JP2022075585A - 車両運動管理システムおよび車両用の運動支援システム - Google Patents

Abstract

【課題】低速運転中の制御システムの制御性を改善する。【解決手段】本開示は、車両運動管理システムおよび車両用の運動支援システムに関する。車両運動管理システムおよび運動支援システムは、車両の少なくとも１つの車輪にトルクを加えるように構成された少なくとも１つのアクチュエータの動作を制御するように配置される。車両運動管理システムは、所望のトルクおよび車輪速度限界を示す制御信号を運動支援システムへ送出するように構成され、これによって運動支援システムは、受け取った信号に基づいて、アクチュエータが、アクチュエータ回転速度限界を超えることなく少なくとも１つの車輪に対して作動トルクを発生するようにするために、アクチュエータ信号をアクチュエータへ送出するように構成される。【選択図】図２

Description

本開示は、車両運動管理システムおよび車両用の運動支援システムに関する。また、本開示は,方法ならびに、車両運動管理システムおよび車両用の運動支援システムによって操作できる制御信号にも関する。本開示は、電気推進車両に適用可能である。本開示は、推進に電気機械を使用するトラックの形態の車両を主な対象とするが、他のタイプの車両にも適用可能である。

車両の分野、特に、一般にトラックと呼ばれる小型、中型および大型車両の分野では、車両の様々な制御機能に関して継続的な開発が行われている。特に、制御機能は、車両のドライバビリティ、運転者の快適さ、および運転中の安全性の向上を意図している。

たとえば、車両全体の安定性を改善するためのシステムがＷＯ２０１７／２１５７５１に記載されている。特に、ＷＯ２０１７／２１５７５１には、タイヤモデルジェネレータと通信するように配置された車両車輪機能モジュールを備える車輪コントローラが記載されている。車両車輪機能モジュールは、計算された車輪スリップ値に基づいて縦方向車輪力値を決定するように配置されている。

ＷＯ２０１７／２１５７５１

ＷＯ２０１７／２１５７５１に記載されたシステムは、たとえば車両全体の動的制御に関して大きな利点をもたらす。しかし、ＷＯ２０１７／２１５７５１は、比較的低い、すなわちゼロに近い車輪速度の運転条件については、車輪スリップを計算するときに低い車輪速度により不整合を生じるので、さらなる改善がなお必要とされている。すなわち、少なくとも低速運転中の制御システムの制御性を改善することが望まれている。

したがって、本開示の目的は、上述の欠陥を少なくとも部分的に克服することである。

第１の態様によれば、車両用の車両運動管理システムが提供され、この車両運動管理システムは、制御信号を伝えるために運動支援システムと接続可能であり、車両運動管理システムは、現在の車両運転状態で車両を運転するための所望のトルクを決定し；車両の少なくとも１つの車輪について車輪スリップ限界を決定し；少なくとも車輪スリップ限界に基づいて、車両の少なくとも１つの車輪の車輪速度限界を決定し；所望のトルクおよび車輪速度限界を示す制御信号を運動支援システムへ送出するように構成される。

車両運動管理システムおよび運動支援システムは、車両の制御システムであり、それぞれの制御システムは、車両の運転を制御するための、特に車輪動作を制御するための、様々な制御機能を実行するように配置される。車両運動管理システムは、好ましくは、車輪パラメータを高レベルで受け取り、決定するように構成され、すなわち、車両運動管理システムは、所望のトルクおよび車輪スリップ限界をより一般化された形で決定するのに対し、運動支援システムは、車両運動管理システムから受け取ったパラメータをアクチュエータ用の適切なパラメータに変換するように配置された下位制御システムとして配置される。運動支援システムは、アクチュエータ信号をアクチュエータへ転送する前に、現在の駆動系状態を考慮に入れる。現在の駆動系状態は、たとえば、現在の車両トランスミッションの状態、車両トランスミッションのギア段、またはトランスミッションクラッチ作動状態と関連があり得る。

所望のトルクは、たとえば、アクセルペダルを踏んでいる、かつ／またはブレーキペダルを踏んでいる車両の運転者から得ることができる。所望のトルクはまた、車両の推進動作を自律的に制御するシステムから、または先進運転者支援システム（ＡＤＡＳ）から受け取ることもできる。

車輪スリップ限界は、運転中の少なくとも１つの車輪の最大許容車輪スリップと解釈されるべきである。車輪スリップとは、車両の車輪とその接地面との間の相対的な縦方向運動、すなわち「滑り」の量のことである。車輪スリップは、車輪の縦方向速度と、車輪半径を考慮に入れた車輪の回転速度との関係として決定することができる。したがって、車輪速度限界は、車輪ベースの座標系で見た路面に対する車輪速度に基づいている。例示的な一実施形態によれば、車両運動管理システムは、車両の車輪のうちの少なくとも１つについて現在の車輪回転速度および現在の縦方向車輪速度を決定し、この現在の車輪回転速度および現在の縦方向の車輪速度に基づいて、少なくとも１つの車輪について車輪スリップを決定するように構成することができる。

