JP6541562B2 - 制動性能評価方法、装置、及びプログラム - Google Patents

Description

本開示は、制動性能の評価に関する。

自動車の多くには、ＡＢＳ（Antilock Brake System）が実装されている。制動時にタイヤがロックすると、タイヤが路面をスリップしてしまう。スリップ状態は、ステアリング操作が不能となる。このようなスリップ状態を回避するために、ＡＢＳ制御は、車速とタイヤ回転速度を検出してブレーキ力を制御する。

タイヤに発生する制動力の大きさ（制動時のタイヤの摩擦係数μ）は、スリップ率Ｓに応じて変化する。車速Ｖ_Ｖ、タイヤ回転速度Ｖ_Ｔとすれば、スリップ率は、Ｓ＝（Ｖ_Ｖ−Ｖ_Ｔ）／Ｖ_Ｖで表現される。図６の上段に示すように、スリップ率Ｓがゼロから上昇させていくと、制動力も上昇し、あるスリップ率にて制動力が最大となり、その後は減少していくことが知られている。ＡＢＳは、スリップ率Ｓとタイヤの制動力（摩擦係数μ）との関係（μ−Ｓカーブ）に基づいて、なるべくピークのμが得られるスリップ率になるように、ブレーキを制御する。従来では、制動性能を、μとスリップ率Ｓで評価することが多い。

特開２００８−３０６７１号公報

車両の制動は、ある速度で走行している状態から、時間をかけて減速走行状態又は停止状態へと移行する過渡的な動作である。図６の中段、下段は、車速Ｖ_Ｖとタイヤ回転速度Ｖ_Ｔとの関係、摩擦係数μとスリップ速度Ｖ_Ｓの関係を示す。スリップ速度Ｖ_Ｓは、Ｖ_Ｓ＝Ｖ_Ｖ−Ｖ_Ｔで表される。同図に示すように、一般に、タイヤ摩擦係数μはスリップ速度Ｖ_Ｓに応じて変化する。２つの時点ｔ_Ｋ，ｔ_Ｌのスリップ率Ｓが同じであったとしても、両時点ｔ_Ｋ，ｔ_Ｌの車速Ｖ_Ｖは大きく異なる場合には、同図の下段に示すように両時点ｔ_Ｋ，ｔ_Ｌのμが異なる場合がある。したがって、スリップ率Ｓだけでは、制動性能を適切に評価できているとはいえない。

本開示は、このような課題に着目してなされたものであって、その目的は、制動性能の新たな評価値を提案する制動性能評価方法、装置、及びプログラムを提供することである。

本開示は、上記目的を達成するために、次のような手段を講じている。

すなわち、本開示の制動性能評価方法は、
ＡＢＳ制御を伴う急制動試験に基づき車速とタイヤ回転速度の差であるスリップ速度の時系列データを取得するステップと、
前記時系列データに基づきスリップ速度の最頻値を特定するステップと、
前記最頻値に対するスリップ速度のバラツキに対応する値を評価値として算出するステップと、を含む。

本開示の制動性能評価装置は、
ＡＢＳ制御を伴う急制動試験に基づき車速とタイヤ回転速度の差であるスリップ速度の時系列データを取得するスリップ速度取得部と、
前記時系列データに基づきスリップ速度の最頻値を特定する最頻値特定部と、
前記最頻値に対するスリップ速度のバラツキに対応する値を評価値として算出する評価値算出部と、を備える。

ＡＢＳ制御の結果計測されるスリップ速度の最頻値は、ＡＢＳ制御によって最も使用されるスリップ域を表し、ここでは制御目標とみなすことができる。最頻値に対するスリップ速度のバラツキが大きくなれば、実効μがピークμよりも低くなるので、制動性能が悪化すると考えられる。すなわち、最頻値に対するスリップ速度のバラツキに対応する値が制動性能に相関しているので、新たな評価値を提供できる。

