JP5265752B2 - 路面勾配推定装置、車両用制御装置、及び車両用制御システム - Google Patents

Description

本発明は、車両の走行速度の変化に基づき車両の加速度を算出する加速度算出手段及び自身に加わる力に基づき加速度を感知する加速度感知手段の少なくとも一方の出力に基づき、車両の走行する路面の勾配を推定する路面勾配推定装置に関する。また、本発明は、上記路面勾配推定装置を搭載する車両用制御装置及び車両用制御システムに関する。

この種の路面勾配推定装置としては、例えば下記特許文献１に見られるように、自身に加わる力に基づき加速度を感知する加速度感知手段（加速度センサ）の出力と、車速センサの検出値の時間微分値に基づき算出される加速度とに基づき、路面勾配を推定するものも提案されている。ここで、加速度センサは、自身に加わる力に基づき加速度を感知するため、車両が走行する路面に傾斜がある場合に車両に加わる重力加速度と車両の走行速度の変化に起因する車両の加速度との合成加速度を感知する。そして、上記装置では、加速度センサの出力と、車速センサの検出値から算出される加速度との双方を用いることで、車両の走行する路面の勾配を推定する。

特開平４−３０３０２９号公報

ところで、車速センサの検出値から算出される加速度や、加速度センサの出力には、様々な外乱が混入するおそれがある。例えば、車両が加速するときには、車両が後傾（スクォート）し、車両が減速するときには、車両が前傾（ダイブ）する。換言すれば、車両の加速時や減速時には、車両がその横軸周りの回転角度（ピッチ角）方向に力を受ける。そして、この力は、加速度センサによって感知されることとなる。このため、車両のピッチ角方向に加わる力は、路面の勾配の推定に際して誤差を生じる要因となる。

また、車両が有段変速装置を搭載するものにあっては、変速比の切り替え制御に際して、車両に変速ショックが生じる。この変速ショックは、上記加速度センサの出力や車速センサの検出値に影響を及ぼし得る。このため、変速比の切り替え制御時には、路面の勾配の推定精度が低下するおそれがある。

また、車両の走行する路面の凹凸によって車両が振動する際には、車速センサの検出値及び加速度センサの出力の双方にノイズが重畳される。そしてこのノイズも、路面勾配の推定精度を低下させる要因となる。

ここで、上記ノイズ成分を除去すべく車速センサの検出値や加速度センサの出力にフィルタ処理を施すことも考えられる。しかし、フィルタ処理を施す場合には、上記検出値や出力が実際の値に対して遅れるため、路面の勾配が変化するときなどにあってはその推定精度が低下するおそれがある。

なお、上記路面勾配推定装置に限らず、車両の走行速度の変化に基づき車両の加速度を算出する加速度算出手段及び自身に加わる力に基づき加速度を感知する加速度感知手段の少なくとも一方の出力に基づき、車両の走行する路面の勾配を推定するものにあっては、路面勾配を適切に推定することが困難なこうした実情も概ね共通したものとなっている。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、車両の走行速度の変化に基づき車両の加速度を算出する加速度算出手段及び自身に加わる力に基づき加速度を感知する加速度感知手段の少なくとも一方の出力に基づき、車両の走行する路面の勾配をより適切に推定することのできる路面勾配推定装置を提供することにある。また、本発明の目的は、上記路面勾配推定装置を搭載する車両用制御装置及び車両用制御システムを提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

第１の発明は、車両の走行速度の変化に基づき車両の加速度を算出する加速度算出手段及び自身に加わる力に基づき加速度を感知する加速度感知手段の少なくとも一方の出力に基づき、車両の走行する路面の勾配を推定する路面勾配推定装置において、前記少なくとも一方の出力に基づき路面勾配を推定して出力するに際し、前記少なくとも一方の出力及び該出力に基づき路面勾配の推定値を算出する際の信号の少なくとも一方の低周波数成分を選択的に透過させて下流側に出力するフィルタ手段と、前記車両の運転状態に応じて前記フィルタ手段による前記選択的な透過態様を可変設定する可変手段とを備えることを特徴とする。

フィルタ手段によって透過させる周波数が低いほど、フィルタ手段による遅延が大きくなる。この点、上記発明では、車両の運転状態に応じてフィルタ手段による選択的な透過態様を可変設定するために、都度の運転状態に応じて適切なフィルタ処理を行うことができる。例えば路面勾配の推定処理の応答性が問題となる運転状態においては、フィルタ効果を低減することで、応答性を高めることができる。また、特にノイズを除去することが望まれる運転状態においては、フィルタ効果を増大させることで、ノイズを好適に除去することができる。

なお、第１の発明は、前記少なくとも一方の出力に基づき路面勾配相当量を算出する勾配相当量算出手段を更に備え、前記フィルタ手段は、前記路面勾配相当量を入力とするものであることを特徴としてもよい。

第２の発明は、第１の発明において、前記少なくとも一方の出力に基づき路面勾配相当量を算出する勾配相当量算出手段と、前記勾配相当量算出手段の出力に基づき路面の勾配の変化を仮に推定する勾配変化推定手段とを更に備え、前記可変手段は、前記勾配変化推定手段によって推定される変化に応じて前記フィルタ手段による前記選択的な透過態様を可変設定することを特徴とする。

上記発明では、路面勾配の変化に応じてフィルタ手段による選択的な透過態様を可変設定するため、路面勾配の変化から路面勾配の推定の応答性を向上させることが望まれる場合には、フィルタ手段によって透過させる周波数を増大させることで応答性を高めることができる。

第３の発明は、第２の発明において、前記勾配変化推定手段は、前記勾配相当量算出手段の出力をフィルタ処理する手段を備え、該フィルタ処理のなされた出力となされない出力との相違に基づき前記勾配の変化を推定することを特徴とする。

フィルタ処理の施された信号にはフィルタ処理特有の遅延が生じるため、路面勾配の変化が大きいほど、フィルタ処理のなされた出力となされない出力との間の遅延量が大きくなると考えられる。上記発明では、この点に着目し、フィルタ処理のなされた出力となされない出力との相違に基づき、路面勾配の変化を推定することができる。

