JP5460325B2 - 車輪を選択的に制動する第１手段と、後輪を旋回させる第２手段とを備えた自動車の進路を補正する装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車の実際の進路を補正する装置に関する。
具体的には、本発明は、四つのステアードホイールを備える自動車の実際の進路を補正する装置に関するもので、この装置は、自動車の四つの車輪の各々又は組み合わせを制動することにより、第１の基準進路に対して車両の実際の進路を補正する第１の手段を備えており、第１の補正手段は、車両の実際の進路と第１基準進路の差異が起動閾値を上回ると使用される。

状況によって、自動車の運転者が車両を制御できなくなることがある。このような制御不能状態は、外的な要因によるものでありうる。これは特に、車両が走行する路面が、濡れて又は薄氷により滑りやすいとき、或いは車両が強い横風を受けているときに当てはまる。
車両の進路が運転者の期待と合致しているとき、つまり自動車の進路が基準進路を辿っているとき、運転者が車両を制御できていると考えられる。

車両を制御不能にする外因と戦うため、車両の四つの車輪の各々又は組み合わせにより進路を制御する手段を車両に取り付ける方法が既知である。これらの手段は特に、「Electronic Stability Program（横滑り防止装置）」を表わす「ＥＳＰ」というその英語の略称により知られている。
一又は複数の車輪を選択的に制動することにより、「ＥＳＰ」は、片揺れモーメントの生成及び減速を行い、よって車両は標準進路に戻ることができる。

例えば、オーバーステアの場合、つまり車両の旋回半径が基準進路の旋回半径より小さい場合、「ＥＳＰ」は外側の前輪の制動を命令する。
別の実施例では、アンダーステアの場合、つまり車両の旋回半径が基準進路の旋回半径より大きい場合、「ＥＳＰ」は四つの車輪全部の制動を命令し、その際内側の車輪に掛かかる制動力を大きくする。この実施例の場合、「ＥＳＰ」は、制動動作を補助するようにエンジントルクに作用することもできる。

しかしながら、「ＥＳＰ」の感度が過度に高いことは望ましくない。これは、「ＥＳＰ」による介入があまりにも頻繁であると、運転者にとってわずらわしいからである。従って、単に車両の進路を微調整するのではなく、危険でありうる状況においてのみ「ＥＳＰ」が介入することが好ましい。

この問題を解決し、「ＥＳＰ」による過度の介入を招くことなく車両の運転性能を向上させるため、本発明は、二つの後部ステアードホイールを補正角度だけ旋回させることにより、第２の基準進路に対して車両の実際の進路を補正する第２の手段を備えることを特徴とする、上述のタイプの進路補正装置を提供する。
本発明の他の特徴によれば、
−第２補正手段は、車両の実際の進路がその第２基準進路から逸脱すると直ちに使用される。
−第２の基準進路と第１の基準進路との差異は、第１補正装置の起動閾値より小さい。
−第１の基準進路と第２の基準進路は、特に自動車のステアリングホイールの旋回角度の関数として、電子制御ユニットにより計算される。
−第２補正手段の電子制御ユニットは、二つの後部ステアードホイールに対し、車両の旋回半径に影響する角度だけ旋回するように命令することができる。
−後輪に影響する角度は、特に、ステアリングホイールの旋回角度及び自動車の長手方向速度の関数として決定される。
−本装置は、第２補正手段の誤作動を検出する手段を備える。
−第２補正手段の誤作動が検出されたら、第１補正手段の起動閾値が下げられる。

更なる特徴及び利点は、後述の詳細な説明により明らかとなり、その分かり易い説明のために添付図面を参照する。

本発明による進路補正装置を備えた自動車の概略図である。 カーブにおける自動車の基準進路の概略図である。

後述で使用される、図１の「Ｌ、Ｖ、Ｔ」で示す三次元座標軸により表わされる長手方向、垂直方向及び水平方向は、なんら限定的な意味を持たない。垂直軸を中心とする車両の回転を、以降「ヨー」と呼ぶ。
後述では、同一、類似又は同様の要素は同じ参照番号で示す。

