(57)【要約】      （修正有）【課題】自動車を操舵するための方法と装置を提供する。【解決手段】自動車のステアリングホイール１２の検出された操舵角（ψ）に基づいてステアリングホイールモーメント（ＭＬ）を求めるステップと、自動車の回転シャフト１６の回転シャフトモーメント（ＭＤ）を検出するステップを有し、ステアリングホイール１２の自由復元を検出するために、ステアリングホイールモーメント（ＭＬ）と回転シャフトモーメント（ＭＤ）を比較する、自動車を操舵するための方法に関する。【選択図】図１
2015101335.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車のステアリングホイール（１２）の検出された操舵角（ψ）に基づいてステアリングホイールモーメント（ＭＬ）を求めるステップと、
自動車の回転シャフト（１６）の回転シャフトモーメント（ＭＤ）を検出するステップを有する、
自動車を操舵するための方法（４０）において、
前記ステアリングホイール（１２）の自由復元を検出するために、ステアリングホイールモーメント（ＭＬ）と回転シャフトモーメント（ＭＤ）を比較することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ステアリングホイール（１２）の自由復元が検出される場合に、ステアリングホイール復元減衰（Ｄ）を調節することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ステアリングホイール（１２）の自由復元が検出される場合に、前記ステアリングホイール復元減衰（Ｄ）をステアリングホイール（１２）の基本減衰（３４）に加算することを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
角加速度（ａ）とステアリングホイール慣性（ＪＬ）に基づいて前記ステアリングホイールモーメント（ＭＬ）を求めることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記ステアリングホイールモーメント（ＭＬ）と前記回転シャフトモーメント（ＭＤ）の差が予め定めた閾値を下回る場合に、前記自由復元を検出することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記回転シャフトモーメント（ＭＤ）を低域フィルタ（４８）によって濾波することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
遅延素子を用いて前記回転シャフトモーメント（ＭＤ）を遅らせることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
低域フィルタ（５２）を用いて前記ステアリングホイール角速度（ω）を濾波することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記ステアリングホイール（１２）の前記ステアリングホイール角速度（ω）に依存しておよび前記回転シャフトモーメント（ＭＤ）に依存して前記閾値を調節することを特徴とする請求項５〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記ステアリングホイールモーメント（ＭＬ）と前記回転シャフトモーメント（ＭＤ）の差が予め定めた閾値を上回る場合に、前記自由復元の終了を検出することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記ステアリングホイール角速度（ω）と前記差を遅延素子によって遅らせることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記回転シャフトモーメント（ＭＤ）の振幅および／または周波数に依存して時間の遅れを調節することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
ステアリングホイール操作によって装置を操作するためのステアリングホイール（１２）と、
操舵される自動車の車輪（２０Ｒ、２０Ｌ）にステアリング操作を伝達するための回転シャフト（１６）と、
前記ステアリングホイール（１２）の操舵角（ψ）を検出するための操舵角検出ユニット（２２）と、
前記回転シャフト（１６）の回転シャフトモーメント（ＭＤ）を検出するための回転シャフトモーメント検出ユニット（２４）と、
ステアリングホイールの復元を求めるための復元決定ユニット（１４）を備えている、
自動車を操舵するための装置（１０）において、
