(57)【要約】  車両の横滑り及びロールオーバを防止するシステム（１０）は、ホイール振動センサ配列部をそれぞれのホイール（１２）に備える。このセンサ配列部は、ホイールハブの振動運動を測定可能であり、この測定は、少なくとも２つの、好ましくは３つの直交軸に沿って行なわれる。システムは、振動運動測定値を処理し、車両機能の現在の状態を判定すし、適切な運転修正行為が必要に応じて実行される。運転修正行為には、車両のブレーキシステム（２０）を作動させることが含まれる。これにより、車両のホイールのうち選択されたものに対してブレーキ力が与えられる。【選択図】  図４
2008540251.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
路上を走行するとともに少なくとも４つのホイールを有する車両の操作時の横滑り又はロールオーバを防止する方法であって、
（ａ）前記少なくとも４つのホイールそれぞれのハブにおいて、ホイールハブの振動運動を繰り返し測定する段階と、
（ｂ）振動運動測定値を処理し、車両機能の現在の状況を判定する段階と、
（ｃ）前記車両機能の現在の状況に応じて、運転修正行為を実行する段階からなり、
前記測定する段階と前記処理する段階において、少なくとも２つの直交軸に沿って、各ホイールの振動運動を測定し、当該測定値の処理が実行されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記振動運動の測定が３つの直交軸に沿って行われることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記処理する段階が、
（ａ）ホイールそれぞれに対して、前記少なくとも２つの軸それぞれに沿った振動運動測定値を処理し、略リアルタイムで、それぞれのホイールについての少なくとも１つの運動に関連するパラメータを生じさせる段階と、
（ｂ）分類基準を前記少なくとも１つの運動に関連するパラメータの値に適用し、ホイール全てついて、車両機能の現在の状況を識別する段階を備えることを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
各ホイールに対する前記少なくとも１つの運動に関連したパラメータが、ホイールハブの垂直方向の振動と水平方向の振動のバランスに応じて変化するパラメータであることを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
各ホイールに対する前記少なくとも１つの運動に関連したパラメータが、ホイールハブの振動運動のベクトル曲率の割合的なずれであることを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項６】
前記割合的な変化が、ベクトル曲率の平均値を基準に評価されることを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】
各ホイールに対する前記少なくとも１つの運動に関連したパラメータが、ホイールハブの振動運動のベクトルのねじれの割合的なずれであることを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項８】
前記割合的な変化が、ベクトルのねじれの平均値を基準に評価されることを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項９】
各ホイールに対する前記少なくとも１つの運動に関連したパラメータが、
（ａ）ホイールハブの振動運動のベクトル曲率の割合的なずれと、
（ｂ）ホイールハブの振動運動のベクトルのねじれの割合的なずれであることを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項１０】
前記割合的な変化が、ベクトル曲率とベクトルのねじれそれぞれの平均値を基準に評価されることを特徴とする請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記分類基準が、上限閾値と下限閾値の両方を前記各ホイールに対する少なくとも１つの運動に関連するパラメータに適用することであることを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項１２】
前記運転修正行為が、自動的にブレーキング操作を選択されたホイールに対して実行することであり、これにより、所定の限界値内に車両機能の現在の状態を戻すことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１３】
路上を走行するとともに少なくとも４つのホイールを有する車両の操作時の横滑り又はロールオーバを防止するシステムであって、
（ａ）少なくとも４つのホイールそれぞれに接続するとともに、少なくとも２つの直交軸に沿って、各ホイールのハブの振動運動を測定可能なホイール振動センサ配列部と、
（ｂ）前記ホイール振動センサ配列部それぞれとデータ通信可能であるとともに、前記振動運動の測定値を処理して、車両機能の現在の状況を判定する処理システムと、
（ｃ）前記処理システムと接続するとともに車両機能の前記現在の状況に応答し、運転修正行為を行なう運転修正システムからなることを特徴とするシステム。
【請求項１４】
前記ホイール振動運動センサ配列部が、３軸の加速度計であり、
該加速度計が、前記４つのホイールそれぞれに接続するとともに、３つの直交軸に沿って、各ホイールのハブの振動運動を測定可能なように配されることを特徴とする請求項１３記載のシステム。
【請求項１５】
前記運転修正システムが、前記車両のブレーキシステムと接続し、前記車両のホイールのうち選択されたホイールに対してブレーキ力を与えることが可能であることを特徴とする請求項１３記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の安全に関するものであり、より詳しくは、道路を走行する自動車の横滑り及びロールオーバを防止するのに役立つシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車技術の発展にともなって、自動車の速度は増加傾向にある。速度は、交通事故の原因要素のうち最も大きなもののうちの１つである。アメリカ合衆国国立高速交通安全局(National Highway Traffic Safety Administration)によれば、速度に関連する事故が社会に与える経済的損失は、アメリカ合衆国だけでも年間４０．２億ドルに上ると見積もられている。２００４年度において、速度は、全ての致死事故のうち３０％において、有力な原因であることが判明している。即ち、速度に起因して、１３，１９２人もの人命が失われたこととなる。一般的な状況で自動車が余りにも高い速度で走行すると、速度を原因とする事故が発生する。更には、冬場の間、路面が濡れていたり、雪で覆われていたり、凍結していたりすると、高速度で走行する自動車の事故が増加することとなる。
