JP4967878B2 - 路面勾配推定装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両進行方向に対する車両走行路面の勾配（傾斜角度）の推定を行う路面勾配推定装置に関するものである。

従来、特許文献１において、車両に搭載した加速度センサにて検出される車両前後方向の加速度および車両の路面に対する加速度、例えば車輪速度センサにて検出される車輪速度の時間変動（微分値）に基づいて、路面勾配に対応した重力成分の加速度を演算し、路面勾配の推定を行う装置が提案されている。具体的には、車両前後方向の加速度Ａから車輪速度の時間変動分Ａ’を減算した値が重力成分の加速度に対応することから、重力加速度をｇとして、次式に基づいて路面勾配θを求めている。

（数１）
θ＝ｓｉｎ^-1｛（Ａ−Ａ’）／ｇ｝ …数式１
このようにして求められた路面勾配は、例えば、車両のクルーズコントロールや車間制御（アダプティブクルーズコントロール）さらにはプリクラッシュシステムで車両制駆動力制御を行う際の制駆動力の演算パラメータとして利用されている。
特開平０２−１６１３０８号公報

しかしながら、検出された加速度には路面に存在する異物を乗り越えたときのノイズ的な加速度の変動や路面のうねりに起因する加速度の変動など、様々な外乱要因が含まれているため、上記のように求めた路面勾配は必ずしも正確な値である訳ではない。したがって、より正確に路面勾配を推定できるようにすることが必要であり、それにより車両制駆動力制御の更なる最適化等を図ることが可能になると言える。

本発明は上記点に鑑みて、より正確に路面勾配を推定できるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、第１手段（２００）にて、車両に搭載された前後方向の加速度を検出する前後加速度センサ（５）のセンサ値（Ａ）と路面に対する車両の加速度（Ａ’）との差から車両が走行する路面の勾配推定値に対応する物理量（Ｇｇｒａｄ０）を演算し、第２手段（１０）に予め記憶した車両の車速と路面勾配の変化率の制限値に対応する物理量との関係と入力した車速とに基づき、該車速のときの変化率の制限値に対応する物理量（αｕｐ、αｄｏｗｎ）を第３手段（１０、１２）で演算する。そして、第４手段（１４、２１０）にて、勾配推定値に対応する物理量（Ｇｇｒａｄ０）の変化率と第３手段（１０、１２）で演算された変化率の制限値に対応する物理量（αｕｐ、αｄｏｗｎ）とを比較し、勾配推定値に対応する物理量（Ｇｇｒａｄ０）の変化率が第３手段（１０、１２）で演算された変化率の制限値に対応する物理量（αｕｐ、αｄｏｗｎ）より大きい場合、勾配推定値に対応する物理量（Ｇｇｒａｄ０）の変化率を第３手段（１０、１２）で演算された変化率の制限値に制限することによって勾配推定値に対応する物理量（Ｇｇｒａｄ０）を補正することを特徴としている。

このように、車速に対応して設定した路面勾配の変化率の制限値を加味することにより、前後加速度センサのセンサ値（Ａ）から路面に対する車両の加速度（Ａ’）を減算することで求めた勾配推定値に対応する物理量（Ｇｇｒａｄ０）の変化率が外乱要因の影響により正確でない値となる場合に制限を設けることができる。このため、正確に勾配推定値に対応する物理量（Ｇｇｒａｄ１）を求めることが可能になり、従来と比べて、より正確に路面勾配を推定することが可能となる。

例えば、請求項２に示すように、第４手段（１４、２１０）にて、前回の演算周期における勾配推定値に対応する物理量（Ｇｇｒａｄ０）に対して第３手段（１０、１２）で演算された変化率の制限値に対応する物理量を加算した第１上限値（Ｇｇｒａｄ１＋αｕｐ）および減算した第１下限値（Ｇｇｒａｄ１−αｄｏｗｎ）と第１手段（２００）にて演算された勾配推定値に対応する物理量（Ｇｇｒａｄ０）とを比較し、勾配推定値に対応する物理量（Ｇｇｒａｄ０）が第１上限値（Ｇｇｒａｄ１＋αｕｐ）より大きい場合、第１上限値（Ｇｇｒａｄ１＋αｕｐ）を、勾配推定値に対応する物理量（Ｇｇｒａｄ０）が第１上限値（Ｇｇｒａｄ１＋αｕｐ）以下、かつ、第１下限値（Ｇｇｒａｄ１−αｄｏｗｎ）以上の場合、勾配推定値に対応する物理量（Ｇｇｒａｄ０）を、勾配推定値に対応する物理量（Ｇｇｒａｄ０）が第１下限値（Ｇｇｒａｄ１−αｄｏｗｎ）以下の場合、第１下限値（Ｇｇｒａｄ１−αｄｏｗｎ）を、勾配推定値に対応する補正後の物理量（Ｇｇｒａｄ１）とすることを特徴としている。

具体的には、請求項３に示すように、第２手段（１０）は、上述した関係として、車速が大きくなるほど路面勾配の変化率に対応する物理量の制限値が小さくなるマップを記憶することができる。

