JP4303645B2 - 路面の横断勾配検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両が走行する道路の路面において、水平面に対する横断方向の傾きを検出する路面の横断勾配検出装置に関する。

車両を運転する場合、直進路であっても路面に僅かな横断勾配がついているため、車両は路面の低い方向へ流れる傾向がある。このため、運転者がステアリングホイールを切り、直進状態を維持しようとする。しかし、勾配が連続するような道路では、常に車両が路面の低い方向へ流れる状態が連続し、運転者は絶えずステアリングホイールを切る必要がある。このため、直進走行でありながら、運転者にステアリング操作による大きな負担（肉体的負担）を与えることになる。
そこで、路面の横断勾配を検出し、例えば電動パワーステアリングシステムにおいて補助操舵トルクを補正することによって、運転負担を軽減させることが考えられた。

路面の横断勾配の検出方法に関しては、従来、例えば特許文献１では、舵角センサと車速センサからの信号を用いて車両の規範ヨーレイトを演算し、演算された規範ヨーレイトとヨーレイトセンサによって検出されたヨーレイトの検出値との偏差を算出し、この偏差を用いて横断勾配を演算して求めるものが開示されている。

特許第３４４０７６５号明細書（特許請求の範囲、請求項１）

しかしながら、車両が直進路を直進走行する場合、車両のヨーレイトがほぼ中立付近にあるため、検出すべきヨーレイトは、ヨーレイトセンサの不感帯範囲内にあったり、また温度ドリフトなどによって出力が不安定な範囲内にあったりするので、精度よく検出することができない。したがって直進路についている僅かな横断勾配を検出することが困難である。
本発明は、前記従来の問題点に鑑み、直進路における僅かな横断勾配を検出可能な路面の横断勾配検出装置を提供することを目的としている。

このため、請求項１に記載の発明は、車両を転舵させる際の操舵トルクに基づいて車両が走行中の道路の路面についている横断勾配を検出する横断勾配検出装置であって、前記車両が直進状態である否かを検出する車両直進状態検出手段と、前記操舵トルクが所定値以上であるか否かを判定する操舵トルク判定手段とを設け、前記車両が直進状態で、かつ前記操舵トルクが所定値以上の場合、前記操舵トルクに基づいて前記横断勾配を演算して検出するものとした。

請求項２に記載の発明は、前記車両の車速を検出する車速検出手段を設け、前記検出された車速に応じて、前記演算した横断勾配の演算値を補正するものとした。

請求項１に記載の発明では、車両の操舵トルクに基づいて横断勾配を演算して検出するため、従来のようにヨーレイトセンサの不感帯や温度ドリフトなどで検出不可能であった僅かな横断勾配でも精度よく検出できるようになる。

請求項２に記載の発明では、操舵トルクに基づいて演算した横断勾配を車速で補正するようにしたので、車両が高速走行中でもセルフアライニングトルクに影響されずに正しい横断勾配を検出することができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。図１は路面の横断勾配検出装置の構成を示すブロック図である。
路面の横断勾配検出装置１は、トルクセンサ１６、車速センサ１７、ヨーレイトセンサ１８、横断勾配量演算部１１、横断勾配補正比演算部１２、乗算部１４、横断勾配算出条件判定部１３、基準値保持部１９、出力部１５を備える。

トルクセンサ１６は、運転者がステアリングホイールを操舵する際の操舵トルクＴＲを検出するものである。車速センサ１７は、車両走行時の車速Ｖを検出するものである。ヨーレイトセンサ１８は車両のヨーレイトＹＲを検出するものである。横断勾配量演算部１１は、トルクセンサ１６で検出された操舵トルクＴＲに基づいて路面の横断勾配量ＳＬＴＢを演算するものである。例えば、横断勾配量演算部１１は、図２に示すように路面の横断勾配量（ＳＬＴＢ）と操舵トルクＴＲとの対応関係を記憶させたテーブルを備え、操舵トルクＴＲに基づいてテーブルを検索することによって横断勾配量ＳＬＴＢを演算する。この横断勾配量ＳＬＴＢは、横断勾配の検出値として用いることもできるが、本実施形態では、高速走行時の検出に備えて車速による補正が行われるベース値として検出する。このため、図２のテーブルは、ある一定の車速での操舵トルクＴＲと路面の横断勾配量ＳＬＴＢの関係を示したものになっている。
横断勾配補正比演算部１２は、前記演算された横断勾配量ＳＬＴＢのベース値に対して車速に応じた補正を行うための横断勾配補正比ＳＬＴＲを演算するものである。例えば図３に示す路面の横断勾配補正比ＳＬＴＲと車速Ｖとの対応関係を記憶させたテーブルを備え、前記検出された車速Ｖに基づいてテーブルを検索することによって横断勾配補正比ＳＬＴＲを演算する。

