(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車のラックアンドピニオン・ステアリングシステムと移動終端ストップとの要素間の衝突を制御するためのシステムであって、前記システムは、
前記ラックアンドピニオン・ステアリングシステムのステアリングコラム上で動作するトルクおよびステアリング角度位置を感知し、前記ステアリング角度位置信号を出力として生成するように動作するセンサと、
前記ステアリング角度位置信号に反応し、修正トルク支援コマンド信号を出力として提供するように動作可能なコントローラと、
前記修正トルク支援コマンド信号に反応し、前記ラックアンドピニオン・ステアリングシステムにトルク支援を提供するように動作可能なモータドライブ・アセンブリと、
を含み、前記コントローラは、
前記ステアリング角度位置信号に反応し、出力として、トルク支援コマンドと、角速度コマンドとを与えるように動作するステアリング支援サブシステム、および
前記トルク支援コマンドと、前記角速度コマンドと、前記ステアリング角度位置信号とに応答する衝撃回避制御サブシステムを含み、
前記衝撃回避制御サブシステムは、前記修正トルク支援コマンド信号を出力として提供するように動作する、
システム。
【請求項２】
前記衝撃回避制御サブシステムは、
前記ステアリング角度位置信号に応答し、前記ステアリング角度位置信号の絶対値を出力として提供するように動作する絶対値演算子と、
前記ステアリングコラムの移動終端ステアリング角度位置と、
前記ステアリング角度位置信号の前記絶対値と、前記ステアリングコラムの前記ステアリング角度位置の前記移動終端ステアリング位置との差に等しい誤差信号を、出力として提供するように動作する加算接合と、
前記誤差信号および前記角速度コマンドを入力として受け入れ、−１から＋１までの包含的値を有する数を出力として提供するように動作するデータベースと、
前記データベースからの前記出力に、前記トルク支援コマンドを掛け合わせ、修正トルク支援コマンド信号を与えるように動作する乗算器とを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
自動車のラックアンドピニオン・ステアリングシステムと移動終端ストップとの要素間の衝突を制御する方法であって、前記方法は、
前記ラックアンドピニオン・ステアリングシステムのステアリングコラム上で動作するトルクおよびステアリング角度位置を感知し、前記ステアリング角度位置の信号を出力として生成するように動作するセンサを提供するステップと、
前記ステアリング角度位置信号に応答し、修正トルク支援コマンド信号を出力として提供するように動作するコントローラを提供するステップと、および、
前記修正トルク支援コマンド信号に応答し、前記ラックアンドピニオン・ステアリングシステムにトルク支援を提供するように動作するモータドライブ・アセンブリを提供するステップとを含み、
前記コントローラを提供するステップは、前記ステアリング角度位置信号に応答し、出力として、
トルク支援コマンドと、角速度コマンドとを提供するように動作するステアリング支援サブシステムを提供するステップ、および
前記トルク支援コマンドと、前記角速度コマンドと、前記ステアリング角度位置信号とに応答する衝撃回避制御サブシステムを提供するステップを含み、
前記衝撃回避制御サブシステムは、前記修正トルク支援コマンド信号を出力として提供するように動作する、
方法。
【請求項４】
前記衝撃回避制御サブシステムを提供するステップは、
前記ステアリング角度位置信号に反応し、前記ステアリング角度位置信号の絶対値を出力として提供するように動作する絶対値演算子を提供するステップと、
前記ステアリングコラムの前記ステアリング角度位置の移動終端ステアリング角度位置を提供するステップと、
前記ステアリング角度位置信号の前記絶対値と、前記ステアリングコラムの前記ステアリング角度位置の前記移動終端ステアリング位置との差に等しい誤差信号を、出力として提供するように動作可能な加算接合を提供するステップと、
前記誤差信号および前記角速度コマンドを入力として受け入れ、−１から＋１までの包含的値を有する数を出力として提供するように動作するデータベースを提供するステップと、および、
前記データベースからの前記出力に、前記トルク支援コマンドを掛け合わせ、修正トルク支援コマンド信号を提供するように動作する乗算器を提供するステップを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記ステアリングコラムの前記ステアリング角度位置を測定するステップと、
前記ステアリングコラムの前記角速度を測定するステップと、
前記ステアリング角度位置の前記ステアリング角度位置の絶対値を算出するステップと、
前記移動終端ステアリング角度位置と、前記ステアリングコラムの前記ステアリング角度位置との差を算出して誤差信号を生じるステップと、
−１から＋１までの包含的値を有する無次元数を生成するステップと、
