JP4689822B2 - 自動車の傾き安定性を向上させる方法 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、少なくとの２つの軸と２本の輪距（ｔｒａｃｋ）を有する自動車、即ち少なくとも３個の車輪を有する自動車の側方傾き安定性を向上させる方法に関する。
【０００２】
株式会社自動車技術者協会のＷａｒｒｅｎｄａｌｅ １９９２年発行の「自動車力学の原理」第９章３０９ページ〜３３３ページにおいて、Ｔ．Ｄ．Ｇｉｌｌｅｓｐｉｅは横転事故に関する種々のモデルについて記載している。傾く危険性が発生する条件は、強固な（ｒｉｇｉｄ）自動車の擬似固定模型と弾性的な（ｒｅｓｉｌｉｅｎｔ）自動車の擬似固定模型を初めに、力学（ｄｙｎａｍｉｃ）模型までについて計算され、固有横揺れ（ｎａｔｕｒａｌ ｒｏｌｌ）周波数が考慮される。
この本が発行されたとき既に貨物自動車、トラック、バス、ミニバス及びオフロード車はコーナリングの際に、大きな横揺れ動作が高い重心及び／又は小さな輪距幅（ｔｒａｃｋ ｗｉｄｔｈ）によって傾きの危険要因を生じることが知られていた。しかし以上のものに起因するだけでなく乗用車においても、特に正弦状のステアリング動作の場合では、それらの車両が傾く範囲を増加させる振動を増やす可能性がある。このような傾きの危険性は車両が不適当な積載をする事によってかなり増加する。即ち、片側あるいは車両の屋根に積載した場合である。その積載によって自動車の質量重心点の位置は、上方あるいは片側に移動してしまう。
【０００３】
ＤＥ−Ａ １９７ ４６ ８８９号には傾きを検出する装置を設けてコーナリング時の側方安定性を向上させるシステムが開示されている。前記装置は車両の右側と左側の高さの差異を測定するか車両の横方向の加速度を測定して、車両平面と道路平面との横揺れ角を検出する。前記装置が傾き危険性を認識した場合、傾きの外側に位置する前輪にブレーキをかけ、ヨーイングモーメントを修正する。
上記のように、許容横揺れ角と同様に許容横方向加速度は、位置、特に自動車の重心の高さ位置に依存する。
【０００４】
従って本発明の目的は、好ましくない負荷を考慮した場合においても傾きの危険性に対して適切に反応する方法を提供することである。
この目的は、走行の初めにおいて空の自動車の重心を考慮せずに、安定性の閾値が計算されたときに許容車両積載を考慮に入れた自動車の最も好ましくない重心を考慮することによって達成される。前記安定性の閾値は横方向加速度あるいはこれと関連性のある値、例えばヨーイング度であっても良い。しかし、ヨーイング度の代わりに横方向加速度を使う決定をすることは、自動車に設置された自動的に横方向加速度を測定する計測装置が横方向の道路の傾き、例えば非常に傾斜したカーブを考慮するので有利である。
【０００５】
走行初めにおける車両内に存在する質量分布は、乗員がそれぞれの座席を変わったり、車両のガソリンタンクのレベルが下がったりしなければ、走行中もあまり変わらない。しかし、車両重量に比べて少し及び／又は緩やかな変化だけは存在する。走行中、車両のセンサ技術は更に車両の真の重心位置をより正確に計算する根拠となる加速及び減速動作に関する観測もできる。
【０００６】
本発明の詳細を更に説明する為に図面を示す。
図中の変数を以下に示す。
Ｇ 自動車１の重心
ｈ_Ｇ 重心Ｍの高さ
Ｒ 車両の横揺れ動作の回転中心
ｈ_Ｒ 回転中心Ｒの高さ
ｓ 自動車１の輪距幅
φ 横揺れ角
Ｆ_Ｇ 自動車１の重力
Ｆ_ｙｉ カーブの内側に位置する車輪２にかかる横力
Ｆ_ｚｉ カーブの内側に位置する車輪２にかかる垂直力
Ｆ_ｙｏ カーブの外側に位置する車輪３にかかる横力
Ｆ_ｚｏ カーブの外側に位置する車輪３にかかる垂直力。
【０００７】
以下の考察は自動車１が左方向カーブを走行するときの一般的な効力に限定してなされるものではない。同じ度合の右方向カーブに適用できるようにするために、以下の方程式の条件は符号を設けなければならないが、符号は説明を明確にするという理由で省略した。カーブ３の外側に位置する車輪３の踏面周りの重心にレバー（ｌｅｖｅｒ）モーメントがかかったとき、カーブの内側に位置する車輪２はフロア−を持ち上げ始める。そのことはこの場合互いに釣り合うという意味で考慮される。この反時計回りは小さなφと車両重量のｍを意味する。
