JP2007509793A - 車両ヨー軸回りの車両の回転中心を求める装置 - Google Patents

Abstract

ヨーレートと横滑り角とに依存して車両ヨー軸回りの車両の回転中心を求める装置を提供する。

Description

本発明は車両ヨー軸回りの車両の回転中心を求める装置に関する。

本発明の利点
車両ヨー軸回りの車両の回転中心を求めるための本発明による装置は、回転中心の移動を求めることにより、走行動特性量が現時点の正しい回転中心に関連づけられるという利点を有している。車両ヨー軸回りの弾き出し運動において、回転中心は初めつねに車体前部の領域内にある。弾き出し運動の経過にしたがって、回転中心は車両の重心の方へ動いていく。この回転中心の移動は、有利には、走行動特性量を正確に求めるために使用される。これにより、走行動特性制御（ＥＳＰ）のような能動的制御システムはより確実に制御を行うことができ、安全ベルトやエアバッグのような乗員保護手段は実質的により確実にかつより高い信頼性をもって作動される。とりわけ、能動的安全性と受動的安全性を結び付けることを旨とする転覆センシングにとって、本発明による装置は特に適している。この場合、転覆の際の相応する誤作動及び／又は尚早作動が回避されるように、車両の重心における横速度を正確に求めることが極めて重要である。有利には、回転中心の移動は横滑り角とヨーレートとに依存して求められる。横滑り角は車両の長手軸と速度ベクトルとの間の角度を示すものである。ヨーレートは車両ヨー軸回りの車両の回転である。

従属請求項において実施されている措置及び発展形態により、独立請求項に示されている車両ヨー軸回りの車両の回転中心を求める装置の有利な改善が可能である。

特に有利には、前記装置はさらに回転中心を求める際に時間に依存して横滑り角の変化を考慮する。横滑り角の変化が大きいということは車両の横滑りを示すものであり、この横滑り角の変化は回転中心の計算の実行に使用することができる。

有利には、ヨーレートも横滑り角も、車両横加速度もしくは横速度及び車両縦加速度もしくは縦速度のような他の走行動特性量を介して求めることができる。とりわけ、横滑り角は車両の縦方向における走行動特性量を介しても車両の横方向における走行動特性量を介しても同等に求めることができる。したがって、ヨーレートと横滑り角を測定することは必ずしも必要ではない。

さらに、横滑り角を求めるために車体後部の領域にセンサ系が設けられていると有利である。択一的に、車体前部にもこのセンサ系を配置することが可能である。有利には、このセンサ系は光学式に構成されている。すなわち、測定原理が光学的である。例えば、このために、走行可能な路床を監視する光学式センサ系を使用してもよい。その際、車道表面の確率的ミクロ構造がセンサ内の周期的なプリズム格子上に結像する。平均値を得るために、変化するミクロ構造と格子の周期構造との乗算により得られる一時的な周波数がセンサフィールドにわたって積分される。測定精度を最大化するためには、一般に１００〜８００μｍである格子周期を走行可能な表面の位置周波数スペクトルに一致させなければならない。別の信号処理によって、車両が走行した距離に正比例する信号周期をカウントすることにより速度を求めることもできる。とりわけ、格子面をセグメント化することにより、２次元で速度を求めることが可能である。別の方式としては、走行方向、したがってまた横滑り角の識別がある。しかしながら、横滑り角を求める他の測定法も可能である。これらの測定法には、一般に、地面を介して速度又は位置の測定を行うことのできるセンサ原理が含まれる。光学式センサの他に、レーダーをベースとしたセンサ又は超音波センサも同様に可能である。横滑り角を検出する別の測定法は汎地球測位システムのような位置測定システムに基づいていてもよい。

回転中心はヨーレートと横滑り角を用いて求めることができる。そのためにヨーレートと横滑り角の値がテーブルに記憶され、このテーブルから回転中心が求められる。すなわち、現時点の回転中心を求めるためにアクセスされる値をテーブルから求めるために、前もって各車両で実験が行われる。代替的に、横滑り角及びヨーレートと現時点の回転中心との間の関係を描写した関数、又は、経験的もしくは解析的な算出も可能である。

