JP2006008120A - 自動車のステアリング挙動の調節のための装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ディファレンシャルロックを有し、ディファレンシャルロックの作用でヨーイングモーメントが生じうる車両において、当該ヨーイングモーメントを補償して運転者の負担を軽減すること。
【解決手段】 第１のヨーイングモーメント（Ｍ_G）を発生する少なくとも１個のディファレンシャルロックと、運転者操舵角（δ_FL）に補助操舵角（δ_ZL）を重ね合わせ、第２のヨーイングモーメントを発生するステアリングシステム（２）とを有する自動車のステアリング挙動の調節にあたって、発生する第２のヨーイングモーメントが第１のヨーイングモーメント（Ｍ_G）を補償するように、補助操舵角（δ_ZL）を設定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、少なくとも１個のディファレンシャルロックと、運転者が設定した運転者操舵角に補助操舵角を重ね合わせるステアリングシステムとを有する自動車のステアリング挙動の調節のための、請求項１の上位概念に基づく方法、並びに方法を実施するための装置に関する。

重ね合わせ式ステアリングは例えばドイツ国特許公開公報ＤＥ−Ａ４０３１３１６或いはドイツ国特許公報ＤＥ−Ｃ４３２６３５５により公知である。このステアリングは２個の入力軸と１個の出力軸を備えた遊星歯車装置を有し、運転者が希望する運転者操舵角は第１の入力軸を介して、補助操舵角は例えば電動モータにより第２の入力軸を介して入力され、補助操舵角が運転者操舵角に重ね合わせられる。次に重ね合わせ機構の出力軸を経て操舵角が前輪に伝達される。こうして可変ステアリングギヤレシオが得られる。これは例えばZF Lenksysteme GmbH社のカタログにより「アクティブステアリング」の名称でも知られている。

運転者操舵角のための主入力と補助操舵角のための副入力を有する重ね合わせ式ギヤ（ＡＦＳ＝Active Front Steering［アクティブ前輪ステアリング］）を備えた自動車ステアリングシステムがドイツ国特許公開公報ＤＥ−Ａ１０２１８５７９により公知である。このようなステアリングコントロールによって車のドライブダイナミクスを調節することができる。重ね合わせ式ギヤの利点は、ステアリングホイールと操縦可能な前輪の間に機械的結合が存在し、それが車の安全性を高めることである。

ステアリングホイールとステアリングギヤの間の機械的結合が完全に電気機械式部品に置き換えられる、いわゆるステア・バイ・ワイヤ・システムも知られている。この場合も運転者が設定する運転者操舵角に補助操舵角を重ね合わせることができる。

例えばいわゆるμスプリット（ミュースプリット）状態で、即ち車道の左側と右側で摩擦係数が異なる場合に、車のヨーイングモーメントが不意に現れたとき、ステアリングコントロールを行うことも公知である。ドイツ国特許公開公報ＤＥ−Ａ４０３８０７９では、μスプリット状態によって生じるヨーイングモーメントを補償するために、μスプリット・ブレーキ操作の際に補償操舵角を重ね合わせるアンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）を備えた車両が記述される。その場合補償操舵角は、作用するブレーキ圧力又は右輪と左輪の間のブレーキ圧力差に関連して計算される。補償操舵角によって生じる車輪舵角がヨーイングモーメントを補償するのである。

本発明はディファレンシャルロック付き車両で起こる運転状況から出発する。この種のディファレンシャルロックは周知であり、とりわけ商用車やオフロード車で被駆動輪のスリップを防止するために使用される。ディファレンシャルロック付き車両がμスプリット道路で発進し、スリップする車輪をディファレンシャルロックで制動すると、車両の運転者の望まぬヨーイングモーメントが生じる。その場合車両は低い摩擦係数の側に進路を取ろうとする。ディファレンシャルロックは多板クラッチ付き差動装置又は車両ブレーキの電子制御装置により実現することができる。
ドイツ国特許公開公報ＤＥ−Ａ４０３１３１６ ドイツ国特許公報ＤＥ−Ｃ４３２６３５５ ドイツ国特許公開公報ＤＥ−Ａ１０２１８５７９ ドイツ国特許公開公報ＤＥ−Ａ４０３８０７９

本発明の課題は、ディファレンシャルロックを有し、ディファレンシャルロックの作用でヨーイングモーメントが生じる車両で運転者の負担を軽減すること、即ちヨーイングモーメントを十分に補償することである。

