JP2003127850A - 自動車の操縦性の改良方法 - Google Patents

自動車の操縦性の改良方法

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JP2003127850A
JP2003127850A JP2002258598A JP2002258598A JP2003127850A JP 2003127850 A JP2003127850 A JP 2003127850A JP 2002258598 A JP2002258598 A JP 2002258598A JP 2002258598 A JP2002258598 A JP 2002258598A JP 2003127850 A JP2003127850 A JP 2003127850A
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speed
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target
equation
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JP2002258598A
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Thomas Ehret
エーレット，トマス
Friedrich Kost
コスト，フリードリッヒ
Uwe Hartmann
ハルトマン，ウヴェ
Rainer Erhardt
エルハルト，ライナー
Zanten Anton Van
ヴァン・ツァンテン，アントン
Gerd Busch
ブッシュ，ゲルト
Karl-Josef Weiss
ヴァイス，カルル−ヨセフ
Ruf Wolf-Dieter
ルフ，ヴォルフ−ディーター
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • B60T8/00—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force
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  • Control Of Driving Devices And Active Controlling Of Vehicle (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 【解決手段】自動車の操縦性の改良方法が記載されてお
り，この場合目標滑り値が求められかつそれが車輪制御
装置を用いて制御される。 簡単な車両モデルを用いてこれらから目標滑り値λ(i) *
が求められる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車の操縦性の
改良方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】通常のＡＢＳ／ＡＳＲ制御装置において
は車両の縦方向運動が主体となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】車両の安定性および操
縦性は直接制御されないでＡＢＳ／ＡＳＲ制御装置の設
計の際の不変の妥協から生まれるものであり，該ＡＢＳ
／ＡＳＲ制御装置はすべての走行状況において横方向運
動およびブレーキ距離／加速度に関して最適というわけ
にはいかない。
【０００４】ドイツ特許公開第３８４０４５６号から，
車軸に存在する横滑り角が求められることと，およびそ
れから目標滑り値が導入されかつ該目標滑り値に合わせ
ることによって車両の操縦性を向上することと，により
車両の操縦性を向上することが既知である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】ここで本発明においては
この従来の技術とは異なり，モデルによる制御装置設計
が採用されている。これは，制御装置の増幅率が走行状
況および走行路面状況に応じて常に新たに計算し直され
るという利点を有する。ここに使用される２トラックモ
デルおよびタイヤモデルは実質的に従来しばしば使用さ
れてきたシングルトラックモデルよりよい結果を与え
る。制御装置設計はカルマンフィルタ設計に基づいて行
われしたがって計算時間にとってきわめて効率的であ
る。
【０００６】さらにこの場合，場合によっては４つのす
べての車輪について計算されかつ力の最適化という観点
から車輪への分配が行われる。この各車輪の計算それ自
身は滑り変化の結果として個々の車輪における力の方向
の回転によって行われる。多変数状態制御を用いたこと
もまた新規である。状態変数である姿勢角およびヨー速
度は物理的限界内で相互に独立に制御可能である。
【０００７】本発明による高次の走行運動制御により，
駆動力／制動力の同時最適化の場合の走行安定性および
車両操縦性の改良が達成される。
【０００８】
【発明の実施の形態】そのためにまず４輪自動車の簡単
な平面モデルが導入され，該モデルによりこのときすべ
ての走行条件における走行状況に対する制御が設計され
る。
【０００９】このモデルは状態変数であるヨー速度ψ’
および姿勢角βに関する２次式である（図１および図２
ならびに最終ページの記号の説明参照）。姿勢角に対し
ては次式が成立する：
【００１０】
【数３３】 （ＶX縦方向速度，ＶY横方向速度） したがって時間的変化に対しては次式が成立する：
【００１１】
【数３４】 相対運動に対しては次式が成立する：
【００１２】
【数３５】 この場合ａYは横方向加速度である。
【００１３】したがって姿勢角に対する微分方程式は次
のようになる：
【００１４】
