JP2005289347A - 車両の横加速度を評価する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 車両の危険な横加速度値をできるだけ早期に評価する方法を提示する。
【解決手段】 横加速度の評価される値は、特に危険な走行状態にある車両の転覆を防止するために役立つ。予想される横加速度は、計算又は表によりかじ取り角及び車両速度から前もって求められる。これにより測定された横加速度に対する時間的優位が得られ、安定性制御装置又は転覆防止装置による車両の早期の制動にこの時間的優位を利用することができる。
【選択図】 図２

Description

発明の詳細な説明

本発明は、請求項１の上位概念に記載の、車両の横加速度を評価する方法に関する。

現代の路面車両特に実用車は、ますます電子制動システム（ＥＢＳ）を備えるようになっている。これらの電子制動システムでは、制動ペダルからＥＢＳ電子装置への信号伝送は、電気接続導線を介して行われる。制動シリンダへの圧力媒体の供給は、前に接続される電磁弁を介して行われる。これらの電磁弁により、制動圧力を上昇し、保持し、又は低下することができる。電磁弁は、ＥＢＳ電子装置により電気的に制御される。

従来の機械的制動システムと比較して、ＥＢＳでは、運転者には関係なく、車両の制動機に制動媒体を供給し、それにより車両を制動することが可能である。この可能性は、ＥＢＳにまとめることができる種々のシステムにより利用することができる。このようなシステムは、例えば車間距離制御装置（適応巡行制御装置、ＡＣＣ）、ロック防止システム（ＡＢＳ）発進滑り制御装置（ＡＳＲ）、安定性制御装置（電子安定性制御装置、ＥＳＣ）、又は転覆防止装置（転覆安定性制御装置、ＲＳＣ）である。

最後にあげた転覆防止装置は、安定性制御装置にまとめることができ、困難な走行状態において車両を転覆から守る役割を持っている。このような状態は、例えば曲がり道の速やかな通過又は追い越しの際における速やかな車線変更である。転覆防止装置により、運転者は信号装置により早期に警告され、必要な場合車両はすべて又は個々の車輪制動機への圧力供給により更に減速され、それにより安定化される。

車両の転覆を防止する公知の方法（ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９５８２２１号明細書）では、危険横加速度又は限界加速度がそれぞれの車両について求められる。その場合走行中に現在の横加速度が、横加速度センサによるか又は車両速度センサの値から常に求められ、限界横加速度と比較される。限界加速度の約７５％に達すると、運転者が警告され、場合によっては更に走行速度が、自動的な機関絞り又は自動的な制動によって減少される。

ドイツ連邦共和国特許第４２４０５５７号明細書から、かじ取り角センサ、速度センサ及び横加速度センサを持つ車両用安全システムが公知である。車両速度及び横加速度の測定値により、表から安全範囲及び危険範囲が定義される。車両が安全範囲から危険範囲へ達する場合、車両の速度減少装置が駆動される。

公知の方法のために測定されて利用される横加速度は、速度センサ及びかじ取り角センサの値から得られて同時に計算される横加速度により検査される。検査に成功した後に始めて、表により、危険範囲への移行が行われているか否かが確認される。これが確認された場合、運転者への警告又は制動介入が行われる。

上述した転覆防止システムにとって重要なことは、できるだけ早期に介入し、従って車両を減速することである。これは、車両の始まる転覆をなお防止できるための前提条件である。換言すれば、横加速度の起こり得る危険値がＥＳＣ電子装置にできるだけ早期に存在して、処理されねばならない。

本発明の基礎になっている課題は、車両特に実用車の横加速度量を取得する方法を提示し、この方法により車両の危険横加速度値をできるだけ早期に検知することである。

この課題は請求項１に示されている発明によって解決される。従属請求項は有利な展開を含んでいる。

高い車両速度及び運転者による動的かじ取り運動の際、転覆の危険のある横加速度が非常に速く形成される可能性がある。その場合ＲＳＣ機能（転覆安定性制御）は、転覆の危険がもはや存在しないように、制動により車両速度を減少するため僅かな時間しか持っていない。従って本発明によって提案されるように、現在の実際の横加速度ではなく、多分現われるであろう横加速度を考慮すると、これは、有利な時間的利得を意味する。従ってＲＳＣ機能は、車両速度を減少する時間を一層多く利用する。

