JP2019137163A - Slip rate calculation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両における前後輪のスリップ率を算出するスリップ率算出装置に関する。 The present invention relates to a slip ratio calculating device that calculates a slip ratio of front and rear wheels in a vehicle.
車両駆動系統の制御において、例えばトラクションコントロールを行う場合には駆動輪のスリップ率を求める必要がある。特許文献1では二輪駆動車を対象とし、従動輪の回転速度に比例させて従動輪速度Vfを計算するとともに駆動輪の回転速度に比例させて駆動輪速度Vrを計算し、VfとVrとの速度差に応じて駆動輪のスリップ率を計算している。つまり、従動輪にはスリップが発生しないのでVfは車速とみなすことができ、これを基準にしてスリップ率を算出している。
In the control of the vehicle drive system, for example, when performing traction control, it is necessary to obtain the slip ratio of the drive wheels. In
特許文献1で対象としている車両は二輪駆動車であることから、従動輪にスリップが発生しないことを前提に駆動輪のスリップ率を算出しているが、四輪駆動車の場合には前後輪共に駆動力がかかりスリップが発生しうる。このため正確なスリップ率の算出が困難である。
Since the vehicle targeted in
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、四輪駆動車においてスリップ率を正確に求めることのできるスリップ率算出装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a slip ratio calculation apparatus that can accurately determine a slip ratio in a four-wheel drive vehicle.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるスリップ率算出装置は、前輪摩擦係数を算出する前輪摩擦係数算出手段と、後輪摩擦係数を算出する後輪摩擦係数算出手段と、前後輪車輪速差を算出する前後輪車輪速差算出手段と、前輪摩擦係数算出手段によって算出された前輪摩擦係数、前記後輪摩擦係数算出手段によって算出された後輪摩擦係数、および前記前後輪車輪速差算出手段によって算出された前後輪車輪速差に基づいて前後輪のスリップ率を算出するスリップ率算出手段と、を有し、前記スリップ率算出手段は、前記前輪摩擦係数が前記後輪摩擦係数より大きいときには、スリップ率Sを後輪摩擦係数×前後輪車輪速差/(前輪摩擦係数−後輪摩擦係数)+前後輪車輪速差を用いて算出し、前記後輪摩擦係数が前記前輪摩擦係数より大きいときには、スリップ率Sを前輪摩擦係数×前後輪車輪速差/(後輪摩擦係数−前輪摩擦係数)+前後輪車輪速差を用いて算出することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a slip ratio calculating device according to the present invention includes a front wheel friction coefficient calculating means for calculating a front wheel friction coefficient, and a rear wheel friction coefficient calculating means for calculating a rear wheel friction coefficient. Front and rear wheel speed difference calculating means for calculating front and rear wheel speed differences; front wheel friction coefficient calculated by front wheel friction coefficient calculating means; rear wheel friction coefficient calculated by the rear wheel friction coefficient calculating means; and Slip ratio calculating means for calculating the slip ratio of the front and rear wheels based on the front and rear wheel speed difference calculated by the front and rear wheel speed difference calculating means, wherein the slip ratio calculating means has the front wheel friction coefficient as the When the rear wheel friction coefficient is larger than the rear wheel friction coefficient, the slip ratio S is calculated by using rear wheel friction coefficient x front and rear wheel speed difference / (front wheel friction coefficient-rear wheel friction coefficient) + front and rear wheel speed difference. But Serial When greater than the front wheel friction coefficient, the front-wheel friction coefficient × the front and rear wheel speed difference / slip ratio S - and calculates using (rear wheel friction coefficient front wheel friction coefficient) + the front and rear wheel speed difference.
本発明にかかるスリップ率算出装置では、前輪摩擦係数、後輪摩擦係数、前後輪車輪速差を用いて、四輪駆動車においてスリップ率を正確に求めることができる。 In the slip ratio calculating apparatus according to the present invention, the slip ratio can be accurately obtained in a four-wheel drive vehicle using the front wheel friction coefficient, the rear wheel friction coefficient, and the front and rear wheel speed differences.
以下に、本発明にかかるスリップ率算出装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, an embodiment of a slip ratio calculating device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment.
