(57)【要約】【課題】道路標高形状を推定するために予め記憶させるデータ量の増大化を抑制する。【解決手段】道路標高形状予測部７は、自車位置センサ３が取得した３つの地点の標高値（第１〜第３の標高値）と車速センサ２が検出した車速Ｖを用いて演算した各地点までの走行距離（第１〜第３の走行距離）とを用いた演算によって３つの地点を通る２次関数を特定する。道路勾配推定部８は、道路標高形状予測部７が特定した２次関数を用いて車両１の走行方向前方の道路勾配を演算する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
道路標高形状を、距離と標高値とを座標軸とする直交座標系において前記距離を２次項の独立変数とする２次関数と看做して推定する
ことを特徴とする道路標高形状推定装置。
【請求項２】
車両に搭載される請求項１に記載の道路標高形状推定装置であって、
前記車両の標高値を外部との通信又は検出によって取得する標高値取得手段と、
前記車両の走行距離を検出する走行距離検出手段と、
前記標高値取得手段が取得した前記車両の標高値と前記走行距離検出手段が検出した前記車両の走行距離とを用いて道路標高形状を予測する道路標高形状予測手段と、を備え、
前記標高値取得手段は、異なる３つの地点を含む任意の複数の地点で各地点の標高値を順次取得し、
前記走行距離検出手段は、所定の基準地点から前記複数の地点までの走行距離をそれぞれ検出し、
前記道路標高形状は、前記車両の走行距離と標高値とを座標軸とする直交座標系において、前記複数の地点によって一意的に特定され、前記車両の走行距離を２次項の独立変数とする２次関数によって表され、
前記道路標高形状予測手段は、前記標高値取得手段が取得した前記複数の地点の標高値と前記走行距離検出手段が検出した前記複数の地点までの走行距離とを用いた演算によって前記２次関数を特定する
ことを特徴とする道路標高形状推定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の道路標高形状推定装置であって、
前記任意の複数の地点は、第１地点と第２地点と第３地点とを含み、
前記標高値取得手段は、前記第１地点で第１の標高値を取得し、前記第１地点を通過した後の前記第２地点で第２の標高値を取得し、前記第２地点を通過した後の前記第３地点で第３の標高値を取得し、
前記走行距離検出手段は、前記基準地点から前記第１地点までの第１の走行距離と、前記基準地点から前記第２地点までの第２の走行距離と、前記基準地点から前記第３地点までの第３の走行距離とをそれぞれ検出し、
前記道路標高形状を表す前記２次関数は、前記直交座標系において、前記第１地点と前記第２地点と前記第３地点とを通り、
前記道路標高形状予測手段は、前記標高値取得手段が取得した第１〜第３の標高値と前記走行距離検出手段が検出した第１〜第３の走行距離とを用いた演算によって前記２次関数を特定し、
前記道路勾配推定手段は、前記第３の地点に到達した前記車両の走行方向前方の道路勾配を、前記道路標高形状予測手段が特定した２次関数を用いて演算する
ことを特徴とする道路標高形状推定装置。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載の道路標高形状推定装置であって、
前記標高値取得手段が取得した標高値をフィルタ処理するローパスフィルタを備え、
前記道路標高形状予測手段は、前記ローパスフィルタによってフィルタ処理された標高値を用いた演算によって前記２次関数を特定する
ことを特徴とする道路標高形状推定装置。
【請求項５】
車両に搭載されて道路勾配を推定する道路勾配推定装置であって、
請求項２〜請求項４の何れか１項に記載の道路標高形状推定装置と、
前記複数の地点のうち最後の地点に到達した前記車両の走行方向前方の任意の場所の道路勾配を、前記道路標高形状予測手段が特定した２次関数を用いて演算する道路勾配推定手段と、を備える
ことを特徴とする道路勾配推定装置。
【請求項６】
車両に搭載される請求項１に記載の道路標高形状推定装置であって、
前記車両が走行する走行路の道路標高形状を、複数に分割された前記走行路の各区間の道路標高形状データとして、前記各区間に対応付けて予め記憶する道路標高形状記憶手段と、
前記複数の区間から１つの区間を特定し、特定した区間に対応する道路標高形状データを、前記道路標高形状記憶手段が記憶する複数の道路標高形状データから抽出する道路標高形状抽出手段と、を備え、
前記道路標高形状データは、前記走行路に沿った距離と標高値とを座標軸とする直交座標系において前記距離を２次項の独立変数とする２次関数によって表される
ことを特徴とする道路標高形状推定装置。
【請求項７】
車両に搭載されて道路勾配を推定する道路勾配推定装置であって、
請求項６に記載の道路標高形状推定装置と、
前記道路標高形状抽出手段が特定した前記１つの区間に含まれる任意の場所の道路勾配を、前記道路標高形状抽出手段が抽出した２次関数を用いて演算する道路勾配推定手段と、を備える
ことを特徴とする道路勾配推定装置。
【請求項８】
道路標高形状を、距離と標高値とを座標軸とする直交座標系において前記距離を２次項の独立変数とする２次関数と看做して推定する
ことを特徴とする道路標高形状推定方法。
【請求項９】
請求項８に記載の道路標高形状推定方法であって、
異なる３つの地点を含む任意の複数の地点での車両の標高値を外部との通信又は検出によって順次取得する標高値取得ステップと、
所定の基準地点から前記複数の地点までの前記車両の走行距離をそれぞれ検出する走行距離検出ステップと、
前記車両の走行距離と標高値とを座標軸とする直交座標系において、前記複数の地点によって一意的に特定され、前記車両の走行距離を２次項の独立変数とする２次関数を、前記標高値取得ステップで取得した標高値と前記走行距離検出ステップで検出した走行距離とを用いた演算によって特定する２次関数特定ステップと、を備える
