JP2005014901A - アクティブ法線力調整システムを備えたビークルダイナミクスコントロールシステムおよびその調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 法線力調整システムを備えたビークルダイナミクスコントロールシステムおよびその調整方法を提供する。
【解決手段】 車輪（7）に作用する法線力（Ｆ_Ｎ）を変化させるためのアクティブ法線力調整システム（２、５、８）を備えた車両のためのビークルダイナミクスコントロールシステムにおいて、アクティブ法線力調整システム（２、５、８）が法線力の変化（ΔＦ_Ｎ）に関する情報を準備し、該情報がビークルダイナミクスコントロールシステム（１、３、４、６）に供給される。ビークルダイナミクスコントロールシステムは、制御の際に法線力の変化（ΔＦ_Ｎ）に関する情報を考慮する。
【選択図】 図１

Description

発明の詳細な説明

本発明は、車輪に作用する法線力を変化させるためのアクティブ法線力調整システムを備えた車のためのビークルダイナミクスコントロールシステム、およびアクティブ法線力調整システムを備えたビークルダイナミクスコントロールシステムの調整方法に関している。

ビークルダイナミクスコントロールは、特に限界状況の下での、自動車の安定化のために用いられており、以下において、例えばＡＢＳ（アンチロックシステム）、ＡＳＲ（トラクションコントロール）、ＥＳＰ（電子スタビリティプログラム）、或いはＭＳＲ（エンジンブレーキトルクコントロール）等の様な、ブレーキ或いは駆動装置の操作によって走行運転に介入する全てのシステムを意味しているものとする。操縦性の更なる改善のために、車にはますますアクティブ法線力調整システムが装備されるようになってきているが、該システムはアクティブサスペンションシステムとも呼ばれ、これによって車輪の法線力（接触面に対して垂直に働く力）が走行状況に応じて調整される。例えば、ＣＤＣ（連続ダンパーコントロール）或いはＡＲＣ（アクティブロールコントロール）等の様な、アクティブ法線力調整システムの重要な機能は、車体の垂直加速度の低減および／またはカーブ走行の間の車のロール運動の補正、及び車の水平レベル調整から成り立っている。

２チャンネルＡＲＣシステムは、例えば前車軸と後車軸の上に、パッシブ状態に対して互いに独立に力を加えられるアクチュエータを備えている。しかしながら、前車軸と後車軸とでの力が異なる場合には、車輪の法線力（接触面に対して垂直に働く力）が異なってくる。車輪のコーナリングフォースは法線力の増加に対して逓減的にしか増加しないので、車のセルフステアリング特性も変化する。それによって、車は法線力調整システムの調節に応じて、パッシブ状態と比べて、より強いオーバーステア或いはより強いアンダーステアの走行特性を示す。このことは特に、並行実施されるビークルダイナミクスコントロールに対してマイナスの影響を与える。

ビークルダイナミクスコントロールは通常、一つの固定されたセルフステアリング特性に合わせて調整されている。従って、法線力調整システムによって変化されたセルフステアリング特性は、車の実際の特性が計算された目標特性から大きくずれている場合には、誤ったブレーキ介入に導くことがある。

更に、ビークルダイナミクスコントロールの枠組みの中で実行されるトラクションコントロールも悪影響を受ける。ブレーキスリップコントローラをその時々の走行状況に適合させるために、一般的に、車輪に作用する法線力が評価される。法線力調整システムの作用は、評価された法線力と実際に作用している法線力との間の偏差をもたらし、これによってトラクションコントロールの誤作動をもたらすことがある。

本発明の課題は、法線力調整システムを備えたビークルダイナミクスコントロールを調整する方法、及び法線力調整システムを備えたビークルダイナミクスコントロールシステムを提供することである。

本発明によれば、車輪に作用する法線力を変化させるためのアクティブ法線力調整システムを備えた車両のためのビークルダイナミクスコントロールシステムにおいて、アクティブ法線力調整システムが法線力の変化に関する情報を準備する。この情報はビークルダイナミクスコントロールシステムに供給される。ビークルダイナミクスコントロールシステムは、制御の際に前記情報を考慮する。

また、本発明によれば、車輪に作用する法線力を変化させるアクティブ法線力調整システムを備えたビークルダイナミクスコントロールシステムの調整方法は、法線力の変化に関する情報を準備するステップと、ビークルダイナミクスコントロールシステムに対して情報を伝達するステップと、ビークルダイナミクスコントロールの際に、情報を考慮するステップとを含む。

