JP2022151747A

JP2022151747A - 調整されるべき摩擦を推定及び調整し、ハンドルトルクのヒステリシスを制御する方法、及び対応するパワーステアリングシステム

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Publication number: JP2022151747A
Application number: JP2022042683A
Authority: JP
Inventors: ニコラボドワン; Baudouin Nicolas; ピエールラーミニー; Larminy Pierre
Original assignee: JTEKT Europe SAS
Current assignee: JTEKT Europe SAS
Priority date: 2021-03-24
Filing date: 2022-03-17
Publication date: 2022-10-07
Also published as: DE102022106161A1; US11993327B2; CN115123373A; FR3121119A1; US20220306190A1; FR3121119B1

Abstract

【課題】パワーステアリングシステムにおいて調整されるべき摩擦を決定するか、又はパワーステアリングシステムのハンドルに適用されたハンドルトルクのヒステリシスを修正する方法を提供する。【解決手段】パワーステアリングシステムの一部の速度ｖの測定、及び／又はハンドルトルクＴ３の測定によって、速度ｖを決定し、修正されたＬｕＧｒｅモデルに基づいて調整されるべき摩擦Ｆを決定し、修正されたＬｕＧｒｅモデルはシステムの状態の関数として調整されるべき摩擦Ｆを決定し、状態の時間微分はシステムの状態、速度ｖ、第１のゲイン及びクーロン摩擦の関数として決定される。【選択図】図３

Description

本発明は、パワーステアリングシステムの分野、特にハンドルにおける摩擦を調整し、運転者の感覚を改善するための方法に関する。

パワーステアリングシステムの部品間の機械的摩擦の、運転者の感覚への衝撃を軽減するために、ＬｕＧｒｅモデルに基づいて摩擦を推定することによって調整することが知られている。さらに、この方法の適用により、一定のコーナリングで時々非常に顕著となるトルクの損失、及び道路の表面状態に対する高すぎる感度という欠点が明らかになった。補償される摩擦の量が重要であるほど、これらの欠点はすべてより重大になる。

したがって、本発明の目的は、これらの問題のすべて又は一部に対する解決策を提案することである。

この目的のために、本発明は、パワーステアリングシステムにおいて調整されるべき摩擦Ｆを決定する方法に関し、この方法は、前記パワーステアリングシステムの一部の速度ｖの測定、及び／又は前記パワーステアリングシステムのハンドルに適用されるハンドルトルクの測定によって、速度ｖを決定するステップと、
修正されたＬｕＧｒｅモデルに基づいて調整されるべき前記摩擦を決定するステップとを備え、
前記修正されたＬｕＧｒｅモデルが前記システムの状態ｚの関数として調整されるべき前記摩擦を決定し、前記システムの前記状態ｚの時間微分

は、前記速度ｖ、第１のゲインσ_０、第２のゲインβ、及びクーロン摩擦Ｆ_ｃの前記状態の関数として

の形式の式に従って決定され、
ここで、

であり、
ここで、ｓｉｇｎ（ｚ）は量ｚの符号であり、ｓｉｇｎ（ｖ）は量ｖの符号であり、
ここで、

であり、かつ

である場合、

である。

これらの条件によれば、係数βの値は、特に係数βの値が１に近い場合に、一定のコーナリングにおけるトルクの損失が摩擦の調整後にあまり顕著とならず、また、摩擦の調整後に道路の表面状態に対する感度があまり強くならないように、調整することができる。

一実施形態によれば、本発明は、単独で、又は技術的に許容される組合せで、以下の特徴の１つ又はそれ以上を含む。

一実施形態によれば、調整されるべき摩擦Ｆは、状態ｚの関数として、

の式によって決定される。

ここで、σ_１は、マイクロ減衰を表す第２のゲインである。

の式によって決定される。

ここで、σ_２は、粘度係数を表す第３のゲインである。

一実施形態によれば、前記速度は、前記パワーステアリングシステムの補助モータの角速度である。

一実施形態によれば、前記速度は、前記補助モータの角速度センサによって測定される。

一実施形態によれば、前記速度は、前記ハンドルの角速度センサによって測定される。

一実施形態によれば、前記速度は、２つの部分間の相対速度である。

一実施形態によれば、クーロン摩擦Ｆ_ｃ及び／又は前記第１のゲインσ０及び／又は前記第２のゲインβは、以下の変数、すなわち、車両の前後速度、車両の横方向加速度、車両のヨーレート、ハンドル角又はパワーステアリングモータ角、ハンドル又はパワーステアリングモータの速度、パワーステアリングシステムの温度、外部温度、ハンドルトルク、モータトルクのうちの１つ又は複数に従って変化する。

