JP2015514037A - 車両におけるアクティブ操舵システム用の非線形補償制御装置 - Google Patents

Abstract

車両操舵を制御するシステムおよび方法が記載される。車両の目標偏揺れ角速度および目標横滑り角が決定され、初期操舵角設定が、車両の運転者によって操作されるハンドルの位置に基づいて決定される。非線形車両モデルが、初期操舵角設定、車両の実偏揺れ角速度、および車両の実横滑り角に基づいて、補償された操舵角設定を計算するために適用される。次に、車両の操舵システムは、補償された操舵角に基づいて車両の前輪の角度を制御すると共に、そうすることによって、実偏揺れ角速度および実横滑り角の両方を、それぞれ、目標偏揺れ角速度および目標横滑り角に近づけさせる。【選択図】図６

Description

[0001]本出願は、２０１２年３月２８日に出願された、「車両のアクティブ操舵システムのための横滑り角および偏揺れ角速度の制御」という名称の米国仮出願第６１／６１６，５８７号の優先権を主張し、その全内容が参照により本明細書に繰み込まれる。

[0002]本発明は、車両の制御システムに関する。より詳細には、本発明の実施形態は、車両の偏揺れ角速度および横滑り角などの車両の性能特性を調整するための、車両システム（例えば、操舵、ブレーキング等）を制御する方法およびシステムに関する。

[0003]車両安定性制御システムは、一般的に、車両の横滑りを検知して最小限にすることによって車両の安全および安定性を改善するように設計される。これまでの車両安定性制御システムは、主として、偏揺れ角速度を制御し、走行車両の横滑り角を間接的に制御するのみである。この横滑り角の間接的かつ不正確な制御によって車両の挙動は不安定になる。例えば、このような車両の挙動は低μ表面上の開ループ処理の間に経験され、運転者は長期間にわたって操舵角度を一定に維持する。不安定な車両の挙動は、「増大する正弦操舵」処理の間も経験される。

[0004]以下に記載されるシステムおよび方法は、非線形補償制御を車両操舵に適用することによって車両の偏揺れ角速度および横滑り角を同時に制御する。提案される方法は、フィードバック線形化および滑りモード理論に従って発展した制御アルゴリズムを使用する。

[0005]一実施形態において、本発明は、車両の目標偏揺れ角速度および目標横滑り角を決定することによって、車両操舵を制御する方法を提供する。いくつかの場合において、横滑り角は実質的にゼロ（すなわち、横滑り無し）として規定される。初期車両アクチュエータ設定は、運転者入力に基づいて決定され、初期車両アクチュエータ設定、車両の実偏揺れ角速度、および車両の実横滑り角に基づいて、補償された車両アクチュエータ設定を計算するために非線形車両モデルが適用される。車両アクチュエータは、実偏揺れ角速度および実横滑り角の両方を目標偏揺れ角速度および目標横滑り角に近づけるための、補償された車両アクチュエータ設定に基づく制御装置である。

[0006]別の実施形態において、本発明は、車両操舵を制御する非線形補償制御装置を提供する。制御装置は、プロセッサと、命令を記憶するメモリと、を含む。命令がプロセッサによって実行されたとき、制御装置は、車両の運転者によって操作されるハンドルの位置に基づいて決定される初期操舵角設定を受信する。次に、制御装置は、非線形車両モデルを適用して、初期操舵角設定、車両の実偏揺れ角速度、および車両の実横滑り角に基づいて、補償された操舵角設定を計算する。制御装置は、次に、補償された操舵角に基づいて車両の前輪の角度を制御する車両の操舵システムに、補償された操舵角設定を供給する。補償された操舵角設定を適用することによって、実偏揺れ角速度および実横滑り角の両方は、それぞれ、目標偏揺れ角速度および目標横滑り角に近づく。