【数３６】 横方向加速度ａYはタイヤにおいて車両に対し横方向に
作用する力ＦYの和から求められる（図２参照）。
【００１５】
【数３７】 ここで、ｍ＝車両質量。
【００１６】前輪において０でないかじ取角δにおける
横方向力を求めるために，タイヤにおける縦方向力ＦB
およびサイドフォースＦSが考慮されなければならな
い。
【００１７】
【数３８】 ここで
【００１８】
【数３９】 ヨー速度に関する微分方程式はタイヤ力と対応のレバー
アームとにより車両重心の周りに作用するモーメントか
ら求められる（図２参照）：
【００１９】
【数４０】 ここで
【００２０】
【数４１】 などである。
【００２１】したがって次式が成立する：
【００２２】
【数４２】 ここで
【００２３】
【数４３】 タイヤ滑りおよび横滑り角が既知の場合，タイヤ力は近
似的に次の関係式から求められる：
【００２４】
【数４４】 ここで（図３参照）
【００２５】
【数４５】 次式が成立する：
【００２６】
【数４６】 合成タイヤ滑りＳiと合成摩擦係数μRiとの間には既知
のタイヤ滑りλとタイヤ縦方向の摩擦係数μとの間の関
係と類似の非線形関係が存在する。以下では，ＡＢＳ制
御の間には一般にタイヤは飽和範囲内にあることすなわ
ちＳがＳｍｉｎより大きいこと（図４参照）と仮定す
る。これは十分に大きな滑りによりおよび／または車輪
における十分に大きな横滑り角により達成可能である。
したがって，路面とタイヤとの間で伝達可能な最大合力
（縦方向力と横方向力とに分解される）が十分に利用さ
れることが保証される。
【００２７】各タイヤの合力ＦRの値はＳ＞Ｓｍｉｎの
範囲ではほぼ一定である。しかしながらタイヤ滑りの変
化ないし（車両の回転を介して間接的に）横滑り角の変
化により合成力の方向は変化可能である。したがってこ
こに記載の車両制御装置の作用は，力の方向の変化およ
びそれからもたらされる，車両に作用する縦方向および
横方向力ならびにヨーモーメントの変化に基づいてい
る。
【００２８】タイヤにおける横滑り角αiは以下に述べ
るように状態変数である姿勢角β，ヨー速度ψ’および
かじ取角δの関数として与えられる（図５参照）。たと
えば左前輪に対しては次式が成立する：
【００２９】
【数４７】 ψ’・ＬLはＶXに対して小さいので，次のように簡単に
することができる：
【００３０】
【数４８】 ここで
【００３１】
【数４９】 同様のことは右前輪および後輪にも適用することができ
る。
【００３２】したがって横滑り角に対しては次式が成立
する：
【００３３】
【数５０】 ここで
【００３４】
【数５１】 したがって（１），（２）および（３）からおよび
（４），（５），（７）および（８）を用いて次のよう
な系の等式が得られる：
【００３５】
【数５２】 ここで（９）より
【００３６】
【数５３】 ヨー速度は適切なセンサたとえば光ファイバジャイロス
コープを用いて直接測定することができる。
【００３７】かじ取角は同様に既知の装置を用いて測定
することができる。姿勢角およびタイヤ力は適切な滑り
制御装置と組合せて評価アルゴリズム（モニタ）により
近似的に決定することができる。このようなモニタは特
許出願第Ｐ４０３０６５３．４号に記載されている。
【００３８】車両の縦方向速度および縦方向加速度はＡ
ＢＳ／ＡＳＲ制御装置の場合に存在する車輪回転数セン
サおよびそれに対応する評価装置により近似的に求めら
れ，同様に個々の車輪における瞬間的車輪滑り値も求め
られる（特許出願第Ｐ４０２４８１５．１号）。この場
合滑り値はブレーキ圧力を介して影響を受けることが可
能なので，該滑り値は制御装置の設定変数を形成する。
【００３９】パラメータであるかじ取角，車両速度およ
び車両加速度ならびに合成タイヤ力はゆっくり変化しし
たがって準静的なものとみなすことができる。車両のパ
ラメータである質量，慣性モーメント，重心位置および
タイヤ剛性に対しては推定値を利用することができる。
【００４０】したがって車両モデルは２次の方程式で完
全に求めることができかつ制御装置設計に対する基本と
して使用することができる。このためにまず，系は時間
的に変化する作用点の周りに線形化される。作用点とし
ては姿勢角βおよびヨー速度ψ’に対する物理的に実現
可能な値たとえば瞬間的に望まれる目標値が選択され
る。
【００４１】非線形系：
【００４２】
【数５４】 ここで
【００４３】
【数５５】 線形化：状態変数Ｙの作用点（たとえば目標トラジェク
トリ）：Ｙ0（ｔ）設定変数λの作用点（たとえば車両
制御装置が係合しないときの付属の車輪滑り制御装置の
作用点）：λ0（ｔ）
【００４４】
【数５６】 線形化エラーｒは無視される。
【００４５】制御装置設計に対してはまず２つの擬似入
力変数Ｕ１’およびＵ２’が形成される。
【００４６】
【数５７】 したがって線形化された系の系方程式は次のようにな
る：
【００４７】
【数５８】 ここで
【００４８】
【数５９】 Ｚの項は外乱変数として処理され，該外乱変数は設定変
数を介して補償可能である。
【００４９】制御装置設計に対しては設定変数Ｕ’は状
態変数フィードバックＵと外乱変数フィードフォワード
ＵZ とに分割される。
【００５０】
【数６０】 外乱フィードフォワードに対しては次式が成立する：
【００５１】
【数６１】 制御装置設計は次式に対し実行される：
【００５２】
【数６２】 目標値の周りで線形化が行われるとき，命令変数のフィ
ードフォワードは必要とされない。このとき制御法則は
次のようになる：
【００５３】
【数６３】 状態変数フィードバックマトリックスＦはたとえば既知
のリカッティ設計を用いて計算可能である。
【００５４】非線形のマトリックス−リカッティ方程式
を解くために，この場合既知の反復法および非反復法が
利用される。反復法においてはとくにリアルタイム設計
