JP2007514600A - 操舵可能な後輪の操舵角度の制御方法及びシステム並びに対応する車両 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも３つの操舵可能な車輪を有する車両（１）のための、操舵可能な後輪（５）の操舵角度の制御方法およびシステム（１０）並びにこのようなシステムが搭載された車両に関する。本発明の操舵可能な後輪（５）の操舵角度の制御方法およびシステム（１０）においては、前輪（３）の操舵角度と、車両（１）の移動データと、後輪（５）の操舵角度の前の設定点との関数として、後輪（５）の操舵角度の現在の設定点が設定される。

Description

本発明は、陸上車両、特に車輪付き自動車の制御システムの分野に属する。

従来から、自動車には、シャーシと、キャビンと、車輪が設けられている。車輪はサスペンション機構を介してシャーシに連結され、操舵可能な前輪は、車両のキャビンの中の運転者が望むように、ステアリングホイールによって操作される。

文献ＦＲ−Ａ−２ ６８１ ３０３には、４輪操舵の自動車のための後輪操舵制御装置が記載されている。この後輪操舵制御装置は、カムを形成するプレートと、後輪の旋回を制御する、後の操舵ロッドの縦方向の軸を含む同一の垂直中心面に配置された２つの滑車からなる。

またこの文献には、車両の可能な最良の路上運動を得るためには、操舵角度の値が閾値を越えたときの前輪と反対の向きにおける所定の閾値よりも小さい、操舵角度の値に、後輪を前輪と同じ向きに操舵する必要があることが記載されている。このようにして、例えば車両を車庫または駐車場に駐車するときのように、操舵角度が比較的大きいときには、車両の望ましい「オーバーステア」効果が得られ、同様に、車両が比較的高速で走行中のときのように、操舵角度が比較的小さいときには、望ましい「アンダーステア」効果が得られる。
ＦＲ−Ａ−２ ６８１ ３０３

しかしながら、比較的未成熟なこのような装置は、車両の運動についての精密な操作を可能にしない。

本発明はこれらの問題を解消して、車両の運動、従って運転者の安全性と運転の快適性を改良することを可能にする、操舵可能な後輪の操舵角度の制御方法及びシステムを提供することを目的とする。

本発明の１局面による操舵可能な後輪の操舵角度の制御方法は、少なくとも３つの操舵可能な車輪を有する車両のためのものである。上記後輪の操舵角度の現在の設定点を、前輪の操舵角度と、上記車両の移動データと、上記後輪の操舵角度の前の設定点の関数として設定する。

ステアリングホイールの急操作に対する車両の過渡応答および静的応答を調整するために、オープンループの制御則を使用することができる。このような方法は、後輪制御装置と、車両の縦方向の速度を推定することを可能にする少なくとも１つのセンサと、少なくとも１つの電子計算手段と、ステアリングホイールの角度センサによって実行することができる。

本発明の１実施の形態においては、上記車両の上記移動データは、上記後輪の操舵角度の上記現在の設定点が、上記車両の速度の関数として設定されるように、上記車両の速度である。

本発明の１実施の形態においては、上記後輪の操舵角度の上記現在の設定点は、１に等しいときに上記車両の運動に関して中立である調整パラメータによって設定される。

上記車両の上記移動データが、上記車両のヨーレートと、上記車両の重心におけるドリフト角との少なくとも一方を含むと有利である。

本発明の１実施の形態においては、上記車両の状態データは、入力データを基礎として推定される。推定された上記状態データは、ヨーレートと、ドリフト角と、上記後輪の操舵角度を含む。推定された上記状態データは、さらに推定擾乱を含む。

本発明の１実施の形態においては、上記後輪の上記操舵角度の現在の設定点は、動的設定点と静的設定点との間の差に等しい。上記動的設定点は、推定状態データに適用されるコレクターを基礎として設定される。上記静的設定点は、推定状態データに適用されるコレクターと、調整パラメータを基礎として設定される。上記コレクターは、速度に応じて補間される。

また本発明は、少なくとも３つの操舵可能な車輪を有する車両のための、操舵可能な後輪の操舵角度の制御プログラムにおいて、前輪の操舵角度と、上記車両の移動データと、上記後輪の操舵角度の前の設定点の関数として、上記後輪の操舵角度の現在の設定点を設定することを特徴とする、操舵可能な後輪の操舵角度の制御プログラムも提供する。

