JP2004028807A

JP2004028807A - ４輪駆動車に適用できる路面勾配算出方法および装置、ならびに路面勾配算出のプログラム

Info

Publication number: JP2004028807A
Application number: JP2002185910A
Authority: JP
Inventors: Yukio Nakao; 中尾　幸夫
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2002-06-26
Filing date: 2002-06-26
Publication date: 2004-01-29

Abstract

【課題】２輪駆動車および４輪駆動車における、走行中の路面の勾配を精度よく算出することができる、４輪駆動車に適用できる路面勾配算出方法を提供する。
【解決手段】走行中の４輪車両の駆動輪の車輪速回転情報から得られる回転加速度と、前記車両の進行方向を向くように、該車両に設置された前後方向加速度センサによる前後方向加速度とから走行中の路面の勾配を算出する。
【選択図】　　　　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は４輪駆動車に適用できる路面勾配算出方法および装置、ならびに路面勾配算出のプログラムに関する。さらに詳しくは、走行中の路面の勾配を算出することができる、４輪駆動車に適用できる路面勾配算出方法および装置、ならびに路面勾配算出のプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
従来より、たとえば自動変速機を備えた車両においては、登坂路において動力性能を高めるために、自動変速機の高速側ギヤ段を制限したり、降坂路においてエンジンブレーキ性能を高めるために、自動変速機の高速側ギヤ段を制限するなどの制御が行なわれている。この制御には、走行路面の勾配を算出する路面勾配装置が必要である。
【０００３】
たとえば走行中の車両の車輪速回転情報と加速度情報から走行中の路面勾配を算出する装置として、車両上において、その進行方向に設置された重力加速度センサと、車輪速センサと、該車輪速センサのパルス時間間隔を連続的に読み込み、その時間的変動に基づいて車両の路面に対する加速度ａを算出し、またこれに同期して前記重力加速度センサの出力値Ａを読み込み、該出力値Ａおよび加速度ａから路面傾斜角θをθ＝Ｓｉｎ^−１（Ａ−ａ）／Ｇ（Ｇは重力加速度）により算出する手段を備えており、前記パルス時間間隔を複数個平均化し、その平均値の時間的変動に基づいて前記加速度ａを算出するものを利用することができる（特許第２６２６００３号参照）。
【０００４】
しかしながら、この装置では、タイヤの対地スリップ率が考慮されておらず、駆動輪のタイヤ回転速度は、アクセルの踏み込み量により、実際の車両の進行速度とは異なる速度を示すものであることから、従動輪の車輪速回転情報を用いて加速度を算出する必要がある。したがって、４輪駆動車には適用できないという問題がある。
【０００５】
また、路面の勾配を測定する方法として、ジャイロコンパスと同様の機械的構造を採用する傾斜計があるが、正確には停車時でないと測定できず、また数々の補正を行なわなければ走行中の路面の勾配を正確に測定するのが難しい。
【０００６】
さらに、駆動トルクを検知して路面の勾配を求める路面勾配推定装置がある（たとえば特開平９−２４２８６２号公報）。かかる装置では、車両駆動トルクが、平地走行抵抗トルクと加速抵抗トルクと勾配抵抗トルクの合計とバランスすることから、車両駆動トルク＝平地走行抵抗トルク＋加速抵抗トルク＋勾配抵抗トルクという関係を用いている。そして、車両駆動トルク、平地走行抵抗トルクおよび加速抵抗トルクを求めれば、つぎの式から路面勾配ｓｉｎθが算出できると記載されている。
Ｔθ＝Ｗ×Ｇ×ｓｉｎθ×Ｒｔ
【０００７】
ここで、Ｔθ：勾配抵抗トルク
