JP2004538197A - ビークル制御の改良 - Google Patents

Abstract

ビークル制御システムは１以上の駆動装置入力20と、管理装置14と、管理装置により制御される１以上のサブシステム18とを備えている。管理装置は駆動装置入力を評価して実際の駆動装置入力のディマンドを設定し、それによりサブシステム18を制御する。その結果、直観的な駆動装置入力の要求が識別され、合致される。
【選択図】図１

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明はビークル制御の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常のシステムでは、受動サスペンションを開発するプロセスは、所定のサスペンション動作スペース内の搭乗およびハンドル操作のような競合するビークル姿勢間の許容可能な妥協を得るためにパラメータ値の変更のためのビークルのモデル化およびシュミレーションを含んでいる。制御可能なサスペンション素子（切替え可能なダンパー、制御されたロールバー、および可変スプリング素子等）は、タイヤ接触パッチの能力を生成する横方向の力を維持するために導入されている。これはホイールの上開き、ハンドル操縦角度、正常負荷の制御によって達成され、一般的に言えば制御可能なサスペンション素子はシステムが相補性であるから供給されるホイールトルクを変化する全てのシステムと競合する。同様にホイールトルクに影響するシステム（エンジン、トランスミッション、アクチブ駆動ライン）が開発された。しかしながら、多くの通常のシステムにおいて、異なった素子は分配された独立した制御装置によって制御され、多くの動作の衝突が生じる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
既知のシステムでは管理装置がハンドル，加速ペダルのような入力からドライバの要求を評価して安全の考慮に基づいて速度、トルク等々の形態のビークル出力を提供する。この方法は種々の制限がある。まず最初に、ドライバは限界を越えてその要求を増加し、そのとき付加的な応答は見られない。さらにドライバは彼が与えられている入力の影響および彼が限界状態に近付いているかどうかについてのフィードバックを与えられない。その結果、ドライバの要求は満足されず、或いはドライバは彼にとって不満足であることを検出することができない。さらに、既知のシステムはビークルのスリップ角度や性能の劣化のような性能および安全に大きく影響するパラメータを含む現在のビークルの状態を充分に決定することができない。
【０００４】
既知のシステムの有する別の問題は、異なったドライバ入力、例えばステアリングおよび加速ペダルが矛盾するメッセージを与える可能性があることである。これは特に、経験の浅いドライバが要求を通報しようとするとき困難な操縦中（例えば限定されたハンドル操作中のバック）に未熟なビークル制御を行い、または非常に経験のあるドライバが操縦中に“反対のロック”を行うような高度に熟練した操縦を行うような場合である。このような矛盾した信号は既存のシステムによって誤って解釈され、性能および安全性に関して大きな影響を与える。
【０００５】
既知のシステムのさらに別の問題は、既存の制御階層モデルにおいて遭遇する。既知のシステムは、ブレーキ、シャーシ、サスペンション、トルク作動制御装置のような多数のアクチュエータを含む管理装置およびサブシステムを含んでいる。これらの既知のシステムでは、アクチュエータは現在の動作状態を検出するためにローカルセンサを支持している。その結果、管理装置がアクチュエータに命令を送ったとき、アクチュエータは現在の動作状態の結果としてその命令を無視にする可能性がある。これは特に、多くのサブシステムのアクチュエータが矛盾が頻繁に生じる可能性のある異なった製造業者に所有されている自動車セクターにおいて問題である。結果として、ビークルの性能は全体として妥協され、それは管理装置が充分完全に制御されないからである。さらに、通常のシステムの管理装置は各アクチュエータにより満足されるべき設定点を送るだけであり、柔軟性がなく、一定の更新を必要とし、また故障モードの危険を与える。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の特徴とする構成は特許請求の範囲に記載されている。
【０００７】
概説すると、本発明はビークル制御システムを提供し、そのシステムは、ハンドルおよび加速ペダルのような管理装置へのドライバ入力が、例えば、入力が潜在的に競合している場合に真のドライバの要求を評価するために実効的に減結合される。これから、必要とされるビークルスリップまたはヨーレートのようなビークル出力パラメータが導出されることができる。
【０００８】
管理装置はその後既知の技術にしたがってビークルサブシステムを制御して、所望のビークル出力パラメータが得られるように各サブシステムに対して適切な設定点を与える。その結果、システムは解釈され、例えばパワーオーバーステア能力を与えるドライバの要求を満足させる。
【０００９】
このシステムはヨーレートおよび加速度の測定と関連してビークルのスリップを評価するために外部情報、例えばグローバル位置決定システム（ＧＰＳ）を使用することによって強化され、電子装置はカルマンフィルタへの多数の入力として設けられる。システムはまたインテリジェントデマンド解釈を与える。例えば、もしもドライバの要求が可能なビークル性能を越える場合には、システムは最良の匹敵する性能を提供する。さらに、システムは瞬間的なビークル性能を評価することができるために、ビークルを通して、例えばハンドルを介してドライバにフィードバックを与えることができ、ドライバはビークルがどのように動作するか、例えば限界状態に近付きつつあるか否かについて知ることができる。
【００１０】
制御システムは管理装置とサブシステム付勢装置とを有しており、サブシステムが感知したローカル状態を管理装置に戻すことによって、命令がサブシステムに送られる前に、管理装置はこれらを考慮に入れることができる。その結果、サブシステムの動作による否定の可能性は生じない。
【００１１】
