JP7314836B2 - パラメータ算出装置及びパラメータ算出方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両の挙動を推定する技術に関する。

車両の加速度（Ｇｅ）を、車両のエンジンの出力軸が出力する軸トルク（Ｔｅ）と、車両の車速に応じて車両に作用する空気抵抗（Ｒｄ）と、車両重量（Ｍ）とを用いて推定する多項式（Ｇｅ＝（Ｔｅ－Ｒｄ）／Ｍ）が開示されている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１５－２２４９７７号公報

しかしながら、車両の加速度は、軸トルクや空気抵抗、車両重量だけでなく、他の要素からも影響を受けて変動する。上記の多項式では、他の要素を考慮していないので、実際の加速度と推定した加速度との差が大きくなることがあり、加速度の推定精度が悪化してしまっていた。

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、加速度の推定精度を高める多項式を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様においては、車両のエンジンの出力軸が出力する軸トルクと、ブレーキ作動時の制動トルクとを合算した合算トルクを特定するトルク特定部と、前記車両の車速と、前記車両の加速度とを特定する速度特定部と、前記車両が走行する道路の勾配を特定する勾配特定部と、前記合算トルクと、前記車速と、前記勾配とを変数とする前記車両の加速度を近似する多項式の各項のパラメータを、前記トルク特定部が特定した前記合算トルクと、前記速度特定部が特定した前記車速及び前記加速度と、前記勾配特定部が特定した前記勾配とに基づいて算出するパラメータ算出部と、を備えるパラメータ算出装置を提供する。

例えば、前記パラメータ算出部は、特定した前記車速、前記勾配の余弦、前記勾配の正接、及び前記合算トルクと、直前に算出した前記パラメータとを用いて前記車両の加速度を推定し、前記推定した加速度と、前記速度特定部が特定した加速度との差を用いて、前記直前に算出した前記パラメータを修正することにより、新たな前記パラメータを算出する。

例えば、前記トルク特定部は、前記車両の車輪に作用する機械的ブレーキが作動することにより生じるトルクと、前記機械的ブレーキと異なる補助ブレーキが作動することにより生じるトルクとを合算した前記制動トルクと、前記軸トルクとを合算した前記合算トルクを特定する。

本発明の第２の態様においては、車両に搭載されるコンピュータが実行する、前記車両のエンジンの出力軸が出力する軸トルクと、ブレーキ作動時の制動トルクとを合算した合算トルクを特定するステップと、前記車両の車速と、前記車両の加速度とを特定するステップと、前記車両が走行する道路の勾配を特定するステップと、前記合算トルクと、前記車速と、前記勾配とを変数とする、前記車両の加速度を近似する多項式の各項のパラメータを、特定した前記合算トルクと、特定した前記車速及び前記加速度と、特定した前記勾配とに基づいて算出するステップと、を有するパラメータ算出方法を提供する。

本発明によれば、加速度の推定精度を高める多項式を提供できるという効果を奏する。

パラメータ算出装置の構成を模式的に示す図である。 車両の加速度の変化を模式的に示すグラフである。 パラメータ算出装置が実行する処理の流れの一例を示すフローチャートである。

［パラメータ算出装置３の構成］
パラメータ算出装置３は、車両に搭載され、車両の加速度を推定するための多項式のパラメータを算出する装置である。図１は、パラメータ算出装置３の構成を模式的に示す図である。パラメータ算出装置３が搭載される車両は、各種センサ１と、車両制御装置２とを備える。

各種センサ１は、車両の走行状況を検出する。例えば、各種センサ１は、エンジンの回転数を検出するセンサを含み、走行状況としてエンジンの回転数を検出する。

各種センサ１は、走行状況として、圧縮空気でブレーキシリンダを作動させる機械的ブレーキの圧縮空気の空気圧を検出する。機械的ブレーキは、例えば、ディスクブレーキ又はドラムブレーキである。また、各種センサ１は、機械的ブレーキと異なる補助ブレーキ（減速装置）の作動状態を検出する。補助ブレーキは、リターダーであり、例えば圧縮開放ブレーキ、排気ブレーキや永久磁石式リターダーである。各種センサ１は、リターダーが作動しているか否かを検出する。

