(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載されて車両の走行状態を検出する走行状態検出手段と、走行状態検出手段により検出された車両の走行状態に基づいて走行中の道路の形状を演算する道路形状演算手段とを具備する道路形状計測装置であって、上記走行状態検出手段は、車両の傾斜姿勢に応じて変化する重力の車両の前後方向の分力を検出する重力検出手段と、車両に上記車両の前後方向に作用する慣性力を検出する慣性力検出手段とを具備し、上記道路形状演算手段は、重力検出手段の検出値に、慣性力検出手段の検出値を減じる補正を行う補正手段と、補正手段により補正された重力検出手段の検出値に基づいて道路の縦断勾配を算出する道路勾配算出手段とを具備し、上記慣性力検出手段は、車両の速度を検出する車両速度検出手段と、車両の旋回時の角速度を検出する旋回角速度検出手段と、上記車両速度検出手段により検出された車両の速度に基づいて車両の加速度を算出する車両加速度算出手段と、車両速度検出手段により検出された車両の速度および旋回角速度検出手段により検出された車両の旋回時の角速度に基づいて、遠心力の車両の前後方向の分力を算出する前後遠心分力算出手段とを具備することを特徴とする道路形状計測装置。
【請求項２】
請求項１記載の道路形状計測装置において、上記走行状態検出手段には、車両の前後方向に間隔をおいて設けられ、路面からの車両の高さを検出する一対の車両高さ検出手段を具備せしめ、上記道路勾配算出手段を、一対の車両高さ検出手段により検出された路面からの高さに基づいて車両のピッチ角を算出し、上記縦断勾配に、上記ピッチ角を減じる補正をする構成とした道路形状計測装置。
【請求項３】
車両に搭載されて車両の走行状態を検出する走行状態検出手段と、走行状態検出手段により検出された車両の走行状態に基づいて走行中の道路の形状を演算する道路形状演算手段とを具備する道路形状計測装置であって、上記走行状態検出手段は、車両の傾斜姿勢に応じて変化する重力の車両の左右方向の分力を検出する重力検出手段と、車両に上記車両の左右方向に作用する慣性力を検出する慣性力検出手段とを具備し、上記道路形状演算手段は、重力検出手段の検出値に、慣性力検出手段の検出値を減じる補正を行う補正手段と、補正手段により補正された重力検出手段の検出値に基づいて道路の横断勾配を算出する道路勾配算出手段とを具備し、上記慣性力検出手段は、車両の速度を検出する車両速度検出手段と、車両の旋回時の角速度を検出する旋回角速度検出手段と、車両速度検出手段により検出された車両の速度および旋回角速度検出手段により検出された車両の旋回時の角速度により、遠心力の車両の左右方向分力を算出する左右遠心分力算出手段とを具備し、さらに、上記走行状態検出手段には、車両の左右方向に間隔をおいて設けられ、車両の路面からの高さを検出する一対の車両高さ検出手段を具備せしめ、上記道路勾配算出手段を、一対の車両高さ検出手段により検出された路面からの高さに基づいて車両のロール角を算出し、上記横断勾配に、上記ロール角を減じる補正をする構成としたことを特徴とする道路形状計測装置。
【請求項４】
請求項１ないし３いずれか記載の道路形状計測装置において、上記道路形状演算手段には、上記車両速度検出手段により検出された旋回時の車両の速度および上記旋回角速度検出手段により検出された旋回時の角速度とに基づいて道路の曲率を算出する曲率算出手段を具備せしめた道路形状計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、道路の勾配等を計測する道路形状計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
道路は路面の勾配やカーブの曲率等が様々に変化する複雑な形状をなしている。車両の運転者は、目視により道路の形状を認識し、車両の加減速や旋回を行っている。しかし周囲の景色によっては下り坂を上り坂と、急なカーブを緩いカーブと錯覚することがある。そこで道路形状についての情報を、走行中に運転者に知らせたり、また道路の形状に基づいてギアチェンジやブレーキの制御を行うことが求められている。
【０００３】
道路形状は地図や道路の測量図面から知る方法があるが、詳細なところまでは知り得ない。また知り得たとしても詳細な道路形状の情報を含む地図データを作製するには手間がかかり現実的ではない。
【０００４】
道路形状についての情報を効率よく得る技術として、特開平７−３１８３４２号公報、特開平８−２１７１４号公報に、車両に距離計測装置を搭載して車両を走行させながら路面までの距離を計測するようにしたものがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記特開平７−３１８３４２号公報、特開平８−２１７１４号公報の技術は路面の凹凸を計測するもので、勾配やカーブの曲率等、運転者にとって、または車両の制御にとって、必ずしも有益な情報を提供してくれない。
【０００６】