[0007]さらに別の実施形態において、本発明は、車両操舵を制御する方法を提供する。車両の目標偏揺れ角速度および目標横滑り角が決定され、初期操舵角設定が、車両の運転者によって操作されるハンドルの位置に基づいて決定される。非線形車両モデルが、初期操舵角設定、車両の実偏揺れ角速度、および車両の実横滑り角に基づいて、補償された操舵角設定を計算するために適用される。次に、車両の操舵システムは、補償された操舵角に基づいて車両の前輪の角度を制御すると共に、そうすることによって、実偏揺れ角速度および実横滑り角の両方を、それぞれ、目標偏揺れ角速度および目標横滑り角に近づけさせる。

[0008]本発明の他の態様は、詳細な明細書および添付の図面の参酌によって明らかになる。

[0009]一実施形態による車両制御システムの概略描写を含む車両の上面図である。 [0010]さらに詳細にセンサを図示する図１の車両制御システムの別の概略図である。 [0011]さらに詳細にＥＣＵおよびネットワークバスアーキテクチャを図示する図１の車両制御システムのさらに別の概略図である。 [0012]図１のシステムにおいて車両を制御するために使用されるモデル式のパラメータを最適化する方法を図示するフローチャートである。 [0013]図５Ａおよび図５Ｂは、モデル式によって計算された推定値と比較された、測定された車両の横滑り角および偏揺れ角速度を図示するグラフである。 図５Ａおよび図５Ｂは、モデル式によって計算された推定値と比較された、測定された車両の横滑り角および偏揺れ角速度を図示するグラフである。 [0014]図１の車両制御システムの非線形補償制御装置の演算を図示する図である。

[0015]本発明のいずれかの実施形態が詳細に説明される前に、本発明が、以下の明細書に記述されるまたは添付の図面に図示される構成要素の構成および配置の詳細への本発明の適用に限定されないことを理解されたい。本発明は、他の実施形態も可能であり、種々の方法で実施または実行されることが可能である。

[0016]図１は、車両１０を図示する。車両１０は、車両１０の動作（例えば、操舵およびブレーキング）を制御する制御システム１２を含む。システム１２は、電子制御ユニット（「ＥＣＵ」）１４、複数のセンサ２０、および複数のサブシステム１５〜１７を含む。例えば、サブシステムは、ブレーキングサブシステム１５、操舵サブシステム１６、および動力伝達系路サブシステム１７を含むことができる。追加のサブシステムは、牽引制御サブシステム、安定性サブシステムおよびその他（不図示）を含むことができる。図１において、システム１２のすべてのセンサは参照数字２０が付される。センサの参照数字の第２のセットは、図２に符号が付されて以下により詳細に記載され、様々な種類のセンサを互いに識別するために特定の符号を提供する。センサ２０は、コントローラエリアネットワーク（「ＣＡＮ」）バス等のネットワーク２２に接続される。センサ２０は、車両の動作パラメータに関する情報を検知し供給する。例えば、センサ２０は、車両の偏揺れ力学に関する情報を供給する。

[0017]図２に示されるように、偏揺れ角速度センサ２５、横滑り角センサ２７、ハンドルセンサ２９、重複角センサ３１、車両速度センサ３２、長手方向加速度センサ３３、および横加速度センサ３４は、車両の偏揺れ力学の現在の状態を表す信号をネットワーク２２上における操舵サブシステム１６の操舵制御装置２３に送信する。ＥＣＵ１４は、操舵制御装置２３から情報を受信する。操舵制御装置２３は、車両の操舵システムの現在の状態を表す信号をネットワーク２２（または分離接続）に送信する。操舵制御装置２３は、偏揺れ角速度、横滑り角、ハンドル角、重複角、長手方向車両速度、長手方向車両加速度、および横車両加速度を表す信号を供給することができる。いくつかの実施形態において、ＥＣＵ１４は、センサ２０から情報および信号を直接取得して、操舵制御装置２３に存在するいずれかのソフトウェア、ハードウェアもしくは他の欠陥または故障を回避する。車両偏揺れ力学を（例えば、当該信号と、ＥＣＵ１４が直接得たまたは導出した他の信号とを比較することによって）確認する、および／または操舵制御装置２３内の故障または欠陥を検知するために、ＥＣＵ１４は、操舵制御装置２３ならびに個々のセンサ２５、２７、２９および３１〜３４の両方から信号を得ることもできる。