システムはまた、最適のビークル性能を与えるためにサブシステムをさらに集積することを可能にするために、サブシステムが管理装置へ予測されたローカル状態を送ることができるような予測制御を可能にする。同様に管理装置は、基本設定点を送るだけではなくてある条件が合致している場合にはサブシステムが応答において適切なステップを行うように命令されるようにサブシステムに動作エンベロープを送ることによりサブシステムを制御する。この能力は管理装置とサブシステムとの間の通信の故障の場合に特に有効であり、サブシステムがそのような通信の故障の前の管理装置からの好ましい動作の評価を使用して機能の継続を可能にする。
【００１２】
その結果、ドライバインターフェースは１次ターゲットとして例えば通路の曲率半径を使用して将来の空間的位置を決定する要求を規定するために解釈される。そのようなヨーレートおよびヨー加速度の変数は中間ターゲットとして考慮される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
添付図面を参照にして本発明の実施形態を説明する。
【００１４】
図１を参照すると、ビークル制御システムは全体を10で示されている。システムは管理装置14を含み、それは安全ブロック16および制御ライン19を介してサブシステム18と通信する。管理装置は例えば以下詳細に説明する例えば将来の条件付きの不可欠の命令の形態でサブシステムまたは動作エンペロープに所望の設定点を送ることができる。管理装置はまたサブシステムから現在および将来の制御統合を可能にする予測されたローカル条件の両者を受取る。安全ブロック16は安全状態を解釈し、安全状態にアクセスしてサブシステムに送ることが可能であり、必要ならば命令を無視することもできる。
【００１５】
サブシステム18はトランスミッション，シャーシ、駆動ライン、ブレーキ等のアクチュエータ、およびローカル状態センサ等を含んでいる。サブシステム18はまた将来のローカル状態の予測を可能にする予測能力を含んでいる。その結果、現在および将来の動作状態は管理装置に戻される。予測能力は管理装置において行われることができるが、サブシステムが管理装置以外の異なるものによって所有され、製造されてもよく、したがってこの機能をより良好に実行するように構成されることができるので、サブシステムるにおいて行われることが好ましい。
【００１６】
種々の他の入力も管理装置14に与えられる。ドライバ入力は全体を20で示され、ハンドル角度／回転レート、加速ペダル位置およびレート、ギア、クラッチおよびブレーキを含むことができる。図３を参照にして以下さらに詳細に説明するように、これらの入力は実際のドライバの要求を評価するために改良されたアルゴリズムにしたがって減結合され、翻訳される。センサパック22もまた管理装置14に入力されて一般的なビークル状態についての情報を与える。以下さらに詳細に説明するように、これは特にビークルのヨーレート、ビークルのスリップ角度の評価を可能にするＧＰＳデータを含むことができる。特に、慣性データと共に次世代のＧＰＳ技術を使用するスリップ角度に関係して、スリップ角度の評価に対する妥当な情報はカルマンフィルタ技術を使用して導出されることが好ましい。微分ＧＰＳの最近の改良は縦および横方向速度の正確な測定を可能にしている。将来のＧＰＳシステムはこの技術をビークルの動力学的制御に適用可能にする分解能およびデータ供給レート改善する。そのような情報は既知のビークル制御戦略内のビークル動作状態の評価された値の信頼性を減少させる。したがって、さらに正確なビークルスリップの評価を得るためにそのような既知の戦略にどのようにＧＰＳ情報に含ませるかは当業者には明らかである。
【００１７】
実施例の管理装置14に対する別の入力はドライバのスポーツ性指数（ＤＳＩ）である。これは０（低いスポーツ性指数）と１（高いスポーツ性指数）の間の範囲の値であり、それはビークルの性能を修正するために使用されることができる。中間値は連続的またはディスクリートのいずれでもよいが、好ましい実施例ではそれらはディスクリートであり、その結果、それらは単にインクリメントまたはデクリメントすることができる。ＤＳＩ値はドライバの性質および運転スタイルの検出から決定されることができ、或いはドライバによって制御されることができる。ＤＳＩ値は運転スタイルに依存するビークルの応答性を増加するためにスカラー利得として与えられることができる。異なったサブシステムの応答性に不一致を生じる可能性のある別のアルゴリズムとして各サブシステムが有しているのではなく、同じ値は全てのビークルに適合するために使用されてもよく、それはドライバを当惑させ、および／またはビークルの制御性を低下させることができる。
【００１８】
例えば、あの状態はＤＳＩの自動的な適応が道路またはトラフィック状態、またはドライバの好みにに適していない可能性がある場合が生じる。そのような状態では、ＨＭＩ装置が変更を可能にするように設けられる。このようなＨＭＩ装置は、ＤＳＩの実時間計量値について以下の動作に関してドライバに注意を示す素子を入力する。装置は次のような特徴および機能性を有する。；
１．プラスインクリメント、プレス動作毎にＤＳＩインクリメントを１つ付加する。
【００１９】
２．マイナスインクリメント、プレス動作毎にＤＳＩインクリメントを１つ減らす。
【００２０】
３．自動（オートマティック）、適応アルゴリズムにしたがってＤＳＩ出力値をシステムが設定し、或いは運転スタイルに応じた自動モードすることを許容する。
【００２１】
４．ゼロ、ＤＳＩ実効値をゼロに設定し前の値を記憶する。
【００２２】
５．Ｒｅｓ（再開）、ゼロ同の前のＤＳＩの実効値を設定する。
【００２３】
６．ＤＳＩ値の数値表示。
【００２４】
７．ＤＳＩ値のグラフィック表示。
【００２５】
入力素子は機械的、磁気的、容量的、または光学的設計の瞬間的なスイッチであることが好ましく、それは駆動ラインＥＣＵまたはビークルの通信バスの一部に接続される。
【００２６】
スイッチ装置は平坦でない表面におけるビークルの運動により規定された動作を可能にし、不注意による動作を阻止することを可能にするような力／走行特性を有することが好ましい。
【００２７】
好ましい設計は、＋／−スイッチの各“クリック”がディスクリートなインクリメントの加算または減算を行うことを可能にする。例えばＤＳＩ計量値は０．０乃至１．０の範囲内で、０．２単位のステップで変化するように規定されてもよい。これはドライバがＤＳＩの増加または減少の両者に対して迅速で容易に順次の選択を行うことを可能にする。
【００２８】
別のＤＳＩは連続変数として同じ境界内で変化することができ、それにおいては＋／−スイッチが押される時間はＤＳＩレート係数により乗算されてＤＳＩの変更を生じる。
