JP2003531066A - 自動車用のドライビングダイナミクス量をオンラインで決定する方法 - Google Patents

自動車用のドライビングダイナミクス量をオンラインで決定する方法

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JP2003531066A JP2001578251A JP2001578251A JP2003531066A JP 2003531066 A JP2003531066 A JP 2003531066A JP 2001578251 A JP2001578251 A JP 2001578251A JP 2001578251 A JP2001578251 A JP 2001578251A JP 2003531066 A JP2003531066 A JP 2003531066A
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リューダース・ウルリヒ
エーラー・ライナー
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ラステ・トーマス
ロル・ゲオルク
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コンティネンタル・テーベス・アクチエンゲゼルシヤフト・ウント・コンパニー・オッフェネ・ハンデルスゲゼルシヤフト
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    • B60T2230/00Monitoring, detecting special vehicle behaviour; Counteracting thereof
    • B60T2230/02Side slip angle, attitude angle, floating angle, drift angle

Abstract

(57)【要約】 本発明は、自動車用のドライビングダイナミクス量をオンラインで決定するための方法に関する。自動車の制御の質を改善し、運転者への要求を低減するために、提案したドライビングダイナミクスコントロールの次のステップでは、決定およびまたは推定された入力量uと設定または予想された車両状態量 【外1】 と場合によっては他の量に応じて、推定された出力量 【外2】 を決定し、推定された出力量 【外3】 を測定された出力量ym と比較し、比較結果と場合によっては他の判断基準に応じて、ドライビングダイナミクス 【外4】 の推定された量を決定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 本発明は、自動車用のドライビングダイナミクス量をオンラインで決定するた
めの方法と、ドライビングダイナミクスコントロール装置と、この方法とドライ
ビングダイナミクスコントロール装置の使用に関する。
【0002】 技術水準は、全体システムに比べて効果で正確なヨーレイトセンサに基づいて
ヨーレイトコントロールを行うESPシステムである。公知のABS、TCSお
よびドライビングダイナミクスコントロールシステム(例えばESP=電子スタ
ビリティプログラム)は、不安定な車両運動を認識し、安全にするために、車輪
回転速度センサ(ABS、TCS)の信号と、運転者の付加的な設定センサとド
ライビングダイナミクスセンサ(ESP)の信号を評価する。運転者の設定は操
舵角センサ、マスターブレーキシリンダ内の圧力センサおよびエンジンマネージ
メントによって検出される。代表的なドライビングダイナミクスセンサは横方向
加速度センサであり、4輪駆動の場合、場合によって縦方向加速度センサである
。ESPのために最も重要なセンサは、垂直軸線回りの車両の回転速度を検出す
るヨーレイトセンサである。
【0003】 ドライビングダイナミクスコントロール装置はヨーレイト
【0004】
【外66】 のためのシーケンシャル制御として実現さている。ヨーレイトの目標値は単一ト
ラック車両モデルによってオンラインで発生させられる。このように構成された
ESPシステムは、所定の走行状況で、制御偏差(目標ヨーレイトと実際ヨーレ
イトの差)が小さい場合、図8の左側半部に示すように、大きな横滑り角度(車
両縦軸線と速度ベクトルVの間の角度β)を許容する。運転者が操舵補正によっ
て制御偏差を増大し、それによってヨーレイコントロールの強い制御介入を生じ
るときに、横滑り角度を制限することができる。
【0005】 本発明の根底をなす課題は、制御の質を改善し、運転者への要求を低減するこ
とである。
【0006】 これは、単一量コントロールから複数の量のコントロールに移行すると、有利
に達成される。この場合、車両の横方向ダイナミック状態は第1近似においてヨ
ーレイト
【0007】
【外67】 と横滑り角度βの両量によって表される。図1にこの量が示してある。将来のE
SPシステムのための横滑り角度の直接的な測定は、今日の観点では、経済的に
是認できない。その代わりに、横滑り角度を既存のセンサ装置の信号から推定す
る試みがなされる。
【0008】 課題は、冒頭に述べた種類の方法において本発明に従い、 決定およびまたは推定された入力量uと設定または予想された車両状態量
【0009】
【外68】 と場合によっては他の量に応じて、推定された出力量
【0010】
【外69】 を決定し、 推定された出力量
【0011】
【外70】 を測定された出力量ym と比較し、 比較結果と場合によっては他の判断基準に応じて、ドライビングダイナミクス
【0012】
【外71】 の推定された量を決定することによって解決される。
【0013】 有利な他の実施形によれば、方法は、 決定および推定された入力量uとドライビングダイナミクス
【0014】
【外72】 の量に応じて、予想された車両状態量
【0015】
【外73】 をモデルに基づいて決定する。
【0016】 その際好ましくは、予想された車両状態量
【0017】
【外74】 を推定する際およびドライビングダイナミクス
【0018】
【外75】 の量を決定する際に、次の入力量
【0019】
【外76】 が考慮され、ここで、
【0020】
【外77】 は推定された車両縦方向速度、σは測定された操舵角、Fx は決定されたタイヤ
縦方向力または車輪縦方向力、
【0021】
【外78】 は推定された接地垂直方向力またはFz は決定された接地垂直方向力、
【0022】
【外79】 はタイヤと道路の接触についての推定された摩擦係数またはμi はタイヤと道路
