JP2006500272A - 能動的及び／又は制御可能なシャシを調整及び／又は制御するための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、４つの車輪によって支持される車体と、制御装置によって調整され得るプランジャー又は変位要素を有する調整可能なサスペンションシステムとを備える、車両用の能動的及び／又は制御可能なシャシを調整及び／又は制御するための方法に関する。制御装置と関連するセンサシステムが、バネの行程とプランジャーの位置を測定する。制御装置は、第１対角線（圧縮対角線）に沿って互いに向き合って位置する車輪が、他の対角線（リバウンド対角線）に沿った車輪よりも、車体から短い平均距離にあるサスペンションシステムの捩れの状態を測定し、圧縮対角線上のプランジャーを引っ込め、及び／又はリバウンド対角線上のプランジャーを伸ばすことによって、前記捩れの状態を調整する。

Description

本発明は、特許請求項１の前文による、自動車の能動的及び／又は制御可能なシャシを調整及び／又は制御するための方法に関する。

シャシの設計は、乗用車及び／又はトラックにおける走行の快適さを改良するのに、著しく重要である。これは、シャシの構成要素として、高性能サスペンション及び／又は減衰システムを必要とする。原理的に、シャシを設計するとき、受動的シャシと能動的シャシは区別されている。

これまで主に利用されてきた受動的シャシでは、車輪用のサスペンションシステムとして用いられるバネ及び／又は減衰システムは、車両の目的とされる使用に依存して、比較的堅固（スポーティ）であるように、又は比較的柔軟（快適）であるように設定される傾向にあった。これらのシステムの場合、運転時に、シャシの特性、すなわち、バネ及び／又は減衰システムを変えることは、不可能である。

一方、能動的シャシの場合、運転時に、運転状況の関数として、力を車体と車輪との間に加えるのに用いられ得るアクチュエータが、車体と車輪との間に装着される。その結果、シャシ特性、従って、全体としてのシャシの取扱いが、いずれの場合も、現在の操作状態に対して、及び制御又は調整構成の一部として、適切に行えるようにすることが可能である。

特許文献１は、少なくとも１つのアクチュエータが、サスペンションシステムとして、車体と少なくとも１つの車輪との間に装着されるシャシを調整及び／又は制御するためのシステムを開示している。アクチュエータによって、力を車体と車輪との間に加えるために、車両の運転状態を表し、及び／又はその運転状態に影響を与える変数の関数としてアクチュエータに作用する調整及び／又は制御手段がある。この場合、調整及び／又は制御手段は、車両の運転状態に影響を与える車両の種々の特性を制御及び／又は調整するための少なくとも２つの制御及び／又は調整ブロックを備えている。さらに、制御及び／又は調整手段は、スイッチによるオン／オフ操作がなされるようにすることができる。

特許文献２は、４つの車輪によって支持される本体を有し、いずれの場合も、２つの車輪が、対角線上において向き合って配置され、車輪の対角線対を形成する自動車のための応力調整装置を開示している。この種の応力調整装置は、単純な構造を有し、迅速な調整を確実にするように、設計される。この目的のために、各車輪には、その車輪に作用する車輪負荷と相関性のある流体圧が及ぶ圧力室が割り当てられ、各対角線車輪対の関連する圧力室は、いずれの場合も、以下のようにして、弁装置に連結される。すなわち、それらの弁装置が、１つの対角線車輪対の圧力空間における圧力の合計と、他の対角線車輪対の圧力室における圧力の合計との間の圧力差の関数として、作動され、また、高い圧力レベルにある全ての圧力室を低圧容器に接続し、低圧レベルにある全ての圧力室を高圧源に接続するように、圧力室は、弁装置に連結される。車軸の負荷分布が不均一なとき、車両の位置の不明確な変化を防ぐために、逆止弁が用いられる。この補正操作中における弁の最適な制御は、極めて困難である。何故なら、著しく変動する外乱力が、通常、車両に作用するという事実から、圧力室における圧力は、常に著しく変化しているからである。

