JP2003127806A - ブレーキをかけられた車両の横滑り角および／またはコーナリングフォースの決定方法 - Google Patents

ブレーキをかけられた車両の横滑り角および／またはコーナリングフォースの決定方法

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JP2003127806A
JP2003127806A JP2002241391A JP2002241391A JP2003127806A JP 2003127806 A JP2003127806 A JP 2003127806A JP 2002241391 A JP2002241391 A JP 2002241391A JP 2002241391 A JP2002241391 A JP 2002241391A JP 2003127806 A JP2003127806 A JP 2003127806A
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vehicle
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angle
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Thomas Ehret
エーレット，トマス
Uwe Hartmann
ハルトマン，ウヴェ
Albert Lutz
ルッツ，アルベルト
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ブレーキをかけられた自動車の車輪または車軸
の横滑り角、個々の車輪におけるコーナリングフォース
の推定方法を提案する。 【解決手段】簡単化された車両モデルから出発して、且
つ車両速度ＶRi、かじ取角δ、ヨー速度および主ブレー
キシリンダ圧力ＰHBZまたは車輪ブレーキ圧力Ｐiを測定
変数として使用することにより、求める変数が推定変数
として得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ブレーキをかけら
れた車両の横滑り角および／またはコーナリングフォー
スの決定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ブレーキをかけられた自動車の車輪また
は車軸の横滑り角は自動車の走行運動制御のために重要
な変数である。個々の車輪におけるコーナリングフォー
スについても同様のことがいえる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】両変数とも直接測定ま
たは決定することはきわめて困難である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明はこれらの変数の
推定方法を提案するものであり、この場合推定において
走行運動制御の際に必要でありしたがって測定されると
ころの測定変数が用いられている。
【０００５】
【発明の実施の形態】図１ａおよび１ｂにスケッチで示
した簡単な車両モデルが以後の検討の出発点であり、こ
のモデルにおいてはピッチング、ローリングおよび上下
動は考慮されていない。これらの簡略化により、運動量
の法則および角運動量の法則が次式を与える： 運動量の法則：
【０００６】
【数７】 角運動量の法則：
【０００７】
【数８】 ここで、
【０００８】
【数９】 ここで記号は次の意味を有する。 ｍ ：車両質量 θH ：重心垂直軸周りの慣性モーメント ｇ ：重力加速度 ＶL ：車両縦方向速度 Ｖq ：重心における車両横方向速度 ψ’ ：重心垂直軸周りのヨー速度 Ｆsi ：車輪ｉのコーナリングフォース ＦBi ：車輪ｉの制動力 δ ：かじ取角 Ｎi ：車輪ｉの法線力 １1、１2 ：車軸の重心からの距離 ｄ ：車輪の縦軸からの距離 ｈ ：重心の高さ 法線力Ｎ1、・・・、Ｎ4を一義的に決定するために、数式
（１．３）、（１．５）および（１．６）のほかに他の
関係式が必要であり、この関係式は車両ばね力の考慮に
より得られるものである。小さいばね力Ｘ1、・・・、Ｘ4に
対しては次式が成立する： Ｘ1＋Ｘ4＝Ｘ2＋Ｘ3 （１．７） 車輪懸架装置のばね定数を等しいと仮定すると次式が得
られる： Ｎ1＋Ｎ4＝Ｎ2＋Ｎ3 （１．８） 静的状態においてはかじ取軸の周りのモーメントに対し
次式が成立し、ここで簡単にするためにかじ取軸は図面
