JP6396213B2 - ステアリング装置のラック力を決定するための方法、及び、ステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車のステアリング装置のためのラック力を決定するための方法であって、当該ラック力は、実際の車輪の操舵角または当該操舵角の設定値を特徴付ける操舵角度変数に依存して決定される、という方法に関している。また、本発明は、そのようなステアリング装置のためのフィードフォワード及び／またはフィードバック制御装置、及び、対応するステアリング装置に関している。

現在のステアリング装置、例えば電動パワーステアリングシステム（ＥＰＳ）またはステア−バイ−ワイヤ（ＳｂＷ）ステアリングシステムでは、目標ステアリングトルクが決定される。ステアリングトルクは、ステアリング装置のステアリング手段、例えばステアリングホイール（ハンドル）、において、運転者により自動車の操舵の際にもたらされる力を支持するため、あるいは、運転者によりもたらされた力に対抗作用するために、目標ステアリングトルクに調整される。目標ステアリングトルクをラック力に依存して決定することは、知られている。

ＤＥ１０２００９００２７０６Ａ１から、ステアリングギヤに作用する力を決定する方法が知られている。当該方法の場合、当該力は、ステアリングギヤに直接作用する力に基づいて直接的に決定されるため、走行中の路面の性質に起因する欠陥を含み得る。例えば、路面が不均一な高さであったり、路面に轍があったり、路面に横方向傾斜があったりすれば、そのような欠陥をもたらす。そのような欠陥を伴う力に基づいて目標ステアリングトルクが決定されると、多くの場合、運転者にとって不快と感じられるステアリング感覚が生じる。

本発明は、運転者に快適なステアリング感覚が与えられ、ステアリング装置が運転者に自動車の移動状態について可能な限りリアルなフィードバックを与える、というような目標ステアリングトルクが生成され得るというラック力を決定する方法を提供することを課題とする。本発明の課題は、特許請求の範囲の請求項１に記載された方法、特許請求の範囲の請求項２１に記載されたフィードフォワード及び／またはフィードバック制御装置、及び、特許請求の範囲の請求項２３に記載されたステアリング装置によって解決される。

好適な実施の形態によれば、導入部で説明された類の、ラック力を決定する方法が提案される。そこでは、当該方法は：ステアリング装置の軸上の横方向力を特徴付ける変数を決定する工程と、当該横方向力に依存してラック力を決定する工程と、を備え、前記ラック力の決定は、比例差分伝達関数を有する信号処理要素によるフィルタリングを含んでいる。横方向力とは、自動車の現時点の移動状態に関する情報を含む変数であり、ほんの僅かに路面の性質に起因する前述の欠陥を含む。当該欠陥は、信号処理要素によって更に低減され得る。従って、当該方法でラック力が決定され得て、それによって目標ステアリングトルクが生成され得て、それは、一方では快適なものとして知覚され、他方では自動車の走行状態についての重要なフィードバックを含み、運転者は危険な走行状態を直感的に迅速に認識できる。

操舵角度変数について、好適には、ステアリング装置の測定された車輪の操舵角、あるいは、ある測定変数が取り上げられる。それらに基づいて、実際の車輪の操舵角が計算され得る。この代わりに、操舵角度変数として、運転者ステアリングホイール角度や、ステアリングホイールの回転角も、提供され得る。ここで、運転者ステアリングホイール角度は、好適には、対応する車輪の操舵角に変換され得る。操舵角度変数として、車輪の操舵角の目標値を引き合いに出すことも、考慮可能である。当該目標値は、例えば、ステアリング装置が調整されるべき所望の車輪の操舵角を特徴付け得る。

前記信号処理要素は、ＰＤＴ１要素であることが、好適である。ＰＤＴ１要素は、比較的シンプルに実現され得て、ラック力をかなり正確に信頼性をもって生成することを許容する。

信号処理要素の伝達関数及び／またはパルス応答の少なくとも１つの係数、好ましくは全ての係数、が一定の値として与えられることが考慮される時、前記方法は、容易に実現可能である。

当該方法の実行中に、少なくとも１つの係数が変更される時、当該方法は順応的に仕上げられ得る。信号処理要素は、この場合、順応フィルタとして作用する。

この場合、前記少なくとも１つの係数は、車速に依存して、あるいは、当該車速から導出される変数に依存して与えられる、ということが考慮可能である。

信号処理要素によって決定される中間変数が、スケーリングファクタによって乗算される、ことも考慮され得る。

この場合、前記スケーリングファクタは、自動車の横加速度に依存して形成されることが特に好ましい。自動車の横加速度について、モデル化された横加速度が取り上げられ得る。それは、例えば自動車モデルのような数学的モデルの適用下で決定され得る。あるいは、自動車の横加速度について、測定された横加速度が取り上げられ得る。それは、例えば自動車に配置された加速度センサによって検知され得る。例えば、横加速度が増大している場合、スケーリングファクタは低減され得る。この態様で、ラック力のリアルな（実際的な）値が決定され得る。

特に特別な状態（例えば、オーバーステアリング、アンダーステアリング、μスプリット状態）において、ラック力を信頼性をもって十分にリアルに（実際的に）決定するために、測定された車輪操舵角が当該測定された車輪操舵角へのオフセット値の付加によって変更されることによって、ラック力が修正されることが考慮され得る。

オフセット値の計算のために、モデル化された操舵角が、好ましくは偏揺れ率（yaw rate）、車速、及び、セルフステアリング勾配に依存して、決定され、測定された操舵角と比較されることが好適である。この態様により、特別な状態が検知され得て、及び／または、当該特別な状態に基づいてラック力が修正され得る。現時点の操舵角の計算のために、例えば、自動車モデルの少なくとも１つのモデル式が適用され得る。

好ましくは、モデル化された操舵角と測定された操舵角との比較のために、操舵角差が形成される。

モデル化された操舵角またはそれから導出される変数と操舵角差とが異なる符号である際に、自動車のオーバーステアリングが検知されることが、特に好ましい。オーバーステアリングが検知される限りにおいて、ラック力をある値に維持するべく、ラック力が修正され得る。それは、オーバーステアリングの特別な状態にとって、リアル（実際的）である。