一実施形態によれば、前記速度を決定する前記ステップは、補助モータの角速度センサによる第１の速度ｖ１の測定と、前記ハンドルトルクの測定による第２の速度の推定とを含み、前記ハンドルトルクの前記測定はトルクセンサによって実行され、決定された前記速度は前記第１の速度と前記第２の速度との合計である。

これらの条件によれば、前記第１の速度と前記第２の速度との合計は、前記第２の速度によって前記ハンドルにかかる運転者の低い圧力と、第１の速度によって転動面から上がってラックを直接付勢する低い圧力との両方を考慮することを可能にする。

一実施形態によれば、調整されるべき摩擦Ｆは中間摩擦率から決定され、前記中間摩擦率ｗは前記修正されたＬｕＧｒｅモデル及び前記速度ｖに基づいて決定され、調整されるべき摩擦Ｆは、前記中間摩擦率と、推定された動摩擦と所望の動摩擦との間の差との積を計算するステップに従って決定され、前記推定された動摩擦は少なくとも前記中間摩擦率から推定される。

一実施形態によれば、前記所望の動摩擦は、発展段階中に定義されたマッピングから決定される。

一実施形態によれば、前記第２の速度の推定は、
前記ハンドルと電動パワーステアリングのラックとの間の前記ハンドルトルクを測定するように構成された前記トルクセンサを用いて前記ハンドルトルクを測定するステップと、
前記ハンドルトルクの測定値を時間微分するステップと、
前記時間微分に剛性係数を乗じて、トルク速度と呼ばれる前記第２の速度を求めるステップとを備える。

本発明はまた、パワーステアリングシステムにおいて調整されるべき摩擦を調整するか、又は前記パワーステアリングシステムのハンドルに適用されるハンドルトルクのヒステリシスを修正する方法にも関し、前記方法は、
上記の実施方法のいずれかに係る方法を用いて、調整されるべき前記摩擦を推定するステップと、
補助モータを制御して、前のステップで推定された調整されるべき前記摩擦を調整する目標ハンドルトルクを適用するステップとを備える。

一実施形態によれば、前記補助モータを制御するステップは、
調整されるべき前記摩擦の推定値と、移動を妨げる力の集合を表すラック力又は「ラック力推定値」の推定値との差から目標ハンドルトルクを決定するステップと、
前記目標ハンドルトルクと前記測定されたハンドルトルクとに基づいて前記補助モータを閉ループ制御するステップとを備える。

一実施形態によれば、前記目標ハンドルトルクはマッピングとも呼ばれる対応表から決定され、それは、調整されるべき摩擦の推定値とラック力推定値との差の値の集合と、目標ハンドルトルクの対応する値の集合との間の対応を確立する。

これらの条件によれば、ラック力推定値のヒステリシスは、前記目標トルクの発生レベルにおけるヒステリシスにも影響を及ぼす制御された所望のヒステリシスを提示するであろう。

本発明はまた、上述の一実施形態による、本発明による方法に従って決定された摩擦を第１の目標ハンドルトルクに加えることによって目標ハンドルトルクのヒステリシスを修正することによってハンドルトルクのヒステリシスを制御する方法に関し、前記方法は、
上記の実施形態の１つに従って、本発明に従って調整されるべき摩擦を決定する方法を使用して、調整されるべき摩擦を決定するステップと、
前記第１の目標ハンドルトルクに前記調整されるべき摩擦を加えて前記目標ハンドルトルクを決定し、前記第１の目標ハンドルトルクは前記ハンドルの角度から決定されるステップと、
前記目標ハンドルトルクと前記測定されたハンドルトルクとに基づいて前記補助モータを閉ループ制御するステップとを備える。

