JP7788365B2 - Braking Torque Estimation Device - Google Patents
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Description
本発明は、車両運動制御に用いられて車両の制動トルクを推定する制動トルク推定装置に関する。 The present invention relates to a braking torque estimation device used in vehicle motion control to estimate the braking torque of a vehicle.
車両運動制御では、タイヤ前後力、スリップ率、車体速、及び制動トルクを精度よく推定することで、車両に搭載されたアクチュエータをよりきめ細かく制御することが可能である。車両の運動は、例えば制動時には、推定した制動トルクに基づいて制御される。制動トルクは、車両の性能にとって重要な値であり、タイヤ前後力、スリップ率、及び車体速から求めることができる。推力センサ等を使用して制動トルクを推定すると、推定精度を上げることができるが、コストが増大するという課題がある。 In vehicle motion control, accurate estimation of tire longitudinal force, slip ratio, vehicle speed, and braking torque enables more precise control of the actuators installed on the vehicle. For example, when braking, vehicle motion is controlled based on estimated braking torque. Braking torque is an important value for vehicle performance and can be calculated from tire longitudinal force, slip ratio, and vehicle speed. Estimating braking torque using a thrust sensor or the like can improve estimation accuracy, but there is the issue of increased costs.
また、タイヤ前後力を推定する方法として、車体速と車輪速の差によるスリップ率を求める方法がある。この方法には、前後加速度を積分して車体速を推定すると定常偏差の除去が難しいという課題と、センサを付加するとコストがかかるというという課題がある。 Another method for estimating tire longitudinal forces is to calculate the slip ratio based on the difference between vehicle speed and wheel speed. This method has the drawbacks of making it difficult to eliminate steady-state error when estimating vehicle speed by integrating longitudinal acceleration, and of being costly when adding sensors.
車体速や推力センサを使用せずに制動力を推定する従来の技術として、例えば特許文献1に記載された技術が提案されている。特許文献1に記載されたブレーキ装置は、車輪の接地荷重を推定する接地荷重推定部と、制動時の車輪の角速度と接地荷重から前後制動力比を推定し、前後制動力比に基づいて車輪の制動力を制御するための前後制動力補正値を演算する前後制動力補正値演算部と、制動時の車輪の角速度から車輪の制動力の左右差を小さくするための左右制動力補正値を演算する左右制動力補正値演算部と、制動力目標値と前後制動力補正値と左右制動力補正値に基づいて制動力指令値を演算する指令値演算部を備える。 Patent Document 1, for example, discloses a conventional technology for estimating braking force without using vehicle speed or thrust sensors. The brake device disclosed in Patent Document 1 includes a ground load estimation unit that estimates the wheel ground load; a front/rear braking force correction value calculation unit that estimates the front/rear braking force ratio from the wheel angular velocity and ground load during braking and calculates a front/rear braking force correction value for controlling the wheel braking force based on the front/rear braking force ratio; a left/right braking force correction value calculation unit that calculates a left/right braking force correction value from the wheel angular velocity during braking to reduce the difference in braking force between the left and right wheels; and a command value calculation unit that calculates a braking force command value based on the braking force target value, the front/rear braking force correction value, and the left/right braking force correction value.
また、非特許文献1には、オブザーバを用いてスリップ率を推定する技術が記載されている。 Non-Patent Document 1 also describes a technique for estimating slip ratio using an observer.
従来の技術には、制動トルクを精度よく推定することが難しいという課題があり、特に、制動トルクを推定するのに必要なタイヤ前後力、スリップ率、及び車体速を精度よく推定するのが困難である。 Conventional technology has the problem of making it difficult to accurately estimate braking torque, and in particular, it is difficult to accurately estimate the tire longitudinal force, slip ratio, and vehicle speed required to estimate braking torque.
特許文献1に記載の技術では、推定された車輪の接地荷重を用いて前後制動力を制御し、前輪と後輪の少なくとも一方で左右の制動力がほぼ等しい場合にタイヤ前後力を推定する。この技術では、左右の車輪に制動力の差がある場合には、タイヤ前後力を推定するのが困難である。 The technology described in Patent Document 1 controls the front and rear braking forces using the estimated wheel ground loads, and estimates the tire longitudinal force when the left and right braking forces on at least one of the front and rear wheels are approximately equal. With this technology, it is difficult to estimate the tire longitudinal force when there is a difference in braking force between the left and right wheels.
非特許文献1に記載の技術では、車輪速とその微分値と前後加速度からスリップ率をオブザーバによって推定する。この技術では、オブザーバを用いることで推定の収束性が保障されるが、時々刻々の精度が保障されない点と、車輪速の微分値が必要な点が課題であり、また、車両運動制御に必要な値のうちスリップ率以外の値を推定できるか不明である。 The technology described in Non-Patent Document 1 uses an observer to estimate the slip ratio from the wheel speed, its derivative, and longitudinal acceleration. While this technology ensures convergence of the estimation by using an observer, it has issues in that it does not guarantee accuracy from moment to moment and requires the derivative of the wheel speed. It is also unclear whether it is possible to estimate values other than the slip ratio that are required for vehicle motion control.
このように、従来の技術では、タイヤ前後力、スリップ率、及び車体速を精度よく推定するのが困難であり、制動トルクを精度よく推定するのが難しいという課題がある。また、制動トルクセンサや推力センサ等を使用すると制動トルクの推定精度を上げることができるが、コストの増大を防ぐために、これらのセンサを用いずに車両が一般的に備えるセンサのみを用いて制動トルクを精度よく推定したいという要望がある。 As such, conventional technology has the problem that it is difficult to accurately estimate tire longitudinal forces, slip ratios, and vehicle speed, making it difficult to accurately estimate braking torque. Furthermore, while the accuracy of braking torque estimation can be improved by using a braking torque sensor or thrust sensor, etc., in order to prevent increases in costs, there is a demand for accurate estimation of braking torque using only sensors that are generally equipped on vehicles, without using these sensors.
本発明の目的は、低コストで高精度に制動トルクを推定できる制動トルク推定装置を提供することである。 The object of the present invention is to provide a braking torque estimation device that can estimate braking torque with high accuracy at low cost.
本発明による制動トルク推定装置は、タイヤが設けられた複数の車輪を備える車両に設置可能であり、前記車輪の制動トルクを算出する制動トルク算出部を備え、前記車輪の車輪速と、前記車両の前後方向の加速度である前後加速度とを入力する。前記制動トルク算出部は、前記車輪速と、前記車輪のタイヤ荷重と、前記前後加速度と、前記車輪のタイヤ特性とに基づいて、車体速と、前記車輪のタイヤ前後力と、前記車輪のスリップ率とを算出するとともに、算出した前記タイヤ前後力に基づいて前記制動トルクを算出する。 The braking torque estimation device according to the present invention can be installed on a vehicle having multiple wheels with tires, and includes a braking torque calculation unit that calculates the braking torque of the wheels, and inputs the wheel speed of the wheels and longitudinal acceleration, which is the acceleration of the vehicle in the longitudinal direction. The braking torque calculation unit calculates the vehicle speed, the tire longitudinal force of the wheels, and the wheel slip ratio based on the wheel speed, tire load of the wheels, the longitudinal acceleration, and tire characteristics of the wheels, and calculates the braking torque based on the calculated tire longitudinal force.
本発明によると、低コストで高精度に制動トルクを推定できる制動トルク推定装置を提供することができる。 This invention provides a braking torque estimation device that can estimate braking torque with high accuracy and at low cost.
本発明による制動トルク推定装置は、タイヤが設けられた複数の車輪を備える車両に設置可能であり、車輪の車輪速と車両の前後加速度を用いてタイヤ特性(例えば、制動係数)とタイヤ荷重を推定でき、推定したタイヤ特性とタイヤ荷重を用いて車体速、スリップ率、タイヤ前後力、及び制動トルクを低コストで高精度に推定できる。スリップ率、タイヤ前後力、及び制動トルク等は、ブレーキ装置とタイヤによって個体差があり、ブレーキ装置とタイヤの摩耗等による経年変化によって変動する。本発明による制動トルク推定装置では、車体速、スリップ率、タイヤ前後力、及び制動トルクを、制動トルクセンサや推力センサを用いずに、車両が一般的に備えるセンサのみを用いて、低コストで精度よく推定することができる。本発明による制動トルク推定装置を用いると、車両の運動を低コストで高精度に制御することができる。 The braking torque estimation device according to the present invention can be installed on a vehicle equipped with multiple wheels and tires. It can estimate tire characteristics (e.g., braking coefficient) and tire load using the wheel speed and longitudinal acceleration of the vehicle. The estimated tire characteristics and tire load can then be used to estimate vehicle speed, slip ratio, tire longitudinal force, and braking torque with high accuracy and low cost. Slip ratio, tire longitudinal force, braking torque, etc. vary depending on the brake device and tire, and fluctuate over time due to wear of the brake device and tires. The braking torque estimation device according to the present invention can estimate vehicle speed, slip ratio, tire longitudinal force, and braking torque with high accuracy and low cost, without using a braking torque sensor or thrust sensor, using only sensors typically provided on the vehicle. Using the braking torque estimation device according to the present invention, vehicle motion can be controlled with high accuracy and low cost.
以下、本発明の実施例による制動トルク推定装置を、図面を使用して説明する。なお、本明細書で用いる図面において、同一の又は対応する構成要素には同一の符号を付け、これらの構成要素については繰り返しの説明を省略する場合がある。 The following describes a braking torque estimation device according to an embodiment of the present invention, using the drawings. Note that in the drawings used in this specification, identical or corresponding components are designated by the same reference numerals, and repeated explanations of these components may be omitted.
本発明の実施例1による制動トルク推定装置について説明する。 This section describes a braking torque estimation device according to a first embodiment of the present invention.
図1は、本実施例による制動トルク推定装置を備える車両10の構成例を示す図である。車両10は、コントローラ5、車輪7、車体8、車輪速センサ1、加速度センサ2、ジャイロセンサ3、操舵角センサ4、制動力を発生するブレーキ装置9、ブレーキペダル11、及び電源14を備え、さらに、図示していないが、制駆動力を発生させる内燃機関又は電動機、操舵装置、及びサスペンション等を備える。 Figure 1 shows an example configuration of a vehicle 10 equipped with a braking torque estimation device according to this embodiment. The vehicle 10 includes a controller 5, wheels 7, a vehicle body 8, a wheel speed sensor 1, an acceleration sensor 2, a gyro sensor 3, a steering angle sensor 4, a brake device 9 that generates braking force, a brake pedal 11, and a power source 14. Furthermore, although not shown, the vehicle 10 also includes an internal combustion engine or electric motor that generates braking/driving force, a steering device, a suspension, and the like.
コントローラ5は、本実施例による制動トルク推定装置を備え、内燃機関、電動機、ブレーキ装置9、操舵装置、及びサスペンション等を制御する。コントローラ5は、自らが備える機能ごとに分けて設けられてもよく、上位のコントローラと下位のコントローラとに分けて設けられてもよい。本明細書では、このように分けられた複数のコントローラも、まとめてコントローラ5と呼ぶ。なお、コントローラ5は、CPU等の演算装置、半導体メモリ等の主記憶装置、補助記憶装置、及び通信装置等のハードウェアを備えて車両10を統括制御する計算機で構成することができ、主記憶装置にロードされたプログラムを演算装置が実行することで、様々な機能を実現する。 The controller 5 is equipped with a braking torque estimation device according to this embodiment and controls the internal combustion engine, electric motor, brake device 9, steering device, suspension, etc. The controller 5 may be divided into separate controllers for each of its functions, or into a higher-level controller and a lower-level controller. In this specification, multiple controllers divided in this manner are collectively referred to as the controller 5. The controller 5 may be configured as a computer that provides overall control of the vehicle 10 and includes hardware such as a calculation device such as a CPU, a main memory device such as semiconductor memory, an auxiliary memory device, and a communication device, and various functions are realized by the calculation device executing programs loaded into the main memory device.
以下の説明では、コントローラ5の上記の構成のような、周知技術の説明を省略することがある。 In the following explanation, explanations of well-known technologies, such as the above-mentioned configuration of the controller 5, may be omitted.
車輪7は、車体8の前後左右の4か所に配置され、タイヤが設けられている。本実施例では、車両10は、4輪車であるとする。 Wheels 7 are arranged at four locations on the front, rear, left, and right sides of the vehicle body 8, and tires are provided. In this embodiment, the vehicle 10 is a four-wheeled vehicle.
車輪速センサ1、加速度センサ2、ジャイロセンサ3、及び操舵角センサ4は、車両10が一般的に備えるセンサである。 The wheel speed sensor 1, acceleration sensor 2, gyro sensor 3, and steering angle sensor 4 are sensors that are typically provided in a vehicle 10.
車輪速センサ1は、車体8の4か所にある車輪7の回転速度を検出する。車輪速センサ1は、例えば、車軸ハブ等に設置された回転部と、ナックルやブレーキキャリア等に設置された固定部との間の相対回転速度(車輪角速度)を検出するセンサで構成することができる。 The wheel speed sensor 1 detects the rotational speed of the wheels 7 located at four locations on the vehicle body 8. The wheel speed sensor 1 can be configured, for example, as a sensor that detects the relative rotational speed (wheel angular velocity) between a rotating part installed on an axle hub or the like and a fixed part installed on a knuckle, brake carrier, or the like.
加速度センサ2は、車体8の重心に作用する加速度、すなわち車両10の前後方向の加速度(前後加速度)と横方向の加速度(横加速度)を検出する。 The acceleration sensor 2 detects the acceleration acting on the center of gravity of the vehicle body 8, i.e., the acceleration in the longitudinal direction (longitudinal acceleration) and the acceleration in the lateral direction (lateral acceleration) of the vehicle 10.
ジャイロセンサ3は、車体8の重心周りの回転の角速度であるヨーレイトを検出する。 The gyro sensor 3 detects the yaw rate, which is the angular velocity of rotation around the center of gravity of the vehicle body 8.
操舵角センサ4は、車両10を運転する運転手の操舵によって生じるステアリングホイールの回転角又は車輪7の舵角である操舵角を検出する。 The steering angle sensor 4 detects the steering angle, which is the rotation angle of the steering wheel or the steering angle of the wheels 7, generated by the steering of the driver operating the vehicle 10.
ブレーキ装置9は、例えば電動ブレーキ装置であり、車体8の4か所にある車輪7のそれぞれに設けられる。すなわち、車両10は、左前輪用のブレーキ装置9FL、右前輪用のブレーキ装置9FR、左後輪用のブレーキ装置9RL、及び右後輪用のブレーキ装置9RRを備える。これらのブレーキ装置は、互いに同じ構造を備え、コントローラ5に制御される。以下では、これらのブレーキ装置9FL、9FR、9RL、9RRをまとめてブレーキ装置9と呼ぶ。なお、ブレーキ装置9は、電動ブレーキ装置ではなく、油圧ブレーキ装置でもよい。 The brake devices 9 are, for example, electric brake devices, and are provided on each of the four wheels 7 on the vehicle body 8. That is, the vehicle 10 is equipped with a brake device 9FL for the left front wheel, a brake device 9FR for the right front wheel, a brake device 9RL for the left rear wheel, and a brake device 9RR for the right rear wheel. These brake devices have the same structure and are controlled by the controller 5. Hereinafter, these brake devices 9FL, 9FR, 9RL, and 9RR will be collectively referred to as brake devices 9. Note that the brake devices 9 may be hydraulic brake devices instead of electric brake devices.
