(57)【要約】【課題】道路車両、特にトラクタとトレーラとからなる連結車両の横揺れ運動が効果的に除去されるように、すなわち減衰されるように改善された道路車両の安定化方法および装置を提供する。【解決手段】回転速度センサを利用して検出された、道路車両の回転速度の時間的経過を表す信号値が求められ、この信号値の振幅を表す振幅値が求められ、信号値の周波数を表す周波数値が求められ、振幅値と周波数値とに依存して、車両の横揺れ運動が存在するか否かが求められる、安定化方法において、信号値の位相を表す位相値が求められ、横揺れ運動が存在する場合に、周波数値と位相値とに依存して、位相適正なブレーキ介入または操縦介入が道路車両の安定化のために実行される時点が求められる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
道路車両、特にトラクタとトレーラとからなる連結車両の安定化方法であって、
回転速度センサを利用して検出された、前記道路車両の回転速度の時間的経過を表す信号値が求められ、
前記信号値の振幅を表す振幅値が求められ、
前記信号値の周波数を表す周波数値が求められ、
前記振幅値と前記周波数値とに依存して、車両の横揺れ運動が存在するか否かが求められる、安定化方法において、
前記信号値の位相を表す位相値が求められ、
横揺れ運動が存在する場合に、前記周波数値と前記位相値とに依存して、位相適正なブレーキ介入または操縦介入が前記道路車両の安定化のために実行される時点が求められることを特徴とする安定化方法。
【請求項２】
前記周波数値の値が所定の数値範囲にあるか、または所定の値より大きい場合、および／または前記振幅値が所定の値より大きい場合、前記道路車両の横揺れ運動が存在することを特徴とする請求項１に記載の安定化方法。
【請求項３】
前記振幅値、前記周波数値および前記位相値は、振動周波数解析を利用して前記信号値から求められることを特徴とする請求項１に記載の安定化方法。
【請求項４】
連結車両において、前記位相適正なブレーキ介入が、前記トラクタのブレーキで実行されることを特徴とする請求項１に記載の安定化方法。
【請求項５】
連結車両に対して、横揺れ運動が存在する場合に、前記トレーラのブレーキが均等に制動されることを特徴とする請求項１に記載の安定化方法。
【請求項６】
請求項１に記載の安定化方法を実施するための装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［従来の技術］
本発明は、道路車両の安定化のための方法および装置に関する。この場合、連結車両（これは、乗用車または商用車の分野に見られるような、トラクタおよびトレーラからなる組合せである）が横揺れを生じ、屈折が生じうる問題がある。本発明による方法および本発明による装置は、同様に乗用車または商用車の分野の単一車両の安定化のために使用することもできる。この場合、単一車両の横揺れが阻止される。
【０００２】
対応する方法および装置が従来の技術から種々の変更例で既知である。
一方で、近年ＥＳＰという名称でも知られる、いわゆる走行動特性制御が以前から市販されている。この走行動特性制御の主要素は回転速度センサである。車両の垂直軸周りの車両回転速度を制御することによって、特に車両の転倒を回避することができる。
【０００３】
単一車両のための走行動特性制御については、自動車技術誌（ＡＴＺ）９６、１９９４、第１１号、６７４〜６８９頁に記載された論文「ＦＤＲ−ボッシュの走行動特性制御」を参照されたい。この論文に、車両の片揺れ速度の制御用の装置が記載されている。そのために測定された片揺れ速度と片揺れ速度の目標値とが比較される。この比較によって片揺れ速度の制御偏差が算出され、この制御偏差に依存して、運転者から独立して車輪個別のブレーキ介入および／またはエンジン介入が実施される。運転者から独立したブレーキ介入により、片揺れトルクが車両に加えられ、この片揺れトルクによって実際の片揺れ速度が目標値に近づけられる。
【０００４】
連結車両のための走行動特性制御については、ＳＡＥ論文９７３２８４「商用車のための車両動特性制御」を参照されたい。この論文に、トラクタとセミトレーラからなる連結車両のための走行動特性制御が記載されている。制御値として、そのためにトラクタの片揺れ速度および横滑り角と、トラクタおよびセミトレーラの間で調整される屈折角とが使用される。測定された上記の値が関連する目標値と比較される。この比較に依存して、エンジン介入および／またはブレーキ介入が連結車両の安定化のために実施される。
