(57)【要約】  旋回中の車体が外側に傾く荷重変化（ロール）に作用することができる少なくとも１つのアクチュエータ（２１）と、車両の横方向加速度、車両に加えられるアンチロールトルクのロール角および運転状況データから、ロール状態を予測するモジュールと、ロールに作用する外乱の漸近的除去設定値を生成するモジュールを備える、車両（１）の横揺れを制御する装置（１１）。
2009520634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
横揺れ（ロール）に作用することができる少なくとも１つのアクチュエータ（２１）を備える車両（１）のロール制御方法であって、車両の横方向加速度、車両に加えられるアンチロールトルクのロール角および運転状況データから、ロール状態を予測し、ロールに作用する外乱の漸近的除去設定値を生成する方法。
【請求項２】
前記アクチュエータの設定値および横方向加速度に応じて、ロール角を予測する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記アクチュエータのダイナミックレンジに応じて、ロール角を計算する請求項２に記載の方法。
【請求項４】
外乱に応じてロール角の変化を計算する請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
センサ（１４）の値により、ロール角の変化を測定する請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
車両の速度、前輪の操舵角および／または制動圧力に応じて、前記設定値を生成する請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
横揺れ（ロール）に作用することができる少なくとも１つのアクチュエータ（２１）と、車両の横方向加速度、車両に加えられるアンチロールトルクのロール角および運転状況データからロール状態を予測するモジュール（２４）と、ロールに作用する外乱の漸近的除去設定値を生成するモジュール（２５）とを備える、車両のロール制御装置（１１）。
【請求項８】
前記各モジュールが閉ループ構成で配置される請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記アクチュエータが制御可能なアンチロールバーに連結される請求項７または８に記載の装置。
【請求項１０】
前記アクチュエータがアクティブサスペンションに連結される請求項７または８に記載の装置。
【請求項１１】
車体と、車体に連結された少なくとも３つの車輪と、車両のロール制御装置（１１）とを備える車両であって、当該装置が、ロールに作用することができる少なくとも１つのアクチュエータ（２１）と、車両の横方向加速度、車両に加えられるアンチロールトルクのロール角および運転状況データからロール状態を予測するモジュール（２４）と、ロールに作用する外乱の漸近的除去設定値を生成するモジュール（２５）を備える車両。
【発明の詳細な説明】
【発明の開示】
【０００１】
本発明は、地上車両、とりわけ車輪付き自動車両の制御システムの分野に属する。従来、自動車両は、車体、乗員室、およびサスペンション機構によって、車体に連結された車輪を備えており、乗員室内の運転者の操作に委ねられるハンドルによって、操作される操舵輪である前車輪と、操舵輪であるまたは操舵輪でない後車輪を有する。
【０００２】
文献ＵＳ２００４／０１１７０８５には、アクティブ・サスペンションシステムおよびアクティブ・アンチロールバーシステムを制御することができるヨーイング安定制御ユニット、ロール安定制御ユニットおよび、優先判定、統合ユニットに対して情報を提供する横方向加速度センサ、ロールセンサ、操舵角センサおよび少なくとも１つの速度センサを備えた、車両のヨーイング制御システムが記載されている。
【０００３】
文献ＵＳ２００４／０１１７０７１には、車両のロール制限方法であって、比例、導関数および二次導関数型の補正と、ブレーキ制御システムに送られるか、または操舵制御システムに送られる制御信号を含む方法が記載されている。
【０００４】
