JP4417685B2 - 車両のステアリングの駆動方法，および係る車両のステアリングの駆動方法を実行するコンピュータプログラム，制御装置，車両のためのステアリング - Google Patents

Description

本発明は，車両のためのアクティブステアリングを駆動する方法に関する。

以下において，アクティブステアリングと称せられる操舵は，いわゆるステア・バイ・ワイヤ操舵と異なり，ステアリングホィールと操舵される車輪との間に，常に機械的な接続を有する。アクティブステアリングによって，一方では，例えばサーボ支援が提供されるか，または操舵の変速比が速度および／または操舵角度に従って変化されることによって，車両の運転者にとっての快適性を向上させようとする。他方では，アクティブステアリングにより，走行時での動的な安定化制御によって車両のアクティブな安全性を増大させることが可能となる。

両者とも，特に電気的なサーボモータを備える畳重トランスミッションによって達成することができる。重畳トランスミッションによって，車両の運転者によってステアリングホィールを介して設定される操舵角度に重畳角度を加算することが可能であるので，例えば車庫入れの際に，車両の運転者によって設定された操舵角度に加えて，操舵される車輪の操舵量が増大される。車両がオーバーステアになった場合に，車両を安定させるために，車両の運転者によって設定された操舵角度を，重畳トランスミッションとサーボモータによって減少させることができる。

もちろん，アクティブステアリングは，車両の他の全ての操舵と同様に，より大きな安全要請に従うことが望まれる。従って，アクティブステアリングにおいて，発生するエラーをできる限り即座に，かつ一義的に認識し，それによってこれらのエラーに基づいて車両搭乗者が危険にさらされることがないようにすることが必要とされている。

そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，車両のアクティブステアリングにおいて，発生するエラーをできる限り即座に，かつ一義的に認識することの可能な，新規かつ改良された車両のステアリングの駆動方法を提供することである。

上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，ステアリングホィールの操舵角度がステアリングホィール回転角度センサによって検出され，ステアリングギアボックスのピニオンの回転角度がピニオン回転角度センサによって検出され，重畳トランスミッションの第１のサーボモータの回転角度が第１のサーボモータ回転角度センサによって検出され，第１のサーボモータは外部の入力量に従って駆動され，かつピニオン回転角度センサによって生成される信号の蓋然性が，ステアリングホィール回転角度センサと第１のサーボモータ回転角度センサによって生成される信号との比較によって検査されることを特徴とする，車両のためのアクティブステアリングを駆動する方法が提供される。

かかる構成とすることにより，ピニオン回転角度センサ，ステアリングホィール回転角度センサおよび第１のサーボモータ回転角度センサの信号の蓋然性をチェックすることによって，付加的な手間なしで，前述の３つのセンサの全て，およびアクティブステアリングが所望のように作動しているかを調べることができる。

もちろん，ステアリングホィール回転角度センサと第１のサーボモータ回転角度センサによって検出された信号を，ピニオン回転角度センサによって検出された信号と比較する場合に，ステアリングホィール回転角度センサ，ピニオン回転角度センサおよび第１のサーボモータ回転角度センサ間の変速比が考慮される。これは，サーボモータ回転角度センサの信号とステアリングホィール回転角度センサの信号から全操舵角度が以下の式：
δ_{ＬＷ，ｇｅｓａｍｔ}＝ｉ１×δ_ＬＲ＋ｉ２×δ_ＳＭ
に従って計算されることによって行うことができる。なお，上記の式において，
δ_{ＬＷ，ｇｅｓａｍｔ} 全操舵角度
δ_ＬＲ ステアリングホィール角度
δ_ＳＭ サーボモータ角度
ｉ１：第１の変速比
ｉ２：第２の変速比
を表す。

特に，上述した式に従って計算された全操舵角度δ_{ＬＷ，ｇｅｓａｍｔ}とピニオン角度センサによって測定されたピニオン角度δ_{Ｒｉｔｚｅｌ}から差が検出されて，差が予め設定された限界値を上回った場合に，アクティブステアリングの，特に関与しているセンサの，エラーのある行動が推定される場合に，上述した蓋然性のチェックは，容易となる。

