JP6740741B2 - 路面勾配推定装置及び路面勾配推定方法 - Google Patents

Description

本発明は、路面勾配推定装置及び路面勾配推定方法に関し、より詳細には、路面勾配を高精度に推定する路面勾配推定装置及び路面勾配推定方法に関する。

車両傾斜角度を推定する際に、車両の走行中の路面勾配の変動幅が所定範囲内の場合は、車両の停車中に車両傾斜角度を推定する装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。走行中の路面表面に段差や凹凸、障害物などがあり、路面が一時的に上下方向に変化する場合は、路面勾配の変動幅が大きく、非現実的な路面勾配を推定しているおそれがある。それ故、この装置では、そのような場合は、車両の停車中の車両傾斜角度の推定を禁止している。

特開２０１５−１４１１５７号公報

ところで、車両の運転状態が急激に変化する場合も、非現実的な路面勾配を推定しているおそれがある。

しかし、上記の装置のように、非現実的な路面勾配を推定するおそれがある場合は、推定を禁止すると、路面勾配の推定頻度が低減するおそれがある。それ故、路面勾配に基づいた加速制御、変速制御、あるいは減速制御などに支障をきたすおそれがある。

本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、路面勾配の推定頻度を低減させずに、路面勾配を高精度に推定する路面勾配推定装置及び路面勾配推定方法を提供することである。

上記の目的を達成する本発明の路面勾配推定装置は、車両の車速を取得する車速取得手段と、その車両の前後方向の加速度を取得する加速度取得手段と、前記車速取得手段により取得した車速及び前記加速度取得手段により取得した加速度が入力されて、入力されたそれらの車速及び加速度に基づいてその車両が走行している路面勾配の推定値を推定する推定手段と、前記推定手段により推定した推定値が入力されて、入力されたその推定値の前記車両の移動距離又は移動時間に対する勾配変化率に基づいて、その推定値に制限を掛ける制限手段と、前記制限手段から出力された値に対して可変自在の時定数を有するローパスフィルタでフィルタ処理を施して出力するフィルタ手段と、前記車両の姿勢変化の要因に関する数値が入力されて、入力されたこの要因に関する数値に応じて、前記時定数を変更する変更手段と、を備えることを特徴とするものである。

上記の目的を達成するための本発明の路面勾配推定方法は、車両の車速及びその車両の前後方向の加速度を取得し、取得したそれらの車速及び加速度に基づいてその車両が走行している路面勾配を推定する路面勾配推定方法において、前記車速及び加速度に基づいて推定した推定値に基づいた前記車両の移動距離又は移動時間に対する勾配変化率を算出し、算出したその勾配変化率に基づいて、前記推定値に制限を掛け、前記推定値に制限を掛けた値に対して、前記車両の姿勢変化の要因に関する数値に基づいて変更された時定数を有するローパスフィルタでフィルタ処理を施すことを特徴とする方法である。

本発明によれば、推定した推定値の勾配変化率に基づいて、その推定値に制限を掛ける
ので、車両の運転状態や路面状況などに起因した車両の姿勢変化により非現実的な推定値を推定しても、その推定値を制限により実際の路面勾配に近づけることができる。これにより、推定値の実際の路面勾配からの乖離の抑制には有利になり、路面勾配の推定誤差を低減できる。これに伴い、路面勾配の推定頻度を低減させずに、路面勾配を高精度に推定することができる。

本発明の路面勾配推定装置の第一実施形態を例示する説明図である。 図１の制御装置を例示するブロック図である。 図２の路面勾配演算部を例示するブロック図である。 車速と基準勾配率との関係を例示する相関図である。 本発明の路面勾配推定方法の第一実施形態を例示するフロー図である。 本発明の路面勾配推定装置の第二実施形態の路面勾配演算部を例示するブロック図である。 エンジン回転数及び燃料噴射量と、エンジンの出力トルクとの関係を例示する関係図である。 車速と高時定数との関係を例示する関係図である。 車速と低時定数との関係を例示する関係図である。 本発明の路面勾配推定方法の第二実施形態を例示するフロー図である。

以下に、本発明の路面勾配推定装置及び路面勾配推定方法の実施形態について説明する。以下では、推定する路面勾配は、道路の縦断勾配であり、登坂路の路面勾配を正とし、降坂路の路面勾配を負とする。

