(57)【要約】【課題】  車両用ステアリング装置の操作方法を提供する。【解決手段】  本発明は、操舵車輪（１１）に対してステアリング角度を設定するためのステアリングアクチュエータ（１２）と、外乱が無い操作中にはステアリングアクチュエータ（１２）から機械的に連結解除されるステアリングハンドル（１４）とを有する車両用のステアリング装置（１０）の操作方法とステアリング装置（１０）に関する。公称ステアリング角度はステアリングハンドル（１４）の操作に基づいて決定され、操舵車輪（１１）に対して設定される。少なくとも外乱の無い操作中には、公称ステアリング角度を決定する際に車両の横方向動特性を記述する少なくとも一つの変数が考慮される。走行の方向に対して横方向に作用する外乱影響も車両の横方向動特性を記述するこの変数から、またはそれから導かれる評価変数から決定される。【選択図】      図１
2004196292.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵車輪（１１）に対してステアリング角度を設定するためのステアリングアクチュエータ（１２）と、外乱が無い操作中には前記ステアリングアクチュエータ（１２）から機械的に連結解除されるステアリングハンドル（１４）とを有し、前記ステアリングハンドル（１４）の操作に基づいて公称ステアリング角度が決定されて、前記操舵車輪（１１）に設定される、車両用のステアリング装置（１０）の操作方法であって、
少なくとも外乱が無い操作中に、前記公称ステアリング角度を決定する際に車両の横方向動特性を記述する少なくとも一つの変数が考慮され、走行方向に対して横方向に作用する外乱影響は前記車両の横方向動特性を記述するこの変数から、またはそれから導かれる評価変数から決定される、車両用のステアリング装置（１０）の操作方法。
【請求項２】
前記外乱影響は、前記車両の横方向動特性を記述する前記少なくとも一つの変数のフーリエ変換から決定される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記車両の横方向動特性を記述する前記少なくとも一つの変数の振幅および／または振動周波数はフーリエ変換によって決定される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記車両の横方向動特性を記述する前記少なくとも一つの変数が、前記公称ステアリング角度を決定する際に考慮されない場合には、特殊な操作モードが使用される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
決定された前記外乱影響は、瞬間的な運転状態、特殊な運転モードにおいても、運転者が車両の横方向動的制御に対応できるかどうかを評価するために使用される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記運転状態に対応する能力は、前記車両の横方向動特性を記述する前記少なくとも一つの変数の振動周波数および／または振幅の評価によって判断される、請求項３に関連した請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記振動周波数は周波数閾値未満であり、および／または前記振幅は振幅閾値未満である場合に前記運転状態に対応することができる、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記周波数閾値および／または前記振幅閾値は、車両の長手方向速度および／または前記ステアリングハンドルの操作に対応する変数に依存する、請求項６あるいは７に記載の方法。
【請求項９】
前記周波数閾値および／または前記振幅閾値は互いに依存する、請求項６〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
運転者が前記運転状態に対応できないことを識別している場合には、対応できる運転状態への移行が開始される、請求項５〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記対応できる運転状態への移行は、光学的および／または音響的および／または触感運転者情報信号の生成によりなされ、該運転者情報信号は特に運転者により前記車両の長手方向速度を低減するために使用される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記対応できる運転状態への移行は、自動的に車両長手方向動特性に影響を与えることによって行われ、特に前記車両の長手方向速度を低減するために、車両の推進装置および／またはブレーキ装置の操作によって行われる、請求項１０あるいは１１に記載の方法。