また本発明は、少なくとも３つの操舵可能な車輪を有する車両のための、操舵可能な後輪の操舵角度の制御システムにおいて、前輪の操舵角度と、上記車両の移動データと、上記後輪の操舵角度の前の設定点の関数として、上記後輪の操舵角度の現在の設定点を設定する手段を含むことを特徴とする、操舵可能な後輪の操舵角度の制御システムも提供する。上記制御システムは、入力データを基礎として上記車両の状態データを推定するためのモジュールと、動的設定点を設定するためのモジュールと、静的設定点を設定するためのモジュールと、上記動的設定点と上記静的設定点を結合させるためのモジュールとを含むことができる。上記動的設定点と上記静的設定点を結合させるための上記モジュールは、減算器であることができる。

また本発明は、シャーシと、上記シャーシに弾性的に連結された少なくとも３つの操舵可能な車輪を有する車両において、前輪の操舵角度と、上記車両の移動データと、上記後輪の操舵角度の前の設定点の関数として、上記後輪の操舵角度の現在の設定点を設定するための手段を含む、操舵可能な後輪の操舵角度の制御システムを有する車両も提供する。

本発明は、運転者の衝動的な操作または車道の状態に関係なく、車両が可能な最も安定した運動をとることを可能にする。このように、車両の制御の喪失をもたらす可能性がある幾つかの状況、例えば一または二重の障害物の回避を考慮に入れることが可能である。

本発明は、このような場合における、敏捷過ぎるか、充分に減衰されないか、あるいは予見困難であるための、車両の不適当な応答に起因する可能性がある、制御の喪失のリスクを減少させることを可能にする。

さらに、本発明は、運転の安全性と、快適性と、楽しみの感覚を増強することを可能にする。

本発明は、２つの前輪と２つの後輪の４車輪を有する車両、３車輪を有する車両、さらに、少なくとも４車輪が操舵可能な６または６以上の車輪を有する車両に適用される。

４つの操舵可能な車輪を有する車両における操舵可能な後輪の制御システムは、車両の速度を考慮に入れることによって、運転者によるステアリングホイールの急操作に対する車両の横方向の応答を最小化することを可能にする。最適化は、運転の安全性、快適性及び魅力の評価基準に従って達成される。

本発明は、非限定的な例としてとられ、添付図面によって例示された実施の形態の詳細な説明を検討することによってよりよく理解されるであろう。添付図面において：
−図１は、本発明の１実施の形態による制御システムが装備された車両の略図であり；
−図２は、制御システムの論理図である。

図１に示すように、車両１は、シャーシ２と、２つの操舵可能な前輪３、４と、２つの操舵可能な後輪５、６を有する。これらの車輪は、図示しないサスペンション機構によってシャーシ２に連結されている。

車両１には、さらに、前輪３、４の間に配置されたラック８とラックアクチュエータ９を含むステアリング装置７が設けられている。ラックアクチュエータ９は、運転者の操作に従ってステアリングホイール（図示しない）から発せられた指令を、機械的または電気的に受信し、受信した指令に応じて、ラック８を介して前輪３、４の向きを変えることができる。

操舵を支援する制御システム１０は、制御装置１１と、例えばラックアクチュエータ９上に配置された前輪３、４の操舵位置のセンサ１２と、車両の速度Ｖを決めることを可能にする前輪の回転速度のセンサ１３と、車両のヨーレート

すなわち、重心を通る垂直軸の周りの車両の回転速度のセンサ１４と、車輪の重心における横方向の加速度のセンサ１５を有する。

さらに、制御システム１０は、後輪５、６の操舵位置のセンサ１７、１８と、後輪５、６の向きを変えることを可能にするアクチュエータ１９、２０を有する。ただし、後輪５、６の操舵位置を検出するためには１個のセンサ、例えばセンサ１７のみで充分であり、後輪５、６の向きを変えるためには、１個のアクチュエータ、例えばアクチュエータ１９のみで充分である。位置及び速度センサは、光学的または磁気的なセンサであり、例えば、可動部と一体化されたコーダと非回転のセンサからなるホール−効果センサである。

制御装置１１は、ランダムアクセスメモリと、リードオンリーメモリと、セントラルユニットと、入／出力インターフェースが設けられたマイクロプロセッサの形に具体化することができる。この入／出力インターフェースは、センサから情報を受け、特にアクチュエータ１９、２０へ指令を送ることを可能にする。

