(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車のパワーステアリングシステム（１０）を動作させる方法（１００）であって、
所与の手動トルク（２４）に、重畳ユニット（１４）において、電気モータ（１６）によって印加されるモータトルク（２６）が重畳され、
前記電気モータ（１６）の回転数パターンの評価によって、前記パワーステアリングシステム（１０）の初期凍結が識別され（１０１）、
前記パワーステアリングシステム（１０）の凍結回避のために、前記電気モータ（１６）は、連続的期間（Ｔ０）において作用する振幅（ａ０）を有する振動制御信号（Ｓ＃）によって駆動制御され、これによって、前記パワーステアリングシステム（１０）の振動印加が、前記電気モータ（１６）によって印加される、最大トルク（Ｍ＃）を有する揺動トルク（２６＊）によって引き起こされる、方法（１００）において、
前記振動制御信号として制御信号（Ｓ＊）が生成され（１０２)、前記制御信号（Ｓ＊）は、当該制御信号（Ｓ＊）が高められた振幅（ａ１）を有する第１の期間（Ｔ１）と、当該制御信号（Ｓ＊）が振幅を全く有しない又は低減された振幅（ａ２）を有する第２の期間（Ｔ２）とを有しており、これによって、前記第１の期間（Ｔ１）において、前記電気モータ（１６）によって印加される、高められた最大トルク（Ｍ＊）を有する前記揺動トルク（２６＊）が、前記電気モータ（１６）又はその制御部のコンポーネントの熱的過負荷なしで生成可能であることを特徴とする方法（１００）。
【請求項２】
前記振動制御信号は、高められた振幅（ａ１）を有する１つ以上の前記期間（Ｔ１）と、振幅を全く有しない又は低減された振幅（ａ２）を有する１つ以上の前記期間（Ｔ２）とを有している、請求項１に記載のパワーステアリングシステム（１０）を動作させる方法（１００）。
【請求項３】
前記第１の期間（Ｔ１）は、前記連続的期間（Ｔ０）の５０％以下であり、前記高められた振幅（ａ１）は、均一な振幅（ａ０）よりも少なくとも７０％大きい、請求項１又は２に記載のパワーステアリングシステム（１０）を動作させる方法（１００）。
【請求項４】
前記第２の期間（Ｔ２）は、前記制御信号（Ｓ＊）が振幅を全く有しない休止期間であり、前記第２の期間（Ｔ２）は、前記第１の期間（Ｔ１）よりも長い、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のパワーステアリングシステム（１０）を動作させる方法（１００）。
【請求項５】
前記第２の期間（Ｔ２）は、前記第１の期間（Ｔ１）よりも少なくとも５０％長い、請求項４に記載のパワーステアリングシステム（１０）を動作させる方法（１００）。
【請求項６】
前記低減された振幅（ａ２）は、前記均一な振幅（ａ０）の最大で５０％であり、前記高められた振幅（ａ１）の最大で３０％である、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のパワーステアリングシステム（１０）を動作させる方法（１００）。
【請求項７】
前記パワーステアリングシステム（１０）の少なくとも一部領域は、固有周波数（ｆ０）を有する自由振動系を表し、前記振動制御信号（Ｓ＊）は、前記自由振動系の固有周波数よりも３０％以下の値だけ高い可変周波数（ｆ）によって生成される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のパワーステアリングシステム（１０）を動作させる方法（１００）。
【請求項８】
前記振動制御信号（Ｓ＊）は、前記自由振動系の前記固有周波数よりも５％乃至１０％高い可変周波数（ｆ）によって生成される、請求項７に記載のパワーステアリングシステム（１０）を動作させる方法（１００）。
【請求項９】
前記パワーステアリングシステム（１０）の通常モード中のサーボ支援に対して、前記印加されるモータトルク（２６）の大きさを決定する動作制御信号（Ｓ）が生成され、前記振動制御信号（Ｓ＊）は、少なくとも前記揺動トルク（２６＊）の大きさ及び周波数を決定し、前記振動制御信号（Ｓ＊）は、前記動作制御信号（Ｓ）に対して付加的又は代替的に生成される（１０３ａ）、請求項１乃至８のいずれか一項に記載のパワーステアリングシステム（１０）を動作させる方法（１００）。
【請求項１０】
前記振動制御信号（Ｓ＊）は、前記動作制御信号（Ｓ）に対して代替的に生成され、前記振動制御信号（Ｓ＊）と前記動作制御信号（Ｓ）との間の入れ替えに対して、遷移関数が使用される、請求項９に記載のパワーステアリングシステム（１０）を動作させる方法。
【請求項１１】
前記遷移関数は、ランプ関数である、請求項１０に記載のパワーステアリングシステム（１０）を動作させる方法（１００）。
【請求項１２】
前記パワーステアリングシステム（１０）の揺動モード中のサーボ支援に対して、特別な動作制御信号（Ｓ）を生成し、ここで使用されるサーボ特性曲線は、印加される手動トルク（２４）が小さい場合に、サーボ支援が皆無であること又は非常に僅かなサーボ支援のみを示し、前記振動制御信号（Ｓ＊）は、サーボ支援が皆無である又は非常に僅かなサーボ支援のみが行われる場合にのみ生成される、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のパワーステアリングシステム（１０）を動作させる方法。
