JPH11351864A - 道路勾配推定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 道路勾配を容易かつ正確に推定する車載型の
装置を提供する。 【解決手段】 車両に搭載され、かつ車両の走行する道
路の勾配を推定する道路勾配推定装置であって、車両が
水平方向に受ける加速度信号を出力する加速度センサ
と、車速に関連する回転部材の回転速度に基づいて車両
加速度を求める実加速度検出手段（ステップ１）と、前
記加速度センサによって得られる加速度と実加速度検出
手段（ステップ１）によって得られる加速度との差に基
づいて道路勾配を推定する第１勾配推定手段（ステップ
４）とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、車両の走行する
道路の勾配を推定する装置に関し、特に車両に搭載され
る道路勾配推定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近では、車両の各種の機能を電気的に
制御できるようになってきていることに加え、車両自体
の状況や周囲の状況を各種のセンサが検出できるように
なってきている。その一例として走行路が登降坂路であ
ることを検出して自動変速機を制御することが知られて
いる。すなわち登坂路では大きい駆動力を必要とする
が、自動変速機は、車速が増大するとアップシフトして
しまうので、登坂路であることが検出された場合には、
アップシフトを抑制して、必要とする駆動力を維持し、
これによりアップシフトとダウンシフトとの繰り返しを
防止するようにしている。また降坂路の場合には、エン
ジンブレーキ力を維持するために、降坂路が検出される
ことにより低速側に変速段を維持するように制御してい
る。さらに、登坂路が検出された場合にはトルクコンバ
ータにおけるロックアップクラッチのスリップ制御を禁
止することにより、トルクコンバータでのトルク増幅機
能を生かして駆動力を確保するようにしている。

【０００３】このように、道路の状況としての勾配を検
出することは、車両の走行性能を高めるうえで必要であ
り、そこで従来、特開平３−９０８０８号公報によって
路面の勾配を検出する装置が提案されている。この公報
に記載された装置は、質量と加速度との積が力の大きさ
であることを利用して、平坦路での加速度を車両の駆動
力に基づいて求め、また一方、車輪の回転速度に基づい
て車両に生じている実際の加速度を求め、これらの加速
度の差から路面の勾配を検出するように構成されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の公報に記載され
た装置は、先ず、走行時の駆動力を検出する必要があ
る。これは、例えばスロットル開度や車速、車輪の径、
変速機で設定されている変速比、走行抵抗などに基づい
て求められるが、駆動力を決定する要因が多いために、
走行中に逐一演算して駆動力を求めることは困難であ
る。そのため、一般には、スロットル開度や車速と駆動
力との関係を車両のベンチテストなどによって求めてマ
ップ化しておき、これを車載の記憶装置に記憶させ、走
行中にそのマップを利用して駆動力を求めている。

【０００５】しかしながら実際の車両の走行状態はきわ
めて多様であるから、上記のマップを得るために必要な
テストの回数や時間が多大になる不都合があり、またマ
ップを記憶させるための記憶装置（例えばＲＯＭ）の容
量が膨大になる不都合がある。また、エンジンの性能の
変化などによってスロットル開度や車速とエンジントル
クとの関係が変化することがあり、そればかりか車輪の
外径が変化したり、路面摩擦係数が一定ではないなどの
ことにより、駆動力を必ずしも正確に求めることはでき
ない可能性が高い。さらに、制動をおこないつつ降坂路
を走行している場合、マップから求められた加速度には
制動による要因が含まれないのに対して、車速から得ら
れる加速度には制動による要因が含まれるから、これら
の加速度の差には制動による影響が入ってしまう。この
ように上記従来の装置では、勾配を検出する際のいわゆ
る外乱要因が多く、正確な勾配の検出をおこなうことが
困難であった。

