JP2016215737A - 路面勾配推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両が走行する路面の勾配を精度良く推定する。
【解決手段】車両１の車速を検出する車速センサ２１と、車両１の前後方向の加速度を検出する加速度センサ２４と、車速センサ２１により検出される車速に基づいて、前後方向の加速度を算出する加速度算出部５１１と、加速度センサ２４により検出された加速度及び加速度算出部５１１により算出された加速度のそれぞれに対して、ノイズ成分を除去するためのフィルタ処理を施して出力するローパスフィルタ５１２と、ローパスフィルタ５１２の出力値に基づいて、車両１が走行する路面の勾配を推定する路面勾配推定部５１３と、加速度センサ２４により検出された加速度又は加速度算出部５１１により算出された加速度に基づいて、フィルタ処理の特性を変更するフィルタ特性変更部５１４とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、路面勾配推定装置に関する。

従来、加速度センサによって検出される検出加速度と、車速センサによって検出される車速に基づいて算出される算出加速度とに基づいて、車両が走行する路面の勾配を推定する路面勾配推定装置が知られている。

路面勾配推定装置において、検出加速度には、車両の姿勢変化（スクォート、ダイブ等）、変速ショック、路面の凹凸による車両の振動等に伴うノイズが重畳される。また、算出加速度は、検出された車速を微分することで算出されるが、その算出の際に車速に重畳された高周波のノイズ成分が増幅される。これらのノイズは、路面勾配の推定精度を低下させる要因となる。そこで、検出加速度及び算出加速度に重畳されたノイズ成分を除去するため、検出加速度及び算出加速度に対してローパスフィルタによるフィルタ処理を施す技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−１８４６７４号公報

しかし、検出加速度及び算出加速度に対するフィルタ処理において、時定数を大きくしてフィルタ効果、つまりノイズ除去効果を強くすると、フィルタ処理による遅延が大きくなり、路面勾配を推定する処理（以下「路面勾配推定処理」という）の応答性が悪化する。その結果、路面勾配の推定精度が低下する。

一方、時定数を小さくして路面勾配推定処理の応答性を高めると、フィルタ処理におけるノイズ除去効果が弱くなり、ノイズの影響によって路面勾配の推定精度が低下する。従って、路面勾配の推定精度を高めるためには、ノイズ除去効果と路面勾配推定処理の応答性との両面を考慮してフィルタ処理の特性を定めることが求められる。

特許文献１に開示の路面勾配推定装置は、検出加速度及び算出加速度に対するローパスフィルタによるフィルタ処理の特性を車速に応じて変更する。具体的には、この路面勾配推定装置は、車速が高い場合に、フィルタ処理におけるノイズ除去効果を弱くして路面勾配推定処理の応答性を高める。これにより、路面勾配の変化速度が大きい場合の勾配変化への追従性を向上できる。しかし、この路面勾配推定装置において、車速が高い場合に車両の姿勢変化等が発生したときは、ノイズの影響を強く受けて路面勾配の推定精度が低下するおそれがある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、車両が走行する路面の勾配を精度良く推定できる路面勾配推定装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明の一観点に係る路面勾配推定装置は、車両の車速を検出する第１の検出手段と、前記車両の前後方向の加速度を検出する第２の検出手段と、前記第１の検出手段により検出される車速に基づいて、前記車両の前後方向の加速度を算出する算出手段と、前記第２の検出手段により検出された加速度及び前記算出手段により算出された加速度のそれぞれに対して、ノイズ成分を除去するためのフィルタ処理を施して出力するフィルタ手段と、前記フィルタ手段の出力値に基づいて、前記車両が走行する路面の勾配を推定する推定手段と、前記第２の検出手段により検出された加速度又は前記算出手段により算出された加速度に基づいて、前記フィルタ処理の特性を変更する変更手段とを備える。

上記路面勾配推定装置において、前記変更手段は、前記算出手段により算出された加速度の絶対値が所定の閾値を超えた場合に、前記フィルタ処理における時定数を大きくしてもよい。

