(57)【要約】  本発明は所定のパラメータ（Ψ'，Ψ"，ａｙ，ａｘ）を用いた第一の車両モデルにより車両（Ｆ）の第一の状態を評価するステップと、  前記所定のパラメータ（Ψ'，Ψ"，ａｙ，ａｘ）を用いた第二の車両モデルにより車両（Ｆ）の第二の状態を評価するステップと、  少なくとも一つの評価されたパラメータ（φ）に従って、車両（Ｆ）が第一の状態から第二の状態への車両（Ｆ）へと移行するにつれて、第一の車両モデルから第二の車両モデルへの重み付けされた切替えをするステップとを含む、車両の状態を決定する方法に関する。本発明はまた車両（Ｆ）の状態を決定するための装置に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の状態を決定する方法であって、
所定のパラメータ（Ψ'，Ψ"，ａｙ，ａｘ）を用いた第一の車両モデルにより車両（Ｆ）の第一の状態を評価するステップと、
前記所定のパラメータ（Ψ'，Ψ"，ａｙ，ａｘ）を用いた第二の車両モデルにより前記車両（Ｆ）の第二の状態を評価するステップと、
少なくとも一つの評価されたパラメータ（φ）に応じて、前記第一の状態から前記第二の状態への前記車両（Ｆ）の移行における、前記第一の車両モデルから前記第二の車両モデルへの重み付けされた切替えステップとを有する方法。
【請求項２】
前記第一の車両モデルが第一のカルマン・フィルタを用いて前記車両（Ｆ）の運動状態をシミュレートし、前記第二の車両モデルが第二のカルマン・フィルタを用いて前記車両（Ｆ）の運動状態をシミュレートすることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
車両の前記第一の状態が前記車両（Ｆ）のローリング運動を表わし、車両の前記第二の状態が前記車両（Ｆ）の傾斜運動を表わし、ローリング運動は全ての車輪が地面と接した車両の長手方向軸まわりの回転運動を表し、そして傾斜運動は少なくとも一つの軌跡の車輪（Ｒ）が地面との接触を無くした状態を伴う、前記ローリング運動に続く回転運動に相当することを特徴とする請求項１あるいは２に記載の方法。
【請求項４】
前記第一の車両モデルから前記第二の車両モデルへの重み付けされた切替えが生じるとき、前記第二の車両モデルが前記第一の車両モデルの状態のパラメータ（Ψ'，Ψ"，ａｙ，ａｘ）で初期化されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記重み付けされた切替えのための重み付けが、算定された角度（φ）、望ましくは前記車両（Ｆ）のローリング角度又は傾斜角度に応じて行なわれ、特に前記算定された角度（φ）の値の増加が直線的な前記第二の車両モデルの重み付けにおける上昇と、前記第一の車両モデルの重み付けにおける同時の直線的な下降を伴って行なわれることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記重み付けされた切替えが、前記角度（φ）が第一の所定の角度値（φ１）と第二の所定の角度値（φ２）との間にある時に行なわれ、前記第一の所定の角度値（φ１）が望ましくはそこで軌跡の最初の、無荷重の車輪（Ｒ）が持ち上がる時の車両の角度を表現し、前記第二の所定の角度値（φ２）がそこで同じ軌跡の二個目の、無荷重の車輪（Ｒ）が地面との接触を無くした時の前記車両の角度を表現することを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第一の状態が外乱として評価されるとき、車道の長手方向の勾配（Θ）と、前記車道の横方向の勾配（Φ）と、前記車道の横方向の勾配割合（Φ’）及び／又は前記車道の摩擦係数（μ）とがシミュレートされ、考慮に入れられることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記車道の長手方向の勾配（Θ）及び前記車道の横方向の勾配割合（Φ’）がマルコフのプロセスを用いてシミュレートされ、そして前記車道の摩擦係数（μ）が準一定値としてモデル化されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記車両（Ｆ）の傾斜が運動状態として検知されたとき、前記車両（Ｆ）を安定させるために前記車両（Ｆ）の個々の車輪のブレーキが選択的に作動されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
車両の質量（ｍ）、前記車両の重心（Ｓ）位置、ホイールベース、トレッド及び／又は、ローリング特性、特にローリング剛性、及び／又は車両の減衰が前記車両のモデル化において考慮に入れられることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
