JP2003527998A - 自動車の横加速度を求めるための方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明によれば、自動車の横加速度を求めるための方法が提供され、横加速度はホイールセンサおよび荷重センサの信号から計算される。これらのセンサは多くの場合、例えばシャーシ制御のためにすでに自動車に設けられているので、付加的なセンサは必要ない。このようにして求められた横加速度の値は、例えば走行動特性制御器または傾斜防止のための装置のようなさらなる装置で使用される。荷重センサとしては、例えば空気バネにおいて、圧力センサも使用可能であり、この圧力センサは、空気バネの加圧ベローズ内部の圧力を測定し、車重または軸荷重に相応する信号を制御部に送出する。本発明の代替的な実施形態では、操舵角センサを用いて同様に横加速度を求めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 従来の技術 本発明は、請求項１の上位概念による、自動車の横加速度を求めるための方法
に関する。公知の方法では、実質的に横加速度は操舵角および車両速度を利用し
て相応のセンサ、例えばヨーイング速度センサまたは加速度センサの信号から求
められる。同時に、測定されたデータから自動車の重心高が推定される。横加速
度と重心位置の算定は、この場合特に走行動特性の制御および傾斜防止（例えば
走行動特性制御ＦＤＲ、電子的安定プログラムＥＳＰ）に用いられる。しかしな
がら、相応の装置は横加速度を求めるために付加的なセンサを必要とし、多額の
コストがかかり、自動車を乱暴に使用した場合には障害の原因ともなり兼ねない
。これに関して、DE 40 03 746 C2号明細書から、レベル調節のために、空気バ
ネを備えたホイールまたは車軸のバネ伸縮距離を求める装置も公知である。セン
サは車重に依存した信号を送出し、この信号は空気バネのベローズ内の空気圧を
制御するのに使用される。この方法によれば、軸荷重に依存した制動力制御（Ａ
ＬＢ）が可能である。

【０００２】 発明の利点 これに対して、請求項１の特徴部分に記載された特徴を備えた本発明による自
動車の横加速度を求めるための方法は、横加速度および重心高をホイールセンサ
および荷重センサの信号だけから計算するという利点を有している。原則的にさ
らなるセンサは必要とされない。

【０００３】 特に有利には、これらのセンサは、多くの自動車において既に他の機能、例え
ばシャーシの制御、ブレーキ機能等のために設けられている。それゆえ、さらな
るセンサは不要である。というのも、既存の装置の信号を横加速度の計算のため
に使用することができるからである。これにより、コストが節約されるだけでな
く、制御装置の機能の信頼性もより向上する。というのも、付加的なセンサによ
り生じ得るエラー発生源がないからである。

【０００４】 従属請求項において実施される措置により、請求項１に示されている方法の有
利な変更例および改良が可能である。特に有利には、横加速度は簡単な数式に従
って計算することができ、この数式は、自動車の軸荷重、車重、重心高および長
手方向加速度のような既知のパラメータから導出可能である。

【０００５】 カーブ走行時とは対照的に、直進走行時には横加速度は生じないので、この走
行状態に対しては有利には重心高を求めることができる。この値は横加速度を求
めるのに必要とされる。

【０００６】 その上、特に有利には、横加速度を求めるために、ホイール、とりわけ後輪の
荷重センサの信号が使用される。このようにして、ホイールに生じた力の変化に
基づいて、簡単な手法により、自動車が直進走行しているのか、またはカーブ走
行しているのかを判定することができる。というのも、横加速度はカーブ走行時
にしか生じないからである。

【０００７】 定常的なケースでは、横加速度はヨーイング速度から求められる。これは簡単
なセンサによって測定するか、ホイール速度から計算することができる。

【０００８】 さらに有利には、ホイールセンサが送出する速度信号を単純に時間微分するこ
とによって、長手方向加速度を求めることができる。有利には、軸荷重を移動さ
せるモーメントは長手方向加速度から計算される。

