JP6641715B2 - 道路勾配推定装置及び道路勾配推定方法 - Google Patents

Description

本発明は、道路勾配推定装置及び道路勾配推定方法に関し、より詳細には、運転者が操舵装置を操作した際に、車両に掛かる遠心加速度を直接検出せずに、道路勾配の推定値の精度を向上できる道路勾配推定装置及び道路勾配推定方法に関する。

車両の走行中には、車両の加減速制御、回生制御、及びブレーキ制御の最適化のため、また、車両の発進時には、変速段の発進段の最適化のため、車両の走行している、あるいは停車している道路勾配を精度良く推定することが必要となる。

道路勾配を推定する方法としては、車両に掛かる前後方向成分に基づいて推定する方法が一般的である。この推定方法は、例えば、重力センサ（Ｇセンサ）で取得した車両に掛かる成分のうちの路面に平行な成分、すなわち車両に掛かる前後方向成分から、車輪速度センサで取得した車両の実際の加速度成分を減算して算出された車両の前後方向に掛かる重力加速度成分に基づいて道路勾配を推定する方法である。なお、車両に掛かる前後方向成分には道路勾配による重力加速度成分や車両の加速度による加速度成分を例示できる。

しかし、車両が右左折中やＵターン中などの走行路を変更する場合には、車両に掛かる前後方向成分には、遠心加速度により車両の前後方向に掛かる遠心加速度成分が含まれており、道路の勾配を精度良く推定できない。

そこで、ヨーレートセンサ、ジャイロセンサ、又は横Ｇセンサを用いて車両に掛かる遠心加速度を算出して、その遠心加速度による補正を行って道路勾配を推定する装置が提案されている（例えば、特許文献１、２、３参照）。

しかし、これらの装置は、ヨーレートセンサ、ジャイロセンサ、又は横Ｇセンサなどの車両の左右方向にかかる遠心加速度を直接取得するセンサを用いるため、車両に搭載されるセンサが増加する。

近年、車両の制御においては電子制御が主流であり、車両には様々なセンサが搭載されている。結果、センサの配置を工夫したり、複雑化する配線を整理したり、センサの検出値を受信する制御装置のコネクタ数を増やしたりする必要があり、センサ自身のコストに加えて、搭載される車両側のコストも上昇している。それ故に、車両に搭載されるセンサ数を一つでも少なくすることが望まれている。

特開平１１−２３０７４２号公報 特開昭６３−２７５９１３号公報 特開２００１−３５６０１４号公報

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その課題は、運転者が操舵装置を操作した際に、車両に掛かる遠心加速度を直接検出せずに、道路勾配の推定値の精度を向上できる道路勾配推定装置及び道路勾配推定方法を提供することである。

上記の課題を解決するための本発明の道路勾配推定装置は、道路の推定勾配を車両の前方側に掛かる前後方向成分に基づいて推定する勾配推定手段を備えた道路勾配推定装置において、前記車両の右前輪の右車輪速度及び左前輪の左車輪速度のそれぞれを取得する車輪速度取得手段と、前記車輪速度取得手段で取得した前記右車輪速度及び前記左車輪速度と、前記右前輪及び前記左前輪の前輪軸の輪距とに基づいて、前記右前輪が通る旋回半径と前記左前輪が通る旋回半径とを算出し、算出した前記右前輪が通る旋回半径と前記左前輪が通る旋回半径とを平均して前記車両の旋回半径を算出する旋回半径算出手段と、前記右前輪及び前記左前輪の切れ角を算出する切れ角算出手段と、前記車輪速度取得手段で取得した前記右車輪速度及び前記左車輪速度、並びに前記旋回半径算出手段で算出した前記旋回半径に基づいて前記車両に掛かる遠心加速度を算出し、該遠心加速度及び前記切れ角算出手段で算出した前記切れ角に基づいて該遠心加速度により前記車両に掛かる遠心加速度成分を算出する成分算出手段と、を備え、前記勾配推定手段を、前記車両に掛かる前後方向成分を前記遠心加速度成分で補正をして得られた補正成分に基づいて道路勾配を推定する構成にしたことを特徴とするものである。また、本発明の道路勾配推定装置は、道路の推定勾配を車両の前方側に掛かる前後方向成分に基づいて推定する勾配推定手段を備えた道路勾配推定装置において、前記車両の右前輪の右車輪速度及び左前輪の左車輪速度のそれぞれを取得する車輪速度取得手段と、前記右前輪及び前記左前輪の切れ角を算出する切れ角算出手段と、前記車両の軸距を前記切れ角算出手段で取得した前記切れ角の正弦で除算して前記車両の旋回半径を算出する旋回半径算出手段と、前記車輪速度取得手段で取得した前記右車輪速度及び前記左車輪速度、並びに前記旋回半径算出手段で算出した前記旋回半径に基づいて前記車両に掛かる遠心加速度を算出し、該遠心加速度及び前記切れ角算出手段で算出した前記切れ角に基づいて該遠心加速度により前記車両に掛かる遠心加速度成分を算出する成分算出手段と、を備え、前記勾配推定手段を、前記車両に掛かる前後方向成分を前記遠心加速度成分で補正をして得られた補正成分に基づいて道路勾配を推定する構成にしたことを特徴とするものである。

