JP2022176120A - 後部転舵輪を有する道路車両の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】すべての動作条件において性能を最適化する、後部転舵輪を有する道路車両の制御方法を提供する。【解決手段】後部転舵輪３を有する道路車両１の制御方法であって、カーブに沿って走行する間、後部転舵輪３の目標転舵角を決定するステップと、目標転舵角と比較するステップと、カーブに沿って走行する間、目標転舵角が閾値よりも大きい場合には、目標転舵角に等しい、同一の実転舵角を両方の後部転舵輪３に適用するステップと、カーブに沿って走行する間、目標転舵角が閾値ＴＨよりも小さい場合には、カーブの外側にある後部転舵輪３に目標転舵角よりも大きい実転舵角を適用し、カーブの内側にある後部転舵輪３にゼロ実転舵角を適用するステップと、を含む方法。【選択図】図４

Description

［関連出願の相互参照］
本特許出願は、２０２１年５月１２日に出願されたイタリア特許出願第１０２，０２１，０００，０１２，１７０号の優先権を主張し、その全開示は参照により本明細書に組み込まれる。

本発明は、後部転舵輪を有する道路車両の制御方法に関する。

４ＷＳ車両としても知られている四輪操舵車両は、利用可能なモデルが多くないにもかかわらず、長年にわたって自動車産業で生産されてきた。それらは主に受動機構システムに基づくものであり、後輪に「固定された」転舵角を与えることしかできない。これらの受動機構システムでは、後輪は、前輪が転舵されるときに後輪に固定転舵角を与えるように、前輪に結合される。

より最新の動的システムには、電子制御ユニットによって制御される、（電気式又は油圧式）アクティブアクチュエータが備わり、後輪に所定の範囲内で可変の転舵角を与えることによって、後輪の転舵を制御することが可能となる。

カーブに沿って高速（例えば、６０ｋｍ／ｈを超える）で走行する間、後輪を転舵させることで、特にグリップロスに近い車両の安定性が高まる。車両がカーブに沿って高速走行する間の車両の安定性を向上させるために、後輪は、ヨー角を減少させるべく同相転舵される（すなわち、前輪の転舵と同じ方向であり、前輪が右に向くと、後輪も右に向くことを意味する）。したがって車両を制御することがより容易になる。換言すれば、後輪を同相転舵するということは、カーブに沿って走行する間に、車両後部を横滑りさせる傾向がある遠心力に対抗することであり、したがって車両後部を理想的な軌道に適合させることができ、安定性及び有効性が高まる。このような場合、後輪は通常、１～２°よりも小さく、前輪の転舵角に依存する転舵角で転舵される。

低速（例えば、６０ｋｍ／ｈ以下）で操縦する場合、後輪を転舵させることで転舵半径が著しく減少され、特に、低速での車両の操縦性を高めるために、後輪は、３～５°の最大転舵角で、前輪の転舵角に応じて逆相転舵される（すなわち、前輪の操向に対して逆方向であり、これは、前輪が右に向くと、後輪は左に向き、逆もまた同様であることを意味する）。

欧州特許出願公開第３１５３３８２号明細書には、カーブに沿って走行する間、後部転舵輪を有する道路車両の制御方法が開示されており、後部転舵輪は常に調和して同一の方法で（すなわち、同じ回転度で）転舵される。

ドイツ特許出願公開第１０２０１５０１１７０４号明細書には、車両の横方向運転挙動を生成及び制御する方法が記載されており、カーブの内側にある後輪のトー角は、カーブの外側にある後輪のトー角とは独立して制御される。特に、車両の横方向運転挙動を生成するために、カーブの内側にある後輪のトー角は正の値に設定され、及び／又はカーブの外側にある後輪のトー角は負の値に設定される。

日本国公開特許公報特開２００９－１２６４９７号公報には、車両後輪のトー角を制御する装置が開示されている。カーブの内側にある後輪のタイヤ摩耗を低減し、かつ横力も効率的に発生させるために、車両がカーブに沿って走行するときに、長手方向の加減速度値にも応じて、左右の後輪のトー角を独立して制御することができる。

