JPH02161308A - 路面傾斜角検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ 本発明は走行中の車両に対する路面傾斜角の検出装置に
関するもので、自動車等の車両制御に用いて有効である
。

〔従来の技術および発明が解決しようとする課題］自動
車等の車両制御において、路面傾斜角の検出を要求する
車両制御装置が多種考案されている。

例えば、実開昭６２−１８５１６８がある。これらに用
いる傾斜角検出装置の必要要件は主に、 ｉ）応答性が速く、 ｉｉ）車両の前後方向加速度の影響を受けず、ｉｉｉ　
）正確な値を検出でき、 ｉｖ）安価である、 ということである。ところが、これまでに考案されてき
た傾斜角検知装置では、この４条件をすべてみたすこと
は難しい。

例えば、振り子が重力により鉛直姿勢を保つことを利用
した傾斜計では車両の路面に対する加速度の影響を受け
、応答性も遅い。また、ジャイロなどは、高価である。

また、重力加速度センサ（以下Ｇセンサという）の出力
値から傾斜角を検知する方法も考えられる。

仮に、Ｇセンサ１つでこれを行うためには、車両の路面
に対する加速度の影響を免れるため、車両に垂直方向に
とりつけなければならない。すると、路面傾斜角θに対
しＧセンサの出力値Ａは、Ａ”’ｇ（１−ｃｏｓθ） となりθの変位Δθに対し、 ΔＡ＝ｇｓｉｎθ・Δθ である。ここで一般にθは１０’以下の角度であるから
ｓｉｎθの項によりＡのθに対する変化率は小さくなり
、θの検出分解能は低くならざるを得ない。加えて、路
面の凸凹等による、車両の上下方向加速度の影響を受け
るので、はとんど実用不可能である。Ｇセンサを複数個
用い、とりつけ角度を変えてみても、結果は大同小異で
ある。

そこで、本発明は上記種々の課題を解決するために、車
両上においてその進行方向に設置されたＧセンサと車輪
速センサとからの検出信号に基づいて路面傾斜角度を検
知する装置を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

すなわち本発明によれば第１図に示されるように、車両
上においてその進行方向に設置されたＧセンサｌと、車
輪速センサ２と、車輪速センサのパルス時間間隔を連続
的に読み込み、その時間的変動をもとに車両の路面に対
する加速度Ａ′を算出し、またこれに同期して該Ｇセン
サの出力値Ａを読み込み、該両値Ａ、Ａ’から踏面傾斜
角θをり算出する路面傾斜角演算手段３とを備える構成
とする。

〔作　用〕

上記構成によれば、上記進行方向に設置されたＧセンサ
と車輪速センサとからの検出信号によって、応答性が速
くしかも高精度に路面傾斜角を演算することができる。

［実施例］ 以下本発明の実施例を詳細に説明する。第２図は本発明
装置が車両に取付けられた状態を示す図であって、上記
Ｇセンサーは、車両の前後方向の加速度を検出するよう
その進行方向に取付られている。

例えば、車両が傾斜角θの上り坂を傾斜路面に対し加速
度ａで走行すると、Ｇセンサの出力値Ａは、 Ａ＝ａ＋ｇｓｉｎθ（ｇは重力加速度）　・（１）であ
る。

一方、例えば車輪４と同期して回転する車輪速センサの
ロータ２′にｎ個の歯切りがされ、車輪の有効半径をＲ
とし、第３図に示すようにパルス周期がＴ＋、Ｔｚであ
ったとすると、１パルス間での車両の平均速度はそれぞ
れ、 ｎ 走行距離）となる。よってこの間の平均的な加速度Ａ′
として Ｌ が与えられる。この値は理想的には車両の対路面加速度
ａと一致するとみなせる。以上の演算をＣＰＵ３’で実
行し、前記Ａとの比較により傾斜角θは、 より求められる。

ここで、使用するＧセンサの精度の許容範囲について述
べる。Ｇセンサの検知加速度としては、（１）式より、
最大±１．５４　（Ｇ）（Ｉ　Ｇは９．８ｍ／５ｅｃ２
）程度である（ａ＝１．２　（Ｇ）　、θ＝２０゜とし
て）。よって市販のフルスケール２ＧのＧセンサを用い
るものとし、その精度を±１％以内のものを選べば、そ
の誤差ΔＡ、、、＝０．０２Ｇである。

（３）式より であるから、θ＝２０°としても、 Δθ□、ζ０．０２１’ 程度である。よって、市販のフルスケール２Ｇ、精度±
０．０２Ｇのものを選べば、路面角度の検出には充分で
あると考えられる。

