JP4942282B2 - スプリットμABS制動の間のステアリング制御 - Google Patents
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Description
ステア角デマンドの算出に必要な操作可能な変数には、下記のa)〜c)がある。
a)ヨーモーメントの推定、
b)「オシレーション」又はヨーレートフィードバック、及び
c)横方向ドリフト補正。
(1)ブレーキ圧によるヨーモーメントの推定
ホイール圧(Wheel pressure)の測定値又は推定値が、車両に適用されたブレーキ圧に関する全体の差を求めるために比較される。車両のヨーモーメントの推定を行うために、この差とゲインとを掛け合わせる。このゲインは、推定されたブレーキゲイン(タイヤにかかる縦方向の力に対するブレーキ圧)と車両のトラック幅とで構成される(図2参照)。
図3に示したように、ABSソフトウエアに含まれるABSアルゴリズムは、スプリットμ制動が生じていることを示すフラグを発生させる。また、このアルゴリズムは、各前輪におけるブレーキ圧の推定値を生成する。これらの左右前輪のブレーキ圧推定値(PFL、PFR)は、ブレーキのヨーモーメントの計算と、ステアリング角デマンドの修正計算に用いられる。
図4は、車両モデル及びフィードバックループによるヨーモーメント推定を示すブロック図である。この推定では、次の車両モデル計算を実行するダイナミックブロックBMを使用する。
v:横方向速度(m/s)−ステート
r:ヨーレート(rad/s)−ステート
δ:前輪のステア角(rad)−入力
Mψ:ディスターバンスヨーモーメント(Nm)−入力
Cαf:1つの前輪に関係するスティッフネス(N/rad)
Cαr:1つの後輪に関係するスティッフネス(N/rad)
a:フロントアクスルと重心との間の距離(m)
b:リアアクスルと重心との間の距離(m)
M:車両の全質量(kgf)
Izz:車両のヨーイナーシャ(kgf/m2)
U:車両の速度(m/s)
上記のモデルは、よく知られている2自由度車両モデルであり、ヨー動力学式にダイレクトヨーモーメント項が加えられた式である。この項は、ステアリング入力では、考慮されなかったヨーモーメントディスターバンスの追加を表している。上記のモデル40は、ステアリング角(ロードホイールにおける)の入力、ヨーモーメントディスターバンス及び車両の速度の入力によって演算が実行される。出力は、モデルによって導かれたヨーレートである。
(1)ヨーレートオシレーション
図6は、スプリットμ制動における車両のヨー動力学が、正常な走行とは異なる場合を示す図である。車両は約1Hzの低い周波数でヨーイングを生じる傾向がある。ドライバーが、このヨーイングの動的な変化を制御するのは容易ではない。ヨーレート信号rは、インバータ10で反転されて、その値とゲインKYAWとが掛け合わされる。そして、ヨー動力学に基づく制御においてドライバーをアシストするために、追加される修正ステアリング角デマンドを生成するのに必要なフィードバック信号として使用される。
図7は、閉ループのステアリングホイール速度コントローラを示す図であり、車両のヨーレート(異符号を除く)に、前輪のヨーレートをマッチさせるようにするものである。これは、車両を前輪の周りで旋回させようとする作用があるように見える。
横ドリフト補正は、車両の横方向の動きの修正に必要なステアリングに対する修正である。図8に示されているように、車両がスプリットμをドリフトオフすることを防止するためには、ヨーモーメント修正ステアリングによって生成されたスリップ角のバランスを取るように、車両に対してヨー角を取り入れなければならない。これは、横加速度のインテグラルフィードバックを使用することによって達成される。ここで、さらに追加される修正ステアリング角デマンドを計算するために、横加速度は反転され、比例積分(P−I:proportional plus integral)補償器14を通される。
コントローラのステア角デマンド部の出力が、後に説明する図13及び図23に示すシステムのほぼ中央部にあるステアリング位置制御セクションに提供される。ステアリング位置コントローラは、ステア角デマンドを受信し、実際のステア角に関する誤差を求める。この実際のステア角は、ゲインによって調整され、ステアリング速度に応じたダンピングファンクションがステア角から差し引かれる前に、制限される。次に、このスケールされダンプされたステアリング位置の誤差と、フィルタされた車両速度値とが掛け合わされる。
