JP2023540180A - 車両装置の操舵を制御する方法 - Google Patents

Abstract

本開示は、車両装置の操舵を制御する方法に関する。この方法は、車輪速度差をもって個別に制御可能な電気機械を動作させることで得られる第１の電力利用値が、旋回操作中にパワーステアリングシステムで得られる第２の電力利用値以上であれば、個別に制御可能な電気機械の少なくとも一方によって車輪速度差を与え、かつパワーステアリングシステムの動作能力を低下させることによって、旋回操作中に車両装置の操舵を制御している。【選択図】図２

Description

本開示は、車両装置（a vehicle arrangement）の操舵を制御する方法に関する。本開示はまた、そのような車両装置に接続可能な制御ユニットに関する。この方法及び制御ユニットは、車両、好ましくは電気車両、より好ましくは電気式フロントアクスル推進車両に適用可能である。電気機械はまた、例えば、操舵プッシャー又はタグアクスルに配置することができる。電気機械を使用したトラックについてこの方法及び制御ユニットを主に説明するが、他のタイプの車両にも適用可能である。

車両分野、特に一般的にトラックと呼ばれる小型車両、中型車両及び大型車両において、車両の様々な制御機能に関して継続的な開発が行われている。特に、制御機能は、車両のドライバビリティ、ドライバーの快適性、及び操作中の安全性を向上させることを目的としている。

一般的に常に改善されている１つの制御機能は、車両の操舵である。この特定の技術分野では、自律ステアリングシステム、ステアバイワイヤシステムなどに関して継続的な開発が行われている。特に、これらのタイプのステアリングシステムは、車両を制御して所要の道路湾曲部を追従させるという問題に絶えず取り組んでいる。自律ステアリングシステムは、例えば、車両の前方に検知された湾曲部にその操舵の基礎を置いている。ステアバイワイヤシステムは、人間のオペレータ又は自律機能のいずれかからの入力にその操舵の基礎を置いている。

特定の問題の１つは、一部のステアリング動作システムに関し、車両の消費電力が比較的高いということである。他の問題は、ステアリングシステムの故障により、ステアリングシステムが意図した通りに機能しないため、例えば、車両衝突による交通事故のリスクが高まることである。

従って、車両の操舵動作を更に改善してエネルギー消費を低減するとともに、操舵の冗長性を改善することが望まれている。

本開示の目的は、上述した不具合を少なくとも部分的に克服する方法を説明することである。これは、請求項１に記載の方法によって達成される。

第１の態様によれば、車両装置の操舵を制御する方法が提供される。車両装置は、車両装置の左側及び右側に配置された一対の操舵可能な車輪を操舵制御するパワーステアリングシステムを備えている。それぞれの操舵可能な車輪は、車両装置を推進させるために個別に制御可能な電気機械を備えている。この方法は、旋回操作中に車両装置を動作させるために必要な操舵角を決定するステップと、個別に制御可能な電気機械に関し、必要な操舵角を得るために必要な車輪速度差（a differential wheel speed）を決定するステップと、車輪速度差をもって個別に制御可能な電気機械を動作させることによって得られる車両装置の第１の電力利用値（a first power utilization value）を決定するステップと、操舵角を得るためにパワーステアリングシステムを動作させることによって得られる車両装置の第２の電力利用値（a second power utilization value）を決定するステップと、第１の電力利用値と第２の電力利用値とを比較するステップと、第１の電力利用値が第２の電力利用値以上であれば、個別に制御可能な電気機械の少なくとも一方を使用して車輪速度差を与え、かつパワーステアリングシステムの動作能力を低下させることによって、旋回操作中に車両装置の操舵を制御するステップと、を含んでいる。

「車両装置」という用語は、操舵可能な車輪を有する完全な車両の任意の一部であると解釈すべきである。従って、車両装置は、例えば、車両のキャブ（そのようなキャブがある場合）を含む牽引車両、被牽引車両、及び／又は操舵可能な車輪を備えたドーリーに関連付けることができる。このため、操舵可能な車輪は、例えば、操舵可能なフロントアクスルに配置することができる。操舵可能な車輪はまた、車両のいわゆるプッシャーアクスルやタグアクスルに配置することもできる。しかしながら、本開示の車両装置は、操舵可能な機械的なアクスルをまったく使用する必要がなく、個別に制御可能な電気機械が、機械的なアクスル／シャフトを使用せずに操舵可能な車輪に結合できることを容易に理解すべきである。

パワーステアリングシステムは、操舵可能な車輪を転舵させるように配置された、車両のステアリングシステムとして解釈されるべきである。以下でも説明するように、パワーステアリングシステムは、油圧制御式のステアリングシステム、空気圧制御式のステアリングシステム、又はステアバイワイヤステアリングシステムであってもよい。従って、パワーステアリングシステムは、車両のオペレータ、即ち、車両のドライバーによって制御されるか、又は自律制御によって制御することができる。

また、個別に制御可能な電気機械の車輪速度差は、個別に制御可能な電気機械の一方が個別に制御可能な電気機械の他方と比較して異なる速度で動作することであると解釈すべきである。車輪速度差は、速度制御及び／又はトルク制御に基づいて得ることができる。車輪速度差は、個別に制御可能な電気機械の計算された／決定された車輪トルク差であるか、又は一対の車輪間の車輪スリップの差であってもよい。また、車輪速度差は、一方の車輪のみを制御することによって、又は両方の車輪を制御することによって得ることができる。これについては、詳細な説明に関連して以下でより詳細に説明する。従って、個別に制御可能な電気機械を異なる速度で動作させると、車両は旋回操作を行うようになる。