【００２９】
ＤＳＩ値は、ビークルのエンジンが６０秒あるいはその他の予め設定された時間より短い時間スイッチを遮断されたときにはそのまま保持され、それでなければ次のエンジンスタート手順中およびビークルが次に移動するまでゼロに設定される。
ＤＳＩの現在の値のテキスト、数値、またはグラフィック表示がドライバの情報として与えられてもよい。
【００３０】
適応ＤＳＩアルゴリズムによって発生されたＤＳＩ値は以下の順序または優先度で無視されてもよい。
１．最終的な安定度／安全性
２．ＨＭＩ
３．適応ＤＳＩ
無視されたとき、ＤＳＩの前に存在していた値は、無視が存在しなくなる状態後に徐々に元に戻されてもよい。
【００３１】
図２を参照すると、ドライバがＤＳＩを変化させることを可能にする１つの可能なモジュールが全体を符号30で示されている。それはドライバがディスプレイ36に示されるような０と１との間でＤＳＩを変化させることを可能にするインクリメントまたはチップアップボタン32およびデクリメントまたはチップダウンボタン34とを含んでいる。システムはまた再開ボタン38および正常ボタン40を有している。緊急状態のようなある環境において、ＤＳＩは管理装置により、またはドライバが中断／ゼロボタンを押すことにより自動的に０にリセットされることができる。そのような条件をパスした後、ドライバは再開ボタン38を使用して所望のインデックスを再生することができる。
システムが自動的に加速ペダル位置、ブレーキペダル圧力、ギアレシオシフト周波数の入力によりＤＳＩアルゴリズムを決定する場合には、ビークルの横方向加速度、ビークルの縦方向加速度、ビークルのヨーレート、ビークルのスリップ角度個々のホイール角速度、エンジンの回転速度、適合される場合にはキック・ダウンスイッチ、キャビン中の音響圧力レベル（ｄＢで加重されたＳＰＬ）、ビークルのキャビン内および周囲の特定の振動周波数のスペクトル密度、およびその他の変数が縦方向動力学の制御のためのＤＳＩ計量を設定するために使用される。これはさらに、横方向およびヨー応答の自動適用のためにさらに広範囲の計量値を設定するために他の変数を含むように拡張される。
【００３２】
この計量値は縦方向および処理応答の両者に対してビークルの制御応答特性を変化させるために使用される。
【００３３】
以下の変数および時間導関数はＤＳＩを評価するためのアルゴリズムに対する入力として処理される。すなわち：加速ペダル位置、ブレーキペダル圧力、ギアレシオシフト周波数、ハンドル位置、横方向加速度、縦方向加速度、ヨーレート、スリップ角度等である。入力は以下の数学的演算子によって処理される。すなわち：サンプリングウインドウ内の最少、平均、最大値、サンプリングウインドウ内の最大の可能な信号値の最少、平均、最大の割合、およびバンドパスフィルタ処理である。ＤＳＩを評価するアルゴリズムはニューラルネットワーク、ファジイ論理制御装置、またはポイントスコアおよびディケイ加算であることが可能である。これらの最後における各パラメータの発生はそのパラメータの動作加算に対するインクリメントをトリガーする。また、各パラメータは、特定のパラメータに関連するスコアが、そのパラメータが存在しないとき、或いは較正可能なしきい値を越えないときデクリメント／減少するように特定の時間ベースの減衰(decay) を有している。さらに別の可能性はＣＡＲＬＡ（連続動作ラインフォースラーニングアルゴリズム）であり、それは既知の方法である。
【００３４】
図３を参照すると、ヨーレートおよびビークルスリップ角度に対するターゲットを規定するためのアルゴリズムが示されている。示された実施例において２つのドライバ入力なわち加速ペダル50およびハンドル角度解釈装置80が示されている。これらは減結合され、以下詳細に説明するようにヨーレートおよびビークルスリップ角度の所望のビークル出力パラメータを与えるように解釈され、ドライバの要求を良好に満足させる。
【００３５】
加速ペダル解釈システムは入力として、ドライバ要求ペダル位置52、ブレーキ圧力54、縦方向ビークル速度ｖ_x 56を含んでいる。これらは適切に較正されたドライバ要求マップ58へ入力され、ここから牽引力に対する要求はレート制限フィルタ60を通って比較器62へ送られる。比較器62への別の入力は現在の状態を維持するために必要な牽引力のシステム評価である。これは縦方向加速度ａ_x 64、縦方向ビークル速度ｖ_x 66、横方向加速度ａ_y 68の測定されまたは感知された値から得られる。これらの感知された値は簡単なビークルモデル70に入力され、既知の性能データから牽引力値を得ることができる。比較器62の出力は過度の駆動トルク要求を含んでいる。アルゴリズム比較は以下のものについて行われる。すなわち、駆動ラインまたは他の装置のいずれかによりビークルホイール間に分配されるとき、地上に書かれた瞬間的な円の半径によって規定された既存の通路におけるビークルの定常速度を維持することが要求される全体の駆動ライントルク（牽引力）と、ドライバにより（加速ペダル位置とビークル速度の関数としてトランスミッション出力トルクを規定する較正マップから）要求された全体の駆動ライントルク（牽引力）との間でアルゴリズム比較が行われる。
【００３６】
これらの値の差は、ビークルスリップ角度およびヨーレートに対するターゲットを規定する較正マップに対する入力として含まれている別の方法で、ビークル速度および横方向加速度を含む他の入力変数または比較器62を参照にして上述したようにハンドル角度および時間導関数の解釈から導出されたターゲットに適用される倍率として使用されることができる。
【００３７】
この比較および関連する制御作用から以下のように３つの場合が存在する。
【００３８】
第１の場合は、要求された駆動ライントルクとビークルの定常状態を維持するために必要な駆動ライントルクとが等しい場合である。この状態ではビークルがバランスしており、スリップ角度に対する現在のターゲットがその現在の値に維持されていることを意味している。
【００３９】
