JP2000240482A - トラクション制御システムのスリップ制御方法 - Google Patents

トラクション制御システムのスリップ制御方法

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JP2000240482A
JP2000240482A JP11371599A JP37159999A JP2000240482A JP 2000240482 A JP2000240482 A JP 2000240482A JP 11371599 A JP11371599 A JP 11371599A JP 37159999 A JP37159999 A JP 37159999A JP 2000240482 A JP2000240482 A JP 2000240482A
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traction
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Totetsu Shin
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 別途の運行情報データ無しで自動車の車輪速
によるスリップに応じてメインスロットルバルブの開度
角を調節することによりエンジン出力を制御して自動車
の発進走行性能を向上させるTCSスリップ制御方法を
提供する。 【解決手段】 各車輪速、スロットルバルブの位置、ア
クセルペダルの位置などによる状態を把握し、各車輪速
に応じてエンジン出力制御の変数を生成する段階と、生
成された自動車の変数及び状態によってトラクション制
御状態を判断する段階と、トラクション制御がオンの時
はトラクション初期制御状態であるかを判断し初期制御
状態である場合にはトラクション初期制御を遂行した後
で制御変数を決定し、初期制御状態でない時にはトラク
ション制御の制御変数を決定する段階と、決定された制
御変数に応じてスロットルバルブの開度角を調節してエ
ンジン出力制御を介して駆動輪速度を制御する段階とを
含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は自動車のトラクショ
ン制御システム(TCS:Traction Cont
rol System、以下“TCS”という)に係
り、より詳しくは、自動車の駆動輪に伝達される駆動力
を制御するTCSのスリップ制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、自動車の運行中に滑りやすい道
路面で運転者がアクセルペダルを踏んで加速した時、駆
動輪が空転して自動車が動かなかったり、自動車が傾い
て危険な状態になることがある。
【0003】このようなことを防止するために開発され
たものがTCSであり、TCSはエンジンから駆動輪に
伝達される駆動力を制御する装置であって、低摩擦路面
での発進や加速時の駆動輪の過度なスリップを防止して
加速性能を向上させる発進性能向上機能(Tracti
on Control)と、旋回加速時に目標とする旋
回軌道から外れないようにして旋回安定性を向上させる
旋回制御機能(Trace Control)とを有す
る能動安全システムである。このようなTCSはブレー
キ液圧を制御する方式、エンジンの燃料量及び点火時期
を調節してエンジン出力を制御する方式、スロットルバ
ルブを制御してエンジン出力を制御する方式、そしてこ
れらを統合した方式などがあり、このうち、スロットル
バルブを制御してエンジン出力を制御する方式として
は、メインスロットルバルブを制御するMTA(Mai
n Throttle Actuator)と補助スロ
ットルバルブを制御するTTS(Twin Throt
tle Body)とがある。
【0004】TTSはメインスロットルバルブと別個の
TCS用補助スロットルバルブとを装着して制御する方
式であり、メインスロットルバルブと連動してから補助
スロットルバルブを電気的に駆動させることによって一
般的なスロットルバルブ制御の短所である反応時間の遅
延を補完するシステムである。
【0005】このようなTTSを使用する場合には配線
及びエンジンルームの設計に変更が生じ、TTSや燃料
噴射制御方式はエンジンの通常作動とは異なるエンジン