【請求項１３】
前記パワーステアリングシステム（１０）の揺動モード中のサーボ支援に対して、特別な動作制御信号（Ｓ）が生成され、ここで使用されるサーボ特性曲線は、印加される手動トルク（２４）が小さい場合に、サーボ支援が皆無であること又は非常に僅かなサーボ支援のみを示し、前記振動制御信号（Ｓ＊）は、前記サーボ支援と並行して行われる、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のパワーステアリングシステム（１０）を動作させる方法。
【請求項１４】
請求項１に記載の方法を実施するための装置（２２）であって、
前記装置（２２）は、自動車のパワーステアリングシステム（１０）において、モータトルク（２６）を生成する電気モータ（１６）を、所与の手動トルク（２４）に重畳ユニット（１４）を用いて前記モータトルク（２６）を重畳するために駆動制御し、
前記装置（２２）は、前記電気モータ（１６）の回転数パターンの評価によって、前記パワーステアリングシステム（１０）の初期凍結を識別するように構成されており、
前記装置（２２）は、前記パワーステアリングシステム（１０）の凍結回避のために、
前記電気モータ（１６）を、連続的期間（Ｔ０）において作用する振幅（ａ０）を有する振動制御信号（Ｓ＃）によって駆動制御し、これによって、前記パワーステアリングシステム（１０）の振動印加が、前記電気モータ（１６）によって印加される、最大トルク（Ｍ＃）を有する揺動トルク（２６＊）によって引き起こされる、装置（２２）において、
前記装置（２２）が、前記振動制御信号として制御信号（Ｓ＊）を生成し、前記制御信号（Ｓ＊）は、当該制御信号（Ｓ＊）が高められた振幅（ａ１）を有する第１の期間（Ｔ１）と、当該制御信号（Ｓ＊）が振幅を全く有しない又は低減された振幅（ａ２）を有する第２の期間（Ｔ２）とを有しており、これによって、前記第１の期間（Ｔ１）において、前記電気モータ（１６）によって印加される、高められた最大トルク（Ｍ＊）を有する前記揺動トルク（２６＊）が、前記電気モータ（１６）又はその制御部のコンポーネントの熱的過負荷なしで生成可能であることを特徴とする装置（２２）。
【請求項１５】
前記装置は、前記電気モータ（１６）と接続された制御装置（２２）である、請求項１４に記載の装置（２２）。
【請求項１６】
ステアリングハンドル（１）と、電気モータ（１６）と、所与の手動トルク（２４）に電気モータ（１６）によって印加されるモータトルク（２６）を重畳する重畳ユニット（１４）とを有する自動車用のパワーステアリングシステム（１０）であって、
前記パワーステアリングシステム（１０）は、
前記電気モータ（１６）の回転数パターンの評価によって、前記パワーステアリングシステム（１０）の初期凍結を識別し、かつ、前記パワーステアリングシステム（１０）の凍結回避のために、前記電気モータ（１６）を、連続的期間（Ｔ０）において作用する均一な振幅（ａ０）を有する振動制御信号（Ｓ＃）によって駆動制御し、これによって、前記パワーステアリングシステム（１０）の振動印加を、前記電気モータ（１６）によって印加される、最大トルク（Ｍ＃）を有する揺動トルク（２６＊）によって引き起こす、装置（２２）を備えている、
パワーステアリングシステム（１０）において、
前記装置（２２）が、前記振動制御信号として制御信号（Ｓ＊）を生成し、前記制御信号（Ｓ＊）は、当該制御信号（Ｓ＊）が高められた振幅（ａ１）を有する第１の期間（Ｔ１）と、当該制御信号（Ｓ＊）が振幅を全く有しない又は低減された振幅（ａ２）を有する第２の期間（Ｔ２）とを有しており、これによって、前記第１の期間（Ｔ１）において、前記電気モータ（１６）によって印加される、高められた最大トルク（Ｍ＊）を有する前記揺動トルク（２６＊）が、前記電気モータ（１６）又はその制御部のコンポーネントの熱的過負荷なしで生成可能であることを特徴とする、パワーステアリングシステム（１０）。
【請求項１７】
コンピュータプログラムがコンピュータのマイクロプロセッサ上で実行されるときに、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の方法を実施するためのプログラムコードを含む、コンピュータプログラム。
【請求項１８】
コンピュータプログラムが請求項１５に記載の制御装置（２２）において実行されるときに、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の方法を実施するためのプログラムコードを含む、コンピュータプログラム。
【請求項１９】
請求項１７又は１８に記載のコンピュータプログラムが記憶されたコンピュータ可読データ媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーステアリングシステムを動作させる方法及び当該方法を実施する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のパワーステアリングシステムでは、通常は、運転者によって印加される手動トルクに、電気モータを用いたモータトルクが重畳される。この重畳は、多くは重畳ギアの形態の重畳ユニットによって行われる。パワーステアリングシステムは通常は屋外で使用されるので、外的影響、特に周辺環境及び温度の影響にさらされている。これによって、操舵システムの機能性が損なわれる可能性がある。特に、水分の浸透によるパワーステアリングシステムの生じ得る凍結は、特に問題である。
