(57)【要約】【課題】車両ドライバに調節可能な操舵感を提供するよう車両用ステアバイワイヤシステムを制御する方法を提供する。【解決手段】本発明の方法は、調節可能な操舵感を得るため車両ステアリングホイールに加わるリアクショントルクの制御を行い、リアクショントルクとステアリングホイール角、車輪トルク及び車速の関係の確立により得られる操舵感の定量的記述を含む。操舵感、異なる回転速度のアクティブなステアリングホイール戻り、停車状態における車輪角度位置に応じたステアリングホイール停止及び車輪に対する方向角基準角の発生を実行する内部トルクループ、ステアリングホイール速度フィードバックループ、ステアリングホイール角度位置フィードバックループを備えたステアバイワイヤシステムのクローズドループフィードバック制御が行われる。【選択図】      図１
2004237979.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両のステアリングホイールに加わるリアクショントルクの制御を行うことにより車両ドライバのための調節可能な操舵感を生じさせるようステアバイワイヤシステムを制御する方法であって、
車両ドライバのための操舵感を生じさせ、異なる回転速度の実際のステアリングホイール戻りを生じさせ、停車状態における車輪角度位置に従ってステアリングホイールの停止を行い、車輪に対する方向基準角を生じさせるようステアリングホイールサブシステムの制御を行う段階と、
車輪角度位置フィードバック及び車輪角速度フィードバックを有するサーボ制御システム構造内で車輪角を車輪方向基準角に追従させる車輪制御サブシステムを準備する段階と、
等価車輪トルク、ステアリングホイール速度及び操舵角をフィードバック信号として用いて内部トルクループ、ステアリングホイール速度フィードバックループ及びステアリングホイール角度位置フィードバックループを含むと共に操舵感、実際のステアリングホイールの戻り、車輪角度位置に従うステアリングホイールの停止の舵取り機能及び方向基準角の発生を実行するステアリングホイールコントローラを備えたステアリングホイールサブシステムのためのクローズドループ制御システムを構成する段階と、
ステアリングホイールを回転させる車両ドライバによって生じた動作トルクをステアリングホイールクローズドループ制御システムについての外乱トルクとして表す段階と、
ステアリングホイールモータに連結されたステアリングホイールを用いることにより車両ドライバからステアリングホイール動作トルクを受け取る段階と、
ステアリングホイール制御サブシステムから操舵角を受け取る段階と、
車輪制御サブシステムから車輪角に基づくステアリングホイール基準角を受け取る段階と、
ステアリングホイール制御サブシステムからステアリング角速度を受け取る段階と、
車輪制御サブシステムから等価車輪トルクを受け取る段階と、
車速センサ測定値又は推定値から車速を受け取る段階と、
ステアリングホイール角及びステアリングホイール基準角に基づきステアリングホイール角の誤差を計算する段階と、
ステアリングホイールコントローラを用いてステアリングホイール角誤差に基づきステアリングホイール角制御変数を求める段階と、
速度ループコンペンセータを用いてステアリングホイール角速度に基づきステアリングホイール角速度フィードバック制御変数を求める段階と、
ステアリングホイール角、車輪トルク及び車速に基づきステアリングホイールリアクショントルクについて定量的に表す段階と、
ステアリングホイール角及び等価車輪トルクに基づきステアリングホイールコントローラから調節可能なコントローラパラメータを含むステアリングホイールリアクショントルク制御変数を生じさせる段階と、
ステアリングホイールコントローラのトルク制御変数を用いてステアリングホイールモータにより生じるリアクショントルクを制御して調節可能な操舵感及び他の操舵機能を得る段階と、
を有することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のステアバイワイヤ（steer-by-wire ）システムを制御して車両ドライバのための調節可能な操舵感を生じさせるシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本明細書において取り上げるステアバイワイヤシステムは、ステアリングホイール（ハンドル）と前輪との間の機械的リンク装置に代えてワイヤ及び電子コンポーネントを用いている。さらに、２つの前輪相互間の機械的リンク装置が省かれている。それどころか、２つの別個独立のアクチュエータが車両に搭載され、各アクチュエータは前輪のうち一方を別個独立に作動する。これにより、２つの前輪は互いに別個独立に動くことができる。例えば本明細書で説明するステアバイワイヤシステムは、２つの部分、即ち、ステアリングホイールサブシステム及び車輪サブシステムを有するものと考えることができる。電気信号は、ステアリングホイールサブシステムを２つの互いに独立した前輪を備える車輪サブシステムにリンクさせるようワイヤにより送られる。
【０００３】
２つの互いに独立した前輪を備えるステアバイワイヤシステムは、互いに異なる左及び右車輪角に関する要件を満たして車両の力学的特性及び安全性を向上させることができるようにする融通性の高い使用環境を提供することが期待される。互いに異なる左及び右車輪角要件を含む期待される舵取り機能は、制御システム設計を利用することにより実現できる。
【０００４】
このようなステアバイワイヤシステムの制御システム設計者は、幾つかの深刻な課題に直面している。これら課題のうちの一つは、機械的連結部を有する従来型ステアリングホイールシステムの場合の操舵感と同様な馴染みのある操舵感を車両ドライバに提供するだけでなく、しなやかで調節可能な操舵感を提供することにある。操舵感は、タイヤと路面の接触時に力（又はトルク）に関する情報をもたらす。この力に関する情報は、車両ドライバによって感じ取られるステアリングホイールトルクを生じさせるためにステアリングホイールにフィードバックする必要がある。車両ドライバは、操舵感を頼みにしてタイヤと路面の接触の際の力を察知し、車両方向の制御状態を保つ。したがって、操舵感は、車両の方向制御を維持すると共に車両の安定性を保つ上で、最も重要な車両属性の一つになっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
操舵感は、ステアリングホイールのトルクリアクションによって決まる。機械的連結部を有する従来型ステアリングシステムでは、ステアリングホイールを持つ車両ドライバは、ステアリングホイールシャフトによりトルクリアクションを直接生じさせてタイヤと路面との間の接触条件に関する情報を得ることができる。機械的連結部の無いステアバイワイヤシステムでは、電気モータがリアクショントルクを発生させるのに利用される。所要の馴染みがあり且つ調節可能な操舵感を生じさせるためには、電気モータトルクを制御する必要がある。ステアバイワイヤシステムのステアリングホイールサブシステムは、リアクショントルク制御を実行する電気モータを利用する制御システムである。したがって、制御システム設計者にとっての別の課題は、リアクショントルクを制御システム設計仕様として定量的にいかに表すか又は記述するかということ及びステアリングホイールサブシステム組立体に基づいて調節可能なリアクショントルクをどのように得るかということにある。
【０００６】