本発明は上記実情に鑑みなされたもので、車両の走行中に道路形状の十分有益な情報を得ることのできる道路形状計測装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、車両に搭載されて車両の走行状態を検出する走行状態検出手段は、車両の傾斜姿勢に応じて変化する重力の車両の前後方向の分力を検出する重力検出手段と、車両に上記車両の前後方向に作用する慣性力を検出する慣性力検出手段とを具備する構成とする。走行状態検出手段により検出された車両の走行状態に基づいて走行中の道路の形状を演算する道路形状演算手段は、重力検出手段の検出値に、慣性力検出手段の検出値を減じる補正を行う補正手段と、補正手段により補正された重力検出手段の検出値に基づいて道路の縦断勾配を算出する道路勾配算出手段とを具備する構成とする。上記慣性力検出手段は、車両の速度を検出する車両速度検出手段と、車両の旋回時の角速度を検出する旋回角速度検出手段と、上記車両速度検出手段により検出された車両の速度に基づいて車両の加速度を算出する車両加速度算出手段と、車両速度検出手段により検出された車両の速度および旋回角速度検出手段により検出された車両の旋回時の角速度に基づいて、遠心力の車両の前後方向の分力を算出する前後遠心分力算出手段とを具備する構成とする。
【０００８】
道路にある車両は道路の縦断勾配に応じて傾斜し、車両に搭載された重力検出手段は、重力の車両の前後方向の分力の検出値が道路の縦断勾配に応じて変化する。この検出値には、補正手段により上記車両の前後方向に作用する慣性力分を減じる補正が行われる。ここで、上記補正手段による補正で減じられる慣性力として、第１に車両加速度算出手段により車両の加速度に比例する成分が算出され、第２に前後遠心分力算出手段により遠心力の車両の前後方向分力が算出される。これにより、車両が走行中でも、高い精度で道路の縦断勾配の計測ができる。
【００１１】
請求項２記載の発明では、上記走行状態検出手段に、車両の前後方向に間隔をおいて設けられ、路面からの車両の高さを検出する一対の車両高さ検出手段を具備せしめる。上記道路勾配算出手段を、一対の車両高さ検出手段により検出された路面からの高さに基づいて車両のピッチ角を算出し、上記縦断勾配に上記ピッチ角を減じる補正をする構成とする。
【００１２】
車両は、走行中に、加減速などで前後にゆれ、ピッチ角が変動する。かかる構成とすることにより、ピッチ角が変動しても、縦断勾配をより高精度に計測できる。
【００１５】
請求項３記載の発明では、車両に搭載されて車両の走行状態を検出する走行状態検出手段は、車両の傾斜姿勢に応じて変化する重力の車両の左右方向の分力を検出する重力検出手段と、車両に上記車両の左右方向に作用する慣性力を検出する慣性力検出手段とを具備する構成とする。走行状態検出手段により検出された車両の走行状態に基づいて走行中の道路の形状を演算する道路形状演算手段は、重力検出手段の検出値に、慣性力検出手段の検出値を減じる補正を行う補正手段と、補正手段により補正された重力検出手段の検出値に基づいて道路の横断勾配を算出する道路勾配算出手段とを具備する構成とする。上記慣性力検出手段には、車両の速度を検出する車両速度検出手段と、車両の旋回時の角速度を検出する旋回角速度検出手段と、車両速度検出手段により検出された車両の速度および旋回角速度検出手段により検出された車両の旋回時の角速度により、遠心力の車両の左右方向分力を算出する左右遠心分力算出手段とを具備せしめる。上記走行状態検出手段には、車両の左右方向に間隔をおいて設けられ、車両の路面からの高さを検出する一対の車両高さ検出手段を具備せしめる。上記道路勾配算出手段を、一対の車両高さ検出手段により検出された路面からの高さに基づいて車両のロール角を算出し、上記横断勾配に上記ロール角を減じる補正をする構成とする。
【００１６】
道路にある車両は道路の縦断勾配に応じて傾斜し、車両に搭載された重力検出手段は、重力の車両の左右方向の分力の検出値が道路の横断勾配に応じて変化する。この検出値には、補正手段により上記車両の左右方向に作用する慣性力分を減じる補正が行われる。ここで、上記補正手段による補正で減じられる慣性力として、左右遠心分力算出手段により遠心力の車両の左右方向分力が算出される。これにより、車両が走行中でも、高い精度で道路の横断勾配の計測ができる。さらに、車両は、走行中に、旋回などで左右にゆれ、ロール角が変動する。かかる構成とすることにより、ロール角が変動しても、横断勾配をより高精度に計測できる。
【００１７】
請求項４記載の発明では、上記道路形状演算手段には、上記車両速度検出手段により検出された旋回時の車両の速度および上記旋回角速度検出手段により検出された旋回時の角速度とに基づいて道路の曲率を算出する曲率算出手段を具備せしめる。
【００１８】
