JP2001507648A

JP2001507648A - 車両転倒条件の検出のためのシステムおよび方法

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Publication number: JP2001507648A
Application number: JP52687998A
Authority: JP
Inventors: ビー．ダンウッディ，アンドリュー; エス．スターン，ドナルド
Original assignee: ロールオーバーオペレイションズ，エルエルシー
Priority date: 1996-12-10
Filing date: 1997-12-08
Publication date: 2001-06-12
Also published as: CA2273950A1; DE69707148T2; KR20000057486A; CN1239919A; DE69707148D1; ATE206368T1; WO1998025779A1; EP0942839B1; EP0942839A1; US5825284A

Abstract

(57)【要約】システムは、横方向加速および横方向荷重移動を検出するために、車両フレームおよび車両サスペンションシステムに取り付けられた複数の傾斜センサを用いる。このシステムは、最大回転モーメントと比較した実際の回転モーメントを示す横方向荷重移動比を決定するためにこれらの測定を用いる。傾斜センサからの測定は、重心実効高さを算出するためにも用いられる。システムと結合されたディスプレイは、荷重移動比および重心実効高さの読出しを車両運転手に与える。ディスプレイによって車両運転手が車両荷重の性質をより完全に理解することが可能になり、それによって車両運転手が車両転倒事故を引き起こしやすい条件を回避することが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】車両転倒条件の検出のためのシステムおよび方法技術分野本発明は、概して、車両安全性に関し、より詳細には、車両転倒を引き起こす条件の検出のためのシステムおよび方法に関する。発明の背景大型トラックおよびトラクタ・トレーラ連結体などの車両の転倒は、安全上の重大な問題である。転倒事故は、車道輸送産業における最も大きい一つの死因であり、多くの危険物の容量もれの原因となっている。大型トラックおよび他の車両は、車両幅に対して重心が高いために、転倒事故にあいやすい。経済的条件および規定条件は、転倒事故の発生を減少させるような方向に変わる見込みがない。転倒事故の発生頻度は、アクティブサスペンションシステムなどの技術を用いて低減され得る。しかし、このような技術は費用が高い。さらに、実用上の問題として、アクティブサスペンションの重量および電力消費によって、その使用度が制限される。転倒事故の発生頻度を低減させるための別の方法は、転倒事故が起こりやすいときを示すために運転者にデータを与えるというものである。しかし、高速道路の速度では、トラクタ・トレーラ連結体は、この連結体の長さを１秒未満で走破する。このために、検出システムだけでは、転倒事故が起ころうとするときを効果的に予測し得ない。しかし、データが運転者に与えられることによって、運転者は転倒条件の発生蓋然性を評定し得る。この問題に対する従来の取り組み方法は、当該分野において公知である。例えば、Mizeの米国特許第4,078,224号に記載されているシステムは、車両のサスぺンションユニットの対向する端部にひずみゲージセンサが設置されている技術を記載している。対向するひずみゲージセンサは、車両の重量によって引き起こされる歪みの差分測定（differential measure）を提供する。差分信号は測量され、それによって車両の一方の側から別の側への横断重量移行の指示を提供し得る。しかし、横断重量移行だけでは、車両が転倒しようとするか否かを決定するために十分な情報を車両運転者に提供しない。さらに、この取り組み方法は、センサが自然力にさらされ、頻繁な交換が必要になり得るトラクタ・トレーラへのひずみゲージセンサの設置を必要とする。このような方法はコストが非常に高い。米国特許第4,078,224号に開示されているシステムは、転倒が始まったことを示すためには特に効果的である。しかし、運転手は転倒事故を防止する処置をもはや取り得ないので、転倒が始まったことの確認は運転手には非常に小さい意味しか持たない。米国特許第4,722,547号に開示されている別の技術は、車両の対向する端部で超音波トランスデューサを用いる。超音波トランスデューサは車道からの距離を監視し、アクティブサスペンションシステムを可能にする。このような技術もまた、特に、今日既に路上にある多数のトラクタ・トレーラ連結体にとって、実行が相対的に高価である。従って、転倒条件の存在を検出し、転倒事故の発生を防止するために用いられ得るデータを運転手に提供するコスト有効なシステムおよび方法が非常に必要とされていることが理解され得る。本発明は、以下の記載および添付の図面から明らかになるように、この利点および他の利点を提供する。発明の要旨本発明は、車両転倒条件の検出のためのシステムおよび方法に具現化される。このシステムは、車両と結合されて、車両の横方向荷重移動および車両の横方向加速を示す信号を生じさせるセンサアセンブリを備える。センサアセンブリに結合された回転モーメント算出器は、センサアセンブリからの信号に基づいて回転モーメントを算出する。センサアセンブリに結合された重心算出器は、車両の実効重心を算出する。回転モーメント算出器に結合された回転モーメントディスプレイは、算出された回転モーメントの視覚的指示を提供する。重心ディスプレイは、車両の算出された実効重心の視覚的指示を提供し、それによって車両の転倒蓋然性の指示を提供する。好ましい実施態様において、回転モーメント算出器および重心算出器は一つのプロセッサの一部である。プロセッサは最大回転モーメントと比較した実際の回転モーメントを示す横方向荷重移動比を算出し、ディスプレイはこの横方向荷重移動比を示す。一つの実施態様において、センサアセンブリは３つの独立したセンサユニットを含む。第１のセンサユニットはフレーム上に取り付けられ、車体の横方向加速を示す信号を生成する。