(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の空間的運動過程を記述する少なくとも１つの信号（９）を閉ループ及び／又は開ループ制御のために利用する、アシストトルクの供給及び／又は変化のための電気式又は油圧式のサーボユニット（７）を有する電気制御式ステアリング（１）の閉ループ及び／又は開ループ制御を行うための方法であって、前記サーボユニット（７）によって導入されたアシストトルクが、前記少なくとも１つの利用される信号（９）の関数として、前記サーボユニット（７）の対応する動作により影響を受け、前記利用される信号（９）が、実際姿勢角度（β）を表す信号であるか若しくは実際姿勢角度（β）を決定しうる信号である、前記方法において、
電気制御式ステアリング（１）におけるアクティブリターン機能のセンタリング角度のための設定値ないし原点が、実際姿勢角度（β）に従ってずらされることを特徴とする方法。
【請求項２】
基準モデルの少なくとも１つの目標値と比較することによって、前記信号（９）を評価することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
評価パラメータを決定し、この評価パラメータに基づいて、運転者の手が舵取り手段に与えるか若しくは運転者の手が舵取り手段から受けるトルクであるハンドトルクを変化させるために、サーボユニットが与えるアシストトルクを調節することを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記サーボユニット（７）により供給及び／又は変化させられるアシストトルクが前記評価パラメータの値に従って増加又は低減され、それとともに前記ハンドトルクが低減又は増加されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記評価パラメータが基準値から所定の値だけ偏るときは、車両のオーバステア又はアンダステアが生じていることを推定し、オーバステア及び／又はアンダステアの場合はアシストトルクを増加させて前記ハンドトルクを減少することを特徴とする請求項３又は４に記載の方法。
【請求項６】
前記少なくとも１つの利用される信号（９）に、実際ヨーレート（ｒ）を表す信号、若しくは実際ヨーレート（ｒ）を決定しうる信号が含まれており、前記実際ヨーレート（ｒ）と目標ヨーレートを比較した結果に基づいてアシストトルクを決定することを特徴とする請求項１〜５のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記少なくとも１つの利用される信号（９）に、ステアリング（１）のラックに働く実際力を表す信号が含まれており、前記実際力と目標力を比較した結果に基づいてアシストトルクを決定することを特徴とする請求項１〜６のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
操向前輪が車両の実際運動方向と整列するように、実際姿勢角度（β）に応じてサーボユニットを制御することを特徴とする請求項１〜７のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
請求項１〜８のうちのいずれか一項に記載の方法が実現されるように構成されていることを特徴とする自動車の電気機械式又は電気油圧式ステアリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気又は油圧サーボユニットを有する電気制御式ステアリングの閉ループ及び／又は開ループ制御のための、請求項１の上位概念に基づく方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な種類の電気制御式ステアリングがある。これらのすべてのステアリングに共通するのは、サーボユニットが電気モータを具備し、電気モータが直接又は間接にアシストトルクを供給し及び／又は変化させて、運転者が働かせるハンドトルクをアシストトルクによって低減できることである。電気モータが油圧ポンプの駆動モータをなす電気油圧式ステアリングシステム（ＥＨＰＳ）と、電気モータがステアリングギヤ、特にステアリングギヤのラックに直接作用してアシストする電気機械式ステアリングシステム（ＥＰＳ）とは区別される。今日の電気制御式ステアリングは、ステアリング部品のある種の性質、例えば摩擦又は慣性、もしくは車両のある種の性質、例えばアクスル復原運動又はがたつきを積極的に完全に又は部分的に補償することによって、操舵フィーリングや路面レスポンスを改善する様々なステアリング機能を有する。この種のステアリング機能の１つが例えばアシスト機能である。この機能においては、運転者が働かせるハンドトルクに応じて、運転者のかじ取り運動を助けるアシストトルクが計算される。もう一つの機能はアクティブ・ステアリングリバースである。この機能では補助アシストトルクによって車両の機械的アクスル復原運動をアシストし、それによって直進走行時のステアリングのセンタリングが改善される。
【０００３】