本発明の目的は、すべての動作条件において性能を最適化する、後部転舵輪を有する道路車両の制御方法を提供することである。

本発明によれば、添付の特許請求の範囲による、後部転舵輪を有する道路車両の制御方法が提供される。

本発明によって制御される、後部転舵輪を備えた道路車両の略平面図である。 後部転舵輪機構を強調した、図１の道路車両の略平面図である。 ２つの異なる制御モードによる後輪の転舵角を強調した、カーブに沿って走行する、図１の道路車両についての略平面図である。 ２つの異なる制御モードによる後輪の転舵角を強調した、カーブに沿って走行する、図１の道路車両についての略平面図である。

添付の特許請求の範囲は、本発明の好ましい実施形態を説明し、説明の不可欠な部分を構成するものである。ここで、本発明を、その非限定的な実施形態を示す添付の図面を参照して説明する。

図１において、参照番号１は、全体として、パワートレインシステム４からトルクを受ける、２つの前輪２、及び２つの後駆動輪３を備える道路車両を示す。

パワートレインシステム４は、長手方向の前部位置に配置され、クランクシャフト６を備えた内燃熱エンジン５、並びに内燃エンジン５によって生成されたトルクを後輪３に伝達し、「トランスアクスル」と呼ばれる構成を有する、サーボ支援ドライブトレイン７とを備える。ドライブトレイン７は、ドライブシャフト８を備える。ドライブシャフト８は、一方の側でクランクシャフト６に接続され、他方の側で、少なくとも１つのクラッチを備え長手方向の後部位置に配置されたトランスミッション９に機械的に接続される。トランスミッション９は、電子制御式自動ロックディファレンシャル１０に列車状に接続され、そこが、各後輪３に一体化された、一対のアクスルシャフト１１の始点となる。パワートレインシステム４を、異なる方法で構成し得ることは明らかである。内燃エンジン５を、中央又は後部位置に配置することができ、１つ又はそれ以上の電気モータによって支援することができ、あるいは、１つ又はそれ以上の電気モータに置き換えることができる。

車輪２又は車輪３はそれぞれ、サスペンション１３（図１に部分的に示されている）によって道路車両１のフレーム１２に機械的に接続されており、このサスペンションは、電子制御式アクチュエータ１４を備え、サスペンション要素の弾性剛性及び減衰力の両方を、変化（増加又は減少）させることが可能である。

図２によれば、後駆動輪３は転舵輪であり、すなわち、これらは対応する転舵角α（図３及び図４に示す）を変更するために、垂直軸を中心に左右に回転することができるように、対応するサスペンションによって支持される。特に、２つの（電気式又は油圧式）アクチュエータ１５が設けられ、これらは互いに独立しており、それぞれが対応する後輪３の転舵角αの変化をアクティブに制御する。２つのアクチュエータ１５は、互いに完全に独立しており、したがって、各アクチュエータ１５は、他方の後輪３の転舵角αとは異なる転舵角αを、それ自体の後輪３に与え得ることに留意されたい。

カーブに沿って高速（例えば、６０ｋｍ／ｈを超える）で走行する間、後輪３を転舵させることで道路車両１の安定性が高まる。特に、高速でカーブに沿って走行する間の道路車両１の安定性を向上させるために、後輪３は同相転舵される（すなわち、前輪２の転舵と同じ方向であり、前輪２が右に向くと、後輪３も右に向くことを意味する）。換言すれば、後輪３を同相転舵することは、カーブに沿って走行する間に車両後部を横滑りさせる傾向がある遠心力に対抗することであり、したがって、車両後部を理想的な軌道に適合させることができ、安定性及び効率が高まる。この状況では、後輪３は通常、１～２°よりも小さく、前輪２の転舵角に依存する（すなわち、前輪２の転舵角が大きいほど、後輪３の転舵角αは大きくなる）転舵角αで転舵されることが、一般的である。

