JP4026131B2 - 車両用電動ステアリング - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車の軌道変更指令方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在の乗用車のステアリング（操縦）は一般にハンドルによって行われ、ドライバがハンドルを一方向にきることによって車両は所望の方向を向く。この動作でドライバは偏揺運動（yaw movement）を車両に与える。
一方、自動車の全てのアクチュエータ、特にステアリングを電気制御する技術の開発が進んでいる。この技術は一般に「ワイヤ ステアリング（steer by wire）」とよばれている。
【０００３】
電気的なステアリング装置では操舵車輪とハンドルとの間に存在する従来の機械的および／または液圧式のステアリングシステムの代わりに電気的リンクを用いる。すなわち、電気的なステアリング装置では操舵車輪とハンドルとの間に存在する従来の機械的および／または液圧式のステアリングシステム（パワーステアリングの場合も含めて）の代わりに下記のような駆動系統を用いられる。すなわち、車両のドライバはハンドル、レバー（ジョイスティック等）、その他の任意の適当な装置をステアリング手段として利用できる。車輪の所に電気的なアクチュエータが存在する。このアクチュエータは各操舵車輪毎に独立して存在するのが好ましい。車両のドライバによってステアリング装置に出された命令は電気的なリンクを介してアクチュエータに送られる。システム全体はアクチュエータを正しくパイロットすることができるプログラムを有するコンピュータの制御下にある。
【０００４】
この技術の利点の1つはエレクトロニクスと理想的に結合できる点にある。すなわち、エレクトロニクス技術の進歩によってより複雑なフィードバック制御が可能になり、車輪のステアリングを手動制御下に行うことができるだけでなく、安全システムの監視下に行うことができることにある。例えば、車両のドライバからの命令だけでなく、車両で観測された動的パラメータを考慮に入れて、車輪のステアリング角度を設定することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ドライバが軌道変更を希望する場合、性質がかなり異なる2つの要求に対応することになる。第1の要求は方向転換（カーブ）することで、この場合には偏揺加速度を与えた後、偏揺速度がほとんど変化しなくなった相を経て、方向転換終了時に偏揺速度を減速して操縦後の移動方向を操縦前に対して変える必要がある。道路または高速道路で車両を追越す場合には、ドライバはハンドルを左側に少しきり（右側走行の国の場合）、車両が十分に横に移動した後に直ぐに右側にきり、最後に、追越操作を完了するために車両の向きを変える第3の小さな方向転換を行い、さらに、第4の小さな方向転換を行って最初の車線に再合流する。すなわち、追越操作の場合には4回の偏揺加速度によって車両に2回の横方向加速度を加える必要がある。実際の直線での追越操作に有効なものは横断方向加速度のみである。
【０００６】
【課題を解決する手段】
本発明の一つの対象は、全ての操舵車輪の各々が各電気的アクチュエータによって指令を受け、ステアリング角度が各操舵車輪毎に各電気的アクチュエータによって独立かつ選択的に加えられる、車両の軌道に関する電気的システムであって、ドライバが利用可能な手段である車両の軌道に関する指令部品と、上記操作手段によって送り出された少なくとも1つの信号の関数として、さらに、車両の実際の軌道を表す少なくとも１つの信号の関数として車両の瞬間的回転中心の空間的位置を決める軌道制御装置とを有する電気的システムにある。この軌道制御装置はドライバの操作部品に対するアクションによって示されるドライバが所望する軌道と適当なセンサ（例えば、前後方向速度センサ、横方向加速度センサおよび偏揺）によって観測可能な有効軌道との間の整合性（coherence）を保証するようにプログラムされている。
【０００７】
上記対象とは独立した本発明の他の対象は、走行方向を一定にしたまま(a cap constant)、車両を横方向並進運動させることを車両のドライバに可能にする特殊な指令装置にある。この特殊な指令装置は車両の方向変換指令装置とは独立している。換言すれば、偏揺指令（走行方向変更）装置とは独立している。この目的で提供される指令装置は車両の軌道を変えるハンドルの使用に慣れたドライバにとって親しみ易く、次第に上達可能なものである。