【０００３】
パワーステアリングシステムの凍結が識別されて対抗措置が講じられる方法は公知である。独国特許出願公開第１０２０１０００２８０３号明細書（ＤＥ１０２０１０００２８０３Ａ１）からは、パワーステアリングシステムの動作方法が開示されており、ここでは、所与の手動トルクに、重畳ユニットにおいて、電気モータによって印加されるモータトルクが重畳され、この場合、電気モータの回転数パターンの評価によって、パワーステアリングシステムの凍結が識別される。パワーステアリングシステムの初期段階の凍結（以下では単に初期凍結とも称する）に対する対抗措置として、電気モータは、振動制御信号によって駆動制御され、この振動制御信号は、電気モータによって印加されるモータトルクの振動印加を引き起こす（当該明細書の段落「００１１」、「００２０」及び「００３６」参照）。
【０００４】
独国特許出願公開第１０２００７０１４３４４号明細書（ＤＥ１０２００７０１４３４４Ａ１）からは、パワーステアリングシステムの初期凍結を識別する方法が開示されており、ここではパワーステアリングシステムの初期凍結を示すいわゆるスティックスリップ作用が検出されている。対抗措置として（当該明細書の段落「０００９」参照）、電気モータが周期的に入れ替わる方向で通電され、この場合、周期的な電流信号がパワーステアリングシステム内で結晶化し始めた液体の自由揺動を引き起こす。この周期的な電流信号は、動作電流信号に重畳させることも可能であり、そのためこの自由揺動は走行中にも起きる。その他にもこの自由揺動によって、運転者にステアリングが凍結してしまう前に警告を与えることができる。但し、運転者への影響を僅かに保つために、周期的電流信号の周波数は、２０Ｈｚより高く、好ましくはさらに４０Ｈｚよりも高い周波数が選択される。
【０００５】
従って、公知の方法では、パワーステアリングシステムの凍結に対する対抗措置として、周期的に振動する制御電流が生成され、これがパワーステアリングシステムの自由揺動を引き起こす。換言すれば、パワーステアリングシステムの凍結を回避するために、電気モータを、振動制御信号を用いて駆動制御し、これによって、パワーステアリングシステムの振動印加を、電気モータによって印加される揺動トルクを用いて引き起こすことは公知である。また振動制御信号の周波数は、２０Ｈｚよりも大きく、好ましくは４０Ｈｚよりも高い周波数が選択されることも公知である。それにより、たしかに運転者への影響を軽減させることはできるが、しかしながら、比較的高い周波数は、パワーステアリングシステムのなによりも比較的高いがゆえの慣性質量を十分に強く自由揺動させることができないという結果をもたらす。そのほかにも、振動モータ電流は、極度に高い振幅を有することは許されない。なぜなら、さもなければ、電気モータ及び／又は制御部若しくは制御装置の過熱をもたらす虞があるからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２０１０００２８０３号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２００７０１４３４４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、冒頭に述べたような問題を克服するもとで、識別された凍結に対する効果的な対抗措置を実施することができる、パワーステアリングシステムの動作方法を提案することである。特に、パワーステアリングシステムは、走行モード中においても、運転者に悪影響を与えることなく十分に強く自由揺動させられるべきであり、その際、電気モータ及び／又は制御装置の過熱は回避される。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題は、請求項１の特徴を有するパワーステアリングシステムの動作方法、及び、独立請求項の特徴を有する装置によって解決される。
【０００９】
それゆえに、パワーステアリングシステムの凍結を回避するために、電気モータを、振動制御信号を用いて駆動制御することが提案される。この振動制御信号は、より大きな振幅を有する期間と、振幅が無い又はより僅かな振幅のみを有する期間とを有しており、これによって、電気モータ又はその制御部の熱的過負荷を引き起こすことなく、より大きな振幅を有する期間において、電気モータにより、高められた最大トルクを有する揺動トルクを加えることができるようになる。即ち、電気モータ及び／又は制御装置に過熱の虞を生じさせることなく、（短時間だけ）大きな揺動トルク又は揺動効果を得ることができる。それにより、モータトルクが無い又は小さなモータトルクの休止期間と繰り返し入れ替わる、大きな揺動トルクを生成することができる。特に、高いモータトルクは、短期間だけ生成することができ、この高いモータトルクは、モータトルクが生成されない休止期間と交互に現れる。それにより、制御エレクトロニクス及び／又はモータは、冒頭に述べたような欠点を余儀なくされることなく過熱から守られる。
【００１０】