Ｗ：車重
Ｇ：重力加速度
Ｒｔ：タイヤの動半径
である。しかしながら、精度よく加速抵抗トルクを検出すること自体が難しいという問題がある。
【０００８】
本発明は、叙上の事情に鑑み、２輪駆動車および４輪駆動車における、走行中の路面の勾配を精度よく算出することができる、４輪駆動車に適用できる路面勾配算出方法および装置、ならびに路面勾配算出のプログラムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の４輪駆動車に適用できる路面勾配算出方法は、走行中の４輪車両の駆動輪の車輪速回転情報から得られる回転加速度と、前記車両の進行方向を向くように、該車両に設置された前後方向加速度センサによる前後方向加速度とから走行中の路面の勾配を算出することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の４輪駆動車に適用できる路面勾配算出装置は、走行中の４輪車両の路面の勾配を算出する路面勾配算出装置であって、車両の駆動輪のタイヤの車輪速回転情報を検出する車輪速検出手段と、該車両の駆動輪の車輪速回転情報から該駆動輪の回転加速度を算出する回転加速度演算手段と、前記車両に設置される前後方向加速度センサから得られる前後方向加速度を算出する前後方向加速度演算手段と、該前後方向加速度および駆動輪の回転加速度に基づいて走行中の路面の勾配を算出する路面勾配演算手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
さらに本発明の４輪駆動車に適用できる路面勾配算出のプログラムは、路面の勾配を算出するためにコンピュータを、車両の駆動輪の車輪速回転情報から該駆動輪の回転加速度を算出する回転加速度演算手段、前記車両に設置される前後方向加速度センサから得られる前後方向加速度を算出する前後方向加速度演算手段、該前後方向加速度および駆動輪の回転加速度に基づいて走行中の路面の勾配を算出する路面勾配演算手段として機能させることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて、本発明の４輪駆動車に適用できる路面勾配算出方法および装置、ならびに路面勾配算出のプログラムを説明する。
【００１３】
図１に示されるように、本発明の一実施の形態にかかわる路面勾配算出装置は、４輪車両に備えられた４つのタイヤＦＬ、ＦＲ、ＲＬおよびＲＲ（以下、総称してＷｉという。ここで、ｉ＝１〜４、１：前左タイヤ、２：前右タイヤ、３：後左タイヤ、４：後右タイヤ）の車輪速回転情報から走行中の４輪車両の路面の勾配を算出するもので、タイヤＷｉにそれぞれ関連して設けられた通常の車輪速検出手段１を備えている。また、車両には、該車両の進行方向を向くように設置された前後方向加速度センサ（以下、単に加速度センサという）３が搭載されている。
【００１４】
前記車輪速検出手段１としては、電磁ピックアップなどを用いて回転パルスを発生させてパルスの数から車輪速回転情報である回転速度を測定する車輪速センサまたはダイナモのように回転を利用して発電を行ない、この電圧から回転速度を測定するものを含む角速度センサなどを用いることができる。前記車輪速検出手段１の出力はＡＢＳなどのコンピュータである制御ユニット２に与えられる。また、この制御ユニット２には、前記加速度センサ３が接続されている。
【００１５】
制御ユニット２は、図２に示されるように、外部装置との信号の受け渡しに必要なＩ／Ｏインターフェイス２ａと、演算処理の中枢として機能するＣＰＵ２ｂと、該ＣＰＵ２ｂの制御動作プログラムが格納されたＲＯＭ２ｃと、前記ＣＰＵ２ｂが制御動作を行なう際にデータなどが一時的に書き込まれたり、その書き込まれたデータなどが読み出されるＲＡＭ２ｄとから構成されている。
【００１６】
前記車輪速検出手段１では、タイヤＷｉの回転数に対応したパルス信号（以下、車輪速パルスという）が出力される。またＣＰＵ２ｂでは、車輪速検出手段１から出力された車輪速パルスに基づき、所定のサンプリング周期ΔＴ（ｓｅｃ）、たとえばΔＴ＝１秒ごとに各タイヤＷｉの回転角速度Ｆ_ｉが算出される。
