JP4289294B2

JP4289294B2 - トラクション制御装置

Info

Publication number: JP4289294B2
Application number: JP2004368330A
Authority: JP
Inventors: 喜朗入江; 知昭森本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-12-20
Filing date: 2004-12-20
Publication date: 2009-07-01
Anticipated expiration: 2024-12-20
Also published as: JP2006177166A

Description

本発明は車両の発進時や急加速時に駆動輪が空転して駆動トルクが路面に伝達されない現象を抑制することで、発進性や加速性を向上させるトラクション制御装置に関する。

駆動輪の駆動力を有効に路面に伝えて効果的に車両を走行させるため、駆動輪の駆動力や制動力を調整して駆動輪の空転傾向を抑制するトラクション制御（ＴＲＣ：Traction Control）技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。このようなＴＲＣ技術においては、登坂路、深雪路、悪泥路等の路面を走行する際には、非駆動輪への走行抵抗が大きくなり、駆動輪のスリップ率が大きいと判定される結果、過度にＴＲＣの制御状態に突入しやすくなり、その結果、駆動トルクが必要以上に絞られる結果、走行に必要な駆動トルクを下回ることになり、発進性、加速性が却って低下したり、最悪の場合には停止したり、停止状態からの脱出ができなくなったりするおそれがある。

特許文献１の技術では、このような過剰なＴＲＣの制御状態への移行を抑制するため、ＴＲＣの制御中に制御開始時の車体速度よりも車体速度が所定以上低くなった場合には、エンジンの減速量をそれ以外の場合よりも抑制する制御を行うことで、過剰なＴＲＣ制御が行われるのを抑制しようとするものである。
特開平７−４２８３号公報

この技術においては、悪路等においてはエンジンの減速量を一律に低下させるため、タイヤのμ−ｓピークからはずれてしまう可能性が高く、スリップ量が必ずしも適切にはならない。その結果、走行性・制御性が低下してしまうおそれがある。

そこで本発明は、深雪路や悪泥路であってもトルクを適正に制御することを可能としたトラクション制御装置を提供することを課題とする。

各車輪の車輪速を検出する車輪速センサと、車体に作用する加速度を検出する加速度センサと、車輪速センサと加速度センサの出力から駆動輪の目標車輪速を設定し、当該目標車輪速が達成されるよう駆動輪に付与する駆動トルクを調整する制御部とを備えるトラクション制御装置において、制御部は駆動輪の出力トルクから路面摩擦に応じた抵抗トルクと、空気抵抗や転がり抵抗に対応する走行抵抗相当トルクを差し引いた損失トルクを推定し、この損失トルクが第１の所定値以上の場合には、損失トルクが大きいほど目標車輪速度をそれ以外の場合に比べて増大させ、増大後に目標車輪速度を減少させる場合には減少幅に制限を設ける制御を行うことを特徴とする。

つまり、タイヤから路面へと伝達されるトルクのうち、深雪路で雪をはね上げたり、悪泥路で泥をはね上げたりするのに用いられて走行に寄与しないトルクを車体加速度と車輪速情報を基にして推定し、損失が大きい場合には、目標車輪速度をそれ以外の場合に比較して増大させることで、スリップ率を増大させる。つまり、トラクション制御を抑制する制御を行う。このとき、目標車輪速度の増大量、つまり、かさ上げ量を損失が大きいほど増大させることでトラクション制御の抑制量を大きくする。

制御部は、損失トルクが第１の所定値を超える第２の所定値以上の場合には、トラクション制御を解除するとよい。つまり、極端な泥濘路や深雪路等の損失トルクが非常に大きい条件においては、トラクション制御を自動的にオフにする。

本発明によれば、損失トルクを推定して、これに応じて目標車輪速度を制御することでトラクション制御の抑制量を適切に制御することができる。このため、路面の状態に応じた適切な駆動トルクを付与することができ、過剰なトラクション制御を抑制して、発進性や加速性を向上させる。また、損失トルクが大きい場合にはトラクション制御をオフにすることで、極端な泥濘路や深雪路からの脱出が容易になる。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。

