JP4942488B2 - 操舵可能な後輪の操舵角の制御方法及び制御システム並びに同制御システムを有する車両 - Google Patents

Description

本発明は、陸上車両、特に車輪付き自動車の制御システムの分野に属する。

従来の自動車には、シャーシと、キャビンと、車輪が設けられている。車輪はサスペンション機構を介してシャーシに連結され、操舵可能な前輪は、車両のキャビンの中の運転者によって、ステアリングホイールによって操作される。

文献ＦＲ−Ａ−２ ６８１ ３０３には、４輪操舵の自動車のための、カムを形成するプレートと、後輪の旋回を制御する、後の操舵ロッドの縦方向の軸を含む同一の垂直中心面に配置された２つのローラからなる、後輪操舵制御装置が記載されている。

またこの文献には、車両の可能な最良の路上運動を得るためには、操舵角度の値が閾値を越えたときの前輪と反対の向きにおける所定の閾値よりも小さい、操舵車輪の操舵角度の値に、後輪を前輪と同じ向きにロックする必要があることが記載されている。このようにして、例えば車両を車庫または駐車場に駐車するときのように、操舵角度が比較的大きいときには、車両の望ましい「オーバーステア」効果が得られる。同様に、車両が高速で走行中のときのように、ロックの角度が比較的小さいときには、望ましい「アンダーステア」効果が得られる。
ＦＲ−Ａ−２ ６８１ ３０３

しかしながら、比較的未成熟なこのような装置は、車両の運動についての精密な操作を可能にしない。

本発明はこれらの問題を解消して、車両の運動、従って運転者の安全性と運転の快適性を改良することを可能にする、操舵可能な後輪の操舵角の制御方法及び制御システム並びに同制御システムを有する車両を提供することを目的とする。

本発明の１局面による操舵可能な後輪の操舵角の制御方法は、少なくとも３つの操舵可能な車輪を有する車両のためのものである。前輪の操舵角と、上記車両の移動データと、上記後輪の操舵角の前の設定値との関数として、上記車両が受けた擾乱が推定され、上記後輪の操舵角の現在の設定値が導出される。このようにして、車両に対する擾乱の影響と、運転者によるそれらの感知を最小化することができる。

本発明の１実施の形態においては、上記車両の移動データは、上記車両の縦方向の速度Ｖを含む。このようにして、上記設定値は、車両の速度を考慮に入れることができ、市街地と、郊外と、高速道路における運転に対して、適切に適合化される。

本発明の１実施の形態においては、上記車両の移動データは、上記車両のヨーレートを含む。

本発明の１実施の形態においては、上記擾乱の推定値と、上記車両の移動データとに基づいて、上記後輪の操舵角の現在の設定値が導出される。上記車両の移動データは、上記車両の縦方向の速度を含むことができる。擾乱の排除は、車両の縦方向の速度の関数として実行される。上記後輪の現在の操舵角の設定値は、上記擾乱が漸近的に排除されるように導出される。あるいは、上記後輪の現在の操舵角の設定値は、同定された事象の間に、上記擾乱が漸近的に排除されるように導出される。同定された事象とは、車輪アンチロックシステムまたはアンチスキッドシステムの起動、非対称なグリップのブレーキングの検出等である。

上記後輪の現在の操舵角の設定値は、少なくとも１つの他のシステムの制御モジュール、例えば車輪アンチロックシステムまたはアンチスキッドシステムへ送られる。

本発明の１実施の形態においては、上記後輪の現在の操舵角の設定値は、上記車両が運動中である限りは導出される。換言すれば、操舵可能な後輪の操舵角の動的な制御は、車両が動き始めると直ちに常続的に活性化される。

また本発明は、少なくとも３つの操舵可能な車輪を有する車両のための、操舵可能な後輪の操舵角の制御システムを提供する。この制御システムは、少なくとも１つの前輪の操舵角と、上記車両の移動データと、上記後輪の操舵角の前の設定値との関数として、少なくとも１つの上記後輪の操舵角の現在の設定値を導出するための手段を含み、上記設定値を導出するための手段は、擾乱排除モジュールを含む。

本発明の１実施の形態においては、上記設定値を導出するための手段は、上記擾乱排除モジュールへ、少なくとも１つの変数の推定値を供給することが可能な状態観察機を含む。上記変数は、上記車両が受けた擾乱と、測定が不可能、困難、または厄介なその他の変数との、少なくとも一方である。