[0018]同様に、図２に示されるように、ＥＣＵ１４は、ブレーキングシステム１５のブレーキ制御装置３６から情報を受信することができる。ブレーキ制御装置３６は、車両のブレーキングシステムの現在の状態を表す信号をネットワーク２２（または分離接続）上に送信する。例えば、ブレーキ制御装置３６は、ブレーキペダルの現状、マスタシリンダ圧力、車輪ブレーキ圧力、および車輪速度を表す信号を供給することができる。ブレーキペダルの現状は、運転者がブレーキペダルを踏んでいるかどうかを示す。マスタシリンダ圧力信号は、運転者がブレーキペダルをどの程度強く押圧しているかを示し、車輪速度信号は、特定の車両車輪がどの程度速くどの方向に回転しているかを示す。図２に示されるように、ブレーキ制御装置３６は、ブレーキペダルセンサ３７、マスタシリンダ圧力センサ３８および車輪速度センサ４４からこれらの信号を得る。ＥＣＵ１４は、センサ３７、３８および４４から直接これらの信号を得て、ブレーキ制御装置３６に存在するいずれかの故障または欠陥を回避することができる。また、ブレーキの活動の存在を（例えば、当該信号と、ＥＣＵ１４が直接得たまたは導出した他の信号とを比較することによって）確認する、および／またはブレーキ制御装置３６内の故障または欠陥を検知するために、ＥＣＵ１４は、ブレーキ制御装置３６ならびに個々のセンサ３７、３８、および４４の両方から信号を得ることもできる。

[0019]図３は、車両制御システム１２の例をより詳細に概略的に図示する。図３に示されるように、システム１２は、ＥＣＵ１４、複数のセンサ２０、およびネットワーク２２を含む。以下にさらに述べるように、ＥＣＵ１４は、ネットワーク２２を通じて他の装置またはシステムと通信することもできる。ＥＣＵ１４は、ネットワーク２２を介してではなくセンサ２０から情報（すなわちデータ）を直接得ることもできる。いくつかの状況において、ＥＣＵ１４は、生データではなく補正されたセンサの読み取り値を使用する。例えば、ＥＣＵ１４は、補正を適用することによってセンサの読み取り値のうちの１つまたは複数を補償することができる。ＥＣＵ１４は、補正を使用して、センサの劣化、よごれ、および生じ得る他の信号の破損を補償することができる。いくつかの実施形態において、他の種類のセンサ２０がシステム１２に含まれ得ることを理解されたい。また、ＥＣＵ１４は、図１〜３に図示されたセンサ２０の一部からの情報のみを使用して、車両偏揺れ力学およびブレーキング活動を検知することができる。さらに、図１〜３に示されたシステムの構成要素の配置および位置は例示目的にすぎない。図３に図示されるように、システム１２のＥＣＵ１４は、ブレーキングサブシステム１５、操舵サブシステム１６および動力伝達系路サブシステム１７にも接続される。

[0020]図３に示されるように、ＥＣＵ１４は、入力／出力インタフェース６０、プロセッサ６２、ならびにランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）６４および読み出し専用メモリ（「ＲＯＭ」）６６等の１つまたは複数の非一時的メモリもしくはコンピュータ読み取り可能モジュールを含む。入力／出力インタフェース６０は、センサ２０からのデータを含むデータをネットワーク２２と送受信する。ＥＣＵ１４は、複数のプロセッサ、付加的なコンピュータ読み取り可能媒体モジュール、複数のＩ／Ｏインタフェース、および／または他の付加的な構成要素もしくはモジュール（例えば、ハードウェア、ソフトウェア、またはこれらの組み合わせ）を含むことができる。

