JP2008520490A - アクティブシャーシシステムを制御及び調整するための方法 - Google Patents

Abstract

車両の加速度を感知するセンサ（２）と、シャーシシステム（１）の少なくとも１つのエレメント（３、４、５）と、を用いる、車両用のアクティブシャーシシステム（１）を制御及び調整するための方法が開示されている。前記エレメント（３、４、５）の作動態様は、センサ（２）に作用接続されている制御装置（６）によって、車両の運転中に発生するボディの振動が最小に抑えられ得るよう、変えられ得る。車両ボディのねじれ振動は、センサ（2）及び制御装置（６）によって決定される。さらに、前記エレメント（３、４、５）の作動態様は、制御装置（6）により可変の態様で制御され調整される。これにより、検知されたボディのねじれ振動が相殺され得る。

Description

本発明は、特許請求の範囲の請求項１の上位概念部分の中で詳しく定義された方法に従う、アクティブシャーシシステムを制御及び調整するための方法に関するものである。

実践では、自動車の走行特性は、所望の走行快適性や必要な走行安全性を考慮しながら、それに見合ったシャーシの構成によって、またそれに見合ったねじり剛性で形成される車両ボディによって、自動車の運転中に車両に影響を及ぼす様々な力やそこから生じる車両の動きを所望の態様で抑えることができるように、調整される。上記の車両システムを設計する際、技術的機械学ないし車両運動力学の部分領域であって、車両に作用する力とそこから生じる車両の動きに係る、走行運動力学が考慮される。走行運動力学自体は、基本的に、車両の進行方向の運動力学、横方向の運動力学、そして、垂直方向の運動力学、に細分化される。

縦方向の運動力学は、車輪の駆動力または制動力の相互作用に係り、また、走行区間状況や運転状況に応じた走行抵抗に係る。このため、縦方向の力学から、燃費、加速性能、パワートレインや制動システムのレイアウトにとって、極めて重要な結論を得ることができる。

横方向の運動力学は、横風や遠心力など、車両を進行方向からそらす力を考慮する。この力の補整は、タイヤないし車輪のコーナリング力によってのみ、行われる。その際、空気タイヤを装着した車輪は、その車輪の中心面に対して対応するスリップ角のもとで、回転する。影響については、運動力学的な車輪の負荷、駆動力及び制動力ならびに路面の摩擦特性もある。重心の位置、風力の作用点の位置、車輪懸架装置の構成、及び、タイヤ特性に応じて、運転者の操舵反応と相まって、走行性能、直進走行時の進行方向維持、及び、コーナリング走行時の走行安定性、を規定する（schliessen）走行特性が生じる。

垂直方向の運動力学とは、路面の凹凸によって発生され、タイヤのスプリング及び車両のスプリングの相互接続のもとで横軸周りにバウンスやピッチ振動を発生させ、消振ダンパーで減衰される、垂直方向の力や運動を研究する。コーナリング走行の際、車軸の配置に応じて、縦軸周りにローリングが生じる。これは、スタビライザーによって処理され得る。

走行運動力学（特性）は、電子制御システムを採用して、向上することが試みられている。その場合、縦方向の運動力学（特性）は、例えばアンチロックシステムによって影響され得るし、また横方向の運動力学（特性）は、例えば、制動介入によって偏揺れモーメントを意図したとおりに干渉する走行運動力学制御装置によって影響され得るし、そして縦方向の運動力学（特性）は、電子式シャーシ制御装置によって、車両ボディのローリング傾向を減少させそしてダンパー特性を干渉することによって、影響され得る。

現在では、いわゆるアクティブシャーシシステムが、車両の垂直軸、縦軸及び横軸周りの遠心運動、ローリング運動及びピッチ運動から生じる車両ボディの振動を能動的に低減するために、使用されている。このアクティブシャーシシステムを作動させる際、ボディは理想的剛性の形成物と考えられ、アクティブシャーシシステムの個々のコンポーネント、ないしは、そのシャーシシステムの個々のコンポーネントの作動態様は、車両ボディの振動が最高5Hzまでの振動数域に望ましい態様で低減ないし完全に回避されるように、それぞれ制御ないしは調整される。

このとき、連続的に変化するダンパー特性を有する振動ダンパー、能動的にねじれるスタビライザー内のアクチュエーター、ならびに、縦方向に変化するアクチュエーターは、自動車のボディスプリングの範囲内におけるアクティブ車両システム（アクディブシャーシシステム）のコンポーネントであり、それらコンポーネントは、センサシステムを介して捉えられた車両加速度や制御装置内で対応するコンピューターアルゴリズムを介して決定される制御値に応じて、制御される。その結果、車両ボディの振動は、車両の実際の運転状況を考慮しながら、所望の範囲に低減される。