現時点の回転中心は上述のように走行動特性の制御に役立つ。というのも、現時点の回転中心を用いた走行動特性制御は、走行動特性量、とりわけ車両横速度をより正確に求めることができるからである。それゆえ、車両制御に関して、現時点の走行状態に関するより正確な計算が得られ、従来の技術に比べて、車両のより確実な制御が保証される。安全ベルトやエアバッグのような乗員保護手段を制御する乗員保護システムの場合にも、現時点の回転中心を知っていることは最適な制御のために非常に有利である。といのも、この場合にも、走行動特性量はトリガアルゴリズムに取り入れられ、したがってより良好に求められるからである。

図面
本発明の実施例を図に示し、後に続く説明でより詳細に説明する。
図１は本発明による装置のブロック回路図を示しており、
図２はフローチャートを示しており、
図３は車両の横滑り角を示しており、
図４は車両の弾き出し運動を示しており、
図５は弾き出し運動の間の回転中心の移動を示している。

説明
アメリカ合衆国からの数字が車両転覆の際の受動的安全性の意義を裏付けている。１９９８年には、すべての単独自動車死亡事故の半分は転覆に起因していた。事故発生の全体では、車両転覆は約２０％の割合を占めている。しかしながら、クリティカルな車両操作においては、車両構造のゆえに以下の状況が必然的に生じる：車両が外的状況のために弾き出し運動に入り、車両の回転中心がはじめはつねに前輪にある。状況によっては、回転速度に基づいて、車両は完全に前輪上で回転するが、回転中心は移動するという状態に至る場合がある。通常は、回転中心は車両の重心の方向へ移動する、すなわち、車両は重心の回りを回転する。しかし、回転中心が後車軸の方向にさえ移動する可能性もある。それゆえ、本発明によれば、回転中心の移動を求めることが提案される。それにより、走行動特性量を求めるためにこの回転中心の移動を考慮することが可能になる。したがって、時間とともに変化する回転中心に依存して、例えば車両重心のような車両ジオメトリ内の任意の点における走行動特性量、例えば、横滑り角の正確な描写が可能となる。とりわけ、このことは、測定された量を車両ジオメトリ内の基準点上に、例えば車両重心上に変換することによって横滑り角を求めるセンサを使用した場合に当てはまる。このことから、基準点、すなわち、車両重心に関して、走行動特性量の正確な計算を行うことができるという利点が得られる。このことの結果として、状況に応じて、安全ベルト又は頭部エアバッグのような乗員保護手段を実質的により確実に又より高い信頼性をもって作動することができる。さらに、このことは能動的安全性と受動的安全性を結び付けることを旨とする転覆センシングにも関係している。このためには、転覆の際の相応する誤作動及び尚早作動が回避されるように、車両重心における横速度を正確に求めることが極めて重要である。

また別の利点は走行動特性を援用した横滑り角の制御において得られる。この場合、車両の軸への集中的な変換が不可欠なので、制御量のより良好な推定を実行することができ、車両の安定性を向上させることができる。

図１は本発明による装置のブロック回路図を示したものである。横滑り角センサＳはプロセッサ１０の第１のデータ入力側に接続されている。このプロセッサ１０はマイクロプロセッサ又はマイクロコントローラであってよい。とりわけ、プロセッサ１０は制御装置内に、例えば、走行動特性制御又は乗員保護システムのための制御装置内に収容してもよい。プロセッサ１０の第２のデータ入力側にはヨーレートセンサ１１が接続されている。第１のデータ入／出力側を介してプロセッサ１０はメモリ１２と接続されている。メモリ１２内には、連続データを格納することができる。メモリ１２が揮発性メモリ領域も有していることがあってよい。第２のデータ入／出力側を介してプロセッサ１０は乗員保護システムＲＨＳと結合されている。これにより、現時点の回転中心を乗員保護システムＲＨＳに伝送することができ、これに依存してエアバッグや安全ベルトや転覆防止バーのような乗員保護手段を作動させることができる。走行動特性制御ＥＳＰも現時点の回転中心を受け取るために第３のデータ入力側を介してプロセッサ１０と接続されている。走行動特性制御が担当する車両安定化のためにも、現時点の回転中心を知っていることは大きな利点である。