本路面角度検出装置に適用可能なＧセンサの１例として
、共和型巣の超小型低容量加速度変換器ＭＳ−２ＧＢな
どがある。同器は測定範囲±２Ｇ、非直線性±１％であ
る。同器の入出力特性を第４図に示す。第４図は横軸に
加速度、縦軸に出力をとっている。

また、Ｇセンサの取付は位置については、エンジン、あ
るいは車輪等からの振動を受けにくい位置に取り付ける
のが好ましい。また、車両旋回時に、車両の加速度を正
しく検知するため、車両のロール角に対する中心軸上近
傍に取り付けるのが好ましい。例えばコンソールボック
スの底部に小部屋を設け、そこに取付けてもよい。

尚、実際の車両制御においては、（３）式により路面傾
斜角θを求めず、Ａ−Ａ’の値をもって直接傾斜路面制
御のパラメータとする方法も勿論考えられる。

ところで、実際にこの方法で、傾斜角θを求めようとす
ると、車輪速センサのパルス周期より算出した加速度Ａ
′の誤差が問題となる。その要因としては、ロータの歯
切り寸法誤差、路面の凸凹、ＣＰＵの演算誤差等考えら
れるが、とりわけロータの歯切り寸法誤差の及ぼす影響
は大きいと考えられる。

１例として、第３図のようなパルスを生じたロータの歯
切り間隔に±Ｘ％の誤差が生じているものとし、簡単の
ため、車両は速度Ｖで水平な路面を定常走行していると
すると、 ■ であるから、歯切り寸法誤差のために生ずる仮の加速度
Ａ′は（４）、（５）を（２）へ代入し、である。

すると、例えば速度Ｖ＝１０！Ｇｌｌ／ｈ、車輪有効半
径Ｒ＝　０．３　ｍ、歯切り数ｎ＝９６とし、歯切り誤
差ｘ＝１、つまり±１％の歯切り寸法誤差があるとして
、 Ａ　’　”ｔ　７．８７ｍ　／　ｓ　”　−（７）であ
る。一方、Ｇセンサの出力値Ａは水平路面であるから、 Ａ＝０ なので（３）弐より θζ５３°　・・・　（８） となる。つまり、水平な路面を走行しているにもかかわ
らず、５３°の傾斜角であるという誤った検知をしてし
まう。従って、制御に必要な傾斜角検知のためには、非
常に精密な歯切り加工が要求される。これは、実際問題
として極めて難しい。

そこで、各種の平均化によって上記Ａ′を真の値に近づ
ける方法がある。

１例として、第５図に示すようにパルス周期をＮ個加算
しパルス周期を平均化し、これをもって加速度Ａ′を算
出する方法がある。即ち、ＮＬ　　　　　　ＮＬ すると、これはロータの歯切り間隔をＮ倍大きくした（
ｎを小さくした）のと同意味であるから、とみなすこと
ができる。また、ＬがＮ倍になっても・寸法誤差自体２
１変わらず・ｘｏ（１′″！　、になるものとみなせる
（Ｘは歯切り寸法に対する誤差の割合なので）。

すると、（６）式より となり、歯切り寸法誤差に由来する対路面加速ば前記（
６）式を導いた諸元においてＮ＝１０とすれば、 Ａ　”ｉ　７．８７　Ｘ　１０−”　　ｍ　／　ｓ　”
θζ０．４６” となり（８）弐〇＝５３°に比し傾斜角誤差は大幅に小
さ（なる。これにより、対路面加速度の検出分解能を実
用可能なレベルにまで高めることが確認された。

なお、Ａ′を１パルス周期ごとに更新するには、第６図
に示すように常に最新のＴｉの２Ｎ個をもってＡ′を求
めればよい。

このように、パルス周期をＮ倍にとることの問題点の一
つとして、Ｎを大きくとった場合に、もはや２Ｎ個のパ
ルス間で車両加速度が一定とはみなせなくなるというこ
とがある。例えば、Ｎ＝３２、ｎ−９６（Ｌ＝２ｃｍ）
とし、車両速度■＝０、車両加速度ａ　＝Ｏの静止状態
から、加加速度＝０．５ｍ／ｓ’で発進したとすると（
実現ｔ 可能な諸元である）−１走行距離ｙは す なので、２Ｎパルス間、つまり１２８ｃｍ車両が移動し
た後のｔは を有するような補正が必要となる。

水平な路面を走行中、加速度ａがどのように変化しよう
とも理論上Ａ′とＡを一致させるには、各パルス周期Ｔ
ｉのとり込みと同期してＧセンサの出力値Ａｉをとり込
み、これを積分することにより推定車両速度を算出し、
これを基に第５図のような各Ｎ個のパルス間でそれぞれ
時間平均化速度を算出し、その差をもってＡを算出すれ
ばよい。