ことを特徴とする道路標高形状推定方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の道路標高形状推定方法であって、
前記標高値取得ステップは、任意の第１地点での車両の標高値を第１の標高値として取得する第１標高値取得ステップと、前記第１地点を通過した後の任意の第２地点での前記車両の標高値を第２の標高値として取得する第２標高値取得ステップと、前記第２地点を通過した後の任意の第３地点での前記車両の標高値を第３の標高値として取得する第３標高値取得ステップと、を有し、
前記走行距離検出ステップは、前記基準地点から前記第１地点までの前記車両の走行距離を第１の走行距離として検出する第１走行距離検出ステップと、前記基準地点から前記第２地点までの前記車両の走行距離を第２の走行距離として検出する第２走行距離検出ステップと、前記基準地点から前記第３地点までの前記車両の走行距離を第３の走行距離として検出する第３走行距離検出ステップと、を有し、
前記２次関数は、前記直交座標系において、前記第１地点と前記第２地点と前記第３地点とを通り、
前記２次関数特定ステップでは、前記取得した第１〜第３の標高値と前記検出した第１〜第３の走行距離とを用いた演算によって前記２次関数を特定する
ことを特徴とする道路標高形状推定方法。
【請求項１１】
請求項９又は請求項１０に記載の道路標高形状推定方法であって、
前記標高値取得ステップで取得した標高値をローパスフィルタによってフィルタ処理するフィルタ処理ステップを備え、
前記道路標高形状予測ステップでは、前記フィルタ処理ステップでフィルタ処理された標高値を用いた演算によって前記２次関数を特定する
ことを特徴とする道路標高形状推定方法。
【請求項１２】
請求項９〜請求項１１の何れか１項に記載の道路標高形状推定方法を含む道路勾配推定方法であって、
前記複数の地点のうち最後の地点に到達した前記車両の走行方向前方の任意の場所の道路勾配を、前記特定した２次関数を用いて演算する道路勾配演算ステップを備えた
ことを特徴とする道路勾配推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、道路標高形状を推定する道路標高形状推定装置及び道路標高形状推定方法、並びに道路勾配を推定する道路勾配推定装置及び道路勾配推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両前方の道路勾配の変化を予測し、早めに加減速を開始することによって、燃費の向上に寄与することが知られている。特に、大型車の場合、乗用車と比較して加速性能が低いため、道路勾配を予測して加減速を行うことによる燃費向上の効果は高い。
【０００３】
特許文献１には、ＧＰＳ受信機とナビソフトとメッシュ標高データとを備えたナビゲーション装置が記載されている。メッシュ標高データとは、国土地理院により提供される標高データである。ナビゲーション装置は、ＧＰＳによって受信した自車の現在位置（緯度及び経度）と、ナビソフトが記憶する道路データ等の地図情報と、メッシュ標高データとを用いて、自車の前方の道路勾配を算出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−５０７４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、メッシュ標高データを用いて道路勾配を算出するので、ナビゲーション装置に予め記憶させるデータ量が増大化する。
【０００６】
そこで、本発明は、予め記憶させるデータ量の増大化を抑制することが可能な道路標高形状推定装置、道路勾配推定装置、道路標高形状推定方法及び道路勾配推定方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成すべく、本発明の道路標高形状推定装置の第１の態様は、道路標高形状を、距離と標高値とを座標軸とする直交座標系において前記距離を２次項の独立変数とする２次関数と看做して推定する。
【０００８】
本発明の道路標高形状推定装置の第２の態様は、上記第１の態様に係る道路標高形状推定装置であって、標高値取得手段と、走行距離検出手段と、道路標高形状予測手段とを備え、車両に搭載される。
【０００９】
標高値取得手段は、外部との通信又は検出によって車両の標高値を取得する。走行距離検出手段は、車両の走行距離を検出する。
【００１０】
道路標高形状予測手段は、前記標高値取得手段が取得した前記車両の標高値と前記走行距離検出手段が検出した前記車両の走行距離とを用いて道路標高形状を予測する。道路勾配推定手段は、道路標高形状予測手段が予測した道路標高形状を用いて車両前方の道路勾配を推定する。
【００１１】
標高値取得手段は、異なる３つの地点を含む任意の複数の地点で各地点の標高値を順次取得する。走行距離検出手段は、所定の基準地点から上記複数の地点までの走行距離をそれぞれ検出する。
【００１２】
道路標高形状は、車両の走行距離と標高値とを座標軸とする直交座標系において、上記複数の地点によって一意的に特定され、車両の走行距離を２次項の独立変数とする２次関数によって表される。道路標高形状予測手段は、標高値取得手段が取得した上記複数の地点の標高値と走行距離検出手段が検出した上記複数の地点までの走行距離とを用いた演算によって２次関数（道路標高形状）を特定する。
【００１３】
上記複数の地点の数は、３つであってもよく、４つ以上であってもよい。複数の地点の数が３つの場合、道路標高形状は、３つの地点を通る２次関数によって表される。また、複数の地点の数が４つ以上の場合、道路標高形状は、複数の地点から最小二乗法等によって一意的に特定される２次関数（近似曲線）によって表される。
【００１４】