さらにまた、「電力利用値」という用語は、旋回操作中に車両が必要とする全電力に対する利用率であると解釈すべきである。従って、より高い電力利用は、より低いエネルギー消費に対応する。個別に制御可能な電気機械によって車両の操舵を制御する場合、パワーステアリングシステムの動作能力を低下させると、パワーステアリングシステムに関連付けられた様々な機能を休止させることができる。これによって、エネルギー消費を低減することができ、第１の電力利用値を高めることができる。第１の電力利用値を高めるための様々な代替案、並びに第１の電力利用値が第２の電力利用値よりも大きいことを決定する実施形態について以下説明する。

「パワーステアリングシステムの動作能力を低下させる」という用語は、パワーステアリングシステムが車両の操舵に大きく貢献するのではなく、その代わりに個別に制御可能な電気機械の動作によって主に処理されることであると解釈すべきである。例示的な実施形態によれば、パワーステアリングシステムは、その動作能力を低下させるステップ中に非アクティブ化することができる。これによって、パワーステアリングシステムが完全に休止する。

また、個別に制御可能な電気機械は、車両を推進させるための電動モータとして、又は電力を生み出す発電機としてそれぞれ動作できると容易に理解されるべきである。電気機械が個別に制御されるので、車両の走行モードは、電気機械の一方を電動モータとして動作させる一方、電気機械の他方を発電機として動作させることができる。

上述した方法の利点は、車両装置の操舵機能の改善された冗長性が達成されることである。詳細には、この方法は、三重の冗長性を可能にする。即ち、パワーステアリングシステム、個別に制御可能な電気機械の一方、又は個別に制御可能な電気機械の両方によって操舵を制御することができる。従って、個別に制御可能な電気機械、並びにパワーステアリングシステムの１つが故障しても、適切な操舵を行うことができる。

さらなる利点は、車両装置の操舵が最もエネルギー効率のよい方法で動作することである。本開示の発明者らは、第１の電力利用値と第２の電力利用値とを比較することで、エネルギー／電力消費の全体的な削減が達成されることを認識した。発明者らはまた、個別に制御可能な電気機械を使用して操舵を制御するとき、例えば、パワーステアリングシステムと関連付けられた油圧システム、空気圧システムなどの様々な制御機能を少なくとも部分的に非アクティブ化できることを思いがけなく認識した。これによって、車両装置の操舵は、個別に制御可能な電気機械を使用してより広範囲に制御され、パワーステアリングシステムを使用する頻度を少なくすることができる。

例示的な実施形態によれば、この方法は、個別に制御可能な電気機械の少なくとも一方を制御することで、車両が必要な操舵角で旋回操作を行うことができるか否かを決定するステップと、個別に制御可能な電気機械の少なくとも一方を使用して必要な操舵角で車両を動作できるとき、第１の電力利用値が第２の電力利用値よりも大きいと決定するステップと、を更に含んでいる。

大部分の動作シナリオでは、パワーステアリングシステムを使用した動作と比較して、個別に制御される電気機械の動作によって操舵を制御する方が有利であることが認識された。従って、この例示的な実施形態では、個別に制御される電気機械のみを使用して道路湾曲部に対処できるとき、第１の電力利用値が第２の電力利用値よりも大きいと決定される。

例示的な実施形態によれば、個別に制御可能な電気機械は、電源に電気的に接続することができる。第１の電力利用値を決定するステップは、電源の現在の充電状態レベルを示す信号を受信するステップと、現在の充電状態レベルに基づいて、旋回操作中に個別に制御される電気機械の少なくとも一方によって回生可能な電力レベルを決定するステップと、回生可能な電力レベルで少なくとも部分的に第１の電力利用値を決定するステップと、含んでいる。

電源は、例えば、バッテリーであってもよい。車両を動作させるときに電力を回生することによって、電力利用が低下していると決定することができる。従って、電力が回生されるにつれて、車両装置の全体的なエネルギー消費が減少する。このため、電力回生は、エネルギー消費の低減、即ち、第１の電力利用値の増加に寄与するパラメータとすることができる。

例示的な実施形態によれば、現在の充電状態レベルが所定の閾値レベルを下回る場合、個別に制御される電気機械の少なくとも一方を動作させて電力を回生することによって、車両装置の操舵を制御することができる。従って、これによって、電源を電力によって充電することができる。

例示的な実施形態によれば、この方法は、旋回操作中に減速度を示す信号を受信するステップと、旋回操作中に車両が減速するときに電気機械の少なくとも一方を動作させて電力を回生するステップと、を更に含んでいてもよい。

従って、減速度レベルは、旋回操作中に電力回生レベルに設定することができる。次に、電力回生レベルは、第１の電力利用値を決定するパラメータとして使用することができる。一般的に、電力回生レベルが増加すると、電力利用値が増加する。

例示的な実施形態によれば、個別に制御される電気機械の一方を動作させて電力を回生し、かつ個別に制御される電気機械の他方を動作させて旋回操作中の車輪速度を増加させることによって、車両の操舵を制御することができる。これによって、旋回操作中に、電気機械によって推進されるだけでなく、他の電気機械で電力を回生するように車両を制御することができる。

例示的な実施形態によれば、この方法は、旋回操作中に車両装置を動作させるために所要の加速度レベルを決定するステップと、操舵可能な車輪のそれぞれの車輪摩擦値、及び車輪と路面との間の摩擦値である車輪摩擦値を決定するステップと、所要の加速度レベル及び車輪摩擦値に基づいて車輪速度差を制御するステップと、を更に含んでいてもよい。

車輪と路面との間の車輪摩擦値は、例えば、車輪制動システムなどに関連して配置されたセンサ又は同様な装置によって決定することができる。従って、車輪摩擦値は、望ましくは、旋回操作中に個別に制御される電気機械を動作させるときの操舵能力を決定するために使用されるパラメータである。

特に、それぞれの車輪の電気機械トルクを推定することによって、車輪摩擦値を推定することができる。これによって、車輪力を決定することができる。車輪速度及び車速を推定することによって、車輪スリップを決定することができる。そして、車輪スリップ及び車輪力を使用して、摩擦レベルを決定することができる。

