JPH03502561A - 後輪においても操舵される車両用能動後軸運動機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 車両のプロセス計算機制御される能動後軸運動機構本発明は、西独国特許公開第 ３６２４４５７号公報にほぼ相応する、車両のプロセス計算機により制御される 能動後軸運動機構から出発している。すなわち本発明はまた、とりわけ前輪の操 舵に依存した、後輪の自動制御装置に関している。

公知の後軸運動機構では、プロセス計算機は非常に複雑な、すなわち反復、従っ てその上にしばしば不正確な、解くべき微分方程式に従って動作する。

プロセス計算機における計算コストを著しく低減しかつその結果としてこのプロ セス計算機のメモリ所要容量も低減することができ、か・つ非常に短い計算時間 にも拘わらず正確な解を可能にするという本発明の課題は、請求項Ｉに記載の構 成によって解決される。

この場合プロセス計算機が従来通り反復方法に従って動作する場合、プロセス計 算機は、後で説明するように、本発明による２変換を用いて、プロセス計算機が その後、微分方程式に相応する差分方程式に従ってのみ動作するように、プログ ラム変換することができる。

更に、例えば制御の簡便さまたは極端な状態における信頼性を一層改善するため に、本来与えられている微分方程式は、請求項１１ｃおいて前提となっているも のよりずっと複雑であっで構わない。すなわち例えばそれぞれの後軸ないし後輪 操舵回動角度も一緒に考慮することができる。同様、請求項１の上位概念に記載 された係数およびそこに挙げられている２つの“定数”の複雑な依存性−例えば 速度依存性−を−緒に考慮することができる。

すなわちプロセス計算機の新しい動作法は、２．３の数学的な基礎に基づき正確 に立入るとき、初めてよりよく理解される。

プロセス計算機は例えば、操舵角位置、操舵角速度および車両速度に基づいて、 後軸に対する調整部材を次のアルゴリズムに応じて、すなわち微分方程式に従っ て制御するという課題を有している：Ｔ　１−Ａｈ（ｔ）＋δｈ（Ｌ）−ＰＨＡ ・（δｖ（Ｔ）＋ＴＤ−Ａｖ（Ｔ））ただしδｈ　−後軸操舵角 ８よびａＶ　　−前軸操舵角、その際以下’ａ　”　’ｅ　”ｄｅｌｔａ″と表 し、“Ｊ”を“ｄｄｅｌｔａ”（および“Δ”を“Ｄｅｌｔａ”）と表す。

この場合、転舵係数Ｐ　ＨＡ　（Ｍｉｔｅｎｋｆａｃｔｏｒ）　、補正時定数Ｔ 　Ｄ　（Ｌｌｒｈａｌｔｅｚｅｉｔｋｏｎｓｔａｎｔ）および遅延時定数ＴＩ、 更に速度に依存したパラメータは、特性曲線または所定の特徴的な個別値として メモリに記憶された相応の表によって（個別値の間は必要に応じて補間すること もでさる）表わすことができる。本発明のプロセス計算機はその上に、特性曲線 の変更がこれらの表（Ｔ　ａ　ｂ　、ｌ＋　Ｔ　ａ　ｂ　！　Ｉ　Ｔ　＆　ｂ　 ｓ　）の記憶された値を後からの変更によって可能であるようにすることができ る。速度に関連してＰＨＡ表に対して例えば１００の値が記憶され、速度に関連 してＴＤ表および７１表に対して例えばそれぞれ１０の値が記憶されている。こ れら値開のステップ幅はＰＨＡ表では２．５　Ａｃｌ／　ｈであり、ＴＤ表およ び７１表では例えばそれぞれ２５勉／ｈである。補間されない場合には、ステッ プ幅内において例えば低い方の値が有効である。

計算はそれ自体、例えば次の式に従って行われる：ｄｓｌｔａｈｍＤｅｌｔａ　 ｔ　・（−１／ＴＪ　・ｄｅｌｔａｈ（ｔ−Ｄｅｌｔａ　ｔ）＋１／丁ビＰＨＡ 　　（ｄｓｌｔａｖ（ｔ）＋ｄｄｅｌｔａｖ（ｔ）−ＴＤ））＋ｄｅｌｔａｈ（ ｔ−Ｄｅｌｔａ　ｔ） が、これは反復近似方法を表している。

本発明は、求められた解を用いて後軸ないし後輪の角度を制御するために、上記 の微分方程式を反復近似方法を用いて繁雑に、例えば上記の近似方法に従って、 高い時間コストをかけて解く必要を回避することができる。更に本発明は、近似 解に代わって正確な解を迅速に求めるので、本発明は、後輪を迅速かつ正確に操 舵する。

