WO2014020647A1 - 傾斜角検出装置および車載機器 - Google Patents

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acceleration
vehicle
road surface
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PCT/JP2012/004891
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山下　利幸
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三菱電機株式会社
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    • G01B7/30—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
    • G—PHYSICS
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    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/16—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by evaluating the time-derivative of a measured speed signal

Definitions

  • the present invention relates to an inclination angle detection device for detecting either or both of an inclination angle (road surface gradient) of a road surface and an inclination angle (pitching angle) of a vehicle with respect to the road surface, and an in-vehicle device using the inclination angle detection device.
  • an inclination angle detection device for detecting either or both of an inclination angle (road surface gradient) of a road surface and an inclination angle (pitching angle) of a vehicle with respect to the road surface, and an in-vehicle device using the inclination angle detection device.
  • the pitching angle is used in auto levelizer systems that adjust the optical axis of vehicle headlights.
  • a method of calculating the pitching angle by measuring the angle of the suspension arm to determine the height positions of the front wheels and the rear wheels see, for example, Patent Document 1
  • radio waves reflected on the road surface at a plurality of locations on the vehicle There has been a method of receiving and calculating a pitching angle based on the phase difference (see, for example, Patent Document 2).
  • the road surface gradient is used in car navigation systems and the like to correct errors that occur in the vehicle turning angle detected by the gyro while traveling on a slope.
  • the road surface gradient is calculated from the acceleration generated in the vehicle detected by the uniaxial acceleration sensor, the acceleration in the vehicle traveling direction obtained from the wheel speed, and the preset vehicle specifications (vehicle weight, suspension spring constant, etc.). It was estimated (see, for example, Patent Document 3).
  • the present invention has been made in order to solve the above-described problems, and an inclination angle detection device that uses a detection value of a sensor installed in a vehicle and can be shared between vehicles, and the inclination angle.
  • An object is to provide an in-vehicle device using a detection device.
  • the inclination angle detection device is a road surface gradient that is an inclination angle in the front-rear direction of the road surface on which the vehicle is placed, based on the vehicle longitudinal acceleration, the vertical acceleration, and the actual acceleration in the traveling direction. And / or a pitching angle, which is an inclination angle of the vehicle in the longitudinal direction with respect to the road surface, or both.
  • the in-vehicle device operates based on one or both of the road surface gradient and the pitching angle calculated by the above-described inclination angle detection device.
  • the road surface gradient and the pitching angle are calculated based on the longitudinal and vertical accelerations of the vehicle and the actual acceleration in the traveling direction. Can be used. Therefore, it is not necessary to install a dedicated detector in the vehicle. Further, since the vehicle specifications are not required, the tilt angle detection device can be shared between vehicles.
  • FIG. 6A is a graph showing the linear approximation formula ⁇ x of tan ⁇ 1 (x), and FIG.
  • 6B is a graph showing the linear approximation formula ⁇ x of sin ⁇ 1 (x). It is a block diagram which shows the structure of the inclination-angle detection apparatus which concerns on Embodiment 2 of this invention. It is a figure explaining the vehicle installation state of the various sensors which the inclination-angle detection apparatus which concerns on Embodiment 2 utilizes. It is a figure explaining the orientation of the biaxial direction of the acceleration sensor with respect to the XYZ axis
  • 10 is a flowchart showing the operation of the tilt angle detection apparatus according to the third embodiment. It is a block diagram which shows the structure of the inclination-angle detection apparatus which concerns on Embodiment 4 of this invention. 10 is a flowchart showing the operation of the tilt angle detection apparatus according to the fourth embodiment.
  • Embodiment 1 An inclination angle detection device 1 shown in FIG. 1 is mounted on a vehicle, and an inclination angle (road surface gradient) in the vehicle front-rear direction of a road surface on which the vehicle is placed, and an inclination angle (pitching angle) in the front-rear direction of the vehicle with respect to the road surface. Is detected.
  • This vehicle is provided with a biaxial acceleration sensor 11 and a wheel speed sensor 12 for use in an air bag device, an ABS (Antilock Brake System), and the like.
  • this vehicle is equipped with a navigation device 13 and an optical axis adjustment device 14 (so-called auto levelizer system).
  • the inclination angle detection device 1 performs communication between the sensors and the vehicle-mounted devices through a vehicle communication network such as a CAN (Controller Area Network) or a LIN (Local Inter-connect Network).
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a vehicle installation state of various sensors used by the tilt angle detection device 1.
  • the longitudinal direction of the vehicle 10 is defined as the X axis, the lateral direction as the Y axis, and the vertical direction as the Z axis. These three axes are orthogonal to each other.
  • the biaxial acceleration sensor 11 is installed above the suspension (not shown) of the vehicle 10. This acceleration sensor 11 is arranged in a direction in which two axes are parallel to the XZ plane, and one axis is oriented parallel to the X axis to detect the acceleration Gx in the front-rear direction of the vehicle 10, and the other axis Are oriented parallel to the Z axis to detect the vertical acceleration Gz of the vehicle 10.
  • the detected accelerations Gx and Gz are transmitted from the acceleration sensor 11 to the tilt angle detection device 1 through the vehicle communication network.
  • the inclination angle detection device 1 and the acceleration sensor 11 are installed at the same place, thereby reducing the labor of installation and wiring.
  • the wheel speed sensor 12 is installed on the front wheel or the rear wheel below the suspension of the vehicle 10.
  • the wheel speed sensor 12 detects the rotational speed of the wheel and calculates the speed V in the traveling direction of the vehicle 10.
  • the calculated speed V is transmitted from the wheel speed sensor 12 to the tilt angle detection device 1 through the vehicle communication network.
  • the tilt angle detection device 1 is an ECU (Electric Control Unit) constituted by a microcomputer (hereinafter referred to as a microcomputer), and is a communication interface (hereinafter referred to as an acceleration sensor 11 and a wheel speed sensor 12) via a vehicle communication network. , I / F) 2, a communication I / F 7 that communicates with the navigation device 13 and the optical axis adjustment device 14 via the vehicle communication network, an actual acceleration calculation unit 3, and an inclination angle calculation unit 4.
  • the actual acceleration calculation unit 3 time-differentiates the speed V transmitted from the wheel speed sensor 12, and calculates the acceleration in the traveling direction of the vehicle 10, that is, the actual acceleration Gw.
  • the inclination angle calculation unit 4 calculates the inclination angle (road surface gradient ⁇ 1) in the front-rear direction of the road surface on which the vehicle 10 is placed, and the inclination angle (pitching angle) in the front-rear direction of the vehicle 10 with respect to the road surface. and a pitching angle calculation unit 6 for calculating ⁇ 2).
  • the inclination angle calculation unit 4 calculates the road surface gradient ⁇ 1 and the pitching angle ⁇ 2 based on the accelerations Gx and Gz transmitted from the acceleration sensor 11 and the actual acceleration Gw calculated by the actual acceleration calculation unit 3, and outputs the calculated inclination angle information. To do.
  • the road surface gradient ⁇ 1 is transmitted to the navigation device 13 via the communication I / F 7 and used for vehicle position correction and the like.
  • the pitching angle ⁇ 2 is transmitted to the optical axis adjustment device 14 via the communication I / F 7 and is used for control for maintaining the optical axis of the headlight at a constant angle with respect to the road surface. Note that the processing based on the road surface gradient ⁇ 1 of the navigation device 13 and the processing based on the pitching angle ⁇ 2 of the optical axis adjusting device 14 are known techniques, and thus detailed description thereof is omitted.
  • FIG. 3 is a schematic diagram in a state where the road surface is flat and the vehicle 10 is not inclined with respect to the road surface.
  • the longitudinal acceleration Gx of the vehicle 10 coincides with the actual acceleration Gw in the traveling direction of the vehicle 10 (Equation 1).
  • the vertical acceleration Gz of the vehicle 10 coincides with the gravitational acceleration ⁇ g (Formula 2).
  • FIG. 4 is a schematic diagram of a state in which the road surface is inclined such as a slope and the vehicle 10 is not inclined with respect to the road surface.
  • the longitudinal acceleration Gx of the vehicle 10 is detected by subtracting the gravitational acceleration component gsin ⁇ 1 from the actual acceleration Gw in the traveling direction of the vehicle 10 (Equation 3).
  • the vertical acceleration Gz of the vehicle 10 is gravitational acceleration ⁇ g cos ⁇ 1 (Formula 4).