より詳細には、制御装置１１は、図２に示すように、センサ１２〜１４から発信される信号、特に車両の速度Ｖと、ヨーレート

と、前輪の角度α_１を受ける入力ブロック２２を有する。車両の速度は、車輪のアンチロックシステムのセンサによって測定されるような、前輪または後輪の速度を平均することによって得ることができる。この場合、車輪ごとに１つのセンサ１３が設けられ、車輪のアンチロックシステムは、車両の速度の情報を提供するための、制御装置１１の入力へ接続された出力を有する。あるいは、各センサ１３が制御装置１１の入力へ接続され、制御装置１１が車輪の速度を平均する。

また、制御装置１１は、測定されないが制御に必要な情報、特に車両に作用する擾乱（ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ）を推定することを可能にする状態観察器（状態データを推定するためのモジュール）２３を有する。状態観察器２３は、スパイク状の擾乱ｄが有限の時間間隔にわたって、車両のヨーレートに直接作用することができると仮定することによって、例えば、弛緩のない２つの操舵可能な車輪を有する車両モデルを基礎として構築することができる。アクチュエータの運動をモデル化する動力学（ｄｙｎａｍｉｃｓ）を付加することができる。擾乱によって拡張されたモデルに係わる状態方程式は、次のとおりである：

ここに、ｙは考察される出力、Ｍは車両の全質量、Ｉ_Ｚは車両の重心を通る垂直軸の周りの車両の慣性、Ｌ_１は前車軸と重心の間の距離、Ｌ_２は重心と後車軸の間の距離、Ｌはホイールベースで、Ｌ_１＋Ｌ_２に等しく、Ｄ_１は前輪ドリフト剛性、Ｄ_２は後輪ドリフト剛性、α_１は車両の縦軸との前輪の角度、α_２は後輪の設定操舵角度、α_ｆ２は後輪の実際の操舵角度、Ｖは車両の速度、

はヨーレート、βはドリフト角、すなわち、車両の速度ベクトルが車両の縦軸となす角度、τはアクチュエータの応答時間を表す。

このモデルをベースにして、古典的な線形観察理論が展開される。状態観察器２３は、車両の状態と、車両に作用する擾乱の全体を推定することを可能にする。従って、状態観察器は、次式を使用することができる：

ここに、

は推定値を意味し、ｄは車両が受けた擾乱、Ｋｏ（Ｖ）は車両の速度の関数として進展する状態観察器の調整パラメータを意味する。４推定値：

は、制御装置１１の他の構成要素によって使用されることが可能な、車両の状態の推定値を提供する。

制御装置１１は、さらに、トランジエント計算ブロック（動的設定点を設定するためのモジュール）２４を有する。トランジエント計算ブロック２４は、α_{２−ｔｒａｎｓｉｅｎｔ}と表記され、過渡応答の動力学に作用することが可能な、後輪５、６の操舵角のための制御値（動的設定点）を計算する。この計算は、極配置（ｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｐｏｌｅｓ）の技術によって実行することができる。これに関して、ジェイ．カウツキー、エヌ．ケー．ニコルス著「線形状態フィードバックにおけるロバストポールアサイメント」国際制御学会誌、４１（１９８５）、１１２９〜１１５５ページ（Ｋａｕｔｓｋｙ，Ｊ． ａｎｄ Ｎ．Ｋ．Ｎｉｃｏｌｓ， “Ｒｏｂｕｓｔ Ｐｏｌｅ Ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ ｉｎ Ｌｉｎｅａｒ Ｓｔａｔｅ Ｆｅｅｄｂａｃｋ”，Ｉｎｔ．Ｊ．Ｃｏｎｔｒｏｌ．４１ （１９８５）， ｐａｇｅｓ １１２９−１１５５）を参照することができる。上述のシステムの３つの極を

と書けば、ａ（Ｖ）とｂ（Ｖ）は、それぞれ速度Ｖにおける各極の実数部と虚数部に対応し、ループ装置の極を

に置く、コレクターＫ＝［Ｋ_１（Ｖ） Ｋ_２（Ｖ） Ｋ_３（Ｖ）］を求める。Ｔｄｙｎ_１１、Ｔｄｙｎ_１２、Ｔｄｙｎ_２１、Ｔｄｙｎ_２２、Ｔｄｙｎ_３１、Ｔｄｙｎ_３２、は、車両の過渡応答の調整パラメータ（車両の速度Ｖの関数としての変数）である。