【０００６】この発明は上記の事情を背景としてなされ
たものであり、道路の勾配を容易かつ正確に推定するこ
とのできる装置を提供することを目的とするものであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段およびその作用】上記の目
的を達成するために、請求項１の発明は、車両に搭載さ
れ、かつ車両の走行する道路の勾配を推定する道路勾配
推定装置において、車両が水平方向に受ける加速度信号
を出力する加速度センサと、車速に関連する回転部材の
回転速度に基づいて車両加速度を求める実加速度検出手
段と、前記加速度センサによって得られる加速度と実加
速度検出手段によって得られる加速度との差に基づいて
道路勾配を推定する第１勾配推定手段とを備えているこ
とを特徴とするものである。

【０００８】したがって請求項１の発明においては、車
両に対して水平方向に加速度が生じると、加速度信号を
出力する。また同時に、実加速度検出手段が車速の変化
に基づいて実加速度を検出する。その場合、道路の勾配
に応じて車両が傾斜していれば、前記加速度センサには
傾斜に応じた重力が作用するので、加速度センサによっ
て得られた加速度と前記回転部材の回転数から得られた
実加速度とには道路勾配に応じた値の差がある。したが
ってこれらの加速度と実加速度との差に基づいて道路勾
配を推定することができる。

【０００９】また、請求項２の発明は、請求項１の構成
に加えて、前記加速度センサの使用不能状態を検出する
不能状態検出手段と、前記車両の駆動力に基づく基準加
速度を求める基準加速度検出手段と、前記不能状態検出
手段によって前記加速度センサを使用できないことが検
出された場合に、前記基準加速度検出手段で得られた基
準加速度と前記実加速度検出手段で得られた加速度との
差に基づいて道路勾配を推定する第２道路勾配推定手段
とを備えていることを特徴とするものである。

【００１０】したがって請求項２の発明においては、前
記加速度センサあるいはそれに付随した機器に異常が生
じたり、加速度センサのゼロ点補正が未実行などの使用
不能状態が検出されると、車両の駆動力に基づく基準加
速度が求められ、その基準加速度と実加速度とに基づい
て道路の勾配が推定される。すなわち道路の勾配に応じ
た重力を直接検出できない場合には、車両の動作状態に
基づいた道路勾配の要因を含まない基準加速度が求めら
れ、同時に道路の勾配の影響を受ける実加速度が求めら
れるので、これらの基準加速度と実加速度との差に基づ
いて道路勾配が検出される。

【００１１】

【発明の実施の形態】つぎに、この発明を図に示す具体
例に基づいて説明する。この発明で対象とする勾配推定
装置は、車両に搭載される装置であり、一例として図２
に示す自動車に搭載される。すなわち図２において、動
力源１は、内燃機関や電動機あるいはこれらを組み合わ
せたものであり、その出力は、例えばアクセルペダル
（図示せず）の踏み込み量に応じて制御される。その動
力源（以下の説明ではエンジンとする）１の出力側に変
速機２が連結されている。この変速機２としては、通常
の車両に搭載されている各種のものを使用することがで
き、常時噛み合い式の手動変速機や車両の走行状態に応
じて変速比が変更される有段式の自動変速機あるいは無
段変速機である。道路の勾配を変速比の制御に反映させ
る場合には、自動変速機が採用される。以下の説明で
は、自動変速機を採用した場合を例に採って説明する。

【００１２】変速機２は、ロックアップクラッチを含む
トルクコンバータ（それぞれ図示せず）を介してエンジ
ン１に連結され、そのロックアップクラッチの係合・解
放ならびにスリップ状態での係合の制御ならびに変速の
制御を、油圧などで動作するアクチュエータを介して実
行するように構成されている。この変速機２がプロペラ
シャフト３を介してリヤデフ４に連結されている。な
お、図２において符号５は前輪を示し、符号６はステア
リングホイールを示し、符号７は後輪を示している。