本発明の特徴は、法線力調整システムの操作の際には、ビークルダイナミクスコントロールシステムに少なくとも一つの車輪法線力の変化に関する情報が送り込まれ、ビークルダイナミクスコントロールシステムが制御の際にこの情報を考慮することができるという点にある。この様にすることによって、ビークルダイナミクスコントロールシステムと法線力調整システムは互いに最適に調整され、特に、ビークルダイナミクスコントロールシステムの側からの誤ったブレーキ介入が避けられる。

法線力の変化に関する情報については、例えば変化値、絶対車輪接触力のような、法線力の変化を引き出すことのできる任意の情報を考えることができる。
本発明の第一の実施態様によれば、法線力の変化に関する情報は評価法線力の修正のために用いられる。ビークルダイナミクスコントロールの枠組みの中では、車輪に作用する法線力は通常、例えば車の横方向加速度及び前後方向加速度から、数学的アルゴリズムを用いて評価される。評価された法線力の値は、法線力調整システムの操作の際に、好ましくは法線力変化を用いて修正される。そこから実際に働いている法線力が得られ、これに基づいて、例えばスリップコントロールを行うことができる。

本発明の別の実施例によれば、法線力の変化に関する情報は、車の横方向運動とヨー運動に関する一つ或いは複数の目標値を計算するために用いられる。
ヨーレートコントロールを備えたビークルダイナミクスコントロールシステムでは一般に、特性速度に依存している（該特性速度は更に車のセルフステアリング特性に依存している）目標ヨーレートが計算される。この目標ヨーレートの計算は、通常アッカーマン方程式を用いて行われ、該方程式はまた、“単一軌道モデル（Einspurmodell）”という名称でも知られている。法線力調整システムから得られた、法線力の変化に関する情報を用いて、特性速度を、従って目標ヨーレートを、しかるべく適合させることができる。

フロート角度コントロールを備えたビークルダイナミクスシステムの場合には、目標ヨーレートに加えて或いはその代わりとして、フロート角度に関する目標値が求められる。この目標フロート角度もまた、上記の単一軌道モデルに基づいて計算することができる。法線力調整システムから得られた、法線力の変化に関する情報を用いて、目標フロート角度の計算のためのパラメータがしかるべく適合される。

本発明のもう一つの実施態様によれば、法線力調整システムがオーバーステアに調整されている場合、即ち車がオーバーステアのセルフステアリング特性を持っている場合には、ビークルダイナミクスコントロールの介入閾値が高められる。この場合には、ビークルダイナミクスコントロールの制御介入は、制御値（例えば、ヨーレート或いはフロート角度）により大きな制御差がある場合に初めて実行されるので、特に、望ましくないブレーキ介入を回避することができる。

法線力調整システムによってもたらされた、法線力の変化に関する情報は、好ましくは妥当性（Plausibilitaet：尤度）に関してチェックされる。これによってビークルダイナミクスコントロールシステムの誤った適合が回避される。

図1は、構成要素１、３、４、６を有するビークルダイナミクスコントロールシステムと、構成要素２、５、８を有する法線力調整システムとを含む、複合コントロールシステムのシステム構成の概略図を示している。

ビークルダイナミクスコントロールシステム１、３、４、６は、第一の制御装置（ＥＳＰ：電子スタビリティプログラム）１（コントロールアルゴリズムを含み、本実施例の場合には、ＥＳＰがプログラムモジュールとして収められている）、コントロール入力値（実挙動）を確定するためのセンサ装置３、例えば、エンジン制御装置、ステアリング制御装置等の複数の制御要素４、及び走行特性に介入するためのホイールブレーキ６を含んでいる。前もって与えられている介入閾値、即ち前もって与えられている車の制御偏差をオーバーすると、例えば車のヨー挙動を目標値に適合させ、且つこれによって車を安定化させるためにホイールブレーキ６が操作される。

法線力調整システム２、５、８は、第二の制御装置（ＦＤＳ）２を含んでおり、第二の制御装置２には、様々な状態値の測定のためのセンサ装置５、並びにアクチュエータ８（アクティブ・サスペンション要素）が接続されている。（代わりの手法として、ビークルダイナミクスコントロールのアルゴリズムと法線力調整アルゴリズムを、唯一の制御装置に装備することができる。その際に、インタフェースは制御装置の内部にある。）アクチュエータ８は、車輪７の法線力を変えるために、第二の制御装置２から操作可能である。このことは特に、カーブ走行中の車のロール運動を補正するため及び／又は車の水平レベルを調整するために、車体の垂直加速度の低減のために役立つ。