前記無次元数と前記トルク支援コマンドとを掛け合わせ、修正トルク支援コマンド信号を生じるステップと、および
前記修正トルク支援コマンド信号を前記モータドライブ・アセンブリに伝送するステップとをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
電気パワーステアリングを提供するために構成されたトルク支援コマンドに応答するモータドライブ・アセンブリと、
ステアリング角度位置信号を生成するために、ステアリングコラムのステアリング角度位置を決定するための手段と、
角速度信号を生成するために、前記ステアリングコラムのステアリング角速度を決定するための手段と、
前記電動パワーステアリング・アセンブリ内の移動終端衝撃トルクを減らすための前記トルク支援コマンドを生成するために、前記ステアリング角度位置信号および前記角速度信号を受け入れるコントローラとを含む、電気パワーステアリングシステム。
【請求項７】
前記トルク支援コマンドが角速度の減少関数である、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記トルク支援コマンドはステアリング角度位置の関数である、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記トルク支援コマンドはステアリング角度位置の関数である、請求項６に記載のシステム。
【請求項１０】
前記角速度を決定するための手段は、角速度を間接的に決定するための手段を含む、請求項６に記載のシステム。
【請求項１１】
角速度を間接的に決定するための前記手段は、区別されたモータドライブ・アセンブリ位置または前記モータドライブ・アセンブリの電圧／電流測定値に基づいて、角速度を推定するための手段を含む、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
角速度を間接的に決定するための前記手段は、前記モータドライブ・アセンブリ、ステアリングホイールまたはコラム、あるいはラックにおける角速度を感知するように適合された角速度センサを含む、請求項６に記載のシステム。
【請求項１３】
ステアリング角度位置を決定するための前記手段は、前記モータドライブ・アセンブリ、ステアリングホイールまたはコラム、あるいはラックでのステアリング角度位置を感知するように適合された位置センサを含む、請求項６に記載のシステム。
【請求項１４】
前記コントローラは、
ＴＬ＝Ｍ（ωｃ−ωｉｎｔ）
に従って前記制御信号を生成し、上式でＭは前記関数の定義された傾き、ＴＬは前記モータドライブ・アセンブリに適用されるトルク限界、ωｃは前記ステアリングコラムの角速度、ωｉｎｔは角速度切片である、請求項６に記載のシステム。
【請求項１５】
さらに前記トルク支援コマンドは、ステアリング角度位置の値と前記ステアリング角度位置信号とを比較すること、ならびに前記ステアリング角度位置の値と前記ステアリング角度位置信号とが定義された量よりも大きく異なる場合は、前記ステアリング角度位置の値を、前記ステアリング角度位置信号に向かって定義されたゆっくりとした速度で調整することの基礎にされる、請求項６に記載のシステム。
【請求項１６】
ステアリング角度位置信号を生成するステップと、
角速度信号を生成するステップと、および
前記電気パワーステアリング・アセンブリにおける移動終端衝撃トルクを減少するために有効な仕方で、前記ステアリング角度位置信号および前記角速度信号に応答する電気パワーステアリングを提供するように構成されたモータドライブ・アセンブリを制御するステップと、
を含む電気パワーステアリングアセンブリにおいて移動終端トルクを減少するための方法。
【請求項１７】
前記制御するステップは、角速度の減少関数を使用するステップを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記制御するステップは、ステアリング角度位置の関数を使用することを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記制御するステップは、ステアリング角度位置の関数を使用することを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記角速度信号を生成するステップは、前記角速度信号を間接的に決定するステップを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
前記角速度信号を前記間接的に決定するステップは、区別されたモータドライブ・アセンブリ位置または前記モータドライブ・アセンブリの電圧／電流測定値に基づいて角速度を推定するステップを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記制御するステップは、
ＴＬ＝Ｍ（ωｃ−ωｉｎｔ）
