JP4215828B2 - 自動車の操舵システムの駆動のための方法及び装置 - Google Patents

Description

従来の技術
本発明は請求項１の上位概念による、自動車の操舵システムの駆動のための方法及び装置に関する。
この種の操舵システムは、ドイツ連邦共和国特許出願公開第４０３１３１６号公報（US 5 205 371）から公知であり、本発明の理解のためにも重要なので、ここではまずこの操舵システムを図１及び図２に基づいて以下に説明する。
このような操舵システムでは、ドライバによりステアリングホイール（ハンドル）１１ないし２１を介してもたらされるステアリングホイールの動き量、すなわちセンサ２８によって検出される操舵角δ_Lに対し、重畳式伝動装置１２ないし２２においてサーボ駆動装置１３ないし２３からの動き量、すなわちモータ角度δ_Mが重畳される。このようにして重畳されて生じた動き量δ_L′は、ステアリングギア１４ないしステアリングリンケージ１６を介して操舵可能に構成されている車輪１５ａ及び１５ｂに向けてホイール切れ角δ_V設定のために伝達される。この場合前記サーボ駆動装置１３ないし２３は、電気モータとして構成されていてもよい。このようなサーボ操舵システムの機能原理は、次のようなことからなっている。すなわちステアリング操作が前記重畳式伝動装置１２ないし２２のギア比ｉ_uに応じて非常に間接的となり、それに伴って僅かなハンドルモーメントＭ_Lでも十分な舵取りが可能となる。これに基づいて過度に大きな操舵角δ_Lは、適切なモータ角度δ_Mを重畳させることによって回避される。従って以下の関係式、
δ_L′＝δ_L/ｉ_u＋δ_M
に相応して、通常の操舵角に必要な出力側角度δ_L′が設定され得る。このようなステアリング操作の支援に必要なモータ角度δ_Mないしその目標値は、操舵角δ_Lから決定される。さらにこのモータ角度δ_Mは、センサ２６によって検出される車両の動き量を表す信号Ｓｍに依存して選択されてもよい。
さらに一般的には、ホイール切れ角δ_Vは、その構造的な理由からいわゆるステアリングロックによって制限されていることが公知である。
本発明の課題は、前述したような重畳支援式ステアリング機構において、ステアリングロックがさらに安全かつ快適に考慮されるように改善を行うことである。
前記課題は請求項１の特徴部分に記載された本発明によって解決される。
発明の利点
既に前述したように本発明は、少なくとも１つの操舵可能な車輪とサーボ駆動装置と重畳式伝動装置とを備えた自動車の操舵システムに関するものである。重畳式伝動装置を用いることにより、車両ドライバによって開始されるステアリングホイールの動き量と、サーボ駆動装置によって開始される動き量が、予め設定可能なステアリングロック域内で、操舵可能な車輪のホイール切れ角発生のために重畳される。
本発明の核心は、ステアリングロックに達する前に、サーボ駆動装置によって開始される動き量が少なくとも低減されることからなる。
本発明によれば、車輪のホイール切れ角を制限するステアリングロック域に達した場合には、さらなる付加角度をもはや重畳する必要がないことがわかっている。さもないとステアリングホイールはそれまでの目下のステアリングホイール回転方向に反して逆転され、これによってドライバはいらだたせられる。しかしながらロック近傍までの付加角度の重畳のもとでも特に急速なステアリング操作の場合（例えば数呼吸の間の急ターンなど）には、サーボ駆動装置の慣性に起因するアフターランニング（例えば電気モータでの電機子のアフターランニング）に基づいて上述したようなステアリングホイールの逆転の問題が生じる。この問題は、本発明による、ステアリングロック領域での操舵支援の中止によって効果的に回避される。本発明によれば、動き量重畳方式によるサーボ操舵システムにおいて確実な安全性が得られる。なぜならドライバは思いがけないハンドルの回転によっていらだたせられることがなくなるからである。その上さらに本発明の適用は、操舵支援の連続的な中止によって快適性の向上にもつながる。
本発明の有利な構成例によれば、ステアリングロックに到達する前に、サーボ駆動装置によって開始される動き量が値ゼロまで、すなわちサーボ駆動装置の静止状態まで低減される。それによりステアリングロック領域では、サーボ支援はもはや行われなくなる。
