JP6789783B2 - 制動距離算出方法、装置、及びプログラム - Google Patents

Description

本開示は、制動距離算出方法、装置及びプログラムに関する。

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。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。

制動距離は、実際のタイヤを装着した実走に計測できる。しかし、タイヤのコスト、車両コスト、人的コストを含むコストが必要となる。制動距離を予測する方法としては、台上試験等にて取得されたタイヤμから見積もることが提案されている。しかし、単一の荷重条件及び速度条件での見積であり、実車制動中のように荷重変化及び速度変化が考慮されていないため、予測精度が十分であるとはいえない。より詳細な予測方法として、詳細な車両モデル及びタイヤモデルを生成し、ＡＢＳ制動シミュレーションを行う手法もあるが、車両及びタイヤモデルの作成にコストがかかり、しかも詳細なタイヤモデルを得るために複数本のタイヤが必要で、試験コストもかかる。

参考として、特許文献１には、タイヤＦＥＭ（Finite Element Method；有限要素法）モデルを用いて、接地面に生じる力を予測することが記載されているが、この文献には制動距離の予測についての記載はない。

特開２０１２−３７２８０号公報

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、制動中に変化する荷重条件及び速度条件に対応し、予測精度を向上させた制動距離算出方法、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、本開示の制動距離算出方法は、
前輪荷重、後輪荷重及び車両速度を含む初期時点に関するデータを設定するステップと、
接地面を構成する微小面毎に接地圧の値を有する接地圧分布データと、接地圧、スリップ速度及び摩擦係数の対応関係を示す摩擦係数データと、を用いて、或る時点における各微小面の摩擦係数と接地圧力とで定まる制動力を合計して、或る時点の制動力をシステム全体で算出するステップと、
制動力、前輪荷重及び後輪荷重に基づき或る時点の制動加速度を算出するステップと、
制動加速度と前輪荷重と後輪荷重とに基づき或る時点における後輪から前輪への荷重移動量を算出するステップと、
或る時点の荷重移動量を用いて次の時点の前輪荷重及び後輪荷重を算出するステップと、
制動加速度を用いて次の時点の車両速度を算出するステップと、
を含み、
前記算出するステップをそれぞれ、初期時点から速度が０になるまで単位時間経過した時点毎に繰り返し実行し、
全ての時点における車両速度と単位時間とに基づき制動距離を算出する。

このように、各時点における後輪から前輪への荷重移動量を算出し、荷重を更新し、各時点において算出した制動加速度により速度を更新し、更新後の荷重及び速度を利用して制動力を算出しているので、単一の荷重条件及び速度条件での予測する場合に比べて、予測精度を向上させることが可能となる。

本開示の制動距離算出装置を示すブロック図。 装置が実行する制動距離算出処理ルーチンを示すフローチャート。 接地圧分布データに関する説明図。 摩擦係数データに関する説明図。

以下、本開示の実施形態を、図面を参照して説明する。

［制動距離算出装置］
制動距離算出装置１は、制動距離を算出する。

具体的に、装置１は、図１に示すように、設定部１０と、制動力算出部１１と、制動加速度算出部１２と、荷重移動量算出部１３と、車両速度算出部１４と、荷重算出部１５と、制動距離算出部１６と、を有する。これら各部１０〜１６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。

設定部１０は、前輪荷重ｍ_ｆ０、後輪荷重ｍ_ｒ０及び車両速度Ｖ_０を含む初期時点（ｉ＝０）に関するデータの入力を操作部を介して受けて、メモリに設定する。初期時点（ｉ＝０）の前輪荷重ｍ_ｆｉ、後輪荷重ｍ_ｒｉ、車両速度Ｖ_ｉは、図１に示すように現時点ｉの初期値として保持される。設定部１０は、その他に、スリップ率Ｓ_ｐ、単位時間Δｔ、接地面を構成する微小面の面積ΔＤ、重力加速度ｇ、ホールベースｌ、重心高さｇ_ｈ等のパラメータの入力を操作部を介して受けて、メモリに設定する。これらは、メモリに予め設定されていてもよい。また、設定部１０は、接地圧分布データ１８及び摩擦係数データ１７の指定を、操作部を介して受ける。

