JP2023123362A - 車両のトルクベクタリング制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】道路バンクを補償することができる改良された車両制御方法を提供する。【解決手段】道路バンク角による大型車両１００の横方向のドリフトを低減するためのコンピュータに実装される方法で、該大型車両は非ゼロのアンダーステア／オーバーステア勾配に関連付けられる。この方法は、大型車両が縦断しようとする道路区間２１１の道路バンク角を取得するステップと、該道路バンク角に対する車両運動応答を示す車両モデルであって、アンダーステア／オーバーステア勾配を含む車両モデルを取得するステップと、道路バンク角と該車両モデルに基づいて、道路区間における大型車両の横方向のドリフトを低減するための第１の補償トルクを求めるステップと、該第１の補償トルクを大型車両の異なる複数の車輪に適用して、道路バンク角による大型車両の横方向のドリフトを低減するステップとを含む。【選択図】図２

Description

本開示は、人間のドライバーが支援を受ける車両や自律走行車両において、道路のバンクを補償するために横方向の操舵制御支援を提供するシステムおよび方法に関する。より具体的には、本発明の実施形態は、トルクベクタリングを用いた操舵支援技術に関する。本発明を主に大型車両に関して記載するが、本発明はこの特定のタイプの車両に限定されず、他のタイプの車両にも使用できる。

車両が、バンクのある道路、すなわち、該車両の縦方向に対して横方向に傾斜した道路を走行している場合、重力によって該車両は側方に移動する。この現象は例えば競輪場において望ましく、なぜなら、バンクがない場合と比べて、ドライバーはハンドルをあまり動かすことなく、その曲率に追随できるからである。直線の道路区間もまた、例えば路面から排水するために、多くの場合バンクを有する。この場合、道路バンクによる横方向移動は望ましくない。この例においては、ドライバーは軌道にとどまるためにカウンターステアを行う必要がある。ほとんどの道路はこのようにバンクを有するため、ドライバーは何マイルもの間カウンターステアを行う必要がある場合があり、これは望ましくない。計画された経路をたどる自律車両においては、道路バンクも考慮されるべきである。

特許文献１は、車両の横方向操舵制御を提供する方法を開示している。

ＵＳ２０１７／０２３３００１Ａ１

しかしながら、道路バンクを考慮した操舵制御方法の更なる改良は引き続き必要とされる。

本開示の目的は、道路バンクを補償することができる改良された車両制御方法を提供することである。この目的は、道路のバンク角による大型車両（ｈｅａｖｙ‐ｄｕｔｙ ｖｅｈｉｃｌｅ）の横方向のドリフトを低減するためのコンピュータに実装される方法によって少なくとも部分的に達成される。そこでは、該大型車両は非ゼロのアンダーステア／オーバーステア勾配（アンダーステア勾配又はオーバーステア勾配、あるいはそれらの両方）に関連付けられる。本方法は、大型車両が縦断しようとする道路区間の道路バンク角を取得するステップと、該道路バンク角に対する車両運動応答を示す車両モデルであって、アンダーステア／オーバーステア勾配を含む車両モデルを取得するステップと、道路バンク角と該車両モデルに基づいて、該道路区間における大型車両の横方向のドリフトを低減するための第１の補償トルクを求めるステップと、該第１の補償トルクを大型車両の異なる複数の車輪に適用し、道路バンク角による大型車両の横方向のドリフトを低減するステップとを含む。

この補償トルクは、トルクベクタリングタイプの車両制御である。非ゼロのアンダーステア／オーバーステア勾配によって、このようなトルクベクタリングを使用して、車輪を転舵することなく道路バンクを補償することが可能になる。これにより、道路バンクからくる外乱に影響されにくい、より予測性の高い車両が実現する。さらに、ステアリングホイールが車輪に直接接続されている場合、道路バンクを補償するための車輪の転舵は、ドライバーに特に感知されやすい。このことは、動きが滑らかでないときに特に望ましくないが、フィードバック型の操舵制御においては一般的なことである。

本方法は、車両の横方向移動の測定値に直接依存しないフィードフォワード型の制御を用いる。つまり、開示される制御方法は、既に発生した横方向のドリフトを補償するような反応型の手段に依存しない。代わりに、開示される制御方法は、来たる道路区間（Ｕｐｃｏｍｉｎｇ ｒｏａｄ ｓｅｃｔｉｏｎ）の道路バンク情報に基づくことによる事前対応型である。このようなフィードフォワード制御の利点は、フィードバック制御方法に比べて走行のぎくしゃく感が小さいと同時に、道路バンク補償の点で優れたパフォーマンスを示すことである。

ある態様によれば、第１の補償トルクの決定は、道路区間の終点における大型車両の横移動のドリフトを低減させることに基づく。意図した車両経路が車両の縦方向に直進するものである場合、横移動はゼロであるべきである。そこからの逸脱はいずれもドリフトと見なされ、望ましくない。しかし、意図された車両経路がカーブに沿って走行するものである場合、非ゼロ値の横移動が望まれる。ただし、その場合、この所望の値からのドリフトが生じる可能性がある。よって、第１の補償トルクは、トルク補償がない場合に発生するであろう横移動と所望の横移動との差を低減するために求められる。

代替的に、あるいは、組み合わせて、第１の補償トルクの決定は、道路区間縦断中の大型車両の横速度のドリフトおよび／またはヨーレートのドリフトを低減させることに基づくことができる。横速度のドリフトおよび／またはヨーレートのドリフトを最小化することが望ましい場合や、横速度のドリフトおよび／またはヨーレートのドリフトを最小化するだけで十分な場合もある。

ある態様によれば、車両モデルは、道路バンク角に応じた、重心での横速度および重心でのヨーレートをモデル化する。これは、例えば、単一軌道モデル（ｏｎｅ－ｔｒａｃｋ ｍｏｄｅｌ）であり得る。このモデルは大型車両をモデル化するための比較的単純だが正確な方法である。

