特表 2023-534265 ステアリングシステムにおける負荷を低減するための方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-08-08

(54)【発明の名称】ステアリングシステムにおける負荷を低減するための方法

(51)【国際特許分類】

   B62D 6/00 20060101AFI20230801BHJP

   B62D 5/04 20060101ALI20230801BHJP

   B62D 113/00 20060101ALN20230801BHJP

   B62D 119/00 20060101ALN20230801BHJP

【ＦＩ】

B62D6/00

B62D5/04

B62D113:00

B62D119:00

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023502753

(86)(22)【出願日】2021-05-20

(85)【翻訳文提出日】2023-01-13

(86)【国際出願番号】 EP2021063440

(87)【国際公開番号】W WO2022012802

(87)【国際公開日】2022-01-20

(31)【優先権主張番号】102020208767.9

(32)【優先日】2020-07-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(81)【指定国・地域】

(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】ミヒャエル フリーデル

(72)【発明者】

【氏名】ミヒャエル オクス

(72)【発明者】

【氏名】マーティン ツィマーマン

【テーマコード（参考）】

3D232

3D333

【Ｆターム（参考）】

3D232CC48

3D232DA03

3D232DA09

3D232DA13

3D232DA15

3D232DA62

3D232DA63

3D232DD02

3D232EB11

3D232GG01

3D333CB02

3D333CB21

3D333CE03

3D333CE04

(57)【要約】

特に車両（１２）における動作中のステアリングシステム（１０）における負荷を低減するための方法が提案され、ここでは、外力作用によってステアリングシステム（１０）に生じる負荷が求められて、少なくとも１つの動作状態において、アクチュエータユニット（１４）の駆動制御により、少なくとも部分的に補償され、アクチュエータユニット（１４）は、動作状態において、外力作用と相関するステアリングシステム（１０）の慣性効果が低減されるように駆動制御される。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

特に車両（１２）における動作中のステアリングシステム（１０）における負荷を低減するための方法であって、
外力作用によって前記ステアリングシステム（１０）に生じる負荷が求められて、少なくとも１つの動作状態において、アクチュエータユニット（１４）の駆動制御により、少なくとも部分的に補償され、
前記アクチュエータユニット（１４）は、前記動作状態において、前記外力作用と相関する前記ステアリングシステム（１０）の慣性効果が低減されるように駆動制御される、方法。

【請求項2】

前記動作状態において、前記アクチュエータユニット（１４）を用いて前記ステアリングシステム（１０）の慣性に反作用する補償トルク及び／又は前記ステアリングシステム（１０）の慣性に反作用する補償力が生成され、前記ステアリングシステム（１０）に印加される、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記動作状態において、前記アクチュエータユニット（１４）の駆動制御のために負荷低減関数（１６）が使用され、前記負荷低減関数（１６）は、走行状況に特化して活動化及び／又は非活動化される、請求項１又は２に記載の方法。

【請求項4】

前記負荷と相関する負荷特性値が求められ、前記負荷低減関数（１６）は、前記負荷特性値が第１の限界値を上回った場合に活動化され、前記負荷特性値が第２の限界値を下回った場合に非活動化される、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記負荷低減関数（１６）は、活動化の際にフェードインされ、及び／又は、非活動化の際にフェードアウトされる、請求項３又は４に記載の方法。

【請求項6】

前記動作状態において、前記アクチュエータユニット（１４）の駆動制御により、サーボ系統（１８）において優勢な少なくとも１つの負荷が補償される、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項7】

前記動作状態において、前記アクチュエータユニット（１４）の駆動制御により、ステアリング系統（２０）において優勢な少なくとも１つの負荷が補償される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

前記アクチュエータユニット（１４）として、ステアリングトルクを提供する電気的ステアリングアクチュエータが使用される、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項9】

前記負荷を求めるために、前記アクチュエータユニット（１４）の少なくとも１つの動作変数及び／又はステアリングハンドル（２２）の運動が監視される、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項10】

前記負荷は、地盤及び／又は前記車両（１２）の周辺からの力作用を含む、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。

【請求項11】

制御装置（２４）、特にステアリング制御装置であって、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の方法を実施するための計算ユニット（２６）を有する制御装置。

【請求項12】

車両（１２）、特に自動車であって、少なくとも１つのアクチュエータユニット（１４）を含むステアリングシステム（１０）と、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の方法を実施するための計算ユニット（２６）とを有する車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

従来技術
本発明は、ステアリングシステムの負荷を低減するための方法に関する。さらに、本発明は、そのような方法を実施するための計算ユニットを有する制御装置、及び、そのような方法を実施するための計算ユニットを有する車両に関する。

