JP2003503276A - 自動車の安定化方法および装置 - Google Patents
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Abstract
Description
定化方法および装置に関するものである。
より、自動車およびトレーラからなる連結車の横揺れが発生することがある。例
えば、文献「FDR−Boschの走行動特性制御」、A.van Zante
n、R.ErhardtおよびG.Pfaffの共著、ATZ自動車技術誌96
、(1994年)11月号、頁674−689、およびSAE−Paper 9
73284「トラックに対する走行動特性制御」、F.Hecker、S.Hu
mmel、O.Jundt、K.−D.Leimbach、I.Faye、H.
Schrammの共著は、確かに車両およびサドル式トラクタの走行動特性の安
定化のためのきわめて有効な方法を開示しているが、トレーラ、特に走行動特性
の安定化のための固有のアクチュエータ装置ないしセンサ装置を有していないト
レーラを牽引するときに、特に問題が発生する。これは、特にトラクタと同等の
重量を有するトレーラの場合に発生する。即ち、例えばキャンピング・カーを牽
引する乗用車の場合に、特に安定化の問題が発生する。
発生した場合、トレーラは、その垂直軸の周りに振動し且つトレーラ連結器を介
してトラクタを振動させることになる。車両速度がいわゆる限界速度以下の場合
には、振動は減衰される。車両速度が限界速度に等しい場合、振動は減衰されず
、車両速度が限界速度を超えている場合、振動は発散する。限界速度値は、特に
軸距およびポール長さのような幾何形状データの関数であり、車両およびトレー
ラの質量および回転慣性モーメントの関数であり、および軸の横滑り剛性の関数
である。この値は、連結車においては乗用車の範囲内で典型的には、90−13
0Km/hの範囲内で変動する。振動ないし振り子運動の周波数は,約0.5−
1.5Hzである。
る方法ないし装置を提供することが本発明の課題である。本発明による方法は、
センサ装置に僅かな費用をかけるだけで行われることが特に好ましい。
場合、自動車により牽引されるトレーラを有する自動車、特に乗用車の安定化の
ために、自動車が横揺れ運動に関してモニタリングされ、そして横揺れ運動が検
出されたとき、自動車に、横揺れ運動に対してほぼ逆位相であるほぼ周期的なヨ
ー・モーメントが自動的に発生される。このようにして、自動車およびトレーラ
からなる連結車の横揺れを回避し且つ連結車を安定化させることが可能である。
ここで、横揺れとは、トレーラを牽引する自動車内に、ほぼ周期的な横方向加速
度並びにほぼ周期的なヨー速度が発生することと理解される。この場合、厳密に
周期的な振り子現象ではなく(連結車は理想的な振り子を示していない)、むし
ろトレーラないしセミトレーラの振り子運動の周期に、時間的な変動が発生して
いてもよい。これは、例えば横方向加速度センサから発生される、反復するほぼ
周期的な信号として現われる。即ち、この信号は小さい限界内で変動する周期を
有しているが、この振動は時間的に一定とみなされることが理想的である。それ
に対応して、発生されるほぼ周期的なヨー・モーメントもまた厳密に周期的では
ない。連結車の振り子運動の周期における変動に対応して、発生されたヨー・モ
ーメント内の周期もまた変化される。
度を測定するように設計されてもよい。横揺れを検出するために、横方向加速度
センサにより決定された信号の周波数および振幅が評価される。この場合、周波
数は、相前後する0点通過の時間間隔から求められる。例えば、このように決定
された周波数が所定の周波数帯域内に存在するとき、且つ振幅がしきい値より大
きいとき、横揺れが存在する。この関係において、車両のかじ取り運動からの横
揺れを区別するために、横方向加速度に追加して、車両の速度および/またはか
じ取り角をモニターすることが有利である。横揺れ検出に対する一例が図9に示
されている。
少なくとも1つの横方向動特性値、並びに車両速度を決定する横揺れ検出を使用
することが特に有利であり、この場合、横揺れ運動は、少なくとも1つの横方向
動特性値および速度の関数として決定される。これは、横方向動特性値および速
度がそれぞれ、それに関連のしきい値より大きいかどうかを検査することにより
行われることが有利である。横方向加速度のみならず、ヨー速度もまた測定する
ことが特に有利である。さらに、横揺れ運動を決定するために、かじ取り角を測
定し且つ横揺れ運動の決定において急速なかじ取り運動を考慮することが有利で
ある。このために、かじ取り角に対応する信号をフィルタリングする高域フィル
タが設けられることが有利である。高域フィルタによりフィルタリングされたか
じ取り信号が所定のしきい値より大きい場合、横揺れ運動が存在しないことを推
測することが有利である。
モーメントの発生が行われ、この場合、自動車の両側に異なるブレーキ力が発生