さらに、車両が或る速度で走行しているとき、車両ドライバの手がステアリングホイールから放れると、異なる速度でセンタに戻ることが望ましい。また、ステアリングホイールは、車両の速度が無い場合、例えば停車状態にあるとき、車両ドライバの手がステアリングホイールから放れると、或る角度で停止することが望ましい。ステアリングホイールサブシステムでは、車輪方向命令の実行も必要である。操舵感、ステアリングホイール戻り及びステアリングホイール停止を含む全ての所要の操舵機能及び車輪方向命令は、ステアリングホイールサブシステム制御設計を用いることにより達成されるべきである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は一般に、ステアバイワイヤシステムを制御して車両ドライバのための操舵感を生じさせるシステム及び方法に関し、このシステムは又、実際のステアリングホイール戻り及びステアリングホイール方向基準角を車輪サブシステムに提供する。本発明のステアバイワイヤシステムは、２つの部分、即ち、ステアリングホイールサブシステム及び２つの互いに独立の前輪を備えた車輪サブシステムを有するものと見なすことができる。電気信号は、ステアリングホイールサブシステムを車輪サブシステムにリンクさせるためにワイヤで送られる。ステアリングホイールサブシステムの主要な機能は、操舵方向基準角、実際のステアリングホイール戻りをもたらし、車両のドライバにとって適切な操舵感を生じさせることにある。車輪サブシステムの主要な機能は、車輪角とステアリングホイールサブシステムによって提供されるステアリングホイール角基準入力との間の追従性を確立することにある。これら２つのサブシステムは、ステアバイワイヤシステム中に組み込まれて車両のステアリングホイールと車輪との間のアライメントを維持したり車両操舵機能を実行する。
【０００８】
ステアリングホイールサブシステムの制御システムフレームワークは、操舵感、実際のステアリングホイール戻り速度及びステアリングホイールの停止を含む全ての所要の舵取り機能を実行すると共にステアリングホイール方向基準角を車輪サブシステムに提供するために導入される。このようなステアリングホイール制御システムは、３つのフィードバックループ、即ち、内部トルクループ、ステアリングホイール速度フィードバックループ及びステアリングホイール位置フィードバックループを有する。本発明では、ステアリングホイールを回すドライバの動作は、ステアリングホイール制御サブシステムに対する等価外乱トルクと見なされる。トルクフィードバックループ、速度フィードバックループ及び位置フィードバックループを備えたステアリングホイール制御サブシステムは、制御システム安定性及び性能に関する要件に従って設計される。車両変数、例えば車速と関連したステアリングホイール制御サブシステムのパラメータを自動的に調節することにより、リアクショントルクは、車両変数及びステアリングホイール角、ステアリングホイール速度及び車輪トルクを含むループフィードバック変数につれて変化することになる。その結果、ステアリングホイール制御サブシステムは、所要の可変リアクショントルクを車両ドライバに対するフィードバックとして発生させることにより可変操舵感を生じさせることができる。それと同時に、ステアリングホイール制御サブシステムは又、調節可能な速度及びステアリングホイール方向基準角でステアリングホイールの戻りをもたらすことができる。
【０００９】
本発明では、操舵感、ステアリングホイール戻り及び車輪方向命令に関する操舵機能要件は、ステアリングホイールシステム制御設計に取り入れられる。ステアリングホイール制御サブシステムを設計し、所要の調節可能な操舵感を満足させるために、操舵感に一致したステアリングホイールリアクショントルクを定量的に表し又は記述する。ステアリングホイール角、車輪トルク及び車速と関連したステアリングホイール制御サブシステムの変数に基づく予想ステアリングホイールリアクショントルクをステアリングリアクショントルクについての定量的な記述を用いて得て決定することができる。したがって、操舵感をステアリングホイール制御サブシステム設計で使用できる制御システム性能仕様として取り扱うことができる。
【００１０】
ステアリングホイール制御サブシステムは、左及び右車輪角、車輪トルク、ステアリングホイール角及び車速を含む測定変数及び推定変数を受け取る。これら変数をステアリングホイールコントローラで処理してステアリングホイールに加わるリアクショントルクを求める。操舵感を生じさせるためにステアリングホイールに加わるステアリングホイールトルクを測定する必要は無いことは注目されるべきである。
【００１１】
本発明では、期待される調節可能な操舵感、例えばスポーツカー又は豪華車でのフィーリングをステアバイワイヤシステムを搭載した同じ車両で実現できる。異なる回転速度の実際のステアリングホイール戻り及び停車状態でのステアリングホイールの停止並びに車輪サブシステムへの方向角基準の発生も又、ステアバイワイヤシステムにおける制御システム設計を用いることにより実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本発明の車両用ステアバイワイヤシステム１０を示している。図示のように、車両用ステアバイワイヤシステム１０は、相互に依存している左車輪と右車輪を有している。図１に示すように、ステアバイワイヤ（ＳＢＷ）システム１０は、車輪サブシステム１５及びステアリングホイール（ＳＷ）（ハンドル）システム１６で構成されている。ステアバイワイヤシステム１０は、車輪サブシステム１５の車輪（ＲＷ）コントローラ１３及びステアリングホイールサブシステム１６のステアリングホイールコントローラ１４を有するステアバイワイヤ制御モジュール１２を含む。ステアバイワイヤ制御モジュール１２は、車輪サブシステム１５とステアリングホイールサブシステム１６を互いにリンクしている。
【００１３】
図１に示すように、車輪サブシステム１５は、左タイロッド１９に連結された左車輪１８及び右タイロッド２１に連結された右車輪２０を有している。車輪サブシステム１５は、左モータ増幅器３６及び右モータ増幅器３８とそれぞれ電気的連絡状態にある左車輪アクチュエータ４０及び右車輪アクチュエータ４２を更に有している。左モータ増幅器３６及び右モータ増幅器３８は、車輪コントローラ１３から制御信号を受け取るようになっている。アクチュエータ４０，４２は、それぞれ関連の増幅器３６，３８から電流信号を受け取って左車輪１８及び右車輪２０へのそれぞれのトルクを生じさせる。左車輪角センサ３２が、左車輪角を検出するよう左車輪アクチュエータ４０に取り付けられている。右車輪角センサ３４が、右車輪角を検出するよう右車輪アクチュエータ４２に取り付けられている。左車輪センサ３２及び右車輪センサ３４は、コントローラ１３によって処理されるべき左車輪角及び右車輪角を表す信号を送るために車輪コントローラ１３と電気的連絡状態にある。車輪コントローラ１３は、複数の入力信号を受け取って車輪制御信号を出力し、それによりアクチュエータ４０，４２を用いてそれぞれ左車輪１８及び右車輪２０を制御する。
【００１４】
代表的な機械的連結部を備えた車両の従来型ステアリングシステムでは、車輪は、車両のステアリングホイールから直接ステアリングホイール入力を受け取る。さらに、車輪角は、ステアリンクホイール角に機械的に追従する。上述の車輪サブシステム１５を備えた（機械的連結部を備えていない）本発明のステアバイワイヤシステムでは、ワイヤを用いて操舵角信号を車輪サブシステムに電気的に送ることができる。したがって、車輪サブシステム１５の機能の一つは、ステアリングホイール基準角に対応する車輪角の追従を達成することにある。さらに、各車輪角は、操舵角基準角に別個独立に追従することが必要であり、２つの車輪角は、互いに影響を及ぼさない。このような追従関数は、上述の車輪サブシステム１５の車輪コントローラ１３で実行される制御システム設計法を用いることにより実現できる。
【００１５】
車輪制御システムの設計は、車輪角結合効果、車輪システムの不確実性及び非線形性を考慮すべきである。以下に詳細に説明するように、車輪サブシステム１５の車輪コントローラ１３は、多変数制御設計法を用いることにより各車輪を別個独立に制御して車輪角追従機能を実行し、それによりステアリングホイール角に追従する。