本開示は、所望のトルクを示す制御信号を車輪速度限界と組み合わせて運動支援システムへ送出することによって、車輪スリップ限界の計算を上位の車両運動管理システムで実行できるという洞察に基づいている。車輪スリップを計算する場合、車輪スリップ計算式の分母は、車輪の回転速度からなる。それゆえに、車両の低速運転時には、分母がゼロに近い、あるいはゼロに近づき、このことが車輪のスリップを計算するときの誤差の原因になり得る。したがって、上位の車両運動管理システムで車輪スリップ計算を実行することは、別個の運動支援システムによる車輪スリップ計算における潜在的な不整合を回避できるので、有利である。これにより、車輪スリップ整合性の向上が達成される。

さらに、所望のトルクおよび車輪速度限界を示す制御信号を運動支援システムへ送出することは、電気機械を用いて車両を運転する場合に、電気機械は速度およびトルクを制御することができるので、特に有利である。スリップ制御とは対照的に、速度制御はまた、たとえば常用ブレーキでは達成するのが容易になり得る。その理由は、回転速度が、タイヤのトルクバランスシステムの一般に用いられる出力であり、車輪スリップの計算式に存在する非線形性のどれも含まないからである。

例示的な一実施形態によれば、車輪速度限界はさらに、所望のトルクに基づくことができる。これにより、所望のトルク、すなわち、トルク要求が、車輪速度限界を計算するときに使用されるスリップ限界を計算するために使用される。

例示的な一実施形態によれば、車輪速度限界は、上側車輪速度限界および下側車輪速度限界を含み得る。車両運動管理システムはさらに、少なくとも所望のトルクがゼロを超えているときに、上側車輪速度限界を運動支援システムへ伝達し、少なくとも所望のトルクがゼロ未満であるときに、下側車輪速度限界を運動支援システムへ伝達するように構成することができる。

１つの利点は、異なる車輪速度限界が、車両加速または車両減速に応じて使用できることである。

例示的な一実施形態によれば、車両運動管理システムはさらに、オフセット車輪速度パラメータを決定し、車両の車輪速度を示す信号を取得し、車輪速度が閾値車両速度限界未満であるときに、オフセット車輪速度パラメータに基づいて車輪スリップ限界を決定するように構成することができる。

オフセット車輪速度パラメータは、車輪速度が、ゼロに近いなどの比較的低い場合に有利に用いられる。前述したように、車輪スリップ限界は、車輪スリップ計算式の分母である故に、低速では正しく計算することが困難な場合がある。それゆえに、オフセット車輪速度パラメータを設定すると、この潜在的な不整合が有利に改善される。オフセット車輪速度パラメータは、上側オフセット車輪速度パラメータおよび下側オフセット車輪速度パラメータとすることができ、上側オフセット車輪速度パラメータは現在の車速よりも高く、下側オフセット車輪速度パラメータは現在の車速よりも低い。オフセット車輪速度パラメータは、タイヤモデルを使用してオフセット車輪速度パラメータを所望のトルクにマッピングすることによって、取得することができる。

例示的な一実施形態によれば、車輪スリップ限界は、所定の車輪スリップ範囲内とすることができる。これにより、車両の車輪は、過酷すぎる車輪スリップ、または低すぎる車輪スリップの作用を受けることがなくなる。

例示的な一実施形態によれば、車両運動管理システムはさらに、車両のアクセルペダルの現在のアクセルペダル位置を示す信号を取得し、現在のアクセルペダル位置に基づいて所望のトルクを決定するように構成することができる。しかし、例示的な一実施形態によれば、所望のトルクは、代わりに、自律車両運転システムから受け取った信号に基づいて決定することもできる。上に示された別の代替形態によれば、車両運動管理システムは、ブレーキペダル位置を示す信号を、所望のトルクを決定するために、または車両のリターダのいわゆるリターダストーク位置から、取得するように構成することができる。このように、車両運動管理システムは、自律的制御車両、ならびに運転者制御車両に配置することができる。

例示的な一実施形態によれば、車両運動管理システムはさらに、少なくとも１つの車輪と路面の間の車輪摩擦レベルを決定し、決定された車輪摩擦レベルに基づいて現在の車両運転状態を決定するように構成することができる。現在の車両運転状態を決定する他の代替物、たとえば、現在の車両重量、すなわち荷が積まれた車両の重量、また車両が現在運転されている道路トポロジなども、代替物として、または車輪摩擦レベルと組み合わせて、現在の車両運転状態を決定するときの入力パラメータとして使用することができる。

第２の態様によれば、車両の運動支援システムが提供され、運動支援システムは、前述の車両運動管理システムと、車両の少なくとも１つの車輪にトルクを加えるように構成された少なくとも１つのアクチュエータとに接続可能であり、この運動支援システムは、車両運動管理システムから制御信号を受け取るように構成され、制御信号が、車両を現在の車両運転状態で運転するための所望のトルクと、車両の少なくとも１つの車輪の車輪速度限界とを示し、運動支援システムはさらに、車両の現在の車両駆動系状態を決定し、現在の車両駆動系状態、所望のトルクおよび車輪速度限界に基づいて、作動トルクおよびアクチュエータ回転速度限界を決定し；アクチュエータが、アクチュエータ回転速度限界を超えることなく少なくとも１つの車輪に対して作動トルクを発生するようにするために、アクチュエータにアクチュエータ信号を送出するように構成される。

