(57)【要約】【課題】勾配を測定するために追加の装置を必要とせずに、車体の加速度、駆動力から路面の勾配推定を行う勾配推定装置及びその方法を提供すること。【解決手段】自動車の駆動力Ｆdの推定値を算出する駆動力演算手段を備え、駆動力Ｆdと、加速度センサが検出した路面に対して水平方向の前記自動車の車体加速度ａx及び重力加速度ｇのそれぞれによって生じる自動車に作用する力とから前記路面の勾配を算出する勾配演算手段とを備えている。勾配の計算は、車体加速度ａxを、重力加速度ｇの路面に対して水平な成分と重力加速度に対して垂直方向の自動車の駆動力による自動車の車体加速度ａの路面に対して水平な成分との和とし、車体加速度ａの路面に対して水平な成分によって生じる自動車に作用する力を、駆動力Ｆdと重力加速度ｇの路面に対して水平な成分によって生じる自動車に作用する力との和とすることに基づいている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速度センサを備えた自動車において、当該自動車が走行している路面の勾配を推定する勾配推定装置であって、
前記加速度センサが検出した前記路面に対して水平方向の前記自動車の車体加速度ａx及び前記路面に対して垂直方向の前記自動車の車体加速度ａzと、重力加速度ｇから前記路面の勾配を算出することを特徴とする勾配推定装置。
【請求項２】
前記車体加速度ａxは、重力加速度ｇの前記路面に対して水平な成分と重力加速度に対して垂直方向の前記自動車の駆動力による前記自動車の車体加速度ａの前記路面に対して水平な成分との和とし、前記車体加速度ａzは、重力加速度ｇの前記路面に対して垂直な成分と前記車体加速度ａの前記路面に対して垂直な成分との和とすることに基づき前記路面の勾配を計算することを特徴とする請求項１に記載の勾配推定装置。
【請求項３】
加速度センサを備えた自動車において、当該自動車が走行している路面の勾配を推定する勾配推定装置であって、
前記自動車の駆動力Ｆdの推定値を算出する駆動力演算手段と、
前記駆動力Ｆdと、前記加速度センサが検出した前記路面に対して水平方向の前記自動車の車体加速度ａx及び重力加速度ｇのそれぞれによって生じる前記自動車に作用する力とから前記路面の勾配を算出する勾配演算手段と
を備えたことを特徴とする勾配推定装置。
【請求項４】
前記勾配演算手段は、前記車体加速度ａxを、重力加速度ｇの前記路面に対して水平な成分と重力加速度に対して垂直方向の前記自動車の駆動力による前記自動車の車体加速度ａの前記路面に対して水平な成分との和とし、前記車体加速度ａの前記路面に対して水平な成分によって生じる前記自動車に作用する力を、前記駆動力Ｆdと重力加速度ｇの前記路面に対して水平な成分によって生じる前記自動車に作用する力との和とすることに基づいて前記路面の勾配を計算することを特徴とする請求項３に記載の勾配推定装置。
【請求項５】
加速度センサを備えた自動車において、当該自動車が走行している路面の勾配を推定する勾配推定方法であって、
前記加速度センサで前記路面に対して水平方向の前記自動車の車体加速度ａx及び前記路面に対して垂直方向の前記自動車の車体加速度ａzを測定するステップと、
測定された車体加速度ａx、車体加速度ａz、及び重力加速度ｇから前記路面の勾配を算出するステップと
を有することを特徴とする勾配推定方法。
【請求項６】
前記車体加速度ａxは、重力加速度ｇの前記路面に対して水平な成分と重力加速度に対して垂直方向の前記自動車の駆動力による前記自動車の車体加速度ａの前記路面に対して水平な成分との和とし、前記車体加速度ａzは、重力加速度ｇの前記路面に対して垂直な成分と前記車体加速度ａの前記路面に対して垂直な成分との和とすることに基づき前記路面の勾配を計算することを特徴とする請求項５に記載の勾配推定方法。
【請求項７】
加速度センサを備えた自動車において、当該自動車が走行している路面の勾配を推定する勾配推定方法であって、
前記加速度センサで前記路面に対して水平方向の前記自動車の車体加速度ａxを測定するステップと、
前記自動車の駆動力Ｆdの推定値を算出する駆動力演算ステップと、
前記駆動力Ｆdと、前記加速度センサが検出した前記路面に対して水平方向の前記自動車の車体加速度ａx及び重力加速度ｇのそれぞれによって生じる前記自動車に作用する力とから前記路面の勾配を算出する勾配演算ステップと
を有することを特徴とする勾配推定方法。
【請求項８】
