(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの操舵可能な車輪（１５）と，アクチュエータ（１３，２３）と，重畳機構（１２，２２）とを有する自動車の操舵装置であって，前記重畳機構（１２，２２）によって運転者により開始される操舵動作（δＬ）と前記アクチュエータ（１３，２３）によって開始される動作（δＭ）が操舵可能な車輪の操舵動作をもたらすために重畳され，前記アクチュエータ（１３，２３）は，その動作（δＭ）を開始するために，少なくとも運転者により開始された前記操舵動作（δＬ）に関係する操作量（Ｉｉｄ）により駆動され，その際にその操作量（ｌｉｄ）の大きさが制限されている，操舵装置において：
前記制限された操作量（Ｉｓｏｌｌ）と前記操作量（Ｉｉｄ）との差分（Δ＝Ｉｓｏｌｌ−Ｉｉｄ）が積分段（５８）を介して導かれて前記操作量（Ｉｉｄ）に重畳されることを特徴とする，操舵装置。
【請求項２】
前記差分（Δ）が前記積分段（５８）を介して導かれて前記操作量（Ｉｉｄ）に加算的に重畳されることを特徴とする，請求項１に記載の操舵装置。
【請求項３】
前記差分（Δ）が増幅段（５７）で増幅されることを特徴とする，請求項１又は２に記載の操舵装置。
【請求項４】
前記差分又は増幅された差分（Δｖ）が，前記積分段（５８）を介して導かれた差分又は前記積分段（５８）を介して導かれるとともに増幅された差分（ｘ）の分だけ減少されることを特徴とする，請求項１，２又は３のいずれかに記載の操舵装置。
【請求項５】
前記積分段（５８）を介して導かれる差分又は前記積分段（５８）を介して導かれるとともに増幅された差分（ｘ）が，前記差分又は前記増幅された差分（Δｖ）をその分だけ減少することが可能な他の増幅段（５９）を介して導かれることを特徴とする，請求項４に記載の操舵装置。
【請求項６】
前記操作量（Ｉｉｄ）の大きさが制限されない場合，すなわち制限（３４，５６）が有効でない場合にのみ，差分又は増幅された差分（Δｖ）を前記積分段（５８）を介して導かれた差分又は前記積分段（５８）を介して導かれるとともに増幅された差分（ｘ）だけ減少する処理を行うことを特徴とする，請求項４又は５に記載の操舵装置。
【請求項７】
前記操作量（Ｉｉｄ）の大きさが制限されない場合，すなわち制限（３４，５６）が有効でない場合には，前記積分段（５８）を介して導かれる差分（ｘ）が重畳される（５５）前に，予め定められた所定の速度でランプ状に値ゼロに戻されることを特徴とする，請求項１又は２に記載の操舵装置。
【請求項８】
前記操作量（Ｉｉｄ）の大きさが制限されない場合，すなわち制限（３４，５６）が有効でない場合に，前記積分段（５８）を介して導かれる差（ｘ）が重畳される（５５）の前に，二次又はより高次の遅延特性を有する遅延素子を介して値ゼロに導かれることを特徴とする，請求項１又は２に記載の操舵装置。
【請求項９】
前記積分段（５８）を介して導かれる差分又は前記積分段（５８）を介して導かれるとともに増幅された差分（ｘ）は，他の増幅段（５９’）を介して導かれて前記差分（Δ）に重畳されることを特徴とする，請求項１，２又は３のいずれかに記載の操舵装置。
【請求項１０】
前記操作量（Ｉｉｄ）を形成するために，アクチュエータ（１３，２３）によって開始される動作（δＭ）の実際値（δＭｉｓｔ）の時間微分と，対応する目標値（δＭｓｏｌｌ）の時間微分が，異なる増幅係数（ＫＤｓ，ＫＤｉ）で重み付けされることを特徴とする，請求項１に記載の操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，操舵装置に関し，特に自動車用操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の操舵システムは，ドイツ国特許公開（ＤＥ−ＯＳ）第４０３１３１６号公報（米国特許第５２０５３７１号に対応）から知られている。本発明を理解するために重要である範囲を，図１及び２を用いて説明する。この種の操舵システムにおいては，運転者によりステアリングホイール１１，２１を通してもたらされる操舵動作，例えばステアリングホイール角度δＬが重畳機構１２，２２においてアクチュエータの動作，例えばモータ角度δＭと重畳される。このようにして発生される重畳された動作，例えば角度δＬ’が，操舵角度δＶを調節するために，操舵機構１４又は操舵ロッド１６を介して操舵可能に設計された車輪１５ａ，１５ｂへ伝達される。その場合にアクチュエータ１３，２３は電動機として形成することができる。