平面に対し垂直であると仮定する: ＦS（ｎR＋ｎK）−ＦBｒS−ＣASδE ＝ ０ （２．１） コーナリングフォースおよび制動力はＨＳＲＩタイヤモ
デルにより次のように計算される：
【０００９】
【数１０】 ここで記号は次の意味を有する: ｒs ：かじ取オフセット ｎK ：動的トレール ｎR ：タイヤトレール δ ：かじ取角 δE ：弾性かじ取角 β ：姿勢角 α ：横滑り角 ＶS ：車輪重心の速度 ＣAS ：軸およびかじ取の合成剛性 および
【００１０】
【数１１】 （２．２）および（２．３）から次式が得られる：
【００１１】
【数１２】 Ｃa ：タイヤの横滑り剛性 Ｃλ ：タイヤの縦剛性 λ ：タイヤ滑り μ ：摩擦係数 Ｎ ：法線力 ｔａｎα≒αという近似を用いて（２．４）から次式が
得られ、
【００１２】
【数１３】 または図２ｂの関係 α＝δ−β−δE （２．６） を用いて次式が得られる：
【００１３】
【数１４】 （２．１）および（２．７）から次式が得られる：
【００１４】
【数１５】 ここで、
【００１５】
【数１６】 基本式（２．６）、（２．８）および（２．９）から出
発して、４つの車輪の弾性かじ取角、かじ取角およびコ
ーナリングフォースが次のように得られる:
【００１６】
【数１７】 ここで次の簡略化を用いる：
【００１７】
【数１８】 さらに次のように置き換えることができる：
【００１８】
【数１９】 ここで記号は次の意味を有する: ｌEV ：（ｎR＋ｎK）前軸 ｌEH ：（ｎR＋ｎK）後軸 ＶRi ：車輪速度 ＣAS ：前軸の軸およびかじ取の合成剛性 ｒSV ：前軸のかじ取オフセット ＣA ：後軸の合成軸剛性 ｒSH ：後軸のかじ取オフセット これらの関係式において、車両の縦方向速度ＶL、車両
の横方向速度Ｖqおよび制動力ＦBiがなお決定すべき変
数であり、一方かじ取角δ、ヨー速度ψ’、車輪速度Ｖ
Riは測定変数である。その他のすべては定数である。
【００１９】角運動量の法則を用いると図３により次の
関係式が得られる：
【００２０】
【数２０】 ここで、 ＭBR＝ＣPＰR ｕｎｄ （３．２） および、 θR ：車輪の慣性モーメント ＣP ：制動トルク比 ＰR ：車輪のブレーキシリンダ圧力 ＭBR ：制動トルク Ｒ ：車輪半径 したがって車輪ｉの制動力は次のように得られる:
【００２１】
【数２１】 車輪ブレーキシリンダ圧力は既知の方法で測定された供
給圧力（主ブレーキシリンダ圧力）から油圧モデルとの
組合せで推定するかまたは直接測定することができる。
【００２２】車両縦方向速度は車輪信号および推定車両
減速度から次のように得られる：
【００２３】
【数２２】 数式（２．１８）−（２．２１）を数式（１．２）およ
び（１．４）に代入すると次の関係式が得られる：
【００２４】
【数２３】 ここで、
【００２５】
【数２４】 （２．２６）を（４．１）および（４．２）に代入する
と最終的に次の微分方程式の系が得られる。
【００２６】
【数２５】 ここで
【００２７】
【数２６】 数式（４．３）および（４．４）は簡単な線形の時間変
化車両モデルを示す。
【００２８】状態変数Ｘ1＝ＶqおよびＸ2＝ψ’を導入
しかつＸiK’を次の近似式により置き換えると
【００２９】
【数２７】 Ｔ：走査時間。
【００３０】次の離散的状態モデルが得られる。
【００３１】
【数２８】 ここで、
【００３２】
【数２９】 ψ’は測定されるので、モデル（４．５）は１次に低減
される。
【００３３】次式が成立する：
【００３４】
【数３０】 ここで、
【００３５】
【数３１】 状態ノイズＶKおよび測定ノイズＷKを考慮すると、
（４．６）から推計学的外乱系が得られる：
【００３６】
【数３２】 ここでモデル（４．７）からカルマンフィルタを用いて
推定値
【００３７】
【数３３】 が得られる。このとき推定姿勢角に対しては次式が得ら
れる:
【００３８】
【数３４】 したがって４つの車輪の横滑り角およびコーナリングフ
ォースが数式（２．１４）〜（２．２１）により求める
ことができる。
【００３９】車両の制御装置のために必要とされる前軸
および後軸における平均横滑り角は次式のように得られ
る：
【００４０】
【数３５】 車両の横方向速度
【００４１】
【数３６】 を数式（４．７）からの推定の精度を高める上で、ブレ
ーキをかける前に既に良好な推定値
【００４２】
【数３７】 が存在することは重要である。ブレーキがかけられてな
い場合にはコーナリングフォースは数式（２．２２）−
（２．２５）から計算可能なので、それはまず定数とす