使用できる車輪の円周速度と同様に、前記車両（Ｆ）によって車輪（Ｒ）ごとに使用できるブレーキ圧力により、好ましくはそこから車両の長手方向の加速（ａｘ）が予測される、決定論的なルーエンバーガ・オブザーバ・システムを用いて個々の車輪（Ｒ）の接線力が算定されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
車両の状態を決定するための装置であって、特に請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法を行なう装置において、
所定のパラメータ（Ψ'，Ψ"，ａｙ，ａｘ）を用いた第一の車両モデルにより前記車両（Ｆ）の第一の状態を評価するための第一の評価装置と、
前記所定のパラメータ（Ψ'，Ψ"，ａｙ，ａｘ）を用いた第二の車両モデルにより車両（Ｆ）の第二の状態を評価するための第二の評価装置と、
少なくとも一つの評価されたパラメータ（φ）に応じて、前記第一の状態から前記第二の状態への前記車両（Ｆ）の移行における、前記第一の車両モデルから前記第二の車両モデルへの重み付けされた切替えのための切替え装置とを有する装置。
【請求項１３】
前記所定のパラメータを利用可能にするために、ヨーイング加速度測定装置と、横方向の加速度測定装置と、望ましくは長手方向の加速度測定装置及び／又はローリング速度の測定装置とが備えられることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は車両の状態を決定する方法及び装置、特に或る傾斜角に達した時に車両を安定させるための、それに関する情報が必要な車両の状態を決定する方法もしくは装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現代の車両において電気式及び電子式の運転安全性システム、例えば定められた物理的限界内で車両の横滑りを防ぐように意図されたＥＳＰ（エレクトロニック・スタビリティ・プログラム）の影響は増加している。前述のＥＳＰシステムは車両のヨーイング速度を制御する。コストの理由から、車両の危機的な運転状態及び運動状態を出来る限り少ないセンサ手段で検知しようとするため、少数の測定パラメータを用いて運動量もしくは運動状態を決定出来るように努力が払われている。
【０００３】
特許文献１は車両の少なくとも一つの運動量を決定するための方法を開示している。それに関して、車両の横方向の速度及び／又はヨーイング速度、あるいはそれに依存する運動量が横方向の加速度及び／又は車両の双方の軸のかじ取り角測定値と共に記述されている。検知された測定値を評価するため、二対の適応した等価なカルマン・フィルタの組み合わせが備えられており、測定値の合計は一対のフィルタに供給され、測定値の間の差はもう一対のフィルタに供給される。
【０００４】
特許文献２は車両モデルの速度に依存する切替えを伴った、或る車両モデルを用いてヨーイング角速度の設定値が計算される運転安定性制御回路について記述している。該車両モデルの回路を用いて非常な高速及び非常な低速の双方における、出来る限り正確な値を計算可能にするため、適切な速度範囲が割り当てられた少なくとも二つの車両モデルが該車両モデルの回路内に用意され、現在適用されている速度範囲に応じて該二つのモデル間で切替えが生じる。該モデル間で対応する切替えが生じる時の、車両モデルの出力信号における急激な変化を避ける手段と同様に、切替えが生じる二つの速度しきい値のヒステリシスが前記文献に記述されている。
【０００５】
しかしながら、該二つの前述した既知の方法もしくは装置は、最初の車両の状態から別の車両の状態もしくは車両の運動状態への移行、特にローリング運動から傾斜運動への移行を、例えば安定化のため特にこのシステム特有の方法で、ブレーキ介入によって相当する対策を実施できるよう決定するには適していない。
【０００６】
【特許文献１】独国特許出願公開第  ４１  ２３  ０５３号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１９５  １５  ０５５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が基づく目的は、車両の状態、特にそれによって車両の傾斜運動が、確実なそして出来る限り明白な方法で識別できる、車両の運動状態を決定するための方法及び装置を利用可能にすることを含む。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的は請求項１の特徴を有する方法及び、請求項１２の特徴を有する車両の状態を決定するための装置を用いて本発明により達成される。
【０００９】
従って、
−所定のパラメータを用いた第一の車両モデルにより車両の第一の状態を評価するステップと、所定のパラメータを用いた第二の車両モデルにより車両の第二の状態を評価するステップと、少なくとも一つの評価パラメータに応じて第一の状態から第二の状態へ車両が
