JP2022041930A

JP2022041930A - 車輪冗長制御安全網機能を有する車両運動管理

Info

Publication number: JP2022041930A
Application number: JP2021135067A
Authority: JP
Inventors: レオ・レイン; Laine Leo; レオン・ヘンダーソン; Henderson Leon; ヨハン・リンドバーグ; Lindberg Johan; アディシャ・アリカー; Arikere Adithya; シドハント・レイ; Ray Sidhant
Original assignee: Volvo Truck Corp
Current assignee: Volvo Truck Corp
Priority date: 2020-09-01
Filing date: 2021-08-20
Publication date: 2022-03-11
Also published as: KR20220029411A; EP3960565A1; CN114194172A; US20220063575A1

Abstract

【課題】大型車両に課せられた安全要求事項に合致する、改善された車両制御ユニット、方法および機能を提供する。【解決手段】大型車両のためのＭＳＤ制御ユニット２３０は、車輪２１０と結合された１つまたは複数のＭＳＤ２２０、２５０を制御するように構成され、ＭＳＤ２２０、２５０によって車両運動を制御するための車輪速度要求および／または車輪スリップ要求を含む制御コマンドを車両運動管理ＶＭＭユニット２６０から受け取るために、通信結合される２３５ように配置され、ＭＳＤ制御ユニット２３０は、車輪２１０の挙動範囲を示す能力範囲を得るようになされ、ＶＭＭユニット２６０は、上記能力範囲に対して車輪の挙動に影響を及ぼすことができ、ＭＳＤ制御ユニット２３０は、車輪挙動を監視し、かつ車輪挙動が能力範囲外であるかどうかを検出するようになされ、監視された車輪挙動が能力範囲外である場合、制御介入機能をトリガするようになされる。【選択図】図２

Description

本開示は、大型車両のための車両運動管理、すなわち主ブレーキデバイスおよび推進デバイスなどのモーションサポートデバイスの協調制御に関する。

本発明は、トラック、バスおよび建設機械などの大型車両に適用することができる。本発明は、主として、セミ－トレーラ車両およびトラックなどの貨物輸送車両に関して説明されることになるが、本発明は、この特定のタイプの車両に限定されず、自動車などの他のタイプの車両に使用することも可能である。

車両は、力学、気圧力学、水力学、電子工学およびソフトウェアに関してますます複雑になっている。セミ－トレーラトラックなどの近代の大型車両は、燃焼機関、電気機械、摩擦ブレーキ、回生ブレーキ、緩衝装置、エアーベローズおよびパワーステアリングポンプなどの広範囲にわたる異なる物理デバイスを備えることができる。これらの物理デバイスは、モーションサポートデバイス（ＭｏｔｉｏｎＳｕｐｐｏｒｔＤｅｖｉｃｅｓ：ＭＳＤ）として広く知られている。ＭＳＤは、例えば１つの車輪に摩擦ブレーキ、すなわち負のトルクを加えることができ、その一方で車両上の別の車輪、恐らくは同じ車輪車軸上の別の車輪を同時に使用して、電気機械によって正のトルクが生成されるよう、個別に制御することができる。

最近提案された、例えば中央車両ユニットコンピュータ（ＶＵＣ）上で実行される車両運動管理（Ｖｅｈｉｃｍｏｔｉｏｎｍａｎａｇｅｍｅｎｔ：ＶＭＭ）機能は、所望の運動効果を得るために、また、その一方で、それと同時に車両安定性、費用有効性および安全性を維持するために、ＭＳＤの組合せを利用して車両を動作させている。国際公開第２０１９０７２３７９（Ａ１）号は、１つのこのような例を開示しており、車輪ブレーキを使用して、大型車両による旋回動作を選択的に補助している。ＶＭＭ制御は、有利には、ＶＭＭからＭＳＤ制御ユニットへ送信される車輪速度要求または車輪スリップ要求に基づくことができ、ＭＳＤ制御ユニットは、要求された車輪スリップ値または車輪速度値の可能な限り近くに車輪挙動を維持することに狙いを定めた低遅延－高帯域幅制御ループによって様々なＭＳＤを制御している。

国際公開第２０１９０７２３７９（Ａ１）号

少なくとも部分的に、これらの最新の車輪速度ベース運動管理機能、または車輪スリップベース運動管理機能に固有の複雑性のため、レガシー（ｌｅｇａｃｙ：長く使われている／時代遅れの）安全規格に対する総合システム機能の検証は、課題を提示することがある。これらの最新の運動管理機能による不注意な車輪のロック、および／または車両による望ましくないヨー運動の導入を防止することができる方法および制御アーキテクチャが必要である。

本開示の目的は、大型車両に課せられた安全要求事項に合致する、改善された車両制御ユニット、方法および機能を提供することである。この目的は、少なくとも部分的に、大型車両のためのモーションサポートデバイス（ＭＳＤ）制御ユニットによって達成される。ＭＳＤ制御ユニットは、車両上の少なくとも１つの車輪と結合された１つまたは複数のＭＳＤを制御するように構成され、すなわち本明細書において開示される制御ユニットは、車両上の単一の車輪、または車両の車軸上の両方の車輪、あるいは車両の何らかの部品上のすべての車輪を制御するように構成することができる。ＭＳＤ制御ユニットは、１つまたは複数のＭＳＤによって車両運動を制御するための車輪速度要求および／または車輪スリップ要求を含む制御コマンドを車両運動管理（ＶＭＭ）ユニットから受け取るために、該ＶＭＭユニットに通信結合されるように配置される。ＭＳＤ制御ユニットは、車輪の車輪挙動の範囲を示す能力範囲を得るようになされ（構成されており）、ＶＭＭユニットは、制御コマンドによって、上記能力範囲に対して車輪の挙動に影響を及ぼすことができ、また、ＭＳＤ制御ユニットは、車輪挙動を監視し、かつ、車輪挙動が能力範囲外であるかどうかを検出するようにもなされ（構成されており）、ＭＳＤ制御ユニットは、監視された車輪挙動が能力範囲外である場合、制御介入機能をトリガするようになされる（構成されている）。

