特開 2024-175679 制御装置を製造するための装置及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024175679

(43)【公開日】2024-12-18

(54)【発明の名称】制御装置を製造するための装置及び方法

(51)【国際特許分類】

   G05B 13/02 20060101AFI20241211BHJP

   G05B 11/36 20060101ALI20241211BHJP

   G05B 11/42 20060101ALI20241211BHJP

【ＦＩ】

G05B13/02 A

G05B11/36 G

G05B11/42

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2024091292

(22)【出願日】2024-06-05

(31)【優先権主張番号】10 2023 205 256.3

(32)【優先日】2023-06-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(71)【出願人】

【識別番号】390023711

【氏名又は名称】ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＥＲＴ ＢＯＳＣＨ ＧＭＢＨ

【住所又は居所原語表記】Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ， Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100098501

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 拓

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100134315

【弁理士】

【氏名又は名称】永島 秀郎

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】テオファン クライスト グエディア グエモ

(72)【発明者】

【氏名】フィリップ ラムシンスキー

(72)【発明者】

【氏名】シュテファン グリューナー

【テーマコード（参考）】

5H004

【Ｆターム（参考）】

5H004GB12

5H004GB15

5H004HB07

5H004KB02

5H004KB04

5H004KB06

5H004KC35

5H004KC48

5H004KC53

(57)【要約】

【課題】制御区間、特に車両（１００）の操舵システム（１０２）のラック（１０４）を含む制御区間用の制御装置（１０６）を製造するための装置及び方法に関する。
【解決手段】本装置及び本方法においては、異なる動作点における制御区間の特性実際値を特徴付ける測定値が提供され、制御区間、特にラック（１０４）の特性目標値が予め設定され、測定値に依存して、それぞれ異なる動作点のうちの１つに対して、各動作点における特性目標値からの特性実際値の偏差をモデリングする関数が決定され、制御区間の伝達特性実際値に影響を与える、制御装置（１０６）の少なくとも１つのパラメータ、特に、制御装置（１０６）の比例増幅係数、積分増幅係数又は微分増幅係数が、異なる動作点に対して特定された偏差に依存して決定され、これにより制御区間は、予め設定された伝達特性目標値を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

制御区間（２０６）、特に車両（１００）の操舵システム（１０２）のラック（１０４）を含む制御区間（２０６）用の制御装置（１０６）を製造するための方法において、
異なる動作点における前記制御区間（２０６）の特性実際値を特徴付ける測定値（２０２）が提供され（３０２）、
前記制御区間（２０６）、特に前記ラック（１０４）の特性目標値（２０４）が予め設定され（３０４）、
前記測定値（２０２）に依存して、それぞれ前記異なる動作点のうちの１つに対して、各動作点における前記特性目標値（２０４）からの前記特性実際値の偏差（２１０）をモデリングする関数（２０８）が決定され（３０６）、
前記制御区間（２０６）の伝達特性実際値に影響を与える、前記制御装置（１０６）の少なくとも１つのパラメータ、特に、前記制御装置（１０６）の比例増幅係数、積分増幅係数又は微分増幅係数が、前記異なる動作点に対して特定された前記偏差に依存して決定され（３１０）、これにより、前記制御区間（２０６）が予め定められた伝達特性目標値（２０４）を有する、
ことを特徴とする方法。

【請求項2】

前記偏差（２１０）に依存して、前記特性目標値（２０４）からの前記偏差（２１０）の最大偏差を特徴付ける値（２１２）が決定され（３０８）、前記値（２１２）及び／又は前記伝達特性目標値と前記伝達特性実際値との間の差分を最小化する前記少なくとも１つのパラメータが決定される（３１０）、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記制御装置（１０６）を用いて制御すべき制御区間（２０６）、特に前記ラック（１０４）を含む制御区間（２０６）のモデルが予め設定され（３０６）、前記関数（２０８）は、それぞれ前記モデルと、前記制御区間（２０６）の変化をモデリングする部分とを含み、前記制御区間（２０６）の前記変化をモデリングする部分のうちの少なくとも１つが、前記測定値（２０２）のうちの少なくとも１つに依存して近似される（３０６）、請求項１又は２に記載の方法。

