JP6658065B2 - 路面勾配推定装置 - Google Patents

Description

本発明は、路面の勾配を推定する路面勾配推定装置に関する。

従来、加速度センサによって検出される検出加速度と、車速センサによって検出される車速に基づいて算出される算出加速度とに基づいて、車両が走行する路面の勾配を推定する路面勾配推定装置が知られている。検出加速度には、スクォート又はダンプ等の車両の姿勢変化、及び路面の凹凸に伴う車両の振動等のノイズが含まれる。また、算出加速度には、車速データに含まれる高周波ノイズに基づくノイズが含まれる。特許文献１では、これらのノイズを除去するために、検出加速度及び算出加速度に対してローパスフィルタによるフィルタ処理を施す技術が開示されている。

特開２０１３−１８４６７４号公報

ノイズを除去するために用いるフィルタの時定数が大き過ぎると、フィルタ処理による遅延が大きくなり、路面勾配を推定する処理の応答性が悪化するという問題が生じる。そこで、加速度が大きい場合にノイズが大きくなる傾向がある点に着目し、加速度が所定の閾値を超えた場合にフィルタの時定数を大きくし、加速度が所定の閾値以下である場合にフィルタの時定数を小さくするという方法が考えられる。

しかしながら、加速度が変化する過渡状態においては、加速度が変化する期間と車両の姿勢が変化する期間とが必ずしも一致しない。したがって、加速度が小さくなったことにより車両の姿勢が変化しない状態になったと仮定して、所定の閾値以下にフィルタの時定数を小さくしてしまうと、実際には車両の姿勢が変化しているにもかかわらずフィルタのノイズ除去能力が低下することにより、路面勾配の推定値の誤差が大きくなってしまうという問題が生じてしまう。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、路面勾配の推定値の精度を向上させることができる路面勾配推定装置を提供することを目的とする。

本発明においては、車両の姿勢が変化したことを判定するために用いられる判定用情報を取得する信号取得部と、前記判定用情報に含まれる所定の周波数以上の成分を除去することにより平滑化情報を生成するフィルタ部と、前記平滑化情報に基づいて推定した前記車両が走行する路面の勾配を示す勾配値を出力する出力部と、前記判定用情報が、車両の姿勢が変化していることを示す状態になったことを契機として、前記フィルタ部の時定数を、第１の時定数から、第１の時定数よりも大きな第２の時定数に変更し、前記車両の姿勢が変化していることを示さない状態になってから所定の遅延時間が経過した後に、前記フィルタ部の時定数を前記第２の時定数から前記第１の時定数に変更する制御部と、を備えることを特徴とする路面勾配推定装置を提供する。

前記信号取得部は、例えば、前記車両の加速度を示す前記判定用情報を取得し、前記制御部は、前記加速度が所定の閾値未満の状態から前記閾値以上の状態に変化したことを契機として前記フィルタ部の時定数を前記第１の時定数に変更し、前記加速度が前記閾値以上の状態から前記閾値未満の状態に変化してから前記遅延時間が経過した後に、前記フィルタ部の時定数を前記第２の時定数に変更する。

前記制御部は、前記加速度が前記閾値以上の状態から前記閾値未満の状態に変化してから、前記判定用情報が示す加速度に基づいて定められる前記遅延時間が経過した後に、前記フィルタ部の時定数を前記第２の時定数に変更してもよい。

また、前記制御部は、前記加速度が前記閾値以上になってから前記閾値未満になるまでの間の前記加速度の最大値に基づいて定められる前記遅延時間が経過した後に、前記フィルタ部の時定数を前記第１の時定数に変更してもよい。

路面勾配推定装置は、前記車両の重量を示す情報を取得する情報取得部をさらに備え、前記制御部は、前記情報取得部が取得した情報が示す重量に対応する前記遅延時間が経過した後に、前記フィルタ部の時定数を前記第１の時定数に変更してもよい。

路面勾配推定装置は、前記車両の重心の高さを示す情報を取得する情報取得部をさらに備え、前記制御部は、前記情報取得部が取得した情報が示す重心の高さに対応する前記遅延時間が経過した後に、前記フィルタ部の時定数を前記第１の時定数に変更してもよい。

