JP2003512971A - 車両において制動動作を自動的に実行する制動システム - Google Patents

車両において制動動作を自動的に実行する制動システム

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JP2003512971A JP2001534657A JP2001534657A JP2003512971A JP 2003512971 A JP2003512971 A JP 2003512971A JP 2001534657 A JP2001534657 A JP 2001534657A JP 2001534657 A JP2001534657 A JP 2001534657A JP 2003512971 A JP2003512971 A JP 2003512971A
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、車両において自動制動動作を実行する方法および制動システムに関する。カーブに進入するときの安全性を高めるために、現在のカーブの曲率を決定し、この曲率に関して、現在の車両の縦方向速度が高すぎないかどうかを決定するようになっている。車両の縦方向速度が速すぎる場合には、車両と車線中心線の間の最大横方向距離が最小となるように設定縦方向加速度を決定する。調整および制御ユニットでそれに対応する作動信号を決定し、この信号を使用して縦方向加速度を調整または制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 本発明は、請求項1のプリアンブルによる車両の自動制動動作を行う方法およ
び制動システムに関する。
【0002】 現在、運転者の制動要求とは無関係に制動動作を作動させることができる自動
車用のシステムが知られている。DE4201142A1には、安全にカーブを
通過できる限界コーナリング速度を現在の走行速度が超えている場合に、運転者
に急カーブの警告を与える車両速度制御装置が開示されている。これは特に、急
カーブが運転者に見えていない場合に関連するものである。これを使用する場合
には、事故を避けるために、カーブ手前の適当なタイミングで自動制動動作が行
われ、速すぎる速度でカーブに進入することによる危険な車両走行状態が予め回
避される。急カーブは、例えば、記憶した道路地図と所与の時間の車両位置とを
比較することによって検出することができる。
【0003】 本発明の目的は、このような安全システムを起点として、車両がカーブを通過
するとき、特に車両の縦方向速度が速すぎるときにさらなる安全度を保証するた
めに、自動制動方法および装置を提供することにある。
【0004】 この目的は、本発明により、それぞれ請求項1および11の特徴によって達成
される。
【0005】 速すぎる車両縦方向速度でカーブに進入した場合、車両は所望のコースを維持
することができず、一般に車両のアンダーステアリングによってカーブから外側
に膨らむことになる。運転者が車両にブレーキを強くかけすぎた場合にも同じこ
とが起こる。本発明は、制動動作を自動的に誘導することによってこの問題を解
決する。
【0006】 本発明の方法によれば、車両がカーブに進入したとき、車両が通過しているカ
ーブの現在の曲率を最初に決定し、その過程で、その曲率から既知の方法でその
逆数を形成することにより、カーブの半径を決定することができる。所望の設定
コースは、カーブの半径と同じである車線の中心線で形成される。車線の中心線
は、いわば適切な車両縦方向速度であればそれに沿って走行することができる車
両の経路を規定する。本発明の目的は、縦方向速度が速すぎることによって車両
が道路から逸れるという状況を可能な限り回避することである。そのために、本
発明では、車線中心線と車両の重心で決まる車両位置の間の最大横方向距離を最
小にする。ここでは、この横方向距離は、車線中心線が一定の半径を有するコー
スをとるか否かに関わらず、車線中心線から径方向に測定する。横方向距離は、
車線中心線の接線が車両の経路の実際のコースの接線と平行な向きになった場合
に最大となる。
【0007】 この最大横方向距離を最小にし、所望のコースと実際のコースの間の最大コー
