JP6753534B2

JP6753534B2 - 車両の制御方法及び車両の制御装置

Info

Publication number: JP6753534B2
Application number: JP2019536383A
Authority: JP
Inventors: 勝義小川; 淳弘森
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2017-08-16
Filing date: 2017-08-16
Publication date: 2020-09-09
Anticipated expiration: 2037-08-16
Also published as: US10882529B2; US20200231155A1; EP3670285B1; CN111032471A; EP3670285A4; WO2019035188A1; JPWO2019035188A1; CN111032471B; EP3670285A1

Description

本発明は、路面摩擦係数を推定する車両の制御方法及び車両の制御装置に関する。

特許文献１には、車輪速に基づいてスリップ比を算出し、車輪に作用する駆動力とスリップ比との関係に基づいて路面摩擦係数を推定する技術が開示されている。

特開２０１７−８７７８６号公報

一般に、車輪速センサは、車輪の回転に応じて発生したパルス信号をフィルタ処理して車輪速信号に変換している。よって、特許文献１の技術において、スリップ比を算出する際に車輪速信号を用いると、フィルタ処理に伴って情報が欠損し、微小なスリップ状態を検出することができず、精度の高い路面摩擦係数を推定することができないという問題があった。

本発明の目的は、路面摩擦係数を精度よく推定可能な車両の制御方法及び車両の制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明では、車両の前輪及び後輪の回転に応じたパルス信号の立ち上がり及び立下りでカウントアップし、前輪でカウントアップした値と、後輪でカウントアップした値との差の時間変化率に基づいて路面摩擦係数を推定することとした。

よって、情報が欠損した車輪速信号に代えて、パルス信号を用いたため、微小なスリップ状態を検出することができ、精度の高い路面摩擦係数を推定できる。

実施例１の車両のシステム図である。実施例１の車両の駆動力配分制御の制御マップである。実施例１の路面μ推定方法を表す特性図である。高μ路と低μ路のそれぞれで、実際のスリップ率と減速度の関係をプロットした実験結果である。実施例１の車輪速センサの構成を表す概略図である。実施例１の車輪速センサにより検出されたパルス信号のカウント値の関係を表す図である。実施例１の路面摩擦係数推定処理を表すフローチャートである。

１エンジン
２自動変速機
３トランスファ
１０ブレーキコントローラ
２０コントローラ
CS 一体型センサ
SS 車輪速センサ

〔実施例１〕
図１は、実施例１の車両のシステム図である。実施例１の車両は後輪駆動ベースの四輪駆動車両である。車両は、エンジン１と、自動変速機２と、トランスファ３とを有する。自動変速機２は、エンジン１の回転数を変速し、エンジン１から出力されトルクの一部又は全部をリアドライブシャフトRDSから出力する。リアドライブシャフトRDSから出力されたトルクは、左後輪ドライブシャフトDRL及び右後輪ドライブシャフトDRRを介して後輪RL,RR（以下、単に後輪とも記載する。）に伝達される。また、トランスファ３は、エンジン１から出力されたトルクの一部をフロントドライブシャフトFDSから出力する。フロントドライブシャフトFDSから出力されたトルクは、左前輪ドライブシャフトDFL及び右前輪ドライブシャフトDFRを介して前輪FL,FR（以下、単に前輪とも記載する。）に伝達される。

車両は、各車輪FL,FR,RL,RRの回転状態を検出する車輪速センサSS(FL,FR,RL,RR)と、車両の前後加速度Gx、横加速度Gy、ヨーレイトYawを検出する一体型センサCSを有する。ブレーキコントローラ１０は、車輪速センサSSのセンサ信号（パルス信号）を受信し、車輪速Vwや車体速Vxを演算する。車輪速センサSSの詳細については後述する。また、一体型センサCSから各種センサ信号（Gx,Gy,Yaw）を受信する。

ブレーキコントローラ１０は、受信したセンサ信号及び演算した情報に基づいて、車輪のロック傾向を抑制するアンチロックブレーキ制御（以下、ABSと記載する。）、車両の挙動を安定化させるビークルダイナミクスコントロール制御（以下、VDCと記載する。）、図外の自動運転コントローラから受信した制動要求に基づく自動制動制御等を実行し、図外のブレーキ状態を制御する。