コントローラ5は、車両10の運転手によるブレーキペダル11の操作、車両10や車輪7の状態、及び車両10の外界についての各種情報等を基に、ブレーキペダル11の操作に応じた制御信号を、通信線12を介してブレーキ装置9に送信する。ブレーキ装置9は、電線13を介して電源14から供給された電力によって駆動する。 The controller 5 transmits a control signal corresponding to the operation of the brake pedal 11 to the brake device 9 via the communication line 12 based on the operation of the brake pedal 11 by the driver of the vehicle 10, the state of the vehicle 10 and wheels 7, and various information about the environment outside the vehicle 10. The brake device 9 is powered by electricity supplied from the power source 14 via the electric wire 13.
コントローラ5は、本実施例による制動トルク推定装置の機能を備え、制動トルク推定装置が推定した制動トルクの値等を用いて、車両10を制動する。図2を用いて、本実施例による制動トルク推定装置について説明する。 The controller 5 has the functionality of the braking torque estimation device according to this embodiment, and brakes the vehicle 10 using the braking torque value estimated by the braking torque estimation device. The braking torque estimation device according to this embodiment will be explained using Figure 2.
図2は、本実施例による制動トルク推定装置20の構成を示すブロック図である。制動トルク推定装置20は、タイヤ荷重推定部21、タイヤ特性読込部25、制動トルク等推定部26、タイヤ特性推定部22、及びタイヤ特性記憶部24を備える。 Figure 2 is a block diagram showing the configuration of the braking torque estimation device 20 according to this embodiment. The braking torque estimation device 20 includes a tire load estimation unit 21, a tire characteristics reading unit 25, a braking torque estimation unit 26, a tire characteristics estimation unit 22, and a tire characteristics storage unit 24.
タイヤ荷重推定部21は、タイヤ荷重Fziを算出して推定する。タイヤ荷重Fziは、タイヤ上下力Fziとも呼ぶ。タイヤ荷重推定部21がタイヤ荷重Fziを算出する方法については、後述する。 The tire load estimation unit 21 calculates and estimates the tire load Fzi. The tire load Fzi is also called the tire vertical force Fzi. The method by which the tire load estimation unit 21 calculates the tire load Fzi will be described later.
なお、添え字iは、車体8の4か所にある車輪7を区別する識別子であり、FL(左前輪)、FR(右前輪)、RL(左後輪)、及びRR(右後輪)のいずれか1つを表す。以下の説明でも、この添え字iを用いる。 The subscript i is an identifier that distinguishes between the four wheels 7 on the vehicle body 8, and represents one of the following: FL (front left wheel), FR (front right wheel), RL (rear left wheel), and RR (rear right wheel). This subscript i will also be used in the following explanation.
タイヤ特性読込部25は、タイヤ特性記憶部24が記憶しているタイヤ特性を入力する。このタイヤ特性は、タイヤのスリップ率と摩擦係数との関係を示す値である。タイヤ特性の例としては、後述するように、スリップ率と摩擦係数との間の比例係数である制動係数Kbiを挙げることができる。摩擦係数は、タイヤ接地面でタイヤが受ける前後力(タイヤ前後力Fxi)を、タイヤ接地面でタイヤが受ける上下力(タイヤ荷重Fzi又はタイヤ上下力Fzi)で割った値である。 The tire characteristics reading unit 25 inputs the tire characteristics stored in the tire characteristics storage unit 24. These tire characteristics are values that indicate the relationship between the tire's slip ratio and friction coefficient. As will be described later, an example of a tire characteristic is the braking coefficient Kbi, which is a proportional coefficient between the slip ratio and friction coefficient. The friction coefficient is the value obtained by dividing the longitudinal force (tire longitudinal force Fxi) that the tire receives at the tire contact surface by the vertical force (tire load Fzi or tire vertical force Fzi) that the tire receives at the tire contact surface.
制動トルク等推定部26は、タイヤ荷重推定部21が算出したタイヤ荷重Fziと、タイヤ特性読込部25が得たタイヤ特性(例えば、スリップ率と摩擦係数との関係を示す値である制動係数Kbi)を用いて、タイヤ前後力、スリップ率、車体速、及び制動トルクを算出して推定する。以下では、タイヤ前後力、スリップ率、車体速、及び制動トルクをまとめて、「制動トルク等」とも呼ぶ。また、制動トルク等推定部26は、制動トルク算出部とも呼ぶ。 The braking torque etc. estimation unit 26 calculates and estimates the tire longitudinal force, slip ratio, vehicle speed, and braking torque using the tire load Fzi calculated by the tire load estimation unit 21 and the tire characteristics (e.g., the braking coefficient Kbi, which is a value indicating the relationship between the slip ratio and the friction coefficient) obtained by the tire characteristics reading unit 25. Hereinafter, the tire longitudinal force, slip ratio, vehicle speed, and braking torque will be collectively referred to as "braking torque etc." The braking torque etc. estimation unit 26 will also be referred to as the braking torque calculation unit.
制動トルク算出部である制動トルク等推定部26が、制動トルク等を算出する方法について説明する。 This section explains how the braking torque estimation unit 26, which is a braking torque calculation unit, calculates braking torque, etc.
図3は、タイヤ特性である、スリップ率と摩擦係数との関係の例を示す図である。図3では、横軸がスリップ率で、縦軸が摩擦係数であり、両者の関係が曲線30で表されている。スリップ率と摩擦係数は、一般に、図3に表すような関係にあることが知られている。 Figure 3 is a diagram showing an example of the relationship between slip ratio and friction coefficient, which are tire characteristics. In Figure 3, the horizontal axis represents slip ratio and the vertical axis represents friction coefficient, and the relationship between the two is represented by curve 30. It is generally known that the relationship between slip ratio and friction coefficient is as shown in Figure 3.
スリップ率λiは、制動時は式(1)で表される。 The slip ratio λi during braking is expressed by equation (1).
ここで、Vbは車体速を示し、Vwiは車輪速を示す。車体速Vbは、車体8の速度(車体8の重心の速度)である。車輪速Vwiは、車輪7の回転速度であり、(タイヤ半径Ri×車輪角速度ωi)で求められ、車輪速センサ1で検出することができる。 Here, Vb indicates the vehicle speed, and Vwi indicates the wheel speed. The vehicle speed Vb is the speed of the vehicle body 8 (the speed of the center of gravity of the vehicle body 8). The wheel speed Vwi is the rotational speed of the wheel 7, which is calculated as (tire radius Ri x wheel angular velocity ωi), and can be detected by the wheel speed sensor 1.
スリップ率λiは、駆動時(加速時)は式(2)で表される。 The slip ratio λi during driving (acceleration) is expressed by equation (2).
図3で、スリップ率が正の場合は、駆動時の摩擦係数を示し、スリップ率が負の場合は、制動時の摩擦係数を示す。すなわち、図3のグラフにおいて、右上の領域が駆動時の特性を示し、左下の領域が制動時の特性を示す。 In Figure 3, a positive slip ratio indicates the friction coefficient during driving, and a negative slip ratio indicates the friction coefficient during braking. That is, in the graph of Figure 3, the upper right area indicates the characteristics during driving, and the lower left area indicates the characteristics during braking.
図3に示すように、摩擦係数は、スリップ率が大きくなるにつれて大きくなるが、あるスリップ率でピークに達し、さらにスリップ率が大きくなると小さくなるという特徴をもつ。スリップ率の絶対値が小さい場合には、スリップ率と摩擦係数との間に線形の関係があり、両者の関係が破線で示した直線31で表される。 As shown in Figure 3, the coefficient of friction increases as the slip ratio increases, but reaches a peak at a certain slip ratio and then decreases as the slip ratio increases further. When the absolute value of the slip ratio is small, there is a linear relationship between the slip ratio and the coefficient of friction, and this relationship is represented by the dashed line 31.
上述したように、スリップ率の絶対値が小さい範囲では、スリップ率と摩擦係数とが比例の関係にあるので、この比例係数を制動係数Kbiとする。 As mentioned above, when the absolute value of the slip ratio is small, the slip ratio and the friction coefficient are proportional to each other, so this proportionality coefficient is taken as the braking coefficient Kbi.
タイヤ前後力Fxiは、式(3)で求められる。 The tire longitudinal force Fxi is calculated using equation (3).
タイヤ前後力Fxiの全ての車輪7(4輪)についての合計値は、空気抵抗や車両10の傾斜等による重力の影響を除くと、車両10の運動方程式から式(4)で表される。 The total value of the tire longitudinal force Fxi for all four wheels 7, excluding the effects of gravity due to air resistance and the inclination of the vehicle 10, is expressed by equation (4) from the equation of motion of the vehicle 10.
ここで、axは車両10の前後加速度であり、axseは加速度センサ2が検出した車体8の重心に作用する前後加速度、mbは乗員等を含めた車両10の質量である。記号Σは、添え字iについての和、すなわち、全ての車輪7(4輪)についての合計を示す。 Here, ax is the longitudinal acceleration of the vehicle 10, axse is the longitudinal acceleration acting on the center of gravity of the vehicle body 8 detected by the acceleration sensor 2, and mb is the mass of the vehicle 10 including occupants. The symbol Σ indicates the sum for the subscript i, i.e., the total for all wheels 7 (4 wheels).
式(4)に示すように、車両10の前後加速度axは、加速度センサ2が検出した値axseであるとしてもよい。但し、車両10の前後加速度axは、前後加速度axseに含まれている車体8のピッチングに伴う重力加速度成分を除去することで、高精度に求めることができる。このため、車両10の前後加速度axは、式(5)を用いて求めることもできる。ここで、θyは車体8のピッチ角を示し、gは重力加速度を示す。 As shown in equation (4), the longitudinal acceleration ax of the vehicle 10 may be the value axse detected by the acceleration sensor 2. However, the longitudinal acceleration ax of the vehicle 10 can be calculated with high accuracy by removing the gravitational acceleration component associated with pitching of the vehicle body 8 contained in the longitudinal acceleration axse. Therefore, the longitudinal acceleration ax of the vehicle 10 can also be calculated using equation (5). Here, θy represents the pitch angle of the vehicle body 8, and g represents gravitational acceleration.
ピッチ角θyが小さい場合には、式(5)は、式(6)に近似できる。このため、ピッチ角θyが小さいとして、式(5)の代わりに、線形の近似式である式(6)を用いてもよい。 When the pitch angle θy is small, equation (5) can be approximated by equation (6). Therefore, assuming that the pitch angle θy is small, equation (6), which is a linear approximation, may be used instead of equation (5).
なお、車両10が傾斜角αで傾斜している場合には、式(4)の運動方程式は、重力の項が追加されて式(7)で表される。 When the vehicle 10 is tilted at a tilt angle α, the equation of motion in equation (4) is expressed as equation (7) by adding a term for gravity.
また、ピッチ角θyと傾斜角αが小さいとすれば、車両10の前後加速度axは、加速度センサ2が検出した前後加速度axseを用いて、式(8)で求められる。 Furthermore, if the pitch angle θy and tilt angle α are small, the longitudinal acceleration ax of the vehicle 10 can be calculated using equation (8) using the longitudinal acceleration axse detected by the acceleration sensor 2.
すると、タイヤ前後力Fxiの全ての車輪7(4輪)についての合計値は、式(7)、(8)から、加速度センサ2が検出した前後加速度axseを用いて、式(9)で求めることができる。 Then, the total tire longitudinal force Fxi for all four wheels 7 can be calculated from equations (7) and (8) using the longitudinal acceleration axse detected by the acceleration sensor 2, using equation (9).
ここで、ピッチ角θyは、前後加速度とピッチ剛性の関係を用いて算出することができる。 Here, the pitch angle θy can be calculated using the relationship between longitudinal acceleration and pitch stiffness.
また、タイヤ前後力Fxiを計算する際に空気抵抗の影響を考慮する場合には、例えば式(4)の運動方程式を用いて、式(10)のようにタイヤ前後力Fxiの全ての車輪7(4輪)についての合計値が求められる。 Furthermore, when taking into account the effect of air resistance when calculating the tire longitudinal force Fxi, the equation of motion (Equation (4)) can be used, for example, to find the total value of the tire longitudinal force Fxi for all wheels 7 (four wheels), as shown in Equation (10).
ここで、Aは車両10の前面投影面積、Cは空気抵抗係数、ρは空気の密度である。車体速Vbは、求めたい値(制動トルク等に含まれる値)であるので、式(10)では、直近の過去に求めた値や車輪速Vwiを車体速Vbとする。 Here, A is the frontal projection area of the vehicle 10, C is the air resistance coefficient, and ρ is the air density. Since the vehicle speed Vb is the value to be calculated (a value included in braking torque, etc.), in equation (10), the most recently calculated value or wheel speed Vwi is used as the vehicle speed Vb.
式(9)又は式(10)を用いることで、タイヤ前後力Fxiの合計値をより精度よく求めることができる。 By using equation (9) or equation (10), the total value of the tire longitudinal forces Fxi can be calculated more accurately.
一方、制動時には、タイヤ前後力Fxiの全ての車輪7(4輪)についての合計値は、式(3)に式(1)を代入することで、式(11)で表される。 On the other hand, during braking, the total tire longitudinal force Fxi for all four wheels 7 is expressed by equation (11) by substituting equation (1) into equation (3).
式(11)を車体速Vbについて解くと、車体速Vbを表す式として式(12)が得られる。 Solving equation (11) for vehicle speed Vb gives equation (12), which represents vehicle speed Vb.
式(12)を式(1)に代入すると、各輪のスリップ率λiを表す式として式(13)が得られる。 By substituting equation (12) into equation (1), we obtain equation (13), which represents the slip ratio λi of each wheel.
式(13)を式(3)に代入すると、各輪のタイヤ前後力Fxiを表す式として式(14)が得られる。 By substituting equation (13) into equation (3), we obtain equation (14) which represents the tire longitudinal force Fxi of each wheel.
以上から、車体速Vb、各輪のスリップ率λi、各輪のタイヤ前後力Fxiは、加速度センサ2が検出した前後加速度axseを用いて算出可能な全ての車輪7についてのタイヤ前後力Fxiの合計値と、それぞれの車輪7のタイヤ荷重Fzi(タイヤ上下力Fzi)と、制動係数Kbiと、車輪速Vwiを用いて求められることがわかる(式(12)-式(14))。 From the above, it can be seen that the vehicle speed Vb, the slip ratio λi of each wheel, and the tire longitudinal force Fxi of each wheel can be calculated using the total tire longitudinal force Fxi for all wheels 7, which can be calculated using the longitudinal acceleration axse detected by the acceleration sensor 2, the tire load Fzi (tire vertical force Fzi) of each wheel 7, the braking coefficient Kbi, and the wheel speed Vwi (Equation (12)-Equation (14)).