移行するにつれて、第一の車両モデルから第二の車両モデルへの重み付けされた切替えをするステップとを有する、車両の状態を決定する方法（請求項１）と、
−所定のパラメータを用いた第一の車両モデルにより車両の第一の状態を評価するための第一の評価装置と、所定のパラメータを用いた第二の車両モデルにより車両の第二の状態を評価するための第二の評価装置と、少なくとも一つの評価パラメータに応じて第一の状態から第二の状態への車両が移行するにつれて、第一の車両モデルから第二の車両モデルへの重み付けされた切替えをするための切替え装置とを有する、車両の状態を決定するための装置（請求項１２）とが提供される。
【００１０】
本発明が基づく構想は本質的に車両の運動状態、特に全体のローリング運動もしくは傾斜運動に関して、ローリング角度もしくは傾斜角度を評価することにあり、そこで各々の場合に異なる車両モデル、特に異なるカルマン・フィルタがローリング運動及び傾斜運動のために用いられる。該車両モデルにより評価される状態は、存在するローリング挙動もしくは傾斜挙動に応じて重み付けされ、そしてローリング運動のために用意された車両モデルの評価から、傾斜運動のために用意された車両モデルの評価への移行が流れるごとく生じるように重ね合わされる。何よりも、その意図は評価値において急激な変化が生じないように保証することである。言い換えれば、ローリング角度もしくは傾斜角度は対象とする車両の運動スペクトルにわたって連続的に決められるよう意図され、すなわちローリング運動から始まり傾斜運動へと移行する。
【００１１】
上記に用いられる「所定のパラメータ」の表現は次のように理解されたい：これらの値はそれに応じて車両の状態が決定される値である。これらの値は、ある程度車両モデルもしくはカルマン・フィルタのための入力値を表わす。これらの値は測定値又は単純な変換計算による測定値から導かれた値であってもよい。
【００１２】
ローリング運動のために用意される車両モデル及び、傾斜運動のために用意される車両モデルは車両の状態を決定するため、それぞれの場合に同一の値を使用する。
【００１３】
本発明の有利な改良点及び展開は従属項、及び図面を参照した記述の中に見出すことができる。
【００１４】
一つの好適な展開によれば、第一の車両モデルは第一のカルマン・フィルタを用いて車両の運動状態をシミュレートし、第二の車両モデルは第二のカルマン・フィルタを用いて車両の運動状態をシミュレートする。
【００１５】
更なる好適な展開によれば、車両の第一の状態は該車両のローリング運動を意味し、車両の第二の状態は該車両の傾斜運動を意味する。そこでローリング運動は全ての車輪が地面と接触した状態での車両の長手方向軸まわりの回転運動を表現し、また傾斜運動は片側の軌跡の車輪が地面との接触を無くした状態での、ローリング運動に続く回転運動に相当する。これに関連して、ローリング運動及び／又は傾斜運動は車両の長手方向軸まわり、又は車両の長手方向に向いた軸まわりに発生することができる。
【００１６】
更なる好適な展開によれば、第一の車両モデルから第二の車両モデルへの重み付けされた切替えが生じる時、第二の車両モデルは第一の車両モデルの状態のパラメータにより初期化される。
【００１７】
更なる好適な展開によれば、重み付けされた切替えのための重み付けは算定される角度、望ましくは車両のローリング角度又は傾斜角度に応じて行なわれる。切替え中の重み付けが、第一の車両モデルの重み付けにおける同時の直線的な下降を伴って、算定された角度（φ）の値の増加が直線的な第二の車両モデルの重み付けにおける上昇と共に生じる場合、それは特に有利である。
【００１８】
更なる好適な展開によれば、切替えは該角度が第一の所定の角度値と第二の所定の角度値の間にある時に行なわれ、第一の所定の角度値は望ましくはそこで軌跡の最初の、無荷重の車輪が持ち上がる時の車両の角度を表現し、第二の所定の角度値はそこで同じ軌跡の二個目の、無荷重の車輪が地面との接触を無くした時の車両の角度を表現する。
【００１９】
更なる好適な展開によれば、第一の状態が外乱として評価されるとき、車道の長手方向の勾配、車道の横方向の勾配、車道の横方向の勾配割合、及び／又は車道の摩擦係数がシミュレートされ、また考慮され、車道の長手方向の勾配は車両の検知された長手方向の加速度と併せて考慮に入れられることが望ましい。
【００２０】
更なる好適な展開によれば、車道の長手方向の勾配及び車道の横方向の勾配割合はマルコフのプロセスを用いてシミュレートされる。車道の摩擦係数は準一定値として有利にモデル化される。
【００２１】
更なる好適な展開によれば、車両の傾きが運動状態として検知された時、車両を安定させるために該車両の個々の車輪のブレーキは選択的に作動される。
【００２２】
更なる好適な展開によれば、車両の質量、車両の重心位置、ホイールベース、トレッド、及び／又はローリング特性、特にローリング剛性、及び／又は車両の減衰が該車両のモデル化において考慮される。
【００２３】
