JP6968281B2 - ステアリングシステムを動作させるための方法及びステアリングシステム - Google Patents
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Description
従来技術
請求する本発明は、ステアリングシステムを動作させるための方法及びステアリングシステムに関する。
請求する本発明は、ステアリングシステムを動作させるための方法及びステアリングシステムに関する。
ラック位置の閉ループ制御のための閉ループ制御区間は高度に非線形であることが知られている。作用する反力は、実際の走行条件に強く依存して変化する。例えば、車輪の摩擦は静止状態で最大であり、車両速度が増大するにつれて低下する。また、軸の構造は、反力の特性に強く影響し得る。さらに、ステアリングホイール及びステアリングコラムに基づく反力と慣性とがステアリングシステムに導入され、軸と相互作用する。従って、今日のラック位置閉ループ制御回路は、全ての動作点に対する妥結をもたらすものとして構成されている。
発明の開示
本発明の基礎とする課題は、請求項１に記載のステアリングシステムを動作させるための方法、及び、後続の請求項に記載のステアリングシステムにより解決される。
本発明の基礎とする課題は、請求項１に記載のステアリングシステムを動作させるための方法、及び、後続の請求項に記載のステアリングシステムにより解決される。
当該方法は、目標ラック位置と実際ラック位置とに依存して第１のトルクを求めることと、車両速度に依存して第２のトルクを求めることと、第１のトルクと第２のトルクとに依存して支援トルクを求めることと、支援トルクをステアリングシステムのステアリングギヤに導入することと、を含む。
提案の方法によって、閉ループ制御回路の構成が著しく簡単化され、閉ループ制御と予調整との組合せによって、全ての動作点において、閉ループ制御回路の高い性能が保証される。
有利な一実施形態は、当該方法が、実際ラック位置と実際車両速度とに依存して、第２のトルクの第１の部分トルクを求めることを含むことを特徴とする。こうした手法により、静的条件において作用する反力、即ち、車両速度が一定でありかつラック位置が一定である場合に作用する反力が第１の部分トルクとして予調整される。
有利な一実施形態は、当該方法が、実際ラック速度又は目標ラック速度と車両速度とに依存して、第２のトルクの第２の部分トルクを求めることを含むことを特徴とする。ラック速度を考慮することにより、車両速度を用いて、予調整の際にタイヤと道路との間の摩擦を考慮することができる。
有利な一実施形態は、当該方法が、実際ラック加速度又は目標ラック加速度と、予め求められた、特には先行して求められた第１の係数との積に依存して、第２のトルクの第３の部分トルクを求めることを含むことを特徴とする。ラック加速度を考慮することにより、補助力操舵部の慣性を考慮し、補償することができる。
有利な一実施形態は、当該方法が、実際トーションバートルクと、予め求められた、特には先行して求められた第２の係数との積に依存して、第２のトルクの第４の部分トルクを求めることを含むことを特徴とする。実際トーションバートルクを考慮することにより、ステアリングコラムからのステアリングホイールに基づく慣性及び摩擦が考慮され、補償される。
他の態様は、制御装置、駆動ユニット及びステアリングギヤを含む、ステアリングシステムに関する。第１のトルクは、目標ラック位置と位置センサの実際ラック位置とに依存して求めることができる。第２のトルクは、速度センサの車両速度に依存して求めることができる。支援トルクは、第１のトルクと第２のトルクとに依存して求めることができる。駆動ユニットにより、支援トルクは、ステアリングシステムのステアリングギヤへ導入可能である。
本発明の他の実施形態及び特徴は、さらに、以下の実施例の説明に示されている。
