JP5231805B2 - 自動車の横方向転倒の回避方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車の横方向転倒の回避方法および装置に関するものである。

ドイツ特許公開第１０１３５０２０５号から、制御装置を備えた車両の、車両縦方向に伸長する車両軸の周りの転倒危険を検出し且つ排除する方法および装置が既知である。この場合、車両横方向動特性を表わす変数が決定され且つしきい値と比較される。しきい値を超えた場合、安定性制御のために制御装置からアクチュエータに出力可能な、出力信号値のあらゆる可能な組み合わせの数が制限される。

本発明は、自動車の横方向転倒の回避方法において、
有限数の事前定義走行状態が特定され、
車両が現在事前定義走行状態のいずれに存在するかが決定され、この場合、決定される、現在存在する事前定義走行状態は、センサ信号の関数であり、並びに車両が直前に存在した事前定義走行状態の関数であり、
現在存在する事前定義走行状態の関数として、転倒を回避するために少なくとも１つのブレーキ係合が実行される。

これにより、実際の走行動特性状況のみならず、その前歴もまた制御に使用される。したがって、より良好に全体走行状況に適合された制御が可能となる。
本発明の有利な形態は、センサ信号が、少なくとも、ヨー・レート、横方向加速度、かじ取り角、並びに車輪回転速度であることを特徴とする。これらの信号は、走行動特性制御装置内において通常得られる。

本発明の有利な形態は、センサ信号が、さらに、ドライバにより設定された加速ペダル位置およびドライバにより設定されたブレーキ供給圧力を含むことを特徴とする。
本発明の有利な形態は、事前定義走行状態の少なくとも１つにおいて、カーブ走行が存在する場合、カーブ外側前車輪にブレーキがかけられることを特徴とする。

本発明の有利な形態は、事前定義走行状態の少なくとも１つにおいて、少なくとも１つの車輪ブレーキ・シリンダの前充填が行われ、この前充填によっては、まだ顕著なブレーキ作用が与えられないことを特徴とする。これにより、ブレーキのより短い応答時間が可能となる。

本発明の有利な形態は、事前定義状態が有限状態オートマトンの状態を形成することを特徴とする。
さらに、本発明は、自動車の横方向転倒の回避装置において、
有限数の事前定義走行状態が特定され、
走行動特性変数を測定するためのセンサ手段を含み、
車両が現在事前定義走行状態のいずれに存在するかを決定する走行状態決定手段であって、この場合、現在存在する事前定義走行状態を、センサ手段により決定されたセンサ信号の関数として、並びに車両が直前に存在した事前定義走行状態の関数として、決定する走行状態決定手段を含み、
現在存在する事前定義走行状態の関数として、転倒を回避するために、少なくとも１つのブレーキ係合がそれにより実行されるブレーキ手段を含む。

本発明の有利な形態は、装置が、走行動特性制御装置の部分であることを特徴とする。
本発明による方法の有利な形態が本発明による装置の有利な形態としても表わされ且つその逆としても表わされることは明らかである。

本発明は、車両のあらゆる可能な操縦ないしは走行状態が、高動特性走行状況における転倒リスクに関して、その意味において有限数のクラスに分類されることに基づいている。この場合、可能な各走行状態に、正確に１つのクラスが割り当てられている。したがって、車両は、走行状態の関数として、常に正確に１つのクラス内に存在する。さらに、１つのクラスから他のクラスへ、例えばクラスＡからクラスＢへの可能な各移行に対して、移行基準が定義されている。例えば、クラスＡからクラスＢへの移行に対するこの移行基準が満たされているとき、その走行状態がそれまでクラスＡに割り当てられていた車両は、ここでクラスＢに入る。

したがって、本発明により、可能な操縦が適切なクラスに分類されることによって、転倒安定化に対する制御方式が提供され、この場合、各クラスに車両安定化のための係合方式（例えば、適切なブレーキ係合またはエンジン・トルク係合）が割り当てられる。操縦をそれぞれのクラスに割り当てるために、センサとして、走行動特性制御装置内に含まれているセンサのみが使用されることが有利である。これらは、本来、車輪回転速度センサ、横方向加速度センサ、ヨー・レート・センサ、およびかじ取り角センサである。