【請求項１３】
運転者が減速に反する運転コマンドを生成する場合は前記車両長手方向動特性も影響される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記車両の横方向動特性を記述する変数は、横揺れ率および／または横方向加速度および／またはステアリング角度および／または公称ステアリング角度および／または監視装置の状態変数などの内部制御変数によって決定される、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
操舵車輪（１１）に対してステアリング角度を設定するためのステアリングアクチュエータ（１２）と、外乱が無い操作中に前記ステアリングアクチュエータ（１２）から機械的に連結解除されるステアリングハンドル（１４）と、ステアリング角度を設定するために、前記ステアリングハンドル（１４）の操作に基づいて、公称ステアリング角度を決定して、前記ステアリングアクチュエータ（１２）を操作する演算装置（１３）とを有する、車両用のステアリング装置であって、
少なくとも外乱の無い操作中に、前記公称ステアリング角度を決定する際に車両の横方向動特性を記述する少なくとも一つの変数が前記演算装置（１３）内で考慮され、走行方向に対して横方向に作用する外乱影響は前記演算装置（１３）内で前記車両の横方向動特性を記述する前記変数から決定されるステアリング装置。
【請求項１６】
前記公称ステアリング角度を決定する際に前記車両の横方向動特性を記述する前記少なくとも一つの変数が考慮されない場合に、特殊操作モードが使用され、前記特殊モードは特に前記ステアリングハンドル（１４）と前記操舵車輪（１１）との間での機械的および／または油圧接続を設定することにより作動する、請求項１５に記載のステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特許請求項１の前文に記載される車両用のステアリング装置の操作方法、および特許請求項１５の前文に記載されるステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に設けられるステアリング装置の一般的先行技術である特許文献１から公知となっているように、この先行技術においては、ステアリングは操舵可能な車輪上にステアリング角度を設定するためのステアリングアクチュエータを有する。この場合、ステアリングアクチュエータは通常操作中に運転者が操作するステアリングハンドルから機械的に連結解除される。公称ステアリング角度は、運転者によるステアリングハンドルの操作に基づいて演算装置内で決定される。この時、この公称ステアリング角度は、外乱のない通常操作中にステアリングアクチュエアータの適当な操作により自動的に設定される。
【０００３】
また、車両に作用し、ステアリングハンドルそのものにより本質的に設定される走行路から車両を逸脱させる横風に対して、運転者とは独立して補償するために使用される追加のステアリングについては特許文献２から公知となっている。適当に補償されない場合、つまり、ステアリングに対して補正が行われない場合には、車両は道路から外れてしまう。この手法の結果では、運転者は車両に作用する横方向の力を認識していないが、ステアリングハンドルの操作により横方向の力に対処しなければならない。
【０００４】
運転者とは独立した横風外乱に対する有効な補償により確かに安全運転状態を確保できるが、自動的ステアリング補助なしに運転者が直接ステアリング作業を実施できない運転状態が問題となる。これは、状況によっては、運転者は突然に、また不意にすべてのステアリング作業を継続する必要がある、例えば、ステアリング装置に不具合が発生した場合、対処できないようなステアリング作業が発生しないようにしなければならないため、問題がある。運転者は、自動的補償によりわずかな範囲内のみの、車両に対する外乱影響を感知し、特に長時間継続する外乱を感知し、限界状態とみなさないので、運転者はこのような運転状態を避けることができない。例えば、運転者は車両長手方向に高速で運転しながら同時に強い横風を受けると、ステアリング作業を実施できない。
【０００５】
【特許文献１】独国特許発明第１９５  ４６  ７３３  Ｃ１号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第４２  ２９  ３８０  Ａ１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、本発明の目的は上記ステアリングの信頼性がある、危険防止操作を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、上記目的は請求項１に記載されるステアリング装置の操作方法により、また請求項１５に記載されるステアリング装置により達成される。
