(57)【要約】  車両電動ステアリング（２）内のトルク制御器（２０）を制御するための操作量を高い精度で提供し、かつ公知の方法および装置と比べて低減した支出でこのことを達成するために、トーションバー実際トルク（ＭＤ）を検出し、所定のトーションバー目標トルク（ＭＤ，ｒｅｆ）と前記トーションバー実際トルク（ＭＤ）とから差トルクを形成し、前記差トルクに依存して出力フィードバックコントローラ（２０）によって前記操作量を確定することが提案される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のトーションバー目標トルク（ＭＤ，ｒｅｆ）に依存して車両電動ステアリング（２）内のトルク制御器（７）を制御するための操作量を確定する方法において、トーションバー実際トルク（ＭＤ）を検出し、前記トーションバー目標トルク（ＭＤ，ｒｅｆ）と前記トーションバー実際トルク（ＭＤ）とから差トルクを形成し、前記差トルクに依存して出力フィードバックコントローラ（２０）によって前記操作量を確定することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記トーションバー実際トルク（ＭＤ）を濾波し、前記トーションバー実際トルク（ＭＤ）の代わりに、濾波したトーションバー実際トルク（ＭＤ）を前記差トルクの形成に援用することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記トーションバー目標トルク（ＭＤ，ｒｅｆ）を濾波し、前記トーションバー目標トルク  （ＭＤ，ｒｅｆ）の代わりに、濾波した前記トーションバー目標トルク  （ＭＤ，ｒｅｆ）を前記差トルクの形成に援用することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の方法。
【請求項４】
前記トーションバー実際トルク（ＭＤ）と前記トーションバー目標トルク（ＭＤ，ｒｅｆ）とを前記出力フィードバックコントローラに供給し、前記出力フィードバックコントローラ内で前記差トルクを生成することを特徴とする先行請求項のいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
付加的に実際の前記操作量に依存して前記操作量の確定を行うことを特徴とする先行請求項のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
車両内のステアリング（２）を開ループ制御／閉ループ制御する制御装置であって、前記ステアリング（２）がトルク制御器（７）を有し、前記制御装置（１）が操作信号によって前記トルク制御器（７）を制御する手段と所定のトーションバー目標トルク（ＭＤ，ｒｅｆ）に依存して前記操作信号を確定する手段とを有するものにおいて、前記制御装置が前記トーションバー目標トルク（ＭＤ，ｒｅｆ）とトーションバー実際トルク（ＭＤ）とから差トルクを形成する手段を有し、前記制御装置（１）内に出力フィードバックコントローラ（２０）が形成されており、前記差トルクに依存して前記出力フィードバックコントローラによって前記操作量が確定可能であることを特徴とする制御装置（１）。
【請求項７】
前記トーションバー実際トルク（ＭＤ）を濾波するフィルタ要素が前記制御装置（１）内に形成されており、前記制御装置（１）が、前記トーションバー実際トルク（ＭＤ）の代わりに、濾波された前記トーションバー実際トルク（ＭＤ）から前記差トルクを形成する手段を有することを特徴とする請求項６記載の制御装置（１）。
【請求項８】
前記トーションバー目標トルク（ＭＤ，ｒｅｆ）を濾波するフィルタ要素が前記制御装置（１）内に形成されており、前記制御装置が、前記トーションバー目標トルク（ＭＤ，ｒｅｆ）の代わりに、濾波した前記トーションバー目標トルク（ＭＤ，ｒｅｆ）から前記差トルクを形成する手段を有することを特徴とする請求項６または７のいずれか記載の制御装置（１）。
【請求項９】
前記出力フィードバックコントローラ（２０）が前記差トルクを形成する手段を有することを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項記載の制御装置（１）。
【請求項１０】
前記操作量が付加的に前記実際の操作量に依存して確定可能であることを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項記載の制御装置（１）。
【請求項１１】
ステアリング（２）を開ループ制御／閉ループ制御する制御装置（１）上、特に前記制御装置（１）内のマイクロプロセッサ（３）上で実行可能なコンピュータプログラムにおいて、前記コンピュータプログラムが請求項１〜５のいずれか１項記載の方法を実施するようにプログラミングされていることを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項１２】
前記コンピュータプログラムが記憶素子（５）に記憶されていることを特徴とする請求項１１記載のコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両電動ステアリング内のトルク制御器を制御するための操作量を確定する方法であって、所定のトーションバー目標トルクに依存して操作量の確定が行われるものに関する。
【０００２】
本発明はまた、車両内のステアリングを開ループ制御／閉ループ制御する制御装置であって、ステアリングがトルク制御器を有し、制御装置が操作信号によってトルク制御器を制御する手段と所定のトーションバー目標トルクに依存して操作信号を確定する手段とを有するものに関する。
