JP2013184674A - 路面勾配推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 路面勾配の変化に対し耐ノイズ性と応答性とを両立できる路面勾配推定装置を提供する。
【解決手段】 実際の路面勾配の変化速度に応じて、フィルタ処理後の車体姿勢検出値に対しフィルタ手段のフィルタ特性を、当該路面勾配の変化速度が低いときには強くし、当該路面勾配の変化速度が高いときには弱くするよう、変更する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、路面勾配推定装置に関する。

特許文献１には、加速度センサの検出値と、車輪速センサから求めた車速の微分値とに基づいて路面勾配を推定する際、車体姿勢変化（スクォート、ダイブ、変速ショック）や路面外乱入力（凹凸等）に伴うノイズ成分をローパスフィルタにより除去する技術が開示されている。

特開２００９−０４０３０８号公報

しかしながら、上記従来技術にあっては、路面勾配の変化に対してフィルタの強さは一定であるため、路面勾配の変化速度が高くなるほど実際の路面勾配の変化に対する推定路面勾配の追従性が悪化し、推定誤差が大きくなるという問題があった。
本発明の目的は、路面勾配の変化に対し耐ノイズ性と応答性とを両立できる路面勾配推定装置を提供することにある。

本発明では、実際の路面勾配の変化速度に応じて、フィルタ処理後の車体姿勢検出値に対しフィルタ手段のフィルタ特性を、当該路面勾配の変化速度が低いときには強くし、当該路面勾配の変化速度が高いときには弱くするよう、変更する。

路面勾配の変化速度が高い場合にはフィルタ特性を弱めることで路面勾配の変化速度への追従性を向上できる。このとき、車体姿勢検出値に重畳されるノイズは少ないため、耐ノイズ性が損なわれることはない。
一方、路面勾配の変化速度が低い場合にはフィルタ特性を強めることで耐ノイズ性を向上できる。このとき、実際の路面勾配の変化に対する推定路面勾配の追従性が高いため、路面勾配の変化速度への追従性が損なわれることはない。
よって、本発明では、路面勾配の変化に対し耐ノイズ性と応答性とを両立できる。

実施例１のエンジン自動停止制御装置を示すシステム図である。 実施例１の路面勾配推定装置15の制御ブロック図である。 実施例１の路面勾配推定装置15で実施される路面勾配推定処理の流れを示すフローチャートである。 実施例１のフィルタゲイン選定マップである。 走行中に路面勾配が変化した際の前後Gセンサの出力を示す図である。 走行中に路面勾配が変化した際のローパスフィルタ通過後の前後Gセンサの出力を示す図である。 ノイズによる推定誤差のみを考慮してローパスフィルタのフィルタゲインを設定した場合の前後Gセンサの出力を示すタイムチャートである。

以下、本発明の路面勾配推定装置を実施するための形態を、図面に示す実施例に基づいて説明する。
〔実施例１〕
まず、実施例１の構成を説明する。
図１は、実施例１のエンジン自動停止制御装置を示すシステム図である。エンジン1から入力された回転駆動力は、トルクコンバータ2を介してベルト式無段変速機3に入力され、所望の変速比によって変速された後、駆動輪4に伝達される。
エンジン1は、エンジン始動を行う始動装置1aを有する。具体的には、スタータモータが備えられ、エンジン始動指令に基づいてエンジンクランキングを行うと共に、燃料を噴射し、エンジン1が自立回転可能になると、スタータモータを停止する。

エンジン1の出力側には、停車速域でトルク増幅を行うと共に、所定車速（例えば、14km/h程度）以上では、相対回転を禁止するロックアップクラッチを有するトルクコンバータ2が設けられている。トルクコンバータ2の出力側にはベルト式無段変速機3が接続されている。
ベルト式無段変速機3は、発進クラッチと、プライマリプーリおよびセカンダリプーリと、これら両プーリに掛け渡されたベルトとから構成され、プーリ溝幅を油圧制御によって変更することで所望の変速比を達成する。また、ベルト式無段変速機3内には、エンジン1によって駆動されるオイルポンプが設けられ、エンジン作動時には、オイルポンプを油圧源としてトルクコンバータ2のコンバータ圧やロックアップクラッチ圧を供給し、また、ベルト式無段変速機3のプーリ圧やクラッチ締結圧を供給する。
さらに、ベルト式無段変速機3には電動オイルポンプ3aが設けられており、エンジン自動停止によってオイルポンプによる油圧供給ができない場合には、電動オイルポンプ3aが作動し、必要な油圧を各アクチュエータに供給可能に構成されている。よって、エンジン停止時であっても、所望の変速比を達成し、また、クラッチ締結圧を維持することができる。

