(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の工程を備えることを特徴とする、後輪軸操舵システム（１２）を有する自動車（１０）の制御方法：
−  自動車（１０）の前輪軸操舵システム（１４）の動作特性および自動車の運動特性を表すデータを自動車（１０）のセンサユニット（１６）によって発信する工程；
−  前記データを自動車（１０）の制御ユニット（１８）によって受信する工程；
−  前記データに基づいて、自動車（１０）の横方向躍度の予測推移を前記制御ユニット（１８）によって先行算出する工程；
−  算出された横方向躍度の予測推移が予め定められた横方向躍度の閾値を越えると予想されるかどうかを前記制御ユニット（１８）によって判定する工程；
−  算出された横方向躍度の予測推移が予め定められた横方向躍度の閾値を越えると予想される場合に、自動車（１０）の前記後輪軸操舵システム（１２）の後輪軸操舵角を前記制御ユニット（１８）によって変更する工程。
【請求項２】
自動車（１０）の前輪軸操舵システム（１４）の動作特性を表す、センサユニット（１６）から発信されるデータが、ハンドル角と、ハンドル角速度と、ハンドル角加速度と、を少なくとも含むようになっていること
を特徴とする請求項１に記載の自動車の制御方法。
【請求項３】
自動車の運動特性を表す、センサユニット（１６）から発信されるデータが、自動車（１０）のヨー速度と、ヨー加速度と、横方向加速度と、を少なくとも含むようになっていること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の自動車の制御方法。
【請求項４】
後輪操舵角の変更が、制御ユニット（１８）に備えられた特性マップの少なくとも一つに従って行われること
を特徴とする請求項１ないし請求項３に記載の自動車の制御方法。
【請求項５】
自動車（１０）の周囲環境に関するデータを、制御ユニット（１８）で受信し、そして後部操舵角の変更にあたって考慮に入れること
を特徴とする請求項１ないし請求項４に記載の自動車の制御方法。
【請求項６】
自動車（１０）の荷重状態に関するデータを、制御ユニット（１８）で受信し、そして後部操舵角の変更にあたって考慮に入れること
を特徴とする請求項１ないし請求項５に記載の自動車の制御方法。
【請求項７】
後輪軸操舵システム（１２）を有する自動車（１０）用の装置であって、互いに接続されたセンサユニット（１６）および制御ユニット（１８）を備えた装置において、
−  前記センサユニット（１６）が、自動車（１０）の前輪軸操舵システム（１４）の動作特性および自動車の運動特性を表すデータを発信するようになっており、；
−  前記制御ユニット（１８）が、前記データを受信し、そして受信した前記データに基づいて、自動車（１０）の横方向躍度の予測推移を先行算出するようになっており、；
−  前記制御ユニット（１８）が、算出された横方向躍度の予測推移が予め定められた横方向躍度の閾値を越えると予想される場合に前記後輪軸操舵システム（１２）の後輪軸操舵角を変更するようになっていること
を特徴とする装置。
【請求項８】
制御ユニット（１８）が、後輪軸操舵システム（１２）の制御機器（２０）内に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、後輪軸操舵システムを有する自動車の制御方法、および、請求項７の前提部に記載の後輪軸操舵システムを有する自動車用の装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