第２および第３のセンサユニットは、サスペンションシステム中の横方向荷重移動を示す信号を生成させるように方向づけされる（orie ntated）。第２および第３のセンサユニットは、車軸の対向する側に取り付けられ得、それによって車軸の一方の側から車軸の対向する側への荷重移動を示す信号を生成させる。第２および第３のセンサユニットは処理され、横方向荷重移動を決定するために用いられる差分信号が生成される。別の実施態様において、センサアセンブリは２つのセンサユニットを備える。第１のセンサユニットはフレームに結合されて、横方向加速を検出し、第２のセンサユニットは車軸上に取り付けられる。第１および第２のセンサユニットは、車軸の一方の側から車軸の対向する側への荷重移動を検出するために用いられる。算出されたデータは棒グラフディスプレイとして有利に表示され得、ここでは横方向荷重移動は実質的に水平方向の表示の向きを有する棒グラフによって示され、車体の実効重心は、実質的に垂直なディスプレイの向きを有する棒グラフ上に表示される。回転モーメントディスプレイおよび重心ディスプレイは一つのディスプレイの一部であり得る。ディスプレイはカラーディスプレイであり得、ここでは所定のしきい値を下回るときには横方向の荷重移動は第１の色で表示され、横方向の荷重移動が所定のしきい値を上回るときには第２の色で表示される。システムは、横方向荷重移動が所定のしきい値を上回るときには警告信号を生じさせる音声トランスデューサも含み得る。センサアセンブリは、代表的には、車体の駆動車軸と関連付けられ、駆動車軸での横方向加速および横方向荷重移動を示す信号を生成させる。車両が少なくとも一つの駆動車軸を有するセミトラクタ・トレーラ連結体であるとき、センサアセンブリは駆動車軸に近接して取り付けられ、それによって駆動車軸での横方向加速および横方向荷重移動を示す信号を生成させる。トラクタ・トレーラ連結体が各々が車軸を有する複数のトレーラ部を有するとき、センサアセンブリはトレーラ車軸の少なくとも一つの車軸に近接して取り付けられ得、それによってトレーラ車軸での横方向加速および横方向荷重移動を示す信号を生成させる。システムは、複数のトレーラ部車軸の少なくとも二つに近接して取り付けられた複数のセンサアセンブリも含み得、それによってトレーラ部車軸での横方向加速および横方向荷重移動を示す信号を生成させる。システムはプロセッサに与えられるゲート信号をさらに含み得、ここでプロセッサは、ゲート信号が与えられたときのみ実効重心を算出する。車体の横方向加速が所定のしきい値を超えるときに、ゲート信号はプロセッサに与えられ得る。システムは、ゲート信号がプロセッサに与えられないときに、算出された重心を格納するためのデータ格納位置を含む。ディスプレイは、ゲート信号が与えられたときには算出された重心を示し、ゲート信号が与えられないときには格納された算出された重心を示す。図面の簡単な説明図1Aは、通常動作の間の従来のセミトラクタ・トレーラ連結体の背面図である。図1Bは、超過速度で右方向に曲がろうとしているときの、図1Aのセミトラクタ・トレーラ連結体の背面図である。図2Aは、本発明のシステムの機能ブロック図である。図2Bは、図2Aのシステムによって用いられるディスプレイの一つの実施態様を図示する。図2Cは、図2Aのシステムによって用いられるディスプレイの別の実施態様を図示する。図３は、図2Aのシステムによって測定されるパラメータを示す駆動車軸の自由本体図である。図４は、図2Aのシステムを用いるセンサユニットの配置を示すセミトラクタ・トレーラ連結体の背面図である。図5Aは、図2Aのシステムを用いるセンサユニットの別の配置を示すセミトラクタ・トレーラ連結体の背面図である。図5Bは、図2Aのシステムによって測定されたセンサ配置およびパラメータをさらに図示する図5Aのセミトラクタ・トレーラ連結体の左側部分図である。図６は、図2Aのシステムと共に用いられるセンサの一つの実施態様を示す概略図である。発明の詳細な記載車両転倒事故は、一般には車両が超過速度で曲がろうとするときに発生する。図1Aに図示されるように、セミトラクタ・トレーラなどの車両10は、車両10内で運ばれている荷重に依存して変化する重心（COG）を有する。車両10は、車軸12 、タイヤ14、サスペンションシステム15および様々な力が与えられるフレーム18 を含む。車両10が直線に進むと、車軸12にかかる様々な力は相殺される。しかし、車両10が図1Bに図示されるように曲がる場合には、相殺されない力が車軸12にかかる。詳細には、図1Bの車両10は、右方向への方向転換を行うものとして図示されている。このような方向転換によって横方向の加速が生じ、それによって回転軸16について回転モーメントが生じる。回転モーメントが十分に大きい場合、車軸12の右側のタイヤ14は地面から離れ、車両10は転倒する。当業者が理解し得るように、回転モーメントは横方向の加速および重心の両方に依存する。重心が高いと、低い重心よりも大きい回転モーメントを生じさせる。横方向加速が大きいと、低い横方向加速よりも大きい回転モーメントを生じさせる。転倒事故の発生率を減少させるためには、車両10が耐え得る最大転倒モーメントを増大させるか、あるいは与えられる転倒モーメントを低減させるかのいずれかが必要である。あいにく、これらの量のいずれも容易には変えられ得ない。上記のように、車両転倒事故を防止するための公知の実用上の解決法は存在しない。起ころうとしている車両転倒を警告しようとして運転手にデータを提供するためのいくつかの試みが行われている。しかし、代表的な警告システムは、限定された情報しか運転手に提供せず、情報提供が遅すぎて実用的な意味をいずれも持ち得ない。上記のように、回転モーメントが十分に大きいと車両が転倒する。公知のように、重心を高くすると、与えられた横方向の加速について回転モーメントが増大する結果となる。背景の章で論じたMizeのシステムは、車両が転倒する傾向があるという指示を車両運転手に提供するために十分なデータを提供しない。本発明は、車両の各駆動車輪にかかる重量を測定し、かつ横方向の加速を測定するためにセンサを用いる。これらの測定に基づき、システムは車両の重心および車軸12の車輸間の横方向の荷重移動を算出する。本発明は図2Aの機能ブロック図に図示されるシステム100に具現化され、このシステムは、車両10の重心高さおよび車軸12の車輪間の横方向の荷重移動の指示を車両運転手に提供する。