(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に作用する加速度を検出する加速度センサと、
上記車両に生じる実加速度を検出する実加速度検出手段と、
上記加速度センサからの出力値に基づき、第１勾配換算値を算出する第１勾配換算値算出手段と、
上記実加速度検出手段からの出力値に基づき、第２勾配換算値を算出する第２勾配換算値算出手段と、
上記第１勾配換算値から上記第２勾配換算値を減算し、減算後の値に対して車両諸元に基づき定数として設定された傾斜ピッチング補正値を乗算して、上記車両がおかれている路面勾配を算出する路面勾配算出手段と
を備えたことを特徴とする路面勾配推定装置。
【請求項２】
上記車両の加減速運転に基づいて上記車両に生じるピッチング角を検出する加減速ピッチング角検出手段を備え、
上記路面勾配算出手段は、上記第１勾配換算値から上記第２勾配換算値と共に上記ピッチング角を減算し、減算後の値に上記傾斜ピッチング補正値を乗算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。
【請求項３】
上記加速度センサ、上記実加速度検出手段、上記路面勾配算出手段の少なくとも何れか一つの出力に所定以上の周波数をカットするローパスフィルタを設け、該ローパスフィルタのカットオフ周波数を上記車両の車速に比例して可変することを特徴とする請求項１または２に記載の路面勾配推定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両がおかれている路面の勾配を推定する路面勾配推定装置に関するものである。
【０００２】
【関連する背景技術】
路面勾配は車両の各種走行制御に利用されており、例えばパラレル式ハイブリッド車両のクリープトルク制御に利用されている。即ち、この種のハイブリッド車両では、運転者のアクセルオフ時にも僅かなトルクを駆動輪に伝達してクリープ現象を発生させているが、このときのクリープトルクを路面勾配に応じて補正することで、路面勾配によるクリープ現象の変化を防止している。
【０００３】
路面勾配の推定装置としては種々のものが実用化されており、例えば車両に装着した加速度センサの出力値に基づいて路面勾配を推定するものを挙げることができる。以下に推定原理を説明すると、図７に示すように車両が傾斜路を走行中の場合、重力加速度ｇには路面と平行な成分が発生して（以下、勾配による加速度Ｇrという）、この加速度Ｇrに実際の車両の前後加速度Ｇvを加算した値Ｇsが加速度センサにより検出される。従って、例えば車輪速センサの出力値等に基づいて実際の車両の前後加速度Ｇvを算出し、次式(13)に従ってセンサ出力値Ｇsから前後加速度Ｇvを減算すれば、勾配による加速度Ｇrを算出でき、更に、この勾配による加速度Ｇrから次式(14)に従って路面傾斜角θを求めることができる。
【０００４】
Ｇr＝Ｇs−Ｇv ………(13)
sinθ＝Ｇr／ｇ ………(14)
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、加速度センサの出力値Ｇsに影響を及ぼす要因は勾配による加速度Ｇrに限らず、前後のサスペンション変位等に伴って車両の前後姿勢が変化したときにも（以下、この現象をピッチングという）、同様に加速度センサの出力値Ｇsが影響を受ける。
【０００６】
このようなピッチングは傾斜路の走行や車両の加減速に伴って発生し、例えば傾斜路では、平坦路に比較して車両の前後荷重（前後サスペンションに作用する荷重）が増減するため、これに伴って車両にピッチングが生じ、加減速時も同様に、定速走行時に比較して前後荷重が増減することでピッチングが生じ、結果として加速度センサの出力値Ｇsに誤差が発生する。そして、上記した路面勾配推定装置では、これらの要因を全く考慮しないため、路面勾配を十分な精度で推定することができなかった。
【０００７】
本発明の目的は、車両のピッチングにより加速度センサの出力値に生じる誤差を解消し、もって路面勾配を高精度で推定することができる路面勾配推定装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、車両に作用する加速度を検出する加速度センサと、車両に生じる実加速度を検出する実加速度検出手段と、加速度センサからの出力値に基づき、第１勾配換算値を算出する第１勾配換算値算出手段と、実加速度検出手段からの出力値に基づき、第２勾配換算値を算出する第２勾配換算値算出手段と、第１勾配換算値から第２勾配換算値を減算し、減算後の値に対して車両諸元に基づき定数として設定された傾斜ピッチング補正値を乗算して、車両がおかれている路面勾配を算出する路面勾配算出手段とを備えたものである。