される。このようにして、かじ取り運動を必要とすることなく周期的なヨー・モ
ーメントが発生されることが特に有利である。さらに、この実施態様により、車
両が走行動特性制御(FDR、ESP)を有していないときにおいても、ABS
制御を備えた車両において、特に有利に本発明を実行することが可能である。
生が車両の片側における自動ブレーキ作動により行われる。このようにして、自
動車およびトレーラからなる連結車の特に良好な安定化が達成される。
ングされ、自動車の不安定性が検出されなかったときにのみヨー・モーメントの
発生が行われる。
ーバランニング・ブレーキ)を有している。ほぼ周期的なヨー・モーメントの発
生後および/またはその発生に追加して、トレーラの慣性式自動ブレーキが作動
されるように、自動車は自動的に短時間ブレーキ作動される。
は、横揺れ運動の0点通過から所定の位相だけシフトされて行われる。これは、
特にトレーラの慣性を考慮している。ブレーキ作動は、0点通過の直前または直
後に、ある所定の位相だけシフトされて行われる。
、横揺れ運動の0点通過において行われてもよい。 本発明の他の有利な実施態様においては、自動車の短時間の自動ブレーキ作動
は、ほぼ周期的なヨー・モーメントの発生が予め横揺れ運動を低減させたときに
のみ行われる。
動させるための短時間の自動ブレーキ作動は、自動車を駆動する機関の駆動トル
クの低減により行われる。
。 本発明は、特に油圧式ブレーキ装置に関して使用されることが有利である。し
かしながら、本発明は、電気油圧式または空圧式ないしは電気空圧式または電気
機械式ブレーキ装置においてもまた使用可能である。
立である。それに対応して、本発明の有利な実施態様においては、トレーラに追
加のセンサ装置またはアクチュエータ装置が必要とされない。
ASR)ないし走行動特性制御装置(FDR)により提供されるセンサ装置を使
用してもよい。通常、他のセンサ装置は必要ではない。
ぞれの車両に適合される。 本発明による方法ないし本発明による装置は、トレーラ連結器における横揺れ
転向角を検出するための機械装置を省略することができる。
1のトレーラ連結器3に連結されている。RVRは自動車1の右前車輪を示し、R VL は左前車輪を示し、RHRは右後車輪を示し、RHLは左後車輪を示す。ωは自動
車1のヨー速度を示し、aYは自動車1の横方向加速度を示す。Sは自動車1の
トレーラ連結器の転向角を示す。
間tに対して示されている。ここで、転向角Sの正の値は右方向転向角を示し、
転向角Sの負の値は左方向転向角を示す。
、図2における横揺れ運動に対応するヨー速度ωの経過の一例とが示されている
。
車両の平均速度の経過から偏差を有している。これが図4に、例として、右後車
輪RHRの速度vHRおよび左後車輪RHLの速度vHLに対して示されている。本発明
により、自動車1が横揺れ運動に関してモニタリングされ、横揺れした場合、自
動車に、横揺れ運動に対してほぼ逆位相のヨー・モーメントが自動的に発生され
るように設計されている。この場合、ヨー・モーメントの発生は、車両の片側、
特に本質的に後車輪の片側における自動ブレーキ作動により行われることが特に
有利である。
自動ブレーキ作動により逆位相の(本質的に周期的な)ヨー・モーメントを発生
させるための、右後車輪RHRのブレーキ圧力pHRおよび左後車輪RHLのブレーキ
圧力pHLを示す。図5および図6が示すように、ブレーキ圧力pHRおよびpHLは
逆位相であり、且つ図示の操作に示すように連結車の横揺れ運動に対して逆位相
のヨー・モーメントを発生する。
、かじ取り角δを測定するためのかじ取り角センサ22、自動車1のヨー速度ω
を測定するためのヨー速度センサ23、自動車1の横方向加速度aYを測定する
ための横方向加速度センサ24、並びに車両速度vFを測定するための車両速度
センサ25と結合されている。有利な実施態様においては、自動車1が、例えば
文献「FDR−Boschの走行動特性制御」、A.van Zanten、R
.ErhardtおよびG.Pfaffの共著、ATZ自動車技術誌96、19
94年11月号、頁674−689 に開示されているような、走行動特性制御
を有するように設計されている。この場合には、車両速度vFは、車両速度セン
サ25により提供されずに走行動特性制御により提供される。
対するブレーキ圧力pVL、pVR、pHL、pHRであり、ないしは自動車1のブレー
キ21内のブレーキ圧力pVL、pVR、pHL、pHRの調節を行うために、それに対
応する操作量である。
安定化のための特に好ましい実施態様を示す。第1のステップ10において、図
7に示された、車両1のセンサの測定値が読み込まれる。第2のステップ11に
おいて、トレーラのない自動車の一般運動方程式が計算される。ステップ11に
よる計算は、図9において詳細に説明される。
対応する。ここで、例えば文献「FDR−Boschの走行動特性制御」、A.