に従い、上式でＭは前記関数の定義された傾き、ＴＬは前記モータドライブ・アセンブリに適用されるトルク限界、ωｃはステアリングコラムの角速度、ωｉｎｔは角速度切片である、請求項１６に記載の方法。
【請求項２３】
前記制御するステップは、
ステアリング角度位置の値と前記ステアリング角度位置信号とを比較するステップと、ならびに前記ステアリング角度位置の値と前記ステアリング角度位置信号とが定義された量よりも大きく異なる場合は、前記ステアリング角度位置の値を前記ステアリング角度位置信号に向かって定義された徐々の速度で調整することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２４】
ステアリング角度位置信号を生成するステップと、
角速度信号を生成するステップと、
前記電気パワーステアリング・アセンブリにおける移動終端衝撃トルクを減少するために有効な仕方で、前記ステアリング角度位置信号および前記角速度信号に応答する電気パワーステアリングを提供するように構成されたモータドライブ・アセンブリを制御するステップと、
ステアリング角度位置の値と前記ステアリング角度位置信号とを比較するステップと、ならびに前記ステアリング角度位置の値と前記ステアリング角度位置信号とが定義された量よりも大きく異なる場合は、前記ステアリング角度位置の値を、前記ステアリング角度位置信号に向かって定義された徐々の速度で調整することを含む、
電気パワーステアリング・アセンブリを制御するための方法。
【請求項２５】
請求項１に記載のシステムおよび、請求項６に記載のシステムを含む、電気パワーステアリングシステム。
【請求項２６】
請求項３に記載の方法および、請求項１６に記載の方法を含む、電気パワーステアリングシステムを制御する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、１９９９年９月１７日付の米国仮特許出願第６０／１５４６１２号および同じく１９９９年９月１７日付の第６０／１５４６８３号の利益を請求するものであり、双方の開示を全体として参照により本明細書に組み込む。
【０００２】
発明の背景
電気パワーステアリング（ＥＰＳ）システムでは、システム構成要素に対して働く最高の負荷の中には、ハンドホイールが高速回転しているためにシステムの運動エネルギが高くなることによって、システムが移動終端ストップにおいて急停止した場合に生じるものがある。こうした制御によらない停止は、電気的および機械的な構成要素に高い衝撃力を与え、高い応力や障害の可能性の原因となるものである。したがって、移動範囲にわたって、さらに、システムが移動終端ストップに近づいたときなどの臨界点において、システム構成要素の速度（および運動エネルギ）を制御することが望ましい。
【０００３】
発明の概要
移動終端ストップにおける自動車のラックアンドピニオン・ステアリング装置の要素間の衝突を制御するためのシステムが開示されている。システムには、ラックアンドピニオン・ステアリング装置の１組の変数、すなわち、ステアリングホイールの角度位置（またはラックの線形位置）、その変化率、および停止の終わりに対する角度（またはラックに対する線形距離）を感知するためのセンサが含まれる。この情報から修正係数ｎを算出することが可能であり、これにパワーステアリングのトルク支援コマンド（ＴＡＣ）を掛けて、修正されたトルク支援コマンド（ＭＴＡＣ）を生成する。この修正コマンドは、ステアリングシステムの停止の終わりの衝撃が強すぎないようにするために、減らされたトルク支援、または必要に応じて負のトルク支援を表すことができる。
【０００４】
代替の実施形態では、ステアリングシステムが停止の終わりに近づいた場合には必ず、トルク支援コマンドに課せられるトルクの限界を算出するために、動的なデータが使用される。２つの実施形態は、重ね合わせることもできる。
本発明は、移動終端の衝撃のトルクを減少し、パワーステアリングシステムの機械的完全性を保つのに役立つ。
【０００５】
発明の詳細な説明
図１を参照すると、センサ２００、モータドライブ・アセンブリ３００、およびコントローラ４００と連絡状態にある自動車のラックアンドピニオン・ステアリング装置１００を一般化した図が示されている。ラックアンドピニオン・ステアリング装置１００は、一般には、ステアリングコラム１０４に接続されたステアリングホイール１０２を含む。ステアリングホイール１０２は、ドライバからの時計回りまたは反時計回りのステアリングコマンドに従う。ステアリングコラム１０４は、ピニオンギア１０６を介してラック１０８に接続される。ラック１０８は、ステアリングリンク機構１１０を介して１つまたは複数のロードホイール１１２に接続される。したがって、ドライバは、ラックアンドピニオン・ステアリング装置１００を介してロードホイール１１２の位置を指示することにより、自動車を操縦することができる。
【０００６】
