JP2009522169A - 車体の少なくとも１つの運動状態を求める方法 - Google Patents

Abstract

本発明はサスペンション（６）を介して車体（１０）にバネで支承されている少なくとも１つのホイール（２）を有する車両（１）の車体（１０）の少なくとも１つの運動状態を求める方法に関する。本発明によれば、ホイール（２）のジャウンス（ｚ_rel）が変位センサまたは角度センサ（２１）を用いて測定され、ホイール（２）のジャウンス（ｚ_rel）を時間微分することによりホイール（２）のジャウンス速度

が求められ、加速度センサ（２２）を用いてホイール（２）の垂直加速度

が測定され、前記ホイール（２）の垂直加速度

を時間積分することによりホイール（２）の垂直速度

が求められ、ホイール（２）の垂直速度

とホイール（２）の垂直加速度

の差を求めることにより車体（１０）の垂直速度

が計算される。

Description

本発明は、サスペンションを介して車体にバネで支承されている少なくとも１つのホイールを有する車両の車体の少なくとも１つの運動状態を求める方法であって、ホイールのジャウンスを変位センサまたは角度センサにより測定し、ホイールのジャウンスを時間微分することによりホイールのジャウンス速度を求める様式のものに関わる。さらに本発明は、サスペンションを介して車体にバネで支承された少なくとも１つのホイール、少なくとも１つの加速度センサ、サスペンションに配置されたホイールジャウンス検出用の少なくとも１つの変位センサもしくは角度センサ、および、変位センサもしくは角度センサに後置接続された微分器を備えた車両に関わる。本発明はまたこのような車両を上記方法の実行に使用することにも関わる。

車体およびシャーシの運動自由度を計測により求めるセンサ系は様々に実現しうる。例えば、運動自由度の測定は以下のようにして行われる：
−伝搬時間の測定によって、すなわち、サスペンションまたは車体の領域に配置されたセンサ系から電磁波を発生し、対応する物体への伝搬時間の測定により相応する相対距離を求めることで行われる。基本的に、決められた参照系に相対的な値が−時間微分された値も−可能である。この技術は、例えば、車体から路面までの距離、または車体から地面上方の決められた衛星位置までの距離の動的な測定に利用可能である。複数のセンサを適切に配置すれば、ロールやピッチのような、対応する物体に相対的な別の運動自由度も可能となる。一般に、車体の垂直運動の制御のためにＧＰＳ原理に基づいて車体の位置を特定することは、精度要求と可用性要求とに照らして今日では現実的でないと思われる。これに対して、車両側の光電子センサ系は高価であり、したがってむしろ計測技術上の課題に使用可能である。
−相対変位測定によって、すなわち、サスペンションおよび／または車体の領域に配置されたセンサシステムを用いて、磁気的または電気的な動作原理に従い、トランスミッタ素子とセンサとの間の相対的な位置が求められる。トランスミッタとセンサは、互いに対する位置が可変のサスペンションおよび／または車体の構成部材に配置されている。例えばサスペンションがジャウンス運動をすると、これら構成部材の間にはジャウンス変位に比例すると見なしうる位置変化が生じるので、センサの測定値はジャウンス変位の計測のために考慮される。ここで考えられる作動原理には、磁気抵抗センサだけでなく、ホールセンサ、誘導センサまたはオーム抵抗センサも含まれる。
−加速度測定によって、すなわち、ピックアップの加速度に比例する出力信号を出力する振動感知センサ系を用いて行われる。この構成は例えば車体にて実施される。加速度は例えば地球の中心などの静止した慣性系に対する絶対量である。絶対速度は１階時間積分により求まり、さらにもう１回積分すれば、絶対位置が求まる。特に後者は、特殊なフィルタ技術を用い、高いコストをかけなければ、ふつうエラーのあるセンサ信号によっては不可能である。基本的に、センサの振動質量が非常に小さいため、周波数の高い大きな加速の検出は周波数の低い運動の検出よりも容易である。種々の構成部材で複数のセンサを使用すれば、これら構成部材間の所定方向における相対加速度と相対速度の計算も実現可能である。センサ自体はその動作原理のゆえに自己の軸位置の定常的な変化と動的な変化とに対して非常に敏感である。適切な装置と評価アルゴリズムがあれば、地球重力場に対するこのセンサの方向依存性は３次元空間内での角度位置の算出に利用することができる。

上に述べた原理は、自動車の一次的な運動状態を求める場合にも、受動および／または能動シャーシ圧力部材における相応する状態を求める場合にも適用が可能である。

ＥＰ １ ４２４ ２５５ Ａ２からは、車両サスペンションのアーム用のマウントが公知であり、このマウントの中または表面には、このマウントにより相互に結合された車両部材の相対運動を求めるセンサが配置されている。このマウントはとりわけ車高を測定するために用いることができる。