図１〜図４に例示する第一実施形態の路面勾配推定装置３０は、車両１０に搭載されて、その車両１０が走行している路面勾配を推定する装置である。

図１に例示するように、路面勾配推定装置３０が搭載される車両１０は、シャーシ１１の前方側に運転部として運転室（キャブ）１２が配置され、シャーシ１１の後方側にボディ１３が配置されている。

シャーシ１１には、エンジン１４、クラッチ１５、変速機１６、プロペラシャフト１７、ディファレンシャルギア１８が設置されている。エンジン１４の回転動力は、クラッチ１５を介して変速機１６に伝達される。変速機１６で変速された回転動力は、プロペラシャフト１７を通じてディファレンシャルギア１８に伝達され、後輪である一対の駆動輪１９にそれぞれ駆動力として分配される。

制御装置２０は、エンジン１４、クラッチ１５、変速機１６、及び各種センサに一点鎖線で示す信号線を介して電気的に接続されている。各種センサとして、運転室１２には、アクセルペダル２１の踏み込み量からアクセル開度を検出するアクセル開度センサ２２、シフトレバー２３のポジションを検出するポジションセンサ２４が設置されている。シャーシ１１には、エンジン１４の図示しないクランクシャフトの回転数を検出するエンジン回転数センサ２５、車速センサ２６、及び、加速度センサ２７が設置されている。

制御装置２０は、各種情報処理を行うＣＰＵ、その各種情報処理を行うために用いられるプログラムや情報処理結果を読み書き可能な内部記憶装置、及び各種インターフェースなどから構成されるハードウェアである。

図２に例示するように、制御装置２０は、エンジン１４、クラッチ１５、及び変速機１
６を制御する制御部２８と、車両１０の車重を演算する車重演算部２９と、車両１０が走行している路面勾配を演算する路面勾配演算部３１とを各機能要素として有している。この実施形態で、各機能要素は、プログラムとして内部記憶装置に記憶されているが、各機能要素が個別のハードウェアで構成されてもよい。

本発明の路面勾配推定装置３０は、路面勾配演算部３１、車速センサ２６、及び加速度センサ２７から構成されており、それらのセンサの検出値が入力され、各検出値に基づいて演算した結果を出力値θｘとして出力する。路面勾配演算部３１は、それらのセンサを利用して、車速取得手段、加速度取得手段、推定手段、及び制限手段として機能する。

車速センサ２６は、車速取得手段として機能する装置であり、この実施形態では、プロペラシャフト１７の回転速度に比例したパルス信号を読み取り、制御装置２０の車速演算処理により車速ｖｘとして取得するセンサである。車速センサ２６が回転速度に比例したパルス信号に基づいて車速ｖｘを取得することから、取得された車速ｖｘは、負ではなくゼロ以上の値になる。車速センサ２６としては、変速機１６の図示しないアウトプットシャフト、駆動輪１９、従動輪などの回転速度から車速ｖｘを取得するセンサを用いてもよい。なお、駆動輪１９、従動輪などの回転速度から車速ｖｘを取得するセンサを用いる場合には、左右一対の車輪のそれぞれの回転速度を取得して、その平均値を車速ｖｘとするとよい。車輪の回転速度から車速ｖｘを取得する車速センサ２６は、発進時や加速時のプロペラシャフト１７の回転速度変動に影響されないため、プロペラシャフト１７の回転速度変動が大きい場合に用いるとよい。

加速度センサ２７は、加速度取得手段として機能する装置であり、この実施形態では、車両１０の前後方向での速度変化に伴う加速度成分と車両１０の姿勢変化に伴う重力加速度成分とによって動作して、それらを合成した路面に平行な加速度成分、すなわち車両１０の前後方向の加速度Ｇｘを取得するセンサである。加速度センサ２７としては、機械的変位測定方式、光学的方式、半導体方式などが例示できる。

図３に例示するように、この実施形態で、路面勾配演算部３１は、各機能要素として、推定部３２、及び制限部３３を有している。路面勾配演算部３１の各機能要素は、プログラムとして内部記憶装置に記憶されているが、各機能要素が個別のハードウェアで構成されてもよい。

推定部３２は、車速センサ２６により取得した車速ｖｘ及び加速度センサ２７により取得した加速度Ｇｘが入力され、車両１０が走行している路面勾配の推定値θｚを出力する機能要素である。推定部３２は、微分ブロック３２ａ、加算ブロック３２ｂ、除算ブロック３２ｃ、及び逆正弦関数ブロック３２ｄを有している。道路勾配が小さいと考えられる場合、ｓｉｎθ≒θとなることから、逆正弦関数ブロック３２ｄは用いなくてもよい。