コントローラ２０は、エンジン１の運転状態を制御するエンジン制御部と、自動変速機２の変速状態を制御する変速制御部と、トランスファ３の駆動力配分状態を制御する駆動力配分制御部と、を有する。エンジン制御部は、エンジン１の回転数やトルクをスロットル開度、燃料噴射量、プラグ点火タイミング等により制御する。変速制御部は、車速VSPとアクセルペダル開度APOに基づいて最適な変速段を決定し、自動変速機２内の油圧制御によって選択された変速段に変速する。駆動力配分制御部は、車両の走行状態に基づいて、前輪に配分する駆動力と後輪に配分する駆動力とを演算し、トランスファ３から前輪側に伝達するトルクを制御する。

ブレーキコントローラ１０とコントローラ２０とは、ＣＡＮ通信線を介して接続されている。コントローラ２０は、ブレーキコントローラ１０から車輪速センサSSのパルス信号、車輪速Vw、車体速Vx、前後加速度Gx、横加速度Gy、ヨーレイトYaw等のデータを受信する。ブレーキコントローラ１０は、コントローラ２０からエンジントルク情報、変速段、駆動力配分状態等のデータを受信する。

図２は、実施例１の車両の駆動力配分制御の制御マップである。横軸に路面摩擦係数（以下、路面μと記載する。）を取り、縦軸にフロントドライブシャフトFDS及びリアドライブシャフトRDSの合計トルクを取ったものである。図２中の閾値Ｌ１は、後輪が路面に伝達可能なトルクの最大値を表し、閾値Ｌ２は、前輪と後輪の両方から路面に伝達可能なトルクの最大値を表す。図２中の閾値Ｌ１より下方の領域Ｓ１は、後輪駆動で走行する領域である。閾値Ｌ１の特性は、路面μが低ければＬ１の値は小さく、路面μが高ければＬ１の値は大きくなる特性を有する。図２中の閾値Ｌ１より上方、かつ閾値Ｌ２より下方の領域Ｓ２は、四輪駆動で走行する領域である。駆動力配分制御部は、エンジン１から出力されたトルクのうち、Ｌ１を後輪に配分し、残りのトルクを前輪に配分する。

図２中の閾値Ｌ２より情報の領域Ｓ３は、四輪駆動で走行しつつエンジン１にトルクダウンを要求する領域である。領域Ｓ３は、エンジン１から出力されたトルクのうち、Ｌ１を後輪に配分し、Ｌ２とＬ１の差分を前輪に配分したとしても、過剰なトルクがエンジン１から出力されることを表す。この場合、駆動力配分制御部は、エンジン１に対し、エンジントルクからＬ２を差し引いたトルク分のトルクダウン要求を行う。

図３は、実施例１の路面μ推定方法を表す特性図である。この特性図は、横軸に車輪のスリップ率を取り、縦軸に前後加速度を取ったものである。図３中の基準μ特性とは、予め実験等で高μ路における特性を測定した基準線である。仮に、基準μ特性を表す路面μを「１」とする。ここで、任意のスリップ率において、路面μと前後加速度が線形の関係を有することが知られている。よって、あるスリップ率Ｓ１における基準μ特性で発生する前後加速度である基準前後加速度をGbaseとし、低μでの前後加速度をGlowとしたとき、以下の関係が成立する。
基準μ：低μ＝Gbase：Glow
よって、
低μ＝（Glow/Gbase）×基準μ
基準μは１なので、低μは、基準前後加速度Gbaseに対するGlowの比率で表される。以上から、精度の高いスリップ率を算出することができれば、精度の高い路面μを推定できる。

図２に示すように、実施例１の車両では、駆動力配分制御を行うにときに、路面μを用いる。車輪から路面に伝達できる力と相関があるからである。実施例１の車両では、路面μを推定する際、車輪速センサSSのパルス信号を用いて推定するパルスμ推定処理部と、車輪速センサSSから算出された車輪速Vwを用いて推定する車輪速μ推定処理部と、を有する。

（車輪速μ推定処理について）
ブレーキコントローラ１０は、車輪速センサSSからパルス信号を受信すると、単位時間あたりに含まれるパルス信号の数に基づいて第１車輪速を演算する。そして、第１車輪速にノイズ除去の観点からフィルタ処理を行い、安定した車輪速Vwを演算する。次に、各輪で演算された車輪速Vwから車体速Vxを演算する。車体速Vxの演算は、例えば、各輪のVwのセレクトローや、前輪平均車輪速Vwf-aveと後輪平均車輪速Vwr-aveとの間のセレクトローを行う。更に、検出された前後加速度Gxを用いて補正等を行ってもよい。そして、車輪速Vwを車体速Vxで除して車輪速基準スリップ率Svwを算出する。次に、図３に示す基準μ特性から、車輪速基準スリップ率Svwにおける基準前後加速度Gbaseを算出し、現在の前後加速度Gcurを基準前後加速度Gbaseで除し、車輪速基準路面摩擦係数μVwを算出する。ここで、現在の前後加速度Gcurは、一体型センサCSにより検出された前後加速度Gxでもよいし、車輪速Vxの変化率dVx/dtを用いてもよい。