プロセッサ１０はメモリ１２に格納されたテーブルを用いて現時点の横滑り角とヨーレートとから現時点の回転中心を求める。

ここで、量ω_ｚはヨーレートを表し、ａ_ｙは横加速度を表し、ａ_ｘは縦加速度を表し、ｖ_ｘは縦方向の速度を表し、βは横滑り角を表している。正常な走行状態では、横滑り角は４°〜８°の範囲内にあり、拘束システムのアルゴリズムにとってクリティカルでない量である。走行動特性制御ＥＳＰもこの範囲内に制御を行うので、危険な状態は識別され、車両が横滑りしそうな相応の状況においては、個々の車輪の精確な制動により車両が安定化される。走行動特性制御ＥＳＰがもはや制御できない状況では、すなわち、車両が確定的に横滑りする状況では、横滑り角は１０°よりも大きくなり、車両は車両の並進運動を伴って又は伴わずにヨー軸回りに回転する。

変化する回転中心を求めるために、横滑り角の増大、横滑り角の変化のために能動的に切り替えられる同様のアルゴリズムを使用してもよい。通常、回転は車体前部で始まるので、横滑り角とヨーレートのある関数、例えば、約２５°の横滑り角と毎秒５０°のヨーレートを越えると回転の重心が車両の重心へ移動するということが確立される。横滑り角とヨーレートが増大するときには、車両重心回りの車両の回転が必然的に生じる。したがって、回転中心の変化は、横滑り角とヨーレートと場合によっては横滑り角の変化との関数として記述される。

回転中心の変化を求めるために、横滑り過程が検出された後に、まず車両重心から回転中心までの距離の間の線形関係をヨーレートに依存して記述する簡単なルックアップテーブルを使用してもよい。つまり、横滑り角は横滑り過程を識別するための条件として機能し、その一方でヨーレートは現時点の回転中心を求めるために使用される。次のテーブルは、ヨーレートと、横滑り角を求めるセンサから回転中心までの距離との例を示している。この距離とセンサから重心までの距離とから、重心から現時点の回転中心までの距離が得られる。

図２は、本発明にしたがって装置が実行する動作をフローチャートで説明している。方法ステップ２００において、横滑り角がセンサSにより求められる。方法ステップ２０１では、この横滑り角が所定の限界を超えているか否かが調べられる。この所定の限界はここでは１０°である。横滑り角がこの値を下回っていれば、弾き出し運動は想定されず、方法ステップ２００に戻る。しかし、横滑り角が１０°を超えていれば、方法ステップ２０２にジャンプし、上述のように、現時点の回転中心を求めるためにヨーレートが使用される。さらに、方法ステップ２０３では、上記テーブル又は式により回転中心の変化が求められ、続いて、走行動特性量の変換を最適に実行することができるように、相応の値、例えば重心から回転中心までの距離が求められる。方法ステップ２０４では、現時点の回転中心を決定するために、車両前部に想定される初期回転中心と回転中心の変化を相互に結合することによって、回転中心が求められる。

図３は、ここで考慮される基礎となる走行動特性量を示している。車両３０は軌跡３１に沿って動く。車両３０は車両長手方向に速度成分ｖ_ｘを、車両横手方向に速度成分ｖ_ｙを有している。これら２つの量から、軌跡３１に対する接線を表すベクトルｖ_ＣＭが得られる。ベクトルｖ_ＣＭとｖ_ｘの間に角度βがある。この角度が横滑り角である。

図４は弾き出し運動の際の初期状態と終状態とを記述したものである。図４ａでは、車両４０は重心ＣＭと横滑り角を求めるためのセンサＳとを備えている。ただし、センサＳは車体後部の例えば後部バンパーに配置されている。センサＳから重心ＣＭまでの距離は、車両長手軸方向においては量ｌ_ｘによって、車両横手方向においてはｌ_ｙによって示されている。図４ｂは前車軸回りの車両の回転を示している。回転中心Ｄは車両４１の車体前部に示されている。重心ＣＭはセンサＳの取付け箇所と同じくもちろん不変である。センサＳは、ここでは、回転中心まで縦方向にｌ_ｄの距離を有している。しかし、回転中心Ｄは弾き出し運動の間移動するので、図４ｃには、回転中心Ｄが重心ＣＭと一致した終状態が示されている。センサＳはそのため重心ＣＭないし回転中心Ｄまで縦方向に同じ距離、すなわち、ｌ_ｘ＝ｌ_ｄを有している。

