JP2010501387A - 自動車のアクティブシャシのバネ力特性を制御する装置及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、自動車のアクティブシャシのバネ力特性を制御する装置及び方法であって、作動装置（１６ｉ）を制御することによりホイールスプリング装置（１５ｉ）のバネ力特性を変更できる、車体と車輪キャリアとの間に配置されたホイールスプリング装置（１５ｉ）と、自動車の前方の経路の垂直断面を反映する予測変数（ｈ_ｉ）を検出するためのセンサ（２１）と、ホイールスプリング装置（１５ｉ）のバネ力特性が自動車の前方の経路の垂直断面の形状に対して予測的に調節されるように検出された予測変数（ｈ_ｉ）に基づいて、作動装置（１６ｉ）を制御する制御装置（２２）を有する装置及び方法に関する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、自動車のアクティブシャシのバネ力特性を制御する装置及び方法に関する。さらに、本発明は、上記装置が装備される自動車に関する。

アクティブシャシであっても、運転力学と運転快適性との間の葛藤において物理的制限に直面することが知られている。このことは、特に、従来のアクティブシャシが、例えば、凸凹の地面等を走行している場合に発生するような走行に関連する道路励起に対して比較的遅れて反応するだけ、という事実に起因する。

当然ながら、道路励起が自動車又は車体に作用してからでないと、情報は、アクティブシャシのセンサで利用できない（これらのセンサは、例えば、車体の垂直加速度、及び／又は自動車のホイールスプリング装置で生じるバネ行程を感知するために使用される）。その結果、走行で生じた道路励起を補正するための残りの時間が相応して短くなり、主に、道路励起の影響を減衰することが制限される。

これらの課題は、予測的に作用するアクティブシャシを使用することによって解決されるか、又は少なくとも著しく軽減させることができる。

このために、自動車の走行方向の道路の予想される垂直断面に関する三次元情報が用いられる。道路の垂直断面を評価して前方の障害物を検出することにより、突き上げ衝撃の伝達が可能な限り最小な状態で自動車及び車体が障害物を乗り越えることを保証するように、アクティブシャシのバネ力特性を各種の障害物に予測的に適合させることが可能になる。

上記アクティブシャシの制御手順は、連続する複数のステップに分割されることができる。第１のステップでは、前方の障害物が、できるだけ早く感知される。次に、第２のステップでは、障害物の種類が分析されて、障害物の種類に適切な乗り越え方式が選択される。最後に、第３のステップでは、アクティブシャシのバネ力特性を適合させることによって、障害物を乗り越えるための適切な制御が開始される。

本発明による装置又は本発明に係る方法の別の利点は、従属項から及び図面の説明から明らかになる。

添付図面を参照して、本発明に係る装置及び本発明に係る方法について以下により詳細に説明する。

本発明による装置が装備される自動車が障害物を乗り越えようとしている走行状態を概略的に示した図面である。 一例として示した本発明による装置の実施形態の図面である。 本発明による装置によって行われる長期的な方策に基づいて障害物を乗り越える走行状態を概略的に示した図面である。

図１は、本発明による装置が装備される自動車１０が障害物を乗り越えようとしている走行状態を概略的に示している。

障害物は、図１ａ）によれば、例えば、約１０センチメートルの高さを有しかつ走行方向において自動車１０の前方の約１０メートルの距離にあると仮定される段状隆起部１１である。自動車１０の最大利用可能なバネ行程は隆起部１１の高さよりも小さいので、突き上げ衝撃の伝達を認識することなく隆起部１１を乗り越えることは不可能である。したがって、図１ｂ）によれば、最大利用可能なバネ行程を長くするために、車体１２が隆起部１１の前で矢印１３の方向に上昇され、この結果、図１ｃ）によれば、隆起部１１を快適に乗り越えることが可能である。

図２は、図１に関連して、一例として示した本発明による方法を行うための本発明による装置の実施形態を示している。装置１４は、車両の個々の車輪に割り当てられかつ自動車１０の車体１２と車輪キャリアとの間に取付けられる複数のホイールスプリング装置１５ｉを備え、この場合、バネ力特性に対して、最大利用可能なバネ行程を適合させるために、関連する作動装置１６ｉによりホイールスプリング装置１５ｉを調節できる。この場合、ホイールスプリング装置１５ｉは、作動装置１６ｉと同様に、自動車１０のアクティブシャシの構成要素である。この場合、本例は四輪自動車１０を含むと想定されるので、ｉ＝１、．．．、４である。