独国特許出願公開第４３ ０３ １６０ Ａ１号明細書 独国特許発明第１９９ １２ ８９８ Ｃ１号明細書

本発明は、自動車における能動的及び／又は制御可能なシャシを調整及び／又は制御するための改良された方法を提供する課題を扱う。

この課題は、特許独立請求項の主題によって解決される。有利な実施形態は、特許従属請求項の主題を構成する。

本発明は、受動的バネ要素と共に、それらのバネ要素に直列に割り当てられ、制御ユニットによって設定され得るプランジャー／変位要素を有する流体変位要素とを備え、バネの行程とプランジャーの位置を測定するセンサシステムが、制御ユニットに割り当てられる調整可能なサスペンションシステムにおいて、制御ユニットが、サスペンションシステムの捩れの状態を測定する、という一般的概念に基づいている。

対角線上に互いに反対側に配置される車輪が圧縮荷重を受け、他の対角線上車輪よりも、平均して、車体から短い距離にある捩れの状態において、前者の車輪の状況をを圧縮対角線、後者をリバウンド対角線と呼ぶと、制御ユニットは、圧縮対角線上のプランジャーを引っ込め、及び／又はリバウンド対角線上のプランジャーを伸ばすことによって、差を補正する。捩れの状態においてなされるプランジャーの引き上げ変位は、特に、高外力が車両に作用しているときでも、捩れの状態の量に速やかに適合されるようにすることができる。

これによって、従来のサスペンションを有する車両と比較して、重要な利点がもたらされる。従来の車両において、能動的及び／又は制御可能なシャシは、より高い車輪の負荷をもたらす道路における起伏を「平滑」にしようと試みている。それに反して、本発明による解決案は、「オフロード論理」と同様に作用することによって、４つの車輪が位置する点が全て１つの面にない場合に生じる車両負荷の差を最小限にし、それによって、車両の応力を減少させる。

特に、前述の引っ込み及び／又は伸張運動は、動的な車両負荷を低減し、それによって、例えば、車軸要素及び伸縮ホースのような構成要素を保護する。さらに、運転の安全性に加えて、乗り心地も改良される。何故なら、車輪負荷の変化が減少されることによって、不愉快な人体の加速度が不可避的に減少されるからである。

さらに、トラクション・コントロールシステムの作動が、車輪負荷の平均化によって遅れ、車輪は、原理的に起伏のある道路から遅れて離昇し、結果としてそれによって、改良された牽引を達成する。これに関連して、この機能は、車両内にすでに据付けられているセンサシステムによってなされるようにすることができ、その結果、いかなる付加的な製造コストをも生じないので、特に有利である。

通常の作動状態中の前述の利点に加えて、故障状況の場合の車両の扱いを、本発明の解決案によって、改良することも可能である。最新の乗用車において、完全な予備タイヤは、オプションとしてのみであることが多く、その代わりに、より小さい緊急用タイヤのみが設けられている。本発明による解決案は、車輪負荷の差を最小限にするので、緊急用タイヤも適切な車輪負荷を受け、その結果、車両は、より安定して運転される。

原理的に、本発明は、シャシの堅牢性も改良する。例えば、もし従来のシャシにおいて、バネ行程センサにオフセット誤差が生じた場合、この誤差は、（車両負荷の差を最小限にする）本発明の特性がなければ、直進するときでも、不可避的に永久的な車両負荷／バネの行程の差をもたらす。本発明による解決案によれば、バネ行程センサにオフセット誤差が生じた場合、車両負荷の差を最小限にし、すなわち、物理的な意味において、（車両の負荷に関する）正しいバネの行程を設定し、その結果、システムの堅牢性を増大させる。