[0021]入力／出力インタフェース６０は、ＥＣＵ１４が車両１０内部（例えば、ネットワーク２２上）および車両１０の外部にある他の構成要素と通信することを可能にする。言い換えれば、入力／出力インタフェース６０は、ＥＣＵ１４の外部からデータを受信すると共に、ＥＣＵ１４の外部へ情報を出力する。例えば、入力／出力インタフェース６０は、システム１２がローカルエリアネットワークまたはインターネット等のネットワークと情報を送受信することを可能にする車両間通信装置または無線ネットワークカード等のネットワークインタフェースを含むことができる。いくつかの実施形態において、入力／出力インタフェース６０は、ＥＣＵ１４に対して外部に配され、車両１０に配された他の装置またはシステムからデータを受信することができる。同様に、ＥＣＵ１４は、別個の構成要素として構成されるのではなく、他の車両制御システム内に含ませることができる。加えて、図３には示されていないが、調節回路または周辺駆動装置がＥＣＵ１４とセンサ２０とをインタフェース接続するために使用することができる。

[0022]一実施形態において、ＥＣＵ１４は、ブレーキングサブシステム１５、操舵サブシステム１６、および動力伝達系路サブシステム１７と通信するように構成される。ＥＣＵ１４は、これらのシステムから情報を受信するように構成される。ＥＰＵ６２は、入力／出力インタフェース６０から情報を受信し、（「コントローラ」または「複数のコントローラ」とも呼ばれる）１つまたは複数の命令ソフトウェアモジュールを実行することによって情報を処理する。命令、モジュール、またはコントローラは、ＲＯＭ６６等の非一時的コンピュータ読み取り可能媒体に記憶される。ＥＰＵ６２は、ＲＡＭ６４に情報（例えば、ネットワーク２２から受信した情報、またはＥＰＵ６２によって実行された命令もしくはモジュールによって発生した情報）を記憶すると共に、ＲＡＭ６４から当該情報を読み出す。非一時的コンピュータ読み取り可能媒体６６は、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、またはこれらの組み合わせを含む。コンピュータ読み取り可能媒体６６は、オペレーティングシステムソフトウェア、アプリケーションおよび／もしくは命令、データ、またはこれらの組み合わせを記憶する。１つのＥＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、および入力／出力インタフェースだけが図３に図示されているが、ＥＣＵ１４は複数の処理ユニット、記憶モジュール、および／または入力／出力インタフェースを含むことができることを理解されたい。

[0023]ＥＣＵ１４は、図１ないし３にセンサ２０とは別の構成要素として図示されているが、いくつかの実施形態において、ＥＣＵ１４は他の車両構成要素と結合することができる。例えば、ＥＣＵ１４は、操舵制御装置２３またはセンサ２０と結合される。他の実施形態において、ＥＣＵ１４は、センサ２０または操舵制御装置２３内の障害（例えば電気的、機械的、またはソフトウェア起因）がＥＣＵ１４によって提供された機能に影響することを防止するために、センサ２０または操舵制御装置２３とは分離される。ＥＣＵ１４は、他の車両制御装置（例えば、ブレーキ制御装置３６）と結合することもできる。例えば、いくつかの実施形態において、ＥＣＵ１４は、電気安定制御（「ＥＳＣ」）システムまたは他の内部車両システム（例えば、Ｒｏｂｅｒｔ Ｂｏｓｃｈによって設計されたＥＳＰ（登録商標））に含まれる。特に、ＥＳＣまたはＥＳＰシステムは、通常、図１ないし３に図示されたセンサ２０から信号を受信するので、ＥＣＵ１４をこれらのシステムのうちのいずれかと結合することは、必要とされる独立型制御装置の数を減少させる。

[0024]コンピュータ読み取り可能媒体に記憶された命令は、ＥＰＵ６２によって実行されたとき特別な機能を提供する。ＥＣＵ１４は、ハードウェアおよびソフトウェアを含み、これらの構成要素は非線形補償システム１２の論理を実行するように協働する。一般に、命令は、システム１２のための１つまたは複数の手段を提供して、車両１０の操舵を制御する。図４は、車両１０の操舵システムを制御するための方法７０を図示するフローチャートである。他の実施形態において、同様の方法が、車両１０のブレーキングシステムを制御するためにシステム１２によって使用され得る。方法７０は、ＥＣＵ１４によって実行することができる。方法７０に関して本明細書に記載された種々のステップは、同時に、並行して、または図示の直列実行方式とは異なる順序で実行することが可能である。方法７０は、図示の実施形態に示されたステップよりも多いまたは少ないステップを使用して実行することも可能である。