現在の駆動系状態は、駆動系の、特に駆動系のトランスミッションの、現在の動作モードとして解釈されるべきである。例示的な一実施形態によれば、現在の車両駆動系状態は、現在の車両トランスミッション状態、車両トランスミッションのギア段、またはトランスミッションクラッチ作動状態のうちの１つであり得る。これにより、前に示したように、運動支援システムは、車両運動管理システムから受け取ったパラメータを、現在の駆動系状態を考慮に入れてアクチュエータ用の適切なパラメータに変換するように配置された下位制御システムとして配置される。

例示的な一実施形態によれば、運動支援システムは、車両の単一の車輪を制御するように構成された車輪専用アクチュエータに接続可能な分散型の運動支援システムとすることができる。

分散型の運動支援システムを使用すると、これに接続されている専用アクチュエータへの迅速な応答が可能となり、そのため、車両の運転推進力／制動性能を改善することができる。分散型の運動支援システムは、別個の車両運動管理システムに接続すること、または中央車両運動管理システムに接続することができ、この中央車両運動管理システムは、複数の分散型の運動支援システムに接続される。

第２の態様のさらなる特徴および効果は、第１の態様に関連して上述したものと大まかに類似している。上記の第１および第２の態様によって、第１の態様の実施形態のいずれか１つによって定義された車両運動管理システムと、第２の態様の実施形態のいずれか１つによって定義された運動支援システムとを備える車両制御システムが、このようにして提供される。

第３の態様によれば、車両のアクチュエータを制御する方法が提供され、そのアクチュエータは、車両の少なくとも１つの車輪にトルクを加えるように構成されており、前記方法は、現在の車両運転状態で車両を運転するための所望のトルクを決定するステップと；車両の少なくとも１つの車輪について車輪スリップ限界を決定するステップと；少なくとも車輪スリップ限界に基づいて、車両の少なくとも１つの車輪の車輪速度限界を決定するステップと；所望のトルク、車輪速度限界、および現在の車両駆動系状態に基づいて、作動トルクおよびアクチュエータ回転速度限界を決定するステップと；少なくとも１つの車輪に、アクチュエータの回転速度限界を超えることなく作動トルクを発生させるようにアクチュエータを制御するステップと；を含む。

第３の態様の特徴および効果は、第１および第２の態様に関連して上述したものと大まかに類似している。したがって、車両運動管理システムならびに運動支援システムに関連して上述した特徴は、第３の態様について説明された方法に当てはまる。

第４の態様によれば、運動支援システムによって実行されるべき命令を表す制御信号が提供され、この制御信号は、運動支援システムが作動トルクを決定できるようにするトルク成分と、車輪速度限界データを表す車輪速度限界成分とを含み、この車輪速度限界成分は、運動支援システムによって実行されると、運動支援システムが、アクチュエータ回転速度限界に従って作動トルクに対応するアクチュエータ信号を生成し、このアクチュエータ回転速度限界は、現在の車両駆動系状態を考慮した車輪速度限界成分に基づいて決定可能である。

第５の態様によれば、コンピュータプログラムが提供され、このコンピュータプログラムは、プログラムがコンピュータ上で実行されたときに上記の第３の態様のステップを実行するためのプログラムコード手段を含む。

第６の態様によれば、プログラム手段がコンピュータ上で実行されたときに上記の第３の態様のステップを実行するためのプログラム手段を含むコンピュータプログラムを保持する、コンピュータ可読媒体が提供される。

第４、第５および第６の態様の特徴および効果は、第１および第２の態様に関連して上述したものと大まかに類似している。

さらなる特徴、および利点は、添付の特許請求の範囲および以下の説明を検討すれば明らかになろう。当業者には、本開示の範囲から逸脱することなく、異なる特徴を組み合わせて、以下に記載されたもの以外の実施形態を作成できることが理解されよう。

上記、ならびに追加の目的、特徴、および利点は、例示的な実施形態についての以下の説明的かつ非限定的な詳細な記述によって、よりよく理解されよう。

トラックの形態の車両の例示的な実施形態を示す側面図である。 例示的な実施形態による、車両運動管理システムおよび運動支援システムの概略図である。 車輪スリップとタイヤ力の関係を表すモデルの例示的な一実施形態を示すグラフである。 例示的な一実施形態による、図１の車両のアクチュエータを制御する方法のフローチャートである。

次に、例示的な実施形態が示されている添付の図面を参照して、以下において本開示をより完全に説明する。しかしながら、本開示は、多くの異なる形態で具現化することができるので、本明細書に記載された実施形態に限定されると解釈されるべきではなく、むしろ、これらの実施形態は、徹底性と完全性のために提示されている。同じ参照文字は、明細書全体を通して同じ要素を指す。