本発明の特に都合のよい構成は、制御ユニットが、主にリバウンド対角線上のプランジャーを伸ばすことによって、車両において測定された捩れの状態を補正する点に特徴がある。これによって、車両の全体は、より大きい車高を持つことができ、これは、特に起伏のある地形において有利であることがわかっている。同時に、これによって、もしそうでなければ、オフロードを運転する能力を殆ど有しない車両のオフロード能力を増大し、車体の応力を減少することができる。

本発明のさらに他の有利な構成は、制御ユニットが、主に圧縮対角線上のプランジャーを引っ込めることによって、車両において測定された捩れの状態を補正する点に特徴がある。比較的高速における運転の安全性を増大するには、車両の重心が、可能な限り低く配置されると、都合がよい。もし車両の捩れが、主に圧縮対角線上のプランジャーの引っ込みによって、補正されるなら、車体は地面により接近し、その結果、車両の重心は、自動的に下方に移行される。

本発明のさらに他の重要な特徴と利点は、従属請求項、図面、及び図面に基づく図形の関連する説明から、明らかになるであろう。

前述された特徴及び以下に述べられる特徴は、本発明の範囲から逸脱することなく、各場合に与えられる組合せにおけるのみならず、他の組合せ又はそれら自身において、用いられるようにすることが可能である。

本発明の好ましい例示的実施形態が、図面に示され、後に続く実施形態の説明において詳細に述べられる。ここで、同一の参照符号は、同一、類似、又は機能的に等価な構成要素に関する。

図１によれば、本発明による車両１２は、４つの車輪８に支持される車体１を有している。車輪８は、知られている方法で、調整可能なサスペンションシステム３によって、車体１に装着されている。負荷軸１０に沿って（図２を参照）、サスペンションシステム３は、リバウンド方向６に伸ばされ、圧縮方向７に引っ込められるようにすることができる。調整可能なサスペンションシステム３が、リバウンド方向６において移動する場合、車輪８と車体１との間の距離は、増大され、サスペンションシステム３が圧縮方向７に移動する場合、車輪８と車体１との間の距離は、減少される。これに関連して、各車輪８又はサスペンションシステム３に対して、他の車輪８又はサスペンションシステム３の特定の位置とは無関係に、圧縮又はリバウンド運動が可能である。その結果、車輪８と地面との間の接触は、図１に示される起伏のある地形２上においても、確実に均一にされるようにすることができ、それによって、良好なトラクションを得ることができる。

図２に示されるように、調整可能なサスペンションシステム３は、いずれの場合にも、車輪８と車体１との間に装着される受動的バネ要素９と、それらのバネ要素９に直列に割り当てられ、制御ユニット１３によって設定され得るプランジャー／変位要素１１を備える流体変位ユニットとを備えている。制御ユニット１３は、プランジャー１１の位置、従って、サスペンションシステム３の位置に影響を与えることができる。制御ユニット１３は、プランジャー１１を、負荷軸１０に沿って、リバウンド方向６及び圧縮方向７に移動させることができる。

図１によれば、起伏のある地形２は、対角線上においてそれぞれ反対側にある車輪８が、リバウンド方向６又は圧縮方向７のいずれかに移動するような地形である。リバウンド方向６に移動する対角線上において反対側にある一組の車輪８は、リバウンド対角線４によって接続され、圧縮方向７に移動する他の車輪８は、圧縮対角線５によって接続される。

図１による圧縮対角線５に配置された車輪８は、リバウンド対角線４に配置された車輪８よりも、平均して、車体１から短い距離にある。

（図１に示されない）制御ユニット１３は、圧縮対角線５上のプランジャー１１の引っ込み及び／又はリバウンド対角線４上のプランジャー１１の伸張を補正し、その結果、図１において捩れている道路として示されている起伏のある地形２上であっても、トラクションが改善され、車体１への応力が減少される。

原理的に、サスペンションシステム３を制御する３つの実行し得る方法がある。これらの第１の方法では、制御ユニット１３は、主にリバウンド対角線４上において、プランジャー１１をリバウンド方向６に伸ばすことによって、車両１２において測定された捩れの状態を補正する。その結果、車体１の応力は減少され、地面２と車体１との間の距離が増大され、それによって、車両１２のオフロードの可動性を改良する。

