JP2004323004A - 衝撃緩和の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 この発明は、車両の車体に関する減衰力を制御するための方法に関する。
【解決手段】
この方法は、
・第一の輪荷重において、第一の減衰係数で車体の衝撃緩和を行う措置と、
・輪荷重の変化を検出する措置と、
・この輪荷重の変化分にもとづき、この輪荷重の変化後の減衰力が、ほぼ変化しないま まとなるように第二の減衰係数を算出する措置とを有する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、車両の車体に対する減衰力（Daempfung ）を制御するための方法と減衰力を制御するためのプログラム手段を有するデジタル記憶媒体、ならびにその制御システムに関する。

従来の技術においては、車両の緩衝器のための様々な制御方法が周知である。その際、所謂グラウンドフック（Ground Hook ）法では、タイヤと走路間の接触が最適化されるように、制御が行われる。それに対して、所謂スカイフック法では、乗り心地の最適化が重要視されている。

一般的に、調整可能な緩衝器を持つ車両では、大抵車体荷重の車輪への固定的な配分から出発している。しかし、カーブ走行や上り下り走行のような特別な運転操作時においては、この前提条件は当てはまらない。このことは、負荷を軽減される、またはさらに負荷をかけられる車輪が、もはや最適に衝撃緩和を実行されないという結果となる。

それに対応して、この発明の課題は、車両の緩衝支柱（Federbein ）の減衰係数を調整するための改善された方法、ならびにそれに対応した制御プログラムを保存するためのデジタル記憶媒体とその制御システムを実現することである。

この発明の課題は、それぞれ独立請求項の特徴により解決される。この発明の有利な実施構成は、従属請求項に記載されている。

この発明にもとづく制御方法により、様々な走行状態、特に積荷の負荷の追加によって、または下りや上り勾配の際の、走行中に発生する横および／または縦の加速度時における減衰力とそれと関係した乗り心地を、ほぼ一定のままにすることができる。

このことは、この発明にもとづき輪荷重の変化を検出する形で実現される。このことは、有利には、車輪のそれぞれに対して行われる。その場合、輪荷重の変化分にもとづき、減衰係数の変化分が、それぞれ計算される、それも、車輪の各々に生起される減衰力が、ほぼ変わらないままとなるように計算される。

このようにして、車両の加速度時における快適領域を拡大することができる。この発明の有利な実施構成においては、輪荷重の変化分が、閾値と比較される。輪荷重の変化分が、この閾値を超えた場合には、タイヤと走路間の接触を改善するために、自動的に別の制御方法に切り替えられる。このようにして、臨界的な走行状態における車両の安全性が改善される。再び閾値を下回った後に、衝撃緩和を安定化するための制御法に再度切り替えられる。

この発明の別の有利な実施構成においては、初期状態に対する減衰係数の変化分は、最大値によって制限され、その際この最大値は、速度に依存する。この場合、特に速度が速くなればなるほど、低い速度の場合よりも、より大きな最大値が許容される。

この発明の有利な実施構成においては、輪荷重の変化分の計算に関して、いずれにせよ、例えばＥＳＰのような、走行に対する動的な制御を持つ車両においては、例えばＣＡＮバスのような車両のデータバスで利用可能なパラメータが用いられる。

これに代わって、輪荷重は、車輪接触力（Radaufstandskraft ）からも算出することができる。この場合、車輪接触力の計量は、空気圧、スプリング圧によって、ならびに車体と車軸（Fahrzeugachse ）間の間隔から算出することができる。それに対応する車輪接触力の算出方法は、特許文献１により周知である。

輪荷重を算出するための別の可能性は、特別なセンサー技術と評価装置を配備した「インテリジェントタイヤ」を利用することである。そのようなタイヤを用いて、車輪接触力を直接的に測定することができる。それに続いて、その車輪接触力から、輪荷重を算出するものである。

輪荷重の変化を検出するための別の可能性は、車軸と車体間の高さ間隔の変化を測定することである。すなわち、ばね剛性によって、輪荷重の変化を検出することができる。
ドイツ特許公開第１００１７５０６号明細書