【０００３】
かかるサーボ操舵システムでは，重畳機構１２，２２の変速比ｉｕｅを調整することにより，極めて非直接的に操舵を制御することが可能であり，それによって小さな操舵トルクＭＬを達成することができる。すなわち，極めて大きいステアリングホイール角度δＬの発生は，適切なモータ角度δＭが重畳されることによって回避されるので，次式，すなわち
δＬ’＝δＬ／ｉｕｅ＋δＭ
によって，通常の大きさの操舵角度を用いて，必要な出力角度δＬ’を調節することができる。操舵支援に必要なモータ角度δＭ又はその目標値は，ステアリングホイール角度δＬに基づいて定められる。この種のサーボ操舵システムにおいては，ステアリングホイールは手を離した状態で，特に車両が停止している場合に，振動する傾向があるので，励振が十分に強い場合には，ステアリングホイールにうなりを生じさせることがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は，従来の操舵装置が有する上記のような問題点に鑑みて成されたものであり，ステアリングホイールに大きな振動のうなりが発生しないように，サーボ操舵システムを開ループ制御／閉ループ制御することが可能な，新規かつ改良された自動車用操舵装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために，本発明は，少なくとも１つの操舵可能な車輪と，アクチュエータと重畳機構とを有する操舵システムに基づいて構成されている。かかる操舵システムでは，重畳機構によって，車両の運転者により開始される操舵動作とアクチュエータにより開始される動作が重畳され，操舵可能な車輪の操舵動作が形成される。そして，アクチュエータは，その動作を開始するにあたり，少なくとも運転者によって開始される操舵動作に関係する操作量によって，駆動される。本発明にとって重要なことは，この操作量の大きさが制限されていることである。
【０００６】
ステアリングホイールの振動傾向をもたらす大きな原因は，アクチュエータの操作量に制限（一般にはモータ電流に制限）があるためと考えられる。すなわち，モータ電流は所定値，すなわち最大電流値までしかとることができず，従って，場合によっては，その目標値が達成できないという事実があった。しかし，本発明によれば，上記操作量を拡大的に制御することにより，ステアリングホイールの振動傾向が減少される。
【０００７】
すなわち，本発明の核心は，アクチュエータの操作量の制限が制御器内でシミュレーションされ，理想的な操作量と制限された場合の操作量との差分が，場合によっては増幅されて，積分的にフィードバックされることにある。かかる構成により，操作量を制限することが有効である間は，オフセットが積分されて操作量に加算されるので，操作量制限をより迅速に解除するように制御することが可能となる。その結果，運転者がステアリングホイールから手を離した場合に生じるステアリングホイールの振動傾向が効果的に防止される。特に，本発明によれば，制限された操作量と操作量との差分が積分段を介して導かれて操作量に加算的に重畳されるように構成することができる。
【０００８】
操作量を制限することが有効でない間は，本発明によれば，オフセットは一定値を維持するので，一度発生したオフセットによって，引続き制御偏差が残留する。制御偏差の残留を防止するために，本発明の以下に示す実施形態においては，操作量を制限することが有効でない場合には，オフセットがゼロに向かうように制御が行われる。この考えを実現するために，以下において択一的または組み合せて使用することのできるほぼ５つの方法を説明する。
【０００９】
第１の方法は，積分段で形成された値，すなわちオフセットが，積分器の入力へ負でフィードバックされることにある。すなわち，差分又は増幅された差分が，積分段を介して導かれた差分又は積分段を介して導かれた増幅された差分だけ減少される。その場合に，積分器のこの負のフィードバックが増幅係数α＞０で行われるようにすることができる。この実施形態は，増幅係数αが小さい場合には，残留する制御偏差を防止するこの手段が，本発明によるステアリングホイール振動を減少させる効果に重要な影響を与えない，という利点を有する。