【背景技術】

【0002】

車両、特に車両のステアリングシステムは、総寿命にわたって機能性を維持するために、高い負荷能力を有するように設計する必要がある。特に悪路区間を走破する際には、ここでは、非常に大きな負荷がステアリングシステムに作用し、この場合、この負荷は、特にステアリングシステム内の質量体及び慣性の大きさ及び配置に依存し、さらにステアリングシステムの剛性に依存する。そのため、破損を防止するために、サイズアップされた機械部品を使用するのが通常だが、これによってステアリングシステムの重量が増加しコストも高くなる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

本発明の課題は、特に、効率に関して改善された特性を有するステアリングシステムにおける負荷を低減するための方法を提供することである。この課題は、請求項１、請求項１１及び請求項１２の特徴によって解決され、それに対して、本発明の好適な構成及び発展形態は、従属請求項から導出することが可能である。

【課題を解決するための手段】

【0004】

発明の開示
特に車両、好適には自動車における動作中のステアリングシステムにおける負荷を低減するための方法が提案されており、ここで、外力作用によってステアリングシステムに生じる負荷、特に機械的な負荷、特にステアリングシステムの機械的な負荷が求められて、少なくとも１つの動作状態において、アクチュエータユニットの駆動制御により、少なくとも部分的に、好適には少なくとも大半が補償され、ここで、アクチュエータユニットは、動作状態において、特に、少なくとも部分的な負荷の補償のために、外力作用と相関するステアリングシステムの慣性効果が低減されるように駆動制御される。好適には、特に、外力作用によってステアリングシステムに生じる負荷は、ここでは、地盤及び／又は車両の周辺からの力作用を含む。特に、ステアリングシステムの負荷につながる外力作用は、この場合、例えば、路面の凹凸、ポットホール、障害物の走破、悪路区間の走破、及び／又は、その他のこの種の特別な事象によって生じ得る。好適には、外力作用は、ステアリングシステムのステアリング運動及び／又はステアリングハンドルに対する特に運転手による直接的な力作用とは異なるものである。さらに、動作状態において、アクチュエータユニットの駆動制御により、特に、ステアリングシステムに作動的に接続された例えばタイロッド及び／又はシャーシなどの部品の負荷を少なくとも部分的に補償することもでき、これにより、好適には、車両アクスル全体の負荷、特にフロントアクスルの負荷を補償することができる。この構成により、特に効率、特に重量効率、部品効率、及び／又は、コスト効率を向上させることができる。さらに、好適には、車両、特にステアリングシステムの疲労強度及び／又は寿命を高めることができる。

【0005】

「アクチュエータユニット」とは、特に、トルク及び／又は力を提供し、少なくとも１つのステアリング部品に伝達するように設けられた、少なくとも部分的に電気的及び／又は電子的に構成されたユニットを意味するものと理解されたい。この目的のために、アクチュエータユニットは、好適には、少なくとも１つの、特にステアリング部品に作動的に接続された電気モータを含む。さらに、好適には、アクチュエータユニットは、ステアリングシステムの一部である。さらに、「外力作用と相関するステアリングシステムの慣性効果が低減される」とは、特に、外力作用から結果的に生じるステアリングシステムの慣性及び／又は外力作用に抗するステアリングシステムの抵抗が低減されることを意味するものと理解されたい。

【0006】

さらに、車両及び／又はステアリングシステムは、特に、少なくとも１つの計算ユニットを含み得るものであり、この場合、計算ユニットは、特に、ステアリングシステムにおける負荷を低減するための方法を実行するように設けられている。「計算ユニット」とは、特に、情報入力、情報処理、情報出力を担う電気的及び／又は電子的なユニットを意味するものと理解されたい。さらに、好適には、計算ユニットは、少なくとも１つのプロセッサ、少なくとも１つの動作メモリ、少なくとも１つの入力及び／又は出力手段、少なくとも１つの動作プログラム、少なくとも１つの制御ルーチン、少なくとも１つの計算ルーチン、少なくとも１つの監視ルーチン、及び／又は、少なくとも１つの評価ルーチンを含む。特に、計算ユニットは、少なくとも外力作用によってステアリングシステムに生じる負荷を求めるように設けられている。さらに、計算ユニットは、特に、アクチュエータユニットを駆動制御するように設けられている。本態様においては、計算ユニットは、さらに特に、外力作用と相関するステアリングシステムの慣性効果が低減され、外力作用によってステアリングシステムに生じる負荷が少なくとも部分的に、好適には少なくとも大半が補償されるように、アクチュエータユニットを少なくとも１つの動作状態において駆動制御するように設けられている。好適には、計算ユニットは、車両及び／又はステアリングシステムの制御装置内に統合されている。「少なくとも大半が」との表現は、この場合特に、少なくとも５５％、好適には少なくとも７５％、特に好適には少なくとも９５％を意味するものと理解されたい。「設けられている」とは、特に、特別にプログラミングされ、設計され、及び／又は、装備されていることを意味するものと理解されたい。対象物が特定の機能のために設けられているとは、特に、対象物がこの特定の機能を、少なくとも１つの適用状態及び／又は動作状態において満たすこと、及び／又は、実行することを意味するものと理解されたい。

