JP4694558B2 - スリップを制御する方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の地面接触システム、特に、タイヤにより地面に伝達される力の最適化に関する。

タイヤの潜在的力伝達能力を最もよく利用できるようにするための多くの装置及び多くの方法が知られている。最も普及しているシステムのうちの１つは、“ＡＢＳ”と呼ばれているシステムであり、その機能は、特に非常に滑りやすい地面上での車両の制動具合を向上させることにある。ほぼ同じ原理で動作する他のシステムによっても、駆動ホイールのトラクションを向上させることができる。これらシステムの目的は、タイヤを所与の走行状況の場合その最適動作状態にできるだけ近く保つことにある。というのは、タイヤが伝達できる力は、その潜在的グリップ能力により制限されるからである。

水平な地面上では、潜在的グリップ能力は、走行状況が一定であるとすると、伝達可能な最大水平力とタイヤにより支持される垂直荷重の比に相当している。潜在的グリップ能力は、“μ_max”と呼ばれる場合が多い。

μ_max＝Ｆ_max／Ｆ_z
（上式においてＦ_maxは、最大水平力、Ｆ_zは、支持された垂直荷重である。）

タイヤにより伝達される水平力（Ｆ）は、長手方向力（Ｆ_x）又は横方向力（Ｆ_y）、或いはこれらの両方の組合せであり、この場合、次式が成り立つ。

Ｆ＝√（Ｆ_x ²＋Ｆ_y ²）

潜在的グリップ能力（μ_max）は、タイヤと地面の接触状況に応じて各瞬間に変化する。μ_maxの値に影響を及ぼすことが知られているパラメータのうち次のものについて言及するが、これらパラメータとしては、タイヤのタイプ、内圧、タイヤの温度、支持される垂直荷重、回転速度、スリップ速度、スリップ比、地面のタイプ、地面の温度、周囲空気の温度、地面上における水の存否、長手方向力と横方向力の組合せが挙げられる。

種々の動作条件の各組は、それ故に、上述した種々のパラメータの各組の場合、伝達可能な水平力（Ｆ_max）を実験で、例えば、完全な実験プログラムを用いて決定できる。かくして、各瞬間におけるパラメータ全ての知識を持つことができたとすれば、伝達可能な水平力（Ｆ_max）を各瞬間においてこれから演繹することができる。しかしながら、これは、実際には不可能である。というのは、リアルタイムで且つ永続的に市販の車両及び市販のタイヤについてこれら測定の全てを実施することは可能でないからである。これは、車両の通常の使用中、潜在的グリップ能力の判定をリアルタイムで利用する車両又はシステムが現在知られていないからである。

したがって、実際の測定値を用いてμ_maxの効果的な計算を利用することができないので、上述した公知のシステムは、スリップ比を調節する原理を利用している。これは、スリップ比が、例えば車両の種々のホイールの回転速度を測定して互いに比較することにより比較的高い信頼度でリアルタイムでアクセス可能な変数だからである。スリップ比は、グリップ条件に直接依存する動作条件のパラメータのうちの１つなので、これは、良好な調節パラメータであるということが認められている。次に、この調節は、タイヤの最適動作に対応すると考えられる「最適」であると見なされるスリップ比の獲得に向けられる。スリップ比をその最適レベルに保つため、制動（ブレーキ）系統によりホイールに伝達されるトルクか車両のエンジンにより伝達されるトルクかのいずれか、或いは別法として一度にこれら両方に影響を及ぼす。

この公知の原理は依然として、完全に満足のいくものではない。この原理を利用したシステムの有効性を向上させることが望ましい場合、特に次の問題、即ち、最適スリップ比は一定の値ではないが、他の動作条件にも依存して事実このスリップ比が広い比率の範囲内で変化するという問題に遭遇すると考えられる。これを考慮するため、最適スリップ比の幾つかの値を次々に用いると共に／或いは車両に対してリアルタイムで測定できる変数（例えば、タイヤの圧力、支持される垂直荷重、走行速度）の関数として（それらの変数に応じて）用いられる最適スリップ比の値を調整するシステム及び方法が、開発された。

