JP2018138432A - 勾配推定装置、及び車輌 - Google Patents

Abstract

【課題】より高精度な勾配推定を可能とする勾配推定装置を提供すること。
【解決手段】車輌Ａに搭載可能な勾配推定装置１０であって、前記車輌Ａの前後方向の加速度を検出する加速度センサ８ａの検出値を取得する第１の入力部１０ａと、前記車輌Ａの回転角速度を取得する第２の入力部１０ａと、前記加速度センサ８ａの検出値と前記車輌Ａの回転角速度とに基づいて、前記加速度センサで検出される検出成分から遠心力成分を減ずるようにして、前記車輌Ａが走行する走行路の勾配を算出する勾配算出部１０ｂと、を備える。
【選択図】図１

Description

本開示は、勾配推定装置、及び車輌に関する。

自動変速機の変速比を決定する際、車輌が走行中の走行路の勾配推定を行う要請がある（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１３−１４２４３６号公報

ところで、車輌においては、一般に、前後方向の加速度を検出する加速度センサが搭載されており、当該加速度センサを用いて勾配推定を行う方法等が検討されている。例えば、走行路の勾配によって当該加速度センサに作用する重力成分を取りだすことによって、当該走行路の勾配推定を行うことができる。

しかしながら、かかる方法では、コーナー走行時には遠心力の影響により、勾配による重力成分に遠心力による成分が重畳し、推定される勾配が不精確になるという問題がある。その結果、勾配情報を用いて自動変速機の変速比を決定する場合には、駆動力が不足するギヤ段へ変速してしまうおそれがある。

本開示は、上記問題点に鑑みてなされたもので、より高精度な勾配推定を可能とする勾配推定装置、及び車輌を提供することを目的とする。

前述した課題を解決する主たる本開示は、車輌に搭載可能な勾配推定装置であって、前記車輌の前後方向の加速度を検出する加速度センサの検出値を取得する第１の入力部と、前記車輌の回転角速度を取得する第２の入力部と、前記加速度センサの検出値と前記車輌の回転角速度とに基づいて、前記加速度センサで検出される検出成分から遠心力成分を減ずるようにして、前記車輌が走行する走行路の勾配を算出する勾配算出部と、を備える勾配推定装置である。

本開示に係る勾配推定装置によれば、より高精度な勾配推定を実現することができる。

実施形態に係る車輌の構成の一例を示す図 実施形態に係るＥＣＵの動作の一例を示すフローチャート 車輌が走行している際に加速度センサに作用する力について説明する図

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る車輌、及び当該車輌に搭載される勾配推定装置の構成の一例について説明する。

図１は、本実施形態に係る車輌Ａの構成の一例を示す図である。

本実施形態に係る車輌Ａは、例えば、エンジン１、クラッチ２、自動変速機３、プロペラシャフト４、デファレンシャルギヤ５、ドライブシャフト６、前輪７Ｆ、後輪７Ｒ、各種センサ８、及びＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０を含んで構成される。尚、ＥＣＵ１０が、「勾配推定装置」に相当する。

エンジン１は、車輌Ａの駆動源であり、クラッチ２を介して回転動力（エンジン回転数とトルクのいずれも含む。以下同じ）を自動変速機３に伝達する。尚、駆動源は、エンジン１に限らず、モータであってもよいし、又、エンジンとモータを組み合わせたものでもよい。

自動変速機３は、エンジン１の回転数及びトルクを変換して、エンジン１の回転動力をプロペラシャフト４に伝達する。そして、当該回転動力は、プロペラシャフト４から、デファレンシャルギヤ５、ドライブシャフト６を介して、後輪７Ｒ（以下、「駆動輪」とも称する）に伝達される。

自動変速機３は、例えば、有段式の自動変速機（ＡＴ）、ベルト式やトロイダル式の無段変速機（ＣＶＴ）、デュアルクラッチ式の自動変速機（ＤＣＴ）、変速段を手動選択可能な自動変速機（ＡＭＴ）等によって構成される。尚、自動変速機３の変速動作やクラッチ２の断接は、ＥＣＵ１０から入力される制御信号によって制御される。

尚、上記した車輌Ａの駆動系の構成は、一例であって、任意の構成であってよい。例えば、駆動輪は、前輪７Ｆとしてもよいし、前輪７Ｆと後輪７Ｒの両方としてもよい。

各種センサ８は、車輌Ａの各部の状態等を検出するために設けられている。本実施形態に係る車輌Ａは、例えば、加速度センサ８ａ、角速度センサ８ｂ、車速センサ８ｃ、エンジン回転センサ８ｄ等を備えている。これら各種センサ８で検出される検出値は、ＥＣＵ１０に送信される。

加速度センサ８ａは、ひずみゲージ、圧電素子及び静電容量等の変位量から、車輌Ａの前後方向の加速度を検出する。尚、本実施形態に係る加速度センサ８ａは、車輌Ａの前後方向一軸のみの加速度を検出するセンサである。

