JPS6172850A - 車輪スリツプ状態判定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、車両の発進時および加速時に生じる車輪スリ
ップの状態を検出・判定する車輪スリップ状態判定装置
に関する。

［従来の技術］ 車両の発進時および加速時に駆動輪がスリップを生じる
と、タイヤと路面との横抗力さえも減少して操縦性を失
い危険であるばかりでなく、タイヤの寿命を短くし、燃
費が悪化する等多数の不具合を招来する。

そこで車両の運転者は、アクセルおよびクラッチの操作
に細心の注意を払う必要があるのであるが、その煩わし
さを取り除き車両の操作性をより向上させるために車輪
のスリップ状態を自動的に検出する車輪スリップ状態判
定装置が提案されるに至った。

この車輪スリップ状態判定装置とは、車両の走行速度又
は加速度を基準として、車両駆動輪の回転速度又は加速
度が該基準値以上となったか否かを判定し、ｍ　ｒＦ　
（＋ｆｆ以上の速度又は加速度で駆動輪が回転している
ときにスリップをしていると検出するものである。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら上記のごとき従来の車輪スリップ状態判定
装置も以下のごとき問題点を有しており未だに充分なも
のではなかった。

即ち、車両が走行するのは、車両の駆動輪と路面との摩
擦力を利用して推進力を得ているからであり、路面との
摩擦係数μを考慮せずに車輪のスリップを検出すること
は不可能なのである。例えば、凍結時等のすべりやすい
路面での車両走行であれば車両の走行速度、又は走行加
速度よりも僅かに大きな値で駆動輪が回転すれば直ちに
スリップを生じ、逆に晴天下のアスファルト路面ではス
リップは発生しにくり、駆動輪がある程度まで車両の走
行速度、走行加速度より大きな値で回転していても横抗
力は大きくかつ大ぎな摩擦力を１９られるのである。こ
れらの関係は、横軸にスリップ率を、縦軸に摩擦力及び
横抗力をとる車輪特性となって表わされることは広く知
られている。

Ｅ問題点を解決するための手段］ 本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので
あり、車両の走行する路面状態を検出することで車輪ス
リップ状態を正確に検出・判定することのできる優れた
車輪スリップ状態判定装置を提供することを目的として
いる。

＝　　３　− この目的達成のための本発明の構成は第１図の基本的構
成図に示すごとく、 路面状態を検出する路面状態検出手段■と、駆動輪の回
転速度又は加速度を検出する駆動輪回転状態検出手段■
と、 該駆動輪回転状態検出手段■の検出結果と前記路面状態
検出手段■の検出結果に応じて定まる基準値とを比較し
て、駆動輪のスリップ状態を判定する判定手段■と を備えることを特徴とする車輪スリップ状態’Ｉ１１定
装置をその要旨としている。

［作用］ 本発明の路面状態検出手段Ｔとは、車輪と路面との摩擦
係数μを推定するものである。摩擦係数μは、車輪の摩
耗状態やスリップ率により大きく左右されるが、この路
面状態検出手段工は車輪の摩耗やスリップ率等を一定で
あると想定したときの路面状態のみの変化に伴う摩擦ノ
コの大小関係をｉｌｌ定するものである。従って、車両
が走行している路面が舗装されているか否か、あるいは
路面に水膜が形成されているか否か等の種々の検出装置
又はそれらの組み合わせによって構成され、いわゆる路
面が滑りやすい状態にあるか否かを検出するのである。

例えば、光、超音波等を路面に発射し、その反射率より
路面の粗さを検出するもの等が考えられる。

駆動輪回転状態検出手段■とは、駆動輪独自の回転速度
又は加速度を検出するものである。

また、駆動輪のスリップ状態を判定する判定手段■とは
、前記駆動輪回転状態検出手段■の検出結果と前記路面
状態検出手段Ｔの検出結果に応じて定まる基準値とを比
較して駆動輪のスリップ状態を判定するものである。

