JP2012144159A

JP2012144159A - 摩擦円半径導出装置

Info

Publication number: JP2012144159A
Application number: JP2011004320A
Authority: JP
Inventors: Takeki Mizuse; 雄樹水瀬
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-01-12
Filing date: 2011-01-12
Publication date: 2012-08-02
Anticipated expiration: 2031-01-12
Also published as: JP5541170B2

Abstract

【課題】走行路の路面勾配が変化しても、正確な摩擦円半径を得ることができる摩擦円半径導出装置を提供する。
【解決手段】軌跡生成演算部は、まず地図データから、車両が走行しようとする走行路の路面勾配の情報を取得し、路面勾配を考慮しない走行軌跡を生成する。そして、軌跡生成演算部は、路面勾配及び車速等の情報に基づいて、路面に対する車輪の接地荷重を算出し、その接地荷重に基づいて、車両の実走行時における車輪の摩擦円半径（タイヤ発生能力）を求め、その摩擦円半径に基づいて、路面勾配を考慮した走行軌跡を生成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両の車輪の摩擦円半径を導出する摩擦円半径導出装置に関するものである。

従来の摩擦円半径導出装置としては、例えば特許文献１に記載されているように、車両が走行する道路の路面摩擦係数の情報を取得し、その路面摩擦係数に応じて、車両が走行する道路上で車両のタイヤが発揮可能な最大グリップ力（摩擦円半径）を変更するものが知られている。

特開２００７−２５３７４６号公報

しかしながら、上記従来技術においては、以下の問題点が存在する。即ち、車両が走行する道路の路面勾配が変化すると、タイヤの接地荷重が変化し、これに伴ってタイヤの摩擦円半径が変化するため、路面勾配を考慮しないと摩擦円半径の導出精度が低下するおそれがある。

本発明の目的は、走行路の路面勾配が変化しても、正確な摩擦円半径を得ることができる摩擦円半径導出装置を提供することである。

本発明は、車両の車輪の摩擦円半径を導出する摩擦円半径導出装置において、車両が走行する走行路の路面勾配の情報を取得する勾配情報取得手段と、路面勾配を含む情報に基づいて車輪の接地荷重を算出する接地荷重算出手段とを備え、接地荷重に基づいて車輪の摩擦円半径を導出することを特徴とするものである。

このように本発明の摩擦円半径導出装置においては、車両が走行する走行路の路面勾配の情報を取得し、路面勾配を含む情報に基づいて車両の車輪の接地荷重を算出し、その接地荷重に基づいて車輪の摩擦円半径を導出することにより、走行路の路面勾配に応じて変化する車輪の接地荷重が考慮された摩擦円半径が導出されるようになる。これにより、走行路の路面勾配が変化しても、正確な摩擦円半径を得ることができる。

好ましくは、接地荷重算出手段は、路面勾配の変化方向を考慮して接地荷重を算出する。この場合には、走行路の路面勾配が上りから下りに変化する際の接地荷重の抜けや、走行路の路面勾配が下りから上りに変化する際の接地荷重の増加等が考慮された一層正確な摩擦円半径を得ることができる。

また、好ましくは、接地荷重算出手段は、路面勾配及び車両の横加速度を含む情報に基づいて接地荷重を算出する。例えば車両がカーブ路を走行すると、車両の横加速度により車両の車体がカーブ外側に沈み込むため、車輪の接地荷重が変化する。そこで、走行路の路面勾配及び車両の横加速度を含む情報に基づいて車輪の接地荷重を算出することにより、カーブ走行時においても正確な摩擦円半径を得ることができる。

本発明によれば、走行路の路面勾配が変化しても、正確な摩擦円半径を得ることができる。

本発明に係わる摩擦円半径導出装置の一実施形態を備えた走行軌跡生成装置の概略構成を示すブロック図である。図１に示した軌跡生成演算部により実行される走行軌跡生成処理手順の詳細を示すフローチャートである。車両が走行する走行路の一例として、一定勾配を有する単一Ｕ字カーブの位置データを示した図である。図３に示した走行路を車両が走行するときの走行軌跡を立体的に示した図である。車両の運動方程式のパラメータを示す図である。図１に示した車両データ記憶部に記憶されたタイヤ特性マップの一例を示すグラフである。図２に示した手順Ｓ１４により得られる摩擦円半径の一例を示すグラフである。

以下、本発明に係わる摩擦円半径導出装置の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明に係わる摩擦円半径導出装置の一実施形態を備えた走行軌跡生成装置の概略構成を示すブロック図である。同図において、走行軌跡生成装置１は、地図データベース２と、車両データ記憶部３と、軌跡生成演算部４とを備えている。