[0025]以下に詳細に記載するように、本例のＥＣＵ１４は、車両の偏揺れ角速度および横滑り角の両方を直接制御するために、操舵システム１６によって車両の車輪に適用される操舵角を調節するための非線形補償を実行するように構成される。操舵角設定に適用される非線形補償は、実験的に導出されかつ確認された車両システムのモデル式に基づく。プロセッサ６２によって実行される非線形モデルの一例は数１のように表すことができる。

[0026]本例において、ｆ_ｖは、システム入力から独立した非線形関数の一部を表し、ｇ_ｖは、システム入力に依存した（すなわち、システム入力を乗じている）非線形関数の一部を表す。システム入力ｕは、車両のアクティブ前操舵システムに適用される操舵角（すなわち、「最高姿勢角」）を表す。システム入力ｕは操舵システム１６への入力であるが、ＥＣＵ１４によって実行される非線形補償制御装置の出力である。モデル式に使用されるような状態ベクトル「ｘ」は、車両１０の実偏揺れ角速度ω_ｚおよび実横滑り角βを表す。モデル式は、車両速度の表示および車両速度の導関数である外乱ベクトル「ｚ」にも基づく。

[0027]一例において、式（１）に示した車両モデルはさらに以下の式によって規定することができる。

[0028]本明細書に記載される式に使用されるように、ｘは、実偏揺れ角速度（ｘ_１）、実横滑り角（ｘ_２）、および車両の操舵角（ｘ_３）を示す車両の状態ベクトルを表す。「ａ」は車両の線形加速度をいい、一方、Ｊ_ｚは車両のｚ軸に関する慣性モーメントをいう。しかしながら、ベクトル「ｚ」は、上述のように、車両によって経験された外乱ベクトルをいう。

[0029]関数Ｃおよびαは、例えば、ブレーキ効率係数（Ｃ）を含む車両の物理的かつ運転的特性を表す。変数「ｍ」、「ｌ」、および「ｈ_ｃ」は、それぞれ、車両の質量、長さおよび高さをいう。下付き文字「ｖ」を付けた下付きのある変数および関数は車両の前部に関し、一方、下付き文字「ｈ」を付けた下付きのある変数および関数は車両の後部に関する。下付き文字「ｄ」は所望値または目標値をいう。

[0030]最後に、他に記載がないのであれば、「Ｔ」および「ｇ」等の変数は、一般に受け入れられる意味−この場合、それぞれ、時間および重力加速度−が割り当てられる。
[0031]図４は、車両の偏揺れ角速度および横滑り角の両方の効率的な制御を確保するために、モデル式のパラメータをどのように最適化かつ確認するかの一例を図示する。車両が運転されるとき、車両センサ２０は、車両性能（すなわち、操舵システム入力ｕ、長手方向加速度、横加速度、その他）を示すデータを取得し記憶する（ステップ４０１）。記憶されたデータに基づいて、実偏揺れ角速度ω_ｚおよび実横滑り角βが決定される（ステップ４０３）。（上述のような）モデル式パラメータ用の初期値がモデル式に適用され（ステップ４０５）、偏揺れ角速度および横滑り角の「推定」値がモデル式を使用して計算される（ステップ４０７）。上述のように、パラメータの初期値は、例えば、車両の質量、車両の慣性モーメント、車両の外形、横滑り係数、操舵比、ブレーキ係数、および車輪半径等の公知の数値に基づく。推定値は、偏差（すなわち、エラー）が許容閾値を越えるかどうかを判定するために実測値と比較される（ステップ４０９）。

