JP2011068256A - 推定加速度演算装置 - Google Patents

Abstract

【課題】路面状態や車両の旋回状態による誤差を抑制し、精度良く推定Ｇを演算することができる推定Ｇ演算装置を提供する。
【解決手段】悪路レベルや車両の旋回状態に応じて転がり抵抗係数ｆを補正し、運動方程式に用いられる転がり抵抗係数ｆｒとして補正後転がり抵抗係数ｆを用いて推定Ｇ演算を行う。これにより、悪路レベルや車両の旋回状態に応じて正確な補正後転がり抵抗係数ｆｒに基づいて推定Ｇ演算を行うことが可能となり、車両の旋回状態を加味して精度良く推定Ｇを演算することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両運動制御などに用いられる推定加速度（以下、推定Ｇという）の演算を行う推定Ｇ演算装置に関するものである。

従来、特許文献１において、車輪運動方程式に基づいて走行抵抗を演算する場合に、車輪スリップの影響による誤差が発生するため、車輪スリップに応じた補正を行うことで、その誤差を低減することができる走行抵抗検出装置が提案されている。この走行抵抗検出装置では、具体的には、制動力をブレーキ油圧やブレーキペダルの踏力に基づいて推定すると共に、４輪のうちの回転数が最大のものと最小のものの回転速度の差としてスリップ量を算出し、このスリップ量に応じて制動力を補正するための補正係数を設定している。そして、駆動力、加速抵抗、空気・転がり抵抗および補正係数で補正した制動力に基づいて勾配抵抗を検出している。

また、特許文献２において、車両が走行中の路面の状態を示す摩擦係数μが同程度である砂地と圧雪を識別できる車両用路面状態識別装置が提案されている。この車両用路面状態識別装置では、路面状態がスリップ率０付近の摩擦係数μとスリップ率ｓとの関係を表すμ−ｓ特性曲線の傾きに相当する路面μの変化勾配（擬似最大摩擦係数）と転がり抵抗係数という２つのパラメータで特徴づけられることから、これらに基づいて砂地と圧雪とを区別している。

特開２００６−２８０６号公報 特開２００１−３２８５１６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の走行抵抗検出装置は、制動力を補正することで走行抵抗を演算しているが、悪路の場合や車両の旋回状態には誤差が生じる。このため、正確な走行抵抗を求めることができない。したがって、走行抵抗に相当する転がり抵抗に基づいて推定Ｇを演算する際に、正確な走行抵抗を用いることができず、精度良い推定Ｇ演算を行うことができない。

また、特許文献２の車両用路面状態識別装置では、同程度の摩擦係数μとなる砂地と圧雪の識別が行えても、それに基づいて精度良い推定Ｇ演算を行うというものではない。

本発明は上記点に鑑みて、路面状態や車両の旋回状態による誤差を抑制し、精度良く推定Ｇを演算することができる推定Ｇ演算装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、悪路レベル判定手段（１１０）にて、車両が走行中の路面における路面状態を表す悪路レベルの判定を行ったのち、転がり抵抗係数演算手段（１４０、１７０）にて、悪路レベル判定手段で判定された悪路レベルに対応した転がり抵抗係数（ｆｒ）を演算するとともに、推定Ｇ演算手段（１８０）により、転がり抵抗係数演算手段にて演算された転がり抵抗係数の項を含むとともに車輪の力の釣り合いを表す運動方程式に基づいて、推定Ｇを演算することを特徴としている。

このように、悪路レベルに応じた転がり抵抗係数を演算し、運動方程式に用いられる転がり抵抗係数として悪路レベルに応じて演算した転がり抵抗係数を用いて推定Ｇ演算を行っている。このため、悪路レベルに応じた正確な転がり抵抗係数に基づいて推定Ｇ演算を行うことが可能となり、悪路レベルを加味して精度良く推定Ｇを演算することができる。