また、請求項４に示すように、第２手段（１０）は、上述した関係として、車速が所定速度よりも小さい場合、車速が小さくなるほど路面勾配の変化率に対応する物理量の制限値が小さくなり、車速が所定速度より大きい場合、車速が大きくなるほど路面勾配の変化率に対応する物理量の制限値が小さくなるマップを記憶することもできる。

この場合、例えば、請求項５に示すように、車速が所定速度よりも小さい場合のマップは、車速（Ｖ）を車両のホイールベース（Ｌ）で割った値に対して重力加速度（ｇ）および車速において許容される路面勾配の最大値（θ）を掛けた値から作成される。

請求項６に記載の発明では、第５手段（１１）に予め記憶した車両の車速と路面勾配に対応する物理量の制限値との関係と車速とに基づき、該車速のときの勾配に対応する物理量の第２上限値（Ｇｍａｘ１）および第２下限値（Ｇｍｉｎ１）を第６手段（１１）で演算する。そして、第７手段（１５、２２０）にて、第４手段（２１０）が演算した勾配推定値に対応する物理量（Ｇｇｒａｄ１）を第２上限値（Ｇｍａｘ１）および第２下限値（Ｇｍｉｎ１）と比較し、勾配推定値に対応する物理量（Ｇｇｒａｄ１）が第２上限値（Ｇｍａｘ１）より大きい場合、第２上限値（Ｇｍａｘ１）を、勾配推定値に対応する物理量（Ｇｇｒａｄ１）が第２上限値（Ｇｍａｘ１）以下、かつ、第２下限値（Ｇｍｉｎ１）以上の場合、勾配推定値に対応する物理量（Ｇｇｒａｄ１）を、勾配推定値に対応する物理量（Ｇｇｒａｄ１）が第２下限値（Ｇｍｉｎ１）以下の場合、第２下限値（Ｇｍｉｎ１）を、勾配推定値に対応する補正後の物理量（Ｇｇｒａｄ２）とすることを特徴としている。

このように、車速に対応して設定した路面勾配の変化率の制限値に加えて、路面勾配の制限値も加味することにより、より正確に勾配推定値に対応する物理量（Ｇｇｒａｄ２）を求めることが可能となる。

例えば、請求項７に示すように、第５手段（１１）は、上述した関係として、車速が大きくなるほど路面勾配に対応する物理量の制限値が小さくなるマップを記憶することができる。

請求項８に記載の発明では、第８手段（１６、２３０）にて、ナビゲーション装置（９）に道路情報として記憶された路面勾配から、該路面勾配に対応する物理量の第３上限値（Ｇｍａｘ２）および第３下限値（Ｇｍａｘ２）を演算し、第７手段（２２０）が演算した勾配推定値に対応する物理量（Ｇｇｒａｄ２）を第３上限値（Ｇｍａｘ２）および第３下限値（Ｇｍｉｎ２）と比較し、勾配推定値に対応する物理量（Ｇｇｒａｄ２）が第３上限値（Ｇｍａｘ２）より大きい場合、第３上限値（Ｇｍａｘ２）を、勾配推定値に対応する物理量（Ｇｇｒａｄ２）が第３上限値（Ｇｍａｘ２）以下、かつ、第３下限値（Ｇｍｉｎ２）以上の場合、勾配推定値に対応する物理量（Ｇｇｒａｄ２）を、勾配推定値に対応する物理量（Ｇｇｒａｄ２）が第３下限値（Ｇｍｉｎ２）以下の場合、第３下限値（Ｇｍｉｎ２）を、勾配推定値に対応する補正後の物理量（Ｇｇｒａｄ）とすることを特徴としている。

このように、ナビゲーション装置（９）に道路情報として記憶された路面勾配から決まる制限値も加味することにより、より正確に勾配推定値に対応する物理量（Ｇｇｒａｄ）を求めることが可能となる。

また、請求項９に記載のように、第２手段（１０）にて、車両の速度としての法定速度と路面勾配の変化率の制限値に対応する物理量との関係を予め記憶し、第３手段（１０、１２）にて、車両の速度およびナビゲーション装置から該ナビゲーション装置に道路情報として記憶された法定速度情報を入力し、入力した法定速度情報と第２手段（１０）に記憶された前記関係とに基づき、入力した車速のときの変化率の制限値に対応する物理量を演算することもできる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態では、路面勾配推定装置が車両制駆動力制御システムに実装された場合を例に挙げて、本発明の路面勾配推定装置の一実施形態を説明する。

図１は、車両制駆動力制御システムのブロック図を示している。この図に示されるように、車両制動力制御システムは、加速度要求部１、前後加速度制御部２、パワトレ制御部３およびブレーキ制御部４を有している。

加速度要求部１は、車両状態に応じた加速度の要求信号を出力するもので、クルーズコントロール部１ａ、車間制御部１ｂ、プリクラッシュコントロール部１ｃを備えている。具体的には、クルーズコントロール部１ａは、車両の走行速度を一定値に制御するために必要な加速度の要求信号を出力する。車間制御部１ｂは、前方車両との車間距離が予め決められた値となるようにするために必要な加速度の要求信号を出力する。プリクラッシュコントロール部１ｃは、前方車両との衝突を回避するために必要な加速度の要求信号を出力する。

