JP2008544926A - 車両のローリング防止方法およびシステムならびに対応する車両 - Google Patents
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Abstract
前輪の旋回角または車両の横方向加速度、車両の移動データ、およびローリング防止システムの以前の旋回設定値を基にして、現ローリング補正設定値を求め、車両のサスペンションの剛性に作用するローリング防止アクチュエータ、または操作可能なサスペンションに前記現ローリング補正設定値を送る、少なくとも3輪を有する車両のためのローリング防止システムの制御方法。
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関する。
通常、自動車は、シャーシ、車内、懸架システムによってシャーシに連結された車輪を備え、そのうち前輪は車内の運転者が使用できるハンドルによって制御される操舵輪であり、後輪は操舵輪である場合と非操舵輪である場合とがある。
文献US2004/0117085は、ローリング安定性制御ユニットに情報を供給する、横方向加速センサ、ローリングセンサ、旋回角度センサ、および少なくとも1つの速度センサを装備する、車両のローリング安定性制御システムについて記載しており、ローリング安定性制御ユニットおよび優先度統合機能ユニットにより、アクティブサスペンションシステム、およびアクティブローリング防止バーシステムを制御することができる。
文献US4 939 654は、操作可能なショックアブゾーバに作用させるために、旋回角度センサおよび少なくとも1つの速度センサを使用する、車両の車輪の旋回量に応じた車両運転特性制御システムについて記載している。
しかしながら、これらのシステムは多数のセンサを必要とし、運転者の指示によっては、あるいは車道の状態によっては、安定性が不充分な挙動を車両にもたらす。たとえば1つまたは2つの障害の回避時など、状況によっては、車両の制御が効かなくなることがある。この場合の制御の喪失は、車の応答が激し過ぎる、衝撃吸収が充分でない、あるいはほとんど予測できないなど、応答が不適当なことによる場合が多い。
本発明は、安全性、安心感、快適性、高いドライビングプレジャーをもたらすローリング防止制御システムを対象とする。
少なくとも3輪を有する車両のためのローリング防止システムの制御方法では、前輪の旋回角または車両の横方向加速度、車両の移動データ、およびローリング防止システムの以前の旋回設定値を基にして、現ローリング補正設定値を求め、車両のサスペンションの剛性に作用するローリング防止アクチュエータまたは操作可能なサスペンションに、前記現ローリング補正設定値を送るようになっている。こうすることにより、車両に影響を及ぼすローリングを効果的に防止することができる。
一実施形態では、車両の移動データが車両の長手方向速度を含む。長手方向速度は、車輪のブロック防止システムの一部を成す、少なくとも1つのセンサによって測定することができる。
一実施形態では、後輪操舵車両の場合、車両の移動データが後輪の旋回角の測定値を含む。
車両の動的応答と車両の静的応答とを別々に調節することが好ましい。この調節は簡単に行うことができる。
車両のモデルおよび車両の移動データから現ローリング補正設定値を求めることが好ましい。現ローリング補正設定値は開ループで求めることができる。言い換えれば、ローリングセンサの存在は不可欠ではない。ローリング補正設定値は前記ローリング防止アクチュエータまたは操作可能なサスペンションの動特性に応じて求めることができる。
少なくとも3輪を有する車両のためのローリング防止システムは、前輪の旋回角または車両の横方向加速度、車両の移動データ、およびローリング防止補正システムの以前の設定値を基にして、現ローリング補正設定値を求める手段と、前記現ローリング補正設定値を受け取ったとき、車両のサスペンションの剛性に作用することが可能な、ローリング防止アクチュエータまたは操作可能なサスペンションとを備える。
一実施形態では、設定値を求める手段は、少なくとも1つの変数の推定を供給することができるモデリングモジュールを備える。