図１には、補助力操舵部４を含むステアリングシステム２の概略的な形態が示されている。また、ステアリングシステム２は、図示のように重畳操舵部６を含むこともできる。ステアリングシステム２は、例えばラック式ステアリングギヤとして構成されたステアリングギヤ８を有する。本明細書においては、主に、ステアリングギヤがピニオン１０及びラック１２を含むラック式操舵部について説明する。ステアリングギヤ８は、ピニオン１０及びラック１２を介して車両の両側のステアリングアーム１４に接続されており、当該ステアリングアーム１４がそれぞれ車輪１６と協働する。基本的に、ステアリングシステム２は、本発明に係る方法の実行に適した装置の複数の可能な実施形態のうちの１つである。例えば、駆動ユニットをステアリングコラムに設けることができる。ここで、他の実施形態は、他のステアリングギヤ又は他の配置の駆動部によって実行可能である。特に、一実施形態におけるステアリングシステム２は、ステアバイワイヤ‐ステアリングシステムである。また、他のセンサをステアリングシステムに配置することもできるが、ここでは、その配置及び構成には立ち入らない。
トーションバー１８には、操舵手段２０、例えばステアリングホイールが配置されている。重畳操舵部６により、車両運転者が適用した操舵手段の角度を、ステアリングシステム２の通常動作において、ステアリングギヤ８に対して増大又は低減することができる。重畳操舵部６によってステアリングギヤ８に導入されるこうした操舵角差は、付加操舵角とも称される。もちろん、トーションバー１８に代えて、操舵手段２０と重畳操舵部６との間にステアリングコラムを配置することもできる。当該実施形態においては、トーションバーは、重畳操舵部６と補助力操舵部４との間に配置されている。
補助力操舵部４は、駆動ユニット２２とも称され得るモータと、伝動装置２４とを含む。制御装置２６は補助力操舵部４に配属されている。駆動ユニット２２は、伝動装置２４を介してラック１２に作用する。制御装置２６は、データ線路を介してメモリエレメント３０に接続されたマイクロプロセッサ２８を有する。マイクロプロセッサ２８は、本明細書に説明している方法を実行可能なデジタル計算装置とも称され得る。メモリエレメント３０は、メモリ媒体とも称され得る。メモリエレメント３０には、マイクロプロセッサ２８上で実行されるコンピュータプログラムを格納することができる。
制御装置２６には、センサ３２によって求められたトーションバートルク３４が供給される。供給されたトーションバートルク３４に依存して、制御装置２６は、導入すべき支援トルクの目標値を表す支援トルク３６を求め、当該支援トルク３６を、例えば、対応する調整量として変換して、駆動ユニット２２に供給する。
補助力操舵部４は、実際ラック位置４０を測定してこれを制御装置２６に供給する位置センサ３８を含む。また、車両は、実際車両速度４４を測定してこれを制御装置２６へ供給する速度センサ４２を含む。代替的に、実際車両速度４４は、他の制御装置から制御装置２６へ供給されてもよい。
図２には、ステアリングシステムを動作させるための方法の概略的なブロック図が示されている。自動車１は、駆動ユニット２２並びに位置センサ３８及び速度センサ４２を含む。ブロック２０２において目標ラック位置４１が求められる。加算点２０４においては、実際ラック位置４０と目標ラック位置４１とに依存して制御差２０６が求められる。制御差２０６は、閉ループ制御回路２０８に供給され、当該閉ループ制御回路２０８により第１のトルク３６＿１が求められる。
予調整部２１０においては、目標ラック位置４１と実際ラック位置４０と実際車両速度４４とに依存して、第２のトルク３６＿２が求められる。加算点２１２によって形成される、第１のトルク３６＿１と第２のトルク３６＿２との和に依存して、支援トルク３６が求められる。支援トルク３６は、駆動ユニット２２に信号として供給され、これにより、当該支援トルク３６が物理量としてステアリングギヤに導入される。