旋回角速度検出手段により検出される車両の旋回時の角速度は、車両速度検出手段により検出される車両の速度と旋回円の半径に応じて変化する。しかして走行状態検出手段に新たな構成を追加することなく、道路の勾配に加えて曲率が得られ、道路の形状について多角的な情報が得られる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１に本発明の第１実施形態を示す。図１は本発明の道路形状計測装置を搭載した前輪駆動の車両を示すもので、道路形状計測装置２は、車両の各部に設けられた各種のセンサ３，４，５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂと、演算装置７とで構成されている。演算装置７は、大容量の外部記憶装置を備えたパーソナルコンピュータで構成してあり、各種センサ３〜６から図略のインターフェース回路を介して入力する検出信号に基づいて演算を実行し、走行している道路Ｐの形状についてデータを収集するようになっている。センサ３〜６ｂと演算装置７とは走行状態検出手段を構成し、また演算装置７は道路形状演算手段を構成する。
【００２８】
先ず走行状態検出手段の構成について説明する。車両１の重心位置とみなせる位置には、重力検出手段たるＧセンサ３が、検出方向を車両の前後方向（以下、ｘ方向）に向けて設けられ、ｘ方向に作用する荷重を感受するようになっており、図２に示すように、車両１の傾斜姿勢が道路Ｐの縦断勾配θｘ  で変わると、これに応じて変化する重力のｘ方向分力を検出するようになっている。Ｇセンサ３と実質的に同位置には、ヨーレイトセンサ４が設けてあり、車両１の旋回時の角速度を検出するようになっている。車両１の両後輪には車両速度検出手段たる車輪速センサ５ａ，５ｂが設けてあり、各輪の回転速度を検出するようになっている。車輪速センサ５ａ，５ｂは、例えば、タイヤと一体的に回転する外周に多数の歯を形成したシグナルロータが所定角度回転すると、シグナルロータの外周に近接して設けられたセンサ本体部がパルスを発生する構成のものが用いられる。なお後輪に設けたのは、後輪が非操舵輪でかつ非駆動輪であり、車両１の速度を高精度に検出できるからである。また車両１の前部のバンパー１１の裏側と後部のバンパー１２の裏側とには、それぞれ車両高さ検出手段たる車高センサ６ａ，６ｂが設けてあり、車高センサ６ａ，６ｂの道路Ｐの路面からの高さを検出するようになっている。
【００２９】
さて演算装置７は、Ｇセンサ３からの検出信号により、Ｇセンサ３にｘ方向に作用する荷重Ｇｘ  を得る。荷重Ｇｘ  は単位質量当たりの値に換算されている。ヨーレイトセンサ４からの検出信号により、車両１の旋回時の角速度ωを得る。車輪速センサ５ａ，５ｂからの検出信号により、車両の速度ｖを得る。車両速度ｖは、左輪と右輪との平均値で与えられ、旋回時の内外輪差等が相殺される。また車高センサ６ａからの検出信号によりバンパー１１位置における車両１の車高ｈａ  を得、車高センサ６ｂからの検出信号によりバンパー１２位置における車両１の車高ｈｂ  を得る。なお以下の説明において、荷重Ｇｘ  等の力は車両１の後部から前部に向かう方向を正とする。
【００３０】
さて重力のｘ方向分力ＧＧ  は式（１）で与えられる。式中、θｐ  は車両１のピッチ角である。またｇは重力加速度である。
ＧＧ  ＝ｇ・ｓｉｎ（θｘ  ＋θｐ  ）……（１）
【００３１】
ピッチ角θｐ  は式（２）により得られる。式中、Ｌはｘ方向の車高センサ６ａ，６ｂ間距離である。
θｐ  ＝ｔａｎ−１（（ｈｂ  −ｈａ  ）／Ｌ）……（２）
【００３２】
Ｇセンサ３により得られる荷重Ｇｘ  は、停車時にはＧＧ  と等しい。しかし走行中はＧセンサ３に、その検出方向であるｘ方向に慣性力が作用するため、Ｇｘ  ≠ＧＧ  である。
【００３３】
車両１の走行時にＧセンサ３に作用する慣性力には、先ず第１に、アクセルやブレーキ等に起因するものがある。これは、ｘ方向の車両１の加速度ＧＷ  とは反対方向に作用し、概略−ＧＷ  で与えられる。Ｇセンサ３はｘ方向を検出方向としているので、Ｇセンサ３の検出値にはこの−ＧＷ  が含まれる。
【００３４】
また、車両１の走行時にＧセンサ３に作用する第２の慣性力には、車両１の旋回時に作用する遠心力があり、単位質量当たりの値に換算された遠心力Ｐ０  は式（３）で与えられる。
Ｐ０  ＝ω・ｖ……（３）
【００３５】
さて、図３に示すように遠心力Ｐ０  は、車両１が旋回時に描く旋回円の接線に対して直交方向に作用するが、Ｇセンサ３の設置位置と車両の回転中心ＯＣ  との距離Ｌｇ  に起因して、Ｇセンサ３の検出方向であるｘ方向と車両１の旋回円の接線方向のなす角度θＣ  が直角ではない。このためＧセンサ３の検出値には、遠心力Ｐ０  のｘ方向分力Ｇｃ  が含まれる。この遠心力Ｐ０  のｘ方向分力Ｇｃ  は式（４）で与えられる。
【００３６】
Ｇｃ  ＝Ｐ０  ・ｓｉｎθｃ  ……（４）
【００３７】
角度θｃ  は式（５）で与えられる。式中、Ｒは車両１の旋回時の曲率半径Ｒであり、式（６）で与えられる。
θｃ  ＝ｓｉｎ−１（Ｌｇ  ／Ｒ）……（５）
Ｒ＝ｖ／ω……（６）
【００３８】
しかして式（３），（４），（５），（６）より（７）となる。