オーバーステアリングの特別な状態にラック力を適合することに加えて、μスプリット状態への適合を達成するために、モデル化された操舵角と測定された操舵角との比較に依存して、好ましくは操舵角差に依存して、自動車のオーバーステアリングの場合のラック力の修正のための第１修正値が決定され、μスプリット状態でのラック力の修正のための第２修正値が決定され、第１修正値と第２修正値のうちの最大値がオフセット値とされることが考慮され得る。これにより、オーバーステアリング及びμスプリット状態へのラック力の組み合わされた適合が達成される。

オーバーステアリングが検知されているか、あるいは、オフセット値が少なくとも所定の閾値以上である限り、ゼロとは異なる第１修正値が形成されることが好ましい。これにより、オーバーステアリングの特別な状態が急に中断する際、第１修正値が急に変化して、それによってラック力の値が急激に変化する、ということが回避される。オーバーステアリングへの適合は、オーバーステアリングの本質的に特別な状態が終わった後も、第１修正値が十分に小さい値に低下するまで、継続される。

自動車の車速が少なくとも車速最小値以上である時、ゼロとは異なるオフセット値が形成される、ということが考慮され得る。更に、険しい曲線走行が検知されない時にのみ、ゼロとは異なる第２修正値が形成されることが考慮され得る。

横加速度、及び／または、そこから横加速度が計算される変数、が更なるオフセット値の付加によって変更されることによって、ラック力が修正されること、が考慮され得る。これにより、例えば、オーバーステアリングの特別な状態のラック力が、特に正確かつリアルに計算され得る。

この場合、前記更なるオフセット値は、アンダーステアリングの特別な状態及び／またはアンダーステアリングの程度を示す信号に依存して、自動車モデルによって計算される横加速度に依存して、計算された横加速度及び測定された横加速度の差に依存して、及び／または、検知あるいは決定された摩擦係数に依存して、計算されることが好ましい。

本発明の更なる実施の形態では、ラック力は、修正ファクタとの乗算によって変更されることで、修正される。この場合、例えば、ある特別な状態において、対応する修正ファクタの付与によって、当該ラック力のための中間変数が低減され得る。

この場合、前記修正ファクタは、自動車の横加速度に依存して計算されることが好ましい。この態様によれば、ラック力は、アンダーステアリングの特別な状態の場合に適応され得る。この場合、修正ファクタが決定され得て、その値はアンダーステアリングの程度で和らぐ（abnimmt）。

修正ファクタが自動車モデルによって決定された横加速度と測定された横加速度との横加速度差に依存して計算されることによって、ラック力のリアルな値を供給するようなラック力の良好な適合が達成され得る。

これに代えて、あるいは、これに加えて、修正ファクタが検知あるいは測定された摩擦係数（摩擦値）に依存して計算される、ことが考慮され得る。この時、摩擦係数が低減されていれば、操舵角度と横加速度との間に変更された関係が存在する。操舵角度の増大は、飽和点が達成される所定の操舵角度まで、横加速度の増大をもたらす。飽和点の後、更なる操舵角度の増大は、もはや横加速度の更なる増大をもたらさない。飽和点が越えられる時、自動車はアンダーステアリング状態である。比較的小さい摩擦係数の場合、この飽和点は、比較的高い摩擦係数の場合と比較して、より小さい操舵角度に対応する。

本発明の更なる実施の形態によれば、自動車のステアリング装置のためのフィードフォワード、及び／または、フィードバック制御装置が提供される。そこでは、当該フィードフォワード、及び／または、フィードバック制御装置は、ラック力を、実際の車輪の操舵角または当該操舵角の設定値を特徴付ける操舵角度変数に依存して決定する、というように装備されており、前記フィードフォワード、及び／または、フィードバック制御装置は、ステアリング装置の軸上の横方向力を特徴付ける変数を決定し、当該横方向力に依存してラック力を決定する、というように装備されており、前記ラック力の決定は、比例差分伝達関数を有する信号処理要素によるフィルタリングを含んでいる。

好ましくは、前記フィードフォワード、及び／または、フィードバック制御装置は、本発明による方法を実施するように装備されており、好適にはプログラムされている。

例えば前記フィードフォワード及び／またはフィードバック制御装置の一部であり得るコンピュータ読取可能な記憶媒体が提供され得る。この記憶媒体に、プログラムが格納され得て、当該プログラムは、当該プログラムが前記フィードフォワード及び／またはフィードバック制御装置のプロセッサ上で作動する時に前記フィードフォワード及び／またはフィードバック制御装置が本発明による方法を実施するように書かれている。その例示的な実施の形態が、ここで説明される。

本発明の更なる実施の形態によれば、フィードフォワード、及び／または、フィードバック制御装置を備えた自動車のステアリング装置が提案される。そこでは、前記フィードフォワード、及び／または、フィードバック制御装置は、ラック力を、実際の車輪の操舵角または当該操舵角の設定値を特徴付ける操舵角度変数に依存して決定する、というように装備されており、前記フィードフォワード、及び／または、フィードバック制御装置は、本発明に従うフィードフォワード、及び／または、フィードバック制御装置である。

本発明の更なる特徴及び利点は、以下の説明から明らかとなる。そこでは、図面に基づいて、本発明の例示的な実施の形態が詳述されている。

本発明による方法を実施するためのフィードフォワード、及び／または、フィードバック制御装置を備えたステアリング装置。 ラック力を決定するための方法のブロック図。 ラック力を決定するための方法のブロック図。 ラック力を決定するための方法のブロック図。 ラック力を決定するための方法のブロック図。 ラック力を決定するための方法のブロック図。 ラック力を決定するための方法のブロック図。 ラック力を決定するための方法のブロック図。

図１には、制御装置１として示されたフィードフォワード及び／またはフィードバック制御装置が図示されている。それは、ステアリング装置２に割り当てられている。制御装置１の内部には、プロセッサ３を有する計算機（例えばマイクロコンピュータまたはマイクロコントローラ）が配置されており、当該プロセッサ３は、例えばバスシステムのようなデータ配線４を介して、記憶要素５に接続されている。信号配線６を介して、制御装置１は、モータ７と接続されている。これにより、モータ７のフィードフォワード制御及び／またはフィードバック制御が、制御装置１によって可能とされている。モータ７は、例えば電気モータとして構成されており、ギヤ８を介して、スタビライザバー９に作用する。スタビライザバー９上には、ステアリング手段１０、例えばステアリングホイール（ハンドル）が配置されており、それを介して、回転トルクが運転者によって当該ステアリング手段１０の操作によりスタビライザバー９上にもたらされ得る。