すなわち、 よって加速度ａは０．５　Ｘ２．４８＝１．２４　（ｍ
／　ｓりだけ２Ｎ個のパルス間で変わることになる。

すると（９）式より求めたＡ′はこの間の中間的な値（
Ａ”ｉｏ、５９）をとることになる。つまりＡ′は平均
化による時間遅れを有するので、比較の対象としてＧセ
ンサ出力値Ａもまた、時間遅れ番目のパルスからｉ番目
のパルスに至るまでの間に、変化した車両速度を示して
おり、 はそれぞれＮ個のパルス間での時間平均速度を示してい
る。

このようにすれば、ＡとＡ′は同じ形式の平均化をした
ことになり、水平な路面を走行中ＡとＡ′はよく一致す
る。

また、あまり路面傾斜角検知の精度を求めない車両制御
の場合には、への算出にもっと簡単な方法を用いてもよ
い。

例えば、上記Ｇセンサの出力値Ａｉの個数平均をとると
いう方法がある、すなわち、 また該Ａｉの時間平均をとる方法も考えられる。

すなわち、 また、２Ｎ個のパルス中、ある順位番目Ｓのパルス人力
に同期してＧセンサの出力値Ａｓを読み込み、これをも
ってＡに代替する手段も考えられる。すなわち、 Ａ＝Ａｓ　とする。

Ｓの値としては、２Ｎの中間値Ｎ（あるいはＮ＋１）と
する方法や、また、車両速度、車両加速度等によってＳ
を変える方式も考えられる。

この他にも、Ａを求める方法はいろいろ考えられるが、
各種制御において、必要とされる傾斜角分解能、ＣＰＵ
の演算処理能力等を考慮して選択するのが望ましい。

第７図は、本発明の１実施例としての路面傾斜角検出装
置のブロック図であって、Ｇセンサ１の出力はストレイ
ンアンプ５により増巾され、ＡＤコンバータ６でＡ／Ｄ
変換され、一方車輪速センサ２の出力は波形成形回路７
で波形成形されて、それぞれ路面傾斜角演算手段として
のＣＰＵ３’に入力され、該ＣＰＵ３’にお、いてその
ときの路面傾斜角が演算されて出力される。

第８図は該ｃｐυ３′における演算処理手順の一例をフ
ローチャートで示すもので、この例では上記平均化のた
めのＮの値を３２としている。

先ずステップ１０１で車輪パルスの立ち上がり毎に該演
算処理がスタートし、ステップ１０２で演算用メモリに
６４個のデータがあるか否かが検査され、ない場合には
ステップ１０３でＧセンサの出力値Ａｔを読み込んでＡ
／Ｄ変換し、更にステップ１０４で車輪速センサからの
パルスの周１期Ｔｉを読み込み、ステップ１０５でこれ
らのデータを演算用メモリに格納し、′ステップ１０６
で該演算用メモリのデータが６４個になったか否かが検
査され、ノウの場合は上記ステップ１０１に戻り、イエ
スの場合はステップ１１１に進む、また上記ステップ１
０２で演算用メモリに６４個のデータがあることが検知
された場合にはステップ１０７で該演算用メモリに格納
されているデータ中、６４個前の立ち上がりパルスで格
納したデータを消却し、次いで上記ステップ１０３乃至
１０５に相当するステップ１０８乃至１１０を経てステ
ップ１１１に進む。

出し、ステップ１１４　Ｔ：ＶＳ　＝Ｖ２−ｖ、　ヲ算
出し、相当）を算出し、更にステップ１１６で該演算用
メモリに格納された６４個のＡｉから 出力値Ａを算出する。

次いでステップ１１７でＡｓ＝Ａ−Ａ’を算出し、プ１
１９でθ＝Ｓｉｎ−’　ａを算出し、ステップ１２０で
該算出された路面傾斜角θの書き込みを行う。

また、実際の車両走行において、車輪速センサ並びにＧ
センサの出力をデータレコーダに記録し、本発明装置と
同様の演算処理をもって、大型計算器にて上記Ａ、Ａ’
を求めた演算結果を第９図（ａ）、（ｂ）に示す。

第９図（ａ）は水平な路面を走行したデータである。前
記パルス数Ｎは３２とした。また、車両よる加速度Ａと
車輪速センサによる加速度Ａ′はよく一致しており、こ
れより傾斜角θζＯを導くことが出来る。

第９図（ｂ）は、上記の条件で、水平な路面から傾斜角
駒１０．５°の上り坂に入ったときのデータである。最
初はＡ、Ａ’はほぼ一致しているが、車両が傾斜路に入
るにつれ、Ａ、Ａ’の値が異なってゆき、やがてＡ−Ａ
’ζ一定となりそこで安定する。この値は約０．１８（
Ｇ）であり（３）式よりθ＝１０．４°となり、実際の
路面傾斜角によく一致する。