【０００９】
傾斜路で走行中或いは停車中の車両はサスペンションやタイヤの変位等により路面勾配に応じたピッチング角を生じ、このときのピッチング角による影響を加速度センサが受ける。従って、加速度センサの出力値には、車両に生じる実加速度と路面勾配による加速度に加えて、路面勾配に起因するピッチングによる加速度が誤差として含まれることになる。加速度センサの出力値は第１勾配換算値算出手段により第１勾配換算値に換算され、実加速度は第２勾配換算値算出手段により第２勾配換算値に換算され、一方、路面勾配に応じたピッチング角を補正するための傾斜ピッチング補正値が予め車両諸元に基づき定数として設定される。そして、第１勾配換算値から第２勾配換算値が減算され、減算後の値に傾斜ピッチング補正値が乗算されて路面勾配が算出されるため、結果として路面勾配に起因する車両のピッチングにより加速度センサの出力値に生じる誤差が解消される。
【００１１】
更に、請求項２の発明では、車両の加減速運転に基づいて車両に生じるピッチング角を検出する加減速ピッチング角検出手段を備え、路面勾配算出手段が、第１勾配換算値から第２勾配換算値と共にピッチング角を減算し、減算後の値に傾斜ピッチング補正値を乗算するものである。加減速時の車両は、加速時に後輪側に、減速時に前輪側に荷重が移動し、結果としてサスペンションやタイヤの変位等を生じて、車両には加減速に応じたピッチング角が生じる。このピッチング角が加減速ピッチング角検出手段により検出されて、路面勾配算出手段による路面勾配の算出に適用されるため、結果として加減速に起因した車両のピッチングによるセンサ出力値の誤差が解消される。
更に、請求項３の発明では、加速度センサ、実加速度検出手段、路面勾配算出手段の少なくとも何れか一つの出力に所定以上の周波数をカットするローパスフィルタを設け、ローパスフィルタのカットオフ周波数を車両の車速に比例して可変するものである。
従って、ローパスフィルタのカットオフ周波数は車速に比例して可変され、このローパスフィルタにより所定以上の周波数がカットされることで、路面凹凸や車両挙動の過渡変化に起因して発生する路面勾配の推定誤差が低減される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した路面勾配推定装置の一実施形態を説明する。
本実施形態の路面勾配推定装置が搭載された車両はパラレル式のハイブリッド車両として構成されており、エンジン及びモータを走行用の駆動源としている。図１は本実施形態の路面勾配推定装置を示す全体構成図であり、路面勾配推定装置の全体的な制御を実行するＥＣＵ（電子コントロールユニット）１は車室内に設置され、図示しない入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えている。ＥＣＵ１の入力側には、車両の車輪速Ｎwを検出する実加速度検出手段としての車輪速センサ２、前後方向の車体加速度Ｇsを検出する加速度センサ３、及び図示しない各種センサ類が接続されており、一方、ＥＣＵ１の出力側には、上記エンジン及びモータの作動状態を制御するための各種デバイス類が接続されている。上記加速度センサ３は、例えば揺動可能に支持された錘の移動量に基づき、車両に作用する前後加速度を車体加速度Ｇsとして検出するように構成されている。
【００１３】
そして、ＥＣＵ１はエンジンの運転状態を制御すると共に、図示しないコントローラを介してモータの駆動及び回生状態を制御し、エンジンやモータにより車両を走行させる。又、ＥＣＵ１は運転者のアクセルオフ時にクリープトルク制御を実行し、モータトルクを調整したり、エンジン及びモータの出力側に設けられたクラッチの係合状態を調整したりして、僅かなトルクを駆動輪に伝達してクリープ現象を発生させる。一方、ＥＣＵ１はアイドルストップ制御を実行し、停車時においてアクセルオフ等の所定の停止条件が満たされるとエンジンを自動停止し、更にアクセルオン等の所定の始動条件によりエンジンを自動始動する。
【００１４】
一方、図２はＥＣＵが実行する路面勾配の推定手順を示すブロック図であり、この手順に従ってＥＣＵ１により路面勾配が推定される。ここで、同図に示す推定手順は、路面傾斜角（路面勾配）θrを算出するための次式(1)に基づいて設定されたものであり、同式(1)が導き出された根拠については後述する。