接地圧分布データ１８は、接地面を複数の微小面に細分化し、微小面毎に接地圧の値を有するデータである。図３は、接地圧分布データに関する概念図である。図３の下部には或る状態での接地形状を示す。図３の例では、接地圧分布データは、ｐ１、ｐ２、ｐ３、…、ｐ２０、ｐ２１、…、のように、微小面毎に接地圧の値を有する。本実施形態では、タイヤの荷重をパラメータとして、各微小面の接地圧値を返す関数Ｐ（ｍ）を設けている。
Ｐ（ｍ）＝（ｐ_１、ｐ_２、…）
タイヤの荷重ｍに応じて、各微小面の接地圧が変化する。そのためには、種々の実装方法がある。例えば、荷重に応じて各圧力値が、１次式、２次式、３次式などのある関数に基づき変化する数式モデルを設けてもよい。また、複数の荷重について接地圧分布パターンをデータとして持っておき、パラメータとして入力された荷重に近いものを選択するように構成してもよく、荷重に近い２つのパターンから補間データを生成するようにしてもよい。このとき、出力される微小面の数が一定でもよいし、微小面の数も変化させて荷重に応じて接地面積も変化するように構成してもよい。もちろん、接地面積（微小面の数）も変化した方がよいが、接地面積（微小面の数）が一定であっても、或る程度の精度で予測することはできる。すなわち、荷重に応じて接地圧が変化する接地圧分布データを用いてもよいし、荷重に応じて接地圧及び接地面積が変化する接地圧分布データを用いてもよい。精度としては、後者の方が好ましい。

摩擦係数データ１７は、接地圧、スリップ速度及び摩擦係数の対応関係を示す。摩擦係数データ１７は、接地圧Ｐ、スリップ速度Ｓ及び摩擦係数μの３つからなるデータであり、図４に示すように二次曲面で表すことができる。次のように関数として表現することができる。
μ＝Ｆ（Ｐ，Ｓ）
これらのデータは、例えば台上摩擦試験にて、ゴムサンプルの押しつけ圧Ｐと、スリップ速度Ｓ（すべり速度）を変更して、摩擦係数μを計測することで得ることができる。

制動力算出部１１は、接地圧分布データ１８と、摩擦係数データ１７と、を用いて、或る時点ｉにおける各微小面の摩擦係数と接地圧とで定まる制動力を合計して、或る時点ｉの制動力をシステム全体で算出する。具体的に、制動力算出部１１は、前輪μ算出部１１ａと、後輪μ算出部１１ｂと、を有する。

前輪μ算出部１１ａは、前輪荷重ｍ_ｆｉを入力パラメータとして接地圧分布データ１８を参照し、微小面毎（ｋ＝１〜）に接地圧ｐ_ｋを取得する。前輪μ算出部１１ａは、接地圧
ｐ_ｋ及びスリップ速度（Ｓ_ｖｉ）を入力パラメータとして摩擦係数データ１７を参照し、摩擦係数μを取得する。前輪μ算出部１１ａは、各微小面の摩擦係数μと接地圧ｐ_ｋとで定まる制動力を合計し、前輪荷重ｍ_ｆｉで割ることで前輪全体での摩擦係数μ_ｆｉを算出する。後輪μ算出部１１ｂも同様にし、後輪全体での摩擦係数μ_ｒｉを算出する。これを式で表すと次の式となる。
ここで、ΔＤは、微小面一つあたりの面積である。
スリップ速度Ｓ_ｖｉは、Ｓ_ｖｉ＝Ｓ_ｐＶ_ｉである。
システム全体の制動力は、前輪が２つ、後輪が２つあることから、
２ｍ_ｆｉμ_ｆｉ＋２ｍ_ｒｉμ_ｒｉ と表すことができる。

制動加速度算出部１２は、制動力、前輪荷重ｍ_ｆｉ及び後輪荷重ｍ_ｒｉに基づき或る時点ｉの制動加速度Ｇ_ｉを算出する。式は次の通りである。

荷重移動量算出部１３は、制動加速度Ｇ_ｉと前輪荷重ｍ_ｆｉと後輪荷重ｍ_ｒｉとに基づき或る時点ｉにおける後輪から前輪への一輪あたりの荷重移動量Δｍ_ｉを算出する。式は次の通りである。
ここで、ｌはホイールベース、ｇ_ｈは、重心高さである。

車両速度算出部１４は、制動加速度Ｇ_ｉを用いて次の時点（ｉ＋１）の車両速度Ｖ_ｉ＋１を算出する。式は次の通りである。
Ｖ_ｉ＋１＝Ｖ_ｉ−ｇＧ_ｉΔｔ …（５）
ここで、ｇは重力加速度であり、Δｔは単位時間である。

