JP6743507B2 - 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。

路面勾配を推定する際に、車重に応じた勾配補正値を求めて、推定した路面勾配をその勾配補正値で補正する装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置は、推定した路面勾配を、車重により路面に対して変化する車両の上下方向の姿勢変化量に基づいて補正することで、車重による車両の姿勢変化量による路面勾配の誤差の影響を回避している。

特開２００８−１２８００７号公報

しかし、上記の装置においては、車重を取得するときの誤差の範囲が考慮されていない。それ故、取得した車重が変化した場合に、常時、車重に応じた勾配補正値を算出することになる。つまり、実際に車重が変化していない場合でも、取得した車重に応じた勾配補正値で路面勾配を補正することで、大きな誤差が生じることになる。

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、車両の車重が変化した場合の推定誤差を低減して、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、その車両の車重を取得する車重取得手段と、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、前記車重取得手段により取得した車重の変化量が前記車重取得手段で生じる予め設定された誤差の範囲外になった場合は、その車重に応じた前記車両の姿勢変化に基づいた補正値により前記推定値を補正し、その車重の変化量が前記誤差の範囲内になった場合は、その車重の変化量が前記誤差の範囲内になる前の補正に用いた前回補正値により前記推定値を補正する補正手段と、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の推定値を推定する路面勾配推定方法において、前記車両の車重を取得し、取得したその車重の変化量がその車重の取得したときに生じる予め設定した誤差の範囲外になったか否かを判定し、その車重の変化量が前記誤差の範囲外になった場合は、その車重に応じた補正値を算出し、算出したその補正値により前記推定値を補正し、その車重の変化量が前記誤差の範囲内になった場合は、その車重の変化量が前記誤差の範囲内になる前の補正に用いた前回補正値により前記推定値を補正することを特徴とする方法である。

本発明によれば、車両の車重が変化しても、取得した車重の変化量が誤差の範囲外になった場合は、車重に応じた車両の姿勢変化に基づいた補正値により路面勾配の推定値を補正する一方で、車重の変化量が誤差の範囲内の場合は、前回補正値により路面勾配の推定値を補正する。つまり、車重が確実に変化したときに推定値を補正値で補正し、車重が変化していないおそれがあるときに推定値を前回補正値で補正するので、車重により路面に対して変化する車両の上下方向の姿勢変化による誤差を低減できる。これにより、車重が変化した場合の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。

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。 車重と補正値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。

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、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３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１６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、車重演算部２９、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や演算部の演算結果が入力され、各検出値や演算結果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、それらのセンサや演算部を利用して、車速取得手段、加速度取得手段、車重取得手段、推定手段、及び補正手段として機能する。

車重演算部２９は、車重取得手段として機能する機能要素であり、この実施形態では、車両１０の前後方向の運動方程式から再帰的最小二乗法（ＲＬＳアルゴリズム）を用いて車重Ｗｘを推定する。車両１０の前後方向の運動方程式としては、車両１０の加速力と、駆動輪１９に伝達される駆動力から、伝達するまでの回転相当部分の回転力、空気抵抗力、ころがり抵抗力、及び勾配抵抗力を減算した値とが等しくなる式を採用している。車重演算部２９としては、車重Ｗｘを取得できればよく、この構成に限定されない。車重演算部２９としては、例えば、車両１０の前後方向の運動方程式のみで車重Ｗｘを推定するものや推定した複数の推定値を平均化して車重Ｗｘを推定するものを用いてもよい。また、車両１０がハイブリッド車両の場合には、モータ走行中に車重Ｗｘを推定するものを用いてもよい。また、車両１０の車重Ｗｘによる上下方向の姿勢変化量に基づいてその車重Ｗｘを推定するものを用いてもよい。

車重演算部２９は、上述した推定方法により、予め設定した誤差の範囲（±Ｗａ）内で車重Ｗｘを取得する。誤差の範囲は、各センサの精度や感度による誤差や、車両１０の振動に起因するセンサの振動の影響による誤差などを考慮して予め設定されている。また、誤差の範囲は、車重演算部２９が有する精度が既知の場合には、その精度を考慮して予め設定してもよい。

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、出力部３３、及び補正部３８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。

補正部３８は、車重演算部２９により演算された車重Ｗｘが入力され、判定に基づいて、推定部３２により推定された推定値θｚを車重Ｗｘに応じて更新した補正値θｙで補正した値と、推定値θｚを前記補正値θ（ｙ−１）で補正した値とのどちらか一方を出力する機能要素である。

この実施形態で、補正部３８は、スイッチブロック３８ａ、前回値取得ブロック（ディレイブロック）３８ｂ、加算ブロック３８ｃ、絶対値ブロック３８ｄ、データブロック３８ｅ、加算ブロック３８ｆ、及び前回補正値取得ブロック（ディレイブロック）３８ｇを有している。

