JP2005200014A - 経時的に代表的なパラメータの変動を分析するアルゴリズムを用いて車両の安定性を制御するシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 経時的に代表的なパラメータの変動を分析するアルゴリズムを用いて車両の安定性を制御するシステムを提供する。
【解決手段】 車両安定性制御システムは、タイヤに長手方向力を与える手段と、この手段の作動の度に次のようにして、即ち、Ｇ_iの値を得ると、Ｇの変動を時間に関して計算し、前記変動が低閾値を超える限り、直接的な計算又は適当な回帰により係数Ａ_[wet/p]を計算し、（Ｇ_i，Ａ_[wet/p]）の関数である変動曲線によってＰの変動を時間に関してモデル化し、前記変動が高閾値を超えるとすぐに、Ａ_[wet/p]の少なくとも最後の値を用いて標的スリップＧ^Cwetを決定するよう計算する手段とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両安定性制御システムに関する。特定の用途において、本発明は、急ブレーキを掛けた際に車輪のロックを防止することを目的とする“ＡＢＳ”という用語で普及しているシステムに関する。より一般的に、本発明は、アクチュエータに自動的に作用することにより車両を安定した経路上に維持することを目的とする全てのシステム、例えば、車輪駆動又は制動トルクを求めるシステム、又は１以上の車輪の操舵を決定するシステム、或いはこれ又経路の制御に影響を持つことが知られているサスペンションに関するシステム（例えば、アクティブアンチロール）に関する。上述の特定の用途では、アクチュエータは、車輪に働くブレーキ又は駆動トルクを車輪に及ぼす装置である。

参考までに、タイヤの長手方向摩擦係数μは、長手方向力を加えられた垂直の力即ちタイヤに加えられた荷重で割り算した商であり（純粋な制動力の単純化された場合、当業者であれば、これをより一般適用する仕方を容易に分かろう）、タイヤに生じるスリップＧは、タイヤの速度と車両の速度の間にスリップが無い場合、即ち、タイヤが自由に転動している場合、Ｇ＝０％であり、タイヤの回転がロックしている場合、Ｇ＝１００％である。典型的には、環境（地面の性状（アスファルト、コンクリート）、乾いているか又は濡れているか（水の高さ）、温度及びタイヤの摩耗のレベル）に応じて、スリップＧ及び地面の性状の関数としてのμの値は、ばらつきが非常に大きい場合がある（μ_maxは、氷の上では約０．１５に等しく、乾いた地面の上では約１．２に等しい）。

車両の制動は、トレッドが摩擦係数（これは又、密着係数と呼ばれる場合がある）の最大値に一致するスリップＧで機能するようにされた場合に一層有効であることが知られている。摩擦係数の最大値をμ_maxと称する。しかしながら、平均的な運転手では、この条件を満足するよう制動を気にしないようにするということはできない。
このことが、摩擦係数の最大値に対応すると考えられる所定のスリップ標的を目的とするよう制動力を自動的に調節する車両安定性制御システムを開発した理由である。

特に、２００３年１２月１７日に公開された特許文献１は、本発明者の研究により発見が可能となった“Invariant ”（不変量）と呼ばれる量を用いてスリップを調整する方法を提案しており、この量がこのように呼ばれる理由は、問題のタイヤが何であれ、又タイヤが転動している地面の密着性がどうであれ、実質的に一定だからである。

欧州特許出願公開第１３７１５３４号明細書

この方法により、実際の転動条件下において、タイヤの真の最大摩擦係数に実際に非常に近いスリップ標的を求めることが可能であるが、しかしながら、制動（又は、加速）の有効性を向上させる一層良好な標的を決定することが可能な場合が存在する。
本発明は、車両安定性制御システムにおいて制御が行われるパラメータについて理想的な標的を予測する“Wet ”アルゴリズムと呼ばれるアルゴリズムを提案する。

