JP2005517848A - 全輪駆動装置を備えた車両の山道走行を決定する方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、車両加速度が検出され、重力加速度が測定される、全輪駆動車両の山道走行を決定するための方法に関する。全輪駆動車両の車両基準速度の決定の精度を改善するために、本発明では、一方または両方の車輪速度から二次軸の加速度(Tc4wdHaAcc)を決定し、二次軸の加速度(Tc4wdHaAcc)と測定された加速度(LoSenAcc)の偏差(Slope)を決定し、決定された偏差を時定数(T1SLOPE)でろ波し(SlopFilt)、偏差(Slope)をろ波した偏差(SlopFilt)と比較し、“トラクションスリップコントロール作動”状態または“トラクションスリップコントロール非作動”状態を示す走行状況を決定し、比較結果と走行状況に依存して勾配を決定する。

Description

本発明は、車両加速度が検出され、車両の加速度が測定される、全輪駆動装置を備えた車両の山道走行(上り坂走行)を決定するための方法に関する。
最新の自動車は走行状態を制御および調整するためにいろいろな電子システムを装備している。例えば制動力制御システム(ABS)と、ドライビングスタビリティプログラム(ESP)と、トラクションスリップコントロールシステム(ASR,BTCSまたはTCS)。これらのシステムの電子機器内に設けられた制御プログラムは、実施に応じて、自動車組込みの多数のセンサを評価する。これは例えば車輪回転速度センサ、縦方向加速度センサ、横方向加速度センサ、ヨーレイトセンサである。トラクションスリップコントロールの場合、電子機器により、大きな車両加速度のときに車両を加速する車輪がスピンしないようにする。これは一方では、スピンする車輪の制動によっておよび/または駆動出力を絞ること(エンジントルク低下)によって行われる。
特許文献1には、ブレーキ介入とエンジン介入を行うTCSシステムを制御するための方法と回路が記載されている。この方法の場合、トラクションスリップコントロールのために、車輪ブレーキが使用され、および/または駆動エンジンの制御に介入される。そのために、トラクションスリップコントロールは既存のアンチロックコントロール装置(ABS)の普通の構成要素を使用する。必要な車両構成要素(例えばエンジン)との連絡は、それ自体公知の車両データバス(CAN)を介して行うことができる。この場合、方法を実施するために、車輪回転状態を検出するセンサが、信号処理のための回路によって評価され、制動力の制御を可能にする電磁式液圧弁のための操作信号を発生する。システムの電子装置は必要な操作量を計算するために、いわゆる車両基準速度Vrefを必要とする。この値は勾配によって補助され、一般的にゆっくり回転する車輪の速度によって決定される。その際、勾配はそのときのエンジントルクと車両の空の重量とから決定される。計算された勾配は平面内における大きな摩擦係数での理論的な車両加速度に一致している。全輪駆動装置を備えた車両が加速度センサ(Gセンサ)を備えていると、このGセンサは勾配決定のために付加的に使用される。計算および測定された勾配の最大値が決定される。特別な走行状況が発生すると、1個または複数個の車輪がもはやそのときの車速を示さなくなくなる。というのは、車輪の1個がスピンするからである。この場合一般的に、スピンする車輪は車両基準速度Vrefを求めるために使用されない。
全輪駆動車両の場合更に、すべての車輪がトラクションスリップを生じる得るという問題がある。従って、駆動の場合、通常は車輪速度から決定される車両基準速度が示されず、例えばトラクションスリップと下り坂走行を区別することができない。単軸駆動車両の場合、この問題は駆動時に発生しない。というのは、少なくとも駆動されない車軸がトラクションスリップを生じないからである。従って、その車輪は基準速度を示すものとして常に使用可能である。
特許文献2により、全輪駆動車両の速度を決定する方法と装置が知られている。個々の車輪加速度はエンジントルクに関連づけられ、互いに比較される。それによって、場合によっては、すべての車輪がスピンする状況を先ず最初に検出し、そして対策を講じることができる。この方法の欠点は、いろいろな理由から、エラー検出を回避するために検出閾値を比較的に大まかに選択しなければならないので、検出が正確ではなく、道路勾配が実質的に考慮されていないことである。