Ｇｃ  ＝ω２  Ｌｇ  ……（７）
【００３９】
なおＧセンサ３が車両１の回転中心Ｏｃ  の後方に設置される場合は、Ｌｇ  は負数とする。
【００４０】
このように、Ｇセンサ３の検出値に含まれる慣性力は、車両１の加減速による−ＧＷ  、遠心力Ｐ０  のｘ方向分力Ｇｃ  であり、式（８）が成り立つ。
Ｇｘ  ＝ＧＧ  −ＧＷ  ＋Ｇｃ  ……（８）
【００４１】
したがって
ＧＧ  ＝Ｇｘ  −（−ＧＷ  ＋Ｇｃ  ）……（９）
【００４２】
よって、式（１）を用いて縦断勾配θｘ  は次式のように表せる。
θｘ  ＝ｓｉｎ−１（（Ｇｘ  ＋ＧＷ  −Ｇｃ  ）／ｇ）−θｐ  ……（１０）
【００４３】
車両加速度算出手段たる演算装置７は、車両の速度ｖを時間微分して車両の加速度ＧＷ  を求める。前後遠心分力算出手段たる演算装置７は、式（７）により遠心力のｘ方向分力Ｇｃ  を算出する。車両加速度算出手段および前後遠心分力算出手段たる演算装置７は、ヨーレイトセンサ４、車輪速センサ５ａ，５ｂと慣性力検出手段を構成する。
【００４４】
次に演算装置７の、道路形状演算手段としての作動について説明する。道路勾配算出手段たる演算装置７は、式（１０）により縦断勾配θｘ  を算出する。式（１０）の第２項において、車両のピッチ角θｐ  による誤差を相殺する補正をおこなっているので、高精度に縦断勾配θｘ  が算出される。
【００４５】
また演算装置７は式（１０）を実行することで、重力のｘ方向分力の、慣性力による検出誤差を補正する補正手段としての作動をしている。すなわち式（１０）と等価な式（９）から知られるように、Ｇセンサ３で検出される荷重Ｇｘ  に、慣性力−ＧＷ  ，Ｇｃ  を減じることで、車両１の加減速や旋回とは無関係に正確に重力のｘ方向分力ＧＧ  を得ているからである。
【００４６】
図４に演算装置７における制御フローを示す。ステップＳ１０１では、センサ３〜６ｂの検出信号の読み込みが行われる。
【００４７】
続くステップＳ１０２では、式（１０）の第１項および第２項の演算が行われる。
【００４８】
式（１０）の第２項であるピッチ角θｐ  は、車高センサ６ａ，６ｂにより検出された車高ｈａ  ，ｈｂ  に基づいて算出されるが、車両１のサスペンションがばね系を形成するため車高ｈａ  ，ｈｂ  の検出には位相差（１秒程度の遅れ）を生じる。このためステップＳ１０３では、この位相差の補正を行う。位相差の補正は、式（１０）の第１項を所定時間、演算装置７を構成するパーソナルコンピュータのメモリに記憶しておき、これを所定時間経過後の制御周期において読み出し、ピッチ角θｐ  として用いることで行われる。すなわちステップＳ１０３では、所定時間遡った時の式（１０）の第１項がメモリから読み出され、代わりに現制御周期の式（１０）の第１項がメモリに記憶される。
【００４９】
ステップＳ１０４では、読み出された第１項と現制御周期の第２項とが加算され、縦断勾配θｘ  を得る。
【００５０】
なお、上記所定時間は、車高センサ６ａ，６ｂにおける検出の遅れ時間を予め計測しておき、この遅れ時間に基づいて設定される。
【００５１】
ステップＳ１０５では、ステップＳ１０４で算出した縦断勾配θｘ  を演算装置７の外部記憶装置に出力し、外部記憶装置で縦断勾配θｘ  が計測時刻とともに保存される。
【００５２】
ステップＳ１０６では、計測者による終了指令が入力しているかどうかが判断され、終了指令が入力していれば終了し、終了指令が入力していなければ、ステップＳ１０１に戻り、所定の制御周期でセンサ３〜６ｂの検出信号が取り込まれる。このように縦断勾配θｘ  の、慣性力による誤差や車両１のピッチ角による誤差を相殺する補正が行われるので、計測のために一々、車両１を停止させなくとも縦断勾配θｘ  が精度良好に得られる。すなわち計測車両１を走行させながら時々刻々と変化する道路Ｐの形状のデータが収集される。
【００５３】
以上のごとく、本実施形態の道路形状計測装置２では、道路の測量地図等の解析に膨大な手数をかけることなく、効率よく道路の縦断勾配について精密なデータを収集することができる。なお収集されたデータは、道路形状の解析の他、例えば計測した道路の縦断勾配として、地図データとともにナビゲーションシステムのＲＯＭ等に書き込まれ、運転者に急な下り坂等を知らせるのに供される。
【００５４】
なおＧセンサ３を車両１の回転中心とみなせる位置（通常、両後輪の中間位置）に設置することができればＬｇ  は０とみなせるので、Ｇセンサ３には遠心力Ｐ０  のｘ方向分力は検出されない。この場合は、ヨーレイトセンサ４は省略してもよい。但し実際には車両１のドライブシャフト等の存在で、Ｇセンサ３を回転中心位置ＯＣ  に設置することが困難なことが多く、本実施形態のように、ヨーレイトセンサ４を設けて遠心力Ｐ０  のｘ方向分力Ｇｃ  が相殺するように縦断勾配θｘ  の演算を行った方が簡便で望ましい。勿論要求される精度によっては、ヨーレイトセンサ４を省略してもよい。
【００５５】