上記構成では、道路標高形状予測手段は、標高取得手段が取得した各地点の標高値と走行距離検出手段が検出した各地点までの走行距離とを用いた演算によって２次関数（道路標高形状）を特定する。このように、道路標高形状（２次関数）は、取得した複数の地点の標高値と検出した各地点までの走行距離とによって特定されるので、予め記憶させるデータ量の増大化を抑制することができる。
【００１５】
また、複数の地点の数が３つの場合、標高値取得手段は、任意の第１地点で第１の標高値を取得し、第１地点を通過した後の任意の第２地点で第２の標高値を取得し、第２地点を通過した後の任意の第３地点で第３の標高値を取得する。走行距離検出手段は、基準地点から第１地点までの第１の走行距離と、基準地点から第２地点までの第２の走行距離と、基準地点から第３地点までの第３の走行距離とをそれぞれ検出する。道路標高形状を表す２次関数は、直交座標系において、第１地点と第２地点と第３地点とを通る。道路標高形状予測手段は、標高値取得手段が取得した第１〜第３の標高値と走行距離検出手段が検出した第１〜第３の走行距離とを用いた演算によって２次関数を特定する。道路勾配推定手段は、第３の地点に到達した車両の走行方向前方の道路勾配を、道路標高形状予測手段が特定した２次関数を用いて演算する。
【００１６】
上記構成では、３つの地点を通る２次関数によって道路標高形状が表されるので、２次関数を簡易な演算処理によって算出することができ、道路標高形状予測手段の処理負担を軽減することができる。
【００１７】
また、道路勾配推定装置は、標高値取得手段が取得した標高値をフィルタ処理するローパスフィルタを備えてもよい。道路標高形状予測手段は、ローパスフィルタによってフィルタ処理された標高値を用いた演算によって２次関数を特定する。
【００１８】
上記構成では、ローパスフィルタによって標高値の誤差が低減するので、２次曲線による道路標高形状の推定精度を向上させることができる。
【００１９】
本発明の道路勾配推定装置の第１の態様は、上記第２の態様に係る道路標高形状推定装置と、道路勾配推定手段とを備え、車両に搭載される。
【００２０】
道路勾配推定手段は、上記複数の地点のうち最後の地点に到達した車両の走行方向前方の任意の場所の道路勾配を、道路標高形状予測手段が特定した２次関数を用いて演算する。
【００２１】
上記構成では、道路標高形状予測手段は、標高取得手段が取得した各地点の標高値と走行距離検出手段が検出した各地点までの走行距離とを用いた演算によって２次関数（道路標高形状）を特定し、道路勾配推定手段は、道路標高形状予測手段が特定した２次関数を用いて車両の走行方向前方の道路勾配を演算する。すなわち、複数の地点によって一意的に特定される２次関数によって車両前方の道路勾配が演算される。従って、ナビゲーション装置を用いることなく、簡単な装備及び処理によって車両前方の道路勾配を推定することができる。
【００２２】
また、本発明の道路標高形状推定方法の第１の態様は、道路標高形状を、距離と標高値とを座標軸とする直交座標系において前記距離を２次項の独立変数とする２次関数と看做して推定する。
【００２３】
本発明の道路標高形状推定方法の第２の態様は、上記第１の態様に係る道路標高形状推定方法であって、標高値取得ステップと、走行距離検出ステップと、２次関数特定ステップとを備える。
【００２４】
標高値取得ステップでは、異なる３つの地点を含む任意の複数の地点での車両の標高値を外部との通信又は検出によって順次取得する。走行距離検出ステップでは、所定の基準地点から前記複数の地点までの前記車両の走行距離をそれぞれ検出する。
【００２５】
２次関数特定ステップでは、車両の走行距離と標高値とを座標軸とする直交座標系において、上記複数の地点によって一意的に特定され、車両の走行距離を２次項の独立変数とする２次関数を、前記標高値取得ステップで取得した標高値と前記走行距離検出ステップで検出した走行距離とを用いた演算によって特定する。
【００２６】
上記方法では、２次関数特定ステップでは、標高値取得ステップで取得した各地点の標高値と走行距離検出ステップで検出した各地点までの走行距離とを用いた演算によって２次関数を特定する。このように、道路標高形状（２次関数）は、取得した複数の地点の標高値と検出した各地点までの走行距離とによって特定されるので、予め記憶させるデータ量の増大化を抑制することができる。
【００２７】
また、標高値取得ステップは、任意の第１地点での車両の標高値を第１の標高値として取得する第１標高値取得ステップと、前記第１地点を通過した後の任意の第２地点での前記車両の標高値を第２の標高値として取得する第２標高値取得ステップと、前記第２地点を通過した後の任意の第３地点での前記車両の標高値を第３の標高値として取得する第３標高値取得ステップと、を有してもよい。走行距離検出ステップは、前記基準地点から前記第１地点までの前記車両の走行距離を第１の走行距離として検出する第１走行距離検出ステップと、前記基準地点から前記第２地点までの前記車両の走行距離を第２の走行距離として検出する第２走行距離検出ステップと、前記基準地点から前記第３地点までの前記車両の走行距離を第３の走行距離として検出する第３走行距離検出ステップと、を有してもよい。この場合、２次関数は、直交座標系において、第１地点と第２地点と第３地点とを通る。２次関数特定ステップでは、標高値取得ステップで取得した第１〜第３の標高値と走行距離検出ステップで検出した第１〜第３の走行距離とを用いた演算によって２次関数を特定する。道路勾配演算ステップでは、第３地点に到達した車両の走行方向前方の道路勾配を、２次関数特定ステップで特定した２次関数を用いて演算する。
【００２８】
上記方法では、３つの地点を通る２次関数によって道路標高形状が表されるので、２次関数を簡易な演算処理によって算出することができ、２次関数特定ステップにおける処理負担を軽減することができる。
【００２９】