ることができる：ある車軸の車輪の横滑り剛性を等しい
と仮定しかつ前軸の合成横滑り剛性をＣ V0で表しまた後
軸の合成横滑り剛性をＣH0で表すと、ブレーキがかけら
れてない車両に対する微分方程式は数式（４．３）およ
び（４．４）から次のように得られる：
【００４３】
【数３８】 ここで、
【００４４】
【数３９】 このとき前軸および後軸におけるサイドフォースに対し
ては次式が得られる。
【００４５】ＦSV＝ＣRVαV ＦSH＝ＣRHαH ここで
【００４６】
【数４０】 勾配ＣRNはＰＤ制御法則により求められる：
【００４７】
【数４１】 ここで、 ψn’：測定されたヨー速度 ψS’：シミュレートされたヨー速度 ＫP、ＫD：増幅率＞０ 合成横滑り剛性ＣV、ＣHは簡単な車輪懸架モデルを用い
てＣRV、ＣRHから求められる。
【００４８】図１１は「横滑り剛性制御装置」の構造を
示す。図１２は測定された車両横方向速度と「横滑り剛
性制御装置」を用いてシミュレートされた車両横方向速
度との間の比較を示す。
【００４９】しかしながら数式（４．１０）は、横滑り
角がサイドフォース−横滑り角曲線の直線部分において
移動する場合すなわちα≦α0が成立するとき（図８参
照）のみこの車両状態を十分に正確に説明している。
【００５０】横滑り角がサイドフォース−横滑り角曲線
の非線形範囲（α＞α0）にあるときは、実際の車両速
度とシミュレートされた車両速度との間および実際のヨ
ー速度とシミュレートされたヨー速度との間に著しい差
が発生する（図９参照）。
【００５１】ヨー速度は測定されるので、測定されたヨ
ー速度とシミュレートされたヨー速度との間の差はサイ
ドフォース−横滑り角曲線の線形範囲から非線形範囲へ
の移り変わりを示すインジケータとして用いることがで
きる。サイドフォース−横滑り角曲線の線形範囲から飛
び出したことが検知されるやいなや、サイドフォースと
横滑り角との間の関係は近似的に勾配ＣRNを有する直線
によって表される（図１０参照）。
【００５２】ここではまたタイヤの法線力も求めること
ができる。タイヤの法線力は数式（１．３）、（１．
５）、（１．６）および（１．８）から求めることがで
きる。次の式が成立する：
【００５３】
【数４２】 ここで
【００５４】
【数４３】 図４ないし７はある特定の車両における種々の路面上に
おける種々の走行モードの際の測定された横滑り角（α
V）と推定された横滑り角（αV）との間の比較を示す。
個々には次の図に示されている： 図４−凍結路面＋カーブのときの走行 図５−凍結路面＋対象物をよけるときの走行 図６−μスプリットのときの走行 図７−アスファルト＋カーブのときの走行 図１３により本発明の一実施態様を説明する。車輪速度
ＶRiに対してはセンサ１が、車輪シリンダ圧力Ｐiまた
は主ブレーキシリンダ圧力ＰHBZに対してはセンサ２
が、かじ取角δに対してはセンサ３がおよびヨー速度
ψ’に対してはセンサ４が設けられている。
【００５５】ブロック５において測定変数ＶRiおよびＰ
iないしＰHBZを用いて関係式（３．３）により制動力Ｆ
Biが求められまたたとえば関係式（３．４）により車両
縦方向速度
【００５６】
【数４４】 が求められる。端子５ａは変数を求めるために必要な定
数の入力を示すものである。
【００５７】他のブロック６においては測定変数δおよ
びψ’ならびにそこに含まれるカルマンフィルタを用い
て推定変数
【００５８】
【数４５】 （関係式（４．７））が求められる。端子６ａは、図１
１の制御装置がこれを介して変数値
【００５９】
【数４６】 および
【００６０】
【数４７】 を供給することを示すものである。
【００６１】ブロック５および６の出力変数および車輪
速度ＶRiはブロック７に供給され、ブロック７は関係式
（２．２６）により姿勢角βVおよびβHを、（２．２
７）および（２．２８）により車輪滑りλiを、関係式
（２．１０）ないし（２．１３）により弾性かじ取角δ
Eiをおよび最後に横滑り角αiおよび／またはコーナリ
ングフォースＦSiを求めて端子７ａに出力する。ここで
特許出願Ｐ第４０３０７０４．２号（添付Ｉ）の図６お
よびそれに付属の説明をも参照されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】スケッチで示した簡単な車両モデルを示す説明
図である。
【図２】スケッチで示した簡単な車両モデルを示す説明
図である。
【図３】制動トルクＭBR、車両の慣性モーメントθR、
車輪半径Ｒ及び制動力ＦBの関係を示す説明図である。