一実施形態によれば、前記目標ハンドルトルクは、前記ハンドルの角度間の差の値の集合と前記目標ハンドルトルクの対応する値の集合との間の対応を確立する対応テーブル又はマッピングから決定される。

また、本発明は上述の実施形態の１つに従って、調整されるべき摩擦を決定する方法を実施するか、又は上述の実施形態の１つに従って、摩擦を調整する方法を実施するか、又は上述の実施方法の１つに従って、目標ハンドルトルクのヒステリシスを修正することによってハンドルトルクのヒステリシスを制御する方法を実施するように構成されたパワーステアリングシステムに関する。

また、本発明は、上述の実施形態のうちの１つに従って、本発明に係る方法のうちの１つを実施するように構成されたパワーステアリングシステムを備える車両に関する。

その良好な理解のために、本発明の実施例及び／又は実施形態は、本発明に係る装置及び／又は方法の実施例又は実施形態をそれぞれ非限定的な例として表す添付の図面を参照して説明される。図面中の同じ参照符号は、同様の要素又はその機能が同様である要素を示す。
本発明を適用したステアリング装置の概略図であり本発明を適用したパワーステアリングシステムの状態に応じたアルファ関数の値の曲線のグラフ表現である。本発明の実施例に係る摩擦の推定方法の代表図である。本発明の一実施例に係る摩擦の調整方法の代表図である。

図１には、本発明の推定方法及び調整方法を実施することを可能にするパワーステアリングを備えるステアリング装置が示されている。それ自体公知の方法で、かつ図１に見られるように、前記パワーステアリング装置１は、前記ハンドル３上に《ハンドルトルク》Ｔ３と呼ばれる力を加えることによって、運転者が前記パワーステアリング装置１を操縦するのを可能にするハンドル３を備えている。前記ハンドル３は好ましくはステアリングコラム４に取り付けられ、車両２上で回転するように案内され、ステアリングピニオン５によって、ステアリングラック６上で噛み合う。ステアリングラック６は、前記車両２に固定されたステアリングケーシング７内で平行移動するように案内される。

好ましくは、前記ステアリングラック６の端部が各々、ステアードホイール１０、１１（それぞれ、左側のホイール１０及び右側のホイール１１）のステアリングナックルに接続されたステアリングタイロッド８、９に接続されており、これにより、ラック６の平行移動における長手方向の変位によって、ステアードホイールの操舵角（ヨー角）を修正することが可能になる。ステアードホイール１０、１１はさらに好ましくは駆動輪であってもよい。

また、パワーステアリング装置１は、前記パワーステアリング装置１の操縦を補助するように構成されたモータ１２を備える。モータ１２は好ましくは２つの動作方向を有する電気モータであり、好ましくは、《ブラシレス》タイプの回転電気モータである。

パワーステアリング装置１は、ハンドルトルクＴ３を測定するために、例えばステアリングコラム４上のパワーステアリング装置１内に特別に配置されたハンドルトルクセンサ１４を更に有し、前記ハンドルトルクセンサ１４が使用する測定技術にかかわらず、本当にもっぱらハンドルトルクＴ３の測定値を提供することを主目的とする。さらに、パワーステアリング装置１は、エンジン１２の回転速度を測定することを目的としたエンジン速度センサ２４を備えている。

最後に、パワーステアリング装置１は、センサ１４、２４からのデータに基づいて推定方法及び調整方法を実施するように構成された演算制御部２０も備える。

図３に図示するように、実施形態に係る、調整されるべき摩擦を推定する方法１００は、車両パワーステアリングシステム１の電動モータ１２の速度センサ２４によって第１の速度ｖ１を測定するステップを含む。推定方法１００は、第２の速度ｖ２を決定するステップを含み、それは、ハンドルトルクＴ３を測定するサブステップと、微分ゲインが適用されるハンドルトルクＴ３の測定値の時間微分のサブステップとを含む。推定方法は、参照符号Σによって表される第１及び第２の速度ｖ１、ｖ２の和ｖを計算するステップを含む。次に、ハンドル速度と呼ばれる速度ｖが得られる。ボックスＬＭによって表される推定方法１００における次のステップは、単純化された一次元（１質量）ステアリングモデルと、修正されたＬｕＧｒｅモデルＬＭによる摩擦とをシミュレートすることで構成され、その唯一の入力速度は前のステップで得られたハンドル速度ｖである。こうして、パワーステアリング１によって調整されるべき摩擦の推定値が得られる。