【００１７】
ここで、タイヤＷｉは、規格内でのばらつき（初期差異）が含まれて製造されるため、各タイヤＷｉの有効転がり半径（一回転により進んだ距離を２πで割った値）は、すべてのタイヤＷｉがたとえ正常空気圧であっても、同一とは限らない。そのため、各タイヤＷｉの回転角速度Ｆ_ｉはばらつくことになる。そこで、初期差異によるばらつきを打ち消すために補正した回転角速度Ｆ１_ｉを算出する。具体的には、
Ｆ１_１＝Ｆ_１
Ｆ１_２＝ｍＦ_２
Ｆ１_３＝Ｆ_３
Ｆ１_４＝ｎＦ_４
と補正される。前記補正係数ｍ、ｎは、たとえば車両が直線走行していることを条件として回転角速度Ｆ_ｉを算出し、この算出された回転角速度Ｆ_ｉに基づいて、ｍ＝Ｆ_１／Ｆ_２、ｎ＝Ｆ_３／Ｆ_４として得られる。そして、前記Ｆ１_ｉに基づき、各車輪のタイヤの回転速度Ｖｉを算出する。
【００１８】
本実施の形態では、走行中の４輪車両の駆動輪の回転速度から得られる回転加速度と、前記車両に設置された加速度センサ３による前後方向加速度との相対的な関係から走行中の路面の勾配を算出する。
【００１９】
このため、本実施の形態は、車輪速検出手段１と、該車両の駆動輪の回転速度から該駆動輪の回転加速度を算出する回転加速度演算手段と、前記車両に設置される加速度センサ３から得られる前後方向加速度を算出する前後方向加速度演算手段と、該前後方向加速度および駆動輪の回転加速度に基づいて走行中の路面の勾配を算出する路面勾配演算手段とを備えている。
【００２０】
前記回転速度が、車輪速検出手段の車輪速パルスの周期とパルス数を所定の時間間隔ごとに読み込み、算出され、該回転速度を算出する速度検知の時間間隔に同期して前記回転加速度を算出する。また、前記前後方向加速度は、該速度検知の時間間隔に同期して読み込まれる。また、本実施の形態では、前記駆動輪の回転速度から得られる回転加速度と前記前後方向加速度の情報に、所定の個数の移動平均処理を行なう移動平均処理手段を備えている。
【００２１】
さらに、本実施の形態における路面勾配算出のプログラムは、前記制御ユニット２を、車両の駆動輪の回転速度から該駆動輪の回転加速度を算出する回転加速度演算手段、前記車両に設置される加速度センサ３から得られる前後方向加速度を算出する前後方向加速度演算手段、該前後方向加速度および駆動輪の回転加速度に基づいて走行中の路面の勾配を算出する路面勾配演算手段として機能させる。また、前記制御ユニット２を、駆動輪の回転速度から得られる回転加速度と前記前後方向加速度の情報に、所定の個数の移動平均処理を行なう移動平均処理手段として機能させる。
【００２２】
以下、本実施の形態の路面勾配算出装置の動作の一例を手順（１）〜（５）に沿って説明する。
【００２３】
（１）車両の４輪タイヤＷｉのそれぞれの回転速度（Ｖ１_ｎ、Ｖ２_ｎ、Ｖ３_ｎ、Ｖ４_ｎ）を算出する。
たとえば、ＡＢＳセンサなどのセンサから得られた車両の各車輪タイヤＷｉのある時点の車輪速データを回転速度Ｖ１_ｎ、Ｖ２_ｎ、Ｖ３_ｎ、Ｖ４_ｎとする。
【００２４】
（２）ついで車両の駆動輪の回転速度Ｔｆ_ｎを演算する。たとえば２輪駆動車の場合、駆動輪の平均回転速度とし、また４輪駆動車の場合、４輪の平均回転速度とすることができる。
【００２５】
（３）ついで前記車両の駆動輪の回転加速度Ｔａｆ_ｎを演算する。
前記回転速度Ｔｆ_ｎより１つ前の車輪速データから、回転速度Ｔｆ_ｎ−１とすると、車両の駆動輪の回転加速度Ｔａｆ_ｎはつぎの式（１）で求められる。
Ｔａｆ_ｎ＝（Ｔｆ_ｎ−Ｔｆ_ｎ−１）／Δｔ／Ｇ　　　　・・・（１）
【００２６】
ここで、Δｔは車輪速データから算出される平均回転速度Ｔｆ_ｎとＴｆ_ｎ−１の時間間隔（サンプリング時間）であり、Ｇは重力加速度である。前記サンプリング時間としては、データのばらつきを小さくし、かつ短時間で判別するためには、０．１秒以下である必要がある。より好ましくは、０．０５秒以下である。