ス偏位をできる限り小さくするために、数学的最適化方法によって設定縦方向加
速度を決定する。その縦方向加速度の最適値を求めた後で、車両の実際の縦方向
加速度を調整および/または制御する作動信号を生成し、設定縦方向加速度で車
両を減速することができる。
【0008】 この新しい方法および制動システムでは、車両が速すぎる車両縦方向速度でカ
ーブを通過するときに、ホイール・ブレーキ装置を最適なかたちで自動的に作動
させることにより最大横方向距離を最小にして、車両を道路上に維持しようと試
みる。
【0009】 この方法または制動システムは、ESPやABSなど、自動制動動作をトリガ
する既存の装置に加えて使用することができる。例えば、ESPシステムでは、
車両の垂直軸の周りにヨーモーメントを生成して、走行状態を安定させる。本発
明による方法および本発明による装置では、車両の特定の設定縦方向加速度を設
定し、そのプロセスの間、個々のホイールに加えられる制動力が互いに無関係で
あり、その結果として、例えばESP制動動作の場合であれば各ホイールに異な
る制動力を加えることができ、したがってヨーモーメントと、同時に必要な設定
縦方向加速度とを設定することができる。
【0010】 制動システムを作動させるには、最初に、所定のカーブの曲率が存在すること
に基づいて、車両がカーブに進入中であることを検出する。次いで、車両の縦方
向速度が速すぎるかどうかを検出する。そのために、好ましい実施形態では、実
際のヨー角速度をセンサ手段で決定し、所定の設定ヨー角速度と比較する。実際
のヨー角速度が設定ヨー角速度から許容できないほどずれている場合、例えば実
際のヨー角速度と設定ヨー角速度の差が特定の絶対値を超えている場合には、所
与の時間に速すぎる車両の縦方向速度になっていることになる。設定ヨー角速度
は、運転者の要求から導出することが好ましく、特に、ステアリング・レシオ(
steering ratio)、車両速度、車両のホイール・ベース、および
車両のセルフ・ステアリング・グラジエント(self−steering g
radient)を介してヨー角速度と所与の関係を有する、運転者が予め規定
したステアリング・ホイール角度から導出することが好ましい。
【0011】 現在のカーブの曲率は、所与の設定ヨー角速度と車両の縦方向速度の比から推
定することができる。車線中心線は、カーブの曲率からその逆数を形成すること
によって得られるカーブの半径と同じであるとする。この推定は、少なくともカ
ーブの起点では運転者が車両を規定のカーブ半径上に維持するものと仮定してい
る限りは正しい。この実施形態は、簡略な動作モードで十分な精度を備えたこと
を特徴とする。
【0012】 しかし、別の実施形態では、現在のカーブの曲率を測定から決定することも有
利である。こうした測定は、例えば、ビデオ・カメラなどの光学感知装置を使用
して実行することができ、車両の実際のヨー角は、道路の縁または車線の中心線
を基準として検出することが好ましい。この実施形態は高精度を特徴とし、その
結果として、車両の周辺領域をより精密に決定することができるので、カーブを
通過するときの安全度を高めることができる。
【0013】 カーブの曲率は、車両の精密な位置を決定し、この位置と、例えば電子地図と
して記憶することができるその区域の道路の現在の輪郭とを比較することによっ
て決定することもできる。車両の位置の決定は、例えばGPSなどの位置決定シ
ステムを使用して行うことができる。
【0014】 さらなる利点および好適な実施形態は、さらに別の請求項、図の説明、および
図面から分かるであろう。
【0015】 図1は、複数の車両1、1’、1”をそれらの重心で概略的に示す図である。
車両は、カーブ2に進入した後、異なる経路3、4、4’に沿って移動する。第
1の車両1は、物理的に決定されたカーブによって決まる限界速度を超えない車
両縦方向速度vで、理想的な場合には車線中心線3に沿って移動する。車線中心
線は破線で示してあり、例えば通過すべきカーブ2の半径Rと重なる。
【0016】 本発明による自動制動動作が行われず、限界速度を超える車両縦方向速度v’
でカーブに進入する従来の第2の車両1’は、例えば一点鎖線で示す経路4’に
沿って移動する。この車両1’は、車両縦方向速度v’が速すぎるためにカーブ
