JP2005112118A - Ａｂｓの制御方法および制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＡＢＳの制御方法および制御装置を提供すること。
【解決手段】車両の制動時には車輪速度が電磁センサー等によって検出される（ステップＳ１０１）。つぎに、取得した車輪速度から疑似車体速度を演算する（ステップＳ１０２）。つぎに、車輪速度と疑似車体速度が得られたならば、スリップ率を算出する（ステップＳ１０３）。ブレーキ周辺からはブレーキトルクが検出される（ステップＳ１０４）。この発明では、スリップ率に対してブレーキトルクが所定の値に満たない場合にモータ等の動力付加手段によって車輪に回転力を付加する（ステップＳ１０５、Ｓ１０６）。スリップ率が上昇することは、車輪がスリップまたはロックしていることを示す。当該上昇時であってブレーキトルクが所定の値に満たないときは、ブレーキを緩めているのに車輪の回転が回復していない状態を示すので、このタイミングで車輪に回転力を与えてやればよい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両に用いられるＡＢＳの制御方法に関し、更に詳しくは、ＡＢＳによりブレーキが緩められたときに摩擦率が低い路面上でもすばやくタイヤが回転し、制動作用全体として適切な制動力と操縦性が得られるＡＢＳの制御方法および制御装置に関する。

従来、車両の制動時における操舵性を確保するためにＡＢＳ（Ａｎｔｉｌｏｃｋ Ｂｒａｋｅ Ｓｙｓｔｅｍ）が利用されている。ＡＢＳは制動時にタイヤがロック状態にならないようにブレーキ圧をコントロールする。すなわち、ＡＢＳはタイヤがロックしたと判断したときにあたかも高速のポンピングブレーキのようにブレーキ圧を上下させ、その間にタイヤの回転を確保することによりタイヤロックを回避し、操縦性を確保するものである。

このようにＡＢＳは優れた技術であるが、走行する路面の摩擦係数の大小によっては不具合も発生する。すなわち、ＡＢＳが適用される車両であっても路面とタイヤ間の摩擦係数が低いような場合、一度必要以上に回転速度が下がった車輪の回転が再び回復するまでに長い時間を必要とすることがあり、この間適切な制動力・横力が得られないという不具合がある。以下、図を用いて説明する。

図６は、一般的な路面における車両制動時の車体速度、前輪速度、前輪スリップ率の関係および同時間帯におけるブレーキトルクを示すグラフである。上のグラフは時間を横軸に、車体速度、前輪速度、および前輪スリップ率をそれぞれ縦軸にしたものである。また、下のグラフはブレーキトルクを縦軸に、上のグラフと同時間帯を横軸にしたものである。

同図下グラフ中、矢印４１に示すように車両の制動時には操縦者がブレーキをかけることにより突発的にブレーキトルクが上昇する。すると矢印４２のように前輪速度が車体速度から急速に降下し、スリップ状態となる。このとき１−（前輪速度／車体速度）であるスリップ率も矢印４３のように上昇する。ＡＢＳはタイヤロックを回避するために、矢印４４のようにブレーキトルクをゆるめ、これによりタイヤは矢印４５のように回転を取り戻すことによって操縦性を維持する。そして、これらの動作を短時間に繰り返すことによりＡＢＳはロックを回避して操縦性を確保する。これがＡＢＳの一般的な路面での動作である。

図７は、摩擦係数μが小さな路面における車両制動時の車体速度、前輪速度、前輪スリップ率の関係および同時間帯におけるブレーキトルクを示すグラフである。上下のグラフの縦軸、横軸は図４と同様である。同図に示すように、摩擦係数μが小さな路面においては、操縦者がブレーキをかけ、矢印４６のようにブレーキトルクがほんの少し上昇しただけで、矢印４７のように前輪速度がスリップし始め、矢印４８のようにスリップ率が上昇する。そして、ＡＢＳはブレーキトルクを矢印４９のように下降させるが、摩擦係数μの低さから矢印５０のように相対的に長い時間前輪速度を回復させることができない。

この点に関して、トランスミッションを無断変速機として採用する車両において、車輪の回転減速度が所定の値以上になったときにエンジンのアイドル回転数を上昇させて対処する手段がある（例えば、特許文献１）。