前後加速度制御部２は、調停部２ａ、フィードフォワード制御部２ｂ、フィードバック制御部２ｃおよび制駆動力配分設定部２ｄを有している。調停部２ａは、加速度要求部１から入力される要求信号が示す加速度を調停し、一制御周期内での加速度の要求値の変化量を出力する。

フィードフォワード制御部２ｂは、実際の車両加速度（以下、実加速度という）が調停部２ａから出力された加速度の要求値となるようにフィードフォワード制御を行う。本実施形態では、このフィードフォワード制御部２ｂに路面勾配推定装置が実装されている。すなわち、フィードフォワード制御部２ｂにて車両の加速度の変動要因として想定される各種外乱補償が行われるが、その変動要因の１つとして路面勾配の影響が挙げられる。この路面勾配の影響の補償（勾配抵抗補償）を行う際に路面勾配の推定値（以下、勾配推定値という）を演算している。

図２は、フィードフォワード制御部２ｂで実行する車軸トルク演算処理のフローチャートである。この図に示すように、フィードフォワード制御部２ｂでは、まず、ステップ１００において、フィードフォワード力Ｆｘを演算する。フィードフォワード力は、空気抵抗補償（ρ／２×Ｃｄ×Ｖ²×Ｓ）、転がり抵抗補償（μ×Ｍ×ｇ）、加速抵抗補償（Ｍ×ａ）、勾配抵抗補償（Ｍ×Ｇｇｒａｄ）の各種補償項を足し合わせた値として求められる。ここで、ρは空気密度、Ｃｄは空気抵抗係数、Ｖは車速、ｒはタイヤ半径、Ｓは前面投影面積、μは転がり抵抗係数、Ｍは車両重量、ａは車両加速度、Ｇｇｒａｄは勾配推定値の加速度換算値を意味している。そして、ステップ１１０において、フィードフォワード力Ｆｘの車軸トルク換算値Ｔｆｆを求める。車軸トルク換算値Ｔｆｆは、フィードフォワード力Ｆｘに対してタイヤ半径ｒを掛け合わせることにより演算される。

本実施形態では、ここで示した各種補償項のうちの勾配推定値をより正確に求められるようにする。この勾配推定値の求め方については、後で詳細に説明する。なお、他の各種補償項に関しては、基本的に従来から周知のものであるため、詳細については説明を省略する。

フィードバック制御部２ｃは、調停部２ａから出力された加速度の要求値に基づいてフィードバック制御を行う。具体的には、調停部２ａから出力された加速度の要求値に基づいて規範モデルを求め、実加速度と規範モデルとの偏差が０に近づくようにフィードバック力を演算し、フィードバック力の車軸トルク換算値Ｔｆｂを出力する。

制駆動力配分設定部２ｄは、フィードフォワード制御部２ｂで出力されたフィードフォワード力Ｆｘの車軸トルク換算値Ｔｆｆとフィードバック制御部２ｃで出力されたフィードバック力の車軸トルク換算値Ｔｆｂとの加算値から実際に出力する制駆動力配分を設定する。この制駆動力配分が、要求パワトレトルクＴｗｐｔと要求ブレーキトルクＴｗｂｋとしてパワトレ制御部３およびブレーキ制御部４に伝えられる。

パワトレ制御部３は、要求パワトレトルクＴｗｐｔに応じて、エンジンに対するトルク要求値（要求エンジントルク）や自動変速装置に対するギア比の要求値（要求ギア比）を出力する。ブレーキ制御部４は、要求ブレーキトルクＴｗｂｋに応じて、ブレーキ制御用のアクチュエータが発生させるホイールシリンダ圧の要求値を出力する。これにより、制駆動力配分に応じた駆動力および制動力が発生させられ、所望の加速度を得ることができる。

続いて、上記のような車両制駆動力制御システムのフィードフォワード制御部２ｂに実装された路面勾配推定装置の詳細について、図３−ａに示す路面勾配推定装置のブロック図および図３−ｂに示す路面勾配推定装置が実行する路面勾配推定処理のフローチャートを参照して説明する。

図３−ａおよび図３−ｂに示すように、路面勾配推定装置は、従来の手法にて勾配推定値の加速度換算値Ｇｇｒａｄ０を求めたのち（ステップ２００）、これを路面勾配の変化率の制限値から決まる勾配推定値の上限値および下限値の加速度換算値や路面勾配そのものの制限値から決まる勾配推定値の上限値および下限値の加速度換算値と比較し（ステップ２１０、２２０）、さらにナビゲーション装置９に道路情報として記憶された路面勾配の制限値から決まる勾配推定値の上限値および下限値の加速度換算値とも比較することで（ステップ２３０）、勾配推定値の加速度換算値Ｇｇｒａｄ０を補正し、補正後の加速度換算値Ｇｇｒａｄを求める。