また、上記の課題を解決するための本発明の道路勾配推定方法は、道路の推定勾配を車両の前方側に掛かる前後方向成分に基づいて推定する道路勾配推定方法において、前記車両の右前輪の右車輪速度、及び前記車両の左前輪の左車輪速度を取得し、取得した前記右車輪速度及び前記左車輪速度と、前記右前輪及び前記左前輪の前輪軸の輪距とに基づいて、前記右前輪が通る旋回半径と前記左前輪が通る旋回半径とを算出し、算出した前記右前輪が通る旋回半径と前記左前輪が通る旋回半径とを平均して前記車両の旋回半径を算出し、前記右前輪及び前記左前輪の切れ角を算出し、取得した前記右車輪速度及び前記左車輪速度と、算出した前記旋回半径とに基づいて前記車両に掛かる遠心加速度を算出し、算出した前記遠心加速度と、算出した前記切れ角とに基づいて該遠心加速度により前記車両に掛かる遠心加速度成分を算出し、前記車両に掛かる前後方向成分を前記遠心加速度成分で補正して得られた補正成分に基づいて道路勾配を推定することを特徴とする方法である。また、本発明の道路勾配推定方法は、道路の推定勾配を車両の前方側に掛かる前後方向成分に基づいて推定する道路勾配推定方法において、前記車両の右前輪の右車輪速度、及び前記車両の左前輪の左車輪速度を取得し、前記右前輪及び前記左前輪の切れ角を算出し、前記車両の軸距を算出した前記切れ角の正弦で除算して前記車両の旋回半径を算出し、取得した前記右車輪速度及び前記左車輪速度と、算出した前記旋回半径とに基づいて前記車両に掛かる遠心加速度を算出し、算出した前記遠心加速度と、算出した前記切れ角とに基づいて該遠心加速度により前記車両に掛かる遠心加速度成分を算出し、前記車両に掛かる前後方向成分を前記遠心加速度成分で補正して得られた補正成分に基づいて道路勾配を推定することを特徴とする方法である。

本発明の道路勾配推定装置及び道路勾配推定方法によれば、運転者が操舵装置を操作した際に、ヨーレートセンサ、ジャイロセンサ、及び横Ｇセンサなどのセンサを用いずに、旋回半径及び切れ角を算出して、左車輪速度及び右車輪速度と旋回半径とに基づいて車両に掛かる遠心加速度を算出し、その遠心加速度と切れ角とに基づいて遠心加速度により車両に掛かる遠心加速度成分を算出し、その遠心加速度成分で車両に掛かる前後方向成分を補正して得られた補正成分に基づいて道路勾配を推定するので、センサ数を増やすこと無く、道路勾配の推定値の精度を向上できる。

特に、車両に掛かる遠心加速度による遠心加速度成分が大きいときに推定された推定勾配が、実際の道路勾配に対して大きくずれていた場合に、そのずれを遠心加速度成分で補正することによって解消でき、高精度の道路勾配の推定値を出力することで、発進時にギヤ比の高い変速段が選択されることを防止できる。

本発明の道路勾配推定装置の実施形態を例示する説明図である。 本発明の道路勾配推定方法の第一実施形態を例示するフローチャートである。 図１の車両の下面図であり、車両が右折した場合、つまり左車輪が旋回の外側、右車輪が旋回の内側の場合の旋回半径を例示する説明図である。 図１の半径算出手段を例示するブロック図である。 図１の切れ角算出手段を例示するブロック図である。 図１の車両に掛かる遠心加速度と、その遠心加速度に基づいた遠心加速度成分を例示する説明図である。 図１の成分算出手段を例示するブロック図である。 図１の勾配推定手段を例示するブロック図である。 図１の補正手段を例示するブロック図である。 本発明の道路勾配推定方法の第二実施形態を例示するフローチャートである。 図１の切れ角算出手段を例示するブロック図である。 図１の半径算出手段を例示するブロック図である。

以下、本発明の道路勾配推定装置及び道路勾配推定方法について説明する。図１は、本発明の実施形態の道路勾配推定装置３０の構成を例示している。この道路勾配推定装置３０は、車両１０に搭載されて、車両１０の走行している道路勾配の推定値θｚを得るものである。