本開示の第１実施形態の制動性能評価装置を示すブロック図。 第１実施形態の装置が実行する評価値算出処理ルーチンを示すフローチャート。 本開示の第２実施形態の制動性能評価装置を示すブロック図。 第２実施形態の装置が実行する評価値算出処理ルーチンを示すフローチャート。 評価値の算出結果及び制動距離を示すグラフ。 摩擦係数、スリップ率、スリップ速度、車速、タイヤ回転速度の関係に関する説明図。

以下、本開示の第１実施形態を、図面を参照して説明する。

＜第１実施形態＞
［制動性能評価装置］
制動性能評価装置１は、制動性能を評価するための評価値を算出する。

具体的に、装置１は、図１に示すように、スリップ速度取得部１０と、最頻値特定部１１と、評価値算出部１２と、を有する。これら各部１０〜１２は、ＣＰＵ、メモリ、各種インターフェイス等を備えたパソコン等の情報処理装置においてＣＰＵが予め記憶されている図示しない処理ルーチンを実行することによりソフトウェア及びハードウェアが協働して実現される。

スリップ速度取得部１０は、ＡＢＳ制御を伴う急制動試験に基づき車速とタイヤの回転速度の差であるスリップ速度の時系列データを取得する。スリップ速度取得部１０は、車両速度取得部１０ａと、タイヤ回転速度取得部１０ｂと、スリップ速度算出部１０ｃと、を有する。

車両速度取得部１０ａは、ＡＢＳ制御を伴う急制動試験により得られる車速の時系列データ［Ｖ_Ｖ，…，Ｖ_Ｖ］を取得する。Ｖ_Ｖは車速を示す。車両速度取得部１０ａは、実車に取り付けられる計測装置からデータを受信するように構成されていてもよいし、ユーザによってデータを入力されるように構成されていてもよい。

タイヤ回転速度取得部１０ｂは、ＡＢＳ制御を伴う急制動試験により得られるタイヤ回転速度の時系列データ［Ｖ_Ｔ，…，Ｖ_Ｔ］を取得する。Ｖ_Ｔはタイヤ回転速度を示す。タイヤ回転速度取得部１０ｂは、実車に取り付けられる計測装置からデータを受信するように構成されていてもよいし、ユーザによってデータを入力されるように構成されていてもよい。

スリップ速度算出部１０ｃは、車両速度取得部１０ａが取得した車速の時系列データ［Ｖ_Ｖ，…，Ｖ_Ｖ］及びタイヤ回転速度取得部１０ｂが取得したタイヤ回転速度の時系列データ［Ｖ_Ｔ，…，Ｖ_Ｔ］に基づき、スリップ速度の時系列データ［Ｖ_Ｓ，…，Ｖ_Ｓ］を算出する。スリップ速度Ｖ_Ｓは、Ｖ_Ｓ＝Ｖ_Ｖ−Ｖ_Ｔという演算で算出できる。

最頻値特定部１１は、スリップ速度の時系列データ［Ｖ_Ｓ，…，Ｖ_Ｓ］に基づきスリップ速度の最頻値Ｖ_ＭＯＤＥを特定する。ＡＢＳは、ピークμを得るための或る制御目標に近づくようにブレーキを制御するので、結果として、スリップ速度の最頻値Ｖ_ＭＯＤＥが、ＡＢＳ制御による制御目標とみなせる。

評価値算出部１２は、最頻値Ｖ_ＭＯＤＥに対するスリップ速度Ｖ_Ｓのバラツキに対応する値を評価値として算出する。バラツキに対応する値（バラツキ具合を示す値）として、本実施形態では、スリップ速度Ｖ_Ｓと最頻値Ｖ_ＭＯＤＥの差分の二乗平均平方根Ｖ_ＲＭＳを算出しているが、これに限定されない。二乗平均平方根Ｖ_ＲＭＳは次の式（１）で表現できる。
ここで、Ｎはスリップ速度の時系列データを構成するデータ数を示し、Ｖ_Ｓ，ｉは、Ｎ個のスリップ速度のうちｉ番目の値を示す。

