(57)【要約】  本発明は、車両のパワーステアリングシステムのステアリングホイールの設定トルクを決定する決定方法に関し、前記設定トルクは、制御モータによりステアリングホイールに直接的または間接的に加えられるモータトルクを決定することを可能にし、前記設定トルクは、少なくともステアリングホイールのハンドル角を車両が直進軌道をたどるハンドル角にするように構成された可逆関数によって決定され、前記可逆関数は、ステアリングホイールの目標速度がハンドル角に対応して決定される第１ステップを有し、特徴は、目標速度が車両のヨーレートにも対応することである。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両のパワーステアリングシステムのステアリングホイールの設定トルク（ＣＣ）を決定する決定方法において、前記設定トルク（ＣＣ）が、制御モータによりステアリングホイールに直接的または間接的に加えられるモータトルク（ＣＭ）を決定することを可能にし、前記設定トルク（ＣＣ）が、少なくともステアリングホイールのハンドル角（ＡＶ）を車両が直進軌道を描くハンドル角（ＡＶ）にするための可逆関数（Ｆ３）によって決定され、前記可逆関数（Ｆ３）が、ステアリングホイールの目標速度（ＶＣ）がハンドル角（ＡＶ）に対応して決定される第１ステップ（Ｅ１）を有し、
特徴は、目標速度（ＶＣ）が車両のヨーレート（Ｖｌ）にも対応することである決定方法。
【請求項２】
請求項１の決定方法において、
第１ステップ（Ｅ１）が、車両のヨーレート（Ｖｌ）、等価ゲイン（Ｋｅｑ）及び車両の縦速度（Ｖｈ）に応じてハンドル角相当値（Ａｖｅｑ）を算出する決定フェーズ（Ｐ１）を有する決定方法。
【請求項３】
請求項２の方法において、
等価ゲイン（Ｋｅｑ）が車両の縦速度（Ｖｈ）で定められる決定方法。
【請求項４】
請求項２または３の決定方法において、
前記第１ステップ（Ｅ１）が、ハンドル角相当値（Ａｖｅｑ）とハンドル角（Ａｖ）とから最終ハンドル角（Ａｆ）を決定する統合フェーズ（Ｐ２）を有する決定方法。
【請求項５】
請求項４の決定方法において、
最終ハンドル角（Ａｆ）は、統合ゲイン（Ｇ）によって定められる決定方法。
【請求項６】
請求項５の決定方法において、
統合ゲイン（Ｇ）が車両の縦速度（Ｖｈ）に応じて変化する決定方法。
【請求項７】
請求項５の決定方法において、
統合ゲイン（Ｇ）が０と１の間で変化する決定方法。
【請求項８】
請求項１から７の何れか１つの決定方法において、
目標速度（Ｖｃ）から前記可逆関数（Ｆ３）の前記設定トルク（ＣＣ３）を決定する第２ステップを有する決定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動パワーステアリングシステムの分野に関し、より詳しくは、車両の電動パワーステアリングシステムのステアリングホイールの設定トルクを決定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両のステアリングシステムの目的は、運転者が車両の軌道を制御できるようにすることである。この軌道は、車両が時間の経過に伴って占める連続的な位置の集合で表される。車両の軌道は、測定または算出が可能なパラメータの集合で定められる曲線である。前記パラメータは、車両に動きが生じるように加えられている力の状態に応じて変化する。以下、力の状態を車両の動的状態と称する。
【０００３】
車両の車輪の方向角度を変えることにより、運転者は、車両の動的状態のパラメータに影響を与えて車両の軌道を変化させる。特に車輪の方向角度は、以下「ハンドル角」と称するステアリングホイールの角度と連動する。運転者は、以下「操舵トルク」と称するステアリングホイールへの力を用いることによりハンドル角を変化させる。
【０００４】
一般に、ステアリングシステムは、前記ステアリングホイール、ラック、及びタイロッドにそれぞれ接続される２つの車輪を含む複数の構成要素を有する。ラックは、車輪の操作を可能に、言い換えると、タイロッドを介して、車輪の方向角度の変更を可能にする部品である。ラックにより、ハンドル角の変化を車両の車輪の方向として伝達できる。