出力制御を行うためのTCSアルゴリズムをエンジン制
御装置に追加する必要がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】また、従来の一般的な
TCSは、自動変速機を装着した自動車ではTCUから
ギヤシフトに関する情報の入力を受けてエンジンの出力
を制御するが、手動変速機を装着した自動車ではこのよ
うな情報を収集することができないので、自動車の状態
によるギヤシフト情報を仮定するアルゴリズムを含まな
ければならず、車種によってエンジン特性曲線、変速機
特性曲線などのデータが異なるのでアルゴリズムの互換
性が無い。
【0007】本発明はこのような問題点を解決するため
のものであって、その目的は、自動車の運行に伴う別途
の運行情報データ無しで自動車の車輪速によるスリップ
に応じてメインスロットルバルブの開度角を調節するこ
とによって、エンジン出力を制御して自動車の発進性能
を向上させるTCSスリップ制御方法を提供することに
ある。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、自動車の走行中に各車輪の速度、スロッ
トルバルブの位置、アクセルペダルの位置などによる自
動車の状態を把握した後各車輪速に応じてエンジン出力
制御のための自動車の変数を生成する段階と、前記生成
された自動車の変数及び自動車の状態によってトラクシ
ョン制御状態を判断する段階と、前記トラクション制御
状態の判断結果によってトラクション制御がオンである
場合トラクション初期制御状態であるかどうかを判断し
トラクション初期制御状態である場合にはトラクション
初期制御を遂行した後でトラクション制御のための制御
変数を決定しトラクション初期制御状態でない場合には
トラクション制御のための制御変数を決定する段階と、
前記段階で決定された制御変数に応じてスロットルバル
ブの開度角を調節してエンジン出力制御を介した駆動輪
速度を制御する段階とを含むことを特徴とするトラクシ
ョン制御システムのスリップ制御方法を提供する。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づいて本発明
による好ましい一実施例を説明する。
【0010】図1に示されているように、本発明による
TCSは車輪速センサ1と、MTA2と、スロットルバ
ルブ位置センサ3と、アクセルペダル位置センサ4と、
ブレーキスイッチ5と、TCS制御部6と、エンジン制
御装置7と、TCSスイッチ8とからなる。
【0011】車輪速センサ1は、自動車の4輪にそれぞ
れ設置されており、自動車の運行中の車輪の速度である
車輪速を検出する。
【0012】MTA2は、直流モータ及び4折リンクで
スロットルバルブの開閉角度を調節し得るように設定さ
れて従来の自動車の補助スロットルバルブ制御の役割を
も果たす装置であって、TCSが作動しない場合には運
転者のアクセルペダル操作によって一般の自動車と同様
に動作し、TCSが作動する場合には運転者のアクセル
ペダル操作と関係無くスロットルバルブの開閉角度を調
節する。
【0013】スロットルバルブ位置センサ3は自動車の
運行中のスロットルバルブの位置、即ち開閉角度を検出
する。
【0014】アクセルペダル位置センサ4は自動車の運
行中の運転者のアクセルペダルの操作によるアクセルペ
ダルの位置を検出するものであって、運転者の加速意志
を把握するために使用される。
【0015】ブレーキスイッチ5は自動車の運行中、運
転者のブレーキペダル操作によってスイッチングされ、
TCSの終了信号として使用される。
【0016】TCS制御部6は車輪速センサ1、スロッ
トルバルブ位置センサ3、アクセルペダル位置センサ
4、ブレーキスイッチ5の信号から自動車の運行情報を
収集し、演算してTCSの作動如何を判断し、それによ
ってMTA2を制御して自動車の発進性能を向上させ
る。
【0017】エンジン制御装置7はスロットルバルブ位
置センサ3から検出されるスロットルバルブの位置情報
及びその他の自動車の運行情報によってエンジン出力を
制御する。
【0018】TCSスイッチ8は運転者の意志によって
TCS制御如何を決定するための信号を出力する。
【0019】このように構成された本発明の一実施例に
よるTCSを、図2に基づいて、エンジン出力を制御す