を通過することができず、カーブの外側に向かって理想経路3から離れて行き、
例えば舗装道路から外れることになる。
【0017】 最後に、図1には、本発明による自動制動動作を実行することができる第3の
車両1”も示してある。車両1”も、限界速度を超える車両縦方向速度v”でカ
ーブに侵入する。この場合は、車両1”をできる限り道路上に維持するように、
自動制動動作が実行される。
【0018】 自動制動動作を実行する方法について、図2の流れ図を参照してより詳細に述
べる。
【0019】 車両1”がカーブに侵入した場合、最初に第1の方法ステップ5でカーブの曲
率ρを決定する。これは例えば、次の関係式
【数4】 により、設定ヨー角速度 および車両縦方向速度v”の関数としてカーブの曲率ρを推定することによって
行うことができる。
【0020】 あるいは、例えばGPSなどの位置決定システムを使用して車両の位置を決定
し、所与の時間における車両位置の関数として記憶した道路地図を評価すること
によってカーブの曲率ρを決定するという方法で、カーブの曲率ρを決定するこ
ともできる。カーブの曲率ρは、例えば、車両1”に搭載したビデオカメラなど
の光学感知装置(詳細は図示せず)で直接測定することもできる。
【0021】 この方法のその後のステップ6で、現在の車両縦方向速度v”がカーブによっ
て決まる限界速度より速いかどうかを判定する。
【0022】 例えば、そのために、例えばセンサ手段によって決定する実際のヨー角速度 と、設定ヨー角速度 とを比較することができる。設定ヨー角速度 は運転者の要求を表し、例えば次の関係式
【数5】 から、ステアリング・レシオi、車両のホイール・ベースL、ステアリング・ホ
イール角度δ、車両縦方向速度v”および車両のセルフ・ステアリング・グラジ
エントEGの関数として決定することができる。実際のヨー角速度 と設定ヨー角速度 の差が所定の差の絶対値を超えた場合には、車両が速すぎる車両縦方向速度v”
でカーブを通過している、すなわち車両縦方向速度v”が、車両がカーブを通過
することができる限界速度より速いと結論づけることができる。一般に、自動車
は、車両縦方向速度v”が速くなりすぎたときにアンダーステアして、実際のヨ
ー角速度 が設定ヨー角速度 より低くなるように設計されている。
【0023】 方法ステップ6で、車両が速すぎる車両縦方向速度でカーブに侵入していない
ことが検出された場合には、この方法は分岐してステップ5に進む(図2の分岐
「否(neg)」)。そうでない場合には、ステップ7が実行され(図2の分岐
「肯(pos)」)、自動制動動作によって車両1”を減速させる設定縦方向減
速度ax、sollを決定する。
【0024】 設定縦方向加速度ax、sollの決定は、車線中心線3と車両1”の実際の
移動経路4との間の横方向距離Δyが、前記横方向距離Δyが最大となる点で測
定して、車線中心線3から径方向に最小となるように行う。換言すれば、車線中
心線3に沿った所望の経路と実際の経路4の間の最大偏位Δymaxを最小限に
抑えて、可能な限り車線中心線3の近くで、かつ可能な限り車両が舗装道路から
外れないようにして、車両1”がカーブを通過することができるようにする。
【0025】 横方向距離Δyおよびコース角 の最初の式は次のとおりである。
【数6】
【数7】 ここで、 はコース角を与える。すなわち、所与の時間における経路4に沿った車両1”の
実際の移動方向と車線中心線3に沿った所望の移動方向がなす角度を表す。した
がって、コース角 は、車線中心線3の接線と経路4の接線がなす角度から得られる(図1)。a は進行方向に対して横向き(y方向)の車両1”の加速度を表す。
【0026】 設定縦方向加速度ax、sollの決定は、様々な方法を用いて解決すること
ができる最適化問題である。
【0027】 第1の方法では、設定縦方向加速度ax、soll=ax、soll、kが一
定であると仮定して簡略化し、その結果、実際の縦方向加速度ax、istを簡
単かつロバストに制御または調整することができる。
【0028】 式(1)を微分すると、次式が得られる。
【数8】
【0029】 コース角 が小さい場合には、式(3)から次式が得られる。
【数9】
【0030】 これより、設定縦方向加速度ax、soll=ax、soll、kが一定と仮
