(57)【要約】方法は、車両の電動パワーステアリング（ＥＰＳ）システムのトルクを制御する。方法は、車両の動作の状態に基づいて、制約を満たすＥＰＳシステムのトルクの値の範囲を求める。制約は、ステアリングホイールに対するＥＰＳシステムのトルクの効果に関する少なくとも１つの制約を含む。方法は、車両の動作の目的に基づいて、値の範囲内においてトルクの値を選択し、トルクの値に従ってトルクを生成するようにＥＰＳシステムに命令する。【選択図】図１Ａ
2016514640.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の電動パワーステアリング（ＥＰＳ）システムのトルクを制御する方法であって、
前記車両の動作の状態に基づいて、ステアリングホイールに対する前記ＥＰＳシステムの前記トルクの効果に関する少なくとも１つの制約を含む制約を満たす前記ＥＰＳシステムの前記トルクの値の範囲を求めることと、
前記車両の前記動作の目的に基づいて、前記値の範囲内において前記トルクの値を選択することと、
前記トルクの前記値に従って前記トルクを生成するように前記ＥＰＳシステムのモータに命令することと、
を備えた車両のＥＰＳシステムのトルクを制御する方法。
【請求項２】
前記車両の前記動作の前記目的を求めることと、
前記目的に従って前記制約およびコスト関数を選択することと、
前記値を求めるために、前記制約を条件として前記コスト関数を最適化することと、
をさらに備えた請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記効果に関する前記制約は、前記ＥＰＳシステムの前記トルク、道路によって前記車両のホイールを通じて前記車両のステアリングコラムに対して作用されるアライメントトルク、および前記車両の前記ステアリングホイールに印加されるトルクのうちの少なくともいくつかの関数である
請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記効果に関する前記制約は、前記ステアリングホイールに対するフィードバックトルクの最小量および最大量に関する制約を含む
請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記効果に関する前記制約は、ドライバーによって前記ステアリングホイールに対して印加される前記トルクと関係したＥＰＳシステムトルクの最小量および最大量に関する制約を含む
請求項１に記載の方法。
【請求項６】
効果に関する前記制約は、前記ステアリングホイールに対する最大介入トルクに関する制約を含む
請求項１に記載の方法。
【請求項７】
効果に関する前記制約は、前記ステアリングホイールに伝播されるアライメントトルクのパーセンテージに関する制約を含む
請求項１に記載の方法。
【請求項８】
効果に関する前記制約は、前記ステアリングホイールに対する介入トルクとドライバーによって前記ステアリングホイールに印加される現在のトルクとの差を含む
請求項１に記載の方法。
【請求項９】
効果に関する前記制約は、アライメントトルク上への介入に関する制約を含む
請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記目的は、前記車両のコーナリング性能である
請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記目的は、前記車両の安定性である
請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記目的は、道路に対して前記車両の位置を維持することである
請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ステアリングホイールの状態、前記ＥＰＳシステムの状態、および前記車両の状態のうちの少なくとも１つの変化に応答して、前記求めること、前記選択すること、および前記命令することを繰り返すこと
をさらに備えた請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記求めること、前記選択すること、および前記命令することを時間期間θごとに定期的に繰り返すこと
をさらに備えた請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
車両の電動パワーステアリング（ＥＰＳ）システムのトルクを制御する方法であって、
前記車両の動作の目的を求めることと、
前記動作の前記目的に基づいて、前記車両の前記動作のコスト関数を求めることと、
前記ＥＰＳシステムの前記トルクの値の範囲を規定する制約を求めることであって、前記制約は、前記動作の状態に基づいており、前記車両のステアリングホイールに対する前記ＥＰＳシステムの前記トルクの効果に関する少なくとも１つの効果制約と、前記車両の前記動作の前記目的に基づいて選択された少なくとも１つの目的制約とを含むことと、
前記制約を条件として前記コスト関数を最適化することと、
を備えた車両の電動パワーステアリングシステムのトルクを制御する方法。
【請求項１６】
前記制約は、スイッチング制約を含み、
前記スイッチング制約のスイッチング条件を求めることと、
前記スイッチング条件に従って、前記スイッチング制約のエントリーを選択することと、
前記最適化中において、時間期間θの間に前記エントリーを実施することと、
をさらに備えた請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
車両の電動パワーステアリング（ＥＰＳ）システムであって、
前記車両の動作の状態に基づいて、ステアリングホイールに対する前記ＥＰＳシステムのトルクの効果に関する少なくとも１つの制約を含む制約を満たす前記ＥＰＳシステムの前記トルクの値の範囲を求めるとともに、前記車両の前記動作の目的に基づいて前記範囲内において前記トルクの値を選択するプロセッサと、
選択された前記値に従って前記トルクを生成するモータと、
を備えた車両のＥＰＳシステム。
【請求項１８】
前記プロセッサは、
前記車両の前記動作の前記目的を外部システムから受信し、
前記目的に従って前記制約およびコスト関数を選択し、
前記値を求めるために、前記制約を条件として前記コスト関数を最適化する
請求項１７に記載のＥＰＳシステム。
【請求項１９】
前記効果に関する前記制約は、前記ＥＰＳシステムの前記トルクと、道路によって前記車両のホイールを通じて前記車両のステアリングコラムに対して作用されるアライメントトルクと、前記車両の前記ステアリングホイールに印加されるトルクとのうちの少なくともいくつかの関数である
請求項１７に記載のＥＰＳシステム。
【請求項２０】
前記プロセッサは、前記アライメントトルクの変化に応答して前記トルクの前記値を求める
請求項１９に記載のＥＰＳシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的には、車両における電動パワーステアリング（ＥＰＳ）システムに関し、より詳細には、ＥＰＳシステムの制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動パワーステアリング（ＥＰＳ）システムは、車両のステアリングコラムに対してトルクを生成する。ＥＰＳの制御方法の共通の目的は、ドライバーがステアリングホイールを回す際の労力を削減することである。ドライバーがステアリングホイールを回す際の労力を削減するＥＰＳシステムの様々な構成およびＥＰＳシステムの動作を記載している、例えば特許文献１、特許文献２、特許文献３を参照されたい。
【０００３】
ステアリングシステムアーキテクチャは、車両の動作に影響を与える。いくつかの方法が、ＥＰＳシステムを用いて、車両のコーナリングの性能およびヨー安定性制御を改善することを記載している。例えば、特許文献４、特許文献５、特許文献６を参照されたい。同様に、特許文献７は、オーバーステアリング制御方法を記載している。しかしながら、それらの概念の用途は限られている。なぜならば、ＥＰＳアクチュエータは、ステアリングホイールに機械的に接続されており、ＥＰＳシステムの作動は、ドライバーに影響を与えるからである。ＥＰＳの不適切な設計または制御は、有害である可能性があり、ドライバーに軽い苛立ちを与えるもの、例えば、道路の「感触」の低下から、車両の横方向応答に対する感度の喪失および場合によっては車両の安定性の維持の喪失等の深刻な問題にまで及ぶ可能性がある。いくつかの場合には、ＥＰＳの不適切な設計または制御は、怪我をもたらすドライバーの腕に対する過度の負担（ｓｔｒａｉｎ）等の脅威を与える損傷をドライバーにもたらす可能性がある。