第４の発明は、第１〜第３の発明のいずれかにおいて、前記車両が、動力発生装置の出力軸と駆動輪との間に介在する有段変速装置を備えるものであり、前記可変手段は、前記有段変速装置による変速比の切り替え制御中において、前記透過させる周波数の上限を減少させることを特徴とする。

有段変速装置の変速比の切り替えによって、変速比が非連続的に変化する。また、変速比の切り替え制御中においては、動力発生装置の出力軸から駆動輪側への動力の伝達が一時的に遮断された後再度伝達可能となる。このため、有段変速装置の変速比の切り替えによって、変速ショックが発生するおそれがある。そしてこのショックは、路面勾配の推定に際してノイズとなり得る。上記発明では、この点に着目し、変速比の切り替え制御中において周波数の上限を減少させることで、路面勾配の推定における変速ショックの影響量を好適に抑制することができる。

第５の発明は、第１〜第４の発明のいずれかにおいて、当該路面勾配推定装置は、少なくとも前記加速度感知手段の出力に基づき前記路面勾配相当量を算出するものであり、車両の動力発生装置の生成するトルクに基づき、前記車両の横軸周りの回転角度であるピッチ角を推定する手段と、前記推定されるピッチ角に基づき前記推定される路面勾配を補正する補正手段とを更に備えることを特徴とする。

車両の加速時には車両がスクォートし、減速時には車両がダイブする。そして、この際には、加速度感知手段の出力に、この車両のスクォートやダイブの影響がノイズとして混入するおそれがある。このため、上記発明では、上記車両の横軸周りの回転角度方向への回転量（ピッチ角）を推定し、これに基づき路面勾配を推定することで、路面勾配の推定から上記ピッチ角の影響を好適に除去することができる。なお、動力発生装置の生成するトルクに基づきピッチ角を推定するのは、車両の加速や減速が動力発生装置の出力するトルクによって生じる点に着目したためである。

なお、第５の発明は、前記補正手段は、前記推定されるピッチ角に基づき、前記加速度感知手段の出力に対するピッチ角の影響を補償する手段を備えることを特徴とすることが望ましい。

第６の発明は、自身に加わる力に基づき加速度を感知する加速度感知手段の出力に基づき、車両の走行する路面の勾配を推定する路面勾配推定装置において、車両の動力発生装置の生成するトルクに基づき、前記車両の横軸周りの回転角度であるピッチ角を推定する手段と、前記推定されるピッチ角に基づき前記推定される路面勾配を補正する補正手段とを更に備えることを特徴とする。

車両の加速時には車両がスクォートし、減速時には車両がダイブする。そして、この際には、加速度感知手段の出力に、この車両のスクォートやダイブの影響がノイズとして混入するおそれがある。このため、上記発明では、上記車両の横軸周りの回転角度方向への回転量（ピッチ角）を推定し、これに基づき路面勾配を推定することで、路面勾配の推定から上記ピッチ角の影響を好適に除去することができる。なお、動力発生装置の生成するトルクに基づきピッチ角を推定するのは、車両の加速や減速が動力発生装置の出力するトルクによって生じる点に着目したためである。

なお、第６の発明は、前記補正手段は、前記推定されるピッチ角に基づき、前記加速度感知手段の出力に対するピッチ角の影響を補償する手段を備えることを特徴とすることが望ましい。

第７の発明は、第１〜第６の発明のいずれかの路面勾配推定装置と、前記路面勾配推定装置にて推定される路面勾配に基づき、車両の実際の加速度を要求される加速度に応じてフィードフォワード制御するフィードフォワード制御手段とを備えることを特徴とする。

車両の実際の加速度を要求される加速度に応じてフィードフォワード制御する際には、車両に加わる力についての情報を得ることが望ましい。そして、こうした力の一つに、路面が傾いていることに起因して車両の走行方向に加わる重力がある。この走行方向の重力の算出精度は、路面勾配の推定精度に依存する。このため、フィードフォワード制御の制御精度も路面勾配の推定精度に依存する。この点、上記発明では、路面勾配の推定を適切に行うために、フィードフォワード制御を好適に行うことができる。このため、車両の走行状態を向上させることができ、ひいては乗り心地を向上させることもできる。

第８の発明は、第７の発明の車両用制御装置と、前記フィードフォワード制御手段によって前記フィードフォワード制御するために用いられるアクチュエータとを備えることを特徴とする車両用制御システム。

一実施形態にかかる車両用制御システムの全体構成を示す図。 同実施形態にかかる自動走行制御に関する処理を示すブロック図。 同実施形態にかかる前後方向制御部の処理の詳細を示すブロック図。 前後方向制御部のジャーク制限部の処理手順を示す流れ図。 前後方向制御部の規範モデル設定部の処理手順を示す流れ図。 前後方向制御部のフィードバック制御器の処理手順を示す流れ図。 前後方向制御部のフィードフォワード制御器の処理手順を示す流れ図。 前後方向制御部の分配部の処理手順を示す流れ図。 上記実施形態にかかる路面勾配の推定処理を示すブロック図。

以下、本発明にかかる路面勾配推定装置を、車両の加速度を制御する車両用制御システムに適用した一実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に、本実施形態にかかる車両用制御システムの全体構成を示す。

ここで、ガソリン式内燃機関としてのエンジン１０のクランク軸１２には、自動変速装置１４が接続されている。自動変速装置１４は、トルクコンバータ及び遊星歯車式自動変速機を備えている。遊星歯車式自動変速機は、遊星歯車ＰＧによって形成される複数の動力伝達経路のいずれかが、摩擦要素としてのクラッチＣやブレーキ（図示略）の係合状態によって選択されることで、動力伝達経路に応じた変速比を実現するものである。エンジン１０のクランク軸１２の回転力は、自動変速装置１４によって変速された後、駆動輪１６へと伝達される。