請求項２に記載の発明では、車両の旋回状態の度合いを表す旋回レベルの演算を行う旋回レベル演算手段（１６０）を含み、転がり抵抗係数演算手段にて、悪路レベル判定手段で判定された悪路レベルと旋回レベル演算手段で判定された旋回レベルに基づいて、予め設定したデフォルト値を補正して転がり抵抗係数（ｆｒ）を演算することを特徴としている。

このように、運動方程式に用いられる転がり抵抗係数として、悪路レベルおよび旋回レベルに基づいて、予め設定したデフォルト値を補正した転がり抵抗係数を用いて推定Ｇ演算を行っている。このため、悪路レベルおよび車両の旋回状態に応じた正確な転がり抵抗係数に基づいて推定Ｇ演算を行うことが可能となり、悪路レベルおよび車両の旋回状態を加味して精度良く推定Ｇを演算することができる。

例えば、請求項３に記載したように、転がり抵抗係数演算手段は、良路における転がり抵抗係数をデフォルト値として、良路に対する悪路レベルごとの補正ゲインをデフォルト値に掛け合わせることによって補正後転がり抵抗係数を演算し、推定Ｇ演算手段にて、補正後転がり抵抗係数を転がり抵抗係数演算手段が演算した転がり抵抗係数として用いて、推定Ｇを演算することができる。

請求項４に記載の発明では、旋回レベル演算手段（１６０）にて、車両の旋回状態の度合いを表す旋回レベルの演算を行ったのち、転がり抵抗係数演算手段（１６０、１７０）にて、旋回レベル演算手段で判定された旋回レベルに対応した転がり抵抗係数（ｆｒ）を演算するとともに、推定Ｇ演算手段（１８０）によって、転がり抵抗係数演算手段にて演算された転がり抵抗係数の項を含むとともに車輪の力の釣り合いを表す運動方程式に基づいて、推定Ｇを演算することを特徴としている。

このように、旋回レベルに応じた転がり抵抗係数を演算し、運動方程式に用いられる転がり抵抗係数として旋回レベルに応じて演算した転がり抵抗係数を用いて推定Ｇ演算を行っている。このため、車両の旋回状態に応じた正確な転がり抵抗係数に基づいて推定Ｇ演算を行うことが可能となり、車両の旋回状態を加味して精度良く推定Ｇを演算することができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態にかかる推定Ｇ演算装置のブロック構成を示す図である。 車両走行時の様子を示した模式図であり、（ａ）は、車体加速度ｂ［ｍ／ｓ²］が発生している時の様子を示した図、（ｂ）は、（ａ）の状態において１車輪に発生している各力の関係を示した図である。 推定Ｇ演算装置が実行する推定Ｇ演算処理のフローチャートである。 車輪速度Ｖｗの微分値ＤＶｗの振幅と予め設定しておいた悪路レベルに対応する閾値との関係を示した模式図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態にかかる推定Ｇ演算装置のブロック構成を示した図である。

図１に示すように、推定Ｇ演算装置は、制御装置１にて構成されており、この制御装置１によって、車両の前後方向の加速度の推定値である推定Ｇを演算する。具体的には、制御装置１は、ブレーキ用の電子制御装置（ブレーキＥＣＵ）などで構成されるもので、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏなどを備えた周知のマイクロコンピュータによって構成されている。そして、制御装置１に対して、エンジンＥＣＵ２、各車輪の車輪速度を検出する車輪速度センサ３、マスタシリンダ（Ｍ／Ｃ）に発生させられたブレーキ液圧（Ｍ／Ｃ圧）を検出するＭ／Ｃ圧センサ４および舵角センサ５からの検出信号が入力されるようになっており、制御装置１は、これらから入力された各信号を用い、ＲＯＭなどに記憶されたプログラムに従って各種演算などを行うことで推定Ｇを演算する。

続いて、この制御装置１にて行われる推定Ｇ演算処理の詳細について説明するが、それに先立って、本実施形態で用いられる推定Ｇ演算方法について説明する。

図２は、車両走行時の様子を示した模式図であり、図２（ａ）は、車体加速度ｂ［ｍ／ｓ²］が発生している時の様子を示した図、図２（ｂ）は、図２（ａ）の状態において１車輪に発生している各力の関係を示した図である。