車両１０には、シャーシ１１の前方側に運転室（キャブ）１２が配置され、シャーシ１１の後方側にボディ１３が配置されている。

この車両１０においては、キャブ１２に搭乗した運転者がアクセルペダル１４及びシフトレバー１５を操作すると、図示しない制御装置がエンジン１６、動力伝達装置（クラッチ）１７、及び変速機１８を制御する。その制御により、エンジン１６から出力された動力を、動力伝達装置１７を経由して変速機１８に伝達し、更に、変速機１８より推進軸１９を介して差動装置２０に伝達して、差動装置２０より駆動軸２１を介して後輪（駆動輪）２２に伝達して、走行している。また、走行中に、運転者がステアリング（操舵装置）２３を操作して、図示しないステアリングシステムを経由して右前輪２４ａ（図示しない左前輪２４ｂ）が操舵されると、車両１０の進行方向が変わる。

このような車両１０の加減速制御、回生制御、及びブレーキ制御の最適化のためには、あるいは、車両の発進時の変速機１８の発進段の最適化のためには、車両１０の走行している道路勾配を精度良く推定することが求められている。そこで、上記の車両１０においては、道路勾配推定装置３０を備えて、走行中に道路勾配を推定している。

道路勾配推定装置３０は、電子計算機３１、Ｇセンサ３２、車輪速度センサ３３ａ（図示しない３３ｂ）、及び操舵角センサ３４を備えている。

電子計算機３１は、勾配推定手段３５と、補正手段３６とを有しており、車両１０の走行中に逐次、勾配推定手段３５と補正手段３６とを実行して道路勾配を推定して推定値θｚを得ている。なお、勾配推定手段３５及び補正手段３６としては、電子計算機３１に記憶され、実行されるプログラムを例示できる。

Ｇセンサ３２は、車両１０に掛かる力成分のうちの路面に平行な成分、すなわち車両１０に掛かる前後方向成分Ｇｓを取得し、車輪速度センサ３３ａは右前輪２４ａの右車輪速度Ｖａ、車輪速度センサ３３ｂは左前輪２４ｂの左車輪速度Ｖｂを取得している。また、操舵角センサ３４は、運転者のステアリング２３の操作による右前輪２４ａ及び左前輪２４ｂの操舵角θｎを取得している。

勾配推定手段３５は、Ｇセンサ３２の検出値である車両１０に掛かる力の前後方向成分Ｇｓと、車輪速度センサ３３ａ、３３ｂの検出値である右車輪速度Ｖａ及び左車輪速度Ｖｂとを取得して、車両１０に掛かる前後方向成分Ｇｓと実際の車両１０の加速度成分Ａｖに基づいて道路勾配を推定して推定勾配θｘを得る手段である。

補正手段３６は、勾配推定手段３５で推定された推定勾配θｘを取得し、推定勾配θｘに、推定勾配θｘの変化量（推定勾配θｘと前回の推定値θ（ｚ−１）の差分）が予め定められた制限値θａ以上の場合には、その変化量を制限値θａ以下に制限する補正をして補正勾配θｙを得る手段である。

つまり、この補正手段３６は外乱の影響により推定手段３５で推定された推定勾配θｘが大きく変化した場合に、その外乱の影響を排除する手段である。なお、この補正手段３６で補正される外乱としては、路面状況の変化や、運転者によるステアリング２３の操作による遠心加速度の変化などの予測できない外乱を例示できる。

制限値θａは、外乱などの影響により推定勾配θｘが大きく変動する場合に、すなわち変化量が大きくなった場合に、その外乱の影響を排除する値に設定されている。この実施形態では、予め定められた車両１０の走行距離における推定勾配θｘの変化量に対して制限値を設けている。

例えば、道路勾配の変化量は、距離１ｍに対して１％を上限としている。そこで、制限値θａを１％に設定すると、車両１０の走行距離が１ｍにおける推定勾配θｘの変化量を最大で１％とすることにより、外乱の影響により変化量が１％を超えることを回避して、道路勾配の推定値θｚの推定精度を向上できる。なお、この制限値θａは上記の値に限定されるものではなく、外乱の影響を排除するものであればよい。

なお、この勾配推定手段３５及び補正手段３６は、車両１０が単位距離（１ｍ）を進む間に推定勾配θｘ及び補正勾配θｙを算出している。但し、単位距離に限定されずに単位時間や車両１０の加速度及び速度の変化時に随時算出してもよい。

このように道路勾配推定装置３０は、推定勾配θｘの変化量が制限値θａ未満の場合には推定値θｚを推定勾配θｘにし、推定勾配θｘの変化量が制限値θａ以上の場合には推定値θｚを補正勾配θｙにして、予期せぬ外乱の影響を排除して道路勾配の推定値を精度良く推定できる。