車輪速度が単独で車両基準速度を確実に決定するために充分ではないという状況が発生すると、代替戦略が使用される。例えば運転者が摩擦係数の小さな道路で車輪をスピンさせて走行するときあるいは山道走行時、特に下り坂のときに所定の条件の下で加速すると、公知の代替戦略によって、個々の問題を解決することができる。代替的に決定された車両基準速度は、状態が一緒に発生するときに、益々不正確になり、例えば下り坂走行時に全輪駆動車両で不安定な車輪回転が生じるときに発生する問題を解決する必要がある。
車両状態を制御するための前述の電子システムの場合、山道走行の影響が不十分にしか考慮されていないかまたは全く考慮されていない。坂道走行の際、実際の車両加速度は計算した車両加速度[f(エンジントルク,車両質量)]と測定した車両加速度(Gセンサまたは加速度センサは勾配成分だけ異なる加速度値を示す)よりも高い。勾配を補償するために、従来は所定の条件下で、勾配を計算するために、一定の割り当てまたは一定の勾配を加算していた。この勾配補正方法は、下り坂走行時に低い基準速度を閉め出すために必要である。しかし、この勾配補正は、いろいろな道路表面で欠点を生じる条件に結びついている。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第3809102号公報 ドイツ連邦共和国特許出願公開第19732554公報
本発明の課題は、正しい結果を少ないコストで確実に得ることができる、勾配を決定するための方法と、決定された勾配に対して車両基準速度を適合させるための方法を提供することである。
この課題は独立請求項の特徴によって解決される。本発明の有利な実施形は従属請求項に記載されている。
二次軸の1個または2個の車輪センサの信号からの車両基準速度の決定のほかに、車両加速度、特に車両縦方向加速度が車輪信号から間接的または直接的に決定され、そしてセンサによって測定された加速度と比較される。全輪駆動車両において接続可能な車軸が二次軸と呼ばれる。その際、山道走行時に車軸加速度とGセンサ加速度の差が勾配を示すという作用が利用される。次式
勾配(Slope)=車軸加速度(車輪回転速度から)−測定された加速度(Gセンサ)
が当てはまる。
車輪加速度が車両加速度に直接関係するので、決定された勾配は車輪のスリップのない回転時にのみ正しい。従って、“安定した”車輪が定められ、状況に依存して実際の勾配が決定される。
安定した車輪の検出は、道路の勾配変化が比較的にゆっくり変化するという認識に基づいている。従って、勾配(Slope)のために決定された信号から、低周波数成分だけが使用される。低周波数成分の抽出は、第1オーダーの低域フィルタ内で時定数T1Slopeによる勾配のろ波によって達成される。
ろ波された勾配(SlopeFilt)=PT1 Filt(Slope)
両信号“勾配”と“ろ波された勾配”によって、安定した車輪、ひいては決定された勾配に関する品質推定が行われる。その際、品質推定と勾配の決定は、その都度の車両状況、すなわちトラクションスリップコントロールが作動しているかどうかあるいは車両がトラクションスリップコントロールされているかどうかに依存して行われる。
品質の程度として、第1の許容変化(SlopeVar)が比較結果のろ波によって勾配とろ波された勾配から求められる。その際、第1の変化は、現在の偏差(Slope)とろ波された偏差(SlopeFilt)との2乗偏差から低域ろ波によって決定される。更に、変化の閾値“Tcs0 est slope var limit”は経験的に決定され、“安定した車輪回転状態”のための学習戦略または検出戦略の際に考慮される。トラクションスリップコントロールが作動していない場合、第1の変化の決定された値が閾値よりも小さいときは、安定した車輪回転状態から出発する。決定された勾配は、勾配SlopeFiltまたはセーブされた勾配SlopeSaveとそれに関連する勾配適合を決定するために使用される。
システムが作動しているトラクションスリップコントロール、すなわちTCSエンジンコントロールまたはBTCSブレーキコントロールを受けていると、車輪回転が不安定であっても、妥当性検査が、例えば道路表面を示す値(低摩擦係数、例えば氷)のような外部の外乱に基づいて、安定した状態を再び生じる。従って、トラクションスリップコントロールの作動時に常に、不安定な車輪回転状態から出発し、所定のコントロール(言語的な項)の後でのみ勾配が許容される。コントロールによって、例えば低摩擦係数で間違って推定された勾配が回避される。そのために、二次軸の加速度をエンジントルクに依存して示す第2の変化(TorqueVar)が決定される。その際、第2の変化(TorqueVar)が第1の変化(SlopeVar)と共に評価される。