はじめに、図23を参照して、簡単なドライバーフィードバックコントローラを説明する。ステア角デマンドセクション20でステアリング角デマンドが計算された後、ドライバーがそれを適用するように仕向けることが要求される。これは、ステアリングホイールがドライバーによって解放されるときのステアリングホイールの位置であり、ステアリングシステムによってセルフセンタリングされる位置(セルフセンタリングポジション)をシフトさせることによって達成される。このセルフセンタリングポジションは、ステア角デマンドセクション20の加算器(adder)23で確定された、ステアリングホイールの修正角度である修正ステア角の合計である。セルフセンタリングポジションと、減算エレメント24で計算された実際の位置δactualとの間の差と、ゲインksteer26とを掛け合わせて、その結果にリミッタ16(図23参照)において制限が加えられ、さらに、電動アシストステアリングシステム(EAS)によってステアリングホイールに与えられるEASアシストトルクに付与される。
「ドライバーコンプライアンス」は、追加されるトルクデマンドの受け入れに対するドライバーの抵抗と定義することができる。例えば、「コンプライアントドライバー」は、抵抗しなかった人であり、「ノンコンプライアントドライバー」は抵抗した人である。この「ドライバーコンプライアンス」出力値は、2つの計算値の1つ又はその2つの計算値の組み合わせでもよい。
図11は、測定されたドライバートルクの入力値に基づき、0と1との間のドライバーコンプライアンスファクタを生成することを示すブロック図である。トルク値が低い場合は、ステアリングホイールの動きに対してほとんどドライバーの抵抗がないこと、すなわち、コンプライアントドライバーであることを示している。逆に、トルク値が高い場合は、ステアリングホイールの動きに対するドライバーの抵抗が大きいこと、すなわち、ノンコンプライアントドライバーであることを示している。
図12は、得られたステア角に基づき、0と1との間のドライバーコンプライアンスファクタの生成を示すブロック図である。IVCS制御によって使用されるデマンドされたステア角と、測定されたステアリング角とを比較し、ステア角の誤差を得る。ノンコンプライアントドライバーは、車両制御(TVCS)を無視することができる。その結果、デマンドステアが達成されず、デマンドされたステア角と測定されたステア角との間の誤差が求められる。逆に、コンプライアントドライバーは、デマンドされた角度にステアリングを動かすことができるようになり、小さい誤差か又は誤差0が得られるようになる。
図23に示したように、スプリットμフラグによる乗算により、デマンドトルクの組み合わせが可能になる。その後、トルクはドライバーコンプライアンスファクタによって求められる。ドライバーがコンプライアントである間、制御部が完全な権限を持っている。ドライバーが抵抗すると、制御トルクが低下し、ドライバーが車両に影響を及ぼすことができるようになる。
上記のように、本システムには、ドライバーがすべてを制御している下で、コントローラが、車両を安定させることができるという重要な利点がある。したがって、ABS制御系の設計において、車両の安定性に過度の影響を及ぼすことなしに、最大限に制動を利用することができるように、妥協点を緩和することができる。一般に、車両の安定性基準が満たされると、ABS制動ストラテジーをより積極的にするように要求される。より積極的なABS制動ストラテジーを適用することができるかどうかの判断は、車両の走行安定性を評価する方法によって行われなければならない。
スプリットμ制動が機能している間に生じた車両の安定性評価値は、車両のヨーレートとステア角から求めることができる。車両の安定性評価値は、これら2つの計算値の1つ又は両者の組み合わせのいずれでも求めることができる。
図16は、測定されたヨーレートに基づいて求められる0と1との間の車両の安定性ファクタを求めることを示すブロック図である。なお、ヨーレート値が小さいことは、車両が安定していることを示す。逆に、ヨーレート値が大きいことは、車両がそれほど安定していないことを示す。
図17は、ステア角に基づいて、0と1との間の車両の安定性ファクタを生成することを示すブロック図である。スプリットμ制動の間に、車両を安定させるのに必要なステアリング角は、車両の走行安定性の測定としてしばしば使用される。小さいステアリング角は、車両に対する障害がわずかで、ほとんどのドライバーが制御することができる安定した車両であることを示す。より大きいステアリング角は、より積極的な制動に基づく、より大きな障害に対応する。この結果、より好ましい停止距離になるが、一般に車両はそれほど安定していない。
