合ステップ（ｂ）において、上記前後加速度が増加したとき、及び／又は上記前後加速度が所定の閾値を超えたときに、復帰力の強度を増加させるように、上記復帰設定値を前後加速度の増加関数に基づいて調整する。

言い換えると、中心力を累積的に強化することにより、特に中心力の減少を能動的にかつ累積的に補償することにより、有利な効果を得ることができる。上記中心力の減少は、操舵可能な走行軸の動的な軽減によって発生する通常のセンタリング効果の減少より発生する。上記補償は、連続的かつ特に直線的に又は区分的に（特に階段状に）加速度を逐次増加するような法則に基づいて動作させてもよい。

さらに、上記補償にはトリガーとなる閾値が設けられていてもよく、復帰力の補足的な人為的な強化は第１設定加速度レベル（lower value）のみで決まる。

同様に、瞬時の前後加速度が、第１設定加速度レベルより大きい第２設定レベル（upper value）に到達又はそれを超過したときに、過補償を回避する特に安全性の問題上、復帰力の強化に上限を設けることができる。

好ましくは、適合ステップ（ｂ）は、予め設定された法則やアバクス（abacus）に基づいて、上記瞬時の加速値に対応付ける可変増幅サブステップ（ｂ１）を備える。その増幅利得は上記加速値に依存して変化し、上記利得は、補正された設定値を得るために、初期設定値を形成する基礎信号に適用される。

好ましくは、上記初期設定値は、前後加速度とは独立して、初期設定値計算ステップ（ｃ）において、自動車の速度、ステアリングホイールの回転速度、ステアリングホイールの角度位置及び／又はドライバーがステアリングホイールに与えるトルク等のような１つ又は複数の（他の）走行パラメータに基づいて逐次計算される。

さらに、上記実施形態は全て、特にステアリングホイールの角度位置を考慮して、また特にステアリングホイールの操舵の著しさを考慮して、初期設定値及び／又は補正後設定値が決定されてもよい。つまり、ステアリングホイールの瞬時の角度位置が中央位置から離れるほど、大きな初期設定値及び／又は補正後設定値となる。

上記発明により、特に瞬時の加速値に基づいて調整された増幅利得を初期設定値に掛けることにより、比例型補正に基づいて、復帰設定値を容易に決定することができて有利である。上記瞬時の加速値は、カーブ、マッピング（マップ）又はアバクスのような所定の尺度に基づくものであり、それらは、有利には計算器８の不揮発性メモリに蓄積されている。

ある実施形態において、上記利得は必ず１より大きく、５又はそれ以上の値である。

好ましくは、初期設定値と補正後設定値とは、最終設定値と同様に、例えばアシストモータ３によって与えられた復帰トルクの強度を表す「リターン電流」等のように、同種の信号である。

上記初期設定値算出ステップ（ｃ）が既知のステアリング補助方法に既に存在するステップに対応していることにも注目すべきである。本発明は、前後加速度に対して不変でかつ既存の車載ネットワーク９上の既存のステアリングシステムに設けられている「リターン電流」のような初期設定値を条件付きで増幅するために、加速度推算ステップ（ａ）と設定値適合ステップ（ｂ）とに対応してプログラムされたモジュールを既存の構成に単純に「接ぎ木（graft）」により改良することで実施してもよい。

さらには、本発明の実施が簡単かつ安価になる。この発明の実施とは、最終的には、車両に既に組み込まれているステアリングホイールの復帰制御ループにおいて、加速度の増加関数に基づいて比例型利得が調整されることを意味している。

好ましくは、本発明の方法、特に適合ステップ（ｂ）は、増幅利得の決定前に、初期設定値の信号を第１飽和閾値にピーククリップする第１ピーククリップステップ（ｂ２）、及び／又は、増幅後に、補正後設定値の信号を第２飽和閾値にピーククリップする第２ピーククリップステップを備える。

この信号の上限により、上記設定値に導入する補正値の大きさ及び／又は最終設定値の強度を増加させることができ、これにより、実際に適用される復帰力の限界を設けることができるので有利である。

これにより、特に、《ｈｉｇｈ ｖａｌｕｅ》タイプの適合関数の安全性の制約から、エラーのリスクや過補償のリスク、総体的には運転補助における起こり易い不具合のリスクを回避している。特に、ステアリングホイール操作を妨げたり、自動ステアリングホイール操作の乱れを引き起こしたりする過剰補正の発生が回避される。

