JP6625246B2

JP6625246B2 - 車両傾斜角度計測装置

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Publication number: JP6625246B2
Application number: JP2018562751A
Authority: JP
Inventors: 貴夫福永; 亘辻田; 努朝比奈
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-01-17
Filing date: 2017-01-17
Publication date: 2019-12-25
Anticipated expiration: 2037-01-17
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Description

この発明は、加速度センサを用いて車両の傾斜角度を計測する車両傾斜角度計測装置に関するものである。

加速度センサを用いた車両傾斜角度計測装置の従来例として、特許文献１に係る発明がある。特許文献１に係る車両用灯具の制御装置は、加速度センサで検出される、車両前後方向および車両上下方向の加速度を導出可能な加速度を受信するための受信部と、車両の加速時および減速時の少なくとも一方における、車両前後方向の加速度の時間変化量と車両上下方向の加速度の時間変化量との比率の変化に基づいて車両灯具の光軸調節を指示する制御信号を生成するための制御部と、制御信号を車両用灯具の光軸調節部に送信するための送信部とを備える。

特開２０１２−１０６７１９号公報

路面勾配が変化する道路を車両が走行しているときに検出された加速度データには、水平面に対する車両の傾斜角度によって生じる重力加速度の変化量が重畳する。そのため、特許文献１に係る車両用灯具の制御装置が前記加速度データを用いて車両の傾斜角度を算出すると、路面勾配が変化した場合に重力加速度の変化に起因した誤差が発生するという課題があった。

具体的には、車両が平地から上り坂を走行する状況、下り坂から平地を走行する状況、または、踏切通過中のように平地、上り坂、平地、下り坂および平地を連続して走行するような状況では、車両の加速動作または減速動作が起きる。そのため、車両走行中に路面勾配が変化したことにより車両が加速動作または減速動作をした場合、加速度データに重力加速度の変化量が重畳し、この加速度データを用いて算出された車両の傾斜角度に誤差が発生する。また、車両の加速中または減速中に路面勾配が変化した場合にも、加速度データに重力加速度の変化量が重畳し、この加速度データを用いて算出された車両の傾斜角度に誤差が発生する。

ここで、図１４に、車両に加わる重力加速度ｇ０の説明図を示す。車両に搭載された加速度センサ１は、車両前後方向の加速度ａｘおよび車両上下方向の加速度ａｚを検出する。加速度センサ１が検出する加速度ａｘ，ａｚは、式（１）および式（２）より求まる。車両加速度ａ０は、車両の走行速度を用いて算出される車両前後方向の加速度である。路面勾配角度θは、水平面に対する路面の傾斜角度である。車両傾斜角度φは、路面に対する車両の傾斜角度である。

路面勾配角度θが変化しない場合、車両前後方向の加速度ａｘの時間変化量は、式（１）における第２項の車両加速度ａ０の変化量に影響される。同様に、車両上下方向の加速度ａｚの時間変化量は、式（２）における第２項の車両加速度ａ０の変化量に影響される。したがって、車両傾斜角度φ′は、式（３）により、車両前後方向の加速度ａｘと車両上下方向の加速度ａｚの変化量から精度よく算出される。なお、φは、実際の車両傾斜角度であり、φ′は、演算により導出される車両傾斜角度である。

一方、路面勾配角度θが変化する場合、車両前後方向の加速度ａｘの時間変化量は、式（１）における第１項の三角関数内の路面勾配角度θの変化量と、第２項の車両加速度ａ０の変化量とに影響される。同様に、車両上下方向の加速度ａｚの時間変化量は、式（２）における第１項の三角関数内の路面勾配角度θの変化量と、第２項の車両加速度ａ０の変化量とに影響される。そのため、車両傾斜角度φ′は、式（４）により車両前後方向の加速度ａｘと車両上下方向の加速度ａｚの変化量から算出される際に、第１項の重力加速度ｇ０の影響分だけ誤差が生じることになる。式（４）の破線枠で囲んだ部分は、重力加速度ｇ０の影響分を示す。

参考として、式（３）および式（４）の導出過程を示す。下記の各式において、最新の加速度検出時刻ｎ、前回の加速度検出時刻ｎ−１、実際の車両傾斜角度φ、演算により導出される車両傾斜角度φ′、車両加速度ａ０の変化量Δａ０、および路面勾配角度θの変化量Δθとする。

式（３）の導出
式（３）においては、Δθ＝０となる。よって、式（１）および式（２）から式（３Ａ）が導出され、式（３Ａ）から式（３Ｂ）が導出される。そして、式（３Ｂ）から式（３）が導出される。

式（４）の導出
式（４）においては、Δθ≠０となる。よって、式（１）および式（２）から式（４Ａ）が導出され、式（４Ａ）から式（４Ｂ）が導出される。そして、式（４Ｂ）から式（４）が導出される。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、路面に対する車両の傾斜角度を精度よく算出することを目的とする。