以下においては、この発明の有利な実施構成を、図面と関連させて、より詳細に説明する。

図１は、車両の車体に関する減衰力を制御するための方法を示している。措置１００においては、車両は、例えば一定の速度で、平面上を一直線の方向に走行している。この走行状態では、輪荷重Ｍ１に対して、車両の緩衝器においては、減衰係数Ｋｄ１が設定される。このことから、ばね剛性Ｋｓを用いて、減衰力ξ₁ は、以下のとおりとなる。

措置１０２においては、輪荷重の変化分ΔＭが検出される。そのような輪荷重の変化は、縦および／または横加速度、および／または走路の下り勾配あるいは上り勾配によって引き起こすことができる。さらに、輪荷重の変化は、積荷の追加によっても起こる。輪荷重の変化の検出は、特殊なセンサー技術、または例えば車両のデータバスに現れる走行パラメータにもとづく計算によって行うことができる。

措置１０４において、新しい減衰係数Ｋｄ２が、以下のとおり計算される。

この減衰係数Ｋｄ２の選定によって、生起される減衰力ξ₂ は、初期の減衰力ξ₁ とほぼ等しいものとなる。

措置１０６では、車両の緩衝器が、これに対応して再調整される。このことは、走行状態の変化、すなわち輪荷重の変化後においても、減衰力がほぼ一定のままであり、その結果走行状態の変化にもかかわらず、乗り心地の良さも変わらないということとなる。この乗り心地の良さの範囲の拡大は、車両の乗客には快適であると感じられる。

措置１０２，１０４および１０６における輪荷重の変化の検出、減衰係数の計算、ならびに緩衝器の再調整は、有利には連続的に実施され、その結果異なる輪荷重において、乗り心地は、ほぼ一定のままである。この場合、措置１０２，１０４および１０６は、有利には車両の各車輪または各緩衝器毎に別々に実施される。このことは、図２に関連して、また詳しく説明する。

図２は、前輪に対する緩衝器２０２，２０４と後輪に対する緩衝器２０６と２０８を有する自動車２００を示している。これらの緩衝器２０２，２０４，２０６および２０８は、減衰係数によって、ばね力を調整することができる緩衝器である。これらの緩衝器２０２，２０４，２０６および２０８は、制御システム２１０と接続されている。

制御システム２１０は、初期状態に対する前輪の緩衝器２０２の減衰係数ξ_1vを保存するための記憶器２１２を有する（図１の措置１００を参照）。さらに、この記憶器２１２には、積荷の無い状態での左前輪における前輪のばね剛性Ｋｓ_v と前輪の輪荷重Ｍ１_v が保存されている。さらに、この記憶器２１２には、車両の後車軸または別の車輪に関する前記の対応する値、すなわち車両の後輪の緩衝器に関する減衰係数、ならびに別の車輪のばね剛性と輪荷重に関する値も保存されている。

図２に示した実施構成において、この制御システム２１０は、さらに自動車２００の車輪における輪荷重の変化分を計算するための計算モジュール２１４を有する。さらに、この制御システム２１０は、輪荷重の変化分ΔＭにもとづき減衰係数を計算するための計算モジュール２１６を有する。

計算モジュール２１４における輪荷重の変化分の計算は、例えば自動車２００の縦および／または横加速度の検出にもとづき実施される。オプションとして、自動車２００の車輪における輪荷重の変化分を計算する場合に、積荷の負荷Ｍ_ZUおよび／または上りまたは下り勾配の角度αも、一緒に考慮することができる。

例えば、計算モジュール２１４における輪荷重の変化分の計算は、以下のとおり実施することができる。

ΔＭ_VL＝−Ｋ₁ ×ａ_L −Ｋ₂ ×ａ_Q ＋Ｋ₃ ×Ｍ_ZU−Ｋ₄ ×α
ΔＭ_VR＝−Ｋ₅ ×ａ_L ＋Ｋ₆ ×ａ_Q ＋Ｋ₇ ×Ｍ_ZU−Ｋ₈ ×α
ΔＭ_HL＝Ｋ₉ ×ａ_L −Ｋ₁₀×ａ_Q ＋Ｋ₁₁×Ｍ_ZU＋Ｋ₁₂×α
ΔＭ_HR＝Ｋ₁₃×ａ_L ＋Ｋ₁₄×ａ_Q ＋Ｋ₁₅×Ｍ_ZU＋Ｋ₁₆×α