【００２７】
（４）走行中の車両の駆動輪のスリップ率Ｓをつぎの式（２）で定義する。ここで、Ｔは駆動輪の回転速度であり、Ｖは車両の対地速度である。
Ｓ＝（Ｔ−Ｖ）／Ｔ　　　　　・・・（２）
【００２８】
（５）ついで路面の勾配θを算出する。
【００２９】
ここで、前記車両の対地加速度および加速度センサの値を単にそれぞれＶａおよびＧｖａｌとすると、図３に示されるように、路面の勾配θを走行している車両に対しては、つぎの式（３）の関係が成り立つ。なお、Ｇは重力加速度である。
Ｇｖａｌ＝Ｇ・Ｓｉｎθ＋Ｖａ　　　　　・・・（３）
【００３０】
ここで、前記車両の対地加速度Ｖａは、駆動輪の回転加速度をＴａとすると、前記スリップ率の定義から、
Ｖａ＝（１−Ｓ）・Ｔａ　　　　　・・・（４）
となる。この式（４）を前記式（３）に代入すると、式（５）のように表せる。
Ｇｖａｌ＝Ｇ・Ｓｉｎθ＋（１−Ｓ）・Ｔａ　　　・・・（５）
【００３１】
したがって、ＧｖａｌとＴａとの関係をプロットすると、勾配が（１−Ｓ）であり、切片がＧ・Ｓｉｎθである線形関係が得られる。
【００３２】
ここで、かかる線形関係式を求めるために前記手順（１）〜（５）において、
▲１▼路面の凹凸による回転速度および加速度センサへの外乱を除くため、サンプリング時間ごとに得られた所定の個数のデータ、たとえば５０個のデータを移動平均処理する。
データの数を減らさずに、データのばらつきを小さくするために、短時間のサンプリング時間、たとえば数十ｍｓごとにデータをサンプリングし、このサンプリング時間で得られたばらつきの大きいデータを移動平均する。
▲２▼ついで前記ＧｖａｌとＴａとの１次式の関係を得るために、所定の個数、たとえば２０個ごとの最小自乗近似法による直線近似を行なう。この直線近似の計算はサンプリング周期ごとにする。
▲３▼この結果、サンプリング時間ごとに求まった直線近似式の切片の値（Ｇ・Ｓｉｎθ）から、路面の勾配θを算出する。
【００３３】
つぎに本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定されるものではない。
【００３４】
実施例
車両として、４輪駆動車（排気量２．０Ｌ）を用意した。タイヤのタイヤサイズは２０５／５５Ｒ１６である。また、車両の走行条件としては、一般道であるアスファルト路の走行路面を採用した。また、車両に搭載した加速度センサは、（株）東京測器研究所製ＡＲ−２ＴＦであり、サンプリング周波数は５０Ｈｚである。
【００３５】
ついで車両の走行試験から、まず図４に示されるように、路面の勾配を補正せずに、すなわち加速度センサから得られた前後方向加速度（加速度センサ値）に移動平均処理を行ない、その値にサンプリング時間間隔を乗じて初速に加えることにより、前後方向加速度を積分した場合の車両の算出速度（対地速度）ＣＣと、各駆動輪の平均回転速度Ｍとを比較すると、路面勾配の影響が積算され、ＣＣとＭがかけ離れた値になって行くということがわかる。
【００３６】
つぎに本実施の形態にかかわる路面勾配算出のプログラムを格納した路面勾配算出装置を用いて、算出した路面の勾配を図５に示す。ここで、前記手順（５）の式（５）から、路面の勾配を前後方向加速度Ｇｖａｌを積分した場合の車両の算出速度（対地速度）Ｖと駆動輪の平均回転速度Ｍを比較する。その結果を図６に示す。前記図４に示される車両の算出速度ＣＣと各駆動輪の平均回転速度Ｍとが、２５秒ぐらいから大きく離れて行くのに対し、図６から、車両の算出速度（対地速度）Ｖと駆動輪の平均回転速度Ｍは、常時安定してほぼ同じである。このことから、路面勾配の影響が排除されていることがわかる。これにより、路面の勾配が高い精度で算出されていることから、走行中の路面の勾配を正確に検知していることがわかる。
【００３７】