アクティブステアリングのエラー機能の認識を改良するために，上述の差が所定のインターバルの間に，予め設定された限界値を上回った場合にのみエラー信号が出力されると，効果的であることが明らかにされている。それによって，アクティブステアリングのエラー機能に基づかない，ピニオン角度からの全操舵角度の極めて短時間の偏差を除外することができる。この種の極めて短時間の偏差は，例えば種々の回転角度センサのサンプリングレートの違いによってもたらされることがあり得る。

本発明に基づくピニオン回転角度センサ，ステアリングホィール回転角度センサおよび第１のサーボモータ回転角度センサの信号の蓋然性のチェックは，それを上回った場合にエラー信号を出力される元となる限界値が，走行速度および／またはステアリングホィールの回転速度に従って定められる場合に，さらに改良することができる。ステアリングホィールの回転速度とステアリングホィールからステアリングコラムに伝達されるトルクとの間には，一定の関係がある。この一定の関係を，トルク測定なしでステアリングホィールの回転速度に基づいてステアリングホィールから伝達されるトルクを推定するために利用することができる。

特に，エラー信号出力の判断基準となる上述の限界値がステアリングホィールとステアリングコラムとの間で伝達されるトルクに従って定められると，効果的である。というのは，ステアリングコラムのトーションと，場合によっては存在する，ステアリングホィールから回転運動がステアリングギアボックスへ伝達される際の遊びは，著しくトルクに依存するからである。それによって，本発明によれば限界値をアクティブステアリングの駆動状態に従って最小限に抑え，エラーを迅速かつより大きな信頼性をもって認識することが可能である。従って，本発明に基づくアクティブステアリングを搭載した車両の搭乗者がさらされる潜在的な危険が減少される。

本発明に基づく利点は，第１のサーボモータの操作運動を操舵運動に重畳するための重畳トランスミッションと，ステアリングホィールの操舵運動を検出するためのステアリングホィール回転角度センサと，ステアリングギアボックスの，ステアリングホィールによって駆動されるピニオンの回転運動を検出するためのピニオン回転角度センサと，第１のサーボモータの操作運動を検出するための第１のサーボモータ回転角度センサと，制御装置とを有する，ステアリングホィール，ステアリングコラムおよびステアリングホィールの操舵運動を車両の操舵される車輪の操作運動に変換するためのステアリングギアボックスを備えた車両のためのステアリングによっても，制御装置が上述した方法のいずれか１つを実施するのに適していることによって，得られる。

本発明の他の利点と好ましい形態は，以下の図面，その説明および特許請求項から明らかにされる。

以上詳述したように本発明によれば，ピニオン回転角度センサ，ステアリングホィール回転角度センサおよび第１のサーボモータ回転角度センサの信号の蓋然性をチェックすることによって，簡潔にこれら３つのセンサ全てがきちんと作動しているか，およびアクティブステアリングが所望のように作動しているかを調べることができる。このため，アクティブステアリングにおけるエラーを迅速かつより大きな信頼性をもって認識することが可能となるので，車両の搭乗者がさらされる潜在的な危険が減少される。

以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は，本発明の第１の実施の形態におけるアクティブステアリングの構成を概略的に示す概略構成図である。運転者が操舵する際に，運転者の操舵操作がステアリングホィール１を介して，３つの部分から構成されるステアリングコラム３へ伝達され，このステアリングコラム３がステアリングギアボックス５を駆動する。ステアリングギアボックス５は，図１に示す本実施の形態においては，ラックアンドピニオンステアリングギアボックスとして形成されている。ラックアンドピニオンステアリングギアボックスのうち，図１には，ピニオン７のみが図示されており，このピニオン７は，不図示のラックと協働する。ステアリングギアボックス５は，ステアリングホィール１の回転運動をステアリングタイロッド９の略直線的な運動に変換し，そのステアリングタイロッド９は，車両の不図示の操舵される車輪と作用結合している。

