JP5208110B2 - 被操舵後輪に対する旋回指令をモニタリングする装置及び方法 - Google Patents
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Description
フランス特許出願公開第2681303号には、四つの被操舵車輪を有するモータ車両の後輪操舵制御装置が記載されており、この装置は、カム形成板と、後輪の旋回を制御する後側の操舵バーの縦軸を含む同一鉛直中央平面内に配置される二つのアイドラーとを備える。
それでも、比較的大雑把な構成のこのような装置では、車両の挙動に細かく作用させることはできない。
本出願人は、運転安全性を更に高めること、及びメモリ領域の破壊やアルゴリズムの設定ミス等の欠陥部品に起因して異常値が生じうる後輪舵角設定値をモニタリングすることが望ましいという知見を得た。ハードウェアコンポーネント及びソフトウェアコンポーネントを完全に冗長にするという解決策が提供されているが、コストが非常に高く、扱いづらいものであることが判明している。
本発明の目的は、車両用の後輪の操舵制御システムに迅速に反応する際の安全性を高めるための、コストの安い方法である。
同じコンピュータが設定値を生成して、異常値の発生をモニタリングする。この構成は、非常にコストが低く、コンパクトであるので、舵角設定値を生成するコンピュータに容易に構築することができる。
一実施形態では、テンプレートは下限及び上限を含む。上限は、第1閾値以下のゼロ値を有することができ、第1閾値から第2閾値まで直線的に増加し、第2閾値を上回ると一定値を有する。第1閾値はゼロ値を有することができる。第1閾値はゼロよりも大きい値を有することができる。
一実施形態では、下限は、第3閾値以下のゼロ値を有し、第3閾値から第4閾値まで直線的に増加し、第4閾値を上回ると一定値を有する。第1閾値と第2閾値の間での上限の勾配、及び第3閾値と第4閾値の間での下限の勾配は同一とすることができる。
一実施形態では、テンプレートは前輪の舵角又はステアリングホイールの舵角の関数である。
一実施形態では、設定値がテンプレートに制限される。
一実施形態では、テンプレートは不揮発性メモリに保存される。
純粋に非限定的な例として示し、添付図面に説明する複数の実施形態の詳細な説明を分析することにより本発明に対する理解を深めることができる。
車両1は操舵システム7を完備しており、この操舵システム7は、前輪3と4の間に配置されるラック8と、車両の運転者が操作するステアリングホイール(図示せず)から機械的又は電気的に受信される指令に応じて、ラック8を介して前輪3及び4の向きを決定することが可能なラックアクチュエータ9とを備える。
、即ち鉛直軸に沿った車両の重心を中心とする車両の旋回速度のセンサ14と、車両の重心の横加速度のセンサ15とを備える。
更に、システム10は、後輪5及び6の舵角のセンサ17及び18と、前記後輪5及び6の向きを変えることができるアクチュエータ19及び20とを備える。とはいえ、舵角を検出し、後輪5及び6の向きを変化させるために、単一のセンサ17及び単一のアクチュエータ19を設けるだけでも十分である。位置センサ及び速度センサは、回転していない間は可動部品に固定される符号化装置と協働する、ホール効果センサ等の光センサ又は磁気センサとすることができる。
具体的には、制御ユニット11は、センサ12ないし14から送出される信号、特に車両速度V、ヨーレート
及び前輪舵角α1の信号を受信する入力ブロック12を含む。車両速度は、車輪アンチロックシステムのセンサによって測定される前輪又は後輪の速度の平均を取ることにより得られる。この場合、車輪一つに対して一つのセンサ13が設けられ、車輪アンチロックシステムは、車両速度情報を供給する制御ユニット11の入力に接続される出力を有する。別の構成では、各センサ13は制御ユニット11の入力に接続され、この場合制御ユニット11は車輪速度の平均を計算する。
上の式では、yは考察対象の出力を表わし、Mは車両の合計質量であり、Izは車両の重心を通過する鉛直軸を中心とする車両の慣性であり、L1は重心から前部アクスルまでの距離であり、L2は重心から後部アクスルまでの距離であり、LはL1+L2に等しい車両のホイールベースであり、D1はフロントの横剛性であり、D2はリアの横剛性であり、α1は車両の長手方向軸と前輪の間の角度であり、α2は後輪の設定舵角であり、αf2は後輪の実際の舵角であり、Vは車両速度であり、
はヨーレートであり、βは横滑り角、即ち車両の速度ベクトルが前記車両の長手方向軸となす角度であり、τはアクチュエータの応答時間である。
上の式では、^は、値が推定値であることを示し、dは車両が受ける外乱であり、Ko(V)は車両速度の関数として変化する状態観測装置の調整パラメータである。四つの推定値
は、制御ユニット11の他の構成要素で使用可能な車両の状態の推定値を供給する。