なお、制動トルク等推定部26は、制動係数Kbiとして、タイヤ特性読込部25がタイヤ特性記憶部24から入力した値を用い、全ての車輪7のタイヤ荷重Fziとして、タイヤ荷重推定部21が推定した値を用いる。 The braking torque estimation unit 26 uses the value input by the tire characteristics reading unit 25 from the tire characteristics storage unit 24 as the braking coefficient Kbi, and uses the values estimated by the tire load estimation unit 21 as the tire loads Fzi of all wheels 7.
なお、以上の説明では、車両10の全ての車輪7(4輪)の間で制動係数Kbiが異なる場合について述べた。4つの車輪7は、同じタイヤを用いて同じような状況の路面を走行していると考えられる場合には、タイヤ特性に大きな違いがなく、同一の制動係数Kbでタイヤ特性が表されると仮定することができる。全ての車輪7が同一の制動係数Kbを持つとすると、式(12)-(14)は、それぞれ式(15)-(17)のように表される。但し、ΣFziをmb×gに置き換えている。 The above explanation describes the case where the braking coefficient Kbi differs between all four wheels 7 of the vehicle 10. If the four wheels 7 are considered to be using the same tires and traveling on similar road conditions, it can be assumed that there are no significant differences in tire characteristics and that the tire characteristics are expressed by the same braking coefficient Kb. If all wheels 7 have the same braking coefficient Kb, then equations (12)-(14) can be expressed as equations (15)-(17), respectively. However, ΣFzi is replaced with mb×g.
すなわち、車体速Vb、各輪のスリップ率λi、各輪のタイヤ前後力Fxiは、各輪の制動係数Kbiに変えて、全ての車輪7に対して同一の値を持つ制動係数Kbを用いて求めることができる。 In other words, the vehicle speed Vb, slip ratio λi of each wheel, and tire longitudinal force Fxi of each wheel can be calculated using a braking coefficient Kb that is the same for all wheels 7, instead of the braking coefficient Kbi of each wheel.
制動時のタイヤ前後力Fxiと制動トルクの関係は、走行抵抗を無視すると、式(18)で表される。 The relationship between tire longitudinal force Fxi and braking torque during braking, ignoring running resistance, is expressed by equation (18).
ここで、Iiは車輪7の慣性モーメントを示し、Tbiは制動トルクを示し、Riはタイヤ半径を示し、ωiは車輪角速度を示す。なお、ωi×Ri=Vwiの関係がある。 Here, Ii represents the moment of inertia of the wheel 7, Tbi represents the braking torque, Ri represents the tire radius, and ωi represents the wheel angular velocity. Note that there is a relationship of ωi x Ri = Vwi.
制動トルクTbiは、式(18)から式(19)のように算出できる。 The braking torque Tbi can be calculated from equation (18) to equation (19).
式(19)において慣性項を値が小さいので無視すると、制動トルクTbiを表す式として式(20)が得られる。 If we ignore the inertia term in equation (19) because it is small, we obtain equation (20) which represents the braking torque Tbi.
ここで、減速時は、タイヤ前後力Fxiが負の値で、制動トルクTbiが正の値としている。 Here, during deceleration, the tire longitudinal force Fxi is a negative value and the braking torque Tbi is a positive value.
制動トルクTbiには、ブレーキ装置9による制動トルクと、電動車両における電動機によるトルクと、内燃機関によるトルクが含まれる。電動機によるトルクは、回生ブレーキトルクと呼ばれ、内燃機関によるトルクは、エンジンブレーキトルクと呼ばれる。回生ブレーキトルクとエンジンブレーキトルクは、駆動トルクと呼ばれる。制動トルク等推定部26は、これらの駆動トルクを既存技術に従って推定することができる。 The braking torque Tbi includes the braking torque generated by the brake device 9, the torque generated by the electric motor in the electric vehicle, and the torque generated by the internal combustion engine. The torque generated by the electric motor is called regenerative braking torque, and the torque generated by the internal combustion engine is called engine braking torque. The regenerative braking torque and engine braking torque are called driving torque. The braking torque estimation unit 26 can estimate these driving torques according to existing technology.
制動トルク等推定部26は、ブレーキ装置9による制動トルクを、制動トルクTbiから駆動トルク(回生ブレーキトルク又はエンジンブレーキトルク)を減じることで求めることができる。 The braking torque estimation unit 26 can calculate the braking torque applied by the brake device 9 by subtracting the driving torque (regenerative braking torque or engine braking torque) from the braking torque Tbi.
また、ブレーキ装置9による制動トルクに比べ、回生ブレーキトルクとエンジンブレーキトルクが十分に小さい場合には、制動トルク等推定部26は、制動トルクTbiの値をブレーキ装置9による制動トルクの値とすることができる。 Furthermore, when the regenerative braking torque and engine braking torque are sufficiently small compared to the braking torque by the brake device 9, the braking torque estimation unit 26 can set the value of the braking torque Tbi to the value of the braking torque by the brake device 9.
また、ブレーキ装置9が非動作中であり、ブレーキ装置9による制動トルクが発生していない場合には、制動トルク等推定部26は、制動トルクTbiの値を回生ブレーキトルク又はエンジンブレーキトルクの値とすることができる。また、ブレーキ装置9による制動トルクが計測可能である場合には、制動トルク等推定部26は、計測されたブレーキ装置9による制動トルクの値を制動トルクTbiから減じることで、回生ブレーキトルク又はエンジンブレーキトルクを求めることができる。 Furthermore, when the brake device 9 is not operating and no braking torque is being generated by the brake device 9, the braking torque etc. estimation unit 26 can set the value of the braking torque Tbi to the value of the regenerative braking torque or engine braking torque. Furthermore, when the braking torque by the brake device 9 can be measured, the braking torque etc. estimation unit 26 can obtain the regenerative braking torque or engine braking torque by subtracting the measured value of the braking torque by the brake device 9 from the braking torque Tbi.
次に、タイヤ荷重推定部21がタイヤ荷重Fzi(タイヤ上下力Fzi)を算出する方法について説明する。タイヤ荷重推定部21は、公知の方法でタイヤ荷重Fziを算出することができる。以下では、一例として、車両10が直線を走行するときのタイヤ荷重Fziを算出する方法について説明する。 Next, we will explain how the tire load estimation unit 21 calculates the tire load Fzi (tire vertical force Fzi). The tire load estimation unit 21 can calculate the tire load Fzi using a known method. As an example, we will explain below how to calculate the tire load Fzi when the vehicle 10 is traveling in a straight line.
例えば、加減速がない場合の左右輪の荷重が互いに等しいと仮定すれば、直進走行している場合には、タイヤ荷重Fziは、前輪については式(21)で、後輪については式(22)で算出できる。 For example, assuming that the loads on the left and right wheels are equal when there is no acceleration or deceleration, when the vehicle is traveling straight, the tire load Fzi can be calculated using equation (21) for the front wheels and equation (22) for the rear wheels.
ここで、mbは乗員等を含めた車両10の質量、Lfは車両10の重心位置と前輪軸との前後方向の距離、Lrは車両10の重心位置と後輪軸との前後方向の距離、Lbasはホイールベース(Lbas=Lf+Lr)、hycは車両10の重心高さを示す。 Here, mb is the mass of the vehicle 10 including occupants, Lf is the longitudinal distance between the center of gravity of the vehicle 10 and the front wheel axle, Lr is the longitudinal distance between the center of gravity of the vehicle 10 and the rear wheel axle, Lbas is the wheelbase (Lbas = Lf + Lr), and hyc is the height of the center of gravity of the vehicle 10.
式(21)と式(22)から、タイヤ荷重Fzi(タイヤ上下力Fzi)も、加速度センサ2が検出した前後加速度axseを用いて算出することができる。前後加速度axは、加速度センサ2が検出した前後加速度axseを用いて求められる(例えば、式(4)、(5)、(6)、(8)を参照)。 From equations (21) and (22), the tire load Fzi (tire vertical force Fzi) can also be calculated using the longitudinal acceleration axse detected by the acceleration sensor 2. The longitudinal acceleration ax can be determined using the longitudinal acceleration axse detected by the acceleration sensor 2 (see, for example, equations (4), (5), (6), and (8)).
なお、制動トルク等推定部26は、タイヤ荷重Fziとして、タイヤ荷重推定部21が算出して推定した値ではなく、実測したりサスペンションの変位等から算出したりして求めた値を用いてもよい。 In addition, the braking torque estimation unit 26 may use, as the tire load Fzi, a value obtained by actual measurement or calculation from suspension displacement, etc., rather than a value calculated and estimated by the tire load estimation unit 21.
次に、タイヤ特性推定部22について説明する。タイヤ特性推定部22は、本実施例では、タイヤ特性として制動係数Kbiを推定して求める。本実施例では、全ての車輪7が同一の制動係数Kbを持つ(すなわち、Kbi=Kb)と仮定し、この制動係数Kbを求める例を示す。 Next, the tire characteristic estimation unit 22 will be described. In this embodiment, the tire characteristic estimation unit 22 estimates and determines the braking coefficient Kbi as a tire characteristic. In this embodiment, it is assumed that all wheels 7 have the same braking coefficient Kb (i.e., Kbi = Kb), and an example of determining this braking coefficient Kb is shown.
図3に示したタイヤ特性は、制動時と駆動時で摩擦係数の符号が異なる以外はほぼ等しいことが知られている。そこで、本実施例では、車両10の加速時である駆動時に制動係数Kbを算出する方法を示す。 The tire characteristics shown in Figure 3 are known to be nearly identical during braking and driving, except for the difference in the sign of the friction coefficient. Therefore, this embodiment shows a method for calculating the braking coefficient Kb during driving, i.e., when the vehicle 10 is accelerating.
車両10が前輪駆動で加速する場合を例に挙げて説明する。後輪の駆動力はゼロであり、制動力もゼロである。したがって、後輪のスリップ率λi(iは、RLとRR)をゼロと仮定すると、車体速Vbは、式(2)から得られた式(23)を用いて算出できる。 We will use an example where the vehicle 10 is accelerating in front-wheel drive. The driving force of the rear wheels is zero, and the braking force is also zero. Therefore, assuming that the rear wheel slip ratio λi (where i is RL and RR) is zero, the vehicle speed Vb can be calculated using equation (23), which is derived from equation (2).
式(23)を式(2)に代入すると、左前輪のスリップ率λFLは、式(24)で求まり、右前輪のスリップ率λFRは、式(25)で求まる。 By substituting equation (23) into equation (2), the slip ratio λFL of the left front wheel is calculated using equation (24), and the slip ratio λFR of the right front wheel is calculated using equation (25).
左前輪のタイヤ前後力FxFLと右前輪のタイヤ前後力FxFRは、式(3)から、それぞれ式(26)と式(27)で表される。式(26)と式(27)のスリップ率λFL、λFRには、式(24)と式(25)で得られたスリップ率を用いる。 The tire longitudinal force FxFL of the left front wheel and the tire longitudinal force FxFR of the right front wheel are expressed by equations (26) and (27), respectively, based on equation (3). The slip ratios λFL and λFR in equations (26) and (27) use the slip ratios obtained from equations (24) and (25).
また、後輪の駆動力と制動力がゼロであるとすると、タイヤ前後力Fxiの全ての車輪7(4輪)についての合計値は、式(28)で表される。 Furthermore, if the driving force and braking force of the rear wheels are zero, the total value of the tire longitudinal forces Fxi for all wheels 7 (four wheels) is expressed by equation (28).
式(28)の左辺のタイヤ前後力Fxiの合計値は、式(4)等に示すように、加速度センサ2が検出した前後加速度axseを用いて求めることができる。 The total tire longitudinal force Fxi on the left side of equation (28) can be calculated using the longitudinal acceleration axse detected by the acceleration sensor 2, as shown in equation (4) etc.
式(28)の右辺に式(26)、(27)を代入し、式(28)を制動係数Kbについて解くと、式(29)が得られる。 Substituting equations (26) and (27) into the right-hand side of equation (28) and solving equation (28) for the damping coefficient Kb, we obtain equation (29).
すなわち、制動係数Kbは、加速度センサ2が検出した前後加速度axse(又は、車両10の前後加速度ax)と、式(24)、(25)で用いられる4輪の車輪速Vwiと、前輪のタイヤ荷重FzFL、FzFRを用いて算出できる。 In other words, the braking coefficient Kb can be calculated using the longitudinal acceleration axse (or the longitudinal acceleration ax of the vehicle 10) detected by the acceleration sensor 2, the four-wheel wheel speed Vwi used in equations (24) and (25), and the front wheel tire loads FzFL and FzFR.
以上の説明では、車両10が前輪駆動である例を説明した。車両10が後輪駆動の場合には、上記の説明で前輪と後輪を入れ替えればよい。 The above explanation has been given for an example in which the vehicle 10 is front-wheel drive. If the vehicle 10 is rear-wheel drive, simply swap the front and rear wheels in the above explanation.
なお、各輪の駆動力がわかっていれば左前輪のタイヤ前後力FxFLと右前輪のタイヤ前後力FxFRがわかり、一方で式(24)、式(25)から左前輪のスリップ率λFL及び右前輪のスリップ率λFRが求められることから、式(26)、(27)を用いて制動係数Kbを求めることができる。 If the driving force of each wheel is known, the tire longitudinal force FxFL of the left front wheel and the tire longitudinal force FxFR of the right front wheel can be determined. On the other hand, the slip ratio λFL of the left front wheel and the slip ratio λFR of the right front wheel can be calculated from equations (24) and (25). Therefore, the braking coefficient Kb can be calculated using equations (26) and (27).
次に、車両10が4輪駆動である例を説明する。4輪駆動での、エンジンや電動機による車輪7の駆動力の前後配分が、式(30)によって検知又は推定可能であると仮定する。 Next, we will explain an example in which the vehicle 10 is four-wheel drive. We assume that in a four-wheel drive vehicle, the front/rear distribution of driving force to the wheels 7 from the engine or electric motor can be detected or estimated using equation (30).
ここで、FdxFが前輪の駆動力、FdxRが後輪の駆動力を示し、γがこれらの比を示す。 Here, FdxF represents the driving force of the front wheels, FdxR represents the driving force of the rear wheels, and γ represents the ratio between them.
前輪のタイヤ前後力FxFL、FxFRは、車両10の運動方程式から式(31)で求められる。 The front wheel tire longitudinal forces FxFL and FxFR can be calculated from the equation of motion of the vehicle 10 using equation (31).
同様に、左後輪のタイヤ前後力FxRLと右後輪のタイヤ前後力FxRRは、式(32)で求められる。 Similarly, the left rear wheel longitudinal tire force FxRL and the right rear wheel longitudinal tire force FxRR can be calculated using equation (32).
一方、式(2)と式(3)から、左前輪(i=FL)に関して式(33)が得られ、左後輪(i=RL)に関して式(34)が得られる(Kbi=Kbと仮定した)。 On the other hand, from equations (2) and (3), equation (33) is obtained for the front left wheel (i = FL), and equation (34) is obtained for the rear left wheel (i = RL) (assuming Kbi = Kb).