上記のようなドライバーコンプライアンスの場合には、車両の安定性ファンクション(機能)は、ヨーレート従属係数とステア角従属係数のうちの一方又は両者により同様に形成される。また、組み合わされた係数は、コンプライアンス制御に関して示したのと同じように(図24)開発されるであろう。すでに説明したように、安定した車両は係数値1で示され、不安定な車両は係数値0によって示される。
図13では、パワーステアリング制御が、トルクデマンドの出力に適用されるように、ドライバーコンプライアンスゲインによって、少なくとも改良されるようになっている。このスケールされた値は、ステアリング制御を改良するために、パワーステアリングトルク制御機能に送られる。
図13では、ドライバーコンプライアンスファンクションによって必要に応じて補正される車両の安定性ファンクション(以下、DCVSと記す)の出力が、直接ABSシステム及びリア圧力デマンド機能に送られる。
低μ車輪がスプリットμ制動面でABSモードに入り始める時に、車両の安定性ファンクションによって表されたDCVSゲインが、高μ車輪が受信する同期第1サイクルを改良するように、ABSコントローラ内で使用される。例えば、従来のABSシステムでは、1つの低μ車輪がその信号を弱める時に、3つの高μ車輪は、スリップではないが、シンパセティックな(sympathetic)ダンプ信号を受信する。これは、ブレーキをかけることによって引き起こされたヨーモーメントの構築を防止するのを支援するためのものである。その後、上記のダンプ期間がいったん終了すると、高μ車輪上のブレーキは、比較的遅い速度で再び適用されるようになる。図18には、このサイクルが示されている。
高いμの後輪の圧力デマンドは、高μの前輪の圧力及び推定されたフロント/リアの荷重の割合を基に生成される。車両速度は、荷重移動ブロックによって用いられる車両加速を得るために微分される。このファンクションは、瞬間的なフロントブレーキ圧、制動力の分配、車両の減速によるリアアクスルからフロントアクスルへの質量(荷重)移動に関する情報を基に実質的に生成される、予測された高μ側のブレーキ圧を生成する。
車両加速度信号1とゲイン(全車両質量の車両のホイールベースで割られたタイムグラビテーション定数)とを掛け合わせることにより、この減速度によって生じる動的なフロント−リア荷重移動の推定値を得る。この動荷重移動値は、静的なフロントアクスル荷重に加えられて、リアアクスル荷重から差し引かれる。それによって、動的なアクスル荷重の推定値が得られる。リアとフロントの動的なアクスル荷重の割合が、このブロックからの出力として計算される。このファンクションは上記のリアアクスルデマンド圧力の計算に組み合わされる。
上記の後輪圧力制御ファンクションにおけるデマンドスケーリングファンクションは、さらに下記のABS制御方式にブレークダウンされる。ABSスプリットμフラグにより、車両の高μ側の検出、及びこのブロックへの入力としての前輪と後輪の圧力の選択が可能になる。リア側の高μ圧力デマンドは、動荷重比が掛け合わされたフロント側の高μ圧力に基づいている。ドライバーコンプライアンス/車両の安定性レーティングとゲインとを掛け合わせることによって、最も高い割合のデマンド圧力が設定されるようになる。次に、高μリア圧力デマンドとスケールされたコンプライアンス/車両の安定性レーティングとが掛け合わせることにより、車両の動きに比例した圧力デマンドが得られる。
先に示した図を参照すると、スプリットμが検出された時、高μの後輪の圧力が、停止までの時間ラッチされる。前輪のそれぞれのABS圧力サイクルに続くデマンド圧力を防止するために、デマンド圧力がフィルタにかけられる。フィルタは、停止開始時に、設定されるスプリットμフラグによってリセットされる。また、フィルタは停止開始時に、ラッチされた後輪の圧力により初期化され、スプリットμフラグが利用可能になる。これにより、実質的な制動効果を提供するのに十分な圧力の供給を確実にする。したがって、後輪の圧力デマンドにより、表面に対して、両者ともゼロではないか、計算された最大値にほぼ同等の値であることが確実にされる。
(1)ドライバーコンプライアンスと車両の安定性を有するフロントアクスルのヨー制御動作の改善
図13のトップレベルのブロック図に示されているように、車両の安定性及びドライバーコンプライアンスレーティングが、ABSコントローラに送られる。これらのレーティングに応じて、ABSの初期ヨー制御が変更される。
:スプリット面に適用される制動
:ABSによって検出されたスプリット、高値に設定されたスプリットμフラグ
:(有効にされたIVCSステアリング制御)