【０００８】
従って、本発明でも依然として車両の方向変更用に「ハンドル（steering wheel）」型の第1部品を使用する。方向変更は走行方向（cap）の変更に対応することを想起されたい。車両の方向を変更する指令は従来通り、すなわち、第1部品を回転することで行われる。走行方向一定で車両を横方向並進運動させる指令を車両の方向変更指令（change of heading）から切り離すために、本発明では走行方向一定（すなわち偏揺なし）の車両に横方向変位を加えるための特殊な第2部品を提供する。
【０００９】
すなわち、本発明は、全ての車輪が操舵車輪で、変位命令が電気的手段によって送られる車両の軌道に関する指令装置において、車両に偏揺運動を与えるための第1部品と、車両を偏揺なしに横方向変位させるための第2部品とを備え、第1操作部品は回転シャフトと、この回転シャフトから離れた所に配置された回転シャフトと一体の2つのハンドルとを有し、回転シャフトは少なくとも1つの回転角度センサと直線位置へ戻すための手段とを備えていることを特徴とする装置を提供する。
以下、添付図面を参照して本発明を説明する。
【００１０】
【実施例】
［図1］には運転席1と、ダッシュボード2と、本発明が提供する軌道指令装置3とが見える。軌道指令装置3の中央部30はシャフト33に連結されている（［図2］参照）。この中央部30には一般の操舵ハンドルと同様にエアバッグを収容することができる。中央部30の両側にはそれぞれ枝部31G、31Dが連結され、これらの枝部31G、31Dからは2つのハンドル32G、32Dが延びている。ハンドル32G、32Dは回転シャフトから一定の距離の所に、好ましくは回転シャフトに関してほぼ対称に配置されている。
【００１１】
［図2］から分かるように、回転シャフト33には少なくとも1つの回転角度センサ34と、直線位置へ戻すための手段35とが設けられる。車両の剛体構造物10の一部を成すケーソン（ハウジング）36の端部には基部37がある。この基部37の両端はベアリング形成してスピンドル38を回転自在に支持している。このスピンドル38はシース39のシャフトに固定され、このシャフトの内部には回転シャフト33がシース39に対して自由回転できる状態で収容されている。シース39は伸縮力センサ40を備えた連接ロッド4を介してケーソン36に連結されている。
【００１２】
方向転換する場合のドライバのアクションは現在の乗用車の場合と同じである。ドライバは、［図1］の矢印F1で示すように、右へ曲がる時にはハンドル32Gおよび32Dを時計回りに回し、左へ曲がるには反時計回りに回す。回転は＋90°または−90°よりはるかに小さい制限された角度、例えば−30°〜＋30°の範囲だけである。ハンドル32G、32Dは第1指令部品を構成する。このハンドル32G、32Dは従来の操舵ハンドル（偏揺速度を変える命令に対応する角度変化がドライバによって与えられる）に相当する強力なアクションレバーを構成する。
【００１３】
この指令装置は、ドライバに利用可能な指令装置によって走行方向一定での横方向変位要求を示すことができるので、車両の軌道に関する第2部品を構成する。
本発明の第1変形例では、この第2部品は回転シャフトに対してほぼ直角な揺動軸線の周りのハンドルを押圧する力を検出する少なくとも1つの力センサを有する。揺動軸線は第1部品の対称面内にほぼ含まれるのが好ましい。この場合、シャフト33をほぼ水平に配置する（すなわち現代の乗用車のステアリングコラムのように配置する）。
【００１４】
ドライバはハンドル32Gおよび32Dに［図1］の矢印F2で示すような揺動力（turn）を加える。この揺動力は、例えば車両の前後の向きは変えないで車両を横方向左へ変位させるようにハンドル32Gを遠ざける力、および、前後の向きを変えないで車両を横方向右へ移動させるようにハンドル32Dを遠ざける力である。
第1の可能性ではこの力によって変位は生じさせず、好ましくは所定の最小閾値を越えてから軌道変更を起こさせる。この力はセンサ40で測定する。他の実施方法もある。例えば、小さな変位があった時、特に指令部品がアクティブな間に所定の閾値を越えた時に指令を出すような構造にすることができる。
【００１５】
第2の変形例では、車両の軌道に作用する第2部品は少なくとも1つの感知トリガを例えば左右のハンドル毎に１つ備え、これらの感知トリガはこのトリガに加えられた圧力の大きさの関数で、走行方向一定で横方向変位を一方向に開始し、走行方向一定で横方向変位をその反対方向に開始する。この変形例では上記実施例とは違って、シャフト33の向きがほぼ水平であるか否かに特別な意味はない。