代替案として、車輪スリップを制限値に設定することができ、これによって、摩擦レベルを決定する必要がなくなる。そのような場合、所定のスリップレベルを超えるスリップ値を生成しないように、印加トルクが設定される。

例示的な実施形態によれば、所要の加速度レベルは、アクセルペダルの位置を示す入力信号に基づいて決定することができる。しかしながら、他の例示的な実施形態によれば、所要の加速度レベルは、所要の車速及び近付いている道路経路に基づいて決定することができる。

例示的な実施形態によれば、この方法は、旋回操作中の所要の車速を決定するステップと、旋回操作中に所要の車速で車両を操舵するための車輪速度差を決定するステップと、車輪速度差と個別に制御可能な電気機械によって得られる利用可能な最大車輪速度差とを比較するステップと、個別に制御可能な電気機械によって車輪速度差を与え、かつパワーステアリングシステムをアクティブ化することによって、旋回操作中に車両装置の操舵を制御して所要の操舵半径及び車速を得るステップと、を更に含んでいてもよい。

これによって、個別に制御可能な電気機械の少なくとも一方、並びにパワーステアリングシステムを動作させることによって、旋回操作を制御することができる。この走行シナリオは、個別に制御可能な電気機械だけでは車両を湾曲部で意図する通りに動作させることができない動作状態にとって有益である。

例示的な実施形態によれば、この方法は、旋回操作中の車両装置の所要の減速度レベルを決定するステップと、個別に制御可能な電気機械によって得られる利用可能な最大減速度レベルを決定するステップと、利用可能な最大減速度レベルが所要の減速度レベルと比較して小さい場合、旋回操作中に車両装置のサービスブレーキをかけるステップと、を更に含んでいてもよい。

従って、個別に制御可能な電気機械が制動支援なしで車速を十分減速できないと決定された場合、旋回操作中にサービスブレーキを使用することによって、システムのさらなる冗長化となる。この走行シナリオはまた、電源の充電状態レベルが所定の閾値レベルを超えている場合にも有益となることができる。

例示的な実施形態によれば、車速が所定の速度閾値レベルを超えている場合、個別に制御可能な電気機械によって車輪速度差を与え、かつパワーステアリングシステムの動作能力を低下させることによって、車両装置の操舵を制御することができる。従って、車速は、第１の電力利用値が第２の電力利用値よりも大きいと決定するためのパラメータとして使用することができる。

例示的な実施形態によれば、パワーステアリングシステムは、油圧制御式のステアリングシステム、空気圧制御式のステアリングシステム、又はステアバイワイヤステアリングシステムの１つとすることができる。

第２の態様によれば、車両装置の左側及び右側に配置された一対の操舵可能な車輪と、一対の操舵可能な車輪を操舵制御するパワーステアリングシステムと、を備えた車両装置に接続可能な制御ユニットが提供される。それぞれの操舵可能な車輪は、車両装置を推進させるために個別に制御可能な電気機械を備えている。制御ユニットは、一対の操舵可能な車輪及びパワーステアリングシステムに電気的に接続されている。この制御ユニットは、旋回操作中に車両装置を動作させるために必要な操舵角を決定し、個別に制御可能な電気機械に関し、必要な操舵角を得るために必要な車輪速度差を決定し、車輪速度差をもって個別に制御可能な電気機械を動作させることによって得られる車両装置の第１の電力利用値を決定し、操舵角を得るためにパワーステアリングシステムを動作させることによって得られる車両装置の第２の電力利用値を決定し、第１の電力利用値と第２の電力利用値とを比較し、第１の電力利用値が第２の電力利用値以上であれば、個別に制御可能な電気機械に対して、車輪速度差を与えることを示す制御信号を送信するとともに、パワーステアリングシステムに制御信号を送信してその動作能力を低下させるように構成されている。

制御ユニットは、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、プログラマブルデジタルシグナルプロセッサ、又は他のプログラマブルデバイスを含んでいてもよい。制御ユニットはまた、又はその代わりに、特定用途向け集積回路、プログラマブルゲートアレイ若しくはプログラマブルアレイロジック、プログラマブルロジックデバイス、又はデジタルシグナルプロセッサを含んでいてもよい。制御ユニットが上述したマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、又はプログラマブルデジタルシグナルプロセッサなどのプログラマブルデバイスを含む場合、プロセッサは、プログラマブルデバイスの動作を制御するコンピュータ実行可能コードを更に含んでいてもよい。

第２の態様の効果及び特徴は、第１の態様に関連して上述したものと大部分類似している。従って、第１の態様のそれぞれの実施形態は、第２の態様の特徴と組み合わせることができる。

第３の態様によれば、プログラムがコンピュータで実行されたとき、第１の態様に関連して上述した実施形態の任意の１つのステップを実行するプログラムコード手段を含むコンピュータプログラムが提供される。

第４の態様によれば、プログラム手段がコンピュータで実行されたとき、第１の態様に関連して上述した実施形態の任意の１つのステップを実行するプログラム手段を含むコンピュータプログラムを保持するコンピュータ可読媒体が提供される。

第３及び第４の態様の効果及び特徴は、第１の態様に関連して上述したものと大部分類似している。

添付の特許請求の範囲、及び以下の説明を検討すれば、さらなる特徴及び利点が明らかになるであろう。当業者であれば、本開示の範囲から逸脱することなく、異なる特徴を組み合わせて、以下に説明される実施形態以外の実施形態を生み出せることを理解するであろう。

上述、並びに追加の目的、特徴及び利点は、以下の例示的かつ非限定的な例示的な実施形態の詳細な説明を通してより理解するであろう。

トラックの形態をとる車両の例示的な実施形態を示す側面図である。 例示的な実施形態による、旋回操作を受ける図１の車両を上方から示す概略図である。 道路の湾曲部に進入する前の図１の車両を示す図である。 例示的な実施形態による、操舵可能な前輪の１つを示す異なる図である。 例示的な実施形態による、操舵可能な前輪の１つを示す異なる図である。 例示的な実施形態による、操舵可能な前輪の１つを示す異なる図である。 例示的な実施形態による、ステアリングシステムの概略図である。 例示的な実施形態による、ステアリングシステムを制御する方法のフローチャートである。

