JP2005300556A

JP2005300556A - 道路勾配検出装置

Info

Publication number: JP2005300556A
Application number: JP2005205726A
Authority: JP
Inventors: Ryoji Kato; 良治加藤; Shigeki Fukushima; 滋樹福島
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2005-07-14
Filing date: 2005-07-14
Publication date: 2005-10-27

Abstract

【課題】本発明は、実際の道路勾配の変化に対して、遅れることなく正確な路面勾配を検出できるようにする。
【解決手段】車両の車軸上にＧセンサ１を配置し、車両加速度とＧセンサ１の出力値とに基づき路面勾配を算出し、路面勾配検出手段により算出された路面勾配の変化量が実際の値ではあり得ない様な値であるとき、路面勾配の算出値が変化前の値に復帰するまで、変化前の路面勾配算出値を出力し続けるため、路面等からの外乱を受け、Ｇセンサ１の出力値精度が落ちるような車両の走行状態であっても、実際の道路勾配の変化に対して遅れることなく、また外乱により発生した異常な路面勾配値を除去して、正確な路面勾配を検出することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両が走行する路面勾配を検出する路面勾配検出装置に関する。

従来より、車両が走行している路面の勾配を検出し、車両の制御の入力要素として使用する技術が知られている。最近では特許２６２６００３号に開示されるような、車両の進行方向に設置されたＧセンサと、車輪速センサから算出した路面に対する加速度とから路面傾斜角を算出する方法も考えられている。
また、実際の車両に係る車両走行方向のＧセンサ出力値を安定して得るために、エンジン、あるいは車輪等からの振動を受けにくい位置に、このＧセンサを取り付けることが一般的である。例えば，コンソールボックスの底部に小部屋を設け、そこに取り付けるようなことが考えられる。

このようにＧセンサの配置をエンジン、あるいは車輪等からの振動を受けにくい位置、例えば車両のサスペンションより上方のボディに取り付けた場合（具体的にはコンソールボックスの中）、Ｇセンサの出力値は安定して変化するという利点を有するものの，車両重量の変化や道路勾配などでのサスペンションのたわみにより、実際の道路勾配の変化と比較して、Ｇセンサの出力値は遅れる傾向にある。

またトラック・商用車等のフレーム車においては、道路勾配によるフレームのゆがみも発生し、Ｇセンサの設置場所が実際の路面と平行にならないこともある。このようにＧセンサの出力値は、その設置場所の影響を大きく受け、十分な精度のＧセンサの出力値が得られないことがある。
このため、このようなＧセンサの出力値に基づき算出された路面勾配は実際の道路勾配に対して遅れた値となり、その応答性及びその精度も十分でないという課題があった。

本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、実際の道路勾配の変化に対して、遅れることなく正確な路面勾配を検出できるようにした、路面勾配検出装置を提供することを目的とする。

このため、請求項１記載の本発明の路面勾配検出装置では、車両の車軸上にＧセンサを配置し、車両の駆動系の回転数を検出する回転数センサに基づき算出した車両加速度とＧセンサの出力値とに基づき路面勾配を算出するので、車両重量の変化や道路勾配などでのサスペンションのたわみの影響を受けることなく、実際の道路勾配の変化に遅れることなく追従した路面勾配を検出できる。

特に、請求項１記載の本発明の路面勾配検出装置では、路面勾配算出手段により算出された路面勾配の変化量が所定値以上であるとき、路面勾配の算出値が変化前の値に復帰するまで、変化前の路面勾配算出値を保持し続けるため、路面等からの外乱を受けることにより、Ｇセンサの出力値精度が落ちるような車両の走行状態であっても、そのＧセンサ出力値に基づいて算出された路面勾配を路面勾配としては使用せずに、変化前の信頼性の高い路面勾配を採用することにより、実際の道路勾配の変化に対して遅れることなく、また外乱により発生した異常な路面勾配の値を除去して、正確な路面勾配を検出することができる。