本発明の１実施の形態においては、上記状態観察機は、上記前輪の操舵角の入力と、上記車両の移動データの入力と、上記後輪の操舵角の前の設定値の入力を有する。この制御システムは、閉ループ構造を呈し、この閉ループ構造は、運用中に特に頑健である。

本発明の１実施の形態においては、上記状態観察機は、上記車両の縦方向の速度の入力と、上記車両のヨーレートの入力と、上記車両が受けた擾乱の推定値の出力を有する。

本発明の１実施の形態においては、上記擾乱排除モジュールは、上記車両の縦方向の速度の入力と、上記車両が受けた擾乱の推定値の入力を有する。

また本発明は、シャーシと、上記シャーシに弾性的に連結された少なくとも３つの操舵可能な車輪が設けられた車両において、前輪の操舵角と、上記車両の移動データと、後輪の操舵角の前の設定値との関数として、上記後輪の操舵角の現在の設定値を導出するための手段を含む、少なくとも１つの上記後輪の操舵角の制御システムを有し、上記設定値を導出するための手段は、擾乱排除モジュールを有する車両を提供する。

本発明は、２つの前輪と２つの後輪の４車輪を有する車両、３車輪を有する車両、少なくとも４車輪が操舵可能な６または６以上の車輪を有する車両に適用される。

本発明は、運転者の急操作または車道の状態に関係なく、車両が可能な最も安定した運動をとることを可能にする。車両の制御の喪失をもたらす可能性がある幾つかの状況、例えば一または二重の障害物の回避を考慮に入れることが可能である。本発明は、このような場合における、過度の運動性、不充分な減衰、あるいは予見困難性による、車両の不適当な応答に起因する制御の喪失のリスクを減少させることを可能にする。

また本発明は、運転の安全性と、快適性と、楽しみの感覚を増強することを可能にする。

４つの操舵可能な車輪を有する車両における操舵可能な後輪の制御システムは、車両の速度を考慮に入れることによって、運転者によるステアリングホイールの急操作に対する車両の横方向の応答を最小化することを可能にする。最適化は、運転の安全性、快適性及び魅力の評価基準に従って達成される。

本発明は、非限定的な例としてとられ、添付図面によって例示された実施の形態の詳細な説明を検討することによってよりよく理解されるであろう。添付図面において：
−図１は、本発明の１実施の形態による制御システムが装備された車両の略図であり；
−図２は、本発明の１実施の形態による制御システムの論理図であり；
−図３は、本発明の他の１つの実施の形態による制御システムの論理図であり；
−図４は、本発明のさらに他の１つの実施の形態による制御システムの論理図である。

図１に示すように、車両１は、シャーシ２と、２つの操舵可能な前輪３、４と、２つの操舵可能な後輪５、６を有する。これらの車輪は、図示しないサスペンション機構によってシャーシ２に連結されている。

車両１には、さらに、前輪３、４の間に配置されたラック８とラックアクチュエータ９を含むステアリング装置７が設けられている。ラックアクチュエータ９は、ステアリングホイール（図示しない）から機械的または電気的に発せられた信号を受信し、受信した信号に応じて、ラック８を介して前輪３、４の向きを変えることができる。

操舵角を制御する制御システム１０は、制御装置１１と、例えばラックアクチュエータ９上で位置決めされた前輪３、４のロック位置のセンサ１２と、車両の速度Ｖを決めることを可能にする前輪の回転速度のセンサ１３と、車両のヨーレート

すなわち、重心を通る垂直軸の周りの車両の回転速度のセンサ１４と、車輪の重心における横方向の加速度のセンサ１５を含む。

さらに、制御システム１０は、後輪５、６のロック位置のセンサ１７、１８と、後輪５、６の向きを変えることを可能にするアクチュエータ１９、２０を含む。ただし、後輪５、６のロック位置を検出するためには１個のセンサ、例えばセンサ１７のみで充分であり、後輪５、６の向きを変えるためには、１個のアクチュエータ、例えばアクチュエータ１９のみで充分である。位置及び速度センサとして、光学的または磁気的なセンサを使用することができ、例えば、可動部と一体化されたコーダと非回転のセンサからなるホール−効果センサを使用することができる。

制御装置１１は、ランダムアクセスメモリと、リードオンリーメモリと、セントラルユニットと、入／出力インターフェースが設けられたマイクロプロセッサの形に具体化することができる。この入／出力インターフェースは、センサから情報を受け、特にアクチュエータ１９、２０へ指令を送ることが可能なものである。