制限部３３は、車速センサ２６が取得した車速ｖｘと推定部３２から出力された推定値θｚとが入力され、それらに基づいて、推定値θｚを制限した出力値θｘを出力する機能要素である。この実施形態で、制限部３３は、レイトリミッターブロック３３ａ、ルックアップテーブルブロック３３ｂ、及び乗算ブロック３３ｃを有しており、それらの機能により推定値θｚを制限する。

レイトリミッターブロック３３ａは、入力された推定値θｚを制限する機能要素である。具体的に、レイトリミッターブロック３３ａは、推定値θｚの勾配変化率α（ｄθｚ／ｄｔ）が制限変化率βｌｉｍ（ｖｘ・β）を超えたか否かを判定し、勾配変化率αが制限変化率βｌｉｍを超えた場合は、推定値θｚを制限する一方で、勾配変化率αが制限変化率βｌｉｍ以下の場合は、推定値θｚを制限しない。

勾配変化率αは、車両１０の移動時間Δｔに対する推定値θｚの変化率であり、推定部３２から出力された推定値θｚを時間微分した値である。勾配変化率αとしては、例えば、推定部３２が推定した推定値θｚを、推定値θｚを推定する一定周期（サンプリング時間）で除算したものを用いてもよい。

制限変化率βｌｉｍは、時間に対する変化率の制限値であり、非現実的な勾配変化率αを特定できる値である。この実施形態で、制限変化率βｌｉｍは、移動距離に対する勾配の変化率である基準勾配率β（正確には、ｄθｂ／ｄｘ）に車速ｖｘを乗算して、移動時間に対する変化率の制限値に変換したものである。

ルックアップテーブルブロック３３ｂは、車速センサ２６により取得した車速ｖｘが入力され、複数の基準勾配率βのうちの入力された車速ｖｘに応じたものを乗算ブロック３３ｃに出力する機能要素である。このルックアップテーブルブロック３３ｂは、複数の基準勾配率βが設定されており、複数の基準勾配率βの中から車速ｖｘに応じた基準勾配率βを選択する。

乗算ブロック３３ｃは、車速ｖｘと基準勾配率βとが入力されて、それらを乗算して算出された制限変化率βｌｉｍをレイトリミッターブロック３３ａに出力する機能要素である。

この実施形態で、基準勾配率β（ｄθｂ／ｄｘ）は、日本国の道路構造令に規定される縦断勾配である。縦断勾配は、道路の区分及び道路の設計速度に応じて規定されている。道路の区分は、道路の存在する地域（地方部、都市部）と道路の機能（高速自動車国道及び自動車専用道路、一般道路）との組み合わせによる区分である。設計速度は、道路の設計の基礎とする車両の速度である。

図４に例示するように、この実施形態の基準勾配率βは、車速ｖｘに対して負の関係にあり、車速ｖｘが速くなる程、段階的に小さくなる。この図４に例示するマップデータは予め実験や試験により求めておき、ルックアップテーブルブロック３３ｂに記憶させておく。また、基準勾配率βは定数値を用いてもよく、道路構造令に規定されている値を用いてもよい。

次に、本発明の第一実施形態の路面勾配推定方法について、図５のフロー図を参照しながら、路面勾配演算部３１の各機能として説明する。以下の路面勾配推定方法は、車両１０の制御装置２０が通電すると開始されて、一定周期（サンプリング時間）ごとに繰り返し行われてリアルタイムに路面勾配を推定する。そして、制御装置２０が停電すると終了する。

スタートすると、車速センサ２６は車速ｖｘを、加速度センサ２７は加速度Ｇｘをそれぞれ取得する（Ｓ１１０）。次いで、路面勾配演算部３１は、推定部３２の機能により、車両１０が走行している路面勾配の推定値θｚを推定する（Ｓ１２０）。具体的に、推定部３２では、微分ブロック３２ａにより入力された車速ｖｘを時間微分した微分値ｖｘ’を出力する。次いで、加算ブロック３２ｂにより加速度Ｇｘから微分値ｖｘ’を減算した値を車両１０の前後方向に掛かる重力加速度成分（Ｇｘ−ｖｘ’）として出力する。次いで、除算ブロック３２ｃにより車両１０の前後方向に掛かる重力加速度成分（Ｇｘ−ｖｘ’）を重力加速度ｇで除算した値を出力する。次いで、逆正弦関数ブロック３２ｄにより、入力された値に逆正弦関数（ｓｉｎ^−１）を用いて推定値θｚを推定する。道路勾配が小さいと考えられる場合、ｓｉｎθ≒θとなることから、逆正弦関数ブロック３２ｄは用いなくてもよい。