本発明は解を、反復近似方法に従って微分方程式から直接求めない。問題の後輪 運動機構は時間的に連続した系ではなくて、標本化される、時間離散系であるの で、微分方程式はむしろまず、差分方程式に変換されている。このためにまず、 微分方程式からＺ変換を用いて同じ作用をするフィルタの所属の２伝達関数が求 められ、その際この２伝達関数は１つまたは複数の特徴的な極位置および零位置 を含んでいる。それからプロセッサが本発明により処理しなければならない差分 方程式が求められる。すなわちこの方程式によってプロセッサは本発明によりプ ログラミングすることができる。従ってこの差分方程式は（標本化定理を維持し ていればいつでも）本来の微分方程式に相応しかついわば、計算に対して差分方 程式が利用されるのにも拘わらず、微分方程式の解を導き出すデジタルフィルタ を表している。従ってこのフィルタは、標本化される系に対して正確な解を導き 出す特性を有している。

このための具体的な例：上述の後軸運動機構の場合、いわば正準形において、す なわち最小数の記憶素子によって実現することができる１次の巡回形フィルタが 扱われている。必要なフィルタ特性、ないしプロセス計算機によって処理すべき アルゴリズムは、標本化される系の場合に対して微分方程式を解くための本発明 の、迅速な変形の次のような導出から明らかである（この場合標本化周期Ｔは例 えばＩＯ＋ｏｓ；例えば専門誌 ０ｐｐｅｎｈｅｉ＋ｏ／５ｃｈａｆｅｒ：Ｄｉｇｉｔａｌ　　Ｓｉｇｎａｌ　　 ＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇｓＥ−ｎｇｌｅｖ″ｏｏｄ　Ｃ１１ｆｆｓ　１９７５、並 びにＲａｂｉｎｅｒ／Ｇｏｌｄ：丁ｈｅｏｒｙ　　ａｎｄ　　Ａｐｐｌｉｃａｔ ｉｏｎ　　ｏｆ　　ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌ　　ＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇｓＥ ｎｇｌｅｖｏｏｄ　　Ｃ１１ｆｆｓ　　１９７５が参考になる）。

微分方程式から導出された差分方程式によって表されるデジタルフィルタの出発 状態が計算される。

微分方程式はまず、一般式 Ａ−ｙ’　　（ｔ）＋ｙ（ｔ）−Ｂ　　［ｘ（ｔ）十Ｃｘ’　　（ｔ）］ｔ；だ しＡ　：　＝Ｔ　ｌ　　　ｙ　：　−ｄｅｌｔａｈ（後軸）Ｂ　：　＝ＰＨＡ　 　ｘ　：　−ｄｅｌｔａｖ（前軸）Ｃ：繍ＴＤ に書き換えることができる。時間離散により、ｔ−ｋ・ＴおよびＴ−標本期間を 有する次の差分方程式％式％ ）］ Ｚ変換によって Ａ　　　　　　　　　　　　ＢＣ −［Ｙ（ｚ）−Ｙ（ｚ）ｚ−１］＋Ｙ（ｚ）−ａＢ−Ｘ（ｚ）＋［Ｘ（ｚ）−Ｘ （ｚ）ｚ−１］Ｔ丁 が得られる。

それから次の２伝達関数が生じる： かつこの場合個別には次の式が成り立つ：ただし零位置：　ｚｓ−１／　（１＋ Ｔ／ＴＤ）および極位置：　ｚｏ＊＝１／　（１＋Ｔ／ＴＩ）従って安定した系 に関する。その理由はＴＩ＞０（極は単一回路内にある）であるからである。

従ってデジタルフィルタを用いた差分方程式の解はに相応し、 個別には次の式が成り立つ： ■、すなわち車両速度の関数としてのＰＨＡ、ＴＩ、ＴＤを用いて、次の差分方 程式が得られる：Ｄｅ　Ｉ　ｔａｈ（ｋ）　−Ｔａｂｌ　（ｖ）　・Ｄｅ　Ｉ　 ｔａｈ（ｋ−１）　＋　ｔａｈ２（ｖ）　・Ｄｅ　ｌ　ｔａｖ（ｋ）　＋　ｔ≠ ■R（ｖ）　・Ｄｅ　Ｉ　ｔａｖ（ｋ−１）それ故に微分方程式から導出された 差分方程式を解くために、長くかかる、不正確でしかない結果を導き出す反復計 算方法に代わって、サイクル／標本周期当たり３回の乗算と２回の加算しか必要 でない。従ってプロセス計算機のこの作動により次の利点が得られる一近似では なく正確な解 −９ない計算演算（除算なしり 一少ない記憶演算 −例えば安定性、数量化等に関するデジタルフィルタの公知の特性の利用 一固定点算術における容易な実現、これによる計算および記憶演算の一層の低減 、および −コードおよびデータないし表に対する所要記憶容量の著しい低減；例えば後軸 運動機構の作動を、反復近似による微分方程式の直接解を用いｔ；その作動に比 べて劣化することなしに、表Ｔａ　ｂ＋（ｖ）、Ｔａ　ｂｚ（ｖ）　、Ｔａ　ｂ ３（Ｖ）に対する所要記憶容量が半減されるか半減可能となることが多い。