この発明に係る車両傾斜角度計測装置は、加速度センサで検出される、車両前後方向および車両上下方向の加速度を受信する受信部と、受信部により受信された車両前後方向の加速度に対する車両上下方向の加速度の変化量を示す曲線において、傾きの変化量が所定の範囲を超えた曲線部分を変曲点として検出する変曲点検出部と、変曲点検出部により変曲点が検出された場合、変曲点前後の曲線の類似度を判定する類似度判定部と、類似度判定部により変曲点前後の曲線が類似しないと判定された場合に路面の勾配変化ありと判定し、類似すると判定された場合に路面の勾配変化なしと判定する勾配変化判定部と、受信部により受信された加速度から、勾配変化判定部により路面の勾配変化ありと判定された場合の加速度を除外して出力する加速度出力部と、加速度出力部から出力された加速度に基づいて路面に対する車両の傾斜角度を算出する傾斜角度算出部とを備えるものである。

この発明によれば、加速度の変曲点検出結果に基づいて路面の勾配変化の有無を判定し、路面の勾配変化ありと判定された場合の加速度を除外して車両の傾斜角度を算出するようにしたので、路面勾配変化の影響を排除でき、路面に対する車両の傾斜角度を精度よく算出できる。

この発明の実施の形態１に係る車両傾斜角度計測装置の構成例を示すブロック図である。この発明の実施の形態１に係る車両傾斜角度計測装置のハードウェア構成例を示す図である。この発明の実施の形態１に係る車両傾斜角度計測装置のハードウェア構成例を示す図である。この発明の実施の形態１に係る車両傾斜角度計測装置の動作例を示すフローチャートである。この発明の実施の形態１における車両前後方向の加速度に対する車両上下方向の加速度の変化量を示す曲線例のグラフである。この発明の実施の形態１における車両前後方向の加速度に対する車両上下方向の加速度の変化量を示す曲線例のグラフである。この発明の実施の形態１における車両前後方向の加速度に対する車両上下方向の加速度の変化量を示す曲線例のグラフである。この発明の実施の形態２に係る車両傾斜角度計測装置の構成例を示すブロック図である。この発明の実施の形態２に係る車両傾斜角度計測装置の動作例を示すフローチャートである。この発明の実施の形態３に係る車両傾斜角度計測装置の構成例を示すブロック図である。この発明の実施の形態３に係る車両傾斜角度計測装置の動作例を示すフローチャートである。この発明の実施の形態３における車両前後方向の加速度および車両加速度の時間変化量を示す曲線例のグラフである。この発明の実施の形態３における車両前後方向の加速度および車両加速度の時間変化量を示す曲線例のグラフである。車両に加わる重力加速度の説明図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る車両傾斜角度計測装置１０の構成例を示すブロック図である。実施の形態１に係る車両傾斜角度計測装置１０は、受信部１１、変曲点検出部１２、勾配変化判定部１３、加速度出力部１４、記憶部１５、および傾斜角度算出部１６を備える。また、車両傾斜角度計測装置１０は、車両に搭載された加速度センサ１と接続される。加速度センサ１は、図１４に示した車両前後方向の加速度ａｘおよび車両上下方向の加速度ａｚを検出し、車両傾斜角度計測装置１０へ出力する。車両傾斜角度計測装置１０は、加速度ａｘ，ａｚを用いて、路面に対する車両傾斜角度φを計測する。計測された車両傾斜角度φは、車両用灯具の光軸調節に用いられる。

図２および図３は、この発明の実施の形態１に係る車両傾斜角度計測装置１０のハードウェア構成例を示す図である。車両傾斜角度計測装置１０における受信部１１は、受信装置２である。受信装置２は、加速度センサ１で検出される車両前後方向および車両上下方向の加速度の情報を受信する。車両傾斜角度計測装置１０における記憶部１５は、メモリ３である。車両傾斜角度計測装置１０における変曲点検出部１２、勾配変化判定部１３、加速度出力部１４、および傾斜角度算出部１６の各機能は、処理回路により実現される。即ち、車両傾斜角度計測装置１０は、上記各機能を実現するための処理回路を備える。処理回路は、専用のハードウェアとしての処理回路４であってもよいし、メモリ３に格納されるプログラムを実行するプロセッサ５であってもよい。

図２に示すように、処理回路が専用のハードウェアである場合、処理回路４は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＳｐｅｃｉｆｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（ＦｉｅｌｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。変曲点検出部１２、勾配変化判定部１３、加速度出力部１４、および傾斜角度算出部１６の機能を複数の処理回路４で実現してもよいし、各部の機能をまとめて１つの処理回路４で実現してもよい。

図３に示すように、処理回路がプロセッサ５である場合、変曲点検出部１２、勾配変化判定部１３、加速度出力部１４、および傾斜角度算出部１６の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアまたはファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ３に格納される。プロセッサ５は、メモリ３に格納されたプログラムを読みだして実行することにより、各部の機能を実現する。即ち、車両傾斜角度計測装置１０は、プロセッサ５により実行されるときに、後述する図４のフローチャートで示されるステップが結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ３を備える。また、このプログラムは、変曲点検出部１２、勾配変化判定部１３、加速度出力部１４、および傾斜角度算出部１６の手順または方法をコンピュータに実行させるものであるとも言える。