ステアリングコラム３の上方の部分３ａ内には，運転者の操舵操作若しくはステアリングホィール回転角度δ_ＬＲを検出するステアリングホィール角度センサ１１が配置されている。ステアリングコラム３の下方の部分３ｃ内には，重畳トランスミッション１３が設けられている。この重畳トランスミッション１３は，第１のサーボモータ１５と第１のサーボモータ回転角度センサ１７とを備える。

重畳トランスミッション１３は，ステアリングホィール１の回転角度に付加的な角度を加算し，あるいは減算することを可能にするので，重畳トランスミッションの出力軸（図示せず。）によって駆動されるピニオン７の回転角度は，ステアリングホィール１の回転角度より大きくか，等しくか，または小さくすることができる。ステアリングホィール１と第１のサーボモータ１５の回転運動の重畳は，例えば図１には，詳細に図示されていないプラネットギアを介して行うことができる。

ピニオン７の回転角度を検出するために，ピニオン７にピニオン回転角度センサ１９が設けられている。ステアリングホィール回転角度センサ１１，第１のサーボモータ回転角度センサ１７およびピニオン回転角度センサ１９は，信号線２１を介して制御装置２３と接続されている。同じことが第１のサーボモータ１５にも該当し，サーボモータは，信号線２１を介して，制御装置２３によって駆動可能である。

ステアリングホィール１とピニオン７の間，そして第１のサーボモータ１５とピニオン７の間が結合されているので，ピニオン７の回転角度は，ステアリングホィール１の回転角度とサーボモータ１５の回転角度から変速比を元に計算することができる。本実施の形態に基づく方法は，上述の変速比の算出結果の蓋然性をチェックすることによって，上述したステアリングホィール回転角度センサ１１，第１のサーボモータ回転角度センサ１７およびピニオン回転角度センサ１９と残りのアクティブステアリングが通常通り作動しているかを確認される。

その場合に，全操舵角度δ_{ＬＷ，ＧＥＳＡＭＴ}が計算され，この計算に入力量としてステアリングホィール回転角度センサ１１の信号δ_ＬＲと第１のサーボモータ回転角度センサの信号δ_ＳＭが算入される。さらに，ステアリングホィール１とピニオン７の間およびサーボモータ１５とピニオン７の間の変速比ｉ１，ｉ２が考慮される。

計算された全操舵角度δ_{ＬＷ，ＧＥＳＡＭＴ}が，ピニオン回転角度センサの信号δ_{Ｒｉｔｚｅｌ}から，予め設定された限界値Ｓより大きい，予め設定された差角度δ_Ｄｉｆｆだけずれている場合に，アクティブステアリングにおける，特に上述したステアリングホィール回転角度センサ１１，第１のサーボモータ回転角度センサ１７およびピニオン回転角度センサ１９のエラーが推定され，制御装置２３からエラー信号が出力される。このエラー信号は，例えば車両のダッシュボードにおける警告ランプの点灯をもたらし，あるいは車両の運転者へのその他の指示を作動させることができる。さらに，その代わりに，アクティブステアリングの駆動モードを変更することもできる。例えば，操舵機能のために必然的に最も必要とされる機能のみが提供されることによって，非常走行モードへ切り替えることができ，その場合においては，操舵の快適性が犠牲にされる。

以下，本発明の第１の実施の形態に基づく方法を，図２に示すフローチャートを用いて詳細に説明する。

アクティブステアリングの安全性を向上させるために，第１のサーボモータ１５と第１のサーボモータ回転角度センサ１８に対して並列に，第２のサーボモータ２５が第２のサーボモータ回転角度センサ２７と共に設けられている。従って，サーボモータと付属の回転角度センサが冗長に形成されており，それによって電子的なアクティブ操舵設備の信頼性をさらに向上させる。