【0007】

好適には、動作状態において、アクチュエータユニットを用いて、ステアリングシステムの慣性に反作用する補償トルク及び／又はステアリングシステムの慣性に反作用する補償力が生成され、特に負荷の少なくとも部分的な補償のために、ステアリングシステムに印加されることが提案される。特にアクチュエータユニットを用いて生成される補償トルク及び／又は特にアクチュエータユニットを用いて生成される補償力は、特にここでは、外力作用と同方向に配向されるので、ステアリングシステムは、好適には、外力作用と共に、特に、外力作用の方向に連動し及び／又は外力作用に抗するステアリングシステムの抵抗が低減される。特に好適には、特にアクチュエータユニットを用いて生成される補償トルク及び／又は特にアクチュエータユニットを用いて生成される補償力は、さらに、ステアリングシステムのステアリングシャフト及び／又はステアリングシステムのステアリングギアに導入される。これにより、ステアリングシステムの慣性効果、従って、ステアリングシステムの負荷を、特に好適にかつ簡単に低減することができる。

【0008】

さらに、動作状態において、アクチュエータユニットの駆動制御のために負荷低減関数が使用され、ここで、この負荷低減関数は、走行状況に特化して、特に現在の走行状況に依存して活動化及び／又は非活動化されることが提案される。特に、負荷低減関数は、好適には、計算ユニットの動作メモリに格納されているソフトウェアアルゴリズムに対応している。特に、計算ユニットは、アクチュエータユニットを用いてステアリングシステムの慣性に反作用する補償トルク及び／又はステアリングシステムの慣性に反作用する補償力が生成されるように、アクチュエータユニットを動作状態において負荷低減関数を用いて駆動制御するように設けられている。好適には、この場合、負荷低減関数の活動化及び／又は非活動化のために、負荷特性値が求められ、特に、少なくとも１つの限界値と比較される。「負荷特性値」とは、この関係において、特に、外力作用によってステアリングシステムに生じる特にステアリングシステムの機械的な負荷と少なくとも相関する特性値を意味するものと理解されたい。特に、少なくとも負荷特性値に基づいて、ステアリングシステム及び／又は少なくとも１つのステアリング部品の、特に機械的な負荷及び／又は応力を推論することができ、及び／又は、ステアリングシステム及び／又は少なくとも１つのステアリング部品の、特に機械的な負荷及び／又は応力を決定することができる。好適には、負荷特性値は、さらに現在の走行状況とも相関する。従って、好適には、少なくとも負荷特性値に基づいて、現在の走行状況を推論することができ、及び／又は、現在の走行状況を決定することができる。好適には、負荷特性値は、さらに連続的に求められ又は総監視時間間隔の間監視され、負荷特性値の時間的変化が、負荷及び／又は現在の走行状況の決定のために評価される。これにより、特に、ステアリングシステムにおける負荷に対して機動的に反応することが可能になる。特に、ここでは、ステアリングシステムにおける負荷が限界値を下回っている通常の走行状況においては、ステアリング特性及び／又はステアリング感覚の変化が知覚されないことを保証することができる。

【0009】

その上さらに、負荷と相関する負荷特性値、特に既に前述した負荷特性値が求められ、この場合、負荷低減関数は、負荷特性値が特に規定された及び／又は規定可能な第１の限界値を上回った場合に活動化され、負荷特性値が特に規定された及び／又は規定可能な第２の限界値を下回った場合に非活動化されることが提案される。特に、第１の限界値と第２の限界値とは異なるものとしてよく、この場合、第２の限界値は、好適には第１の限界値を下回る。これにより、特に、好適なヒステリシス特性を実現することができる。さらに、好適には、負荷低減関数は、負荷が変動する場合でも活動化し続けることを保証できる。しかしながら、代替的に、第１の限界値と第２の限界値とが同一であるものとしてもよく、これにより、特に外的負荷に対する所定の反応を達成することができる。

【0010】

負荷低減関数の特に目立たない活動化及び／又は非活動化は、負荷低減関数、特に補償トルク及び／又は補償力が活動化の際にフェードインされ、及び／又は、非活動化の際にフェードアウトされる場合に達成することができる。好適には、負荷低減関数の活動化及び／又は非活動化は、この場合、徐々に又は逐次的に行われ、特に突発的には行われない。特に好適には、負荷低減関数の活動化及び／又は非活動化は、連続的でかつ好適にはあらゆる点において微分可能な関数、特に漸近関数、シグモイド関数、又は、好適にはランプ関数を用いて行われる。