システム100は、車両運転手の潜在的に危険な運転癖を検出するためのモニタ装置としても用いられ得る。例えば、システム100は、横方向の加速および横方向の荷重移動をモニタし得、モニタされたパラメータが所定のしきい値を超える場合には、システム100は、所定のしきい値を超える度にパラメータ値をメモリに格納し得る。メモリはこれらのデータ値を保持し、これらのデータ値を後で表示し得る。例えば、システム100はスクールバスに設置され、週毎などに周期的にモニタされ得る。メモリは、前の週の間に横方向の加速および横方向の荷重移動が所定のしきい値を超えた回数を表示し得る。このように、スクールバス運転手の潜在的に危険な運転癖が検出され得、発生し得る転倒事故を防止するための適切な処置が講ざれ得る。システム100は、従来のマイクロプロセッサ、埋込み制御器などであり得る中央処理装置（CPU）102を含む。メモリ104は、ランダムアクセスメモリ(RAM)および読出し専用メモリ(ROM)の両方を含み得る。回転モーメント算出器105は、車両 10の回転モーメントを算出する。重心算出器106は、車両10の重心を算出する。例示的な実施態様において、回転モーメント算出器105および重心算出器106の機能はCPU102によって行われる。ディスプレイ108は、車両の重心および横方向荷重移動の表示を車両運転手に与える。例示的な実施態様において、横方向荷重移動は、車軸12の二端によって運ばれる荷重の差の総車軸荷重に対する比として表示される。１である横方向荷重移動比(LTR)は、車軸12の一方の側の車輪が地面から離れていることを示す。 −１であるLTRは、車軸12の他方の側の車輪が地面から離れていることを示す。図2Bは、ディスプレイ108の一つの実施態様を図示する。荷重移動比は、車両運転手が容易に解釈することを可能にするために実質的に水平な向きを有する棒グラフ150上に表示される。重心高さは、車両運転手が容易に解釈することを可能にするために実質的に垂直な向きを有する棒グラフ152上に表示される。ディスプレイ108がカラーディスプレイである場合、荷重移動比は所定のしきい値よりも下ではある色で表示され、所定のしきい値を超える場合は別の色で表示され得る。ディスプレイ108の別の実施態様が図2Cに図示され、ここではディジタルあるいはアナログのいずれかである従来の計器が荷重移動比を表示する。重心高さは、相対的単位あるいはフィートなどの絶対単位で読み出される数値として表示され得る。システム100は、荷重移動比が所定のしきい値を超えたときに車両運転手に可聴指示を与えるための選択的な音声警報器109も含み得る。システム100は、CPU102による処理のためにアナログ入力データをディジタル形式に変換するアナログーディジタル変換器（ADC）110も含む。ADC110によってディジタル化されたデータは、フィルタ112によってフィルタリングされる。システム100によって現在用いられているフィルタ112は、２ヘルツの遮断周波数を有するディジタル低域フィルタである。低い遮断周波数は漂遊（stray）雑音を除去し、サスペンションシステム15中の自然共鳴によって生じる、代表的には約 10ヘルツである振動の影響を除去するために役立つ。システム100は、ゲート回路（gating circuit）114および実効重心（effective center of gravity）を表示するために用いられるサンプリング／保持回路116も含む。以下で詳細に記載するように、車両10の実効重心は、車両フレーム18（図1Aおよび図1B参照）の横方向加速を含む測定されたパラメータに基づいて算出される。しかし、車両10が横方向加速がほとんどあるいは全くなく移動するとき、実効重心は横方向加速の減少により低くなるように思われる。従って、横方向加速が所定のしきい値を上回るとき、ゲート回路114はCPU102に指示を与える。従って、CPU102は、横方向加速が所定のしきい値を上回ることを示すゲート信号が与えられたときのみ、実効重心高さを算出する。横方向加速が所定のしきい値を上回ることをゲート回路 114が示すときに、サンプリングおよび保持回路116は現在算出された実効重心を用いる。しかし、横方向加速が所定のしきい値を上回らないことをゲート回路11 4が示すとき、サンプリングおよび保持回路116は最後に算出された値を実効重心高さについて保持する。従って、サンプリングおよび保持回路116は、横方向加速が所定のしきい値を超えるときに算出された実効重心高さを更新し、横方向加速が所定のしきい値を超えないときには最後に算出された有効重心測定を格納する。あるいは、車両10が横方向加速を受けてゲート回路114を作動させるときに、車両運転手はボタン（図示せず）を手動で押し得る。この実施態様において、CP U102は、ボタン（図示せず）を介するゲート回路114の手動による活性化に応答して実効重心を算出する。サンプリングおよび保持回路116は、実効重心高さについてCPUによって算出された一つの値を保持する。ディスプレイ108は、ゲート回路114が活性である場合は実効重心高さについて現在の値を表示し、ゲート回路114が活性でない場合はサンプリングおよび保持回路116内の格納された値を表示するように構成される。データに加えて電力、状態信号および制御信号を運び得るバスシステム120によって様々な構成要素が接続される。図2Aの機能ブロック図に図示されているシステム100の構成要素の多くがCPU10 2に組み込まれることに留意すべきである。例えば、フィルタ112、ゲート回路11 4およびサンプリングおよび保持回路116は、メモリ104内に格納された適切なコンピュータ命令によって実行され、CPU102によって行われ得る。さらに、サンプリングおよび保持回路116の一部であるデータ格納領域は、CPU102内の格納レジスタあるいはメモリ104内の格納位置であり得る。従って、システム100の多くの構成要素が、CPU102によって行われる適切な命令によって実行され得る。しかし、各構成要素が別々のタスクを行うので、図2Aはこれらの構成要素を独立した機能ブロックとして図示する。センサアセンブリ122は、荷重移動および横方向加速を示すデータを提供するために用いられる。