(57)【要約】本発明は、操舵システムにおいて補助操舵力を発生させる電動モータを備えたパワーステアリングユニットに関する。この場合、操舵システムによりステアリングホイールが車輪と結合される。パワーステアリングユニットはステアリングホイールの旋回を、電動モータに供給される電流を操舵情報に基づき制御することによってアシストする。このユニットには操舵角捕捉装置と、電動モータに供給すべき電流を低減する過負荷保護装置が設けられており、この過負荷保護装置は、捕捉された操舵角がまえもって決められた角度を超えると、モータに供給すべき電流を低減する。
2004521010.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ駆動型パワーステアリングユニットにおいて、
ステアリングホイールを車輪と結合する操舵システム内で補助操舵力を発生させるために電動モータが設けられており、
該電動モータに供給すべき電流を操舵情報に基づき制御することによりステアリングホイールの旋回がアシストされ、
操舵角捕捉装置を備えていて、捕捉された操舵角に依存して該アシストが調整されることを特徴とする、
モータ駆動型パワーステアリングユニット。
【請求項２】
モータ駆動型パワーステアリングユニットにおいて、
ステアリングホイールを車輪と結合する操舵システム内で補助操舵力を発生させるために電動モータが設けられており、
該電動モータに供給すべき電流を操舵情報に基づき制御することによりステアリングホイールの旋回がアシストされ、
操舵角捕捉装置と、電動モータに供給される電流を低減する過負荷保護装置とを備えていて、
捕捉された操舵角が所定の角度を超えると、モータに供給される電流が前記過負荷保護装置により低減されることを特徴とする、
モータ駆動型パワーステアリングユニット。
【請求項３】
操舵された車輪が個々の終端位置に達する前の角度領域でアシストまたは電流が低減される、請求項１または２記載のモータ駆動型パワーステアリングユニット。
【請求項４】
個々の終端位置に達する前にまえもって決められたまたは設定可能な角度を超えた後または該角度に達した後、アシストまたは電流が低減される、請求項１から３のいずれか１項記載のモータ駆動型パワーステアリングユニット。
【請求項５】
操舵された車輪またはステアリングホイールまたはステアリングロッドが最大で所定の最大速度および／または所定の最大力によってのみ終端位置に到達できるようアシストが低減される、請求項１から４のいずれか１項記載のモータ駆動型パワーステアリングユニット。
【請求項６】
車両が所定の速度を超えていないときのみアシストが低減される、請求項１から５のいずれか１項記載のモータ駆動型パワーステアリングユニット。
【請求項７】
操舵トルクと操舵角の極性符号がもはや一致しなくなるとアシストまたは電流の低減がただちに中止される、請求項１から６のいずれか１項記載のモータ駆動型パワーステアリングユニット。
【請求項８】
まえもって設定されたまたは設定可能な角度（φｇｒまたはφｇｌ）に達した後、個々の終端位置に達するまでアシストが徐々に連続して低減される、請求項１から７のいずれか１項記載のモータ駆動型パワーステアリングユニット。
【請求項９】
前記低減は線形、指数関数的、２次関数的に、または角度に依存する関数に従って増大される、請求項８記載のモータ駆動型パワーステアリングユニット。
【請求項１０】
操舵システムにより計算されたアシストまたは供給すべき電流の値が比例係数"support＿factor"により乗算され、それにより得られたアシストに基づき電動モータが制御され、またはそれにより得られた電流が電動モータへ供給される、請求項１から９のいずれか１項記載のモータ駆動型パワーステアリングユニット。
【請求項１１】
請求項１０記載のモータ駆動型パワーステアリングユニットのための比例係数"support＿factor"の計算方法において、
第１のステップで、実際の車両速度ｖｖｅｈｉｃｌｅが所定の速度ｖｌｉｍｉｔを超えたか否かが調べられ、
ｖｖｅｈｉｃｌｅ ＞＝ ｖｌｉｍｉｔであれば比例係数"support＿factor"が１にセットされて方法が終了し、
ｖｖｅｈｉｃｌｅ ＜ ｖｌｉｍｉｔであれば比例係数"support＿factor"の計算が続けられることを特徴とする、
比例係数"support＿factor"の計算方法。
【請求項１２】
条件ｖｖｅｈｉｃｌｅ ＞＝ ｖｌｉｍｉｔが成り立つときにその次のステップで、操舵角が正であるか負であるかが調べられ、ついで個々の角度領域について係数ａが計算され、
ステアリングホイールが中央位置から左に向かって旋回されたとき、
【数１】
2004521010.tif 000003
とし、
ステアリングホイールが中央位置から右に向かって旋回されたとき、
【数２】
2004521010.tif 000004
とし、
ここでendlock＿rightは右ストッパ角、endlock＿leftは左ストッパ角、φｓｗは現在の操舵角である、