【０００９】 空気バネに対して圧力センサを使用すること、またはバネ伸縮距離を測定する
ためにバネ伸縮距離センサを使用することの利点は、これらのセンサは既に今日
の自動車に搭載されており、それゆえその信号を重複して使用することができる
という点である。

【００１０】 有利な解決策は、重心高、とりわけ直進走行時の重心高を長期フィルタリング
を用いて求めることから成る。有利には、長期フィルタリングにより、加速度変
化または路面のショックにより生じ得る短期間のレベル変動がマスキングされる
。

【００１１】 特に有利には、本方法を実現するためにソフトウェアプログラムが使用され、
制御部により相応して処理される。

【００１２】 横加速度を検出するためのさらなるセンサ、例えば回転速度センサまたはヨー
イング速度センサが設けられている場合、これらのセンサは、本発明による方法
によって有利には診断目的でコントロールし、監視することができる。これによ
り、付加的なハードウェアコストなしで、既にあるセンサを簡単にチェックする
ことができるようになる。このことが制御装置内で実現される機能の信頼性をさ
らに高める。

【００１３】 図面 本発明の実施例を図面にて示し、以下の記述においてより詳細に説明する。

【００１４】 図１は、ブロック回路図を示し、 図２は、輸送用車両の側面図および背面図での概略的表示を示し、 図３は、フローチャートを示し、 図４は、動的な軸荷重に対する測定曲線を表すダイアグラムを示し、 図５は、算出された横加速度値を表す比較ダイアグラムを示す。

【００１５】 実施例の説明 図１のブロック回路図には制御部２が示されており、その入力側には、荷重セ
ンサ３、ホイールセンサ４、および代替的にはさらなるセンサ、例えば圧力セン
サ９、バネ伸縮距離センサおよび／または操舵角センサ１０が接続されている。
制御部２の出力側はバルブ５と接続されており、このバルブ５の入力側は相応の
圧力ラインを介して圧力容器６と結合されている。その上、バルブ５の入力側は
、空気バネのベローズ８の圧力ラインと結合されている。バルブ５の出力側には
排気口が設けられている。バルブ５はそれ自体公知のものであり、制御部２によ
る制御に応じて、圧縮空気を圧力容器６からベローズ８内へ通すか、または逆に
ベローズ８内の空気圧を排気口７を介して低減する。その際、ベローズ８内の空
気圧は、例えば圧力センサ９により測定することができる。有利には、横加速度
またはレベル調節に依存して空気圧に影響を与えることができる。

【００１６】 図２には、自動車１の側面図および背面図が示されており、自動車１はトラッ
クとして表示されている。図２には、車線から重心高の高さにある理論的な重心
Ｓが示されている。前輪および後輪、または前部車軸および後部車軸には、車重
に応じて垂直力Ｎが働き、この垂直力Ｎは、走行方向の加速の際に、後部車軸で
は力ΔＮ_Ｘの分だけ減少し、前部車軸では力ΔＮ_Ｘの分だけ増加する。（図２左
側の数式）。軸荷重は、ホイールベースｌ_ｚの考慮のもとで、重心位置に応じて
、前部車軸または後部車軸におけるｌ_ｈとｌ_ｖの比に従って分散する。この場合
、インデックスは、ｈ＝後部、ｖは前部を表し、ｘ、ｙおよびｚは走行方向にお
ける車軸の方向であり、それぞれ走行方向に対して縦方向、横方向および垂直方
向を表す。インデックス０は平均値を表す。

【００１７】 図２の右側部分は、相応の横加速度の時に働く力を示している。車軸のホイー
ルは平均して距離ｅ_ｚだけ離れている。加速度ａ_ｙｚでの左カーブの際には、左
ホイールにはＮ_ｌ−ΔＮ_ｙの垂直力が働き、右ホイールにはＮ_ｒ＋ΔＮ_ｙの垂直
力が働く。この場合、重心Ｓの高さは再びｈ_ｚであると仮定されている。