一方で、運転者によりステアリング２３が操舵されて際に、車両１０に掛かる遠心加速度に基づいた遠心加速度成分Ａｃが大きくなった場合には、車両１０に掛かる前後方向成分Ｇｓの値が大きく変化する。そのため、遠心加速度成分Ａｃが大きくなった場合には、前後方向成分Ｇｓを遠心加速度成分Ａｃで補正した補正成分Ｇｃを用いて推定勾配θｘを推定する必要がある。

そこで、本発明の道路勾配推定装置３０は、車両１０の右前輪２４ａの右車輪速度Ｖａ及び左前輪２４ｂの左車輪速度Ｖｂのそれぞれを取得する車輪速度取得手段として設けられた車輪速度センサ３３ａ、３３ｂと、車両１０の旋回半径Ｒを算出する半径算出手段３７と、右前輪２４ａ及び左前輪２４ｂの切れ角θｍを算出する切れ角算出手段３８と、車輪速度センサ３３ａ、３３ｂの検出値及び算出した旋回半径Ｒに基づいて車両１０に掛かる遠心加速度Ａｃ０を算出して、その遠心加速度Ａｃ０及び算出した切れ角θｍに基づいて遠心加速度成分Ａｃを算出する成分算出手段３９と、を備えて構成される。そして、勾配推定手段３５を、車両１０に掛かる前後方向成分Ｇｓを遠心加速度成分Ａｃで補正をして得られた補正成分Ｇｃに基づいて推定勾配θｘを推定するように構成される。

なお、半径算出手段３７、切れ角算出手段３８、及び成分算出手段３９としては、電子計算機３１に記憶され、実行されるプログラムを例示できる。

この半径算出手段３７、切れ角算出手段３８、成分算出手段３９、及び補正成分に基づいて推定勾配θｘを推定する勾配推定手段３５を備えた道路勾配推定装置３０の行う道路推定方法について、図２に示すフローチャート、並びに、図４、図５、図７〜図９に示すブロック図を参照しながら説明する。

この道路推定方法においては、図２に示すように、まず、ステップＳ１０では、ステッ
プＳ１００〜ステップＳ１７０を行って、車輪速度センサ３３ａ、３３ｂで検出した右車輪速度Ｖａ及び左車輪速度Ｖｂと、前輪軸２５の輪距（トレッド）Ｔとに基づいて旋回半径Ｒを算出する。

次いで、ステップＳ２０では、ステップＳ２００〜ステップＳ２１０を行って、ステップＳ１０で算出した旋回半径Ｒと駆動軸２１及び前輪軸２５の軸距（ホイールベース）Ｗとに基づいて切れ角θｍを算出する。

次いで、ステップＳ３０では、ステップＳ３００〜ステップＳ３３０を行って、右車輪速度Ｖａ及び左車輪速度Ｖｂと旋回半径Ｒとに基づいて遠心加速度Ａｃ０を算出し、その遠心加速度Ａｃ０と切れ角θｍとに基づいて遠心加速度成分Ａｃを算出する。

次いで、ステップＳ４０では、ステップＳ４００〜ステップＳ４４０を行って、推定勾配θｘを算出する。次いで、ステップＳ５０では、ステップＳ５００〜ステップＳ５５０を行って、補正勾配θｙを算出して、推定勾配θｘの変化量が制限値θａ未満の場合には推定値θｚを推定勾配θｘにし、推定勾配θｘの変化量が制限値θａ以上の場合には推定値θｚを補正勾配θｙにして、スタートへ戻る。

詳しく説明すると、まず、電子計算機３１は半径算出手段３７によりステップＳ１００〜ステップＳ１７０を行って、旋回半径Ｒの算出をする。

図３は車両１０の下面図であり、車両１０が右折した場合、つまり右前輪２４ａが旋回の内側、左前輪２４ｂが旋回の外側の場合の旋回半径Ｒを示す。また、前輪軸２５の輪距（トレッド）をＴ、駆動軸２１と前輪軸２５との距離である軸距（ホイールベース）をＷ、右前輪２４ａの内側旋回半径をＲａ、左前輪２４ｂの外側旋回半径をＲｂとする。従って、内側旋回半径Ｒａの角速度は右車輪速度Ｖａ、外側旋回半径Ｒｂの角速度は左車輪速度Ｖｂ、及び旋回半径Ｒの角速度は速度Ｖとなる。なお、本明細書においては、旋回半径Ｒは前輪軸２５の輪距Ｔの中間を通るものとする。