ここで、プロセッサ５とは、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、またはマイクロコンピュータ等のことである。
メモリ３は、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、ＥＰＲＯＭ（ＥｒａｓａｂｌｅＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＲＯＭ）、またはフラッシュメモリ等の不揮発性もしくは揮発性の半導体メモリであってもよいし、ハードディスクまたはフレキシブルディスク等の磁気ディスクであってもよいし、ＣＤ（ＣｏｍｐａｃｔＤｉｓｃ）またはＤＶＤ（ＤｉｇｉｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｃ）等の光ディスクであってもよい。

なお、変曲点検出部１２、勾配変化判定部１３、加速度出力部１４、および傾斜角度算出部１６の各機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。このように、車両傾斜角度計測装置１０における処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。

図４は、この発明の実施の形態１に係る車両傾斜角度計測装置１０の動作例を示すフローチャートである。車両傾斜角度計測装置１０は、車両が走行している期間、図４のフローチャートに示される動作を繰り返す。なお、この発明の各実施の形態で説明する車両傾斜角度の計測方法は、走行中の車両の傾斜角度を計測する方法に関するものである。車両傾斜角度計測装置１０は、車両が停止している期間、以下の方法を実施せずに、以下の方法とは異なる方法により停止中の車両の傾斜角度を計測する。停止中の車両の傾斜角度は周知の技術を用いて計測すればよいため、説明を省略する。

ステップＳＴ１０において、受信部１１は、加速度センサ１で検出される車両前後方向の加速度ａｘおよび車両上下方向の加速度ａｚを受信する。受信部１１は、受信した加速度ａｘ，ａｚを、変曲点検出部１２および加速度出力部１４へ出力する。

ステップＳＴ１１において、変曲点検出部１２は、受信部１１により受信された車両前後方向の加速度ａｘおよび車両上下方向の加速度ａｚの変曲点を検出する。具体的には、変曲点検出部１２は、車両前後方向の加速度ａｘに対する車両上下方向の加速度ａｚの変化量を示す曲線から変曲点を検出する。変曲点検出部１２は、変曲点検出の有無を勾配変化判定部１３へ通知する。

図５、図６、および図７は、この発明の実施の形態１における車両前後方向の加速度ａｘに対する車両上下方向の加速度ａｚの変化量を示す曲線例のグラフである。変曲点検出部１２は、例えば、１０ミリ秒ごとに検出された車両前後方向の加速度ａｘおよび車両上下方向の加速度ａｚをプロットして曲線にする。続いて変曲点検出部１２は、例えば最小二乗法などを用いて、１００ミリ秒ごとに曲線の傾きを求め、傾きの変化量が所定の範囲を超えた曲線部分を変曲点として検出する。なお、加速度センサ１の検出周期は１０ミリ秒に限定されるものではなく、任意の周期でよい。また、曲線の傾きを求める周期は１００ミリ秒に限定されるものではなく、任意の周期でよい。

上式（１）〜（４）を用いて説明した通り、車両走行中または車両加減速中に路面勾配変化がない場合、加速度センサ１が検出した加速度ａｘ，ａｚには、重力加速度ｇ０の影響分が重畳しない。そのため、図５に示す通り、曲線は線形になる。図５の曲線は、傾きの変化量が所定の範囲内であるため、変曲点は検出されない。
一方、車両走行中に路面勾配が変化したことにより車両が加速動作もしくは減速動作をした場合または車両加減速中に路面勾配が変化した場合、加速度センサ１が検出した加速度には、重力加速度ｇ０の影響分が重畳する。そのため、図６および図７に示す通り、曲線の線形性が失われ、傾きの変化量が所定の範囲を超えた曲線部分が変曲点１００として検出される。変曲点１００は、加速度センサ１が検出した加速度ａｘ，ａｚに重力加速度ｇ０の影響分が重畳した部分である。

ステップＳＴ１２において、勾配変化判定部１３は、変曲点の有無を示す通知を変曲点検出部１２から受け取る。勾配変化判定部１３は、変曲点検出部１２により変曲点が検出された場合（ステップＳＴ１２“ＹＥＳ”）、ステップＳＴ１３において路面の勾配変化ありと判定する。一方、勾配変化判定部１３は、変曲点検出部１２により変曲点が検出されなかった場合（ステップＳＴ１２“ＮＯ”）、ステップＳＴ１４において路面の勾配変化なしと判定する。勾配変化判定部１３は、路面勾配変化の有無を加速度出力部１４へ通知する。