ある態様によれば、アンダーステア／オーバーステア勾配は、大型車両の複数の車軸のそれぞれのコーナリング剛性に基づく。その場合、コーナリング剛性は、比較的静的なパラメータである大型車両の車輪の寸法やタイヤ構造などのタイヤ特性、または比較的動的なパラメータである空気圧や負荷などに基づく。更にまたは代替的に、コーナリング剛性は車両のロールステア幾何学的特性に基づき得る。該ロールステア幾何学的特性はトラックにおいて一般的な現象であり、コーナリング剛性としてモデル化できる。

ある態様によれば、コーナリング剛性は、大型車両が道路区間を縦断したときの大型車両の車両運動測定値から求められる。換言すれば、コーナリング剛性は、車両の運転中の直近の測定値から少なくとも部分的に求められる。本方法では、来たる道路区間における所望の横方向運動に関して、車両モデルを使用して第１の補償トルクが決定される。このような決定に用いられる方程式は、車両が区間を縦断した後に実際の横方向運動を測定する場合に、逆方向に使用できる。例えば、横移動は全地球航法衛星システムを使用して把握できる。車両モデル、道路バンク情報および適用された補償トルクを使用して、測定された横方向移動から車両モデルの特定のパラメータを計算できる。これにより、車両モデルで使用されるコーナリング剛性などのパラメータを更新することができ、その後の操舵制御が改善される。ある態様によれば、コーナリング剛性を求めるために使用される車両運動測定値は、道路バンク角、横移動、横速度、縦速度、ヨーレート、および第１の補償トルクのうちのいずれかを含む。

ある態様によれば、大型車両は、牽引ユニットおよび連結ジョイントによって連結された少なくとも１つの被牽引ユニットを備える。そこでの車両モデルは、道路バンク角に応じた、連結ジョイントにおける横方向の結合力をモデル化する。この横方向の結合力が補償されない限り、横方向のドリフトが引き起こされるが、これは望ましくない。しかし、牽引車両に第１の補償トルクを適用することによって、横方向の結合力による不要な動きを補償できる。

ある態様によれば、被牽引ユニットは複数の被駆動輪を備え、本方法は、道路バンク角と車両モデルに基づいて、道路区間における大型車両の連結ジョイントでの結合力を低減するための第２の補償トルクを求めるステップと、該第２の補償トルクを該被牽引ユニットの複数の被駆動輪に適用して、大型車両の連結ジョイントにおける、道路バンク角による結合力を低減するステップをさらに含む。道路バンクによる横方向の結合力がゼロになるか、または少なくとも低減されると、牽引車両の操舵制御が簡素化できる。特に、道路バンクによる外乱の低減を考慮するための第１の補償トルクの決定が簡素化できる。

ある態様によれば、道路バンク角は、地図データおよび／または１つまたは複数の車両センサから取得される。車両センサは、来たる道路区間における道路バンク角の近似値として使用可能な現在のバンク角や、来たる道路区間のバンク角情報を提供できる。第１の補償トルクは、道路バンク角がいずれの値でも車両に適用されてよく、または道路バンク角が所定の閾値を超える場合にのみ適用されてよい。これにより、車両の運動の揺れを低減できる。

本明細書ではまた、コンピュータ上または制御ユニットの処理回路上で実行されるときに、前述の本方法のステップを実行するプログラムコード手段を含むコンピュータプログラムも開示される。

本明細書ではまた、上記のコンピュータプログラムと、このコンピュータプログラムが格納されるコンピュータ可読手段とを含むコンピュータプログラム製品も開示される。

本明細書ではまた、道路バンク角による大型車両の横方向のドリフトを低減するための制御ユニットも開示される。そこでは、大型車両が非ゼロのアンダーステア／オーバーステア勾配に関連付けられる。制御ユニットは、処理回路と、該処理回路に結合されたネットワークインターフェースと、該処理回路に結合されたメモリとを備える。該メモリは、機械可読コンピュータプログラム命令を含み、該命令が処理回路によって実行されるとき、制御ユニットは、大型車両が縦断しようとする道路区間の道路バンク角を取得し、該道路バンク角に対する車両運動応答を示す車両モデルであって、アンダーステア／オーバーステア勾配を含む車両モデルを取得し、道路バンク角と該車両モデルに基づいて、該道路区間における大型車両の横方向のドリフトを低減するための第１の補償トルクを求め、該第１の補償トルクを大型車両の異なる複数の車輪に適用し、道路バンク角による大型車両の横方向のドリフトを低減する。

本明細書ではまた、上述の制御ユニットを備える大型車両も開示される。

全体的に、特許請求の範囲で使用される全ての用語は、本明細書で別段明示的に規定されない限り、技術分野のそれらの普通の意味に従って解釈されるべきである。「１つ（ａ）／１つ（ａｎ）／その（ｔｈｅ）要素、装置、構成要素、手段、ステップ等々」に対する全ての参照は、別段明示的に記述されない限り、要素、装置、構成要素、手段、ステップ等々のうちの少なくとも１つの事例を参照していると開放的に解釈されるべきである。本明細書に開示された任意の方法のステップは、明示的に記述されない限り、開示された正確な順序で実行しなくてもよい。本発明の更なる特徴や利点は、添付された特許請求の範囲と次の説明を検討するときに明らかになろう。当業者は、本発明の様々な特徴が組み合わされて以下で説明されるそれら以外の実施形態を作成でき、本発明の範囲から逸脱しないことを理解する。

添付の図面を参照して、以下に、例として言及される本発明の実施形態をより詳細に説明する。

大型車両の概略図である。 道路を縦断する大型車両を示す図である。 バンクを有する道路上の大型車両を示す図である。 車両モデルを示す図である。 車両モデルを示す図である。 方法を示すフローチャートである。 制御ユニットの概略図である。 例示的なコンピュータプログラム製品を示す図である。