第２の変形例において、制御ユニット１３は、主に圧縮対角線５上において、プランジャー１１を圧縮方向７に沿って引っ込めることによって、車両１２において測定された捩れの状態を補正する。その結果、地面２と車体１との間の距離が減少され、従って、車両１２の重心が全体として低下される。これは、わずかな起伏があり、比較的高運転速度の場合に、特に有利である。さらに、これは、車体１の応力も減少させる。

第３の変形例において、制御ユニット１３は、圧縮対角線５上においてプランジャー１１を引っ込め、リバウンド対角線４上においてプランジャー１１を伸ばすことによって、車両１２において測定された捩れの状態を、略均等に、補正する。これによって、前述の利点の組合せが得られる。

地形２の構成に依存して、リバウンド対角線４は、圧縮対角線５になり得るし、その逆もあり得る。

車両１２の（図１に示されない）ニュートラル位置において、車輪８の全ては、車体１から同一の距離にあり、両方の車輪対の対角線４、５は、図１において概略的に示される車体１と平行に延長する。

能動的及び／又は制御可能なシャシを制御及び／又は調整するために、制御ユニット１３は、予め定め得る所望のプランジャー位置又は所望のプランジャー移動／速度を測定し、それらをいずれの場合にも存在する実値と比較することによって、車両１２の水平高さ、縦揺れ運動、及び横揺れ運動を補正する。従って、この方法は、水平高さ／縦揺れ／横揺れの誤差及び道路の「起伏のない−起伏のある」境界条件に基づいて、所望のプランジャー位置／速度を連続的に計算することによって、実現される。

この測定は、車両１２の後車軸１３と前車軸１４における少なくとも略等しい軌道幅を前提とし、符号の取決めは、車輪に基づくプランジャーとバネの行程は、リバウンド方向６の方位において正であるとする。

まず、第１ステップにおいて、所望のバネ行程が、個々の調整要素から計算される。これに関連して、各場合において、所望の水平高さと実際の水平高さとの間の差（ａ）、所望の縦揺れ角と実際の縦揺れ角との差（ｂ）、及び所望の横揺れ角と実際の横揺れ角との間の差（ｃ）に対する関係が、与えられる。

最後の関係（ｄ）は、起伏のある道路２に関する境界条件を表している。所望のプランジャー行程の定義は、以下の関係から決定される。

関係（ｈ）は、この関連において、第１の４つの関係（ａ−ｄ）との関連を生成し、確定される横揺れモーメントの分布を決定する。第１の４つの関係（ａ−ｄ）を第２の４つの関係（ｅ−ｈ）に導入し、所望のバネ行程（ＦＳ）を消去することによって、所望のプランジャー位置（ＰＳ）を得ることができる。これに代えて、プランジャー位置（ＰＳ−Ｐ）は、制御偏差、バネ行程（Ｆ）、及び前車軸１４の車輪に基づくバネの剛性（Ｋ１）と後車輪１３の車輪に基づくバネ剛性（Ｋ２）の関数としての所望のプランジャー位置の変化によって、決定される。

図示された解決案の利点は、調整要素の全てが、所望の値を直接的にもたらす点にある。重畳によることはない。個々の調整要素の動的な影響、例えば、水平高さ／縦揺れ角度の緩慢な補正や横揺れ角／起伏の急速な補正も、これまで通りに可能であり、調整差を個別にフィルター処理することによって、達成されるようにすることができる。

