(57)【要約】      （修正有）【課題】操舵システムのラック力に関するロバストな値を算出できる、操舵システムのラック力を決定する方法及びシステムを提供する。【解決手段】ラック力に関する出来る限り信頼できる値Ｚを決定するために、作業装置又は車両の操舵システムのラック力の値Ｚを決定する方法Ｓであって、ラック力モデルＭｉのセットを準備する工程Ｓ１と、ベースとなる作業装置又は車両の動作パラメータ、特に、走行パラメータＦｊを検出する工程Ｓ２と、複数のラック力モデルＭｉに動作パラメータ又は走行パラメータＦｊを供給する工程Ｓ３と、各ラック力モデルＭｉからラック力に関する値Ｚｉを決定する工程Ｓ４と、これらのラック力に関する値Ｚｉを評価する工程Ｓ５と、ラック力に関する値Ｚとして組み合わせの結果得られる値を決定する工程Ｓ６及び提供する工程Ｓ７とを有する方法。【選択図】図１
2019104486.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業装置（１０’）又は車両（１０）の操舵システム（１５）のラック力（ＦＺＳＴ）の値（Ｚ）を決定する方法（Ｓ）であって、
ラック力モデル（Ｍｉ）のセットを準備する工程（Ｓ１）と、
ベースとなる作業装置（１０’）又は車両（１０）の動作パラメータ、特に、走行パラメータ（Ｆｊ）を検出する工程（Ｓ２）と、
複数のラック力モデル（Ｍｉ）に動作パラメータ又は走行パラメータ（Ｆｊ）を供給する工程（Ｓ３）と、
各ラック力モデル（Ｍｉ）からラック力（ＦＺＳＴ）に関する値（Ｚｉ）を決定する工程（Ｓ４）と、
これらのラック力（ＦＺＳＴ）に関する値（Ｚｉ）を評価する工程（Ｓ５）、
（ａ）ラック力モデル（Ｍｉ）からのラック力（ＦＺＳＴ）に関する値（Ｚｉ）に基づき、並びに
（ｂ）評価（Ｓ５）の結果に基づき、
ラック力（ＦＺＳＴ）に関する値（Ｚ）として組み合わせの結果得られる値を決定する工程（Ｓ６）及び提供する工程（Ｓ７）と、
を有する方法。
【請求項２】
モデル化レベルとしての車両レベル、ステアリングギヤレベル及び／又はステアリング内部レベルに対して、それぞれラック力の値を計算するモデルを準備して使用する、マルチレベルコンセプトに基づく、
請求項１に記載の方法（Ｓ）。
【請求項３】
追加の観察及び／又は測定により、マルチレベルコンセプトの結果により上位のモデルレベルを記述する追加の学習モデルを構成して使用する、
請求項２に記載の方法（Ｓ）。
【請求項４】
前記の複数の値（Ｚｉ）に基づく評価（Ｓ５）時に、多数決、特に、３分の２の多数決を導き出し、それにより、ラック力（ＦＺＳＴ）に関する複数の値（Ｚｉ）から、この多数決に対応する多数の方を選択して、ラック力（ＦＺＳＴ）に関する組み合わせの結果得られる値（Ｚ）の決定（Ｓ６）時のベースとする、
請求項１から３までのいずれか一つに記載の方法（Ｓ）。
【請求項５】
前記のラック力モデル（Ｍｉ）及び／又はそれから導き出されるラック力（ＦＺＳＴ）に関する値（Ｚｉ）が、動作パラメータ及び／又は走行パラメータ（Ｆｊ）に基づき、その妥当性を調べられる、
請求項１から４までのいずれか一つに記載の方法（Ｓ）。
【請求項６】
前記の評価（Ｓ５）及び／又は決定（Ｓ６）が前記の妥当性に基づき実施される、
請求項５に記載の方法（Ｓ）。
【請求項７】
前記の妥当性及び／又は重み付けに応じて、前記のラック力モデル（Ｍｉ）及び／又はそれから導き出されるラック力（ＦＺＳＴ）に関する値（Ｚｉ）が考慮される。
請求項５又は６に記載の方法（Ｓ）。
【請求項８】
前記のラック力（ＦＺＳＴ）に関する組み合わせの結果得られる値（Ｚ）が、直接的に提供されるか、或いはその値を表す信号により提供される、
請求項１から７までのいずれか一つに記載の方法（Ｓ）。
【請求項９】
ラック力モデル（Ｍｉ）のセットの中の一つのモデル（Ｍ１）において、ラック力（ＦＺＳＴ）の値（Ｚ１）が、ベースとなる作業装置（１０’）又は車両（１０）の操舵システム（１５）において力が均衡している時の力の合計として決定され、特に、運転者の手のモーメント（ＭＨ）、操舵支援ユニットのアシスト力（ＦＵ）及び／又は摩擦力／慣性力（ＦＲｅｉｂ）を検出することによって、及び／又は次の関係式（１）に基づき決定され、
Ｚ１＝ＭＨ／ｉＬ＋ＦＵ＋ＦＲｅｉｂ    （１）
ここで、ＭＨが運転者の手のモーメントの値を表し、ｉＬがベースとなるステアリングピニオンの伝達率及び／又は有効半径の値を表し、ＦＵがアシスト力の値を表し、ＦＲｅｉｂが摩擦力／慣性力の値を表し、
特に、操舵システム（１５）におけるアシスト力を算出するために、測定可能な変数、特に、電気変数が検出されて、特に、カルマンフィルター又はニューラルネットワークにより評価される、
請求項１から８までのいずれか一つに記載の方法（Ｓ）。
【請求項１０】
