JP2019137349A - スキッド判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】四輪駆動車両のスキッド判定装置であって、傾斜した勾配路においても正確にホイールスキッドの有無を精度良く判定できるスキッド判定装置を提供すること。【解決手段】スキッド判定装置は、駆動輪の回転速度に基づいて車速を検出する車速センサと、車体の進行方向に沿った加速度を検出する前後加速度センサと、車速センサによる車速検出値を微分することによって車速微分加速度値を算出する微分演算部と、路面の傾斜角を取得する傾斜角取得手段と、加速度センサによる加速度検出値を傾斜角取得手段による傾斜角で補正することによって基準加速度値を算出する基準加速度演算部と、車速微分加速度値と基準加速度値との差に基づいてホイールスキッドの有無を判定する判定部と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、スキッド判定装置に関する。より詳しくは、車速センサ及び加速度センサを備える四輪駆動車両のスキッド判定装置に関する。

摩擦抵抗が低い勾配路の走行時には、駆動輪が空転した状態になるホイールスキッドが発生する場合がある。駆動輪が空転し、その運動エネルギーが高まった状態でブレーキが操作されたり摩擦抵抗が急激に高くなったりすると、駆動輪の回転が停止し、駆動輪側から車両の駆動系（特に、差動装置）に過大なイナーシャトルクが入力される場合がある。そこで車両では、スキッド判定装置によってホイールスキッドの有無を判定し、ホイールスキッドが発生したと判定した場合には、ホイールの空転を抑制したりギヤ段を制限したりすることによって駆動系を保護する保護制御が実行される。

駆動輪と従動輪とを備える二輪駆動車両では、ホイールスキッドの発生時には駆動輪と従動輪の間で回転速度に差が生じることから、これらの回転速度を比較することによってホイールスキッドの有無を判定できる。

また四輪駆動車両では、例えば特許文献１，２に示されている技術を適用することによってホイールスキッドの有無を判定できる。これら特許文献１，２では、駆動輪に回転速度から算出される加速度と、車体に取り付けられた前後加速度センサを用いて得られる加速度とを比較することによってホイールスキッドの有無を判定する。

特開２００６−２３１９４１号公報 特開平８−２９６４６７号公報

しかしながら従来の四輪駆動車両におけるスキッド判定装置では、路面の勾配については検討されていない。前後加速度センサの検出値は、勾配路では重力によってその傾斜角に応じて変化するが、特許文献１，２の技術では、このような重力の影響については十分に検討されていない。

本発明は、四輪駆動車両のスキッド判定装置であって、傾斜した勾配路においても正確にホイールスキッドの有無を精度良く判定できるスキッド判定装置を提供することを目的とする。

（１）本発明に係るスキッド判定装置（例えば、後述のスキッド判定装置１）は、駆動輪（例えば、後述の前輪ＷＦ及び後輪ＷＲ）の回転速度に基づいて車速を検出する車速センサ（例えば、後述の車速センサ２）と、車体の進行方向に沿った加速度を検出する加速度センサ（例えば、後述の前後加速度センサ３）と、を備える四輪駆動車両のホイールスキッドの有無を判定するものであって、前記車速センサによる車速検出値を微分することによって車速微分加速度値を算出する微分演算部（例えば、後述の微分演算部５１）と、路面の傾斜角を取得する傾斜角取得手段（例えば、後述の傾斜角取得手段４）と、前記加速度センサによる加速度検出値を前記傾斜角取得手段による傾斜角で補正することによって基準加速度値を算出する基準加速度演算部（例えば、後述の基準加速度演算部５２）と、前記車速微分加速度値と前記基準加速度値との差に基づいてホイールスキッドの有無を判定する判定部（例えば、後述の判定部５４）と、を備えることを特徴とする。