尚、本発明の路面傾斜角検出装置は、車輪速センサの出
力パルスより算出した加速度と、Ｇセンサの出力加速度
との差から、路面傾斜角を検知するものであるから、車
輪がロック状態に陥った時には、当然圧しい路面傾斜角
を検知できない。従って、本装置を用いる車両制御の性
質によっては、車輪ロック時の対策が必要とされる。

最も簡易な方法としては、車輪がロック状態に陥ったこ
とを車輪速センサの出力変化からＥＣＵが検知し、同装
置による路面角度検知の値が正確でないことを認知し、
それぞれの車両制御において、妥当な制御手段に切り替
える（例えば、制御を止める）ということが考えられる
。尚、車輪ロック状態の検知については、具体的には、
車輪がロック状態に陥ると、その瞬間、車輪が回転しな
くなるため、車輪速センサの出力パルスが変化しな（な
る。従って、漸時時間をかけて、パルス周期が長くなり
、やがて出力パルスが変化しなくなる通常の車両停止時
とは異なり、あるパルス周期から突然パルス出力が変化
しなくなるので、ＥＣＵのソフトウェアにより、車輪ロ
ック状態を判別することは可能である。このことはＡＢ
Ｓシステムにおいて、一般に実施されている。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明装置によれば、車両の路面に
対する加速度の影響をうけることがなく、応答性も速く
、しかも踏面傾斜角の検出分解能も高（、上述した種々
の条件を十分にみたすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の基本構成を示すブロック図、第２図
は、本発明装置が車両に取付けられた状態を例示する取
付図、 第３図は、車輪速センサから出力されたパルス波形を示
す波形図、 第４図は、本発明に用いられるＧセンサの入出力特性を
例示する特性図、 第５図および第６図はパルス周期の平均化を説明するた
めの車輪速センサから出力されたパルス波形図、 第７図は、本発明の１実施例としての路面傾斜角検出装
置のブロック図、 第８図は、路面傾斜角演算手段としてのＣＰＵにおける
演算処理手順の一例をフローチャート、第９図（ａ）、
（ｂ）は、本発明装置と同様の演算処理によって、大型
計算器によりＧセンサおよび車輪速センサによる加速度
を求めた演算結果を示す波形図である。 （符号の説明） １・・・Ｇセンサ、　　　　　２・・・車輪速センサ、
２′・・・車輪速センサのロータ、 ３・・・路面傾斜角演算手段、 ３′・・・ＣＰＵ、　　　　　　４・・・車輪、５・・
・ストレインアンプ、６・・・ＡＤコンバータ、７・・
・波形成形回路。 第 図 第 図 第 図 第 図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．車両上においてその進行方向に設置された重力加速
   度センサと、車輪速センサと、 　車輪速センサのパルス時間間隔を連続的に読み込み、
   その時間的変動をもとに車両の路面に対する加速度Ａ′
   を算出し、またこれに同期して該重力加速度センサの出
   力値Ａを読み込み、該両値Ａ，Ａ′から路面傾斜角θを
   、θ＝Ｓｉｎ＾−＾１〔（Ａ−Ａ′）／ｇ〕（ｇは重力
   加速度）により算出する路面傾斜角演算手段と、 を備えることを特徴とする路面傾斜角検出装置。
2. ２．該路面傾斜角演算手段は、上記パルス時間間隔を複
   数個平均化し、その平均値の時間的変動を基に車両の踏
   面に対する加速度Ａ′を算出する、請求項１に記載の路
   面傾斜角検出装置。
3. ３．該路面傾斜角演算手段は、前記パルス時間間隔平均
   化に要する複数個パルス時間間隔の読み込み期間中、パ
   ルス入力に同期して該重力加速度センサの出力値を複数
   個読み込みこれを時間積分することにより推定車両速度
   を算出し、この値を複数個パルス時間間隔の間で時間平
   均し、その値の時間的変動をもとに該出力値Ａを算出す
   る、請求項１に記載の路面傾斜角検出装置。
4. ４．該路面傾斜角演算手段は、前記パルス時間間隔平均
   化に要する複数個パルス時間間隔の読み込み期間中、パ
   ルス入力に同期して該重力加速度センサの出力値を複数
   個読み込み、これを平均化した値を該出力値Ａとする、
   請求項１に記載の路面傾斜角検出装置。
5. ５．該路面傾斜角演算手段は、前記パルス時間間隔平均
   化に要する複数個のパルス中、あらかじめ設定された順
   位番目のパルス入力に同期して該重力加速度センサの出
   力値を読みこみ、これを該出力値Ａとする、請求項１に
   記載の路面傾斜角検出装置。