(57)【要約】【課題】自動車に対してフォルトトレーラントなＶＤＣシステムを提供し、またＶＤＣシステムをフォルトトレーランスにする方法を提供すること。【解決手段】自動車に対するフォルトトレーラントＶＤＣシステムにおいて、このシステムは、ＶＤＣアクチュエータと、フォルトトレーランスモジュールとを有しており、このフォルトトレーランスモジュールを構成して、このフォルトトレーランスモジュールにより、少なくとも１つのＶＤＣアクチュエータの故障の指示が受信され、この受信した故障の指示が考慮されて故障補償モードが選択され、これによってこの自動車の安定性が維持されるようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車に対するフォルトトレーラントＶＤＣシステムにおいて、
該システムは、
ＶＤＣアクチュエータと、
フォルトトレーランスモジュールとを有しており、
該フォルトトレーランスモジュールを構成して、該フォルトトレーランスモジュールにより、少なくとも１つのＶＤＣアクチュエータの故障の指示が受信され、当該の受信した故障の指示が考慮されて故障補償モードが選択され、これによって当該自動車の安定性が維持されるようにしたことを特徴とする、
自動車に対するフォルトトレーラントＶＤＣシステム。
【請求項２】
さらに拡張ＶＤＣコントローラを含んでおり、
該拡張ＶＤＣコントローラは、故障補償モードに相応するアルゴリズムを格納しており、かつ前記フォルトトレーランスモジュールによって選択される前記故障補償モードアルゴリズムに基づいて、残りの動作可能なＶＤＣアクチュエータを制御する、
請求項１に記載のフォルトトレーラントＶＤＣシステム。
【請求項３】
さらに前記の各ＶＤＣアクチュエータに割り当てられた自己診断アクチュエータセンサが含まれており、
該自己診断アクチュエータセンサは操作されて当該ＶＤＣアクチュエータにおける故障を検出し、
故障が検出される場合、各自己診断アクチュエータにより、前記フォルトトレーランスモジュールに故障の指示が供給される、
請求項２に記載のフォルトトレーラントＶＤＣシステム。
【請求項４】
自動車の少なくとも１つの車両ダイナミクスパラメタを検出する少なくと１つのセンサと、故障分離モジュールとをさらに含んでおり、
該故障分離モジュールにより、
ａ）  前記センサからの車両ダイナミクス情報およびドライバ入力コマンド情報が受信され、
ｂ）  当該の少なくとも１つの車両ダイナミクスパラメタおよびドライバ入力コマンド情報から、故障症状が前記ＶＤＣアクチュエータに存在するか否かが決定され、
ｃ）  どのＶＤＣアクチュエータが故障しているかが診断され、
ｄ）  どのＶＤＣアクチュエータが故障しているかについての指示が前記フォルトトレーランスモジュールに送信される、
請求項２に記載のフォルトトレーラントＶＤＣシステム。
【請求項５】
前記故障分離モジュールは、モデルベースの故障検出モジュールと、信号ベースの故障検出モジュールとを含む、
請求項４に記載のフォルトトレーラントＶＤＣシステム。
【請求項６】
前記信号ベース故障検出モジュールにより、検出された車両ダイナミクスパラメタについて閾値チェック、範囲妥当性チェックおよび振動信号モデルベースチェックのうちの少なくとも１つが実行されて故障症状が検出される、
請求項５に記載のフォルトトレーラントＶＤＣシステム。
【請求項７】
前記モデルベース故障検出モジュールにより、パラメタ推定テクニック、状態推定テクニックおよびパリティ方程式の少なくとも１つが使用されて故障症状が検出される、
請求項５に記載のフォルトトレーラントＶＤＣシステム。
【請求項８】
さらに電動機ホイールアクセラレータを含んでおり、
該電動機ホイールアクセラレータは、選択された故障補償モードの実行中に前記拡張ＶＤＣコントローラによって起動される、
請求項４に記載のフォルトトレーラントＶＤＣシステム。
【請求項９】
困難な走行状態中に複数のアクチュエータを制御して自動車の安定性を維持する、ＶＤＣシステムをフォルトトレーランスにする方法において、
前記の少なくとも１つのアクチュエータにおける故障を診断し、
検出した少なくとも１つの故障および走行状態に基づいて故障補償モードを選択し、
当該故障補償モードにしたがって、残りの動作可能なアクチュエータを制御することによって前記の少なくとも１つの故障を補償することを特徴とする、
ＶＤＣシステムをフォルトトレーランスにする方法。
【請求項１０】
ルールベースの意思決定過程を使用して、前記故障補償モードを選択する、
請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
スタティック木解析を実行して前記故障補償モードを選択する、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
さらに前記のルールベースの意思決定過程を使用して少なくとも１つの故障を診断する、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
さらにスタティック故障木を生成して前記のルールベースの意思決定過程を生成する、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
さらに、
車両ダイナミクスパラメタを直接測定し、
さらなる車両ダイナミクスパラメタを計算し、
当該の直接測定した車両ダイナミクスパラメタおよびさらなる車両ダイナミクスパラメタに基づいて故障症状を検出する、
請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
信号ベースの故障検出テクニックを使用して前記故障症状を検出する、
請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
モデルベースの故障検出テクニックを使用して前記故障症状を検出する、
請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
信号ベースの故障検出テクニックおよびモデルベースの故障検出テクニックの両方を使用して前記故障症状を検出する、
