(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブレーキペダルストロークに比例する減速度制御ができるブレーキシステムを備えた自動運転車両の制動方法であって、“重力加速度の降坂勾配分加速度”と“走行抵抗減速度”がつり合う“つり合い車速”をブレーキによって最徐行速度に調整し、最徐行速度となった後は最徐行速度ブレーキストロークより低目のブレーキで停止位置に止めることを特徴とする自動運転車両の制動方法。
【請求項２】
ブレーキペダルストロークに比例する減速度制御ができるブレーキシステムを備えた自動運転車両の制御方法であって、 “重力加速度の反登坂勾配分力減速度”と“走行抵抗減速度”による減速度に、アクセルによる加速度を加えて“つり合い車速”を最徐行速度に調整し、最徐行速度となった後は最徐行速度からアクセルを緩めて停止位置に止めて、その後にブレーキで停止位置を押さえることを特徴とする自動運転車両の制動方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の自動運転車両の制動方法において、以下のつり合い速度を算出する計算式を用いることを特徴とする自動運転車両の制動方法。
つり合い速度＝｛（ころがり抵抗＋勾配抵抗＋加速抵抗）÷抗力係数｝1/2
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動運転において制動振動及び制動ショックを伴わずに、定められた停止位置に、精度良く停止する制動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
停止時に不快な振動を誘発するブレーキングは俗にカックンブレーキと云われている。車輪の回転は個体摩擦を利用して制動される。回転する車輪が停止するとき、摩擦摺動部がすべり摩擦から静止摩擦になり摩擦係数が上昇するため停止荷重が増す。その停止荷重は、車輪から懸架装置を介して車体に伝達されるが、その伝達系にあるばね要素が歪を蓄え、その歪を停止の瞬間に発散する。この停止時の荷重増加と停止直後の歪発散によってショックと揺れ戻しが生じ、カックンブレーキになる。
【０００３】
停止する場所は平地とは限らない。下り坂では、“重力加速度の降坂分力”と“走行抵抗”がつり合う車速がある。ブレーキによって“つり合い車速”を調整する。このブレーキはエンジンブレーキと車輪ブレーキがあるが、徐行域では主に個体摩擦を利用するブレーキによる速度調整なので、ブレーキショック対応が必要になる。一方、上り坂では、“重力加速度の反登坂分力”と“走行抵抗”が共に制動方向に作用するので、アクセルによって“つり合い車速”を調整する。アクセルによる速度調整なので、ブレーキショックはない。
【０００４】
ここで課題とする制動振動ないし制動ショックは、降坂路ないし平坦路におけるつり合い車速の調整と停止位置の調整に係る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１１８０６５号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】社団法人自動車技術会「自動車技術ハンドブック」1 基礎・理論編第８章振動・騒音・乗心地の基礎・理論、ｐ.374-375.
【非特許文献２】籾山冨士男：乗心地におけるばね下ピッチングの作用と効果、自動車技術会論文集、Vol.37,No.4（2006年7月)、No.20064529,P.45-49.
【０００７】
特許文献１には、車両停止直前におけるブレーキフィーリングを向上させる電子制御ブレーキによる制御方法が提案されている。具体的には、ブレーキペダル操作量に応じた目標制動力を算出し、車速に応じた目標制動力の補正係数を算出し、補正係数に応じて目標制動力を補正し、補正された目標制動力に応じてブレーキチャンバに供給する作動流体の圧力を制御することが記載されている。
【０００８】
非特許文献１には、その374頁にて、摺動体（ディスクロータ、ブレーキドラム）と摩擦材（ブレーキパッド、ブレーキシュー）との接触による摩擦振動が加振源となりブレーキ構成部品や車体を共振させる現象を説明している。しかしながら、その対策については言及していない。
【０００９】
非特許文献２は、懸架系のばね下ピッチングによって乗心地を向上させる効果を報告している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に開示される制動方法によれば、車両停止直前におけるブレーキフィーリングを向上できるとされているが、所謂カックンブレーキを解消することはできない。