スイッチブロック３８ａは、車重Ｗｘの変化量ΔＷｘ、補正値θｙ、及び前回補正値θ（ｙ−１）が入力されて、補正値θｙ、及び前回補正値θ（ｙ−１）のどちらか一方を加算ブロック３８ｆに出力する機能要素である。具体的に、スイッチブロック３８ａは、変化量ΔＷｘが車重演算部２９に予め設定されている誤差の範囲（±Ｗａ）外になったか否かの判定しており、実際に、変化量ΔＷｘの絶対値が誤差の範囲の絶対値Ｗａ以上になったか否かを判定する。

前回値取得ブロック３８ｂ、加算ブロック３８ｃ、及び絶対値ブロック３８ｄは、車重Ｗｘの変化量ΔＷｘの絶対値を算出する機能要素である。具体的に、変化量ΔＷｘは、取得した現在の車重Ｗｘと前回取得した前回車重Ｗ（ｘ−１）との差分である。変化量ΔＷｘとしては、例えば、一定周期（サンプリング時間）あたりの変化量を用いてもよい。

データブロック３８ｅは、車重Ｗｘが入力されて、その車重Ｗｘに応じた補正値θｙを更新して、スイッチブロック３８ａに出力する機能要素である。補正値θｙは、車重Ｗｘが予め設定した基準車重Ｗ０から増減した場合に、その車重Ｗｘにより路面に対して変化する車両１０の上下方向の姿勢変化量をゼロにする値に設定されている。この実施形態で、基準車重Ｗ０は、運転室１２よりも後方のボディ１３の積載量がゼロの時の車重である。つまり、補正値θｙは、車重Ｗｘが車両の１０のボディ１３の積載量がゼロのときの基準車重Ｗ０から増加した場合に、路面に対して車両１０の後方側が前方側に対して下方に沈む姿勢変化量をゼロにする値に設定されている。

前回補正値θ（ｙ−１）は、車重Ｗｘの変化量ΔＷｘの絶対値が誤差の範囲内になる前の補正に用いた補正値である。つまり、前回補正値θ（ｙ−１）は、車重Ｗｘの変化量ΔＷｘの絶対値が誤差の範囲の絶対値Ｗａよりも大きくなったときの補正に用いられた補正値である。

図４に例示するように、この実施形態の補正値θｙは、車重Ｗｘに対して正の関係にあり、車重Ｗｘが重くなる程、大きくなる。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、データブロック３８ｅに記憶させておく。

次に、本発明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、車重演算部２９の機能により演算された車重Ｗｘを取得する（Ｓ１３０）。次いで、路面勾配演算部３１は、補正部３８の機能により、入力された車重Ｗｘと、この車重Ｗｘが入力される直前に入力された値である前回値Ｗ（ｘ−１）との差分である変化量ΔＷｘの絶対値を算出する（Ｓ１４０）。具体的に、このステップでは、前回値取得ブロック３８ｂ、加算ブロック３８ｃ、絶対値ブロック３８ｄにより変化量ΔＷｘの絶対値を算出する。なお、変化量ΔＷｘは、単位時間あたりの車重Ｗｘの変化量として算出してもよい。

次いで、路面勾配演算部３１は、補正部３８の機能により、車重Ｗｘの変化量ΔＷｘが車重演算部２９の誤差の範囲（±Ｗａ）外か否かを判定する（Ｓ１５０）。具体的に、このステップでは、補正部３８の機能により、変化量ΔＷｘの絶対値が誤差の範囲の絶対値Ｗａを超えた場合は、補正値θｙを更新するステップへ進む。一方、変化量ΔＷｘの絶対値が誤差の範囲の絶対値Ｗａ以下の場合は、取得した車重Ｗｘに応じて補正値θｙを更新しないステップへ進む。

変化量ΔＷｘの絶対値が誤差の範囲の絶対値Ｗａを超えた場合に、路面勾配演算部３１は、補正部３８の機能により、補正値θｙを算出して（Ｓ１６０）、算出したその補正値θｙで推定値θｚを補正して（Ｓ１８０）、スタートへリターンする。

一方、変化量ΔＷｘの絶対値が誤差の範囲の絶対値Ｗａ以下の場合に、路面勾配演算部３１は、補正部３８の機能により、前回補正値θ（ｙ−１）を算出して（Ｓ１７０）、算出した前回補正値θ（ｙ−１）で推定値θｚを補正して（Ｓ１８０）、スタートへリターンする。

具体的に、補正部３８では、スイッチブロック３８ａにより変化量ΔＷｘの絶対値が誤差の範囲の絶対値Ｗａを超えたか否かを判定する（Ｓ１５０）。同時に、データブロック３８ｅにより入力された車重Ｗｘに基づいて補正値θｙを算出する（Ｓ１６０）。