【０００４】
このため、従来のＥＰＳシステムは、ドライバーに対するＥＰＳ動作の不適切な影響を回避するために、ドライバーの腕の延長として設計され、ＥＰＳシステムによってステアリングコラムに印加されるトルクの値は、ステアリングメカニズムの現在の状態によって一意に決まる。
【０００５】
その結果、従来のシステムは、コーナリング性能および車両安定性制御等の種々の運転目的にＥＰＳを用いていない。例えば、従来のヨー安定性制御システムは、異なるホイールへの異なるトルクの印加を通じてヨーモーメントを生成することによって車両安定性制御を実施する。例えば、特許文献８に記載されているシステムは、ブレーキを用いて、種々のトルクを達成する。そのシステムは、高速の安定性回復に効果を発揮することができるが、突然の予期せぬ回転減速および縦減速に起因してドライバーを不快にする可能性がある。加えて、ブレーキ作動メカニズムは正確ではなく、そのため、システムの係合は、できる限り遅延され、安定性回復にしか用いられず、正確な安定性制御には用いられない。
【０００６】
車両コーナリング性能は、ステアリングホイール角とホイールとの間の関係の変更を可能にするアクティブステアリングメカニズムとしても知られている可変ステアリングギアを用いることによっても改善することができる。しかしながら、その手法は、特定のアクチュエータを必要とし、これらの特定のアクチュエータは、多くの費用を必要とし、次の不利な点を有する。ドライバーは、「道路の感触」を失う場合がある。すなわち、ドライバーは、安定性喪失のインジケーターであるアライメントトルクを知覚しない。また、ステアリングは、常に、抵抗の最も少ない方向に移動し、したがって、ドライバーがステアリングホイールを放すと、アクチュエータは、ステアリングコラムを回転させ、ホイールを回転させない。
【０００７】
したがって、ＥＰＳシステムを用いて、ドライバーに対するＥＰＳ動作の不適切な効果を回避しながら、上記状況の全ておよびその他の多くのことをアシストする必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第５７１９７６６号明細書
【特許文献２】米国特許第５８９４２０５号明細書
【特許文献３】米国特許第５８７８３６０号明細書
【特許文献４】米国特許第４９５１１９９号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２０１１／０１１２７１６号明細書
【特許文献６】米国特許第５７１９７６６号明細書
【特許文献７】米国特許第８１０３４１１号明細書
【特許文献８】米国特許第７９６６１１３号明細書
【発明の概要】
【０００９】
本発明の様々な実施の形態は、電動パワーステアリング（ＥＰＳ）システムを、車両の動作の所与の状態について単一のトルク動作を生成することに制限しないことによって、車両の動作の異なる目的にＥＰＳの異なる能力を利用する。その代わり、本発明のいくつかの実施の形態によるＥＰＳシステムは、例えば、車両の現在の状態および車両のステアリングホイールの状態に応じて、動作の状態についてのＥＰＳ動作の容認可能な値の範囲を生成する。そのような値の範囲は、少なくとも部分的に、ステアリングホイールに対するＥＰＳシステムのトルクの効果に関する制約を含む制約によって決定される。
【００１０】
その場合、ＥＰＳトルクの容認可能な値の中で、車両に印加されるトルク値は、車両の動作の現在の目的に基づいて選択される。動作の目的の例は、車線の中央に対して或る特定の位置に車両を維持すること、車両の回転角を改善すること、車両運動安定性を維持および回復すること、並びにドライバーの労力を快適だが安全なレベルに削減することを含む。いくつかの実施の形態では、動作の目的は、車両の稼働中に変更することができる。
【００１１】
特定の動作の目的に基づいてＥＰＳトルクの現在の値を選択することによって、ＥＰＳは、異なる目的に異なるトルクを生成することが可能になる。例えば、車両を車線内に維持するのに必要とされるＥＰＳトルクは、コーナリング性能を最適化するのに必要とされるトルクと異なる可能性がある。加えて、ステアリングホイールに対するＥＰＳトルクの影響に関する制約は、目的にかかわらずドライバーの快適性を確保する。
【００１２】
したがって、１つの実施の形態は、車両の電動パワーステアリング（ＥＰＳ）システムのトルクを制御する方法を開示する。該方法は、車両の動作の状態に基づいて、制約を満たすＥＰＳシステムのトルクの値の範囲を求める。制約は、ステアリングホイールに対するＥＰＳシステムのトルクの効果に関する少なくとも１つの制約を含む。該方法は、車両の動作の目的に基づいて値の範囲内においてトルクの値を選択し、トルクの値に従ってトルクを生成するようにＥＰＳシステムに命令する。該方法のステップは、プロセッサによって実行することができる。
【００１３】
別の実施の形態は、車両の電動パワーステアリング（ＥＰＳ）システムのトルクを制御する方法を開示する。該方法は、車両の動作の目的を求めることと、動作の目的に基づいて車両の動作のコスト関数を求めることと、ＥＰＳシステムのトルクの値の範囲を規定する制約を求めることであって、該制約は、動作の状態に基づいており、車両のステアリングホイールに対するＥＰＳシステムのトルクの効果に関する少なくとも１つの効果制約と、車両の動作の目的に基づいて選択された少なくとも１つの目的制約とを含むことと、制約を条件としてコスト関数を最適化することとを含む。
【００１４】
さらに別の実施の形態は、車両の電動パワーステアリング（ＥＰＳ）システムであって、車両の動作の状態に基づいて、ステアリングホイールに対する該ＥＰＳシステムのトルクの効果に関する少なくとも１つの制約を含む制約を満たす該ＥＰＳシステムのトルクの値の範囲を求めるとともに、車両の動作の目的に基づいて範囲内においてトルクの値を選択するプロセッサと、選択された値に従ってトルクを生成するモータとを備える、ＥＰＳシステムを開示する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】本発明のいくつかの実施形態による車両の電動パワーステアリング（ＥＰＳ）システムのトルクを制御する方法の図である。
【図１Ｂ】ＥＰＳトルクの値の関数ベースの生成と、ＥＰＳトルク値の範囲の制約ベースの生成との間の相違を時間の関数として示す概略図である。
【図１Ｃ】本発明のいくつかの実施形態に従って用いられるＥＰＳトルク値の範囲の制約ベースの生成の原理を示す概略図である。
【図２】ＥＰＳシステムによって生成されるトルクと、ドライバーによって生成されるトルクおよび車両と道路との摩擦によって生成されるトルクとの相互作用の概略図である。
【図３】車両の動作を表すシングルトラックモデルの図である。
【図４Ａ】フロントタイヤ力と車両の状態との関係を示す概略図である。
【図４Ｂ】アライメントトルクと車両の状態との関係を示す概略図である。
【図５】本発明の１つの実施形態によるフィードバックトルク制約を示す概略図である。
【図６】本発明の１つの実施形態によるドライバートルク制約を示す概略図である。
【図７】本発明の１つの実施形態によるアライメントトルクのパーセンテージに対する制約を示す概略図である。
【図８】本発明の１つの実施形態による介入トルク制約を示す概略図である。
【図９】本発明の１つの実施形態によるアライメントトルク制約を越えた介入を示す概略図である。
【図１０】本発明の１つの実施形態によるＥＰＳシステムの最適なトルクを定期的に求めるフローチャートである。
【図１１】本発明の様々な実施形態による制御方法を用いるモータ車両ステアリングシステムの一実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１Ａは、本発明のいくつかの実施形態による車両の電動パワーステアリング（ＥＰＳ）システム１１１０のトルクを制御する方法の図を示している。この方法のステップは、プロセッサ１１０１によって実施することができる。実施形態は、制約１１２２を満たすＥＰＳシステムのトルクの値の範囲１１２５を求める（１１２０）。制約１１２２は、ステアリングホイールに対するＥＰＳシステムのトルクの効果に関する少なくとも１つの制約１１２４を含む。この制約１１２４は、範囲１１２５内のトルクのどの値についても、車両のドライバーの快適性および安全性が、例えば、ＥＰＳシステム１１１０の設計者によって定められた許容レベル内に維持されていることを確保するものである。
