(57)【要約】  本発明は車両の操舵系内になるサーボ駆動ユニットを閉ループ制御又は開ループ制御する制御装置に関する。操舵軸の初期零位置を求めるために、操舵角量でない車両状態量のうちの少なくとも１つの値が入力信号として考慮される。操舵軸は、前記車両状態量が所定の値範囲内にあれば、初期零位置にある。
2010505680.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の操舵系（１）内にあるサーボ駆動ユニット（７）を閉ループ制御又は開ループ制御する制御装置であって、
前記操舵系（１）は、前記車両の転舵輪（６）の転舵角（δV）を調整するために、運転者により指定された操舵角（δL）を操舵リンク機構（５）に伝える操舵軸（３）を含んでおり、前記サーボ駆動ユニット（７）を介して前記操舵リンク機構（５）に作用する補助トルクが生成される形式の制御装置において、
前記操舵軸（３）の初期零位置を求めるために、前記サーボ駆動ユニット（７）の制御装置（８）には、操舵角量でない車両状態量（ωi，ＭMot，ＭL，ａ，Ψ）のうちの少なくとも１つの値が入力信号として供給され、前記車両状態量（ωi，ＭMot，ＭL，ａ，Ψ）が所定の値範囲内にあれば、初期零位置が存在している、
ことを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記車両状態量は前記転舵輪（６）間の角速度（ωi）の差であり、当該の差が限界値を下回っていれば、初期零位置が存在している、請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
操舵トルク（ＭL）が求められ、初期零位置を求めるための車両状態量として考慮される、請求項１又は２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記サーボ駆動ユニット（７）は電気サーボモータである、請求項１から３までのいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項５】
モータトルク（ＭMot）が求められ、初期零位置を求めるための車両状態量として考慮される、請求項４に記載の制御装置。
【請求項６】
横加速度（ａ）が求められ、初期零位置を求めるための車両状態量として考慮される、請求項１から５までのいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項７】
ヨーレート（Ψ）が求められ、初期零位置を求めるための車両状態量として考慮される、請求項１から６までのいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項８】
初期零位置の値の補正及び妥当性検査を行うために、さらにインデックス信号が考慮される、ここで、前記インデックス信号は、前記操舵軸（３）の回転毎に、又は前記操舵軸に結合された別の回転軸（１２）の回転毎に生成されるものである、請求項１から７までのいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項９】
前記インデックス信号は前記電気サーボモータ（７）のロータ軸（１２）の回転毎に生成される、請求項４又は８に記載の制御装置。
【請求項１０】
前記インデックス信号を求めるために、前記軸（３）に磁石（１１）が配置されており、該磁石（１１）の磁場は磁場センサ（１３）により検出される、請求項８又は９に記載の制御装置。
【請求項１１】
軸回転を検出するために、独立して動作する２つのセンサ（１３ａ，１３ｂ）が設けられており、当該センサ（１３ａ，１３ｂ）の信号は前記制御装置（８）において処理される、請求項１から１０までのいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項１２】
前記２つのセンサ（１３ａ，１３ｂ）に割り当てられた２つの信号調整ユニット（３５，３６）が設けられている、請求項１１に記載の制御装置。
【請求項１３】
ただ１つの信号調整ユニット（３５）と切換スイッチ（３７）が設けられており、該切換スイッチ（３７）を介して、前記信号調整ユニット（３５）は選択的に前記磁場センサ（１３ａ，１３ｂ）のうちの一方に接続される、請求項１１に記載の制御装置。
【請求項１４】
前記制御装置（８）は前記サーボ駆動ユニット（７）のハウジングに接続されており、とりわけ、前記ハウジング内に組み込まれている、請求項１から１３までのいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項１５】