このときの各車輪（タイヤ）に掛かる空車時の重量をｍ［ｋｇ］とし、重力加速度をｇ［ｍ／ｓ²］とし、車輪加速度をａ［ｍ／ｓ²］とする。車両総重量は、４輪それぞれに掛かる重量の総和となるため、図２（ａ）中に示したように４×ｍとなる。また、各車輪の垂直方向に掛かる力はｍ×ｇ［Ｎ］となる。

このとき、車輪に対して加わっている力としては、タイヤ点に働く力Ｆ１と、路面との摩擦力（タイヤの反力）Ｆ２と、転がり抵抗Ｆ３とブレーキトルクＦ４が働いている。これらについては、下記の関係が成り立つ。ただし、ＡＴトルク比は、オートマティック車両におけるトランスミッションのトルク比であり、ギア比は変速装置のギア位置ごとに決まっている値、デフ比はデファレンシャルにおけるギア比、伝達効率は駆動系全体での力の伝達効率を意味している。また、μはタイヤの動摩擦係数、ｆは転がり抵抗係数、μ’はブレーキパッドの摩擦係数、Ｎはブレーキパッドに掛かる力を表している。

（数１） Ｆ１＝（エンジントルク×ＡＴトルク比×ギア比×デフ比×伝達効率）÷タイヤ半径
（数２） Ｆ２＝μ×ｍ×ｇ
（数３） Ｆ３＝ｆ×ｍ×ｇ
（数４） Ｆ４＝（μ’×Ｎ）／タイヤ半径
これら各値のうち、エンジントルクやギア比を決めるためのギア位置などの変動値に関しては、エンジンＥＣＵ２からデータを得ることにより入手でき、固定値に関しては、予めＲＡＭ等に記憶しておくか、エンジンＥＣＵ２からそれに関するデータを得ることによって入手できる。

そして、タイヤとエンジンのイナーシャをＩ［ｋｇ・ｍ²］、車輪の角加速度をω［Ｇ］で表すと、上記数式１〜４で示された各力が次式、すなわち車輪の力の釣り合いを表した運動方程式で表される。

（数５） Ｆ１−（Ｆ２＋Ｆ３＋Ｆ４）＝Ｉ×ω÷タイヤ半径
この数式５に対して、上記数式１〜４を代入すると、数式６が得られる。これを摩擦係数μについての式に変換すると、数式７のように表すことができる。摩擦係数μは、摩擦力を車両総重量で割ったものである。一方、車両の駆動力は路面−タイヤ間摩擦力までしかタイヤの駆動には使われないものであるから、摩擦係数μは駆動力を車両総重量で割った値、すなわち車両前後方向の加速度と対応した値である。よって、数式７のμを計算することによって推定Ｇを演算することが可能となる。

また、この数式７を確認すると分かるように、推定Ｇを演算するために転がり抵抗Ｆ３が演算されており、この転がり抵抗Ｆ３の演算に転がり抵抗係数ｆが用いられている。そして、転がり抵抗Ｆ３が路面状態や車両の旋回状態に応じて変動することから、転がり抵抗係数ｆをそれらに応じて補正することにより、路面状態や車両の旋回状態に応じた正確な転がり抵抗Ｆ３を演算することが可能となる。このため、本実施形態では、路面状態や車両の旋回状態を検出すると共に、それに基づいて転がり抵抗係数ｆを設定し、設定した転がり抵抗係数ｆを用いて推定Ｇを演算する。

図３は、本実施形態の推定Ｇ演算装置が実行する推定Ｇ演算処理のフローチャートである。制御装置１は、例えばイグニッションスイッチがオフからオンに投入されたとき、もしくは、ギア位置がＤ（ドライブ）レンジに投入されているときに、所定の演算周期毎に図３に示される推定Ｇ演算処理を実行する。