【００１７】
制約１１２４は、車両の動作の目的に基づいて事前決定、または選択することができる（１１５５）。制約１１２２は、追加の制約も含むことができる。例えば、いくつかの実施形態では、制約１１２２は、目的１１５３に基づいて選択された少なくとも１つの目的制約１１２６を含む。この目的制約は、動作の目的が満たされることを確保するものである。
【００１８】
いくつかの実施形態では、車両の動作の目的は、プロセッサ１１０１によっても求められる。代替の実施形態では、この目的は、外部システム１１６０から受信される。外部システム１１６０の例は、車線内の車両の位置を追跡するＧＰＳ若しくはカメラ、またはタイヤと道路との摩擦を感知するセンサに接続されたアプリケーションを含むことができる。１つの実施形態では、プロセッサ１１０１は、ＥＰＳシステム１１１０と統合され、ＥＰＳシステムの様々なセンサから測定値を受信し、これらの測定値に基づいて動作の目的１１５３および制約１１２２を求める（１１５０）。
【００１９】
様々な実施形態では、値の範囲１１２５は、車両の動作中において、動作の状態１１１７に基づいて求められる（１１２０）。例えば、状態１１１７は、ステアリングホイールの状態１１１１、ＥＰＳシステムの状態１１１３、および車両の状態１１１５のうちの１つまたはそれらの組み合わせを含むことができる。いくつかの実施形態では、この範囲は、状態１１１７の変化に応答して動的に更新される。それらの実施形態は、例えば、動作状況の変化、例えば、車両の状態１１１５の変化に応答して、ドライバーの行動に加えてまたはこの行動とは独立に範囲１１２５を更新することを可能にする。
【００２０】
実施形態は、車両の動作の目的１１５３に基づいて、値の範囲１１２５内においてトルクの値１１３５を選択し（１１３０）、この値１１３５に従ってトルクを生成するようにＥＰＳシステムに命令する（１１４０）。いくつかの実施形態は、範囲１１２５内において値１１３５をランダムに選択する。代替的に、いくつかの実施形態は、制約１１２２を条件としてコスト関数１１３３を最適化することによって値１１３５を選択する。いくつかの実施形態では、このコスト関数は、目的１１５３に基づいて選択される。代替の実施形態では、このコスト関数は、他の最適化のパラメータ、例えば、省エネルギーに基づいて選択される。
【００２１】
図１Ｂは、ＥＰＳトルクの値の関数ベースの生成とＥＰＳトルク値の範囲の制約ベースの生成との差を時間の関数として示している。明確にするために、図１Ｂでは、ＥＰＳシステムによって生成されるＥＰＳトルク、およびドライバーによってステアリングホイールに印加される力によって生成されるドライバートルクのみが考慮されている。
【００２２】
ドライバートルクの関数１１７１が、ＥＰＳトルクを選択するのに用いられる場合、ドライバートルク１１７２の所与の値について、ＥＰＳトルク１１７４の１つの値１１７３のみを選択することができる。他方、制約ベースの選択が用いられる場合、ＥＰＳシステムによって生成されるトルクは、領域１１７５内に制限され、ドライバートルク１１７２の所与の値について、ＥＰＳトルクの範囲１１７６、例えば、線分１１７７を選択することができる。線分１１７７において選択されたＥＰＳトルクのどの値も、ドライバーの快適性および安全性を尊重するように保証され、したがって、この選択は、車両の動作のどの現在の目的も最適化するように操作することができる。
【００２３】
図１Ｃは、本発明のいくつかの実施形態に従って用いられるＥＰＳトルク値の範囲の制約ベースの生成の原理を示している。期間１１８０、１１８４、および１１８８等の異なる時点において、ステアリングホイールに対するＥＰＳシステムのトルクの効果に関する効果制約によって制御される値の範囲と、動作の目的に基づいて選択された目的制約によって制御される値の範囲とを交差させることによって、ＥＰＳシステムのトルクの値の範囲が選択される。
【００２４】
例えば、時間期間１１８０における目的制約１１８１と効果制約１１８２との交差は、ＥＰＳシステムのトルクの可能な値の範囲１１８３を規定する。時間期間１１８４における目的制約１１８５と効果制約１１８６との交差は、ＥＰＳシステムのトルクの可能な値の範囲１１８７を規定する。同様に、時間期間１１８８における目的制約１１８９と効果制約１１９０との交差は、ＥＰＳシステムのトルクの可能な値の範囲１１９１を規定する。異なる時間の期間について目的制約および／または効果制約を変化させることによって、いくつかの実施形態は、車両の動作の異なる目的にＥＰＳシステムの異なる能力を利用し、その目的にかかわらずドライバーの快適性を確保する。
【００２５】
図２は、ＥＰＳシステムと、ドライバーおよび車両との相互作用の概略図を示している。ＥＰＳシステムは、トルクを車両のステアリングコラムに印加することによって、車両のステアリングに影響を与える。ステアリングコラムに対するトルクは、ステアリングコラムの回転を引き起こす。また、ステアリングコラムに対するトルクは、ドライバーがステアリングホイールを回転させることによって印加することができるとともに、道路２０９の摩擦が、コラム上のステアリングラックによって伝播される車両のホイールに対するアライメントトルクを通じて、ホイールを介してトルクをフィードバックすることによって印加することができる。
【００２６】
例えば、ステアリングコラム２０１の運動は、ＥＰＳトルクＴＥＰＳ２０３を通じてＥＰＳシステム２０２による影響を受け、ドライバートルクＴｄｒｖ２０５を通じてドライバー２０４による影響を受け、アライメントトルクＴａｌｎ２０７を通じて車両２０６の動作による影響を受ける。このアライメントトルクは、ホイールと道路との間の摩擦によって生成されるトルクである。
【００２７】
ステアリングコラムに対するトルクの効果は、以下のステアリングコラム運動方程式によって表される。
【数１】
2016514640.tif 000003
ここで、φは、ステアリングコラムの角度であり、ドットは、時間に関する１次導関数を示し、２つのドットは、時間に関する２次導関数を示し、βは、ステアリングコラムの回転時の摩擦であり、Ｊｃは、一体回転する全ての構成要素を含むステアリングコラムの慣性である。
【００２８】
アライメントトルクＴａｌｎは、式（１）の反転から以下の式に従って求めることができる。
【数２】
2016514640.tif 000004
【００２９】
例えば、ステアリングコラムの角度および回転速度によって測定することができるステアリングコラム２０１の運動は、以下の式に従って、車両２０６の動作に影響を与える。
【数３】
2016514640.tif 000005
ここで、ｘは、車両の状態を表す値、例えば、ヨーレート、横加速度、速度、縦加速度、タイヤ滑り角、車両の道路上の位置または車両のロケーションを含み、関数ｆは、車両の動作を表す所望の詳細度に従って指定される。
【００３０】
式（３）における関数ｆは、複数の方法で定義することができる。例えば、１つの実施形態は、この関数をヨーレートおよび横速度に関して定義する。別の実施形態は、車両の位置をモデル化する項を含み、縦速度および縦加速度等の追加の量を用いる。別の実施形態は、車両の動作を表すモデルを用いて、式（３）における関数ｆを定義する。
【００３１】
図３は、本発明のいくつかの実施形態による関数ｆを求める、車両の動作を表すシングルトラックモデルの図を示している。このモデルは、近似されたタイヤ力特性と、タイヤ力およびアライメントトルクに対する車両の動作の効果とを含む。このシングルトラックモデルでは、車両は、当該車両の左側および右側が対称に作動すると仮定したシングルトラック車両（二輪車）として表されている。
【００３２】
このモデルは、道路ホイール角δ３０１、タイヤ横滑りの角度αｆ３０２およびαｒ３０３、すなわち、ホイールにおける速度間の角度、並びにフロントタイヤのホイール方向ｖｆ３０４およびリアタイヤのホイール方向ｖｒ３０５を含む。このモデルは、フロントタイヤＦｆ３０６およびリアタイヤＦｒ３０７における力、車両質量中心ｃ３１０における縦速度ｖｘ３０８および横速度ｖｚ３０９、車両質量ｍ、質量中心ｃ３１０における垂直軸に沿った車両慣性Ｉｚ、フロントａ３１１およびリアｂ３１２の車両質量中心からの距離も含む。
【００３３】
図３に記載されたモデルを用いると、関数ｆは、以下の式に従って定義することができる。
【数４】
2016514640.tif 000006