前記サーボ駆動ユニット（７）は油圧サーボモータである、請求項１から３までのいずれか１項に記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に従った、車両操舵系内にあるサーボ駆動ユニットを閉ループ制御又は開ループ制御するための制御装置に関する。
【０００２】
DE 197 03 903 A1には、運転者によって指定された操舵角を操舵軸とトランスミッションを介して操舵リンク機構に伝達する自動車内の操舵系が記載されている。ここで、操舵リンク機構は転舵輪に動作機構的に結合されており、所望の転舵角でホイールを動かすものである。ステアリングを補助するために電気サーボモータが設けられており、この電気サーボモータがステアリングギアを介して補助トルクを生じさせる。この補助トルクの大きさは様々な要因に、とりわけ、運転者の手によるトルクに、場合によってはさらに、例えば車両速度のような他の車両パラメータ及び車両状態量にも依存する。
【０００３】
運転者がステアリングホイールを介して指定した操舵角の大きさに関する情報は、その他に、自動車内の様々な電子制御システムで必要とされる。実際に指定された操舵角を求めるために、DE 197 03 903 A1では、操舵軸に回転不動に接続された磁石が発生させる磁場を検出するように形成された非接触式の回転角センサが設けられている。磁石は操舵軸の端面にあるステアリングピニオンに隣接して配置されており、ステアリングピニオンはトランスミッションを介して操舵運動を操舵リンク機構に伝達する。それに対して、センサはトランスミッションのハウジングの中にある。操舵角の大きさは磁石によって発生させられた回転磁場の関数として計算される。しかし、ここで考慮しなければならないことは、ステアリングホイールは何重にも回転しうるということである。そのため、その時その時の操舵角の大きさを正確に求めるためには、操舵軸の中間零位置ないし初期零位置に関する情報が必要となる。
【０００４】
発明の開示
本発明の課題は簡単な手段によって車両の操舵系において操舵角を求めることである。有利な実施形態によれば、その時その時の操舵角に関する情報は操舵軸に配置された舵角センサを用いずに測定できなければならない。
【０００５】
この課題は請求項１に記載された特徴により解決される。有利な実施形態は従属請求項に示されている。
【０００６】
車両の操舵系内にあるサーボ駆動ユニットの閉ループ制御及び／又は開ループ制御に使用される本発明による制御装置は、制御装置に供給される操舵角量でない少なくとも１つの車両状態量を処理する。操舵軸の初期零位置はこの車両状態量の値から求められる。該当する車両状態量が決められた値範囲内にあれば、操舵軸の初期零位置が存在している。車両状態量としては、とりわけ、車両の動力学的又は運動学的な状態を決定する量、ないしこの量から導かれる量、例えば車両の運動学的な自由度が考慮される。
【０００７】
操舵軸の初期位置は操舵角を正確に求めるために必要な不可欠の情報である。通常、乗用車及び商用車では、転舵輪の振れ端の間の調整可能な全舵角範囲に対してステアリングホイールの複数の回転が可能であるようにステアリング比が選択されているので、操舵軸の初期零位置に関する情報はどうしても必要とされる。というのも、さもなければ、操舵軸がいまどの角度範囲内にあるのかを確実に決定することができないからである。本発明によれば、初期零位置に関する情報は操舵角量でない少なくとも１つの車両状態量を介して求められる。例えば、車両状態量としては、転舵輪間の角速度の差を考慮してもよい。この場合、初期零位置はこの角速度の差が限界値を下回っている場合に検出される。しかし、基本的に、操舵系内のその時その時の角度位置に関する情報を与えうるすべての車両状態量を考慮してもよい。この車両状態量は、転舵輪の角速度差の代わりに又はそれに加えて、例えば操舵トルク、操舵系内の電気サーボモータのモータトルク、車両の横加速度、又はその他の状態量であってもよい。
【０００８】
情報処理はサーボ駆動ユニットの閉ループ制御又は開ループ制御のために操舵系内に設けられている制御装置内で行われる。制御装置内で初期零位置を求めるとは、付加的なセンサ手段を用いずに、既に車両内又は車両内の閉ループ制御装置及び開ループ制御装置内に存在し、制御装置内でソフトウェアプレーン上で処理される車両状態量のみに基づいて付加的な機能を制御装置に組み込むことを意味している。車両状態量に関する情報は例えばＣＡＮバスを介して操舵系内の制御装置に伝送される。
【０００９】