【０００５】
以下、従来の技術に属する関連の別の方法および装置を記載する。
ドイツ連邦共和国特許第１９５３６６２０号Ａ１明細書から、自動車における横安定性の改善のための方法が既知である。自動車は、たとえばトレーラを連結したトラクタとして形成されている。横動特性であり所定の周波数帯の範囲内で振動する車両値の振幅が所定の限度値を超える場合に、車両減速措置が講じられる。この横動特性の車両値は、横加速度と片揺れ角速度である。車両減速のための措置として、駆動トルク低減のためのスロットルバルブ開き角度の低減および／またはブレーキトルク上昇のための自動車車輪へのブレーキ圧力の供給が講じられる。それによって、車両に一般的な振動特性の検出のために横動特性の車両値の周波数および振幅が評価される。
【０００６】
ドイツ連邦共和国特許第１９８１２２３７号Ｃ１明細書から、関節連結自動車として形成された道路車両の走行動特性の制御方法が既知である。そのために、導入された車両モデルにおける模擬計算機の動特性の連続的な観察から、車両の片揺れ速度と横滑り角のための基準値が発生される。片揺れ速度センサによって連続的に検出された片揺れ速度の実際値と、車両の片揺れ速度の目標値としての基準値との比較から、それぞれ基準となる目標値からの各実際値の偏差に補償的に影響を及ぼす制御信号が、車両の少なくとも１つの車輪ブレーキの作動および／またはエンジン駆動トルクの低減のために発生される。車両モデルは線形微分方程式によって表される。トラクタおよびトレーラの車輪ブレーキは、単独または複数でブレーキ装置の作動が有るか否かに関係なく作動させることができる。
【０００７】
ドイツ連邦共和国特許第１９８２０６４２号Ａ１明細書は、トラクタとトレーラまたはセミトレーラとからなる連結車両の安定化方法に関する。そのために、操舵角のような連結車両の走行動特性に影響を及ぼす値、および／または片揺れ速度、および／または横加速度、および／または屈折角が検出され、評価される。これら値の評価によって、安定性に問題のある走行状況が推論される。安定性に問題のある走行状況は、操舵角および片揺れ速度の振幅および／または横加速度および／または屈折角が設定した閾値を超過および／または下回る場合に、存在する。その場合には、トレーラまたはセミトレーラが制御されて減速される。そのために、トレーラ車両の車輪ブレーキに車輪、軸または側面ごとに割当てられるように選ばれた圧力目標値が出力される。
【０００８】
ドイツ連邦共和国特許第１９８４３８２６号Ａ１明細書から、トラクタおよび少なくとも１つのトラクタにカップリングを介して連結されるトレーラによって形成されるトレーラ連結車両の安定化方法が既知である。トレーラの横揺れ運動を排除しもしくは低下するために、トラクタの実際の片揺れ運動が判定され、目標片揺れ運動と比較される。目標片揺れ運動および実際の片揺れ運動の間に差が発生する場合は、この差の低下のために操舵可能なトラクタ車軸の車輪の操舵角が調整される。
【０００９】
米国特許第５，７４７，６８３号は、複数部分からなる車両の安定化方法に関する。この安定化には、それぞれ片揺れ速度、横加速度のための実際値および目標値、エアサスペンションのばね式ベロー内の圧力差、屈折角および屈折角の時間的変化の比較が基礎に置かれる。
【００１０】
英国特許第２２５７４０３号Ａ明細書から、発生する車両の不安定性が表示されるシステムが既知である。この横揺れ検出の枠内で、算出された横加速度の周波数および振幅が評価される。横加速度を表す信号の周波数は、この信号の零交叉を利用して算出される。周波数が所定の範囲内にあり、振幅が所定の値より大きい場合は、この走行状態が横揺れとして検出される。その場合には車両の運転者に警告する。
【００１１】
ドイツ連邦共和国特許第１９７０８１４４号Ａ１明細書は、トレーラ車両の牽引棒の振子運動を回避するための方法に関する。そのために牽引棒の横力または牽引棒の行程に対応する測定値が算出される測定装置が設けられている。測定値の確定値に依存して、すなわち測定値の振幅に依存して、トレーラブレーキの少なくとも１つにより、牽引棒端の横力または横運動で発生するトルクに逆作用する牽引棒に付加トルクが発生するように関連する車輪が制動される。