ｍ＊ｇ＊［ｓ／ｓ−φ＊（ｈ_Ｍ−ｈ_Ｒ）］
ここでｇ＝９．８１ｍ／ｓ^２である。
【０００８】
時計回りの擬似遠心力は−Ｆｙ＝−ａ_ｙ＊ｍで、次のレバーモーメントをもたらす。
−ｍ＊ａ_{ｙｋｒｉｔ}＊ｈ_Ｍ
レバーモーメントを同一視すると、Ｒ_φによるφの代用、横方向加速度（ｇの倍数）と共に横揺れ角φ（ラジアン）の変化を示すディメンジョンがない（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｌｅｓｓ）横揺れ度φ＊ｇ／ａ_ｙ、および、ａ_{ｙｋｒｉｔ}の解は、カーブの内側に位置する車輪が持ち上がる原因となる臨界横方向加速度に関して以下の条件となる。
【０００９】
【数１】

【００１０】
臨界横方向加速度は従って横方向回転中心に置かれた重心より小さくしかも高い位置にある。従って、重心の位置は横方向安定性を述べるのには重要である。
臨界横方向加速度を求めるこの簡単な計算は擬似固定の場合にのみ有効である。振動と同様の軌跡を有する力学的なハンドル操作をする場合において、自動車は振動が増加する。従って、比較的小さい横方向加速度の場合では、安定化システムはその既存のエントリー閾値ａ_ｙｏｎ を有していなければならず、
ａ_ｙｏｎ ＝ｄ＊ａ_{ｙｋｒｉｔ}
ここで０＜ｄ＜１である。
安定化制御から出る閾値は類似して規定される。
ａ_ｙｏｆｆ＝ｅ＊ａ_{ｙｋｒｉｔ}
ここで０＜ｅ＜ｄである。
【００１１】

傾斜の危険を認識する更なる変数は変更しても良い。即ち、特に力学的に変化する操作の場合に横方向加速度ａ_ｙの時間導関数a’_ｙによって振動の増加が認識されても良い。現実の且つ臨界横方向加速度による閾値a’_ｙｏｎを越えた時、安定化限度（ｍｅａｓｕｒｅ）を得るためのＡＮＤ条件として導くことができる。
ａ_ｙ＞ａ_ｙｏｎ
及び
a’_ｙ＞a’_ｙｏｎである。
【００１２】
あるいは一般的な考え方が以下に安定化条件を含めてなされる。
ｉ＊ａ_ｙ＋ｊ＊a’_ｙ≦ａ_{ｙｋｒｉｔ}
ここでｉ，ｊは経験的に規定された自動車に固有のパラメータであり、ｉはディメンジョンがなく、ｊは時間のディメンジョンを有する。
ｉ＊ａ_ｙ＋ｊ＊a’_ｙ＞ａ_{ｙｋｒｉｔ}
が有効となったときすぐに安定化限度は得られる。確実にまた四角状あるいはその他の形状もまた線形関係の代わりに選択されても良い。最も適切な関係は、必要なら一連のテストによって規定される。
【００１３】
選択されたエントリー条件によれば、以下の出力条件が有効である。
ａ_ｙ＜ａ_ｙｏｆｆ
及び
°ａ_y＜°ａ_yｏｆｆである。
それによって°ａ_yｏｆｆ＝ｆ＊°ａ_yｏｎ及び０＜ｆ ｙ ｌ；又は
ｉ＊ａ_ｙ＋ｊ＊°ａ_y≦ｋ＊ａ_{ｙｋｒｉｔ}
であり、ここで０＜ｋ＜１であり；
あるいは更に複雑な基準である。
【００１４】
大きな横力がタイヤと道路の間に伝達されたとき、高い横方向加速度が与えられる。トレッド接触領域、即ち道路とタイヤ間の接触面における摩擦は伝達可能な水平方向力の存在を規定する。長手方向力と横力に起因するベクトルの合計は摩擦係数によって規定される最大力を越えることができない。制御の介入は制動手段による長手方向力を増加するように実行しても良く、従って、最大伝達可能横力だけでなく臨界横方向加速度も減少する。自動車は次にアンダーステア運転を選択し、更に大きなカーブの半径に続く。
【００１５】
