JP2003004128A - 路面勾配判定装置および方法、ならびに勾配判定のプログラム - Google Patents
路面勾配判定装置および方法、ならびに勾配判定のプログラムInfo
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Abstract
能を向上させる路面勾配判定装置を提供する。 【解決手段】 車両の4輪の車輪速度を定期的に検出す
る速度検出手段と、前記車両の車体速度を求める車体速
度演算手段と、スリップ率を求めるスリップ率演算手段
と、前記車両の車体加速度を求める車体加速度演算手段
と、該車体加速度がゼロ近傍の所定の範囲内にあるか否
かを判断する判断手段と、該判断手段の判断に基づいて
路面勾配を判定する勾配判定手段とを備えている。
Description
よび方法、ならびに勾配判定のプログラムに関する。さ
らに詳しくは、車両が走行中の路面の勾配を判定して走
行性能を向上させる路面勾配判定装置および方法、なら
びに勾配判定のプログラムに関する。
車両においては、登坂路において動力性能を高めるため
に、自動変速機の高速側ギヤ段を制限したり、降坂路に
おいてエンジンブレーキ性能を高めるために、自動変速
機の高速側ギヤ段を制限するなどの制御が行なわれてい
る。この制御には、走行路面の勾配を検出する路面勾配
検出装置が用いられている。
後加速度をそれぞれ検出し、アクセル開度が所定開度以
上であり、かつ車両前後方向の加速度が所定レベル以下
であるときに、車両が登坂路を走行していると判断して
いる。
ることができないことから、たとえば特開平4−145
323号公報では、車両に搭載された前後加速度センサ
の検出信号から求められる車両の前後方向加速度と車速
センサのパルス信号から求められる車速の単位時間にお
ける変化である走行加速度との差から、車両が走行して
いる路面の勾配を求める路面勾配検出装置(A)が記載
されている。かかる装置Aは、サスペンション制御のた
めに設けられた前後加速度センサを流用して路面の勾配
を検出することができるとともに、当該検出された路面
の勾配を自動変速機の変速制御情報として用いること
で、変速制御性を向上させることができる。
は、路面勾配推定装置(B)が記載されている。この公
報は、車両駆動トルクが、平地走行抵抗トルクと加速抵
抗トルクと勾配抵抗トルクの合計とバランスすることか
ら、車両駆動トルク=平地走行抵抗トルク+加速抵抗ト
ルク+勾配抵抗トルクという関係を用いている。そし
て、車両駆動トルク、平地走行抵抗トルクおよび加速抵
抗トルクを求めれば、勾配抵抗トルクが求まるので、つ
ぎの式から路面勾配sinθが算出できると記載されて
いる。 Tθ=W×G×sinθ×Rt
るのに、従来の特開平6−147304号公報記載の装
置では、そのことを考慮していなかったのに対し、前記
装置Bは、ギア比を考慮することで、さらに精度よく加
速抵抗トルクを算出して、路面の勾配を精度よく求める
ことができるとされている。
速度センサを用いて路面の勾配を検出する場合には、A
BS装置関連の検出器のほかに検出センサが増えること
から、制御回路の構造が複雑になるとともに、製造コス
トが高くなる。また、前記加速度センサを用いる場合お
よび該加速度センサを用いなくて車速から求める場合で
も、加速抵抗トルクを精度よく算出するのは難しい。
造により、車両が走行中の路面の勾配を判定して走行性
能を向上させる路面勾配判定装置および方法、ならびに
勾配判定のプログラムを提供することを目的とする。
置は、車両の4輪の車輪速度を定期的に検出する速度検
出手段と、前記車両の車体速度を求める車体速度演算手
段と、スリップ率を求めるスリップ率演算手段と、前記