ビークルダイナミクスコントロールシステム１、３、４、６は、例えばヨーレートのコントロールを行うために車輪７に作用している法線力Ｆ_Ｎを決定する。この法線力は、一般に車の横加速度及び前後方向加速度に基づいて評価され、その際には、加速度の値がセンサ類によって読み込まれるか或いは再びそれ自体が一つの評価法によって決定される。法線力調整システム２、５、８の操作による法線力の変化の際には、ビークルダイナミクスコントロールシステム１、３、４、６がしかるべく適合されなければならない。

このためにＥＳＰ制御装置１に、法線力調整システム２、５、８によって準備された法線力の変化ΔＦ_Ｎ，ＸＹ（ＸＹ＝ＶＬ（左前輪）、ＶＲ（右前輪）、ＨＬ（左後輪）、ＨＲ（右後輪））が供給される。

車軸当たり唯一つのアクチュエータ８を有している法線力調整システム２、５、８の場合には、各々の車軸のために、法線力の変化ΔＦ_Ｎ，ＸＹに関する唯一つの信号がＥＰＳ制御装置１に対して伝えられれば十分である。何故なら、左右の法線力の変化ΔＦ_Ｎ，ＸＹは、符号は異なるものの、同じ絶対値を有しているからである。この場合には、次式が成り立つ。

別の手法として、ＥＳＰ制御装置１に対して別の情報を伝達し、その情報から法線力の変化ΔＦ_Ｎ，ＸＹを引き出すこともできる。

伝達された法線力信号ΔＦ_Ｎ，ＸＹは、妥当性に関してチェックされるのが好ましい。これによって、誤った信号或いは誤った伝達の場合に、ビークルダイナミクスコントロールシステム１、３、４、８の誤った適合を回避することができる。

法線力変化の信号は、ΔＦ_Ｎの伝達のために、例えば、許容領域のオーバー或いは最大変化度のオーバーをチェックするタイムアウトチェック（Time-Out-Ueberwachung）の様な、標準的なテストを行うことができる。

追加として、全ての車輪７について法線力の変化の和に基づく長時間チェックが行われることが好ましい。法線力ΔＦ_Ｎ，ＸＹの和は、時間平均すれば車の重力の和に等しいから、時間平均された法線力ΔＦ_Ｎ，ＸＹの和はゼロに等しくならなければならない。かくして次の式が成り立つ：

この和信号ΔＦ_{Ｎ，ＳＵＭ}は、以下のように、低域フィルタ（ＴＰ）で処理されることが好ましい。

フィルタリングされた信号の値が前もって与えられた閾値Ｃ_１をオーバーするや否や、エラーが検知される。そこで、次式が成り立つ。

前車軸と後車軸の上に、二つのアクチュエータのみ有している法線力調整システム２、５、８の場合には、条件がジェネリックに満たされているので、長時間チェックを行うことはできない。法線力調整システム２、５、８によって準備された法線力の変化ΔＦ_Ｎ，ＸＹに関する情報は、ビークルダイナミクスコントロールシステム１、３、４、６によって異なる手法で考慮されることがある。

この情報は、最初にＥＰＳ制御装置１で評価された法線力Ｆ^０ _Ｎ，ＸＹを修正するために用いることができる。

修正された法線力ΔＦ_Ｎ，ＸＹは、特にブレーキスリップコントローラの利用に供される。

法線力調整システム２、５、８によって準備された法線力の変化ΔＦ_Ｎ，ＸＹに関する情報は、第二にヨーレートのコントロールの際に、目標ヨーレートの計算を修正するために用いることができる。

目標ヨーレートは、これまでは、可変値である車両速度ｖと、ホイール実舵角度δ_ｖ、並びに一定の適用パラメータであるホイールベースＬと、セルフステアリングパラメータｖ_ｃｈ（特性速度）から計算されていた。その際には、一般に、次のようないわゆるアッカーマン方程式（この方程式はまた、“単一軌道モデル”とも呼ばれる）が用いられる。

ここで、車の変化されたセルフステアリング特性を考慮するために、法線力の変化ΔＦ_Ｎ，ＸＹと、横方向加速度ａ_ｙとが、目標ヨーレートｄΨ_ｓｏｌｌ／ｄｔの計算に取り入れられるが、その際には、次式が成り立つ。