【図４】測定された横滑り角と推定された横滑り角との
間の比較を示す説明図である。
【図５】測定された横滑り角と推定された横滑り角との
間の比較を示す説明図である。
【図６】測定された横滑り角と推定された横滑り角との
間の比較を示す説明図である。
【図７】測定された横滑り角と推定された横滑り角との
間の比較を示す説明図である。
【図８】サイドフォース−横滑り角曲線を示す図であ
る。
【図９】実際の車両速度とシミュレートされた車両速度
との関係及び実際のヨー角度とシミュレートされたヨー
角度との関係を示す図である。
【図１０】サイドフォース−横滑り角曲線を示す図であ
る。
【図１１】横滑り剛性制御装置の構造を示すブロック図
である。
【図１２】測定された車両横方向速度と図１１に示した
横滑り剛性制御装置を用いてシミュレートされた車両横
方向速度との間の比較を示す図である。
【図１３】本発明の一実施態様を示すブロック図であ
る。
【符号の説明】
ＰRi 車輪ブレーキシリンダ圧力 θR 車輪の慣性モーメント ＣPi 制動トルク比 Ｒ 車輪半径 ＦBi 制動力 ＶRi 車輪速度 ＶL 車両縦方向速度 δ かじ取角 ψ’ ヨー速度 Ｖq 車両横方向速度 ｌ1，ｌ2 車軸の重心からの距離 βV，βH 姿勢角 δE 弾性かじ取角 α1，α2，α3，α4 横滑り角 ＦSi コーナリングフォース
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１４年９月１８日（２００２．９．１
８）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【数１】 ここで、θRは車輪の慣性モーメントであり、ＣPiは制
動トルク比であり、Ｒは車輪半径であり、 前記車輪速度（ＶRi）と車両の減速とから車両縦方向速
度（ＶL）を決定するステップと、 カルマンフィルタを用いて、前記決定されたかじ取角
（δ）の値及びヨー速度（ψ’）の値から、車両横方向
速度（Ｖq）を推定するステップと、 下記等式にしたがって、前記車両横方向速度（Ｖq）の
推定された値
【数２】 から、姿勢角（βv、βH）を推定するステップと、
【数３】 ここで、Ｖはフロントを示し、Ｈはリヤを示しており、
ｌ1及びｌ2は、それぞれ車軸の重心からの距離であり、 前記計算された制動力（ＦBi）から、それぞれの弾性か
じ取角の値（δEi）を決定するステップと、 前記推定された姿勢角の値
【数４】 と、前記それぞれの弾性かじ取角の値（δEi）とを用い
て、下記の関係にしたがって、横すべり角（αi）を決
定するステップと、
【数５】 前記決定された横すべり角（αi）を前記動的な駆動制
御システムに加え、前記車輪に加えられる前記制動圧力
を制御するために前記横すべり角（αi）の値を用いる
ステップとを備えたことを特徴とする方法。
【数６】 と前記かじ取角（δ）とを用いて、前記それぞれの車輪
のコーナリングフォース（Ｆsi）を決定するステップ
と、 前記コーナリングフォース（Ｆsi）を前記動的な駆動制
御システムに加えて、前記車両の制御性をさらに改善す
るステップとを備えたことを特徴とする方法。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハルトマン，ウヴェ ドイツ連邦共和国 デー―7000 シュトゥ ットガルト １，オルガシュトラーセ 79 (72)発明者 ルッツ，アルベルト ドイツ連邦共和国 デー―7142 マルバッ ハ／ネッカー，トゥルペンシュトラーセ ８ Ｆターム(参考） 3D046 BB21 EE01 HH08 HH16 HH25 HH36

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ブレーキがかけられている車両の横滑り
    角（α1，……，α4）およびコーナリングフォース（Ｆ
    Si）の少なくとも一方を決定する決定方法において：車
    輪速度（ＶRi）と、かじ取角（δ）と、ヨー速度ψ’
    と、主ブレーキシリンダ圧力（ＰHBZ）及び車輪ブレー
    キ圧力Ｐiの少なくとも一方とを測定するステップと、 簡単化された車両モデルから出発して、前記測定された
    変数を使用することにより、ブレーキがかけられている
    車両の横滑り角（α1，……，α4）およびコーナリング
    フォース（ＦSi）の少なくとも一方を決定するステップ