また、道路勾配推定方法は、標高値取得ステップで取得した標高値をローパスフィルタによってフィルタ処理するフィルタ処理ステップを備えてもよい。道路標高形状予測ステップでは、ローパスフィルタによってフィルタ処理された標高値を用いた演算によって２次関数を特定する。
【００３０】
上記方法では、ローパスフィルタによって標高値の誤差が低減するので、２次曲線による道路標高形状の推定精度を向上させることができる。
【００３１】
なお、基準地点は、複数の地点のうちの１つの地点（例えば、第1地点や第２地点や第３地点）であってもよく、他の地点であってもよい。複数の地点が３つ(第１地点と第２地点と第３地点)であり、車両の走行方向を正方向とした場合、第１地点を通過した後であって第２地点に到達する前の地点を基準地点とすると、第１の走行距離は負の値として検出され、第２地点を通過した後であって第３地点に到達する前の地点を基準地点とすると、第1及び第２の走行距離は負の値として検出され、第３地点を通過した後の地点を基準地点とすると、第１〜第３の走行距離は負の値として検出される。また、基準地点を第１地点とする場合、第１の走行距離は常にゼロであるため、第１の走行距離の検出を省略することができ、基準地点を第２地点とする場合、第２の走行距離は常にゼロであるため、第２の走行距離の検出を省略することができ、基準地点を第３地点とする場合、第３の走行距離は常にゼロであるため、第３の走行距離の検出を省略することができる。さらに、標高値の座標軸が基準地点を通るように直交座標系を設定することによって、検出される走行距離(例えば、第１〜第３の走行距離)をそのまま直交座標系の値として用いることができる。
【００３２】
本発明の道路勾配推定方法は、上記第２の態様に係る道路標高形状推定方法を含み、道路勾配演算ステップを備える。
【００３３】
道路勾配演算ステップでは、上記複数の地点のうち最後の地点に到達した車両の走行方向前方の任意の場所の道路勾配を、上記２次関数特定ステップで特定した２次関数を用いて演算する。
【００３４】
上記方法では、２次関数特定ステップでは、標高値取得ステップで取得した各地点の標高値と走行距離検出ステップで検出した各地点までの走行距離とを用いた演算によって２次関数を特定し、道路勾配演算ステップでは、２次関数特定ステップで特定した２次関数を用いて車両の走行方向前方の道路勾配を演算する。すなわち、複数の地点によって一意的に特定される２次関数によって車両前方の道路勾配が演算される。従って、ナビゲーション装置を用いることなく、簡単な装備及び処理によって車両前方の道路勾配を推定することができる。
【００３５】
本発明の道路標高形状推定装置の第３の態様は、上記第１の態様に係る道路標高形状推定装置であって、道路標高形状記憶手段と、道路標高形状抽出手段と、を備え、車両に搭載される。
【００３６】
道路標高形状記憶手段は、車両が走行する走行路の道路標高形状を、複数に分割された走行路の各区間の道路標高形状データとして、各区間に対応付けて予め記憶する。道路標高形状記抽出手段は、上記複数の区間から１つの区間を特定し、特定した区間に対応する道路標高形状データを、道路標高形状記憶手段が記憶する複数の道路標高形状データから抽出する。上記道路標高形状データは、走行路に沿った距離と標高値とを座標軸とする直交座標系において距離を２次項の独立変数とする２次関数によって表される。
【００３７】
上記構成では、走行路を複数の区間に分割し、分割した各区間について道路標高形状を近似する２次関数を予め演算等によって求め、求めた２次関数を各区間の道路標高形状データとして道路標高形状記憶手段に記憶させる。このため、メッシュ状に細かく設定した各地点の標高値を記憶させるメッシュ標高データなどに比べて、予め記憶させるデータ量を低減させることができる。
【００３８】
本発明の道路勾配推定装置の第２の態様は、上記第３の態様に係る道路標高形状推定装置と、道路勾配推定手段とを備え、車両に搭載される。
【００３９】
道路勾配推定手段は、道路標高形状抽出手段が特定した上記１つの区間に含まれる任意の場所の道路勾配を、道路標高形状抽出手段が抽出した２次関数を用いて演算する。
【００４０】
上記構成では、道路標高形状抽出手段は、特定した１つの区間に対応する２次関数（道路標高形状データ）を道路標高形状記憶手段から抽出し、道路勾配推定手段は、道路標高形状抽出手段が抽出した２次関数を用いて上記１つの区間に含まれる任意の場所の道路勾配を演算する。従って、道路標高形状記憶手段から抽出される２次関数によって任意の場所の道路勾配を推定することができる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によれば、道路標高形状を推定するために予め記憶させるデータ量の増大化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１実施形態の道路標高形状推定装置及び道路勾配推定装置を示すブロック図である。
【図２】道路標高形状推定装置によって特定される２次関数を示す図である。
【図３】道路勾配推定装置が実行する道路勾配推定処理を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第２実施形態の道路標高形状推定装置及び道路勾配推定装置を示すブロック図である。
【図５】道路標高形状データとして記憶される２次関数を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、本発明をトラックに適用した第１実施形態について、図面を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態に係る車両（トラック）１は、車速センサ２と自車位置センサ３とＥＣＵ（Electric Control Unit）４とを備える。
【００４４】