【００１２】
公開公報ＤＴ２３１０８５４は、トレーラ用の振動制御システムに関する。そのためにトレーラの角加速度が測定される。角加速度が予め選択した値に達すると、車両の少なくとも１つの車輪のブレーキが作動される。この開示から、各車輪のための個々の、個別的制御がトレーラ振動の方向に依存して可能になるような示唆も読み取られる。
【００１３】
米国特許第４，２５４，９９８号は、トレーラ振動の検出およびトレーラ振動が検出された場合のトレーラの制動のためのシステムを開示する。そのために、トレーラの発振横運動を検出するための手段を設けている。ブレーキ作動信号は、振動の周期時間が予め決定された数値範囲内にある場合に発生される。さらに、左方へのトレーラの加速度を表す信号と、右方へのトレーラの加速度を表す信号とからなる信号が所定の振幅値を超えなければならない。
【００１４】
米国特許第３，９４８，５４４号は、トレーラに発生する揺動運動を除去できる装置を記載する。そのために、車両に取り付けられた連結用鉤状具（これを介してトレーラが車両に固定される）が検出手段を有し、この検出手段によって連結用鉤状具における横力の振幅および方向が算出される。トレーラがどの方向へ振動するかを検出することによって、トレーラのブレーキを側面ごとに制御することができる。
【００１５】
ドイツ連邦共和国特許第１９５３６６２０号Ａ１明細書が、最も近い従来の技術とみなされる。これを背景として次の課題が生じる。道路車両の安定化のための既存の方法および装置は、存在する道路車両の横揺れ運動が効果的に除去されるように、すなわち減衰されるように改善されるべきである。
【００１６】
この課題は、独立請求項の特徴によって解決される。
［発明の利点］
本発明による方法は、道路車両の安定化のための方法に関する。特に、トラクタとトレーラとからなる連結車両が安定化されるべきである。
【００１７】
本発明によれば、回転速度センサによって検出された道路車両の回転速度の時間的経過を表す信号値が算出される。好ましくは、連結車両において回転速度センサがトラクタ内に設置されている。信号値に基づいて、信号値の振幅を表す振幅値が算出される。さらに、信号値の周波数を表す周波数値が算出される。振幅値および周波数値に依存して、車両の横揺れ運動が有るか否かが算出される。
【００１８】
本発明によれば、存在する道路車両の横揺れ運動のより効果的な除去または減衰が、信号値の位相を表す位相値が算出されることによって達成される。横揺れ運動が存在する場合は、周波数値と位相値とに依存して、道路車両の安定化のための位相適正なブレーキ介入または操作介入が実施される時点が算出される。
【００１９】
好ましくは、周波数値が所定の数値範囲内にあるか、または所定の値より大きい場合、および／または振幅値が所定の値より大きい場合に道路車両の横揺れ運動が存在する。周波数値の数値範囲も振幅値も前段階で走行実験によって算出することができる。
【００２０】
特別の利点によって、振幅値、周波数値および位相値が振動周波数解析を利用して信号値から算出されることが証明されている。
好ましくは、トラクタとトレーラとからなる連結車両で、位相適正なブレーキ介入がトラクタのブレーキで実施される。トレーラのブレーキは、横揺れ運動が存在する場合に、均等に制動される。トレーラにとって、位相適正な制動の実施が省かれるため、本発明による方法もしくは本発明による装置は、従来のブレーキ装置、すなわち圧縮空気式ブレーキ装置を装備したトレーラを有する連結車両にも使用することができる。
【００２１】
別の利点ならびに好ましい実施形態は、従属請求項、図面ならびに実施例の明細書から読み取ることができる。
図面は図１ないし図７からなる。これらの図に異なる信号の時間的経過もしくは値を表している。
【００２２】
［実施例］
回転速度センサを利用して、振動、すなわち車両の回転速度の時間的経過が検出される。この車両は、単一車両またはトラクタとトレーラとからなる連結車両であってよい。
【００２３】