請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
係数ａの値が値１よりも大きいとき比例係数support＿factorが１にセットされて計算が終了する、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
係数ａの値が所定の最小値min＿support以上かつ１以下であれば、比例係数support＿factorが係数ａと等しくなるようセットされ、係数ａが前記最小値min＿supportよりも小さければ、比例係数support＿factorが前記最小値min＿supportと等しくなるようセットされる、請求項１２または１３記載の方法。
【請求項１５】
操舵トルクと操舵角の極性符号がもはや一致しなくなると比例係数support＿factorが１にセットされる、請求項１１から１４のいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操舵システムにおいて補助操舵力を発生させる電動モータを備えたパワーステアリングユニットに関する。この場合、操舵システムによりステアリングホイールが車輪と結合される。パワーステアリングユニットはステアリングホイールの旋回を、電動モータに供給される電流を操舵情報に基づき制御することによってアシストする。このユニットには操舵角捕捉装置が設けられている。
【０００２】
冒頭で述べた形式のモータ駆動型パワーステアリングユニットはDE 38 21 789から公知である。このパワーステアリングユニットは、ステアリングシステムにおいて形成される操舵力を捕捉する操舵力保護装置とモータに供給される電流を低減する過負荷保護装置を有している。たとえばステアリングシステムのトーションバーのところで測定するなどして求められた操舵力に基づき、捕捉された操舵力が所定値を超えていれば過負荷保護装置によりアシストが低減される。DE 38 21 789 によれば冒頭で述べた形式のパワーステアリングユニットにおいてさらに、操舵速度を付加的に測定してその量もアシストの計算またはその低減に考慮することが開示されている。その構成によればアシストが低減されるのは、それが手の力のレベルを超える一方、操舵速度が所定値を超えていなかったときだけである。DE 38 21 789により知られているパワーステアリングユニットの欠点は、終端ストッパでの走行感がステアリングシステムの回転ロッドのねじれ剛性によって決まってしまい、パワーステアリングユニットの制御によって作用させたり調整したりすることができないことである。
【０００３】
本発明の課題は、左右の終端ストッパ領域における走行感を設定できるようにし、もしくはアシストの適切な低減により制御できるようにしたパワーステアリングユニットを提供することにある。
【０００４】
本発明によればこの課題は、２つの独立請求項１および２に記載の特徴を備えたモータ駆動型パワーステアリングユニットによってそれぞれ解決される。従属請求項３〜１６には請求項１および２記載のパワーステアリングユニットの実施形態が示されている。
【０００５】
有利なことに２つの独立請求項１および２に記載の本発明によるパワーステアリングユニットは、最近のどのような操舵システムにも既に設けられている操舵情報をアクセスできるようにした点で優れている。この場合、事前にモータ制御部により定められていたアシストもしくは供給すべき電流を、個々の終端ストッパに到達する前にすでに低減できる点で有利である。ここで低減量を操舵角に依存させるのが有利であって、このようにすることで個々の終端ストッパに近づくにつれてアシストをどんどん小さくしていくことができるようになる。たとえば有利であるのは、この低減を以下のようにして行えるようにすることである。すなわち、供給すべき電流についてモータ制御部により決められた値を比例係数ａと乗算し、ついでこの値を可制御電流源に与え、そして供給すべき電流をこの電流源が調整するのである。ここで関数ａ＝ｆ（操舵角）を任意に選定することができる。アシストがまったくすなわちゼロまで低減されてしまうのを避けるようにすべきであるならば、比例係数に対し下方の最小値を設定するのが有利である。
【０００６】
同様に有利であるのは、車両が所定の速度をまだ超えていなかったときのみ、アシストの低減をアクティブにすることである。これにより、低速のときにだけ操舵角の誤った決定の影響が及ぼされ比較的高速のときにはアシストの不所望な作用による障害が生じないようなことが回避される。
【０００７】
同様に、アシストを低減すべき範囲を、限界角度の設定により任意にかつ技術的な要件に左右されることなくまえもって与えることができる。
【０００８】