走行試験においてわかったように、本発明によれば、かじ取り角及び車両速度の値から、車両の予想される横加速度が求められ、この横加速度は、車両に設けられる加速度センサで測定される実際の横加速度に先行している。このことは、実用車特にトラクタ−トレーラにおいて普通であるように、横加速度センサが比較的大きく後方に即ち積み荷重心の範囲に設けられている時に、特に当てはまる。例えば横加速度センサは、ドイツ連邦共和国特許第１９９５８２２１号明細書の方法では、後車軸の直前に設けられている。

本発明による方法によって、車両の切迫した転覆への車両安定性システムの反応にとって決定的な数１００ミリ秒の時間的優位が得られる。従って本発明による方法によって動作する安定性制御装置（ＥＳＣ）は、車両の危険加速度が実際に存在する（横加速度センサの測定値）まで待つのではなくて、運転者のかじ取り運動に直接反応し、これにより（別の量を使用して）切迫した高すぎる横加速度を予報する。ＥＳＣの制動介入のためのこのような存在する時間的利得により。多くの場合車両を転覆からなお防止することができる。

図面により本発明を以下に詳細に説明する。

図１は、ちょうど左旋回中のトラクタ−セミトレーラを平面図で概略的に示している。ここでトラクタは符号１を付けられ、セミトレーラは符号２を付けられている。トラクタ１の重心は、矢印３の方向に速度ｖｇで動いている。セミトレーラ２の重心は、矢印４の方向に速度ｖａで動いている。

矢印３，４はトラクタ及びセミトレーラの重心からそれぞれ始まり、両方の車両部分の縦軸線とは一致していない。その結果図示した車両は曲線走行中である。

トラクタ１の横滑り角、即ちトラクタの縦軸線からの実際運動方向の偏角は−βｚである。セミトレーラ２の横滑り角は−βａである。ここで負の符号は、車両が左旋回していることを意味している。

トラクタ１のかじ取り角はδで示されている。この角は、トラクタの前輪が直進位置から偏向している角である。

トラクタ１とセミトレーラ２との間の屈曲角はψｋである。

トラクタ１の重心の走行半径ＲＳｚｍ（Ｓｚｍはセミトレーラ用トラクタ）であり、セミトレーラ２の重心の走行半径はＲＡｕｆｌである。セミトレーラの走行半径はトラクタの走行半径より当然小さい。

トラクタ１及びセミトレーラ２の実際の横加速度を測定するため、トラクタの横加速度ａｑＳｚｍの測定用の第１の横加速度センサ５、及びセミトレーラの横加速度ａｑＡｕｆｌの測定用の第２の横加速度センサ６が設けられている。両方の横加速度センサはそれぞれの車両部分のほぼ重心の所にある。

実際の車両では、大抵の場合費用の理由から、セミトレーラの加速度センサは省略される。

ｖｘ及びｖｙで、トラクタの重心における車両速度が示されている。ここで値ｖｘはトラクタの縦方向に当てはまり、値ｖｙは横方向に当てはまる。

図１に示した車両運動の量は、トラクタに組込まれた電子安定性制御装置（ＥＳＣ）において、完全に又は一部使用される（図示せず）。横加速度センサ５の測定値に加えて、通常のＥＳＣは一般に、車輪の回転数、トラクタのかじ取り角センサ及び片揺れ速度センサの測定値用のセンサも使用する。これらのセンサは図１には示されてないが、当業者には公知である。

車輪センサの値から、当業者に周知のように、両方の車両部分の加速度値を計算できるので、車両縦加速度用の別個のセンサは必要でない。

前記の運動量は、ＥＳＣ内でソフトウエアに従って、内部車両モデルの記述のために使用される。これによりＥＳＣには、例えば横滑りする車両が今どんな走行状態にあるかが常に分かっている。ＥＳＣの適当な論理回路を介して、個別車輪制動により、車両を再び安定化させるように、公知のように試みることができる。

本発明によれば、上記の運動量の部分から、車両の予想される横加速度ａｑ＿を前もって求めることができる。このため少なくともかじ取り角及び車両速度の量が利用される。予測は、本発明によれば、次の式により有利に行うことができる。
ａｑ＿ｅｒｗａｒｔｅｔ＝δｘＶｚ／（ＥＧｘＶｚ＋ＲａｄｓｔＳｚｍ／Ｖｚ）
ここで δ ＝車両のかじ取り角、
Ｖｚ＝トラクタの重心速度、
ＥＧ＝車両の自己かじ取り挙動、
ＲａｄｓｔＳｚｍ＝トラクタの軸間距離