トラクションスリップコントロールが作動状態である走行状況の場合に、外部で生じ、車両を駆動する値(山道走行時の傾斜面を下降する力)が、評価の結果に依存して、不安定な車輪回転を生じる値(低摩擦係数時の過大トルク)と区別される。そのために、第2の変化(TorqueVar)の閾値Tcs0 est toque var limitが経験的に決定され、“安定した車輪回転状態”のための学習戦略または検出戦略の際に考慮される。第2の変化の決定された値が第1の変化の値に対して所定の比の中にあると、トラクションスリップコントロールが作動しているときに、安定した車輪回転状態から出発する。二次軸の加速度(Tc4wdHaAcc)が実際の車両加速度を示すかどうかのチェックまたは妥当性検査は、第2の変化(TorqueVar)の決定された値が例えば第1の変化(SlopeVar)の1.5〜2.5倍の値に達するかまたは上回ることによって行われる。条件“第2の変化(TorqueVar)=1.5〜2.5×第1の変化(SlopeVar)”が満たされ、第1の変化SlopeVar<Tcs0 est slope var limitであるときに、ろ波された偏差(SlopeFilt)の値が真の勾配として信頼され、セーブされた勾配(SlopeSave)がこの偏差に追従する。
勾配の決定時のエラーを閉め出すために、トラクションスリップコントロールの作動時に、第1の変化(SlopeVar)と第2の変化(TorqueVar)が少なくとも1つの下側の閾値Tcs0 est torque var limitまたはTcs0 est slope var limitに達するかまたは下回るときに、勾配の学習が終了すると有利である。この場合変化のその都度の閾値が同じでもよいし、異なっていてもよい。第1の変化(SlopeVar)と第2の変化(TorqueVar)が閾値Tcs0 est slope var limitに達するかまたは下回る場合、トラクションスリップコントロールユニットの励起のために学習戦略と検出戦略が終了する。励起のために、エンジントルクがエンジン制御ユニットを介して調整される。
不安定な車輪回転が関係“第1の変化(SlopeVar)≧Tcs0 est slope var limit”によって決定されるかまたは示されるときに、セーブされた勾配(SlopeSave)が許容されると、方法にとって有利である。
その際、セーブされた勾配(SlopeSave)がろ波された偏差(SlopFilt)に依存して求められる。その際、セーブされた勾配は信頼係数MyOFSlopeによって重み付けされ、この信頼係数は好ましくはトラクションスリップコントロールによって要求されるエンジントルク、現在のエンジントルク変化、第1の変化、最速車輪と最も遅い車輪の相互間隔、推定勾配の偏差値(SlopeFilt)および周波数制限された勾配(SlopeFilt)に依存して決定される。
勾配が確実に決定されると、走行状況に対する車両基準速度の適合または変更が行われる。そのために、決定された勾配を上昇させるために、決定された勾配から導き出された勾配が車両基準速度の基準勾配に加えられる。
実施の形態が図に示してある。次に、この実施の形態を詳しく説明する。
勾配オフセットGradSteigungは推定された勾配CSTEIGUNGと安全定数CSIchの2つの成分からなっている。加速度センサすなわちGセンサに欠陥があると、勾配を推定することができない。
使用される基本信号を簡単に説明した後で、CSTEIGUNGの決定を説明する。最後に、安全定数を計算するための情報を説明する。
基本信号
選択された非再帰的なアプローチの場合、二次軸の車輪、例えば後輪の加速度Tc4wdHaAccとGセンサ加速度LoSenACCの差が、次式
Slope=Tc4wdHaAcc−LoSenACC
に従って、勾配の推定値として採用される。ここで、Slopeは車両前進走行時の推定された勾配を示す。
Slopeが勾配の推定値として使用できるようにするために、Tc4wdHaAccは真の車両加速度を表さなければならない。これは二次軸の安定回転する車輪の場合にのみ当てはまる。車輪が安定回転しないと、すなわち車輪がスリップすると、真の勾配は判らない。
機能説明