これは、結果として得られる車輪挙動が能力範囲内である限り、ＶＭＭは少なくとも１つの車輪を自由に制御することができることを意味している。しかしながら車輪挙動が能力範囲から逸脱すると、ＭＳＤ制御ユニットによって直ちに制御介入機能がトリガされる。したがって、能力範囲および制御介入機能を介して実現されるこの安全網（セーフティーネット）のため、レガシー安全規格に依然として合致する。このように、レガシー安全機構がそのままの状態で残されなかった場合に必要になったであろう広範囲にわたる試験および検証を経ることなく、より進歩した機能を車両に導入することができる。ＶＭＭにおける、車輪速度要求の割振りに関連する既存の通信信号および特殊な考察に対するいくつかの些細な修正を使用して、今日のブレーキシステムに存在しているレガシー（長く使われている）アンチ－ロック制動機能ならびにトラクション制御および安定性制御機能を再使用してこの安全網を提供することができる。

１つまたは複数のＭＳＤは、例えば、車輪によって負のトルクを生成するようになされた（構成された）少なくとも１つの主ブレーキと、車輪によって正および／または負のトルクを生成するようになされた（構成された）少なくとも１つの推進ユニットとを備えることができる。したがって提案される制御ユニットは、推進デバイスと車輪ブレーキの両方を制御し、かつ、協調させるのに適しており、これは利点である。

いくつかの態様によれば、能力範囲は、許容可能な正および／または負の縦方向の車輪スリップおよび／または車輪回転速度に対する上限および／または下限を含む。これは、ＶＭＭ制御の結果、車輪スリップが許容可能な値を超えるような車輪挙動になる場合、安全網機能が介入することを意味している。この許容可能な値は、例えばタイヤ力と車輪スリップの間にほぼ線形の関係が得られる車輪スリップ値に対応し得る。また、能力範囲は、許容可能な正および／または負の縦方向の車輪加速度に対する上限および／または下限、ならびに許容可能な正および／または負の車両ヨー率（ｖｅｈｉｃｌｅｙａｗｒａｔｅ）に対する上限および／または下限をも含むことができる。したがって本明細書において考察される車両制御ユニットは、車輪スリップ、車輪速度、車輪加速度および／またはヨー率のうちのいずれかに基づいて能力範囲を画定する。車輪挙動が能力範囲によって設定された境界内を維持している限り、ＶＭＭは車輪挙動を制御することができる。しかしながら現在設定されている能力範囲から車輪挙動が逸脱すると、安全な車両操縦を保証するために対抗処置が取られる。

いくつかの態様によれば、ＭＳＤ制御ユニットは、車輪と関連する車輪速度データを車輪速度センサから受け取り、かつ、その車輪速度データに基づいて車輪挙動が能力範囲外であるかどうかを検出するようになされる（構成されている）。ある意味では、車輪速度、車輪加速度および車輪スリップは、すべて同じ車輪挙動の測度であり、これらは交換可能に使用することができる。

いくつかの態様によれば、ＭＳＤ制御ユニットは、メモリからロードされる、あるいは外部コンフィグレーションエンティティ（ｅｘｔｅｒｎａｌｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｅｎｔｉｔｙ）から受け取られるパラメータとして固定能力範囲を得るようになされる（構成されている）。この固定能力範囲は、例えばレガシー車両安全規格または安全検証試験に応じてプログラムすることができる。しかしながらＭＳＤ制御ユニットは、更新された能力範囲を連続的に得るようにすることも可能である。この更新された能力範囲は、例えば車両タイプ、車両輸送任務、または運転条件、等々などの他のパラメータに応じて動的に構成することができる。例えば運転条件および／または輸送任務は、増加した安全マージンを保証するためなどであってもよい。

いくつかの態様によれば、制御介入機能は、複数のＭＳＤのうちの１つまたは複数による介入機能の実行を含む。このような介入機能は、例えばアンチ－ロック機能、トラクション制御機能、等々を含むことができる。

いくつかの態様によれば、制御介入機能は、ＭＳＤ制御ユニットによる直接ＭＳＤ制御のための外部アービトレータ機能への要求をトリガすることを含む。これにより、対立する要求同士の間の仲裁が可能になる。例えばいくつかのシナリオでは、ＶＭＭ制御を許容しないことの結果が、例えば進行中の緊急処置の実行のＶＭＭによる完了を許容する場合より悪い場合がそうであり得る。

いくつかの態様によれば、ＭＳＤ制御ユニットは、車輪挙動のサンプルを経時的にフィルタリングすることによって車輪挙動を監視し、かつ、そのフィルタリングの結果に基づいて車輪挙動が能力範囲外であるかどうかを検出するようになされる（構成されている）。それにより能力範囲からの、介入機能のトリガを保証しない測定誤差および／または過渡的効果に起因し得る疑似逸脱を抑制することができる。

また、上記目的は、車両運動管理を実施して、車両上の少なくとも１つの車輪と結合された１つまたは複数のモーションサポートデバイス（ＭＳＤ）によって大型車両の運動を制御するようになされた（構成された）車両運動管理（ＶＭＭ）ユニットによって同じく達成される。

ＶＭＭユニットは、車輪速度要求および／または車輪スリップ要求を含む制御コマンドをＭＳＤ制御ユニットに送信して、１つまたは複数のＭＳＤによって車両運動を制御するために、該ＭＳＤ制御ユニットに通信結合されるように配置され、ＶＭＭユニットは、車輪の車輪挙動の範囲を示す能力範囲を得るようになされ（構成されており）、ＶＭＭユニットは、制御コマンドによって、上記能力範囲に対して車輪の挙動に影響を及ぼすことができ、ＶＭＭユニットは、車輪挙動が能力範囲内であるように制御コマンドを生成するようになされる（構成されている）。

したがって上で考察したように、ＶＭＭユニットは、結果として得られる挙動が、上記得られた能力範囲内を維持している限り、１つまたは複数の車輪をより自由に制御することができる。ＶＭＭユニットは、能力範囲から逸脱する車輪挙動をもたらすことになる制御コマンドを生成することなく車両を制御するように構成される。したがって能力範囲は、力分散および軌道計画立案など、車両制御に間接的に影響を及ぼす。例えば車輪スリップに対するより厳しい制限は、それほどには積極的ではない軌道が選択されるよう、車両運動管理に影響を及ぼし得る。一方、より緩い能力範囲は、より高い車輪スリップ率および／またはより高いヨー率と関連するより積極的な車両運動管理制御を許容し得る。