その際、特性速度ｖ_ｃｈは、次のように、法線力の変化ΔＦ_Ｎ，ＸＹに依存している可変値と見なされる。

セルフステアリング特性は、次のように、前車軸と後車軸との間の法線力変位の差に依存している。

かくして特性速度ｖ_ｃｈについて、次式が成り立つ。

その際、適用パラメータｖ_ｃｈ ^０は定数（法線力介入なし）であり、Ｋは法線力介入の際の影響係数である。

パラメータｖ_ｃｈ ^０及びＫを求めるためには、例えば前もって与えられた条件の下での定常円走行が実施される。その際、法線力調整システム２、５、８は、一連のテストシリーズの中で様々なΔＦ_ｄの値に合わせて調整される。かくして、ホイール実操舵角度δｖ、車両速度ｖ、ヨーレートｄΨ／ｄｔ、及び横方向加速度ａｙの値の測定に基づいて、係数 Ｋ或いは特性曲線γ（方程式（１１）参照）が確定される。

方程式（１０）による一次近似関係の代わりに、特性速度はまた、関数γとしても表すことができ、その支持値は、積ａ_ｙ・ΔＦ_ｄで与えられる。

法線力調整システム２、５、８のしかるべき調整によって、車はオーバーステアに調整可能である。この領域内では、アッカーマン方程式（６）は最早有効性を持たない。何故なら、この方程式はアンダーステアのセルフステアリング特性の時のヨーレートだけを対象としているからである。それでも目標ヨーレートに関する利用可能な値を得るためには、特性速度ｖ_ｃｈのために非常に高い値が選ばれる。これは、ほゞニュートラルなセルフステアリング特性を表している。追加として、ヨーレートコントローラの介入閾値が拡張されること、即ち制御偏差がより大きくなってから始めてコントロールが行われることが望ましい。その際、ヨーレートコントローラの介入閾値は、好ましくは次のように、法線力の変化ΔＦ_Ｎ，ＸＹの関数となる。

この式は、方程式（１１）と同様、次のように特性曲線Ｔの形で表すこともできる。

法線力調整システム２、５、８は更に、法線力配分を望みの手法で調整するために、ビークルダイナミクスコントロールシステム１、３、４、６によって制御可能である。ビークルダイナミクスコントロールシステム１、３、４、６は、法線力調整システム２、５、８に対して適当な信号を用いて、例えばニュートラル位置の調整をするように促すことができる。この目的のために、第一の制御装置１は、第二の制御装置２に対して信号Ｄｅｆを送る。

誤った法線力変化信号ΔＦ_Ｎ，ＸＹが伝達された場合には、読み込まれた法線力変化値ΔＦ_Ｎは、ビークルダイナミクスコントロールによって考慮されないことが望ましい。この場合にコントロールは、例えば前もって与えられた値に基づいて実行される。法線力調整システム２、５、８は更に、パッシブ状態に移ること、即ち法線力の変化をゼロにリセットすることを促される。

図２及び図３は、ビークルダイナミクスコントロールシステムと法線力調整システム２、５、８との調整の際の重要な処理ステップを示すための一連の流れ図を示している。その際、従来技術から知られているプロセスステップは、細い実線のブロックで表され、また新たに加えられたステップは、太い実線のブロックで表されている。

第一のプロセスステップ１０では、先ずセンサ装置３のセンサ信号がＥＳＰ制御装置１によって読み込まれ、次いで、ステップ１１でチェックされ、また条件付けされる。ステップ１２では、法線力Ｆ^０ _Ｎ，ＸＹの法線力評価が行われる。次いでステップ１３では、法線力調整システム２、５、８のＦＤＳ制御装置２によって準備された法線力の変化ΔＦ_Ｎ，ＸＹがＥＳＰ制御装置１に読み込まれ、次いでステップ１４で妥当性についてチェックされる。

ステップ１５では、その法線力の変化が妥当であるか（Ｙ）妥当ではないか（Ｎ）がチェックされる。“Ｙ”の場合には、評価された法線力Ｆ^０ _Ｎ，ＸＹが、法線力の変化ΔＦ_Ｎ，ＸＹ分だけ修正される（ステップ１７）。読み込まれた法線力ΔＦ_Ｎ，ＸＹが妥当ではない（Ｎ）場合には、ＥＳＰ制御装置１は、ＦＤＳ制御装置２に対してパッシベーション（パッシブ化）の要求を出し（ステップ１６）、この要求によって法線力調整システム２、５、８が通常位置へ移行される。

値ΔＦ_Ｎ，ＸＹが妥当である場合には、ステップ１８で更に特性速度ｖ_ｃｈが方程式（１０）又は（１１）に従って修正される。
ステップ１９では、目標ヨーレートｄΨ_ｓｏｌｌ／ｄｔが、方程式（６）に基づいて計算される。更にステップ２０で法線力調整システム２、５、８がオーバーステアに調整されているか否かがチェックされる。その答えが肯定（Ｙ）の場合には、ステップ２１で制御開始閾値が法線力に応じて適合される。否定（Ｎ）の場合には、制御閾値の適合は行われない。