また、請求項２記載の本発明の路面勾配検出装置では、上記外乱に、路面段差による外乱が含まれている。

請求項１記載の本発明の路面勾配検出装置によれば、車両の車軸上にＧセンサを配置し、車両の駆動系の回転数を検出する回転数センサに基づき算出した車両加速度とＧセンサの出力値とに基づき路面勾配を算出するので、車両重量の変化や道路勾配などでのサスペンションのたわみの影響を受けることなく、実際の道路勾配の変化に遅れることなく追従した路面勾配を検出できる。しかも、路面勾配算出手段により算出された路面勾配の変化量が所定値以上であるとき、路面勾配の算出値が変化前の値に復帰するまで、変化前の路面勾配算出値を保持し続けるため、路面等からの外乱を受けることにより、Ｇセンサの出力値精度が落ちるような車両の走行状態であっても、そのＧセンサ出力値に基づいて算出された路面勾配を採用せずに、変化前の信頼性の高い路面勾配を採用することにより、実際の道路勾配の変化に対して遅れることなく、また外乱により発生した異常な路面勾配値を除去して、正確な路面勾配を検出することができる。

以下、図面により、本発明の第１の実施の形態に係る路面勾配検出装置について説明する。図１は本発明全体の構成を概略的に示す全体構成図、図２は図１の車両後方視面図である。
本実施の形態では、路面勾配検出装置を大型トラック、特に後二軸車に適用した場合について説明する。

車両には図１及び図２に示すように、車両の前後方向の加速度を検出するＧセンサ１が後後軸のアクスル３上に、車両の駆動系の回転数を検出する回転数センサとして機能する車輪速センサ５がそれぞれ設置され、車輪１５の回転数を検知している。これらのセンサ出力による情報は，路面勾配検出装置として機能するコントロールユニット７（以下、ＥＣＵと称す。）に取り込まれる。

上述したアクスル３は、リヤボディ９を支持するフレーム１１にサスペンション１３により懸架され、このアクスル３上にＧセンサ１は配設されている。
また、車輪速センサ５は、アクスル３の端部に配設され，図示しないドライブシャフトまたは車輪１５の回転数を検出してＥＣＵ７に情報を供給していて、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）に一般的に使用されるものと同様の構成を有する。

ここで、この車輪速センサ５の代わりに、車両の駆動系の回転数を検出する回転数センサとして、図示しないトランスミッションの出力回転数から車速を検出する車速センサを用いても良く、特にＡＢＳを搭載していない車両に本発明を適用する場合に好適である。
次に、本発明のＥＣＵ７について図３を用いて説明する。
ＥＣＵには，車輪速センサ５の検出値である車輪速信号ＷｌとＧセンサ１の検出値であるＧセンサ信号Ｇとが取り込まれる。

車輪速信号Ｗｌは、加速度算出手段２１により下式（１）により時間微分されて車両加速度α_Vが算出される。
α_V＝ｄＷｌ／ｄｔ・・・式（１）
その後，勾配算出手段２３がＧセンサ信号α_Sと車両加速度α_Vとの差に基づき重力加速度ｇで除算した勾配を算出する。

ここでは，一般的に勾配の算出方法として既知の手法である下式（２）を用いる。
ｓｉｎθ＝（α_S−α_V）／ｇ・・・式（２）
また，道路勾配は一般的にｔａｎθで表されるが、車両が走行可能な勾配は１０％程度までであり、この程度の勾配の場合、ｔａｎθ≒ｓｉｎθであるため、本発明においては、ｓｉｎθの値をそのまま路面勾配の値ｉとする。

次に勾配変化監視手段２５で、路面勾配値ｉの時間的変化として、路面勾配値ｉの時間微分値ｉｔを算出し、この時間微分ｉｔが所定値以上のとき（本発明では例えば７％とする）、路面勾配値ｉの保持を指示する。また、路面勾配値ｉの時間微分ｉｔが所定値未満のとき、路面勾配値ｉの非保持を指示する。尚、路面勾配値ｉの時間微分値ｉｔは下式（３）により算出する。

ｉｔ＝ｄｉ／ｄｔ・・・式（３）
すなわち、実際の路面勾配の変化として考えられない変化を路面勾配値ｉが示したとき、路面勾配値ｉの保持を指示するのである。したがって、上記所定値は、実際の路面勾配の変化として考えられない変化率を予め実験等により設定し、その値をＥＣＵ内に格納する。

