(57)【要約】【課題】ステアリングホイールが初期位置から矯正位置まで最小角距離で移動し、ミスアライメントを効率的かつ適時に矯正できる改善されたステアバイワイヤシステムを提供することにある。【解決手段】ステアリングホイールと、トルクフィードバックアクチュエータと、ステアリングホイール角度センサと、コントローラとを備えた有線ステアリングシステムのステアリングホイール初期化システム。コントローラは、それぞれのセンサにより測定されたロードホイールおよびステアリングホイールの相対角度位置に基いて矯正ステアリングホイール角度を計算することができる。次にコントローラは、トルクフィードバック発生器を制御して、トルクフィードバック発生器がステアリングホイールを最小角度で回転させるようにして、ステアリングホイールを矯正位置へと回転させる。【選択図】　　　図１
2004051094.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイールの角度変位を検出できるステアリングホイール角度センサと、
ステアリングホイールのフィードバックトルクを発生できるトルクフィードバックアクチュエータと、
ロードホイール角度を受入れかつ前記ステアリングホイール角度センサと協働して、ステアリングホイール角度を決定するコントローラとを有し、
該コントローラは、少なくとも１つのロードホイールに対する矯正ステアリングホイール角度を計算することにより、ロードホイール角度に対するステアリングホイールの位置を矯正しかつトルクフィードバックアクチュエータによりステアリングホイールを矯正ステアリングホイール角度へと回転させ、
前記コントローラは、ステアリングホイールが矯正ステアリングホイール角度へと回転される最小角度変位を計算することを特徴とするステアバイワイヤシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロードホイールがステアリングホイールに機械的に連結されていないステアリング（操舵）装置であって、オペレータの入力に応答してロードホイールを配向させる車両用ステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な自動車は、ステアリングホイールの回転を、同態様でロードホイールに伝導するステアリング機構に伝達することにより操舵される。一般に、ステアリングホイールは車両の客室内に配置され、ロードホイールは車両の前方に配置されている。かくして、ステアリングホイールとロードホイールとを連結するには適当なステアリング機構が必要である。
【０００３】
代表的なステアリング機構は、ラックアンドピニオン形式のステアリング機構である。ラックアンドピニオンステアリング機構では、ステアリングホイールの回転運動は、ステアリングシャフトを介して、その遠位端のピニオンギヤに伝達される。ピニオンギヤは両ロードホイール間で横方向に配置されたラックギヤと係合しており、該ラックギヤはタイロッドを介してロードホイールに連結されている。この態様で、ステアリングホイールの回転がラックギヤの横方向運動に変換され、これによりロードホイールが所望方向に枢動される。一般に、機械式ステアリング機構は、油圧または電気補助ユニットによりパワーアシストされている。
【０００４】
上記機械式ステアリング機構は多数の制限を有している。ステアリングホイールおよびステアリング機構が或る態様で機械的に連結されるとき、ステアリングホイールの位置は車両の客室内に制限される。また、連結部材のサイズおよび重量によって、車両のレイアウトおよび性能が制限される。
【０００５】
このような制限を解消するため、ステアリングホイールがロードホイールに機械的に連結されないステアリングシステムであって、ロードホイールおよびステアリング運動が、電気的に制御されるモータにより、例えばステアバイワイヤシステム（ｓｔｅｅｒ−ｂｙ−ｗｉｒｅ　ｓｙｓｔｅｍ）により達成されるステアリングシステムが提案されている。ステアバイワイヤシステムでは、ステアリングアクチュエータが、ステアリングホイール角度および車両速度等の種々のステアリングパラメータの検出値に応答して作動する。検出値はセンサからステアリングアクチュエータに電子的に伝導され、これによりステアリングアクチュエータがロードホイールを所望方向に配向する。