ラック力モデル（Ｍｉ）のセットの中の一つのモデル（Ｍ２）において、ラック力（ＦＺＳＴ）の値（Ｚ２）が、全装置信号又は全車両信号に基づき、力が均衡している時の力の合計として決定され、特に、作業装置（１０’）又は車両（１０）の１トラックモデル又は２トラックモデルからステアリングホイール角、走行速度、横方向加速度及び／又はサイドフォースを検出することによって、及び／又は次の関係式（２）に基づき決定され、
Ｚ２＝ＩＨ／Ｉ＊ｉＳ＊ＦＹ    （２）
ここで、ＩＨ／Ｉが、ホイールベースＩと車両の重心に対する後車軸の間隔ＩＨに基づく重心の後傾姿勢を表し、ｉＳが、ベースとなるタイロッドのラジアン角と変位の間のアクスルキネマティクスの伝達率を表し、ＦＹが、車両の重心において作用するサイドフォースを表す、
請求項１から９までのいずれか一つに記載の方法（Ｓ）。
【請求項１１】
ラック力モデル（Ｍｉ）のセットの中の一つのモデル（Ｍ３）において、ラック力（ＦＺＳＴ）の値（Ｚ３）が、ベースとなる操舵支援システムの電気モータ（１２）を動作させる信号及び／又は電流値から、有利には、カルマンフィルター及び／又はニューラルネットワーク（１１）を用いて、場合によっては、温度信号及び／又はエンジンアウトプットシャフトの角速度に関する信号を取り入れて決定される、
請求項１から１０までのいずれか一つに記載の方法（Ｓ）。
【請求項１２】
各モデル（Ｍｉ）から得られるラック力（ＦＺＳＴ）に関する値（Ｚｉ）が、ラック力に関する一次的な値として、後続の推定方法に供給され、その値から、測定信号マトリックス及び／又は学習方法を取り入れて、特に、ニューラルネットワーク又はカルマンフィルターに基づき、ラック力（ＦＺＳＴ）に関する補正値が導き出される、
請求項１から１１までのいずれか一つに記載の方法（Ｓ）。
【請求項１３】
作業装置（１０’）又は車両（１０）のための動作支援方法又は走行支援方法であって、
ベースとなる作業装置（１０’）又はベースとなる車両（１０）の動作が、ラック力（ＦＺＳＴ）に関する値（Ｚ）に基づき制御又は調整され、
このラック力（ＦＺＳＴ）に関する値（Ｚ）が、請求項１から１２までのいずれか一つに記載の方法により決定される、
方法。
【請求項１４】
作業装置（１０’）又は車両（１０）の操舵システム（１５）のラック力（ＦＺＳＴ）を決定するシステム（１００）であって、
請求項１から１３までのいずれか一つに記載の方法を実施するか、或いはその方法で使用されるように構成され、
特に、
ラック力モデル（Ｍｉ）のセットの準備（Ｓ１）を行なうユニット（１）と、
ベースとなる作業装置（１０’）又はベースとなる車両（１０）の動作パラメータ、特に、走行パラメータ（Ｆｊ）の検出（Ｓ２）を行なうユニット（２）と、
複数のラック力モデル（Ｍｉ）への動作パラメータ、特に、走行パラメータ（Ｆｊ）の供給（Ｓ３）を行なうユニット（３）と、
各ラック力モデル（Ｍｉ）からのラック力（ＦＺＳＴ）に関する値（Ｚｉ）の決定（Ｓ４）を行なうユニット（４）と、
ラック力（ＦＺＳＴ）に関する値（Ｚｉ）の評価（Ｓ５）を行なうユニット（５）と、
（ａ）ラック力モデル（Ｍｉ）からのラック力（ＦＺＳＴ）に関する値（Ｚｉ）に基づき、並びに
（ｂ）評価（Ｓ５）の結果に基づき、
ラック力（ＦＺＳＴ）に関する組み合わせの結果得られる値（Ｚ）の決定（Ｓ６）及び提供（７）を行なうユニット（６，７）と、
により構成されるシステム。
【請求項１５】
作業装置（１０’）又は車両（１０）のための動作支援装置又は走行支援装置であって、
請求項１から１３までのいずれか一つに記載の方法（Ｓ）を実施するように構成されるとともに、特に、請求項１４に記載のシステムを備えた装置。
【請求項１６】
請求項１から１３までのいずれか一つに記載の方法（Ｓ）を実施するか、或いはその方法（Ｓ）で使用されるように構成されることと、
動作支援装置、特に、請求項１４に記載のシステム及び／又は請求項１５に記載の走行支援装置を備えることと、
の中の一つ以上である作業装置（１０’）又は車両（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業装置のラック力を決定する方法及びシステム、作業装置のための動作支援方法及び動作支援装置、並びにそのような作業装置に関する。本発明は、特に、車両のための走行支援方法及び走行支援装置とそのような車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
作業装置、特に、車両の操舵支援システム又は運転者支援システムに特に関連する電気機械式操舵システムでは、多くの関数が、重要な動作パラメータとしてのベースとなる操舵システムのラック力の値に基づき制御（ｓｔｅｕｅｒｎ）又は調整（ｒｅｇｅｌｎ）されている。従って、そのような操舵システムのロバストな動作のためには、ラック力に関する値をロバストに算出することが重要である。
【０００３】