【００１６】
ステアリングホイールサブシステム１６は、操舵シャフト４６に取り付けられたステアリングホイール（ハンドル）４４を有している。この実施形態では、ステアリングホイールセンサ４８は、ステアリングホイール角を検出するために操舵シャフト４６又はステアリングホイールアクチュエータ５２に取り付けられている。ステアリングホイールセンサ４８は、ステアリングホイールコントローラ１４と電気的連絡状態にあり、このコントローラ１４は、センサ４８からステアリングホイール角を表す信号を受け取る。ステアリングホイールサブシステム１６は、ステアリングホイールモータ増幅器５０を更に有し、この増幅器５０は、制御信号を受け取り、電流信号をステアリングホイールアクチュエータ５２に送るためにステアリングホイールコントローラ１４と電気的連絡状態にある。ステアリングホイールアクチュエータ５２は、モータ増幅器５０と電気的連絡状態にあり、このステアリングホイールアクチュエータ５２は、増幅器５０から電流を受け取り、ステアリングホイール４４に加わるリアクショントルクを生じさせるために操舵シャフト４６に取り付けられている。ステアリングホイールコントローラ１４は、ステアリングホイール角信号、車輪角信号、車輪トルク信号及び車両信号（図示せず）を受け取ってステアリングホイール制御信号を出力する。
【００１７】
機械的連結部を備えた従来型ステアリングシステムでは、車両ドライバはステアリングホイールを回すことにより車両の方向を直接制御し、操舵シャフトに結果的に生じるトルクを介して操舵感（操舵フィール）を得る。操舵感は、タイヤと路面との間の接触面に関する情報を提供する。操舵感は、車両の方向制御及び車両の運転安定性を得るためにドライバにとって重要な場合がある。本発明に従ってステアリングホイールと車輪との間に機械的連結部を備えていないステアバイワイヤシステムでは、フィードバック制御構造を備えたステアリングホイール制御サブシステムにより馴染みのある操舵感を得ることができる。したがって、ステアリングホイールサブシステム１６の主要な機能は、車両ドライバに現実的な操舵感を提供すると共にステアリングホイール角基準信号を車輪サブシステム１５に提供することにある。
【００１８】
さらに、ステアリングホイールサブシステム１６は、車両が走行中にあるとき、ドライバがステアリングホイールを放すと、異なる速度のアクティブなステアリングホイール戻り機能を発揮すべきである。したがって、ステアリングホイールは、これが従来型ステアリングシステムで常にそうであったのとは異なり、車輪への追随には限定されない。アクティブなステアリングホイール戻り要件の特別の場合として、ステアリングホイールは車両が停車しているときにドライバがステアリングホイールを放すと、或る特定の角度位置で停止すべきである。これら機能は、上述のステアリングホイールサブシステム１６のステアリングホイールコントローラ１４で実行される制御システム設計法を用いることにより実現できる。
【００１９】
ステアリングホイールサブシステム１６は、制御システムの設計により操舵感、異なる速度のアクティブなステアリングホイール戻り感及びステアリングホイール停止機能をもたらす。この実施形態では、制御システムの設計は、ステアリングホイールサブシステム１６の安定性及び性能を満足させる要件下において制御システムフレームワークで全ての機能をどのように満足させるかを考慮すべきである。本発明はステアリングホイールフィードバック制御システムを用いる可変操舵感に焦点をあてている。以下に説明するように、ステアリングホイールサブシステム１６のステアリングホイールコントローラ１４は、操舵感と関連したステアリングホイールリアクショントルクの制御を実行する。
【００２０】
図１に示すように、ステアリングホイールコントローラ１４は、車輪コントローラ１３と電気的連絡状態にある。コントローラ１３，１４は、上述の操舵機能を実行するためにステアバイワイヤ制御モジュール１２内に組み込まれている。さらに、ステアバイワイヤ制御モジュール１２は、追加の車両信号、例えば、車速、ヨーレート及び横加速度を受け取る。これは、車両に車速センサ、ヨーレートセンサ及び横加速度センサを設けることによって達成できる。
【００２１】
図２は、車輪制御サブシステム１５及びステアリングホイール制御サブシステム１６を備えた本発明のステアバイワイヤ制御システムのブロック図である。図１に示すステアリングシステム組立体を利用した図２に示す制御システムの構造は、ブロックで表した構成要素及び制御変数、入力変数、出力変数及び基準変数相互間の可変関係を記載している。
【００２２】
図２に示すように、車輪サブシステム１５は、ステアリングホイール角信号をθs及び車両信号を受け取る基準命令ジェネレータ又は発生器１１０を有している。このような車両信号としては、車速、ヨーレート及び横加速度が挙げられる。基準命令ジェネレータ１１０は、左車輪基準角θrefl，θrefrを決定し、この場合、ジェネレータ１１０は、ステアリングホイール角信号及び車両信号に基づくアルゴリズムを用いる。左車輪基準角θreflは、所望の左車輪角度位置を表し、右車輪基準角θrefrは、所望の右車輪角度位置を表している。車輪基準角θrefl，θrefrは、同一の値であってもよく、異なる値であってもよい。
【００２３】
本発明は、車輪サーボフィードバック制御を利用して所望の車輪基準角θrefl，θrefrに対する実際の車輪角の追従機能を実行する。サーボフィードバック制御を利用する１つの理由は、車輪を動かすのに足るトルクスタッフィネス（stuffiness）を得ること及び最小の追従誤差で車輪角度追従上の所要の正確度を実現することにある。車輪角は、車輪基準角に追従し、外乱トルクがサーボシステムトルクスタッフィネスよりも小さい場合、外乱トルクの影響を無くすことができる。ありふれた外乱トルクとしては、タイヤ／路面の摩擦、路面外乱及び突風が挙げられる。したがって、ステアバイワイヤ車輪制御システムの設計は、サーボコントロールシステムの設計になる。車輪制御サブシステムは２つの入力（左車輪基準角θrefl及び右車輪基準角θrefr）、車輪角の結合度が変化する２つの出力（実測左車輪角θrl及び実測右車輪角θrr）を有しているので、車輪サブシステムに多変数サーボ制御が利用される。
【００２４】
したがって、図２に示すように、多変数サーボフィードバック制御をステアバイワイヤ車輪システム１５は、車輪角度位置フィードバックループ及び内部車輪速度フィードバックループを更に有している。車輪角度位置フィードバックループは、車輪コントローラ１２０及び車輪角度位置フィードバック信号θrl，θrrに基づく車輪制御プラント１２４で構成されている。車輪速度フィードバックループは、制御プラント１２４及び車輪角速度フィードバック信号ωrl，ωrrに基づく車輪速度フィードバックコンペンセータ１４０で構成されている。
【００２５】
車輪制御プラント１２４は、図２に示すモータ駆動装置１５ａ，１５ｂの入力制御信号ｕcl，ｕcrと車輪角度の出力信号θrl，θrrとの間で車輪サブシステム１５中の車輪システム組立体である。車輪サブシステム組立体は、図１に示す構成要素を有し、このような構成要素としては、車輪、モータ増幅器、アクチュエータ、車輪角センサ及びタイロッドが挙げられるが、これらには限定されない。
【００２６】