請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記の少なくとも１つのアクチュエータには、ホイールブレーキアクチュエータ、アクティブステアリングアクチュエータおよび電動機ホイールアクセラレータのうちの少なくとも１つが含まれる、
請求項９に記載の方法。
【請求項１９】
さらに、すでに実現されている制御ストラテジーを最適化して、少なくとも１つの診断された故障および走行状態に基づき、少なくとも１つのアクチュエータの故障をリアルタイムに補償する、
請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車に対する電子式制御システムに関し、殊に既存のビークルダイナミクスコントローラ（ＶＤＣ＝Vehicle Dynamics Controller）および／またはエレクトロニックスタビリティープログラム（ＥＳＰ＝Electronic Stability Program）の能力を拡張して、車両の安定性を維持するためにＶＤＣにおいて使用される種々のアクチュエータの任意の１つにおいて発生したエラーを検出して補償する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、多くの自動車は、運転の安全性を高めるためにＥＳＰなどのＶＤＣシステムを備えている。ＶＤＣシステムの目的は、自動車の横方向の安定性を維持して、困難な走行状態中にドライバが突っ込み（plowing）、横滑りまたは尻振りをしないようにすることである。多くのＶＤＣシステムでは、制御ストラテジーを介してアンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ＝Antilock Braking System）の機能を拡張することによってこれを達成しており、ここで上記の制御ストラテジーにより、個別のホイールにおいて調節したブレーキングが行なわれてヨーモーメントが引き出される、および／または各ホイールにおける横方向加速度が調整される。比較的新しいシステムではアクティブステアリングも使用されることもあり、これによってハンドルにおけるドライバの制御入力が調節され、このアクティブステアリングにより、障害となるヨーモーメントの発生中に、また通常の運転中にもドライバの過剰な反応（または過少の反応）の影響が軽減される。アクティブステアリングは、ステアリングシステムに結合された付加的なアクチュエータを介して動作し、ここでこれは、予期しないヨーモーメントが発生した状況において、ステアリング制御信号に信号を挿入することによって直ちに応動する。
【０００３】
【数１】
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【０００４】
これらの入力値から、いくつかの付加的なダイナミクスパラメタが導出されて計算され、つぎに参考値、すなわちドライバの入力から導出される所望の横方向ダイナミクスと比較される。これらの変数にはヨーレートおよびサイドスリップ角（β）が別の車両ダイナミクスパラメタと共に含まれ得る。目下の走行状態から決定される変数と参考値との間に差異が検出されると、個々のホイールスリップアクチュエータ、例えばハイドロリックブレーキバルブが必ず作動され、車両ダイナミクスを変更することによってこの差異に対して補償がなされる。この変更によってふつう、この運転される車両は、所望のコースに向かって戻される（別のタイプのアクチュエータを使用して車両安定性を高めることも可能である）。例えば、車両がオーバーステアないしは尻を振ると、外側の１つまたは複数のホイールにブレーキをかけることができ、これによってヨーモーメントが発生してこの差異が打ち消される。アンダーステアないしは突っ込みの場合、リアの内側ホイールにブレーキを掛けることができ、これによって逆の効果が得られる。ＶＤＣシステムのバージョンおよび走行状況に依存してホイールの別の組み合わせを作動させることが可能である。
【０００５】
ＶＤＣシステムは複雑で統合化されたシステムであり、危険な走行状況がリアルタイムに発生するのにつれてその広い範囲において柔軟性と安全性を提供するために各アクチュエータコンポーネントが完全であることに頼りにしているため、これらのアクチュエータのうちの１つでも故障した場合、ＶＤＣは、通例、全体が機能しなくなり、自動的にスイッチオフされる。これまでのところ、このような故障の場合に起動させて、１つまたは複数のＶＤＣアクチュエータの機能損失に対して補償を行うことのできる択一的な制御システムは存在しない。このことはどのＶＤＣシステムに対しても重大な機能的欠点であり、殊に電気機械式ブレーキ（ＥＭＢ＝electro-mechanical brake）を含むＶＤＣシステムにとっては大きな難題である。ここでこのＥＭＢは、所定の自動車においてハイドロリックブレーキを置き換えると期待されているものである。これらのブレーキは「純粋に」機械的な原理で動作しないため、これらのブレーキの１つまたは複数に故障がある場合、機械的なバックアップを適用することはできない。したがってこれらのブレーキを使用するシステムには高度のフォルトトレーランスが必要であり、フェイルオペレーショナルでなければならないのである。
【０００６】
したがって１つまたは複数のＶＤＣアクチュエータコンポーネントが故障しても動作し続けることができ、またこのような故障に対して補償を行い、危険な走行状態中に車両の安全を維持することのできるフォルトトレーラントＶＤＣシステムを提供することは有益である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、自動車に対してフォルトトレーラントなＶＤＣシステムを提供し、またＶＤＣシステムをフォルトトレーランスにする方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記のＶＤＣシステムに関する課題は、本発明の請求項１の特徴部分に記載した特徴的構成によって解決される。
【０００９】
