JP2016190602A - 道路勾配推定装置及び道路勾配推定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】車両が前進する以外の場合での道路勾配の推定値の誤推定を防止できる道路勾配推定装置及び道路勾配推定方法を提供する。【解決手段】動力断接装置１７の断接状態と、変速機１８の変速状態と、を判定する判定手段３７を備え、その判定手段３７により動力断接装置１７がエンジン１６からの動力の伝達を接続し、且つ変速機１８が伝達された動力を変換して車両１０を前進させる動力を出力軸１９に出力すると判定した場合には、道路勾配の推定値θｚを推定勾配θｘ、あるいは推定勾配θｘに基づいた補正勾配θｙとし、それ以外の場合には、勾配推定手段３５による推定を禁止して、道路勾配の推定値θｚを予め定められた設定値θ０にするように構成される。【選択図】図１

Description

本発明は、道路勾配推定装置及び道路勾配推定方法に関し、より詳細には、車両が前進する以外の場合での道路勾配の推定値の誤推定を防止できる道路勾配推定装置及び道路勾配推定方法に関する。

車両の走行中には、車両の加減速制御、回生制御、及びブレーキ制御の最適化のため、また、車両の発進時には、変速段の発進段の最適化のため、車両の走行している、あるいは停車している道路勾配を精度良く推定することが必要となる。

道路勾配を推定する方法としては、車両に掛かる前後方向成分に基づいて推定する方法が一般的である。この推定方法は、例えば、重力センサ（Ｇセンサ）で取得した車両に掛かる成分のうちの路面に平行な成分、すなわち車両に掛かる前後方向成分から、車輪速度センサで取得した車両の実際の加速度成分を減算して算出された車両の前後方向に掛かる重力加速度成分に基づいて道路勾配を推定する方法である。なお、車両に掛かる前後方向成分には道路勾配による重力加速度成分や車両の加速度による加速度成分を例示できる。

しかし、車輪速度センサで取得した車両の実際の加速度成分は、車両の前進、後退がわからないため、このように推定された推定勾配は、実際の道路勾配の値からかけ離れた値になる場合がある。

そこで、車両の後退時には車輪速度センサの検出値を用いずに、すなわち車両の実際の加速度成分を用いずに推定勾配を推定する装置が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

しかし、これらの装置においては、車両の後退時には、車両の実際の加速度成分を用いずに推定勾配を推定しているため、その推定勾配の精度は低い。そのため、そのような精度の低い推定勾配を用いた場合には、例えば、車両が停車し、発進したときに、変速機で実際の道路勾配に適合しない誤った発進段が選択されてしまう虞がある。

特開平１０−１８４８７３号公報 特許第５１６８４１６号

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その課題は、車両が前進する以外の場合での道路勾配の推定値の誤推定を防止できる道路勾配推定装置及び道路勾配推定方法を提供することである。

上記の課題を解決するための本発明の道路勾配推定装置は、道路の推定勾配を車両に掛かる前後方向成分に基づいて推定する勾配推定手段を備えた道路勾配推定装置において、前記車両に搭載された内燃機関からの動力の伝達を断接する動力断接装置の断接状態と、伝達された動力を変換して前記車両を前進させる動力及び後退させる動力のいずれかを出力軸に出力する変速機の変速状態と、を判定する判定手段を備え、前記判定手段により前
記動力断接装置が前記内燃機関からの動力の伝達を接続し、且つ前記変速機が伝達された動力を変換して前記車両を前進させる動力を前記出力軸に出力すると判定した場合には、道路勾配の推定値を前記推定勾配とし、それ以外の場合には、前記勾配推定手段による推定を禁止して、道路勾配の推定値を予め定められた設定値にする構成にしたことを特徴とするものである。

また、上記の課題を解決するための本発明の道路勾配推定方法は、道路の推定勾配を、車両に掛かる前後方向成分に基づいて推定する道路勾配推定方法において、動力断接装置が内燃機関からの動力の伝達を接続し、且つ、変速機がその伝達された動力を変換して前記車両を前進させる動力を出力軸に出力する場合には、道路勾配の推定値を前記推定勾配にし、それ以外の場合には、道路勾配の推定値を予め定められた設定値にすることを特徴とする方法である。

なお、ここでいう設定値は、車両が発進する際に変速機の発進段を予め設定されたギヤ段にする値に設定されることが好ましく、より具体的には、車両重量に応じた変速機のデフォルトの発進段、つまり実際の勾配によらずに確実に車両を発進可能な発進段が選択される値に設定される。