好ましくは、比較的高い揺動トルクが生成される（第１の）期間は、揺動トルクが皆無である又は非常に僅かな揺動トルクのみ生成される（第２の）期間と入れ替わる。
【００１１】
振動制御信号に対しては様々な信号波形が使用される。信号波形は、例えば矩形又は三角形の形態に基づく。しかしながら、その他の各種類の信号波形も実現可能である。
【００１２】
好ましくは、サーボ支援のための通常の動作制御は、振動制御信号の適用中は作動停止される。しかしながら、２つの制御信号を生成し適用することも可能である（揺動モード及び通常モード）。この場合はさらに特性曲線を用いて、振動制御信号は、サーボ支援が皆無である又は非常に僅かなサーボ支援のみが行われる場合にのみ効果を発揮する。即ち、揺動と並行して特別なサーボ特性曲線へ入れ替わる。ゆえにこれは揺動と並行して実行される。実質的な操舵がなされないと、動作制御信号は何も関与しない。振動制御信号は、妨げられることなく作用することができ、又は、ステアリングを自由揺動することができる。操舵がなされると、このことは、通常のケースでは短時間のみ高いトルクを伴って「急峻」な信号エッジで現れる。ここでは揺動トルクは僅かな妨げにしかならない。
【００１３】
この方法の適用において、パワーステアリングシステム又はその少なくとも一部は、固有周波数を有する自由振動系とみなすことができる。好ましくは、振動制御信号は、固有周波数よりもやや高い、特に固有周波数よりも５％乃至１０％高い（場合によっては可変の）周波数で生成される。固有周波数は、自由端部、モータ、及び、ステアリングホイールを有する自由振動系の共振周波数である。
【００１４】
パワーステアリングシステムの通常の動作の場合、印加されるモータトルクの大きさを決定する動作制御信号が生成される。少なくとも揺動トルクの大きさ及び周波数を決定する振動制御信号は、動作制御信号に対して付加的又は代替的に生成可能である。これに関連して好ましくは、振動制御信号は、動作制御信号に対して代替的に生成され、振動制御信号と動作制御信号との間の入れ替えに対しては遷移関数、特にランプ関数が使用される。即ち、短時間の移行の後では、モータは、もはや振動制御信号だけによって駆動制御される。従って、モータの加熱に対する明確な特性が存在する。振動制御信号を用いることにより、モータ及び／又は制御装置の熱伝導率をフルに活用することができる。
【００１５】
動作制御信号に対して付加的に、振動制御信号が使用されると、好ましくは、動作制御信号に対してサーボ特性曲線へ入れ替わる。このサーボ特性曲線は、手動トルクが僅かな場合には、サーボ支援が皆無であること又は非常に僅かなサーボ支援のみを示し、手動トルクがより大きくなった場合に初めて実質的なサーボ支援を有する。この移行は、好ましくはランプ関数を介してサーボ特性曲線及び揺動トルクに対して行われる。従って、小さな操舵トルクに対して、動作制御信号及び振動制御信号の代替的使用の場合とほぼ同じ特性が当て嵌まる。モータ及び／又は制御装置の温度拡散率も同様に十分に活用することができる。それにもかかわらず、大きな操舵トルクに対してはサーボ支援が使用可能である。それにより、凍結したステアリングがさらにより高いモータトルクによって打破でき、あるいは回避的操縦が支援され得る。この状態は非常に短時間しか持続しないため、温度には実質的に影響を及ぼさない。２つの駆動制御の相互干渉も限定的なままである。また、パワーステアリングシステムの揺動モード中のサーボ支援に対して、特別な動作制御信号が生成されるように、パワーステアリングシステムを動作させることも有利であり得る。ここで使用されるサーボ特性曲線は、印加される手動トルクが小さい場合、サーボ支援が皆無であること又は非常に僅かなサーボ支援のみを示し、ここでの振動制御信号は、サーボ支援と並行して行われる。
【００１６】
本発明はまた、本発明に係る方法を実施する装置も提案しており、この装置は、パワーステアリングシステムにおいて、モータトルクを生成する電気モータを、所与の手動トルクに重畳ユニットを用いて前記モータトルクを重畳するために駆動制御し、この装置は、電気モータの回転数パターンの評価によって、パワーステアリングシステムの初期凍結を識別する構成であり、さらにこの装置は、パワーステアリングシステムの凍結回避のために、電気モータを、振動制御信号によって駆動制御し、これによって、この駆動制御は、パワーステアリングシステムの振動印加を、電気モータによって印加される揺動トルクによって引き起こす。本発明によれば、振動制御信号は、より高い振幅を有する１つ以上の期間を有し、振動制御信号が、振幅を全く有しない又は非常に僅かな振幅を有する１つ以上の期間を有する。好ましくは、この装置は、電気モータと接続された制御装置において実現される。
【００１７】
さらに、本発明は、そのような装置を装備したパワーステアリングシステムを開示する。
【００１８】
本発明及び本発明から得られる利点を、ここにおいて添付の概略的な図面を参照しながら以下の詳細な説明に基づいて開示する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明によるパワーステアリングシステムの基本構造を示した図。
【図２】ａ）乃至ｃ）は、通常の制御信号との比較において、本発明による制御信号又は相応に生成された揺動トルクに対する例を示した図。