車両の勾配決定のために使用される学習戦略または検出戦略は少なくとも、2つの走行状況に依存して行われる。この走行状況は“トラクションスリップコントロールが作動している”かあるいは“トラクションスリップコントロールが作動していない”状態を示している。その際、図1はトラクションスリップコントロールの外側での学習戦略または検出戦略を示している。この戦略は安定回転する車輪を検出するために、トルク上昇Slopeの妥当性検査を使用する。その際、道路の勾配が制限されて迅速に変化し得ることが利用される。Slopeの妥当性検査のために、信号は第1のオーダーのPT1フィルタを用いてT1SLOPE=k1(msec)の時定数でろ波され、勾配変化Slopeと比較される。SlopeがSlopeFitと大きく異なると、Slopeは普通の道路の勾配よりも大きく変化し、大きな偏差の場合不安定な車輪であると推測することができる。偏差の程度として、Slopeの変化が使用される。この変化は、T1VAR=k2(msec)による、現在のろ波されたSlopeからの2乗の偏差の低域ろ波から生じる。SlopeVar≦閾値Tcs0 est slope var limitの場合、SlopeFitは勾配推定値として使用可能である。これは、安定した車輪が存在し、従ってTc4wdHaAccが真の車両加速度を表すことを意味する。それによって、信号SLOPE STAB==1がセットされる。閾値Tcs0 est slope var limitは経験的に定められる。この場合、推定値SlopeFitを直接使用することができるし、また選択的に後述の値SlopeSaveをCSteigungとして採用することできる。しかし、SlopeVar>=Tcs0 est slope var limitであると、不安定に回転する車輪が存在する。そのとき、CSteigungは常に、セーブ(保護)された勾配SlopeSaveにセットされる。この勾配の決定については後述する。
図2は、トラクションスリップコントロール作動時の学習戦略と検出戦略を示している。この戦略は、トラクションスリップコントロール非作動時の2つの識別判断基準“勾配変化が小さい”または“勾配変化が大きい”と異なり、4つの識別判断基準を備えている。この識別判断基準はモータトルクに基づく第2の変更TorqueVarを含んでいる。この第2の変更TorqueVarは、システムの励起の程度を示す。このシステムは、氷上の車輪の速度パターンと下り坂走行の速度パターンとを分離するため、勾配推定にとって充分に励起しなければならない。SlopeVarとTorqueVarが氷上で類似の変化を示し、大きな摩擦係数の道路上で異なる変化を示すように、TorqueVarは設計されている。TorqueVarが氷上でのみSlopeVarと一致するので、TorqueVarを計算するために次の仮定が許容される。
1. 一定の前進駆動力
Figure 2005517848
が発生する。この場合、ACCconstの際、車両加速度LoSenACCも一定である。
2. 駆動トレーンは剛性があり、振動しない。慣性質量Jは知られている。
二次軸の加速度がエンジントルクに依存して次式
Figure 2005517848
に従って表され、そしてエンジンコントロールユニットの動作点を、エンジントルクの第1のオーダーの低域ろ波された信号として決定する。次の関係
Slope=Tc4wdHaAcc − LoSenAcc
の微分から変化TorqueVarが生じる。ここで、
Figure 2005517848
であるので、
Figure 2005517848
である。
この場合、定数成分
Figure 2005517848
は変化に影響を与えない。上記の仮定の下で、“SlopeVar”をエンジントルクに依存してのみ表現することができる。というのは、Tc4wdHaAccが
Figure 2005517848
に比例するからである。
SlopeVarが小さく、TorqueVarが大きいと、安定した車輪を意味する(図2、四分の円11)。これに対して、図2に示すように、一般的に、TorqueVarに依存しないSlopeVarが大きいときに、不安定な車輪であると推測する(四分の円12,13)。TorqueVarが小さく、SlopeVarが小さいときには、安定した車輪または不安定な車輪を判断することができない(四分の円14)。この場合、システムが再び充分に励起されるまで、勾配推定はできなくなる。
SlopeVarがトルク調整に基づいてのみ、氷上の閾値Tcs0 est slope var limitを確実に超えたときに、システムは充分に励起されたと考えられる。そのために、エンジントルクに基づく第2の変化TorqueVarはTorqueVar>Tcs0 est slope var limitでなければならない。小さな摩擦係数の場合、値“TorqueExcit”を介してのエンジントルクの調整によって、例えば二次軸の車輪がスリップする。その際、車輪の加速度が調節される。この車輪加速度は車両加速度よりも非常に大きい。すなわち、車輪加速度は実質的にエンジントルクの調整に追従する。これに対して、エンジントルクの調整が下り坂走行の時点で大きな摩擦係数で生じると、車両加速度は実質的に車輪加速度に追従する。すなわち、車輪加速度はエンジントルクの調整に追従しない。その際、TorqueExcitは充分なシステム励起のための最小のトルク変化として理解される。