ここで、Ｇｇは、ステアリングコラムとホイール角との間のギア比である。加えて、タイヤ力は、通常、滑り角３０２、３０３および道路摩擦係数μの関数である。
【００３４】
図４Ａは、角度αφ内における車両状態の関数としてのフロントタイヤ力の関数ｆを表す曲線３１３を示している。固定された道路摩擦係数μについて、曲線３１３は、境界線３１４、３１５によって仕切られた線形領域３３０と、境界線３１６、３１７によって仕切られた安定領域３４０とを有する。線形領域では、車両の制御は予測可能である。線形領域の外側の安定領域では、車両の制御は難しいが可能である。線形領域の外側では、車両の制御は、極めて困難であるかまたは不可能でさえある。これは、例えば、ヨーレート３２０が管理不能となり、車両がスピンして制御を失うことを意味する。
【００３５】
図４Ｂは、前輪における滑り角および道路摩擦係数μに依存する曲線３２３によって、アライメントトルクと、車両の状態、特にαφの状態との関係を示している。この曲線は、境界線３２４、３２５によって仕切られた線形領域３５０と、３２６、３２７によって仕切られた安定領域３６０とを有する。線形領域では、アライメントトルクは、ステアリングホイールに対する抵抗トルクを前輪における滑り角（車両ヨーレートに比例する）と線形比例して増加させることによって、車両の動作の良好な表示を提供する。線形領域の外側の安定領域では、アライメントトルクによって提供されるこの表示は、知覚するのがより難しくなっているが、依然として存在する。線形領域の外側では、アライメントトルクは、車両の動作の表示を実質的に提供しない。
【００３６】
ドライバーは、車両のヨーレートおよび速度等の車両運動量２１０による影響を受ける。また、ドライバーは、ステアリングホイールを介したステアリングコラムに対する抵抗トルクの変化を通じてＥＰＳによる影響も受ける。ドライバーが感知する抵抗トルクは、フィードバックトルクＴｆｂと呼ばれ、以下の式となる。
【数５】
2016514640.tif 000007
【００３７】
ＥＰＳトルクがない場合、フィードバックトルクは、アライメントトルクに等しく、したがって、ドライバーは、車両の挙動を感知することができる。一方、ＥＰＳシステムがトルクを印加すると、フィードバックトルクは、もはやアライメントトルクに等しくなく、車両の挙動のドライバーによる知覚が影響を受ける場合がある。フィードバックトルクＴｆｂは、ドライバーの腕に対する負担Ｔｓｔｒに等しい。このため、このトルクが大きい場合、大きい負担トルクがドライバーに影響を与え、これは、望ましくなくかつ危険である可能性がある。
【００３８】
ドライバーに対するそのような負の効果を回避するために、ＥＰＳトルクは、潜在的な問題を回避する（通常、車両速度によって変調されたドライバートルクＴｄｒｖの）固定された関数によって定義することができる。しかしながら、そのような場合、ＥＰＳシステムは、ＥＰＳシステムが実行することができる動作のタイプを制限するアシストトルクの単一の値しか生成することができない。例えば、道路についてのドライバーの感触を保持するために、いくつかのＥＰＳシステムは、ドライバーによって生成されたトルクと同じ方向のトルクしか生成しない場合がある。その結果、そのようなＥＰＳシステムは、ドライバーの挙動しか増幅することができず、一般的な車両運動目的を達成することの助けとはなり得ない。実際に、そのようなＥＰＳシステムは、積極的な先導動作（ｌｅａｄ  ａｃｔｉｏｎ）を適用することによって車両のコーナリング性能を改善することができない。なぜならば、これは、ドライバートルクを打ち消す車両ヨーレートオーバーシュートのその後の除去を必要とするからである。
【００３９】
対照的に、本発明の様々な実施形態は、ＥＰＳが所与の車両およびドライバーの状態についてのアシストトルクの値の範囲を生成することを可能にすることによって、ＥＰＳシステムの挙動を過度に制限することなく、ドライバーの安全性および快適性を保持することができるという認識に基づいている。ドライバートルクの範囲は、ドライバーの安全性および快適性を保持するように設計された適切な制約によって規定される。これらの制約は、現在のステアリングホイールトルク（ドライバートルク）、現在のアライメントトルク、およびＥＰＳトルクに関して規定することができる。これらの制約は、組み合わせると、ＥＰＳがドライバートルクおよびアライメントトルクに関して印加し得るトルク値の範囲を規定する。印加可能なトルクの範囲内において、実際に印加されるトルクは、動作の特定の目的に従って、かつ場合によっては動作に対する追加の制約に従って選択することができる。
【００４０】
効果制約
様々な効果制約が、単独でまたは組み合わせて、本発明の種々の実施形態によって用いられる。より一般的な制約のうちのいくつかを以下で詳述するが、ドライバーに適した快適度の量およびタイプを求めるために、より多くの制約を設計することができることが理解されるべきである。
【００４１】
フィードバックトルク制約
図５は、本発明の１つの実施形態による、ステアリングホイールに対する最小フィードバックトルクおよび最大フィードバックトルクに関するフィードバックトルク制約を示している。フィードバックトルク制約は、ドライバーがステアリングホイールから感知するフィードバックトルクを制限して、ドライバーの不快感および場合によっては怪我を防止する。フィードバックトルク制約は、以下の式に従って求めることができる。
【数６】
2016514640.tif 000008
【００４２】
最も左の項および最も右の項は、ドライバーの或る特定の程度の快適性を確保するために規定された負の制約および正の制約である。式（６）を満たす条件は、エリア５０１によってアライメントトルクおよびＥＰＳトルクに関して表される。ここで、ライン５０２は、フィードバックトルクが０である条件を示している。いくつかの実施形態では、フィードバックトルク制約は、アライメントトルクＴａｌｎとＥＰＳトルクＴＥＰＳとの差の境界を定める。
【００４３】
例えば、アライメントトルクＴａｌｎの値５０４が与えられると、線分５０３は、ＥＰＳトルクの値のその許容範囲５０５を示す。幅５２１および５２２は、それぞれ、式（６）における右の定数および左の定数によって決定される。
【００４４】
ドライバートルクに関係したＥＰＳトルク制約
図６は、本発明の１つの実施形態による、ドライバーによってステアリングホイールに対して現在印加されているトルクに関係したＥＰＳシステムトルクの最小量および最大量に関するドライバートルクに関係したＥＰＳトルク制約の説明図を示している。ドライバートルクに関係したＥＰＳトルク制約は、以下の式に従って、ドライバーによって印加される現在のトルクに基づいてＥＰＳトルクの量を制限する。
【数７】
2016514640.tif 000009
【００４５】
最も左の項および最も右の項は、ドライバーの或る特定の程度の快適性を確保するために規定された負の定数および正の定数である。ドライバートルクに関係したＥＰＳトルク制約は、ドライバーの行動と比較して過度の動作がＥＰＳシステムによって適用されないことを確保し、このため、ドライバーの不快感および場合によっては怪我を回避する。
【００４６】
式（７）を満たす条件は、エリア６０１によってドライバートルクおよびＥＰＳトルクに関して表されている。ここで、ライン６０２は、ＥＰＳトルクがドライバートルクに等しい条件を示している。いくつかの実施形態では、ドライバートルク制約は、ドライバートルクＴｄｒｖとＥＰＳトルクＴＥＰＳとの差の境界を定める。
【００４７】
例えば、ドライバートルクＴｄｒｖの値６０４が与えられると、線分６０３は、ＥＰＳトルクの値のその許容範囲６０５を示す。幅６２１および６２２は、それぞれ、式（７）における右の定数および左の定数によって決定される。
【００４８】
アライメントトルクのパーセンテージに関する制約
図７は、本発明のいくつかの実施形態によるステアリングホイールに伝播されるアライメントトルクのパーセンテージに関する制約の説明図を示している。アライメントトルクのパーセンテージに関する制約は、ドライバーの道路の感触を保持する。この感触は、ドライバーが車両の挙動を理解するとともにステアリングホイールに対して必要な制御行動を適用するのに用いられる。
【００４９】
１つの実施形態では、この制約は、以下の式によって実施することができる。
【数８】
2016514640.tif 000010