駆動輪１６や従動輪１８には、油圧駆動式のブレーキアクチュエータ２０によって制動力が付与可能とされている。ブレーキアクチュエータ２０は、電動式のポンプＰｏに加えて、各車輪（各駆動輪１６及び各従動輪１８）毎に、ホイールシリンダ２４に供給される作動油の圧力を保持するための保持バルブＶｋと、ホイールシリンダ２４内の作動油の圧力を減圧するための減圧バルブＶｒとを備えている。更に、ブレーキアクチュエータ２０は、図示しないマスタシリンダ側とホイールシリンダ２４側との圧力差を生じさせるリニアリリーフバルブＶｆを備えている。ここで、ポンプＰｏの吐出側は、保持バルブＶｋ及び減圧バルブＶｒを介してポンプＰｏの吸入側と接続されている。そして、保持バルブＶｋ及び減圧バルブＶｒの接続箇所とホイールシリンダ２４との間で作動油の流出入が生じる。

ここで、アンチブレーキロック制御（ＡＢＳ）や、トラクションコントロール制御、横滑り防止制御等、ユーザのブレーキ操作とは独立に行われる自動の制動制御は、上記リニアリリーフバルブＶｆや、保持バルブＶｋ、減圧バルブＶｒを操作することで行われる。すなわち、制動力を保持する際には、保持バルブＶｋ及び減圧バルブＶｒの双方を閉弁することでホイールシリンダ２４内の作動油の圧力を保持する。更に、制動力を低減する際には、保持バルブＶｋを閉弁状態として且つ減圧バルブＶｒを開弁状態とすることで、ホイールシリンダ２４内の圧力を低下させる。

一方、制動力を増大するためには、リニアリリーフバルブＶｆ及び保持バルブＶｋを開弁して且つ減圧バルブＶｒを閉弁させることで、ホイールシリンダ２４に供給される作動油の圧力を上昇させる。この際、ホイールシリンダ２４内の圧力の制御は、リニアリリーフバルブＶｆの通電操作によってなされる。すなわち、リニアリリーフバルブＶｆは、通電量に比例してマスタシリンダ側とホイールシリンダ２４側との圧力差を発生するものであるため、通電量によって上記差圧を調節することができ、ひいてはホイールシリンダ２４内の圧力を制御することができる。特に、車両の横滑り防止制御等、ユーザのブレーキ操作がなされない場合には、ポンプＰｏを作動させることでホイールシリンダ２４内に印加する圧力を生成するとともに、リニアリリーフバルブＶｆへの通電量に応じてその圧力を調節する。

なお、リニアリリーフバルブＶｆへの通電操作は、マスタシリンダ側とホイールシリンダ２４側との間の差圧に上記通電量の増加及び減少に伴ってヒステリシスが生じることに鑑み、これを低減する目的等から、印加電圧の論理「Ｈ」及び論理「Ｌ」の時比率（論理「Ｈ」及び論理「Ｌ」の周期に対する論理「Ｈ」の比：Ｄｕｔｙ）を調節する時比率制御によって行われる。この時比率制御の周波数（ディザ周波数）は、例えば「１ｋＨｚ」〜「数ｋＨｚ」程度である。

上記駆動輪１６や従動輪１８には、更に、その回転速度を検出する車輪速センサ２６が設けられている。

制御装置３０は、車両を制御対象として、その走行状態を制御する。詳しくは、制御装置３０では、上記エンジン１０の運転状態や自動変速装置１４の操作状態を検出する各種センサの検出値を始め、車輪速センサ２６、ユーザインターフェース３２、加速度センサ３４の出力信号を取り込み、これに応じて車両の走行制御を行う。ここで、ユーザインターフェース３２は、ユーザが車両の自動走行の要求を出す自動走行指示スイッチや、ユーザがエンジン１０に対するトルクの増大要求を指示するアクセル操作部材等を備えて構成されている。また、加速度センサ３４は、自身に加わる力に基づき加速度を感知するセンサである。加速度センサ３４としては、例えば振り子式や歪ゲージ式のものなどがある。

上記ユーザインターフェース３２を介してユーザから自動走行の要求が入力されると、制御装置３０では、車両の実際の加速度（実加速度）を、目標値（目標加速度）に制御する。以下、これについて詳述する。

図２は、制御装置３０の行う処理のうち、特に、自動走行制御に関する処理を示す。

図２においては、自動走行のためのアプリケーションとして、クルーズコントロール部Ｍ２、車間制御部Ｍ４、及びプリクラッシュコントロール部Ｍ６を例示している。ここで、クルーズコントロール部Ｍ２は、車両の走行速度を一定値に制御するクルーズ制御を行う。車間制御部Ｍ４は、前方の車両との車間距離を所定に保つ制御を行う。プリクラッシュコントロール部Ｍ６は、前方の車両との衝突の衝撃を緩和するための制御を行う。これらクルーズコントロール部Ｍ２、車間制御部Ｍ４、及びプリクラッシュコントロール部Ｍ６は、いずれも、加速度の要求値（要求加速度）と、後述する要求ジャーク制限値とを出力する。

調停器Ｍ８では、これらクルーズコントロール部Ｍ２、車間制御部Ｍ４、及びプリクラッシュコントロール部Ｍ６の出力に基づき、最終的な要求ジャーク制限値Ｊｒｅｑと、要求加速度（アプリ加速度ａｒａ）とを出力する。

前後方向制御部（ＶＬＣ）Ｍ１０は、アプリ加速度ａｒａに基づき、エンジン１０及び自動変速装置１４を備えて構成されるパワートレインに対する要求トルクである要求パワトレトルクＴｗｐｔと、ブレーキアクチュエータ２０に対する要求トルクである要求ブレーキトルクＴｗｂｋとを出力する。ここで、前後方向制御部Ｍ１０の制御周期Ｔｄは、クルーズコントロール部Ｍ２の制御周期Ｔａ、車間制御部Ｍ４の制御周期Ｔｂ、及びプリクラッシュコントロール部Ｍ６の制御周期Ｔｃと相違する。詳しくは、本実施形態では、前後方向制御部Ｍ１０の制御周期Ｔｄは、クルーズコントロール部Ｍ２の制御周期Ｔａ、車間制御部Ｍ４の制御周期Ｔｂ、及びプリクラッシュコントロール部Ｍ６の制御周期Ｔｃよりも短く設定されている。これは、アプリケーションが、レーダによって先行車を検出する検出手段等の各種検出値に基づき要求加速度を算出するものであり、これら検出手段による検出周期が、実車速や実加速度の検出周期よりも長くなる傾向にあることによる。