操舵された車輪を両方の終端位置のうち一方から中央位置方向へ最大アシストで旋回させる目的で、本発明によるパワーステアリングユニットは手の力と操舵角の極性符号を問い合わせる機能をもっている。この場合、極性符号の慣行に従い各終端位置について２つの事例を区別しなければならない。両方の量が等しい極性符号をもっているならば、つまり車輪を終端位置方向へ動かそうとして操舵力が配向されているならば、操舵角が既述の限界角度を超えているかぎりアシストが低減される。これに対して車輪が終端位置から中央位置方向へ旋回されるとき、それらの量の極性符号は異なる。このような状況では最大アシストまたは可能なかぎり最良のサポートがドライバに提供されるようにすべきである。したがってこの状況では比例係数は１にセットされ、その結果、供給すべき電流についてモータ制御部により計算された値が可制御電流源へ伝達されることになる。
【０００９】
当然ながら本発明は、供給すべき電流の値を比例係数により乗算してモータ制御部または可制御電流源に与えることだけに限定されるものではない。操舵システムにより計算されたアシストトルクを比例係数と乗算し、ついでその積をエンジン制御部もしくはその他の開ループ制御ユニットまたは閉ループ制御ユニットへ与えることも可能である。
【００１０】
次に、図面を参照しながら本発明の動作原理について詳しく説明する。
【００１１】
図１は、車両速度が所定値を超えていなければアシストの低減される角度範囲を示す図である。
【００１２】
図２は、想定可能な関数ａ＝ｆ（操舵角）を示す図である。
【００１３】
図３は、比例係数計算のために考えられる方法に関するフローチャートである。
【００１４】
図４は、パワーステアリングシステムにおける操舵角依存型の低減ユニットもしくはエンドロックプロテクション "Endlock Protection"ユニットに関する実現可能な構成を示すブロック図である。
【００１５】
図１を用いて、本発明によるパワーステアリングユニットに関連する量について説明する。ここで"endlock＿right"は、ステアリングシステムが右側の機械的終端ストッパにあるときの角度であり、"endlock＿left"はステアリングシステムが左側の機械的終端ストッパにあるときの角度である。角度φｇｒは右側の限界角度であり、角度φｇｌは左側の限界角度である。操舵角がハッチング領域に位置するようステアリングホイールが切られると、アシストつまり供給すべき電流が低減される。オプションとして車両速度ｖｖｅｈｉｃｌｅが考慮されるならば、車両が決められた所定速度を超えていないときだけ、アシストつまり供給すべき電流が低減される。慣用的な極性符号の採用に従い、ステアリングホイールつまり車輪が右に動かされたときには操舵角φｓｗは正であるのに対し、ステアリングホイールつまり車輪が左に動かされたときには操舵角φｓｗは負である。ステアリングホイールおよび／または操舵された車輪が中央位置にあるとき、操舵角φｓｗはゼロである。
【００１６】
図２には係数ａと操舵角φｓｗの想定可能な関数関係が示されている。この場合、操舵角φｓｗが両方の限界角度φｇｒ，φｇｌのいずれも超えていないならば、係数ａ＝１である。これに対し操舵角φｓｗが両方の限界角φｇｒ，φｇｌのいずれかを超えていれば、係数ａはそれよりも小さくなる。必要であれば、係数ａに対して付加的な問い合わせや制限を行ってもよい。つまりたとえばこの値を下限値min＿supportに制限することができ、係数がこの下限値に到達するのは操舵角φｓｗがendlock＿rightまたはendlock＿leftのときあるいはそれよりも手前である。図２に示されている関数関係は一例にすぎない。必要に応じてこれとは異なるカーブを設定可能であるのは自明である。たとえば線形、２次関数的、指数関数的または対数的に係数ａを角度範囲endlock＿left＜φｓｗ＜φｇｌまたはφｇｒ＜φｓｗ＜endlock＿rightにおいて降下させることも考えられる。min＿supportについても任意の値を設定できる。
【００１７】
図３には、本発明によるパワーステアリングユニットを実現するために考えられる方法に関するフローチャートが示されている。最初のステップ１００において、車両速度が所定値ｖｌｉｍｉｔを超えたか否かがチェックされる。車両がｍｖｌｉｍｉよりも速い速度で走行しているかぎり、ステップ１０００において比例係数support＿factorが１にセットされ、これによってこの計算プロセスが終了するに至り、その後、プロセスが新たに開始される。車両速度が所定値ｖｌｉｍｉｔを超えていなければステップ２００に分岐し、そこにおいて操舵角φｓｗの極性符号が調べられる。操舵角φｓｗがゼロよりも小さければ、すなわち左に旋回されるならば、ステップ４００において係数ａが計算される。この場合、終端ストッパ角度endlock＿leftと操舵角φｓｗとの間の角度差が計算される。この差が角度差endlock＿left−φｇ１により除算される。角度差endlock＿left−限界角度φｇ１はある角度範囲を表す定数であるので、まえもって計算されて記憶されている角度範囲値によって除算してもよい。最後に挙げた角度差が正であるならば、ａの絶対値形成を省くことができる。