本発明によれば、路面勾配の推定値の精度を向上させることができるという効果を奏する。

路面の勾配を推定する方法の原理について説明するための図である。 勾配推定装置１の構成を示す図である。 制御部１５がフィルタ部１３の時定数を制御する動作のフローチャートである。 勾配推定装置１による路面の勾配の推定値と実際の勾配との関係の一例を示す模式図である。

［路面勾配の推定の原理］
本実施形態に係る勾配推定装置１の詳細説明に先立ち、路面の勾配を推定する方法の原理について説明する。
図１は、路面の勾配を推定する方法の原理について説明するための図である。図１（ａ）及び図１（ｂ）は、車両Ｓが、傾斜角βの斜面上を走行している様子を模式的に示している。車両Ｓは、ピッチング等の振動の影響により、車両Ｓの前後方向が路面と完全には平行ではなく、図１（ｂ）に示すように、車両Ｓの前後方向と路面の方向との間に振動角θが存在する。

車両Ｓには、車速センサと加速度センサが設けられている。車速センサにより検出された速度ｖ_ｘを微分することにより、車両Ｓの走行方向の加速度ｖ_ｘ’（以下、算出加速度ｖ_ｘ’という）を算出することができる。このようにして算出された算出加速度ｖ_ｘ’には、車両Ｓに加わっている重力加速度の影響が含まれておらず、算出加速度ｖ_ｘ’は、車両Ｓが平坦な路面を走行中の速度ｖ_ｘの変化に伴う加速度に相当する。

他方で、加速度センサにより検出された検出加速度Ｇ_ｘには、路面の勾配により車両Ｓに加わる重力加速度の影響も含まれている。したがって、算出加速度ｖ_ｘ’と検出加速度Ｇ_ｘとの間には、以下の式（１）に示す関係が成り立つ。
Ｇ_ｘ＝ｖ_ｘ’＋ｇ×ｓｉｎ（β＋θ）・・・（１）

車両Ｓが走行する路面の傾斜角β及び振動角θが十分に小さい場合、β＋θ≒ｓｉｎ（β＋θ）となるので、以下の式（２）が成立する。
β＋θ≒（Ｇ_ｘ−ｖ_ｘ’）／ｇ・・・・・・（２）

車両Ｓに搭載された勾配推定装置１は、車両Ｓのピッチング等の振動に起因するθの影響を排除することができれば、すなわちθ＝０とみなせるとすれば、車速センサに基づいて算出した算出加速度ｖ_ｘ’及び加速度センサにより検出された検出加速度Ｇ_ｘを用いて、以下の式（３）により、路面の傾斜角βを推定することができる。
β≒（Ｇ_ｘ−ｖ_ｘ’）／ｇ・・・・・・・・（３）

なお、式（３）におけるＧ_ｘ−ｖ_ｘ’は、車両Ｓの姿勢の変化を示しており、車両Ｓの姿勢の変化を表す任意の情報を用いて、傾斜角βを推定することが可能である。
以下、勾配推定装置１の構成及び動作について詳細に説明する。

［勾配推定装置１の構成］
図２は、勾配推定装置１の構成を示す図である。勾配推定装置１は、信号取得部１１と、情報取得部１２と、フィルタ部１３と、出力部１４と、制御部１５とを有する。信号取得部１１、情報取得部１２、出力部１４及び制御部１５は、例えばＣＰＵがプログラムを実行することにより実現される。

信号取得部１１は、車両の姿勢が変化したことを判定するために用いられる判定用情報を取得する。本実施形態において、信号取得部１１は、判定用情報として、加速度センサ２から、車両Ｓの加速度を示す検出加速度情報を取得する。また、信号取得部１１は、車速センサ３から入力された車速を示す車速信号に基づいて算出される算出加速度を取得する。車速信号は、例えば、車速に応じた間隔のパルス列である。

信号取得部１１は、車速演算部１１１及び微分部１１２を有する。車速演算部１１１は、車速センサ３から取得した車速信号に基づいて、車速を算出する。車速演算部１１１は、例えば、車速信号に含まれるパルス列におけるパルス間の間隔の大きさに基づいて、車速を算出する。微分部１１２は、車速演算部１１１が算出した車速を微分して算出加速度を算出することにより、算出加速度情報を取得する。信号取得部１１は、取得した検出加速度情報をフィルタ１２１に入力し、算出加速度情報をフィルタ１２２に入力する。

