JP2008535712A - 静的タイヤ・データを利用した車両安定性制御 - Google Patents

静的タイヤ・データを利用した車両安定性制御 Download PDF

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Abstract

車両の安定性を制御するシステムおよび方法は、電子制御ユニット（１４）によって受信される静的タイヤ・データに少なくとも部分的に基づいて車両安定性制御サブシステム（１６、１８、２０、２１）を制御する電子制御システム（１２）を含む。

Description

本発明は、一般に、電子安定性制御システムに関し、より詳細には、静的タイヤ・パラメータの使用によって電子安定性制御システムの性能を改善することに関する。
本出願は、その開示が参照により本明細書に組み込まれる、２００５年２月２２日に出願された米国仮出願第６０／６５５，０４７号の利益を主張する。
車両タイヤは全てが同じわけではない。車両タイヤは、多くの異なる径、幅、外形で分類される。車両タイヤは、アラミド線維またはスチール強化ベルト、異なる側壁厚の使用などで構造が変化し、それにより、タイヤに負荷が課されると、異なるタイヤは様々に応答する。車両性能は、車両に装着されるタイヤのタイプによって影響を受ける。車両について、適切な構造および性能のタイヤが確実に取り付けられるために、タイヤ上に識別マーキングを付けることが知られている。たとえば、タイヤは、「Ｐ２１５／６５ Ｒ１５ ８９Ｈ」のようなマーキングを付けられてもよい。「Ｐ」は、タイヤが乗用車用であることを指示する。「２１５」は、側壁から側壁までのタイヤ幅（ミリメートル単位）を指示する。「６５」は、タイヤ側壁測定値とタイヤ高さの偏平率を指示する。したがって、「６５」は、比が６５％に等しいことを指示する。「Ｒ」は、タイヤ構造のタイプを指示し、この場合、タイヤは、ラジアル・タイヤである。「１５」は、ホイール径またはホイール・リムの測定値を指示する。このタイヤは、１５インチ・リムに適合するようになっている。「８９Ｈ」は、負荷指数および速度記号を指示する。そのため、「８９Ｈ」は、負荷指数から、適切に膨張したときに、タイヤが安全に運ぶことができる重量を引いた値を表す。「Ｈ」は、速度記号である。「Ｈ」は、タイヤが、最高１３０ＭＰＨ（マイル／時間）の速度について定格が決められていることを指示する。速度記号の他の例は、Ｑ＝１００ＭＰＨ、Ｓ＝１１２ＭＰＨ、Ｕ＝１２４ＭＰＨ、Ｈ＝１３０ＭＰＨ、Ｚ＝１４９ＭＰＨ以上である。タイヤに関する他の情報は、タイヤ構造、ＵＴＱＧ(Uniform Tire Quality Grading)および最大低温空気圧および負荷(maximum cold inflation pressure and load)である。
さらに、ＴＲＥＡＤ法(United States Transportation, Recall, Enhancement, Accountability and Documentation Act)に従ってタイヤ追跡のための無線周波数識別（ＲＦＩＤ）タグを各タイヤに設けることが一製造業者によって提案された。ＲＦＩＤは、データを記憶し、そのデータを、デバイスによって呼ばれたＲＦＩＤタグまたはトランスポンダから遠隔で取り出すことができる、電子識別法である。ＲＦＩＤタグは、ＲＦＩＤタグが、ＲＦＩＤ送受信機からの無線周波数クエリを受信し、それに応答することを可能にする、シリコン・チップおよびアンテナを含む。受動タグは、内部電力源を必要とせず、一方、能動タグは、電力源を必要とする。
製造中にタイヤを識別し追跡するための、タイヤ上のＲＦＩＤタグを使用すると、ＴＲＥＡＤ法のための配信は、特定のタイヤを識別するデータを取得するために、タイヤが静止している間にＲＦＩＤとの通信を必要とすることになる。
先に示したように、タイヤは全てが同じわけではない。車両を購入するとき、顧客は、通常、車両と共に注文することができるホイールおよび関連するタイヤの選択ができ、それぞれの異なる選択は、通常、車両の取扱いに、ある程度の影響を及ぼす。たとえば、スポーツ多目的車（ＳＵＶ）[Sport Utility Vehicle]では、径の差がかなり大きなタイヤが、購入者にとって入手可能である。ある購入者は、オフ・ロードで運転するときの、車高すなわち最低地上高(ground clearance)を改善するために大きな径のタイヤを選択する場合がある。別の購入者は、小さな径を有するタイヤを選択する場合があり、車両にとって低い重心およびよりよい安定性がもたらされる。
車両の種々のコンポーネントの動作を制御し、取扱いを改善するために、加速度、ヨー・レート(yaw rate)、ピッチ・レート(pitch rate)、ロール・レート(roll rate)、操舵角、車両制動アクション、車両ドライブ・トレイン動作などのような、車両運動の動的特性を測定する種々のセンサからの情報を利用する種々の電子安定性制御システムが知られている。電子安定性制御システムによって制御されてもよいコンポーネントの例は、車両サスペンション・システムに結合したアクチュエータ、エンジン／パワートレイン、操舵アクチュエータ、および車両ブレーキである。これらのシステムは、通常、基準タイヤ設計を中心に過去に設計されており、製造業者は、基準タイヤ設計の一定の限度内で、所定の性能を有する一定のタイヤの使用を指定することになり、それにより、工場指定のオプション・タイヤのどれが顧客によって選択されても、車両の安定性が許容可能な標準(norm)内に入ることになる。
発明の要約
本発明は、車両の種々のコンポーネントの動作を制御し、取扱いを改善するために、加速度、ヨー・レート、ピッチ・レート、ロール・レート、操舵角、車両制動アクション、車両ドライブ・トレイン動作などのような、車両の運動の動的特性を測定する種々のセンサからの情報を利用する改良型電子安定性制御システムに関する。電子安定性制御システムによって制御されてもよいコンポーネントの例は、車両サスペンション・システムに結合したアクチュエータ、エンジン／パワートレイン、操舵アクチュエータ、および車両ブレーキである。
