JP4111780B2 - 車両用トラクション制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両等の車両用トラクション制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、スリップの再粘着制御を行う車両用トラクション制御装置としては、トルクコンバータの入出力特性を利用してスリップ発生時の駆動力、つまりレールと車輪間の粘着力を算出し、これに基いてスリップの再粘着制御を行う、例えば、特開平１−１４８６２９号公報に記載の技術が知られている。この公報には、エンジンの回転数とトルクコンバータの出力回転数との速度比を求め、速度比からトルクコンバータの入出力特性に基いてトルクコンバータの出力トルク、つまり駆動力（粘着力）を算出する駆動力検出手段を備え、検出した駆動力に基いて駆動力の増減を図りスリップの再粘着を行うことが記載されている。
また、駆動輪速度の加減速度情報に基いてスリップの回復傾向を判断し、これに基いて駆動力の回復を行う、例えば、特開平３−２００４６９号公報に記載の技術が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の車両用トラクション制御装置においては、トルクコンバータの入出力特性に基いて粘着力を求める構成であり、計算が複雑でトルクコンバータを使用しない直結段では活用できないし、発生したスリップの抑制とスリップ収束後の駆動力の確保を両立して車両の加速性を向上させるのが困難であった。
【０００４】
また、駆動輪速度の加減速度が正から負に変化した付近を捉えて、スリップの回復傾向を判断する構成であり、大きな速度差を有したスリップ状況に対しても加減速度の正から負への変化点を、あるいは、ある程度の速度差を有したまま発散も収束もせずに均衡したスリップ状況に対しても加減速度の正から負への変化点を回復傾向であると判断して駆動力を保持、又は増加させるため、スリップの抑制を適切に行えない問題があった。
【０００５】
一方、スリップの収束付近（再粘着付近）から行う駆動力の増加量が一定値であるため、駆動力の確保を重視した制御定数では、粘着が比較的高い状況には良好に対応できるが、連続して低い状況には対処できないなど、多様な粘着状況に適切に対応できない問題があった。加えて、体感的に粘着状況が良いと感じられ、ドライバの操作量に対応するアクセル開度が高い場合でも駆動力の増加量が一定値であるため、加速性が悪化する問題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、駆動輪速度と非駆動輪速度の速度差、並びに駆動輪速度の加減速度の少なくとも一方に基づいてスリップ発生とスリップ収束を判断し、スリップの状態に応じて駆動力を制御する車両用トラクション制御装置において、スリップ収束後に発揮できると予測される駆動力の最大値に相当するアクセル開度である粘着アクセルを求める粘着アクセル算出手段と、スリップ収束の検出点でアクセル開度を前記粘着アクセルまで復帰するアクセル開度復帰手段と、前記粘着アクセルからドライバの操作量に対応するアクセル開度であるノッチアクセルまで増加するアクセル開度増加手段と、を備え、
前記粘着アクセル算出手段は、スリップ発生の検出点のアクセル開度から、スリップ発生の検出点における接線力係数（動摩擦係数）の低下量に相当するアクセル開度量である粘着用減少値を減算することによって前記粘着アクセルを算出するものであり、
前記接線力係数の低下量は、スリップ発生直前の粘着係数（静摩擦係数）からスリップ発生直後の初期減少値を減じた値から、μV＝μs−Δμ−ρ・ΔVという式において（但し、μV：接線力係数、μs：スリップ発生直前の粘着係数、Δμ：スリップ発生直後の初期減少値、ρ：接線力係数の傾き、ΔV：駆動輪速度と非駆動輪速度の速度差とする。）、ΔVにスリップ発生検出用しきい値を代入することによって得た値を減じることによって求め、
前記接線力係数の低下量に相当するアクセル開度量は、アクセル開度に対する駆動力及び粘着係数を示し、車両の基本走行性能を表したデータテーブルにおいて、スリップ発生の検出点のアクセル開度と非駆動輪速度における粘着係数を求め、この粘着係数から前記接線力係数の低下量を減じた粘着係数に相当するアクセル開度を求め、このアクセル開度を前記スリップ発生の検出点のアクセル開度から減じることによって求めることを特徴とする。
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、粘着アクセル算出手段によって、スリップ収束後に発揮できると予測される駆動力の最大値に相当するアクセル開度である粘着アクセルを求め、アクセル開度復帰手段によって、スリップ収束の検出点でアクセル開度を前記粘着アクセルまで速やかに復帰するので、レールと車輪間の粘着力に相当する駆動力をスリップ収束直後に確保することができる。そして、アクセル開度増加手段によって、粘着アクセルからドライバの操作量に対応するアクセル開度であるノッチアクセルまで緩やかに増加するので、駆動力を徐々に増加することができる。さらに、アクセル開度復帰手段及びアクセル開度増加手段を実行中に発生したスリップに対しても、その都度、前記粘着アクセル算出手段での粘着アクセルの算出値を更新することにより確実に実態の粘着力を捉え、多様な粘着状況に適切に対応することができる。したがって、発生したスリップの抑制とスリップ収束後の駆動力の確保を両立して車両の加速性を向上できる。
【０００９】
また、粘着アクセル算出手段によりスリップ発生の検出点のアクセル開度から、スリップ発生の検出点における接線力係数の低下量に相当するアクセル開度量である粘着用減少値を減算して粘着アクセルを算出することにより、レールと車輪間の粘着力の限界値に相当する駆動力を発揮するためのアクセル開度を比較的簡便で正確に求めることができ、また、トルクコンバータを使用しない速度段にも対応することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の車両用トラクション制御装置において、前記アクセル開度復帰手段は、ドライバの操作量に対応するアクセル開度であるノッチアクセル及び非駆動輪速度に応じて設定した、アクセル開度の復帰量及び復帰時間に基いてアクセル開度を復帰することを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、アクセル開度復帰手段によりノッチアクセル及び非駆動輪速度に応じて設定したアクセル開度の復帰量及び復帰時間に基いてアクセル開度を復帰させることにより、ドライバの操作量を反映して駆動力の速やかな復帰をスリップ収束後に行え、加速性を保つことができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の車両用トラクション制御装置において、前記アクセル開度増加手段は、ドライバの操作量に対応するアクセル開度であるノッチアクセル及び非駆動輪速度に応じて設定した、アクセル開度の増加量及び増加時間に基いてアクセル開度を増加することを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、アクセル開度増加手段によりノッチアクセル及び非駆動輪速度に応じて設定したアクセル開度の増加量及び増加時間に基いてアクセル開度を増加させることにより、ドライバの操作量を反映して駆動力の緩やかな増加が行え、予測した粘着力から徐々に駆動力を増加して、加速性を改善することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用トラクション制御装置において、駆動輪速度と非駆動輪速度の速度差が最大となってから減少方向に向かって回復傾向になったことを判断するスリップ回復検出手段と、スリップ回復の検出点で前記粘着アクセルより低いアクセル開度である回復アクセルまで回復し維持するアクセル開度回復手段とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、スリップ回復検出手段により駆動輪速度と非駆動輪速度の速度差が最大となってから減少方向に向かって回復傾向になったことを判断することができる。そして、アクセル開度回復手段によって、スリップ回復の検出点で粘着アクセルより低いアクセル開度である回復アクセルまで回復し維持するので、スリップ収束後の駆動力をより確実に確保することができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の車両用トラクション制御装置において、前記スリップ回復検出手段は、駆動輪速度と非駆動輪速度の速度差が最大となってから速度差の減少量が一定のしきい値を越えて小さくなり、かつ速度差が一定のしきい値を下回った場合にスリップ回復傾向と判断することを特徴とする。