一実施形態では、モデリングモジュールは、前輪の旋回角または車両の横方向加速度の入力部と、車両の移動速度の入力部と、後輪の旋回角の以前の設定値の入力部とを備える。
一実施形態では、モデリングモジュールは、ローリング角の出力部と、ローリング速度の出力部と、フィルタリング済みトルクの出力部とを備える。
設定値を求める手段は、過渡的部分調節モジュールと静的部分調節モジュールとを備えることができる。
過渡的部分調節モジュールは、静的部分調節モジュールの入力部に接続された出力部を備えることができる。また静的部分調節モジュールは、前輪旋回角または車両の横方向加速度の入力部と、車両の移動速度の入力部とを備えることができる。
シャーシと、シャーシに弾性連結された少なくとも3輪を具備する車両は、前輪の旋回角または車両の横方向加速度、車両の移動データ、およびローリング防止補正システムの以前の設定値を基にして現ローリング補正設定値を求める手段と、前記現ローリング補正設定値を受け取ったとき、車両のサスペンションの剛性に作用することが可能なローリング防止アクチュエータ、またはアクティブサスペンションとを備えるローリング防止システムを含む。
前輪の旋回角を用いることにより、本制御方法はきわめて高速である。車両の横方向加速度を用いることにより、本制御方法は、特に接地性が低い車道においてすぐれた車両挙動をもたらす。
本発明は、非限定的な例としてのみ提示し、添付の図面によって図示するいくつかの実施形態についての詳細な説明を読むことにより、よりよく理解されよう。
図1でわかるように、車両1は、シャーシ2、2つの操舵前輪3および4、操舵輪であってもなくてもよい2つの後輪5および6を備える。車両1を補完するものとして、前輪3と4の間に配設されたラック8、車両の運転者に提供される図示しないハンドルから機械的に、または電気的に受け取った指令に応じて、ラック8を介して前輪3および4の方向を決めることができる、ラックアクチュエータ9を備える操舵システム7がある。後輪が操舵輪である変形の形態においては、後輪の旋回アクチュエータ19および20が設けられる。
ローリング防止システム10は、制御ユニット11、車両の横方向加速度γTのセンサ12、車両の速度Vを決定することが可能な前輪回転速度センサ13を備える。センサ12は車両1の重心に配設することができる。
ローリング防止システム10はさらに、シャーシ2と車輪3〜6の間にそれぞれ配設された、サスペンションの剛性に作用することが可能なアクチュエータ14〜17も備える。速度センサは、可動部分に固定的に設置されたエンコーダと協動するが、センサは回転しない、光学式あるいは、たとえばホール効果による磁気式のものでよい。加速度センサは、加速度計型(おもりとばね)のものでよい。アクチュエータ14〜17は、サスペンションの剛性を、さらには剛性操作式アクティブサスペンションの要素の剛性を変えることができる油圧式または電気式のシリンダを備えることができる。
制御ユニット11は、RAM、ROM、CPU、ならびにセンサから情報を受け取りアクチュエータ14〜17に命令を送ることが可能な、入出力インタフェースを備えるマイクロプロセッサの形態で作製することができる。
より詳細には、制御ユニット11は、センサ12および13からの信号、特に車両速度Vおよび横方向加速度γTを受け取る入力ブロック22を備える。車両速度は、車輪のブロック防止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の平均値を求めることによって得ることができる。この場合、1車輪あたり1つのセンサ13が設けられ、車輪のブロック防止システムは、車両速度に関する情報を供給するために制御ユニット11の入力部に接続された出力部を備える。別の方法では、各センサ13が制御ユニット11の入力部に接続され、制御ユニット11が車輪の速度の平均値を算出する。
制御ユニット11は、測定されないが制御には必要な情報を推定することが可能な車両モデル23も含む。モデル23により、シャーシ2の固有挙動、すなわち車両の横方向加速度γTに応じたシャーシのローリング応答を予測することが可能となる。このモデルはたとえば、横方向加速度γTと、符号θで表す車体のローリング角との間、ならびにアクチュエータによって加えられるトルクμTと車体のローリング角θとの間の伝達要素の単純式に基づくことができる。
