JPH11211548A - 車両状態の推定方法およびそれを用いた車両制御装置 - Google Patents

車両状態の推定方法およびそれを用いた車両制御装置

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JPH11211548A
JPH11211548A JP1905498A JP1905498A JPH11211548A JP H11211548 A JPH11211548 A JP H11211548A JP 1905498 A JP1905498 A JP 1905498A JP 1905498 A JP1905498 A JP 1905498A JP H11211548 A JPH11211548 A JP H11211548A
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control
torque
weight
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Naoki Yamada
直樹 山田
Toshiaki Ishiguro
稔昌 石黒
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Aisin Corp
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Aisin Seiki Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 車両重量と路面勾配の推定を行うと共に、そ
の推定方法を用いて適切な車両制御を行う。 【解決手段】 車両挙動時の駆動トルクT1,T2と車
両加速度α1,α2から車両重量mと路面勾配θの推定
を行うようにし(S103,S104)、その推定値を
エンジン制御、補助ブレーキ制御、変速機制御といった
車両制御に用いる(S105)ようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は車両状態の推定方法
とその方法を用いた車両制御装置に関するものであり、
特に、車両重量と路面勾配の推定を行い、その推定方法
を車両の変速機制御、補助ブレーキ制御、または、エン
ジン制御に適用した車両制御装置に係る。
【0002】
【従来の技術】従来から、車両における商用車は車両重
量に比べてエンジンが小さいにも係わらず、積載量が空
積時と積載時とで大きく変化する。このような商用車に
おいて人とか荷物等を積んで車両重量が増加する場合
に、下り坂等ではエンジンブレーキがききにくくなり、
充分な制動効果が得られないため、車両重量を考慮した
駆動力や制動力といった制御が必要になってくる。
【0003】
【本発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来
では車両状態を推定する場合には、車高センサやトルク
センサ等を用いて駆動トルクと加速度の関係から車両負
荷(車両負荷トルクTl=空力抵抗トルクTa+転がり
抵抗トルクTr+路面勾配抵抗トルクTθで表わされ
る)をまとめて推定を行っていたが、坂道など路面勾配
が存在すると推定誤差を生じてしまっていた。またこの
場合、車両負荷トルクから車両重量と路面勾配がうまく
分離できなかった。
【0004】一般的に、乗用車では車両重量は大きく変
化しないため、車両重量を一定と仮定して路面勾配を推
定することは比較的容易であったが、商用車のように車
両重量変化が大きい車両では車両付負荷変化が坂道の勾
配変化によるものなのか、または車両重量変化によるも
のであるのかの判別ができなかったので、路面勾配の推
定が問題となり、乗用車と同じような推定方法は行えな
かった。
【0005】よって、本発明は上記の問題点に鑑みてな
されたものであり、車両負荷から車両重量と路面勾配を
分離し、車両重量が変化したときでも正確に路面勾配が
推定できるようにすると共に、その推定方法を用いて車
両制御が行える車両制御装置を提供することを技術的課
題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに講じた技術的手段は、車両挙動時の駆動トルクと車
両加速度から車両重量と路面勾配の推定を行うようにし
たことである。
【0007】上記の構成により、車両挙動時に駆動トル
クと車両加速度から車両重量と路面勾配の推定を行うの
で、駆動トルクと車両加速度を求めれば、車両重量と路
面勾配を求めることが可能となる。
【0008】この場合、挙動時を車両の変速時とすれ
ば、変速前後の駆動トルクと車両加速度から、車両重量
と路面勾配の推定が可能となる。
【0009】また、1−2速変速時に推定を行えば、駆
動トルク変化の大きい状態において推定が行えるため
に、推定誤差が小さくなる。
【0010】更に、駆動トルクはトルクマップより求め
るようにすれば、エンジントルクマップ、トルクコンバ
ータトルクマップ等により求められるものとなるので、
トルクセンサは必要なくなる。