図１を特に参照すると、トラックの形態の車両１００が示されている。この車両は、複数の車輪１０２を備え、各車輪１０２は、それぞれのアクチュエータ１０４を備える。図１に示されている実施形態では、車輪１０２のそれぞれにアクチュエータが図示されているが、たとえば、１対の車輪１０２をこのようなアクチュエータ１０４なしで配置できることは容易に理解されるであろう。さらに、アクチュエータ１０４は、図３に示され、以下でさらに説明されるように、たとえば車両１００の車輪にタイヤ力を与えるように配置された電気機械１０６などの、それぞれの車輪推進デバイスを制御するためのアクチュエータであるのが好ましい。したがって、このような電気機械は、推進トルクを生成するように適合させることができると共に、車両１００のバッテリー（図示せず）または他のエネルギー貯蔵システムを充電するための回生制動モードに配置することができる。電気機械はまた、エネルギーを貯蔵せずに制動トルクを発生させることもできる。たとえば、ブレーキ抵抗器などを使用して、制動時の電気機械からの過剰なエネルギーを消散させることができる。

さらに、アクチュエータ１０４のそれぞれは、アクチュエータ１０４の動作を制御するように配置されたそれぞれの運動支援システム３００に接続されている。運動支援システム３００は、好ましくは分散型運動支援システム３００であるが、集中型の実施態様もまた可能である。運動支援システムのいくつかの部分は、無線リンクを介して車両からアクセス可能なリモートサーバ上などの、車両から遠隔であり処理回路を実装できないことを理解されたい。さらに、各運動支援システム３００は、データバス通信構成体１１４などを介して、車両１００の車両運動管理システム２００に接続されている。これによって、制御信号を車両運動管理システム２００と運動支援システム３００の間で伝送することができる。車両運動管理システム２００および運動支援システム３００については、以下において図２を参照してさらに詳細に説明する。

車両運動管理システム２００ならびに運動支援システム３００は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、プログラマブルデジタルシグナルプロセッサまたは他のプログラマブルデバイスを含み得る。システムは、さらに又は代わりに、特定用途向け集積回路、プログラマブルゲートアレイもしくはプログラマブルアレイロジック、プログラマブルロジックデバイス、またはデジタルシグナルプロセッサを含み得る。システムが上述のマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、プログラマブルデジタルシグナルプロセッサなどのプログラマブルデバイスを含む場合、プロセッサは、プログラマブルデバイスの動作を制御するコンピュータ実行可能コードをさらに含み得る。

図２を参照すると、図２は、例示的な一実施形態による車両運動管理システム２００および運動支援システム３００の概略図である。すなわち、車両運動管理システム２００および運動支援システム３００は、車両運動システム５００の一部を形成する。

車両制御システム全体は、１つまたは複数の車両ユニットコンピュータ（ＶＵＣ）に実装することができる。ＶＵＣは、階層化機能アーキテクチャに応じ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、この場合、いくつかの機能が、上位層の交通状況管理（ＴＳＭ）領域に含まれ、いくつかの他の機能が、下位の機能層に存在する車両運動管理（ＶＭＭ）領域に含まれ得る。

図２は、１つまたは複数の車輪を摩擦ブレーキおよび推進デバイスなどのいくつかの例示的な運動支援デバイス（ＭＳＤ）によって制御するための機能を概略的に示す。摩擦ブレーキおよび推進デバイスは、車輪トルク発生デバイスの例であり、これらはアクチュエータと呼ばれることもあり、１つまたは複数の運動支援デバイス制御ユニットによって制御することができる。この制御は、たとえば、車輪速度センサと、レーダセンサ、ライダセンサなどの他の車両状態センサと、カメラセンサおよび赤外線検出器などの視覚ベースのセンサとから得られる、測定データに基づいている。本明細書で論じる原理に従って制御できる他の例示的なトルク生成運動支援デバイスには、エンジンリターダおよびパワーステアリングデバイスが含まれる。１つのＭＳＤ制御ユニットが、１つまたは複数のアクチュエータを制御するように配置され得る。たとえば、１つのＭＳＤ制御ユニットが所与の車軸の両方の車輪を制御するように配置されることは、まれではない。

ＴＳＭ機能は、たとえば１０秒程度の計画対象期間に対して運転操作を計画する。この時間枠は、たとえば、車両がカーブを通過するのに要する時間に対応する。ＴＳＭによって計画および実行される車両操作は、所与の操作に対する所望の車両速度および旋回を記述する加速度プロファイルおよび曲率プロファイルと関連付けることができる。ＴＳＭは、ＴＳＭからの要求を安全かつ堅固に満たすように力配分を行うＶＭＭ機能に、所望の加速度プロファイルａ_ｒｅｑおよび曲率プロファイルｃ_ｒｅｑを継続的に要求する。

加速度プロファイルおよび曲率プロファイルはまた、大型車両の運転者から、ハンドル、アクセルペダル、ブレーキペダルなどの通常の制御入力デバイスを介して取得することもできる。

ＶＭＭ機能は、約１秒程度の計画対象期間に対して作動し、加速度プロファイルａ_ｒｅｑおよび曲率プロファイルｃ_ｒｅｑを、ＶＭＭに機能を報告する車両１００の別々のＭＳＤによって駆動される車両運動機能を制御するための制御コマンドに連続的に変換し、この制御コマンドは、車両制御における制約条件として用いられる。ＶＭＭ機能は、車両状態または運動の推定を行う。すなわち、ＶＭＭ機能は、車両１００に配置された、いつもではないがしばしばＭＳＤに接続されている様々なセンサを使用する監視動作によって、車両組み合わせにおいて異なるユニットの位置、速度、加速度、および結合角度を含む車両状態を連続して決定する。