更なる好適な展開によれば、使用できる車輪の円周速度と同様に、車両によって車輪ごとに使用できるブレーキ圧力により、好ましくはそこから車両の長手方向の加速が予測される、決定論的なルーエンバーガ・オブザーバ・システムを用いて個々の車輪の接線力が算定される。
【００２４】
更なる好適な展開によれば、ヨーイング加速度測定装置、横方向加速度測定装置、及び望ましくは長手方向加速度測定装置及び／又はローリング速度測定装置が所定のパラメータを利用可能にするために備えられる。
【００２５】
本発明は図面の概略図に特定された例示的実施形態を参照して、以下により詳細に説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図面内の図形において、特に記載の無い限り、同一もしくは機能的に同一の要素及び特徴は同じ参照番号を与えられている。
【００２７】
図１は好適な実施形態を説明している、車両の状態を決定するための方法の概略ブロック図である。望ましくは車両の横方向、すなわちｙ方向の加速度センサにより測定される横方向加速度ａｙは、第一の評価装置１０及び第二の評価装置１１に供給される。同様に、平均ヨーイング加速度Ψ"もまた第一及び第二の評価装置１０、１１に供給される。別々の状態評価が第一の評価装置１０内の第一の車両モデル及び、第二の評価装置１１内の第二の車両モデルを用いて、評価装置１０、１１においてそれぞれ行なわれる。車両のモデル化のために異なるカルマン・フィルタが第一及び第二の評価装置１０、１１において使用されることが望ましい。車両Ｆの質量ｍと該車両Ｆにおける重心Ｓの位置との両方、車両のホイールベース、前と後のトレッド及びローリング特性、すなわち特にローリング運動に関する車両のローリング剛性及び減衰が、望ましくは個別のカルマン・フィルタを用いて車両のモデル化の中に含まれる。第一の車両モデルはローリング・オブザーバを用いて該状態を評価する。
【００２８】
第二の車両モデルにおいて、傾斜オブザーバが第二の評価装置１１において車両の状態評価に用いられる。この後、ローリング・オブザーバにより評価された状態の重み付けプロセス１２が行なわれ、それとは別に傾斜オブザーバにより評価された状態の重み付けプロセス１３が行なわれる。二つの相応に重み付けされた運動状態評価は次に加算装置Σで加算され、このように組合せオブザーバのものに相当する組み合わされた状態評価１４が利用できる。状態評価中のローリング・オブザーバの重み付け１２及び傾斜オブザーバの重み付け１３を例として図２に示す。
【００２９】
図２は評価装置１０、１１において評価されるローリング角度もしくは傾斜角度｜φ｜に対する重み付け線図の略図である。縦座標はローリング・オブザーバ又は傾斜オブザーバ、すなわち第一の車両モデル又は第二の車両モデルの相応する状態評価による、乗算のための重み付け係数において０と１の間の係数を有する。図２によれば、係数１を有するローリング・オブザーバの重み付け１２は角度値｜φ１｜へと進み、次に角度値｜φ１｜と角度値｜φ２｜の間を０まで直線的に下降する。相応して、傾斜オブザーバの重み付け１３は角度値｜φ１｜における値０から角度値｜φ２｜における値１まで直線的に上昇する。図２による両方の重み付け関数１２、１３は上昇方向の｜φ｜及び、より小さい値の方向の｜φ｜の双方へ通り抜けることができる。角度値｜φ１’｜及び｜φ２’｜は、そこから重み付け関数１２、１３における急勾配でない上昇もしくは下降が生じる、代わりの角度値を表わす。従って、右側の車輪、すなわち右側の軌跡においてローリングもしくは傾斜運動がある時は、左側の車輪、すなわち左側の軌跡において対応するローリングもしくは傾斜運動がある時よりも異なる所定の角度値｜φ１’｜、｜φ２’｜が選択され得る。該角度｜φ｜はオブザーバ・システムにより評価されたローリング角度もしくは傾斜角度であり、一方｜φ１｜はそこで軌跡の一車輪が地面との接触を無くした時の角度値を表わし、また一方｜φ２｜は軌跡の両輪がもはや地面との接触を持たない時の角度値を表わす。
【００３０】
高い重心を伴う車両Ｆの傾斜運動を安定させるため、例えば貨物自動車又は輸送車等のそのような車両Ｆの個々の車輪における選択的なブレーキ介入により、これらの車両の転覆を所定の物理的な限界内で防ぐことができる。そのような制御コンセプトを効果的に働かせることを可能にするため、このシステムが解析用に様々な車両の状態を利用できるようにすることが必要である。しかしながら、そのような状態は現状のセンサでは一定の範囲のみでしか直接に検知又は測定出来ない。このため、これを超えて必要とされる車両の状態はオブザーバ法を用いて評価することが適切である。様々なオブザーバ法のための基本方程式は、
【数１】
2007534534.tif 000003
・・・（１）である。
【００３１】