車両の車体加速度を求める車体加速度演算手段と、該車
体加速度がゼロ近傍の所定の範囲内にあるか否かを判断
する判断手段と、該判断手段の判断に基づいて路面勾配
を判定する勾配判定手段とを備えてなることを特徴とす
る。
の4輪の車輪速度を定期的に検出する工程と、前記車両
の車体速度を求める工程と、スリップ率を求める工程
と、前記車両の車体加速度を求める工程と、該車体加速
度がゼロ近傍の所定の範囲内にあるか否かを判断する工
程と、当該判断に基づいて路面勾配を判定する工程とを
含むことを特徴とする。
路面の勾配を判定するためにコンピュータを、車両の車
体速度を求める車体速度演算手段、スリップ率を求める
スリップ率演算手段、前記車両の車体加速度を求める車
体加速度演算手段、該車体加速度がゼロ近傍の所定の範
囲内にあるか否かを判断する判断手段、該判断手段の判
断に基づいて路面勾配を判定する勾配判定手段として機
能させることを特徴とする。
明の路面勾配判定装置および方法、ならびに勾配判定の
プログラムを説明する。
の形態を示すブロック図、図2は図1における路面勾配
判定装置の電気的構成を示すブロック図、図3は路面勾
配判定ロジックのフローチャート、図4は判定スリップ
率の経時変化を示す図である。
にかかわる路面勾配定装置は、4つのタイヤFL、F
R、RLおよびRR(Wi、i=1〜4、1:前左タイ
ヤ、2:前右タイヤ、3:後左タイヤ、4:後右タイ
ヤ)にそれぞれ設けられた車輪タイヤの回転速度を定期
的に検出する速度検出手段1を備えており、この速度検
出手段1の出力は、ABSなどのコンピュータである制
御ユニット2に伝達される。3は運転者によって、操作
される初期化スイッチである。
アップなどを用いて回転パルスを発生させてパルスの数
から車輪速度を測定する車輪速センサまたはダイナモの
ように回転を利用して発電を行ない、この電圧から車輪
速度を測定するものを含む角速度センサなどを用いるこ
とができる。
うに、外部装置との信号の受け渡しに必要なI/Oイン
ターフェイス2aと、演算処理の中枢として機能するC
PU2bと、該CPU2bの制御動作プログラムが格納
されたROM2cと、前記CPU2bが制御動作を行な
う際にデータなどが一時的に書き込まれたり、その書き
込まれたデータなどが読み出されるRAM2dとから構
成されている。
に、車両の4輪の車輪速度を定期的に検出する速度検出
手段1と、前記車両の車体速度を求める車体速度演算手
段と、スリップ率を求めるスリップ率演算手段と、前記
車両の車体加速度を求める車体加速度演算手段と、該車
体加速度がゼロ近傍の所定の範囲内にあるか否かを判断
する判断手段と、該判断手段の判断に基づいて路面勾配
を判定する勾配判定手段とを備えている。
傍の所定の範囲内にある場合、該範囲内のスリップ率の
値によって路面勾配を判定する。または所定の時間内に
前記車体加速度が所定の範囲内にない場合、スリップ率
と車体加速度について直線回帰を行ない、この車体加速
度がゼロのときのスリップ率の値から路面勾配を判定す
る。
プログラムは、制御ユニット2を、車両の車体速度を求
める車体速度演算手段、スリップ率を求めるスリップ率
演算手段、前記車両の車体加速度を求める車体加速度演
算手段、該車体加速度がゼロ近傍の所定の範囲内にある
か否かを判断する判断手段、該判断手段に基づいて路面
勾配を判定する勾配判定手段として機能させる。
輪の平均車輪速度と車体速度から求めることができる。
具体的には、前記車両の加減速度Afnの値に応じて、
演算することができる。たとえば加速状態で、駆動輪が
ロック状態で車両が滑っているとき(Vdn=0、Vfn
≠0)や、減速状態で、車両が停止状態で駆動輪がホイ