【0011】

特に好適な構成においては、動作状態において、アクチュエータユニットの駆動制御により、サーボ系統において優勢な少なくとも１つの負荷が、少なくとも部分的に、好適には少なくとも大半が補償されることが提案される。サーボ系統は、この場合特に、ステアリングシステムのステアリングギアによって規定される。これにより、特にステアリングシステムのサーボ系統における負荷を好適に低減することができる。

【0012】

代替的に又は付加的に、動作状態において、アクチュエータユニットの駆動制御によって、ステアリング系統において優勢な少なくとも１つの負荷が、少なくとも部分的に、好適には少なくとも大半が補償されることが提案される。ステアリング系統は、ここでは特に、ステアリングシステムのステアリングシャフトによって規定される。これによって、特にステアリングシステムのステアリング系統における負荷を好適に低減することができる。

【0013】

特に好適には、サーボ系統において優勢な負荷と、ステアリング系統において優勢な負荷とが補正され、その際の累積負荷は、特にラックアンドピニオンの累積力に相当する。これによって、特にステアリングシステム全体における負荷を好適に低減することができる。

【0014】

アクチュエータユニットは、例えば、付加的なアクチュエータとして構成されるものとしてよく、専らステアリングシステムにおける負荷を低減するために設けられるものとしてよい。さらに、特に、ステアリングシステムがステアバイワイヤステアリングシステムである態様においては、アクチュエータユニットとして、ステアリングハンドルに復元トルクを提供するフィードバックアクチュエータを使用するものとしてもよい。しかしながら、特に簡素で及び／又は低コストの構造は、アクチュエータユニットとしてステアリングトルクを供給する電気的なステアリングアクチュエータを使用した場合に特に達成することができる。この関係において、「ステアリングアクチュエータ」とは、ステアリングトルクを提供し、これによって、好適に車両の走行方向に影響を与えるように設けられたアクチュエータユニットを意味するもの理解されたい。好適には、ステアリングアクチュエータは、ステアリングハンドルに加えられる運転者手動トルクを支援するためのステアリングトルクを提供するように、及び／又は、車両の走行方向の自動的及び／又は自律的な制御のためのステアリングトルクを提供するように設けられている。ステアリングアクチュエータは、ここでは特に、ステアリング系統の領域に配置されるものとしてよく、特にステアリングシステムのステアリングシャフトに結合されるものとしてよい。ただし、好適には、ステアリングアクチュエータは、サーボ系統の領域に配置され、特にステアリングシステムのステアリングギアに結合されている。

【0015】

その上さらに、特に外力作用によってステアリングシステムに生じる負荷を求めるために、アクチュエータユニットの少なくとも１つの動作変数及び／又はステアリングシステムのステアリングハンドルの運動を監視し、特に評価することが提案される。この動作変数は、ここでは好適には、特に外力作用によって生じるアクチュエータユニットの加速度、及び／又は、加速度と相関する動作変数、例えばアクチュエータユニットの動作電圧及び／又は動作電流などである。好適には、さらに、ステアリングハンドルの運動を監視するために、少なくとも１つの運動センサが使用され、この運動センサは、特に、ステアリングハンドルの運動と相関する運動信号を捕捉するように設けられている。その上さらに、好適には、特に外力作用によってステアリングシステムに生じる負荷を求めるために、アクチュエータユニット及び／又はステアリングハンドル及び／又はステアリングハンドルの特に優勢な慣性を有する周辺アセンブリの少なくとも１つの慣性及び好適には慣性トルクを考慮に入れることができる。特に、これにより、特に柔軟に及び／又は正確に負荷を求めることが達成可能となる。

【0016】

ステアリングシステムにおける負荷を低減するための本方法は、ここでは、上述した用途及び実施形態に限定されるべきではない。特に、ステアリングシステムにおける負荷を低減するための本方法は、本明細書に記載された機能モードを満たすために、本明細書において言及した個々の要素、部品、及びユニットの数とは異なる数を有し得る。

【0017】

さらなる利点は、以下の図面の説明から明らかになる。これらの図面には、本発明の実施例が示されている。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1a】ステアリングシステムを有する例示的な車両の概略図である。

【図1b】ステアリングシステムを有する例示的な車両の概略図である。

【図2】ステアリングシステムにおける負荷を低減するための方法の主要な方法ステップを用いた例示的なフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0019】

実施例の説明
図１ａ及び図１ｂは、複数の車両車輪２８を有しかつステアリングシステム１０を有する乗用車として構成された例示的な車両１２を簡略図において示している。ステアリングシステム１０は、本態様においては、特に前輪として構成された車輪２８との作動的な接続部を有し、車両１２の走行方向に影響を与えるために設けられている。さらに、このステアリングシステム１０は、本態様においては、電気的に支援するステアリングシステムとして構成されており、それに従って、パワーステアリングの形態での電気的な補助力支援を備えている。しかしながら、原理的には、ステアリングシステムを油圧的に支援する、特に油圧的な補助力支援を備えたステアリングシステムとして構成することも考えられる。さらに、ステアリングシステムは、原理的には、ステアバイワイヤステアリングシステムとして構成されるものとしてもよい。