また、本発明では、上述したように所定値を７％とするが、本発明は大型トラック用の路面勾配検出装置であるため、予め実験により定めた値も大型トラックが実際に走行する路面勾配を考慮したものであり、他の車両によっては、その走行する路面勾配の範囲が異なるため、その車両に合った値をＥＣＵに格納すればよい。
そして、勾配変化監視手段２５が路面勾配値ｉを出力指示するとき、勾配値切換手段２７は、勾配算出手段２３が算出した路面勾配値ｉをそのまま出力するとともに、出力した路面勾配値ｉを記憶する。一方、勾配変化監視手段２５が路面勾配値を保持する指示、即ち記憶値Ｉを出力指示するとき、勾配値切換手段２７は、勾配算出手段２３の算出値を出力せずに、記憶している路面勾配値ｉを出力する。

したがって、本発明の路面勾配検出装置は、Ｇセンサ１をサスペンション１３の下に懸架されるアクスル３上に配設することで、車両重量の変化などによるサスペンションの撓みの影響を受けること無く、道路勾配の変化に追従したＧセンサ出力値を得ることができるとともに、一方で路面の外乱を受けやすいサスペンション下のアクスル上に配設されていた場合でも、外乱により実際にはあり得ない路面勾配変化を有する路面勾配値が算出された場合には、その路面勾配値を採用することなく、記憶されている直前の正常値を用いるため、信頼性の高い路面勾配を検出できる。

次に、本発明の路面勾配検出装置の勾配変化監視手段２５及び勾配値切換手段２７の機能について、図４のフローチャートをもとに説明する。
まず本フローチャート上、勾配変化監視手段２５はステップＳ１０１からステップＳ１０５までを行い、勾配値切換手段は、ステップＳ２０１からステップＳ２０８までを行う。

ステップＳ１０１では、勾配算出手段２３で算出された路面勾配値ｉを取り込み、ステップＳ１０２で取り込んだ路面勾配値ｉに基づきその時間微分である路面勾配値変化率ｉｔを算出する。尚、路面勾配変化率ｉｔは上述した式（３）に基づき行われる。
ステップＳ１０３では、ステップＳ１０２で算出された路面勾配変化率ｉｔが所定値Ｋ（例えば７％）以上か否かを判断する。路面勾配変化率ｉｔが所定値Ｋ以上の場合、勾配値切換手段２７に記憶されている記憶値Ｉを出力するように出力指示を行う。一方、路面勾配変化率ｉｔが所定値Ｋより小さい場合は、路面勾配値ｉを勾配切換手段２７がそのまま出力するよう出力指示する。

次に、ステップＳ２０１では、フラグＦが立っているか否かを判断する。ここで、フラグＦは実際に勾配算出手段２３で算出した勾配値を使用せずに、記憶値Ｉを路面勾配値として出力するときステップＳ２０５で立ち上げるものである。また、初期状態ではフラグＦは０である。
フラグＦが０であるとき、即ち勾配算出手段２３で算出した勾配値を継続して路面勾配値として出力している場合、ステップＳ２０２へ進む。ステップＳ２０２では、勾配変化監視手段２５が勾配算出手段２３で算出した路面勾配値ｉを出力指示しているか否かを判断する。路面勾配値ｉを出力指示している場合、ステップＳ２０３で路面勾配値ｉを出力して、ステップＳ２０４でその路面勾配値ｉを記憶値Ｉとして記憶して路面勾配検出の一連の検出フローを終了する。

また、ステップＳ２０２で勾配変化監視手段２５が、路面勾配値ｉを出力していない場合、即ち記憶値Ｉを出力指示している場合、ステップＳ２０５で上述したフラグＦを１にして、ステップＳ２０６で勾配切換手段２７に格納していた記憶値Ｉを路面勾配値ｉとして出力する。この記憶値ＩはステップＳ２０４で更新する。
一方、ステップＳ２０１でフラグＦが１の場合、即ちステップＳ２０２で勾配変化監視手段２５が、記憶値Ｉを出力指示していると判定して、記憶値Ｉを路面勾配値ｉとして出力している場合には、ステップＳ２０７で勾配算出手段２３で算出された路面勾配値ｉが記憶値Ｉであるかを判定する。ここで路面勾配値ｉが記憶値Ｉであると判定された場合、Ｇセンサ値α_Sの値が正常値に復帰し、路面勾配値ｉも正常値に復帰したと判定し、ステップＳ２０８でフラグＦを０に戻して、ステップＳ２０３で路面勾配値ｉを出力し，さらに路面勾配値ｉを記憶値Ｉとして記憶する。