ールスピンを起こしているとき(Vfn=0、Vdn≠
0)は、起こり得ないものとして、スリップ率Snをつ
ぎの2つの式から演算する。 Afn≧0およびVdn≠0である場合、Sn=(Vfn−
Vdn)/Vdn Afn<0およびVfn≠0である場合、Sn=(Vfn−
Vdn)/Vfn 前記以外の場合は、Sn=1とする。
げる方向に力が作用する。これが、いわゆる走行抵抗で
ある。走行抵抗は、大きく分けてつぎのような成分に分
けられる。 (1)加速抵抗:車両が加速するとき、車体の総重量の
直進運動とエンジンおよび伝達装置の回転運動をそれぞ
れ加速するための慣性抵抗の合計 (2)転がり抵抗:タイヤが転がるときの抵抗 (3)空気抵抗:車両の走行を妨げる方向に作用する空
気力による抵抗 (4)勾配抵抗:車両が斜面を登るとき、登坂を妨げる
斜面に平行な力の成分
+空気抵抗+勾配抵抗となる。ここで、車両が走行する
場合、この走行抵抗に匹敵するだけの力(駆動力)を発
生しなければならない。この駆動力を得るために、スリ
ップ率が必要となる。急発進やドリフト走行などの特殊
な走行以外の通常の走行では、スリップ率が大きくなる
ほど、得られる駆動力も線形的に大きくなることが知ら
れている。これはスリップ率が大きくなった場合、走行
抵抗も大きくなることを意味している。
規準としている。しかしながら、スリップ率が大きくな
ったからといって、前記4つの抵抗のうち、いずれの抵
抗によるものなのかを見分ける必要がある。
よく求めることができないことに着目して、前述したよ
うに車体加速度がゼロ近傍の所定の範囲内にある場合、
該範囲内のスリップ率の値によって路面勾配を判定し、
または所定の時間内に前記車体加速度が所定の範囲内に
ない場合、スリップ率と車体加速度について直線回帰を
行ない、この車体加速度がゼロのときのスリップ率の値
から路面勾配を判定することから、加速抵抗について
は、ゼロとみなす。
は、タイヤの種類や路面の摩擦係数などによって異なる
が、その変化量は勾配抵抗に比べると小さい。また、車
体速度が速くなると、大きくなる傾向にあるが、100
km/h程度まではほとんど変化しないことが知られて
おり、とくに考慮する必要はない。ただし、車体速度に
よる補正、たとえば車体速度に応じた係数を掛けるなど
を行なえば、さらに精度のよい路面勾配を判定すること
ができる。
つぎの式で表わされる。
は、車両固有の値であり、定数として予め求めて設定し
ておくことができる。したがって、空気抵抗Raは、車
体速度に大きく依存しており、車体速度の二乗に比例し
て大きくなる。したがって、車両ごとの補正係数を予め
求めておき、車体速度に応じてスリップ率を補正するこ
とにより、空気抵抗Raの影響をなくすことができる。
路面の勾配が変化したとみなすことができる。
の車輪速度を0.1秒以下、好ましくは0.05秒以下
で検出する。
式の非接触速度計)などを用いて、当該検出信号から求
めることができるが、本発明においては、これに限定さ
れるものではなく、車両が前輪駆動車や後輪駆動車の場
合、従動輪の車輪速度を車体速度とみなすことができ
る。ただし、従動輪の車輪速度を車体速度とみなす場合
は、ブレーキング中のデータをリジェクトする必要があ
る。なぜならブレーキングすると従動輪にも制動力が働
くため、正確に車体速度を求めることができないからで
ある。なお、車両の車体加速度を積分して車体速度を求
めることもできる。
ンサを用いて、当該検出信号から求めることができる
が、本発明においては、これに限定されるものではな
く、車両が前輪駆動車や後輪駆動車の場合、従動輪の車
輪速度を微分した値から求めることができる。
車両の車体加速度を所定時間分のデータ、たとえば少な
