JP5021135B2

JP5021135B2 - 車両のサーボ支援される操舵システム

Info

Publication number: JP5021135B2
Application number: JP2001568778A
Authority: JP
Inventors: ウィーバー，カイ; ミュエンツ，ライナー
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-03-20
Filing date: 2001-03-10
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2021-03-10
Also published as: BR0109362A; WO2001070555A1; JP2003527999A; EP1268259A1; CN1419507A; DE10013711A1; ES2223812T3; US20030150665A1; CN1192930C; EP1268259B1; BR0109362B1; US7168520B2; DE50102674D1

Description

【０００１】
従来の技術
本発明は，車両のサーボ支援される操作システムに関するものであって，その場合に操舵システムは，車両の車輪の所望の操舵角度を設定するためのステアリングホィール，操舵角度に補正角度を重畳させるための走行力学的手段（その場合に補正角度は車両の走行安定性及び／又は走行快適性を向上させる視点から求められる）及びサーボ駆動装置を有している。本発明は，さらに，車両のサーボ支援される操舵システムのサーボ駆動装置に関するものであり，それは可変のトルク支援として形成されており，かつ車両の車輪の操舵角度のための操作装置として，コンバータ電流を供給可能なコンバータと，少なくとも車両速度に従ってコンバータ電流を求めるための手段とを有している。そして本発明は，車両のサーボ支援される操舵システムの，可変のトルク支援として形成されているサーボ駆動装置のコンバータ電流を求めるための方法に関するものであって，その場合にサーボ駆動装置は，車両の車輪の操舵角度のための操舵装置として，コンバータ電流を供給可能なコンバータを有しており，コンバータ電流は少なくとも車両速度に従って求められる。
【０００２】
従来技術から既知の操舵システムにおいては，トルク支援するために（サーボ操舵）サーボ駆動装置を設けることが知られている。既知のサーボ駆動装置においては，油圧システム，電気油圧システム及び電気システムに従って区別される。油圧システムにおいては，固定的に設定されたトルク支援（ノーマルサーボ操舵）を有するシステムと可変のトルク支援を有するシステムとの間の区別があり，後者においてはトルク支援の程度は車両速度に従って制御される。低速度の場合，あるいは車庫入れする場合には，運転者がステアリングホィールを操作するための力の消費は，極めてわずかである。速度が増加するにつれて，運転者にとって力の消費は増大する。可変のトルク支援によって，操舵システムは低速度の場合には特に軽く扱えるが，高速度の場合に作用が鈍くなることはない。サーボ操舵の構造と機能は，ビショッフ（Ｈ．Ｂｉｓｃｈｏｆ），ドレーガー（Ｇ．Ｄｒａｅｇｅｒ），シュロイター（Ｗ．Ｓｃｈｌｅｕｔｅｒ）の論文「乗用車における前車輪及び後車輪操舵のためのサーボ駆動装置（ＳｅｒｖｏａｎｔｒｉｅｂｅｆｕｅｒＶｏｒｄｅｒ− ｕｎｄＨｉｎｔｅｒｒａｄｌｅｎｋｕｎｇｅｎｉｎＰｅｒｓｏｎｅｎｗａｇｅｎ）」，「全車輪操舵（Ａｌｌｒａｄｌｅｎｋｕｎｇｅｎ）」会議への寄稿，ハウスデアテヒニーク（ＨａｕｓｄｅｒＴｅｃｈｎｉｋ），エッセン，１９８９年１１月２８／２９日，ｐ．１−１６から理解することができ，それをここで明確に参照する。
【０００３】
従来技術からは，さらに，操舵システム内に走行力学的手段を設けて，それによってステアリングホィールによって設定される車輪の操舵角度に補正角度を重畳することが知られている。走行力学的手段は，走行力学的操舵システム（ＦＬＳ）とも称される。角度を重畳するために，いわゆる重畳トランスミッションが使用される。走行力学的操舵システムの構造と機能は，西独国特許出願公開第４０３１３１６号明細書（ＤＥ４０３１３１６Ａ１）に詳細に記載されており，それをここで明確に参照する。走行力学的な操舵システムによって，走行動特性，走行安全性及び車両快適性を向上させることができる。しかし，パワー支援される機能（サーボ操舵）は，それによっては達成できない。設定された操舵角度に付加される補正角度は，車輪の実際の操舵角度を変化させる。その場合に，運転者によって設定されたステアリングホィールの切れは変化されず，その設定された位置を維持する。