ＤＥ １０３ ３３ ９９７ Ａ１には、１つのボディと少なくとも１つのホイールを備えた陸上車のためのセンサ装置が開示されている。この場合、センサ装置は少なくとも１つのホイールのボディに対する相対位置を測定する車高センサを含んでいる。車高センサはハウジングの中に配置された複数の電子素子を有しており、このハウジングの中には少なくとも１つの加速度センサが設けられている。さらに、１つのボディと４つのホイールを備えた陸上車が開示されており、４つのホイールのうちの少なくとも３つのホイールとボディとの間にそれぞれ１つこのようなセンサ装置が設けられている。

ＵＳ ６ ８４７ ８７４ Ｂ２からは、自動車の可動ダンパーの減衰作用の強さを制御する方法が公知であり、この方法では、ホイールと車体の間の距離が距離センサを用いて測定され、これらのセンサから得た距離センサ信号の差が求められる。これらの距離センサ信号の差からは、決められた時間差にわたり減衰速度信号が求められ、この減衰速度信号から減衰速度が求められる。減衰の強さは減衰速度に応じて制御される。ハイパスフィルタを使用し、２Ｈｚ未満の低周波は距離信号から除去される。さらに、距離センサ信号はローパスフィルタによりフィルタリングされ、その出力信号は減衰速度信号の計算に使用される。センサとしては、既に使用可能なセンサをレベル調整または空気減衰に使用することができる。減衰速度は好ましくはホイールごとに求められる。車体の速度はこの取り付けられた加速度センサを用いて検出することができる。あるいは、フィルタアウトされたホイール速度成分を有する減衰速度信号から車体の速度が求められる。
しかし、車体側の加速度センサをシャーシ側の距離センサと組み合わせて使用すると、組立費用が高くなり、比較的コスト高となってしまう。さらに、フィルタアウトされたホイール速度成分を有する減衰速度から車体の速度を求める上に述べた代替的な求め方は不正確である。

本発明の課題は、変位センサもしくは角度センサと加速度センサとを用いて、車体の少なくとも１つの運動状態を高い正確度で求めることであり、しかも、組立コストを、特にセンサ系の取付スペースを少なくすることができることである。

この課題は請求項１による方法、請求項９による車両および請求項１２による使用方法により解決される。有利な実施形態は従属請求項に示されている。

本発明では、（第１の）サスペンションを介して車体にバネで支承された少なくとも１つの（第１の）ホイールを有する車両の、とりわけ自動車の、車体の少なくとも１つの運動状態を求める方法は、下記の工程を有する。
−（第１の）変位センサもしくは角度センサを用いてホイールのジャウンスを測定する工程、
−ホイールのジャウンスを時間微分することによりホイールのジャウンス速度を求める工程、
−（第１の）加速度センサを用いてホイールの垂直加速度を測定する工程、
−ホイールの垂直加速度を時間積分することによりホイールの垂直速度を求める工程、および
−ホイールの垂直速度とホイールのジャウンス速度の差を求めることにより車体の（第１の）垂直速度を計算する工程。

本発明による方法では、車体の（第１の）運動状態として、車体の垂直速度が計算される。なお、加速度センサも、変位センサもしくは角度センサも、サスペンションおよび／またはホイール内に設けることが可能である。とりわけ、加速度センサを車体に固定することはもはや不要である。このため、両センサともサスペンション内で互いに空間的に狭い近傍の中に配置することができるので、組立コストないしは取付スペースを少なくすることができる。

「ジャウンス」という概念は特に各ホイールの車体までの垂直距離を表している。さらに、「垂直」という概念は、車高軸と平行または車高軸と一致する方向が垂直方向であるというように理解されるべきものである。特に、差の算出はホイールの垂直速度からホイールのジャウンス速度を減じることにより行われる。

好適には、車両は第２のサスペンションを介して車体にバネで支承された第２のホイールを有し、
−両ホイールは共通の車軸の一部であり、
−第２のホイールのジャウンスは第２の変位センサもしくは角度センサを用いて測定され、
−第２のホイールのジャウンス速度は第２のホイールのジャウンスを時間微分することにより求められ、
−第２のホイールの垂直加速度は第２の加速度センサを用いて測定され、
−第２のホイールの垂直速度は第２のホイールの垂直加速度を時間積分することにより求められ、
−車体の第２の垂直速度は、第２のホイールの垂直速度と第２のホイールのジャウンス速度の差を求めることにより計算される。

この実施形態によれば、車体の第２の運動状態として、車体の第２の垂直速度が計算される。差の算出は特に第２のホイールの垂直速度から第２のホイールのジャウンス速度を減じることにより行われる。

こうして車軸の両ホイールに関して車体の垂直速度が得られるので、車体のロール速度も求めることができる。このために、車体の両方の垂直速度から差が求められ、続いて、好適には基準寸法で除される。なお、基準寸法は例えば車軸のトレッド幅または両センサの相互間の距離により与えられる。ロール速度は車体の第３の運動状態をなす。