くとも0.1秒分以上のデータの平均値として、サンプ
リング時間ごとに移動平均化して求め、この移動平均さ
れた値(一定個数のスリップ率と車両の車体加速度)を
元に、該スリップ率と該車両の車体加速度との関係式を
求める。
び車両の車体加速度のデータ、たとえば少なくとも5個
以上のデータを用いて、スリップ率と車両の車体加速度
との互いの1次の回帰係数と相関係数を求める。
所定の範囲内、たとえば±0.01G(Gは重力加速度
である)にあるときのスリップ率を求める。
ロ近傍となる条件を満たすスリップ率が多数存在する場
合は、これらのスリップ率の平均値とする。
に得られるスリップ率とを比較して路面の勾配を判定す
る。たとえば得られたスリップ率が予め設定しておいた
スリップ率よりも大きい場合は、登り路面であると判定
する。逆に小さい場合は、下り路面であると判定する。
また、そのスリップ率の大小の度合いを数段階に分け
て、急な登り、緩やかな登りなどに区別することもでき
る。
定の範囲内、たとえば±0.01Gの加速度データがな
い場合、スリップ率と車体加速度のデータについて直線
回帰を行ない、車体加速度がゼロでのスリップ率の値を
求め、この車体加速度がゼロでのスリップ率の値から路
面の勾配を判定する。ただし、直線回帰を行なっても、
相関係数が所定値、たとえば0.8未満の場合は、求め
たスリップ率はリジェクトして、判定は行なわない。
の場合、つぎの補正式によりゼロスリップ率ZSLを補
正して、判定スリップ率JSLを求める。60km/h
未満の場合は、補正は行なわない。これは、60km/
h(16.7m/s)未満の場合、空気抵抗が非常に小
さく無視できるためである。 JSL=ZSL−α×(v−16.7)
(m/S)である。定数αは、予め平地を各速度で走行
して車両ごとに求めておくことができる。
動作を手順(1)〜(10)に沿って説明する。
転速度から車輪速度(V1n、V2n、V3n、V4n)を
算出する。たとえば、ABSセンサなどのセンサから得
られた車両の各車輪タイヤWiのある時点の車輪速デー
タを車輪速度V1n、V2n、V3n、V4nとする。
速度(Vfn、Vdn)を演算する。前輪駆動の場合、あ
る時点の従動輪および駆動輪の平均車輪速度Vfn、V
dnをつぎの式(1)、(2)により求める。 Vfn=(V3n+V4n)/2 ・・・(1) Vdn=(V1n+V2n)/2 ・・・(2)
ち従動輪の平均車輪加速度)Afnを演算する。前記従
動輪の平均車輪速度Vfnより1つ前の車輪速データか
ら、平均車輪速度Afn-1とすると、車両の車体加速度
Afnはそれぞれつぎの式(3)で求められる。 Afn=(Vfn−Vfn-1)/Δt/g ・・・(3)
る車輪速度VfnとVfn-1の時間間隔(サンプリング時
間)であり、gは重力加速度である。前記サンプルング
時間としては、データのばらつきを小さくし、かつ短時
間で判別するためには、0.1秒以下である必要があ
る。より好ましくは、0.05秒以下である。
平均車輪速度Vdnと車体速度(従動輪の平均車輪速度
Vfn)の前後輪の比から、スリップ率Snをつぎの式
(4)で演算する。 Sn=Vdn/Vfn ・・・(4)
速度のデータをサンプリング時間ごとに移動平均化処理
する。直線回帰をする場合、一定以上のデータ数がなけ
れば、得られた回帰係数の信頼性が劣る。そこで、単時
間のサンプリング時間、たとえば数十msごとにデータ
をサンプリングし、このサンプリング時間で得られたば
らつきの大きいデータを移動平均することにより、デー
タの数を減らさずに、データのばらつきを小さくするこ
とができる。
定の範囲内、たとえば±0.005Gにある場合、該範