【００１３】図２に示す車両には前後方向の加速度を検
出する加速度センサ８が設置されている。この加速度セ
ンサ８は、車両の前後方向での速度変化に伴う慣性力に
よって動作し、かつ信号を出力するように構成されてお
り、例えば振り子型センサやスプリングマスＧセンサな
どが採用されている。図３は振り子型センサ８の一例を
示しており、スリット９を形成した扇形の錘１０が、車
両の幅方向（横方向）に向けた軸１１に軸受１２を介し
て揺動自在に吊り下げられている。この錘１０を挟んで
複数対のフォトインタラプタ１３が配置されており、加
速度によって錘１０が回動することによりスリット９を
通過する光が変化し、これをフォトインタラプタ１３に
よって検出するようになっている。また、スプリングマ
スＧセンサは、スプリングによって吊り下げた錘が慣性
力を受けて移動することによる交流磁界の変化に基づい
て加速度を検出するセンサである。したがって図２に示
す加速度センサ８は、いずれのタイプのものであって
も、重力加速度の影響を受け、車体が傾斜していたり、
あるいはセンサ自体が取付誤差で傾斜している場合に
は、錘に作用する重力に応じた信号を出力する。

【００１４】また、図２に示す車両には実加速度センサ
１４が設けられている。これは、走行に伴う回転数の変
化を検出して信号を出力するものであり、例えば変速機
２の出力回転数を検出するセンサ、車輪５，７の回転数
を検出するセンサ、変速機２の内部の所定の回転部材の
回転数を検出するセンサなどを採用することができる。
したがってこの実加速度センサ１４は、車速が変化する
ことによってのみ信号を出力し、重力の影響を受けな
い。なお、この実加速度センサ１４は車速センサを兼ね
ることができる。

【００１５】さらに、エンジン１の出力を検出するセン
サ（出力センサ）１５が設けられている。これは、エン
ジン１の出力から車両の加速度を求めるためのものであ
る。すなわちエンジン１の出力が増大することによって
車両の加速度が生じるから、エンジン１の出力とその時
点の車速と車体重量から加速度を検出する。したがって
この出力センサ１５がこの発明の基準加速度検出手段の
一部を構成している。なお、この出力センサ１５として
は、エンジン１のスロットルバルブ（図示せず）の開度
を検出するセンサあるいは吸入空気量を検出するエアフ
ローメータ、燃料噴射量を検出するセンサなどを採用す
ることができる。

【００１６】上述した各センサ８，１４，１５は検出結
果を電気信号として出力するように構成され、これらの
センサ８，１４，１５は電子制御装置（ＥＣＵ）１６に
接続されている。この電子制御装置１６は、中央演算処
理装置（ＣＰＵ）および記憶装置（ＲＡＭ，ＲＯＭ）な
らびに入出力インターフェースを主体とするものであっ
て、入力されるデータすなわち電気信号に基づいて演算
をおこなって道路の勾配を算出し、その算出結果に応じ
て適宜の制御信号を出力するように構成されている。

【００１７】つぎに上述した装置の作用、すなわち道路
の勾配の推定方法を説明する。図１は道路勾配の推定手
順を示すフローチャートであり、先ず、車輪加速度を算
出する（ステップ１）。この車輪加速度は、前述した実
加速度センサ１４によって検出した回転数の変化を、そ
の検出サイクル時間で割ることにより求めることができ
る。したがってこのステップ１では、重力の影響を受け
ない（傾斜の影響を受けない）実加速度を検出すること
になる。

【００１８】つぎに、前記加速度センサ８が正常か否
か、およびそのゼロ点補正が完了しているか否かが判定
される（ステップ２）。すなわち加速度センサ８から電
子制御装置１６に対する入力が全くなかったり、あるい
は車両の挙動に変化があるにも関わらず加速度センサ８
の出力信号が一定であるなどのことに基づいて、加速度
センサ８の異常を判定することができる。また、そのゼ
ロ点補正の完了は、図示しない設定スイッチからの信号
に基づいて判定することができる。