【００１１】
非特許文献１ではブレーキの際の摩擦振動による部品や車体の共振現象について説明しているが、それを解消する手段は記載されていない。また、非特許文献２においても制動力の作用と効果については言及していない。
これら非特許文献１及び非特許文献２の内容については、図１、図２，図３及び図５においても説明する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、回転する車輪が停止するときの荷重上昇を回避する制御法を開発し、その停止荷重が、車輪から懸架装置を介して車体に伝達される過程で伝達系のばね要素の歪として蓄えられ発散されることを回避する制御法を開発することを目的としてなした。
【００１３】
。
そのため本発明にあっては、“制動制御”と“停止制御”を“切り分け”た。即ち、巡行速度から最徐行速度への制動制御と最徐行速度での停止制御に切り分けた。切り分けることによって速度の制御と停止位置の制御を両立させる困難を解決した。
【００１４】
速度制御の手段は、車輪制動に限らず、勾配抵抗と惰行抵抗（ころがり抵抗と空気抵抗の和）を活用する手段がある。即ち、車両走行抵抗には、勾配抵抗ところがり抵抗と空気抵抗と加速抵抗の四つがある。勾配抵抗は重力の加速度に勾配の正弦を乗じた値の抵抗である。登坂では後向きに作用し、降坂では前向きに作用する。これを使い分ける。ころがり抵抗は車両総重量に比例し常に後向きに作用する。空気抵抗は車速の二乗で作用する。加速抵抗はアクセルよる車輪制御であり、ブレーキによる車輪制御と協調して利用する。
【００１５】
停止時ショックは、車輪ブレーキが原因する低速域での問題であるから、車輪ブレーキを使わずに停止出来ればショックは生じない。しかし、全く車輪ブレーキを使用しないでの停止は出来ない。そこで、勾配抵抗と惰行抵抗を活用して、最徐行速度（２〜４km/h以下）まで減速（図５の説明にて詳述）し、最後に車輪の回転を押さえその後抜く方向に車輪ブレーキを作用させる。止まった後に改めて車輪ブレーキを強め、且つ駐車ブレーキをかけ、車輪ブレーキは止め駐車する。
【００１６】
上記を踏まえて本発明を成した。第１発明はブレーキ操作によって最徐行速度に調整するものであり、“重力加速度の降坂勾配分加速度”と“走行抵抗減速度”がつり合う“つり合い車速”をブレーキによって最徐行速度に調整し、最徐行速度となった後は最徐行速度ブレーキストロークより低目のブレーキで停止位置に止める構成である。ここで、ブレーキストロークの意味は要求減速度或いはブレーキ％と同意であり、ブレーキペダルのない完全自動運転車両にも本願発明は適用できる。
【００１７】
第２発明はアクセル操作によって最徐行速度に調整するものであり、“重力加速度の反登坂勾配分力減速度”と“走行抵抗減速度”による減速度に、アクセルによる加速度を加えて“つり合い車速”を最徐行速度に調整し、最徐行速度となった後は最徐行速度からアクセルを緩めて停止位置に止めて、その後にブレーキで停止位置を押さえる構成である。
【発明の効果】
【００１８】
“制動制御”と“停止制御”に切り分けて、制動制御には惰行抵抗を主に用い、停止制御には最徐行で最後に車輪の回転を押さえる程度に車輪ブレーキを使用するので、制動制御中の懸架系の歪振動、停止制御の個体摩擦係数の上昇に伴うショック（カックンブレーキ）が回避される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】摩擦係数特性の説明図である。
【図２】懸架系による弾性歪の蓄積と開放によるショックへの配慮の説明図である。
【図３】乗心地ハーフモデルの説明図である。
【図４】乗心地クォータモデルの説明図である。
【図５】惰行抵抗による減速と車輪制動による減速の説明図である。
【図６】車輪制動制御の流れの説明図である。
【図７】自重検出の説明図である。
【図８】勾配検出の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明に係る制動方法が適用される自動運転車両はGPSを備え、少なくとも運行経路IDと対応する運行車速、停止位置、道路勾配の情報を持ちその情報を参照して制御する。また自動運転車両は、車輪回転センサ、視覚センサを備え、GPSと並列に距離認識、速度認識、位置認識ができ、加速度センサを備え車輪回転センサと組み合わせて道路勾配検出がGPSと並列して認識でき、アクセル％によって自重検出ができる装備を備え、更にブレーキペダル％によって減速度制御ができるブレーキを備える。