また、ステップＳ２０７で路面勾配値ｉが記憶値Ｉでないと判定された場合、ステップＳ２０６で勾配切換手段２７に格納していた記憶値Ｉを路面勾配値ｉとして出力する。
以上のフローチャートにより説明した本発明の路面勾配検出装置によれば、図５に示すような効果を有する。図５は、登坂路登り走行時の変速時における路面勾配値ｉの検出を示している。変速時は駆動力が急変するため、変速が完了して安定した加速状態となるまでは、Ｇセンサ値α_Sの値が通常の状態であり得ない異常値を検出して、勾配算出手段２３で算出される路面勾配値ｉが異常な値であることを検出して、その変化率ｉｔが所定値以上の場合（図中、Ａ点）、勾配値切換手段２７に記憶されている信頼できる記憶値勾配Ｉを路面勾配値ｉとし出力する(図中、太線)ことで、路面勾配ｉ(図中、細線)をそのまま使用するものにくらべ、信頼性の高い路面勾配を検出できる。

また、路面勾配値ｉと記憶値Ｉとが同じになったところ（図中、Ｂ点）で、路面勾配値が正常であると判定し、記憶値Ｉの使用を終了するので、道路勾配の変化に追従した路面勾配値ｉを得ることができる。
次に本発明の第２の実施の形態について図６のフローチャートをもとに説明する。第２の実施の形態は、勾配切換手段２７を除き、第１の実施の形態と同様であるので、尚、既に第１の実施の形態（図４）において説明した制御ステップについては、同一符号を付して説明を省略する。

ステップＳ２０２で勾配変化監視手段２５が路面勾配ｉを出力せずに、記憶値Ｉを出力した場合、ステップＳ２０５でフラグＦを１にして、ステップＳ２０９でタイマーをＯＮする。
そして、タイマーをＯＮした後は、フラグＦは１であるので、ステップＳ２０１でＹＥＳとなり、ステップＳ２１０でタイマー経過時間がｔ経過したか否かを判定する。時間ｔ経過した場合は、ステップＳ２１１でタイマーをＯＦＦして、ステップＳ２０３で路面勾配を出力する。一方、ステップＳ２１０でタイマーが時間ｔ経過していない場合は、ステップＳ２０６で、記憶値Ｉを路面勾配値ｉとして出力する。

これにより、外乱等のため、Ｇセンサ値α_Sが不正確となり、勾配算出手段２３の算出値である路面勾配値ｉが、あり得ない変化をしたことを勾配変化監視手段２５が判断したとき、外乱が改善されるであろう時間ｔの間、記憶値Ｉを路面勾配値ｉとして出力するので、路面勾配の変化に遅れることなく、正確な路面勾配を検出できる。
次に、本実施の形態を具体化した実施例及びその効果について説明する。図７は、排水溝等の路面段差を有するところを車両が通過する場合の路面勾配値ｉの検出を示している。排水溝等の路面段差を通過するときであっても、Ｇセンサ値α_Sの値が通常の状態では考えられない異常値を検出して、勾配算出手段２３で算出される路面勾配値ｉが異常な値であることを検出することがある。その変化率ｉｔが所定値以上の場合（図中、Ｃ点）、勾配値切換手段２７に記憶されている信頼できる記憶値勾配Ｉを路面勾配値ｉとし出力する（図中、太線）ことで、路面勾配ｉ（図中、細線）をそのまま使用するものにくらべ、信頼性の高い路面勾配を検出できる。

また、記憶値Ｉを路面勾配値ｉとして出力してからタイマー経過時間がｔ経過したところ（図中、Ｄ点）で、路面勾配値が正常に復帰しているであろうと推測し、記憶値Ｉの使用を終了するので、道路勾配の変化に追従した路面勾配値ｉを得ることができる。特に、このような路面段差による外乱は、長時間経過することは少なく、タイマー経過時間ｔの間、記憶値Ｉを路面勾配値ｉとすることは、簡便な手法で行えるので、システム上有効である。