図２に示すように、車輪速度フィードバックループは、制御プラント１２４、車輪角度から車輪角速度を生じさせるデリベータ（derivator）１４５及び車輪速度フィードバックコンペンセータ又は補償器１４０を含む。車輪速度フィードバックコンペンセータ１４０を有する車輪速度フィードバックループは、車輪角速度信号ωrl，ωrrをフィードバック信号として利用する。車輪角速度信号ωrl，ωrrは、左車輪角θrl及び右車輪角θrrから微分操作１４５によって得られる。また、これら車輪角速度信号は、車輪角速度センサを用いた直接的測定からも得ることができる。車輪サーボ制御の一部として、車輪角速度フィードバックループは、車輪サブシステム減衰性能を向上させる。具体的に説明すると、これは車輪速度フィードバックコンペンセータで達成される。車輪速度フィードバックループを、位置ループのための車輪コントローラ１２０の設計を考慮すると、図２の車輪制御プラント１２４の一部と見なすことができる。
【００２７】
図３は、図２の車輪制御サブシステム１５の概略ブロック図である。図示のように、車輪サブシステム１５は、基準命令ジェネレータ１１０及び多変数車輪コントローラ１２０及び車輪角度位置フィードバック信号θrl，θrrに基づく車輪制御プラント１２４で構成された多変数サーボフィードバック制御システムを有している。車輪速度フィードバックループは、車輪制御サブシステム１５についてのこの図示の例では車輪制御プラント１２４の一部として組み込まれている。
【００２８】
図２及び図３に示すように、左車輪角θrl及び右車輪角θrrの信号は、それぞれ左車輪基準角θrefl及び右車輪基準角θrefrと共に減算から加算器１１４，１１６に帰還される。左車輪角加算器１１４は、左車輪基準角θreflと左車輪角θrlとの左車輪角誤差ｅlを求め、この場合、左車輪基準角θreflは、基準命令ジェネレータ１１０によって決定される。右車輪角加算器１１６は、右車輪基準角θrefrと右車輪角θrrとの右車輪角誤差ｅrを求め、この場合、右車輪基準角θrefrは、基準命令ジェネレータ１１０によって決定される。
【００２９】
図２及び図３に示すように、多変数車輪コントローラ１２０は、左車輪角加算器１１４及び右車輪角加算器１１６から左車輪誤差信号ｅl及び右車輪誤差信号ｅrを受け取り、それぞれ左車輪制御信号ｕl及び右車輪制御信号ｕrを出力する。多変数車輪コントローラ１２０は、多入力多出力（ＭＩＭＯ）非干渉制御法を用いることによって設計され、図２及び図３の車輪制御サブシステムの各入力変数、即ち左車輪基準角θrefl及び右車輪基準角θrefrはそれぞれ、対応関係にある出力変数、即ち、左車輪角θrl及び右車輪角θrrに別個独立に影響を与えるようになっている。非干渉制御について以下に詳細に説明する。
【００３０】
具体的に説明すると、多変数車輪コントローラ１２０は、左車輪制御信号ｕl及び右車輪制御信号ｕrを出力するよう構成されている。多変数車輪コントローラ１２０の設計について以下に詳細に説明するように、左車輪制御信号ｕlは、左車輪誤差信号ｅl及び右車輪誤差信号ｅrに基づいて得られる。これと同様に、右車輪制御信号ｕrは、右車輪誤差信号ｅr及び左車輪誤差信号ｅlに基づいて得られる。
【００３１】
図３に示すように、多変数車輪コントローラ１２０からの左車輪制御信号ｕlは次に、左車輪角θrl及び右車輪角θrrを制御するために制御プラント１２４に送られ、実際の左車輪角θrlが左車輪基準角θreflに独立して追従するようになる。これと同様に、多変数車輪コントローラ１２０からの右車輪制御信号ｕrは次に、実際の右車輪角θrr及び左車輪角θrlを制御するために制御プラント１２４に送られ、実際の右車輪角θrrが右車輪基準角θrefrに独立して追従するようになる。
【００３２】
図２に示すように、左車輪制御信号ｕl及び右車輪制御信号ｕrは、それぞれ加算器１４８，１５０内の速度フィードバックコンペンセータにより得られた車輪速度フィードバック制御信号ｕlf，ｕrfと加算される。左車輪トルク制御信号ｕclは、加算器１４８中の左車輪制御信号ｕl及び速度フィードバック制御信号ｕlfに基づいて決定される。右車輪トルク制御信号ｕcrは、加算器１４８中の右車輪制御信号ｕr及び速度フィードバック制御信号ｕrfに基づいて決定される。この実施形態では、図示のように、左車輪速度フィードバック制御信号ｕlf及び右車輪速度フィードバック制御信号ｕlfはそれぞれ速度フィードバックループで加算器１４８，１５０に負帰還される。
【００３３】
図２に示すように、車輪制御プラント１２４は、左モータ駆動装置１５６及び右モータ駆動装置１５８を備えた車輪サブシステム１５内に示されている。左モータ駆動装置１５６及び右モータ駆動装置１５８は、左車輪モータ駆動装置出力トルクτul及び右車輪モータ駆動装置出力トルクτurを求めるためにそれぞれ左車輪トルク制御信号ｕcl及び右車輪トルク制御信号ｕcrを受け取る。
【００３４】
本発明では、車輪に加わる外乱は、図２において等価外乱トルクτdl，τdrによって表されている。図示のように、等価左車輪外乱トルクτdl及び右車輪外乱トルクτdrは、加算器１６０，１６２で車輪制御プラント１２４に加えられる。左車輪外乱トルクτdlは、加算器１６０でτdlを加えることにより左車輪モータ駆動装置出力トルクτulに対する車輪サブシステム中の全ての外乱の影響を表している。左車輪に関する有効トルク制御信号τclは、加算器１６０の出力で得られる。右車輪外乱トルクτdrは、加算器１６０でτdrを加えることにより右車輪モータ駆動装置出力トルクτurに対する車輪サブシステム中の全ての外乱の影響を表している。右車輪に関する有効トルク制御信号τcrは、加算器１６０の出力で得られる。
【００３５】
図２に示すように、左車輪に対する有効トルク制御信号τclは、左車輪モータ１６４に入力され、この左車輪モータは、負荷１６８に加わる対応した大きさのトルクを生じさせ、それにより左車輪及び右車輪に関する車輪角の変化に影響を及ぼす。図示のように、右車輪に対する有効トルク制御信号τcrは、右車輪モータ１６６に入力され、この右車輪モータは、負荷１６８に加わる対応した大きさのトルクを生じさせ、それにより左車輪及び右車輪に関する車輪角の変化に影響を及ぼす。負荷１６８は、車輪及びその組立体、車輪センサ及び車両に関する力学の影響を表している。
【００３６】
図２は、ステアリングホイール基準角θsを車輪サブシステムに与え、車両ドライバに適当な操舵感を生じさせるステアリングホイールサブシステム１６を更に示している。ステアリングホイールシステムのこれら操舵機能は、図２に示すフィードバック制御構造１６を用いることにより達成できる。図示のように、ステアリングホイール制御サブシステム１６には３つのフィードバックループがあり、このようなフィードバックループとしては、等価車輪トルク信号ｕrt、ステアリングホイール速度信号ωs及びステアリングホイール角信号θsにそれぞれ基づく内部トルクループ、ステアリングホイール速度フィードバックループ及びステアリングホイール位置フィードバックループが挙げられる。
【００３７】
本発明では、ステアリングホイールを回そうとするドライバの動作又は行為は、ステアリングホイール制御サブシステム１６では等価外乱トルクτdと見なされる。トルク、速度及び位置フィードバック方式を備えたステアリングホイール制御サブシステム１６は、システム安定性及び性能の要件下で外乱トルク拒否機能付きで設計されている。ドライバの舵取り動作を表す外乱トルクτdがこのようなフィードバック制御システムに加えられると、ステアリングホイール制御サブシステム１６は、リアクショントルクτcを生じさせて等価外乱トルクτdを拒否する。したがって、車両のステアリングホイールを握っているドライバは、ステアリングホイールの回転中リアクショントルクの変化を感じ取ることになる。車両変数、例えば車速と関連したステアリングホイール制御サブシステム１６中のステアリングホイールフィードバックコントローラのパラメータを自動的に調節することにより、リアクショントルクは、車両変数及び操舵フィードバック変数（ステアリングホイール角、ステアリングホイール速度及び車輪トルク）につれて変化することになる。その結果、ステアリングホイール制御サブシステム１６は、ドライバの動作に対するフィードバックとして所要の可変リアクショントルクを発生させることにより可変操舵感を生じさせることができる。