駆動輪と路面との摩擦力により車両は進行するのである
が、この摩擦力は第２図に示すような関係にある。即ち
、路面状態で決定されるあるスリップ率のときに最大ｌ
Ｉｊ擦力、即ち最大駆動力を得ることができるのである
。しかも、このときには横抵抗の減少もさほど大きなも
のでなく、駆動力を得るには最食の条件である。そして
、この車輪特性は、路面の状態により異なり、例えば路
面に水膜が形成されているほどに湿度が高い状態では路
面と駆動輪との間に働く摩擦力の最大値等が晴天時と比
べると大きく相違する。

そこで、路面状態検出手段■の結果を用いて摩擦力の最
大値やその最大値を得るためのスリップ率等を推定し、
該推定に基づいて駆動輪の回転状態どしてはどれ程の回
転速度又は加速度が最適であるかの基準値を定め、この
基準値と実際に検出した駆動輪回転状態検出手段■の検
出結果である駆動輪の回転速度又は加速度とを比較して
スリップの判定を行うのである。即ち、基準値と検出結
果とがほぼ一致する状態で車両が走行していれば、車両
はほぼ最大加速状態にあり、検出結果が基準値を越える
大きな値となれば許容できないスリップを発生している
と判定し、逆に基準値よりも小さな値であれば許容でき
ないスリップ状態ではなく、車両は加速状態であると判
定するのである。

以下、本発明をより具体的に説明するために実施例を挙
げて詳述する。

−〇　　− ［実施例］ まず第３図は本発明の車輪スリップ状態判定装置が搭載
されるガソリンエンジン及びその周辺装置を表わす説明
図である。

１はガソリンエンジン本体、２はピストン、３は点火プ
ラグ、４は排気マニホールド、５は排気マニホールド４
に備えられ、排ガス中の残存酸素濃度を検出する酸素セ
ンサ、６はガソリンエンジン本体１の吸入空気中に燃料
を噴射する燃料噴射弁、７は吸気マニホールド、９はガ
ソリンエンジン冷却水の水温を検出する水温センサ、１
ｏはガソリンエンジン１の吸入空気量を調節するスロッ
トルバルブ、１１はスロットルバルブ１０の開度を検出
するスロットルセンサ、１４は吸入空気量を測定するエ
ア７０メータ、１５は吸入空気の脈動を吸収するサージ
タンクをそれぞれ表わしている。

そして１６は点火に必要な高電圧を出力するイグナイタ
、１７は図示していないクランク軸に連動し上記イグナ
イタ１６で発生した高電圧を各気筒の点火プラグ３に分
配供給するディストリビュータ、１８はディストリビュ
ータ１７内に取り付けられ、ディストリビュータ１７の
１回転、即ちクランク軸２回転に２４発のパルス信号を
出力する回転角センサ、１９はディストリビュータ１７
の１回転に１発のパルス信号を出力する気筒判別センサ
、２０は電子制御回路、２１はキースイッチ、２２は路
面状態検出手段工としての湿潤度センサをそれぞれ表わ
している。２６は車軸に連動し、駆動輪の回転速度に応
じたパルス信号を発信する駆動輪回転数センサを表わす
。

ここで湿潤度センサ２２とは第４図に示すごとく発光ダ
イオードを内部に備える発光部２２ａとその発光部から
発光された光が鏡面反射をしたときに到達する位置に予
め備えられる受光部２２ｂとから構成されるものである
。このような構成であるため、発光部２２ａに与えられ
る発光信号により発光ダイオードが特定波長の光を放つ
と路面Ｇの表面が鏡面に近い特性を示すほど受光部２２
ｂの集光レンズ２２ｂ−１に到達する光量は増加して光
電変換素子２２ｂ−２からの出力信号が増加するのであ
る。従って、路面Ｇが降雨等により水膜が生成している
ような状態であれば湿潤度センサ２２の出力は大きくな
る等、路面の鏡面状況と受光部２２ｂの出力とはほぼ比
例関係にあるのである。