【００１８】 図３のフローチャートはアルゴリズムを示しており、制御部２は、このアルゴ
リズムにより、以下に説明する条件および仮定のもとで横加速度を求める。ポジ
ション１１では、まずホイール速度または車両速度が測定される。これは有利に
はホイールセンサ４により行われる。ホイールセンサ４は、既に自動車１に設け
られており、例えば速度測定のため、または横滑り防止システムや走行動特性制
御器やこれと同様の車両システムのために必要とされる。制御部はホイール速度
から縦方向の加速度ａ_ｘｚを計算する。さらに、ポジション１３では、横加速度
ａ_ｙｚが計算される。この計算は臨界的でない走行状態に対して行われる。これ
に平行して、直進走行時の重心高を識別する（ポジション１６）加重センサの信
号と、すべての走行状態における横加速度（ポジション１７）が計算される。そ
して、ポジション１４において、求められた値から変数ｋ_ｘおよびｋ_ｙが求めら
れる。これらの変数は、最終的にすべての走行状態における横加速度を計算する
ために必要とされる（ポジション１７）。この計算の基本的な流れを以下の明細
書でより詳細に説明する。

【００１９】 理論的には、軸荷重と横加速度との間には或る関係が成り立つ。この関係から
、図２に示すような力の分散が生じる。軸荷重の分散は、直進走行時とカーブ走
行時の加速度および減速度に依存して常に変化するので、計算された値は相応の
アルゴリズムで処理されなければならない。単純化のために、車両に働く実質的
な力だけを考慮する。それゆえ、図２に従って、後部車軸に対しては垂直力Ｎ

【００２０】

【数２】

【００２１】 長手方向加速度ａ_ｘｚは遠心力Ｆ_ｘｚ，Ｆを生じ、軸荷重の分散は、この遠心
力から生じるモーメントに起因する。図２による軸荷重の分散に基づいて、角運
動量保存則に従った分布が生じる。

【００２２】

【数３】

【００２３】 後部（Ｎ_ｈ）および前部（Ｎ_ｖ）の動的な垂直力は、数式（１）および（２）
によって次のように計算される。

【００２４】

【数４】

【００２５】 同様に、左右のホイールに対して横方向に働く遠心力の影響が計算される。

【００２６】

【数５】

【００２７】 シャーシに依存する係数ｋ_ｚ／ｌによって、車軸システムの右側および左側に
おける軸荷重を例えば牽引車に対して求めることができる（ｖ＝前部、ｈ＝後部
、ｌ＝左、ｒ＝右）。後輪に働く垂直力は、数式（３）および（４）から計算さ
れる。

【００２８】

【数６】

【００２９】 これは次のように明示的に書くことができる。

【００３０】

【数７】

【００３１】 ベローズ圧センサの測定された信号はホイールに働く垂直力Ｎ_ｈｌの像である
。測定信号の静的な成分を除去するオフセットトリミングに従って、センサは垂
直力の差分ΔＮ_ｈｌを測定する。

【００３２】

【数８】

【００３３】 パラメータｋ_ｘ、ｋ_ｙを使用すると、ベローズ圧センサ信号ａｌｂ_ｈｌは次の
ように書き表される。

【００３４】

【数９】

【００３５】 以上のストックから横加速度の計算が行われる。数式（８）において、車両速
度から計算される長手方向加速度ａ_ｘｚとベローズ圧信号ａｌｂ_ｈｌは既知であ
る。パラメータｋ_ｘ、ｋ_ｙはまだ未知である。これらは以下のようにして算定さ
れる。

【００３６】 １）安定した定常的なケースでは、横加速度は数式

【００３７】

【数１０】

【００３８】 を用いてヨーイング速度から計算される。定常性と線形性についての上記仮定の
もとで、パラメータｋ_ｘ、ｋ_ｙは確定的に同定される。

【００３９】 この場合、ヨーイング速度は測定するか、またはホイール速度から計算するこ
とができる（場合によっては、操舵角センサを用いた基準モデルによって）。

【００４０】 ２）パラメータｋ_ｘ、ｋ_ｙは、幾何学的なパラメータとシャーシに依存する量と
から計算されるため、定数ｋ_ｘおよびｋ_ｙはこれら既知の車両変量に基づいて算
定することができる。この解法にはヨーイング速度に関する情報は必要とされな
い。