の接触についての決定された摩擦係数である。
【0023】 ドライビングダイナミクスの量と予想される車両状態量
【0024】
【外80】 として、車両横方向速度
【0025】
【外81】 、ヨーレイト
【0026】
【外82】 おおび測定不可能な入力量として推定される妨害力
【0027】
【外83】 が決定される。
【0028】 ドライビングダイナミクスの他の量と予想される車両状態量
【0029】
【外84】 として、妨害トルクMd が決定され、摩擦係数μi が測定不可能な入力量として
決定される。
【0030】 次のサンプリング時点tk+1 のための予想される車両状態量
【0031】
【外85】 は好ましくは、初期条件
【0032】
【外86】 で次の方程式
【0033】
【数7】 に従って積分することによって得られ、ここで、
【0034】
【外87】 である。
【0035】 出力量
【0036】
【外88】 として、横方向加速度ay が推定されると合目的である。
【0037】 更に、他の出力量
【0038】
【外89】 として、ヨーレイト
【0039】
【外90】 が推定されると合目的である。
【0040】 更に、他の出力量
【0041】
【外91】 として、タイヤ横方向力または車輪横方向力Fy が推定されると合目的である。
【0042】 サンプリング時点tk のための出力量
【0043】
【外92】 が不連続の非線形方程式hm
【0044】
【数8】 に従って、車両状態量
【0045】
【外93】 と入力量um (tk ) から推察され、ここで、
【0046】
【外94】 であると有利である。 少なくとも1つの推定された出力量
【0047】
【外95】 が少なくとも1つの決定された(直接的にまたはセンサによって間接的に検出さ
れた)出力量
【0048】
【外96】 と比較され、比較結果e(tk ) が好ましくは 増幅マトリックスKを経て、車両状態量
【0049】
【外97】 の補正のための合計個所に送られ、この場合
【0050】
【外98】 が時点tk での推定された信号であり、最後の時点tk-1 の情報が使用されると
特に合目的である。
【0051】 ゲインマトリックスKがあらゆる時点tk で式
【0052】
【数9】 に従って決定され、ここで、Gは決定(測定)された信号の情報内容、
【0053】
【外99】 は非線形の車両モデルの推定作動点であると有利である。
【0054】 ドライビングダイナミクスの量の補正が次式
【0055】
【数10】 に従って行われると有利である。
【0056】 方法のステップにおいて、現在の時点の情報を使用して、時点tk で、ドライ
ビングダイナミクス
【0057】
【外100】 と入力量um (tk ) から、次式
【0058】
【数11】 に従って、推定制御量yの決定が行われ、ここでum (tk ) は検出された離散的
な入力量のベクトルであると特に有利である。
【0059】 更に、方法のステップにおいて、最後の時点の情報を使用して、時点tk で、
車両状態量
【0060】
【外101】 と入力量um (tk ) から、次式
【0061】
【数12】 に従って、推定制御量yの決定が行われ、ここでum (tk ) は検出された離散的
な入力量のベクトルであると有利である。
【0062】 特に有利な複数の量のコントロールのステップでは、 推定された横滑り角度
【0063】
【外102】 を制御量
【0064】
【外103】 または
【0065】
【外104】 として決定し、 推定された横滑り角度
【0066】
【外105】 を横滑り角度基準量βref と比較し、 横滑り角度基準量βref と横滑り角度
【0067】
【外106】 の推定された差と、ヨーレイト基準量
【0068】
【外107】 とヨーレイト
【0069】
【外108】 または
【0070】
【外109】 または
【0071】
【外110】 の差から、追加ヨートルクTreq を求め、 この追加ヨートルクTreq に応じて自動車の少なくとも1個の車輪ブレーキを
制御する。
【0072】 方法はドライビングダイナミクスコントロール装置、特にESPコントロール
装置またはサスペンションコントロール装置で有利に使用される。
【0073】 冒頭に述べたドライビングダイナミクスコントロール装置は本発明に従い、 入力量
【0074】
【外111】 およびまたは場合によっては他の量
【0075】
【外112】 から、制御量
【0076】
【外113】 およびまたは
【0077】
【外114】 を推定するための第1の決定ユニット(402)と、 例えば後退走行、急カーブでの走行等の場合のような、自動車の走行状況を示
す量およびまたは入力量
【0078】
【外115】 に応じて横滑り角度コントロールを停止するための非活動化ロジック(405)
と、 入力量
【0079】
【外116】 から横滑り角度−トルクの適応計算するための第2の決定ユニット(404)と
、 ヨートルク
【0080】
【外117】
【0081】
【外118】 から、追加ヨートルクTreq を仲裁するための第3の決定ユニット(406)と
を備えていることを特徴とする。
【0082】 本発明の有利な実施形は従属請求項に記載されている。
【0083】 本発明の対象は、非線形の車両モデルと、タイヤ力または車輪力の使用に基づ
く推定方法によって、ドライビングダイナミクスコントロールに適した充分に正
確な制御量(これは車両状態量に一致するかまたはそれから直接的に導き出すこ
とができる)、例えばヨーレイト、横滑り角度、ロール角度、ピッチング角度を
推定することができる。タイヤ力または車輪力は好ましくは走行中タイヤを利用
してサイドウォールねじれセンサによって測定可能である。“サイドウォールね
じれセンサすなわちSWTセンサ”は、タイヤの変形をシャーシ上のセンサによ
って測定し、弾性的な特性に基づくこの変形から作用する力を推測するという思
想に基づいている。
【0084】 要求される制御量(制御課題)と、推定の必要な品質に応じて、車両の縦方向
運動、横方向運動およびロール運動からの他の制御信号(例えば横方向加速度、
車輪回転速度、ヨーレイトおよびまたはロール率)を、推定に含めることができ
る。
【0085】 この推定制御量によって、新しいドライビングダイナミクスコントロールシス
テムが形成される。
【0086】 新しいタイヤ力支援または車輪力支援のドライビングダイナミクスコントロー
ルのために、有利な実施形では、慣用のESPシステムがSWTタイヤセンサ装
置と結合され、SWTタイヤセンサ装置に依存しない横滑り角度コントロールだ