同様に操舵角φｓｗがゼロよりも大きければ、ステップ３００において係数ａが計算される。係数ａは操舵角φｓｗの関数である。まえもって与えられた限界角度φｇｌもしくはφｇｒに応じて、係数ａの値は操舵角φｓｗが小さくなるともしくは大きくなるとまえもって定められた所定の値を下回る。ステップ５００において、事前にステップ３００および４００で計算された値が１よりも大きいか否かが調べられる。図３に示されている方法においてａの値が１よりも大きければ、比例係数support＿factorは１にセットされ、この方法が終了するかまたは、比例係数support＿factorの値がアシストの後続の計算のために転送される。係数ａの値が１以下であれば、ステップ６００において極性符号のチェックが行われる。その際に択一的に、手のトルクｔｑｓｅｎｓｏｒの方向もしくは極性符号を操舵角の極性符号と比較することができるし、あるいは操舵システムもしくはコントローラによってすでに求められていたアシストもしくは調整信号ｔｑｒｅｑの方向もしくは極性符号を操舵角の極性符号と比較することができる。極性符号もしくは方向が一致していなければステップ１０００に分岐し、比例係数support＿factorが１にセットされる。各値の極性符号が等しくなければ、車輪ないしはステアリングホイールを中央位置方向へ動かそうとするケースが発生する。極性符号が等しいのであれば、車輪ないしはステアリングホイールを終端位置へ動かそうとする。この場合、ステップ７００において、係数ａの値が最小許容アシスト係数min＿supportよりも小さいか否かが調べられる。ａ＜min＿supportであればステップ８００へ分岐し、比例係数support＿factorがmin＿supportにセットされる。a＞＝min＿supportであればステップ９００へ分岐し、比例係数support＿factorがａにセットされる。ステップ８００とステップ９００が終了すると計算プロセスが完了し、新たな比例係数support＿factorの計算を始めることができる。
【００１８】
図４には、操舵システムにおける操舵角依存型低減ユニットもしくは「エンドロックプロテクション"Endlock Protection"ユニットの可能な配置構成が示されている。この場合、コントローラにより調整信号ｔｑｒｅｑが発せられ、この信号が比例係数support＿factorと乗算される。ついで乗算の積が、アシストを作り出す電動モータのモータ制御部へ供給される。比例係数support＿factorはエンドロックプロテクションユニットにより計算され、これが図３で説明した方法に使用される。エンドロックプロテクションユニットのための唯一必須の入力量は操舵角φｓｗである。なお、オプションとして車両速度ｖｖｅｈｉｃｌｅおよび求められた手のトルクもしくは調整信号量ｔｑｒｅｑを、比例係数support＿factorを求めるためにいっしょに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】車両速度が所定値を超えていなければアシストの低減される角度範囲を示す図である。
【図２】想定可能な関数ａ＝ｆ（操舵角）を示す図である。
【図３】比例係数計算のために考えられる方法に関するフローチャートである。
【図４】パワーステアリングシステムにおける操舵角依存型の低減ユニットもしくはエンドロックプロテクション "Endlock Protection"ユニットに関する実現可能な構成を示すブロック図である。
【図１】
2004521010.tif 000005
【図３】
2004521010.tif 000006
【図４】
2004521010.tif 000007
【国際公開パンフレット】
2004521010.tif 000008
2004521010.tif 000009
2004521010.tif 000010
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2004521010.tif 000014
2004521010.tif 000015
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2004521010.tif 000017
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2004521010.tif 000019
2004521010.tif 000020
2004521010.tif 000021
2004521010.tif 000022
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2004521010.tif 000024
2004521010.tif 000025
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004521010.tif 000026