  • FIG. 5 is a schematic diagram of a state where a road surface such as a slope is inclined and the vehicle 10 is also inclined with respect to the road surface.
  • the vehicle 10 is inclined in the front-rear direction as a result of the displacement of the suspension of the front wheels and the rear wheels due to the load on the loading platform.
  • the longitudinal acceleration Gx of the vehicle 10 and the actual acceleration Gw in the traveling direction of the vehicle 10 are different in direction by the pitching angle ⁇ 2 of the vehicle (Equation 5).
  • the sin component of the actual acceleration Gw in the traveling direction of the vehicle 10 is also superimposed on the acceleration Gz in the vertical direction of the vehicle 10 (Equation 6).
  • the pitching angle calculation unit 6 of the inclination angle calculation unit 4 Since the accelerations Gx, Gz, and Gw are input to the pitching angle calculation unit 6 of the inclination angle calculation unit 4, the road surface gradient ⁇ 1 and the pitching angle ⁇ 2 of the vehicle 10 can be calculated from the above equations (5) and (6). It is.
  • the specific derivation of the pitching angle ⁇ 2 is as follows.
  • the pitching angle calculation unit 6 can calculate the accurate pitching angle ⁇ 2 by calculating ⁇ 2 based on the above equation (9). However, since Equation (9) includes complex inverse functions such as tan ⁇ 1 and sin ⁇ 1 , it is necessary to use a high-performance microcomputer.
  • FIG. 6A is a graph showing a linear approximate expression ⁇ x of tan ⁇ 1 (x).
  • FIG. 6B is a graph showing a linear approximation expression ⁇ x of sin ⁇ 1 (x).
  • linear approximation is possible in the vicinity of the zero point. Therefore, approximation as in the following equation (12) is possible using the coefficients ⁇ and ⁇ .
  • the pitching angle calculation unit 6 calculates the above equation (12) using the coefficients ⁇ and ⁇ , and the pitching angle ⁇ is calculated. It is possible to calculate.
  • the road surface gradient calculation unit 5 can calculate an accurate road surface gradient ⁇ 1 by calculating ⁇ 1 based on the above equation (15). However, since a complicated function such as sin ⁇ 1 is included in the expression (15), it is necessary to use a high-performance microcomputer.
  • a calculation function of the road gradient ⁇ 1 is approximated by a complex function to reduce the calculation processing.
  • the above equation (15) is transformed into an approximate equation (16) with sin ⁇ 1 ⁇ 1.
  • the road surface gradient calculation unit 5 can calculate the road surface gradient ⁇ 1 by calculating the following equation (16).
  • the road surface gradient calculating unit 5 calculates the above equation (17) using the coefficient ⁇ to calculate the road surface gradient ⁇ 1. Is possible.
  • the tilt angle calculation unit 4 of the tilt angle detection device 1 is based on the longitudinal acceleration Gx, the vertical acceleration Gz, and the actual acceleration Gw in the traveling direction of the vehicle 10.
  • the road surface gradient calculation unit 5 that calculates the road surface gradient ⁇ 1 and the pitching angle calculation unit 6 that calculates the pitching angle ⁇ 2 based on the accelerations Gx and Gz and the actual acceleration Gw are used. Therefore, the road surface gradient ⁇ 1 and the pitching angle ⁇ 2 can be calculated by using the detection values of the biaxial acceleration sensor 11 and the wheel speed sensor 12 that are originally installed in the vehicle 10, and the wheel position can be determined as in the past.
  • Expensive detectors such as a sensor for detection and a device for transmitting and receiving radio waves are not required. Further, it is not necessary to install a plurality of detectors at a plurality of locations of the vehicle 10. Furthermore, since it is not necessary to refer to vehicle specifications as in the prior art, the tilt angle detection device 1 can be shared between vehicles. Therefore, it is possible to provide the tilt angle detection device 1 that uses the detection value of the sensor installed in the vehicle 10 and can be shared between the vehicles.
  • the tilt angle detection device 1 is configured to obtain the traveling direction speed V from the wheel speed sensor 12 installed in the vehicle 10 and the communication I / F2 via the communication I / F2.
  • the obtained speed V is differentiated to provide the actual acceleration calculation unit 3 that calculates the actual acceleration Gw in the traveling direction. For this reason, the detection value of the wheel speed sensor 12 used in ABS or the like can be used, and installation of a new sensor for detecting the actual acceleration Gw becomes unnecessary.
  • the tilt angle detection device 1 is installed in the vehicle 10 with one axis parallel to the front-rear direction of the vehicle 10 and the other axis parallel to the vertical direction of the vehicle.
  • the communication I / F 2 for acquiring the longitudinal acceleration Gx and the vertical acceleration Gz from the acceleration sensor 11 is provided.
  • the detection value of the acceleration sensor 11 used in the airbag apparatus or the like can be used, and installation of a new sensor for detecting the accelerations Gx and Gz becomes unnecessary.
  • the detected acceleration can be used as it is in the tilt angle calculation unit 4 without being converted. Therefore, the processing load of the tilt angle detection device 1 is reduced, and a cheaper microcomputer can be used.
  • the road surface gradient calculation unit 5 and the pitching angle calculation unit 6 of the inclination angle calculation unit 4 include the longitudinal acceleration Gx, the vertical acceleration Gz, and the actual acceleration Gw in the traveling direction. Is used to calculate or approximate the above two formulas (5) and (6) to calculate the road surface gradient ⁇ 1 and the pitching angle ⁇ 2. Therefore, the road surface gradient ⁇ 1 and the pitching angle ⁇ 2 can be calculated without referring to the vehicle specifications. Further, by using the approximate expressions (10) to (12), (16), (17) and the like derived from the expressions (5) and (6), the processing load of the tilt angle detection device 1 is reduced and the cost is lower. Can be used.
  • the navigation device 13 is configured to control the position of the vehicle at the time of navigation based on the road surface gradient ⁇ 1 calculated by the inclination angle detection device 1.
  • the vehicle position can be calculated.
  • the optical axis adjustment device 14 is configured to control the optical axis of the headlight of the vehicle 10 based on the pitching angle ⁇ 2 calculated by the tilt angle detection device 1, so that it does not dazzle against oncoming vehicles. It is possible to adjust the angle.
  • FIG. FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of the tilt angle detection apparatus 1a according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a vehicle installation state of various sensors used by the tilt angle detection device 1a. 7 and 8, the same or corresponding parts as in FIGS. 1 to 7 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the biaxial acceleration sensor 11 installed to detect the longitudinal acceleration Gx and the vertical acceleration Gz of the vehicle 10 is used.
  • the acceleration G1 in an arbitrary direction is used.
  • G2 is used as a biaxial acceleration sensor 11a.
  • an acceleration conversion unit 8 that converts accelerations G1 and G2 detected by the acceleration sensor 11a into accelerations Gx and Gz is added to the tilt angle detection device 1a.
  • the acceleration conversion unit 8 mounting information indicating in which direction the two axes of the acceleration sensor 11a are installed is set in advance.
  • the acceleration conversion unit 8 converts the accelerations G1 and G2 detected by the acceleration sensor 11a into the longitudinal acceleration Gx and the vertical acceleration Gz of the vehicle 10 using this attachment information. Since the acceleration conversion method is a known technique, detailed description thereof is omitted.
  • FIGS. 9A and 9B are diagrams for explaining the orientation of the acceleration sensor 11a in the biaxial direction with respect to the virtual XYZ axes of the vehicle 10,
  • FIGS. 9A and 9C are views in the XZ plane, and
  • FIG. It is a face view.
  • the directions of the two axes for detecting the accelerations G1 and G2 can be oriented at an arbitrary angle from the X, Y, and Z axes.
  • FIG. 9 (a) and 9 (b) the directions of the two axes for detecting the accelerations G1 and G2 can be oriented at an arbitrary angle from the X, Y, and Z axes.
  • FIG. 9 (a) and 9 (b) the directions of the two axes for detecting the accelerations G1 and G2 can be oriented at an arbitrary angle from the X, Y, and Z axes.
  • the subsequent processing is the same as in the first embodiment, and the inclination angle calculation unit 4 calculates the accelerations Gx and Gz converted by the acceleration conversion unit 8 and the actual traveling direction of the vehicle 10 calculated by the actual acceleration calculation unit 3. Based on the acceleration Gw, the road surface gradient ⁇ 1 and the pitching angle ⁇ 2 are calculated and output as inclination angle information.