車両は、とりわけ、第３のサスペンションを介して車体にバネで支承された少なくとも１つの第３のホイールを有する。この第３のホイールは第２の車軸の一部である。なお、第３のホイールの垂直加速度は第３の加速度センサを用いて測定することができる。しかし、好適には、第３のホイールの垂直加速度は、他のホイールのうちの１つについて測定された垂直加速度のうちの少なくとも１つを時間的に遅延させることで求められる。つまり、従来の車両では、道路走行中にある速度を超えると、車道（道路）による一方のフロントホイールの加振が同じ側のリアホイールに一定の時間だけ遅延して現れることが明らかになっているのである。車両の速度はセンサで測定することができ、時間遅延の持続時間は測定された速度に依存して決定される。さらに、フロントアクスルとリアアクスルは好適には同じまたはほぼ同じトレッド幅を有している。

例えばシフト関数を用いた時間遅延の工程により、第３のホイールの垂直加速度測定を、したがってまた第３のホイールの加速度センサも省略することができる。

同じことは、第４のホイールについても、それが存在する限りにおいて当てはまる。なお、第４のホイールは好適には第３のホイールと共に共通の第２車軸の一部を成している。しかし、第１のホイールに対して行われる測定、計算および決定、ないし第１のホイールに関連して行われる工程を、車両の第３および／または第４のホイールに対しても実行するということも可能である。

車体は単純化して平面として考察することができる。その場合、空間内での平面の位置は３つの点により一意に決定することができる。それゆえ、好適には、第３のホイールのジャウンスは第３の変位センサもしくは角度センサにより測定され、第３のホイールのジャウンスを時間微分することにより第３のホイールのジャウンス速度が求められる。第３のホイールについて求められた垂直加速度は時間積分により第３のホイールの垂直速度を求めるために使用することができる。なお、第３のホイールの垂直加速度は、第３の加速度センサで測定されるか、または、例えば第１および／または第２の加速度センサで求められた加速度信号を時間遅延させることで得られる。今や、第３の運動状態として、車体の第３の垂直速度を、第３のホイールの垂直速度と第３のホイールのジャウンス速度の差を求めることにより計算することができる。なお、差の算出は特に第３のホイールの垂直速度から第３のホイールのジャウンス速度を減じることにより行われる。これで、車体の運動状態を記述するために、車体の３つの垂直速度を使用することができるようになった。

補完的に、第４のホイールについても同様に、車体の第４の垂直速度を得るためにジャウンス測定と垂直加速度の測定を行うことが可能である。

車体のそれぞれの垂直速度は同じコーナーに対応付けられている。なお、各コーナーは、各ホイールの中心点から垂直上方にまたは車高軸と平行に車体方向へ延びる直線と車体とにより形成される交点により特徴付けることができる。さらに、各ホイールの車両バネはそれぞれの垂直軸上にあるものと仮定してよい。しかし、この仮定とは関係なく、各ホイールの車両バネの実際の位置はこれらの垂直軸からずれる場合がある。

センサにより測定された信号は、特に高周波領域においても低周波領域においても、車体の運動状態を求めるのに障害となる信号成分を有する可能性がある。この理由から、好適には時間微分および／または時間積分の前に、センサから得た信号にフィルタが、特にバンドパスフィルタがかけられ、妨害信号成分が除去される。

本発明はさらに、車体と、（第１の）サスペンションを介して車体にバネで支承された少なくとも１つの（第１の）ホイールと、少なくとも１つの（第１の）加速度センサと、サスペンション内に配置された（第１の）変位センサもしくは角度センサと、変位センサもしくは角度センサに後置接続された微分器とを有する車両、とりわけ自動車であって、変位センサもしくは角度センサを用いてまたは変位センサもしくは角度センサによりホイールのジャウンスが検出可能であり、加速度センサがホイールまたはサスペンションに取り付けられており、加速度センサに積分器が後置接続されており、積分器と微分器とに対して減算器が後置接続されている車両に関わる。

本発明の車両では、加速度センサも、変位センサもしくは加速度センサも、サスペンションおよび／またはホイールないしはホイールキャリアに設けられているため、両センサは互いに空間的に狭い近傍の中に配置することができる。加速度センサは特に車体に対してある距離をもち、例えばホイールキャリアに固定されている。好適には、加速度センサは変位センサもしくは角度センサと共に共通のハウジングまたはジョイント（例えばボールジョイント）の中に配置または組み込まれているため、特にコンパクトで省スペースのセンサ装置が達成される。また、ハウジングまたはジョイントは、ホイール、ホイールキャリアまたはアームに固定されているものとしてよい。

ジョイントは例えばホイールキャリアをアームと結合するために用いられる。こうして、ホイールキャリアないしホイールはアームを介して車体にヒンジ結合されている。加速度センサと変位センサもしくは角度センサを空間的に統合したものはセンサクラスタとも呼ばれ、好適には、固有の電子信号処理ユニットと共通の電子信号インタフェースを備えている。

センサクラスタは特に共通の信号処理ユニットまたは評価装置を備えたモジュールを形成する。共通の信号処理ユニットまたは評価装置は、とりわけ、温度補償、メモリ、線形化のための特性マップ、ディジタル計算機および／または自己診断機能を有するものとしてよい。モジュールはハウジングを含む、および／またはジョイントを形成するものとしてよく、好適には１つのまとまった単位として交換可能である。