るためのTCSスリップ制御方法を詳しく説明する。
【0020】自動車の初期運行によってTCS制御部6
に電源が印加されるか、又は、運転者のTCSスイッチ
8の操作によってTCS制御部6に電源が印加される
と、TCS制御部6は所定の設定時間TCS制御のため
の各種データなどを初期化する(S1)。そして、初期
化動作を行って設定時間が経過すると、TCS制御部6
は自動車の4輪にそれぞれ設置された車輪速センサ1、
スロットルバルブ位置センサ3、アクセルペダル位置セ
ンサ4からの信号を分析し、各車輪の速度及びスロット
ルバルブの位置、アクセルペダルの位置などによる自動
車の状態を把握する(S2)。
【0021】その後、TCS制御部6は把握された自動
車の状態によって駆動輪スリップ制御のための自動車の
変数を生成する(S3)。即ち、各車輪の速度に応じて
スリップ率(λ)を次の数式1によって演算する。
【数式1】 前記数式1で、Vvehicleは自動車の車速であって次の
数式2のように後輪の平均速度によって求められ、V
wheelは車輪速センサ1から検出される駆動輪の速度で
ある
【数式2】 前記数式2で、Vrlは左側後輪の速度、Vrrは右側
後輪の速度、Vflは左側前輪の速度、Vfrは右側前
輪の速度を意味し、Vdshaftは駆動輪の平均速であって
前輪の平均速である。
【0022】そして、エンジン出力制御を介したTCS
制御を行うための制御対象車輪及びスリップ率は駆動輪
のうちの車輪速が大きい方の駆動輪を制御対象として選
定する。
【0023】その後、TCS制御部6はスリップ率な
ど、生成された自動車の変数及び自動車の運行情報によ
ってTCS状態を判断し(S4)、TCSのオン/オフ
如何を判断する(S5)。
【0024】この時、TCSオン条件は、第1に、自動
車の初期発進時の数式1のように演算された制御対象駆
動輪のスリップ率(λ)が設定スリップ率(λlim1)以
上であって、数式2によって求められた車速(V
vehicle)が設定車速(Vlim1)以上である場合であ
り、第2に、自動車の正常走行時のスロットルバルブ位
置センサ3から検出されたスロットルバルブの開度角が
運転者のアクセルペダル操作によってアクセルペダル位
置センサ4から検出される開度角より小さく、前ステッ
プでTCSがオンであった場合であり、第3に、自動車
の正常走行時の前ステップでTCSがオフであり、数式
2によって求められた車速(Vvehicle)が設定車速
(Vlim2)以上であり、数式1によって演算された制御
対象駆動輪のスリップ率(λ)が設定スリップ率(λ
lim2)以上である場合であり、第4に、自動車が極低摩
擦路面を走行する際に数式2によって求められた車速
(Vvehicle)が設定車速(Vlim3)に到達しなかった
にもかかわらず前輪の平均速、即ち駆動輪の平均速(V
dshaft)が一定値を超える場合である。また、TCSオ
フ条件は、第1に、運転者の意志によってTCSスイッ
チ8がオフにされる場合、第2に、運転者がブレーキペ
ダルを踏んでブレーキスイッチ5から信号が印加される
場合、第3に、数式2によって求められた車速(V
vehicle)が一定速度に到達した場合である。
【0025】このようにTCS状態を判断し、TCSオ
ンの条件であれば(S4)(S5)、TCS制御部6は
現ステップにおけるTCSオンが初期であるかどうか、
前ステップでTCS制御が行われたか否かを判断し(S
6)、TCS初期制御状態であればTCS初期制御を実
行して(S7)から、TCS制御変数を決定し(S
8)、前ステップでTCS制御が行われた場合にはTC
S初期制御を実行せずに直ちにTCS制御変数を決定す
る(S8)。
【0026】この時、TCS初期制御(S7)は、手動
変速機を装着した自動車ではクラッチによる動力伝達に
関する情報及び現在の状態に対する変速機の情報を得る
ことができないために行う制御であって、数式2によっ
て求められた車速のみを利用して実施し、路面判断に必
要な情報及び後続のTCS制御に使用される制御変数を
生成する。即ち、TCSが作動を始める場合、TCS制
御が始まった時点での車速を利用して図3の第1区間の
ようにMTA2のモータを制御してスロットルバルブの
開度角を制御する。このような特異的な操作を必要とす
るようになる理由は、手動変速機装着車両の場合、クラ