この課題は、請求項１の特徴を有する方法及び請求項７又は８の特徴を有する装置及び請求項９の特徴による方法又は装置の使用によって解決される。本発明によれば、ディファレンシャルロック及び運転者操舵角に補助操舵角を重ね合わせることができるステアリングシステムを有する自動車において、発生する第１のヨーイングモーメントを第２のヨーイングモーメントによって補償する。第１のヨーイングモーメントが発生したときに計算され、入力される補助操舵角は、例えばμスプリット道路で車を発進することによって引き起こされる第１のヨーイングモーメントに逆作用する車輪舵角をもたらす。補助操舵角によって車両に第２のヨーイングモーメントが発生される。その値は第１のヨーイングモーメントに相当するが、逆に作用し、こうして補償する（打ち消す）。運転者はそれによって大幅に負担が軽減される。即ち車両を直進の進路に保つために逆かじ取り（カウンターステア）をまったく又はほとんどしないでよい。

発明の有利な実施態様では、計算ユニットで補助操舵角の大きさを、車両で測定可能な種々のパラメータに関連させて計算することができる。このパラメータには車輪回転数又はこれから導き出されるディファレンシャルロック又はそのロックアップクラッチでの回転数差、さらに検出された摩擦係数、伝達されるクラッチトルク及びエンジントルク、ブレーキ圧力、車速、運転者操舵角及び車両のヨーレート、即ち車両の垂直軸の周りの角速度が属する。これらの値から補助操舵角が算出され、これを重ね合わせることによってヨーイングモーメントを十分に補償することができる。

発明の別の代替実施形態によれば、補助操舵角を例えば車輪回転数、車速、摩擦係数、クラッチ接触圧力、車輪舵角、運転者操舵角及び車両のヨーレートに基づき、ディファレンシャルロックの作用によって生じるヨーイングモーメントから直接計算することができる。ヨーイングモーメントをこうして計算し又は推定することができる。ヨーイングモーメントの値から補助操舵角を計算して、重ね合わせ式ステアリングに入力する。その結果生じるステアリングコントロール、即ち前輪の車輪操舵角もヨーイングモーメントを補償する。

発明の実施例を図面に示し、以下で詳述する。

図１は補助操舵角δ_ZLの計算のためのブロック構成図を示す。ブロックとして示した計算ユニット１に、ｘ１ないしｘ９で示す様々なパラメータが入力される。計算ユニット１はこれらのデータから補助操舵角δ_ZLを算出し、補助操舵角δ_ZLはステアリングシステム２に入力される。補助操舵角δ_ZLはステアリングシステム２で、自動車の運転者が制御する運転者操舵角δ_FLに重ね合わされ、車輪舵角として自動車の前輪に転送される。ここに示す補助操舵角δ_ZLはこうして、運転者が選んだ運転者操舵角δ_FLを修正する。運転者操舵角δ_FLのこの修正によって、ステアリングシステム２により車両に第２のヨーイングモーメントが発生される。そこで本発明に基づき補助操舵角δ_ZLは、それによって生じる第２のヨーイングモーメントが、ディファレンシャルロックの作用により発生する第１のヨーイングモーメントＭ_Gを補償するように計算される。ディファレンシャルロックの第１のヨーイングモーメントＭ_Gは、例えば異なる被駆動輪に対して摩擦係数が相違する道路によって引き起こされ（μスプリット状態）、望ましくない。車両がμスプリット状態で発進し、スリップする車輪がディファレンシャルロックにより制動されると、第１のヨーイングモーメントＭ_Gが生じ、車両を低い摩擦係数の方向に転回する。補助操舵角δ_ZLによって引き起こされる第２のヨーイングモーメントは、この第１のヨーイングモーメントＭ_Gに対して逆作用する。補助操舵角δ_ZLはパラメータｘ１ないしｘ９の少なくとも１つから計算される。これらのパラメータは次の意味を有する。
ｘ１：車の車輪回転数
ｘ２：車速
ｘ３：摩擦係数
ｘ４：ディファレンシャルロックのクラッチトルク
ｘ５：エンジントルク
ｘ６：ブレーキ圧力
ｘ７：運転者操舵角δ_FL
ｘ８：車輪舵角δ_RL
ｘ９：ヨーレートω_Z（車のＺ軸の周りの角速度）

これらのパラメータにより適当な補助操舵角δ_ZLが計算される。補助操舵角δ_ZLはステアリングシステム２により車輪舵角を介して第２のヨーイングモーメントを生じる。第２のヨーイングモーメントはディファレンシャルロックの第１のヨーイングモーメントＭ_Gに逆作用する。こうして運転者は負担が軽減され、車両の逆かじ取りから開放される。μスプリット状態がもはや存在しなければ、ヨーイングモーメント補償はもはや必要でなく、補助操舵角δ_ZLは所定の期間内に値ゼロに戻される。ステアリングコントロールはもはや行われない。