運動推定の結果、すなわち推定された車両状態は、力生成モジュールに入力することができ、力生成モジュールは、要求された加速度プロファイルａ_ｒｅｑおよび曲率プロファイルｃ_ｒｅｑに従って車両１００が動くようにするために、異なる車両ユニットに必要な全体力を決定する。必要な全体力ベクトルは、車輪力を割り当て、かつステアリングおよびサスペンションなどの他のＭＳＤを調整する、ＭＳＤ調整機能に入力される。次に、調整された各ＭＳＤは共に、車両ユニットへの所望の横方向の力Ｆyおよび縦方向の力Ｆx、ならびに必要なモーメントＭzを与えて、車両組み合わせによる所望の運動が得られる。

グローバルポジショニングシステム、視覚ベースのセンサ、車輪速度センサ、レーダセンサ、ライダセンサなどを使用して車両ユニット運動を決定し、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って（たとえば、縦方向および横方向の速度成分に関して）、車輪スリップを正確に推定することが、車輪基準座標系における車両ユニット運動と、車輪に連結して配置された車輪速度センサから得られたデータとを比較することにより可能になる。

以下において図３に関連してより詳細に論じるタイヤモデルは、所望の縦方向タイヤ力Ｆx_ｉと車輪スリップの間の変換をするのに用いることができる。車輪スリップは、車輪回転速度と地面との速度差に関連しており、以下で詳細に論じる。車輪速度とは、たとえば、毎分回転数（ｒｐｍ）の単位で与えられる、またはラジアン／秒（ｒａｄ／ｓ）もしくは度／秒（ｄｅｇ／ｓ）に換算した角速度で与えられる、車輪の回転速度のことである。

本明細書では、タイヤモデルとは、縦方向（転がり方向）および／または横方向（縦方向と直交する方向）に発生する車輪力を車輪スリップの関数として記述する車輪挙動モデルのことである。「Tyre and vehicle dynamics」、Elsevier Ltd．、2012年、ISBN978－0－08－097016－5の中で、Hans Pacejkaがタイヤモデルの基礎について述べている。たとえば、車輪スリップと縦方向の力との関係が論じられている第７章を参照されたい。

要約すると、ＶＭＭ機能は、力発生とＭＳＤ調整の両方を管理する。すなわちＶＭＭ機能は、ＴＳＭ機能からの要求、たとえば、ＴＳＭから要求された、要求加速プロファイルに応じて車両を加速すること、および／またはＴＳＭからさらに要求された、車両によって特定の曲率の運動を生み出すこと、を実現するために車両ユニットに必要な力がどれだけかを決定する。この力は、たとえば、ヨーモーメントＭz、縦方向の力Ｆx、横方向の力Ｆy、ならびに、別々の車輪に加えられるべき異なる種類のトルクなどを含み得る。

ＶＭＭは上位層制御システムとして配置され、ＭＳＤは下位層制御システムとして配置される。したがって、上位層ＶＭＭ ２００は、以下で論じるように、車両／車輪領域において、すなわち車速などの車両全体の状態に基づいて、様々なパラメータを決定するように配置される。一方、下位層ＭＳＤ ３００は、車輪に連結されたアクチュエータに固有のパラメータを決定するように配置される。したがって、下位層ＭＳＤは、上位層ＶＭＭから受け取った信号を、たとえばギア比、駆動系慣性などを考慮に入れてアクチュエータ領域へ変換する。

非限定的な一例によると、車両運動管理システム２００は、トルクモジュール２０２、車輪スリップモジュール２０４、および摩擦モジュール２０６を備える。車両運動管理システム２００はさらに、車両運動管理システム２００およびその様々なモジュール２０２、２０４、２０６によって操作できるデータを含む車両操作信号５０２を受け取るように配置される。車両運動管理システム２００に供給される車両操作信号５０２は、たとえば、車両の現在の環境、現在の交通状況、たとえば車両が荷を積まれているか、積まれていないか、部分的に積まれているかなどの車両重量パラメータを示す信号の形で、データを含み得る。車両運動管理システム２００はまた、以下で論じるように、たとえば現在の車両運転状態など、特定の車両状態を示す他の信号を受け取ることもできる。トルクモジュール２０２、車輪スリップモジュール２０４および摩擦モジュール２０６は、互いの間で通信信号を伝達するように構成される。すなわち、これら別々のモジュールは、以下の開示で明らかになるように、互いに通信するように構成される。トルクモジュール２０２、車輪スリップモジュール２０４、および摩擦モジュール２０６は、単に説明のために別個の構成要素として図示されていることが容易に理解されよう。車両運動管理システム２００はまた、当然ながら、以下で説明される機能を実行する様々な制御機能を、それ自体が簡単に備えることもできる。