車速センサ２は、車両１の速度（車速）Ｖを逐次検出し、検出した車速ＶをＥＣＵ４へ出力する。自車位置センサ３は、ＧＰＳ（Global Positioning System）を利用して車両１の位置情報を逐次取得し、取得した位置情報をＥＣＵ４へ出力する。自車位置センサ３が取得する位置情報は、緯度と経度と高度（標高値ｙ）とを用いた絶対座標系で表され、車両１の位置が絶対座標で特定される。
【００４５】
ＥＣＵ４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）とＲＯＭ（Read Only Memory）とＲＡＭ（Random Access Memory）とを備え、ＲＯＭに記憶された道路勾配推定プログラムをＣＰＵが読み出して実行することにより、走行距離演算部５、データ処理部６、道路標高形状予測部（道路標高形状予測手段）７及び道路勾配推定部（道路勾配推定手段）８として機能する。また、ＲＡＭには、車速センサ２が検出する車速Ｖや自車位置センサ３が取得する位置情報が記憶される検出データ記憶領域、後述する履歴データが記憶される履歴データ記憶領域、及びＣＰＵが実行する演算の結果を一時的に記憶する領域等が設定されている。データ処理部６は、車速センサ２から入力する車速Ｖと自車位置センサ３から入力する位置情報とを検出データ記憶領域に記憶する。車速センサ２と自車位置センサ３と走行距離演算部５とデータ処理部６と道路標高形状予測部７とは、道路標高形状推定装置２０を構成し、道路標高形状推定装置２０と道路勾配推定部８とは、道路勾配推定装置２１を構成する。
【００４６】
走行距離演算部５は、所定時間（本実施形態では１sec）毎にその所定時間内の車速Ｖ（検出データ記憶領域に記憶された車速Ｖ）を積分することによって、所定時間毎の車両１の走行距離（区間距離ｄ）を演算する。データ処理部６は、走行距離演算部５による区間距離ｄの演算と同期するように、自車位置センサ３が取得した位置情報（検出データ記憶領域に記憶された位置情報）から標高値ｙを読み出し、その標高値ｙと走行距離演算部５が演算した区間距離ｄとを１セットの履歴データ（ｄ，ｙ）として履歴データ記憶領域に時系列に記憶する。すなわち、１セットの履歴データには、ある地点Ａの標高値ｄａと、地点Ａに到達する直前の区間距離ｙａとが含まれる。
【００４７】
所定の開始条件が成立すると、ＥＣＵ４は道路勾配推定処理を開始する。道路勾配推定処理が開始されると、データ処理部６は、最新の履歴データ（第３地点Ｐ３の履歴データ（ｄ３，ｙ３））と、その１つ前の履歴データ（第２地点Ｐ２の履歴データ（ｄ２，ｙ２））と、さらに１つ前の履歴データ（第１地点Ｐ１の履歴データ（ｄ１，ｙ１））とを履歴データ記憶領域から抽出する。すなわち、データ処理部６は、車両１の最新の（第３地点Ｐ３での）標高値ｙ３と、第３地点Ｐ３の１sec前に通過した第２地点Ｐ２での標高値ｙ２と、第２地点Ｐ２の１sec前（第３地点Ｐ３の２sec前）に通過した第１地点Ｐ１での標高値ｙ１と、第１地点Ｐ１から第２地点Ｐ２までの区間距離ｄ２と、第２地点Ｐ２から第３地点Ｐ３までの区間距離とを履歴データ記憶領域から読み出す。そして、データ処理部６は、第１地点Ｐ１（基準地点）から各地点までの走行距離ｘと各地点の標高値ｙとを１セットの処理データとして、道路標高形状予測部７へ出力する。第１地点Ｐ１の処理データは、第１の走行距離ｘ１と第１の標高値ｙ１とを含み、第２地点Ｐ２の処理データは、第２の走行距離ｘ２と第２の標高値ｙ２とを含み、第３地点Ｐ３の処理データは第３の走行距離ｘ３と第３の標高値ｙ３とを含む。データ処理部６は、第１地点Ｐ１の処理データ（ｘ１（ｘ１＝０），ｙ１）と、第２地点Ｐ２の処理データ（ｘ２（ｘ２＝ｄ２），ｙ２）と、第３地点Ｐ３の処理データ（ｘ３（ｘ３＝ｄ２＋ｄ３），ｙ３）とを道路標高形状予測部７へ出力する。
【００４８】
第１地点Ｐ１と第２地点Ｐ２と第３地点Ｐ３とは、車両１の走行方向に順次並ぶ３つの地点であればよく、これらの３つの地点をどのように設定するかは任意である。例えば、道路勾配推定処理を開始した後に最初に記憶される履歴データを第３地点Ｐ３の履歴データとし、その１つ前の履歴データを第２地点Ｐ２の履歴データとし、さらに１つ前の履歴データを第１地点Ｐ１の履歴データとしてもよい。また、道路勾配推定処理の開始時の最新の履歴データを第１地点Ｐ１の履歴データとし、その次に記憶される履歴データを第２地点Ｐ２の履歴データとし、その次に記憶される履歴データを第３地点Ｐ３の履歴データとしてもよい。また、第１地点Ｐ１から第２地点Ｐ２までの時間と第２地点Ｐ２から第３地点Ｐ３までの時間とが相違するように、履歴データ記憶領域から履歴データを抽出してもよい。
【００４９】
道路勾配推定処理の開始条件は、任意に設定可能である。例えば、所定時間毎（例えば10sec毎）に道路勾配推定処理を開始してもよく、他のシステムからの要求に応じて開始してもよく、乗員（運転者）からの要求（例えばボタン等の入力部に対する操作）によって開始してもよい。また、他のシステムとは、例えば燃費を向上させるため、車両前方が下り勾配のときは事前にエンジンへの燃料噴射量を低減し、上り勾配のときは事前にエンジンへの燃料噴射量を増加するように、或いは車両前方が下り勾配のときはトランスミッションをニュートラル状態にして車両１を惰性走行させるように、車両前方の勾配に応じてエンジンへの燃料噴射量やトランスミッションを制御する省燃費制御システムなどである。
【００５０】
このように、自車位置センサ３は、任意の第１地点Ｐ１と、第１地点Ｐ１を通過した後の任意の第２地点Ｐ２と、第２地点Ｐ２を通過した後の任意の第３地点Ｐ３とにおいて、外部との通信によって車両１の標高値（第１の標高値ｙ１、第２の標高値ｙ２、第３の標高値ｙ３）をそれぞれ取得する標高値取得手段として機能する。また、車速センサ２と走行距離演算部５とデータ処理部６とは、所定の基準地点（本実施形態では第１地点Ｐ１）から第１地点Ｐ１までの車両１の走行距離（第１の走行距離ｘ１＝０）と、基準地点から第２地点Ｐ２までの車両１の走行距離（第２の走行距離ｘ２）と、基準地点から第３地点Ｐ３までの車両１の走行距離（第３の走行距離ｘ３）とをそれぞれ検出する走行距離検出手段として機能する。
