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

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γ_Ｔ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γ_Ｔ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γ_Ｔ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γ_Ｔ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μ_Ｔ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、Ｉ_xx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、ｈ_０は車体のローリング軸を基準とする重心の高さであり、Ｅ_１は前車軸のトレッドであり、Ｅ_２は後車軸のトレッドであり、ｃ_１は前車軸の減衰係数であり、ｃ_２は後車軸の減衰係数であり、ｋ_１は前車軸の剛性であり、ｋ_２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、μ_ｆは加えられるトルクであり、μ_ｃはトルク設定値であり、τ_a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。

したがってモデル２３は、算出されたローリング角θ_ｃ、算出されたローリング速度

およびアクチュエータの動力学によってフィルタリングされた、すなわち実際に加えられるローリングトルクμ_ｆを供給する。

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ａ_ｉ（Ｖ）と記し、虚数部をｂ_ｉ（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（Ｖ_０）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Ｖ_０について計算することができる。

こうして制御信号の最初の部分が得られる。

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

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Ｋ_１、Ｋ_２およびＫ_３、ならびにμ_{c-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Ｋ_１、Ｋ_２およびＫ_３、車両速度Ｖ、および横方向加速度γ_Ｔを入力部で受け取る静的制御信号μ_c-statiqueの計算ブロック２５も備える。静的制御信号μ_c-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。

制御信号の第２部分はパラメータＴｇｓに応じて以下のようにして計算される。

ただし、

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μ_{c-transitoire}を入力部で受け取り、ブロック２５からの制御出力μ_c-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α_１と記され、計算ローリング角θ_ｃ、ローリング時の車両の状態Ｘ_2,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μ_ｆが実際に加えられる。

図４に示すような制御ユニット１１は、図２に示した制御ユニットに似ているが、前輪の旋回角をα_１として、モデル２３がたとえば以下の式に基づくことができる点が異なる。

アクチュエータμ_ｆによって実際に加えられるトルクは、前述と同様に測定されず、前述と同様にアクチュエータの動特性を変えることによって得られる。

このモデルに関する状態式は以下のとおりである。

ただし、

かつ、ｙは想定される出力であり、

によって定義されるローリング時の車両の第２状態である。

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。

制御信号の第２部分は、パラメータＴｇｓに応じて以下のようにして計算される。

ただし、

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μ_{2-transitoire}と、ブロック２５からの出力μ_2-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。

本発明の一態様による制御システムを装備する車両の略図である。 図１のシステムの論理図である。 本発明の別の態様による制御システムを装備する車両の略図である。 図３のシステムの論理図である。

Claims (14)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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。
11. 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。
12. 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。
13. 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。
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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