本発明による主題は、回転速度センサの信号の時間的経過が解析されることである。そのために、実時間で振動周波数解析が実施される。通常は、横揺れ運動が、理想的な場合に正弦振動によって表すことができる発振運動に相当するという仮定のもとに、解析時に周波数、振幅および位相が調整値として得られる。すなわち、回転速度センサを利用して検出された回転速度の時間的経過を表す信号値に基づいて、信号値の振幅を表す振幅値、信号値の周波数を表す周波数値、および信号値の位相を表す位相値が算出される。
【００２４】
要約すると、次のことを確認することができる。振幅値、周波数値および位相値は、振動周波数解析を利用して信号値から算出される。
上記３つの値から、安定化の介入が行われるべきか否か、また介入が必要であれば、どのように行われるべきかを導き出すことができる。
【００２５】
そのために、まず第一に道路車両の危険な横揺れ運動が存在するか否か、すなわち道路車両にとって危険である発振運動もしくは振子運動が存在するか否かが求められる。これは、振幅値および周波数値の評価によって行われる。
【００２６】
第１ステップで周波数値を利用して、横揺れ運動が、乗用車の場合に特徴的な０．５〜３Ｈｚの範囲によって定義された周波数範囲にある振動を有するか否かが求められる。そのために、周波数値が所定の数値範囲にあるか否かが検査される。この数値範囲の限度は、好ましくは上記した値に相当する。この方式には、道路車両にとって危険な横揺れ運動もしくは振子運動もしくは振動が、定義された周波数範囲にある特徴的な周波数を有するという事実に基づく。
【００２７】
第２ステップで振幅値が評価される。ここでは、存在する横揺れ運動が車両にとって総じて危険であり、そのため安定化の介入を必要とするか否かが求められる。そのために振幅値が所定の値と比較される。振幅値が所定の値より大きい場合は、存在する横揺れ運動が車両にとって危険性があり、車両の安定化のための介入を必要とする。この必要性の背景は次のとおりである。小さい振幅を有する横揺れ運動は、通常車両にとって危険性が無い。大きい振幅が存在する場合、初めて車両にとって危険性があることが推測され得る。
【００２８】
最初の両ステップで、周波数値が所定の周波数範囲にあり、振幅値が所定の値より大きいことが検出される場合は、車両にとって危険である横揺れ運動が存在する。すなわち、車両には安定化の介入を必要とする走行状況が存在する。
【００２９】
安定化の介入が必要であることが検出された後、第３ステップでその介入がどのように行われるべきかが求められる。したがって周波数値と位相値とに依存して、位相適正な安定化の介入が道路車両の安定化のために実行される時点が求められる。この安定化の介入はブレーキ介入および／または操縦介入である。
【００３０】
上記方式には次の考察が基礎に置かれている。横揺れ運動を可能な限り速くかつ最良に除去するためには、車両が観察時点でどの方向に移動するかの情報が必要になる。この情報は位相値によって得られる。すなわち、観察時点を基準として車両が横揺れ運動もしくは振子運動もしくは振動のどの位相に存在するかを位相値が表示する。それによって、位相値の情報に基づいて車両が直ちにまたは直接次に左方へ投出されることを検出できる場合、たとえば車両を右方のみ制動する可能性に目標を定めて介入する必要がある。
【００３１】
したがって位相値および周波数値の評価によって、目的を定めた介入により車両を安定化することが可能である。すなわち、車両の安定化のために、横揺れ運動もしくは振子運動もしくは振動に逆作用するトルクが車両に調達されるようなブレーキ介入を実行することができる。
【００３２】
しかしまた位相値および周波数値の評価によって、予測的に介入する可能性が提供される。位相値および周波数値に依存して、評価の時点を基準として、横揺れ運動もしくは振子運動もしくは振動の次の最大値とそれによって回転速度とが存在するまでに経過する持続時間を算出することができる。この情報に基づき、ブレーキが一定の応答時間を有する場合であっても、非常に正確な瞬間に介入を行うことができる。すなわち、この方式を適用すればブレーキの応答時間も補償することができる。それによって、たとえば横揺れ運動を基準として、９０゜だけずれた安定化の介入を実行することも可能になる。
【００３３】
それによって車両の安定化のために、９０゜だけずれた、しかも最小の、運転者にとって殆ど感知されないが減衰作用をする振幅によって遅延する振動を操舵で調節することが可能になろう。
【００３４】