ここで、ｃは、アライメントトルクの許容歪のパーセンテージであり、ｅは、低いアライメントトルクにおいて動作を維持することを可能にする定数オフセットである。定数ｃおよびεの双方は、ドライバーの或る特定の程度の快適性を確保するように選択される。通常、定数ｃの値は０〜１であり、定数εの値は０よりも大きい。
【００５０】
式（７）を満たす条件は、エリア７０１によってアライメントトルクおよびＥＰＳトルクに関して表される。ここで、ライン７０２は、ＥＰＳトルクが０に等しく、かつ、式（５）によって、ステアリングホイールに対するフィードバックトルクがドライバートルクに等しい条件を示している。例えば、アライメントトルクＴａｌｎの値７０４が与えられると、容認可能条件の範囲７０３は、ＥＰＳトルクの範囲７０５が許容可能であることを示す。ライン７２１および７２２の傾き並びに７２３の幅は、式（８）における定数ｃおよびεの値によって決まる。
【００５１】
介入トルク制約
図８は、ドライバーが感じるステアリングホイールに対するフィードバックトルクを、ドライバーがステアリングホイールに対して印加するトルクに関係付ける介入トルク制約の説明図を示している。この介入トルク制約は、ＥＰＳステアリングシステムの物理的力（ｆｏｒｃｅｆｕｌｎｅｓｓ）と、そのドライバー動作を変更する能力とを制限する。いくつかの実施形態では、介入トルク制約は、ＥＰＳシステムが、以下の式に従って、多くとも固定値分だけドライバーの行動に打ち勝つことができるとともに、多くとも別の固定値分だけドライバーの行動をアシストすることができるように設計される。
【数９】
2016514640.tif 000011
ここで、定数εは、０よりも大きく、ドライバーの或る特定の程度の快適性と、ＥＰＳシステムが運動目的を達成する或る特定の程度の能力とを確保するように選択される。
【００５２】
式（９）を満たす条件は、エリア８０１によってステアリングコラムに対するドライバートルクおよびＥＰＳトルクに関して表される。ここで、ライン８０２は、ＥＰＳトルクがステアリングホイールに対するドライバーの行動を相殺する条件を示し、８０６、８０７は、ＥＰＳトルクがドライバートルクに打ち勝つエリアを示し、エリア８０８、８０９は、ＥＰＳトルクがドライバーをアシストするエリアを示す。
【００５３】
例えば、ドライバートルクＴｄｒｖの値８０４が与えられると、線分８０３は、アシスト範囲８１０および打ち勝つ範囲８１１を含むＥＰＳトルクの値のその許容範囲８０５を示す。幅８２１および８２２は、式（９）における定数εの値によって決まる。
【００５４】
アライメントトルク制約を越えた介入
図９は、ＥＰＳ動作に起因したフィードバックトルクの成分を、ドライバーがステアリングホイールに対してアライメントトルクを上回って印加しているトルクに関係付けるアライメントトルク制約を越えた介入の説明図を示している。この制約は、ステアリングホイールの速度の予想される変化に関係付けられ、したがって、車両ヨーレートの予想される変化に関係付けられる。この制約は、ドライバーが予想する車両の挙動に対する車両の挙動の変化をＥＰＳシステムが変更することを制限する。アライメントトルク制約を越えた介入は、ドライバーへの予測可能性および快適性を実施し、以下の式によって表すことができる。
【数１０】
2016514640.tif 000012
これらの式は、以下のように等価に記述することができる。
【数１１】
2016514640.tif 000013
ここで、定数εは、アライメントトルクについて割り引かれるドライバートルクの許容されたアシストトルク最大オーバーカム（ｍａｘｉｍｕｍ  ｏｖｅｒｃｏｍｅ）である。定数εは、０よりも大きく、ドライバーの或る特定の程度の快適性と、ＥＰＳシステムが車の動作の目的を達成する或る特定の程度の能力とを確保するように選択される。
【００５５】
エリア９０１は、ステアリングコラムに対するドライバートルクおよびＥＰＳトルクに関して式（１１）を満たす条件を表している。ここで、ライン９０２は、ＥＰＳトルクが、ドライバーに起因したステアリングホイールの加速度を相殺する条件を示し、エリア９０６、９０７は、ＥＰＳトルクがステアリングホイールの加速度を低減するエリアを示し、エリア９０８、９０９は、ＥＰＳトルクがステアリングホイールの加速度を増加させるエリアを示す。
【００５６】
例えば、アライメントトルクを越えたドライバートルクＴｄｒｖ−Ｔａｌｎの値９０４が与えられると、線分９０３は、アシスト範囲９１０および打ち勝つ範囲９１１を含むＥＰＳトルクの値のその許容範囲９０５を示す。幅９２１および９２２は、式（１１）における定数εの値によって決まる。
【００５７】
式（８）〜（１１）における制約は、スイッチング制約（ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ  ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ）である。なぜならば、それらの制約は、「ｉｆ文（〜である場合）」（最も右の式）によって示された或る特定の条件の下で有効な制約（最も左の式）をそれぞれ表す２つのエントリーを有するからである。「ｉｆ文」の値を変化させると、現在の条件に基づいて実施される制約エントリーが変化する。このことから、この最も左の式は、スイッチング制約のエントリーであり、最も右の項は、スイッチング制約のスイッチング条件である。
【００５８】
運動目的制約および最適化
効果制約は、ドライバーの快適性を実施するＥＰＳシステムからのトルクの許容範囲を規定する。これらの効果制約は、単独で実施することもできるし、車両の動作の目的に基づいて選択された他の目的制約と組み合わせて実施することもできる。
【００５９】
例えば、本発明の１つの実施形態は、車両がタイヤ力特性３１３の線形範囲３３０に留まることを保証するために、車両の横滑り角を制限する制約を用いる。
【数１２】
2016514640.tif 000014
【００６０】
例えば、本発明の１つの実施形態は、ＥＰＳモータ出力の物理限界に起因して、ＥＰＳシステムによって印加することができる絶対トルクを制限する、以下の式による制約を用いる。
【数１３】
2016514640.tif 000015
【００６１】
別の実施形態は、ハードウェアおよび制御システムの物理限界に起因してＥＰＳモータの瞬時トルク変化を制限する、以下の式による制約を用いる。
【数１４】
2016514640.tif 000016
【００６２】
システムに実際に印加されるＥＰＳトルクの値は、車両の動作の目的を表す様々なコスト関数Ｊｉを最適化することによって、効果制約によって定められた範囲から選択することができる。ここで、ｉ＝１，．．．，Ｍであり、Ｍは目的の数である。例えば、いくつかの実施形態は、コスト関数としての関数Ｊｉを、最適化がこれらのコスト関数を最小にするように求める。
【００６３】
例えば、１つの実施形態は、所望のヨーレートｙｒｅｆを表す、以下の式によるコスト関数を用いる。
【数１５】
2016514640.tif 000017
ここで、ｙは、式（３）におけるモデルによって定義することができる現在のヨーレートである。このコスト関数は、車両のコーナリングを改善する動作の目的に対応する車両軌道追跡を表すことができる。
【００６４】
動作の別の目的は、車両の位置を道路内の所望の位置ｐｒｅｆの近くに維持することである。この目的は、車両を車線内に保つこと、衝突回避、および他の目的にも用いることができる。この動作の目的に対応するコスト関数は、以下の式となる。
【数１６】
2016514640.tif 000018
ここで、道路における車両の実際の位置は、式（３）におけるモデルによって規定される。
【００６５】
動作の別の目的は、所望のフロントタイヤ滑り角およびリアタイヤ滑り角の維持である。この目的のためのコスト関数は、以下のものとすることができる。
【数１７】
2016514640.tif 000019
ここで、これらの滑り角は、式（３）におけるモデル、例えば式（４）によって定義される。
【００６６】
様々な実施形態が、上記目的の異なる組み合わせを用いる。いくつかの実施形態は、関数Ｊｉの形も変更する。例えば、１つの実施形態は、以下の式による式（１７）の代替形態を用いる。
【数１８】
2016514640.tif 000020
この式では、基準よりも大きい滑り角のみがＪｉに寄与する。この変更は、いくつかの状況では、有利に働くことができる。なぜならば、大きい滑り角は、不安定な車両運動に関連しており、したがって、所望の滑り角よりも大きなものを削減することによって、不安定性を回避することができるからである。