第1の変化SlopeVarが学習値Tcs0 est slope var limitを下回ると(四分の円11から四分の円14への移行)、TorqueExcitの最小値よりも小さな値をとるようにシステムを下方に制御することにより、トルク調整が強制される。
勾配オフセットC Steigung
次の表にまとめたCSteigungの計算規則がSlopeVarに依存して生じる。
表1:勾配オフセットCSteigung
Figure 2005517848
SlopeSaveは、安定した車輪で学習した最後の勾配の信号、従ってSlopeFitからおよび信頼係数MyOfSlpoeを介して決定される。この信頼係数は、どの位のSlopeSaveがろ波された勾配変化SlpoeFitに自動調整されるかを示す値である。換言すると、MyOfSlpoeは、実際の勾配値を示す決定された信号SlopeFitにおいてどの位信頼性があるかを示す係数である。値SlopeFitの信頼性が高ければ高いほど、多くのSlopeSaveがこのろ波された勾配値に自動調整される。
MyOfSlpoeの重み付けは次のように選択される。
・小さな摩擦係数において、高すぎるように推定される勾配が回避される、
・坂道で車輪がスピンする下り坂走行時に勾配補正がまだ可能である、
・勾配の自動調整によって下り坂走行時の持続的なコントロールを終了させることができる。
信頼係数MyOfSlpoeは2つの異なるケースについて決定される。このケースは
a.TCSエンジンコントロールと、
b.TCSエンジンコントロールの外側である。
信頼係数MyOfSlpoeは前述の学習条件(機能説明によって決定される。すなわち、TCSエンジンコントロールの外側では、
c.第1の変化SlopeVarは小さい(Tc4wdHaAcc≒ACCRaeder)。すなわち、TCSエンジ ンコントロールの間、
d.第1の変化SlopeVarは小さい(Tc4wdHaAcc≒ACCRaeder)、
e.第2の変化TorqueVarは大きい(TorqueVar≒SlpoeVar(小さな摩擦係数の場合)またはT orqueVar>SlpoeVar(下り坂走行時)。
f.そして、他の言語学的な項を満足する。例えば、最速の車輪と最も遅い車輪の間隔は 速度に関する所定の判断基準を満たすべきであり、トラクションスリップコントロール によって要求されるエンジントルク、実際のエンジントルク変化、第1の変化SlopeVar 、推定された勾配(Slope)と周波数によって制限された勾配(SlopeFit)の値的な偏 差は所定の判断基準を満足しなればならない等である。
MyOfSlpoeは上述の判断基準に依存して、ファジイ量から計算される。
トラクションスリップコントールの外側での学習戦略または検出戦略を概略的に示す図である。 アクティブ式トラクションスリップコントロールにおける学習戦略または検出戦略を概略的に示す図である。

Claims (18)

  1. 車両加速度が検出され、車両の加速度が測定される、全輪駆動装置を備えた車両の山道走行を決定するための方法において、
    一方または両方の車輪速度から二次軸の加速度(Tc4wdHaAcc)を決定し、
    二次軸の加速度(Tc4wdHaAcc)と測定された加速度(LoSenAcc)の偏差(Slope)を決定し、 決定された偏差を時定数(T1SLOPE)でろ波し(SlopFilt)、
    偏差(Slope)をろ波した偏差(SlopFilt)と比較し、
    “トラクションスリップコントロール作動”状態または“トラクションスリップコントロール非作動”状態を示す走行状況を決定し、
    比較結果と走行状況に依存して勾配を決定することを特徴とする方法。
  2. 勾配が少なくとも1つの第1の許容変化(SlopeVar)を用いて比較結果をろ波することによって決定されることを特徴とする、請求項1記載の方法。
  3. 変化(SlopeVar)が現在の偏差(Slope)とろ波された偏差(SlopFilt)との2乗偏差から低域ろ波によって決定されることを特徴とする、請求項2記載の方法。