旋回半径Ｒ上、内側旋回半径Ｒａ上、及び外側旋回半径Ｒｂ上の三つの角速度は全て等しいため、旋回半径Ｒ及び内側旋回半径Ｒａの比が速度Ｖ及び右車輪速度Ｖａの比と等しくなり、旋回半径R及び外側旋回半径Ｒｂの比が速度Ｖ及び左車輪速度Ｖｂの比と等しくなる。また、右前輪２４ａ及び左前輪２４ｂの切れ角θｍが小さいときには、内側旋回半径Ｒａ及び外側旋回半径Ｒｂの差は輪距Ｔに略等しくなることから、旋回半径Ｒ及び内側旋回半径Ｒａの差は輪距Ｔの半分の距離に等しくなり、外側旋回半径Ｒｂ及び旋回半径Ｒの差は輪距Ｔの半分の距離に等しくなる。

以上のことから右車輪速度Ｖａに基づいた第一旋回半径Ｒ１を以下の数式（１）を用いて算出し、左車輪速度Ｖｂに基づいた第二旋回半径Ｒ２を以下の数式（２）を用いて算出して、算出した第一旋回半径Ｒ１及び第二旋回半径Ｒ２の平均値を旋回半径Ｒとする。

図４に示すように、まず、ステップＳ１００では、右車輪速度Ｖａ及び左車輪速度Ｖｂを加算する。次いで、ステップＳ１１０では、右車輪速度Ｖａ及び左車輪速度Ｖｂの平均値（車両１０の速度）Ｖを算出する。

次いで、ステップＳ１２０では、速度Ｖから右車輪速度Ｖａを減算する。次いで、ステップＳ１３０では、速度ＶをステップＳ１２０の結果で除算する。次いで、ステップＳ１４０では、ステップＳ１３０の結果に輪距Ｔの半分の値を乗算して、第一旋回半径Ｒ１を算出する。

次いで、ステップＳ１５０では、左車輪速度Ｖｂから速度Ｖを減算する。次いで、ステップＳ１６０では、速度ＶをステップＳ１５０の結果で除算する。次いで、ステップＳ１７０では、ステップＳ１６０の結果に輪距Ｔの半分の値を乗算して、第二旋回半径Ｒ２を算出する。

次いで、ステップＳ１８０では、第一旋回半径Ｒ１及び第二旋回半径Ｒ２を加算する。次いで、ステップＳ１９０では、第一旋回半径Ｒ１及び第二旋回半径Ｒ２の平均値を算出して、旋回半径Ｒを算出する。

なお、このステップＳ１０においては、速度Ｖが予め定められた極低速度Ｖｄ以上か否かを判定するとよい。極低速度Ｖｄは車輪速度センサ３３ａ、３３ｂの性能に基づいて設定される。例えば、車輪速度センサ３３ａ、３３ｂの性能、すなわち車輪速度センサ３３ａ、３３ｂが正確に車輪速度Ｖａ、Ｖｂを検出できる速度の限界値が５ｋｍ／ｈに設定されていれば、その５ｋｍ／ｈに設定される。このような判定を行うことで、車輪速度センサ３３ａ、３３ｂの精度が落ちる極低速度Ｖｄ以下における精度の低い旋回半径Ｒを用いることでの誤推定を防止できる。また、速度Ｖが極低速度Ｖｄ未満の状況では、右前輪２４ａ又は左前輪２４ｂのどちらか一方がスリップした場合などの外乱の影響を排除できる。

また、右前輪２４ａ及び左前輪２４ｂのスリップを検出して、そのスリップ量に基づいて旋回半径Ｒの補正を行うことで、より精度を向上することもできる。

加えて、この実施形態では、車輪速度センサ３３ａ、３３ｂにより右前輪２４ａ及び左前輪２４ｂの速度を検出したが代わりに、車輪速センサを駆動輪２２に配置して後輪の速度を検出して旋回半径Ｒを算出してもよく、この場合にはトレッドによる誤差を排除できる。このように旋回半径Ｒにおいては、Ｇセンサ３２の位置等によって最適な算出方法を選択することができる。

次に、電子計算機３１は切れ角算出手段３８により、ステップＳ２００及びステップＳ２１０を行って、切れ角θｍを算出する。

図５に示すように、まず、ステップＳ２００では、軸距Ｗを旋回半径Ｒで除算する。次いで、ステップＳ２１０では、ステップＳ２００の結果に逆正弦関数（ｓｉｎ^−１）を用いて切れ角θｍを算出する。なお、軸距Ｗは車両１０の種類により定められている。例え
ば、トラックなどの大型車両においては、その軸距Ｗは普通乗用車と比較して長くなっている。