ここで、例示的な実施形態が示されている添付の図面を参照し、以下、本開示をより完全に説明する。しかしながら、本開示は、多くの異なる形態で具現化することができ、本明細書に記載の実施形態に限定されると解釈すべきではない。むしろ、これらの実施形態は、徹底性及び完全性のために提供される。説明の全体を通して、同様な符号は同様な要素を指している。

特に図１を参照すると、トラックの形態をとる車両１が示されている。車両１は、制御ユニット２０と、ステアリングシステム５００と、を備えている。しかしながら、ステアリングシステム５００は、制御ユニットとして配置されていてもよいことを理解されたい。従って、そのような場合には、分離されていない制御ユニット２０は不必要である。車両１は、車両のフロントアクスル１０２の左側及び右側に夫々配置された一対の操舵可能な車輪１０４，１０６を備えている。従って、フロントアクスル１０２は、車両１の最前部に位置するアクスルである。図１に示す車両１はまた、第１のリヤアクスル１１２に結合された一対の第１の後輪１０８，１１０と、第２のリヤアクスル１１８に結合された一対の第２の後輪１１４，１１６と、を備えている。第１のリヤアクスル１１２は、車両１の前後方向に見て、第２のリヤアクスル１１８の前方に配置されている。図２を参照して後述するように、一対の第１の後輪１０８，１１０、及び／又は一対の第２の後輪１１４，１１６はまた、操舵可能な車輪として配置することができる。また、図示するように、車両１は、パワーステアリングシステム３０を備えている。パワーステアリングシステム３０は、操舵可能な車輪を操舵制御する冗長ステアリングシステムとして配置されていることが望ましい。図１は、ステアリングホイールを含むパワーステアリングシステム３０を示しているが、その代わりに、パワーステアリングシステム３０は、ステアバイワイヤシステムなどの一部を形成していてもよい。

車両１をより詳細に説明するために、図２及び図３を参照する。詳細には、図２は、旋回操作中に車両１及びその車輪に作用する力の例示的な実施形態を示し、図３は、旋回操作を開始する前、即ち、道路湾曲部に到達する前の車両１を示している。

図２から始めると、例示的な実施形態による旋回操作を受ける、上方から見た図１の車両１の概略図を示している。従って、一対の操舵可能な車輪１０４，１０６は、転舵して操舵角δになっている。操舵角δは、図２において、左側の操舵可能な車輪１０４及び右側の操舵可能な車輪１０６が同一に示されている簡略化されたものであって、車両１の前後軸に対する車輪の角度である。車両は、ｖで示される車速で動作されている。操舵可能な車輪１０４，１０６はまた、個別に制御可能な電気機械１０３，１０６を夫々備えている。上述したように、一対の第１の後輪１０８，１１０、及び／又は一対の第２の後輪１１４，１１６はまた、操舵可能な車輪として配置されていてもよい。図２において、一対の第２の後輪１１４，１１６は、操舵可能に図示されており、これによって、個別に制御可能な電気機械１０３，１０５を夫々備えている。従って、第１のリヤアクスル１１２は、操舵可能なプッシャーアクスルとして配置することができ、第２のリヤアクスル１１８は、操舵可能なタグアクスルとして配置することができる。しかしながら、簡単にするため、以下では操舵可能な前輪を使用した操舵についてのみ説明する。また、図２では、パワーステアリングシステムは、電動パワーステアリングシステム１０００として示されている。

図２にも示されているように、個別に制御可能な電気機械１０３，１０５は、電力を受けるために電源２００に接続されている。電源２００はまた、個別に制御可能な電気機械１０３，１０５に電力を伝達するように配置されている。このため、電源２００は、車両のバッテリーとして配置されることが望ましい。従って、個別に制御可能な電気機械１０３，１０５は、車両１を推進するとともに、以下でさらに詳細に説明するように、車両１の操舵を制御するように配置されている。

車両１は、上述したように、フロントアクスル１０２に配置された一対の操舵可能な車輪１０４，１０６と、第１のリヤアクスル１１２に結合された一対の第１の後輪１０８，１１０と、第２のリヤアクスル１１８に結合された一対の第２の後輪１１４，１１６と、を備えている。フロントアクスル１０２は、車両の重心２０２から距離ｌ_１離れた部位に配置され、第１のリヤアクスル１１２は、車両の重心２０２から距離ｌ_２離れた部位に配置され、第２のリヤアクスル１１８は、車両の重心２０２から距離ｌ_３離れた部位に配置されている。重心２０２は、車両が旋回操作中にその周りを回転する車両１の位置である。重心２０２はまた、車両１に影響を与える総合力（total global forces）を表すことができる車両１の位置でもある。以下において、ｘ軸は車両１の前後方向に延びる軸であり、ｙ軸は車両１の左右方向に延び、ｚ軸は車両１の上下方向に延びている。旋回操作中、車両１の重心２０２にはトルクＭ_ｚが作用する。また、車両には、グローバル縦力Ｆ_ｘ及びグローバル横力Ｆ_ｙが作用している。

また、フロントアクスル１０２の操舵可能な車輪１０４，１０６が操舵角δになると、左側の操舵可能な車輪１０４には縦力Ｆ_{ｘ、１０４}及び横力Ｆ_{ｙ，１０４}が作用する一方、右側の操舵可能な車輪１０６には、縦力Ｆ_{ｘ，１０６}及び横力Ｆ_{ｙ，１０６}が作用する。左側及び右側の操舵可能な車輪１０４，１０６の横力の合計は、前輪の横力として表すことができる。例えば、車両を推進するか、又は車両を制動するときに前輪の縦力の合計が増加／減少する一方、前輪の力の差を使用して操舵角を制御することができる。操舵角δは、個別に制御される電気機械の一方を制御するか、又は個別に制御される電気機械の両方を制御して車輪速度差を得ることで得ることができる。