を考慮して数値的困難さを過小評価してはならず，一方
非反復法はハミルトン正準系の固有値および固有ベクト
ルを決定するためにかなりの数値を使用することからは
じめから使用されない。したがって上記の困難さを回避
した，最適な状態フィードバックの決定方法が開発され
た。出発点は上記で行われた系（１５）である。
【００５５】
【数６４】 オイラーの離散化は次式を得る：
【００５６】
【数６５】 ここで
【００５７】
【数６６】 ここでＴ：走査時間。
【００５８】状態フィードバックは次式として選択され
る：
【００５９】
【数６７】 したがって次式が成立する：
【００６０】
【数６８】 ここでフィードバックマトリックスＦKは次式が成立す
るように決定すべきである：
【００６１】
【数６９】 ここでＧ：対角方向に正として定義される重み付けマト
リックス。
【００６２】もし次式が選択されると G＝M・M ここで
【００６３】
【数７０】 （１７）から次式が得られる：
【００６４】
【数７１】 もし次式の新しい状態ベクトルを導入すると
【００６５】
【数７２】 （１６）から次式が得られ：
【００６６】
【数７３】 および（１８）から次式が得られる：
【００６７】
【数７４】 ここで
【００６８】
【数７５】 （１９）をモニタの推定エラー方程式およびそれに付属
の性能指数と比較すると
【００６９】
【数７６】 Ｃ＝Ｉを選択した場合（１９）および（２０）は形式的
に等価となる。これは、ＦK *の計算のために最適な状態
モニタの計算のためのアルゴリズムを用いることができ
ることを意味する。この場合カルマンフィルタはその帰
納的構造によりとくに適している。
【００７０】ＦK *の計算式は次のとおりである：
【００７１】
【数７７】 ここで
【００７２】
【数７８】 したがって数式（１５）における入力変数は次式で与え
られる：
【００７３】
【数７９】 ２つの擬似入力変数Ｕ’（１４）を４つの設定変数Δλ
に変換する際に２つの自由度が利用可能である。これら
はさらに，所定の車両条件（横方向運動およびヨー運動
に関して）においてできるだけ短いブレーキ距離を達成
するために，縦方向減速度したがって車両の縦方向制動
力を最大化するのに利用可能である。
【００７４】縦方向加速度に関する数式は次のとおりで
ある（図２参照）。
【００７５】
【数８０】 または（３），（７）および（８）を用いて次のとおり
となる：
【００７６】
【数８１】 ここで
【００７７】
【数８２】 最大縦方向減速度に関しては次式が成立する：
【００７８】
【数８３】 最小化の副次条件として数式（１２）が満たされなけれ
ばならない：
【００７９】
【数８４】 さらに車輪ブレーキ滑りは０と１との間の値のみをとる
ので，変数λiの限界を考慮しなければならない。
【００８０】
【数８５】 姿勢角βに対する目標値およびヨー速度ψ’に関する目
標値は希望の走行状況に応じて決定することができる。
ドライバによってかじ取角により与えられる方向変更に
対する希望はこの場合車両速度および路面状況を考慮し
て対応の目標値に変換されなければならない。
【００８１】例： ψ’に対する目標値：
【００８２】
【数８６】 この場合ＶChは速度がより高い場合に走行状況に影響を
与える定数である。かじ取角が大きく，車両速度が高く
または路面の摩擦係数が低い場合には，この定数そのも
のの値は意味のある値に制限されなければならず，もし
そうでないとヨー速度は走路カーブの最大可能角変化速
度より大きくなることになる。このとき姿勢角が増大し
車両は路面から外れてしまう。
【００８３】これを回避するためにたとえば，最大に利
用可能な合力のいかなる成分を横方向力が負担しなけれ
ばならないかが決定される。
【００８４】
【数８７】 ここで ０＜ｆY＜１ このときこれから，定常コーナリングに対する最大ヨー
速度が計算可能である。
【００８５】
【数８８】 姿勢角に対しては真の目標値のほかに，姿勢角が大きく
なりすぎないようにする制限を設けることもできる。最
初の状態変数の制御偏差はこの場合，姿勢角の大きさが
その制限を越えたときのみ与えられる。制限はたとえ
ば，ブレーキ滑りが０の場合には後輪における合成滑り
Ｓが飽和限界Ｓｍｉｎを実質的に越えないように決定す
ることができる（図４，（６）参照）。
【００８６】上記の車両制御装置は，車両横方向速度お
よびタイヤ力の推定アルゴリズム（第P４０３０６５
３．４号添付I）および車両制御装置により与えられる
個々の車輪における目標滑り値（例えば特許出願第４０
３０７２４．７号添付ＩＩＩおよび第Ｐ４０２４８１
５．１号添付ＩＩ）を用いて組み合わせることができ
る。図６はＡＢＳにおける全体系の外観を示す。
【００８７】外部から車両１にかじ取角δおよび摩擦係
数μ0が作用する。車両１において車輪速度ＶRi，かじ
取角δおよびヨー速度ψ’が測定され，さらにブレーキ
装置の供給圧力Ｐまたは個々の車輪ブレーキシリンダ圧
力Ｐiもまた測定される。ＡＳＲ制御装置においては，
さらにたとえばエンジン回転数および絞り弁角度が測定
される。滑り制御装置２はこれらから，モニタ３により
供給される変数を用いて制動力
【００８８】
【数８９】 および車両縦方向速度
【００８９】
【数９０】 および車両縦方向加速度
【００９０】
【数９１】 を推定する。したがって個々の車輪の車輪滑り値もまた
既知となる。これらの情報を用いてモニタ３は車両横方
向速度
【００９１】
【数９２】 およびタイヤにおけるサイドフォース
【００９２】
【数９３】 したがって合成タイヤ力
【００９３】
【数９４】 を推定することができる。したがって，車両制御装置４
が上記の方法に従って目標滑り値λsollを決定するのに
必要なすべての変数が既知となる。次に目標滑り値は滑
り制御装置２に伝達され，該滑り制御装置２はブレーキ
