JP7272215B2 - 制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両等に搭載される制御装置に関する。

車両には、車両の挙動の安定性や運転のしやすさを高める機能が設けられている。例えば、車両の発進時等の車輪のスリップを抑制するためにエンジン等のアクチュエータの出力等の制御を行うトラクション制御機能（特許文献１参照）や、ユーザがブレーキペダル操作をやめてもアクセルペダル操作を行うまでは制動力を維持するブレーキホールド機能が挙げられる。

特開２００２－５２９６０号公報

車両の駆動輪が路面から受ける力には、路面に垂直な向きの垂直抗力と、路面に平行な向きの摩擦力とが含まれる。エンジン等の出力が伝達された駆動輪には、摩擦力として路面からその反力が作用し、これが車両に発生する駆動力となる。一般に、垂直抗力に対する摩擦力（車両に発生する駆動力）の比である動摩擦係数μが、一定値より大きい範囲においては、動摩擦係数μに対して駆動輪のスリップ率が不定となる範囲（非線形領域）が存在する。そのため、車両の発進時に駆動力が大きくなって、動摩擦係数μが一定値より大きくなると、トラクション制御が不安定となり、過大なスリップや、駆動輪の急な加速による駆動輪サスペンションの上下振動（パワーホップ）が発生し、車両の安定性や運転のしやすさが損なわれるおそれがある。

とくに、急な登坂路を走行する場合、車両に発生させる駆動力が大きくなる。また、車両の前方寄りに重心があり、駆動輪が後輪である車両が、バックで登坂する場合、駆動輪が受ける垂直抗力が小さくなる。このように、駆動力が比較的大きく、垂直抗力が比較的小さい場合、動摩擦係数μが大きくなり、上記課題が顕著となる。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、登坂路発進時の車両の安定性や運転のしやすさを向上する制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一局面は、車両に搭載される制御装置であって、駆動輪が非駆動輪よりも鉛直方向に上方の位置となる勾配を有する路面に車両が停止している状態において、車両が前記路面を登坂する方向に発進した時の駆動輪の動摩擦係数を導出する導出部と、導出部が導出した動摩擦係数が０．８より大きく、かつ、シフトポジションがリバースであり、かつ、車両の速度が５ｋｍ／ｈ以下である場合は、車両に発生させる駆動力の上限を設定する制御部と、を備え、駆動力の上限を後輪に作用する垂直抗力の９５％に設定することによって、動摩擦係数が一定値より大きくならないようにし、動摩擦係数に対して駆動輪のスリップ率が不定となることを抑制する、制御装置である。

本発明によれば、登坂路発進時に車両に発生させる駆動力の上限を設定して駆動力を抑制することで、トラクション制御を安定させ、登坂路発進時の車両の安定性や運転のしやすさを向上する制御装置を提供することできる。

本発明の第１および第２実施形態に係る制御装置とその周辺部の構成図 本発明の第１実施形態に係る処理を示すフローチャート 本発明の第１実施形態に係る処理を示すフローチャート 斜面上の車両を示す図 本発明の第１実施形態に係るスリップ率と動摩擦係数との関係を示すグラフ 本発明の第１実施形態に係る車両の発進時の車速および車輪速の変化の例を示す図 本発明の第１実施形態に係るアクセル開度と駆動力との関係の例を示すマップ 本発明の第２実施形態に係る処理を示すフローチャート 本発明の第２実施形態に係る制動力制御の例を示す図 本発明の第２実施形態に係る制動力制御の例を示す図

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について、図面を参照しながら説明する。本実施形態に係る制御装置においては、車両の駆動輪や重心の位置、路面勾配等に基づいて、特定の場面における車両の登坂路発進時の動摩擦係数μを導出し、動摩擦係数μが所定値より大きい場合は、車両に発生させる駆動力の上限設定等を行う。これにより、トラクション制御を安定化し、過大なスリップや、パワーホップを抑制することができる。