    とを備えていることを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の方法において、 さらに、簡単化された車両モデルから出発して、前記測
    定された変数を使用することにより、タイヤ法線力（Ｎ
    i）を決定するステップを備えていることを特徴とする
    方法。
  3. 【請求項３】 動的な駆動制御システムを有する、車輪
    を備えた車両の制御性を増加させるための方法であっ
    て、前記動的な駆動制御システムは、少なくとも、前記
    車輪に加えられるブレーキ圧力を制御するためのもので
    あり、 前記方法は、 それぞれの車輪速度ＶRiと、かじ取角δと、ヨー速度
    ψ’と、それぞれの車輪のブレーキシリンダ圧力ＰRiと
    を決定するステップを備えており、 ここで、ｉ＝１，……４であり、ｉはそれぞれの車輪を
    示しており、 前記車輪のブレーキシリンダ圧力ＰRiから、下記の等式
    にしたがって制動力Ｆ Biを計算するステップを備え、 【数１】 ここで、θRは車輪の慣性モーメントであり、ＣPiは制
    動トルク比であり、Ｒは車輪半径であり、 前記車輪速度ＶRiと車両の減速とから車両縦方向速度Ｖ
    Lを決定するステップと、 カルマンフィルタを用いて、前記決定されたかじ取角δ
    の値及びヨー速度ψ’の値から、車両横方向速度Ｖqを
    推定するステップと、 下記等式にしたがって、前記車両横方向速度Ｖqの推定
    された値 【数２】 から、姿勢角βv及びβHを推定するステップと、 【数３】 ここで、Ｖはフロントを示し、Ｈはリヤを示しており、
    ｌ1及びｌ2は、それぞれ車軸の重心からの距離であり、 前記計算された制動力ＦBiから、それぞれの弾性かじ取
    角の値δEiを決定するステップと、 前記推定された姿勢角の値 【数４】 と、前記それぞれの弾性かじ取角の値δEiとを用いて、
    下記の関係にしたがって、横すべり角αiを決定するス
    テップと、 【数５】 前記決定された横すべり角αiを前記動的な駆動制御シ
    ステムに加え、前記車輪に加えられる前記制動圧力を制
    御するために前記横すべり角αiの値を用いるステップ
    とを備えたことを特徴とする方法。
  4. 【請求項４】 請求項３に記載の方法において、 さらに、追加として車輪ｉの法線力Ｎiを決定するステ
    ップを備えていることを特徴とする方法。
  5. 【請求項５】 請求項３に記載の方法において、 少なくとも、車輪速度ＶRiとかじ取角δとヨー速度ψ’
    とが、測定されることを特徴とする方法。
  6. 【請求項６】 請求項５に記載の方法において、 前記車輪のブレーキシリンダ圧力ＰRiが、測定されるこ
    とを特徴とする方法。
  7. 【請求項７】 請求項５に記載の方法において、 主ブレーキシリンダ圧力が測定され、前記それぞれの車
    輪のブレーキシリンダ圧力ＰRiが、前記測定された主ブ
    レーキシリンダ圧力から決定されることを特徴とする方
    法。
  8. 【請求項８】 請求項３に記載の方法において、 さらに、前記推定された姿勢角の値 【数６】 と前記かじ取角δとを用いて、前記それぞれの車輪のコ
    ーナリングフォースＦsiを決定するステップと、 前記コーナリングフォースＦsiを前記動的な駆動制御シ
    ステムに加えて、前記車両の制御性をさらに改善するス
    テップとを備えたことを特徴とする方法。
  9. 【請求項９】 ブレーキがかけられている車両の横滑り
    角αVおよび／またはコーナリングフォースＦSiの決定
    方法において：簡単化された車両モデルから出発してか
    つ車両速度ＶRi、かじ取角δ、ヨー速度ψ’および主ブ
    レーキシリンダ圧力ＰHBZまたは車輪ブレーキ圧力Ｐiを
    測定変数として使用することにより、求める変数が得ら
    れることを特徴とするブレーキがかけられた車両の横滑
    り角αVおよび／またはコーナリングフォースＦSiの決
    定方法。
  10. 【請求項１０】 さらにタイヤ法線力Ｎiが求められる
    ことを特徴とする請求項９の方法。
JP2002241391A 1990-09-28 2002-08-22 ブレーキをかけられた車両の横滑り角および／またはコーナリングフォースの決定方法 Pending JP2003127806A (ja)

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