試験走行においてわかったように、車両特にトラクタの慣性のため、設定されるかじ取り角により車両速度に関連して実際に予想される横加速度はすぐには現われない。動的にかじ取りされるほど、予想される横加速度の発生と測定される横加速度との時間差が大きくなる。

既に述べたように、時間差は数１００ミリ秒とすることができる。この時間利得は、多くの動的走行操作において、車両を転覆から守るただ１つの可能性を与える。

これは特にトラクタ−セミトレーラに当てはまる。なぜならば通常存在するセンサ装置では、トラクタ及びセミトレーラの重心の高さについて精確な情報を与えることは不可能だからである。この情報は積み荷に応じて変化することがある。高い重心の場合本発明によれば、ＥＳＣの制御開始閾値への到達と転覆に至る車両の横加速度への到達との時間間隔は、非常に僅かなことがある。

上記の式に含まれる量は次のようにして求められる。

トラクタのかじ取り角は、普通のかじ取り角センサで測定される。

トラクタの重心速度はその車輪速度から計算され、その際かじ取り角が付加的に考慮される。

車両の自己かじ取り挙動は、ＥＳＣの電子装置により教え込まれる。この基礎は、車両の片揺れ速度に対する公知の式である。
Ψ＝δ／（ＥＧｘＶｚ＋ＲａｄｓｔＳｚｍ／Ｖｚ）
であり、ここで
Ψ ＝ＥＳＣの片揺れ速度センサで測定される片揺れ速度、
δ ＝かじ取り角、
ＥＧ＝自己かじ取り挙動、
Ｖｚ＝車両速度、
ＲａｄｓｔＳｚｍ＝トラクタの軸間距離。

トラクタの軸間距離は既知であり、ＥＳＣ電子装置へパラメータ化される。

上記の式をＥＧに従って書き換えると、求める自己かじ取り挙動が得られる。車両にとって典型的なこの値の教え込みは、規定された境界条件内で、特定の速度、特定の横加速度及び安定な走行において行われる。

横加速度の本発明による予報は、通っている道路の摩擦係数がこの横加速度を許容する時にのみ、精確に妥当する。従ってかじ取り運動中にセンサ５により測定されるトラクタの実際の横加速度の推移が好都合に評価されて、前もって計算された横加速度の修正のため一緒に使用される。前もって計算された横加速度に基いて開始されるＲＳＣ制動動作が、測定される横加速度のため不必要があるか又は強すぎることがわかると、これが取り消されるか又は減少される。

更にＥＳＣ制御装置内の車両モデルの現在の状態も、有利に監視のため一緒に利用することができる。例えば車両の不安定性が存在し、即ち車両がアンダステアリング又はオーバステアリングになる状態が存在すると、計算されるか又は予想される横加速度が、道路の小さすぎる摩擦係数のため、多分確立されないことがある。この場合予想される横加速度のソフトウエアによる修正が小さい値の方向へ前もって行われる。

横加速度センサの測定値又はＥＳＣ内の車両モデルの状態による上述したもっともらしさの検査は、常に背後において行われる。もっともらしさの検査のため、かじ取り角センサ及びＥＳＣにおいて普通の片揺れ速度センサの測定値も利用される。

図２には、一定速度におけるトラクタの車線変更操作の際のかじ取り角δ及び（測定されまた予想される横加速度ａｑの推移が、時間に関して示されている。

走行操作の始めに、すべての値はほぼ零であり、即ち車両は道路の右車線上で直進走行している。約２秒後運転者は、左への車線変更を開始し、約４秒後前輪が最大に旋回される（最大かじ取り角δ）。

この時点に計算された予想される横加速度ａｑ＿ｅｒｗａｒｔｅｔも最大値を持っている。これに反し車両の実際に測定された横加速度ａｑ＿ｇｅｍの最大値は、約２００ミリ秒だけずれ即ち遅れている。予想される横加速度は実際にも現われたので、滑らかな道路のため車両の不安定性は存在しない。

予想される横加速度ａｑ＿ｅｒｗａｒｔｅｔへ車両の自己かじ取り挙動ＥＧが一緒に流入する。この量は、ＥＳＣのＥＣＵによりほぼ精確に学習される。それにより不精確さが、予想される横加速度へ直接波及効果を及ぼす。これは、図２においてａｑ＿ｅｒｗａｒｔｅｔの値が測定される値ａｑ＿ｇｅｍより大きい理由である。