＜構成＞
図１に、本実施形態に係る制御装置１０とその周辺部の構成図を示す。

本実施形態においては、制御装置１０には、パワートレインＥＣＵ２０と、ブレーキＥＣＵ３０とがネットワークを介して接続される。また、制御装置１０には加速度センサ４１、車輪速度センサ４２、ＧＰＳセンサ４３、アクセル開度センサ４４等の各種センサが接続される。パワートレインＥＣＵ２０は、車両が備えるエンジンおよび変速機（あるいはモータ）を制御するＥＣＵ（electronic control unit）である。ブレーキＥＣＵ３０は、車両が備えるブレーキを制御するＥＣＵである。制御装置１０は、各種センサ、パワートレインＥＣＵ２０、ブレーキＥＣＵ３０から取得する情報に基づいて、パワートレインＥＣＵ２０、ブレーキＥＣＵ３０を制御することにより、駆動力や制動力を発生させることができ、車両の発進時に車輪のスリップを抑制するトラクション制御を実行するＥＣＵである。

以降、駆動力、制動力、車速に言及する場合は、いずれもその絶対値で表現する。

以上の各ＥＣＵは、典型的は、それぞれプロセッサである制御部とメモリ等とを備えるコンピュータである。制御装置１０は、上述の制御を行う制御部１１に加え、後述する導出部１２を備える。制御装置１０の機能は、独立的に設けられた装置に実装されてもよく、あるいは、パワートレインＥＣＵ２０やブレーキＥＣＵ３０等のいずれかにまとめられて、あるいは、それぞれに適宜分散されて、実装されてもよい。

＜処理＞
以下に本実施形態に係る、制御装置１０の処理を、図２および図３に示すフローチャートを参照して説明する。図２に示す処理は、車両が停止している期間に実行される。図３に示す処理は、ユーザによるアクセルペダル操作が行われ、車両が発進する場合に実行される。

まず、車両の停止中の処理を説明する。
（ステップＳ１０１）：制御装置１０の制御部１１は、路面勾配θを導出する。制御部１１は、例えば加速度センサ４１が検出する重力方向に基づいて路面勾配θを導出することができる。あるいは、制御部１１は、ＧＰＳセンサ４３が検出する現在位置と地図情報とに基づいて、路面勾配θを導出することができる。

（ステップＳ１０２）：制御装置１０の導出部１２は、動摩擦係数μを導出する。本実施形態では、一例として、車両が後輪駆動車であり、図４に示すように、路面の勾配によって後輪が前輪より鉛直方向に上方の位置にあり、車両がバック走行により登坂する場合を考える。車両の重心Ｇの高さをＨ、前後輪間の距離をＬ、後輪と重心Ｇとの間の水平距離をＬｒとする。路面勾配θにおいて、路面に平行な重力の成分と、摩擦力Ｆｘとがつり合っている場合、後輪に作用する垂直抗力Ｆｚに対する摩擦力Ｆｘの比である動摩擦係数μは、力のつり合いおよび重心Ｇのまわりのモーメントのつり合いから、以下の（式１）によって求めることができる。

この例においては、動摩擦係数μが大きいほど、車両がバック走行によって発進し登坂する際に、必要な駆動力が大きくなることを表す。以上で処理を終了する。なお、この処理は、路面勾配θが変わらない限り、車両の停止中に一度実行すればよいが、例えば定期的に実行してもよい。

次に、ユーザによるアクセルペダル操作が行われた場合の車両の発進時の処理を説明する。

（ステップＳ２０１）：制御装置１０の制御部１１は、以下の判定を行う。
（１）動摩擦係数μは所定値より大きいか（所定値は例えば０．８）？
（２）シフトポジションは「Ｒ（リバース）」であるか？
（３）車速は所定車速以下であるか（所定車速は例えば５ｋｍ／ｈ）？
上記の各判定の結果が全て肯定である場合、ステップＳ２０２に進み、いずれかまたは全てが否定である場合、ステップＳ２０５に進む。

