JP5365812B2 - 車両の路面傾斜角算出装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の路面傾斜角算出装置に係り、路面傾斜角の算出精度を向上させる技術に関する。

現在、車両用自動変速機の登降坂時に適切な変速特性を得るために、車両が走行している路面の勾配を駆動力、空気抵抗、転がり抵抗及び加速抵抗に基づいて検出している。
しかしながら、路面の勾配の検出において、ブレーキが操作されると制動力に応じて見掛け上の機関出力トルクが減少し、路面の勾配を誤って検出してしまうことからブレーキ操作時には路面勾配の算出を中止するようにしている。

このようなことから、ブレーキ油圧から推定されたブレーキ制動力を加味して勾配抵抗を算出し、ブレーキ操作中でも路面の勾配を算出することのできる車両の勾配抵抗検出装置が開発されている（特許文献１）。

特開平０９−２０７７３５号公報

ところで、上記特許文献１の車両の勾配抵抗検出装置では、ブレーキが操作され車両が減速中であれば、常にブレーキ油圧から勾配抵抗を算出し路面の勾配を算出するようにしている。
しかしながら、ブレーキ油圧に基づいて勾配抵抗を算出することは、同一勾配の坂であっても路面状況の変化によってブレーキ油圧が変化したり、車両減速中に小刻みにアクセル操作を行い加速を繰り返したりすることにより、勾配抵抗の算出結果にバラツキが生じ、路面の勾配算出の精度が低下することとなり好ましいことではない。

本発明は、この様な問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、バラツキを抑え、精度良く路面の傾斜角を算出することのできる車両の路面傾斜角算出装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１の車両の路面傾斜角算出装置は、車両の走行状態を検出する車両状態検出手段と、時間を計測する計時手段と、前記車両が走行する路面の傾斜角を算出する傾斜角算出手段とを備え、前記傾斜角算出手段は、前記車両が停止する直前の所定期間において、前記車両状態検出手段にて検出された検出値の積算を行うとともに、前記計時手段にて計測された時間を積算して前記所定期間の経過時間を算出し、該経過時間と前記車両状態検出手段にて検出された検出値の積算値とに基づいて前記車両が走行する路面の傾斜角を算出することを特徴とする。

また、請求項２の車両の路面傾斜角算出装置では、請求項１において、更に前記車両の車速を検出する車速検出手段を備え、前記所定期間とは、前記車速検出手段で検出される車速が所定車速以下となった時点から、前記車両が停止するまでの期間であることを特徴とする。
また、請求項３の車両の路面傾斜角算出装置では、請求項１或いは２において、前記車両状態検出手段は、前記車両の車速を検出する車速検出手段と、前記車両のブレーキ油圧を検出するブレーキ油圧検出手段とからなり、前記傾斜角算出手段は、前記経過時間と前記所定期間の開始時に前記車速検出手段により検出された車速とに基づいて実制動力を、前記ブレーキ油圧検出手段により検出したブレーキ油圧の前記所定期間における積算値に基づいて理論制動力を算出し、前記車両に作用する重力と前記実制動力と前記理論制動力との関係に基づいて路面の傾斜角を算出することを特徴とする。

また、請求項４の車両の路面傾斜角算出装置では、請求項３において、更に前記車両状態検出手段は、前記車両の加速及び減速時に発生する負荷である走行負荷トルクを検出する走行負荷トルク検出手段を備え、前記傾斜角算出手段は、更に前記車速検出手段により検出した前記車速の前記所定期間における積算値に基づいて車両に作用する走行抵抗を算出し、前記車両に作用する重力と前記走行抵抗と前記実制動力と前記理論制動力と前記走行負荷トルク検出手段により検出した走行負荷トルクの前記所定期間における積算値との関係に基づいて路面の傾斜角を算出することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、傾斜角算出手段は、車両が停止する直前の所定期間において車両状態検出手段にて検出される検出値の積算と経過時間の算出とを行い、これらの積算値と経過時間とに基づいて車両が走行する路面の傾斜角を算出するようにしている。
これにより、車両の走行状態が変動しても、積算値の変動が抑えられ、路面の傾斜角の算出への影響を低減させることができる。