【００１６】
［図3］はこの第2の変形例による本発明の操縦装置3bの一実施例を示している。多くの点で第1変形例での部品とよく似ており、中央部30b、2つの枝部31bGおよび31bD、それから延びた2つのハンドル32bGおよび32bDは同じである。しかし、この実施例では各ハンドル32bGまたは32bDにトリガ4bGまたは4bDがそれぞれ設けられている。各トリガは例えば操縦装置3bを回転する時などに誤って動かすことがないように、親指で意図的かつ容易に動かせるような位置に配置されている。
【００１７】
方向転換する場合のドライバのアクションは上記実施例の場合と同じである。走行方向一定で横方向に変位する場合には、ドライバはトリガ4bGまたは4bDのの一つを操作する。例えば、車両を横方向左へ変位させたい場合にはドライバはトリガ4bGを押し、横方向右へへ変位させたい場合にはトリガ4bDを押す。このトリガ4bGまたは4bDの操作は操縦装置3bの回転と組み合わせることができ、所定の横方向変位度と走行方向変更要求とを組み合わせることができるということは理解できよう。
【００１８】
走行方向一定で横方向並進運動する場合には、ドライバが出した指令（［図1］の矢印F 2の操作または［図3］のボタン4bG、4bDへの操作F3）は車両の全ての車輪が同じ方向へ同じ角度だけ操縦されるように伝えられる。走行方向変更の要求なしに横方向並進運動の要求のみ指令された場合には、一般には、車両が走行方向の変更を実施しているか否かとは無関係に、車両の全ての車輪でのステアリング角度を同じに変える。従って、ドライバが出した指令（［図1］の矢F 2または［図3］のボタン4bG、4bDの操作F3）は車両の全ての車輪が同じ方向へ同じ角度で操縦されるように（より一般的には、ステアリング角度の変化が全ての車輪で同一になるように）伝えられる。従って、操縦には無用な偏揺加速度を車両に与えずにすむ。この偏揺加速度は余計なだけでなく、車両に大きな偏揺慣性を与え、その結果、タイヤの磨耗も減少するという点で有害である。この設備を装備した車両はいわゆる「エルク（elk）」テストに極めて容易に合格する。この利点は偏揺に対する指令と純粋な横方向変位に対する指令とを別けた２つの指令部品を用いることによって得られる。
【００１９】
車両のドライバが操縦手段に出した命令、すなわち矢印F1で表される回転指令と矢印F2またはF3で表される指令の両方は軌道制御装置（図示せず）に送られる。この軌道制御装置は操舵車輪の所の電気アクチュエータを好ましくは各車輪毎に個々に駆動するのに適したプログラムがロードされている。ハンドル32Gおよび32D（矢印F1による指令）と車輪のステアリングとの減速比は車両の前後移動速度の関数で変えることができるのが好ましい。軌道制御装置はこれを容易に考慮に入れることができる。
【００２０】
偏揺なしに（換言すれば走行方向を変えずに）横方向変位する（矢印F2またはF3によって示される指令）が実施できるようにするためには、車両の全ての車輪を操舵車輪にし、タイヤのスリップ範囲内で全てを同じ角度で操縦できるようにするのが好ましいということは理解できよう。全ての車輪が操舵車輪である車両構造の一例としては欧州特許第0,878,332号および欧州特許第0,878,378号に記載の技術を挙げることができる。より一般的には、本発明実施の前提条件は車輪を操縦するための少なくとも１つのアクチュエータを各車軸に取付けることである。そして、各車軸に２つの操舵車輪の間にステアリングラックのような機械的リンク機構を設け、このステアリングラックの摺動運動を単一の電気的アクチュエータで制御することができる。
【００２１】
本発明のより複雑な実施例では、各車輪毎に独立してステアリング角度を制御するために、各車輪に1つの電気的アクチュエータを設ける。車両に望まれる軌道の関数としての個々のステアリング操作の整合は上記軌道制御装置によって行うことができる。
【００２２】
車両のドライバが指示手段に出した指示に上記軌道制御装置が任意に軌道制御の関数で修正を加えることができるということことは理解できよう。すなわち、えばESPシステムによって与えられる機能、および／または、車両の外部交通制御手段との対話から得られる機能、および／または、GPS等の車両の位置決め手段との対話から得られる機能を追加することができる。軌道制御装置は各車輪毎にステアリング角度を決定する。この場合、各車輪のステアリング角度は車両のドライバによって指令手段に出された指令からの成分と修正分とからなる。