【００５１】
道路標高形状予測部７は、データ処理部６から入力する車両１の標高値ｙと走行距離ｘとを用いて道路標高形状を予測（推定）する。
【００５２】
道路標高形状は、図２に示すように、車両１の走行距離ｘと標高値ｙとを座標軸とする直交座標系において、第１地点Ｐ１（ｘ１，ｙ１）と第２地点Ｐ２（ｘ２，ｙ２）と第３地点Ｐ３（ｘ３，ｙ３）とを通り、車両１の走行距離ｘを２次項の独立変数とする２次関数（標高形状近似式）によって表される（同定される）。直交座標系の標高値の座標軸（ｙ軸）は第１地点Ｐ１（基準地点）を通り、第１地点Ｐ１の走行距離ｘ１はゼロである。また、走行距離の座標軸（ｘ軸）は車両１の走行方向を正方向とする。
【００５３】
２次関数は、次式（１）によって表される（ａ，ｂは定数）。
【００５４】
【数１】
2017020966.tif 000003
【００５５】
この２次関数がＰ１（ｘ１，ｙ１）とＰ２（ｘ２，ｙ２）とＰ３（ｘ３，ｙ３）とを通るため、次式（２）が成立する。
【００５６】
【数２】
2017020966.tif 000004
【００５７】
上式（２）の連立方程式を解くことによってａ，ｂ，ｃが次式（３）のように求められ、標高形状近似式が３つの地点Ｐ１〜Ｐ３によって一意的に特定される。
【００５８】
【数３】
2017020966.tif 000005
【００５９】
すなわち、道路標高形状予測部７は、３つの地点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の各標高値（ｙ１，ｙ２，ｙ３）と各走行距離（ｘ１，ｘ２，ｘ３）とを用いた演算によって標高形状近似式（２次関数）を特定し、特定した２次関数が道路標高形状であると看做す。
【００６０】
道路勾配推定部８は、道路標高形状予測部７が予測した道路標高形状（２次関数）を用いて、車両前方（第３地点に到達した車両１の走行方向前方）の任意の場所の道路勾配を推定（演算）する。
【００６１】
例えば、車両１が２５ｍ／sec（９０ｋｍ／ｈ）で定速走行を継続している場合、第１地点Ｐ１と第２地点Ｐ２との間の区間距離ｄ１、及び第２地点Ｐ２と第３地点Ｐ３との区間距離ｄ２は、ともに２５ｍである。道路勾配推定部８は、第３地点Ｐ３から走行方向前方に向かって２５ｍ間隔で５００ｍ先までの各地点（前方地点Ｆ）の標高値（推定標高値）を、道路標高形状推定部７が特定した標高形状近似式に各地点の距離の座標値であるｘ値（例えばＰ３から１番目（２５ｍ先）の前方地点であれば７５ｍ）を代入することによって演算し、隣接する２つの前方地点Ｆ間の推定標高値の差分から前方地点Ｆ間の道路勾配を演算する。具体的には、第３地点からｉ番目（ｉ≧１）の前方地点Ｆｉとその１つ手前の前方地点Ｆｉ−１との間の道路勾配θｉを、次式（４）に従って演算する。なお、ｘｉ及びｘｉ−１は、前方地点Ｆｉ及びＦｉ−１のｘ値（２５ｍ×（ｉ＋２））であり、ｙｉ及びｙｉ−１は、標高形状近似式にｘｉ及びｘｉ−１をそれぞれ代入することによって演算される前方地点Ｆｉ及び前方地点Ｆｉ−１での推定標高値である。
【００６２】
【数４】
2017020966.tif 000006
【００６３】
なお、車両前方の任意の場所（地点）の道路勾配は、標高形状近似式（２次関数）の接線の傾きとして演算してもよい。接線の傾きは２次関数の１階微分によって得られるため、前方地点Ｆｉ（ｘ＝ｘｉ）における道路勾配θｉは、次式（５）によって演算される。
【００６４】
【数５】
2017020966.tif 000007
【００６５】
道路勾配推定部８によって演算された道路勾配は、他のシステム（例えば上述の省燃費制御システム）に提供される。
【００６６】
次に、ＥＣＵ４が実行する道路勾配推定処理について、図３に示すフローチャートを参照して説明する。
【００６７】
道路勾配推定処理が開始されると、データ処理部６は、第１地点Ｐ１の処理データ（ｘ１，ｙ１）と、第２地点Ｐ２の処理データ（ｘ２，ｙ２）と、第３地点Ｐ３の処理データ（ｘ３，ｙ３）とを、履歴データから抽出して道路標高形状予測部７へ出力する（ステップＳ１）。
【００６８】
道路標高形状予測部７は、データ処理部６から入力する３つの地点（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）の処理データ（（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ２），（ｘ３，ｙ３））を用いた演算によって、３つの地点を通る２次関数（道路標高形状近似式）を特定する（ステップＳ２）。
【００６９】
道路勾配推定部８は、道路標高形状予測部７が特定した２次関数を用いて、第３地点に到達した車両１の走行方向前方の道路勾配を演算して（ステップＳ３）、本処理を終了する。
【００７０】
本実施形態によれば、道路標高形状予測部７は、自車位置センサ３が取得した３つの地点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の標高値（ｙ１，ｙ２，ｙ３）と車速センサ２が検出した車速Ｖを用いて演算した各地点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３までの走行距離（ｘ１，ｘ２，ｘ３）とを用いた演算によって３つの地点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を通る２次関数（道路標高形状）を特定し、道路勾配推定部８は、道路標高形状予測部７が特定した２次関数を用いて車両１の走行方向前方の道路勾配を演算する。すなわち、３つの地点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を通る２次関数によって車両前方の道路勾配が演算される。従って、道路標高形状を推定するために予め記憶させるデータ量の増大化を抑制することができる。また、ナビゲーション装置を用いることなく、簡単な装備及び処理によって車両前方の道路勾配を推定することができる。