次いで、路面勾配演算部３１は、制限部３３の機能により制限変化率βｌｉｍを算出する（Ｓ１３０）。具体的に、制限部３３では、入力された車速ｖｘに基づいて、ルックアップテーブルブロック３３ｂにより基準勾配率β（ｄθｂ／ｄｘ）を選択する。次いで、乗算ブロック３３ｃにより選択した基準勾配率βに車速ｖｘを乗算して制限変化率βｌｉｍ（ｖｘ・β）を算出する。

次いで、路面勾配演算部３１は、制限部３３の機能により、推定値θｚに基づいた勾配変化率αが制限変化率βｌｉｍを超えたか否かを判定する（Ｓ１４０）。次いで、路面勾配演算部３１は、制限部３３の機能により、勾配変化率αが制限変化率βｌｉｍを超えたと判定した場合は、推定値θｚを、勾配変化率αが制限変化率βｌｉｍになる値に制限する（Ｓ１５０）。一方、勾配変化率αが制限変化率βｌｉｍ以下と判定した場合は、推定値θｚを制限せずに出力する。

具体的に、制限部３３では、レイトリミッターブロック３３ａにより、推定値θｚを時間微分した勾配変化率αを算出し、その勾配変化率αが制限変化率βｌｉｍを超えた場合は、推定値θｚを制限する一方、超えていない場合は、推定値θｚを出力する。

次いで、路面勾配演算部３１は、制限部３３の機能により、レイトリミッターブロック３３ａから出力された値を出力値θｘとして出力する（Ｓ１６０）。そして、スタートへリターンする。

以上のように、推定した推定値θｚの勾配変化率αに基づいて、その推定値θｚに制限を掛けるので、車両１０の運転状態や路面状況などに起因した車両１０の姿勢変化により非現実的な推定値θｚを推定しても、その推定値θｚを制限により実際の路面勾配に近づけることができる。これにより、推定値θｚの実際の路面勾配からの乖離の抑制には有利になり、路面勾配の推定誤差を低減できる。これに伴い、路面勾配の推定頻度を低減させずに、路面勾配を高精度に推定することができる。

また、推定値θｚに制限を掛けることでセンサ自体の精度や感度による誤差などのノイズも除去できるので、路面勾配の推定精度の向上には有利になる。加えて、路面勾配を推定する際にノイズを除去するローパスフィルタのみを用いる従来技術に比して、フィルタ処理により出力遅延が無く、路面勾配の推定の応答性を確保することができる。これにより、リアルタイムでの路面勾配の推定には有利になり、車両１０の運転状態や路面が一時的に変化する場合の路面勾配の推定精度を向上できる。

この実施形態では、勾配変化率αが制限変化率βｌｉｍを超えた場合は、推定した推定値θｚをその勾配変化率αがその制限変化率βｌｉｍになる値に制限する。それ故、推定値θｚが現実的にあり得ない値になった場合は、制限によりその推定値θｚを実際の路面勾配に近づけることができる。これにより、推定値θｚと実際の路面勾配との乖離を抑制するので、路面勾配の推定誤差の低減には有利になる。

この実施形態で、制限部３３は、レイトリミッターブロック３３ａにより、推定値θｚを制限するので、パラメータ設定や推定に必要なブロック数も少なくて済む。これにより、センサ数の低減や路面勾配の推定工程の簡略化に有利になる。

この実施形態で、制限変化率βｌｉｍは、車速ｖｘと基準勾配率βとに基づいた値に設定されており、さらに、基準勾配率βは、道路構造令で道路の設計速度に応じて規定された縦断勾配に設定されている。これにより、車両１０が実際に走行している道路の路面勾配に合わせて、制限変化率βｌｉｍを可変できるので、路面勾配の推定誤差の低減には有
利になる。

基準勾配率βとしては、例えば、車速ｖｘに加えて、道路構造令における道路の区分をルックアップテーブルブロック３３ｂに入力して、それらの二要素から選択してもよい。これにより、基準勾配率βがより細分化するので、路面勾配の推定誤差の低減には有利になる。