【００３８】
ステアリングホイール制御サブシステムの内部トルクループ中のトルクフィードバック信号は、車輪トルク推定信号に由来している。図２に示すように、車輪制御サブシステム１５中の左車輪制御信号ｕl及び右車輪制御信号ｕrは、車輪制御ゲイン１７０の出力中に等価車輪トルク信号ｕrtを生じさせるのに利用される。換言すると、車輪トルク推定信号ｕrtを車輪フィードバック制御システムの制御信号から得ることができる。等価車輪トルク信号ｕrtは、車輪制御信号に比例している。等価車輪トルク信号ｕrtは、車輪システム動作条件、外乱及び路面条件に応じて変化する場合がある。この信号は、直接的な車輪トルクセンサ測定を必要としないで低コスト低ノイズ且つ高品質の車輪トルク信号をもたらす。
【００３９】
図２に示すように、等価車輪トルク信号ｕrtは、ステアリングホイール制御サブシステム中の加算器１７２に送られ、この加算器は、ステアリングホイールモータ駆動装置制御信号ｕsを決定する。図示のように、ステアリングホイールモータ駆動装置１７４は、ステアリングホイールモータ駆動装置制御信号ｕsを受け取り、ステアリングホイールに連結されたステアリングモータ１７８を用いてリアクショントルクτcを生じさせる。リアクショントルクτcは、等価ドライバ外乱トルクτdに比例している。この関係は、有効トルク信号τmの出力を備えた加算器１７６で表されている。有効トルク信号τmは、等価ドライバ外乱トルクτdとリアクショントルクτcの差を表している。ステアリングホイールは、τmが正又は負の値であるとき、回されており、ステアリングホイールは、τmの値がゼロである場合止められていることは注目されるべきである。有効トルクτmは又、等価ドライバ外乱トルクτdが変化するとき、ステアリングホイール角の変化に影響を及ぼす。
【００４０】
ステアリングホイール速度信号ωsは、ブロック１９６においてステアリングホイール角θsの微分操作から得られ、速度フィードバックコンペンセータ１７１によって受け取られる。速度フィードバックコンペンセータ１７１の出力制御信号は、負の状態で加算器１９０に送られて速度フィードバックループを形成する。制御信号ｕcfは、加算器１９０で決定され、この加算器は、位置ループコンペンセータ１８４からのステアリングホイールトルク制御信号ｕcと速度フィードバックループコンペンセータ１７１からのフィードバック制御信号ｕsfの差を計算する。ループゲイン１９２の出力の増幅制御信号ｕctは、等価トルクフィードバック信号ｕrtに基づいて加算器１７２でモータ駆動装置制御信号ｕsを得るために用いられる。速度フィードバックループの機能は、内部トルクフィードバックループ及びステアリングホイール角度位置フィードバックループと協働することにより調節可能なステアリングホイール戻り速度を生じさせることにある。ドライバがステアリングホイールを放すと、ステアリングホイールは、調節可能な速度でセンタ又は或る角度まで戻ることになる。
【００４１】
図２は、ステアリングホイール基準角θsrは、左車輪角θrl及び右車輪角θrrに基づいてゲインＲ２Ｓによって決定されることを更に示している。図示のように、ステアリングホイール位置誤差信号ｅsは、ステアリングホイール基準角θsr及びステアリングホイール角θsに基づいて加算器１８２で得られる。位置ループコンペンセータ１８４は、ステアリングホイール位置誤差ｅsを受け取り、ステアリングホイール制御信号ｕcを決定する。この実施形態では、ステアリングホイール角θsは、加算器１８２に送られて位置フィードバックループを形成する。
【００４２】
リアクショントルクτcは、位置ループコンペンセータ１８４、ループゲイン１９２及び車輪制御信号のゲイン１７０のパラメータを変更することにより調節可能である。コンペンセータ及びゲインのパラメータ変化の状況では、車両ドライバは、リアクショントルクτcの変化に起因してステアリングホイール感触の変化を経験することになろう。ステアリングホイール制御サブシステムのパラメータ自動調節を行って可変操舵感をリアクショントルクτcの変化に基づいて得ることができるようにするため、操舵感と関連した車両信号、例えば車速をスケジューリング信号として導入してパラメータを自動的に調節する。
【００４３】
図４は、図３に示す多変数車輪コントローラ１２０及び車輪制御プラント１２４を備えた多変数車輪サーボフィードバック制御システムのブロック図である。車輪制御プラント１２４については、ブロック及び伝達関数を用いて説明しており、伝達関数は、複素平面ｓ内の出力変数と入力変数との間に成り立つシステムを数学的に説明している。出力変数と入力変数の結合効果は、図４を用いて明確に説明できる。図４の制御プラント１２４の入力変数は、２つの制御信号ｕl，ｕrである。出力変数は、２つの実際の車輪角信号θrl，θrrである。
【００４４】
入力変数ｕl，ｕrと出力変数θrl，θrrとの間の制御車輪プラント１２４の公称モデルは、以下に示す伝達関数による行列の説明を用いて与えられる。
【００４５】
2004237979.tif 000003
【００４６】
上式において、θrlは実際の左車輪角を表し、θrrは実際の右車輪角を表し、ｕlは左車輪トルク制御信号を表し、ｕrは右車輪トルク制御信号を表している。さらに、Ｇllは、実際の左車輪角出力θrlと左車輪トルク制御信号入力ｕlとの間の伝達関数を表し、Ｇlrは、実際の左車輪角出力θrlと右車輪トルク制御信号入力ｕrとの間の伝達関数を表し、Ｇrlは、実際の右車輪角出力θrrと左車輪トルク制御信号入力ｕlとの間の伝達関数を表し、Ｇrrは、実際の右車輪角出力θrrと右車輪トルク制御信号入力ｕrとの伝達関数を表している。
【００４７】
方程式（１）に示された制御車輪プラントの公称モデルによれば、入力変数のうちの任意の１つの変化は、制御車輪プラントが多変数車輪コントローラ１２０によって制御されていない場合、結合による影響に起因して出力変数の各々の変化を引き起こす場合がある。方程式（１）は、θrl＝Ｇll（ｓ）ｕl＋Ｇrl（ｓ）ｕr及びθrr＝Ｇlr（ｓ）ｕl＋Ｇrr（ｓ）ｕrと書き直すことができる。θrl及びθrrは、ｕlが変化し、ｕrが一定の場合変化することになる。さらに、θrl及びθrrは、ｕrが変化し、ｕlが一定のままであれば、変化することになる。伝達関数Ｇlr，Ｇrlは、結合による影響を表している。
【００４８】
避けることができない不確定な摂動は、路面条件、車両力学特性及び車輪サブシステム組立体の変化により生じる。制御プラントの現実的なモデルは、方程式（１）に記載された公称モデル周りの摂動境界を考慮することになる。したがって、実際の多変数車輪制御プラント１２４の伝達関数行列は、Ｇ（ｓ）＝Ｇ0（ｓ）（Ｉ＋ΔＧ（ｓ））によって表され、この式において、Ｇ0（ｓ）は、方程式（１）中の公称伝達関数であり、ΔＧ（ｓ）は、不確実性の有界関数であり、Ｉは単位行列である。車輪制御プラント１２４の実際の非線形モデルは、互いに異なる操作動作点で表すことができ、従って方程式（１）の形態の幾つかの公称モデルを決定できるようになる。
【００４９】
多変数車輪コントローラ１２０は、車輪角追従機能（上述した）を実行するよう設計されている。多変数デカップリング（切離し）アルゴリズムを適用すると、ループ間相互作用の影響を「切り離し」又は無くすことができ、その結果、多従属出力変数が車輪制御プラント１２４に生じることになる。多変数車輪コントローラ１２０は、多変数車輪サーボ制御システムを一連の独立シングルループサブシステムに分解することができ、従って各車輪角θrl又はθrrがそれぞれ各車輪規準角θrefl又はθrefrに別個独立に追従するようになる。
【００５０】