特許文献１から、車両の操舵装置に関するラック力の値を決定する方法が知られており、そこでは、走行プロセスに関するラック力の成分を第一のモデルにより計算し、駐車プロセスに関するラック力の成分を第二のモデルにより計算している。
【０００４】
特許文献２は、単一のオブザーバーモデルを用いて、ラック力を推定する時の外乱変数の補正に関する。
【０００５】
特許文献３は、ラック力を計算するために異なる動作パラメータ及び走行パラメータを採用する操舵制御方法及び装置を記載している。
【０００６】
そのようなラック力に関する値を決定する周知の機器及び／又は方法は、所定の用途に対して、例えば、走行プロセス又は駐車プロセスに対して最適化されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ドイツ特許公開第１０２０１００３０９８６号明細書
【特許文献２】ドイツ特許公開第１０２００８０４２６６６号明細書
【特許文献３】米国特許公開第２０１７／００９６１６１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のことから、本発明の課題は、多数の用途に対して特に信頼できる手法により、ベースとなる操舵システムのラック力に関するロバストな値を算出できる、操舵システムのラック力を決定する方法及びシステム、それに対応する動作支援方法及び動作支援装置、並びに作業装置、特に、車両を提示することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の課題は、ラック力の値を決定する方法に関しては、本発明の請求項１の特徴により解決され、動作支援方法に関しては、本発明の請求項１３の特徴により解決され、ラック力の値を決定するシステムに関しては、本発明の請求項１４の特徴により解決され、動作支援装置に関しては、本発明の請求項１５の特徴により解決され、作業装置、特に、車両に関しては、本発明の請求項１６の特徴により解決される。有利な改善構成は、各従属請求項の対象である。
【００１０】
本発明の第一の観点では、作業装置又は車両の操舵システムのラック力の値を決定するように構成された方法が実現される。本発明による方法は、
ラック力モデルのセットを準備する工程と、
ベースとなる作業装置又は車両の動作パラメータ、特に、走行パラメータを検出する工程と、
動作パラメータ又は走行パラメータを複数のラック力モデルに供給する工程と、
各ラック力モデルからラック力に関する値を決定する工程と、
このラック力に関する値を評価する工程と、
これらのラック力モデルからのラック力に関する値に基づき、並びに前記の評価の結果に基づき、ラック力に関する値として組み合わせの結果得られる値を決定して提供する工程と、
を有する。
【００１１】
本発明により規定される措置によって、即ち、複数のラック力モデルを使用するとともに、それらのモデルから導き出されたラック力に関する値を評価することによって、全体として、より幅広い用途範囲に渡って、向上された信頼度を有するラック力に関する値が得られる。
【００１２】
本発明では、特に、異なるモデルによりラック力の値を複数回計算することによるラック力のロバストな決定及び／又は観察、並びにモデルを単独で使用した場合の結果の妥当性確認及びそれから得られる個々のモデルのシステム的な欠点の防止も重要である。
【００１３】
本発明による方法では、有利な実施構成により、特に、モデル化レベルとしての車両レベル、ステアリングギヤレベル及び／又はステアリング内部レベルに対して、それぞれラック力の値を計算するためのモデルを準備して使用するマルチレベルコンセプト、特に、スリーレベルコンセプトに基づく場合に特に高い信頼度が得られる。
【００１４】
更に、追加の観察及び／又は測定により、マルチレベルコンセプトの結果を用いて上位のモデルレベルを記述する追加の学習モデルを構成して使用することが可能である。この追加のモデルは、擬似的にマルチレベルコンセプトのモデルのカバーとして機能し、特に、個々のモデルレベルの最適な動作点の間の遷移状況において、本発明によるラック力の計算のロバスト性を一層向上させるために利用することができる。
【００１５】
基本的に、ここで述べた互いに異なる手法によりラック力モデルから個別に算出されたラック力に関する値は、ラック力に関する組み合わされた共通の値を導出するために互いに組み合わせて評価することができる。
【００１６】
本発明による方法の有利な改善構成により、複数の値に基づく評価時に、多数決、特に、３分の２の多数決を導き出し、その際、ラック力に関する複数の値から、その多数決に対応する多数の方を選択して、組み合わせの結果得られるラック力に関する値を決定する時のベースにするのが特に有利である。その場合、例えば、個々に導き出されたラック力に関する値が、それに対応して算出される誤差限界に関して共通する数値範囲内に有るのか、及び／又は導き出されたラック力に関する値の何れがその関連において範囲外に有り、そのため無視されるのか、或いは少なくともより軽く重み付けできるのかを調べることができる。