【００１０】
残留する制御偏差を防止する他の方法は，制限が有効でない場合にのみ，積分器の負のフィードバックが，場合によっては増幅係数α＞０で，行われることにある。それによって，一次の遅延特性によりオフセットの消滅がもたらされる。
【００１１】
残留する制御偏差を除去する他の方法は，特に制御量の大きさが制限されない場合には常に，すなわち操作量制限が有効でない場合には常に，積分段を介して導かれた差分が，制限されない操作信号と重畳される前に，予め定められた所定の速度でランプ状に値ゼロへ導かれることにある。
【００１２】
上述の残留する制御偏差を防止する他の方法は，操作量の大きさが制限されない場合，すなわち操作量制限が有効でない場合に，制御段を介して導かれた差分が，制限されない操作量信号と重畳される前に，二次又はより高次の遅延特性を有する遅延素子を介して導かれることにある。
【００１３】
残留する制御偏差を除去する最後の方法として，本発明によれば，請求項５又は９に記載のように，積分段を介して導かれた差分，場合によっては積分段を介して導かれるとともに増幅された差分が，他の増幅段を介して導かれて，この増幅後に制限されない操作量信号と制限された操作量信号との差分に重畳される。特に増幅係数α＞０が小さい場合には，この実施形態においても同様に，ステアリングホイールから手を離した場合にステアリングホイール振動を防止する本発明による防止に重要な影響は生じない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照しながら，本発明にかかる操舵装置の実施の一形態について詳細に説明する。なお，以下の説明において，略同一の機能及び構成を有する構成要素については，同一番号を付することにより，重複説明を省略することとする。
【００１５】
すでに説明したように，図１と２は，本実施例において基礎とする従来技術による操舵システムを示すものである。図３は，ステアリングホイールを握った状態におけるサーボ操舵システムの制御方法を概略的に示すものであり，図４はステアリングホイールから手を離した状態におけるサーボ操舵システムの制御方法を概略的に示している。そのために，重畳機構モータ３３によって重畳機構１２，２２とアクチュエータ１３，２３をまとめて示している。また，操作装置３２は，重畳機構モータ３３及びモータ特性である操作量制限装置３４からなる操作装置を示している。
【００１６】
本来の開ループ制御装置ないしは閉ループ制御装置（以下，単に制御装置と称する。）３１には，入力側（図３，図４）にステアリングホイール角度αＬと付加的な操舵作用δＫｏｒｒが供給される。付加的な制御入力δＫｏｒｒは補正的な動的操舵作用の重畳に用いられる。補正的な動的操舵作用としては，例えば，運転状態（車両速度，ローリング，又は横風によってもたらされる非安定性）に関係する操舵成分が考えられる。さらに補正的な操舵作用δＫｏｒｒについては，車両制御装置４４（図５）に関連して，後述することにする。
【００１７】
制御装置３１によって，上述の操舵角度信号とフィードバック量に従って制御信号ｕが操作装置３２へ供給される。フィードバック量としては，例えばモータ１３，２３の現在の角度位置とモータ電流の現在の実際値が挙げられる。ステアリングホイール角度δＬは，制御装置３１へ供給されるとともに，操作装置，特に重畳機構１２，２２へも直接供給される。
【００１８】
操作装置は，重畳機構１２，２２を用いて，ステアリングホイールによりもたらされるステアリングホイール角度δＬとアクチュエータ又は電動機１３，２３によってもたらされる操舵角度δＭが重畳される。その場合に，操作装置３２又は重畳機構１２，２２の出力側には，重畳された操舵動作δＬ’が出力される。従って，全体として図３から明らかなように，アクチュエータ１３，２３はステアリングホイール角度δＬに応じて，場合によっては補正的な動的操舵作用δＫｏｒｒに応じて駆動される。
【００１９】