態様によれば、ＶＭＭユニットは、ＭＳＤ制御ユニットによる直接ＭＳＤ制御のための要求を受け取り、かつ、車輪挙動が所定の車輪挙動安全範囲外である場合、車両制御をＭＳＤ制御ユニットに譲るように構成されたアービトレータ機能を含む。このアービトレータ機能は、所望のＶＭＭ制御目標の間で仲裁し、ＭＳＤ制御ユニットに介入を許容するように構成することができる。このように、制御をＭＳＤ制御ユニットに譲ることの方がより悪いと思われるいくつかの事例では、車輪挙動におけるときおりの逸脱を許容することができる。これは、例えば障害を回避するために緊急回避処置が実行されている場合がそうであり、その場合、わずかにより高い車輪スリップを一時的に許容することができる。

本明細書においては、コンピュータプログラム、コンピュータ可読媒体、コンピュータプログラム製品、および上で考察した利点と関連する車両が同じく開示される。

一般に、特許請求の範囲で使用されているすべての用語は、本明細書において明確に定義されていない限り、当技術分野におけるそれらの通常の意味に従って解釈されたい。「単数形の要素、装置、構成要素、手段、ステップ、等々」に対するすべての参照は、明確に言及されていない限り、要素、装置、構成要素、手段、ステップ、等々の少なくとも１つの実例を意味するものとして公然と解釈されたい。本明細書において開示されている任意の方法のステップは、明確に言及されていない限り、開示されている通りの順序で実施する必要はない。本発明の他の特徴および本発明が有する他の利点は、添付の特許請求の範囲および以下の説明を研究することによって明らかになるであろう。当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく、本発明の異なる特徴を組み合わせて、以下で説明されている実施形態以外の実施形態を作り出すことができることを認識する。

以下、例として記載されている本発明の実施形態について、添付の図面を参照してより詳細に説明する。

例示的大型車両を示す図である。モーションサポートデバイス配置を示す略図である。車輪スリップの関数としてのタイヤ力を示すグラフである。能力範囲を示す略図である。例示的モーションサポートデバイス制御システムを示す図である。例示的モーションサポートデバイス制御システムを示す図である。方法を示すフローチャートである。制御ユニットを示す略図である。例示的コンピュータプログラム製品を示す図である。

以下、本発明について、本発明の特定の態様が示されている添付の図面を参照してより完全に説明する。しかしながら本発明は多くの異なる形態で具体化することができ、したがって本明細書において示されている実施形態および態様に限定されるものとして解釈するのではなく、これらの実施形態は、本開示が徹底的で、かつ、完全なものになるよう、また、本発明の範囲を当業者に完全に伝えることになるよう、一例として提供されているものとして解釈されたい。同様の番号は、説明全体を通して同様の要素を表している。

本発明は、本明細書において説明されている、また、図面に示されている実施形態に限定されず、むしろ当業者は、添付の特許請求の範囲の範疇において、多くの変更および修正を加えることができることを認識するであろうことを理解されたい。

図１は、貨物輸送のための例示的車両１００を示したものであり、本明細書において開示されている技法を有利に適用することができる。車両１００は、前輪１５０および後輪１６０上に支持されたトラクタすなわち牽引車両１１０を備えており、前輪１５０および後輪１６０のうちの少なくともいくつかは被駆動車輪である。トラクタ１１０は、知られている方法における第５の車輪接続によってトレーラ車輪１７０上に支持された第１のトレーラユニット１２０を牽引するように構成されている。トレーラ車輪は、通常は被制動車輪であるが、１つまたは複数の車軸上に駆動車輪を備えることも可能である。

トラクタ１１０は、様々な種類の機能を制御するための、すなわち推進、制動および操舵を達成するための車両ユニットコンピュータ（ＶＵＣ）１３０を備えている。いくつかのトレーラユニット１２０は、トレーラ車輪の制動、および時によっては同じくトレーラ車輪推進などのトレーラの様々な機能を制御するためのＶＵＣ１４０をも備えている。ＶＵＣ１３０、１４０は、集中化することも、あるいはいくつかの処理回路にわたって分散させることも可能である。また、車両制御機能の部分は、遠隔で実行することも可能であり、例えば無線リンク１８０および無線アクセスネットワーク１８５を介して車両１００に接続された遠隔サーバ１９０上で実行することができる。

トラクタ１１０上のＶＵＣ１３０（および可能性として同じくトレーラ１２０上のＶＵＣ１４０）は、階層化された機能アーキテクチャに従って編成される車両制御方法を実行するように構成することができ、いくつかの機能は、より高い階層のトラフィック状況管理（ＴＳＭ）領域に含めることができ、また、いくつかの他の機能は、より低い機能階層に存在している車両運動管理（ＶＭＭ）領域に含めることができる。ＴＳＭは、例えば１０秒のタイムホライゾンを使用して運転操作を計画する。この時間フレームは、例えば車両１００がカーブを通り抜けるのに要する時間に対応する。ＴＳＭによって計画され、かつ、実行される車両処置は、加速度プロファイルおよび曲率プロファイルと結合することができる。ＴＳＭは、ＶＭＭ機能に所望の加速度プロファイルおよび曲率プロファイルを連続的に要求し、ＶＭＭ機能は、安全で、かつ、頑丈な方法でＴＳＭからの要求に合致するために力割当てを実施する。

ＶＭＭは、車両の異なるＭＳＤによって起動される車両運動機能を制御するために、約１秒程度のタイムホライゾンを使用して動作し、かつ、加速度プロファイルおよび曲率プロファイルを制御コマンドに連続的に変換する。車両が運動中である場合、ＶＭＭは運動予測を実施し、すなわちしばしばＭＳＤに関連して車両上に配置された様々なセンサを使用した監視操作による車両組合せにおける異なるユニットの位置、速度、加速度、アーティキュレーション角度を決定する。例えば全地球測位システム、レーダーセンサおよび／またはライダーセンサを使用して、例えば車両ユニット運動を決定し、かつ、この車両ユニット運動を所与の車輪の局所座標系に変換することにより、車輪基準座標系における車両ユニット運動を、車輪に関連して配置された車輪速度センサから得られたデータに対して比較することによって車輪スリップを正確に予測することが可能になる。図３に関連してより詳細に考察されるタイヤモデルを使用して、所望のタイヤ力と車輪スリップの間で変換することができる。