以下、本発明のある態様が示されている添付の図面を参照して、本発明をさらに十分に説明する。しかし、本発明は、多くの異なる形態で実施されてもよく、本明細書に記載されている実施形態と態様に制限されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、この開示が十分かつ完全であって、本発明の範囲を当業者に十分に知らしめるように単なる例示として提示されている。同じ参照番号は、明細書全体を通して同様の要素を指す。

本発明は、本明細書に記載し図面で示した実施形態に制限されないことを理解されたい。むしろ、当業者であれば、添付の請求項の範囲内において多くの変更及び修正がなされ得ることを認識するだろう。

図１は、貨物輸送用の例示的な大型車両１００を概略的に示す。大型車両は、特に車両の運動を制御するためのローカル制御ユニット１１０を備える。制御ユニット１１０は、様々なタイプのサポートシステムおよび先進運転支援システム（ＡＤＡＳ）などの車両機能安全のためのシステムや自律的な運転システム（ＡＤＳ）のための機能などを実装できる。車両は、制御ユニット１１０を含む車両制御システムを支援するために演算を行うように構成された処理デバイス１３０に、接続１２０されていてよい。接続１２０は、好ましくは無線であるが、有線接続や、ハードドライブなどの記憶モジュールを介した接続であってもよい。

ここで、大型車両１００は、より重い物や大量の貨物の取り扱いや輸送を目的として設計された車両を示すものとする。例えば、大型車両は、図１のようなトラックであるか、または、第５の車輪接続などの公知の方法によってトレーラユニットを牽引するように構成されたトラックまたは牽引車両を備える車両連結体である。大型車両は、建設、採掘作業などに使用するよう設計された車両であり得る。本発明を主に大型車両に関して記載するが、本発明はこの特定のタイプの車両に限定されず、他のタイプの車両にも使用してよい。

図２および図３は、バンクを有する道路２１０を縦断する大型車両１００を示す。図２は上面図であり、図３は後方から、すなわち長手方向に車両を見た図である。該道路は水平方向に対してバンク角ψを有し、該水平方向は重力方向に対して垂直である。図２には、車両の出発位置Ｓが示される。車両は、道路区間２１１を縦断しようとしている。定常状態の運動を仮定すると、補償操舵を行わない場合は、道路バンクにより時間ｔ_Ｐ後に車両は位置Ｐ_Ｂに到達するだろう。その場合、車両は経路２３０を辿るだろう。この場合、経路２２０に沿って直進して時間ｔ_Ｐ後に位置Ｐに到達する経路が所望の経路である。位置Ｐ_Ｂは、車両の出発位置の長手方向に対して、横移動Δｙを有する。位置Ｐは、出発位置Ｓから長手方向距離Ｌ_Ｐだけ離れたところにある。この距離は、Ｌ_Ｐ＝ｖ_ｘｔ_ｐから求められる。ここで、ｖ_ｘは車両の縦速度である。これらの位置は、例えば、車両の重心の位置を表す。

図２の例では、大型車両の横方向のドリフトが生じている。ここでドリフトとは、所望の値からのずれを意味する。この例では、道路バンクの補償が適用されない場合、道路区間の終点における車両は横移動Δｙを有する。さらに、この例では、横移動Δｙがゼロであることが望ましく、この場合、横移動のドリフトがΔｙに等しいことを意味する。しかし、本開示では一般的に、横移動Δｙは常にゼロに等しくなければならないわけではない。例えばカーブにおいては、所望の横移動Δｙ_Ｄがあり得る。その場合、横移動のドリフトは、Δｙ_Ｄと、補償がない場合に発生するであろう横方向の移動距離との差である。さらに、横方向のドリフトは、ヨーレートや横速度など、横方向運動に関連する他のパラメータのドリフトを意味し得る。これらについては以下で詳しく説明する。

道路バンクを補償する方法として、車輪でカウンターステアを行う方法がある。多くの場合、ステアリングホイールは車輪に機械的に結合されているため、道路バンクによる外乱を補償するためにカウンターステアが用いられると、ステアリングホイールも動く。このようなアプローチには別の限界があり、その限界とは、横方向移動（外乱）の計測に関与するセンサによって、ステアリングホイールのぎくしゃくした感覚をドライバーが感じるという点である。そのため、常にこの作用を用いるのではなく、外乱が十分大きいと検知された場合にのみ用いる必要がある。一方で、そうすることで、大きなドリフトは考慮される前に発生する可能性がある。

本開示は、トルクベクタリングを使用して、道路バンクによる横方向のドリフトを補償することに関する。トルクベクタリングの一般的な考え方は、異なる複数の車輪に異なるトルクを適用して、垂直方向の有効トルクベクトルを提供することである。トルクベクタリングでは、各シャフトに対するトルクを変化させられるディファレンシャルが使用され得る。大型車両が単一軌道モデル（一般的に二輪モデルとも呼ばれる）を使用してモデル化されている場合（これについては後で詳しく説明する）、２つのシャフトに異なるトルクを適用すると、その車軸の有効二輪車輪において、垂直方向を指す有効トルクベクトルが生じる。このような垂直方向のトルクは、大型車両の操舵を制御するために使用できる。ディファレンシャルトルクは、大型車両の前部および／または後部に配置される１つまたは複数の車軸に適用できる。その場合、異なる車軸間でもトルクベクトルが生成され得る。さらに、車輪ごとに独立したモータを使ってトルクベクタリングを行うこともでき、これは電気自動車に一般的なことである。

トルクベクタリングは、車輪に正のトルクまたは負のトルクを加えることで達成できる。しかし、負のトルクのためにブレーキを用いることは、長時間継続して適用できないことから好ましくない。一方、車軸の両輪を個別に制御する電気駆動では、継続的にトルクベクタリングを提供できる。