け拡張される。その際、タイヤ縦方向力または車輪縦方向力Fx と、タイヤ横方
向力または車輪横方向力Fy は知られており、横滑り角度の推定のためのモデル
を支援し、コントロールにとって充分な横滑り角度推定の品質を達成する。
【0087】 このヨーレイトコントロールと横滑り角度コントロールの組み合わせによって
、平均的なドライバにとって可能である細かなスタビリティコントロールを示す
ことができる。運転者に好ましくないと感じられるかまたは所定量以降もはや制
御不可能な横滑り角度が回避される。ドライビングダイナミクス的な臨界状態に
おいて、操舵作業は大幅に低減される。
【0088】 これは、走行操作を横滑り角度コントロールを行うESPおよび標準ESPと
比較すると明らかである。雪上の限界範囲での円走行の場合、標準ESPの場合
駆動力が低下すると共に横滑り角度が増大する。この横滑り角度は激しい操舵応
答によってのみ安定させることができ。(図8の左側)。ヨーレイト情報だけで
は安定化のために不充分である。
【0089】 横滑り角度コントロールを行うESPの場合、横滑り角度は平均的な運転者に
よって支配可能な量に制限される。タイヤ力支援または車輪力支援の推定に基づ
いて、測定された横滑り角度と推定された横滑り角度は充分に正確に一致する。
運転者にとって、付加的な操舵作業は不要である(図8参照)。 2.発明の効果 低コストのセンサの信号を、モデル支援結合することによって、従来は低コス
トで測定不可能であった、ドライビングダイナミクスコントロールのために必要
な信号(例えば横滑り角度)を推定することができる。
【0090】 この推定された制御量に基づいて、特に次の新しいドライビングダイナミク制
御構成が可能となる。 ・ ヨーレイトセンサの置換(コスト低減)。信号は推定された量によって決定 される。公知のESPシステムはその構成を維持する。 ・ 新しいドライビングスタビリティ制御構成は、横滑り角度コントロールと複
【0091】 数の量のコントロール(ヨーレイトコントロールまたは横滑り角度ントロール と、横滑り角度とヨーレイトのための基準値の設定との組み合わせ)によって 制御品質を改善する。 ・ 横滑り角度決定に基づく新しいアクティブ操舵システム。 3.方法の説明 次に、車両の状態と、この状態から導き出される制御量を推定するための方法
と、推定された制御量に基づくドライビングダイナミクスコントロールの構造体
について説明する。 3.1 制御量の推定 タイヤと道路の接触によって発生し、車両に作用する力が、本方法のために使
用される。この力は車輪周方向力、横方向力およびまたは車輪垂直方向力である
。図1には、車輪周方向力(縦方向力)Fx と横方向力Fy がホイールハブ中心
を基点とした、車輪に関連する座標系で示してある。力を測定するために、SW
Tセンサが使用される。このセンサはタイヤまたは車輪の変形を測定するために
磁気原理を使用する。SWTエンコーダのために、タイヤサイドウォールに埋め
込まれる特殊な硬質磁気ゴム混合物が開発された。このゴム混合物はタイヤの加
硫後磁化させられる。発生する極パターンの場合、N極とS極が交代する(独国
特許第196205811号)。シャーシに取付けられた2個のアクティブ磁界
センサは、タイヤの回転時に磁界がどのように変化するかを測定する。アクティ
ブセンサを選択することによって、非常に遅い速度まで評価可能な信号が得られ
る。誘導式センサと異なり、信号の振幅はタイヤの回転数に依存しない。両セン
サ信号の間の位相差から、縦方向の変形を計算することができる。振幅はセンサ
とサイドウォールの間隔に逆比例して変化するので、振幅によってコーナーの側
方の変形(タイヤ、ホイールリム、サスペンション)が検出可能である。両変形
成分から、縦方向力と横方向力が計算される。更に、1個のセンサによって、A
BSセンサの場合と同じ方法で車輪速度を測定することができる。SWTセンサ
によって検出された生のセンサ信号は、中央の電子評価ユニットに供給される前
に、ろ波および増幅される。評価ユニットでは、位相差と信号振幅が算出され、
それからデジタル信号プロセッサによって力成分が計算される。そして、力情報
が制御系に転送される。この制御系では、車両モデルによって、走行状況を表す
ための重要な他の量が推定される(下記参照)。
【0092】 このタイヤ力または車輪力は、他のまたは異なる適当なセンサ装置によって、
直接的に検出可能であるかまたは適当な数学的な換算によって間接的に検出可能
である。このセンサ装置は例えば力測定ホイールリム、タイヤサイドウォールね
じれセンサ、表面センサ、数学的モデルを介してのブレーキアクチュエータの制
御信号からの締付け力/締付け圧力の決定あるいはブレーキアクチュエータの締
付け力/締付け圧力測定(周方向力)、空気ばねにおけるばね変位センサまたは
圧力センサまたは横方向加速度情報と縦方向加速度情報(垂直方向力)からなる
車輪荷重モデルである(方程式F4.9参照)。推定方法の一般的な説明 図2は、車両の状態と、それから導き出された制御量を推定するための方法の
全体的なブロック図である。
【0093】 実際の車両には、慣用のセンサによって検出可能である測定可能な入力u(例
えば操舵角)と、測定不可能なあるいは高いコストでしか測定することができな
い入力z(例えば横風)が作用する。入力に対する車両の応答を表す車両の出力
は、測定可能な出力y(例えばタイヤ横方向力)と、ドライビングダイナミクス
を制御するために必要な制御量yr (例えばヨーレイト、横滑り角度、タイヤス
リップ角度、ロール角度)に分けられる。
【0094】 タイヤ力または車輪力に加えて、推定を改善するための他の測定量を方法に組
み込むことができる。この測定量は例えば横方向加速度、縦方向加速度、車輪回
転速度、ヨーレイト、ロール率およびまたはピッチ率である。測定可能な出力y
と制御量yr は、例えばヨーレイトセンサを使用し、ヨーレイトコントロール/
横滑り角コントロールを組み合わる場合、センサの装備に応じて個々の量が互い
に一致していてもよい。この場合、ヨーレイトは測定可能な出力でもあり、制御
量でもある。
【0095】 ドライビングダイナミクスの量を推定するための方法により、センサ装備に対
応して測定可能な実際の車両の入力と出力を知ることによって、ドライビングダ
イナミクスを制御するために充分な精度で制御量を推定することができる。推定
方法は、測定不可能な入力とモデリングエラーの影響をできるだけ受けないよう
にすべきである。
【0096】 これは次に述べる方法によって達成可能である。