特開平７−１９０１５６号公報

しかしながら、上記従来のＡＢＳの制御方法は、エンジンのアイドリング回転数を上げてタイヤ回転力の復帰をさせようとするため、制動時以外の通常時と同様に動力はトランスミッションを通じてタイヤに伝えられる。これでは機械系の遅れから瞬時に回転力をタイヤに与えることにはならない。この遅れは長くても数秒間で終わる制動動作では問題となる。また、回転力付加に関して車輪減速度だけを基準にしたのでは機械系の遅れと相まってタイヤ摩擦が復活した後に過剰な回転力を与えることになりかねない。

そこで、本発明は上記に鑑みてなされたものであって、必要以上に回転速度が下がった車輪に適当な回転力（動力）を瞬時に与え、回転速度をすばやく回復させるＡＢＳの制御方法および制御装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、請求項１に係るＡＢＳの制御方法は、車両制動時に車輪速度を検出し、疑似車体速度を演算するＡＢＳの制御方法において、前記車輪速度から求められる疑似車体速度から実際の車輪速度がずれる割合であるスリップ率を算出し、当該スリップ率に対してブレーキトルクが所定の値に満たない場合に動力付加手段によって車輪に回転力を付加するようにしたものである。

スリップ率が上昇することは、車輪がスリップまたはロックしていることを示す。この発明では、ブレーキトルクの値の上下が間接的に路面の摩擦係数の上下を示し得る点に鑑み、スリップ率の上下とブレーキトルクの上下との関係から車輪に回転力を与える適切なタイミングを得る。動力付加手段としては、モータでもよいし、車輪が回転していた時のエネルギーを吸収し、必要なときのみ嵌合してエネルギーを放出するクラッチ付きフライホイールでもよい。

また、請求項２に係るＡＢＳの制御方法は、前記ＡＢＳの制御方法において、前記所定の値および付加する前記回転力は、予めスリップ率とブレーキトルクの関係を示したテーブルを参照することによって求めるようにしたものである。

予め試験した結果から得られるスリップ率とブレーキトルクの関係をテーブル（表）にしておき、回転力を付加するタイミングおよび回転力の大きさを決定する際に参照するようにしておけば、路面状況に応じた適切な回転力を付加できる。

また、請求項３に係るＡＢＳの制御方法は、前記ＡＢＳの制御方法において、前記所定の値は予めスリップ率とブレーキトルクの関係を表した数式から求めるようにしたものである。

予め試験した結果から得られるスリップ率とブレーキトルクの関係を数式にしておき、回転力を付加するタイミングおよび回転力の大きさを当該数式から決定するようにしておけば、路面状況に応じた適切な回転力を付加できる。上記決定はプロセッサで行われるのが一般的であり、数式が定義されていれば演算動作の高速化に資する。

また、請求項４に係るＡＢＳの制御方法は、前記ＡＢＳの制御方法において、前記車輪は駆動輪および従動輪であるようにしたものである。

本発明は、駆動輪のみならず従動輪にも適切な回転力を瞬時にあたえることにより、全車輪に対して適切な制動性、操縦性を実現できる。車輪のスリップ状況は各輪異なるので、それぞれの車輪で独立して動作させるのが好ましい。

また、請求項５に係るＡＢＳの制御方法は、前記ＡＢＳの制御方法において、前記動力付加手段はモータであるようにしたものである。

モータを利用すると、車輪に回転力を付加するタイミングおよび回転力の大きさ決定するプロセッサ、電力増幅器、およびモータの電気的速応性および取り付け容易性により、簡素な構成で車輪に瞬時に回転力を付加することができる。

また、請求項６に係るＡＢＳの制御装置は、車輪速度検出手段と疑似車体速度演算手段を有しているＡＢＳの制御装置において、前記疑似車体速度演算手段と前記車輪速度検出手段とから両者のずれる割合であるスリップ率を演算するスリップ率演算手段と、ブレーキトルクの大きさを検出するブレーキトルク検出手段と、前記スリップ率に対して前記ブレーキトルクが所定の値に満たない場合を最適タイミングとする回転力付与タイミング判断手段と、前記疑似車体速度に車輪の回転速度を追従させる回転力の大きさ判断手段と、車輪に回転力を付与する動力付加手段に前記回転力の大きさを前記タイミングで命令する回転命令手段と、を有するようにしたものである。