【００６７】
また、例えば式（４）によって定められる車両モデルは、車両運動およびステアリングシステム運動の将来の挙動を予測するのに用いることができ、したがって、最適なＥＰＳトルク選択は、将来の時間間隔全体に対して行うことができる。このように、ＥＰＳトルク選択は、以下の式によって決定される。
【数１９】
2016514640.tif 000021
ここで、追加の制約は、所望の運動目的を実施するのに用いることもできる。
【００６８】
ｔが現在の時刻であり、θが、ＥＰＳトルクが選ばれる将来の時間間隔の時間継続期間である場合の式（１８）の解は、現時点においておよび運動目的Ｊｉに従って最適である継続期間θの時間間隔に沿って車両の現在の状態のＥＰＳ動作にとって許容可能な範囲内にあるＥＰＳトルクを提供する。
【００６９】
式（１８）における追加の制約は、速度限界、滑り角、ヨーレート、および加速度限界に関する制約等の車両運動において用いられる任意の標準的な制約を伴うことができる。
【００７０】
図１０は、本発明の１つの実施形態によるＥＰＳシステムの最適なトルクを定期的に求めるフローチャートを示している。この実施形態は、車両の動作の状態の様々な変化に適応的に反応する。加えて、この実施形態のいくつかの変形形態では、有限計画対象期間（ｆｉｎｉｔｅ  ｔｉｍｅ  ｈｏｒｉｚｏｎ）最適化方法が、車両の性能をさらに最適化するのに用いられる。
【００７１】
ステップ１０１０において、実施形態は、動作の目的を求め、適切な目的関数および制約を選択する。ステップ１０２０において、実施形態は、車両の状態、ステアリングシステムの状態、およびＥＰＳシステムの状態のうちの１つまたはそれらの組み合わせを含む現在の車両の動作の状態を求める。
【００７２】
ステップ１０３０において、実施形態は、実施されるＥＰＳシステム制約を選択し、ステップ１０２０において取得された現在の状態について、許容可能なＥＰＳ値の範囲を求める。ステップ１０４０において、実施形態は、ステップ１０３０において規定された範囲内にあるＥＰＳトルクの値を選択し、ステップ１０１０において選択された目的関数および追加の制約を最適化する。ステップ１０５０において、実施形態は、現在の時刻ｔから多くともθ秒の間、ステップ１０４０において取得されたトルクを生成するようにＥＰＳシステムを制御する。θよりも短い時間の後（１０６０）、車両の動作の状態の変化に応答して、実施形態は、ステップ１０１０、１０２０、１０３０、１０４０、１０５０、および１０６０を繰り返す。
【００７３】
この実施形態の様々な実施態様では、ステップ１０１０、１０２０、１０３０、１０４０、１０５０、および１０６０は、逐次的にまたは（少なくとも部分的に）同時に実行される。トルクの最適値の選択は、２次計画、非線形計画、２点境界値問題、大域最適化等の数値最適化問題の解法を含む複数の方法によって行うことができる。
【００７４】
いくつかの実施形態では、スイッチング制約である式（８）〜（１０）における制約を実施する計算を簡単にするために、スイッチング条件は、ＥＰＳシステムトルクの選択において考慮される長さθの将来の時間間隔の間、変更されないものと仮定する。
【００７５】
１つの実施形態は、次のステップを用いて、式（８）〜（１０）のうちの１つまたはそれらの組み合わせに従って値の範囲を求める。この実施形態は、現在の車両、ステアリング、およびＥＰＳ状態に基づいて現在の時刻におけるスイッチング条件を求め、現在の時刻におけるスイッチング条件に基づいて制約のエントリーを選択する。次に、この実施形態は、ＥＰＳシステムトルクを選択するのに用いる将来の運動間隔全体について、制約のスイッチング条件の現在の値に基づいて、選択されたエントリーを実施する。
【００７６】
車両ステアリングシステム
図１１は、本発明の様々な実施形態による制御方法を用いるモータ車両ステアリングシステム１００の一実施形態の概略図である。本明細書および特許請求の範囲を通じて用いられる「車両」または「モータ車両」という用語は、任意の移動可能物体を指す。「車両」または「モータ車両」という用語は、車、トラック、バン、ミニバン、ＳＵＶ、モータサイクル、スクーター、ボート、パーソナルウォータークラフト、および航空機を含むが、これらに限定されない。いくつかの場合には、モータ車両は、１つまたは複数のエンジンを備える。
【００７７】
説明の目的のため、モータ車両１００のいくつかの構成要素は概略的に示されている。１つの実施形態では、モータ車両１００はステアリングホイール１１０を備えることができ、そのステアリングホイールはステアリングコラム１１２にさらに接続される。ステアリングコラム１１２はラック１１４に接続することができ、そのラックはタイロッドを用いてモータ車両１００の前輪にさらに接続することができる。
【００７８】
モータ車両１００は、パワーステアリングシステム１０２を備えることができる。パワーステアリングシステム１０２は、モータ車両を旋回させるかまたは操縦するためにドライバーによって行使される操縦努力を低減するように設計された任意のシステムとすることができる。いくつかの場合には、パワーステアリングシステム１０２は油圧式パワーステアリングシステムとすることができる。他の場合には、パワーステアリングシステム１０２は電動パワーステアリングシステムとすることができる。例示的な実施形態では、パワーステアリングシステム１０２は、モータ車両を旋回させるかまたは操縦する上での助力を提供する電動モータを用いる電動パワーステアリングシステム（ＥＰＳ）とすることができる。
【００７９】
パワーステアリングシステム１０２は、ギアボックス１３０を備えることができる。ギアボックス１３０は、当該技術分野において知られる任意のタイプのギアボックスとすることができる。パワーステアリングシステム１０２のいくつかの実施形態では、ギアボックス１３０はラックピニオン式とすることができる。パワーステアリングシステム１０２のいくつかの実施形態では、ギアボックス１３０はデュアルピニオン式とすることができる。いくつかの実施形態では、ギアボックスは、循環型のボールラック式（ｂａｌｌ−ａｎｄ−ｒａｃｋ  ｔｙｐｅ）とすることができる。
【００８０】
図１１は、ラックピニオン式のギアボックスを有する一実施形態を示している。ギアボックス１３０の機能は、ステアリングホイール１０の回転によりモータ車両１００を旋回させることとすることができる。ステアリングホイール１０は円弧状に回転する。ステアリングホイール１０の回転によって、ステアリングコラム１２に角度力が生じる。いくつかのモータ車両１００では、この角度力の方向を変えて、車両を旋回させることができる。いくつかの実施形態では、角度力の方向を変えて、ラック１４の側方運動（横運動）とすることができる。ギアボックス１３０は、ステアリングコラム１２からの角度力の方向を変えてラック１４の横力とするギアの組み合わせとすることができる。
【００８１】
パワーステアリングシステム１０２は、ドライバーによるモータ車両の旋回を補助するための提供機能（ｐｒｏｖｉｓｉｏｎｓ）を備えることができる。１つの実施形態では、パワーステアリングシステム１０２は、ステアリングモータ１０４を備えることができる。一般的に、ステアリングモータ１０４は任意のタイプのモータとすることができる。例示的な実施形態では、ステアリングモータ１０４は、モータ車両の旋回を補助する１つまたは複数のモータ車両構成要素を駆動するように構成される電動モータとすることができる。
【００８２】
ステアリングモータ１０４は、モータ車両１００内の様々な場所に配置することができる。ステアリングモータ１０４は、ステアリングコラム１２に近接して配置することができる。ステアリングモータは、ギアボックス１３０のギアに近接して配置することができる。図１に示されるように、ステアリングモータ１０４は、ラック１４の同心円状に設置して、ラック１４を左または右に運動させる上での補助を提供することができる。異なるタイプのステアリングシステムを用いる他の実施形態では、ステアリングモータ１０４を様々な場所に提供して、モータ車両を旋回させる上での補助を提供することができる。
【００８３】