第２の場合は、要求された駆動ライントルクがビークルの定常状態通路を維持するために必要な駆動ライントルクよりも大きい場合である。ビークルは既存のビークル軌跡が主要表面上の横方向のタイヤ力によってもはや維持されることができなくなるまで加速される。もしもハンドルの角度位置が一定に維持されるならば、この状態においてシステムはビークルスリップ角度の大きさを増加させるように作用し、一方前の軌道上のビークルの重心を近似的に維持してさらにターン・インを行わせる。この転移は、加速ペダル位置の時間導関数、ハンドル角度およびビークル速度のような要因に依存したレートで達成される。比較変数が充分に持続する正の大きさであるならば、スリップ角度は較正可能な最大値まで制御される（表面摩擦係数およびドライバの熟練度計量値に応じて）。過度のものは、ほぼ一定の横方向加速度を仮定した大きい半径の軌道をビークルが運動することを許容することによりビークル速度を増加するように解釈される。
【００４０】
第３の場合は、要求された駆動ライントルクがビークルの定常状態通路を維持するために必要な駆動ライントルクよりも少ない場合である。この状態では、システムはビークルのスリップ角度の大きさを減少させるように作用する。この転移は加速ペダル位置およびせハンドル角度の時間導関数のような要因に依存したレートで行われる。ビークルはビークルの既存の軌道を維持して減速される。ハンドル位置が一定に維持されるならば、この状態においてシステムはビークルスリップ角度の大きさを減少させるように作用し、一方近似的に前の軌道上のビークルの重心を維持する。この転移は、加速ペダル位置の時間導関数、ハンドル角度およびビークル速度のような要因に依存したレートで行われる。
【００４１】
ブロック80におけるハンドル角度の解釈はビークルの縦方向速度ｖ_x 82およびハンドル角度δ84を入力として受取る。所望の出力は、横方向加速度ａ_y 、ヨーレートΨ' 、ヨー加速度Ψ''' である。これらを得るために、入力82および84は共にそれぞれ結合されない公称マップ86、88、89に与えられ、それらは例えば経験的に近似的な方法で構成され、較正されて所望の出力値を与える。随意的にさらに別の過渡係数δ' 、ハンドルの角度変化レートがΨ''' を得るために公称マップ89へ入力される。加速ペダル解釈ブロック50とハンドル角度解釈ブロック80からの出力は加重マトリックス100 により受信され、それは過渡係数を含むことができる。それらはここでＤＳＩにより導入された任意の係数と共に結合されて所望されたａ_y 、Ψ' 、Ψ''' に対する出力値を与える。これらは逆ビークルモデル102 に入力され、この逆ビークルモデル102 はビークルに対して得られることが好ましいスリップ角度β、ヨーレートΨ' ターゲット値を得るために後方へ補外される。さらに、以下説明するように、管理装置はそれらのターゲット値を得るために既知のアルゴリズムにしたがってサブシステムを制御する。
【００４２】
別のコンポーネントはスリップ角度ターゲット制限装置110 である。これはビークルと道路との間の摩擦係数μおよび運転熟練度のような外部係数がドライバからの要望を評価するとき考慮に入れることを可能にする。最大スリップ角度β_{max,skill level} は逆ビークルモデル102 へ出力され、出力βおよびΨ' を条件に近似させる。
【００４３】
可変ヒストリー時間ウインドウ内の変化は既知の方法を使用して考慮される。μの評価が各ホイールにおいてほぼ等しく、時間的に一致しているならば、高い測定の信用度がこのパラメータに割当てられる。
【００４４】
以下のパラメータが導出される。すなわち；全ホイールについて平均されたμ、表面の均一性の測定として使用される各ホイールに対するμ、表面の均一性を測定し、表面が急速に変化する程度を判断するために使用される上記の時間導関数である。一度摩擦が決定されるとＧＰＳからの既知のルート上の既知の位置、或いは記憶された道路情報のような通路の湾曲、接近した道路表面の縦および横方向の勾配のような別のパラメータが決定され、ビークル上またはビークルの外部から送信されたトラフィック近接度がビークルの一般的な動作に関連して考慮されることができる。
【００４５】
ドライバの熟練度計量値に対して、アルゴリズムが提案され、それは特定の運転または一連の運転を行うドライバの熟練度を既知の方法を使用して評価し、範囲０乃至１の数値を割当てる。そのアルゴリズムはドライバの作用と基地であるビークルの応答の組合わせを比較し、それは熟練した運転と熟練しない運転とを表すことが知られている。アルゴリズムへの入力は以下のパラメータおよびその時間導関数を含み、すなわち、ハンドルの角度、ガスペダル角度、ブレーキペダル圧力、縦方向速度、横方向速度、ヨーレート等のパラメータである。
【００４６】
これらのパラメータ、すなわちμおよびドライバの熟練度計量値の両者はスリップ角度およびヨーレートに対するターゲットを変化するために使用されてビークルの安全性、表面およびドライバの組合わせを改善する。
【００４７】
ドライバはハンドルのトルクの変化（ワイヤによる操縦を仮定）および他の触覚的合図および、または音響またはグラフィックディスプレイにより限界処理状態への接近に対してフィードバックにより警告されてもよい。
【００４８】
戦略内の論理装置は経験されたドライバにより使用される“反対ロック”の状態を認識しなければならず、ドライバは基本的に異なった通路に従うことを希望していると仮定しない。これは種々のドライバの記録されたハンドル操縦調節と緊密に一致する操縦中に多量の指令リクエストを無効にすることにより達成される。好ましいアルゴリズムはニューラルネットワークであるがファジー論理技術もまた適用可能である。
【００４９】
システムは、ハンドル操縦装置および加速ペダルの動作と減結合することにより既存のビークルの制御システムよりも平均の熟練度のドライバにより高いスリップ角度および、またはヨーレートでビークルを制御することを可能にする。この能力はドライバ入力に対してより大きい応答性を与えるように適用され、一方ビークルの安定性を維持することを可能にする。
【００５０】
このシステムの利点について説明すると、通常のＲＷＤビークルにおいては、ヨーの不安定性は駆動ライントルクの急速な減少により生じる可能性があることである。そのような状態は、限界ハンドル操作中に熟練者でないドライバが“バック・アウト”したときに生じる。提案された制御方式ではドライバの動作はビークルのスリップ角度および縦方向速度の両者が、ヨーレートの制御の１次的な強化により減少されることができることを意味する。このようにして、ビークルはドライバの動作と関係なく安定に維持される。
【００５１】