まず、ステップ１００では、エンジンＥＣＵ２から送られる信号（データ）や車輪速度センサ３、Ｍ／Ｃ圧センサ４および舵角センサ５からの検出信号を入力する。

続いて、ステップ１１０では、悪路レベル判定処理を行うことにより悪路レベルを判定する。悪路レベル判定処理の手法としては、既に周知となっている様々な手法を採用できる。本実施形態では、例えば、以下のようにして悪路レベルを求めている。

具体的には、車体加速度がほぼ０となる定常走行時、例えばアクセルの踏込み状態が加速も減速もしない一定速度の状態のとき（パーシャルアクセル時）に、車輪速度Ｖｗの微分値ＤＶｗを演算すると共に、この微分値ＤＶｗの振幅を求める。そして、微分値ＤＶｗの振幅を予め設定しておいた複数の閾値と比較し、所定時間（例えば５００ｍｓ）中においてどの閾値を何回超えたかに基づいて悪路レベルを求めている。

図４は、車輪速度Ｖｗの微分値ＤＶｗの振幅と予め設定しておいた悪路レベルに対応する閾値との関係を示した模式図である。この図に示されるように、定常走行時であっても、走行中の路面の微小な凹凸などの影響によって車輪速度Ｖｗが変動し、その微分値ＤＶｗが振動する。このときの振幅が悪路レベル１〜２に相当する第１〜第２閾値Ｔｈ１〜Ｔｈ２のどのレベルを超えるかによって、悪路レベル１〜２のいずれであるかを決める。例えば所定時間中に悪路レベル２を所定回数超えれば悪路レベル２を所定回数超えないものの悪路レベル１を所定回数超えるのであれば悪路レベル１というように、悪路レベルを設定することができる。また、所定時間内に悪路レベル１を所定回数超えなければ、悪路レベル０、つまり良路であることが設定される。

次に、ステップ１２０では、旋回判定処理を行う。この処理は、舵角センサ５からの検出信号に基づいて舵角を演算することにより求められる。このとき、舵角は、例えば右方向と左方向とで正負の符号が反転することになるが、いずれの方向を正としても良い。

そして、ステップ１３０に進み、悪路であるか否かを判定する。悪路であるか否かは、上述したステップ１１０で悪路レベル０が設定されていれば悪路ではないと判定され、悪路レベル１〜２のいずれかが設定されていれば悪路であると判定される。ここで悪路であると判定された場合にはステップ１４０に進み、悪路ではないと判定された場合にはステップ１５０に進む。

ステップ１４０では、悪路レベルに応じて転がり抵抗係数ｆの補正ゲインを設定する。例えば、参考として図中に破線で示したように、良路のときの転がり抵抗係数ｆは悪路レベルが高い時と比較して小さな値となっている。このため、ここでは良路のときの転がり抵抗係数ｆをデフォルト値に設定しておき、良路のときの転がり抵抗係数ｆに対する悪路レベルが高いときの転がり抵抗係数ｆの補正ゲインを設定している。例えば、図中に示したように、悪路レベル１に相当する路面状態がダートもしくは圧雪であれば転がり抵抗係数ｆの補正ゲインを１．２としており、悪路レベル２に相当する路面状態が砂利もしくは圧雪悪路であれば転がり抵抗係数ｆの補正ゲインを１．５としている。なお、ダートとは、砂利よりも凹凸が小さい砂地路面のことであり、圧雪悪路とは圧雪された路面において通常よりも凹凸が大きい路面のことを意味している。

このようにして、悪路レベルに応じた転がり抵抗係数ｆの補正ゲインを演算することができる。

続いて、ステップ１５０に進み、旋回状態であるか否かを判定する。この処理では、ステップ１２０で演算した舵角が所定範囲外であるか、つまり舵角の絶対値が所定範囲を設定している所定の閾値を超えているか否かを判定する。そして、舵角が所定範囲外である場合（舵角の絶対値が所定の閾値を超えている場合）には、旋回状態であると判定している。ここで、肯定判定されればステップ１６０に進み、否定判定されればステップ１７０に進む。