しかし、これらのシステムは、多数のセンサを必要とする上に、運転者からある種の働きかけを受けたときに、またはある種の路面状態に対して、十分に安定的でない挙動を車両にもたらす。単独または二重の障害の回避など、ある種の状況は車両の制御不能を来たすことがあり得る。この場合の制御不能は、しばしば車両の反応が極端である、十分に緩和されていない、予測し難いなどの理由で不適応であることが原因である。
【０００５】
本発明が目的とするのは、安全性、安心感、快適性および大きな運転の喜びを保障する横揺れ防止制御システムである。
【０００６】
横揺れ（ロール）に作用することができる、少なくとも１つのアクチュエータを備える車両のロール制御方法は、車両の横方向加速度、車両に加えられるアンチロールトルクのロール角、および運転状況データからロール状態を予測するステップと、ロールに作用する外乱の漸近的除去設定値を生成するステップとを含む。これにより、外乱を効率的に除去することができる。
【０００７】
好ましくは、アクチュエータの設定値および横方向加速度に応じてロール状態を予測する。好ましくは、アクチュエータのダイナミックレンジに応じてロール状態を予測する。また、好ましくは、外乱に応じてロール状態の変化を計算する。
【０００８】
１つの実施形態では、ロール角をセンサで測定し、測定したロール角からロール状態を予測する。また１つの実施形態では、車両の速度、前輪の操舵角および／または制動圧力に応じて設定値を生成する。
【０００９】
車両のロール制御装置は、ロールに作用することができる少なくとも１つのアクチュエータと、車両の横方向加速度、車両に加えられるアンチロールトルクのロール角および運転状況データからロール状態を予測するモジュールと、ロールに作用する外乱の漸近的除去設定値を生成するモジュールを備える。
【００１０】
１つの実施形態では、各モジュールは閉ループ構成で配置される。１つの実施形態では、アクチュエータは制御可能なアンチロールバーに連結される。また１つの実施形態では、アクチュエータはアクティブサスペンションに連結される。
【００１１】
車両は、車体と、車体に連結された少なくとも３つの車輪と、車両のロール制御装置とを備える。この装置は、ロールに作用することができる少なくとも１つのアクチュエータと、車両の横方向加速度、車両に加えられるアンチロールトルクのロール角および運転状況データから、ロール状態を予測するモジュールと、ロールに作用する外乱の漸近的除去設定値を生成するモジュールを備える。
【００１２】
本発明は、前２輪と後２輪による４輪の車両、３輪の車両、または６輪もしくはそれ以上の車輪数の車両であって、そのうちの少なくとも２輪が操舵輪である車両に適用される。本発明は、運転者による働きかけや路面の状態にかかわらず、車両が所望のロール挙動をとることができるようにするものであり、それによって、とりわけ自動車両の使用者の快適性を高めることができる。また、本発明は安心感、快適性および運転の喜びを高めることができる。
【００１３】
アクティブ・アンチロールシステムは、車両の速度を考慮に入れながら、運転者によるハンドル操作に対する車両の横方向の応答を最小化することができる。最適化は、安全性、快適性および運転の楽しさのそれぞれの基準に従って行われる。
【００１４】
本発明は、何ら限定的でない例として取り上げた、添付の図面によって図示する幾つかの実施形態に関する詳細な説明を検討することで、よりよく理解されるであろう。
【００１５】
図１を見るとわかるように、車両１は車体２と、２つの操舵前輪３および４と、２つの後輪５および６を備え、それぞれの車輪は図示しないサスペンション機構によって車体２に連結されている。
【００１６】
車両１は、前輪３および４の間に配置されたラック８と、車両の運転者の操作に委ねられる操舵ハンドル（図示せず）から、機械的または電気的に受け取る指令に応じて、ラック８を介して前輪３および４を方向づけることができる、ラックアクチュエータ９とを備える操舵システム７をもって実現される。
【００１７】
アンチロールシステム１０は、制御ユニット１１と、車両の速度Ｖを決定することができる例えば前輪の車輪回転速度センサ１３と、車両のロール角θすなわち長手方向の軸に沿った重心の周りの車両の傾きのセンサ１４と、さらにオプションで、例えばアクチュエータ９上に配置された前輪３および４の操舵位置のセンサ１２とを備える。
【００１８】