本発明の一実施形態によれば、静的タイヤ回転半径およびコーナリング・スティフネスなどの、タイヤの一定の静的特性に関するデータは、タイヤに関連するデータ・タグ内に符号化される。一実施形態では、このデータは、送受信機を通して、電子制御ユニットに送信され、車両の種々のコンポーネントの動作を制御するときに、電子安定性制御システムの応答を変更するのに利用され、取扱いのさらなる改善をもたらす。そのため、電子安定性制御システムは、車両に取り付けられる特定のタイヤに対して安定性制御動作を適応させ、また、過去に行われたように基準タイヤ設計にだけ基づいて制御しないように設計される。さらに、タイヤが送受信機と共に使用するためのデータ・タグを備える場合に、アフターマーケットで入手可能な広い範囲のタイヤから、顧客が、製造業者によって指定されたタイヤ以外のタイヤを購入しても、データ・タグからのデータが、電子安定性制御システムの電子制御ユニットに送信されてしまうと、電子安定性制御システムは、車両コンポーネントの制御を適応させて、（制御のこうした適応が無い、同じタイヤを用いた車両の動作と比較して）改善された安定性を提供することができる。
本発明の種々の目的および利点は、添付図面に照らして読むと、好ましい実施形態の以下の詳細な説明から、当業者に明らかになるであろう。
ここで図面を参照すると、電子安定性制御システム１２を有する車両１０が図１に示される。電子安定性制御システム１２は、電子制御ユニット１４を含む。電子安定性制御システム１２は、複数の車両安定性制御サブシステムも含む。複数の車両安定性制御サブシステムは、動作中に車両の安定性に影響を及ぼす車両のコンポーネントを含む。図１に示すように、複数の車両安定性制御サブシステムは、車両制動システム１６、車両サスペンション・システム１８、車両パワートレイン・システム２０、および車両操舵システム２１を含む。しかし、複数の車両安定性制御サブシステムは、いずれの特定の車両システムを含む必要はなく、実際には、車両の安定性を制御するための適した車両システムであってよいことが理解されなければならない。複数の車両安定性制御サブシステムに含まれる個々の車両システムは、たとえば、電子安定性制御システム１２がその中に含まれる特定の車両１０の用途に基づいて選択されてもよい。
車両制動システム１６は、車両１０の関連するホイール２５を制動するための、電子ブレーキ・コントローラ２２および複数のホイール・ブレーキ２４を含む。
車両サスペンション・システム１８は、車両１０がその上を進行する地形のでこぼこによって課されるか、または、車両１０の他の部分の移動によって課される負荷から車両１０の所定部分を隔離するための、電子サスペンション・コントローラ２６および複数のサスペンション・アクチュエータ２８を含む。ロール・バーまたは他のサスペンション・アクチュエータ２８を含む車両サスペンション・システムの一部のコンポーネントの状態は、車両の安定性(electrorheological fluid)を改善するために変更され、ショック・アブソーバなどのアイテムにおいて流体の流れ特性を変更するため、空気圧サスペンション・バッグの空気圧を変動させるため、電気粘性流体を含むサスペンション・コンポーネントに供給される電界を変更するため、または、さらに、車両タイヤの空気圧を変動させるために、弁または他のコンポーネントの動作が変更される。
車両パワートレイン・システム２０は、トランスミッション・コントローラ３０および車両１０のエンジン３４に接続された電力伝達ユニット３２を含む。電力伝達ユニット３２は、車両１０のホイール２５に電力を伝え、車両１０のホイール２５間で電力を分配する。
車両操舵システム２１は、前操舵アクチュエータ３６および後操舵アクチュエータ３７を制御する操舵コントローラ３５を含む。前操舵アクチュエータ３６は、車両１０の主要部分に対して前ホイール２５の角度を制御し、後操舵アクチュエータ３７は、車両１０の主要部分に対して後ホイール２５の角度を制御する。
電子安定性制御システム１２の電子制御ユニット１４は、車両安定性制御サブシステム（複数可）が、車両安定性を改善するように働くようにさせるために、１つまたは複数の車両安定性制御サブシステムに対して１つまたは複数の出力信号を生成する。
ＩＤタグ３９を有するそれぞれのタイヤ３８は、各ホイール２５上に搭載される。それぞれのタイヤ３８の静的特性に関するデータを含むＩＤタグ３９。たとえば、ＩＤタグ３９に含まれるデータは、製造業者識別番号、製造業者モデル番号、製造業者通し番号、静的回転半径、タイヤ・サイズ、関連車両タイプ、側壁−側壁幅、偏平率、構造のタイプ、関連ホイール径、荷重指数、速度記号、コーナリング・スティフネス、ホイール慣性特性、または、それぞれのタイヤ３８の静的特性に関する任意の他の情報を含んでもよい。好ましくは、ＩＤタグ３９は、ＲＦＩＤタグであり、能動か受動のいずれかのＲＦＩＤタグであってよい。
電子制御ユニット１４は、静的タイヤ・データを受信するために、ＩＤタグ３９と通信するように結合される。電子制御ユニット１４は、電子制御ユニット１４によって受信される、ＩＤタグ３９からの静的タイヤ・データに少なくとも部分的に基づいて複数の車両安定性制御サブシステムを制御するようにプログラムされる。
電子安定性制御システム１２は、種々の車両状態を検出するように構成された複数のセンサ４０を含む。たとえば、センサ４０は、操舵ホイール角、車両ヨー・レート、車両速度、個々のホイールの速度、横方向車両加速度、および縦方向車両加速度を検出してもよい。道路内の障害物の位置または他の車両の位置さえも、車両レーダのような高度なセンサ４０によって検出されてもよい（たとえば、障害物または他の車両を回避するように車両を操作するという予想される必要性に基づいて車両安定性制御サブシステムの制御を変更することが望ましい場合がある）。