低速（例えば、６０ｋｍ／ｈ以下）で操作する場合、後輪３を転舵させることで転舵半径が著しく減少される。特に、低速での道路車両１の操作性を高めるために、後輪３は、３～５°の最大角度で、前輪２の転舵角に応じて（すなわち、前輪２の転舵角が大きいほど、後輪３の転舵角αは大きくなる）、逆相転舵される（すなわち、前輪２の転舵に対して逆方向であり、これは、前輪２が右に向くと、後輪３は左に向き、逆もまた同様であることを意味する）。

道路車両１は、電子制御ユニット１６（「ＥＣＵ」）を備え、この電子制御ユニットは、とりわけ、各後輪３の転舵角αを制御するようにアクチュエータ１５を制御する。制御ユニット１６は、物理的には、単一の装置、又は互いに別個であり、道路車両１のＣＡＮネットワークを介して互いに通信することのできる、各種の装置で構成することができる。

道路車両１がカーブに沿って走行するとき、制御ユニット１６は、後輪３の目標転舵角α_ＴＧＴを（既知の方法で）決定する。

続いて、制御ユニット１６は、目標転舵角α_ＴＧＴと閾値ＴＨの比較を行う。カーブに沿って運転する間、目標転舵角α_ＴＧＴが閾値ＴＨより大きい場合には、制御ユニット１６は、（図３に示すように）目標転舵角α_ＴＧＴに等しい、同一の実転舵角αを両方の後輪３に適用するように、２つのアクチュエータ１５を制御する。あるいは、カーブに沿って運転する間、目標転舵角α_ＴＧＴが閾値ＴＨより小さい場合には、制御ユニット１６は、カーブの外側にある後輪３に目標転舵角α_ＴＧＴより大きい実転舵角αを適用し、カーブの内側にある後輪３にゼロ実転舵角αを適用するように、２つのアクチュエータ１５を制御する。

好ましい実施形態によれば、カーブの外側にある後輪３に適用される実転舵角αは、目標転舵角α_ＴＧＴが閾値ＴＨよりも小さい場合、目標転舵角α_ＴＧＴの１５０％～２２０％の範囲である。

特に、カーブの外側にある後輪３に適用される実転舵角αは、目標転舵角α_ＴＧＴが閾値ＴＨよりも小さい場合、目標転舵角α_ＴＧＴの２倍である。

アクチュエータ１５は、十分に広い（すなわち、閾値ＴＨより大きい）実転舵角αで動作する必要がある場合にのみ（特に応答の迅速性、すなわち周波数の動的応答の観点から）理想的な性能を提供することができるが、あまりに小さな実転舵角αを操作しなければならない場合には、その性能は（特に応答の迅速性、すなわち周波数における動的応答の観点から）許容しがたいものであることに留意されたい。結果として、目標転舵角α_ＴＧＴが十分に広い（すなわち、閾値ＴＨより大きい）場合、目標転舵角α_ＴＧＴに等しい、同一の（したがって、同様に作用する）実転舵角αを両方の後輪３に適用することが好ましく（より好都合である）。一方、目標転舵角α_ＴＧＴがあまりに小さい場合、目標転舵角α_ＴＧＴよりも大きい（例えば、２倍の）実転舵角αを、カーブの外側にある単独の後輪３に適用し、カーブの内側にある後輪３にはゼロ実転舵角を適用することが好ましい（より好都合である）。換言すれば、目標転舵角α_ＴＧＴが十分に広い場合には、両方の後輪３を同じように転舵することが好ましい（より好都合である）のに対し、目標転舵角α_ＴＧＴがあまりに小さい場合には、カーブの外側にある単独の後輪３をより大きく転舵し、カーブの内側にある後輪３を転舵しないことが好ましい（より好都合である）。