【０００８】
本発明によれば、少なくとも外乱のない操作中に、公称ステアリング角度を決定する際に車両の横方向動特性を記述する少なくとも一つの変数が考慮され、走行方向に対して横方向に作用する外乱影響は車両の横方向動特性を記述する上記変数から決定される。
【０００９】
外乱影響を決定することにより、例えば、運転者がステアリング装置内の不具合によりステアリング作業を継続する場合に、外乱影響が運転者による手動補償も可能な範囲内にあるかどうかを確認することができる。運転者自身で対処できない運転状態になると、運転状態を変化させるために、および／または運転者に通知するために、測定を開始することができる。
【００１０】
本発明の好ましい一改良形態によれば、外乱影響は車両の横方向動特性を記述する少なくとも一つの変数のフーリエ変換（例えば、固定時間ウィンドを有する離散オンラインフーリエ変換）から決定される。この場合には、時間領域から周波数領域への他の適当な変換をフーリエ変換の代わりに使用してもよい。このような変換は、数値的に実施することができて、振動挙動が時間依存変数から推論できる数学的方法である。このような方法を使用すると、簡単な方法で動的外乱影響だけを考慮することができる。
【００１１】
本発明の有利な改良形態によれば、この場合には、車両の横方向動特性を記述する少なくとも一つの変数の振幅および／または振動周波数がフーリエ変換に基づいて決定されるように方法を講じる。この場合の振動周波数は励振率（ｓｔｉｍｕｌｕｓ  ｒａｔｅ）を表し、振幅は外乱影響の強度を表す。
【００１２】
振動周波数は、外乱影響を補償するために、運転者がどの程度素早くステアリングハンドルを操作する必要があるかの測定であり、この場合、振幅は停止位置からのステアリングハンドルの操作または変位の大きさや強さの程度の測定値である。したがって、必ずしも操作速度を補償できるだけでなく、運転者によるステアリングハンドルの所要操作の変位も検出することができる。
【００１３】
車両の横方向動特性を記述する少なくとも一つの変数が、公称ステアリング角度を決定する際に考慮されていない場合には、特殊な作動モードが使用される。例えば、これは、ステアリングハンドルと操舵車輪との間で機械的または油圧的に接続されている場合の状況であり、例えば、ステアリング装置のオープンループまたはクローズドループ制御において不具合が発生したからである。外乱の無い通常操作中では、決定された外乱影響を使って、特殊な運転モードにおいても、運転者が瞬間的な運転状態で車両の横方向動的制御に対応できるかどうかの評価をする。車両の横方向動特性を記述する少なくとも一つ変数の振動周波数および／または振幅の評価により、この評価が便宜的に実施される。これは、ステアリング装置による自動的ステアリング補助がなくても、瞬間的な運転状態で必要とされるステアリング作業に運転者が対処できるかどうかを常時評価することができることを意味する。
【００１４】
振動周波数が周波数閾値未満であり、および／または振幅が振幅閾値未満である場合には、運転者とは独立して運転状態に対処できることは推測できる。これらの閾値により、外乱影響から速度および／または過酷さのために運転者に過剰な負荷を与えるステアリング作業が発生する。これらのような運転状態は、簡単に識別することもできる。この場合、周波数閾値および／または振幅閾値は、車両の長手方向速度および／またはステアリングハンドルの操作に対応する変数に依存していてもよい。さらに、周波数閾値および／または振幅閾値は互いに依存していてもよい。車両の長手方向速度が高くなるに従って、運転者が手動で対応できない運転状態が発生する周波数および／または振幅は低下する。
【００１５】
運転状態が、運転者による補償要求に関して対応できるかどうかは、この場合、特に、運転シミュレータについての標準的運転者の範囲でグループ調査を実施することにより評価される。
【００１６】
この場合、対応できないような状況が発生すると、対応できる運転状態に変化させるので有利である。対応できる運転状態への変化は、この場合、光学的および／または音響的および／または触感運転者情報信号の生成によって行われてもよく、これらの運転者情報信号は特に運転者により車両の長手方向速度を低減するために使用される。
【００１７】