式(33)と式(34)の連立方程式から車体速Vbと制動係数Kbを未知数として解くと、制動係数Kbを表す式として式(35)が得られる。 By solving the simultaneous equations of equations (33) and (34) with vehicle speed Vb and braking coefficient Kb as unknowns, we obtain equation (35), which represents braking coefficient Kb.
式(35)で表される制動係数Kbは、左前輪についての式(33)と左後輪についての式(34)から求めたが、制動係数Kbは、右前輪についての式と右後輪についての式から求めてもよく、左前輪についての式と右後輪についての式や、右前輪についての式と左後輪についての式から求めてもよい。例えば、制動係数Kbを、右前輪についての式と右後輪についての式から求めると、式(36)が得られる。 The braking coefficient Kb expressed by equation (35) was calculated from equation (33) for the left front wheel and equation (34) for the left rear wheel, but braking coefficient Kb may also be calculated from the equation for the right front wheel and the equation for the right rear wheel, or from the equation for the left front wheel and the equation for the right rear wheel, or from the equation for the right front wheel and the equation for the left rear wheel. For example, if braking coefficient Kb is calculated from the equation for the right front wheel and the equation for the right rear wheel, equation (36) is obtained.
制動係数Kbは、上述したように複数の式で得ることができる。そこで、複数の式(例えば、式(35)、式(36)の2つの式)から得られた制動係数Kbの平均値を制動係数Kbの値とすることで、制動係数Kbをより精度よく求めることもできる。 As mentioned above, the damping coefficient Kb can be obtained using multiple equations. Therefore, by taking the average value of the damping coefficients Kb obtained from multiple equations (for example, the two equations (35) and (36)), the damping coefficient Kb can be calculated more accurately.
以上のようにして、タイヤ特性推定部22は、タイヤ特性である制動係数Kb(又は制動係数Kbi)を算出する。なお、タイヤ特性推定部22は、タイヤ特性が経年で変化することを考慮し、予め定めた所定の時間ごとに制動係数Kbを推定してもよい。また、タイヤ特性推定部22は、複数回推定して得られた制動係数Kbを平均し、平均して得られた値を制動係数Kbの値とすることで、制動係数Kbの精度を高めるようにしてもよい。 In this way, the tire characteristic estimation unit 22 calculates the damping coefficient Kb (or damping coefficient Kbi), which is a tire characteristic. Note that the tire characteristic estimation unit 22 may estimate the damping coefficient Kb at predetermined time intervals, taking into account that tire characteristics change over time. Furthermore, the tire characteristic estimation unit 22 may improve the accuracy of the damping coefficient Kb by averaging the damping coefficients Kb obtained by multiple estimations and setting the averaged value as the value of the damping coefficient Kb.
タイヤ特性記憶部24は、タイヤ特性推定部22が求めたタイヤ特性を記憶する。本実施例では、タイヤ特性記憶部24は、制動係数Kb(又は制動係数Kbi)をタイヤ特性として記憶する。 The tire characteristic storage unit 24 stores the tire characteristics calculated by the tire characteristic estimation unit 22. In this embodiment, the tire characteristic storage unit 24 stores the damping coefficient Kb (or damping coefficient Kbi) as a tire characteristic.
本実施例による制動トルク推定装置20は、車両10の車輪7の車輪速Vwiと前後加速度ax(前後加速度axse)を用いて、タイヤ特性である制動係数Kb(Kbi)、及びタイヤ荷重Fzi(タイヤ上下力Fzi)を推定でき、推定した制動係数Kb(Kbi)やタイヤ荷重Fziを用いて、車体速Vb、スリップ率λi、タイヤ前後力Fxi、及び制動トルクTbiを算出できる。コントローラ5は、制動トルク推定装置20が算出したこれらの値を用いて車両10の運動を制御する。本実施例による制動トルク推定装置20を用いると、低コストで高精度に制動トルクを推定でき、車両10の運動も低コストで高精度に制御することができる。 The braking torque estimation device 20 according to this embodiment can estimate the tire characteristics, braking coefficient Kb (Kbi) and tire load Fzi (tire vertical force Fzi), using the wheel speed Vwi and longitudinal acceleration ax (longitudinal acceleration axse) of the wheels 7 of the vehicle 10, and can calculate the vehicle speed Vb, slip ratio λi, tire longitudinal force Fxi, and braking torque Tbi using the estimated braking coefficient Kb (Kbi) and tire load Fzi. The controller 5 controls the movement of the vehicle 10 using these values calculated by the braking torque estimation device 20. Using the braking torque estimation device 20 according to this embodiment, braking torque can be estimated with high accuracy at low cost, and the movement of the vehicle 10 can also be controlled with high accuracy at low cost.
本発明の実施例2による制動トルク推定装置について説明する。実施例1では、車両10が主に直線を走行する例について説明した。本実施例では、車両10が旋回して走行する場合について説明する。車両10が旋回して走行すると、例えばタイヤ荷重Fziの推定方法が、車両10が直線を走行する場合と異なる。以下では、車両10が旋回する場合において、タイヤ荷重推定部21がタイヤ荷重Fziを算出する方法について説明する。 A braking torque estimation device according to a second embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment, an example in which the vehicle 10 mainly travels in a straight line will be described. In this embodiment, a case in which the vehicle 10 travels while turning will be described. When the vehicle 10 travels while turning, the method for estimating the tire load Fzi, for example, differs from when the vehicle 10 travels in a straight line. Below, a method in which the tire load estimation unit 21 calculates the tire load Fzi when the vehicle 10 is turning will be described.
車両10の旋回時には、車両10にロール運動が発生することにより、タイヤ荷重Fziは、式(37)-(40)で表される。 When the vehicle 10 turns, a roll motion occurs in the vehicle 10, and the tire load Fzi is expressed by equations (37)-(40).
ここで、DFは車両10の前輪のトレッド、DRは車両10の後輪のトレッド、ayは車両10の横方向の加速度を表す。 Here, DF represents the tread of the front wheels of the vehicle 10, DR represents the tread of the rear wheels of the vehicle 10, and ay represents the lateral acceleration of the vehicle 10.
また、各車輪速から、ばね上重心位置における車両10の前後方向の速度に換算した車輪速は、各車輪速に旋回運動によって生じる実舵角δやヨーレイトrに基づく各輪の速度差を加減算することで求められる。車輪速センサ1で計測される車輪速をVwsiとすると、ばね上重心位置における車両10の前後方向の速度に換算した車輪速Vwiは、式(41)-(44)で表される。 Furthermore, the wheel speed converted from each wheel speed to the longitudinal speed of the vehicle 10 at the sprung center of gravity position can be calculated by adding or subtracting the speed difference between each wheel based on the actual steering angle δ and yaw rate r that occur during turning to each wheel speed. If the wheel speed measured by wheel speed sensor 1 is Vwsi, the wheel speed Vwi converted to the longitudinal speed of the vehicle 10 at the sprung center of gravity position is expressed by equations (41)-(44).
図4は、横滑り角βが変化したときの、スリップ率と摩擦係数との関係の例を示す図である。図4には、図3と同じ曲線30が示されている。実施例1で説明したように、制動係数Kbは、スリップ率の絶対値が小さい範囲における、スリップ率と摩擦係数との比例係数である。 Figure 4 shows an example of the relationship between the slip ratio and the friction coefficient when the sideslip angle β changes. Figure 4 shows the same curve 30 as Figure 3. As explained in Example 1, the braking coefficient Kb is the proportionality coefficient between the slip ratio and the friction coefficient when the absolute value of the slip ratio is small.
制動係数Kbは、車両10の旋回時の横滑り角βによって変化する。横滑り角βがゼロから大きくなっていくと、スリップ率の絶対値が小さい範囲では、スリップ率の変化に対する摩擦係数の変化が小さくなっていく。このため、スリップ率と摩擦係数との比例係数である制動係数Kbは、横滑り角βの増加に伴って小さくなっていく。このような横滑り角βの値に依存する制動係数Kbを、Kb(β)と表記する。 The braking coefficient Kb changes depending on the sideslip angle β when the vehicle 10 is turning. As the sideslip angle β increases from zero, the change in the friction coefficient relative to a change in slip ratio decreases in the range where the absolute value of the slip ratio is small. Therefore, the braking coefficient Kb, which is the proportional coefficient between the slip ratio and the friction coefficient, decreases as the sideslip angle β increases. This braking coefficient Kb, which depends on the value of the sideslip angle β, is denoted as Kb(β).
タイヤ特性読込部25は、制動係数Kbを、横滑り角βの関数Kb(β)として、タイヤ特性記憶部24から入力する。横滑り角βは、操舵角(実舵角δ)と車体速Vbを用いて、既存の方法で算出できる。 The tire characteristics reading unit 25 inputs the braking coefficient Kb as a function Kb(β) of the sideslip angle β from the tire characteristics storage unit 24. The sideslip angle β can be calculated using existing methods using the steering angle (actual steering angle δ) and the vehicle speed Vb.
制動トルク等推定部26は、制動係数KbをKb(β)に置き換えるとともに、車輪速Vwiとして、ばね上重心位置における車両10の前後方向の速度に換算した車輪速Vwi(式(41)-(44))の値を入力すると、式(12)-(20)を用いて、車体速Vb、スリップ率λi、タイヤ前後力Fxi、及び制動トルクTbiを算出できる。 The braking torque estimation unit 26 replaces the braking coefficient Kb with Kb(β) and inputs the value of the wheel speed Vwi (equations (41)-(44)) converted into the longitudinal speed of the vehicle 10 at the sprung center of gravity position as the wheel speed Vwi. Then, using equations (12)-(20), the vehicle speed Vb, slip ratio λi, tire longitudinal force Fxi, and braking torque Tbi can be calculated.
なお、実施例1では、タイヤ特性推定部22は、横滑り角βがゼロの場合の制動係数Kb(0)を求めている。この制動係数Kb(0)を基にして、横滑り角βがゼロから変化したときの制動係数Kbの値の変化(すなわち、制動係数Kbの値の、Kb(0)からの変化)を実験や数値シミュレーション等で求めることができる。このようにして横滑り角βと制動係数Kbとの関係を予め求めておくと、タイヤ特性推定部22は、この関係を制動係数Kb(β)として記憶することもできる。 In Example 1, the tire characteristic estimation unit 22 determines the damping coefficient Kb(0) when the sideslip angle β is zero. Based on this damping coefficient Kb(0), the change in the value of the damping coefficient Kb when the sideslip angle β changes from zero (i.e., the change in the value of the damping coefficient Kb from Kb(0)) can be determined through experiments, numerical simulations, etc. By determining the relationship between the sideslip angle β and the damping coefficient Kb in this way in advance, the tire characteristic estimation unit 22 can also store this relationship as the damping coefficient Kb(β).
また、車両10の旋回時にタイヤ荷重Fziを推定したときの横滑り角β1を求めておいて、この横滑り角β1に対応する制動係数Kb(β1)を求め、この制動係数Kb(β1)を基にして、横滑り角βがβ1から変化したときの制動係数Kbの値の変化(すなわち、制動係数Kbの値の、Kb(β1)からの変化)を実験や数値シミュレーション等で求め、横滑り角βと制動係数Kbとの関係を予め求めておくこともできる。タイヤ特性推定部22は、この関係を制動係数Kb(β)として記憶することもできる。 Alternatively, the side slip angle β1 when the tire load Fzi is estimated when the vehicle 10 is turning can be calculated, and the braking coefficient Kb(β1) corresponding to this side slip angle β1 can be calculated. Based on this braking coefficient Kb(β1), the change in the value of the braking coefficient Kb when the side slip angle β changes from β1 (i.e., the change in the value of the braking coefficient Kb from Kb(β1)) can be calculated through experiments, numerical simulations, etc., and the relationship between the side slip angle β and the braking coefficient Kb can be determined in advance. The tire characteristic estimation unit 22 can also store this relationship as the braking coefficient Kb(β).
本実施例によれば、車両10の直線走行時だけでなく旋回時にもタイヤ特性(制動係数Kb)や制動トルク等(車体速Vb、スリップ率λi、タイヤ前後力Fxi、及び制動トルクTbi)を算出することができ、車両10の走行状態によらず低コストで高精度に制動トルクTbiを推定できる。 According to this embodiment, tire characteristics (braking coefficient Kb) and braking torque (vehicle speed Vb, slip ratio λi, tire longitudinal force Fxi, and braking torque Tbi) can be calculated not only when the vehicle 10 is traveling in a straight line but also when the vehicle is turning, making it possible to estimate braking torque Tbi at low cost and with high accuracy regardless of the traveling state of the vehicle 10.
本発明の実施例3による制動トルク推定装置について説明する。 This section describes a braking torque estimation device according to a third embodiment of the present invention.
実施例1では、タイヤ特性推定部22で推定する際の制動係数Kbと制動トルク等推定部26で推定する際の制動係数Kbが同程度とみなして問題ない場合の例を説明した。実際には、タイヤ特性は、タイヤだけでなく、車両10が走行する路面の状況(以下、単に「路面状況」と呼ぶ)によっても変化する。 In Example 1, an example was described in which there is no problem in assuming that the braking coefficient Kb estimated by the tire characteristic estimation unit 22 and the braking coefficient Kb estimated by the braking torque estimation unit 26 are approximately the same. In reality, tire characteristics change not only depending on the tire, but also on the conditions of the road surface on which the vehicle 10 is traveling (hereinafter simply referred to as "road surface conditions").
本実施例では、路面状況を考慮して、タイヤ特性推定部22がタイヤ特性(制動係数Kb)を推定し、タイヤ特性読込部25がタイヤ特性記憶部24から制動係数Kbを入力する例について述べる。実施例1で説明したように、タイヤ特性推定部22は、駆動時(加速時)に制動係数Kbを算出して推定する。タイヤ特性推定部22が推定した制動係数Kbを、制動係数Kbeと記す。 In this example, the tire characteristic estimation unit 22 estimates the tire characteristic (braking coefficient Kb) taking into account road surface conditions, and the tire characteristic reading unit 25 inputs the braking coefficient Kb from the tire characteristic storage unit 24. As described in Example 1, the tire characteristic estimation unit 22 calculates and estimates the braking coefficient Kb during driving (acceleration). The braking coefficient Kb estimated by the tire characteristic estimation unit 22 is referred to as the braking coefficient Kbe.
