JP5015834B2 - 車輪の空転検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、高摩擦係数路や低摩擦係数路における車輪の空転を検出する車輪の空転検出装置に関する。

従来、車両のホイルスピンのような車輪の駆動スリップ（空転）を検出する技術としては、駆動輪と被駆動輪とが存在する２輪駆動車では、例えば特許文献１に開示されているように、駆動輪と被駆動輪との車輪加速度比から検出する技術が一般的に採用されている。一方、被駆動輪が存在しない全輪駆動車では、車輪の加速度が閾値を越えたときにスリップが生じていると判定する技術が一般的に採用されている。
特開平１０−２１７９３３号公報

しかしながら、上述したような従来の技術では、変速機のギヤのガタ分や駆動系の捩れ等によって瞬間的に過大な加速度が発生した場合、例えば乾燥路面の全開発進でもスリップ発生と誤判定してしまう可能性がある。これを防ぐために判定の閾値を高くすると、今度は路面摩擦係数が低い路面でのスリップの検出が遅くなる可能性があり、最適値の設定が極めて困難である。

従って、従来、スポーツ用途の車両では高摩擦係数の乾燥路面での全開発進性能を重視した設定にする、一般用途の車両では低摩擦係数路でのスリップ検出を優先した設定にする等といったように、車両のタイプに応じて択一的な設定を行わざるを得ず、一つの設定で全ての路面状況において確実に車輪の空転を検出することは困難であった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、路面状況に拘わらず同じ判定基準を用いながら、誤判定を生じることなく早期に車輪空転を検出することのできる車輪の空転検出装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明による車輪の空転検出装置は、駆動源から変速機への入力と該変速機の作動状態とに基づいて、車輪に与えられる駆動力を算出する駆動力算出部と、上記車輪の速度に基づいて、少なくとも車体に働く空気抵抗を含む車両の走行抵抗を算出する走行抵抗算出部と、上記車輪に与えられる駆動力から上記走行抵抗を減算することにより、車両の余裕駆動力を算出する余裕駆動力算出部と、上記余裕駆動力が予め設定した閾値以下になったとき、上記車輪に空転が発生していると判定する空転判定部とを有することを特徴とする。

本発明によれば、路面状況に拘わらず同じ判定基準を用いながら、誤判定を生じることなく早期に車輪空転を検出することができ、高摩擦係数路での急発進時にも誤判定を生じることがなく、また、低摩擦係数路において早期に車輪空転を検出することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１〜図３は本発明の実施の一形態に係り、図１は車両制御系の全体構成図、図２は車輪空転検出処理に係る機能ブロック図、図３は車輪空転検出処理のフローチャートである。

図１において、符号１０は、変速機を制御する変速機コントロールユニット（以下、変速機ＥＣＵ）であり、本実施の形態においては、ロックアップクラッチ付きトルクコンバータを有する変速機の制御を実行すると共に、本発明に係る車輪の空転検出処理を実行する。変速機ＥＣＵ１０は、エンジンを制御するエンジンコントロールユニット（以下、エンジンＥＣＵ）２０、車両の駆動力制御及びＡＢＳ装置３５を介した制動力制御を行うトラクションコントロールユニット（以下、トラクションＥＣＵ）３０，インストルメントパネルに配設された表示装置４５やメータ類を制御するインストルメントパネルコントロールユニット（以下、インパネＥＣＵ）４０等の他の車載コントロールユニットと、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）等の通信プロトコルに基づくネットワーク１００を介して接続され、制御情報や制御指示を双方向で送出する。

また、変速機ＥＣＵ１０には、車輪の速度を検出する車輪速センサ１１，変速機への入力回転数を検出する変速機入力回転数センサ１２が接続されている。これらのセンサ１１，１２からの信号、ネットワーク１００を介したエンジンＥＣＵ２０からのエンジントルク信号及びエンジン回転数信号が変速機ＥＣＵ１０へ入力され、車輪の空転を検出したとき、変速機ＥＣＵ１０から、エンジンＥＣＵ２０へのトルクダウン指示、トラクションＥＣＵ３０へのブレーキ制御指示、運転者への報知のためのインパネＥＣＵ４０への指示が出力される。