その結果として、ドライバの真の要求を決定するために独立して評価され、ドライバ入力は効果的に減結合され、ハンドルの操作角度がビークルの重心の所望の操縦路を示し、加速ペダルが所望の速度および可変スリップ角度を示し、所望のビークル出力パラメータスリップ角度およびヨーレートを得るために組合わされ、それは管理装置によって解釈されて所望の設定点に妥当なサブシステムの制御により現在得られる。
【００５２】
システムはドライバ自動化の付加的なレベルを導入することができる。例えば、図４のａを参照するとドライバは強化されたハンドル制御にアクセスし、特にハンドル124 のボタン120, 122を使用して例えば３０度を越えたハンドルの回転に対する機械的な停止を克服する。さらに、安全機構はボタン120, 122が不注意で解除されないことを確実にするために外の場所に設けることもできる。結果として、運転応答の付加的なレベルが図４のｂに示されるように得られ、この図では両方の領域の勾配がＤＳＩに依存して変更されることができる。第１に、正常領域では、低い勾配の線形ヨー応答がハンドル角度に応じて得られる。第２に、高い勾配領域では、さらに積極的な線形ヨー応答が得られる。高いヨーモーメントは例えばブレーキを与えることによって内側ホイールに対して発生され、および、または非常に高速のコーナーリングを行うために外側ホイールに正のトルクを与えることによって発生される。システムが予め定められた時間のあいだに使用されない場合には高利得の期間は時間切れとなることがが好ましく、ボタンは両方の安全領域に対して低利得の部分にハンドルが戻ることを妨げてはならない。
【００５３】
さらに、ドライバは図５に示される装置を使用するビークル性能の制御特徴自動的に行うことができ、それはドライバがフロント対リア駆動ライントルク比を変化することを可能にする。装置130 はトグルまたはジョイスティック132 を含み、それはフロント対リア比を変化するために反対方向に操作されることができる。ディスプレイ134 は現在の比率と“正常”ボタンを示し、ドライバが手動でデフォルト比に戻ることを可能にする。装置は自由位置において装置130 により正常トルクスプリット（すなわちフロント40％およびリア60％）を有する。
【００５４】
図４および５で与えられる余分の自律性はＤＳＩの制御に対して並列に与えられることを認識すべきである。さらに、ビークルは適当なマップを較正することによって特定のドライバの要求に対して構成され、したがってシステムを制御することができる。
【００５５】
図７を参照すると、分離されたハンドブレーキの必要性をなくした単一のギア／ブレーキ制御装置が示されている。制御装置は複合チヤンネル202 中で移動可能な制御レバー200 を備えている。制御レバー200 の上部から下部へのチヤンネル運動の第１の部分において、ビークルの順次の後退を行う。別の部分は、反転、ニュートラル、パーキング能力ならびに適応ドライブモードを含む自動スタイル機能を行う。この最後のモードで、チップトロニックスタイル制御が行われて、短期間のあいだドライバが、妥当な方向にレバー200 をシフトすることによりギアのインクリメント／デクリメントを可能にされる。最後にチヤンネルのハンドブレーキ部分が設けられる。
【００５６】
図６を参照すると管理装置150 とスマートアクチュエータ152 を含む複数のサブシステムとの間の制御階層が示されている。上述のように、スマートアクチュエータは管理装置と両方向通信を行い、ローカルセンサ154 から適切な現在および予測されたローカル動作条件を与える。管理装置への別の入力は、例えば横方向および縦方向加速度情報およびヨー情報を瞬間的な速度および位置データを与えるＧＰＳ情報158 と共にセンサパックからの外部センサ情報156 である。好ましい実施形態では、サブシステムのサブセット152 はグループ化されて、パワートレイン、アクチブ駆動ライン、およびブレーキ（トルク制御）またはロールバー、ダンパー、およびスプリング（シャーシ制御のため）のようなサブシステムに緊密に結合されるために中間グループ管理装置160 により制御される。この階層は最適なビークル性能が利用可能であることを確実にする積分レベルを提供する。さらに別の改良された管理装置とサブシステムとの間の通信プロトコルは、管理装置がサブシステムに設定点よりも多く提供され、したがって動作を強化することを可能にする。上記の階層を使用してドライバの要求およびサブシステムのアクチビティは減結合されてサブシステムの状態と最小コストに対する所望のビークル応答を与えることとサブシステムの組合わせを規定するときにより大きい柔軟性を大きくすることを可能にする。コストが多次元表示であるとき（最適制御に関連した既知の技術を使用して）、以下のような関係する素子を含んでいる。
【００５７】
１）サブジェクト測定に相関するオブジェクト
２）機械的耐性、燃料経済、および外部雑音のような環境係数に関連するオブジェクト変数。また、例えばビークル応答性および外部雑音のトレードオフが存在する場合の加重を変化するために外部的に送信された信号からの影響を採用する手段も設けられる。
【００５８】
採用された通信プロトコルについて詳細に説明する。以下の説明において、スマートアクチュエータは物理的感知または正確なローカル推定信号を可能にする装置であり、内部制御素子の変調を可能にして閉ループ動作を行い、サブシステム性能に対する外部要求を満足させ、ダムアクチュエータは内部の制御素子の変調のための外部制御信号を許容し、擬似閉ループ動作に対して推定された感知を行う装置である。１例として、トルクを外部信号にしたがって２つの出力間で分割する駆動ライン装置が考えられる。装置が各出力においてトルクセンサと適合している場合には、装置内の可変素子の閉ループ制御は、物理的感知−スマートアクチュエータを使用して行われることができる。その代わりに、もしも管理装置が、所望の設定点を直接参照することなく、駆動ライン装置の内部制御素子の変調のためのデマンド信号を送信した場合には、これはダム付勢の１例である。戦略は分配されたＥＣＵのネットワークに供給されてもよく、或いは単一のＥＣＵ内の区分された場所に供給されてもよい。
【００５９】
最初に管理機能について検討すると、その目的は最小のコストでシステム機能を達成するためのサブシステムの最良の統合である。結果としてシステムのターゲットおよびビークル属性は、調停装置の座標、サブシステムの故障モデルの座標、乱用保護、監視、解釈ドライバ入力（ＨＭＩ）、テレマティック入力処理、ＰｎＰの座標等である。