エンジン1は、エンジンコントロールユニット10によって作動状態が制御される。エンジンコントロールユニット10には、車両の前後方向加速度を検出する前後Gセンサ（車体姿勢検出手段）11からの前後G信号、ドライバのアクセルペダル操作量を検出するアクセル開度センサ12からのアクセル信号、ブレーキペダル操作量に基づいて生じるマスタシリンダ圧検出するマスタシリンダ圧センサ13からのブレーキ操作量信号（マスタシリンダ圧）、各輪に備えられた車輪速センサ14からの車輪速信号、後述するCVTコントロールユニット20からのCVT状態信号、エンジン水温、クランク角やエンジン回転数等の信号を入力する。エンジンコントロールユニット10は、上記各種信号に基づいてエンジン1の始動もしくは自動停止を実施する。なお、マスタシリンダ圧センサ13に代えてブレーキペダルストローク量やブレーキペダル踏力を検出する踏力センサ、もしくはホイルシリンダ圧を検出するセンサ等の用い、これによりブレーキペダル操作量を検出しても良い。

CVTコントロールユニット20は、エンジンコントロールユニット10との間でエンジン作動状態とCVT状態の信号を送受信し、これら信号に基づいてベルト式無段変速機3の変速比等を制御する。具体的には、走行レンジが選択されているときには、発進クラッチの締結を行うと共に、アクセルペダル開度と車速とに基づいて変速比マップから変速比を決定し、各プーリ油圧を制御する。また、車速が所定車速未満のときは、ロックアップクラッチを開放し、所定車速以上のときはロックアップクラッチを締結し、エンジン1とベルト式無段変速機3とを直結状態とする。さらに、走行レンジ選択中におけるエンジン自動停止時には、電動オイルポンプ3aを作動させ、必要な油圧を確保する。

［エンジン自動停止制御処理］
次に、エンジンコントロールユニット10におけるエンジン自動停止制御処理について説明する。実施例１では、車両停止時に、所定の条件が成立したときは、エンジンアイドリングを停止する、いわゆるアイドリングストップ制御を行う。なお、アイドリングストップ制御については周知の構成を適宜実施すれば良いため、詳細な説明は省略する。加えて、車両走行中であっても、減速中であり、このまま車両停止してアイドリングストップ制御に移行する可能性が高いと判断したときは、エンジン１を停止するコーストストップ制御を行う。

通常のコーストストップ制御を行わないアイドリングストップ車両にあっては、ドライバがアクセルペダルを操作することなく惰性走行している、いわゆるコースト走行状態（ブレーキペダル操作をしている状態を含む）のときには、燃料噴射を停止し、駆動輪4から伝達されるコーストトルクによってロックアップクラッチを介してエンジン回転数を維持している。しかし、所定車速まで減速すると、ロックアップクラッチは解放されるため、燃料噴射しなければエンジン1は停止してしまう。そこで、ロップアップクラッチが解放されるタイミングで燃料噴射を再開し、エンジン自立回転を維持している。その後、車両が完全に停止し、ブレーキペダルが十分に踏み込まれているといった各種条件が成立しているか否かを判定した後、エンジンアイドリングを停止する。

ここで、燃料噴射を停止していた走行状態から、一旦燃料噴射を再開し、再度エンジン停止を行う過程において、燃料噴射再開時の燃料をさらに抑制することができれば、燃費を改善することが可能となる。そこで、所定の条件が成立したコースト走行時には、燃料噴射の再開を行うことなく、エンジンを停止したまま（燃料噴射を行わない）とするコーストストップ制御を実施し、車両停止後は通常のアイドリングストップ制御にそのまま移行することとした。