定しているので、式(4)を積分して、次式が得られる。
【数10】
【0031】 この式を時間tおよび加速度ax、kについて偏微分し、それぞれの場合にゼ
ロに等しいとすると、次式が得られる。
【数11】
【数12】
【0032】 これらの式(6)、(7)から、次式が得られる。
【数13】 ここで、
【数14】
【数15】
【数16】
【0033】 三次方程式(8)の解は次式となる。
【数17】
【0034】 ここで、次式を適用する。
【数18】
【数19】
【数20】
【数21】
【数22】
【数23】
【0035】 こうして得られた結果は、下記の通りとなる。
【0036】 横方向距離が最大値Δymaxに達したときの時間tは、次式
【数24】 のように得られ、設定縦方向加速度は次式のように得られる。
【数25】 式(12)から(18)をこれら2つの解の式(19)、(20)に代入する。
【0037】 設定縦方向加速度ax、soll、kを一定とするこの第1の決定方法とは別
に、別の方法で動的最適化問題も解決することができる。
【0038】 解くべき問題は次式であり、
【数26】 ここでJはべき関数を表し、第2の条件は次式である。
【数27】
【0039】 この決定方法では、第1の点をカーブ2に侵入する時間tとし、第2の点を
自動制動動作が終了する(カーブの仮想終端点)終了時間tに達したときとす
る、二点エッジ値問題を想定する。最初に、車両1”がカーブに侵入する初速度
”を感知し、後の計算のために記憶する。車両1”の車線中心線3からの横
方向距離が最大値Δymaxとなったときに、終了時間tとなる。自動制動動
作により、車両はその後、v”より遅い終速度Ve”となる。この終了時間t で自動制動動作は終了し、コースが続いていれば、少なくともそのカーブの半
径Rに対応する半径を有する経路で車両1”を駆動することができる。例えば、
終速度Ve”は、半径Rより小さな半径を有する経路に沿って走行することもで
きるほど遅く、その結果、車両1”を車線中心線3の方向に引き戻すことができ
る(図1参照)。
【0040】 車両1”と車線中心線3の間の最大横方向距離Δymaxを最小にする最適化
基準の数式から、またその結果として得られた連立方程式の解から、適当なら簡
略な条件で、設定縦方向加速度ax、sollを解析によって、または数値計算
によって決定することができる。ただし、さらに別の周辺条件を考慮することが
好ましい。1つの条件として、特に、カーブへの進入を開始した点(時間t
およびカーブの仮想終端点(時間t)におけるコース角 がゼロに等しいことを数式化する。
【0041】 この場合、設定縦方向加速度ax、sollは、初速度v”、現在の車両縦
方向速度v”、利用できる摩擦係数μ、およびカーブの曲率ρの関数として次式
【数28】 のように決定することができる。車両1”の横方向加速度は次式
【数29】 となり、ここでλは、所与の時間における車両とカーブの仮想終端点(時間t でこの終端点に到達する)の間の距離を表す。
【0042】 本例では、この問題を解析した解は省略し、その近似値を代入して商 を得る。
【0043】 進入開始時のコース角 はゼロであるが、λはゼロではないので、時間t(カーブ2への進入時)にお
ける該商はゼロとなる。時間t(横方向距離が最大となったときの仮想終端点
)では、コース角 および距離λがともにゼロとなる。該商は、終端点における横方向加速度a
最大である(ay_max=μ・g)と仮定して決定する。その結果、終端点に
おける該商は、次式として得られる。
【数30】
【0044】 走行速度に関して進入開始点と終端点の間で線形補間を実行すると、次式のよ
うになる。
【数31】
【0045】 次の関係式を代入して、終速度を得る。
【数32】 ここで はカーブの限界速度である。
【0046】 設定縦方向加速度ax、sollは、式(24)から(27)を式(23)に
代入することによって決定される。
【0047】 これで、図2の方法のステップ7において設定縦方向加速度ax、soll
求められたことになる。次いで、最後の方法ステップ8で、実際の縦方向加速度
x、istを制御または調整するために使用される作動信号13を生成する。
【0048】 走行中は、この方法全体を継続的かつ周期的に繰り返して、ステップ8の後に