上記路面勾配推定装置において、前記車両の発進時であるか否かを判定する第１の判定手段を更に備え、前記変更手段は、前記第１の判定手段の判定結果が肯定的であり、且つ前記算出手段により算出された加速度の絶対値が所定の第１の閾値を超えた場合に、前記フィルタ処理における時定数を大きくしてもよい。

上記路面勾配推定装置において、前記車両の制動時であるか否かを判定する第２の判定手段を更に備え、前記変更手段は、前記第２の判定手段の判定結果が肯定的であり、且つ前記算出手段により算出された加速度の絶対値が所定の第２の閾値を超えた場合に、前記フィルタ処理における時定数を大きくしてもよい。

本発明の路面勾配推定装置によれば、車両が走行する路面の勾配を精度良く推定できる。

本発明の一実施形態に係る路面勾配推定装置が搭載される車両を示す模式的な全体構成図である。 本発明の一実施形態に係る電子制御ユニット及び関連する構成を示す機能ブロック図である。 本発明の一実施形態に係る路面勾配推定装置の構成を示す機能ブロック図である。 本発明の一実施形態に係るフィルタ特性変更処理のフローチャートである。

以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係る路面勾配推定装置を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１は、本発明の一実施形態に係る路面勾配推定装置が搭載される車両を示す模式的な全体構成図である。

車両１は、エンジン１０、クラッチ１１、変速機１２、プロペラシャフト１３、差動装置１４、ドライブシャフト１５、左右後輪（駆動輪）１６Ｌ，１６Ｒ、左右前輪１７Ｌ，１７Ｒ、エンジン回転数センサ２０、車速センサ２１（第１の検出手段）、アクセルペダルセンサ２２、ブレーキスイッチ２３、加速度センサ２４（第２の検出手段）、アクセルペダル３１、ブレーキペダル３２、及び電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）５０を備える。

エンジン１０の出力軸は、クラッチ１１を介して変速機１２の入力軸に接続されている。変速機１２の出力軸は、プロペラシャフト１３、差動装置１４、及びドライブシャフト１５を介して左右後輪１６Ｌ，１６Ｒのそれぞれに接続されている。

クラッチ１１は、エンジン１０の出力軸と、変速機１２の入力軸との間の動力伝達経路を断接する。変速機１２は、例えば、自動制御式マニュアルトランスミッション（ＡＭＴ）である。

エンジン回転数センサ２０は、エンジン１０の図示しないクランクシャフトの回転数（エンジン回転数）を検出する。車速センサ２１は、プロペラシャフト１３、アウトプットシャフト、又は車輪等の回転速度から車両１の走行速度（車速）を検出する。アクセルペダルセンサ２２は、アクセルペダル３１の踏み込み量からアクセル開度を検出する。ブレーキスイッチ２３は、ブレーキペダル３２の踏み込み操作の有無を検出する。ブレーキスイッチ２３は、例えば、ブレーキペダルが踏み込まれているときにオン信号を出力する。加速度センサ２４は、自身に加わる力に基づいて車両１の前後方向の加速度を検出する。加速度センサ２４は、例えば、振り子式や歪ゲージ式の加速度センサである。これら各種センサ２０〜２４のセンサ値は、電気的に接続されたＥＣＵ５０に送信される。

ＥＣＵ５０は、エンジン１０、クラッチ１１、変速機１２等の各種制御を行うもので、公知のＣＰＵ（Central Processing Unit）やＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入力ポート、出力ポート等を備える。

図２は、本発明の一実施形態に係る電子制御ユニット及び関連する構成を示す機能ブロック図である。

ＥＣＵ５０は、路面勾配推定処理部５１と、走行制御部５２とを一部の機能要素として有する。これら各機能要素は、本実施形態では一体のハードウェアであるＥＣＵ５０に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。