【００７１】
このように、ナビゲーション装置を用いることなく、車両前方の道路勾配が推定可能であるので、利用者は、ナビゲーション装置のデータ更新という煩雑な作業を行う必要がなく、また、道路データやメッシュ標高データなどが十分に整備されていない国や地域においても、車両前方の道路勾配を推定することができる。
【００７２】
また、基準地点を第１地点Ｐ１としているので、第１の走行距離ｘ１は常にゼロである。このため、第１の走行距離ｘ１の検出を省略することができる。また、標高値の座標軸（ｙ軸）が基準地点（本実施形態では第１地点Ｐ１）を通るように直交座標系を設定しているので、検出される第１〜第３の走行距離（ｘ１，ｘ２，ｘ３）をそのまま直交座標系の値として用いることができる。
【００７３】
また、３つの地点を通る２次関数によって道路標高形状が表されるので、２次関数を簡易な演算処理によって算出することができ、道路標高形状予測部７の処理負担を軽減することができる。
【００７４】
なお、標高値の誤差低減による道路標高形状（２次曲線）の推定精度の向上のため、遮断周波数よりも高い周波数の成分を逓減させるバターワースの１次のローパスフィルタ１０（図１参照）をデータ処理部６に設け、自車位置センサ３が検出する位置情報（高度）をローパスフィルタ１０によってフィルタ処理し、フィルタ処理された高度を標高値ｙとして検出データ記録領域に記憶してもよい。
【００７５】
車両１が通信によって標高値を取得するシステムはＧＰＳに限定されず、路車間通信などの他のシステムであってもよい。また、標高値を外部から取得せず、標高値を検出する高度センサ９（図１参照）を車両１に搭載し、高度センサ９が検出する標高値を用いて２次曲線を演算してもよい。
【００７６】
２次曲線を特定するための複数の地点の数は４つ以上であってもよい。この場合、道路標高形状を表す２次曲線は、複数の地点から最小二乗法等によって一意的に特定される近似曲線である。
【００７７】
基準地点は、第1地点Ｐ１以外の地点（第２地点Ｐ２や第３地点Ｐ３を含む）であってもよい。但し、車両１の走行方向を正方向とした場合、第１地点Ｐ１を通過した後であって第２地点Ｐ２に到達する前の地点を基準地点とすると、第１の走行距離ｘ１は負の値として検出され、第２地点Ｐ２を通過した後であって第３地点Ｐ３に到達する前の地点を基準地点とすると、第1及び第２の走行距離ｘ１，ｘ２は負の値として検出され、第３地点Ｐ３を通過した後の地点を基準地点とすると、第１〜第３の走行距離ｘ１，ｘ２，ｘ３は負の値として検出される。
【００７８】
また、基準地点を第２地点Ｐ２とする場合、第２の走行距離ｘ２は常にゼロであるため、第２の走行距離ｘ２の検出を省略することができ、基準地点を第３地点Ｐ３とする場合、第３の走行距離ｘ３は常にゼロであるため、第３の走行距離ｘ３の検出を省略することができる。
【００７９】
次に、本発明の第２実施形態について、図４及び図５を参照して説明する。なお、第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００８０】
図４に示すように、車両１は、自車位置センサ３とＥＣＵ４とを備える。ＥＣＵ４は、ＲＯＭに記憶された道路勾配推定プログラムをＣＰＵが読み出して実行することにより、道路標高形状抽出部（道路標高形状抽出手段）１２及び道路勾配推定部（道路勾配推定手段）８として機能する。また、ＲＯＭは、道路標高形状データを予め記憶する道路標高形状データ記憶部（道路標高形状記憶手段）１１として機能する。ＥＣＵ４は、ナビゲーションシステムとしても機能し、ＲＯＭには、ナビゲーションシステムに提供される地図情報が予め記憶される。ＲＡＭには、自車位置センサ３が取得する位置情報が記憶される検出データ記憶領域、及びＣＰＵが実行する演算の結果を一時的に記憶する領域等が設定されている。自車位置センサ３と道路標高形状抽出部１２と道路標高形状データ記憶部１１とは、道路標高形状推定装置２２を構成し、道路標高形状推定装置２２と道路勾配推定部８とは、道路勾配推定装置２３を構成する。
【００８１】
本実施形態では、車両１が走行する走行路を複数の区間に分割し、分割した各区間の道路標高形状データを、ナビゲーションシステムの地図情報の各区間に対応付けて道路標高形状データ記憶部１１に予め記憶させておく。道路標高形状データは、走行路に沿った距離と標高値とを座標軸とする直交座標系において距離を２次項の独立変数とする２次関数（標高形状近似式）によって表され、各区間の道路標高形状を近似する２次関数がその区間内の複数の地点の実際の標高値から演算等によって予め求められる。各区間の距離は、均等（等距離）に設定してもよく、各地点の実際の標高値からの２次関数の乖離が所定範囲内に収まる最大距離となるように、実際の道路標高形状に応じて適宜設定してもよい。各区間の直交座標系の原点（距離をゼロとする地点）をどのように設定するかは任意であり、例えば、各区間に対して共通の原点を設定してもよく、各区間の距離の中間地点等を原点としてもよい。区間毎に原点を設定する（各区間で原点が相違する）場合には、原点の位置情報（経度及び緯度）を各区間に対応付けて記憶させておく。
【００８２】