図２を参照すると、図１の自動車のラックアンドピニオン・ステアリング装置１００と、センサ２００、モータドライブ・アセンブリ３００、およびコントローラ４００との間の信号流れを示す第１の概略図が示されている。ラックアンドピニオン・ステアリング装置１００は、ドライバステアリングコマンドの結果としてのドライバトルクＴd、ならびにモータドライブ・アセンブリ３００によって提供される修正トルクアシスタンスＴm３０２に従うものである。修正トルクアシスタンスＴm３０２は、モータドライブ・アセンブリ３００とラックアンドピニオン・ステアリング装置１００との間のこの接続が、通信リンクではなく機械的リンクであることを示すために、太い矢印で示されている。これによってラックアンドピニオン・ステアリング装置１００は、操縦のためにロードホイールトルク１１６をロードホイール１１２に提供する。センサ２００は、ステアリングコラム１０４上のトルクＴc２０２およびステアリングコラム１０４の角度位置θcを感知し、その測定値をコントローラ４００に提供するように動作可能である。コントローラ４００は、Ｔc２０２およびθc２０４に反応し、それによって、修正トルク支援コマンドＭＴＡＣ５１８を出力として提供するように動作可能である。モータドライブ・アセンブリ３００は、修正トルク支援コマンドに反応し、前述の修正トルクアシスタンスＴm３０２をラックアンドピニオン・ステアリング装置１００に提供する。
【０００７】
図３を参照すると、図１の自動車のラックアンドピニオン・ステアリング装置１００、センサ２００、モータドライブ・アセンブリ３００、ならびにコントローラ４００の間の信号流れを示す、第２の一般化された概略図が示されている。コントローラ４００は、ステアリングコラム１０４上のトルクＴc２０２およびステアリング角度位置θc２０４に応答するステアリング支援サブシステム４０２を含み、それによって、トルク支援コマンドＴＡＣおよびステアリングコラム１０４の角速度ｄθc／ｄｔ＝（θc・；θcの頭部に・を有する状態を示す。以下同様）＝ωc４０６を、出力として提供するように動作可能である。トルク支援コマンドＴＡＣ４０４は、衝撃回避システム５００の影響を受けないようなものであり、ステアリングコラム１０４にいるドライバにはトルクアシスタンスＴaが与えられる。図３では、衝撃回避システム５００がトルク支援コマンドＴＡＣ４０４、角速度ωc（θc・）４０６、およびステアリング角度位置θc２０４に反応し、それによって、修正トルク支援コマンドＭＴＡＣ５１８を出力として提供するように動作可能である。修正トルク支援コマンドＭＴＡＣ５１８は、モータドライブ・アセンブリ３００に搬送され、そこで、修正トルクアシスタンスＴmがドライバに提供される。
【０００８】
衝撃回避システム
衝撃回避システムの２つの好ましい実施形態を開示する。第１の実施形態では、修正係数ｍ５１４にトルク支援コマンドＴＡＣ４０４を掛けて、修正トルク支援コマンドＭＴＡＣ５１８を算出する。他方の実施形態では、トルク限界を算出する。トルク支援コマンドＴＡＣ４０４がトルク限界を超えた場合、トルク支援コマンドはＭＴＡＣ５１８を生成するように調整される。どちらの実施形態も、同じシステムで同時に実施することができる。
【０００９】
修正係数の実施形態
次に、図４から図１１までを参照しながら、本発明の修正係数の実施形態について説明する。
図４を参照すると、本発明の衝撃回避システム５００の信号流れを表す一般化された概略図が示されている。図４では、センサ２００から発信されたステアリング角度位置θc２０４が、ステアリング角度位置θc２０４の絶対値｜θc｜５０４を生成する絶対値演算子５０２によって演算される。移動終端設定点θeot５０６が与えられる。移動終端点θeot５０６は、ラックアンドピニオン・ステアリング装置１００が移動終端に達したときのステアリング角度位置θc２０４の値である。｜θc｜５０４とθeot５０６の差は、加算接合５０８によって算出され、出力として誤差信号Ｅ５１０が与えられる。誤差信号Ｅ５１０は、移動終端までの角距離を示すものである。その後、誤差信号Ｅ５１０および角速度ωc（θc・）４０６がデータベース５１２に提供される。誤差信号Ｅ５１０、ステアリングコラム１０４の角速度ωc（θc・）４０６、および所定の関数ｆi（Ｅ、θ）に基づいて、−１≦ｎ≦＋１の値を有する数値ｎ＝ｆi（Ｅ、θ）、５１４が、データベース５１２からの出力として生成される。あるいは、角速度ωcに基づいて、データベース５１２に入力され、それによって、ｎ５１４が−１≦ｎ≦＋１の値を有するような数値ｎ５１４＝ｆj（Ｅ）となるテーブルが選択される。ｆj（Ｅ）の特性は、図５から図８に示された例示的関数によって明確にされる。図５は、原点から値ｎ1＝１までに所定の傾きｍ1を有する、Ｅの線形関数である。図６は、値ｎ2＝１までに所定の傾きｍ2および所定のｙ切片−ｂ1を有する、Ｅの線形関数である。図７は、値ｎ3＝１までに所定の傾きｍ3および所定のｙ切片−ｂ2を有し、不感帯ΔＥ1を有する、Ｅの線形関数である。図８は、原点から増加し、漸近的にｎ4＝１に近づいていく、Ｅの非線形関数である。図９は、不感帯値ΔＥ2から増加し、漸近的にｎ5＝１に近づいていく、Ｅの非線形関数である。