要約すると、本開示は、大型車両１００の異なる複数の車輪に補償トルクを適用して、道路バンクによる大型車両の横方向のドリフトを低減することに向けられる。この補償トルクは、例えば、上記トルクベクタリング技術を使用して適用される。

開示される方法は、車輪とステアリングホイールとの間に直接的な機械的接続を有する大型車両に特に関連するが、この方法は、そのような直接的接続を有しない車両、例えば、ドライブバイワイヤを用いる車両にも好適である。

本開示では、大型車両の横方向移動の測定値に直接依存しないフィードフォワード型の制御を使用する。すなわち、開示される制御は、既に発生した横方向のドリフトを補償するための反応型の手段に依存しない。開示される制御方法は、代わりに、来たる道路区間（Ｕｐｃｏｍｉｎｇ ｒｏａｄ ｓｅｃｔｉｏｎ）の道路バンク情報に基づくことによる事前対応型である。道路バンク角ψは、例えば、地図データおよび／または１つまたは複数の車両センサから得られる。このようなフィードフォワード制御の利点は、フィードバック制御方法に比べて走行のぎくしゃく感が小さいと同時に、道路バンクの補償の点で優れたパフォーマンスを示すことである。

図４は、開示される方法において使用できる大型車両の車両モデルを示す。このモデルは、前輪４１１と後輪４１２を含む単一軌道の二輪モデルである。牽引車両は質量ｍを有し、車輪４１１と車輪４１２の間に重心（ＣＯＧ）４２０を有する。ＣＯＧにおいて、車両は横速度ｖ_ｙ、縦速度ｖ_ｘ、および垂直のヨーレートω_ｚを有する。前輪と後輪の間のホイールベースはＬとする。Ｌは、前輪とＣＯＧの間の距離Ｌ-_Fと、後輪とＣＯＧの間の距離Ｌ_Rとの和、つまり、Ｌ＝Ｌ-_F＋-Ｌ_Rである。二輪モデルにおける前輪と後輪は、それぞれの横方向の線形コーナリング剛性Ｃ_Ｆ、Ｃ_Ｒに関連付けらる。

一般にコーナリング剛性Ｃ_αは、車両の進行方向と車両が向く方向との間の角度である横すべり角α_slipに、横力Ｆ_{ｙ，ｓｌｉｐ}がどのように依存するかを表す。スリップ角が小さい場合、例えば８度未満の場合、横力は、
として表すことができる。

コーナリング剛性は、大型車両１００の車輪１４０のタイヤ特性、例えば、寸法、タイヤ構造（例えば、バイアスプライ又はラジアルプライ）、タイヤトレッド、コードアングル、プライ数等に基づき得る。これらのパラメータは比較的静的である。これらのパラメータが与えられると、空気圧及び負荷（つまり、特に車両の質量と形状から決定される垂直の力）が、コーナリング剛性に大きな影響を与える他のタイヤ特性となる。

アクスルロールステア（Ａｘｌｅ ｒｏｌｌ ｓｔｅｅｒ）は、トラックに一般的な現象である。この現象は、単一軌道モデルを使用する場合にコーナリング剛性の変化としてモデル化できる。したがって、Ｃ_ＦとＣ_Ｒの値を調整することによって、ロールステアを考慮することができる。

二輪モデルの前輪と後輪のコーナリング剛性を用いて、アンダーステア／オーバーステア勾配（アンダーステア勾配又はオーバーステア勾配、あるいはそれらの両方）Ｋ_ｕを計算することができる。アンダーステア／オーバーステア勾配Ｋ_ｕとは一般に、半径が一定である円を走行する際に、速度が上がるにつれて操舵をどの程度調整すべきかの指標である。アンダーステア／オーバーステア勾配Ｋ_ｕは、例えば、
に従って、大型車両１００の複数の車軸のそれぞれのコーナリング剛性に基づき得る。

この車両モデルはさらに以下を仮定する。その仮定とは、大型車両１００が線形タイヤ特性を有すること、大型車両が定常状態に達していること、つまり、横速度ｖ_ｙ、縦速度ｖ_ｘ、及びヨーレートω_ｚの時間微分がゼロであることである。さらに、スリップ率ｖ_ｙ／ｖ_ｘは小さいと仮定する。これらの仮定は過渡状態を除く多くの場合に有効である。一般的にこれらの仮定は、いずれかの条件が変更された後、数百ミリ秒後に有効になる。

道路バンクによる横方向の外乱力Ｆ_Ｄは、
として表される。ここで、ｇは重力定数、ψは道路区間２１１のバンク角である。

例示的なシナリオでは、開示された方法によって、モデル化された二輪の後輪４１２に第１の補償トルクＴ_Ｃが適用される。しかしながら、上述したように、道路バンク補償のためのトルクベクタリングは、多くの異なる方法において達成できる。

図４Ａの二輪モデルを含む車両モデルと上記の仮定を用いると、横力の平衡とトルクの平衡は、
として表すことができる。ｖ_ｙとω_ｚについて解くと、
が得られる。

これら２つの方程式、つまり、方程式（１）と（２）から、道路バンクによる横方向の外乱Ｆ_Ｄがヨーレートω_ｚと横速度ｖ_ｙの両方に影響することが分かる。注目すべきことに、大型車両がいわゆるニュートラルステア状態である場合、つまり、Ｋ_ｕ＝０である場合は、道路バンクはヨーレートに影響しない。ニュートラルステアの構成、あるいは少なくとも小さいアンダーステア／オーバーステア勾配を有する構成は、乗用車では比較的一般的であるが、大型車両では一般的ではない。２つの方程式はさらに、第１の補償トルクＴ_Ｃもヨーレートω_ｚと横速度ｖ_ｙの両方に影響することを示している。しかし、Ｔ_ＣはＦ_Ｄと比較するとＫ_ｕに対して逆の関係を有する。Ｋ_ｕ＝０のとき、Ｔ_Ｃはｖ_ｙに影響しない。したがって、これら２つの方程式が示すように、大型車両が非ゼロのアンダーステア／オーバーステア勾配Ｋ_ｕに関連付けられるときは、補償トルクを適用することによって道路バンクによる横方向のドリフトを補償することが明示的に可能である。