変位センサもしくは角度センサからは、ホイールのジャウンスを表す信号が供給される。そして、この信号は微分器を用いてホイールのジャウンス速度を示す信号に変換される。さらに、加速度センサからは、ホイールの垂直加速度を表す信号が供給される。そして、この信号は、積分器を用いてまたは積分器により、ホイールの垂直速度を示す信号に変換される。これら両方の速度信号は減算器により互いに減算可能である。とりわけ、微分器を用いて得られた信号を積分器により得られた信号から減じることが可能である。補完的に、加速度センサと積分器との間および／または変位センサもしくは角度センサと微分器との間に、妨害信号成分を除去するフィルタを、特にバンドパスフィルタとして形成されたフィルタをそれぞれ１つ接続してもよい。

変位センサもしくは角度センサに微分器を後置接続し、加速度センサに積分器を後置接続し、積分器と微分器に共通して１つの減算器を後置接続する配置構成は、幾つも設けることが可能である。その場合、これら配置構成の各々は、対応するサスペンションを介してバネで車体に支承されたホイールに属するものとしてよい。

さらに、本発明は本発明の車両を使用して本発明の方法を実行することにも関わる。

シャーシ側のセンサ系（例えば、変位センサもしくは角度センサ、加速度センサ）のみを後置接続された信号処理ユニット（例えば、微分器、積分器、減算器、必要ならばフィルタ）と組み合わせて適切に配置構成することにより、車両において、車体の絶対的な運動状態（例えば、垂直速度、ロール速度等）が高い精度で求められる。この場合、車体側のセンサ系はなくてよい。センサから得たデータベースは、例えばセミアクティブダンパー制御機能またアクティブスタビライザによる転倒安全性機能のような、垂直運動に作用するシャーシ制御系の基礎とすることができる。

車両振動系の垂直自由度の単純化された線形等価物を形成する２質量振動モデル（いわゆる１／４車両）の例では、関連する基準値を実際に示すことができる。車体質量とホイール質量−これらは特に、ホイール、タイヤ、ホイールキャリア、および、場合によってはブレーキの重量に相応し、ホイールキャリアに結合されたホイールガイド部品および駆動部品に比例する重量も含む−はバネ部材と減衰部材とを介して互いに結合されている。ホイール自体は車道に対して同様にバネで支えられており、このバネにより垂直方向に加振される。
以下に示す運動量の時間的推移は、例えば通常の平坦でない路面の上を走行した場合に生じる。
z_AUFB:車体の垂直方向の絶対変位
z_RAD:ホイールの垂直方向の絶対変位
z_rel:車体に対するホイールの垂直方向の相対変位
z_STRA:例えば路面によって定まる、加振の垂足位置。

これらの量の１階または２階時間微分は相応する垂直速度、垂直加速度を生じる。ホイールと車体の運動状態の検出に使用されるセンサ系は加速度センサと相対角度センサを有している。上記諸量から減衰制御の入力量として望まれる垂直速度を求めるために、加速度信号

には時間積分とフィルタリングが施されるが、相対変位信号ｚ_relには時間微分とフィルタリングが施される。このプロセスの目的は車体の垂直速度を求めることである。この場合、車体に取り付けられた加速度センサ系はなくてよい。その代わりに、ホイール質量に取り付けられた加速度ピックアップが、ホイールと車体との間の距離を測定する相対変位センサと共に参照される。

センサに後置接続された計算チェーンにより、車両の各コーナーについて、測定信号ｚ_relおよび

の数値処理が行われる。

加速度信号にはバンドパスフィルタリングが施される。これは、一方では、高周波雑音成分を抑制するだけでなく、車体制御に無視できない影響を何ら与えず、かつホイール質量と車体質量のスプリングダンパー結合のおかげで一般に車体位置にも影響を与えない運動成分をも抑制するためであり、他方では、後の時間積分の際に信号ドリフトを生じさせかねない信号の定常成分（オフセット、緩慢な変動）を補償するためである。積分されバンドパスフィルタのかけられた出力量はホイールの絶対垂直速度の等価量を形成する。

相対変位センサの信号にも好適には同様にバンドパスフィルタリングが施される。しかし、このフィルタの高域通過成分は主にこのフィルタリングの動的伝達特性を加速度信号フィルタリングの伝達特性に合わせる目的で使用される。その際、位相差はそれぞれの信号フィルタ特性を適切に同調させることで非常に小さく保たれなければならない。というのも、そうしなければ、後で信号を合算する際に伝播時間の誤差に起因する誤差が生じる可能性があるからである。それゆえ、フィルタはとりわけ位相補正エレメントとして働く（位相は微分器と積分器とが逆の位相プロファイルを有しているだけでも生じる）。その後、信号は好適には数値微分される。

両方の計算ループ、すなわち、積分と微分は、明らかに異なる動的伝達特性を有しているが、上記方法の目的は所定の周波数スペクトルにおいて車体動特性をその位相特性と振幅特性とに関してできるかぎり正確に求めることであるから、計算誤差を防ぐために、フィルタ成分は相互に適切に調整されるものとしてよい。