さらに、センサ信号は、いわゆるハイブリッド有限状態オートマトン内において処理される。ハイブリッド有限状態オートマトンは、離散状態に入ったり、それから離れたり、即ち１つの離散状態から他の離散状態に移行するために、ドライバ入力のみならず車両の走行動特性変数もまた使用する。各離散状態は走行状況の特定の過程を表わす。

離散状態は固有の進入基準を有しているので、ＥＳＰ制御装置（ＥＳＰ＝「電子式安定性プログラム」）において有限状態オートマトンを使用することは、制御装置に「記憶」させることになる。有限状態オートマトンの出力は、離散変数であるのみならず連続変数でもあり、これらの変数は、個々の車輪のブレーキ・トルク制御または車輪滑り制御に利用される。

危険な走行状況を識別するために有限状態オートマトンを利用することは、ＥＳＰ制御装置に対して、どの車輪においてどの程度の強さの係合がなされなければならないかを決定させる。

典型的な操縦は、例えば、次のグループ、
ドライバによる最初のかじ取り過程を含む操縦、例えば、Ｊターン操縦、半径が次第に減少する円形走行即ち釣針操縦、レーン変更、．．．、
例えば、レーン変更における待機レーンへの進入または釣針操縦における最初の保持過程後のかじ取りリセットのような戻しかじ取り過程を有する操縦、
３回以上の方向変更かじ取り過程を有する操縦、
に分類可能である。

各かじ取り過程、およびかじ取り過程の個々の時期すらも、典型的なドライバの係合（特に、ハンドルを介して）および典型的な車両応答により表わされる。したがって、各動的ハンドル操作は複数の過程に分類可能であり、これらの過程は特定の順序で列記される。できるだけ最適な車両安定化および／または転倒回避を達成するために、制御装置により、これらの各過程に対して、適切な係合方式および係合強さが提供されなければならない。その実現のために、ハイブリッド有限状態オートマトンが適している。

図１に全体装置が示されている。１００により示されているドライバは、かじ取り角、加速ペダル位置、およびブレーキ圧力のような変数を設定し、これらの変数は、車両安定化装置１０１に与えられる。車両安定化装置１０１は、
転倒回避のために働く制御部分１０２と、
量産品の走行動特性制御装置１０３と、
を含む。

制御部分１０２の状態変数および出力変数は、離散部分および連続部分から構成され、入力変数は純粋に連続的な性質を有している。離散動特性Ｄおよび連続動特性Ｃは適切なインタフェースを介して結合されている。

車両安定化装置１０１は、信号１０４を車輪ブレーキに、また信号１０５を車両１０７のエンジン制御装置に伝送する。この結果として、また対応するドライバの設定の結果として、車両１０７は、走行状態１０６をとり、センサにより測定された、例えばヨー・レートまたは横方向加速度のような信号は、制御装置１０３のＥＳＰ部分にフィードバックされる。

制御部分１０２の可能なグラフ図が図２に示されている。ここで、状態１、２、．．．ｎ（それぞれシステム変数のベクトルｘ_Ｄ１、ｘ_Ｄ２、．．．、ｘ_Ｄｎにより表わされる）は、高動特性ハンドル操作の間における異なる過程、即ち離散クラスを表わす。可能な分類は、例えば、次のクラスを与える。

状態１＝基本状態：転倒安定化は必要がない。
状態２＝前充填状態：ドライバによる強いかじ取り過程への最初の車両応答に基づき、次の安定化係合の準備が行われる。

状態３＝保持状態：ドライバの設定に対する車両応答により設定された高い横方向加速度は制限される。
状態４＝かじ取りリセット状態：ドライバのかじ取りリセットは確かに横方向加速度をリセットさせるが、同時に、逆向きの符号を有する横方向加速度の強い成長が予想され、前の係合が徐々に終了され且つ次の安定化係合が準備される。

状態５＝逆はずみ状態：ドライバの設定により新たに設定された高い横方向加速度（状態３に対して逆向きの符号を有する）が制限される。
ブレーキの応答時間を短縮するために、状態２および状態４において、車輪の車輪ブレーキに低いレベルの準備圧力が形成され、この車輪において短時間に転倒安定化のための係合が期待される。