タイヤ特性推定部22は、制動係数Kbeを推定するときに、路面状況を取得する。路面状況は、例えば、車両10が走行する路面が乾燥路、湿潤路、及び雪道のどれであるか等についての情報である。タイヤ特性推定部22は、路面状況を、例えば、車両10が備える各種センサ(例えば、前方カメラ等)や、車両10にインターネットで接続されたサーバー等から取得する。また、タイヤ特性推定部22は、車両10が走行する道路での天候についての情報(天候情報)や舗装についての情報(舗装情報)など、路面の摩擦係数に影響を与える各種情報を、路面状況として取得することもできる。このような天候情報や舗装情報は、地図を用いた位置情報等とともに取得可能である。 The tire characteristic estimation unit 22 acquires road surface conditions when estimating the braking coefficient Kbe. Road surface conditions include, for example, information about whether the road surface on which the vehicle 10 is traveling is dry, wet, or snowy. The tire characteristic estimation unit 22 acquires road surface conditions from, for example, various sensors (e.g., a front camera) equipped on the vehicle 10 or a server connected to the vehicle 10 via the Internet. The tire characteristic estimation unit 22 can also acquire, as road surface conditions, various types of information that affect the friction coefficient of the road surface, such as information about the weather on the road on which the vehicle 10 is traveling (weather information) and information about the pavement (pavement information). Such weather information and pavement information can be acquired together with location information using a map, etc.
予め定めた基準路面での制動係数をKbsで表す。基準路面には任意の路面を定めることができ、例えば良路面(乾燥した路面である乾燥路等)を基準路面として定めるのが好ましい。 The braking coefficient on a predetermined reference road surface is expressed in Kbs. Any road surface can be defined as the reference road surface, and it is preferable to define a good road surface (such as a dry road) as the reference road surface.
タイヤ特性推定部22が推定した制動係数Kbeと、基準路面での制動係数Kbsとの関係は、変換係数cを用いて、式(45)で表される。
Kbs=c×Kbe ・・・(45)
変換係数cは、路面状況の影響を除くための係数であり、路面状況(環境)によって値が異なる。変換係数cは、路面状況に応じて予め定められており、タイヤ特性記憶部24に記憶されている。
The relationship between the braking coefficient Kbe estimated by the tire characteristic estimation unit 22 and the braking coefficient Kbs on the reference road surface is expressed by equation (45) using a conversion coefficient c.
Kbs=c×Kbe...(45)
The conversion coefficient c is a coefficient for eliminating the influence of road surface conditions, and its value varies depending on the road surface conditions (environment). The conversion coefficient c is determined in advance according to the road surface conditions and is stored in the tire characteristics storage unit 24.
タイヤ特性推定部22が推定した制動係数Kbeは、車両10が走行する特定の路面の状況の下で推定された値である。基準路面での制動係数Kbsは、式(45)に従い、推定した制動係数Kbeに変換係数cかけることで路面状況(環境)の影響を除いて求められる。この制動係数Kbsは、路面状況の影響が除かれているので、タイヤ固有の制動係数と考えることができる。 The braking coefficient Kbe estimated by the tire characteristic estimation unit 22 is a value estimated under the specific road surface conditions on which the vehicle 10 is traveling. The braking coefficient Kbs for the reference road surface is calculated by multiplying the estimated braking coefficient Kbe by the conversion coefficient c according to equation (45), eliminating the influence of the road surface conditions (environment). Since the influence of the road surface conditions has been removed from this braking coefficient Kbs, it can be considered a braking coefficient specific to the tire.
タイヤ特性推定部22は、以前に推定した制動係数Kbeから基準路面での制動係数Kbsを予め求めておき、求めた制動係数Kbsをタイヤ特性記憶部24に記憶しておく。タイヤ特性読込部25は、タイヤ特性記憶部24が記憶している基準路面での制動係数Kbsを入力する。 The tire characteristics estimation unit 22 preliminarily calculates the braking coefficient Kbs for the reference road surface from the previously estimated braking coefficient Kbe, and stores the calculated braking coefficient Kbs in the tire characteristics storage unit 24. The tire characteristics reading unit 25 inputs the braking coefficient Kbs for the reference road surface stored in the tire characteristics storage unit 24.
実施例1で説明したように、制動トルク等推定部26は、制動トルク等を推定するときに、タイヤ特性読込部25からタイヤ特性である制動係数Kbを入力する。本実施例では、制動トルク等推定部26は、タイヤ特性読込部25から基準路面での制動係数Kbsを入力し、式(46)に従って制動係数Kbを求める。変換係数cには、路面状況に応じた値を用いる。
Kb=Kbs/c ・・・(46)
すなわち、制動トルク等推定部26は、変換係数cを用いて路面状況の影響を考慮して、基準路面での制動係数Kbsから制動係数Kb(車両10を制動するときの制動係数)を算出する。
As described in the first embodiment, when estimating the braking torque, etc., the braking torque etc. estimator 26 receives the braking coefficient Kb, which is a tire characteristic, from the tire characteristic reader 25. In this embodiment, the braking torque etc. estimator 26 receives the braking coefficient Kbs for the reference road surface from the tire characteristic reader 25 and calculates the braking coefficient Kb according to equation (46). A value according to the road surface conditions is used as the conversion coefficient c.
Kb=Kbs/c...(46)
That is, the braking torque estimating unit 26 calculates the braking coefficient Kb (the braking coefficient when braking the vehicle 10) from the braking coefficient Kbs on the reference road surface, taking into account the influence of the road surface conditions using the conversion coefficient c.
制動トルク等推定部26は、式(46)で算出した制動係数Kbを用いて、実施例1と同様にして制動トルク等を推定する。 The braking torque estimation unit 26 estimates braking torque, etc. in the same manner as in Example 1, using the braking coefficient Kb calculated using equation (46).
本実施例によれば、路面状況によっても変化するタイヤ特性(制動係数Kb)を考慮して制動トルク等を推定することができるので、より高精度に制動トルク等を推定することができる。 According to this embodiment, braking torque and other parameters can be estimated with greater accuracy by taking into account tire characteristics (braking coefficient Kb), which change depending on road surface conditions.
本発明の実施例4による制動トルク推定装置について説明する。 This section describes a braking torque estimation device according to Example 4 of the present invention.
実施例1では、図3の直線31に示すように、スリップ率の絶対値が小さい場合にはスリップ率と摩擦係数との間に線形の関係があることから、この関係の比例係数を制動係数Kb(タイヤ特性)としている。すなわち、実施例1では、線形領域でのタイヤ特性を求めている。 In Example 1, as shown by line 31 in Figure 3, there is a linear relationship between the slip ratio and the friction coefficient when the absolute value of the slip ratio is small, and the proportionality coefficient of this relationship is used as the braking coefficient Kb (tire characteristic). In other words, in Example 1, tire characteristics in the linear region are obtained.
本実施例では、スリップ率と摩擦係数との関係が非線形である場合(非線形領域)も含めてタイヤ特性を求める方法について説明する。すなわち、図3において、スリップ率と摩擦係数との関係が直線31以外で表される場合も含めて、タイヤ特性(スリップ率と摩擦係数との関係)を求める方法について説明する。 In this example, we will explain how to determine tire characteristics, including when the relationship between slip ratio and friction coefficient is nonlinear (nonlinear region). That is, we will explain how to determine tire characteristics (the relationship between slip ratio and friction coefficient) in Figure 3, including when the relationship between slip ratio and friction coefficient is expressed by a line other than straight line 31.
図5は、本発明の実施例4による制動トルク推定装置20の構成を示すブロック図である。本実施例による制動トルク推定装置20は、タイヤ特性マップ28を備え、タイヤ特性推定部22、タイヤ特性記憶部24、及びタイヤ特性読込部25を備えない点が、実施例1による制動トルク推定装置20(図2)と異なる。 Figure 5 is a block diagram showing the configuration of a braking torque estimation device 20 according to a fourth embodiment of the present invention. The braking torque estimation device 20 according to this embodiment differs from the braking torque estimation device 20 according to the first embodiment (Figure 2) in that it includes a tire characteristic map 28 and does not include a tire characteristic estimation unit 22, a tire characteristic storage unit 24, or a tire characteristic reading unit 25.
タイヤ特性マップ28には、非線形領域も含めたタイヤ特性、すなわち、図3のグラフにおいて曲線30で示されたスリップ率と摩擦係数との関係についてのデータが、タイヤの種類や路面状況等の影響を考慮して(タイヤの種類や路面状況ごとに)記録されている。タイヤ特性マップ28は、予め作成されて、制動トルク推定装置20に備えられている。 The tire characteristic map 28 records tire characteristics, including nonlinear regions, i.e., data on the relationship between slip ratio and friction coefficient shown by curve 30 in the graph of Figure 3, taking into account the influence of tire type, road surface conditions, etc. (for each tire type and road surface conditions). The tire characteristic map 28 is created in advance and stored in the braking torque estimation device 20.
制動トルク等推定部26は、路面状況を取得し、タイヤ特性マップ28に記録されたデータの中から路面状況に応じたデータを入力し、数値計算を行って非線形領域も含めたタイヤ特性を求める。そして、制動トルク等推定部26は、式(3)と式(4)を同時に満たすスリップ率λiを数値解析で求める。このようにして、制動トルク等推定部26は、非線形領域でのタイヤ特性も含めて制動トルク等を推定することができる。 The braking torque etc. estimator 26 acquires road surface conditions, inputs data corresponding to the road surface conditions from the data recorded in the tire characteristic map 28, and performs numerical calculations to determine tire characteristics including those in the nonlinear region. The braking torque etc. estimator 26 then uses numerical analysis to determine the slip ratio λi that simultaneously satisfies equations (3) and (4). In this way, the braking torque etc. estimator 26 can estimate braking torque etc., including tire characteristics in the nonlinear region.
本実施例によれば、線形領域だけでなく非線形領域でのタイヤ特性も考慮して制動トルク等を算出することができる。このため、ブレーキ力が大きくてスリップ率と摩擦係数との関係が非線形となる場合も含めて高精度に制動トルク等を推定でき、車両10の制御精度をさらに向上させることができる。 According to this embodiment, braking torque and other parameters can be calculated taking into account tire characteristics not only in the linear region but also in the nonlinear region. This allows braking torque and other parameters to be estimated with high accuracy, even when the braking force is large and the relationship between the slip ratio and the friction coefficient is nonlinear, further improving the control accuracy of the vehicle 10.
本発明の実施例5による制動トルク推定装置について説明する。 This section describes a braking torque estimation device according to a fifth embodiment of the present invention.
本実施例では、実施例1から4に記載した制動トルク等推定部26が制動トルク等を推定するための条件が定められている。例えば、制動トルク等推定部26は、以下の6つの条件のうち、任意の1つの条件、任意の複数の条件、又は全ての条件を満足する場合のみに、制動トルク等を推定する。
1.車両10の加速度(前後加速度)が予め設定した範囲内にあること。
2.車輪速Vwiが予め設定した範囲内にあり、車両10が直進走行中であること。
3.車両10が走行する路面が予め設定した状況であること(又は、路面状況が制動係数Kbを推定したときと同じであること)。
4.電動機によるトルクである回生ブレーキトルク(駆動トルク)が予め設定した閾値より小さいこと。
5.内燃機関によるトルクであるエンジンブレーキトルク(駆動力トルク)が予め設定した閾値より小さいこと。
6.ブレーキ装置9が動作中であること又は非動作中であること。
In this embodiment, conditions are defined for the braking torque etc. estimation unit 26 described in the first to fourth embodiments to estimate the braking torque etc. For example, the braking torque etc. estimation unit 26 estimates the braking torque etc. only when any one condition, any plurality of conditions, or all of the following six conditions are satisfied:
1. The acceleration (longitudinal acceleration) of the vehicle 10 is within a preset range.
2. The wheel speed Vwi is within a preset range and the vehicle 10 is traveling straight ahead.
3. The road surface on which the vehicle 10 is traveling is in a preset condition (or the road surface condition is the same as when the braking coefficient Kb was estimated).
4. The regenerative braking torque (driving torque) generated by the electric motor is smaller than a preset threshold value.
5. The engine brake torque (driving force torque) generated by the internal combustion engine is smaller than a preset threshold value.
6. The brake device 9 is in operation or in operation.
制動トルク等推定部26は、これら6つの条件のうち少なくとも1つの条件を満たす場合のみに制動トルク等を推定すると、以下の理由により、高い精度で制動トルク等を推定することができる。 The braking torque estimation unit 26 estimates braking torque etc. only when at least one of these six conditions is met, allowing for highly accurate estimation of braking torque etc. for the following reasons.
条件1について説明する。タイヤ特性が線形の範囲(例えば、図3の直線31で表されるような範囲)にある場合には、すなわち駆動トルク(回生ブレーキトルク又はエンジンブレーキトルク)が大きくない範囲では、精度よく制動トルク等を推定することができる。このため、車両10の加速度が所定の範囲内にあり駆動トルクが大きくないときに制動トルク等を推定する。所定の範囲としては、例えば、減速度が4m/s2以下のように、加速度(減速度も含める)の上限値を決めることができる。 Condition 1 will now be described. When the tire characteristics are in a linear range (for example, the range represented by the straight line 31 in FIG. 3 ), that is, when the driving torque (regenerative braking torque or engine braking torque) is not large, braking torque and the like can be estimated with high accuracy. Therefore, braking torque and the like are estimated when the acceleration of the vehicle 10 is within a predetermined range and the driving torque is not large. As the predetermined range, for example, the upper limit of acceleration (including deceleration) can be set so that the deceleration is 4 m/s² or less .
一方で、ブレーキ装置9による制動トルクのみを算出したい場合には、実施例1で説明したように、推定した制動トルクTbiから駆動トルク(回生ブレーキトルク又はエンジンブレーキトルク)を減じる必要がある。このため、ブレーキ装置9が動作中(条件6)であって減速度が1m/s2以上(条件1)という条件を加えることにより、駆動トルクの影響を小さくして、ブレーキ装置9による制動トルクを精度よく推定することができる。 On the other hand, when it is desired to calculate only the braking torque by the brake device 9, it is necessary to subtract the driving torque (regenerative braking torque or engine braking torque) from the estimated braking torque Tbi, as described in Example 1. Therefore, by adding the conditions that the brake device 9 is operating (Condition 6) and the deceleration is 1 m/ s2 or more (Condition 1), the influence of the driving torque can be reduced and the braking torque by the brake device 9 can be estimated with high accuracy.
条件2について説明する。 Explain condition 2.
車輪速センサ1には、回転軸のパルスを読み取る方式のものが多く採用されている。このため、車輪速センサ1は、低速での測定精度が悪く、車輪角速度ωiの検出精度も低速では悪い。このことを考慮して、車輪速Vwiが所定の範囲内(例えば20km/h以上)という条件を加える。また、速度が大きいと空気抵抗の影響が増えるので、空気抵抗の影響を減らすために、車輪速Vwiが所定の範囲内(例えば60km/h以下)という条件を加えることもできる。なお、空気抵抗の影響は、式(10)の右辺第2項に示されているが、式(10)で算出される空気抵抗には誤差が含まれる。車輪速Vwiに上限値(例えば60km/h)を定めるという条件を加えることにより、求めた空気抵抗に誤差が含まれていても、その影響を小さくすることができる。 Many wheel speed sensors 1 use a method that reads pulses from the rotating shaft. As a result, wheel speed sensors 1 have poor measurement accuracy at low speeds, and their detection accuracy for wheel angular velocity ωi is also poor at low speeds. Taking this into consideration, a condition is added that the wheel speed Vwi must be within a predetermined range (e.g., 20 km/h or higher). Furthermore, because the effects of air resistance increase at high speeds, a condition that the wheel speed Vwi must be within a predetermined range (e.g., 60 km/h or lower) can be added to reduce the effects of air resistance. The effect of air resistance is shown in the second term on the right-hand side of equation (10), but the air resistance calculated using equation (10) contains an error. By adding a condition that sets an upper limit for wheel speed Vwi (e.g., 60 km/h), the effect of any error in the calculated air resistance can be reduced.