ＥＳＰ制御装置１に含まれているヨーレートコントローラは、ステップ２２でしかるべく実態に合わせて更新される。
ステップ２３では、車の動きがオーバーステアであるか否かがチェックされる。その答えが肯定（Ｙ）である場合には、ステップ２４で法線力調整システム２、５、８のＦＤＳ制御装置２に対してオーバーステア警告が出され、この警告を受けて法線力調整システム２、５、８は、ニュートラル或いはアンダーステアへ向けての調整を行う。

否定（Ｎ）の場合には、オーバーステア警告は出されない。最後にステップ２５で、ブレーキスリップコントローラ及びその他のコントローラがヨーレートコントローラからそれぞれの目標値を受け取る。

図１は、ビークルダイナミクスコントロールシステムと法線力調整システムとからなるコントロールシステムを示す。 図２は、図３の流れ図と共に、ビークルダイナミクスコントロールシステムと法線力調整システムとの調整の際の重要な処理ステップを示すための流れ図を示す。 図３は、図２の流れ図と共に、ビークルダイナミクスコントロールシステムと法線力調整システムとの調整の際の重要な処理ステップを示すための流れ図を示す。

符号の説明

１、３、４、６…ビークルダイナミクスコントロールシステム
２、５、８…法線力調整システム
１…第一の制御装置（ＥＳＰ制御装置）
２…第二の制御装置（ＦＤＳ制御装置）
３…センサ装置
４…制御要素
５…センサ装置
６…ホイールブレーキ
７…車輪
８…アクチュエータ
ΔＦ_Ｎ…法線力の変化

Claims (9)

1. 車輪（7）に作用する法線力（Ｆ_Ｎ）を変化させるためのアクティブ法線力調整システム（２、５、８）を備えた車両のためのビークルダイナミクスコントロールシステムにおいて、
   アクティブ法線力調整システム（２、５、８）が法線力の変化（ΔＦ_Ｎ）に関する情報を準備し、該情報がビークルダイナミクスコントロールシステム（１、３、４、６）に供給され、制御の際に前記情報を考慮すること、
   を特徴とするビークルダイナミクスコントロールシステム。
2. 車輪（7）に作用する法線力（Ｆ_Ｎ）が数学的モデルを用いて評価され、且つ評価された法線力（Ｆ_Ｎ）が、供給された法線力の変化（ΔＦ_Ｎ）に関する情報に基づいて修正されることを特徴とする請求項１に記載のビークルダイナミクスコントロールシステム。
3. 法線力の変化（ΔＦ_Ｎ）に関する情報が、目標値（ｄΨ_ｓｏｌｌ／ｄｔ）の計算の際に考慮されることを特徴とする請求項1または２に記載のビークルダイナミクスコントロールシステム。
4. 特性速度（ｖ_ｃｈ）が、法線力の変化（ΔＦ_Ｎ）に関する情報に依存して求められることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のビークルダイナミクスコントロールシステム。
5. ビークルダイナミクスコントロールの介入閾値が、法線力の変化（ΔＦ_Ｎ）に関する情報に依存して調節されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のビークルダイナミクスコントロールシステム。
6. ビークルダイナミクスコントロールシステム（１、３、４、６）が、法線力の変化（ΔＦ_Ｎ）に関する情報を妥当性に関してチェックすることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のビークルダイナミクスコントロールシステム。
7. ビークルダイナミクスコントロールシステム（１、３、４、６）が、アクティブ法線力調整システム（２、５、８）を制御することができるように装備されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のビークルダイナミクスコントロールシステム。
8. 車輪（7）に作用する法線力（Ｆ_Ｎ）を変化させるアクティブ法線力調整システム（２、５、８）を備えたビークルダイナミクスコントロールシステム（１、３、４、６）の調整方法において、
   法線力の変化に関する情報（ΔＦ_Ｎ）を準備するステップと、
   ビークルダイナミクスコントロールシステム（１、３、４、６）に対して情報（ΔＦ_Ｎ）を伝達するステップと、
   ビークルダイナミクスコントロールの際に、情報（ΔＦ_Ｎ）を考慮するステップと、
   を特徴とするビークルダイナミクスコントロールシステムの調整方法。
9. アクティブ法線力調整システムによって車両がオーバーステアに調節された場合に、ビークルダイナミクスコントロールの介入閾値が引き上げられることを特徴とする請求項８に記載の調整方法。

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