より正確には、作動装置１６ｉにより、ホイールスプリング装置１５ｉのバネ力の又はバネ力特性の、したがって最終的には、路面に対する車体１２の位置の適合が可能になる。さらに、このことにより、障害物を乗り越える前の車体１２の上昇又は下降に加えて、道路の凸凹等による比較的小さい道路による励起の補正が可能になる。

装置１４は、ホイールスプリング装置１５ｉで発生するバネ行程値ｚ_ｉを感知するための、及びホイールスプリング装置１５ｉの領域の運動により車体１２に作用する垂直加速度値ａ_ｉを感知するための複数のシャシセンサ２０も有する。さらに、道路の垂直断面の三次元感知用の予測センサ２１は自動車１０の走行方向にも存在する。シャシセンサ２０と予測センサ２１とによって利用可能になるセンサ生データが制御装置２２に供給され、この制御装置が、予め規定された制御方式に基づき、前方の道路の垂直断面へのホイールスプリング装置１５ｉのバネ力特性の快適指向の適合を考慮して作動装置１６ｉを制御する。

作動装置１６ｉの適切な制御によって、車体１２に作用する垂直加速度値ａ_ｉ、及び個々のホイールスプリング装置１５ｉで利用可能になるバネ行程値
の両方が、従うべき設定値ａ_{ｉ，ｓｅｔｐ}＝０と
を予め規定することにより最小になる。

このために、減算要素２３において、設定値ａ_{ｉ，ｓｅｔｐ}と
が、シャシセンサ２０によって検出される対応する実際値ａ_ｉと
と比較されている間に、差形成工程ａ_{ｉ，ｓｅｔｐ}、−ａ_ｉと
が行われる。それに続いて、このように形成される差が制御部２４に供給され、この制御部が、車体１２のホイールスプリング装置１５ｉの領域で生じる対応する力Ｆ_ｄｉｓｒ、及び／又はホイールスプリング装置１５ｉで生じる対応するバネ行程値ｚ_ｄｉｓｒとして表される走行で生じた道路励起の低減を考慮して、作動装置１６ｉを制御する。制御回路における、走行によって外部から作用する伝達された突き上げ衝撃Ｆ_ｄｉｓｒとｚ_ｄｉｓｒの影響は、本図で加算要素２５によって示されている。

本例において、自動車１０には、その前方の道路の垂直断面に関する三次元情報を得るために自動車１０の前輪の前方領域の車線を各々感知する合計２つの予測センサ２１が装備される。例えば、２つの予測センサ２１はレーザスキャナであるが、画像生成レーダシステム及び／又はＣＣＤカメラを使用することもできる。レーザスキャナは、パルス赤外線により動作し、自動車１０の左側前輪及び右側前輪の前方の経路を点状に走査する。制御装置２２によって行われるリアルタイム調整３０の範囲内で予測変数ｈ_ｉを検出するために、センサ生データがインターフェースを介して制御装置２２に伝達され、そこで評価される。

予測変数ｈ_ｉは、自動車１０の走行方向前方の経路の垂直断面の三次元図を提供し、パイロット制御工程３１の範囲内で、対応するパイロット制御変数ｓ_ｉを得ることによって作動装置１６ｉを制御するために用いられる。

それに続いて、制御部２４と作動装置１６ｉとの間に取付けられる加算要素３２によって、パイロット制御変数ｓ_ｉが入力される。

対応する縦揺れ運動、横揺れ運動及び／又は往復運動として表される車体１２の走行で生じた運動のために、予測センサ２１によって利用可能になるデータがシャシセンサ２０のデータに合わせられることにより、リアルタイム調整３０の範囲内で、予測センサ２１によって利用可能になるデータが補正される。したがって、上記シャシセンサは、路面に対して発生する車体１２の縦揺れ運動、横揺れ運動及び／又は往復運動に関する直接的な情報を提供する。