本実施形態では、バラツキに対応する値として、スリップ速度Ｖ_Ｓと最頻値Ｖ_ＭＯＤＥの差分の二乗平均平方根Ｖ_ＲＭＳを算出しているが、バラツキの大きさを示す値であれば、これに限定されない。例えば、分散や標準偏差が挙げられる。なお、算出した評価値は、図示しないディスプレイや外部などの出力部を介して外部に出力してもよい。分散Ｖ_ＶＡＲは式（２）、標準偏差Ｖ_ＳＤは式（３）で表される。

［制動性能評価方法］
上記装置１の動作について図１〜２を参照しつつ説明する。

まず、ステップＳＴ１において、スリップ速度取得部１０は、ＡＢＳ制御を伴う急制動試験に基づき車速Ｖ_Ｖとタイヤ回転速度Ｖ_Ｔの差であるスリップ速度の時系列データ［Ｖ_Ｓ，…，Ｖ_Ｓ］を取得する。

次のステップＳＴ２において、最頻値特定部１１は、スリップ速度の時系列データ［Ｖ_Ｓ，…，Ｖ_Ｓ］に基づき、スリップ速度の最頻値Ｖ_ＭＯＤＥを特定する。

次のステップＳＴ３において、評価値算出部１２は、最頻値Ｖ_ＭＯＤＥに対するスリップ速度Ｖ_Ｓのバラツキに対応する値Ｖ_ＲＭＳを評価値として算出する。

＜第２実施形態＞
次に、本開示の第２実施形態について図３及び４を用いて説明する。第１実施形態と同じ部分には同じ符号を付して説明を省略する。第２実施形態は、第１実施形態に対して、摩擦係数μを取り扱う機能を付加してある。

［制動性能評価装置］
図３に示すように、装置１’は、μ取得部１３と、μ最頻値特定部１４と、μバラツキ算出部１５と、を有する。

μ取得部１３は、ＡＢＳ制御を伴う急制動試験に基づき、タイヤと路面の摩擦係数μの時系列データ［μ，…，μ］を取得する。μ取得部１３は、計測装置からデータを受信するように構成されていてもよいし、ユーザによってデータを入力されるように構成されていてもよい。

μ最頻値特定部１４は、μの時系列データに基づきμ最頻値（μ_ＭＯＤＥ）を特定する。

μバラツキ算出部１５は、μ最頻値Ｖ_ＭＯＤＥに対するμのバラツキに対応する値を評価値の一つとして算出する。本実施形態では、バラツキに対応する値として、摩擦係数μとμ最頻値（μ_ＭＯＤＥ）の差分の二乗平均平方根μ_ＲＭＳを算出しているが、これに限定されない。この点については、評価値算出部１２と同様の処理を採用できる。

［制動性能評価方法］
上記装置１’の動作について図３〜４を参照しつつ説明する。ステップＳＴ１〜３は、第１実施形態と同じであるために説明を省略する。ステップＳＴ４〜６とステップＳＴ１〜３の実行順序は適宜変更可能である。

ステップＳＴ４において、μ取得部１３は、ＡＢＳ制御を伴う急制動試験に基づきタイヤと路面の摩擦係数μの時系列データ［μ，…，μ］を取得する。

次のステップＳＴ５において、μ最頻値特定部１４は、μの時系列データ［μ，…，μ］に基づきμ最頻値（μ_ＭＯＤＥ）を特定する。

次のステップＳＴ６において、μバラツキ算出部１５は、μ最頻値（μ_ＭＯＤＥ）に対するμのバラツキに対応する値（μ_ＲＭＳ）を評価値の一つとして算出する。

第１実施形態及び第２実施形態の装置、方法を用いて、３つのタイヤＡ，Ｂ、Ｃについて評価値を算出した結果を以下に示す。実車制動試験は、試験車両を「Ａｕｄｉ Ａ４」とし、試験タイヤサイズを２２５／５０ＺＲ１７ ９８Ｙとし、タイヤ４３つともに同サイズとし、前輪空気圧を２２０ｋＰａ、後輪空気圧を２００ｋＰａとし、路面をＩＳＯ規定路面にて水深１ｍｍのウエット状態とし、速度を１００ｋｍ／ｈからフルブレーキングで完全に停止するまでの車速Ｖ_Ｖ、タイヤ回転速度Ｖ_Ｔ、摩擦係数μを計測した。