【0097】 車両の非線形モデル(図2,2a、灰色の影が付けてある)は、推定方法の基
本事項である。車両の連続的な非線形方程式
【0098】
【外119】 (一次の微分方程式)によって、推定された車両状態量またはドライビングダイ
ナミクスの量
【0099】
【外120】 を決定することができる。この車両状態量またはドライビングダイナミクスの量
から、不連続の非線形の出力方程式
【0100】
【外121】 または
【0101】
【外122】 を介して、推定された制御量
【0102】
【外123】 または
【0103】
【外124】 が計算される。車両モデルのための方程式には更に、車両状態からタイヤ力を決
定するための非線形のタイヤモデルが含まれている。
【0104】 測定された出力量ym (tk ) (例えばタイヤの横方向力)と、不連続の非線形
の測定方程式
【0105】
【外125】 によって、推定された車両状態量
【0106】
【外126】 から計算された推定測定量
【0107】
【外127】 とを比較することによって、エラー信号e(tk ) が求められる。増幅マトリック
ス(ゲインマトリックス)Kによってこのエラー信号e(tk ) をフィードバック
することによって、非線形の車両モデルの状態量
【0108】
【外128】 が補正される。測定量のこのフィードバックによって、モデルが再適合させられ
、推定が改善される。
【0109】 それによって、供される測定量(センサ装備)と、センサ信号の質が、推定の
質に影響を与える。例えばタイヤの力に付加して、他の測定量がッ推定含められ
ると、これは車両モデルを介しての結合によって、制御量の推定を改善すること
になる。それによって、使用されるヨーレイトセンサが今日のシステムと比べて
品質を低減するにもかかわら、例えば高い精度のヨーレイトを推定することがで
きる。その代わりに、高い質の(例えば今日のヨーレイトセンサや横方向加速度
センサの)他の測定量を使用する場合に、低い質のタイヤ力信号または車輪力信
号を使用することあるいは小さな推定精度が許容される場合タイヤ横方向力また
は車輪横方向力のフィードバックを省略することが考えられる。
【0110】 更に、作動点によって不安定な車両モデルの場合にも、エラー信号をフィード
バックすることによって、推定を安定化させることができる。従って、例えば自
由な組み込みの場合に起こり得るようなセンサオフセットに基づく推定の変動は
発生しない。方法は更に、車両に作用する力やモーメント(測定不能な入力)を
推定することを可能にする。例えば横方向ダイナミクスについて、図1に、妨害
力Fd と妨害モーメントTd が重心に変換して記入されている。本実施の形態に
おいて、妨害量の推定について詳しく説明する。推定の方程式の説明(図2と2a参照) 実際の車両の測定可能な入力uと測定可能な出力yが、(例えばドライビング
ダイナミクスコントローラの)デジタル制御プロセッサの測定値検出によって、
サンプリング時間TA によって離散的な時点tK で集められる。更に、例えばセ
ンサノイズやA/Dコンバータの量子化効果のような入力外乱w(tk ) や出力外
乱v(tk ) が重ね合わされる。検出された離散的な測定量um (tk ) とym (tk ) は制御量を推定するための方法で使用される。ここで、検出された離散的な測
定量について、時間的な関係の用語は次の通りである。
【0111】
【外129】 各々のサンプリングステップで、予想される状態
【0112】
【外130】 と入力um (tk ) から、離散的な非線形の測定方程式hm (.) によって、推定測
定量
【0113】
【外131】 が計算される(F3.1)。測定された測定量と推定された測定量(F3.2)
の間のエラー信号e(tk ) は、増幅マトリックスKによって、予想された状態の
補正をもたらす(F3.3)。補正された状態
【0114】
【外132】 または最後の時点
【0115】
【外133】 の状態によって、推定される制御量
【0116】
【外134】 または
【0117】
【外135】 が、不連続的な非線形の出力方程式hr (.) によって決定される(F3.4.1
またはF3.4.2)。次のサンプリング時点tk+1 についての状態
【0118】
【外136】 の予想は式3.5に従って、非線形の連続的なシステム方程式f(.) を初期条件
【0119】
【外137】 によって積分することによって行われる。
【0120】
【数13】 ここで、
【0121】
【外138】 である。
【0122】 方程式F3.5による積分の離散化された形は例えば簡単なオイラーの方程式
によって実現可能である。
【0123】
【数14】 戻し増幅マトリックスKの決定 戻し増幅マトリックス(フィードバックゲインマトリックス)Kは、あらゆる
時点tk で方程式F3.7に従って、次の2つの基準 ・ G:測定された信号の情報内容 ・
【0124】
【外139】 :非線形の車両モデルの推定された作動点 に依存して決定可能である。
【0125】
【数15】 センサ信号の情報内容は例えばセンサの質(精度、ノイズ、ドリフト)と、組
み込み場所(重ね合わされる信号、座標回転)と、車両モデルのモデル化エラー
、すなわち測定された量をどれほど良好に数学的なアプローチに“合わせる”か
というモデル化エラーによって決定される。戻し増幅マトリックスKの要素は、
測定された出力がその情報内容に対応して、推定された車両状態の補正のために
最適に利用されるように選定される。例えば質の低いセンサは制御量の推定に対
して小さな影響を与える。情報内容が時間的に変化しないと、Kの時間的な変化
は生じない。しかし、センサ信号(例えば故障、増大したノイズ)の検出された
変化を適切に戻し増幅マトリックスに適合させることもできる。
【0126】 車両の動的な状態はドライビング状態に大きく依存する。これは制御技術的な
観点では、車両を表す微分方程式の固有の値が広い範囲で例えば車速と作動点に
左右される横方向タイヤ剛性に依存して変化することを意味する(図5のタイヤ
横方向力特性曲線の勾配)。最適な推定を達成するためには、戻し増幅マトリッ
クスKが作動点、すなわち推定された状態、測定/推定された出力およびまたは
制御量に適合させることが適切である。これは各々のサンプリングステップであ
るいは所定の作動範囲で行われる(例えばタイヤ特性曲線の飽和/非飽和、高い
/低い速度)。 3.2 ドライビングダイナミクスコントロールのコントローラ構造 車両の横方向ダイナミクスを制御するために、制御量として横滑り角度とヨー