囲内のスリップ率の値によって路面の勾配を判定する。
に前記車体加速度が所定の範囲内、たとえば±0.00
5Gにない場合、スリップ率と車体加速度について直線
回帰を行ない、この車体加速度がゼロのときのスリップ
率の値から路面の勾配を判定する。
いの1次の回帰係数、すなわちスリップ率の車両の車体
加速度に対する回帰係数K1と車両の車体加速度のスリ
ップ率に対する回帰係数K2をそれぞれつぎの式(1
1)、(12)から求める。
上であれば、1次の回帰係数K1の値を更新する。
の関係というのは、一般的なタイヤと路面のμ−s曲線
と同じことである。そして、前記回帰係数K1、K2と
は、μ−s曲線の勾配を求めたものである。このμ−s
曲線は、本来曲線であるが、実際の走行時に発生するス
リップ率の範囲では、ほぼ直線となっている。すなわ
ち、μ−s曲線は、y=aX+bという方程式で表わす
ことができる。このときの係数aが回帰係数(K1、K
2)で、直線の勾配を意味している。ここで、yをスリ
ップ率とするか、加速度とするかで、a=K1であった
りa=K2であったりする。本実施の形態では、yをス
リップ率としてK1の値で路面勾配を判定している。も
ちろん回帰係数K2からも路面勾配を判定することもで
きる。
られた回帰係数の値が適切であるか否かを判断するため
である。すなわち、相関係数Rの値が大きい場合は、ス
リップ率と加速度のあいだに相関があり、得られた回帰
係数は適切であるが、相関係数Rの値が小さい場合は、
両者のあいだに相関がなく得られた回帰係数は不適切で
あるために、その値で路面勾配を判定しないようにす
る。
得られたスリップ率を補正する。
行したときに得られるスリップ率とを比較して路面の勾
配を判定する。
性を向上させるために、自動変速機の変速制御情報とし
て用いる。または車輪車速のみから空気圧の低下や滑り
やすい路面を判定するために、タイヤ空気圧低下検出装
置(DWS)や路面状態判定装置に用いる。たとえば、
路面の勾配が判ると、登降路の走行中に補正を加えた
り、リジェクトすることで減圧状態または路面状態の検
出精度を向上させる。そして、減圧状態または路面状態
の情報(滑りやすいなど)を運転手に警報する。
が、本発明はかかる実施例のみに限定されるものではな
い。
路R2、急な登坂路R3、緩やかな降坂路R4)につい
てそれぞれ走行させる。そして、図3に示されるよう
に、走行中4輪の車輪速度をサンプリングする(ステッ
プS1)。車輪の車輪速度のサンプリング時間に関し、
データ数を多く、かつばらつきや測定誤差を排除するた
めに、たとえば1秒ではサンプリング時間が長すぎるた
め、40msとした。
車体速度としたのち、スリップ率(前後輪の比)を求め
た(ステップS2、S3)。また、この車体速度をサン
プリング時間で微分して車体加速度を求めた(ステップ
S4)。
移動平均処理した(ステップS5、S6)。
の範囲である±0.005Gのデータがあるか否かを判
断する(ステップS7)。所定の範囲内にある場合は、
その車体加速度に対応するスリップ率を平均化したもの
をゼロスリップ率(ZSL)とした(ステップS8)。
加速度がない場合は、車体加速度とスリップ率のデータ
について直線回帰を行なったのち、相関係数が0.8以
上であるか否かを判断する(ステップS9、S10)。
そして、この相関係数が0.8以上の場合は、車体加速
度がゼロのときのスリップ率を求め、ゼロスリップ率
(ZSL)とした(ステップS11)。また、相関係数
が0.8未満の場合は、路面の勾配の判定は禁止した。
合、前述した補正式 JSL=ZSL−α×(v−16.7) により、ゼロスリップ率(ZSL)を補正し(ステップ
S12)、判定スリップ率(JSL)を求めた。