自動車のボディスプリングの範囲で縦方向に変化するアクチュエーターで形成されているアクティブシャーシシステムは、例えば、アクティブ電動油圧式スプリングシステムとして構成されている。このシステムは、車両ボディを、あらゆる走行状態において、一定のレベルに保持することになっている。この種のシャーシシステムによって、スプリングと振動ダンパーとが変更され、また、レベル調整も可能にされる。このとき、その制御のために、どのスプリングストラットにも、垂直方向に調整可能な油圧シリンダーが配設されている。オイルが油圧シリンダーに送流されればされるほど、そのスプリングはますます強く初張力が掛けられ、その分だけスプリング力は強くなる。オイルの流れ自体は、制御バルブとチェックバルブとによって制御される。制御バルブを介して、圧力が、油圧シリンダーまたは還流装置に導かれる。チェックバルブは、例えば、エンジン停止時またはシャーシシステムの機能不良時に、その供給（Vorlauf）を止める。すべてのバルブは、好ましくは、電磁作動され、バルブユニットとして軸上に設置され、各スプリングストラットを個別に制御できる。

連続的に変化する特性に形成された振動ダンパーを備えたアクティブシャーシシステムは、ダンパー率をほんの一瞬のうちにその時々の運転状況に適合させる、という可能性を提供する。セルフチェックするこの制御調整装置は、例えば、速度、横加速及び路面状況のためのセンサ、高知能のソフトウェアを装備したコンピューターユニット、ならびに、アクチュエーターを有している。当該アクチュエーターの一つは、比例減衰弁として形成されている。それを用いて、減衰力は、最小値から最大値までの間で無段階に調整できる。

実践から知られており、スタビライザー内で能動的にねじれ得るアクチュエーターで形成されたアクティブシャーシシステムは、特に、２つのアクティブスタビライザーと、内蔵センサを備えたバルブブロックと、ポンプと、横加速度センサと、コントロールユニットと、その他の補助コンポーネントと、を備えている。このシャーシシステムの中核のエレメントは、２つのアクティブスタビライザーである。それらは、従来の機械式スタビライザーの代わりに、フロントアクスル及びリヤアクスルの領域に内蔵されている。アクチュエーターは、油圧作動の振動モーターであり、振動モーター軸と振動モーターハウジングとは、それぞれ、スタビライザーの半分と結合している。アクティブスタビライザーは、油圧を、ねじりモーメントに、あるいは、接続部を介して安定モーメントに、変換する。

この油圧は、２つの電子制御式圧力調整弁を介して、コーナリング走行時の車両ボディのロール運動を減少または完全に排除し、全速度領域に渡って高い俊敏性と忠実なハンドリングを達成し、最適な自己操舵性と問題の無い荷重移動性とが生じる、というように制御される。他方、直進走行時や、横加速度が非常に少ない場合、当該アクチュエーターは無圧である。その結果、スタビライザーのねじりバネ率は、ベースサスペンション（Grundfederung）を堅くすることができず、ボディの同一の動き（Kopierbewegung）は減少される。

さらに、路面の凹凸によって引き起こされるホイールの振動は、いわゆるボディのねじれ振動につながる。それは、運転者には、うるさくてそのため快適性を損なうものと感じられる。特に、キャブリオレ車両は、セダンと異なり、車両ボディとしっかりと結合されたルーフ部がないために、基本的にねじれ剛性が少なく、そのためホイールの刺激に関して非常に敏感である。ボディの振動を低減するための従来の対策は、とりわけ、受動的なボディ振動吸収装置または能動的な振動低減装置である。

ＤＥ１９８２０６１７Ａ１から、振動減衰装置ないし能動的（アクティブ）振動低減装置を装備していて能動的に縦方向に変化するアクチュエーターがボディのねじれ振動のパワーフローの中に内蔵されている自動車が、知られている。このボディのねじれ振動に対して逆位相に実施される、このアクチュエーターの制御によって、当該ボディのねじれ振動は能動的に低減される。ねじれ可能な車両ボディは、それに典型的に依拠する。さらに、キャブリオレ車両のボディは、運転中に発生するボディのねじれ振動を最小にできるよう、それ自体高いねじれ剛性をもつ追加の材料の採用によって形成されている。