各種センサ１は、車両の走行状況として車両の車輪速を検出する。この場合、各種センサ１は、車両の車輪速を検出するセンサを含む。また、各種センサ１は、車両の走行状況として車両の加速度を検出する加速度センサを備えていてもよい。

各種センサ１は、例えば、車両の走行状況として車両が走行する道路の勾配（角度）を検出するセンサを含み、道路の勾配を検出する。また、各種センサ１は、車両の位置を検出するためのＧＰＳ（Global Positioning System）受信機を含んでもよい。

車両制御装置２は、車両を制御する制御装置である。車両制御装置２は、車両のエンジン、ギヤ段、機械的ブレーキ、又は補助ブレーキを制御することにより車両を走行させることができる。車両制御装置２は、パラメータ算出装置３が算出した多項式の各項のパラメータを用いて車両の加速度を推定できる。また、車両制御装置２は、多項式の各項のパラメータを用いて、目標として設定した加速度になるようにエンジン、ギヤ段、機械的ブレーキ、又は補助ブレーキを制御する。

パラメータ算出装置３は、記憶部３１と、制御部３２とを備える。記憶部３１は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びハードディスク等を含む記憶媒体である。記憶部３１は、制御部３２が実行するプログラムを記憶する。また、記憶部３１は、燃料噴射量とエンジンの回転数とを変数とする軸トルクを近似する多項式を記憶する。

制御部３２は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサを含む計算リソースである。制御部３２は、記憶部３１に記憶されたプログラムを実行することにより、軸トルク特定部３２１、機械的ブレーキトルク特定部３２２、補助ブレーキトルク特定部３２３、制動トルク特定部３２４、合算トルク特定部３２５、速度特定部３２６、勾配特定部３２７及びパラメータ算出部３２８としての機能を実現する。

軸トルク特定部３２１は、車両のエンジンの出力軸が出力する軸トルクを特定する。例えば、軸トルク特定部３２１は、記憶部３１に記憶された多項式を用いて軸トルクを特定する。具体的には、まず、軸トルク特定部３２１は、噴射部が噴射する燃料噴射量を特定する。例えば、軸トルク特定部３２１は、車両制御装置２が噴射部に噴射させる燃料噴射量を取得することにより燃料噴射量を特定する。そして、軸トルク特定部３２１は、特定した燃料噴射量と、各種センサ１が検出した回転数とを軸トルクを近似する多項式に代入することにより、軸トルクを特定する。

機械的ブレーキトルク特定部３２２は、車両の車輪に作用する機械的ブレーキが作動することにより生じるトルクを特定する。例えば、機械的ブレーキトルク特定部３２２は、各種センサ１が検出した圧縮空気の空気圧に基づいて機械的ブレーキが作動することにより生じるトルクを特定する。

補助ブレーキトルク特定部３２３は、機械的ブレーキと異なる補助ブレーキが作動することにより生じるトルクを特定する。具体的には、補助ブレーキトルク特定部３２３は、各種センサ１が検出した補助ブレーキの作動状態と、エンジン、プロペラシャフトの回転数等に基づいて補助ブレーキが作動することにより生じるトルクを特定する。例えば、補助ブレーキトルク特定部３２３は、補助ブレーキであるリターダーが作動することにより生じるトルクを特定する。

軸トルク特定部３２１と機械的ブレーキトルク特定部３２２と補助ブレーキトルク特定部３２３とのそれぞれは、所定の周期毎に軸トルクと機械的ブレーキトルクと補助ブレーキトルクとをそれぞれ特定する。例えば、軸トルク特定部３２１と機械的ブレーキトルク特定部３２２と補助ブレーキトルク特定部３２３とは、車両が始動すると、所定の周期毎に同じタイミングで値を特定する。所定の周期の具体的な値は、適宜定めればよいが、例えば１００ミリ秒である。また、軸トルク特定部３２１が軸トルクを特定するタイミングと、機械的ブレーキトルク特定部３２２が機械的ブレーキトルクを特定するタイミングと、補助ブレーキトルク特定部３２３が補助ブレーキトルクを特定するタイミングとは、同じタイミングでなくてもよく、所定の時間範囲に含まれていればよい。所定の時間範囲は、同じタイミングとみなせる範囲であり、例えば１０ミリ秒である。