図１は、本実施形態に係るトラクション制御装置を搭載した車両の構成概略図である。本図に示すように、この車両は、エンジン１３を車両の前方に配置して、その駆動軸に接続される右後輪１ＲＲおよび左後輪１ＲＬを駆動輪とし、操舵輪である右前輪１ＦＲおよび左前輪１ＦＬを従動輪としたフロントエンジン・リヤドライブ（ＦＲ）形式の車両である。なお、本発明は、ＦＲ形式の車両に限られるものではなく、フロントエンジン・フロントドライブ（ＦＦ）形式や４輪駆動形式等の他の形式においても採用することも可能である。

従動輪１ＦＲ、１ＦＬ及び駆動輪１ＲＲ、１ＲＬには、それぞれの車輪速を検出する車輪速センサ２ＦＲ、２ＦＬ、２ＲＲ、２ＲＬが配置されている。また、各車輪１ＦＬ〜１ＲＲには制動装置であるブレーキディスク３が装備される。各ブレーキディスク３に対して、ブレーキパッド４及びホイールシリンダ５を内蔵したブレーキキャリパ６が配置される。各ホイールシリンダ５は、ブレーキ配管７を介してブレーキアクチュエータ８へと接続されている。

ブレーキアクチュエータ８は、油圧ポンプや電磁バルブ等によって構成される。ブレーキアクチュエータ８には、マスタシリンダ９が接続されており、このマスタシリンダ９には、ブレーキペダル１０からブレーキブースターを介して運転者の制動操作量であるペダル踏力が入力される。運転者がブレーキペダル１０を踏み込んだ制動操作時には、ブレーキアクチュエータ８内の油圧ポンプによってマスタシリンダ９内のブレーキオイルをブレーキ配管７を介してホイールシリンダ５へと送出することで、ホイールシリンダ５内の油圧を上昇させることにより各車輪１ＦＬ〜１ＲＲに制動力を付与する。

より詳細には、ホイールシリンダ５内の油圧を上昇させることで、ブレーキパッド４がブレーキディスク３へと押圧され、ブレーキパッド４とブレーキディスク３間の摩擦力によってブレーキディスク３と連結されている各車輪１ＦＬ〜１ＲＲの回転を妨げ、制動を行う。このように、ブレーキディスク３、ブレーキパッド４、ホイールシリンダ５、ブレーキキャリパ６、ブレーキ配管７及びブレーキアクチュエータ８が制動手段として機能する。

ブレーキアクチュエータ８は、運転者によるブレーキペダル１０操作がない場合（例えば、トラクション制御中）においても、トラクションＥＣＵ１１の指令によって電磁バルブを適宜調整することで制動力を付与することができる。そして、電磁バルブの開閉によって各ホイールシリンダ５内の油圧を個別に調節することにより、各車輪１ＦＬ〜１ＲＲに付与する制動力を個別に調節可能である。この個別調整は、運転者による制動操作時、非操作時のいずれにおいても行うことができる。なお、本実施形態に用いられているブレーキシステムは、ディスクブレーキシステムであるが、ドラムブレーキシステムなど他のブレーキシステムであってもよい。

ブレーキアクチュエータ８は、車両のトラクション制御を行うトラクションＥＣＵ（Electronic Control Unit）１１に接続され、ブレーキアクチュエータ８が有している油圧ポンプや電磁バルブ等はトラクションＥＣＵ１１の指示により駆動される。また、車輪速センサ２ＦＲ〜２ＲＬの出力信号もトラクションＥＣＵ１１へと入力されている。また、車両の前後加速度を検出する加速度センサ１６の出力信号もトラクションＥＣＵ１１に入力される。さらに、ブレーキアクチュエータ８内に配置される図示していない油圧センサ等の出力信号も同様にトラクションＥＣＵ１１に入力されている。

さらに、このトラクションＥＣＵ１１は、エンジン制御用電子制御装置であるエンジンＥＣＵ１２とも接続されており、制動力制御とエンジン出力制御（駆動力制御）とを協調させることができるように構成されている。

エンジンＥＣＵ１２は、エンジン１３及びトランスミッション１４と接続されており、エンジン１３の吸入空気量制御、燃料噴射量制御、点火時期制御等のエンジン制御全般を司っている。即ち、エンジンＥＣＵ１２は、エンジン出力制御手段として機能する。また、エンジンＥＣＵ１２は、トランスミッション１４の変速制御も実行し得る。