図４は，ステアリングホイールから手を離した状態におけるサーボ操舵システムを示している。ステアリングホイールから手を離した状態は，ステアリングホイール角度δＬが操作装置３２の出力量であって，運転者により設定されないことを特徴としており，それによって制御器フィードバックに加えて他の閉鎖された作用回路が形成される。この作用回路は振動する傾向があり，その振動の主要な原因は，アクチュエータの操作量には制限がある，すなわちアクチュエータを駆動するモータ電流Ｉが制限された値しかとれず，従って場合によっては出力角度δＬ’がその目標値に達することができないという事実である。この理由から本発明によれば，制御量制限を考慮する制御を用いることが提案される。
【００２０】
図５は，通常駆動における，すなわちステアリングホイールを握っている場合に，サーボシステムの所定の駆動を形成する開ループ制御と閉ループ制御の実施の一形態を示している。そのために，操舵補助制御装置４１に，ステアリングホイールにより与えられる，検出されたステアリングホイール角度δＬ（図２のセンサ２８）と選択的に車両縦速度Ｖｘが供給される。補正的な操舵作用δＫｏｒｒは，車両制御装置４４においてセンサ２６（図２）のセンサ信号に従って求められる。そのために，例えば上述の車両縦速度Ｖｘ，車両のヨーイング角速度ω及び／又は横加速度ａｙが検出される。従って，すでに説明したように，補正的な操舵作用δＫｏｒｒを別にすれば，操舵補助制御を用いてステアリングホイール角度δＬからモータ角度の目標値δＭＬＨが定められる。
【００２１】
結合点４５においては，まず操舵補助制御によって，そしてさらに車両制御装置４４によって求められる目標値が加算されて，目標モータ角度δＭ，ｓｏｌｌとなる。図２の重畳機構２２に入力されるモータ角度δＭはＰＤ位置制御器４２によってその目標値δＭ，ｓｏｌｌに調節される。そのために，ＰＤ位置制御器４２には入力信号としてモータ角度の現在の実際値δＭ，ｉｓｔが供給される。ＰＤ位置制御器４２の出力は，電流制御器４３の目標値Ｉｓｏｌｌである。電流制御するために，結合点４６においてモータ電流の目標値Ｉｓｏｌｌがモータ電流の現在の実際値Ｉｉｓｔと比較されて，差分がモータ１３，２３を駆動するために電流制御器４３へ供給される。ここで，電流制御器４３は操作量制限を有する。というのは，モータ電流は当然制限されるからである。すなわち，電流制御器４３は，結合点４６における電流の差分がモータの最大電流値を超えているか否かを判定し，最大電流値を超えていると判定した場合には電流を制限するための制御器である。このように，図５に示すこの構造は簡単であるに加えて，動的制御成分，特にＩ成分を持たないということを特徴としている。
【００２２】
操作量制限３４の結果であるステアリングホイールから手を離した場合の振動傾向を減少させるために，図６に示すように，図５に示すＰＤ位置制御器４２の機能を拡大することが提案される。ＰＤ位置制御器４２自体は，Ｐ増幅Ｋｐ（ユニット５１）を有し，目標値／実際値（δＭ，ｓｏｌｌ，δＭ，ｉｓｔ）の微分係数を異なる増幅係数ＫＤｓ，ＫＤｉ（ユニット５２と５３）で重み付けする。結合点５５においては，比例増幅された目標値が上述のように，異なる重み付けされた時間微分と結合されて，理想操作量Ｉｉｄ（理想的なモータ電流）が形成される。この理想的な操作量Ｉｉｄは，もちろん，操作量制限装置５６においてモータ又は電流制御器４３の目標電流値Ｉｓｏｌｌに制限されなければならない。
【００２３】
本発明の核心は，モータの操作量（電流）制限装置３４が制御器内で操作量制限装置５６としてシミュレーションされて，制限された操作量と操作量Ｉｓｏｌｌ，Ｉｉｄの差分が増幅ｋで積分されて供給されることにある。そのために結合点６０において制限された操作量と制限されない（理想的な）操作量との差分Δが形成される。増幅段５７を通過した後に（値ｋだけ増幅），このように増幅された差分Δｖの絶対値が積分器５８へ供給されて，それによってオフセットｘが得られる。このオフセットｘが，比例増幅された目標値および異なる重み付けがされた時間微分に加算されて，制限されない（理想的な）操作量Ｉｉｄとなる。それによって操作量制限装置５６による操作量の制限が有効である間，すなわち操作量制限装置５６への入力値が所定のしきい値（例えばモータの最大電流値）を超えているため操作量が制限されている間，差分を増幅，積分してオフセットｘを求め，このオフセットｘを比例増幅された目標値および異なる重み付けがされた時間微分に加算して操作量Ｉｉｄを算出することにより，操作量制限装置５６への入力値がモータの最大電流値に制限される期間から迅速に抜け出すことができる。