前記勾配演算手段は、前記車体加速度ａxを、重力加速度ｇの前記路面に対して水平な成分と重力加速度に対して垂直方向の前記自動車の駆動力による前記自動車の車体加速度ａの前記路面に対して水平な成分との和とし、前記車体加速度ａの前記路面に対して水平な成分によって生じる前記自動車に作用する力を、前記駆動力Ｆdと重力加速度ｇの前記路面に対して水平な成分によって生じる前記自動車に作用する力との和とすることに基づいて前記路面の勾配を計算することを特徴とする請求項７に記載の勾配推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、勾配推定装置及びその方法に関し、より詳細には、加速度情報を用いて路面の勾配を推定する勾配推定装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
道路の勾配を測定する方法は、その精度や測定範囲によって様々な方法が存在するが、車両を使って比較的簡易な方法で道路の形状を測定する方法が開発されている。例えば、所定の基準位置からレーザ光を照射し、受光装置を備えた台車で移動しながら受光して基準位置からの高さを算出したり（特許文献１参照）、自動車に取り付けたカメラで撮影された路面映像から路面の傾斜角度を算出したり（特許文献２参照）、ブレーキ制動力に基づいて道路勾配を推定する方法（特許文献３参照）などがある。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１００８０９号公報
【特許文献２】特開２００２−２５４９５７号公報
【特許文献３】特開２００７−２８３８８２号公報
【非特許文献１】H. Sado, S. Sakai, T. Uchida, Y. Hori, “Traction Control for Electric Vehicle based on Road Condition Estimation and Slip Ratio Control”, SIASC '98, 1998, No. 3, pp. 321-324
【非特許文献２】S. Sakai, H. Sado, Y. Hori, “Novel Wheel Skid Detection Method without Chassis Velocity for Electric Vehicle”, T. IEEJapan, 2000, Vol. 120-D, No. 2, pp. 281-287
【非特許文献３】K. Fujii, H. Fujimoto, “Study on Traction Control based on Slip Ratio Estimation without Vehicle Speed Detection for Electric Vehicle”, Master Thesis, Yokohama National University, 2007
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の勾配測定方法は、レーザ光やカメラを使用する必要があったり、路面状況の変化を測定する装置が必要であったり、勾配を測定するために追加の装置が必要となり、構成が複雑化し、コストがかさむという課題があった。
【０００５】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、勾配を測定するために追加の装置を必要とせずに、車両の制御に用いるために測定される車体の加速度、駆動力から路面の勾配推定を行う勾配推定装置及びその方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、加速度センサを備えた自動車において、当該自動車が走行している路面の勾配を推定する勾配推定装置であって、前記加速度センサが検出した前記路面に対して水平方向の前記自動車の車体加速度ａx及び前記路面に対して垂直方向の前記自動車の車体加速度ａzと、重力加速度ｇから前記路面の勾配を算出することを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の勾配推定装置において、前記車体加速度ａxは、重力加速度ｇの前記路面に対して水平な成分と重力加速度に対して垂直方向の前記自動車の駆動力による前記自動車の車体加速度ａの前記路面に対して水平な成分との和とし、前記車体加速度ａzは、