好ましい実施形態によれば、閾値ＴＨは、０．２°～０．４°の範囲であり、好ましくは０．３°である。より簡単な実施形態によれば、閾値ＴＨは、すべての条件において常に一定である。別の実施形態によれば、閾値ＴＨは、道路車両１の長手方向の速度に応じて、道路車両１の横加速度（カーブに沿って走行する間は明らかに０ではない）に応じて、及び／又は前輪２の実転舵角（カーブに沿って走行する間は明らかに０ではない）に応じて、可変である。

道路車両１が直線道路に沿って（すなわち、前輪２の転舵角は実質的に０である）、定速走行しているとき、制御ユニット１６は、サスペンションの幾何学的配置によって決定される静的トーに対して後輪３のトーを減少させるように、すなわち後輪３に（一時的に）減少したトーを与えるように、（係数が）等量で（位相が）逆向きの２つの実転舵角αを、それぞれ後輪３に適用する。可能な実施形態によれば、道路車両１が直線道路に沿って定速走行するとき、制御ユニット１６は、サスペンションの幾何学的配置によって決定される静的トーを相殺するように、すなわち後輪３にゼロのトーを与えるように、等量で逆向きの２つの実転舵角αを、それぞれ後輪３に適用する。好ましくは、後輪３のトーの減少（相殺）は、道路車両１が十分に長い時間にわたって一定の速度で直線道路に沿って走行する場合（例えば、高速道路を走行する場合）、例えば、長手方向の速度が一定であり、前輪２の転舵角が、例えば４５～９０秒を超える時間にわたって、中断することなく実質的にゼロである場合にのみ実行される。後輪３のトーの減少（相殺）は、燃料消費量を低減するのだが、安定性及び応答の迅速性も低減してしまう。したがって、道路車両１が長い道路区間に沿って、実質的に一定速度、かつ（道路車両１が理論的に到達することのできる最大速度と比較して）比較的低速で走行する、巡航中に有用である。

道路車両１が直線道路に沿って（すなわち、前輪２の転舵角は実質的に０である）、可変速度（すなわち、大きく加減速する）で走行するとき、制御ユニット１６は、サスペンションの幾何学的配置によって決定される静的トーに対して後輪３のトーを増加させるように、すなわち（一時的に）増加したトーを後輪３に与えるように、（係数が）等量で（位相が）逆向きの２つの実転舵角αを、それぞれ後輪３に適用する。後輪３のトーを増加させることで、安定性及び応答の迅速性が高まり、したがって、強い加速又は強い減速中に有用であり、道路車両１を直進に保つ（不要な「ドリフト」を回避する）のに役立つ。

換言すれば、制御ユニット１６は、車両１が直線道路に沿って走行しているかどうかを判定し、したがって、直線道路に沿って走行している間、サスペンションの幾何学的配置によって決定される静的トーに対して後輪３のトーを変化させるように、等量で逆向きの２つの実転舵角αを、それぞれ後輪３に適用する。道路車両１が定速走行している場合、燃料消費を減らすために、後輪３のトーは減少され、一方、道路車両１が可変速度で走行している場合、すなわち加減速中には、安定性及び応答の迅速性を高めるために、後輪３のトーは増加される。

道路車両１が直線道路に沿って定速走行する場合に、等量で逆向きの２つの実転舵角αを、それぞれ後輪３に適用することによって、制御ユニット１６によって実行されるトー変動は、比較的広い実転舵角α（閾値ＴＨよりも大きい）を適用することを伴い、したがって、強い加減速がある場合には、迅速な（すなわち、周波数における良好な動的応答の）介入を行うことができることに留意されたい。一方、道路車両１が直線道路に沿って定速走行する場合に、等量で逆向きの２つの実転舵角αを、それぞれ後輪３に適用することによって、制御ユニット１６によって実行されるトー変動は、中程度の実転舵角α（閾値ＴＨよりも小さい）を適用することを伴うが、このような場合、道路車両１は明らかに定常状態にあり、後輪３の転舵に対する調停は経時的な影響を及ぼすために実行されるものであるため、迅速な（すなわち、周波数における良好な動的応答の）介入を全く必要としない。