図４は、高μ路と低μ路のそれぞれで、実際のスリップ率と減速度の関係をプロットした実験結果である。図４の高μ判定領域は、スリップ率に対する減速度が大きな領域であり、駆動力配分制御部が制御上、高μと判定し得る領域を表す。図４の低μ判定領域は、スリップ率に対する減速度が小さな領域であり、駆動力配分制御部が制御上、低μと判定し得る領域を表す。ここで、実際の高μ路を走行したときの実験結果を▲でプロットし、実際の低μ路を走行したときの実験結果を◆でプロットした。高μ路での実験結果である▲は、概ね高μ判定領域内に出現しており、低μ路と誤判定する例は少ないことが理解できる。これに対し、低μ路での実験結果は、高μ判定領域内に多数の◆がプロットされており、高μ路と誤判定している例が非常に多いことが理解できる。これは、上述したように、車輪速Vwを用いた際、フィルタ処理等が施された結果、特にスリップ開始初期の微小なスリップ状態に関する情報が欠損したことによると考えられる。そこで、発明者は、ブレーキコントローラ１０から出力された車輪速Vwではなく、ブレーキコントローラ１０から、情報が欠損する前の車輪速センサSSのパルス信号を受信して路面μを推定することとした。

（パルスμ推定処理について）
図５は、実施例１の車輪速センサの構成を表す概略図である。図５に示すように、車輪速センサSSは、車輪と一体に回転する歯を有し、歯の凹凸変化によるインピーダンス変化に基づいてパルス信号を形成する。このとき、パルス信号の立ち上がり及び立下りをカウントアップした値（以下、パルスカウント値と記載する）を用いる。

図６は、実施例１の車輪速センサにより検出されたパルス信号のカウント値の関係を表す図である。図６(i)は、左前輪のパルスカウント値と、左後輪のパルスカウント値との関係を表す。図６(ii)は、図６(i)のパルスカウント値の差（左後輪パルスカウント値―左前輪パルスカウント値）を表す。また、図６(iii)は、図６(i)の区間（Ａ）を拡大した拡大図、図６(iv)は、図６(ii)の区間（Ａ）を拡大した拡大図である。尚、区間（Ａ）の開始時点でパルスカウント値がリセットされているのは、運転者がブレーキペダルを踏み込み、減速を開始したことを示す。ブレーキペダルの踏み込みによる減速時であるため、前輪側の車輪速が低下しやすい状況である。車両は、減速時に荷重が前輪側に移動するため、一般に前輪側のブレーキ容量が大きく設定されているからである。

図５に示すように、車輪速センサSSの歯は、各輪それぞれが独立して回転しており、各輪の車輪速センサSSの歯の凹凸が必ずしも同期していない。よって、カウントアップを開始すると、初期のパルスカウント値の差は、０もしくは−１となる。そして、前輪側の回転数が後輪側の回転数よりも早く低下し、前輪のパルスカウント値のカウントアップ速度が低下すると、パルスカウント値の差が１となる。言い換えると、パルスカウント値の差が１となった瞬間は、前輪の車輪速センサSSの歯の凹凸と、後輪の車輪速センサSSの歯の凹凸とが同期した瞬間を示す。よって、パルスカウント値の差が１を示したタイミングで、時間の計測を開始する。

そして、パルスカウント値の差が１から２へと変化するのにかかる時間、２から３へと変化するのにかかる時間といった、差が１つ変化するまでの時間ｔｘを計測する。「パルスカウント値の差が１から２へと変化する」とは、前輪の車輪速センサSSの歯が一歯分だけ回転する間に、後輪の車輪速センサSSの歯が２歯分回転することを表す。よって、車輪速センサSSの歯数と、パルスカウント値の差と、時間ｔｘとから、前輪と後輪との間の相対速度ΔVpulsを算出できる。制動初期における後輪の車輪速は、路面との間のスリップが極めて小さいため、ほぼ車体速Vxとみなせる。後輪の車輪速をVwr、前輪の車輪速をVwf、パルスμ推定処理による前輪のスリップ率をSpulsとすると、
Vwf＝Vwr - ΔVpuls
Spuls＝（Vwr - Vwf）／Vx
Vwr＝Vx
よって、
Spuls＝ΔVpuls/Vwr
で表される。尚、実施例１では、パルスカウント値の差が３になるまで時間ｔｘを計測し、この時点でSpulsを算出する。これにより、パルス信号を直接使用した場合であっても、ノイズ等の影響を抑制し、安定したスリップ率Spulsを演算できる。この精度の高いスリップ率Spulsを用いて図３に示す路面μ推定を行う。