これらの条件によれば、第１の速度と第２の速度との合計は、第２の速度によってハンドルにかかる運転者の低い圧力と、第１の速度によって転動面から上がってラックを直接付勢する低い圧力との両方を考慮することを可能にする。

前記修正されたＬｕＧｒｅモデルＬＭは、システムの状態の関数として調整されるべき摩擦Ｆを決定することを可能にし、前記状態ｚの時間微分

は、前記状態ｚ、前記速度ｖ、第１のゲインσ_０、及びクーロン摩擦Ｆ_ｃの関数として、

の形式の式に従って決定され、
ここで、

であり、
ここで、ｓｉｇｎ(ｚ)は量ｚの符号であり、ｓｉｇｎ(ｖ)は量ｖの符号であり、
ここで、

であり、かつ

である場合、

である。

図２は、前記状態ｚの関数として、前記関数α（ｚ）の展開を図表を用いて示し、特に特定値－ｚ_ｍａｘ、－ｚ_ｂａ、ｚ_ｂａ、及びｚ_ｍａｘを示す。

特に、調整されるべき摩擦Ｆは、状態ｚの関数として、

の式によって決定される。

詳しくは、調整されるべき摩擦Ｆは、状態ｚの関数として、

の式によって直接決定される。

さらに詳しくは、調整されるべき摩擦Ｆは、状態ｚの関数として、

の式によって決定される。

ここでは、σ_２は、粘度係数を表す第３のゲインである。

特定の例によれば、前記速度ｖは、前の例に従って第１の速度と第２の速度との合計とする代わりに、前記補助モータ１２の角速度センサによって測定される、前記パワーステアリングシステム１の前記補助モータ１２の角速度とすることができる。

別の例によれば、前記速度は、前記パワーステアリングシステム１の２つの部分の間の相対速度である。

実施例によれば、方法１００によれば、パワーステアリング１の中間摩擦率ｗの推定値を得ることができ、この推定値から、例えば、図４を参照して、後述するステップ１５０に従って、調整されるべき摩擦の推定値が計算される。

調整されるべき摩擦Ｆは、中間摩擦率ｗと、推定された動摩擦ＦＲＩと所望の動摩擦ＦＲＣとの間の差Ｅ３との積の計算Ｅ４を含むステップ１５０に従って、中間摩擦率ｗから決定され、前記推定された動摩擦ＦＲＩは、ステップＥ１の間に、少なくとも前記中間摩擦率ｗから推定され、前記所望の動摩擦ＦＲＣは、ステップＥ２の間に、例えば、発展段階中に調整されたマッピングから得られる。

前記推定された動摩擦は例えば、以下の特許文献ＦＲ３０７０９５７Ｂ１、又はＦＲ３０９５５１５Ａ１、又はＦＲ３０１８９１７Ｂ１のうちの１つに記載された方法のうちの１つに従って推定される。

図４に示すように、本発明はまた、パワーステアリングシステム１において調整されるべき摩擦Ｆを調整するか、又は前記パワーステアリングシステム１のハンドル３に適用されるハンドルトルクＴ３のヒステリシスを修正する方法２００にも関し、前記方法は、
上述した実施形態の１つに係る方法１００を用いて、調整されるべき摩擦Ｆを推定するステップと、
前記補助モータ１２を制御して、前のステップで推定された調整されるべき前記摩擦Ｆを補償する目標ハンドルトルクＣｃを適用するステップとを備える。

特に、前記補助モータ１２を制御するステップは、
調整されるべき前記摩擦Ｆの推定値と、移動を妨げる力の集合を表すラック力又は「ラック力推定値」の推定値ＲＦＥとの差から目標ハンドルトルクＣｃを決定するステップＥ５と、
前記目標ハンドルトルクＣｃと前記測定されたハンドルトルクＴ３とに基づいて前記補助モータ１２を閉ループＢＦ制御するステップＥ６とを備える。