上式で、Ixxは車体のローリング軸、すなわち地上より高いところに設置され前方に向かって若干傾斜していてもよい、長手方向軸周りでの車体の慣性であり、Mは車両の合計質量であり、h0は車体のローリング軸を基準とする重心の高さであり、E1は前車軸のトレッドであり、E2は後車軸のトレッドであり、c1は前車軸の減衰係数であり、c2は後車軸の減衰係数であり、k1は前車軸の剛性であり、k2は後車軸の剛性であり、gは重力定数であり、
は車体のローリング速度であり、
は車体のローリングの加速度である。
アクチュエータの動特性をモデル化することにより、アクチュエータによって実際に加えられるトルクの測定を不要とすることができる。
上式で、μfは加えられるトルクであり、μcはトルク設定値であり、τaはアクチュエータの動特性であり、sはラプラス演算子である。このモデルに関する状態式は以下のとおりである。
さらに:
上式で、yは当該出力である。
上式で、Ixxは車体のローリング軸、すなわち地上より高いところに設置され前方に向かって若干傾斜していてもよい、長手方向軸周りでの車体の慣性であり、Mは車両の合計質量であり、h0は車体のローリング軸を基準とする重心の高さであり、E1は前車軸のトレッドであり、E2は後車軸のトレッドであり、c1は前車軸の減衰係数であり、c2は後車軸の減衰係数であり、k1は前車軸の剛性であり、k2は後車軸の剛性であり、gは重力定数であり、
は車体のローリング速度であり、
は車体のローリングの加速度である。
アクチュエータの動特性をモデル化することにより、アクチュエータによって実際に加えられるトルクの測定を不要とすることができる。
上式で、μfは加えられるトルクであり、μcはトルク設定値であり、τaはアクチュエータの動特性であり、sはラプラス演算子である。このモデルに関する状態式は以下のとおりである。
さらに:
上式で、yは当該出力である。
制御ユニット11はさらに、モデル23からの上述の出力、および車両1の速度Vを入力部で受け取る過渡的信号計算ブロック24を備える。ブロック24は、過渡的応答に作用することが可能な制御信号を計算するが、これは極の配置による。
上述したシステムの3つの極を以下のように記す。
a1(V)+b1(V).i a2(V)+b2(V).i a3(V)+b3(V).i
上式で、速度Vでの極の実数部をai(V)と記し、虚数部をbi(V)と記す。
次いで、ループ系の極を以下のように配置する補正係数を求める。
K=[K1(V) K2(V) K3(V)]
Tdyn11(V).a1(V)+Tdyn12(V).b1(V).i
Tdyn21(V).a2(V)+Tdyn22(V).b2(V).i
Tdyn31(V).a3(V)+Tdyn32(V).b3(V).i
上式で、Tdyn11、Tdyn12、Tdyn21、Tdyn22、Tdyn31、Tdyn32は車両の過渡的応答の調節パラメータ(車両の速度Vに応じた変数)である。
上述したシステムの3つの極を以下のように記す。
a1(V)+b1(V).i a2(V)+b2(V).i a3(V)+b3(V).i
上式で、速度Vでの極の実数部をai(V)と記し、虚数部をbi(V)と記す。
次いで、ループ系の極を以下のように配置する補正係数を求める。
K=[K1(V) K2(V) K3(V)]
Tdyn11(V).a1(V)+Tdyn12(V).b1(V).i
Tdyn21(V).a2(V)+Tdyn22(V).b2(V).i
Tdyn31(V).a3(V)+Tdyn32(V).b3(V).i
上式で、Tdyn11、Tdyn12、Tdyn21、Tdyn22、Tdyn31、Tdyn32は車両の過渡的応答の調節パラメータ(車両の速度Vに応じた変数)である。
補正係数K(V0)は、Int.J.Control, 41(1985), 1129-1155ページに掲載されたJ.KautskyおよびN.K.Nicholsの論文「Robust Pole Assignment in Linear State Feedback」に記述されている極の配置方法により、選択された角度速度V0について計算することができる。
調節パラメータが1に等しいときは、車両の動的応答は変わらないが、パラメータが1より大きいと、車両のローリング応答の敏捷性が上昇し、パラメータが1未満であると、車両のローリング応答の敏捷性が低下することに留意されたい。