次に、以下では、車両運動管理システム２００の機能的な動作について説明する。特に、車両運動管理システム２００は、現在の車両運転状態に関連する情報を有する入力信号を受け取るように配置される。現在の車両運転状態は、たとえば、車両の車輪と路面の間の車輪摩擦レベル、または車両の現在の重量、すなわち、車両に荷が積まれているか、積まれていないか、もしくは部分的に積まれているか、または車両が現在運転されている道路のトポロジを示すデータ、を含み得る。このように、様々な運転状態は、車両運動管理システム２００が、個々の構成要素として、または車両運転状態全体としての全ての異なる運転状態を用いる構成要素として受け取ることができる。車両の異なる運転状態は、適切なセンサを用いて決定し、車両運動管理システム２００へ伝達することができる。

前述のように、車両運動管理システム２００は、摩擦モジュール２０６をさらに備える。例示的な一実施形態によると、車両運動管理システム２００は、摩擦モジュール２０６を使用して、少なくとも１つの車輪と路面の間の車輪摩擦レベルを決定するように配置される。車両運動管理システム２００は、決定された車輪摩擦レベルに基づいて、現在の車両運転状態を決定することができる。

トルクモジュール２０２は、現在の車両運転状態で車両を運転するための所望のトルクを決定するように適合されている。これによって、車両運動管理システム２００は、前述の上位層の車両運動管理システム２００では、現在の運転状態で車両１００を適切に制御するためのトルク要求を決定する。

所望のトルクは、たとえば、現在のアクセルペダルの位置、ブレーキペダルの位置に基づいて、または自律車両運転システムから受け取った信号に基づいて決定することができる。

車輪スリップモジュール２０４は、車両１００の少なくとも１つの車輪１０２の車輪スリップ限界を決定するように配置される。すなわち、車両の最大許容車輪スリップが決定され、車両の車輪は、このような車輪スリップ限界を超えることが許されない。車輪スリップは、非限定的な一例として、次式（数１）に基づいて決定することができる。

ここで、
λは車輪スリップ量であり、
ω_ｗは車輪の回転速度であり、
Ｒ_ｗは車輪半径であり、
Ｖ_ｘ，ｗは車輪の縦方向車輪速度である。

車輪スリップ限界は、たとえば、図３に関連して以下で論じるモデル３５０を用いて決定することができる。これによって、車両運動管理システム２００は、力要求をスリップ要求に変換することができ、それによりスリップ限界が、スリップ要求に基づいて設定される。別の例によれば、スリップ限界は、力要求とは無関係に固定値として設定することができる。スリップ限界はまた、路面とタイヤ表面の間の現在の摩擦レベルを示す信号に基づくこともできる。

車輪スリップ限界に基づいて、車輪スリップモジュール２０４は、少なくとも１つの車輪の車輪速度限界を決定するように構成される。これにより、車両運動管理システム２００は、車輪スリップ限界の計算および車輪速度限界の計算を実行する。非限定的な一例によれば、車輪速度限界値ω_ｗ，ｓｌは、次式（数２）に基づいて決定することができる。

ここで、
λ_ｌｉｍは車輪スリップ限界であり、
Ｔ_ｒｅｇは所望のトルクである。

車輪速度が比較的低い、すなわちゼロに近い場合、車両運動管理システム２００は、オフセット車輪速度パラメータに基づいて車輪スリップを決定するように配置することができ、それにより、オフセット車輪速度限界は、非限定的な次式（３）に従って計算することができる。
ω_w,ol＝Ｖ_ｘ，ｗ／Ｒw＋max(｜λ_ｌｉｍ｜ｋ_ｏｌ，ω_{ｗ，ｏｌ，ｍａｘ})sgn（λ） （３）
ここで、
ω_ｗ，ｏｌは、速度オフセット限界から計算された車輪速度限界であり、
ｋ_ｏｌ，ωおよびω_{ｏｌ，ｍａｘ}は、スリップ限界をオフセット限界に変換するために使用される利得および最大速度オフセットのパラメータであり、
sgn（λ）は、加速時に１に等しく、減速時に－１に等しいシグナム関数である。

さらに、車輪速度限界は、上側車輪速度限界および下側車輪速度限界を含むこともあり、上側車輪速度限界は加速時、すなわち推進時に使用され、下側車輪速度限界は減速時、すなわち制動時に使用される。上側車輪速度限界は、車輪スリップ限界が正であり、所望のトルクがゼロを超える場合に、すなわち加速時に使用され、下側車輪速度限界は、車輪スリップ限界が負であり、所望のトルクがゼロ未満である場合に、すなわち減速時に使用される。また、車輪スリップ限界は、次式の通りに定義される所定の範囲内にある。
－１＜λ_ｌｉｍ＜１

縦方向および横方向のタイヤ力に対する車輪スリップの特性が図３に示されている。すなわち、図３は、計算された縦方向の車輪スリップと、推定された縦方向のタイヤ力の値との関係を表すモデル３５０を示しており、モデル４５０は、所与の縦方向の車輪スリップに対して利用可能な最大の横方向のタイヤ力間の関係を表す。モデル４５０はまた、タイヤの所定の横方向のスリップ角について、所与の縦方向の車輪スリップに対して得られる横方向のタイヤ力を表すことができる。縦軸３４０は、車輪１０２を支持する路面と車輪との間に発生するタイヤ力を表し、横軸３３０は、式（数１）で上に定義された車輪１０２の縦方向の車輪スリップを表す。