このように、この実施形態では、勾配変化率αとして、車両１０の移動時間Δｔに対する推定値θｚの変化率を用いたが、勾配変化率αとしては、車両１０の移動距離Δｘに対する推定値θｚの変化率を用いてもよい。この場合は、推定値θｚを時間微分した値を車速ｖｘで除算して勾配変化率αを求めるとよい。また、制限変化率βｌｉｍとして、道路構造令で規定された縦断勾配をそのまま用いることができる。これにより、制限変化率βｌｉｍの算出に必要なパラメータを低減できるので、センサ数の低減や路面勾配の推定工程の簡略化に有利になる。

図６〜図９に例示するように第二実施形態の路面勾配推定装置３０は、第一実施形態に対して制限部３３の後に、フィルタ部３４が介在している点が異なっている。

図６に例示するように、この実施形態で、路面勾配演算部３１は、第一実施形態の機能要素に加えて、フィルタ部３４、及び変更部３５を有している。これらの各機能要素は、プログラムとして内部記憶装置に記憶されているが、個別のハードウェアで構成されてもよい。

この実施形態で、フィルタ部３４は、一次遅れのローパスフィルタであり、推定値θｚに対して可変自在の時定数ｔｃにより規定される遮断周波数ｆｃ（＝１／（２π×Ｔｃ））よりも低い低周波数成分を殆んど減衰させずに透過させる一方で、その遮断周波数ｆｃよりも高い高周波数成分を逓減させるフィルタ処理を施して出力する可変ローパスフィルタである。可変ローパスフィルタは、下記の数式（１）で示される伝達関数で表される。ここで、Ｋは通過域の利得とし、Ｓはラプラス変換の変数とする。下記の数式（１）で示した伝達関数を離散化し、離散時間伝達関数を使用する。なお、ローパスフィルタは1次のみだけでなく、高次ローパスフィルタを適用することもある。

フィルタ部３４としては、例えば、定数倍ブロックと、加算ブロックと、積分ブロックとから構成し、１回積分の結果をフィードバック加算するものを用いてもよい。

変更部３５は、車両１０の姿勢変化の要因に関する数値としてエンジン１４の出力トルクＴｘが入力されて、その出力トルクＴｘに応じた時定数ｔｃをフィルタ部３４に出力する機能要素である。

この実施形態で、変更部３５は、スイッチブロック３５ａ、データブロック３５ｂ、３５ｃ、３５ｄを有しており、それらの機能により、可変ローパスフィルタの時定数ｔｃを変更する。具体的に、変更部３５は、出力トルクＴｘが予め設定した閾値Ｔａを超えた場合は、時定数ｔｃを高時定数ｔｈにする。一方で、変更部３５は、出力トルクＴｘが閾値Ｔａ以下になった場合は、時定数ｔｃを低時定数ｔｌにする。

閾値Ｔａは、車両１０の姿勢変化の要因に関する数値の大小、あるいはその数値の変化量からピッチング運動による車両１０の姿勢変化の発生を特定できる値に設定されている。特に、閾値Ｔａは、極低速領域におけるピッチング運動による姿勢変化の発生を特定できる値に設定されることが望ましい。極低速領域は、車速センサ２６が車速ｖｘを検出できない、あるいは、ゼロを検出する領域である。つまり、極低速領域は、車両１０が移動していない状態、あるいは車両１０が移動する瞬間の状態、あるいは車両１０の移動距離が短く車速センサ２６でパルスを検出できない状態を含んでいる。

図７に例示するように、出力トルクＴｘは、エンジン回転速度Ｎｘ及び燃料噴射量Ｑｘのそれぞれに対して正の関係にあり、エンジン回転速度Ｎｘが速く且つ燃料噴射量Ｑｘが多いほど、大きくなる。このマップデータは予め実験や試験により求めておき、データブロック３５ｂに記憶させておく。

データブロック３５ｃは、車速ｖｘが入力されて、その車速ｖｘに応じた高時定数ｔｈを出力する機能要素である。データブロック３５ｄは、車速ｖｘが入力されて、その車速ｖｘに応じた低時定数ｔｌを出力する機能要素である。高時定数ｔｈは、同一の車速ｖｘにおける低時定数ｔｌよりも大きい値に設定されている。