【０００３】
乗用車分野のうち、スポーツ・ユーティリティ車（SUV: Sport-Utility Vehicle）の急速な成長に起因して、ロールオーバは、他のもう１つの問題点となっている。２００５年１１月に発行されたアメリカ合衆国国立高速交通安全局(National Highway Traffic Safety Administration)の報告書によれば、アメリカ合衆国だけで、２００４年度において、乗用車のロールオーバに起因して１０，５５３件の死亡事故が発生している。ＳＵＶは、乗用車の分野のうち急速に成長している分野であり、ロールオーバの発生率が最も高い。ある自動車において、ＡＢＳ並びに安定制御装置を備える場合であっても、ロールオーバの発生率は、１７％程度である。
【０００４】
自動車の制御性能を改善する試みとして広く採用されている技術として、アンチ・ロック・ブレーキング・システム（ABS: Anti-Locking Braking System）及び電子安定制御（ESC: Electronic Stability Control）を挙げることができる。
【０００５】
ＡＢＳ(Anti-Locking Braking System)は、コンピュータ化されたシステムであり、強いブレーキング操作の間、車輪がロックすることを防止する機能を果たす。ＡＢＳは、必ずしも、停止距離を短縮させるものではないが、強いブレーキング操作の間、自動車を制御下に保つことを助けるものである。
【０００６】
ＥＳＣ（Electronic Stability Control System）は、ドライバが意図するステアリングの方向並びにブレーキの入力と自動車の応答（側方への加速度、回転（ヨーイング）及び個々のタイヤの速度を介して）を比較する。ＥＳＣはその後、前輪或いは後輪にブレーキをかけ、及び／又は、必要に応じて、余剰のエンジン出力を低減し、アンダーステア（突っ込み）状態或いはオーバーステア（切れ込み）状態を修正することを助ける。ＥＳＣは、全てのスピード・トラクション・コントロールを統合し、加速下にある駆動車輪のスリップを検知し、スリップしている個々の車輪或いは複数の車輪にブレーキをかけ、余剰のエンジン出力を低減させる。この操作は、制御状態を取り戻すまで行われる。ＥＳＣは、車の有する物理的限界を克服するものではない。もしドライバが、ＥＳＣの限界を超えて、カーチェイスを試みた場合には、ＥＳＣは事故を防ぐことはできない。ＥＳＣは、ドライバの制御維持を助ける道具である。
【０００７】
ＥＳＣは、ＡＢＳ、トラクション・コントロール及びヨー・コントロール（ヨーとは、垂直軸周りの回転を意味する）を組み合わせたものである。どのようにＥＳＣが作動するかを把握するために、カヌーの舵取り操作を考える。ここで、カヌーを右方向に旋回或いは回転させようとする場合、右側において、水中にパドルを突き立て、ブレーキモーメントを右側に生じさせる。カヌーは右方向に旋回或いは回転する。ＥＳＣは、本質的に、同様の原理で、ドライバに対する手助けをする。
【０００８】
数多くの国際的な研究によって、ＥＳＣが、ドライバによる車両制御の維持を助け、命を救う手助けをし、酷い車両事故を低減させるのに有効であることが確かめられている。アメリカ合衆国において、２００４年の秋に、NHTSA(アメリカ合衆国国立高速交通安全局：National Highway Traffic Safety Administration)は、国際的な研究を確認し、ＳＣの効果に関するアメリカ合衆国内での現地調査の結果を発表した。NHTSAは、ＥＳＣが３５％ほど車両衝突事故を低減させると結論付けた。
【０００９】
ＡＢＳ、ＥＳＣ及びトラクション・コントロール・システムの存在にもかかわらず、許容できないほどの数のスピードに起因する事故が発生している。なぜなら、ドライバが閾値点（限界点）を超えて、自動車の速度を上げてしまうためである。この閾値点は、動的なものであり、車種、天候及び路面状況により左右されるものであり、ごく少数のドライバしか閾値点を正確に判断できない。
【００１０】
運転操作の間のホイールの振動を測定し、診断的情報を得ることが提案されている。例えば、ホイール一回転当たりの振動は、ホイールのバランスの悪さを示す尺度となる。周波数の２倍の振動数である場合には、ＣＶジョイントが磨耗していることを意味する。他の周波数における振動である場合には、エンジン・シリンダのミスファイヤ或いはこれに類する現象が生じていることを意味する。振動数の突然の減少は、ハイドロプレーニング現象が生じていることを意味する。
【００１１】
原理的に言えば、振動測定のアイデア自体は期待できるものであるが、上記した過度に単純化された手法では、自動車と路面との相互作用に関する信頼性のある情報を引き出すのに十分ということはできない。多くの異なる因子がホイールの振動周波数及び振動振幅のばらつきに影響を与える。このようなばらつきとして、路面のばらつき、車両荷重のばらつき、加速時或いはブレーキ操作時における重心移動のばらつきを挙げることができる。単純な一次元振動測定法では、これらの原因のうちいずれかを特定することはできない。
【００１２】
ベクトル演算法の分野において、様々なパラメータを用いて、動作特性の定量化が図られている。ベクトル曲率及びベクトルねじれ量が、本発明に特に関係する。三次元空間内を速度v並びに加速度aで移動する点に関して説明すると、ベクトルの曲率は、以下の数式により表現される。
【００１３】
【数１】
2008540251.tif 000003
【００１４】
このベクトルの曲率は、三次元空間内の点の軌跡を明瞭に示す方法である。加速が速度直線に沿うものであるならば、ベクトルの曲率の値はゼロとなる。
ベクトルねじれ量は、以下の式で表される。
【００１５】
【数２】
2008540251.tif 000004
【００１６】
