JP2001507648A - 車両転倒条件の検出のためのシステムおよび方法 - Google Patents
車両転倒条件の検出のためのシステムおよび方法Info
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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hcga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、hcgv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hcgv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hcgv
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hrc16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、Cs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γl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γr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、1
0°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、γlおよびγr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ks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、ks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Cs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 (1)
- 【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。
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