図８に例示するように、高時定数ｔｈは、一定値になるまでは、車速ｖｘに対して負の関係にあり、車速ｖｘが速くなる程、小さくなる。図９に例示するように、低時定数ｔｌは、下限値ｔ０になるまでは、車速ｖｘに対して負の関係にあり、車速ｖｘが速くなる程、小さくなる。これらのマップデータは予め実験や試験により求めておき、データブロック３５ｃ、３５ｄのそれぞれに記憶させておく。なお、高時定数ｔｈ及び低時定数ｔｌは車速センサ２６が車速ｖｘを検出できない場合は、車速ｖｘがゼロと見なされて算出される。下限値ｔ０は、センサ自体の精度や感度による誤差などの車両１０の姿勢変化に伴わないノイズのみを除去可能な時定数であり、重み付け平均（加算平均）により設定される。

図１０に例示するように本発明の第二実施形態の路面勾配推定方法は、第一実施形態に対して、フィルタ処理を施すステップが異なっている。

第一実施形態と同様に、制限部３３の機能により推定値θｚに対して制限を掛けると同時に、並列処理により変更部３５の機能により時定数ｔｃを変更する。路面勾配推定装置３０は、変更部３５の機能により、エンジン１４の出力トルクＴｘを算出する（Ｓ２１０）。

次いで、路面勾配推定装置３０は、変更部３５の機能により、出力トルクＴｘが閾値Ｔａを超えたか否かを判定する（Ｓ２２０）。次いで、路面勾配演算部３１は、変更部３５の機能により、出力トルクＴｘが閾値Ｔａを超えたと判定した場合は、時定数ｔｃを高時定数ｔｈに変更する（Ｓ２３０）。一方、出力トルクＴｘが閾値Ｔａ以下と判定した場合は、時定数ｔｃを低時定数ｔｌに変更する（Ｓ２４０）。

具体的に、変更部３５では、スイッチブロック３５ａにより、出力トルクＴｘと閾値Ｔａとを比較する。出力トルクＴｘが閾値Ｔａを超えた場合は、データブロック３５ｃから車速ｖｘに応じた高時定数ｔｈを時定数ｔｃとして出力する。一方、出力トルクＴｘが閾値Ｔａを超えていない場合は、データブロック３５ｄから車速ｖｘに応じた低時定数ｔｌを時定数ｔｃとして出力する。

次いで、路面勾配演算部３１は、フィルタ部３４により、制限部３３により制限が掛けられた推定値θｚに対して、入力された時定数ｔｃで決まる遮断周波数ｆｃより低い周波数成分を殆んど減衰させずに透過させる一方で、その遮断周波数ｆｃよりも高い高周波数成分を逓減させるフィルタ処理を施す（Ｓ２５０）。

次いで、路面勾配演算部３１は、フィルタ部３４の機能により、フィルタ処理が施された値を出力値θｘとして出力する（Ｓ１６０）。

このように、この実施形態では、制限部３３により勾配変化率αが制限変化率βｌｉｍを超えた場合は、推定した推定値θｚをその勾配変化率αがその制限変化率βｌｉｍになる値に制限する。さらに、その制限部３３により制限を掛けた値に対してフィルタ部３４によりフィルタ処理を施す。それ故、推定値θｚが現実的にあり得ない値になった場合は、制限によりその推定値θｚを実際の路面勾配に近づけ、フィルタ処理によりノイズを除去することができる。これにより、制限とフィルタ処理との両方により、推定値θｚと実際の路面勾配との乖離を確実に抑制するので、路面勾配の推定誤差の低減には有利になり、路面勾配をより高精度に推定できる。

また、この実施形態では、制限部３３により制限が掛けられた値をフィルタ部３４に入力するので、制限が掛けられて実際に路面勾配に近づけられた値にフィルタ処理を施すことができる。これにより、フィルタ処理のみを行う従来技術に比して、時定数ｔｃを小さくできるので、制限とフィルタ処理との両方による推定誤差の低減と、フィルタ処理による出力遅延の回避とには有利になり、路面勾配を高精度に、且つリアルタイムに推定できる。

この実施形態では、制限に加えて、エンジン１４の出力トルクＴｘが閾値Ｔａを超えた場合は、車両１０にピッチング運動が生じたと特定して、フィルタ処理の時定数ｔｃを大きくして遮断周波数ｆｃを低くする。それ故、実際に車両１０の前後方向の加速度が生じていても、車速ｖｘを検出できない極低速領域におけるピッチング運動による姿勢変化の特定には有利になり、その姿勢変化を一時的な変化として捉えてフィルタ処理によりノイズとして除去できる。これにより、路面勾配の推定誤差を低減できる。