図４に示すように、多変数車輪コントローラ１２０の入力変数は、左車輪誤差信号ｅl及び右車輪誤差信号ｅrである。出力変数は、左制御信号ｕl及び右制御信号ｕrである。入力と出力の関係は、次に示す伝達関数行列を用いることにより表すことができる。
【００５１】
2004237979.tif 000004
【００５２】
方程式（２）中の多変数車輪コントローラ１２０の各要素は次のようにして与えられる。Ｃllは、左車輪トルク制御信号出力ｕlと左車輪誤差信号ｅlとの間の伝達関数、Ｃrlは、左車輪トルク制御信号出力ｕlと右車輪誤差信号ｅrとの間の伝達関数、Ｃlrは、右車輪トルク制御信号出力ｕrと左車輪誤差信号ｅlとの間の伝達関数、Ｃrrは、右車輪トルク制御信号出力ｕrと右車輪誤差信号ｅrとの間の伝達関数である。
【００５３】
方程式（２）に記載された多変数車輪コントローラによれば、入力誤差変数のうち任意の１つの変化は、多変数車輪制御プラント１２４中の結合による影響を切り離す目的を達成するため出力制御変数の各々の変化を引き起こす。さらに、方程式（２）は、ｕl＝Ｃll（ｓ）ｅl＋Ｃrl（ｓ）ｅr及びｕr＝Ｃlr（ｓ）ｅl＋Ｃrr（ｓ）ｅrと書き直すことができる。ｕl及びｕrは、ｅlが変化し、ｅrが一定のままであれば変化することになり、ｕl及びｕrも又、ｅrが変化し、ｅlが一定のままであっても変化することになる。伝達関数Ｃlr，Ｃrlは、デカップリング項を表し、方程式（１）中のＧlr及びＧrlによって説明される結合の影響を減少させ又は無くす。
【００５４】
多変数車輪制御システムの設計を標準問題フレームワークで説明することができる。多変数制御システム設計に関する標準問題ブロック図が、図５に示されており、ここでＰ（ｓ）は、公称制御プラント及び制御システムの重み付き関数を含む拡張プラントである。Ｋ（ｓ）は、設計対象のコントローラである。信号は次のように説明される。すなわち、ｕは制御変数であり、ｙは測定変数であり、ｗは外来信号であり、ｚは制御目標である。図５の標準問題は、次のように表すことができる。
【００５５】
2004237979.tif 000005
【００５６】
ｕ＝Ｋｙ    …（４）
【００５７】
ｗからｚへのクローズドループ伝達関数行列は次式で与えることができる。
【００５８】
Fwz(s)＝P11(s)＋P12(s)K(s)(I−P22(s)K(s))-1P21(s)    …（５）
【００５９】
本発明による多変数車輪制御システムの一例として、多変数Ｈ∞制御アプリケーションを説明する。Ｈ∞制御は、モデル不確実性の最悪効果を考慮に入れ、モデル不確実性及び外乱に関しロバストな多変数フィードバックシステム設計を実現することができる。これを応用すると、変数デカップリングで多変数サーボ制御システムの設計上の問題を解決することができる。ここでの目標は不確実さの下における車輪基準角追従及び安定性のロバストネス（robustness）なので、以下に説明する感度関数及び補完的感度伝達関数の重み付け組合せのノルムを最小限に抑えることによりコントローラＫ（ｓ）を同期させる。
図４に示す車輪サーボ制御システムを考慮すると、感度及び補完的感度伝達関数行列を次のように定義することができる。
【００６０】
S(s)＝(I＋G(s)K(s))-1    …（６）
T(s)＝G(s)K(s)(I＋G(s)K(s))-1＝（I−S(s)）    …（７）
【００６１】
感度関数行列Ｓ（ｓ）の特異値
2004237979.tif 000006
は、
2004237979.tif 000007
に基づいて外乱減衰性能を決定し、Ｗ1-1は、所望の外乱減衰因子である。補完的感度伝達関数行列Ｔ（ｓ）の特異値
2004237979.tif 000008
は、
2004237979.tif 000009
に基づく多変数車輪フィードバックシステムのロバスト安定性の測定値であり、ここで、Ｗ2-1は、最も大きな予測多変数プラント摂動である。可変デカップリングを含む制御システム性能及び制御システムロバスト安定性の要件は、重み付き関数Ｗ1（ｓ）及びＷ2（ｓ）により図６に示す標準問題のフレームワーク内で特定できる。したがって、このような要件を考慮に入れたｗからｚまでのクローズドループ伝達関数行列を次のように記載することができる。
【００６２】
2004237979.tif 000010
【００６３】
方程式（８）は、方程式（５）のより特別な形態である。標準Ｈ∞制御問題をクローズドループシステムが安定であるという条件下において、次式を満足する答えＫ（ｓ）として述べることができる。
【００６４】
2004237979.tif 000011
上式において、
2004237979.tif 000012
は、行列Ｆzw（ｓ）のＨ∞ノルムを示している。重み付き関数Ｗ1（ｓ），Ｗ2（ｓ）について適当な選択を行うことにより、基準式（９）を満足するようＨ∞コントローラを設計することができ、従って車輪サーボ制御システムは所要の性能でロバスト安定性がある。
【００６５】
上述したように、車輪制御プラント１２４の力学は、路面条件、車両力学特性及び車輪システム組立体それ自体につれて変化する。さらに、車輪制御プラント１２４の力学のゲインは、実質的に車速と共に変化する。したがって、車輪制御プラントは、非線形である。ゲインスケジューリング方式は、力学が動作条件と共に変化する制御システムの効果的な方式である。この方式は代表的には、プラント力学と動作条件の関係が既知である非線形プラントを制御するために用いられる。本発明では、ゲインスケジューリング制御方式は、車輪サーボ制御システムの追従及びデカップリング性能を満足するよう実現される。
【００６６】
ゲインスケジューリング制御を適用するためには、異なる車速の下で図４及び方程式（１）に示す車輪制御プラント１２４の幾つかの公称モデルを決定する必要がある。したがって、公称モデルを種々の動作点で用いることにより車輪制御プラント１２４のゲインの変化は定量的に説明される。各公称モデルに基づいて上述の方法を用いることにより種々の動作点での対応関係にある各々の多変数車輪コントローラを設計することができる。この実施形態では、多変数コントローラ１２０のゲインは、車速と共に自動的に変化して制御された車輪コントローラプラント１２４のゲインの変化を正しく補償する。
【００６７】
図６は、図２及び図３に示す基準命令ジェネレータ１１０のブロック図である。ジェネレータ１１０は、１つの入力、即ちステアリングホイール角θs及び２つの出力、即ち左車輪基準角θrefl及び右車輪基準角θrefrを有している。図６に示すように、入力ステアリングホイール角θsから左及び右車輪基準角θrefl，θrefrの出力を生じさせるには２つの段階がある。第１の段階では、基準命令ジェネレータ１１０が、ステアリングホイール角信号θsから左及び右車輪角θsrl，θsrrを生じさせる。これを達成するには、対応関係にある各車輪角について舵取り比ゲインブロック１１１，１１２を用いるのがよい。ステアリングホイール角と各車輪角との間の比例値を舵取り比と言う場合がある。図６の左舵取り比ゲインＬ及び右舵取り比ゲインＲを、車両操縦性の要件に応じて同一の１つのステアリングホイール角θs入力についてゲインブロック１１１，１１２で互いに異なるようにセットアップするのがよい。この実施形態では、出力左車輪角θsrlと右車輪角θsrrは、互いに異なるであろう。というのは、同一の１つの入力ステアリングホイール角θsについて舵取り比ゲインＬ，Ｒが互いに異なるからである。
【００６８】
舵取り性能を向上させるため、車速をスケジューリング信号として用いて図６に示す舵取り比ゲインＬ，Ｒを変えることにより可変舵取り比を実現できる。代表的には、舵取り比は、高速（約４０〜９０ｍｐｈ）では大きく、低速（約０〜４０ｍｐｈ）では小さい。しかしながら、本発明の範囲及び精神から逸脱することなく、任意の舵取り比を低速及び高速で用いることができる。
【００６９】