2004521010.tif 000027
【手続補正書】
【提出日】平成15年10月7日(2003.10.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ駆動型パワーステアリングユニットにおいて、
ステアリングホイールを車輪と結合する操舵システム内で補助操舵力を発生させるために電動モータが設けられており、
該電動モータに供給すべき電流を操舵情報に基づき制御することによりステアリングホイールの旋回がアシストされ、
操舵角捕捉装置を備えていて、捕捉された操舵角に依存してアシストが調整され、
まえもって決められたまたは設定可能な角度を超えた後または該角度に達した後、個々の終端位置に達する前にアシストまたは電流が低減され、操舵トルクと操舵角の極性符号がもはや一致しなくなるとアシストまたは電流の低減がただちに中止されることを特徴とする、
モータ駆動型パワーステアリングユニット。
【請求項２】
電動モータに供給される電流を低減する過負荷保護装置が設けられている、請求項１記載のモータ駆動型パワーステアリングユニット。
【請求項３】
操舵された車輪が個々の終端位置に達する前の角度領域でアシストまたは電流が低減される、請求項１または２記載のモータ駆動型パワーステアリングユニット。
【請求項４】
操舵された車輪またはステアリングホイールまたはステアリングロッドが最大で所定の最大速度および／または所定の最大力によってのみ終端位置に到達できるようアシストが低減される、請求項１から３のいずれか１項記載のモータ駆動型パワーステアリングユニット。
【請求項５】
車両が所定の速度を超えていないときのみアシストが低減される、請求項１から４のいずれか１項記載のモータ駆動型パワーステアリングユニット。
【請求項６】
まえもって設定されたまたは設定可能な角度（φｇｒまたはφｇｌ）に達した後、個々の終端位置に達するまでアシストが徐々に連続して低減される、請求項１から５のいずれか１項記載のモータ駆動型パワーステアリングユニット。
【請求項７】
前記低減は直線的、指数関数的、２次関数的に、または角度に依存する関数に従って増大される、請求項６記載のモータ駆動型パワーステアリングユニット。
【請求項８】
操舵システムにより計算されたアシストまたは供給すべき電流の値が比例係数"support＿factor"により乗算され、それにより得られたアシストに基づき電動モータが制御され、またはそれにより得られた電流が電動モータへ供給される、請求項１から７のいずれか１項記載のモータ駆動型パワーステアリングユニット。
【請求項９】
請求項８記載のモータ駆動型パワーステアリングユニットのための比例係数"support＿factor"の計算方法において、
第１のステップで、実際の車両速度ｖｖｅｈｉｃｌｅが所定の速度ｖｌｉｍｉｔを超えたか否かが調べられ、
ｖｖｅｈｉｃｌｅ ＞＝ ｖｌｉｍｉｔであれば比例係数"support＿factor"が１にセットされて方法が終了し、
ｖｖｅｈｉｃｌｅ ＜ ｖｌｉｍｉｔであれば比例係数"support＿factor"の計算が続けられることを特徴とする、
比例係数"support＿factor"の計算方法。
【請求項１０】
条件ｖｖｅｈｉｃｌｅ ＞＝ ｖｌｉｍｉｔが成り立つときにその次のステップで、操舵角が正であるか負であるかが調べられ、ついで個々の角度領域について係数ａが計算され、
ステアリングホイールが中央位置から左に向かって旋回されたとき、
【数１】
2004521010.tif 000028
とし、
ステアリングホイールが中央位置から右に向かって旋回されたとき、
【数２】
2004521010.tif 000029
とし、
ここでendlock＿rightは右ストッパ角、endlock＿leftは左ストッパ角、φｓｗは現在の操舵角である、
請求項９記載の方法。
【請求項１１】
係数ａの値が値１よりも大きいとき比例係数support＿factorが１にセットされて計算が終了する、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
係数ａの値が所定の最小値min＿support以上かつ１以下であれば、比例係数support＿factorが係数ａと等しくなるようセットされ、係数ａが前記最小値min＿supportよりも小さければ、比例係数support＿factorが前記最小値min＿supportと等しくなるようセットされる、請求項１０または１１記載の方法。
【請求項１３】
操舵トルクと操舵角の極性符号がもはや一致しなくなると比例係数support＿factorが１にセットされる、請求項９から１２のいずれか１項記載の方法。
【国際調査報告】
2004521010.tif 000030
2004521010.tif 000031
2004521010.tif 000032
2004521010.tif 000033
2004521010.tif 000034
2004521010.tif 000035