アンダーステア／オーバーステア勾配は車両の特性であるため、開示された方法で使用される車両モデルにおいて暗黙的にまたは明示的に反映される。換言すれば、車両モデルは、アンダーステア／オーバーステア勾配Ｋ_ｕを含む。方程式（１）及び（２）のパラメータ、例えばＫ_ｕ、Ｌ_R、Ｌ-_F、Ｃ_Ｒ、Ｃ_Ｆは、大型車両１００の横方向運動を計算するために明示的に使用される。また、例えば、第１の補償トルクＴ_Ｃが比ｖ_ｙ／ｖ_ｘにどのように影響するかを測定することによって、パラメータを車両モデルに暗黙的に反映させることもできる。その場合、Ｔ_Ｃとｖ_ｙ／ｖ_ｘを関連付ける因子は、まとまりとして求められる。方程式（１）において、この因子は、比Ｋ_ｕ／Ｌである。これにより、非ゼロのアンダーステア／オーバーステア勾配は車両モデルに暗黙的に反映される。このような暗黙的な反映を用いることにより、モデルの不正確さを考慮できる。同様に、外乱力Ｆ_Ｄと比ω_ｚ／ｖ_ｘとを関連付ける何らかの因子を求めて、アンダーステア／オーバーステア勾配Ｋ_ｕを車両モデルにおいて暗黙的に反映させることができる。

開示された方法は、図５に要約される。図５は、道路バンク角ψによる大型車両１００の横方向のドリフトを低減するためのコンピュータに実装される方法を示す。ここで、大型車両は、非ゼロのアンダーステア／オーバーステア勾配Ｋ_ｕと関連付けられる。本方法は、大型車両１００が縦断しようとする道路区間２１１の道路バンク角ψを取得するステップ（Ｓ１）と、該道路バンク角ψに対する車両運動応答を示す車両モデルであって、アンダーステア／オーバーステア勾配Ｋ_ｕを含む車両モデルを取得するステップ（Ｓ２）と、道路バンク角ψと該車両モデルに基づいて、道路区間２１１における大型車両１００の横方向のドリフトを低減するための第１の補償トルクＴ_Ｃを求めるステップ（Ｓ３）と、該第１の補償トルクＴ_Ｃを大型車両１００の異なる複数の車輪１４０に適用し、道路バンク角ψによる大型車両の横方向のドリフトを低減するステップ（Ｓ４）とを含む。

前述したように、道路バンク角ψは、例えば、地図データ及び／又は１つまたは複数の車両センサから取得できる（Ｓ１１）。例えば、来たる道路区間２１１が長手方向に１０メートル延びている場合、地図からその区間におけるバンクの平均値として道路バンク角ψが得られる。代替的に、または、組み合わせて、車両センサは、来たる道路区間におけるバンク角の近似値として使用可能な現在のバンク角を提供できる。このようなセンサの例としては、ジャイロ、加速度計、傾斜センサ、およびサスペンションシステムの圧力センサがある。カメラ、ライダー、レーダなどの他の車両センサも、来たる道路区間のバンク角情報を提供できる。第１の補償トルクＴ_Ｃは、道路バンク角ψの任意の値に対して車両に適用されてもよいし、道路バンク角ψが所定の閾値を超える場合にのみ適用されてもよい。

道路区間２１１の長手方向の長さは、多くの異なる方法において求められる。例えば、モデルの仮定が正確な運動予測をもたらすと予想される時間係数を、大型車両の縦速度ｖ_ｘに乗じたものがある。該時間係数は数百ミリ秒程度であり得る。あるいは、ほとんどのシナリオおいて、道路区間２１１の長手方向の長さは、滑らかな操舵制御をもたらすある固定値であり得る。その場合、対応する時間は、大型車両の縦速度ｖ_ｘから計算できる。長さは、場所によって異なる所定の値であってもよい。例えば、直線路は縦断面の比較的長い長さを有する複数の部分に分けることができ、カーブは比較的短い長さを有する複数の部分に分けることができる。このような情報は、前述の地図データで構成され得る。

車両モデルは、図４Ａに関連させて検討した単一軌道の二輪モデルである。しかしながら、道路バンクによる横方向のドリフトの低減を達成するために、開示された方法においては、他の二輪モデル又はより一般的なモデルを使用してもよい。

アンダーステア／オーバーステア勾配Ｋ_ｕがゼロでない場合、ヨーレートω_ｚ及び横速度ｖ_ｙの両方が大型車両１００の横方向のドリフトに影響する。第１の補償トルクＴ_Ｃは、道路区間２１１における大型車両の横方向のドリフトを低減するために求められる。横方向のドリフトの低減は、横方向運動に関連するパラメータのドリフトの低減であり得る。例えば、第１の補償トルクＴ_Ｃの決定は、道路区間２１１の終点における大型車両１００の横移動Δｙのドリフトの低減（Ｓ３１）に基づくことができる。道路区間の終点は、構成可能な時間ｔ_Ｐ後に大型車両が到達する地点である。横移動Δｙの様々なドリフトは、図２に関連させて上記で検討した。車両モデルを用いると、時間ｔ_Ｐ後の横移動Δｙは、
から算出できる。

道路バンク角ψが道路区間２１１にわたって一定であると仮定するとき、前方注視点Ｐにおいて車両の横移動Δyがゼロとなるように第１の補償トルクＴ_Ｃを求めることが可能である。換言すれば、Δy＝0と設定すると、補償トルクは、
として得られる。