ステアリング装置２は、更に、ステアリングギヤ１１を有している。当該ステアリングギヤ１１は、例えば、ラック式ステアリングギヤとして形成されている。もっとも、ステアリングギヤ１１は、例えばボールナットギヤのようなボール循環ギヤとしても形成され得る。以下の説明では、主としてラック式ステアリングギヤに基づき、当該ステアリングギヤは、ピニオン１２ａとラック１２ｂとを有している。もっとも、本発明にとっては、ステアリング装置のタイプは、無関係である。図１に図示されたステアリング装置２は、ラック式ステアリング装置の代わりに、例えばボールナットステアリング装置やシングルホイールステアリング装置としても実現され得る。

ステアリングギヤ１１は、ピニオン１２ａとラック１２ｂとを介して、自動車の各側方で、ステアリングリンケージ１３と接続されている。ステアリングリンケージ１３は、車輪１４と協働する。

ステアリング装置２は、ステアリング軸を介してステアリング装置に作用するステアリングトルクを検知するためのトルクセンサ１５を、更に有している。図１に図示された実施の形態によれば、このために、トルクセンサ１５によって、スタビライザバートルクｔｏｒ＿ＴＢが検知される。それが、前述のステアリングトルクに対応している。ステアリング装置２は、モータ７のロータ角δ_Ｍｅｓ の検知のために、角度センサ１６をも有している。ロータ角δ_Ｍｅｓ は、スタビライザバー９の回転角、従って車輪１４の操舵角、に対応している。なぜなら、モータ７は、ギヤ８を介してスタビライザバー９に接続され、スタビライザバー９は、ステアリングギヤ１１及びステアリングリンケージ１３を介して車輪１４に接続されているからである。センサ１５、１６によって検知される値は、制御装置１に送られる。

図１に図示されたステアリング装置２は、本発明による方法を実施するのに好適なステアリング装置の多数の可能な実施の形態のうちの１つである。他の実施の形態では、例えば、ステアリングギヤがボールナットギヤとして構成される。更に他の実施の形態によれば、モータ７がスタビライザバー９と共にステアリングギヤ１１内に配置されたピニオン１２ａに作用するか、あるいは、直接に−更なるピニオンによって−ラック１２ｂに作用する、というようにモータが配置され得る。

更に別の実施の形態によれば、ロータ角δ_Ｍｅｓ の代わりに、別の変数（パラメータ）、ステアリング装置２の実際の位置を示す変数、が決定される、すなわち、本発明による方法の実施のために引き合いに出される。例えば、スタビライザバー９上に配置される角度センサによって、操舵角が決定され得る。ステアリング装置２の実際の位置は、更に、あるセンサによって検知され得る。それは、ラック１２ｂ上に配置される。基本的に、ここでは、多数の公知の変数が、決定され得る、ないし、引き合いに出され得る。もっとも、ロータ角δ_Ｍｅｓ を利用することは、それが極めて正確に決定可能であり、現在のステアリング装置において多くの場合に既に利用可能である、という利点がある。

更に、ステアリング装置２が設置された自動車は、車速センサ１７を有している。それによって、自動車の車速ｖが検知され得る。制御装置１は、車速センサ１７によって得られた車速ｖを把握する。更に、自動車は、偏揺れ率（yaw rate ）

を検知するために設けられる偏揺れ率センサ１９を有している。それについても、制御装置１が把握する。偏揺れ率センサ１９は、ステアリング装置２の一部であり得るか、あるいは、自動車の走行ダイナミクス制御装置の一部であり得る。更に、自動車には、加速度センサ２０が配置される。それは、横加速度ａ_{ｙ，Ｍｅｓ} の検知のために設けられる。制御装置１は、加速度センサ２０によって検知される横加速度ａ_{ｙ，Ｍｅｓ} の値を、読み込み可能である。

図２は、ラック力ＦＲを決定するための方法２１のブロック図である。この方法２１は、例えば制御装置１によって実施され得る。すなわち、記憶要素５が、当該記憶要素５に格納された当該プログラムがプロセッサ３によって実行される時に、コンピュータ３が前記方法２１を実施する、というように書かれた（プログラムされた）プログラムを記憶している。当該方法２１は、第１機能ブロック２３を有している。それは、自動車モデル２７によって形成されている。第１機能ブロック２３は、車速ｖ、セルフステアリング勾配ＥＧ、及び、操舵角δ_ＲＷに依存して、モデル化された横加速度ａ_{ｙ，Ｍｏｄ} 及びモデル化された偏揺れ率

を計算するために設けられている。セルフステアリング勾配ＥＧは、例えば、一定の値として与えられ得るし、あるいは、自動車の移動状態に依存して変更され得る。例えば、セルフステアリング勾配ＥＧは、車速ｖ、及び／または、横加速度ａ_ｙ に依存して与えられ得る。

自動車モデル２７については、例えば、線形のシングルトラックモデルが取り上げられ得る。それは、偏揺れ−増幅ファクタの概念に由来する。自動車モデルは、以下のモデル式を有する。

この場合、変数Ｉ_Ｆ 、Ｉ_ｈ 、Ｉ_ｖ としては、定数が取り上げられる。それらは、自動車の幾何形状及び／または重力中心位置に依存する。各々について、変数Ｉ_Ｆ として、自動車の車輪ベース（Radstand）が取り上げられる。Ｉ_ｈ は、自動車の重心とリアアクスルとの間の自動車の長手方向の距離である。Ｉ_ｖ として、自動車の重心とフロントアクスルとの間の自動車の長手方向の距離が取り上げられる。従って、Ｉ_Ｆ ＝Ｉ_ｈ ＋Ｉ_ｖ である。

偏揺れ率並びに横加速度ａ_ｙ の値は、例えば、これらモデル式の適用下で計算され得る。機能ブロック２３がそれぞれフィルタを有する、ということが考慮され得る。それは、モデル式によって得られた横加速度及び／または偏揺れ率の値をフィルタリングするために設けられる。