図３には、第２のトルク３６＿２を求めるための概略的なブロック図が示されている。第１のブロック３１０において、第２のトルク３６＿２の第１の部分トルク３６＿２＿ａが求められる。第１のブロック３１０は、予調整のため、静的条件において生じる力に対抗する補償力を求めるために用いられる。当該静的条件には、実質的に一定の車両速度と実質的に一定のラック位置とが含まれる。上述した力は、例えば、カーブ走行時の横方向力、軸の作業及び軸の戻りによって生じるものであり得る。横方向加速度及び車両重量は、カーブ走行時の横方向力への主たる影響量である。操舵過程及び実際ラック位置は、軸のストローク作業に影響する。軸の戻りは、軸の構造的特徴に依存して発生する。軸の種々の構造的構成により、実際ラック位置及び実際車両速度に依存して、種々の戻り力の作用が生じる。上述した力は、実際車両速度及び実際ラック位置に依存しているので、共通に予調整可能であり及び／又は補償可能である。
第２のブロック３２０においては、第２のトルク３６＿２の第２の部分トルク３６＿２＿ｂが求められる。第２の部分トルク３６＿２＿ｂは、車両速度の増大につれて低下する摩擦の補償のために設けられている。第３のブロック３３０においては、第２のトルク３６＿２の第３の部分トルク３６＿２＿ｃが求められる。第３の部分トルク３６＿２＿ｃは、操舵部及び／又は補助力操舵部の領域において関与している機械コンポーネントの質量慣性の補償のために設けられている。第４のブロック３４０においては、第２のトルク３６＿２の第４の部分トルク３６＿２＿ｄが求められる。第４の部分トルク３６＿２＿ｄは、ステアリングコラムに基づく慣性及び摩擦の補償のために設けられている。
第２のトルク３６＿２は、第１の部分トルク３６＿２＿ａ乃至第４の部分トルク３６＿２＿ｄが供給される加算点３５０により形成される。第１の部分トルク３６＿２＿ａ乃至第４の部分トルク３６＿２＿ｄは、図示していない実施形態においてフィルタリングされるが、ここで、適当なフィルタは、例えば、移動平均フィルタ又は１次のローパスフィルタである。
図４には、図３のブロック３１０の一実施形態が示されている。特性マップ４００を用いて、実際車両速度４４と実際ラック位置４０とに依存して、第１の部分トルク３６＿２＿ａが求められる。特性マップ４００は、例えば、予め適用された形式で存在する。他の実施形態においては、特性マップ４００に代えて計算プロトコル（例えば、多項式）が使用される。
図５には、図３のブロック３１０の一実施形態が示されている。図４の特性マップ４００に代えて、第１の特性マップ５００を用いて、実際ラック位置４０に依存して、部分トルク５３６が求められる。第２の特性マップ５０２を用いて、実際車両速度４４に依存して、係数５３８が求められる。ここで、係数５３８は、予め求められた係数に相当する。第１の部分トルク３６＿２＿ａは、ブロック５０４での部分トルク５３６と係数５３８との積である。他の実施形態においては、特性マップ５００，５０２に代えて各計算プロトコル（例えば、多項式）が使用される。
図６には、図３のブロック３１０の一実施形態が示されている。特性曲線６００を用いて、実際車両速度４４に依存して、最大トルク３６＿２＿ｍａｘが求められる。特性曲線６０２を用いて、最大トルク３６＿２＿ｍａｘに適合するラック位置４０＿３６が求められる。ブロック６０４において、実際ラック位置４０と最大トルク３６＿２＿ｍａｘとこれに適合するラック位置４０＿３６とに依存して、第１の部分トルク３６＿２＿ａが求められる。他の実施形態においては、特性曲線６００，６０２に代えて各計算プロトコル（例えば、多項式）が使用される。
ブロック６０４においては、反力が、例えば、次のようにして補間される。３０ｋｍ／ｈの車両速度では、最大反力は２０００Ｎである。２０００Ｎが作用するラック位置は、５０ｍｍである。実際ラック位置が２５ｍｍであれば、１０００Ｎ＝（２５ｍｍ／５０ｍｍ）＊２０００Ｎが得られる。実際ラック位置が５０ｍｍ以上であれば、反力として２０００Ｎが得られる。