図1に示すように、本発明にかかるスリップ率算出装置の実施形態は四輪駆動式の車両10に搭載されたECU(Electronic Control Unit)12として実現されている。ECU12は、CPU(Central Processing Unit)やRAM(Random Access Memory)などを有するマイクロコンピュータを主体にして構成される。ECU12は、入力されたデータおよび予め記憶しているデータおよびプログラムを使用して演算を行い、その演算結果を指令信号として出力する。ECU12は、ソフトウェアにより実現してもよいし、IC(Integrated Circuit)等のハードウェアにより実現してもよいし、ソフトウェア及びハードウェアを併用して実現してもよい。
As shown in FIG. 1, the embodiment of the slip ratio calculating device according to the present invention is realized as an ECU (Electronic Control Unit) 12 mounted on a four-
車両10は前輪Tfと後輪Trに対してそれぞれ駆動力が発生する。前輪Tfおよび後輪Trは駆動力が伝達されていることから僅かながらもスリップが発生する。車両10で、例えばトラクションコントロールを行う場合にはスリップ率Sを求める必要があり、スリップ率Sを求めるためにはその時点の正確な車速が必要である。ところが、車両10では従動輪が1つも存在しないことから、その時点の正確な車速を求めることができない。これに対してECU12では、以下に示す手段によってスリップ率Sを算出することができる。
The
図2に示すように、ECU12には加速度センサ14、前輪回転数センサ16および後輪回転数センサ18が接続されている。加速度センサ14は車両10の加速度Gを検出する。前輪回転数センサ16は前輪Tfの前輪回転数Nfを検出する。後輪回転数センサ18は後輪Trの後輪回転数Nrを検出する。前輪Tfおよび後輪Trの回転数を検出するセンサは4輪すべてに設けてもよい。また、ECU12には、エンジン(原動機)総駆動力33および減速化信号35が入力される。ECU12は、エンジン制御部20、ブレーキ制御部22、4WD制御部37およびトルクベクタリング制御部39に接続されており、エンジン出力やブレーキ力を調整することによりトラクションコントロールを行ったり、4WD走行時の制御や駆動輪へのトルク配分を行うトルクベクタリングの制御を行ったりする。図2に示すセンサ類や制御対象は代表的なものだけであり、ECU12にはこの他のセンサ類や制御対象が接続されていてもよい。
As shown in FIG. 2, an acceleration sensor 14, a front wheel speed sensor 16, and a rear wheel speed sensor 18 are connected to the
ECU12は前輪摩擦係数算出手段24と、後輪摩擦係数算出手段26と、前後輪車輪速差算出手段28と、スリップ率算出手段30と、トラクション制御部32とを有する。前輪摩擦係数算出手段24は前輪摩擦係数μfを算出する部分である。後輪摩擦係数算出手段26は後輪摩擦係数μrを算出する部分である。前後輪車輪速差算出手段28は前後輪車輪速差ΔNを算出する部分である。スリップ率算出手段30はスリップ率Sを算出する。トラクション制御部32はスリップ率算出手段30で求められたスリップ率Sに基づいてトラクション制御を行う。スリップ率算出手段30は後述するステップS5およびステップS6に対応する。
The ECU 12 includes a front wheel friction coefficient calculation means 24, a rear wheel friction coefficient calculation means 26, front and rear wheel speed difference calculation means 28, a slip ratio calculation means 30, and a
ECU12は図3に示す手順に基づいてスリップ率Sを算出する。まず、ステップS1において、その時点の車速VがV>0Km/hであるかを調べる。V>0Km/hであればステップS2へ移り、V=0であればそのままステップS1を継続して待機する。車速Vはある程度正確な値でなくとも、例えばスピードメータに表す数値を用いればよい。
The
ステップS2において、後輪Trへの駆動力配分が0N・mより大きいか調べる。駆動力配分が0N・mより大きければステップS3へ移り、そうでなければステップS5へ移る。 In step S2, it is checked whether the driving force distribution to the rear wheel Tr is larger than 0 N · m. If the driving force distribution is greater than 0 N · m, the process proceeds to step S3, and if not, the process proceeds to step S5.
ステップS3において、後輪Trおよび前輪Tfの駆動力係数が駆動力閾値よりも大きいか調べる。係数閾値よりも大きければステップS4へ移り、そうでなければステップS5へ移る。駆動力係数は後述する後輪摩擦係数μrおよび前輪摩擦係数μfに相当する。 In step S3, it is checked whether the driving force coefficients of the rear wheel Tr and the front wheel Tf are larger than the driving force threshold value. If it is larger than the coefficient threshold value, the process proceeds to step S4, and if not, the process proceeds to step S5. The driving force coefficient corresponds to a rear wheel friction coefficient μr and a front wheel friction coefficient μf described later.