さらに、一対の第１の後輪１０８，１１０には、横力Ｆ_{ｙ，１０８}及びＦ_{ｙ，１１０}が夫々作用し、一対の第２の後輪１１４，１１６には、横力Ｆ_{ｙ，１１４}及びＦ_{ｙ，１１６}が夫々作用する。図２の例示的な実施形態では、一対の第１の後輪１０８，１１０及び一対の第２の後輪１１４，１１６の縦力は０に設定、即ち、それぞれの車輪が推進又は制動を受けていない。

ここで、道路の湾曲部３０２に進入する前の車両、即ち、旋回操作が行われる前の車両を示す図３を参照する。図３から理解できるように、車両１は、現在、車速ｖで真っ直ぐ前方に走行している。従って、湾曲部３０２に進入する前には、操舵角δは０である。湾曲部はｒ_ｒｏａｄで示す半径を有している。これによって、車両は、適切なセンサによって前方の道路の湾曲部を検知することができる。例示的な実施形態によれば、車両は、前方の道路、即ち、近付いている旋回操作を検知するように配置された経路コントローラ（図５参照）を備えていてもよい。しかしながら、以下で説明するシステム及び方法はまた、旋回操作中、即ち、旋回操作が行われるときに実装されるようにしてもよい。また、旋回操作は、図３に示すように、道路湾曲部に必ずしも関連している必要がない。それどころか、旋回操作はまた、例えば、車両の車線変更動作に関連していてもよい。

ここで、例示的な実施形態による左側の操舵可能な車輪１０４の異なる図を示す、図４ａ～図４ｃを参照する。詳細には、図４ａは左側の操舵可能な車輪１０４の側面図であり、図４ｂは左側の操舵可能な車輪１０４の背面図であり、図４ｃは旋回操作中の左側の操舵可能な車輪１０４の上面図である。

左側の操舵可能な車輪１０４の側面図である図４ａから始める。左側の操舵可能な車輪１０４の垂直軸４０４からの操舵軸４０２の角度変位として示される、車両１の前後方向において測定されるサスペンションキャスター角γが車輪１０４に設けられるように、車輪１０４のサスペンション（図示せず）が配置されている。路面４０１と操舵軸４０２との交点と、路面４０１と垂直軸４０４との交点との間の距離は、ｔ_ｍとして示されている。車輪のサスペンションによって、車輪１０４と路面４０１との間の接地面４０６の力の作用点（a point of force application）は、路面４０１と垂直軸４０４との交点から前後方向にわずかにオフセットした位置にある。このオフセットをｔ_ｐとする。従って、接地面は、地面と接触するタイヤの領域である。車輪１０４と路面４０１との間の接地面４０６の力の作用点は、サスペンションキャスター角度γに依存している。

左側の操舵可能な車輪１０４の背面図である図４ｂを参照する。図から理解できるように、有効車輪半径Ｒは、フロントアクスル１０２と路面４０１との間との距離として示され、車輪１０４は、傾きがτとして示される傾斜したキングピン軸４０８によってサスペンションに結合されている。従って、車輪１０４は、旋回操作中にキングピン軸４０８の周りを回転する。また、車輪１０４と路面４０１との間の接地面４０８の力の作用点は、垂直軸４０４と路面４０１との間の交点に位置している。車両１，特に操舵可能な車輪１０４，１０６には、正の車輪サスペンションスクラブ半径ｒ_ｓが設けられている。車輪サスペンションスクラブ半径ｒ_ｓは、接地面４０６の力の作用点と、キングピン軸４０８と路面４０１との間の交点４０３との間の距離として定義される。正の車輪サスペンションスクラブ半径ｒ_ｓは、図４ｂに示す前後方向で見て、キングピン軸４０８と路面４０１との間の交点が垂直軸４０４の内側に位置するときに生成される。例えば、左側の操舵可能な車輪１０４における個別に制御可能な電気機械１０３が減速すると、正のスクラブ半径ｒ_ｓによって、車輪がキングピン軸４０８の周りを回転し、車両を左に転舵させる。これによって、追加の操舵トルクＭ_{ｓｔｅｅｒ}を生み出すことができる。

上方から見た、結合された左右の前輪の簡略図である図４ｃを参照する。図４ｃでは、個別に制御可能な左側の電気機械１０３及び右側の電気機械１０５の車輪速度差が与えられて、車両を左に転舵させる。特に、左側の車輪の車輪速度と比較して右側の車輪の車輪速度を増加させることで、車両を左に転舵させる。図から理解できるように、車両１は、図３に関連して上述した半径ｒ_ｒｏａｄを有する道路湾曲部で動作される。従って、操舵可能な車輪１０４は、操舵角δを有している。しかしながら、操舵可能な車輪１０４は、操舵角δに対してα方向に速度ｖで走行する。この角度αをスリップ角αと呼ぶ。

旋回操作のために操舵可能な車輪のスリップ角を決定することによって、前輪の横力を決定することができる。特に、前輪の横力は、操舵可能な車輪のコーナリング剛性及びスリップ角に基づいて決定することができる。従って、スリップ角は、車輪の角度位置と車輪の実際の運動角度方向との間の差を定義する角度であると理解されるべきである。例えば、操舵可能な車輪が前後軸に対して１５°で操舵されているが、操舵可能な車輪の実際の運動が同じ前後軸に対して１２°であれば、スリップ角は３°となる。一方、タイヤのコーナリング剛性は、操舵可能な車輪の横方向の剛性である。コーナリング剛性は、スリップ角（又はサイドスリップ角）とタイヤの横力との間の係数（a factor）として定義されるタイヤパラメータである。コーナリング剛性は、所定の垂直荷重で所定のタイヤについて、小さなスリップ角に対して一定であると見做すことができる。