【０００５】
電動パワーステアリングシステムは、以下で設定トルクと称する、特にステアリングホイールを操作する時に運転者が感知するトルクを決定するコンピュータを有する。
【０００６】
一般に、設定トルクは、複数の関数、好ましくは３つの関数の合計によって決定される。一つの関数により、設定トルクの一部分を決定することができる。
【０００７】
例えば、減衰関数（damping function）により、以下で操舵速度と称するステアリングホイールの回転速度に基づいて、設定トルクの一部分を決定できる。
【０００８】
制御関数（control function）により、ラックに加わる力に基づいて設定トルクの一部分を決定できる。
【０００９】
可逆関数（reversibility function）により、ハンドル角を「中心に」すること、つまり、以下「中心角度」と称する、車両が直進軌道を描くハンドル角に向かうこと、を可能にする設定トルクの一部分を決定できる。言い換えると、可逆関数により、車両が直進軌道を描くようにステアリングホイールを戻すことができる。この関数は、例えば旋回軌道から抜け出すときに特に有効である。この場合、運転者は、ステアリングホイールを保持して曲がってから、ステアリングホイールが「自然に」中心に戻るようにステアリングホイールを離す。
【００１０】
可逆関数を実施するために、まず、ステアリングホイールの目標速度をハンドル角に応じて決定することが知られている。目標速度は、ハンドル角が中心角度から離れているときに大きくなり、ハンドル角が中心角度に近づくと小さくなる。したがって、ステアリングホイールは、最初は素早く中心角度に向かい、その後は中心角度に達するまでゆっくりと戻る。
【００１１】
この目標速度の決定の欠点は、その決定が、車両の動的状態を考慮せず、静的な情報であるハンドル角に基づいていることである。そのため、特定の角度における目標速度は、車両の動的状態や路面の種類に関わらず同一になる。そうすると、目標速度が車両の動的状態に適さず、運転者の運転感覚が不自然になることがある。
【００１２】
最後に、設定トルクが決定されると、コンピュータは制御モータによって操舵トルクを設定トルクに向かってサーボ制御する。制御モータは、操舵トルクが設定値と等しくなるようにモータトルクを作用させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
機械式の電動パワーステアリングシステムでは、ステアリングホイールとラックの間に、一般にステアリングコラムによって形成される機械的なリンクがある。そして、制御モータは、ラックまたはステアリングコラムにモータトルクを作用させることにより、ステアリングホイールに間接的にモータトルクを作用させる。
【００１４】
「ワイヤ」方式の電動パワーステアリングは、２つの電気機械（motorization）を有する。ハンドル角を計測または算出して、操舵モータがラックを介して車両の車輪の向きを変化させる。そして、制御モータがステアリングホイールに直接にモータトルクを作用させることにより、特に運転者にラックの慣性すなわちラックの重量を意識させる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、車両のパワーステアリングシステムのステアリングホイールの設定トルクを決定するための方法を提案することによって、運転者の運転感覚を改善することを目的とする。この方法は、前記設定トルクが、制御モータによりステアリングホイールに直接的または間接的に加えられるモータトルクを決定することを可能にし、前記設定トルクが、少なくともステアリングホイールのハンドル角を車両が直進軌道を描くハンドル角にするための可逆関数によって決定され、前記可逆関数が、ステアリングホイールの目標速度がハンドル角に対応して決定される第１ステップを有し、特徴は、目標速度が車両のヨーレートにも対応することである。
