(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転者がステアリングホイールに設定するステアリングホイール角に対し，電動サーボモータの駆動により重畳トランスミッションが付加操舵角を重畳するアクティブ操舵システムを有する車両において，
前記付加操舵角の目標値に飛躍が発生したか否かを認識する第１の認識工程と，
前記付加操舵角の目標値に飛躍が発生したことが前記第１の認識工程で認識された場合に，車両内センサ及び／又は車両内の他の制御装置から供給される信号に基づいて走行動力学的に危険な状況が存在するか否かを認識する第２の認識工程と，
前記電動サーボモータから前記重畳トランスミッションに伝達される操作トルク強度を，前記第２の認識工程の結果に応じて，前記走行動力学的に危険でない状況では低減させ，前記走行動力学的に危険な状況では増大させるように制御する制御工程と，
を有することを特徴とする車両の操舵反力の低減方法。
【請求項２】
前記電動サーボモータの前記トルク制御は，前記電動サーボモータに供給されるモータ電流強度を制限することにより実行されることを特徴とする請求項１に記載の車両の操舵反力の低減方法。
【請求項３】
前記第２の認識工程は，複数の異なる走行動力学的に危険な状況を識別する識別工程を有し，
前記制御工程は，前記識別工程で識別された走行状況の危険性に応じて前記モータ電流強度を累進的に増大させることを特徴とする請求項１に記載の車両の操舵反力の低減方法。
【請求項４】
運転者が調整するステアリングホイール角に対し，車両状況あるいは周囲状況により定められるパラメータに従って，電動サーボモータ及び重畳トランスミッションが付加操舵角を重畳する開ループ制御／閉ループ制御ユニットを有するアクティブ操舵システムであって，
前記開ループ制御／閉ループ制御ユニットは，電流制御／制限ユニットを有し，
前記電流制御／制限ユニットは，車両内センサ及び／又は車両内の他の制御装置から供給される信号により前記開ループ制御／閉ループ制御ユニットが算出した走行状況の危険性に応じて，前記電動サーボモータに供給するモータ電流強度を可変制限することを特徴とするアクティブ操舵システム。
【請求項５】
前記開ループ制御／閉ループ制御ユニットは，前記付加操舵角の前記目標値に飛躍が発生したか否かを認識し，かつ前記付加操舵角の前記目標値に飛躍が発生したことを認識した場合に走行動力学的に危険な状況が存在するか否かを認識する手段を有し，
前記手段は，車両モデル及び／又は周囲モデルを有することを特徴とする請求項４に記載のアクティブ操舵システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，アクティブ操舵システムを有する車両のステアリングホイール反力の低減方法及びそのためのアクティブ操舵システムに関し，さらに詳細には，運転者がステアリングホイールに設定するステアリングホイール角に対し，電動サーボモータの駆動により重畳トランスミッションが付加操舵角を重畳するアクティブ操舵システムを有する車両の操舵反力の低減方法，及び，そのためのアクティブ操舵システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来におけるアクティブ操舵システムは，ドイツ公開公報第ＤＥ−ＯＳ４０３１３１６号から既知であり，添付図面の図３に概略的に示す。かかるアクティブ操舵システムでは，運転者がステアリングホイール２１を介して調整するステアリングホイール角δＬが，重畳トランスミッション２２の入力に印加される。さらに，走行状況と周囲状況に関する信号に基づいて，開ループ制御／閉ループ制御ユニット３７が付加操舵角δＭを算出し，電動サーボモータ２３に対して相応する駆動電流を供給する。
【０００３】
付加操舵角δＭは，重畳トランスミッション２２の他の入力に印加される。重畳トランスミッション２２の出力側には，操舵車輪２５ａ，２５ｂに対する重畳操舵角δＬ’が発生するので，この重畳操舵角は，ステアリングホイールで調整されるステアリングホイール角δＬとは無関係に変化させることができる。
【０００４】