以上の説明によって、特定の道路湾曲部で車両を動作させるために必要な操舵角を決定し、そのように必要な操舵角と実際の操舵角と比較することによって、車両の運動を制御することができる。また、旋回操作中に車両を動作させる最も電力効率がよいモードを決定するために、第１の電力利用値が第２の電力利用値と比較される。より詳細には、第１の電力利用値は、個別に制御可能な電気機械を制御することによって旋回操作中に車両を動作させる電力効率を定義する値である一方、第２の電力利用値は、パワーステアリングシステムを制御することによって旋回操作中に車両を動作させる電力効率を定義する値である。

上述したパラメータは、特に断りのない限り、これ以上の詳細な説明を行わない。車輪速度、ひいては車輪トルクは、縦力Ｆ_{ｘ，１０４}及びＦ_{ｘ，１０６}と車輪半径Ｒとの間の差である、必要な縦力差ΔＦ_ｘを決定することによって決定することができる。

非限定的な例によれば、個別に制御可能な電気機械が十分な操舵トルクＭ_{ｓｔｅｅｒ}を生み出して、車両が旋回操作中に湾曲部を十分追従できる場合、第１の電力利用値は第２の電力利用値よりも大きいと決定することができる。従って、操舵トルクＭ_{ｓｔｅｅｒ}は、必要な操舵角を得るために十分である。必要な操舵トルクＭ_{ｓｔｅｅｒ}は、以下のように決定することができる。ここで、Ｆ_{ｙ，１０４}及びＦ_{ｙ，１０６}は、操舵可能な車輪１０４，１０６の前輪の横力、ｔ＝ｔ_ｍ＋ｔ_ｐである。

式（１）は、以下のように書き換えることができる。ここで、Ｃ_αはタイヤの横剛性、Ｆ_ｙ，ｉ＝Ｃ_α・αは前輪の横力、ｖは前後方向の車速、ωは旋回操作中の車両の回転速度である。

また、回転中心２０２における車両のグローバルトルクＭ_ｚは、以下のように決定することができる。ここで、ΔＦ_ｘ＝Ｆ_{ｘ，１０４}－Ｆ_{ｘ，１０６}、Ｆ_{ｘ，１０８}＝Ｆ_{ｘ，１１０}＝Ｆ_{ｘ，１１４}＝Ｆ_{ｘ，１１６}＝０、β＝０、ｗは車両のトラック幅、βは車両のサイドスリップ角である。
これによって、速度が車両の縦軸と同一の方向を向いていると仮定される。

さらに、操舵可能な車輪のスリップ角は、以下のように決定することができる。
ここで、定常状態の場合には、以下の通りである。

さらに、ｒ_ｒｏａｄを以下のように仮定する。
すると、以下の式を導くことができる。

これによって、操舵可能な車輪の車輪トルク差は、有効車輪半径Ｒに基づいて決定することができる。

上述したものは、制御配分を割り当てることによって制御することができ、これによって、以下の式を定式化することができる。
ここで、以下のように行列及びベクトルが定義されるとともに、Ｒは有効半径、Ｔはそれぞれの車輪の車輪トルクである。

パワーステアリングシステムが非アクティブ化されていれば、操舵角δは、実際の操舵角値、即ち、δ_{ａｃｔｕａｌ}に設定することができる。従って、操舵操作中、操舵アクチュエータの能力は、実際の操舵角に実質的に制限される。

ここで、例示的な実施形態によるステアリングシステム５００を示す、図５を参照する。図５において理解できるように、ステアリングシステム５００は、アクチュエータ制御モジュール５０２と、車両モーション制御モジュール５０４と、交通状況コントローラ５０６と、を備えている。アクチュエータ制御モジュール５０２は、電気機械制御モジュール５０８と、パワーステアリングシステムコントローラ５１２と、を備えている。車両モーション制御モジュール５０４は、モーションコントローラ５１４と、利用比較コントローラ５１５と、アクチュエータコーディネータモジュール５１６と、を備えている。最後に、交通状況コントローラ５０６は、経路コントローラ５１８と、車両安定性制御モジュール５２０と、モーション要求モジュール５２２と、を備えている。

図５に例示されたシステム５００の動作中、経路コントローラ５１８は、車両１が接近する経路を検知して、その経路を維持するために必要な操舵角δ_ｐａｔｈをモーション要求モジュール５２２へと送信する。この信号は、経路の湾曲部に基づいており、一部の実装では車速に基づいている。また、車両安定性制御モジュール５２０は、近付いている経路における車両の最大許容回転速度（a maximum allowable rotational velocity）をモーション要求モジュール５２２へと送信する。モーション要求モジュール５２２は、受信した信号を評価して、必要な操舵角δ_ｒｅｆ、必要な回転速度ω_ｒｅｑ、及び必要な車両の縦加速度ａ_{ｘ，ｒｅｑ}をモーションコントローラ５１４へと送信する。

モーションコントローラ５１４は、受信したパラメータを評価して、車両の縦力Ｆ_ｘ、車両の横力Ｆ_ｙ、車両のグローバルトルクＭ_ｚ、並びに上述した追加操舵トルクＭ_{ｓｔｅｅｒ}を含むベクトルを送信する。その後、利用比較コントローラ５１５は、旋回操作中に個別に制御可能な電気機械を使用して操舵を制御することによる車両１の電力利用が、パワーステアリングシステムを使用して操舵を制御することによる電力利用と比較して良好であるか否かを決定する。従って、個別に制御可能な電気機械を動作させることで得られる車両装置の第１の電力利用値は、パワーステアリングシステムを動作させることで得られる車両装置の第２の電力利用値と比較されて操舵角が得られる。