約４．５秒後、かじ取り角δが再び零へ戻されている。これは、車両が今や左の車線にあることを意味する。運転者は続いて車両を直ちに再び右の車線へ戻すようにかじ取りする。約５秒後、かじ取り角δは右の方向の最大値へ達している。この場合計算されるか又は予想される横加速度は、約１００ミリ秒だけ、かじ取り角δに対して遅れている。測定された実際の横加速度は、更に１００ミリ秒だけ遅れている。従ってＲＳＣの介入のため１００ミリ秒の時間利得が得られる。

約７秒後、すべての３つの値が再び零であり、即ち車両は再び道路の右側を直進走行している。

図２からわかるように、上述したように、車両の計算されるか又は予想される横加速度により、ＥＳＣの万一の制動反応に対してかなりの時間利得が得られる。これにより運転者及び車両に対して著しい安全性利得が得られる。

その代わりに、表を使用しても予想される横加速度を有利に前もって求めることができる。この表は走行試験において求められ、かじ取り角及び車両速度のすべての値対に対して、予想される横加速度の適当に測定される値を含んでいる。その場合この値も同様に実際の横加速度に先行し、上述したようにＥＳＣ又はＲＳＣにおいて有利に使用することができる。

実用車例えばトラクタ−セミトレーラの概略平面図を示す。 一定の車両速度で車線変更の際におけるかじ取り角、測定された横加速度及び予想される横加速度の推移を示す。

符号の説明

１ トラクタ
２ セミトレーラ
ＥＳＣ 安定性制御装置
ＲＳＣ 転覆防止装置
ａｑ＿ｅｒｗａｒｔｅｔ 予想される横加速度
ａｑ＿ｇｅｍ 測定された横加速度

Claims (7)

1. 特にトラクタ−セミトレーラにおいて電子安定性制御装置（ＥＳＣ）又は危険な走行状態にある車両の転覆を防止する転覆防止装置（ＲＳＣ）内で使用するため、車両の横加速度を評価する方法であって、危険横加速度に達すると、運転者への警告及び／又は車両の自動速度減少が行われ、かじ取り角に相当する少なくとも１つの量、及び車両速度に相当する量が求められるものにおいて、車両の予想される横加速度（ａｑ＿ｅｒｗａｒｔｅｔ）が、かじ取り角及び車両速度に相当する少なくとも１つの量から計算により前もって求められ、測定された横加速度の代わりに、安定性制御装置（ＥＳＣ）又は転覆防止装置（ＲＳＣ）において使用されることを特徴とする、方法。
2. 車両速度に相当する量として、トラクタの重心速度が使用されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 予想される横加速度を求めるため、車両の軸間距離及び／又は自己かじ取り挙動が付加的に考慮されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 車両の測定された横加速度の推移が、かじ取り運転中に付加的に評価された予想される横加速度の修正に利用されることを特徴とする、請求項１〜３の１つに記載の方法。
5. 場合によっては車両に存在する安定性制御装置（ＥＳＣ）の信号が、車両の不安定性に関して、予想される横加速度を計算するために付加的に考慮されることを特徴とする、請求項１〜４の１つに記載の方法。
6. 予想される横加速度が、次の式
   ａｑ＿ｅｒｗａｒｔｅｔ＝δｘＶｚ／（ＥＧｘＶｚ＋ＲａｄｓｔＳｚｍ／Ｖｚ）
   ここで δ ＝かじ取り角
   ＥＧ＝車両の自己かじ取り挙動
   Ｖｚ＝トラクタの重心速度
   ＲａｄｓｔＳｚｍ＝トラクタの軸間距離
   により計算されることを特徴とする、請求項１〜４の１つに記載の方法。
7. 特にトラクタ−セミトレーラにおいて電子安定性制御装置（ＥＳＣ）又は危険な走行状態にある車両の転覆を防止する転覆防止装置（ＲＳＣ）内で使用するため、車両の横加速度を評価する方法であって、危険横加速度に達すると、運転者への警告及び／又は車両の自動速度減少が行われ、かじ取り角に相当する少なくとも１つの量、及び車両速度に相当する量が求められるものにおいて、車両の予想される横加速度が、走行試験において求められてかじ取り角及び車両速度の値の対に対してそれぞれ対応する横加速度を含む表から取られることを特徴とする方法。

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