(57)【要約】【課題】自律的なステアリングが可能であり、且つ運転者の注意不足を回避するステアリング時に車両の運転者を支援する、車両内のステアリングシステムを調整する方法を提供する。【解決手段】周辺状況に適合する目標軌道（２５）が生成され、ステアリングトルクが、ステアリングシステム（１）において、車両（１０）が目標軌道（２５）に従うように調整される、車両内のステアリングシステムを調整する方法において、目標軌道（２５）に許容走行通路（２４）が割り当てられ、車両（１０）を許容走行通路（２４）内で誘導する基本ステアリングトルク（ＭＧｒｕｎｄ）が生成され、車両（１０）が許容走行通路（２４）を離れる場合、基本ステアリングトルク（ＭＧｒｕｎｄ）に、許容走行通路（２４）の方向で車両（１０）に作用するステアリング誘導トルク（ＭＦｕｅｈｒ）が重ね合わされる。【選択図】図３
2010513123.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周辺状況に適合する目標軌道（２５）が生成され、ステアリングトルクが、ステアリングシステム（１）において、車両（１０）が目標軌道（２５）に従うように調整される、車両内のステアリングシステムを調整する方法において、
目標軌道（２５）に許容走行通路（２４）が割り当てられ、車両（１０）を許容走行通路（２４）内で誘導する基本ステアリングトルク（ＭＧｒｕｎｄ: Ｍｂａｓｉｃ：Ｍ基本）が生成されること、及び
車両（１０）が許容走行通路（２４）を離れる場合、基本ステアリングトルク（ＭＧｒｕｎｄ）に、許容走行通路（２４）の方向で車両（１０）に作用するステアリング誘導トルク（ＭＦｕｅｈｒ）が重ね合わされること、
を特徴とする、車両内のステアリングシステムを調整する方法。
【請求項２】
基本ステアリングトルク（ＭＧｒｕｎｄ）は、ステアリングシステム（１）において遍在する復元トルクの補償に必要なトルクであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
許容走行通路（２４）内で、基本ステアリングトルク（ＭＧｒｕｎｄ）のみが、ステアリングシステム（１）によって生成されるステアリングトルクとして有効であることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
基本ステアリングトルク（ＭＧｒｕｎｄ）及びステアリング誘導トルク（ＭＦｕｅｈｒ）の少なくともいずれかは、車両の縦方向の動態及び車両の横方向の動態の少なくともいずれか、特に車両速度（ｖ）の関数として、特に車両速度（ｖ）の平方の関数として、計算されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
基本ステアリングトルク（ＭＧｒｕｎｄ）は、以下の関係式に従って計算することができ、
【数１】
2010513123.tif 000004
ここで、ＭＧｒｕｎｄは、前記基本ステアリングトルクを、
ｌｈは、車両重心から後軸までの距離を、
ｎｒは、構造的に制限されているキャスタ角を、
ｍは、車両質量を、
ｖは、車両速度を、
ｌは、軸距を、
Ｎは、ステアリングギヤ比を、
κＲは、道路のカーブを、
ｋｓｅｒｖｏは、サーボステアリングの支援度を、
表すことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
道路のカーブ（κＲ）が測定され、基本ステアリングトルク（ＭＧｒｕｎｄ）が該道路のカーブ（κＲ）に基づいて数学的車両モデルにおいて算出されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
道路の延長形状は、光学車線検出システム（９）、特にビデオ車線検出システムを介して算出されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記道路の延長形状は、ナビゲーションシステムを用いて算出されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
許容走行通路（２４）は、状況に応じて、車両に関する値及び周辺に関する値の少なくともいずれかの値の関数として算出されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
基本ステアリングトルク（ＭＧｒｕｎｄ）の値が、最大値に制限されることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