前記操舵角（ψ）に基づいてステアリングホイールモーメント（ＭＬ）を決定し、このステアリングホイールモーメント（ＭＬ）と前記回転シャフトモーメント（ＭＤ）に基づいて前記ステアリングホイール（１２）の自由復元を検出する前記復元決定ユニット（１４）が形成されていることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車のステアリングホイールの検出された操舵角に基づいて、ステアリングホイールを加速する動的ステアリングホイールモーメントを求め、自動車の回転シャフトの回転シャフトモーメントを検出する、自動車を操舵するための方法に関する。
【０００２】
本発明はさらに、ステアリングホイール操作によって装置を操作するためのステアリングホイールと、操舵される自動車の車輪にステアリング操作を伝達するための回転シャフトと、ステアリングホイールの操舵角を検出するための操舵角検出ユニットと、回転シャフトの回転シャフトモーメントを検出するための回転シャフトモーメント検出ユニットと、ステアリングホイールの復元を求めるための復元決定ユニットを備えている、自動車を操舵するための装置に関する。
【０００３】
本発明は最後に、自動車を操舵するための装置を備えた自動車に関する。
【背景技術】
【０００４】
自動車操舵技術の分野において、向きを変えた車輪が操舵装置に復元力を概括的に加え、それによって操舵された車輪のゼロ位置または横力のない状態への復元操舵が可能であることが周知である。運転者がステアリングホイールを解放することによってこの復元操舵が行われるので、横力のない状態への操舵運動は専ら操舵された車輪の復元力によって行われる。
【０００５】
しかしながら、運転者がステアリングホイールを解放する、ステアリングホイールのいわゆる自由復元によるこのような復元操舵は、ステアリングホイールの復元運動がゼロ位置を越えて移動する場合には、自動車の制御できない走行状況、いわゆるヨーイング振動を生じることになる。このようなヨーイング振動を回避するために、ステアリングホイールまたはステアリングホイール運動が通常は持続的に減衰される。それによって、自由復元におけるステアリングホイールの行き過ぎを最小限に抑えることができる。その際、この持続的な減衰が大きな操舵力を必要とするので、操舵が概括的に不快に感じられるという欠点がある。
【０００６】
このようなヨーイング振動を回避し、同時にステアリングホイールの減衰を状況に応じて調節するためには、ステアリングホイールの自由復元を確実に検出しなければならない。自由復元を検出するために、例えば独国特許出願公開第１０２００９００９０３２Ａ１号明細書（特許文献１）において、ステアリングホイールの操舵角の経過、操舵モーメントおよび操舵角加速度を検出し、分析することが提案されている。その際、自由復元がステアリングホイールの普通の運動に基づいて決定され、従ってステアリングホイールの自由復元がすべての信号の零交差の後で初めて検出可能であるという欠点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００９００９０３２Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明の課題は、復元操舵を迅速に検出することができる、自動車を操舵するための方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題は冒頭に述べた方法において、ステアリングホイールの自由復元を検出するために、ステアリングホイールモーメントと回転シャフトモーメントを比較することによって解決される。
【００１０】
上記課題は冒頭に述べた装置において、操舵角に基づいてステアリングホイールモーメントを決定し、このステアリングホイールモーメントと回転シャフトモーメントに基づいて前記ステアリングホイールの自由復元を求めるために、復元決定ユニットが形成されていることによって解決される。
【００１１】
上記課題は冒頭に述べた自動車において、本発明に係る自動車を操舵するための装置によって解決される。
【００１２】
操舵角に基づいてステアリングホイールモーメントを決定し、回転シャフトモーメントと比較することにより、技術的に少ないコストで、運転者によってステアリングホイールに加えられる動的手動モーメントを求めることができるので、あらゆる走行状況においてステアリングホイールの自由復元を確実に求めることができる。
【００１３】
従って、本発明の課題は完全に解決される。
【００１４】
有利な実施形態では、ステアリングホイールの自由復元が検出される場合に、ステアリングホイール復元減衰を調節する。この場合、ステアリングホイールは専ら回転シャフトモーメントによって加速される。運転者はモーメントを加えない。