本発明の道路勾配推定装置及び道路勾配推定方法によれば、動力断接装置の断接状態と、変速機の変速状態とを判定して、車両の前進以外での推定を禁止すると共に道路勾配の推定値を予め定められた設定値にすることにより、車両の前進以外での道路勾配の推定値の誤推定を防止できる。これにより、発進時にギヤ比の高い、すなわち出力トルクの低い発進段が選択されることを防止できる。

特に、車両の後進時、及び車両に搭載された内燃機関からの動力が駆動輪に伝達されていないときに推定された推定勾配が、実際の道路勾配に対して大きくずれていた場合に、そのずれが解消されないまま車両が停車すると、車両の発進時に使用される道路勾配の推定値は実際の値とかけ離れる虞がある。しかし、本発明によれば、推定勾配がずれる可能性のある車両の後進時、及び車両に搭載された内燃機関からの動力が駆動輪に伝達されていないときに、推定勾配を推定することを禁止して、推定値を設定値にするので、実際の道路勾配に対して発進時にギヤ比が高く発進できない変速段が選択されることを防止できる。

本発明の道路勾配推定装置の実施形態を例示する説明図である。 図１の勾配推定手段を例示するブロック図である。 図１の補正手段を例示するブロック図である。 本発明の道路勾配推定方法の実施形態を例示するフローチャートである。

以下、本発明の道路勾配推定装置及び道路勾配推定方法について説明する。図１は、本発明の実施形態の道路勾配推定装置３０の構成を例示している。この道路勾配推定装置３０は、車両１０に搭載されて、車両１０の走行している道路勾配の推定値θｚを得るものである。

車両１０には、シャーシ１１の前方側に運転室（キャブ）１２が配置され、シャーシ１１の後方側にボディ１３が配置されている。

この車両１０においては、キャブ１２に搭乗した運転者がアクセルペダル１４及びシフ
トレバー１５を操作すると、図示しない制御装置がエンジン１６、動力伝達装置（クラッチ）１７、及び変速機１８を制御する。その制御により、エンジン１６から出力された動力を、動力断接装置１７を経由して変速機１８に伝達し、更に、変速機１８より出力軸１９を介して差動装置２０に伝達して、差動装置２０より駆動軸２１を介して後輪（駆動輪）２２に伝達して、走行している。また、走行中に、運転者がステアリング２３を操作して、図示しないステアリングシステムを経由して右前輪２４ａ（図示しない左前輪２４ｂ）が操舵されると、車両１０の進行方向が変わる。

このような車両１０の加減速制御、回生制御、及びブレーキ制御の最適化のためには、あるいは、車両の発進時の変速機１８の発進段の最適化のためには、車両１０の走行している道路勾配を精度良く推定することが求められている。そこで、上記の車両１０においては、道路勾配推定装置３０を備えて、走行中に道路勾配を推定している。

道路勾配推定装置３０は、電子計算機３１、Ｇセンサ３２、車輪速度センサ３３ａ（図示しない３３ｂ）、及び操舵角センサ３４を備えている。

電子計算機３１は、勾配推定手段３５と、補正手段３６とを有しており、車両１０の走行中に逐次、勾配推定手段３５と補正手段３６とを実行して道路勾配を推定して推定値θｚを得ている。なお、勾配推定手段３５及び補正手段３６としては、電子計算機３１に記憶され、実行されるプログラムを例示できる。

Ｇセンサ３２は、車両１０に掛かる力成分のうちの路面に平行な成分、すなわち車両１０に掛かる前後方向成分Ｇｓを取得し、車輪速度センサ３３ａは右前輪２４ａの右車輪速度Ｖａ、車輪速度センサ３３ｂは左前輪２４ｂの左車輪速度Ｖｂを取得している。また、操舵角センサ３４は、運転者のステアリング２３の操作による右前輪２４ａ及び左前輪２４ｂの操舵角θｎを取得している。なお、車輪速度センサ３３ａ、３３ｂの代わりに出力軸１９の回転数に基づいて車両１０の速度を検出する車速センサを用いてもよい。

勾配推定手段３５は、Ｇセンサ３２の検出値である車両１０に掛かる力の前後方向成分Ｇｓと、車輪速度センサ３３ａ、３３ｂの検出値である右車輪速度Ｖａ及び左車輪速度Ｖｂとを取得して、車両１０に掛かる前後方向成分Ｇｓと実際の車両１０の加速度成分Ａｖに基づいて道路勾配を推定して推定勾配θｘを得る手段である。