【請求項4】

前記特性実際値は、前記ラック（１０４）の運動のためのモータ（１０８）のロータ（１１０）のロータ位置（１１４）に依存して特定される（３０２）、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項5】

前記特性実際値は、前記制御装置（１０６）により予め設定された前記少なくとも１つのパラメータを用いて制御される（３１２）、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

制御区間（２０６）、特に車両（１００）の操舵システム（１０２）のラック（１０４）を含む制御区間（２０６）用の制御装置（１０６）を製造するための装置（２００）において、
前記装置（２００）は、
異なる動作点における特性実際値を特徴付ける測定値（２０２）を提供し、
特に前記ラック（１０４）の特性目標値（２０４）を予め設定し、
前記測定値（２０２）に依存して、それぞれ、異なる動作点のうちの１つに対して、前記特性目標値（２０４）からの特性実際値の偏差を各動作点においてモデリングする関数（２０８）を決定し、
前記制御区間（２０６）の伝達特性実際値に影響を与える、前記制御装置（１０６）の少なくとも１つのパラメータ、特に、前記制御装置（１０６）の比例増幅係数、積分増幅係数又は微分増幅係数を、前記異なる動作点に対して特定された前記偏差に依存して決定し、これにより、前記制御区間（２０６）は、予め設定された伝達特性目標値（２０４）を有するように構成されている、
ことを特徴とする装置（２００）。

【請求項7】

前記装置（２００）は、前記偏差（２１０）に依存して、前記特性目標値からの前記偏差（２１０）の最大偏差を特徴付ける値（２１２）を決定し、前記値（２１２）及び／又は前記伝達特性目標値と前記伝達特性実際値との間の差分を最小化する前記少なくとも１つのパラメータを決定するように構成されている、請求項６に記載の装置（２００）。

【請求項8】

前記装置（２００）は、前記制御装置（１０６）を用いて制御すべき制御区間（２０６）、特に、前記ラック（１０４）を含む制御区間（２０６）のモデルを予め設定し、前記関数（２０４）は、それぞれ前記モデルと、前記制御区間（２０６）の変化をモデリングする部分とを含み、前記制御区間（２０６）の前記変化をモデリングする部分のうちの少なくとも１つを、前記測定値（２０２）のうちの少なくとも１つに依存して近似するように構成されている、請求項６又は７に記載の装置（２００）。

【請求項9】

前記制御装置（１０６）は、前記特性目標値と前記特性実際値との間の偏差を制御するように構成されており、前記制御装置（１０６）は、前記ラック（１０４）の運動のためのモータ（１０８）のロータ（１１０）のロータ位置（１１４）に依存して前記特性実際値を特定するように構成されている、請求項６乃至８のいずれか一項に記載の装置（２００）。

【請求項10】

制御装置（１０６）と、請求項６乃至９のいずれか一項に記載の装置（２００）とを含むことを特徴とする車両（１００）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、制御装置を製造する装置及び方法に関する。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0002】

発明の開示
制御区間、特に車両の操舵システムのラックを含む制御区間用の制御装置を製造するための方法においては、異なる動作点における制御区間の特性実際値を特徴付ける測定値が提供され、制御区間、特にラックの特性目標値が予め設定され、測定値に依存して、それぞれ異なる動作点のうちの１つに対して、各動作点における特性目標値からの特性実際値の偏差をモデリングする関数が決定され、制御区間の伝達特性実際値に影響を与える、制御装置の少なくとも１つのパラメータ、特に、制御装置の比例増幅係数、積分増幅係数又は微分増幅係数が、異なる動作点に対して特定された偏差に依存して決定され、これにより制御区間は、予め設定された伝達特性目標値を有することとなる。これにより、伝達特性目標値に一貫して追従する伝達特性実際値が達成される。

