JP5911482B2 - 操舵角を電気機械的に調整するための方法および電気機械式ステアリングを備えた自動車 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提部に記載の種類の操舵角を電気機械的に調整するための方法に関する。本発明は請求項３の前提部に記載の種類の自動車にも関する。

近年の自動車において、電気機械式ステアリングシステムが用いられることについては既知である。こうしたシステムは、「ステアバイワイヤ」式のステアリングシステムと呼ばれ、介入用ギアボックスを備えたステアリングシステムとは区別される。

前者のシステムでは、運転者がステアリングホイールの操作によって設定した操舵目標値を、センサを用いて検出して、この操舵目標値を、電気機械式アクチュエータを用いて電子制御のみにより実現できるようになっている。特定の走行状況における自動車の安定性を高めるために、運転者が設定した操舵目標値に所定の補助操舵角を追加することもできるようになっている。

介入用ギアボックスを備えたステアリングシステムでは、いわば介入操舵角により、運転者が設定した操舵目標値の介入制御を行えるようになっている。この介入操舵角は通例、所定のコントローラにより設定される。この場合には、操舵角が、運転者が設定したステアリングホイール角と、この介入操舵角とから得られるようになっている。

請求項１の前提部に示されているような、操舵角を電気機械的に調整する方法は、例えば特許文献１で開示されている。
そのほか、車輪を駆動する電気駆動システムが搭載される近年の自動車において、自動車の各車輪を別々の電気式原動機で駆動できるようにすることが知られている。こうした自動車においては、例えば駆動モータの内の一つが故障してしまうと、自動車はヨーイング運動を行うことになる。そうなると、運転者は、元の進行方向を維持できるようにするために、積極的にカウンターステアをあてなければならなくなって、走行安全性や乗り心地が低下してしまう。

国際公開第２００４／０８７４８６号

したがって本発明の課題は、冒頭に示した種類の、操舵角を電気機械的に調整する方法において、走行安全性および乗り心地を向上させる方法を提供することである。

この課題は、請求項１の特徴を備えた方法、もしくは請求項３の特徴を備えた自動車により解決される。
乗り心地や走行安全性に（例えば駆動モータの故障時などに）生じる支障を防止または低減するために、本発明に係る操舵角を電気機械的に調整するための方法では、自動車の前後軸を挟んで互いに反対側にある二つの各車輪を駆動するための少なくとも二つの原動機の作動状態、および／またはこの作動状態を表す少なくとも一つのパラメータに基づいて、補助操舵角が決定されるようになっている。これにより、補助操舵角が実際の走行状況に対してより良好に最適化されたものとなるので、自動車の操縦をより快適に行うことができる上に、走行安全性も増すこととなる。そのほか、例えばいずれか一つの駆動モータが故障して、車輪のそれぞれに不均等な駆動力がかかることに起因して生じる、自動車の望ましくないヨーイング運動に対処するための、運転者のステアリング操作が軽減されるような実施形態も可能である。すなわち、ヨーイング運動を補償するために必要な操舵角を調整するにあたって、運転者はステアリング開始時のステアリングホイール操作を維持したままでよい。そのため、自動車の乗り心地および走行安全性は格段と向上されたものとなる。

原動機の作動状態は、近年の自動車においては、適宜コントロールユニットで監視されたり検出されたりするのが通例である。こうして検出された実際の作動状態については、例えば原動機から電気機械式ステアリングのコントロールユニットへ、相応のデータが送信されて、伝送されることが可能となっている。

原動機の作動状態を表すパラメータは、輪軸に作用するトルクとすることができる。このトルクは、例えば複数の適切なセンサにより測定されるようにするとよい。このトルクにより、原動機の実際の作動状態を簡単に検出することができる。

これに代えて、またはこれに加えて、電気式原動機の作動状態からトルクが導出されるようにしてもよい。なぜならば、電気式原動機がどのような作動状態であれば、輪軸にはどのようなトルクが発生するのか、については従来から知られているためである。

補助操舵角の大きさは、自動車の前後軸を挟んで互いに反対側にある二つの車輪のそれぞれの輪軸に作用する二つのトルクの差に基づいて決定できるようにするとよい。異なる車輪を駆動する二つの原動機のそれぞれの作動状態が相違している場合、その違いは左右の輪軸のトルク差に反映されることになる。したがって、原動機の不均等な作動状態に起因して生じる自動車の望ましくないヨーイング運動に対処するためには、どのような補助力が必要なのか、を容易に割り出すことができる。