レイトが必要である。図3には、推定された制御量である横滑り角度
【0127】
【外140】 とヨーレイト
【0128】
【外141】 に基づく提案した横方向ダイナミクスコントロール(ヨートルクコントロール)
の一般的な構造が示してある。高い品質のヨーレイトセンサが使用される場合、
推定されたヨーレイトの代わりに、測定されたヨーレイト
【0129】
【外142】 を制御のために使用することができる。
【0130】 制御量である横滑り角度
【0131】
【外143】 とヨーレイト
【0132】
【外144】 の推定は、第3.1章と第4.1章で述べた方法に従って行われる。推定のため
に使用される量(図3参照)は、入力量um 、すなわち車速Vx および操舵角σ
、タイヤ縦方向力または車輪縦方向力Fxiと、測定量ym 、すなわち横方向加速
度ay 、タイヤ横方向力または車輪横方向力Fyiおよびヨーレイト
【0133】
【外145】 である。ヨーレイト
【0134】
【外146】 の代わりに、直線性フラッグに関連して、代替信号
【0135】
【外147】 を使用することができる。推定方法の外で決定される他の入力量、すなわち適当
なセンサ装置で測定されるかまたは他の情報から算出または推定される他の入力
量は、各々の車輪の垂直方向力
【0136】
【外148】 と、タイヤと道路の接触に関する摩擦係数
【0137】
【外149】 である。
【0138】 センサ構造に基づいて、適当な推定構造/コントローラ構造が図3(表A,B
)に示してある。 ・ 推定されたヨーレイト
【0139】
【外150】 による制御 制御差
【0140】
【外151】 を求めるために、推定されたヨーレイト
【0141】
【外152】 が使用される。ヨーレイトセンサはコスト上の理由から節約可能であるかある いはその品質を低下させることができる。
【0142】 − 制御量推定への入力は、品質の低い(低い精度、オフセットドリフト)ヨ ーレイトセンサの信号である。推定されたヨーレイトは他の入力量と測定量の 情報の利用に基づいて、測定されたヨーレイトよりも高い品質を有する。
【0143】 − ヨーレイトセンサが使用されないかまたはセンサが故障していると、制御 量推定を改善するために、計算された代替信号
【0144】
【外153】 が直線性フラッグと関連して使用可能である。ヨーレイトセンサを監視するた めに今日のESPシステムによって知られているこの代替信号は、1本の車軸 の車輪回転速度差または定常的なステアリングモデルからあるいは横方向加速 度から求められる。この代替信号は勿論、車両ダイナミクスの線形作動範囲に おいてのみ有効である。この有効範囲を示す直線性フラッグに依存して、測定 されたヨーレイトと推定されたヨーレイト
【0145】
【外154】 の間のエラー信号のための、推定された状態
【0146】
【外155】 へのフィードバックが不要である(図2参照)。フィードバックマトリックス Kの対応する要素は例えば零にセットすることができる。 ・ 測定されたヨーレイト
【0147】
【外156】 による制御 この構成は、標準ESPシステムにおける今日の品質のセンサが使用される ときに有効である。測定されたヨーレイトは推定された横滑り角度を改善する ために制御量推定に含まれる。制御差
【0148】
【外157】 を求めるために、推定された量の代わりに測定された量を使用することができ る。推定された横滑り角度が制御のために使用されないと、シリーズから知ら れているコントローラ構造体が得られる。この構造の場合、推定された横滑り 角度の質を許容されるように低下すると共に、測定量としてのタイヤ横方向力 または車輪横方向力Fyiを放棄することが考えられる。これは、付加的なセン サ装置を用いずにブレーキアクチュエータ操作の際のタイヤ縦方向力の検出を 可能にするブレーキバイワイヤシステムにとって特に適している。
【0149】 組み合わせられたヨーレイトコントロール/横滑り角度コントローラ(スイッ
チB)は、すべてのヨーレイト構成(図3の表A)によって実現可能であり、純
粋なヨーレイトコントロールに対して有利である。
【0150】 ヨートルクコントローラは、入力として推定された横滑り角度
【0151】
【外158】 と基準横滑り角度bref との制御差Dbを受け取る非線形のダイナミックコント
ローラGb と、入力として測定/推定されたヨーレイトと基準ヨーレイト
【0152】
【外159】 との制御差
【0153】
【外160】 を受け取る非線形のダイナミックコントローラ
【0154】
【外161】 からなっている。車両横滑り角度βの代わりにあるいはこの車両横滑り角度に関
連して、前車軸と後車軸の推定されたタイヤ横滑り角度
【0155】
【外162】 を制御量として使用することができる。コントローラの両出力両は追加ヨートル
クTreq に加算される。この追加ヨートルクは続いて(図3に示していない)ブ
レーキ力要求として車輪に分配される。
【0156】 ヨーレイトの基準値
【0157】
【外163】 は標準ESPの場合のように、ダイナミックな単一トラックモデルから発生させ
られる。横滑り角度の基準値βref は同様に、ダイナミックもでるによって発生
することができる。しかし、車両の普通の運転範囲では、横滑り角度は小さい(
<2°)ので、作動閾値はβref で充分である。ダイナミックモデルからの設定
は不要である。
【0158】 非線形のダイナミックコントローラのパラメータまたは作動閾値は速度Vx
ヨーレイト
【0159】
【外164】 または
【0160】
【外165】 、推定された横滑り角度およびタイヤ横滑り角度(キングピン傾斜)
【0161】
【外166】 および摩擦係数に依存して、その都度のドライビング状態に適合させられる。実
施の形態(第4.2章)には、横滑り角度基準値の発生と横滑り角度コントロー
ラGbの適合が記載されている。
【0162】 公知のESPシステムと比較してはっきりと改善された性能に基づく有利な実
施の形態は、今日のセンサと同じ品質または低い品質のヨーレイトセンサを使用
した、ヨーレイトコントロール/横滑り角度コントロールの組み合わせである(
図3の表Aの右欄)。
【0163】 このヨーレイトコントロール/横滑り角度コントロールの組み合わせは特に、
・ 例えば荷重が変化する円走行のような、標準ESPが介入しない状況での車 両の安定化 ・ 例えばレーンチェンジの場合に、車両を安定化させるための操舵作業を低減 することによって運転者の負担を軽減すること によって、標準ESPを改良する。 4.実施例 次の実施例は、横方向ダイナミック状態であるヨーレイトと横滑り角度の推定