したがって、本発明は、一般的な形態において、路上を走行するようになった車両のタイヤの機能の特性パラメータＱが或る法則に従ってパラメータＰの関数として変化するようになった車両安定性制御システムであって、前記パラメータＰの最適値は、タイヤに加わる回転トルク、タイヤの操舵角、キャンバ角及びタイヤに加わる垂直力から成る群から選択された要素のうちの少なくとも１つに作用するようコントローラによって直接的又は間接的に課せられ、コントローラは、
・Ｐ_iの値を得ると、Ｐの変動を時間に関して計算し、
・前記変動が低閾値を超える限り、直接的な計算又は適当な回帰により係数Ａ_[wet/p]を計算し、（Ｐ_i，Ａ_[wet/p]）の関数である変動曲線によってＰの変動を時間に関してモデル化し、
・前記変動が高閾値を超えるとすぐに、Ａ_[wet/p]の少なくとも最後の値を用いて標的スリップＰ^Cwetを決定する手段を有していることを特徴とする車両安定性制御システムを提案する。

求められる結果は、パラメータＱの値をその時点における車両の状況において理想的であると選択された値に維持することにある。本明細書では、代表的には制動操作中又は車両のヨーイングに作用する操縦中、タイヤのスリップの制御への応用（第１の場合においてはＡＢＳと呼ばれている機能又は第２の場合ではＥＳＰという名称で知られている機能）についての詳細な説明が与えられる。最後に、車輪のところのトルクに作用するアクチュエータ以外のアクチュエータを用いて経路を制御することを目的とする用途について言及する。

したがって、本発明は第１の応用例では、パラメータＰは、タイヤに生じるスリップＧであり、特性パラメータＱは、タイヤの摩擦係数μであり、システムは、長手方向力をタイヤに加える手段と、長手方向力を調節する手段と、長手方向力をタイヤに加える手段の各作動時に次のようなやり方で、即ち、
・Ｇ_iの値を得ると、Ｇの変動を時間に関して計算し、
・前記変動が低閾値を超える限り、直接的な計算又は適当な回帰により係数Ａ_[wet/p]を計算し、（Ｇ_i，Ａ_[wet/p]）の関数である変動曲線によってＰの変動を時間に関してモデル化し、
・前記変動が高閾値を超えるとすぐに、Ａ_[wet/p]の少なくとも最後の値を用いて標的スリップＧ^Cwetを決定するようスリップパラメータＧ^Optを計算する手段とを有していることを特徴とする車両安定性制御システムを提案する。

本発明の選択の応用は、タイヤを摩擦係数が最大のレベルで機能させる目的で制動時における車輪のスリップを制御することにある。この場合における以下の説明全体は、制動制御装置に作用する長手方向の力を調節する装置に関する。この場合、それにもかかわらずもう一度指示されるべきこととして、上述の操作は、以下に詳細に説明するように、制動操作の開始のその度ごとに初期化される（ｉ＝０）。しかしながら、本発明を加速時における車輪のスリップの制御に応用することが決定された場合、長手方向力を調節する装置は、車輪のところの駆動トルクに作用し、所定のトルク閾値よりも大きな駆動トルクの変動があるかどうかについての問合せの度に指示される操作は、初期化される（ｉ＝０）。

また、本発明の説明において、密着特性の処理が行われるトレッドが空気圧タイヤ又は非空気圧弾性ソリッドタイヤ、或いはトラックのものであるかどうかはそれほど重要ではないということは注目されるべきである。「トレッド」、「タイヤ」又は「空気圧タイヤ」、「ソリッドタイヤ」、「弾性タイヤ」、「トラック」又は「車輪」は、均等なものとして解釈されなければならない。また、各スリップＧ_iについての摩擦係数の値μ_iの決定は、直接測定により又は他の測定値又は他の量、例えば地面の平面における力及び垂直加重の推定値からの推定によって行うことができるということは注目されるべきである。