【００１５】
それによって、自動車のヨーイング振動を高い信頼性で防止することができる。
【００１６】
他の実施形態では、ステアリングホイールの自由復元が検出される場合に、ステアリングホイール復元減衰をステアリングホイールの基本減衰に加算する。
【００１７】
それによって、快適な操舵感覚が得られる。というのは、ステアリングホイールの基本減衰を概括的に低減することができるからである。
【００１８】
さらに、角加速度とステアリングホイール慣性に基づいてステアリングホイールモーメントを求めると有利である。
【００１９】
それによって、少ない技術的コストで、ステアリングホイールモーメントを確実に決定することができる。
【００２０】
さらに、ステアリングホイールモーメントと回転シャフトモーメントの差が予め定めた閾値を下回る場合に、ステアリングホイールの自由復元を検出すると有利である。
【００２１】
それによって、技術的に少ないコストで、ステアリングホイールの自由復元を、操縦された復元と区別することができる。
【００２２】
さらに、回転シャフトモーメントを低域フィルタによって濾波すると有利である。
【００２３】
それによって、回転シャフトモーメントの妨害信号を濾波除去することができ、同時に回転シャフトモーメントを評価するための技術的コストを低減することができる。
【００２４】
さらに、遅延素子を用いて回転シャフトモーメントを遅らせると有利である。
【００２５】
それによって、回転シャフトモーメントの信号を、求められたステアリングホイールモーメントに時間的に適合させることができる。このステアリングホイールモーメントは操舵角の連続的な決定によって、特に操舵角の微分によって遅延される。
【００２６】
さらに、低域フィルタを用いてステアリングホイール角速度を濾波すると有利である。
【００２７】
それによって、相応するステアリングホイール角速度信号を平滑化することができ、かつステアリングホイール角速度の他の評価を簡単化することができる。
【００２８】
さらに、ステアリングホイールのステアリングホイール角速度に依存しておよび回転シャフトモーメントに依存して、ステアリングホイールモーメントと回転シャフトモーメントの差のための閾値を調節すると有利である。
【００２９】
それによって、自由復元を、高められた信頼性でかつ状況に応じて確認することができ、エラーを含む確認を回避することができる。
【００３０】
さらに、ステアリングホイールモーメントと回転シャフトモーメントの差が予め定めた閾値を上回る場合に、ステアリングホイールの自由復元の終了を検出すると有利である。
【００３１】
それによって、相応するステアリングホイール復元減衰を、少ない技術的コストで確実に非作用にすることができ、従って快適な操舵が提供される。
【００３２】
その際、ステアリングホイール角速度と差を遅延素子によって遅らせると特に有利である。
【００３３】
それによって、ステアリングホイール復元減衰の過早の非作用化が確実に回避される。
【００３４】
さらに、回転シャフトモーメントの振幅および／または周波数に依存して時間の遅れを調節すると有利である。
【００３５】
それによって、ステアリングホイール復元減衰の停止を回転シャフトモーメントの信号変動に適合させることができ、従って停止を状況に応じて感知し、停止の信頼性をさらに高めることができる。
【００３６】
従って概括的に、本発明によって少ない技術的コストで自由復元を確実に演算することができる。なぜなら、ステアリングホイールモーメントと回転シャフトモーメントを比較することによって運転者の手動モーメントを状況に応じて確実に測定することができるからである。それによって、状況に応じて、ステアリングホイール復元減衰を作用させ、同時に操舵運動の一般的な減衰を低減することができるので、操舵は概括的に快適になる。
【００３７】
上述の特徴と次に説明する特徴がその都度記載された組み合わせだけでなく、本発明の範囲を逸脱することなく、他の組み合わせでもまたは単独でも使用可能であることが理解される。
【００３８】
本発明の実施の形態が図に示してある。次に、この実施の形態を詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】自動車の操舵装置の概略図である。
【図２】ステアリングホイール復元減衰決定の概略的なフローチャートである。
【図３】ステアリングホイールの自由復元検出の詳細なフローチャートである。
【図４】ステアリングホイールの自由復元を決定するために検出および決定された値を説明するための概略的なタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