本発明は、自動車のタイヤのスリップを制御する方法であって、前記タイヤは、トレッドを有し、前記方法は、道路との前記タイヤの接触域における前記トレッドの表面温度に関連した変数の測定値を用いて前記スリップを調節するステップを有する制御方法を提案する。説明の後の残りの部分で分かるように、この調節原理は、表面温度を増大させなければならない場合にスリップを増大させ、温度を減少させなければならないときにスリップを減少させるということにある。

事実、所与のタイヤに関し、接触域中の伝達可能な最大水平力は、地面と接触状態にあるタイヤの表面の温度が比較的狭い変動範囲内に保たれているときに得られ、この温度にホイールのスリップによって影響を及ぼすことができるということが注目された。

かくして、本発明によれば、タイヤの潜在的グリップ能力を最適化することが可能である。というのは、タイヤの動作パラメータに影響を及ぼしてタイヤがグリップの観点から見て最適な熱的条件下で永続的に動作するようになるからである。

本発明の原理は特に、目的が表面温度とは別個に潜在的グリップ能力全体を利用するだけではなく、更に加重の全体を通じて潜在的グリップ能力を最適化するためにトレッドの材料の表面温度に影響を及ぼすということにおいて先行技術とは異なっている。

これを行うために、所与のスリップ比又は幾つかの所与のスリップ比の中から選択されたスリップ比を得ることを目的としないで、タイヤの表面の所与の温度を得る目的でスリップを調節する。

スリップ、即ち、タイヤが力を伝達する場合にタイヤのトレッドが地面に対してスリップするということは、たとえ僅かであっても、タイヤの分野において知られているように、スリップ速度の形態又はスリップ比の形態で定量化できる。

かくして、スリップに影響を及ぼすことは、スリップ速度又はスリップ比（絶対値）で増大させ又は減少させることに相当している。さらに、安定条件の場合、スリップが増大すると、接触域におけるトレッドの表面温度が増大する。これとは逆に、スリップが減少すると、接触域におけるトレッドの温度が減少する。これは、摩擦の効果に起因する。

所望の最適温度は、主としてトレッドの内部に（又はトレッドの表面上に）用いられる材料で決まる。ゴム組成物の中には、約２０℃の温度で最大グリップを達成するものがあるが、約１２０℃でしか最大グリップを達成しないものがある。さらに、最適温度のこの値は、僅かであるが、スリップ及び地面の特性の関数として（それらの特性に応じて）変化する場合がある。

トレッドの表面温度をタイヤの接触位置の外部で測定するのがよい。これは、接触域の外部の表面温度が接触域に見られる表面温度に関連していることが確かであり、しかも接触域の外部での測定を実施するのが比較的簡単だからである。考慮され又は測定された表面温度は、変動が接触域に出る温度の変動を確かに表していることを条件として、所与の範囲にわたり又は制限された数の箇所にわたり平均値である。

本発明は又、自動車のタイヤのスリップを制御する装置であって、該装置は、前記スリップを調節できる手段及び接触域における前記タイヤのトレッドの表面温度に関連した変数を測定する手段を有する装置に関する。

図１は、地面（Ｓ）上を転動しているタイヤ（１）を概略的に示している。このタイヤは、その軸線周りにトルク軸線（Ｃ）を受けると共にタイヤが支持している車両（車両は、ここでは図示されていない）からの垂直荷重（Ｆ_z）を受ける。タイヤは、接触域（２）を生じ、この接触域により、地面は、水平力、例えば長手方向力（Ｆ_x）のみをタイヤに伝達する。

タイヤが図の左側に向かって（矢印で示されている）転動していると考えると、このことから、この表示は、駆動トルクをホイールに及ぼしている場合に相当すると推定できる。これとは逆に、タイヤが地面右側に向かって転動していると想像すると、この場合、この図は、制動トルクを効かせている場合を表している。