ステアリング誘導トルク（ＭＦｕｅｈｒ）の値が、最大値に制限されることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
基本ステアリングトルク（ＭＧｒｕｎｄ）とステアリング誘導トルク（ＭＦｕｅｈｒ）との和の値が、最大値に制限されることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
請求項１ないし１２のいずれかに記載の方法を実施する制御装置。
【請求項１４】
請求項１ないし１２のいずれかに記載の方法を実施する、車両（１０）内のステアリングシステムであって、
ステアリングハンドル（２）と、
ステアリングシャフト（３）と、
ステアリングリンケージ（５）と、
ステアリングギアボックス（４）と、
モータ（７）と、
周辺検出システムと、
制御装置（８）と、
を備えるステアリングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、独立請求項の上位概念による、車両内のステアリングシステムを調整する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ドイツ公開特許１０１ ３７ ２９２号では、運転者アシストシステムが記載されている。このシステムでは、周辺データ及び車両運動が検出又は推定されて、互いに対して関連付けられ、これに基づいて操舵システムにおいて操舵アシストトルクが生成されるか又は適合させられる。具体的には、これは、車道の延長形状が検出され、車両運動の対応する目標軌道が算出され、この目標軌道が車両の実際のコースと比較され、これに基づいて操舵補正のために操舵アシストトルクが生成されるように実現される。このようにして、車両は、運転者による介入を必要とせずに車線に従うことができる。
【０００３】
ドイツ公開特許第１０ ２００４ ０３７ ２９８号から、車線維持システムにおける車線幅適合の方法が既知である。車両を車線内に維持するために、まず車両内に携行されるビデオシステムを介して車線の延長形状及び車線幅が算出され、これらの値に基づいて、理想線を表す目標軌道の計算が行われる。目標軌道に対する車両軌道の或るずれが許容され、このずれを超える場合、運転者から独立したステアリングホイールトルクがステアリングホイールに加えられる。車両軌道の値の目標軌道の値からのずれが閾値を下回る場合、介入は行われない、すなわち車両のステアリングは運転者に委ねられたままである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この従来技術に基づいて、本発明は、ステアリング時に車両の運転者を支援するという課題を根底に据える。ここで、一方では十分に自律的なステアリングが可能であるように意図され、他方では運転者の注意不足を回避するように意図される。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、この課題は独立請求項の特徴によって解決される。従属請求項は、本発明の目的に適ったさらなる構成を提示する。
車両内のステアリングシステムを調整する、本発明による方法では、周辺状況に適合している目標軌道が生成され、これに基づいて、ステアリングシステムにおいてステアリングトルクが、車両が目標軌道に従うように調整される。車線が検出されるとすぐに、これから道路のカーブを算出することができる。道路のカーブに基づいて、目標軌道が算出され、車両を目標軌道上に維持する基本ステアリングトルクが数学的車両モデルにおいて計算され、これは、特にステアリングシステム内で調整／制御装置において実施される。本発明によれば、目標軌道に許容走行通路（Korridor）が割り当てられることが意図されている。車両が許容走行通路を離れる場合、基本ステアリングトルクにステアリング誘導トルクが重ね合わされ、このステアリング誘導トルクは車両を再び許容走行通路の方向に誘導し戻す。
【０００６】