第２段階では、基準命令ジェネレータ１１０は、校正ユニット１１３において左及び右車輪角θsrl，θsrrについて校正を更に実行する。これは、車両ジオメトリ及び舵取り性能要件に従って行われる。図示のように、校正ユニット１１３の出力信号は、左車輪基準角θreflと右車輪基準角θrefrである。一例として、アッカーマンアングル（Ackerman Angle）又はアッカーマンジオメトリを実現すると校正ユニット１１３において所要の左車輪基準角θrefl及び右車輪基準角θrefrを発生させることができる。この実施形態では、アッカーマンアングルは、車両の前輪の平均角度である。回転中における車輪角の最適化されたアッカーマンジオメトリは、前輪タイヤの摩耗を著しく減少させることができる。さらに、正確な車輪角は、車両の操縦性能を向上させる上で車両の力学にも関連している。したがって、車両変数、例えば車速、ヨーレート及び横加速度を校正ユニット１１３で用いることにより左車輪基準角θrefl及び右車輪基準角θrefrをリアルタイムで得ることができる。さらに、これら車輪基準角θrefl，θrefrを実際の車輪角θrl，θrrで完全に追従させることができる。というのは、図３の車輪フィードバック制御サブシステムは、上述の基準入力信号追従機能を備えたサーボ制御システムとして設計されているからである。
【００７０】
この実施形態では、基準命令ジェネレータ１１０の幾つかの機能は、図３に示すステアリングホイールサブシステム１５及び車両からそれぞれステアリングホイール角及び幾つかの車両変数を受け取り、左車輪基準角と右車輪基準角を別々に生じさせることにある。基準命令ジェネレータ１１０内で、２つの車輪角基準信号が舵取り比ゲインブロック１１１，１１２及び校正ユニット１１３に従ってステアリングホイール角からリアルタイムで得られる。これは、当該技術分野で知られている任意適当な手段により検出できる車両変数、例えば車速、ヨーレート及び横加速度を用いて達成される。
【００７１】
図７は、本発明の一般的な車輪サブシステム制御方法２１０の一つを示すフローチャートである。この方法２１０は、図２のステアバイワイヤ車輪制御システムの作動中実施される一般的なルーチン手順を示している。図示のように、この方法２１０は、左車輪角θrl及び右車輪角θrrを別個独立に制御して車輪基準角θrefl，θrefrに追従するための制御変数ｕl，ｕrを生じさせるよう実施される。
この方法は、ボックス２１２においてステアリングホイール角及び車両変数を検出する段階と、ボックス２１４においてステアリングホイール角及び車両変数に基づき左車輪基準角及び右車輪基準角を求める段階と、ボックス２１６において、左及び右車輪基準角と実際の左及び右車輪角との左及び右車輪誤差をそれぞれ求める段階とを有する。この方法は、ボックス２２０において、左及び右車輪トルク制御信号を決定する段階を更に有する。左及び右車輪制御信号は、左及び右車輪誤差に基づき、デカップリング特徴を備えた多変数サーボ制御アルゴリズムによって決定される。この方法は、ボックス２２４において、左及び右車輪制御信号を車輪制御プラントに出力する段階を更に有する。
【００７２】
図２に示す本発明のステアバイワイヤ制御システム１１は、ドライバに操舵感を与える。上述したように、これは、図２に示すような複数のループを有するステアリングホイールサブシステムのフィードバック制御を用いることにより達成される。したがって、所望の操舵感を得るための要件は、ステアバイワイヤ制御システムの設計要件になる。所望の操舵感を提供するステアバイワイヤ制御システムを設計するためには、操舵感を制御システムにおける仕様として表し又は記述することが重要である。したがって、図２に示すステアバイワイヤ制御システムに基づく操舵感についての定量的な記述は、本発明において開発され、これについて以下に説明する。
【００７３】
操舵感は、通常はステアリングホイール角、車輪トルク及び車速につれて変化する。したがって、操舵感についての定量的な記述は、ステアリングホイールリアクショントルクとステアリングホイール角及び車輪トルクと車速の関係を確立することによって得ることができる。このような関係を確立するため、図２のステアリングホイール制御サブシステム１６及び車輪制御サブシステム１５を含むステアバイワイヤ制御システム１１のブロック図が図８に再び示されている。図２のステアリングホイール速度フィードバックループは、伝達関数の記述Ｇs（ｓ）を用いて表されるステアリングホイール制御プラントの一部と見なされる。サーボフィードバック方式の車輪制御サブシステムは、伝達関数記述Ｈr（ｓ）のブロックとして表されている。図８では、τdは、車両ドライバによって加えられる等価外乱トルクを表し、τcは、ステアリングホイール制御サブシステムからのリアクショントルクを表している。リアクショントルクτcは、等価外乱トルクτdと逆の方向でステアリングホイールに加えられ、馴染みのあるステアリングホイール感覚がドライバに与えられる。さらに、有効トルクτmは、リアクショントルクτcと等価外乱トルクτdの差を表している。これは次のように書き表すことができる。
【００７４】
τm＝τd−τc    …（１０）
【００７５】
図８に示すように、図２の角度位置コンペンセータは、一定ゲインＫc及び関数ｆ（ｕi（ｔ），ｖc）１７１を用いることによって表され、この関数は、その入力変数ｕi（ｔ）及び車速Ｖsと関連している。図２の車輪トルク推定器は、一定ゲインＫd及び関数ｆ（ｕr（ｔ），ｖc）１９３を用いることによって表され、この関数は、その入力変数ｕd（ｔ）及び車速Ｖsと関連している。制御変数ｕs（ｔ）は、リアクショントルクτcに比例し、線形ゲインＫａが得られる。したがって、ｕs（ｔ）は、関数１９３の入力変数ｕi（ｔ）及び関数１７１の入力変数ｕr（ｔ）によって影響を受ける等価リアクショントルク変数と考えることができる。車輪角が一定又は可変ステアリングホイール比でステアリングホイール角θsに比例すると仮定する。図８に示すように、関数１９３の入力変数ｕi（ｔ）は、ステアリングホイール角θsに比例している。関数１７１の入力変数ｕr（ｔ）は、等価車輪トルクτdに比例している。以下に示すように、表１は、ステアリングホイール制御ユニット及びステアバイワイヤ制御システム内の変数を一覧表示している。
【００７６】
〔表１〕
表１  変数の関係
ステアリングホイール制御ユニット    ステアバイワイヤ制御システム
ｕs（ｔ）                         リアクショントルクτc（ｔ）
ｕi（ｔ）                         ステアリングホイール角θs
ｕr（ｔ）                         車輪トルクτrc 
【００７７】
本発明における一目的は、ステアリングホイール角θs、車輪トルクτr及び車速Ｖsに基づいてリアクショントルクτc（ｔ）についての定量的な記述を得ることにある。ステアバイワイヤシステム及びステアリングホイール制御ユニット、ステアリングホイール制御ユニット変数ｕs（ｔ），ｕi（ｔ），ｕr（ｔ）相互間の変数の関係を用いると、リアクショントルクτc（ｔ）、ステアリングホイール角θs及び車輪トルクτrを含むステアバイワイヤシステムの変数を表１に示すように表すことができる。
非線形方程式が図８に示すステアリングホイール制御ユニットで導かれ、以下の等価リアクショントルクｕs（ｔ）についての記述が得られる。
【００７８】
ｕs(t)＝f（ui(t)，vc)ui＋f（ur(t)，vc)ur      …（１１）
【００７９】