接触域からの出口の付近に設けられた測定手段（４）、例えば、サーマル（熱）カメラ又は赤外線センサが、トレッド（３）の表面を観察し、この表面の温度を表す信号を出力する。この測定手段は、コンピュータ（５）に接続されている。このコンピュータは、例えばエンジン管理システム又は制動系統によりホイールに伝達されるトルク（Ｃ）及び／又はホイールの回転速度を調節でき、かくして、温度測定値に従ってスリップに影響を及ぼすことができる。

表示した例によれば、接触域（２）におけるトレッドの表面温度は、“Ｔ₂”であり、ホイールの回転速度は、“ω_R”であり、スリップ速度は、“Ｖｇ”、スリップ比は、“Ｇ％”であり、伝達される力（Ｆ_x）と垂直荷重（Ｆ_z）の比は、“μ”である。

接触域の外側のトレッド（３）の表面温度（Ｔ₃）は、接触域（２）におけるトレッドの表面温度（Ｔ₂）と相関関係のある変数である。当然のことながら、この相関は、特に、測定場所に応じて変化する。接触域の出口の近くで測定された温度が、例えば接触域の入口の近くで行われた測定よりも接触域における温度をより高い信頼度で表していることは、容易に理解されよう。

接触域におけるトレッドの表面温度（Ｔ₂）に対する接触域の外部で測定された変数（Ｔ₃）の信頼性を向上させるには、少なくとも１つの修正変数、例えば、車両速度、スリップ、外部空気又は地面の温度、又はタイヤに入っている空気の温度を考慮に入れるのがよい。しかしながら、表面温度（Ｔ₃）のこの測定値を接触域の出口のところで取る場合、接触域における温度（Ｔ₂）に良好に表す変数が既に利用可能である。

図２ａは、本発明の方法を実施するアルゴリズムの一例をグラフで示している。

コンピュータは運転手により表された制動又は加速要求が増大しているか否かを定期的に（例えば、１００Ｈｚの周波数で）又はそれどころかリアルタイムで確かめる。この要求が増大していない限り、何も行わない。要求が増大している場合、測定温度（この例では、Ｔ₃）を所望の最適温度（この例では、Ｔ₃opti）と比較する。

Ｔ₃がＴ₃optiよりも小さい場合、これは、接触域における温度を増大させる場合、潜在的グリップ能力（μ_max）を増大させるのがよいことを意味する。この場合、コンピュータは、問題のアクチュエータ（エンジン／トランスミッション又は制動システム）に指令を出してスリップ（Ｇ）を増大させるためにタイヤに対するこれらの加重度を増大させる。すると、このスリップの増大の結果として、接触域の温度（Ｔ₂）が増大し、かくして、接触域の外部で測定された温度（Ｔ₃）が増大する。

他方、Ｔ₃がＴ₃optiよりも高い場合、これは、接触域における温度が低下すれば、潜在的グリップ能力（μ_max）を増大させることができることを意味している。これらの条件下において、コンピュータは、問題のアクチュエータ（エンジン／トランスミッション又は制動システム）に指令を出して、スリップ（Ｇ）を減少させるためにタイヤに対するこれらの加重度を減少させ、その結果、Ｔ₂を減少させ、その結果Ｔ₃を減少させる。

図２ｂは、本発明の方法を実施するアルゴリズムの別の例をグラフで示している。

コンピュータは、定期的に（例えば、１００Ｈｚの周波数で）又はそれどころかリアルタイムで、測定温度（Ｔ₃）と所望の最適温度（Ｔ₃opti）を比較する。

Ｔ₃がＴ₃optiよりも低い場合、このことは、接触域における温度を増大させることにより潜在的グリップ能力（μ_max）を増大させることができることを意味している。これらの条件下において、車両の運転手が自分の加速要求又は制動要求を増大させた場合、コンピュータは、問題のアクチュエータに指令を出してタイヤに加わるこれらの加重度を増大させてスリップ（Ｇ）を増大させる。すると、このスリップの増大の結果として、Ｔ₂が増大し、その結果Ｔ₃が増大する。