より正確には、制御装置２２は、走行中の路面に対する車体１２の現在の運動状態を表す状態変数ζ_ｉに基づいて予測変数ｈ_ｉを計算し、状態変数ζ_ｉは、車体の長手方向軸線に対する車体１２の縦揺れ運動を表す縦揺れ角変数、及び／又は車体の横方向軸線に対する車体１２の横揺れ運動を表す横揺れ角変数、及び／又は車体の垂直軸線に対する車体１２の往復運動を表す往復運動変数の関数である。

データの品質を向上させるために、リアルタイム調整３０の間の状態変数ζ_ｉの計算中、連続的に感知されて記憶される道路の複数の垂直断面が重畳される。この場合、予測センサ２１によって利用可能になるセンサ生データの統計的平均を行うこともできるので、予測変数ｈ_ｉの品質を向上させることができる。

予測センサ２１を使用することによって、道路の予想された垂直断面に関する三次元情報が、自動車１０の前方の数メートルの距離で既に利用可能になっている。したがって、障害物が道路上で検出された直後に、作動装置１６ｉを制御することによって、適切な対策を開始することが可能である。作動装置１６ｉの機械的慣性、及びセンサ生データの調整又は処理による可能な遅延はもはや重要ではない。このように実施される補正方式は、数メートルの比較的短い予測範囲のみを必要とする。

さらに、自動車１０の前方の比較的長い距離において道路の垂直断面を認識するのであれば、アクティブシャシの早期の予備調整を行うことを可能にする長期的な方策を実施することが可能である。

このような長期的な方策の実施は図３に示されており、図３ａ）によれば、隆起部１１が感知された後、それを乗り越えた場合に予想される突き上げ衝撃の伝達を最小にするために、車体１２の理想的な運動順序がここで検出される。この場合、図３ｂ）によれば、隆起部１１に到達する直前に、作動装置１６ｉを適切に制御することによって車両のそれぞれの車輪が矢印３５の方向に上昇され、この結果、図３ｃ）によれば、引き続き、突き上げ衝撃の伝達が著しく低減された状態で隆起部１１を乗り越えることが可能になる。

最終的には、道路状態と、検出された予測変数ｈ_ｉの結果として得られた予測範囲とに応じて、２つの方式のいずれかが用いられる。

パイロット制御部３１が存在することにより、制御部２４との対立が生じることがあるが、この理由は、パイロット制御部３１と制御部２４とが本質的に互いを全く認識せず、制御部２４が、作動装置１６ｉへのパイロット制御部３１の介入を、走行による外部からの突き上げ衝撃の伝達であると誤って解釈し、それに応じて作動装置１６ｉを制御することにより、突き上げ衝撃の伝達を補正しようとするからである。

このような対立を回避するために、パイロット制御部３１は、状態変数ζ_ｉ、及び／又は時間経過に伴う状態変数の変化ζ_ｉ’とζ_ｉ”を評価することにより、フィードバックループ３４を用いて供給されかつ制御部２４の現在の又は予想される動作、したがって最終的には、車体１２の現在の及び／又は予想される運動状態に関する情報を考慮する。

パイロット制御部３１が、例えば、センサ２０又は２１の１つ以上の故障による道路の感知された垂直断面に関するあり得ない情報により、エラーを検出した場合、パイロット制御部３１によって利用可能になるパイロット制御変数ｈ_ｉが無視される。この場合、アクティブシャシは、予測なしに動作し、従来のアクティブシャシから周知の最低限の走行快適性が維持されることを保証する。

このために、道路の感知された垂直断面に基づくデータの品質の評価から得られる品質係数ｇ_ｉは、乗数要素３５によってパイロット制御変数ｈ_ｉと論理的に組み合わされる。センサ２０又は２１の１つ以上の故障により、診断品質が悪影響を受けた場合、品質係数ｇ_ｉは０に等しく設定される。他方、データの品質が悪影響を受けなかった場合、品質係数ｇ_ｉは１に等しく設定される。特に、品質係数ｇ_ｉは、データの品質によって増加する０〜１の範囲の値を有することもできる。

Claims (19)