【００１７】
請求項５に記載の発明によれば、スリップ回復検出手段により駆動輪速度と非駆動輪速度の速度差が最大となってから速度差の減少量が一定のしきい値を越えて小さくなり、かつ速度差が一定のしきい値を下回った場合にスリップ回復傾向と判断することにより、確実にスリップの回復地点を捉えることができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、請求項４または５に記載の車両用トラクション制御装置において、前記アクセル開度回復手段は、スリップ発生の検出点のアクセル開度から、ドライバの操作量に対応するアクセル開度であるノッチアクセル及び非駆動輪速度に応じて設定した回復用減少値を減算することにより前記回復アクセルを算出し、アクセル開度をこの回復アクセルまで回復し維持することを特徴とする。
【００１９】
請求項６に記載の発明によれば、アクセル開度回復手段によりスリップ発生の検出点のアクセル開度から、ノッチアクセル及び非駆動輪速度に応じて設定した回復用減少値を減算することにより前記回復アクセルを算出し、アクセル開度をこの回復アクセルまで回復し維持することにより、スリップ収束後の駆動力をより確実に確保することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図ｌは、本発明の一実施形態にかかる車両用トラクション制御装置を備えた鉄道用ディーゼル車両の機器構成を示すものである。図１（ａ）において、ドライバは、運転台にある主幹制御器１にある図示しないノッチ用マスコン（自動車のアクセルペダルに相当）とトランスミッション用ハンドル（自動車のギヤシフトに相当）を操作し運転を行う。ノッチ用マスコンの操作情報（例えば、停止、切、１〜５ノッチの７段階のノッチ情報）は電気信号（通常３ｂｉｔのＯＮ／ＯＦＦ信号）に置き換えられノッチ信号２０として、またトランスミッション用ハンドルの操作情報（ギヤ段を示す中立、変速段、直結段、及び前進、後進）は電気信号（通常ＯＮ／ＯＦＦ信号）に置き換えられ速度段信号２１及び逆転機信号２２として、さらに駆動輪１０及び非駆動輪１１に設けられた速度センサ１２及び１３からの回転パルス信号２６及び２７が車両用トラクション制御装置２に入力される。
【００２１】
この車両用トラクション制御装置２は、図１（ｂ）に示すように、粘着アクセル算出手段２ａと、アクセル開度復帰手段２ｂと、アクセル開度増加手段２ｃとを備えている。粘着アクセル算出手段２ａは、スリップ収束後に発揮できると予測される駆動力の最大値に相当するアクセル開度である粘着アクセルを求めるものである。アクセル開度復帰手段２ｂは、スリップ収束の検出点でアクセル開度を前記粘着アクセルまで速やかに復帰するものである。アクセル開度増加手段２ｃは、前記粘着アクセルからドライバの操作量に対応するアクセル開度であるノッチアクセルまで緩やかに増加するものである。
さらに、車両用トラクション制御装置２は、スリップ回復検出手段２ｄと、アクセル開度回復手段２ｅとを備えている。スリップ回復検出手段２ｄは、駆動輪速度と非駆動輪速度の速度差が最大となってから減少方向に向かって回復傾向になったことを判断するものである。アクセル開度回復手段２ｅは、スリップ回復の検出点で前記粘着アクセルより低いアクセル開度である回復アクセルまで回復し維持するものである。
【００２２】
また、車両用トラクション制御装置２は、回転パルス信号２６及び２７から駆動輪速度及び非駆動輪速度を算出し、運転操作情報のノッチ信号２０、速度段信号２１及び逆転機信号２２から、運転操作又は車両速度に応じたトランスミッション７の速度段（通常、変速段、直結１段、直結２段）となるように、クラッチ接続信号２５を出力してクラッチ接続を行う。また、駆動輪速度と非駆動輪速度の速度差、もしくは駆動輪加減速度を基にスリップ状態を判断する。
【００２３】
スリップ未発生と判断した場合は、ドライバの操作量であるノッチ信号２０に対応するアクセル開度２３を、一方スリップ発生と判断した場合は、粘着アクセル算出手段２ａ、アクセル開度復帰手段２ｂ、及びアクセル開度増加手段２ｃで演算したきめ細かなアクセル開度２３を燃料制御装置３へ出力する。
【００２４】
燃料制御装置３からのアクチュエータ駆動信号２４により噴射ポンプ５に付属するアクチュエータ４が動作し、アクチュエータ４に連動する図示しないコントロールラックの位置調節、つまり燃料供給量の調節がなされディーゼルエンジン６の出力調節が行われる。ディーゼルエンジン６で発生した動力は、トランスミッション７に内蔵されたトルクコンバータやギヤトレーンを介して動力変換された後、プロペラシャフト８、減速機９を経て駆動輪１０へ伝達され、駆動力となる。
【００２５】
次に、このように構成された本実施例において実行されるスリップの再粘着制御について、図２〜１３に基づき説明する。図２は、車両用トラクション制御装置におけるスリップ再粘着制御のメインルーチンを表すフローチャートである。なお、この処理は図示しないスリップ制御装置の電源がオンとなったとき、ステップ１００より開始される。
【００２６】
まず、ステップ１００にて、各種フラグや各種カウンタの初期設定を行う。続くステップ１０１では、入力情報の速度センサ１２，１３の回転パルス信号２６，２７を基に駆動輪速度Vｄ、非駆動輪速度Vｔ、及び駆動輪加減速度ＧVｄを演算する。
【００２７】
ステップ１０２で、入力情報のノッチ信号２０に対応する、図３のように予め設定したデータテーブルを用いてノッチアクセルＡｃｃ＿ｎｏｔｃｈを算出する。また、入力情報の速度段信号２１を基にトランスミッション７の速度段が変速段、直結段、中立のどの位置にあるかを、及び逆転機信号２２を基にトランスミッション７の進行方向を示す前進、後進、中立のどの位置にあるかを判断する。
【００２８】
図２に戻って、ステップ１０３で、ノッチ信号２０が１ノッチ以上であること、速度段が中立位置以外にあること、逆転機が中立以外にあることをスリップ制御実施の可能条件とし、駆動輪速度Vｄと非駆動輪速度Vｔの速度差ΔVを演算する。速度差ΔV、もしくは、駆動輪加減速度ＧVｄがスリップ発生検知用しきい値を超えた場合にスリップ発生と判断する。ここで、駆動輪加減速度ＧVｄによるスリップの状況判断は後述する理由で課題があるため、判定条件は速度差ΔVのみによるものとして、以降説明する。スリップ発生時のアクセル開度Ａｃｃ＿ｓｌｉｐを記憶し、ステップ１０４に進む。そうでない場合はステップ１５０に進み、ノッチアクセルＡｃｃ＿ｎｏｔｃｈをアクセル開度Ａｃｃと決定し、スリップの再粘着制御を実行しないで制御処理を終了する。
【００２９】
ステップ１０４で、スリップ収束後に発揮できると予測される駆動力の最大値、つまり粘着力の限界値に相当するアクセル開度の粘着アクセルＡｃｃ＿μを、粘着アクセル算出手段２ａによりスリップ発生の検出点におけるアクセル開度Ａｃｃ＿ｓｌｉｐ及びドライバの操作量であるノッチアクセルＡｃｃ＿ｎｏｔｃｈと非駆動輪速度Vｔ毎に粘着用減少値Ａｃｃ＿μｄｏｗｎを設定した図４から、（１）式に従って算出する。
Ａｃｃ＿μ＝Ａｃｃ＿ｓｌｉｐ−Ａｃｃ＿μｄｏｗｎ［％］ （１）
【００３０】
ここで、粘着力の限界値についての考え方を、図５を用いて説明する。図５は、一般的に言われている、スリップが発生する直前の粘着係数（静摩擦係数）とスリップ中の接線力係数（動摩擦係数）の関係を表したものでる。接線力係数μVは、スリップ発生直前の粘着係数μｓ（Ａ点）に対しスリップ発生直後に初期減少値Δμだけ低下し（Ｂ点）、さらに速度差の大きさに伴い接線力係数の傾きρ分小さくなる。従って、粘着力の限界値は、Ａ点及びＢ点では再びスリップする可能性が高いため、速度差ΔVに基いて判断するスリップ発生の検出点における接線力係数（接線力）、例えば、スリップ発生検出用しきいちが４ｋｍ／ｈのＣ点が適切であると考えた。なお、Ｃ点における接線力係数の低下量ρ・ΔVは、スリップ発生直後のＢ点に対し概ね３％である。
【００３１】
さらに、アクセル開度と粘着力の関係を示す図６を用いて、スリップ発生の検出点における接線力係数の低下量ρ・ΔVに相当するアクセル開度量について説明する。図６は、主要なアクセル開度（２０％毎を示す）に対する駆動力（粘着力）及び粘着係数を示し、車両の基本走行性能を表したものである。例えば、Ａ点に示すアクセル開度６０％、速度１４ｋｍ／ｈにおける粘着係数は１５％であり、図４に示したスリップ発生の検出点での接線力係数の低下量３％を減じた粘着係数１２％に相当するアクセル開度は、Ｂ点に示す５０％であることが判る。つまり、接線力係数の低下量３％に相当するアクセル開度量は、車両の基本走行性能データから１０％となる。