制御ユニット11は更に、過渡応答を計算するブロック24を含む。ブロック24は、α2−transientと呼ばれる後輪5及び6の舵角の制御値を計算し、この制御値によって、過渡応答の動態に作用することができる。計算は極配置技術によって行なうことができる。これについては、文献、Kautsky, J.及びN. K. Nicholsによる"Robust Pole Assignment in Linear State Feedbak"(Int. J. Control, 41 (1985)、1129-1155頁)を参照されたい。[a1(V)+b1(V)i a2(V)+b2(V)i a3(V)+b3(V)i]が、外乱が無い上述のシステムの三つの極を表わし、a(V)及びb(V)が速度Vにおける各極の実部及び虚部にそれぞれ対応する場合、フィードバック系の極を
[Tdyn11(V).a1(V)+Tdyn12(V).b1(V).i
Tdyn21(V).a2(V)+Tdyn22(V).b2(V).i
Tdyn31(V).a3(V)+Tdyn32(V).b3(V).i]
に配置する補正係数K=[K1(V) K2(V) K3(V)]を求める。
Tdyn11、Tdyn12、Tdyn21、Tdyn22、Tdyn31、Tdyn32は調整パラメータである(車両の過渡応答の車両速度Vに応じた変数)。
α2−Transient
調整パラメータが1に等しい場合、車両の動的応答は変更されず、パラメータが1よりも大きい場合、車両の反応の俊敏性が高くなり、パラメータが1よりも小さい場合、車両の応答の俊敏性が低くなることに注目されたい。例示的調整として、次のように設定する。
Tdyn11=0.8
Tdyn12=0
Tdyn21=0.8
Tdyn22=0
Tdyn31=0.8
Tdyn32=0
制御ユニット11は更に、α2−staticと呼ばれる静的制御を計算するブロック25を含み、ブロック25は入力として、センサ12によって測定される前輪の舵角α1、ブロック24で計算される係数K1、K2、及びK3、並びにセンサ13によって測定される車両速度Vを受信する。制御α2−staticによって、車両の静的応答に作用し、所定の回転角度でハンドルを少しずつ回した後に得られるヨーレートの安定させた値を変更することができる。結果は、後輪の操舵が不能な車両で得られる静的利得と比較することにより表現することができる。
上の式では、Tgsは調整パラメータであり、この調整パラメータは、必要に応じて、速度Vの関数として変化させることができる。
α2=α2transient−FF.α1
ここで利得「FF」は以下の数式によって定義される:
(1−(Tgs(V)).(1+K3(V))+Tgs(V).(K1(V).Gψ+K2(V).Gβ2)+K2(V)
上の式では、
である。
これによってα2stabilized=(1−Tgs).α1を保証することができる。
制御ユニット11は、減算器26、出力27、及び単位遅延素子28によって完成する。減算器26は、当該減算器の正入力で、ブロック24の制御出力α2−transientを受信し、当該減算器の負入力で、ブロック25の制御出力α2−staticを受信する。減算器26の出力の一方は制御ユニット11の共通出力27に接続され、他方は単位遅延素子28に接続され、単位遅延素子28の出力は状態観測装置23の入力に接続されて、直前の時点における後輪の舵角を状態観測装置23に供給する。
この制御方法によって、ハンドルを少しずつ回す操作に対する車両の横方向応答の過渡部分を調整することが可能になる。具体的には、応答の速度だけでなく、応答の減衰も調整することができる。車両速度に応じた最終調整によって、二車線変更又は低速運転の実行の有効性及び容易性を最適化することができる。
車両の応答の静的部分及び動的部分は独立調整の主題を構成することができる。閉ループ構造によって、極めて高い精度及び堅牢性を確保することができる。一変形例として、開ループ構造を用いることができる。更に、前輪3及び4のアクチュエータ9の挙動と、後輪5及び6のアクチュエータ19及び20の挙動とを考慮することができる。前記パラメータは車両の最低限の性能、即ち操舵不能な後輪を備える車両の性能に関連しているので、パラメータの調整は迅速且つ直感的なものである。具体的には、1に等しい調整パラメータが車両の挙動を変えないのに対し、1よりも大きい調整パラメータは挙動の俊敏性を高め、且つ更に直接的に変化させ、この逆も正しい。
各速度について、公称舵角設定値α2−staticが次式に従って計算される。
上式中、α2NonSatur=K(1−Tgs)(α1−d)であり(図3参照)、ここでKは0≦K≦1を満たす形状因子であり、この形状因子は勾配sをポイントα1=dに適用することにより計算され、dは後輪舵角がゼロの場合の死角領域である。α2maxは設定値の静的部分の最大値である。
静的な舵角設定値をチェックする場合、モニタリングシステム29は舵角設定値の符号及び絶対値を個別に検証する。
0<Tgs<1の場合、sign(α2−static)=sign(α1) (1)