図１は、二つの前部ステアードホイール１２と、二つの後部ステアードホイール１４とを備えた自動車１０を示す。つまり、後輪１４はほぼ垂直な軸を中心に旋回することができる。
前輪１２は、車両の運転者がステアリングホイール１６を介して旋回させる。つまり、運転者は、特定の旋回角度「Ａ１」だけステアリングホイール１６を回すことができる。

車両１０は、「ＥＳＰ」式の、第１の進路補正手段を備えた進路補正装置を備えている。
このために、車両１０の各車輪１２、１４は制動手段１８を備える。各車輪１２、１４の制動手段１８のそれぞれに、第１電子制御ユニット２０は、図１に破線で示される制御回路を介して命令することができる。

第１電子制御ユニット２０はエンジン（図示しない）のトルクに作用することもできる。
第１電子制御ユニット２０はまた、運転者が所望する進路と、実際の車両の進路とに関する情報を受信する。

このように、運転者が所望する進路は、ステアリングホイール１６の旋回角度「Ａ１」と、車両１０の長手方向の速度とに基づいて決定される。このために、ステアリングホイール１６は角度センサ２２を備え、車両は長手方向速度センサ２４を備えている。
実際の進路は、特に車両の側方加速度と、車両のヨーレートとに基づいて決定される。このために、車両１０は側方加速度センサ２６と、車両１０のヨーレートを感知するヨーレートセンサ２８とを備えている。

図２に示すように、第１電子制御ユニット２０は、ステアリングホイール１６の角度を測定する角度センサ２２と、車両１０の長手方向の速度を測定する長手方向速度センサ２４とにより供給される情報に基づいて、第１電子制御ユニット２０が運転者の所望の進路だと考える第１基準進路３０を計算する。
例えば、第１基準進路３０は、以下の等式を用いて計算される。

ここで、
−Ｍは車両の総重量であり、
−Ｉ_ｚは重心を通る垂直軸の周りの車両の慣性であり、
−Ｌ_１は重心とフロントアクスルの間の距離であり、
−Ｌ_２は重心とリアアクスルの間の距離であり、
−Ｄ_１は前輪のコーナリング剛性であり、
−Ｄ_２は後輪のコーナリング剛性であり、
−α_１は前輪１２が車両の長手軸との間に形成する角度であり、
−Ｖは車両の長手方向の速度であり、
−

は、垂直軸上の重心を中心とする車両のヨーレートであり、
−βは車両の速度ベクトルが車両の長手軸との間に形成するドリフトの角度である。

このとき、第１電子制御ユニット２０は、第１基準進路３０の両側にそれぞれ一つずつ、計二つのライン３２を画定し、これらのラインは所定のスペースＥ１だけ第１基準から隔たっている。これら二つのライン３２は第１進路補正手段「ＥＳＰ」の起動閾値を形成する。
第１電子制御ユニット２０はまた、側方加速度センサ２６と、ヨーレートセンサ２８と、車両１０の長手方向の速度を感知する長手方向速度センサ２４とにより送信されるデータに基づいて、車両の実際の進路を決定する。

第１電子制御ユニットによって計算された実際の進路が二つの起動閾値３２の間に納まっていれば、進路補正装置は使用されない。
反対に、実際の進路が第１基準進路３０から離れすぎている場合、つまり実際の進路が起動閾値３２の一方と交差している場合、進路補正装置「ＥＳＰ」が使用される。この場合、第１電子制御ユニット２０は、車輪１２、１４のブレーキ１８と、適切であれば、車両１０のエンジンに選択的に作用することにより、実際の車両の進路を二つの起動閾値３２の間に戻す。

本発明の教示によれば、車両１０の進路を補正する装置は、後部ステアードホイール１４を旋回させることにより進路を補正する第２の手段、「４ＷＳ」を備える。
このために、図１に示すように、車両１０は、後部ステアードホイール１４に命令して補正角度「Ａ２」だけ旋回させることができる第２の電子制御ユニット３４を備える。