パワトレ制御部Ｍ１２は、要求パワトレトルクＴｗｐｔに応じて、エンジン１０に対するトルクの要求値（要求エンジントルクＴｅ）と、自動変速装置１４に対するギア比の要求値（要求ギア比Ｇｒ）とを出力する。ブレーキ制御部Ｍ１４では、要求ブレーキトルクＴｗｂｋに基づき、ブレーキアクチュエータ２０に対する作動油の圧力の要求値（要求ブレーキ圧Ｐｍｃ）を出力する。ここで、要求ブレーキ圧Ｐｍｃは、各駆動輪１６及び各従動輪１８において作動油圧を通じて制動力を調節するブレーキアクチュエータ２０の操作量である。

図３に、上記前後方向制御部Ｍ１０の処理の詳細を示す。

前後方向制御部Ｍ１０は、上記調停器Ｍ８から出力されるアプリ加速度ａｒａを、要求加速度ａｒとして、ジャーク制限部Ｂ１２に出力する。ジャーク制限部Ｂ１２では、前後方向制御部Ｍ１０における一制御周期内での加速度の要求値の変化量を、要求ジャーク制限値Ｊｒｅｑ以下に制限する処理を行う。

図４に、ジャーク制限部Ｂ１２の行う処理の手順を示す。この一連の処理では、まずステップＳ１０において、要求加速度ａｒ、要求ジャーク制限値Ｊｒｅｑ、及びジャーク制限部Ｂ１２からの現在の出力であるジャーク加速度ａｊを取得する。続くステップＳ１２では、ジャーク加速度ａｊを前回値ａｊ０とする。続くステップＳ１４、Ｓ１６では、要求加速度ａｒの変化を、前回値ａｊ０との差がジャーク制限値Ｊｒｅｑ以下となるように制限する。すなわち、ステップＳ１４においては、ジャーク制限値Ｊｒｅｑに制御周期Ｔｄを乗算した値に前回値ａｊ０を加算した値と、要求加速度ａｒとのうち小さい方の値ａｊ１を求める。続くステップＳ１６では、ジャーク制限値Ｊｒｅｑに制御周期Ｔｄを乗算した値を前回値ａｊ０から引いた値と、上記小さい方の値ａｊ１とのうちの大きい方の値ａｊ２を算出する。そしてステップＳ１８においては、大きい方の値ａｊ２を、ジャーク加速度ａｊとする。

これにより、アプリケーションの一制御周期内において、前後方向制御部Ｍ１０の制御周期Ｔｄ毎に、ジャーク加速度ａｊが、ジャーク制限値Ｊｒｅｑを最大変化量としつつ要求加速度ａｒに段階的に移行する。

前後方向制御部Ｍ１０では、２自由度制御によって、車両の加速度をジャーク加速度ａｊに制御する。すなわち、実加速度をジャーク加速度ａｊにフィードバック制御するとともに、実加速度をジャーク加速度ａｊにフィードフォワード制御する。ここでは、まずフィードバック制御について説明する。

＜フィードバック制御＞
先の図３に示す規範モデル設定部Ｂ１４では、ジャーク加速度ａｊを規範モデルにて変換することで、規範加速度ａｍを出力する。規範モデルは、ジャーク加速度ａｊが変化する車両の過渡走行時において目標とする加速度の挙動を定めるものである。規範モデル設定部Ｂ１４の行う処理は、図５（ａ）にステップＳ２０として示す処理である。すなわち、規範モデルは、１次遅れモデルであり、ジャーク加速度ａｊは、１次遅れモデルによって変換される。ここで、１次遅れモデルは、図５（ｂ）に示すように、目標加速度（１点鎖線）をステップ状に変化させる際、実際の加速度（実線）の応答遅れがもっとも大きくなるときの応答特性に基づき設定する。すなわち、応答特性は、エンジン１０の回転速度等の車両の運転状態に応じて変化するものであるため、これらのうち応答遅れがもっとも大きくなるときの特性を用いる。

先の図３に示す微分演算部Ｂ１６では、実車速Ｖを時間微分する演算を行う。ここで、実車速Ｖは、各駆動輪１６及び各従動輪１８毎に設けられる車輪速センサ２６の検出値に基づくものである。具体的には、例えば４つの車輪速センサ２６の検出値の平均値や、検出値の最大値を実車速Ｖとすればよい。

偏差算出部Ｂ２２では、微分演算部Ｂ１６の出力する実加速度ａに対する規範モデル設定部Ｂ１４の出力する規範加速度ａｍの差（偏差ｅｒｒ）を算出する。

フィードバック制御器Ｂ２４は、実加速度ａを規範加速度ａｍにフィードバック制御する部分である。具体的には、本実施形態では、比例積分微分制御を行う。図６に、フィードバック制御器Ｂ２４の行う処理の手順を示す。

この一連の処理では、まずステップＳ３０において、偏差ｅｒｒに基づき、積分値Ｉｅｒｒと、微分値Ｄｅｒｒとを算出する。すなわち、今回の偏差ｅｒｒに制御周期Ｔｄを乗算した値を前回の積分値Ｉｅｒｒ０に加算することで今回の積分値Ｉｅｒｒを算出する。また、今回の偏差ｅｒｒから前回の偏差ｅｒｒ０を減算した値を、制御周期Ｔｄで除算することで、微分値Ｄｅｒｒを算出する。続くステップＳ３２においては、フィードバック操作量Ｔｆｂを算出する。すなわち、偏差ｅｒｒに比例ゲインＫｐを乗算した値と、積分値Ｉｅｒｒに積分ゲインＫｉを乗算した値と、微分値Ｄｅｒｒに微分ゲインＫｄを乗算した値との和として、フィードバック操作量Ｔｆｂを算出する。これら比例ゲインＫｐ、積分ゲインＫｉ、及び微分ゲインＫｄは、偏差ｅｒｒ、積分値Ｉｅｒｒ、及び微分値Ｄｅｒｒを要求トルクに変換するものである。すなわち、フィードバック操作量Ｔｆｂは、実加速度ａを規範加速度ａｍとするために要求されるトルクとなっている。なお、ステップＳ３２の処理が完了するときには、ステップＳ３４において、偏差ｅｒｒを前回の偏差ｅｒｒ０として記憶するとともに、積分値Ｉｅｒｒを前回の積分値Ｉｅｒｒ０として記憶する。