本明細書に記載の実施形態は、この理由で本発明の保護範囲を超えることなく、互いに組み合わせることができる。

上述した制御方法には、様々な利点がある。

第１に、上述の制御方法は、カーブに沿って走行する間に後輪３を転舵させることによって全体的な性能を改善するのだが、これは、極めて小さな実転舵角αで動作する必要がある場合には（特に応答の迅速性、すなわち周波数における動的応答の観点から）、かなり不十分な性能をもたらすアクチュエータ１５の限界を、（少なくとも部分的に）克服しようとするものであるからである。理想的なアクチュエータ１５が利用可能であると仮定すると、カーブに沿って走行する間、目標転舵角α_ＴＧＴに等しい、同一の実転舵角αを両方の後輪３に適用することが好ましいことは、明らかである。しかしながら、アクチュエータ１５は現実のものであり、理想的ではないため、カーブに沿って走行しており、目標転舵角α_ＴＧＴが閾値ＴＨよりも小さい場合に、カーブの外側にある後輪３に、目標転舵角α_ＴＧＴよりも大きい実転舵角αを適用し、カーブの内側にある後輪３に、ゼロ実転舵角αを適用することによって、それらの限界が少なくとも部分的に打ち消されることを考慮する必要がある。

更に、上述の制御方法は、直線道路上の道路車両１の挙動を最適化し、定速において燃料消費を低減し、可変速度において安定性及び応答の迅速性を向上させる。

上述の制御方法は、道路車両１を常に制御下に保ち、必要であれば、常に迅速かつ効果的に措置を講じることができるため、とりわけ安全である。

上述の制御方法では、運転者が前輪２に要求する転舵指令に対して、車両の動的応答速度を最大化することができる。

最後に、上述の制御方法は、ソフトウェア変更のみを必要とし（すなわち、ハードウェア変更は不要であり）、著しい計算能力、又は大規模なメモリ空間のいずれも必要としないため、実装が簡単で経済的である。

１ 車両
２ 前輪
３ 後部転舵輪(後輪)
４ パワートレインシステム
５ エンジン
６ クランクシャフト
７ ドライブトレイン
８ ドライブシャフト
９ 機械的トランスミッション
１０ 自動ロックディファレンシャル
１１ アクスルシャフト
１２ フレーム
１３ サスペンション
１４ アクチュエータ
１５ アクチュエータ
１６ 制御ユニット
α_ＴＧＴ 目標転舵角
α 実転舵角
ＴＨ 閾値

Claims (13)