ステップＳＴ１５において、加速度出力部１４は、路面勾配変化の有無を示す通知を勾配変化判定部１３から受け取る。加速度出力部１４は、勾配変化判定部１３により路面の勾配変化なしと判定された場合（ステップＳＴ１５“ＹＥＳ”）、ステップＳＴ１６へ進む。ステップＳＴ１６において、加速度出力部１４は、受信部１１から受け取った車両前後方向の加速度ａｘおよび車両上下方向の加速度ａｚと、加速度検出時刻とを記憶部１５へ出力する。記憶部１５は、加速度出力部１４から出力された加速度ａｘ，ａｚに、加速度検出時刻を付加して、時系列データにして記憶する。一方、加速度出力部１４は、勾配変化判定部１３により路面の勾配変化ありと判定された場合（ステップＳＴ１５“ＮＯ”）、ステップＳＴ１６をスキップする。したがって、記憶部１５は、加速度センサ１により検出された加速度ａｘ，ａｚのうち、勾配変化判定部１３により路面の勾配変化なしと判定された場合の加速度ａｘ，ａｚを記憶することになる。

ステップＳＴ１７において、傾斜角度算出部１６は、記憶部１５に記憶されている、車両前後方向の加速度ａｘおよび車両上下方向の加速度ａｚの時系列データを読み出す。傾斜角度算出部１６は、この時系列データを用いて、路面に対する車両の傾斜角度を算出する。車両前後方向の加速度ａｘおよび車両上下方向の加速度ａｚに基づいて車両の傾斜角度を算出する方法は周知の技術であるため説明を省略する。

例えば図６の場合、変曲点１００以外の加速度ａｘ，ａｚが記憶部１５に記憶され、変曲点１００に含まれる加速度ａｘ，ａｚは記憶部１５に記憶されない。傾斜角度算出部１６は、記憶部１５に記憶されている、路面の勾配変化なしと判定された期間の加速度ａｘ，ａｚを用いて車両の傾斜角度を算出する。そのため、路面勾配変化の影響が排除され、路面に対する車両の傾斜角度の精度が向上する。これに対し、傾斜角度算出部１６が図６における全ての加速度ａｘ，ａｚを最小二乗法などで直線近似し、その近似直線１０１を用いて車両の傾斜角度を算出した場合、その傾斜角度は、路面勾配変化の影響を受け、正しい値にならない。

以上のように、実施の形態１に係る車両傾斜角度計測装置１０は、加速度センサ１で検出される、車両前後方向および車両上下方向の加速度ａｘ，ａｚを受信する受信部１１と、受信部１１により受信された加速度ａｘ，ａｚの変曲点を検出する変曲点検出部１２と、変曲点検出部１２の検出結果に基づいて路面の勾配変化の有無を判定する勾配変化判定部１３と、受信部１１により受信された加速度ａｘ，ａｚから、勾配変化判定部１３により路面の勾配変化ありと判定された場合の加速度ａｘ，ａｚを除外して出力する加速度出力部１４と、加速度出力部１４から出力された加速度ａｘ，ａｚに基づいて路面に対する車両の傾斜角度を算出する傾斜角度算出部１６とを備える構成である。この構成により、路面勾配変化の影響を排除でき、路面に対する車両の傾斜角度を精度よく算出できる。

また、実施の形態１の変曲点検出部１２は、車両前後方向の加速度ａｘに対する車両上下方向の加速度ａｚの変化量を示す曲線から変曲点を検出する構成である。この構成により、加速度センサ１により検出された加速度ａｘ，ａｚに、走行中に車両に加わる重力加速度の影響があった場合、その影響を変曲点として検出できる。

また、実施の形態１の勾配変化判定部１３は、変曲点検出部１２により変曲点が検出された場合に路面の勾配変化ありと判定し、検出されなかった場合に路面の勾配変化なしと判定する構成である。この構成により、加速度センサ１に検出された加速度ａｘ，ａｚに、走行中に車両に加わる重力加速度の影響があった場合、その加速度ａｘ，ａｚを車両の傾斜角度算出に使用しないようにできる。

実施の形態２．
図８は、この発明の実施の形態２に係る車両傾斜角度計測装置１０の構成例を示すブロック図である。実施の形態２に係る車両傾斜角度計測装置１０は、図１に示した実施の形態１の車両傾斜角度計測装置１０に対して類似度判定部２０が追加された構成である。図８において図１と同一または相当する部分は、同一の符号を付し説明を省略する。

類似度判定部２０は、図２に示した処理回路４により実現される。または、類似度判定部２０は、図３に示したプロセッサ５がメモリ３に格納されているプログラムを実行することにより実現される。この類似度判定部２０は、変曲点検出部１２により変曲点が検出された場合、変曲点前後の曲線の類似度を判定する。

図９は、この発明の実施の形態２に係る車両傾斜角度計測装置１０の動作例を示すフローチャートである。車両傾斜角度計測装置１０は、車両が走行している期間、図９のフローチャートに示される動作を繰り返す。以下では、図９のフローチャートと図４のフローチャートとで異なる部分を説明する。

ステップＳＴ１１において、変曲点検出部１２は、変曲点検出の有無を、勾配変化判定部１３および類似度判定部２０へ通知する。
ステップＳＴ１２において、勾配変化判定部１３は、変曲点検出部１２により変曲点が検出された場合（ステップＳＴ１２“ＹＥＳ”）、類似度判定部２０から類似度判定結果が通知されるのを待つ。