フィルタリングの両出力量を減算することにより、下記の計算規則に従い、車体垂直速度が求まる（ｚ_relはジャウンス方向に正の符号を有すると仮定した）。

加速度センサと変位センサを物理空間的にひとまとめにすることは明らかに可能であり、また望まれることである。したがって、理想的には、車高検出のために垂直加速度ピックアップをインテリジェント・アングルジョイントに組み込んでもよい。こうして、必要なセンサ系がシャーシのシステム領域に組み込まれる。

状態量

は、車両の別の運動自由度

を制御する際に考慮されうるようにすべきである。なおここで、

は車体のロール速度を表し、

は車体のピッチ速度を表している。そのために、計算上、４つのコーナーすべてで測定され計算された垂直運動の状態量を参照するようにしてもよい。例えば、車体のロール速度

は、車軸（ここではフロントアクスル）の両コーナーまたは両側で求められた車体の垂直速度

の差から計算される。その際、この差を基準寸法Ｓ_VAで除さなければならない。ここで、基準寸法Ｓ_VAとは、垂直方向の運動量を計算および測定する際に考慮される各ホイール上のコーナー軸の間を横方向に張る寸法である。ピッチ速度の計算もこれと同様に行うことができる。

個別センサ系は、現走行速度ｖ_{x_Fzg}とホイールベースとを考慮した遅延関数（シフト関数）ｆ（Δｔ）を用いて、フロントホイールで測定された垂直加速度を位相シフトさせ、リアホイールに当てはめることで最適に代替されうる。ここで、

この手続きが十分な正確度で機能するための前提条件は、リアホイールが時間遅延を伴いつつフロントホイールと同一の加振プロファイル（路面）上を進み、同一の垂直運動を行うことである。この前提条件は、トレッド幅とホイール質量が大体において同じならば、最低速度以上で道路上を走行する場合に一般に満たされる。この方式はリアアクスルに取り付けられた２つの加速度ピックアップの代わりとなる。シフト関数を変位センサに転用することは条件付きでしか可能でない。というのも、車体のピッチ動特性はフロントアクスルとリアアクスルの間の相対変位の差に起因するものであるため、平板の原理に従い、リアアクスルにおいて少なくとも１つの変位信号を測定しなければならないからである。

相応する平板運動の原理に従い、上平板（車体）の下平板（ホイールキャリアの平面）に対する相対位置は３つの相対変位センサの信号により十分に決まる、すなわち、センサ位置により張られた平板ジオメトリが既知であれば、相対ロール角、相対ピッチ角、相対垂直距離およびその時間微分を求めることができる。

通常の路面上では、ホイールキャリアによって張られた平板による下平面のモデル化を参照することが有効であり、近似的な方法として信頼できる。というのも、ホイールキャリアによって張られた平板は、その姿勢がつねに路面に適応しながらも、平坦であり続けるからである。この下平板のコーナーの運動状態はホイール加速度センサ系とシフト関数とによって十分に決定されているため、１階時間積分によりこの平板の速度量が、２階積分により−相応して正確度は低下するものの−位置状態量が求まる。

本発明による方法、本発明による車両および／または本発明による使用により、とりわけ以下の利点が達成される。
−車体の運動量を求める車体側センサ系をなくすことができる、
−シャーシまたはサスペンションに配置されたセンサ系のみを用いて、車体の運動量を求めることができる（適切なセンサ系を用いれば、相対変位の測定は物理空間的に完全にシャーシのシステム領域に属する−特に車体へのインタフェースが存在しない）。
−車体運動量を計算する際、決められた周波数帯域において各計算チェーンの動特性がフィルタ回路により削ぎ落とされる。

さらに、本発明の利点は以下の点にもある。
−センサ系の代替が可能である、
−センサ系を空間的にまとめることができる（クラスタリング）。これにより、３つのセンサクラスタにまで減らすことが可能である（マスターセンサ内にローカルインテリジェンスを実装し、通信チェーンを構築する場合には、多数の制御システムに対して適格なデータベースを転送することも考えられる。クラスタリングはホイール回転数、ホイール垂直加速度およびジャウンス変位を含むものとしてよい。）、
−相対変位測定の際に例えばダンパーの制御システム機能を高い正確度で最大限に利用することができるため、位置に応じた制御ストラテジーが可能である。

以下では、図面を参照しつつ、有利な実施形態に基づいて本発明を説明する。
図１は、本発明の１つの実施形態による車両の概略的な上面図であり、
図２は、図１のサスペンションを概略的に示したものであり、
図３は、平坦でない路面の上を走行した場合の車両の垂直方向の絶対運動量の推移を示したものであり、
図４は、車体の垂直速度の計算を図解したものであり、
図５は、図１の車両の簡略化した透視図を車体の運動状態の図解とともに示したものであり、
図６は、図１の車両とセンサの簡略化した透視図であり、
図７は、図１の車体の簡略化した透視図であり、
図８は、車体の垂直加速度を求めるための概略的なブロック回路図であり、
図９は、ホイールの垂直加速度を遅延させるための概略的なブロック回路図であり、
図１０は、センサを備えたボールジョイントの概略図である。