  4. 第1の変化(SlopeVar)の閾値“Tcs0 est slope var limit”が経験的に決定されることを特徴とする、請求項1または2記載の方法。
  5. トラクションスリップコントロールが非作動状態であり、かつ第1の変化(SlopeVar)≦閾値“Tcs0 est slope var limit”である走行状況において、ろ波された偏差の値(SlopFilt)またはセーブされた勾配の値(SlopeVar)が勾配として許容され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方法。
  6. 第2の変化(TorqueVar)が決定され、この第2の変化がエンジントルクに依存して二次軸の加速度を示すことを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一つに記載の方法。
  7. 第2の変化(TorqueVar)と第1の変化(SlopeVar)が評価されることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一つに記載の方法。
  8. トラクションスリップコントロールが非作動状態である走行状況において、外部で生じ、車両を駆動するかまたは不安定な車輪回転を示す値(下り坂走行、氷上の走行等)が、第1と第2の変化の評価に依存して決定されることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一つに記載の方法。
  9. 第2の変化(TorqueVar)のTcs0 est torque var limitが経験的に決定されることを特徴とする、請求項1〜8のいずれか一つに記載の方法。
  10. 二次軸の加速度(Tc4wdHaAcc)が実際の車両加速度を示すかどうかをチェックするために、第2の変化(TorqueVar)の決定された値が第1の変化(SlopeVar)の少なくとも1.5〜2.5倍に達するかまたは上回ることが決定されることを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一つに記載の方法。
  11. 条件“第2の変化(TorqueVar)=第1の変化(SlopeVar)の少なくとも1.5〜2.5倍”が満たされるときに、ろ波された偏差(SlopeFilt)の値が勾配として許容されることを特徴とする、請求項10記載の方法。
  12. アクティブトラクションスリップコントロールの場合に、第1の変化(SlopeVar)と第2の変化(TorqueVar)が少なくとも1つの下側の閾値Tcs0 est torque var limitまたはTcs0 est slope var limitに達するかまたは下回るときに、勾配の決定が終了し、この場合変化のその都度の閾値が同じでもよいし、異なっていてもよいことを特徴とする、請求項1〜11のいずれか一つに記載の方法。
  13. 第1の変化(SlopeVar)が閾値Tcs0 est slope var limitに、第2の変化(TorqueVar)が閾値Tcs0 est torque var limitに達するかまたは下回る場合、エンジントルクがトラクションスリップコントロールユニットの励起のために調整されることを特徴とする、請求項11記載の方法。
  14. 不安定な車輪回転が関係“第1の変化(SlopeVar)≧Tcs0 est slope var limit”によって決定されるかまたは示されるときに、セーブされた勾配(SlopeSave)が許容されることを特徴とする、請求項1〜13のいずれか一つに記載の方法。
  15. セーブされた勾配(SlopeSave)がろ波された偏差(SlopFilt)と係数MyOFSlopeに依存して決定されることを特徴とする、請求項1〜14のいずれか一つに記載の方法。
  16. セーブされた勾配が信頼係数MyOFSlopeによって重み付けされ、この信頼係数が好ましくはトラクションスリップコントロールによって要求されるエンジントルク、現在のエンジントルク変化、第1の変化、最速車輪と最も遅い車輪の相互間隔、推定勾配の偏差値(Slope)および周波数制限された勾配(SlopeFilt)に依存して決定されることを特徴とする、請求項15記載の方法。
  17. 請求項1〜16のいずれか一つに記載の特徴を有する、走行状況に対する車両基準速度の適合。
  18. 車両基準速度の基準勾配が決定された勾配を加えることによって上昇することを特徴とする、請求項17記載の適合。
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