【００６０】
メッセージは信号Ｉ／Ｏ、制御区域ネットワーク（ＣＡＮ），読取り“グローバル”センサパック、およびテレマティックを含むことができる。（管理装置からの）メッセージは現在の命令（現在動作！）または将来の条件命令（もしも動作するならば！）であってよい。最後のメッセージは、管理装置が例えば命令セットの形態で動作エンベロープを設定できるので特に重要である。この場合に、命令はサブシステムに送られて将来の基準として記憶される。メッセージは特定された場合にサブシステムによって行われる将来の作用（ポジチブまたは禁止）を特定して、或いは生じた環境のファジーセットを特定する。メッセージは制御コードの一部の形態をとることも可能であり、それはサブシステムの制御戦略の新しいコンポーネントとして組立てられる。新しいコンポーネントは実効的な除去手段により特定され、それは年代的な満期日の規定でもよく、または入力信号の解釈であってもよい。例えば管理装置からのｎ番目毎のメッセージは、サブシステム間の２次ネットワークが故障の場合または故障通知の目的で呼出される場合であっても他のコンポーネントとの組合わせの故障の場合にどのように動作するかについての命令を伝送する。
【００６１】
（管理装置への）メッセージには、ローカル動作のための管理装置への許可のリクエスト（クラッチを開いてもいいですか？）、遠隔動作のための管理装置への許可のリクエスト、ローカル診断、ローカル機能制限（現在および将来）等が含まれることができる。
【００６２】
サブシステム機能について説明すると、目的は１次サブシステム機能の制御であり、主要なシステム機能は、耐性、機械的ユニットの制御、メカトロニクス設計を含むローカルＥＣＵ、ローカルセンサの読取り、自己診断、干渉認識、自己較正、Ｉ／Ｏ故障モード、ホーム戦略の不調、ＰｎＰ等を含んでいる。メッセージは信号Ｉ／Ｏ−ＣＡＮおよびローカルセンサ読取りを含んでいる。
【００６３】
上述のように（管理装置からの）入来メッセージは、現在の不可欠のもの（現在の動作！）、将来の不可欠のもの（もしも動作すれば！）を含むことができる。（管理装置への）出て行くメッセージは、ローカル動作のための管理装置への許可のリクエスト（クラッチを開いてもいいですか？）、遠隔動作のための管理装置へのリクエスト、ローカル診断、ローカル機能制限（現在および将来）の監視等である。再び、この最後のものは管理装置を予測的／阻止的情報を提供して動作を強化することを可能にするとき顕著である。
【００６４】
通信交換の１例は次のようなものである。；出て行くメッセージ（サブシステムへ）、現在の不可欠のもの（現在の動作！）、将来の条件的な不可欠のもの（もしも動作！）、入来するメッセージ（サブシステムから）、ローカル動作のための管理装置への許可のリクエスト（クラッチを開いてもいいですか？）、他のシステムにおける遠隔動作のための管理装置へのリクエスト（例えば１４０Ｎ．ｍ．を生成するようにエンジンに求める）、ローカル機能制限（現在および将来）の監視（例えば最大結合トルク＝１３００Ｎ．ｍ．をアドバイスされる）等であってもよい。
【００６５】
ここで設定されたシステムは、既知のシステムにおける困難なコンフリクトの問題を処理する。そのようなシステムのコンフリクトは、各システムの動作がビークルの動作スペースの閉鎖的な部分に制限されるときには生じない。しかしながら、これはありそうもない状態でありＥＣＵのアドホック接続の実際は衝突を生じることはよく知られている。
【００６６】
現在のビークルに対する積分の１例はエンジンと自動トランスミッションとの間の相互作用に関し、それにおいて、システムで高い階層を有するものはないけれども、トランスミッションはシフト中にトルクの減少をリクエストすることを許可される。他方、図６に示された全てのビークルシステムの中央化された座標の一般化されたアーキテクチャはよく規定された階層で管理装置およびスマートアクチュエータを提供する。
【００６７】
前述の戦略を適用するとき、管理装置は各サブシステムに設定点ターゲットを送る。例えば、エンジン管理システム（ＥＭＳ）は２４０Ｎ．ｍ．を生成するよう命令を受取り、トランスミッションは第３ギアでトルクベクトル中心差（ＴＶＣＤ）を維持する命令を受取り、７０：３０のベースを達成するように命令される。この場合に各サブシステムは詳細に対して応答可能であり、それ自体の機構のローカル制御が行われ、それ故同様の機械的設計である。管理装置は、１つはパワートレインの優勢な直接の制御に対するものであり、他方の第２のものは横方向動力学に対するシャーシシステムの制御である２つのターゲットのセットを有することができる。２つの間にはＴＶＣＤがこの相違にまたがっている。管理装置とスマートアクチュエータとの間の通信プロトコルおよびスマートアクチュエータ間の付加的な通信の潜在性はネットワークの階層を有効に規定する。
【００６８】
メッセージ構造を適合する１つの方法として、本発明は以下の表を設定し、異なった供給業者からのものであってもシステムを統合することを可能にする。これは既存のＣＡＮ通信プロトコルの拡張として適用される。
【００６９】

特に、管理装置150 からサブシステム 152への命令は上述のように所望のビークルスリップ角度とヨーレートを与えることを目的としている。これを行う種々の技術は当業者にはよく知られており、ダイナミックおよび一般的制御技術が容易に利用可能である。例えばモデル化は適切な最適化技術と関連して使用されることができる。その結果、幾つかの一般的なコメントについては以下説明するが、詳細な説明はここでは行わない。
【００７０】
サブシステムアクチュエータは、エンジン管理システム、トランスミッション制御装置、排気ガス処理装置、トルクベクトル微分素子、ＡＳＢ制御のようなブレーキ素子、シャーシ制御等を含む広範囲の素子を含むことができる。これらのそれぞれは個々によく知られており、それらの間の相互作用についても知られている。また、トルクベクトル微分もよく知られており、例えば英国特許出願0203026.0 および0209654.3 に記載されている。最適化技術を使用する種々のパラメータを組合わせる最良の方法を評価するための経験的なものとして１つの可能な方法が存在する。ヨーモーメントとビーークルのスリップ角度の所定の組合わせを得るために、トランスミッション出力トルク、各ホイールにおけるブレーキトルク、各ホイールにおける駆動トルクのような自由度の種々の組合わせが実行可能である。しかしながら、候補となる組合わせのコストは同様に変化し、所定の性能レベルを得るためのコストの最適化を行う機会が与えられる。