従って、例えばブレーキの踏み込み量の変化によるブレーキ油圧、或いはアクセルペダルの操作量の変化による車速の変化といった走行状態の変動による影響を少なくして、バラツキを抑え精度良く車両が走行する路面の傾斜角を算出することができる。
また、請求項２の発明によれば、車両が停止する直前の所定期間を車速が所定車速以下となった時点から車両が停止するまでの期間としている。

このように、所定車速から車両停止までを所定期間としているので車速が所定車速以下となった時点から車両状態検出手段にて検出された検出値の積算を行い、車両が走行する路面の傾斜角を算出すればよく、路面の傾斜角の算出精度を向上させるために、車両状態検出手段にて検出される検出値を常に記憶装置に記憶させ車両が停止した後に、車両停止から所定期間前までの検出値を記憶装置から読み込み積算し車両が走行する路面の傾斜角を算出する必要がなくなる。

従って、検出値を常に記憶させるための記憶容量の大きい記憶装置が不要になり、記憶容量の小さい記憶装置でよいのでコストアップを抑制しつつ、バラツキを抑え精度良く車両が走行する路面の傾斜角を算出することができる。
また、請求項３の発明によれば、車両状態検出手段は、ブレーキ油圧検出手段と車速検出手段とで構成されており、車両に作用する重力と実制動力と理論制動力との関係に基づいて路面の傾斜角を算出しているので、あらたに傾斜角センサ等を専用に付加することなく精度良く車両が走行する路面の傾斜角を算出することができるので、コストアップを抑制しつつ、バラツキを抑え精度良く車両が走行する路面の傾斜角を算出することができる。

また、請求項４の発明によれば、車両状態検出手段は、更に走行負荷トルク検出手段を備えており、車両に作用する重力及び車両に作用する走行抵抗と実制動力と理論制動力と走行負荷トルクの積算値との関係に基づいて路面の傾斜角を算出しているので、更にバラツキを抑え精度良く車両が走行する路面の傾斜角を算出することができる。

本発明に係る車両の路面傾斜角算出装置の全体構成を示す制御ブロック図である。 本発明に係る車両の路面傾斜角算出装置の制御ルーチンを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
本発明の実施形態に係る車両の路面傾斜角算出装置は、登降坂時に図示しない車両が走行している路面の傾斜角を算出するものであって、例えば各検出器により検出される検出結果に基づき図示しない車両の走行状態（減速状態）を算出し、当該車両が走行している路面の傾斜角を算出するように構成されている。

図１は、本発明に係る車両の路面傾斜角算出装置の全体構成を示す制御ブロック図である。以下、車両の路面傾斜角算出装置の構成を説明する。
図１に示すように、本発明に係る車両の路面傾斜角算出装置１０には、傾斜角算出部（傾斜角算出手段）１１が備えられている。当該傾斜角算出部１１は、車速センサ（車速検出手段）１２で検出される車速Ｖ、ブレーキ圧センサ（ブレーキ油圧検出手段）１３で検出されるブレーキ油圧Ｐ、走行負荷トルク検出部（走行負荷トルク検出手段）１４にて検出される走行負荷トルクＴ及びタイマ（計時手段）１５にて計時される時間Ｓが入力され、これらの入力条件に基づいて車両が走行している路面の傾斜角を算出する。

傾斜角算出部１１には、図１に示すように、計測区間判定ブロックＢ１０、車速積算ブロックＢ１２、ブレーキ油圧積算ブロックＢ１４、走行負荷トルク積算ブロックＢ１６、時間計測ブロックＢ１８及び傾斜角算出ブロックＢ２０が備えられている。
計測区間判定ブロックＢ１０は、車速センサ１２で検出される車速Ｖが所定車速Ｖ0以下であれば、車速Ｖ、ブレーキ油圧Ｐ、走行負荷トルクＴ及び時間Ｓの積算を開始する信号である計測トリガを車速積算ブロックＢ１２、ブレーキ油圧積算ブロックＢ１４、走行負荷トルク積算ブロックＢ１６及び時間計測ブロックＢ１８に供給するものである。