【００１７】
本発明によるラック力の値を決定する方法の別の有利な改善構成では、ラック力モデル及び／又はそれから導き出されるラック力に関する値が動作パラメータ及び／又は走行パラメータに基づき妥当性を調べられる。そのようにして、所定のモデルが、所定の動作パラメータ又は走行パラメータに関する所与の間隔又は数値範囲において、ラック力に関する値を決定する際に、別の間隔又は数値範囲よりも高い妥当性及び信頼性を有する状況を得ることができる。その限りにおいて、例えば、モデルから導き出されたラック力に関する値を評価する時に、異なるラック力モデルの妥当性及び／又は決定力を動作パラメータ又は走行パラメータに応じて導入することができる。
【００１８】
その限りにおいて、ラック力モデルから導き出されるラック力に関する値の評価及び／又は組み合わせの結果得られるラック力に関する値の決定が妥当性に基づき行なわれるのが特に有利である。
【００１９】
それに対応して、ラック力モデル及び／又はそれから導き出されるラック力に関する値が妥当性及び／又は重みに応じて考慮されるのが特に有利であるとすることができる。
【００２０】
本発明による方法の別の有利な改善構成では、組み合わせの結果得られるラック力に関する値が直接提供されるか、或いはその値を表す信号により提供されると規定される。それに対応する値を表す信号は、例えば、ベースとなる操舵システムにおいて調整変数又は制御変数として使用することができる。
【００２１】
基本的に、全てのモデルを使用することができ、それらのモデルから、ラック力に関する値を導き出すことができる。その限りにおいて、採用するラック力モデルの種類及び数は、基本的に任意であり、例えば、各用途に適合される。
【００２２】
そのようにして、本発明による方法の別の実施構成では、ラック力モデルのセットの中の一つのモデルにおいて、ベースとなる作業装置又は車両の操舵システムで力が平衡している時の力の合計として、ラック力の値を決定することができる。
【００２３】
これは、特に、運転者の手のモーメント、操舵支援ユニットのアシスト力及び／又は摩擦力／慣性力を検出することによって、及び／又は次の関係式（１）に基づき行なうことができる。
Ｚ１＝ＭＨ／ｉＬ＋ＦＵ＋ＦＲｅｉｂ    （１）
【００２４】
この関係式（１）では、ＭＨが運転者の手のモーメントの値を表し、ｉＬがベースとなるステアリングピニオンの伝達率及び／又は有効半径の値を表し、ＦＵがアシスト力の値を表し、ＦＲｅｉｂが摩擦力／慣性力の値を表す。
【００２５】
この場合、操舵システムにおけるアシスト力を算出するために、測定可能な変数、特に、電気変数を検出して、特に、カルマンフィルター、ニューラルネットワーク及び／又はそれ以外の学習システムにより評価することができる。
【００２６】
本発明による方法の別の代替改善構成では、ラック力モデルのセットの中の一つのモデルにおいて、作業装置全体又は車両全体で力が平衡している時の力の合計として、詳しくは、全作業装置信号又は全車両信号に基づき、特に、作業装置又は車両の１トラックモデル又は２トラックモデルからステアリングホイール角、走行速度、横方向加速度及び／又はサイドフォースを検出することによって、及び／又は次の関係式（２）に基づきラック力の値を決定すると規定される。
Ｚ２＝ＩＨ／Ｉ＊ｉＳ＊ＦＹ    （２）
【００２７】
この場合、ＩＨ／Ｉは、ホイールベースＩと車両の重心に対する後車軸の間隔ＩＨに基く重心の後傾姿勢を表し、ｉＳは、ベースとなるタイロッドのラジアン角と変位の間のアクスルキネマティクスの伝達率を表し、ＦＹは、車両の重心において作用するサイドフォースを表す。
【００２８】
本発明による方法の別の代替実施構成では、ラック力モデルのセットの中の一つのモデルにおいて、有利には、カルマンフィルター、ニューラルネットワーク及び／又はそれ以外の学習システムを用いて、場合によっては、温度信号及び／又はエンジンアウトプットシャフトの角速度に関する信号を取り入れて、ベースとなる操舵支援システムの電気モータを動作させる信号及び／又は電流値からラック力の値を決定すると規定される。
【００２９】
これらのモデルから得られるラック力に関する値と、特に、導き出すべき組み合わせの結果得られるラック力に関する値の信頼性を一層改善するためには、各モデルから得られるラック力に関する値がラック力に関する一次的な値として、後続の推定方法に供給され、その値から、測定信号マトリックス及び／又は学習方法を取り入れて、特に、ニューラルネットワーク及び／又はカルマンフィルターに基づき、ラック力に関する補正値を導き出すのが有利である。
【００３０】