この計算のために、例えば、測定された操舵角δ_Ｍｅｓ が直接に引き合いに出され得る。もっとも、それとは異なって、測定された操舵角δ_Ｍｅｓ が１以上の修正値（訂正値）との加算によって最初に修正（訂正）される、ということも考慮され得る。この目的のため、図２に図示された本方法の実施の形態では、第１の加算器２９が設けられている。測定された操舵角δ_Ｍｅｓ の代わりに、他の操舵角度変数、例えば対応する車輪操舵角に変換される運転者ステアリングホイール角度や車輪操舵角の目標値ないし所望置、も考慮され得る。

更に、少なくとも１つの更なる修正値Ａの加算によって、自動車モデル２７によって得られる横加速度ａ_ｙ が修正され得る。このために、提示された実施の形態において、第２の加算器３１が設けられている。不図示のある実施の形態においては、第２の加算器３１は設けられない。

横加速度ａ_{ｙ，Ｋｏｒｒ}は、変換ブロック３２に送られる。変換ブロック３２は、横加速度ａ_{ｙ，Ｋｏｒｒ}を、自動車のフロントアクスルでの対応する横方向力Ｆ_ｙｖに変換する。この力として、コーナリング力が取り上げられ得る。この変換のために、前述の自動車モデル２７が利用され得る。

第３の機能ブロック３３は、横方向力Ｆ_ｙｖに依存してラック力ＦＦを計算するために設けられている。それに対応して、横方向力Ｆ_ｙｖが第３の機能ブロック３３に送られ、第３の機能ブロック３３が値ＦＦを発行する。当該値ＦＦが、ラック力を特徴付ける、あるいは、ラック力に対応する。第３の機能ブロック３３は、比例差分伝達関数を有する信号処理要素を有している。当該信号処理要素は、例えばＰＤＴ１要素３５として形成され得る。ＰＤＴ１要素３５の伝達関数は、以下である。

パラメータＫ_ｐ 、Ｔ_ｖ 及び／またはＴ_１ は、一定であり得る、あるいは、車速ｖに依存して与えられ得る。パラメータＫ_ｐ は、アクスル比（ギヤラック行程の変化と操舵角度δ_Ｍｅｓ 、δ_ＲＷ、または、δ_Ｍｏｄ の変化との間の比）に依存して与えられ得る。

不図示の実施の形態では、変換ブロック３２は存在しないで、横加速度ａ_{ｙ，Ｋｏｒｒ}は、直接に第３の機能ブロック３３に送られる。横加速度ａ_{ｙ，Ｋｏｒｒ}は、横方向力Ｆ_ｙｖを特徴付ける変数であり、そこからもラック力が計算され得る。例えば、ここに記載された自動車モデルから始まって、横加速度ａ_{ｙ，Ｋｏｒｒ}と横方向力Ｆ_ｙｖとの間の比例関係が仮定される。従って、変換ブロック３２を含まない不図示の実施の形態では、例えば、パラメータＫ_ｐ は、ＰＤＴ１要素３５がラック力ＦＦを横加速度ａ_{ｙ，Ｋｏｒｒ}から直接計算するように、選択され得る。

機能ブロック３３には、第１の乗算器３７が設けられ得る。当該乗算器３７は、ＰＤＴ１要素３５に後置されて、ＰＤＴ１要素３５から供給される信号にファクタＦ（ａ_ｙ ）を掛ける。この場合、ファクタＦ（ａ_ｙ ）は、−当該方法２１の正確な形態に従って−自動車モデル２７により得られる横加速度ａ_{ｙ，Ｍｏｄ} か加速度センサ２０により測定される横加速度ａ_{ｙ，Ｍｅｓ} に依存する。第１の乗算器３７は、横加速度ａ_ｙ が相対的に高い場合に計算されるラック力ＦＦを低減させ、これにより、ラック力ＦＦが、目標ステアリングトルクが計算され得る、というように計算される。それは、従来の純粋に機械的なステアリングシステムのステアリングトルクにかなり近くなる。好ましくは、横加速度ａ_ｙ が相対的に高い場合に、横加速度ａ_ｙ が相対的に低い場合と比べて、ファクタＦ（ａ_ｙ ）はより小さい。

ラック力ＦＦは、簡単な場合には、第２の乗算器３９に値ＦＩとして直接的に与えられ得る。それは、ラック力ＦＩに少なくとも１つの修正ファクタＰ_ｒｅｄ を掛けて、結果としてのラック力ＦＲを決定する。結果としてのラック力ＦＲは、例えば、目標ステアリングトルクの計算のために利用され得る。

第３の機能ブロック３３の出力の位置において、第２の乗算器３９と直接に接続するために、第３の機能ブロック３３と第２の乗算器３９との間に、論理要素４１が挿入されている。当該論理要素４１は、更なる機能ブロック４３、４５によって計算されるラック力のための値Ｆ１、Ｆ２をも考慮することによって、ラック力の中間値ＦＩを形成する。論理要素４１は、任意の態様で、値Ｆ１、Ｆ２、ＦＦを互いに関連付ける。それは、線形のコンビネーションを形成し得るし、あるいは、自動車の運転タイプに依存してある値を選択し得る。例えば、第３の機能ブロック３３によって計算されたラック力ＦＦが、自動車のある走行領域、特には通常の前進走行の間、に利用される、ということが考慮され得る。それに反して、例えば、更なる機能ブロック４３が、駐車時の走行状態のためのラック力Ｆ１を計算し、更なる機能ブロック４５が、第２のラック力への影響を描く。それは、操舵角度に依存した自動車の浮き上がり（Anheben）に対応する。図２から離れて、２つの更なる機能ブロック４３、４５に加えて、更なる機能ブロックも設けられ得て、ラック力ＦＩはもっと正確に計算可能とされ得る。機能ブロック３３、４１、４３、４５は、共に、ラック力の中間値ＦＩを決定するための機能装置４７を形成している。不図示の実施の形態では、第２の乗算器３９は設けられないで、中間値ＦＩが結果としてのラック力ＦＲに対応する。

自動車モデル２７が十分に正確である、特には自動車の移動状態にとって好適なラック力ＦＲの計算のための記述の方法は、特には横加速度ａ_{ｙ，Ｍｏｄ} を十分に正確に計算可能である。そのような標準状態では、好適には、加算器２９、３１によって各変数δ_Ｍｅｓ ないしａ_{ｙ，Ｍｏｄ} に何の値も加算されないで、乗算器３９がラック力の中間値ＦＩに値１を掛け、ＦＩ＝ＦＲである。