センサＳは車体後部にあり、例えば縦速度ｖ_{ｘ，ｓｅｎｓｏｒ}と横速度ｖ_{ｙ，ｓｅｎｓｏｒ}を測定する。

このことから、センサの位置を考慮して、重心の速度ｖ_ＣＭが求まる：
ｖ_ＣＭ＝ｖ_{Ｓｅｎｓｏｒ}＋ω・ｌ_{Ｓｅｎｓｏｒ，ＣＭ}
ここで、重要な仮定は、重心回りの回転が起きているということである。このことは弾き出し運動の初期には当てはまらず、弾き出しの最中には必ず当てはまらなければならない。むしろ、回転エネルギーが車両を回転させるのに十分であるか否かは、確実にその時々のヨーレートに依存している。このことは、上で導かれた速度は回転成分により歪められるということを意味している。というのも、回転中心からセンサまでの距離は時間依存する量であるからである：
ｖ_ＣＭ＝ｖ_{Ｓｅｎｓｏｒ}＋ωｚ・ｌ_{Ｓｅｎｓｏｒ，Ｄｒｅｈｐｕｎｋｔ}（ｔ，ω_ｚ）
弾き出しの初期には、原則的にセンサから前車軸までの差が距離として得られる。というのも、車両の回転はつねに前輪回りで開始されうるからである。路床、ヨーレートなどに応じて、車両は前輪回りに回転するが、前車軸の回転中心は重心へ移動する可能性が存在する。こうしたケースが起こった場合、車両は重心回りに回転し、上記の元の式が再び当てはまる。

図５は回転中心の移動を時間経過図的に示したものである。初めは、重心５９と回転中心５８とセンサＳを有する車両が位置５０にある。ここでは、センサまでの距離は最大である。次のステップでは、回転中心は点５０１まで移動し、そのため車両５１は回転中心５０１回りに回転する。画像５２では、回転中心は位置５０２まで移動し、重心５９に近づいている。画像５３では、回転中心はふたたび幾らか移動し、同様に画像５４においては、回転中心はすでにフロントガラスの領域に入っている。画像５６では回転中心５０５は再び重心５９に近づき、一方、画像５７で回転中心５０６は重心５９に達している。ヨーレートと横滑り角が増大する場合、回転中心は車両重心の方向へ移動する。

本発明による装置のブロック回路図を示す。 フローチャートを示す。 車両の横滑り角を示す。 車両の弾き出し運動を示す。 弾き出し運動の間の回転中心の移動を示す。

Claims (9)

1. 車両ヨー軸回りの車両（３０）の回転中心（Ｄ）を求める装置であって、ヨーレートと横滑り角（β）とに依存して回転中心（Ｄ）を求めるように構成されていることを特徴とする装置。
2. 回転中心（Ｄ）を求める前記装置はさらに横滑り角の変化
   

   

   及び／又は横速度（ｖ_ｙ）を考慮する、請求項１記載の装置。
3. 前記装置は線形の走行動特性量に依存してヨーレートを求める、請求項１記載の装置。
4. 前記装置は線形の走行動特性量に依存して横滑り角を求める、請求項１又は３記載の装置。
5. 横滑り角（β）を求めるために、車両後部の領域にセンサ系（Ｓ）が設けられている、請求項１又は２記載の装置。
6. 前記センサ系（Ｓ）は光学式に及び／又は超音波をベースとして及び／又はレーダーをベースとして及び／又は位置測定をベースとして構成されている、請求項５記載の装置。
7. 前記装置はヨーレートと横滑り角（β）とに関するデータが格納されたメモリ（１２）を有しており、前記装置は前記データに依存して回転中心（Ｄ）を求める、請求項１から６のいずれか１項記載の装置。
8. 走行動特性量を求める際に走行動特性制御（ＥＳＰ）が回転中心を考慮することができるように、前記装置は走行動特性制御（ＥＳＰ）に接続されている、請求項１から７のいずれか１項記載の装置。
9. 乗員保護手段を制御する際に乗員保護システム（ＲＨＳ）が回転中心（Ｄ）を考慮することができるように、前記装置は乗員保護システム（ＲＨＳ）に接続されている、請求項１から８のいずれか１項記載の装置。

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