尚、変速機ＥＣＵ１０内でロックアップの締結／解放を判断していない場合には、エンジンＥＣＵ２０からロックアップクラッチのＯＮ／ＯＦＦ信号が変速機ＥＣＵ１０へ入力される。

変速機ＥＣＵ１０による車輪の空転検出は、以下の（１）式に示すように、車輪で発生する発生駆動力Ｆ１と、この発生駆動力Ｆ１に対する走行抵抗Ｆ２との差を余裕駆動力Ｆ３として定義し、この余裕駆動力Ｆ３を予め設定した判定閾値と比較することにより、車輪が空転状態か否かを判定する。
Ｆ３＝Ｆ１−Ｆ２ …（１）

詳細には、発生駆動力Ｆ１は、エンジンから変速機及び終減速機を経て車輪に与えられる駆動力であり、以下の（２）式に示すように、エンジンから変速機に入力される変速機入力トルクＴｉｎに、総変速比ｉと効率ηとを乗算して求められる。
Ｆ１＝Ｔｉｎ×ｉ×η …（２）

また、走行抵抗Ｆ２は、以下の（３）式に示すように、車両重量Ｗと加速度αとによる加速抵抗Ｒα、車両の前面投影面積Ａと空気抵抗係数Ｃｄと車輪速度Ｖの２乗とによる空気抵抗Ｒｄ、転がり抵抗係数μと車両重量Ｗとによる車輪の転がり抵抗Ｒｅとの合計で求められる。
Ｆ２＝Ｒα＋Ｒｄ＋Ｒｅ …（３）
但し、Ｒα＝Ｗ×α
Ｒｄ＝Ｃｄ×Ａ×Ｖ²
Ｒｅ＝μ×Ｗ

従って、（１）式は、以下の（４）式で表すことができ、余裕駆動力Ｆ３は、車両重量Ｗ、加速度α、車両の前面投影面積Ａ、空気抵抗係数Ｃｄ、車輪速度Ｖ、転がり抵抗係数μ等のパラメータ、駆動源としてのエンジンの出力、及び変速機の作動状態に基づいて算出することができる。
Ｆ３＝Ｔｉｎ×ｉ×η−（Ｗ×α＋Ｃｄ×Ａ×Ｖ²＋μ×Ｗ） …（４）

（４）式は、路面の摩擦係数が低い状態で車輪の空転（ホイルスピン）が発生すると、急激に車輪速度Ｖが上昇し、空気抵抗Ｒｄの計算結果が急激に大きな値となり、余裕駆動力Ｆ３の計算結果が負の値となることを示している。一方、路面の摩擦係数が高いドライ路面での全開発進時等には、ホイルスピンが発生しないため、（４）式から余裕駆動力Ｆ３の計算結果は負にならないことを示している。従って、余裕駆動力Ｆ３の大小関係を調べることにより、車輪の空転を検出することができる。

このため、変速機ＥＣＵ１０は、車輪の空転検出処理に係る機能として、図２に示すように、発生駆動力算出部１５，走行抵抗算出部１６、余裕駆動力算出部１７、空転判定部１８を有している。

発生駆動力算出部１５は、ロックアップの有無、トルクコンバータの入出力回転数（エンジン回転数と変速機入力回転数）によりトルクコンバータのトルク増幅率を算出し、このトルクコンバータのトルク増幅率とエンジンＥＣＵから送信されるエンジントルクとに基づいて、変速機入力トルクＴｉｎを算出し、総変速比ｉ、効率ηを用いて、前述の(２)式により発生駆動力Ｆ１を算出する。尚、変速機が手動変速機である場合には、エンジントルクを変速機入力トルクＴｉｎとする。