力学的な、即ち自動制動作動を含む安定化制御の介入は、いずれの場合もカーブの外側に位置する前輪を制動する。一方において、カーブの外側に位置する車両側部は、コーナリング中に更に圧力を受け、前軸は制動時に更に圧力を受ける。従って、カーブの外側に位置する前輪は、他の車輪よりかなり大きな力をタイヤと道路との間に伝達することができる。そのため、この場合前輪は最大の効果が期待できる。他方において、カーブの外側に位置する前輪上に集中する長手方向力の力ベクトルは、カーブの外側に位置する側面上にかかる自動車の重心を迂回し、従って安定性を支える。同様の支持効果がカーブの外側に位置する後輪に見られる。しかしながら、注意することが勧められるが、自動車がアンチブロックシステムを備えていない場合、一般的に知られているように、前輪より早く大きな圧力を受けた外側の後輪がブロックしたら、車両後部は軌跡をそれることもある。極端にハンドルを切ったとき、カーブの内側に位置する前輪の長手方向力ベクトルはカーブの外側に位置する重心の方のみに見られ、従って長手方向力は通常、安定性に抗して作用するが、それは次第に減少する横力によってそれほど重要ではない。カーブの内側に位置する後輪は小さな傾きのときのみ圧力がかけられるので、その後輪を制動するのは横方向安定性に何の利点もない。従って、横方向力伝達に対して最小の横揺れしか行わず、更に好ましくない経路で長手方向力ベクトルを示し、タイヤがブロックしたときに軌跡がそれる傾向が働く。
【００１６】
原則として、横方向誘導の大まかな全体の損失は、この場合自動車が単に道路を滑ることは、当然自動車の傾きに対して好ましい別の手段ではないので引き起こされてはならない。
運転者によって引き起こされた制動作業中の臨界横方向加速度が認識されると、発生した制動力は所定の横力の減少を考慮に入れて再配分する必要がある。それによって、全体の制動モーメントが減少してはならない。車輪が周知のμ（ё）−カーブの上の部分に留まっている間は、制動力の増加は危険ではない。最大値に達したとき、たとえ小さくても制動モーメントの損失を引き起こす更なる制動圧力の増加を考慮しなければならない。
【００１７】
上記理由に関して、飽和以下、即ちいわゆる部分制動領域内のμ（ё）−カーブの直線状に上昇する部分のみに横方向力を減少させるブレーキを有することを提案する。
更に、能動的な自動車サスペンションは、カーブの外側に位置する車両の側面を持ち上げることによって少なくとも一部の横揺れ角の補償を予測できる可能性がある。このようなシステムは、例えば、トラックやバス用に開発された。
【００１８】
走行の初めにおいて、値が物理的に可能なら、制御の介入の作用と合法的に許容できる負荷とによって傾きが最大の可能性を持って制限されることを保証する横方向加速度の安定性閾値として考慮される。走行中に、前記閾値を上昇することを許容する可能性のある車輪センサ信号を観測することによって重心の位置に対する結果を得ることができる。
加速中に駆動モータから発生した駆動トルクが周知なら、駆動力、即ちタイヤと道路との間に発生する長手方向力は計算することができる。好ましくは非駆動車輪の車輪センサはある値に達した車速を検出し、それから車両の加速度が時間導関数によって引き出される。車重は駆動力で割った加速度の結果である。周知のスプリングが搭載されていない全ての部品の自動車の具体的な質量は、横揺れあるいはピッチ移動の場合に移動する質量ｍを考慮するために差し引かれる。
【００１９】
同様の計測は自動車の減速についての制動作業中にももちろん可能である。それによって、規定された制動力は制動圧力に割当てられる。
自動車の減速も重量の移動、即ち自動車のピッチ角の発生を、与えられた減速についての前軸と後軸のスリップの違いから予測するために使用される。自動車サスペンションの周知の弾性値と、周知のスプリングが搭載された質量ｍを用いて、重心の高さｈ_ｍをピッチレバーモーメントに基づき計算することができる。四輪駆動車の場合、前軸と後軸とのスリップの違いは、加速度に基づき決定される。
【００２０】
エントリー閾値ａ_ｙｏｎ又は更に複雑なエントリー条件を用いて改良する為に、所定レベルの重心はそれから臨界横方向加速度ａ_{ｙｋｒｉｔ}を計算する方程式に挿入することができる。
重心を決定するこの方法は、所定時間間隔で繰返される最初の加速及び制動の操作中の走行開始直後に用いられるか、各々の適切な制動操作及び／又は加速操作（好ましくは、ハンドルを切らない状態）中の走行開始直後に用いられる。
【００２１】