【0020】

ステアリングシステム１０は、本態様においては、例示的にステアリングホイールとして構成された、運転者手動トルクを加えるためのステアリングハンドル２２と、例示的にラックアンドピニオンステアリングギアとして構成され、ステアリング調節要素３２を含み、かつ、ステアリングハンドル２２におけるステアリング設定を車輪２８のステアリング運動に変換するために設けられたステアリングギア３０と、ステアリングハンドル２２をステアリングギア３０に特に機械的に接続するためのステアリングシャフト３４とを含む。ステアリングギア３０は、ステアリングシステム１０のサーボ系統１８を規定し、ステアリングシャフト３４は、ステアリングシステム１０のステアリング系統２０を規定する。代替的に、ステアリングハンドルは、ステアリングレバー又はステアリングボール等として構成されるものとしてもよい。さらに、ステアリングハンドルを完全に省くことも考えられる。その上さらに、ステアリングシャフトは、一時的にのみステアリングハンドルをステアリングギアに接続してよく、及び／又は、例えばステアバイワイヤステアリングシステムのように機械的な分離を有するものとしてもよい。

【0021】

その上さらに、ステアリングシステム１０は、アクチュエータユニット１４を含む。このアクチュエータユニット１４は、少なくとも部分的に電気的及び／又は電子的に構成されている。アクチュエータユニット１４は、本態様においては、ステアリングアクチュエータとして構成されている。アクチュエータユニット１４は、ステアリングギア３０との作動的な接続部を有している。アクチュエータユニット１４は、ステアリングギア３０に、特にステアリング調節要素３２に結合されている。アクチュエータユニット１４は、ステアリングハンドル２２に加えられる運転者手動トルクを支援するためのステアリングトルクを提供し、ステアリング調節要素３２に伝達するために設けられている。この目的のために、アクチュエータユニット１４は、少なくとも１つの電気モータを含む。この電気モータは、本態様においては、特に永久磁石式同期モータとして構成され、ステアリングトルクの生成のために設けられている。ただし、基本的には、アクチュエータユニットは、複数の電気モータを含み得る。さらに、アクチュエータユニットは、フィードバックアクチュエータとして、あるいはステアリングアクチュエータ及びフィードバックアクチュエータとは異なる付加的なアクチュエータとして構成されるものとしてもよい。その上さらに、アクチュエータユニットは、例えば、ステアリングアクチュエータ及びフィードバックアクチュエータなど、複数のアクチュエータを含むものとしてもよい。

【0022】

さらに、ステアリングシステム１０は、ステアリングシャフト３４上に配置されたそれ自体公知の少なくとも１つのステアリングセンサ３６を含む。このステアリングセンサ３６は、回転トルクセンサとして構成されている。ステアリングセンサ３６は、ステアリングハンドル２２の操作と相関するステアリング情報、特に、ステアリングハンドル２２に加えられる運転者手動トルク及び／又は回転トルクを捕捉するために設けられている。本態様においては、ステアリングセンサ３６は、トーションバー信号を捕捉するために設けられている。代替的に、ステアリングセンサは、回転トルクセンサとは異なるセンサ、例えば回転角センサとして、及び／又は、回転トルクセンサと回転角センサとが組み合わせられたセンサとして構成されるものとしてもよい。さらに、ステアリングセンサを省略してもよい。

【0023】

さらに、ステアリングシステム１０は、アクチュエータユニット１４に割り当てられた少なくとも１つの動作センサ３８を含む。この動作センサ３８は、ロータ位置センサとして構成されており、アクチュエータユニット１４の少なくとも１つの動作変数、本態様においては、特に電気モータのロータ位置信号を捕捉するために設けられている。ただし、代替的に又は付加的に、動作センサは、ロータ位置センサとは異なるセンサ、例えば、加速度センサ、音響体センサ、電圧センサ、電流センサ、及び／又は、温度センサとして構成されるものとしてもよい。ただし、基本的には、動作センサを省略してもよい。

【0024】

その上さらに、ステアリングシステム１０は、少なくとも１つの運動センサ４０を含む。この運動センサ４０は、ステアリングセンサ３６及び動作センサ３８とは異なっている。運動センサ４０は、速度センサとして構成されている。運動センサ４０は、ハンドルセンサとして構成され、ステアリングハンドル２２の領域に配置されている。運動センサ４０は、ステアリングハンドル２２の運動と相関する運動信号、本態様においては、特に速度信号を捕捉するように設けられている。ただし、代替的に、運動センサは、速度センサとは異なるセンサ、例えば、位置センサ、距離センサ、加速度センサ、及び／又は、音響体センサとして構成されるものとしてもよく、特に、速度信号とは異なる運動信号を捕捉するために設けられてもよい。