好ましい実施態様において、センサアセンブリ122は、現在T V Interactive Data Corporationに譲渡されている米国特許第5,218,771号（第' 771号特許）に図示されている光傾斜センサユニットなどの２つあるいはそれ以上の独立したセンサユニットを用いる。この特許に記載されているセンサは、センサユニットの向きを示すための低コストのラグド（rugged）検出ユニットを提供する。車両10のフレーム上に取り付けられた一つのセンサおよびサスペンション上に取り付けられた別のセンサを用いて、車軸に関するフレームの回転角が決定され得る。サスペンションの回転剛性、トラック質量および横方向加速などの他の係数は、車両10の重心を算出するために用いられ得る。サスペンションの回転剛性およびサスペンションの回転中心高さは、見積もられてシステム100に入力され得る特性である。第'771号特許に記載されるように、各センサユニットは、液体中に懸濁（susp ended）された泡を含む透明な円柱形容器を含む。円柱形容器の一端は、泡を照射する赤外線LEDを含む。円柱形容器の両端には光ダイオードがある。センサユニットが水平位置にあるとき、泡は２つのダイオード間の中心に位置づけられる。泡は反射レンズのような働きをし、２つの光ダイオードに光を反射させる。泡は反射レンズのような働きをし、２つの光ダイオードに光を反射させる。センサユニットが水平であり、泡が２つの光ダイオード間にあるとき、センサは水平指示を生じさせる。センサユニットが回転させられると、泡は静止したままであり、一つの光ダイオードに向かい、他方の光ダイオードから離して光を徐々に再び導く。反射された光が変化すると、センサユニットの出力が比例して変化する。センサ出力は入照光の量に線形に比例する。センサユニットの出力信号はADC110 （図2Aを参照）に与えられて、パルス幅変調波形が生成され、この波形はCPU102 に送られる。CPU102はパルス幅を測定し、センサユニットの絶対角位置を導き出す。比計量（ratiometric）光ダイオード回路を用いることによって、雑音、温度および他の環境要因の影響を受けない低コストADC110が可能になる。センサユニットは、センサの相対的な傾斜を示すカウント値を生じさせるように構成される。ケーブルが出ている側面が対向する側面よりも低くなるようにセンサユニットが傾斜されている場合、カウントは減少して、平坦な「ゼロ」位置からの負の角度あるいは移動を示す。ケーブル側面が対向する側面よりも高くなるようにセンサユニットが他方の方向に傾斜されてる場合、カウントは増加して、「ゼロ」位置からの正の角度あるいは移動を示す。各センサユニットは、中央接続箱（図示せず）に至る遮断（shielded）ケーブルを有する小箱の中に含まれる。次いで、接続箱は、車両10の運転室および電力システムに接続される。一つの実施態様において、接続箱は、上記の方法で各センサユニットを測定し、CPU102へのインタフェースのために結果として得られるデータを車体の運転室に伝達する小型のマイクロプロセッサ（図示せず）を含む。好ましい実施態様において、CPU102は、センサアセンブリ122およびディスプレイ108の両方についてデータを処理する。以下で詳細に述べられるように、センサアセンブリ122は、２つあるいはそれ以上の個々のセンサユニットを備える。図６は、第'771号特許により構成された一つのセンサユニットの概略図である。センサユニットは、透明な円筒形容器に近接して取り付けられたLEDおよび２つの光ダイオードを含む。光ダイオードからの出力は、TLC555タイマの入力を変調するために用いられ、それによってパルス幅変調出力信号が生成される。このような目的のためのTLC555タイマの動作は公知であり、本明細書において記載する必要はない。パルス幅変調出力に基づいて、円筒形容器内での泡の角度の向きを正確に決定することが可能である。システム100は、横方向荷重移動および横方向加速の指示を提供するために２つあるいはそれ以上の個別のセンサユニットの向きを用いる。第'771号特許の向き（orientation）検知装置の利点は、相対的に低いコストおよび車両サスペンションシステム15（図1Aおよび図1Bを参照）の不利な環境における動作のための耐久性（ruggedness）である。センサユニット内に含まれている液体は、車体10が遭遇する幅広い動作温度範囲にわたって一定の粘度を維持する。さらに、各センサユニットは自蔵型（self-contained）で封止されており、従って、汚物および水などの汚染物質の有害な影響がなくなる。第’771号特許に記載されている光検知ユニットは好ましい実施熊様において用いられるが、システム100の実行は様々なセンサを用いて成功され得る。例えば、センサアセンブリ122は、２つあるいはそれ以上の回転式可変差分変圧器（R VDT）検知ユニットからなり得る。当該分野において公知のように、RVDT検知ユニットは、検知素子の回転位置に応答して変化する電気信号を生成させる。システム100において有用な他のタイプのセンサユニットは、回転電位差計、光符号化器、ひずみゲージなどを含む。さらに、従来のコンピュータ入力装置はセンサアセンブリ122においても用いられ得る。例えば、ファイバー光ケーブルがグローブの指状突起に取り付けられているグローブを用いることは、マルチメディアコンピュータの使用において公知である。使用者が指状突起を曲げると、ファイバー光ケーブルが曲がり、それによってケーブルの湾曲が増大し、その結果としてファイバー光ケーブルを透過する光の量がそれに対応して減少する。ファイバー光システムはセンサアセンブリ122によって用いられ得、それによって車軸12の傾斜角が決定され得、従って、横方向荷重移動の測定が提供される。従来の加速度計は、横方向加速の指示を提供し得る。本発明は、センサアセンブリ122の特定の形態によって限定されない。非駆動車軸の一方の側のタイヤが外れ、路面から離れたときに、潜在的な車両転倒からの回復が可能であることが調査によって示されている。それとは対照的に、駆動車軸の一方の側のタイヤ14から荷が降ろされ、路面から離れたときには、車両転倒は回復不可能であることが見出されている。このために、センサアセンブリ122は、代表的に、車両10の駆動車軸12と関連付けられている。車両10がトラクタ・トレーラ連結体である場合、センサアセンブリ122は、概して、トラクタの駆動車軸の一つの上に取り付けられている。