【0003】

本方法の一実施形態においては、偏差に依存して、特性目標値からの偏差の最大偏差を特徴付ける値が決定され、当該値及び／又は伝達特性目標値と伝達特性実際値との間の差分を最小化する少なくとも１つのパラメータが決定される。これにより、様々な動作点における一貫した制御が達成される。

【0004】

本方法の一実施形態においては、制御装置を用いて制御すべき制御区間、特に、ラックを含む制御区間のモデルが予め設定され、これらの関数は、それぞれモデルと、制御区間の変化をモデリングする部分とを含み、制御区間の変化をモデリングする部分のうちの少なくとも１つが、複数の測定値のうちの少なくとも１つに依存して近似される。これにより、様々な変化において一貫した制御が達成される。

【0005】

特性実際値は、ラックの運動のためのモータのロータのロータ位置に依存して特定されることが想定されるものとしてよい。これにより、制御装置は、ロータ位置を提供する操舵システム内に統合可能になる。

【0006】

本方法の一実施形態においては、特性実際値は、制御装置により予め設定された少なくとも１つのパラメータを用いて制御される。このことは、制御装置が自動化されてパラメータ化され、操舵システムは、パラメータ化された制御装置を用いて制御されることを意味する。

【0007】

制御区間、特に車両の操舵システムのラックを含む制御区間用の制御装置を製造するための装置は、異なる動作点における特性実際値を特徴付ける測定値を提供し、特にラックの特性目標値を予め設定し、測定値に依存して、それぞれ異なる動作点のうちの１つに対して、各動作点における特性目標値からの特性実際値の偏差をモデリングする関数を決定し、制御区間の伝達特性実際値に影響を与える、制御装置の少なくとも１つのパラメータ、特に、制御装置の比例増幅係数、積分増幅係数又は微分増幅係数を、異なる動作点に対して特定された偏差に依存して決定し、これにより制御区間は、予め設定された伝達特性目標値を有するように構成されている、装置である。これにより、伝達特性目標値に一貫して追従する伝達特性実際値を達成するように制御区間が制御される制御装置が提供される。

【0008】

本装置は、偏差に依存して、特性目標値からの偏差の最大偏差を特徴付ける値を決定し、当該値及び／又は伝達特性目標値と伝達特性実際値との間の差分を最小化する少なくとも１つのパラメータを決定するように構成されていることが想定されるものとしてよい。これにより、制御装置は、当該制御装置を用いることにより、様々な動作点において一貫した制御を達成し得るように提供される。

【0009】

本装置は、制御装置を用いて制御すべき制御区間、特にラックを含む制御区間のモデルを予め設定し、これらの関数は、それぞれモデルと、制御区間の変化をモデリングする部分とを含み、制御区間の変化をモデリングする部分のうちの少なくとも１つを、測定値のうちの少なくとも１つに依存して近似するように構成されていることが想定されるものとしてよい。これにより、制御装置は、様々な変化形態において一貫した制御を達成するように構成される。

【0010】

制御装置は、特性目標値と特性実際値との間の偏差を制御するように構成され、ここで、本装置は、ラックの運動のためのモータのロータのロータ位置に依存して特性実際値を特定するように構成されていることが想定されるものとしてよい。これにより、ロータ位置を提供する操舵システム用の制御装置が提供される。

【0011】

本装置を含む車両は、本装置の利点に対応する利点を有している。これは、制御装置が自動化されてパラメータ化可能であり、操舵システムは、パラメータ化された制御装置を用いて制御可能であることを意味する。

【0012】

さらなる好適な実施形態は、以下の説明及び図面から見て取ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】操舵システムと、当該操舵システムのラックの特性実際値のための制御装置とを備えた車両を示す概略図である。