この導出例は更に、プロセス計算機を、差分方程式に従って選定されているデジ タルフィルタとしても表すこともできることを示しており１、その際上記の利点 は維持される。

手続補正書 １、事件の表示 ＰＣＴ／ＤＥ　　８８１００６１３ ２、発明の名称 ３、補正をする者 事件との関係　特詐出願人 名　称　　シーメンス・アクチェンゲゼルシャフト５、補正により増加する請求 項の数　　１６、補正の対象 明細書および請求の範囲並びに発明の名称７、補正の内容 別紙のとおり 、−”−“　　イ： ／、−ア′−Ｈ−’　　　　　　　　Ｊ￥’ｙ明　　　細　　　書 後輪においても操舵される車両用 能動後軸運動機構 本発明は、西独国特許公開第３６２４４５７号公報から公知の、請求項１の上位 概念に記載の、後輪においても操舵される車両用能動後軸運動機構に関している 。

公知の後軸運動機構では、後軸操舵角の計算のために微分方程式がプロセス計算 機を用いて解かれる。この種の微分方程式はデジタル方式、即ち非アナログ方式 を用いて通例反復方法によって解くことができる。その際、解が一計算の開始時 にはまだわからない一層の反復ステップ後漸く十分に正確に解かれるという問題 が生じる。即ち迅速に反応しなければならない状況においては計算機はもはや適 時に結果を見つけられないか乃至どのくらいの反復ステップが実施できたかに応 じて著しく不正確な解を予期しなければならない。

自動車においてこのことはまさに危険な状況において突然操舵されるとき、問題 を惹き起こすおそれがある。また、微分方程式の反復的な解はプロセス計算機に 対して比較的大きな所要記憶容量を要求する。

本発明の課題は、 一非常に短い計算時間にも拘らず正確な解を可能にすること、並びに 一プロセス計算機における計算コストおよびその結果としてこのプロセス計算機 の所要記憶容量を低減できるようにすること である。

この課題は、請求項１に記載の構成によって解決される。

この場合プロセス計算機が従来通り反復方法に従って動作する場合、プロセス計 算機は、後で説明するように、本発明による２変換を用いて、プロセス計算機が その後、微分方程式に相応する差分方程式に従ってのみ動作するように、プログ ラム変換することができる。

それでも、例えば制御の簡便さまたは極端な状態における信頼性を一層改善する ために、本来与えられている微分方程式は基本的に、複雑であって構わず、例え ば−微分方程式において通例そうであることが多いように一比較的高次の項およ び多数のパラメータも含んでいてよい。それにも拘らず本発明により結果は非常 に迅速かつ正確に求めることができる。すなわち例えばそれぞれの後軸ないし後 輪操舵角も一緒に考慮することができる。同様、請求項１の上位概念に記載され た係数およびそこに挙げられている２つの“定数”の複雑な依存性−例えば速度 依存性−を−緒に考慮することができる。

プロセス計算機の新しい動作法は、数学的な基礎に立入るとき、よりよく理解さ れる。

プロセス計算機は例えば、操舵角位置、操舵角速度および車両速度に基づいて、 後軸に対する調整部材を次のアルゴリズムに応じて、すなわち微分方程式に従っ て制御するという課題を有している： Ｔ　ｌ　・Ａｈ（ｔ）＋δｈ（ｔ）　−ＰＨＡ　−（δｖ（Ｔ）＋ＴＤ−ａｖ（ Ｔ））ただしδｈ　＝後軸操舵角 およびδ９　＝前軸操舵角、その際以下“δ“を“ｄｅｌｔａ”と表し、“ｋ” を“ｄｄｅｌｔａ″（および“Δ″を“Ｄｅｌｔａ”）と表す。