油圧装置５により車輪ブレーキ圧力Ｐiを変化させて目
標滑り値を設定する。ＡＳＲ制御装置においてはさらに
エンジントルクを制御装置によって変化させることがで
きる。
【００９４】図７はこの方法の概略流れ図の一例を示
す。この方法はプログラム言語に変換することができか
つ適切なデジタルコンピュータ（マイクロプロセッサ）
で処理することができる。これは通常のＡＢＳ／ＡＳＲ
制御装置とは異なり，向上された車両安定性（横滑り過
程の確実な回避），目標値を与えたかじ取挙動による改
良されたかじ取性能およびかじ取操作における路面摩擦
係数の最善の利用したがって短いブレーキ距離ないしよ
りよい車両加速性を与える。存在するすべての走行状況
および路面状況を克服するために通常の制御装置の場合
に必要な妥協はいっさい行わなくてもよい。
【００９５】ここに記載の制御概念はＡＢＳ／ＡＳＲ運
転においてのみでなくすべての走行条件において使用す
ることが可能である。ブロック１０は車両を示す。車両
においてブロック１１の測定装置を用いて，車輪速度Ｖ
Ri，ヨー速度ψ’，かじ取角δおよび供給圧力ＰVORま
たは車輪ブレーキ圧力Ｐiが測定される。滑り制御装置
１２においてこれらから，変数である縦方向速度
【００９６】
【数９５】 縦方向加速度
【００９７】
【数９６】 制動力
【００９８】
【数９７】 および滑り値λiが推定される（たとえば添付Ｉによ
る）。モニタ１３はこれらから，タイヤ力
【００９９】
【数９８】 および横方向速度
【０１００】
【数９９】 を推定する。ブロック１４においてこれらから，姿勢角
β，横滑り角αiおよび最小滑りＳminのための値を求め
ることができる。これらから次にブロック１５におい
て，目標値βsollおよびψ’sollが求められる。
【０１０１】ブロック１６において，この場合既知の測
定値および推定値，車両パラメータ（たとえば車両質量
ｍ）およびこの場合作用点Ｙ0 として用いられる目標値
βsol lおよびψ’sollが，あらかじめ計算された車両モ
デルの線形化方程式内に代入される。これにより系のマ
トリックスＡおよび増幅率δｆ1／δλiおよびδｆ2／
δλiが得られ，これらは滑り変化が系の挙動に対して
与える影響を示している。
【０１０２】ブロック１７において上記のような既知の
線形化された系（数式（１５）参照）に対し制御装置設
計を行うことができかつ状態変数フィードバックマトリ
ックスＦが得られる。
【０１０３】ブロック１８において，制御偏差Ｘ，フィ
ードバックマトリックスＦおよび外乱変数フィードフォ
ワードＵZ から擬似設定変数Ｕ’が計算される（数式
（１４）参照）。この場合縦方向力最適化の上記の方法
によれば，滑り値λsollは希望する設定変数Ｕ’が実現
されるように計算される（数式（１２）参照）。
【０１０４】目標滑り値が再び滑り制御装置１２に供給
され，該滑り制御装置は目標滑り値をブレーキ油圧装置
２０を介してブレーキ圧力Ｐiに変換する。上記の車両
制御概念は要望により変更または拡張可能である。
【０１０５】車両がこのような装備をした場合，上記の
制御概念を用いて車輪滑り値のほかに後輪におけるかじ
取角もまた制御することが可能である。このために後輪
かじ取角のための追加の変数δHを導入しなければなら
ない。
【０１０６】δHをδH＝０の周りで線形化したのちに横
方向加速度のための数式（２）は次のようになる：
【０１０７】
【数１００】 ここで ｃｏｓδH＝１； ｓｉｎδH＝δH 定義（３）は次式により補完される：
【０１０８】
【数１０１】 ヨー加速度のための数式（４）はここでは次のようにな
る：
【０１０９】
【数１０２】 定義（５）は次式により補完される：
【０１１０】
【数１０３】 横滑り角のための数式（８）は後輪かじ取角を導入した
のちに次のようになる：
【０１１１】
【数１０４】 次の追加の定義（９）を用いる：
【０１１２】
【数１０５】 系の線形化
【０１１３】
【数１０６】 がさらに新しい設定変数δHのために行われなければな
らず，この場合作用点としてδH0＝０を選択することが
できる。
【０１１４】擬似入力変数のための数式（１２）はこの
場合次のようになる：
【０１１５】
【数１０７】 したがって制動力最適化のために，追加の第３の自由度
が利用可能となる。
【０１１６】系（１０），（１１）の線形化は目標トラ
ジェクトリの周りだけでなく状態変数Ｙ0 の他の作用点
たとえば系の外乱を受けない固有運動の周りでも実行可
能である。この場合状態変数フィードバックマトリック
スＦだけでなく命令変数フィードバックマトリックスＷ
もまた考慮されなければならず，これは作用点と目標値
とが一致しないからである。目標変数λ0 に対する作用
点としてはたとえば滑りのそれぞれの現在値もまた選択
することが可能である。
【０１１７】リカッティ設計および上記のカルマンフィ
ルタを介しての制御装置設計のほかに，たとえば極座標
条件を用いた他の制御装置設計方法もまた使用可能であ
る。上記の制動力最適化に対しては，結果がそれほど劣
ることなくしかも計算時間が速い代替方法もまた存在す
る。たとえば左および右前輪ないし後輪においてそれぞ
れの目標滑り値を与えることができる。左および右の横
滑り角がほぼ等しい場合，数式（７）によりサイドフォ
ースのブレーキフォースに対する関係したがって左およ
び右の合力ＦRiの方向はほぼ等しくなる。この場合得ら
れた縦方向減速度は実質的に完全な最適化により得られ
るものより僅かに低いにすぎない。２つの制約条件 λ1−λ01＝λ2−λ02 および λ3−λ03＝λ4−λ04 によりもはや自由度は利用可能ではないので最適化は必
要なくなる。
【０１１８】すべての車輪において滑り変化をあらかじ
め与えることをやめたとき，最適化を簡単にすることが