さらにシステム１０は、後輪５および６の操舵角のセンサ１７および１８と、後輪５および６を方向づけることができるアクチュエータ１９および２０とを備えることができる。しかし、操舵角の検出と後輪５および６の方向づけには、単一のセンサ１７と単一のアクチュエータ１９だけで足りる。後輪５および６は操舵輪でないからである。位置センサおよび速度センサは、光学式または、例えばホール効果による磁場式であって、可動部分に接続されたエンコーダと協働するものであればよいが、このセンサは回転しない。
【００１９】
車両１は、それぞれ前輪３、４と後輪５、６を連結する２本のアンチロールバー１５および１６を備える。アンチロールシステム１０は、ここに図示するアクチュエータを少なくとも１つ備える。２つのアクチュエータ２１および２２は、前アンチロールバー１５および後アンチロールバー１６とそれぞれ連係し、制御ユニット１１からの制御指令を受けたときに、該バー１５および１６に作用するアクティブ・アンチロールバーを形成する。アクチュエータ２１および２２は、例えば制御ユニット１１から受ける設定値に応じて、アンチロールバー１５および１６の剛性を変化させることができる。システム１０は、横方向加速度γＴセンサ２３およびブレーキ回路の圧力Ｐのセンサ２４を備えることができる。
【００２０】
制御ユニット１１は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、中央処理装置、およびセンサから情報を受け、とりわけアンチロール・アクチュエータ２１および２２に指示を出すことができる入出力インターフェースを備えた、マイクロプロセッサの形で実現することができる。
【００２１】
より詳細には、制御ユニット１１はセンサ１３、１４および２３からの信号、とりわけ車両の速度Ｖ、ロール角θおよび横方向加速度γＴを受け取る入力ブロック２４を備える（図２参照）。車両の速度Ｖは、車輪アンチロックシステムのセンサによって測定される前輪または後輪の速度の平均をとることによって得ることができる。この場合、車輪毎に１つのセンサ１３が用意され、車輪アンチロックシステムは車両の速度情報を供給するために、制御ユニット１１に入力される出力を備える。あるいは、それぞれのセンサ１３の値は、制御ユニット１１に入力され、これを受けて制御ユニット１１は車輪の速度の平均値を得る。
【００２２】
制御ユニット１１は、とりわけ車両に作用する外乱など、測定されないが制御に必要な情報を予測することができる、状態オブザーバ２５を備える。入力ブロック２４は、車両の速度Ｖ、ロール角θ、横方向加速度γＴ、ならびに、とりわけ操舵角α１および／または圧力Ｐなど、運転状況に関するデータ「状況」を状態オブザーバ２５に供給する。状態オブザーバ２５は、例えば横方向加速度γＴと車体のロール角θの間、およびアンチロール・アクチュエータによって加えられるトルクμｆと車体のロール角θの間における伝達を表現した簡易方程式に基づくモデルから構築することができる。この方程式は、例えば次のように記すことができる。
2009520634.tif 000003
【００２３】
またアクチュエータによって、実際に加えられるトルクμｆを制御トルクμｃと区別して、アクチュエータのダイナミックレンジを導入することもできる。これは次のように表すことができる。
2009520634.tif 000004
このモデルに付随する状態方程式は、次のようになる。
2009520634.tif 000005
2009520634.tif 000006
式中の記号はそれぞれ以下のとおりである。
2009520634.tif 000007
2009520634.tif 000008
2009520634.tif 000009
2009520634.tif 000010
【００２４】
ここで、ｙは出力であり、Ｍは車両の全重量であり、Ｉxxは車体がそのロール軸すなわち地表より上に位置し、前方にわずかに傾斜することができる長手方向の軸周りの慣性であり、Ｌは車両のホイールベースであり、ｈ０は車体のロール軸に対する重心の高さであり、Ｅ１は前輪トレッドであり、Ｅ２は後輪トレッドであり、α１は前輪の操舵角であり、θは車体のロール角であり、θｃはモデルによって計算した車体のロール角であり、
2009520634.tif 000011
は車体のロール速度であり、
2009520634.tif 000012
はモデルによって計算した車体のロール速度であり、μｃはロールトルクの設定値、μｆはアクチュエータのダイナミックレンジによるフィルタをかけた、すなわち実際に加えられるロールトルクであり、τａはアンチロール・アクチュエータの応答時間である。