図２は，アクティブステアリングを駆動するための本実施の形態に基づく方法の操作シーケンスをフローチャートで示している。第１の工程３１において，アクティブステアリングが駆動される。これは，制御装置２３が初期化されて，全てのセンサ，特にステアリングホィール回転角度センサ１１，第１のサーボモータ回転角度センサ１７およびピニオン回転角度センサ１９からの信号が存在するかが調べられることを意味している。さらに，制御装置２３内に，他の入力信号２９が存在するかが調べられる。かかる他の入力信号２９は，例えば車両の速度，車両のヨーレートおよびその他の信号とすることができる。これらの信号と上述したステアリングホィール回転角度センサ１１，第１のサーボモータ回転角度センサ１７およびピニオン回転角度センサ１９によって生成された信号とを用いて，制御装置２３によってアクティブステアリングが制御される。

第２の工程３３において，ステアリングホィール１の操舵角度δ_ＬＲがステアリングホィール回転角度センサ１１によって検出される。また，ステアリングギアボックス５のピニオン７の回転角度δ_{Ｒｉｔｚｅｌ}がピニオン回転角度センサ１９によって検出され，重畳トランスミッション１３の第１のサーボモータ１５の回転角度δ_ＳＭが第１のサーボモータ回転角度センサ１７によって検出される。さらに，第１のサーボモータ１５が他の外部の入力量２９に従って駆動される。

次に第３の工程３５においては，ピニオン回転角度センサ１９によって検出された信号δ_{Ｒｉｔｚｅｌ}の蓋然性が，ステアリングホィール回転角度センサ１１と第１のサーボモータ回転角度センサ１７によって検出されたステアリングホィール回転角度信号δ_ＬＲとサーボモータ回転角度信号δ_ＳＭと比較することによって検査される。これは，ステアリングホィール回転角度センサ１１，ピニオン回転角度センサ１９および第２のサーボモータ回転角度センサ間の変速比ｉ１，ｉ２を元に，以下のように行われる：

まず，サーボモータ回転角度センサ１７の信号δ_ＳＭとステアリングホィール回転角度センサ１１の信号δ_ＬＲから全操舵角度δ_{ＬＷ，ｇｅｓａｍｔ}が，以下の式に従って求められる：
δ_{ＬＷ，ｇｅｓａｍｔ}＝ｉ１×δ_ＬＲ＋ｉ２×δ_ＳＭ

その後，全操舵角度とピニオン回転角度センサ１９によって測定されたピニオン角度δ_{Ｒｉｔｚｅｌ}から角度差δ_Ｄｉｆｆが求められる。その後，角度差δ_Ｄｉｆｆが予め設定された限界値Ｓを越えているかが比較される（工程３７）。

角度差δ_Ｄｉｆｆが予め設定された限界値Ｓを越えている場合には，エラー信号が出力される。これは，図２において工程３９で示される。角度差δ_Ｄｉｆｆが予め設定された限界値Ｓを越えていない場合には，本実施の形態に基づくアクティブステアリングは，上述した第２の工程３３の前へ戻る。

本実施の形態に基づく方法は，角度差δ_Ｄｉｆｆが予め設定されたタイムインターバルΔｔの間に予め設定された限界値Ｓを越えている場合にのみ，エラー信号が出力される場合に，さらに改良される。この措置によって，例えば各回転角度センサ１１，１７および１９のサンプリングレートの違いによって生じる可能性のある短時間に発生する偏差をフィルタリングアウトすることができる。

さらに，限界値Ｓがステアリングホィールとステアリングコラムとの間で伝達されるトルクに従って決定されると効果的である。なぜなら，ステアリングコラム３内のトーションと，ステアリングコラム３の個々の部分を結合するリンク内の好ましくないが，場合によっては存在する遊びが考慮されるからである。それによって限界値Ｓを最小に抑えることができるので，発生するエラーをより迅速に認識することができる。

ステアリングホィール１とステアリングコラム３の間で伝達されるトルクの検出が行われない場合に，選択的に，限界値Ｓを走行速度および／またはステアリングホィール１の回転速度に従って定めることもできる。これは，上述した本実施の形態と同様に，この種の限界値を特性曲線またはマップに格納することによって行うことができる。