類似度判定部２０は、加速度センサ１により検出された車両前後方向の加速度ａｘおよび車両上下方向の加速度ａｚを受信部１１から受け取るとともに、変曲点の有無を示す通知を変曲点検出部１２から受け取る。変曲点検出部１２により変曲点が検出された場合（ステップＳＴ１２“ＹＥＳ”）、ステップＳＴ２０において、その変曲点前後の曲線の類似度を判定する。類似度判定部２０は、類似度の判定結果を勾配変化判定部１３へ通知する。

ここで、類似度判定部２０の類似度判定方法を、図６を用いて説明する。図６の曲線から変曲点１００が検出されたので、類似度判定部２０は、変曲点１００より前の曲線部分２０１の傾きと、変曲点１００より後の曲線部分２０２の傾きとを算出し、曲線部分２０１，２０２の傾きの類似度を判定する。類似度判定部２０は、曲線部分２０１の傾きと曲線部分２０２の傾きとのずれが５％未満であれば曲線部分２０１，２０２が類似していると判定し、ずれが５％以上であれば曲線部分２０１，２０２が類似していないと判定する。図６の曲線部分２０１，２０２は、傾きのずれが５％未満であり、類似している。なお、類似度を判定するための傾きのずれは５％に限定されるものではなく、任意の値でよい。また、類似度判定部２０は、受信部１１から受け取る加速度ａｘ，ａｚを用いて曲線部分２０１，２０２の傾きを算出してもよいし、変曲点検出部１２が変曲点検出のために算出した傾きを変曲点検出部１２から受け取ってもよい。

ステップＳＴ２１において、勾配変化判定部１３は、類似度の判定結果を類似度判定部２０から受け取る。勾配変化判定部１３は、類似度判定部２０により変曲点前後の曲線が類似しないと判定された場合（ステップＳＴ２１“ＮＯ”）、ステップＳＴ１３おいて路面の勾配変化ありと判定する。一方、勾配変化判定部１３は、類似度判定部２０により変曲点前後の曲線が類似すると判定された場合（ステップＳＴ２１“ＹＥＳ”）、ステップＳＴ１４において路面の勾配変化なしと判定する。

上式（１）〜（４）を用いて説明した通り、車両走行中に路面勾配が変化したことにより車両が加速動作もしくは減速動作をした場合または車両加減速中に路面勾配が変化した場合、加速度センサ１が検出した加速度ａｘ，ａｚには重力加速度ｇ０の影響分が重畳する。そのため、路面勾配変化によって加速度ａｘ，ａｚの曲線に変曲点が生じる。また、車両が走行中に急加速または急減速した場合、式（１）〜（４）における車両加速度ａ０が変化する。そのため、車両の急加減速によっても加速度ａｘ，ａｚの曲線に変曲点が生じる。つまり、図６に示した曲線の変曲点１００は、（ａ）車両走行中に路面勾配が変化したことによる加減速動作もしくは車両加減速中の路面勾配変化が原因で生じたか、または、（ｂ）路面勾配変化以外の原因、例えば車両走行中の急加減速が原因で生じたと考えられる。
実施の形態１の車両傾斜角度計測装置１０は、図６の曲線から変曲点１００が検出された場合（ステップＳＴ１２“ＹＥＳ”）、変曲点１００が生じた原因として（ａ）路面勾配変化と（ｂ）路面勾配変化以外とを判別せず、少なくとも（ａ）路面勾配変化の可能性があるので路面の勾配変化ありと判定して（ステップＳＴ１３）、変曲点１００に含まれる加速度ａｘ，ａｚを除外した。
これに対し、実施の形態２の車両傾斜角度計測装置１０は、類似度判定部２０により、変曲点１００の原因が（ａ）路面勾配変化であるか、（ｂ）路面勾配変化以外であるかを判別可能とする。車両傾斜角度計測装置１０は、図６の曲線から変曲点１００が検出された場合（ステップＳＴ１２“ＹＥＳ”）、変曲点１００前後の曲線部分２０１，２０２が類似していたら（ステップＳＴ２１“ＹＥＳ”）、変曲点１００が生じた原因は（ｂ）路面勾配変化以外である可能性が高いので、路面の勾配変化なしと判定する（ステップＳＴ１４）。一方、車両傾斜角度計測装置１０は、変曲点１００前後の曲線部分２０１，２０２が類似していなかったら（ステップＳＴ２１“ＮＯ”）、変曲点１００が生じた原因は（ａ）路面勾配変化である可能性が高いので、路面の勾配変化ありと判定する（ステップＳＴ１３）。

以上のように、実施の形態２に係る車両傾斜角度計測装置１０は、類似度判定部２０を備える構成である。類似度判定部２０は、変曲点検出部１２により変曲点が検出された場合、変曲点前後の曲線の類似度を判定する。勾配変化判定部１３は、類似度判定部２０により変曲点前後の曲線が類似しないと判定された場合に路面の勾配変化ありと判定し、類似すると判定された場合に路面の勾配変化なしと判定する。この構成により、より正確に路面勾配変化の影響を排除でき、路面に対する車両の傾斜角度をより精度よく算出できる。