制動トルク特定部３２４は、ブレーキ作動時の制動トルクを特定する。具体的には、制動トルク特定部３２４は、機械的ブレーキトルク特定部３２２が特定した機械的ブレーキが作動することにより生じるトルクと、補助ブレーキトルク特定部３２３が特定した補助ブレーキが作動することにより生じるトルクとを合算した制動トルクを特定する。

合算トルク特定部３２５は、軸トルク特定部３２１が特定した軸トルクと制動トルク特定部３２４が特定した制動トルクとを合算した合算トルクを特定する。このように、合算トルク特定部３２５は、車両を加速する方向に作用するトルクだけでなく、車両を減速する方向に作用するトルクも考慮した合算トルクを算出する。そのため、合算トルク特定部３２５は、車両を加速する方向に作用するトルクだけを考慮する場合よりも正確に車両のトルクを算出できる。

速度特定部３２６は、車両の車速と、車両の加速度とを特定する。例えば、速度特定部３２６は、各種センサ１が検出した車両の車輪速と、記憶部３１に記憶された車両の車輪の有効半径とに基づいて車両の車速を特定する。また、速度特定部３２６は、車両の車速を時間で微分することにより、車両の加速度を特定する。なお、速度特定部３２６は、各種センサ１が車両の加速度を検出した場合、各種センサ１が検出した加速度を特定してもよい。

勾配特定部３２７は、車両が走行する道路の勾配を特定する。例えば、勾配特定部３２７は、各種センサ１が検出した車両が走行する道路の勾配を取得することにより、勾配を特定する。また、勾配特定部３２７は、各種センサ１が車両の位置を検出した場合、道路の勾配を示す情報を含む地図情報を参照して、車両が走行する道路の勾配を特定してもよい。この場合、記憶部３１は、道路の勾配を示す情報を含む地図情報を記憶する。

速度特定部３２６と勾配特定部３２７とは、それぞれ軸トルク特定部３２１と機械的ブレーキトルク特定部３２２と補助ブレーキトルク特定部３２３と同じ所定の周期で車速及び加速度と勾配とのそれぞれを特定する。また、速度特定部３２６及び勾配特定部３２７が値を特定するタイミングは、軸トルク特定部３２１が値を特定するタイミングと同じタイミングとみなせる時間範囲に含まれていればよい。

合算トルク特定部３２５、速度特定部３２６、及び勾配特定部３２７は、それぞれ車両の始動後に所定の周期毎に特定した合算トルクと、車速及び加速度と、勾配とのそれぞれを記憶部３１に順次記憶させる。この場合、記憶部３１は、車両の始動後に所定の周期毎に特定された合算トルク、車速、加速度及び勾配を順次記憶する。具体的には、記憶部３１は、合算トルクと車速と加速度と勾配の正接と勾配の余弦とを順次記憶する。

パラメータ算出部３２８は、合算トルクと、車速と、勾配とを変数とする車両の加速度を近似する多項式の各項のパラメータを特定する。加速度を近似する多項式は、加速度ａ、車速Ｖ、勾配θ、合算トルクＴ、及びパラメータβ１～β５を用いて下記式（１）で表される。
ａ＝β１・Ｖ^２＋β２・ｃｏｓθ＋β３・ｓｉｎθ＋β４・Ｔ＋β５…（１）

パラメータβ１は、例えば、車両に作用する空気抵抗を示す。パラメータβ２は、例えば、車両の車輪の抗力であり、勾配の大きさに応じて変化する転がり抵抗を示す。パラメータβ３は、例えば、勾配の大きさに応じて変化する勾配抵抗を示す。パラメータβ４は、例えば、車両の車速を増加させる場合に車両に作用する加速抵抗を示す。パラメータβ５は、例えば、空気抵抗、転がり抵抗、勾配抵抗及び加速抵抗と異なる他の要因から受ける抵抗を示す。