本発明の別の観点において、動作支援方法も、特に、一般的な作業装置、特に、車両に関する走行支援方法も実現される。本発明による動作支援方法又は走行支援方法では、ベースとなる作業装置、特に、ベースとなる車両の動作が、ラック力に関する値に基づき制御又は調整される。ここで提案する方法では、ラック力の値は、本発明によるラック力の値を決定する方法により算出される。
【００３１】
更に、本発明は、作業装置、特に、車両の操舵システムのラック力を決定するシステムも実現する。ここで提案するシステムは、本発明によるラック力の値を決定する方法又は本発明による動作支援方法又は走行支援方法を実施するように構成される。
【００３２】
特に、本発明によるシステムは、
ラック力モデルのセットを準備するユニットと、
ベースとなる作業装置、特に、ベースとなる車両の動作パラメータ、特に、走行パラメータを検出するユニットと、
動作パラメータ、特に、走行パラメータを複数のラック力モデルに供給するユニットと、
各ラック力モデルからラック力に関する値を決定するユニットと、
ラック力に関する値を評価するユニットと、
（ａ）ラック力モデルからのラック力に関する値及び（ｂ）評価結果に基づき、ラック力に関する組み合わせの結果得られる値を決定して提供するユニットと、
により構成される。
【００３３】
更に、本発明は、作業装置、特に、車両のための動作支援装置、特に、走行支援装置も実現する。ここで提案する動作支援装置は、本発明による作業装置、特に、車両の操舵システムのラック力の値を決定する方法、特に、それに対応する動作支援方法又は走行支援方法を実施するように構成される。特に、この動作支援装置又は走行支援装置は、本発明によるシステムを有する。
【００３４】
更に、本発明は、本発明による操舵システムのラック力の値を決定する方法又はそれに対応する動作支援方法又は走行支援方法を実施するように構成された、或いはそのような方法において使用される作業装置、特に、車両も実現する。
【００３５】
ここで提案する動作支援装置又は走行支援装置は、特に、本発明によるシステムの一つの実施構成を有する。
【００３６】
最後に、本発明は、同じく本発明による操舵システムのラック力の値を決定する方法及び／又は本発明による動作支援方法又は走行支援方法を実施するように構成された、或いはそのような方法において使用される作業装置、特に、車両も実現する。
【００３７】
そのために、特に、ここで提案する作業装置及びここで提案する車両は、本発明に基づき装備された動作支援装置又は走行支援装置、特に、本発明によるシステムを備えることができる。
【００３８】
本発明の更なる詳細、特徴及び利点は、以下の記述及び図面から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明による作業装置又は車両の操舵システムのラック力の値を決定する方法及びシステムの一つの実施構成のフローチャート形式による模式図
【図２】本発明による方法及びシステムの一つの実施構成において採用できる一つのラック力モデルの模式図
【図３】本発明による方法及びシステムの一つの実施構成において採用できる別のラック力モデルの模式図
【図４】本発明による方法及びシステムの一つの実施構成において採用できる更に別のラック力モデルの模式図
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下において、図１〜４を参照して、本発明の実施例と技術的な背景を詳しく説明する。同じ及び同等の部品及び構成要素、並びに同じ及び同等に作用する部品及び構成要素は、同じ符号により表示されている。符号が出現する毎に、その符号により表示される部品及び構成要素の詳しい記述を繰り返していない。
【００４１】
ここで述べる特徴及び更に別の特性は、本発明の核心を逸脱しない限り、任意の形で互いに分離することができるとともに、任意に互いに組み合わせることができる。
【００４２】
図１は、作業装置１０’又は車両１０の操舵システム１５のラック力ＦＺＳＴの値Ｚを決定する本発明による方法Ｓ及び本発明によるシステム１００の一つの実施構成をフローチャート形式により模式的に図示している。
【００４３】
この方法Ｓの第一の工程Ｓ１において、或いはこのシステム１００の第一のユニット１と関連して、複数のラック力モデルＭｉのセットが準備される。これらの個々のラック力モデルＭｉは、例えば、メモリ機器に、手順、関数又はそれらと同等のものとして保存するか、或いはＡＳＩＣの構成要素として、それに対応するパラメータの呼出し及び供給時にラック力ＦＺＳＴに関する値として各モデルＭｉの値Ｚｉを提供することができる。
【００４４】
この方法Ｓの第二の工程Ｓ２において、或いはこのシステム１００の第二のユニット２と関連して、例えば、走行パラメータＦｊとの意味における動作パラメータが、例えば、センサーによって、或いはセンサーにより検出されたデータに基づくそれに対応する数値的な評価によって検出される。
