コーナリングブレーキ制御

コーナリングブレーキコントロール（CBC）は、コーナリング時に車輪にかかる力を分散させることでハンドリング性能を向上させる自動車の安全対策です。1992年にBMWによって導入されたこの技術は、現在では乗用車、オートバイ、トラックなどの最新の電気自動車やガソリン車に搭載されています。[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] CBCは、多くの場合、自動車メーカーが提供する横滑り防止装置（ESC）の安全機能に組み込まれています。[ 4 ]

CBCは車両の電子制御ユニットを使用して複数のセンサーからデータを受信します。CBCはブレーキ操舵トルク、ブレーキ圧、ヨーレート、停止距離を調整し、ドライバーが内旋回時と外旋回時に車両を制御できるように支援します。[ 5 ]

CBC技術を用いた実験では、これが現代の自動車に搭載されている従来のアンチロックブレーキシステム（ABS）の進歩であることが示されました。[ 2 ] [ 3 ] [ 5 ] CBCは、その精度とリアルタイムの応答性から、将来の自動運転車にも組み込まれる可能性があります。 [ 6 ] [ 7 ]

歴史

初期の使用

CBCは、ドイツの自動車メーカーBMWが1992年に新開発のダイナミック・スタビリティ・コントロール（DSC）機能として初めて導入しました。1992年モデルの750i（7シリーズセダン）に搭載され、既存のABSと自動安定性制御（ASC）機能にさらなる安全対策を追加しました。[ 1 ] BMWはこの機能について、「カーブでのブレーキング時や車線変更時のブレーキング時に、走行安定性とステアリングレスポンスがさらに向上します」と述べています。[ 8 ]

BMWはこの技術を開発した最初の自動車メーカーでしたが、2009年のEU [ 9 ]と2011年の米国の連邦規制[ 10 ]により、これらの地域での将来の車両にこのブレーキ安全技術を組み込むことが義務付けられました。

現在の使用状況

連邦政府の規制により、自動車生産にはESCの安全機能が義務付けられ、これにはCBC技術と機能の両方が含まれていました。 [ 11 ]これにより、他のメーカーもこの技術を別の名前で採用するようになりました。

ドイツの自動車メーカーであるメルセデス・ベンツは、 ESPダイナミックコーナリングアシストとカーブダイナミックアシストシステムの下にこの技術を導入しました。[ 12 ] BMW傘下のメーカーであるミニとイギリスのメーカーであるランドローバーは、コーナリングブレーキコントロールの名称でこれを採用しました。[ 13 ] [ 14 ]他の企業もCBC技術をESC機能の一部として使用しており、CBC技術はより普遍的な安全対策となっています。[ 15 ]

機械操作

CBCは車両の電子制御ユニットとESCを使用して複数のセンサーからデータを受信します。これらのセンサーは速度、加速度、ヨーレート、ステアリング角などの変数を計算します。[ 16 ] CBCはこれらの変数を使用して、ブレーキ圧、目標ヨーレート、ブレーキ操舵トルク、停止距離を調整します。

CBC技術の実験では、ハードウェア・イン・ザ・ループ（HiL）テストを使用して、これらの要因に対するリアルタイムの応答を証明しました。[ 2 ] [ 3 ]

ブレーキ圧

ホイールロックは、旋回時にドライバーに重大な危険をもたらします。ホイールロックは、遠心力（旋回時に車両のバランスを崩す力）によってステアリング機能の機能を制限し、ブレーキ圧のアンバランスを引き起こしますが、CBCテクノロジーはこれを調整することができます。

CBCは、適応ブレーキ力システムを使用して旋回中に車両のブレーキ間で圧力を分配することでこの問題を解決します。[ 3 ] [ 5 ] CBCは車両の速度とカーブに対する位置に基づいて圧力を調整し、道路上での安定性と牽引力を最適化します。 [ 17 ] [ 18 ]これにより、ドライバーのステアリングとブレーキの両方がよりスムーズになり、車両のホイールがロックする可能性が制限されます。