また上記のＶＤＣシステムをフォルトトレーランスにする方法についての課題は、本発明の請求項９の特徴部分に記載した特徴的構成によって解決される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の１実施形態では、フォルトトレーラントＶＤＣシステムは、ＶＤＣアクチュエータ（ＶＤＣシステムの一部をなすアクチュエータ）と、フォルトトレーランスモジュールとを有しており、ここでこのフォルトトレーランスモジュールはつぎのように構成されている。すなわち、このフォルトトレーランスモジュールにより、少なくとも１つのＶＤＣアクチュエータおよびセンサにおける故障の指示が受信されて、故障補償モードが選択され、これにより、上記の受信した故障の指示が考慮されてこの自動車の安定性が維持されるように構成されているのである。
【００１１】
別の実施形態によれば、本発明のフォルトトレーラントＶＤＣシステムはまた拡張ＶＤＣコントローラを含んでおり、これには故障補償モードに相応するアルゴリズムが格納されており、またこの拡張ＶＤＣコントローラにより、上記のフォルトトレーランスモジュールによって選択された故障補償モードアルゴリズムに基づいて残りのＶＤＣアクチュエータが制御される。
【００１２】
本発明の１実施形態では、さらに各ＶＤＣアクチュエータに割り当てられた自己診断アクチュエータセンサが含まれており、この自己診断アクチュエータセンサは操作されて上記のＶＤＣアクチュエータにおける故障を検出し、故障が検出される場合、各自己診断アクチュエータにより、フォルトトレーランスモジュールに故障の指示が供給される。
【００１３】
本発明の別の実施形態では、自動車の少なくとも１つの車両ダイナミクスパラメタを検出する少なくとも１つのセンサと、故障分離モジュールとをさらに含んでおり、この故障分離モジュールにより、ａ）上記のセンサからの車両ダイナミクス情報およびドライバ入力コマンド情報が受信され、ｂ）これらの少なくとも１つの車両ダイナミクスパラメタおよびドライバ入力コマンド情報から、故障症状がＶＤＣアクチュエータに存在するか否かが決定され、ｃ）どのＶＤＣアクチュエータが故障しているかが診断され、ｄ）どのＶＤＣアクチュエータが故障しているかについての指示が前記フォルトトレーランスモジュールに送信される。
【００１４】
また本発明により、ＶＤＣシステムをフォルトトレーランスにする方法も提供され、この方法により、困難な走行状態中に複数のアクチュエータを制御して自動車の安定性を維持する。この方法では、前記の少なくとも１つのアクチュエータにおける故障を診断し、検出した少なくとも１つの故障および走行状態に基づいて故障補償モードを選択するかまたは制御アルゴリズムを最適化し、この故障補償モードまたは制御アルゴリズムにしたがって残りの動作可能なアクチュエータを制御することによって上記の少なくとも１つの故障を補償する。
【００１５】
別の実施形態では、この方法により、ルールベースの意思決定過程が使用されて上記の故障補償モードが選択される。
【００１６】
別の実施形態ではスタティック木解析を実行して故障補償モードを選択する。また本発明では上記のルールベースの意思決定過程を使用して少なくとも１つの故障を診断する。また別の実施形態では、上記のスタティック故障木を生成してルールベースの意思決定過程を生成する。
【００１７】
さらに、別の実施形態では、すでに実現されている制御ストラテジーを最適化して、少なくとも１つの診断された故障および走行状態に基づき、少なくとも１つのアクチュエータの故障をリアルタイムに補償する。
【実施例】
【００１８】
図１には本発明によるフォルトトレーラントＶＤＣシステム１の１実施形態が示されている。この自動車のドライバは、ハンドルおよびアクセルペダルを制御している。ドライバ入力信号３として一緒にして示したこれらの装置からの信号は、拡張ＶＤＣシステム５（以下「ＶＤＣ」と記す）に供給される。ここでこのＶＤＣにはＥＳＰを実行するマイクロプロセッサまたは電子制御ユニットおよび例えばＤＲＡＭ，ＳＲＡＭおよび／またはＲＯＭユニットなどの任意のメモリ資源が含まれており、これらによってＶＤＣの実行が可能になりまた容易になる。以下に詳細に示すように、本発明のＶＤＣ５には、慣用のＶＤＣよって使用される１つまたは複数のアクチュエータにおける故障ないしは欠陥を補償するための相異なる制御アルゴリズムが複数含まれており、ここでこの補償は、動作可能な残りのアクチュエータを使用して行われる。故障が検出されると、検出されたこの固有の故障に対処するように調整された制御アルゴリズムが選択されて実行される。
【００１９】
ＶＤＣ５は、ドライバ信号３を使用して、何らかの車両ダイナミクスパラメタに対する参考または「所望」の値を導出する。ＶＤＣ５はまた、例えばホイール速度センサ、ヨーレートセンサ、操舵角センサ、横方向加速度センサ、ブレーキ圧センサおよび（トルク制御に対する）インホイールモータ電流センサなどの車両センサ１４から入力値を受け取る。これらのセンサは、例えばホイール、ドライブトレインおよびハンドルであるこの自動車の機械要素１０に配置されている。慣用のＶＤＣシステムと同様にＶＤＣ５はドライバからの入力値３および車両センサ１４からの入力値を処理して、コントロールエリアネットワーク（ＣＡＮ＝control area network）などの埋め込まれた任意のコントロールネットワークバスを介して、ホイールブレーキバルブアクチュエータおよびハンドル調整アクチュエータなどの車両アクチュエータ１２に信号を送信する。これにより、ＶＤＣによる介入が必要であることを上記の受信した入力値が示しているか否かに依存して車両ダイナミクスが調整される。
【００２０】
本発明のＶＤＣシステム１の第１実施形態によれば、車両アクチュエータ１２は、エレクトロハイドロリックブレーキ（ＥＨＢ＝electrohydraulic braking）、電気機械式ブレーキ（ＥＭＢ＝electromechanical braking）または別の任意のブレーキシステムを含んでおり、これには自己診断故障検出アクチュエータセンサが設けられている。付加的にはこの車両アクチュエータは、自己診断機能を有する電動機ホイールアクセラレータを含むことができ、これは、内燃機関ベースの車両において、シャフトに結合される電動機を使用して実現可能である。このような自己診断アクチュエータセンサがあれば、ブレーキに故障が発生した場合にこれらのアクチュエータによって検出することができ、また「故障」信号を形成してこれをＶＤＣ５に送信し、例えばブレーキ圧の低下などのそれぞれのアクチュエータに故障が発生したことをこのＶＤＣに警告することができるのである。