情報取得部１２は、車両Ｓの他のユニットから各種の情報を取得する。情報取得部１２は、例えば、車両Ｓの状態を管理しているユニットから、車両Ｓの重量を示す重量情報、及び車両Ｓの重心の高さを示す重心情報を取得する。情報取得部１２は、取得した情報を出力部１４に入力する。

フィルタ部１３は、車速演算部１１１が取得した検出加速度情報及び算出加速度情報等の判定用情報に含まれる所定の周波数以上の成分を除去することにより平滑化情報を生成する。フィルタ１３１は、検出加速度情報を平滑化した第１平滑化情報を生成し、フィルタ１３２は、算出加速度情報を平滑化した第２平滑化情報を生成する。所定の周波数以上の成分はノイズ成分であり、フィルタ部１３は、検出加速度情報及び算出加速度情報に含まれるノイズを除去する。フィルタ部１３の時定数は可変であり、時定数の大きさは制御部１５により設定される。フィルタ部１３は、平滑化情報を出力部１４に入力する。

出力部１４は、平滑化情報に基づいて推定した車両Ｓが走行する路面の勾配を示す勾配値を出力する。出力部１４は、減算部１４１及び除算部１４２を有する。減算部１４１は、フィルタ部１３から入力される検出加速度情報が平滑化された第１平滑化情報から算出加速度情報が平滑化された第２平滑化情報を減算することにより、式（２）における（Ｇ_ｘ−ｖ_ｘ’）を算出する。除算部１４２は、減算部１４１が算出した（Ｇ_ｘ−ｖ_ｘ’）を重力加速度ｇで除算することにより傾斜角βを算出する。このように、出力部１４は、勾配値の推定値として、傾斜角βを出力する。出力部１４は、例えば、車両Ｓの駆動制御を行うＥＣＵ（不図示）に通知することにより、車両Ｓが路面の勾配に合わせた走行をできるようにする。

制御部１５は、車両Ｓの姿勢の変化状況に応じて、フィルタ部１３の時定数を変化させる。制御部１５は、車両Ｓの姿勢が変化していない定常状態、すなわち車両Ｓに重力加速度以外の加速度がかかっていない状態において、フィルタ部１３の時定数を、第１の時定数に設定する。第１の時定数は、車両の姿勢が変化していない状態においても発生する微小なノイズを判定用情報から除去可能な値である。

制御部１５は、検出加速度情報又は算出加速度情報等の判定用情報が、車両Ｓの姿勢が変化していることを示す状態になったことを契機として、フィルタ部１３の時定数を第１の時定数よりも大きな第２の時定数に設定する。車両Ｓの姿勢が変化している間は、車両Ｓにピッチング等の振動が発生する。出力部１４が、これらの振動の影響を含む判定用情報を用いて路面の勾配を推定すると、勾配の推定値に振動角θの影響が含まれることにより推定誤差が大きくなるので、制御部１５は、車両Ｓの姿勢が変化している間はフィルタ部１３の時定数を定常状態の時定数よりも大きくすることにより、車両Ｓの姿勢の変化に伴う車両Ｓの振動の影響を抑制する。

制御部１５は、車両Ｓの姿勢が変化していることを示さない状態になると、フィルタ部１３の時定数を第１の時定数に戻す。制御部１５は、例えば、車速演算部１１１が算出した算出加速度が所定の閾値以上の値から所定の閾値未満の値に変化したことに応じて、フィルタ部１３の時定数を、第２の時定数から第１の時定数に変更する。

ただし、車両Ｓの姿勢が変化していることを示さない状態に変化した後にも、車両Ｓにはピッチング等による振動が継続する。この振動に起因するノイズが判定用情報に含まれてしまうと、出力部１４が出力する勾配値に含まれる誤差が大きくなってしまう。

そこで、本実施形態においては、制御部１５が、車両Ｓの姿勢が変化していることを示さない状態になってから所定の遅延時間が経過した後に、フィルタ部１３の時定数を、第２の時定数から第１の時定数に変更することを特徴としている。

フィルタ部１３の時定数を第１の時定数に設定していた期間における算出加速度が大きかった場合には、算出加速度が小さくなった後にも車両Ｓの振動が長く続くと考えられる。そこで、制御部１５は、判定用情報が示す加速度に基づいて遅延時間を決定してもよい。制御部１５は、時定数を第１の時定数に設定していた期間における算出加速度が大きいほど、遅延時間を長くするように制御することで、車両Ｓの振動に伴う誤差を抑制することができる。