Ｔ₃がＴ₃optiよりも高い場合、これは、接触域における温度が低下すれば、潜在的グリップ能力（μ_max）を増大させることができることを意味している。これらの条件では、コンピュータは、問題のアクチュエータに指令を出してスリップ（Ｇ）を減少させるためにタイヤに加わるこれらの加重度を減少させ、その結果、Ｔ₂が減少し、その結果Ｔ₃が減少する。この状況では、運転手の意図を考慮に入れることは、必要不可欠であるというわけではない。

運転手の意図を例えば運転手がアクセルペダル又はブレーキペダルに課す位置又はこれらペダルに及ぼされる力から推定できる（それ自体周知の仕方で）。代替的に又は組合せとして、潜在的グリップ能力を最適化する要望に関するこの判定は、スリップしきい値の交さ（crossing）を利用してもよい。というのは、例えば従来型ＡＢＳシステムが修正をトリガするスリップレベルと同等なスリップレベルは、潜在的グリップ能力の最適化が望ましいことを信頼性をもって指示することであると考えられるからである。

図３は、接触域における温度（Ｔ₂）の関数として（温度に応じて）潜在的グリップ能力（μ_max）の変化の一例を示すグラフ図である。この図から、潜在的グリップ能力は、最適温度（Ｔ₂opti）に関しその最適値（μ_opti）まで温度と共に増大することが明らかに理解できる。この最適温度を超えると、潜在的グリップ能力は低下する。本発明の一原理は、接触域におけるタイヤの表面を少なくとも最も大きな力を伝達することが望ましい段階では、即ち、タイヤの潜在的最大グリップ能力を有することが望ましい場合、この最適温度の付近に保とうとすることにある。これは一般に、非常ブレーキの場合又は強力な加速又は強力な発車の場合である。

図４は、図３の曲線に類似した２本の曲線の比較を可能にするグラフ図である。各曲線は、互いに異なるスリップ速度に対応し、他の条件は、同一のままである。注目されるように、２本の曲線は、互いに対して全体的にオフセットしている。各曲線についての最適温度（Ｔ₂opti）を観察した場合、最適温度は、スリップ速度が増大すると増大することに注目されよう。この傾向は、図５において一層明確に見ることができ、図５は、スリップ速度の関数として（スリップ速度に応じて）の最適温度（Ｔ₂opti）の変化の一例を示している。

これらの互いに異なる曲線から明確に理解できることとして、接触域における最適温度（Ｔ₂opti）を求めるために、それ故、該当する場合には接触域の外部での最適温度（Ｔ₃opti）を求めるためにもスリップ速度を考慮に入れると有利である。例えば、この方法は、各サイクル時（又は、別の周波数において）最適温度を有効スリップ速度の関数として（有効スリップ速度に応じて）求めるステップを有するのがよい。

接触域におけるトレッドの表面温度（Ｔ₂）に対する接触域の外部で測定された変数（Ｔ₃）の信頼性を向上させるには、少なくとも１つの修正変数、例えば、走行速度、スリップ、外部空気又は地面の温度、又はタイヤに入っている空気の温度を考慮に入れるのがよい。しかしながら、表面温度（Ｔ₃）のこの測定値を接触域の出口のところで取った場合、接触域における温度（Ｔ₂）を良好に表すパラメータは、既に利用可能である。

本発明の方法及び装置は、操舵アクスル又は非操舵アクスル、駆動アクスル又は非駆動アクスルに利用できる。本方法を独立して車両の各ホイールに利用でき、又は例えば２本以上のホイールの測定値を統合することにより本発明を利用してエンジン又はブレーキによりホイールに及ぼされるトルクを制御する手段の利用可能性を考慮に入れることができる。本発明は特に、高速且つ強力な車両に有利に利用できる。