図１には、本発明の１つの実施形態による車両１の上面図が概略的に示されている。図中、４つのホイール２，３，４および５はそれぞれサスペンション６，７，８および９を介して車体１０に結合されている。２つのホイール２および３はフロントアクスル（ＶＡ）１１の一部であり、２つのホイール４および５はリアアクスル（ＨＡ）１２の一部である。

図２には、サスペンション６の概略図が示されている。図中、ホイール２は車両バネ１３とショックダンパー１４を介して車体１０に結合されている。ホイール２は車道または路面１５と接触しており、バネ１３とショックダンパー１４とに結合されたホイールキャリア１６とタイヤ１７を有している。タイヤ１７は好適には空気で満たされ、バネ１８を形成する。バネ１８は車道１５とホイールキャリア１６の間で作用する、またはそこに配置されている。ホイール２はホイール接触点２０で車道１５と接触しており、中心軸ないし回転軸１９を有している。

さらに、車体の絶対垂直変位ｚ_{AUFB_i}、ホイールの絶対垂直変位ｚ_RAD、車体に対するホイールの相対垂直変位ｚ_relおよび加振の垂足位置ｚ_STRAが示されている。なお、ｚ_relはジャウンスとも呼ばれる。図２に示されている座標系のｚ軸が車高軸を表しているのに対して、ｘ軸は走行方向または車両１の車両長手軸を表している。したがって、文字「ｚ」または「垂直」という概念は、車両の高さ軸に平行な、または高さ軸と一致する方向を表す。

図２に示されている構成は垂直車両速度の２質量等価モデルであり、ｍ_RADはホイール質量を、ｍ_{AUFB_1/4}はサスペンション６に作用する車体質量ｍ_AUFBの一部、特に車体質量ｍ_AUFBの１／４を表している。

図２にはホイール２のサスペンション６しか示されていないが、他のホイール３，４および５も相応するサスペンション７，８および９を介して車体１０に結合されている。このことは記号ｚ_{AUFB_i}においてインデックス"i"を使用する場合にも同様である。この場合、インデックスiはＶＲ（＝サスペンション７または前右）、ＶＬ（＝サスペンション６または前左）、ＨＲ（＝サスペンション９または後右）またはＨＬ（＝サスペンション８または後左）を表す。図２には具体的にサスペンション６が示されているので、この場合インデックスiはＶＬと置いてよい。あるいは、例えばＶＲ＝１、ＶＬ＝２、ＨＲ＝３およびＨＬ＝４として、インデックスiを１から４まで走らせることももちろん可能である。

図３には、ある所与の加振ｚ_STRAについて、車体１０の垂直変位ｚ_AUFBとホイール２の垂直変位ｚ_RADが示されている。なお、ｚ_AUFB、ｚ_RADおよびｚ_STRAは時間t上にプロットされている。車道による加振ｚ_STRAはホイール接触点２０においてホイール２またはタイヤバネ１８に作用する。図３は、したがって、ホイール２の位置ｚ_RADと車体１０の位置ｚ_AUFBが加振ｚ_STRAに依存していることの一例を示すものである。

図４によれば、サスペンション６内にはジャウンスセンサ２１が配置されており、このジャウンスセンサ２１からホイール２のジャウンスｚ_relを表す信号が送出される。センサ２１は変位センサまたは角度センサとして形成されているものとしてよい。後者は、例えばジョイント、とりわけボールジョイントの中に設けられており、このジョイントを介してホイールキャリア１６はアームを中間に挟んで車体１０と結合されている。センサ２１ないしジョイントはホイールキャリア側または車体側でアームに取り付けられているものとしてよい。しかし、特にジャウンスセンサ２１はホイール２またはホイールキャリア１６に取り付けられている。

さらに、ホイール２またはホイールキャリア１６には加速度センサ２２が取り付けられており、この加速度センサ２２からホイール２の垂直加速度

またはこれを表す信号が送られる。そして、両センサ２１および２２から得られた信号を用いて、車体の垂直速度ｚ_AUFBが求められる。このためにまず、図８に示されているように、センサ２１から得た信号ｚ_relがバンドパスフィルタ２３に通され、バンドパスフィルタ２３はフィルタリングされた信号ｚ_{rel_Filt}を微分器２４に渡す。さらに、加速度センサ２２の出力信号

はバンドパスフィルタ２５に通され、フィルタリングされた信号

はバンドパルフィルタ２５から積分器２６に渡される。微分器２４の出力信号

と積分器２６の出力信号

は減算器２７に渡され、

が減じられる。その差

は車体１０の（サスペンション６に関する）垂直速度

に相当し、減算器２７の出力信号として出力される。

フィルタ２３、微分器２４、フィルタ２５、積分器２６および／または減算器２７は、アナログまたは時間離散の電気モジュールとして形成されているものとしてよい。しかし、モジュール２３〜２７のすべてまたは一部により実現されたディジタル計算機が設けられていることが好ましい。特に、モジュール２３〜２７は好適には上記ディジタル計算機から形成された共通の評価装置２８に統合されているものとしてよい。