路面勾配推定処理部５１は、検出加速度及び算出加速度に基づいて、車両１が走行する路面の勾配を推定する。ここで、検出加速度は、加速度センサ２４によって検出される車両１の前後方向の加速度である。検出加速度には、車速の変化による加速度成分と、車両１が走行する路面が傾斜している場合に車両１に加わる重力加速度成分とが含まれる。また、算出加速度は、車速センサ２１によって検出される車速に基づいて算出される車両１の前後方向の加速度である。算出加速度は、車速の変化による加速度成分のみを含む。路面勾配推定処理部５１は、検出加速度と算出加速度との差から得られる重力加速度成分に基づいて、路面勾配を推定する。

路面勾配推定処理部５１によって推定された路面勾配の値（以下「勾配推定値」という）は、例えば、走行制御部５２へ入力される。路面勾配推定処理部５１の詳細については、図３を参照して後述する。

走行制御部５２は、入力されるセンサ値や勾配推定値に基づいて、エンジン１０、クラッチ１１、及び変速機１２を制御する。例えば、走行制御部５２は、勾配推定値に基づいて走行路が登坂路又は降坂路であるか否かを判定し、判定結果に基づいて変速機１２の変速パターンを変更する。具体的には、走行制御部５２は、登坂路の場合には、シフトアップを抑制して必要な駆動力を維持し、シフトアップとシフトダウンとの繰り返しを防止する。また、走行制御部５２は、降坂路の場合には、エンジンブレーキ力を維持するために、変速段を低速側に維持するように制御する。

図３は、本発明の一実施形態に係る路面勾配推定装置の構成を示す機能ブロック図である。

本実施形態に係る路面勾配推定装置は、各種センサ２０〜２４と、路面勾配推定処理部５１とを備える。

路面勾配推定処理部５１は、加速度算出部５１１（算出手段）と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）５１２（フィルタ手段）と、路面勾配推定部５１３（推定手段）と、フィルタ特性変更部５１４（変更手段）と、発進時判定部５１５（第１の判定手段）と、制動時判定部５１６（第２の判定手段）とを機能要素として有する。これらの機能要素５１１〜５１６の各機能は、ＥＣＵ５０のＣＰＵがＥＣＵ５０のメモリ（ＲＯＭ又はＲＡＭ）に格納されているコンピュータプログラムを実行することで実現されてもよいし、ＥＣＵ５０に搭載されるハードウェアによって実現されてもよい。

加速度算出部５１１は、車速センサ２１によって検出された車速を時間微分することで、車両１の前後方向の加速度（算出加速度）を算出する。

ローパスフィルタ５１２は、加速度センサ２４によって検出された加速度（検出加速度）と加速度算出部５１１から出力された算出加速度とのそれぞれに対して、ノイズ成分を除去するためのフィルタ処理を施す。

路面勾配推定部５１３は、ローパスフィルタ５１２の出力、すなわちフィルタ処理後の検出加速度及びフィルタ処理後の算出加速度に基づいて、路面勾配を推定する。具体的には、路面勾配推定部５１３は、フィルタ処理後の検出加速度とフィルタ処理後の算出加速度との差を取ることで重力加速度成分を求め、求めた重力加速度成分に基づいて路面勾配を推定する。

発進時判定部５１５は、例えば駆動トルクに基づいて、車両１の発進時であるか否かを判定する。具体的には、発進時判定部５１５は、駆動トルクが所定値以上である場合に車両１の発進時であると判定する。ここで、駆動トルクは、エンジントルク及び減速比、クラッチの接続状態に基づいて求められる。また、駆動トルクは、アウトプットシャフト等に取り付けられたトルクセンサによって検出されてもよい。また、エンジントルクは、アクセルペダルセンサ２２によって検出されるアクセル開度と、エンジン回転数センサ２０によって検出されるエンジン回転数と、ＥＣＵ５０のメモリに記憶されている目標トルクマップに基づいて求められる。ここで、目標トルクマップは、エンジン回転数とアクセル開度（燃料噴射量）とに対応するエンジントルクを示すマップである。発進時判定部５１５は、判定結果を示すデータをフィルタ特性変更部５１４へ入力する。