  • the inclination angle detection device 1a includes a horizontal plane (XY plane) in which at least one axis passes in the front-rear direction and the left-right direction, and a vertical plane (YZ plane) that passes in the left-right direction and the up-down direction.
  • Communication I / F2 for acquiring arbitrary biaxial accelerations G1 and G2 from the acceleration sensor 11a installed in the vehicle 10 in a state of being inclined with respect to the vehicle I, and using the attachment information of the acceleration sensor 11a, the communication I Acceleration G1, G2 acquired via / F2 is configured to include an acceleration conversion unit 8 that converts the acceleration Gx in the front-rear direction and the acceleration Gz in the vertical direction.
  • the freedom degree of the orientation of the biaxial direction of the acceleration sensor 11a is securable. Therefore, even if the biaxial acceleration sensor installed in advance in the vehicle 10 does not detect the vehicle longitudinal and vertical accelerations, it can be used for the inclination angle detection device 1a.
  • the acceleration sensors 11 and 11a originally installed in the vehicle 10 are used by the inclination angle detection devices 1 and 1a. You may make it the structure which has the acceleration sensors 11 and 11a for exclusive use.
  • An example of this configuration is shown in FIG.
  • the tilt angle detection device 1 b includes a dedicated acceleration sensor 11 b and outputs accelerations Gx and Gz from the acceleration sensor 11 b to the tilt angle calculation unit 4 without using the communication I / F 2.
  • the wheel speed sensor 12 originally installed in the vehicle 10 is used by the tilt angle detection devices 1 and 1a.
  • the tilt angle detection device 1b shown in FIG. the actual acceleration Gw may be detected by using the acceleration sensor 9 instead of the wheel speed sensor 12.
  • the inclination angle detection device 1b may be configured to receive the detection value of the acceleration sensor 9 through a vehicle communication network or the like. In the case of this configuration, the actual acceleration calculation unit 3 becomes unnecessary.
  • a biaxial acceleration sensor is used as the acceleration sensors 11 and 11a.
  • two uniaxial acceleration sensors may be used. It is obvious that the same effect can be obtained with this configuration.
  • the inclination angle calculation unit 4 includes both the road surface gradient calculation unit 5 and the pitching angle calculation unit 6, but may include either one.
  • FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of the tilt angle detection apparatus 1c according to the third embodiment.
  • the same or corresponding parts as those in FIGS. 1 to 10 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the calculation process of the road surface gradient ⁇ 1 and the pitching angle ⁇ 2 while the vehicle 10 is traveling has been described.
  • the third embodiment the calculation process while the vehicle 10 is stopped will be described.
  • the speed V of the vehicle 10 received from the wheel speed sensor 12 is used not only by the actual acceleration calculation unit 3 but also by the tilt angle calculation unit 4.
  • the inclination angle calculation unit 4 determines whether the vehicle 10 is traveling or stopped based on the speed V acquired from the wheel speed sensor 12 via the communication I / F 2, and performs different calculation processes during traveling and stopping. Do.
  • FIG. 12 is a flowchart showing the operation of the tilt angle detection apparatus 1c according to the third embodiment.
  • the wheel speed sensor 12 measures the speed V of the vehicle 10, and the tilt angle calculation unit 4 acquires and updates the speed V.
  • the inclination angle calculation unit 4 determines whether or not the speed V is close to 0. If the speed V is close to 0 (step ST2 “YES”), it is determined that the vehicle is stopped and proceeds to step ST4. In the case (step ST2 “NO”), it is determined that the vehicle is traveling, and the process proceeds to step ST3.
  • step ST3 the road surface gradient calculation unit 5 and the pitching angle calculation unit 6 of the inclination angle calculation unit 4 perform the longitudinal acceleration Gx of the vehicle 10 and the vertical direction as described in the first embodiment.
  • the road surface gradient ⁇ 1 and the pitching angle ⁇ 2 are calculated from the above approximate expression.
  • step ST4 the road surface gradient calculation unit 5 of the inclination angle calculation unit 4 assumes that the road surface gradient ⁇ 1 does not change, does not perform calculation, and retains (does not change) the value of ⁇ 1.
  • the pitching angle calculation unit 6 holds the acceleration Gx in the front-rear direction, the acceleration Gz in the vertical direction, and the road surface gradient calculation unit 5 in order to detect, for example, the inclination of the vehicle 10 that accompanies loading or unloading of an occupant or luggage.
  • the pitching angle ⁇ 2 is calculated from the following equation (18) or (19).
  • the pitching angle calculation unit 6 can calculate the pitching angle ⁇ 2 by calculating the expression (20) obtained by modifying the above expression (18) or the expression (21) obtained by modifying the above expression (19). .
  • sin ⁇ 1 or cos ⁇ 1 may be linearly approximated in advance, and the pitching angle ⁇ 1 may be calculated by approximately calculating equation (20) or (21).
  • the road surface gradient calculation unit 5 of the inclination angle calculation unit 4 holds the road surface gradient ⁇ 1
  • the pitching angle calculation unit 6 determines the acceleration Gx in the front-rear direction or the vertical
  • either the above formula (18) or (19) is calculated or approximated to calculate the pitching angle ⁇ 2. Therefore, it is possible to calculate the pitching angle ⁇ 2 while the vehicle 10 is stopped. Therefore, for example, it is possible to detect the inclination of the vehicle 10 that accompanies the loading or unloading of a passenger or luggage.
  • the tilt angle detection device 1 of the first embodiment shown in FIG. 1 is modified to configure the tilt angle detection device 1c shown in FIG. 11, but the tilt angle of the second embodiment shown in FIG. It is also possible to modify the detection device 1a.
  • FIG. 13 is a block diagram showing the configuration of the tilt angle detection apparatus 1d according to the fourth embodiment.
  • the inclination angle calculation unit 4 amplifies the accelerations Gx and Gz detected by the acceleration sensor 11 with a predetermined sensitivity (gain) and uses them to calculate the road surface gradient ⁇ 1 and the pitching angle ⁇ 2. Therefore, in the fourth embodiment, a sensitivity correction unit 15 that corrects the sensitivity of the acceleration sensor 11 is newly added, and sensitivity correction of the acceleration sensor 11 is performed while the vehicle 10 is stopped.
  • FIG. 14 is a flowchart showing the operation of the tilt angle detection apparatus 1d according to the fourth embodiment.
  • the acceleration sensor 11 measures the longitudinal acceleration Gx and the vertical acceleration Gz of the vehicle 10, and the tilt angle calculation unit 4 acquires and updates these accelerations Gx, Gz.
  • the tilt angle calculation unit 4 determines whether the speed V is near 0, and if it is near 0, determines that the vehicle is stopped (step ST12 “YES”). When it is determined that the vehicle is stopped (step ST12 “YES”), the process proceeds to step ST13.
  • the determination that the vehicle is stopped can be combined on the condition that the speed V is in the vicinity of 0 and immediately after the ignition switch is turned on (for example, several 100 ms). A specific example will be described.
  • the tilt angle detection device 1d When the passenger turns on the ignition switch, power is supplied to the tilt angle detection device 1d, and the tilt angle detection device 1d is activated.
  • the inclination angle calculation unit 4 determines that the vehicle is stopped ("YES" in step ST12). In other cases, it is determined that the vehicle is traveling ("NO" in step ST12).
  • step ST13 to ST13 the correction process described below (steps ST13 to ST13) is performed at a time from when the passenger of the vehicle 10 turns on the ignition switch until the accelerator is depressed, that is, when the vehicle 10 is more certain that the vehicle 10 is stopped.
  • step 15 is performed, and unnecessary correction processing (steps ST13 to ST15) in a state where there is a possibility that the velocity V is slightly moving in the vicinity of 0 is prevented, and highly accurate correction is possible.
  • step ST13 the sensitivity correction unit 15 compares the longitudinal acceleration Gx and the vertical acceleration Gz of the vehicle 10 with the gravity g. Specifically, when the absolute values of the vector components of these accelerations Gx and Gz deviate from the gravitational acceleration g by a predetermined first threshold value Thr or more (step ST13 “NO”), the sensitivity correction processing in step ST14 is performed. carry out.
  • step ST14 the sensitivity correction unit 15, the acceleration Gx, by multiplying the magnification sqrt (g 2 / (Gx 2 + Gz 2)) with respect to the sensitivity of the Gz, implementing the sensitivity correction of the acceleration sensor 11.