【００２５】
次いで、同じモデルに基づきながら、そのモデルにさらに外乱を付加してこのオブザーバを構築する。例えば、等式
2009520634.tif 000013
によって特徴づけられる外乱をステップ外乱としてモデル化することができる。すると、オブザーバの発展方程式は次のようになる。
2009520634.tif 000014
2009520634.tif 000015
これを、
2009520634.tif 000016
および
2009520634.tif 000017
と書く。ここで、＾は値が予測値であることを示す。
【００２６】
オブザーバは、速度に依存することがわかる。Ｋobsがオブザーバの設定パラメータであることにも留意する必要がある。Ｋobsは様々な車速について計算することができ、これを挿入することでＫobs（Ｖ）を得、車両の速度に応じた異なる挙動を得る。
【００２７】
４つの予測値
2009520634.tif 000018
は、制御ユニット１１の他の要素によって使用される、車両状態に関する予測値を供給する。制御ユニット１１は外乱の漸近的除去ブロック２６をさらに備える。このブロック２６は、外乱値
2009520634.tif 000019
を、一般に車両１のロール角θとなる当該出力に比して無視できるものとすることができる。閉ループ化は、状態オブザーバ２５によって予測される外乱値
2009520634.tif 000020
に対して行われる。
【００２８】
外乱の漸近的除去の計算は、Larminatの方法（Automatique, Commande des systems lineaires - Philippede Larminat - Hermes)に基づく。外乱の漸近的除去を実現するためには、以下の２つの関係が満たされなければならない。
2009520634.tif 000021
すなわち、
2009520634.tif 000022
第１の関係から、Ｔa,1＝１を得る。
第２の関係から、
2009520634.tif 000023
を得る。
さらに、横方向加速度γＴはフィードバックされないため、Ｇa,2＝０である。この入力は制御できなく、そのまま維持されるためである。
その結果、以下を得る。
2009520634.tif 000024
【００２９】
また、状態フィードバックのゲインは、Ｇ＝（Ｇ１Ｇａ＋Ｇ１Ｔａ）で与えられる。システムダイナミックレンジは変えずに、単に外乱ｄの除去を行うため、Ｇ１＝（０００）となる。そのため、結局、
2009520634.tif 000025
となる。したがって、外乱除去のための制御は、
2009520634.tif 000026
で表される。
【００３０】
制御ユニット１１は、制御ユニット全体の出力をなすものであり、トルク設定値μｃを供給して、それをアンチロール・アクチュエータ２１および２２に伝達する出力２７をもって完結する。
【００３１】
図３に示す実施形態では、アンチロールシステム１０は、前述のような外乱除去手段と同時に、フランス国特許出願第０５０７１１３号に記載されているような、横方向加速度または前輪の操舵角に応じて、車両の動的および静的ロール応答を設定する開ループ制御を行う。そのため、制御ユニット１１は、トルク設定値μｃが入力ブロック２４に再びループバックされる点を除いて、前記実施形態の場合と同じデータを入力側に受ける状態オブザーバ２５と、入力側に横方向加速度γＴおよび運転状態データ「状況」を受け、出力側に制御トルクμffを出力する外乱除去モジュール２８とを備える。制御ユニット１１は、制御トルクμffと除去設定値「μ除去」を入力する加算器２９を備え、その２つの値を合計して出力側にトルク設定値μｃを出力する。
【００３２】
外乱除去モジュールは、測定されないが制御に必要な情報を予測することができる車両モデル３０を含むことができる（図４参照）。モデル３０は、車体２の固有挙動、すなわち車両の横方向加速度γＴに応じた車体２のロールモード応答を予測することができる。このモデルは、例えば、横方向加速度γＴと車体のロール角θの間および、アクチュエータによって加えられるトルクμｆと車体のロール角θの間における伝達要素の簡易方程式に基づいたものとできる。すなわち、
2009520634.tif 000027