一例によれば、前記目標ハンドルトルクはマッピングとも呼ばれる対応表から決定され、それは、調整されるべき摩擦Ｆの推定値とラック力の推定値ＲＦＥとの差の値の集合と、目標ハンドルトルクＣｃの対応する値の集合との間の対応を確立する。

これらの条件によれば、ラック力推定値のヒステリシスは制御された所望のヒステリシスを提示することになり、これはまた、目標トルクの発生レベルでのヒステリシスに影響を与えることになる。

例えば、電動パワーステアリングは４００Ｎの摩擦で３００Ｎの感覚が望まれ、摩擦推定器ＦＲＩはステアリングが４００Ｎであることを識別し、所望の摩擦値入力は３００Ｎとなる。したがって、差は１００Ｎであり、移動を妨げるすべての力の決定された推定値は４００Ｎであり、それから１００Ｎを差し引いて、摩擦が３００Ｎの所望の値に対応するようにする。

本発明はまた、上述の実施形態の１つによる、本発明による方法に従って決定された摩擦を加えることによって目標ハンドルトルクＣｃのヒステリシスを修正することによってハンドルトルクＴ３のヒステリシスを制御する方法にも関し、前記方法は、
請求項１～４のいずれかに記載の方法を用いて、調整されるべき摩擦Ｆを決定するステップと、
ハンドルの角度から決定された第１の目標ハンドルトルクＣｃに調整されるべき摩擦Ｆを加えて前記目標ハンドルトルクＣｃを決定するステップと、
前記目標ハンドルトルクＣｃと前記測定されたハンドルトルクＴ３とに基づいて前記補助モータ１２を閉ループＢＦ制御するステップとを備える。

一例によれば、前記目標ハンドルトルクは、ここでは前記ハンドルの角度間の差の値の集合と前記目標ハンドルトルクＣｃの対応する値の集合との間の対応を確立する対応テーブル又はマッピングから決定される。

本発明はまた、調整されるべき摩擦Ｆを決定する本発明に係る方法１００を実施するか、又は調整されるべき摩擦Ｆを調整する本発明に係る方法２００を実施するか、又は目標ハンドルトルクＣｃのヒステリシスを修正することによってハンドルトルクＴ３のヒステリシスを制御する本発明に係る方法を実施するように構成されたパワーステアリングシステムに関する。

本発明はまた、本発明による方法１００を実施して、調整されるべき摩擦を調整するように構成されたパワーステアリングシステムを装備した車両に関する。

Claims

パワーステアリングシステム（１）において調整されるべき摩擦（Ｆ）を決定する方法（１００）であって、
前記パワーステアリングシステムの一部の速度（ｖ）の測定、及び／又は前記パワーステアリングシステム（１）のハンドル（３）に適用されるハンドルトルク（Ｔ３）の測定によって、速度（ｖ）を決定するステップと、
修正されたＬｕＧｒｅモデル（ＬＭ）に基づいて調整されるべき前記摩擦（Ｆ）を決定するステップとを備え、
前記修正されたＬｕＧｒｅモデル（ＬＭ）は前記システムの状態（ｚ）の関数として調整されるべき前記摩擦（Ｆ）を決定し、前記状態（ｚ）の時間微分（