と、それに基づく、ヨーレイトコントロール/横滑り角度コントロールの組み合
わせとからなる本発明の好ましい実施の形態を示している。ヨーレイトセンサ信
号は推定とコントロールのために供される。 4.1 制御量であるヨーレイトと横滑り角度の推定 ヨーレイトと横滑り角度の推定の基礎は、ロールダイナミクスとピッチダイナ
ミクスを無視した、横方向ダイナミック運動の平らな二トラックモデルである。
ロールとピッチの影響は、タイヤモデルへの車輪接地力(車輪垂直方向力)の影
響によって考慮される。
【0164】 制御量の推定は、方程式3.1〜3.4と3.6に従って行われる。基礎的な
車両モデルの入力量、出力量および状態量は、
【0165】
【数16】 である。
【0166】 測定可能な入力uは、標準ESPにおいて車輪回転速度から推定された量であ
る車両縦方向速度Vx と、操舵角σと、4つのタイヤ縦方向力または車輪縦方向
力Fx と、方程式F4.9に従って計算された4つの接地力
【0167】
【外167】 と、タイヤと道路の接触の4つの摩擦係数
【0168】
【外168】 である。摩擦係数は例えば標準ESPの推定摩擦値から採択してもよいし、特殊
な推定アルゴリズムによって、例えば摩擦力またはそれから導き出された量から
対をなしてあるいは車輪毎に決定可能である。
【0169】 出力ym または
【0170】
【外169】 は4つのタイヤ横方向力Fy 、特に重心またはセンサ一のおける横方向加速度ay およびヨーレイト
【0171】
【外170】 である。推定された制御量
【0172】
【外171】 は横滑り角度
【0173】
【外172】 、前車軸と後車軸のタイヤの横滑り角度
【0174】
【外173】 およびヨーレイト
【0175】
【外174】 である。
【0176】 推定された状態
【0177】
【外175】 は車両横方向速度
【0178】
【外176】 、ヨレーレイト
【0179】
【外177】 および妨害力
【0180】
【外178】 である(図1参照)。この妨害力は測定不可能な入力(例えば風の力、衝撃)と
して推定すべきである。外乱量を推定するために、外乱量は状態x3 として解釈
され、状態ベクトルxに含まれる。この方法は、妨害モーメントTd およびまた
は知られていないかまたは変化するパラメータ(車両の質量、タイヤと道路の摩
擦係数)のような他の外乱量にとっても同じように可能である。
【0181】 方程式F3.1に従って、推定された測定可能な出力
【0182】
【外179】 は、非線形の測定方程式
【0183】
【数17】 に基づいて決定される。 ここで、タイヤ横方向力は非線形タイヤモデル
【0184】
【数18】 とタイヤ横滑り角度
【0185】
【数19】 に基づいて決定される。
【0186】 方程式F4.3によるタイヤモデルは、図5において重量な影響量に依存して
原理的に示すようなタイヤ横方向力特性曲線の非線形特性を表す。この特性曲線
は表に格納可能であるかあるいは好ましくは、例えば近似多項式の形で分析表示
可能である。
【0187】 推定された出力を測定された出力と比較し(F3.2)、状態を補正した後で
(F3.3)、方程式F3.4による更新された状態によって、推定された制御
【0188】
【外180】 が非線形の出力方程式
【0189】
【数20】 によって決定され、ここで、推定されたタイヤ横滑り角度は
【0190】
【数21】 によって決定される。
【0191】 推定された制御量
【0192】
【外181】 は次の実施の形態ではコントローラに利用されない。というのは、ヨーレイトセ
ンサが今日の品質に基づいているからである。
【0193】 次のサンプリング時点の状態の推定は方程式F3.6に従って、非線形のシス
テム方程式
【0194】
【数22】 によって行われる。ここで、推定された摩擦力はタイヤモデル生じ、この場合方
程式F4.6のタイヤ横滑り角度が使用される。
【0195】
【数23】 4.2 ヨーレイトコントロールと横滑り角度コントロールの組み合わせ 次に、好ましい実施の形態である、測定されたヨーレイトと推定された横滑り
角度によるコントロールについて、横方向ダイナミクスコントローラの実施例を
説明する(第3.2章とず3参照)。ヨーレイト成分のためのコントローラ
【0196】
【外182】 を備えた伝送パスは、標準ESPから借用され、ここでは詳しく示していない。
【0197】 図4には、標準ESPに対する大幅な拡張が横滑り角度コントロール部分によ
って示してある。基準モデル ブロック401において、横滑り角度基準値は、方程式(F4.8)
【0198】
【数24】 に従って、車両縦方向速度Vx に依存して決定される。
【0199】 図6には、方程式F4.8による特性曲線が示してある。ハッチングで示した
帯域は、運転者が問題なく支配可能である車両の小さな横滑り角度範囲を表して
いる。この範囲
【0200】
【外183】 内では、大きすぎる横方向滑り角度に基づいて制御介入する必要はない。上昇す
る速度に依存して、制御開始閾値は限界値bGrenz,ref まで低下する。というの
は、速度が高い場合、大きな横滑り角度は運転者にとって支配が困難であるから
である。
【0201】 制御開始閾値bref の特性曲線の典型的な値は b0,ref =7°、 bGrenz,ref =4°、Vgrenz =80km/h である。接地力モデル 接地力を推定するために、ブロック403では、方程式(F4.9)による定
常的なモデルが使用される。接地力Fz は重心で作用する縦方向加速度ax と横
方向加速度ay によって推定される。縦方向加速度はセンサによって測定された
量でもよいし、例えば標準ESP内で車輪回転速度から推定された量でもよい。
【0202】
【数25】 適応トルク計算 ブロック404において、横滑り角度差
【0203】
【数26】 から、適応して、すなわちヨーレイト
【0204】
【外184】 、ヨーレイト制御差
【0205】
【外185】 、車速Vx およびタイヤと道路の摩擦係数mのような他の量に依存して、車両を
安定させる追加ヨートルクが、方程式(F4.11)に従って計算される。
【0206】
【数27】 追加トルク
【0207】
【外186】 は、図6に示すように、推定された横滑り角度
【0208】
【外187】 がbref によって画成された帯域の外にあるときに計算される。他の条件はヨー
レイトの方向である。自動車が既に正しい方向、例えば
【0209】