ここで、a'は、加速度の時間微分係数である。ベクトルねじれ量は、三次元空間内の螺旋移動動作を図る尺度となる。ベクトルねじれ量がゼロである場合、一平面内に含まれる経路に対する動作が行われていることを意味する。補足的に説明すると、これら曲率及びねじれ量は、スカラー値である。本明細書中で「ベクトルの曲率」及び「ベクトルねじれ量」との用語は、ベクトル演算により表される曲率及びねじれの定量化値を意味するものであり、他の「曲率」並びに「ねじれ」などといった一般的に使用される用語とは区別されるべきものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
したがって、車両の横滑りやロールオーバといった差し迫った事象を高い信頼性を以って検知するとともに、予防的な修正行為を助言或いは自動的に実行するホイールの振動測定に基づくシステム並びに方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、２次元若しくは３次元でホイールの振動を測定並びに分析し、まもなく生じようとしている車両の路面捕捉能力の喪失を予測し、好ましくは、選択された個々のホイールにブレーキ力を与え、適切に車両スピードを低減させるシステム並びに方法を提供するものである。これにより、車両種、路面状況及び天候状況にかかわらず常時自動車の安定性を保証可能となる。
本発明のシステムは、模擬装置／診断プログラムを備える。この模擬装置／診断プログラムは、製造者及び試験業者が、よりよい設計を通じて自動車の安定性を向上させるとともに車両の動的特性を評価することを補助するものである。
本発明のシステムは、タイヤ、ホイールの配列、キャスタキャンバ、ブレーキ或いはステアリングのリンク構造の初期不良を検知並びに蓄積することができ、サービスセンタの作業員が必要な行為を実行することを可能とする。
【００１９】
本発明は、路上を走行するとともに少なくとも４つのホイールを有する車両の操作時の横滑り又はロールオーバを防止する方法であって、（ａ）前記少なくとも４つのホイールそれぞれのハブにおいて、ホイールハブの振動運動を繰り返し測定する段階と、（ｂ）振動運動測定値を処理し、車両機能の現在の状況を判定する段階と、（ｃ）前記車両機能の現在の状況に応じて、運転修正行為を実行する段階からなり、前記測定する段階と前記処理する段階において、少なくとも２つの直交軸に沿って、各ホイールの振動運動を測定し、当該測定値の処理が実行されることを特徴とする。
【００２０】
本発明は、前記振動運動の測定が３つの直交軸に沿って行われることを更に特徴とする。
本発明は、前記処理する段階が、（ａ）ホイールそれぞれに対して、前記少なくとも２つの軸それぞれに沿った振動運動測定値を処理し、略リアルタイムで、それぞれのホイールについての少なくとも１つの運動に関連するパラメータを生じさせる段階と、（ｂ）分類基準を前記少なくとも１つの運動に関連するパラメータの値に適用し、ホイール全てついて、車両機能の現在の状況を識別する段階を備えることを更に特徴とする。
本発明は、各ホイールに対する前記少なくとも１つの運動に関連したパラメータが、ホイールハブの垂直方向の振動と水平方向の振動のバランスに応じて変化するパラメータであることを更に特徴とする。
本発明は、各ホイールに対する前記少なくとも１つの運動に関連したパラメータが、ホイールハブの振動運動のベクトル曲率の割合的なずれであることを更に特徴とする。
本発明は、前記割合的な変化が、ベクトル曲率の平均値を基準に評価されることを更に特徴とする。
本発明は、各ホイールに対する前記少なくとも１つの運動に関連したパラメータが、ホイールハブの振動運動のベクトルのねじれの割合的なずれであることを更に特徴とする。
本発明は、前記割合的な変化が、ベクトルのねじれの平均値を基準に評価されることを更に特徴とする。
本発明は、各ホイールに対する前記少なくとも１つの運動に関連したパラメータが、（ａ）ホイールハブの振動運動のベクトル曲率の割合的なずれと、（ｂ）ホイールハブの振動運動のベクトルのねじれの割合的なずれであることを更に特徴とする。
本発明は、前記割合的な変化が、ベクトル曲率とベクトルのねじれそれぞれの平均値を基準に評価されることを更に特徴とする。
本発明は、前記分類基準が、上限閾値と下限閾値の両方を前記各ホイールに対する少なくとも１つの運動に関連するパラメータに適用することであることを更に特徴とする。
本発明は、前記運転修正行為が、自動的にブレーキング操作を選択されたホイールに対して実行することであり、これにより、所定の限界値内に車両機能の現在の状態を戻すことを更に特徴とする。
【００２１】
本発明は、路上を走行するとともに少なくとも４つのホイールを有する車両の操作時の横滑り又はロールオーバを防止するシステムであって、（ａ）少なくとも４つのホイールそれぞれに接続するとともに、少なくとも２つの直交軸に沿って、各ホイールのハブの振動運動を測定可能なホイール振動センサ配列部と、（ｂ）前記ホイール振動センサ配列部それぞれとデータ通信可能であるとともに、前記振動運動の測定値を処理して、車両機能の現在の状況を判定する処理システムと、（ｃ）前記処理システムと接続するとともに車両機能の前記現在の状況に応答し、運転修正行為を行なう運転修正システムからなることを特徴とする。
【００２２】
本発明は、前記ホイール振動運動センサ配列部が、３軸の加速度計であり、該加速度計が、前記４つのホイールそれぞれに接続するとともに、３つの直交軸に沿って、各ホイールのハブの振動運動を測定可能なように配されることを特徴とする。
本発明は、前記運転修正システムが、前記車両のブレーキシステムと接続し、前記車両のホイールのうち選択されたホイールに対してブレーキ力を与えることが可能であることを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明について、図面を参照しつつ説明するが、説明される事項は単に例示的に示されるものにすぎない。
本発明は、路上を走行する車両の横滑り或いはロールオーバを防止するシステム並びに方法である。
本発明に係るシステム並びに方法の原理並びに作動態様は、添付の図面並びに下記の説明から十分に理解されることが可能である。
図を参照する前に、本発明の説明の手始めとして、本発明の基調をなす概念は、自動車のホイールの振動動作（少なくとも二次元、好ましくは三次元）のバランスをモニタすることに関連する。全くゼロであるということはできないが、タイヤと一般的な路面との間の摩擦のほとんどは、タイヤのゴムと路面材料との間の互いに引き寄せあう分子間力とは無関係である。実際には、タイヤ力（Bulk Friction）と称される物理的原理により、移動するタイヤのゴムは、路面に形成される窪みに短時間押し込まれることとなる。路面形状の隆起及び凹みがタイヤを押圧することとなるので、この結果、振動が発生することとなる。路面摩擦の減少は、これに応じた振動の減少をもたらすこととなる。