θr=[θs-(Gv/9.8・W・h・Kf+Gv/9.8・W・h・Kr)/(l2・Kf・Kr)-sin-1(Gv/9.8)]
・(l2・Kf・Kr)/(l2・Kf・Kr+W・h・Kf+W・h・Kr) ………(1)
ここに、θsは車体加速度Ｇsを角度換算したセンサ出力傾斜角、Ｇvは車輪速Ｎwより求めた車輪加速度、Ｗは車両重量、ｈは重心高さ、ｌはホイールベース、Ｋfは前輪サスペンションのバネ定数、Ｋrは後輪サスペンションのバネ定数である。
【００１５】
以下、図２に従ってＥＣＵによる路面勾配の推定手順を説明すると、まず、上記加速度センサ３により検出された車体加速度Ｇsは、第１ローパスフィルタ１１ａ及び第２ローパスフィルタ１１ｂを経て傾斜角換算部１２に入力される。傾斜角換算部１２では車体加速度Ｇsを傾斜角に換算（sin-1Ｇs）し、上式(1)中のセンサ出力傾斜角θsとして減算処理部１３に入力する（第１勾配換算値算出手段）。
【００１６】
又、上記車輪速センサ２により検出された車輪速Ｎwは、第１ローパスフィルタ１４ａを経て微分処理部１５に入力される。微分処理部１５では車輪速Ｎwを微分処理して上記車輪加速度Ｇvを算出し（実加速度検出手段）、この車輪加速度Ｇvは第２ローパスフィルタ１４ｂを経て傾斜角換算部１６で傾斜角に換算（sin-1Ｇv）され、換算後の値が加速度換算傾斜角θvとして上記減算処理部１３に入力される（第２勾配換算値算出手段）。つまり、加速度換算傾斜角θvは、上式(1)中のsin-1(Gv/9.8)に相当するものである。減算処理部１３では入力されたセンサ出力傾斜角θsから加速度換算傾斜角θvが減算され、減算後の値θs−θvが減算処理部１７に入力される。
【００１７】
尚、本実施形態では、車輪速Ｎwから求めた車輪加速度Ｇvを車両に生じる実加速度として利用したが、路面に対する車両の加速度を検出可能なものであればよく、例えば車輪速Ｎwに代えて車速センサや非接触型レーザを用いて車速を検出し、この車速から実加速度を求めてもよい。
一方、上記車輪加速度Ｇvは前輪及び後輪のピッチング角算出部１８ａ，１８ｂに入力され、この車輪加速度Ｇvに基づいて、前輪ピッチング角算出部１８ａでは、前輪側のサスペンション変位に起因して発生するピッチング角(2・h・W)/(9.8・l2・Kf)が算出され、後輪ピッチング角算出部では、後輪側のサスペンション変位に起因して発生するピッチング角(2・h・W)/(9.8・l2・Kr)が算出される。これらのピッチング角は加算処理部１９で加算され、加算後の値が加減速ピッチング角θp2として上記減算処理部１７に入力される（加減速ピッチング角検出手段）。つまり、加減速ピッチング角θp2は、上式(1)中のGv/9.8・W・h・Kf+Gv/9.8・W・h・Kr)/(l2・Kf・Kr)に相当するものである。
【００１８】
減算処理部１７では、上記した値θs−θvから更に加減速ピッチング角θp2が減算され、減算後の値θs−θv−θp2が乗算処理部２０に入力される。乗算処理部２０では、入力された値θs−θv−θp2に傾斜ピッチング補正値Ｋap｛=(l2・Kf・Kr)/(l2・Kf・Kr+W・h・Kf+W・h・Kr)｝が乗算され、乗算後の値がローパスフィルタ２１を経て路面傾斜角θrとして出力される（路面勾配算出手段）。
【００１９】
上記傾斜ピッチング補正値Ｋapとしては、上式(1)中の(l2・Kf・Kr)/(l2・Kf・Kr+W・h・Kf+W・h・Kr)が設定されており、この傾斜ピッチング補正値Ｋapの乗算処理が、後述する傾斜ピッチング角θp1の減算処理に相当する。そして、傾斜ピッチング補正値Ｋapは車両の諸元から確定できることから、計算上は予め設定された定数として取り扱われる。
【００２０】
尚、上記各ローパスフィルタ１１ａ，１１ｂ，１４ａ，１４ｂ，２１は、路面凹凸や車両挙動の過渡変化に起因して発生する路面傾斜角θrの推定誤差を低減するためのものであり、路面勾配の変化に比較して路面凹凸や車両挙動の変化が急激に生じることを利用し、所定以上の周波数をカットすることで、これらの要因の影響を排除している。各ローパスフィルタ１１ａ，１１ｂ，１４ａ，１４ｂ，２１のカットオフ周波数は、車輪速Ｎwから求めた車速Ｖに比例して可変され、路面凹凸や車両挙動が急激に作用する高車速域ほど、カットオフ周波数を高く設定している。
【００２１】