図４には、ｚ_relと

に関する２つの測定曲線が示されている。これら２つの測定曲線は、図示されていないホイール２の加振に基づいて、センサ２１および２２により求められたものである。さらには、測定された値ｚ_relと

に基づいて評価装置２８により求められた車体１０の垂直速度

の時間的推移も図示されている。

図５には、車両１の概略的な透視図が示されている。この透視図中にはさらに、車両１の横方向を示す図２による座標系のｙ軸も図示されている。角度φ_AUFBが車体１０のｘ軸回りのロール運動を記述するのに対し、角度Θ_AUFBは車体１０のｙ軸回りのピッチ運動を表す。値

は車体１０のロール速度を表し、値

はピッチ速度を表す。ホイール領域またはホイールに属する各コーナーにおける車体１０の垂直速度

が既知ならば、ロール速度

とピッチ速度

が求まる。ロール速度

は例えば次のようにして得られる。

ここで、

はホイール２の領域における車体１０の垂直速度であり、

はホイール３の領域における車体１０の垂直速度であり、Ｓ_VAは２つの垂直コーナー軸ないし直線３２および３３の間を横方向に延びる基準寸法を表しており、特にフロントアクスル１１のトレッド幅またはセンサ間の距離に相当する。

図６によれば、サスペンション７および８にもそれぞれ１つのジャウンスセンサ２１が設けられており、ホイール３にはさらに加速度センサ２２も取り付けられているので、ホイール２，３および４のジャウンスとフロントアクスル１１のホイール２および３の垂直加速度を測定することができる。図６によれば、リアアクスル１２のホイール４および５は特に加速度センサは有していないものの、ホイール４の領域における車体１０の垂直加速度は、ホイール２の加速度センサ２２により求められたホイール垂直加速度を時間遅延させることで求められる。この時間遅延は、フロントアクスル１１とリアアクスル１２の間の距離１と、図９に示されているように速度センサ２９によって検出される車両１のｘ方向の速度ｖ_{x_Fzg}とに依存する。ホイール２に取り付けられた加速度センサ２２により求められた垂直加速度

は速度センサ２９に接続された遅延器３０に渡され、遅延器３０でΔｔだけ時間遅延される。遅延器３０から出力される信号は、少なくとも近似的に、ホイール４の垂直加速度

を表している。なお、遅延器３０は評価装置２８の一部としてよく、とりわけ、ディジタル計算機から形成されている。

図６に示されている構成では、近似として、車両１は予め決められた最低速度よりも高い速度で道路上をｘ方向に運動し、フロントアクスルとリアアクスルは同じまたは実質的に同じトレッド幅を有しているものと仮定されるため、車道に起因するフロントホイールの垂直運動は同じ側のリアホイールにおいても時間遅延して生じる。しかし、代替的に、リアホイール４に別個の加速度センサを設けることも可能である。これについては、図６に破線で示されている。

図７には、車体１０の概略図が示されており、ここで、車体１０は複数のホイールのホイールキャリアの平面３１に対して平行でない向きを有している。特に明らかなことは、車体１０の運動状態をより正確に検出するためには、ホイールのジャウンスｚ_relを車体１０の少なくとも３つのコーナーで求めることが望ましいということである。それゆえ、図６に関連して既に説明したように、サスペンション６，７および８にはそれぞれ１つのジャウンスセンサ２１が設けられている。

さらに、評価装置２８は完全にまたは部分的にハウジング３６ないしボールジョイント３４の中に組み込まれているものとしてよい。

本発明の１つの実施形態による車両の概略的な上面図を示す。 図１のサスペンションを概略的に示す。 平坦でない路面の上を走行した場合の車両の垂直方向の絶対運動量の推移を示す。 車体の垂直速度の計算を示す。 図１の車両の簡略化した透視図を車体の運動状態の図解とともに示す。 図１の車両とセンサの簡略化した透視図を示す。 図１の車体の簡略化した透視図を示す。 車体の垂直加速度を求めるための概略的なブロック回路図を示す。 ホイールの垂直加速度を遅延させるための概略的なブロック回路図を示す。 センサを備えたボールジョイントの概略図を示す。

符号の説明

１ 車両
２ ホイール
３ ホイール
４ ホイール
５ ホイール
６ サスペンション
７ サスペンション
８ サスペンション
９ サスペンション
１０ 車体
１１ フロントアクスル
１２ リアアクスル
１３ 車両バネ
１４ ショックダンパー
１５ 車道
１６ ホイールキャリア
１７ タイヤ
１８ バネ（タイヤ）
１９ ホイールの中心軸
２０ ホイール接触点
２１ ジャウンスセンサ
２２ 加速度センサ
２３ バンドパスフィルタ
２４ 微分器
２５ バンドパスフィルタ
２６ 積分器
２７ 減算器
２８ 評価装置
２９ 速度センサ
３０ 遅延器
３１ ホイールキャリアの平面
３２ 垂直コーナー軸
３３ 垂直コーナー軸
３４ ボールジョイント
３５ アーム
３６ ボールジョイントハウジング
３７ ボールスタッド
３８ 発信器／マグネット