【外188】
【0210】
【外189】 に回転していると、追加トルクはもはや不要である。速度Vmin の下方では制御
は不要である。
【0211】 追加トルクの条件を満たすと、追加トルクが好ましくは制御偏差Dbに比例し
て計算される。図7には、制御偏差Dbに依存して、要求される追加トルク
【0212】
【外190】 の代表的な変化が示してある。零トルク
【0213】
【外191】 は、制御開始時に、車両安定化のために大きな追加ヨートルクを得るために必要
である。制御開始と制御終了をスムースに行うためには、小さな制御偏差Db<
Db0 のために、有限の勾配を設けることが望ましい。代表的な値はDb0 =0
.5〜1.5°である。
【0214】 更に、要求される追加トルク
【0215】
【外192】 を、図7に示すように、摩擦係数mに依存して高めると有効である。トルク仲裁 ブロック406において、方程式(F4.11)に従って決定されたヨートル
クと、標準ESPからのヨートルクの重ね合わせが、次のように行われる。
【0216】
【数28】 非活動化ロジック 後退走行または急カーブ走行時および前車軸と後車軸のタイヤの横滑り角度の
差が大きいとき、すなわち
【0217】
【数29】 のときに、横滑り角度コントロールの非活動化が行われる。トルク分配 要求された追加ヨートルクからの車輪ブレーキ圧力目標値の決定は、標準ES
Pに類似して行われる。標準ESPに対する違いは、アクティブ横滑り角度コン
トロールの際に、全輪の圧力要求に加えて、後輪でも圧力が要求されることにあ
る。この場合、横滑り角度コントロールが単独で活動状態にあるかどうか、ある
いは付加的に標準ESPが活動状態にあるかどうかが区別される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 車輪縦方向力と横方向力を、ホイールハブ中心を中心とした、車輪に関連する
座標系で示してある。
【図2】 車両の状態と、それから導き出された制御量を推定するための方法の全体的な
ブロック図である。
【図2a】 車両の状態と、それから導き出された制御量を推定するための方法の全体的な
ブロック図である。
【図3】 推定された制御量である横滑り角度とヨーレイトに基づく提案した横方向ダイ
ナミクスコントロールの一般的な構造を示す。
【図4】 横滑り角度コントロール部分による、標準ESPの大幅な拡張を示す。
【図5】 タイヤ横方向力特性曲線の非線形特性を示す。
【図6】 方程式F4.8による特性曲線を示す。
【図7】 制御偏差Dbに依存して、要求される追加トルクの代表的な変化を示す。
【図8】 標準ESPと、横滑り角度コントロールを行う標準ESPの特性を示す図であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B60T 8/58 ZYW B60T 8/58 ZYWE (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE,TR),DE,J P,US (72)発明者 ライツ フォン フレンツ・フベルトゥス ドイツ連邦共和国、フランクフルト、コン ラート−マイヤー−ヴェーク、17 (72)発明者 ラステ・トーマス ドイツ連邦共和国、オーバーウルゼル、ヴ ァイスキルヒェナー・ストラーセ、15アー (72)発明者 ロル・ゲオルク ドイツ連邦共和国、ホイゼンシュタム、ヘ ーゲルストラーセ、2 Fターム(参考) 3D046 BB21 BB28 BB29 HH00 HH08 HH22 HH46 【要約の続き】 の推定された量を決定する。

Claims (27)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 自動車用のドライビングダイナミクス量をオンラインで決定
    するための方法において、 決定およびまたは推定された入力量uと設定または予想された車両状態量 【外1】 と場合によっては他の量に応じて、推定された出力量 【外2】 を決定し、 推定された出力量 【外3】 を測定された出力量ym と比較し、 比較結果と場合によっては他の判断基準に応じて、ドライビングダイナミクス 【外4】 の推定された量を決定することを特徴とする方法。
  2. 【請求項2】 決定および推定された入力量uとドライビングダイナミクス 【外5】 の量に応じて、予想された車両状態量 【外6】 をモデルに基づいて決定することを特徴とする、請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 予想された車両状態量 【外7】 を推定する際およびドライビングダイナミクス 【外8】 の量を決定する際に、次の入力量 【外9】 が考慮され、ここで、 【外10】 は推定された車両縦方向速度、σは測定された操舵角、Fx は決定されたタイヤ
    縦方向力または車輪縦方向力、 【外11】 は推定された接地垂直方向力またはFz は決定された接地垂直方向力、 【外12】 はタイヤと道路の接触についての推定された摩擦係数またはμi はタイヤと道路
    の接触についての決定された摩擦係数であることを特徴とする、請求項1または
    2記載の方法。
  4. 【請求項4】 ドライビングダイナミクスの量と予想される車両状態量 【外13】 または 【外14】 として、車両横方向速度 【外15】 、ヨーレイト 【外16】 おおび測定不可能な入力量として推定される妨害力 【外17】 が決定されることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一つに記載の方法。
  5. 【請求項5】 ドライビングダイナミクスの他の量と予想される車両状態量 【外18】 として、妨害トルクMd が決定され、摩擦係数μi が測定不可能な入力量として
    決定されることを特徴とする、請求項4記載の方法。
  6. 【請求項6】 次のサンプリング時点tk+1 のための予想される車両状態量 【外19】 が、初期条件 【外20】 で次の方程式 【数1】 に従って積分することによって得られ、ここで、 【外21】 であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一つに記載の方法。
  7. 【請求項7】 出力量 【外22】 として、横方向加速度ay が推定されることを特徴とする、請求項1〜6のいず
    れか一つに記載の方法。
  8. 【請求項8】 他の出力量 【外23】 として、ヨーレイト 【外24】 が推定されることを特徴とする、請求項7記載の方法。