次に第５図は電子制御回路２０とその関連部分とのブロ
ック図を表わしている。

３０は各センサより出力されるデータを制御プログラム
に従って入力及び演算すると共に、各種装置を作動制御
等するための処理を行なうセントラルプロセシングユニ
ット（以下単にＣＰＬＪと呼ぶ）、３１は制御プログラ
ム及び初期データが格納されるリードオンリメモリ（以
下単にＲＯＭと呼ぶ）、３２は電子制御回路２０に入力
されるデータや演算制御に必要なデータが一時的に読み
書きされるランダムアクセスメモリ（以下単にＲＡＭと
呼ぶ）、３３はキースイッチ２１がオフされても以後の
内燃機関作動に必要なデータを保持するよう、バッテリ
によってバックアップされた不揮発性メモリとしてのバ
ックアップランダムアクセスメモリ（以下単にバックア
ップＲＡＭと呼ぶ）、３４〜３７は各センサの出力信号
のバッファ、３８は各センサの出力信号をＣＰＵ３０に
選択的に出力するマルチプレクサ、３９はアナログ信号
をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、４０はバッフ
ァを介しであるいはバッファ、マルチプレクサ３８及び
Ａ／Ｄ変換器３９を介して各センサ信号をＣＰＵ３０に
送ると共にＣＰＵ３０からのマルチプレクサ３８、Ａ／
Ｄ変換器３９のコントロール信号を出力する入出力ポー
トを表わしている。

そして４１は酸素センサ５の出力信号をコンパレータ４
２へ送るバッファ、４３は回転角センサ１８及び気筒判
別センサ１９の出力信号の波形を整形する整形回路を表
わしている。スロットル開度センサ１１の出、力、およ
びキースイッチ２１の操作信号は、直接に、あるいはバ
ッファ４１等を介して入力出力ボート４６によりＣＰＵ
３０に送られる。

更に、４７．４８は出力ボート４９．５０を介してＣＰ
Ｕ３０からの信号によって燃料噴射弁６、イグナイタ１
６を駆動する駆動回路をそれぞれ表わしている。また５
１は信号やデータの通路となるパスライン、５２はＣＰ
Ｕ３０を始めＲＯＭ３１、ＲＡＭ３２等へ所定の間隔で
制御タイミングとなるクロック信号を送るクロック回路
を表わしている。

次に本実施例の制御プログラムについて説明する。

第６図はスリップ判定ルーヂンのフローチャートである
。この図示するプログラムがＲＯＭ３１内に格納されて
おり、ＣＰＵ３０は所定時間毎に本ルーチンの処理を繰
り返して実行づることで、駆動輪にスリップが発生して
いるか否かを常に監視することができるのである。

本ルーチンの処理へとＣＰＵ３０の実行が移ると、まず
ステップ１００が処理され、以後の本ルーチンの処理に
使用される各種変数をクリヤする等のいわゆる初期設定
が行われ次のステップ１１０へ進む。

ステップ１１０では、湿潤度センサ２２の出力から現在
の路面状況の検出を行う。湿潤度センサ２２の受光部２
２ｂの出力Ｗを検出するのである。

続くステップ１２０では、前ステップ１１０で検出され
た路面状況を示す値Ｗに基づいて駆動輪が最大の摩擦力
を示すまでの加速度、即ちその値を越える加速度で駆動
輪が回転したとしても路面との摩擦力はかえって減少し
てしまうという加速度の上限値αＢを演算する。この上
限値αＢは路面が鏡面状態に近いほど低い値となるもの
で、湿潤度レンザ２２の出力Ｗのマツプとして予めＲＯ
Ｍ３１内に格納されているものである。

ステップ１３０及びステップ１４０は、現実に駆動輪で
生じている回転加速度αの検出を行うためのもので、ま
ずステップ１３０にて駆動輪回転数センサ２６から回転
数情報の検出出力を入力し１、次いでこの回転数ＮＲに
時間ｔによる１階微分をステップ１４０で施すことによ
って加速度αの検出を完了する。

続くステップ１５０では以上のようにして求められた駆
動輪の上限加速度のαＢと現実の加速度αとの大小比較
が行われ、αＢ≧αであればステップ１６０が、αＢ〈
αであればステップ１７０が実行される。