（２）この場合、前記傾斜角取得手段は、車両駆動力に基づいて算出される理論加速度値と前記車速微分加速度値との差に基づいて前記傾斜角を算出することが好ましい。

（３）この場合、前記傾斜角取得手段は、前記判定部によってホイールスキッドが有ると判定されている間は、前記傾斜角の更新を停止することが好ましい。

（４）この場合、前記傾斜角取得手段は、ナビゲーションシステムを利用することによって前記傾斜角を取得することが好ましい。

（１）本発明のスキッド判定装置では、車速センサによる車速検出値を微分することによって算出した車速微分加速度値と、加速度センサによる加速度検出値に基づいて算出した基準加速度値との差に基づいてホイールスキッドの有無を判定する。ホイールスキッドが発生した場合、駆動輪が空転することによって車速微分加速度値が基準加速度値に対し急激に上昇することから、本発明では四輪駆動車両であっても精度良くホイールスキッドの有無を判定できる。また勾配路では、加速度センサの検出軸である車体の進行方向が水平面に対し傾斜角だけ傾斜することから、加速度センサの加速度検出値はその分だけオフセットしてしまう。そこで本発明のスキッド判定装置では、傾斜角取得手段によって路面の傾斜角を取得し、この傾斜角を用いて加速度検出値を補正することによって基準加速度値を算出する。よって本発明によれば、四輪駆動車両において勾配路であっても精度良くホイールスキッドの有無を判定できる。

（２）上記のように加速度センサによる加速度検出値は勾配路の傾斜角に応じて変化する。このため勾配路の傾斜角を推定するにあたり、加速度センサの加速度検出値を用いることはできない。そこで本発明の傾斜角取得手段は、車両駆動力に基づいて算出した理論加速度値と車速微分加速度値との差に基づいて傾斜角を算出する。これにより精度良く傾斜角を算出でき、ひいては精度良くホイールスキッドの有無を判定できる。

（３）ホイールスキッドが発生すると、駆動輪が空転することによって車速微分加速度値が急激に上昇してしまい、ひいては傾斜角の推定精度が低下する。そこで本発明のスキッド判定装置では、判定部によってホイールスキッドが有ると判定されている間は、傾斜角取得手段における傾斜角の更新を停止する。これにより傾斜角の推定精度の低下を抑制できる。

（４）本発明の傾斜角取得手段は、ナビゲーションシステムを利用することによって勾配路の傾斜角を取得する。これにより精度良く傾斜角を取得でき、ひいてはホイールスキッドの有無も精度良く判定できる。

本発明の一実施形態に係るスキッド判定装置を備える車両の構成を示す図である。 ＥＣＵにおいて実現される機能のうち、ホイールスキッドの発生の有無を判定するスキッド判定処理の実現に係る部分の構成を示す機能ブロック図である。 スキッド判定装置における判定結果の具体例を示すタイムチャートである。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係るスキッド判定装置１が搭載された車両Ｖの構成を示す図である。なお図１では、重力が作用する鉛直方向に対して垂直な水平面に対し、傾斜角θで傾斜した路面９を走行している状態の車両Ｖを示す。なお以下では、傾斜角θは、登坂時には正になり、降坂時には負になるものと定義する。

車両Ｖは、四輪駆動車両であり、駆動輪である前輪ＷＦ及び駆動輪である後輪ＷＲと、エンジンやモータ等の図示しない動力発生源で発生した駆動トルクを前輪ＷＦ及び後輪ＷＲに伝達し、両輪ＷＦ，ＷＲを回転させる動力伝達装置（図示せず）と、走行中の車両Ｖにおけるホイールスキッドの発生の有無を判定するスキッド判定装置１と、を備える。

スキッド判定装置１は、車速を検出する車速センサ２と、加速度を検出する前後加速度センサ３と、走行中の路面９の傾斜角を取得する傾斜角取得手段４と、これらセンサ２，３及び傾斜角取得手段４によって得られた情報を用いた演算を行うことによってホイールスキッドの発生の有無を判定する電子制御ユニット５（以下、「ＥＣＵ５」との略称を用いる）と、を備える。

車速センサ２は、駆動輪（図１の例では、前輪ＷＦ）の回転速度に基づいて、車両Ｖの進行方向Ｆに沿った移動速度である車速を検出し、検出値に応じた信号をＥＣＵ５へ送信する。車速センサ２には、例えば、駆動輪の車軸の回転数に比例したパルス信号を生成するエンコーダが用いられる。

前後加速度センサ３は、車両Ｖの車体に取り付けられ、車体の進行方向Ｆに沿った加速度を検出し、検出値に応じた信号をＥＣＵ５へ送信する。前後加速度センサ３には、例えば、１軸の加速度センサであって、その検出軸が進行方向Ｆと平行になるように車体に取り付けられたものが用いられる。また以下では、傾斜角が０である平坦路において車両Ｖが加速する場合、前後加速度センサ３の検出値は正となり、減速する場合、前後加速度センサ３の検出値は負となるものとする。

