JP6658066B2 - 路面勾配推定装置 - Google Patents

Description

本発明は、路面の勾配を推定する路面勾配推定装置に関する。

従来、加速度センサによって検出される検出加速度と、車速センサによって検出される車速に基づいて算出される算出加速度とに基づいて、車両が走行する路面の勾配を推定する路面勾配推定装置が知られている。検出加速度には、スクォート又はダンプ等の車両の姿勢変化、及び路面の凹凸に伴う車両の振動等のノイズが含まれる。また、算出加速度には、車速データに含まれる高周波ノイズに基づくノイズが含まれる。特許文献１では、これらのノイズを除去するために、検出加速度及び算出加速度に対してローパスフィルタによるフィルタ処理を施す技術が開示されている。

特開２０１３−１８４６７４号公報

ノイズを除去するために用いるフィルタの時定数が大き過ぎると、フィルタ処理による遅延が大きくなり、路面勾配を推定する処理の応答性が悪化するという問題が生じる。そこで、特許文献１においては、車速に応じてフィルタの特性を変化させる方法が提案されている。提案されている方法においては、車速が大きくなると、フィルタのノイズ除去効果を小さくして応答性を高めるようにフィルタの特性が制御される。
しかしながら、車速に応じてフィルタの特性を変化させると、車速が大きい状態で車両の姿勢が大きく変化した場合にノイズの影響を強く受けてしまい、路面の勾配の推定精度が低下してしまうという問題が生じてしまう。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、路面勾配の推定値の精度を向上させることができる路面勾配推定装置を提供することを目的とする。

本発明においては、車両の姿勢が変化したことを判定するために用いられる判定用信号を取得する信号取得部と、前記判定用信号に基づいて前記車両の姿勢を推定することにより姿勢推定値を生成する推定部と、前記推定部が生成した姿勢推定値に含まれる所定の周波数以上の成分を除去することにより前記車両が走行する路面の勾配を示す勾配値を出力するフィルタ部と、前記姿勢推定値の分散に基づいて、前記フィルタ部の時定数を制御する制御部と、を有することを特徴とする路面勾配推定装置を提供する。

前記制御部は、例えば、前記分散が所定の閾値未満である場合に、前記フィルタ部の時定数を第１の時定数に設定し、前記分散が所定の閾値以上である場合に、前記フィルタ部の時定数を前記第１の時定数よりも大きい第２の時定数に設定する。

前記制御部は、前記車両の速度に基づいて、前記分散の値を算出する対象とする期間を決定してもよい。また、前記制御部は、前記車両の速度に基づいて、前記推定部が前記姿勢推定値を生成する間隔を制御してもよい。前記制御部は、前記分散の大きさに応じた時定数に前記フィルタ部の時定数を設定してもよい。

本発明によれば、路面勾配の推定値の精度を向上させることができるという効果を奏する。

路面の勾配を推定する方法の原理について説明するための図である。 勾配推定装置１の構成を示す図である。 勾配推定装置１が、フィルタ部１３の時定数を制御する動作のフローチャートである。 勾配推定装置１による路面の勾配の推定値と実際の勾配との関係の一例を示す模式図である。

［路面勾配の推定の原理］
本実施形態に係る勾配推定装置１の詳細説明に先立ち、路面の勾配を推定する方法の原理について説明する。
図１は、路面の勾配を推定する方法の原理について説明するための図である。図１（ａ）及び図１（ｂ）は、車両Ｓが、傾斜角βの斜面上を走行している様子を模式的に示している。車両Ｓは、ピッチング等の振動の影響により、車両Ｓの前後方向が路面と完全には平行ではなく、図１（ｂ）に示すように、車両Ｓの前後方向と路面の方向との間に振動角（ピッチ角）θが存在する。