このアルゴリズムは、その名称が示すように、濡れた地面（事実上、密着性の低い全ての地面）上の標的を計算するよう特に設計されている。これは、この種の地面では、車輪が非常に迅速にロックし、曲線μ（Ｇ）の最大値を超えたことを知覚するのが遅すぎる危険があるからである。
このアルゴリズムの原理は、スリップの導関数の変化を時間の関数として検討することから成っている。過度に迅速な変化、即ち、事実上スリップの過度に急な変化が認められると、システムはもはや安定ではないと推定できる。というのは、最大密着性に対応したスリップを超え又はまさに超えようとしているからである。

上記アルゴリズムは好ましくは、スリップ値が４％を超えた状態でのみ用いられる。有利には、上記低閾値は、毎秒約１００％であり、第２の高い閾値は、毎秒約３００％である。
このアルゴリズムの単純な用途は、直線回帰式を用い、これは、係数Ａ_wet及びＢ_wetを次のようにして計算することを意味している。

したがって、第３の標的スリップＧ^Cwetは次のようにして定められる。

パラメータ“dG＿tgt”について毎秒２００％の実験値が図１に示すように良好な結果を与えたが、実際には、このパラメータをβ及びInvariantパラメータに関してちょうど述べたように、車両安定性制御システムの実際の機能について微調整ボタンとして恣意的に用いることが可能である。

制動操作のまさに開始時に得られる低スリップ及び摩擦係数の値に対する幾つかの補正が提案される。制動の開始時、曲線μ（Ｇ）は奇妙な挙動を示す場合のあることが判明した。アルゴリズムのこの第１の部分の目的は、この挙動を補正することにある。図２及び図３において、濡れた地面上では、曲線μ（Ｇ）の最下部は直線には見えず、ゼロμの場合、スリップが存在しないことが分かる。これは恐らくは、測定したスリップの値の誤差によるものである。これは、地面上のトレッドの接触における物理的現象を表わしていないことは明らかである。これは、標的スリップ計算アルゴリズムにとって厄介な問題であり、かかるアルゴリズムは、曲線μ（Ｇ）の勾配の検討に基づいている。当然のことながら、これは、自動車に搭載して用いられ、この情報を入手する完全な技術的手段に対する依存性が非常に高い。その結果、これに関連して分かることは、この問題を取り扱う場合に適応するのが有用であるが、本発明を限定するものではない簡単な示唆である。より一般的に、摩擦係数の変動曲線の最下部の形状をこれが非常に信用し難い傾向を持つ場合スリップの関数として厳然と補正することが有用である。

したがって、データの処理の第１の部分は、スリップの値を計算することから成り、この値に基づいて、標的スリップ又は最適スリップを高信頼度で計算するためのデータを用いることが可能になる。このスリップをＧ₀と呼ぶことにする。図２は、このスリップＧ₀が、約３％に等しいことを示している。曲線μ（Ｇ）のより信用性の高い傾向は、Ｇ₀を曲線の漸増部分の実質的に直線部分にリンクさせることにより得られる。

その結果、車両安定性制御システムは好ましくは、μ_iの変動曲線をＧ_iの関数として用いる全ての操作前に、Ｇ_iの関数としてのμ_iの変動が実質的に一定ではない限り第１の実際の対（μ_i，Ｇ_i）を消去し、ゼロの摩擦係数と関連したスリップＧ₀を求めて（これは、当然のことながら本発明を限定するものではない）対（０，Ｇ₀）と消去されなかった対（μ_i，Ｇ_i）が実質的に一線をなすようにし、（０，Ｇ₀）から開始する曲線を用い、消去されなかった対（μ_i，Ｇ_i）を結合してＧ₀よりも大きなＧ_iの任意の値に関しＧ_iをＧ_i−Ｇ₀で置き換えるようにすることにより上記曲線の開始の補正を行う。