電子制御ユニット１４は、特定のセンサ４０によって検出される車両状態を表すデータを受信するために、複数のセンサ４０と通信するように結合される。電子制御ユニット１４は、電子制御ユニット１４によって受信される、複数のセンサ４０からの車両状態データに少なくとも部分的に基づいて複数の車両安定性制御サブシステムを制御するようにプログラムされる。
電子安定性制御システム１２は、任意選択で、センサ４０の１つまたは複数から車両状態データを受信し、車両状態データを電子制御ユニット１４に再送信するための、メカニズム４２、たとえば、中継器を含む。たとえば、メカニズム４２は、実配線式データ中継器、無線データ送受信機、または車両状態データをセンサ４０から電子制御ユニット１４に通信する任意の他の適したデバイスであってよい。あるいは、センサ４０および電子制御ユニット１４は、直接（有線または無線）通信してもよい。
任意選択で、電子安定性制御システム１２は、ＩＤタグ３９の１つまたは複数から静的タイヤ・データを受信し、静的タイヤ・データを電子制御ユニット１４に再送信するための、第２のメカニズム４４、たとえば、中継器を含んでもよい。たとえば、メカニズム４２は、実配線式データ中継器、無線データ送受信機、または静的タイヤ・データをＩＤタグ３９から電子制御ユニット１４に通信する任意の他の適したデバイスであってよい。あるいは、ＩＤタグ３９および電子制御ユニット１４は、直接通信してもよい。
車両の安定性を制御する方法１１０を示すフロー・チャートが図２に示される。たとえば、方法１１０は、図１に示す車両１０を制御するために電子安定性制御システム１２を利用してもよい。
方法１１０は、動作中に車両の安定性に影響を及ぼす車両のコンポーネントを含む車両安定性制御サブシステムが、車両上に設けられ、取り付けられる機能ブロック１１２で始まる。たとえば、車両安定性制御サブシステムは、制動システム、パワートレイン・システム、サスペンション・システム、操舵システム、または、車両の安定性を制御するように動作する任意の他の車両システムであってよい。
方法１１０は、その後、車両安定性制御サブシステムを制御する電子制御ユニットが、車両上に設けられ、取り付けられる機能ブロック１１４に進む。
方法１１０は、その後、タイヤの少なくとも１つの静的特性に関するデータを含むＩＤタグを有するタイヤが、車両上に設けられ、搭載される機能ブロック１１６に進む。
方法１１０は、その後、ＩＤタグに関する静的タイヤ・データが送信される機能ブロック１１８に進む。好ましくは、ＩＤタグは、ＲＦＩＤタグであり、データは、３０〜３００ｋＨｚの範囲の無線通信によって転送される。
方法１１０は、その後、静的タイヤ・データが、電子制御ユニットによって受信される機能ブロック１２０に進む。たとえば、静的タイヤ・データは、製造業者識別番号、製造業者モデル番号、製造業者通し番号、静的回転半径、タイヤ・サイズ、関連車両タイプ、側壁−側壁幅、偏平率、構造のタイプ、関連ホイール径、荷重指数、速度記号、コーナリング・スティフネス、ホイール慣性特性、または、タイヤの任意の他の適した静的特性であってよい。
方法１１０は、その後、少なくとも１つの車両状態を検出するように構成された少なくとも１つのセンサが、車両上に設けられ、取り付けられる機能ブロック１２２に進む。たとえば、検出される車両状態は、操舵ホイール角、車両ヨー・レート、車両速度、個々のホイールの速度、横方向車両加速度、縦方向車両加速度、または任意の他の適した車両状態のうちの１つであってよい。
方法１１０は、その後、センサ・データが、センサから電子制御ユニットに中継される機能ブロック１２４に進む。
方法１１０は、その後、センサによって検出された車両状態を表すセンサ・データが、電子制御ユニットによって受信される機能ブロック１２６に進む。
方法１１０は、その後、電子制御ユニットによって受信される、ＩＤタグからの静的タイヤ・データに少なくとも部分的に基づいて、電子制御ユニットを用いて、車両安定性サブシステムが制御される機能ブロック１２８に進む。より詳細には、電子制御ユニットは、ＩＤタグから受信された静的タイヤ・データに基づいてセンサから受信されたデータに対する応答を変更し、それにより、（センサから受信されるセンサ・データに応答して）電子制御ユニットによって車両安定性サブシステムに送出される制御信号は、車両に取り付けられるタイヤのタイプに応じて異なる。
好ましくは、車両のパワートレインのトルク、車両の制動コンポーネントの印加力、操舵アクチュエータによって制御される操舵角、または車両サスペンション・システムの一部のコンポーネントの状態の少なくとも１つは、車両の安定性を改善するために変更される。たとえば、電子制御ユニットは、車両安定性制御サブシステムがそれに対して応答する出力信号を生成することによって、車両安定性制御サブシステムを制御してもよい。
静的タイヤ・データのさらなる例は、コーナリングに関するタイヤ・スティフネス、垂直力、横方向力、または前後方向力を含む。タイヤ感度も、静的タイヤ・データ・カテゴリに含まれる。タイヤ感度は、圧力、温度、およびタイヤの磨耗による先に挙げたタイヤ能力およびスティフネスの変化である。この情報は、先に述べ、また、以下でさらに述べる他のセンサ・データと共に使用されて、タイヤ、したがって、車両性能に影響を及ぼす、車両安定性制御プログラミングにおけるタイヤ応答モデルが更新されることができる。
先に説明したように、本発明の一実施形態は、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）の使用によってタイヤ情報を取得する(obtain)方法を含む。タイヤは、柔軟な本体を有し、高い回転レートで運動し、車両サスペンション運動に従って運動し、衝撃および振動によって影響を受ける。タイヤで使用されるＲＦＩＤタグは、これらの環境条件を反映するように構成されるべきである。ＲＦＩＤタグは、ＲＦ信号の干渉またはゴースティングを回避するために、ホイールおよびタイヤ金属補強材からシールドされるべきである。さらに、ＲＦＩＤタグは、タ