重力加速度ｇの前記路面に対して垂直な成分と前記車体加速度ａの前記路面に対して垂直な成分との和とすることに基づき前記路面の勾配を計算することを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、加速度センサを備えた自動車において、当該自動車が走行している路面の勾配を推定する勾配推定装置であって、前記自動車の駆動力Ｆdの推定値を算出する駆動力演算手段と、前記駆動力Ｆdと、前記加速度センサが検出した前記路面に対して水平方向の前記自動車の車体加速度ａx及び重力加速度ｇのそれぞれによって生じる前記自動車に作用する力とから前記路面の勾配を算出する勾配演算手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の勾配推定装置において、前記勾配演算手段は、前記車体加速度ａxを、重力加速度ｇの前記路面に対して水平な成分と重力加速度に対して垂直方向の前記自動車の駆動力による前記自動車の車体加速度ａの前記路面に対して水平な成分との和とし、前記車体加速度ａの前記路面に対して水平な成分によって生じる前記自動車に作用する力を、前記駆動力Ｆdと重力加速度ｇの前記路面に対して水平な成分によって生じる前記自動車に作用する力との和とすることに基づいて前記路面の勾配を計算することを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、加速度センサを備えた自動車において、当該自動車が走行している路面の勾配を推定する勾配推定方法であって、前記加速度センサで前記路面に対して水平方向の前記自動車の車体加速度ａx及び前記路面に対して垂直方向の前記自動車の車体加速度ａzを測定するステップと、測定された車体加速度ａx、車体加速度ａz、及び重力加速度ｇから前記路面の勾配を算出するステップとを有することを特徴とする。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の勾配推定方法において、前記車体加速度ａxは、重力加速度ｇの前記路面に対して水平な成分と重力加速度に対して垂直方向の前記自動車の駆動力による前記自動車の車体加速度ａの前記路面に対して水平な成分との和とし、前記車体加速度ａzは、重力加速度ｇの前記路面に対して垂直な成分と前記車体加速度ａの前記路面に対して垂直な成分との和とすることに基づき前記路面の勾配を計算することを特徴とする。
【００１２】
請求項７に記載の発明は、加速度センサを備えた自動車において、当該自動車が走行している路面の勾配を推定する勾配推定方法であって、前記加速度センサで前記路面に対して水平方向の前記自動車の車体加速度ａxを測定するステップと、前記自動車の駆動力Ｆdの推定値を算出する駆動力演算ステップと、前記駆動力Ｆdと、前記加速度センサが検出した前記路面に対して水平方向の前記自動車の車体加速度ａx及び重力加速度ｇのそれぞれによって生じる前記自動車に作用する力とから前記路面の勾配を算出する勾配演算ステップとを有することを特徴とする。
【００１３】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の勾配推定方法において、前記勾配演算手段は、前記車体加速度ａxを、重力加速度ｇの前記路面に対して水平な成分と重力加速度に対して垂直方向の前記自動車の駆動力による前記自動車の車体加速度ａの前記路面に対して水平な成分との和とし、前記車体加速度ａの前記路面に対して水平な成分によって生じる前記自動車に作用する力を、前記駆動力Ｆdと重力加速度ｇの前記路面に対して水平な成分によって生じる前記自動車に作用する力との和とすることに基づいて前記路面の勾配を計算することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、勾配を測定するために追加の装置を必要とせずに、車両の制御に用いるために測定される車体の加速度、駆動力から路面の勾配の推定が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１６】
（実施形態１）
加速度センサを備えた自動車において、走行している路面の勾配を推定する。図1において、角加速度の成分をａx、ａz、ｇとする時、加速度センサが検出した前記路面に対して水平方向の前記自動車の車体加速度ａx及び前記路面に対して垂直方向の前記自動車の車体加速度ａzと、重力加速度ｇから前記路面の勾配を算出する。