このため、例えば、以下のステップを有するアルゴリズムを用いる。
・０．０１未満の摩擦係数と関連したスリップの値全てを系統的に消去し、
・μ及びＧの回帰、好ましくは図２又は図３により例示された曲線の最下部の傾向と関連のある指数関数的回帰を時間の関数として連続的に計算する。

求めた値は、推定又は測定摩擦係数が０．１よりも大きい場合又はスリップが４％を超える場合、実際のことを表わしていると考えることができる。

図３は、時間の関数として摩擦係数、時間の関数としてスリップについてそれぞれ求めた値を与える曲線からＧ₀を決定する方法を示している。μの曲線上の回帰が或る特定の値、例えば０．０５に等しい（ゼロのＸ軸の値と０．０５に等しいＹ軸の値との間の水平線分及び点線による曲線を参照されたい）時間の値を求める。Ｇ₀の値は、この時点におけるスリップの曲線上の回帰の値であろう（先に得た点とスリップＧ₀の値を与える連続線中の曲線上の１点との間の垂直線分を参照されたい）。

したがって、μ_iの変動曲線をＧ_iの関数として用いる全ての操作前に、Ｇ_iの関数としてのμ_iの変動が実質的に一定ではない限り第１の実際の対（μ_i，Ｇ_i）を消去し、ゼロの摩擦係数と関連したスリップＧ₀を求めて対（０，Ｇ₀）と消去されなかった対（μ_i，Ｇ_i）が実質的に一線をなすようにし、（０，Ｇ₀）から開始する曲線を用い、消去されなかった対（μ_i，Ｇ_i）を結合することにより上記曲線の開始の補正を行う。次に、用いる全てのアルゴリズムおいて、Ｇ₀よりも大きなＧ_iの任意の値に関し、Ｇ_iをＧ_i−Ｇ₀で置き換える。

今に至るまで、μの値を計算し又は推定したと仮定されていた。しかしながら、或る特定の場合、摩擦係数を得る（各車両の特定の特性に関係のある制動圧力に基づいて推定されるそれ自体の制動力及び車輪の速度から）方法は、満足のいく結果を与えない（計算された曲線μ（Ｇ）は、余りに平坦すぎ又は連続的に上昇する）。これは現実的ではないということが知られている。この問題を解決するため、計算したμの数値補正を導入するのがよい。この補正は、時間の関数としてスリップの変化率に基づいている。これは、もし車輪の速度（及びかくしてスリップ）が迅速に増速した場合、曲線μ（Ｇ）の非安定性ゾーンを含むからである。したがって、曲線μ（Ｇ）が減少する必要があり、これは、以下のように利用される。

上式において、“Acorr”は、微調整係数であり、各アルゴリズムに特有な場合がある。例えば、良好な実際の値は、“Average”アルゴリズムについて０．２であることが判明した。図４は、この補正を示している。この補正により、曲線μ（Ｇ）は、物理的現実性に従って一層確実に形を再び取り、それによりアルゴリズムが信頼性の高い標的を生じさせることができる。

もしμ_maxの値がそれ自体この補正により修正されていれば、用いられる全てのアルゴリズムは、その値ではなく曲線の形状に基づくことは注目されるべきである。読者は、“Invariant ”アルゴリズムにより関連の摩擦係数の正確な値を計算しないでスリップ標的を計算することができるという事実がもたらされる上述の特許出願公開明細書も又参照されたく、後者は、車両の車輪のスリップ制御の正確な機能にとって不必要である。

上述の特許出願公開明細書において、例えばドリフトスラストの飽和に近い動作領域中での空気圧タイヤ又は弾性ソリッドタイヤにより生じたドリフトスラストの分析への“Invariant ”アルゴリズムの他の応用の可能性が示された。これは、これら物理的現象の変動法則における類似性のためである。同様に、本発明は、車両安定性制御システムにおけるスリップの制御より広い用途を有する。この主題を落着させるため、本発明は横方向力（これは、「ドリフトスラスト」とも呼ばれる）が最大の空気圧タイヤのドリフトアングルδの値を予測することを目的とする車両安定性制御システムにも適用されるということを単に引用する（理解されるように、この補足事項は限定的ではない）。