コーストストップ制御の開始条件（エンジン停止条件）は、以下の4条件をすべて満たしている場合であり、エンジン再始動条件は、4条件のうちいずれか1つが不成立の場合とする。
1.アクセルペダル操作量がゼロ
2.走行レンジが選択されている
3.車速が基準車速（ロックアップクラッチを解放する車速）以下
4.ブレーキ操作量がコーストストップ許可下限値以上
コーストストップ許可下限値は、路面勾配が大きいほど大きく設定する。
また、アイドリングストップ制御の開始条件（エンジン停止条件）は、以下の4条件がすべて成立している場合とし、エンジン再始動条件は、4条件のうちいずれか1つが不成立の場合とする。
1.アクセルペダル操作量がゼロ
2.走行レンジが選択されている
3.車速ゼロが所定時間継続
4.ブレーキ操作量がアイドリングストップ許可下限値以上
アイドリングストップ許可下限値は、路面勾配が大きいほど大きく設定し、かつ、コーストストップ許可下限値よりも大きくする。

エンジンコントロールユニット10は、コーストストップ許可下限値およびアイドリングストップ許可下限値を決める路面勾配を推定するための路面勾配推定装置15を備える。
図２は、実施例１の路面勾配推定装置15の制御ブロック図である。
車速演算部（路面勾配変化速度推定手段、車速検出手段）15aは、車輪速センサ14により検出された各車輪速に基づいて車速を演算する。車速は、例えば従動輪の車輪速の平均値とする。
微分器（車体姿勢検出手段）15bは、演算された車速を時間微分して推定前後加速度（推定前後G）を出力する。
フィルタゲイン選定部（フィルタ特性変更手段）15cは、車速に基づいてローパスフィルタ（フィルタ手段）15dのフィルタゲインを選定する。フィルタゲインとは、フィルタの時定数の逆数であるから、フィルタゲインを選定することで、フィルタの時定数、すなわちカットオフ周波数（遮断周波数）が決まる。なお、フィルタゲインの選定方法については後述する。
ローパスフィルタ15dは、前後Gセンサ11により検出された前後G（検出前後G）および推定前後Gを入力し、選定されたフィルタゲインによるフィルタ処理を施し、検出前後Gおよび推定前後Gからノイズを除去した検出前後Gおよび推定前後Gを出力する。
路面勾配推定部（路面勾配推定手段）15eは、フィルタ処理後の検出前後Gからノイズ除去後の推定前後Gを減算した値を推定路面勾配として出力する。

［路面勾配推定処理］
図３は、実施例１の路面勾配推定装置15で実施される路面勾配推定処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。
ステップS1では、車速演算部15aにおいて、車速を演算する。
ステップS2では、フィルタゲイン選定部15cにおいて、車速から図４のマップを参照してフィルタゲインを選定する。
図４は、実施例１のフィルタゲイン選定マップである。
フィルタゲインは、車速による推定誤差を示す特性図（実線）と、ノイズによる推定誤差を示す特性図（一点鎖線）との交点とする。図４に示すように、車速による推定誤差は、フィルタゲインが低くなるほど大きく、かつ、車速が高くなるほど大きくなる特性を有する。一方、ノイズによる推定誤差は、フィルタゲインが高くなるほど大きくなる特性を有する。
図４において、車速a,b,cはa>b>cの関係にあり、例えば、車速がaの場合はフィルタゲインDを採用し、車速がbの場合はフィルタゲインCを採用し、車速がcの場合はフィルタゲインBが採用される。
ステップS3では、ローパスフィルタ15dにおいて、選定したフィルタゲインを用いて検出前後Gおよび推定前後Gをフィルタ処理する。
ステップS4では、路面勾配推定部15eにおいて、フィルタ処理後の検出前後Gおよび推定前後Gに基づいて推定路面勾配を演算する。