さらに、車両がその加速度を測定する手段を備えている場合、所与の時点又は定期的に、コンピュータにより用いられる計算データを「較正」すると有利な場合がある。事実、大きな加速時に、表面温度（又は、用いられた温度に関連した変数）の一連の測定を行い、これと並行して、ホイールに伝達される力の一連の測定又は車両の加速度の一連の測定を行うことが可能である。この場合、生じた加速度又は力がどの温度で効果的に最高であるかを判定し、必要ならば、スリップを制御する際、特に所望の最適温度を用いる際に用いられる計算データを再調整することが可能である。この較正により、例えば、走行条件の変化（例えば、地面の性状）又は例えばタイヤのトレッドの経時変化及び緩やかな摩耗に起因する地面と接触状態にある材料の特性の変化を考慮に入れることが可能な場合がある。

本発明は、直線走行だけでなく、カーブでの走行にも利用できる。というのは、上記のことから理解できるように、カーブのところでは、タイヤにより伝達される力（Ｆ）は、長手方向力（Ｆ_x）と横方向力（Ｆ_y）の両方だからである。かくして、潜在的グリップ能力は、２つの成分（Ｆ_x）及び（Ｆ_y）の発生により同時に「消費される」。しかしながら、たとえ本発明の制御方法がスリップの長手方向成分にのみ直接的に働く場合であっても、本発明の方法の作用効果は、潜在的グリップ能力を加重の方向とは独立して最適化し、即ち、横方向力を生じさせるのに利用できる潜在的グリップ能力を最適化することにあることは理解されよう。

本発明の制御装置の原理を概略的に示す図である。 本発明の制御方法の実施形態の一例のブロック図である。 本発明の制御方法の実施形態の一例のブロック図である。 表面温度の関数としての潜在的グリップ能力の変化の一例を示すグラフ図である。 ２つの互いに異なるスリップ速度に関して表面温度の関数としての潜在的グリップ能力の変化の比較を示すグラフ図である。 最適表面温度とスリップ速度との間の関係を示すグラフ図である。

Claims (11)

1. 自動車の空気入りタイヤ（１）のスリップを制御し、前記タイヤのグリップを最適化する方法であって、前記タイヤは、トレッド（３）を有し、前記方法は、前記タイヤの接触域（２）における前記トレッドの表面温度（Ｔ₂）に関連した変数の測定値を用いて前記スリップを調節するステップを有し、前記スリップは、前記表面温度が最適温度に至るよう調節される、制御方法。
2. 前記関連した変数は、前記トレッド（３）の表面温度（Ｔ₃）であり、前記変数は、前記タイヤの前記接触域の外部で測定される、請求項１記載の制御方法。
3. 前記トレッドの前記表面温度（Ｔ₃）は、前記タイヤの前記接触域の出口の付近で測定される、請求項２記載の制御方法。
4. 前記トレッドの前記表面温度の前記測定は、光学的測定である、請求項２又は３記載の制御方法。
5. 較正データの収集ステップを更に有し、該収集ステップは、前記関連した変数の一連の測定値及び前記スリップを制御する際に用いられる前記較正データの好ましい値を求めるために車両の受ける力又は加速度の対応した一連の測定値を記録するステップから成る、請求項１〜４のうちいずれか一に記載の制御方法。
6. 請求項１に記載の方法が適用される自動車の空気入りタイヤのスリップを制御する装置であって、該装置は、前記スリップを調節できる手段及び接触域における前記タイヤのトレッドの表面温度（Ｔ₂）に関連した変数を測定する手段（４）を有する、装置。
7. 前記スリップを調節できる前記手段は、前記車両のエンジンによりホイールに供給されるトルクを制御する手段を含む、請求項６記載の装置。
8. 前記スリップを調節できる前記手段は、前記ホイールの制動又は制動トルクの動力管理システムを有する、請求項６又は７記載の装置。
9. 前記関連した変数を測定する前記手段は、前記接触域（２）の外部の前記トレッドの温度（Ｔ₃）を測定する光学的手段（４）である、請求項６〜８のうちいずれか一に記載の装置。
10. 前記光学的測定手段は、前記接触域の出口と対向して配置されたサーマルカメラ（４）である、請求項９記載の装置。
11. 前記車両の加速度を測定する手段を更に有する、請求項６〜１０のうちいずれか一に記載の装置。

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