【００２１】
図２には本発明によるＶＤＣシステム１の第２実施形態が示されており、これは自己診断アクチュエータを含まない従来からのシステムに適用可能である。図２では、ディジタル信号処理プロセッサを含む特定用途向け集積回路またはマイクロプロセッサを使用して実現可能な故障分離モジュール２５により、車両センサ１４からの信号が受信され、センサ入力値から様々な車両ダイナミクスパラメタが推定され、１つまたは複数の差異があるか否かが検出され、つぎに故障診断が行われる。すなわち重大な差異が存在する場合、上記の故障分離モジュールにより、このＶＤＣの一部である１つまたは複数のアクチュエータ（「ＶＤＣアクチュエータ」）が故障しているか否かが決定されるのである。以下にさらに詳しく説明するように、実行されるこの故障診断は、意思決定過程に基づいて行うことができ、例えば、「故障木」を使用する階層ルールベースシステムまたは別の自動化された意思決定過程などに基づいて行われる。
【００２２】
自己診断アクチュエータセンサ１４から発生した故障検出信号または故障分離モジュール２５によって生成された故障診断情報は、フォルトトレーランスモジュール２０に出力される。ＶＤＣプロセッサに組み込まれるかまたは別個の電子式のプロセッサとして実現可能なフォルトトレーランスモジュール２０により、ＶＤＣ機能における所与の制限の下で、所与の走行状況に適切なＶＤＣ制御アルゴリズムまたは補償モードが選択される。ここでこの制限は、このＶＤＣシステムの一部をなすアクチュエータのうちの１つまたは複数のアクチュエータの診断された故障によって課せられたものである。
【００２３】
図３には本発明による故障分離モジュールの１実施形態が示されている。上述のようにドライバ入力値は、電気信号としてドライブ・バイ・ワイヤ（drive-by-wire）可能な車両におけるアクチュエータ１２に出力され、結果的に得られるアクチュエータの動作はダイナミックプロセス４０に影響を与える。これには１つまたは複数のホイールのポンプブレーキング、前輪の回転、スロットルバルブ位置の変更などプロセスが含まれる。上記のように電気アクチュエータは、その状態を示す診断信号を出力することも可能である。いずれにしても１つまたは複数のアクチュエータの通常動作は故障によって妨げられ得る。この自動車が走行すると、車両ダイナミクスパラメタの時系列がセンサ１４によって検出され、このセンサにより、この検出されたパラメタに相応する出力信号Ｙが生成される。出力ＹはノイズＮによって幾分汚染されていることもある。センサ出力信号Ｙは、故障分離モジュール２５のモデルベースの故障検出モジュール５０および信号ベースの故障検出モジュール６０の両方に入力される。これらのモジュールのどちらを使用しても１つまたは複数のアクチュエータにおける故障の発生を検出することができる。この故障検出方式は、必要があれば、アクチュエータにおける故障に加えて、センサ１４および／または車両の機械的な伝達系における故障を検出するために使用することも可能である。
【００２４】
信号ベースの故障検出モジュール６０は、特定のセンサから発生する個々の信号をチェックする。信号ベースのチェックには、検出した信号が、所定の制限内にあるか否かを決定するための閾値ないしは許容値の制限値チェックチェック６１、信号値域の（例えば物理法則を無視した変化の）範囲妥当性チェック６３、振動信号モデルベース、信号処理モデルベースのチェック６４とが含まれる。ここでは高速フーリエ変換および相関関数などのテクニックが使用されて信号形状における異常が検出される。信号ベースの故障検出モジュールによって得られる利点は、それが容易に実現でき、分析のため一度に１つだけしか入力測定値を使用せず、またこれによって得られる故障の範囲は制限されることもあるが、その結果は高い信頼性を有することである。
【００２５】
モデルベースの故障検出モジュール５０は、アクチュエータへの入力値３と、センサからの出力値Ｙとを互いに関連づける。このモデルベースの故障検出モジュール５０によって使用される数学的なテクニックによって可能になるのは、測定されたわずかな変数しか使用せずに様々な別個のタイプの故障を検出することである。これらのテクニックには一般に残差、状態推定値およびモデル化された量などのパラメタまたは測定基準の生成が含まれる。特定のパラメタが、単独で測定した物理的な原動機ダイナミクス変数のどれにも相応しないこともあるが、それでもふつうの走行状態からの偏差を決定するキーとなる測定基準として機能することが可能である。
【００２６】
Vehicles Systems Dynamics (2001)のR. Isermannよる刊行物"Diagnosis Methods for Electronic Controlled Vehicles"において論じられているように、モデルベースの故障検出テクニックには３つの主要なタイプがある。すなわち、パラメタ推定、状態推定およびパリティ方程式（parity equations）である。モデルベースの故障検出モジュールは、故障検出時にこれらのタイプのうちの任意の１つまたは任意の組み合わせを使用可能である。パラメタ推定では最初に様々な基準パラメタが、（ブロック５５によって示された）入力−出力処理モデルにしたがって生成される（ブロック５２）。計算されたモデルパラメタはつぎに、目下測定される、センサ出力Ｙからのパラメタと比較される。この比較により、故障の発生を示すことができ、またこの故障の規模も示すことができることもある。パラメタ推定テクニックの利点は、モデル化される入力−出力プロセスの数が少なくてもここからパラメタ偏差について大量の情報が得られることである。これに加えて、パラメタ推定テクニックは一般的に、別のいくつかの故障検出法の比べてノイズの影響を受けにくいのである。
【００２７】
状態推定では、車両ダイナミックシステム
【００２８】
【数２】