個別に制御可能な電気機械１０３，１０５の少なくとも一方が、旋回操作中に電源への電力を回生できることを決定することができる。そのような場合、利用比較コントローラ５１５は、第１の電力利用値が第２の電力利用値よりも大きいと決定することができる。望ましくは、電源２００の充電状態レベルは、電力を受け取ることができるようなレベルでなければならない。他の代替案によれば、個別に制御可能な電気機械が単独で車両を十分制御して旋回操作中に必要な操舵角を得ることができれば、利用比較コントローラ５１５は、第１の電力利用値が第２の電力利用値よりも大きいと決定することができる。そのような場合、パワーステアリングシステムの動作能力は、望ましくは非アクティブ化されるなど低下され、例えば、油圧システム、空気圧システム、又はパワーステアリングシステムに接続された電気システムなどの制御システムが非アクティブ化され、これによって、車両全体の電力利用を向上させることができる。

利用比較コントローラ５１５は、旋回操作中に車両の操舵を制御する最良のオプションに関する情報を有する信号をアクチュエータコーディネーターモジュール５１６へと送信する。利用比較コントローラ５１５から受信した信号に基づいて、アクチュエータコーディネーターモジュール５１６は、電気機械制御モジュール５０８、及び／又はパワーステアリングシステムコントローラ５１２の１つ以上へと信号を送信する。詳細には、アクチュエータコーディネーターモジュール５１６は、信号を受信して、個別に制御可能な電気機械、及び／又はパワーステアリングシステムを使用して車両の操舵を制御することを決定する。第１の電力利用値が第２の電力利用値以上であれば、アクチュエータコーディネーターモジュール５１６は、電気機械制御モジュール５０８に制御信号を送信して、個別に制御可能な電気機械１０３，１０５を使用して車両１の操舵を制御する。しかしながら、第２の電力利用値が第１の電力利用値よりも大きければ、アクチュエータコーディネーターモジュール５１６は、パワーステアリングシステムコントローラ５１２へと制御信号を送信して、パワーステアリングを使用して車両１の操舵を制御する。個別に制御可能な電気機械１０３，１０５が単独で旋回操作中に必要な操舵角を得ることができない動作状態の場合には、アクチュエータコーディネーターモジュール５１６は、電気機械制御モジュール５０８並びにパワーステアリングシステムコントローラ５１２へと制御信号を送信することができる。これによって、旋回操作中の車両１の操舵が、個別に制御可能な電気機械１０３，１０５、並びにパワーステアリングシステムによって制御される。個別に制御可能な電気機械を使用して操舵を制御するとき、ステアリングシステムの最適化は、上述したように、実際の操舵角に対応する操舵角に制限されることが望ましい。従って、パワーステアリングシステムの動作能力が低下し、望ましくは非アクティブ化されて操舵角を制御できなくなる。

要約するために、例示的な実施形態によるステアリングシステム５００を制御する方法のフローチャートである図６を参照する。動作中、旋回操作中に車両を動作させるために必要な操舵角δ_ｒｅｑが決定される（Ｓ１）。個別に制御可能な電気機械に関し、必要な操舵角δ_ｒｅｑを得るために必要な車輪速度差が決定される（Ｓ２）。必要な操舵角δ_ｒｅｑは、例えば、経路フォロワー又はステアリングホイールを回転させるオペレータから受信した信号に基づいて予め決定することができる。車輪速度差をもって個別に制御可能な電気機械を動作させて得られる車両装置１の第１の電力利用値が決定される（Ｓ３）。第１の電力利用値を決定するための様々なオプションは、上述されている。個別に制御可能な電気機械１０３，１０５を使用して操舵を制御することが電力効率がよいか否かを決定するために、パワーステアリングシステムを動作させて得られる車両装置の第２の電力利用値も決定される（Ｓ４）。

その後、第１及び第２の電力利用値が互いに比較される。第１の電力利用値が第２の電力利用値以上であれば、個別に制御可能な電気機械の少なくとも一方によって車輪速度差を与え、かつパワーステアリングシステムの動作能力を低下させることによって、旋回操作中に車両装置１の操舵が制御される（Ｓ６）。しかしながら、第２の電力利用値が第１の電力利用値よりも大きければ、パワーステアリングシステムを単独で、又は個別に制御可能な電気機械１０３，１０５と組み合わせることによって、旋回操作中に車両装置１の操舵が制御される（Ｓ７）。

本開示は、上述及び図示の実施形態に限定されないことを理解されたい。むしろ、当業者であれば、添付の特許請求の範囲内で、多くの変更及び修正を行うことができることを認識するであろう。

Claims (17)