一方、変化量ΔＷｘの絶対値が誤差の範囲の絶対値Ｗａ以下の場合は、スイッチブロック３８ａにより、前回補正値θ（ｙ−１）を加算ブロック３８ｆに出力する（Ｓ１７０）。

次いで、加算ブロック３８ｆにより、変化量ΔＷｘの絶対値が誤差の範囲の絶対値Ｗａを超えた場合は、推定値θｚから補正値θｙを減算して、補正する（Ｓ１８０）。一方、変化量ΔＷｘの絶対値が誤差の範囲の絶対値Ｗａ以下の場合は、推定値θｚから前回補正値θ（ｙ−１）を減算して、補正する（Ｓ１８０）。

以上のように、車両１０の車重Ｗｘが変化しても、取得した車重Ｗｘの変化量ΔＷｘが
誤差の範囲内の場合は、車重Ｗｘに応じた補正値θｙで補正せずに、前回補正値θ（ｙ−１）により路面勾配の推定値θｚを補正する。一方で、車重Ｗｘの変化量ΔＷｘが誤差の範囲外になった場合は、路面勾配の推定値θｚを車重Ｗｘに応じた補正値θｙで補正する。それ故、車重Ｗｘが確実に変化したときに推定値θｚを補正値θｙで補正し、車重Ｗｘが変化していないおそれがあるときに推定値θｚを前回補正値θ（ｙ−１）で補正するので、車重Ｗｘにより路面に対して変化する車両１０の上下方向の姿勢変化による誤差を低減できる。これにより、車重Ｗｘを取得したときの誤差による路面勾配の推定誤差の排除には有利になり、車両１０の車重Ｗｘが変化した場合の路面勾配の推定誤差を低減することができる。

特に、車重Ｗｘの変化量ΔＷｘが誤差の範囲内になる場合に、つまり、実際に車重Ｗｘが変化していない場合に、前回補正値θ（ｙ−１）を用いて推定値θｚを補正するので、車重Ｗｘの推定誤差に伴った路面勾配の推定誤差を低減するには有利になる。

補正値θｙは、車重Ｗｘが運転室１２よりも後方のボディ１３の積載量がゼロの時の基準車重Ｗ０から増加した場合に路面に対して変化する車両１０の後方側が前方側に対して下方に沈む姿勢変化量をゼロにする値に設定されているので、車重Ｗｘによる出力値θｘの誤差を低減できる。これにより、路面勾配の推定精度の向上に有利になる。

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。車両１０がバスや普通車両の場合は、運転部は運転者の搭乗する運転席を含み、その運転席よりも前方の部位である。また、車両１０が牽引車の場合は、その牽引車が運転部となる。

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、補正部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、路面勾配推定装置３０が、フィルタ処理によりノイズを除去するフィルタ部を有していない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、入力されたその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部を有してもよい。フィルタ部は、車速センサ２６と推定部３２との間、加速度センサ２７と推定部３２との間、推定部３２の微分ブロック３２ａと加算ブロック３２ｂとの間、推定部３２と補正部３８との間、補正部３８と出力部３３との間のいずれかに配置するとよい。また、フィルタ部のローパスフィルタの時定数を、車両１０の姿勢変化の要因に関する数値に基づいて、可変するとよい。

１０ 車両
２６ 車速センサ
２７ 加速度センサ
２９ 車重演算部
３０ 路面勾配推定装置
３１ 路面勾配演算部
３２ 推定部
３３ 出力部
３８ 補正部
θｚ 推定値
θｙ 補正値
θ（ｙ−１） 前回補正値
ｖｘ 車速
Ｇｘ 加速度
Ｗｘ 車重
±Ｗａ 誤差の範囲

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、
   その車両の車重を取得する車重取得手段と、
   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、
   前記車重取得手段により取得した車重の変化量が前記車重取得手段で生じる予め設定された誤差の範囲外になった場合は、その車重に応じた前記車両の姿勢変化に基づいた補正値により前記推定値を補正し、その車重の変化量が前記誤差の範囲内になった場合は、その車重の変化量が前記誤差の範囲内になる前の補正に用いた前回補正値により前記推定値を補正する補正手段と、を備えることを特徴とする路面勾配推定装置。
2. 前記前回補正値が、前記車重の変化量が前記誤差の範囲外になったときの補正に用いられた補正値である請求項１に記載の路面勾配推定装置。
3. 前記補正値が、前記車重が予め設定した基準車重から増減した場合に、その車重により路面に対して変化する前記車両の上下方向の姿勢変化量をゼロにする値に設定された請求項１又は２に記載の路面勾配推定装置。
4. 前記基準車重が、前記車両の運転者が搭乗する運転部よりも後方に積載される積載量がゼロのときの車重である請求項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の推定値を推定する路面勾配推定方法において、
   前記車両の車重を取得し、
   取得したその車重の変化量がその車重の取得したときに生じる予め設定した誤差の範囲外になったか否かを判定し、
   その車重の変化量が前記誤差の範囲外になった場合は、その車重に応じた補正値を算出し、算出したその補正値により前記推定値を補正し、
   その車重の変化量が前記誤差の範囲内になった場合は、その車重の変化量が前記誤差の範囲内になる前の補正に用いた前回補正値により前記推定値を補正することを特徴とする路面勾配推定方法。

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