急激な操舵操作の際、特に直線走行から曲線走行に移るときや大きな半径の区間から小さな半径の区間へと移行するときには、運転者に作用する力とその感覚は大きく変動する。これがある程度以上となると、ハンドル角加速度およびハンドル角速度に応じた変動は、動揺や不快さとして感じられるようになる。特に、このときの横力による加速度の時間的な変化は、いわゆる横力衝撃あるいは横方向躍度として知られている。ある程度以上になると、運転者はこれによって運転が阻害されるようになったり、快適さが損なわれたりするようになる。曲線走行から再び直線軌道走行に移るときや、小さな半径の区間から大きな半径の区間へと移行するときの急激な操舵操作の際にも、同様のことが引き起こされるのが感じられる。上述のこうした欠点は、標準的な操舵システムを備える車両よりも、例えば速度に応じて操舵の変更を行うような、いわゆる動的操舵システムを備えた自動車においてより顕著に現れる。
【０００３】
知られているように、特許文献１には自動車の走行運動を制御するための装置が記載されている。後輪を適度な斜め向きの角度に調節することにより、後輪に働く横方向の力を変化させることができ、自動車のヨーモーメントの安定化または軽敏化が実現される。
【０００４】
特許文献２には、自動車の走行安定性を向上するための方法が開示されている。後輪軸および／または前輪軸に追加的な操舵角を生じさせて自動車の縦方向動特性と横方向動特性とを分離するため、モデルサポート式の装置を用いて、原動機付き車両に加えるべき安定化のためのヨーモーメントが決定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】独国特許発明第４３０５１５５号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２００４０３５００４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、操舵操作により自動車の運転者に作用する横方向加速度の時間的な変化の影響を低減するための、そしてこれにより自動車の運転における安全性や乗り心地を向上させるための、改良された装置および改良された方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は、請求項１の特徴を備えた後輪軸操舵システムを有する自動車の制御方法および請求項７の特徴を備えた後輪軸操舵システムを有する自動車用の装置により解決される。有用かつ重要な更なる構成を備えた有利な形態は、従属請求項に記載されている。
【０００８】
本発明に係る後輪軸操舵システムを有する自動車の制御方法は、以下の工程を備える：
−  自動車の前輪軸操舵システムの動作特性および自動車の運動特性を表すデータを自動車のセンサユニットによって発信する工程；
−  前記データを自動車の制御ユニットによって受信する工程；
−  前記データに基づいて、自動車の横方向躍度の予測推移を前記制御ユニットによって算出する工程；
−  算出された横方向躍度の予測推移が予め定められた横方向躍度の閾値を越えるかどうかを前記制御ユニットによって判定する工程；
−  算出された横方向躍度の予測推移が予め定められた横方向躍度の閾値を越える場合に、自動車の前記後輪軸操舵システムの後輪軸操舵角を前記制御ユニットによって変更する工程。
【０００９】
言い換えると、自動車のセンサユニットによって自動車の前輪軸操作システムの動作特性および自動車の運動特性を表す測定値を収集するということである。こうしたデータに基づき、自動車の制御ユニットは、例えばカーブ走行時に相応する横方向加速度の予測推移を算出することができる。横方向加速度推移の情報に基づき、制御ユニットは、横方向加速度の時間的な変化、つまり時間微分を算出することができる。この加速度の時間微分は一般的に躍度と呼ばれ、本件においては、自動車の横方向躍度の予測推移を制御ユニットにより算出することができる。
【００１０】
自動車にはある程度の弾性と慣性があるので、自動車は通常、操舵動作にすぐには追従せず、そのため横方向加速度や横方向加速度変化も操舵動作から時間的に遅れて現れることになる。車両によっては、そして環境条件によっては、操舵システムの動作とそれによって発生する横方向加速度または横方向加速度変化との間の時間的な遅れは５００ｍｓにまで達する。そのためいわば先行算出を行うことができ、横方向躍度の予測推移が予め定められた閾値を越えるかどうかを判定して、算出された横方向躍度の予測推移が予め定められた閾値を越える場合に、自動車の後輪軸操舵システムの後輪軸操舵角を制御システムによって相応に操作し、変更するだけの時間が十分にある。後輪軸における操舵角のこうした短時間での変更は通常、前輪軸における操舵角と同じ方向か反対の方向で行われ、横方向躍度または横力衝撃が予め定められた閾値を越えると予想されると直ちに実行される。好ましくは、こうした手順の後、トー角は概ね基準値に戻される。