可能である。カーブにおいてブレーキをかけた際にそれ
ぞれカーブの外側の前輪およびカーブの内側の後輪のみ
にコーナリングが係合されたとき，たとえばそれだけで
も良好な制御結果が達成可能である。この２つの車輪は
ヨー速度の制御のために一般に他の車両対角方向の車輪
よりも実質的に貢献度が大きい。
【０１１９】車両加速度の最適化に対しても同様なこと
がいえる。たいていの場合，入力変数Ｕ1’を完全にな
くすことも可能である。このとき入力マトリックスは次
のようになる：
【０１２０】
【数１０８】 これは制御装置設計の場合に考慮されなければならな
い。また設定変数のみを用いても系は完全に制御可能で
ある。制動力最適化のためには（１２）の２つの数式の
みを考慮すればよい。
【０１２１】モデルパラメータがこれ以上もはや正確に
十分に既知でないとき，外乱変数Ｚ（１３）を無視して
もよく，これによって制御性に影響を与えることはな
い。左右の車輪で路面の摩擦係数が著しく異なるような
特殊な場合，十分な走行状況を達成するために他の処置
が必要となる。タイヤ飽和の範囲内に入っている上記の
制御概念（図４参照）は，このような場合きわめて強い
ヨー運動にしたがって車両安定性に導くことができる。
後輪における圧力差ないし制動力差を制限することによ
り改良を図ることができる。
【０１２２】許容差は一定とするかまたはブレーキ開始
後制御しながら上昇することも可能である。この方法は
既にヨーモーメント弱化ないしヨーモーメント形成遅延
化という名前で知られている。しかしながらここに紹介
した制御概念の場合制動力およびヨー運動は既知である
ので，走行状態に応じてそれぞれ達成される許容制動力
差はあらかじめ与えることができる。
【０１２３】あらかじめ与えられた滑り値を調節するた
めの補助の車輪制御装置が必要とされるとき，目標値と
現在値との間の位相シフトが避けられない。車両制御装
置の設計の際，典型的な車両制御装置ダイナミックをモ
デルに導入することによりこれを考慮することが可能で
ある。しかしながらこれは系を高次に導きまたこれによ
り計算時間の問題が発生してくる。これの代替態様とし
て補助の制御装置の位相シフトが近似的に状態変数のフ
ィードバックにおけるＤ成分の導入により近似的に補償
され得る。このとき制御法則は次のようになる：
【０１２４】
【数１０９】
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は車輪付の車両の概略的な斜視図である。
【図２】図２は、図１の概略的な平面図であって、本願
発明に係る方法を説明するために測定され決定され且つ
使用される種々の値の間の幾何学上の関係を示してい
る。
【図３】図３は、タイヤに及ぼされる種々の力（すなわ
ちタイヤ力）を示している概略図である。
【図４】図４は、合成タイヤ滑りと摩擦係数との間の関
係を示すグラフである。
【図５】図５は、本願発明に係る方法を説明するために
使用される種々の角度の間の関係を示す、車輪付の車両
の概略的な平面図である。
【図６】図６は、ＡＢＳタイプのコントロールに関する
本願発明に係る方法を実施するのに使用されるシステム
の概要を示し、また、測定され及び／又は決定されまた
は評価された種々の値を示すブロック図である。
【図７】図７は、本願発明に係る方法の実施例の概略的
なフローチャートである。
【符号の説明】
ａX，ａY −車両重心における縦方向／横
方向加速度 Ｃλ，Ｃα −タイヤの縦／横剛性 ＦBi，ＦSi −タイヤの縦方向／横方向のタ
イヤ力 ＦXi，ＦYi −車両の縦方向／横方向のタイ
ヤ力 ＦZi −タイヤの法線力 ｍ −車両質量 Ｓi −合成タイヤ滑り ＶX，ＶY −重心における車両の縦方向／
横方向速度 ＶX’，ＶY’ −縦方向／横方向速度の時間的
変化 ＶXi，ＶYi −車輪における縦方向／横方向
速度 ＶCh −特性速度 αi −車輪の横滑り角 β −重心における車両の姿勢角 δ −かじ取角（フロント） δＨ −後輪のかじ取角 ψ’ −ヨー速度（ヨーレート） λi −タイヤ滑り μRi −合成摩擦係数 Θ −車両重心垂直軸周りの慣性モ
ーメント ｌV，ｌH，ｌL，ｌR −幾何寸法（重心位置） Ａ，Ｂ，・・・ −マトリックスａ ，ｂ，ｘ，・・・ −ベクトル
【手続補正書】
【提出日】平成１４年９月２５日（２００２．９．２
５）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【数１２】 を決定できる手段（２、１２）と、 少なくとも車輪速度（ＶRi）および車両縦方向速度
【数１３】 から、車輪の滑り値（λi）を決定できる手段（２、１
２）と、 タイヤ力
【数１４】 および横方向速度
【数１５】 を決定できる手段（３、１３）と、 車両のヨー速度に対する目標値（ψ’soll）を決定でき
る手段（４、１５）と、 タイヤ力
【数１６】 および横方向速度
【数１７】 から車両姿勢角（β）を決定する手段（４、１４）と、 車両姿勢角に対する目標値（βsoll）を決定する手段
（４、１５）と、 決定された車両ヨー速度（ψ’）、ヨー速度に対する目
標値（ψ’soll）、決定された車両姿勢角（β）および
姿勢角に対する目標値（βsoll）から、目標滑り値（λ
i *）を決定する手段（４、１６、１７、１８、１９）
と、 車輪に対する滑り値（λi）および目標滑り値（λi *）
から、車輪におけるブレーキ圧力（Ｐi）を調節する手
段（２、５、１２、１９、２０）とを備えた、ブレーキ
作動における自動車の制御性の改良装置。
【数１８】 およびかじ取り角（δ）から決定されることを特徴とす
る装置。
【数１９】 およびかじ取り角（δ）から決定されることを特徴とす
る装置。
【数２０】 を決定するステップと、 少なくとも車輪速度（ＶRi）および車両縦方向速度