ステップS4において、前後輪車輪速差ΔNが第1閾値よりも大きくかつ第2閾値よりも小さいという条件を満たすか調べる。この条件を満たせばステップS6へ移り満たしていなければステップS5へ移る。 In step S4, it is checked whether or not the condition that the front-rear wheel speed difference ΔN is larger than the first threshold and smaller than the second threshold is satisfied. If this condition is satisfied, the process proceeds to step S6. If not satisfied, the process proceeds to step S5.
ステップS5およびS6ではともにスリップ率Sの算出を行うが、ステップS5では第1の計算方法により算出し、ステップS6では第2の計算方法により算出する。ステップS5において行う第1の計算方法は従来と同様の計算方法であり、以下の式(1)による。
S=(前輪回転数Nf−後輪回転数Nr)/前輪回転数Nf … (1)
In steps S5 and S6, the slip ratio S is calculated. In step S5, the slip ratio S is calculated. In step S6, the slip ratio S is calculated. The first calculation method performed in step S5 is the same calculation method as the conventional one, and is based on the following formula (1).
S = (front wheel rotational speed Nf−rear wheel rotational speed Nr) / front wheel rotational speed Nf (1)
この式(1)は前輪Tfにスリップがないという仮定で行う計算であり、次に述べるステップS6の第2の計算方法が適用できない場合に行うものである。スリップ率Sの計算精度としては第1の計算方法よりも第2の計算方法で行うことが好ましい。 This equation (1) is a calculation performed on the assumption that there is no slip in the front wheel Tf, and is performed when the second calculation method in step S6 described below cannot be applied. The calculation accuracy of the slip ratio S is preferably performed by the second calculation method rather than the first calculation method.
次に、ステップS6において行う第2の計算方法について述べる。第2の計算方法では後述する式(2)および式(3)を用いるが、まずこれらの式(2)および式(3)の算出根拠について説明する。図4はスリップ率Sと摩擦係数μとの関係を示すグラフである。なお、摩擦係数μは、荷重Wに対する駆動力Fの比率を示すパラメータであることから駆動力係数と呼ぶこともできる。そのため、図4および図5においては摩擦係数μを示す縦軸を駆動力係数と表記している。横軸はスリップ率Sを示し右に向かって増大する。縦軸は摩擦係数μであり上に向かって増大する。 Next, the second calculation method performed in step S6 will be described. In the second calculation method, formula (2) and formula (3), which will be described later, are used. First, the basis for calculating these formula (2) and formula (3) will be described. FIG. 4 is a graph showing the relationship between the slip ratio S and the friction coefficient μ. Note that the friction coefficient μ is a parameter indicating the ratio of the driving force F to the load W, and therefore can be called a driving force coefficient. Therefore, in FIG. 4 and FIG. 5, the vertical axis indicating the friction coefficient μ is expressed as a driving force coefficient. The horizontal axis indicates the slip ratio S and increases toward the right. The vertical axis represents the friction coefficient μ and increases upward.
図4に示すように、スリップ率Sと摩擦係数μとの関係は走行する路面の種類によって異なる。グラフ40は乾燥したアスファルトの場合であり、グラフ42は薄い水膜で濡れたアスファルトの場合であり、グラフ44は厚い水膜で濡れたアスファルトの場合であり、グラフ46は新しい雪の場合であり、グラフ48は固まった雪の場合であり、グラフ50は滑らかな氷の場合である。図4から分かるように、スリップ率Sが10%以下である範囲52は各グラフ40〜50とも概ね線形変化領域とみなすことができる。本実施の形態において、この線形変化領域が、補正によりスリップ率Sを求める領域である。なお、スリップ率Sが10%を超える場合には、ステップS6の第2の計算方法は適当でないため、他の計算方法を適用する。
As shown in FIG. 4, the relationship between the slip ratio S and the friction coefficient μ varies depending on the type of road surface on which the vehicle travels.