具体的には、従来の手法を利用し、車両前後方向の加速度を検出する前後加速度センサ５のセンサ値Ａから車輪速度センサ６のセンサ値を微分器７にて微分した値、つまり車輪速度の時間変動分（微分値）Ａ’を減算する（ステップ２００）。これら前後加速度センサ５のセンサ値Ａと車輪速度の時間変動分Ａ’を上述した数式１に代入した値が勾配推定値θとなるため、前後加速度センサ５のセンサ値Ａから車輪速度の時間変動分Ａ’を減算した値は、勾配推定値θの加速度換算値Ｇｇｒａｄ０となる。

次に、車速センサ８のセンサ値として示される車速に基づき、変化率演算部１０にて路面勾配の変化率の制限値の加速度換算値を演算すると共に、制限値演算部１１にて路面勾配の制限値の加速度換算値を演算する。車速に関しては、車速センサ８のセンサ値に限るものではなく、車輪速度センサのセンサ値を入力して周知の手法にて演算しても良いし、車両に搭載された他のＥＣＵ（電子制御装置）で演算済みのデータを所持しているのであれば、それをフィードフォワード制御部２ｂに入力するようにしても良い。路面勾配の変化率の加速度換算値に関しては、変化率演算部１０に車速に対する路面勾配の変化率の制限値の加速度換算値を示したマップが記憶してあるため、このマップに基づいて演算する。また、路面勾配の制限値の加速度換算値に関しては、制限値演算部１１に車速に対する路面勾配そのものの制限値の加速度換算値を示したマップが記憶してあるため、このマップに基づいて演算する。

図４は、変化率演算部１０に記憶された車速と路面勾配の変化率の制限値の加速度換算値の関係を示したマップの拡大図である。また、図５は、制限値演算部１１に記憶された車速に対する路面勾配の制限値の加速度換算値を示したマップの拡大図である。

車速に応じて好ましい路面勾配の変化率や路面勾配の制限値との関係を予め決めておくことができる。例えば、道路構造令では、制限速度に対応した路面勾配、曲率半径が規定されており、この道路構造令に基づいて道路が建設されている。このため、制限速度に対応した路面勾配を例えば制限速度＋１０ｋｍ／ｈの速度で走行したことを想定すると、そのときの路面勾配の変化率の制限値の加速度換算値や路面勾配そのものの制限値の加速度換算値は、例えば、図６のような図表で表わされる。但し、道路構造例では、２０ｋｍ／ｈ以下の法定速度に関する路面勾配や曲率半径に関する規定は無いため、２０ｋｍ／ｈよりも大きい法定速度に対する路面勾配や曲率半径を外挿演算することにより２０ｋｍ／ｈ以下の路面勾配や曲率半径を補完してある。

このため、予め車速に応じた路面勾配の変化率や路面勾配の制限値との関係を決めておけば、それに基づいて車速と路面勾配の変化率の制限値の加速度換算値の関係を示したマップや車速に対する路面勾配の制限値の加速度換算値を示したマップを作成できる。

したがって、図４に示すように、車速が小さいほど急な路面勾配の変化に対応でき、車速が大きくなるほど急な路面勾配の変化に対応できなくなるという関係のマップを作成できる。同様に、図５に示すように、車速が小さいほど急勾配に対応でき、車速が大きくなるほど急勾配に対応できなくなるという関係のマップも作成できる。

続いて、サンプリング部１２にて、変化率演算部１０で演算した変化率の制限値の加速度換算値を制御周期分の制限値の加速度換算値にして出力する。これが前回値記憶部１３に記憶された前回の勾配推定値（第１勾配推定値）の加速度換算値Ｇｇｒａｄ１（前回値）に対して加算されることで路面勾配の変化率を加味した路面勾配の上限値の加速度換算値Ｇｇｒａｄ１＋αｕｐが演算されると共に、減算されることで路面勾配の変化率を加味した路面勾配の下限値の加速度換算値Ｇｇｒａｄ１−αｄｏｗｎが演算される。

そして、第１比較部１４にて、これら路面勾配の上限値の加速度換算値Ｇｇｒａｄ１＋αｕｐおよび下限値の加速度換算値Ｇｇｒａｄ１−αｄｏｗｎが従来の手法にて求められた勾配推定値の加速度換算値Ｇｇｒａｄ０と比較され、その中間値が路面勾配の変化率を加味した補正後の勾配推定値の加速度換算値Ｇｇｒａｄ１とされる（ステップ２１０）。すなわち、路面勾配の変化率を加味した路面勾配の上限値および下限値は、道路構造令等から想定した限界値であるため、勾配推定値θがこの範囲から外れる場合には、外乱要因の影響で勾配推定値θが正確な値を示していないと考えられる。このため、勾配推定値の加速度換算値Ｇｇｒａｄ０が路面勾配の変化率を加味した路面勾配の上限値の加速度換算値Ｇｇｒａｄ１＋αｕｐを超える場合、もしくは、下限値の加速度換算値Ｇｇｒａｄ１−αｄｏｗｎを下回る場合には、上限値の加速度換算値Ｇｇｒａｄ１＋αｕｐもしくは下限値の加速度換算値Ｇｇｒａｄ１−αｄｏｗｎが補正後の勾配推定値の加速度換算値Ｇｇｒａｄ１となるようにしている。