ステアリングシステムにおける目標軌道の規定及び基本ステアリングトルクの生成によって、車両が目標軌道に従うようにステアリングシステムが調整される。これによって、算出された周辺データに基づく十分に自律的な車両の運転が可能になる。同時に許容走行通路が規定され、この許容走行通路内では運転者が実施するステアリング動作をわずかにすることができ、これによって、例えば風による移動等のような周辺の影響を補償することができる。運転者はステアリング機能を果たすことができるため、運転者の注意力は低下しない。車両が許容走行通路を離れる場合、基本ステアリングトルクにステアリング誘導トルクが重ね合わされ、これによって車両は再び許容走行通路の方向に誘導される。運転者は、このステアリング誘導トルクを、車両を許容走行通路からさらに動かすと考えられるさらなる反れに対する、増大した抵抗トルクとしてステアリングハンドルにおいて感じるため、すぐに自身の誤ったステアリング挙動に気付き、この挙動を補正することができる。しかし、運転者が補正ステアリング動作を行わない場合も、車両はステアリング誘導トルクによる介入によって再び許容走行通路内に誘導し戻される。これによって、例えば微眠によって生じ得る危険な状態が緩和される。
【０００７】
基本ステアリングトルクは、ステアリングシステムにおいて遍在する（herrschend）復元トルクの補償に必要なトルクとして定義される。したがって、静止状態においてはステアリングシステム内ではトルク平衡が遍在する。従来のステアリングシステムでは、ステアリングシステムが所望のステアリング角を達成するために、この基本ステアリングトルクは運転者が提供しなければならない。これに対して本発明による主題においては、この基本ステアリングトルクは自律的にシステムによって生成され、その結果、運転者の介入は必ずしも必要ではない。それにもかかわらず、運転者の注意をひきつけるために検出システムを介して、運転者が確実にステアリングハンドルに触れているようにすることは有利であり得る。片手又は両手がステアリングハンドルから許可されずに離れる場合、警告が生じ、場合によっては車両のステアリング支援を中断することもできる。
【０００８】
有利には、許容走行通路内において基本ステアリングトルクのみが、ステアリングシステムによって生成されるステアリングトルクとして有効である。したがって、車両が許容走行通路内で動く場合、ステアリング誘導トルクは生成されず、むしろ対応するステアリング動作によって許容走行通路内で動くのは運転者の義務である。許容走行通路の外側において初めてステアリング誘導トルクが生成され、このステアリング誘導トルクは、基本ステアリングトルクに重ね合わされる。
【０００９】
基本ステアリングトルクもステアリング誘導トルクも、多様な車両状態量及び作動量の関数として、例えば車両速度の関数として生成することができ、この場合、特に車両速度の平方への従属が考慮される。車両状態量及び作動量は、有利には慣性センサシステム、すなわち車両内に携行されるセンサシステムを介して算出される。車両の縦方向の動態の他に、場合によっては車両の横方向の動態、特にヨーレート及び横方向加速度も考慮される。
【００１０】
目標軌道の計算の基となる道路の延長形状を算出するために、様々な方法を使用することができる。光学車線検出システム、特にビデオ車線検出システムの利用が可能であり、このシステムにおいては、車線が光学的に記録され、制御ユニットにおいて評価される。付加的に又は代替的にナビゲーションシステムも利用することができ、それによって、車両の絶対位置を電子的に保管されている地図資料を用いて調整することによって、車線に対する車両の相対位置が算出される。
【００１１】
許容走行通路は同様に様々な方法で求めることができる。ここで、特に状況に応じる、この走行通路のための値が、目下の周辺に関する値（Umgebungsgroesse）、及び／又は車両速度若しくはヨーレートのような車両に関する値の関数として計算される。
【００１２】
運転者に最終的なステアリングの主操作を委ねるために、有利には、基本ステアリングトルク、ステアリング誘導トルク、及び場合によってはさらに基本ステアリングトルクとステアリング誘導トルクとの和の最大値が規定される。この結果として、運転者はシステムによって生成されるトルクを超える手動トルクを提供することができるため、運転者が最終的に車両の進路を決定することになる。
【００１３】