【数２１】 から、車輪の滑り値（λi）を決定するステップと、 タイヤ力
【数２２】 および車両横方向速度
【数２３】 を決定するステップと、 車両のヨー速度に対する目標値（ψ’soll）を決定する
ステップと、 タイヤ力
【数２４】 および車両横方向速度
【数２５】 から、車両の姿勢角（β）を決定するステップと、 車両の姿勢角に対する目標値（βsoll）を決定するステ
ップと、 決定された車両のヨー速度（ψ’）、ヨー速度に対する
目標値（ψ’soll）、決定された車両の姿勢角（β）、
および姿勢角に対する目標値（βsoll）から、目標滑り
値（λi *）を決定するステップと、 車輪に対する滑り値（λi）および目標滑り値（λi *）
から、車輪におけるブレーキ圧力（Ｐi）を調節するス
テップとを備えたことを特徴とする、ブレーキ作動にお
ける自動車の制御性の改良方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３７】かじ取角は同様に既知の装置を用いて測定
することができる。姿勢角およびタイヤ力は適切な滑り
制御装置と組合せて決定アルゴリズム（モニタ）により
近似的に決定することができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３８】車両の縦方向速度および縦方向加速度はＡ
ＢＳ／ＡＳＲ制御装置の場合に存在する車輪回転数セン
サおよびそれに対応する評価装置により近似的に求めら
れ，同様に個々の車輪における瞬間的車輪滑り値も求め
られる。この場合滑り値はブレーキ圧力を介して影響を
受けることが可能なので，該滑り値は制御装置の設定変
数を形成する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３９】パラメータであるかじ取角，車両速度およ
び車両加速度ならびに合成タイヤ力はゆっくり変化しし
たがって準静的なものとみなすことができる。車両のパ
ラメータである質量，慣性モーメント，重心位置および
タイヤ剛性に対しては決定値を利用することができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００８６】上記の車両制御装置は，車両横方向速度お
よびタイヤ力の決定アルゴリズムおよび車両制御装置に
より与えられる個々の車輪における目標滑り値を用いて
組み合わせることができる。図６はＡＢＳにおける全体
系の外観を示す。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００９０】
【数９１】 を決定する。したがって個々の車輪の車輪滑り値もまた
既知となる。これらの情報を用いてモニタ３は車両横方
向速度
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００９３】
【数９４】 を決定することができる。したがって，車両制御装置４
が上記の方法に従って目標滑り値λsollを決定するのに
必要なすべての変数が既知となる。次に目標滑り値は滑
り制御装置２に伝達され，該滑り制御装置２はブレーキ
油圧装置５により車輪ブレーキ圧力Ｐiを変化させて目
標滑り値を設定する。ＡＳＲ制御装置においてはさらに
エンジントルクを制御装置によって変化させることがで
きる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００９８】
【数９７】 および滑り値λiが決定される。モニタ１３はこれらか
ら，タイヤ力
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１００
【補正方法】変更
【補正内容】
【０１００】
【数９９】 を決定する。ブロック１４においてこれらから，姿勢角
β，横滑り角αiおよび最小滑りＳminのための値を求め
ることができる。これらから次にブロック１５におい
て，目標値βsollおよびψ’sollが求められる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０１
【補正方法】変更
【補正内容】
【０１０１】ブロック１６において，この場合既知の測
定値および決定値，車両パラメータ（たとえば車両質量
ｍ）およびこの場合作用点Ｙ0 として用いられる目標値
βsol lおよびψ’sollが，あらかじめ計算された車両モ
デルの線形化方程式内に代入される。これにより系のマ
トリックスＡおよび増幅率δｆ1／δλiおよびδｆ2／
δλiが得られ，これらは滑り変化が系の挙動に対して
与える影響を示している。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１８
【補正方法】変更
【補正内容】
【０１１８】すべての車輪において滑り変化をあらかじ
め与えることをやめたとき，最適化を簡単にすることが
可能である。カーブにおいてブレーキをかけた際にカー
ブの外側の前輪およびカーブの内側の後輪のみが制動を
受けるとき，たとえばそれだけでも良好な制御結果が達
成可能である。この２つの車輪はヨー速度の制御のため
に一般に他の車両対角方向の車輪よりも実質的に貢献度
が大きい。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２１
【補正方法】変更
【補正内容】
【０１２１】モデルパラメータがこれ以上もはや正確に
十分に既知でないとき，外乱変数Ｚ（１３）を無視して
もよく，これによって制御性に影響を与えることはな
い。左右の車輪で路面の摩擦係数が著しく異なるような
特殊な場合，十分な走行状況を達成するために他の処置
が必要となる。タイヤが飽和範囲内に入っている上記の
制御概念（図４参照）は，このような場合きわめて強い