【００１１】
特に、軽快な、あるいは格別にダイナミックな運転の際、例えば操舵角速度がより高い勾配を示している際には、異なる運転状態の移行、例えば直線走行から曲線走行への移行、あるいは小さな半径の曲線走行から大きな半径の曲線走行への移行がより緩やかに行われ得るようにして、車両および運転者に対して影響を及ぼす横方向加速度変化の低減が達成される。自動車および運転者に対して影響を及ぼす横方向加速度または横力の調和的な移行により、自動車のより良い操作性が実現される。さらに、特にいわゆる動的操舵システムを備えた自動車において、より高いカーブ速度が実現される。
【００１２】
これにより、操舵操作の際に自動車の運転者に対して働く横方向加速度変化の影響を低減し、自動車運転の際の安全性および走行快適性が向上する、改善された装置および改善された方法が得られる。横方向加速度の突然な、および／または激しい時間的な変化あるいはそれにより生じる運転者への力の影響は効果的に低減され得て、自動車の運転中における運転者への悪影響を実質的に低くすることが可能となる。例えば運転者による不本意で思いがけないハンドルの切り損ないを防止することにより、自動車の安全で好ましい運転を支援する。さらに、横方向加速度の急激な変動とそれに応じて車両の運転者および同乗者に働く横力の変動が低く弱められるので、向上された自動車の快適性が得られることが実現される。
【００１３】
本発明の好適な実施形態では、自動車の前輪軸操舵システムの動作特性を表す、センサユニットから発信されるデータが、ハンドル角と、ハンドル角速度と、ハンドル角加速度と、を少なくとも含むようになっている。これにより、操舵操作の際に運転者が設定する主要な調節パラメータが検出される。
【００１４】
本発明の更なる好適な実施形態では、自動車の運動特性を表す、センサユニットから発信されるデータが、自動車のヨー速度と、ヨー加速度と、横方向加速度と、を少なくとも含むようになっている。この主要な測定値はセンサユニットによって検出され、できるだけ正確に横方向躍度の推移を予測するために、操舵操作中においての観察を行うべく制御ユニットが設けられている。
【００１５】
もう一つの本発明の好適な実施形態では、後輪操舵角の変更が、制御ユニットに備えられた特性マップの少なくとも一つに従って行われる。この特性マップにおいては、例えば、センサユニットにより検出される測定値と、各自の車両特性との主要な関係を示すことができる。例えば、後輪軸操舵角を変更する際の自動車固有の特性を考慮するので、横方向躍度を低減または回避するための後輪軸操舵角の変更を、特に効果的に行うことができる。
【００１６】
さらにもう一つの本発明の好適な実施形態では、自動車の周囲環境に関するデータを、制御ユニットで受信し、そして後部操舵角の変更にあたって考慮に入れる。例えば、自動車の適切なセンサユニットを用いて、現在の天候や必要ならば道路状態も検出できるようにして、後輪軸操舵角の変更において考慮に入れることが考えられる。さらに同様に、自動車の適切なセンサユニットを用いてタイヤ特性を検出することも可能であり、同じく後輪軸操舵角の変更において考慮に入れることができる。自動車の横方向躍度変化の推移の予測を行うにあたっては、路面状態とタイヤ特性との総合に有意に依存するので、この場合においてもこれらが同様に考慮に入れられる。
【００１７】