＜フィードフォワード制御＞
次に、上記２自由度制御のうちのフィードフォワード制御について説明する。

先の図３に示すフィードフォワード制御器Ｂ２６は、ジャーク加速度ａｊとなるように、フィードフォワード制御を行う部分である。図７に、フィードフォワード制御器Ｂ２６の処理手順を示す。

この一連の処理では、まずステップＳ４０において、ジャーク加速度ａｊとするために車両の走行方向に加えるべき力Ｆｘを算出する。ここでは、空気抵抗、路面抵抗、重力、及び規範力の和として力Ｆｘを算出する。ここで、規範力は、ジャーク加速度ａｊに車両重量Ｍを乗算することで得られる。これは、車両の走行に際してなんら抵抗力が加わっていない状態において、ジャーク加速度ａｊにて車両を走行させるために必要な力である。また、空気抵抗は、車両が走行する際に空気によって走行方向と逆方向に加えられる力である。本実施形態では、空気抵抗を、実車速Ｖの２乗に空気密度ρ、係数Ｃｄ、車両の前面投影面積Ｓ及び「１／２」を乗算した値として算出する。路面抵抗は、路面と駆動輪１６及び従動輪１８との間の摩擦によって生じる抵抗力である。これは、摩擦係数μ、車両重量Ｍ及び重力加速度ｇの乗算値として算出する。上記「重力」とは、路面が傾いている場合に車両の走行方向に加わる重力を示す。これは、路面勾配θを用いて「Ｍｇｓｉｎθ」と表現することのできる量である。なお、路面勾配θは、実車速Ｖや、上記加速度センサ３４の検出値に基づき算出されるものである。

続くステップＳ４２においては、力Ｆｘに、駆動輪１６の半径ｒを乗算することで、フィードフォワード操作量Ｔｆｆを算出する。このフィードフォワード操作量Ｔｆｆは、車両をジャーク加速度ａｊにて走行させるために要求されるトルクとなっている。

先の図３に示す車軸トルク算出部Ｂ２８では、フィードバック操作量Ｔｆｂとフィードフォワード操作量Ｔｆｆとを加算することで、要求車軸トルクＴｗを算出する。

分配部Ｂ３０では、要求車軸トルクＴｗを、要求パワトレトルクＴｗｐｔと要求ブレーキトルクＴｗｂｋとに分割（分配）する。図８に、分配部Ｂ３０の行う処理の手順を示す。

この一連の処理では、まずステップＳ５０において、要求車軸トルクＴｗが最小トルクＴｐｔｍｉｎ以上であるか否かを判断する。この処理は、要求車軸トルクＴｗをパワートレインのみによって生成可能か否かを判断するものである。ここで、最小トルクＴｐｔｍｉｎは、エンジン１０及び自動変速装置１４によって実現可能な最小のトルクとなっている。そして、要求車軸トルクＴｗが最小トルクＴｐｔｍｉｎ以上である場合には、要求車軸トルクＴｗをパワートレインのみによって実現できると判断し、ステップＳ５２に移行する。ステップＳ５２においては、要求パワトレトルクＴｗｐｔを要求車軸トルクＴｗとするとともに、要求ブレーキトルクＴｗｂｋをゼロとする。これに対し、ステップＳ５０にて否定判断される場合には、要求車軸トルクＴｗをパワートレインのみによって生成することができないと判断し、ステップＳ５４に移行する。ステップＳ５４においては、要求パワトレトルクＴｗｐｔを、最小トルクＴｐｔｍｉｎとして且つ、要求ブレーキトルクＴｗｂｋを、要求車軸トルクＴｗから最小トルクＴｐｔｍｉｎを減算した値とする。

上記一連の処理によれば、車両の実際の加速度を、ジャーク加速度ａｊに制御することができ、また、ジャーク加速度ａｊが変化する際には、実際の加速度を規範加速度ａｍに好適に制御することができる。すなわち、ジャーク加速度ａｊが変化するときにおいては、車両の加速度をジャーク加速度ａｊにフィードフォワード制御する場合、車両の応答遅れのために、実際の加速度はジャーク加速度ａｊの変化に対して応答遅れを生じる。しかし、この応答遅れによって想定される実際の加速度は、規範加速度ａｍにて近似することができる。そして、フィードバック制御によって、実際の加速度は規範加速度ａｍに高精度に制御されることとなる。

ところで、上記フィードフォワード制御の制御精度は、路面勾配θの推定精度等に依存することとなる。すなわち、路面勾配θの推定精度が低い場合には、実際の加速度をジャーク加速度ａｊに制御するために必要なトルクの推定精度が低下し、ひいてはフィードフォワード制御の制御性が低下する。ただし、路面勾配の推定に際しては、加速度センサ３４の検出値に重畳するノイズや、実車速Ｖの微分値に重畳するノイズの影響が無視できない。そこで本実施形態では、以下の処理によって路面勾配を推定する。

図９に、本実施形態にかかる路面勾配の推定処理を示す。

第１路面勾配推定部Ｂ４０では、加速度センサ３４の検出値ＡＣＣｇに対する実車速Ｖの微分値ＡＣＣｗの差として、第１推定値ＡＣＣｒｇを算出して出力する。ここで、検出値ＡＣＣｇに対する微分値ＡＣＣｗの差は、路面勾配θを用いて、本来、「ｇ・ｓｉｎθ」によって表現される。しかし、路面勾配θが小さい場合にはこれは「ｇ・θ」と表現できるため、検出値ＡＣＣｇに対する微分値ＡＣＣｗの差は、路面勾配の定数倍（重力加速度ｇ倍）の値程度の量となる。