特殊状態でもラック力を十分に正確に計算可能とするために、加算器２９及び／または３１によるオフセット値Ｏ１、Ｏ２の加算によって、及び／または、第２の乗算器３９による少なくとも１つの修正ファクタＰ_ｒｅｄ での乗算によって、ラック力は修正される。そのような特殊状態は、例えば、自動車がオーバーステアリング、または、アンダーステアリングしている時、あるいは、特に自動車の左右のタイヤの制動の際にそれぞれ異なる摩擦係数μが生じる時（μスプリット状態）、に生じる。

図３は、オーバーステアリングの特殊状態とμスプリットの特殊状態とでの、組み合わせ修正のための方法２１の機能ブロック４９を示している。第２の機能ブロック２５は、モデル化された操舵角δ_Ｍｏｄ を、測定された偏揺れ率（yaw rate）

、車速ｖ、及び、セルフステアリング勾配ＥＧに依存して計算する、というように設けられている。機能ブロック２５においてモデル化された操舵角δ_Ｍｏｄ を計算するために、自動車モデル２７の式が利用され得る。

モデル化された操舵角δ_Ｍｏｄ は、勾配リミッタ５１に送られて、当該勾配リミッタ５１は、モデル化された操舵角δ_Ｍｏｄ の傾斜を制御する。信号の流れにおいて、第１ローパスフィルタ５３が、勾配リミッタ５１に続いている。第１ローパスフィルタ５３の出力部は、第１の減算器５５の入力部に接続されている。第１の減算器５５の別の入力部には、測定された操舵角δ_Ｍｅｓ が送られて、第１の減算器５５は、第１ローパスフィルタ５３から供給されて傾斜が制限されてフィルタリングされたモデル化された操舵角δ_Ｍｏｄ と測定された操舵角δ_Ｍｅｓ との差を形成する。モデル化された操舵角δ_Ｍｏｄ は、前述のように、偏揺れ−増幅に基いて計算されて、自動車移動に属している。

通常の走行状態では、この角度δ_Ｍｏｄ は、少なくとも本質的に、測定された操舵角δ_Ｍｅｓ に対応する。オーバーステアリングの場合、これらの角度δ_Ｍｏｄ 、δ_Ｍｅｓ 間の差が生じて、減算器５５によって計算された差が、オーバーステアリング状態が存在するか否かについての示唆を与える。正の偏揺れ率の際に差が正である時、あるいは、両方の変数（差と偏揺れ率）が負である時、オーバーステアリングが存在している。

第１ローパスフィルタ５３の出力部と第１の減算器５５の出力部とは、第３の乗算器５７の入力部と接続されている。第３の乗算器５７の出力部は、第１の比較要素５９に接続されている。第１の比較要素５９は、第３の乗算器５７によって生成された信号が０より大きいか否かを検証する。第１ローパスフィルタ５３の出力部における当該信号は、偏揺れ率と同じ符号を有している。第３の乗算器５７によって生成される信号の値が０より大きい時、第１の比較要素５９は、オーバーステアリング状態が存在していることを検知する。このような０との比較の結果が、解放条件を形成し、それは、ＯＲゲート６１を介して第４の乗算器６３に送られ、第３の乗算器５７によって生成される信号が０より大きいことを第１の比較要素５９が検知する時、第１の減算器５５の出力部の信号が各場合においてブロック６５に至る（anliegt）。

ブロック７７、ブロック６５に続く第５の乗算器６７、及び、第５の乗算器６７に続く第２ローパスフィルタ６９が、操舵角δ_Ｍｅｓ を修正するための第１のオフセットＯ１を計算する。

オフセットＯ１は、減速要素７１を介して、絶対値生成器７３に送られる。当該方法２１は、時間不連続に（zeitdiskret）作用し得て、時間不連続に動作する信号処理要素によって実行され得る。この場合、減速要素７１は、時間不連続な信号処理システムのインターバルだけ、値Ｏ１を遅らせる。

絶対値生成器７３の出力部は、第２の比較要素７５の入力部と接続されている。それは、絶対値生成器７３によって得られる信号Ｏ１の絶対値が所定の閾値より大きいか否かを検証するように設けられている。この値が当該閾値よりも大きい時、第２の比較要素７５は別の解放信号を生成する。それは、ＯＲゲート６１を介して第４の乗算器６３に至る。

第３の乗算器５７によって計算された値が０より大きいとすぐ、第４の乗算器６３は、第１の減算器５５によって生成された信号を解放する。第３の乗算器５７から供給される値が、再び０以下の値に戻っても、解放信号は、信号Ｏ１の絶対値が第２の比較要素７５の閾値を越えている限り、維持される。これにより、信号Ｏ１の時間経過における不連続、従って、操舵角度信号δ_ＲＷの時間経過における不連続、が回避される。

ブロック６５は、第１の減算器５５によって計算された操舵角度差に所与の増幅ファクタを掛けることにより、オフセット値Ｏ１の中間値Ｏ１’を計算する。この増幅ファクタは、固定的に与えられ得る、あるいは、車速ｖに依存して与えられ得る。更に、ブロック６５が中間値Ｏ１’を制限することも考慮され得る。この場合、測定された操舵角δ_Ｍｅｓ と第１の減算器５５により得られる差との符号の制限が考慮され得る。

オーバーステアリングの特殊状態のために操舵角δ_Ｍｅｓ を修正するために、ＯＲゲート６１によって論理的に結合された解放条件が考慮される。すなわち、ブロック６５が、オーバーステアリングの特殊状態のためのオフセットＯ１の中間値Ｏ１’を計算するために、第４の乗算器６３によって生成された値を把握する。

追加的にμスプリット制動の特殊状態のためにも操舵角δ_Ｍｅｓ を修正可能とするために、ブロック６５は、第１の減算器５５によって得られる角度差を、直接的に、すなわち第４の乗算器６３を介しての結合（論理結合）無しで、把握する。μスプリット状態のための追加角度のためのオフセットは、角度差をあるファクタで掛けることによって生じる。当該ファクタは、固定的に与えられ得る、あるいは、車速ｖに依存して与えられ得る。μスプリット状態のオフセットは、当該角度差に依存して得られる（eingeblendet）。追加的な解放条件、例えば、制動の始動、及び／または、相対的に小さい偏揺れ率