この場合、パラメータＰは、タイヤのドリフトアングルδであり、特性パラメータＱは、タイヤのドリフトスラストＦ^detである。これは、ドリフトスラストＦ^detの所定の値でタイヤの機能を維持することができるようにするため又は運転手に警告することができるようにするため、タイヤがその最大値に達し、従って車両が方向転換できるようにするその主要な機能にもはや満足しない時点を予測する場合である。所定の標的値でのタイヤの機能を維持するため、車両の速度を減少させる予防的介入を実施し、場合によっては自動的に実施することが可能である。その目的は、危険な運転状況を回避することにある（もし車両が運転手の望み通りに走行していなければ、その結果事故が起こる場合がある）。したがって、これらの行為を故意に実施するため、種々のアルゴリズムによって与えられる幾つかの標的値相互間の選択を行うことも又有用である。

この場合、本発明は、車両の運転手によりその運転手の制御手段で入力される指令及び経路コントローラにより送られる指令に従ってパラメータ“ξ”を制御する手段と、パラメータ“ξ”を調節する手段と、パラメータ“ξ”を入力する手段を作動させたときはいつでも、次のようにして、即ち、
・δ_iの値を得ると、δの変動を時間に関して計算し、
・前記変動が低閾値を超える限り、直接的な計算又は適当な回帰により係数Ａ_[wet/p]を計算し、（δ_i，Ａ_[wet/p]）の関数である変動曲線によってＰの変動を時間に関してモデル化し、
・前記変動が高閾値を超えるとすぐに、Ａ_[wet/p]の少なくとも最後の値を用いて標的スリップδ^Cwetを決定するようドリフトアングルパラメータδ^Optを計算する手段とを有するシステムに関する。

“Wet”アルゴリズムを示す図である。 測定値又は推定値の最初の取得の特定の処理を示す図である。 上記特定の処理を詳細に示す図である。 測定値又は推定値の取得の別の特定の処理を示す図。

Claims (11)

1. 路上を走行するようになった車両のタイヤの機能の特性パラメータＱが或る法則に従ってパラメータＰの関数として変化するようになった車両安定性制御システムであって、前記パラメータＰの最適値は、タイヤに加わる回転トルク、タイヤの操舵角、キャンバ角及びタイヤに加わる垂直力から成る群から選択された要素のうちの少なくとも１つに作用するようコントローラによって直接的又は間接的に課せられ、コントローラは、
   ・Ｐ_iの値を得ると、Ｐの変動を時間に関して計算し、
   ・前記変動が低閾値を超える限り、直接的な計算又は適当な回帰により係数Ａ_[wet/p]を計算し、（Ｐ_i，Ａ_[wet/p]）の関数である変動曲線によってＰの変動を時間に関してモデル化し、
   ・前記変動が高閾値を超えるとすぐに、Ａ_[wet/p]の少なくとも最後の値を用いて標的スリップＰ^Cwetを決定する手段を有していることを特徴とする車両安定性制御システム。
2. パラメータＰは、タイヤに生じるスリップＧであり、特性パラメータＱは、タイヤの摩擦係数μであり、システムは、長手方向力をタイヤに加える手段と、長手方向力を調節する手段と、長手方向力をタイヤに加える手段の各作動時に次のようなやり方で、即ち、
   ・Ｇ_iの値を得ると、Ｇの変動を時間に関して計算し、
   ・前記変動が低閾値を超える限り、直接的な計算又は適当な回帰により係数Ａ_[wet/p]を計算し、（Ｇ_i，Ａ_[wet/p]）の関数である変動曲線によってＰの変動を時間に関してモデル化し、
   ・前記変動が高閾値を超えるとすぐに、Ａ_[wet/p]の少なくとも最後の値を用いて標的スリップＧ^Cwetを決定するようスリップパラメータＧ^Optを計算する手段とを有していることを特徴とする請求項１記載の車両安定性制御システム。
3. 直線回帰を用い、係数Ａ_wet及びＢ_wetを次のようにして、即ち、
   