（第２実施形態）
図５に本発明の第２実施形態を示す。道路形状計測装置２Ａは道路の横断勾配を計測する構成としたもので、図中、図１と同じ番号を付した部分については実質的に同じ作動をするので、第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００５６】
先ず、走行状態検出手段の構成について説明する。重力検出手段たるＧセンサ３Ａは、図１のＧセンサ３の設置位置と同じ、車両１の重心とみなせる位置に設けてある。Ｇセンサ３Ａは、検出方向を車両１の左右方向（以下、ｙ方向）に向けて設けられ、ｙ方向に作用する荷重を感受するようになっており、図６に示すように、車両１の傾斜姿勢が道路Ｐの横断勾配θｙ  で変わると、これに応じて変化する重力のｙ方向分力を検出するようになっている。車両高さ検出手段たる車高センサ６ａ，６ｃは、車両１の前部のバンパー１１の、右側と左側とにそれぞれ設けられ、車高センサ６ａが車両１の右側の車高ｈａ  を検出し、車高センサ６ｃが車両１の左側の車高ｈｃ  を検出するようになっている。
【００５７】
演算装置７Ａは第１実施形態のものと基本的に同じ構成のものである。演算装置７Ａは、Ｇセンサ３Ａからの検出信号により、Ｇセンサ３Ａにｙ方向に作用する荷重Ｇｙ  を得る。荷重Ｇｙ  は単位質量当たりの値に換算されている。ヨーレイトセンサ４からの検出信号により、車両１の旋回時の角速度ωを得、車輪速センサ５ａ，５ｂからの検出信号により、車両１の速度ｖを得、車高センサ６ａ，６ｃからの検出信号により、車両１の車高ｈａ  ，ｈｃ  を得る。なお以下の説明において、荷重Ｇｙ  等の力は車両１の左側から右側に向かう方向を正とし、角速度ωは左旋回のとき正とする。
【００５８】
重力のｙ方向分力ＧＧ’は式（１１）で与えられる。θｙ  は横断勾配であり、θｒ  は車両１のロール角である。
ＧＧ’＝ｇ・ｓｉｎ（θｙ  ＋θｒ  ）……（１１）
【００５９】
ロール角θｒ  は式（１２）により得られる。式中、Ｗは、車両１の左右方向の車高センサ６ａ，６ｃ間距離である。
θｒ  ＝ｔａｎ−１（（ｈｃ  −ｈａ  ）／Ｗ）……（１２）
【００６０】
Ｇセンサ３Ａにより得られる荷重Ｇｙ  は、停車時にはＧＧ’と等しい。しかし走行中は、図６に示すように、車両１に慣性力が作用するため、Ｇｙ  ≠ＧＧ’である。
【００６１】
さてＧセンサ３Ａに作用する慣性力は遠心力Ｐ０  である。第１実施形態に示したごとく、Ｇセンサ３Ａの設置位置と車両１の回転中心位置ＯＣ  との距離Ｌｇ  に起因して、車両１のｙ方向と遠心力Ｐ０  の作用方向とが平行ではないため、Ｇセンサ３Ａの検出値には、遠心力Ｐ０  の、Ｇセンサ３Ａの検出方向であるｙ方向分力Ｇｃ’が含まれ、式（１３）が成り立つ。
Ｇｙ  ＝ＧＧ’＋Ｇｃ’……（１３）
【００６２】
したがって
ＧＧ’＝Ｇｙ  −Ｇｃ’……（１４）
【００６３】
よって、横断勾配θｙ  は次式のように表せる。
θｙ  ＝ｓｉｎ−１（（Ｇｙ  −Ｇｃ’）／ｇ）−θｒ  ……（１５）
【００６４】
また遠心力Ｐ０  のｙ方向分力Ｇｃ’は式（１６）で与えられる。
Ｇｃ’＝Ｐ０  ・ｃｏｓθｃ  ……（１６）
【００６５】
遠心力Ｐ０  、角度θｃ  は、第１実施形態と同じように式（３），（５）で与えられる。なおＧセンサ３Ａと車両１の回転中心位置ＯＣ  とが近接していれば、式（１６）においてｃｏｓθｃ  ＝１としてもよい。
【００６６】
左右遠心分力算出手段たる演算装置７Ａは、式（３），（６），（１６）により遠心力Ｐ０  のｙ方向分力Ｇｃ’を算出する。左右遠心分力算出手段たる演算装置７Ａは、ヨーレイトセンサ４、車輪速センサ５ａ，５ｂと慣性力検出手段を構成する。
【００６７】
次に演算装置７Ａの、道路形状演算手段としての作動を説明する。道路勾配算出手段たる演算装置７Ａは、式（１５）により横断勾配θｙ  を算出する。また式（１５）の第２項において、車両のロール角θｒ  による誤差を相殺する補正をおこなっているので、より高精度に横断勾配θｙ  を求めることができる。
【００６８】
また演算装置７Ａは式（１５）を実行することで、補正手段としての作動をしている。すなわち式（１５）と等価な式（１４）から知られるように、Ｇセンサ３Ａで検出される荷重Ｇｙ  に、慣性力Ｇｃ’を減じることで、走行中でも正確に重力のｙ方向分力ＧＧ’を得ているからである。
【００６９】
演算装置７Ａは、図４に示した制御フローと同様の制御を行う。すなわち所定の制御周期で読み込まれる各種センサ３〜６ｃの検出信号に基づいて式（１５）の第１項と第２項とが算出され、車両１のサスペンションがばね系を構成することによる位相補正が行われて式（１５）が算出される。
【００７０】
算出結果は演算装置７Ａの外部記憶装置に出力され、走行中、時々刻々と変化する道路の横断勾配θｙ  についてデータが収集される。
【００７１】
なお本実施形態の特徴部分は第１実施形態の構成と組み合わせ、縦断勾配θｘ  と横断勾配θｙ  との両方を計測する構成としてもよい。