補正手段３６は、勾配推定手段３５で推定された推定勾配θｘを取得し、推定勾配θｘに、推定勾配θｘの変化量（推定勾配θｘと前回の推定値θ（ｚ−１）の差分）が予め定められた制限値θａ以上の場合には、その変化量を制限値θａ以下に制限する補正をして補正勾配θｙを得る手段である。

つまり、この補正手段３６は外乱の影響により推定手段３５で推定された推定勾配θｘが大きく変化した場合に、その外乱の影響を排除する手段である。なお、この補正手段３６で補正される外乱としては、路面状況の変化や、運転者によるステアリング２３の操作による遠心加速度の変化などの予測できない外乱を例示できる。

制限値θａは、外乱などの影響により推定勾配θｘが大きく変動する場合に、すなわち変化量が大きくなった場合に、その外乱の影響を排除する値に設定されている。この実施形態では、予め定められた車両１０の走行距離における推定勾配θｘの変化量に対して制限値を設けている。

例えば、道路勾配の変化量は、距離１ｍに対して１％を上限としている。そこで、制限値θａを１％に設定すると、車両１０の走行距離が１ｍにおける推定勾配θｘの変化量を
最大で１％とすることにより、外乱の影響により変化量が１％を超えることを回避して、道路勾配の推定値θｚの推定精度を向上できる。なお、この制限値θａは上記の値に限定されるものではなく、外乱の影響を排除するものであればよい。

なお、この勾配推定手段３５及び補正手段３６は、車両１０が単位距離（１ｍ）を進む間に推定勾配θｘ及び補正勾配θｙを算出している。但し、単位距離に限定されずに単位時間や車両１０の加速度及び速度の変化時にて随時算出してもよい。また、道路勾配推定装置３０は、電子計算機３１に車輪速度センサ３３ａ、３３ｂや操舵角センサ３４の検出値から遠心加速度により車両１０の前後方向に掛かる遠心加速度成分を算出し、補正勾配θｙとは別にその遠心加速度成分に基づいて推定勾配θｘを補正する手段を有してもよい。

このように道路勾配推定装置３０は、推定勾配θｘの変化量が制限値θａ未満の場合には推定値θｚを推定勾配θｘにし、推定勾配θｘの変化量が制限値θａ以上の場合には推定値θｚを補正勾配θｙにして、予期せぬ外乱の影響を排除して道路勾配の推定値を精度良く推定できる。

一方で、車輪速度センサ３３ａ、３３ｂの検出値に基づいて算出される車両１０の実際の加速度成分Ａｖは、車両１０の前進、後退が判別できない。そのため、車両１０が前進している以外の場合では、誤推定を生じる虞がある。

そこで、本発明の道路勾配推定装置３０は、動力断接装置１７の断接状態と、変速機１８の変速状態と、を判定する判定手段３７を備え、その判定手段３７により動力断接装置１７がエンジン１６からの動力の伝達を接続し、且つ変速機１８が伝達された動力を変換して車両１０を前進させる動力を出力軸１９に出力すると判定した場合には、道路勾配の推定値θｚを推定勾配θｘ、あるいは推定勾配θｘに基づいた補正勾配θｙとし、それ以外の場合には、勾配推定手段３５による推定を禁止して、道路勾配の推定値θｚを予め定められた設定値θ０にするように構成される。なお、判定手段３７としては、電子計算機３１に記憶され、実行されるプログラムを例示できる。

この判定手段３７を備えた道路勾配推定装置３０の行う道路推定方法について、図２及び図３に示すブロック図、並びに図４に示すフローチャートを参照しながら説明する。

まず、電子計算機３１は勾配推定手段３５による推定勾配θｘの推定を行う。

図２に示すように、まず、ステップＳ１０では、右車輪速度Ｖａ及び左車輪速度Ｖｂを加算する。次いで、ステップＳ２０では、右車輪速度Ｖａ及び左車輪速度Ｖｂの平均値（車両１０の速度）Ｖを算出する。次いで、ステップＳ３０では、速度Ｖを時間で微分、すなわち速度Ｖの時間変化を算出して車両１０の実際の加速度成分Ａｖを算出する。

次いで、ステップＳ４０では、前後方向成分Ｇｓから加速度成分Ａｖを減算して、重力加速度成分Ｇｒを算出する。次いで、ステップＳ５０では、重力加速度成分Ｇｒに重力加速度ｇを除算する。次いで、ステップＳ６０では、ステップＳ５０の結果に逆正弦関数（ｓｉｎ^−１）を用いて推定勾配θｘを算出する。