本方法が実施されるステアリングシステムは、ステアリングハンドル（通常はステアリングホイール）と、ステアリングシャフトと、ステアリングリンケージと、ステアリングギアボックスと、サーボモータとを備える。さらに、周辺検出システム及び制御装置が設けられている。ステアリングハンドル及びステアリングシャフトを介して、ステアリングホイール角度がステアリングギアボックスに、さらにはステアリングリンケージに伝達され、これによって、ステアリングされる車輪において車輪ステアリング角が設定調整される。ステアリングシステム内のサーボモータ又は追加のモータを介してアシストトルクが生成され、これらのアシストトルクは基本ステアリングトルク及びステアリング誘導トルクを含む。周辺検出システムにおいて車線の延長形状が算出され、この情報は調整／制御装置において処理され、この制御装置においては、サーボモータの調整のための操作変数も生成される。
【００１４】
さらなる利点及び本発明の目的に適った実施の形態は、さらなる請求項、図面に基づく説明、及び図面から読み取ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１に示されているステアリングシステム１は自動車において使用され、ステアリングホイール２として実施されているステアリングハンドルを備える。このステアリングハンドルは、ステアリングシャフト３に結合されており、このステアリングシャフトを介して、運転者によって規定されるステアリングホイール角度をステアリングリンケージ５に伝達可能である。ステアリングシャフト３とステアリングリンケージ５との間の接続はステアリングギアボックス４を介して行われ、このステアリングギアボックスによって、ステアリングホイール角度が、ステアリングされる前輪６の車輪ステアリング角に変換される。モータ７、通常では電気サーボモータ（油圧駆動装置も考慮される）を介して、追加のアシストトルクがステアリングシステム１内に供給される。
【００１６】
さらに、有利にはステアリングシステム１の構成要素であり、このステアリングシステムから信号を受信するか又はこのステアリングシステムに信号を導く制御装置８が設けられている。場合によっては、制御装置８は車両内の中央制御装置の構成要素でもある。この中央制御装置は、例えばＣＡＮケーブルを介してステアリングシステム１に接続している。
【００１７】
車両１内にはさらに、同様にステアリングシステム１に割り当てられている車線検出（光学）システム９、例えばビデオ車線検出システムが配置されており、この車線検出システムを介して車線を検出することができる。
【００１８】
車線に関する情報から目標軌道を算出することができ、車両誘導はこの目標軌道に基づく。光学システム９を介して、車線のカーブと、さらには車両の車線に対する相対位置、特に車線に対する側方の移動及び向きとが算出される。慣性センサシステムを介して、車両に関する状態量及び作動量、特に、例えば車両速度及びヨーレートのような車両の縦方向の動態状態量及び車両の横方向の動態状態量を制御装置８に送ることができる。これらの情報から、算出された目標軌道と車両の実際位置との間のずれを確定して調整回路に送ることができ、この調整回路を介してステアリングシステム１において、車両を目標軌道上に強制的に動かすトルクが生成される。この意図的に生成されたステアリングトルクはモータ７を介して供給される。
【００１９】
図２では、ステアリングシステムを調整する方法のフローを有するブロック回路図が用いられている。まず方法ステップ１１において、自動車（車両）１０内で車線検出システムを用いて周辺画像が生成され、この周辺画像から車線が抽出される。車線が分かっている場合、最適な場合に車両１０が従うように意図される目標軌道も算出することができる。これらの情報は、次の方法ステップ１２において数学的車両モデルで処理され、この車両モデルから、車両を目標軌道に沿って誘導するのに用いられる基本ステアリングトルクＭＧｒｕｎｄが算出される。基本ステアリングトルクＭＧｒｕｎｄは以下の関係式から計算される。
【００２０】
【数１】
2010513123.tif 000003
【００２１】
式において、ｌｈは車両重心から後軸までの距離を、ｎｒは構造的に制限されているキャスタ角を、ｍは車両質量を、ｖは車両速度を、ｌは軸距を、Ｎはステアリングギヤ比を、κＲは道路のカーブを、そしてｋｓｅｒｖｏはサーボステアリングの支援度を表す。
【００２２】
この基本トルクＭＧｒｕｎｄは、方法ステップ１３においてフィルタリングされ、次いで方法ステップ１４において、リミッタにおいて値を最大値に制限される。
基本ステアリングトルクＭＧｒｕｎｄが求められる分岐部と並行して、場合によってはステアリング誘導トルクＭＦｕｅｈｒを求めることができるが、このステアリング誘導トルクは任意選択的にのみ生成される。このステアリング誘導トルクＭＦｕｅｈｒは、車両が、目標軌道に割り当てられている許容走行通路を離れる場合にのみ生成される。これに反して車両が許容走行通路の内部で動く場合、ステアリング誘導トルクＭＦｕｅｈｒは生成されず、この場合基本ステアリングトルクＭＧｒｕｎｄが依然として生成される。