次に、作用を説明する。
図５は、走行中に路面勾配が変化した際の前後Gセンサの出力を示す図である。(a)のように走行路が平坦路から坂路へ移行する場合、前輪、後輪の順に坂路へ進入する。このため、前後Gセンサの出力は、(b)の実線で示すように勾配変化前の値から勾配変化後の値へと変化する。なお、破線は前後輪が瞬時に坂路へ進入すると仮定した場合の前後Gセンサの出力である。
前後Gセンサの出力が勾配変化前の値から勾配変化後の値まで変化するときの傾きは、路面勾配の変化速度を表し、この傾きは路面勾配の変化量が大きいほど、または変化時間が短いほど急になる。
図６は、走行中に路面勾配が変化した際のローパスフィルタ通過後の前後Gセンサの出力を示す図である。(b)の実線で示すように、ローパスフィルタ通過後の前後Gセンサの出力（フィルタ出力値）は、一点鎖線で示した真値に対して乖離が生じる。真値との乖離量は、ローパスフィルタのフィルタゲインが一定である場合、路面勾配の変化速度が高いほど大きくなる。

図７は、ノイズによる推定誤差の特性のみを考慮してローパスフィルタのフィルタゲインを設定した場合の前後Gセンサの出力を示すタイムチャートであり、(a)は車速が高い場合、(b)は車速が低い場合である。
路面勾配の変化速度への追従性を考慮せずに耐ノイズ性（ノイズ除去性能）に重きを置いてフィルタゲインを選定した場合（例えば、図４のフィルタゲインAを選択した場合）、高車速域で路面勾配が変化した場合や路面勾配の変化速度が大きい場合において、(a)に示すように、フィルタ処理後の出力値（フィルタ出力値）と真値との乖離が大きくなる。一方、低車速域では、真値の変化速度が小さいため、(b)に示すように、フィルタ処理後の出力値は真値に対して十分に追従できる。このため、真値との乖離量は小さく、耐ノイズ性に重きを置いた際の弊害は少なくなる。
よって、耐ノイズ性のみを考慮してローパスフィルタのフィルタゲインを設定したシステムでは、ノイズによる推定誤差を小さく抑えられるものの、路面勾配変化時の推定誤差によって結果的にトータルの推定誤差が大きくなってしまうため、バランスの取れたシステムとは言い難い。

これに対し、実施例１の路面勾配推定装置15では、耐ノイズ性と応答性（路面勾配の変化速度への追従性）を考慮した最適なフィルタゲインを選定することにより、両指標におけるバランスの優れたシステムを構築できる。
具体的には、図３に示した路面勾配推定処理において、ステップS1で車速を演算し、ステップS2で車速に基づき図４に示したマップを参照してローパスフィルタ15dのフィルタゲインを選定する。このとき、車速による推定誤差を示す特性図と、ノイズによる推定誤差を示す特性図との交点となるフィルタゲインを選定する。ここで、車速による推定誤差は、路面勾配の変化速度に応じた推定誤差と等価である。理由は、車速が高いほど路面勾配の変化速度は高くなるからである。
よって、路面勾配の変化速度が高い場合にはフィルタゲインを高くすることで路面勾配の変化速度への追従性を向上できる。このとき、検出前後Gおよび推定前後Gに重畳されるノイズは少ないため、耐ノイズ性が損なわれることはない。
一方、路面勾配の変化速度が低い場合にはフィルタゲインを低くすることで耐ノイズ性を向上できる。このとき、実際の路面勾配の変化に対する推定路面勾配の追従性が高いため、路面勾配の変化速度への追従性が損なわれることはない。
この結果、実施例１の路面勾配推定装置15では、両指標の最適なバランスを実現でき、システムとして発生し得る推定誤差を最小化できる。