次に、電子計算機３１は成分算出手段３９により、ステップＳ３００〜ステップＳ３３０を行って、旋回半径Ｒに基づいた車両１０に掛かる遠心加速度Ａｃ０を算出して、その遠心加速度Ａｃ０と切れ角θｍに基づいて遠心加速度成分Ａｃを算出する。

図６は車両１０に掛かる遠心加速度Ａｃ０と、その遠心加速度Ａｃ０に基づいた遠心加速度成分Ａｃを示す。

図７に示すように、まず、ステップＳ３００では、ステップＳ１００及びステップＳ１１０で算出した速度Ｖを二乗する。次いで、ステップＳ３１０では、ステップＳ３００で算出した結果を、旋回半径Ｒで除算して、遠心加速度Ａｃ０を算出する。

次いで、ステップＳ３２０では、切れ角θｍに正弦関数（ｓｉｎ）を用いる。

次いで、ステップＳ３３０では、ステップＳ３１０で算出した遠心加速度Ａｃ０にステップＳ３２０で算出した正弦関数（ｓｉｎθｍ）を乗算して、遠心加速度成分Ａｃを出力する。

なお、この遠心加速度成分Ａｃは、車両１０の速度Ｖの二乗に比例することから速度Ｖが高速度の場合には、その値が大きくなる。また、軸距Ｗの長さによる影響も大きく、軸距Ｗが長い場合、例えば、トラックなどの大型車両の場合にはその値は小さくなり、軸距Ｗが短い場合、例えば、普通常用車の場合にはその値は大きくなる。

次に、電子計算機３１は勾配推定手段３５によりステップＳ４００〜ステップＳ４４０を行って推定勾配θｘの推定を行う。

図８に示すように、まず、ステップＳ４００では、ステップＳ１００及びステップＳ１１０で算出した速度Ｖを時間で微分、すなわち速度Ｖの時間変化を算出して車両１０の実際の加速度成分Ａｖを算出する。

次いで、ステップＳ４１０では、前後方向成分Ｇｓから遠心加速度成分Ａｃを減算する補正をして補正成分Ｇｃを算出する。次いで、ステップＳ４２０では、補正成分Ｇｃから加速度成分Ａｖを減算して、重力加速度成分Ｇｒを算出する。

次いで、ステップＳ４３０では、重力加速度成分Ｇｒに重力加速度ｇを除算する。次いで、ステップＳ４４０では、ステップＳ４３０の結果に逆正弦関数（ｓｉｎ^−１）を用いて推定勾配θｘを算出する。

次に、電子計算機３１は補正手段３６により、ステップＳ５００〜ステップＳ５５０を行って補正勾配θｙの推定を行う。

図９に示すように、まず、ステップＳ５００では、前回の道路勾配の推定値θ（ｚ−１）を取得する。次いで、ステップＳ５１０では、推定勾配θｘから前回の推定値θ（ｚ−１）を減算する。次いで、ステップＳ５２０では、ステップＳ５１０の結果の絶対値を算出する。次いで、ステップＳ５３０では、ステップＳ５２０の結果が制限値θａの絶対値未満か否かを判定し、その判定結果をステップＳ５４０に送る。

ステップＳ５４０では、ステップＳ５３０の結果が制限値θａの絶対値未満の場合には
、推定勾配θｘを道路勾配の推定値θｚとして出力する。一方、ステップＳ５３０の結果が制限値θａの絶対値以上の場合には、ステップＳ５５０で前回の推定値θ（ｚ−１）に制限値θａを加算又は減算して補正勾配θｙを算出する。このステップＳ５５０では、推定勾配θｘから前回の推定値θ（ｚ−１）を減算した値が正であれば、制限値θａを減算し、負であれば、制限値θａを加算する。そして、ステップＳ５４０では、ステップＳ５５０の結果である補正勾配θｙを推定値θｚとして出力する。

上記の道路勾配推定装置３０及び道路勾配推定方法によれば、運転者がステアリング２３を操作した際に、ヨーレートセンサ、ジャイロセンサ、及び横Ｇセンサなどのセンサを用いずに、旋回半径Ｒ及び切れ角θｍを算出して、右車輪速度Ｖａ及び左車輪速度Ｖｂと旋回半径Ｒとに基づいて車両１０に掛かる遠心加速度Ａｃ０を算出し、その遠心加速度Ａｃ０と切れ角θｍとに基づいて遠心加速度Ａｃ０により車両１０に掛かる遠心加速度成分Ａｃを算出し、その遠心加速度成分Ａｃで車両１０に掛かる前後方向成分Ｇｓを補正して得られた補正成分Ｇｃに基づいて道路勾配を推定するので、センサ数を増やすこと無く、道路勾配の推定値θｚの精度を向上できる。