【0025】

さらに、運動センサは、基本的には、ステアリングシャフトの領域に、好適にはステアリング介在シャフトの上方に配置してもよい。その上さらに、運動センサを省略してもよい。

【0026】

さらに、車両１２は、制御装置２４を有する。この制御装置２４は、例示的にステアリング制御装置として構成され、従って、ステアリングシステム１０の一部である。制御装置２４は、アクチュエータユニット１４との電気的接続部を有する。さらに、制御装置２４は、ステアリングセンサ３６、動作センサ３８、及び運動センサ４０との電気的接続部を有している。制御装置２４は、ステアリングセンサ３６からのトーションバー信号と、動作センサ３８からからの動作変数と、運動センサ４０からの運動信号とを受信するように設けられている。さらに、制御装置２４は、アクチュエータユニット１４を駆動制御するために設けられている。

【0027】

この目的のために、制御装置２４は、計算ユニット２６を含む。この計算ユニット２６は、例えばマイクロプロセッサの形態の少なくとも１つのプロセッサ（図示せず）と、少なくとも１つの動作メモリ（図示せず）とを含む。さらに、計算ユニット２６は、動作メモリに格納された少なくとも１つの制御ルーチン、少なくとも１つの計算ルーチン、少なくとも１つの監視ルーチン、及び少なくとも１つの評価ルーチンを有する少なくとも１つの動作プログラムを含む。ただし、原理的には、制御装置をステアリングシステムとは別個に構成することも考えられる。この態様においては、車両は、例えば、中央計算ユニットを備えた単一の中央制御装置を有してよい。

【0028】

特に悪路区間を走破する際には、非常に大きな負荷がステアリングシステム１０に作用し、この場合、この負荷は、ステアリングシステム１０内の質量体及び慣性の大きさ及び配置に依存し、ステアリングシステム１０の、特にサーボ系統１８及びステアリング系統２０の剛性に依存する。これらの負荷は、ここでは、実質的に、地盤又は路面に対するステアリングシステム１０の支持から結果的に生じる。

【0029】

それゆえ、ステアリングシステム１０に対する負荷を低減するために、対応する方法が提案され、この場合、本態様においては、計算ユニット２６が、この方法を実行するために設けられており、この目的のために、特に、対応するプログラムコード手段を備えたコンピュータプログラムを有している。

【0030】

本態様においては、外力作用によってステアリングシステム１０に生じるステアリングシステム１０の負荷が求められて、少なくとも１つの動作状態において、アクチュエータユニット１４の駆動制御により補償される。この負荷は、ここでは、地盤及び／又は車両１２の周辺からの力作用を含み、例えば、路面の凹凸及び／又は悪路区間の走破から結果的に生じ得る。

【0031】

負荷を補償するために、アクチュエータユニット１４は、動作状態において、外力作用と相関するステアリングシステム１０の慣性効果が低減されるように駆動制御される。この目的のために、アクチュエータユニット１４を用いて、ステアリングシステム１０の慣性に反作用しかつ外力作用と同方向に配向される補償トルクが生成され、ステアリングシステム１０に印加されるので、ステアリングシステム１０は、外力作用と共に、特に外力作用の方向に連動し、外力作用に抗するステアリングシステム１０の抵抗が低減される。従って、本態様においては、ステアリングシステム１０の慣性の影響が最小化され、それによって、ステアリングシステム１０の対応するニューラル系箇所における負荷を低減することができる。

【0032】

アクチュエータユニット１４を駆動制御するために、計算ユニット２６は、特に計算ユニット２６の動作メモリ内に格納され、動作状態において使用される負荷低減関数１６を有している。この負荷低減関数１６を用いて、アクチュエータユニット１４は、ここでは、補償トルクが生成されるように駆動制御される。負荷低減関数１６は、さらに、走行状況に特化して、特に現在の走行状況に依存して活動化及び非活動化される。ステアリングシステム１０における負荷が僅かである通常の走行状況においては、負荷低減関数１６は、非活動化されており、これにより、運転者によって、ステアリング特性及び／又はステアリング感覚の変化が知覚されることはない。それに対して、例えば悪路区間を走破する際の負荷状況においては、ステアリングシステム１０に対する負荷を低減するために、負荷低減関数１６が活動化される。従って、負荷低減関数１６は、好適には、永続的に活動化されるのではなく、必要な場合にのみスイッチオンされる。

【0033】

負荷低減関数１６を活動化及び非活動化するために、外力作用によってステアリングシステム１０に生じる負荷及び／又は現在の走行状況と相関する負荷特性値が求められる。この負荷特性値は、ここでは、連続的に求められ又は総監視時間間隔の間監視される。さらに、負荷低減関数１６は、負荷特性値が第１の限界値を上回った場合に活動化され、負荷特性が第１の限界値とは異なる第２の限界値を下回った場合に非活動化され、これによって、特に対応するヒステリシス特性を実現することができる。