【００２４】
タイヤの振動に係る動的特性に影響を与える因子は多数存在する。このような因子として、タイヤの荷重、タイヤバランス、タイヤ構造の欠陥或いは磨耗、ホイール或いはホイール軸の曲り、ブレーキドラム或いはロータの歪み、ユニバーサルジョイントの磨耗或いは緩み及びショックアブソーバの磨耗などといった機械的因子を挙げることができる。
他の因子として、走行条件に関連するもの（路面のばらつき或いは加速、ブレーキ操作或いはコーナリング操作における荷重の移動など）を挙げることができる。
【００２５】
路面を走行する車両のサスペンション・システムは、上下方向の振動に応答するものである。この結果、上下方向の振動振幅は、水平方向（前後方向及び左右方向）よりもはるかに大きなものとなる。このため、水平方向の振動は、重要なものではないものとして、しばしば無視されることとなる。本発明者の知る限りにおいては、振動を低減し、乗客の快適性を向上させる方法及び手段に焦点を当てて、乗客の快適性を評価するためのみに、三次元のホイール振動測定が過去に用いられたことがある。
【００２６】
この手法とは対称的に、少なくとも２軸、好ましくは３軸に沿って、ホイールのハブの振動を測定することにより、追加的な重要な情報を得ることができ、この情報により、車両操作時における異なる挙動を区別することができ、間接的に、車両の路面捕捉能力がどのように変化するかを測定することが可能であることを、本発明は示している。前後方向及び左右方向の振動は、上下方向の振動よりもはるかに小さな振幅を有するが、その速度及び加速度は、必ずしも小さいものではなく、上下方向の振動と大体等しい桁数の大きさである。
【００２７】
自動車ホイールの上下方向及び水平方向の振動間のバランスについて、単純且つ直感的に理解できる用語を用いて、以下に説明する。この説明は、この明細書に接する当業者の助けになるものとして記載されており、本発明の作動原理を理解するのに役立つものとなる。しかしながら、添付の請求の範囲に記載される本発明は、実験的に有効なものであることが見出されたものであり、本発明の特許性は、下記に説明される理論の正確性に如何なる形であっても左右されるべきものではない。また、下記に示される説明は、大幅に単純化されたものである。
自動車ホイールに標準圧力が加わっている場合において、上下方向の振動は、側方の振動よりも非常に明瞭に現れることとなる。荷重が増大するにつれて、上下方向の振動に曝されるタイヤのゆとりは非常に低下していくことになる。したがって、大きな荷重は、上下方向の変位長さを低減させることとなる。また、大きな荷重は、タイヤの幾何学形状を変化させ、接触領域を増大させることとなる。
タイヤ接地荷重の増大に起因して、路面の窪み及び突起がタイヤに衝突することにより生ずる衝撃力は増大し、このことにより生ずる追加的な力は、温度を増加させるだけでなく、横方向の振動も増大させる。したがって、荷重の増大があった後に、上下方向の振動の減少並びに水平方向の振動の増大が生ずると結論付けられる。タイヤ接地荷重の減少があった場合には、その逆が成立する。
【００２８】
コーナリング操作の間、車両の荷重はホイールの外側に移動し、ホイール内側における荷重は低減する。ブレーキング操作の間、荷重は前輪側に移動し、後輪側の荷重は低減する。逆に、加速時においては、荷重の多くが、後輪側に移動する。各ホイールの水平方向及び上下方向の振動のバランス変化をモニタすることにより、これらの異なる挙動を見極めるとともに監視することが可能となり、これら挙動が安全限界の範囲内にあることを確保することが可能となる。
【００２９】
路面若しくはタイヤのいずれか一方が平滑になりすぎると、路面捕捉能力は著しく低減することとなる。車両が凍結した道路を走行しているとき、氷は溶解するとともに、車両並びに路面との間に水膜を形成し、路面の窪み並びに突起がタイヤに衝突することを妨げる。このため、路面摩擦が低下する。同時に、振動も低下することとなる。したがって、振動バランスのモニタを行なうことにより、運転時にトラクションが十分に大きいものであるか否かを指し示すことが可能となる。
【００３０】
水平方向と上下方向の振動の相対的バランスを監視することにより、概略的なトラクションの現在の水準に関する情報を得ることができるとともに、現在の状況下において、運転手による運転によって、安全な操作の限界に車両状態が近づいているか否かに関する情報を得ることができる。車種、路面並びに天候条件を本質的に考慮に入れた閾値点を動的に計算するとともに、速度を低減させ、常時、この閾値点以下に車両の状態を保つことにより、本発明は、平均的な運転者が、ほとんどのあらゆる状況において車両を安全に運転することを可能とするとともに、特別な運転技能を要求しないものとなる。加えて、個々の車輪或いは車輪の組みに対するパラメータの特定の変化が、上記した状況（即ち、加速、ブレーキング或いはコーナリング操作）に合致しない場合には、この特定の変化が、様々な故障或いは修理点検の必要性を指し示すこととなる。
【００３１】
ここで、図面を参照する。
図１は、本発明の特徴にしたがって構築されるとともに作動するシステムの概略図であり、システム全体は符号１０で示されている。このシステムは、４或いはそれ以上のホイール（１２）を有する道路車両が車両運転時に横滑り或いはロールオーバすることを防止する。
概略的に述べると、システム（１０）は、ホイール振動センサ配列部（１４）を備える。このホイール振動センサ配列部（１４）は、少なくとも４つのホイール（１２）のそれぞれに接続する。各ホイール振動センサ配列部（１４）は、対応するホイール（１２）のハブの振動挙動を測定することが可能であり、この測定は、少なくとも２つの直交軸、好ましくは３つの直交軸に沿って行なわれる。
システム（１０）は更に、処理システム（１６）を備える。この処理システム（１６）は、各センサ配列部（１４）とのデータ通信を行い、振動挙動測定処理を行うとともに、車両機能の現在の状態を判断することが可能である。運転操作修正システム（１８）は、車両機能の現在の状態に対応し、一定の運転修正動作を実行する。この一定の運転修正動作には、車両のブレーキシステム（２０）を作動させることが含まれ、このブレーキシステム（２０）の作動により、選択されたホイールにブレーキ力を負荷することができる。
【００３２】