van Zanten、R.ErhardtおよびG.Pfaffの共著、AT
Z自動車技術誌96、1994年11月号、頁674−689 が参照される。
この文献に含まれている、アッカーマンの関係とも呼ばれる方程式4が、このよ
うな運動方程式を示す。
度ないしヨー速度が車両に存在するかどうかが検査される。この条件が満たされ
ていない場合、本発明による車両安定化の範囲には入っていない。しかしながら
、これとは別に、例えば上記の走行動特性制御によるその他の可能な車両安定化
方法は残っている。これに対して、自動車1が不安定であることなく自動車1の
横揺れないし自動車1の後部の横揺れが検出された場合、次のステップ13にお
いて、横揺れ運動の周波数および位相が決定される。即ち、この場合、連結車の
安定化のために、本発明による制御操作が必要である。
動車1に、横揺れ運動に対して逆位相のヨー・モーメントが発生される。これは
、自動車1の両側に異なるブレーキ力を発生させることにより行われることが有
利であり、この場合、ヨー・モーメントの発生は、図5および図6に例として示
されているように、自動車1の片側におけるブレーキ作用により行われることが
有利である。
び他のステップ16が設けられている。判定ブロック15により、ほぼ逆位相の
ヨー・モーメントの発生により(ステップ14参照)横揺れ運動が低減したかど
うかが検査される。これが否定の場合、ステップ13が行われる。しかしながら
、ほぼ逆位相のヨー・モーメントの発生が自動車1およびトレーラ2からなる連
結車の横揺れ運動を低減させた場合、自動車1は自動的に短時間ブレーキ作動さ
れ(ステップ16)、これにより、トレーラ2の慣性式自動ブレーキが作動され
る。このブレーキ過程は、本質的に横揺れ運動の0点通過から、所定の位相だけ
シフトされて行われることが有利である。
に低下するまで連結車の速度が低減されるように設計されている。 図9は、例として示した実施態様における安定化装置20の内部構造を示す。
ここで、符号40は、目標ヨー速度ω*を計算するための目標ヨー速度計算段を
表わす。この場合、目標ヨー速度ω*の計算は、例えば文献「FDR−Bosc
hの走行動特性制御」、A.van Zanten、R.Erhardtおよび
G.Pfaffの共著、ATZ自動車技術誌96、1994年11月号、頁67
4−689 に開示されているような目標ヨー速度計算により行われる。その代
替態様として、自動車1が上記の走行動特性制御を有するとき、安定化装置20
が、目標ヨー速度ω*を自身で計算せずに走行動特性制御から受け取るように設
計されてもよい。
対応する。ここで、例えば文献「FDR−Boschの走行動特性制御」、A.