【００４１】 次に、得られたパラメータ値を数式（８）に代入し、この数式を横加速度につ
いて解くことができる。

【００４２】

【数１１】

【００４３】 要するに、横加速度ａ_ｙｚは数式１０に従って、軸荷重ａｌｂ_ｈｌ、長手方向加
速度ａ_ｘｚならびにパラメータｋ_ｘおよびｋ_ｙから算定することができる。パラ
メータｋ_ｘおよびｋ_ｙは、車重および重心高と共に変化する。重心高ｈ_ｚが未知
の場合、第１の近似において、変えることのできない荷重をもつ定常値を仮定す
るならば、不利なケースにおいて重心高ｈ_ｚ＝貨物部高の２／３と仮定すること
ができる。

【００４４】 パラメータｋ_ｘおよびｋ_ｙの近似計算のために、ホイール回転速度またはヨー
イング速度を考慮してもよい。

【００４５】 重心高を連続して求めるために、本発明の代替的実施例では、付加的に操舵角
センサ１０が使用される。重心高ｈ_ｚは、直進走行時のように横加速度ａ_ｙｚが
０の時に、前記仮定のもとで計算される。したがって、重心高に対しては、

【００４６】

【数１２】

【００４７】 が得られる。この値は、車両が直進走行するまで長期フィルタリングされる。カ
ーブ走行時には、この値は凍結され、数式（９）による横加速度ａ_ｙｚの計算に
使用される。

【００４８】 さらなる代替例では、重心高ｈ_ｚの算定は推定により行うことができ、この場
合、局所的な道路条件と車両速度が考慮される。このようにして、重心高ｈ_ｚに
対する横加速度の計算を行うことができるが、この場合、高速走行時のように道
路への吸着性が良好な時に乱暴な運転をすると車両転倒の危険性があるというこ
とが前提とされている。その一方で低速走行時には、運転の仕方によって横加速
度が高くなることはないということが仮定されている。このケースに対しては、
重心高は相応して推定することができる。

【００４９】 実際の使用において、高速と低速の間の中間領域が臨界的であることが判明し
た。事前設定した速度から離れるとつねに横加速度だけが計算される。この閾値
以下では、その時点で求められた重心高はつねに長期フィルタリングされた値と
比較される。この偏差が所定の閾値を超えると、推定の代わりに、上記方法に従
って横加速度が計算される。

【００５０】 傾斜防止のための装置においてこの方法を使用すると、付加的なセンサが不要
になるという利点が得られる。

【００５１】 図４および５にはダイアグラムが示されており、これらのダイアグラムには関
係が表示されている。ここで図４は荷重センサ３の時間的経過を表すダイアグラ
ムを示している。特別の実施形態では、これは圧力センサ９の信号であり、この
圧力センサ９は、空気バネのベローズ内の圧力関係を描写している。本発明の代
替的な実施形態では、荷重センサ３は、ホイールまたは車軸におけるバネ伸縮距
離からホイール荷重または軸荷重を求めるバネ伸縮距離センサであってもよい。
図４によるダイアグラムのプロフィールは、例えば車軸の左後輪において測定す
ることのできるような軸荷重ａｌｂ_ｈｌを示している。

【００５２】 図５は、横加速度に対するダイアグラム曲線を示しており、この場合、横加速
度ａ_ｙ＿ｒは測定されたものであり、横加速度曲線ａ_{ｙ＿ｒ＿ｉｄｅｎｔ}は数式
（１０）に従って計算されたものである。曲線のプロフィールから、荷重センサ
２とホイールセンサ４のデータに基づいて算出された加速度曲線は、時間的経過
に亘って、測定された曲線ａ_{ｙ＿ｒ＿ｉｄｅｎｔ}とかなり良好に一致することが
分かる。