【0011】車両挙動時の駆動トルクと車両加速度から
車両重量と路面勾配の推定を行い、推定した車両重量と
路面勾配を用いて駆動力、制動力の制御の最適化が可能
となる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。
【0013】図1は、車両登坂時の力学的な状態図を示
しており、ここで、坂道の路面勾配をθ,商用車の重量
をmとした場合、路面の斜面分力はmgsinθとな
る。また、このときのタイヤトルクをTr,タイヤ半径
をr,S(V)を空力抵抗トルクTaと転がり抵抗トル
クTrを含んだ車速依存関数(2次関数),重力加速度
をgとすれば、斜面方向の加速度αは、運動方程式より
mα = Tr / r − mgsinθ − S
(V)となる。この場合、駆動トルク(ここでは、タイ
ヤトルクをいう)Tはセンサを用いて求めることも推定
により求めることが可能であり、例えば、プロペラシャ
フトに設けられたトルクセンサからの出力により求めて
も良いし、センサを用いずにエンジントルクマップ、ト
ルクコンバータトルクマップ等の特性マップから求めて
も良い。
【0014】この式を用いて車両重量推定は車両挙動が
発生するとき、つまり、変速機8が1速から2速へとシ
フトアップする(1−2速変速)ときに、車両重量と路
面勾配により推定演算を行うようにした。具体的には、
変速前の状態における車両加速度α1とそのときの駆動
トルクT1、変速後における車両加速度α2とそのとき
の駆動トルクT2、変速前の車両または車輪速度V1、
変速後の車両または車輪速度V2とすると、次式のよう
に表わされる。
【0015】 α1 = T1/rm − gsinθ − S(V1)/m ・・(1) α2 = T2/rm − gsinθ − S(V2)/m ・・(2) 上式より、V1とV2が略等しければ、 m = (T1−T2)/(α1−α2)r ・・・(3) となって、車両重量mを求めることができる。また、車
両重量mを(1)式へ代入すると、 sinθ = (T1/rm−S(V1)/m−α1)/g ≒ θ・・(4 ) の式から路面勾配θを求めることができる。
【0016】この場合、(3)式において車両加速度の
変化が少ない場合、分母の精度が悪化してしまい、推定
誤差が大きくなってしまうため、駆動トルク変化が大き
く車両加速度が大きく変化する1−2速変速時に上記の
推定を行うようにすることにより車両重量mと路面勾配
θを別々に推定することが可能となる。
【0017】そこで、この方法を用いて車両制御装置1
に適用した構成を図2に示す。図2は車両制御装置の構
成図である。この図において、コントローラ10にはバ
ッテリ12からの電源がイグニッション(IG)スイッ
チ11がオンされることにより供給され、コントローラ
10は電源が供給されると動作可能となる。尚、このコ
ントローラ10は車両に設けられた補助ブレーキ、エン
ジン、変速機を制御する各種の制御装置に付加して設け
ても、別体で設けても良い。
【0018】コントローラ10には車輪に設けられた車
輪速センサからの車輪速信号2、エンジン回転数信号
3、変速機のタービン回転数信号4、スロットル開度信
号5が入力され、これらの信号を基に車両重量や路面勾
配推定をコントローラ10内部で行い、コントローラ1
0は補助ブレーキアクチュエータ7に対して補助ブレー
キ制御信号を出力、変速機8に対して変速機制御信号を
出力、エンジン6に対してエンジン制御信号を出力した
りして、車両の状態に応じた車両制御を行う。この場
合、車両制御への応用としては、補助ブレーキ制御があ
げられ、この補助ブレーキ制御は例えばリターダに適用
できる。自動変速機を備えた商用車ではエンジンブレー
キが効きにくく、これを補うものがリターダである。リ
ターダには発電型のものや流体損失を利用したものなど
があるが、従来ではドライバが下り坂に応じてリターダ
を作用させるスイッチを操作して手動により操作してい
たが、路面勾配により自動的にリターダが動作するよう
にすれば、ブレーキ回数を減らすことが可能となり、ま
た、ドライバへの負担が軽減されるので、安全性を向上
させることができる。
【0019】また、変速機制御にも応用でき、変速機制
御は下り坂等ではロックアップクラッチ制御を併用して
行い、シフトダウン要求を出すことよりも強いエンジン
ブレーキにより車速を落とすことができる。
【0020】更には、エンジン制御にも応用することが
でき、エンジン制御においては燃料カットすることでエ
ンジンブレーキをより強くすることができると共に、ト
ラック等の商用車では排気ブレーキを制御することでエ
ンジンブレーキをさらに強くすることが車両重量および
路面勾配の正確な推定値を基に適切な条件の基で駆動力
または制動力を制御できるようになる。
【0021】次に、コントローラ10の処理について、
図3のフローチャートを参照して説明する。コントロー
ラ10に電源が投入されると、最初にステップS101
でイニシャル処理が行われる。このイニシャル処理では
コントローラ内部のメモリチェックおよび必要メモリに
初期値が設定され、コントローラ10が正常に動作する