また、制限値演算部１１で演算された路面勾配の制限値の加速度換算値を上限値Ｇｍａｘ１とし、それの正負の符号を逆転させた値を下限値Ｇｍｉｎ１として、第２比較部１５に入力する。そして、第２比較部１５にて、勾配推定値の加速度換算値Ｇｇｒａｄ１が上限値Ｇｍａｘ１および下限値Ｇｍｉｎ１と比較され、その中間値が路面勾配の制限値を加味した補正後の勾配推定値の加速度換算値Ｇｇｒａｄ２とされる（ステップ２２０）。すなわち、上記と同様に、路面勾配の制限値を加味した路面勾配の加速度換算値の上限値Ｇｍａｘ１および下限値Ｇｍｉｎ１は、道路構造令等から想定した限界値であるため、勾配推定値がこの範囲から外れる場合には、外乱要因の影響で勾配推定値が正確な値を示していないと考えられる。このため、勾配推定値に対応する勾配推定値の加速度換算値Ｇｇｒａｄ１が路面勾配の制限値を加味した路面勾配の加速度換算値の上限値Ｇｍａｘ１を超える場合、もしくは、下限値Ｇｍｉｎ１を下回る場合には、上限値Ｇｍａｘ１もしくは下限値Ｇｍｉｎ１が補正後の勾配推定値の加速度換算値Ｇｇｒａｄ２となるようにしている。

さらに、ナビゲーション装置９に道路情報として記憶された路面勾配の制限値の加速度換算値を上限値Ｇｍａｘ２とし、それの正負の符号を逆転させた値を下限値Ｇｍａｘ２として、第３比較部１６に入力する。ナビゲーション装置９に記憶された路面勾配は、例えばナビゲーションマップの各セグメントに対応して記憶されているため、これが読み出される。そして、第３比較部１６にて、それら加速度換算値の上限値Ｇｍａｘ２および下限値Ｇｍａｘ２と補正後の勾配推定値の加速度換算値Ｇｇｒａｄ２とを比較することで、勾配推定値に対応する勾配推定値の加速度換算値Ｇｇｒａｄ２を補正し、補正後の加速度換算値Ｇｇｒａｄ３を求める（ステップ２３０）。これが最終的な勾配推定値に対応する勾配推定値の加速度換算値Ｇｇｒａｄになる。

このようにして、補正後の勾配推定値の加速度換算値Ｇｇｒａｄが演算されると、それがフィードフォワード制御部２ｂの勾配抵抗補償の演算に用いられ、フィードフォワード力Ｆｘが演算される。これに基づいて、制駆動力配分設定部２ｄにて制駆動力配分の車軸トルク換算値が求められ、パワトレ制御部３やブレーキ制御部４にて要求された加速度に応じた駆動力もしくは制動力が発生させられ、クルーズコントロールや車間距離制御およびプリクラッシュコントロールが実現される。

参考として、従来の手法と本実施形態の手法それぞれによって傾斜推定値を求めた場合の実際の路面勾配との関係について調べたところ、図７に示す結果が得られた。すなわち、前後加速度センサ５のセンサ値にノイズが含まれていた場合、従来の手法ではノイズの影響を受け、道路構造令などに基づいて設計されるべき路面勾配に対して変動した値となる。これに対し、本実施形態の手法ではノイズの影響を制限できるため、道路構造令などに基づいて設計されるべき路面勾配とほぼ同じ値となる。

以上説明したように、本実施形態では、車速に対応して設定した路面勾配の変化率の制限値および路面勾配そのものの制限値を加味することにより、前後加速度センサ５のセンサ値Ａから車輪速度の時間変動分Ａ’を減算することで求めた勾配推定値の加速度換算値Ｇｇｒａｄ０が外乱要因の影響により正確でない値となる場合に制限を設けることができる。このため、正確に勾配推定値の加速度換算値Ｇｇｒａｄを求めることが可能になり、従来と比べて、より正確に路面勾配を推定することが可能となる。そして、このように正確な勾配推定値の加速度換算値Ｇｇｒａｄに基づいて、より適切なクルーズコントロールや車間距離制御およびプリクラッシュコントロールを実現することが可能となる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態では、第１実施形態に対して、路面勾配の変化率の制限値を設定するマップを変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。

図８は、本実施形態の変化率演算部１０に記憶された車速と路面勾配の変化率の制限値の加速度換算値との関係を示したマップの拡大図である。この図に示されるように、本実施形態では、図４に示したマップに加えて、低速域で用いると好ましいマップを追加したものである。このマップは、路面勾配θの坂を上り下りする場合に、前輪が坂を上り（下り）始めてから後輪が坂を上り（下り）始めるまでの期間中に、車両の傾斜角がどのように変化するかを考慮したものである。これについて、図９を参照して説明する。

図９は、路面勾配θの坂を上るときの前輪ＦＷと後輪ＲＷの位置に対応して、演算される勾配推定値および路面勾配の変化率がどのように変化するかを示したタイミングチャートである。前輪ＦＷおよび後輪ＲＷが完全に坂に差し掛かると勾配推定値は坂の路面勾配を示すことになるが、前輪ＦＷが坂を上り始めてから後輪ＲＷが坂を上り始めるまでの期間中は、車両がまだ坂の路面勾配分まで傾斜していない。このため、この期間中は路面勾配の変化率は道路構造令などで決まった値にはならない。この期間は、車速と前輪ＦＷと後輪ＲＷとの距離、つまりホイールベースＬと車速Ｖとから求めることができ、次式で表される。