様々なオブザーバ法の間の差はフィードバック・マトリックスＫ（ｘ，ｕ）の計算であり、その場合、好適な本実施形態によれば該フィードバック・マトリックスＫ（ｘ，ｕ）の計算のために、システムの確率論的性質を考慮に入れるカルマン・フィルタが用いられる。様々なカルマン・フィルタはここで、その都度様々なフィードバック値が得られるように、モデル方程式
【数２】
2007534534.tif 000004
及び
【数３】
2007534534.tif 000005
において異なる。傾斜角度φが生じた時に車両を安定させるため、一般に以下の車両状態についての情報が前提とされる：車両の長手方向の速度ｖｘ、車両横方向速度ｖｙ、ローリング角度もしくは傾斜角度φ、及びローリング速度もしくは傾斜速度φ’である。ローリング運動はここで一つの軌跡の側における車両Ｆのばね圧縮の結果生じる長手軸、すなわちｘ軸まわりの回転運動であると理解される。ローリング運動の間、全ての車輪Ｒは地面との接触を有する。車両の一つの軌跡が地面から持ち上がった、すなわち車両の片側の車輪が地面から持ち上がった場合、該車両の長手軸まわりの回転運動はこれ以降、傾斜運動もしくは傾斜と呼ばれる。この点において、ローリング運動及び／又は傾斜運動は車両の長手軸もしくはｘ軸まわりだけでなく、該車両の長手方向に向いた或る軸まわりにも発生し得ることに注意されたい。
【００３２】
一つの好適な実施形態によれば、上記の、車両全体のローリング運動及び傾斜運動にわたる必要な車両の状態を観察できるようにするため、二つの異なるカルマン・フィルタが該車両のモデル化のために用いられる。これに関連して、第一のカルマン・フィルタはローリング運動中の運転状態を評価する役割を担い、一方で第二のカルマン・フィルタは車両のモデル化のために傾斜運動中の状態を評価する。更に、基本的に個々のカルマン・フィルタにより、必要な車両の状態の評価も適切なモデルを用いてまた可能である。ローリング運動の評価のために用いられるフィルタ装置の基本は、水平速度についての次の運動方程式により形成される。
ｖｙ’＝−Ψ’ｖｘ＋ａｙ
ｖｘ’＝  Ψ’ｖｙ＋ａｘ      ・・・（２）
ｙ方向の速度における変化ｖｙ’は従ってｙ方向の加速度ａｙに加えた、ヨーイング速度Ψ’と車両の長手方向速度ｖｘの負の積に相当する。更に、ｘ方向の速度の変化ｖｘ’はヨーイング速度Ψ’と横方向への車両の速度ｖｙの積、プラス長手方向の加速度ａｘに等しい。センサを用いて測定された水平加速度ａｙ、ａｘがこれらの二つの方程式の中で入力信号として用いられる場合、ローリング・フィルタ用の次の線形化されたシステム方程式が、車両に固定された座標系もしくは基準系から車道に固定された座標系もしくは基準系への変換の後に得られる。
ｖｘ’＝  Ψ’ｖｙ＋ｇ（θ＋Θ）＋ａxsensor
ｖｙ’＝−Ψ’ｖｘ−ｇ（φ＋Φ）＋ａysensor      ・・・（３）
方程式システム（２）と比較して、重力加速度ｇと、車両のピッチング角度θ及び車道の勾配Θの合計との積が車両の長手方向の項に加算されている。ｙ方向の運動方程式において、減算の合計項は重力加速度ｇと、車道の上方で測定されたローリング角度φプラス車道の横方向の勾配Φの合計との積として得られる。ローリング動力学の微分方程式は更なる基本方程式として役立ち、また小さなローリング角度に適用され、そして車両の長手軸まわりの角運動量保存法則に由来する。
【数４】
2007534534.tif 000006
・・・（４）
ここでφ”はローリング角加速度、Δｈｓは重心の移動量、ＦSｖは前の車輪の横力、ＦSｈは後軸Ａｈの車輪Ｒの横力、ｍは車両の質量、ａｚは車両Ｆの垂直軸に相当するＺ方向の加速度、ＭＷはローリング・モーメントに相当し、そしてＪＸＸは車両の長手軸まわりの慣性モーメントである。ローリング・モーメントＭＷがこの方程式に
ＭＷ＝−ｃφ・φ−ｄφ・φ’      ・・・（５）
として含まれ、ここでｃφ及びｄφは一定か或いはまたローリング角度もしくは傾斜角度に依存し得る所定の値を表わす。横方向加速度の結果としての車輪の横力ＦSｖ、ＦSｈは相応に、
ＦSｖ＋ＦSｈ＝ｍ（ａｙ＋ｇΦ）      ・・・（６）
で表わされる。
車両モデル内、望ましくはカルマン・フィルタ内のローリング動力学のための線形化されたシステム方程式は従って次のように得られる。
【数５】
2007534534.tif 000007
・・・（７）
ここでｗφ’（ｔ）項は確率的ノイズに相当する、時間依存的な外乱の項を表わす。更に、車道の長手方向勾配Θ、車道の横方向勾配Φ、車道の横方向勾配割合Φ’及び車道の摩擦係数μは外乱としてモデル化される。車道の長手方向勾配Θ及び車道の横方向勾配割合Φ’は、白色ノイズ及び有色ノイズの二つの値が確率的な相関する値であるため、白色ノイズに帰することができる有色ノイズに相当するマルコフのプロセスによって、ここでシミュレートされることが望ましい。車道の摩擦係数μは特に準一定値としてモデル化される。
【００３３】