[0032]許容閾値を越えない場合、パラメータセットは、車両の通常運転の間、後で使用するために保存される（ステップ４１１）。しかしながら、許容閾値を越える場合、パラメータは、モデル式が車両システムの実運転をよりよく表すように最適化されなければならない。パラメータを最適化する１つの方法は、記憶されたデータにおける非線形最小二乗法分析（例えば、Ｍａｔｌａｂ／Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ Ｔｏｏｌｂｏｘのｌｓｑｎｏｎｌｉｎ関数等）を行うことである（ステップ４１３）。この分析は、実測偏揺れ角速度および横滑り角データに適合するようにモデル式のパラメータを調節する。実測データによりよく適合するパラメータセットが確認されれば、モデル式のパラメータは更新され（ステップ４１５）、推定偏揺れ角速度／横滑り角が、更新／最適化されたモデル式に基づいて再度計算される。この最適化ルーチンは、推定値と測定値間の偏差が、規定された許容範囲内に入るまで繰り返される。

[0033]図５Ａは、測定された横滑り角およびモデル式によって計算された横滑り角を時間の関数として図示する。データセット５０１は、車両の実測横滑り角を表す。データセット５０３は、最適化されたパラメータセットを使用してモデル式によって計算された推定横滑り角を表す。データセット５０５は、初期パラメータセットを使用してモデル式によって計算された推定横滑り角を表す。同様に、図５Ｂは、実測偏揺れ角速度（データセット５０１）、最適化されたモデル式パラメータを使用した推定偏揺れ角速度（データセット５０３）、および初期モデル式パラメータを使用した推定偏揺れ角速度（データセット５０５）を図示する。図５Ａおよび図５Ｂに示すように、推定横滑り角および推定偏揺れ角速度は、パラメータ最適化が行われた後、実際の値をより正確に反映する。

[0034]図４に図示された例におけるパラメータの最適化は、車両の開発および較正において実験によって行われる。センサデータは記憶され、後にデスクトップコンピュータで処理され、モデル式のための最適化されたパラメータセットを導く。しかしながら、いくつかの構成において、パラメータ最適化ルーチンは、電子制御ユニット１４で実行することができ、車両の通常の運転において周期的に行い、パラメータセットが常に適用可能であることを確保することができる。さらに、いくつかの他の構成において、サービス専門家が、パラメータセットを再較正して、モデル式を最適化することができる。

[0035]モデル式パラメータが最適化された後、データは、車両の電子制御ユニット１４のメモリに記憶され、操舵システム入力の非線形補償を実行するために使用される。図６は、上述のモデル式に基づいてどのように電子制御ユニットが操舵システム入力の非線形補償制御を実行するかを図示するフローチャートである。ＥＣＵ１４は、車両のハンドル、ブレーキペダル、アクセル、および他の制御手段から運転者入力（ステップ６０１）を受信することによって開始する。これらの運転者入力値に基づいて、ＥＣＵ１４は、車両の目標偏揺れ角速度を決定する（ステップ６０３）。ＥＣＵは、目標横滑り角値も決定する（ステップ６０５）。この例において、目標横滑り角値は、メモリから入手された記憶された値である。横滑りを低減するために、目標横滑り角値はゼロ（または実質的にゼロに等しく）設定することができる。しかしながら、この数値は、非標準的な運転状況において（例えばレース状況において）目標性能を達成するために調整することができる。ＥＣＵ１４は、初期操舵システム入力値（ｕ’）を決定するために後で使用される偏揺れ角速度のコンピュータ時間導関数

およびフィルタ処理された時間導関数に状態変数フィルタ（ステップ６０７）を適用する。
[0036]次に、目標偏揺れ角速度および目標横滑り角の数値は、目標状態ベクトルｘまたは、いくつかの構成において、重み付けした合計値を生成するために結合される（ステップ６０９）。次に、ＥＣＵ１４は、測定された状態ベクトル６１９（または（ｘ_１＋ｘ_２）（例えば、ｘ_１＋ｘ_２＝ｋ_１＊β＋ｋ_２＊ω_Ｚ）の重み付けした合計）と目標状態ベクトル／重み付けした合計との差を計算する（ステップ６１１）。目標値と実測定値との偏差には係数Ｋが乗ぜられ（ステップ６１３）、結果は所望の偏揺れ角速度の時間偏差に加えられる（ステップ６１５）。ステップ６１５の出力は、操舵システム入力（例えば、アクチュエータの設定または最高姿勢角ｕ’）の初期値を表す。次に、非線形補償制御装置は初期値に適用され、補償された操舵システム入力値ｕを計算する。