例えば、制御部１５は、フィルタ部１３の時定数を第１の時定数に設定していた期間における算出加速度の最大値に基づいて、遅延時間を決定する。制御部１５は、フィルタ部１３の時定数を第１の時定数に設定していた期間における算出加速度の平均値に基づいて遅延時間を決定してもよい。

車両Ｓの姿勢が変化していることを示さない状態になってから車両Ｓの振動がなくなるまでの時間は、加速度以外の要因によっても変化し得る。例えば、車両Ｓの重量が大きい場合には、重量が小さい場合よりも長い時間にわたって振動が継続すると考えられる。また、車両Ｓの重心が高い場合には、重心が低い場合よりも長い時間にわたって振動が継続すると考えられる。

そこで、制御部１５は、情報取得部１２が取得した車両の重量を示す重量情報、又は車両の重心の高さを示す重心情報に基づいて、遅延時間を決定してもよい。制御部１５は、車両の重量が大きいほど遅延時間を大きくし、車両の重心が高いほど遅延時間を大きくする。制御部１５は、車両Ｓの姿勢が変化していることを示さない状態になってから、車両の重量又は車両の重心の高さに基づいて決定した遅延時間が経過した後に、第１の時定数に変更することで、車両Ｓの振動に伴う誤差を抑制することができる。制御部１５は、加速度、車両の重量及び車両の重心の高さの少なくともいずれかの組み合わせに基づいて、遅延時間を決定してもよい。

［動作フローチャート］
図３は、制御部１５がフィルタ部１３の時定数を制御する動作のフローチャートである。制御部１５は、定常状態において、フィルタ部１３の時定数を第１の時定数に設定する（Ｓ１１）。その後、制御部１５は、算出加速度が所定の閾値以上になったかどうかを監視する（Ｓ１２）。制御部１５は、ステップＳ１２において、算出加速度が閾値以上になったと判定した場合、フィルタ部１３の時定数を第２の時定数に変更する（Ｓ１３）。

その後、制御部１５は、算出加速度が閾値未満になったかどうかを監視する（Ｓ１４）。制御部１５は、ステップＳ１４において、算出加速度が閾値未満になったと判定した場合、予め決定された遅延時間だけ待機する（Ｓ１５）。制御部１５は、遅延時間が経過した後に、フィルタ部１３の時定数を第１の時定数に変更する。

なお、制御部１５は、ステップＳ１４において算出加速度が閾値未満になったと判定したことに応じて、算出加速度が所定の閾値以上であった期間における算出加速度の最大値、車両Ｓの重量、又は車両Ｓの重心の高さの少なくともいずれかに基づいて遅延時間を算出してもよい。

［実施例］
図４は、勾配推定装置１による路面の勾配の推定値と実際の勾配との関係の模式図である。図４における横軸は、測定を開始してからの経過時間を示している。図４（ａ）は、加速度が変化する様子を示している。図４（ｂ）は、制御部１５がフィルタ部１３に設定した時定数を示している。図４（ｂ）における実線は、制御部１５が、算出加速度が閾値未満になってから遅延時間が経過した後に、フィルタ部１３の時定数を第１の時定数に変更した場合を示しており、破線は、算出加速度が閾値未満になった時点で、フィルタ部１３の時定数を第１の時定数に変更した場合を示している。図４（ｂ）に示すように、車両の姿勢が変化していることを示す状態における第２の時定数は、一定値である必要はなく、時間の経過とともに変化してもよい。また、第１の時定数も、時間の経過とともに変化してもよい。

図４（ｃ）及び図４（ｄ）の縦軸は、勾配の推定値及び実際の勾配を示している。図４（ｃ）における実線は、算出加速度が閾値未満になった時点で、遅延時間を設けることなくフィルタ部１３の時定数を第１の時定数に変更した場合の勾配の推定値を示している。破線は、実際の勾配を示している。図４（ｃ）においては、加速度が小さくなった後に、勾配の推定値が実際の勾配の値から乖離している。

図４（ｄ）における実線は、算出加速度が閾値未満になってから遅延時間が経過した後に、フィルタ部１３の時定数を第１の時定数に変更した場合の勾配の推定値を示しており、破線は、実際の勾配を示している。図４（ｄ）においては、加速度が小さくなった後にも、勾配の推定値が実際の勾配の値とほぼ等しいことがわかる。このように、制御部１５が、算出加速度が閾値未満になってから遅延時間が経過した後に、フィルタ部１３の時定数を第１の時定数に変更することで、勾配推定値の精度が向上することがわかる。