車両10が直進走行中であるという条件は、車両10が旋回したことによる影響を除くための条件である。車両10が旋回する場合では、実施例2で説明したように、操舵による影響でタイヤ荷重Fziと車輪速Vwiを変換する必要がある(式(37)-(40)、式(41)-(44))。この変換により求めた値には誤差が含まれるため、車両10が旋回していないという条件、すなわち車両10が直進走行中であるという条件を加える。 The condition that the vehicle 10 is traveling straight is a condition to eliminate the influence of the vehicle 10 turning. When the vehicle 10 is turning, as explained in Example 2, it is necessary to convert the tire load Fzi and wheel speed Vwi due to the influence of steering (Equations (37)-(40), (41)-(44)). Because the values obtained by this conversion contain errors, a condition that the vehicle 10 is not turning, i.e., the vehicle 10 is traveling straight, is added.
条件3について説明する。 Explain condition 3.
路面状況が同じ情報で表されても、車両10が走行する路面の実際の状況は、路面により異なることがある。例えば、路面状況が湿潤路であっても、路面が実際に濡れている様子は路面により異なり、摩擦係数も路面により異なることがある。このため、路面状況を特定の路面状況(例えば、乾燥路)に限定することで、制動トルク等の推定精度の悪化を避けることができる。また、制動係数Kbを推定したときと同じ路面状況のときに制動トルク等を推定することによっても、路面状況の違いによって制動トルク等の推定精度が悪化するのを防止できる。 Even if the road surface conditions are represented by the same information, the actual condition of the road surface on which the vehicle 10 is traveling may vary depending on the road surface. For example, even if the road surface conditions are wet, the actual wetness of the road surface may vary depending on the road surface, and the friction coefficient may also vary depending on the road surface. For this reason, by limiting the road surface conditions to specific road surface conditions (e.g., dry roads), it is possible to avoid a deterioration in the estimation accuracy of braking torque, etc. Furthermore, by estimating braking torque, etc. under the same road surface conditions as when the braking coefficient Kb was estimated, it is possible to prevent a deterioration in the estimation accuracy of braking torque, etc. due to differences in road surface conditions.
条件4と5について説明する。 Explain conditions 4 and 5.
回生ブレーキトルクやエンジンブレーキトルク(駆動トルク)が所定の閾値より小さいという条件は、ブレーキ装置9による制動トルクを推定する際に用いる条件である。電動機によるトルク(回生ブレーキトルク)と内燃機関によるトルク(エンジンブレーキトルク)は、必ずしも精度よく推定することができない。このため、これらの駆動トルクが所定の閾値より小さいときに制動トルク等を推定することで、駆動トルクの推定精度が悪くても、ブレーキ装置9による制動トルクを精度よく推定できるようにすることができる。例えば、内燃機関を持った車両10であれば、エンジンの回転数が小さくエンジンブレーキトルクが所定の閾値より小さい場合には、エンジンブレーキトルクの推定精度が悪くても、ブレーキ装置9による制動トルクの推定への影響を小さくすることができる。 The condition that regenerative braking torque or engine braking torque (driving torque) is smaller than a predetermined threshold value is a condition used when estimating braking torque by the brake device 9. Torque by an electric motor (regenerative braking torque) and torque by an internal combustion engine (engine braking torque) cannot always be estimated accurately. Therefore, by estimating braking torque when these driving torques are smaller than a predetermined threshold value, it is possible to accurately estimate braking torque by the brake device 9 even if the estimation accuracy of the driving torque is poor. For example, in a vehicle 10 with an internal combustion engine, if the engine speed is low and the engine braking torque is smaller than a predetermined threshold value, the impact on the estimation of braking torque by the brake device 9 can be reduced even if the estimation accuracy of the engine braking torque is poor.
条件6について説明する。 Explain condition 6.
ブレーキ装置9が非動作中であるという条件は、回生ブレーキトルク又はエンジンブレーキトルクを算出するときの条件である。ブレーキ装置9が非動作中であると、ブレーキ装置9による制動トルクが発生していない。このため、推定した制動トルクTbiを回生ブレーキトルク又はエンジンブレーキトルクとし、これらの駆動トルクを高精度に推定することができる。なお、ブレーキ装置9が動作中であるという条件は、ブレーキ装置9による制動トルクを算出するための条件である。 The condition that the brake device 9 is not operating is a condition when calculating the regenerative brake torque or engine brake torque. When the brake device 9 is not operating, no braking torque is generated by the brake device 9. Therefore, the estimated braking torque Tbi is set as the regenerative brake torque or engine brake torque, and these drive torques can be estimated with high accuracy. The condition that the brake device 9 is operating is a condition when calculating the braking torque by the brake device 9.
以上の条件1-6により、制動トルク等推定部26は、制動トルク等を高精度に推定することが可能である。 The above conditions 1-6 enable the braking torque estimation unit 26 to estimate braking torque, etc. with high accuracy.
また、タイヤ特性推定部22も、制動トルク等推定部26と同様に、以上の6つの条件のうち、任意の1つの条件、任意の複数の条件、又は全ての条件を満足する場合のみに、タイヤ特性を推定してもよい。これにより、タイヤ特性推定部22は、タイヤ特性を高精度に推定することが可能である。 Furthermore, like the braking torque etc. estimation unit 26, the tire characteristic estimation unit 22 may estimate tire characteristics only when any one, any plurality of, or all of the six conditions above are satisfied. This enables the tire characteristic estimation unit 22 to estimate tire characteristics with high accuracy.
本実施例では、実施例1-5で算出した制動トルクTbiをブレーキ制御に用いる例を説明する。コントローラ5は、制動トルク推定装置20が推定した制動トルクTbiの値等を用いて、車両10のブレーキ装置9を制動する。以下では、一例として、ブレーキ装置9がモータで制御される電動ブレーキ装置である例を説明する。コントローラ5は、後述するブレーキ制御装置を備え、制動トルクTbiの値等を用いてブレーキ装置9を制御する。 In this embodiment, an example will be described in which the braking torque Tbi calculated in Examples 1-5 is used for brake control. The controller 5 brakes the brake device 9 of the vehicle 10 using the value of the braking torque Tbi estimated by the braking torque estimation device 20, etc. In the following, as an example, an example will be described in which the brake device 9 is an electric brake device controlled by a motor. The controller 5 is equipped with a brake control device, which will be described later, and controls the brake device 9 using the value of the braking torque Tbi, etc.
図6は、ブレーキ装置9の構成を示す図である。ブレーキ装置9は、主な構成要素として、ディスクロータ42と、ハウジング44と、ブレーキパッド45a、45bと、ピストン46と、回転直動変換機構50と、電動モータ48を備える。 Figure 6 shows the configuration of the brake device 9. The brake device 9 mainly comprises a disc rotor 42, a housing 44, brake pads 45a and 45b, a piston 46, a rotary-to-linear motion conversion mechanism 50, and an electric motor 48.
ディスクロータ42は、車輪7と共に回転する回転部材であり、ブレーキパッド45a、45bで両側面から押圧されると、摩擦力により車輪7の回転を止める。 The disc rotor 42 is a rotating member that rotates together with the wheel 7, and when pressed from both sides by the brake pads 45a and 45b, frictional force stops the rotation of the wheel 7.
ハウジング44は、ディスクロータ42より車両10の内側に位置する車両10の非回転部に固定されたキャリア(図示せず)に、ディスクロータ42の軸方向へ移動可能に支持された部材である。 The housing 44 is a member supported by a carrier (not shown) fixed to a non-rotating portion of the vehicle 10 located inside the disc rotor 42, allowing it to move in the axial direction of the disc rotor 42.
ブレーキパッド45a、45bは、ディスクロータ42の両側に配置された押圧部材であり、ディスクロータ42を押圧して車輪7に制動力を与える。 Brake pads 45a and 45b are pressing members arranged on both sides of the disc rotor 42, which press against the disc rotor 42 to apply braking force to the wheel 7.
ピストン46は、ハウジング44内に直動可能に設置されており、ブレーキパッド45a、45bに推力を与えることができる。 The piston 46 is installed in the housing 44 so that it can move linearly, and can apply thrust to the brake pads 45a and 45b.
回転直動変換機構50は、電動モータ48の回転力を直動力に変換し、ピストン46を直動方向に移動させる。 The rotary-to-linear motion conversion mechanism 50 converts the rotational force of the electric motor 48 into linear force, moving the piston 46 in the linear direction.
電動モータ48は、回転直動変換機構50を介してピストン46を駆動し、ブレーキパッド45a、45bに推力を与える。電動モータ48の出力軸は、減速機49に接続され、減速機49の出力軸は、回転直動変換機構50に接続されている。 The electric motor 48 drives the piston 46 via the rotary-to-linear motion conversion mechanism 50, applying thrust to the brake pads 45a, 45b. The output shaft of the electric motor 48 is connected to a reducer 49, and the output shaft of the reducer 49 is connected to the rotary-to-linear motion conversion mechanism 50.
ブレーキパッド45a、45bは、電動モータ48により推力が与えられると、車輪7と共に回転するディスクロータ42の両側面を押圧し、この押圧力で車輪7に制動力を与えて車両10を制動する。 When thrust is applied by the electric motor 48, the brake pads 45a, 45b press against both sides of the disc rotor 42, which rotates together with the wheel 7, and this pressing force applies a braking force to the wheel 7, braking the vehicle 10.
本実施例では、ブレーキ装置9のブレーキキャリパ43は、ディスクロータ42、ハウジング44、ブレーキパッド45a、45b、ピストン46、電動モータ48、減速機49、及び回転直動変換機構50を備える。回転直動変換機構50とピストン46は、直動部を構成している。 In this embodiment, the brake caliper 43 of the brake device 9 includes a disc rotor 42, a housing 44, brake pads 45a and 45b, a piston 46, an electric motor 48, a reducer 49, and a rotary-to-linear motion conversion mechanism 50. The rotary-to-linear motion conversion mechanism 50 and the piston 46 constitute a linear motion part.
電動モータ48は、コントローラ5が備えるブレーキ制御装置51により制御される。 The electric motor 48 is controlled by a brake control device 51 provided in the controller 5.
ブレーキ制御装置51には、制御信号線61と通信線62、63が接続されている。制御信号線61は、車両制御用ECU(Electronic Control Unit)等の上位の制御装置からの制御指令をブレーキ制御装置51に入力する信号線である。通信線62、63は、この制御指令以外の情報を上位の制御装置と伝達するための信号線である。さらに、ブレーキ制御装置51には、制御信号線52が接続されている。制御信号線52は、ブレーキ制御装置51からの制御指令をブレーキ装置9に入力する信号線である。 A control signal line 61 and communication lines 62 and 63 are connected to the brake control device 51. The control signal line 61 is a signal line that inputs control commands from a higher-level control device, such as a vehicle control ECU (Electronic Control Unit), to the brake control device 51. The communication lines 62 and 63 are signal lines that transmit information other than these control commands to the higher-level control device. Furthermore, a control signal line 52 is connected to the brake control device 51. The control signal line 52 is a signal line that inputs control commands from the brake control device 51 to the brake device 9.
ブレーキ制御装置51は、ブレーキ装置9を制御する。ブレーキ制御装置51は、上位の制御装置(例えば、車両制御用ECU)から制動トルク指令Tbirを入力し、又はブレーキペダルの操作量等に応じた制動トルク指令Tbirを入力して、モータ電流検出部(電流センサ)の検出値やモータ位置検出部(モータ位置センサ)の検出値に基づき、予め設定された制御プログラム等に従って、電動モータ48へ電流(指令電流)を与える。 The brake control device 51 controls the brake device 9. The brake control device 51 receives a braking torque command Tbir from a higher-level control device (e.g., a vehicle control ECU) or receives a braking torque command Tbir corresponding to the amount of brake pedal operation, etc., and applies a current (command current) to the electric motor 48 based on the detection values of the motor current detection unit (current sensor) and the motor position detection unit (motor position sensor) in accordance with a preset control program, etc.
なお、図6には、上位の制御装置とブレーキ制御装置51が分離して構成された例を示しているが、上位の制御装置とブレーキ制御装置51は、一体化されてコントローラ5に設けられていてもよい。 Note that while Figure 6 shows an example in which the upper control device and the brake control device 51 are configured separately, the upper control device and the brake control device 51 may also be integrated and provided in the controller 5.
ブレーキ制御装置51は、本実施例による制動トルク推定装置20に接続されている。 The brake control device 51 is connected to the braking torque estimation device 20 according to this embodiment.
図7は、ブレーキ制御装置51に接続された制動トルク推定装置20を示す図である。ブレーキ制御装置51は、上位の制御装置からの又はブレーキペダルの操作量等に応じた制動トルク指令Tbirと、制動トルク推定装置20が推定した制動トルクTbiを入力し、これらの値を用いてブレーキ装置9への指令を生成して出力する。 Figure 7 shows the braking torque estimation device 20 connected to the brake control device 51. The brake control device 51 inputs the braking torque command Tbir from a higher-level control device or in response to the amount of brake pedal operation, etc., and the braking torque Tbi estimated by the braking torque estimation device 20, and uses these values to generate and output a command to the brake device 9.
ブレーキ制御装置51は、推定された制動トルクTbiが制動トルク指令Tbirに近づくようにフィードバック制御を行い、ブレーキ装置9を制御する。 The brake control device 51 performs feedback control to control the brake device 9 so that the estimated braking torque Tbi approaches the braking torque command Tbir.
なお、本実施例では、ブレーキ装置9がモータで制御される電動ブレーキ装置である例を説明したが、ブレーキ装置9は、圧力を制御する制御バルブを備えた油圧ブレーキ装置であってもよい。ブレーキ装置9が油圧ブレーキ装置である場合にも、電動ブレーキ装置の場合と同様の制御を実施可能である。 In this embodiment, an example has been described in which the brake device 9 is an electric brake device controlled by a motor, but the brake device 9 may also be a hydraulic brake device equipped with a control valve that controls pressure. Even when the brake device 9 is a hydraulic brake device, it is possible to implement control similar to that of an electric brake device.
本実施例によれば、推力センサ(例えば、ブレーキパッド45a、45bをディスクロータ42に押圧する力を測るセンサ)を備えなくても、推定した制動トルクTbiが指令された制動トルク(制動トルク指令Tbir)となるようなフィードバック制御が可能であり、低コストで高精度に制動トルクを制御することができる。 According to this embodiment, feedback control is possible so that the estimated braking torque Tbi becomes the commanded braking torque (braking torque command Tbir) without the need for a thrust sensor (for example, a sensor that measures the force pressing the brake pads 45a, 45b against the disc rotor 42), making it possible to control the braking torque with high precision at low cost.