図２を再び参照すると、車輪速度限界および所望のトルクが決定されたとき、車両運動管理システム２００は、制御信号５５０を運動支援システム３００へ送出し、この制御信号は、所望のトルクおよび車輪速度限界を示す。

運動支援システム３００は、駆動系状態モジュール３０２およびアクチュエータトルクモジュール３０４を備える。車両運動管理システム２００に関連して前述したのと同様に、駆動系状態モジュール３０２およびアクチュエータトルクモジュール３０４は、単に説明のために別個の構成要素として示されている。運動支援システム３００はまた、当然ながら、以下で説明される機能を実行する様々な制御機能を、それ自体が簡単に備えることもできる。

上述したように、運動支援システム３００は、制御信号５５０を車両運動管理システム２００から受け取る。駆動系状態モジュール３０２は、車両１００の現在の駆動系状態を決定する。現在の駆動系状態は、たとえば、現在の車両トランスミッション状態、車両トランスミッションのギア段、トランスミッションクラッチ作動状態などに関連し得る。

アクチュエータトルクモジュール３０４は、アクチュエータ固有トルクを決定するように構成され、すなわち、車両運動管理システム２００からの所望のトルクのデータを、アクチュエータ１０４に関連のあるデータに変換する。特に、アクチュエータトルクモジュール３０４は、車両運動管理システム２００から受け取った所望のトルクに基づいて、さらには車両１００の現在の駆動系状態に基づいて、作動トルクを決定する。

アクチュエータトルクモジュール３０４はまた、アクチュエータ１０４のアクチュエータ回転速度限界を決定する。アクチュエータ回転速度限界は、車両運動管理システム２００から受け取った車輪速度限界に基づく。アクチュエータ回転速度限界はまた、現在の駆動系状態に基づくこともできる。これにより、運動支援システム３００は、車両運動管理システム２００から受け取った車輪速度限界を車輪固有の車輪回転速度限界に変換している。

その後、運動支援システム３００は、アクチュエータ制御信号５９０をアクチュエータ１０４へ送出して、アクチュエータ回転速度限界を超えることなく車輪１０２に作動トルクを発生させる。

図４を参照して要約する。この図は、例示的な一実施形態による車両１００のアクチュエータ１０４を制御する方法のフローチャートを示す。車両１００の運転中に、現在の車両運転状態で車両１００を運転するための所望のトルクが決定される（Ｓ１）。前述のように、所望のトルクは、車両１００のアクセルペダルからの入力信号、または自律車両運転システムからの入力信号、または車両１００に実装された何らかの先進運転者支援システム（ＡＤＡＳ）からの入力信号に基づいて決定することができる。現在の車両運転状態は、前述したように、車両の車輪と路面の間の車輪摩擦レベル、車両の現在の重量、車両が現在運転されている道路のトポロジなどを示すデータを含み得る。

さらに、車輪スリップ限界が決定され（Ｓ２）、決定された車輪スリップ限界に基づいて、少なくとも１つの車輪１０２の車輪速度限界が決定される（Ｓ３）。所望のトルク、車輪速度限界、および現在の車両駆動系状態に基づいて、作動トルクおよび許容アクチュエータ回転速度範囲を決定することができる（Ｓ４）。これにより、アクチュエータ固有パラメータが決定される。

最後に、アクチュエータが、アクチュエータ回転速度限界を超えずに少なくとも１つの車輪１０２に対して作動トルクを発生させるように制御される（Ｓ５）。このように、アクチュエータの回転速度が許容範囲内に保たれている限り、トルク制御により作動トルクを発生させることができる。

本開示は、上述および図示の実施形態に限定されないことを理解されたい。むしろ、当業者には、多くの変更および修正が添付の請求項の範囲内で加えられてもよいことが理解されよう。

１００…車両
１０２…車輪
１０４…アクチュエータ
１０６…電気機械
１１４…データバス通信構成体
２００…車両運動管理システム
２０２…トルクモジュール
２０４…車輪スリップモジュール
２０６…摩擦モジュール
３００…運動支援システム
３０２…駆動系状態モジュール
３０４…アクチュエータトルクモジュール
３３０…横軸
３４０…縦軸
３５０…モデル
４５０…モデル
５００…車両運動システム
５０２…車両操作信号
５５０…制御信号
５９０…アクチュエータ制御信号

Claims (16)