図5は、図4における範囲52の一部を拡大したものである。ここではスリップ率Sが0〜0.03程度を示しており、十分に線形な領域である。グラフ40の傾きは、路面の摩擦係数μによって変わる。図5に示す場合、μ=1のときスリップ率S=0.03である。また、ここでは図5におけるグラフ40を例示しているが、他のグラフ42〜50でも同様である。図5において、Srは後輪スリップ率であり、Sfは前輪スリップ率であり、点Prは後輪の挙動を示し、点Pfは前輪の挙動を示し、μfは前輪摩擦係数を示し、μrは後輪摩擦係数を示している。ここで、後輪スリップ率Srまたは前輪スリップ率Sfのいずれか一方は、他方を基準として前後輪車輪速差ΔNとして表すことができる。ここではSf=ΔNとする。
FIG. 5 is an enlarged view of a part of the
グラフ40は十分に線形であって直線とみなせることから、相似則によりμr:μf=Sr:(Sr+ΔN)、つまりμf×Sr=μr×(Sr+ΔN)である。この式を変形すると、後輪スリップ率Srは、Sr=μr×ΔN/(μf−μr)と表される。一方、求めようとするスリップ率Sは後輪スリップ率Srと前輪スリップ率Sfとの合計であるから、S=Sr+Sf=Sr+ΔNであり、以下の式(2)が成立する。
Since the
S=後輪摩擦係数μr×前後輪車輪速差ΔN/(前輪摩擦係数μf−後輪摩擦係数μr)+前後輪車輪速差ΔN … (2)
この式(2)は、前輪摩擦係数μfが後輪摩擦係数μrよりも大きいときに成立するものである。逆に後輪摩擦係数μrが前輪摩擦係数μfよりも大きいときには、同様の根拠により次の式(3)が成立する。
S = Rear wheel friction coefficient μr × Front wheel speed difference ΔN / (Front wheel friction coefficient μf−Rear wheel friction coefficient μr) + Front wheel speed difference ΔN (2)
This equation (2) is established when the front wheel friction coefficient μf is larger than the rear wheel friction coefficient μr. Conversely, when the rear wheel friction coefficient μr is larger than the front wheel friction coefficient μf, the following equation (3) is established on the same basis.
S=前輪摩擦係数μf×前後輪車輪速差ΔN/(後輪摩擦係数μr−前輪摩擦係数μf)+前後輪車輪速差ΔN … (3) S = front wheel friction coefficient μf × front and rear wheel speed difference ΔN / (rear wheel friction coefficient μr−front wheel friction coefficient μf) + front and rear wheel speed difference ΔN (3)
式(2)および式(3)で用いる前輪摩擦係数μfおよび後輪摩擦係数μrは以下のように求められる。まず、加速度Gから前輪荷重Wfと後輪荷重Wr(図1参照)とを求める。さらに、前輪駆動力Ffと後輪駆動力Frとを求める。これらの前輪駆動力Ffおよび後輪駆動力Frは、慣性損失を除去した値として求めておく。 The front wheel friction coefficient μf and the rear wheel friction coefficient μr used in the expressions (2) and (3) are obtained as follows. First, a front wheel load Wf and a rear wheel load Wr (see FIG. 1) are obtained from the acceleration G. Further, a front wheel driving force Ff and a rear wheel driving force Fr are obtained. These front wheel driving force Ff and rear wheel driving force Fr are obtained as values from which inertia loss is removed.
さらに、摩擦係数μと荷重Wと駆動力Fとの関係式F=μW、すなわちμ=F/Wから摩擦係数μを求める。具体的には前輪摩擦係数μfをμf=Ff/Wf、後輪摩擦係数μrをμr=Fr/Wrとして個別に求められる。この計算は前輪摩擦係数算出手段24および後輪摩擦係数算出手段26によって行われる。 Further, the friction coefficient μ is obtained from the relational expression F = μW of the friction coefficient μ, the load W, and the driving force F, that is, μ = F / W. Specifically, the front wheel friction coefficient μf is determined individually as μf = Ff / Wf, and the rear wheel friction coefficient μr is determined as μr = Fr / Wr. This calculation is performed by the front wheel friction coefficient calculation means 24 and the rear wheel friction coefficient calculation means 26.