【０００６】
ステアバイワイヤシステムは、上記多数の問題を解決する。また、ステアバイワイヤシステムには、機械的に連結されたステアリングシステムには見られない、特有の他の多くの長所がある。例えば、ステアバイワイヤシステムは、車両の効率および性能を高めるための他の電子制御システムに一体化させることができる。
【０００７】
ステアバイワイヤシステムは明らかな長所を有しているが、多数の問題をも有している。オペレータとロードホイールとの直接的かつ機械的式な連結は全く存在しないので、ステアリングホイールの方向とロードホイールの方向とを一致させる必要はなく、例えば、ロードホイールを右方に向かせるときにステアリングホイールを左方に回転させることも可能になる。このような矛盾は、車両が停止されていて、ロードホイールの対応枢動を引起こすことなくステアリングホイールが回転されるような場合において、ステアバイワイヤシステムへの給電停止時に生じる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従って、ステアリングホイールとロードホイールとのミスアライメントを矯正できかつミスアライメントを自動的に矯正できる改善されたステアバイワイヤシステムが当業界で要望されている。また、ステアバイワイヤシステムは、ステアリングホイールが初期位置から矯正位置まで最小角距離を移動するように、ミスアライメントを効率的かつ適時に矯正できなくてはならない。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
従って本発明は、ロードホイール角度センサと、ステアリングホイール角度センサと、トルクフィードバックアクチュエータとを備えた改善されたステアバイワイヤシステムを提供する。上記構成要素は、ロードホイールおよびステアリングホイールのそれぞれのセンサにより測定された、ロードホイールとステアリングホイールとの相対角度位置に基いて矯正ステアリングホイール角度を計算できるコントローラに連結されている。次にコントローラは、トルクフィードバック発生器を制御してステアリングホイールを矯正位置に回転させ、これによりトルクフィードバック発生器はステアリングホイールを最小角度で回転させる。この初期化の間、運転者の安全を確保すべく、回転が円滑になりかつ許容できる低速になるようにステアリングホイールの回転運動も制御される。回転運動の滑らかさおよび進行（ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｏｎ）をチェックすることにより、コントローラは、予測した回転摩擦より大きい、矯正に対するあらゆる抵抗を検出する。あらゆる抵抗に応答して、コントローラは更に、警告信号を発することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、自動車に使用するための本発明の好ましい実施形態によるステアバイワイヤシステム１０を示す概略ブロック図である。ステアバイワイヤシステム１０は、シャフト１４の回りで回転できるステアリングホイール１２を有している。ステアリングホイール１２は、シャフト１４を介してトルクアクチュエータ１８に機械的に連結されている。トルクアクチュエータ１８は更にコントローラ２０に電気的に接続されており、該コントローラ２０は、一般的なステアバイワイヤシステムの場合のようにステアリングホイール１２の反動トルクの大きさおよび方向を制御する。本発明のシステムはまた、ステアリングホイール角度を検出する少なくとも１つのステアリングホイール角度センサ１６を有している。検出されたステアリングホイール角度は、ロードホイール角度２２に一致する入力値を受入れることもできるコントローラ２０に伝送される。ロードホイール角度は、好ましくは、車両（図示せず）のロードホイールの近くに配置された１つ以上のロードホイールセンサ（図示せず）により決定される。
【００１１】