前述の、ボディのねじれ振動を低減するために考慮された対策は、しかしながら、不都合なことに、車両重量の明白な増加につながる。このことは、努力してきた燃費削減ならびに俊敏な走行特性に関して、望ましからぬことである。

それ故、本発明は、従来の自動車と比較して車両重量を増すことなくボディのねじれ振動を低減できるような、自動車用のアクティブシャーシシステムを制御して調整するための方法を提示すること、を課題とする。

本発明に従って、この課題は、特許請求の範囲の請求項１の特徴に従う方法によって解決される。

車両の加速度を捉えるためのセンサ装置と、当該シャーシシステムの少なくとも１つのエレメントと、を用いて、当該エレメントの作動態様が前期センサ装置と作用結合している制御装置を介して運転中に発生する車両ボディの振動が最小限に抑えられるというように変更できる、自動車用のアクティブシャーシシステムを制御して調整するための、本発明に従う方法は、好都合なことに、ボディのねじれ振動を簡単かつコスト上有利な態様で車両運転中に低減する、という可能性を提供する。

これは、車両ボディの振動を低減するために制御可能なエレメントの作動態様が当該ボディのねじれ振動を相殺するように追加的に制御され調整されて変化できること、によって達成される。

実践から知られている車両内にすでに存在する車両コンポーネント、すなわち、車両ボディの振動を低減するためにボディのねじれ振動を相殺するためのアクティブシャーシシステム、を使用することによって、ボディのねじれ振動を低減するための追加システム、例えばそれ自体は公知のボディ振動吸収装置あるいは別個の能動的なシステムないし能動的な振動低減装置、を都合の良いことに放棄できる。これは、自動車の製造コストの削減にも、また、取付け場所の省スペース化にもつながる。その分、スペースが他の車両コンポーネントに利用され得る。

さらに、それ自体公知のアクティブシャーシシステムの本発明に従う制御により、ボディのねじれ振動を低減するための追加の能動的または受動的なシステムを放棄できて、ボディ自体も従来の車両と比較してより小さいねじり抵抗モーメントで形成できるので、車両総重量も軽減される。

発明に従って、自動車の運転中に発生する車両ボディの振動を最小に抑えるために従来提供されている、好ましくは最高２０Ｈｚまでの振動数域で作用するボディのねじり振動の能動的な低減のための、車両内にすでに存在しているアクティブシャーシシステムが、援用される。適切なセンサシステムないしセンサ装置によって、発生するボディのねじれ振動が捉えられる。さらに、制御装置内に後置された適切な運転及び制御方策によって、アクティブシャーシシステムの少なくとも一つのエレメントの作動態様が、自動車運転中に発生するボディのねじれ振動が能動的に低減されるように、対応する態様に変化される。

本発明の更なる有利な実施の形態では、ボディのねじれ振動を最小限に抑えるためのエレメントの制御及び調整が、車両ボディの振動を最小限に抑えるためのエレメントの制御及び調整と重複して行われるということが、あらかじめ考慮されている。その結果、車両ボディの振動もボディのねじれ振動も、従来の車両と比較して、所望の範囲に減少されて、乗員にとって乗り心地がかなり向上することが、確認された。

本発明に従う方法の更なる利点及び有利な形態は、特許請求の範囲、発明の詳細な説明、及び、図面から、見て取ることができる。

本発明を、一つの実施の形態に基づいて、以下の説明の中で、図面と関連づけながら、さらに詳しく説明する。

図面の唯一の図は、車両の加速度を捉えるためのセンサ装置と、シャーシシステムの多数のエレメントと、を備えた自動車のアクティブシャーシシステムを大幅に図式化した図を示している。

図には、車両の加速度を捉えるためのセンサ装置２と、シャーシシステム１の多数のエレメント３、４、５と、を備えた、大幅に図式化されて示された、自動車用アクティブシャーシシステム１の一部が表示されている。エレメント３から５までの作動態様は、センサ装置２と作用結合している制御装置６を介して、それ自体公知の態様で、運転中に発生する車両ボディの振動が最小限に抑えられる、というように変更することができる。