たとえば以下の調節値を採用することができる。
Tdyn11=0,8
Tdyn12=0
Tdyn21=0,8
Tdyn22=0
Tdyn31=0,8
Tdyn32=0
たとえば以下の調節値を採用することができる。
Tdyn11=0,8
Tdyn12=0
Tdyn21=0,8
Tdyn22=0
Tdyn31=0,8
Tdyn32=0
この調節値により、ローリングにおける振動を抑えながら、車両の動的応答を遅くすることができる。この調節値により乗客の快適性を向上させることができ、乗客はカーブに差しかかったとき、ローリングが以前よりも唐突でないと感じることになる。
したがってブロック24は、係数K1、K2およびK3、ならびにμc-transitoireと記した制御信号の第1部分を出力側に供給する。
また制御ユニット11は、ブロック24からの係数K1、K2およびK3、車両速度V、および横方向加速度γTを入力部で受け取る静的制御信号μc-statiqueの計算ブロック25も備える。静的制御信号μc-statiqueにより、所与の振幅のハンドル操作の結果達した、車体のローリング角の安定値を変更することができる。結果は、アクティブローリング防止装置がない、同じ車両上で得られるはずの静的利得との比較によって表すことができる。
上式で、Tgsは、必要であれば速度Vに応じて変化することができる調節パラメータである。
上式で、Tgsは、必要であれば速度Vに応じて変化することができる調節パラメータである。
パラメータTgsが1に等しいときは、車両の静的応答は変更されないこと、パラメータTgsが1より大きいときは、車両の静的応答が上昇し、パラメータTgsが1未満のときは、車両の静的応答が低下することに留意されたい。たとえば0.8に等しいTgsを選択することができるが、これにより、安定旋回時に車体が達するローリングを少なくすることができ、したがって乗客の快適性を著しく向上させることができる。
制御ユニット11は、加算器26および出力部27で補完される。加算器26はブロック24からの制御出力μc-transitoireを入力部で受け取り、ブロック25からの制御出力μc-statiqueを別のポジティブ入力部で受け取る。加算器26の出力部は、一方では制御ユニット11の全体出力部27に接続され、他方では、計算されたばかりのローリングの補正設定値をモデル23に供給するために、前記モデル23の入力部に接続される。
図3に示す実施形態においては、横方向加速度センサ12が前輪3および4の旋回位置センサ18で置き換えられ、同センサは、たとえばアクチュエータ9上に設置される。前輪3および4の旋回角度はα1と記され、計算ローリング角θc、ローリング時の車両の状態X2,cを計算するために図4に示すような車両モデル23によって利用され、したがってアクチュエータの動特性によってフィルタリングされたローリングトルクμfが実際に加えられる。
過渡的信号計算ブロック24は、図2に示すブロックと同様のものでよい。
静的制御信号計算ブロック25により、所与の振幅のハンドル操作の結果、達する車体のローリング角の安定値を変更することができる。結果は、アクティブローリング防止装置がない、同じ車両上で得られるはずの静的利得との比較によって表すことができる。
上式で、Tgsは、必要であれば速度Vに応じて変わることのできる調節パラメータである。
上式で、Tgsは、必要であれば速度Vに応じて変わることのできる調節パラメータである。
制御ユニット11は、前述の実施形態と同様に、ブロック24からの出力μ2-transitoireと、ブロック25からの出力μ2-statiqueとを入力部で受け取る加算器26によって補完される。
本発明は、アクティブローリング防止システムを制御し、開ループ方式を採用したことにより、横方向加速度または前輪の旋回角に応じて車両のローリング時の動的および静的応答を調節することができる制御方法を提供する。この調節は、たとえば車両速度Vに応じて行うことができる。車両は、運転者の意向および車道の状態の如何に関わらず、できるだけ安定した挙動を採用するように設計されており、きわめて高い安全性、良好な安心感、ならびに最適化された快適性およびドライブの快適性を提供する。