【００２３】
ステアリング誘導トルクＭＦｕｅｈｒは方法ステップ１５において誘導アルゴリズムで生成され、この誘導アルゴリズムは車線維持支援（ＬＫＳ）とも呼ばれる。誘導アルゴリズム１５には、車両モデル１２と同様に、先行する方法ステップ１１からの情報、すなわち目標軌道と、目標軌道に対する車両の実際の位置のずれとが供給される。さらに、誘導アルゴリズム１５には慣性センサシステムからの作用（Funktion）も流れ込む。この慣性センサシステムは車両１０内に携行され、この慣性センサシステムを介して車両状態量及び作動量、特に車両速度ｖ及びヨーレートΨ’が算出される。誘導アルゴリズム１５にはさらに、環境外乱を入力量として供給することができ、これらの入力量は外乱として車両に影響を与える（例えば、風の影響）。
【００２４】
誘導アルゴリズム１５において、車両が、許されている許容走行通路外にあることが確認されると、追加のステアリング誘導トルクＭＦｕｅｈｒが生成され、このステアリング誘導トルクは、後続の方法ステップ１６において、リミッタにおいて値を許容最大値に制限される。その後、方法ステップ１７において、基本ステアリングトルクＭＧｒｕｎｄとステアリング誘導トルクＭＦｕｅｈｒとが加算され、これから生じる総トルク（Σ）は、後続のステップ１８において、リミッタにおいて同様に値を許容最大値に制限することができる。
【００２５】
後続の方法ステップ１９において、さらなる加算による重ね合わせが行われ、詳細には運転者によって生成された手動トルクＭＨａｎｄを用いて行われる。この手動トルクは、運転者がステアリングホイールを介して規定する。その後、次の方法ステップ２０において、発生する総トルクＭＧｅｓはステアリングシステムにおいて、結果的に得られる車輪ステアリング角δｖに変換され、この車輪ステアリング角は車両１０のステアリング可能な前輪において調整設定される。
【００２６】
図３には、車両１０を伴う車線２１の概略平面図が示される。車線２１は、車両１０の走行方向において側方の車線マーク２２及び２３によって制限され、この側方境界内で、許容される走行通路２４が指定される。車両１０はこの走行通路内で動くことを許可されており、ここで、追加のステアリング誘導トルクＭＦｕｅｈｒによる補正は必要ない。
【００２７】
図３にはさらに目標軌道２５が描かれている。この目標軌道は車両１０に最適な車線を表し、車両は基本ステアリングトルクＭＧｒｕｎｄの対応する調整によって自動的にこの目標軌道に従う。この目標軌道２５は、車線２１に対応して車線マーク２２及び２３に対して最適な側方距離を有して延在することができるか、又はこれからずれることもできる。走行通路２４は、目標軌道２５を中心にして左側及び右側において側方距離を有して配置されており、この側方距離は許容範囲を示す。この許容範囲内で車両１０は、基本的に目標軌道２５を離れずに動くことを許可されている。走行通路２４の外側で動く場合に初めて、ステアリング補正としてステアリング誘導トルクＭＦｕｅｈｒが生成され、このステアリング誘導トルクは車両に作用して走行通路２４内に戻す。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】自動車内のステアリングシステムの概略図である。
【図２】車両内のステアリングシステムを調整する方法を実施するための概略ブロック図である。
【図３】車線内の許容される走行通路内の車両の位置を示す図である。
【図１】
2010513123.tif 000005
【図２】
2010513123.tif 000006
【図３】
2010513123.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成21年6月23日(2009.6.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2010513123.tif 000008
【図３】
2010513123.tif 000009
【国際調査報告】
2010513123.tif 000010
2010513123.tif 000011
2010513123.tif 000012
2010513123.tif 000013