図１は操舵装置の概略図であり、この操舵装置全体が１０で示してある。操舵装置１０はステアリングホイール１２を備え、このステアリングホイールはステアリングユニット１４に連結され、ステアリングホイールモーメントＭＬをステアリングユニット１４に伝達する。ステアリングユニット１４はステアリングシャフト１６または回転シャフト１６を備え、このステアリングシャフトまたは回転シャフトはピニオンを介してステアリングロッド１８またはラック１８に連結され、このステアリングロッドまたはラックはステアリングホイール操作に応じて、操舵される車輪２０Ｒ、２０Ｌの向きを調整するかまたはこの車輪を操舵する。回転シャフト１６はステアリングユニット１４からステアリングロッド１８にまたはその逆に回転シャフトモーメントＭＤを伝達する。回転シャフト１６はねじり弾性的なシャフトであり、このシャフトのねじれから回転シャフトモーメントＭＤを検出することができる。ステアリングホイール１２の操舵角ψを検出するために、操舵角検出ユニット２２がステアリングホイール１２に付設されている。回転シャフトモーメントＭＤをそのねじれから検出するために、ステアリングユニット１４は回転シャフトモーメント検出ユニット２４を備えている。回転シャフトモーメント検出ユニット２４はねじれまたはねじれ角を検出するために、好ましくはホールセンサを備えている。ステアリングユニット１４はさらに、ステアリングホイール１２の運動を状況に依存して減衰するように形成された減衰ユニット２６を備えている。
【００４１】
本発明ではさらに、回転シャフトモーメントＭＤとステアリングホイールモーメントＭＬの差によって、ステアリングホイール１２の自由復元が求められる。この場合、回転シャフトモーメントＭＤとステアリングホイールモーメントＭＬの差が予め定めた値を下回る場合に、自由復元が検出される。その際、ステアリングホイールモーメントＭＬはステアリングホイール加速度から求められ、このステアリングホイール加速度はステアリングホイール１２のねじり慣性ＪＬに乗算される操舵角ψを２回微分することによって求められる。自由復元の際、ステアリングホイール１２は専ら回転シャフトモーメントＭＤによって加速される。この場合、運転者は操舵運動のためにモーメントを加えない。この状況で回転シャフトモーメントＭＤとステアリングホイールモーメントＭＬは等しいかまたはその差はゼロに近い。回転シャフトモーメントＭＤとステアリングホイールモーメントＭＬの差がゼロかまたはきわめて小さい場合、運転者がステアリングホイールモーメントＭＬを加えず、自由なステアリング復元が生じていることが推測される。この状況で、ステアリングホイール１２が減衰ユニット２６によって独立して減衰されるので、自由復元の際に自動車のヨーイング動作を防止することができる。
【００４２】
図２には、自由復元の際のステアリングホイール減衰を決めるブロック図が概略的に示してある。自由復元を求めるための入力値として、回転シャフトモーメントＭＤと操舵角ψが役立つ。自由復元を検出するために、操舵角ψから２回の微分によってステアリングホイール１２の操舵角加速度が求められ、ステアリングホイール１２のねじり慣性ＪＬからステアリングホイールモーメントＭＬが決定される。回転シャフトモーメントＭＤとステアリングホイールモーメントＭＬの減算によって、運転者のモーメント加担（手動モーメント）が推測可能であり、それにより検出信号Ｉが供給される。この検出信号は自由復元を好ましくは０と１の間の信号として出力する。検出信号Ｉは好ましくはゆっくりした勾配を有する。自由復元の検出は図２において全体を３０で示してある。減衰ユニット２６は概括的に、自由復元のための減衰３２を供給し、かつ車速Ｖと操舵角速度ωに依存してステアリングホイール１２の基本減衰３４を供給する。自由復元のための減衰３２は３６で示すように検出信号Ｉに乗算され、それにより自由復元が検出される場合に作用し、自由復元が検出されない場合に作用を停止される。ステアリングホイール１２の全体の減衰Ｄを生じるために、自由復元のための減衰３２と基本減衰３４が３８で加算される。従って、減衰Ｄは自動車の標準運転では基本減衰３４に一致する小さな値に調節され、自由復元では復元減衰３２だけ高められる。それによって、ステアリングホイール１２の個々の減衰Ｄを、技術的に小さなコストで状況に依存して確実に調節することができる。
【００４３】