【００１６】
ヨーレートは、垂直軸、すなわち車両が軌道を描く平面に直角の軸の周りでの車両の旋回を表す。
【００１７】
本発明によれば、目標速度が、静的な情報であるハンドル角と動的な情報であるヨーレートに基づいて決定される。したがって、目標速度には、運転者の運転感覚が自然になるような車両の動的状態が考慮される。
【００１８】
言い換えると、同じハンドル角に対して、ハンドル角が中心角に戻る目標速度がヨーレートに応じて速くなったり遅くなったりする。したがって、運転者がステアリングホイールを中心角に戻るように離すと、ステアリングホイールの速度が車両のヨーレートに適応する。
【００１９】
本発明の１つの特徴によれば、第１ステップは、車両のヨーレート、等価ゲイン及び車両の縦速度に基づいてハンドル角相当値を算出する決定フェーズを有する。
【００２０】
車両の縦速度は、前記車両の長手方向軸に沿って形成される車両の軌道の速度に対応する。
【００２１】
より詳細には、ハンドル角相当値は以下の式で算出される。
【００２２】
【数１】
2022502305.tif 000003
【００２３】
ここで：Ａｖｅｑ：度（°）で表されるハンドル角相当値、Ｋｅｑ：度（m）で表される等価ゲイン、Ｖｌ：車両のヨーレート（°/ｓ）、Ｖｈ：車両の縦速度（m/s）である。
【００２４】
このように、車両のヨーレートと縦速度からハンドル角相当値が決定される。
【００２５】
本発明の１つの特徴によれば、決定フェーズは、車両の縦速度がゼロであるときに０による除算の実行を回避できるようにする保護を有する。
【００２６】
本発明の１つの特徴によれば、等価ゲインが車両の縦速度で定められる。
【００２７】
車両の縦速度によって等価ゲインを変化させることにより、ハンドル角とハンドル角相当値との整合性を高めることができる。実際に、車両の動的状態は、車両の速度（アンダーステア勾配（understeer gradient）、空力特性など）によって定められる。
【００２８】
例えば、等価ゲインは、以下の関係式により、アンダーステア勾配に応じて定められる。
【００２９】
Ｋｅｑ＝Ｌ＋Ｋ・Ｖｈ２
ただし、Ｌ：車両のホイールベース、Ｋ：アンダーステア勾配、Ｖｈ：車両の縦速度である。
【００３０】
本発明の１つの特徴によれば、第１ステップは、ハンドル角相当値とハンドル角とから最終ハンドル角を決定する統合フェーズを有する。
【００３１】
したがって、目標速度は、ハンドル角の情報と、ハンドル角相当値を通じたヨーレートの情報を有する最終ハンドル角から決定される。
【００３２】
本発明の１つの特徴によれば、最終ハンドル角が統合ゲイン（fusion gain）によって定められる。
【００３３】
より具体的には、最終ハンドル角は以下の式で算出される。
【００３４】
Ａｆ＝Ｇ・Ａｖ＋（１−Ｇ）・Ａｖｅｑ
ここで、Ａｆ：最終ハンドル角、Ｇ：統合ゲイン、Ａｖ：ハンドル角、Ａｖｅｑ：ハンドル角相当値である。
【００３５】
上式において、統合ゲインは、ハンドル角とハンドル角相当値をシンメトリカルに（釣り合う状態で）加重する。そうすることにより、最終ハンドル角は信頼できる値を保つ。
【００３６】
また、統合ゲインにより、ハンドル角またはハンドル角相当値からの情報入手を促進できる。
【００３７】
本発明の１つの特徴によれば、統合ゲインは車両の縦速度に応じて変化する。
【００３８】
したがって、車両の動的状態を考慮して統合ゲインを容易に調整できる。
【００３９】
本発明の１つの特徴によれば、統合ゲインが０と１の間で変化する。
【００４０】
統合ゲインは、無次元の値である。
【００４１】
したがって、統合ゲインが１に近いときはハンドル角からの情報が優先され、統合ゲインが０に近いときはハンドル角相当値からの情報が優先される。
【００４２】
本発明の特徴によれば、この決定方法は、目標速度から可逆関数の設定トルクを決定する第２ステップを有する。
【００４３】