この段階において、本明細書中で説明されるシステム（１０）が、既存のＥＳＣ或いは他のアクティブ安全システムとは非常に異なるものであることは明らかであり、システム（１０）は、少なくとも２つ、好ましくは３つの個々のホイールの振動変位量をサンプリングすることにより入力データを得て、この入力データから運転修正行為を求めるものである。この入力データをどのように処理し、必要とされる運転修正行為を決定するかについての様々な態様が、下記において詳述されることとなる。
【００３３】
ここで、本明細書並びに請求の範囲で用いられる特定の用語について定義することは有益である。
まず、本明細書において、動作の方向を定義付けることに用いられる慣習的表現形式に関して、一組の直交軸（ｘ，ｙ，ｚ）が各ホイールに用いられている。ここで、ｘ軸は、ホイールが「前進する」方向を意味し、ｚ軸は、上方向を意味し、ｙ軸は、右手座標系を完成させるように定義づけられ、ホイールの回転軸に沿って左方に延設する。図１には、２つのホイールに対して、「ｘ」方向並びに「ｙ」方向が示されており、図２には、「ｘ」方向と「ｚ」方向が示されている。最も好ましい形態において、これら方向は、各ホイールに接続する振動センサ配列部（１４）の測定軸となるように選択される。尚、測定軸がこれと異なるように選択されたとしても、下記で述べられるデータ処理の好適な実施形態は、必然的に変更を要しないものである。
【００３４】
「ホイールハブの振動動作を測定する」との文言並びにこれに類する文言が本明細書並びに請求の範囲にて用いられるが、これら文言は変位量、速度、加速度及び加速度の変化率のうち１若しくはそれ以上の測定を行なうことを意味する。従来技術においても周知のことであるが、上記パラメータのうちいずれか１つを測定することにより、列挙された他の動作パラメータを算出することが可能である。実際に、多くの市販される加速度計は、上記パラメータのほとんど或いは全てを指し示す直接的な出力値を提供するように設計され或いは設計可能である。
【００３５】
「振動」、「振動動作」及び「震動」との用語はすべて、本明細書並びに請求の範囲にて用いられるが、これら用語は、一様な（平均の）速度要素を無視した場合における平均位置からのずれを意味する。言い換えると、各ホイールに対する全ての測定は、各ホイールの参照移動量を求めるものであり、センサが取付けられたホイールハブの参照点の平均位置を中心として位置づけるものである。
【００３６】
「運転修正行為」との用語が本明細書並びに請求の範囲にて用いられるが、この用語は、システムによって引き起こされる動作を意味し、この動作により、システム（１０）により認識された危険な状況に対する対処がなされることとなる。望ましい実施形態によって変動するものであるが、この修正動作は、警告メッセージ（聴覚的な及び／又は視覚的な）の形態であってもよい。この警告メッセージが運転手にもたらされ、修正動作を勧告するものとなる。或いは、修正動作が自動的に自動車動作に介入するものであってもよい。この自動的な介入により、後述するような非自発的なブレーキング動作がもたらされるものとなる。
【００３７】
ここで、ホイールの振動センサ配列部（１４）の構造的詳細について説明する。このセンサ配列部（１４）には、自動車操作時中のホイールの振動運動のパラメータのうち１若しくはそれ以上を測定する能力を有するあらゆる種類の運動センサを利用可能である。本発明者が知る限りにおいて、現状で最も実用的な実施形態は、ホイールの中央ハブ上にしっかりと取付けられた１若しくはそれ以上の加速度計を用いるものである。尚、この取り付けは、ブラケットを介してなされ、ブラケットは、一定方向に向いたセンサを安定化させる役割を担う。理想的には、加速度計は、ホイールハブの中心点に近接して取付けられる。尚、この中心点近傍の取り付けは必要不可欠なものではなく、多くの車両において、構造的に考慮した場合、中心点近傍の取り付けが不可能な場合もある。ある場合において、ホイールに隣接するホイールサスペンションの非回転部にセンサを取付けることにより、有用な結果を得ることが可能なこともある。このサスペンションの非回転部へのセンサの取り付けは、取り付けの単純化をもたらすものとなる。
【００３８】
２若しくは３つの別個の単一軸の加速度計が用いられてもよいが、単一の３軸センサユニットの使用により、構造の単純化を図ることができる。この単一の３軸センサユニットは、３つの直交軸に関するデータを作り出す。様々な種類の加速度計に係る技術を本発明の実施に好適に適用可能である。限定的に解釈すべき例ではないが、圧電センサ技術に基づく小型３軸加速度計を用いて、好適な試作品を作り出すことができた。適切なセンサの例として、Bruel & Kjaer社製（デンマーク）の市販されるセンサを挙げることができる。このセンサは、DELTATRONの登録商標が付されて流通している。他の実施例として、ＭＥＭＳ技術に基づく市販の慣性センサを用いることも考えられる。
【００３９】
試作品において、広帯域応答性能を有する加速度計が用いられた。この加速度計は、0.3Hzから3kHzまでの周波数範囲の振動に反応するものである。尚、これより、一層狭い帯域範囲の応答性能を有するものが用いられてもよい。
データサンプリング周波数は、好ましくは、１秒間当たり少なくとも１０のデータサンプリング点を取得するものである。より好ましくは、１秒間当たり少なくとも１００のデータサンプリング点を取得するものである。特定の好適なデータサンプリング周波数の範囲は、約200Hzから約800Hzの間のサンプリング周波数であるが、この範囲は、センサの技術的能力及びデータ処理システムの技術的能力により適宜定まるものである。
この高い周波数で繰り返しデータのサンプリングを行なうことにより、車両動作の連続的なリアルタイムでの監視を非常に好適に実行することができ、危険な状態となる前に潜在的な危険な状態に対して、車両への即時の修正動作を施すことができる。この結果、多くの自動車事故を潜在的に回避することが可能となる。
【００４０】
リアルタイムで処理を行う処理システム（１６）の能力を、サンプリングされたデータの量が超えてしまう場合は、必要に応じて、データカリングが実行されてもよい。例えば、ある好ましい実施形態によれば、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸方向の振動の負の値となる部分は、対応する正方向の振動経路の鏡像に近いものとなる。したがって、システムが、サンプリングされたデータのうち、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸方向の負の値を有するデータを無視して、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸方向の正の値を示す測定値のみを処理することができる。