【０００３】
本発明はさらに、ステアリングを開ループ制御／閉ループ制御する制御装置上、特に制御装置内のマイクロプロセッサ上で実行可能なコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００４】
電動サーボステアリングでは、実際の操舵角度を変更もしくは維持するために運転者から操舵手段、例えばステアリングホイールに操作力が加えられる。運転者から加えられる操作力の増強を引き起こす支援力または支援トルクが電気モータによって発生される。こうして判定された支援トルクは、例えば望ましくないトルク急変の発生を防止するために他の措置で安定させられる。
【０００５】
操作力もしくは操作トルクの増強は特に操作トルクに依存して行うことができ、例えば操作トルクが特別高いときには低い操作トルク時よりも僅かな増強が実現され、またはその逆である。
【０００６】
特許文献１により電動サーボステアリングを作動させる方法が公知であり、そこでは無トルク操舵を実現するために状態コントローラによってステアリングシステムの実システム状態から電気モータ制御用操作信号が確定される。その際、状態コントローラの前段に状態オブザーバが設けられており、この状態オブザーバはステアリングシステムの状態量を観察し、そこから状態コントローラ用に適した入力量を確定する。ステアリングシステムの状態量として考慮に入れられるのはピニオン側角速度、ステアリングホイールとピニオン側との間の角度差、ステアリングホイールとピニオン側との間の角速度差、そして電気モータによって発生される実トルクである。こうして判定された操作量は無トルク操舵を可能とするが、但しさしあたり外乱量を考慮することなしにである。最終的に外乱量を考慮することも可能とするために公知ステアリングでは外乱状態を確定する外乱量オブザーバが設けられており、外乱状態と見做されるのは運転者から加えられるトルク、またはステアリングに作用する摩擦トルクである。
【０００７】
次に最終的操作信号は無トルク操舵を可能とする操作信号から、外乱量のフィードフォワードと設定可能なトーションバー目標トルクのフィードフォワードとによって確定される。ステアリングシステムの状態量の手間のかかる測定を迂回するために、もしくは測定不能な状態をなおかつ考慮できるようにするために、測定不能な状態量を推定するのにステアリングシステムのモデルを援用することが予定されている。こうしてステアリングシステムの推定した状態量はステアリングシステムのモデル特性に一致している。
【０００８】
公知システムによって調整されたトーションバー実際トルクの精度はシステム状態量および外乱量の測定もしくは推定に決定的に依存している。その際、外乱量、もしくは外乱量オブザーバに依存して確定されかつ操作量判定のためフィードフォワードされたトルクは、仮定されたモデル特性に対する実際のステアリングシステムの偏差を補償する。こうして操作量の確定精度はモデル特性に対する実際のステアリングシステムの偏差の補償品質に依存している。精度はさらに、選択したモデルの品質に依存している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０１１５０１８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の課題は、極力正確なトーションバー目標トルクの調整を可能とする操作量確定手段を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この課題は、冒頭に指摘した種類の方法において、トーションバー実際トルクを検出し、トーションバー目標トルクとトーションバー実際トルクとから差トルクを形成し、この差トルクに依存して出力フィードバックコントローラによって操作量を確定することによって解決される。
【００１２】
出力フィードバックコントローラはステアリングシステムの状態全体を承知することなくステアリングシステムの閉ループ制御を可能とする。むしろ、僅かな数の測定量で既に間に合う。その際まず、制御すべきトーションバー実際トルクのみを測定すると特別有利である。本発明に係る方法では、トーションバー目標トルクとトーションバー実際トルクとの比較を基にトーションバートルクの実際的閉ループ制御を達成することによって、調整すべきトーションバートルクの特別高い精度は測定されたトーションバー実際トルクのみから既に達成することが可能になる。それに対して公知方法では、フィードフォワードによって外乱量を考慮し目標トルクをフィードフォワードすることによってトーションバートルクの開ループ制御のみが可能である。特許文献１により公知の先行技術に比べて本発明に係る方法はさらに、システム状態量または外乱量の明確な推定または測定が不可欠ではないという利点を有する。本発明に係る方法はさらに、状態量オブザーバや外乱量オブザーバなしに実施することができる。
【００１３】
本発明に係る方法ではトーションバー目標トルクへの制御が行われ、無トルク操舵を介した迂回が不可欠でないことによって、本発明に係る方法において精度は既に高まる。
【００１４】
本発明に係る方法はさらに、閉ループ制御回路の特性に対する要求条件に基づいて出力フィードバックコントローラの設計を行うことができるという利点を有する。こうしてトーションバー目標トルクとトーションバー実際トルクとの間の偏差の動特性および静特性に対する要求条件は直接設定し実現することができる。ステアリングシステムのモデルを考慮し、状態量および外乱量を検出または推定することは、出力フィードバックコントローラを使用した場合不可欠でない。こうして本発明に係る方法は制御されたトーションバー実際トルクの精度向上を可能とするだけでなく、操作量を確定して電気モータを制御するシステムの作製時に支出を減らすことにもなる。