ヨーレート

CBC技術は、車両が旋回する際に発生するヨーレート（ねじれ運動）を所望の値に安定させる働きをします。 [ 2 ]急ブレーキをかけた際にヨーレートを安定させることで、ブレーキ圧を容易に下げることができます。また、スリップ率も低下させます。スリップ率は、摩擦（運動に抵抗する力）に逆らって移動した後の車両の実際の速度を決定する比率です。 [ 19 ]この変更により、車両の実際の速度が計算された前進速度と角速度に正確に一致するため、この技術は道路状況に正確に対応できるようになります。[ 20 ] CBCロジックは、所望のヨーレートと横加速度にスムーズに到達し、快適性と運転性能を最大限に高めます。[ 2 ]

実際のヨーレートを計算する式は次の通りである: [ 21 ]

ψ＝V/R{\displaystyle {\displaystyle \psi =V/R}}

どこ

  • ψ{\displaystyle \psi}実際のヨーレート
  • V{\displaystyle V}前進速度（車両の前進方向の速度）
  • R{\displaystyle R}半径ターン（曲線の中心までの距離）

車両のモデルや道路状況などの条件に応じて、CBCテクノロジーが車両を効果的に安定させるために、より多くの計算が行われます。CBCは、実際のヨーレートと必要な人間の操作（旋回中の 車両の操舵角で測定）の両方を考慮した、望ましいヨーレートを算出できます。

望ましいヨーレートを計算する式は次のとおりです。[ 22 ]

ψ∗＝ψ+け∗dδ/dt{\displaystyle \psi ^{*}=\psi +k*d\delta /dt}

どこ

  • ψ∗{\displaystyle \psi^{*}}望ましいヨーレート
  • ψ{\displaystyle \psi}実際のヨーレート
  • け{\displaystyle k}スケーリング係数（各車両のメーカーとモデルによって決まります）
  • dδ{\displaystyle d\delta }は、車両が旋回する際に取られるステアリング角度（ ）の変化である。δ{\displaystyle \delta}
  • dt{\displaystyle dt}時間の変化です（）t{\displaystyle t}

CBCはブレーキを部分的にかけて、旋回中に車両を所望のヨーレートに誘導することができる。[ 2 ]

トルク調整

CBCは、コーナーを曲がるときにブレーキをかけるときに不要なブレーキ操舵トルクを低減します。[ 3 ]これにより、車両がカーブの内側からどれだけ離れているかを決定する、一般的なトルクの公式にある半径 （）が制限されます。r{\displaystyle r}

トルクを計算する式は次の通りである: [ 23 ]

τ＝rF罪⁡θ{\displaystyle \tau =rF\sin \theta }

どこ

  • τ{\displaystyle \tau}トルクベクトル（大きさと方向を持つ）
  • r{\displaystyle r}力が加えられる場所からトルクが測定される場所までの半径です
  • F{\displaystyle F}適用される力は
  • θ{\displaystyle \theta}適用される力と半径の間の角度です

半径の変化により、車両が外側に逸れて車線から外れることを防ぎ、ドライバーのミスを補正します。[ 24 ]

CBCを搭載した現代の車両では、ステアリング軸がタイヤ接地点（タイヤが路面に接する点）と同じ方向に横方向（路面側）にシフトしている場合があります。アダプティブブレーキ力配分は、タイヤ接地力（タイヤに作用する力）を直接考慮してブレーキの圧力を配分し、ブレーキ操舵トルクを低減します。[ 3 ]

トルクの一般公式で説明されているように、ブレーキ ステア トルクを下げると、力 ( ) が一定のまま旋回半径が小さくなり、車両が外側に逸れるのを安全に防ぎます。 F{\displaystyle F}

停止距離

CBCは旋回中に車両を停止させるために必要な制動距離を短縮します。[ 2 ] CBCはブレーキ圧、ヨーレート、トルクを同時に低下させ、横方向の動き（側方からの動き）を制限します。[ 2 ] [ 25 ]横方向の動きを制限することで旋回中の車両安定性が向上し、CBCがスムーズにブレーキをかけることができます。[ 25 ]これにより、ドライバーは前方に緊急事態が発生したときにすぐに車両を停止することができます。

ソフトウェア

CBCには、 CBCロジックを組み込むために最新のABSシステムと組み合わせることができるソフトウェアコンポーネントがあります。[ 5 ] CBCソフトウェアは、車両の車輪の異なる速度を評価し、ブレーキ操舵トルクなどの変数を調整して、車両が内側/外側に過度に回転しないようにし、ソフトウェア側から安全性を向上させます。[ 5 ]