  • the inclination angle calculation unit 4 amplifies the accelerations Gx and Gz detected by the acceleration sensor 11 with the sensitivity corrected by the sensitivity correction unit 15 and uses it to calculate the road surface gradient ⁇ and the pitching angle ⁇ 2.
  • the acceleration sensor 11 determines that an abnormality has occurred and detects the acceleration sensor 11. You may comprise so that acceleration Gx, Gz may not be used. Specifically, when the absolute values of the vector components of the accelerations Gx and Gz deviate from the gravitational acceleration g by a preset second threshold Thr1 (Thr1> Thr) or more (
  • step ST15 the road surface gradient calculation unit 5 and the pitching angle calculation unit 6 of the inclination angle calculation unit 4 do not perform the calculation process of the road surface gradient ⁇ 1 and the pitching angle ⁇ 2, and set values ⁇ 1 (default) and ⁇ 2 (set in advance) default).
  • the set values ⁇ 1 (default) and ⁇ 2 (default) are safe in advance so that devices (such as the navigation device 13 and the optical axis adjusting device 14) that operate based on the road surface gradient ⁇ 1 and the pitching angle ⁇ 2 operate safely.
  • devices such as the navigation device 13 and the optical axis adjusting device 14
  • the set value ⁇ 2 (default) is set to a value on the safe side (Low side), and the headlight is raised more than necessary while the vehicle is stopped. To avoid dazzling oncoming vehicles.
  • step ST12 when it is determined that the vehicle is traveling (step ST12 “NO”) or when
  • the inclination angle detection device 1d determines the difference
  • is equal to or greater than a predetermined first threshold value Thr
  • the sensitivity correction unit 15 determines that the difference
  • the second threshold value Thr1 is greater than the threshold value Thr
  • the inclination angle calculation unit 4 is notified.
  • the inclination angle calculation unit 4 receives the notification from the sensitivity correction unit 15, either the road surface gradient ⁇ 1 or the pitching angle ⁇ 2 is notified. , Or both are configured to be replaced with preset setting values ⁇ 1 (default) and ⁇ 2 (default). For this reason, when the accelerations Gx and Gz output from the acceleration sensor 11 are abnormal values, values that allow the navigation device 13 and the optical axis adjustment device 14 to be controlled to the safe side can be output.
  • the tilt angle detecting device 1 of the first embodiment shown in FIG. 1 is modified to configure the tilt angle detecting device 1d shown in FIG. 13, but the second embodiment shown in FIG. 7 or FIG. It is also possible to modify the tilt angle detecting devices 1a and 1b.
  • the navigation device 13 is shown as an example of the in-vehicle device using the road surface gradient ⁇ 1
  • the optical axis adjusting device 14 is shown as an example of the in-vehicle device using the pitching angle ⁇ 2.
  • the inclination angle detection devices 1 and 1a to 1d may output the road surface gradient ⁇ 1 and the pitching angle ⁇ 2 to other in-vehicle devices.
  • the tilt angle detection devices 1 and 1a to 1d may be built in the vehicle equipment such as the navigation device 13 and the optical axis adjustment device 14.
  • the tilt angle detection device calculates the road surface gradient and the pitching angle based on the longitudinal acceleration, the vertical acceleration, and the actual acceleration in the traveling direction of the vehicle. It is suitable for use in in-vehicle devices such as an on-board navigation device and an optical axis adjustment device.

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Abstract

　実加速度演算部３は、車両に設置されている車輪速センサ１２が検出する速度Ｖを取得して車両進行方向の実加速度Ｇｗを算出する。路面勾配演算部５は、実加速度Ｇｗと、車両に設置されている加速度センサ１１が検出する車両前後および上下方向の加速度Ｇｘ，Ｇｚとに基づいて路面の傾斜角（路面勾配θ１）を算出する。ピッチング角演算部６は、実加速度Ｇｗと加速度Ｇｘ，Ｇｚとに基づいて、路面に対する車両の傾斜角（ピッチング角θ２）を算出する。

Description

傾斜角検出装置および車載機器
　この発明は、路面の傾斜角（路面勾配）と路面に対する車両の傾斜角（ピッチング角）のいずれか一方、またはその両方を検出する傾斜角検出装置、およびこの傾斜角検出装置を用いた車載機器に関する。
　ピッチング角は、車両用ヘッドライトの光軸調整を行うオートレベライザシステム等に用いられている。従来は、サスペンションアームの角度を計測して前輪と後輪の高さ位置を求めてピッチング角を算出する方法（例えば、特許文献１参照）、および、路面で反射した電波を車両の複数箇所で受信してその位相差に基づいてピッチング角を算出する方法（例えば、特許文献２参照）等があった。