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の状態空間の式が使用されて入力／出力システム（殊にマルチ入力／マルチ出力システム）の故障がモデル化される。Ａ，Ｂ，ＣおよびＤは、パラメタ行列を表し、例えば [ａ１，ａ２，ａ３…ａｎ]であるが、定数である必要はない。このシステムにおける故障は、出力ｙ(ｔ)に対する、またシステム行列Ａ，Ｂ，ＣおよびＤにおける変形、例えばＡｆａｕｌｔ ＝ Ａ＋？Ａに対する加算的な故障として発生する。出力信号（状態）「オブザーバ」のバンクは（センサと間違えないようにするため）、１つまたは複数の出力信号における変更によって励起される。つぎに残りの出力信号は再構成され、測定された出力信号Ｙと比較されてアクチュエータの故障の有無が決定される。パリティ方程式により、測定される挙動に対する、固定パラメタ線形モデルに基づく基準モデルと、出力Ｙとが比較され、これにより、残差と称される、故障を表すのに有利な偏差パラメタが得られる。上述のテクニックの各々においてフィルタを設計して、残差またはパラメタの固有の特性を取り出し故障検出することが可能である。状態オブザーバおよびパリティ方程式は両方ともオフセットのような加算的な故障を検出するのに有利であり、これに対してパラメタ推定テクニックは乗算的（パラメトリック）な故障を検出するのにより適していることが多い。これにより、モデルベースの故障検出テクニックの組み合わせを、故障検出の全範囲に対して最適であるようにすることが可能である。
【００２９】
信号ベースの故障検出モジュール５０も、モデルベースの故障検出モジュール６０も両方によって故障および症状検出モジュールにパラメタ情報を出力し、このモジュールにより、この情報が処理されて故障診断モジュール７０に故障の「症状」が出力される。この故障診断モジュールにより、これらの症状が使用され、発生した故障の「属性」が決定される。ここでこの属性には、故障の位置、タイプ、規模、タイミングおよび持続時間が含まれる。さらにこの故障の規模によって故障診断が決定できるのは、故障がアクチュエータコンポーネントの１つに発生したのか否か、すなわちこれらのコンポーネントの機能的な完全性が損なわれたのか否かである。故障診断に使用可能なテクニックの１つは、スタティック故障木解析（static fault-tree analysis）であり、これは意思決定に対する階層的なルールベースのシステムである。この故障木において、故障検出モジュール５０，６０によって生成される症状は、この木の「葉」として使用可能である。これらの葉は、この故障木の上位レベルにおいて種々のif-then文に組み合わされる。例えば、２つのパラメタ（状態）ＸおよびＹが存在するかまたはパラメタＺが存在するならば、中間条件Ｃ１または故障Ｆ１が発生したと決定される、という具合である。
【００３０】
図４には、本発明の拡張ＶＤＣシステムに関連して使用可能な、ＶＤＣに使用される１つまたは複数のアクチュエータにおける故障を診断するための故障木構造の１部分の例が示されている。上記のようにモデルベースの故障検出モジュール５０により、残差パラメタを時系列として生成可能である。これらは組み合わせて分析することができ、これによってＶＤＣアクチュエータのダイナミックな状態が決定される。図４に示したように６つの残差パラメタｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４，ｒ５，ｒ６のそれぞれに対して時系列を表す小型のグラフ１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６は、故障木の１部分の葉をなす。各残差パラメタは、ダイナミックパラメタに関連することができ、またこれについての情報を含む。
【００３１】
【数３】
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【００３２】
これらのダイナミック変数は時間について変化するため、残差もある程度変化する。１つまたは複数の変数がアクチュエータの故障に基因して急峻に変化する場合、この変化は１つまたは複数のこれらの残差パラメタに反映されることがあり、この場合、これらはこれらのアクチュエータの故障の「症状」になるのである。
【００３３】
図示した部分故障木の例では、グラフ１０１，１０２は、残差ｒ１，ｒ２が急峻に変化したことを示しており、不一致を示している。各グラフにおいて閾値レベルが示されており、この閾値を上回ると、不一致フラグまたは警報をセットすることができる。しかしながら別の測定尺度、例えば、残差パラメタのグラフの形状および／またその周波数を分析して、不一致フラグをセットすることも可能である。グラフ１０１，１０２は、「andゲート」を介して中間のイベント指示「フロント左ブレーキに制動力なし」に結合されている様子が示されている。この場合に閾値を上回っているか別の理由に起因してｒ１およびｒ２の両方に対してフラグがセットされていると、故障診断モジュールにより、現在フロント左ブレーキに制動力がないことが決定される。この故障木において残差条件を結合する「andゲート」がつぎのことを意味することに注意されたい。すなわち、この中間条件、つまりフロント左ブレーキが制動力を有しないことの決定は、残差ｒ１および残差ｒ２の両方の時系列が十分な故障の症状を示さない限り、なされないことを意味するのである。したがって他方を欠くどちらか一方だけの故障症状は、フロント左ブレーキにおける制動力が完全に喪失していると診断するのには不十分なのである。
【００３４】
同様に、フロント左ブレーキがロックされたことが故障診断モジュールによって決定されるためには、ｒ３およびｒ４の両方の時系列における故障症状が必要である。これに対して残差ｒ２およびｒ３は「orゲート」によって条件「フロント左ブレーキに不完全な制動力」に結合されている。この中間条件はブレーキのロックまたは制動力の完全な喪失ほど重大ではない症状を示しており、条件付きの要求も相応に緩く、ｒ２またはｒ３の時系列のいずれかにおける不一致により、フロント左ブレーキアクチュエータにおける不完全な制動力の状態の決定が行われる。
【００３５】
フロント左ブレーキについての各中間条件、すなわち制動力の完全な喪失、制動力の部分的な喪失およびロックは、ＶＤＣ制御システムの有効性を損なって異常または危険な走行状態にする可能性があるため、これらの条件のそれぞれが「orゲート」で最終故障決定に結合される。したがってこれらの条件のうちの任意の１つにより、故障診断モジュールはフロント左ブレーキアクチュエータに重大な故障があると決定するのである。