【００７１】
この最適化は感度の研究に基づいており、主要な効果および相互作用を設定するために主要なコストの素子に対して応答表面を生成する。古典的な最適化技術の適用は、感度の研究から抽出された微分情報を使用して行われ、部分的な微分式として表される相互作用（例えば３次まで）を許容する。しかしながら、一般的なアルゴリズム（ＧＡ）サーチは、この特定の段階に対する要求を消去し、グローバルな最小が発見される大きい信頼を与える。
【００７２】
以下の形態のコスト関数が開発された。
【数１】

【００７３】
ここで、
ｉは特定のコストスペシーである。このようなコストはビークル属性ターゲットまたはコンプライアンスが可能でないか、アクチュエータエネルギ、ブレーキ温度、ＮＶＨ等の信用計量値からの偏差を含む。
【００７４】
Ｘ_i はこの候補の設定点におけるサブシステムを動作させる絶対コストである。
【００７５】
ｗ_i は特定のコストスペシーにしたがった絶対加重である。これらの加重は操作される分類のような要因に応じたスケジュールの形態を取るであろう。
【００７６】
コスト関数を配置されるために使用されるタイプのデータは、例えば、ハンドル角度変位に関連した運転作用に関係した所望のスリップ角度の生成に関係したコストであってもよい。コスト関数内の一般的ターゲットには、線形応答からの偏差または所望のアンダーステア勾配からの偏差のようなものが含まれてもよい。しかしながら、これらは仮想のビークルの特性の直接のエミュレーションを試みる測定された特性により置換されることもできる。そのようなターゲットは定常状態、ダイナミック応答、およびハンドルの感覚にそれぞれ関係する好ましいビークルのベンチマーキングから導出される。
【００７７】
経験的方法の別のものとして、アルゴリズムまたは数学的に公式化された方法もまた採用される。例えばヨーレート制御装置はヨーレートへのハンドル入力へ特に直接リンクする（すなわち加速ペダル位置を考慮しない）ように導入されてもよい。このヨーレート制御装置の基準モデルは２次フィルタに対応する。このフィルタに対するパラメータはビークルハンドルモデルの２つの自由度から得られ、理想的なアンダーステアリング特性が速度動作範囲にわたって規定されるように特定される。このためにビークルハンドルモデルの２つの自由度、すなわちフィルタ記述および速度依存パラメータ変化はここに記載されている。
【００７８】
提案された基準モデル方法は明瞭である。すなわち；基準モデルはダイナミックターゲット性能を規定する.;制御設計は分離され、タイプ１のシステムにより達成可能であり、較正は意味がある。
【００７９】
以下の表記が使用される。；
ａ−フロント軸からＧｍ［ｍ］のＣまでの距離
ｂ−フロント軸からＧｍ［ｍ］のＣまでの距離
Ｃ−タイヤのスチフネス係数［Ｎ／ｒａｄ］
Ｉ−ビークルのヨー慣性［ｋｇ／ｍ² ］
Ｋ−定常状態利得
ｍ−ビークル質量［ｋｇ］
ｒ−ヨーレート［ｒａｄ／ｓ］
ｓ−ラプラス演算子
Ｖ−ビークル速度［ｍ／ｓ］
δ−角度変位［ｒａｄ］
ω−自然周波数［ｒａｄ／ｓ］
ξ−制動比
下付け文字
ｃ−臨界的
ｆ−フロント（前方）
ｈ−ステアリング
ｒ−リア（後方）
ｓ−ハンドル
０−ゼロ速度
【数２】

【００８０】
−無限大速度。
【００８１】
ビークルハンドルモデルの２次元の自由度に対する運動方程式は次のとおりである。
【数３】

【００８２】
ここで、Ｃ₀ ＝２（Ｃ_f ＋Ｃ_r ） （Ｄ２）
Ｃ₁ ＝２（ａＣ_f −ｂＣ_r ） （Ｄ３）
および
Ｃ₂ ＝２（ａ² Ｃ_f −ｂ² Ｃ_r ） （Ｄ４）
Ｄ１で与えられた微分方程式は伝達関数を与えるように再構成されることができ、それは次のようにヨーレートに対するハンドル角度変位に関係する。
【数４】

【００８３】
式Ｄ５は分子により導入された全ての過渡的効果を無視することにより簡単化されることができる。すなわち、
【数５】

【００８４】
式Ｄ６は標準的な２次フィルタに対応し、次のように表されることができる。
【数６】

【００８５】
式Ｄ７および基準１を参照すると、典型的なアンダーステアリングビークルに対応する定常状態利得、制動比、および自然周波数パラメータは次の式から得ることができる。
【数７】

【００８６】
要約すると、式Ｄ７は提案されたヨーレート制御装置に対する基準モデルを規定し、式Ｄ８乃至１０はビークルの縦方向速度に基準モデルのパラメータがどのように依存するかを示している。結果として、適応可能なパラメータωの無限大およびξ₀ は所望の性能を得るために定常状態利得が変化することが許容される。
【００８７】
ターゲット性能のヨーレート制御を規定するために基準モデルを使用する代わりに、同じ技術はスリップ角度を制御するためにも適用できる。その方法はヨーレートの制御に適用するか、スリップ角度その他のターゲットに適用するかはビークルに対する制御方式を規定する他の普通に使用される方法にまさる以下のよう利点を有している。
【００８８】
・基準モデルは多数の結合されたマップではなく、ターゲット性能を規定する。
【００８９】
・基準ビークルモデルは制御構造から分離され、異なったビークルモデルと制御構造とが容易に交換されることを可能にする。
【００９０】
・制御ターゲットの較正はより解釈が容易な意味のある装置を有する。
【００９１】
管理装置からの設定点命令に応答するサブシステムを強化するために、フィードフォワードシステムが採用される。そのシステムによればサブシステムはビークルモデルを含んでいる。サブシステムは閉ループ制御下で動作し、それによりローカルセンサまたはビークルセンサはサブシステムが所望の効果を達成したか否かを検出する。できるだけ迅速に設定点を得るために、サブシステムは要求された同様の補償を評価することによりさらに迅速に設定点を追跡するためにビークルモデルをアドレスする。
【００９２】
本発明の上述の種々の特徴は適当に結合され、或いは交換されることができることが認識されるであろう。本発明は任意の型式のビークルに適用可能であるが、特に陸上のビークルに適している。４輪駆動または前輪駆動または後輪駆動のビークルに適しており、システムは任意の数の管理装置で制御されるサブシステムを有していてよい。ドライバ入力は結合されて、または個々に評価されて、類似のビークルパラメータ出力は適当に可能な範囲から選択されることができる。ドライバ入力装置は任意の適当なドライバ入力を、任意の形態で含むことができ、例えばハンドルのないビークル入力もまた可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】ビークル制御管理装置への入力およびそれからの出力を示すブロック図。