【００２１】
定められた停止位置に止める過程は、減速過程と停止過程がある。減速過程で生じる懸架系の振動を抑制するために惰行抵抗を主にして減速制御する。停止過程は最徐行速度で行い懸架系の歪問題を持ち込まないので歪開放の揺れ戻しが生じない。車輪ブレーキは車輪回転の最後の押さえに用い、その押さえもブレーキ力の抜き方向で行うので摩擦係数変化によるショックも生じない。以下、図１〜８により説明する。
【００２２】
図１に、非特許文献１から引用して摩擦係数特性について説明する。摺動体（ディスクロータ、ブレーキドラム）と摩擦材（ブレーキパッド、ブレーキシュー）との接触による摩擦振動が加振源となりブレーキ構成部品や車体を共振させる現象を説明する。（Ａ）図に摺動体速度（v）と、ばね（k）に支持された摩擦材の変位（x）との関係から、摩擦面には相対速度v−xが生じる。（Ｂ）図に、低相対速度域で摩擦係数が高くなる特性を示し、（Ｃ）図に、低相対速度域で摩擦係数が高くなる特性では減衰率が負になりスティックスリップ振動する波形を示している。
【００２３】
図２に、懸架系による弾性歪の蓄積と発散によるショックへの配慮について説明する。上段に平地静止時の車両のばね上とばね下の定常状態を示し、中段に平地制動時の懸架系の歪状態（過渡状態）を示し、下段に坂路制動時の歪状態（過渡状態）を示す。平地での静止から制動にてばね上ピッチ、ばね下ピッチが生じ、坂路制動では平地制動に坂路勾配分が重畳して振動する。
【００２４】
図３に、乗心地ハーフモデルについて説明する。左側の図が乗心地ハーフモデルと称される。右側に、このモデルに大型バスの諸元を代入しての解析例を示す。前軸から入力した場合と、後軸から入力した場合の解析例を示すが、ばね上共振ピークが1Hz付近、ばね下共振ピークが７〜8Hz付近に存在することを示している。
【００２５】
図４に、乗心地クォータモデルについて説明する。左側の左図が所謂乗心地クォータモデルであり、左側の右図がばね下ピッチングを考慮した「ばね下ピッチモデル」であり、その右に、クォータモデルとばね下ピッチモデルの解析例を示して、ピッチモデルによる乗心地改善効果について説明している。ばね上共振峰が1Hz付近、ばね下共振峰が10数Hz付近に存在し、5Hz付近に反共振底が出現して共振峰を低める。
【００２６】
図５に、惰行抵抗による減速と車輪制動による減速の関係について説明図する。重力の加速度（9.81m/s2）に降坂路勾配（θ）の正弦（sinθ）を乗じた加速度が増速側に作用し、ころがり抵抗、空気抵抗で構成される惰行抵抗が減速側に作用する。アクセルを放すと、勾配ところがり抵抗と空気抵抗のつり合い関係で車速が変化する。登坂路であればやがて止まる。この場合は、停止位置でアクセルからブレーキに踏みかえることでショック無く止まる。降坂路であれば、つり合い車速vbが存在する。つり合い車速vbの位置は(B)の大きさで変化する。（Ｂ）の大きさは、勾配抵抗であるが、この（Ｂ）にアクセル又はブレーキを加えて降坂する制御を加えることによって、つり合い車速vbが制御可能になる。即ち、
つり合い車速vbを最徐行速度vsまで引き下げるための車輪制動DSB（太線vb〜vs）が出来る。
太線vb〜vsは、車速の二乗に比例する円滑な曲線であるから、懸架系の歪振動を誘起することなく最徐行速度に至ることができる。
【００２７】
最徐行速度に至ったら、GPS、車輪回転センサ、視覚センサによって、停止位置を確認して停止位置に止める車輪ブレーキ制御を最徐行中の制動力から弱める方向に作用させ、停止を確認して後、制動力を強める。その後、駐車ブレーキを作動させ、車輪ブレーキは開放する。
【００２８】
車輪制動の数式は式（１）、つり合い車速の数式は式（２）になる。
【００２９】
【数１】
0006912542.tif 000002
【００３０】
図６に、車輪制動制御の流れを説明する。工程１で道路勾配を検出したかを問うている。工程2にて、後述図８の方法又は、GPSによって勾配を求める。工程３で自重を算出したかを問うている。工程４で図９の方法で自重を求める。工程５にて“平坦乃至降坂なのか”又は、“登坂なのか”を問うている。求めた勾配が、平坦乃至下りか、登坂かを工程３で判断して、工程６から１０の降坂制御ルートか、工程１１から１５の登坂制御ルートかの仕分けをする。
【００３１】