の存在、及び／または、険しい曲線が存在しないこと、が考慮され得る。μスプリット状態のためのオフセットは、全ての意図された解放条件が与えられる時にのみ、生成され得る。

オフセットＯ１の中間値Ｏ１’は、ブロック６５において、オーバーステアリングの状態のために決定される第１の値と、μスプリット状態のために決定される第２の値と、に依存して計算される。中間値Ｏ１’は、例えば、前記の両方の値のうちで大きい方、及び／または、絶対値が大きい方が中間値Ｏ１’として取り上げられる、というように決定され得る。第２の値は険しい曲線走行ＳＫが存在しない時にのみゼロとは異なる値をとることが、考慮され得る。このために，険しい曲線走行を示す信号ＳＫがブロック６５に至っている。

乗算器６７は、中間値Ｏ１’を、ある解放条件で乗算する。この解放条件は、最小車速値以上である時にのみゼロとは異なるオフセット値Ｏ１が生成される、というものである。このために、車速ｖが入力され、その出力が乗算器６７の入力部に接続された回路が存在している。最終的に、第５の乗算器６７によって生成された信号が第２ローパスフィルタ６９によってフィルタリングされることで、オフセットＯ１が生成される。

図４は、μスプリットの特殊状態に操舵角を調整（すなわち適合）するべく操舵角δ_Ｍｅｓ を修正するための別のオフセット値Ｏ２の計算のための機能ブロックを示している。第２の減算器８１は、モデル化された偏揺れ率

の測定された偏揺れ率

からの差を計算するために、設けられている。モデル化された偏揺れ率

は、例えば、自動車モデル２７に基づいて、前述のモデル式の適用下で、ブロック２３（図２参照）によって計算され得る。分割器８３が、両方の偏揺れ率

の間の差を、車速ｖで除算することで、当該差に対応する角度量に変換する。分割器８３に続くスケール要素８５が、分割器８３によって計算された商を所与のファクタで掛ける。

第６の乗算器８７の入力部は、スケール要素８５の出力部と接続されている。第６の乗算器８７の出力部は、リミッタ８９の入力部に至っており、その出力部は、第３ローパスフィルタ９１に接続されている。第３ローパスフィルタ６９としては、例えば、ＰＴ１要素が取り上げられ得る。

乗算器８７の更なる入力部が、リミッタ９３の出力部に接続されている。リミッタ９３の入力部は、第７の乗算器９５の出力部に接続されている。第７の乗算器９５、リミッタ９３及び第６の乗算器８７は、解放条件が充足されている時にのみ、０とは異なるオフセット値Ｏ２が生成される、というように作用する。解放条件の充足は、第７の乗算器９５の入力を介して検証される。第１の検証要素９７が、第７の乗算器９５の入力部に隣接しており、車速ｖが所与の最小車速値ｖ_ｍｉｎ 以上である時にのみゼロとは異なる値を取る。第２の検証要素９９は、絶対値で小さい偏揺れ率

が存在する時にのみゼロとは異なる値Ｏ２の生成による修正が行われる、ということを保証する。すなわち、第２の検証要素９９は、第７の乗算器９５の対応する入力部に隣接しており、測定された偏揺れ率

が所与の閾値

以下である時にのみゼロとは異なる値を取る。険しい曲線走行が存在しているか否かを示す信号がその入力部に供給され、その出力部には第７の乗算器９５の入力部が接続されているインバータ１０１が、険しい曲線走行が存在しない時にのみゼロとは異なる値Ｏ２が生成される、というように作用する。最後に、第７の乗算器９５の更なる入力部には、現時点て前進走行されていることが信号化された信号が至っている。従って、自動車の前進走行の場合にのみ、ゼロとは異なる値Ｏ２が生成される。

第２の減算器８１によって生成される偏揺れ率の差

は、更に絶対値生成器１０３に送られる。その出力部は、回路１０５の入力部に接続されている。回路１０５の出力部は、第７の乗算器９５の更なる入力部に接続されている。絶対値生成器１０３と回路１０５は、第７の乗算器９５、リミッタ９３、及び、第６の乗算器８７と協働して、偏揺れ率の差

が増大する時に値Ｏ２が過剰に急激に推移しないようにする。不図示の実施の形態では、第７の乗算器９５の更なる入力部に、現時点でμスプリット状態が存在するか否かを示す信号が供給される。

図５は、値Ｏ２の計算のための別のアプローチを示している。そこでは、図４と異なり、操舵角オフセットΔδが、外部変数として与えられている。外部変数は、制御装置１の他の機能によって生成され得るか、あるいは、自動車の他のシステムないし制御装置、例えば自動車の走行ダイナミクス制御装置（例えば、電子スタビリティプログラム：ＥＳＰ）、によって生成され得る。解放条件として、μスプリット状態が現時点で存在するか否かを示す変数μが取り上げられる。当該変数μは、制御装置１によって好適な態様で計算され得るか、あるいは、外部で、例えば走行ダイナミクス制御装置によって、与えられ得る。乗算器８７は、μスプリット状態が存在する場合にのみ０とは異なる値Ｏ２が生成される、というものである。

図６は、対応する態様で、すなわち、図５が示すのと同じ機能ブロック８７、８９、９１で、操舵角δ_Ｍｅｓ がオーバーステアリングの場合に修正され得ることを示している。第６の乗算器８７には、入力部に操舵角オフセットΔδが供給されて、別の入力部に別の回路１０７により変換された信号ＯＳが至っている。当該信号ＯＳは、自動車のオーバーステアリングの程度を示すものである。当該信号ＯＳとして、例えば、％値が利用され得る。当該信号ＯＳは、好適な態様で、制御装置１によって生成され得るか、あるいは、外部で、例えば走行ダイナミクス制御装置によって、与えられ得る。フィルタ９１がオーバーステアリングの特殊状態への操舵角の付加的な修正のために、オフセット値Ｏ１を出力する。

図７は、オフセット値Ｏが解放条件や信号ＯＳを考慮しないで決定される実施の形態を示している。操舵角オフセットΔδがリミッタ８９によって制限されて、フィルタ９１によってフィルタリングされて、オフセット値Ｏ１が形成される。不図示の実施の形態では、リミッタ８９及び／またはフィルタ９１は存在しない。すなわち、操舵角オフセットΔδを直接的にオフセット値Ｏとして利用すことも、考慮可能である（Ｏ＝Δδ）。