車両Ｓには、車速センサと加速度センサが設けられている。車速センサにより検出された速度ｖ_ｘを微分することにより、車両Ｓの走行方向の加速度ｖ_ｘ’（以下、算出加速度ｖ_ｘ’という）を算出することができる。このようにして算出された算出加速度ｖ_ｘ’には、車両Ｓに加わっている重力加速度の影響が含まれておらず、算出加速度ｖ_ｘ’は、車両Ｓが平坦な路面を走行中の速度ｖ_ｘの変化に伴う加速度に相当する。

他方で、加速度センサにより検出された検出加速度Ｇ_ｘには、路面の勾配により車両Ｓに加わる重力加速度の影響も含まれている。したがって、算出加速度ｖ_ｘ’と検出加速度Ｇ_ｘとの間には、以下の式（１）に示す関係が成り立つ。
Ｇ_ｘ＝ｖ_ｘ’＋ｇ×ｓｉｎ（β＋θ）・・・（１）

車両Ｓが走行する路面の傾斜角β及び振動角θが十分に小さい場合、β＋θ≒ｓｉｎ（β＋θ）となるので、以下の式（２）が成立する。
β＋θ≒（Ｇ_ｘ−ｖ_ｘ’）／ｇ・・・・・・（２）

車両Ｓに搭載された勾配推定装置１は、車両Ｓのピッチング等の振動に起因するθの影響を排除することができれば、すなわちθ＝０とみなせるとすれば、車速センサに基づいて算出した算出加速度ｖ_ｘ’及び加速度センサにより検出された検出加速度Ｇ_ｘを用いて、以下の式（３）により、路面の傾斜角βを推定することができる。
β≒（Ｇ_ｘ−ｖ_ｘ’）／ｇ・・・・・・・・（３）
以下、勾配推定装置１の構成及び動作について詳細に説明する。

［勾配推定装置１の構成］
図２は、勾配推定装置１の構成を示す図である。勾配推定装置１は、信号取得部１１と、推定部１２と、フィルタ部１３と、制御部１４とを有する。制御部１４は、例えばＣＰＵがプログラムを実行することにより実現される。

信号取得部１１は、車両の姿勢が変化したことを判定するために用いられる判定用信号を取得する。本実施形態において、信号取得部１１は、判定用信号として、加速度センサ２から、車両Ｓの加速度を示す検出加速度情報を取得する。また、信号取得部１１は、車速センサ３から入力された車速を示す車速信号に基づいて算出される算出加速度を取得する。車速信号は、例えば、車速に応じた間隔のパルス列である。

信号取得部１１は、車速演算部１１１及び微分部１１２を有する。車速演算部１１１は、車速センサ３から取得した車速信号に基づいて、車速を算出する。車速演算部１１１は、例えば、車速信号に含まれるパルス列におけるパルス間の間隔の大きさに基づいて、車速を算出する。微分部１１２は、車速演算部１１１が算出した車速を微分することにより、算出加速度を算出することにより、算出加速度情報を取得する。信号取得部１１は、取得した検出加速度情報及び算出加速度情報を減算部１２１に入力する。

推定部１２は、減算部１２１及び除算部１２２を有しており、検出加速度情報及び算出加速度情報等の判定用信号に基づいて、車両Ｓの姿勢を推定することにより、姿勢推定値を生成する。具体的には、推定部１２は、検出加速度情報及び算出加速度情報に基づいて、式（２）を用いて姿勢推定値を算出する。減算部１２１は、信号取得部１１から入力される検出加速度情報から算出加速度情報を減算することにより、式（２）における（Ｇ_ｘ−ｖ_ｘ’）を算出する。除算部１２２は、減算部１２１が算出した（Ｇ_ｘ−ｖ_ｘ’）を重力加速度ｇで除算することにより、車両姿勢角（傾斜角β＋振動角θ）を算出する。推定部１２は、算出した値をフィルタ部１３に入力する。