特に、この実施形態では、エンジン１４の出力トルクＴｘと閾値Ｔａとを比較するので、車両１０が発進する瞬間などで、車速センサ２６が車速ｖｘを検出できない場合でも、車両１０にピッチング運動を特定できる。これにより、車両１０に生じるピッチング運動による推定誤差の低減には有利になる。

また、この実施形態では、車速ｖｘに応じて時定数ｔｃを可変にするので、路面勾配の変化速度に応じて、トレードオフの関係にあるノイズ除去効果と応答性とを最適化できる。これにより、車速ｖｘが速くノイズが少ない場合は、時定数ｔｃを小さくして路面勾配の推定の応答性を高めることができる。一方で、車速ｖｘが遅く応答性が遅くてもよい場合は、時定数ｔｃを大きくしてノイズ除去効果を高めることができる。

この実施形態では、車両１０の姿勢変化の要因に関する数値として、エンジン１４の出力トルクＴｘを用いた例を説明した。要因に関する数値とは、その数値の変化により車両１０の姿勢変化が生じる数値である。

この要因に関する数値としては、車速ｖｘの微分値ｖｘ’、微分値ｖｘ’の変化量、加速度Ｇｘ、加速度Ｇｘの変化量、推定した推定値θｚの変化量、駆動に要するトルク、トルクの変化量、トルクを調節する車両の運転者の操作指令、又は、その操作指令の変化量
が例示できる。加速度Ｇｘを用いる場合は、車両１０の姿勢変化に伴う重力加速度成分を除外するようにフィルタを用いるとよい。推定値θｚの変化量としては、推定値θｚと前回値である出力値θ（ｘ−１）との差分が例示できる。トルクとしては、エンジン１４の出力トルクＴｘやプロペラシャフト１７を経由して駆動輪１９に伝達される駆動トルクＴｗが例示できる。操作指令としては、アクセルペダル２１の踏み込み量を示すアクセル開度Ａｘ、図示しないブレーキペダルの踏み込み量が例示できる。

この実施形態では、変更部３５として出力トルクＴｘの大小により時定数ｔｃを変更する構成を例に説明したが、複数の変更部により時定数ｔｃを変更してもよい。例えば、出力トルクＴｘの大小に加えて、微分値ｖｘ’の大小、アクセル開度Ａｘの大小などにより時定数ｔｃを変更するとよい。この場合は、複数の変更部から出力された値のうちの最大になる値を時定数ｔｃとして出力したり、複数の変更部に優先順位を付けて、その優先順位が高い値を時定数ｔｃとして出力したり、出力トルクＴｘの大小、微分値ｖｘ’の大小、アクセル開度Ａｘの大小にそれぞれ閾値判定を行い、それぞれの閾値判定結果を論理演算させ、その結果に基づき時定数ｔｃを変更したりする。

また、車両１０の駆動力が正の場合と、制動力が正の場合と、それ以外の場合とで状況を区別して、時定数ｔｃを変更してもよい。ここで、車両１０の前進、後進を問わず、駆動輪１９を駆動させる力が生じた場合の駆動力を正とし、駆動輪１９を制動させる力が生じた場合の制動力を正とする。

例えば、駆動力が正の場合は、出力トルクＴｘの大小、微分値ｖｘ’の大小、アクセル開度Ａｘの大小など、複数の変更部により時定数ｔｃを変更し、制動力が正の場合は、微分値ｖｘ’の大小のみで時定数ｔｃを変更し、それ以外は下限値ｔ０にするとよい。

このように、複数の変更部で時定数ｔｃを変更するようにすると、車速や加速度を検出できない極低車速領域や、車両１０の重量が軽くなり出力トルクＴｘが閾値Ｔａ以下でも車両１０が大きく加速する場合などのピッチング運動による誤差をノイズとして除去できる。これにより、路面勾配の推定誤差の低減には有利になり、路面勾配を高精度に推定することができる。また、出力トルクＴｘや微分値ｖｘ’などの物理量のみではなく、アクセル開度Ａｘなどの操作量に基づいて、時定数ｔｃを変更すると、物理量が取得できない場合でも、路面勾配の推定誤差の低減には有利になる。

加えて、駆動力が正の場合と、制動力が正の場合と、それ以外の場合とで、条件を区別して、時定数ｔｃを変更すると、車両１０の走行状況に応じた時定数ｔｃに設定できるので、走行状況に応じて異なる路面勾配の推定誤差の低減には有利になる。