そして、以上のようにして推定された路面傾斜角θrは、ＥＣＵ１による車両の各種走行制御に利用される。例えば、上記したクリープトルク制御では、路面傾斜角θrに応じてクリープトルクを補正して、路面勾配に関わらず一定のクリープ現象を発生させる。又、アイドルストップ制御では、所定以上の路面傾斜角θrでの停車時にアイドルストップを禁止し、モータのみで再発進したときの発進トルクの不足による車両の後退りを防止する。
【００２２】
次に、上式(1)が導き出された根拠について説明する。
加速度センサ３にて検出された車体加速度Ｇsは、路面勾配による加速度のみならず、前後のサスペンション変位に伴って車両にピッチング（前後姿勢の変化）が生じた場合でも影響を受ける。このようなピッチングは車両の前後荷重配分の変化に伴って発生するものであり、その要因として、路面勾配に起因するもの（上記傾斜ピッチング角θp1）と車両の加減速に起因するもの（上記加減速ピッチング角θp2）が挙げられる。即ち、傾斜路での走行時には、登坂路で後輪側に、降坂路で前輪側に荷重が移動し、結果として路面傾斜角θrに応じた前後のサスペンション変位が生じる。又、車両の加減速時には、加速時に後輪側に、減速時に前輪側に荷重が移動し、結果として車両の加速度（上記車輪加速度Ｇv）に応じた前後のサスペンション変位が生じる。
【００２３】
つまり、傾斜ピッチング角θp1によって発生する加速度をＧp1、加減速ピッチング角θp2によって発生する加速度をＧp2とすると、図３に示すように傾斜路上で車両が加減速した場合、加速度センサ３にて検出された車体加速度Ｇsには、実加速度を表す車輪加速度Ｇvと路面勾配による加速度Ｇrに加えて、車両のピッチングによる加速度Ｇp1,θp2が誤差として含まれることになる。よって、正確な路面傾斜角θrを求めるには、これらの加速度Ｇp1,Ｇp2の影響を車体加速度Ｇsから排除する必要がある。
【００２４】
まず、路面勾配に起因する傾斜ピッチング角θp1を解析する。ここで、計算の簡略化のために、以下の条件を前提とする。
１）車両の前後方向の重心位置はホイールベースｌの中心とする。
２）サスペンションのバネ定数に比較して極小なタイヤのバネ定数は考慮しない。
３）前後輪の接地点は勾配路でも平坦路でも変化しないものとする。
【００２５】
図４は路面勾配による傾斜ピッチング角θp1の発生状況を示す説明図である。この図に示すように、傾斜路で走行中或いは停車中の車両は、前後のタイヤで路面上に接すると共に、ホイールベースｌの中心から重心高さｈだけ上方の重心位置に、車重Ｗにより路面に平行な力Ｆaを受けることになる。尚、図では登坂路の場合を示しているが、降坂路の場合も力Ｆaの作用方向が逆になる他は同様である。
【００２６】
このときの車両に作用するモーメントは、図５に示す模式図として表すことができる。即ち、ホイールベースｌの中心を回転中心とし、この回転中心から重心高さｈだけ離間した位置に力Ｆaを受け、その結果、前後輪の接地点に互いに逆方向の等しい力が作用する。これによる前軸荷重及び後軸荷重の変化量ΔＷaf,ΔＷarは、次式(2)で表される。
【００２７】
ΔWaf=ΔWar=[(Fa・h)/2]/(l/2)=Fa・h/l ………(2)
但し、変化量ΔＷaf,ΔＷarの極性は常に正逆反対となる。この前後軸の荷重変化による前後輪のサスペンション変位量ΔＸaf,ΔＸarは、次式(3),(4)で表される。
ΔXaf＝ΔWaf/Kf ………(3)
ΔXar＝ΔWar/Kr ………(4)
尚、Ｋf,Ｋrは、上記のように前後輪サスペンションのバネ定数である。
【００２８】
その結果、傾斜によるピッチング角θp1は、次式(5)で表される。
θp1=tan-1[(ΔXaf+ΔXar)/l] ………(5)
次に、加減速によって発生する車両のピッチング角θp2を解析する。図６は車両の加減速による加減速ピッチング角θp2の発生状況を示す説明図であり、このときの車両は、加減速により傾斜路に平行な力Ｆv（＝Ｗ・Ｇv/９．８）を重心位置に受けることになる。従って、車両に作用するモーメントは、上記した路面の傾斜による場合と同じく図５の模式図で表すことができ、このときの前軸荷重及び後軸荷重の変化量ΔＷvf,ΔＷvrは、次式(6)で表される。
【００２９】
ΔWvf=ΔWvr=[(Fv・h)/2]/(l/2)=Fv・h/l ………(6)
この前後軸の荷重変化による前後輪のサスペンション変位量ΔＸvf,ΔＸvrは、次式(7),(8)で表される。
ΔXvf＝ΔWvf/Kf ………(7)
ΔXvr＝ΔWvr/Kr ………(8)
その結果、加減速によるピッチング角θp2は、次式(9)で表される。
【００３０】
θp2=tan-1[(ΔXvf+ΔXvr)/l] ………(9)