変数ｔ_ｉｊは、状態ｉから状態ｊへの移行のための条件を表わす。移行ｔ_ｉｊは、例えば、１つまたは複数の連続変数が対応の限界値を超えたときに行われる。例えば、かじ取り角の強い（ドライバにより操作される）増大および実際ヨー・レートと目標ヨー・レートとの間の差の変化後に、基本状態から前充填状態への移行が行われる。それに続いて横方向加速度がさらに増大することは、一般に、車両を過制御に導き、これにより前充填状態から保持状態へ移行させる。保持状態の間に、アルゴリズムにより、横方向加速度がさらに本質的に転倒危険限界値を下回るように変化したかどうかがモニタリングされる。これが否定の場合、基本状態に戻されても、または、特定の車輪滑り制御により、車両の強い不足制御が回避される（係合のきわめて速い遮断により横方向加速度の新たな増大を開始させることがない）ように配慮されてもよい。しかしながら、保持状態の間にドライバの強い逆かじ取り運動が特定されたとき、かじ取りリセット状態への移行が行われ、このかじ取りリセット状態において、車両の逆方向運動への移行に適合されて特定の制御方法が使用される。

車両運動から次の高い横方向加速度が推測される場合、これは逆はずみ状態への移行を導き、この逆はずみ状態に、同様に、横方向加速度を制限するための適切な係合が割り当てられている。

ハイブリッド有限状態オートマトンの離散出力信号ｙ_Ｄｉは、車両安定化装置の、転倒回避のためには働かない他の部分の調節のために利用されてもよい。これは、例えば、転倒危険状況の場合における、予めドライバにより非作動とされたヨー・レート制御装置の作動化であってもよい。

図２において、ｘ_ｃ ^［ｉ］（ｔ）は、離散状態ｉの関数として、ブレーキ滑り／ブレーキ・トルク制御方式の、時間の関数としての連続変数のベクトルを表わす。ここで、ｉは、対（ｘ_Ｄｉ、ｘ_ｃ ^［ｉ］（ｔ））により表わされている状態の番号を示す。

ｕ_ｃは有限状態オートマトンに対する連続入力信号を表わし、ｕ_ｃは、ドライバにより設定されたかじ取り角、横方向加速度、ヨー・レート、縦方向速度、横滑り角、またはこれらから誘導された、例えばアッカーマンの関係により計算された横方向加速度の目標値のような変数である。

ｙ_ｃは、例えば、カーブ外側車輪の目標ブレーキ・トルクまたは目標ブレーキ滑りのような連続出力信号を表わす。レーン変更操縦における強い逆かじ取り過程に対して、カーブ内側車輪に対して、予測ブレーキ・トルク制御、例えば車輪ブレーキ・シリンダの前充填もまた開始される。

例えば、スラローム走行のような他の走行状況を区別するために、上記有限状態オートマトンは上記状態１−５以外に簡単に拡大可能である。
上記の拡大により、ＥＳＰ装置は、転倒危険状況において、ドライバの希望に対してのみならず車両特性に対しても適合されて、さらにより正確に応答可能である。

図３において、横軸に時間ｔが目盛られ、縦軸に幾つかの関連変数の値が目盛られている。ここでは、ＮＨＴＳＡ（ＮＨＴＳＡ＝「国内ハイウェイ交通安全局」）により定義された「釣針操縦」が行われた。ここで、数字は次のことを表わす。
１＝かじ取り角の時間線図
２＝測定横方向加速度
３＝測定実際ヨー・レート
４＝目標ヨー・レート
５＝左前車輪におけるブレーキ・トルク
６＝右前車輪におけるブレーキ・トルク
７＝左前車輪におけるブレーキ滑り
８＝右前車輪におけるブレーキ滑り。

Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４およびＺ５は、既に定義された状態、即ち状態１（基本状態）−状態５（逆はずみ状態）を表わす。
図４に本発明による方法のフローが示されている。ブロック４００においてスタートしたのち、ブロック４０１において、事前定義走行状態が決定され、ないしは記憶媒体から読み取られ、ないしは提供される。それに続いて、ブロック４０２において、センサ信号が読み取られ、ブロック４０３において、センサ信号並びに前の走行状態に基づき、実際走行状態Ｚｉが決定される。ブロック４０４において、決定された実際走行状態に対する応答として、例えばブレーキ係合が行われる。このブレーキ係合により、実際走行動特性変数、したがってセンサ信号が変化するので、ブロック４０２へのフィードバックが行われてセンサ信号が新たに読み取られる。