1. 車両装置の操舵を制御する方法であって、前記車両装置は、前記車両装置の左側及び右側に配置された一対の操舵可能な車輪を操舵制御するパワーステアリングシステムを備え、前記操舵可能な車輪のそれぞれは、前記車両装置を推進するために個別に制御可能な電気機械を備え、前記方法は、
   旋回操作中に前記車両装置を動作させるために必要な操舵角を決定するステップ（Ｓ１）と、
   前記個別に制御可能な電気機械に関し、前記必要な操舵角を得るために必要な車輪速度差を決定するステップ（Ｓ２）と、
   前記車輪速度差をもって前記個別に制御可能な電気機械を動作させることによって得られる前記車両装置の第１の電力利用値を決定するステップ（Ｓ３）と、
   前記操舵角を得るために前記パワーステアリングシステムを動作させることによって得られる前記車両装置の第２の電力利用値を決定するステップ（Ｓ４）と、
   前記第１の電力利用値と前記第２の電力利用値とを比較するステップ（Ｓ５）と、
   前記第１の電力利用値が前記第２の電力利用値以上であれば、前記個別に制御可能な電気機械の少なくとも一方を使用して前記車輪速度差を与え、かつ前記パワーステアリングシステムの動作能力を低下させることで、前記旋回操作中に前記車両装置の操舵を制御するステップ（Ｓ６）と、
   を含む、方法。
2. 前記パワーステアリングシステムは、その動作能力を低下させるステップ中に非アクティブ化される、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記個別に制御可能な電気機械の少なくとも一方を制御することによって、前記必要な操舵角で前記旋回操作を行うことができるか否かを決定するステップと、
   前記個別に制御可能な電気機械の少なくとも一方を使用して前記必要な操舵角で前記車両を動作させることができるとき、前記第１の電力利用値が前記第２の電力利用値よりも大きいと決定するステップと、
   を更に含む、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記個別に制御可能な電気機械が電源に電気的に接続され、
   前記第１の電力利用値を決定するステップは、
   前記電源の現在の充電状態レベルを示す信号を受信するステップと、
   前記現在の充電状態レベルに基づいて、前記旋回操作中に前記個別に制御される電気機械の少なくとも一方によって回生される電力レベルを決定するステップと、
   前記回生可能な電力レベルで少なくとも部分的に前記第１の電力利用値を決定するステップと、
   を含む、請求項１～３のいずれか１つに記載の方法。
5. 前記現在の充電状態レベルが所定の閾値レベルを下回っている場合、前記個別に制御される電気機械の少なくとも一方を動作させて電力を回生することによって、前記車両装置の操舵が制御される、
   請求項４に記載の方法。
6. 前記旋回操作中の減速度を示す信号を受信するステップと、
   前記車両が前記旋回操作中に減速する場合、前記少なくとも一方の電気機械を動作させて電力を回生するステップと、
   を更に含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記個別に制御される電気機械の一方を動作させて電力を回生し、かつ前記個別に制御される電気機械の他方を動作させて前記旋回操作中に車輪速度を増加させることによって、前記車両の操舵が制御される、
   請求項５又は６に記載の方法。
8. 前記旋回操作中に前記車両装置を動作させるための所要の加速度レベルを決定するステップと、
   前記操舵可能な車輪のそれぞれの車輪摩擦値であって、前記車輪と路面との間の摩擦値である車輪摩擦値を決定するステップと、
   前記所要の加速度レベル及び前記車輪摩擦値に基づいて前記車輪速度差を制御するステップと、
   を更に含む、請求項１～７のいずれか１つに記載の方法。
9. 前記所要の加速度レベルは、アクセルペダルの位置を示す入力信号に基づいて決定される、
   請求項８に記載の方法。
10. 前記所要の加速度レベルは、所要の車速及び近付いている道路の曲線に基づいて決定される、
    請求項８に記載の方法。
11. 前記旋回操作中の所要の車速を決定するステップと、
    前記旋回操作中に前記車両を前記所要の車速で操舵するための車輪速度差を決定するステップと、
    前記車輪速度差と前記個別に制御可能な電気機械によって得られる利用可能な最大車輪速度差とを比較するステップと、
    前記個別に制御可能な電気機械によって車輪速度差を与え、かつ前記パワーステアリングシステムをアクティブ化することによって、前記旋回操作中に前記車両装置の操舵を制御して、所要の操舵半径及び車速を得るステップと、
    を更に含む、請求項１～１０のいずれか１つに記載の方法。
12. 前記旋回操作中の前記車両装置の所要の減速度レベルを決定するステップと、
    前記個別に制御可能な電気機械によって得ることができる利用可能な最大減速度レベルを決定するステップと、
    前記利用可能な最大減速度レベルが前記所要の減速度レベルと比較して小さければ、前記旋回操作中に前記車両装置のサービスブレーキをかけるステップと、
    を更に含む、請求項１～１１のいずれか１つに記載の方法。
13. 前記車速が所定の速度閾値レベルを上回っていれば、前記個別に制御可能な電気機械によって前記車輪速度差を与え、かつ前記パワーステアリングシステムの動作能力を低下させるによって、前記車両装置の操舵が制御される、
    請求項１～１２のいずれか１つに記載の方法。
14. 前記パワーステアリングシステムは、油圧制御式のステアリングシステム、空気圧制御式のステアリングシステム、又はステアバイワイヤステアリングシステムの１つである、
    請求項１～１３のいずれか１つに記載の方法。
15. 車両装置の左側及び右側に配置された一対の操舵可能な車輪と、前記一対の操舵可能な車輪の操舵制御のためのパワーステアリングシステムと、を備えた車両装置に接続された制御ユニットであって、前記操舵可能な車輪のそれぞれは、前記車両装置を推進するために個別に制御可能な電気機械を備え、前記制御ユニットは、前記一対の操舵可能な車輪及び前記パワーステアリングシステムに電気的に接続可能であって、前制御ユニットは、
    旋回操作中に前記車両装置を動作させるために必要な操舵角を決定し、
    前記個別に制御可能な電気機械に関し、前記必要な操舵角を得るために必要な車輪速度差を決定し、
    前記車輪速度差をもって前記個別に制御可能な電気機械を動作させて得られる前記車両装置の第１の電力利用値を決定し、
    前記操舵角を得るために前記パワーステアリングシステムを動作させて得られる前記車両装置の第２の電力利用値を決定するステップと、
    前記第１の電力利用値と前記第２の電力利用値とを比較して、前記第１の電力利用値が前記第２の電力利用値以上であれば、前記個別に制御可能な電気機械に前記車輪速度差を与えることを示す制御信号を送信し、前記パワーステアリングシステムに制御信号を送信して前記パワーステアリングシステムの動作能力を低下させるように構成された、
    制御ユニット。
16. プログラムがコンピュータで実行されたとき、請求項１～１４のいずれか１つに記載のステップを実行するプログラムコード手段を含むコンピュータプログラム。
17. プログラム手段がコンピュータで実行されたとき、請求項１～１４のいずれか１つに記載のステップを実行するプログラム手段を含むコンピュータプログラムを保持するコンピュータ可読媒体。