次に、効果を説明する。
実施例１の路面勾配推定装置にあっては、以下に列挙する効果を奏する。
(1) 検出前後Gを出力する前後Gセンサと、推定前後Gを演算する微分器15bと、検出前後Gおよび推定前後Gに対しノイズ除去のためのフィルタ処理を施すローパスフィルタ15dと、フィルタ処理後の検出前後Gおよび推定前後Gに応じた信号に基づき路面勾配を推定する路面勾配推定部15eと、実際の路面勾配の変化速度（≒車速）を推定する路面勾配変化速度推定手段（車速演算部15a）と、実際の路面勾配の変化速度に応じて、フィルタ処理後の検出前後Gおよび推定前後Gに対しローパスフィルタ15dのフィルタ特性を、当該路面勾配の変化速度が低いときにはフィルタゲインを低くし、当該路面勾配の変化速度が高いときにはフィルタゲインを高くするよう、変更するフィルタゲイン選定部15cと、を備えた。
よって、路面勾配の変化に対し耐ノイズ性と応答性とを両立できる。

(2) ローパスフィルタ15dは、検出前後Gおよび推定前後Gにフィルタ処理を施す。
よって、車体姿勢変化や路面外乱入力に伴い検出前後Gおよび推定前後Gに重畳されるノイズ成分を低減できる。

(3) フィルタゲイン選定部15cは、ノイズに応じた路面勾配の推定誤差と実際の路面勾配の変化速度に応じた路面勾配の推定誤差とを合わせたトータルの推定誤差が最小となるようなフィルタ特性を選定する。
よって、路面勾配の推定誤差を最小化できる。

(4) 路面勾配変化速度推定手段は、車速を検出する車速演算部15aである。
よって、新たな構成を追加することなく路面勾配変化速度を精度良く推定できる。

（他の実施例）
以上、本発明に係る路面勾配推定装置を、各実施例に基づいて説明したが、上記構成に限られず本発明の範囲を逸脱しない範囲で他の構成を取り得る。
例えば、実施例では、本発明をエンジン自動停止制御装置に適用した例を示したが、本発明は、路面勾配をパラメータとして車両を制御する制御装置であれば、いずれにも適用でき、実施例と同様の作用効果を奏する。
また、車体姿勢検出手段として、ピッチング方向のヨーレイトを検出するヨーレイトセンサを用いても良い。

１ エンジン
2 トルクコンバータ
3 ベルト式無段変速機
3a 電動オイルポンプ
4 駆動輪
10 エンジンコントロールユニット
11 前後Gセンサ（車体姿勢検出手段）
12 アクセル開度センサ
13 マスタシリンダ圧センサ
14 車輪速センサ
15 路面勾配推定装置
15a 車速演算部（路面勾配変化速度推定手段、車速検出手段）
15b 微分器（車体姿勢検出手段）
15c フィルタゲイン選定部（フィルタ特性変更手段）
15d ローパスフィルタ（フィルタ手段）
15e 路面勾配推定部（路面勾配推定手段）
20 コントロールユニット

Claims (4)

1. 車体姿勢を検出する車体姿勢検出手段と、
   前記車体姿勢検出手段による車体姿勢検出値に対しノイズ除去のためのフィルタ処理を施すフィルタ手段と、
   前記フィルタ処理後の車体姿勢検出値に応じた信号に基づき路面勾配を推定する路面勾配推定手段と、
   実際の路面勾配の変化速度を推定する路面勾配変化速度推定手段と、
   前記実際の路面勾配の変化速度に応じて、前記フィルタ処理後の車体姿勢検出値に対し前記フィルタ手段のフィルタ特性を、当該路面勾配の変化速度が低いときには強くし、当該路面勾配の変化速度が高いときには弱くするよう、変更するフィルタ特性変更手段と、
   を備えたことを特徴とする路面勾配推定装置。
2. 請求項１に記載の路面勾配推定装置において、
   前記車体姿勢検出手段は、車両の前後方向加速度と車速を検出する手段であり、
   前記補償手段は、前記前後方向加速度または前記車速の一方にフィルタ処理を施すことを特徴とする路面勾配推定装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の路面勾配推定装置において、
   前記フィルタ特性変更手段は、前記ノイズに応じた路面勾配の推定誤差と前記実際の路面勾配の変化速度に応じた路面勾配の推定誤差とを合わせたトータルの推定誤差が最小となるような前記フィルタ特性を選定することを特徴とする路面勾配推定装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の路面勾配推定装置において、
   前記路面勾配変化速度推定手段は、車速を検出する車速検出手段であることを特徴とする路面勾配推定装置。

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