【００１９】加速度センサ８が正常であれば、その加速
度センサ８で検出した加速度と、前記実加速度センサ１
４で検出した実加速度とに基づいて勾配を推定する（ス
テップ３）。前述したように、加速度センサ８は、錘の
変位（動作）に基づいて加速度を検出し、信号を出力す
るものであるから、車速が変化した場合には、それに起
因する慣性力によって錘が変位する。また、路面が傾斜
していることにより車体が傾いていれば、その傾斜に応
じて錘が変位し、信号を出力する。したがって加速度セ
ンサ８から出力される信号には、車速の変化に基づく加
速度成分αv と車体の傾斜すなわち道路の勾配に基づく
加速度成分αg とが含まれている。

【００２０】一方、実加速度センサ１４によって検出さ
れる加速度は、車輪もしくはこれと一対一の関係にある
回転部材の回転数の変化に基づくデータであって、重力
による成分を含んでいない。すなわち車速の変化に基づ
く加速度成分αv のみである。したがって加速度センサ
８で検出された加速度（αv ＋αg ）と、実加速度セン
サ１４で検出された実加速度（αv ）との差を採れば、
道路の勾配に基づく加速度成分αg が得られる。この加
速度成分αg により道路の勾配が推定される。なお、走
行中であれば、実加速度（αv ）が所定の値となり、こ
れに対して車両が停止していれば、実加速度（αv ）が
ゼロになるが、いずれの場合であっても、上記の差に基
づいて道路の勾配を推定することができる。

【００２１】前記電子制御装置１６はこのような勾配の
推定のための演算をおこない、その演算結果に基づいて
各種の制御信号を出力する（ステップ４）。その制御信
号を例示すれば、道路勾配が大きいことによりアップシ
フトを制限する信号、下り勾配であることにより前記ロ
ックアップクラッチのスリップ制御を禁止する信号、道
路勾配が小さくなることによりアップシフトを許可し、
あるいはロックアップクラッチのスリップ制御を許可す
る信号などである。

【００２２】したがって上述した道路勾配の推定方法で
は、センサ８，１４によって得られたデータのみの基づ
いて道路勾配を推定するので、従来必要としていた車両
の走行状態ごとのデータのマップが不要になり、そのた
め、記憶装置（ＲＯＭ）の必要容量を低減できるととも
に、マップを作成するための工程や労力などを削減する
ことができる。また、道路勾配の推定のためのデータを
その時点の車両の走行状態や駆動状態を検出することに
よって得るので、車両の状態を事前に定数化しておく従
来の装置に比較して車両やセンサなどの経時変化による
影響が殆どなくなり、推定精度が向上すると同時に、制
御応答性が向上する。

【００２３】ところで、降坂路であることにより制動を
おこなった場合、その制動の影響が前述した速度の変化
に応じた加速度成分αv に現れる。しかしながらこの速
度変化に応じた加速度成分αv は、前記加速度センサ８
で検出された加速度と実加速度センサ１４によって検出
された実加速度とに含まれ、両者の差を採ることにより
捨象される。したがって上述した道路勾配の推定装置お
よび方法では、制動による影響が推定値に現れないの
で、制動をおこなう場合であっても道路勾配の推定が可
能である。なお、車両安定化制御装置などの車両前後方
向のみの加速度を検出する手段を備えている装置からの
データを転用することとすれば、横方向の加速度の影響
を排除できるので、旋回中での道路勾配の推定を正確に
おこなうことができる。