図２は代替計算方法のブロック構成図を示す。ブロック３はやはり計算ユニットを示し、ここに様々なパラメータｘ１ないしｘ９が入力される。上記のパラメータｘ１ないしｘ９に相当するこれらの以下で説明するパラメータによって、ディファレンシャルロックの干渉により生じる第１のヨーイングモーメントＭ_Gが計算される。第１のヨーイングモーメントＭ_Gの値はブロック４に入力信号として送られ、そこで補助操舵角δ_ZLが計算される。補助操舵角δ_ZLはやはりステアリングシステム２に入力される。ステアリングシステム２で運転者操舵角δ_FLに重ね合わせられて、前輪の車輪舵角を発生する。この代案では補助操舵角δ_ZLの計算は第１のヨーイングモーメントＭ_Gの大きさとの関連で行われる−その限りで補助操舵角δ_ZL及びそれから生じるステアリングコントロールは第１のヨーイングモーメントＭ_Gに直接整合する。

コンピュータ３に入力されるパラメータは次の意味を有する。
ｘ１：車の車輪回転数
ｘ２：車速
ｘ３：摩擦係数
ｘ４：ディファレンシャルロックのクラッチトルク
ｘ５：エンジントルク
ｘ６：ブレーキ圧力
ｘ７：運転者操舵角δ_FL
ｘ８：車輪舵角δ_RL
ｘ９：ヨーレートω_Z（車のＺ軸の周りの角速度）

パラメータｘ１ないしｘ９の少なくとも１つによってμスプリット状態が認識される。

補助操舵角の計算のためのブロック構成図を示す。 補助操舵角の計算の代案を示す。

Claims (9)

1. 第１のヨーイングモーメント（Ｍ_G）を発生する少なくとも１個のディファレンシャルロックと、運転者操舵角（δ_FL）に補助操舵角（δ_ZL）を重ね合わせ、第２のヨーイングモーメントを発生するステアリングシステム（２）とを有する自動車のステアリング挙動の調節のための方法において、
   発生する第２のヨーイングモーメントが第１のヨーイングモーメント（Ｍ_G）を補償するように、補助操舵角（δ_ZL）を設定することを特徴とする方法。
2. 第１のヨーイングモーメント（Ｍ_G）を下記のパラメータ、
   即ち
   −ｘ１：車の車輪回転数
   −ｘ２：車速
   −ｘ３：摩擦係数
   −ｘ４：ディファレンシャルロックのクラッチトルク
   −ｘ５：エンジントルク
   −ｘ６：ブレーキ圧力
   −ｘ７：運転者操舵角δ_FL
   −ｘ８：車輪舵角δ_RL
   −ｘ９：ヨーレートω_Z（車のＺ軸の周りの角速度）
   の少なくとも１つに関連して計算することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 補助操舵角（δ_ZL）を下記のパラメータ、
   即ち
   −ｘ１：車の車輪回転数
   −ｘ２：車速
   −ｘ３：摩擦係数
   −ｘ４：ディファレンシャルロックのクラッチトルク
   −ｘ５：エンジントルク
   −ｘ６：ブレーキ圧力
   −ｘ７：運転者操舵角δ_FL
   −ｘ８：車輪舵角δ_RL
   −ｘ９：ヨーレートω_Z（車のＺ軸の周りの角速度）
   の少なくとも１つに関連して計算することを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 補助操舵角（δ_ZL）を第１のヨーイングモーメント（Ｍ_G）に関連させて計算することを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. パラメータ（ｘ１ないしｘ９）の少なくとも１つによってμスプリット状態が認識されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の方法。
6. ディファレンシャルロックの第１のヨーイングモーメント（Ｍ_G）が消滅すると、補助操舵角（δ_ZL）が所定の時間の経過の後に値ゼロに戻されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
7. 少なくとも１個のディファレンシャルロックと、運転者操舵角（δ_FL）に補助操舵角（δ_ZL）を重ね合わせることができるステアリングシステムと、パラメータ（ｘ１−ｘ９）に基づき補助操舵角（δ_ZL）を計算することができる計算ユニット（１）と、を有する請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法を実施するための装置を備えた自動車。
8. 少なくとも１個のディファレンシャルロックと、運転者操舵角（δ_FL）に補助操舵角（δ_ZL）を重ね合わせることができるステアリングシステム（２）と、パラメータ（ｘ１−ｘ９）に基づき第１のヨーイングモーメント（Ｍ_G）を計算することができる計算ユニット（３）と、第１のヨーイングモーメント（Ｍ_G）に基づき補助操舵角（δ_ZL）を計算することができる第２の計算ユニット（４）と、を有する請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法を実施するための装置を備えた自動車。
9. 少なくとも１個のディファレンシャルロックと、運転者操舵角（δ_FL）に補助操舵角（δ_ZL）を重ね合わせることができるステアリングシステム（２）とを有する自動車での上記請求項の少なくとも１つに記載の方法又は装置の使用。

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