再度ステップ5が続くようにする。
【0049】 カーブの曲率が一定でない場合、すなわち湾曲経路が円形でない場合にも、修
正形態として図1の描写を連続させて適用することができることは言うまでもな
い。
【0050】 図3および図4に、本発明による制動システム10の2通りの実施形態をそれ
ぞれブロック回路図で概略的に示す。
【0051】 図3では、制動システム10は調整および制御ユニット11を有し、設定縦方
向加速度ax、sollの計算に必要な変数が複数の入力12を介してここに送
られる。調整および制御ユニット11は、出力端で作動信号13を生成し、これ
は、従来の油圧制動装置では、例えば加える制動圧Pまたは制動力Fの形で
存在することができる(図3)。作動信号13と、例えばブレーキ・ペダルなど
のオペレータ制御要素14における運転者が予め定めた運転者制動圧とを比較し
、それにより決定された信号15を、走行力学調整または制御装置16(例えば
ESP制御装置またはABS制御装置)に送る。次いで、これが車両の個々のホ
イール制動装置17から20のアクチュエータ(詳細は図示せず)を、信号15
に関連して調整または制御する。運転者から制動要求がなされている場合は、そ
の減速度が、設定縦方向加速度ax、sollによって達成されているはずの減
速度より高く、したがって運転者の制動要求が優先され、例えば運転者の制動要
求にしたがって必要とされる減速度は、車両力学調整または制御装置16によっ
て制御または調整される。
【0052】 図3から離れて、図4の制動システム10は、「ブレーキ・バイ・ワイヤ」制
動システムと呼ばれる方式で、例えば電気油圧式ブレーキ(EHB)や電気機械
式ブレーキ(EMB)として実施される。この場合、運転者の制動要求は、運転
者の所望の縦方向加速度に対応する運転者加速度信号22として、値プリセット
装置21を介して直接出力される。したがって、調整および制御ユニット11は
、算出した設定縦方向加速度ax、sollを、作動信号13として直接出力す
ることができ、車両力学調整または制御装置16に送られる信号15も、設定し
ようとする加速度値に対応する信号のかたちで存在することができ、その後、こ
の加速度値を設定することができる。図3に関連して既に述べたように、この実
施形態でも、例えば運転者縦方向加速度が絶対項で設定縦方向加速度ax、so ll より高い場合に、運転者の制動要求を調整および制御ユニット11の制動要
求より優先的に扱うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 カーブに進入する、またはカーブを通過する車両の複数の経路を示す概略図で
ある。
【図2】 カーブで自動制動動作を実行する方法のステップを示す流れ図である。
【図3】 制動システムの第1の例示的な実施形態を示す概略図である。
【図4】 制動システムの第2の例示的な実施形態を示す概略図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),JP,US (72)発明者 ズイッサ,アヴシャローム ドイツ国 D−75382 アルトヘンクシュ テート ズィモンツハイマー シュトラー セ 15 Fターム(参考) 3D046 BB17 HH08 HH21 HH22 HH25 HH26 JJ04 JJ05 5H180 AA01 CC01 EE15 LL01 LL04 LL09 LL15

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 車両において自動制動動作を実行する方法であって、 車両がカーブ(2)に進入するときに、現在のカーブの曲率(ρ)が決定され
    、 決定された曲率(ρ)を有するカーブを通過するのに現在の車両縦方向速度(
    v、v’、v”)が速すぎないかどうかが決定され、 車線中心線(3)から径方向に測定した車両(1”)と車線中心線(3)の間
    の最大横方向距離(Δymax)が最小となるように設定縦方向加速度(ax、 soll )が決定され、 車両の縦方向速度(v”)が速すぎるときに、設定縦方向加速度(ax、so ll )が設定可能なように作動信号(13)が生成されることを特徴とする方法