1. 自動車のアクティブシャシのバネ力特性を制御する装置であって、
   自動車（１０）の車体（１２）と車輪キャリアとの間に取付けられるホイールスプリング装置（１５ｉ）であって、作動装置（１６ｉ）を制御することにより該ホイールスプリング装置（１５ｉ）のバネ力特性を変更できるホイールスプリング装置（１５ｉ）と、
   自動車（１０）の走行方向前方の経路の垂直断面を表す予測変数（ｈ_ｉ）を検出するためのセンサ（２１）と、
   前記ホイールスプリング装置（１５ｉ）のバネ力特性が、自動車（１０）の走行方向前方の経路の感知された垂直断面の形状に適合されるように、検出された前記予測変数（ｈ_ｉ）に基づいて前記作動装置（１６ｉ）を制御する制御装置（２２）と、
   を有する装置。
2. 前記ホイールスプリング装置（１５ｉ）で利用可能なバネ行程が、前記バネ力特性を適合させることにより、感知された垂直断面の前記形状に従って変更されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記センサ（２１）が、前記垂直断面を感知するためのレーザスキャナであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. ２つのレーザスキャナが前記自動車（１０）の前方領域を的確に検知するように取付けられることを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. 前記センサ（２１）が画像生成レーダシステム又はＣＣＤカメラであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. 検出された前記予測変数（ｈ_ｉ）が、感知された垂直断面の三次元図を提供することを特徴とする請求項１に記載の装置。
7. 前記制御装置（２２）が、時間的に連続して感知された垂直断面を重畳することによって前記予測変数（ｈ_ｉ）を検出することを特徴とする請求項１に記載の装置。
8. 前記制御装置（２２）が、検出された予測変数（ｈ_ｉ）に基づいて、感知された垂直断面に適合される前記作動装置（１６ｉ）を制御する方策を選択することを特徴とする請求項１に記載の装置。
9. 前記方策が、前記予測変数（ｈ_ｉ）が基づく予測範囲に基づいて選択されることを特徴とする請求項８に記載の装置。
10. 前記制御装置（２２）が、走行中の路面に対する車体（１２）の現在の運動状態を表す計算された状態変数（ζ_ｉ）に基づいて、前記予測変数（ｈ_ｉ）を検出することを特徴とする請求項１に記載の装置。
11. 前記制御装置（２２）が、時間的に連続して感知された垂直断面の比較に基づいて前記状態変数（ζ_ｉ）を計算することを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. 前記状態変数（ζ_ｉ）が、長手方向軸線に対する車体（１２）の縦揺れ運動を表す縦揺れ角変数、及び／又は横方向軸線に対する前記車体（１２）の横揺れ運動を表す横揺れ角変数、及び／又は垂直軸線に対する前記車体（１２）の往復運動を表す往復運動変数の関数であることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
13. 前記制御装置（２２）が、前記作動装置（１６ｉ）を制御するために、前記予測変数（ｈ_ｉ）に依存するパイロット制御変数（ｓ_ｉ）を検出することを特徴とする請求項１に記載の装置。
14. 前記制御装置（２２）が、前記予測変数（ｈ_ｉ）のデータの品質に基づいて前記パイロット制御変数（ｓ_ｉ）を変更することを特徴とする請求項１３に記載の装置。
15. 前記制御装置（２２）が、前記パイロット制御変数（ｓ_ｉ）と、前記予測変数（ｈ_ｉ）のデータの品質に依存する品質係数（ｇ_ｉ）とを乗算することを特徴とする請求項１４に記載の装置。
16. 前記品質係数（ｇ_ｉ）が、前記データの品質によって増加する０〜１の範囲の値を有することを特徴とする請求項１５に記載の装置。
17. 前記車体（１２）の現在の運動状態に基づいて前記作動装置（１６ｉ）を制御し、かつ前記車体（１２）の現在の及び／又は予想される運動状態を考慮しつつ前記作動装置（１６ｉ）で前記パイロット制御変数（ｓ_ｉ）を調節する制御装置（２２）と相互作用する制御部（２４）が設けられることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
18. 自動車のアクティブシャシのバネ力特性を制御する方法であって、自動車（１０）の走行方向前方の経路の垂直断面を検出する予測変数（ｈ_ｉ）が検出され、自動車（１０）の車体（１２）と車輪キャリアとの間に取付けられた前記アクティブシャシのホイールスプリング装置（１５ｉ）のバネ力特性が、検出された予測変数（ｈ_ｉ）に基づいて、自動車（１０）の走行方向前方の経路の感知された垂直断面の形状に適合される方法。
19. 請求項１〜１７のいずれか一項に記載の装置を備えることを特徴とする自動車。