本実施例では、実施例6と同様に、実施例1-5で算出した制動トルクTbiをブレーキ制御に用いる例を説明する。 In this embodiment, as in Example 6, an example will be described in which the braking torque Tbi calculated in Examples 1-5 is used for brake control.
制動トルク推定装置20は、例えば実施例1に示した方法では、タイヤ特性が線形の範囲(例えば、図3の直線31で表されるような範囲)にあって、車両10が直進走行中のときに、制動トルクTbiを推定する。このため、制動トルク推定装置20は、タイヤ特性や車両10の走行状態によっては、制動トルクTbiを精度よく推定するのが困難な場合もある。 In the method shown in Example 1, for example, the braking torque estimation device 20 estimates the braking torque Tbi when the tire characteristics are in a linear range (for example, the range represented by the straight line 31 in Figure 3) and the vehicle 10 is traveling straight. For this reason, depending on the tire characteristics and the traveling state of the vehicle 10, the braking torque estimation device 20 may have difficulty accurately estimating the braking torque Tbi.
そこで、本実施例では、ブレーキ制御装置51(図7)は、制動トルク推定装置20が制動トルクTbiを推定するときにブレーキ装置9(図6、7)の電動モータ48の電流Iを記憶し、この電流Iを用いて制動トルクを所望の値にすることで、ブレーキ装置9を制御する。この電流Iは、制動トルク推定装置20が制動トルクTbiを推定したときの値であり、例えば、電動モータ48に設置された電流センサで取得することができる。 In this embodiment, the brake control device 51 (Fig. 7) stores the current I of the electric motor 48 of the brake device 9 (Figs. 6 and 7) when the braking torque estimation device 20 estimates the braking torque Tbi, and controls the brake device 9 by using this current I to set the braking torque to the desired value. This current I is the value when the braking torque estimation device 20 estimates the braking torque Tbi, and can be obtained, for example, by a current sensor installed in the electric motor 48.
一般に制動トルクTbは、電流Iからブレーキ装置9での摩擦に使われる電流値I0を引いた値にほぼ比例する。この比例係数Kは、K=Tb/(I-I0)と表される。摩擦に使われる電流値I0は、回転直動変換機構50等の機構での摩擦に使われる電流値であり、例えば、ブレーキパッド45a、45bがディスクロータ42に接触するまでの空走状態で電動モータ48を駆動させた際の電流から算出することができる。 In general, braking torque Tb is approximately proportional to the current I minus the current value I0 used for friction in the brake device 9. This proportionality coefficient K is expressed as K = Tb/(I-I0). The current value I0 used for friction is the current value used for friction in mechanisms such as the rotary-to-linear motion conversion mechanism 50, and can be calculated, for example, from the current when the electric motor 48 is driven in a free-running state until the brake pads 45a, 45b come into contact with the disc rotor 42.
電流値I0を実験や数値シミュレーション等で予め求めておくと、ブレーキ制御装置51は、この電流値I0と記憶した電流Iと制動トルク推定装置20が推定した制動トルクTbiとから比例係数Kを求めることができる。そして、ブレーキ制御装置51は、指令された制動トルクである制動トルク指令Tbirに対して、電動モータ48を駆動するための指令電流IrをIr=1/K×Tbir+I0とすると、制動トルクを所望の値(すなわち、制動トルク指令Tbirの値)にすることができる。ブレーキ制御装置51は、指令電流Irにより、電動モータ48の回転位置を所望の位置に制御して、制動トルクを所望の値にする。 If the current value I0 is determined in advance through experiments, numerical simulations, etc., the brake control device 51 can determine the proportionality coefficient K from this current value I0, the stored current I, and the braking torque Tbi estimated by the braking torque estimation device 20. Then, by setting the command current Ir for driving the electric motor 48 to Ir = 1/K × Tbir + I0 for the braking torque command Tbir, which is the commanded braking torque, the brake control device 51 can set the braking torque to the desired value (i.e., the value of the braking torque command Tbir). The brake control device 51 controls the rotational position of the electric motor 48 to the desired position using the command current Ir, thereby setting the braking torque to the desired value.
本実施例では、タイヤ特性や車両10がどのように走行しているかによらず、より高精度にブレーキ装置9を制御することができる。 In this embodiment, the brake device 9 can be controlled with greater precision regardless of tire characteristics or how the vehicle 10 is traveling.
実施例7では、電動モータ48の電流を用いて制動トルクを所望の値にすることで、ブレーキ装置9(図6)を制御する例を説明した。 In Example 7, an example was described in which the braking device 9 (Figure 6) was controlled by using the current of the electric motor 48 to set the braking torque to a desired value.
本実施例では、制動トルクと電動モータ48の回転位置との関係を用いて、ブレーキ装置9を制御する例を説明する。電動モータ48の回転位置が変わると、ブレーキパッド45a、45bの位置が変わって、制動トルクが変化する。 In this embodiment, an example is described in which the brake device 9 is controlled using the relationship between braking torque and the rotational position of the electric motor 48. When the rotational position of the electric motor 48 changes, the positions of the brake pads 45a and 45b change, causing a change in braking torque.
図8は、本実施例におけるブレーキ制御装置51の構成を示すブロック図である。ブレーキ制御装置51は、制動トルク位置関係作成部72と、制動トルク位置指令変換部67と、位置電流制御部74を備える。なお、ブレーキ制御装置51が接続しているブレーキ装置9には、電動モータ48に設置されたモータ位置センサ92と、実施例7で述べた電流センサ91が設置されている。 Figure 8 is a block diagram showing the configuration of the brake control device 51 in this embodiment. The brake control device 51 includes a braking torque position relationship creation unit 72, a braking torque position command conversion unit 67, and a position current control unit 74. The brake device 9 to which the brake control device 51 is connected includes a motor position sensor 92 installed in the electric motor 48 and the current sensor 91 described in Example 7.
制動トルク位置関係作成部72は、制動トルク推定装置20が制動トルクTbiを推定するときにブレーキ装置9の電動モータ48の回転位置を記憶する。この回転位置は、制動トルク推定装置20が制動トルクTbiを推定したときの値であり、例えば、電動モータ48に設置されたモータ位置センサ92で取得する。制動トルク位置関係作成部72は、制動トルク推定装置20が推定した制動トルクTbiを入力し、制動トルクTbiと記憶した電動モータ48の回転位置との関係をマップにして記録することができる。これにより、ブレーキ制御装置51は、制動トルクと電動モータ48の回転位置との関係を取得することができる。 The braking torque position relationship creation unit 72 stores the rotational position of the electric motor 48 of the brake device 9 when the braking torque estimation device 20 estimates the braking torque Tbi. This rotational position is the value when the braking torque estimation device 20 estimates the braking torque Tbi, and is obtained, for example, by a motor position sensor 92 installed on the electric motor 48. The braking torque position relationship creation unit 72 inputs the braking torque Tbi estimated by the braking torque estimation device 20 and can record the relationship between the braking torque Tbi and the stored rotational position of the electric motor 48 as a map. This allows the brake control device 51 to obtain the relationship between the braking torque and the rotational position of the electric motor 48.
制動トルク位置指令変換部67は、指令された制動トルクである制動トルク指令Tbirを入力し、制動トルク位置関係作成部72が記録した、制動トルクと電動モータ48の回転位置との関係を示すマップを参照する。制動トルク位置指令変換部67は、制動トルク指令Tbirを入力すると、このマップを用いて制動トルク指令Tbirを電動モータ48の回転位置に変換する。 The braking torque position command conversion unit 67 inputs the braking torque command Tbir, which is the commanded braking torque, and references the map recorded by the braking torque position relationship creation unit 72, which shows the relationship between the braking torque and the rotational position of the electric motor 48. When the braking torque position command conversion unit 67 inputs the braking torque command Tbir, it uses this map to convert the braking torque command Tbir into the rotational position of the electric motor 48.
位置電流制御部74は、制動トルク位置指令変換部67が変換して求めた電動モータ48の回転位置を、この回転位置を与える指令電流に変換する。そして、位置電流制御部74は、変換して求めた指令電流をブレーキ装置9の電動モータ48に与える。 The position current control unit 74 converts the rotational position of the electric motor 48 obtained by the braking torque position command conversion unit 67 into a command current that provides this rotational position. The position current control unit 74 then provides the converted command current to the electric motor 48 of the brake device 9.
本実施例では、指令電流Irの値を制御して制動トルクを制御する実施例7と異なり、電動モータ48の回転位置に基づいて制動トルクを制御する。本実施例では、電動モータ48の回転位置から指令電流を求めるので、温度によって値が変わるトルク定数を用いず温度の影響を受けずに制動トルクを制御できるので、より高精度にブレーキ装置9を制御することができる。 In this embodiment, unlike Example 7, which controls the braking torque by controlling the value of the command current Ir, the braking torque is controlled based on the rotational position of the electric motor 48. In this embodiment, the command current is calculated from the rotational position of the electric motor 48, so the braking torque can be controlled without being affected by temperature without using a torque constant whose value changes with temperature, and the brake device 9 can be controlled with higher precision.
実施例8では、制動トルクと電動モータ48の回転位置との関係が常に一定である場合に、指令電流Irにより電動モータ48の回転位置を所望の位置に制御して、所望の値の制動トルクを発生させることができる。しかし、実際には、制動トルクの値は、ブレーキパッド45a、45bの摩擦係数μpに応じて変わる。摩擦係数μpは、ブレーキパッド45a、45bとディスクロータ42との間の摩擦係数であり、主にブレーキパッド45a、45bの温度Tとディスクロータ42の回転速度vの関数で表される。回転速度vは、ブレーキパッド45a、45bとディスクロータ42との間の相対速度である。 In Example 8, when the relationship between the braking torque and the rotational position of the electric motor 48 is always constant, the rotational position of the electric motor 48 can be controlled to the desired position using the command current Ir, thereby generating the desired value of braking torque. However, in reality, the value of the braking torque varies depending on the friction coefficient μp of the brake pads 45a, 45b. The friction coefficient μp is the friction coefficient between the brake pads 45a, 45b and the disc rotor 42, and is expressed primarily as a function of the temperature T of the brake pads 45a, 45b and the rotational speed v of the disc rotor 42. The rotational speed v is the relative speed between the brake pads 45a, 45b and the disc rotor 42.
本実施例では、温度Tの変化に伴う制動トルクの変化と、回転速度vの変化に伴う制動トルクの変化を、実験や数値シミュレーション等で予め求めておく。ブレーキ制御装置51は、予め求めた、温度Tの変化に伴う制動トルクの変化と回転速度vの変化に伴う制動トルクの変化を記憶する。 In this embodiment, the change in braking torque associated with changes in temperature T and the change in braking torque associated with changes in rotational speed v are determined in advance through experiments, numerical simulations, etc. The brake control device 51 stores the previously determined change in braking torque associated with changes in temperature T and the change in braking torque associated with changes in rotational speed v.
制動トルクは、電動モータ48で発生する推力に対して、ブレーキパッド45a、45bとディスクロータ42との間の摩擦係数μpをかけた値を持つ。一般に、摩擦係数は、接触する2つの物体の温度や相対速度等により変化する。そこで、ブレーキ制御装置51は、ブレーキパッド45a、45bの温度Tとディスクロータ42の回転速度vを推定又は計測して記憶する。 The braking torque is calculated by multiplying the thrust generated by the electric motor 48 by the friction coefficient μp between the brake pads 45a, 45b and the disc rotor 42. Generally, the friction coefficient changes depending on the temperature and relative speed of the two contacting objects. Therefore, the brake control device 51 estimates or measures and stores the temperature T of the brake pads 45a, 45b and the rotational speed v of the disc rotor 42.
ブレーキ制御装置51は、制動トルク推定装置20が制動トルクTbiを推定するときに、ブレーキパッド45a、45bの温度Tとディスクロータ42の回転速度vを記憶する。ブレーキ制御装置51は、例えば、ブレーキパッド45a、45bとディスクロータ42が今までにどれだけ動作したかの記録を基に温度Tと回転速度vを推定したり、センサで温度Tと回転速度vを計測したりすることにより、温度Tと回転速度vを求めて記憶する。 When the braking torque estimation device 20 estimates the braking torque Tbi, the brake control device 51 stores the temperature T of the brake pads 45a, 45b and the rotational speed v of the disc rotor 42. The brake control device 51 estimates the temperature T and rotational speed v based on records of how much the brake pads 45a, 45b and disc rotor 42 have operated up to now, or measures the temperature T and rotational speed v with a sensor, and then stores the temperature T and rotational speed v.
ブレーキ制御装置51は、予め求めた温度Tと回転速度vの変化に伴う制動トルクの変化を用いて、制動トルクTbiの推定時に求めた温度Tと回転速度vから、摩擦係数μpの変化(すなわち、温度Tと回転速度vの変化)を考慮した制動トルクの値を推定する。 The brake control device 51 uses the change in braking torque that accompanies changes in the temperature T and rotational speed v that have been determined in advance to estimate the value of braking torque Tbi, taking into account changes in the friction coefficient μp (i.e., changes in the temperature T and rotational speed v).
本実施例では、ブレーキパッド45a、45bの温度Tとディスクロータ42の回転速度vに応じて、より高精度にブレーキ装置9を制御することができる。 In this embodiment, the brake device 9 can be controlled with greater precision according to the temperature T of the brake pads 45a, 45b and the rotational speed v of the disc rotor 42.
実施例1-9では、車両10が4輪車である例を示した。本実施例では、車両10が2輪車である例を説明する。 In Examples 1-9, an example was shown in which the vehicle 10 was a four-wheeled vehicle. In this example, an example will be described in which the vehicle 10 is a two-wheeled vehicle.
本実施例による制動トルク推定装置20を備える車両10は、4輪車の場合と同様に、コントローラ5、車輪速センサ1、加速度センサ2、ジャイロセンサ3、操舵角センサ4、車輪7、車体8、制動力を発生するブレーキ装置9、制駆動力を発生させる内燃機関又は電動機、操舵装置、及びサスペンション等を備える。コントローラ5は、本実施例による制動トルク推定装置20を備え、内燃機関、電動機、ブレーキ装置9、操舵装置、及びサスペンション等を制御する。車輪7は、車体8の前後の2か所に設けられ、タイヤを備える。 A vehicle 10 equipped with a braking torque estimation device 20 according to this embodiment includes, as in the case of a four-wheeled vehicle, a controller 5, a wheel speed sensor 1, an acceleration sensor 2, a gyro sensor 3, a steering angle sensor 4, wheels 7, a vehicle body 8, a brake device 9 that generates braking force, an internal combustion engine or electric motor that generates braking/driving force, a steering device, a suspension, etc. The controller 5 includes the braking torque estimation device 20 according to this embodiment and controls the internal combustion engine, the electric motor, the brake device 9, the steering device, the suspension, etc. The wheels 7 are provided at two locations, front and rear, of the vehicle body 8 and are equipped with tires.