1. 車両用の車両運動管理システム（２００）であって、
   制御信号を伝えるために運動支援システム（３００）と接続可能であり、
   現在の車両運転状態で前記車両を運転するための所望のトルクを決定し、
   前記車両の少なくとも１つの車輪について車輪スリップ限界を決定し、
   少なくとも前記車輪スリップ限界に基づいて、前記車両の前記少なくとも１つの車輪の車輪速度限界を決定し、
   前記所望のトルクおよび前記車輪速度限界を示す制御信号を前記運動支援システム（３００）へ送出する、
   ように構成される、車両運動管理システム（２００）。
2. 前記車輪速度限界がさらに前記所望のトルクに基づく、請求項１に記載の車両運動管理システム（２００）。
3. 前記車輪速度限界が、上側車輪速度限界および下側車輪速度限界を含み、
   少なくとも前記所望のトルクがゼロを超えているときに、前記上側車輪速度限界を前記運動支援システム（３００）へ伝達し、
   少なくとも前記所望のトルクがゼロ未満であるときに、前記下側車輪速度限界を前記運動支援システム（３００）へ伝達する、
   ように構成される、請求項２に記載の車両運動管理システム（２００）。
4. さらに、
   オフセット車輪速度パラメータを決定し、
   前記車両の車輪速度を示す信号を取得し、
   前記車輪速度が閾値車両速度限界未満であるときに、前記オフセット車輪速度パラメータに基づいて前記車輪スリップ限界を決定する、
   ように構成される、請求項１から３のいずれか１項に記載の車両運動管理システム（２００）。
5. さらに、
   前記車両の車輪のうちの少なくとも１つについて、現在の車輪回転速度および現在の縦方向車輪速度を決定し、
   前記現在の車輪回転速度および前記現在の縦方向車輪速度に基づいて、前記少なくとも１つの車輪の車輪スリップを決定する、
   ように構成される、請求項１から４のいずれか１項に記載の車両運動管理システム（２００）。
6. 前記車輪スリップ限界が所定の車輪スリップの範囲内にある、請求項１から５のいずれか１項に記載の車両運動管理システム（２００）。
7. さらに、
   前記車両のアクセルペダルの現在のアクセルペダル位置を示す信号を取得し、
   前記現在のアクセルペダル位置に基づいて前記所望のトルクを決定する、
   ように構成される、請求項１から６のいずれか１項に記載の車両運動管理システム（２００）。
8. 前記所望のトルクが、自律車両運転システムから受け取った信号に基づいて決定される、請求項１から６のいずれか１項に記載の車両運動管理システム（２００）。
9. さらに、
   前記少なくとも１つの車輪と路面の間の車輪摩擦レベルを決定し、
   前記決定された車輪摩擦レベルに基づいて現在の車両運転状態を決定する、
   ように構成される、請求項１から８のいずれか１項に記載の車両運動管理システム（２００）。
10. 車両用の運動支援システム（３００）であって、
    車両運動管理システム（２００）と、前記車両の少なくとも１つの車輪にトルクを加えるように構成された少なくとも１つのアクチュエータ（１０４）とに接続可能であり、
    車両運動管理システム（２００）から制御信号を受け取るように構成され、前記制御信号が、前記車両を現在の車両運転状態で運転するための所望のトルクと、前記車両の少なくとも１つの車輪の車輪速度限界とを示し、さらに、
    前記車両の現在の車両駆動系状態を決定し、
    前記現在の車両駆動系状態、前記所望のトルクおよび前記車輪速度限界に基づいて、作動トルクおよびアクチュエータ回転速度限界を決定し、
    前記アクチュエータが、前記アクチュエータ回転速度限界を超えることなく前記少なくとも１つの車輪に対して前記作動トルクを発生するようにするために、前記アクチュエータ（１０４）にアクチュエータ信号を送出する、
    ように構成される、運動支援システム（３００）。
11. 前記現在の車両駆動系状態が、現在の車両トランスミッション状態、前記車両トランスミッションのギア段、またはトランスミッションクラッチ作動状態のうちの１つである、請求項１０に記載の運動支援システム（３００）。
12. 前記車両の単一の車輪を制御するように構成された車輪専用アクチュエータに接続可能な分散型のものである、請求項１０または１１のいずれか１項に記載の運動支援システム（３００）。
13. 車両用のアクチュエータを制御する方法であって、
    前記アクチュエータが、前記車両の少なくとも１つの車輪（１０２）にトルクを加えるように構成されており、
    現在の車両運転状態で前記車両を運転するための所望のトルクを決定するステップ（Ｓ１）と、
    前記車両の少なくとも１つの車輪について車輪スリップ限界を決定するステップ（Ｓ２）と、
    少なくとも前記車輪スリップ限界に基づいて、前記車両の前記少なくとも１つの車輪の車輪速度限界を決定するステップ（Ｓ３）と、
    前記所望のトルク、前記車輪速度限界、および現在の車両駆動系状態に基づいて、作動トルクおよびアクチュエータ回転速度限界を決定するステップ（Ｓ４）と、
    前記少なくとも１つの車輪に、前記アクチュエータの回転速度限界を超えることなく前記作動トルクを発生させるように前記アクチュエータを制御するステップ（Ｓ５）と、
    を含む、方法。
14. 運動支援システム（３００）によって実行されるべき命令を表す制御信号であって、
    前記運動支援システム（３００）が作動トルクを決定できるようにするトルク成分と、車輪速度限界データを表す車輪速度限界成分とを含み、
    前記車輪速度限界成分は、前記運動支援システム（３００）によって実行されると、前記運動支援システム（３００）が、アクチュエータ回転速度限界に従って前記作動トルクに対応するアクチュエータ信号を生成し、前記アクチュエータ回転速度限界は、現在の車両駆動系状態を考慮した前記車輪速度限界成分に基づいて決定可能である、
    制御信号。
15. プログラムがコンピュータ上で実行されたときに請求項１３に記載のステップを実行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。
16. プログラム手段がコンピュータ上で実行されたときに請求項１３に記載のステップを実行するための前記プログラム手段を含むコンピュータプログラムを保持する、コンピュータ可読媒体。

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