実施の形態３．
図１０は、この発明の実施の形態３に係る車両傾斜角度計測装置１０の構成例を示すブロック図である。実施の形態３に係る車両傾斜角度計測装置１０は、図１に示した実施の形態１の車両傾斜角度計測装置１０に対して受信部３１、加速度算出部３２、および類似度判定部３３が追加された構成である。また、実施の形態３に係る車両傾斜角度計測装置１０は、変曲点検出部１２の代わりに変曲点検出部１２Ａを備える。さらに、実施の形態３に係る車両傾斜角度計測装置１０は、車両に搭載された車速計測部３０と接続される。車速計測部３０は、車輪速センサまたはＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）センサなどであり、車両の走行速度を計測し、車両傾斜角度計測装置１０へ出力する。図１０において図１と同一または相当する部分は、同一の符号を付し説明を省略する。

受信部３１は、図２および図３に示した受信装置２である。この受信部３１は、車速計測部３０により計測された車速の情報を受信する。なお、受信部１１または受信部３１のいずれか一方が、加速度センサ１により検出された車両前後方向および車両上下方向の加速度ａｘ，ａｚと車速計測部３０により計測された車速とを両方受信する構成であってもよい。

変曲点検出部１２Ａ、加速度算出部３２、および類似度判定部３３は、図２に示した処理回路４により実現される。または、変曲点検出部１２Ａ、加速度算出部３２、および類似度判定部３３は、図３に示したプロセッサ５がメモリ３に格納されているプロセッサを実行することにより実現される。この変曲点検出部１２Ａは、受信部１１により受信された車両前後方向の加速度ａｘの時間変化量を示す曲線から変曲点を検出する。加速度算出部３２は、車速計測部３０により計測された車速に基づいて車両の加速度を算出する。加速度算出部３２が算出する車両の加速度とは、図１４に示した車両加速度ａ０である。類似度判定部３３は、変曲点検出部１２Ａにより変曲点が検出された場合、車両前後方向の加速度ａｘの時間変化量を示す曲線と加速度算出部３２により算出された車両加速度ａ０の時間変化量を示す曲線の類似度を判定する。

図１１は、この発明の実施の形態３に係る車両傾斜角度計測装置１０の動作例を示すフローチャートである。車両傾斜角度計測装置１０は、車両が走行している期間、図１１のフローチャートに示される動作を繰り返す。以下では、図１１のフローチャートと図４のフローチャートとで異なる部分を説明する。

ステップＳＴ３０において、受信部１１は、加速度センサ１で検出される車両前後方向の加速度ａｘおよび車両上下方向の加速度ａｚを受信する。受信部１１は、受信した加速度ａｘ，ａｚを、変曲点検出部１２Ａ、加速度出力部１４および類似度判定部３３へ出力する。受信部３１は、車速計測部３０で計測される車速を受信する。受信部３１は、受信した車速を加速度算出部３２へ出力する。

ステップＳＴ３１において、加速度算出部３２は、受信部３１により受信された車速に基づいて車両加速度ａ０を算出する。加速度算出部３２は、車両加速度ａ０を類似度判定部３３へ出力する。

ステップＳＴ３２において、変曲点検出部１２Ａは、受信部１１により受信された車両前後方向の加速度ａｘの変曲点を検出する。具体的には、変曲点検出部１２Ａは、車両前後方向の加速度ａｘの時間変化量を示す曲線から変曲点を検出する。変曲点検出部１２Ａは、変曲点検出の有無を勾配変化判定部１３および類似度判定部３３へ通知する。

図１２および図１３は、この発明の実施の形態３における車両前後方向の加速度ａｘおよび車両加速度ａ０の時間変化量を示す曲線例のグラフである。変曲点検出部１２Ａは、例えば、１０ミリ秒ごとに検出された車両前後方向の加速度ａｘを、検出時刻順にプロットして曲線にする。続いて変曲点検出部１２Ａは、例えば最小二乗法などを用いて、１００ミリ秒ごとに曲線の傾きを求め、傾きの変化量が所定の範囲を超えた曲線部分を変曲点として検出する。なお、加速度センサ１の検出周期は１０ミリ秒に限定されるものではなく、任意の周期でよい。また、曲線の傾きを求める周期は１００ミリ秒に限定されるものではなく、任意の周期でよい。

上式（１）〜（４）を用いて説明した通り、車両走行中または車両加減速中に路面勾配変化がない場合、加速度センサ１が検出した車両前後方向の加速度ａｘには、重力加速度ｇ０の影響分が重畳しない。そのため、図１２に示す通り、加速度ａｘの時間変化量を示す曲線は、線形になる。図１２の曲線は、傾きの変化量が所定の範囲内であるため、変曲点は検出されない。
一方、車両走行中に路面勾配が変化したことにより車両が加速動作もしくは減速動作をした場合または車両加減速中に路面勾配が変化した場合、加速度センサ１が検出した車両前後方向の加速度ａｘには、重力加速度ｇ０の影響分が重畳する。そのため、図１３に示す通り、加速度ａｘの曲線の線形性が失われ、傾きの変化量が所定の範囲を超えた曲線部分が変曲点３００として検出される。また、車両が走行中に急加速または急減速した場合、式（１）〜（４）における車両加速度ａ０が変化する。そのため、車両の急加減速によっても加速度ａｘの曲線に変曲点３００が生じる。つまり、変曲点３００は、加速度センサ１が検出した加速度ａｘに重力加速度ｇ０の影響分が重畳した部分、または車両加速度ａ０の変化分が重畳した部分である。