地図データベース２には、道路の路面勾配情報を含んだ地図データが格納されている。車両データ記憶部３には、車両諸元やタイヤ特性マップ（後述）等の車両データが予め記憶されている。

軌跡生成演算部４は、地図データベース２に格納された地図データに含まれる道路の路面勾配情報と車両データ記憶部３に記憶された車両データとを入力し、所定の演算処理を行い、車両の走行軌跡を生成する。

図２は、軌跡生成演算部４により実行される走行軌跡生成処理手順の詳細を示すフローチャートである。図２において、まず地図データベース２に格納された地図データから、車両が走行しようとする走行路の路面勾配の情報（勾配の変化方向や角度等）を取得する（手順Ｓ１１）。なお、路面勾配は、路面のピッチ方向の勾配だけでなく、路面のロール方向の勾配も含んでいる。

続いて、例えば走行ライン、加速度（摩擦円の使い方ルール）及び運動モデルを設計条件とした既知の走行軌跡生成技術を用いて、路面勾配を考慮しない走行軌跡を生成する（手順Ｓ１２）。

例えば図３に示すように、車両が一定勾配（勾配角θが一定、勾配変化ｄθ／ｄＬ＝０、Ｌは距離）を有する単一Ｕ字カーブを走行する場合には、図４に示すような走行軌跡が生成される。図４は、走行軌跡として走行速度（車速）を走行路の形状と共に立体的に表示したものである。図４中の太実線Ｐは、路面勾配を考慮しない走行軌跡を示している。この走行軌跡は、カーブに向かうに従って速度が下がり、カーブの入口に達すると速度がほぼ一定となり、カーブの出口手前から速度が上がるように設定されている。

続いて、路面に対する車輪の接地荷重を算出する（手順Ｓ１３）。具体的には、手順Ｓ１１で取得された路面の勾配角θ、手順Ｓ１２で生成された走行軌跡のうちの車速Ｖ、車両データ記憶部３に記憶された車両諸元から、前輪接地荷重Ｗ_ｆθ、後輪接地荷重Ｗ_ｒθを算出する。車両諸元としては、質量ｍ、ピッチ慣性モーメントＩ、前輪−重心間距離ｌ_ｆ、後輪−重心間距離ｌ_ｒ、重力加速度ｇがある。

まず図５に示すように、車両の運動方程式により下記式が得られる。

そして、上記の（ｂ）式、（ｃ）式より、前輪接地荷重Ｗ_ｆθ及び後輪接地荷重Ｗ_ｒθが算出される。

ここで、図３に示すように車両が一定勾配を有する単一Ｕ字カーブを走行する場合には、勾配変化ｄθ／ｄＬは０となるため、前輪接地荷重Ｗ_ｆθは、以下のように導き出される。

後輪接地荷重Ｗ_ｒθも同様に、以下のように導き出される。

また、路面勾配の変化方向によって前輪接地荷重Ｗ_ｆθ及び後輪接地荷重Ｗ_ｒθが異なる。具体的には、路面勾配が上りから下りに変化するときは、前輪接地荷重Ｗ_ｆθ及び後輪接地荷重Ｗ_ｒθが減少し、路面勾配が下りから上りに変化するときは、前輪接地荷重Ｗ_ｆθ及び後輪接地荷重Ｗ_ｒθが増加する。

続いて、手順Ｓ１３で算出された前輪接地荷重Ｗ_ｆθ及び後輪接地荷重Ｗ_ｒθから、車両の実走行時における車輪の摩擦円半径（タイヤ発生能力）を求める（手順Ｓ１４）。具体的には、図６に示すように、車両データ記憶部３に記憶されたタイヤ特性マップを用いて、前輪接地荷重Ｗ_ｆθ及び後輪接地荷重Ｗ_ｒθに対応する摩擦円半径ｒを導出する。

一定勾配のある勾配路を走行する場合の前輪接地荷重Ｗ_ｆθ及び後輪接地荷重Ｗ_ｒθは、勾配が無い平坦路を走行する場合の前輪接地荷重Ｗ_ｆ０及び後輪接地荷重Ｗ_ｒ０よりも低くなる。このため、一定勾配のある勾配路を走行する場合の摩擦円半径ｒ_θは、図７に示すように、平坦路を走行する場合の摩擦円半径ｒ_０よりも小さくなる。摩擦円半径ｒ_θは、具体的には下記のようになる。
ｒ_θ＝ｒ_０×ｃｏｓθ

このとき、摩擦円破綻は接地荷重が小さい側で発生するため、前輪接地荷重Ｗ_ｆθ及び後輪接地荷重Ｗ_ｒθのうち小さいほうの摩擦円半径ｒを、勾配路を走行する場合の摩擦円半径ｒ_θとして設定する。前輪接地荷重Ｗ_ｆθは、２つの前輪の接地荷重Ｗの平均値であり、後輪接地荷重Ｗ_ｒθは、２つの後輪の接地荷重Ｗの平均値である。