【００３２】
以上の考え方から、粘着用減少値Ａｃｃ＿μｄｏｗｎは、図４に示すように、ノッチアクセルＡｃｃ＿ｎｏｔｃｈが６０〜７９％、非駆動輪速度Vｔが０〜４０ｋｍ／ｈの場合に対し、接線力係数の低下量３％に相当するアクセル開度量の１０％を基本値として与えている。また、ノッチアクセルＡｃｃ＿ｎｏｔｃｈが高いほど及び非駆動輪速度Vｔが高いほど、粘着用減少値Ａｃｃ＿μｄｏｗｎを小さな値としている。前者はドライバの運転意思を考慮したもので、粘着状態が体感的に高いと感じられ、高めのノッチアクセルＡｃｃ＿ｎｏｔｃｈの場合には、小さな粘着用減少値Ａｃｃ＿ｄｏｗｎを選択し、（１）式による粘着アクセルＡｃｃ＿μの算出値を高くなるようにしている。後者は、高速走行時の瞬間的な粘着係数の低下で発生したスリップを考慮したもので、非駆動輪速度Vｔが高い場合には、小さな粘着用減少値Ａｃｃ＿μｄｏｗｎを選択し、（１）式による粘着アクセルＡｃｃ＿μの算出値を高くなるようにしている。
【００３３】
図２に戻って、ステップ１０５では、発生したスリップの拡大を抑えると共にスリップの収束を図るため、公知技術の手段でアクセル開度を低減、つまり駆動力を減少させる。続くステップ１２０で、速度差ΔVとスリップ収束検知用しきい値を比較し、下回った場合は、スリップ収束と判断しステップ１３０へ進む。そうでない場合は、ステップ１０５に戻りアクセル開度の減処理を継続する。なお、ステップ１０５に続くステップ１１０〜ステップ１１３は、アクセル開度回復手段２ｅによる処理であり、これについては後述する。
【００３４】
ステップ１３０では、スリップ収束後の駆動力を確保するため、アクセル開度を粘着アクセル算出手段２ａで求めた粘着アクセルＡｃｃ＿μまで速やかに復帰（増加）し、ステップ１３１へ進む。このアクセル開度復帰手段２ｂは、図７に示すようにスリップ収束の検出点におけるノッチアクセルＡｃｃ＿ｎｏｔｃｈと非駆動輪速度Vｔ毎に、アクセル開度の復帰量及び復帰時間を設定したデータテーブルに基き、アクセル開度Ａｃｃを増加する。ここでは、ノッチアクセルＡｃｃ＿ｎｏｃｔｈが高いほど早めに増加するよう設定している。これはドライバの運転意思を考慮したもので、粘着状態が体感的に良いと感じられ、高めのノッチアクセルＡｃｃ＿ｎｏｃｔｈの場合には早く増加している。
【００３５】
再び図２に戻って、ステップ１３１では、速度差ΔVとスリップ発生検知用しきい値を比較し、超えた場合は再びスリップ発生と判断し、ステップ１０４へ戻る。そうでない場合はステップ１３２へ進む。
【００３６】
ステップ１３２でアクセル開度Ａｃｃが粘着アクセルＡｃｃ＿μに達したかどうかを判断し、達した場合はステップ１４０へ進む。そうでない場合はステップ１３０へ戻り、アクセル開度の復帰を継続する。
【００３７】
ステップ１４０では、アクセル開度Ａｃｃを粘着アクセルＡｃｃ＿μからドライバの操作量に対応するアクセル開度のノッチアクセルＡｃｃ＿ｎｏｔｃｈまで緩やかに増加し、ステップ１４１へ進む。このアクセル開度増加手段２ｃは、図８に示すようにスリップ収束の検出点における、ノッチアクセルＡｃｃ＿ｎｏｔｃｈと非駆動輪速度Vｔ毎に、アクセル開度の増加量及び増加時間を設定したデータテーブルに基き、アクセル開度Ａｃｃを増加する。ここでは、ノッチアクセルＡｃｃ＿ｎｏｔｃｈが高いほど、増加量が大きくなるように設定し、また、非駆動輪速度Vｔが低いほど、増加時間が遅くなるよう設定している。前者はドライバの運転意思を考慮したもので、粘着状態が体感的に良いと感じられ、高めのノッチアクセルの場合には復帰量を大きくしている。後者はトルクコンバータを使用する変速段での低速走行の場合には、増加時間を長くしている。なお、図８のデータテーブルは、トランスミッション７の速度段毎にマップ化して設定する構成でも良い。
【００３８】
再び図２に戻って、ステップ１４１では、速度差ΔVとスリップ発生検知用しきい値を比較、超えた場合は再びスリップ発生と判断しステップ１０４へ戻る。そうでない場合はステップ１４２へ進む。つまり、発揮可能と予測した駆動力の最大値に相当するアクセル開度Ａｃｃ＿μが、実際の粘着力よりも高くて再びスリップした場合でも、ステップ１０４〜ステップ１４１の処理を繰返すことによって、その都度ノッチアクセルＡｃｃ＿μを算出、補正し、実際の粘着力を確実に捉えることができる。
【００３９】
ステップ１４２でアクセル開度ＡｃｃがノッチアクセルＡｃｃ＿ｎｏｔｃｈに達したかどうかを比較し、達した場合はステップ１６０に進み、スリップの再粘着制御を終了する。そうでない場合はステップ１４０へ戻りアクセル開度Ａｃｃの増加を継続する。
【００４０】
以上のようなフローチャートで実行されたスリップ再粘着制御のタイムチャート例を図９に示して説明する。図９は、ドライバの操作するノッチ信号２０が３ノッチ、非駆動輪速度３０ｋｍ／ｈで走行中に発生したスリップに対する制御状況を表したものである。なお、制御中に非駆動輪速度の変化はなく、またドライバの操作するノッチ信号２０も一定であるとした。速度差がスリップ検知用しきい値を上回ったＡ１点でスリップ発生と判断し、粘着アクセル算出手段にて、スリップ発生の検出点におけるアクセル開度Ａｃｃ＿ｓｌｉｐ６０％及び非駆動輪速度３０ｋｍ／ｈから図４に基いてアクセル開度減少値（粘着用減少値）Ａｃｃ＿ｄｏｗｎを１０％と算出し、さらに、（１）式より粘着アクセルＡｃｃ＿μ（１）を５０％と演算する。続いて、アクセル開度減処理にてアクセル開度を下げ、駆動力を低下させスリップの抑制を行う。速度差がスリップ収束検知用しきい値を下回ったＣ１点でスリップ収束と判断し、アクセル開度復帰手段２ｂに移る。アクセル開度復帰手段２ｂでは、スリップ収束の検出点におけるドライバの操作量に対応するアクセル開度のノッチアクセルＡｃｃ＿ｎｏｔｃｈ６０％と非駆動輪速度３０ｋｍ／ｈから図７に基いて復帰量４％及び復帰時間２０ｍｓを算出し、アクセル開度をこの復帰量及び復帰時間に基いて粘着アクセルＡｃｃ＿μ（１）の５０％まで速やかに復帰する。つまり、発揮できると予測した駆動力の最大値に相当するアクセル開度に一気に復帰させ、まず駆動力の確保を図る。続いて、アクセル開度増加手段２ｃに移り、スリップ収束の検出点におけるノッチアクセルＡｃｃ＿ｎｏｔｃｈ６０％と非駆動輪速度３０ｋｍ／ｈから図８に基いて増加量５％及び増加時間３ｓと算出し、アクセル開度をこの復帰量及び復帰時間に基いてノッチアクセルＡｃｃ＿ｎｏｔｃｈの６０％まで緩やかに増加する。つまり、駆動系、特にトランスミッション７のトルクコンバータの応答性を加味した時間を持って徐々にアクセル開度を増加し、駆動力の更なる増加を試みる。アクセル開度増加手段２ｃを実行中のＡ２点で再びスリップ発生と判断した場合は、減処理に移りスリップの抑制を図ると共に、粘着アクセル算出手段２ａにより粘着アクセルＡｃｃ＿μ（２）を４０％と演算し、以下前記同様にアクセル開度復帰手段２ｂ及びアクセル開度増加手段２ｃによりアクセル開度を復帰及び増加する。このように粘着アクセルＡｃｃ＿μの値が高く再びスリップが発生した場合でも、粘着アクセルＡｃｃ＿μを算出、補正することによって、確実に粘着力を捉えることができる。
【００４１】
また、スリップ発生の検出点におけるアクセル開度Ａｃｃ＿ｓｌｉｐが、例えば３０％と低い場合（図９には記載せず）、つまり粘着状況が低い場合、粘着アクセルＡｃｃ＿μは２０％と算出され、スリップ収束後のアクセル開度復帰手段２ｂは省略されて、始めからアクセル開度増加手段２ｃにより増加量５％、増加時間２ｓに基いて緩やかにアクセル開度の増加が行われることになる。従って、このように連続する低粘着区間や一時的な粘着低下など多様な粘着状況に適切に対応することができる。
【００４２】
再び図２に戻って、ステップ１１０〜１１３の処理で実施するスリップ回復検出手段２ｄとアクセル開度回復手段２ｅについて説明する。図１０は、スリップが発生した際の駆動輪速度と駆動輪加減速度の関係を示したもので、ケース１はスリップの発散から収束まで単純に変化した状況、ケース２はある程度の速度差を有したまま発散も収束もせず均衡した状況を表す。課題で述べたように、駆動輪加減速度の正から負への変化点であるＢ１点及びＢ２点で回復傾向にあると判断し、アクセル開度を回復（増加）する構成ではスリップを抑えられず、かえってスリップを拡大してしまう恐れがある。
【００４３】