制動時判定部５１６は、例えばブレーキスイッチ２３から出力されるオン信号の有無に基づいて、車両１の制動時であるか否かを判定する。具体的には、制動時判定部５１６は、ブレーキスイッチ２３からオン信号が出力されている場合に車両１の制動時であると判定する。制動時判定部５１６は、判定結果を示すデータをフィルタ特性変更部５１４へ入力する。

フィルタ特性変更部５１４は、ローパスフィルタ５１２によるフィルタ処理の特性を、車両１の走行状態、具体的には車両１の急発進時又は急減速時か否かを考慮して変更する。すなわち、フィルタ特性変更部５１４は、加速度算出部５１１から出力された算出加速度、発進時判定部５１５の判定結果、及び制動時判定部５１６の判定結果に基づいて、ローパスフィルタ５１２によるフィルタ処理の特性を変更する。

具体的には、フィルタ特性変更部５１４は、急発進時の場合である第１の変更条件を充足した場合、又は急減速時の場合である第２の変更条件を充足した場合に、フィルタ処理における時定数を大きくしてノイズ除去効果を強くする。ここで、第１の変更条件は、車両１の発進時であると判定され、且つ算出加速度の絶対値が所定の第１の閾値を超えることである。また、第２の変更条件は、車両１の制動時であると判定され、且つ算出加速度の絶対値が所定の第２の閾値を超えることである。第１の閾値と第２の閾値とは、同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。

フィルタ特性変更部５１４は、第１の変更条件又は第２の変更条件を充足した場合に、フィルタ処理における時定数を、通常時に採用されるデフォルト値よりも大きい値に変更する。例えば、フィルタ特性変更部５１４は、第１の変更条件又は第２の変更条件を充足した場合に、フィルタ処理における時定数を、デフォルト値よりも大きい上限値になるまでに所定時間間隔で段階的に大きくしてもよい。なお、フィルタ処理における時定数のデフォルト値は、ノイズ除去効果と路面勾配推定処理の応答性との両面を考慮して定められる。

一般に、車両１の前後方向の加速度が大きくなると、車両１に姿勢変化が生じ、検出加速度及び算出加速度に重畳されるノイズが大きくなると考えられる。特に、車両１の急発進時には車両１がスクォートし、車両１の急減速時には車両１がダイブするため、検出加速度及び算出加速度に重畳されるノイズが大きくなる。

従って、上記構成によれば、検出加速度及び算出加速度に重畳されるノイズが大きくなる車両１の急発進時又は急減速時に、フィルタ処理の特性をノイズ除去効果をより重視したものに変更するので、重畳されたノイズ成分を適切に除去することができ、路面勾配を精度良く推定できるようになる。

なお、通常時、すなわち第１の変更条件又は第２の変更条件を充足しない場合は、フィルタ処理における時定数はデフォルト値に設定され、ノイズ除去効果と路面勾配推定処理の応答性との両方が同等に重視される。

次に、本発明の一実施形態に係るフィルタ特性変更処理について説明する。

図４は、本発明の一実施形態に係るフィルタ特性変更処理のフローチャートである。

このフィルタ特性変更処理は、所定の演算周期で繰り返し実行される。

まず、発進時判定部５１５が、駆動トルクに基づいて、車両１の発進時か否かを判定する（ステップＳ１０）。車両１の発進時であると判定された場合（ステップＳ１０：ＹＥＳ）は、フィルタ特性変更部５１４が、算出加速度の絶対値が第１の閾値を超えているか否かを判定する（ステップＳ１１）。