車速積算ブロックＢ１２は、計測区間判定ブロックＢ１０より計測トリガが供給されると、車速センサ１２で検出される車速Ｖを車両が停止するまで積算して車速積算値Ｖtotalを算出し、車速積算値Ｖtotalを傾斜角算出ブロック（傾斜角算出手段）Ｂ２０に供給するものである。
ブレーキ油圧積算ブロックＢ１４は、計測区間判定ブロックＢ１０より計測トリガが供給されると、ブレーキ圧センサ１３で検出されるブレーキ油圧Ｐを車両が停止するまで積算してブレーキ油圧積算値Ｐtotalを算出し、ブレーキ油圧積算値Ｐtotalを傾斜角算出ブロックＢ２０に供給するものである。

走行負荷トルク積算ブロックＢ１６は、計測区間判定ブロックＢ１０より計測トリガが供給されると、走行負荷トルク検出部１４で検出される走行負荷トルクＴを車両が停止するまで積算して走行負荷トルク積算値Ｔtotalを算出し、走行負荷トルク積算値Ｔtotalを傾斜角算出ブロックＢ２０に供給するものである。
時間計測ブロックＢ１８は、計測区間判定ブロックＢ１０より計測トリガが供給されると、タイマ１５で計時される時間Ｓを車両が停止するまで積算して計測時間（時間積算値）Ｓtotalを算出し、計測時間Ｓtotalを傾斜角算出ブロックＢ２０に供給するものである。

傾斜角算出ブロックＢ２０は、車速積算ブロックＢ１２にて積算された車速積算値Ｖtotal、ブレーキ油圧積算ブロックＢ１４にて積算されたブレーキ油圧積算値Ｐtotal、走行負荷トルク積算ブロックＢ１６にて積算された走行負荷トルクＴtotal及び時間計測ブロックＢ１８にて積算された計測時間Ｓtotalに基づき、車両が走行している路面の傾斜角である坂路傾斜角θを算出するものである。

次に、坂路傾斜角θの算出要領について説明する。
図２は、本発明に係る車両の路面傾斜角算出装置の制御ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、車両電源ＯＮ時に繰り返し行なわれる。
図２に示すように、始めにステップＳ１０では、車速積算ブロックＢ１２、ブレーキ油圧積算ブロックＢ１４、走行負荷トルク積算ブロックＢ１６、時間計測ブロックＢ１８にて、車速積算値Ｖtotal、ブレーキ油圧積算値Ｐtotal、走行負荷トルク積算値Ｔtotal及び計測時間Ｓtotalを初期化する。そして、ステップＳ１２に進む。

ステップＳ１２では、傾斜角算出ブロックＢ２０にて、車速センサ１２で検出される現在の車速Ｖを減速時の初速度Ｖstartとして記憶する。そして、ステップＳ１４に進む。
ステップＳ１４では、計測区間判定ブロックＢ１０にて、車速センサ１２で検出される現在の車速Ｖが所定車速Ｖ0以下か、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で車速Ｖが所定車速Ｖ0以下であれば、ステップＳ１６に進み、判別結果が偽（Ｎｏ）で車速Ｖが所定車速Ｖ0以下でなければ、ステップＳ１０へ戻る。

ステップＳ１６では、車速積算ブロックＢ１２、ブレーキ油圧積算ブロックＢ１４、走行負荷トルク積算ブロックＢ１６、時間計測ブロックＢ１８にて、車速センサ１２で検出される車速Ｖ、ブレーキ圧センサ１３で検出されるブレーキ油圧Ｐ、走行負荷トルク検出部１４で検出される走行負荷トルクＴ及びタイマ１５で計測される時間Ｓを積算し、車速積算値Ｖtotal、ブレーキ油圧積算値Ｐtotal、走行負荷トルク積算値Ｔtotal及び計測時間Ｓtotalを算出する。そして、ステップＳ１８に進む。

ステップＳ１８では、計測区間判定ブロックＢ１０にて、車速センサ１２で検出される現在の車速Ｖが０ｋｍ／ｈであるか、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で車速Ｖが０ｋｍ／ｈ、即ち車両が停止していれば、ステップＳ２０に進み、判別結果が偽（Ｎｏ）で車速Ｖが０ｋｍ／ｈより高い、即ち車両が走行していれば、ステップＳ１４へ戻る。
ステップＳ２０では、傾斜角算出ブロックＢ２０にて、計測時間Ｓtotal内での車速Ｖ及びブレーキ油圧Ｐの算術平均値である平均車速Ｖave及び平均ブレーキ油圧Ｐaveを、ステップＳ１６で算出した車速積算値Ｖtotal及びブレーキ油圧積算値Ｐtotalより算出する。そして、ステップＳ２２に進む。