ッチによる動力伝達に関する情報及び現在の状態に対す
る変速機の情報を得ることができないため駆動系の反応
を予測することができず、初期の過度スリップのみを特
異的に除去するものである。この時、スロットルバルブ
が閉じる最低角度は車速によって決定され、初期状態で
最低角度にまで閉じるに要する時間は図4の傾きにかか
るものであってTCSオンの条件によって決定する。ま
た、図3の第2区間では第1区間の制御が終了した後に
車輪挙動を把握して余分な過度スリップを除去したり必
要以上に過度なスロットルバルブの閉鎖による車輪の加
速性能低下を防止する。即ち、第1区間での制御後、一
定時間の間MTA2のモータ制御を介してスロットルバ
ルブの位置を維持させて車両の状態を観察し、過度なス
リップが期待値分だけ減少しない場合にはモータ制御を
介して一定角だけスロットルバルブをさらに閉鎖する。
一方、過度に車輪速が減少する場合には一定角だけスロ
ットルバルブの開度角を再び増加させて車両の加速性能
を向上させ、車両の安定性を確保する。このような状態
でエンジン制御装置7はスロットルバルブ位置センサ3
から検出されるスロットルバルブの開度角、即ちMTA
2によって制御されたスロットルバルブの開度角によっ
て駆動輪に伝達されるエンジン駆動力を制御する。
【0027】このようなTCS初期制御の後(S7)、
TCS制御部6はTCS制御のための制御変数を決定す
る(S8)。即ち、初期制御(S6)が遂行された後、
前輪(駆動輪)のうちの高い車輪速の車輪を介して路面
判断を行い、スロットルバルブが制御パターンのとおり
に閉じた場合、車輪速の変化状況を比較して車輪の速度
が急激に減少するか又は緩慢な傾斜を示しながら減少す
るかを観察して高摩擦路面、雪道、凍りついた道、極低
摩擦路面など路面条件を決定する。また、路面条件が決
定されると、TCS制御部6は、図5のグラフのよう
に、路面条件によって駆動輪のスリップ駆動輪のスリッ
プ制御のための目標スリップ率(target slip rate)を
決定する。また、図6のグラフのように決定された路面
条件によって各車速に応じて後続のTCS制御に使用す
るPI(比例積分)ゲイン値(K、K)を決定す
る。
【0028】その後、TCS制御部6は、前記のように
決定された各種変数を活用したPI制御を介して駆動輪
の目標車速を推定するために、エンジン出力を制御する
スロットルバルブの開度角を決定する(S9)。即ち、
数式2によって求められた車速及び図5のグラフにおい
て路面条件によって決定された目標スリップ率から目標
車輪速を決定し、駆動輪の速度から目標車輪速を推定し
てエンジン出力を制御するために、MTA2のモータ制
御を介してスロットルバルブの開度角を調節するため次
の数式3に示す信号を出力する。
【数式3】 数式3で、K、Kは図6のグラフにおいて路面条件
によって各車速に応じて決定された比例積分制御でのゲ
イン値であり、errorは比例積分制御の誤差であっ
て、次の数式4のように目標車速(V
target-wheel-speed)と駆動輪のうちの高い速度の車輪
速(Vselectwheel)との差である。
【数式4】 ここで、MTA2は数式3によるTCS制御部6の信号
によって運転者のアクセルペダル操作とは関係無くモー
タ制御を介して図3の第3区間のようにスロットルバル
ブの開度角を調節する。
【0029】この時、エンジン制御装置7は、スロット
ルバルブ位置センサ3により検出されるMTA2によっ
て調節されたスロットルバルブの開度角によってエンジ
ン出力を制御して、図7に示す駆動輪の目標車輪速を推
定する。これによって、自動車の急発進時や走行中の加
速時における駆動輪のスリップを路面条件によって適切
に制御して自動車の発進性能を向上させ、自動車運行の
安定性を確保する。
【0030】このようなTCS制御を行って、図3の第
4区間のように、自動車の速度が一定速度に到達する場
合などTCSオフの条件となると、TCS制御部6はエ
ンジン出力調整を介したTCS制御をオフにする。その
後、スロットルバルブの開度角は運転者のアクセルペダ
ル操作によって調節される。
【0031】
【発明の効果】このように、本発明はTCS制御のため
にMTAを介してスロットルバルブの開度角のみを調節
してエンジン出力を制御することによってエンジンルー
ムの設計変更を必要とせず、エンジン出力制御を行うた