ステップＳ１１において算出加速度の絶対値が第１の閾値を超えていると判定された場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）は、フィルタ特性変更部５１４が、ローパスフィルタ５１２によるフィルタ処理における時定数を、デフォルト値よりも大きい値に変更する（ステップＳ１４）。すなわち、第１の変更条件を充足した場合に、ローパスフィルタ５１２によるフィルタ処理の特性が、ノイズ除去効果をより重視したものに変更される。ステップＳ１４において、フィルタ特性変更部５１４は、フィルタ処理における時定数を、デフォルト値よりも大きい上限値になるまでに所定時間間隔で段階的に大きくしてもよい。その後、再度ステップＳ１０の処理が行われる。

一方、ステップＳ１１において算出加速度の絶対値が第１の閾値を超えていると判定されなかった場合、すなわち、第１の変更条件及び第２の変更条件のいずれをも充足しなかった場合（ステップＳ１１：ＮＯ）は、フィルタ特性変更部５１４が、ローパスフィルタ５１２によるフィルタ処理における時定数をデフォルト値に設定する（ステップＳ１５）。その後、再度ステップＳ１０の処理が行われる。

ステップＳ１０において車両１の発進時であると判定されなかった場合（ステップＳ１０：ＮＯ）は、制動時判定部５１６が、ブレーキスイッチ２３から出力されるオン信号の有無に基づいて、車両１の制動時か否かを判定する（ステップＳ１２）。車両１の制動時であると判定された場合（ステップＳ１２：ＹＥＳ）は、フィルタ特性変更部５１４が、算出加速度の絶対値が第２の閾値を超えているか否かを判定する（ステップＳ１３）。

ステップＳ１３において算出加速度の絶対値が第２の閾値を超えていると判定された場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）は、フィルタ特性変更部５１４が、ステップＳ１４の処理を行う。すなわち、フィルタ特性変更部５１４が、ローパスフィルタ５１２によるフィルタ処理における時定数を、デフォルト値よりも大きい値に変更する。すなわち、第２の変更条件を充足した場合に、ローパスフィルタ５１２によるフィルタ処理の特性が、ノイズ除去効果をより重視したものに変更される。この場合も、フィルタ特性変更部５１４は、フィルタ処理における時定数を、デフォルト値よりも大きい目標値になるまでに所定時間間隔で段階的に大きくしてもよい。その後、再度ステップＳ１０の処理が行われる。

一方、ステップＳ１２において車両１の制動時であると判定されなかった場合（ステップＳ１２：ＮＯ）、又はステップＳ１３において算出加速度の絶対値が第２の閾値を超えていると判定されなかった場合（ステップＳ１３：ＮＯ）、すなわち、第１の変更条件及び第２の変更条件のいずれをも充足しなかった場合は、フィルタ特性変更部５１４が、ローパスフィルタ５１２によるフィルタ処理における時定数をデフォルト値に設定する（ステップＳ１６）。その後、再度ステップＳ１０の処理が行われる。

このように、本実施形態に係る路面勾配推定装置は、検出加速度及び算出加速度に重畳されるノイズが大きくなる車両１の急発進時又は急減速時に、フィルタ処理における時定数を大きくしてフィルタ処理におけるノイズ除去効果を強くする。これにより、車両１の急発進時又は急減速時であっても、フィルタ処理において重畳されたノイズ成分を適切に除去することができ、車両が走行する路面の勾配を精度良く推定できるようになる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。

例えば、上記実施形態では、フィルタ特性変更部５１４は、ローパスフィルタ５１２によるフィルタ処理の特性を、車両１の急発進時又は急減速時か否かを考慮して変更したが、本発明はこれに限られない。例えば、フィルタ特性変更部５１４は、車両１の前後方向の加速度に基づいてフィルタ処理の特性を変更してもよい。具体的には、例えば、フィルタ特性変更部５１４は、車両１の前後方向の加速度（検出加速度又は算出加速度）の絶対値が所定の閾値を超えた場合に、フィルタ処理における時定数を大きくしてもよい。

すなわち、車両１の前後方向の加速度が大きくなると、車両１に姿勢変化が生じ、検出加速度及び算出加速度に重畳されるノイズが大きくなると考えられるので、上記の場合でも、ノイズが大きくなった場合の重畳されたノイズ成分をフィルタ処理において適切に除去することができ、路面勾配を精度良く推定できるようになる。