van Zanten、R.ErhardtおよびG.Pfaffの共著、AT
Z自動車技術誌96、1994年11月号、頁674−689 が参照される。
この文献に含まれている、アッカーマンの関係とも呼ばれる方程式4がこのよう
な運動方程式を示す(上記参照)。目標ヨー速度計算段40により、車両速度v F およびかじ取り角δの関数として、車両のヨー速度ωに対する目標値ω*が決定
される。即ち、目標ヨー速度の計算は運動方程式により行われる。
い。この場合には、そのようにして決定された横方向加速度に対する目標値が横
方向加速度に対する測定値と比較される。
形成段38は目標ヨー速度ω*とヨー速度ωとの差としてヨー速度制御偏差ωeを
計算する。ヨー速度制御偏差ωeはフィルタ37によりフィルタリングされる。
フィルタ37は、帯域フィルタ34、絶対値形成段35、並びに平均値形成段3
6を有している。平均値形成段36は、低域フィルタとして形成されていること
が有利である。帯域フィルタ34は、自動車1の振り子運動に特有の周波数範囲
内に存在するヨー速度制御偏差ωeの部分のみが通過するように形成されている
。この場合、帯域フィルタは、0.1−1.5Hzの周波数範囲内においてのみ
通過するように形成されている。フィルタ37の出力信号がωefで示されている
。
。このために、安定化装置20はフィルタ33を有している。フィルタ33はフ
ィルタ37に対応して形成されている。フィルタ33は、帯域フィルタ34と同
一の帯域フィルタ30を有している。さらに、フィルタ33は、絶対値形成段3
5と同一の絶対値形成段31を有している。さらに、フィルタ33は、平均値形
成段36と同一の平均値形成段32を有している。フィルタ33の出力信号はa yf で示した信号である。
ち、横揺れ検出が独自にそれぞれの連結車に適合されるように設計されている。
このために、有利な実施態様においては、帯域フィルタ30ないし34が連結車
の横揺れ周波数に調節されるように設計されている。種々のフィルタ特性値、例
えば帯域フィルタの限界周波数は、それぞれの連結車に自動的にないし独自に適
合される。
は、小さいかじ取り角δを排除するための不感帯、緩慢に行われたかじ取り角変
化を排除するための高域フィルタ、並びに高域フィルタによりフィルタリングさ
れたかじ取り角を積分するための積分器を有している。かじ取り角評価段41の
出力信号はδfで示されている。
段40において、およびかじ取り角評価段41において行われる計算は、図8の
ステップ11に関連している。
横揺れ検出段39により、横揺れ運動が存在するかどうかが判定される。このた
めに、この実施態様により、次の条件が満たされているかどうかが検査される。
検査は省略されてもよい。横揺れ検出段39の出力値は2値変数P1であり、2
値変数P1は、横揺れが否定されたときには値0をとり、上記の条件が満たされ
ているとき、即ち横揺れが検出されたときには値1をとる。横揺れが検出された
場合、自動車1の車輪RVL、RVR、RHL、RHRに対するブレーキ圧力pVL、pVR 、pHL、pHRが、ブレーキ圧力計算段42により図8に示す方法で決定される。
ここで、ブレーキ圧力計算段42に、ステップ13および14、並びに実行され
るかぎりのステップ16および判定ブロック15が関連している。
れまたは車輪回転速度に関する測定値から導かれる。測定されまたは車輪回転速
度から導かれた横方向加速度は、周波数分析(例えばフーリェ解析)にかけられ
る。即ち、対応する値がその個々のスペクトル成分に分解される。このスペクト
ル成分により、横揺れ運動に特有の周波数成分もまた存在するかどうかが検査さ
れてもよい。これが肯定の場合、本質的に周期的なヨー・モーメントが発生され
る。
横方向加速度aYおよび/またはヨー速度ωの関数として、横揺れ運動の周波数
fs、位相ψs、並びに振幅Asを決定する周波数分析段を示す。この実施態様に
より、横揺れ運動の周波数fs、位相ψs、並びに振幅Asは、ヨー速度ωの関数
として決定される。信号P1が横揺れ運動を示しているかぎり、ブレーキ圧力調
節段51は、横揺れ運動の周波数fsおよび位相ψsの関数として、自動車1の車
輪RVL、RVR、RHL、RHRに対するブレーキ圧力pVL、pVR、pHL、pHR、ない
しは自動車1のブレーキ21内のブレーキ圧力pVL、pVR、pHL、pHRの調節を
行うための対応する操作量を決定する。この場合、車輪において調節されるブレ
ーキ圧力は、横揺れ周波数fsに対応して変化する(図2、図5および図6参照
)。
ABS)のみを有するとき、図5および図6に示すように、後車輪のみをブレー
キ作動するように設計されている。これに対して、自動車1が走行動特性制御(
FDR、ESP)を有している場合、逆位相のヨー・モーメントを発生するため
に、自動車1のすべての車輪が個々にブレーキ作動されることが有利である。A
BS、ASRおよびFDRに関する詳細は、例えば文献「FDR−Boschの
走行動特性制御」、A.van Zanten、R.ErhardtおよびG.