イヤがさらされる、雪、雨、泥、および塩、ならびに、温度極値を含む厳しい環境に耐えるように構成されてもよい。
先に説明したように、本発明の好ましい実施形態の別の態様は、車両または車両コンポーネントに対する静的タイヤ情報の送出に関する。データ完全性を保持するために、識別タグは、好ましくは、永久的にタイヤに取り付けられる。データの流れ(data currency)を維持するために、電子制御ユニットまたは静的タイヤ・データ中継器などのコントローラ・ユニットは、車両がキーによってオンされるなどのたびに、ＩＤタグに定期的にクエリを送信してもよい。タイヤが、回転物体である、すなわち、有線接続になじまないため、ＲＦＩＤタグ・システムと共に使用されるなどで、データを送信する無線周波数リンクが存在することが好ましい。一実施形態では、ＲＦＩＤタグは、能動式または自己給電式ＩＤタグであってよい。ＩＤタグおよび他の通信機器に給電するために、システムは、電池を実装することができる。しかし、好ましい実施形態では、システムは、ＲＦ電力搬送および磁気／電気誘導などによって、車両から電力を受動的に取り出す。一実施形態では、静的タイヤ・データ・システムは、タイヤ搭載式円形アンテナおよび１つまたは複数の車両搭載式読取器を含む。この実施形態では、データは、約３０〜３００ｋＨｚの範囲内の世界的な低周波（ＬＦ）伝送システムを使用して送信される。この場合、好ましい周波数は約１２５ｋＨｚである。これは、静的タイヤ・データ用の信頼性のある通信システムを提供し、また、受動ＲＦＩＤについて信頼性のある最新の送出システムであるべきである。同様に、こうした無線通信システムは、センサ・システムの少なくとも一部と共に使用されてもよいことが予想される。
先に説明したように、電子安定性制御（ＥＳＣ）システムは、改善された車両安定性制御を行うために、静的タイヤ・データ、ならびに、任意選択で、他の車両状態情報を利用する。やはり、これらの車両状態の例は、操舵ホイール角、タイヤ圧、タイヤ温度、ヨー・レート、車両速度、横方向コーナリング・スティフネス、ホイール慣性特性、および動的タイヤ・サイズ、ならびに、車両安定性制御をより正確に測定し、調整するのに使用することができる任意の他の基準を含んでもよいが、それに限定されない。
以下は、本発明の一実施形態による安定性制御システムを含む車両が、操作中に車両安定性を改善するために安定性制御システムを利用する場合がある、操舵操作の例である。操舵操作を始める前に、運転者の意図を決定するために、システムは、最初に、操舵ホイール角などの車両状態を監視してもよい。システムのセンサは、特に、車両の動的挙動を評価するために、車両ヨー・レートおよび横方向加速度を検出してもよい。安定性システムは、その後、車両ヨー・モーメントを調節するために、制動システムおよび／またはパワートレイン駆動トルク制御によってホイール・トルクを作動させてもよい。車両ヨー安定性の増加（すなわち、制限された横滑り角）は、車両が道路を離れる可能性を減らし、また、車両が横転する(roll over)ことになる可能性を減らす。車両が障害物に近づくにつれて、運転者は、方向を急速に変更し、それにより、ヨー・モーメントが生じる。運転者が、たとえば、隣のレーン（たとえば、元のレーン）に戻るときに、こうしたアクションは、ヨー・モーメントの反転をもたらす。この操作中に、後ホイールは、牽引力を失い、ヨー・モーメントのオーバシュートを生じる可能性がある。これにより、タイヤが粘着性を失う可能性があり、オーバステア(oversteer)が誘発されることになる。
本発明の好ましい実施形態は、先に述べたような車両操作中に、改善された車両性能、たとえば、改善された安定性制御を可能にする。車両性能を改善するために、本発明の一実施形態は、特有の車両／タイヤ特性に基づいて安定性制御プログラミングを変更するために、静的タイヤ・データ情報を実装する車両動的式を考える。背景で説明したように、一部の車両は、サイズが異なるタイヤに関して動作することができる（通常、特定の車両に関してタイヤはそれぞれ、同じであるが、そうでない場合、同じ車両がさまざまなサイズのタイヤを有することができる）。たとえば、スポーツ多目的車（ＳＵＶ）は、サイズおよび特性の点でタイヤが著しく変動する可能性を有する（たとえば、通常、１６インチ〜２２インチ、時によって、最大２６インチ）。車両は、あるセットのタイヤを装備したときに、異なる特性を有する別のセットのタイヤを装備したときと比較して異なって動作する。従来の安定性制御システムは、通常、製造業者の元々の機器仕様に基づいて選択された、固定されたセットのタイヤ特性値をプログラムされるため、異なるセットのタイヤ間では常に最適に動作することができるわけではない。従来の安定性制御システムは、タイヤ特性の変化を識別し、異なるサイズの変動に対して調整することができない。本発明の一実施形態では、安定性制御システムは、自動的に、タイヤ特性の変化に基づいて較正し調整する。粘着性の喪失およびオーバステアを解消するために、ヨー・モーメントのオーバシュートに対抗するため、かつ／または、オーバステアを補正するために、１つまたは複数の車両安定性制御サブシステムを使用して、補正処置が適用されてもよい。１つのセットのタイヤ（高く、比較的狭いタイヤなど）に関して、車両の粘着性の喪失およびオーバステアを解消するための、要求される補正処置のタイミングおよび大きさ、さらに、要求される補正処置のタイプは、異なるセットのタイヤ（短く、比較的幅広のタイヤ）に関して同じ操作における同じ車両について要求される補正処置のタイミング、大きさ、またはタイプと異なるであろう。本発明の好ましい実施形態によれば、電子制御ユニットは、粘着性の喪失およびオーバステアを最もよく解消するために、ＩＤタグによって供給されるデータに従って、車両に搭載されるタイヤの静的特性に合うように、補正処置のタイミング、大きさ、またはタイプを変更するようにプログラムされる。とることができる補正処置の例は、サスペンション・コンポーネントを補剛すること、横方向に差動の制動を加えること、操作の早期にエンジン（パワートレイン／ドライブトレイン）・トルクを自動的に減少させること、操舵角を調整することなどである。