本発明の更なる好適な実施形態によれば、自動車の荷重状態に関するデータを、制御ユニットで受信し、そして後部操舵角の変更にあたって考慮に入れる。自動車の荷重状態に応じて、その動的走行挙動は著しく変化し得るので、後輪軸操舵角の変更にあたって考慮に入れるのがよい。例えば、自動車の荷重状態を自動車に設けられたエアペンションを介して算出することができたり、あるいは適切なセンサ群によって天井荷台の使用を識別できたりすることが同様に可能である。算出された自動車の荷重状態は、例えば前述の特性マップに採り入れられる変更可能なパラメータの形式で考慮されることが可能であり、横方向躍度推移の算出および後輪軸操舵の制御をとりわけ正確に行うことができる。
【００１８】
本発明に係る後輪軸操舵システムを有する自動車用の装置は、互いに接続されたセンサユニットおよび制御ユニットを備えており、この本発明に係る装置は、以下のことを特徴とする。
−  前記センサユニットが、自動車の前輪操舵システムの動作特性および自動車の運動特性を表すデータを発信するようになっており、；
−  前記制御ユニットが、前記データを受信し、そして受信した前記データに基づいて、自動車の横方向躍度の予測推移を算出するようになっており、；
−  前記制御ユニットが、算出された横方向躍度の予測推移が予め定められた横方向躍度の閾値を越える場合に前記後輪軸操舵システムの後輪軸操舵角を変更するようになっている。
【００１９】
本発明に係る方法の好適な実施形態は、装置の、特に方法の各工程を実行可能な手段を備えた装置の、好ましい実施形態と考えられる。
【００２０】
最後に、本発明の更なる有利な実施形態では、制御ユニットが、後輪軸操舵システムの制御機器内に設けられる。これによれば、とりわけ省スペースでの構成が成される。
【００２１】
本発明のさらなる利点、特徴および詳細は、以下の好ましい実施形態の説明および図面から明らかになるであろう。上述の説明で言及される特徴および特徴の組み合わせ、ならびに以下の図面の説明で言及されかつ／または図面にのみ示される特徴および特徴の組み合わせは、それぞれ特定の組み合わせでの使用のみならず、本発明の枠組みを逸脱しない範囲で、他の組み合わせや単独状態での使用をすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
各図面は以下のことを示す：
【図１】後輪軸操舵システムならびに互いに接続されたセンサユニットおよび制御ユニットを備えた自動車の概略図。
【図２】カーブ路の一部を示す概略図。
【図３】図１に示す自動車において、それぞれ前輪軸および後輪軸について様々な操舵角となっている自動車を表す複数の概略図。
【図４】図２に示す路程に関して、自動車に働く２通りの横方向加速度の推移のグラフであり、一方は後輪軸操舵角の調節を行わない場合の推移、もう一方は図３の概略図に示すような後輪軸操舵角の調節を行う場合の推移。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１においては、後輪軸操舵システム１２および前輪軸操舵システム１４を有する自動車１０が概略的に示されている。そして、この自動車１０は、互いに接続されたセンサユニット１６および制御ユニット１８を備えている。ここでは、制御ユニット１８は、後輪軸制御システム１２の制御機器２０内に設けられている。
【００２４】
センサユニット１６は、自動車１０の前輪軸操舵システム１４の動作特性および自動車の運動特性を表すデータを発信するように設計されている。センサユニット１６から発信される自動車１０の前輪軸操舵システム１４の動作特性を表すデータとしては、ハンドル角、ハンドル角速度、ハンドル角加速度が挙げられる。さらに、センサユニット１６によってヨー速度、ヨー加速度、横方向加速度が検出され、制御ユニット１８へと送信される。また、制御ユニット１８は、前輪軸操舵システム１４の動作特性を示すデータと後輪軸操舵システム１２の動作特性を示すデータとの関係、そして自動車の運動特性を示すデータとの関係を表す特性マップを備えている。
【００２５】