ヨー運動にしたがって車両安定性に導くことができる。
後輪における圧力差ないし制動力差を制限することによ
り改良を図ることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 コスト，フリードリッヒ ドイツ連邦共和国 デー−7014 コルンベ ストハイム，ヨハネス―ブラームス―シュ トラーセ １ (72)発明者 ハルトマン，ウヴェ ドイツ連邦共和国 デー−7000 シュトゥ ットガルト １，オルガシュトラーセ 79 (72)発明者 エルハルト，ライナー ドイツ連邦共和国 デー−7000 シュトゥ ットガルト 80，アム・ヴァルグラーベン 18 (72)発明者 ヴァン・ツァンテン，アントン ドイツ連邦共和国 デー−7257 ディッツ ィンゲン ４，ヴァルトシュトラーセ 15 ／２ (72)発明者 ブッシュ，ゲルト ドイツ連邦共和国 デー−7016 ゲルリン ゲン，カルルスバデルシュトラーセ 53 (72)発明者 ヴァイス，カルル−ヨセフ ドイツ連邦共和国 デー−7050 ヴァイブ リンゲン，ハウズゲルテン 33 (72)発明者 ルフ，ヴォルフ−ディーター ドイツ連邦共和国 デー−7076 ヴァルト シュテッテン，シュラットヘルツレスヴェ ーク 17 Ｆターム(参考） 3D046 BB28 BB29 CC02 HH08 HH16 HH22 HH25 HH36 JJ01 JJ04

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ブレーキ作動における自動車の制御性の
    改良装置であって、 個々の車輪に対する目標滑り値（λi *）が、測定変数で
    あるヨー速度（ψ’）および縦方向速度（ＶX）を用い
    て決定され、また、車輪の車輪滑り値（λi）がアンチ
    ロック制御装置または駆動滑り制御装置を用いてそれに
    対応して制御される、ブレーキ作動における自動車の制
    御性の改良装置において、 測定変数であるヨー速度（ψ’）のほかに、車輪速度
    （ＶRi）と、かじ取り角（δ）と、ブレーキ装置の供給
    圧力（Ｐvor）または車輪ブレーキ・シリンダ圧力
    （Ｐi）が測定され、これらから、車両縦方向速度 【数１】 、車両縦方向加速度 【数２】 、車輪滑り値（λi）およびタイヤ縦方向のタイヤ力 【数３】 が評価され、 これら評価された変数である車両縦方向速度 【数４】 、車両縦方向加速度 【数５】 、車輪滑り値（λi）が、車両制御装置に供給され、 変数である車両縦方向速度 【数６】 、車輪滑り値（λi）およびタイヤ縦方向のタイヤ力 【数７】 がタイヤ力 【数８】 および車両横方向速度 【数９】 を評価するためのモニタに供給され、 次にモニタが、タイヤ力 【数１０】 および車両横方向速度 【数１１】 を前記車両制御装置にさらに供給し、 前記車両制御装置において簡単なモデルを用いて車輪に
    おける目標滑り値（λ i *）が決定され、アンチロック制
    御装置または駆動滑り制御装置により、車輪滑り値（λ
    i）が目標滑り値（λi *）に調節される、ブレーキ作動
    における自動車の制御性の改良装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の装置において、 複数の目標滑り値が、アンチロック制御装置又は駆動滑
    り制御装置に供給され、 前記アンチロック制御装置又は駆動滑り制御装置が、そ
    れ自身の目標滑り値を発生することができ、 一方の目標滑り値の他方の目標滑り値からの偏差が、前
    記アンチロック制御装置又は駆動滑り制御装置で発生さ
    れた前記それ自身の目標滑り値に重ねられることとを特
    徴とする装置。
  3. 【請求項３】 ブレーキ作動における自動車の制御性の
    改良装置において、 車両ヨー速度（ψ’）および車輪速度（ＶRi）を決定す
    るための手段（１、１１）と、 少なくとも車輪速度（ＶRi）から車両縦方向速度 【数１２】 を決定できる手段（２、１２）と、 少なくとも車輪速度（ＶRi）および車両縦方向速度 【数１３】 から、車輪の滑り値（λi）を決定できる手段（２、１
    ２）と、 タイヤ力 【数１４】 および横方向速度 【数１５】 を決定できる手段（３、１３）と、 車両のヨー速度に対する目標値（ψ’soll）を決定でき
    る手段（４、１５）と、 タイヤ力 【数１６】 および横方向速度 【数１７】 から車両姿勢角（β）を決定する手段（４、１４）と、 車両姿勢角に対する目標値（βsoll）を決定する手段
    （４、１５）と、 決定された車両ヨー速度（ψ’）、ヨー速度に対する目
    標値（ψ’soll）、決定された車両姿勢角（β）および
    姿勢角に対する目標値（βsoll）から、目標滑り値（λ
    i *）を決定する手段（４、１６、１７、１８、１９）
    と、 車輪に対する滑り値（λi）および目標滑り値（λi *）
    から、車輪におけるブレーキ圧力（Ｐi）を調節する手
    段（２、５、１２、１９、２０）とを備えた、ブレーキ
    作動における自動車の制御性の改良装置。
  4. 【請求項４】 請求項３に記載の装置において、 さらに、かじ取り角（δ）を決定するための手段（１
    １）を備えており、 車両ヨー速度に対する目標値（ψ’soll）が、少なくと
    も車両縦方向速度 【数１８】 およびかじ取り角（δ）から決定されることを特徴とす
    る装置。
  5. 【請求項５】 請求項３に記載の装置において、 さらに、かじ取り角（δ）を決定するための手段（１
    １）が設けられており、 車両姿勢角に対する目標値（βsoll）が、少なくとも車
    両縦方向速度 【数１９】 およびかじ取り角（δ）から決定されることを特徴とす