また、車両１の前後方向の加速度に基づいてフィルタ処理の特性を変更する場合において、フィルタ特性変更部５１４は、例えば、車両１の前後方向の加速度の絶対値が所定の閾値を下回った場合に、フィルタ処理における時定数を小さくしてもよい。

また、車両１の前後方向の加速度に基づいてフィルタ処理の特性を変更する場合において、フィルタ特性変更部５１４は、車両１の前後方向の加速度が大きいほどフィルタ処理における時定数が大きくなるように、変更後の時定数を決定してもよい。例えば、フィルタ特性変更部５１４は、車両１の前後方向の加速度に関する複数の範囲と、加速度がその範囲内にある場合に設定される時定数との対応関係を示すマップを予め保持しておき、このマップに基づいて変更後の時定数を決定してもよい。

また、上記実施形態では、フィルタ特性変更部５１４は、フィルタ特性変更部５１４は、加速度算出部５１１から出力された算出加速度等に基づいて、ローパスフィルタ５１２によるフィルタ処理の特性を変更したが、算出加速度の代わりに加速度センサ２４によって検出された検出加速度を用いて、フィルタ処理の特性を変更してもよい。

また、上記実施形態では、制動時判定部５１６は、ブレーキスイッチ２３から出力されるオン信号の有無に基づいて、車両１の制動時であるか否かを判定したが、本発明はこれに限られない。例えば、制動時判定部５１６は、図示しないブレーキストロークセンサから出力される信号、すなわちブレーキペダル３２の踏み込み量を示す信号に基づいて、車両１の制動時であるか否かを判定してもよい。

１ 車両
１０ エンジン
１１ クラッチ
１２ 変速機
１３ プロペラシャフト
１４ 差動装置
１５ ドライブシャフト
２１ 車速センサ
２４ 加速度センサ
５０ ＥＣＵ
５１１ 加速度算出部
５１２ ローパスフィルタ
５１３ 路面勾配推定部
５１４ フィルタ特性変更部
５１５ 発進時判定部
５１６ 制動時判定部

Claims (4)

1. 車両の車速を検出する第１の検出手段と、
   前記車両の前後方向の加速度を検出する第２の検出手段と、
   前記第１の検出手段により検出される車速に基づいて、前記車両の前後方向の加速度を算出する算出手段と、
   前記第２の検出手段により検出された加速度及び前記算出手段により算出された加速度のそれぞれに対して、ノイズ成分を除去するためのフィルタ処理を施して出力するフィルタ手段と、
   前記フィルタ手段の出力値に基づいて、前記車両が走行する路面の勾配を推定する推定手段と、
   前記第２の検出手段により検出された加速度又は前記算出手段により算出された加速度に基づいて、前記フィルタ処理の特性を変更する変更手段と
   を備える路面勾配推定装置。
2. 前記変更手段は、前記算出手段により算出された加速度の絶対値が所定の閾値を超えた場合に、前記フィルタ処理における時定数を大きくする
   請求項１に記載の路面勾配推定装置。
3. 前記車両の発進時であるか否かを判定する第１の判定手段を更に備え、
   前記変更手段は、前記第１の判定手段の判定結果が肯定的であり、且つ前記算出手段により算出された加速度の絶対値が所定の第１の閾値を超えた場合に、前記フィルタ処理における時定数を大きくする
   請求項２に記載の路面勾配推定装置。
4. 前記車両の制動時であるか否かを判定する第２の判定手段を更に備え、
   前記変更手段は、前記第２の判定手段の判定結果が肯定的であり、且つ前記算出手段により算出された加速度の絶対値が所定の第２の閾値を超えた場合に、前記フィルタ処理における時定数を大きくする
   請求項２又は３に記載の路面勾配推定装置。
   
   
   
   
   
   
   
   

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