以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は，車両のためのアクティブステアリングを駆動する方法に適用可能であり，特にステアリングホィールと，ステアリングコラムと，ステアリングホィールの操舵運動を車両の操舵される車輪の操作運動に変換するためのステアリングギアボックスと，第１のサーボモータの操作運動を操舵運動に重畳するための重畳トランスミッションと，ステアリングホィールの操舵角度を検出するためのステアリングホィール回転角度センサと，ステアリングホィールによって駆動される，ステアリングギアボックスのピニオンの回転運動を検出するためのピニオン回転角度センサと，第１のサーボモータの操作運動を検出するための第１のサーボモータ回転角度センサと，制御装置とを備えた車両のためのアクティブステアリングを駆動する方法に適用可能である。

本発明に基づくアクティブステアリングの第１の実施の形態を簡略化して示している。 本発明に基づく方法の同実施の形態を説明するフローチャートである。

符号の説明

１ ステアリングホィール
３ ステアリングコラム
５ ステアリングギアボックス
７ ピニオン
９ ステアリングタイロッド
１１ ステアリングホィール角度センサ
１３ 重畳トランスミッション
１５ 第１のサーボモータ
１７ 第１のサーボモータ回転角度センサ
１９ ピニオン回転角度センサ
２１ 信号線
２３ 制御装置
２５ 第２のサーボモータ
２７ 第２のサーボモータ回転角度センサ

Claims (14)