次に、電子計算機３１は補正手段３６による補正勾配θｙの推定を行う。

図３に示すように、まず、ステップＳ１００では、前回の道路勾配の推定値θ（ｚ−１）を取得する。次いで、ステップＳ１１０では、推定勾配θｘから前回の推定値θ（ｚ−１）を減算する。次いで、ステップＳ１２０では、ステップＳ１１０の結果の絶対値を算出する。次いで、ステップＳ１３０では、ステップＳ１２０の結果が制限値θａ未満か否かを判定し、その判定結果をステップＳ１４０に送る。

ステップＳ１４０では、ステップＳ１３０の結果が制限値θａ未満の場合には、推定勾配θｘを道路勾配の推定値θｚとして出力する。一方、ステップＳ１３０の結果が制限値θａ以上の場合には、ステップＳ１５０で前回の推定値θ（ｚ−１）に制限値θａを加算又は減算して補正勾配θｙを算出する。このステップＳ１５０では、推定勾配θｘから前回の推定値θ（ｚ−１）を減算した値が正であれば、制限値θａを減算し、負であれば、制限値θａを加算する。そして、ステップＳ１４０では、ステップＳ１５０の結果である補正勾配θｙを推定値θｚとして出力する。

次に、電子計算機３１は判定手段３７による判定を行う。

図４に示すように、まず、ステップＳ２００では、動力断接装置１７がエンジン１６からの動力伝達を切断したか否かを判定する。このステップＳ２００で、動力断接装置１７が動力伝達を切断したと判定すると、ステップＳ２３０へ進む。一方、動力断接装置１７が動力伝達を接続したと判定すると、ステップＳ２１０へ進む。

次いで、ステップＳ２１０では、変速機１８が車両１０を後退する動力を出力軸１９に出力したか否か、すなわちシフトレバー１５がリバースに入力された否かを判定する。このステップＳ２１０で、シフトレバー１５がリバースに入力されたと判定すると、ステップＳ２３０へ進む。一方、シフトレバー１５がリバース以外に入力された判定すると、ステップＳ２２０へ進む。

次いで、ステップＳ２２０では、変速機１８が駆動輪２２を駆動する動力を出力軸１９に出力しないか否か、すなわちシフトレバー１５がニュートラルに入力された否かを判定する。このステップＳ２２０で、シフトレバー１５がニュートラルに入力されたと判定すると、ステップＳ２３０へ進む。一方、シフトレバー１５がニュートラル以外に入力された判定すると、図２に示すステップＳ１０〜ステップＳ６０、次いで、図３のステップＳ１００〜ステップＳ１５０へ進み、推定勾配θｘの変化量が制限値θａ未満の場合には推定値θｚを推定勾配θｘにし、推定勾配θｘの変化量が制限値θａ以上の場合には推定値θｚを補正勾配θｙにする。道路勾配の推定値θｚを算出して、スタートへと戻る。

次いで、ステップＳ２３０では、勾配推定手段３５を禁止し、それに伴う補正手段３６も禁止する。従って、図２に示すステップＳ１０〜ステップＳ６０、及び図３のステップＳ１００〜ステップＳ１５０を禁止したステップＳ２４０へ進む。

次いで、ステップＳ２４０では、勾配推定手段３５による推定が禁止されているので、道路勾配の推定値θｚを予め定められた設定値θ０にして、この道路勾配推定方法は完了する。この設定値θ０は、車両１０が発進する際に変速機１８の発進段を予め設定されたギヤ段にする値に設定されることが好ましく、より具体的には、車両重量に応じた変速機１８のデフォルトの発進段、つまり実際の勾配によらずに確実に車両１０を発進可能な発進段が選択される値に設定される。つまり、推定値θｚがこの設定値θ０に設定されると、実際の勾配が道路構造令に規定される道路最大勾配（例えば、普通道路では９％、小型道路では１２％）であっても、確実に車両１０を発進させることができる。

このように、設定値θ０を車両１０が発進する際に変速機１８の発進段を予め設定されたギヤ段にする値に設定すると、変速機１８の発進段としては、車両１０の重量に基づいてその道路最大勾配を発進可能なギヤ段、例えば、車両１０の重量が最大重量の場合には、１速段を選択する。また、例えば、勾配がゼロの平坦の道路の場合には、発進段として２速段を選択し、上り勾配の場合には、発進段として１速段を選択する変速機１８の場合には、判定手段３７で動力断接装置１７が動力伝達を切断し、又は、変速機１８が後退段を選択し、又は、変速機１８がどの変速段も選択しないと判定した場合には、平坦の道路の場合でも、正しい勾配が得られるようになるまで、つまり、停車後一定時間経過するまで等は、シフトレバー１５でドライブレンジを選択したとしても発進段として１速段を選択する。