乗算部１４は、前記演算された横断勾配量ＳＬＴＢのベース値に前記演算された横断勾配補正比ＳＬＴＲを掛けて、セルフアライニングトルク成分の影響を除去した横断勾配量ＳＬＴＢを演算するものである。ちなみに、セルフアライニングトルクは車速が高くなるほど大きくなる。このため、図３のテーブルは、車速Ｖが速くなるほど路面の横断勾配補正比ＳＬＴＲを小さくしている。これにより、同じ横断勾配でありながら、高車速になるほど勾配が大きくなると判定してしまうことが防止できる。
横断勾配算出条件判定部１３は、トルクセンサ１６、車速センサ１７、ヨーレイトセンサ１８で検出された操舵トルクＴＲ、車速Ｖ、ヨーレイトＹＲに基づいて論理演算を行い、操舵トルクに基づく横断勾配の算出条件が満たされたか否かを判定するものである（論理演算は図４を参照して後記する）。換言すると、横断勾配算出条件判定部１３は、乗算部１４により乗算された結果を勾配とするか、基準値保持部１９に保持された基準値を勾配とするかを、出力部１５で選択させるものである。
出力部１５は、横断勾配算出条件判定部１３の判定結果に基づいて乗算部１４から演算された横断勾配量ＳＬＴＢまたは基準値保持部１９で保持された基準値ゼロを選択して横断勾配の検出値ＳＬＴとして出力するものである。横断勾配の検出値ＳＬＴは、例えば電動パワーステアリングシステム内のステアリング制御部１０に出力される。或いは、車室内の図示しない表示パネルに表示するために出力される。

次に、前記横断勾配検出装置１における横断勾配の検出の流れについて説明する。図４は横断勾配の検出の流れを示すフローチャートである。
まず、操舵トルクＴＲに基づく横断勾配の算出条件が満たされたか否かを判定するため、ステップＳ１において、横断勾配算出条件判定部１３が車速センサ７で検出された車速Ｖを読み込み、所定の速度閾値ＶＥＬとを比較する。車速Ｖが速度閾値ＶＥＬ以上の場合（ＹＥＳ）、車両が所定速度以上で走行していると判定しステップＳ２へ進む。そうでない場合（ＮＯ）にはステップＳ１０へ進む。
ステップＳ２においては、横断勾配算出条件判定部１３が、ヨーレイトセンサ１８で検出された車両のヨーレイトＹＲを読み込み、ヨーレイトＹＲの絶対値とヨー閾値ＹＲＤとを比較する。ヨーレイトＹＲの絶対値がヨー閾値ＹＲＤ以下の場合（ＹＥＳ）、車両のヨーレイトが中立付近にあると判定し、ステップＳ３へ進む。そうでない場合（ＮＯ）にはステップＳ１０へ進む。
ステップＳ３においては、横断勾配算出条件判定部１３が、トルクセンサ１６で検出された操舵トルクＴＲを読み込み、操舵トルクＴＲの絶対値と所定のトルク閾値ＴＲＱとを比較する。操舵トルクＴＲの絶対値がトルク閾値ＴＲＱ以上の場合（ＹＥＳ）は、所定値以上の操舵トルクＴＲが発生したと判定し、ステップＳ４へ進む。そうでない場合（ＮＯ）には、ステップＳ１０へ進む。

ステップＳ４においては、横断勾配算出条件判定部１３が例えば内蔵のタイマをインクリメントする。つまり、タイマ値を加算する。
ステップＳ５において、横断勾配算出条件判定部１３がタイマのタイマ値と設定値Ｓとを比較する。タイマ値が設定値Ｓを超えた場合、所定速度以上で車両が直進走行し、かつ所定値以上の操舵トルクが発生したことを検出してから所定時間を経過したとして、操舵トルクＴＲに基づく横断勾配の演算条件が満たされたと判定し、ステップＳ６へ進む。そうでない場合（ＮＯ）には、ステップＳ１に戻され前記判定が繰り返される（戻り→開始）。なお、このようにタイマ値を考慮するのは、制御の安定のためである。即ち、ステアリング制御部１０における制御を、安定に行うことができるようにするためである。

ステップＳ６においては、横断勾配量演算部１１が、トルクセンサ１６で検出された操舵トルクＴＲに基づいて、例えば図２に示す路面の横断勾配量ＳＬＴＢと操舵トルクＴＲの関係を記憶させたテーブルを検索して、横断勾配量ＳＬＴＢのベース値を演算する。演算された横断勾配量ＳＬＴＢのベース値は乗算部１４に出力される。
ステップＳ７において、横断勾配補正比演算部１２が、車速センサ１７で検出された車速Ｖに基づいて、例えば図３に示す路面の横断勾配補正比ＳＬＴＲと車速Ｖの関係を記憶させたテーブルを検索して、横断勾配補正比ＳＬＴＲを演算する。演算された横断勾配補正比ＳＬＴＲは乗算部１４に出力される。