1. ステアリングホィールの操舵運動を検出するためのステアリングホィール角度センサと，
   前記ステアリングホィールによって駆動されるピニオンの回転運動を検出するためのピニオン回転角度センサと，
   第１のサーボモータの操作運動を検出するための第１のサーボモータ回転角度センサと，
   を備える車両のステアリングの駆動方法において，
   前記ピニオン回転角度センサによって検出されたピニオン回転角度信号（δ_{Ｒｉｔｚｅｌ}）を，前記ステアリングホィール回転角度センサと前記第１のサーボモータ回転角度センサによって検出されるステアリングホィール回転角度信号（δ_ＬＲ），およびサーボモータ回転角度信号（δ_ＳＭ）と比較することによって、前記ピニオン回転角度信号を検査する工程を含むこと，
   を特徴とする，車両のステアリングの駆動方法。
2. 第１のサーボモータの操作運動を操舵運動に重畳するための重畳トランスミッションと，
   ステアリングホィールの操舵運動を検出するためのステアリングホィール回転角度センサと，
   前記ステアリングホィールによって駆動されるステアリングギアボックスのピニオンの回転運動を検出するためのピニオン回転角度センサと，
   前記第１のサーボモータの操作運動を検出するための第１のサーボモータ回転角度センサと，
   前記ステアリングホィール回転角度センサ，前記ピニオン回転角度センサ，および前記第１のサーボモータ回転角度センサによって検出されるステアリングホィール回転角度信号（δ_ＬＲ），ピニオン回転角度信号（δ_{Ｒｉｔｚｅｌ}），およびサーボモータ回転角度信号（δ_ＳＭ）を評価して，前記第１のサーボモータを駆動するための制御装置とを備え，
   前記ステアリングギアボックスは，前記ステアリングホィール，ステアリングコラムおよび前記ステアリングホィールの操舵運動を車両の操舵される車輪の操作運動に変換する車両のステアリングの駆動方法において，
   前記ピニオン回転角度信号（δ_{Ｒｉｔｚｅｌ}）を，前記ステアリングホィール回転角度信号（δ_ＬＲ），および前記サーボモータ回転角度信号（δ_ＳＭ）と比較することによって、前記ピニオン回転角度信号を検査する工程を含むこと，
   を特徴とする，車両のステアリングの駆動方法。
3. 前記ステアリングホィール回転角度信号（δ_ＬＲ），ピニオン回転角度信号（δ_{Ｒｉｔｚｅｌ}），およびサーボモータ回転角度信号（δ_ＳＭ）を検査する際に，前記ステアリングホィール回転角度センサ，前記ピニオン回転角度センサおよび前記第１のサーボモータ回転角度センサの間の変速比（ｉ１，ｉ２）が考慮されることを特徴とする，請求項１または２に記載の車両のステアリングの駆動方法。
4. 前記サーボモータ回転角度信号（δ_ＳＭ）と前記ステアリングホィール回転角度信号（δ_ＬＲ）から，全操舵角度（δ_{ＬＷ，ｇｅｓａｍｔ}）が，以下の式：
   δ_{ＬＷ，ｇｅｓａｍｔ}＝ｉ１×δ_ＬＲ＋ｉ２×δ_ＳＭ
   に従って計算されることを特徴とする，請求項３に記載の車両のステアリングの駆動方法。
5. 前記全操舵角度（δ_{ＬＷ，ｇｅｓａｍｔ}）と前記ピニオン回転角度信号（δ_{Ｒｉｔｚｅｌ}）から角度差（δ_Ｄｉｆｆ）が求められ，かつ
   前記角度差（δ_Ｄｉｆｆ）が予め設定された限界値（Ｓ）を越えた場合に，エラー信号が出力されることを特徴とする，請求項３に記載の車両のステアリングの駆動方法。
6. 前記エラー信号は，前記角度差（δ_Ｄｉｆｆ）が予め設定されたタイムインターバル（Δｔ）の間に，前記予め設定された限界値（Ｓ）を上回った場合にのみ，出力されることを特徴とする，請求項５に記載の車両のステアリングの駆動方法。
7. 前記限界値（Ｓ）は，前記ステアリングホィールの回転速度に従って設定されることを特徴とする，請求項４から６のいずれか１項に記載の車両のステアリングの駆動方法。
8. 前記限界値（Ｓ）は，車両の走行速度に従って設定されることを特徴とする，請求項４から７のいずれか１項に記載の車両のステアリングの駆動方法。
9. 前記限界値（Ｓ）は，前記ステアリングホィールと前記ステアリングコラムとの間で伝達されるトルクに従って設定されることを特徴とする，請求項４から６のいずれか１項に記載の車両のステアリングの駆動方法。
10. 前記限界値（Ｓ）は，マップまたは特性曲線に格納されていることを特徴とする，請求項４から９のいずれか１項に記載の車両のステアリングの駆動方法。
11. 車両のステアリングのためのコンピュータプログラムにおいて，
    請求項１から１０のいずれか１項に記載の車両のステアリングの駆動方法を実行することを特徴とする，コンピュータプログラム。
12. 前記コンピュータプログラムは、メモリ媒体上に格納可能であることを特徴とする，請求項１１に記載のコンピュータプログラム。
13. 車両のステアリングのための制御装置において，
    請求項１から１０のいずれか１項に記載の車両のステアリングの駆動方法を実行することを特徴とする，車両のステアリングのための制御装置。
14. 第１のサーボモータの操作運動を操舵運動に重畳するための重畳トランスミッションと，
    ステアリングホィールの操舵運動を検出するためのステアリングホィール回転角度センサと，
    前記ステアリングホィールによって駆動される，ステアリングギアボックスのピニオンの回転運動を検出するためのピニオン回転角度センサと，
    前記第１のサーボモータの操作運動を検出するための第１のサーボモータ回転角度センサと，
    前記ステアリングホィール回転角度センサ，前記ピニオン回転角度センサおよび前記第１のサーボモータ回転角度センサによって生成される信号を評価して，前記第１のサーボモータを駆動するための制御装置と，を備え，
    前記ステアリングギアボックスは，前記ステアリングホィール，ステアリングコラム，および前記ステアリングホィールの操舵運動を車両の操舵される車輪の操作運動に変換する車両のためのステアリングにおいて，
    前記制御装置は，請求項１から１０のいずれか１項に記載の車両のステアリングの駆動方法を実行することを特徴とする，車両のためのステアリング。

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