:高μ前輪による低μ前輪にシンパシー(sympathy)する圧力の減少
:スリップしきい値に到達するまで、徐々に高μ前輪の圧力を上昇。
:スプリット面に適用される制動
:ABSによって検出されたスプリット、高い値に設定されたスプリットμフラグ
:(有効にされたICVSステアリング制御)
:低下した高μ前輪の圧力に基づくシンパセティックな圧力低減
:スリップしきい値に到達するまで、高μ前輪の圧力のより速い上昇。
:スプリット面に適用される制動
:ABSによって検出されたスプリット、高値に設定されたスプリットμフラグ
:(有効にされたIVCSステアリング制御)
:無効にされた高μ前輪のシンパセティックな圧力低減
:スリップしきい値に到達するまで、高μ前輪の急速な圧力上昇。
図20に示されているように、高μ後輪の圧力デマンドが、高μ前輪の圧力及びフロント/リア荷重比を生成する。車両速度は、荷重移動ブロックによって使用される車両加速を得るために微分される。
図21に示されているように、車両の加速信号1とゲイン(全車両重量の車両のホイールベースで割られたタイムグラビテーション定数)とを掛け合わせることにより、この減速によって生じた動的フロント−リア荷重移動の推定値を得る。
図22に示されているように、ABSスプリットフラグにより、車両の高μ側の検出が可能になり、また、このブロックへの入力として前輪と後輪の圧力を選択できるようになる。リアの高μ圧力デマンドは、動的荷重比が掛け合わされたフロント高μ圧力に基づいている。
図22に示したように、ドライバーコンプライアンス/車両の安定性レーティングとゲインとを掛け合わせることにより、デマンド圧力の最高の割合を設定できるようになる。この高μリア圧力デマンドとスケールされたドライバーコンプライアンス/車両の安定性レーティングとを掛け合わせることにより、車両の動きに比例する圧力デマンドが得られる。
図22に示したように、スプリットμが検出されると、高μ後輪に対する圧力が、停止までの時間の間ラッチされる。前輪のそれぞれのABS圧力サイクルに続くデマンド圧力を防止するために、デマンド圧力をフィルタする。フィルタは、停止開始時に、セットされるスプリットμフラグによってリセットされる。また、そのフィルタは、停止開始時に、ラッチされた後輪の圧力により初期化される。
(1)重要な車両の安定性を維持するためのスプリットμ制動の間、セルフセンタリングの調整とステアリング感(ドライバーがステアリングホイールを介して感じるトルクに相当)を含む、ステアリング制御による車両の安定性向上。
(2)ヨーモーメント推定による低振動補正(推定されたヨーモーメントは、ステアリングのデマンド角のオフセットに使用される)。
(3)ステアリング速度制御による高振動補正(ステアリング速度制御は、車両ヨーレートを基に行われる)。
(4)ヨーレートフィードバックを基にした高振動補正(車両のヨーレートのダイレクトフィードバックにより、デマンドステアリング角に変換される)。
(5)横加速度による横ドリフト補正(車両の横加速度による比例と積分補正は、デマンドステアリング角の生成に使用される)。
(6)ブレーキ圧によるヨーモーメント推定(ヨーモーメント推定値は、フロントのブレーキ圧の差を基に求められる)。
(7)2つの自由度を有する車両モデル及びヨーレート誤差のフィードバックによるヨーモーメントの観測を含む、車両モデルとフィードバックループを用いるヨーモーメント推定。
(8)ドライバーの動作のアセスメント(カラムトルクが、作動中のステアリングシステムにおいて、ドライバーの動作とコンプライアンスの測定として利用される)。
(9)車両の安定性のアセスメント(ヨーレートが車両の安定性の測定に使われ、ステア角がスプリットμ制動の間における車両の安定性の測定に使われる)。
(10)ドライバーの動作を伴う制御の改善(ドライバーの動作のアセスメントが、ドライバーのオーバーライディングを防止するように、システムのデマンドトルクのスケーリングに用いられる)。
(11)ドライバーの動作と車両の安定性に関するABSの作動の改善。
(12)ドライバーの動作と車両の安定性を伴うフロントアクスルのABSヨー制御の改善、及びスプリットμ停止の間における高μ後輪のABS圧力制御の改善による、ABS作動の向上。
(13)リア圧力デマンドの生成(後輪の高μデマンド圧力は、車両の動的データと車両パラメータを基に生成され、ドライバーの動作と車両の安定性により改善される)。
Claims (9)