傾斜角取得手段４は、走行中の路面９の傾斜角θを取得し、取得した傾斜角に関する情報をＥＣＵ５へ送信する。このような機能を有する傾斜角取得手段４を実現する構成には、タイプ１とタイプ２との２通りが考えられる。

タイプ１の傾斜角取得手段４は、車両駆動力と、車速センサ２の検出値と、を用いることによって傾斜角を推定する。より具体的には、傾斜角取得手段４は、動力発生源で発生する駆動トルクに基づいて車両Ｖを推進させる駆動力である車両駆動力を算出する駆動力算出部と、算出された車両駆動力及び駆動輪の外径に基づいて車体の加速度である理論加速度値を算出する理論加速度算出部と、車速センサ２の検出値を微分することによって車速微分加速度値を算出する微分演算部と、算出された理論加速度値から車速微分加速度値を減算することによって差分値Δａを算出する差分値算出部と、算出した差分値Δａと既知の重力加速度ｇとを用いた下記演算式（１）によって、傾斜角θを算出する傾斜角算出部と、を備える。上述のように前後加速度センサ３の検出値は、勾配路ではその傾斜角に応じてオフセットする。これに対しタイプ１の傾斜角取得手段４によれば、このような前後加速度センサ３を用いずに、簡易な構成で傾斜角θを取得できる、という利点がある。なおタイプ１の傾斜角取得手段４では、様々なノイズが含まれることを考慮して、このノイズを除去するためのローパスフィルタを適用してもよい。
θ＝ｓｉｎ^−１（Δａ／ｇ） （１）

またタイプ２の傾斜角取得手段４は、図示しないナビゲーションシステムを利用することによって傾斜角を取得する。より具体的には、傾斜角取得手段４は、車両Ｖの現在位置を特定するナビゲーションシステムと、路面の位置情報とその傾斜角情報とが関連付けられている地図データを記憶する記憶媒体と、を備える。傾斜角取得手段４は、ナビゲーションシステムを用いることによって現在の車両Ｖの位置を特定するとともに、特定された位置から上記地図データを検索することによって現在の車両Ｖが走行する路面の傾斜角θを取得する。タイプ２の傾斜角取得手段４によれば、前後加速度センサ３を用いずに精度良く傾斜角θを取得できる、という利点がある。

ＥＣＵ５は、センサの検出信号をＡ／Ｄ変換するＩ／Ｏインターフェース、各種制御プログラムやデータ等を記憶するＲＡＭやＲＯＭ、上記プログラムに従って各種演算処理を実行するＣＰＵ等で構成される。

図２は、ＥＣＵ５において実現される機能のうち、ホイールスキッドの発生の有無を判定するスキッド判定処理の実現に係る部分の構成を示す機能ブロック図である。ＥＣＵ５は、微分演算部５１と、基準加速度演算部５２と、減算部５３と、判定部５４と、を備え、これらを用いることによってホイールスキッドの発生の有無を判定する。

微分演算部５１は、車速センサ２によって得られる車速検出値を時間で微分することによって車速微分加速度値を算出する。

基準加速度演算部５２は、前後加速度センサ３によって得られる加速度検出値を、傾斜角取得手段４によって得られる傾斜角を用いて補正することによって、加速度検出値から重力によるオフセット分を除いた基準加速度値を算出する。より具体的には、基準加速度演算部５２は、下記式（２）に示すように、前後加速度センサ３によって得られる加速度検出値ａに、傾斜角取得手段４によって得られる傾斜角θと重力加速度ｇとを用いて得られる重力オフセット分ｇ×ｓｉｎθを減算することによって基準加速度値ａ´を算出する。
ａ´＝ａ−ｇ×ｓｉｎθ （２）

減算部５３は、微分演算部５１によって得られる車速微分加速度値から基準加速度演算部５２によって得られる基準加速度値を減算することによってスキッド判定加速度値を算出する。

判定部５４は、減算部５３によって得られるスキッド判定加速度値と、予め定められた正の判定閾値と、を比較することによって、ホイールスキッドが発生しているか否かを判定する。より具体的には、判定部５４は、スキッド判定加速度値から判定閾値を減算して得られる値が正である場合には、ホイールスキッドが発生していると判定し、負である場合にはホイールスキッドが発生していないと判定する。