様々な値の方向もしくは角度が図３、４、５Ａ及び５Ｂを用いて概略的に表わされている。車両の長手方向の車両速度ｖｘは図３に表わされ、前記速度ｖｘは例として重力ｍ・ｇが地球の中心に対して半径方向に働く、車両の重心Ｓに作用している。ｖｘ方向への車両の運動は、例として車道の摩擦係数μにより表わされているタイヤの摩擦力による反作用を受ける。勾配角度Θを通じた車道のあり得る長手方向の勾配はまた図３による概略側面図から明らかである。同様に、車両の長手方向の車両速度ｖｘ及び車両の横方向の速度ｖｙは図４による概略平面図に表わされている。更に、重心Ｓに作用するヨーイング速度
Ψ’及びヨーイング加速度Ψ”が例として表わされている。図５Ａ及び５Ｂは車道の摩擦係数μに応じて車両の車輪Ｒに作用する、相応に示されている反対方向の摩擦力を伴う再度の車両の横方向の加速度ｖｙと同様に、車両の傾斜角度φ及び傾斜角速度φ’並びに傾斜角加速度φ”を表わす。車両Ｆは図５Ａによれば車道Ｂの水平方向に向いており、そして車道Ｂはここで該車道の横方向勾配角度Φを有することがあり得る。
【００３４】
ローリング運動に関与する車両モデルもしくはカルマン・フィルタの測定方程式は運動量の法則及び角運動量保存法則を適用することにより得られ、次の通りである：
【数６】
2007534534.tif 000008
・・・（８）
ここで、νａｙ，νａｘ及びνΨ”は、センサを用いて測定された対応する値ａysensor，ａxsensor及びΨ" sensorの測定ノイズに相当する。車両の長手方向、すなわちｘ方向のタイヤの接線力ＦＵｖ及びＦＵｈは横方向、すなわちｙ方向の横力ＦＳｖ及びＦＳｈに対応する。横力ＦＳｖ及びＦＳｈはそれぞれ図３による重心Ｓと前車軸Ａｖ及び後車軸Ａｈ間の距離ｌｖとｌｈで乗算されて、ヨーイング加速度Ψ" sensorに含まれる。トルクＭＢは重心Ｓにおける半径を伴って接線力ＦＵｖ，ｈにおいて作用するトルクに相当する。ＪＺＺはｚ方向、すなわち車両の垂直軸まわりの慣性モーメントを表わす。ヨーイング加速度Ψ" sensorは例えばＤＴ１フィルタを用いたヨーイング速度Ψ’から決定することが出来る。
【００３５】
車両Ｆが図５Ｂに従ってローリング運動から傾斜運動へと変化する場合、図１及び図２による状態の評価は第二の車両モデル、特に第二のカルマン・フィルタへと移行する。この第二のフィルタの移行段階を短縮するため、ローリング運動に関与するフィルタは今まで評価した状態が初期化される。ローリング運動に関与する第一のフィルタの評価から傾斜運動に関与する第二のフィルタへの移行は、図２による重み付けされたフィルタの切替えによって行なわれる。この切替えプロセスの中で、双方の車両モデル又はカルマン・フィルタにより評価された状態はローリング角度もしくは傾斜角度｜φ｜により評価され、次に図１による加算装置Σの中で加算される。図２による重み付け機能はここで次の通りである。
【数７】
2007534534.tif 000009
・・・（９）である。
ここで、二つの角度φ１、φ２はその中で重み付けされた切替えプロセスが完了する領域を定義する（図２参照）。φ１は無荷重の軌跡の第一の車輪Ｒが持ち上がる時の車両Ｆの角度であり、そして角度φ２はそこでこの軌跡の第二の車輪Ｒが地面との接触を失う角度を示す。φ１とφ２の間の範囲内では明確な区分はなく、一方でこの範囲外では二つの車両モデルのうちの一つ、望ましくはカルマン・フィルタに対して明確な区分がある。一つの車両モデルもしくはフィルタからもう一方への、この状態の一様で段階的な移行は、急激な変動のない状態評価の連続的な移行を可能にする。
【００３６】
傾斜運動に関与する車両モデル、望ましくはカルマン・フィルタのシステム方程式のための基本はまた運動量の法則及び角運動量保存法則により形成される。ここで、ローリング運動に関与する車両モデルもしくはフィルタとは対照的に、該システム方程式は傾斜運動に関して車両の左側と右側では異なる。また、傾斜運動に関与する第二の車両モデルもしくはフィルタのシステム方程式の中で、非線形のタイヤの力は大幅に加速度センサによる値によって置き換えられる。一般化した形で書くと、この第二のカルマン・フィルタのシステム方程式は次のようになる：
【数８】
2007534534.tif 000010
・・・（１０）
ここで項ｗｖｙ、ｗｖｘ及びｗφ’は相当する状態のノイズ成分を表わし、ξ、
【数９】
2007534534.tif 000011
λは実際の値を表わす。個々の外乱ｗｖｙ、ｗｖｘ、ｗφ’はローリング運動に関与する車両モデルもしくはカルマン・フィルタのそれらに相当する。車道の横方向の勾配Φ及び横方向の勾配割合Φ’はしかしながら車両Ｆが傾く時、車道の横方向の勾配の影響と傾斜角度の影響との間には差異がないため、このフィルタでは評価出来ない。これらの二つの外乱は従って観察出来ない。タイヤの特性曲線に起因する非線形性もまた、このフィルタ内の測定方程式へ入力される。傾斜運動に関与する第二のフィルタの一般化された測定方程式は運動量の法則及び角運動量保存法則から次のように得られる。
【数１０】