この代わりに、またはこれに追加して、車両の長手方向の速度を低減するために、車両長手方向の動特性に自動的に影響を与えることにより、特に車両の推進装置および／またはブレーキ装置の操作により、対応できる運転状態へ変化させることができる。車両の長手方向速度の低減に反する運転コマンドを運転者が生成する場合には、好ましくは自動減速も実施する。一方で、自動的に安全運転状態を発生させるこの工程により、運転状態を発生させるために、運転者が適当な主体的対策をとらなければならない状態を回避している。この一方で、運転者自身が安全運転状態を生成しない場合、例えば、光学的および／または音響的および／または触感運転者情報が生成された時点から所定時間が経過した場合に、このような対策を実施することもできる。
【００１８】
運転者によって対応することができる運転状態が存在するかどうかは、好ましくは、車速とステアリングハンドルの操作を含む少なくとも一つの変数の関数として決定される。これにより、対応できる運転状態は車両の瞬間的な運転状態とこの運転状態に対応できる能力との関数として決定される。車両の長手方向の速度が高い場合、また道路の形状が基本的に真直ぐである場合でも、例えば、横風による外乱があると、問題が発生する。
【００１９】
車両の横方向動特性を記述する変数は、横揺れ率および／または横方向加速度および／またはステアリング角度および／または公称ステアリング角度および／または監視装置の状態変数などの内部制御変数によって決定できる利点がある。この情報全てを使用して、標準的なステアリング角度を決定することができる。この情報全ては、有効な外乱影響を表示するためにも適している。これらの変数は、車両内のセンサーによって測定される変数またはセンサーによって導かれる変数であるだけでなく、ステアリング装置自身内の演算装置内で決定される値でもある。
【００２０】
図面に示す例示的実施形態を参照して、以下さらに詳細に本発明を説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は、詳細には説明していないが、操舵車輪１１を備えたステアリング装置１０を示す。車両の運転者は、ステアリングハンドル１４の操作により操舵車輪１１に関しての特定ステアリング角度を要望することができ、このステアリング角度はステアリングホィールにより形成される。外乱の無い通常操作モードでは、ステアリング装置は以下のように作動する。
【００２２】
例を参照すると、運転者によって設定されるステアリングホィール角または手によってステアリングハンドルへ付加されるトルクはハンドルセンサー１５によって測定され、入力変数１６として、演算装置１３へ供給される。演算装置１３へ転送される他の入力変数１６には、例えば、横揺れ率センサー１７により決定される車両の横揺れ率Ψと車両の長手方向速度Ｖｘが含まれる。演算装置１３は入力変数を使用して、公称ステアリング角度αｎｏｍを決定し、これをステアリングアクチュエータ１２へ送出する。ステアリングアクチュエータ１２は、操舵車輪のステアリング角度を設定するために設けられる。
【００２３】
実際に設定される実際のステアリング角度αａｃｔは、ステアリング角度センサー１９によって測定され、ステアリング角度を制御するために、演算装置１３へ転送される。
【００２４】
これに代わる方法として、公称ステアリング角度を決定するために、車両の横方向動特性を記述する変数として横揺れ率Ψの代わりに、またはこれに追加して、横方向加速度ａｙおよび／または監視装置の状態変数などの内部変数を考慮することができる。
【００２５】
外乱がない通常操作中には、車両に作用する横方向動特性外乱影響は、公称ステアリング角度αｎｏｍを決定する際にも考慮し、自動的に制御されて、運転者はこれらの外乱影響を運転中の限界とはみなさない。
【００２６】
図１によると、機械的な逆転レベルはステアリング装置１０の特殊な操作モードとして設けられる。特殊な操作モードを作動させるためには、通常操作中にステアリングハンドル１４と操舵車輪１１を互いに連結解除するクラッチ２０が閉じられ、ステアリングハンドル１４と操舵車輪１１間が機械的に連続して接続される。例えば、ステアリング装置の電気制御システム内に不具合が発生すると、車両を操舵する能力を保持するために、この特殊モードが作動する。
【００２７】
しかし、この特殊な運転モードにおいては、車両の横方向動特性を記述する変数は、ステアリング角度の設定時には考慮されない。運転者は運転者自身で全体的なステアリング操作を継続しなければならず、この場合、運転者は手動で適当にハンドルを操作して横方向動特性外乱影響に対して補償しなければならない。
【００２８】