前述の方法によって、既知の実際のバネ行程及び実際のプランジャー位置から所望のプランジャー位置を決定し、それによって、能動的及び／又は制御可能なシャシを調整することができる。もし４つの車輪の位置する点が、全て１つの面にない場合、生じる車輪負荷の差は最小化され、それによって、車両の応力を減少する。定常的、かつ動的な車輪負荷が減少されることに加えて、車輪負荷が平均化されることによって、トラクション・コントロールの作動が遅れ、起伏のある道路を走行するとき、車輪は、原理的に遅れて離昇し、その結果それによって、改良された牽引を達成する。これは、この機能が車両にすでに存在するセンサシステムを用いて実行され得るので、特に有利である。また、減少された車輪負荷の差は、故障状況の場合に、緊急用タイヤに適切な車輪負荷を割り当て、それによって、取扱いをさらに安定にする。

捩れ面上における本発明によるシャシの概略図。 サスペンションシステムの詳細を示す概略図。

符号の説明

１ 車体
２ 地形
３ サスペンションシステム
４ リバウンド対角線
５ 圧縮対角線
６ リバウンド方向
７ 圧縮方向
８ 車輪
９ バネ
１０ 負荷方向
１１ プランジャー
１２ 車両
１３ 後車軸
１４ 前車軸
ＶＬ 前左
ＶＲ 前右
ＨＬ 後左
ＨＲ 後右
ＷＡＶＡ 前車軸の所望の横揺れモーメント要素
Ｆ 車輪に基づく実際のバネ行程
ＦＳ 車輪に基づく所望のバネ行程
Ｐ 車輪に基づく実際のプランジャー行程
ＰＳ 車輪に基づく所望のプランジャー行程
Ｋ１ （１−ＷＡＶＡ）＊車輪に基づくバネ剛性−前車軸
Ｋ２ （０＋ＷＡＶＡ）＊車輪に基づくバネ剛性−後車軸

Claims (7)

1. 車両（１２）用の能動的及び／又は制御可能なシャシを調整及び／又は制御するための方法であって、前記シャシが、
   ４つの車輪（８）によって支持される車体（１）を有し、
   前記車両（１２）の各場合における車輪（８）と前記車体（１）との間の受動的バネ要素（９）と、前記バネ要素（９）に直列に割り当てられ、制御ユニット（１３）によって設定され得るプランジャー／変位要素（１１）を有する流体変位ユニットとを備える調整可能なサスペンションシステム（３）を有し、
   バネの行程とプランジャーの位置を測定するセンサシステムが前記制御ユニット（１３）に割り当てられる方法において、
   前記制御ユニット（１３）は、圧縮対角線（５）である第１対角線上において互いに向き合って位置する前記車輪（８）が、リバウンド対角線（４）である他の対角線上における前記車輪（８）よりも、平均して、前記車体（１）から短い距離にある前記サスペンションシステム（３）の捩れの状態を測定し、これらの捩れの状態を、前記圧縮対角線（５）上の前記プランジャー（１１）を引っ込め、及び／又は前記リバウンド対角線（４）上の前記プランジャーを伸ばすことによって、補正することを特徴とする方法。
2. 前記制御ユニット（１３）は、主に前記リバウンド対角線（４）上の前記プランジャー（１１）を伸ばすことによって、前記車両（１２）において測定された捩れの状態を補正することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記制御ユニット（１３）は、主に前記圧縮対角線（５）上の前記プランジャー（１１）を引っ込めることによって、前記車両（１２）において測定された捩れの状態を補正することを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記制御ユニット（１３）は、前記圧縮対角線（５）上の前記プランジャー（１１）を引っ込め、前記リバウンド対角線（４）上の前記プランジャー（１１）を伸ばすことによって、前記車両（１２）において測定された捩れの状態を、略均一な量に、補正することを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記車輪（８）の全てが前記車体（１）から同一距離にある前記車両（１２）のニュートラル位置が、離昇、縦揺れ、及び横揺れの状態を補正するとき、所望の位置として用いられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 実際の位置に対して前記ニュートラル位置から逸脱している位置が、捩れの状態を補正するときに、所望の位置として用いられることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記ニュートラル位置からの逸脱している位置のずれは、ニュートラル位置と実際の位置との間の差が増すにつれて、大きくなることを特徴とする請求項６に記載の方法。
   

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