【００７２】
（第３実施形態）
図７に本発明の第３実施形態を示す。道路形状計測装置２Ｂは道路のカーブにおける曲率を計測するように構成したもので、図中、図１と同じ番号を付した部分については実質的に同じ作動をするので、第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００７３】
道路形状計測装置２Ｂでは、走行状態検出手段はＧセンサ、車高センサを省略し、ヨーレイトセンサ４と車輪速センサ５ａ，５ｂのみで構成してある。
【００７４】
演算装置７Ｂは図１のものと基本的に同じ構成のものである。ヨーレイトセンサ４からの検出信号により、車両１の角速度ωを得、車輪速センサ５ａ，５ｂからの検出信号により、車両１の速度ｖを得る。
【００７５】
車両１の旋回時の曲率半径Ｒは、式（４）により与えられる。
【００７６】
しかして曲率１／Ｒは式（１６）と表せる。
１／Ｒ＝ω／ｖ……（１６）
【００７７】
道路形状検出手段を構成する曲率算出手段たる演算装置７Ｂは、所定の制御周期で読み込まれる各種センサ４，５ａ，５ｂの検出信号に基づいて式（１６）を算出する。算出結果は外部記憶装置に出力され、時々刻々と変化する道路の曲率１／Ｒについてデータが収集される。
【００７８】
なお本実施形態の特徴部分は第１実施形態の構成または第２実施形態の構成と組み合わせ、道路の曲率１／Ｒとともに、縦断勾配θｘ  または横断勾配θｙ  を併せて計測する構成としてもよい。
【００７９】
（第４実施形態）
図８に本発明の第４実施形態を示す。道路形状計測装置２Ｃは道路の縦断勾配、横断勾配、カーブの曲率を計測するように構成したもので、図中、図１、図５、図７と同じ番号を付した部分については実質的に同じ作動をするので、第１〜第３実施形態との相違点を中心に説明する。
【００８０】
センサは、第１実施形態の構成に、第２実施形態のごとく、Ｇセンサ３Ａが新たに設けてあり、重力のｙ方向分力Ｇｙ  を検出するようになっている。また車両１の前部のバンパー１１の左側には、第２実施形態のごとく車高センサ６ｃが設けてあり、車高センサ６ａ，６ｂ位置における車高ｈａ  ，ｈｂ  に加えて車高センサ６ｃ位置における車高ｈｃ  を検出するようになっている。また演算装置７Ｃは、車両１の速度ｖを時間微分して車両１の加速度ＧＷ  を求める。
【００８１】
また演算装置７Ｃは、第１実施形態と同様に、Ｇセンサ３の検出信号によりｘ方向の荷重Ｇｘ  を得、ヨーレイトセンサ４の検出信号により車両１の旋回時の角速度ωを得、車輪速センサ５ａ，５ｂの検出信号により車両速度ｖ、車両の加速度ＧＷ  を得、車高センサ６ａ，６ｂの検出信号により車両のピッチ角θｐ  を得、道路の縦断勾配θｘ  を算出する。またＧセンサ３Ａの検出信号によりｙ方向の荷重Ｇｙ  を得、車高センサ６ａ，６ｃの検出信号により車両のロール角θｒ  を得、上記角速度ω、車両速度ｖを用いて道路Ｐの横断勾配θｙ  を算出する。また上記角速度ω、車両速度ｖを用いて道路Ｐの曲率１／Ｒを算出する。
【００８２】
このように本実施形態では、道路形状について多角的な情報を得ることができる。しかも、車輪速センサ５ａ，５ｂ、ヨーレイトセンサ４は、縦断勾配θｘ  、横断勾配θｙ  、曲率１／Ｒを得るのに共通に用い、また車両のピッチ角θｐ  を求めるための車高センサ６ａ，６ｂと、ロール角θｒ  を求めるための車高センサ６ａ，６ｃとは、前部バンパー１１の右側に設けた車高センサ６ａを共通とすることで装置構成を簡単にしている。
【００８３】
（第５実施形態）
図９に本発明の第５の実施形態を示す。第４実施形態の構成において、演算装置で実行される制御に、図１０に示す制御を追加して、計測精度を高めたものであり、第４実施形態との相違点を中心に説明する。
【００８４】
道路形状計測装置２Ｄの演算装置７Ｄは、基本的に第４実施形態の演算装置７Ｃ（図８）と同じもので、各種センサ３〜６ｃからの検出値に基づく道路形状の演算等を実行する演算部７１と計測データを記憶する外部記憶装置７３を有し構成されている。演算部７１は読み書き可能なメモリ７２を備えている。
【００８５】
ステップＳ２０１，Ｓ２０２は、計測しようとする道路を走行する前に、道路の勾配が既知の、凹凸のない平坦な場所に車両１を停止した状態で、計測者が演算装置７Ｄをマニュアル操作して行うものである。ステップＳ２０１では、基準検出値記憶手段たるメモリ７２に各センサ３〜６ｃの検出値を基準値たる初期値として記憶する。また計測者はこの場所の縦断勾配θｘ  、横断勾配θｙ  を演算装置７Ｄに入力し、メモリ７２にそれぞれ初期値θｘ０、初期値θｙ０として記憶する。
【００８６】
ステップＳ２０２では、予め距離を測定した一定距離の区間を走行し、演算装置７Ｄは、そのときの車輪速センサ５ａ，５ｂの検出信号と上記一定距離とからタイヤの外径を計測し、車輪速センサ５ａ，５ｂの検出信号から車両速度および走行距離を算出するときの定数としてメモリ７２に記憶する。
【００８７】