ステップＳ８において、乗算部１４が横断勾配量演算部１１からの横断勾配量ＳＬＴＢのベース値に横断勾配補正比ＳＬＴＲを掛けて、セルフアライニングトルクの成分を除去した横断勾配量ＳＬＴＢを演算する。演算された横断勾配量ＳＬＴＢは出力部１５に出力される。
ステップＳ９において、出力部１５が横断勾配算出条件判定部１３での判定結果に基づいて、乗算部１４からの横断勾配量ＳＬＴＢを選択して横断勾配の検出値ＳＬＴとしてステアリング制御部１０に出力する。

一方、前記ステップＳ１、ステップＳ２、ステップＳ３のいずれかが「ＮＯ」と判定された場合、ステッＳ１０に進むが、ここで、タイマ値をゼロにする。これによって、横断勾配算出条件判定部１３が操舵トルクＴＲに基づく横断勾配の演算条件が満たされないと判定し、ステップＳ１１において、出力部１５が基準値保持部１９に保持された基準値ゼロをステアリング制御部１０に出力する。

実施形態は以上のように構成され、これによれば、横断勾配検出装置１は、所定値以上の操舵トルクＴＲが発生した状態で、車両が所定速度以上で直進走行し、かつその走行が所定時間以上連続したときに、操舵トルクＴＲに基づき横断勾配を演算して検出するので、車両に僅かなヨーレイトしか発生しない僅かな横断勾配でもそれが所定時間以上連続した場合は、これを確実に検出することができる。
また、横断勾配検出では、操舵トルクＴＲに基づいて一定車速のときの横断勾配量（ＳＬＴＢ）をベース値として求め、このベース値に対して車速Ｖから求めた横断勾配補正比ＳＬＴＲで補正するので、車速に起因するセルフアライニングトルクに影響されずに横断勾配を正しく検出することができる。

そして、検出された横断勾配の検出値ＳＬＴをステアリンス制御部１０に出力することによって、パワーステアリングシステムでは、ステアリング制御部１０が、補助操舵トルクを補正し横断勾配に対応させた補助操舵トルクを発生することができる。特に、僅かな横断勾配を検出できるため、僅かな横断勾配しかついていない直進路でも、それに対応させる補助操舵トルクを発生することができる。

したがって、直進路を走行する場合、運転者がステアリングホイールを操舵し続けても、補助操舵トルクによるアシストを受けることによって、操舵力が小さくて済み、運転者の負担を大幅に軽減することができる。
通常、パワーステアリングシステム内に、高精度のトルクセンサ、ヨーレイトセンサ、車速センサ１７が備えられているので、パワーステアリングシステムと、これらのセンサを共有することもでき、したがって、横断検出装置１は極めて低コストで構成することができる。
なお、本実施形態では、ステップＳ２が車両直進状態検出手段の動作を示している。
ステップＳ３が操舵トルク判定手段の動作を示している。

以上説明した本発明は、前記した実施の形態に限定されることなく、幅広く変形実施することができる。例えば、図２や図３は、テーブルで表現することとしたが、マップで表現しても、関数で表現してもよい。また、車速が速くなるほど路面反力は小さくなるが、この路面反力の車速による変化を加味して勾配を算出するようにしてもよい。

路面の横断勾配検出装置の構成を示すブロック図である 路面の横断勾配量と操舵トルクとの対応関係を記憶させたテーブルを示す図である。 路面の横断勾配補正比と車速との対応関係を記憶させたテーブルを示す図である。 横断勾配の検出の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１ 横断勾配検出装置
１０ ステアリング制御部
１１ 横断勾配量演算部
１２ 横断勾配補正比演算部
１３ 横断勾配算出条件判定部
１４ 乗算部
１５ 出力部
１６ トルクセンサ
１７ 車速センサ（車速検出手段）
１８ ヨーレイトセンサ
１９ 基準値保持部

Claims (2)

1. 車両を転舵させる際の操舵トルクに基づいて車両が走行中の道路の路面についている横断勾配を検出する横断勾配検出装置であって、
   前記車両が直進状態である否かを検出する車両直進状態検出手段と、
   前記操舵トルクが所定値以上であるか否かを判定する操舵トルク判定手段と、を設け、
   前記車両が直進状態で、かつ前記操舵トルクが所定値以上の場合、前記操舵トルクに基づいて前記横断勾配を演算して検出することを特徴とする路面の横断勾配検出装置。
2. 前記車両の車速を検出する車速検出手段を設け、
   前記検出された車速に応じて、前記演算した横断勾配の演算値を補正することを特徴とする請求項１に記載の路面の横断勾配検出装置。

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