【００２３】
ドライバは一定速度で走行中に偏揺速度を変え、または、変えずに、走行方向の変更を要求する。これは例えばカーブ中に追越しする両者の組み合わせであると理解できる。
自動車のドライバの教育を考慮することも重要である。本発明は車両の通常の方向転換指令手段を維持したまま、軌道制御装置に追加の自由度を与えることができる。すなわち、このような追加の指令装置に慣れていないドライバはこの指令装置を使用しないで、操舵ハンドルを回すだけにしておき、追加の指令装置には徐々に慣れるようにすることができる。
【００２４】
複数の操舵車輪を備えた車両の軌道制御に関係する電気的システムには各操舵車輪毎に1つのアクチュエータが存在するのが好ましい。1つの制御装置によって車両における操舵車輪の位置、車両速度および要求された方向転換値の中の少なくとも一つを関数として各操舵車輪に適したステアリング角度を選択的に与えることができる。
【００２５】
［図4］は一定速度での偏揺移動の場合を示している。車両の各操舵車輪の位置、すなわち、前方左側操舵車輪「1AvG」、前方右側操舵車輪「1AvD」、後方左側操舵車輪「1ArG」、後方右側操舵車輪「1ArD」を示してある。車両の安定性を良好に維持するためには後方車輪を前方車輪と同じ方向に操舵し且つ角度をα_AvG(L)よりはるかに小さくするのが有効であるということが知られている。一般に、各車輪毎に独立してステアリング角度を選択的に制御する軌道制御装置は指令手段からの少なくとも1つの信号（例えば車両のドライバ操舵ハンドルに与えた操舵角度を表す信号）から、軌道を特徴付ける他の関連パラメータ（車両の前後移動速度等）を考慮に入れて、車両にとって理想的な各瞬間の回転中心の空間位置を決めることができる。この各瞬間の回転中心は点ルで示してある。軌道制御装置は各操舵車輪のステアリング角度を計算し、道路上の操舵車輪の面が各操舵車輪の中心と車両の各瞬間の回転中心ルとを結ぶ線に対してほぼ直角になるようにする。すなわち、各瞬間の回転中心ルと各操舵車輪の中心とを結ぶことで各操舵車輪のステアリング角度を計算することができ、それによって車輪の面を各車輪の中心と車両の各瞬間の回転中心ルとを結ぶ線に対してほぼ直角な方向へ向けることができる。軌道制御装置にはこの計算を実行するのに適したプログラムがロードされている。タイヤの横滑りを無視すると、車両は各瞬間の回転中心ルを中心としてターンする。車両の各瞬間の回転中心ルは運転条件（車両速度、偏揺速度等）の関数で連続的かつ動的に計算される。
【００２６】
最後の［図5］は走行方向一定で横方向変位して軌道変更した場合を示している。この場合には全ての車輪が同じ角度α_(T)で操縦されることがわかる。
本発明はさらに、所定の車輪のみを操舵車輪にした車両の電気的ステアリングシステムに関するものである。［図4］と異なる点は、左側および右側の角度α_Arがゼロであることは理解できよう。これは上記システムの特定のケースでしかなく、この場合には、操舵車軸上で各車輪毎に独立してステアリング角度を選択的に制御する軌道制御装置が、車両のドライバが設定した操舵ハンドル角度から、他の関連パラメータ、例えば車両の前後移動速度等を考慮に入れて、車両にとって理想的な瞬間回転中心（点ル）（この場合、２つの後方車輪の中心を結ぶ略直線上に必ずある）の空間位置を決めることができる。同様にして、この各瞬間の回転中心を選択したときに、各操舵車輪の中心と結ぶことで各操舵車輪のステアリング角度を計算することができ、車輪の面を各車輪の中心と車両の各瞬間の回転中心ルとを結ぶ線に対してほぼ直角な方向へ向けることができる。軌道制御装置にはこの計算を連続的かつ動的に実行するのに適したプログラムがロードされる。車両はタイヤのスリップ範囲内で車両の各瞬間の回転中心ルを中心として方向転換する。
【００２７】
本発明はさらに、車両の軌道を制御するための電気的システムを提供する。各操舵車輪はそれ自身の電気的アクチュエータによって制御され、ステアリング角度は各操舵車輪毎にその電気的アクチュエータによって独立かつ選択的に加えられる。この電気的システムはさらに、車両の軌道に作用する指令手段と軌道制御装置とを有し、指令手段はドライバが利用可能な手段であり、軌道制御装置は上記指令手段からの少なくとも1つの信号および車両の実際の軌道を表す少なくとも１つの信号、例えば車両の前後方向速度等の関数で各瞬間の回転中心の空間位置を決め、さらに、各操舵車輪のステアリング角度を計算して車輪の面を各操舵車輪の中心と車両の各瞬間の回転中心ルとを結ぶ線に対してほぼ直角な方向へ向ける。