【図2】制御装置を製造するための装置を示す概略図である。

【図3】制御装置を製造するための方法を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

図１には、操舵システム１０２を備えた車両１００が概略的に示されている。

【0015】

操舵システム１０２は、ラック１０４を含む。車両１００は、ラック１０４の特性実際値を制御するための制御装置１０６を含む。

【0016】

操舵システム１０２は、ロータ１１０を有するモータ１０８を含む。モータ１０８は、伝動装置１１２を介してラック１０４を運動させるように構成されている。

【0017】

制御装置１０６は、この例においては、ラック１０４の特性実際値をロータ位置１１４に依存して特定するように構成されている。制御装置１０６は、この例においては、ラック１０４の特性実際値を、ラック１０４の特性目標値に依存して制御するように構成されている。

【0018】

特性実際値は、例えば、ラック１０４の位置実際値である。特性目標値は、例えば、ラック１０４の位置目標値である。

【0019】

制御装置１０６を製造することは、そのデータ処理を含む。制御装置１０６及びその製造は、ステアバイワイヤ操舵システムのラック位置制御の関連において記載される。制御装置１０６は、相応にデータ処理する際に、他の変量及びシステムの制御のために使用可能である。

【0020】

ステアバイワイヤ操舵システムを備えた車両１００においては、転舵可能な車輪１１６と操舵ホイール１１８とが電気信号によって接続されている。それゆえ、操舵ホイール１１８において運転者により印加されるトルクは、転舵輪１１６に対して直接的な機械的影響を有していない。ステアバイワイヤ操舵システムは、２つのサブコンポーネント、すなわち、操舵ホイール１１８によって運転者の意思を受ける第１のサブコンポーネントと、ラック１０４を介して転舵輪１１６と機械的に接続されている第２のサブコンポーネントすなわちステアリングラックアクチュエータとを含む。

【0021】

操舵ホイール１１８においてセンサ１２０を用いて捕捉された運転者の方向設定１２２は、制御装置１０６に送信される。この制御装置１０６は、転舵輪１１６のホイール転舵角を制御する。

【0022】

制御装置１０６を介して、１つの制御ループが閉成されている。この制御ループは、センサ１２４を含み、このセンサ１２４は、ロータ位置１１４を測定し、制御装置１０６にフィードバックするように構成されている。

【0023】

制御装置１０６は、この例においては、ロータ位置１１４を変更するために、相応の制御変数１２６を用いてモータ１０８を駆動制御するように構成されている。

【0024】

良好な走行体験を保証するために、制御装置１０６は、操舵ホイール１１８において捕捉された、運転者の操舵ホイール設定に対する車両反応を良好に反映するように構成されている。例えば制御装置１０６は、操舵ホイール運動と転舵輪１１６の運動との間の時間遅延が、定義された特性を有するように構成されている。例えば、制御装置１０６は、車両１００が、操舵ホイール１１８において捕捉された、運転者による基準軌道を追従するように構成されている。

【0025】

操舵ホイール１１８において捕捉された運転者設定又は基準軌道は、ステアリングラックアクチュエータにおいてラック１０４に対する特性目標値により記述される。転舵輪１１６の運動は、ラック１０４の横方向運動によって引き起こされる。制御装置１０６は、ステアリングラックアクチュエータがラック１０４の位置実際値を、異なる走行状況において予め設定された精度で設定するように、ステアリングラックアクチュエータを駆動制御するように構成されている。

【0026】

制御装置１０６は、ステアリングラックアクチュエータが、外部干渉に対して堅固である動特性を実現するように、ステアリングラックアクチュエータを駆動制御するように構成されている。

【0027】

制御装置１０６は、ロータ位置１１４からラック１０４の位置実際値を計算するように構成されている。

【0028】

制御装置１０６は、車両１００によって達成可能な車両速度と走行状況とについて、ラック１０４の特性目標値と特性実際値との間の差分の定義された特性を閉ループ制御するように構成されている。制御装置１０６は、一貫した、すなわち、車両１００によって達成可能な車両速度及び走行状況を介して可及的に同様に維持される、ステアリングラックアクチュエータの特性を閉ループ制御するように構成されている。