【００３６】
この故障木の右側では残差ｒ５とｒ６とが「andゲート」で条件「リア右ブレーキにおいて不完全な制動力」に結合されている。したがってこの場合、この条件はｒ５とｒ６との両方について不一致フラグがセットされている場合だけ認識される。この条件は、リア右ブレーキの故障を見つけるのに十分であり、また点線は、（図示しない）別の条件によってこのリア右ブレーキの重大な故障の診断もトリガされることを示している。多数の別の残差および中間条件が考えられ、また別のホイールのブレーキ、アクティブステアリングアクチュエータまたは電動機ホイールアクセラレータにおける故障も、故障を示す１つまたは複数の症状の有無にしたがって同様に決定できることを理解されたい。
【００３７】
故障が診断された後、ＶＤＣによってフォルトトレーラントモジュールが起動され、これにより、診断された故障を考慮して現在の操作制御アルゴリズムが変更されるか、または固有の走行状態に適切な故障補償モード（ＦＣＭ＝fault compensation mode）が選択される。図５には適切なＦＣＭを選択するための過程が概略的に示されている。ボックス１４０は、初期の危険な走行状態を表しており、この走行状態によってＶＤＣによる介入がトリガされる。この図ではボックス１４０には状態「右側への突っ込み」が挙げられている。この状態は単に、ＶＤＣによる介入がトリガされ得る複数の危険な走行状態の１つの例として使用されているだけである。状態１４０のタイプ毎に本発明の拡張ＶＤＣはＦＣＭの有限集合を格納しており、ここでこれらのＦＣＭは、１つまたは複数のＶＤＣアクチュエータの故障に直面した際にこの車両の安定性を維持するのに適切なＦＣＭである。
【００３８】
ボックス１５１，１５２，１５３，１５４および１５５は、フロント左ホイールブレーキ、フロント右ホイールブレーキ、リア左ホイールブレーキ、リア右ホイールブレーキのブレーキアクチュエータおよびアクティブステアリングにおける故障診断をそれぞれ表している。故障は各ホイールに配置された個々の（図示しない）電動機アクセラレータアクチュエータにおいても発生し得る。フロント左ホイールのボックスはandゲート１６１および１６４の第１入力側に結合されており、また「xorゲート」１６３の第１入力側にも結合されている。フロント右ホイールのボックスは、「xorゲート」１６３の右側の入力側と、andゲート１６４の第２入力側と、「andゲート」１６２の第２入力側とに結合されている。これらの論理ゲート結合は、故障条件を組み合わせるために使用されている。図示のように「xorゲート」１６３は、フロント左ホイールアクチュエータまたはフロント右ホイールアクチュエータのいずれか一方が故障と診断された場合に「真」状態を出力し、また重要なことにもフロント左およびフロント右ホイールアクチュエータの両方が故障している場合には「偽」を出力するのである。
【００３９】
この構成では「andゲート」１６１の出力側は、フロント左ホイールアクチュエータが故障しており、かつフロント右ホイールアクチュエータが故障していない場合（故障状態１）にのみ真である。同様に「andゲート」１６２の出力側は、フロント右ホイールアクチュエータが故障しており、かつフロント左ホイールアクチュエータが故障していない場合（故障状態２）にのみ真である。故障状態１に対してフォルトトレーランスモジュールは故障補償モードＦＣＭ１を選択し、また故障状態２に対してこのフォルトトレーランスモジュールは故障補償モードＦＣＭ２を選択する。以下に説明するように、この故障補償モードは、故障していない残りの１つまたは複数のアクチュエータにおけるブレーキ圧を増加または減少させる、個々の電動機ホイールアクセラレータを前進または後退モードで操作する、または車両のアクティブステアリングを変更するなどのような操作を含むことができる。
【００４０】
ここで付加的に注意すべきであるのは、本発明によるフォルトトレーラントＶＤＣが、フォルトトレーランスになり得ることであり、ここでこれは、動作しているＶＤＣ制御アルゴリズムに故障診断を提供する（この場合この制御アルゴリズムは故障診断に基づいて「オンザフライ」に様々な制御パラメタを適合または変更する）か、または択一的にはこのフォルトトレーランスＶＤＣにより、あらかじめプログラムされた適切な補償モード制御ストラテジーが検索されて選択されることによって行われる。ここで上記の補償モード制御ストラテジーは、あらかじめプログラムされたこのような制御ストラテジーのライブラリのうちで所与の故障診断に整合するものである。「故障補償モード」を選択する動作には、これらのテクニックの両方が包含される。それはどちらの場合にもフォルトトレーラントＶＤＣにより、変更のために様々な制御パラメタが選択されて、診断された故障状態に対して補償が行われるからである。
【００４１】
図５を再び参照すると、ＦＣＭ１およびＦＣＭ２は、単一のアクチュエータにおける故障に対して補償しているのに対して、ＦＣＭ３が実行されるのは「andゲート」１６４からの出力が真の場合、すなわちフロント左ホイールおよびフロント右ホイールの両方が故障している場合である。両方のアクチュエータにおける故障を含む故障補償モードＦＣＭ３と、アクチュエータのうちの１つにおける単一の故障だけしか含まない故障とを区別とすることは重要である。それは単一の故障に対して適切な補償モードと、付加的な故障を含む補償モードとは大きく異なることが多いからである。例えば、所与の走行状態におけるフロント左ホイールブレーキアクチュエータの故障（ＦＣＭ１）は、例えば、フロント右ホイールアクチュエータにおけるブレーキングを変更することによって補正することができることがある。当然のことながらフロント右ホイールアクチュエータも故障している場合にはこれは不可能である。したがって故障補償モードの選択に当たってはすべてのアクチュエータの機能状態を考慮する。これにしたがい、故障補償モードを選択するための論理ゲートの構造を別のアクチュエータにまで拡張する。