荷重算出部１５は、或る時点ｉの荷重移動量を用いて次の時点（ｉ＋１）の前輪荷重ｍ_ｆｉ＋１及び後輪荷重ｍ_ｒｉ＋１を算出する。式は次の通りである。
ｍ_ｆｉ＋１＝ｍ_ｆ０＋Δｍ_ｉ …（６）
ｍ_ｒｉ＋１＝ｍ_ｒ０−Δｍ_ｉ …（７）

上記各部１１〜１４による処理は、初期時点（ｉ＝０）から速度Ｖ_ｉが０以下になるまで単位時間Δｔ経過した時点（ｉ＝０〜Ｍ）毎に繰り返し実行される。

制動距離算出部１６は、全ての時点（ｉ＝０〜Ｍ）における速度と単位時間とに基づき制動距離を算出する。具体的には、各時点ｉの速度Ｖ_ｉと、単位時間Δｔとの積算の合計値であり、式で表すと、Σ_ｉ（Ｖ_ｉ＊Δｔ）である。

［制動距離算出方法］
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、設定部１０は、前輪荷重ｍ_ｆ０、後輪荷重ｍ_ｒ０及び車両速度Ｖ_０を含む初期時点（ｉ＝０）に関するデータを設定する。

次のステップＳＴ２において、制動力算出部１１は、初期時点（ｉ＝０）の制動力を算出する。具体的には、前輪μ算出部１１ａが、初期時点の前輪μ_ｆ０を算出し、後輪μ算出部１１ｂが、初期時点の後輪μ_ｒ０を算出する。式（１）及び（２）に基づき、前輪μ_ｆ０及び後輪μ_ｒ０は次の通りである。
μ_ｆ０＝Σ_ｋ｛Ｆ（ｐ_ｋ，Ｖ_０Ｓ_ｐ）ｐ_ｋΔＤ｝／ｍ_ｆ０
μ_ｒ０＝Σ_ｋ｛Ｆ（ｐ_ｋ，Ｖ_０Ｓ_ｐ）ｐ_ｋΔＤ｝／ｍ_ｒ０
制動力は、２ｍ_ｆ０μ_ｆ０＋２ｍ_ｒ０μ_ｒ０ である。制動力は制動加速度Ｇ_ｉを算出するために用いられる。

次にステップＳＴ３において、制動加速度算出部１２は、初期時点（ｉ＝０）の制動加速度Ｇ_０を算出する。式（３）に基づき、制動加速度Ｇ_０は次の通りである。
Ｇ_０＝（ｍ_ｆ０μ_ｆ０＋ｍ_ｒ０μ_ｒ０）／（ｍ_ｆ０＋ｍ_ｒ０）

次のステップＳＴ４において、荷重移動量算出部１３は、初期時点（ｉ＝０）の荷重移動量Δｍ_０を算出する。式（４）に基づき、荷重移動量Δｍ_０は次の通りである。
Δｍ_０＝Ｇ_０（ｍ_ｆ０＋ｍ_ｒ０）ｇ_ｈ／ｌ

次のステップＳＴ５において、荷重算出部１５は、次の時点（ｉ＝１）の前輪荷重ｍ_ｆ１及び後輪荷重ｍ_ｒ１を算出する。式（６）及び（７）に基づき、前輪荷重ｍ_ｆ１及び後輪荷重ｍ_ｒ１は次の通りである。
ｍ_ｆ１＝ｍ_ｆ０＋Δｍ_０ …（６）
ｍ_ｒ１＝ｍ_ｒ０−Δｍ_０ …（７）

次のステップＳＴ６において、車両速度算出部１４は、制動加速度Ｇ_０を用いて次の時点（ｉ＝１）の車両速度Ｖ_１を算出する。式（５）に基づき、車両速度Ｖ_１は次の通りである。
Ｖ_１＝Ｖ_０−ｇＧ_０Δｔ