[0037]上述のように、最適化されたモデル式は、複数の構成要素に分割することができる。モデル式の第１の構成要素は、以前に最適化されたパラメータ、状態ベクトルｘの測定値（すなわち、実偏揺れ角速度および実横滑り角）および外乱ベクトルｚに基づいて計算される（ステップ６１７）。次に、この第１の構成要素は、操舵システム入力ｕ’の初期値から減じられる（ステップ６２３）。次に、以前に最適化されたパラメータ、状態ベクトルｘの測定値および外乱ベクトルｚに基づいてまた計算されるモデル式の第２の構成要素の逆関数が差に乗ぜられる（ステップ６２５）。結果は、操舵システムに供給され、且つ車両のアクティブ操舵を制御するために使用される（例えば、車両の前輪の角度が操舵システム入力ｕに基づいて設定される）、補償された操舵システム入力ｕである。

[0038]非線形補償制御戦略を実行することによって、ＥＣＵ１４は、アクティブ操舵を調節することによって車両の偏揺れ角速度および横滑り角の両方を直接制御することができる。これは、制御装置の制御の相対次数（ｒ＝１）が、制御されているシステムの次元（ｎ＝２）よりも小さいためである。

[0039]この特定のシステムにおいて、ＥＣＵ１４は、操舵システムの２つの次元−偏揺れ角速度および横滑り角−を制御することを目的とする。システムの次元は式（２）によって表すことができる。

ｙ＝ｘ_１＋ｘ_２ （２）
制御の相対次数は、制御されているシステムの次元（すなわち、ｘ_１＋ｘ_２）およびシステム入力（すなわち、ｕ）に関する導関数の数を示す。上述のように、システム次元（すなわち、偏揺れ角速度および横滑り角）の第１の導関数は数４のように表すことができる。

したがって、上述のシステムにおける制御の相対次数は１（ｒ＝１）であり、システムを規定するために使用されるモデル式におけるこの関係に与えられ、システムの次元（すなわち、偏揺れ角速度および横滑り角）の両方を正確に制御するために１つの制御変数（すなわち、操舵システム入力）を使用することができる。

[0040]上述の例において、非線形補償制御装置は、電子アクティブ操舵システムによって使用されるアクチュエータの設定を調節して、車両の前輪の角度を調節することによって車両の操舵を制御する。しかしながら、他の構成において、非線形補償制御装置は、異なる車両アクチュエータを調節するように構成される。例えば、非線形補償制御装置は、車両の１つまたは複数の車輪に適用されるブレーキ力を調節するために使用され、操舵（例えば、偏揺れ角速度および横滑り角）に作用することができる。

[0041]したがって、本発明は、とりわけ、モデルに基づく非線形補償を操舵システム入力に適用することによって車両の偏揺れ角速度および横滑り角の両方を直接制御するためのシステムを提供する。本発明の様々な特徴および利点は、添付の特許請求の範囲において述べられる。

Claims (12)

1. 車両操舵を制御する方法であって、
   車両の目標偏揺れ角速度および目標横滑り角を決定するステップと、
   運転者入力に基づいて初期車両アクチュエータ設定を決定するステップと、
   非線形車両モデルを適用して、前記初期車両アクチュエータ設定、前記車両の実偏揺れ角速度、および前記車両の実横滑り角に基づいて、補償された車両アクチュエータ設定を計算するステップと、
   前記補償された車両アクチュエータ設定に基づいて車両アクチュエータを制御して、前記実偏揺れ角速度を前記目標偏揺れ角速度に近づけると共に、前記実横滑り角を前記目標横滑り角に近づけるステップと、
   を含む方法。
2. 前記車両アクチュエータは、前記車両の少なくとも１つの前輪の角度を調節する操舵システムであり、
   前記初期車両アクチュエータ設定は、前記少なくとも１つの前輪の前記角度を示す値である、請求項１に記載の方法。
3. 所望の前記偏揺れ角速度は、少なくとも部分的に前記運転者入力に基づいて決定される、請求項１に記載の方法。
4. 前記初期車両アクチュエータ設定は、前記目標偏揺れ角速度、前記目標横滑り角、前記実偏揺れ角速度、および前記実横滑り角に基づいて決定される、請求項１に記載の方法。
5. 前記運転者入力は、前記車両におけるハンドルの角度を含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記目標横滑り角は実質的にゼロである、請求項１に記載の方法。
7. 前記非線形車両モデルを適用して前記補償された車両アクチュエータ設定を計算するステップは、以下の式によって前記補償された車両アクチュエータ設定を計算するステップを含み、
   ｕ＝［ｕ’−ｆ（ｘ，ｚ）］／ｇ（ｘ，ｚ）
   ここで、ｕは、前記補償された車両アクチュエータ設定であり、
   ｕ’は、前記初期車両アクチュエータ設定であり、
   ｘは、前記実偏揺れ角速度および前記実横滑り角を含む状態ベクトルであり、
   ｚは、車両速度の導関数に基づく外乱ベクトルであり、
   ｆ（ｘ，ｚ）およびｇ（ｘ，ｚ）は、
   