本発明の一実施形態では、ＲＦＩＤタグからの静的タイヤ・データは、電子制御ユニットによって、ホイール速度、車両速度、線形化されたヨー・レート、および横滑り率などの動的車両特性と一体化される。車両特性の値は、電子安定性制御システム１２の電子制御ユニット１４内、または、任意の他の適した車両ユニット内のプログラミングによって推定されるか、または、モデル化されてもよいことが理解されなければならない。換言すれば、電子制御ユニット１４は、専用の別個の電子モジュールであってよく、他の電子制御ユニットと密接にネットワークで結ばれてもよく、または、ブレーキ・システム電子制御ユニットまたはエンジン電子制御ユニットなどの、電子制御ユニットの副次機能として実施されてもよい。
さらに、一態様では、本発明は、好ましくは、安定性制御の作動を制御するための衝撃解析および車両横滑り推定に対する衝撃解析を含む。車両速度推定の解析は、好ましくは、４ホイール速度測定の機能である。たとえば、それぞれの個々のホイールの回転速度を得るために、周波数ベースの測定が行われてもよい。周波数から回転速度および周波数から直線速度への変換を含む１つの解析は、回転半径（Ｒｗｆ，Ｒｗｒ）を必要とする。変数Ｒｗｆは、動的な前タイヤ半径を表し、変数Ｒｗｒは、動的な後タイヤ半径を表す。動的タイヤ回転半径は、タイヤ回転半径の基準静的値から適応されてもよい。動的回転半径は、好ましくは、適応するために許容可能である特定の範囲内にある。静的タイヤ回転半径は、著しいタイヤ・サイズの変化が存在するときに、安定性制御応答の適用を可能にするための重要なパラメータである。以下の式（式１）、（式２）、および（式３）は、個々のホイール速度または車両速度を計算するために、電子制御ユニットまたは他の適した車両コンポーネントにプログラムされてもよい式である。以下の式において、ＷＳはｒｅｖ／ｍｓ単位のホイール速度であり、ｒｅｖは、回転数であり、ｍｓは、ミリ秒であり、ｔｈは、トーン・ホイール上の歯数であり、ｌｐは、処理ループ数である。ＷＳ１は、ｍ／ｓ単位のホイール速度であり、ｓは、秒であり、ｍは、メートルであり、Ｒは、メートル単位の、ホイールに関連するタイヤの静的回転半径である。Ｖは、車両速度であり、ΣＷＳ１は、車両の１つまたは複数のホイールについてのホイール速度の合計であり、ＷＮは、その速度が合計されるホイールの総数である。
ＷＳ＝ｒｅｖ／ｔｈ×ｔｈ／ｌｐ×ｌｐ／ｍｓ＝ｒｅｖ／ｍｓ （式１）
ＷＳ１＝ｒｅｖ／ｍｓ×１０００ｍｓ／ｓ×２πＲ＝ｍ／ｓ （式２）
Ｖ＝ΣＷＳ１／ＷＮ （式３）
計算されるホイール速度、したがって、計算される車両速度は、静的タイヤ回転半径について使用される弁に対して変動するであろう。本実施形態では、安定性制御システムの電子制御ユニットは、車両に取り付けられた各タイヤのＩＤタグから静的タイヤ回転半径についての値を取得し、したがって、更新された静的タイヤ・データを使用して、ホイール速度および／または車両速度の改善された計算を可能にし、次に、改善された車両安定性制御を提供する。
先の式（式１）、（式２）、および（式３）は、特定のホイールの回転速度を導出するために、トーン・ホイールの歯数を利用するものとして述べられたが、しかし、回転速度は、タイヤ内に配置された動的加速度計のパルス・エッジ検出を利用した式（図示せず）などによって、任意の適した方法で、または、他の適したメカニズムによって導出されてもよいことが理解されなければならない。
本発明の一実施形態は、好ましくは、ＲＦＩＤタグからのタイヤ・データを、安定性制御システムの電子制御ユニット内のプログラミングと一体化することを含み、また、安定性制御を変更するための車両ヨー・レートの解析を含む。車両の特定のヨー・レートを維持するのに必要な制御は、車両速度（Ｖ）および操舵ホイール角（δ）を含む、動的車両状態を表すデータの入力に基づいて計算されてもよい。これらの動的データ入力は、所望のヨー・レートを維持するために使用されてもよい。
本発明の一実施形態では、電子制御ユニット内のプログラミングは、好ましくは、線形２サイクル・モデルから生成されるモデルを含む。当技術分野で理解されるように、２サイクル・モデルは、４ホイール車両が、２ホイール車両としてモデル化されるモデリング技法である。
以下の式（式４）は、車両ヨー・レートを計算するために、電子制御ユニットまたは他の適した車両コンポーネント内にプログラムされてもよい式である。以下の式では、Ｒ＿ｌｉｎは、車両ヨー・レートであり、Ｖは、上記式（式１）、（式２）、および（式３）などから計算される車両速度であり、Ｌは、前タイヤと後タイヤとの距離（ホイール・ベース）であり、Ｖｃｈａｒは、通常負荷およびタイヤ・コーナリング・スティフネスの値から計算される車両特性の値であり、δは、車両操舵角である。
Figure 2008535712
ヨー・レートは、静的タイヤ・コーナリング・スティフネスについて使用される弁に対して変動するであろう。本実施形態では、安定性制御システムの電子制御ユニットは、それぞれの特定のタイヤのＩＤタグから静的タイヤ・コーナリング・スティフネスについての値を取得し、したがって、更新された静的タイヤ・データを使用して、ヨー・レートの改善された計算を可能にし、次に、改善された車両安定性制御を提供する。