更に、ラック力が、修正ファクタＰ_ｒｅｄ によって縮小されることで、特殊状態の場合に修正され得る。この目的のために、図２に示されるように、中間変数ＦＩが第２の乗算器３９によってファクタＰ_ｒｅｄ で修正され得て、結果としてのラック力ＦＲが形成される。ファクタＰ_ｒｅｄ として、例えば％数が利用される。この場合、ファクタＰ_ｒｅｄ は、第２の乗算器３９の入力部に適用される前に、１００分割され得る。この分割のために、対応するスケール要素（図２では不図示）が、第２の乗算器３９の対応する入力部の前に配置され得る。

ファクタＰ_ｒｅｄ は、例えば図８に示されるように、決定され得る。機能ブロック１１１が、前述のアプローチに従って、変数ａ_{ｙ，Ｏｆｆｓｅｔ}を生成する。別の加算器１１３が、変数ａ_{ｙ，Ｏｆｆｓｅｔ}とモデル化された横加速度ａ_{ｙ，Ｍｏｄ} の加算により、修正された横加速度ａ_{ｙ，Ｋｏｒｒ}を形成する。そこから離れて、修正された横加速度ａ_{ｙ，Ｋｏｒｒ}は、変数ａ_{ｙ，Ｏｆｆｓｅｔ}と測定された横加速度ａ_{ｙ，Ｋｏｒｒ}の加算によって計算されてもよい。最終的に、修正された横加速度ａ_{ｙ，Ｋｏｒｒ}は、別の回路１１５によって、ファクタＰ_ｒｅｄ の値に変換される。回路１１５の特性線は、例えば、単調な減少推移を有し得る。

図示の実施の形態では、機能ブロック１１１は、少なくとも外部信号ｕｅｘｔに依存して、変数ａ_{ｙ，Ｏｆｆｓｅｔ}を形成する。外部信号ｕｅｘｔは、オーバーステアリングの特殊状態を示し、及び／または、オーバーステアリングｓの程度を特徴付ける。これにより、オーバーステアリングの状態のためにラック力が修正されることが、達成される。不図示の実施の形態では、外部信号ｕｅｘｔは考慮されない。

ラック力は、アンダーステアリングの特殊状態において、横加速度差ａ_{ｙ，Ｍｏｄ} −ａ_{ｙ，Ｍｅｓ} に基づいても修正され得る。この横加速度差は、自動車モデル２７によって得られる横加速度ａ_{ｙ，Ｍｏｄ} と測定される横加速度ａ_{ｙ，Ｍｅｓ} とから、計算される。修正された横加速度ａ_{ｙ，Ｋｏｒｒ}として、この時、以下が得られる。

この修正された横加速度ａ_{ｙ，Ｋｏｒｒ}は、図８の加算器１１３によって計算される。

更に、横加速度差は増幅ファクタとの乗算によって増幅される、ということが考慮され得る。このファクタは、例えば、横加速度差ａ_{ｙ，Ｍｏｄ} −ａ_{ｙ，Ｍｅｓ} 自体に依存して形成され得る。自動車のタイヤと路面との間の摩擦が高い場合、横加速度差は、少なくともほぼゼロである。なぜなら、自動車モデル２７が、自動車の実際の移動状態を比較的正確に描写するからである。摩擦値が低い場合、横加速度差の絶対値が増大する。なぜなら、自動車モデル２７は実際に達成されるよりも高い横加速度ａ_{ｙ，Ｍｏｄ} をとるからである。横加速度差ないし前記ファクタにより増幅される横加速度差の考慮により、ラック力が中間変数ＦＩよりもリアルであることが、達成され得る。

更に、修正オフセットａ_{ｙ，Ｏｆｆｓｅｔ}が摩擦値μに依存して決定されること、が考慮され得る。摩擦値μは、例えば、制御装置１によって、あるいは、制御装置１ではない他の制御装置、例えば分離された制御装置、によって、計算され得る。摩擦値μが、計算されたラック力ＦＲとステアリング装置２のラックまたはステアリング装置２の他の操作要素に実際に適用されている力との比較に基づいて、決定される、ということが考慮可能である。

実際に適用されている力は、例えば、力センサによって、あるいは、回転トルクセンサによって、検知され得る。

従って、修正された横加速度は、以下の式によって生じる。

ここで説明された実施の形態では、特に、符号「Ｍｏｄ」が付された偏揺れ率、横加速度、及び、操舵角の値は、自動車のモデル式の適用下で、場合によっては引き続いてのフィルタリングを伴って、決定される。特に、偏揺れ率、横加速度、及び、操舵角の測定された値は、符号「Ｍｅｓ」が付されている。符号「Ｍｏｄ」も符号「Ｍｅｓ」も付されていない変数は、測定された値とモデル式により計算された値とのいずれをも取り上げられ得る。

全体として、ここに説明された本方法２１は、特に走行領域毎に、ラック力ＦＲの正確で信頼性ある計算を可能にする。本方法２１は、個々のパラメータの変更により、具体的な自動車に容易に適合可能である。更に、ここに説明された本方法によれば、自動車が特殊状態にある時でも、良好な精度でラック力ＦＲが生成される。従って、本方法２１によって計算されるラック力ＦＲは、特に自動車の運転手に現時点の走行状態が特殊状態でも良好なフィードバックを与えるような、特に実際のステアリングトルクが調整されるべき目標ステアリングトルクの計算のための入力変数として、好適である。

Claims (21)