   

   によって規定される前記車両操舵の非線形モデル式の構成要素である、請求項１に記載の方法。
8. 前記車両システムの前記非線形モデル式は、パラメータ最適化を使用して実験によって導かれる、請求項７に記載の方法。
9. 前記パラメータ最適化は、
   測定された車両特性に基づいて前記非線形モデル式の複数の初期パラメータを規定するステップと、
   前記複数の初期パラメータを含む前記非線形モデル式に基づいて推定偏揺れ角速度および推定横滑り角を計算するステップと、
   前記実偏揺れ角速度および前記実横滑り角を測定するステップと、
   前記実偏揺れ角速度と前記推定偏揺れ角速度との偏差および前記実横滑り角と前記推定横滑り角との偏差を決定するステップと、
   前記偏差が、規定された許容差よりも大きいとき、前記推定偏揺れ角速度および前記推定横滑り角が前記実偏揺れ角速度および前記実横滑り角に近づくように前記複数の初期パラメータを調節するステップと、
   を含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記複数の初期パラメータを調節する動作は、非線形最小二乗法パラメータ最適化アルゴリズムを適用するステップを含む、請求項９に記載の方法。
11. 車両操舵を制御するための非線形補償制御装置であって、
    プロセッサと、命令を記憶するメモリとを含み、前記命令は、前記プロセッサによって実行されたとき、非線形補償制御装置に、
    前記車両の運転者によって操作されるハンドルの位置に少なくとも部分的に基づいて決定される初期操舵角設定を受信させ、
    非線形車両モデルを適用させ、前記初期操舵角設定、前記車両の実偏揺れ角速度、および前記車両の実横滑り角に基づいて、補償された操舵角設定を計算させ、ならびに
    前記補償された操舵角設定を前記車両の操舵システムに供給し、前記車両の前記操舵システムが、前記補償された操舵角に基づいて前記車両の少なくとも１つの前輪の角度を制御し、前記補償された操舵角設定を適用することによって、前記実偏揺れ角速度を目標偏揺れ角速度に近づけさせ、前記実横滑り角を目標横滑り角に近づけさせる、
    非線形補償制御装置。
12. 車両操舵を制御する方法であって、
    車両の目標偏揺れ角速度および目標横滑り角を決定するステップと、
    前記車両の運転者によって操作されるハンドルの位置に少なくとも部分的に基づいて初期操舵角設定を決定するステップと、
    非線形車両モデルを適用して、前記初期操舵角設定、前記車両の実偏揺れ角速度、および前記車両の実横滑り角に基づいて、補償された操舵角設定を計算するステップと、
    前記補償された操舵角設定に基づいて前記車両の操舵システムを制御するステップであって、前記車両の前記操舵システムが前記補償された操舵角に基づいて前記車両の少なくとも１つの前輪の角度を制御し、前記補償された操舵角設定を適用することによって、前記実偏揺れ角速度を前記目標偏揺れ角速度に近づけさせ、前記実横滑り角を前記目標横滑り角に近づけさせるステップと、
    を含む方法。

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