【００２４】
操作量制限装置５６による操作量の制限が有効でない間は，オフセットｘは一定に留まるので，一度発生したオフセットｘは引続き残留する制御偏差をもたらす。この種の連続する制御偏差を防止するために，操作量制限装置５６による操作量の制限が有効でない場合には，オフセットｘがゼロに向かうように配慮しなければならない。そのためには，多数の方法があり，それを以下で詳細に説明する。
【００２５】
（第１実施例）図７においては，図６に見られる回路に加えて，オフセットｘが増幅段５９を介して積分器５８の前へフィードバックされる。それによって増幅係数α＞０を有する積分器５８の連続的な負のフィードバックが達成され，すなわち積分器は一次の遅延素子によって置き換えられる。それによってオフセットｘは差分Δが消滅した場合にはゼロに向かう。オフセットがゼロでない場合に，オフセットｘは増幅段５９を設けることによって，制限されずに成長することはもはやないが，増幅係数αが小さい場合には，この手段が本発明によるステアリングホイール振動を防止する効果に重要な影響を与えることはない。
【００２６】
（第２実施例）図８においては図６に示す制御器は修正されて，オフセットｘが増幅段５９’を介して，操作量制限装置５６によって制限された操作量信号と制限されない操作量信号との差を形成するために利用される。さらに増幅段５９’によって増幅されたオフセット信号が元のオフセット信号ｘから引算される。制御器を，図８に示すように修正することによって，オフセットｘは，操作量制限装置５６によって制限された操作量信号と制限されない操作量信号との差分Δが消滅，すなわち操作量制限装置５６による操作量の制限が有効でない場合にのみ，一次の遅延特性によってゼロに向かう。操作量制限装置５６による操作量の制限が有効である場合には，オフセットは制限されずに増大することができる。増幅係数α＞０が小さい場合には第１実施例と同様に，本発明によるステアリングホイール振動の防止は重要な影響を受けない。
【００２７】
（第３実施例）上述の残留する制御偏差を防止するために，積分器５８の負のフィードバック（図７）を，操作量制限装置５６による操作量の制限が有効でない場合にのみ行うように構成することができる。すなわち，制限されていない操作量Ｉｉｄが操作量制限装置５６により制限された操作量Ｉｓｏｌｌに等しい場合が該当する。これによって一次の遅延特性によりオフセットｘの消滅がもたらされる。
【００２８】
（第４実施例）残留する制御偏差を抑圧する他の方法は，操作量制限装置５６による操作量の制限が有効でない，すなわち操作量制限装置５６によって制限された操作量信号と制限されない操作量信号との差分Δがゼロである場合に，オフセットｘを予め定められた所定の速度でランプ状に値０に戻すように構成することである。
【００２９】
（第５実施例）同様に，操作量制限装置５６による操作量の制限が有効でない場合に，二次またはより高次の遅延特性によってオフセットｘを消滅させるように構成することができる。
【００３０】
上述の第３，第４，及び第５の実施例に示す手段は，本発明によるステアリングホイール振動抑圧の効果に影響を与えない。これらの手段においては，さらに，制限５６の有効性の終了後，即座にオフセットｘの消滅が開始されるのではなく，所定の時間の後に初めて開始されるように構成することが可能である。
【００３１】
物理的な操作量制限装置３４，５６における操作量の最大値が一定でない場合には，本発明によるステアリングホイール振動抑圧は，これら可変の最大値についても制御器においてシミュレーションすることによって，改良される。特に，これは，最大のモータ電流がエンジン回転数に従う場合である。
【００３２】
本発明にかかるステアリングホイール振動防止の他の変形例によれば，制御器における制限のシミュレーションを省き，図６，７および８に示す制限された操作量Ｉｓｏｌｌの代わりに実際の操作量，従って本実施例においては図５のＩｉｓｔの測定値を使用することが可能である。かかる構成の前提となるのは，理想的な目標値と測定された，制限された値との間に大きな動的な遅延が存在しないことである。