2007534534.tif 000012
・・・（１１）
ここでθ０は静的ピッチ角成分を表わし、また
【数１１】
2007534534.tif 000013
の項は地動加速度の部分を表わし、一方ＭＲｚ，ｉは復元モーメントを表わす。全ての値はここで水平座標系に変換され、そこからｓｉｎφ成分、ｃｏｓφ成分が推論される。測定値としてヨーイング加速度Ψ"sensorを用いる代わりに、ヨーイング速度Ψ’を状態変数、測定値のいずれにも定義することが可能である。その結果、例えローリング・オブザーバ、すなわち第一の車両モデルもしくはカルマン・フィルタのフィルタ方程式が線形でないとしても、センサ特性、特にフィルタ内の測定ノイズをより正確に考慮に入れることが出来る。
【００３７】
有ることが望ましいＥＳＰ（エレクトロニック・スタビリティ・プログラム）システムによって利用できる車輪ごとのブレーキ圧力を用い、そして各々の車輪Ｒの回転速度の情報を用いることにより、車両Ｆの各々の車輪Ｒの接線力ＦＵｈ，ｖを算定することが可能である。これは決定論的なルーエンバーガ・オブザーバを用いて行なわれることが望ましい。その算定された接線力ＦＵは、二つの車両モデルもしくはカルマン・フィルタ内で原理的にｘ方向の加速度、すなわちａxsensorを測定する長手方向加速度センサの代替として用いることができる。更に、該算定された接線力ＦＵを用いることにより、カルマン・フィルタ内で四つの追加的な測定方程式を導入することが可能である。その上、車両Ｆの車輪Ｒの垂直力が静的モデル又は動的モデルを用いて計算される。これらの計算された垂直力は二つのカルマン・フィルタ内で使用されるタイヤモデルのために必要である。
【００３８】
本発明により、このように運動状態、特にｙ方向の加速度ａｙ、ヨーイング加速度Ψ”及び、場合によってはｘ方向の加速度値ａｘの加速度情報を用いた車両のローリングもしくは傾斜と、車両の状態、特にローリング角度もしくは傾斜角度φとを決定することができる。更に、貨物の結果として相当な重心の移動が起きる貨物自動車をモデル化する場合、ローリング速度φ’が車両の状態をシミュレートするために必要である。
【００３９】
本発明は上記に好適な例示的実施形態をもって記述されているが、それに制限されることはなく、むしろ様々な方法で変更することが可能である。従って移行の際に図２に表わされている相当する車両モデルの直線的な重み付けから来る、様々な重み付けが基本的に考えられる。理論的に、車両のモデル化は又そのパラメータが車両のモデル化に従って合わせられる単一のカルマン・フィルタを用いても得ることができる。
【００４０】
最後に、以下に注意されたい：上記の記述において次の「車両状態」、「車両の状態」、「車両の運動状態」、及び「運動状態」として用いられた表現は全て同義語として使用されている。例えば、上記の例示的実施形態に従って車両の状態の決定が述べられる場合、車両の運動量としてのローリング角度又は傾斜角度を求めることを意味する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態の機能する方法を説明する概略ブロック図である。
【図２】本発明の実施形態の機能する方法を説明する概略の重み付け図である。
【図３】自動車の概略側面図である。
【図４】自動車の概略平面図である。
【図５Ａ】本発明の実施形態を説明している自動車の概略背面図である。
【図５Ｂ】本発明の実施形態を説明している自動車の概略背面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年8月18日(2005.8.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の状態を決定する方法であって、
所定のパラメータ（Ψ'，Ψ"，ａｙ，ａｘ）を用いた第一の車両モデルにより車両（Ｆ）の第一の状態を評価するステップと、
前記所定のパラメータ（Ψ'，Ψ"，ａｙ，ａｘ）を用いた第二の車両モデルにより前記車両（Ｆ）の第二の状態を評価するステップとを有し、
前記車両（Ｆ）の前記第一の状態の重み付けプロセス（１２）と、それとは別の前記車両（Ｆ）の前記第二の状態の重み付けプロセス（１３）とが少なくとも一つの評価されたパラメータ（φ）に応じてそれぞれ行なわれ、前記重み付けされた第一の状態と前記重み付けされた第二の状態を重ね合わせる（Σ）ことにより、一つの車両モデルからもう一つの車両モデルへの段階的な移行が行われることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第一の車両モデルが第一のカルマン・フィルタを用いて前記車両（Ｆ）の運動状態をシミュレートし、前記第二の車両モデルが第二のカルマン・フィルタを用いて前記車両（Ｆ）の運動状態をシミュレートすることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