【００１５】
主に、トーションバー実際トルクが濾波され、トーションバー実際トルクの代わりに、濾波したトーションバー実際トルクが差トルクの形成に援用される。そのことから、外乱特性を個別に作り出すことが可能となる。例えばトーションバー実際トルクの短時間現れる変化は無視することができ、これらの外乱はさしあたり操作量の変化を何ら引き起こさない。
【００１６】
さらに、トーションバー目標トルクを濾波し、トーションバー目標トルクの代わりに、濾波したトーションバー目標トルクを差トルクの形成に援用すると有利である。トーションバー実際トルクの濾波と同様に、トーションバー目標トルクの濾波によって案内特性を個別に作り出すことを達成することができ、出力フィードバックコントローラの個々のパラメータへの介入は不可欠でないであろう。
【００１７】
別の有利な一実施形態によれば、トーションバー実際トルクとトーションバー目標トルクが出力フィードバックコントローラに供給され、出力フィードバックコントローラ内で差トルクが生成される。そのことから、不可欠な入力信号を提供するための他の処理を外部で実施する必要がないので、出力フィードバックコントローラを特別コンパクトに実現することが可能となる。これにより達成できることとしてさらに、トーションバー目標トルクとトーションバー実際トルクは相互に独自に出力フィードバックコントローラ内で考慮することができ、生成すべき操作量のさらに高められた精度がこれにより達成される。
【００１８】
本発明に係る方法の好ましい一実施形態によれば、付加的に実際の操作量値に依存して操作量の確定が行われる。その際、実際の操作量値は外部からコントローラに供給することができ、または再び入力量として内部にフィードバックすることができる。そのことから、操作量の外部制限を考慮することが可能となる。そのことからさらに、例えば所望するハンドトルクをハンドトルクセンサの測定範囲外に実現するために、場合によってはトルク制御器の外部制御を後に続けることを考慮することが可能となる。
【００１９】
課題は、冒頭に指摘した種類の制御装置において、制御装置がトーションバー目標トルクとトーションバー実際トルクとから差トルクを形成する手段を有し、制御装置内に出力フィードバックコントローラが形成されており、この出力フィードバックコントローラによって差トルクに依存して操作量が確定可能であることによって解決される。本発明に係る制御装置は特に本発明に係る方法を実施する手段を有する。
【００２０】
特別重要であるのは本発明に係る方法をコンピュータプログラムの態様で実現することであり、このコンピュータプログラムは車両ステアリングを開ループ制御／閉ループ制御する制御装置上、特に制御装置内のマイクロプロセッサ上で実行可能であり、かつ本発明に係る方法を実施するようにプログラミングされている。つまりその場合本発明はコンピュータプログラムによって実現され、このコンピュータプログラムは、コンピュータプログラムがそれを実施するようにプログラミングされている方法と同様に本発明を具現するものである。コンピュータプログラムは主に記憶素子に記憶されている。記憶素子として応用できるのは、光学記憶媒体、電気記憶媒体または磁気記憶媒体、例えばデジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）、ハードディスク（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｃ）、ランダムアクセスメモリ、リードオンリーメモリまたはフラッシュメモリである。
【００２１】
本発明のその他の特徴、応用可能性および諸利点は、図面を基に説明する本発明の実施例の以下の明細書から明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】制御装置を有する車両内の電動ステアリングの略図である。
【図２】本発明に係る出力フィードバックコントローラの略図である。
【図３】支援トルクを判定する公知方法の略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１に示した制御装置１がステアリング２に付設されている。この制御装置１内に配置されたマイクロプロセッサ３がデータ線路４、例えばバスシステムを介して記憶素子５と接続されている。信号線路６を介して制御装置１は例えば電気モータとして形成されたトルク制御器７と接続されており、こうして制御装置１によるトルク制御器７の制御が可能となる。トルク制御器７は変速機８を介してトーションバー９に作用し、このトーションバーに操舵手段、例えばステアリングホイール１０が配置されている。
【００２４】
ステアリング２はさらに、例えばラックアンドピニオン式ステアリングギヤとして形成されたステアリングギヤ１１を有する。ステアリングギヤ１１は選択的にボール循環ギヤもしくはボールナットギヤとして形成しておくこともできる。以下の明細書では主としてラックアンドピニオン式ステアリングを前提とし、ステアリングギヤがピニオン１２ａとラック１２ｂとを含み、トーションバー９はピニオン１２ａを介して、またラック１２ｂはステアリングリンケージ１３を介して、ホイール１４と協動する。
【００２５】
ステアリング２はさらにトーションバートルクＭＤを検出するトルクセンサ１４とトーションバー実際トルクＭＤを制御装置１に転送する（図示しない）手段とを有する。