（ステップＳ２０２）：制御部１１は、トラクション制御を開始する。本ステップにおいては、通常のトラクション制御よりも、制御内容に制限を設ける。すなわち、制御部１１は、車両に発生させる駆動力に上限を設ける。上限は、例えば、後輪に作用する垂直抗力Ｆｚの９５％とすることができる。なお垂直抗力Ｆｚは、路面勾配θ、車両の重心Ｇの位置、車両の重量等に基づいて適宜導出可能である。

図５は、横軸に駆動時のスリップ率Ｓ（Ｓ＝（車輪速－車速）／車輪速）を取り、縦軸に動摩擦係数μを取り、スリップ率Ｓと動摩擦係数μとの関係を模式的に示したグラフである。車両に発生させる駆動力に制限を設けることによって、μが一定値より大きくならないようにし、上述の非線形領域に達することを抑制し、トラクション制御が不安定となりにくくすることができる。図６は、横軸に時刻を取り、縦軸に車速および車輪速を取り、車両の発進時の車速および車輪速の変化の例を示したものである。車両に発生させる駆動力を一定値以下にすることで、トラクション制御が安定している場合、例えば、車輪速が許容範囲内のスリップ量で徐々に増加し、これによって車速が徐々に増加する。これに対して、車両に発生させる駆動力が一定値より大きくなるとトラクション制御が不安定となり、例えばスリップ量が過大となったり、変動が繰り返されたりして、駆動力が不安定となり、パワーホップが発生する。

（ステップＳ２０３）：制御部１１は、後輪のスリップ速度が、所定スリップ速度より大きいか否かの判定を行う。スリップ速度は、例えば各種センサから車速および後輪の車輪速を取得して、車速と車輪速との差を算出することによって導出できる。所定スリップ速度は例えば３ｋｍ／ｈとすることができる。後輪のスリップ速度が、所定スリップ速度より大きい場合、ステップＳ２０４に進み、所定スリップ速度以下であれば、ステップＳ２０１に進む。

（ステップＳ２０４）：制御部１１は、トラクション制御においてさらに制限を設け、車両に発生させる駆動力の変化率に上限を設定する。ステップＳ２０２で設定した駆動力の上限に加え、駆動力の変化率に上限を設定することにより、トラクション制御をより安定させることができる。あるいは、制御部１１は、駆動力の制御のために用いる、アクセル開度に対して駆動輪に伝達する駆動力の目標を予め定めたマップを、通常のマップから、より安定的に登坂しやすいマップに変更する。また、制御部１１はこれらの両方を実行してもよい。図７は、横軸にアクセル開度を取り、縦軸に駆動力を取り、通常のマップの例を実線で示し、変更後のマップの例を点線で示したものである。変更後のマップは、ずり下がりやスリップが発生せずに安定的に登坂可能な駆動力が得られるアクセル開度の範囲が、通常のマップより広くなっている。これにより、ユーザは、安定的に登坂できる状態を維持するためのアクセルペダル操作がしやすくなる。このように、本ステップでは、ステップＳ２０３によって、スリップ速度が所定スリップ速度より大きいと判定された場合に、より安定性を高める処理を行う。この後、ステップＳ２０１に進む。

（ステップＳ２０５）：制御部１１は、通常のトラクション制御を開始する。本ステップにおいては、ステップＳ２０２やＳ２０４で設けたような制限は設けない。この後、ステップＳ２０１に進む。

ステップＳ２０３、Ｓ２０４、Ｓ２０５からそれぞれステップＳ２０１に進むと、再びステップＳ２０１の判定が行われ、判定結果に応じたトラクション制御が継続される。なお、ステップＳ２０１において、ステップＳ１０１、Ｓ１０２と同様に、動摩擦係数μを導出して、判定に用いる値を更新してもよい。なお、以上の処理は、車両が停止し、エンジン等の出力が駆動輪に伝達されない状態となると終了される。