補助操舵角の大きさは、自動車の横加速度と、自動車のヨーイング角速度と、運転者が自動車のハンドルで設定する操舵角と、に基づいて決定するとよい。このとき、原動機の相違した作動状態または不均等な大きさのトルクが原因となって発生するヨーイングモーメントを補償できるように、補助操舵角を計算するとよい。

本発明に係る自動車は、前後軸を挟んで互いに反対側にある二つの各車輪を駆動する少なくとも二つの原動機を有している。自動車にはこのほかにも、操舵角を設定するための電気機械式ステアリングが備えられる。この電気機械式ステアリングによって、運転者がハンドルで設定する操舵角に、補助操舵角を介入させる、または追加することができる。ここで電気機械式ステアリングはコントロールユニットを備えており、これは、自動車の車輪を駆動するための少なくとも一つの原動機の作動状態、および／またはこの作動状態を表す少なくとも一つのパラメータに基づいて補助操舵角を計算するように構成されている。そして操舵角の調整の際には、運転者がハンドルで設定した操舵角に、この補助操舵角を介入させる、または追加するように、電気機械式ステアリングのアクチュエータの動作制御が行われるようになっている。ここで、輪軸に作用するトルクを原動機の作動状態を表すパラメータとする。これによって、補助操舵角を実際の走行状況に非常に良好に最適化させることができる。そして、自動車の操縦をより快適に行えるようになり、さらに走行安全性も増す。このほか、別々の原動機の相違した作動状態が原因となって発生する自動車のヨーイング運動が良好な形で補償されるようにする実施形態も可能である。運転者は補償するためのステアリング操作を行わなくてよくなり、走行安全性が増す。

コントロールユニットは、少なくとも一つの原動機の作動状態に依存するヨーイングモーメントを補助操舵角によって補償できるように、補助操舵角を計算するよう構成されているとよい。補助操舵角によって自動車のヨーイング運動への対処が行われるので、運転者は、自分がハンドル操作によって設定した操舵角をそのまま維持することができる。

また、自動車は、自動車の実際の横加速度と自動車のヨーイング角速度を測定および／または算出するための手段を備えている。この自動車はそのほか、運転者がハンドルで設定した操舵角を検出するための舵角センサを備えている。この実施形態におけるコントロールユニットは、ヨーイング角速度と、横加速度と、運転者がハンドルで設定した操舵角に基づいて補助操舵角を計算するように構成されている。これにより、駆動トルクの相違によって走行時に自動車に作用するヨーイングモーメントを、簡単かつ正確に補償することが可能となる。

以下では図面を参照しながら本発明に係る方法または本発明に係る自動車の好ましい実施形態の一例を説明する。

電気機械式ステアリングを備えた自動車の模式図である。

自動車１０には電気機械式ステアリング１２が備えられる。これは、例えばステアリング系統に挿入されたギアボックスを用いて、運転者がハンドル１４の操作によって設定したステアリングホイール角に、電動モータが成す補助操舵角を介入させることができる、介入制御式ステアリングとして構成されたものであるとよい。また、変形例として、この電気機械式ステアリング１２を「ステアバイワイヤ」式のステアリングシステムとして構成してもよい。

二つの後輪１６、１８は、二つの別個の電動モータ２０、２２で駆動される。前輪２４、２６についても、さらに別の、それぞれ別個の電動モータで駆動されるようにすることが考えられる。

ここで、電動モータ２０が故障した場合、自動車１０の走行に伴ってヨーイングモーメントが発生することになる。その大きさは、駆動が継続している車輪１８により発生する駆動力Ｆａに依存する。なお、電動モータ２０の障害は部分的なものに過ぎないこともあり得る。

電動モータ２０の故障は、例えば自動車１０に固有の、それ自体は既知の方法で構成された監視装置により検出することができる。そして電動モータ２０の実際の作動状態の情報は、この監視装置から電動式ステアリングのコントロールユニット２８に向けて伝送される。このコントロールユニット２８によって補助操舵角が計算され、電動モータ２０の故障が原因となって走行に伴って発生する自動車１０のヨーイング運動を、この補助操舵角により補償することができる。

電気機械式ステアリング１２が介入制御式ステアリングである場合は、コントロールユニット２８によって、運転者がハンドル１４で設定するステアリングホイール角について、補助操舵角による介入制御が行われる。この介入制御自体は、介入用ギアボックスによって既知の方法で行うことができる。