図２に戻って、ステップ１１０で、スリップが回復傾向になったかどうかを判断し、スリップ回復の場合はステップ１１１進む。そうでない場合はステップ１０５へ戻る。ここで、スリップ回復検出手段２ｄ及びアクセル開度回復手段２ｅを加えた場合のスリップ再粘着制御のタイムチャート例を図ｌ１に示し、スリップ回復検出手段２ｄについて説明する。図１１に示すように、速度差ΔVが速度差の最大点ΔV＿ｍａｘに至ってから速度差の減少量が速度差の減少値ΔV＿ｄｏｗｎを越えて小さくなり、かつ、速度差ΔVがスリップ回復検知用しきい値を下回ったＢ点をスリップ回復と判断する。従って、前述のような均衡した速度差を有したスリップに対しても的確にスリップの回復傾向を捉えることができる。
【００４４】
図２に戻って、ステップ１１１では、スリップ収束後の駆動力を確実に確保するため、スリップ収束前のスリップ回復の時点で、アクセル開度を回復アクセルに回復（増加）、保持しステップ１１２へ進む。ここで、回復アクセルＡｃｃ＿ｋは、スリップ発生の検出点におけるアクセル開度Ａｃｃ＿ｓｌｉｐ及びドライバの操作量であるノッチアクセルＡｃｃ＿ｎｏｔｃｈと非駆動輪速度Vｔ毎に回復用減少値Ａｃｃ＿ｋｄｏｗｎを設定した図１２から、（２）式に従って算出する。
Ａｃｃ＿ｋ＝Ａｃｃ＿ｓｌｉｐ−Ａｃｃ＿ｋｄｏｗｎ［％］ （２）
回復用減少値は図１２に示すように、ノッチアクセルＡｃｃ＿ｎｏｔｃｈと非駆動輪速度Vｔ毎に設定でき、ドライバの操作量を反映及び走行状態を考慮できるようにしており、ノッチアクセルＡｃｃ＿ｎｏｔｃｈが高い場合には小さな回復用減少値Ａｃｃ＿ｋｄｏｗｎを選択し、（２）式による回復アクセルＡｃｃ＿ｋの算出値を高くなるようにしている
【００４５】
再び図２に戻って、ステップ１１２で、速度差ΔVとスリップ発生検知用しきい値を比較し、超えた場合は再びスリップ発生と判断し、ステップ１０４へ戻る。そうでない場合はステップ１１３へ進む。
【００４６】
ステップ１１３では、速度差ΔVとスリップ収束検知用しきい値を比較し、下回った場合はスリップ収束と判断しステップ１３０へ進む。そうでない場合はステップ１１１へ戻る。従って、スリップ回復検出手段２ｄ及びアクセル開度回復手段２ｅを加えた場合、図１１に示すように、スリップ収束と判断した駆動輪速度のＣ点で行うアクセル開度復帰手段２ｂの前に、スリップ回復と判断したＢ点で、アクセル開度を回復アクセルＡｃｃ＿ｋに予め回復し、スリップ収束まで保持することによって、スリップ収束後の駆動力をより確実に確保することができる。
【００４７】
本発明の車両用トラクション制御装置によるスリップの再粘着制御の一実測例を図ｌ３に示し、制御の特徴と効果について説明する。図１３は、上り２５‰（２．５％）勾配区間を、レール上への散水条件の下、ノッチ信号４ノッチにて加速試験（起動試験）を行った際のデータである。図１３において、制御処理状態は、アクセル開度減処理やアクセル開度復帰手段など制御処理のモードを表す。また、推進軸トルクは、図１に示すプロペラシャフト８のねじれトルクであり、駆動力に相当する。駆動輪速度のＡ１点でスリップ発生と判断（１回目）、アクセル開度減処理にてアクセル開度を下げスリップの抑制を行う。Ｂ１点でスリップ回復と判断しアクセル開度回復手段２ｅによりアクセル開度を回復、保持させた後、アクセル開度復帰手段２ｂに移りアクセル開度を粘着アクセルＡｃｃ＿μ（１）まで速やかに復帰させる。続いて、アクセル開度増加手段２ｃに移り、アクセル開度を緩やかに増加させる。アクセル開度増加手段２ｃを実行中に再び発生したスリップに対しＡ２点で、及びそれ以降のスリップに対してＡ３点とＡ４点でスリップ発生と判断し（２回目〜４回目）、粘着アクセル算出手段２ａによる粘着アクセルＡｃｃ＿μの算出値を、Ａｃｃ＿μ（２）〜Ａｃｃ＿μ（４）へと順次低減する。この結果、発生したスリップの大きさ（速度差の大きさ）は、順次小さくなり、かつ、スリップの発生期間（発生から収束までの時間）も短くなっている。また、２回目以降のスリップ発生期間中及び収束後の推進軸トルクに大きな低下は見られない。従って、粘着アクセル算出手段２ａによる粘着アクセルＡｃｃ＿μの算出値は、実際の粘着力の限界に近い適切な駆動力であると判断でき、また、アクセル開度復帰手段２ｂ及びアクセル開度増加手段２ｃ実行中に発生したスリップ毎に粘着アクセルＡｃｃ＿μを算出、更新する手法によって、確実に粘着力を捉えると共にスリップの抑制とスリップ収束後の駆動力の確保を両立させていると判断できる。
【００４８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の車両用トラクション制御装置によれば、簡便な方法で実態の粘着力に相当するアクセル開度の粘着アクセルを算出でき、スリップ収束後に速やかに駆動力を確保することが可能である。また、アクセル開度の復帰及び増加中に、再びスリップが発生した場合には粘着アクセルの補正（修正）を行い、確実に実態の粘着力を捉えることができる。さらに、ドライバの操作量を反映したアクセル開度の復帰量、復帰時間及び増加量、増加時間を算出でき、ドライバの運転意志を考慮した駆動力の復帰及び増加を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態のトラクション制御装置が用いられたディーゼル車両の機器構成図である。
【図２】一実施形態におけるスリップ再粘着制御の処理内容を表すフローチャートである
【図３】一実施形態におけるノッチ信号に対応をするアクセル開度を示すデータテーブルである。
【図４】一実施形態における粘着アクセル算出手段での粘着用減少値を示すデータテーブルである。
【図５】粘着係数と接線力係数の関係を示す模式図である。
【図６】車両の走行性能と粘着係数の関係を示すデータテーブルである。
【図７】一実施形態におけるアクセル開度復帰手段でのアクセル開度の復帰量及び復帰時間を示すデータテーブルである。
【図８】一実施形態におけるアクセル開度増加手段でのアクセル開度の増加量及び増加時間を示すデータテーブルである。
【図９】一実施形態における発生したスリップに対するアクセル開度の制御状況を示すタイムチャートである。
【図１０】発生したスリップと駆動輪加減速度の関係を示す模式図である。
【図１１】アクセル開度回復手段を加えた場合の発生したスリップに対するアクセル開度の制御状況を示すタイムチャートである。
【図１２】一実施形態におけるアクセル開度回復手段での回復用減少値を示すデータテーブルである。
【図１３】一実施形態における制御状況の実測例を示すグラフ図である。
【符号の説明】
２ 車両用トラクション制御装置
２ａ 粘着アクセル算出手段
２ｂ アクセル開度復帰手段
２ｃ アクセル開度増加手段
２ｄ スリップ回復検出手段
２ｅ アクセル開度回復手段
１０ 駆動輪
１１ 非駆動輪
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両等の車両用トラクション制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、スリップの再粘着制御を行う車両用トラクション制御装置としては、トルクコンバータの入出力特性を利用してスリップ発生時の駆動力、つまりレールと車輪間の粘着力を算出し、これに基いてスリップの再粘着制御を行う、例えば、特開平１−１４８６２９号公報に記載の技術が知られている。この公報には、エンジンの回転数とトルクコンバータの出力回転数との速度比を求め、速度比からトルクコンバータの入出力特性に基いてトルクコンバータの出力トルク、つまり駆動力（粘着力）を算出する駆動力検出手段を備え、検出した駆動力に基いて駆動力の増減を図りスリップの再粘着を行うことが記載されている。
また、駆動輪速度の加減速度情報に基いてスリップの回復傾向を判断し、これに基いて駆動力の回復を行う、例えば、特開平３−２００４６９号公報に記載の技術が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の車両用トラクション制御装置においては、トルクコンバータの入出力特性に基いて粘着力を求める構成であり、計算が複雑でトルクコンバータを使用しない直結段では活用できないし、発生したスリップの抑制とスリップ収束後の駆動力の確保を両立して車両の加速性を向上させるのが困難であった。
【０００４】
また、駆動輪速度の加減速度が正から負に変化した付近を捉えて、スリップの回復傾向を判断する構成であり、大きな速度差を有したスリップ状況に対しても加減速度の正から負への変化点を、あるいは、ある程度の速度差を有したまま発散も収束もせずに均衡したスリップ状況に対しても加減速度の正から負への変化点を回復傾向であると判断して駆動力を保持、又は増加させるため、スリップの抑制を適切に行えない問題があった。