＜効果＞
本実施形態においては、上述した特徴的な場面における車両の登坂路発進時の動摩擦係数が所定値より大きい場合は、車両に発生させる駆動力の上限を設定する等を行う。これにより、トラクション制御を安定化し、過大なスリップや、パワーホップを抑制することができる。これにより、登坂路での発進時の車両の安定性や運転のしやすさを向上することができる。なお、上述の説明では、車両が後輪駆動車であり、バック走行により登坂する場合に本発明を適用する例を挙げたが、本発明は、駆動輪が非駆動輪よりも鉛直方向に上方の位置となる勾配を有する路面に車両が停止している状態において、車両が路面を登坂する方向に発進した時に適用可能である。

（第２実施形態）
以下、本発明の第２実施形態について、図面を参照しながら説明する。本実施形態の制御装置とその周辺部の構成は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。本実施形態に係る制御装置においては、第１実施形態の処理に加えて、登坂路等において動摩擦係数μが所定値より大きい場合は、ユーザがブレーキペダル操作をやめた後、アクセルペダル操作を開始しても直ちに制動力の発生を解除するのではなく、車両が発進可能な駆動力となれば、制動力の発生を解除する処理を行う。これによって、より安定的な発進ができ、過大なスリップや、パワーホップを抑制することができる。

本実施形態の制御装置１０とその周辺部の構成は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。

＜処理＞
以下に本実施形態に係る、制御装置１０の処理を、図８に示すフローチャートを参照して説明する。本処理は、ユーザによるブレーキペダル操作が解除された場合に実行される。

（ステップＳ３０１）：制御装置１０の制御部１１は、ユーザによるブレーキペダル操作が行われていた間に発生させていた制動力Ｆ０を、ブレーキペダル操作が解除されても発生させ、制動を維持する。

（ステップＳ３０２）：制御部１１は、アクセル開度センサ４４から取得する情報に基づいて、ユーザによるアクセルペダル操作が行われているか否かを判定する。アクセルペダル操作が行われている場合ステップＳ３０３に進み、行われていない場合、本ステップＳ３０２を繰り返し、アクセルペダル操作が行われるのを待機する。

（ステップＳ３０３）：制御部１１は、以下の判定を行う。
（１）動摩擦係数μは所定値より大きいか（所定値は例えば０．８）？
（２）シフトポジションは「Ｒ（リバース）」であるか？
上記の各判定の結果が全て肯定である場合、ステップＳ３０４に進み、いずれかまたは全てが否定である場合、ステップＳ３０５に進む。なお、動摩擦係数μは、第１実施形態のステップＳ１０１、Ｓ１０２と同様の方法で算出することができる。

（ステップＳ３０４）：制御部１１は、アクセルペダル操作によって車両に発生する駆動力が、ブレーキペダル操作によって車両停止時に発生させていた制動力Ｆ０より大きくなるまでは、制動力を発生させ、それ以後は、制動力の発生を解除する。その後、処理を終了する。なお、アクセルペダル操作によって車両に発生する駆動力が、車両停止時に発生させていた制動力Ｆ０より大きくなる前に、アクセルペダル操作が解除された場合、例えば制御部１１は、車両停止時に発生させていた制動力Ｆ０を発生させて、ステップＳ３０２に進む。

図９、図１０は、横軸に時刻を取り、縦軸に制動力および駆動力を取り、アクセルペダル操作による駆動力の発生に応じた制御部１１による制動力の制御の例を示す。図９に示す例では、時刻ｔ＜Ｔ１において、ユーザが、ブレーキペダル操作によって制動力Ｆ０を発生させて車両のずり下がりを抑制していたとする。時刻ｔ＝Ｔ１に、ユーザが、ブレーキペダル操作を解除し、アクセルペダル操作を開始すると駆動力Ｆｄが徐々に大きくなる。制御部１１は、時刻ｔ＝Ｔ１以後、駆動力Ｆｄが制動力Ｆ０と等しくなる時刻ｔ＝Ｔ２までの間、制動力Ｆｂと駆動力Ｆｄとの和がＦ０に等しくなるよう、制動力Ｆｂを制御する。制御部１１は、時刻ｔ＞Ｔ２においては、制動力の発生を行わない。