選択された各Ｖｏについて、上述の文献に書かれた極配置手順によって、コレクターＫ（Ｖｏ）を計算することができる。その後、Ｋ（Ｖ）は、速度の関数として補間される。このようにして、制御変数：

を得る。

調整パラメータが１に等しければ、車両の動的応答は修正されず、１よりも大きい調整パラメータは、車両の応答の活発化の増加をもたらし、１よりも小さい調整パラメータは、車両の応答の活発化の減少をもたらすことに注意する。調整の例として：
Ｔｄｙｎ_１１＝０．８
Ｔｄｙｎ_１２＝０
Ｔｄｙｎ_２１＝０．８
Ｔｄｙｎ_２２＝０
Ｔｄｙｎ_３１＝０．８
Ｔｄｙｎ_３２＝０
を想定することができる。

このような調整は、車両の動的応答を減速し、車両のヨーレートとドリフトにおける振動を抑制することを可能にする。例えば９０ｋｍ／ｈのような高速において、この調整は、レーンの二重変更の実行を最適化することを可能にする。

さらに、制御装置１１は、センサ１２によって測定されるような前輪の角度α_１と、トランジエント計算ブロック２４によって計算されたＫ_１、Ｋ_２、Ｋ_３と、センサ１３によって測定された車両の速度Ｖを入力として受け、α_{２−ｓｔａｔｉｃ}と表示される静的指令値（静的設定点）を計算するための、静的指令値計算ブロック（静的設定点を設定するためのモジュール）２５を有する。静的指令値α_{２−ｓｔａｔｉｃ}は、車両の静的応答に作用し、ステアリングホイールに対する与えられた大きさの急操作に応じて得られたヨーレートの安定化された値を修正することを可能にする。その結果は、後輪が操舵可能でない車両に対して得られるであろう静的利得との比較によって表わされる。

ここに、Ｔｇｓは、要すれば速度Ｖの関数として変化することができる調整パラメータである。

指令値の第２の部分は、Ｔｇｓの関数として、次のように計算される：

もし、Ｔｇｓが１に等しければ、車両の静的応答は修正されず、従って後輪が操舵可能でない車両の静的利得に等しい。１よりも大きい係数Ｔｇｓの値は、車両の静的応答における増加をもたらし、一方、１よりも小さい係数Ｔｇｓの値は、車両の静的応答における減少をもたらす。９０ｋｍ／ｈの速度に対して、Ｔｇｓ＝１．２を想定することができ、これによって車両の応答をより直接的にし、従ってレーンの二重変更の実行を最適化することができる。

制御装置１１に、減算器２６と、出力２７と、単遅延器（ｕｎｉｔａｒｙ ｄｅｌａｙ）２８が付加される。減算器２６は、その正入力にトランジエント計算ブロック２４の制御出力α_{２−ｔｒａｎｓｉｅｎｔ}を受け、その負入力に静的指令値計算ブロック２５の制御出力α_{２−ｓｔａｔｉｃ}を受ける。減算器２６の出力は、一方では、制御装置１１の全体の出力２７へ、他方では、前の瞬間における後輪の操舵角度を状態観察器２３に供給するように、出力が状態観察器２３の入力に接続された単遅延器２８へ接続される。

本発明は、システムの動力学（Ｄｙｎａｍｉｃｓ）及び静利得の調整を許容する利得と、全変数を速度の関数として修正することを可能にする制御装置による、閉ループ構造を有する後輪の操舵角度の制御システムを提供する。

この制御方策は、ステアリングホイールの急操作に対する車両の横方向の応答の過渡的な部分を調整することを可能にする。特に、応答の速度とダンピングを調整することが可能である。車両の速度に依存する最終調整は、これがなければ低速においてのみ許容される機動である、レーンの二重変更の実行の有効性と容易性を最適化することを可能にする。

この制御方策は、ステアリングホイールの急操作に対する車両の横方向の応答の静的な部分を調整することを可能にする。車両の速度に依存する最終調整は、例えば、レーンの二重変更の実行と低速において許容される機動との少なくとも一方の、有効性と容易性を最適化することを可能にする。