【０００５】
一方、スリップの収束付近（再粘着付近）から行う駆動力の増加量が一定値であるため、駆動力の確保を重視した制御定数では、粘着が比較的高い状況には良好に対応できるが、連続して低い状況には対処できないなど、多様な粘着状況に適切に対応できない問題があった。加えて、体感的に粘着状況が良いと感じられ、ドライバの操作量に対応するアクセル開度が高い場合でも駆動力の増加量が一定値であるため、加速性が悪化する問題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、駆動輪速度と非駆動輪速度の速度差、並びに駆動輪速度の加減速度の少なくとも一方に基づいてスリップ発生とスリップ収束を判断し、スリップの状態に応じて駆動力を制御する車両用トラクション制御装置において、スリップ収束後に発揮できると予測される駆動力の最大値に相当するアクセル開度である粘着アクセルを求める粘着アクセル算出手段と、スリップ収束の検出点でアクセル開度を前記粘着アクセルまで復帰するアクセル開度復帰手段と、前記粘着アクセルからドライバの操作量に対応するアクセル開度であるノッチアクセルまで増加するアクセル開度増加手段と、を備え、
前記粘着アクセル算出手段は、スリップ発生の検出点のアクセル開度から、スリップ発生の検出点における接線力係数（動摩擦係数）の低下量に相当するアクセル開度量である粘着用減少値を減算することによって前記粘着アクセルを算出するものであり、
前記接線力係数の低下量は、スリップ発生直前の粘着係数（静摩擦係数）からスリップ発生直後の初期減少値を減じた値から、μV＝μs−Δμ−ρ・ΔVという式において（但し、μV：接線力係数、μs：スリップ発生直前の粘着係数、Δμ：スリップ発生直後の初期減少値、ρ：接線力係数の傾き、ΔV：駆動輪速度と非駆動輪速度の速度差とする。）、ΔVにスリップ発生検出用しきい値を代入することによって得た値を減じることによって求め、
前記接線力係数の低下量に相当するアクセル開度量は、アクセル開度に対する駆動力及び粘着係数を示し、車両の基本走行性能を表したデータテーブルにおいて、スリップ発生の検出点のアクセル開度と非駆動輪速度における粘着係数を求め、この粘着係数から前記接線力係数の低下量を減じた粘着係数に相当するアクセル開度を求め、このアクセル開度を前記スリップ発生の検出点のアクセル開度から減じることによって求めることを特徴とする。
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、粘着アクセル算出手段によって、スリップ収束後に発揮できると予測される駆動力の最大値に相当するアクセル開度である粘着アクセルを求め、アクセル開度復帰手段によって、スリップ収束の検出点でアクセル開度を前記粘着アクセルまで速やかに復帰するので、レールと車輪間の粘着力に相当する駆動力をスリップ収束直後に確保することができる。そして、アクセル開度増加手段によって、粘着アクセルからドライバの操作量に対応するアクセル開度であるノッチアクセルまで緩やかに増加するので、駆動力を徐々に増加することができる。さらに、アクセル開度復帰手段及びアクセル開度増加手段を実行中に発生したスリップに対しても、その都度、前記粘着アクセル算出手段での粘着アクセルの算出値を更新することにより確実に実態の粘着力を捉え、多様な粘着状況に適切に対応することができる。したがって、発生したスリップの抑制とスリップ収束後の駆動力の確保を両立して車両の加速性を向上できる。
【０００９】
また、粘着アクセル算出手段によりスリップ発生の検出点のアクセル開度から、スリップ発生の検出点における接線力係数の低下量に相当するアクセル開度量である粘着用減少値を減算して粘着アクセルを算出することにより、レールと車輪間の粘着力の限界値に相当する駆動力を発揮するためのアクセル開度を比較的簡便で正確に求めることができ、また、トルクコンバータを使用しない速度段にも対応することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の車両用トラクション制御装置において、前記アクセル開度復帰手段は、ドライバの操作量に対応するアクセル開度であるノッチアクセル及び非駆動輪速度に応じて設定した、アクセル開度の復帰量及び復帰時間に基いてアクセル開度を復帰することを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、アクセル開度復帰手段によりノッチアクセル及び非駆動輪速度に応じて設定したアクセル開度の復帰量及び復帰時間に基いてアクセル開度を復帰させることにより、ドライバの操作量を反映して駆動力の速やかな復帰をスリップ収束後に行え、加速性を保つことができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の車両用トラクション制御装置において、前記アクセル開度増加手段は、ドライバの操作量に対応するアクセル開度であるノッチアクセル及び非駆動輪速度に応じて設定した、アクセル開度の増加量及び増加時間に基いてアクセル開度を増加することを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、アクセル開度増加手段によりノッチアクセル及び非駆動輪速度に応じて設定したアクセル開度の増加量及び増加時間に基いてアクセル開度を増加させることにより、ドライバの操作量を反映して駆動力の緩やかな増加が行え、予測した粘着力から徐々に駆動力を増加して、加速性を改善することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用トラクション制御装置において、駆動輪速度と非駆動輪速度の速度差が最大となってから減少方向に向かって回復傾向になったことを判断するスリップ回復検出手段と、スリップ回復の検出点で前記粘着アクセルより低いアクセル開度である回復アクセルまで回復し維持するアクセル開度回復手段とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、スリップ回復検出手段により駆動輪速度と非駆動輪速度の速度差が最大となってから減少方向に向かって回復傾向になったことを判断することができる。そして、アクセル開度回復手段によって、スリップ回復の検出点で粘着アクセルより低いアクセル開度である回復アクセルまで回復し維持するので、スリップ収束後の駆動力をより確実に確保することができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の車両用トラクション制御装置において、前記スリップ回復検出手段は、駆動輪速度と非駆動輪速度の速度差が最大となってから速度差の減少量が一定のしきい値を越えて小さくなり、かつ速度差が一定のしきい値を下回った場合にスリップ回復傾向と判断することを特徴とする。
【００１７】
請求項５に記載の発明によれば、スリップ回復検出手段により駆動輪速度と非駆動輪速度の速度差が最大となってから速度差の減少量が一定のしきい値を越えて小さくなり、かつ速度差が一定のしきい値を下回った場合にスリップ回復傾向と判断することにより、確実にスリップの回復地点を捉えることができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、請求項４または５に記載の車両用トラクション制御装置において、前記アクセル開度回復手段は、スリップ発生の検出点のアクセル開度から、ドライバの操作量に対応するアクセル開度であるノッチアクセル及び非駆動輪速度に応じて設定した回復用減少値を減算することにより前記回復アクセルを算出し、アクセル開度をこの回復アクセルまで回復し維持することを特徴とする。
【００１９】
請求項６に記載の発明によれば、アクセル開度回復手段によりスリップ発生の検出点のアクセル開度から、ノッチアクセル及び非駆動輪速度に応じて設定した回復用減少値を減算することにより前記回復アクセルを算出し、アクセル開度をこの回復アクセルまで回復し維持することにより、スリップ収束後の駆動力をより確実に確保することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図ｌは、本発明の一実施形態にかかる車両用トラクション制御装置を備えた鉄道用ディーゼル車両の機器構成を示すものである。図１（ａ）において、ドライバは、運転台にある主幹制御器１にある図示しないノッチ用マスコン（自動車のアクセルペダルに相当）とトランスミッション用ハンドル（自動車のギヤシフトに相当）を操作し運転を行う。ノッチ用マスコンの操作情報（例えば、停止、切、１〜５ノッチの７段階のノッチ情報）は電気信号（通常３ｂｉｔのＯＮ／ＯＦＦ信号）に置き換えられノッチ信号２０として、またトランスミッション用ハンドルの操作情報（ギヤ段を示す中立、変速段、直結段、及び前進、後進）は電気信号（通常ＯＮ／ＯＦＦ信号）に置き換えられ速度段信号２１及び逆転機信号２２として、さらに駆動輪１０及び非駆動輪１１に設けられた速度センサ１２及び１３からの回転パルス信号２６及び２７が車両用トラクション制御装置２に入力される。