その際、総変速比ｉに関しては、変速機がＣＶＴの場合には、プーリ比を変速機ＥＣＵ１０内で算出し、ＣＶＴで無い場合（有段自動変速機、手動変速機等）は、選択されている変速段を変速機ＥＣＵ２０で検出して変速比を求める。そして、プーリ比或いは変速段による変速比と車両諸元により決まるその他の減速比とから総変速比ｉを算出する。

また、変速機の効率ηに関しては、対象となる変速機の特性を考慮して予め実験或いはシミュレーション等によって求め、変速機ＥＣＵ１０内に制御定数として保持しておく。尚、プーリ比或いは変速段により効率が変化するような場合には、変速機ＥＣＵ１０内にマップとして効率ηを保持し、プーリ比或いは変速段毎にマップを参照して読み出す。

走行抵抗算出部１６は、車両重量Ｗ、空気抵抗係数Ｃｄ、車両の前面投影面積Ａ、転がり抵抗係数μ、車輪速度Ｖ、加速度α等のパラメータから前述の（３）式に従って走行抵抗Ｆ２を算出する。

車両重量Ｗ、空気抵抗係数Ｃｄ、及び前面投影面積Ａは、それぞれ車両諸元により事前に求められる値であり、変速機ＥＣＵ１０内に予め保存されている。但し、空気抵抗係数Ｃｄ及び前面投影面積Ａは、両者の乗算値Ｃｄ×Ａを変速機ＥＣＵ１０内に保存しておく。また、転がり抵抗係数μは、事前に実験或いはシミュレーション等により求められ、同様に変速機ＥＣＵ１０内に保存されている。一方、車輪速度Ｖは、車輪速センサ１１によって検出した値を用い、加速度αは車輪速度Ｖから算出する。

余裕駆動力算出部１７は、発生駆動力Ｆ１と走行抵抗Ｆ２との差を余裕駆動力Ｆ３として算出し、空転判定部１８に送出する。空転判定部１８は、余裕駆動力Ｆ３を予め設定された判定閾値Ｆｓと比較し、余裕駆動力Ｆ３が判定閾値Ｆｓ以下になったとき、車輪が空転していると判定する。判定閾値Ｆｓは、エンジン、変速機、タイヤ特性等を考慮して予め実験或いはシミュレーションによって求められた値であり、余裕駆動力Ｆ３との関係において、車輪が空転しているか否かを判定するための値である。

この車輪空転を判定したときには、変速機ＥＣＵ１０から、エンジンＥＣＵ２０，トラクションＥＣＵ３０に、それぞれ、エンジン出力を下げてトルクダウンさせる制御指示、ＡＢＳ装置３５を介したブレーキ制御指示を出力する。更に、インパネＥＣＵ４０に報知指示を出して、表示装置４５の警告灯等を点灯させ、ドライバの注意を喚起して警告を発する。

以上の車輪の空転検出処理は、具体的には、図３のフローチャートに示すプログラム処理によって実施される。次に、このプログラム処理について説明する。

先ず、ステップＳ１で、本処理の実施条件が成立するか否かを調べる。本処理の実施条件は、例えば、以下の（ｊ１），（ｊ２）の何れかの条件が成立するときであり、実施条件成立後、以下の（ｊ３）〜（ｊ５）の何れかの条件が成立したときには、本処理の実施が解除される。

［実施条件］
（ｊ１）他の優先する制御が実行中でない（例えば、雪道走行用のスノーモード又はホールドモード等の制御）。
（ｊ２）車輪減速度≧設定値（実験等で決定される値）、且つ発生駆動力Ｆ１≦設定値（実験等で決定される値）

［解除条件］
（ｊ３）他の優先する制御（例えば、スノーモード又はホールドモード）の実施条件が成立したとき
（Ｊ４）ホイルスピンモード判定中（車輪空転判定中）、且つアクセルペダル踏込み→開放後に、設定時間（実験等で決定される時間）が経過したとき
（ｊ５）車輪減速度＜設定値、且つ車輪減速度＜設定値となってから設定時間内（実験等で決定される時間内）