1. 後部転舵輪（３）を有する道路車両（１）の制御方法であって、
   カーブに沿って走行する間に、前記後部転舵輪（３）の目標転舵角（α_ＴＧＴ）を決定するステップを含み、
   前記制御方法は更に、
   前記目標転舵角（α_ＴＧＴ）を閾値（ＴＨ）と比較するステップと、
   カーブに沿って走行する間、前記目標転舵角（α_ＴＧＴ）が前記閾値（ＴＨ）よりも大きい場合には、前記目標転舵角（α_ＴＧＴ）に等しく、同一の実転舵角（α）を両方の前記後部転舵輪（３）に適用するステップと、
   カーブに沿って走行する間、前記目標転舵角（α_ＴＧＴ）が前記閾値（ＴＨ）よりも小さい場合には、前記目標転舵角（α_ＴＧＴ）よりも大きい実転舵角（α）を前記カーブの外側にある後部転舵輪（３）に適用し、ゼロ実転舵角（α）を前記カーブの内側にある後部転舵輪（３）に適用するステップと、
   を含むことを特徴とする制御方法。
2. カーブに沿って走行する間、前記目標転舵角（α_ＴＧＴ）が前記閾値（ＴＨ）よりも小さい場合に、前記カーブの外側にある前記後部転舵輪（３）に前記目標転舵角（α_ＴＧＴ）の１５０％～２２０％の範囲の実転舵角（α）を適用する、更なるステップを含む、請求項１に記載の制御方法。
3. カーブに沿って走行する間、前記目標転舵角（α_ＴＧＴ）が前記閾値（ＴＨ）よりも小さい場合に、前記カーブの外側にある前記後部転舵輪（３）に前記目標転舵角（α_ＴＧＴ）の２倍に等しい実転舵角（α）を適用する、更なるステップを含む、請求項２に記載の制御方法。
4. 前記閾値（ＴＨ）が、０．２°～０．４°である、請求項１に記載の制御方法。
5. 前記閾値（ＴＨ）が、０．３°である、請求項４に記載の制御方法。
6. 前記閾値（ＴＨ）が、すべての条件において常に一定である、請求項１から５のいずれか一項に記載の制御方法。
7. 前記閾値（ＴＨ）が、前記道路車両（１）の長手方向の速度、前記道路車両（１）の横加速度、及び／又は前輪（２）の実転舵角に応じて可変である、請求項１から５のいずれか一項に記載の制御方法。
8. 前記道路車両（１）が直線道路に沿って走行しているかどうかを判定するステップと、
   前記直線道路に沿って走行する間、サスペンションの幾何学的配置によって決定される静的トーに対して前記後部転舵輪（３）のトーを減少させるように、等量で逆向きの２つの実転舵角（α）を、前記後部転舵輪（３）の両方にそれぞれ適用するステップと、を更に含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の制御方法。
9. 前記道路車両（１）が直線道路に沿って定速走行しているかどうかを判定するステップと、
   前記直線道路に沿って定速走行する間、前記サスペンションの幾何学的配置によって決定される静的トーに対して前記後部転舵輪（３）のトーを減少させるように、等量で逆向きの２つの実転舵角（α）を、前記後部転舵輪（３）の両方にそれぞれ適用するステップと、を更に含む、請求項８に記載の制御方法。
10. 直線道路に沿って定速走行している間、前記サスペンションの幾何学的配置によって決定される前記静的トーを相殺するように、等量で逆向きの２つの実転舵角（α）を、前記後輪（３）の両方にそれぞれ適用する、請求項９に記載の制御方法。
11. 前記道路車両（１）が直線道路に沿って、可変速度すなわち加速又は減速して走行しているかどうか、を判定するステップと、
    前記直線道路に沿って可変速度で走行する間、前記サスペンションの幾何学的配置によって決定される静的トーに対して前記後部転舵輪（３）のトーを増加させるように、等量で逆向きの２つの実転舵角（α）を、前記後部転舵輪（３）の両方にそれぞれ適用するステップと、を更に含む、請求項８に記載の制御方法。
12. 後部転舵輪（３）を有する道路車両（１）の制御方法であって、
    前記道路車両（１）が、直線道路に沿って定速走行しているかどうかを判定するステップと、
    前記直線道路に沿って定速走行する間、サスペンションの幾何学的配置によって決定される静的トーに対して前記後部転舵輪（３）のトーを減少させるように、等量で逆向きの２つの実転舵角を、前記後部転舵輪（３）の両方にそれぞれ適用するステップと、を含み、
    前記制御方法は、前記直線道路に沿って定速走行する間、前記サスペンションの幾何学的配置によって決定される前記静的トーを相殺するように、等量で逆向きの２つの実転舵角を、前記後部転舵輪（３）の両方にそれぞれ適用する、更なるステップを含むことを特徴とする、
    請求項１に記載の制御方法。
13. 前記道路車両（１）が直線道路に沿って可変速度すなわち加速又は減速して走行しているかどうか、を判定するステップと、
    前記直線道路に沿って可変速度で走行する間、前記サスペンションの幾何学的配置によって決定される静的トーに対して前記後部転舵輪（３）のトーを増加させるように、等量で逆向きの２つの実転舵角（α）を、前記後部転舵輪（３）の両方にそれぞれ適用するステップと、を更に含む、請求項１２に記載の制御方法。

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