図１０は、ｙ切片−ｂ3から増加し、漸近的にｎ6＝１に近づく、不感帯ΔＥ3を有するＥの線形関数である。いずれの場合も、数値ｎは乗算器５１６（図４）でトルク支援コマンドＴＡＣ４０４と掛け合わされて、修正トルク支援コマンドＭＴＡＣが提供され、その後これがモータドライブ・アセンブリ３００に搬送される。修正トルク支援コマンドＭＴＡＣ５１８の特性は、ｎ＜０の場合に、修正トルクＴmが負、すなわち逆のトルクアシスタンスＴaを何らかの分数値ｎ・Ｔaで提供し、したがって、ラックアンドピニオン・ステアリング装置１００と移動終端ストップとの要素間の前述の衝突を回避する助けとなるようなものである。ｎ＝０の場合、トルクアシスタンスは提供されず、すなわちＴa＝Ｔm＝０である。ｎ＞０の場合、修正トルクＴmは、前述のトルクアシスタンスの何らかの正の分数値である。もちろん、ｎ＝１はＴm＝Ｔaを示す。
したがって、モータドライブ・アセンブリ３００は、ラックアンドピニオン・ステアリング装置１００と移動終端ストップとの要素間の衝突回避を助けるために、ステアリングコラム１０４（またはラック１０８）での修正トルクアシスタンスＴmを提供する。本開示ではステアリング角度位置θc２０４および角速度ωc（θc・）４０６について述べているが、代わりに、たとえばラック１０８の線形位置Ｌcを使用することも可能であることが、当分野の技術者であれば理解されよう。これは、θc２０４およびＬcが、ステアリングコラム１０４とラック１０８との間のギア比を表す乗算定数ｋだけ異なる場合、すなわちθc＝ｋ・Ｌcおよびωc＝ｋ・ｄＬc／ｄｔの場合にあてはまる。
【００１０】
次に、図１１を参照して説明する。ここでは、本発明の方法の流れ図６００が示されている。ボックス６０２では、ステアリング角度位置θc２０４が測定される。ボックス６０４では、角速度ωc（θc・）４０６が測定される。ボックス６０６では、ステアリング角度位置の絶対値｜θc｜５０４が算出される。ボックス６０８では、ステアリングシステムの移動終端を表す設定点値θeot５０６が提供される。ボックス６１０では、θeot５０６と｜θc｜５０４との差が算出され、誤差信号Ｅ５１０が与えられる。ボックス６１２では、誤差信号Ｅ５１０および角速度ωc（θc・）４０６に基づいて、データベース５１２から無次元数ｎ５１４が生成される。ボックス６１４では、無次元数ｎ５１４にトルク支援コマンドＴＡＣ４０４が掛け合わされ、修正トルク支援コマンドＭＴＡＣ５１８が与えられる。ボックス６１６では、修正トルク支援コマンドＭＴＡＣ５１８がモータドライブ・アセンブリ３００に伝達され、ここでの修正トルク支援コマンドＭＴＡＣ５１８の特性は、ｎ＜０の場合、修正トルクＴmは前述のトルクアシスタンスＴaを何らかの分数値ｎ・Ｔaで反対、すなわち逆にし、したがって、ラックアンドピニオン・ステアリング装置１００と移動終端ストップとの要素間の前述の衝突を回避する助けとなるようにする傾向にあるものである。ｎ＝０の場合、トルクアシスタンスは提供されず、すなわちＴa＝Ｔm＝０である。ｎ＞０の場合、修正トルクアシスタンスＴmは、前述のトルクアシスタンスＴaの何らかの分数値、すなわちＴm＝ｎ・Ｔaである。
【００１１】
トルク制限の実施形態
次に、本発明のトルク制限実施形態について示された図１２から図１５を参照する。この実施形態では、支援モータトルクの最大値を設定する、ステアリング支援モータのトルク限界が生成される。ただし、パワーステアリングシステム内で同時に動作するいくつかの異なるトルク制限システムがあってもよく、その最も一般的なものは、高速時の望ましくないパワーステアリングの「ウォブル」を防ぐ、車両速度またはエンジンのＲＰＭの上昇につれて低下するトルク支援上限となろう。最も好ましい実施形態では、他のすべてのトルク制限システムがより高いトルク限界値を生成する場合にのみ、このトルク制限システムによって生成されるトルク限界がトルク限界値として使用されることになる。すなわち、コントローラは、様々なトルク制限システムによって生成される複数のトルク限界値を比較し、最も低い値をモータに適用する。
【００１２】
移動終端時の衝撃におけるエネルギを少なくするための支援トルクを制限することは、一般には、ステアリングシステムが移動終端θeotに近づくまでは望ましくない。したがって、トルク支援コマンド（ＴＡＣ）４０２は、ステアリング角度位置θc２０４が、中心位置を外れた定義されたしきい値角度を通過するときにのみ制限されることが好ましい。しきい値角度は、移動終端の衝撃支援トルク限界により、それを超えると、実際のモータトルクがコントローラによって制限される中心からの角度である。本発明は、ステアリングホイールの実際のθc２０４または推定位置に依存した関数を使用して支援トルク限界を決定するため、ステアリングホイールがしきい値角度を超えて移動した場合に限り、トルクを制限するようにプログラムすることができる。
【００１３】
以下の式は、本発明の一実施形態で、トルク支援限界を決定するためにシステムが使用する式であり、
ＴＬ＝Ｍ（ωc−ωint）