Tgs>1の場合、sign(α2−static)=−sign(α1) (2)
Tgs=1の場合、α2−static≒0 (3)
従って、これらの三つの関係式の内の一つが満たされない場合、誤差が通知される。
上限:|α2upper bound|=|(1−Tgs)α1|+b1 (4)
下限:|α2lower bound|=|(1−Tgs)α1|+b2 (5)
上式中、b1=−(1−Tgs)*dであり、b2は、下限が上限と平行となり、且つ以下の式で定義される曲線の接線となるように計算される。
|α2−static nominal| (図4参照)
従って、Tgs≠1が成り立つ全ての場合において、モニタリングシステム29は、以下の関係を検証し、
|(1−Tgs)α1|+b2≦|α2−static|≦|(1−Tgs)α1|+b1 (6)
更に、Tgs≒0の場合、モニタリングシステム29は設定値が小さいことを検証する。
α2−static≒0 (7)
通知によって、この方法は、検出が必要な偏差が0.3°を超える場合、実際の運転状況の約95%において良好に作動する。更に、残りの状況は速度が55km/h未満の場合に発生するので危険ではない。
Tgsの代わりに、Tgsの最大値及び最小値と、Tgsの符号が変わる速度とを使用する。
つまり、Tgs>1の場合、モニタリングシステム29は、
0≦|α2−static|≦|(1−Tgsmax)α1| (8)
であることを検証する。
0≦|α2−static|≦|(1−Tgsmin)α1| (9)
であることを検証する。
Tgs≒1の場合、モニタリングシステム29は設定値が小さいことを検証する:
|α2−static|≒0 (10)
この実施形態では、α2の符号を、第1のモードに関して前述したようにチェックする。
本発明によって、低コストの手段を利用して、後輪を操舵するための設定値の安全性を高めることができる。
Claims (10)
- 少なくとも三つの被操舵輪を有する車両の被操舵後輪の舵角の制御をモニタリングする方法であって、
前輪の舵角又はステアリングホイールの舵角と、被操舵後輪の舵角として使用するために、コンピュータによって生成された、被操舵後輪の舵角設定値とを受け取り、
前輪の舵角又はステアリングホイールの舵角の関数であって、被操舵後輪の舵角設定値を返すテンプレートをもとに、受け取った前輪の舵角又はステアリングホイールの舵角から算出した被操舵後輪の舵角設定値と、受け取った被操舵後輪の舵角設定値を比較して、受け取った被操舵後輪の舵角設定値の判定を行なうステップを含み、
前記比較は前記被操舵後輪の舵角設定値を生成するコンピュータによって行なう方法。 - 被操舵後輪の静的舵角設定値をテンプレートと比較する、請求項1記載の方法。
- テンプレートが、被操舵後輪の舵角設定値の下限を表す関数、及び、被操舵後輪の舵角設定値の上限を表す関数を含む、請求項1又は2記載の方法。
- 被操舵後輪の舵角設定値の上限を表す関数は、第1閾値と、第1閾値より大きい第2閾値の2つの閾値を境に異なり、2つの閾値は前輪の舵角又はステアリングホイールの舵角の値を持ち、前記関数は、前輪の舵角又はステアリングホイールの舵角が第1閾値以下ではゼロであり、第1閾値から第2閾値までの間では直線的に増加し、第2閾値以上では一定値を有するように構成される、請求項3記載の方法。
- 第1閾値がゼロである、請求項4記載の方法。
- 第1閾値がゼロよりも大きい、請求項4記載の方法。
- 被操舵後輪の舵角設定値の下限を表す関数がゼロ関数である、請求項3ないし6のいずれか一項に記載の方法。
- 被操舵後輪の舵角設定値の下限を表す関数は、第3閾値と、第3閾値より大きい第4閾値の2つの閾値を境に異なり、2つの閾値は前輪の舵角又はステアリングホイールの舵角の値を持ち、前記関数は、前輪の舵角又はステアリングホイールの舵角が第3閾値以下ではゼロであり、第3閾値から第4閾値までの間では直線的に増加し、第4閾値以上では一定値を有するように構成される、請求項3ないし6のいずれか一項に記載の方法。
- 少なくとも三つの被操舵輪を有する車両(1)の被操舵後輪(5)の舵角制御をモニタリングするシステム(29)であって、
前輪の舵角又はステアリングホイールの舵角と、被操舵後輪の舵角として使用するために、コンピュータによって生成された、被操舵後輪の舵角設定値とを受け取り、前輪の舵角又はステアリングホイールの舵角の関数であって、被操舵後輪の舵角設定値を返すテンプレートをもとに、受け取った前輪の舵角又はステアリングホイールの舵角から算出した被操舵後輪の舵角設定値と、受け取った被操舵後輪の舵角設定値を比較して、受け取った被操舵後輪の舵角設定値の判定を行なう手段を備え、
前記比較が、前記被操舵後輪の舵角設定値を生成するコンピュータによって行なわれることを特徴とするシステム。 - テンプレートが不揮発性メモリに保存される、請求項9記載のシステム。
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