【0029】

この制御ループにおいては、車両のフィードバックは、制御装置１０６に対する干渉とみなされる。制御装置１０６は、車両速度による車両反応の変化が、ステアリングラックアクチュエータの走行感覚又は横方向動特性に可能な限りわずかしか影響を与えないようにステアリングラックアクチュエータを制御するように構成されている。

【0030】

制御装置１０６は、この例においては、制御回路が定義された特定仕様を満たすように設計される。例えば、案内特性、すなわち、ラック１０４の特性実際値に対するラック１０４の特性目標値又はラック１０４の音響特性が特定仕様される。

【0031】

この例においては、転舵される車両アクスル、すなわち、転舵輪１１６を含むアクスルの特性が、制御装置１０６の製造時に車両１００によって達成可能な速度に対して考慮される。

【0032】

図２には、制御装置１０６を製造するための装置２００が概略的に示されている。この装置２００は、車両１００内に統合されるものとしてよい。

【0033】

装置２００は、異なる動作点における特性実際値を特徴付ける測定値２０２を提供するように構成されている。

【0034】

例えば、車両１００内において捕捉された測定値２０２が提供される。

【0035】

この例においては、車両反応は、測定値２０２において記録される特定の操作により分析される。

【0036】

装置２００は、伝達特性目標値２０４を予め設定するように構成されている。例えば装置２００は、制御区間２０６の伝達特性目標値を、特性目標値２０４に依存して予め設定するように構成されている。

【0037】

この例においては、装置２００は、制御区間２０６に対する伝送特性目標値２０４を、周波数領域及び／又は時間領域において予め設定するように構成されている。

【0038】

制御区間２０６は、この例においては、ラック１０４及びモータ１０８を含む。

【0039】

制御区間２０６の伝達特性実際値は、この例においては、車両１００が存在し得る走行状況について、また車両１００が運動すべき速度領域に関して、一貫すべきである。例えば、装置２００は、制御区間２０６の伝達特性実際値を、ラック１０４の特性実際値に依存して決定するように構成されている。

【0040】

装置２００は、制御区間２０６が予め設定された伝達特性目標値２０４を有するように、制御装置１０６の制御特性を決定する制御装置１０６の少なくとも１つのパラメータを決定するように構成されている。この装置２００は、この例においては、伝達特性目標値２０４と伝達特性実際値との間の差分を最小化する制御装置１０６の少なくとも１つのパラメータを決定するように構成されている。

【0041】

少なくとも１つのパラメータに対する例は、制御装置１０６の比例増幅係数、積分増幅係数又は微分増幅係数である。

【0042】

この例においては、装置２００は、少なくとも１つのパラメータを、測定値２０２に依存して決定するように構成されている。

【0043】

装置２００は、一実施形態においては、測定値２０２に依存して、それぞれ異なる動作点のうちの１つに対して、各動作点における特性目標値２０４からの特性実際値の各偏差２１０をモデリングする関数２０８を決定するように構成されている。例えば、動作点における特性目標値２０４からの特性実際値の各偏差２１０は線形にモデリングされる。この例においては、ｎ個の動作点について、ｎ個の関数２０８－１，２０８－２，２０８－３，…，２０８－ｎが表されている。

【0044】

例えば、測定値２０２の分析により、局所的な近似が特定される。関数２０８は、異なる動作点において、転舵される車両アクスルの特性をモデリングする。装置２００は、車両１００の現在の動作点を、例えば現在の車両速度又は走行状況に依存して特定し、このために設けられている、近似のための関数を選択するように構成されている。関数２０８は、この例において線形モデルにより特性を近似する。このようにして、転舵される車両アクスルの複雑な動特性は、局所的な線形関数として形式化される。

【0045】

各動作点に依存する車両反応は、この例においては、伝達特性目標値２０４からの制御区間２０６の伝達特性実際値の偏差に基づく構造化されたモデルエラーとして形式化される。