タイヤＡ、Ｂ、Ｃについて、制動距離，μ最頻値（μ_ＭＯＤＥ），μ_ＲＭＳ，Ｖ_ＲＭＳの結果を図５に示す。タイヤＡ，Ｂは、μ最頻値（μ_ＭＯＤＥ）がほぼ同じであるが、制動距離が大きくことなる。スリップ速度のバラツキ（Ｖ_ＲＭＳ）について、タイヤＢよりもタイヤＡの方が大きい。これは、タイヤＢよりもタイヤＡの方が、制御目標に対してスリップ速度のバラツキが大きいことになる。スリップ速度のバラツキが大きいということは、実効μが小さくなる。したがって、スリップ速度のバラツキ（Ｖ_ＲＭＳ）が制動距離に相関することになり、試験結果としても相関が確認される。なお、タイヤＣは、スリップ速度のバラツキ（Ｖ_ＲＭＳ）が一番小さいが、μ最頻値（μ_ＭＯＤＥ）が低いために、制動性能がタイヤＢよりも悪くなったと考えられる。

以上のことから、スリップ速度のバラツキが制動性能の評価値の一つとして利用できることが分かる。勿論、μのバラツキを合わせて見るのが好ましい。

以上のように、本実施形態の制動性能評価方法は、
ＡＢＳ制御を伴う急制動試験に基づき車速Ｖ_Ｖとタイヤ回転速度Ｖ_Ｔの差であるスリップ速度Ｖ_Ｓの時系列データ［Ｖ_Ｓ，…，Ｖ_Ｓ］を取得するステップＳＴ１と、
時系列データ［Ｖ_Ｓ，…，Ｖ_Ｓ］に基づきスリップ速度の最頻値Ｖ_ＭＯＤＥを特定するステップＳＴ２と、
最頻値Ｖ_ＭＯＤＥに対するスリップ速度Ｖ_Ｓのバラツキに対応する値（Ｖ_ＲＭＳ）を評価値として算出するステップと、
を含む。

本実施形態の制動性能評価装置は、
ＡＢＳ制御を伴う急制動試験に基づき車速Ｖ_Ｖとタイヤ回転速度Ｖ_Ｔの差であるスリップ速度Ｖ_Ｓの時系列データ［Ｖ_Ｓ，…，Ｖ_Ｓ］を取得するスリップ速度取得部１０と、
時系列データ［Ｖ_Ｓ，…，Ｖ_Ｓ］に基づきスリップ速度の最頻値Ｖ_ＭＯＤＥを特定する最頻値特定部１１と、
最頻値Ｖ_ＭＯＤＥに対するスリップ速度Ｖ_Ｓのバラツキに対応する値（Ｖ_ＲＭＳ）を評価値として算出する評価値算出部と、
を備える。

ＡＢＳ制御の結果計測されるスリップ速度Ｖ_Ｓの最頻値Ｖ_ＭＯＤＥは、ＡＢＳ制御によって最も使用されるスリップ域を表し、ここでは制御目標とみなすことができる。最頻値Ｖ_ＭＯＤＥに対するスリップ速度Ｖ_Ｓのバラツキ（Ｖ_ＲＭＳ）が大きくなれば、実効μがピークμよりも低くなるので、制動性能が悪化すると考えられる。すなわち、最頻値Ｖ_ＭＯＤＥに対するスリップ速度Ｖ_Ｓのバラツキに対応する値Ｖ_ＲＭＳが制動性能に相関しているので、新たな評価値を提供できる。

車速Ｖ_Ｖ及びタイヤ回転速度Ｖ_Ｔの測定は試験工数コストが比較的低いが、摩擦係数μの計測は試験工数コストを要する。よって、上記方法及び装置であれば、摩擦係数μを計測しなくても或る程度の評価を行えるので、試験工数を低減できる場合がある。