本発明の好ましい実施形態では、ＲＦＩＤタグからのタイヤ・データを、安定性システムの電子制御ユニット内のプログラミングと一体化することは、車両横滑り推定の解析を使用して達成される。こうした推定は、線形２サイクル式から導出された微分方程式を使用した動的ベータ推定である。
βは、横滑り変化率である。βは横滑り値である。式に対する車両特性の動的データ入力は、上記式（式４）で使用される操舵角などのタイヤ操舵角（δ）、上記式（式１）、（式２）、および（式３）などから計算される車両速度（Ｖ）、ならびに、上記式（式４）などから計算されるヨー・レート（ｒ）を含んでもよい。式と共に使用される一部の車両パラメータは、総車両質量（Ｍ）、コーナリング・スティフネス−前タイヤ（Ｃａｆ）、コーナリング・スティフネス−後（Ｃａｒ）、前軸と重心との距離（ａ）、後軸と重心との距離（ｂ）を含んでもよい。電子制御ユニット・プログラミングにおける安定性制御法則についての横滑り期待値の計算は、好ましくは、こうしたベータ推定である。
式
Figure 2008535712
式（式５）から見てわかるように、車両の横滑りは、静的タイヤ・コーナリング・スティフネスについて使用される値に、ある程度依存する。本実施形態では、安定性制御システムの電子制御ユニットは、車両に取り付けられた各タイヤのＩＤタグから静的タイヤ・コーナリング・スティフネスについての値を取得し、したがって、更新された静的タイヤ・データを使用して、横滑りの改善された計算を可能にし、次に、改善された車両安定性制御を提供する。
要約すると、安定性制御システムへの上述した推定の実装は、従来の安定性制御システムに対する、一定の動作変更を含む。こうした変更の一例は、電子制御ユニットにおいて、回転半径パラメータを制御変数として実装することである。回転半径パラメータは、車両速度推定補正で使用されてもよい。こうした変更の別の例は、作動パラメータについてのヨー・レート・モデルを実装することである。このパラメータは、基準横方向特性に基づく車両の特性速度を表す変数Ｖｃｈａｒを使用してもよい。ヨー・レート・モデルは、所望の車両軌跡を規定するために線形化ヨー・レート推定を強化するのに使用されてもよい。ヨー・レート・モデルは、従来の安定性制御システムと比較して、安定性制御システムが誤って作動する可能性を最小にするために使用されてもよい。こうした変更の別の例は、上述したように、横滑りベータ推定を実施することである。コーナリング・スティフネス・パラメータの適応は、横滑り推定と共に使用されてもよい。車両横滑りはまた、ホイール滑り角を計算するのに使用されてもよい。たとえば、この計算は、レーン変更を検出し、安定性制御を適切に適応させるために使用されてもよい。
異なるタイプのタイヤの取り付けによって、車両安定性制御システムに影響を及ぼす著しい変化がもたらされる場合がある。本発明の一実施形態では、静的タイヤ・データは、ＩＤタグから電子制御ユニットへ通信される。静的タイヤ・データは、安定性制御サブシステムの制御を変更するのに利用されてもよい。安定性制御の変更は、ホイール速度または車両速度推定、安定性制御作動のためのヨー・レート・モデリング、および車両横滑り推定などの、一部の動的パラメータ値計算を含んでもよい。さらに、ホイール慣性特性はまた、安定性制御システム変更に影響を及ぼすパラメータとして使用されてもよい。たとえば、タイヤ・サイズの値が増加するときに、システムは、安定性制御システムが、何によってタイヤ・サイズの増加を反映するかを決定するときに、増加した慣性をより重要性の高い因子として計算してもよい。特に、タイヤ・サイズの回転慣性は、ホイール慣性（リムおよびタイヤ）計算に影響を及ぼす場合がある。このタイヤ情報を使用することは、電子安定性制御システムの応答をプログラムするために、システム・モデルが１つの基準タイヤ・サイズおよび構成を仮定した、以前の安定性制御方法と比較して、改善された安定性制御をもたらす可能性がある。本発明の好ましい実施形態の安定性制御は、タイヤの変更によって起こるであろう、所望の性能を低下させることなく、タイヤの変更によって一貫した安定性性能を実現する。そのため、安定性制御システムは、静的タイヤ特性における種々の変更を反映するように変更されることができる。車両が、車両の他のタイヤと異なるサイズのスペア・タイヤ（たとえば、いわゆる、「スペース・セーバ」タイヤ）を備える場合、スペアが、別のタイヤの代わりに取り付けられると、好ましくは、本発明の好ましい実施形態の電子安定性制御システムは、スペア・タイヤのＩＤタグを読取ることになることに留意されたい。タイヤ特性の変化が起こり、タイヤ特性の変化は、車両の運転者の側に他のどんなアクションも必要とされることなく、タイヤ特性の変化を反映するために、センサ・データに対して制御応答を自動的に変更することに留意されたい。車両は、車両のＩＤタグを読取ることができる位置に、新たに取り付けられた１つまたは複数のタイヤを回転するために、短い距離を運転されなければならない場合があることに留意されたい。
タイヤ上のＩＤタグは、好ましくは、ＲＦＩＤタグであるものとして先に述べられたが、いずれの適したＩＤタグが使用されてもよいことが理解されるべきである。たとえば、ＩＤタグは、バー・コードなどの光学タグであってもよく、タイヤのＩＤタグ上の情報は、光学バー・コード読取器によってスキャンされてもよいことも考えられる。タイヤのＩＤタグからのデータは、直接か、第２のメカニズム（中継器）４４などの送受信機によってのいずれかで、電子安定性制御システムに自動的に送信されるものとして述べられたが、タイヤのＩＤタグからのデータは、その他の方法で転送されてもよいことも理解される。たとえば、ＩＤタグが、バー・コードである場合、バー・コード読取器は、（使用期間中に永久的かまたは一時的に）車両に接続されることができ、バー・コードからのデータは、取り付けロケーション情報と共に電子安定性制御システムに転送されることができ、それにより、新しいタイヤが車両に取り付けられるときに、プログラミングを変更することができる。実際に、ＩＤタグは、タイヤに成形された平易なテキスト情報の形態で設けられることができ、タイヤが取り付けられるときに、運転者またはサービスマンが、タイヤ取り付けロケーション情報と共にテキスト情報を電子安定性制御システムに転送することを可能にするキーボードまたは同様なインタフェース・デバイスを使用するときに、テキスト情報をタイピングすることによって、テキスト情報が、電子安定性制御システムに提供されることも予想される。