　路面勾配は、カーナビゲーションシステム等において、坂道走行中にジャイロが検出する車両旋廻角度に生じる誤差の補正等に使用されている。従来は、１軸の加速度センサで検出した車両に生じる加速度、車輪速より求めた車両進行方向の加速度、および予め設定された車両諸元（車両重量、サスペンションのバネ定数等）から、路面勾配を推定していた（例えば、特許文献３参照）。
特開平１１－１９２８８６号公報 特開２００５－１８９１０１号公報 特開２００３－９７９４５号公報
　上記特許文献１，２のピッチング角の検出方法においては、高価な車輪位置検出センサおよび電波送受信装置などの検出器を、車両の複数箇所に設置する必要があった。そのため、車両形状等に応じて検出器の設置レイアウトが制約される問題、および、複数設置するために部品コストが上昇する問題が生じるという課題があった。また、検出器間の検出値の差分と、各検出器の設置位置情報を用いてピッチング角を算出するため、車両個々に応じて各検出器の設置位置を設定する必要があり、車両毎に部品の共用化が難しいという課題もあった。
　また、上記特許文献３の路面勾配の検出方法においては、車両の傾斜角を、路面に対する車両の傾斜角（ピッチング角）と路面の傾斜角（路面勾配）に分離するために、車両諸元に基づき定数として設定されたピッチング角を使用するので、車両個々に応じて車両諸元を設定しておく必要があり、車両毎の共用化が難しいという課題があった。また、タイヤ等の部品磨耗および部品交換により、初期に設定した車両諸元から実際の車両諸元が変化することにより、路面勾配の推定値に誤差が発生するという課題もあった。
　さらに、トラックで貨物の積載重量の違いが発生したり、乗用車で乗車人員の違いが発生したりした場合には、平坦路でもピッチング角の違いが生じるが、このような要因を加味できないという課題もあった。
　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、車両に設置されているセンサの検出値を利用し、かつ、車両間で共用可能な傾斜角検出装置、およびこの傾斜角検出装置を用いた車載機器を提供することを目的とする。
　この発明の傾斜角検出装置は、車両の前後方向の加速度と、上下方向の加速度と、進行方向の実加速度とに基づいて、車両がおかれている路面の前後方向の傾斜角である路面勾配、および、当該路面に対する車両の前後方向の傾斜角であるピッチング角のいずれか一方、または両方を算出するものである。
　この発明の車載機器は、上述の傾斜角検出装置が算出した路面勾配およびピッチング角のいずれか一方、または両方に基づき動作するものである。
　この発明によれば、車両の前後方向および上下方向の加速度と進行方向の実加速度とに基づいて、路面勾配とピッチング角を算出するようにしたので、車両に設置されているセンサの検出値を利用することができる。そのため、専用の検出器を車両に設置する必要がない。また、車両諸元が不要になるので、傾斜角検出装置を車両間で共用することができる。
この発明の実施の形態１に係る傾斜角検出装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係る傾斜角検出装置が利用する各種センサの車両設置状態を説明する図である。 路面が平坦、かつ路面に対する車両の傾斜が無い状態の模式図である。 路面が傾斜する一方、路面に対する車両の傾斜は無い状態の模式図である。 路面が傾斜し、かつ、路面に対して車両も傾斜した状態を示す傾斜角検出装置１である。 図６（ａ）はｔａｎ－１（ｘ）の線形近似式αｘを示すグラフ、図６（ｂ）はｓｉｎ－１（ｘ）の線形近似式βｘを示すグラフである。 この発明の実施の形態２に係る傾斜角検出装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態２に係る傾斜角検出装置が利用する各種センサの車両設置状態を説明する図である。 車両のＸＹＺ軸に対する加速度センサの２軸方向の配向を説明する図である。 実施の形態１，２に係る傾斜角検出装置の変形例を示すブロック図である。 この発明の実施の形態３に係る傾斜角検出装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態３に係る傾斜角検出装置の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態４に係る傾斜角検出装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態４に係る傾斜角検出装置の動作を示すフローチャートである。
　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に示す傾斜角検出装置１は、車両に搭載され、この車両がおかれている路面の車両前後方向の傾斜角（路面勾配）、および路面に対する車両の前後方向の傾斜角（ピッチング角）を検出するものである。
　この車両には、エアバック装置およびＡＢＳ（Ａｎｔｉｌｏｃｋ　Ｂｒａｋｅ　Ｓｙｓｔｅｍ）等で使用するための、２軸の加速度センサ１１および車輪速センサ１２が設置されている。またこの車両には、ナビゲーション装置１３および光軸調整装置１４（いわゆるオートレベライザシステム）が搭載されている。傾斜角検出装置１は、これらのセンサおよび車載機器との間で、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）またはＬＩＮ（Ｌｏｃａｌ　Ｉｎｔｅｒ－ｃｏｎｎｅｃｔ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の車両通信網を通じた通信を行う。
　図２は、傾斜角検出装置１が利用する各種センサの車両設置状態を説明する図である。図中、車両１０の前後方向をＸ軸、左右方向をＹ軸、上下方向をＺ軸とする。この３軸は互いに直交する。
　２軸の加速度センサ１１は、車両１０のサスペンション（不図示）より上部に設置されている。この加速度センサ１１は、２軸がＸＺ面に平行になる向きに配置されており、一方の軸がＸ軸と平行に配向されて車両１０の前後方向の加速度Ｇｘを検出し、もう一方の軸がＺ軸と平行に配向されて車両１０の上下方向の加速度Ｇｚを検出する。検出した加速度Ｇｘ，Ｇｚは、車両通信網を通じて加速度センサ１１から傾斜角検出装置１へ送信される。
　なお、図２の例では、傾斜角検出装置１と加速度センサ１１を同じ場所に設置して、設置および配線の手間を軽減している。
　車輪速センサ１２は車両１０のサスペンションより下部の、前輪または後輪に設置されている。この車輪速センサ１２は、車輪の回転速度を検出し、車両１０の進行方向の速度Ｖを算出する。算出した速度Ｖは、車両通信網を通じて車輪速センサ１２から傾斜角検出装置１へ送信される。
　傾斜角検出装置１は、マイクロコンピュータ（以下、マイコン）等から構成されたＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）であって、車両通信網を介して加速度センサ１１および車輪速センサ１２と通信する通信インタフェース（以下、Ｉ／Ｆ）２、車両通信網を介してナビゲーション装置１３および光軸調整装置１４と通信する通信Ｉ／Ｆ７、実加速度演算部３、傾斜角演算部４を備えている。実加速度演算部３は、車輪速センサ１２から送信された速度Ｖを時間微分して、車両１０の進行方向の加速度、即ち実加速度Ｇｗを算出する。
　傾斜角演算部４は、車両１０がおかれている路面の前後方向の傾斜角（路面勾配θ１）を演算する路面勾配演算部５と、この路面に対する車両１０の前後方向の傾斜角（ピッチング角θ２）を演算するピッチング角演算部６とを備える。この傾斜角演算部４は、加速度センサ１１から送信された加速度Ｇｘ，Ｇｚおよび実加速度演算部３が算出した実加速度Ｇｗに基づき、路面勾配θ１およびピッチング角θ２を演算し、傾斜角情報として出力する。
　路面勾配θ１は、通信Ｉ／Ｆ７を介してナビゲーション装置１３に送信され、自車位置補正などに使用される。ピッチング角θ２は、通信Ｉ／Ｆ７を介して光軸調整装置１４に送信され、ヘッドライトの光軸を路面に対して一定の角度に維持する制御などに使用される。
　なお、ナビゲーション装置１３の路面勾配θ１に基づく処理、および光軸調整装置１４のピッチング角θ２に基づく処理は公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
　次に、傾斜角演算部４の演算原理を説明する。
　図３は、路面が平坦、かつ路面に対する車両１０の傾斜が無い状態の模式図である。この場合、車両１０の前後方向の加速度Ｇｘは、車両１０の進行方向の実加速度Ｇｗと一致する（式１）。また、車両１０の上下方向の加速度Ｇｚは、重力加速度－ｇと一致する（式２）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
　図４は、坂道など路面が傾斜する一方、路面に対する車両１０の傾斜は無い状態の模式図である。この場合、車両１０の前後方向の加速度Ｇｘは、車両１０の進行方向の実加速度Ｇｗに対して重力加速度成分ｇｓｉｎθ１だけ減算され検出される（式３）。また、車両１０の上下方向の加速度Ｇｚは、重力加速度－ｇｃｏｓθ１になる（式４）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