    る装置。
  6. 【請求項６】 請求項４に記載の装置において、 ヨー速度に対する目標値（ψ’soll）を決定するとき
    に、車両横方向加速度に対して決定された最大値（ａｙ
    ｍａｘ）から、車両ヨー速度目標値（ψ’soll）に対
    する最大値（ψ’ｍａｘ）が決定されるように、走行路
    面状況が考慮されることを特徴とする装置。
  7. 【請求項７】 請求項５に記載の装置において、 車両姿勢角に対する目標値（βsoll）を決定するとき
    に、車両姿勢角の目標値（βsoll）に対する制限値が決
    定されるように、走行路面状況が考慮されることを特徴
    とする装置。
  8. 【請求項８】 請求項３に記載の装置において、 決定されたヨー速度（ψ’）と、ヨー速度に対する目標
    値（ψ’soll）との間の偏差が決定され、 決定された姿勢角（β）と、姿勢角に対する目標値（β
    soll）との間の偏差が決定され、 ヨー速度の偏差および姿勢角の偏差から、目標滑り値
    （λi *）が決定されることを特徴とする装置。
  9. 【請求項９】 請求項８に記載の装置において、 ヨー速度の偏差および姿勢角の偏差が、相互に独立して
    決定されることを特徴とする装置。
  10. 【請求項１０】 請求項７に記載の装置において、 決定されたヨー速度（ψ’）と、ヨー速度に対する目標
    値（ψ’soll）との間の偏差が決定され、 姿勢角（β）が、姿勢角に対する制限値と比較され、 姿勢角（β）がその制限値（βsoll）を超えたときにの
    み、ヨー速度の偏差から、目標滑り値（λi *）が決定さ
    れることを特徴とする装置。
  11. 【請求項１１】 請求項３に記載の装置において、 アンチロック制御装置または駆動滑り制御装置により、
    車輪に対する滑り値（λi）が目標滑り値（λi *）に調
    節されることを特徴とする装置。
  12. 【請求項１２】 請求項１１に記載の装置において、 複数の目標滑り値が、アンチロック制御装置又は駆動滑
    り制御装置に供給され、 前記アンチロック制御装置又は駆動滑り制御装置が、そ
    れ自身の目標滑り値を発生することができ、 一方の目標滑り値の他方の目標滑り値からの偏差が、前
    記アンチロック制御装置又は駆動滑り制御装置で発生さ
    れた前記それ自身の目標滑り値に重ねられることを特徴
    とする請求項１１の装置。
  13. 【請求項１３】 ブレーキ作動における自動車の制御性
    の改良方法において、 車両のヨー速度（ψ’）および車輪速度（ＶRi）を決定
    するステップと、 少なくとも車輪速度（ＶRi）から車両縦方向速度 【数２０】 を決定するステップと、 少なくとも車輪速度（ＶRi）および車両縦方向速度 【数２１】 から、車輪の滑り値（λi）を決定するステップと、 タイヤ力 【数２２】 および車両横方向速度 【数２３】 を決定するステップと、車両のヨー速度に対する目標値
    （ψ’soll）を決定するステップと、 タイヤ力 【数２４】 および車両横方向速度 【数２５】 から、車両の姿勢角（β）を決定するステップと、 車両の姿勢角に対する目標値（βsoll）を決定するステ
    ップと、 決定された車両のヨー速度（ψ’）、ヨー速度に対する
    目標値（ψ’soll）、決定された車両の姿勢角（β）、
    および姿勢角に対する目標値（βsoll）から、目標滑り
    値（λi *）を決定するステップと、 車輪に対する滑り値（λi）および目標滑り値（λi *）
    から、車輪におけるブレーキ圧力（Ｐi）を調節するス
    テップとを備えたことを特徴とする、ブレーキ作動にお
    ける自動車の制御性の改良方法。
  14. 【請求項１４】 自動車の操縦性の改良方法であって，
    この場合個々の車輪に対する目標滑り値λi *が測定変数
    であるヨー速度ψ’および求められた縦方向速度ＶXを
    用いて求められかつ車輪滑りが車輪の少なくとも一部分
    においてＡＢＳまたはＡＳＲを用いてそれに応じて制御
    されているところの該自動車の操縦性の改良方法におい
    て：測定変数であるヨー速度ψ’，車輪速度ＶRi，かじ
    取角δ，供給圧力または車輪ブレーキシリンダ圧力など
    のほかにモータ回転数および絞り弁角度が測定されるこ
    とと；これらから車輪縦方向速度 【数２６】 車輪縦方向加速度 【数２７】 車輪滑り値λiおよび縦方向力ＦBiが推定されること
    と；タイヤ力 【数２８】 および横方向速度 【数２９】 を推定するためにこれらの変数 【数３０】 およびλが車両制御装置におよび変数 【数３１】 λおよび 【数３２】 がモニタに供給され，次に該モニタがこれらの推定値を
    車両制御装置にさらに供給することと；および車両制御
    装置において簡単なモデルを用いて車輪における目標滑
    り値λ* (i)が得られかつこれがＡＢＳまたはＡＳＲで制
    御されることと；を特徴とする自動車の操縦性の改良方
    法。
  15. 【請求項１５】 目標滑り値がアンチスキッド制御装置
    ／駆動滑り制御装置に供給され，該制御装置が一方で目
    標滑り値を得ることと；およびある目標滑り値と他の目
    標滑り値との偏差がそれに重ねられることと；を特徴と
    する請求項１４の方法。
  16. 【請求項１６】 ＡＢＳが特許出願第Ｐ６７５／９０号
    （添付ＩＩ）のＡＢＳに従って目標滑り値を求めること
    を特徴とする請求項１５の方法。
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