したがって、車両が走行中の路面の勾配を算出して、これを自動変速機の変速制御情報、タイヤ空気圧低下検出装置（ＤＷＳ）や路面状態判定装置に用いることにより、走行性能および走行安全性を向上させることができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、２輪駆動車および４輪駆動車における、走行中の路面の勾配を精度よく算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の４輪駆動車に適用できる路面勾配算出装置の一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】図１の路面勾配算出装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図３】車両が路面の勾配を走行している状態を説明する模式図である。
【図４】路面の勾配を補正せずに求めた車両の対地速度と各駆動輪の平均回転速度との関係を示す図である。
【図５】本発明の路面の勾配の一例を示す図である。
【図６】図５から路面の勾配の補正をして求めた車両の対地速度と各駆動輪の平均回転速度との関係を示す図である。
【符号の説明】
１　車輪速検出手段
２　制御ユニット
３　加速度センサ

Claims

走行中の４輪車両の駆動輪の車輪速回転情報から得られる回転加速度と、前記車両の進行方向を向くように、該車両に設置された前後方向加速度センサによる前後方向加速度とから走行中の路面の勾配を算出する、４輪駆動車に適用できる路面勾配算出方法。
前記車輪速回転情報が、車輪速検出手段の車輪速パルスの周期とパルス数を所定の時間間隔ごとに読み込み、算出される回転速度であり、該回転速度を算出する速度検知の時間間隔に同期して前記回転加速度を算出し、該速度検知の時間間隔に同期して前記前後方向加速度を読み込み、前記回転加速度と前後方向加速度の関係から路面勾配を算出する請求項１記載の路面勾配算出方法。
前記駆動輪の車輪速回転情報から得られた回転加速度と前記前後方向加速度の情報に、所定の個数の移動平均処理を施したのち、当該回転加速度と前後方向加速度の関係から走行中の路面の勾配を算出する請求項１または２記載の路面勾配算出方法。
走行中の４輪車両の路面の勾配を算出する路面勾配算出装置であって、車両の駆動輪のタイヤの車輪速回転情報を検出する車輪速検出手段と、該車両の駆動輪の車輪速回転情報から該駆動輪の回転加速度を算出する回転加速度演算手段と、前記車両に設置される前後方向加速度センサから得られる前後方向加速度を算出する前後方向加速度演算手段と、該前後方向加速度および駆動輪の回転加速度に基づいて走行中の路面の勾配を算出する路面勾配演算手段とを備える、４輪駆動車に適用できる路面勾配算出装置。
前記車輪速回転情報が、車輪速検出手段の車輪速パルスの周期とパルス数を所定の時間間隔ごとに読み込み、算出される回転速度であり、該回転速度を算出する速度検知の時間間隔に同期して前記回転加速度を算出し、該速度検知の時間間隔に同期して前記前後方向加速度を読み込み、前記回転加速度と前後方向加速度の関係から路面勾配を算出する請求項４記載の路面勾配算出装置。
前記駆動輪の車輪速回転情報から得られる回転加速度と前記前後方向加速度の情報に、所定の個数の移動平均処理を行なう移動平均処理手段を備える請求項４または５記載の路面勾配算出装置。
路面の勾配を算出するためにコンピュータを、車両の駆動輪の車輪速回転情報から該駆動輪の回転加速度を算出する回転加速度演算手段、前記車両に設置される前後方向加速度センサから得られる前後方向加速度を算出する前後方向加速度演算手段、該前後方向加速度および駆動輪の回転加速度に基づいて走行中の路面の勾配を算出する路面勾配演算手段として機能させるための、４輪駆動車に適用できる路面勾配算出のプログラム。
前記駆動輪の車輪速回転情報から得られる回転加速度と前記前後方向加速度の情報に、所定の個数の移動平均処理を行なう移動平均処理手段として機能させる請求項７記載の路面勾配算出のプログラム。