好ましくは、本方法は、さらに、設定値適合ステップ（ｂ）を適用するか又は逆に制止するかを選択することができるスイッチングステップ（ｄ）を備える。

さらに好ましくは、図２に示すように、
・補正後設定値の適用の、つまり作動、又は少なくとも前後加速度に依存した設定値の適合ステップ（ｂ）を考慮する第１構成（図２のスイッチ装置の上側スイッチ）と、
・前後加速度の影響を考慮せずに復帰力を決定し、初期設定値を変更することなく直接適用する第２位置（図２のスイッチ装置の下側スイッチ）と、
・パワーアシスト付ステアリングシステムのインストーラやユーザが復帰関数を決定するような場合に、上記復帰関数を完全に制止する第３位置（図２のスイッチ装置の中央のスイッチ）と
の３つのプロセス間の切換えを考慮することができる。

適合ステップ（ｂ）の動作の切換え、特に初期設定値による「通常の」復帰か、前後加速度を考慮した補正後設定値による適合「復帰」かの切換えは自動で行うことができる。特に加速度閾値の突破（crossing）、とりわけ低加速値、つまりその値以下では通常のセンタリング効果が十分に考慮され、増幅が必要ないほどに知覚され、反対にその値以上では上記設定値を増幅して設定値を合わせた方がよい値の突破を検知することにより制御される。

また、念のために、第２ピーククリップステップ（ｂ３）による制限は、上述した構成とは別であることが一般的である。つまり、そのステップは、最終復帰設定値が確実にアシストモータに送られるように、スイッチの下流で（基準の又は補正後の）全ての設定値の信号に対して適用される。

勿論、慣性加速度計型の特別なセンサによって直接的に計測する方法や、１つ又は複数の走行パラメータから適当な運動学的計算や動的計算を用いて間接的に算出する方法等、前後加速度を決定するための様々な収集方法が考えられる。

好ましくは、前後加速度決定ステップ（ａ）は、自動車の前後方向速度を求めるサブステップ（ａ１）と、計測後、上記速度の導関数を算出するサブステップ（ａ２）とを備える。

さらに、プログラムされた簡単な操作によって、復帰設定値に適合するための基準値を見積もりし決定するのに必要な加速パラメータを決定することができる。さらに、信号の基準としてのこのパラメータは、自動車に搭載された他のシステムにより測定又は計算されることにより、ＣＡＮ９のネットワークにより得られる速度を表している。

特に、自動車の縦方向又は長さ方向の速度は、例えばギアボックスの出力側に設置された速度計型のセンサや、さらに、好ましくは、アンチブレーキングシステム（ＡＢＳ）によって監視される車輪の速度等により、追加のセンサを設けること無く顕著に測定される。

可能であれば、速度の信号は、最初にｋｍ／ｈで表される信号の値に１０／３６の因子を乗じてｍ／ｓとするように変換又は規格化してもよい。

好ましくは、前後加速度決定ステップ（ａ）は、導関数計算サブステップ（ａ２）の前に、さらにフィルタリングサブステップ（ａ３）を有する。このサブステップでは、自動車の速度の信号を二次Ｂｅｌｌａｎｇｅｒフィルターのような、好ましくはカットオフ周波数（Cutoff Freq.）を調整できるローパスフィルターによりフィルター処理する。

このようなフィルター処理により、カットオフ周波数以上の高周波ノイズ、誘導（derivation）による前後加速度の算出を歪め、この歪みにより例えば過剰補償等によって誘発される補正エラーを招くようなノイズを除去することができるので、有利である。

フィルターの１つ又は複数の特性、特に可能ならば動的に、カットオフ周波数を調整することにより、加速度決定の精度を最適にすることができるので、有利である。

さらに、発明を構成するより好ましい形態によると、適合ステップ（ｂ）において、復帰設定値の調整のために自動車の横加速度の実測値又は推定値を考慮することができる。

すなわち、横加速度の閾値の突破を検知することや、横加速度による前後加速度の比率を考慮に入れることさえできる。例えば、自動車が前後に加速している間に横加速度が増加した場合、これは、原理的には自動車が実際に方向転換中であるということを表しているが、このような場合に、復帰設定値を制限又は減少するということである。

特に、ステアリングホイール１におけるドライバーの感覚を、より「直線的に」することによって改善するために、自動車が特に閾値以上の高い（遠心力タイプの）横加速度を受けた場合には、復帰力を制限又は限定さえすることができる。

究極的には、復帰設定値の調整は、特に加速度の前後方向の成分とそれに垂直な横方向の成分との２つの加速度パラメータを考慮してもよい。これらを全て考慮することにより、ステアリングのアシスト原則の洗練化に寄与することができる。