本発明にかかるＡＢＳの制御方法および制御装置は、一般的なＡＢＳの動作中、必要以上に回転速度が下がった車輪に適当な回転力（動力）を瞬時に与え、回転速度をすばやく回復させることができる。これにより、摩擦係数の低い路面を走行中でも適切な制動動作を確保し、操縦性を向上させることができる。

以下に、本発明にかかるＡＢＳの制御方法および制御装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、この発明の手順を示すフローチャートである。まず、車両の制動時には車輪速度がタコジェネや電磁センサー等によって検出される（ステップＳ１０１）。車輪速度検出はＡＢＳの制御に一般的に利用されるので、一般的なＡＢＳ制御装置と共用するか、又は既にあるＡＢＳ制御装置から引用すればよい。なお、四輪の車両では四輪独立して車輪速度を取得するのが好ましい。

つぎに、取得した車輪速度から疑似車体速度を演算する（ステップＳ１０２）。これも一般的なＡＢＳ制御に用いられることがほとんどなので、一般的なＡＢＳ制御装置のプロセッサまたはコントロールユニットを利用して演算すればよい。つぎに、車輪速度と疑似車体速度が得られたならば、１−（車輪速度／疑似車体速度）であるスリップ率を算出する（ステップＳ１０３）。

ブレーキ周辺からはブレーキトルクが検出される（ステップＳ１０４）。ブレーキトルクは車輪軸に取り付けたねじれトルクセンサーから検出するようにしてもよいし、ブレーキディスクの歪みから検出するようにしてもよい。また、ブレーキパットとブレーキディスク間の摩擦力を検出し、摩擦力中心点と車輪軸との距離との積として検出してもよい。

そして、この発明では、スリップ率に対してブレーキトルクが所定の値に満たない場合に動力付加手段によって車輪に回転力を付加する（ステップＳ１０５、Ｓ１０６）。スリップ率が上昇することは、車輪がスリップまたはロックしていることを示す。当該上昇時であってブレーキトルクが所定の値に満たないときは、ブレーキを緩めているのに車輪の回転が回復していない状態を示すので、このタイミングで車輪に回転力を与えてやればよい。

前記所定の値および付加する前記回転力は、予めスリップ率とブレーキトルクの関係を示したテーブル（表）を参照することによって求めることができる。予め試験した結果から得られるスリップ率とブレーキトルクの関係をテーブルにしておき、回転力を付加するタイミングおよび回転力の大きさを決定する際に参照するようにしておけば、路面状況に応じた適切な回転力を付加できるからである。このようにすれば、スリップ率とブレーキトルクとの関係が非線形で、シンプルな式で表せない場合に有効となる。また、ＡＢＳ制御に用いられるプロセッサの演算高速性により瞬時に動力付加手段に回転命令を下すことができる。

また、前記所定の値は予めスリップ率とブレーキトルクの関係を表した数式から求めるようにしてもよい。予め試験した結果から得られるスリップ率とブレーキトルクの関係を数式にしておき、回転力を付加するタイミングおよび回転力の大きさを当該数式から決定するようにしておけば、路面状況に応じた適切な回転力を付加できる。数式が定義されていればプロセッサの演算動作の高速化にも資することになる。

動力付加手段としては、モータでもよい。モータを利用すると、車輪に回転力を付加するタイミングおよび回転力の大きさを決定するプロセッサ、電力増幅器、およびモータの電気的速応性および取り付け容易性により、車輪に瞬時に回転力を付加することができる。また、モータは１０ｋＷ程度の比較的小型なものでも十分で、車輪軸に取り付けてもよいし、車輪のリム内側に取り付けても良い。モータを通常の車輪駆動力発生器として使用している電気自動車や所謂ハイブリッドタイプの車両ではそのモータを利用するのも得策である。