ステップ１６０では、旋回レベルを演算すると共に、旋回レベルに応じた転がり抵抗係数ｆの補正ゲインを設定する。ここでいう旋回レベルとは、舵角の絶対値の大きさに対応する値で、旋回状態の度合いを表したものであり、舵角の絶対値が大きいほど旋回レベルが高い値となる。具体的には、旋回レベルが大きくなる程補正ゲインが大きくなるように旋回レベルと補正ゲインの関係が設定されており、図中に示したようなその関係を示すマップもしくはその関係と対応する関数式を用いて補正ゲインを求めている。

なお、旋回レベルがある程度小さいときにはあまり転がり抵抗に影響がなく、また、旋回レベルがある程度大きくなると転がり抵抗に与える影響の程度があまり変わらなくなる。このため、旋回レベルが第１値以下のときには補正ゲインを１とし、旋回レベルが第１値以上かつ第２値以下の範囲内でのみ旋回レベルに対応して補正ゲインを変化させ、旋回レベルが第２値以上になると再び一定値となるような関係としている。

この後、ステップ１７０に進み、転がり抵抗係数演算処理を行う。具体的には、良路のときの転がり抵抗係数ｆがデフォルト値として設定されているため、このデフォルト値に対して、ステップ１４０およびステップ１６０で求められた補正ゲインを掛け合わせる。これにより、走行中の路面に対する実際の転がり抵抗係数ｆｒ（以下、補正後転がり抵抗係数ｆｒという）を演算できる。

このようにして補正後抵抗係数ｆｒが求められると、ステップ１８０に進み、ステップ１００で入力した各信号およびステップ１８０で演算した補正後抵抗係数ｆｒに基づいて推定Ｇ演算処理を行う。推定Ｇの演算手法については、上述した通りである。

具体的には、この推定Ｇの演算に用いられる各種パラメータのうち、エンジントルク、ＡＴトルク比、ギア比、デフ比、伝達効率などについては、エンジンＥＣＵ２から入力される。車輪角加速度ωについては、車輪速度センサ３からの検出信号に基づいて検出される車輪速度を時間微分することにより演算している。パッドに掛かる力Ｎは、ホイールシリンダ圧（以下、Ｗ／Ｃ圧という）と対応した値となるが、Ｍ／Ｃ圧がＷ／Ｃ圧に相当する値となることから、パッドに掛かる力ＮをＭ／Ｃ圧センサ５の検出信号から演算している。

そして、求めた各パラメータを数式７に代入し、数式７中のｆとして補正後転がり抵抗係数ｆｒを用いることにより、悪路レベルや車両の旋回状態を加味した推定Ｇを演算することが可能となる。

以上説明したように、本実施形態の推定Ｇ演算装置によれば、悪路レベルや旋回レベルに応じて転がり抵抗係数ｆを補正し、運動方程式に用いられる転がり抵抗係数ｆとして補正後転がり抵抗係数ｆｒを用いて推定Ｇ演算を行っている。このため、悪路レベルや車両の旋回状態に応じた正確な補正後転がり抵抗係数ｆｒに基づいて推定Ｇ演算を行うことが可能となり、悪路レベルや車両の旋回状態を加味して精度良く推定Ｇを演算することができる。

そして、このように推定Ｇを精度良く演算できることから、例えば従来横滑り防止制御装置や横転抑制制御装置もしくはＡＢＳ制御装置などの車両運動制御装置での車両運動制御におけるスリップ率制御実行のために備えてある前後方向加速度を検出するための加速度センサの検出値に代えて、推定Ｇを用いて車両運動制御を行うことができる。このため、加速度センサを備えなくても、車両運動制御を実行することが可能となる。特に、４輪駆動車では、４輪ともロック状態になるカスケードロックが発生することがあり、加速度センサを備えないと推定車体速度を正確に求めることができないため、加速度センサが必須であった。しかしながら、本実施形態のように、推定Ｇが正確に求められれば、それを加速度センサによる検出値に代用できることから、加速度センサを廃止することができ、部品点数削減を図ることができる。

また、仮に加速度センサを備えているような場合であっても、センサ故障等によって加速度センサの検出値の信頼性が低くなることもあり得る。そのような場合に、本実施形態のようにして推定Ｇを検出することで、信頼性が低くなった加速度センサの検出値の代わりに、推定Ｇを用いて各種車両運動制御等を行うようにしても良い。