【０００４】
トルク支援のためのサーボ駆動装置も走行力学的手段も有する，サーボ支援される操舵システムにおいては，走行力学的手段は通常，ステアリングホィールとサーボ駆動装置との間に配置されている。しかしその結果，可変のトルク支援においては，サーボ駆動装置が走行力学的手段の動特性，特に走行力学的手段の電気モータ（ＤＥ４０３１３１６Ａ１を参照）の動特性に影響を与える。走行力学的手段の能力は，車両速度領域全体にわたって同じではない。車両速度が速い場合には，トルク支援は低いので，走行力学的手段の電気モータは極めて高いカウンタートルクに抗して作動しなければならない。その結果，電気モータはゆっくりとしか加速できず，走行力学的手段の操舵介入は車両を十分に迅速かつ確実に安定化させることはできず，あるいは車両の走行快適性を向上させることはできない。
【０００５】
従って本発明の課題は，走行力学的手段も可変のトルク支援も有する，サーボ支援される操舵システムにおいて，走行力学的手段の能力を車両速度領域全体にわたって得ることである。
【０００６】
この課題を解決するために，本発明は，冒頭で挙げた種類のサーボ支援される操舵システムに基づいて，サーボ駆動装置が可変のトルク支援として形成されており，その場合にトルク支援の程度が車両速度と，走行力学的手段の，補正角度を特徴づける少なくとも１つの変量とに依存することを，提案する。
【０００７】
従って，本発明にかかる操舵システムにおいては，可変のトルク支援として形成されたサーボ駆動装置は入力量として車両速度を有するだけではない。サーボ駆動装置は，少なくとも１つの他の入力量だけ補足されており，その入力量によってトルク支援の程度は，走行力学的手段によって要請される操舵介入に従っても変化することができる。この付加的な入力量によって，サーボ駆動装置によるトルク支援の程度を，走行力学的手段の能力が車両速度領域全体にあたってほぼ一定であるように調節することが可能である。それによって走行力学的手段は車両の走行安定性も走行快適性も，特に迅速な反応で確実に改良することができる。
【０００８】
本発明の好ましい展開によれば，走行力学的手段は補正角度を発生させるためのモータを有しており，その場合に補正角度を特徴づける，走行力学的手段の変量は，モータの実際加速度及び／又は目標加速度として形成されていることが，提案される。モータは，好ましくは電気モータとして形成されている。実際加速度は，走行力学的手段のモータの測定された加速度である。目標加速度は，走行力学的手段によって計算された，モータの加速度である。走行力学的手段によって求められた補正角度，特に操舵角度に補正角度を重畳させる期間は，特にこれら２つの変量によって特徴づけられる。
【０００９】
本発明の好ましい実施形態によれば，サーボ駆動装置が油圧トルク支援として形成されていることが，提案される。好ましくはサーボ駆動装置は，車両の車輪の操舵角度のための操作装置としての，コンバータ電流を供給可能なコンバータと，車両速度，モータの実際加速度及びモータの目標加速度に従ってコンバータ電流を求める手段とを有している。コンバータは，操舵システムのステアリングギアボックス内の操作装置として用いられ，例えば比例弁として形成されている。
【００１０】
本発明の好ましい実施形態によれば，コンバータ電流を求める手段は，速度に依存する第１のコンバータ電流を形成する第１の手段，モータの実際加速度とモータの目標加速度に依存する第２のコンバータ電流を形成する第２の手段及び第１のコンバータ電流と第２のコンバータ電流からコンバータ電流を定める第３の手段を有している。
【００１１】
第１の手段は，好ましくは，車両速度値をフィルタリングするローパスフィルタと，特性曲線とを有しており，その特性曲線からフィルタリングされた速度値と第１のコンバータ電流のための値との間の関係を取り出すことができる。車両速度値をフィルタリングすることによって，車両の実際の速度のトルク支援の程度がゆっくりと適合される。それによって，特に車両速度が突然変化する走行行動において，あるいは全制動の場合に，運転者にとって主観的な印象が改良される。特性曲線は，通常，非線形である。特性曲線によって，フィルタリングされた速度値を，第１のコンバータ電流のそれに応じた値の上で模写することができる。