周知の電気制御式ステアリングの欠点は、ステアリングハンドルが瞬時運転状態を運転者に不十分にしか伝えないことである。運転者はステアリング挙動に基づいて、すでに限界状況にあるか否かを、必ずしも認識できるわけでない。特に車両のオーバステア又はアンダステアがステアリングによって運転者に不十分にしか伝えられないから、この限界領域で車両の操作が困難になる。アクティブ・ステアリングリバースでは、在来の油圧式ステアリングと違って、車両がオーバ又はアンダステアであっても、車輪が常に車両縦軸方向にセンタリングされるという問題がある。このため運転者のいらいらを生じることになる。ステアリングホイールで運転者に感じられるハンドトルクが、操向前輪の自然な安定的な運動方向と逆に作用するからである。
【０００４】
重ね合せギヤを備えた電気制御式ステアリングは、ドイツ国特許出願公開公報ＤＥ１００６１９６６Ａ１（特許文献１）により公知である。ヨーレート信号と車輪舵角情報に基づいて重ね合せギヤを制御することが、この刊行物により知られている。重ね合せギヤの制御の基礎となるのは、車両の空間的運動過程を記述する信号である。ところが重ね合せギヤの制御によって運転者への運転状態の応答がまったく又は不十分にしか行なわれず、ステアリングギヤの変速比の変化が行われるにすぎない。
【０００５】
ステアリングの重ね合せギヤを運転状態に応じて制御することは、ドイツ国特許出願公開公報ＤＥ１０２００５０１２５４８Ａ１（特許文献２）によっても公知である。特にアンダステアを認識すると、ステアリングホイール角度の値を増加することによって変速比を間接的に調整する。この場合も重ね合せギヤを制御することによって、運転者への運転状態の応答は行なわれない。
【０００６】
重ね合せギヤを様々な信号に応じて制御することは、ドイツ国特許出願公開公報ＤＥ１０２００４０３１２５９Ａ１（特許文献３）、ＤＥ１０２００４０２８８２９Ａ１（特許文献４）及びＤＥ１０２００５０１２５８４Ａ１（特許文献５）によっても公知である。
【０００７】
ドイツ国特許出願公開公報ＤＥ１０２００４０２６０９８Ａ１（特許文献６）及びＤＥ１０２００５００９３７３Ａ１（特許文献７）は所定のステアリング信号に応じた車輪ブレーキの制御に関するものである。
【０００８】
運転者かじ取り挙動を検出し、運転者かじ取り挙動に基づいてサーボユニットにより補助ステアリングトルクを生じることがドイツ国特許出願公開公報ＤＥ１０３２３８４４Ａ１（特許文献８）により公知である。この場合ステアリングの制御は、実際の空間的運動過程を記述する信号に基づくのではなく、もっぱら運転者挙動に基づいて行なわれる。
【特許文献１】ドイツ国特許出願公開公報ＤＥ１００６１９６６Ａ１
【特許文献２】ドイツ国特許出願公開公報ＤＥ１０２００５０１２５４８Ａ１
【特許文献３】ドイツ国特許出願公開公報ＤＥ１０２００４０３１２５９Ａ１
【特許文献４】ドイツ国特許出願公開公報ＤＥ１０２００４０２８８２９Ａ１
【特許文献５】ドイツ国特許出願公開公報ＤＥ１０２００５０１２５８４Ａ１
【特許文献６】ドイツ国特許出願公開公報ＤＥ１０２００４０２６０９８Ａ１
【特許文献７】ドイツ国特許出願公開公報ＤＥ１０２００５００９３７３Ａ１
【特許文献８】ドイツ国特許出願公開公報ＤＥ１０３２３８４４Ａ１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の根底にあるのは、ステアリングを介した運転者への改善された応答を保証する電気制御式ステアリングの改善された閉ループ及び／又は開ループ制御方法を提供する課題である。
【００１０】
この課題は請求項１の特徴によって解決される。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
発明の有利な改良が従属請求項に示されている。
【００１２】
本発明の根底にあるのは、少なくとも１つの利用される信号に応じてサーボユニットを適当に制御することによって、サーボユニットが伝達するアシストトルクを調節するという着想である。限界状況で在来の油圧ステアリングの部分的自己調整挙動がシミュレートされるように調節が行われることが好ましい。そのために本発明に基づき電気機械式又は電気油圧式ステアリングのサーボユニットの電気モータが、車両の運転状態、即ち車両の空間的運動過程を記述する少なくとも１つの信号に従って制御されるように構成されている。そのためにステアリング内部の又は車両のシステム複合体に存在する信号を利用することができる。本発明に基づき運転状態に応じてサーボユニットを制御することによって、サーボユニットによりアシストトルクが供給され及び／又は変化される。アシストトルクはステアリングコラムを介して、運転者が働かせる又は感知するハンドトルクに直接影響する。こうして限界状況で運転者のいらいらを回避することができるから、純油圧式ステアリングで運転者がするように、直感的に正しく反応する。本発明方法によって特にアシスト機能及びステアリングのアクティブ・センタリングを最適化することができる。この点については後で改めて触れる。
【００１３】