図７には、図３のブロック３２０の一実施形態が示されている。特性マップ７００を用いて、実際車両速度４４とラック速度７０２とに依存して、第２の部分トルク３６＿２＿ｂが求められる。これにより、タイヤと道路との間の摩擦をシミュレートする補償力が、第２の部分トルク３６＿２＿ｂとして求められる。車両速度が増大するにつれて、タイヤと道路との間の摩擦は低下する。ラック速度が増大するにつれて、摩擦は増大する。ラック速度７０２は、実際値又は目標値として存在してよく、実際ラック位置又は目標ラック位置に依存して求めることができる。他の実施形態においては、特性マップ７００に代えて計算プロトコル（例えば、多項式）が使用される。
図８には、図３のブロック３２０の一実施形態が示されている。実際車両速度４４から、特性曲線８００を用いてスケーリング係数８０２が求められる。ここで、スケーリング係数８０２は、予め求められた係数に相当する。ラック速度７０２に依存して、特性曲線８０４を用いて、部分トルク８０６が求められ、当該部分トルク８０６が乗算点８０８でスケーリング係数８０２と乗算されて、ここから第２の部分トルク３６＿２＿ｂが得られる。他の実施形態においては、特性曲線８００，８０２に代えて計算プロトコル（例えば、多項式）が使用される。
図９には、図３のブロック３２０の一実施形態が示されている。特性曲線９００を用いて、実際車両速度４４に依存して、部分トルク９０２が求められる。ラック速度７０２に依存して、特性曲線９０４を用いて、スケーリング係数９０６が求められる。ここで、スケーリング係数９０６は、予め求められた係数に相当する。乗算点９０８において、部分トルク９０２とスケーリング係数９０６とに依存して、第２の部分トルク３６＿２＿ｂが求められる。他の実施形態においては、特性曲線９００に代えて計算プロトコル（例えば、多項式）が使用される。
図１０には、図３のブロック３３０の一実施形態が示されている。第３の部分トルク３６＿２＿ｃは、乗算点１００２でのラック加速度１００４と慣性係数１００６との乗算から得られる。ここで、慣性係数１００６は、予め求められた係数に相当する。ラック加速度１００４は、例えば、実際ラック位置又は目標ラック位置に依存して求められる。
図１１には、図３のブロック３４０の一実施形態が示されている。点１００２での実際トーションバートルク３４とスケーリング係数１１０４との乗算から、第４の部分トルク３６＿２＿ｄが得られる。ここで、スケーリング係数１１０４は、予め求められた係数に相当する。
ステアリングホイール回転速度を低減するために、図示していない形態において、第４の部分トルク３６＿２＿ｄが−１と乗算され、即ち、符号が反転される。これにより、補償に代えて増幅が達成される。その結果、加速中のラックが制動され、望ましくない回転速度が低減されて、これにより、閉ループ制御回路の出力が改善される。
Claims (8)
- 自動車のステアリングシステム（２）を動作させるための方法であって、
・閉ループ制御回路（２０８）により、目標ラック位置と実際ラック位置とに依存して第１のトルク（３６＿１）を求めることと、
・予調整部（２１０）により、目標ラック位置と実際ラック位置と車両速度とに依存して第２のトルク（３６＿２）を求めることと、
・前記第１のトルク（３６＿１）と前記第２のトルク（３６＿２）とに依存して支援トルク（３６）を求めることと、
・前記支援トルク（３６）を前記ステアリングシステム（２）のステアリングギヤ（８）に導入することと、
を含み、
前記予調整部（２１０）により前記第２のトルク（３６＿２）を求めることは、
・前記第２のトルク（３６＿２）の部分トルクとして、実際ラック速度又は目標ラック速度と前記車両速度とに依存する路面タイヤ間摩擦補償用部分トルク（３６＿２＿ｂ）を求めること