【図３】動作制御信号に対する特性曲線の経過を示した図。
【図４】本発明による制御方法の簡略化されたフローチャートを示した図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、自動車用パワーステアリングシステム１０の構造を概略図で示す。このパワーステアリングシステムは、例えばステアリングホイールとして構成されたステアリングハンドル１２と、電気モータ１６と、重畳ユニット１４とを有し、この重畳ユニット１４は、所与の手動トルク２４に、電気モータ１６によって印加されるモータトルク２６を重畳する。重畳ユニット１４は、ここでは重畳ギアによって実現され、これは出力側から、例えばステアリングピニオンが係合するラック１８からなる本来のステアリングギアに対する結果としての作用トルク２８を供給する。ラックのシフトは、最終的に操舵輪２０の変位につながる。
【００２１】
電気モータ１６の駆動制御のために、制御装置２２として構成された装置が配置され、この装置は、通常の走行モードにおいて動作制御信号Ｓを生成する又は相応のモータ電流を供給する。
【００２２】
ここにおいて電気モータの凍結を効果的に防止するために、制御装置２２は、電気モータ１６の駆動制御のほかに、パワーステアリングシステム１０の障害又は凍結が存在しているかどうかを検出するように構成されている。ステアリングの初期凍結の識別は、本発明の重点ではなく、それ自体公知の任意の方法に基づいて達成することが可能である。本発明は、ステアリングの凍結を防止するために、どのように可及的に効果的でかつモータ及び／又は制御装置の過負荷なしの対抗措置を講じることができるかという問題に向けられている。
【００２３】
そのような危険な状態を防止するために、本発明によれば、振動制御信号を用いて、本来の（サーボ支援を用いた）モータトルク２６に印加することができる振動モータトルク又は揺動トルク２６＊が生成される。好ましくは、揺動トルクは、例えば直進走行時のように、必要なサーボ支援が皆無である又は非常に僅かなサーボ支援が必要である場合に、生成される。この目的のために、動作制御信号又はサーボ支援は、一時的に短時間だけ作動停止することができ、それによって専ら振動制御信号又は揺動トルクが作用し、ステアリングを効果的に自由揺動させることができる。その際、好ましくは短い制御パルスが生成され、この短い制御パルスによって、モータ及び／又は制御装置の過熱を引き起こすことなく、短時間だけ高められるトルク値がもたらされる。サーボ支援のハードな遮断又は再接続を軽減するために、ランプ関数が用いられる。これらの遮断又は再接続に対しては代替的に、サーボ支援によって使用される特性曲線を入れ替えることも可能である。それにより、サーボ支援は作動させたままだが、但し、高い操舵トルクからのみ始まるようにすることもできる。これによって、凍結したステアリングの自由揺動は、（操舵トルクが比較的低い領域では）サーボ支援によってほとんど影響を受けないが、しかしながら、緊急モードの支援は完全に維持されつづける。
【００２４】
記載された方法は、制御装置のマイクロプロセッサ又は計算ユニットにおいて実行することができる。このケースでは、当該方法は、ソフトウェア又はコンピュータ実装のアルゴリズムで実現される。このアルゴリズムは自動化されて実行され、技術的な特性量を検出して処理する。
【００２５】
即ち、ステアリングの初期凍結が識別されると、それによって対抗措置が講じられ、とりわけ電気モータ１６による、パワーステアリングシステム１０の振動印加が開始される。そのようなケースでは、制御装置２２はまず、振動させる経過を有する制御信号Ｓ＊を生成し、この信号を用いてモータ１６を駆動制御してパワーステアリングシステム１０に自由揺動を生じさせる。
【００２６】
この制御信号Ｓ＊は、当該制御信号Ｓ＊を動作制御信号Ｓに対して付加的に生成し、かつ、重畳によって合成制御信号Ｓ＋Ｓ＊を形成することによって、走行中においてステアリング作動時に生成して使用することが可能である。また、これらの信号を交互にのみ生成することも有利であり得る。即ち、動作制御信号Ｓが値０をとるときにのみ、この制御信号Ｓ＊を生成することも有利であり得る。さらに信号ＳとＳ＊との間の移行を、例えばランプ関数の形態で形成することも可能である。ここでは多くの変形例が可能である。但し、好ましくは、制御信号Ｓ＊は、比較的高い振幅で交互に現れる一時的な休止期間を伴う矩形関数に基づいて生成される。
【００２７】
本発明によれば、振動制御信号Ｓ＊と、これによって引き起こされる揺動トルク２６＊とのもとでは、周波数が次のように設定調整される。即ち、当該周波数が、ステアリングを表す振動系の固有振動数よりも僅かに上になるように設定調整される。
【００２８】
図２ａ）乃至ｃ）は、従来の振動制御信号との比較において、本発明に従って生成された制御信号又は揺動トルクの例を示す。まず図２ａに基づいて、従来の制御信号Ｓ＃の経過を説明する。この制御信号Ｓ＃は、正の振幅と負の振幅との間の連続的な入れ替えに相応している。それぞれ期間Ｔ０毎に、均一に等しい大きさの振幅ａ０は正又は負の符号を有する。たしかにそのような制御信号Ｓ＃を用いれば、電気モータ１６を介して相応の揺動トルクを生成することは可能である。しかしながら、本願発明者は、この揺動トルクを振幅ａ０の増加によって任意に拡大させることができないことを認識した。なぜならこのことは、モータ又はその制御部の過熱を引き起こしかねないからである。従って、振幅ａ０及びその結果として生じる最大トルクＭ＃は制限される。