上記のようにパルスカウント値の差に基づいてスリップ率Spulsを算出することで、微小スリップ領域であっても、精度よくスリップ率を算出することに成功した。すなわち、車輪速Vwを用いてスリップ率を算出した際には、スリップ率が増大し、車輪と路面との間に作用する力が最大値付近においては、精度よくスリップ率を算出できる。しかし、車輪と路面との間に作用する力が最大値よりも手前のスリップ開始時点（微小スリップ領域）では、ノイズが除去される過程で情報が欠損し、精度よくスリップ率を算出することが困難であった。

しかしながら、車輪速センサSSのパルス信号をそのまま使用し、前後輪のパルスカウント値の差の時間変化率に基づいてスリップ率Spulsを演算することで、スリップ開始直後の微小スリップを精度よく算出できることを見出した。実際に、スリップ率Spulsを用いて図５に示す実験を行ったところ、誤判定をほぼ１００％排除することに成功した。よって、Spulsを用いて推定したパルス基準路面摩擦係数μpulsを使用し、駆動力配分制御を行うことで、安定した走行状態を実現できる。

尚、実施例１では、路面μを推定する際、左前輪のパルス信号と左後輪のパルス信号を用いた左側パルス基準路面摩擦係数μpuls_Lと、右前輪のパルス信号と右後輪のパルス信号を用いた右側パルス基準路面摩擦係数μpuls_Rとを、それぞれ算出することとしている。これにより、左右輪で異なる路面摩擦係数となるいわゆるスプリットμ路を検出できる。

図７は、実施例１の路面摩擦係数推定処理を表すフローチャートである。
ステップＳ１では、減速を開始したか否かを判断し、減速を開始したと判断したときはステップＳ２に進み、それ以外はステップＳ４に進む。ここで、減速を開始したか否かは、例えば、ブレーキスイッチがＯＮとなったか、あるいは、運転者がシフトレバーを操作し、マニュアルモードでダウンシフトすることでエンジンブレーキ力が作用する状態となったか、といった種々の方法で検出できる。
ステップＳ２では、パルスμ推定処理を行う。パルスμ推定処理の詳細は、上述した通りである。
ステップＳ３では、路面μとしてパルス基準路面摩擦係数μpulsを設定する。

ステップＳ４では、パルス基準路面摩擦係数μpulsが低μを表す所定値μlow以下か否かを判断し、所定値μlow以下と判断したときは、ステップＳ５に進み、継続してパルス基準路面摩擦係数μpulsを使用する。そして、ステップＳ６に進み、加速が終了したか否かを判断し、加速が終了したときはステップＳ７に進み、それ以外の場合はステップＳ５に進む。これは、減速時に低μ路であると判断したときは、加速時であっても継続してパルス基準路面摩擦係数μpulsを使用することで、駆動力配分制御を開始する際に過剰なトルクが配分されることがなく、安定した車両挙動を実現できるからである。

ステップＳ７では、車輪速μ推定処理を行い、ステップＳ８では、路面μとして車輪速基準路面摩擦係数μVwを使用する。車輪速μ推定処理の詳細は、上述した通りである。すなわち、高μ路であると判断したときは、ある程度大きなスリップ率が生じたとしても、車輪から路面に対して効果的にトルクを伝達できる。また、パルスμ推定処理では、パルスカウント値の差が３になるまでSpulsを演算できないが、車輪速Vwや車体速Vxは、ブレーキコントローラ１０から即座に得られるノイズが除去されたデータである。よって、路面状況に応じたトルク配分を実施できる。

以上説明したように、実施例１にあっては、下記の作用効果を奏する。
（１）車両の前輪及び後輪の回転に応じたパルス信号を検出し、パルス信号の立ち上がり及び立下りでカウントアップし、前輪でカウントアップした値と、後輪でカウントアップした値との差の時間変化率に基づいてパルス基準路面摩擦係数μpulsを推定する。
よって、情報が欠損した車輪速信号に代えて、パルス信号を用いたため、微小なスリップ状態を検出することができ、精度の高い路面摩擦係数を推定できる。