【００１２】
さらに，第２の手段は，モータの実際加速度とモータの目標加速度の差から差加速度を形成する差形成器，差加速度の絶対値を形成する絶対値形成器，差加速度を予め設定可能な係数で乗算するための乗算器及び差加速度の，係数によって乗算された絶対値に予め設定可能なデッドタイムを供給することによって第２のコンバータ電流を形成するデッドタイム素子を有していることが，提案される。デッド領域は，モータ運動が小さい場合に，トルク支援内に不要な変動をもたらさないために用いられる。設定可能な係数の変化によって，第２のコンバータ電流の振幅と，それに従って第２のコンバータ電流がコンバータ電流全体に与える影響を変化させることができる。
【００１３】
第３の手段は，好ましくは，第１のコンバータ電流と第２のコンバータ電流を加算することによってコンバータ電流を形成する加算器を有している。求められたコンバータ電流は，コンバータに印加されて，そのコンバータがそれに応じたトルク支援をもたらす。
【００１４】
本発明の課題の他の解決として，冒頭で挙げた種類のサーボ支援される操舵システムのサーボ駆動装置に基づいて，操舵システムは操舵角度に補正角度を重畳させるための走行力学的手段を有しており，その場合に補正角度は車両の走行安定性及び／又は走行快適性を向上させる視点に従って求められること，及びコンバータ電流を求める手段は，走行力学的手段の，補正角度を特徴づける少なくとも１つの変量に従ってこのコンバータ電流を求めることが，提案される。
【００１５】
そして，本発明の課題の他の解決として，冒頭で挙げた種類のサーボ駆動装置のコンバータ電流を求める方法に基づいて，操舵システムは，操舵角度に補正角度を重畳させるための走行力学的手段を有しており，その場合に補正角度は車両の走行安定性及び／又は走行快適性を向上させる視点に従って求められること，及びコンバータ電流は，走行力学的手段の，補正角度を特徴づける少なくとも１つの変量に従って求められることが，提案される。
【００１６】
図１には，本発明にかかる車両のサーボ支援される操舵システムが，その全体を参照符号１で示されている。操舵システム１は，車両の操舵可能な車輪３の所望の操舵角度を設定するためのステアリングホィール２を有している。ステアリングホィール２の後段において，操舵システム１は，操舵角度に補正角度を重畳させるための走行力学的手段４を有している。走行力学的手段４の構造と機能は，ＤＥ４０３１３１６Ａ１に詳細に記載されており，それをここで明確に参照する。補正角度は，車両の走行安定性及び／又は走行快適性の向上の視点に従って求められる。走行力学的手段４は，補正角度を発生させるためのモータ５，特に電気モータを有している。
【００１７】
走行力学的手段４の後段において，操舵システム１は，可変の油圧トルク支援として形成されたサーボ駆動装置６を有している。当然ながら，サーボ駆動装置６は電気油圧トルク支援として，あるいは電気的なトルク支援として形成することもできる。サーボ駆動装置６は，操舵システム１のステアリングギアボックス８のための，コンバータ７として形成された操作装置を有しており，その操作装置を介して車両の車輪３の所望の操舵角度が調節される。コンバータ７は，例えば比例弁として形成されている。
【００１８】
図２には，サーボ駆動装置６のブロック回路図が示されている。サーボ駆動装置６のトルク支援Ｍの程度は，車両速度Ｖに従って制御される。本発明によれば，トルク支援Ｍの程度は，さらに，補正角度を特徴づける，走行力学的手段４の少なくとも１つの他の変量によって制御される。図２に示す実施例において，サーボ駆動装置６の他の入力量として，走行力学的手段４のモータ５の実際加速度ａ＿ｉｓｔとモータ５の目標加速度ａ＿ｓｏｌｌが設けられている。サーボ駆動装置６のコンバータ７には，コンバータ電流Ｉ＿ｗを供給可能であって，そのコンバータ電流がトルク支援Ｍの程度の尺度となる。サーボ駆動装置６は，車両速度Ｖ，モータ５の実際加速度ａ＿ｉｓｔ及び目標加速度ａ＿ｓｏｌｌに従ってコンバータ電流Ｉ＿ｗを求めるための手段９を有している。
【００１９】