【００４５】
この方法Ｓの次の工程Ｓ３において、或いはこのシステム１００の一つのユニット３と関連して、動作パラメータ又は走行パラメータＦｊが、ラック力モデルのセットのモデルＭｉに入力として供給されて、それに続く工程Ｓ４及びそれに対応するユニット４と関連して、ラック力ＦＺＳＴに関する値Ｚｉが各ラック力モデルＭｉから検出される。
【００４６】
そのため、このようにして、即ち、ラック力モデルＭｉのセットに対応して、それに対応するラック力ＦＺＳＴの値Ｚｉのセットが得られる。
【００４７】
次に、この方法Ｓの次の工程Ｓ５において、或いはこのシステム１００の一つのユニット５と関連して、これらのモデルＭｉから算出されたラック力ＦＺＳＴに関する値Ｚｉが、例えば、その妥当性及び／又はベースとなる各モデルＭｉの有効範囲に関して、動作パラメータ又は走行パラメータＦｊに基づき評価される。
【００４８】
次に、この方法Ｓの次の工程Ｓ６において、或いはこのシステム１００の別のユニット６と関連して、ラック力ＦＺＳＴに関する値Ｚｉに基づき、場合によっては、その値及びそれがベースとするモデルＭｉの妥当性を考慮して、並びに実現可能な重み付けを考慮して、組み合わせの結果得られるラック力ＦＺＳＴに関する値Ｚが、擬似的に関数又は関係式ｆの値として算出され、その関数又は関係式は、モデルＭｉからの値Ｚｉを入力パラメータとして含み、組み合わせの結果得られるラック力ＦＺＳＴに関する値Ｚを供給する。
【００４９】
最後に、この方法Ｓの工程Ｓ７において、或いはこのシステム１００の別のユニット７と関連して、この算出され、組み合わせの結果得られたラック力ＦＺＳＴに関する値Ｚは、直接的に、或いは間接的に、即ち、例えば、それに対応する値を表す信号として、例えば、調整方法又は制御方法で使用するために提供される。
【００５０】
図２〜４は、本発明による方法Ｓ及びシステム１００の一つの実施構成で使用可能な異なるラック力モデルＭ１，Ｍ２，Ｍ３の模式図を図示している。
【００５１】
図２は、ラック力ＦＺＳＴの値Ｚ１を算出するための考え得る第一のモデルＭ１を模式的に図示しており、そのモデルでは、ラック力ＦＺＳＴの値Ｚ１が、例えば、運転者の手のモーメントＭＨ、操舵支援ユニット１５のアシスト力ＦＵ及び／又は摩擦力／慣性力ＦＲｅｉｂを検出することによって、及び／又は以下の関係式（１）に基づき、ベースとなる作動装置１０’又は車両１０の操舵システムにおいて力が平衡している時の力の合計として決定される。
Ｚ１＝ＭＨ／ｉＬ＋ＦＵ＋ＦＲｅｉｂ    （１）
ここで、ＭＨが運転者の手のモーメントの値を表し、ｉＬがベースとなるステアリングピニオンの伝達率及び／又は有効半径の値を表し、ＦＵがアシスト力の値を表し、ＦＲｅｉｂが摩擦力／慣性力の値を表す。
【００５２】
図３は、ラック力ＦＺＳＴの値Ｚ２を算出するための考え得る第二のモデルＭ２を模式的に図示しており、そのモデルでは、ラック力ＦＺＳＴの値Ｚ２が、全作業装置信号又は全車両信号に基づき、力が平衡している時の力の合計として決定される。それは、例えば、作業装置１０’又は車両１０の１トラックモデル又は２トラックモデルからステアリングホイール角、走行速度、横方向加速度及び／又はサイドフォースを検出することによって、及び／又は次の関係式（２）に基づき行なわれる。
Ｚ２＝ＩＨ／Ｉ＊ｉＳ＊ＦＹ    （２）
【００５３】
この場合、ＩＨ／Ｉは、ホイールベースＩと車両の重心に対する後車軸の間隔ＩＨに基づく重心の後傾姿勢を表し、ｉＳは、ベースとなるタイロッドのラジアン角と変位の間のアクスルキネマティクスの伝達率を表し、ＦＹは、車両の重心において作用するサイドフォースを表す。
【００５４】
最後に、図４は、ラック力ＦＺＳＴの値Ｚ３を算出するための考え得る第三のモデルＭ３を模式的に図示しており、そのモデルでは、ラック力ＦＺＳＴの値Ｚ３が、有利には、カルマンフィルター及び／又はニューラルネットワーク１１を用いて、ベースとなる操舵システム１５の電気モータを動作させるための信号及び／又は電流値から決定される。それは、場合によっては、温度信号及び／又はエンジンアウトプットシャフトの角速度に関する信号、或いは別のパラメータ又は変数を取り入れて実施することができる。
【００５５】
以下の記述により、本発明のこれらの特徴及び特性と別の特徴及び特性を更に説明する。
【００５６】
車両の横方向動力学的な動作に関して、走行状態と走行環境が決定的な影響要因である。人の運転者も、自動走行又は半自動走行システムも、車両の安全な横方向誘導のために、これらの影響要因に関する情報のフィードバックに頼っている。
【００５７】
横方向加速度又はヨーレイトなどの横方向動力学変数が各車両の慣性時における実際の走行状態を反映する一方、タイヤ横力は、横方向動力学的アクティブチェインのイニシエータを表す。