を含む、方法。 - 前記予調整部（２１０）により前記第２のトルク（３６＿２）を求めることは、
・前記第２のトルク（３６＿２）の部分トルクとして、前記実際ラック位置と前記車両速度とに依存する、定速度定ラック位置走行時の前記ステアリングギヤ（８）の軸に作用する反力補償用部分トルク（３６＿２＿ａ）を求めること
を含む、請求項１に記載の方法。 - 前記予調整部（２１０）により前記第２のトルク（３６＿２）を求めることは、
・前記第２のトルク（３６＿２）の部分トルクとして、実際ラック加速度又は目標ラック加速度と予め求められた第１の係数との積に依存する補助力操舵部慣性補償用部分トルク（３６＿２＿ｃ）を求めること
を含む、請求項１又は２に記載の方法。 - 前記予調整部（２１０）により前記第２のトルク（３６＿２）を求めることは、
・前記第２のトルク（３６＿２）の部分トルクとして、実際トーションバートルクと予め求められた第２の係数との積に依存するステアリングコラム回転慣性及び摩擦補償用部分トルク（３６＿２＿ｄ）を求めること
を含む、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。 - 閉ループ制御回路（２０８）及び予調整部（２１０）を有する制御装置（２６）と、駆動ユニット（２２）と、ステアリングギヤ（８）とを含む、自動車のステアリングシステム（２）であって、
・前記閉ループ制御回路（２０８）により、第１のトルク（３６＿１）を、目標ラック位置と、位置センサ（３８）によって測定可能な実際ラック位置とに依存して求め、
・前記予調整部（２１０）により、第２のトルク（３６＿２）を、目標ラック位置と、実際ラック位置と、速度センサ（４２）によって測定可能な車両速度とに依存して求め、
・前記制御装置（２６）により、支援トルク（３６）を、前記第１のトルク（３６＿１）と前記第２のトルク（３６＿２）とに依存して求め、
・前記駆動ユニット（２２）により、前記支援トルク（３６）を、前記ステアリングシステム（２）の前記ステアリングギヤ（８）へ導入する、
ように構成されており、さらに、
前記予調整部（２１０）により前記第２のトルク（３６＿２）を求める際に、
・前記予調整部（２１０）により、前記第２のトルク（３６＿２）の部分トルクとして、実際ラック速度又は目標ラック速度と前記車両速度とに依存する路面タイヤ間摩擦補償用部分トルク（３６＿２＿ｂ）を求める、
ように構成されているステアリングシステム（２）。 - 前記予調整部（２１０）により前記第２のトルク（３６＿２）を求める際に、
・前記予調整部（２１０）により、前記第２のトルク（３６＿２）の部分トルクとして、前記実際ラック位置と前記車両速度とに依存する、定速度定ラック位置走行時の前記ステアリングギヤ（８）の軸に作用する反力補償用部分トルク（３６＿２＿ａ）を求める、
ように構成されている、請求項５に記載のステアリングシステム（２）。 - 前記予調整部（２１０）により前記第２のトルク（３６＿２）を求める際に、
・前記予調整部（２１０）により、前記第２のトルク（３６＿２）の部分トルクとして、実際ラック加速度又は目標ラック加速度と予め求められた第１の係数との積に依存する補助力操舵部慣性補償用部分トルク（３６＿２＿ｃ）を求める、
ように構成されている、請求項５又は６に記載のステアリングシステム（２）。 - 前記予調整部（２１０）により前記第２のトルク（３６＿２）を求める際に、
・前記予調整部（２１０）により、前記第２のトルク（３６＿２）の部分トルクとして、実際トーションバートルクと予め求められた第２の係数との積に依存するステアリングコラム回転慣性及び摩擦補償用部分トルク（３６＿２＿ｄ）を求める、
ように構成されている、請求項５乃至７のいずれか一項に記載のステアリングシステム（２）。
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