コンバータ電流Ｉ＿ｗを求める手段９自体は，第１の速度に依存するコンバータ電流Ｉ＿Ｖを形成するための第１の手段１０を有している。第１の手段１０は，車両速度値Ｖをフィルタリングするためのローパスフィルタ１１と特性曲線１２とを有している。特性曲線１２からは，フィルタリングされた速度値Ｖ＿ｆと，第１のコンバータ電流Ｉ＿Ｖのための適当な値との間の関係を取り出すことができる。
【００２０】
コンバータ電流Ｉ＿ｗを求める手段９は，さらに，モータ５の実際加速度ａ＿ｉｓｔと目標加速度ａ＿ｓｏｌｌとに依存する第２のコンバータ電流Ｉ＿ａを形成するための第２の手段１３を有している。第２の手段１３は，モータ５の実際加速度ａ＿ｉｓｔと目標加速度ａ＿ｓｏｌｌの差から差加速度ａ＿ｄｉｆｆを形成するための差形成器１４を有している。さらに，第２の手段は，差加速度ａ＿ｄｉｆｆの絶対値を形成するための絶対値形成器と，差加速度ａ＿ｄｉｆｆを予め設定可能な係数ｋで乗算するための乗算器を有している。係数ｋの変化によって，第２のコンバータ電流Ｉ＿ａの振幅と，それに伴って第２のコンバータ電流Ｉ＿ａが全コンバータ電流Ｉ＿ｗに与える影響を変化させることができる。図２に示す実施例においては，絶対値形成器と乗算器は，共通の機能ブロック１５にまとめられている。そして，第３の手段１３は，差加速度ａ＿ｄｉｆｆの，係数ｋで乗算された絶対値Ｉ’＿ａに予め設定されたデッドタイムＴ＿ｔを供給することによって第２のコンバータ電流Ｉ＿ａを形成するためのデッドタイム素子１６を有している。
【００２１】
そして，コンバータ電流Ｉ＿ｗを求めるための手段９は，加算器として形成された第３の手段１７を有しており，その第３の手段は第１のコンバータ電流Ｉ＿Ｖと第２のコンバータ電流Ｉ＿ａを加算することによって，コンバータ電流Ｉ＿ｗを形成する。
【００２２】
従って本発明にかかるサーボ駆動装置６のコンバータ電流Ｉ＿ｗは，車両速度Ｖに従っても，走行力学的手段４の駆動状態に従っても求められる。コンバータ電流Ｉ＿ｗは，コンバータ７へ供給されて，そのコンバータはそれに応じたトルク支援Ｍをもたらす。本発明にかかるサーボ駆動装置６によって，走行力学的手段４の能力を車両速度領域全体にわたってほぼ一定に維持することが可能である。それによって車両の走行安定性と走行快適性を，特に迅速かつ確実に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
本発明の好ましい実施例を，以下で図面を用いて詳細に説明する。図面においては，
【図１】好ましい実施形態に基づいて，本発明の操舵システムを象徴的に示し；及び
【図２】好ましい実施形態に基づいて，図１に示すサーボ支援される操舵システムの本発明にかかるサーボ駆動装置を示すブロック回路図である。

Claims

車両のサーボ支援される操舵システム（１）であって，その場合に前記操舵システム（１）は，車両の車輪（３）の所望の操舵角度を設定するためのステアリングホィール（２）と，操舵角度に補正角度を重畳させるための走行力学的手段（４）であって，その場合に前記補正角度は車両の走行安定性及び／又は走行快適性を向上させる視点に従って求められる前記走行力学的手段（４）と，前記走行力学的手段（４）の後段に配置されたサーボ駆動装置（６）と，を有する，前記操舵システムにおいて，
前記サーボ駆動装置（６）は，可変のトルク支援として形成されており，その場合に前記トルク支援（Ｍ）の程度は，車両速度（Ｖ）と，走行力学的手段（４）の，前記補正角度に対応する少なくとも１つの変量とに依存し，
前記走行力学的手段（４）は，補正角度を発生させるモータ（５）を有しており，その場合に前記補正角度を特徴づける走行力学的手段（４）の前記少なくとも１つの変量は，前記モータ（５）の実際加速度（ａ＿ｉｓｔ）として，及び／又は前記モータ（５）の目標加速度（ａ＿ｓｏｌｌ）として形成されている，
ことを特徴とする車両のサーボ支援される操舵システム。
前記サーボ駆動装置（６）は，油圧トルク支援として形成されている，ことを特徴とする請求項１に記載の操舵システム（１）。
前記サーボ駆動装置（６）は，前記車両の車輪（３）の操舵角度のための操作装置としての，コンバータ電流（Ｉ＿ｗ）が供給されるコンバータ（７）と，
前記車両速度（Ｖ），前記モータ（５）の実際加速度（ａ＿ｉｓｔ）及び前記モータ（５）の目標加速度（ａ＿ｓｏｌｌ）に従ってコンバータ電流（Ｉ＿ｗ）を求める手段（９）と，を有する，
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の操舵システム（１）。