【００５８】
これらの走行状態変数は、タイヤ横力と比べて、小さい負担で測定できるが、常に時間的な遅延を伴う。このタイヤ横力は、アクスルキネマティクスに関して、ラック力としてステアリングに作用し、負担のかかる高価な測定技術によってしか決定できない。
【００５９】
更に、電気機械式操舵システムに関して、操舵システムで利用可能なセンサー機器に基づき、発生するラック力を観察するためのアルゴリズムを考案する手法が得られる。そのアルゴリズムの設計は、別の用途の要件に大きく依存する。
【００６０】
従来技術では、具体的な用途に関係なく使用可能な、ラック力の値をロバストに算出する措置は入手できない。
【００６１】
周知の計算方法は、振幅が著しく一定である方向か、或いは位相が著しく一定である方向に最適化されている。
【００６２】
更に、これらの周知のアプローチは、算出が難しいだけでなく、多くの場合、製造時のばらつきの枠組みにおいても、例えば、摩擦などの磨耗によっても変化する多くのパラメータを含む。
【００６３】
効率は、実際の負荷と操舵システムの運動方向に依存するので、算出するだけでも非常に負担がかかる。
【００６４】
その結果、ラック力の値を決定する方法及びシステムの開発は比較的負担がかかり、更に、開発した関数は、非常に限られた範囲内でしか採用できない。
【００６５】
ステアバイワイヤ式操舵システムでは、例えば、ＥＰＳなどの従来の電気機械式操舵システムと比べて、追加要件が存在する。その場合、ステアリングコラムの省略時には、回転トルクセンサーも廃止される。そのセンサーは、これまで運転者が加える手のモーメントを決定する役割を果たしている。
【００６６】
更に、ステアバイワイヤ式システムは、要求される故障に対する安全性のために冗長的に構成された制御機器とエンジンにより駆動されなければならない。
【００６７】
その結果、そのシステムには、追加の摩擦、慣性及び弾性が存在し、それにより、計算構成が従来のＥＰＳ操舵よりも複雑になっている。
【００６８】
追加の測定信号も考慮しなければならない。
【００６９】
本発明では、ラック力観察の最適化は、ラック力の冗長な計算に基づき達成される。
【００７０】
このアプローチの利点は、全体として一緒に作用させて一つの方法の欠点をそれぞれ均す手法により、異なるラック力モデルＭｉとの意味において異なる計算方法を組み合わせることである。
【００７１】
第一のモデルＭ１又は第一の方法は、例えば、ラック力を観察することであり、その観察では、図２に図示されている通り、操舵システム１５において、運転者、即ち、運転者の手のモーメントＭＨ、アシスト力ＦＵ及び摩擦力／慣性力ＦＲｅｉｂの影響による力が均衡している時の力の合計が、測定技術的に直接的に検出されないラック力ＦＺＳＴを推定することを可能にしている。
【００７２】
この場合、アシスト力ＦＵを精確に算出するために、例えば、カルマンフィルターを使用することができる。このアプローチは、操舵システム１５において測定可能な変数を考慮している。本発明では、操舵部の摩擦力又はスティックスリップ効果が変化した場合の起こり得る欠点が、別のラック力モデルとの組み合わせにより補正されている。
【００７３】
第二のモデルＭ２又は第二の方法は、全車両信号に基づきラック力の値を計算することである。
【００７４】
図３に図示されている通り、例えば、ステアリングホイール角、車両速度に関する値に基づき、モデルによる車両構成、例えば、１トラックモデルを用いて、或いは２トラックモデルの形態により、横方向加速度と、それによりサイドフォースを推定することができる。
【００７５】
ラック力の値ＦＺＳＴは、サイドフォースとアクスルキネマティクスのアシスト比率から算出される。横方向加速度は、直列形態のセンサー機器により検出されるので、使用する車両モデルのパラメータは、リアルタイム及び／又はオンラインで更新又は最適化することができる。
【００７６】
第三のモデルＭ３又はそれに対応する第三の方法に関して、電気モータ動作の枠組みにおいて検出される信号が使用される。その信号には、電気モータにより提供されるアシストモーメントに関する情報を与える測定された電気信号が属する。
【００７７】
更に、例えば、温度信号及び／又はエンジンアウトプットシャフトの角速度に関する値が、発生するエンジントルクの推定を行なうのに役に立つ。結果として生じるエンジントルクと、そのため、操舵部の力の均衡により生じるラック力を算出するために、図４に図示されている通り、カルマンフィルター、ニューラルネットワーク及び／又は学習方法などの計算方法を使用することができる。
【００７８】
ここで提案したモデルＭ１〜Ｍ３のセット又はそれらに追加されるモデルに基づくラック力の値の計算は、最適な場合、三つの同じラック力信号を提供する。しかし、別の場合には、異なる計算方法の間に偏差が発生する可能性が有る。従って、ラック力計算を最適化するとの目的は、算出されたラック力信号の評価と重み付けを必要とする。第一の工程で、多数決により有効な信号の選択を行なうことができる。