即ち、駆動輪の加速度αが上限値以下であれば駆動輪が
スリップしていたとしてもそれは最大の摩擦力を１ｑる
スリップ率より低度のスリップであると判定してステッ
プ１６０の処理にてフラグＦを「０」にリセットし、一
方、上限値よりも大きな加速度で駆動輪が回転している
ときにはステップ１７０へ進んでフラグＦを「１」にセ
ットして本ルーチンの処理を終了するのである。

以上説明した本ルーチンの処理において、ステップ１１
０及びステップ１２０の処理により湿潤度センサからの
出力に応じて駆動輪の回転状態の基準値を決定し、該値
と実測値とを比較（ステップ１５０）してスリップ状態
の判定（ステップ１６０及びステップ１７０）するもの
が判定手段■に相当するものである。

判定装置は、路面の湿潤度に応じて駆動輪の加速度の上
限値を変更してスリップ状態を判定するものである。

従って、路面が鏡面状態に近いように水膜が形成されて
いるときにも駆動輪の加速度の僅かな上魔で応答性よく
スリップ状態であると判定することができるとともに、
路面が乾燥しているときにはスリップ状態が未だに最大
摩擦力に達しない稈度の僅かなものであれば許容できな
いスリップ状態ではないと判定して誤検出、過剰検出を
することのない優れた車輪スリップ状態判定装置となる
のである。

なお、本実施例では路面状態検出手段■である湿潤度セ
ンサ２２の出力に基づいて駆動輪の加速度上限値αＢを
算出する装置について詳述しているが、同様にＭ潤疾セ
ンサ２２の出力から駆動輪の回転速度が車両の走行速度
よりどれ程上回るときに摩擦力が最大となるかを前述の
車輪特性から検索し、実測した車両の走行速度及び駆動
輪速度との差と比較するものとしてもよい。

以上のごとく優れた本実施例の車輪スリップ状態判定装
置を用いることによって、正確かつ精密で迅速なスリッ
プ検出が可能となるため、この判定結果（フラグＦのセ
ット又はリセット状態）を利用すれば、車輪スリップに
起因する事故の防止あるいは車両の駆動力を最大限に利
用して最大加速を得る等の各種の制御に有効である。尚
、単にスリップが少しでも生じたか否かの判定にも本実
施例が利用できることは、例えばステップ１２０の演算
しだいで可能なことは明らかである。

以下に、」二記実施例の車輪スリップ状態判定装置を用
いた例としてスリップ状態の判定結果を利用して、エン
ジン出力を制御し、車両に最大の加速度を与えることの
できる優れたガソリンエンジンの出力制御装置について
説明する。

第７図は、第３図で示した前記実施例の車輪スリップ状
態判定装置を搭載したガソリンエンジンに改造を加え、
新たにスロットルバルブ１０とサージタンク１５との間
に第２のスロットルバルブ８を配設し、かつこの第２の
スロットルバルブＳを電子制御回路２０の信号に応じて
開閉操作するモータＭを増設したものである。

即ち、運転者の意思によるガソリンエンジン１の操作は
従来通りスロットルバルブ１０を作動することで達成で
きるとともに、該運転者の操作が適当でない等の状態を
電子制御回路２０が検出すると、モータＭを駆動して第
２のスロットルバルブＳを作動させガソリンエンジン１
の適正な制御が達成できるのである。

なお、上記改造により、電子制御回路２０の制御する出
力ポート及びモータＭの駆動回路が１組追加される。

このような構成を取るガソリンエンジン１のシステムに
おいて、前述同様に第６図に示した制御プログラムにに
り駆動輪の出し得る上限値の加速度αＢ及び実際の駆動
輪加速度αとを比較してフラグＦのセットあるいはリセ
ットを行う。そして、このフラグＥの内容に基づいて第
８図に示すスリップ制御ルーチンを処理するのである。

まず、所定時間毎の割込みにより本ルーチンの処理にＣ
ＰＵ３０が入るとステップ３００にて予め処理された第
６図に示すスリップ判定ルーチンの処理結果を表わすフ
ラグＦの内容が判断される。