そのとき、センサ装置２は、車両ボディ全体に分散配設された多数の加速度センサを有しており、それらを使って、車両垂直軸周り、車両縦軸周り、ならびに、車両横軸周りの加速度が測定される。それら加速度センサのセンサ値に基いて、制御装置６の中で、絶対的剛性の車両ボディが仮定されて、上述の車両ボディの振動が測定され、適切なコンピューターアルゴリズムを介してさらに必要な制御値が算出される。この制御値は、能動的な車両システム１（アクティブシャーシシステム１）のエレメント３乃至５のための制御及び調整値として、制御装置６内で測定される車両ボディの振動を０Ｈｚから７Ｈｚまでの領域、好ましくは０Ｈｚから５Ｈｚまでの領域、で相殺ないしは少なくとも近似的に補整するために、エレメント３乃至５に出力される。

さらに、センサ装置２ないしは加速度センサを介して得られたセンサ値に基いて、もう一つ別のコンピューターアルゴリズムを介して、上述のボディのねじれ振動が測定され、そして、それに対応するエレメント３乃至５のための制御及び調整値が決定される。その結果、運転中に発生するボディのねじれ振動は、１０Ｈｚから４０Ｈｚまでの振動数域、好ましくは１０Ｈｚから２０Ｈｚまでの振動数域、で低減ないしは少なくとも近似的に補整される。

この際、そのつど存在する運転状況に応じて、エレメント３乃至５のうちの１つのエレメントだけの作動態様、エレメント３乃至５のそのときの２つのエレメントの作動態様、あるいは、エレメント３乃至５のすべてのエレメントの作動態様は、測定されたボディのねじれ振動を、所望の範囲に抑制する（反作用させる）ために、エレメント３乃至５の他のエレメントの制御を考慮しながら、同時に変更される、ということが考慮されている。

ここに挙げられている第１エレメント３は、ボディスプリング装置７の縦方向に変化するアクチュエーターとして形成されている。この場合、そのアクチュエーター３の長さは、そのときどきで、ボディスプリング装置７の初張力がそのとき確認された自動車の運転状態に応じて変更されるように、また、第１エレメント３の作動態様が制御装置６内で確認されたボディのねじれ振動を上記振動数域内で数ミリセンコンド以内に、ボディのねじれ振動が少なくとも近似的に除去されるよう、抑制する（反作用する）ように、変化することができる。

第２エレメント４は、図示されたアクティブシャーシシステム１の実施の形態では、連続的に変化する特性を備えた、車輪１０に付属するダンパーとして形成されている。このダンパー４の特性ないしダンパー率は、そのつど確認される車両の運転状況に応じて、車両運転中に発生するボディのねじれ振動が従来実施された車両との比較において最小に抑えられる、というように変化される。このとき、ダンパー４のダンパー力は、最小値から最大値の間で、無段階に調節することができる。その結果、センサ装置２と制御装置６とを介して測定されたボディのねじれ振動を、ダンパー4の対応する特性によって、簡単な態様で、所望の範囲に抑制（反作用）することができる。

シャーシシステム１の第３エレメントは、ここでは、特に２つのアクティブスタビライザー８Ａ及び８Ｂから構成されるスタビライザー装置８の能動的にねじれ可能なアクチュエーターとして形成されている。この２つのアクティブスタビライザー８Ａ及び８Ｂは、確認された運転状況に応じたボディのねじれ振動に対応して、能動的にねじれ可能なアクチュエーター５を介して、制御装置６から詳しく図示されていないポンプ装置を介して発生される油圧がねじりモーメントに変換される、または、２つのスタビライザー８Ａ、８Ｂのシャーシ９への結合を介してスタビライザーモーメントに変換される、というように互いにねじれ可能である。

車両ボディの振動の低減に関するエレメント３乃至５の制御及び調整と、ボディのねじれ振動の低減に関するエレメント３乃至５の制御及び調整は、ここでは、互いに重複している。その結果、その時に確認された乃至存在する自動車の運転状況に応じて、センサ装置２及び制御装置６を介して確認された（測定された）車両ボディの振動にも、また、そのつど異なる振動数域で発生する確定された（測定された）ボディのねじれ振動にも、簡単な態様で、効果的に反作用が与えられ得る。このとき、シャーシシステム１のエレメント３乃至５の制御は、車両ボディの振動を低減するためのエレメント３乃至５の機能がボディのねじれ振動を減少させるための制御及び調整によって大きくは損なわれない、というように行われる。しかし、さらに、ボディのねじれ振動を低減するためのエレメント３乃至５の機能が、車両ボディの振動を低減するためのエレメント３乃至５の制御及び調整によって、限られた範囲でしか損なわれない、ということも考慮されている。