また、動力付加手段として、車輪が回転していた時のエネルギーを吸収し、必要なときのみ嵌合してエネルギーを放出するクラッチ付きフライホイールを利用してもよい。つまり、フライホイールを用いる場合は、通常走行の負荷を大きくしないように、摩擦係数が低い路面を走行する際のみ嵌合させるのが好ましい。取り付け位置としては、フライホイールの平薄形状から車輪軸のブレーキディスク付近であってホイールの内側が最適である。

また、動力負荷手段によって付加される回転力は、たとえば、乾燥路面において車輪速度が車体速度−１０％〜−２０％となるトルクとする。また、ＡＢＳが稼働し始めるブレーキトルクの大きさから摩擦係数の低い路面であることを間接的に判別するときは、上記回転力をさらに緩める等の判断を上記テーブルや式を用いて行うことが好ましい。このようにすれば、ブレーキトルクの値の上下が間接的に路面の摩擦係数の上下を示し得る点に鑑み、スリップ率の上下とブレーキトルクの上下との関係から車輪に回転を与える適切なタイミングおよび回転力を得る。

図２は、本発明にかかるＡＢＳの制御装置の内容を示す機能ブロック図である。車輪速度検出手段１と疑似車体速度演算手段２は従来からのＡＢＳ５が有しているものである。この発明にかかる制御装置では、これにスリップ率演算手段３、ブレーキトルク検出手段４が加わる。そして、回転力付与タイミングを判断する手段６と回転力の大きさを判断する手段７とでそれぞれ演算結果を判断し、最終的にはモータ等の動力付与手段９へ電気的な回転命令を下す手段８を有する。

図３は、本発明にかかるＡＢＳの制御装置のハードウェア構成を示す構成図である。本発明にかかるＡＢＳの制御装置は、従来からの一般的なＡＢＳコントロールユニット１０を利用できる。従来のＡＢＳコントロールユニット１０が上記車輪速度を検出したり、疑似車体速度の演算を司ることができるからである。ＡＢＳコントロールユニット１０からの信号は、インターフェース１２を介して中央演算装置１３に伝達される。また、インターフェース１２には、電気的信号に変換されたブレーキトルク１１が外部から接続される。

そして、中央演算装置１３では、スリップ率演算、回転力付与タイミングおよび回転力の大きさを決定するための演算が行われる。これらの演算手順はソフトウェアとしてＲＯＭ１３に記録されており、ＲＡＭ１５を用いながら適宜読み出される。最終的に決定した回転力の大きさは電気信号に変換され、増幅器１６を通じて適切なタイミングでモータ１７〜２０に送られる。モータ１７〜２０に交流モータやブラシレスモータを用いるときはインバータ（図示省略）を用いるのが好ましい。なお、モータ等１７〜２０は、各車輪に設けるのが好ましいが、駆動輪の左右それぞれと、従動輪には左右共通として一カ所に設けることもできる。

図４は、この発明の構成を示した模式図である。同図上が駆動輪用の構成、下が従動輪用の構成である。車両の通常走行ではエンジン２１からの駆動力が変速機２２を通じて車輪２３に伝えられる。この発明では、エンジン２１からのパワートレインとは別系統として、車輪速度から求められる疑似車体速度から実際の車輪速度がずれる割合であるスリップ率２４を算出し、当該スリップ率２４に対してブレーキトルク２５が所定の値に満たないかどうかを演算器２６で演算し、もし満たない場合にはモータ２７等の動力付加手段によって車輪２３に回転力を付加するものである。なお、制動時でも発生するエンジンからのアイドリング駆動力は特に切断する必要はない。

従動輪には、エンジン２１からの駆動力はないが、上記と同様に車輪速度から求められる疑似車体速度から実際の車輪速度がずれる割合であるスリップ率２９を算出し、当該スリップ率２９に対してブレーキトルク３０が所定の値に満たないかどうかを演算器３１で演算し、もし満たない場合にはモータ３２等の動力付加手段によって車輪２８に回転力を付加するものである。なお、演算器２６、３１は演算が遅延しない限り共通にするのが好ましい。