トラクションＥＣＵ１１は、演算を行うマイクロプロセッサ、このマイクロプロセッサに各処理を実行させるためのプログラムを記憶するＲＯＭ、演算結果などの各種データを記憶するＲＡＭ及び１２Ｖバッテリによってその記憶内容が保持されるバックアップＲＡＭ等を有している。

以下、本発明にかかるトラクション制御装置の動作について具体的に説明する。図２は、この制御装置の制御動作を説明するフローチャートである。この制御は、トラクションＥＣＵ１１によって実行されるものであり、運転者による制動操作を行っていない場合に限り所定のタイミングごとに繰り返し実行される。

最初に、車両状態量を読み込む（ステップＳ１）。具体的には、各車輪速センサ２ＦＬ〜２ＲＲの出力信号と、加速度センサ１６の出力信号を読み込む。次に、これらから既知の手法によって基準車輪速、車速、路面μの推定を行う（ステップＳ２）。次に、ＴＲＣ制御中か悪路走行中かのいずれかの条件を満たしているかを判定する（ステップＳ３）。この悪路走行中か否かは後述する悪路走行中判定により判定され、その結果が保持されている。

いずれかの条件が満たされている場合には、さらに、路面損失トルクを推定する（ステップＳ４）。この路面損失トルクとは、車輪の出力トルクから、路面μに応じた抵抗トルクと、空気抵抗や転がり抵抗に対応する走行抵抗相当トルクを差し引いたものであり、走行、つまり、車体の加速に直接寄与しない成分である。これらは、車速や車両加速度から推定可能であり、マップ形式でトラクションＥＣＵ１１内に保持しておいてもよい。また、簡易的には、車体加速度、車両荷重から推定される必要トルクとの差としても求めることができる。

こうして求めた路面損失トルクの生の値は、時間的変動が大きく、推定によるノイズ成分・誤差成分も大きいことから、ノイズの除去、誤判定の防止と制御精度向上のため、一次遅れフィルタリングを行う（ステップＳ５）。フィルタリング後の路面損失トルクの推定値を修正推定値と称する。図３は、このフィルタの特性例を示したものであり、図４には、フィルタリングによる入出力結果の一例を示している。このようにフィルタリングを行い、その遅れを１〜２秒程度に設定しておくと、瞬間的（１秒以内程度）に損失トルクが増大するような場合、たとえば、舗装路面上で濡れた鉄板等（工事用鉄板やマンホール）上を通過したような場合に、短時間でトラクション制御の形式を切り換えることがなく、それによる制御の不安定さを引き起こすのを防止できる。

求めた路面損失トルクの修正推定値に応じて目標車輪速度のかさ上げ量TargetUpを求める（ステップＳ６）。図５は、かさ上げ量TargetUpと路面損失トルクの修正推定値との対応の一例を示すグラフである。路面損失トルクの修正推定値が所定値Ａ未満の場合には、TargetUpは０であり、修正推定値が所定値Ｂ以上の場合には、TargetUpは所定値αとされる。そして、修正推定値がＡ以上Ｂ未満の場合には、TargetUpは修正推定値に対して線型的に増大するよう設定される。なお、修正推定値とかさ上げ量TargetUpとの対応は図５に示される対応線図に限られるものではなく、修正推定値の増大に連れてかさ上げ量TargetUpが増大する形式であればその他の形式でもよい。

次に、addTarget変数を設定する（ステップＳ７）。これは、前回のタイムステップにおけるaddTarget変数の値から所定量ΔaddTarget分を差し引くことにより設定される。次に、求めたaddTargetの値とTargetUpの値とを比較していずれか大きなほうを新しいaddTargetの値に設定する（ステップＳ８）。これにより、TargetUp値が急減した場合にaddTarget値の時間的な減少量をΔaddTarget以内に抑制して、車輪の過剰なロックを抑制する。

続いて、addTargetの値が０より大きいか否かを判定し（ステップＳ９）、０より大きい場合には、悪路走行中と判定する（ステップＳ１０）。ステップＳ９でaddTargetの値が０（０より小さくなることはない）と判定した場合と、ステップＳ１０終了後は、ステップＳ１１へと移行して、所定のスリップ率から求めた目標車輪速にaddTargetを加算して目標車輪速とし、次に、目標車輪速を実現するのに必要な制動油圧を求めて（ステップＳ１２）、ブレーキアクチュエータ８を制御して、必要な制動力を付与する（ステップＳ１３）。そして、アクセルペダルの状態を判定し（ステップＳ１４）、アクセルオフ状態であれば悪路走行状態でないと判定し（ステップＳ１５）、処理を終了する。アクセル音状態の場合には、悪路走行状態は前回の状態で維持される。