　図５は、坂道など路面が傾斜し、かつ、路面に対して車両１０も傾斜した状態の模式図である。車両１０は、荷台に荷重がある分、前輪と後輪のサスペンションに変位が生じ、結果として前後方向に傾斜している。この場合、車両１０の前後方向の加速度Ｇｘと車両１０の進行方向の実加速度Ｇｗは、車両のピッチング角θ２だけ方向が異なることとなる（式５）。また、車両１０の上下方向の加速度Ｇｚについても、車両１０の進行方向の実加速度Ｇｗのｓｉｎ成分が重畳する（式６）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003
　傾斜角演算部４のピッチング角演算部６には加速度Ｇｘ，Ｇｚ，Ｇｗが入力されるため、上式（５），（６）より、路面勾配θ１および車両１０のピッチング角θ２の算出が可能である。
　具体的なピッチング角θ２の導出は、以下のとおりである。
　先ず、上式（５），（６）に基づく下式（７）を整理して、下式（８）を得る。続いて、下式（８）をピッチング角θ２について変形して、下式（９）を得る。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000004
　ここで、ｓｑｒｔ（ｘ）はｘの平方根を求める関数である。
　ピッチング角演算部６は、上式（９）に基づきθ２を算出することで、正確なピッチング角θ２を演算することができる。
　ただし、式（９）にはｔａｎ－１、ｓｉｎ－１のような複雑な逆関数が含まれているため、高性能なマイコンを使用する必要がある。
　ここで、別の演算方法を説明する。以下では、複雑な関数を近似して、演算処理を軽減する。
　ピッチング角θ２の領域が０°に近い付近（θ２≪１）での変動であることを利用し、上式（９）をｓｉｎθ２≒θ２およびｃｏｓθ２≒１とした近似式（１０）または（１１）に変形する。ピッチング角演算部６は、下式（１０）または式（１１）を演算して、ピッチング角θ２を算出することが可能である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000005
　または、上式（９）のｔａｎ－１およびｓｉｎ－１をそれぞれ線形近似し、予め近似誤差が少なくなるような係数α，βを求める。図６（ａ）は、ｔａｎ－１（ｘ）の線形近似式αｘを示すグラフである。図６（ｂ）は、ｓｉｎ－１（ｘ）の線形近似式βｘを示すグラフである。グラフのように、０点近傍では線形近似が可能である。そのため、係数α，βを用いて、下式（１２）のような近似が可能となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000006
　この場合、ピッチング角演算部６に予め求めた係数α，βを設定しておくことで、ピッチング角演算部６が係数α，βを用いて上式（１２）を演算し、ピッチング角θを算出することが可能である。
　上記のように、近似式（１０）～（１２）のいずれかを用いることで、ｔａｎ－１およびｓｉｎ－１のような複雑な関数を演算する必要がないので、安価なマイコンで演算を実行することができる。
　次に、路面勾配θ１の導出を説明する。
　まず、上式（５），（６）それぞれの両辺を２乗して加算し、整理して、下式（１３）を得る。続いて、加法定理に基づき下式（１３）を変形して、下式（１４）を得る。これを、路面勾配θ１について変形して、下式（１５）を得る。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000007
　路面勾配演算部５は、上式（１５）に基づきθ１を算出することで、正確な路面勾配θ１を演算することができる。
　ただし、式（１５）にはｓｉｎ－１のような複雑な関数が含まれているため、高性能なマイコンを使用する必要がある。
　ここで、別の演算方法を説明する。以下では、ピッチング角θ２と同様、路面勾配θ１の演算式についても複雑な関数を近似して、演算処理を軽減する。
　路面勾配θ１の領域が０°に近い付近（θ１≪１）での変動であることを利用し、上式（１５）をｓｉｎθ１≒θ１とした近似式（１６）に変形する。路面勾配演算部５は、下式（１６）を演算して、路面勾配θ１を算出することが可能である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000008
　または、上式（１５）のｓｉｎ－１を線形近似し、予め近似誤差が少なくなるような係数γを求めておくことで、下式（１７）のような近似が可能となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000009
　この場合、路面勾配演算部５に予め求めた係数γを設定しておくことで、路面勾配演算部５が係数γを用いて上式（１７）を演算し、路面勾配θ１を算出することが可能である。
　上記のように、近似式（１６）または（１７）を用いることで、ｓｉｎ－１のような複雑な関数を演算する必要がないので、安価なマイコンで演算を実行することができる。
　なお、図２～図５では路面勾配θ１およびピッチング角θ２が正の場合の傾斜角算出を例に説明したが、負の場合も同様にして傾斜角算出が可能である。
　以上より、実施の形態１によれば、傾斜角検出装置１の傾斜角演算部４が、車両１０の前後方向の加速度Ｇｘと、上下方向の加速度Ｇｚと、進行方向の実加速度Ｇｗとに基づいて路面勾配θ１を算出する路面勾配演算部５と、これらの加速度Ｇｘ，Ｇｚと実加速度Ｇｗとに基づいてピッチング角θ２を算出するピッチング角演算部６とを備える構成にした。このため、車両１０にもともと設置されている２軸の加速度センサ１１と車輪速センサ１２の検出値を利用して、路面勾配θ１とピッチング角θ２を算出可能になり、従来のように車輪位置を検出するセンサおよび電波を送受信する装置などの高価な検出器が不要になる。また、複数の検出器を車両１０の複数箇所に設置する必要もない。さらに、従来のように車両諸元を参照する必要がないので、傾斜角検出装置１を車両間で共用することができる。よって、車両１０に設置されているセンサの検出値を利用し、かつ、車両間で共用可能な傾斜角検出装置１を提供することができる。
　また、実施の形態１によれば、傾斜角検出装置１は、車両１０に設置されている車輪速センサ１２から進行方向の速度Ｖを取得する通信Ｉ／Ｆ２と、通信Ｉ／Ｆ２を介して取得した速度Ｖを微分して、進行方向の実加速度Ｇｗを算出する実加速度演算部３とを備える構成にした。このため、ＡＢＳ等で使用されている車輪速センサ１２の検出値を流用可能であり、実加速度Ｇｗを検出するための新たなセンサの設置が不要になる。
　また、実施の形態１によれば、傾斜角検出装置１は、１軸が車両１０の前後方向と平行、もう１軸が車両の上下方向と平行な状態で車両１０に設置されている２軸の加速度センサ１１から、前後方向の加速度Ｇｘと上下方向の加速度Ｇｚを取得する通信Ｉ／Ｆ２を備えるように構成した。このため、エアバック装置等で使用されている加速度センサ１１の検出値を流用可能であり、加速度Ｇｘ，Ｇｚを検出するための新たなセンサの設置が不要になる。また、加速度センサ１１の取り付け方向を限定することで、検出した加速度を変換することなくそのまま傾斜角演算部４で利用することができる。そのため、傾斜角検出装置１の処理負荷が小さくなり、より安価なマイコンの使用が可能となる。
　また、実施の形態１によれば、傾斜角演算部４の路面勾配演算部５およびピッチング角演算部６は、前後方向の加速度Ｇｘと、上下方向の加速度Ｇｚと、進行方向の実加速度Ｇｗとを用いて、上記（５）および（６）の２つの式を計算または近似計算して、路面勾配θ１およびピッチング角θ２を算出するように構成した。このため、車両諸元を参照することなく、路面勾配θ１とピッチング角θ２を算出できる。さらに、式（５）および（６）から導出した近似式（１０）～（１２）、（１６）、（１７）等を用いることにより、傾斜角検出装置１の処理負荷が小さくなり、より安価なマイコンの使用が可能となる。
　また、実施の形態１によれば、ナビゲーション装置１３は、傾斜角検出装置１の算出する路面勾配θ１をもとに、ナビゲーション時の自車位置の制御を行う構成にしたので、より正確な自車位置の算出が可能となる。
　また、光軸調整装置１４は、傾斜角検出装置１の算出するピッチング角θ２をもとに、車両１０のヘッドライトの光軸の制御を行う構成にしたので、対向車に対して眩しくないような角度に調整可能となる。
実施の形態２．
　図７は、本実施の形態２に係る傾斜角検出装置１ａの構成を示すブロック図である。図８は、傾斜角検出装置１ａが利用する各種センサの車両設置状態を説明する図である。図７および図８において、図１～図７と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。
　上記実施の形態１では、車両１０の前後方向の加速度Ｇｘと上下方向の加速度Ｇｚを検出するよう設置された２軸の加速度センサ１１を使用したが、本実施の形態２では任意方向の加速度Ｇ１，Ｇ２を検出する２軸の加速度センサ１１ａを使用する。また、加速度センサ１１ａの検出する加速度Ｇ１，Ｇ２を加速度Ｇｘ，Ｇｚに変換する加速度変換部８を、傾斜角検出装置１ａに追加している。
　加速度変換部８には、加速度センサ１１ａの２軸方向が車両１０のどの方向に向けて設置されたかを示す取り付け情報が、予め設定されている。加速度変換部８は、この取り付け情報を用いて、加速度センサ１１ａの検出した加速度Ｇ１，Ｇ２を、車両１０の前後方向加速度Ｇｘおよび上下方向の加速度Ｇｚに変換する。加速度の変換方法は公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