工程６から１０の降坂制御ルートにおいては、工程6にて降坂つり合い車速を計算し、工程７にて降坂つり合い車速を最徐行速度まで引き下げるブレーキ制御を行い、工程８にて最徐行速度になったことを確認し、工程９で停止位置を車輪回転センサ又はＧＰＳによって確認して、工程１０にてブレーキによって車輪回転を押さえて車両停止させる。
【００３２】
工程１１から１５の登坂制御ルートにおいては、工程11にて登坂つりあい車速を計算して、工程１２にて登坂つり合い車速を最徐行速度まで引き下げるアクセル制御を行い、工程１３にて最徐行速度になったことを確認し、工程14で停止位置を車輪回転センサ又はＧＰＳによって確認して、工程15にてアクセル制御からブレーキ制御に切替て車輪回転を押さえて車両停止させる。
【００３３】
図７に、自重検出について説明する。図71に、車速と実質加速度（実験取得）及び惰行減速度（実験取得）の関係図を示す。実質加速度と惰行減速度の和は双曲線になる。図72に自重の変化と出力加速度の変化の関係図を示す。自重の変化は双曲線定数の空/積比倍の変化（反比例）になる。図73に路面勾配による出力加速度の関係図を示す。勾配（θ）の正弦値（sinθ）に重力の加速度（9.81m/s2）を乗じた加速度が出力加速度に単純に加減される。登坂では“減”、降坂では“増”になる。図74にアクセル％に対する発生加速度Y（即ち、Ｙ＝双曲線定数÷車速）を示す。図72と図73及び図74から自重検出は、図中の右側に示すフロー図になる。即ち、現在のアクセル％を読込み、勾配（後述図８）を検出し勾配相当アクセル％（＝重力加速度×勾配正弦×アクセル係数）を算出する。そして、現アクセル％と勾配相当アクセル％の合計アクセル％を求め、その合計アクセル％で空車重量を除することで自重を求める。
【００３４】
図８に、加速度計と車輪速から求める道路勾配検出について説明する。3軸加速度計と車輪速センサを装備する。静止時の加速度計のよみ値は、重力加速度（9.81m/s2）に坂道勾配の正弦を乗じた値（式３）になる。
【００３５】
【数２】
0006912542.tif 000003
【００３６】
以上を総括する。
車両の走行抵抗は、勾配抵抗、ころがり抵抗、空気抵抗、加速抵抗の四つの抵抗があり、
全抵抗＝空気抵抗＋ころがり抵抗±勾配抵抗±加速抵抗・・・式（6）
になる。
ここに、
空気抵抗＝抗力係数×車速の二乗・・・式（7）
ころがり抵抗＝車両総重量×車輪のころがり係数・・・式（8）
勾配抵抗＝重力の加速度×勾配の余弦値×車両質量・・・式（9）
加速抵抗＝アクセル又はブレーキの制御率×最大駆動力又は最大制動力・・・式（10）
書き改めると
加速抵抗＝アクセルの制御率×最大駆動力・・・式（11）
減速抵抗＝ブレーキの制御率×最大制動力・・・式（12）
である。
【００３７】
式（7）（8）及び式（9）の関係から下り勾配において「空気抵抗＋ころがり抵抗」と「勾配抵抗」とのつり合い車速が存在する。その関係は式（13）になる。
つり合い車速＝{（ころがり抵抗＋勾配抵抗）÷抗力係数}1/2・・・式（13）
式（13）は、そのままでは制御不能であるが、式（11）に式（12）を含めると、式（14）になり、つり合い車速の制御が可能になる。
つり合い速度＝{（ころがり抵抗＋勾配抵抗＋加速抵抗）÷抗力係数}1/2…（14）
予め実験データを取得して式（7）（8）（10）を決めることができ、道路データから式（9）を決めることが出来るので、加速抵抗の項をアクセル制御又はブレーキ制御して“つり合い速度”を最徐行速度へ制御することができる。
【００３８】
最徐行速度にしたら、停止位置をＧＰＳ乃至視覚センサで認識し、停止位置までの移動距離をGPS乃至車輪回転センサで認識して、停止位置にて、最徐行速度制御に用いた車輪ブレーキトルクよりも小さい値の制動トルクを減少方向で作用させて車輪停止させる。
【００３９】
停止位置に合わせる車輪回転を押さえる制御は、ブレーキトルク減少方向で作用させるので、すべり摩擦から停止摩擦へ移行する際の制動減速度の増加を抑制し、ブレーキショックの発生を回避できる。
【図１】
0006912542.tif 000004
【図２】
0006912542.tif 000005
【図３】
0006912542.tif 000006
【図４】
0006912542.tif 000007
【図５】
0006912542.tif 000008
【図６】
0006912542.tif 000009
【図７】
0006912542.tif 000010
【図８】
0006912542.tif 000011