パワーステアリングシステム１０２は、ステアリングコラム１２の回転をモニタリングするための提供機能を備えることができる。いくつかの場合には、パワーステアリングシステム１０２は、ステアリングコラム１２の絶対位置をモニタリングするように構成される位置センサを備えることができる。他の場合には、パワーステアリングシステム１０２は、ステアリングコラム１２の回転を直接モニタリングするように構成される何らかの種類の回転センサを備えることができる。ステアリングモータ１０４を用いて旋回を補助する実施形態では、パワーステアリングシステム１０２は、モータの角回転を測定するように構成されるセンサを備えることができる。パワーステアリングシステムにおけるモータ回転は通常、ステアリングコラムの固定ギア比の回転に関連しているため、モータ回転の測定値は、ステアリングコラムの回転の測定値に直接的に関連付けることができる。
【００８４】
いくつかの実施形態では、パワーステアリングシステム１０２は、回転センサ１０６を備えることができる。一般的に、回転センサ１０６は、ステアリングモータ１０４の回転を検知するように構成される任意のタイプのセンサとすることができる。例えば、１つの実施形態では、複数のホール効果センサをステアリングモータ１０４と関連付けて、ローターの運動を測定することができる。いくつかの実施形態では、ステアリングモータ１０４内のローターの回転を検知するために、リゾルバーまたは回転電気変圧器を用いることできる。さらに他の実施形態では、ステアリングモータ１０４の回転を検知するために、他のタイプのセンサを用いることができる。
【００８５】
回転センサ１０６は、パワーステアリングシステム１０２内の様々な場所に配置することができる。パワーステアリングシステム１０２は、異なるタイプのギアボックス１３０を採用することができる。ギアボックス１３０の各タイプは、異なる場所にギアを位置付けることができる。ステアリングモータ１０４および様々なセンサは、ギアボックス１３０のタイプに基づいて、異なる場所に位置付けることができる。例えば、回転センサ１０６は多くの要因に応じて位置付けることができ、その要因は、限定するものではないが、ギアの配置、ギアボックス１３０のタイプ、ステアリングモータ１０４のタイプ、ステアリングモータ１０４の配置、および他の要因を含む。
【００８６】
パワーステアリングシステム１０２は、ドライバーがステアリングシステムに印加したトルクを検知するための提供機能も備えることができる。１つの実施形態では、パワーステアリングシステム１０２は、操舵トルクセンサ１０８を備えることができる。いくつかの場合には、操舵トルクセンサ１０８はギアボックス１３０と関連付けることができる。一方、他の場合には、操舵トルクセンサ１０８をステアリングシステムの任意の他の場所に提供することができる。この構成を用いて、パワーステアリングシステムは、必要となり得る操舵補助の量を求めることができる。
【００８７】
モータ車両１００は、パワーステアリングシステム１０２に関連する様々な構成要素と通信し、場合によっては制御するための提供機能を備えることができる。いくつかの実施形態では、モータ車両１００はコンピュータまたは類似のデバイスに関連付けることができる。現在の実施形態では、モータ車両１００はパワーステアリングシステムの電子制御ユニットと関連付けられ、この電子制御ユニットをここでは第１の電子制御ユニット（第１のＥＣＵ）１２０と言う。１つの実施形態では、第１のＥＣＵ１２０は、ステアリングモータ１０４、回転センサ１０６および操舵トルクセンサ１０８並びに他の構成要素またはシステムと通信し、および／またはこれらを制御するように構成することができる。
【００８８】
第１のＥＣＵ１２０は、情報およびパワーの入出力を促進する複数のポートを備えることができる。本明細書で用いられる「ポート」という用語は、２つの導体間の任意のインターフェースまたは共通の境界を指す。いくつかの場合には、ポートは導体の挿入および除去を促進することができる。これらのタイプのポートの例には、機械式コネクターがある。他の場合には、ポートは、容易な挿入または除去を一般的には提供しないインターフェースである。これらのタイプのポートの例には、回路基板上のはんだまたは電子トレースがある。
【００８９】
第１のＥＣＵ１２０に関連付けられる以下のポートおよび提供機能の全ては任意選択的なものである。いくつかの実施形態は、所与のポートまたは提供機能を備えることができるが、他の実施形態はそれを除外することができる。以下の説明では、使用可能なあり得るポートおよび提供機能の多くが開示されるが、所与の実施形態が全てのポートまたは提供機能を使用または備える必要がないことを記憶に留めておくべきである。
【００９０】
１つの実施形態では、第１のＥＣＵ１２０は、操舵トルクセンサ１０８と通信するための第１のポート１２１、ステアリングモータ１０４と通信するための第２のポート１２２、および回転センサ１０６と通信するための第３のポート１２３を備えることができる。特に、第１のポート１２１を用いて、第１のＥＣＵ１２０は、ステアリングコラム１２に印加されたトルクに関連する情報を操舵トルクセンサ１０８から受け取ることができる。この情報により、第１のＥＣＵ１２０は、必要とされている操舵補助の量を求め、第２のポート１２２を用いて制御信号をステアリングモータ１０４に送り、必要とされている操舵補助を提供するようにステアリングモータ１０４を操作することができる。加えて、第１のＥＣＵ１２０は、ステアリングモータ１０４の回転についての情報を、第３のポート１２３を介して回転センサ１０６から受け取ることができ、この情報を用いて、ステアリングコラム１２の回転をさらに求めることができる。
【００９１】
モータ車両１００は、走行中に車両安定補助を提供する提供機能を備えることができる。例示的な実施形態では、モータ車両１００は車両安定補助システム１４０（ＶＳＡ）を備えることができる。車両安定補助システム１４０は、横滑り等の望ましくない運動を検知および防止することによって、車両の動作を修正することができる任意の横滑り防止システム（ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｓｔａｂｉｌｉｔｙ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｓｙｓｔｅｍ）とすることができる。特に、車両安定補助システム１４０は、操舵制御の不能を検知し、車両の方向転換を手助けするようにそれぞれのホイールに個々の制動を与えるよう構成することができる。
【００９２】
車両安定補助システム１４０は、車両１００の動作状態に関連する情報を受け取るように構成される１つまたは複数のセンサと関連付けることができる。いくつかの実施形態では、モータ車両１００は加速度センサ１６２を備えることができる。一般的に、加速度センサ１６２は任意のタイプの加速度センサとすることができる。１つの実施形態では、加速度センサ１６２は車両のヨーレートに関連する情報および／または横加速度情報を受け取るように構成されるジャイロセンサとすることができる。現在の実施形態では、ヨーレートおよび横加速度を検出するために単一のセンサを用いることができるが、他の実施形態では、２つ以上のセンサをモータ車両で用いることができる。
【００９３】
加速度センサ１６２は、モータ車両１００内の様々な場所に位置付けることができる。加速度センサ１６２の場所は、ギアボックス１３０のタイプおよび当業者に知られる他の要因によって影響を受け得る。例えば、他の要因には、モータ車両１００のエンジンのタイプおよびドライブトレインのタイプがあり得る。いくつかの実施形態では、加速度センサ１６２は、車両安定補助システムの電子制御ユニット内に位置付けることができる。
【００９４】
１つの実施形態では、モータ車両１００はホイール速度センサ１６４の組を備えることができる。いくつかの場合には、ホイール速度センサ１６４の組は、モータ車両１００の４つのホイールと関連付けられた４つの独立したホイール速度センサの組を含むことができる。特に、ホイール速度センサ１６４の組の各ホイール速度センサは、モータ車両１００の対応するホイールの速度を検出するように構成することができる。この情報を用いて、車両安定補助システム１４０は、滑り、横滑り、または他の望ましくない車両の運動を検知するために、モータ車両１００の４つのホイールの各々におけるホイール速度の変動を検知することができる。さらに、４つのホイール速度センサを例示的な実施形態で用いることができる一方で、他の実施形態は、任意の他の数のホイール速度センサを備えることができる。５つ以上のホイールを有する車両を含む代替的な実施形態では、例えば、５つ以上のホイール速度センサをモータ車両に与えることができる。
【００９５】