次に本発明の第３の実施の形態について図８及び図９を用いて説明する。尚、既に説明した構成については同一符号を付して説明を省略する。本実施の形態は、Ｇセンサ１の出力が、正確な値を検出できないと予想される走行状態としてカーブ走行を特定する。Ｇセンサは車両の前後方向のＧのみの測定しかできないため、カーブ走行時等の車両旋回時は、その遠心力によりＧセンサの値が実際のＧと異なる値を出力することがわかっている。

そこで、カメラ５９から入力された情報に基づき、カーブ検出手段３１がカーブ走行中であることを判定したときは、勾配値切換手段２７にカーブ走行中の信号を出力する。
そして、勾配値切換手段２７では、カーブ走行中の信号が入力されると、Ｇセンサ１の出力値であるＧセンサ値α_Sに基づき勾配算出手段２３で算出された路面勾配値ｉを採用せずに、記憶された記憶値Ｉを路面勾配値ｉとして出力する。

次に、勾配値切換手段２７における路面勾配値の切り換えについて、その流れを図９のフローチャートに沿って説明する。
まず、ステップＳ３０１でカーブ検出手段３１からのカーブ情報と、勾配算出手段で算出された路面勾配値ｉを取り込む。ステップＳ３０２では、取り込まれた情報に基づき、車両がカーブ走行中であるか否かを判定する。カーブ走行中であると判定された場合には、ステップＳ３０２へ進み、記憶されている記憶値Ｉを路面勾配値ｉとして出力する。一方、ステップＳ３０２でカーブ走行中でないと判定されたとき、勾配算出手段２３で算出された路面勾配値ｉを路面勾配値ｉとして出力する。そしてステップＳ３０５で、このとき出力した路面勾配値ｉを新たな記憶値Ｉとして記憶する。

これにより、カーブ走行中に使用する記憶値Ｉは、カーブ走行中と判定される直前の路面勾配値ｉが記憶されていることとなり、カーブ走行中であってもより正確な路面勾配値ｉを出力することができる。
尚、本実施の形態において、カーブ情報を入力する手段として、カメラ５９を用いたが、これに限ることなく、ステアリング舵角センサあるいはナビゲーションシステムの情報を使用しても良い。

以上説明したように、本発明の各実施の形態によれば、Ｇセンサ１をアクスル３上に配設して、Ｇセンサ１の出力値の応答性を向上すると共に、Ｇセンサ１をアクスル３上に配設することに起因して、Ｇセンサ１の出力が実際とは異なる値になるような場合であっても、直前の正常値を使用し正確な路面勾配値を供給することができる。
このような応答性良くかつ正確な路面勾配値を供給することで、エンジン制御、変速機制御、制動制御等に幅広く活用することができる。

本発明の各実施の形態にかかる路面勾配検出装置の構成を示す全体構成図である。本発明にかかるＧセンサの配置を示す概念図である。本発明の第１の実施の形態にかかる路面勾配検出装置の要部構成を示す模式的な機能ブロック図である。本発明の第１の実施の形態にかかる路面勾配検出装置の作用を説明するためのフローチャートである。本発明の第１の実施の形態にかかる路面勾配検出装置による効果を示したタイムチャートである。本発明の第２の実施の形態にかかる路面勾配検出装置の作用を説明するためのフローチャートである。本発明の第２の実施の形態にかかる路面勾配検出装置による効果を示したタイムチャートである。本発明の第３の実施の形態にかかる路面勾配検出装置の要部構成を示す模式的な機能ブロック図である。本発明の第３の実施の形態にかかる路面勾配検出装置の作用を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１Ｇセンサ
５回転数センサ(車輪速センサ)
７路面勾配検出装置（ＥＣＵ）

Claims

車両の車軸上に配設されたＧセンサと、
上記車両の駆動系の回転数を検出する回転数センサと、
同回転数センサの出力に基づき車両加速度を算出し、同車両加速度と上記Ｇセンサの出力値との差に基づいて路面勾配を検出する路面勾配算出手段とを有し、
上記路面勾配算出手段は、
上記算出された路面勾配の変化量が所定値以上であるとき、同路面勾配の算出値が変化前の値に復帰するまで、変化前の路面勾配値を保持し続ける
ことを特徴とする、路面勾配検出装置。
上記外乱には、路面段差による外乱が含まれていることを特徴とする、請求項１記載の路面勾配検出装置。