本発明は、アクティブローリング防止バーを装備する車両に特に適用される。車両のローリング時の動特性センサなしで済ませることが可能であり、それによりシステムのコストを抑制し、ローリング防止アクチュエータの動特性を考慮することができる。調節パラメータは、ローリング防止装置がない場合の車両の公称性能に関わるものなので、調節値の調整は迅速かつ直観的である。実際、調節パラメータが1に等しいときは、車両の挙動は変化しないが、調節パラメータが1より大きい場合は、車の挙動はより激しくなり、調節パラメータが1未満の場合は、車両の挙動はそれほど直接的ではなくなる。ローリング防止システムの使用により、車両が走行する車輪からもたらされる接地性の如何に関わらず、車両の良好な挙動が確保される。
Claims (14)
- 前輪の旋回角または車両の横方向加速度、車両の移動データ、およびローリング防止システムの以前の旋回設定値を基にして、現ローリング補正設定値を求め、車両のサスペンションの剛性に作用するローリング防止アクチュエータまたは操作可能なサスペンションに前記現ローリング補正設定値を送る、少なくとも3輪を有する車両のためのローリング防止方法。
- 車両の前記移動データが車両の長手方向速度Vを含む請求項1に記載のローリング防止方法。
- 車両の前記移動データが後輪の旋回角の測定値を含む請求項1または2に記載のローリング防止方法。
- 車両の動的応答と車両の静的応答とを別々に制御する請求項1から3のいずれか1項に記載のローリング防止方法。
- 車両のモデルおよび車両の移動データから現ローリング補正設定値を求める請求項1から4のいずれか1項に記載のローリング防止方法。
- 現ローリング補正設定値が開ループで求められる請求項1から5のいずれか1項に記載のローリング防止方法。
- ローリング補正設定値が、前記ローリング防止アクチュエータまたは操作可能なサスペンションの動特性に応じて求められる請求項1から6のいずれか1項に記載のローリング防止方法。
- 前輪の旋回角または車両の横方向加速度、車両の移動データ、およびローリング防止補正システムの以前の設定値を基にして、現ローリング補正設定値を求める手段(11)と、前記現ローリング補正設定値を受け取ったとき車両のサスペンションの剛性に作用することが可能なローリング防止アクチュエータ(14〜17)または操作可能なサスペンションを備える、少なくとも3輪を有する車両(1)のためのローリング防止システム。
- 設定値を求める前記手段が、少なくとも1つの変数の推定値を供給することができるモデリングモジュール(23)を備える請求項8に記載のローリング防止システム。
- 前記モデリングモジュール(23)が、前輪の旋回角または車両の横方向加速度の入力部と、車両の移動速度Vの入力部と、後輪の旋回角の以前の設定値の入力部とを備える請求項9に記載のローリング防止システム。
- 前記モデリングモジュール(23)が、ローリング角の出力部と、ローリング速度の出力部と、フィルタリング済みトルクの出力部とを備える請求項9または10に記載のローリング防止システム。
- 設定値を求める前記手段が、過渡的部分調節モジュール(24)と静的部分調節モジュール(25)とを備える請求項8から11のいずれか1項に記載のローリング防止システム。
- 前記過渡的部分調節モジュール(24)が、静的部分調節モジュールの入力部に接続された出力部を備え、静的部分調節モジュール(25)が、前輪旋回角または車両の横方向加速度の入力部と、車両の移動速度Vの入力部とを備える請求項12に記載のローリング防止システム。
- 前輪の旋回角または車両の横方向加速度、車両の移動データ、およびローリング防止補正システムの以前の設定値を基にして、現ローリング補正設定値を求める手段(11)と、前記現ローリング補正設定値を受け取ったとき車両のサスペンションの剛性に作用することが可能なローリング防止アクチュエータ(14〜17)または操作可能なサスペンションとを備えるローリング防止システムを含む、シャーシ(2)と、シャーシ(2)に弾性連結された少なくとも3輪を具備する車両(1)。
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