ステアリングギアボックス２４では，重畳操舵角δＬ’を相応するステアリングシャフト２６の運動に変換する。図示の装置によれば，走行動力学，走行安全性及び車両特性を改良する種々の機能を実現することができる。しかしながら，サーボステアリングなどのパワーアシスト機能は，上記方法により達成することができない。即ち，運転者が設定するステアリングホイール角δＬは変化されず，ステアリングホイールはその位置に維持される。
【０００５】
重畳トランスミッション２２では，固定の回転トルク比あるいはパワー比を伴って，自由な回転数あるいは速度が機械的出力に対して加算される。かかる電動サーボモータから出力されるトルクは，ステアリングホイール２１を支持することにより，ステアリングギアボックス２４の方向に伝達されなければならない。
【０００６】
かかるトルクが，ステアリングホイール２１で全く支持されない場合あるいは一部しか支持されない場合には，車輪２５ａ，２５ｂが回動せずにステアリングホイール２１が回動を開始する。従って，電動サーボモータ２３の介入中は，運転者はステアリングホイール２１から手を離すことができない。
【０００７】
運転者が支持するステアリングホイール２１に対して反力を与えるモータトルクは，電動サーボモータ２３の加速度あるいは現存の質量慣性に従う。支持されるトルクは，所定以上の大きさになると運転者に感知され，運転者は車両走行に違和感を覚える。従来の操舵システムでは極めて良好であった運転者の操舵感覚を，重畳トランスミッションを有する電子操舵システムを使用することで悪化させてはならない。
【０００８】
したがって，走行動力学的に危険な走行状況を補正するために，電子操舵システムが作動する場合には，必要な付加操舵角δＭを短時間で発生させることが必要である。かかる理由により，付加操舵角を発生させる電動サーボモータを，急速に高回転数で回転させなければならない。このモータ回転数ｎｍｏｔは，モータトルクｍｍｏｔの時間積分と質量慣性Ｊにより重み付けされ，以下の式により算出される。
【０００９】
【数１】
0004510976.tif 000002
【００１０】
上式では，電動サーボモータ２３が急速に高い回転数に到達するために，与えられた慣性質量Ｊで高いトルクを発生しなければならないことが示される。このように，高いモータトルクによりモータを急加速することが可能となるが，この高いモータトルクは上記操舵反力を発生して運転者の走行感覚に対して悪影響を与えるので，特に必要としない状況では，このような高いモータトルクの発生を回避しなければならない。しかしながら，その一方で，必要時に高いトルクが得られるように，モータ寸法を設計しなければならない。
【００１１】
次に，付加操舵角δＭの飛躍に対するモータの応答特性を図４に基づいて説明する。図４は，制御入力の飛躍（即ち，付加操舵角δＭの飛躍）に対するモータの応答特性を表すシミュレーション結果を示すグラフ図である。なお，図示のシミュレーション結果は，ＰＤ制御する閉ループ制御回路に基づくものである。
【００１２】
図４において，符号Ａは，制御入力（即ち目標角）の時間的推移を示す（ＬＲ度）。符号Ｂは，実際角の時間的推移を示す（ＬＲ度）。符号Ｃは，モータ回転数の時間的推移を示す（ｌ／ｓ）。符号Ｄは，ステアリングシャフトに作用するモータトルクの時間推移を示す（Ｎｍ）。
【００１３】
図４に示すように，電動サーボモータの実際角（曲線Ｂ）は，約２００ｍｓ後に，曲線Ａに示す目標値に到達する。このとき，曲線Ｃに示すように，モータは最大回転数に到達する。一方，電動サーボモータがステアリングシャフトにもたらすトルクは，曲線Ｄに示すように，５０Ｎｍよりも高いピーク値に達する。この高いトルクピークは，運転者に明確に感知され車両走行中に違和感を覚える。
【００１４】
次に，図５に基づいて，従来における一般的な目標角速度の勾配制限方法を説明する。図５は，目標角速度を４．３５ｒａｄ／ｓに勾配制限した制御入力飛躍に対するモータの応答特性を示すグラフ図である。
【００１５】
図５に示すように，目標角速度の勾配を制限することにより，制御入力「付加操舵角δＭの目標値」は，ランプ形状に上昇する。このように，目標角速度の勾配を制限することにより，図４と比較して，モータトルクが大幅に低減されることがわかる（曲線Ｄ）。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，従来の目標角速度の勾配を制限する方法では，図５に示すように，モータは最大回転数には到達せずに（曲線Ｃ），目標値に到達するまでに約４００ｍｓを要する（曲線Ｂ）。このように，従来の方法では，モータにより迅速に目標値に到達できないという問題がある。