前後輪車輪速差ΔNは、前後輪車輪速差算出手段28によって前輪回転数Nfと後輪回転数Nrとの差として求められる。これらの前輪摩擦係数μf、後輪摩擦係数μrおよび前後輪車輪速差ΔNは式(2)および式(3)に代入され、スリップ率Sが求められる。求められたスリップ率Sは例えばトラクション制御部32で利用される。
The front and rear wheel speed difference ΔN is obtained by the front and rear wheel speed difference calculating means 28 as a difference between the front wheel speed Nf and the rear wheel speed Nr. These front wheel friction coefficient μf, rear wheel friction coefficient μr, and front and rear wheel speed difference ΔN are substituted into equations (2) and (3), and the slip ratio S is obtained. The obtained slip ratio S is used by the
このように、構成されるスリップ率算出装置としてのECU12によれば、スリップ率Sが微小な範囲52において摩擦係数μと比例関係になる特性を利用して式(2)および式(3)が成立するので、該式(2)および式(3)によってスリップ率Sを精度よく算出することができる。また、ECU12によれば、従動輪のない四輪駆動車においてもスリップ率Sを正確に求めることができる。
As described above, according to the
本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that the present invention can be freely changed without departing from the gist of the present invention.
10 車両
12 ECU(スリップ率算出装置)
24 前輪摩擦係数算出手段
26 後輪摩擦係数算出手段
28 前後輪車輪速差算出手段
30 スリップ率算出手段
Ff 前輪駆動力
Fr 後輪駆動力
Nf 前輪回転数
Nr 後輪回転数
S スリップ率
Sf 前輪スリップ率
Sr 後輪スリップ率
Tf 前輪
Tr 後輪
Vf 従動輪速度
Vr 駆動輪速度
Wf 前輪荷重
Wr 後輪荷重
μf 前輪摩擦係数
μr 後輪摩擦係数
ΔN 前後輪車輪速差
10
24 front wheel friction coefficient calculating means 26 rear wheel friction coefficient calculating means 28 front and rear wheel speed difference calculating means 30 slip ratio calculating means Ff front wheel driving force Fr rear wheel driving force Nf front wheel speed Nr rear wheel speed S slip ratio Sf front wheel slip Rate Sr Rear wheel slip ratio Tf Front wheel Tr Rear wheel Vf Driven wheel speed Vr Drive wheel speed Wf Front wheel load Wr Rear wheel load μf Front wheel friction coefficient μr Rear wheel friction coefficient ΔN Front wheel speed difference
Claims (1)
後輪摩擦係数を算出する後輪摩擦係数算出手段と、
前後輪車輪速差を算出する前後輪車輪速差算出手段と、
前輪摩擦係数算出手段によって算出された前輪摩擦係数、前記後輪摩擦係数算出手段によって算出された後輪摩擦係数、および前記前後輪車輪速差算出手段によって算出された前後輪車輪速差に基づいて前後輪のスリップ率を算出するスリップ率算出手段と、
を有し、
前記スリップ率算出手段は、
前記前輪摩擦係数が前記後輪摩擦係数より大きいときには、スリップ率Sを
後輪摩擦係数×前後輪車輪速差/(前輪摩擦係数−後輪摩擦係数)+前後輪車輪速差
を用いて算出し、
前記後輪摩擦係数が前記前輪摩擦係数より大きいときには、スリップ率Sを
前輪摩擦係数×前後輪車輪速差/(後輪摩擦係数−前輪摩擦係数)+前後輪車輪速差
を用いて算出することを特徴とするスリップ率算出装置。 Front wheel friction coefficient calculating means for calculating a front wheel friction coefficient;
Rear wheel friction coefficient calculating means for calculating a rear wheel friction coefficient;
Front and rear wheel speed difference calculating means for calculating front and rear wheel speed differences;
Based on the front wheel friction coefficient calculated by the front wheel friction coefficient calculation means, the rear wheel friction coefficient calculated by the rear wheel friction coefficient calculation means, and the front and rear wheel speed differences calculated by the front and rear wheel speed difference calculation means. Slip ratio calculating means for calculating the slip ratio of the front and rear wheels;
Have
The slip ratio calculating means includes
When the front wheel friction coefficient is greater than the rear wheel friction coefficient, the slip ratio S is calculated using the following formula: rear wheel friction coefficient × front and rear wheel wheel speed difference / (front wheel friction coefficient−rear wheel friction coefficient) + front and rear wheel speed difference. ,
When the rear wheel friction coefficient is larger than the front wheel friction coefficient, the slip ratio S is calculated using the following formula: front wheel friction coefficient × front and rear wheel wheel speed difference / (rear wheel friction coefficient−front wheel friction coefficient) + front and rear wheel speed difference. A slip ratio calculating device characterized by the above.
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