1. 自動車のステアリング装置（２）のための結果としてのラック力（ＦＲ）を決定するための方法（２１）であって、
   ラック力（ＦＦ）が、実際の車輪の操舵角（δＲＷ）または当該操舵角（δＲＷ）の設定値を特徴付ける操舵角度変数に依存して決定され、
   前記方法（２１）は、
   ステアリング装置（２）の軸上の横方向力（Ｆｙｖ）を特徴付ける変数を決定する工程と、
   当該横方向力（Ｆｙｖ）に依存して前記ラック力（ＦＦ）を決定する工程と、を備え、
   前記ラック力（ＦＦ）の決定は、比例差分伝達関数を有する信号処理要素（３５）によるフィルタリングを含んでおり、前記ラック力（ＦＦ）は、前記結果としてのラック力（ＦＲ）の決定に寄与する
   ことを特徴とする方法（２１）。
2. 前記信号処理要素（３５）は、ＰＤＴ１要素である
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法（２１）。
3. 前記信号処理要素（３５）の前記伝達関数の少なくとも１つの係数（Ｋｐ、Ｔｖ、Ｔ１
   ）が一定の値として与えられることを特徴とする請求項１または２に記載の方法（２１）。
4. 当該方法（２１）の実行中に、前記信号処理要素（３５）の伝達関数の少なくとも１つの係数（Ｋｐ、Ｔｖ、Ｔ１）が変更される
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の方法（２１）。
5. 前記信号処理要素（３５）の伝達関数の少なくとも１つの係数（Ｋｐ、Ｔｖ、Ｔ１）は、車速（Ｖ）に依存して、あるいは、当該車速から導出される変数に依存して、与えられる
   ことを特徴とする請求項４に記載の方法（２１）。
6. 前記信号処理要素（３５）によって決定される中間変数が、スケーリングファクタ（Ｆ（ａｙ））によって乗算（３７）される
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の方法（２１）。
7. 前記スケーリングファクタ（Ｆ（ａｙ））は、自動車の横加速度（ａｙ）に依存して形成される
   ことを特徴とする請求項６に記載の方法（２１）。
8. 測定された車輪操舵角（δＭｅｓ）が、当該測定された車輪操舵角（δＭｅｓ）へのオフセット値（Ｏ１、Ｏ２）の付加によって変更されることによって、前記ラック力（ＦＦ）が修正される
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の方法（２１）。
9. 前記オフセット値（Ｏ１）の計算のために、モデル化された操舵角（δＭｏｄ）が、偏揺れ率（yaw rate ）
   

   

   、車速（ｖ）及びセルフステアリング勾配（ＥＧ）に依存して、決定（２５）され、測定された操舵角（δＭｅｓ）と比較される
   ことを特徴とする請求項８に記載の方法（２１）。
10. モデル化された操舵角（δＭｏｄ）と測定された操舵角（δＭｅｓ）との比較のために、操舵角差が形成（５５）される
    ことを特徴とする請求項９に記載の方法（２１）。
11. モデル化された操舵角（δＭｏｄ）またはそれから導出される変数と操舵角差とが異なる符号である際に、自動車のオーバーステアリングが検知（５７，５９）される
    ことを特徴とする請求項１０に記載の方法（２１）。
12. モデル化された操舵角（δＭｏｄ）と測定された操舵角（δＭｅｓ）との比較（５５）に依存して、自動車のオーバーステアリングの場合のラック力の修正のための第１修正値が決定（６５）され、μスプリット状態での前記ラック力（ＦＦ）の修正のための第２修正値が決定（６５）され、第１修正値と第２修正値のうちの最大値がオフセット値（Ｏ１）とされる
    ことを特徴とする請求項９乃至１１のいずれかに記載の方法（２１）。
13. オーバーステアリングが検知（５７、５９）されているか、あるいは、オフセット値（Ｏ１）が少なくとも所定の閾値（７５）以上である限り、ゼロとは異なる第１修正値が形成される
    ことを特徴とする請求項１２に記載の方法（２１）。
14. 自動車の車速（ｖ）が少なくとも車速最小値以上である限り、ゼロとは異なるオフセット値（Ｏ１）が形成される
    ことを特徴とする請求項８乃至１３のいずれかに記載の方法（２１）。
15. 前記ラック力（ＦＦ）は、修正ファクタ（Ｐｒｅｄ）との乗算（３９）によって変更されることで、修正される
    ことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載の方法（２１）。
16. 前記修正ファクタ（Ｐｒｅｄ）は、自動車の横加速度（ａｙ）に依存して計算される
    ことを特徴とする請求項１５に記載の方法（２１）。
17. 前記修正ファクタ（Ｐｒｅｄ）は、自動車モデルによって決定された横加速度（ａｙ
    ）と測定された横加速度（ａｙ，Ｍｅｓ）との横加速度差（ａｙ，Ｋｏｒｒ）に依存して計算される
    ことを特徴とする請求項１５に記載の方法（２１）。
18. 前記修正ファクタ（Ｐｒｅｄ）は、検知あるいは測定された摩擦係数（μ）に依存して計算される
    ことを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれかに記載の方法（２１）。
19. 自動車のステアリング装置（２）のためのフィードフォワード、及び／または、フィードバック制御装置（１）であって、
    当該フィードフォワード、及び／または、フィードバック制御装置（１）は、結果としてのラック力（ＦＲ）を、実際の車輪の操舵角（δＲＷ）または当該操舵角（δＲＷ）の設定値を特徴付ける操舵角度変数に依存して決定する、というように装備されており、
    前記フィードフォワード、及び／または、フィードバック制御装置（１）は、
    ステアリング装置（２）の軸上の横方向力（Ｆｙｖ）を特徴付ける変数を決定し、当該横方向力（Ｆｙｖ）に依存してラック力（ＦＦ）を決定する、
    というように装備されており、
    前記ラック力（ＦＦ）の決定は、比例差分伝達関数を有する信号処理要素（３５）によるフィルタリングを含んでおり、前記ラック力（ＦＦ）は、前記結果としてのラック力（ＦＲ）の決定に寄与する
    ことを特徴とするフィードフォワード、及び／または、フィードバック制御装置（１）。
20. 請求項１乃至１８のいずれかに記載の方法を実施するために、当該フィードフォワード、及び／または、フィードバック制御装置（１）が装備されている
    ことを特徴とする請求項１９に記載のフィードフォワード、及び／または、フィードバック制御装置（１）。
21. 請求項１９乃至２０に記載されたフィードフォワード、及び／または、フィードバック制御装置（１）を備えた自動車のステアリング装置（２）であって、
    前記フィードフォワード、及び／または、フィードバック制御装置（１）は、ラック力（ＦＦ，ＦＲ）を、実際の車輪の操舵角（δＲＷ）または当該操舵角（δＲＷ）の設定値を特徴付ける操舵角度変数に依存して決定する、というように装備されている
    ことを特徴とするステアリング装置（２）。

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