  9. 【請求項9】 他の出力量 【外25】 として、タイヤ横方向力または車輪横方向力Fy が推定されることを特徴とする
    、請求項1〜6のいずれか一つに記載の方法。
  10. 【請求項10】 サンプリング時点tk のための出力量 【外26】 が不連続の非線形方程式hm 【数2】 に従って、車両状態量 【外27】 と入力量um (tk ) から推察され、ここで、 【外28】 であることを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一つに記載の方法。
  11. 【請求項11】 少なくとも1つの推定された出力量 【外29】 が少なくとも1つの決定された(直接的にまたはセンサによって間接的に検出さ
    れた)出力量 【外30】 と比較され、比較結果e(tk ) が好ましくは 増幅マトリックスKを経て、車両状態量 【外31】 の補正のための合計個所に送られ、この場合 【外32】 が時点tk での推定された信号であり、最後の時点tk-1 の情報が使用されるこ
    とを特徴とする、請求項1〜10のいずれか一つに記載の方法。
  12. 【請求項12】 ゲインマトリックスKがあらゆる時点tk で式 【数3】 に従って決定され、ここで、Gは決定(測定)された信号の情報内容、 【外33】 は非線形の車両モデルの推定作動点であることを特徴とする、請求項1〜11の
    いずれか一つに記載の方法。
  13. 【請求項13】 ドライビングダイナミクスの量の補正が次式 【数4】 に従って行われることを特徴とする、請求項1〜12のいずれか一つに記載の方
    法。
  14. 【請求項14】 現在の時点の情報を使用して、時点tk で、ドライビング
    ダイナミクス 【外34】 と入力量um (tk ) から、次式 【数5】 に従って、推定制御量yの決定が行われ、ここでum (tk ) は検出された離散的
    な入力量のベクトルであることを特徴とする、請求項1〜13のいずれか一つに
    記載の方法。
  15. 【請求項15】 最後の時点の情報を使用して、時点tk で、車両状態量 【外35】 と入力量um (tk ) から、次式 【数6】 に従って、推定制御量yの決定が行われ、ここでum (tk ) は検出された離散的
    な入力量のベクトルであることを特徴とする、請求項1〜13のいずれか一つに
    記載の方法。
  16. 【請求項16】 推定された横滑り角度 【外36】 を制御量 【外37】 または 【外38】 として決定し、 推定された横滑り角度 【外39】 を横滑り角度基準量βref と比較し、 横滑り角度基準量βref と横滑り角度 【外40】 の推定された差と、ヨーレイト基準量 【外41】 とヨーレイト 【外42】 または 【外43】 または 【外44】 の差から、追加ヨートルクTreq を求め、 この追加ヨートルクTreq に応じて自動車の少なくとも1個の車輪ブレーキを
    制御することを特徴とする、請求項1〜15のいずれか一つに記載の方法。
  17. 【請求項17】 横滑り角度基準量βref が、速度Vx 、例えば車両の速度
    ref に応じて可変の作動閾値であることを特徴とする、請求項1〜16のいず
    れか一つに記載の方法。
  18. 【請求項18】 横滑り角度基準量βref がダイナミックモデル、特に単一
    トラックモデルで決定されることを特徴とする、請求項1〜16のいずれか一つ
    に記載の方法。
  19. 【請求項19】 ヨーレイト 【外45】 が制御量 【外46】 または 【外47】 として推定されることを特徴とする、請求項1〜18のいずれか一つに記載の方
    法。
  20. 【請求項20】 推定されたヨーレイト 【外48】 が低い品質の測定されたヨーレイト 【外49】 または代替信号 【外50】 に依存して求められることを特徴とする、請求項1〜19のいずれか一つに記載
    の方法。
  21. 【請求項21】 追加ヨートルクTreq が測定されたヨーレイト 【外51】 に応じて求められることを特徴とする、請求項1〜21のいずれか一つに記載の
    方法。
  22. 【請求項22】 前車軸 【外52】 と後車軸 【外53】 のためのタイヤの横滑り角が制御量 【外54】 または 【外55】 として推定されることを特徴とする、請求項1〜20のいずれか一つに記載の方
    法。
  23. 【請求項23】 請求項1〜22のいずれか一つに記載の方法を用いること
    を特徴とするドライビングダイナミクスコントロール装置、特にESPコントロ
    ール装置またはサスペンションコントロール装置。
  24. 【請求項24】 入力量 【外56】 およびまたは場合によっては他の量 【外57】 から、制御量 【外58】 およびまたは 【外59】 を推定するための第1の決定ユニット(402)と、 例えば後退走行、急カーブでの走行等の場合のような、自動車の走行状況を示
    す量およびまたは入力量 【外60】 に応じて横滑り角度コントロールを停止するための非活動化ロジック(405)
    と、 入力量 【外61】 から横滑り角度−トルクの適応計算するための第2の決定ユニット(404)と
    、 ヨートルク 【外62】 と 【外63】 から、追加ヨートルクTreq を仲裁するための第3の決定ユニット(406)と
    を備えていることを特徴とする、特に請求項23記載のドライビングダイナミク
    スコントロール装置。
  25. 【請求項25】 第1の決定ユニット(402)が入力量 【外64】 から、自動車の接地垂直力 【外65】 を推定するための接地垂直力モデル(403)に接続されていることを特徴とす
    る請求項23または24記載のドライビングダイナミクスコントロール装置。
  26. 【請求項26】 第2の決定ユニット(404)が速度Vx またはVref
    応じて可変の作動閾値を決定するために基準モデル(401)に接続されている
    ことを特徴とする請求項23〜25のいずれか一つに記載のドライビングダイナ
    ミクスコントロール装置。
  27. 【請求項27】 請求項1〜26のいずれか一つの方法またはドライビング
    ダイナミクスコントロール装置に従って決定された横滑り角度の、アクティブ操
    舵介入のための使用。
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