［変形例］
上記の説明において、フィルタ部１３が、減算部１４１の前段に設けられている例について説明したが、フィルタ部１３は、減算部１４１と除算部１４２との間に設けられていてもよいし、除算部１４２の後段に設けられていてもよい。また、図２に示したフィルタ部１３が、時定数を変化できないフィルタであり、減算部１４１と除算部１４２との間に、時定数を制御部１５により制御できるフィルタを別途設けてもよい。

［本実施形態における効果］
以上説明したように、本実施形態における制御部１５は、判定用情報が、車両Ｓの姿勢が変化していることを示す状態になったことを契機として、フィルタ部１３の時定数を、第１の時定数から、第１の時定数よりも大きな第２の時定数に変更し、車両Ｓの姿勢が変化していることを示さない状態になってから所定の遅延時間が経過した後に、フィルタ部１３を第２の時定数から第１の時定数に変更する。このようにすることで、加速度や駆動トルク等の情報が、車両Ｓの姿勢が変化していない状態に変化したことを示した後に車両Ｓが振動を継続する場合であっても、車両Ｓの振動に起因するノイズの影響を受けることなく、高い精度で、路面の勾配を推定することができる。

また、制御部１５は、算出した加速度、車両Ｓの重量、又は車両Ｓの重心の高さ等に基づいて遅延時間を決定することにより、算出した加速度、車両Ｓの重量、又は車両Ｓの重心の高さ等に応じて、車両Ｓが振動する時間が変化する場合であっても、車両Ｓが振動する時間に適した遅延時間を決定することができる。したがって、必要以上にフィルタ部１３の時定数を大きくする時間が長くならないので、定常状態における応答速度を速く維持しつつ、車両Ｓが姿勢を変化させた状態における路面の勾配の推定値の精度を向上させることができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１ 勾配推定装置
２ 加速度センサ
３ 車速センサ
１１ 信号取得部
１１１ 車速演算部
１１２ 微分部
１２ 情報取得部
１３ フィルタ部
１４ 出力部
１４１ 減算部
１４２ 除算部
１５ 制御部

Claims (5)

1. 車両の姿勢が変化したことを判定するために用いられ、前記車両の加速度を示す判定用情報を取得する信号取得部と、
   前記判定用情報に含まれる所定の周波数以上の成分を除去することにより平滑化情報を生成するフィルタ部と、
   前記平滑化情報に基づいて推定した前記車両が走行する路面の勾配を示す勾配値を出力する出力部と、
   前記判定用情報が示す前記加速度が所定の閾値未満の状態から前記閾値以上の状態に変化した時点で前記フィルタ部の時定数を第１の時定数に変更し、前記加速度が前記閾値以上の状態から前記閾値未満の状態に変化してから所定の遅延時間が経過した後に、前記フィルタ部の時定数を前記第１の時定数よりも大きな第２の時定数に変更する制御部と、
   を備えることを特徴とする路面勾配推定装置。
2. 前記制御部は、前記加速度が前記閾値以上の状態から前記閾値未満の状態に変化してから、前記判定用情報が示す加速度に基づいて定められる前記遅延時間が経過した後に、前記フィルタ部の時定数を前記第２の時定数に変更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. 前記制御部は、前記加速度が前記閾値以上になってから前記閾値未満になるまでの間の前記加速度の最大値に基づいて定められる前記遅延時間が経過した後に、前記フィルタ部の時定数を前記第２の時定数に変更することを特徴とする、
   請求項２に記載の路面勾配推定装置。
4. 前記車両の重量を示す情報を取得する情報取得部をさらに備え、
   前記制御部は、前記情報取得部が取得した情報が示す重量に対応する前記遅延時間が経過した後に、前記フィルタ部の時定数を前記第２の時定数に変更することを特徴とする、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の路面勾配推定装置。
5. 前記車両の重心の高さを示す情報を取得する情報取得部をさらに備え、
   前記制御部は、前記情報取得部が取得した情報が示す重心の高さに対応する前記遅延時間が経過した後に、前記フィルタ部の時定数を前記第１の時定数に変更することを特徴とする、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の路面勾配推定装置。

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