しかし、列車と称されることもある複数のトレーラ連結体は、路上では多く見かけられる。複数トラクタ・トレーラの連結体では、転倒事故はまず最後部のトレーラの車軸で始まる傾向にあることが調査によって示されている。複数トラクタ・トレーラの連結体では、センサアセンブリ122は最後部のトレーラ部の車軸と関連付けられ得る。複数のセンサアセンブリ122を車体10の一つあるいはそれ以上の車軸上に取り付けることも可能である。この実施態様において、CPU102は、各センサアセンブリ122からデータを分析する。ディスプレイ108は、CPU102によって算出された最も大きいL TRのみを表示するように構成される。重心高さおよび横方向荷重移動比の両方の見積りのための基礎は、タイヤ14と道路との間で移動される力の測定である。これらの力の直接測定は、タイヤ14と路面との間に配置されたセンサを必要とする。従って、力の直接測定は可能ではないが、一つの車軸の自由本体（free-body）分析は、タイヤと道路との間の車軸についての力は、車両のフレームと車軸との間の力およびモーメントの測定から推論され得ることを示す。これらの測定から、LTRおよび重心が算出され得る。 LTRと重心との組み合わせは、車両10の転倒感度を決定するために車両運転手によって用いられ得る。例えば、重心が高いと、横方向加速が低くとも車両転倒となり得る。システム100を詳細に述べる前に、車両転倒に関連する物理的現象を簡単に述べる。上述のように、回転中心16を介して車両に与えられる回転モーメントが、タイヤ14を介して路而によって車体10に与えられ得る最大モーメントを超えるときに転倒が生じる。与えられたモーメントが最大モーメントを超えると、第１の車軸、次いで車軸の残りが車道から離れ、転倒が始まる。軸12に与えられる垂直方向の力、水平方向の力およびモーメントをそれぞれ表す。直方向の力をそれぞれ表す。タイヤ14と路面との間の水平方向の接触力（すなわち、摩擦）は図３に図示されているが、本分析とは直接関連しない。さらに、車ここでａは、単位「ｇ」で測定された横方向加速である。サスペンションによっ介して作用するものと考える。図３は、路面が水平であると仮定したときの力の作用を図示することに留意すべきである。しかし、路面が傾斜している場合にも分析は当てはまる。傾斜路の場合には、用語水平および垂直は、局所的な道路傾斜に平行および垂直なものとして解釈される。車軸12の中心線は、概して、タイヤ14の可撓性および車軸の各端部によって支えられる異なる荷重によって、水平面に対して傾斜している。タイヤのたわみが荷重の一次関数としてモデル化され得ると仮定すると、車軸角は、以下によってタイヤ14の剛性の測定値、Ｔは車軸12の各側でのタイヤ14の中心間の距離である。車軸12の両端上のタイヤ14が路面と接触している限り、方程式（１）が当てはまることに留意すべきである。車軸12とサスペンションシステム15（図1Aおよび図1B参照）との間のモーメン係は、ａの影響下で車軸によって与えられる遠心力、およびｈ_cgaは車軸12の重心高さである。方程式（２）のいくつかの係数が無視され得るので、CPU102（図2A参照）によって行われる計算が単純化される。特に、車軸角αは全ての実施状況において十分的なトラクタ・トレーラにおける荷重重量と比較すると非常に小さい。従つて、これらの項は無視され得、方程式（２）は以下に示されるように単純化される。ここで、全ての項は前もって定義されている。方程式（３）は、以下の方程式を用いてタイヤ接触力の差の指示を提供するために処理され得る。ここで、全ての項は前もって定義されている。方程式（４）は、タイヤ接触力の差を定義する。タイヤ接触力の合計は、車両以下の方程式（５）に表される。程式によって与えられる左および右のタイヤ力の関数である。ここで、LTRは横方向荷重移動比であり、他の全ての項は前もって定義されている。車両10の重心高さは以下によって近似され得る。ここで、ｈ_cgvは車両10の重心の実効高さ、ａは横方向加速、LTRは、上記の方程式（６）において定義された横方向荷重移動比、Ｔは車軸12の各端でのタイヤ14 の中心間の距離である。上述のように、CPU102（図2Aを参照）は、横方向加速ａが所定のしきい値を上回るときのみ重心の実効高さｈ_cgvが算出されるように、ゲート回路114を用いる。横方向加速ａが所定のしきい値を下回るとき、サンプリングおよび保持116は重心の実効高さについて前の値を維持する。上記の方程式（７）における公式は、重心高さを近似する。車両フレーム18（図1Aおよび図 1Bを参照）の回転などの要素によって横方向の移動が生じ得、それによって算出された重心が実際の重心よりも高くなるように思われる。しかし、このような誤りは最小限と考えられ、無視され得る。従って、方程式（７）は、重心の実際の高さに十分に近い近似値である重心の実効高さの測定を提供する。ディスプレイ108（図2Aを参照）は、車両10のLTRおよび車両の実効重心ｈ_cgv の指示を車両運転手に与える。従って、上記の方程式（６）および（７）の結果は、車両運転手のために表示される。LTRを算出するためには、方程式（４）および（５）に解を与えなければならない。車両10の回転中心ｈ_rc16の高さおよびタイヤ14の接触パッチ間の距離Ｔは、特定の車両について測定され得る固定さ定されたパラメータであるが、無視しても差し支えない。最後に、回転モーメンパラメータはセンサアセンブリ122によって測定される。定数、βは車両10の車軸12とフレーム18との間の角度、Ｃ_sはサスペンションの回転減衰を示す定数、は時間に対するβの変化率である。角度βは、いくつかの異なる方法で決定され得る。図４に図示される一つの実施態様においては、第１のセンサユニットＳ₁ は車両10のフレーム18上に取り付けられ、第２のセンサユニットＳ₂は車軸12上に取り付けられる。第１のセンサユニットＳ₁および第２のセンサユニットＳ₂は、フレーム18の傾斜角および車軸12の傾斜角の指示をそれぞれ提供する。第１のセンサユニットＳ₁および第２のセンサユニットＳ₂によってそれぞれ測定された傾斜角間の差は、角度βの直接測定を提供する。しかし、図４におけるセンサアセンブリユニット122の構成は、車軸12の振動に対して感度が高い。これらの振動は雑音であると考えられ、従って、測定の信号対雑音比（SNR）が低下する。