より詳細には、制御装置１１は、センサ１２〜１４から発信される信号、特に車両の速度Ｖと、ヨーレート

と、前輪の操舵角α_１を受ける入力ブロック２２（図２参照）を含む。車両の速度は、車輪のアンチロックシステムのセンサによって測定されるような、前輪または後輪の速度を平均することによって得ることができる。この場合、車輪ごとに１つのセンサ１３が設けられ、車輪のアンチロックシステムは、車両の速度の情報を提供するために制御装置１１の入力へ接続される出力を有する。あるいは、各センサ１３が制御装置１１の入力へ接続され、制御装置１１が車輪の速度を平均する。

また、制御装置１１は、測定されないが制御に必要な情報、特に車両に作用する擾乱（ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ）を推定することを可能にする状態観察機２３を有する（図２参照）。状態観察機２３は、スパイク状の擾乱ｄが有限の時間間隔にわたって、車両のヨーレートに直接作用することができると仮定することによって、例えば、弛緩のない２つの操舵可能な車輪を有する車両モデルに基づいて構築することができる。アクチュエータの運動をモデル化する動力学を付加することができる。擾乱によって拡張されたモデルに係わる状態方程式は、次のとおりである：

ここに、ｙは考察される出力、Ｍは車両の全質量、Ｉ_Ｚは車両の重心を通る垂直軸の周りの車両の慣性、Ｌ_１は前車軸と重心の間の距離、Ｌ_２は重心と後車軸の間の距離、Ｌはホイールベースで、Ｌ_１＋Ｌ_２に等しく、Ｄ_１は前輪ドリフト剛性、Ｄ_２は後輪ドリフト剛性、α_１は車両の縦軸との前輪の角度、α_２は車両の縦軸との後輪の設定値角度、α_ｆ２は後輪の実際の操舵角度、Ｖは車両の速度、

はヨーレート、βはドリフト角、すなわち、車両の速度ベクトルが車両の縦軸となす角度、τはアクチュエータの応答時間を表す。

このモデルをベースにして、古典的な線形観察理論が展開される。状態観察機２３は、車両の状態と、車両に作用する擾乱の全体を推定することを可能にする。従って、状態観察機は、次式を使用することができる：

ここに、

は推定値を意味し、ｄは車両が受けた擾乱、Ｋｏ（Ｖ）は車両の速度の関数として進展する状態観察機の調整パラメータを意味する。４推定値：

は、制御装置１１の他の構成要素によって使用されることが可能な、車両の状態の推定値を提供する。

制御装置１１は、更に擾乱排除ブロック（擾乱排除モジュール）２４を有する。

擾乱排除ブロック２４は、考察される出力、一般に車両１のヨーレート

に関して擾乱ｄが消失することを可能にする。状態観察機２３によって推定された擾乱

に、ルーピングが実行される。制御についての表現は

である。Ｇａは、

とすることができる。

制御装置１１に、出力２７と単遅延器２８が付加される。擾乱排除ブロック２４の出力は、制御装置１１全体の出力を形成し、車両の後輪の操舵角α_２の設定値を提供する。単遅延器２８は、入力として操舵角α_２の設定値を受け、入力ブロック２２へ伝達する。

図３に示す実施の形態においては、制御装置１１は先のものに類似しており、さらに状態検出モジュール２５を有する。状態検出モジュール２５は、車輪アンチロックシステム制御／指令モジュール及び車輪アンチスキッドシステム制御／指令モジュールのような、他のモジュール（図示しない）の出力に接続された入力２６を介して情報を受ける。状態検出モジュール２５は、例えば車輪アンチロックシステムの活性化を表す信号を状態観察機２３に供給することによって、よりよい擾乱の推定値

を得ることを可能にするように、状態観察機２３と擾乱排除ブロック２４へ指示を送ることが可能である。また、状態検出モジュール２５は、検出された状態が、後輪の操舵角α_２の設定値がゼロであることが望ましいものであるときに、擾乱排除ブロック２４へ無効化指示を送ることができる。

図２、３に示された実施の形態において、後輪の操舵角α_２の設定値は、後輪の向きを変えるアクチュエータ１９、２０へ供給される。さらに、図４に示すように、後輪の操舵角α_２の設定値を、車両の他のシステム、例えば車輪アンチロックシステム制御／指令モジュール２９へ供給する処置がなされる。この結果、車輪アンチロックシステム制御／指令モジュール２９は、ブレーキ設定値の設定の際に、後輪の操舵角を考慮に入れることが可能になる。