角速度センサ８ｂは、車輌Ａの回転中心を通る鉛直軸まわりの回転角速度を検出する。角速度センサ８ｂは、当該車輌Ａの回転角速度を検出できれば、その検出方法は、任意である。角速度センサ８ｂは、例えば、車輌Ａの左右の車輪（例えば、前輪７Ｆ）の回転速度差や車輌Ａの操舵角（例えば、前輪７Ｆの切れ角）から間接的に車輌Ａの回転角速度を検出してもよい。

尚、車輌Ａの左右の車輪の回転速度差は、車輌Ａの左右の車輪の回転量の位相差を検出したり、車輌Ａの左右の車輪それぞれの回転速度を検出し、その差分値を算出したりすることで、求めることができる。車輌Ａの左右の車輪の回転速度差を検出するためのセンサは、車輌Ａの状態を監視するために既設されているため、これらのセンサを用いるのが望ましい。

車速センサ８ｃは、車輌Ａの車輪（ここでは、後輪７Ｒ）の回転数から、車輌Ａの走行速度を検出する。エンジン回転センサ８ｄは、エンジン１のクランクシャフトの回転数を検出する。これらのセンサは、いずれも公知のセンサで実現することができる。

尚、その他、エンジン１が出力するトルクを検出するエンジントルクセンサや、シフトレバーの操作位置を検出するシフトレバーポジションセンサ等が設けられてもよい。

ＥＣＵ１０は、車輌Ａが走行する走行路の勾配を推定したり、自動変速機３の変速動作を制御したりする。ＥＣＵ１０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入力ポート、出力ポート等を含んで構成されている。尚、図１中の点線は、ＥＣＵ１０が送信する制御信号やＥＣＵ１０が受信する検出信号の信号経路を表している。

ＥＣＵ１０は、入力部１０ａ、勾配算出部１０ｂ、制御部１０ｃを備えている。

入力部１０ａは、加速度センサ８ａ、角速度センサ８ｂ、車速センサ８ｃ等、各種センサ８の検出値を取得する。尚、加速度センサ８ａの検出値を取得する入力部１０ａ、角速度センサ８ｂの検出値を取得する入力部１０ａ、車速センサ８ｃの検出値を取得する入力部１０ａが、それぞれ、「第１の入力部」、「第２の入力部」に相当する。

尚、入力部１０ａは、これらの検出信号を各センサから直接取得する構成であってもよいし、他の装置を介して取得する構成であってもよい。又、入力部１０ａは、角速度センサ８ｂや車速センサ８ｃから取得した検出信号に所定の演算処理を施して、車輌Ａの回転角速度や車速を検出してもよい。

勾配算出部１０ｂは、加速度センサ８ａの検出値、角速度センサ８ｂの検出値、車速センサ８ｃの検出値等に基づいて、加速度センサ８ａで検出される重力成分から遠心力成分を減ずるようにして、車輌Ａが走行する走行路の勾配を算出する。

制御部１０ｃは、勾配算出部１０ｂが算出した勾配等に基づいて、車輌Ａの走行抵抗を推定し、自動変速機３の適切な変速比を制御する。尚、自動変速機３の変速比の制御は、公知の制御方法であるため、ここでの説明は省略する。

尚、上記した各機能は、例えば、ＣＰＵがＲＯＭ、ＲＡＭ等に記憶された制御プログラムや各種データを参照することによって実現される。但し、当該機能は、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア回路によっても実現できることは勿論である。

［勾配推定装置の動作］
次に、図２〜図３を参照して、ＥＣＵ１０の動作の一例について説明する。

図２は、ＥＣＵ１０の動作の一例を示すフローチャートである。尚、図２は、ＥＣＵ１０がコンピュータプログラムに従って、所定間隔（例えば、１秒間隔）で実行するものである。

ＥＣＵ１０は、まず、加速度センサ８ａの検出値を取得する（ステップＳ１）。次に、ＥＣＵ１０は、角速度センサ８ｂの検出値を取得する（ステップＳ２）。そして、ＥＣＵ１０（勾配算出部１０ｂ）は、加速度センサ８ａの検出値及び角速度センサ８ｂの検出値に基づいて、加速度センサ８ａで検出される重力成分を抽出することで、車輌Ａが走行する走行路の勾配を算出する（ステップＳ３）。

図３は、車輌Ａが走行している際に加速度センサ８ａに作用する力について説明する図である。

加速度センサ８ａは、車輌Ａの前後方向の加速度を検出する。従って、車輌Ａが一定速度で直進している場合、加速度センサ８ａには、走行路の勾配θに応じた重力成分ｇ×ｓｉｎθのみが作用する。これより、加速度センサ８ａの検出値ａから走行路の勾配θを求めることできる。