【００７９】
個々のモデルＭ１〜Ｍ３から生成されるラック力ＦＺＳＴに関する値Ｚ１〜Ｚ３を評価する際に、以下の措置が考えられる。
【００８０】
一つの計算方法、即ち、モデルＭ１〜Ｍ３の中の一つの結果が、それ以外の二つの方法又はモデルの結果と大きく異なる場合、その偏差が誤りとして評価されて、ラック力ＦＺＳＴに関する残りの値又はそれに対応する信号が信任される。更に、この選択方法は、ラック力計算の品質に対する各要件に応じて適合させることができる。この場合、走行状態の評価は、例えば、一つの方法を表すことができる。基準として測定された横方向加速度が比較的ロバストなラック力計算を可能にする準定常的な操縦形態に関して、第二の方法が高い重みを付与される。
【００８１】
そのようにして、ラック力ＦＺＳＴに関する値Ｚｉが三つの順番に積み上がるレベル、即ち、
１．操舵部のアシストモータ及び／又は制御機器の電気変数のレベル、
２．操舵部の機械変数のレベル、並びに
３．車両変数のレベル、
において観察される。
【００８２】
操舵システム１５は、３分の２の多数決により、外部入力無しに、何れの方法が各走行状況において最も精確な結果を提供するのかを決定することができる。
【００８３】
信号のジャンプが生じないようにするために、計算方法の間の遷移状況が特に観察される。複数の時間ステップによる段階又はフィルターアルゴリズムを使用することによって、連続した遷移が保証される。
【００８４】
本発明による観点及び有利な実施構成が、添付図面と組み合わせて説明した実施例に基づき詳しく説明されている場合でも、当業者には、添付した請求項により保護範囲が規定された本発明の範囲を逸脱すること無く、ここで示された実施例の特徴を修正するとともに、組み合せることが可能である。
【符号の説明】
【００８５】
１      ラック力モデルＭｉのセットの準備Ｓ１を行なうユニット
２      動作パラメータ／走行パラメータＦｊの検出Ｓ２を行なうユニット
３      動作パラメータ／走行パラメータＦｊの供給Ｓ３を行なうユニット
４      ラック力ＦＺＳＴに関する値Ｚｉの決定Ｓ４を行なうユニット
５      ラック力ＦＺＳＴに関する値Ｚｉの評価Ｓ５を行なうユニット
６      ラック力ＦＺＳＴに関する組み合わせの結果得られる値Ｚの決定Ｓ６を行なうユニット
７      ラック力ＦＺＳＴに関する組み合わせの結果得られる値Ｚの提供Ｓ７を行なうユニット
１０      車両
１０’    作業装置
１１      ニューラルネットワーク
１２      電気モータ、アシストモータ
１５      操舵システム
１００      システム
Ｆｊ        走行パラメータ、ｊ＝１，２，３，．．．
ＦＲｅｉｂ  摩擦力（の値）
ＦＵ        アシスト力（の値）
ＦＹ        車両の重心において作用するサイドフォース
ＦＺＳＴ    ラック力（の値）
Ｉ          ホイールベース
ＩＨ        車両の重心に対する後車軸の距離
ＩＨ／Ｉ    重心の傾斜姿勢
ｉＬ        ベースとなるステアリングピニオンの伝達率及び／又は有効半径
ｉＳ        ベースとなるタイロッドのラジアン角と変位の間のアクスルキネマティクスの伝達率
ＭＨ        運転者の手のモーメント（の値）
Ｍｉ        ラック力モデル、ｉ＝１，２，３，．．．
Ｓ          方法
Ｓ１        ラック力モデルＭｉのセットの準備
Ｓ２        動作パラメータ／走行パラメータＦｊの検出
Ｓ３        動作パラメータ／走行パラメータＦｊの供給
Ｓ４        ラック力ＦＺＳＴに関する値Ｚｉの決定
Ｓ５        ラック力ＦＺＳＴに関する値Ｚｉの評価
Ｓ６        ラック力ＦＺＳＴに関する組み合わせの結果得られる値Ｚの決定
Ｓ７        ラック力ＦＺＳＴに関する組み合わせの結果得られる値Ｚの提供
Ｚ          ラック力ＦＺＳＴに関する（組み合わされた／結果として得られた）値
Ｚｉ        ラック力モデルＭｉからのラック力ＦＺＳＴの値、ｉ＝１，２，３，．．．
【図１】
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【図２】
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【図３】
2019104486.tif 000005
【図４】
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【外国語明細書】
2019104486000001.pdf