【００２９】
しかしながら、ここで本発明によれば、振動制御信号が生成され、この振動制御信号は、ステアリング又はその制御部の必然的な過熱を招くことなく、比較的高い振幅ａ１を用いてモータを駆動制御することを可能にする。
【００３０】
そのような振動制御信号Ｓ＊の基本的な構造は、図２ｂ）に基づいて説明する。この制御信号Ｓ＊は、少なくとも２つの異なる期間Ｔ１及びＴ２を有しており、これらの期間のうちの一方は高められた振幅ａ１を備え、他方は振幅を全く有しない（又は低減された振幅を有する；図２ｃ）参照）。即ち、これによって、信号振幅を全く有しない又は非常に僅かな信号振幅のみが占める期間Ｔ２又は休止期間が信号経過の中で生成され、それによって期間Ｔ１では、モータ又はその電子回路を過熱させることなく十分に高い振幅ａ１又は最大揺動トルクＭ＊を生成することができるようになる。
【００３１】
損失電力は、ステータ電流の二乗に比例するので、能動的な期間Ｔ１を半分（Ｔ１＝Ｔ０の５０％）にした場合、振幅は√２＝１．４１倍に高めることが可能である。
【００３２】
図２ｃ）が示すように、期間Ｔ１をさらに短縮した場合、振幅ａ１はまださらに高めることができる。これにより、モータ又はその制御部の過熱のリスクを負うことなく、生成される揺動トルクを、Ｍ＊又はＭ＊’に大幅に高めることが非常に効果的に可能になる。
【００３３】
図２ｃ）の右方領域は、比較的僅かな振幅ａ２を有する期間も、高められた振幅ａ１の期間と入れ替えて生成することが可能であることの明示のみを意図したものであり、即ち、ここでは、多くの変化例及びその他の信号波形が本発明の趣旨において生成可能であることが示唆されている。
【００３４】
均一な振幅を有する非連続的揺動トルクを引き起こす振動制御信号Ｓ＊が生成されることによって、高い最大振幅を有する揺動トルク２６＊の生成を達成することができ、それによって、凍結する構成部品を効果的に自由揺動させるための振動系の慣性質量もより良好に克服されるようになる。また、高められた振幅は、運動振幅（モータシャフトの回転角）を拡大させることにもつながる。非連続的信号経過により、高い振幅を伴った短時間だけの又はインパルス状の揺動トルク２６＊が、モータ１６及び／又は制御電子回路２２を過負荷又は加熱させることなく、生成可能になる。
【００３５】
さらに、高い操舵トルクでの緊急モードの支援が可能であり、これについては以下でさらに詳しく説明する。
【００３６】
自由揺動又は凍結防止は、サーボ支援の作動停止時にも、ステアリングの動作中にも行うことができる。従って、この目的のために、異なるサーボ特性曲線の間で切り替えがなされる。
【００３７】
移行は、例えばランプ関数によって緩やかに実施することができる。それにより、特に、生成された揺動トルク２６＊又は運動振幅が、凍結される構成部品の自由揺動のために、本来使用されるサーボ特性曲線から十分に独立することが達成できる。しかしながら、好ましくは、サーボ支援は、ステアリングの自由揺動のための揺動トルクが生成されると直ちに遮断される又はゼロに設定される。そうでなければ、揺動トルクは、サーボ支援の通常の制御を妨げる可能性がある。というのも、この揺動は、センサ側（トーションバー）では障害的な作用につながるからである。従って、ステアリングは、ステアリングの通常の動作モード、即ち、サーボ支援がサーボ特性曲線に応じたモードにおかれ、又は、揺動トルクのみが生成されて通常のサーボ支援は遮断（緊急モード）される揺動モードにおかれる。
【００３８】
既に図２ｂ）に基づいて説明したように、振動制御信号Ｓ＊又はそれに伴って引き起こされる揺動トルク２６＊は、一時的な信号休止期間Ｔ２が発生する非連続的経過を有している。例えば、基本的信号波形として、それぞれ２５％ずつの４つの時間成分を有している矩形信号が生成される。即ち、当該例では、２５％の時間成分に対して左方（正の振幅方向）への１つのトルクが生成され、２５％の時間成分に対して生成されるトルクは皆無（振幅＝０）であり、２５％の時間成分に対して右方（負の振幅方向）への１つのトルクが生成され、かつ、２５％の時間成分に対して再び生成されるトルクは皆無である、などとなっている。そのような非連続的信号供給により、同じモータ加熱のもとで、より高い最大揺動トルクを生成することができる。例えば連続的揺動トルク経過（休止期間なしの矩形関数）のもとで２Ｎｍの振幅が生成されるならば、５０％のデューティ比を有する非連続的経過のもとで（図２ｂ）参照）、振幅は√２≒１．４１倍に高めることができる。デューティ比（周期的持続時間に対するインパルス持続時間）が小さくなるほど、生成される振幅は大きくなり得る。
【００３９】
本発明は、主として時間領域における非連続性に関するものであり、好ましくは矩形関数が使用される。但し、本発明は、時間成分にも信号波形にも具体的に限定されるものではなく、それどころか、生成される制御信号Ｓ＊においては、多くの種類の非連続性を設けることができる。
【００４０】