本発明をさらに改良して、運転状態を記述する信号が電子装置によって評価されるように構成することが好ましい。そのために信号を基準モデルの目標値で評価する。基準モデルは現在の運転状態に対する目標値を特性曲線、表又は多項式の形で包含する。基準モデルに基づく目標値の決定のための入力量は例えば車速及び操舵角、即ち車両のシステム複合体にも存在する信号である。
【００１４】
本発明をさらに発展させて、少なくとも１つの信号と少なくとも１つの目標値の比較によって、サーボユニットの閉ループ及び／又は開ループ制御の基礎となる評価パラメータを決定する。サーボユニットが供給及び／又は変化するアシストトルクを評価パラメータの値に応じて増減することが好ましい。このようにして評価パラメータは瞬時運転状態の臨界条件を特徴づける。サーボユニットが評価パラメータに応じてアシストトルクを変化することによって、運転者が働かせるハンドトルクが積極的に調節され、即ち低減又は増加される。こうして運転状態の不安定度がステアリングにより運転者に直接伝えられる。そこで運転者は適当に反応することができる。
【００１５】
決定された評価パラメータが単数又は複数の基準値を超え又は下回る場合は、オーバステア及び／又はアンダステアが存在する。そこで本発明をさらに発展させて、このような運転状況でアシストトルクを増加し、従って運転者が感知し、かつ働かせるハンドトルクを直接減少するように、サーボユニット又はサーボユニットの電気モータを制御する。こうして運転者はステアリングホイールがより軽く回ることで、危険状況が存在することを直感的に知る。例えばすべる路面を走行することによって車両のアンダステアが起こると、本発明に基づき在来の電気制御式ステアリングと逆にハンドトルクが低減されるから、電気制御式ステアリングは在来の油圧式ステアリングとまったく同様に反応する。運転者はこれに気づいて、適当な積極的挙動によりアンダステア状況に対処することができる。
【００１６】
運転状態を記述する信号として実際ヨーレートを利用することが好ましい。その場合実際ヨーレートを直接測定し、又は周知のように他の信号に基づいて推定又は決定することができる。実際ヨーレートと目標ヨーレートの比較によって、サーボユニットの制御の基礎になる評価パラメータが決定される。
【００１７】
また運転状況を特徴づける信号として、ラックにかかる実際力を利用し、この実際力と基準モデルの目標力を比較することも可能である。
【００１８】
上記の２つの信号に加えて又はその代わりに、運転状態の記述のために実際横すべり角を利用することもできる。その場合実際横すべり角は測定するか又は周知のように他の信号に基づいて推定又は決定することができる。車両の横すべり角とは、車両の重心から見た車両の速度ベクトル、即ち車両の実際運動方向と車両の縦軸との間の角度である−その場合車両の速度ベクトルと車両の縦軸は車両の重心で交わる。
【００１９】
上記の処置により油圧ポンプの電気モータの制御及び／又はステアリングギヤに直接作用するサーボモータの制御のために実際ヨーレート及び／又は実際ラック力及び／又は実際横すべり角及び／又はその他の信号を利用することにより、電気制御式ステアリングのアシスト機能を大幅に改善することができる。上記の信号とモデルに基づく公称値との比較の結果、オーバ又はアンダステア状態についての評価パラメータが得られ、評価パラメータはサーボユニットを制御することによって、運転者が働かせるハンドトルクに直接影響する。
【００２０】
本発明をさらに改良して、直接測定するか又は他の信号に基づいて決定することができる実際横すべり角信号を、アクティブ・リターン機能又は操舵センタリング機能の調節のために利用するように構成することが好ましい。例えばサーボユニットを制御することによって戻りトルクを減少することができ、それによってアクティブ・リターン機能が減少される。このことは運転者が働かせるハンドトルクに直接影響する。実際横すべり角を考慮してオフセット戻りトルクを計算することができ、サーボユニットがこのオフセット戻りトルクをアシストトルクに加算又は減算し、こうしてハンドトルクの積極的な調節が行われる。
【００２１】
本発明をさらに発展させて、操向前輪を車両の縦方向にセンタリングするのではなく、在来の油圧式ステアリングで運転状況によって行われるように、センタリングが実際運動方向、即ち速度ベクトルの方向に行われるように、サーボユニットを実際横すべり角に応じて制御することが好ましい。この改善された戻り機能によって操向前輪が自然な安定的な運動方向に整列されるから、運転者のいらいらが回避される。在来の電気制御式ステアリングでは操向前輪のセンタリングが常に車両の縦軸と平行に行われので、特に凍結路面又はすべる道路をかなり強いオーバステアで走行するときに運転者を困惑させるからである。
【００２２】
実際横すべり角に基づいてオフセット舵角を計算し、オフセット舵角がアクティブ・リターンのためのセンタリング角度に相当するように、実際横すべり角に応じてサーボユニットの制御を行うことができる。このセンタリング角度はサーボユニットによって調整され、運転者はステアリングホイールでこれを直接感知することができる。換言すれば、実際横すべり角を考慮して操向前輪のアクティブ・リターンの起点をずらすのである。