【0034】

その上さらに、負荷低減関数１６及び本態様においては特に補償トルクは、活動化の際にはフェードインすることができ、非活動化の際にはフェードアウトすることができ、これによって、特に目立たない活動化及び／又は非活動化を達成することができる。好適には、この目的のために、ランプ関数が使用される。ただし、代替的に、ランプ関数とは異なる関数、例えば漸近関数によってフェードイン及び／又はフェードアウトを行ってもよい。さらに、フェードイン及び／又はフェードアウトを省略してもよい。

【0035】

基本的には、負荷は、少なくとも実質的に２つの主要成分から、詳細には、ステアリングギア３０及び／又はサーボ系統１８における負荷、並びに、ステアリングシャフト３４及び／又はステアリング系統２０における負荷から構成される。

【0036】

これにより、第１の実施形態によれば、サーボ系統１８における負荷のみを低減することが考えられる。この態様においては、アクチュエータユニット１４は、動作状態において、サーボ系統１８において優勢な負荷が補償されるように駆動制御される。

【0037】

サーボ系統１８における負荷は、以下の関係式、

【数1】

に基づいて求めることができる。

【0038】

ここで、Ｍ_Ｓは、サーボ系統１８における負荷を特徴付けるアクチュエータユニット１４の電気モータのモータシャフトにおける総回転トルクを記述し、この総回転トルクは、第１の又は回生成分Ｍ_Ｓ，Ｇ、即ち、サーボ系統１８の加速度と、第２の又はモータ成分Ｍ_Ｓ，Ｍ、即ち、アクチュエータユニット１４の電気モータのモータシャフトに作用するモータトルクとから構成されており、それに対して、Ｊ_Ｓは、アクチュエータユニット１４の慣性を特徴付け、

【数2】

は、アクチュエータユニット１４の加速度、特にロータ加速度を特徴付ける。

【0039】

従って、この態様においては、負荷を特に回生成分Ｍ_Ｓ，Ｇの形態で求めるために、アクチュエータユニット１４の少なくとも１つの動作変数、本態様においては、特にアクチュエータユニット１４の加速度が監視されて評価される。さらに、負荷を求めるために、アクチュエータユニット１４の少なくとも１つの慣性が考慮に入れられる。さらに、モータ成分Ｍ_Ｓ，Ｍは、アクチュエータユニット１４のさらなる動作変数、本態様においては、特に電気モータの動作電流及び／又は位相電流に基づいて求めることができる。その上さらに、さらなるステアリング部品の少なくとも１つの本質的な慣性をサーボ系統１８における負荷を求めるために考慮に入れることが考えられる。

【0040】

補償トルクはＭ_Ｋ１については、この態様においては、以下の関係式、
Ｍ_Ｋ１＝－Ｍ_Ｓ （２）
が当てはまる。

【0041】

しかしながら、代替的に、回生成分Ｍ_Ｓ，Ｇから結果的に生じる負荷のみ、又はモータ成分Ｍ_Ｓ，Ｍから結果的に生じる負荷のみを、アクチュエータユニット１４の駆動制御を用いて補償することも基本的に考えられ、これによって、ステアリングシステム１０、特にサーボ系統１８における負荷を少なくとも低減することができる。

【0042】

第２の実施形態によれば、ステアリング系統２０における負荷のみを低減することが考えられる。この態様においては、アクチュエータユニット１４は、動作状態において、ステアリング系統２０において優勢な負荷が補償されるように駆動制御される。

【0043】

ステアリング系統２０における負荷は、以下の関係式、

【数3】

に基づいて求めることができる。

【0044】

ここで、Ｍ_Ｌは、ステアリング系統２０における負荷を特徴付けるステアリングハンドル２２の領域における総回転トルクを記述し、この総回転トルクは、さらなる回生成分Ｍ_Ｌ，Ｇと、運転者手動トルクＭ_Ｌ，Ｆとから構成されており、それに対して、Ｊ_Ｌは、ステアリングハンドル２２の慣性を特徴付け、

【数4】

は、ステアリングハンドル２２の加速度を特に角速度の形態で特徴付けている。

【0045】

この態様においては、負荷を特にさらなる回生成分Ｍ_Ｌ，Ｇの形態で求めるために、運動センサ４０を用いて捕捉されたステアリングハンドル２２の少なくとも１つの運動が監視されて評価される。この目的のために、運動センサ４０を用いて、ステアリングハンドル２２の運動速度と相関しかつ加速度信号とは異なる運動信号が捕捉され、そこから引き続きステアリングハンドル２２の運動と相関する加速度信号が計算される。この加速度信号の計算は、好適には、勾配形成を用いて、特に微分商を使用して行われる。しかしながら、代替的に、別のタイプの微分計算が使用されてもよいし、ステアリングハンドルの運動と相関する加速度信号を直接捕捉してもよい。さらに、負荷を求めるために、ステアリングハンドル２２の少なくとも１つの慣性が考慮に入れられる。さらに、運転者手動トルクＭ_Ｌ，Ｆを、ステアリングセンサ３６からのトーションバー信号に基づいて、及び／又は、運動センサ４０からの運動信号に基づいて求めることができる。その上さらに、さらなるステアリング部品の少なくとも１つの本質的な慣性をステアリング系統２０における負荷を求めるために考慮に入れることが考えられる。