パラメータ算出部３２８は、合算トルク特定部３２５が特定した合算トルクと、速度特定部３２６が特定した車速及び加速度と、勾配特定部３２７が特定した勾配とに基づいて、式（１）のパラメータβ１～β５を算出する。具体的には、パラメータ算出部３２８は、合算トルクと、車速と、勾配の正接と勾配の余弦とを成分とする行列と、加速度とを用いた逐次最小二乗法等によりパラメータを算出する。このようにすることで、パラメータ算出部３２８は、軸トルクや空気抵抗、車両重量だけでなく、他の要素から受ける影響が考慮された加速度を近似する多項式のパラメータを算出できる。

そして、パラメータ算出部３２８は、算出したパラメータを車両制御装置２に出力する。その結果、車両制御装置２は、軸トルクや空気抵抗、車両重量だけでなく、他の要素から受ける影響が考慮されたパラメータβ１～β５を代入した式（１）に、合算トルクと車速と勾配とを代入することで、より高い精度で加速度を推定できる。

図２は、車両の加速度の変化を模式的に示すグラフである。図２の横軸は時間を示し、縦軸は車両の加速度を示す。図２の実線で示すグラフＡは、車両の実際の加速度を示すグラフである。薄い灰色で示すグラフＢは、従来の技術で推定した加速度を示すグラフである。図２に示すとおり、グラフＡとグラフＢとの間に差が生じている。濃い灰色で示すグラフＣは、パラメータ算出装置３が算出したパラメータβ１～β５に基づいて車両制御装置２が推定した加速度を示すグラフである。グラフＡとグラフＣとの間の差は、グラフＡとグラフＢとの間の差よりも小さくなっている。このように、パラメータ算出装置３が算出したパラメータを用いて車両の加速度を推定することにより、車両制御装置２は、加速度の推定精度を向上できる。

（逐次最小二乗法を用いてパラメータを更新する）
パラメータ算出部３２８は、特定された合算トルク、車速、加速度、勾配の正接及び勾配の余弦を用いて、所定の周期毎に逐次最小二乗法を用いて式（１）のパラメータβ１～β５を算出する。具体的には、まず、パラメータ算出部３２８は、所定の周期毎に、車速と、勾配の余弦と、勾配の正接と、合算トルクと、最後に算出したパラメータβ１～β５とを式（１）に代入することにより加速度を推定する。次に、パラメータ算出部３２８は、推定した加速度と、速度特定部３２６が特定した加速度との誤差を算出する。そして、パラメータ算出部３２８は、算出した誤差を用いて最後に算出したパラメータβ１～β５を修正することにより、新たなパラメータβ１～β５を算出する。また、パラメータ算出部３２８は、忘却要素を用いた逐次最小二乗法又は可変忘却要素を用いた逐次最小二乗法を用いて式（１）のパラメータβ１～β５を算出してもよい。

このようにすることで、パラメータ算出部３２８は、車両が走行している間に特定された合算トルク、車速、加速度、及び勾配に基づいて式（１）のパラメータβ１～β５を更新することができる。すなわち、パラメータ算出部３２８は、車両の走行状況や周辺環境の変化に対応するように多項式の各項のパラメータを更新することができる。その結果、車両制御装置２は、車両の走行状態や周辺環境の変化に対応するように更新されたパラメータを用いて加速度を推定できるようになるので、加速度の推定精度を高められる。

［パラメータ算出装置３が実行する処理の流れ］
以下、図３を参照しながらパラメータ算出装置３が実行する処理の流れを説明する。図３は、パラメータ算出装置３が実行する処理の流れの一例を示すフローチャートである。図３のフローチャートは、パラメータ算出装置３が搭載される車両が動作している間、実行される。

まず、軸トルク特定部３２１は、車両のエンジンの出力軸が出力する軸トルクを特定する（ステップＳ１）。例えば、軸トルク特定部３２１は、燃料噴射量とエンジンの回転数とを特定し、特定した燃料噴射量とエンジンの回転数と、記憶部３１に記憶された多項式とを用いて軸トルクを特定する。