【００１７】
したがって，本発明の課題は，重畳トランスミッションを有するアクティブ操舵システムにおいて，電動サーボモータが発生するトルクに起因する操舵反力を回避しあるいは許容限度まで低減させる一方，モータの高い操作速度を維持することが可能な新規かつ改良された車両の操舵反力の低減方法及びそのためのアクティブ操舵システムを提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために，請求項１に記載の発明のように，運転者がステアリングホイールに設定するステアリングホイール角に対し，電動サーボモータの駆動により重畳トランスミッションが付加操舵角を重畳するアクティブ操舵システムを有する車両において，前記付加操舵角の目標値に飛躍が発生したか否かを認識する第１の認識工程と，前記付加操舵角の目標値に飛躍が発生したことが前記第１の認識工程で認識された場合に，走行動力学的に危険な状況が存在するか否かを認識する第２の認識工程と，前記電動サーボモータから前記重畳トランスミッションに伝達される操作トルク強度を，前記第２の認識工程の結果に応じて，前記走行動力学的に危険でない状況では低減させ，前記走行動力学的に危険な状況では増大させるように制御する制御工程と，を有することを特徴とする車両の操舵反力の低減方法が提供される。
【００１９】
本項記載の発明では，走行動力学的に危険でない状況では，電動サーボモータは極端に急加速せずに介入するので，運転者が感知しない程度までモータトルクを低減することができる。一方，危険な状況においては，必要となるモータの高い操作速度を維持した状態で，運転者が感知しない程度まで電動サーボモータの発生トルクを制限することができる。このように，ステアリングシャフトに伝達されるトルクを，状況に応じて可変に制限することができる。この結果，運転者は，良好な車両走行感覚で，車両走行の安全性も確保することができる。
【００２０】
また，請求項２に記載の発明のように，前記電動サーボモータの前記トルク制御は，電動サーボモータに供給されるモータ電流強度を制限することにより実行される如く構成すれば，モータ電流強度に比例して発生するトルクを，モータ電流の強さを予め設定された値に制限するので，電動サーボモータが必要なトルクを越えないことが保証される。
【００２１】
また，請求項３に記載の発明のように，前記第２の認識工程は，複数の異なる走行動力学的に危険な状況を識別する識別工程を有し，前記制御工程は，前記識別工程で識別された走行状況の危険性に比例してモータ電流強度を累進的に増大させる如く構成すれば，例えばハンドルをとられた場合，あるいは左右車輪が異なる摩擦値で制動される場合（μ−スプリット制動）などの走行状況の危険性がより高い場合には，危険性に応じて累進的に高いトルクを発生させることができるので，車両走行の安全性をより一層確保することができる。
【００２２】
また，上記課題を解決するために，請求項４に記載の発明のように，運転者が調整するステアリングホイール角に対し，車両状況あるいは周囲状況により定められるパラメータに従って，電動サーボモータ及び重畳トランスミッションが付加操舵角を重畳する開ループ制御／閉ループ制御ユニットを有するアクティブ操舵システムであって，前記開ループ制御／閉ループ制御ユニットは，電流制御／制限ユニットを有し，前記電流制御／制限ユニットは，車両内センサ及び／又は車両内の他の制御装置から供給される信号により前記開ループ制御／閉ループ制御ユニットが算出した走行状況の危険性に応じて，前記電動サーボモータに供給するモータ電流強度を可変制限することを特徴とするアクティブ操舵システムが提供される。
【００２３】
本項記載の発明では，走行動力学的に危険でない状況では，電動サーボモータは極端に急加速せずに介入するので，運転者が感知しない程度までモータトルクを低減することができる。一方，危険な状況においては，必要となるモータの高い操作速度を維持した状態で，運転者が感知しない程度まで電動サーボモータの発生トルクを制限することができる。このように，ステアリングシャフトに伝達されるトルクを，状況に応じて可変に制限することができる。この結果，運転者は，良好な車両走行感覚で，車両走行の安全性も確保することができる。