車両に作用する横方向動特性外乱影響は、ステアリング装置が外乱の無い通常モードで操作されている間には、車両の横方向動特性を記述する変数から決定され、公称ステアリング角度αｎｏｍを決定する際にも考慮され、またはこの変数から導かれる評価変数から考慮される。公称ステアリング角度αｎｏｍまたは実際のステアリング角度αａｃｔも、例えば、評価変数として使用してもよい。その理由は、外乱影響は既に公称ステアリング角度や実際のステアリング角度に考慮されていて、このため再度抽出することができるからである。
【００２９】
第一の方法の工程１０１において、車両の横方向動特性を記述する変数またはこの変数から導かれる評価変数は、例えば、横揺れ率Ψであり、演算装置１３内で決定される。第二の工程１０２において、横揺れ率Ψのフーリエ変換Ｆ（Ψ）が演算され、振動周波数ｆと振幅Ａが決定される。
【００３０】
フーリエ変換Ｆ（Ψ）の振幅Ａと振動周波数ｆは、第三の工程１０３で使用され、瞬間的な運転状態から発生するステアリング作業が、外乱影響が自動的に規制されていなくても、運転者によって対応できるかどうかを決定する。例えば、運転者は最大操作率でのみステアリングハンドル操作を実施することができる。この最大操作率は、操作の程度または停止位置からステアリングハンドル１４のこの場合に必要とされる変位に依存している。このように、フーリエ変換Ｆ（Ψ）の振動周波数と振幅に対して閾値を定義することができ、この閾値は運転者によって対応できる運転状態の第一の範囲Ｉと運転者によって対応できない運転状態の第二の範囲ＩＩに区分される。
【００３１】
振動周波数ｆと振幅Ａの間の関係は図２に示される。また、この場合には、特定車両の長手方向速度Ｖｘに対応した各曲線Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３を有する車両の長手方向速度Ｖｘを考慮している。各々の場合のこれら曲線Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３により互いに関連する二つの範囲Ｉ、ＩＩが区分される。曲線と座標軸との間の範囲は、各々の場合には第一の範囲Ｉであり、この範囲は運転者によって対応できる運転状態の特徴を示している。各々の場合に曲線を超えた第二の範囲ＩＩは、ステアリング作業は運転者にとっては過負荷になるので、運転者によって対応できない運転状態を示している。
【００３２】
運転者によって対応できる運転状態が第三の工程１０３に存在する場合には、工程は第一の工程１０１へジャンプして戻る。
【００３３】
フーリエ変換Ｆ（Ψ）の振動周波数ｆと振幅Ａが点Ｐをマークして、瞬間的な車両の長手方向速度Ｖｘを基にして曲線Ｋ１が適用されると仮定する。点Ｐは第二の範囲ＩＩ内に配置され、第三の工程１０３で決定されるように、運転者によって対応できない運転状態を識別して、第四の工程１０４へジャンプする。第四の工程１０４で対応できる運転状態が発生される。これは、運転者が車両の長手方向速度Ｖｘを、例えば、光学的および／または音響的および／または触感的運転者情報によって低減するように要求することによりなされる。運転者が反応しない場合には、車両の長手方向速度Ｖｘを低減するために、車両の推進装置および／またはブレーキ装置を操作することにより、例示的実施形態の修正形態において自動長手方向制御動作を実施することができる。このように、第一の範囲Ｉが点Ｐを含む曲線Ｋ２、Ｋ３を変更することが可能であり、これにより、再度運転者によって対応できる運転状態を発生させることができる。この時、工程は工程１０１へジャンプして戻る。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】概略機能ブロック形式でのステアリング装置と対応する演算装置の概略図を示す。
【図２】振幅閾値、周波数閾値と車両の横方向動特性を記述する変数のフーリエ変換の車両の長手方向速度との間の関係を示す。
【符号の説明】
【００３５】
１０  ステアリング装置
１１  操舵車輪
１２  ステアリングアクチュエータ
１３  演算装置
１４  ステアリングハンドル
１５  ハンドルセンサー
１６  入力
１７  横揺れ率センサー
１９  ステアリング角度センサー
２０  クラッチ
１０１  第一の方法の工程
１０２  第二の工程
１０３  第三の工程
１０４  第四の工程
αｎｏｍ  公称ステアリング角度
αａｃｔ  実際のステアリング角度
Ａ  振幅
ｆ  振動周波数
Ｖｘ  車両の長手方向速度
Ψ  車両の横揺れ率
Ｉ  運転状態の第一の範囲
ＩＩ  運転状態の第二の範囲
Ｋ１  曲線
Ｋ２  曲線
Ｋ３  曲線
【図１】
2004196292.tif 000003
【図２】
2004196292.tif 000004