   

   により計算し、従って、第３の標的スリップＧ^Cwetを次のようにして、即ち、
   

   

   により決定することを特徴とする請求項２記載の車両安定性制御システム。
4. “dG＿tgt”を微調整パラメータとして用いることを特徴とする請求項２記載の車両安定性制御システム。
5. 長手方向力を調節する手段は、制動制御に作用し、制動操作の開始時にその度ごとに指示される操作は、初期化される（ｉ＝０）ことを特徴とする請求項２〜４のうちいずれか一に記載の車両安定性制御システム。
6. 長手方向力を調節する手段は、車輪のところの駆動トルクに作用し、指示される操作は、所定のトルク閾値を超える駆動トルクに変動があるかどうかについての問合せの際にその度ごとに初期化される（ｉ＝０）ことを特徴とする請求項２〜４のうちいずれか一に記載の車両安定性制御システム。
7. μ_iの変動曲線をＧ_iの関数として用いる全ての操作前に、Ｇ_iの関数としてのμ_iの変動が実質的に一定ではない限り第１の実際の対（μ_i，Ｇ_i）を消去し、ゼロの摩擦係数と関連したスリップＧ₀を求めて対（０，Ｇ₀）と消去されなかった対（μ_i，Ｇ_i）が実質的に一線をなすようにし、（０，Ｇ₀）から開始する曲線を用い、消去されなかった対（μ_i，Ｇ_i）を結合してＧ₀よりも大きなＧ_iの任意の値に関しＧ_iをＧ_i−Ｇ₀で置き換えるようにすることにより前記曲線の開始の補正を行うことを特徴とする請求項２〜６のうちいずれか一に記載の車両安定性制御システム。
8. 時間に関するスリップの変動が所定の変動閾値よりも大きくなると、μ_iの変動曲線をＧ_iの関数として用いる全ての操作の実施前に、時間に関するスリップの変動を前記所定の変動閾値を超えるようにするスリップに対応したμ_iの値を以下のような補正値、即ち、
   

   

   で置き換えることにより前記曲線の端の補正を実施し、上式において“Acorr”は、あらかじめ設定されたパラメータであることを特徴とする請求項２〜６のうちいずれか一に記載の車両安定性制御システム。
9. “Acorr”は、約０．２に等しいことを特徴とする請求項８記載の車両安定性制御システム。
10. “Acorr”は、微調整パラメータとして用いられることを特徴とする請求項８記載の車両安定性制御システム。
11. パラメータＰは、タイヤのドリフトアングルδであり、特性パラメータＱは、タイヤのドリフトスラストＦ_yであり、前記システムは、車両の運転手によりその運転手の制御手段で入力される指令及び経路コントローラにより送られる指令に従ってパラメータ“ξ”を制御する手段と、パラメータ“ξ”を調節する手段と、ドリフトアングルパラメータ“ξ”を入力する手段の作動の度ごとに、次のようにして、即ち、
    ・δ_iの値を得ると、δの変動を時間に関して計算し、
    ・前記変動が低閾値を超える限り、直接的な計算又は適当な回帰により係数Ａ_[wet/p]を計算し、（δ_i，Ａ_[wet/p]）の関数である変動曲線によってＰの変動を時間に関してモデル化し、
    ・前記変動が高閾値を超えるとすぐに、Ａ_[wet/p]の少なくとも最後の値を用いて標的スリップδ^Cwetを決定するようドリフトアングルパラメータδ^Optを計算する手段とを有していることを特徴とする請求項１記載の車両安定性制御システム。

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