ここで、図３に基づいて、上記路面傾斜角θr、センサ出力傾斜角θs（車体加速度Ｇsの角度換算値）、加速度換算傾斜角θv（車輪加速度Ｇvの角度換算値）、ピッチング角θp1,θp2との関係をまとめると、次式(10)が成立する。
θs=θr+θp1+θp2+θv ………(10)
上式(10)は次式(11)のように変換できる。
【００３１】
0004696214.tif 000002
ここで、θ<<１の領域を考え、sinθ＝θで近似する（１/２勾配で誤差３．５％）。同様にθ<<１の領域ではcosθ＝１となるので、tanθ＝sinθ/cosθからtanθ＝θとする（１/２勾配で誤差７．８％）。よって、tan-1θ＝θと近似することでθrについて整理すると次式(12)が得られ、同式(12)から上式(1)を導き出すことができる。
【００３２】
0004696214.tif 000003
本実施形態の路面勾配推定装置では、このようにして導き出された上式(1)に基づく手順（図２のブロック図）に従って路面傾斜角θrが算出され、路面勾配や車両の加減速に起因してサスペンション変位が生じたときのピッチング角θp1,θp2が路面傾斜角θrから排除される。その結果、これらのピッチング角θp1,θp2により加速度センサ３の出力値Ｇsに生じる誤差を解消し、もって路面勾配の推定精度を大幅に向上させることができる。
【００３３】
従って、推定した路面傾斜角θrを利用して車両の走行制御をより的確に実施可能となり、例えば上記したクリープトルク制御では、路面勾配に影響されることなく一定のクリープ現象を確実に発生でき、又、アイドルストップ制御では、的確なアイドルストップ判定により再発進時の車両の後退りを確実に防止できる。
【００３４】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、路面勾配に起因して発生するピッチング角θp1と車両の加減速に起因して発生するピッチング角θp2とを共に考慮したが、何れか一方を省略したり、或いは、別の要因により発生したピッチング角を加えたりしてもよい。尚、ピッチング角θp1を省略する場合には、図２中の乗算処理部２０による処理を省き、ピッチング角θp2を省略する場合には、図２中のピッチング角算出部１８ａ，１８ｂ、加算処理部１９、減算処理部１７を省けばよい。
【００３５】
又、上記実施形態では、車両に生じるピッチングを解析して上式(1)を求める際に、計算の簡略化のために条件１）〜３）を設定したが、これらの条件を定めることなく、より実状に則した解析を行ってもよい。具体的には、条件１）を設定せずに、実際の車両の重心位置を考慮したり、条件２）を設定せずに、タイヤのバネ定数を考慮したり、条件３）を設定せずに、前後輪の接地点を考慮したりしてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の路面勾配推定装置によれば、車両に生じるピッチング角を検出し、このピッチング角を道路勾配の算出処理に適用するようにしたため、車両のピッチングにより加速度センサの出力値に生じる誤差を解消し、もって路面勾配を高精度で推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の路面勾配推定装置を示す全体構成図である。
【図２】ＥＣＵが実行する路面勾配の推定手順を示すブロック図である。
【図３】車両のピッチングに伴ってセンサ出力値に発生する誤差を示す説明図である。
【図４】路面勾配による傾斜ピッチング角の発生状況を示す説明図である。
【図５】路面勾配及び車両の加減速により発生するモーメントを示す模式図である。
【図６】車両の加減速による加減速ピッチング角の発生状況を示す説明図である。
【図７】従来技術による路面勾配の推定手法を示す説明図である。
【符号の説明】
１  ＥＣＵ（実加速度検出手段、ピッチング角検出手段、路面勾配ピッチング角検出手段、加減速ピッチング角検出手段、第1勾配換算値算出手段、第２勾配換算値算出手段、路面勾配算出手段）
２  車輪速センサ（実加速度検出手段）
３  加速度センサ
【図１】
0004696214.tif 000004
【図２】
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【図３】
0004696214.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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