【００３３】
本発明によるシステムに加えて，ステアリングホイールから手を離している場合のサーボ操舵システムの特性を，自由な入力δＫｏｒｒに角速度ｄδＬ／ｄｔ又はｄδＬ’／ｄｔを適当に供給することによって，さらに改良することができる。この供給は，時々のみ有効にしてもよい。
【００３４】
本発明について要約して説明すると，ここではステアリングホイールから手を離している場合の振動を防止するために，電流制限を考慮した制御が大切であるということである。そのためにＰＤ位置制御器，すなわち静的な制御器を，操作量制限を考慮するように機能を拡大することが提案される。本発明により制御器をこのように拡大することは，ステアリングホイールを握っている場合には，サーボ操舵システムの通常の機能を損なうものではない。
【００３５】
本発明によれば，アナログ方式又はディジタル方式で実現することのできる簡単な制御器が得られる。本発明により機能の拡大されたＰＤ位置制御器は，操作量制限が振動の問題をもたらす他の場合においても使用することができる。本発明によるステアリングホイール振動抑圧により発生するオフセットをゼロに戻す種々の方法が提示されている。それによって本発明による機能の拡大をそれぞれの要請に細かく適応させることが可能になる。
【００３６】
ステアリングホイールの振動は，ＰＤモータ位置制御器の代わりにカスケード制御を使用し，本発明によるステアリングホイール振動抑圧の方法を適用する場合にも同様に制御することができる。
【００３７】
以上，本発明の好適な実施の一形態について，添付図面を参照しながら説明したが，本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇において，当業者であれば，各種変更例及び修正例に相当し得るものであり，それら変更例及び修正例についても本発明の技術的思想に属するものと了解される。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明にかかる自動車用操舵装置によれば，運転者がステアリングホイールから手を離した状態，特に車両が停止している場合であっても，ステアリングホールに大きな振動のうなりが発生するのを防止することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例が基礎とする操舵システムの構成を概略的に示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例が基礎とする操舵システムの構成を概略的に示すブロック図である。
【図３】運転者がステアリングホイールを握っている場合の操舵システムの制御方法を説明するブロック図である。
【図４】運転者がステアリングホイールから手を離している場合の操舵システムの制御方法を説明するブロック図である。
【図５】本発明にかかる操舵システムの制御方法の一例を示すブロック図である。
【図６】本発明にかかる操舵システムの制御方法の一例を示すブロック図である。
【図７】本発明にかかる操舵システムの制御方法の一例を示すブロック図である。
【図８】本発明にかかる操舵システムの制御方法の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１２      重畳機構
１３      アクチュエータ
１５      車輪
２２      重畳機構
２３      アクチュエータ
５７      増幅段
５８      積分段
５９      増幅段
δＭ      アクチュエータ動作
ｌｉｄ      操作量
ｌｓｏｌｌ  制限された操作量
【図１】
0004011665.tif 000002
【図２】
0004011665.tif 000003
【図３】
0004011665.tif 000004
【図４】
0004011665.tif 000005
【図５】
0004011665.tif 000006
【図６】
0004011665.tif 000007
【図７】
0004011665.tif 000008
【図８】
0004011665.tif 000009