方程式（１１）には２つの項があり、第１の項は、関数ｆ（ｕi（ｔ），ｖc）を用いてｕs（ｔ），ｕi（ｔ）相互間の関係を与え、第２の項は、関数ｆ（ｕr（ｔ），ｖc）を用いてｕs（ｔ），ｕr（ｔ）相互間の関係を与える。関数ｆ（ｕi（ｔ），ｖc）及びｆ（ｕr（ｔ），ｖc）は各々、車速Ｖcの関数である。これら関数は両方とも、入力変数ｕi（ｔ），ｕr（ｔ）及び車速の線形又は非線形関数である。２つの関数ｆ（ｕi（ｔ），ｖc）及びｆ（ｕr（ｔ），ｖc）のパラメータを調節することにより、等価リアクショントルクｕs（ｔ）は、変数ｕi（ｔ），ｕr（ｔ）につれて変化することになる。車速Ｖcの変化は、関数ｆ（ｕi（ｔ），ｖc）及びｆ（ｕr（ｔ），ｖc）のパラメータを自動的に調節して関数の値の変化を生じさせ、等価リアクショントルクｕs（ｔ）が相対的な変化を生じさせるようにする。
【００８０】
方程式（１１）は、等価リアクショントルクｕs（ｔ）についての分析的記述である。もしｆ（ｕi（ｔ），ｖc）及びｆ（ｕr（ｔ），ｖc）が線形関数であれば、等価リアクショントルクｕs（ｔ）は、入力変数ｕi（ｔ），ｕr（ｔ）及び車速Ｖcと共に線形的に変化することになる。もしｆ（ｕi（ｔ），ｖc）及びｆ（ｕr（ｔ），ｖc）が非線形関数であれば、等価リアクショントルクｕs（ｔ）は、入力変数ｕi（ｔ），ｕr（ｔ）及び車速Ｖcと共に非線形的に変化することになる。関数ｆ（ｕi（ｔ），ｖc）及びｆ（ｕr（ｔ），ｖc）は、等価リアクショントルクを決定する。
【００８１】
特別な例として、関数ｆ（ｕi（ｔ），ｖc）及びｆ（ｕr（ｔ），ｖc）は、速度独立定数であり、Ｋｉ及びＫｒと表すことができる。すると、等価リアクショントルクを表す方程式（１１）は、ｕs（ｔ）＝Ｋcｕi＋Ｋrｕrとして与えられる。入力変数ｕi（ｔ），ｕr（ｔ）につれて線形的に変化する等価リアクショントルクｕs（ｔ）を示すのは線形関数である。
【００８２】
表１に示すステアリングホイール制御ユニットとステアリングホイール制御システムとの間の変数の関係に従って、リアクショントルクτcを表す関連の非線形方程式は次のように与えることができる。
【００８３】
τc＝k1f(ui(t)，vc(t))θs＋k2f(ur(t)，vc)τr      …（１２）
【００８４】
上式において、ｋ1は、ｕiとステアリングホイール角θsとの間の比例定数であり、ｋ2は、ｕrと車輪トルクτrとの間の比例定数である。方程式（１２）は、ステアリングホイール角θs、車輪トルクτr及び車速Ｖsに基づいてリアクショントルクτc（ｔ）についての定量的な記述を与える。
【００８５】
この実施形態では、方程式（１１），（１２）中のｆ（ｕi（ｔ），ｖc）及びｆ（ｕr（ｔ），ｖc）は、ステアリングホイール制御システム設計において所望のリアクショントルクにより解析的に求めることができる。代表的には、操舵感は、ステアリングホイールトルク対ステアリングホイール角の曲線又はステアリングホイールトルク対車輪トルクの曲線で評価される。これら予想曲線は、ステアリングホイール制御システム設計で方程式（１１），（１２）中の解析関数ｆ（ｕi（ｔ），ｖc）及びｆ（ｕr（ｔ），ｖc）を用いて決定できる。その結果、ステアバイワイヤシステムは、所望の操舵感を生じさせる。というのは、所望のリアクショントルクは、制御システム性能仕様として制御システム設計の段階で考慮されるからである。
【００８６】
この実施形態では、関数ｆ（ｕi（ｔ），ｖc）及びｆ（ｕr（ｔ），ｖc）のパラメータを変化させることにより操舵感を調節したり制御することができる。その結果、ステアバイワイヤ制御システムは、リアクショントルクτcを定量的に発生させることにより調節可能な操舵感をもたらすことができる。  上記方程式（１１），（１２）を拡張するとそれ以上の変数及び実際の非線形性、例えば摩擦をステアリングホイールサブシステムで考慮することができる。
【００８７】
本発明の一般的な一方法が図９に示されている。図示のように、本発明は、ステアリングホイールに加わるリアクショントルクの制御を行うことにより車両ドライバのための調節可能な操舵感を生じさせるようステアバイワイヤシステムを制御する方法３１０に関する。ステアバイワイヤシステムは、ステアリングホイールに加わるリアクショントルクを制御するステアリングホイールコントローラを含むステアリングホイール制御サブシステムを有する。ステアバイワイヤシステムは、車輪角を制御してステアリングホイールの命令に追従し、上述したようにステアリングホイール制御サブシステムに操舵感を生じさせる等価車輪トルクを生じさせる車輪コントローラを含む車輪制御サブシステムを更に有している。
【００８８】
この方法３１０は、ボックス３１２において、車輪制御信号、ステアリングホイール速度信号及びステアリングホイール角信号に基づく等価車輪トルク信号を受け取る段階を有する。この方法３１０は、ボックス３１４において、車輪角信号に基づくステアリングホイール基準角信号を受け取り、車速信号を受け取る段階を更に有する。この方法３１０は、ボックス３１６において、次のループ、即ち、ステアリングホイール角度位置フィードバックループ、ステアリングホイール速度フィードバックループ及びトルクフィードバックループを備えたステアリングホイールフィードバック制御システムを準備する段階を含む。方法３１０は、ボックス３１８において、ステアリングホイールフィードバック制御システムコントローラを調節可能なパラメータで用いることによりステアリングホイールリアクショントルク制御変数を発生させる段階を更に有する。方法３１０は、ボックス３２０において、車両ドライバにより生じた動作又は行為トルクをステアリングホイールフィードバック制御システムのための外乱トルクとして表し又は記述する段階を更に有する。ボックス３２２において、車両ドライバがステアリングホイールを回すと、リアクショントルクがステアリングホイールに加わり、車両ドライバによって感じ取られる。ボックス３２４において、車両ドライバが手をステアリングホイールから放すと、ステアリングホイールは、調節可能な舵取り速度でセンタに戻り、又は停車状態における車両角に従って或る角度で停止することになる。この実施形態では、フィードバックコントローラを備えたステアリングホイールサブシステムは、ステアリングホイール角、等価車輪トルク及び車速に基づいてリアクショントルクを決定する。一実施形態では、ステアリングホイールコントローラのパラメータを自動的に調節して調節可能な操舵感をドライバに与えることができる。一実施形態では、操舵感を表すステアリングホイールリアクショントルクを定量的に表すことができる。
【００８９】
本発明の別の側面、特徴及び利点は、添付の図面を参照して以下の詳細な説明及び特許請求の範囲を読むと明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の車両用ステアバイワイヤシステム組立体の略図である。
【図２】車輪制御サブシステム及びステアリングホイール制御サブシステムを備えたステアバイワイヤ制御システムのブロック図である。
【図３】図２に示すステアバイワイヤシステムの車輪サブシステムのブロック図である。
【図４】図３に示す多変数コントローラ及び制御車輪プラントを含む多変数車輪フィードバック制御のブロック図である。
【図５】本発明に従って用いることができる一般的な多変数フィードバック制御システムのブロック図である。
【図６】図１に示すステアバイワイヤシステムの車輪サブシステムの基準面命令ジェネレータの一例のブロック図である。
【図７】本発明に従って車両の左車輪及び右車輪を別個独立に制御する一般的な一方法のフローチャートである。
【図８】図２のステアバイワイヤ制御システムの単純化ブロック図である。
【図９】本発明に従ってドライバのための調節可能な操舵感を生じさせるために車両用ステアバイワイヤシステムを制御する一方法のフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【外国語明細書】
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