）は前記システムの前記状態（ｚ）、前記速度（ｖ）、第１のゲイン（σ０）、第２のゲイン（β）、及びクーロン摩擦（Ｆ_ｃ）の関数として、

の形式の式に従って決定され、
ここで、

であり、
ここで、ｓｉｇｎ（ｚ）は量ｚの符号であり、ｓｉｇｎ（ｖ）は量ｖの符号であり、

であり、かつ

である場合、

である方法。
請求項１に記載の方法（１００）において、
前記クーロン摩擦Ｆ_ｃ及び／又は前記第１のゲインσ０及び／又は前記第２のゲインβは、車両の前後速度、前記車両の横方向加速度、前記車両のヨーレート、ハンドル角又はパワーステアリングモータ角、ハンドル速度又はパワーステアリングモータ速度、前記パワーステアリングシステムの温度、外部温度、ハンドルトルク、モータトルクのうちの１つ又は複数の変数に従って変化する方法。
請求項１に記載の方法（１００）において、
前記速度を決定する前記ステップは、補助モータ（１２）の角速度センサ（２４）による第１の速度（ｖ１）の測定と、前記ハンドルトルク（Ｔ３）の測定による第２の速度（ｖ２）の推定とを含み、前記ハンドルトルクの前記測定はトルクセンサ（１４）によって実行され、決定された前記速度（ｖ）は前記第１の速度（ｖ１）と前記第２の速度（ｖ２）との合計である方法。
請求項１～３のいずれか１項に記載の方法（１００）において、
調整されるべき前記摩擦（Ｆ）は中間摩擦率（ｗ）から決定され（１５０）、前記中間摩擦率（ｗ）は前記修正されたＬｕＧｒｅモデル（ＬＭ）及び前記速度（ｖ）に基づいて決定され、調整されるべき前記摩擦（Ｆ）は、前記中間摩擦率（ｗ）と、推定された動摩擦（ＦＲＩ）と所望の動摩擦（ＦＲＣ）との間の差との積を計算するステップ（１５０）に従って決定され、前記推定された動摩擦（ＦＲＩ）は少なくとも前記中間摩擦率（ｗ）から推定される方法。
請求項３に記載の方法（１００）において、
前記第２の速度（ｖ２）の推定は、
前記ハンドル（３）と電動パワーステアリング（１）のラック（６）との間の前記ハンドルトルク（Ｔ３）を測定するように構成された前記トルクセンサ（１４）を用いて前記ハンドルトルク（Ｔ３）を測定するステップと、
前記ハンドルトルク（Ｔ３）の測定値を時間微分するステップと、
前記時間微分に剛性係数を乗じて、トルク速度と呼ばれる前記第２の速度（ｖ２）を求めるステップとを備える方法。
パワーステアリングシステム（１）において調整されるべき摩擦（Ｆ）を調整する方法（２００）であって、
請求項１～５のいずれか１項に記載の方法（１００）を用いて、調整されるべき前記摩擦（Ｆ）を推定するステップと、
補助モータ（１２）を制御して、前のステップで推定された調整されるべき前記摩擦（Ｆ）を調整する目標ハンドルトルク（Ｃｃ）を適用するステップとを備える方法。
請求項６に記載の方法（２００）において、
前記補助モータ（１２）を制御するステップは、
調整されるべき前記摩擦（Ｆ）の推定値と、移動を妨げる力の集合（ＲＦＥ）を表すラック力又は「ラック力推定値」の推定値（ＲＦＥ）との差から目標ハンドルトルク（Ｃｃ）を決定するステップ（Ｅ５）と、
前記目標ハンドルトルク（Ｃｃ）と前記測定されたハンドルトルク（Ｔ３）とに基づいて前記補助モータ（１２）を閉ループ制御（ＢＦ）するステップ（Ｅ６）とを備える方法。
請求項１～５のいずれか１項に記載の方法に従って決定された摩擦を第１の目標ハンドルトルクに加えることによって目標ハンドルトルク（Ｃｃ）のヒステリシスを修正することによってハンドルトルク（Ｔ３）のヒステリシスを制御する方法であって、
請求項１～５のいずれかに記載の方法（１００）を用いて、調整されるべき前記摩擦（Ｆ）を決定するステップと、
前記第１の目標ハンドルトルク（Ｃｃ）に前記調整されるべき摩擦（Ｆ）を加えて前記目標ハンドルトルク（Ｃｃ）を決定し、前記第１の目標ハンドルトルクは前記ハンドルの角度から決定されるステップと、
前記目標ハンドルトルク（Ｃｃ）と前記測定されたハンドルトルク（Ｔ３）とに基づいて補助モータ（１２）を閉ループ制御（ＢＦ）するステップとを備える方法。
請求項１～５のいずれかに記載の調整されるべき摩擦（Ｆ）を決定する方法（１００）を実施するか、請求項６に記載の摩擦（Ｆ）を調整する方法（２００）を実施するか、又は請求項８に記載の方法を実施するように構成されたパワーステアリングシステム（１）。
請求項９に記載のパワーステアリングシステム（１）を備える車両。