ステップＳ３で、ＴＲＣ制御中でも悪路走行状態判定中でもないと判定された場合には、ステップＳ２０へと移行して、関連変数（路面損失トルクやtargetUp、addTargetの値）を０にリセットして処理を終了する。

図６は、本発明にかかる制御における車体速度と車輪速の時間変化を示す一例である。理解を容易にするため、ここでは、車体速度がほぼ時間に比例して上昇するような例としている。車輪速度は当初は車体速度を若干上回る程度に設定されているが、損失トルクが一定値を超えて悪路判定をした時点（図中のｔ_１）から車体速度に対する差が増大し始める。ここで、差の増大を緩やかに行うことで、空転状態への移行を抑制しつつ、過度なトラクション制御の介入も抑制して、適切なトルクを路面へと伝達することができる。特に、タイヤのμ−ｓピークに近いトルクを与えることが可能となる。悪路走行状態の判定が続いている場合でも、車体速度との差（かさ上げ量）は、一定値で制限されるため、このかさ上げ処理実行時も車輪の空転を抑制することができる。このため、深雪路や泥濘路においても適切なトルクを伝達することができ、走行性・制御性が向上する。

なお、修正推定値がＢより大きいＣ以上の場合には、トラクション制御自体を解除するようにしてもよい。損失トルクが極端に大きい状態でトラクション制御を継続しようとすると泥濘路等で却って脱出が困難になることがある。従来はこのような場合には、トラクション制御を手動でオフにする必要があったが、本発明によれば、自動的にトラクション制御を解除することができるので、操作性が向上する。

以上の説明では、制動力を付与することで、各車輪の出力駆動トルクを調整する形態を説明したが、エンジン出力、車輪間の駆動トルクの伝達比を変更することで各車輪の出力駆動トルクを調整してもよい。さらに、駆動力調整と制動力調整を組み合わせたトラクション制御に対しても本発明は好適に適用できる。

本実施形態に係るトラクション制御装置を搭載した車両の構成概略図である。図１の制御装置の制御動作を説明するフローチャートである。フィルタの特性例を示したものである。図３のフィルタを用いたフィルタリングによる入出力結果の一例を示している。かさ上げ量TargetUpと路面損失トルクの修正推定値との対応の一例を示すグラフである。本発明にかかる制御における車体速度と車輪速の時間変化を示す一例である。

符号の説明

１ＦＬ〜１ＲＲ…車輪、２ＦＬ〜２ＲＲ…車輪速センサ、３…ブレーキディスク、４…ブレーキパッド、５…ホイールシリンダ、６…ブレーキキャリパ、７…ブレーキ配管、８…ブレーキアクチュエータ、９…マスタシリンダ、１０…ブレーキペダル、１１…トラクションＥＣＵ、１２…エンジンＥＣＵ、１３…エンジン、１４…トランスミッション、１６…加速度センサ。

Claims

各車輪の車輪速を検出する車輪速センサと、車体に作用する加速度を検出する加速度センサと、前記車輪速センサと加速度センサの出力から駆動輪の目標車輪速を設定し、当該目標車輪速が達成されるよう駆動輪に付与する駆動トルクを調整する制御部とを備えるトラクション制御装置において、
前記制御部は駆動輪の出力トルクから路面摩擦に応じた抵抗トルクと、空気抵抗や転がり抵抗に対応する走行抵抗相当トルクを差し引いた損失トルクを推定し、前記損失トルクが第１の所定値以上の場合には、損失トルクが大きいほど目標車輪速度をそれ以外の場合に比べて増大させ、増大後に目標車輪速度を減少させる場合には減少幅に制限を設ける制御を行うことを特徴とするトラクション制御装置。
前記制御部は、前記損失トルクが前記第１の所定値を超える第２の所定値以上の場合には、トラクション制御を解除することを特徴とする請求項２記載のトラクション制御装置。