本発明の動作の原理およびモードが、説明され、特定の実施形態に関して示された。しかし、本発明は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、特に説明され示された以外の方法で実施されてもよいことが理解されなければならない。
本発明の一実施形態による電子安定性制御システムを有する車両の略図である。 本発明の別の実施形態による車両の安定性を制御する方法を示すフロー・チャートである。

Claims (26)

  1. 車両の安定性を制御するシステムであって、
    動作中に前記車両の安定性に影響を及ぼす、前記車両のコンポーネントを含む車両安定性制御サブシステムと、
    タイヤであって、タイヤの少なくとも１つの静的特性に関するデータを含むＩＤタグを有する、タイヤと、
    前記ＩＤタグ内に含まれる前記データを受信するための、前記ＩＤタグと通信するように結合した電子制御ユニットとを備え、前記電子制御ユニットは、前記電子制御ユニットによって受信される、前記ＩＤタグからの前記データに少なくとも部分的に基づいて前記車両安定性制御サブシステムを制御するようにプログラムされるシステム。
  2. 前記電子制御ユニットは、前記電子制御ユニットによって受信される、前記ＩＤタグからの前記データに少なくとも部分的に基づいて、ホイール速度、車両速度、ヨー・レート、および横滑りのうちの少なくとも１つを計算するようにプログラムされ、前記電子制御ユニットは、前記電子制御ユニットによって受信される、前記ＩＤタグからの前記データに基づいて、前記電子制御ユニットによって行われる計算（複数可）に少なくとも部分的に基づいて、前記車両安定性制御サブシステムを制御するようにプログラムされる請求項１に記載のシステム。
  3. 前記電子制御ユニットは、少なくとも式、すなわち、
    ＷＳ＝ｒｅｖ／ｔｈ×ｔｈ／ｌｐ×ｌｐ／ｍｓ＝ｒｅｖ／ｍｓ、
    ＷＳ１＝ｒｅｖ／ｍｓ×１０００ｍｓ／ｓ×２πＲ＝ｍ／ｓ、
    Ｖ＝ΣＷＳ１／ＷＮ、
    Figure 2008535712
    および
    Figure 2008535712
    を利用するようにプログラムされ、ここで、
    ＷＳはｒｅｖ／ｍｓ単位のホイール速度であり、
    ｒｅｖは、回転数であり、
    ｔｈは、トーン・ホイール上の歯数であり、
    ｌｐは、処理ループ数であり、
    ｍｓは、ミリ秒であり、
    ＷＳ１は、ｍ／ｓ単位のホイール速度であり、
    ｓは、秒であり、
    ｍは、メートルであり、
    Ｒは、メートル単位の、ホイールに関連するタイヤの静的回転半径であり、
    Ｖは、メートル／秒単位の車両速度であり、
    ΣＷＳ１は、複数のホイールについてのホイール速度の合計であり、
    ＷＮは、前記複数のホイールに含まれるホイールの総数であり、
    Ｒ＿ｌｉｎは、車両ヨー・レートであり、
    Ｌは、前タイヤと後タイヤとの距離であり、
    Ｖｃｈａｒは、通常負荷およびタイヤ・コーナリング・スティフネスの値から計算される車両特性の値であり、
    δは、操舵角であり、
    Figure 2008535712
    は、横滑りの変化率であり、
    Ｃａｆは、コーナリング・スティフネス−前タイヤであり、
    Ｃａｒは、コーナリング・スティフネス−後タイヤであり、
    Ｍは、車両質量であり、
    βは、横滑り値であり、
    ａは、前軸と重心との距離であり、
    ｂは、後軸と重心との距離であり、
    ｒは、ヨー・レートである請求項２に記載のシステム。
  4. 前記車両安定性制御サブシステムは、前記車両の制動コンポーネント、車両パワートレイン・コンポーネント、操舵アクチュエータ、およびサスペンション・アクチュエータのうちの少なくとも１つを含む請求項１に記載のシステム。
  5. 少なくとも１つの車両状態を検出するように構成された少なくとも１つのセンサをさらに備え、前記電子制御ユニットは、前記センサによって検出される前記車両状態を表すデータを受信するために、前記センサと通信するように結合し、前記電子制御ユニットは、前記電子制御ユニットによって受信される、前記センサからの前記データに少なくとも部分的に基づいて前記車両安定性制御サブシステムを制御するようにプログラムされる請求項１に記載のシステム。
  6. 前記車両状態は、操舵ホイール角、車両ヨー・レート、縦方向車両加速度、横方向車両加速度、ホイール速度、および車両速度のうちの１つである請求項５に記載のシステム。
  7. 前記センサ・データを前記電子制御ユニット・コントローラに送信するメカニズムをさらに備える請求項１に記載のシステム。
  8. 前記電子制御ユニットは、出力信号を生成することによって、前記車両安定性制御サブシステムを制御し、前記車両安定性制御サブシステムは、前記出力信号に応答する請求項１に記載のシステム。
  9. 前記ＩＤタグに含まれる前記データは、静的回転半径、タイヤ・サイズ、側壁−側壁幅、偏平率、構造のタイプ、関連ホイール径、荷重指数、速度記号、コーナリング・スティフネス、およびタイヤ慣性特性のうちの少なくとも１つを含む請求項１に記載のシステム。
  10. 前記ＩＤタグは、ＲＦＩＤタグである請求項１に記載のシステム。
  11. 前記ＲＦＩＤタグは、受動ＲＦＩＤタグである請求項１０に記載のシステム。
  12. 前記ＲＦＩＤタグは、能動ＲＦＩＤタグである請求項１０に記載のシステム。