【0046】

補償トルクＭ_Ｋ２については、この態様においては、以下の関係式、
Ｍ_Ｋ２＝－Ｍ_Ｌ・ｉ・η （４）
が当てはまる。

【0047】

ここで、ｉは、アクチュエータユニット１４のギア比を記述し、それに対して、ηは、対応する効率を規定する。

【0048】

しかしながら、代替的に、さらなる回生成分Ｍ_Ｌ，Ｇから結果的に生じる負荷のみ、又は、運転者手動トルクＭ_Ｌ，Ｆから結果的に生じる負荷のみを、アクチュエータユニット１４の駆動制御を用いて補償することも基本的には考えられ、これによって、ステアリングシステム１０、特にステアリング系統２０における負荷を、少なくとも低減することができる。

【0049】

第３の実施形態によれば、サーボ系統１８における負荷と、ステアリング系統２０における負荷とを低減することがさらに考えられる。この態様においては、アクチュエータユニット１４は、動作状態において、サーボ系統１８において優勢な負荷と、ステアリング系統２０において優勢な負荷とが補償されるように駆動制御される。

【0050】

特にラックアンドピニオン累積力に相当する累積負荷は、この態様においては、以下の関係式、
Ｍ＝Ｍ_Ｓ・ｉ_Ｓ・η_Ｓ＋Ｍ_Ｌ・ｉ_Ｌ・η_Ｌ （５）
に基づいて得られる。

【0051】

ここで、Ｍは、累積負荷を記述し、それに対してｉ_Ｓ及びｉ_Ｌは、サーボ系統１８及びステアリング系統２０における対応するギア比であり、η_Ｓ及びη_Ｌは、サーボ系統１８及びステアリング系統２０における対応する効率である。

【0052】

総補償トルクＭ_Ｋについては、この態様においては、以下の関係式、
Ｍ_Ｋ＝－Ｍ・ｉ・η （６）
が当てはまる。

【0053】

ここで、ｉは、アクチュエータユニット１４のギア比を記述し、それに対してηは、対応する効率を規定する。

【0054】

最後に、図２は、ステアリングシステム１０における負荷を低減するための方法の主要な方法ステップを用いた例示的なフローチャートを示す。

【0055】

方法ステップ５０においては、外力作用によってステアリングシステム１０に生じるステアリングシステム１０への負荷が求められる。この目的のために、アクチュエータユニット１４の少なくとも１つの動作変数及び／又はステアリングハンドル２２の運動が監視されて評価される。負荷は、この場合、サーボ系統１８において優勢な負荷及び／又はステアリング系統２０において優勢な負荷に相当し得る。さらに、外力作用によってステアリングシステム１０に生じる負荷及び／又は現在の走行状況に相関する負荷特性値が連続的に求められ、第１の限界値と比較される。負荷特性値が第１の限界値を上回った場合、方法ステップ５２が続く。

【0056】

方法ステップ５２においては、負荷低減関数１６が活動化され、この場合、負荷低減関数１６は、好適にはフェードインされる。

【0057】

方法ステップ５４においては、アクチュエータユニット１４が、負荷低減関数１６を使用して、ステアリングシステム１０の慣性に反作用しかつ外力作用と同方向に配向される補償トルクが生成されるように駆動制御される。この補償トルクは、ステアリングシステム１０に印加されるので、ステアリングシステム１０は、外力作用と共に、特に外力作用の方向に連動し、外力作用に抗するステアリングシステム１０の抵抗が低減される。これにより、外力作用と相関するステアリングシステム１０の慣性効果を低減することができ、ステアリングシステム１０における負荷を少なくとも部分的に補償することができる。さらに、負荷特性値がさらに求められ、第２の限界値と比較される。この負荷特性値が第２の限界値を下回った場合、方法ステップ５６が続く。

【0058】

方法ステップ５６においては、負荷低減関数１６が非活動化され、この場合、負荷低減関数１６は、好適にはフェードアウトされる。

【0059】

図２の例示的なフローチャートは、ここでは特に、ステアリングシステム１０における負荷を低減するための方法を例示的にのみ説明することを意図している。特に、個々の方法ステップを変更することも、あるいは付加的な方法ステップを追加することも可能である。

【図1a】

【図1b】

【図2】

【国際調査報告】