そして、ステップＳ１において実施条件が成立しないとき或いは解除されたときには、そのままルーチンを抜け、実施条件が成立するとき、ステップＳ２へ進んで車輪速センサ１１や変速機入力回転数センサ１２からの信号、エンジンＥＣＵ２０からのエンジン回転数やエンジントルクを入力すると共に、変速機ＥＣＵ１０内に保存されている車両重量Ｗ、加速度α、空気抵抗係数Ｃｄと前面投影面積Ａとの乗算値Ｃｄ×Ａ、転がり抵抗係数μ、変速機の効率η等のパラメータを読み込み、ステップＳ３へ進む。

ステップＳ３では、ロックアップの有無、トルクコンバータのトルク増幅率、エンジントルクに基づいて、変速機入力トルクＴｉｎを算出すると共に、変速機の現在の変速段を検出して総変速比ｉを求める。そして、変速機入力トルクＴｉｎ、総変速比ｉ、効率ηを用いて発生駆動力Ｆ１を算出する。

続くステップＳ４では、車両重量Ｗと加速度αとによる加速抵抗Ｒα、車両の前面投影面積Ａと空気抵抗係数Ｃｄと車輪速度Ｖの２乗とによる空気抵抗Ｒｄ、転がり抵抗係数μと車両重量Ｗとによる車輪の転がり抵抗Ｒｅをそれぞれ算出し、加速抵抗Ｒαと空気抵抗Ｒｄと転がり抵抗Ｒｅとを合計して走行抵抗Ｆ２を算出する。

その後、ステップＳ５へ進み、発生駆動力Ｆ１から走行抵抗Ｆ２を減算して余裕駆動力Ｆ３を算出すると、ステップＳ６で余裕駆動力Ｆ３が判定閾値Ｆｓ以下か否かを調べる。その結果、Ｆ３＞Ｆｓの場合には、車輪に空転が発生していないと判定して本処理を抜け、Ｆ３≦Ｆｓの場合、ステップＳ７で車輪が空転していると判定する。

そして、ステップＳ８で、エンジンＥＣＵ２０にトルクダウン指示を送信すると共に、トラクションＥＣＵ３０にブレーキ制御指示を送信し、車輪の空転を抑制する制御を実施する。更に、ステップＳ９で、ドライバの警告を報知するため、インパネＥＣＵ４０に報知指示を送信し、本処理を抜ける。

このように本実施の形態においては、余裕駆動力Ｆ３の概念を導入することで、あらゆる路面状況に対して車輪空転の誤判定や検出ミスを生じることなく、統一した判定基準を用いることができる。これにより、高摩擦係数路での急発進時にも誤判定を生じることがなく、また、低摩擦係数路において早期に車輪空転を検出することができ、制御性及び信頼性を向上することができる。

車両制御系の全体構成図 車輪空転検出処理に係る機能ブロック図 車輪空転検出処理のフローチャート

符号の説明

１０ 変速機コントロールユニット（変速機ＥＣＵ）
１５ 発生駆動力算出部
１６ 走行抵抗算出部
１７ 余裕駆動力算出部
１８ 空転判定部
Ｆ１ 発生駆動力
Ｆ２ 走行抵抗
Ｆ３ 余裕駆動力
Ｆｓ 判定閾値
Ｒｄ 空気抵抗
Ｒｅ 転がり抵抗
Ｒα 加速抵抗
Ｔｉｎ 変速機入力トルク

Claims (1)

1. 駆動源から変速機への入力と該変速機の作動状態とに基づいて、車輪に与えられる駆動力を算出する駆動力算出部と、
   上記車輪の速度に基づいて、少なくとも車体に働く空気抵抗を含む車両の走行抵抗を算出する走行抵抗算出部と、
   上記車輪に与えられる駆動力から上記走行抵抗を減算することにより、車両の余裕駆動力を算出する余裕駆動力算出部と、
   上記余裕駆動力が予め設定した閾値以下になったとき、上記車輪に空転が発生していると判定する空転判定部と
   を有することを特徴とする車輪の空転検出装置。

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