しかし、コーナー走行時のように車輌Ａが旋回運動している場合、加速度センサ８ａには、重力成分ｇ×ｓｉｎθに加えて、車輌Ａに作用する遠心力が重畳した合力が作用した状態となる。そのため、加速度センサ８ａの検出値ａは、重力成分ｇ×ｓｉｎθに加えて、遠心力による成分ｂが重畳した値となる。

そこで、本実施形態に係るＥＣＵ１０は、角速度センサ８ｂの検出値を用いて加速度センサ８ａに作用する遠心力を検出する。ＥＣＵ１０は、例えば、慣性の法則に従って、角速度センサ８ｂの検出値（角速度）と、車輌Ａの回転中心（例えば、デファレンシャルギヤ５の位置）から加速度センサ８ａまでの距離に基づいて、加速度センサ８ａに作用する遠心力を求めることができる。又、ＥＣＵ１０は、車輌Ａが加減速している場合には、車速センサ８ｃの検出値を用いて車速の時間的変化（微分値）から車輌Ａの加減速の成分ｃを考慮する。

ステップＳ３において、ＥＣＵ１０は、例えば、以下の式（１）に基づいて、加速度センサ８ａで検出される重力成分を抽出し、勾配θの値を算出することができる。
ａ＝ｂ＋ｇ×ｓｉｎθ＋ｃ …式（１）
（但し、ａ：加速度センサ８ａで検出される加速度、ｂ：角速度センサ８ｂの検出値から求まる遠心力、ｃ：車速センサ８ｃで検出される車輌Ａの加速度、ｇ：重力加速度、θ：走行路の勾配を表す）

但し、加速度センサ８ａは、前後方向に指向性を有している。そのため、式（１）において、角速度センサ８ｂの検出値から求まる遠心力ｂは、角速度センサ８ｂの検出値と加速度センサ８ａの指向特性に応じた値となる。

以上のように、本実施形態に係るＥＣＵ１０（勾配推定装置）によれば、車輌Ａに加速度センサ８ａの検出値と車輌の回転角速度から、当該車輌Ａが走行する走行路の勾配を高精度に推定することができる。

これによって、例えば、車輌Ａに対して作用する走行抵抗（特に、勾配抵抗）を高精度に推定することが可能となり、ＥＣＵ１０は、自動変速機３の変速比を適切に制御することができる。換言すると、ＥＣＵ１０が、カーブを走行するときに自動変速機３を誤変速させたり、自動変速機３のシフトビジー（頻繁な変速）状態を生じさせることを防止することができる。

（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限らず、種々に変形態様が考えられる。

上記実施形態では、ＥＣＵ１０の一例として、算出した走行路の勾配を自動変速機３の変速比の制御に用いる態様を示した。しかし、ＥＣＵ１０は、算出した走行路の勾配データを車載ナビゲーション装置（図示せず）に送信して、当該車載ナビゲーション装置において走行路の勾配を表示する用に供することもできる。

又、上記実施形態では、ＥＣＵ１０の一例として、入力部１０ａ、勾配算出部１０ｂ、及び制御部１０ｃの機能が一つのコンピュータによって実現されるものとして記載したが、複数のコンピュータによって実現されてもよいのは勿論である。例えば、勾配算出部１０ｂと制御部１０ｃは、別個のコンピュータによって実現されてもよい。他方、エンジン１を制御するＥＣＵ等の一部として組み込まれる態様としてもよいのは勿論である。

又、上記実施形態では、ＥＣＵ１０の一例として、入力部１０ａ、勾配算出部１０ｂ及び制御部１０ｃの処理を一連のフローの中で実行されるものとして示したが、これらの処理の一部が並列で実行されるものとしてもよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

本開示は、走行路の勾配を推定する勾配推定装置に好適に用いることができる。

１ エンジン
２ クラッチ
３ 自動変速機
４ プロペラシャフト
５ デファレンシャルギヤ
６ ドライブシャフト
７Ｆ 前輪
７Ｒ 後輪
８ 各種センサ
１０ ＥＣＵ

Claims (4)

1. 車輌に搭載可能な勾配推定装置であって、
   前記車輌の前後方向の加速度を検出する加速度センサの検出値を取得する第１の入力部と、
   前記車輌の回転角速度を取得する第２の入力部と、
   前記加速度センサの検出値と前記車輌の回転角速度とに基づいて、前記加速度センサで検出される検出成分から遠心力成分を減ずるようにして、前記車輌が走行する走行路の勾配を算出する勾配算出部と、
   を備える勾配推定装置。
2. 前記勾配算出部は、前記加速度センサで検出される検出成分から遠心力成分及び前記車輌の加減速成分を減ずるようにして、前記走行路の勾配を算出する、
   請求項１に記載の勾配推定装置。
3. 前記車輌の回転角速度は、前記車輌の左右の車輪の回転速差、又は前記車輌の操舵角に基づいて算出される、
   請求項１乃至２のいずれか一項に記載の勾配推定装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の勾配推定装置を備える車輌。
   
   

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