これにより、車両１０の発進時に変速機１８の発進段を実際の勾配に対して発進時にギヤ比が高く発進できない変速段が選択されることを回避して、発進時のトルク不足や加速性能の低下を確実に回避できる。

特に、商用車の場合には車両重量は積荷によって大きく変化するため、車両重量やギヤ比によって発進段を１速段に限らず、道路最大勾配でも発進できる車両重量に応じたギヤ段とするようにすることで、重量が軽い場合は1速段を使用しなくても発進可能となる。

上記の道路勾配推定装置３０及び道路勾配推定方法によれば、動力断接装置１７の断接状態と、変速機１８の変速状態とを判定して、車両１０の前進以外での推定勾配θｘの推定を禁止すると共に道路勾配の推定値θｚを設定値θ０にすることにより、車両１０の前進以外での道路勾配の推定値θｚの誤推定を防止できる。これにより、発進時に実際の道路勾配に対して変速機１８のギヤ比の高い、すなわち出力トルクの低い発進段が選択されることを防止できる。

特に、車両１０の後進時、及びエンジン１６からの動力が駆動輪２２に伝達されていないときに推定された推定勾配θｘ又は補正勾配θｙが、実際の道路勾配に対して大きくずれていた場合に、そのずれが解消されないまま車両１０が停車すると、車両１０の発進時に使用される道路勾配の推定値θｚは実際の値とかけ離れる虞がある。しかし、本発明によれば、推定勾配θｘ又は補正勾配θｙがずれる可能性のある車両１０の後進時、及びエンジン１６からの動力が駆動輪２２に伝達されていないときに、推定勾配θｘを推定することを禁止して、推定値θｚを発進時にギヤ比の低い変速段が選択される設定値θ０にするので、発進時にギヤ比の高い変速段が選択されることを防止できる。

１０ 車両
１５ シフトレバー
１６ エンジン
１７ 動力断接装置
１８ 変速機
３０ 道路勾配推定装置
３１ 電子計算機
３２ Ｇセンサ
３３ａ、３３ｂ 車輪速度センサ
３４ 操舵角センサ
３５ 勾配推定手段
３６ 補正手段
３７ 判定手段
Ｇｓ 前後方向成分
Ａｖ 加速度成分
Ｇｒ 重力加速度成分
θｘ 推定勾配
θｙ 補正勾配
θｚ 推定値
θ０ 設定値
θａ 制限値

Claims (5)

1. 道路の推定勾配を車両に掛かる前後方向成分に基づいて推定する勾配推定手段を備えた道路勾配推定装置において、
   前記車両に搭載された内燃機関からの動力の伝達を断接する動力断接装置の断接状態と、伝達された動力を変換して前記車両を前進させる動力及び後退させる動力のいずれかを出力軸に出力する変速機の変速状態と、を判定する判定手段を備え、
   前記判定手段により前記動力断接装置が前記内燃機関からの動力の伝達を接続し、且つ前記変速機が伝達された動力を変換して前記車両を前進させる動力を前記出力軸に出力すると判定した場合には、道路勾配の推定値を前記推定勾配とし、
   それ以外の場合には、前記勾配推定手段による推定を禁止して、道路勾配の推定値を予め定められた設定値にする構成にしたことを特徴とする道路勾配推定装置。
2. 前記設定値を、前記変速機の発進段を予め設定されたギヤ段にする値に設定した請求項１に記載の道路勾配推定装置。
3. 前記判定手段により前記動力断接装置が前記内燃機関からの動力の伝達を接続し、且つ前記変速機が前記車両を後退させる動力を前記出力軸に出力すると判定した場合には、前記勾配推定手段による前記推定勾配の推定を禁止する構成にした請求項１又は２に記載の道路勾配推定装置。
4. 前記判定手段により前記動力断接装置が前記内燃機関からの動力の伝達を切断する、又は、前記変速機が伝達された動力を変換しないと判定した場合には、前記勾配推定手段による前記推定勾配の推定を禁止する構成にした請求項１〜３のいずれか１項に記載の道路勾配推定装置。
5. 道路の推定勾配を、車両に掛かる重力の前後方向成分に基づいて推定する道路勾配推定方法において、
   動力断接装置が内燃機関からの動力の伝達を接続し、且つ、変速機がその伝達された動力を変換して前記車両を前進させる動力を出力軸に出力する場合には、道路勾配の推定値を前記推定勾配にし、
   それ以外の場合には、道路勾配の推定値を予め定められた設定値にすることを特徴とする道路勾配推定方法。