さらに有利には、ステアリングロックに到達する前に、サーボ駆動装置によって開始される動き量が予め設定可能な又は所定の特性を用いて例えば値ゼロまで低減される。
特に有利には、サーボ駆動装置によって開始される動き量が所定領域内でステアリングロック域到達前に低減される。この低減も、予め設定可能な又は所定の特性でもって行われる。
その上さらに有利には、サーボ駆動装置によって開始される動き量の低減に続いてサーボ駆動装置がステアリングロック到達前に遮断及び/又は制動される。この場合、特に有利には、この遮断及び/又は制動が、操舵可能な車輪にて検出された操舵動き量及び/又は車両ドライバによって開始されたステアリングホイールの動き量と、予め設定可能な又は所定の閾値との比較に依存して行われる。この構成においてはステアリングロック領域において二段階に分けて行われ、この場合はまずステアリングロックに達する前の領域においてはサーボ駆動装置の低減が行われ、その後では遮断及び/又は制動が行われる。これは次のようなバックグランドに基づいている。すなわちサーボ駆動装置の制御の際には、制御偏差及び/又は所期のアフターランニングが生じ得るというバックグランドに基づいている。そのためサーボ駆動装置を、ステアリングロック到達の際に確実に静止状態にもたらすためには、サーボ駆動装置の単独の制御のみでは低減に対して十分ではないことがわかっている。
ステアリングロックの到達及び/又はサーボ駆動装置によって開始される動き量の低減の開始及び/又は終了は、操舵可能な車輪の操舵動き量の検出によって、及び/又は車両ドライバによって開始されるステアリングホイールの動き量の検出によって行われてもよい。
さらに有利には、前述した領域は、操舵可能な車輪の操舵動き量に対する少なくとも１つの閾値によって、及び/又は車両ドライバによって開始されるステアリングホイールの動き量に対する少なくとも１つの閾値によって確定される。
本発明の別の有利な構成例は従属請求項に記載される。
図面
図１及び図２は、従来技術による操舵システムの概略が示されており、本発明の実施例はここから出発している。図３から図５には操舵角ないしはその速度の種々の経過が示されている。
実施例
次に本発明を図面に基づき以下に詳細に説明する。この場合の実施例は冒頭に述べたような重畳式操舵システムでの例である。
図１ないし図２には、符号１１ないし２１で、車両のドライバによって操作されるステアリングホイールが示されている。このステアリングホイール１１ないし２１の操作によって、重畳式伝動装置１２ないし２２に、操舵角δ_LないしステアリングホイールモーメントＭ_Lが与えられる。同時に重畳式伝動装置１２ないし２２には、サーボ駆動装置１３ないし２３のモータ角度δ_Mが導入される。この場合このサーボ駆動装置は電気モータとして構成されていてもよい。この重畳式伝動装置１２ないし２２の出力側では、重畳された動き量δ_L′がステアリングギア１４ないし２４に供給される。このステアリングギアも重畳された動き量δ_L′に相応してステアリングリンケージ１６を介して、操舵可能な車輪１５ａと１５ｂにホイール切れ角を負荷する。図２には、さらにセンサ２６及び２８が設けらており、この場合センサ２８は、操舵角δ_Lを検出してこれを制御装置２７に供給している。それに対してセンサ２６は、車両の動き量（例えばギア動き量、横方向加速度、車両速度など）をセンシングし、制御装置２７に供給する。制御装置２７は、検出された操舵角δ_Lに依存して、及び場合によっては車両動き量に依存して、サーボ駆動装置１３ないし２３の制御のための調整量ｕを求める。
既に前述したように、ホイール切れ角δ_Vを制限するステアリングロック域に達した場合には、さらなる付加角度δ_Mは何も重畳されるべきではない。さもないとステアリングホイール１１ないし２１がそこまでの目下のステアリングホイール回転方向に反して逆転され、これはドライバをひどくいらだたせる。しかしながらロック近傍までの付加角度δ_Mの重畳のもとでも特に急速なステアリング操作の場合には（例えば数呼吸の間の急ターンの場合など）、サーボ駆動装置１３ないし２３の慣性に起因するアフターランニング（例えば電気モータとして構成されたサーボ駆動装置の構成のもとでの電機子のアフターランニング）に基づいて上述したようなステアリングホイールの逆転の問題が生じる。このような問題は、以下で説明する、ステアリングロック領域での操舵支援の中止によって回避することができる。