図３は、以上のようなスキッド判定装置１における判定結果の具体例を示すタイムチャートである。図３には、時刻ｔ０において、平坦路に駐車された車両Ｖを発進させた後、時刻ｔ２以降では、傾斜角が正となる勾配路を一定の速度で走行させた場合を示す。図３には、上段から下段に向かって順に、車両Ｖの状態、車速センサ２による車速検出値、加速度センサ３による加速度検出値、微分演算部５１による車速微分加速度値、傾斜角取得手段４による傾斜角、基準加速度演算部５２による基準加速度値、減算部５３によるスキッド判定加速度値、及び判定部５４による判定結果を示す。また図３の例では、傾斜角取得手段４には、タイプ１のものを用いた場合を示す。

先ず、時刻ｔ０から時刻ｔ１の間では、車両Ｖは平坦な路面を一定の加速度の下で加速する。このため、前後加速度センサ３による加速度検出値は正の所定値を示す。また車速センサ２による車速検出値は所定の傾きで上昇し、したがってこれを微分して得られる車速微分加速度値と加速度検出値とは、ほぼ等しい変化を示す。またこの間、路面の傾斜角は０°であるため、基準加速度値と加速度検出値とは等しい。

次に時刻ｔ１から時刻ｔ２の間では、車両Ｖは平坦な路面を一定の速度の下で走行する。このため、前後加速度センサ３による加速度検出値、車速センサ２による車速微分加速度値、及び基準加速度値は、何れも０を示す。

次に時刻ｔ２において、路面の傾斜角は０°から正の所定角へ変化し、またこれ以降時刻ｔ３までの間において、車両Ｖは勾配路を一定の速度の下で走行する。したがってこの間、車速検出値は正の所定値で一定となり、またこれを微分して得られる車速微分加速度値は略０で一定となる。これに対し前後加速度センサ３による加速度検出値は、重力による影響によって正側へオフセットする。また傾斜角取得手段４によって得られる傾斜角は、理論加速度値が上昇する分だけ正側へ変化する（上記式（１）参照）。これにより、基準加速度演算部５２によって得られる基準加速度値は、加速度検出値に表れていたオフセット分がキャンセルされ、略０で一定となる（上記式（２）参照）。

次に時刻ｔ３からｔ４の間では、車両Ｖは勾配路を所定の加速度の下で減速し、その後時刻ｔ４から時刻ｔ５までの間では、車両Ｖは停止する。したがってこの間、車速検出値は一定の傾きで減少し、略０で一定となる。また車速微分加速度値は負側で略一定となり、その後略０で一定となる。また加速度検出値は、傾斜角に応じた正のオフセット分から、減速に応じた分だけ小さくなる。また基準加速度演算部５２によって得られる基準加速度値は、減速に応じた分だけ負側へ大きくなる。

次に時刻ｔ５では、車両Ｖは、勾配路を発進するものの、駆動輪である前輪ＷＦ及び後輪ＷＲが全て空転し、前に進まない。すなわち、時刻ｔ５ではホイールスキッドが発生する。このため、時刻ｔ５以降、車速センサ２による車速検出値は正側へ急激に上昇する。このため、車速検出値を微分して得られる車速微分加速度値もまた正側へ急激に上昇する。なおこの間、車両Ｖはほとんど前に進まないため、前後加速度センサ３による加速度検出値は殆ど変化せず、重力によるオフセット分だけ正側へオフセットしたままである。傾斜角取得手段４により得られる傾斜角は、上記のように車速微分加速度値が上昇する分、減少側に転じる。また傾斜角が減少する分、基準加速度演算部５２による基準加速度値も減少側に転じる。た減算部５３において、車速微分加速度値から基準加速度値を減算することによって得られるスキッド判定加速度値は、時刻ｔ５以降、車速微分加速度値が正側へ急激に上昇する分だけ上昇し始める。

その後、時刻ｔ６では、スキッド判定加速度値が判定閾値を超えたことに応じて、判定部５４は、ホイールスキッドが発生したと判定する。ここで図３に示すように、ホイールスキッドが発生した時刻ｔ５以降、傾斜角取得手段４によって推定される傾斜角もまた、実際の傾斜角に反して減少に転じ始める。しかしながらこの傾斜角の減少は、上記のように車速微分加速度値が上昇したことに起因する。このためタイプ１の傾斜角取得手段４では、判定部５４においてホイールスキッドが発生していると判定されている間は、傾斜角の更新を停止し、図３において実線で示すように傾斜角をホイールスキッドが発生したと判定された時刻ｔ６における値を維持することが好ましい。これにより、図３において破線で示すように、傾斜角を誤って推定してしまうのを防止できる。