かのチェックがなされる。次のステップS102では入
力処理が行われ、コントローラ10に入力される車輪速
VX、スロットル開度θ、エンジン回転数Ne、変速機
のタービン回転数Nt等がI/Oポートから入力され、
コントローラ内部の必要メモリに記憶される。尚、ここ
では、車輪速を車速情報として入力しているが、変速機
8からの車速信号を入力しても良い。
【0022】ステップS103では加速度演算が行われ
る。
【0023】加速度演算は図5に示されるように、今回
の車輪速値をVX(n),前回の車輪速値をVX(n−
1),演算時間の間隔をΔTa(n),DVXを加速度
出力,KDVXを定数とした場合、ステップS301に
示される式により求まり、その後、ノイズ等を除去する
ためにステップS302に示す加速度フィルタを通す。
加速度フィルタは、今回の加速度演算出力をDVX
(n),加速度フィルタの変化量をΔDVF(n),今
回の加速度フィルタ出力をDVF(n),前回の加速度
フィルタ出力をDVF(n−1),今回のテンポラリ値
をB(n),前回のテンポラリ値をB(n−1),定数
をK*,K2とした場合、 ΔDVF(n)=(DVX(n)−DVF(n−1)+B(n−1))・K2 ・・・(5 ) B(n)=ΔDVF(n)=DVX(n)・K* ・・・(6) DVF(n)=DVX(n−1)−ΔDVF(n)・・・(7) の式で求めることが可能である。
【0024】次のステップS104とステップS105
では後述する車両重量推定と勾配推定が車速情報と駆動
トルクに基づき行われ、推定された車両重量と勾配を基
にステップS106では車両制御が行われ、ステップS
102に戻り、ステップS102からステップS106
の同じ処理を繰り返す。
【0025】ステップS106の車両制御では車両重量
と路面勾配に応じてリターダや排気ブレーキの制御、変
速機8のシフト制御、スロットル開度制御といった車両
制御を適切な条件の基で行うことが可能となる。
【0026】次に、本発明の車両重量推定について、図
4を参照して説明する。ステップS201では変速機8
を制御する変速機コントローラから出力される1速から
2速へのシフトアップ要求があるかが判定され、この要
求信号が出力されていれば、ステップS202におい
て、ポインタiに1を代入してステップS203におい
て、2速への変速が完了するのに必要な時間(変速後に
過渡的な状態から安定な状態となるまで時間)をカウン
トする同期タイマをクリヤし、ステップS208に移
る。
【0027】一方、ステップS201において1−2速
変速要求が出力されていなければ、ステップS204に
おいてポインタiの状態が判定される。ここで、ポイン
タiに1が代入されていない場合には、この処理を終了
する。しかし、ポインタiに1が代入されているときに
は、ステップS205において同期タイマをインクリメ
ントする。その後、ステップS206において同期タイ
マが2速への変速が完了して状態が安定になる時間(同
期時間)を経過したかが判定される。ここで、同期タイ
マの時間がこの時間をこえていない場合にはこの処理を
終了するが、同期が完了し安定状態となったとき、ステ
ップS207を行う。ステップS207では今度ポイン
タiに2を代入する。
【0028】次のステップS208ではポインタiで示
されるメモリ位置に、加速度を記憶する。つまり、変速
前の加速度α1と変速後の加速度α2が、それぞれポイ
ンタiで指定されるメモリに記憶されるものとなる。
【0029】ステップS209では駆動トルク演算を行
う。この駆動トルク演算はトルクセンサにより求める方
法もあるが、ここでは、以下に示す方法により求めてい
る。つまり、トルクコンバータのタービン回転数をN
t,エンジン回転数をNeとした場合、トルクコンバー
タの速度比e(=Nt/Ne)を求め、速度比eから入
力容量係数のマップ(図7参照)により容量係数Cpを
求め、容量係数Cpとエンジン回転Neから、ポンプト
ルクTpをTp=Cp・Neの式により求める。ま
た、速度比eからトルク比tを図7に示すマップにより
求め、トルク比tにポンプトルクTpに掛けてタービン
トルクTtを求める。その後、予め定まっているギヤ比
GrをタービントルクTtに掛けて変速機の駆動トルク
(プロペラトルク)T0を求める。このT0にデフ比D
を掛けてタイヤトルクTrを求める。この場合、駆動ト
ルクT0を図8に示すようにスロットル開度θをパラメ
ータとしたエンジントルクに、トルク比tを掛けて求め
ることもできる。
【0030】その後、ステップS210において加速度
の場合と同じように駆動トルクTをポインタiで示され
るメモリ位置に記憶することにより、変速前の駆動トル
クT1と変速後の駆動トルクT2がそれぞれのメモリに
記憶される。ステップS211ではポインタiが2であ
るかが判定され、ポインタiが2でない場合にはこの処
理を終了するが、ポインタiに2が代入されているとき
には、ステップS212において記憶された車両加速度
と駆動トルクの値から車両重量mがステップS212に
示される式によって推定される。つまり、車両重量の推