さらにまた、センサユニット１６は、自動車１０の周囲環境に関するデータを集め、それを制御ユニット１８へと発信する。自動車１０の周囲環境に関するデータは、例えば現時点での気象条件、および／または濡れや積雪などの路面状態、および／またはタイヤ特性とすることができる。センサユニット１６はそのために、これらのデータを得るためのここでは図示しない更なる別々のセンサを備えていてもよい。例えば、自動車１０に設けられたここでは図示しないレインセンサにより、現時点での降雨量を検出することができ、そこから現時点での気象条件を推測することができる。一方、路面状態は適切な標準的方法で推定することができる。また同様にして、センサユニット１６またはここでは図示しない更なるセンサによって、自動車１０の荷重状態に関するデータを検出して、制御ユニット１８へ送信することもできる。例えば、ここでは図示しない自動車１０のエアサスペンションを、現時点での自動車１０の荷重状態を検出するための手段として用いることができる。さらに同じく、ここでも図示しないセンサを、天井荷台の使用およびその荷重を検出するための手段として用いることができる。そして同様に、ここでは図示しない自動車１０の牽引連結器のセンサを用いて、被牽引車が連結されているかどうかを検出することができ、これによって自動車１０の荷重条件がどの程度変化したかを把握することができる。
【００２６】
図２においては、自動車１０が移動できる道路２２の一部が概略図で示されている。道路２２に沿って、三つの異なる区間Ａ，Ｂ，Ｃが表されている。さらに、道路２２に沿った自動車１０の走行方向が矢印２４で示されている。
【００２７】
図３においては、図１で既に図示した自動車１０が四つの異なる描写で示されており、これらの描写はそれぞれ、図２に示す区間Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに対応する。図３からわかるように、自動車１０の前輪も後輪も、区間Ａを通るときには真っ直ぐになっていて、言い換えると、前輪軸操舵システム１４も後輪軸操舵システム１２も動作していない。区間Ｂを通るときあるいは抜けるときには、前輪軸操舵システム１４も後輪軸操舵システム１２も動作して、前輪と後輪が同程度の操舵角にされる。図示のものに対して、自動車１０の速度に応じて、前輪と後輪を不一致の操舵角にすることも可能である。通常の都市交通での速度では、多くの場合に後輪軸操舵システム１２は図示のように動作する。より高速のときには、全く逆の状態にしてもよい。区間Ｃを通るときには、同じく自動車１０の前輪軸操舵システム１４と後輪軸操舵システム１２が動作して、後輪軸操舵システム１２は区間Ｂを通るときよりも小さな操舵旋回角を設定する。このとき、自動車が移動する速度に応じて、区間Ｂにおいて前輪軸操舵システム１４と後輪軸操舵システム１２とを前もって逆向きに動作させておくことも可能であり、後輪軸操舵システム１２は、区間Ｃを抜けるときには区間Ｂを抜けるときよりも大きな操舵の偏向があるようにする。自動車１０が区間Ｄを通り出したらすぐに、後輪軸操舵システム１２および前輪軸操舵システム１４が動作し、全ての車輪が真っ直ぐに、あるいはもはや曲がっていないようにされる。
【００２８】
図４における２通りの横方向加速度推移２６，２８のグラフでは、自動車１０に作用する横方向加速度ａｙが時間ｔに関して定性的にプロットされている。時間ｔにわたり、図２に示す道路２２の通り抜けが行われる。また、このグラフにおいては、図２に示す区間Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄが付されている。
【００２９】
横方向加速度推移２６は、自動車１０が、前輪軸操舵システムのみが動作する状態で、あるいは従来の後輪軸操舵も付け加えた状態で、道路２２を矢印２４で表す方向に通るときの横方向加速度ａｙの値に対応する。カーブ部に入る際に自動車１０の前輪軸操舵システム１４が動作し、カーブ部にわたって制御を行う。このとき、通常は、ハンドル角ならびにハンドル角速度およびハンドル角加速度が、自動車の運転者により変更され続ける。これにより自動車１０は円軌道に向きを変えられ、自動車１０に作用する横方向加速度ａｙは、定性的に横方向加速度推移２６に相応して変化する。図４から明らかなように、横方向加速度ａｙの値はカーブ部通過の際に、横方向加速度推移２６に従って比較的激しく上昇し、区間Ｂにおいて最大値をとり、その後、区間Ｃの方向へ更に進むと横方向加速度ａｙの量は低下する。