ＶＭＭは力生成および協調をさらに管理し、すなわちＶＭＭは、ＴＳＭからの要求を遂行し、例えばＴＳＭによって要求された要求加速度プロファイルに従って車両を加速するために、および／または同じくＴＳＭによって要求された、車両による特定の曲率運動を生成するために必要な力を決定する。力は、例えば縦方向の力および横方向の力、ならびに異なるタイプのトルクを含むことができる。

トルクを車両の車輪に引き渡すことができるＶＭＭとＭＳＤの間のインタフェースは、従来、ＶＭＭから個々のＭＳＤへのトルクに基づく要求に的が絞られてきた。しかしながらその代わりに車輪速度または車輪スリップに基づく要求を使用し、それにより困難なアクチュエータ速度制御ループを、通常はＶＭＭよりはるかに短いサンプル時間で動作するＭＳＤコントローラに移すことによって著しい利点を達成することができる。このようなアーキテクチャは、トルクをベースとする制御インタフェースと比較すると、はるかに良好な外乱除去を提供することができ、また、タイヤと道路の接触面（ｃｏｎｔａｃｔｐａｔｃｈ）で生成される力の予測可能性を改善することができる。

車輪速度（またはスリップ）に基づくインタフェースは多くの利点を有しているが、公衆道路上の車両が満足しなければならない、過度の車輪スリップの防止および車両安定性の損失に関連する厳しい安全要求事項が存在している。ＶＭＭに基づく車輪速度またはスリップインタフェースを公衆道路に引き渡すことができる前に、著しい量の試験、検証および文書提示が必要である。

したがってこれらの機能が車輪をロックし、および／または望ましくないヨー運動を導入するのを防止することができる「安全網」機能を追加することによって、ＶＭＭおよびＭＳＤ速度制御ループに対する安全要求事項を少なくすることが望ましい。ＶＭＭにおける、速度要求の割振りに関連する既存の通信信号および特殊な考察に対するいくつかの些細な修正を使用して、今日のブレーキシステムに存在している既存のアンチ－ロック制動機能、トラクション制御機能および安定性制御機能を使用してこの安全網を提供することができる。

ＶＭＭは、当然、車両運動が車両の動作設計領域内を維持するように、すなわち車輪スリップが許容可能な境界内を維持するように、また、任意選択で同じく車両ヨー率が設定された安全レベルを超えないように設計される。しかしながら様々な理由により、ＶＭＭ機能は、望ましくない車輪挙動を不注意にもたらす制御コマンドを潜在的に生成し得る。これが生じると、安全対策を施して、この予期しない車輪挙動の結果を軽減しなければならない。

本開示は、例えば車輪スリップおよび／または車輪回転加速度に関して、許容可能な車輪挙動の範囲を含む能力範囲が画定される技法に関している。車輪挙動が能力範囲によって設定された境界内を維持している限り、ＶＭＭは異なるＭＳＤを制御することができる。しかしながら車輪挙動が能力範囲外になると、ＭＳＤ制御ユニットは、１つまたは複数の制御介入機能をトリガする。

過剰な正の車輪スリップに対して、所与の閾値を超える車輪スリップおよび／または大きい正の車輪回転加速度を測定すると、ＭＳＤ制御ユニットは、タイヤカーブの安定した部分の回復を車輪に許容する試行において、推進デバイスにトルク制限を課すことができる（タイヤカーブについては、以下で図３に関連してより詳細に考察される）。

スリップが被駆動車軸の片側でのみ生じる場合、これは、通常、利用可能な摩擦力が道路の一方の側と比較して片側でより大きい分離－ミュー状況を示す。この状況では、ブレーキシステムは、トルク制限を課すことに加えて、スリップしていない車輪にオープンディファレンシャルを介して駆動トルクを伝達するために、回転している車輪にブレーキトルクを提供することも可能である。

過剰な負のスリップ（例えばエンジン制動の間、またはドライブライン慣性による）に対して、所与の閾値を超える車輪スリップおよび／または大きい負の車輪回転加速度を測定すると、ＭＳＤ制御ユニットは、推進ユニットに「ゼロエンジン制動」トルク制限を課すことができる。この制限は、トルク制限信号としてＭＳＤ制御ユニットによってブレーキシステムから推進ユニットに通信することができ、あるいは単純に「アンチ－ロック制動アクティブ」信号を送ることによって通信することができ、その場合、推進ユニットには、すべての制動トルクを解放することが要求される。

車輪が、例えばギヤをダウンシフトさせることによって車輪ロック状況に近づいた場合、ＭＳＤ制御ユニットは、いくつかの状況では、車輪スリップをタイヤカーブの安定した領域に戻すために、正のトルクを推進ユニットに要求することができる。

電子ブレーキシステム（ＥＢＳ）などのＭＳＤコントローラによって臨界車輪挙動を取り扱うための上記手法は「使用中に証明され」、また、推進デバイスの応答が極めて遅い場合、すなわち低制御帯域幅を有している場合の合理的な選択を表している。また、上記手法は、推進デバイスに比較的単純な安全要求事項を課し（例えばアンチ－ロック制動信号がアクティブになると、推進デバイスは、必ず制動トルクを解放しなければならない）、これは有利である。

関連する能力範囲は、例えばコンピュータシミュレーションによって、あるいは実際的な実験によって決定することができる。また、能力範囲は、いくつかの事例では、アンチ－ロックシステムおよびトラクション制御のためのシステムなどのレガシー安全システムから継承することも可能である。これは、例えばレガシー安全システムが介入したであろう時点を決定し、次に、この操作点に基づいて、恐らくは何らかの追加安全マージンを使用して能力範囲を画定することによって実施することができる。車輪スリップを含む能力範囲については、以下で同じく図３に関連してより詳細に考察される。

図２は、提案されている技法を実現することができる車両１００の車輪エンドセクションを示したものである。車輪２１０は、現在の車輪スリップおよび／または車輪加速度などの車輪挙動と関連付けられる。主ブレーキ２２０は、車輪２１０を制動するための負のトルクを生成するようになされている。主ブレーキは、例えば図２に概略的に示されているような摩擦ブレーキ、ドラムブレーキ、または負のトルクを生成するように構成された、多くの電気機械に含まれている回生ブレーキを含む任意の他のタイプのブレーキであってもよい。