定には2速に変速される前の加速度および駆動トルク
と、2速に変速後の加速度および駆動トルクの値により
推定が可能となる。
【0031】また、路面の勾配推定の処理を図6に示す
が、路面勾配θは車両重量mが求められれば、(1)式
に推定により求められた車両重量mを代入することによ
り、ステップS401に示す式で推定することが可能で
ある。
【0032】以上のことから、車両加速度と駆動トルク
が求まれば、車両重量mと路面勾配θの推定が行え、こ
の推定値を基にエンジン制御、補助ブレーキ制御、変速
機制御において車両重量mと路面勾配θに基づく適切な
制御が可能となる。
【0033】この場合、この推定値を上記の車両制御に
用いる場合には、1−2速変速時以外においてもスロッ
トル変化が大きいとき、および、1速から2変速への変
速時のみならず、2速から3速,3速から4速への変速
時等においても、車両重量と路面勾配の推定を行うこと
ができる。
【0034】また、推定にあたっては、パーキングレン
ジとなっている状態で、エンジンを切り所定時間以上経
過したときには荷物の積み下ろしと判断して推定値をク
リヤしたり、推定された値が前回値と50%以上異なる
場合は推定値をクリヤすると正確な車両状況に即した制
御が可能となる。
【0035】更に推定精度を向上させるためには、スロ
ットル開度θが10%以下の少ないときや、スロットル
開度から見て加速度が大きすぎる時にはタイヤのスリッ
プが生じていると判断して、車両重量推定を行わないよ
うにすると良く、路面勾配推定では車両重量が推定され
た後、駆動トルクと車両加速度の関係から路面勾配を演
算するため、路面勾配変化は緩やかであるので平均化処
理には0.1Hzのローパスフィルタを用いると良い。
【0036】
【効果】本発明によれば、車両挙動時に駆動トルクと車
両加速度から車両重量と路面勾配の推定を行うので、駆
動トルクと車両加速度を求めれば、車両重量と路面勾配
を求めることができる。
【0037】この場合、挙動時を車両の変速時とすれ
ば、変速前後の駆動トルクと車両加速度から、車両重量
と路面勾配の推定ができるものとなる。
【0038】また、1−2速変速時に推定を行えば、駆
動トルク変化の大きい状態において推定が行えるため
に、推定誤差が小さくなる。
【0039】更に、駆動トルクはトルクマップより求め
るようにすれば、エンジントルクマップ、トルクコンバ
ータトルクマップ等の特性マップより求めることができ
るので、トルクセンサは必要なくなる。
【0040】車両挙動時の駆動トルクと車両加速度から
車両重量と路面勾配の推定を行い、推定で求めた車両重
量と路面勾配を用いて車両の変速機制御、補助ブレーキ
制御、または、エンジン制御を行うようにすれば、正確
な車両重量と路面勾配を用いての制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態における説明として、坂
道を商用車が昇るときの力学的な状態図を示している。
【図2】 本発明の一実施形態における車両制御装置の
システム構成図である。
【図3】 本発明の一実施形態におけるコントローラの
処理を示すフローチャートである。
【図4】 図3に示す車両重量推定のフローチャートで
ある。
【図5】 図3に示す加速度演算のフローチャートであ
る。
【図6】 図3に示す勾配推定のフローチャートであ
る。
【図7】 本発明の一実施形態における車両状態の推定
方法に用いる速度比eと容量係数Cp・トルク比tとの
関係を示したグラフである。
【図8】 本発明の一実施形態における車両状態の推定
方法に用いるスロットル開度θをパラメータとしたエン
ジントルク特性を示すグラフである。
【符号の説明】
1 車両制御装置 2 車輪速 3 エンジン回転 4 タービン回転 5 スロットル回転 6 エンジン 7 ブレーキアクチュエータ 8 変速機 10 コントローラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI F16H 59:66

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 車両挙動時の駆動トルクと車両加速度か
    ら車両重量と路面勾配の推定を行うことを特徴とする車
    両状態の推定方法。
  2. 【請求項2】 前記挙動時とは、車両の変速時である請
    求項1に記載の車両状態の推定方法。
  3. 【請求項3】 前記変速時とは、1−2速変速時である
    請求項2に記載の車両状態の推定方法。
  4. 【請求項4】 前記駆動トルクはトルクマップより求め
    る請求項1に記載の車両状態の推定方法。
  5. 【請求項5】 車両挙動時の駆動トルクと車両加速度か
    ら車両重量と路面勾配の推定を行い、その推定で求めた
    車両重量と路面勾配を用いて車両の変速機制御、補助ブ
    レーキ制御、または、エンジン制御を行う車両制御装
    置。
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