車両10が2輪車の場合でも、実施例1で説明したように、式(1)-(3)が成立する。但し、添え字iは、車体8の前後にある車輪7を区別する識別子であり、前輪を意味するFと後輪を意味するRの一方を表す。タイヤ前後力Fxiの全ての車輪7(2輪)についての合計値は、実施例1と同様に、加速度センサ2が検出した前後加速度axseを基に算出可能である。 As explained in Example 1, even when the vehicle 10 is a two-wheeled vehicle, equations (1)-(3) hold true. However, the subscript i is an identifier that distinguishes between the front and rear wheels 7 of the vehicle body 8, and represents either F, which indicates the front wheel, or R, which indicates the rear wheel. The total value of the tire longitudinal force Fxi for all wheels 7 (two wheels) can be calculated based on the longitudinal acceleration axse detected by the acceleration sensor 2, as in Example 1.
これらの式から、車体速Vb、スリップ率λi、及びタイヤ前後力Fxiは、それぞれ式(47)から式(49)のように得られる。 From these equations, the vehicle speed Vb, slip ratio λi, and tire longitudinal force Fxi can be obtained as equations (47) to (49), respectively.
前後の車輪7が同一の制動係数Kbを持つ(すなわち、Kbi=Kb)とすると、式(47)-(49)は、それぞれ式(50)-(52)で表される。 If the front and rear wheels 7 have the same braking coefficient Kb (i.e., Kbi = Kb), equations (47)-(49) can be expressed as equations (50)-(52), respectively.
制動トルク等推定部26は、車両10が後輪駆動の場合には、前輪のスリップ率λFがほぼゼロであるとして、車体速Vbを式(53)で求めることができる。 When the vehicle 10 is rear-wheel drive, the braking torque estimation unit 26 can calculate the vehicle speed Vb using equation (53) by assuming that the front wheel slip ratio λF is approximately zero.
制動トルク等推定部26は、式(53)を用いると、後輪のスリップ率λRを式(54)のように求めることができる。 Using equation (53), the braking torque estimation unit 26 can calculate the rear wheel slip ratio λR as shown in equation (54).
制動トルク等推定部26は、このスリップ率λRを用いると、後輪のタイヤ前後力FxRを式(55)に従って求めることができる。 Using this slip ratio λR, the braking torque estimation unit 26 can calculate the rear wheel tire longitudinal force FxR according to equation (55).
タイヤ前後力Fxiの全ての車輪7についての合計値は、実施例1と同様に、加速度センサ2が検出した前後加速度axse(又は車両10の前後加速度ax)から求めることができる。車両10が2輪車の場合には、タイヤ前後力Fxiの合計値は、後輪のタイヤ前後力FxRと一致する。後輪のタイヤ前後力FxRは、例えば式(56)で表される。 The sum of the tire longitudinal forces Fxi for all wheels 7 can be calculated from the longitudinal acceleration axse (or the longitudinal acceleration ax of the vehicle 10) detected by the acceleration sensor 2, as in Example 1. If the vehicle 10 is a two-wheeled vehicle, the sum of the tire longitudinal forces Fxi is equal to the rear wheel tire longitudinal force FxR. The rear wheel tire longitudinal force FxR can be expressed, for example, by equation (56).
以上のことから、制動トルク等推定部26は、制動係数Kbを、式(29)を基にして式(57)で求めることができる。 From the above, the braking torque estimation unit 26 can calculate the braking coefficient Kb using equation (57) based on equation (29).
タイヤ荷重推定部21は、タイヤ荷重Fzi(タイヤ上下力Fzi)を、式(21)、(22)を基にして、式(58)、(59)のように求めることができる。 The tire load estimation unit 21 can calculate the tire load Fzi (tire vertical force Fzi) using equations (58) and (59) based on equations (21) and (22).
以上説明したように、実施例1-9による制動トルク推定装置20は、車両10が2輪車であっても、低コストで高精度に制動トルクを推定でき、車両10の運動も低コストで高精度に制御することができる。 As described above, the braking torque estimation device 20 according to Examples 1-9 can estimate braking torque with high accuracy at low cost, even when the vehicle 10 is a two-wheeled vehicle, and can also control the movement of the vehicle 10 with high accuracy at low cost.
なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記の実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備える態様に限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能である。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、削除したり、他の構成を追加・置換したりすることが可能である。 The present invention is not limited to the above-described examples, and various modifications are possible. For example, the above-described examples have been described in detail to clearly explain the present invention, and the present invention is not necessarily limited to embodiments that include all of the described configurations. Furthermore, it is possible to replace part of the configuration of one example with the configuration of another example. It is also possible to add the configuration of another example to the configuration of one example. It is also possible to delete part of the configuration of each example, or to add or replace other configurations.
1…車輪速センサ、2…加速度センサ、3…ジャイロセンサ、4…操舵角センサ、5…コントローラ、7…車輪、8…車体、9、9FL、9FR、9RL、9RR…ブレーキ装置、10…車両、11…ブレーキペダル、12…通信線、13…電線、14…電源、20…制動トルク推定装置、21…タイヤ荷重推定部、22…タイヤ特性推定部、24…タイヤ特性記憶部、25…タイヤ特性読込部、26…制動トルク等推定部、28…タイヤ特性マップ、30…スリップ率と摩擦係数との関係を示す曲線、31…線形の関係にあるスリップ率と摩擦係数との関係を示す直線、42…ディスクロータ、43…ブレーキキャリパ、44…ハウジング、45a、45b…ブレーキパッド、46…ピストン、48…電動モータ、49…減速機、50…回転直動変換機構、51…ブレーキ制御装置、52…制御信号線、61…制御信号線、62、63…通信線、67…制動トルク位置指令変換部、72…制動トルク位置関係作成部、74…位置電流制御部、91…電流センサ、92…モータ位置センサ、ax…前後加速度、axse…加速度センサが検出した前後加速度、Fxi…タイヤ前後力、Fzi…タイヤ荷重(タイヤ上下力)、Ii…車輪の慣性モーメント、Kb、Kbi…制動係数、mb…車両の質量、Tbi…制動トルク、Tbir…制動トルク指令、Vb…車体速、Vwi…車輪速、Vwsi…センサで計測される車輪速、Ri…タイヤ半径、ωi…車輪角速度、λi…スリップ率。 1...wheel speed sensor, 2...acceleration sensor, 3...gyro sensor, 4...steering angle sensor, 5...controller, 7...wheel, 8...vehicle body, 9, 9FL, 9FR, 9RL, 9RR...brake device, 10...vehicle, 11...brake pedal, 12...communication line, 13...electric wire, 14...power source, 20...braking torque estimation device, 21...tire load estimation unit, 22...tire characteristic estimation unit, 24...tire characteristic memory unit, 25...tire characteristic reading unit, 26...braking torque etc. estimation unit, 28...tire characteristic map, 30...curve showing relationship between slip ratio and friction coefficient, 31...straight line showing linear relationship between slip ratio and friction coefficient, 42...disc rotor, 43...brake caliper, 44...housing, 45a, 45b...brake pads, 46...piston , 48...electric motor, 49...reduction gear, 50...rotational-linear motion conversion mechanism, 51...brake control device, 52...control signal line, 61...control signal line, 62, 63...communication lines, 67...braking torque position command conversion unit, 72...braking torque position relationship creation unit, 74...position current control unit, 91...current sensor, 92...motor position sensor, ax...longitudinal acceleration, axse...longitudinal acceleration detected by acceleration sensor, Fxi...tire longitudinal force, Fzi...tire load (tire vertical force), Ii...wheel moment of inertia, Kb, Kbi...braking coefficient, mb...vehicle mass, Tbi...braking torque, Tbir...braking torque command, Vb...vehicle speed, Vwi...wheel speed, Vwsi...wheel speed measured by sensor, Ri...tire radius, ωi...wheel angular velocity, λi...slip ratio.
Claims (13)
前記車輪の制動トルクを算出する制動トルク算出部を備え、
前記車輪の車輪速と、前記車両の前後方向の加速度である前後加速度とを入力し、
前記制動トルク算出部は、前記車輪速と、前記車輪のタイヤ荷重と、前記前後加速度と、前記車輪のタイヤ特性とに基づいて、車体速と、前記車輪のタイヤ前後力と、前記車輪のスリップ率とを算出するとともに、算出した前記タイヤ前後力に基づいて前記制動トルクを算出する、
ことを特徴とする制動トルク推定装置。 It can be installed on a vehicle having multiple wheels with tires,
a braking torque calculation unit that calculates a braking torque of the wheel;
inputting the wheel speed of the wheel and the longitudinal acceleration of the vehicle, which is the acceleration in the longitudinal direction of the vehicle;
the braking torque calculation unit calculates a vehicle speed, a tire longitudinal force of the wheel, and a slip ratio of the wheel based on the wheel speed, the tire load of the wheel, the longitudinal acceleration, and the tire characteristics of the wheel, and calculates the braking torque based on the calculated tire longitudinal force.
A braking torque estimation device characterized by:
請求項1に記載の制動トルク推定装置。 a tire load estimation unit that calculates the tire load using the longitudinal acceleration,
The braking torque estimation device according to claim 1 .
請求項1に記載の制動トルク推定装置。 a tire characteristic estimation unit that determines a relationship between a slip ratio and a friction coefficient as the tire characteristic;
The braking torque estimation device according to claim 1 .
請求項3に記載の制動トルク推定装置。 the tire characteristic estimation unit calculates a braking coefficient, which is a proportional coefficient between the slip ratio and the friction coefficient, as the tire characteristic, and calculates the braking coefficient based on the longitudinal acceleration, the wheel speed, and the tire load when the vehicle is accelerating.
The braking torque estimation device according to claim 3 .
前記制動トルク算出部は、
1)前記車両の前記前後加速度が予め設定した範囲内にあること、
2)前記車輪速が予め設定した範囲内にあり、前記車両が直進走行中であること、
3)前記車両が走行する路面が予め設定した状況であること、
4)前記電動機によるトルクが予め設定した閾値より小さいこと、
5)前記内燃機関によるトルクが予め設定した閾値より小さいこと、
6)前記ブレーキ装置が動作中であること、
の6つの条件のうち少なくとも1つの条件を満たす場合に前記制動トルクを算出する、
請求項1に記載の制動トルク推定装置。 The vehicle includes an electric motor or an internal combustion engine that generates a braking/driving force, and a brake device that generates a braking force,
The braking torque calculation unit
1) The longitudinal acceleration of the vehicle is within a preset range;
2) The wheel speed is within a preset range and the vehicle is traveling straight ahead;
3) The road surface on which the vehicle is traveling is in a predetermined condition;
4) the torque generated by the electric motor is less than a preset threshold;
5) the torque generated by the internal combustion engine is less than a predetermined threshold;
6) The brake device is in operation;
The braking torque is calculated when at least one of the six conditions is satisfied.
The braking torque estimation device according to claim 1 .
前記制動トルク算出部は、算出した前記制動トルクから前記電動機によるトルク又は前記内燃機関によるトルクを減じることで、前記ブレーキ装置による制動トルクを求める、
請求項1に記載の制動トルク推定装置。 The vehicle includes an electric motor or an internal combustion engine that generates a braking/driving force, and a brake device that generates a braking force,
the braking torque calculation unit calculates the braking torque by the brake device by subtracting the torque by the electric motor or the torque by the internal combustion engine from the calculated braking torque.
The braking torque estimation device according to claim 1 .
前記制動トルク算出部は、算出した前記制動トルクを前記電動機によるトルク又は前記内燃機関によるトルクとすることで、又は、算出した前記制動トルクから計測された前記ブレーキ装置による制動トルクを減じることで、前記電動機によるトルク又は前記内燃機関によるトルクを求める、
請求項1に記載の制動トルク推定装置。 The vehicle includes an electric motor or an internal combustion engine that generates a braking/driving force, and a brake device that generates a braking force,
The braking torque calculation unit obtains the torque by the electric motor or the torque by the internal combustion engine by setting the calculated braking torque to the torque by the electric motor or the torque by the internal combustion engine, or by subtracting the measured braking torque by the brake device from the calculated braking torque.
The braking torque estimation device according to claim 1 .
請求項1に記載の制動トルク推定装置。 When the vehicle is turning and traveling, the braking torque calculation unit calculates the braking torque using a lateral acceleration of the vehicle, a steering angle of the wheel, and the tire characteristic that depends on a sideslip angle when the vehicle is turning.
The braking torque estimation device according to claim 1 .
前記ブレーキ装置は、前記車両に設置されており、電動モータを備える電動ブレーキ装置であり、
前記制動トルクを算出するときに、前記ブレーキ制御装置が前記電動モータの電流と前記電動モータの回転位置との少なくとも一方を記憶する、
請求項1に記載の制動トルク推定装置。 It is connected to a brake control device that controls the brake device,
the brake device is an electric brake device installed on the vehicle and including an electric motor,
When calculating the braking torque, the brake control device stores at least one of a current of the electric motor and a rotational position of the electric motor.
The braking torque estimation device according to claim 1 .
請求項3に記載の制動トルク推定装置。 the tire characteristic estimation unit acquires information on the condition of a road surface on which the vehicle is traveling or weather information on the road on which the vehicle is traveling when calculating the tire characteristics;
The braking torque estimation device according to claim 3 .
前記ブレーキ装置は、前記車両に設置されており、ブレーキパッドとディスクロータとを備え、
前記制動トルクを算出するときに、前記ブレーキ制御装置が前記ブレーキパッドの温度と前記ディスクロータの回転速度を記憶する、
請求項1に記載の制動トルク推定装置。 It is connected to a brake control device that controls the brake device,
the brake device is installed on the vehicle and includes brake pads and a disc rotor;
When calculating the braking torque, the brake control device stores the temperature of the brake pad and the rotational speed of the disc rotor.
The braking torque estimation device according to claim 1 .
前記タイヤ特性推定部は、前記タイヤ特性として、前記スリップ率と前記摩擦係数との間の比例係数である制動係数を求め、前記制動係数を、前記車両の加速時での前記タイヤ前後力と前記車輪速と前記タイヤ荷重とに基づいて求める、
請求項3に記載の制動トルク推定装置。 the vehicle is front-wheel drive or rear-wheel drive;
the tire characteristic estimation unit calculates, as the tire characteristic, a braking coefficient which is a proportional coefficient between the slip ratio and the friction coefficient, and calculates the braking coefficient based on the tire longitudinal force, the wheel speed, and the tire load when the vehicle is accelerating.
The braking torque estimation device according to claim 3 .
前記タイヤ特性推定部は、前記タイヤ特性として、前記スリップ率と前記摩擦係数との間の比例係数である制動係数を求め、前記制動係数を、前記車両の加速時での前記前後加速度と、前輪と後輪の駆動力の比と、前記車輪速と、前記タイヤ荷重とに基づいて求める、
請求項3に記載の制動トルク推定装置。 the vehicle is four-wheel drive;
the tire characteristic estimation unit calculates a braking coefficient, which is a proportional coefficient between the slip ratio and the friction coefficient, as the tire characteristic, based on the longitudinal acceleration during acceleration of the vehicle, the ratio of driving forces of the front wheels and the rear wheels, the wheel speed, and the tire load.
The braking torque estimation device according to claim 3 .
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