車両の応答の静的部分と動的部分は、独立した調整の対象を形成する。この閉ループ構造は、優れた精度と頑健性を保証する。更に、前輪３、４のアクチュエータ９の動的応答と後輪５、６のアクチュエータ１９、２０の動的応答を考慮に入れることが可能である。パラメータは、車両の最低性能、すなわち操舵できない後輪を有する車両の性能に関連付けされるので、パラメータの調整は、迅速で直感的である。特に、１に等しい調整パラメータは、車両の運動を修正しないが、１よりも大きい調整パラメータは、車両の運動をより活発でより直接的にし、１よりも小さい調整パラメータは、その逆にする。

Claims (16)

1. 少なくとも３つの操舵可能な車輪を有する車両のための、操舵可能な後輪の操舵角度の制御方法において、前輪の操舵角度と、上記車両の移動データと、上記後輪の操舵角度の前の設定点の関数として、上記後輪の操舵角度の現在の設定点を設定することを特徴とする、操舵可能な後輪の操舵角度の制御方法。
2. 上記車両の上記移動データは、上記後輪の操舵角度の上記現在の設定点が、上記車両の速度の関数として設定されるように、上記車両の速度であることを特徴とする、請求項１に記載の操舵可能な後輪の操舵角度の制御方法。
3. 上記後輪の操舵角度の上記現在の設定点を、１に等しいときに上記車両の運動に関して中立である調整パラメータによって設定することを特徴とする、請求項１または２に記載の操舵可能な後輪の操舵角度の制御方法。
4. 上記車両の上記移動データは、ヨーレートを含むことを特徴とする、請求項１から３のいずれか１つに記載の操舵可能な後輪の操舵角度の制御方法。
5. 上記車両の上記移動データは、上記車両の重心におけるドリフト角を含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１つに記載の操舵可能な後輪の操舵角度の制御方法。
6. 上記車両の状態データを、入力データを基礎として推定することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１つに記載の操舵可能な後輪の操舵角度の制御方法。
7. 推定された上記状態データは、ヨーレート
   

   

   と、ドリフト角βと、上記後輪の操舵角度を含むことを特徴とする、請求項６に記載の操舵可能な後輪の操舵角度の制御方法。
8. 推定された上記状態データが、さらに推定擾乱
   

   

   を含むことを特徴とする、請求項７に記載の操舵可能な後輪の操舵角度の制御方法。
9. 上記後輪の上記操舵角度の現在の設定点は、動的設定点と静的設定点との間の差に等しいことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１つに記載の操舵可能な後輪の操舵角度の制御方法。
10. 上記動的設定点を、推定状態データに適用されるコレクターを基礎として設定することを特徴とする、請求項９に記載の操舵可能な後輪の操舵角度の制御方法。
11. 上記静的設定点を、推定状態データに適用されるコレクターと、調整パラメータを基礎として設定することを特徴とする、請求項９または１０に記載の操舵可能な後輪の操舵角度の制御方法。
12. 上記コレクターは、速度に応じて補間されることを特徴とする、請求項１１に記載の操舵可能な後輪の操舵角度の制御方法。
13. 少なくとも３つの操舵可能な車輪を有する車両（１）のための、操舵可能な後輪（５）の操舵角度の制御システム（１０）において、前輪（３）の操舵角度α_１と、上記車両の移動データと、上記後輪（５）の操舵角度の前の設定点の関数として、上記後輪の操舵角度の現在の設定点を設定する手段を含むことを特徴とする、操舵可能な後輪の操舵角度の制御システム。
14. 入力データを基礎として上記車両の状態データを推定するためのモジュール（２３）と、動的設定点を設定するためのモジュール（２４）と、静的設定点を設定するためのモジュール（２５）と、上記動的設定点と上記静的設定点を結合させるためのモジュールとを含むことを特徴とする、請求項１３に記載の操舵可能な後輪の操舵角度の制御システム。
15. 上記動的設定点と上記静的設定点を結合させるための上記モジュールは、減算器（２６）であることを特徴とする、請求項１４に記載の操舵可能な後輪の操舵角度の制御システム。
16. シャーシ（２）と、上記シャーシ（２）に弾性的に連結された少なくとも３つの操舵可能な車輪（３〜５）を有する車両において、前輪（３）の操舵角度α_１と、上記車両の移動データと、上記後輪（５）の操舵角度の前の設定点の関数として、上記後輪の操舵角度の現在の設定点を設定するための手段を含む、操舵可能な後輪（５）の操舵角度の制御システム（１０）を有することを特徴とする車両。

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