めのエンジン制御装置に別途TCSアルゴリズムを設け
る必要がないばかりか、自動車運行における別途運行情
報データ無しで自動車の車輪速によるスリップに応じて
エンジン出力を制御して自動車の発進性能を向上させる
という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例によるトラクション制御シス
テムを概略的に示したブロック構成図である。
【図2】本発明の一実施例によるトラクション制御シス
テムのスリップ制御方法を概略的に示した動作順序図で
ある。
【図3】本発明のトラクション制御システムのスリップ
制御方法によるスロットルバルブの挙動状態を示したグ
ラフである。
【図4】本発明のトラクション制御システムのスリップ
制御方法による初期制御時のスロットルバルブの挙動状
態を示したグラフである。
【図5】本発明のトラクション制御システムのスリップ
制御方法において、路面条件による制御しようとする目
標スリップ率を示したグラフである。
【図6】本発明のトラクション制御システムのスリップ
制御方法において、路面条件に対して各車速に応ずる比
例積分制御のPゲイン値及びIゲイン値を示したグラフ
である。
【図7】本発明のトラクション制御システムのスリップ
制御方法によって駆動輪制御を通して目標車輪速を推定
する状態を示したグラフである。
【符号の説明】
1 車輪速センサ 2 MTA 3 スロットルバルブ位置センサ 4 アクセルペダル位置センサ 5 ブレーキスイッチ 6 TCS制御部 7 エンジン制御装置 8 TCSスイッチ

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 自動車の走行中に各車輪の速度、スロッ
    トルバルブの位置、アクセルペダルの位置などによる自
    動車の状態を把握した後、各車輪の速度に応じてエンジ
    ン出力制御のための自動車の変数を生成する段階と、 前記生成された自動車の変数及び自動車の状態によって
    トラクション制御状態を判断する段階と、 前記トラクション制御状態の判断結果によって、トラク
    ション制御がオンである場合、トラクション初期制御状
    態であるかどうかを判断し、トラクション初期制御状態
    である場合にはトラクション初期制御を遂行した後でト
    ラクション制御のための制御変数を決定し、トラクショ
    ン初期制御状態でない場合にはトラクション制御のため
    の制御変数を決定する段階と、 前記段階で決定された制御変数に応じてスロットルバル
    ブの開度角を調節してエンジン出力制御を介した駆動輪
    速度を制御する段階と、 を含むことを特徴とするトラクション制御システムのス
    リップ制御方法。
  2. 【請求項2】 各車輪の速度に応じてエンジン出力制御
    のための自動車の変数を生成する段階で、変数として車
    速は後輪の平均速で生成し、駆動輪平均速は前輪の平均
    速で生成し、スリップ率は(車輪速−車速)/(車輪
    速)によって生成し、トラクション制御のための制御対
    象車輪及びスリップ率は駆動輪(前輪)速度のうちの大
    きい方を制御対象と選定することを特徴とする請求項1
    に記載のトラクション制御システムのスリップ制御方
    法。
  3. 【請求項3】 前記生成された自動車の変数及び自動車
    の状態によってトラクション制御状態を判断する段階
    で、 トラクション制御のオン条件は、自動車の初期発進時の
    制御対象駆動輪のスリップ率が第1設定スリップ率以上
    であって車速が第1設定車速以上である場合、自動車の
    正常走行時のスロットルバルブの開度角が運転者のアク
    セルペダル操作による開度角より小さく前ステップでト
    ラクション制御がオンであった場合、自動車の正常走行
    時の前ステップでトラクション制御がオフであり車速が
    第2設定車速以上であり制御対象駆動輪のスリップ率が
    第2設定スリップ率以上である場合、自動車が極低摩擦
    路面を走行する時に車速が第3設定車速に到達しなかっ
    たにも拘らず駆動輪の平均速が一定値を超える場合であ
    り、 トラクション制御のオフ条件は、運転者の意志によって
    トラクション制御スイッチがオフにされる場合、運転者