この場合この操舵支援の中止過程は、中止領域と遮断閾値の２つの部分からなっている。次にこの２つを以下で詳細に説明する。
中止領域；
動き量重畳式のサーボ駆動装置においてはステアリングギア比は、以下のように求められる。
ｉ_LENK＝ｉ_U*ｉ_L
この場合前記ｉ_Uは重畳式伝動装置１２ないし２２のギア比であり、前記ｉ_Lはステアリングギア１４ないし２４のギア比である。ステアリングギア比ｉ_LENKは、付加角度δ_Mが何も導入されない場合に作用する。角度の重畳によっては、前記δ_Lとδ_L′ないしδ_Vの間の角度関係は次のように変化する。すなわちドライバに対するギア比ｉ_effが生じるように変化する。
本発明によれば、付加角度δ_Mを発生するためのサーボモータ１３ないし２３は、ステアリングロック領域では静止させられる。すなわちステアリングホイールと車輪との間で、ステアリングロック直前の角度領域においては、ステアリングギア比ｉ_Lenkが作用させられる。しかしながらその他の角度領域では、角度関係ｉ_effが有効とされ、これは一般にｉ_Lenkよりも明らかに小さい。
図３には、モータ角度δ_Mの経過例（経過曲線４）と、ホイール切れ角δ_Vの経過例（経過曲線２）と、グラジエント１/ｉ_effの経過例（経過曲線１）と、グラジエント１/ｉ_Lenkの経過例（経過曲線３）が示されている。この場合横軸には、ドライバによってステアリングホイールを介して開始される操舵角δ_Lがプロットされており、縦軸にはホイール切れ角δ_Vないしは経過４に対するモータ角度δ_Mがプロットされている。さらに中止領域が境界ＡとＢで示され、ステアリングロック域は境界Ｃで示されている。
快適な操舵特性を得るためには、ｉ_eff〜ｉ_Lenkとその戻りにおける連続的な移行が達成されなければならず、これはステアリングロック（境界Ｃ）の直前にある中止領域（境界ＡとＢの間の領域）内で行われる。
本発明による中止過程は、例えば放物線状の経過で特徴付けられ、その開始は相応のグラジエント１/ｉ_effを有し、その終了は相応のグラジエント１/ｉ_Lenkを有する。
この放物線状の中止経過は、選択的に、中止領域内の２つのグラジエント間でその経過が円弧状又は正弦状に経過するようになされていてもよい。
本発明による付加操舵角δ_Mの中止は、この場合制御装置２７を介したサーボ駆動装置２３の相応の制御によって達成される。この制御とは、例えば次のように行うことができる。すなわちモータ角度δ_Mの所望の経過を表す目標値δ_M,sollが下位の位置調整器に供給されるようにして行うことができる。この位置調整器は可及的に正確に相応の実際値角度δ_M,istが設定されるようにモータ２３を制御する。
図４には、操舵角δ_Lが横軸に示されており、さらに操舵角速度ｄδ_L/ｄｔ（経過１）と、ホイール切れ角速度ｄδ_V/ｄｔ（経過２）と、モータ角速度ｄδ_M/ｄｔ（経過３）と、重畳の伴わないホイール切れ角速度ｄδ_V/ｄｔ（経過４）が示されている。この場合も中止領域は、境界ＡおよびＢで示され、ステアリングロック域は境界Ｃで示されている。
この図４からわかることは、モータ角速度ｄδ_M/ｄｔの経過３に関しても放物線状の中止経過が有利なことである。なぜならこれは中止領域（Ａ、Ｂ）内で連続的に下降しているからである。
遮断閾値：
図５もここでは図３に類似して示されている。
付加角度δ_Mのためのサーボモータ１３ないし２３は、通常は位置制御モータ、特に電気モータである。ここでは所定の角度目標値δ_M,sollからの制御偏差（δ_M,ist-δ_M,soll）が場合によっては発生し、これは例えば急速な操舵やモータ電機子のアフターランニングなどによって、接続されているギヤ部分などで慣性モーメントに基づいて生じ得る。そのため、モータは中止領域を越えても（境界Ｂを越えたステアリングロック域方向）、この領域で既に静止状態におかれていたとしてもまだ回転の続くことが生じる。
図５からもわかるように、このような理由から中止領域の終了する境界Ｂの直後でステアリングロック域Ｃの前には遮断閾値Ｄが設定されている。この遮断閾値を越えてからはサーボモータは相応の通流によって静止状態まで制動され、その後で遮断される。