2、急な登坂路R3および緩やかな降坂路R4につい
て、判定スリップ率(JSL)の経時変化を調べて、平
坦路面R1でのスリップ率と他のスリップ率とを比較し
て路面の勾配を判定する(ステップS13)。その結
果、図4から路面の勾配の違いが精度よく表わされてい
るので、平坦路面R1のスリップ率と比較して、該平坦
路面R1のスリップ率より大きい場合は、その度合いに
より急な登坂路R3および緩やかな降坂路R4と判定
し、小さい場合は降坂路R4と判定することができるこ
とがわかる。
車両が走行中の路面の勾配を判定して、これを自動変速
機の変速制御情報、タイヤ空気圧低下検出装置(DW
S)や路面状態判定装置に用いることにより、走行性能
および走行安全性を向上させることができる。また、各
種センサを使わず車輪速度を検出する速度検出手段のみ
により得られる情報により、路面の勾配を判定すること
ができる。したがって、ABS装置を装着していれば、
その他の付加的センサがなくても路面の勾配を判定でき
る。
すブロック図である。
示すブロック図である。
る。
Claims (9)
- 【請求項1】 車両の4輪の車輪速度を定期的に検出す
る速度検出手段と、前記車両の車体速度を求める車体速
度演算手段と、スリップ率を求めるスリップ率演算手段
と、前記車両の車体加速度を求める車体加速度演算手段
と、該車体加速度がゼロ近傍の所定の範囲内にあるか否
かを判断する判断手段と、該判断手段の判断に基づいて
路面勾配を判定する勾配判定手段とを備えてなる路面勾
配判定装置。 - 【請求項2】 前記勾配判定手段が、車体加速度がゼロ
近傍の所定の範囲内にある場合、該範囲内のスリップ率
の値によって路面勾配を判定する請求項1記載の路面勾
配判定装置。 - 【請求項3】 前記勾配判定手段が、所定の時間内に前
記車体加速度が所定の範囲内にない場合、スリップ率と
車体加速度について直線回帰を行ない、この車体加速度
がゼロのときのスリップ率の値から路面勾配を判定する
請求項1記載の路面勾配判定装置。 - 【請求項4】 前記車両の車体速度に応じて、得られた
スリップ率を補正する請求項2または3記載の路面勾配
判定装置。 - 【請求項5】 車両の4輪の車輪速度を定期的に検出す
る工程と、前記車両の車体速度を求める工程と、スリッ
プ率を求める工程と、前記車両の車体加速度を求める工
程と、該車体加速度がゼロ近傍の所定の範囲内にあるか
否かを判断する工程と、当該判断に基づいて路面勾配を
判定する工程とを含む路面勾配判定方法。 - 【請求項6】 前記車体加速度がゼロ近傍の所定の範囲
内にある場合、該範囲内のスリップ率の値によって路面
勾配を判定する請求項5記載の路面勾配判定方法。 - 【請求項7】 所定の時間内に前記車体加速度が所定の
範囲内にない場合、スリップ率と車体加速度について直
線回帰を行ない、この車体加速度がゼロのときのスリッ
プ率の値から路面勾配を判定する請求項5記載の路面勾
配判定方法。 - 【請求項8】 前記車両の車体速度に応じて、得られた
スリップ率を補正する請求項6または7記載の路面勾配
判定方法。 - 【請求項9】 路面の勾配を判定するためにコンピュー
タを、車両の車体速度を求める車体速度演算手段、スリ
ップ率を求めるスリップ率演算手段、前記車両の車体加
速度を求める車体加速度演算手段、該車体加速度がゼロ
近傍の所定の範囲内にあるか否かを判断する判断手段、
該判断手段の判断に基づいて路面勾配を判定する勾配判
定手段として機能させるための勾配判定のプログラム。
Priority Applications (4)
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