自動車がヨーイングモーメントを制御するシステムを備えている場合、前記システムはいくつかの方法で改良すべきであろう。ヨーイングモーメント制御は、公称値についての自動車のヨーイング度を調整する。前記公称値は通常、物理的に検出可能な値に限定される。しかし、物理的考察は一般的に道路面の摩擦係数条件でのみ考慮される。高摩擦係数の場合、固定される最大公称ヨーイング度は低摩擦係数の場合より高い。しかし高摩擦係数の場合、傾き危険性は大きな伝達可能横力によって高くなる。公称ヨーイング度は、従って横方向安定性制御に関する危険、横方向加速及び／又はエントリー閾値の考察に限定すべきである。このことは特にオーバーステアの傾向でなく過度のアンダーステアの傾向を弱めるシステムの場合に危険である。オーバーステアを防止しようとする間、原則的には傾き危険性も減らそうとする間、アンダーステアを防止しようとすることは傾き危険性を引き起こしあるいはそれを支持する可能性がある。従って、疑念があるときは、横方向傾き安定性の上昇は、アンダーステアを回避するより優先度を有する。
【００２２】
本発明による測方安定性の方法を実現するブレーキシステムは、以下の要求を満たす必要がある。
個々の車輪の制動を能動的にする可能性が必要である。そのことは、一つの前輪において、少なくともブレーキは運転者の介入なしに作動する必要があることを意味している。この条件は例えば、前輪駆動及び駆動スリップ制御を備える自動車の場合に生じる。バルブ配列についての小さな改良は各々の車輪の能動的制動を可能にする。しかし、ブレーキ介入によるヨーイングモーメントを制御するシステムを備えた自動車も能動的制動を装備し、通常は各々の車輪について独立している。アンチブロッキングシステムは、他方では制動圧力を増加させるために、通常ブレーキペダルに依存している。前記システムは、ブレーキ液タンク及びブレーキ配管内の停止弁に連結された、例えば能動的制動力ブースターあるいは自吸ポンプを備えることができる。もし必要なら追加の弁によって後軸ブレーキの個々車輪の制御ができるようにすることも勧める。
【図面の簡単な説明】
【図１】 左方向カーブを走行したときの後方から見た４輪自動車の概略図である。

Claims (8)

1. 少なくとも２軸及び少なくとも２本の輪距を有する自動車の横方向傾き安定性を向上させる方法であって、
   その手段は、自動車の横方向加速度と相互関係のある変数が第１閾値を越えたとき横揺れを防止するのに用いられ、その閾値は、自動車が許容できる荷重の、傾きの危険性につながる最小値を、少なくとも走行の初めに表わすとともに、前記横揺れを防止する手段は、前軸上のブレーキを作動するものであり、かつ過度のアンダーステアリングを防止する方法よりも優先して行なわれることを特徴とする方法。
2. 前記変数は、荷重をかけていない自動車の重心の位置にほぼ一致する一点の横方向加速度であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記変数は、自動車の横方向加速度とその横方向加速度の時間導関数に起因する関数であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 第１閾値あるいは同一の物理的構成要素のそれより低い第２閾値を越えなかったとき、安定化手段が中断されることを特徴とする前記請求項の何れか１項に記載の方法。
5. 自動車の重心高さを変数としたときの前記第１の閾値及び／又は前記第２の閾値を調整するために、走行中に、速度変更に対する自動車の反応を観測することによって、自動車の重心高さを変数としたときの前記第１の閾値及び／又は前記第２の閾値を判断し調整することを特徴とする前記請求項の何れか１項に記載の方法。
6. 自動車の横方向加速度は、車輪センサの信号に基づき単独で決定されることを特徴とする前記請求項の何れか１項に記載の方法。
7. 自動車の横方向加速度は、ステアリング角信号及び車輪センサの信号によって決定されることを特徴とする前記請求項１ないし５の何れか１項に記載の方法。
8. アクティブ自動車サスペンションを有する自動車用であって、横揺れを防止する手段は、自動車サスペンションに関する干渉を含むことを特徴とする前記請求項１ないし７の何れか１項記載の方法。

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