  2. 【請求項2】 車両の実際のヨー角速度 がセンサを用いて決定され、決定可能な設定ヨー角速度 が実際のヨー角速度 から許容できないほどずれたことに基づいて、車両縦方向速度(v”)が速くな
    りすぎたことを検出することができることを特徴とする、請求項1に記載の方法
  3. 【請求項3】 現在のカーブの曲率(ρ)が、次の関係式 【数1】 によって、所与の設定ヨー角速度 と車両の縦方向速度(v”)の比を用いて推定されることを特徴とする、請求項
    1または2に記載の方法。
  4. 【請求項4】 現在のカーブの曲率(ρ)が光学感知装置を使用して決定さ
    れることを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。
  5. 【請求項5】 現在のカーブの曲率(ρ)が、位置決定システムおよび電子
    的に記憶した地図を用いた位置決定動作によって決定されることを特徴とする、
    請求項1または2に記載の方法。
  6. 【請求項6】 設定ヨー角速度 が、iがステアリング・レシオ、Lが車両のホイール・ベース、EGが車両のセ
    ルフ・ステアリング・グラジエントを表すものとして、次の関係式 【数2】 にしたがってステアリング・ホイール角度(δ)から決定されることを特徴とす
    る、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
  7. 【請求項7】 設定縦方向加速度(ax、soll)が、少なくとも カーブに進入するときの車両(1”)の初速度(v”)、 利用する摩擦係数(μ)、 カーブの曲率(ρ)、および 重力加速度g から決定されることを特徴とする、請求項1から6のいずれか一項に記載の方
    法。
  8. 【請求項8】 設定縦方向加速度(ax、soll)がさらに、現在の車両
    の縦方向速度(v”)の関数として決定されることを特徴とする、請求項7に記
    載の方法。
  9. 【請求項9】 自動制動動作中に一定の縦方向加速度(ax、k)が車両(
    1”)にかかることを特徴とする、請求項7に記載の方法。
  10. 【請求項10】 車両(1”)と車線中心線(3)の間の横方向距離(Δy
    )が、次の関係式 【数3】 によって、コース角 の関数として算出されることを特徴とする、請求項1から9のいずれか一項に記
    載の方法。
  11. 【請求項11】 請求項1から10のいずれか一項に記載の方法を使用して
    自動制動動作を実行する、カーブの曲率(ρ)を感知する手段を有する制動シス
    テムであって、決定された曲率(ρ)を有するカーブを通過するのに現在の車両
    縦方向速度(v”)が速すぎないかどうかを判定するために使用され、かつ車線
    中心線(3)から径方向に測定した車両(1”)と車線中心線(3)の間の最大
    横方向距離(Δymax)が最小となるように設定縦方向加速度(ax、sol )を決定する調整および制御ユニット(11)を備え、調整および制御ユニッ
    ト(11)が、車両の縦方向速度(v”)が速すぎるときに、車両(1”)の実
    際の縦方向加速度(ax、ist)を調整または制御するために使用される、設
    定縦方向加速度(ax、soll)に対応する作動信号(13)を生成すること
    を特徴とする制動システム。
  12. 【請求項12】 設定縦方向加速度(ax、soll)を設定するために調
    整および制御ユニット(11)によって生成された作動信号(13)が、設定制
    動圧(PB、soll)または設定制動力(FB、soll)に対応し、設定制
    動圧(PB、soll)および設定制動力(FB、soll)がそれぞれ所望の
    設定縦方向加速度(ax、soll)に対応することを特徴とする、請求項11
    に記載の制動システム。
  13. 【請求項13】 調整および制御ユニット(11)によって生成された作動
    信号(13)が、設定縦方向加速度(ax、soll)に直接対応する信号とな
    ることを特徴とする、請求項11に記載の制動システム。
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