  13. 前記ＲＦＩＤに接続される円形アンテナをさらに備え、前記円形アンテナは、前記タイヤの内部周辺の周りに配設される請求項１０に記載のシステム。
  14. 前記ＲＦＩＤタグは、約３０ｋＨｚ〜約３００ｋＨｚの周波数範囲で動作する請求項１０に記載のシステム。
  15. 前記ＲＦＩＤタグは、１２５ｋＨｚの周波数で動作する請求項１４に記載のシステム。
  16. 前記ＩＤタグに含まれる前記データは、静的回転半径および静的コーナリング・スティフネスの少なくとも一方を含む請求項１に記載のシステム。
  17. 車両の安定性を制御する方法であって、
    ａ．動作中に前記車両の安定性に影響を及ぼす、前記車両のコンポーネントを含む車両安定性制御サブシステムを設けること、
    ｂ．前記車両安定性制御サブシステムを制御する電子制御ユニットを設けること、
    ｃ．タイヤであって、タイヤの少なくとも１つの静的特性に関するデータを含むＩＤタグを有する、タイヤを設けること、
    ｄ．前記電子制御ユニットにより前記静的タイヤ・データを受信すること、および、
    ｅ．前記電子制御ユニットによって受信される前記静的タイヤ・データに少なくとも部分的に基づいて前記電子制御ユニットを用いて前記車両安定性サブシステムを制御することを含む方法。
  18. ｆ．前記電子制御ユニットによって受信される、前記ＩＤタグからの前記データに少なくとも部分的に基づいて、ホイール速度、車両速度、ヨー・レート、および横滑りのうちの少なくとも１つを計算するステップをさらに含み、
    ステップｅ．において制御することは、前記電子制御ユニットによって受信される前記静的タイヤ・データに基づいて、前記電子制御ユニットによって行われる前記計算（複数可）に少なくとも部分的に基づく請求項１に記載の方法。
  19. ステップｆ．において計算することは、式、すなわち、
    ＷＳ＝ｒｅｖ／ｔｈ×ｔｈ／ｌｐ×ｌｐ／ｍｓ＝ｒｅｖ／ｍｓ、
    ＷＳ１＝ｒｅｖ／ｍｓ×１０００ｍｓ／ｓ×２πＲ＝ｍ／ｓ、
    Ｖ＝ΣＷＳ１／ＷＮ、
    Figure 2008535712
    および
    Figure 2008535712
    のうちの少なくとも１つを利用し、ここで、
    ＷＳはｒｅｖ／ｍｓ単位のホイール速度であり、
    ｒｅｖは、回転数であり、
    ｔｈは、トーン・ホイール上の歯数であり、
    ｌｐは、処理ループ数であり、
    ｍｓは、ミリ秒であり、
    ＷＳ１は、ｍ／ｓ単位のホイール速度であり、
    ｓは、秒であり、
    ｍは、メートルであり、
    Ｒは、メートル単位の、ホイールに関連するタイヤの静的回転半径であり、
    Ｖは、メートル／秒単位の車両速度であり、
    ΣＷＳ１は、複数のホイールについてのホイール速度の合計であり、
    ＷＮは、前記複数のホイールに含まれるホイールの総数であり、
    Ｒ＿ｌｉｎは、車両ヨー・レートであり、
    Ｌは、前タイヤと後タイヤとの距離であり、
    Ｖｃｈａｒは、通常負荷およびタイヤ・コーナリング・スティフネスの値から計算される車両特性の値であり、
    δは、操舵角であり、
    Figure 2008535712
    は、横滑りの変化率であり、
    Ｃａｆは、コーナリング・スティフネス−前タイヤであり、
    Ｃａｒは、コーナリング・スティフネス−後タイヤであり、
    Ｍは、車両質量であり、
    βは、横滑り値であり、
    ａは、前軸と重心との距離であり、
    ｂは、後軸と重心との距離であり、
    ｒは、ヨー・レートである請求項１８に記載の方法。
  20. ステップｅ．において制御することは、前記車両のパワートレインのトルクを制御すること、前記車両の制動コンポーネントの印加力を制御すること、操舵アクチュエータの作動、サスペンション・アクチュエータの作動を制御することのうちの少なくとも１つを含む請求項１７に記載の方法。
  21. ｇ．少なくとも１つの車両状態を検出するように構成された少なくとも１つのセンサを設けるステップと、
    ｈ．前記電子制御ユニットによって、ステップｇ．において検出される前記車両状態を表すセンサ・データを受信するステップとをさらに含み、
    ステップｅ．において制御することは、前記電子制御ユニットによって受信される前記センサ・データに少なくとも部分的に基づいて、前記電子制御ユニットを用いて前記車両安定性サブシステムを制御することを含む請求項１７に記載の方法。
  22. ステップｇ．において検出される前記車両状態は、動的タイヤ回転半径、横方向コーナリング・スティフネス、ホイール慣性値、動的タイヤ回転半径、横方向コーナリング・スティフネス、ホイール慣性値、操舵ホイール角、車両ヨー・レート、および車両速度のうちの１つである請求項２１に記載の方法。
  23. 前記電子制御ユニットから前記センサへ前記センサ・データを中継するステップｉ．をさらに含む請求項２１に記載の方法。
  24. ステップｅ．において制御することは、前記電子制御ユニットを用いて出力信号を生成すること、および、前記車両安定性制御サブシステムを用いて前記出力信号に応答することを含む請求項１７に記載の方法。
  25. ステップｄ．の前に、前記ＩＤタグを用いて前記静的タイヤ・データを送信するステップｊ．をさらに含み、前記ＩＤタグはＲＦＩＤタグである請求項１７に記載の方法。
  26. ステップｄ．において受信される前記静的タイヤ・データは、静的回転半径、タイヤ・サイズ、側壁−側壁幅、偏平率、構造のタイプ、関連ホイール径、荷重指数、速度記号、コーナリング・スティフネス、およびタイヤ慣性特性のうちの少なくとも１つを含む請求項１７に記載の方法。
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