図5Aに図示されるセンサアセンブリ122の異なる構成において、センサアセンブリ122（図2A参照）は、フレーム18に取り付けられた第１のセンサユニットＳ₁ と、車軸12の左側で車両10のサスペンションシステム15上の牽引腕部201上に取り付けられた第２のセンサユニットＳ₂とを備える。第３のセンサユニットＳ₃は、車軸12の右側で車両10のサスペンションシステム15上の牽引腕部20r上に取り付けられている。これら３つのセンサユニットＳ₁、Ｓ₂およびＳ₃からの信号はA DC110（図2Aを参照）によってディジタル化され、CPU102によって処理される。第２のセンサユニットＳ₂および第３のセンサユニットＳ₃からの信号は組み合わされて、差分信号を形成する。牽引腕部201および20r上に第２および第３のセンサユニットＳ₂およびＳ₃をそれぞれ取り付けることによって、振動によって生じる誤りに対するセンサユニットの感度が低くなる。さらに、第２のセンサユニットＳ₂および第３のセンサユニットＳ₃の両方が同様の道路振動に曝されるので、 CPU102によって生成される差分信号は、道路振動によって生じる雑音をさらに低減させる。差分信号は、このような状況における車両10の道路勾配あるいはブレーキなどの他の要素によって生じる誤りも減少させ、第２のセンサユニットＳ₂ および第３のセンサユニットＳ₃の両方が道路勾配あるいはブレーキ効果によって生じる実質的に同一の傾斜角を測定し、これらの外部からの影響に応答してゼロ差分出力信号を生じさせる。従って、センサユニットＳ₂およびＳ₃によって生じさせられる差分信号は、車軸12上に直接取り付けられる一つのセンサユニットＳ₂（図４参照）を用いて提供され得るよりも、より正確な角度βの測定を提供する。図5Bは、差分センサ取り付けの側面図を示し、左側の牽引腕部201上に取り付けられた第２のセンサユニットＳ₂を示す。牽引腕部201はフレーム18に軸回転可能に取り付けられ、それによって可変角度γ_lを定義し、第３のセンサユニットＳ₃は同様に右側の牽引腕部20rに取り付けられる（図5A参照）。右側牽引腕部20 rおよびフレーム18は可変角度γ_rを定義する。牽引腕部201および20rを車軸12に結合する軸回転点の間の水平距離は、図5Bにおいて文字ｅで図示される。第２のセンサユニットＳ₂と第３のセンサユニットＳ₃とは距離ｄだけ離れている（図5A参照）。距離ｄおよびｅは、特定の車両10について固定されていることに留意すべきである。公知の三角関数を用いて、様々な角度および距離が以下によって相互に関連付けられる。ここで、全ての項は前に定義されている。車軸12とフレーム18との間の角度βは10°未満であり、通常の条件下では、１０°よりも大幅に小さい。このような状況下では、システム100は、方程式(9)中の正弦関数についての線形近似を用いる。角度β、γ_lおよびγ_rは直接測定され、以下を用いてβについての直接測定のための技術を提供する。ここで、全ての項は前に定義されている。転モーメントＭを決定するために方程式(8)に代入され得る。上記のように、定数ｋ_sは、サスペンションシステム15（図1Aおよび図1B参照）の幾何学的構成に依存するサスペンション剛性の測定値である。車両10がエアサスペンションばねを用いる場合、ｋ_sはわずかに変化し得ることに留意すべきである。しかし、このようなわずかな変化は無視しても差し支えない。定数Ｃ_sは、サスペンションシステム15の幾何学的構成に依存するサスペンションの回転減衰の測定値である。ここで、全ての項は前に定義されている。横方向加速ａは、センサユニットＳ₁ （図４および図5A参照）によって測定される。上記のように、センサＳ₁は、フレーム18の傾斜角の測定を提供する。δとして定義される傾斜角は、以下の方程式を用いて横方向加速ａを定義するために用いられる。ここで、全ての項は前に定義されている。システム100によって測定される残りの可変パラメータは、フレーム18およびゴン車、バスなどの車両では、車両重量は車軸の数で除算され得る。このような測定は乗客の重量を考慮に入れないが、この重量は車両重量自体と比較すると概して小さい。あるいは、トラクタ・トレーラ連結体などの車両は、車軸セットの各対が車両総重量を導き出すために独立して測定されるトラックスケールを用い面積倍したものと等しい。この値は、空気ばねの車軸からのずれ距離などの空気の値を決定するために複数の技術が良好に用いられ得る。定数および変数を測定あるいは算出するための技術を記載したが、システム10 0は、方程式（４）、（５）および（６）を用いて荷重移動比LTRを、ならびに方程式（６）および（７）を用いて重心の実効高さを容易に算出し得る。従って、システム100は、車両10の転倒蓋然性の指示を車両運転手に提供するための低コストで有効な技術を有利に提供する。車両運転手は、車両をより安全に運転するためにこの情報を用い得、従って、転倒事故の発生が低減される。実例のために本発明の特定の実施態様が本明細書に記載されたが、本発明の精神および範囲から逸脱せずに様々な改変が行われ得ることが上記から理解される。従って、本発明は、添付の請求項による制限を除いて制限されない。

Claims

【特許請求の範囲】 1．車両に結合され、該車両の横方向荷重移動および横方向加速を示す信号を生成させるセンサアセンブリと、該センサアセンブリに結合され、それによって該信号に基づいて回転モーメントを算出する回転モーメント算出器と、該センサアセンブリに結合され、それによって該信号に基づいて該車両の実効重心を算出する重心算出器と、該プロセッサに結合され、それによって該回転モーメントを示す視覚的表示を提供する回転モーメントディスプレイと、該車両の該実効重心を示す視覚的表示を提供し、それによって該車両の転倒蓋然性の指示を提供する重心ディスプレイと、を備える、車両転倒条件の検出のためのシステム。２．前記回転モーメント算出器が、最大回転モーメントと比較された実際の回転モーメントを示す横方向荷重移動比を算出し、前記回転モーメントディスプレイが、該横方向荷重移動比を示す、請求項１に記載のシステム。３．前記車両が、本体および車両車軸と関連付けられたサスペンションシステムを含み、前記センサアセンブリが、第１、第２および第３のセンサユニットを備え、該第１のセンサユニットは、該車両本体の横方向加速を示す前記信号を提供するように方向づけられ、該第２および第３のセンサユニットは、該サスペンションシステム中の横方向荷重移動を示す前記信号を提供するように方向づけられる、請求項１に記載のシステム。