ステップＳＴ３３において、勾配変化判定部１３は、変曲点の有無を示す通知を変曲点検出部１２Ａから受け取る。勾配変化判定部１３は、変曲点検出部１２Ａにより変曲点が検出されなかった場合（ステップＳＴ３３“ＮＯ”）、ステップＳＴ１４において路面の勾配変化なしと判定する。一方、勾配変化判定部１３は、変曲点検出部１２Ａにより変曲点が検出された場合（ステップＳＴ３３“ＹＥＳ”）、類似度判定部３３から類似度判定結果が通知されるのを待つ。

類似度判定部３３は、加速度センサ１により検出された車両前後方向の加速度ａｘを受信部１１から受け取るとともに、変曲点の有無を示す通知を変曲点検出部１２Ａから受け取る。さらに、類似度判定部３３は、車両加速度ａ０を加速度算出部３２から受け取る。類似度判定部３３は、変曲点検出部１２Ａにより変曲点が検出された場合（ステップＳＴ３３“ＹＥＳ”）、ステップＳＴ３４において、車両前後方向の加速度ａｘの時間変化量を示す曲線と車両加速度ａ０の時間変化量を示す曲線の類似度を判定する。類似度判定部３３は、類似度の判定結果を勾配変化判定部１３へ通知する。

ここで、類似度判定部３３の類似度判定方法を、図１３を用いて説明する。図１３の加速度ａｘの曲線から変曲点３００が検出されたので、類似度判定部３３は、加速度ａｘの曲線の傾きを算出する。加えて、類似度判定部３３は、加速度算出部３２から受け取った車両加速度ａ０を、計測時刻順にプロットして曲線にし、その曲線の傾きを算出する。続いて類似度判定部３３は、車両前後方向の加速度ａｘの曲線の傾きと車両加速度ａ０の曲線の傾きとのずれが５％未満であれば類似していると判定し、ずれが５％以上であれば類似していないと判定する。図１３の加速度ａｘの曲線のうちの曲線部分３０１，３０２の傾きは、車両加速度ａ０の曲線の傾きと類似している。なお、類似度を判定するための傾きのずれは５％に限定されるものではなく、任意の値でよい。また、類似度判定部３３は、受信部１１から受け取る加速度ａｘを用いて曲線の傾きを算出してもよいし、変曲点検出部１２Ａが変曲点検出のために算出した傾きを変曲点検出部１２Ａから受け取ってもよい。

ステップＳＴ３５において、勾配変化判定部１３は、類似度の判定結果を類似度判定部３３から受け取る。勾配変化判定部１３は、類似度判定部３３により車両前後方向の加速度ａｘの曲線および車両加速度ａ０の曲線が類似しないと判定された場合（ステップＳＴ３５“ＮＯ”）、ステップＳＴ１３において路面の勾配変化ありと判定する。一方、勾配変化判定部１３は、類似度判定部３３により車両前後方向の加速度ａｘの曲線および車両加速度ａ０の曲線が類似すると判定された場合（ステップＳＴ３５“ＹＥＳ”）、ステップＳＴ１４において路面の勾配変化なしと判定する。

上式（１）〜（４）を用いて説明した通り、車両走行中に路面勾配が変化したことにより車両が加速動作もしくは減速動作をした場合または車両加減速中に路面勾配が変化した場合、加速度センサ１が検出した加速度ａｘには重力加速度ｇ０の影響分が重畳する。そのため、路面勾配変化によって加速度ａｘの曲線に変曲点が生じる。また、車両が走行中に急加速または急減速した場合、式（１）〜（４）における車両加速度ａ０が変化する。そのため、車両の急加減速によっても加速度ａｘの曲線に変曲点が生じる。つまり、図１３に示した曲線の変曲点３００は、（ａ）車両走行中に路面勾配が変化したことによる加減速動作もしくは車両加減速中の路面勾配変化が原因で生じたか、または、（ｂ）路面勾配変化以外の原因、例えば車両走行中の急加減速が原因で生じたと考えられる。
他方、車速から算出された車両加速度ａ０は、（ａ）路面勾配変化に伴う重力加速度ｇ０の影響を受けない。そのため、路面勾配が変化しても、車両加速度ａ０の時間変化量の曲線に変曲点は生じない。これに対し、車両が走行中に急加速または急減速等した場合、車両加速度ａ０の時間変化量の曲線に変曲点が生じる。図１３に破線で示す車両加速度ａ０′は、車両が走行中に急加速もしくは急減速等した場合における車両加速度の時間変化量の曲線例である。車両走行中または車両加減速中に路面勾配が変化した場合、加速度ａｘの曲線に変曲点３００が生じるが、車両加速度ａ０の曲線には変曲点が生じないため、加速度ａｘのうちの曲線部分３０１，３０２が車両加速度ａ０の曲線と類似していると判定される。一方、車両が急加速または急減速等した場合、加速度ａｘの曲線および車両加速度ａ０′の曲線の両方に変曲点３００が生じるため、図１３の加速度ａｘの曲線すべてが車両加速度ａ０′の曲線と類似していると判定される。