そして、「＝１、即ち駆動輪が上限値αＢ以上の加速度
αで駆動されることによりスリップを発生していると判
断されるとステップ３１０が実行され、Ｆ−０と判断さ
れるとステップ３２０が実行される。ステップ３１０は
、モータＭを駆動して第２のスロットルバルブＳを閉じ
る処理を実行するものでガソリンエンジン１の吸入空気
量を減少させて出力を低下させ、逆にステップ３２０で
は第２のスロットルバルブＳを開けてエンジン出力を増
加させるのである。これにより、駆動輪がスリップを生
じる程に駆動輪に対して過剰な出力が与えられていた場
合には第２のスロットルバルブＳが閉じて出力過剰が防
止され、また駆動輪がスリップを生じていない状態であ
れば第２のスロットルバルブＳを開けてガソリンエンジ
ン１の吸入空気量の制御は全て運転者の操作するスロッ
トルバルブ１０に移すのである。

上記のような第２のスロットルバルブＳを用いたスリッ
プ制御を実行するときの駆動輪回転数センサ２６の出力
、加速度α、フラグＦのセット状態、および第２のスロ
ットルバルブＳの開閉状態を第９図に示す。図より明ら
かなように、本実施例のスリップ検出装置を用いて第７
図に示すような第２のスロットルバルブＳを有するガソ
リンエンジンシステムを制御すれば、ガソリンエンジン
１の有する出力特性が無駄に使用され、かつ車両の操縦
性能を低下させる駆動輪のスリップ状態をフラグＦの内
容が正確に表わしており、該フラグＦの内容に基づいて
第２のスロットルバルブＳの開閉を実行するために車両
はスリップを生じることなく最大の加速をすることかで
き、車両の性能を充分に発揮させることができる。

［発明の効宋］ 以上、実施例および応用例を挙げて詳述したように、本
発明の車輪スリップ状態判定装置は路面状態を検出する
路面状態検出手段と、駆動輪の回転速度又は加速度を検
出する駆動輪回転状態検出手段と、 該駆動輪回転状態検出手段の検出結果と前記路面状態検
出手段の検出結果に応じて定まる基準値とを比較して、
駆動輪のスリップ状態を判定する判定手段と を備えることを特徴とするものである。

従って、駆動輪のスリップを事前に、より正確に検出す
ることができる優れた車輪スリップ状態判定装置となる
のである。

また、上記のように優れたスリップ判定が可能であるの
で、車両の内燃機関を該判定結果を用いて制御すれば、
車両の燃費、エミッションの悪化を招くこともなく簡単
に最大の駆動力を出すための内燃機関出力制御装置を実
現化することもできる。

なお、本発明は特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々
の実施態様が考えられるものであり、例えばディスクリ
ートな回路において、車輪センサを周波数−電圧変換し
微分器を過した出力と湿潤−１９一 度センザの出ノ〕を基に各増幅器により基準値を算出し
、コンパレータを用いてスリップ状態を判定する等は当
業者にとって明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成図、第２図は車輪特性図、
第３図は実施例の構造概略図、第４図はその湿潤度セン
サ構造概略図、第５図はその制御系のブロック図、第６
図はその制御プログラムのフローチャート、第７図は実
施例の応用例を示す構造概略図、第８図はその制御プロ
グラムのフローチャート、第９図はそのタイミングチャ
ート説明図を示す。 ■・・・路面状態検出手段 ■・・・駆動輪回転状態検出手段 ■・・・キナチ乃判定手段 １・・・ガソリンエンジン １０・・・スロットルバルブ １８・・・回転角センサ ２２・・・湿ａ／１度センサ ２６・・・駆動輪回転数センサ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 路面状態を検出する路面状態検出手段と、 駆動輪の回転速度又は加速度を検出する駆動輪回転状態
   検出手段と、 該駆動輪回転状態検出手段の検出結果と前記路面状態検
   出手段の検出結果に応じて定まる基準値とを比較して、
   駆動輪のスリップ状態を判定する判定手段と を備えることを特徴とする車輪スリップ状態判定装置。