フィルタ部１３は、車速演算部１１１が取得した検出加速度情報及び算出加速度情報等の判定用信号に含まれる所定の周波数以上の成分を除去することにより、車両Ｓのピッチング等の振動の影響を除去した平滑化情報を生成する。所定の周波数は、例えば、車両Ｓのピッチングによる振動の周波数よりも低い周波数に設定されており、フィルタ部１３は、推定部１２が推定した姿勢推定値に含まれているピッチングによるノイズ成分を除去する。このようにすることで、フィルタ部１３は、ピッチングの影響が排除された傾斜角βの推定値、すなわち車両Ｓが走行する路面の勾配を示す勾配値を出力することができる。ここで、フィルタ部１３の時定数は可変であり、時定数の大きさは制御部１４により設定される。

制御部１４は、推定部１２が算出した姿勢推定値の分散の大きさに基づいて、フィルタ部１３の時定数を変化させる。例えば、制御部１４は、分散の関数としてフィルタ部１３の時定数を設定する。車両Ｓが走行する路面の勾配は、緩やかに変化するので、比較的短い期間内における勾配値の分散は比較的小さいと考えられる。したがって、推定部１２が算出した姿勢推定値の分散が所定の閾値未満である場合、姿勢推定値には、ピッチングの影響による振動角θが含まれておらず、姿勢推定値が傾斜角βを示していると考えられる。そこで、制御部１４は、推定部１２が算出した姿勢推定値の分散が所定の閾値未満である場合、フィルタ部１３の時定数を、比較的小さな第１の時定数に設定する。

他方で、推定部１２が算出した姿勢推定値の分散が所定の閾値以上である場合、姿勢推定値には、ピッチングの影響による振動角θが含まれていると考えられる。そこで、制御部１４は、姿勢推定値から、ピッチングの影響による振動角θの成分を除去するために、フィルタ部１３の時定数を、第１の時定数よりも大きな第２の時定数に設定する。

ここで、姿勢推定値の分散の算出に用いられる姿勢推定値の取得期間は任意であるが、路面の勾配が変動しない程度の長さとして、設定されることが望ましい。そこで、制御部１４は、分散の算出に用いられる姿勢推定値の取得期間を、車両Ｓの車速に基づいて決定してもよい。車速が大きいほど、単位時間内に車両Ｓが走行する距離が長くなるので、路面の勾配が変動する確率が高まる。そこで、制御部１４は、車速が大きい場合に、車速が小さい場合よりも短い期間内に取得された姿勢推定値の分散に基づいて、フィルタ部１３に設定する時定数を決定するものとすることが好ましい。

この際、分散の算出に用いる姿勢推定値の数が少なくなり過ぎると、算出された分散の精度が低くなる。制御部１４が、車両Ｓの車速に基づいて、姿勢推定値を算出する間隔を変化させるように推定部１２を制御してもよい。具体的には、制御部１４は、車速が大きくなればなるほど姿勢推定値を算出する間隔が小さくなるように、推定部１２を制御してもよい。

［動作フローチャート］
図３は、勾配推定装置１が、フィルタ部１３の時定数を制御する動作のフローチャートである。まず、信号取得部１１は、判定用信号を取得する（Ｓ１１）。続いて、推定部１２は、判定用信号に基づいて、勾配推定値を算出する（Ｓ１２）。

続いて、制御部１４は、過去の所定の期間にわたってステップＳ１２において算出された勾配推定値の分散を算出する（Ｓ１３）。制御部１４は、算出した分散に応じた時定数をフィルタ部１３の時定数として設定する（Ｓ１４）。勾配推定装置１は、エンジンが停止したかどうかを監視し（Ｓ１７）、エンジンが停止するまでの間、ステップＳ１１からステップＳ１６までの処理を繰り返す。

［変形例］
制御部１４は、分散に加えて、速度、加速度、又はアクセル開度等の信号に基づいて時定数を決定してもよい。また、制御部１４は、時定数を分散又は速度等の信号の関数として決定してもよい。