ソフトウェア・イン・ザ・ループ・テスト（SiL）

CBCロジックに関する実験では、その妥当性を検証するためにソフトウェア・イン・ザ・ループ（SiL）テストが用いられました。これは、シミュレーション環境を用いて仮想空間でソフトウェアのコードをテストするものです。[ 26 ] CBCロジックのテストに使用されたアルゴリズムには、タイヤ、サスペンション、質量など、車両内の多くのコンポーネントが組み込まれています。[ 5 ]このアルゴリズムは、ドライバーの予想される行動をモデル化し、予測された行動と車両コンポーネントの両方を用いてCBCロジックの妥当性を判定しました。

SiLテストの結果は、CBCロジックが車両を意図した軌道内に保ち、従来のABS安全対策を強化することを明確に示しました。[ 5 ]

将来のアプリケーション

CBCは、将来の車両制御システムと連携して旋回時のブレーキの安全性を確保できるため、自動運転車に搭載されることが期待されています。 [ 6 ] CBCはすでに緊急時に車両のブレーキを自動的に作動させることができますが、人間の入力なしで車両を制御するために必要な信号が不足しています。コントローラエリアネットワークまたはCAN信号（自動運転車のソフトウェア内で送信される信号）は、車両がそのロジックとリアルタイム応答に依存できるように、必要なデータをCBCに送信できます。[ 6 ]これらの車両システムは、旋回中の自動運転車の安定性を高めるために同義に機能し、乗客にとって安全で快適な体験を保証します。[ 7 ]