ステップＳ２２では、傾斜角算出ブロックＢ２０にて、ステップＳ１２で記憶した初速度ＶstartをステップＳ１６で算出した計測時間Ｓtotalで徐算して減速度を算出し、当該減速度、車両の重量ｍ及び重力加速度ｇより、車両の実際の制動力である実制動力Ｆtを算出する。そして、ステップＳ２４に進む。
ステップＳ２４では、傾斜角算出ブロックＢ２０にて、ステップＳ２０で算出した平均ブレーキ油圧Ｐave、図示しないフロントブレーキのブレーキ効力係数、ホイールシリンダ或いはピストンの面積、ディスクロータの有効半径或いはドラム半径及び車両の装着するタイヤのタイヤ動半径より、フロントブレーキの実制動力であるフロントブレーキ実制動力Ｆ1を算出する。そして、ステップＳ２６に進む。
ステップＳ２６では、ステップＳ２０で算出した平均ブレーキ油圧Ｐave、図示しないリヤブレーキのブレーキ効力係数、ホイールシリンダ或いはピストンの面積、ディスクロータの有効半径或いはドラム半径及び車両の装着するタイヤのタイヤ動半径より、リヤブレーキの実制動力であるリヤブレーキ実制動力Ｆ2を算出する。そして、ステップＳ２８に進む。

ステップＳ２８では、傾斜角算出ブロックＢ２０にて、ステップＳ２４で算出したフロントブレーキ実制動力Ｆ1とステップＳ２６で算出したリヤブレーキ実制動力Ｆ2とを加算して、車両の制動力の理論値である理論制動力Ｆcを算出する。そして、ステップＳ３０に進む。
ステップＳ３０では、傾斜角算出ブロックＢ２０にて、ステップＳ１８で算出した平均車速Ｖaveより、車両が走行するときの空気抵抗等の抵抗値である走行抵抗Ｆrを算出する。走行抵抗Ｆrは、あらかじめ実験等により導いたマップあるいは計算式を用いて求めればよい。そして、ステップＳ３２に進む。

ステップＳ３２では、傾斜角算出ブロックＢ２０にて、ステップＳ２２で算出した実制動力Ｆt、ステップＳ２６で算出した理論制動力Ｆc、ステップＳ３０で算出した走行抵抗Ｆr、ステップＳ１６で算出した走行負荷トルク積算値Ｔtotal、車両の重量ｍと重力加速度ｇより、下記式（１）に基づいて、坂路傾斜角θを算出する。そして、本ルーチンをリターンする。

坂路傾斜角θ
＝ｓｉｎ^−１（（Ｆt−Ｆc−Ｆr−Ｔtotal）／（ｍ・ｇ））・・・（１）
このように、本実施形態では、車速Ｖが所定車速以下となると車両が停止するまでの車速センサ１２で検出される車速Ｖとブレーキ圧センサ１３で検出されるブレーキ油圧Ｐと走行負荷トルク検出部１４で検出される走行負荷トルクＴとタイマ１５で計時される時間Ｓより坂路傾斜角θを算出している。詳しくは、車速Ｖと時間Ｓから算出された実制動力Ｆtから、ブレーキ油圧Ｐから算出された理論制動力Ｆcを減算し、この差に基づいて重力による影響を算出し、坂路傾斜角θを求める。これにより、あらたに傾斜角センサ等を専用に付加することなく坂路傾斜角θを算出することが可能となる。このように、本実施形態では、傾斜角センサを用いることなく坂路傾斜角θを算出することが可能となり、コストアップを抑制することができる。