【００２１】
この車両用トラクション制御装置２は、図１（ｂ）に示すように、粘着アクセル算出手段２ａと、アクセル開度復帰手段２ｂと、アクセル開度増加手段２ｃとを備えている。粘着アクセル算出手段２ａは、スリップ収束後に発揮できると予測される駆動力の最大値に相当するアクセル開度である粘着アクセルを求めるものである。アクセル開度復帰手段２ｂは、スリップ収束の検出点でアクセル開度を前記粘着アクセルまで速やかに復帰するものである。アクセル開度増加手段２ｃは、前記粘着アクセルからドライバの操作量に対応するアクセル開度であるノッチアクセルまで緩やかに増加するものである。
さらに、車両用トラクション制御装置２は、スリップ回復検出手段２ｄと、アクセル開度回復手段２ｅとを備えている。スリップ回復検出手段２ｄは、駆動輪速度と非駆動輪速度の速度差が最大となってから減少方向に向かって回復傾向になったことを判断するものである。アクセル開度回復手段２ｅは、スリップ回復の検出点で前記粘着アクセルより低いアクセル開度である回復アクセルまで回復し維持するものである。
【００２２】
また、車両用トラクション制御装置２は、回転パルス信号２６及び２７から駆動輪速度及び非駆動輪速度を算出し、運転操作情報のノッチ信号２０、速度段信号２１及び逆転機信号２２から、運転操作又は車両速度に応じたトランスミッション７の速度段（通常、変速段、直結１段、直結２段）となるように、クラッチ接続信号２５を出力してクラッチ接続を行う。また、駆動輪速度と非駆動輪速度の速度差、もしくは駆動輪加減速度を基にスリップ状態を判断する。
【００２３】
スリップ未発生と判断した場合は、ドライバの操作量であるノッチ信号２０に対応するアクセル開度２３を、一方スリップ発生と判断した場合は、粘着アクセル算出手段２ａ、アクセル開度復帰手段２ｂ、及びアクセル開度増加手段２ｃで演算したきめ細かなアクセル開度２３を燃料制御装置３へ出力する。
【００２４】
燃料制御装置３からのアクチュエータ駆動信号２４により噴射ポンプ５に付属するアクチュエータ４が動作し、アクチュエータ４に連動する図示しないコントロールラックの位置調節、つまり燃料供給量の調節がなされディーゼルエンジン６の出力調節が行われる。ディーゼルエンジン６で発生した動力は、トランスミッション７に内蔵されたトルクコンバータやギヤトレーンを介して動力変換された後、プロペラシャフト８、減速機９を経て駆動輪１０へ伝達され、駆動力となる。
【００２５】
次に、このように構成された本実施例において実行されるスリップの再粘着制御について、図２〜１３に基づき説明する。図２は、車両用トラクション制御装置におけるスリップ再粘着制御のメインルーチンを表すフローチャートである。なお、この処理は図示しないスリップ制御装置の電源がオンとなったとき、ステップ１００より開始される。
【００２６】
まず、ステップ１００にて、各種フラグや各種カウンタの初期設定を行う。続くステップ１０１では、入力情報の速度センサ１２，１３の回転パルス信号２６，２７を基に駆動輪速度Vｄ、非駆動輪速度Vｔ、及び駆動輪加減速度ＧVｄを演算する。
【００２７】
ステップ１０２で、入力情報のノッチ信号２０に対応する、図３のように予め設定したデータテーブルを用いてノッチアクセルＡｃｃ＿ｎｏｔｃｈを算出する。また、入力情報の速度段信号２１を基にトランスミッション７の速度段が変速段、直結段、中立のどの位置にあるかを、及び逆転機信号２２を基にトランスミッション７の進行方向を示す前進、後進、中立のどの位置にあるかを判断する。
【００２８】
図２に戻って、ステップ１０３で、ノッチ信号２０が１ノッチ以上であること、速度段が中立位置以外にあること、逆転機が中立以外にあることをスリップ制御実施の可能条件とし、駆動輪速度Vｄと非駆動輪速度Vｔの速度差ΔVを演算する。速度差ΔV、もしくは、駆動輪加減速度ＧVｄがスリップ発生検知用しきい値を超えた場合にスリップ発生と判断する。ここで、駆動輪加減速度ＧVｄによるスリップの状況判断は後述する理由で課題があるため、判定条件は速度差ΔVのみによるものとして、以降説明する。スリップ発生時のアクセル開度Ａｃｃ＿ｓｌｉｐを記憶し、ステップ１０４に進む。そうでない場合はステップ１５０に進み、ノッチアクセルＡｃｃ＿ｎｏｔｃｈをアクセル開度Ａｃｃと決定し、スリップの再粘着制御を実行しないで制御処理を終了する。
【００２９】
ステップ１０４で、スリップ収束後に発揮できると予測される駆動力の最大値、つまり粘着力の限界値に相当するアクセル開度の粘着アクセルＡｃｃ＿μを、粘着アクセル算出手段２ａによりスリップ発生の検出点におけるアクセル開度Ａｃｃ＿ｓｌｉｐ及びドライバの操作量であるノッチアクセルＡｃｃ＿ｎｏｔｃｈと非駆動輪速度Vｔ毎に粘着用減少値Ａｃｃ＿μｄｏｗｎを設定した図４から、（１）式に従って算出する。
Ａｃｃ＿μ＝Ａｃｃ＿ｓｌｉｐ−Ａｃｃ＿μｄｏｗｎ［％］ （１）
【００３０】
ここで、粘着力の限界値についての考え方を、図５を用いて説明する。図５は、一般的に言われている、スリップが発生する直前の粘着係数（静摩擦係数）とスリップ中の接線力係数（動摩擦係数）の関係を表したものでる。接線力係数μVは、スリップ発生直前の粘着係数μｓ（Ａ点）に対しスリップ発生直後に初期減少値Δμだけ低下し（Ｂ点）、さらに速度差の大きさに伴い接線力係数の傾きρ分小さくなる。従って、粘着力の限界値は、Ａ点及びＢ点では再びスリップする可能性が高いため、速度差ΔVに基いて判断するスリップ発生の検出点における接線力係数（接線力）、例えば、スリップ発生検出用しきいちが４ｋｍ／ｈのＣ点が適切であると考えた。なお、Ｃ点における接線力係数の低下量ρ・ΔVは、スリップ発生直後のＢ点に対し概ね３％である。
【００３１】
さらに、アクセル開度と粘着力の関係を示す図６を用いて、スリップ発生の検出点における接線力係数の低下量ρ・ΔVに相当するアクセル開度量について説明する。図６は、主要なアクセル開度（２０％毎を示す）に対する駆動力（粘着力）及び粘着係数を示し、車両の基本走行性能を表したものである。例えば、Ａ点に示すアクセル開度６０％、速度１４ｋｍ／ｈにおける粘着係数は１５％であり、図４に示したスリップ発生の検出点での接線力係数の低下量３％を減じた粘着係数１２％に相当するアクセル開度は、Ｂ点に示す５０％であることが判る。つまり、接線力係数の低下量３％に相当するアクセル開度量は、車両の基本走行性能データから１０％となる。
【００３２】
以上の考え方から、粘着用減少値Ａｃｃ＿μｄｏｗｎは、図４に示すように、ノッチアクセルＡｃｃ＿ｎｏｔｃｈが６０〜７９％、非駆動輪速度Vｔが０〜４０ｋｍ／ｈの場合に対し、接線力係数の低下量３％に相当するアクセル開度量の１０％を基本値として与えている。また、ノッチアクセルＡｃｃ＿ｎｏｔｃｈが高いほど及び非駆動輪速度Vｔが高いほど、粘着用減少値Ａｃｃ＿μｄｏｗｎを小さな値としている。前者はドライバの運転意思を考慮したもので、粘着状態が体感的に高いと感じられ、高めのノッチアクセルＡｃｃ＿ｎｏｔｃｈの場合には、小さな粘着用減少値Ａｃｃ＿ｄｏｗｎを選択し、（１）式による粘着アクセルＡｃｃ＿μの算出値を高くなるようにしている。後者は、高速走行時の瞬間的な粘着係数の低下で発生したスリップを考慮したもので、非駆動輪速度Vｔが高い場合には、小さな粘着用減少値Ａｃｃ＿μｄｏｗｎを選択し、（１）式による粘着アクセルＡｃｃ＿μの算出値を高くなるようにしている。
【００３３】
図２に戻って、ステップ１０５では、発生したスリップの拡大を抑えると共にスリップの収束を図るため、公知技術の手段でアクセル開度を低減、つまり駆動力を減少させる。続くステップ１２０で、速度差ΔVとスリップ収束検知用しきい値を比較し、下回った場合は、スリップ収束と判断しステップ１３０へ進む。そうでない場合は、ステップ１０５に戻りアクセル開度の減処理を継続する。なお、ステップ１０５に続くステップ１１０〜ステップ１１３は、アクセル開度回復手段２ｅによる処理であり、これについては後述する。
【００３４】