４．前記第１のセンサユニットが前記車両本体の上に取り付けられ、それによって横方向加速を示す前記信号を提供する、請求項３に記載のシステム。５．前記第２および第３のセンサユニットが前記車両車軸の対向する端部上に取り付けられ、それによって該車両車軸の一方の端部から該車両車軸の対向する端部への横方向荷重移動を示す前記信号を提供する、請求項３に記載のシステム。６．前記回転モーメント算出器が、前記第２および第３のセンサユニットによって生成された前記信号から差分信号を生成し、それによって横方向荷重移動を決定する、請求項５に記載のシステム。７．前記車両が、本体および車両車軸と関連付けられたサスペンションシステムを含み、前記センサアセンブリが、第１および第２のセンサユニットを備え、該第１のセンサユニットは、該車両本体の横方向加速を示す前記信号を提供するように方向づけられ、該第２のセンサユニットは、該サスペンションシステム中の傾斜角を検出するように方向づけられる、請求項１に記載のシステム。８．前記第１のセンサユニットが前記車両本体上に取り付けられ、それによって横方向加速を検出する、請求項７に記載のシステム。９．前記第２のセンサユニットが前記車両車軸上に取り付けられ、それによって該車両車軸の前記傾斜角を検出する、請求項７に記載のシステム。 10．前記センサアセンブリが、横方向加速および横方向荷重移動を示す前記信号を生成し得る少なくとも２つの光学傾斜センサを備える、請求項１に記載のシステム。 11．前記回転モーメントおよび前記重心ディスプレイが、第１の棒グラフディスプレイおよび第２の棒グラフディスプレイをそれぞれ備え、該第１の棒グラフディスプレイは、横方向荷重移動を示すために実質的に水平なディスプレイの向きを有し、該第２の棒グラフディスプレイは、前記車両の前記算出された実効重心を示すために実質的に垂直なディスプレイの向きを有する、請求項１に記載のシステム。 12．前記回転モーメントディスプレイはカラーディスプレイであり、前記横方向荷重移動が所定のしきい値を下回るときには第１の色で該横方向荷重移動を表示し、該横方向荷重移動が該所定のしきい値を上回るときには第２の色で該横方向荷重移動を表示する、請求項１に記載のシステム。 13．前記横方向荷重移動が前記所定のしきい値を上回るときに警告信号を生成するための音声トランスデューサをさらに含む、請求項１に記載のシステム。 14．前記車両が駆動車軸を有し、前記センサアセンブリが該駆動車軸と関連付けられ、それによって該駆動車軸での横方向加速および横方向荷重移動を検知する、請求項１に記載のシステム。 15．前記車両が、少なくとも一つの駆動車軸を有するトラクタ・トレーラであり、前記センサアセンブリが該少なくとも一つの駆動車軸に近接して取り付けられ、それによって該少なくとも一つの駆動車軸での横方向加速および横方向荷重移動を示す前記信号を提供する、請求項１に記載のシステム。 16．前記車両が、各々が車軸を有する複数のトレーラ部を有するトラクタ・トレーラであり、前記センサアセンブリが該トレーラ部車軸の一つの車軸に近接して取り付けられ、それによって該トレーラ部車軸での横方向加速および横方向荷重移動を示す前記信号を提供する、請求項１に記載のシステム。 17．前記車両が、各々が車軸を有する複数のトレーラ部を有するトラクタ・トレーラであり、前記システムが該複数のトレーラ部車軸の少なくとも二つに近接して取り付けられる複数のセンサアセンブリをさらに含み、それによって該トレーラ部車軸での横方向加速および横方向荷重移動を示す前記信号を提供する、請求項１に記載のシステム。 18．前記車両が、本体および車両車軸と関連付けられたサスペンションシステムを含み、前記回転モーメント算出器が、該本体と該車軸との間に形成された角度を決定することによって前記回転モーメントを算出する、請求項１に記載のシステム。 19．前記車両サスペンションシステムが所定の剛性を有し、前記回転モーメント算出器が、前記本体と前記車軸との間に形成された前記角度を用いて前記回転モーメント、および前記サスペンションシステムの前記所定の剛性を示す定数を算出する、請求項18に記載のシステム。 20．前記システムが、前記車両に与えられる静的荷重を決定するための手段をさらに含み、前記回転モーメント算出器が、横方向荷重移動の比および前記静的荷重をさらに算出する、請求項１に記載のシステム。 21．前記回転モーメントディスプレイが、前記横方向荷重移動比および前記静的荷重の指示を提供する、請求項20に記載のシステム。 22．前記システムが、前記プロセッサに与えられるゲート信号をさらに含み、前記重心算出器は、該ゲート信号が与えられたときのみ前記実効重心を算出する、請求項１に記載のシステム。 23．前記横方向加速が所定のしきい値を上回るときに、前記重心算出器に前記ゲート信号が与えられる、請求項22に記載のシステム。 24．前記ゲート信号が前記重心算出器に与えられないときに前記算出された重心を格納するためのデータ格納位置をさらに含み、前記重心ディスプレイが、該ゲート信号が与えられたときに該算出された重心を示し、該ゲート信号が与えられないときに該格納された算出された重心を示す、請求項22に記載のシステム。 25．前記算出された回転モーメントが所定のしきい値を超える場合に、該算出された回転モーメントについてのデータ値を格納するためのデータ格納位置をさらに含む、請求項１に記載のシステム。 26．前記データ格納位置が、前記算出された回転モーメントが前記所定のしきい値を超える度に示す複数の算出された回転モーメント値を格納し、前記回転モーメントディスプレイが、各該複数の算出された回転モーメント値のディスプレイを含む、請求項25に記載のシステム。 27．前記回転モーメント算出器および前記重心算出器が一つのプロセッサの一部である、請求項１に記載のシステム。 28．前記回転モーメントディスプレイおよび前記重心ディスプレイが一つのプロセッサの一部である、請求項27に記載のシステム。 29．