図５の右側に示したようにフロント右ホイールブレーキアクチュエータ１５２およびリア左ホイールブレーキアクチュエータ１５３の故障状態は、「orゲート」１６７および「andゲート」１６８，１６９で同じように結合され、これにより、リア左ホイールブレーキアクチュエータは故障しているがフロント右ブレーキアクチュエータは故障していない場合に対して故障補償モード（ＦＣＭ５）が得られ、またフロント右ホイールおよびリア左ホイールブレーキアクチュエータが両方とも故障している場合に対して故障補償モード（ＦＣＭ４）が得られる。この手法は、発生し得るアクチュエータの故障のあらゆる順列および組み合わせに対して拡張される。ここでこの発生し得るアクチュエータの故障は、例えば、フロント左ホイールおよびリア左ホイールの両方における故障、フロント左ホイールブレーキ、フロント右ホイールおよびリア右ホイールブレーキアクチュエータにおける同時の故障（３つの故障）、リア左ホイールブレーキアクチュエータおよびアクティブステアリングにおける同時の故障、ブレーキアクチュエータおよび電動機ホイールアクセラレータにおける同時の故障などである。この方式によれば、このフォールトトレーランスモジュールは、自動車に起こり得るあらゆる故障の不測事態と、危険な走行状態の所定の範囲との両方をカバーする制御アルゴリズムを実行することができるのである。
【００４２】
本発明の関連において電動機ホイールアクセラレータの使用は殊に有利である。それは、この電動機ホイールアクセラレータにより、ロバストなフォルトトレーランスと、正常な走行状況中における高度な制御との両方が得られるからである。各電動機アクセラレータによってホイールに提供されるトルクはこの電動機に供給される電流に比例するため、この電動機ホイールアクセラレータは、極めて迅速かつ効率的にトルク制御を行うことが可能である。ここでこの電動機に供給される電流は精確に制御できるため、電動機ホイールアクセラレータによって結果的に得られるトルクも精確に制御可能なのである。このトルクは前進または逆転のいずれの方向にも加えることができ、このトルクが車両の前進方向の運動量に抗して加えられる場合、この電動機アクセラレータは、ブレーキ機能に対して冗長性を提供できるのである。これに加えてこのタイプのインホイール電動機アクセラレータは、内燃機関、ハイブリッドおよび完全な電気車両を含むすべての車両プラットホームに適用可能である。
【００４３】
これとの関連で注意すべきであるのは、本発明のフォルトトレーランスを組み込んだ拡張ＶＤＣシステムにおいて、ダイナミック制御アルゴリズムによって電動機アクセラレータが使用されて、車両性能を改善できまた初期の不安定性を回避できることである。したがって慣用の安定制御アクチュエータに対する冗長性を提供し、また故障補償モードに対して固有のオプションを提供するのに加えて、電動機ホイールアクセラレータは一般にＶＤＣ機能も改善することができるのである。電動機ホイールアクセラレータは、選択された故障補償モードの実行中に前記拡張ＶＤＣコントローラによって起動される。
【００４４】
図６Ａ，６Ｂおよび６Ｃならびに７Ａ，７Ｂおよび７Ｃにはそれぞれ、アンダーステア（図６Ａ〜Ｃ）およびオーバーステア（図７Ａ〜Ｃ）状況の例が示されており、この状況により、ＶＤＣによる介入と、この状況を補正するために慣用のＶＤＣシステムによってとられる手段と、本発明によるフォルトトレーラントＶＤＣシステムとが起動される。図６Ａは、アンダーステア状態の例を示しており、ここでは車両２００は、フロントホイールｗ１，ｗ２の方向によって示される意図した方向に（左方向に）十分にターンしていない。この状態を診断するパラメタの１つは、大きなスリップ角ａであり、これは、左および右フロントホイールｗ１，ｗ２の方向と、車両の運動量の方向との間で得られるものである。
【００４５】
図６Ｂは、慣用のＶＤＣシステムまたはＥＳＰが、内側のリアホイールｗ３にブレーキをかけることよってこのアンダーステア状況にどのように対処できるかを示している。図示のように内側のリアホイールｗ３にブレーキをかけることによって、ヨーモーメントを発生させる効果があり、このヨーモーメントによってフロントホイールｗ１，ｗ２におけるスリップ角が減少する。図６Ｃには、フォルトトレーラント法において本発明を適用してアンダーステア状況に対処する例が示されている。ここでは内側のホイールｗ３にブレーキをかけるのに加えて、電動機ホイールアクセラレータを使用してホイールｗ４が加速されており、またこの手段により、アンダーステアに対して完全に補償が行われない場合には、その後、ホイールｗ２が加速される（加えられる加速はホイールｗ２，ｗ４内の前方を向いた矢印によって示されている）。ｗ２（また選択的にはｗ４）においてアクセラレータを適用することによって補正の速度が増す。それは極めて大きな反作用がこの車両に加えられてスリップ角が低減されるからである。しかしながらさらに重要なことにも、図６Ｃに示した補正テクニックはフォルトトレーラントである。それは、ホイールｗ３に対するリアブレーキが故障した場合にも、ホイールｗ２，ｗ４において電動機ホイールアクセラレータによって提供される付加的なアンダーステア補正手段は動作可能のままであり、このアンダーステア状態が補正されるからである。慣用のＶＤＣシステムであればこの場合にこの状態を補正することはできない。それは残りのホイールｗ１，ｗ２およびｗ４においてブレーキを起動することは、この状態に対する対処の助けにならないからである。この関連において注意すべきであるのは、この例における電動機ホイールアクセラレータの適用は、ブレーキの適用と同時に行う必要はなく、むしろこのインホイールアクセラレータは「予備」で使用することもでき、ｗ３におけるブレーキの故障状態が診断される場合に故障補償モードにおいて起動されることである。
【００４６】