ピッチ角推定器Ｂ４２は、要求車軸トルクＴｗに基づき、車両の横軸方向の回転角度（ピッチ角φ）を推定する。これは、車両の加速時には車両が後傾（スクォート）し、車両の減速時には車両が前傾（ダイブ）することに鑑みてなされるものである。すなわち、車両の加速時や減速時にはピッチ角φがゼロでなくなると考えられ、車両の加速時や減速時は、アクチュエータ（パワートレインやブレーキアクチュエータ２０）によって生成されるトルクに基づき推定可能である。このため、要求車軸トルクＴｗに基づきピッチ角φを推定する。詳しくは、車軸トルクＴｗに応じて実際の車両のピッチ角が変化するまでには応答遅れがあることに鑑み、本実施形態では、以下の１次遅れモデルを用いてピッチ角φを推定する。

φ＝Ｔｗ・Ｋｐｉｔ／（Ｔｐｉｔ・ｓ＋１）
なお、上記の式においては、ピッチ角ゲインＫｐｉｔ及び時定数Ｔｐｉｔを用いた。

ピッチ角補正器Ｂ４４は、ピッチ角φに基づき、上記第１推定値ＡＣＣｒｇを補正する補正量を算出する。この補正は、加速度センサ３４が車両のピッチ角φに応じて傾くために、加速度センサ３４の感知する加速度のうち重力に起因するものが、「ｇｓｉｎ（θ＋φ）」となることに鑑みてなされるものである。ここでは、第１推定値ＡＣＣｒｇが「ｇ・θ」相当であることに鑑み、補正量を補正量ｇ・φとする。勾配補正部Ｂ４６では、第１路面勾配推定部Ｂ４０の出力を、ピッチ角補正器Ｂ４４の出力にて補正することで第２推定値ＡＣＣｒｇｐを算出し出力する。すなわち、第１推定値ＡＣＣｒｇから補正量ｇφを減算することで、第１推定値ＡＣＣｒｇを補正量ｇφにて補正することによって、第２推定値ＡＣＣｒｇｐを算出し出力する。これにより、第２推定値ＡＣＣｒｇｐは、加速度センサ３４の検出値ＡＣＣｇへの車両のスクォートやダイブの影響が好適に補償されたものとなる。

ローパスフィルタＢ４８は、第２推定値ＡＣＣｒｇｐの低周波数成分を選択的に透過させることで最終勾配推定値ＡＣＣｒｇｆを出力する。具体的には、ローパスフィルタＢ４８は、１次遅れのフィルタからなる。すなわち、カットオフ周波数ｆｃを用いて、「１／｛１／（２πｆｃ）ｓ＋１｝」にて表現されるフィルタからなる。ここで、カットオフ周波数ｆｃは、以下の処理にて可変設定される。

ローパスフィルタＢ５０は、第１推定値ＡＣＣｒｇの低周波数成分を透過させるフィルタ処理を施すことで遅延推定値ＡＣＣｒｇＬを出力する。この遅延推定値ＡＣＣｒｇＬは、路面勾配を表現するものの、その変化時には、フィルタ処理に起因して第１推定値ＡＣＣｒｇに対して遅延した信号となる。

勾配変化推定部Ｂ５２では、遅延推定値ＡＣＣｒｇＬに対する第１推定値ＡＣＣｒｇの差として、路面勾配の変化量の推定値（勾配変化推定値Δ）を算出し、出力する。すなわち、路面勾配の変化が大きいほど、第１推定値ＡＣＣｒｇに対して遅延推定値ＡＣＣｒｇＬが遅延すると考えられることに着目し、これらの差を勾配変化推定値Δとして定量化する。

第１周波数設定部Ｂ５４では、上記ローパスフィルタＢ４８によるフィルタ処理のカットオフ周波数ｆｃを定めるためのカットオフ周波数ｆｃ１を設定する。詳しくは、勾配変化推定値Δが大きいほどカットオフ周波数ｆｃ１を高くする。これは、路面勾配の変化が生じる場合には、ローパスフィルタＢ４８におけるフィルタ処理による遅延効果によって最終勾配推定値ＡＣＣｒｇｆの遅延が問題となりやすいことによる。すなわち、カットオフ周波数ｆｃが低いほど遅延量が増加することに鑑み、実際の勾配に対する最終勾配推定値ＡＣＣｒｇｆの遅延が問題となりやすいほど、換言すれば、勾配の変化が大きいほど、カットオフ周波数ｆｃ１を高くする。これに対し、路面勾配の変化が小さいときには、実際の勾配に対する最終的な推定値ＡＣＣｒｇｆの遅延量が問題となりにくい。そして、この場合には、加速度センサ３４の検出値ＡＣＣｇや実車速Ｖの微分値ＡＣＣｗに重畳するノイズの影響の方が路面勾配の推定精度に与える影響が大きくなると考えられる。このため、路面勾配の変化が小さいほどカットオフ周波数を低くする。このように、本実施形態では、ノイズ除去効果と応答性とが互いにトレードオフの関係となるフィルタ処理について、そのカットオフ周波数を路面勾配の変化に応じて可変設定することで、ノイズ除去効果及び応答性のいずれが路面勾配の推定精度に大きく寄与するかに応じて最適なフィルタ処理を施すようにする。

第２周波数設定部Ｂ５６は、自動変速装置１４による変速比の切り替え制御中であるか否かに応じて、ローパスフィルタＢ４８によるフィルタ処理のカットオフ周波数を切り替えるものである。これは、変速比の切り替えに伴い、変速ショックが生じ、これが加速度センサ３４の検出値ＡＣＣｇ等にノイズを混入させる要因となると考えられることによる。ここで、変速ショックは、変速比が切り替えられる際にはエンジン１０のクランク軸１２のトルクが自動変速装置１４を介して駆動輪１６へと伝達されなくなることや、自動変速装置１４内のクラッチＣやブレーキ等の摩擦要素の係合状態の変化などに起因して生じるものである。具体的には、変速比の切り替え制御中のカットオフ周波数ｆｃ２を、変速比の切り替えのなされない定常時のカットオフ周波数ｆｃ３よりも低くする。これは、変速比の切り替え制御時に生じるノイズの影響を抑制するためにフィルタ除去効果を向上させるための設定である。