上式で、Ｍは関数の定義された傾き、ＴＬはトルク限界、ωcはステアリングコラムの角速度、ωintは角速度切片であって、ステアリングホイールの実際または推定の角度位置によって決定される値である。
３つのトルク限界式を表すグラフが、図１２に示される。それぞれの線は、特定のステアリング角度位置θc２０４について支援トルク限界を決定するために使用される式を表すものである。Ｙ軸はトルク限界（最大モータトルク）、Ｘ軸はシステムの速度を表す。トルク限界位置１、θc1に対応する線はステアリング角度位置θc２０４を表し、トルク限界位置２、θc2またはトルク限界位置３、θc3のどちらよりも中央に近い。ステアリング角度位置θc２０４が移動終端θeot５０６に近づくにつれて、トルク限界を決定するのに使用される関数の角速度切片ωintは減少する。本発明は、様々なステアリング角度位置θc２０４に対応する定義された角速度切片値のテーブルを使用することができる。
図１２に示された３本のトルク限界位置線は、３Ｎｍを超えるトルク限界値を示すものであるが、実施中の他のトルク制限システムでは一般に、支援トルクを３Ｎｍより下の値（破線で示す）に制限するようにコントローラに信号が送信される。これらのトルク限界値および範囲は、単に例示しただけであって、実際の応用例ではもちろんシステムによって異なるものであることに留意されたい。図１２には、角速度切片値ωintを超える、ステアリング速度ωc４０６の負のトルク限界値が示されていることに留意されたい。この場合、コントローラはトルク限界ゼロを設定することが可能であり、これによって、ステアリングシステムからモータ支援トルクが完全に除去されることになり、あるいは任意選択で、コントローラがモータに、ステアリングの動きと反対の負のトルクを生成させることができる。
【００１４】
図１２の例に示された３本の線の傾きＭは、およそ以下のように算出される。
【数１】
Ｍ＝-0.0075 Ｎｍ/(Rad/Sec)
この傾きは、本発明で使用可能な定義された傾きの一例であり、すべての角速度ωcで、ほぼ等価の移動終端の衝撃力が発生するようにトルクを制限する傾き値の例である。傾きは、角速度ωc（θc・）４０６が変化する中で移動終端の衝撃時にほぼ等価の力を引き出すような値、あるいは、ステアリングシステムの機械的構成要素の完全性を保護する任意の他の値に設定することが可能である。
所望の衝撃範囲に基づいて傾き値Ｍを定義すること、およびステアリング角度位置θc２０４に基づいて角速度切片値ωintを定義することにより、線の方程式を確立し、コントローラがステアリング角度位置θc２０４に適したこの方程式を使用して、角速度ωc（θc・）４０６に基づいた最大支援トルクを算出することができる。ステアリング角度位置θcに割り当てられる角速度切片値ωintは、線形様式で割り当てることができる。図１２に示された３つのステアリング角度位置がたとえば等間隔である場合、それぞれの角速度切片ωintは、位置１、θc1に割り当てられた角速度切片ωint1から、位置３、θc3に割り当てられた角速度切片ωint3まで、線形に減少する。
ただし、角速度切片ωintは、ステアリング角度位置θc２０４を使用して線形に配列する必要はない。角速度切片値ωintは、応用例に応じて、線形、区分的線形、あるいは非線形に変えることができる。ただし、角速度切片値ωintは、配列に関係なく、中心から両側のしきい値位置までのステアリング角度位置の範囲にわたって、トルク限界値が支援トルクを減少させるのを防ぐのに十分な値となる。すなわち、定義済み角速度切片ωintがトルク制限式で使用されると、他の入力に基づいてコントローラが決定した実際のモータトルクを上回るトルク限界を生成することになる。したがって、ステアリング角度位置θc２０４が中心としきい値位置との間にある場合、移動終端の衝撃管理システムからのトルク制限は発生しないことになる。
【００１５】
角速度切片参照用テープル５１３を、図４のデータベース５１２の一部として含めることができる。したがって、本明細書で開示された修正係数実施形態およびトルク制限実施形態は、どちらも図１から図４に示されたものと同じパワーステアリングシステム構造内に同時に共存することができる。ルックアップテーブル５１３は、異なるステアリング角度位置θc２０４について、定義された角速度切片ωintを格納する。角速度切片ルックアップテーブル５１３は、物理的にコントローラ４００内に配置するか、またはコントローラ４００と連絡状態にある任意の位置に配置することができる。さらに角速度切片値ωintは、任意のステアリング角度位置θc２０４について角速度切片値ωintを補間するために、定義されたの中心、しきい値、および移動終端角度θeot５０６を使用する定義された公式から算出することもできる。