車両に結合され、該車両の横方向荷重移動および横方向加速を示す信号を生成させるセンサアセンブリと、該センサアセンブリに結合され、それによって最大横方向荷重移動と比較した実際の横方向荷重移動を示す横方向荷重移動比を算出する横方向荷重移動比プロセッサと、該センサアセンブリに結合され、それによって該車両の実効重心を算出する重心プロセッサと、該横方向荷重移動比プロセッサに結合され、それによって該横方向荷重移動比を示す視覚的表示を提供する横方向荷重移動比ディスプレイと、該車両の実効重心の視覚的指示を提供し、それによって該車両の転倒蓋然性の指示を提供する重心ディスプレイと、を備える、車両転倒条件の検出のためのシステム。 30．前記車両が、本体および車両車軸と関連付けられたサスペンションシステムを含み、前記センサアセンブリが、第１、第２および第３のセンサユニットを備え、該第１のセンサユニットは、該車両本体の横方向加速を示す前記信号を提供するように方向づけられ、該第２および第３のセンサユニットは、該サスペンションシステム中の横方向荷重移動を示す前記信号を提供するように方向づけられる、請求項29に記載のシステム。 31．前記第１のセンサユニットが前記車両本体の上に取り付けられ、それによって横方向加速を示す前記信号を提供する、請求項30に記載のシステム。 32．前記第２および第３のセンサユニットが前記車両車軸の対向する端部上に取り付けられ、それによって該車両車軸の一方の端部から該車両車軸の対向する端部への横方向荷重移動を示す前記信号を提供する、請求項30に記載のシステム。 33．前記横方向荷重移動比プロセッサが、前記第２および第３のセンサユニットによって生成された前記信号から差分信号を生成し、それによって前記横方向荷重移動を決定する、請求項32に記載のシステム。 34．前記システムが、前記横方向荷重移動比プロセッサに与えられるゲート信号をさらに含み、該横方向荷重移動比プロセッサは、該ゲート信号が与えられたときのみ前記実効重心を算出する、請求項29に記載のシステム。 35．前記横方向加速が所定のしきい値を上回るときに、前記横方向荷重移動比プロセッサに前記ゲート信号が与えらる、請求項34に記載のシステム。 36．前記システムが、前記ゲート信号が前記横方向荷重移動比プロセッサに与えられないときに前記算出された重心を格納するためのデータ格納位置をさらに含み、前記ディスプレイが、該ゲート信号が与えられたときに該算出された重心を示し、該ゲート信号が与えられないときに該格納された算出された重心を示す、請求項34に記載のシステム。 37．前記横方向荷重移動比プロセッサおよび前記重心プロセッサが一つのプロセッサの一部である、請求項29に記載のシステム。 38．前記横方向荷重移動比ディスプレイおよび前記重心ディスプレイが一つのディスプレイの一部である、請求項29に記載のシステム。 39．車両転倒条件の検出のための方法であって、該方法は、該車両に結合されたセンサアセンブリを用いて該車両の横方向荷重移動および横方向加速を示す信号を生成するステップと、該信号に基づいて回転モーメントを算出するステップと、該車両の実効重心を算出するステップと、該車両の該算出された回転モーメントおよび該算出された実効重心を示すデータを表示し、それによって該車両の転倒蓋然性の指示を提供するステップと、を包含する方法。 40．回転モーメントを算出する前記ステップが、最大回転モーメントと比較された実際の回転モーメントを示す横方向荷重移動比を算出し、データを表示するための前記ステップが、該横方向荷重移動比を示すデータを表示する、請求項39 に記載の方法。 41．前記車両が、本体および車両車軸と関連付けられたサスペンションシステムを含み、前記センサアセンブリが、第１、第２および第３のセンサユニットを備え、該第１のセンサユニットは、該車両本体の横方向加速を示す前記信号を提供するように方向づけられ、該第２および第３のセンサユニットは、該サスペンションシステム中の横方向荷重移動を示す前記信号を提供するように方向づけられ、回転モーメントを算出する前記ステップは、該第１、第２および第３のセンサユニットによって生成される該信号を用いる、請求項39に記載の方法。 42．前記第１のセンサユニットが前記車両本体の上に取り付けられ、それによって横方向加速を示す前記信号を提供する、請求項41に記載の方法。 43．前記第２および第３のセンサユニットが前記車両車軸の対向する端部上に取り付けられ、それによって該車両車軸の一方の端部から該車両車軸の対向する端部への横方向荷重移動を示す前記信号を提供する、請求項41に記載の方法。 44．前記回転モーメントを算出する前記ステップが、前記第２および第３のセンサユニットによって生成された前記信号から差分信号を生成し、それによって前記横方向荷重移動を決定する、請求項41に記載の方法。 45．前記車両が、本体および車両車軸と関連付けられたサスペンションシステムを含み、前記センサアセンブリが、第１および第２のセンサユニットを備え、該第１のセンサユニットは、該車両本体の横方向加速を示す前記信号を提供するように方向づけられ、該第２のセンサユニットは、該サスペンションシステム中の横方向荷重移動を示す前記信号を提供するように方向づけられ、回転モーメントを算出する前記ステップは、該第１および第２のセンサユニットによって生成される該信号を用いる、請求項39に記載の方法。 46．前記第１のセンサユニットが前記車両本体の上に取り付けられ、それによって横方向加速を示す前記信号を提供する、請求項45に記載の方法。 47．前記第２のセンサユニットが前記車両本体の上に取り付けられ、それによって前記車両車軸の一方の端部から該車両車軸の対向する端部への荷重移動を示す前記信号を提供する、請求項45に記載の方法。 48．前記センサアセンブリが、横方向加速および横方向荷重移動を示す前記信号を生成させ得る少なくとも二つの光学傾斜センサを備え、前記回転モーメントを算出する前記ステップが、前記光学傾斜センサによって生成される該信号を用いる、請求項39に記載の方法。 49．前記算出された回転モーメントが所定のしきい値を超える場合、該算出された回転モーメントについてのデータ値を格納するステップをさらに含む、請求項39に記載の方法。 50．前記格納ステップが、前記算出された回転モーメントが該所定のしきい値を超える度に示す複数の算出された回転モーメントデータ値を格納し、前記方法が、各該複数の算出された回転モーメント値を表示するステップをさらに包含する、請求項49に記載の方法。