周波数決定部Ｂ５８では、第１周波数設定部Ｂ５４の出力と、第２周波数設定部Ｂ５６の出力とに基づき、ローパスフィルタＢ４８のカットオフ周波数ｆｃを決定する。詳しくは、第１周波数設定部Ｂ５６の出力値と第２周波数設定部Ｂ５６の出力値とのうちの小さい方を最終的なカットオフ周波数ｆｃとして、ローパスフィルタＢ４８に出力する。ここで、変速比の切り替えのなされない定常時のカットオフ周波数ｆｃ３は、第１周波数設定部Ｂ５４のカットオフ周波数ｆｃ１の最大値以上に設定する。これは、変速比の切り替え制御中以外には、第１周波数設定部Ｂ５４の出力するカットオフ周波数ｆｃ１を最終的なカットオフ周波数ｆｃとして採用するための設定である。なお、第１周波数設定部Ｂ５４によって設定されるカットオフ周波数ｆｃ１の最小値は、路面勾配の変化がない場合であって且つ変速比の制御の切り替えがなされていない場合に適切な値に設定されている。換言すれば、変速比の切り替え中のカットオフ周波数ｆｃ２よりも大きい値に設定されている。

上記処理によれば、車両のスクォートやダイブによる加速度センサ３４の検出値ＡＣＣｇの影響がピッチ角補正量ｇφによって補償される。また、車両に伝達される振動の影響を抑制すべくローパスフィルタＢ４８の処理が施されて且つ、そのカットオフ周波数ｆｃが、路面勾配の変化や変速比の切り替えの有無に応じて可変設定される。このため、車両の運転状態に応じて勾配推定値ＡＣＣｒｇｆを極力高精度に算出することができる。このため、フィードフォワード操作量Ｔｆｆの算出を高精度に行うことができ、ひいては車両の加速度を高精度に制御することができる。なお、勾配推定値ＡＣＣｒｇｆは、先の図７に示したステップＳ４０における「Ｍｇｓｉｎθ」の項のうちの「ｇｓｉｎθ」に相当する。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

（１）加速度センサ３４の検出値ＡＣＣｇ及び実車速Ｖの微分値ＡＣＣｗに基づく第２推定値ＡＣＣｒｇｐを、ローパスフィルタＢ４８にてフィルタ処理することで勾配推定値ＡＣＣｒｇｆを算出するに際し、フィルタ処理のカットオフ周波数ｆｃを車両の運転状態に応じて可変設定した。これにより、運転状態にかかわらず勾配推定値ＡＣＣｒｇｆを高精度に算出することができる。

（２）勾配変化推定部Ｂ５２の出力する路面勾配の変化についての情報に基づき、ローパスフィルタＢ４８のカットオフ周波数ｆｃを可変設定した。これにより、路面勾配の変化から路面勾配の推定の応答性を向上させることが望まれる場合には、カットオフ周波数ｆｃを増大させることで応答性を高めることができる。

（３）第１推定値ＡＣＣｒｇと、これにフィルタ処理を施した遅延推定値ＡＣＣｒｇＬとの差に基づき、勾配の変化を推定した。これにより、路面勾配の変化を適切に推定することができる。

（４）変速比の切り替え制御中において、カットオフ周波数ｆｃを減少させた。これにより、路面勾配の推定における変速ショックの影響量を好適に抑制することができる。

（５）車両の横軸周りの回転角度であるピッチ角φを推定し、推定されるピッチ角φに基づき推定される路面勾配（第１推定値ＡＣＣｒｇ）を補正した。これにより、路面勾配の推定から上記ピッチ角φの影響を好適に除去することができる。

（６）勾配推定値ＡＣＣｒｇｆに基づき、車両の実際の加速度を要求される加速度（ジャーク加速度ａｊ）に応じてフィードフォワード制御した。これにより、フィードフォワード制御を好適に行うことができる。このため、車両の走行状態を向上させることができ、ひいては乗り心地を向上させることもできる。

（その他の実施形態）
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・上記実施形態では、変速比の切り替え中には、路面勾配の変化に対する応答性の向上よりも変速ショックに伴うノイズの除去を優先する設定としたがこれに限らず、路面勾配の変化が所定以上である場合には、変速比の切り替え制御の有無にかかわらず、カットオフ周波数ｆｃ１を最終的なカットオフ周波数ｆｃとして採用してもよい。

・上記実施形態では、要求車軸トルクＴｗを入力とする１次遅れモデルによってピッチ角φを推定したが、これに限らない。例えば２次遅れモデル等にしてもよい。

・上記実施形態では、第１推定値ＡＣＣｒｇを、検出値ＡＣＣｇに対する実車速Ｖの微分値ＡＣＣｗの差としたが、これに限らない。例えば上記差が厳密には、「ｇ・ｓｉｎθ」に相当することに鑑み、「ａｒｃｓｉｎ｛（差）／ｇ｝」としてもよい。また、上記差を重力加速度ｇで除算した値としてもよい。いずれにせよ、こうした場合には、ピッチ角補正量をピッチ角φとすることが望ましい。

・ローパスフィルＢ４８，Ｂ５０としては、１次遅れフィルタに限らない。例えばバタワースフィルタであってもよい。

・カットオフ周波数が可変設定されるローパスフィルタＢ４８を、第２推定値ＡＣＣｒｇｐに適用する代わりに、加速度センサの検出値ＡＣＣｇ及び実車速Ｖの微分値ＡＣＣｗの少なくとも一方に適用してもよい。

・上記実施形態では、加速度センサの検出値ＡＣＣｇ及び実車速Ｖの微分値ＡＣＣｗに基づき路面勾配を推定したが、これに限らない。例えば実車速Ｖの微分値ＡＣＣｗと、車両のアクチュエータの生成するトルク（要求車軸トルクＴｗ）から推定される加速度とに基づき、路面勾配を推定してもよい。また、これに代えて、加速度センサの検出値ＡＣＣｇと、車両のアクチュエータの生成するトルク（要求車軸トルクＴｗ）から推定される加速度とに基づき、路面勾配を推定してもよい。