操舵軸の初期零位置の算出はさらに操舵角の現在値の算出に基づいていてもよい。操舵角の絶対値を得るためには、別の操舵角情報にアクセスすると有利である。その際、基本的には、操舵角と相関する値を求めるだけで十分である。このために、例えば、操舵軸に機械的に固定されたサーボ駆動ユニットの調整位置が求められ、サーボ駆動ユニットの現在の調整位置から操舵角が推定される。これにより、操舵軸の初期零位置に関する情報と一緒に、絶対操舵角を正確に求めることが可能である。
【００１０】
サーボ駆動ユニットとしては、電気サーボモータを使用すると有利である。電気サーボモータのモータトルクはまた操舵軸の初期零位置を求めるための車両状態量として考慮してもよい。しかし、操舵角の大きさも電気サーボモータを援用して求めることができる。というのも、電気サーボモータのロータ軸は動作機構的に操舵軸に結合されており、操舵軸の回転とロータ軸の回転の間の変換比は既知だからである。
【００１１】
基本的に、電気サーボモータの代わりに油圧サーボモータを使用してもよい。この場合、操舵角を求めるために、ステアリングギアを介して操舵軸と動作機構的に結合された油圧シリンダの制御ストロークを考慮してよい。
【００１２】
有利な実施形態によれば、制御装置において、初期零位置の値の補正及び妥当性検査に使用されるインデックス信号の処理が行われる。このインデックス信号は操舵軸の１回転毎に発生する。インデックス信号は有利には操舵軸に配置されたセンサユニットを介して生成される。例えば車両の転舵輪間の角速度差を初期零位置を求めるための車両状態量として考慮する場合には、例えば車両の横滑りのような異常な車両状態を排除ないし識別できるように、インデックス信号によって妥当性検査を行うことができる。通常ないし正常なケースでは、転舵輪の同期は操舵軸の初期零位置においてのみ起こる。しかし、車両が横滑りしているときには、転舵輪が旋回しているにも拘わらず、角速度差がゼロになる場合が生じうる。しかし、この場合、付加的なインデックス信号を介して妥当性検査を行うことにより、車両が正常なケースを外れて動いていること、したがって転舵輪が同期しているにも拘わらず、操舵角が初期零位置にないことを確認することができる。
【００１３】
ロータ軸にはロータ位置信号を求めるために有利には磁石が配置されており、この磁石の磁場はハウジングに固定された対応する磁場センサにより検出される。このロータ位置信号は安全性に関わるので、冗長に求めるようにしてもよい。そのために、一方では、磁場を検出するための２つの独立して動作する磁場センサが、他方では、これら磁場センサに割り当てられたさらに２つの信号調整ユニットも使用される。また、この２つの信号調整ユニットの代わりに、切換スイッチに接続されたただ１つの信号調整ユニットだけを設け、この切換スイッチを介してただ１つの信号調整ユニットが選択的に２つの磁場センサのうちの一方と接続されるようにしてもよい。
【００１４】
検出されたロータ位置に依存せずにロータ位置の妥当性検査に使用されるインデックス信号に対しては、ただ１つの磁場センサで十分である。最終的に、ロータ位置からは操舵角情報が導き出される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】電気サーボモータを有する、車両内の操舵系の概略図である。電気サーボモータは操舵系内に補助トルクを発生させることができ、このサーボモータには制御装置が割り当てられている。
【図２】制御装置を含めた電気サーボモータの概略図であり、制御装置内での基本的な動作手順を示している。
【図３】制御装置内での動作手順を詳細に示したものである。
【図４】図３のディジタル分析ユニットの詳細な構造図である。
【図５】ロータ軸の回転毎にインデックス信号を生成するセンサ系を備えた電気サーボモータの概略図であり、センサ系は２つの磁場センサと２つの信号調整ユニットを含んでいる。
【図６】図５と同様の図であり、センサ系は同様に２つの磁場センサを含んでいるが、信号調整ユニットは１つしか設けられておらず、付加的に切換スイッチが設けられている。
【００１６】
図中、同じ構成部材には同じ参照記号が付されている。
【００１７】
実施例の説明
図１に示されている操舵系１はステアリングホイール２を含んでいる。ステアリングホイール２はステアリングホイールシャフトないし操舵軸３に回転不動に接続されており、運転者によって指定された操舵角δLはこの操舵軸３を介して転舵前輪６に伝達され、車輪転舵角δVが調整される。操舵軸３はステアリングギア４を介して操舵リンク機構５と動作機構的に結合している。操舵リンク機構５は操舵運動に伴って動く歯竿を含んでおり、その結果、前輪６において車輪転舵角δVが調整される。
【００１８】