以上のように、実施の形態３の変曲点検出部１２Ａは、車両前後方向の加速度ａｘの時間変化量を示す曲線から変曲点を検出する構成である。この構成により、加速度センサ１により検出された加速度ａｘに、走行中に車両に加わる重力加速度の影響があった場合、その影響を変曲点として検出できる。

また、実施の形態３に係る車両傾斜角度計測装置１０は、加速度算出部３２と類似度判定部３３とを備える構成である。加速度算出部３２は、車両の走行速度に基づいて車両加速度ａ０を算出する。類似度判定部３３は、変曲点検出部１２Ａにより変曲点が検出された場合、車両前後方向の加速度ａｘの時間変化量を示す曲線と加速度算出部３２により算出された車両加速度ａ０の時間変化量を示す曲線の類似度を判定する。勾配変化判定部１３は、類似度判定部３３により２つの加速度ａｘ，ａ０の曲線が類似しないと判定された場合に路面の勾配変化ありと判定し、類似すると判定された場合に路面の勾配変化なしと判定する。この構成により、より正確に路面勾配変化の影響を排除でき、路面に対する車両の傾斜角度をより精度よく算出できる。

なお、本発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、各実施の形態の任意の構成要素の変形、または各実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

この発明に係る車両傾斜角度計測装置は、車両走行中または車両加減速中の路面勾配変化の影響を排除して車両傾斜角度を計測するようにしたので、車両用灯具の光軸を調節するオートレベライザなどに用いるのに適している。

１加速度センサ、２受信装置、３メモリ、４処理回路、５プロセッサ、１０車両傾斜角度計測装置、１１，３１受信部、１２，１２Ａ変曲点検出部、１３勾配変化判定部、１４加速度出力部、１５記憶部、１６傾斜角度算出部、２０，３３類似度判定部、３０車速計測部、３２加速度算出部、１００，３００変曲点、１０１近似直線、２０１，２０２，３０１，３０２曲線部分、ａ０，ａ０′ 車両加速度、ａｘ車両前後方向の加速度、ａｚ車両上下方向の加速度、ｇ０重力加速度、φ，φ′ 車両傾斜角度、θ 路面勾配角度。

Claims

加速度センサで検出される、車両前後方向および車両上下方向の加速度を受信する受信部と、
前記受信部により受信された車両前後方向の加速度に対する車両上下方向の加速度の変化量を示す曲線において、傾きの変化量が所定の範囲を超えた曲線部分を変曲点として検出する変曲点検出部と、
前記変曲点検出部により変曲点が検出された場合、前記変曲点前後の曲線の類似度を判定する類似度判定部と、
前記類似度判定部により前記変曲点前後の曲線が類似しないと判定された場合に路面の勾配変化ありと判定し、類似すると判定された場合に路面の勾配変化なしと判定する勾配変化判定部と、
前記受信部により受信された加速度から、前記勾配変化判定部により路面の勾配変化ありと判定された場合の加速度を除外して出力する加速度出力部と、
前記加速度出力部から出力された加速度に基づいて路面に対する車両の傾斜角度を算出する傾斜角度算出部とを備える車両傾斜角度計測装置。
加速度センサで検出される、車両前後方向および車両上下方向の加速度を受信する受信部と、
前記受信部により受信された車両前後方向の加速度の時間変化量を示す曲線において、傾きの変化量が所定の範囲を超えた曲線部分を変曲点として検出する変曲点検出部と、
前記変曲点検出部の検出結果に基づいて路面の勾配変化の有無を判定する勾配変化判定部と、
前記受信部により受信された加速度から、前記勾配変化判定部により路面の勾配変化ありと判定された場合の加速度を除外して出力する加速度出力部と、
前記加速度出力部から出力された加速度に基づいて路面に対する車両の傾斜角度を算出する傾斜角度算出部とを備える車両傾斜角度計測装置。
車両の走行速度に基づいて前記車両の加速度を算出する加速度算出部と、
前記変曲点検出部により変曲点が検出された場合、車両前後方向の加速度の時間変化量を示す曲線と前記加速度算出部により算出された加速度の時間変化量を示す曲線の類似度を判定する類似度判定部とを備え、
前記勾配変化判定部は、前記類似度判定部により２つの曲線が類似しないと判定された場合に路面の勾配変化ありと判定し、類似すると判定された場合に路面の勾配変化なしと判定することを特徴とする請求項２記載の車両傾斜角度計測装置。