ＭＳＤ制御ユニット２３０は、インタフェース２３５を介してＶＭＭ２６０に通信結合されており、また、主ブレーキインタフェース２２５を介して主ブレーキ２２０を制御するように構成されている。この制御は、車輪速度センサ（ＷＳ）２４０から受け取られる、現在の車輪速度などの車輪挙動データによって容易にされる。車輪速度データは、インタフェース２４５を介して車輪速度センサ２４０から直接受け取ることができ、あるいはＶＭＭ２６０を介してインタフェース２３５上で間接的に受け取ることができる。１つまたは複数の車両状態センサ２７０からの車両状態情報は、車両状態インタフェース２７５を介して利用することができる。この車両状態情報は、例えば車両速度の正確な予測値を含むことができ、この予測値は、車輪２１０の座標系に変換されると、以下でより詳細に考察されるように、車輪スリップを正確に決定するために使用することができる。

また、ＶＭＭ２６０は、図２の例によれば、推進デバイス２５０を制御するようにもなされている。この推進デバイスは、例えば車輪２１０を駆動するようになされた、すなわち正のトルクを生成するようになされた電気機械または燃焼機関であってもよい。

縦方向の車輪スリップλは、ＳＡＥＪ６７０（ＳＡＥＶｅｈｉｃｌｅＤｙｎａｍｉｃｓＳｔａｎｄａｒｄｓＣｏｍｍｉｔｔｅｅＪａｎｕａｒｙ２４，２００８）によれば、

として定義することができ、上式でＲはメートル単位の有効車輪半径であり、ω_ｘは車輪の角速度であり、また、ν_ｘは車輪の縦方向の速度（車輪の座標系における）である。したがってλは－１と１の間にくくられ、また、道路表面に対して車輪がスリップしている量を定量化している。車輪スリップは、本質的には、車輪と車両の間で測定された速度差である。したがって本明細書において開示される技法は、任意のタイプの車輪スリップ定義で使用するべく適合させることができる。

ＶＭＭ２６０および任意選択で同じくＭＳＤ制御ユニット２３０は、ν_ｘに関する情報を維持し（車輪の基準フレームにおける）、一方、車輪速度センサ２４０、等々を使用してωを決定することができる。

特に、以下においては、車輪スリップに対する制限が考察される場合、それは、制限される車輪スリップの大きさまたは絶対値である。すなわち増加した車輪スリップ制限は、より大きい正の許容車輪スリップ、またはより小さい負の許容車輪スリップのいずれかを意味することができる。

図３は、車輪スリップの関数としての達成可能タイヤ力を示すグラフである。縦方向の獲得可能タイヤ力Ｆｘは、小さい車輪スリップに対して、ほぼ直線的に増加している部分３１０を示しており、それに引き続く部分３２０は、より大きい車輪スリップに対する、より非線形の挙動を示している。獲得可能な横方向のタイヤ力Ｆｙは、比較的小さい縦方向の車輪スリップにおいても急激に小さくなっている。車両動作は線形領域３１０に維持することが望ましく、この領域では、加えられたブレーキコマンドに応答して獲得可能な縦方向の力は、その予測がより容易であり、また、この領域では、必要に応じて十分な横方向のタイヤ力を生成することができる。この領域における動作を保証するために、例えば０．１程度の車輪スリップ制限λ_ＬＩＭを所与の車輪に課すことができる。

このタイプのタイヤモデルは、ＶＭＭが使用して、何らかの車輪に所望のタイヤ力を生成することができる。所望のタイヤ力に対応するトルクを要求する代わりに、ＶＭＭは、所望のタイヤ力を等価車輪スリップに変換し、所望のタイヤ力の代わりにこのスリップを要求することができる。主な利点は、ＭＳＤ制御デバイスは、車両速度ｖ_ｘおよび車輪回転速度ω_ｘを使用して、所望の車輪スリップにおける動作を維持することにより、要求されたトルクをはるかに高い帯域幅で引き渡すことができるようになることである。

有効能力範囲は、例えばタイヤ力カーブに対する関係で決定することができる。車輪スリップが０．１未満、すなわち０～０．１の間の範囲内を維持している限り、力協調および総合車両運動管理は比較的容易である。しかしながら車輪スリップがこの範囲を超えると、制御はたちまちはるかに困難になる。

図４は、例示的能力範囲４００を概略的に示したものである。この特定の能力範囲例は、３つの次元４０１、４０２、４０３を有している。１つの次元は車輪スリップに対応し、別の次元は車輪加速度に対応し、一方、第３の次元は車両ヨー率に対応し得る。本教示によれば、車輪挙動が画定された能力範囲４１０内を維持している限り、ＶＭＭは、インタフェース２３５、２５５を介してＭＳＤ制御ユニット２３０および推進デバイス２５０に送信される制御コマンドによってＭＳＤを制御することができる。しかしながら現在の車輪挙動を画定された能力範囲４１０外にもたらす何かが予期せずに生じると、ＭＳＤ制御ユニット２３０は制御介入機能をトリガする。この制御介入機能は、ＶＭＭから受け取った制御コマンドを無効にするＭＳＤ機能を含むことができ、あるいはこの制御介入機能は、何らかの外部アービトレータ機能に要求を送信することによって車両制御を要求するＭＳＤ制御ユニットを含むことができ、この外部アービトレータ機能は、次に、制御を無効にするための要求を認めるべきか否かを決定する。

図２を参照すると、ＭＳＤ制御ユニット２３０は、車輪２１０と結合された１つまたは複数のＭＳＤ２２０、２５０を制御するように構成されている。１つまたは複数のＭＳＤは、車輪２１０によって負のトルクを生成するようになされた少なくとも１つの主ブレーキ２２０、ならびに電気機械および／または燃焼機関などの車輪２１０によって正および／または負のトルクを生成するようになされた推進ユニット２５０を備えることができる。ＭＳＤ制御ユニット２３０は、１つまたは複数のＭＳＤ２２０、２５０によって車両運動を制御するための車輪速度要求および／または車輪スリップ要求を含む制御コマンドをＶＭＭユニット２６０から受け取るために、該ＶＭＭユニット２６０に通信結合２３５されている。