通常の作動時には、本発明のステアバイワイヤシステム１０は、ステアリングホイール１２の機械式ステアリングシステムのステアリングフィーリングを模擬化する。この模擬化されたフィーリングは、トルクアクチュエータ１８により発生されるトルクの効果である。トルクアクチュエータ１８はコントローラ２０により制御されて、ステアリング情報を車両オペレータに通信するための、シャフト１４およびステアリングホイール１２のトルクを発生する。本発明のステアバイワイヤシステム１０は、更に、車両の始動時に、検出されたステアリングホイール角度と検出されたロードホイール角度との間のあらゆる変化を効率的に矯正できる。
【００１２】
図２は、本発明のステアバイワイヤシステムの作動を示すフローチャートである。ステップＳ１００では、ステアバイワイヤシステム１０に給電される。この給電は、内燃機関の点火の直前で、車両の電気部品への給電と同時に行なうのが好ましい。或いは、ステアバイワイヤシステムには、運転前に下記ステップが完了するように給電することもできる。ステップＳ１０２では、ステアリングホイールの初期化が開始される。
【００１３】
ステップＳ１０４では、ロードホイール角度（ｒｏａｄ　ｗｈｅｅｌ　ａｎｇｌｅ：ＲＷＡ）が読取られかつコントローラ２０に伝送される。ステップＳ１０６では、デフォルト・ステアリング比（ｄｅｆａｕｌｔ　ｓｔｅｅｒｉｎｇ　ｒａｔｉｏ：ＤＳＲ）に基いて、矯正ステアリングホイール角度（ｃｏｒｒｅｃｔ　ｓｔｅｅｒｉｎｇ　ｗｈｅｅｌ　ａｎｇｌｅ：ＣＳＷＡ）が計算される。ＤＳＲは、ステアバイワイヤシステム１０が機械式ステアリングシステムに近似するようにステアバイワイヤシステム１０に予め定められた値である。同様に、機械式ステアリングシステムは、該機械式ステアリングシステムの機械的構成要素により定められたＤＳＲ値を有している。本発明のステアバイワイヤシステム１０では、ＤＳＲは車両の作動中に変えることができる。ＲＷＡおよびＤＳＲに関して、ＣＷＳＡは下記のように定められる。
（１）　　ＣＳＷＡ＝ＲＷＡ・ＤＳＲ
ＣＳＷＡ値は、実ステアリングホイール角度と比較するためコントローラ２０により保持される。
【００１４】
ステップ１０８では、コントローラ２０は、少なくとも１つのステアリングホイール角度センサ１６からのステアリングホイール角度（ＳＷＡ）測定値を受入れる。次にコントローラ２０は、ＣＳＷＡとＳＷＡとを比較し、両者が一致しない場合にはコントローラ２０は、ステアリングホイール１２が最小角距離で回転されるようにＳＷＡの矯正調節値を計算する。この計算の詳細は、以下により完全に説明する。
【００１５】
ステップＳ１１０では、コントローラ２０は、ステアリングホイール１２がＣＳＷＡ位置を占めるようにステアリングホイール１２を回転させる。ステップＳ１１２では、ステアバイワイヤシステムの初期化が完了し、該システムはその通常の作動モードを開始する。
【００１６】
ここでステップＳ１０８に戻って説明すると、本発明は異なる形式のステアリングホイール角度センサ１６を備えた車両にも使用できる。従って、ＳＷＡを矯正する最小角距離の計算は、ステアバイワイヤシステム１０に使用されるステアリングホイール角度センサ１６の形式および組合せに基いて行なわれる。本発明は少なくとも３つの形式のステアリングホイール角度センサ１６を考慮している。第一形式のステアリングホイール角度センサは、多回転絶対角位置センサ（以下、第一形式センサと呼ぶ）である。第二形式のステアリングホイール角度センサは、１回転絶対角度位置センサ（以下、第二形式センサと呼ぶ）である。第三形式のステアリングホイール角度センサは、増分回角度位置センサ（以下、第二形式センサと呼ぶ）である。これらの各形式のセンサは、異なるステアリングホイール角度値（それぞれ、ＳＷＡ１、ＳＷＡ２およびＳＷＡ３と呼ぶ）を発生する。
ステアリングホイール角度値ＳＷＡ１、ＳＷＡ２およびＳＷＡ３は、適正ステアリングホイール角度の計算においてコントローラ２０により用いられる数学的関係を介して実ＳＷＡに関係付けられる。
【００１７】
図３は、実ＳＷＡと第一形式センサにより計算されたＳＷＡ１との関係を示すグラフである。図示のように、第一形式センサは、ステアリングホイール角度の範囲に亘って実ＳＷＡと同一のステアリングホイール角度値を発生する。すなわち、第一形式センサについては、
（２）　　ＳＷＡ＝ＳＷＡ１
となる。
第一形式の測定値は、ステアリングホイール１２の全角度変位に制限される。すなわち、ステアリングホイール１２は−４５０°と＋４５０°との間の回転に制限される場合には、ＳＷＡ１測定値が同じ範囲に制限される。