（他の実施形態）
上記実施形態では、推定Ｇ演算装置によって演算された推定Ｇを車両運動制御のスリップ率制御に用いる場合について説明したが、その他のものに推定Ｇを使用しても良い。例えば、数式３に基づいて転がり抵抗の抵抗値そのものを演算するのであれば、車両の走行抵抗を演算することができるし、推定Ｇに基づいて推定車体速度の演算を行うこともできる。

また、上記実施形態では、車両の旋回状態を検出するのに舵角センサ５の検出信号を用いたり、パッドに掛かる力Ｎを検出するのにＭ／Ｃ圧センサ５の検出信号を用いているが、他のものを用いても良い。例えば、車両の旋回状態に関しては、ヨーレートセンサの検出信号を用いることもできる。また、パッドに掛かる力Ｎに関しては、Ｗ／Ｃ圧を直接検出しても良いし、ブレーキペダルの操作量（ストローク、踏力）に基づいて演算しても構わない。

また、上記実施形態では、車両が走行中の路面における路面状態を表す悪路レベルの判定方法の一例を示したが、勿論、周知となっている他の手法を用いてもよい。

なお、各図中に示したステップは、各種処理を実行する手段に対応するものである。すなわち、ステップ１００の処理を実行する部分が推定加速度演算手段、ステップ１１０の処理を実行する部分が悪路レベル判定手段、ステップ１４０、１６０、１７０の処理を実行する部分が転がり抵抗係数演算手段、ステップ１８０の処理を実行する部分が推定加速度演算手段に相当する。

１…制御装置、２…エンジンＥＣＵ、３…車輪速度センサ、
４…Ｍ／Ｃ圧センサ、５…舵角センサ、６…ブレーキ用アクチュエータ

Claims (4)

1. 車両が走行中の路面における路面状態を表す悪路レベルの判定を行う悪路レベル判定手段（１１０）と、
   前記悪路レベル判定手段で判定された悪路レベルに対応した転がり抵抗係数（ｆｒ）を演算する転がり抵抗係数演算手段（１４０、１７０）と、
   該転がり抵抗係数演算手段にて演算された転がり抵抗係数の項を含むとともに車輪の力の釣り合いを表す運動方程式に基づいて、推定加速度を演算する推定加速度演算手段（１８０）と、を備えていることを特徴とする推定加速度演算装置。
2. 車両の旋回状態の度合いを表す旋回レベルの演算を行う旋回レベル演算手段（１６０）を有し、
   前記転がり抵抗係数演算手段は、前記悪路レベル判定手段で判定された悪路レベルと前記旋回レベル演算手段で判定された旋回レベルに基づいて、予め設定したデフォルト値を補正して前記転がり抵抗係数（ｆｒ）を演算するものであることを特徴とする請求項１に記載の推定加速度演算装置。
3. 前記転がり抵抗係数演算手段は、良路における前記転がり抵抗係数をデフォルト値として、良路に対する前記悪路レベルごとの補正ゲインを前記デフォルト値に掛け合わせることによって補正後転がり抵抗係数を演算し、
   前記推定加速度演算手段は、前記補正後転がり抵抗係数を前記転がり抵抗係数演算手段が演算した転がり抵抗係数として用いて、前記推定加速度を演算することを特徴とする請求項１または２に記載の推定加速度演算装置。
4. 車両の旋回状態の度合いを表す旋回レベルの演算を行う旋回レベル演算手段（１６０）と、
   前記旋回レベル演算手段で判定された旋回レベルに対応した転がり抵抗係数（ｆｒ）を演算する転がり抵抗係数演算手段（１６０、１７０）と、
   前記転がり抵抗係数演算手段にて演算された転がり抵抗係数の項を含むとともに車輪の力の釣り合いを表す運動方程式に基づいて、推定加速度を演算する推定加速度演算手段（１８０）と、を備えていることを特徴とする推定加速度演算装置。

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