最頻値Ｖ_ＭＯＤＥに対するスリップ速度Ｖ_Ｓのバラツキに対応する値の一例として、スリップ速度Ｖ_Ｓと最頻値Ｖ_ＭＯＤＥの差分の二乗平均平方根Ｖ_ＲＭＳが挙げられる。

本実施形態の方法において、急制動試験に基づきタイヤと路面の摩擦係数μの時系列データ［μ，…，μ］を取得するステップＳＴ４と、μの時系列データ［μ，…，μ］に基づきμ最頻値（μ_ＭＯＤＥ）を特定するステップＳＴ５と、μ最頻値（μ_ＭＯＤＥ）に対するμのバラツキに対応する値（μ_ＲＭＳ）を評価値の一つとして算出するステップＳＴ６と、を含む。

本実施形態の装置において、急制動試験に基づきタイヤと路面の摩擦係数μの時系列データ［μ，…，μ］を取得するμ取得部１３と、μの時系列データ［μ，…，μ］に基づきμ最頻値（μ_ＭＯＤＥ）を特定するμ最頻値特定部１４と、μ最頻値（μ_ＭＯＤＥ）に対するμのバラツキに対応する値（μ_ＲＭＳ）を評価値の一つとして算出するμバラツキ算出部１５と、を備える。

このように、μ最頻値（μ_ＭＯＤＥ）に対するμのバラツキに対応する値も算出するようにすれば、制御目標に対するスリップ速度Ｖ_Ｓのバラツキと、制御目標に対するμのバラツキとを知ることができ、制動性能をより適切に評価できる。

本実施形態のプログラムは、上記方法を構成する各ステップをコンピュータに実行させる。
これらプログラムを実行することによっても、上記方法の奏する作用効果を得ることが可能となる。言い換えると、上記方法を使用しているとも言える。

以上、本開示の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、図１及び図３に示す各部１０〜１５は、所定プログラムをコンピュータのＣＰＵで実行することで実現しているが、各部を専用メモリや専用回路で構成してもよい。

上記の各実施形態で採用している構造を他の任意の実施形態に採用することは可能である。各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

１０…スリップ速度取得部
１１…最頻値特定部
１２…評価値算出部
１３…μ取得部
１４…μ最頻値特定部
１５…μバラツキ算出部

Claims (7)

1. ＡＢＳ制御を伴う急制動試験に基づき車速とタイヤ回転速度の差であるスリップ速度の時系列データを取得するステップと、
   前記時系列データに基づきスリップ速度の最頻値を特定するステップと、
   前記最頻値に対するスリップ速度のバラツキに対応する値を評価値として算出するステップと、
   を含む、制動性能評価方法。
2. 前記バラツキに対応する値は、前記スリップ速度と前記最頻値の差分の二乗平均平方根である、請求項１に記載の方法。
3. 前記急制動試験に基づきタイヤと路面の摩擦係数μの時系列データを取得するステップと、
   前記μの時系列データに基づきμ最頻値を特定するステップと、
   前記μ最頻値に対するμのバラツキに対応する値を評価値の一つとして算出するステップと、
   を含む、請求項１又は２に記載の方法。
4. ＡＢＳ制御を伴う急制動試験に基づき車速とタイヤ回転速度の差であるスリップ速度の時系列データを取得するスリップ速度取得部と、
   前記時系列データに基づきスリップ速度の最頻値を特定する最頻値特定部と、
   前記最頻値に対するスリップ速度のバラツキに対応する値を評価値として算出する評価値算出部と、
   を備える、制動性能評価装置。
5. 前記バラツキに対応する値は、前記スリップ速度と前記最頻値の差分の二乗平均平方根である、請求項４に記載の装置。
6. 前記急制動試験に基づきタイヤと路面の摩擦係数μの時系列データを取得するμ取得部と、
   前記μの時系列データに基づきμ最頻値を特定するμ最頻値特定部と、
   前記μ最頻値に対するμのバラツキに対応する値を評価値の一つとして算出するμバラツキ算出部と、
   を備える、請求項４又は５に記載の装置。
7. 請求項１〜３のいずれかに記載の方法をコンピュータに実行させるプログラム。