これとは別に、車両ボディの振動を低減するためのアクティブシャーシシステム１のエレメント３乃至５の制御が、ボディのねじれ振動を低減するためのエレメント３乃至５の制御及び調整との関連で、優先される、ということも考慮されてよい。この場合、エレメント３乃至５の制御及び調整は、まず車両ボディの振動が所望の範囲に低減ないし除去され、そしてボディのねじれ振動がこの前提を満たした後に初めて、エレメント３乃至５の対応する制御及び調整によって、車両ボディの振動の補整を損なうことなしに、能動的に抑制（反作用）される、というように行われる。
さらに、自動車用アクティブシャーシシステム１を制御及び調整するための、本発明に従う方法のもう一つの変形例では、ボディのねじれ振動を低減するためのエレメント３乃至５の制御及び調整が、車両ボディの振動を減少するためのエレメント３乃至５の制御及び調整に対して優先されて、アクティブシャーシシステム１のエレメント３乃至５の作動態様が、運転状況に応じて、まず確認された（測定された）ボディのねじれ振動が低減ないしほぼ完全に除去され、続いて確認された（測定された）車両ボディの振動が、エレメント３乃至５の対応する制御及び調整によって、ボディのねじれ振動の補整を損なうことなく、能動的に対処されるように変更される、ということが考慮され得る。

車両の加速度を捉えるためのセンサ装置と、シャーシシステムの多数のエレメントと、を備えた自動車のアクティブシャーシシステムを大幅に図式化した図を示している。

Claims (10)

1. 車両の加速度を捉えるセンサ装置（２）と、
   シャーシシステム（１）の少なくとも１つのエレメント（３、４、５）と、
   を用いる、自動車用のアクティブシャーシシステムを制御し調整するための方法であって、
   前期エレメントの作動態様は、前記センサ装置（２）と作用結合している制御装置（６）を介して、運転中に発生する車両ボディの振動が最小限に抑えられる、というように可変であり、
   前記センサ装置（２）と前記制御装置（６）とを介して、ボディのねじれ振動が決定され、
   前記エレメント（３、４、５）の作動態様は、前記制御装置によって、確認されたボディのねじれ振動が相殺されるように、追加的に制御され調整されて変化できる
   ことを特徴とする方法。
2. 前記エレメント（４）は、連続して変化する特性を備えた、車輪に属するダンパーとして形成されており、
   当該ダンパー（４）の特性は、車両の運転中に発生するボディのねじれ振動が最小に抑えられる、というように変化される
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記エレメント（５）は、スタビライザー装置（８）の能動的にねじれ可能なアクチュエーターとして形成されており、
   当該アクチュエーター（５）は、自動車の運転中に発生するボディのねじれ振動が最小に抑えられる、というようにねじられる
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記エレメント（３）は、ボディスプリング装置（７）の縦方向に変化するアクチュエーターとして形成されており、
   当該アクチュエーター（３）の長さは、自動車の運転中に発生するボディのねじれ振動が最小に抑えられる、というように変えられる
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記エレメント（３、４、５）は、自動車の運転中に、ボディのねじれ振動が１０Ｈｚから４０Ｈｚまでの振動数域、好ましくは１０Ｈｚから２０Ｈｚまでの振動数域、で少なくとも近似的に補整される、というように制御され調整される
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
6. エレメント（３、４、５）は、運転中に、車両ボディの振動が０Ｈｚから７Ｈｚまでの領域、好ましくは０Ｈｚから５Ｈｚまでの領域、で少なくとも近似的に補整される、というように制御され調整される
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
7. 車両ボディの振動を最小限に抑えるためのエレメント（３、４、５）の制御及び調整は、ボディのねじれ振動を最小限に抑えるためのエレメント（３、４、５）の制御及び調整に対して、優先されている
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
8. ボディのねじれ振動を最小限に抑えるためのエレメント（３、４、５）の制御及び調整は、車両ボディの振動を最小限に抑えるためのエレメント（３、４、５）の制御及び調整に対して、優先されている
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
9. ボディのねじれ振動を最小限に抑えるためのエレメント（３、４、５）の制御及び調整は、車両ボディの振動を最小限に抑えるためのエレメント（３、４、５）の制御及び調整と、重複している
   ことを特徴とする請求項1乃至６のいずれかに記載の方法。
10. 多数のエレメント（３、４、５）が設けられており、
    当該エレメントの作動態様は、それぞれ、自動車の運転中に発生するボディのねじれ振動が最小限に抑えられる、というように互いに依存して変化することができる
    ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。

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