いずれの構成にしても、制限部３３により制限が掛けられた値をフィルタ部３４に入力するので、制限が掛けられて実際に路面勾配に近づけられた値にフィルタ処理を施すことができる。これにより、フィルタ処理のみでノイズを除去する場合に比して、フィルタ処理の時定数ｔｃを低くするには有利になり、推定遅れを回避できる。

既述した実施形態では、車両１０がトラックなどの大型車両を例に説明したが、本発明の路面勾配推定装置３０は、バス、普通車両、牽引車（トラクタ）にも適用でき、車両１０の種類には限定されない。

また、既述した実施形態では、路面勾配推定装置３０が、路面勾配演算部３１、車速センサ２６、及び加速度センサ２７から構成された例を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、路面勾配推定装置３０が車速取得手段、加速度取得手段、推定手段、及び出力手段として機能する一つのセンサと、制限手段として機能するハードウェアとから
構成されていてもよい。

既述した実施形態では、制限部３３がレイトリミッターブロック３３ａを有した構成を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、推定値θｚを時間微分して勾配変化率αを算出するブロックと、算出した勾配変化率αが入力された制限変化率βｌｉｍを超えたか否かを判定するブロックと、勾配変化率αが制限変化率βｌｉｍを超えた場合は、推定値θｚを制限するブロックと、勾配変化率αが制限変化率βｌｉｍ以下の場合は、推定値θｚを制限しないブロックとを用いてもよい。

また、既述した実施形態では、制限部３３が、勾配変化率αが制限変化率βｌｉｍを超えた場合は、推定値θｚを、その勾配変化率αが制限変化率βｌｉｍになる値に制限する構成を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、推定値θｚを推定する前に出力した前回値θ（ｘ−１）に制限変化率βｌｉｍを時間積分した積分値を加算した値を出力してもよい。

１０ 車両
２６ 車速センサ
２７ 加速度センサ
３０ 路面勾配推定装置
３１ 路面勾配演算部
３２ 推定部
３３ 制限部
θｚ 推定値
ｖｘ 車速
Ｇｘ 加速度
α 勾配変化率
βｌｉｍ 制限変化率

Claims (5)

1. 車両の車速を取得する車速取得手段と、
   その車両の前後方向の加速度を取得する加速度取得手段と、
   前記車速取得手段により取得した車速及び前記加速度取得手段により取得した加速度が入力されて、入力されたそれらの車速及び加速度に基づいてその車両が走行している路面勾配の推定値を推定する推定手段と、
   前記推定手段により推定した推定値が入力されて、入力されたその推定値の前記車両の移動距離又は移動時間に対する勾配変化率に基づいて、その推定値に制限を掛ける制限手段と、
   前記制限手段から出力された値に対して可変自在の時定数を有するローパスフィルタでフィルタ処理を施して出力するフィルタ手段と、
   前記車両の姿勢変化の要因に関する数値が入力されて、入力されたこの要因に関する数値に応じて、前記時定数を変更する変更手段と、を備えることを特徴とする路面勾配推定装置。
2. 前記勾配変化率が予め設定した制限変化率を超えた場合は、前記制限手段により、前記推定値を、その勾配変化率が前記制限変化率になる値に制限する構成にした請求項１に記載の路面勾配推定装置。
3. 前記制限変化率が、前記車速とその車速に応じて設定された基準勾配率とに基づいた値である請求項２に記載の路面勾配推定装置。
4. 前記制限手段に前記車速取得手段により取得した前記車速が入力されて、その車速に基づいて、前記制限手段により、複数の前記基準勾配率のうちのその車速に応じた基準勾配率を選択する構成にした請求項３に記載の路面勾配推定装置。
5. 車両の車速及びその車両の前後方向の加速度を取得し、取得したそれらの車速及び加速度に基づいてその車両が走行している路面勾配を推定する路面勾配推定方法において、
   前記車速及び加速度に基づいて推定した推定値に基づいた前記車両の移動距離又は移動時間に対する勾配変化率を算出し、
   算出したその勾配変化率に基づいて、前記推定値に制限を掛け、
   前記推定値に制限を掛けた値に対して、前記車両の姿勢変化の要因に関する数値に基づいて変更された時定数を有するローパスフィルタでフィルタ処理を施すことを特徴とする路面勾配推定方法。

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