【００１７】
図１に、斜面における車両の各方向の加速度を示す。それぞれの加速度を図１のようにおくと、加速度センサの出力ａx、ａzは式（１）、（２）のようになる。この時、ａx、ａzは自動車に取り付けられた加速度センサの出力を表し、重力加速度に影響された値を出力するものとする。
【００１８】
【数１】
2010047237.tif 000003
【００１９】
【数２】
2010047237.tif 000004
【００２０】
それぞれ上式の両辺を２乗して足し、重力加速度に対して垂直方向の車体の加速度ａを求めると次式のようになる。
【００２１】
【数３】
2010047237.tif 000005
【００２２】
これよりａxとａzを測定できれば、重力加速度に対して垂直方向の車体の加速度ａを求めることができる。
【００２３】
さらに、式（１）、（２）からｓｉｎφ、ｃｏｓφを求めると次式のようになる。
【００２４】
【数４】
2010047237.tif 000006
【００２５】
【数５】
2010047237.tif 000007
【００２６】
このようにして、加速度センサの測定値ａx、ａzに基づき、路面の勾配を推定することができる。
【００２７】
（実施形態２）
実施形態２では、加速度センサで測定した加速度情報に加え、車両の駆動力情報を用いる。そのため、実施形態１と同様に加速度センサを備えた自動車において、走行している路面の勾配を推定するが、自動車の駆動力Ｆdの推定値を算出する駆動力演算手段を備えている。さらに、駆動力Ｆdと、加速度センサが検出した路面に対して水平方向の前記自動車の車体加速度ａx及び重力加速度ｇのそれぞれによって生じる自動車に作用する力とから前記路面の勾配を算出する勾配演算手段とを備えている。
【００２８】
左右の駆動輪をモータで駆動する車両の場合、車両の駆動力を左右それぞれＦl、Ｆrとすると、この駆動力Ｆl、Ｆrは、駆動力オブザーバ（Ｄｒｉｖｉｎｇ  Ｆｏｒｃｅ  Ｏｂｓｅｒｖｅｒ：ＤＦＯ）によって求めることができる（非特許文献１〜３参照）。このとき、斜面での車両の運動方程式は次式のようになる。
【００２９】
【数６】
2010047237.tif 000008
【００３０】
ここで、Ｍ：車体重量、Ｖ：車体速、Ｆslope：勾配抵抗である。
【００３１】
図２（ａ）に坂道における進行方向の加速度、重力加速度と斜面方向の加速度との関係を示し、図２（ｂ）に斜面における車両に作用する力を示す。加速度センサは鉛直方向の重力加速度ｇと、重力加速度ｇに対して直交する進行方向の加速度ａを足し合わせたものを検出するため、登り斜面の場合、加速度センサが検出する加速度ａxは、本来の車体の加速度ａより小さくなる。
【００３２】
すなわち、図２（ａ）から斜面における加速度センサの検出加速度ａx、車両の運動方程式は以下のようになる。
【００３３】
【数７】
2010047237.tif 000009
【００３４】
【数８】
2010047237.tif 000010
【００３５】
ここでａx：加速度センサの斜面方向の測定値、ａ：水平方向の実加速度、ｇ：重力加速度、θ：斜面の勾配である。Ｆd＝Ｆl＝Ｆrとすると、加速度センサの検出した値ａxと駆動力オブザーバによって求めた駆動力
【００３６】
【数９】
2010047237.tif 000011
【００３７】
（Ｆdｈｕｔ）から、水平方向加速度の斜面方向成分と斜面の勾配θは以下のようになる。
【００３８】
【数１０】
2010047237.tif 000012
【００３９】
【数１１】
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【００４０】
このようにして、加速度センサの測定値ａxと駆動力オブザーバによって求めた駆動力Ｆdに基づき、路面の勾配を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】斜面における車両の各方向の加速度成分を示す図である。
【図２】（ａ）は、坂道における進行方向の加速度、重力加速度と斜面方向の加速度との関係を示す図であり、図２（ｂ）は、斜面において車両に作用する力を示す図である。
【図１】
2010047237.tif 000014
【図２】
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