この場合、
ΔＭ_VL＝左前輪における輪荷重の変化分
ΔＭ_VR＝右前輪における輪荷重の変化分
ΔＭ_HL＝左後輪における輪荷重の変化分
ΔＭ_HR＝右後輪における輪荷重の変化分
ａ_L ＝縦加速度
ａ_Q ＝横加速度

Ｋ₁ からＫ₁₆までは、０より大きい定数である。この場合、一般的に、Ｋ₁ ＝Ｋ₅ ならびにＫ₉ ＝Ｋ₁₃である。自動車のトランクにおいて、多少の差はあれ、均一な積荷の負荷があるものと仮定すると、さらにＫ₃ ＝Ｋ₇ ならびにＫ₁₁＝Ｋ₁₅であると見なすことができる。さらに、車両の構造形式によって、全体荷重の配分は、尾部にあるトランクに積荷の負荷がある場合には、およそ前１／４で、後３／４の比率であると見なすことができる。このことは、Ｋ₃ ，Ｋ₇ ＝１／８ならびにＫ₁₁＝Ｋ₁₅＝３／８であることを意味するものである。

ａ_L ，ａ_Q ，Ｍおよびαの値は、制御システム２１０の対応するセンサー２１８，２２０，２２２および２２４から供給される。

そして、計算モジュール２１６では、緩衝器２０２から２０８までの各々に対して、輪荷重のそれぞれの変化にもとづき、新しい減衰係数Ｋｄ２が計算される。すなわち、例えば、緩衝器２０２に対する新しい減衰係数Ｋｄ２は、記憶器２１２からの減衰力ξ_1V、ばね剛性Ｋｓ_V および輪荷重Ｍ１_V 、ならびに計算モジュール２１４によって算出された輪荷重の変化分ΔＭ_VLから計算される。すべての緩衝器に対して、同様に実施される。

図２の実施構成に代わって、この制御システム２１０を自動車２００のデータバスと接続させることができる。自動車２００が、例えばＥＳＰのような、走行に対する動的制御を持つ場合には、データバス上には、少なくとも縦加速度ａ_L と横加速度ａ_Q に関する値が現れる。計算モジュール２１４において輪荷重の変化分ΔＭを計算するために、制御システム２１０は、データバスを介して、これらの値にアクセスすることができる。

さらに、制御システム２１０は、輪荷重の変化分ΔＭを閾値と比較するための比較器を持つことができる。この閾値を超えた場合には、制御システム２１０は、走路とタイヤ間の付着力を改善するために、例えばグラウンドフック法のような代替の制御方法に切り替える。再び閾値を下回った場合には、減衰係数は、計算モジュール２１６によって再度設定される。

２０２から２０８までの緩衝器を調整するために、制御システム２１０は、計算モジュール２１６によって計算された減衰係数Ｋｄ２に応じて、緩衝器２０２，２０４，２０６または２０８に信号Ｓ₁ ，Ｓ₂ ，Ｓ₃ ，Ｓ₄ を出す。これらのＳ₁ からＳ₄ までの信号は、２０４から２０８までの緩衝器のそれぞれにおいて、計算された減衰係数に調整するための設定信号である。

この発明にもとづく方法の有利な実施構成のフローチャート 自動車における制御システムの有利な実施構成のブロック図

符号の説明

１００，１０２，１０４，１０６ 措置
２００ 車両
２０２ 緩衝器
２０４ 緩衝器
２０６ 緩衝器
２０８ 緩衝器
２１０ 制御システム
２１２ 記憶器
２１４ 計算モジュール
２１６ 計算モジュール
２１８ センサー
２２０ センサー
２２２ センサー
２２４ センサー
ａ_L 縦加速度
ａ_Q 横加速度
Ｋ₁ 〜Ｋ₁₆ 定数
Ｋｓ_V ばね剛性
Ｋｄ１，Ｋｄ２ 減衰係数
Ｍ_ZU 積荷の負荷
Ｍ１_V 輪荷重
ΔＭ，ΔＭ_VL，ΔＭ_VR，ΔＭ_HL，ΔＭ_HR 輪荷重の変化分
Ｓ₁ ，Ｓ₂ ，Ｓ₃ ，Ｓ₄ 信号
α 勾配の角度
ξ₁ ，ξ₂ ，ξ_1V 減衰力

Claims (21)