要約すると、次のことを確認することができる。位相によって角周波数と共に目的を定めて介入する可能性を有するのみならず、将来の運動も推測し、それによって予測的に介入を行うことができる。この予測的な介入は、ブレーキ介入の実行の場合にも操舵介入の実行の場合にも提供される。これらの介入は、単独設定または組合せのいずれかで実行することができる。
【００３５】
本発明による方法もしくは本発明による装置の使用を車両で実現可能にするためには、以下の性能特徴を満たさなければならない。
アルゴリズムは、個々の測定エラーに対して安定かつ堅牢でなければならない。不確かな場合は緩衝装置を使用しなければならず、アルゴリズムを変動させてはならない。
【００３６】
アルゴリズムは、決定を下すために連続的な測定値を提供する必要があり、それによって、結果がたとえば１秒あたり３０〜５０回更新される。つまり振動は３０〜５０Ｈｚで常に新規に解析されなければならず、それによって従来のフーリエ変換が評価方法として排除されるか、または著しく加速されなければならない。評価は、４ＭＨｚマイクロコントローラが計算出力を成就するためにすでに充分であることを明らかにした。
【００３７】
道路車両が連結車両である場合は、ブレーキへの安定化の介入のために次のことを保持することができる。位相適正なブレーキ介入はトラクタのブレーキで実行される。トレーラのブレーキは、横揺れ運動が存在する場合に均等に制動される。
【００３８】
次の方式も考えることができる。横揺れ運動が存在することが検出される場合は、目標を定めてトレーラのみが制動される。この介入はそこで位相適正に行われる必要がなくなり、たとえば圧縮空気制動式トレーラでは、トレーラのブレーキが均等に作動されるだけで充分である。すなわち、全てのブレーキが、本質的に同じブレーキ作用を達成するように作動される。この措置によって、連結車両が伸長され、横揺れが減衰される。このコンセプトでは、本発明による方法を装備したトラクタを従来のトレーラと共に運転することができる。
【００３９】
以下、個々の図面について詳述する。
図示した線図は、次のように作成された。車両による５種類の走行時にそれぞれ回転速度が記録された。すなわち、各走行時に回転速度のデータセットが作成された。上記走行のうち２つは単一車両で、すなわちトレーラなしの車両で実施し、上記走行のうち３つが連結車両で、この場合はトレーラ付きの乗用車で実施した。この合計５つのデータセットにおける個々の時間的経過は、図１に示している。曲線１ａおよび２ａは単一車両による走行であり、曲線１ｂ、２ｂおよび３ｂは連結車両による走行である。識別できるように、連結車両による走行時に記録された曲線は、それぞれ一定の時点以降から周期的な特性を有し、これが横揺れ運動もしくは振子運動の存在を暗示する。
【００４０】
５つの走行時に発生したデータセットは、本発明による方法を利用して評価された。そのために個々のデータセットが本発明による装置に読み込まれ、個々のデータセットのデータに、上記の本発明による方法が適用された。すなわち、道路車両の回転速度の時間的経過を表す信号値に基づいて、振幅値、周波数値および位相値が求められた。この３つの値を参照して、次に本発明による方法を利用して、横揺れ運動が存在するか否か、および安定化の介入が必要であるか否かが求められた。この評価の結果は図２に示している。
【００４１】
図２は、５つのデータセットの各々について、本発明による方法を利用して作成した介入値の時間的経過を示す。曲線１ａおよび２ａを参照すると、トレーラなしの走行の場合は、安定化の介入が不要であることが分かる。逆に曲線１ｂ、２ｂおよび３ｂは、トレーラ付きの走行時に、ある特定の時点以降から安定化の介入が必要であることを示している。この評価の結果は次のとおりである。トレーラ付きか無しかの情報がない場合は、トレーラ付きの走行時にのみ介入が求められる。これは、トレーラ付きの走行時で発生されたデータセットのみが一定の時点以降から周期的な特性を示すためである。
【００４２】
これは、図３に示した曲線によって確認される。この曲線はそれぞれのデータセットについて求めた周波数値の時間的経過を示す。識別できるように、それぞれトレーラなしの走行の場合で求められた周波数値は、介入が必要である閾値を超えない。逆に、それぞれトレーラ付きの走行の場合で求められた周波数値は、一定の時点以降から閾値を超えており、したがってこの時点以降から介入が必要である。これは、図２の図示に相当する。