機械的ブレーキトルク特定部３２２は、各種センサ１が検出した圧縮空気の空気圧に基づいて機械的ブレーキが作動することにより生じるトルクを特定する（ステップＳ２）。補助ブレーキトルク特定部３２３は、補助ブレーキが作動することにより生じるトルクを特定する（ステップＳ３）。例えば、補助ブレーキトルク特定部３２３は、リターダーが作動している場合、リターダーが作動することにより生じるトルクを特定する。なお、ステップＳ１からステップＳ３は、同じタイミングで実行される。

制動トルク特定部３２４は、機械的ブレーキトルク特定部３２２が特定した機械的ブレーキが作動することにより生じるトルクと、補助ブレーキトルク特定部３２３が特定した補助ブレーキが作動することにより生じるトルクとを合算した制動トルクを特定する（ステップＳ４）。そして、合算トルク特定部３２５は、軸トルク特定部３２１が特定した軸トルクと、制動トルク特定部３２４が特定した制動トルクとを合算した合算トルクを特定する（ステップＳ５）。

速度特定部３２６は、車両の車速及び加速度を特定する（ステップＳ６）。例えば、速度特定部３２６は、各種センサ１が検出した車輪速と、車輪の有効半径とに基づいて車両の車速を特定するとともに、特定した車速を時間で微分することにより加速度を特定する。勾配特定部３２７は、車両が走行する道路の勾配を特定する（ステップＳ７）。例えば、勾配特定部３２７は、各種センサ１が検出した車両の俯角又は仰角に基づいて勾配を特定する。なお、ステップＳ５、ステップＳ６及びステップＳ７は、同じタイミングで実行される。

パラメータ算出部３２８は、合算トルクと、車速及び加速度と、勾配の正接及び余弦とを用いて、逐次最小二乗法等により、加速度を近似する多項式のパラメータを算出する（ステップＳ８）。具体的には、パラメータ算出部３２８は、特定された合算トルク、車速、勾配の余弦、及び勾配の正接と、最後に算出したパラメータβ１～β５とを式（１）に代入することにより加速度を推定する。次に、パラメータ算出部３２８は、速度特定部３２６が特定した加速度と、推定した加速度との差である予測誤差を用いて、最後に算出したパラメータβ１～β５を修正することにより新たなパラメータβ１～β５を算出する。

続いて、パラメータ算出部３２８は、算出したパラメータβ１～β５を車両制御装置２に出力する（ステップＳ９）。そして、パラメータ算出装置３は、車両が始動している間、ステップＳ１からステップＳ９の処理を繰り返し実行する。

（変形例）
各種センサ１は、トルクを検出するトルクセンサを含んでもよい。トルクセンサは、例えば、エンジンの出力軸に連結するトランスミッションの出力側に設けられ、トランスミッションの出力軸が出力するトルクを検出する。この場合、軸トルク特定部３２１は、各種センサ１が検出したトランスミッションの出力軸が出力するトルクに基づいて軸トルクを特定する。このようにすることで、軸トルク特定部３２１は、周辺環境の変化や経年劣化などにより変化した軸トルクを特定できる。その結果、パラメータ算出装置３は、周辺環境や経年劣化などにより変化した軸トルクに基づいて、加速度を近似する多項式の各項のパラメータを算出できる。そのため、車両制御装置２は、周辺環境や経年劣化などの変化に対応した加速度を推定できる。

［パラメータ算出装置３の効果］
以上説明したとおり、まず、パラメータ算出装置３は、エンジンの出力軸が出力する軸トルクと、ブレーキ作動時の制動トルクとを合算した合算トルクと、車両の車速及び加速度と、車両が走行する道路の勾配とを特定する。次に、パラメータ算出装置３は、特定した合算トルクと、車速及び加速度と、勾配とに基づいて、合算トルクと、車速と、勾配とを変数とする車両の加速度を近似する多項式の各項のパラメータを算出する。このように、パラメータ算出装置３は、軸トルクと制動トルクとを合算した合算トルクとを用いることにより、車両を加速する方向に作用するトルクだけでなく、減速する方向に作用するトルクも考慮したパラメータを算出できるので、車両制御装置２に対し、加速度の推定精度を高める多項式を提供できるようになる。