第２電子制御ユニット３４は、運転者が所望する進路である、第２基準進路の形式の進路と、実際の車両の進路とを比較する。
従って、第２電子制御ユニット３４はまた、運転者が所望する進路と、車両１０の実際の進路とに関する情報を受信する。

第２基準進路と車両１０の実際の進路とは、第１補正手段に関して上述したものと同じセンサ２２、２４、２６、２８を起源とする同じ情報に基づいて決定される。
よって、第２電子制御ユニット３４によって計算される実際の進路が第２基準進路から逸脱したとき、つまり実際の進路が第２基準進路と重ならないとき、第２電子制御ユニットは、後部ステアードホイール１４に補正角度「Ａ２」を適用することにより、それらホイールの方向に作用し、よって車両１０をその第２基準進路に戻す。

しかしながら、第２基準進路は必ずしも第１基準進路と同じではない。二つの補正手段が別々に設計されて、それぞれが関連する基準進路を計算するための異なるモデルを有することがある。これは特に、「ＥＳＰ」及び「４ＷＳ」補正手段が二つの異なる供給元から供給される場合に当てはまる。
従って、図２に示すように、同じ車両１０の走行条件下であり、且つ同じ情報に基づいている場合も、第２基準進路３６は第１基準進路３０と一致していない。

二つの進路補正手段「ＥＳＰ」と「４ＷＳ」が、車両１０に対して同時に反対の方向へ作用することを防ぐため、第２基準進路３６が第１補正手段「ＥＳＰ」の起動閾値３２の間に納まることが必要である。
このように、車両の実際の進路が第２基準進路３６を辿る場合、二つの補正手段「ＥＳＰ」及び「４ＷＳ」はいずれも使用されない。

車両１０の実際の進路が第２基準進路３６から逸脱しているが、起動閾値３２を踏み越えない限りにおいては、第２補正手段「４ＷＳ」だけが使用される。第１補正手段「ＥＳＰ」は使用されない。
車両１０の実際の進路が起動閾値３２によって課せられた限界を踏み越えると、まず車両を起動閾値３２内に戻すため、補正手段「ＥＳＰ」と「４ＷＳ」の両方が同時に使用される。この第１段階が達成されると、第１補正手段「ＥＳＰ」の使用は停止され、車両１０を第２基準進路３６上に戻すために第２補正手段「４ＷＳ」が引き続き使用される。

従って、第２基準進路３６が常に二つの起動閾値３２の間に収まるような条件を維持するために、第１補正手段「ＥＳＰ」を調節するステップが行われる。この調節ステップの間に、起動閾値３２までのスペース「Ｅ１」内に第２基準進路３６が含まれるようにそのスペースを調節する。

本発明の別の態様によれば、第１補正手段「ＥＳＰ」は、第２補正手段「４ＷＳ」の誤動作又は故障したとき、ダウングレードモードとして知られる運転モードで起動することができる。
例えば、誤動作は、後輪１４の旋回の角度を感知する後輪の旋回角度センサ（図示しない）による測定値を、第２電子制御ユニット３４によって命令される旋回の角度と比較することにより検出される。この角度の測定値が第２電子制御ユニットによって命令される角度と一致しない場合、何らかの誤作動があると考えられる。

第１補正手段「ＥＳＰ」の起動閾値３２を互いに近づけることにより、両方の補正手段「ＥＳＰ」と「４ＷＳ」が機能しているときより、第１補正手段「ＥＳＰ」による車両１０の進路の補正頻度を上げる。つまり、ダウングレード運転モードでは、基準進路３０から起動閾値３２までのスペース「Ｅ２」が、正常運転モードにおけるスペース「Ｅ１」より小さい。

本発明の変形例によれば、第２電子制御ユニット３４は、後輪１４に命令し、車両の旋回半径に影響する角度「Ａ３」だけ旋回させることができる。この角度は「車両整合角度」としても知られている。
このような機能性により、特に車両１０の長手方向の速度に従って、車両１０の旋回半径を、ステアリングホイール１６と同一の旋回角度「Ａ１」だけ修正することができる。