【図２】ドライバのスポーツ性指数と呼ばれる計量を制御する制御モジュールの概略図。
【図３】ドライバ入力を減結合および変換することを可能にするアルゴリズムの概略図。
【図４】付加的なドライバ自動運転を可能にするハンドル操縦および操縦角度に対するヨーレートまたはスリップ角度を示すグラフ。
【図５】トルク分布を変化させるために付加的なドライバ自動運転を可能にする別の制御の概略図。
【図６】本発明により使用される管理装置階層を示すブロック図。
【図７】情多重制御レバーの機能性を示す概略図。

Claims (32)

1. ドライバ入力と、制御アクチュエータと、制御プロセッサとを具備し、この制御プロセッサはドライバ入力を処理して実際のドライバの要求を導出し、ドライバの要求にしたがって制御アクチュエータを介してビークルの制御を行うように構成されている制御システム。
2. ドライバ入力はハンドル操作、ブレーキ、スロットル、クラッチ、またはギア入力の少なくとも１つである請求項１記載のシステム。
3. 制御アクチュエータはトランスミッション、ドライブライン、ブレーキまたはトルク差動アクチュエータの少なくとも１つである請求項１または２記載のシステム。
4. 前記プロセッサは検索表、ニューラルネットワーク、ファジイ論理またはパターン認識の少なくとも１つを使用してドライバ入力を処理する請求項１乃至３のいずれか１項記載のシステム。
5. 前記制御プロセッサは、要求されたビークルスリップ角度および要求されたヨーレートの少なくとも１つを導出する請求項１乃至４のいずれか１項記載のシステム。
6. 複数のドライバ入力がそれぞれ独立に処理されて実際の要求の特徴を導出する請求項１乃至５のいずれか１項記載のシステム。
7. 前記制御プロセッサは、実際のドライバの要求をビークル性能の限界に対して比較し、限界を越える実際の要求に最も近似するようにビークルの性能を制御する請求項１乃至６のいずれか１項記載のシステム。
8. 前記制御プロセッサはさらに、外部条件入力を受信し、それにしたがって制御アクチュエータを制御する請求項１乃至７のいずれか１項記載のシステム。
9. 外部条件入力は、ドライバの熟練度、ビークル表面の摩擦係数、ビークルの絶対位置を含んでいる請求項８記載のシステム。
10. ビークルの絶対位置入力はＧＰＳセンサによって与えられる請求項９記載のシステム。
11. さらに、ビークル性能のドライバへのフィードバックを行うためのドライバフィードバックモジュールを備えている請求項１乃至１０のいずれか１項記載のシステム。
12. 制御プロセッサはさらに、実際のドライバの要求を導出するために別の入力として性能係数を受信する請求項１乃至１０のいずれか１項記載のシステム。
13. 性能係数はドライバのスポーツ性指数（ＤＳＩ）を含んでいる請求項１２記載のシステム。
14. ＤＳＩはドライバの性能から導出される請求項１３記載のシステム。
15. ＤＳＩはドライバによって制御される請求項１３記載のシステム。
16. ＤＳＩはディスクリートなインクリメントの指数でドライバによって制御される請求項１３記載のシステム。
17. ドライバは性能係数の自律的制御を有する請求項１乃至１６のいずれか１項記載のシステム。
18. ドライバは前部対後部トルクバイアスおよびハンドル操作角度対ヨー比の少なくとも１つを制御する請求項１７記載のシステム。
19. 時間の関数として外部のビークル位置データを受信し、前記データからのビークルの姿勢の導出するように構成されている制御装置を具備しているビークルの制御システム。
20. 導出されたビークルの姿勢は、ビークルのスリップ角度である請求項１９記載のシステム。
21. 制御装置はさらに、導出されたビークルの姿勢に応じてビークルの姿勢を制御するように構成されている請求項１９または２０記載のシステム。
22. 位置データはＧＰＳデータである請求項１９乃至２１のいずれか１項記載のシステム。
23. 管理装置モジュールと１以上の制御装置モジュールとを具備し、制御装置モジュールはローカル状態情報へのアクセスを有し、管理装置モジュールは制御装置モジュールからローカル状態情報を受信するように構成されているビークル制御システム。
24. ローカル状態情報には予測される将来の状態情報が含まれている請求項２３記載のシステム。
25. 管理装置モジュールと１以上の制御装置モジュールとを具備し、管理装置モジュールは制御装置モジュールに条件付き命令のセットを送信するように構成されているビークル制御システム。
26. 請求項１乃至２５のいずれか１項記載の制御システムを具備しているビークル。
27. 請求項１乃至２６のいずれか１項記載の制御システムを形成するように構成されている制御プロセッサ。
28. 請求項１乃至２７のいずれか１項記載の制御システムを形成するように構成された命令のセットを含んでいるコンピュータ読取り可能な媒体。
29. 管理装置モジュールと１以上の制御装置モジュールとを具備しているビークル制御システムのための通信プロトコルにおいて、
    管理装置モジュールから制御装置モジュールへの通信は条件付き命令のセットを含んでいる通信プロトコル。
30. ドライバ入力と，制御アクチュエータと、制御プロセッサと，ビークル姿勢センサとを具備して車両の制御システムにおいて、
    制御プロセッサはドライバ入力およびセンサ入力に応じて制御アクチュエータを介してビークルの姿勢を制御するように構成されている制御システム。
31. 時間の関数として外部からビークルの位置データを受信し、そのデータからビークル姿勢を導出するように構成されている制御装置を具備しているビークルの制御システム。
32. 管理装置モジュールと複数の制御装置モジュールとを具備しているビークル制御システムにおいて、
    管理装置モジュールは制御制約のセットを含み、各制御装置モジュールから制御要求を受信して制御制約のセットの限界内で要求に対応するビークル制御システム。

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