パラメータ算出装置３は、上記のとおり、車両が走行する道路の勾配を考慮したパラメータを算出できる。具体的には、パラメータ算出装置３は、勾配に応じて変化する転がり抵抗や勾配抵抗の影響を考慮したパラメータを算出できる。

パラメータ算出装置３は、記憶部３１に蓄積された合算トルクと、車速と、加速度と、勾配とを成分とする行列に対して、所定の周期毎に逐次最小二乗法を用いて加速度を近似する多項式の各項のパラメータを新たに算出する。このようにすることで、パラメータ算出装置３は、加速度を近似する多項式の各項のパラメータを、走行中の車両の走行状態や周辺環境の変化に対応するように更新することができる。その結果、車両制御装置２は、車両の走行状態や周辺環境の変化に対応するように更新されたパラメータを用いて加速度を推定できるようになるので、加速度の推定精度を高められる。

車両制御装置２は、パラメータ算出装置３が算出したパラメータβ１～β５を代入した式（１）を用いることにより、加速度を予測しながら車両を制御する際に、加速度の予測精度を高められるので、車両の制御性能を向上できる。具体的には、車両制御装置２は、所望の加速度になるような合算トルクを算出する精度を高められるので、燃料噴射量や空気圧などを高精度に制御できるようになる。

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ず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。

１ 各種センサ
２ 車両制御装置
３ パラメータ算出装置
３１ 記憶部
３２ 制御部
３２１ 軸トルク特定部
３２２ 機械的ブレーキトルク特定部
３２３ 補助ブレーキトルク特定部
３２４ 制動トルク特定部
３２５ 合算トルク特定部
３２６ 速度特定部
３２７ 勾配特定部
３２８ パラメータ算出部

Claims (3)

1. 車両のエンジンの出力軸が出力する軸トルクと、ブレーキ作動時の制動トルクとを合算した合算トルクを特定するトルク特定部と、
   前記車両の車速と、前記車両の加速度とを特定する速度特定部と、
   前記車両が走行する道路の勾配を特定する勾配特定部と、
   前記合算トルクと、前記車速と、前記勾配とを変数とする前記車両の加速度を近似する多項式の各項のパラメータを、前記トルク特定部が特定した前記合算トルクと、前記速度特定部が特定した前記車速及び前記加速度と、前記勾配特定部が特定した前記勾配とに基づいて算出するパラメータ算出部と、
   を備え、
   前記パラメータ算出部は、特定した前記車速、前記勾配の余弦、前記勾配の正接及び前記合算トルクと、直前に算出した前記パラメータとを用いて前記車両の加速度を推定し、前記推定した加速度と、前記速度特定部が特定した加速度との差を用いて前記直前に算出した前記パラメータを修正することにより新たな前記パラメータを算出するパラメータ算出装置。
2. 前記トルク特定部は、前記車両の車輪に作用する機械的ブレーキが作動することにより生じるトルクと、前記機械的ブレーキと異なる補助ブレーキが作動することにより生じるトルクとを合算した前記制動トルクと、前記軸トルクとを合算した前記合算トルクを特定する、
   請求項１に記載のパラメータ算出装置。
3. 車両に搭載されるコンピュータが実行する、
   前記車両のエンジンの出力軸が出力する軸トルクと、ブレーキ作動時の制動トルクとを合算した合算トルクを特定するステップと、
   前記車両の車速と、前記車両の加速度とを特定するステップと、
   前記車両が走行する道路の勾配を特定するステップと、
   前記合算トルクと、前記車速と、前記勾配とを変数とする、前記車両の加速度を近似する多項式の各項のパラメータを、特定した前記合算トルクと、特定した前記車速及び前記加速度と、特定した前記勾配とに基づいて算出するステップと、
   特定した前記車速、前記勾配の余弦、前記勾配の正接及び前記合算トルクと、直前に算出した前記パラメータとを用いて前記車両の加速度を推定するステップと、
   前記推定した加速度と、特定した前記加速度との差を用いて前記直前に算出した前記パラメータを修正することにより新たな前記パラメータを算出するステップと、
   を有するパラメータ算出方法。

Images