また、本明細書において考察されているＭＳＤ制御ユニットは、車輪２１０以外の他の車輪と結合された、所与の車軸の車輪、またはトレーラユニットの一方の側の車輪、あるいはトレーラユニットのすべての車輪を制御するためのＭＳＤなどの１つまたは複数のＭＳＤを制御するように構成することも可能であることを認識されたい。

ＭＳＤ制御ユニット２３０は、車輪２１０の車輪挙動の範囲を示す能力範囲を得るようになされ、ＶＭＭユニット２６０は、制御コマンドによって、上記能力範囲に対して車輪の挙動に影響を及ぼすことができる。この能力範囲は、安全と見なされる車両および車輪の動作レジームを示す。様々な態様によれば、能力範囲は、許容可能な正および／または負の縦方向の車輪スリップに対する上限、許容可能な正および／または負の縦方向の車輪加速度に対する上限、および／または許容可能な正および／または負の車両ヨー率に対する上限のうちのいずれかを含むことができる。能力範囲は、メモリからロードされる、あるいは外部コンフィグレーションエンティティから受け取られるパラメータとして獲得される固定能力範囲、または例えば運転シナリオ、および車両負荷、予測される道路摩擦および他のシナリオパラメータなどの車両状態に応じて連続的に更新される動的能力範囲のいずれかであってもよい。

また、当然、許容されるスリップ範囲、加速度範囲およびヨー率範囲は下限をも有することができる。通常、上限は正の値であり、また、下限は負の値である。しかしながら上限および下限の両方が負であり、あるいは上限および下限の両方が正であるシナリオおよび使用事例が同じく存在し得る。

ＭＳＤ制御ユニット２３０は、例えば車両センサ２４０によって車輪挙動を監視し、かつ、車輪挙動が能力範囲外であるかどうかを検出するようにさらになされている。この監視は、車輪挙動のサンプルを経時的にフィルタリングすることを含むことができ、その場合、上記検出はフィルタリングの結果に基づくことができる。

監視された車輪挙動が能力範囲外になると、ＭＳＤ制御ユニット２３０は制御介入機能をトリガする。制御介入機能は、例えば、上で考察したようにＭＳＤ２２０、２５０のうちの１つまたは複数による介入機能の実行を含むことができる。また、制御介入機能は、外部アービトレータ機能への要求をトリガすることをも含むことができ、外部アービトレータ機能は、ＭＳＤ制御ユニット２３０による直接ＭＳＤ制御のために、ＶＭＭまたは何らかの他のＶＵＣモジュールに含めることができる。

ＶＭＭユニット２６０は、ＭＳＤ制御ユニット２３０に通信結合２３５され、１つまたは複数のＭＳＤ２２０、２５０によって車両運動を制御するために、車輪速度要求および／または車輪スリップ要求を含む制御コマンドをＭＳＤ制御ユニット２３０に送信する。

ＶＭＭユニット２６０は、上で考察した、車輪２１０の車輪挙動の範囲を示す能力範囲を得るようになされ、ＶＭＭユニット２６０は、制御コマンドによって、上記能力範囲に対して車輪の挙動に影響を及ぼすことができる。また、ＶＭＭユニット２６０は、車輪挙動が能力範囲内であるように制御コマンドを生成するようにもなされている。

いくつかの態様によれば、ＶＭＭユニット２６０は、ＭＳＤ制御ユニット２３０による直接ＭＳＤ制御のための要求を受け取り、かつ、車輪挙動が所定の車輪挙動安全範囲外である場合、車両制御をＭＳＤ制御ユニット２３０に譲るように構成されたアービトレータ機能を含む。このアービトレータ機能は、ＶＭＭに車輪挙動の制御を許容すべきかどうか、あるいは例えばアンチ－ロック機能またはトラクション制御機能を実行することによってＭＳＤ制御ユニットに割込みおよび引継ぎを許容すべきかどうかを決定する際に、他の要因を考慮するように構成することも可能である。また、ＶＭＭユニットは、現在の能力範囲を超えるよう、何らかの車輪またはいくつかの車輪を一時的に制御するために、このアービトレータ機能への要求を生成するようにも構成することも可能である。これは、例えば緊急処置を実行すべき場合がそうであり得る。このような場合、アービトレータ機能は、ＶＭＭによる１つまたは複数の車輪の制御を許容して、限られた時間期間の間、車輪挙動を能力範囲外にすることができる。

図５は、複数のＭＳＤ制御ユニット、２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄ、２３０ｅ、２３０ｆを制御するようになされたＶＭＭ２６０を有するトラックすなわち牽引車両１１０を概略的に示したものである。個々のＭＳＤ制御ユニットは、それぞれの車輪２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄ、２１０ｅ、２１０ｆを制御するようになされている。

図６は、トレーラ車両１２０に接続されたトラックすなわち牽引車両１１０を概略的に示したものである。第１のＶＭＭユニット２６０ａは、制御コマンドをトラック１１０上のＭＳＤ制御ユニットに送信し、一方、第１のＶＭＭユニット２６０ａに対してスレーブモードで動作している第２のＶＭＭユニット２６０ｂは、制御コマンドをトレーラユニット１２０上の車輪と結合されたＭＳＤ制御ユニットに送信する。異なるＶＭＭユニット２６０ａ、２６０ｂ間の通信リンク６１０は、有線接続であることが好ましいが、無線接続を考慮することも可能である。

図７は、上記考察のうちの少なくともいくつかを要約した方法を示すフローチャートである。大型車両１００による運動を制御するための方法が示されている。方法は、図２に関連して上で例示された車両１００上の車輪２１０と結合された１つまたは複数のＭＳＤ２２０、２５０を制御するためのＭＳＤ制御ユニット２３０を構成するステップＳ１を含む。また、方法は、ＭＳＤ制御ユニット２３０に送信された制御コマンドを介して、１つまたは複数のＭＳＤ２２０、２５０によって車両運動管理を実施するためのＶＭＭユニット２６０を構成するステップＳ２、および車輪２１０の車輪挙動の範囲を示す能力範囲を画定するステップＳ３であって、その能力範囲に対して、ＶＭＭユニット２６０が制御コマンドによって車輪の挙動に影響を及ぼすことができる、ステップＳ３をも含む。方法は、車輪挙動を監視するステップＳ４、および監視された車輪挙動が上で考察した画定済み能力範囲外である場合、ＭＳＤ制御ユニット２３０による制御介入機能をトリガするステップＳ５をさらに含む。