【００２６】
図１に示すステアリング２は本発明に係る方法を実施するのに適した操舵装置の多数の可能な実施形態の１つを示すにすぎない。別の実施形態は例えば別のステアリングギャによって、またはトルク制御器７の別の配置によって、または他のトルク制御器、例えば他の電気モータによって実施しておくことができる。さらに、センサ１４は別の箇所に配置しておくことができる。
【００２７】
制御装置１内に形成されている出力フィードバックコントローラ２０は例えばコンピュータプログラムの態様に実現されており、記憶素子３内に記憶される。本発明に係る方法を実施するとき、出力フィードバックコントローラ２０を実現するコンピュータプログラムはマイクロプロセッサ３上で実施される。出力フィードバックコントローラ２０は、少なくともトーションバー実際トルクＭＤとトーションバー目標トルクＭＤ，ｒｅｆとを入力として受け取る。入力量に依存して出力フィードバックコントローラ２０が操作量ＭＭを判定し、この操作量はデータ線路６を介して電気モータ７に転送され、かつトーションバー目標トルクＭＤ，ｒｅｆを制御するために電気モータ７の制御を可能とする。
【００２８】
図２には出力フィードバックコントローラ２０の可能な実施形態が略示してある。出力フィードバックコントローラ２０は次の態様の計算規則を満足する。
【００２９】
【数１】
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【００３０】
式中ｙｋは、実際に要求される操作量、つまりトルク制御器７を制御するための操作量を記述するベクトルである。
【００３１】
ｕｋは、実際の測定量と実際の目標量とを記述するベクトル、つまり少なくともトーションバー実際トルクＭＤとトーションバー目標トルクＭＤ，ｒｅｆとを含むベクトルである。
【００３２】
Ｘｒ，ｋは、出力フィードバックコントローラ２０の実際の内部状態を表すベクトルである。出力フィードバックコントローラ２０の内部状態はステアリングシステム２の状態もしくはステアリングシステムの等価モデルに当然一致していない。この等価モデルは先行技術から知られているシステムにおいて外乱量を確定するのに援用される。
【００３３】
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄが記述するコントローラマトリックスは出力フィードバックコントローラ用の公知の設計法によって判定される。コントローラマトリックスＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを確定するとき、一定量、つまり例えばトーションバー実際トルクＭＤのみが利用可能であることが考慮される。
【００３４】
ベクトルｕｋは特に実際に実現された操作量を含むこともできる。そのことから例えば操作量の制限を考慮することが可能となる。その際、実際に実現された操作量は特にこれらの量の推定によって判定しておくこともでき、推定は制限と特殊機能とを考慮する。実際に実現された操作量がベクトルｕｋと一緒に入力信号として出力フィードバックコントローラ２０に提供されることによって、システムに起因した操作量制限も考慮することができる。同様に、外部要求条件に基づいて制御器制御(Stelleraussteuerung)が低減されることを考慮することができる。実際に実現された操作量のフィードバックはさらに、ハンドトルクの検出用に設けられたセンサの測定範囲外に所望するハンドトルクを実現するために制御器の外部制御も可能とする。
【００３５】
特許文献１により既に知られている支援トルクＭＭを判定するシステムのブロック回路図が図３に示してある。この公知方法はまず状態コントローラ３０によって、無トルク操舵を生成するのに不可欠であろうトルクを確定する。機能素子３１によってトーションバー目標トルクＭＤ，ｒｅｆは好適な仕方で増強され、機能素子３２によって外乱量は好適な仕方で増強される。機能素子３１、３２によって確定された値は次に無トルク操舵用に不可欠なトルクにフィードフォワードされる。
【００３６】
公知システムはさらに外乱量オブザーバ３３と状態オブザーバ３４とを有する。こうしてこの公知方法は次の態様の方程式を実現する。
【００３７】
【数２】
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【００３８】
式中ｕｋは実際の測定信号を表す。マトリックスＡ１１、Ｂ１は状態オブザーバ３４の特性を記述する。マトリックスＡ２２、Ｂ２は外乱量オブザーバ３３の特性を記述する。既にこの方程式が示すように、先行技術により公知の方法ではトーションバー目標トルクとトーションバー実際トルクとの間の比較が実現されず、従ってトーションバートルクの閉ループ制御が行われない。
【００３９】
こうして本発明に係る方法は公知方法と比べてハンドトルクを調整するための操作量の確定を簡単に実現できるようにし、特にハンドトルクを実現するトーションバートルクの閉ループ制御が可能であり、不可欠な操作量の特別精確な調整が可能である。本発明に係る方法はさらに、測定または推定された外乱量の明確な設定を必要としない。本発明に係る方法は特に、先行技術から公知のシステムにおいて例えば個々の量を推定するのに援用されねばならないステアリングシステムモデルに依存していない。
【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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