（数２）
ｔ＝Ｌ／Ｖ …数式２
したがって、勾配変化率ｇｄθは次式となり、路面勾配θが車速Ｖにおいて許容される路面勾配の最大値（許容最大勾配）であるとすると勾配変化率ｇｄθが路面勾配の変化率の最大値となる。

（数３）
ｇｄθ＝ｇθ／ｔ＝ｇθＶ／Ｌ …数式３
この数式３から分かるように車速が小さくなるほど小さくなる値であり、車速が所定値より小さいときには、勾配変化率ｇｄθの最大値が道路構造令などで決められた変化率の制限値を下回るため、路面勾配θの坂を上り下りするときの路面勾配の変化率の最大値を変化率の制限値としている。そして、車速が所定値になると勾配変化率ｇｄθの最大値が道路構造令などで決められた変化率の制限値よりも大きくなるため、その後は道路構造令などで決められた変化率の制限値を用いるようにしている。

このように、路面勾配θの坂を上り下りするときの路面勾配の変化率の最大値を考慮して、路面勾配の変化率の制限値の加速度換算値のマップを作成すれば、より正確な勾配推定値に対応する勾配推定値の加速度換算値Ｇｇｒａｄを求めることが可能になる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態では、第１実施形態に対して、路面勾配の変化率の制限値や路面勾配の制限値の設定手法を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。

図１０は、本実施形態にかかる路面勾配推定装置のブロック図である。本実施形態の路面勾配推定装置は、従来の手法にて勾配推定値の加速度換算値Ｇｇｒａｄ０を求めたのち、これを路面勾配の変化率の制限値から決まる勾配推定値の上限値および下限値の加速度換算値や路面勾配の制限値から決まる勾配推定値の上限値および下限値の加速度換算値と比較することで、勾配推定値の加速度換算値Ｇｇｒａｄ０を補正し、補正後の加速度換算値Ｇｇｒａｄを求める。

具体的には、第１実施形態と同様に、従来の手法を利用して勾配推定値θの加速度換算値Ｇｇｒａｄ０を演算する。次に、車速センサ８のセンサ値として示される車速、および、ナビゲーション装置９に記憶された道路情報に基づき、変化率演算部１０にて路面勾配の変化率の制限値の加速度換算値を演算すると共に、ナビゲーション装置９に道路情報として記憶された所定区間毎の法定速度（法定制限速度）に基づき、制限値演算部１１にて路面勾配の制限値の加速度換算値を演算する。

路面勾配の変化率の制限値の加速度換算値に関しては、ナビゲーション装置９に記憶されている道路情報から車両が走行中の道路の法定速度を抽出し、変化率演算部１０に備えられた曲率半径演算部１０ａに法定速度に対する道路の曲率半径を示したマップを記憶しておくことで、このマップに基づいて走行中の道路の曲率半径を求めたのち、制限値演算部１０ｂにて現在の車速と道路の曲率半径とを次式に代入することにより演算することができる。

（数４）
勾配変化率制限値＝ｓｉｎ（車速／曲率半径） …数式４
また、路面勾配の制限値の加速度換算値に関しては、制限値演算部１１に法定速度に対する路面勾配の制限値の加速度換算値を示したマップを記憶しておくことで、このマップに基づいて演算することができる。

図１１は、変化率演算部１０に備えられた曲率半径演算部１０ａに記憶された法定速度と路面勾配の変化率の制限値の加速度換算値の関係を示したマップの拡大図である。また、図１２は、制限値演算部１１に記憶された法定速度に対する路面勾配の制限値の加速度換算値を示したマップの拡大図である。

車速に応じて好ましい道路の曲率半径や路面勾配の制限値との関係を予め決めておくことができる。例えば、道路構造令では、法定速度に対応した路面勾配、曲率半径が規定されており、この道路構造令に基づいて道路が建設されている。

このため、予め車速と道路の曲率半径もしくは路面勾配の制限値との関係を決めておけば、それに基づいて車速と道路の曲率半径もしくは路面勾配の制限値の加速度換算値との関係を示したマップを作成できる。

したがって、図１１に示すように、法定速度が小さいほど小さな曲率半径に対応でき、法定速度が大きくなるほど小さな曲率半径に対応できなくなるという関係のマップを作成できる。同様に、図１２に示すように、法定速度が小さいほど急勾配に対応でき、法定速度が大きくなるほど急勾配に対応できなくなるという関係のマップも作成できる。

（他の実施形態）
上記第１、第２実施形態では、路面勾配の変化率の制限値、路面勾配の制限値およびナビゲーション装置９に記憶された路面勾配すべてを考慮して最終的な補正後の勾配推定値の加速度換算値Ｇｇｒａｄを演算している。しかしながら、これはより正確に勾配推定値の加速度換算値Ｇｇｒａｄを求めるためであり、これらのいずれか１つのみ若しくは２つの組み合わせとしても構わない。