図８は、本明細書において考察されている実施形態による、ＶＵＣ１３０、１４０、ＭＳＤ制御ユニット２３０またはＶＭＭユニット２６０などの制御ユニット８００の構成要素を、多くの機能ユニットの形で概略的に示したものである。この制御ユニット８００は、大型車両１００を制御するために上で考察した機能のうちの少なくともいくつかを実行するように構成されている。処理回路機構８１０は、例えば記憶媒体８２０の形態のコンピュータプログラム製品に記憶されたソフトウェア命令を実行することができる、適切な中央処理装置ＣＰＵ、多重プロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサＤＳＰ、等々のうちの１つまたは複数の任意の組合せを使用して提供される。処理回路機構８１０は、少なくとも１つの特定用途向け集積回路ＡＳＩＣまたはフィールドプログラマブルゲートアレイＦＰＧＡとしてさらに提供することができる。

詳細には、処理回路機構８１０は、図７に関連して考察した方法などの一組の操作すなわちステップを制御ユニット１０１に実施させるように構成される。例えば記憶媒体８２０は、上記一組の操作を記憶することができ、また、処理回路機構８１０は、上記一組の操作を記憶媒体８２０から検索して、制御ユニット８００に上記一組の操作を実施させるように構成することができる。上記一組の操作は、一組の実行可能命令として提供することができる。したがって処理回路機構８１０は、それにより本明細書において開示されている方法を実行するように構成される。

また、記憶媒体８２０は、持続的な記憶装置をも備えることができ、この持続的な記憶装置は、例えば磁気メモリ、光メモリ、ソリッドステートメモリ、さらには遠隔で取り付けられたメモリのうちの任意の単一の１つまたは組合せであってもよい。

制御ユニット８００は、少なくとも１つの外部デバイスと通信するためのインタフェース８３０をさらに備えることができる。したがってインタフェース８３０は、アナログおよびデジタル構成要素、およびワイヤーラインまたは無線通信のための適切な数のポートを備えた１つまたは複数の送信機および受信機を備えることができる。

処理回路機構８１０は、例えばデータおよび制御信号をインタフェース８３０および記憶媒体８２０に送ることによって、データおよびレポートをインタフェース８３０から受け取ることによって、また、データおよび命令を記憶媒体８２０から検索することによって制御ユニット８００の全体的な動作を制御する。本明細書において提示されている概念を曖昧にしないために、制御ノードの他の構成要素ならびに関連する機能については省略する。

図９は、前記プログラム製品がコンピュータ上で走ると、図７に示されている方法を実施するためのプログラムコード手段９２０を含むコンピュータプログラムを担っているコンピュータ可読媒体９１０を示したものである。コンピュータ可読媒体およびコード手段は、相俟ってコンピュータプログラム製品９００を形成することができる。

１００例示的車両（大型車両）
１０１制御ユニット
１１０牽引車両（トラック）、トラクタ
１２０トレーラユニット（トレーラ車両）
１３０車両ユニットコンピュータ（ＶＵＣ）
１４０ＶＵＣ
１５０前輪
１６０後輪
１７０トレーラ車輪
１８０無線リンク
１８５無線アクセスネットワーク
１９０遠隔サーバ
２１０車輪
２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄ、２１０ｅ、２１０ｆ車輪
２２０主ブレーキ（ＭＳＤ）
２２５主ブレーキインタフェース
２３０ＭＳＤ制御ユニット
２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄ、２３０ｅ、２３０ｆＭＳＤ制御ユニット
２３５インタフェース
２４０車輪速度センサ（ＷＳ）
２４５インタフェース
２５０推進デバイス（ＭＳＤ）
２５５インタフェース
２６０ＶＭＭ（ＶＭＭユニット）
２７０車両状態センサ
２７５車両状態インタフェース
３１０部分、領域
３２０部分
４００例示的能力範囲
４０１、４０２、４０３次元
４１０画定された能力範囲
６１０通信リンク
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５ステップ
８００制御ユニット
８１０処理回路機構
８２０記憶媒体
８３０インタフェース
９００コンピュータプログラム製品
９１０コンピュータ可読媒体
９２０プログラムコード手段