このように、車両の長手方向前方距離Ｌ_Ｐのところに位置する時間ｔ_Ｐ後のある前方注視位置Ｐにおける横移動（Δｙ）がゼロとなるように、第１の補償トルクＴ_Ｃは選択される。これは、第１の補償トルクＴ_Ｃの決定がどのように明示的な計算を含むかの例である。

前述のように、この横移動Δyは必ずしもゼロであってはならない。場合によっては、横方向に距離を移動することが望まれる。例えば、コーナーに追従する場合、Δｙはゼロでない値であることが望ましい。しかし、この所望の値からのドリフトが生じる可能性があり、その場合には補正が望まれる。その場合、第１の補償トルクＴ_Ｃは、上記と同様の方法で選択することができるが、Δｙがゼロではなく所望の値に設定される点で異なる。この所望の値は、来たる道路の曲率に関する情報に基づく。

あるいは、横速度ｖ_ｙまたはヨーレートω_ｚの影響を無視することによって第１の補償トルクＴ_Ｃを選択できる。その後は、もう一方の部分のみをゼロにすることによって（または抑制することによって）、つまり、方程式（１）または（２）のｖ_ｙまたはω_ｚのいずれかをゼロにしてＴ_Ｃについて解くことによって、第１の補償トルクＴ_Ｃを求める。これは、アンダーステア／オーバーステア勾配Ｋ_ｕがゼロでない場合に適用できる。しかしながらより一般的には、この場合、Ｔ_Ｃは所望の値からの低減されたドリフトについて解かれる。換言すれば、第１の補償トルクＴ_Ｃの決定は、道路区間２１１を縦断中の大型車両１００の横速度ｖ_ｙのドリフト及び／又はヨーレートω_ｚのドリフトを低減すること（Ｓ３２）に基づくことができる。第１の補償トルクを求めるこれら２つの方法の利点は、Ｌ_Ｐのようなチューニングパラメータを直接必要としないことである。この場合、横速度のドリフト及び／又はヨーレートのドリフトが低減される道路区間の長さ又は継続時間を予め決めることができる。しかし、該長さまたは該継続時間は、トルクを計算するために直接は使用されない。さらに、トルクを求めるこれらの方法は、ドライバーが横速度外乱よりもヨー外乱に悩まされにくい、またはその逆であると仮定した場合に有益であり得る。また、この設定は、アクティブ操舵補償によるヨー補償など、ヨーレートまたは横速度の一方を低減する他のシステムが車両に存在する場合にも適し得る。

前述のように、アンダーステア／オーバーステア勾配Ｋ_ｕは、大型車両１００の複数の車軸のそれぞれのコーナリング剛性に基づき、コーナリング剛性は、タイヤパラメータ、ロールステア幾何学的特性（ｒｏｌｌ ｓｔｅｅｒ ｇｅｏｍｅｔｒｉｃｓ）、又は他の車両パラメータに基づき得る。コーナリング剛性は、車両の様々な試験データ中のそのようなパラメータから直接計算／決定することができる。例えば、タイヤへの異なる負荷、空気圧、およびロールステアに影響を与える他のパラメータなどの多数の異なる状態について、車両のコーナリング剛性を測定できる。車両が道路区間２１１を縦断しようとしているとき、現在の車両状態を、対応するコーナリング剛性を含む状態のリストにマッピングすることができる。このようなマッピングは、補間または他のカーブフィッティング技術を使用することもできる。

開示された方法において、第１の補償トルクＴ_Ｃは、来たる道路区間における所望の横方向運動のために、車両モデルを用いて決定される。このような決定に用いられる方程式は、車両が区間を縦断した後に実際の横方向運動を測定する場合に、逆方向に使用できる。例えば、横移動は全地球航法衛星システムを使用して把握される。車両モデル、道路バンク情報および適用された補償トルクを使用すると、測定された横方向移動から車両モデルにおける特定のパラメータを計算できる。これを用いて、車両モデルで使用されるコーナリング剛性などのパラメータを更新することができ、その後の操舵制御を改善できる。

換言すれば、車両モデルの様々なパラメータは、横方向移動／横方向ドリフトが発生した後、及び既知の補償トルクが適用された後に、測定された該横方向移動／該横方向ドリフトから計算されてもよい。この既知の補償トルクは、ゼロに設定されることさえある。このように、他のパラメータの測定値に基づいて、車両モデルから、いくつかの車両運動パラメータを求めることが可能である。そのような更新されたパラメータは、道路の来たる区間に対して使用できる。一般的に、車両モデルのパラメータは、一定（試験データまたは物理的な車両パラメータに基づく）であり得るか、または走行中に適合され得る。

例えば、コーナリング剛性は、大型車両１００が道路区間２１１を縦断したときの車両運動測定値から決定できる。換言すれば、コーナリング剛性は、少なくとも部分的に、運転中の直近の測定値から決定できる。大型車両１００が道路区間を縦断した後に、例えば、道路バンク角ψ、横移動Δｙ、横速度ｖ_ｙ、縦速度ｖ_ｘ、ヨーレートω_ｚ、及び第１の補償トルクＴ_Ｃのうちのいずれかの測定された車両運動パラメータから、コーナリング剛性は算出できる。そのようなパラメータが既知の場合、代わりに車両モデルを使用してコーナリング剛性を決定できる。例えば、アンダーステア／オーバーステア勾配Ｋ_ｕは、方程式（１）及び（２）から決定でき、これを用いてコーナリング剛性を推定することができる。また、コーナリング剛性は、コーナリング剛性と車両運動との間の他の既知の関係から決定することもできる。