様々な入力ソースからデータを受け取った後、コントローラ４００は、正しい移動終端支援トルク限界値ＴＬを決定する。次いで、コントローラ４００が、複数のトルク制限システムによって生成されたトルク限界の中で、トルク限界値ＴＬが最小であると判断した場合、コントローラ出力トルク値ＭＴＡＣを制限するために、トルク限界値ＴＬが使用される。システムによって生成されたトルク限界値ＴＬは、コントローラ４００が他の方法でモータに対して指定した出力トルク値ＭＴＡＣ５１８がトルク限界値ＴＬよりも大きい場合にのみ、使用されることになる。
【００１６】
図１３は、システムがトルク限界値ＴＬを算出し、モータに適用する際に使用されるアルゴリズムを示す図である。ステップ７００で、アルゴリズムが開始される。ステップ７００は、一般に、車両の始動または電気的な起動に対応するものである。
ステップ７０１では、ステアリング角度位置信号θc２０４がコントローラ４００に入力される。ステップ７０２では、角速度切片ルックアップテーブル５１３から一致する角速度切片値を取り出すために、コントローラ４００がステアリング角度位置θc２０４の値を使用する。あるいは、中心、しきい値、および移動終端位置について定義された角速度切片値に基づいて、角速度切片を補間するために、サブルーチン関数でステアリング角度位置の値を使用することもできる。ステップ７０３では、角速度信号ωc（θc・）４０６がコントローラ４００に入力される。ステップ７０４では、コントローラ４００がステップ７０１〜７０３で取得した値およびトルク限界に関する式を使用して、移動終端支援トルク限界を算出する。ステップ７０５では、ステップ７０４で生成されたトルク限界が、現在の出力トルク値ＭＴＡＣ５１８、および他のトルク制限システムによって生成されたトルク限界と比較される。トルク限界値が、現在の出力トルク値ＭＴＡＣ５１８または他のトルク制限システムの任意のトルク限界よりも大きい場合は、ステップ７０１に進み、コントローラ４００は新しいセンサ値をチェックする。あるいは、ステップ７０４で生成されたトルク限界値が、現在の出力トルク値ＭＴＡＣ５１８、および他のトルク制限システムによって生成されたすべてのトルク限界よりも小さい場合は、ステップ７０６で、現在の出力トルク値ＭＴＡＣ５１８が移動終端支援トルク限界値ＴＬに変更され、ステップ７０１に進む。任意選択で、ステップ７０１でステアリング角度位置θc２０４が決定される前、またはステップ７０２で角速度切片ωintが取り出される前に、角速度値ωcを取ることもできる。
【００１７】
図１４Ａおよび１４Ｂは、いくつかの移動終端衝撃について、右側および左側のステアリングコラムのピニオン上のトルクを示す図である。Ｙ軸は、ステアリングホイールでの角速度の２乗ωc2を表す。システムの慣性（Ｉ）がそれぞれの試験条件で同じであるため、毎分回転数の２乗は、各試験時の相対的な運動エネルギを表す。Ｘ軸は、ピニオンギア上のトルクをニュートン・メートルで表す。移動終端トルク限界を保護せずに、電気的なステアリングシステムに比例して移動終端衝撃を減らしていった場合の、５つのサンプルアルゴリズム（シリーズ）が示される。
他の実施形態では、システムが始動したときの実際のステアリング角度位置θc２０４はわからない。角速度切片値ωintがステアリング角度位置θc２０４に対して決定され、始動時には実際のステアリング角度位置がわからないため、システムは初期のステアリング角度位置を推定しなければならない。移動終端の角速度切片値に対応するステアリング角度位置が、初期のステアリング角度位置の値として使用される場合、システムによって生成されるトルク限界は最大限に保護されることになる。ただし、システムが推定位置の値をあまりにも急激に実際の値θc２０４に変更すると、ステアリング支援に望ましくない不均等が発生する可能性がある。これを防ぐために、ステアリング角度位置の値を実際の値θc２０４に向けて「少しずつ移動」させると、システムによって生成されるトルク限界は、始動時の実際のステアリング角度位置θc２０４を示した、システムによって生成された値と一致するまで、徐々に調整される。
【００１８】
図１５は、始動７００時に絶対角度位置信号θc２０４を即時には使用しない、移動終端衝撃管理システムで使用可能な、トルク制限アルゴリズムの好ましい実施形態を示す図である。図１３と同じステップにはこの図でも同じ番号が付けられているが、新しいステップには、比較しやすいように８００番台の番号が付けられている。ステップ８０１は、システムの始動７００時に即時に実行され、ステアリング角度位置の推定を、移動終端衝撃に対して所望の保護を提供する移動終端値または任意の他の値の可能性があるデフォルト値に設定する。次にステップ７０１に進み、ここで角度位置信号θc２０４が、図１３に示されたようにコントローラに入力される。