Pfaffの共著、ATZ自動車技術誌96、1994年11月号、頁674−
689 が参照されてもよい。
における対応のブレーキ制御操作のみにより行われることが特に有利である。前
車輪ブレーキの対応する調節は、トレーラないしセミトレーラの望ましい安定化
を形成しない。車両内に設けられている滑り制御ないし車両の駆動方式に基づい
て、本発明によるこのブレーキ制御操作を後車輪のみにおいて実施することが不
可能な場合、車両のすべての車輪がブレーキ作動され、このことがトラクタを減
速させ、したがってセミトレーラないしトレーラもまた減速させ、これにより慣
性式自動ブレーキを作動する。特に、ブレーキ滑り制御(ABS)、駆動滑り制
御(ASR)、並びに走行動特性制御(FDR)の間で異なってくる。
れにより車輪ブレーキ・シリンダ内の圧力をドライバにより設定された供給圧力
以上に上昇可能なブレーキ制御操作、ないしはそれにより概してブレーキ圧力を
上昇可能なブレーキ制御操作の実行を可能にしない。車両がこのようなブレーキ
滑り制御を備えている場合、連結車の安定化のために、すべての車輪のブレーキ
作動のみが実行可能であるにすぎない。これにより、上記のように慣性式自動ブ
レーキが作動される。
もまた考えられる。これにより、車輪ブレーキ・シリンダ内にドライバにより設
定された供給圧力より高い圧力を供給する可能性、ないしは概してブレーキ圧力
を上昇させる可能性が提供される。ほぼ周期的なヨー・モーメントは、後車輪の
車輪ブレーキ・シリンダに付属のアクチュエータを操作することにより達成され
る。
。ブレーキ滑り制御は、通常、横方向加速度センサまたはヨー速度センサを有し
ていない。即ち、この場合には、測定された横方向加速度ないしヨー速度を評価
することができない。有利な実施態様においては、その代わりに数学モデルを用
いて、車輪回転速度から横方向加速度またはヨー速度を表わす値が導かれる。
輪速度の差が評価されてもよい。 駆動滑り制御(ASR): 駆動滑り制御により、車両の駆動車輪において駆動トルクが調節される。これ
は、ドライバとは独立のブレーキ圧力を供給するブレーキ制御操作により、ない
しは機関トルクを低減する機関制御操作により行われる。
装置の観点から駆動方式が重要である。後輪駆動車両ないし全輪駆動車両の場合
、連結車を安定化させるために必要なほぼ周期的なヨー・モーメントを後車軸に
発生させることができる。前輪駆動車両の場合、安定化のこの可能性は存在しな
い。この場合には、車両のすべての車輪をブレーキ作動可能であるにすぎず、こ
れにより慣性式自動ブレーキが作動される。センサ装置に関しては、ブレーキ滑
り制御に関して行われた説明が適用される。
バとは独立にブレーキ作動させることができ、即ち、ほぼ周期的なヨー・モーメ
ントを発生するために、ブレーキ圧力をドライバの供給圧力以上に上昇ないし形
成させることができる。さらに、すべての車輪を同時にブレーキ作動させてもよ
く、これにより慣性式自動ブレーキが作動される。さらに、走行動特性制御にお
いて、機関制御操作により機関出力を低減させ、したがって同様に慣性式自動ブ
レーキを作動させる可能性が存在する。
速度ないしヨー速度を評価することができる。 周波数分析段50はステップ13に、およびブレーキ圧力調節段51はステッ
プ14に関連している。さらに、ブレーキ圧力計算段42は、振幅モニタリング
段52を有し、振幅モニタリング段52により、横揺れ運動の振幅Asがブレー
キによりステップ14に従って低減したかどうかがモニタリングされる。振幅モ
ニタリング段52は信号P2を出力し、P2は、横揺れ運動の振幅が低減してい
ないときには値0をとり、横揺れ運動の振幅Asが低減したときには値1をとる
。振幅モニタリング段52は、図8の判定ブロック15に関連している。したが