更に、本実施形態では、車速に基づく走行抵抗や走行負荷トルクも考慮し、これらを減算することで坂路傾斜角θを算出しているので、路面状態の変化やアクセル操作による加減速に伴う影響を排除して精度のよい坂路傾斜角θの算出が可能となる。
特に、本実施形態では、車速Ｖ、ブレーキ油圧Ｐ、走行負荷トルクＴ及び時間Ｓの積算値を用いて坂路傾斜角θを算出しているので、路面状況の変化やブレーキの操作の変動等、各種検出値の変動による坂路傾斜角θの算出誤差を低減させることが可能となる。例えば、車両が停止する直前の減速中にアクセルペダルを小刻みにＯＮ−ＯＦＦを行い加速を繰り返す場合や、勾配の変化がなく路面状況が変化しブレーキの踏み込み量により減速度を調整したりするような場合であっても、坂路傾斜角θを正確に算出することが可能となる。また、積算値を用いることで、ブレーキが操作されていない場合でも、車両が減速したときには坂路傾斜角θを算出することが可能となる。

また、本実施形態では、車速Ｖが所定車速以下となると車両が停止するまで車速Ｖ、ブレーキ油圧Ｐ、走行負荷トルクＴ及び時間Ｓを積算し、車両停止後に坂路傾斜角θを算出している。即ち、車速センサ１２で検出される車速Ｖとブレーキ圧センサ１３で検出されるブレーキ油圧Ｐと走行負荷トルク検出部１４で検出される走行負荷トルクＴとタイマ１５で計時される時間Ｓを常に記憶装置に記憶させ車両が停止した後に、車両停止から所定期間前までの車速Ｖ、ブレーキ油圧Ｐ、走行負荷トルクＴ及び時間Ｓを記憶装置から読み込み積算し車両が走行する路面の傾斜角を算出する必要がなくなる。このように、本実施形態では、車速Ｖ、ブレーキ油圧Ｐ、走行負荷トルクＴ及び時間Ｓを常に記憶させるための記憶容量の大きい記憶装置が不要になり、記憶容量の小さい記憶装置でよいので更にコストアップを抑制しつつ、坂路傾斜角θを算出することができる。

１０ 路面傾斜角算出装置
１１ 傾斜角算出部（傾斜角算出手段）
１２ 車速センサ（車速検出手段）
１３ ブレーキ圧センサ（ブレーキ油圧検出手段）
１４ 走行負荷トルク検出部（走行負荷トルク検出手段）
１５ タイマ（計時手段）

Claims (4)

1. 車両の走行状態を検出する車両状態検出手段と、
   時間を計測する計時手段と、
   前記車両が走行する路面の傾斜角を算出する傾斜角算出手段とを備え、
   前記傾斜角算出手段は、前記車両が停止する直前の所定期間において、前記車両状態検出手段にて検出された検出値の積算を行うとともに、前記計時手段にて計測された時間を積算して前記所定期間の経過時間を算出し、該経過時間と前記車両状態検出手段にて検出された検出値の積算値とに基づいて前記車両が走行する路面の傾斜角を算出することを特徴とする車両の路面傾斜角算出装置。
2. 更に前記車両の車速を検出する車速検出手段を備え、
   前記所定期間とは、前記車速検出手段で検出される車速が所定車速以下となった時点から、前記車両が停止するまでの期間であることを特徴とする、請求項１に記載の車両の路面傾斜角算出装置。
3. 前記車両状態検出手段は、
   前記車両の車速を検出する車速検出手段と、
   前記車両のブレーキ油圧を検出するブレーキ油圧検出手段とからなり、
   前記傾斜角算出手段は、前記経過時間と前記所定期間の開始時に前記車速検出手段により検出された車速とに基づいて実制動力を、前記ブレーキ油圧検出手段により検出したブレーキ油圧の前記所定期間における積算値に基づいて理論制動力を算出し、前記車両に作用する重力と前記実制動力と前記理論制動力との関係に基づいて路面の傾斜角を算出することを特徴とする、請求項１或いは２に記載の車両の路面傾斜角算出装置。
4. 更に前記車両状態検出手段は、
   前記車両の加速及び減速時に発生する負荷である走行負荷トルクを検出する走行負荷トルク検出手段を備え、
   前記傾斜角算出手段は、更に前記車速検出手段により検出した前記車速の前記所定期間における積算値に基づいて車両に作用する走行抵抗を算出し、前記車両に作用する重力と前記走行抵抗と前記実制動力と前記理論制動力と前記走行負荷トルク検出手段により検出した走行負荷トルクの前記所定期間における積算値との関係に基づいて路面の傾斜角を算出することを特徴とする、請求項３に記載の車両の路面傾斜角算出装置。

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