【００２４】
また，請求項５に記載の発明のように，前記開ループ制御／閉ループ制御ユニットは，前記付加操舵角の前記目標値に飛躍が発生したか否かを認識し，かつ前記付加操舵角の前記目標値に飛躍が発生したことを認識した場合に走行動力学的に危険な状況が存在するか否かを認識する手段を有し，前記手段は，車両モデル及び／又は周囲モデルを有する如く構成すれば，特に，第２の認識工程を実行する際に，車両モデル及び／又は周囲モデルを使用して実行することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下，本発明の好適な実施の形態について，添付図面を参照しながら詳細に説明する。尚，以下の説明及び添付図面において，同一の機能及び構成を有する構成要素については，同一符号を付することにより，重複説明を省略する。
【００２６】
（第１の実施の形態）
以下，図１を参照しながら，第１の実施の形態について説明する。図１は，本実施形態にかかるアクティブ操舵システムの機能ブロック回路図である。
【００２７】
図１に示すように，車両３５のステアリングホィール３１で設定され，ステアリングホイールシャフト（図示せず）を介して重畳トランスミッション３２の入力側に作用するステアリングホイール角δＬは，ステアリングホイールシャフトに接続されるステアリングホイール角センサ３８により検出され，開ループ制御／閉ループ制御ユニット３７の入力側に供給される。重畳トランスミッション３２の出力側には，重畳された操舵角δＬ’が出力され，ステアリングギアボックス３４に供給される。
【００２８】
車両内に設置される他のセンサ３６は，ステアリングギアボックス３４が発生する前車輪の実際操舵角δＶ，走行速度あるいは他の車両状況と周囲状況を検出し，同様に，開ループ制御／閉ループ制御ユニット３７の入力に供給する。
【００２９】
この開ループ制御／閉ループ制御ユニット３７は，電動サーボモータ３３に供給されるモータ電流強度ｉｍｏｔを（特に走行状況の危険性に応じて）可変に制御する電流制御／制限ユニット３９を有する。この走行状況の危険性は，開ループ制御／閉ループ制御ユニット３７が供給する信号及び必要に応じてメモリ４０に格納される車両モデル及び／又は周囲モデルを使用して算出される。したがって，開ループ制御／閉ループ制御ユニット３７は，制御入力が飛躍的な場合に電動サーボモータにより伝達される車両の操舵反力を低減する手段を有する。
【００３０】
開ループ制御／閉ループ制御ユニット３７が有する上記手段は，まず，付加操舵角δＭの目標値あるいは制御入力の飛躍が発生したか否かを認識する第１の認識工程を実行する。次いで，第２の認識工程で，第１の認識工程の結果として付加操舵角の目標値の飛躍が発生したことが認識された場合に，走行動力学的に危険な状況が存在するか否かを認識する。
【００３１】
開ループ制御／閉ループ制御ユニット３７は，電流制御／制限ユニット３９に信号を供給し，かかる信号により走行状況に応じた制限が実行される。電動サーボモータ３３から重畳トランスミッション３２に伝達される操作トルク強度は，第２の認識工程の結果に応じて，走行動力学的に危険のない状況では低減し，走行動力学的に危険な状況で増大させるように制御する。
【００３２】
開ループ制御／閉ループ制御ユニット３７に付設されているメモリ４０には，第２の認識工程を実行する際に使用される車両モデル及び／又は周囲モデルを格納することができる。
【００３３】
上記のように，モータトルクｍｍｏｔの制御は，電動サーボモータに供給される電流強度を制御することにより実行する。なお，このとき，開ループ制御／閉ループ制御ユニット３７は，複数の異なる走行動力学的に危険な状況を識別し，走行状況の危険性に応じてモータ電流強度を累進的に増大するように形成するのが好ましい。
【００３４】