Claims (12)

1. サスペンション（６）を介して車体（１０）にバネで支承されている少なくとも１つのホイール（２）を有する車両（１）の車体（１０）の少なくとも１つの運動状態を求める方法であって、前記ホイール（２）のジャウンス（ｚ_rel）を変位センサまたは角度センサ（２１）を用いて測定し、前記ホイール（２）のジャウンス（ｚ_rel）を時間微分することによりホイール（２）のジャウンス速度
   

   

   を求めるようにした方法において、加速度センサ（２２）を用いて前記ホイール（２）の垂直加速度
   

   

   を測定し、前記ホイール（２）の垂直加速度
   

   

   を時間積分することにより前記ホイール（２）の垂直速度
   

   

   を求め、前記ホイール（２）の垂直速度
   

   

   と前記ホイール（２）の垂直加速度
   

   

   の差を求めることにより前記車体（１０）の垂直速度
   

   

   を計算することを特徴とする方法。
2. 前記車両（１）は第２のサスペンション（７）を介して車体（１０）にバネで支承された第２のホイール（３）を有しており、前記両ホイール（２，３）は共通の車軸（１１）の一部であり、第２のホイール（３）のジャウンスを時間微分することにより第２のホイール（３）のジャウンス速度が求められ、第２の加速度センサ（２２）を用いて第２のホイール（３）の垂直加速度が測定され、第２のホイール（３）の垂直加速度を時間積分することにより第２のホイール（３）の垂直速度が求められ、第２のホイール（３）の垂直速度と第２のホイール（３）の垂直加速度の差を求めることにより前記車体（１０）の第２の垂直速度が計算される、請求項１記載の方法。
3. 車体（１０）の両垂直速度の差を求め、当該差を所定の基準寸法（Ｓ_VA）で除することにより車体（１０）のロール速度を求める、請求項２記載の方法。
4. 前記車両（１）は第３のサスペンション（８）を介して車体（１０）にバネで支承された第３のホイール（４）を有しており、第３のホイール（４）は第２の車軸（１２）の一部であり、第３のホイール（４）の垂直加速度が、他の１つのホイール（２）について測定された垂直加速度を時間遅延させることにより求められる、請求項１から３のいずれか１項記載の方法。
5. 前記車両（１０）の速度（ｖ_{x_Fzg}）を測定し、当該速度（ｖ_{x_Fzg}）に依存して時間遅延の持続時間（Δｔ）を決定する、請求項４記載の方法。
6. 第３のホイール（４）のジャウンスを第３の変位センサもしくは角度センサ（２１）を用いて測定する、請求項４または５記載の方法。
7. 第３のホイール（４）のジャウンス速度を第３のホイール（４）のジャウンスを時間微分することにより求め、第３のホイール（４）の垂直速度を第３のホイール（４）の垂直加速度を時間積分することにより求め、車体（１０）の第３の垂直速度を第３のホイール（４）の垂直速度と第３のホイール（４）のジャウンス速度の差を求めることにより計算する、請求項６記載の方法。
8. 前記時間微分の前に、または前記時間積分の前に、前記センサ（２１，２２）により測定された信号にバンドパルフィルタリングを施す、請求項１から７のいずれか１項記載の方法。
9. サスペンション（６）を介して車体（１０）にバネで支承された少なくとも１つのホイール（２）、少なくとも１つの加速度センサ（２２）、前記サスペンション（６）に配置された、前記ホイール（２）のジャウンスを検出するための少なくとも１つの変位センサもしくは角度センサ（２１）、および、前記変位センサもしくは角度センサ（２１）に後置接続された微分器（２４）を備えた車両であって、前記ホイール（２）または前記サスペンション（６）に加速度センサ（２２）が取り付けられており、該加速度センサ（２２）に積分器（２６）が後置接続されており、前記積分器（２６）と前記微分器（２４）とに減算器（２７）が後置接続されていることを特徴とする車両。
10. 前記加速度センサ（２２）と前記積分器（２６）の間、ならびに前記変位センサもしくは角度センサ（２１）と前記微分器（２４）の間に、それぞれ１つのバンドパスフィルタ（２３，２５）が接続されている、請求項９記載の車両。
11. 前記ホイール（２）はアーム（３５）を介して前記車体（１０）に結合されており、前記アーム（３５）はボールジョイント（３４）を介して前記ホイール（２）に結合されており、前記加速度センサ（２２）と前記変位センサもしくは角度センサ（２１）は前記ボールジョイント（３４）内に配置されている、請求項９または１０記載の方法。
12. 請求項１から８のいずれか１項記載の方法を実行するために請求項９から１１のいずれか１項記載の車両（１）を使用する方法。

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