図７Ａにはオーバーステア状態の例が示されおり、ここでは車両２００はターンしすぎている。それはこの車両の後車軸により十分な横力が加えられていないため、反時計回りのヨーモーメントが発生しているからである。図７Ａに示したように各ホイールｗ１，ｗ２，ｗ３，ｗ４は円で示されており、ここでこの円は、それぞれのホイールにおいて任意の所与の方向に加えられ得る力の最大レベルに比例する半径を有する。左方向にターン中、外側のホイールｗ２，ｗ４が発生し得る横力は、内側のホイールｗ１，ｗ３が発生し得る横方向の力よりも大きい。これはダイナミック加重移動（dynamic weight transfer）によるものである。したがって外側のホイールｗ２，ｗ４に描かれている円の半径は、内側ホイールｗ１，ｗ３のそれよりも大きい。しかしながら正常の走行状態の下ではフロントホイールｗ１，ｗ２の軸が発生し得る力は、リアホイールｗ３，ｗ４の軸が発生し得る力によって平衡状態にされて、回転モーメントは形成されない。図示の例では、内側のリアホイールｗ３における円の半径は、内側のフロントホイールｗ１のそれよりも小さく、また同様に外側のリアホイールｗ４における円の半径は、外側のフロントホイールｗ２のそれよりも小さく、これよってオーバーステア状態が示されている。
【００４７】
図７Ｂは、慣用のＶＤＣシステムまたはＥＳＰが、外側のフロントホイールｗ２にブレーキをかけることよってこのオーバーステア状況にどのように対処できるかを示している。図７Ｂのｗ２におけるベクトル図によって示されているようにホイールｗ２にブレーキかけることによって後方に働く力が加わって、このホイールにおいて左向きに働く横方向の力が低減される。これによって車両２００における全体的なモーメントが低減される。このストラテジーの問題は、ホイールｗ２にブレーキをかけることによって後輪の車軸における加重をさらに小さくしてしまう（点線で示したようにｗ３，ｗ４における円の半径を小さくしてしまう）という事実である。これによってさらに不安定になってしまうことがあり、またホイールｗ２のブレーキにおける故障に対してトレーラントでもない。
【００４８】
図７Ｃには、フォルトトレーラント法において本発明を適用してオーバーステア状況に対処する例が示されている。この場合、内側のフロントホイールｗ１におけるインホイールモータアクセラレータが起動される。アンダーステア状況の場合と同じように、ホイールｗ２にブレーキをかけるのと同時にｗ１におけるインホイールモータアクセラレータを起動して性能を向上させることができ、またはホイールｗ２のブレーキに故障が診断された場合にはこれを故障補償モードで使用することができる。ホイールｗ１におけるベクトル図に示したように、このフロントホイールを加速することによって前方向きの力が形成され、この力により、ｗ１における合力は左方向から対角線方向にずれる。これは、ｗ２におけるブレーキにより後向きに働いて後軸における加重を小さくしてしまう力の影響を打ち消し、またホイールｗ１における横方向加速度を低減することによってこの車両の全体的な回転トルクを低減する一因になる。ここではｗ２におけるブレーキが故障した場合にフォルトトレーランスが得られる。それはｗ１におけるインホイールアクセラレータさえ作動すれば、ある程度ｗ２におけるブレーキの効果の代わりになるからである。
【００４９】
上の説明では本発明の方法およびシステムを多くの例に基づいて説明したが、これらの例は制限を与えるものとみなすべきではない。むしろここに開示した方法および装置の原理の変形が、当業者によってなされ得ると理解また予想すべきであり、またこのような修正、変更および／または置き換えは、請求項に記載された本発明の範囲内に含まれるものである。例えば本発明の方法は、インホイールアクセラレータに加えて別のトルク分配システムを使用して適用可能であり、また独立４輪駆動を使用する車両にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】自己診断アクチュエータセンサを含む本発明のフォルトトレーラントＶＤＣシステム１の１実施形態を示す図である。
【図２】故障分離モジュールを含む本発明のフォルトトレーラントＶＤＣシステム１の１実施形態を示す図である。
【図３】本発明の故障分離モジュールの１実施形態を示す図である。
【図４】本発明の拡張ＶＤＣシステムに関連して使用可能な、ＶＤＣシステムに使用される１つまたは複数のアクチュエータにおける故障を診断する故障木構造の１部分の例を示す図である。
【図５】本発明にしたがって適切な故障補償モードを選択する例示的な過程を示す図である。
【図６】自動車が左に向かってターン動作している間のアンダーステアの例（Ａ）と、ホイールブレーキの操作を介してこのアンダーステアを補正するために従来のＶＤＣシステムによって使用されるテクニック（Ｂ）と、このアンダーステア状態を補正するための本発明によるフォルトトレーラント方法の例示的な実施形態（Ｃ）とを示す図である。
【図７】自動車が左に向かってターン動作している間のオーバーステアの例（Ａ）と、ホイールブレーキの操作を介してこのオーバーステアを補正するために従来のＶＤＣシステムによって使用されるテクニック（Ｂ）と、このオーバーステア状態を補正するための本発明によるフォルトトレーラント方法の例示的な実施形態（Ｃ）とを示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  フォルトトレーラントＶＤＣシステム
３  ドライバ入力信号
５  拡張ＶＤＣシステム（ＶＤＣ）
１０  機械要素
１２  車両アクチュエータ
１４  車両センサ
２０  フォルトトレーランスモジュール
２５  故障分離モジュール
４０  ダイナミックプロセス
５０  モデルベースの故障検出モジュール
６０  信号ベースの故障検出モジュール
６３  範囲妥当性チェック
６４  信号処理モデルベースのチェック
６５  故障および症状モジュール
７０  故障診断モジュール
１０１〜１０６  残差パラメタの時系列グラフ
１４０  初期の危険な走行状態
１５１〜１５５  故障診断
１６１〜１６９  論理ゲート
２００  車両
ＦＣＭ  故障保証モード
ｗ１，ｗ２  フロントホイール
ｗ３，ｗ４  リアホイール
α  スリップ角
【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５】
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【図６】
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【図７】
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