前記コンバータ電流（Ｉ＿ｗ）を求める手段（９）は，
速度に依存する第１のコンバータ電流（Ｉ＿Ｖ）を形成する第１の手段（１０）と，
前記モータ（５）の実際加速度（ａ＿ｉｓｔ）と前記モータ（５）の目標加速度（ａ＿ｓｏｌｌ）に依存する第２のコンバータ電流（Ｉ＿ａ）を形成する第２の手段（１３）と，
前記第１のコンバータ電流（Ｉ＿Ｖ）と前記第２のコンバータ電流（Ｉ＿ａ）からコンバータ電流（Ｉ＿ｗ）を形成する第３の手段（１７）と，を有する，
ことを特徴とする請求項３に記載の操舵システム（１）。
前記第１の手段（１０）は，前記車両速度値（Ｖ）をフィルタリングするローパスフィルタ（１１）と，特性曲線（１２）とを有しており，
前記特性曲線から，フィルタリングされた速度値（Ｖ＿ｆ）と第１のコンバータ電流（Ｉ＿ｗ）のための値との間の関係が取り出される，
ことを特徴とする請求項４に記載の操舵システム（１）。
前記第２の手段（１３）は，前記モータ（５）の実際加速度（ａ＿ｉｓｔ）と前記モータ（５）の目標加速度（ａ＿ｓｏｌｌ）の差から差加速度（ａ＿ｄｉｆｆ）を形成するための差形成器（１４）と，
前記差加速度（ａ＿ｄｉｆｆ）の絶対値を形成する絶対値形成器（１５）と，
前記差加速度（ａ＿ｄｉｆｆ）を予め設定可能な係数（ｋ）で乗算するための乗算器（１５）と，
前記係数（ｋ）で乗算された差加速度（ａ＿ｄｉｆｆ）の絶対値（Ｉ’＿ａ）に予め設定可能なデッドタイム（Ｔ＿ｔ）を供給することによって第２のコンバータ電流（Ｉ＿ａ）を形成するためのデッドタイム素子（１６）と，を有する，
ことを特徴とする請求項４又は５に記載の操舵システム（１）。
前記第３の手段（１７）は，前記第１のコンバータ電流（Ｉ＿Ｖ）と前記第２のコンバータ電流（Ｉ＿ａ）を加算することによって，コンバータ電流（Ｉ＿ｗ）を形成するための加算器を有する，
ことを特徴とする請求項４から６のいずれか１項に記載の操舵システム（１）。
可変のトルク支援として形成されており，かつ車両の車輪（３）の操舵角度のための操作装置としての，コンバータ電流（Ｉ＿ｗ）が供給されるコンバータ（７）と，少なくとも車両速度（Ｖ）に従ってコンバータ電流（Ｉ＿ｗ）を求めるための手段（９）とを有する，車両のサーボ支援される操舵システム（１）のサーボ駆動装置（６）において，
前記操舵システム（１）は，操舵角度に補正角度を重畳させるための走行力学的手段（４）を有しており，その場合に前記補正角度は，車両の走行安定性及び／又は走行快適性を向上させる視点に従って求められ，かつ
前記コンバータ電流（Ｉ＿ｗ）を求める手段（９）は，前記走行力学的手段（４）の，前記補正角度に対応する少なくとも１つの変量に従って前記コンバータ電流を求め，
前記走行力学的手段（４）の後段に配置され，
前記走行力学的手段（４）は，前記補正角度を発生させるモータ（５）を有しており，その場合に前記補正角度を特徴づける走行力学的手段（４）の前記少なくとも１つの変量は，前記モータ（５）の実際加速度（ａ＿ｉｓｔ）として，及び／又は前記モータ（５）の目標加速度（ａ＿ｓｏｌｌ）として形成されていることを特徴とする車両のサーボ支援される操舵システムのサーボ駆動装置（６）。
車両のサーボ支援される操舵システム（１）の，可変のトルク支援として形成されているサーボ駆動装置（６）のコンバータ電流（Ｉ＿ｗ）を求める方法であって，その場合に前記サーボ駆動装置（６）は車両の車輪（３）の操舵角度のための操作装置として，コンバータ電流（Ｉ＿ｗ）が供給されるコンバータ（７）を有しており，かつコンバータ電流（Ｉ＿ｗ）は少なくとも車両速度（Ｖ）に従って求められる，前記方法において，
前記操舵システム（１）は，前記操舵角度に前記補正角度を重畳させる走行力学的手段（４）を有しており，前記サーボ駆動装置（６）は前記走行力学的手段（４）の後段に配置され，その場合に前記補正角度は，車両の走行安定性及び／又は走行快適性を向上させる視点に従って求められ，かつ
前記コンバータ電流（Ｉ＿ｗ）は，前記走行力学的手段（４）の，前記補正角度に対応する少なくとも１つの変量に従って求められ，
前記走行力学的手段（４）は，前記補正角度を発生させるモータ（５）を有しており，その場合に前記補正角度を特徴づける走行力学的手段（４）の前記少なくとも１つの変量は，前記モータ（５）の実際加速度（ａ＿ｉｓｔ）として，及び／又は前記モータ（５）の目標加速度（ａ＿ｓｏｌｌ）として形成されていることを特徴とする方法。