特に、車両１０に掛かる遠心加速度Ａｃ０による遠心加速度成分Ａｃが大きいときに推定された推定勾配θｘ又は補正勾配θｙが、実際の道路勾配に対して大きくずれていた場合に、そのずれを遠心加速度成分Ａｃで補正することによって解消でき、高精度の道路勾配の推定値θｚを出力することで、発進時にギヤ比の高い変速段が選択されることを防止できる。

また、上記の道路勾配推定装置３０及び道路勾配推定方法によれば、勾配推定手段３５で用いられるＧセンサ３２及び車輪速度センサ３３ａ、３３ｂ以外のセンサを使用せずに、旋回半径Ｒ及び切れ角θｍを算出して、運転者がステアリング２３を操作した際の車両１０に掛かる前後方向成分Ｇｓに補正をして補正成分Ｇｃを得ることができる。つまり、センサ数を増やすことがないため、コストの低減に有利となる。

図１０は上記の道路勾配推定方法の別例を例示したフローチャートである。この道路勾配推定方法においては、ステップＳ１０及びステップＳ２０に代えて、ステップＳ６０及びステップ７０を行い、ステップＳ６０では、ステップＳ６００を行って、操舵角センサ３４の検出値である操舵角θｎに基づいて切れ角θｍを算出する。次いで、ステップＳ７０では、ステップＳ７００及びステップＳ７１０を行って、切れ角θｍと軸距Ｗとに基づいて旋回半径Ｒを算出する。

この道路推定方法について、図１１及び図１２に示すブロック図を参照しながら説明する。

まず、電子計算機３１は切れ角算出手段３８により、ステップＳ６００を行って、切れ角θｍを算出する。

図１１に示すように、ステップＳ６００では、操舵角センサ３４の検出値である操舵角θｎを、予め操舵角θｎに基づいた前輪２３ａ、２３ｂの切れ角θｍが設定された切れ角マップＭ１を参照して切れ角θｍを算出する。この切れ角マップＭ１は予め実験や試験により求めた値が設定されている。

次に、電子計算機３１は半径算出手段３７により、ステップＳ７００及びステップＳ７１０を行って、旋回半径Ｒを算出する。

図１２に示すように、ステップＳ７００では、切れ角θｍに正弦関数（ｓｉｎ）を用い
る。次いで、ステップＳ７１０では、軸距ＷをステップＳ７００の結果で除算して、旋回半径Ｒを算出する。

この道路推定方法によれば、予めステアリングシステムの制御に用いられる操舵角センサを追加するだけで、ヨーレートセンサ、ジャイロセンサ、及び横Ｇセンサなどのセンサを用いずに、旋回半径Ｒ及び切れ角θｍを算出して、車両１０に掛かる遠心加速度成分Ａｃを算出し、その遠心加速度成分Ａｃで車両１０に掛かる前後方向成分Ｇｓを補正して得られた補正成分Ｇｃに基づいて道路勾配を推定するので、センサ数を増やすこと無く、道路勾配の推定値θｚの精度を向上できる。

また、外乱の影響により車輪速度センサ３３ａ、３３ｂの検出値の精度が低い場合でも、旋回半径Ｒ及び切れ角θｍを算出できる。ステップＳ１０による旋回半径Ｒの算出方法であれば、精度が落ちる可能性があるが、操舵角θｎから切れ角θｍを算出してから、その切れ角θｍに基づいて旋回半径Ｒを高精度に算出することができる。

１０ 車両
１５ シフトレバー
１６ エンジン
１７ 動力断接装置
１８ 変速機
３０ 道路勾配推定装置
３１ 電子計算機
３２ Ｇセンサ
３３ａ、３３ｂ 車輪速度センサ
３４ 操舵角センサ
３５ 勾配推定手段
３６ 補正手段
３７ 半径算出手段
３８ 切れ角算出手段
３９ 成分算出手段
Ｇｓ 前後方向成分
Ａｖ 加速度成分
Ｇｒ 重力加速度成分
Ａｃ 遠心加速度成分
Ａｃ０ 遠心加速度
θｘ 推定勾配
θｙ 補正勾配
θｚ 推定値
θａ 制限値
Ｖａ 右車輪速度
Ｖｂ 左車輪速度
Ｗ 軸距
Ｔ 輪距
Ｒ 旋回半径
θｍ 切れ角
θｎ 操舵角

Claims (6)