その後、計測者は演算装置７Ｄに自動計測を指示し、計測しようとする道路で車両１を走行させる。ステップＳ２０３〜Ｓ２０８は自動計測時のステップで、上記各実施形態のごとく所定の制御周期で行われる。ステップＳ２０３では、各センサ３〜６ｃの検出信号を取り込む。
【００８８】
続くステップＳ２０４では、ステップ２０１において記憶した各センサ３〜６ｃの初期値を減算し、ステップＳ２０５では、減算された各センサ３〜６ｃによる検出値により道路情報（縦断勾配θｘ  、横断勾配θｙ  および曲率１／Ｒ）を演算する。また車輪速センサ５ａ，５ｂの検出信号を積算して走行距離を演算する。
【００８９】
このステップＳ２０５では、ステップＳ２０２，Ｓ２０３を実行した場所の道路形状を基準として道路形状を演算している。したがってステップＳ２０５において演算した道路情報のうち、縦断勾配θｘ  、横断勾配θｙ  については、縦断勾配θｘ  に初期値θｘ０を、横断勾配θｙ  に初期値θｙ０を加算する補正を行い、水平面を基準とする縦断勾配θｘ  、横断勾配θｙ  とする（ステップＳ２０６）。
【００９０】
このように本実施形態では、計測用の車両１を走行させる前に、各センサの検出値にオフセット誤差が生じないように校正が行われるから、各センサ３〜６ｃのオフセットが経時変化してもこれを相殺できる。またタイヤ外径が正確に測定されるから、車両の重量やタイヤ減りによりタイヤ外径が変わっても正確に車両速度や走行距離が求められる。
【００９１】
ステップＳ２０７では、ステップＳ２０６で得られた道路情報を外部記憶装置７３に出力して、外部記憶装置７３で道路情報が保存される。
【００９２】
ステップＳ２０８では、計測者の終了指令が入力していれば終了し、終了指令が入力していなければステップＳ２０３に戻り計測を繰り返す。
【００９３】
このように本実施形態では、各センサ３〜６ｃのオフセット変動が吸収され、高精度に道路形状を計測することができる。
【００９４】
なお要求される計測データの精度に対してヨーレイトセンサ４のオフセット変動が大きいときは、演算装置７Ｄの制御フローを、車両速度が０か否かを判断し、車両速度が０のときにヨーレイトセンサ４を校正するようにし、信号待ちで停車したときに、または路肩等に自発的に停車せしめてヨーレイトセンサ４を校正するのもよい。
【００９５】
またＳ２０１，Ｓ２０２は、道路形状計測装置２Ｄを立ち上げる度に行う必要はなく、センサ３〜６ｃの性能に基づき要求される計測精度に応じて適宜行い計測精度を管理してゆけばよい。この場合、各センサ３〜６ｃの初期値は外部記憶装置７３に保存する。
【００９６】
また本実施形態の特徴部分は第１〜第３実施形態に適用できる。
【００９７】
（第６実施形態）
図１１に本発明の第６の実施形態を示す。道路形状計測装置２Ｅの演算装置７Ｅは基本的に第５実施形態の演算装置７Ｄ（図９）と同じもので、図１０の制御フローに代えて図１２の制御フローが実行される。なお図中、図９、図１０と同じ番号を付した部分については実質的に同じであるから、第５実施形態との相違点を中心に説明する。
【００９８】
図１２において、道路情報を保存した（ステップＳ２０７）後、各センサ３〜６ｃの検出値を道路情報とともに検出結果記憶手段たる外部記憶装置７３に記憶する（ステップＳ２０９）。外部記憶装置７３における記憶場所（ファイル）は、後で各センサ３〜６ｃの検出値と演算した道路情報とが対応付けられるのであれば、同じでも別でもよい。
【００９９】
このように本実施形態では、道路情報とともに、その演算に用いられた各センサ３〜６ｃの検出値が保存されるので、計測終了後に、各センサ３〜６ｃの検出値をチェックすることができ、例えば、得られた道路情報に異常値があった場合に、それがセンサの検出異常に起因するものかどうかを判断するのに便利であり、道路情報の信頼性を高めるのに資するところ大である。
【０１００】
なお、本実施形態の特徴部分は第１〜第４実施形態に適用できる。
【０１０１】
（第７実施形態）
図１３に本発明の第７の実施形態を示す。道路形状計測装置２Ｆは、第４実施形態の構成に、さらに別の機能を付加したもので、図中、図８と同じ番号を付した部分については実質的に同じ作動をするので、第４実施形態との相違点を中心に説明する。
【０１０２】
道路形状計測装置２Ｆは、図示しない第４実施形態の各種センサ（図８参照）の他に、車室１のフロントガラス１３寄りに、天井から撮影手段たるＣＣＤカメラ８１が垂下せしめてあり、ＣＣＤカメラ８１はフロントガラス１３を通して車両１前方を撮影するようになっている。また車両１の車室１４には、搭乗している計測者に向けてマイク８２が設けてあり、計測者の音声を拾うようになっている。
【０１０３】
また車室１４には、ＣＣＤカメラ８１からの画像信号およびマイク８２からの音声信号を入力として画像記憶手段たる記録装置９が設置してある。記録装置９はビデオテープレコーダ等が用いられる。
【０１０４】