車両が縦断したばかりの道路区間から決定されるコーナリング剛性は、車両が縦断しようとする来たる道路区間２１１における補償トルクの決定に使用できる。コーナリング剛性はまた、縦断した複数の道路区間の測定値の平均に基づいてもよい。

同様に、コーナリング剛性が既知であれば、他の車両運動パラメータの測定値に基づいて道路バンク角を決定できる。

大型車両１００は、牽引ユニット４３０と、連結ジョイント（ａｒｔｉｃｕｌａｔｉｏｎ ｊｏｉｎｔ）４４１によって接続された、セミトレーラなどの少なくとも１つの被牽引ユニット４４０とを備えてもよい。ここでは、車両モデルは、道路バンク角ψに応じた、連結ジョイントにおける横方向の結合力Ｆ_Ｃをモデル化する。連結ジョイントは、例えば、第５の車輪接続であってもよい。図４Ｂは、牽引ユニット４３０および被牽引ユニット４４０を有する車両モデルの例を示しており、これは図４Ａの二輪モデルに類似している。被牽引ユニットは有効車輪４４２を含み、重心４２２を有する。連結ジョイント４４１は、牽引ユニットのＣＯＧから距離Ｌ_Ａのところに配置される。連結ジョイント４４１から車輪４４２までの距離の長さはＬ_Ｔである。この被牽引ユニット４４０には、牽引ユニットに作用する道路バンクによって生じるさらに別の横力の項Ｆ_Ｃが存在する。該項はＣＯＧではなく、連結ジョイントにおいて作用する。この横方向の結合力Ｆ_Ｃによって、横力の平衡とトルクの平衡に関する方程式は変形される。検討したモデルの仮定を用いると、線形システムであることから重ね合わせが可能である。これらの変形された方程式を用いると、図４Ａに関連させて検討した方法と同様の方法で、例えば、横移動Δｙ、横速度ｖ_ｙ及び／又はヨーレートω_ｚのドリフトの最小化などの、横方向のドリフトの低減のために、第１の補償トルクＴ_Ｃを決定することができる。

大型車両１００は、複数の被牽引ユニットを備えていてよい。その場合、図４Ｂのモデルと同様のモデルを使用でき、その結果、横力の平衡とトルクの平衡に関する変形された他の方程式が得られる。該方程式を用いることで、横方向のドリフトを低減するための第１の補償トルクＴ_Ｃを決定できる。

さらに、被牽引ユニット４４０は、トルクベクタリングを可能にする複数の被駆動輪、例えば、ホイールエンドモータ（ｗｈｅｅｌ ｅｎｄ ｍｏｔｏｒ）を備えてもよい。その場合、被牽引ユニットの複数の被駆動車軸に対して、道路バンクによる横方向の結合力Ｆ_Ｃを低減またはゼロにする第２の補償トルクＴ_Ｃ２を導くことが可能である。換言すれば、開示された方法は、道路バンク角ψと車両モデルに基づいて、道路区間２１１における大型車両１００の連結ジョイントでの結合力Ｆ_Ｃを低減するための第２の補償トルクＴ_Ｃ２を求めるステップ（Ｓ５）と、該第２の補償トルクを被牽引ユニットの複数の被駆動輪に適用して、大型車両１００の連結ジョイントにおける、道路バンク角ψによる結合力Ｆ_Ｃを低減するステップ（Ｓ６）を含んでよい。

同様の補償トルクは、被駆動輪を備える各被牽引ユニットの各連結ジョイントに対して計算できる。

図６は、本明細書において開示される方法と検討される実施形態による制御ユニット１１０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。処理回路６１０は、例えば記憶媒体６３０の形態のコンピュータプログラム製品に格納されたソフトウェア命令を実行できる、好適な中央処理装置ＣＰＵ、マルチプロセッサ、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６１０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、更に提供され得る。

特に、処理回路６１０は、例えば図５と関連させて検討された方法など、動作のセットまたは複数のステップを制御ユニット１１０に実施させるように構成される。例えば、記憶媒体６３０は動作のセットを格納してもよく、処理回路６１０は、記憶媒体６３０から動作のセットを取得し、制御ユニット１１０に動作のセットを実行させるように構成されてもよい。動作のセットは、実行可能な命令のセットとして提供されてもよい。したがって、処理回路６１０はこれにより、本明細書に開示されるような方法を実行するように構成される。

記憶媒体６３０はまた、永続的ストレージを備えてもよく、例えば磁気メモリ、光学メモリ、ソリッドステートメモリ、または更には遠隔に取り付けられたメモリのうちの任意の単一のものまたは組合せであり得る。

制御ユニット１１０は、処理デバイス１３０などの少なくとも１つの外部デバイスと通信するためのインターフェース６２０を更に含み得る。そのようなインターフェース６２０は、アナログおよびデジタル構成要素と有線または無線通信用の好適な数のポートとを備える１つまたは複数の送信機および受信機を含み得る。

処理回路６１０は、例えば、データおよび制御信号をインターフェース６２０および記憶媒体６３０に送信することによって、インターフェース６２０からデータおよびレポートを受信することによって、ならびに記憶媒体６３０からデータおよび命令を取り込むことによって、制御ユニット１１０の全体的動作を制御する。本明細書に提示する概念を曖昧にしないように、制御ノードの他の構成要素および関連する機能性は省略されている。

図７は、コンピュータプログラム７２０を担持するコンピュータ可読媒体７１０を示しており、コンピュータプログラムは、上記プログラム製品がコンピュータ上で実行されるときに、例えば図５に示す方法を実行するためのプログラムコード手段を備える。コンピュータ可読媒体およびコード手段はまとまって、コンピュータプログラム製品７００を形成し得る。

Claims (17)