［実施例］
図４は、勾配推定装置１による路面の勾配の推定値と実際の勾配との関係の一例を示す模式図である。図４における横軸は、測定を開始してからの経過時間を示している。図４（ａ）は、加速度が変化する様子を示している。図４（ｂ）は、加速度の分散を示している。図４（ｃ）は、フィルタ部１３に設定された時定数を示している。

図４（ｄ）の縦軸は、路面勾配の推定値を示している。図４（ｄ）における破線は、制御部１４が分散に基づいて時定数を制御しない場合の勾配推定値を示している。図４（ｄ）における実線は、制御部１４が分散に基づいて時定数を制御した場合の勾配推定値を示している。図４（ｄ）から、制御部１４が分散に基づいて時定数を制御することにより、勾配推定値の精度が大幅に向上することがわかる。

［本実施形態における効果］
以上説明したように、本実施形態の勾配推定装置１は、車両Ｓの姿勢が変化したことを判定するために用いられる判定用信号を取得する信号取得部１１と、判定用信号に基づいて車両Ｓの姿勢を推定することにより姿勢推定値を生成する推定部１２と、推定部１２が生成した姿勢推定値に含まれる所定の周波数以上の成分を除去することにより車両Ｓが走行する路面の勾配を示す勾配値を出力するフィルタ部１３と、姿勢推定値の分散に基づいて、フィルタ部１３の時定数を制御する制御部１４と、を有する。このように、制御部１４が、車両Ｓの姿勢の推定値の分散に基づいてフィルタ部１３の時定数を制御することにより、車両Ｓのピッチング等の振動の影響がある場合に、振動の影響を排除することができるので、路面の勾配値の推定精度が向上する。

また、制御部１４は、車両Ｓの速度に基づいて、分散の値を算出する対象とする期間を決定する。このようにすることで、路面の勾配の変化の影響が分散に含まれることを防止できるので、車両Ｓの速度によらず、路面の勾配値の推定精度が向上する。この際、制御部１４は、車両Ｓの速度に基づいて、推定部１２が車両Ｓの推定を推定し、姿勢推定値を生成する間隔を制御することにより、車両Ｓの速度によらず、分散を算出するために必要な姿勢推定値の数を確保することができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１ 勾配推定装置
２ 加速度センサ
３ 車速センサ
１１ 信号取得部
１１１ 車速演算部
１１２ 微分部
１２ 推定部
１２１ 減算部
１２２ 除算部
１３ フィルタ部
１４ 制御部

Claims (4)

1. 車両の姿勢が変化したことを判定するために用いられ、前記車両の加速度を示す判定用信号を取得する信号取得部と、
   前記判定用信号が示す前記加速度に基づいて前記車両の姿勢を推定することにより、前記車両の速度に基づいて決定された間隔で、前記車両が走行する路面の勾配が変化しない期間として設定された期間において姿勢推定値を生成する推定部と、
   前記推定部が生成した姿勢推定値に含まれる所定の周波数以上の成分を除去することにより前記車両が走行する路面の勾配を示す勾配値を出力するフィルタ部と、
   前記分散が所定の閾値未満である場合に、前記フィルタ部の時定数を第１の時定数に設定し、前記分散が所定の閾値以上である場合に、前記フィルタ部の時定数を前記第１の時定数よりも大きい第２の時定数に設定する制御部と、
   を有することを特徴とする路面勾配推定装置。
2. 前記制御部は、前記車両の速度に基づいて、前記分散の値を算出する対象とする期間を決定することを特徴とする、
   請求項１に記載の路面勾配推定装置。
3. 前記制御部は、前記車両の速度に基づいて、前記推定部が前記姿勢推定値を生成する間隔を制御することを特徴とする、
   請求項２に記載の路面勾配推定装置。
4. 前記制御部は、前記分散の大きさに応じた時定数に前記フィルタ部の時定数を設定することを特徴とする、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の路面勾配推定装置。

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