ホイール速度センサ１６４は、モータ車両１００内の様々な場所に配置することができる。ホイール速度センサ１６４の場所は、多くの要因による影響を受け得るものであり、その要因は、限定するものではないが、モータ車両によって採用されるドライブトレインのタイプおよびブレーキシステムの構成を含む。いくつかの実施形態では、ホイール速度センサ１６４は第１のＥＣＵ１２０と通信することができる。
【００９６】
いくつかの実施形態では、モータ車両１００は車両速度センサ１６６を備えることができる。いくつかの場合には、車両速度センサ１６６は、モータ車両１００の変速機に関連付けられた車速パルスセンサとすることができる。他の場合には、車両速度センサ１６６は、モータ車両１００の１つまたは複数のシステムに車両速度情報を提供するように構成される任意の他のタイプのセンサとすることができる。車両速度センサ１６６から受け取った情報をモニタリングすることによって、車両安定補助システム１４０は、モータ車両の異常な動作状態を検知するように構成することができる。
【００９７】
モータ車両１００は、車両操縦補助システム１４０に関連付けられた様々な構成要素と通信し、場合によってはこれらを制御するための提供機能を備えることができる。いくつかの実施形態では、モータ車両１００はコンピュータまたは類似のデバイスに関連付けることができる。現在の実施形態では、モータ車両１００は車両安定補助システムの電子制御ユニットと関連付けることができ、この電子制御ユニットをここでは第２のＥＣＵ１５０と言う。１つの実施形態では、第２のＥＣＵ１５０は、車両安定補助システム１４０を操作する上で用いられる、モータ車両１００の様々なセンサおよびシステムと通信し、および／またはこれらを制御するように構成することができる。
【００９８】
第２のＥＣＵ１５０は、情報およびパワーの入出力を促進する複数のポートを備えることができる。１つの実施形態では、第２のＥＣＵ１５０は加速度センサ１６２と通信するための第４のポート１２４を備えることができる。特に、第２のＥＣＵ１５０は、モータ車両１００のヨーレートに関連する情報を加速度センサ１６２から受け取るように構成することができる。加えて、第２のＥＣＵ１５０は、モータ車両１００に関連する横加速度情報を加速度センサ１６２から受け取るように構成することができる。また、第２のＥＣＵ１５０は、ホイール速度センサ１６４の組と通信するための第５のポート１２５を備えることができる。特に、第２のＥＣＵ１５０は、モータ車両１００の１つまたは複数のホイールの速度についての情報を受け取るように構成することができる。また、第２のＥＣＵ１５０は、車両速度センサ１６６と通信するための第６のポート１２６を備えることができる。特に、第２のＥＣＵ１５０は、モータ車両１００の変速機に関連付けられる車速パルス情報を受け取るように構成することができる。この構成を用いて、第２のＥＣＵ１５０は、モータ車両１００の様々な動作状態を求め、モータ車両１００が横滑りをしているかまたは滑っているかを判断するように構成することができる。
【００９９】
車両安定補助システム１４０は、安定制御を提供するために、モータ車両の１つまたは複数のシステムを制御するための提供機能も備えることができる。いくつかの実施形態では、第２のＥＣＵ１５０は、ブレーキシステム１８０と通信するための第７のポート１２７を備えることができる。例えば、いくつかの場合には、モータ車両の横滑り状態の検知を受けて、第２のＥＣＵ１５０は、走行状態を安定化し横滑りを低減するために、モータ車両１００のホイールに個々の制動を印加する制御信号をブレーキシステム１８０に送ることができる。他の実施形態では、横滑りまたは他の望ましくない動作状態中のモータ車両制御を補助するための、モータ車両の追加的なシステムに、車両安定補助システム１４０を関連付けることができる。例えば、別の実施形態では、第２のＥＣＵ１５０は、操舵制御が不能である状況中に、パワーを下げる形でエンジンを制御するように構成することができる。
【０１００】
モータ車両１００は、様々なシステム間の通信を提供するための提供機能を備えることができる。１つの実施形態では、モータ車両１００は、パワーステアリングシステム１０２と車両安定補助システム１４０との間の通信を提供するための提供機能を備えることができる。いくつかの場合には、モータ車両１００は車両制御エリアネットワーク１９０を備えることができる。いくつかの場合には、車両制御エリアネットワーク１９０は、何らかのタイプの電子制御ユニットを用いて、モータ車両の任意のシステム間の通信を提供することができる。例示的な実施形態では、車両制御エリアネットワーク１９０は、パワーステアリングシステム１０２と車両安定補助システム１４０との間の通信を提供するように構成することができる。特に、パワーステアリングシステム１０２の第１のＥＣＵ１２０は、第８のポート１２８を用いて、車両制御エリアネットワーク１９０と通信することができる一方、車両安定補助システム１４０の第２のＥＣＵ１５０は、第９のポート１２９を用いて、車両制御エリアネットワークと通信することができる。
【０１０１】
モータ車両は、１つまたは複数のサブシステムで用いる操舵角を求めるための提供機能を備えることができる。例えば、車両安定補助システムは、実際の車両の運動（様々なセンセーによって測定される）とドライバーの意図した運動（操舵角によって測定される）とを比較する目的で、操舵角を必要とすることがあり得る。
【０１０２】
加えて、本発明の上記の実施形態は、多くの方法のうちのいずれによっても実施することができる。例えば、実施形態はハードウェア、ソフトウェア、またはそれらの組み合わせを用いて実施することができる。ソフトウェアで実施される場合、ソフトウェアコードは任意の適切なプロセッサまたはプロセッサの集合上で実行することができ、それは単一のコンピュータで提供されるかまたは複数のコンピュータの間で分散されているかによらない。そのようなプロセッサは集積回路として実施することができ、集積回路のコンポーネント内には１つまたは複数のプロセッサが含まれる。とは言うものの、プロセッサは任意の好適な形態の回路を用いて実施することができる。
【０１０３】
また、本明細書内で概説された様々な方法またはプロセスは、種々のオペレーティングシステムまたはプラットフォームのうちの任意の１つを採用した１つまたは複数のプロセッサ上で実行可能なソフトウェアとしてコーディングすることができる。追加的に、そのようなソフトウェアは複数の好適なプログラミング言語および／またはプログラミングツールまたはスクリプトツールの任意のものを用いて書くことができ、またフレームワークまたは仮想マシン上で実行される実行可能な機械語コードまたは中間コードとしてコンパイルすることもできる。
【０１０４】
この点において、本発明は、非一時的なコンピュータ可読媒体または複数のコンピュータ可読媒体、例えばコンピュータメモリ、コンパクトディスク（ＣＤ）、光ディスク、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）、磁気テープ、およびフラッシュメモリとして具現することができる。本明細書で用いられる「プログラム」または「ソフトウェア」という用語は、一般的な意味において、上述した本発明の様々な態様を実施するようにコンピュータまたは他のプロセッサをプログラムするために用いることができる任意のタイプのコンピュータコードまたはコンピュータ実行可能命令の組を指す。
【０１０５】
コンピュータ実行可能命令は、１つまたは複数のコンピュータまたは他のデバイスによって実行される、プログラムモジュールのような多くの形態をとることができる。一般的には、プログラムモジュールは、特定のタスクを実行するかまたは特定の抽象データタイプを実装するルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造を含む。通常、プログラムモジュールの機能は、様々な実施形態で望まれるように組み合わせることも分散させることもできる。
【０１０６】
また、本発明の実施形態は、既に具体例が提供された方法として具現することができる。本方法の一部として実行される行為は、任意の好適な方法で順序付けることができる。したがって、例示された順序とは異なる順序で行為が実行される実施形態を構築することができ、それは、例示した実施形態では一連の行為として示されたいくつかの行為を同時に実行することを含むことができる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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