　ここで、加速度センサ１１ａの取り付け条件を説明する。
　図９は、車両１０の仮想ＸＹＺ軸に対する加速度センサ１１ａの２軸方向の配向を説明する図であり、図９（ａ）および図９（ｃ）はＸＺ面視、図９（ｂ）はＸＹ面視である。
　図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、加速度Ｇ１，Ｇ２を検出する２軸の方向は、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸から任意の角度傾いた状態に配向可能である。
　ただし、図９（ｃ）に示すように、加速度Ｇ１，Ｇ２の２軸が両方ともＸＹ面（車両１０の前後方向と左右方向を通る水平面）に平行に配向されると、加速度変換部８において車両１０の上下方向の加速度Ｇｚを算出できない。同様に、図示は省略するが２軸が両方ともＹＺ面（左右方向と上下方向を通る垂直面）に平行に配向されると、加速度変換部８において車両１０の前後方向の加速度Ｇｘを算出できない。そのため、少なくとも１軸を、ＸＹ面およびＹＺ面から傾いた状態に配向する必要がある。
　これ以降の処理は上記実施の形態１と同様であり、傾斜角演算部４が、加速度変換部８で変換した加速度Ｇｘ，Ｇｚと、実加速度演算部３で算出した車両１０の進行方向の実加速度Ｇｗとに基づき、路面勾配θ１およびピッチング角θ２を演算し、傾斜角情報として出力する。
　以上より、実施の形態２によれば、傾斜角検出装置１ａは、少なくとも１軸が前後方向と左右方向を通る水平面（ＸＹ面）、および左右方向と上下方向を通る垂直面（ＹＺ面）それぞれに対して傾いた状態で車両１０に設置されている加速度センサ１１ａから、任意の２軸方向の加速度Ｇ１，Ｇ２を取得する通信Ｉ／Ｆ２と、加速度センサ１１ａの取り付け情報を用いて、通信Ｉ／Ｆ２を介して取得した加速度Ｇ１，Ｇ２を、前後方向の加速度Ｇｘと上下方向の加速度Ｇｚに変換する加速度変換部８とを備えるように構成した。このため、加速度センサ１１ａの２軸方向の配向の自由度を確保できる。よって、車両１０に予め設置されている２軸加速度センサが車両前後および上下方向の加速度を検出するものでなくても、傾斜角検出装置１ａに流用できる。
　なお、上記実施の形態１，２では、もともと車両１０に設置されている加速度センサ１１，１１ａを、傾斜角検出装置１，１ａが流用利用する構成にしたが、傾斜角検出装置１，１ａに専用の加速度センサ１１，１１ａを持たせる構成にしてもよい。この構成例を図１０に示す。図１０に示すように、傾斜角検出装置１ｂは専用の加速度センサ１１ｂを備え、通信Ｉ／Ｆ２を介さずに加速度センサ１１ｂから傾斜角演算部４へ加速度Ｇｘ，Ｇｚを出力する。
　また、上記実施の形態１，２では、もともと車両１０に設置されている車輪速センサ１２を、傾斜角検出装置１，１ａが流用利用する構成にしたが、図１０に示す傾斜角検出装置１ｂのように、車輪速センサ１２の代わりに加速度センサ９を使用して実加速度Ｇｗを検出する構成にしてもよい。ただし、この加速度センサ９は、車両１０の進行方向の加速度を検出する必要があるので、サスペンションより下部に設置される。傾斜角度検出装置１ｂは、車両通信網などを通じて加速度センサ９の検出値を受信する構成とすればよい。
　この構成の場合には、実加速度演算部３が不要になる。
　また、上記実施の形態１，２では、加速度センサ１１，１１ａとして２軸の加速度センサを使用したが、１軸の加速度センサを２個使用してもよい。この構成の場合にも同じ効果が得られることは自明である。
　また、上記実施の形態１，２では、傾斜角演算部４が路面勾配演算部５およびピッチング角演算部６を両方備える構成にしたが、いずれか一方を備える構成にしてもよい。
実施の形態３．
　図１１は、本実施の形態３に係る傾斜角検出装置１ｃの構成を示すブロック図である。図１１において、図１～図１０と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。
　上記実施の形態１，２では、車両１０の走行中の路面勾配θ１およびピッチング角θ２の演算処理について説明したが、本実施の形態３では車両１０の停車中の演算処理について説明する。
　傾斜角検出装置１ｃにおいては、車輪速センサ１２から受信した車両１０の速度Ｖを、実加速度演算部３だけでなく傾斜角演算部４でも使用する。傾斜角演算部４は、通信Ｉ／Ｆ２を介して車輪速センサ１２から取得した速度Ｖに基づいて、車両１０が走行中か停車中かを判断し、走行中と停車中で異なる演算処理を行う。
　図１２は、本実施の形態３に係る傾斜角検出装置１ｃの動作を示すフローチャートである。ステップＳＴ１において、車輪速センサ１２が車両１０の速度Ｖを測定し、傾斜角演算部４がその速度Ｖを取得、更新する。続くステップＳＴ２において、傾斜角演算部４は速度Ｖが０近傍かどうか判定し、０近傍である場合（ステップＳＴ２“ＹＥＳ”）には車両停車中と判定してステップＳＴ４へ進み、０近傍でない場合（ステップＳＴ２“ＮＯ”）には車両走行中と判定してステップＳＴ３へ進む。
　車両１０が走行中の場合、ステップＳＴ３において傾斜角演算部４の路面勾配演算部５およびピッチング角演算部６が、上記実施の形態１に記載したとおり、車両１０の前後方向の加速度Ｇｘ、上下方向の加速度Ｇｚおよび進行方向の実加速度Ｇｗを用いて、上記近似式より路面勾配θ１およびピッチング角θ２を演算する。
　車両１０が停車中の場合、ステップＳＴ４において傾斜角演算部４の路面勾配演算部５は、路面勾配θ１が変化しないと想定して演算を行わず、θ１の値を保持する（変更せず）。ピッチング角演算部６は、例えば乗員または荷物の積み下ろしに伴う車両１０の傾きを検出するために、車両１０の前後方向の加速度Ｇｘ、上下方向の加速度Ｇｚおよび路面勾配演算部５の保持している路面勾配θ１を用いて、下式（１８）または（１９）よりピッチング角θ２を演算する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000010

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000011
　さらに、ピッチング角演算部６は、上式（１８）を変形した式（２０）、または上式（１９）を変形した（２１）を演算して、ピッチング角θ２を算出することも可能である。このとき、ｓｉｎ－１またはｃｏｓ－１を予め線形近似しておき、式（２０）または（２１）を近似計算してピッチング角θ１を算出することも可能である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000012

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000013
　以上より、実施の形態３によれば、車両１０の停車中、傾斜角演算部４の路面勾配演算部５は路面勾配θ１を保持する一方、ピッチング角演算部６は前後方向の加速度Ｇｘまたは上下方向の加速度Ｇｚを用いて、上式（１８）または（１９）のいずれか一方を計算または近似計算してピッチング角θ２を算出するように構成した。このため、車両１０が停止している間のピッチング角θ２の演算を実施可能となる。よって、例えば乗員または荷物の積み下ろしに伴う車両１０の傾きを検出することができる。
　なお、上記説明では、図１に示す実施の形態１の傾斜角検出装置１を変形して、図１１に示す傾斜角検出装置１ｃを構成したが、図７に示す実施の形態２の傾斜角検出装置１ａを変形して構成することも可能である。
実施の形態４．
　図１３は、本実施の形態４に係る傾斜角検出装置１ｄの構成を示すブロック図である。図１３において、図１～図１１と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。
　通常、傾斜角演算部４は、加速度センサ１１が検出した加速度Ｇｘ，Ｇｚを所定の感度（ゲイン）で増幅して、路面勾配θ１およびピッチング角θ２の演算に使用している。そこで、本実施の形態４では、加速度センサ１１の感度を補正する感度補正部１５を新たに追加し、車両１０の停車中に加速度センサ１１の感度補正を実施する。
　図１４は、本実施の形態４に係る傾斜角検出装置１ｄの動作を示すフローチャートである。ステップＳＴ１１において、加速度センサ１１が車両１０の前後方向の加速度Ｇｘおよび上下方向の加速度Ｇｚを測定し、傾斜角演算部４がそれら加速度Ｇｘ，Ｇｚを取得、更新する。続くステップＳＴ１２において傾斜角演算部４は、速度Ｖが０近傍であるかを判定し、０近傍である場合、車両停車中（ステップＳＴ１２“ＹＥＳ”）と判定する。車両停車中と判定した場合（ステップＳＴ１２“ＹＥＳ”）にステップＳＴ１３へ進む。
　車両停車中であることの判定は、速度Ｖが０近傍であることに加え、イグニッションスイッチがＯＮされた直後（例えば、数１００ｍｓ）であることを条件として組み合わせることもできる。
　具体例を説明する。
　乗員がイグニッションスイッチをＯＮにすると、傾斜角検出装置１ｄに電源が供給され、傾斜角検出装置１ｄが起動される。傾斜角検出装置１ｄの起動直後、かつ、速度Ｖが０近傍であれば、傾斜角演算部４が車両停車中である（ステップＳＴ１２“ＹＥＳ”）と判定する。それ以外の場合は車両走行中である（ステップＳＴ１２“ＮＯ”）と判定する。