アクチュエータのダイナミックレンジをモデル化することによって、アクチュエータによって実際に加えられるトルクの測定を回避することができる。すなわち、
2009520634.tif 000028
ここで、μｆは加えられるトルク、μｃはトルク設定値、τａはアクチュエータのダイナミックレンジ、ｓはラプラス演算子である。このモデルに付随する状態方程式は、次のとおりである。
2009520634.tif 000029
2009520634.tif 000030
モデル３０は、計算によるロール角θｃ、計算によるロール速度
2009520634.tif 000031
および、アクチュエータのダイナミックレンジによるフィルタをかけた、すなわち実際に加えられるロールトルクμｆを供給する。
【００３３】
制御ユニット１１は、そのほか、モデル３０の上述の出力および車両１の速度Ｖを入力する過渡値計算ブロック３１を備える。ブロック３１は、過渡応答に作用することを可能にする制御を極配置によって計算する。上述したシステムの３つの極を次のように記す。
2009520634.tif 000032
ここで、速度Ｖにおける極の実数部をａ１（Ｖ）、虚数部をｂ１（Ｖ）と記している。その上で、ループ化されたシステムの極を以下に設定する補償ファクタ  Ｋ＝［Ｋ１（Ｖ）  Ｋ２（Ｖ）  Ｋ３（Ｖ）］が求められる。
2009520634.tif 000033
ここで、Ｔｄｙｎ１１、Ｔｄｙｎ１２、Ｔｄｙｎ２１、Ｔｄｙｎ２２、Ｔｄｙｎ３１、Ｔｄｙｎ３２は、車両の過渡応答の設定パラメータ（車両の速度Ｖに依存する変数）である。
【００３４】
補償ファクタＫ（Ｖ０）は、選択された個々の速度Ｖ０について、Int. J. Control, 41(1985), 1129-1155ページに掲載された、J. Kautsky et N. K. Nicholsによる論文「Robust Pole Assignment in Linear State Feedback」に記載されている、極設定法によって計算することができる。
【００３５】
これにより、コマンドの最初の部分を次のように得る。
2009520634.tif 000034
設定パラメータが１のときは車両の動的応答は変更されず、１を超えるパラメータは車両のロール応答を増大させ、１未満のパラメータは車両のロール応答を低下させることがわかる。一例として、次のように設定することができる。
Ｔｄｙｎ１１＝0.8
Ｔｄｙｎ１２＝0
Ｔｄｙｎ２１＝0.8
Ｔｄｙｎ２２＝0
Ｔｄｙｎ３１＝0.8
Ｔｄｙｎ３２＝0
【００３６】
この設定により、ロール振動を抑えながら車両の動的応答を減速させることができる。この設定は、カーブ進入時に乗員が感じる、ロール開始の唐突さを和らげることで乗員の快適性を高めることができる。こうして、ブロック３１は係数Ｋ１、Ｋ２およびＫ３ならびにコマンドの最初の部分である「μｃ過渡」を出力側に供給する。
【００３７】
制御ユニット１１は、そのほか、ブロック３１から係数Ｋ１、Ｋ２およびＫ３、車両の速度Ｖならびに横方向加速度γＴを入力値とする静的コマンド「μｃ静的」を計算するブロック３２を備える。このコマンド「μｃ静的」は、所定の大きさのハンドル操作を受けて生じる、車体のロール角の静的な値を設定することができる。この結果は、アクティブアンチロール装置のない同一の車両で得ることができる静的ゲイン（右辺）と比較して、次のように表すことができる。すなわち、
2009520634.tif 000035
ここでＴｇｓは、必要であれば速度Ｖに応じて変化させることができる設定パラメータである。
【００３８】
コマンドの第２の部分は、パラメータＴｇｓに応じて次のように計算される。すなわち、
2009520634.tif 000036
パラメータＴｇｓが１のとき、車両の静的応答は変更されず、パラメータＴｇｓが１を超えるときは車両の静的応答は強められ、パラメータＴｇｓが１未満のときは車両の静的応答は弱められることがわかる。一例としてＴｇｓを０．８とすることによって、安定した転回時に車体に生じるロールを減らし、それによって乗員の快適性を顕著に改善することができる。
【００３９】
制御ユニット１１は、加算器３３および出力３４をもって完結する。加算器３３は１つの入力データとしてブロック３１の制御出力「μｃ過渡」を、もう１つの加算入力データとしてブロック３２のコマンド出力「μｃ静的」を入力する。一方、加算器３３の出力は、外乱除去モジュールの出力データとなる。