以上説明した本実施形態に係るスキッド判定装置１によれば、以下の効果を奏する。
（１）スキッド判定装置１では、車速センサ２による車速検出値を微分することによって算出した車速微分加速度値と、前後加速度センサ３による加速度検出値に基づいて算出した基準加速度値との差に基づいてホイールスキッドの有無を判定する。ホイールスキッドが発生した場合、前輪ＷＦ，ＷＲが空転することによって車速微分加速度値が基準加速度値に対し急激に上昇することから、スキッド判定装置１では、四輪駆動車両であっても精度良くホイールスキッドの有無を判定できる。また勾配路では、前後加速度センサ３の検出軸である車体の進行方向Ｆが水平面に対し傾斜角だけ傾斜することから、前後加速度センサ３の加速度検出値はその分だけオフセットしてしまう。そこでスキッド判定装置１では、傾斜角取得手段４によって路面の傾斜角を取得し、この傾斜角を用いて加速度検出値を補正することによって基準加速度値を算出する。よってスキッド判定装置１によれば、四輪駆動車両において勾配路であっても精度良くホイールスキッドの有無を判定できる。

（２）上記のように前後加速度センサ３による加速度検出値は勾配路の傾斜角に応じて変化する。このため勾配路の傾斜角を推定するにあたり、前後加速度センサ３の加速度検出値を用いることはできない。そこでタイプ１の傾斜角取得手段４は、車両駆動力に基づいて算出した理論加速度値と車速微分加速度値との差に基づいて傾斜角を算出する（上記式（１）参照）。これにより精度良く傾斜角を算出でき、ひいては精度良くホイールスキッドの有無を判定できる。

（３）ホイールスキッドが発生すると、前輪ＷＦ，ＷＲが空転することによって車速微分加速度値が急激に上昇してしまい、ひいては傾斜角の推定精度が低下する。そこでスキッド判定装置１では、判定部５４によってホイールスキッドが有ると判定されている間は、傾斜角取得手段４における傾斜角の更新を停止する。これにより傾斜角の推定精度の低下を抑制できる。

（４）タイプ２の傾斜角取得手段４は、ナビゲーションシステムを利用することによって勾配路の傾斜角を取得する。これにより精度良く傾斜角を取得でき、ひいてはホイールスキッドの有無も精度良く判定できる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限らない。

Ｖ…車両（四輪駆動車両）
ＷＦ…前輪（駆動輪）
ＷＲ…後輪（駆動輪）
１…スキッド判定装置
２…車速センサ
３…前後加速度センサ（加速度センサ）
４…傾斜角取得手段
５…ＥＣＵ
５１…微分演算部
５２…基準加速度演算部
５３…減算部
５４…判定部

Claims (4)

1. 駆動輪の回転速度に基づいて車速を検出する車速センサと、
   車体の進行方向に沿った加速度を検出する加速度センサと、を備える四輪駆動車両のホイールスキッドの有無を判定するスキッド判定装置であって、
   前記車速センサによる車速検出値を微分することによって車速微分加速度値を算出する微分演算部と、
   路面の傾斜角を取得する傾斜角取得手段と、
   前記加速度センサによる加速度検出値を前記傾斜角取得手段による傾斜角で補正することによって基準加速度値を算出する基準加速度演算部と、
   前記車速微分加速度値と前記基準加速度値との差に基づいてホイールスキッドの有無を判定する判定部と、を備えることを特徴とするスキッド判定装置。
2. 前記傾斜角取得手段は、車両駆動力に基づいて算出される理論加速度値と前記車速微分加速度値との差に基づいて前記傾斜角を算出することを特徴とする請求項１に記載のスキッド判定装置。
3. 前記傾斜角取得手段は、前記判定部によってホイールスキッドが有ると判定されている間は、前記傾斜角の更新を停止することを特徴とする請求項２に記載のスキッド判定装置。
4. 前記傾斜角取得手段は、ナビゲーションシステムを利用することによって前記傾斜角を取得することを特徴とする請求項１に記載のスキッド判定装置。

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