よって、車両１０の速度が非常に小さいときに運転者が車両１０を厳密に操舵したいと思う場合、第２電子制御ユニット３４は、車両の旋回半径を低減するために、後輪１４に対し、前輪１２と反対方向に旋回するように命令する。
反対に、車両が高速で走行している場合、第２電子制御ユニット３４は、旋回半径を増大させることにより運転者がスリップすることなく進路を微調節できるように、後輪１４に対し、前輪１２と同じ方向に旋回するように命令する。

従って、第２電子制御ユニットは、後輪１４に対する二種類の命令、即ち、補正角度「Ａ２」だけ旋回させる命令と、車両の旋回に影響する角度「Ａ３」だけ旋回させる命令を発することができる。
二つ目の、「影響」角度「Ａ３」は、所望の進路を規定する際に運転者によって認識される。従って、二つ目の「影響」角度「Ａ３」は、第１基準進路３０を決定するための第１電子制御ユニット２０と、第２基準進路３６を決定するための第２電子制御ユニット３４の両方によって認識されなければならない。

反対に、基準進路３０、３６を画定する電子制御ユニット２０、３４は、いずれの場合も、第１の「補正」角度「Ａ２」を認識する必要がない。何故なら、この角度は、運転者が所望する進路に影響する情報ではないためである。
例えば、第１基準進路３０は、以下の等式を使用して計算される。

ここで、
−Ｍは車両の総重量であり、
−Ｉ_ｚは重心を通る垂直軸の周りの車両の慣性であり、
−Ｌ_１は重心とフロントアクスルの間の距離であり、
−Ｌ_２は重心とリアアクスルの間の距離であり、
−Ｄ_１は前輪のコーナリング剛性であり、
−Ｄ_２は後輪のコーナリング剛性であり、
−α_１は前輪１２が車両の長手軸との間に形成する角度であり、
−α_２は後輪１４が車両の長手軸との間に形成する影響角度「Ａ３」であり、
−Ｖは車両の長手方向の速度であり、
−

は、垂直軸上の重心を中心とする車両のヨーレートであり、
−βは車両の速度ベクトルが車両の長手軸との間に形成するドリフトの角度である。

従って、本発明による補正装置により、第１補正手段「ＥＳＰ」を絶えず必要とすることなく、自動車１０の進路を細かく補正することができる。

Claims (7)

1. 四つのステアードホイール（１２、１４）を備えた自動車（１０）の実際の進路を補正する装置であって、自動車（１０）の四つのステアードホイール（１２、１４）の各々又は組み合わせを制動することにより第１基準進路（３０）に対して車両（１０）の実際の進路を補正する第１補正手段（１８、２０）を備えており、車両（１０）の実際の進路と第１基準進路（３０）との差異が起動閾値（３２）を上回ると第１補正手段（１８、２０）が使用されるもので、
   二つの後部ステアードホイール（１４）を補正角度（Ａ２）だけ旋回させることにより、第２基準進路（３６）に対して車両（１０）の実際の進路を補正する第２補正手段（３４、１４）を備え、
   第２基準進路（３６）と第１基準進路（３０）との差異が、第１補正手段（２０、１８）の起動閾値（３２）より小さくなるように、当該起動閾値（３２）を調節することを特徴とする、装置。
2. 車両の実際の進路がその第２基準進路（３６）から逸脱するとすぐに第２補正手段（３４、１４）が使用されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 第１及び第２基準進路（３０、３６）が、特に自動車（１０）のステアリングホイール（１６）の旋回角度（Ａ１）の関数として、電子制御ユニット（２０、３４）によって計算されることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
4. 第２補正手段の電子制御ユニット（３４）が、二つの後部ステアードホイール（１４）に対し、車両（１０）の旋回半径に影響する角度（Ａ３）だけ旋回するように命令できることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の装置。
5. 二つの後部ステアードホイール（１４）の影響角度が、特にステアリングホイール（１６）の旋回角度（Ａ１）と、自動車（１０）の長手方向速度との関数として決定されることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
6. 第２補正手段の誤作動を検出する手段を備えることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の装置。
7. 第２補正手段の誤作動が検出されると、第１補正手段の起動閾値（３２）が下げられることを特徴とする、請求項６に記載の装置。

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