本発明による装置の構成が図５に示されている。ここで、ブロック５０１は、走行動特性変数を測定するためのセンサ手段を表わす。ブロック５０２は、走行状態決定手段を含み、走行状態決定手段により、車両が現在事前定義走行状態のいずれに存在するかが決定され、この場合、決定される、現在存在する事前定義走行状態は、センサ手段５０１により決定されたセンサ信号の関数であり、並びに車両が直前に存在した事前定義走行状態の関数である。ブロック５０３は、アクチュエータ手段ないしはブレーキ手段を含み、これらにより、現在存在する事前定義走行状態の関数として、転倒を回避するために、少なくとも１つのブレーキ係合が実行される。

図１は本発明の構成を示す。 図２は有限状態オートマトンの２つの状態の原理的グラフ図並びに状態の移行を示す。 図３は高動特性操縦における関連変数の時間線図を示す。 図４は本発明による方法のフローを示す。 図５は本発明による装置の構成を示す。

Claims (7)

1. 車両の可能な走行状態を示す事前定義走行状態（Ｚ１，．．．，Ｚ５）が有限数のクラスに分類され、各事前定義走行状態が転倒リスクに関して１つのクラスに割り当てられ、車両は、走行状態に応じて、割り当てられたクラスに属するとともに、事前定義移行基準にしたがって、１つのクラスから他のクラスへ移行すること、
   事前定義走行状態の少なくとも１つにおいて、少なくとも１つの車輪ブレーキ・シリンダの前充填が行われ、この前充填によっては、まだ適用可能なブレーキ作用が与えられないこと、
   車両が、現時点で事前定義走行状態（Ｚ１，．．．，Ｚ５）のいずれのクラスに属するかが決定されること（４０１）、
   決定されたクラスに属する事前定義走行状態（Ｚ１，．．．，Ｚ５）が、現時点で測定された実際の走行動特性変数を表わすセンサ信号（４０２）と、車両が直前のクラスに属した事前定義走行状態において測定された走行動特性変数を表わすセンサ信号（４０２）とによって決定されること、および
   決定されたクラスに属する事前定義走行状態の関数として、転倒を回避するために少なくとも１つのブレーキ係合（４０４）が実行されること、
   を含む自動車の横方向転倒の回避方法。
2. 前記センサ信号が、ヨー・レート、横方向加速度、かじ取り角、および車輪回転速度の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１の方法。
3. 前記センサ信号が、さらに、ドライバにより設定された加速ペダル位置、およびドライバにより設定されたブレーキ供給圧力を含むことを特徴とする請求項１の方法。
4. 事前定義走行状態の少なくとも１つにおいて、車両がカーブ走行する場合、カーブ外側の前車輪にブレーキがかけられることを特徴とする請求項１の方法。
5. 事前定義走行状態が、有限状態オートマトンの状態を形成することを特徴とする請求項１の方法。
6. 車両の可能な走行状態を示す事前定義走行状態（Ｚ１，．．．，Ｚ５）を有限数のクラスに分類する手段であって、各事前定義走行状態が転倒リスクに関して１つのクラスに割り当てられ、車両は、走行状態に応じて、割り当てられたクラスに属するとともに、事前定義移行基準にしたがって、１つのクラスから他のクラスへ移行すること、
   事前定義走行状態の少なくとも１つにおいて、少なくとも１つの車輪ブレーキ・シリンダの前充填を行う手段であって、この前充填によっては、まだ適用可能なブレーキ作用が与えられないこと、
   走行動特性変数を測定するためのセンサ手段（５０１）、
   車両が、現時点で事前定義走行状態（Ｚ１，．．．，Ｚ５）のいずれのクラスに属するかを決定する手段（５０２）であって、決定されたクラスに属する事前定義走行状態（Ｚ１，．．．，Ｚ５）が、現時点で測定された実際の走行動特性変数を表わすセンサ信号（４０２）と、車両が直前のクラスに属した事前定義走行状態において測定された走行動特性変数を表わすセンサ信号（４０２）とによって決定されること、および
   決定されたクラスに属する事前定義走行状態の関数として、転倒を回避するために少なくとも１つのブレーキ係合（４０４）を実行するブレーキ手段（５０３）、
   を含むことからなる自動車の横方向転倒の回避装置。
7. 走行動特性制御装置の部分であることを特徴とする請求項６の装置。

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