　これにより、車両１０の乗員がイグニッションスイッチをＯＮしてからアクセルを踏み込むまでの時間、即ち、車両１０が停車中であることがより確実であるタイミングで、以下に説明する補正処理（ステップＳＴ１３～ＳＴ１５）が実施され、速度Ｖが０近傍で微小に動いている可能性がある状態での不要な補正処理（ステップＳＴ１３～ＳＴ１５）を防止し、精度の高い補正が可能となる。
　車両１０が停車中の場合、ステップＳＴ１３において感度補正部１５が、車両１０の前後方向の加速度Ｇｘおよび上下方向の加速度Ｇｚと、重力ｇとの比較を行う。具体的には、これら加速度Ｇｘ，Ｇｚのベクトル成分の絶対値が重力加速度ｇに対し、予め設定した第１閾値Ｔｈｒ以上に乖離する場合（ステップＳＴ１３“ＮＯ”）、ステップＳＴ１４の感度補正処理を実施する。
　ステップＳＴ１４において、感度補正部１５は、加速度Ｇｘ，Ｇｚの感度に対して倍率ｓｑｒｔ（ｇ２／（Ｇｘ２＋Ｇｚ２））を乗算することにより、加速度センサ１１の感度補正を実施する。傾斜角演算部４は、加速度センサ１１の検出した加速度Ｇｘ，Ｇｚを、感度補正部１５が補正した感度で増幅し、路面勾配θおよびピッチング角θ２の演算に使用する。
　さらに、感度補正部１５において、加速度Ｇｘ，Ｇｚのベクトル成分の絶対値が重力加速度ｇから著しく乖離すると判定された場合、加速度センサ１１に異常が発生しているとみなし、加速度センサ１１の検出する加速度Ｇｘ，Ｇｚを使用しないように構成してもよい。具体的には、これら加速度Ｇｘ，Ｇｚのベクトル成分の絶対値が重力加速度ｇに対し、予め設定した第２閾値Ｔｈｒ１（Ｔｈｒ１＞Ｔｈｒ）以上に乖離する場合（｜Ｇｘ２＋Ｇｚ２－ｇ２｜≦Ｔｈｒ１が成立しない場合）に、感度補正部１５から傾斜角演算部４に通知し、傾斜角演算部４がステップＳＴ１５の処理を実施する。
　ステップＳＴ１５において、傾斜角演算部４の路面勾配演算部５およびピッチング角演算部６は、路面勾配θ１およびピッチング角θ２の演算処理を行わず、予め設定された設定値θ１（ｄｅｆａｕｌｔ），θ２（ｄｅｆａｕｌｔ）を出力する。
　設定値θ１（ｄｅｆａｕｌｔ），θ２（ｄｅｆａｕｌｔ）については、路面勾配θ１およびピッチング角θ２をもとに作動する装置（ナビゲーション装置１３および光軸調整装置１４など）が安全に動作するように事前に安全分析を実施して規定しておけばよい。
　具体例としては、車両１０のピッチング角θ２を利用する光軸調整装置１４において、設定値θ２（ｄｅｆａｕｌｔ）を安全側（Ｌｏｗ側）の値に設定し、停車中にヘッドライトが必要以上に上方を照射して対向車等を眩惑しないようにする。
　一方、車両走行中と判定した場合（ステップＳＴ１２“ＮＯ”）、または、｜Ｇｘ２＋Ｇｚ２－ｇ２｜≦Ｔｈｒが成立する場合（ステップＳＴ１３“ＹＥＳ”）には、ステップＳＴ１１へ戻る。
　以上より、実施の形態４によれば、傾斜角検出装置１ｄは、車両１０の停車中、前後方向の加速度Ｇｘおよび上下方向の加速度Ｇｚのベクトル成分と重力加速度ｇとの差分｜Ｇｘ２＋Ｇｚ２－ｇ２｜が所定の第１閾値Ｔｈｒ以上の場合に、各加速度Ｇｘ，Ｇｚおよび重力加速度ｇに基づいて加速度センサ１１の感度を補正する感度補正部１５を備えるように構成した。このため、加速度センサ１１の温度ばらつきおよび経年劣化等のばらつきを補正できる。
　また、実施の形態４によれば、感度補正部１５は、前後方向の加速度Ｇｘおよび上下方向の加速度Ｇｚのベクトル成分と重力加速度ｇとの差分｜Ｇｘ２＋Ｇｚ２－ｇ２｜が、第１閾値Ｔｈｒより大きい第２閾値Ｔｈｒ１以上の場合に傾斜角演算部４に通知し、傾斜角演算部４は感度補正部１５から通知を受けた場合に、路面勾配θ１およびピッチング角θ２のいずれか一方、または両方を、予め設定された設定値θ１（ｄｅｆａｕｌｔ），θ２（ｄｅｆａｕｌｔ）に置き換えるように構成した。このため、加速度センサ１１から出力される加速度Ｇｘ，Ｇｚが異常値の場合には、ナビゲーション装置１３および光軸調整装置１４などが安全側に制御されるような値を出力することができる。
　なお、上記説明では、図１に示す実施の形態１の傾斜角検出装置１を変形して、図１３に示す傾斜角検出装置１ｄを構成したが、図７または図１０に示す実施の形態２の傾斜角検出装置１ａ，１ｂを変形して構成することも可能である。
　また、上記実施の形態１～４では、路面勾配θ１を使用する車載機器の例としてナビゲーション装置１３を示し、ピッチング角θ２を使用する車載機器の例として光軸調整装置１４を示したが、これに限定されるものではなく、傾斜角検出装置１，１ａ～１ｄがこれら以外の車載機器へ路面勾配θ１およびピッチング角θ２を出力してよいことは言うまでもない。
　さらに、ナビゲーション装置１３および光軸調整装置１４等の車載機器に、傾斜角検出装置１，１ａ～１ｄを内蔵する構成にしてもよい。
　上記以外にも、本願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、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
　以上のように、この発明に係る傾斜角検出装置は、車両の前後方向の加速度、上下方向の加速度および進行方向の実加速度に基づいて路面勾配およびピッチング角を算出するようにしたので、車両に搭載されたナビゲーション装置および光軸調整装置などの車載機器に用いるのに適している。
　１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ　傾斜角検出装置、２，７　通信Ｉ／Ｆ、３　実加速度演算部、４　傾斜角演算部、５　路面勾配演算部、６　ピッチング角演算部、８　加速度変換部、９　加速度センサ、１０　車両、１１，１１ａ，１１ｂ　加速度センサ、１２　車輪速センサ、１３　ナビゲーション装置、１４　光軸調整装置　１５　感度補正部１５。

Claims (10)

  1. 　車両の前後方向の加速度と、上下方向の加速度と、進行方向の実加速度とに基づいて、前記車両がおかれている路面の前記前後方向の傾斜角である路面勾配、および、当該路面に対する前記車両の前後方向の傾斜角であるピッチング角のいずれか一方、または両方を算出する傾斜角演算部を備える傾斜角検出装置。
  2. 　前記車両に設置されている車輪速センサから前記進行方向の速度を取得する通信インタフェースと、
    　前記通信インタフェースを介して取得した前記速度を微分して、前記進行方向の実加速度を算出する実加速度演算部とを備えることを特徴とする請求項１記載の傾斜角検出装置。
  3. 　少なくとも１軸が前記車両の前後方向と左右方向を通る水平面、および当該左右方向と上下方向を通る垂直面それぞれに対して傾いた状態で前記車両に設置されている２軸加速度センサから、任意の２軸方向の加速度を取得する通信インタフェースと、
    　前記２軸加速度センサの取り付け情報を用いて、前記通信インタフェースを介して取得した前記任意の２軸方向の加速度を、前記前後方向の加速度と前記上下方向の加速度に変換する加速度変換部とを備えることを特徴とする請求項１記載の傾斜角検出装置。
  4. 　１軸が前記車両の前後方向と平行、もう１軸が前記車両の上下方向と平行な状態で前記車両に設置されている２軸加速度センサから、前記前後方向の加速度と前記上下方向の加速度を取得する通信インタフェースを備えることを特徴とする請求項１記載の傾斜角検出装置。
  5. 　１軸が前記車両の前後方向と平行、もう１軸が前記車両の上下方向と平行な状態で前記車両に設置され、前記前後方向の加速度と前記上下方向の加速度を検出する２軸加速度センサを備えることを特徴とする請求項１記載の傾斜角検出装置。
  6. 　前記傾斜角演算部は、前記前後方向の加速度Ｇｘと、前記上下方向の加速度Ｇｚと、前記進行方向の実加速度Ｇｗとを用いて、下記の２つの式を計算または近似計算して、前記路面勾配θ１および前記ピッチング角θ２のいずれか一方、または両方を算出することを特徴とする請求項１記載の傾斜角検出装置。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000014
    　ここで、ｇは重力加速度である。
  7. 　前記傾斜角度演算部は、前記車両の停車中、前記路面勾配θ１を保持する一方、前記前後方向の加速度Ｇｘまたは前記上下方向の加速度Ｇｚを用いて、下記の２つの式のいずれか一方を計算または近似計算して前記ピッチング角θ２を算出することを特徴とする請求項１記載の傾斜角検出装置。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000015
    　ここで、ｇは重力加速度である。
  8. 　前記車両の停車中、前記前後方向の加速度および前記上下方向の加速度のベクトル成分と重力加速度との差分が所定の第１閾値以上の場合に、前記各加速度および前記重力加速度に基づいて前記２軸加速度センサの感度を補正する感度補正部を備えることを特徴とする請求項３記載の傾斜角検出装置。
  9. 　前記感度補正部は、前記前後方向の加速度および前記上下方向の加速度のベクトル成分と重力加速度との差分が、前記第１閾値より大きい第２閾値以上の場合に前記傾斜角演算部に通知し、
    　前記傾斜角演算部は、前記感度補正部からの通知を受けた場合に、前記路面勾配および前記ピッチング角のいずれか一方、または両方を、予め設定された設定値に置き換えることを特徴とする請求項８記載の傾斜角検出装置。
  10. 　請求項１記載の傾斜角検出装置が算出した路面勾配およびピッチング角のいずれか一方、または両方に基づき動作する車載機器。
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