参考文献

  1. ^ a b Leffler, Heinz (1995-02-01). 「電子ブレーキとホイールスリップコントロールを備えた新型BMW 7シリーズのブレーキシステム」SAE技術論文シリーズ. 1 950792. 400 Commonwealth Drive, Warrendale, PA, United States: SAE International. doi : 10.4271/950792 .{{cite journal}}: CS1 メンテナンス: 場所 (リンク)
  2. ^ a b c d e f g h Li, Shaohua; Zhao, Junwu; Yang, Shaopu; Fan, Haoyang (2019-02-08). 「ハードウェア・イン・ループ・テストに基づく3軸大型車両の協調コーナリングブレーキ制御の研究」 . IET Intelligent Transport Systems . 13 (5): 905– 914. doi : 10.1049/iet-its.2018.5406 . ISSN 1751-9578 . S2CID 116184782 .  
  3. ^ a b c d e f Baumann, M.; Bächle, T.; Buchholz, M.; Dietmayer, K. (2016-01-01). 「電動バイクのモデルベースコーナーブレーキ制御」 . IFAC-PapersOnLine . 第8回IFAC自動車制御シンポジウム AAC 2016. 49 (11): 291– 296. doi : 10.1016/j.ifacol.2016.08.044 . ISSN 2405-8963 . 
  4. ^ 「Drive Ninja - 車購入比較サイト」 Drive Ninja . 2023年10月23日閲覧。
  5. ^ a b c d e f g Russo, Riccardo; Terzo, Mario; Timpone, Francesco (2007-02-22). 「コーナリングブレーキ制御ロジックのソフトウェア・イン・ザ・ループ開発と検証」 .車両システムダイナミクス. 45 (2): 149– 163. Bibcode : 2007VSD....45..149R . doi : 10.1080/00423110600866491 . ISSN 0042-3114 . S2CID 110889084 .  
  6. ^ a b c Montani, Margherita; Capitani, Renzo; Annicchiarico, Claudio (2019-01-01). 「車両安定性制御のためのブレーキ・バイ・ワイヤシステム設計の開発」 . Procedia Structural Integrity . AIAS 2019 International Conference on Stress Analysis. 24 : 137– 154. doi : 10.1016/j.prostr.2020.02.013 . hdl : 2158/1184580 . ISSN 2452-3216 . S2CID 214027261 .  
  7. ^ a b Zheng, Binshuang; Hong, Zhengqiang; Tang, Junyao; Han, Meil​​ing; Chen, Jiaying; Huang, Xiaoming (2023-01-16). 「典型的なブレーキシナリオにおける自動運転車の乗り心地を評価するための包括的手法：テスト、シミュレーション、および分析」数学 . 11 ( 2 ): 474. doi : 10.3390/math11020474 . ISSN 2227-7390 . 
  8. ^ 「CBCコーナリングブレーキコントロール - ドライビングスタビリティコントロールシステム - コントロール - BMW X5オーナーズマニュアル - BMW X5 | BMWManuals.org」 www.bavarianmw.com . 2023年10月23日閲覧。
  9. ^ 「InterRegs - Regulations Spotlight」 . 2014年11月11日. 2014年11月11日時点のオリジナルよりアーカイブ。2023年10月24日閲覧。
  10. ^ 「米国運輸省、国家道路交通安全局：連邦自動車安全基準、電子安定制御システム、制御装置とディスプレイ｜米国運輸省道路交通安全局」www.gao.gov。2023年10月24日閲覧。
  11. ^ 「自動車の横滑り防止装置（ESC）とその仕組み」AckoDrive . 2022年3月16日. 2023年10月24日閲覧。
  12. ^ 「メルセデス・ベンツESP®スタビリティコントロールが全車に義務化」 MBUSAニュースルーム2012年9月28日 2023年10月24日閲覧。
  13. ^ 「MINIが提供する安全機能、コーナーブレーキコントロールについて詳しくはこちら」 MINI of Montgomery County Blog 2018年1月31日2023年10月24日閲覧。
  14. ^ 「新型レンジローバーのご紹介：オンロードでもオフロードでも、静粛性、安心感、そして落ち着きのある走り | ランドローバー・メディア・ニュースルーム」media.landrover.com . 2023年10月24日閲覧。
  15. ^ 「最終規則：連邦自動車安全基準、電子安定制御システム、制御およびディスプレイ｜NHTSA」www.nhtsa.gov。2023年10月31日閲覧。
  16. ^ 「ヨーレートとステアリングアングルセンサーについて理解する」「 . www.autobodynews.com . 2011年1月27日. 2023年11月4日閲覧.
  17. ^ 「車のコーナリングスタビリティコントロールについて解説！」 GoMechanicブログ2021年10月9日 . 2023年11月9日閲覧。
  18. ^ 「車のコーナリングブレーキコントロールとは何か？そしてどのように機能するのか？」 CarBikeTech 、 2016年8月17日。 2023年10月24日閲覧。
  19. ^ Zhang, Xiao-Dong; Chen, Chih-Keng (2022-12-08). 「オートバイのコーナリングブレーキ制御システムの研究」 .応用科学. 12 (24) 12575. doi : 10.3390/app122412575 . ISSN 2076-3417 . 
  20. ^ Shahabi, Ali; Kazemian, Amir Hossein; Farahat, Said; Sarhaddi, Faramarz (2021). 「ブレーキングおよびステアリング入力時の車両の動的挙動を調査するためのホイールスリップ比制御」 . Mechanics & Industry . 22:17 . Bibcode : 2021MeInd..22...17S . doi : 10.1051/meca/2021016 . ISSN 2257-7777 . S2CID 234263593 .  
  21. ^ 「ロボットコマンド翻訳：前進速度とヨーレートから円の半径を計算する」 Mathematics Stack Exchange . 2023年11月4日閲覧。
  22. ^ US9561803B2、Markkula, Gustav、「車両の所望のヨーレートを計算する方法」、2017年2月7日発行 
  23. ^ 「トルクと回転運動のチュートリアル | 物理学」www.physics.uoguelph.ca . 2023年11月5日閲覧。
  24. ^ US9180908B2、Elzen, Christopher L. Van Dan; Cheok, Ka Chai & Radovnikovich, Micho、「車線維持システムおよび車線中央維持システム」、2015年11月10日発行 
  25. ^ a b宋 丹丹、楊 涛 (2012). 「低粘着コーナリング路面における車両制動力の制御戦略に関する研究」第10回世界知能制御・自動化会議議事録pp.  618– 622. doi : 10.1109/WCICA.2012.6357953 . ISBN 978-1-4673-1398-8. S2CID  15665345 .
  26. ^ 「ソフトウェア・イン・ザ・ループ・テストとは？」Aptiv . 2022年3月17日. 2023年11月7日閲覧。
「 https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=コーナリングブレーキコントロール&oldid =1316139286」より取得