図１０に示す例では、図９に示す例と同様、時刻ｔ＜Ｔ１において、ユーザが、ブレーキペダル操作によって制動力Ｆ０を発生させて車両のずり下がりを抑制していたとする。時刻ｔ＝Ｔ１に、ユーザが、ブレーキペダル操作を解除し、アクセルペダル操作を開始すると駆動力Ｆｄが徐々に大きくなる。制御部１１は、時刻ｔ＝Ｔ１以後、駆動力Ｆｄが制動力Ｆ０と等しくなる時刻ｔ＝Ｔ２までの間、制動力Ｆｂが、Ｆ０と等しくなるよう制御する。制御部１１は、時刻ｔ＞Ｔ２においては、制動力の発生を行わない。

いずれの例においても、ユーザが、ブレーキペダル操作をやめた後、車両のずり下がりが発生しないので、ユーザが、ずり下がりを防ぐために慌ててアクセルペダルを速やかに踏み込み操作をしなくてよいので、落ち着いて丁寧にアクセルペダルを徐々に踏み込む操作をすることができ、車両の発進を安定化することができる。

（ステップＳ３０５）：制御部１１は、制動力の発生を解除する。本ステップでは、ステップＳ３０４とは異なり、アクセルペダル操作開始の後に制動力の発生を一定期間継続する処理を行わない。以上で処理を終了する。

＜効果＞
本実施形態においては、動摩擦係数μが所定値より大きい場合は、ユーザがブレーキペダル操作をやめた後、アクセルペダル操作を開始しても直ちに制動力の発生を解除するのではなく、車両が発進可能な駆動力となれば、制動力の発生を解除する。これによって、ユーザは、登坂路においてもアクセルペダルを徐々に踏み込む操作ができ、安定的な発進ができ、トラクション制御を安定させ、過大なスリップや、パワーホップを抑制することができる。これにより、登坂路での発進時の車両の安定性や運転のしやすさを向上することができる。なお、上述の説明では、バック走行により登坂する場合に適用する例を挙げたが、本実施形態は、登坂時の走行方向にかかわらず、適宜適用可能である。なお、本実施形態は、第１実施形態の処理と組み合わせずに実施することも可能である。

本発明は、車両のトラクション制御のための制御装置だけでなく、制御装置および他の装置を含むトラクション制御システム、プロセッサとメモリを備えた制御装置が実行する制御方法、制御プログラム、制御プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な非一時的な記憶媒体、制御装置を備えた車両等として捉えることが可能である。

本発明は、車両等に搭載される制御装置に有用である。

１０ 制御装置
１１ 制御部
１２ 導出部
２０ パワートレインＥＣＵ
３０ ブレーキＥＣＵ
４１ 加速度センサ
４２ 車輪速度センサ
４３ ＧＰＳセンサ
４４ アクセル開度センサ

Claims (1)

1. 車両に搭載される制御装置であって、
   駆動輪が非駆動輪よりも鉛直方向に上方の位置となる勾配を有する路面に前記車両が停止している状態において、前記車両が前記路面を登坂する方向に発進した時の前記駆動輪の動摩擦係数を導出する導出部と、
   前記導出部が導出した前記動摩擦係数が０．８より大きく、かつ、シフトポジションがリバースであり、かつ、前記車両の速度が５ｋｍ／ｈ以下である場合は、前記車両に発生させる駆動力の上限を設定する制御部と、を備え、
   前記駆動力の上限を後輪に作用する垂直抗力の９５％に設定することによって、前記動摩擦係数が一定値より大きくならないようにし、前記動摩擦係数に対して前記駆動輪のスリップ率が不定となることを抑制する、制御装置。

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