演算装置７Ｆは、第４実施形態のものと基本的に同じ構成を有するとともに、記録装置９の作動を制御するようになっており、記録装置９が演算装置７Ｆと同期して車両１の前方の画像および計測者の音声を記録し、計測終了後に道路形状のデータと対応付けられるようになっている。
【０１０５】
本実施形態では、車両１を走行させて道路Ｐの形状を計測するとともに、計測中の車両１の前方の様子を撮影し記録する。これにより、計測車両１が道路脇の駐車車両を避けて道路Ｐのレーンに沿って走行できなかった等の、走行時の状況が知られ、計測した道路形状のデータの解析に役立つ。
【０１０６】
また本実施形態では、道路Ｐの形状の計測中に、計測者が道路Ｐの状況等を音声で記録装置に残す。これにより、路面に凹凸があって車両１が揺れたり大きな振動を伴った等の、走行時の状況が知られ、単にスイッチ入力等で計測データにマーキングしただけに止まらない、詳細なデータの解析を行うことができる。
【０１０７】
このように本実施形態では、例えば、得られた道路情報に異常値があった場合に、それがセンサの検出異常に起因するものかどうかを判断するのに好適であり、得られた道路情報の信頼性を高めるのに資するところ大である。
【０１０８】
なお本実施形態の特徴部分は第１〜第３または第５、第６実施形態の構成にも付加することができる。
【０１０９】
なお上記各実施形態では、道路形状計測装置はナビゲーションシステムの道路情報として用いるための、道路の形状のデータを収集する計測車両に適用したものを示したが、個々の一般車両に適用し、データを収集するのではなく、走行中にリアルタイムで得られる道路形状のデータを車両の制御ＥＣＵに出力する構成とし、車両の制動操作やギアチェンジ等の制御にフィードバックするようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の道路形状計測装置を搭載した車両を示す図である。
【図２】本発明の第１の道路形状計測装置を搭載した車両の作動を説明する第１の図である。
【図３】本発明の第１の道路形状計測装置を搭載した車両の作動を説明する第２の図である。
【図４】本発明の第１の道路形状計測装置の作動を説明するフローチャートである。
【図５】本発明の第２の道路形状計測装置を搭載した車両を示す図である。
【図６】本発明の第２の道路形状計測装置を搭載した車両の作動を説明する図である。
【図７】本発明の第３の道路形状計測装置を搭載した車両を示す図である。
【図８】本発明の第４の道路形状計測装置を搭載した車両を示す図である。
【図９】本発明の第５の道路形状計測装置を搭載した車両を示す図である。
【図１０】本発明の第５の道路形状計測装置の作動を説明するフローチャートである。
【図１１】本発明の第６の道路形状計測装置を搭載した車両を示す図である。
【図１２】本発明の第６の道路形状計測装置の作動を説明するフローチャートである。
【図１３】本発明の第７の道路形状計測装置を搭載した車両を示す図である。
【符号の説明】
１  車両
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ，２Ｆ  道路形状計測装置
３，３Ａ  Ｇセンサ（走行状態検出手段、重力検出手段）
４  ヨーレイトセンサ（走行状態検出手段、慣性力検出手段、旋回角速度検出手段）
５ａ，５ｂ  車輪速センサ（走行状態検出手段、慣性力検出手段、車両速度検出手段）
６ａ，６ｂ，６ｃ  車高センサ（走行状態検出手段、車両高さ検出手段）
７  演算装置（走行状態検出手段、慣性力検出手段、車両加速度算出手段、前後遠心分力算出手段、道路形状演算手段、補正手段、道路勾配算出手段）
７Ａ  演算装置（走行状態検出手段、慣性力検出手段、左右遠心分力算出手段、道路形状演算手段、補正手段、道路勾配算出手段）
７Ｂ  演算装置（道路形状演算手段、曲率算出手段）
７Ｃ，７Ｄ，７Ｅ，７Ｆ  演算装置（走行状態検出手段、慣性力検出手段、車両加速度算出手段、前後遠心分力算出手段、左右遠心分力算出手段、道路形状演算手段、補正手段、道路勾配算出手段、曲率算出手段）
７２  メモリ（基準検出値記憶手段）
７３  外部記憶装置（検出結果記憶手段）
８１  ＣＣＤカメラ（撮影手段）
９  記録装置（画像記憶手段）
【図１】
0003576789.tif 000002
【図２】
0003576789.tif 000003
【図３】
0003576789.tif 000004
【図４】
0003576789.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
0003576789.tif 000008
【図８】
0003576789.tif 000009
【図９】
0003576789.tif 000010
【図１０】
0003576789.tif 000011
【図１１】
0003576789.tif 000012
【図１２】
0003576789.tif 000013
【図１３】
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