【００４１】
データサンプリングの標準化のために、周期的動作の中で定義されるとともに予め定められたデータ獲得点（DCP:data capturing point）が用いられてもよい。例えば、これまで作られた試作品において、大きな変位量を示す軸（典型的には垂直方向の「ｚ」軸）に沿うとともにピーク値からピーク値で定義される振動周期の中で、３１５°の位置に定義されたＤＣＰが用いられた。このＤＣＰは、ゼロの値からピークの値で定められる周期の中においては、１３５°の位置に対応するものである。この実施例において、ＤＣＰの選択は、好適には、変位量、速度、加速度及び加速度の時間微分値全てが、少なくとも大きな変位量を示す軸に沿うサンプリング点において、ゼロとならないことを保証するものである。センサの能力にもよるが、ＤＣＰの同期化は、センサの適切な配列によって自動的に達成可能である。或いは、振動周期における任意の点となる所定のサンプリング周波数でのサンプリングの後に行なわれるデータ前処理を介して、ＤＣＰの同期化が自動的に達成可能である。
【００４２】
本発明が適用可能な車種は幅広いものであり、小型車から大きなトラック車両まで適用可能である。また、ホイールの数も異なるものである。
四輪車の場合には、４つのホイール全てが好ましくは、それぞれ振動センサ配列部（１４）を備える。４つのホイールよりも多いホイールを備える車両の場合には、路上操作性能の監視は、４つのホイールのみをモニタすることによりなされることが一般的である。この４つのホイールは、好ましくは、車両の外隅に最も近接したホイールである。このような場合、各ホイールに対するセンサ配列部の配置により、ホイールに関連する不良（例えば、ホイールの不均衡、トレッドの磨耗或いはホイールの配列ずれなど）を検知する追加的な機能をもたらすことが好ましい。
【００４３】
ホイールの振動センサ配列部（１４）によりサンプリングされたデータは、その後、処理システム（１６）に送られる。データ接続は配線接続を用いて行なわれてもよく、或いは、無線遠隔操作（例えば、ＩＲ或いはＲＦ通信リンクなど）を用いて行われてもよい。尚、このデータ接続は、任意の実施形態において、実用的な工業技術的な考慮及び経済的な考慮により適宜定められる。
【００４４】
処理システム（１６）自体について説明する。尚、処理システム（１６）は、任意の適切な種類のものとすることができ、適切なソフトウェアを動作させる汎用処理システム、専用ハードウェア及びハードウェアとソフトウェア或いは「ファームウェア」の任意の組合せが、処理システムとして例示できるが、これらに限定されるものではない。内蔵式コンピュータシステムの使用は、自動車製造業の中でかなり普及している。また、ＥＳＣのような動作システム用に開発されたシステムは、ある場合においては、既に、本発明を実施するのに十分な処理能力を備えている。
【００４５】
処理システム（１６）の処理基本概念について説明する。この処理基本概念は、既知の技術により知られる方法で、ハードウェアモジュール或いはソフトウェアモジュールいずれにも反映させることが可能であり、この処理基本概念は、様々な方法で実現可能である。
様々な態様が存在するが、これらに共通する革新的な概念が存在する。即ち、運転状況の悪化が、振動測定からの処理データにより見極められる。この振動測定からの処理データは、各測定対象のホイールからの少なくとも２次元測定により得られるものである。ここで、この共通概念を実行するための３つの異なる手法を、簡潔に説明する。
【００４６】
第１の手法について説明する。
各測定対象のホイールに対する振動データは、車両重心に平行移動される。その後、データは、多次元ベクトル空間（例えば、１３次元（４つのホイールそれぞれに対する３次元の変位量、速度並びに加速度及び時間））内の単一の空間曲線として扱われる。この多次元の空間曲線のベクトルの曲率が自動車の現状の運転状態を指し示すことが経験的に判明している。これにより、ルックアップテーブル或いはアルゴリズムを用意し、算出された曲率を現状の運転状態の区分に入れることができる。
【００４７】
上記の第１の手法は、全ての測定値の多次元空間内で単一の演算を実行するという点において、特に優れたものであるが、この手法は、集約的な演算を伴うことが分かっている。したがって、リアルタイムで、小型且つ経済的な処理部品を用いて高いデータサンプリングレートで実行することが困難であることが判明している。結果として、２段階の処理工程を経て、サンプリングされたデータをコンピュータ解析することが好ましいことが判明している。
まず、測定軸それぞれに沿った振動運動の測定値が、各ホイールそれぞれに対して処理され、各ホイールに対して、少なくとも１つの運動に関連したパラメータが略リアルタイムで算出される。その後、分類基準が、全てのホイールに対する当該運動に関連したパラメータに適用され、車両機能の現在の状態の見極めがなされる。
【００４８】
この２段階のコンピュータ解析の特に単純化された実施形態について説明する。この実施形態は、幅広い条件の下で、有効なものである。垂直方向の振動振幅と水平方向の振動振幅が、閾値と比較される。この閾値は、垂直方向の振動振幅と水平方向の振動振幅それぞれについての平均振幅に対して比例的（割合的）に定義されるものである。この手法により、上記したような振動バランスの直感的に把握可能な説明がなされることとなる。したがって、非常に急な高速コーナリング操作時において、外側のホイールに対しては、平均値に関連する垂直方向の振動振幅を３０％低減させ、水平方向の振動振幅を６０％増加させるように、この介入閾値が設定される。これに加えて／或いは、内側のホイールに対しては、逆向きに対応する変数が定められる。この特定の閾値は経験則に基づき設定される。
【００４９】
この振幅に基づいた手法は、上記した振動バランスに関して、直感的な説明をもたらすことに直結するものであるが、多数の欠点を有する。最も顕著なものとして、振幅のみを信頼することとなるため、必然的に、振動センサ配列部から利用できる情報の大部分を無視する結果となる。この欠点を避けるために、本発明の特定の最良の実施形態において、１若しくはそれ以上（好ましくは２つ）のパラメータを更に用いる。この追加のパラメータは、各測定対象のホイールの参照点の瞬間的な運動の特定の特性を定量化するものである。特に、車両ホイールとホイールの下にある表面との間の相互作用の現在の状態を信頼度高く判断するために、非常に有効な２つの特性が知られている。この２つの特性は、各ホイールの参照点により随時伝達される空間曲線のベクトルの曲率並びにねじれである。