また、上記第１、第２実施形態では、勾配推定値を演算により求めるのではなく、最終的にパワトレ制御部３やブレーキ制御部４で用いられる加速度換算値を求めるようにしているが、勿論、加速度換算値ではなく勾配推定値を直接求めることもできる。

本発明の第１実施形態にかかる車両制駆動力制御システムのブロック図である。 フィードフォワード制御部で実行する車軸トルク演算処理のフローチャートである。 路面勾配推定装置のブロック図である。 路面勾配推定装置が実行する路面勾配推定処理のフローチャートである。 車速と路面勾配の変化率の制限値の加速度換算値の関係を示したマップの拡大図である。 車速に対する路面勾配の制限値の加速度換算値を示したマップの拡大図である。 制限速度、法規による路面勾配に基づいた制限速度＋１０ｋｍ／ｈで走行したときの路面勾配の変化率の制限値の加速度換算値や路面勾配の制限値の加速度換算値を示した図表である。 従来の手法と本実施形態の手法それぞれによって傾斜推定値を求めた場合の実際の路面勾配との関係を示したタイミングチャートである。 本発明の第２実施形態にかかる車速と路面勾配の変化率の制限値の加速度換算値の関係を示したマップの拡大図である。 路面勾配の坂を上るときの前輪と後輪の位置に対応して、演算される勾配推定値および路面勾配の変化率がどのように変化するかを示したタイミングチャートである。 本発明の第３実施形態にかかる路面勾配推定装置のブロック図である。 変化率演算部に備えられた曲率半径演算部に記憶された法定速度と路面勾配の変化率の制限値の加速度換算値の関係を示したマップの拡大図である。 制限値演算部に記憶された法定速度に対する路面勾配の制限値の加速度換算値を示したマップの拡大図である。

符号の説明

１…加速度要求部、１ａ…クルーズコントロール部、１ｂ…車間制御部、１ｃ…プリクラッシュコントロール部、２…前後加速度制御部、２ａ…調停部、２ｂ…フィードフォワード制御部、２ｃ…フィードバック制御部、２ｄ…制駆動力配分設定部、３…パワトレ制御部、４…ブレーキ制御部、５…前後加速度センサ、６…車輪速度センサ、７…微分器、８…車速センサ、９…ナビゲーション装置、１０…変化率演算部、１１…制限値演算部、１２…サンプリング部、１３…前回値記憶部、１４〜１６…第１〜第３比較部

Claims (9)