【００４３】
図３に、介入値の算出に注目して単に周波数値の評価だけを表している。すなわち、この図示にしたがって、安定化の介入の必然性が周波数値に依存してのみ求められる。しかし、周波数値の評価に付加してさらに振幅値も評価することが推奨される。この付加的な評価によって、横揺れ運動が総じて車両にとって危険性があることが推測され得るような振幅を有するか否かを求めることができる。換言すれば、振幅値の付加的な評価によって周波数値の単独評価で実行され得る介入を、場合により回避することができる。
【００４４】
ここで、図３において周波数の代わりに、ω＝２πｆ として定義された角周波数を示していることを、注記しておく。
図４に、データセット１ｂのための位相値を示している。
【００４５】
本発明による方法の適用によって、周波数値を表すそれぞれ存在する角周波数と、位相値を表す位相とが知られている。これらの値を利用して、将来の振動も推測することができる。この可能性は、図５にデータセット１ｂの場合で示している。
【００４６】
図６は、トレーラなしの走行中に記録された回転速度である。本発明による方法を試験するために、高いカーブ速度が達成されたカーブに富む区間が選ばれた。すでに上記５つのデータセットを利用して説明したように、本発明による方法は、この走行時に介入信号を発生しなくてもよい。これは、図７の図示によって確認される。
【図面の簡単な説明】
【図１】車両による５種類の走行時に作成された回転速度のデータセットにおける個々の時間的経過を示し、５種類の走行のうち２つは単一車両で、すなわちトレーラなしの車両で実施し、３つが連結車両で、この場合はトレーラ付きの乗用車で実施した、５つのデータセットにおける個々の時間的経過を示す。
【図２】５つのデータセットの各々について、本発明による方法を利用して作成した介入値の時間的経過を示す。
【図３】介入値の算出に注目して、単に周波数値の評価だけを表している。
【図４】５つのデータセットにおけるデータセット１ｂのための位相値を示している。
【図５】周波数値を表すそれぞれ存在する角周波数と、位相値を表す位相とを利用して、将来の振動も推測する可能性を、データセット１ｂの場合で示す。
【図６】トレーラなしの走行中に記録された回転速度である。
【図７】高いカーブ速度が達成されたカーブに富む区間における、トレーラなしの走行中に、介入信号を発生しなくてもよいことを示す図である。
【図１】
2004504206.tif 000003
【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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【国際公開パンフレット】
2004504206.tif 000010
2004504206.tif 000011
2004504206.tif 000012
2004504206.tif 000013
2004504206.tif 000014
2004504206.tif 000015
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2004504206.tif 000017
2004504206.tif 000018
2004504206.tif 000019
2004504206.tif 000020
2004504206.tif 000021
2004504206.tif 000022
2004504206.tif 000023
2004504206.tif 000024
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2004504206.tif 000032
2004504206.tif 000033
2004504206.tif 000034
2004504206.tif 000035
2004504206.tif 000036
【国際調査報告】
2004504206.tif 000037
2004504206.tif 000038
2004504206.tif 000039
2004504206.tif 000040