図３には、ステアリングホイール１２の自由復元を検出するためおよび検出信号Ｉを提供するための詳細なブロック図が示してあり、ブロック図全体を４０で示してある。入力値として操舵角ψが役立つ。この操舵角から微分４２によって操舵角速度ωが求められる。操舵角速度ωからさらなる微分４４によって操舵角加速度ａが求められる。操舵角加速度ａをステアリングホイール１２のねじり慣性ＪＬに乗算することにより、４６でステアリングホイールモーメントＭＬが求められる。回転シャフトトルク検出ユニット２４によって検出された回転シャフトモーメントＭＤは、低域フィルタ４８によって濾波される。運転者によってステアリングホイール１２に加えられる動的な手動モーメントＭＨを求めるために、濾波された回転シャフトモーメントＭＤは５０で示すように、ステアリングホイールモーメントＭＬから差し引かれる。
【００４４】
次のスイッチオン条件またはスイッチオフ条件を少ないコストで処理するために、操舵角速度ωは５２で低域フィルタによって濾波される。
【００４５】
このようにして得られた信号から、次に、全体を５４で示すようにスイッチオン条件（復元減衰３２供給条件）が求められるかあるいはステアリングホイール１２の自由復元が検出され、そして全体を５６で示すように、スイッチオフ条件（復元減衰３２終了条件）または自由復元の非存在が求められる。自由復元を検出するために、５８で閾値を用いて、高いステアリングホイール速度ωが存在するかどうかが確認される。さらに、６０で、手動モーメントまたはステアリングホイールモーメントＭＬと回転シャフトモーメントＭＤのモーメント差が閾値を下回るかどうか、すなわち小さなモーメント差が存在するかどうかが確認され、そしてさらに６２で閾値を用いて、大きな回転シャフトモーメントＭＤが存在するかどうかが確認される。ＡＮＤ演算子６４によって、自由復元が検出されたかどうかを示す信号が決定ユニット６６に供給される。
【００４６】
５６で、自由復元が終了し、それにより復元減衰を終了しなければならないかどうかが概括的に確認される。そのために、６８で、操舵角速度ωが閾値を下回るかどうかが確認され、そして７０で、手動モーメントＭＨまたはステアリングホイールモーメントＭＬと回転シャフトモーメントＭＤの差が予め定めた閾値を上回るかどうかが確認される。２つの遅延素子７２、７４を用いて、演算子６８、７０の信号が時間を遅延され、ＯＲ演算子７６に供給される。７６で、小さな操舵角速度ωが存在するかどうかあるいはステアリングホイールモーメントＭＬと回転シャフトモーメントＭＤの間の大きな差が存在するかどうかが検出される場合、リセット信号Ｒが決定ユニット６６に供給され、この決定ユニットが検出された自由復元の状態をリセットする。回転シャフトモーメントＭＤの大きな変動を適切に調節し、それによって状況に応じて確実に処理するために、時間演算子７４は振動インジケータＳによって通常のごとく調節される。
【００４７】
決定ユニット６６は遅延素子７８に接続されている。この遅延素子は時間の遅れを調節し、そしてさらに、供給された信号の立上がりまたは立下がりを制限するために、勾配制限器８０に接続されている。
【００４８】
結果的に、ステアリングホイール１２の自由復元が存在するかしないかを確実に検出する検出信号Ｉが提供される。
【００４９】
図４には、操舵角ψ、自動車のヨーレートＧ、検出された回転シャフトモーメントＭＤおよび見積もられたステアリングホイールモーメントＭＬ並びに検出信号Ｉの時間的な経過が示してある。
【００５０】
先ず、ステアリングホイール１２は、図４ａに示すように、時点ｔ０で負の方向に（急に）操舵される。時点ｔ１で操舵過程が中断され、ステアリングホイール１２は自由に戻る（復元する）。図４ａにおいて減衰された復元は破線で示されている。図４ｂには、図１の操舵運動時のヨーレートＧが減衰されていない復元（実線）と減衰された復元（破線）について示してある。図４ｃに示すように、回転シャフトモーメントＭＤ（破線）とステアリングホイールモーメントＭＬ（実線）が互いに近接するので、ｔ１で自由復元を確実に確認することができる。これは図４ｄにおいて、最も速い検出時点を示す破線の迅速な検出信号によって概略的に示されている。その際、実線の検出信号Ｉは演算子７８、８０によって変更された検出信号に相当する。
【００５１】
本発明に係る方法によって全体として、自由復元が確実に検出され、それによりヨーレートＧの振動を低減するために、ステアリングホイール１２が状況に依存して減衰される。
【符号の説明】
【００５２】
１２  ステアリングホイール
１６  回転シャフト
４０  方法
ＭＤ  回転シャフトモーメント
ＭＬ  ステアリングホイールモーメント
【図１】
2015101335.tif 000003
【図２】
2015101335.tif 000004
【図３】
2015101335.tif 000005
【図４】
2015101335.tif 000006