【００１８】
図４は、実ＳＷＡと第二形式センサにより計算されるＳＷＡ２との関係を示すグラフである。図示のように、第二形式センサは、３６０°毎の周期で変化するステアリングホイール角度値を発生する。従って、ＳＷＡ２値は、ＳＷＡが、ステアリングホイール１２が回転された３６０°の周期の数に基いて較正されたことの表示に過ぎない。すなわち第二形式センサについては、
（３）　　ＳＷＡ＝ＳＷＡ２＋Ｎ・３６０°
となる。ここで、整数Ｎは、ステアリングホイール１２の回転数すなわち全回転数として定義される。
【００１９】
図５は、実ＳＷＡと第三形式センサにより計算されたＳＷＡ３との関係を示すグラフである。第三形式センサは絶対ステアリングホイール角度を計算するのではなく、現在の角度位置ＳＷＡ（ｔ１）と、初期角度位置ＳＷＡｉ（ｔ０）との間の相対角度変位を測定する。すなわち、第三形式センサは、初期（すなわち最初の）始動位置と、次のステアリング位置との間のステアリングホイール角度の変化を測定する。図５は、ステアリングホイール１２が−３０°にあるときにステアバイワイヤシステム１０に給電された場合の第三形式センサの初期状態を示すものである。それはそれとして、第三形式のステアリングホイール角度センサは、図５のＳＷＡ軸に沿って−３０°だけ変位したステアリングホイール角度を測定している。
【００２０】
その結果、第三形式センサは、初期絶対角度位置に一致する付加入力を本願で有効なものとする必要がある。絶対角度位置が初期時点（ｔ０）で知られている場合には、次の時点（ｔ１）で、次の関係、すなわち、
（４）　　ＳＷＡ（ｔ１）＝ＳＷＡ３（ｔ１）−ＳＷＡ３（ｔ０）＋ＳＷＡｉ（ｔ０）
が保持される。ここで、ｔ１＞ｔ０、ＳＷＡｉ（ｔ０）は初期時点（ｔ０）でのステアリングホイールの絶対角度位置である。第三形式センサは制限があるが、第一形式センサおよび第二形式センサの両者よりも耐久性がありかつ正確である。しかしながら、第三形式センサを有効にする初期絶対角度位置を決定するには、第三形式センサと第一形式センサまたは第二形式センサの１つと組合せることが好ましい。
【００２１】
ステアリングホイール角度センサ１６に適した４つの組合せがある。或る修正を行なうことにより、第一形式センサまたは第二形式センサを単独で使用できる。また、第一形式センサまたは第二形式センサのいずれかを第三形式センサと組合せて使用することもできる。この後者の形態では、第一形式センサまたは第二形式センサは図２で説明した初期化手順のみに使用でき、第三形式センサは通常の車両作動時に使用される。
【００２２】
第一形態では、第一形式センサは、絶対ステアリングホイール角度を計算することができる。従って、コントローラ２０は、ＳＷＡ１をＣＳＷＡに等しくすることによりステアリングホイール１２の位置を調節できる。このことに留意すると、第一形式センサは、コントローラ２０により最小角距離に沿うステアリングホイールの調節を行なわせることができない。なぜならば、第一形式センサの使用によって必然的に最小距離が禁じられる（すなわち全ての角度が絶対である）からである。かくして、第一形態では、図２に示したステップＳ１１０は、ステアバイワイヤシステム１０の初期化とは無関係である。
【００２３】
第二形態では、第二形式センサは周期的角度位置を計算できる。式（３）に示すように、ステアバイワイヤシステムを適正に初期化するには、初期回転数Ｎを知らなくてはならない。コントローラ２０は、ＳＷＡ２をＣＳＷＡに等しくすることにより、ステアリングホイール１２の位置を調節できる。ステップＳ１１０の最小角距離を満たすためには、コントローラ２０は次の数式を最小にしなければならない。
（５）　　｜ＣＳＷＡ−（ＳＷＡ２＋Ｎ・３６０°）｜＝最小
ここで、Ｎは回転数である。上式（５）は、次式を解くことにより最小にできる。すなわち、
（６）　　Ｎｍｉｎ＝Ｒｏｕｎｄ（（ＣＳＷＡ−ＳＷＡ２）／３６０°）
ここで、関数Ｒｏｕｎｄ（ｘ）は、ｘを最も近い整数にすることを意味する。Ｎｍｉｎの値が決定されると、実ステアリングホイール角度は次式すなわち、
（７）　　ＳＷＡ＝ＳＷＡ２＋Ｎｍｉｎ・３６０°
により与えられる。