- スプリットμ制動操作の間、ステアリングシステムに対して、EASアシスタンストルクを供給するために、操舵される車両の回転軸及び電動機又は電気的アシストシステム、及びステアリングに結合されたステアリングホイールを有する車両のステアリングシステムにおいて、ドライバーがステアリングホイールから手を離した場合、ステアリングホイールが位置する角度であるセルフセンタリングポジションを動的に調節するように構成された車両の安定性補償システムであって、
(a)推定された車両ヨーモーメント、ヨーオシレーションモーメント及び車両の横ドリフト修正のうちの1つである、少なくとも1つの操作可能な変数値を確定する手段(16)と、
(b)前記操作可能な変数又は2つ以上の前記操作可能な変数の合計を用いて、前記ステアリングシステムに対する目標のセルフセンタリングポジションを計算し、目標のセルフセンタリングポジションから実際のステアリング角を差し引くことにより、目標のセルフセンタリング誤差を導くドライバーフィードバックコントローラ(22、24)と、
(c)前記ステアリングホイールを動かすことをドライバーに促し、前記セルフセンタリングポジションをシフトし、前記目標のセルフセンタリング誤差をゼロにすることにより、前記車両を安定かつ制御可能に維持するために、電動アシストステアリングシステム(EAS)によってステアリングホイールに与えられるEASアシストトルクに追加される、前記目標のセルフセンタリング誤差に比例するトルクデマンドを確定するゲイン手段(26)とを備えるとともに、
前記操作可能な変数としてのヨーオシレーションモーメントを確定する手段(30)と、前記操作可能な変数としての車両の横ドリフト修正を確定する手段(32)とを備え、
前記ヨーオシレーションモーメントが、ヨーレート信号を反転し、反転された結果とゲイン(Kyaw)とを積算する手段(10)によって確定され、ヨーオシレーション修正を提供するフィードバック信号として用いられるものであり、
前記横ドリフト修正が、インバータ(12)からの車両の横加速度信号を反転するとともに、P−I補償器(14)において比例積分(proportional plus integral)補正を適用することにより確定されるものであることを特徴とする車両の安定性補償システム。 - 前記シフトがステアリング速度フィードバックを可能にする手段(36)を含むことを特徴とする請求項1に記載の車両の安定性補償システム。
- 前記手段(36)によって提供される前記ステアリング速度フィードバックが、低速度におけるドライバーの操縦を妨害しないように、低速度で、段階的に停止するように調整されることを特徴とする請求項2に記載の車両の安定性補償システム。
- 実際のステアリング速度と比較され、その差がEASアシストトルクに加算される、修正ステアリング速度を表す操作可能な変数を用いることにより、ヨーオシレーション修正を確定する手段を含んで構成されていることを特徴とする請求項1に記載の車両の安定性補償システム。
- 前記システムによって提供されるトルクデマンドを受け入れるよう、ドライバーの抵抗に相当するドライバーコンプライアンスレーティングを導く手段(44)を含んで構成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかの項に記載の車両の安定性補償システム。
- 前記ドライバーコンプライアンスレーティングが、過度のトルクが適用されることを防止するために、前記EASアシストトルクを求めることに使用されるものであることを特徴とする請求項5に記載の車両の安定性補償システム。
- 車両の安定性を表す値を確定する手段を備えることを特徴とする請求項1〜6のいずれかの項に記載の車両の安定性補償システム。
- ABS制御において低μ面の車輪の信号が弱まった時に、他の高μ面の車輪が受信する信号であるシンパセティックなダンプ信号により制動圧力を変化させる手段を有し、ダンプバルブの開時間が、請求項5において生成される前記ドライバーコンプライアンスレーティング、請求項7において生成される前記車両の安定性を表す値、又は前記ドライバーコンプライアンスレーティング及び前記車両の安定性を表す値の組み合わせに基づくものであることを特徴とする請求項1に記載の車両の安定性補償システム。
- ABSのフロント高μ圧力ランプの変更手段であって、請求項5において生成される前記ドライバーコンプライアンスレーティング、請求項7において生成される前記車両の安定性を表す値、又は前記ドライバーコンプライアンスレーティング及び前記車両の安定性を表す値の組み合わせに基づくものである変更手段を含んで構成されていることを特徴とする請求項1に記載の車両の安定性補償システム。
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