1. 車両の前後方向の加速度を検出する前後加速度センサ（５）のセンサ値（Ａ）と路面に対する車両の加速度（Ａ’）との差から前記車両が走行する路面の勾配推定値に対応する物理量（Ｇｇｒａｄ０）を演算する第１手段（２００）と、
   前記車両の車速と路面勾配の変化率の制限値に対応する物理量との関係が予め記憶された第２手段（１０）と、
   前記車両の車速を入力し、該入力した車速と前記第２手段（１０）に記憶された前記関係に基づき、前記車速のときの前記変化率の制限値に対応する物理量（αｕｐ、αｄｏｗｎ）を演算する第３手段（１０、１２）と、
   前記勾配推定値に対応する物理量（Ｇｇｒａｄ０）の変化率と前記第３手段（１０、１２）で演算された前記変化率の制限値に対応する物理量（αｕｐ、αｄｏｗｎ）とを比較し、前記勾配推定値に対応する物理量（Ｇｇｒａｄ０）の変化率が前記第３手段（１０、１２）で演算された前記変化率の制限値に対応する物理量（αｕｐ、αｄｏｗｎ）より大きい場合、前記勾配推定値に対応する物理量（Ｇｇｒａｄ０）の変化率を前記第３手段（１０、１２）で演算された前記変化率の制限値に制限することによって前記勾配推定値に対応する物理量（Ｇｇｒａｄ０）を補正する第４手段（１４、２１０）と、を備えていることを特徴とする路面勾配推定装置。
2. 前記各手段は、所定の演算周期毎に実行され、前記第４手段（１４、２１０）は、前回の演算周期における前記勾配推定値に対応する補正後の物理量（Ｇｇｒａｄ１）に対して前記第３手段（１０、１２）で演算された前記変化率の制限値に対応する前記物理量を加算した第１上限値（Ｇｇｒａｄ１＋αｕｐ）および減算した前記第１下限値（Ｇｇｒａｄ１−αｄｏｗｎ）と前記第１手段（２００）にて演算された前記勾配推定値に対応する物理量（Ｇｇｒａｄ０）とを比較し、前記勾配推定値に対応する物理量（Ｇｇｒａｄ０）が前記第１上限値（Ｇｇｒａｄ１＋αｕｐ）より大きい場合、前記第１上限値（Ｇｇｒａｄ１＋αｕｐ）を前記勾配推定値に対応する補正後の物理量（Ｇｇｒａｄ１）とし、前記勾配推定値に対応する物理量（Ｇｇｒａｄ０）が前記第１上限値（Ｇｇｒａｄ１＋αｕｐ）以下、かつ、前記第１下限値（Ｇｇｒａｄ１−αｄｏｗｎ）以上の場合、前記勾配推定値に対応する物理量（Ｇｇｒａｄ０）を前記勾配推定値に対応する補正後の物理量（Ｇｇｒａｄ１）とし、前記勾配推定値に対応する物理量（Ｇｇｒａｄ０）が前記第１下限値（Ｇｇｒａｄ１−αｄｏｗｎ）より小さい場合、前記第１下限値（Ｇｇｒａｄ１−αｄｏｗｎ）を前記勾配推定値に対応する補正後の物理量（Ｇｇｒａｄ１）とすることを特徴とする請求項１に記載の路面勾配推定装置。
3. 前記第２手段（１０）は、前記関係として、前記車速が大きくなるほど前記路面勾配の変化率に対応する前記物理量の制限値が小さくなるマップを記憶していることを特徴とする請求項１または２に記載の路面勾配推定装置。
4. 前記第２手段（１０）は、前記関係として、前記車速が所定速度よりも小さい場合、前記車速が小さくなるほど前記路面勾配の変化率に対応する前記物理量の制限値が小さくなり、前記車速が前記所定速度以上の場合、前記車速が大きくなるほど前記路面勾配の変化率に対応する前記物理量の制限値が小さくなるマップを記憶していることを特徴とする請求項１または２に記載の路面勾配推定装置。
5. 前記車速が所定速度よりも小さい場合のマップは、前記車速（Ｖ）を前記車両のホイールベース（Ｌ）で割った値に対して重力加速度（ｇ）および前記車速において許容される路面勾配の最大値（θ）を掛けた値から作成されていることを特徴とする請求項４に記載の路面勾配推定装置。
6. 前記車両の車速と路面勾配に対応する物理量の制限値との関係が予め記憶された第５手段（１１）と、
   前記車両の車速を入力し、該入力された車速と前記第５手段（１１）の記憶内容とから前記車速のときの前記勾配に対応する物理量の第２上限値（Ｇｍａｘ１）および第２下限値（Ｇｍｉｎ１）を演算する第６手段（１１）と、
   前記第４手段（２１０）が演算した前記勾配推定値に対応する物理量（Ｇｇｒａｄ１）を前記第２上限値（Ｇｍａｘ１）および前記第２下限値（Ｇｍｉｎ１）と比較し、前記勾配推定値に対応する物理量（Ｇｇｒａｄ１）が前記第２上限値（Ｇｍａｘ１）より大きい場合、前記第２上限値（Ｇｍａｘ１）を、前記勾配推定値に対応する物理量（Ｇｇｒａｄ１）が前記第２上限値（Ｇｍａｘ１）以下、かつ、前記第２下限値（Ｇｍｉｎ１）以上の場合、前記勾配推定値に対応する物理量（Ｇｇｒａｄ１）を、前記勾配推定値に対応する物理量（Ｇｇｒａｄ１）が前記第２下限値（Ｇｍｉｎ１）より小さい場合、前記第２下限値（Ｇｍｉｎ１）を、前記勾配推定値に対応する補正後の物理量（Ｇｇｒａｄ２）とする第７手段（１５、２２０）と、を備えていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の路面勾配推定装置。
7. 前記第５手段（１１）は、前記関係として、前記車速が大きくなるほど前記路面勾配に対応する前記物理量の制限値が小さくなるマップを記憶していることを特徴とする請求項６に記載の路面勾配推定装置。
8. ナビゲーション装置（９）に道路情報として記憶された路面勾配から、該路面勾配に対応する物理量の第３上限値（Ｇｍａｘ２）および第３下限値（Ｇｍａｘ２）を演算し、前記第７手段（２２０）が演算した前記勾配推定値に対応する物理量（Ｇｇｒａｄ２）を前記第３上限値（Ｇｍａｘ２）および前記第３下限値（Ｇｍｉｎ２）と比較し、前記勾配推定値に対応する物理量（Ｇｇｒａｄ２）が前記第３上限値（Ｇｍａｘ２）より大きい場合、前記第３上限値（Ｇｍａｘ２）を、前記勾配推定値に対応する物理量（Ｇｇｒａｄ２）が前記第３上限値（Ｇｍａｘ２）以下、かつ、前記第３下限値（Ｇｍｉｎ２）以上の場合、前記勾配推定値に対応する物理量（Ｇｇｒａｄ２）を、前記勾配推定値に対応する物理量（Ｇｇｒａｄ２）が前記第３下限値（Ｇｍｉｎ２）より小さい場合、前記第３下限値（Ｇｍｉｎ２）を、前記勾配推定値に対応する補正後の物理量（Ｇｇｒａｄ）とする第８手段（１６、２３０）と、を備えていることを特徴とする請求項６または７に記載の路面勾配推定装置。
9. 前記第２手段（１０）は、前記車両の速度としての法定速度と路面勾配の変化率の制限値に対応する物理量との関係を予め記憶し、前記第３手段（１０、１２）は、前記車両の速度およびナビゲーション装置から該ナビゲーション装置に道路情報として記憶された法定速度情報を入力し、該入力した法定速度情報と前記第２手段（１０）に記憶された前記関係とに基づき、前記入力した車速のときの前記変化率の制限値に対応する物理量を演算することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の路面勾配推定装置。

Images