【００３０】
横方向加速度ａｙは、自動車１０の運転者に対して横方向へ作用する力の大部分を定める。ここで、横方向加速度ａｙが一定であると、自動車１０の運転者または他の同乗者にとっては、ある程度の限度の範囲内では、横方向加速度ａｙが変化する場合に比べてそれほど気にならない。一般的に、時間あたりの加速度の変化は躍度と呼ばれるので、時間あたりの横方向加速度ａｙの変化または横方向加速度ａｙの時間微分は横方向躍度に相当する。特に、大きな横方向加速度変化は、自動車の運転者または同乗者に作用するより大きな横方向躍度を伴う。横方向加速度推移２６の勾配が最も大きいところで、最大の横方向躍度が現れる。図４からわかるように、それは本実施形態における区間Ａと区間Ｂとの間のところである。
【００３１】
横方向加速度推移２８は、図２に示す道路２２を通るときに、自動車１０の前輪軸操舵システム１４と後輪軸操舵システム１２が、区間ごとに図３で図示しているように動作する場合の、横方向加速度ａｙの推移を表している。自動車１０のセンサユニット１６によって、自動車１０の前輪軸操舵システムの動作特性を表すデータおよび自動車１０の運動特性を表すデータが発信される。本実施形態においては、センサユニット１６によってハンドル角、ハンドル角速度、ハンドル角加速度が検出されて、制御ユニット１８へと送信される。さらに、センサユニット１６によって自動車１０のヨー速度、ヨー加速度、横方向加速度が道路２２の走行の間にわたって測定され、そのデータが同様に制御ユニット１８へと送信される。
【００３２】
制御ユニット１８は、受信したデータに基づき、自動車１０の横方向躍度の予測推移を算出する。特にこれに関して、自動車１０にはある程度の弾性と慣性があるので、運転者による操舵指令はすぐには対応する自動車１０の向きの変化へと移行しないため、横方向躍度の推移の予測を論じることができる。言い換えると、自動車１０のヨー速度、ヨー加速度、横方向加速度の変化は、ハンドル角、ハンドル角速度、ハンドル角加速度の変更に対して時間的な遅れがあるということである。
【００３３】
横方向躍度の予測または横方向躍度の予測推移の算出後、制御ユニット１８は、算出された横方向躍度の予測推移が予め定められた横方向躍度の閾値を越えるかどうかを判定する。これに応じて、自動車１０の後輪軸操舵システム１２の後輪軸操舵角は、制御システム１８によって変更され、ここで制御システム１８は、前輪軸操舵システム１４の動作特性を示すデータと後輪軸操舵システム１２の動作特性を示すデータとの関係、そして自動車の運動特性を示すデータとの関係を表す特性マップを副次的に用いる。
【００３４】
図４から明らかなように、横方向加速度推移２８は横方向加速度推移２６とは異なっており、そのため横方向加速度推移２６と横方向加速度推移２８をそれぞれ時間微分することにより、別々の横方向躍度推移を算出することができる。
【００３５】
このように、自動車１０がカーブ部を移動するにあたって始めは前輪および後輪は真っ直ぐになっており、区間Ｂを通るときに後輪軸操舵システム１２および前輪軸操舵システム１４が同程度に動作する。後輪軸操舵システム１２を動作させなければ自動車１０に作用するであろう横方向躍度は、後輪軸操舵システム１２を動作させることにより顕著に減少する。ここで、理想的には、後輪軸操舵システム１２は、予め定められた横方向躍度の閾値の超過が発生する瞬間に、自動車１０の後輪が所望の操舵旋回角度になるよう動作させられる。自動車が区間Ｂから区間Ｃへとさらに進むときには、カーブ部が完全に通り抜けられるまで旋回操舵角を減少させ直すように後輪軸操舵システム１２が動作させられ、区間Ｄを通るときには、自動車１０の後輪が真っ直ぐになるよう後輪軸操舵システム１２が動作させられる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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