ステップ８０３で角度位置信号θc２０４が有効であることがわかれば、次いでステップ８０４に進み、ここでコントローラ４００が、ステップ７０１で入力された実際の位置の値θc２０４を、ステアリング角度位置の推定値と比較する。ステップ８０１で設定されたステアリング角度位置の推定デフォルト値は、ステップ８０４に進んだときの最初のステアリング角度位置の推定値となる。ステアリング角度位置の推定値と実際の位置の値θc２０４とが、定義された量よりも大きく異なる場合は、ステップ８０５に進み、ステアリング角度位置の推定値が実際の位置θc２０４に向かって指定された速度で（徐々に）調整されるが、この速度は、操縦していて変化に気付かない程度のゆっくりとしたものである。いくつかのパスが経過し、ステアリング角度位置の推定と実際の位置θcとの差がステップ８０４で定義されたしきい値よりも小さくなった場合は、ステップ８１１に進み、推定値が実際の値θc２０４に設定される。後続のパスはステップ８１１を通過し、システムは少しずつ移動せずに機能することになる。ステップ８０３でシステムが、角度位置信号が有効でないと判断すると、ステアリング角度位置の推定は、ステップ８０１で設定されたデフォルト値の方向へ傾斜する。どちらの場合も、前述のようにステップ７０２から７０６へ進んだ後、ステップ７０１に戻り、角度位置信号θc２０４が再度入力される。
【００１９】
他の実施形態には、角速度切片ωintを１つだけ有する固定トルク限界式を備えた公式が含まれる。この実施形態では、入力されたステアリング角度位置の値θc２０４が、位置に依存する定数でスケーリングされる。こうしたスケーリングの正味の効果は、複数の角速度切片ωintを使用するシステムで生成されるものと同様のトルク限界ＴＬを生成することである。
他の実施形態では、非線形トルク限界関数を使用する。この実施形態でのトルク限界関数は、より大きな角速度ωc（θc・）４０６値で、より大きな負の傾き.Ｍを有するように指定される。第１の実施形態の場合と同様に、角速度切片値ωintは、異なるステアリング角度位置θc２０４について定義され、トルク限界値ＴＬは、角速度切片値ωintが導出された後に決定される。この実施形態では、角速度値ωc（θc・）４０６が増加するにつれて、所与のステアリング角度位置θc２０４では、トルク限界ＴＬ内で非線形に増加することができる。
他の実施形態は、閉ループ構造を使用する。この実施形態では、所望の量の運動エネルギに対応するターゲット角速度が、ステアリング角度位置θc２０４の関数として算出される。ルックアップテーブルを使用して、ターゲット角速度値を定義することができる。トルク限界ＴＬは、ターゲット角速度が実際の角速度ωc（θc・）４０６よりも小さい場合には下がり、ターゲット角速度が実際の角速度ωc（θc・）４０６よりも大きい場合には上がる。積分器係数に、実際の角速度ωc（θc・）４０６とターゲット角速度との差を掛けると、所望のトルク限界ＴＬとなる。
以上、好ましい実施形態について図示および説明してきたが、本発明の精神および範囲を逸脱することなく、様々な修正および置換が可能である。したがって、本発明について例として示したにすぎず、本明細書で開示された例示および実施形態は、特許請求の範囲に限定されると解釈されるものではないことを理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】  センサ、モータドライブ・アセンブリ、およびコントローラと連絡状態にある自動車のラックアンドピニオン・ステアリング装置を一般化して示した図である。
【図２】  図１の自動車のラックアンドピニオン・ステアリング装置と、センサ、モータドライブ・アセンブリ、およびコントローラとの間の信号流れを示す第１の一般化された概略図である。
【図３】  図１の自動車のラックアンドピニオン・ステアリング装置と、センサ、モータドライブ・アセンブリ、およびコントローラとの間の信号流れを示す第２の一般化された概略図である。
【図４】  制御システムの信号流れを示す一般化された概略図である。
【図５】  誤差信号と無次元数ｎとの間の関数関係を示す第１の例示的グラフである。
【図６】  誤差信号と無次元数ｎとの間の関数関係を示す第２の例示的グラフである。
【図７】  誤差信号と無次元数ｎとの間の関数関係を示す第３の例示的グラフである。
【図８】  誤差信号と無次元数ｎとの間の関数関係を示す第４の例示的グラフである。
【図９】  誤差信号と無次元数ｎとの間の関数関係を示す第５の例示的グラフである。
【図１０】  誤差信号と無次元数ｎとの間の関数関係を示す第６の例示的グラフである。
【図１１】  本明細書で開示された修正係数の実施形態を示す流れ図である。
【図１２】  トルク制限実施形態に関する、３つの異なるステアリング角度位置の例示的な支援トルク限界曲線を示すグラフである。
【図１３】  トルク制限実施形態で使用されるアルゴリズムを表す流れ図である。
【図１４】  トルク限界が保護されたシステムおよび保護されていないシステムでの、毎分回転数の２乗対ピニオントルクを示す分散図である。
【図１５】  初期には実際のステアリング角度位置信号を使用しないトルク制限システムの終わりを示す流れ図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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