ただし、摩擦円破綻は４輪のうち１輪でも破綻すると良くないという点を考慮すると、手順Ｓ１２で生成された走行軌跡に基づき、車両の横加速度による左右輪の接地荷重変化も加味して４輪の接地荷重を算出し、その４輪の接地荷重の最小値に対応する摩擦円半径ｒを摩擦円半径ｒ_θとして設定しても良い。また、前後輪及び左右輪を考慮せず、４輪の接地荷重の平均から摩擦円半径ｒ_θを導出しても良い。

続いて、手順Ｓ１４で求めた摩擦円半径ｒに基づいて、路面勾配を考慮した走行軌跡を生成する（手順Ｓ１５）。車両が一定勾配を有する走行路を走行するときは、摩擦円半径ｒが一律に減少する。このため、図３に示すように車両が一定勾配を有する単一Ｕ字カーブを走行する場合における路面勾配を考慮した走行軌跡としては、図４中の細実線Ｑで示すようなものとなる。このとき、勾配の無い平坦路を走行する場合に対し（太実線Ｐ参照）、車両の走行ラインも若干異なるが、大きな速度差が生じるようになる。

続いて、摩擦円半径の演算回数が予め決められた回数になったかどうかを判断する（手順Ｓ１６）。摩擦円半径の演算回数が予め決められた回数になっていないときは、手順Ｓ１３に戻り、手順Ｓ１３〜Ｓ１５を繰り返し実行し、摩擦円半径の演算回数が予め決められた回数になったときは、本処理を終了する。

最初に路面勾配を考慮しない走行軌跡に基づいて摩擦円半径を求めるだけでは、摩擦円半径に誤差が生じる可能性があるが、路面勾配を考慮した走行軌跡に基づいて摩擦円半径を再計算することで、摩擦円半径の精度を向上させることができる。

以上において、軌跡生成演算部４の上記手順Ｓ１１は、車両が走行する走行路の路面勾配の情報を取得する勾配情報取得手段を構成する。同手順Ｓ１２，Ｓ１３は、路面勾配を含む情報に基づいて車両の車輪の接地荷重を算出する接地荷重算出手段を構成する。同手順Ｓ１４は、接地荷重に基づいて車輪の摩擦円半径を導出する手段を構成する。

以上のように本実施形態にあっては、車両が走行する走行路の路面勾配情報を取得し、その路面勾配を考慮しない走行軌跡を生成し、路面勾配情報及び路面勾配を考慮しない走行軌跡等に基づいて、当該走行路の路面に対するタイヤの接地荷重を算出し、その接地荷重に基づいてタイヤの摩擦円半径を導出するので、路面勾配の変化に応じて接地荷重が変化しても、正確な摩擦円半径を得ることができる。そして、そのような摩擦円半径に基づいて、路面勾配を考慮した走行軌跡を生成するので、車両の適切な走行軌跡を生成することができる。

このとき、路面勾配が上りから下りに変化するときは、接地荷重が抜けるため、摩擦円半径が小さくなるが、摩擦円破綻を引き起こすことなく走行することができる。また、路面勾配が下りから上りに変化するときは、接地荷重が増大し、摩擦円半径が大きくなるため、タイヤ発生能力の増加分の性能を生かした走行を行うことができる。

また、車両の横加速度による左右輪の接地荷重変化を加味して摩擦円半径を導出する場合には、カーブ走行時の横加速度によるカーブ外側への車体の沈み込みを原因とする接地荷重の変化を考慮した適切な摩擦円半径を得ることができる。

１…走行軌跡生成装置（摩擦円半径導出装置）、２…地図データベース、３…車両データ記憶部、４…軌跡生成演算部（勾配情報取得手段、接地荷重算出手段）。

Claims

車両の車輪の摩擦円半径を導出する摩擦円半径導出装置において、
前記車両が走行する走行路の路面勾配の情報を取得する勾配情報取得手段と、
前記路面勾配を含む情報に基づいて前記車輪の接地荷重を算出する接地荷重算出手段とを備え、
前記接地荷重に基づいて前記車輪の摩擦円半径を導出することを特徴とする摩擦円半径導出装置。
前記接地荷重算出手段は、前記路面勾配の変化方向を考慮して前記接地荷重を算出することを特徴とする請求項１記載の摩擦円半径導出装置。
前記接地荷重算出手段は、前記路面勾配及び前記車両の横加速度を含む情報に基づいて前記接地荷重を算出することを特徴とする請求項１または２記載の摩擦円半径導出装置。