    がブレーキペダルを踏んだ場合、車速が一定速度に到達
    する場合であることを特徴とする請求項1又は2に記載
    のトラクション制御システムのスリップ制御方法。
  4. 【請求項4】 前記トラクション初期制御は、手動変速
    機を装着した自動車において、クラッチによる動力伝達
    に関する情報及び現在の状態に対する変速機の情報を得
    るためのものであって、車速のみを利用して実施し、路
    面判断に必要な情報及び前記駆動輪速度制御を介したト
    ラクション制御に使用される制御変数を生成することを
    特徴とする請求項1に記載のトラクション制御システム
    のスリップ制御方法。
  5. 【請求項5】 前記トラクション初期制御は、初期過度
    スリップを特異的に除去するために車速に応じてスロッ
    トルバルブの開度角を最小になるようにする段階と、 前記過度スリップの除去後、余分の過度スリップを除去
    したり必要以上の過度なスロットルバルブの閉鎖による
    車輪の加速性能の低下を防止するために、スロットルバ
    ルブの開度角を所定の位置に維持させる段階とを含むこ
    とを特徴とする請求項4に記載のトラクション制御シス
    テムのスリップ制御方法。
  6. 【請求項6】 前記車速に応じてスロットルバルブの開
    度角が最小になるようにする段階で、スロットルバルブ
    が初期状態で最低角度に閉じるための時間はトラクショ
    ン制御のオン条件によって決定することを特徴とする請
    求項5に記載のトラクション制御システムのスリップ制
    御方法。
  7. 【請求項7】 前記スロットルバルブの開度角が最小に
    なるようにした後、開度角を所定の位置に維持させる段
    階で、過度なスリップが期待値の分だけ減少しない場合
    にはスロットルバルブをさらに閉鎖し、過度に車輪速が
    減少する場合には一定角だけスロットルバルブの開度角
    を再び増加させて自動車の加速性能を向上させることを
    特徴とする請求項5に記載のトラクション制御システム
    のスリップ制御方法。
  8. 【請求項8】 前記トラクション制御のための制御変数
    を決定する段階は、駆動輪のうちの高い速度の駆動輪を
    通して路面条件を決定する段階と、 前記決定された路面条件によって駆動輪のスリップ制御
    のための目標スリップ率を決定する段階と、 前記決定された路面条件によって各車速に応じて前記駆
    動輪の速度制御を介したトラクション制御に使用するゲ
    イン値を決定する段階とを含むことを特徴とする請求項
    1に記載のトラクション制御システムのスリップ制御方
    法。
  9. 【請求項9】 前記路面条件を決定する段階は、スロッ
    トルバルブが制御パターンのように閉じた場合、車輪速
    の変化状況を比較して車輪速が急激に減少するか又は緩
    慢な傾斜を示しながら減少するかを観察して高摩擦路
    面、雪道、凍りついた道、極低摩擦路面など路面条件を
    決定することを特徴とする請求項8に記載のトラクショ
    ン制御システムのスリップ制御方法。
  10. 【請求項10】 前記制御変数に応じてスロットルバル
    ブの開度角を調節してエンジン出力制御を介した駆動輪
    速度を制御する段階は、前記制御変数を活用した比例積
    分制御を通して駆動輪が目標車輪速を推定するようにす
    るために、エンジン出力を制御するためのスロットルバ
    ルブの開度角を制御することを特徴とする請求項1に記
    載のトラクション制御システムのスリップ制御方法。
  11. 【請求項11】 前記目標車輪速は前記決定された路面
    条件によって決定された目標スリップ率から決定するこ
    とを特徴とする請求項10に記載のトラクション制御シ
    ステムのスリップ制御方法。
  12. 【請求項12】 前記比例積分制御において、制御誤差
    は目標車輪速と駆動輪のうちの高い速度の車輪速との差
    によって求めることを特徴とする請求項10に記載のト
    ラクション制御システムのスリップ制御方法。
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