電気機械式ステアリング１２が「ステアバイワイヤ」式のステアリングである場合は、このコントロールユニット２８によって、運転者がハンドル１４の操作によって設定する操舵角に、補助操舵角が追加および誘起され、電気機械式ステアリング１２のアクチュエータ３０により、ステアリングホイール角にこの補助操舵角を合計して操舵角が調整されるようになっている。

このとき運転者は、電動モータ２０の機能障害に対処してハンドル１４の操作によってステアリングホイール角を変更する必要はなく、所望の進行方向を快適に維持することができる。

これに追加して、または変形例として、電動モータ２０、２２の実際の駆動状態によって車輪１６、１８のそれぞれの輪軸３６、３８に作用する現状トルクがどの程度大きいかを、複数のトルクセンサ３２、３４で検出するようにしてもよい。そして同様に、コントロールユニット２８によって、検出されたそれぞれのトルクの大きさに基づいて、別々の駆動軸のトルクの相違が原因となって発生する自動車１０のヨーイング運動に対処するために必要な補助操舵角の大きさが計算されるようにするとよい。

Claims (4)

1. 自動車（１０）の少なくとも一つの輪軸について操舵角を電気機械的に調整するための方法であって、運転者がハンドル（１４）で設定する操舵角に、補助操舵角を介入させる、または追加する方法において、
   車両前後軸を挟んで互いに反対側にある二つの各車輪（１６、１８）を駆動するための少なくとも二つの原動機（２０、２２）の作動状態および／または前記作動状態を表す少なくとも一つのパラメータ、に基づいて前記補助操舵角を決定する工程を含み、
   輪軸（３６、３８）に作用するトルクを、原動機（２０、２２）の作動状態を表すパラメータとし、
   自動車（１０）の横加速度と、自動車（１０）のヨーイング角速度と、運転者が自動車（１０）のハンドル（１４）で設定する操舵角と、に基づいて補助操舵角の大きさを決定する工程を含み、
   原動機（２０、２２）のいずれかが故障した場合には運転者がハンドル操作によって設定した操舵角をそのまま維持することができるように補助操舵角の大きさを決定すること
   を特徴とする、操舵角を電気機械的に調整するための方法。
2. 自動車（１０）の前後軸を挟んで互いに反対側にある二つの車輪（１６、１８）の各輪軸（３６、３８）に作用する二つのトルクの差、に基づいて補助操舵角の大きさを決定する工程を含むこと
   を特徴とする、請求項１に記載の操舵角を電気機械的に調整するための方法。
3. 車両前後軸を挟んで互いに反対側にある二つの各車輪（１６、１８）を駆動する少なくとも二つの原動機（２０、２２）を有し、操舵角を調整するための電気機械式ステアリング（１２）を備えた自動車（１０）であって、前記電気機械式ステアリングによって、運転者がハンドル（１４）で設定する操舵角に補助操舵角を介入させることまたは追加することが可能な自動車において、
   前記電気機械式ステアリング（１２）が、少なくとも一つのコントロールユニット（２８）を備え、前記コントロールユニットが、前記原動機（２０、２２）の作動状態、および／または前記作動状態を表す少なくとも一つのパラメータに基づいて前記補助操舵角を計算し、操舵角の調整の際に、運転者が前記ハンドル（１４）で設定した操舵角に前記補助操舵角を介入させる、または追加するように、アクチュエータの動作制御を行うように構成されており、
   輪軸（３６、３８）に作用するトルクを、原動機（２０、２２）の作動状態を表すパラメータとし、
   自動車（１０）の実際の横加速度と自動車（１０）のヨーイング角速度を測定および／または算出するための手段と、運転者がハンドル（１４）で設定した操舵角を検出する舵角センサとを、自動車（１０）が備えており、
   コントロールユニット（２８）が、前記ヨーイング角速度と、前記横加速度と、運転者が前記ハンドル（１４）で設定した前記操舵角と、に基づいて補助操舵角を計算するように構成されており、
   原動機（２０、２２）のいずれかが故障した場合には運転者がハンドル操作によって設定した操舵角をそのまま維持することができるように補助操舵角の大きさを決定すること
   補助操舵角を計算すること
   を特徴とする、電気機械式ステアリングを備えた自動車。
4. コントロールユニット（２８）が、原動機（２０、２２）の作動状態に依存するヨーイングモーメントを補助操舵角によって補償することができるように、前記補助操舵角を計算するよう構成されていること
   を特徴とする、請求項３に記載の電気機械式ステアリングを備えた自動車（１０）。

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