次の時点（ｉ＝１）から速度が０以下になるまでステップＳＴ７〜１１を繰り返す。

ステップＳＴ７において、制動力算出部１１は、時点（ｉ）の制動力を算出する。次のステップＳＴ８において、制動加速度算出部１２は、時点（ｉ）の制動加速度Ｇ_ｉを算出する。次のステップＳＴ９において、荷重算出部１５は、次の時点（ｉ＋１）の前輪荷重ｍ_ｆｉ＋１及び後輪荷重ｍ_ｒｉ＋１を算出する。次のステップＳＴ１０において、荷重算出部１５は、次の時点（ｉ＋１）の前輪荷重ｍ_ｆｉ＋１及び後輪荷重ｍ_ｒｉ＋１を算出する。次のステップＳＴ１１において、車両速度算出部１４は、制動加速度Ｇ_ｉを用いて次の時点（ｉ＋１）の車両速度Ｖ_ｉ＋１を算出する。次のステップＳＴ１２において、次の時点（ｉ＋１）の車両速度Ｖ_ｉ＋１が０以下であるかを判定し、条件を満たさなければ、現時点を進めて（ｉをｉ＋１にし）、ステップＳＴ７に移行する。ステップＳＴ１２にて条件を満たせば、ステップＳＴ１３へ移る。

ステップＳＴ１３では、制動距離算出部１６が、全ての時点（ｉ＝０〜Ｍ）における速度と単位時間とに基づき制動距離を算出する。

以上のように、本実施形態の制動距離算出方法は、
前輪荷重ｍ_ｆ０、後輪荷重ｍ_ｒ０及び車両速度Ｖ_０を含む初期時点（ｉ＝０）に関するデータを設定するステップ（ＳＴ１）と、
接地面を構成する微小面毎に接地圧の値を有する接地圧分布データ１８と、接地圧、スリップ速度及び摩擦係数の対応関係を示す摩擦係数データ１７と、を用いて、或る時点ｉにおける各微小面の摩擦係数と接地圧力とで定まる制動力を合計して、或る時点の制動力をシステム全体で算出するステップ（ＳＴ２、ＳＴ７）と、
制動力、前輪荷重ｍ_ｆｉ及び後輪荷重ｍ_ｒｉに基づき或る時点ｉの制動加速度Ｇ_ｉを算出するステップ（ＳＴ３、ＳＴ８）と、
制動加速度Ｇ_ｉと前輪荷重ｍ_ｆｉと後輪荷重ｍ_ｒｉとに基づき或る時点ｉにおける後輪から前輪への荷重移動量Δｍ_ｉを算出するステップ（ＳＴ４、ＳＴ９）と、
或る時点ｉの荷重移動量Δｍ_ｉを用いて次の時点（ｉ＋１）の前輪荷重ｍ_ｆｉ＋１及び後輪荷重ｍ_ｒｉ＋１を算出するステップ（ＳＴ５、ＳＴ１０）と、
制動加速度Ｇ_ｉを用いて次の時点（ｉ＋１）の車両速度Ｖ_ｉ＋１を算出するステップ（ＳＴ６、ＳＴ１２）と、を含む。
前記算出するステップをそれぞれ、初期時点（ｉ＝０）から速度が０になるまで単位時間Δｔ経過した時点（ｉ＝０〜Ｍ）毎に繰り返し実行し、
全ての時点（ｉ＝０〜Ｍ）における車両速度Ｖ_ｉと単位時間Δｔとに基づき制動距離を算出する。

本実施形態の制動距離算出装置は、
前輪荷重ｍ_ｆ０、後輪荷重ｍ_ｒ０及び車両速度Ｖ_０を含む初期時点（ｉ＝０）に関するデータを設定する設定部１０と、
接地面を構成する微小面毎に接地圧の値を有する接地圧分布データ１８と、接地圧、スリップ速度及び摩擦係数の対応関係を示す摩擦係数データ１７と、を用いて、或る時点ｉにおける各微小面の摩擦係数と接地圧とで定まる制動力を合計して、或る時点の制動力をシステム全体で算出する制動力算出部１１と、
制動力、前輪荷重ｍ_ｆｉ及び後輪荷重ｍ_ｒｉに基づき或る時点ｉの制動加速度Ｇ_ｉを算出する制動加速度算出部１２と、
制動加速度Ｇ_ｉと前輪荷重ｍ_ｆｉと後輪荷重ｍ_ｒｉとに基づき或る時点ｉにおける後輪から前輪への荷重移動量Δｍ_ｉを算出する荷重移動量算出部１３と、
或る時点ｉの荷重移動量Δｍ_ｉを用いて次の時点（ｉ＋１）の前輪荷重ｍ_ｆｉ＋１及び後輪荷重ｍ_ｒｉ＋１を算出する荷重算出部１５と、
制動加速度Ｇ_ｉを用いて次の時点（ｉ＋１）の車両速度Ｖ_ｉ＋１を算出する車両速度算出部１４と、
制動距離算出部１６と、を備える。
装置１は、制動力算出部１１、制動加速度算出部１２、荷重移動量算出部１３、荷重算出部１５、及び車両速度算出部１４による処理を、初期時点（ｉ＝０）から速度が０になるまで単位時間Δｔ経過した時点（ｉ＝０〜Ｍ）毎に繰り返し実行する。
制動距離算出部１６は、全ての時点（ｉ＝０〜Ｍ）における車両速度Ｖ_ｉと単位時間Δｔとに基づき制動距離を算出する。