【００２３】
また本発明の主題は、上記の走行が実現される電気機械式又は電気油圧式ステアリングである。
【００２４】
その他の利点及び好ましい構成はその他の請求項、図の説明及び図面で明らかである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
ステアリングホイールとして形成されたかじ取り手段２を有する電気機械式ステアリング１を図１に示す。かじ取り手段２はステアリングコラム３を介してステアリングギヤ４と結合される。ステアリングギヤ４はかじ取り手段２の回転運動を並進運動に変換し、車輪旋回角の調整のために、この並進運動はリンク機構５を経て前輪６に伝達される。運転者がかじ取り手段２に働かせるハンドトルクをアシストするために、ステアリングギヤ４にさらに電気モータ７が作用する。電気モータ７がステアリングコラム３に直接作用することも可能である。ソフトウエア制御ユニット８は、例えば図示しないセンサで測定することができる単数又は複数の信号９に従って電気モータ７を制御する。操舵力のアシストのためにサーボモータ７の代わりに油圧系を設けることもできる。その場合油圧ポンプはやはり電気モータによって駆動される。この場合この電気モータは制御ユニット８により信号９に従って制御される。信号９は車両の空間的運動過程、即ち運転状態を記述する。特に信号９としてヨーレート又はヨーレートを決定することができる信号、実際ラック力及び／又は横すべり角又は横すべり角を決定又は推定することができる信号が適している。そのために特に車速、平均車輪舵角、ヨーレート及び／又は車両の横加速度を利用することができる。
【００２６】
閉ループ及び／又は開ループ制御に利用される信号９を明らかにするために、操向前輪６と後輪１０を有する車両の線形化単一トラックモデルを図２に示す。このモデルでＦf及びＦrは前輪６又は後輪１０への横力、ＳＰは車両の重心、ｒは車両のヨーレート、ｖは重心ＳＰでの走行速度ベクトルの値、ｌf及びｌrは前車軸又は後車軸と重心ＳＰの間隔、δfは前輪舵角、βは重心ＳＰでの速度ベクトルｖと車両縦軸の間の横すべり角を表す。
【００２７】
本発明方法の第１の実施例によれば、ハンドトルクを積極的に変化することによって運転状態が運転者に伝達されるように、電気制御式ステアリング１のアシスト機能が改善される。そのためにこの実施例ではユニット８によってヨーレート信号が読み取られる。このヨーレート信号はユニット８で目標ヨーレートと比較される。目標ヨーレートは基準モデルに基づいてユニット８によって決定される。その場合基準モデルに基づいて目標ヨーレートを決定するために可能な入力量は車速及びステアリングホイール角度である。こうして実際ヨーレートｒと、瞬時運転状況にとって典型的な又は望ましい又は最適な目標ヨーレートが比較される。比較の結果、運転状態の安定性又は不安定性の度合を評価する評価パラメータが得られる。この評価パラメータの値に応じてサーボユニット又は本例では電気モータ７がアシストトルクを供給し又は変化するように制御されるから、こうしてハンドトルクが積極的に変化される。評価パラメータが所定の基準値を超え又は下回るときは、ユニット８によって例えばオーバステアが推定され、アシストトルクがとりわけ急激に増加するように電気モータ７が制御されるから、ハンドトルクが減少され、運転者は運転状態、この場合はオーバステアを認識し、適当に反応することができる。実際ヨーレートｒの代わりに代替又は補助信号９と適当な目標値を比較し、電気モータ７の制御の基礎となるとりわけ統一的な評価パラメータを決定することができる。
【００２８】
第２の実施例によれば、信号９から実際横すべり角が推定される。ユニット８が実際横すべり角βに基づいて、アクティブ・リターンの基準角であるオフセット舵角を計算する。ユニット８はサーボユニット又は電気モータ７を制御して、戻りトルクに影響するアシストトルクを発生させる。車輪はこのアシストトルクによりオフセット舵角に従って整列される。このことを運転者は加えるハンドトルクの変化で直接感知する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】ブラックボックスとして示したソフトウエア制御ユニットを有する電気機械式ステアリングの概略図を示す。
【図２】車両の線形化単一トラックモデルを示す。
【符号の説明】
【００３０】
１  ステアリング
２  かじ取り手段
３  ステアリングコラム
４  ステアリングギヤ
５  ステアリングリンク機構
６  前輪
７  サーボモータ
８  制御ユニット
９  単数又は複数の信号
１０  後輪
ＳＰ  車両の重心
ｒ  ヨーレート
ｖ  速度ベクトル
β  横すべり角
Ｆf  前輪への横力
Ｆr  後輪への横力
δf  前輪舵角 
ｌf  前車軸と重心の間隔
ｌr  後車軸と重心の間隔
【図１】
0005160138.tif 000002
【図２】
0005160138.tif 000003