このように、本発明は、駆動輪のみならず従動輪にも適切な回転力を瞬時にあたえることにより、全車輪に対して適切な制動性、操縦性を実現できる。車輪のスリップ状況は各輪異なるので、それぞれの車輪で独立して動作させるのが好ましいからである。

図５は、摩擦係数μが小さな路面における車両制動時の車体速度、前輪速度、前輪スリップ率の関係および同時間帯におけるブレーキトルクを示すグラフである。上下のグラフの縦軸、横軸は背景技術で説明した図６と同様である。同図に点線で示すように、この発明を用いれば、摩擦係数が小さい路面においても、車輪に適切な回転力を付加するので、スリップした車輪の速度が矢印３３のようにすばやく車体速度に近づき、その後矢印３４のようにブレーキトルクが上昇、小さなスリップ、ブレーキトルク下降と繰り返し、ＡＢＳ本来の適切な動作が繰り返され、適切な制動力、操縦性を確保できるようになる。

以上のように、本発明にかかるＡＢＳの制御方法および制御装置は、従来のＡＢＳの制御方法および制御装置にさらに工夫を加え、車両に使用可能であるので、自動車業界、またはその関連業界で実際に実施可能なものである。

この発明の手順を示すフローチャートである。 ＡＢＳの制御装置の内容を示す機能ブロック図である。 ＡＢＳの制御装置のハードウェア構成を示す構成図である。 この発明の構成を示した模式図である。 摩擦係数μが小さな路面における車両制動時の車体速度、前輪速度、前輪スリップ率の関係および同時間帯におけるブレーキトルクを示すグラフである。 一般的な路面における車両制動時の車体速度、前輪速度、前輪スリップ率の関係および同時間帯におけるブレーキトルクを示すグラフである。 摩擦係数μが小さな路面における車両制動時の車体速度、前輪速度、前輪スリップ率の関係および同時間帯におけるブレーキトルクを示すグラフである。

符号の説明

１ 車輪速度検出手段
２ 疑似車体速度演算手段
３ スリップ率演算手段
４ ブレーキトルク検出手段
６ 回転力付与タイミング判断手段
７ 回転力の大きさ判断手段
８ 回転命令手段
９ 動力付与手段
１０ コントロールユニット
１１ ブレーキトルク
１２ インターフェース
１３ 中央演算装置
１６ 増幅器
１７、２７、３２ モータ
２１ エンジン
２２ 変速機
２３、２８ 車輪
２４、２９ スリップ率
２５、３０ ブレーキトルク
２６、３１ 演算器

Claims (6)

1. 車両制動時に車輪速度を検出し、疑似車体速度を演算するＡＢＳの制御方法において、
   前記車輪速度から求められる疑似車体速度から実際の車輪速度がずれる割合であるスリップ率を算出し、当該スリップ率に対してブレーキトルクが所定の値に満たない場合に動力付加手段によって車輪に回転力を付加することを特徴とするＡＢＳの制御方法。
2. 前記所定の値および付加する前記回転力は、予めスリップ率とブレーキトルクの関係を示したテーブルを参照することによって求めることを特徴とする請求項１に記載のＡＢＳの制御方法。
3. 前記所定の値は予めスリップ率とブレーキトルクの関係を表した数式から求めることを特徴とする請求項１に記載のＡＢＳの制御方法。
4. 前記車輪は駆動輪および従動輪であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のＡＢＳの制御方法。
5. 前記動力付加手段はモータであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のＡＢＳの制御方法。
6. 車輪速度検出手段と疑似車体速度演算手段を有しているＡＢＳの制御装置において、
   前記疑似車体速度演算手段と前記車輪速度検出手段とから両者のずれる割合であるスリップ率を演算するスリップ率演算手段と、
   ブレーキトルクの大きさを検出するブレーキトルク検出手段と、
   前記スリップ率に対して前記ブレーキトルクが所定の値に満たない場合を最適タイミングとする回転力付与タイミング判断手段と、
   前記疑似車体速度に車輪の回転速度を追従させる回転力の大きさ判断手段と、
   車輪に回転力を付与する動力付加手段に前記回転力の大きさを前記タイミングで命令する回転命令手段と、
   を有することを特徴とするＡＢＳの制御装置。

Images