Claims

大型車両（１００）のためのモーションサポートデバイスＭＳＤ制御ユニット（２３０）であって、前記車両（１００）上の少なくとも１つの車輪（２１０）と結合された１つまたは複数のＭＳＤ（２２０、２５０）を制御するように構成され、
前記ＭＳＤ制御ユニット（２３０）は、前記１つまたは複数のＭＳＤ（２２０、２５０）によって車両運動を制御するための車輪速度要求および／または車輪スリップ要求を含む制御コマンドを車両運動管理ＶＭＭユニット（２６０）から受け取るために、前記ＶＭＭユニット（２６０）に通信結合される（２３５）ように配置され、
前記ＭＳＤ制御ユニット（２３０）は、前記車輪（２１０）の車輪挙動の範囲を示す能力範囲を得るようになされ、前記ＶＭＭユニット（２６０）は、前記制御コマンドによって、前記能力範囲に対して前記車輪の前記挙動に影響を及ぼすことができ、
前記ＭＳＤ制御ユニット（２３０）は、車輪挙動を監視し、かつ、車輪挙動が前記能力範囲外であるかどうかを検出するようになされ、
前記ＭＳＤ制御ユニット（２３０）は、前記監視された車輪挙動が前記能力範囲外である場合、制御介入機能をトリガするようになされる、
モーションサポートデバイスＭＳＤ制御ユニット（２３０）。
前記１つまたは複数のＭＳＤが、前記車輪（２１０）によって負のトルクを生成するようになされた少なくとも１つの主ブレーキ（２２０）を備える、請求項１に記載のＭＳＤ制御ユニット（２３０）。
前記１つまたは複数のＭＳＤが、前記車輪（２１０）によって正および／または負のトルクを生成するようになされた少なくとも１つの推進ユニット（２５０）を備える、請求項１または２に記載のＭＳＤ制御ユニット（２３０）。
前記能力範囲が、許容可能な正および／または負の縦方向の車輪スリップおよび／または車輪回転速度に対する上限を含む、請求項１から３のいずれか１項に記載のＭＳＤ制御ユニット（２３０）。
前記能力範囲が、許容可能な正および／または負の縦方向の車輪加速度に対する上限を含む、請求項１から４のいずれか１項に記載のＭＳＤ制御ユニット（２３０）。
前記能力範囲が、許容可能な正および／または負の車両ヨー率に対する上限を含む、請求項１から５のいずれか１項に記載のＭＳＤ制御ユニット（２３０）。
前記能力範囲が、許容可能な正および／または負の縦方向の車輪スリップおよび／または車輪回転速度に対する下限を含む、請求項１から６のいずれか１項に記載のＭＳＤ制御ユニット（２３０）。
前記能力範囲が、許容可能な正および／または負の縦方向の車輪加速度に対する下限を含む、請求項１から７のいずれか１項に記載のＭＳＤ制御ユニット（２３０）。
前記能力範囲が、許容可能な正および／または負の車両ヨー率に対する下限を含む、請求項１から８のいずれか１項に記載のＭＳＤ制御ユニット（２３０）。
車輪速度センサ（２４０）から前記車輪（２１０）と関連する車輪速度データを受け取り、かつ、前記車輪速度データに基づいて、車輪挙動が前記能力範囲外であるかどうかを検出するようになされた、請求項１から９のいずれか１項に記載のＭＳＤ制御ユニット（２３０）。
メモリからロードされる、あるいは外部コンフィグレーションエンティティから受け取られるパラメータとして固定能力範囲を得るようになされた、請求項１から１０のいずれか１項に記載のＭＳＤ制御ユニット（２３０）。
更新された能力範囲を連続的に得るようになされた、請求項１から１０のいずれか１項に記載のＭＳＤ制御ユニット（２３０）。
前記制御介入機能が、前記ＭＳＤ（２２０、２５０）のうちの１つまたは複数による介入機能の実行を含む、請求項１から１２のいずれか１項に記載のＭＳＤ制御ユニット（２３０）。
前記制御介入機能が、前記ＭＳＤ制御ユニット（２３０）による直接ＭＳＤ制御のための外部アービトレータ機能への要求をトリガすることを含む、請求項１から１３のいずれか１項に記載のＭＳＤ制御ユニット（２３０）。
前記ＭＳＤ制御ユニット（２３０）が、車輪挙動のサンプルを経時的にフィルタリングすることによって車輪挙動を監視し、かつ、前記フィルタリングの結果に基づいて車輪挙動が前記能力範囲外であるかどうかを検出するようになされる、請求項１から１４のいずれか１項に記載のＭＳＤ制御ユニット（２３０）。
車両運動管理を実施して、車両（１００）上の少なくとも１つの車輪（２１０）と結合された１つまたは複数のモーションサポートデバイスＭＳＤ（２２０、２５０）によって大型車両（１００）の運動を制御するようになされた車両運動管理ＶＭＭユニット（２６０）であって、
前記ＶＭＭユニット（２６０）は、車輪速度要求および／または車輪スリップ要求を含む制御コマンドをＭＳＤ制御ユニット（２３０）に送信して、前記１つまたは複数のＭＳＤ（２２０、２５０）によって車両運動を制御するために、前記ＭＳＤ制御ユニット（２３０）に通信結合（２３５）されるように配置され、
前記ＶＭＭユニット（２６０）は、前記車輪（２１０）の車輪挙動の範囲を示す能力範囲を得るようになされ、前記ＶＭＭユニット（２６０）は、前記制御コマンドによって、前記能力範囲に対して前記車輪の前記挙動に影響を及ぼすことができ、
前記ＶＭＭユニット（２６０）は、前記車輪挙動が前記能力範囲内であるように前記制御コマンドを生成するようになされる、
車両運動管理ＶＭＭユニット（２６０）。
前記ＭＳＤ制御ユニット（２３０）による直接ＭＳＤ制御のための要求を受け取り、かつ、車輪挙動が所定の車輪挙動安全範囲外である場合、車両制御を前記ＭＳＤ制御ユニット（２３０）に譲るように構成されたアービトレータ機能を含む、請求項１６に記載のＶＭＭユニット（２６０）。
請求項１から１５のいずれか１項に記載のモーションサポートデバイスＭＳＤ制御ユニット（２３０）と、請求項１６から１７のいずれか１項に記載の車両運動管理ＶＭＭユニット（２６０）とを備える車両（１００）。
大型車両（１００）による運動を制御するための方法であって、
前記車両（１００）上の少なくとも１つの車輪（２１０）と結合された１つまたは複数のＭＳＤ（２２０、２５０）を制御するためのモーションサポートデバイスＭＳＤ制御ユニット（２３０）を構成するステップ（Ｓ１）と、
前記ＭＳＤ制御ユニット（２３０）に送信された制御コマンドを介して、前記１つまたは複数のＭＳＤ（２２０、２５０）によって車両運動管理を実施するための車両運動管理ＶＭＭユニット（２６０）を構成するステップ（Ｓ２）と、
前記車輪（２１０）の車輪挙動の範囲を示す能力範囲を画定するステップ（Ｓ３）であって、前記能力範囲に対して、前記ＶＭＭユニット（２６０）が前記制御コマンドによって前記車輪の前記挙動に影響を及ぼすことができる、ステップ（Ｓ３）と、
車輪挙動を監視するステップ（Ｓ４）と、
前記監視された車輪挙動が前記画定済み能力範囲外である場合、前記ＭＳＤ制御ユニット（２３０）による制御介入機能をトリガするステップ（Ｓ５）と
を含む方法。
コンピュータプログラム（９２０）であって、制御ユニット（８００）のコンピュータまたは処理回路機構（８１０）上で走ると、請求項１９のステップを実施するためのプログラムコード手段を含む、コンピュータプログラム（９２０）。
前記プログラム製品が制御ユニット（８００）のコンピュータまたは処理回路機構（８１０）上で走ると、請求項１９のステップを実施するためのプログラムコード手段を含むコンピュータプログラム（９２０）を担っているコンピュータ可読媒体（９１０）。