（２）路面摩擦係数に基づいてエンジン１の駆動力を前輪と後輪に配分するときに、車両の減速時に推定されたパルス基準路面摩擦係数μpulsがμlow以下（低摩擦係数）のときは、車両の再加速時に、パルス基準路面摩擦係数μpulsに基づいて前輪と後輪への駆動力配分を行う。
よって、加速時に駆動力配分制御を開始する際、過剰なトルクが配分されることがなく、安定した車両挙動を実現できる。

（３）パルス信号の単位時間当たりの数に基づいて車輪速Vwを算出し、車輪速Vwに基づいて車輪速基準路面摩擦係数μVw（第２の路面摩擦係数）を推定し、路面摩擦係数に基づいてエンジン１の駆動力を前輪と後輪に配分するときに、車両の減速時に推定されたパルス基準路面摩擦係数μpulsがμlowより大きい高摩擦係数のときは、車両の再加速時に、車輪速基準路面摩擦係数μVwに基づいて前輪と後輪への駆動力配分を行う。
すなわち、高μ路であると判断したときは、ある程度大きなスリップ率が生じたとしても、車輪から路面に対して効果的にトルクを伝達できる。また、パルスμ推定処理では、パルスカウント値の差が３になるまでSpulsを演算できないが、車輪速Vwや車体速Vxは、ブレーキコントローラ１０から即座に得られるノイズが除去されたデータである。よって、路面状況に応じたトルク配分を実施できる。

（４）パルス基準路面摩擦係数μpulsを推定するときは、右側前輪でカウントアップした値と、右側後輪でカウントアップした値との差の時間変化率に基づいて右側路面摩擦係数μpuls_Rを推定し、左側前輪でカウントアップした値と、左側後輪でカウントアップした値との差の時間変化率に基づいて左側路面摩擦係数μpuls_Lを推定する。
よって、左右輪で路面摩擦係数が異なるスプリットμ路を検出することができ、車両を安定的に制御できる。

〔他の実施例〕
以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、具体的な構成は他の構成であっても良い。実施例１では、後輪駆動ベースの四輪駆動車両に適用した例を示したが、前輪駆動ベースの四輪駆動車両に適用してもよい。また、実施例１では、減速時にパルス基準路面摩擦係数μpulsを推定する例を示したが、加速時にパルス基準路面摩擦係数μpulsを推定してもよい。また、実施例１では、パルス基準路面摩擦係数μpulsと車輪速基準路面摩擦係数μVwの両方を推定し、状況に応じて使用する路面摩擦係数を選択したが、常にパルス基準路面摩擦係数μpulsを使用してもよい。また、実施例１では、駆動力配分制御を行う際に使用する路面摩擦係数を推定したが、他の制動制御や、旋回制御を行う際に使用する路面摩擦係数として推定してもよい。

Claims

車両の前輪及び後輪の回転に応じたパルス信号を検出し、
前記パルス信号の立ち上がり及び立下りでカウントアップし、
前輪でカウントアップした値と、後輪でカウントアップした値との差の時間変化率に基づいて路面摩擦係数を推定することを特徴とする車両の制御方法。
請求項１に記載の車両の制御方法において、
路面摩擦係数に基づいて動力源の駆動力を前輪と後輪に配分するときに、
車両の減速時に推定された路面摩擦係数が低摩擦係数を表す所定値以下のときは、車両の再加速時に、前記低摩擦係数に基づいて前輪と後輪への駆動力配分を行うことを特徴とする車両の制御方法。
請求項１または２に記載の車両の制御方法において、
前記パルス信号の単位時間当たりの数に基づいて車輪速を算出し、
前記車輪速に基づいて第２の路面摩擦係数を推定し、
路面摩擦係数に基づいて動力源の駆動力を前輪と後輪に配分するときに、
車両の減速時に推定された路面摩擦係数が前記所定値より大きいときは、車両の再加速時に、前記第２の摩擦係数に基づいて前輪と後輪への駆動力配分を行うことを特徴とする車両の制御方法。
請求項１ないし３いずれか一つに記載の車両の制御方法において、
前記路面摩擦係数を推定するときは、右側前輪でカウントアップした値と、右側後輪でカウントアップした値との差の時間変化率に基づいて右側路面摩擦係数を推定し、左側前輪でカウントアップした値と、左側後輪でカウントアップした値との差の時間変化率に基づいて左側路面摩擦係数を推定することを特徴とする車両の制御方法。
車両の前輪及び後輪の回転に応じたパルス信号を出力するセンサと、
前記パルス信号の立ち上がり及び立下りをカウントアップし、前輪でカウントアップした値と、後輪でカウントアップした値との差の時間変化率に基づいて路面摩擦係数を推定するコントローラと、
を備えたことを特徴とする車両の制御装置。