【００２４】ところで、前記ステップ２での判定結果が
否定的である場合には基準加速度と車輪加速度（実加速
度）とに基づいて道路勾配を推定する（ステップ５）。
ここで基準加速度は、エンジン１の出力、換言すれば変
速機２の入力トルクに基づく加速度ある。具体的には、
スロットル開度などのエンジン１の出力に関連するデー
タから車両の駆動力を求めるとともに、車速などに応じ
て定数化してある走行抵抗をその駆動力から減算し、そ
の値を車両の等価慣性質量で割ることにより変速機２に
対する入力トルクを推定する。この入力トルクと平坦路
の走行時の車両加速度とは対応関係にあるから、入力ト
ルクに基づいて平坦路での加速度すなわち基準加速度が
求められる。これに対して車輪加速度すなわち実加速度
は道路の勾配に応じて車速の変化が大小に異なるので、
その点で道路勾配を含んだ値となっている。したがって
基準加速度と実加速度との差を採れば、道路勾配に応じ
て加速度を得ることができるので、その差から道路勾配
を推定することができる。こうして道路勾配を求めた後
に、ステップ４に進む。

【００２５】ここでこの発明と上記の具体例との関係を
説明すると、前記ステップ１が請求項１の実加速度検出
手段に相当し、またステップ２が請求項２の不能状態検
出手段に相当する。さらにステップ３が請求項１におけ
る第１道路勾配推定手段に相当し、ステップ５が請求項
２における第２道路勾配推定手段に相当する。

【００２６】なお、上述した具体例では、エンジンを動
力源としたＦＲ車（フロントエンジン・リヤドライブ
車）を対象とした例について説明したが、この発明は、
ＦＦ車（フロントエンジン・フロントドライブ車）、四
輪駆動車、電気自動車、ハイブリッド車などの各種の車
両での道路勾配推定装置に適用することができ、またこ
の発明における各センサは、上記の具体例で示したもの
に限定されず、必要に応じて適宜の構成のものを使用す
ることができる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように請求項１の発明によ
れば、車速の変化に基づく加速度成分と重力の影響によ
る加速度成分とを含む加速度を加速度センサによって検
出する一方、車速の変化に基づく加速度成分のみの実加
速度を検出し、これらの値の差に基づいて道路勾配を推
定するので、容易かつ正確に道路勾配を推定することが
できる。特に請求項１の発明では、車両の駆動状態など
に基づくデータをマップ化しておく必要がないので、装
置の製造作業性が良好になるばかりか、推定精度や応答
性が向上し、さらには制動時においても勾配を推定する
ことが可能になる。

【００２８】また請求項２の発明によれば、請求項１の
発明による効果に加えて、加速度センサがフェールした
場合あるいはそのゼロ点補正が完了していない場合であ
っても道路勾配を推定することが可能になり、その結
果、車両の制御に支障が出ることを未然に防止すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明に係る装置による道路勾配推定方法
を説明するためのフローチャートである。

【図２】 この発明の装置の一例を説明するための概念
図である。

【図３】 振り子型センサの一例を示す模式図である。

【符号の説明】

１…エンジン、 ２…変速機、 ８…加速度センサ、
１４…実加速度センサ、 １５…出力センサ、 １６…
電子制御装置。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両に搭載され、かつ車両の走行する道
   路の勾配を推定する道路勾配推定装置において、 車両が水平方向に受ける加速度信号を出力する加速度セ
   ンサと、 車速に関連する回転部材の回転速度に基づいて車両加速
   度を求める実加速度検出手段と、 前記加速度センサによって得られる加速度と実加速度検
   出手段によって得られる加速度との差に基づいて道路勾
   配を推定する第１勾配推定手段とを備えていることを特
   徴とする道路勾配推定装置。
2. 【請求項２】 前記加速度センサの使用不能状態を検出
   する不能状態検出手段と、 前記車両の駆動力に基づく基準加速度を求める基準加速
   度検出手段と、 前記不能状態検出手段によって前記加速度センサを使用
   できないことが検出された場合に、前記基準加速度検出
   手段で得られた基準加速度と前記実加速度検出手段で得
   られた加速度との差に基づいて道路勾配を推定する第２
   道路勾配推定手段とを備えていることを特徴とする請求
   項１に記載の道路勾配推定装置。