図２ｃ）は、さらなる信号経過を示し、実現に適し得る様々な信号波形の幅広い可能性のみを示唆する。しかしながら、大抵の適用ケースでは、ステアリングを凍結から効果的に保護するのに、図２ｂ）に示すような矩形関数で十分であろう。
【００４１】
振動制御信号に対する周波数は、端点、ステアリングホイール、及び、モータを有する自由振動系の固有周波数よりも高くなるように選択される。この場合はできるだけ適用される質量組み合わせのすべてを考慮すべきである。大量生産された車両の多くのケースでは、固有周波数は最大で２０Ｈｚにおかれる。従って、好ましくは、揺動トルクの周波数は、最大固有周波数よりもやや高く設定調整され、例えば最大固有周波数よりも５％乃至１０％高く設定調整される。というのも、固有周波数を超える値が少なければ少ないほど、多くの運動量が得られるからである。それゆえ揺動周波数は固有周波数を極度な幅で上回るべきではない。
【００４２】
支援は、振動モータトルクの無効によって遮断される。このことは好ましくはランプ関数を介して行われる。これは、ステアリングが通常モードにおいて、即ち、特性曲線に従ったサーボ支援によって動作させられる、又は、ステアリングが生成された振動揺動トルクによって自由揺動されることを意味しており、従って、その場合にはサーボ支援は作動停止する。
【００４３】
それに対して代替的又は付加的に、サーボ特性曲線の間で入れ替えを行うことも可能である。特に、所定の操舵トルクまでは、支援が皆無であること又は非常に僅かな支援のみを示し、かつ、操舵トルクが大きい場合には高い支援を示す、サーボ特性曲線に切り換えることができる。これにより、直進走行の際に障害が非常に僅かで済むことが達成される。それにもかかわらず緊急時には、高い支援が利用できる。サーボ特性曲線及び／又は振動トルクの切り換えは、好ましくはランプ関数又は類似の遷移関数を介して行われる。換言すれば、サーボ特性曲線は、操舵トルクが高い場合にのみ支援が行われるように選択される。従って、揺動は比較的小さな操舵トルクの場合に十分に行われるため、機能が大きく損なわれることはない。しかしながら、一度高い操舵トルクが発生した場合には（例えば回避操作又は駐車などで）、たしかに機能は重なり合ってしまうが、しかしながら、それは短時間だけなので、さらなる問題は生じない。
【００４４】
次に図３に基づいて、そのようなサーボ特性曲線を示す。この場合、重畳ギア（図１の１４参照）の出力側から発生するトルクＭ（２８）は、ステアリングホイールに導入された手動トルクＭ（２４）に載せられたものである。図３で示されるように、下方の領域では、即ち、手動トルクＭ（２４）が小さくて、例えば６Ｎｍ未満の場合には、サーボ支援は皆無である。手動トルクがより大きくなった場合に初めて（＞６Ｎｍ）、プログレッシブサーボ支援が発生する。ステアリングの揺動は、主として、ステアリングのサーボ制御が下方の領域（＜６Ｎｍ）に存在する場合に、即ち、例えば直進走行のもとでステアリング操縦が小さい場合に実施される。支援を伴うステアリング操縦（例えば狭いカーブ走行時）は、まれにしか起こらない。急峻な増加特性のために、揺動は支援に実質的な影響を与えない。
【００４５】
通常の動作制御信号Ｓ、及び、電気モータ１６の駆動制御のための振動制御信号Ｓ＊の生成は、制御装置として構成された装置２２を介して行われる。この目的のために、プログラム手段を備えたコンピュータプログラムが用いられ、コンピュータプログラムは、制御装置２２のマイクロプロセッサ上で実行される。コンピュータプログラムは、コンピュータプログラム製品として実現されてもよく、その場合プログラムコード手段は、例えばＣＤ、ＤＶＤ、ハードディスク又はＵＳＢスティックなどのコンピュータ可読データ媒体上に記憶される。
【００４６】
図４はさらに本発明による方法１００に対する概略的なフローチャートを示す。
【００４７】
ステップ１０１において、ステアリングが凍結傾向にある又は凍結していることが確定された場合に、後続するステップにおいて、振動制御信号の生成及び適用が行われる。この振動制御信号を用いることにより、ステアリングは、モータ又は制御電子回路を過熱させることなく効果的に自由揺動可能となる。
【００４８】
ステップ１０２では、制御信号、例えば図２ｂ）のＳ＊が生成され、特に周波数ｆは、固有周波数ｆ０よりやや高いだけである。ステップ１０３ａでは、揺動トルクが適用されている限り、本来の動作制御（サーボ支援）は遮断される。それに対しては代替的に、現在のサーボ特性曲線が他のもの（図３参照）に交換されるステップ１０３ｂを実行することも可能である。それにより、自由揺動とサーボ支援とが短時間だけ特別なステアリング操縦のもとで重畳される。また代替的に、操舵トルク限界を超えた場合に、揺動トルクを縮小又は遮断することができる。好ましくは、これはランプ関数を介して時間的に行われる。限界値を下回ると、揺動トルクは再び投入される。このことも好ましくはランプ関数を介して時間的に行われる。
【００４９】