可逆関数の設定トルクは、設定トルクに対応するか、または設定トルクが複数の関数によって決定される場合は前記設定トルクの一部分にのみ対応する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は、モータトルクの決定を可能にするアルゴリズムのロジックダイアグラムである。
【図２】図２は、本発明に係る設定トルクの決定を可能にする図１に係るロジックダイアグラムの一部である。
【図３】図３は、本発明に係る可逆関数の第１のステップのロジックダイアグラムである。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
本発明は、添付の概略図を参照して説明される非限定的な例である本発明に係る実施形態に関する以下の説明により、よりよく理解されるであろう。
【００４６】
本発明は、車両、より詳しくは人々の輸送を目的とする自動車のパワーステアリングシステムのステアリングホイールの設定トルクＣＣを決定する方法に関する。
【００４７】
公知の方法では、前記パワーステアリングシステムはステアリングホイールを備え、運転者は、前記ステアリングホイールに「操舵トルク」ＣＶと呼ばれる力を加えることによって前記パワーステアリングシステムを操作することができる。
【００４８】
このパワーステアリングは機械式の電動パワーステアリングである。しかしながら、言うまでもなく、本発明は「ワイヤ操作」方式の電動パワーステアリングシステムにも関する。
【００４９】
したがって、ステアリングホイールは、車両に旋回可能に案内されるステアリングコラムに取り付けるのが好ましく、ステアリングコラムはステアリングピニオンによってステアリングラックに噛み合い、ステアリングラックはそれ自体が前記車両に固定されたステアリングケーシング内で並進可能に案内される。
【００５０】
好ましくは、前記ステアリングラックの端部は、それぞれステアリングホイールのステアリングナックルに連結されるステアリングタイロッドに連結するのが好ましく（左ホイール及び右ホイールのそれぞれ）、ラックの長手方向の並進移動により、操舵された車輪のハンドル角（ヨー角）を変化させることができる。ハンドル角は、少なくとも部分的には、以下ではハンドル角ＡＶと称するステアリングホイールの角度によって決定される。
【００５１】
さらに、操舵輪は駆動輪であることが好ましい。
【００５２】
また、パワーステアリングシステムは、前記パワーステアリングシステムの操作を補助するためのモータトルクＣＭを提供するための制御モータを有する。
【００５３】
制御モータは、動作方向が２方向の電気モータであるのが好ましく、ブラシレスタイプの回転電気モータであるのが好ましい。
【００５４】
制御モータは、ギヤ減速機タイプの減速機を介して、「シングルピニオン」機構と呼ばれる機構を形成するようにステアリングコラム自体に、または「ダブルピニオン」機構と呼ばれる機構を形成するようにステアリングコラムをラックに係合可能にする、ステアリングピニオンとは異なる第２のピニオンによって、ステアリングラックに直接に係合させることができ、あるいは前記ステアリングピニオンから離れた前記ラックの対応する歯と協働するボールネジによって係合させることができる。
【００５５】
図１は、モータトルクＣＭを決定できるアルゴリズムの、簡略化したロジックダイアグラムである。前記モータトルクＣＭは、制御モータによってステアリングホイールに直接的または間接的に加えられる。
【００５６】
より詳しくは、このアルゴリズムは設定トルクＣＣのＴＴＧ展開（TTG development）ステップを有する。ＴＴＧ展開ステップは、車両の動的状態で定められる複数のパラメータを入力として受ける。これらのパラメータは、車両のコンピュータによって測定または算出される。
【００５７】
設定トルクＣＣは、運転者がステアリングホイールを回すときに感知することが望ましい操舵トルクである。したがって、操舵トルクＣＶが設定トルクＣＣと等しいことが望まれる。設定トルクＣＣは、例えば、運転者によるステアリングホイールの回転を容易にしたり逆に阻止したりできるように決定される。