この場合、転舵係数Ｐ　ＨＡ　（Ｍｉｔｌｅｎｋｆａｃｔｏｒ）、補正時定数Ｔ 　Ｄ　（Ｖｏｒｈａｌｔｅｚｅｉｔｋｏｎｓｔａｎｔｅ）および遅延時定数Ｔ１ 、更に速度に依存したパラメータおよびそのようなものとして、例えば特性曲線 または所定の特徴的な個別値としてメモリに記憶された相応の表によって（個別 値の間は必要の際は補間することもできる）表わすことができる。

本発明のプロセス計算機はその上に、特性曲線の変更がこれらの表（Ｔ　ａ　ｂ 　、＋　Ｔ　ａ　ｂ　！　Ｉ　Ｔ　ａ　ｂ　ｓ）の記憶された値を後からの変更 によって可能であるようにすることができる。速度に関連してＰＨＡ表に対して 例えば１００の値が記憶され、速度に関連してＴＤ表およびＴＩ表に対して例え ばそれぞれｌＯの値が記憶されている。これら値開のステップ幅はＰＨＡ表では ２．５ｈ／ｈであり、ＴＤ表および１１表では例えばそれぞれ２５ｂ／ｈである 。補間されない場合には、ステップ幅内において例えば低い方の値が有効である 。

計算はそれ自体、例えば次の式に従って行うことができる： ｄｅｌｔａｈ＝Ｄｅｌｔａ　ｔ　・（−１／ＴＩ　・ｄｅｌｔａｈ（ｔ−Ｄｅｌ ｔａ　ｔ）＋１／Ｔｌ−ＰＨＡ　（ｄｅｌｔａｖ（ｔ）＋ｄｄｅｌｔａｖ（ｔ） 　・ＴＤ））＋ｄｅｌｔａｈ（ｔ−Ｄｅｌｔａ　ｔ） が、これは反復近似方法を表している。

本発明は、求められた解を用いて後軸ないし後輪の角度を制御するために、上記 の微分方程式を反復近似方法を用いて繁雑に、例えば上記の近似方法に従って、 高い時間コストをかけて解く必要を回避することができる。更に本発明は、近似 解に代わって正確な解を迅速に求めるので、そのために本発明は、後輪を迅速か つ正確に操舵する。

本発明は解を、反復近似方法に従って微分方程式から直接求めない。問題の後軸 運動機構は時間的に連続した系ではなくて、標本化される、時間離散系であるの で、微分方程式はむしろまず、差分方程式に変換されている。このためにまず、 微分方程式から２変換を用いて同じ作用をするフィルタの所属の２伝達関数が求 められ、その際このＺ伝達関数は１つまたは複数の特徴的な極位置および零位置 を含んでいる。それからプロセッサが本発明により処理しなければならない差分 方程式が求められる。すなわちこの方程式によってプロセッサは本発明によりプ ログラミングすることができる。従ってこの差分方程式は（標本化定理を維持し ていればいつでも）本来の微分方程式に相応しかついわば、計算に対して差分方 程式が利用されるのにも拘わらず、微分方程式の解を導き出すデジタルフィルタ を表している。従ってこのフィルタは、標本化される系に対して正確な解を導き 出す特性を有している。

このための具体的な例：上述の後軸運動機構の場合、いわば正準形において、す なわち最小数の記憶素子によって実現することができる１次の巡回形フィルタが 扱われている。必要なフィルタ特性、ないしプロセス計算機によって処理すべき アルゴリズムは、標本化される系の場合に対して微分方程式を解くだめの本発明 の、迅速な変形の次のような導出から明らかである（この場合標本化周期Ｔは例 えば１０ｍ５；例えば専門誌Ｏｐｐｅｎｈｅｉｍ／５ｃｈａｆｅｒ：Ｄｉｇｉｔ ａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ。

Ｅｎｇｌｅｗｏｏｄ　Ｃ１１ｆｆｓ　１９７５、並びにＲａｂｉｎｅｒ／Ｇｏｌ ｄ：Ｔｈｅｏｒｙ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｄｉｇｉ−ａｌ Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃ’ｅｓｓｉｎｇ。

Ｅｎｇｌｅｗｏｏｄ　Ｃ１１ｆｆｓ　１９７５が参考になる）。

微分方程式から導出された差分方程式によって表されるデジタルフィルタの出発 状態が計算される。

微分方程式はまず、一般式 Ａ−ｙ’（ｔ）＋ｙ（ｔ）−Ｂ　　［ｘ（ｔ）十Ｃｘ’（ｔ）］ただしＡ　＝　 ＝Ｔ　１　　　ｙ　：　−ｄｅｌｔａｈ（後軸）Ｂ　ニーＰＨＡ　　ｘ　：　＝ ｄｅｌｔａ　　（前軸）■ Ｃ：　　−ＴＤ に書き換えることができる。時間離散により、ｔ・ＴおよびＴ＝標本周期を有す る次の差分方程式Ｚ変換によって が得られる。