ギヤ１２ないし２２（これは一般的には自動減速ギヤとして構成される）は、場合によって印加されるトルクによる付加角度δ_Mの変更を回避し、これによりステアリングホイール１１ないし２１の逆回転が確実に回避される。

Claims (10)

1. 少なくとも１つの操舵可能な車輪（１５ａ，１５ｂ）と、サーボ駆動装置（１３；２３）と、重畳式伝動装置（１２；２２）とを備えた自動車の操舵システムの駆動のための方法であって、
   前記重畳式伝動装置により、車両ドライバによって開始されるステアリングホイール操舵角（δ_L）と、サーボ駆動装置（１１３，２３）によって設定される付加角度（δ_M）とが、予め設定可能なステアリングロック域内で、操舵可能な車輪（１５ａ，１５ｂ）のホイール切れ角（δ_V）発生のために重畳される形式の方法において、
   ステアリングロック域（Ｃ）への到達前に、サーボ駆動装置（１３；２３）によって設定される付加角度（δ_M）を、予め設定可能な又は所定の特性を用いて低減するようにしたことを特徴とする、自動車の操舵システムの駆動のための方法。
2. ステアリングロック域（Ｃ）への到達前に、サーボ駆動装置（１３；２３）によって設定される付加角度（δ_M）を値ゼロまで低減する、請求項１記載の方法。
3. サーボ駆動装置（１３；２３）によって設定される付加角度（δ_M）を所定の領域（Ａ，Ｂ）内でステアリングロック域（Ｃ）到達前に例えば予め設定可能な又は所定の特性を用いて少なくとも低減する、請求項１記載の方法。
4. サーボ駆動装置（１３；２３）によって設定される付加角度（δ_M）の低減の後で、当該サーボ駆動装置（１３；２３）をステアリングロック域（Ｃ）到達前に遮断又は制動する、請求項３記載の方法。
5. 前記遮断又は制動を、操舵可能な車輪（１５ａ，１５ｂ）にて検出されたホイール切れ角（δ_V）又は車両ドライバによって開始されたステアリングホイール操舵角（δ_L）と、予め設定可能な又は所定の閾値（Ｄ）との比較に依存して行う、請求項３記載の方法。
6. ステアリングロック域への到達又はサーボ駆動装置（１３；２３）によって設定される負荷角度（δ_M）の低減の開始又は終了を、操舵可能な車輪（１５ａ，１５ｂ）のホイール切れ角（δ_V）の検出又は車両ドライバによって開始されたステアリングホイール操舵角（δ_L）の検出によって実施する請求項１〜４いずれか１項記載の方法。
7. 前記領域（Ａ，Ｂ）を、操舵可能な車輪（１５ａ，１５ｂ）のホイール切れ角（δ_V）又は車両ドライバによって開始されたステアリングホイール操舵角（δ_L）に対する少なくとも１つの閾値によって決定する、請求項３〜６いずれか１項記載の方法。
8. 少なくとも１つの操舵可能な車輪（１５ａ，１５ｂ）と、サーボ駆動装置（１３；２３）と、重畳式伝動装置（１２；２２）とを備えた自動車の操舵システムの駆動のための装置であって、
   前記重畳式伝動装置により、車両ドライバによって開始されるステアリングホイール操舵角（δ_L）と、サーボ駆動装置（１１３，２３）によって設定される付加角度（δ_M）とが、予め設定可能なステアリングロック域内で、操舵可能な車輪（１５ａ，１５ｂ）のホイール切れ角（δ_V）発生のために重畳される形式の装置において、
   ステアリングロック域（Ｃ）到達前に、サーボ駆動装置（１３；２３）によって設定される付加角度（δ_M）を、予め設定可能な又は所定の特性によって低減する手段（２７）が設けられていることを特徴とする、自動車の操舵システムの駆動のための装置。
9. ステアリングロック域（Ｃ）への到達前に、サーボ駆動装置（１３；２３）によって設定される付加角度（δ_M）が値ゼロまで低減される、請求項８記載の装置。
10. サーボ駆動装置（１３；２３）によって設定される付加角度（δ_M）の低減の後で、当該サーボ駆動装置（１３；２３）をステアリングロック域（Ｃ）到達前に遮断又は制動し、この場合例えば前記遮断又は制動を、操舵可能な車輪（１５ａ，１５ｂ）にて検出されたホイール切れ角（δ_V）又は車両ドライバによって開始されたステアリングホイール操舵角（δ_L）と、予め設定可能な又は所定の閾値（Ｄ）との比較に依存して行うように構成された手段が設けられている、請求項８記載の装置。

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