運転者がステアリングホイール２を介して加える手によるトルクを支援するために、電気サーボモータ７が設けられており、この電気サーボモータ７がステアリングギア４を介して付加的な補助トルクを操舵系１内に供給する。サーボモータ７は電気モータとして実施されている。サーボモータ７には、ＣＡＮバス９によって通信する制御装置８が割り当てられている。車両内の他の閉ループ及び開ループ制御装置とはＣＡＮバス９を介してデータ及び信号の交換が為される。
【００１９】
図２から分かるように、電気サーボモータ７にはセンサ系１０が割り当てられており、このセンサ系１０を介して、サーボモータのロータ軸１２の回転角δMotが測定される。センサ系１０はロータ軸１２に回転不動に接続された磁石１１を含んでいる。この磁石１１はロータ軸の端面に載っており、その磁場はハウジングに固定して配置された磁場センサ１３、例えばホールセンサ、によって検出される。さらに、センサ系１０は、センサ信号からロータ回転角δMotの値を求め、制御装置８に転送するセンサ評価ユニット１４を含んでいる。
【００２０】
制御装置８は、外部から供給電圧Ｕの供給を受けて制御装置８内の電流消費を制御する電流消費制御部１５を備えている。
【００２１】
さらに、制御装置８は入来信号を処理する種々のモジュールを含んでおり、これらのモジュールにおいてその時点の操舵角δiが出力信号として計算される。入力信号としては、例として述べたように、各車輪の角速度ωiが、とりわけ転舵輪の角速度が入来する。なお、この情報はＣＡＮバス９を介して供給される。その他の車両状態量としては、電気サーボモータ７が発生させるモータトルクδMot、操舵モーメントＭi、車両横加速度ａ、及び／又はヨーレートΨ、また場合によってはさらに別の車両状態量が制御装置８に供給される。これらの状態量も有利には同様にＣＡＮバス９を介して供給される。求められた操舵角δLはＣＡＮバスを介して出力信号として伝送される。
【００２２】
制御装置８は、電子モジュールとして、増幅素子とオフセット補正ユニットとを含む第１の計算ユニット１６、Ａ／Ｄ変換器１７、一般的な計算ユニット１８、オフセット補正ユニット１９、及び監視ユニット２０を含んでいる。センサ系１０によって求められたロータ回転角δMotはまず第１の計算ユニット１６に供給され、第１の計算ユニット１６において、増幅とオフセット補正が行われる。次に、求められた値はＡ／Ｄ変換器１７に供給され、Ａ／Ｄ変換器１７においてアナログ信号がディジタル信号に変換される。このディジタル信号はその後計算ユニット１８に渡され、ソフトウェアプレーンにおいて、求められた値の妥当性検査が行われる。この妥当性検査はとりわけ基準信号との比較によって行われる。計算ユニット１８において操舵角δLを求めるためには、上記の車両状態量が考慮される。
【００２３】
計算値の品質を良くするために、操舵角δLはオフセット補正ユニット１９に供給され、オフセット補正ユニット１９においてオフセット角δoffが求められ、計算ユニット１６のフィードバックループに供給される。
【００２４】
監視ユニット２０は、制御装置８のモジュールの正しい動作を検査及び保証するために、安全ロジックを内蔵している。これに加えて、監視ユニット２０内にはテスト構造が実現されており、制御装置の機能を検査するために、このテスト構造を介して、制御装置の個々のモジュールにディジタル信号として供給されるテスト信号が生成される。さらに、監視ユニット２０がモジュールから信号を受け取り、妥当性を検査してもよい。
【００２５】
オフセット補正ユニット１９はレギュレータの様式で形成されている。操舵角δLの計算値はオフセット補正ユニット１９を介してフィードバックされ、補正値δoffがオフセット角度補正値として積分器１６に供給される。操舵角信号はオフセット補正ユニット１９によって外乱を除去される。
【００２６】
図３には、制御装置８に実現されたＡＳＩＣの詳細図が示されている。センサ系１０の構成要素である第１のセンサ１３ａでは、評価回路を介して、検出された信号から正弦信号と余弦信号が生成され、それぞれ制御装置８の第１の計算ユニット１６に供給される。これら第１の計算ユニット１６は、後続の第２の計算ユニット１８と同様に、重複して存在しており、それぞれに第１のセンサ１３ａからのセンサ信号が割り当てられる。第１の計算ユニット１６では、第１の信号処理が行われ、続いて、前処理された信号が直列接続された第２の計算ユニット１８に供給される。センサ信号の処理は正弦波形と余弦波形とにおいて並行して行われる。
【００２７】