【００５３】 横加速度の計算は、有利には、既にある制御装置２内に組み込むことのできる
プログラムにより行われる。そして、このプログラムが既にある制御装置２の機
能を引き継ぐ。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ブロック回路図を示す。

【図２】 輸送用車両の側面図および背面図での概略的表示を示す。

【図３】 フローチャートを示す。

【図４】 動的な軸荷重に対する測定曲線を表すダイアグラムを示す。

【図５】 算出された横加速度値を表す比較ダイアグラムを示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3D037 FA21 FA26 3D046 BB25 HH08 HH16 HH22 HH25 KK12

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 自動車（１）の横加速度を求めるための方法であって、少な
   くとも１つのセンサ、有利にはホイールセンサまたは速度センサ（４）が、横加
   速度を求めるための相応の信号を制御部（２）に送出する形式の方法において、 さらに、１つの荷重センサ（３）が設けられており、該荷重センサ（３）は自
   動車（１）のホイールまたは車軸への荷重を検出し、相応の荷重信号を前記制御
   部（２）に送出し、 前記制御部（２）は、自動車の走行状態に依存して、少なくとも前記荷重セン
   サ（３）およびホイールセンサ（４）の信号から所定のアルゴリズムに従って自
   動車（１）の横加速度（ａ_ｙｚ）および／または重心高（ｈ_ｚ）を計算する、こ
   とを特徴とする自動車（１）の横加速度を求めるための方法。
2. 【請求項２】 前記制御部（２）は、以下の数式 【数１】 に従って横加速度（ａ_ｙｚ）を計算し、 ここで、前記ａｌｂ_ｈｌは軸荷重であり、例えば左後輪（ｈｌ）であるホイー
   ルに対して計算され、ｋ_ｘおよびｋ_ｙは自動車（１）の車重および重心高ｈ_ｚに
   依存したパラメータであり、ａ_ｘｚは自動車の長手方向加速度である、請求項１
   記載の方法。
3. 【請求項３】 前記制御部（２）はカーブ走行時の自動車（１）の横加速度
   （ａ_ｙｚ）を求める、請求項１または２記載の方法。
4. 【請求項４】 前記制御部（２）は直進走行時の重心高（ｈ_ｚ）を求める、
   請求項１から３のいずれか１項記載の方法。
5. 【請求項５】 前記制御部（２）は、トラックの後輪における荷重センサ（
   ３）の信号から軸荷重（ａｌｂ）を求める、請求項１から４のいずれか１項記載
   の方法。
6. 【請求項６】 前記制御部（２）はヨーイング速度を用いて横加速度（ａ_{ｙ ｚ} ）を求める、請求項１から５のいずれか１項記載の方法。
7. 【請求項７】 前記制御部（２）は前記ホイールセンサ（４）の信号から長
   手方向加速度（ａ_ｘｚ）を求める、請求項１から６のいずれか１項記載の方法。
8. 【請求項８】 前記荷重センサ（３）は圧力センサであり、空気バネのベロ
   ーズ内の圧力を測定する、請求項１から７のいずれか１項記載の方法。
9. 【請求項９】 前記荷重センサ（３）はバネ伸縮距離センサであり、自動車
   のホイールまたは車軸のバネ伸縮距離から荷重を求める、請求項１から８のいず
   れか１項記載の方法。
10. 【請求項１０】 さらなるセンサとして、１つの操舵角センサ（１０）が設
    けられており、該操舵角センサは、自動車（１）の操舵角を検出し、前記制御部
    （２）に送信する、請求項１から９のいずれか１項記載の方法。
11. 【請求項１１】 前記荷重センサ（３）および／またはホイールセンサ（４
    ）は、傾斜防止またはレベル調節のために設けられた装置の構成要素である、請
    求項１から１０のいずれか１項記載の方法。
12. 【請求項１２】 前記横加速度（ａ_ｘｚ）および／または重心高（ｈ_ｚ）を
    求めるためのアルゴリズムは、ソフトウェアプログラムの形態で構成されている
    、請求項１から１１のいずれか１項記載の方法。