車両の前記第一の状態が前記車両（Ｆ）のローリング運動を表わし、車両の前記第二の状態が前記車両（Ｆ）の傾斜運動を表わし、ローリング運動は全ての車輪が地面と接した車両の長手方向軸まわりの回転運動を表し、そして傾斜運動は少なくとも一つの軌跡の車輪（Ｒ）が地面との接触を無くした状態を伴う、前記ローリング運動に続く回転運動に相当することを特徴とする請求項１あるいは２に記載の方法。
【請求項４】
前記第一の車両モデルから前記第二の車両モデルへの段階的な移行が生じるとき、前記第二の車両モデルが前記第一の車両モデルの状態のパラメータ（Ψ'，Ψ"，ａｙ，ａｘ）で初期化されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記段階的な移行のための重み付けが、算定された角度（φ）、望ましくは前記車両（Ｆ）のローリング角度又は傾斜角度に応じて行なわれ、特に前記算定された角度（φ）の値の増加が直線的な前記第二の車両モデルの重み付け（１３）における上昇と、前記第一の車両モデルの重み付け（１２）における同時の直線的な下降を伴って行なわれることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記段階的な移行が、前記角度（φ）が第一の所定の角度値（φ１）と第二の所定の角度値（φ２）との間にある時に行なわれ、前記第一の所定の角度値（φ１）が望ましくはそこで軌跡の最初の、無荷重の車輪（Ｒ）が持ち上がる時の車両の角度を表現し、前記第二の所定の角度値（φ２）がそこで同じ軌跡の二個目の、無荷重の車輪（Ｒ）が地面との接触を無くした時の前記車両の角度を表現することを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第一の状態が外乱として評価されるとき、車道の長手方向の勾配（Θ）と、前記車道の横方向の勾配（Φ）と、前記車道の横方向の勾配割合（Φ’）及び／又は前記車道の摩擦係数（μ）とがシミュレートされ、考慮に入れられることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記車道の長手方向の勾配（Θ）及び前記車道の横方向の勾配割合（Φ’）がマルコフのプロセスを用いてシミュレートされ、そして前記車道の摩擦係数（μ）が準一定値としてモデル化されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記車両（Ｆ）の傾斜が運動状態として検知されたとき、前記車両（Ｆ）を安定させるために前記車両（Ｆ）の個々の車輪のブレーキが選択的に作動されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
車両の質量（ｍ）、前記車両の重心（Ｓ）位置、ホイールベース、トレッド及び／又は、ローリング特性、特にローリング剛性、及び／又は車両の減衰が前記車両のモデル化において考慮に入れられることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
使用できる車輪の円周速度と同様に、前記車両（Ｆ）によって車輪（Ｒ）ごとに使用できるブレーキ圧力により、好ましくはそこから車両の長手方向の加速（ａｘ）が予測される、決定論的なルーエンバーガ・オブザーバ・システムを用いて個々の車輪（Ｒ）の接線力が算定されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
車両の状態を決定するための装置であって、特に請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法を行なう装置において、
所定のパラメータ（Ψ'，Ψ"，ａｙ，ａｘ）を用いた第一の車両モデルにより前記車両（Ｆ）における第一の状態を評価するための第一の評価装置と、
前記所定のパラメータ（Ψ'，Ψ"，ａｙ，ａｘ）を用いた第二の車両モデルにより車両（Ｆ）における第二の状態を評価するための第二の評価装置とを有し、
前記車両（Ｆ）の前記第一の状態の重み付けプロセス（１２）と、それとは別の前記車両（Ｆ）の前記第二の状態の重み付けプロセス（１３）とが少なくとも一つの評価されたパラメータ（φ）に応じてそれぞれ行なわれ、前記重み付けされた第一の状態と前記重み付けされた第二の状態を重ね合わせる（Σ）ことにより、一つの車両モデルからもう一方への段階的な移行が行われることを特徴とする装置。
【請求項１３】
前記所定のパラメータを利用可能にするために、ヨーイング加速度測定装置と、横方向の加速度測定装置と、望ましくは長手方向の加速度測定装置及び／又はローリング速度の測定装置とが備えられることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【国際調査報告】
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