【００５０】
図３を簡潔に参照する。
図３は、一のホイール上の参照点の運動の想定しうる経路の例を概略的に示すものであり、この経路は、振動センサ配列部による測定によりもたらされるものであり、１秒の何分の１かの時間間隔内で作られるものである。図示される経路に沿った各点において、参照点は、瞬時速度ｖを有する。この瞬時速度は、経路の接線方向を向いている。円状の経路の場合、参照点は、瞬時曲率の中心方向を向いた加速度も有する。図示される経路の場合には、瞬間的な螺旋前進動作が表現されている。加速度の時間微分係数は、螺旋前進の方向を示す成分を備える。これらパラメータそれぞれが、振動センサ配列部（組立部）によりサンプリングされ、或いは、振動センサ配列部（組立部）から確実に算出されることとなる。尚、この振動センサ配列部（組立部）は、ホイールに接続しているものである。これらパラメータそれぞれは、一般的には、上記において定義されたｘ、ｙ、ｚ軸の座標系の各軸に平行な成分を有するものとしてもたらされるのが一般的である。
【００５１】
ベクトルの曲率及びベクトルのねじれに関する一般的な定義は、上記の「背景技術」の項でなされている。これら定義について、ベクトル成分を用いた標準的な手法で、再度記載する。下記に示される数式のマトリックス行列表記を用いて、ベクトル積及び三重積が説明される。
【００５２】
【数３】
2008540251.tif 000005
【００５３】
ここで、x, y, zは、各対応軸に平行な単位ベクトルである。また、サンプリングされた速度vは、成分（Vx, Vy, Vz）を備える。また、サンプリングされた加速度aは、成分（ax, ay, az）を備える。加速度の時間微分係数a'は、成分（a'x, a'y, a'z）を備える。
【００５４】
これら成分全てが、直接的に振動センサ配列部（１４）から直接的に出力されるか、出力値に基づいて単純に算出されることができる。これら数式は、単純な数値演算を可能とし、センサ出力から曲率及びねじれを算出することを可能とする。この演算は、低レベルのコンピュータ演算のオーバーヘッドをもたらし、確実にリアルタイムの実行を可能とするものである。
【００５５】
曲率及びねじれそれぞれに対する平均値からの割合的変化を監視することにより、ホイールとその下に存する表面との間の相互作用を分類するための非常に信頼性が高く且つロバスト性の高いツールが提供されることとなる。
ホイールへの荷重の増大（例えば、コーナリング操作時の間の外側のホイール或いは、ブレーキング操作時の前側ホイール）は、曲率の増大及びねじれの減少に帰結する。逆に、荷重の低減は、曲率の低減とねじれの増大に帰結する。
通常の値／平均値からのこれらのずれが特定の値に達すると、車両がそのコントロールを失うことが間近であることが指し示される。好ましくは、極端でない閾値が各パラメータに対して設定され、この閾値が分類目的で用いられることにより、潜在的な危険な状況が迫りつつある旨の警告を予めなし、適時の修正動作を可能とする。
【００５６】
より具体的には、各パラメータに対して、上限（増加）閾値と下限（減少）閾値の両方を定義することが、異なる状況を分類する目的に対して有用であることが判明している。より好ましくは、各パラメータの増加及び減少の両方に対する閾値に対して２つの水準を設ける。したがって、各パラメータは、「通常」、「高い」、「非常に高い」、「低い」或いは「非常に低い」のそれぞれに分類される。表記の簡便化のために、これら分類は、水準或いは「量的変化」に応じて、次のように識別される。通常（０）、高い（＋１）、非常に高い（＋２）、低い（−１）、非常に低い（−２）。今日までの実験的な実証データから、第１の閾値は、４０％から６０％の増加或いは減少の範囲とされ、特に約５０％とすることが非常に有効であることが判明している。同様に、第２の（非常に極端な）閾値は、７０％から９０％の増加或いは減少の範囲で設定され、特に約８０％とすることが有用である。
【００５７】
また、４つのホイールを有する車両の場合には、例示的な本実施形態にしたがう各ＤＣＰからの処理データにより生成されたパラメータは、−２から＋２の間の８つの整数値によって表現される。この整数値は、４つのホイールそれぞれに対する、曲率とねじれの関連する水準に対応する。全ての値が「０」であることは、通常の操作範囲内であることを意味し、何ら介入動作は必要とされない。第１の上限閾値或いは下限閾値の範囲からはずれた値が得られると、これら８つのパラメータは、現在の状況を分類するための根拠を提示する。この分類は、予めプログラムされたアルゴリズム或いはルックアップテーブルに基づいてなされるのが一般的である。その後、適切な警告或いは修正動作がなされることとなる。
【００５８】
非限定的な例として、図５Ａ乃至図５Ｃを参照する。図５Ａ乃至図５Ｃは、ルックアップテーブルの概略を示す。このルックアップテーブルは、操作時の車両の様々な異常状態を識別するために用いられる。各状態において、状態は、任意の異常数値、得られた数値の組合せ及びある場合においては、値の時間変動又は一定性を指し示しているホイールの部分群により識別される。曲率κ及びねじれτに対して示された値は、上記において定義された「水準」の識別子であり、−２から＋２までの範囲で示されている。各場合において、異常測定値の予測される原因、即時に行なわれる介入及び／又は勧告の形態での動作の好ましい進行段階を特定し、これを適切な態様で、運転手或いは補助員に提示する。
【００５９】
この段階において、本発明の方法に応じたシステム（１０）の動作が明瞭に示される。図４を参照する。ステップ（３０）において、システムは、各監視対象のホイールに対する振動運動に対するサンプリングを行なう。その後、サンプリングにより得られたデータを処理する。本明細書に示される好適な形態において、２つのパラメータ（具体的には、曲率とねじれ（ステップ（３２）））を演算する処理が行われる。これらの値を平均値或いは予め格納された期待値と比較し、割合的変化を算出する（ステップ（３４））。これら割合的変化は、車両機能の現在の状態を分類するのに用いられる（ステップ（３６））。最も好ましい形態では、閾値基準が当該変化に適用され、アルゴリズム或いはルックアップテーブルが現在の状態を判断するのに用いられる。通常の範囲内に値が存するとき、平均値が必要に応じて更新される（ステップ（３８））。その後、ステップ（３０）から監視工程が繰り返される。異常な状態が識別されると、システムは、自動的に且つ選択的にブレーキ操作を行う（ステップ（４０））。或いは、他の適切な動作を実行する。ブレーキングを行なう場合、車両のブレーキシステムが作動し、パラメータは、安全限界値まで戻り、好ましくは、算出された最大の安全速度となるようにブレーキ力を作用させる。