【図面の簡単な説明】
【図１】 車両の運転室に設けられた操縦装置の図。
【図２】 操縦装置の一実施例の構成を示す詳細図。
【図３】 車両の運転室に設けられた操縦装置の変形例を示す図。
【図４】 偏揺運動による軌道変更を示す概念図。
【図５】 走行方向一定での軌道変更を示す概念図。
【符号の説明】
３３ 回転シャフト
３２Ｇ、３２Ｄ ハンドル
３４ 回転角度センサ
３５ 直線位置戻り手段

Claims (10)

1. 全ての車輪が操舵車輪で、変位命令が電気的手段によって送られるワイヤステアリング式の道路上を走行する車両の運転者が使用する車両の軌道の指令装置において、
   車両に偏揺運動を与えるために車両の運転者が使用する第1指令部品と、車両を偏揺なしに横方向変位させるために車両の運転者が使用する第２指令部品とを備え、第1指令部品は回転シャフト(33)と、この回転シャフト(33)から離れた所に配置された回転シャフトと一体な２つのハンドル(32G，32D)とを有し、上記回転シャフト(33)は少なくとも1つの回転角度センサ（34）と直線位置へ戻すための手段(35)とを備え上記第２指令部品は第 1 指令部品とは互いに分離していて、車両の上記横方向変位運動と車両の方向変更運動とが分離して制御されることを特徴とする装置。
2. 上記第２部品が少なくとも 1 つの力センサ (40) を有し、この力センサ (40) は回転シャフトに対して直角な揺動軸線を中心とした上記ハンドルの揺動力を検出するする請求項１に記載の装置。
3. 上記第２部品が２つのハンドルの各々に設けられた感知トリガを含み、一方の感知トリガは一方向への横方向変位運動を開始させ、他方の感知トリガは他方向への横方向変位運動を開始させる請求項１に記載の装置。
4. 上記第1部品の少なくとも一部が操縦ハンドルの形をしている請求項１に記載の装置。
5. 全ての操舵車輪の各々が各電気的アクチュエータによって指令を受け、ステアリング角度が各操舵車輪毎に各電気的アクチュエータによって独立かつ選択的に加えられる、道路上を走行する車両の軌道を制御するためのワイヤステアリングシステムであって、
   車両に偏揺運動を与えるために車両の運転者が使用する第1指令部品と車両を偏揺なしに横方向変位させるために車両の運転者が使用する第２指令部品とから成る指令手段と、軌道制御装置とを有し、この軌道制御装置は上記第 1 指令部品および第２指令部品からの少なくとも1つの信号の関数および車両の実際の軌道を表す少なくとも１つの信号の関数で車両の各瞬間の回転中心の空間位置を求め且つ各操舵車輪のステアリング角度を計算して道路上の車輪の面を各操舵車輪の中心と車両の各瞬間の回転中心ルとを結ぶ線に対して略直角な方向へ向けることを特徴とするワイヤステアリングシステム。
6. 上記軌道制御装置が、車両のドライバが上記指令手段に指令を出した時に軌道制御機能によって決まる追加の修正分を加える手段を有し、各車輪毎に、車両のドライバが上記指令手段に出した命令による寄与分と修正寄与分とを含む、道路上の車輪のステアリング角度を決定する請求項５に記載のワイヤステアリングシステム。
7. 第1操作部品が回転シャフト (33) を含み、この回転シャフト(33) には回転シャフト (33) から一定距離の所に２つのハンドル(32G，32D)が固定されており、回転シャフト(33) には少なくとも1つの回転角度センサ(34)と直線位置へ戻る手段(35)とが設けられている請求項５または６に記載のワイヤステアリングシステム。
8. 上記第２部品が少なくとも 1 つの力センサ (40) を有し、この力センサ (40) は回転シャフトに対して直角な揺動軸線を中心とした上記ハンドルの揺動力を検出するする請求項５または６に記載のワイヤステアリングシステム。
9. 上記第２部品が２つのハンドルの各々に設けられた感知トリガを含み、一方の感知トリガは一方向への横方向変位運動を開始させ、他方の感知トリガは他方向への横方向変位運動を開始させる請求項５または６に記載のワイヤステアリングシステム。
   に開始する
10. 上記第１部品の少なくとも一部が操舵ハンドルの形をしている請求項５または６に記載のワイヤステアリングシステム。

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