パラメータ化に関しては、好ましくは、第１の期間Ｔ１は連続的期間Ｔ０の５０％以下であり、高められた振幅ａ１は均一な振幅ａ０よりも少なくとも７０％大きいことが示されている。多くの適用例では、第２の期間Ｔ２は、制御信号Ｓ＊の振幅を全く有しない真の休止期間を形成し得る。第２の期間Ｔ２は、特に第１の期間Ｔ１よりも少なくとも５０％長い。低減された振幅ａ２も生成される限り、この低減された振幅ａ２は、均一な振幅ａ０の最大で５０％に、そして高められた振幅ａ１の最大で３０％にすべきであろう。このことは振動制御信号Ｓ＊の周波数に関係しており、この振動制御信号は、振動系の固有周波数よりも３０％以下の値だけ高い、特に振動系の固有周波数よりも５％乃至１０％高い可変周波数で生成されるべきであろう。
【００５０】
要約すると、自動車のパワーステアリングシステム１０を動作させる方法及び装置が提案されており、ここではパワーステアリングシステムの凍結を回避するために、電気モータ１６が振動制御信号を用いて駆動制御される。この振動制御信号は、当該振動制御信号が高められた振幅ａ１を有する第１の期間Ｔ１と、当該振動制御信号が振幅を全く有していない又は低減された振幅ａ２を有する第２の期間Ｔ２とを有している。これによって、第１の期間Ｔ１において、電気モータ１６によって印加される、高められた最大トルクＭ＊を有する揺動トルク２６＊が、電気モータ１６又はその制御部のコンポーネントの熱的過負荷なしで生成可能である。また振動制御信号が、高められた振幅を有する複数の期間と、振幅を全く有しない又は低減された振幅を有する１つ以上の期間（休止期間）とを有することを想定することもできる。
【００５１】
パワーステアリングシステム１０の通常モード中のサーボ支援のために生成される動作制御信号Ｓは、振動制御信号Ｓ＊の適用中は遮断することができる。この振動制御信号Ｓ＊と動作制御信号Ｓとの間で入れ替えを実施させる場合には、遷移関数、特にランプ関数が使用できる。しかしながら、２つの信号Ｓ及びＳ＊を生成して適用することも可能であり（揺動及び通常モード）、従って、その場合には好ましくは次のような特性曲線が使用される（図３参照）。即ち、可及的に高い時間成分を有する、ステアリングの自由揺動のための振動制御信号Ｓ＊の適用が単独で効果を奏することが保証される特性曲線である。即ち、この目的に対しては、動作制御信号Ｓの生成のために、次のようなサーボ特性曲線が使用される。即ち、比較的小さな手動トルク２４が印加される場合に、サーボ支援が皆無であること又は非常に僅かなサーボ支援のみを示すサーボ特性曲線である。振動制御信号Ｓ＊は、サーボ支援が皆無である又は非常に僅かなサーボ支援のみが行われる場合にのみ生成又は適用される。また代替的に、操舵トルク限界を超えた場合に、揺動トルクを縮小又は遮断することができる。好ましくは、これはランプ関数を介して時間的に行われる。限界値を下回ると、揺動トルクは再び投入される。このことも好ましくはランプ関数を介して時間的に行われる。本発明による方法は、好ましくは電気モータ１６に接続された制御装置２２である装置によって実行される。
【００５２】
要約すると、自動車のパワーステアリングシステムを動作させる方法及び装置が提案されており、ここでは、所与の手動トルクに、重畳ユニットにおいて、電気モータによって印加されるモータトルクが重畳され、適切な手段により、例えば電気モータの回転数パターンの評価により、パワーステアリングシステムの初期凍結が識別され、さらにパワーステアリングシステムの凍結を回避するために、電気モータが振動制御信号を用いて駆動制御され、これによって、パワーステアリングシステムの振動印加が、電気モータによって印加される揺動トルクによって引き起こされる。本発明によれば、連続的期間の中で作用する均一な振幅を有する振動制御信号の代わりに、ここにおいて、次のような制御信号が、即ち、当該制御信号が高められた振幅を有する第１の期間と、当該制御信号が振幅を全く有していない又は低減された振幅を有する第２の期間とを有しているような制御信号が生成される。これによって、第１の期間において、電気モータによって印加される、高められた最大トルクを有する揺動トルクが、電気モータの熱的過負荷なしで生成可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１０    パワーステアリングシステム
１２    ステアリングハンドル又はステアリングホイール
１４    重畳ユニット又は重畳ギア
１６    電気モータ
１８    ラック
２０    操舵輪
２２    制御装置
２４    （運転者によって印加される）手動トルク
２６    （電気モータによって生成される）モータトルク
２６＊  （自由揺動のために電気モータによって生成される）揺動トルク
２８    作用トルク（重畳ギアの出力トルク）
Ｓ      サーボ支援のための（モータトルクのために制御装置によって生成される）動作制御信号
Ｓ＃    均一な振幅ａ０を有する（揺動トルクのために制御装置によって生成される）通常の振動制御信号
Ｓ＊    第１の期間Ｔ１内で高められた振幅ａ１と、第２の期間Ｔ２内で振幅を全く有しない又は低減された振幅ａ２とを有する、（揺動トルクのために）本発明によって生成される振動制御信号
Ｓ＊’，Ｓ＊’’  振動制御信号の異なる変化例
１０１乃至１０３ａ／ｂ  本発明による方法シーケンスのステップ（簡略化）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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