1. 道路バンク角（ψ）による大型車両（１００）の横方向のドリフトを低減するためのコンピュータに実装される方法であって、前記大型車両は非ゼロのアンダーステア／オーバーステア勾配（Ｋ_ｕ）に関連付けられ、
   前記大型車両（１００）が縦断しようとする道路区間（２１１）の道路バンク角（ψ）を取得するステップ（Ｓ１）と、
   前記道路バンク角（ψ）に対する車両運動応答を示す車両モデルであって、前記アンダーステア／オーバーステア勾配（Ｋ_ｕ）を含む車両モデルを取得するステップ（Ｓ２）と、
   前記道路バンク角（ψ）と前記車両モデルに基づいて、前記道路区間（２１１）における前記大型車両（１００）の横方向のドリフトを低減するための第１の補償トルク（Ｔ_Ｃ）を求めるステップ（Ｓ３）と、
   前記第１の補償トルク（Ｔ_Ｃ）を前記大型車両（１００）の異なる複数の車輪（１４０）に適用して、前記道路バンク角（ψ）による前記大型車両の横方向のドリフトを低減するステップ（Ｓ４）と
   を含むコンピュータに実装される方法。
2. 前記第１の補償トルク（Ｔ_Ｃ）の決定は、前記道路区間（２１１）の終点における前記大型車両（１００）の横移動（Δｙ）のドリフトを低減させること（Ｓ３１）に基づく、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１の補償トルク（Ｔ_Ｃ）の決定は、前記道路区間（２１１）を縦断中の前記大型車両（１００）の横速度（ｖ_ｙ）のドリフト及び／又はヨーレート（ω_ｚ）のドリフトを低減すること（Ｓ３２）に基づく、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記車両モデルは、前記道路バンク角（ψ）に応じた、重心（４２０）での横速度（ｖ_ｙ）および前記重心でのヨーレート（ω_ｚ）をモデル化する、請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記アンダーステア／オーバーステア勾配（Ｋ_ｕ）は、前記大型車両（１００）の複数の車軸のそれぞれのコーナリング剛性に基づく、請求項１～４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記コーナリング剛性は、前記大型車両（１００）の複数の車輪（１４０）のタイヤ特性に基づく、請求項５に記載の方法。
7. 前記コーナリング剛性は、車両のロールステア幾何学的特性に基づく、請求項５または６に記載の方法。
8. 前記コーナリング剛性は、前記大型車両（１００）が道路区間（２１１）を縦断したときの該大型車両の車両運動測定値から求められる、請求項５から７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記車両運動測定値は、道路バンク角（ψ）、横移動（Δｙ）、横速度（ｖ_ｙ）、縦速度（ｖ_ｘ）、ヨーレート（ω_ｚ）および前記第１の補償トルク（Ｔ_Ｃ）のうちのいずれかを含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記大型車両（１００）は、牽引ユニット（４３０）と、連結ジョイント（４４１）によって接続された少なくとも１つの被牽引ユニット（４４０）とを含み、前記車両モデルは、前記道路バンク角（ψ）に応じた前記連結ジョイントにおける横方向結合力（Ｆ_Ｃ）をモデル化する、請求項１～９のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記被牽引ユニット（４４０）は複数の被駆動輪を備え、前記方法は、前記道路バンク角（ψ）と前記車両モデルに基づいて、前記道路区間（２１１）における前記大型車両（１００）の前記連結ジョイントでの前記結合力（Ｆ_Ｃ）を低減するための第２の補償トルク（Ｔ_Ｃ２）を求めるステップ（Ｓ５）と、該第２の補償トルクを前記被牽引ユニットの複数の被駆動輪に適用して、前記大型車両（１００）の前記連結ジョイントにおける、前記道路バンク角（ψ）による前記結合力（Ｆ_Ｃ）を低減するステップ（Ｓ６）をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記道路バンク角（ψ）が所定の閾値を超える場合に、前記第１の補償トルク（Ｔ_Ｃ）が適用される、請求項１～１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 前記道路バンク角（ψ）は、地図データおよび／または１つまたは複数の車両センサから取得される（Ｓ１１）、請求項１～１２のいずれか１項に記載の方法。
14. コンピュータ上でまたは制御ユニット（１１０）の処理回路（７１０）上で実行されるときに、請求項１～１３のいずれか１項に記載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（７２０）。
15. 請求項１４に記載のコンピュータプログラム（７２０）と、該コンピュータプログラムが格納されるコンピュータ可読手段（７１０）とを含むコンピュータプログラム製品（７００）。
16. 道路バンク角（ψ）による大型車両（１００）の横方向のドリフトを低減するための制御ユニット（１１０）であって、前記大型車両は非ゼロのアンダーステア／オーバーステア勾配（Ｋ_ｕ）に関連付けられ、前記制御ユニットは、処理回路（６１０）と、前記処理回路（６１０）に結合されたネットワークインターフェース（６２０）と、前記処理回路（６１０）に結合されたメモリ（６３０）とを備え、該メモリは、機械可読コンピュータプログラム命令を含み、該命令が前記処理回路によって実行されるとき、前記制御ユニット（１１０）は、
    前記大型車両（１００）が縦断しようとする道路区間（２１１）の道路バンク角（ψ）を取得し、
    前記道路バンク角（ψ）に対する車両運動応答を示す車両モデルであって、前記アンダーステア／オーバーステア勾配（Ｋ_ｕ）を含む車両モデルを取得し、
    前記道路バンク角（ψ）と前記車両モデルに基づいて、前記道路区間（２１１）における前記大型車両（１００）の横方向のドリフトを低減するための第１の補償トルク（Ｔ_Ｃ）を求め、
    前記第１の補償トルク（Ｔ_Ｃ）を前記大型車両（１００）の異なる複数の車輪（１４０）に適用し、前記道路バンク角（ψ）による前記大型車両の横方向のドリフトを低減する、制御ユニット（１１０）。
17. 請求項１６に記載の制御ユニット（１１０）を備える大型車両（１００）。