【００６０】
（実施例）
ＤＣＰにおいて、縦、横、及び垂直方向に沿った振動の速度並びに加速度の値を以下に示す。
【００６１】
（前輪右側ホイール）
速度（ｘ）＝0.0361299
速度（ｙ）＝0.029545
速度（ｚ）＝0.0742197
加速度（ｘ）＝0.00094975
加速度（ｙ）＝0.00143623
加速度（ｚ）＝0.00138715
加速度微分係数（ｘ）＝0.000712
加速度微分係数（ｙ）＝0.00158232
加速度微分係数（ｚ）＝0.000592
【００６２】
【数４】
2008540251.tif 000006
【００６３】
【数５】
2008540251.tif 000007
【００６４】
平均曲率＝0.2180802397
平均ねじれ＝0.1746612365
【００６５】
曲率と平均曲率の百分率は以下により求められる
【００６６】
【数６】
2008540251.tif 000008
【００６７】
この値は、「低い」との分類になる。
【００６８】
【数７】
2008540251.tif 000009
【００６９】
この値は、「低い」との分類になる。
【００７０】
（前輪左側ホイール）
速度（ｘ）＝0.1531569
速度（ｙ）＝0.06180523
速度（ｚ）＝0.1798801
加速度（ｘ）＝0.000301166
加速度（ｙ）＝0.00701622
加速度（ｚ）＝0.00305532
加速度微分係数（ｘ）＝0.0002112
加速度微分係数（ｙ）＝0.00198112
加速度微分係数（ｚ）＝0.0008916944
【００７１】
上記の行列公式の計算により以下の値が求められる：
曲率＝0.1072234463
ねじれ＝0.0792064760
平均曲率＝0.2180802397
平均ねじれ＝0.1746612365
曲率の変化率＝-50.83302987  「低い」との分類とされる値である。
ねじれの変化率＝-54.65137107  「低い」との分類とされる値である。
【００７２】
（後輪右側ホイール）
速度（ｘ）＝0.2207165
速度（ｙ）＝0.0669311
速度（ｚ）＝0.17
加速度（ｘ）＝0.000515644
加速度（ｙ）＝0.00653633
加速度（ｚ）＝0.00968345
加速度微分係数（ｘ）＝0.000800672
加速度微分係数（ｙ）＝0.00076896
加速度微分係数（ｚ）＝0.001632
【００７３】
上記の行列公式の計算により以下の値が求められる：
曲率＝0.1075362292
ねじれ＝0.0795573662
平均曲率＝0.21808002397
平均ねじれ＝0.1746612365
曲率の変化率＝-50.68960426  「低い」との分類とされる値である。
ねじれの変化率＝-54.45047353  「低い」との分類とされる値である。
【００７４】
（後輪左側ホイール）
速度（ｘ）＝0.0485634
速度（ｙ）＝0.105931
速度（ｚ）＝0.0793662
加速度（ｘ）＝0.00027004
加速度（ｙ）＝0.00305029
加速度（ｚ）＝0.0042401999
加速度微分係数（ｘ）＝0.0003648672
加速度微分係数（ｙ）＝0.000785304
加速度微分係数（ｚ）＝0.0006312
【００７５】
上記の行列公式の計算により以下の値が求められる：
曲率＝0.1077510154
ねじれ＝0.0796132520
平均曲率＝0.2180802397
平均ねじれ＝0.1746612365
曲率の変化率＝-50.59111476  「低い」との分類とされる値である。
ねじれの変化率＝-54.41847683  「低い」との分類とされる値である。
【００７６】
このように、本実施例においては、４つのホイールすべてが曲率とねじれで第１の減少水準を示している。これは図５Aの事例「１」に相当しており、濡れていたり、凍結していたりするなどの滑りやすい道路条件により、自動車の特定のタイヤの性能を維持する路面状態の劣化が始まっていることを示している。本実施例において、４つのタイヤ全ての性能を維持する路面状態の劣化が始まっている。この状況が悪化すれば、自動車はブレーキ時に滑るか、高速運転時でのハイドロプレーン現象を起こす。したがって、本発明のシステムは即時にブレーキ圧に働きかけ、曲率値とねじれ値を「正常」な範囲（水準「０」）へと戻すために十分な安全速度状態で車両が走行するまで車輪の回転を減らす。タイヤや道路、天候状況がどのようなものであれ、本システムは急激に劣化するより先に介入し、車両のスリップを防止するものである。
【００７７】
本明細書に示される説明は、単に一例を示すものにすぎず、他の多くの実施形態を請求の範囲に記載の発明の技術的範囲内で実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の技術的特徴により構築されるとともに作動するシステムの概略図である。このシステムは、路上を走行する車両の横滑りやロールオーバを防止するものであり、図１において、本発明に係るシステムは、車両の平面図とともに示されている。
【図２】本明細書で用いられる運動の軸を説明するために示されるホイールの概略側面図である。
【図３】本発明のシステムによってサンプリングされるホイールハブの運動の振動経路の一部を示す概略図である。
【図４】本発明の例示的な実施形態の動作を概略的に示すフローチャートである。
【図５Ａ】車両の異なる異常の範囲を示す表の一部である。この異常は、本発明の例示的な実施形態により識別され、修正行為がシステムによりもたらされる。
【図５Ｂ】車両の異なる異常の範囲を示す表の一部である。この異常は、本発明の例示的な実施形態により識別され、修正行為がシステムによりもたらされる。
【図５Ｃ】車両の異なる異常の範囲を示す表の一部である。この異常は、本発明の例示的な実施形態により識別され、修正行為がシステムによりもたらされる。
【図１】
2008540251.tif 000010
【図２】
2008540251.tif 000011
【図３】
2008540251.tif 000012
【図４】
2008540251.tif 000013
【図５Ａ】
2008540251.tif 000014
【図５Ｂ】
2008540251.tif 000015
【図５Ｃ】
2008540251.tif 000016
【国際調査報告】
2008540251.tif 000017