このように、各時点における後輪から前輪への荷重移動量を算出し、荷重を更新し、各時点において算出した制動加速度により速度を更新し、更新後の荷重及び速度を利用して制動力を算出しているので、単一の荷重条件及び速度条件での予測する場合に比べて、予測精度を向上させることが可能となる。

本実施形態では、荷重に応じて接地圧が変化する接地圧分布データを用いる。

このように、荷重に応じた接地圧を用いて制動力を算出するので、単一の荷重条件で予測する場合に比べて、予測精度を向上させることが可能となる。

本実施形態では、荷重に応じて接地圧及び接地面積が変化する接地圧分布データを用いる。

このように、荷重に応じた接地圧及び接地面積を用いて制動力を算出するので、より物理現象の再現度が増し、単一の荷重条件で予測する場合に比べて、予測精度を向上させることが可能となる。

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に示す各部１０〜１６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…設定部
１１…制動力算出部
１２…制動加速度算出部
１３…荷重移動量算出部
１４…車両速度算出部
１５…荷重算出部
１６…制動距離算出部

Claims (3)

1. 前輪荷重、後輪荷重及び車両速度を含む初期時点に関するデータを設定するステップと、
   接地面を構成する微小面毎に接地圧の値を有する接地圧分布データと、接地圧、スリップ速度及び摩擦係数の対応関係を示す摩擦係数データと、を用いて、或る時点における各微小面の摩擦係数と接地圧力とで定まる制動力を合計して、或る時点の制動力をシステム全体で算出するステップと、
   制動力、前輪荷重及び後輪荷重に基づき或る時点の制動加速度を算出するステップと、
   制動加速度と前輪荷重と後輪荷重とに基づき或る時点における後輪から前輪への荷重移動量を算出するステップと、
   或る時点の荷重移動量を用いて次の時点の前輪荷重及び後輪荷重を算出するステップと、
   制動加速度を用いて次の時点の車両速度を算出するステップと、
   を含み、
   前記算出するステップをそれぞれ、初期時点から速度が０になるまで単位時間経過した時点毎に繰り返し実行し、
   全ての時点における車両速度と単位時間とに基づき制動距離を算出し、
   荷重に応じて接地圧及び接地面積が変化する接地圧分布データを用いる、制動距離算出方法。
2. 前輪荷重、後輪荷重及び車両速度を含む初期時点に関するデータを設定する設定部と、
   接地面を構成する微小面毎に接地圧の値を有する接地圧分布データと、接地圧、スリップ速度及び摩擦係数の対応関係を示す摩擦係数データと、を用いて、或る時点における各微小面の摩擦係数と接地圧とで定まる制動力を合計して、或る時点の制動力をシステム全体で算出する制動力算出部と、
   制動力、前輪荷重及び後輪荷重に基づき或る時点の制動加速度を算出する制動加速度算出部と、
   制動加速度と前輪荷重と後輪荷重とに基づき或る時点における後輪から前輪への荷重移動量を算出する荷重移動量算出部と、
   或る時点の荷重移動量を用いて次の時点の前輪荷重及び後輪荷重を算出する荷重算出部と、
   制動加速度を用いて次の時点の車両速度を算出する車両速度算出部と、
   制動距離算出部と、
   を備え、
   前記制動力算出部、前記制動加速度算出部、前記荷重移動量算出部、前記荷重算出部、及び前記車両速度算出部による処理を、初期時点から速度が０になるまで単位時間経過した時点毎に繰り返し実行し、
   前記制動距離算出部は、全ての時点における車両速度と単位時間とに基づき制動距離を算出し、
   荷重に応じて接地圧及び接地面積が変化する接地圧分布データを用いる、制動距離算出装置。
3. 請求項１に記載の方法をコンピュータに実行させるプログラム。