・上記実施形態では、ピッチ角φを要求車軸トルクＴｗから推定したがこれに限らない。例えば、実車速の微分値ＡＣＣｗから推定してもよい。

・上記実施形態では、目標加速度のステップ状の変化に対して実際の加速度の応答遅れがもっとも大きくなるときの応答特性に基づき規範モデルを設定したがこれに限らない。例えば都度の車両運転状態における応答特性に応じて規範モデルを可変設定してもよい。また、規範モデルとしては、１次遅れモデルに限らず、例えば２次遅れモデルであってもよい。

・フィードバック制御器Ｂ２４としては、ＰＩＤ制御を行うものに限らない。例えば、Ｐ制御、Ｉ制御及びＤ制御のいずれか１つ又は２つを行うものであってもよい。また、古典制御に限らず、現代制御を用いてもよい。

・フィードフォワード制御器Ｂ２６としては、上記処理を行うものに限らない。例えば規範力Ｍａｊ及び重力の項のみからフィードフォワード操作量Ｔｆｆを算出してもよい。また、これに加えて、空気抵抗、路面抵抗のいずれか１つ又は２つを用いてフィードフォワード操作量Ｔｆｆを算出してもよい。

・上記実施形態では、２自由度制御を行ったがこれに限らない。例えばフィードフォワード制御のみを行うものであってもよい。

・上記実施形態では、モデル追従型の制御を行ったが、これに代えて、規範モデル設定部Ｂ１４を備えないものであってもよい。

・上記実施形態では、加速度制御に際して車両（より詳しくはその駆動輪１６）に正のトルクを付与する手段として、動力発生装置としてのエンジン１０及び自動変速装置１４を備えるパワートレインを例示したがこれに限らない。例えば、動力発生装置として電動機を用いてもよい。また、自動変速装置１４としては、遊星歯車式の自動変速機を備えるものに限らず、例えば、変速比を連続的に調節可能な無段変速機（ＣＶＴ）を備えるものであってもよい。

・上記実施形態では、加速度制御に際して車両（より詳しくはその駆動輪１６）に負のトルクを付与する手段として、油圧駆動式のブレーキアクチュエータを用いたが、これに限らず、例えば車輪（駆動輪１６、従動輪１８）の回転力を電気エネルギに変換する発電機を用いてもよい。

・その他、路面勾配推定装置を、上記前後方向制御部Ｍ１０に適用するものに限らず、また、前後方向制御部Ｍ１０を搭載する車両用制御システムに適用するものにも限らない。

１０…エンジン、１４…自動変速装置、１６…駆動輪、１８…従動輪、２０…ブレーキアクチュエータ、３０…制御装置。

Claims (7)

1. 車両の走行速度の変化に基づき車両の加速度を算出する加速度算出手段及び自身に加わる力に基づき加速度を感知する加速度感知手段の少なくとも一方の出力に基づき、車両の走行する路面の勾配を推定する路面勾配推定装置において、
   前記少なくとも一方の出力に基づき路面勾配を推定して出力するに際し、前記少なくとも一方の出力及び該出力に基づき路面勾配の推定値を算出する際の信号の少なくとも一方の低周波数成分を選択的に透過させて下流側に出力するフィルタ手段と、
   前記車両の運転状態に応じて前記フィルタ手段による前記選択的な透過態様を可変設定する可変手段と、
   前記少なくとも一方の出力に基づき路面勾配相当量を算出する勾配相当量算出手段と、
   前記勾配相当量算出手段の出力に基づき路面の勾配の変化を仮に推定する勾配変化推定手段とを備え、
   前記可変手段は、前記勾配変化推定手段によって推定される変化に応じて前記フィルタ手段による前記選択的な透過態様を可変設定することを特徴とする路面勾配推定装置。
2. 前記勾配変化推定手段は、前記勾配相当量算出手段の出力をフィルタ処理する手段を備え、該フィルタ処理のなされた出力となされない出力との相違に基づき前記勾配の変化を推定することを特徴とする請求項１記載の路面勾配推定装置。
3. 前記車両が、動力発生装置の出力軸と駆動輪との間に介在する有段変速装置を備えるものであり、
   前記可変手段は、前記有段変速装置による変速比の切り替え制御中において、前記透過させる周波数の上限を減少させることを特徴とする請求項１又は２記載の路面勾配推定装置。
4. 車両の走行速度の変化に基づき車両の加速度を算出する加速度算出手段及び自身に加わる力に基づき加速度を感知する加速度感知手段の少なくとも一方の出力に基づき、車両の走行する路面の勾配を推定する路面勾配推定装置において、
   前記少なくとも一方の出力に基づき路面勾配を推定して出力するに際し、前記少なくとも一方の出力及び該出力に基づき路面勾配の推定値を算出する際の信号の少なくとも一方の低周波数成分を選択的に透過させて下流側に出力するフィルタ手段と、
   前記車両の運転状態に応じて前記フィルタ手段による前記選択的な透過態様を可変設定する可変手段とを備え、
   前記車両が、動力発生装置の出力軸と駆動輪との間に介在する有段変速装置を備えるものであり、
   前記可変手段は、前記有段変速装置による変速比の切り替え制御中において、前記透過させる周波数の上限を減少させることを特徴とする路面勾配推定装置。
5. 当該路面勾配推定装置は、少なくとも前記加速度感知手段の出力に基づき前記路面勾配相当量を算出するものであり、
   車両の動力発生装置の生成するトルクに基づき、前記車両の横軸周りの回転角度であるピッチ角を推定する手段と、
   前記推定されるピッチ角に基づき前記推定される路面勾配を補正する補正手段とを更に備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の路面勾配推定装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の路面勾配推定装置と、
   前記路面勾配推定装置にて推定される路面勾配に基づき、車両の実際の加速度を要求される加速度に応じてフィードフォワード制御するフィードフォワード制御手段とを備えることを特徴とする車両用制御装置。
7. 請求項６記載の車両用制御装置と、
   前記フィードフォワード制御手段によって前記フィードフォワード制御するために用いられるアクチュエータとを備える車両用制御システム。

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