なお、走行路の各区間の道路標高形状データ（２次関数）は、データベースとして予め構築する必要がある。全国の道路を網羅するデータベース（全国域のデータベース）が既に構築されている場合には、全国域のデータベースを道路標高形状データ記憶部１１に記憶させることが可能である。一方、全国域のデータベースが未だ構築されていない場合には、車両１が頻繁に走行するエリアやルートに含まれる走行路や、車両１が長時間継続して走行可能な自動車専用道路などに限定して、道路標高形状データを予め求めて道路標高形状データ記憶部１１に記憶させる。記憶される道路標高形状データが限定されている場合、ＥＣＵ４は、道路標高形状データが記憶された走行路（処理対象の走行路）を車両１が走行しているか否かを自車位置センサ３が取得した位置情報に基づいて判定し、処理対象の走行路を車両１が走行していると判定したときに、道路勾配推定処理（道路標高形状抽出部１２及び道路勾配推定部８による後述する各処理）を実行する。
【００８３】
道路標高形状記抽出部１２は、走行路の複数の区間から１つの区間を特定し、特定した区間に対応する道路標高形状データ（２次関数）を、道路標高形状データ記憶部１１が記憶する複数の道路標高形状データから抽出し、抽出した２次関数がその区間の道路標高形状であると看做す。道路勾配推定部８は、道路標高形状抽出部１２が特定した区間に含まれる任意の場所の道路勾配を、道路標高形状抽出部１２が抽出した２次関数を用いて演算する。
【００８４】
例えば、車両１が２５ｍ／sec（９０ｋｍ／ｈ）で定速走行を継続している場合、道路標高形状記抽出部１２は、図５に示すように、自車位置センサ３が取得した位置情報（緯度と経度）によって車両１の現在位置Ｆ０を特定し、車両１の現在位置Ｆ０から走行路に沿って走行方向前方に向かって２５ｍ間隔で５００ｍ先までの２０箇所の各地点（Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，・・・Ｆ２０）の位置（経度及び緯度）をナビゲーションシステムの地図情報を参照して特定し、特定した各地点（Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，・・・Ｆ２０）が属する各区間（区間α，区間β）にそれぞれ対応付けられた２次関数（ｆα（ｘ），ｆβ（ｘ））を道路標高形状データ記憶部１１から抽出する。図５の例では、地点Ｆ１〜Ｆ８が区間αに属し、地点Ｆ９〜Ｆ２０が区間βに属するため、地点Ｆ１〜Ｆ８（区間α）に対応する２次関数としてｆα（ｘ）を抽出し、地点Ｆ９〜Ｆ２０（区間β）に対応する２次関数としてｆβ（ｘ）を抽出する。
【００８５】
道路勾配推定部８は、車両１の現在位置Ｆ０から２５ｍ前方の地点Ｆ１が属する区間αに対応する２次関数（ｆα（ｘ））に、第１実施形態と同様に地点Ｆ１の距離の座標値を代入することによって、２５ｍ前方の地点Ｆ１の標高値（推定標高値）を演算する。区間αに属する地点Ｆ２〜Ｆ８についても、２次関数（ｆα（ｘ））に各地点の距離の座標値を代入することによって、各地点の推定標高値を演算する。また、区間βに属する地点Ｆ９〜Ｆ２０については、区間βに対応する２次関数ｆβ（ｘ）に各地点の距離の座標値を代入することによって、各地点の推定標高値を演算する。なお、区間αに属する地点Ｆ１〜Ｆ８の距離の座標値は、区間αに設定される座標系（図５中左側の座標系）の座標値であり、区間βに属する地点Ｆ９〜Ｆ２０の距離の座標値は、区間βに設定される座標系（図５中右側の座標系）の座標値である。そして、第１実施形態と同様に、隣接する２つの前方地点間の推定標高値の差分から２つの前方地点間の道路勾配をそれぞれ演算する。
【００８６】
道路勾配推定部８によって演算された道路勾配は、第１実施形態と同様に他のシステムに提供される。
【００８７】
なお、走行路の任意の場所（地点）の道路勾配は、第１実施形態と同様に、その地点が属する区間に対応する２次関数の接線の傾きとして演算してもよい。
【００８８】
本実施形態によれば、車両１が走行する走行路を複数の区間に分割し、分割した各区間について道路標高形状を近似する２次関数を予め演算等によって求め、求めた２次関数を各区間の道路標高形状データとして道路標高形状データ記憶部１１に記憶させる。このため、メッシュ状に細かく設定した各地点の標高値を記憶させるメッシュ標高データなどに比べて、予め記憶させるデータ量を低減させることができる。
【００８９】
また、道路標高形状抽出部１２は、特定した１つの区間に対応する２次関数（道路標高形状データ）を道路標高形状データ記憶部１１から抽出し、道路勾配推定部８は、道路標高形状抽出部１２が抽出した２次関数を用いて上記１つの区間に含まれる任意の場所の道路勾配を演算する。従って、道路標高形状データ記憶部１１から抽出される２次関数によって任意の場所の道路勾配を推定することができる。
【００９０】
以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施形態について説明したが、この実施形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、この実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明の道路標形状推定装置、道路勾配推定装置、道路標高形状推定方法及び道路勾配推定方法は、様々な車両に対して広く適用可能である。
【符号の説明】
【００９２】
１  車両（トラック）
２  車速センサ（走行距離検出手段）
３  自車位置センサ（標高値取得手段）
４  ＥＣＵ
５  走行距離演算部（走行距離検出手段）
６  データ処理部（走行距離検出手段）
７  道路標高形状予測部（道路標高形状予測手段）
８  道路勾配推定部（道路勾配推定手段）
９  高度センサ（標高値取得手段）
１０  ローパスフィルタ
１１  道路標高形状データ記憶部（道路標高形状記憶手段）
１２  道路標高形状抽出部（道路標高形状抽出手段）
２０，２２  道路標高形状推定装置
２１，２３  道路勾配推定装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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