ステップ１３０では、スリップ収束後の駆動力を確保するため、アクセル開度を粘着アクセル算出手段２ａで求めた粘着アクセルＡｃｃ＿μまで速やかに復帰（増加）し、ステップ１３１へ進む。このアクセル開度復帰手段２ｂは、図７に示すようにスリップ収束の検出点におけるノッチアクセルＡｃｃ＿ｎｏｔｃｈと非駆動輪速度Vｔ毎に、アクセル開度の復帰量及び復帰時間を設定したデータテーブルに基き、アクセル開度Ａｃｃを増加する。ここでは、ノッチアクセルＡｃｃ＿ｎｏｃｔｈが高いほど早めに増加するよう設定している。これはドライバの運転意思を考慮したもので、粘着状態が体感的に良いと感じられ、高めのノッチアクセルＡｃｃ＿ｎｏｃｔｈの場合には早く増加している。
【００３５】
再び図２に戻って、ステップ１３１では、速度差ΔVとスリップ発生検知用しきい値を比較し、超えた場合は再びスリップ発生と判断し、ステップ１０４へ戻る。そうでない場合はステップ１３２へ進む。
【００３６】
ステップ１３２でアクセル開度Ａｃｃが粘着アクセルＡｃｃ＿μに達したかどうかを判断し、達した場合はステップ１４０へ進む。そうでない場合はステップ１３０へ戻り、アクセル開度の復帰を継続する。
【００３７】
ステップ１４０では、アクセル開度Ａｃｃを粘着アクセルＡｃｃ＿μからドライバの操作量に対応するアクセル開度のノッチアクセルＡｃｃ＿ｎｏｔｃｈまで緩やかに増加し、ステップ１４１へ進む。このアクセル開度増加手段２ｃは、図８に示すようにスリップ収束の検出点における、ノッチアクセルＡｃｃ＿ｎｏｔｃｈと非駆動輪速度Vｔ毎に、アクセル開度の増加量及び増加時間を設定したデータテーブルに基き、アクセル開度Ａｃｃを増加する。ここでは、ノッチアクセルＡｃｃ＿ｎｏｔｃｈが高いほど、増加量が大きくなるように設定し、また、非駆動輪速度Vｔが低いほど、増加時間が遅くなるよう設定している。前者はドライバの運転意思を考慮したもので、粘着状態が体感的に良いと感じられ、高めのノッチアクセルの場合には復帰量を大きくしている。後者はトルクコンバータを使用する変速段での低速走行の場合には、増加時間を長くしている。なお、図８のデータテーブルは、トランスミッション７の速度段毎にマップ化して設定する構成でも良い。
【００３８】
再び図２に戻って、ステップ１４１では、速度差ΔVとスリップ発生検知用しきい値を比較、超えた場合は再びスリップ発生と判断しステップ１０４へ戻る。そうでない場合はステップ１４２へ進む。つまり、発揮可能と予測した駆動力の最大値に相当するアクセル開度Ａｃｃ＿μが、実際の粘着力よりも高くて再びスリップした場合でも、ステップ１０４〜ステップ１４１の処理を繰返すことによって、その都度ノッチアクセルＡｃｃ＿μを算出、補正し、実際の粘着力を確実に捉えることができる。
【００３９】
ステップ１４２でアクセル開度ＡｃｃがノッチアクセルＡｃｃ＿ｎｏｔｃｈに達したかどうかを比較し、達した場合はステップ１６０に進み、スリップの再粘着制御を終了する。そうでない場合はステップ１４０へ戻りアクセル開度Ａｃｃの増加を継続する。
【００４０】
以上のようなフローチャートで実行されたスリップ再粘着制御のタイムチャート例を図９に示して説明する。図９は、ドライバの操作するノッチ信号２０が３ノッチ、非駆動輪速度３０ｋｍ／ｈで走行中に発生したスリップに対する制御状況を表したものである。なお、制御中に非駆動輪速度の変化はなく、またドライバの操作するノッチ信号２０も一定であるとした。速度差がスリップ検知用しきい値を上回ったＡ１点でスリップ発生と判断し、粘着アクセル算出手段にて、スリップ発生の検出点におけるアクセル開度Ａｃｃ＿ｓｌｉｐ６０％及び非駆動輪速度３０ｋｍ／ｈから図４に基いてアクセル開度減少値（粘着用減少値）Ａｃｃ＿ｄｏｗｎを１０％と算出し、さらに、（１）式より粘着アクセルＡｃｃ＿μ（１）を５０％と演算する。続いて、アクセル開度減処理にてアクセル開度を下げ、駆動力を低下させスリップの抑制を行う。速度差がスリップ収束検知用しきい値を下回ったＣ１点でスリップ収束と判断し、アクセル開度復帰手段２ｂに移る。アクセル開度復帰手段２ｂでは、スリップ収束の検出点におけるドライバの操作量に対応するアクセル開度のノッチアクセルＡｃｃ＿ｎｏｔｃｈ６０％と非駆動輪速度３０ｋｍ／ｈから図７に基いて復帰量４％及び復帰時間２０ｍｓを算出し、アクセル開度をこの復帰量及び復帰時間に基いて粘着アクセルＡｃｃ＿μ（１）の５０％まで速やかに復帰する。つまり、発揮できると予測した駆動力の最大値に相当するアクセル開度に一気に復帰させ、まず駆動力の確保を図る。続いて、アクセル開度増加手段２ｃに移り、スリップ収束の検出点におけるノッチアクセルＡｃｃ＿ｎｏｔｃｈ６０％と非駆動輪速度３０ｋｍ／ｈから図８に基いて増加量５％及び増加時間３ｓと算出し、アクセル開度をこの復帰量及び復帰時間に基いてノッチアクセルＡｃｃ＿ｎｏｔｃｈの６０％まで緩やかに増加する。つまり、駆動系、特にトランスミッション７のトルクコンバータの応答性を加味した時間を持って徐々にアクセル開度を増加し、駆動力の更なる増加を試みる。アクセル開度増加手段２ｃを実行中のＡ２点で再びスリップ発生と判断した場合は、減処理に移りスリップの抑制を図ると共に、粘着アクセル算出手段２ａにより粘着アクセルＡｃｃ＿μ（２）を４０％と演算し、以下前記同様にアクセル開度復帰手段２ｂ及びアクセル開度増加手段２ｃによりアクセル開度を復帰及び増加する。このように粘着アクセルＡｃｃ＿μの値が高く再びスリップが発生した場合でも、粘着アクセルＡｃｃ＿μを算出、補正することによって、確実に粘着力を捉えることができる。
【００４１】
また、スリップ発生の検出点におけるアクセル開度Ａｃｃ＿ｓｌｉｐが、例えば３０％と低い場合（図９には記載せず）、つまり粘着状況が低い場合、粘着アクセルＡｃｃ＿μは２０％と算出され、スリップ収束後のアクセル開度復帰手段２ｂは省略されて、始めからアクセル開度増加手段２ｃにより増加量５％、増加時間２ｓに基いて緩やかにアクセル開度の増加が行われることになる。従って、このように連続する低粘着区間や一時的な粘着低下など多様な粘着状況に適切に対応することができる。
【００４２】
再び図２に戻って、ステップ１１０〜１１３の処理で実施するスリップ回復検出手段２ｄとアクセル開度回復手段２ｅについて説明する。図１０は、スリップが発生した際の駆動輪速度と駆動輪加減速度の関係を示したもので、ケース１はスリップの発散から収束まで単純に変化した状況、ケース２はある程度の速度差を有したまま発散も収束もせず均衡した状況を表す。課題で述べたように、駆動輪加減速度の正から負への変化点であるＢ１点及びＢ２点で回復傾向にあると判断し、アクセル開度を回復（増加）する構成ではスリップを抑えられず、かえってスリップを拡大してしまう恐れがある。
【００４３】
図２に戻って、ステップ１１０で、スリップが回復傾向になったかどうかを判断し、スリップ回復の場合はステップ１１１進む。そうでない場合はステップ１０５へ戻る。ここで、スリップ回復検出手段２ｄ及びアクセル開度回復手段２ｅを加えた場合のスリップ再粘着制御のタイムチャート例を図ｌ１に示し、スリップ回復検出手段２ｄについて説明する。図１１に示すように、速度差ΔVが速度差の最大点ΔV＿ｍａｘに至ってから速度差の減少量が速度差の減少値ΔV＿ｄｏｗｎを越えて小さくなり、かつ、速度差ΔVがスリップ回復検知用しきい値を下回ったＢ点をスリップ回復と判断する。従って、前述のような均衡した速度差を有したスリップに対しても的確にスリップの回復傾向を捉えることができる。
【００４４】
図２に戻って、ステップ１１１では、スリップ収束後の駆動力を確実に確保するため、スリップ収束前のスリップ回復の時点で、アクセル開度を回復アクセルに回復（増加）、保持しステップ１１２へ進む。ここで、回復アクセルＡｃｃ＿ｋは、スリップ発生の検出点におけるアクセル開度Ａｃｃ＿ｓｌｉｐ及びドライバの操作量であるノッチアクセルＡｃｃ＿ｎｏｔｃｈと非駆動輪速度Vｔ毎に回復用減少値Ａｃｃ＿ｋｄｏｗｎを設定した図１２から、（２）式に従って算出する。
Ａｃｃ＿ｋ＝Ａｃｃ＿ｓｌｉｐ−Ａｃｃ＿ｋｄｏｗｎ［％］ （２）
回復用減少値は図１２に示すように、ノッチアクセルＡｃｃ＿ｎｏｔｃｈと非駆動輪速度Vｔ毎に設定でき、ドライバの操作量を反映及び走行状態を考慮できるようにしており、ノッチアクセルＡｃｃ＿ｎｏｔｃｈが高い場合には小さな回復用減少値Ａｃｃ＿ｋｄｏｗｎを選択し、（２）式による回復アクセルＡｃｃ＿ｋの算出値を高くなるようにしている
【００４５】
再び図２に戻って、ステップ１１２で、速度差ΔVとスリップ発生検知用しきい値を比較し、超えた場合は再びスリップ発生と判断し、ステップ１０４へ戻る。そうでない場合はステップ１１３へ進む。