1. 道路の推定勾配を車両の前方側に掛かる前後方向成分に基づいて推定する勾配推定手段を備えた道路勾配推定装置において、
   前記車両の右前輪の右車輪速度及び左前輪の左車輪速度のそれぞれを取得する車輪速度取得手段と、
   前記車輪速度取得手段で取得した前記右車輪速度及び前記左車輪速度と、前記右前輪及び前記左前輪の前輪軸の輪距とに基づいて、前記右前輪が通る旋回半径と前記左前輪が通る旋回半径とを算出し、算出した前記右前輪が通る旋回半径と前記左前輪が通る旋回半径とを平均して前記車両の旋回半径を算出する旋回半径算出手段と、
   前記右前輪及び前記左前輪の切れ角を算出する切れ角算出手段と、
   前記車輪速度取得手段で取得した前記右車輪速度及び前記左車輪速度、並びに前記旋回半径算出手段で算出した前記旋回半径に基づいて前記車両に掛かる遠心加速度を算出し、該遠心加速度及び前記切れ角算出手段で算出した前記切れ角に基づいて該遠心加速度により前記車両に掛かる遠心加速度成分を算出する成分算出手段と、を備え、
   前記勾配推定手段を、前記車両に掛かる前後方向成分を前記遠心加速度成分で補正をして得られた補正成分に基づいて道路勾配を推定する構成にしたことを特徴とする道路勾配推定装置。
2. 道路の推定勾配を車両の前方側に掛かる前後方向成分に基づいて推定する勾配推定手段を備えた道路勾配推定装置において、
   前記車両の右前輪の右車輪速度及び左前輪の左車輪速度のそれぞれを取得する車輪速度取得手段と、
   前記右前輪及び前記左前輪の切れ角を算出する切れ角算出手段と、
   前記車両の軸距を前記切れ角算出手段で取得した前記切れ角の正弦で除算して前記車両の旋回半径を算出する旋回半径算出手段と、
   前記車輪速度取得手段で取得した前記右車輪速度及び前記左車輪速度、並びに前記旋回半径算出手段で算出した前記旋回半径に基づいて前記車両に掛かる遠心加速度を算出し、該遠心加速度及び前記切れ角算出手段で算出した前記切れ角に基づいて該遠心加速度により前記車両に掛かる遠心加速度成分を算出する成分算出手段と、を備え、
   前記勾配推定手段を、前記車両に掛かる前後方向成分を前記遠心加速度成分で補正をして得られた補正成分に基づいて道路勾配を推定する構成にしたことを特徴とする道路勾配推定装置。
3. 前記車両の操舵装置の操舵角を取得する操舵角取得手段を備え、
   前記切れ角算出手段を、予め前記操舵角に基づいた前記切れ角が設定された切れ角マップを参照して前記切れ角を算出する構成にした請求項１または２に記載の道路勾配推定装置。
4. 前記切れ角算出手段を、前記旋回半径算出手段で取得した前記旋回半径と、前記車両の軸距とに基づいて前記切れ角を算出する構成にした請求項１に記載の道路勾配推定装置。
5. 道路の推定勾配を車両の前方側に掛かる前後方向成分に基づいて推定する道路勾配推定方法において、
   前記車両の右前輪の右車輪速度、及び前記車両の左前輪の左車輪速度を取得し、
   取得した前記右車輪速度及び前記左車輪速度と、前記右前輪及び前記左前輪の前輪軸の輪距とに基づいて、前記右前輪が通る旋回半径と前記左前輪が通る旋回半径とを算出し、算出した前記右前輪が通る旋回半径と前記左前輪が通る旋回半径とを平均して前記車両の旋回半径を算出し、
   前記右前輪及び前記左前輪の切れ角を算出し、
   取得した前記右車輪速度及び前記左車輪速度と、算出した前記旋回半径とに基づいて前記車両に掛かる遠心加速度を算出し、
   算出した前記遠心加速度と、算出した前記切れ角とに基づいて該遠心加速度により前記車両に掛かる遠心加速度成分を算出し、
   前記車両に掛かる前後方向成分を前記遠心加速度成分で補正して得られた補正成分に基づいて道路勾配を推定することを特徴とする道路勾配推定方法。
6. 道路の推定勾配を車両の前方側に掛かる前後方向成分に基づいて推定する道路勾配推定方法において、
   前記車両の右前輪の右車輪速度、及び前記車両の左前輪の左車輪速度を取得し、
   前記右前輪及び前記左前輪の切れ角を算出し、
   前記車両の軸距を算出した前記切れ角の正弦で除算して前記車両の旋回半径を算出し、
   取得した前記右車輪速度及び前記左車輪速度と、算出した前記旋回半径とに基づいて前記車両に掛かる遠心加速度を算出し、
   算出した前記遠心加速度と、算出した前記切れ角とに基づいて該遠心加速度により前記車両に掛かる遠心加速度成分を算出し、
   前記車両に掛かる前後方向成分を前記遠心加速度成分で補正して得られた補正成分に基づいて道路勾配を推定することを特徴とする道路勾配推定方法。