本実施形態にかかる方法により，走行動力学的に危険のない状況では，電動サーボモータが介入する際のモータトルクは，運転者に感知されない程度まで低減される。これは，重畳トランスミッションを有するアクティブ操舵システムは，走行動力学的に危険のない状況においては，モータを極端に急加速する必要がないので，低減したモータトルクでも十分に対応できる。
【００３５】
一方，走行動力学的に危険な状況においては，より高いモータトルクが許容される。許容されるモータトルクは，状況の危険性の増大に伴って累進的に上昇する。例えばハンドルをとられた場合，あるいは左右車輪が異なる摩擦値で制動される場合（μ−スプリット制動）などの危険な状況では，必要なモータの高い操作速度を維持した状態で，電動サーボモータが発生するトルクが運転者に感知されないように制限される。
【００３６】
電動サーボモータが発生するトルクｍｍｏｔは，次式に示すようにモータ電流強度ｉｍｏｔに比例する。
ｍｍｏｔ＝ｋ・ｉｍｏｔ
なお，ｋは定数である。
【００３７】
上式から明らかなように，モータ電流強度を予め設定された値に制限することにより，電動サーボモータが必要なトルクを越えないことが保証される。モータ電流の制限は，例えば可変の目標値制限を有する電流制御／制限ユニットなどの好適な手段により実現することができる。
【００３８】
次に，図２に基づいて，モータの応答特性について説明する。図２は，従来技術で示した図４及び図５と同様に，本実施形態にかかる制御入力の飛躍に対するモータ応答特性を示す。
【００３９】
図２において，曲線Ａは，目標角の時間的推移を示す（ＬＲ度）。曲線Ｂは，実際角の時間的推移を示す（ＬＲ度）。曲線Ｃは，モータ回転数の時間的推移を示す（ｌ／ｓ）。曲線Ｄは，ステアリングシャフトに伝達されるモータトルクの時間的推移を示す（Ｎｍ）。
【００４０】
図２に示すように，左右のモータトルクは，各々２５Ｎｍに制限される（曲線Ｄ）。このステアリングシャフトに伝達されるトルク及びそれに伴う操舵反力は，従来の電動サーボモータの操舵反力（図４中の曲線Ｄ）と比較して，略半分程度まで低減される。
【００４１】
さらに，モータの実際角（曲線Ｂ）は，略２２０ｍｓ後には，目標値（曲線Ａ）に到達する。この電動サーボモータが目標値に到達するまでの到達時間は，目標角速度を制限しない電動サーボモータの場合（図４中の曲線Ｂ）と比較して，略同一程度に速い。一方，従来の目標角速度を４．３５ｒａｄ／ｓまでに制限した場合の到達時間（図５中曲線Ｂ）と比較して，略半分程度まで短縮される。
【００４２】
以上，本発明に係る好適な実施の形態について説明したが，本発明はかかる構成に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術思想の範囲内において，各種の修正例及び変更例を想定し得るものであり，それらの修正例及び変更例についても本発明の技術範囲に包含されるものと了解される。
【００４３】
【発明の効果】
走行動力学的に危険でない状況では，極端に急加速せずに電動サーボモータが介入するので，運転者に感知されない程度までモータトルクを低減することができる。このように，ステアリングシャフトに伝達されるトルクを，状況に応じて可変に制限することができる。この結果，運転者は，良好な車両走行感覚を得た状態で，車両走行の安全性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態にかかるアクティブ操舵システムの機能ブロック回路である。
【図２】電動サーボモータのトルク制限した電動サーボモータの制御入力飛躍に対する応答特性を示すグラフ図である。
【図３】従来のアクティブ操舵システムのブロック回路図である。
【図４】従来の勾配制限しない電動サーボモータの制御入力飛躍に対する応答特性を示すグラフ図である。
【図５】従来の勾配制限した電動サーボモータの制御入力飛躍に対する応答特性を示すグラフ図である。
【符号の説明】
３１  ステアリングホイール
３２  重畳トランスミッション
３３  電動サーボモータ
δＬ  ステアリングホイール角
δＭ  付加操舵角
【図１】
0004510976.tif 000003
【図２】
0004510976.tif 000004
【図３】
0004510976.tif 000005
【図４】
0004510976.tif 000006
【図５】
0004510976.tif 000007