それから次の２伝達関数が生じる： かつこの場合個別には次の式が成り立つ：ただし零位置：　ｚｏ−１／　（１＋ Ｔ／ＴＤ）および極位置：　ＺＯＯ＝　１／　（１＋Ｔ／Ｔ　Ｉ）従って安定し た系に関する。その理由はＴＩ）０（極は単一回路内にある）であるからである 。

従ってデジタルフィルタを用いた差分方程式の解は に相応し、 個別には次の式が成り立つ： ｖｌすなわち車両速度の関数としてのＰＨＡ。

ＴＩ、ＴＤを用いて、次の差分方程式が得られるＤｅ　ｌ　ｔａｂ（ｋ）−Ｔａ ｂｘ　（ｖ）・Ｄｅ　１ｔａｈ（ｋ−１）＋　Ｔａｂ２（ｖ）・Ｄｅ　１ｔａｖ （ｋ）＋　Ｔａｂ３（ｖ）Ｄｅｌｔａｖ（ｋ−１）ただし それ故に微分方程式から導出された差分方程式を解くために、長くかかる、不正 確でしかない結果を導き出す反復計算方法に代わって、サイクル／標本周期当た り３回の乗算と２回の加算しか必要でない。従ってプロセス計算機のこの作動に より次の利点が得られるニ ー近似ではなく正確な解 一層ない計算演算（除算なしり 一層ない記憶演算 −例えば安定性、数量化等に関するデジタルフィルタの公知の特性の利用 一固定点算術における容易な実現、これによる計算および記憶演算の一層の低減 、および−コードおよびデータないし表に対する所要記憶容量の著しい低減；例 えば後軸運動機構の作動を、反復近似による微分方程式の直接解を用いたその作 動に比べて劣化することなしに、表Ｔａ　ｂ、（ｖ）、Ｔａ　ｂ、（ｖ）　、Ｔ ａ　ｂ、（ｖ）に対する所要記憶容量が半減されるか半減可能となることが多い 。

この導出例は更に、プロセス計算機を、差分方程式に従って選定されているデジ タルフィルタとしても表すこともできることを示しており、その際上記の利点は 維持される。

請　　求　　の　　範　　囲 １、　１つまたは複数の後輪操舵角が電子制御される調　部　によって１つまた は複数の後輪操舵に対する目標値ないし該目標値がら　出可能である目標値に従 って設定され、その際前記目標値ないし後輪操舵角は少なくとも その都度の前軸操舵角および／またはそこから導出可能な値匹」弦】二仝」ｉＪ 譚値よ場合により速度に依存する、補正時定数、場合により速度に依存する、遅 延時定数および場合により速度Ｉこ依存する、転舵係数１記後軸操舵角に対する 目標値を求めるために、差分方程式に従って設計されているデジタルフィルタが 設けられており、その際該差分方程式は標本化定理が維持されて操舵運動機構に 対する微分方程式に相応することを特徴とすｌヱ動後軸運動機構。

Ｌ　デジタルフィルタは相応にプログラミングさ２記載の後軸運動機構。

別個が表としてメモリに記憶されている請求項１から３までのいずれか１項記載 の後軸運動機構。

国際調査報告 国際調査報告 ＤＥ　８８００６１３ Ｓ＾　２４４９４

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．後輪の自動制御のためのプロセス計算機が少なくとも その都度の前軸操舵角および／またはそこから導出可能な値、 場合により速度に依存する、補正時定数、場合により速度に依存する、遅延時定 数および場合により速度に依存する、転舵係数を考慮する、電子制御される制御 ユニットを用いて後輪においても操舵される車両のプロセス計算機制御される能 動後輪連動機構において、 前記プロセス計算機は、少なくとも前記角度に相関している、標本値から取り出 されるパラメータを、差分方程式のみに従ってーすなわち反復的に解くべき微分 方程式によるのではなくー処理しかつこれにより得られた、後軸ないし後輪操舵 角に対する目標値、および／または該目標値から導出される自標値を前記制御ユ ニットに送出することを特徴とするプロセス計算機制御される能動後軸運動機構 。
2. ２．プロセス計算機はその都度の後軸操舵角も考慮する請求項１記載の後軸運動 機構。
3. ３．補正時定数、遅延時定数および／または転舵係数に対して非直線的に時間に 依存している個別値が表としてメモリに記憶されている請求項１または２記載の 後軸運動機構。