【0046】

装置２００は、この例においては、制御装置１０６を用いて制御すべき制御区間２０６のモデルを予め設定するように構成されている。

【0047】

関数２０８は、それぞれモデルと、制御区間２０６の変化をモデリングする部分とを含む。

【0048】

装置２００は、制御区間２０６の変化をモデリングする部分のうちの少なくとも１つを、測定値２０２のうちの少なくとも１つに依存して近似するように構成されている。

【0049】

各偏差２１０は、各車両反応を表す。制御区間２０６の変化に基づいて、車両反応は相互に異なっている。

【0050】

装置２００は、偏差２１０に依存して、特性目標値からの偏差２１０の最大偏差を特徴付ける値２１２を決定するように構成されている。装置２００は、この例においては、値２１２を最小化する、制御装置１０６の少なくとも１つのパラメータを決定するように構成されている。

【0051】

装置２００は、この例においては、制御装置１０６の少なくとも１つのパラメータを、偏差２１０を最小化する偏差２１０に依存して決定するように構成されている。

【0052】

図３には、制御装置１０６を製造するための方法からのステップを含むフローチャートが示されている。

【0053】

本方法は、ステップ３０２を含む。

【0054】

このステップ３０２においては、異なる動作点における制御区間２０６の特性実際値を特徴付ける測定値２０２が提供される。

【0055】

特性実際値は、例えば、ロータのロータ位置１１４に依存して特定される。

【0056】

本方法は、ステップ３０４を含む。

【0057】

このステップ３０４においては、制御区間２０６の特性目標値２０４が予め設定される。

【0058】

続いて、ステップ３０６が実行される。

【0059】

このステップ３０６においては、測定値２０２に依存して、それぞれ異なる動作点のうちの１つに対して、各動作点における特性目標値２０４からの特性実際値の偏差２１０を線形にモデリングする関数２０８が決定される。

【0060】

この例においては、制御装置１０６を用いて制御すべき制御区間２０６のモデルが予め設定される。

【0061】

関数２０８は、それぞれモデルと、制御区間２０６の変化をモデリングする部分とを含む。

【0062】

この例においては、制御区間２０６の変化をモデリングする部分のうちの少なくとも１つが、測定値２０２のうちの少なくとも１つに依存して近似される。

【0063】

続いて、ステップ３０８が実行される。

【0064】

ステップ３０８においては、偏差２１０に依存して、特性目標値２０４からの偏差２１０の最大偏差を特徴付ける値２１２が決定される。

【0065】

続いて、ステップ３１０が実行される。

【0066】

ステップ３１０においては、制御装置１０６の少なくとも１つのパラメータが、異なる動作点に対して特定された偏差に依存して決定される。

【0067】

少なくとも１つのパラメータは、制御区間２０６が予め設定された伝達特性目標値２０４を有するように決定される。

【0068】

この例においては、値２１２と、伝達特性目標値と伝達特性実際値との間の差分とを最小化する少なくとも１つのパラメータが決定される。

【0069】

例えば、少なくとも１つのパラメータは、μ合成を用いて決定される。関数２０８は、例えば、エラーを含む区間モデルＧ_μ、特に、制御区間２０６、例えばステアリングラックアクチュエータの適当に拡張された伝達行列Ｇに関するブロック対角エラー伝達行列ΔＬの超一次分数変換Ｆを表す：
Ｇ_μ＝Ｆ（Ｇ，ΔＬ）

【0070】

このようにパラメータ化された制御装置１０６は、動作点に統合されたステップ応答を有する。

【0071】

そのようにパラメータ化された制御装置１０６は、好適には制御区間２０６の制御のために使用される。

【0072】

任意選択的に、ステップ３１２が実行される。このステップ３１２においては、特性実際値が、制御装置１０６により予め設定された少なくとも１つのパラメータを用いて制御される。

【0073】

本方法は、好適には自動化されて実行され、この場合、測定が車両１００内において行われ、制御装置１０６は、自動化されてパラメータ化される。

【図1】

【図2】

【図3】

【外国語明細書】