【００４６】
ステップ１１３では、速度差ΔVとスリップ収束検知用しきい値を比較し、下回った場合はスリップ収束と判断しステップ１３０へ進む。そうでない場合はステップ１１１へ戻る。従って、スリップ回復検出手段２ｄ及びアクセル開度回復手段２ｅを加えた場合、図１１に示すように、スリップ収束と判断した駆動輪速度のＣ点で行うアクセル開度復帰手段２ｂの前に、スリップ回復と判断したＢ点で、アクセル開度を回復アクセルＡｃｃ＿ｋに予め回復し、スリップ収束まで保持することによって、スリップ収束後の駆動力をより確実に確保することができる。
【００４７】
本発明の車両用トラクション制御装置によるスリップの再粘着制御の一実測例を図ｌ３に示し、制御の特徴と効果について説明する。図１３は、上り２５‰（２．５％）勾配区間を、レール上への散水条件の下、ノッチ信号４ノッチにて加速試験（起動試験）を行った際のデータである。図１３において、制御処理状態は、アクセル開度減処理やアクセル開度復帰手段など制御処理のモードを表す。また、推進軸トルクは、図１に示すプロペラシャフト８のねじれトルクであり、駆動力に相当する。駆動輪速度のＡ１点でスリップ発生と判断（１回目）、アクセル開度減処理にてアクセル開度を下げスリップの抑制を行う。Ｂ１点でスリップ回復と判断しアクセル開度回復手段２ｅによりアクセル開度を回復、保持させた後、アクセル開度復帰手段２ｂに移りアクセル開度を粘着アクセルＡｃｃ＿μ（１）まで速やかに復帰させる。続いて、アクセル開度増加手段２ｃに移り、アクセル開度を緩やかに増加させる。アクセル開度増加手段２ｃを実行中に再び発生したスリップに対しＡ２点で、及びそれ以降のスリップに対してＡ３点とＡ４点でスリップ発生と判断し（２回目〜４回目）、粘着アクセル算出手段２ａによる粘着アクセルＡｃｃ＿μの算出値を、Ａｃｃ＿μ（２）〜Ａｃｃ＿μ（４）へと順次低減する。この結果、発生したスリップの大きさ（速度差の大きさ）は、順次小さくなり、かつ、スリップの発生期間（発生から収束までの時間）も短くなっている。また、２回目以降のスリップ発生期間中及び収束後の推進軸トルクに大きな低下は見られない。従って、粘着アクセル算出手段２ａによる粘着アクセルＡｃｃ＿μの算出値は、実際の粘着力の限界に近い適切な駆動力であると判断でき、また、アクセル開度復帰手段２ｂ及びアクセル開度増加手段２ｃ実行中に発生したスリップ毎に粘着アクセルＡｃｃ＿μを算出、更新する手法によって、確実に粘着力を捉えると共にスリップの抑制とスリップ収束後の駆動力の確保を両立させていると判断できる。
【００４８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の車両用トラクション制御装置によれば、簡便な方法で実態の粘着力に相当するアクセル開度の粘着アクセルを算出でき、スリップ収束後に速やかに駆動力を確保することが可能である。また、アクセル開度の復帰及び増加中に、再びスリップが発生した場合には粘着アクセルの補正（修正）を行い、確実に実態の粘着力を捉えることができる。さらに、ドライバの操作量を反映したアクセル開度の復帰量、復帰時間及び増加量、増加時間を算出でき、ドライバの運転意志を考慮した駆動力の復帰及び増加を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態のトラクション制御装置が用いられたディーゼル車両の機器構成図である。
【図２】一実施形態におけるスリップ再粘着制御の処理内容を表すフローチャートである
【図３】一実施形態におけるノッチ信号に対応をするアクセル開度を示すデータテーブルである。
【図４】一実施形態における粘着アクセル算出手段での粘着用減少値を示すデータテーブルである。
【図５】粘着係数と接線力係数の関係を示す模式図である。
【図６】車両の走行性能と粘着係数の関係を示すデータテーブルである。
【図７】一実施形態におけるアクセル開度復帰手段でのアクセル開度の復帰量及び復帰時間を示すデータテーブルである。
【図８】一実施形態におけるアクセル開度増加手段でのアクセル開度の増加量及び増加時間を示すデータテーブルである。
【図９】一実施形態における発生したスリップに対するアクセル開度の制御状況を示すタイムチャートである。
【図１０】発生したスリップと駆動輪加減速度の関係を示す模式図である。
【図１１】アクセル開度回復手段を加えた場合の発生したスリップに対するアクセル開度の制御状況を示すタイムチャートである。
【図１２】一実施形態におけるアクセル開度回復手段での回復用減少値を示すデータテーブルである。
【図１３】一実施形態における制御状況の実測例を示すグラフ図である。
【符号の説明】
２ 車両用トラクション制御装置
２ａ 粘着アクセル算出手段
２ｂ アクセル開度復帰手段
２ｃ アクセル開度増加手段
２ｄ スリップ回復検出手段
２ｅ アクセル開度回復手段
１０ 駆動輪
１１ 非駆動輪
Claims (6)
- 駆動輪速度と非駆動輪速度の速度差、並びに駆動輪速度の加減速度の少なくとも一方に基づいてスリップ発生とスリップ収束を判断し、スリップの状態に応じて駆動力を制御する車両用トラクション制御装置において、
スリップ収束後に発揮できると予測される駆動力の最大値に相当するアクセル開度である粘着アクセルを求める粘着アクセル算出手段と、
スリップ収束の検出点でアクセル開度を前記粘着アクセルまで復帰するアクセル開度復帰手段と、
前記粘着アクセルからドライバの操作量に対応するアクセル開度であるノッチアクセルまで増加するアクセル開度増加手段と、を備え、
前記粘着アクセル算出手段は、スリップ発生の検出点のアクセル開度から、スリップ発生の検出点における接線力係数（動摩擦係数）の低下量に相当するアクセル開度量である粘着用減少値を減算することによって前記粘着アクセルを算出するものであり、
前記接線力係数の低下量は、スリップ発生直前の粘着係数（静摩擦係数）からスリップ発生直後の初期減少値を減じた値から、μV＝μs−Δμ−ρ・ΔVという式において（但し、μV：接線力係数、μs：スリップ発生直前の粘着係数、Δμ：スリップ発生直後の初期減少値、ρ：接線力係数の傾き、ΔV：駆動輪速度と非駆動輪速度の速度差とする。）、ΔVにスリップ発生検出用しきい値を代入することによって得た値を減じることによって求め、
前記接線力係数の低下量に相当するアクセル開度量は、アクセル開度に対する駆動力及び粘着係数を示し、車両の基本走行性能を表したデータテーブルにおいて、スリップ発生の検出点のアクセル開度と非駆動輪速度における粘着係数を求め、この粘着係数から前記接線力係数の低下量を減じた粘着係数に相当するアクセル開度を求め、このアクセル開度を前記スリップ発生の検出点のアクセル開度から減じることによって求めることを特徴とする車両用トラクション制御装置。 - 前記アクセル開度復帰手段は、ドライバの操作量に対応するアクセル開度であるノッチアクセル及び非駆動輪速度に応じて設定した、アクセル開度の復帰量及び復帰時間に基いてアクセル開度を復帰することを特徴とする請求項１に記載の車両用トラクション制御装置。
- 前記アクセル開度増加手段は、ドライバの操作量に対応するアクセル開度であるノッチアクセル及び非駆動輪速度に応じて設定した、アクセル開度の増加量及び増加時間に基いてアクセル開度を増加することを特徴とする請求項１または２に記載の車両用トラクション制御装置。
- 駆動輪速度と非駆動輪速度の速度差が最大となってから減少方向に向かって回復傾向になったことを判断するスリップ回復検出手段と、
スリップ回復の検出点で前記粘着アクセルより低いアクセル開度である回復アクセルまで回復し維持するアクセル開度回復手段とを備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用トラクション制御装置。 - 前記スリップ回復検出手段は、駆動輪速度と非駆動輪速度の速度差が最大となってから速度差の減少量が一定のしきい値を越えて小さくなり、かつ速度差が一定のしきい値を下回った場合にスリップ回復傾向と判断することを特徴とする請求項４に記載の車両用トラクション制御装置。
- 前記アクセル開度回復手段は、スリップ発生の検出点のアクセル開度から、ドライバの操作量に対応するアクセル開度であるノッチアクセル及び非駆動輪速度に応じて設定した回復用減少値を減算することにより前記回復アクセルを算出し、アクセル開度をこの回復アクセルまで回復し維持することを特徴とする請求項４または５に記載の車両用トラクション制御装置。
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