【００４０】
図５に示す実施形態では操舵角α１は、計算によるロール角θｃ、車両のロール状態Ｘ2,cおよびアクチュエータのダイナミックレンジによりフィルタをかけ、実際に加えられるロールトルクμｆを、車両のモデル３１により計算するために利用される。
【００４１】
図５に示す制御ユニット１１は図４に示すものに近いが、モデル３０が、例えば次の方程式に基づいたものであることが異なる。ここで、α１は前輪の操舵角である。
2009520634.tif 000037
アクチュエータによって実際に加えられるトルクμｆは、前記と同様、測定したものではなく、同様にアクチュエータのダイナミックレンジをモデル化して得たものである。すなわち、
2009520634.tif 000038
【００４２】
このモデルに付随する状態方程式は次のとおりである。
2009520634.tif 000039
2009520634.tif 000040
ただし、
2009520634.tif 000041
2009520634.tif 000042
2009520634.tif 000043
2009520634.tif 000044
2009520634.tif 000045
であり、ｙは当該出力であり、Ｘ2,cは
2009520634.tif 000046
によって定義される、車両の第２のロール状態である。
【００４３】
過渡値を計算するブロック３１は、図４に示したものと同様のものである。静的制御の計算ブロック３２は、所定の大きさのハンドル操作を受けて生じる、車体のロール角の安定時の値を設定することができる。結果は、アクティブ・アンチロール装置のない同じ車両で得ることができる静的ゲイン（右辺）と比較して次のように表される。すなわち、
2009520634.tif 000047
ただしＴｇｓは、必要であれば、速度Ｖに応じて変化することができる設定パラメータである。
【００４４】
コマンドの第２の部分はパラメータＴｇｓに応じて次のように計算される。
2009520634.tif 000048
式中の記号は前述のとおりである。すなわち、
2009520634.tif 000049
2009520634.tif 000050
2009520634.tif 000051
2009520634.tif 000052
2009520634.tif 000053
制御ユニット１１は前記実施形態と同様、ブロック３１の出力「μ２過渡」と、ブロック３２からの出力「μ２静的」とを入力する加算器３３をもって完結する。
【００４５】
本発明は、アクティブ・アンチロールシステムの制御を行い、開ループ戦略によって、横方向加速度または前輪の操舵角に応じて、車両の動的および静的なロール応答を設定することができる制御方法を提供する。この制御は、例えば車両の速度Ｖに依存することができる。車両は、運転者による要求や路面の状態にかかわらず、最も安定した挙動をとるように設計され、極めて高い安全性、高い安心感、快適性および運転の楽しみを最適化された状態で提供する。
【００４６】
本発明は望むときに、とりわけ車両がカーブに入って直ちに、アンチロールバー１５および１６の作動の変化の恩恵を受けることができるようにし、それによって、車両の接地性および運転者が感じる運転の快適性を向上させる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の１つの態様による制御システムを備えた車両の概略図である。
【図２】本発明の１つの態様によるシステムの論理図である。
【図３】本発明のもう１つの態様によるシステムの論理図である。
【図４】本発明のもう１つの態様による制御ユニット１１のブロック図である。
【図５】本発明のもう１つの態様による制御ユニット１１のブロック図である。
【図１】
2009520634.tif 000054
【図２】
2009520634.tif 000055
【図３】
2009520634.tif 000056
【図４】
2009520634.tif 000057
【図５】
2009520634.tif 000058
【国際調査報告】
2009520634.tif 000059
2009520634.tif 000060
2009520634.tif 000061
2009520634.tif 000062