第２の計算ユニット１８でのさらなる信号処理の後、出力信号はインタフェース２５及び２６を介して車両内のさらに別の処理モジュールに供給される。ここで、インタフェース２５はＳＰＩインタフェース（シリアル・ペリフェラル・インタフェース）であり、インタフェース２６はＵＡＲＴインタフェース（汎用非同期送受信インタフェース）である。
【００２８】
監視ユニット２０は、図２に示されているように、制御装置８の個々のモジュールを監視及びテストする機能を果たす。
【００２９】
さらに、制御装置８内には、電流監視ユニット２２と、電流供給ユニット２３と、センサ電流供給ユニット２４とを含む電流供給システム２１が設けられている。
【００３０】
図３の下半分に示されているように、第２のセンサ１３ｂの信号は計算ブロック２７によって処理される。なお、計算ブロック２７は、第１のセンサ１３ａに割り当てられた計算ブロック内に第１の計算ユニット１６が含まれているのと同様に、計算ユニットを有している。第２のセンサ１３ｂに割り当てられたユニットの信号調整は操舵角の評価を含んでおらず、オン状態においてロータ位置の把握を行うだけである。このユニットはオフ状態では完全に非作動状態となる。
【００３１】
電流消費制御部１５は、車両が静止してエンジンが切られている場合には制御装置をスリープモードに切り換えることによって、エネルギー効率に配慮する。
【００３２】
図４には、計算ユニット１６及び１８がさらに詳しく示されている。センサ信号が供給される第１の計算ユニット１６は、センサから来た２つの信号の差を増幅し、さらにオフセット補正ユニット１９によって求められたオフセット値δoffの分の調整をする増幅素子２８を含んでいる。このオフセット値δoffはモジュール３４を介して第２の計算ユニット１８にも供給される。
【００３３】
２つのセンサ信号の差を増幅した信号は次に第２の計算ユニット１８内で比較素子２９に供給され、比較素子２９では、供給された値と既に述べたオフセットとの比較が行われる。その結果生じた信号は信号メモリ３０と回転方向識別ユニット３１とに供給され、信号メモリ３０では、少なくとも２つの相次ぐ時間ステップにわたって信号の記憶が行われ、回転方向識別ユニット３１では、少なくとも２つの相次ぐ信号から、電気サーボモータのロータの回転方向が判定される。直列接続された積分器３２では信号の積分が行われる。この信号は別のメモリ３３に記憶してもよい。制御装置８はこの得られた信号をインタフェース２５及び２６を介して読み取ることができる。
【００３４】
図５及び６には、冗長なセンサ検出と信号調整の実施例が示されている。軸−操舵系の操舵軸か又は電気駆動モータのロータ軸−の回転をセンシングするために、磁石１１が軸に回転不動に接続されており、磁石１１の磁場は２つの磁場センサ１３ａ及び１３ｂによって検出される。図５によれば、２つの磁場センサ１３ａ及び１３ｂの各々には信号調整ユニット３５ないし３６が割り当てられているため、冗長性は信号調整ユニットのレベルで存在する。調整された信号は続いて制御装置８内のさらなる処理を行うモジュールに供給される。信号調整ユニット３５及び３６から制御装置８への信号伝送も別個に行われ、互いに依存しないため、その点でも冗長性が存在する。
【００３５】
図６によれば、同じセンサ系に、図５と同様に回転不動に配置された磁石１１と２つの磁場センサ１３ａ及び１３ｂが設けられている。しかし、図５とは異なり、２つの磁場センサ１３ａ及び１３ｂには、切換スイッチ３７によって選択的に２つのセンサ１３ａ及び１３ｂのうちの一方と接続されるように形成されたただ１つの信号調整ユニット３５しか割り当てられていない。この単純化した実施形態では、付加的な信号調整ユニットはなくてもよい。ただし、２つのセンサ１３ａ及び１３ｂの信号を同時に処理することはできない。信号調整ユニット３５と制御装置８のモジュールとの間のデータ伝送は双方向に行われる。
【００３６】
図５及び６による信号調整ユニットでは、アナログからディジタルへのデータ変換が行われる。さらに、信号調整ユニットにおいてテスト機能を実現してもよい。
【００３７】
図５及び６による実施例では、磁場センサ１３ａ及び１３ｂは有利には制御装置８の構成要素である。
【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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【国際調査報告】
2010505680.tif 000009
2010505680.tif 000010
2010505680.tif 000011
2010505680.tif 000012
2010505680.tif 000013
2010505680.tif 000014