【００５８】
運転者が設定トルクＣＣを感知するために、ＴＦＣサーボ制御ステップ中に操舵トルクＣＶが設定トルクＣＣに向かってサーボ制御される。
【００５９】
ＴＦＣサーボ制御ステップ中に、設定トルクＣＣと操舵トルクＣＶが等しくなるように、制御モータからステアリングホイールに直接的または間接的に与えられるモータトルクＣＭが決定される。
【００６０】
このように、制御モータの目的は、運転者がステアリングホイールに加える操舵トルクＣＶを設定トルクＣＣに向かってサーボ制御することである。
【００６１】
設定トルクＣＣの決定を、ＴＴＧ展開ステップを表す図２に関してより具体的に説明する。
【００６２】
ＴＴＧ展開ステップは、設定トルクＣＣの第１部分ＣＣ１を決定可能にする減衰関数Ｆ１を含む。減衰関数Ｆ１は、車両の縦速度Ｖｈ、操舵トルクＣＶ、ハンドル角ＡＶ、及びステアリングホイールの回転速度ＶＶ（以下「ステアリングホイール速度」と称する）を入力として受ける。
【００６３】
ＴＴＧ展開ステップは、設定トルクＣＣの第２部分ＣＣ２を決定できる制御関数Ｆ２を含む。制御関数Ｆ２は、車両の横加速度相当値Ａｔｏｔ及び縦速度Ｖｈを入力として受ける。横加速度相当値Ａｔｏｔは、加速度（Ｌ・Ｔ−２）の次元を有する実質的な値である。横加速度相当値は、ラックに加わる少なくとも１つの力、すなわち車輪に加わる力を代表する力から算出される。
【００６４】
ＴＴＧ展開ステップは、ハンドル角ＡＶを「中心」、つまり以下「中心角」と称する、車両が直進軌道を描くハンドル角ＡＶにすることができる設定トルクＣＣの第３部分ＣＣ３を決定できる可逆関数Ｆ３を含む。可逆関数Ｆ３は、車両の縦速度Ｖｈ、操舵トルクＣＶ、ハンドル角ＡＶ、ステアリングホイール速度ＶＶ、及び車両のヨーレートＶｌを入力として受ける。
【００６５】
可逆関数Ｆ３は、図３に示される第１ステップＥ１を有し、ステアリングホイールの目標速度ＶＣが決定される。
【００６６】
より具体的には、第１ステップＥ１は、ハンドル角相当値Ａｖｅｑを以下の式により算出する決定フェーズＰ１を有する。
【００６７】
【数２】
2022502305.tif 000004
【００６８】
ここで：Ａｖｅｑ：度（°）で表されるハンドル角相当値、Ｋｅｑ：度（m）で表される等価ゲイン、Ｖｌ：車両のヨーレート（°/ｓ）、Ｖｈ：車両の縦速度（m/s）、Ｐ：保護値である。
【００６９】
等価ゲインＫｅｑは、車両の縦速度Ｖｈに応じて定められる。
【００７０】
さらに、縦速度Ｖｈが０のときに０による除算を実行しないため、上式は保護値Ｐと縦速度Ｖｈの間で選択される最大値で除算される。なお、保護値Ｐは０に近い定数である。
【００７１】
次に、第１ステップＥ１は、最終ハンドル角Ａｆが以下の式によって決定される統合フェーズＰ２を有する。
【００７２】
Ａｆ＝Ｇ・ＡＶ＋（１−Ｇ）Ａｖｅｑ
ここで、Ａｆ：最終ハンドル角、Ｇ：統合ゲイン、ＡＶ：ハンドル角、Ａｖｅｑ：ハンドル角相当値である。
【００７３】
統合ゲインＧは、車両の縦速度Ｖｈによって定められる。
【００７４】
最後に、算出フェーズＰ３において、最終ハンドル角Ａｆと縦速度Ｖｈから目標速度ＶＣが決定される。
【００７５】
可逆関数Ｆ３は、目標速度ＶＣから設定トルクＣＣの第３部分ＣＣ３が当業者に知られている方法で決定される第２ステップを有する。
【００７６】
ＴＴＧ展開ステップは、設定トルクＣＣが得られるように、第１部分ＣＣ１、第２部分ＣＣ２、及び第３部分ＣＣ３を加算する。
【００７７】
言うまでもなく、本発明は、明細書で説明され、添付の図に表された実施形態に限定されるものではない。特に種々の要素の構成の観点から、または技術的な均等物の置換により、本発明の保護範囲を逸脱することなく変更することが可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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