って、ブレーキ圧力調節段51に図8のステップ16もまた関連している。
て、次の点に注意すべきである。即ち、この実施態様においては、トレーラが慣
性式自動ブレーキのみを備え、車輪に付属するブレーキを備えていないことから
説明されてきた。トレーラもまた車輪に付属するブレーキを備えている場合、ブ
レーキへの制御操作に関して他の制御操作の可能性が得られる。即ち、車両のブ
レーキまたはトレーラのブレーキが単独に、または上記のように共通に操作され
てもよい。同様のことがセミトレーラに対しても適用される。
。
す。
態様を示す。
Claims (12)
- 【請求項1】 自動車(1)により牽引されるトレーラ(2)を有する自動
車(1)、特に乗用車の安定化方法において、 自動車(1)が横揺れ運動に関してモニタリングされること、および 横揺れ運動が検出されたとき、自動車(1)に、その横揺れ運動に対してほぼ
逆位相であるほぼ周期的なヨー・モーメントが自動的に発生されること、 を特徴とする自動車の安定化方法。 - 【請求項2】 前記ヨー・モーメントの発生が自動車(1)の自動ブレーキ
作動により行われ、この場合、自動車(1)の両側に異なるブレーキ力が発生さ
れることを特徴とする請求項1の安定化方法。 - 【請求項3】 前記ほぼ周期的なヨー・モーメントの発生が、前記自動車の
片側における自動ブレーキ作動により行われることを特徴とする請求項2の安定
化方法。 - 【請求項4】 前記ほぼ周期的なヨー・モーメントの発生が、ドライバによ
るかじ取り運動に基づかない、横方向加速度およびヨー速度の少なくともいずれ
かが存在するときにのみ、行われることを特徴とする請求項1ないし3のいずれ
かの安定化方法。 - 【請求項5】 トレーラ(2)が慣性式自動ブレーキを有している場合に、
トレーラ(2)の慣性式自動ブレーキが作動されるように、自動車(1)がさら
に自動的に短時間ブレーキ作動されることを特徴とする請求項1ないし4のいず
れかの安定化方法。 - 【請求項6】 トレーラ(2)が慣性式自動ブレーキを有している場合に、
ヨー・モーメントが発生された後に、トレーラ(2)の慣性式自動ブレーキが作
動されるように、自動車(1)が自動的に短時間ブレーキ作動されることを特徴
とする請求項1ないし5のいずれかの安定化方法。 - 【請求項7】 トレーラ(2)の慣性式自動ブレーキを作動させるための短
時間の自動ブレーキ作動が、自動車(1)を駆動する機関の駆動トルクを低減す
ることにより行われることを特徴とする請求項5または6の安定化方法。 - 【請求項8】 自動車(1)の短時間の自動ブレーキ作動が、横揺れ運動の
0点通過の直前または直後に、所定の位相だけシフトされて行われることを特徴
とする請求項7の安定化方法。 - 【請求項9】 自動車(1)の短時間の自動ブレーキ作動が、前記ヨー・モ
ーメントの発生が横揺れ運動を低減させたときにのみ行われることを特徴とする
請求項7または8の安定化方法。 - 【請求項10】 自動車(1)の速度が、限界速度より小さくなるように低
減されることを特徴とする請求項1ないし9のいずれかの安定化方法。 - 【請求項11】 自動車(1)が自動的に短時間加速されることを特徴とす
る請求項1ないし10のいずれかの安定化方法。 - 【請求項12】 トレーラ(2)を有する自動車(1)、特に乗用車を安定
化させるための安定化装置において、 自動車(1)の横揺れ運動を検出するための、並びに横揺れ運動が検出された
ときに自動車(1)に対してほぼ周期的なヨー・モーメントを発生するための手
段(20)を有し、この場合、前記ヨー・モーメントが、発生された横揺れ運動
に対してほぼ逆位相であることを特徴とする自動車の安定化装置。
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