例えば、非対称なブレーキ操作の間に、このような非対称なブレーキ操作によって誘起されるヨーイングモーメントを補償するためにロック制御システムが利用可能か否かに応じて、最良のグリップを示す車輪に、多かれ少なかれブレーキをかけることが可能になる。このようにして、車輪アンチロックシステムの作動間における車両のロードホールディングを著しく改良することができる。

変形として、後輪の操舵角α_２の設定値を、車輪アンチロックシステム制御／指令モジュール２９に代えて、車輪アンチスキッドシステム制御／指令モジュールへ供給する処置がなされる。また、図３に示すように、制御装置が状態検出モジュール２５を含む形態においては、他の制御／指令モジュールへ後輪の操舵角α_２の設定値を供給する処置がなされる。

本発明は、所望の瞬間、特に車両が動き始めると直ちに、後輪の操舵角設定の利益を得ることを可能にし、車両のロードホールディングと、運転者が感じる運転の快適さを改良する。

Claims (10)

1. 少なくとも３つの操舵可能な車輪を有する車両における操舵可能な後輪の操舵角を制御する後輪操舵角制御方法であって、
   上記車両の計算モデルである状態観察機を用意し、
   上記状態観察機によって上記車両が受けた擾乱ｄを推定し、
   上記擾乱ｄが、上記車両の縦方向の速度の関数として排除されるようにしながら、上記擾乱の推定値と上記車両の移動データとに基づいて、上記後輪の操舵角の現在の設定値を導出し、
   上記状態観察機は、前輪の操舵角の入力と、上記車両の移動データの入力と、上記後輪の操舵角の前の設定値の入力とを含むことを特徴とする、後輪操舵角制御方法。
2. 上記車両の移動データは、上記車両の縦方向の速度Ｖを含むことを特徴とする、請求項１に記載の後輪操舵角制御方法。
3. 上記車両の移動データは、上記車両のヨーレート
   

   

   を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の後輪操舵角制御方法。
4. 上記擾乱ｄが漸近的に排除されるようにして上記後輪の操舵角の現在の設定値を導出することを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の後輪操舵角制御方法。
5. アンチロックシステムまたはアンチスキッドシステムの動作を示すイベントが検知された際に、上記擾乱ｄが漸近的に排除されるようにして、上記後輪の操舵角の現在の設定値を導出することを特徴とする、請求項４に記載の後輪操舵角制御方法。
6. 上記後輪の操舵角の現在の設定値を、少なくとも１つの他のシステムの制御モジュールへ送ることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１つに記載の後輪操舵角制御方法。
7. 上記後輪の操舵角の現在の設定値を、上記車両が運動中である限りは導出することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１つに記載の操舵可能な後輪の操舵角の制御方法。
8. 少なくとも３つの操舵可能な車輪を有する車両における操舵可能な後輪（５）の操舵角を制御する後輪操舵角制御システム（１０）であって、
   少なくとも１つの前輪（３）の操舵角と、上記車両の移動データと、上記後輪の操舵角の前の設定値との関数として、少なくとも１つの上記後輪（５）の操舵角の現在の設定値を導出する後輪操舵角導出手段を含み、
   上記後輪操舵角導出手段は、上記車両の計算モデルである状態観察機（２３）と擾乱排除モジュール（２４）とを含み、
   上記状態観察機（２３）は、上記前輪の操舵角α_１と上記車両の移動データと上記後輪の操舵角の前の設定値の関数として、上記車両が受けた擾乱の推定値
   

   

   を導出し、
   上記状態観察機（２３）は、前輪の操舵角の入力と、上記車両の移動データの入力と、上記後輪の操舵角の前の設定値の入力とを有し、
   上記擾乱排除モジュール（２４）は、上記車両の縦方向の速度Ｖの入力と、上記車両が受けた擾乱の推定値
   

   

   の入力とを有し、
   上記擾乱排除モジュール（２４）は、上記車両が受けた擾乱の推定値
   

   

   と上記車両の移動データに基づいて導出した上記後輪の操舵角の現在の設定値を出力する出力（２７）を有することを特徴とする後輪操舵角制御システム。
9. 上記状態観察機（２３）は、上記車両の縦方向の速度Ｖの入力と、上記車両のヨーレート
   

   

   の入力と、上記車両が受けた擾乱の推定値
   

   

   の出力を有することを特徴とする、請求項８に記載の後輪操舵角制御システム。
10. シャーシ（２）と、上記シャーシに弾性的に連結された少なくとも３つの操舵可能な車輪が設けられた車両（１）において、請求項８または９に記載の後輪操舵角制御システム（１０）を有することを特徴とする車両。

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