例えば、Ｎｍｉｎがゼロであるならば、実ステアリングホイール角度は、第二形式センサにより測定されたステアリングホイール角度に等しい。
【００２４】
第三形態では、第一形式センサは第三形式センサに関連して使用される。従って、式（４）は次式のように変形される。すなわち、
（８）　ＳＷＡ（ｔ１）＝ＳＷＡ３（ｔ１）−ＳＷＡ３（ｔ０）＋ＳＷＡ１ｉ（ｔ０）
ここで、ＳＷＡ１ｉ（ｔ０）は、初期時点（ｔ０）での絶対初期ステアリングホイール角度位置である。第一形態におけるように、コントローラ２０には、決定すべき最小角距離は全く存在せず、従ってステップＳ１１０はバイパスされる。第三形態では、第一形式センサは単に初期化プロセスのためにのみ付勢され、初期化プロセスの終時に一致するステップＳ１１２で停止される。
【００２５】
第四形態では、第二形式センサは第三形式センサに関連して使用される。従って、初期時点（ｔ０）では、コントローラは初期値を決定しかつ次式のようにＮｍｉｎおよびＳＷＡを決定する。
（９）　Ｎｍｉｎ＝Ｒｏｕｎｄ（（ＣＳＷＡ（ｔ０）−ＳＷＡ２（ｔ０）／３６０°）
および
（１０）　ＳＷＡ２ｉ（ｔ０）＝ＳＷＡ２（ｔ０）＋Ｎｍｉｎ・３６０°
式（１０）を使用すれば、式（４）は次のように変形される。すなわち、
ＳＷＡ（ｔ１）＝ＳＷＡ３（ｔ１）−ＳＷＡ３（ｔ０）＋ＳＷＡ２ｉ（ｔ０）
ここで、ＳＷＡ２ｉは、式（４）および式（１０）による最小距離の初期矯正決定値である。第三形態におけるように、第二形式センサは初期化プロセスのためにのみ付勢され、初期化プロセスの終時に一致するステップＳ１１２で停止される。前述のように、ステアリングホイール角度センサの前記各形態は、図１の参照番号１６で示す要素として使用できる。
【００２６】
図２に戻って説明すると、ステップＳ１１０では、コントローラ２０は、トルクアクチュエータ１８を制御して、ステアリングホイール１２を矯正ステアリングホイール角度に回転させる。これにより、トルクアクチュエータ１８は、矯正トルクをシャフト１４に加え、該矯正トルクはステアリングホイール１２に伝達される。
【００２７】
好ましい実施形態では、コントローラ２０は、ステアリングホイール１２の回転運動の滑らかさおよび進行をチェックして、矯正トルクに対する抵抗を検出することもできる。例えば、初期化フェーズ中にトルクアクチュエータ１８がステアリングホイール１２を回転しかつ運転者が対向トルクを加える場合には、コントローラ２０はこの抵抗を検出するであろう。また、コントローラ２０が対向トルクを検出する場合には、コントローラは警告信号を運転者に発して、初期化プロセスに抵抗することを止めさせる。
【００２８】
当業者ならば、上記実施形態が単なる例示であり、本発明の多くの可能な特定実施形態のうちの幾つかを示すに過ぎないことは明らかであろう。また当業者ならば、特許請求の範囲に記載された本発明の精神および範囲から逸脱することなく、種々の他の構成を容易に考え得るであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のステアバイワイヤシステムを示す概略ブロック図である。
【図２】本発明の方法を説明するフローチャートである。
【図３】ステアリングホイール角度と、第一ステアリングホイール角度センサにより計算されたステアリングホイール角度との関係を示すグラフである。
【図４】ステアリングホイール角度と、第二ステアリングホイール角度センサにより計算されたステアリングホイール角度との関係を示すグラフである。
【図５】ステアリングホイール角度と、第三ステアリングホイール角度センサにより計算されたステアリングホイール角度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０　ステアバイワイヤシステム
１２　ステアリングホイール
１４　シャフト
１６　ステアリングホイール角度センサ
１８　トルクアクチュエータ
２０　コントローラ
２２　ロードホイール角度
【図１】
2004051094.tif 000003
【図２】
2004051094.tif 000004
【図３】
2004051094.tif 000005
【図４】
2004051094.tif 000006
【図５】
2004051094.tif 000007