勿論、本発明は、決して特定の択一の実施形態に限定されるわけではなく、当業者は上記と異なる特徴を分離し又は追加することが可能である。

さらに、本発明は自動車、特に人や物を個別的又は集団的に輸送するための陸上用自動車に関する。この自動車は、上述した方法を実行するように作られされ又はプログラムされた、電気モジュールのような計算器８を搭載している。

最終的に、本発明は、計算器により実行された場合に、本発明に係る方法を実行することができるコード要素を備えるコンピュータプログラムに関する。同様に、本発明は、ディスク、フラッシュメモリ、ＵＳＢ等、計算器により読み込み可能なデータ媒体に関し、このデータ媒体は、計算器に読み込まれた場合に、上記方法を実行することができるコンピュータプログラムのコード要素を有する。

Claims (8)

1. ステアリングホイールにその所定の中央位置への復帰を補助するために与えられる復帰力を定め、ステアリングホイール（１）の復帰設定値（最終復帰設定値）を決定するステアリングホイール操作補助方法であって、
   自動車の瞬時の前後加速度を推算する少なくとも１つの前後加速度決定ステップ（ａ）と、
   その後、上記前後加速度が増加したとき、及び／又は上記前後加速度が所定の閾値を超えたときに、復帰力の強度を増加させるために、前後加速度の増加関数に基づいて、ステアリングホイールの復帰設定値を上記瞬時の前後加速度に合わせて調整する復帰設定値適合ステップ（ｂ）と
   を備え、
   上記適合ステップ（ｂ）は、自動車が前後に加速している間に、横加速度が増加した場合に上記復帰設定値を制限又は減少させるか、或いは自動車が閾値以上の高い横加速度を受けた場合に復帰力を制限又は限定するように、自動車の横加速度の実測値又は推定値も考慮して復帰設定値を調整する
   ことを特徴とするステアリングホイール操作補助方法。
2. 請求項１に記載のステアリングホイール操作補助方法において、
   上記適合ステップ（ｂ）は、所定の法則やアバクス（abacus）に基づいて、加速値に依存して変化する増幅利得を上記瞬時の加速値に対応させる可変増幅サブステップ（ｂ１）を備え、
   上記利得は、初期設定値を形成する基本信号に対して適用され、
   上記初期設定値は、好ましくは、補正後設定値を得るために、自動車の速度、ステアリングホイール回転速度、ステアリングホイールの角度位置、及び／又はドライバーにより与えられるステアリングホイールへのトルクのような１つ或いは複数の走行パラメータに基づいて、上記前後加速度とは独立して計算される
   ことを特徴とするステアリングホイール操作補助方法。
3. 請求項２に記載のステアリングホイール操作補助方法において、
   上記適合ステップ（ｂ）は、初期設定値の信号を、上記増幅利得を決定する前に第１の飽和閾値にピーククリップする第１ピーククリップサブステップ、及び／又は補正後設定値の信号を、増幅後に第２の飽和閾値にピーククリップする第２ピーククリップサブステップを備える
   ことを特徴とするステアリングホイール操作補助方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載のステアリングホイール操作補助方法において、
   設定値適合ステップ（ｂ）を適用するか又は逆に制止するかを選択できるスイッチングステップ（ｄ）を備える
   ことを特徴とするステアリングホイール操作補助方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載のステアリングホイール操作補助方法において、
   上記前後加速度決定ステップ（ａ）は、自動車の前後方向速度を求めるサブステップ（ａ１）と、計測後、上記速度の導関数を算出するサブステップ（ａ２）と、を備える
   ことを特徴とするステアリングホイール操作補助方法。
6. 請求項５に記載のステアリングホイール操作補助方法において、
   上記前後加速度決定ステップ（ａ）は、導関数算出サブステップ（ａ２）の前に実行され、かつ自動車の速度の信号を、二次Ｂｅｌｌａｎｇｅｒフィルターのような、好ましくはカットオフ周波数を調整できるローパスフィルターによりフィルター処理するフィルタリングサブステップ（ａ３）を有する
   ことを特徴とするステアリングホイール操作補助方法。
7. 請求項１〜６に記載のいずれか１つのステアリングホイール操作補助方法を実行するために作られ又はプログラムされた計算器（８）を搭載する
   ことを特徴とする自動車。
8. 計算器により読み込み可能であり、計算器により読み込まれたときに、請求項１〜６のいずれか１つのステアリングホイール操作補助方法を実行することができるコンピュータプログラムのコード要素を含むデータ媒体。

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