1. 車両の緩衝支柱の減衰係数を調整する方法であって、
   ・第一の輪荷重において、第一の減衰係数で緩衝支柱の衝撃緩和を行う措置と、
   ・輪荷重の変化を検出する措置と、
   ・この輪荷重の変化にもとづき、この輪荷重の変化後の減衰力が、ほぼ変化しないままとなるように第二の減衰係数を算出する措置とを有する方法。
2. さらに、
   ・車両の加速度を測定する措置と、
   ・この加速度から、輪荷重の変化分を算出する措置とを有する請求項１に記載の方法。
3. 車両の縦および／または横加速度が測定されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記の輪荷重の変化を検出する際に、積荷の負荷を考慮することを特徴とする請求項１から３までのいずれか一つに記載の方法。
5. 前記の輪荷重の変化を検出する際に、勾配の角度を考慮することを特徴とする請求項１から４までのいずれか一つに記載の方法。
6. 前記の輪荷重の変化を検出することが、車輪接触力を測定することによって行われることを特徴とする請求項１から５までのいずれか一つに記載の方法。
7. 前記の車輪接触力を測定することが、緩衝器の空気バネの圧力および車軸と車体間の高さの間隔を測定することによって行われることを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 前記の輪荷重の変化を検出するのに必要な値が、バスシステムを介して利用可能であることを特徴とする請求項１から７までのいずれか一つに記載の方法。
9. 輪荷重の増加時において、第二の減衰係数が、第一の減衰係数に対して、輪荷重の増加値の平方根にほぼ比例して増加されることを特徴とする請求項１から８までのいずれか一つに記載の方法。
10. 輪荷重の増加時において、第二の減衰係数が、第一の減衰係数に対して、輪荷重の増加値にほぼ比例して増加されることを特徴とする請求項１から９までのいずれか一つに記載の方法。
11. 第二の減衰係数Ｋｄ２が、以下のとおり計算されることを特徴とする請求項１から１０までのいずれか一つに記載の方法。
    

    

    この場合、
    ξ₁ ＝緩衝支柱の減衰力
    Ｋｓ＝緩衝支柱のばね剛性
    Ｍ１＝第一の輪荷重
    ΔＭ＝輪荷重の変化分
12. 車両の各緩衝器に対する減衰力の制御が、個別的に実施されることを特徴とする請求項１から１１までのいずれか一つに記載の方法。
13. 前記の検出された輪荷重の変化分が、閾値と比較され、この閾値を超えた場合には、走路とタイヤの接触を改善するために、減衰力が変更されることを特徴とする請求項１から１２までのいずれか一つに記載の方法。
14. 前記の閾値を超えた場合に、グラウンドフック法に切り替えられることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 第一の減衰係数に対する第二の減衰係数の変化分が、最大値によって制限され、その際この最大値が車両の速度に依存することを特徴とする請求項１から１４までのいずれか一つに記載の方法。
16. 前記の最大値は、車両の速度が増加するのに応じて増加されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 車両の車体に関する減衰力を制御するためのプログラム手段を有するデジタル記憶媒体であって、その際輪荷重の変化分から減衰係数の変化分を計算するためのプログラム手段が、この輪荷重の変化後の減衰力が、ほぼ一定のままとなるように構成されているデジタル記憶媒体。
18. 車両の緩衝支柱に関する減衰力を制御するための制御システムであって、
    ・輪荷重の変化分にもとづき、この輪荷重の変化後の減衰力が、ほぼ変化しないままとなるように、減衰係数（Ｋｄ２）を算出するための手段（２１０，２１６）と、
    ・この減衰係数を調整するために、緩衝器に対する設定値を出力するための手段（２１０）とを有する制御システム。
19. 前記の減衰係数を計算するための手段が、減衰係数の計算に関するデータにアクセスするために、データバスにアクセスするように構成されてるいることを特徴とする請求項１８に記載の制御システム。
20. 車両の加速度を測定するための手段（２１８，２２０）を有し、その際前記の減衰係数を計算するための手段が、この加速度のデータから輪荷重の変化分を算定するように構成されていることを特徴とする請求項１７または１８に記載の制御システム。
21. グラウンドフック制御モジュールと、輪荷重の変化分を閾値と比較するための比較器と、この閾値を超えた場合に、このグラウンドフック制御モジュールに切り替える手段とを有することを特徴とする請求項１８から２０までのいずれか一つに記載の制御システム。

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