JP2002013620A - 車両質量推定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来より高い精度で車両質量を推定し得るよ
うにした車両質量推定装置を提供する。 【解決手段】 車速に関する情報に基づき加速度を算出
する加速度算出部１と、車両の運転状態に関する情報に
基づき車両の駆動力を算出する駆動力算出部２と、前記
加速度算出部１から変速時における変速前の加速度及び
変速中の減速度を導き且つ前記駆動力算出部２で算出さ
れた変速前の駆動力を変速前の加速度から変速中の減速
度を減算した値で除算して車両質量を求める車両質量算
出部３とにより車両質量推定装置を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両質量推定装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、トレーラを牽引するトラクタや
大型トラックのように車両質量（負荷）が大きく変動す
るような車両の変速機では、変速段を高速側と低速側と
に切り替えるための副変速機が設けられており、例え
ば、荷物を積載して走行するような高負荷時に、副変速
機を低速段側に切り替えることにより駆動輪に伝達され
る駆動トルクの増大を図り、空車状態で走行するような
低負荷時には、副変速機を高速段側に切り替えることに
より燃費の向上を図り得るようにしてある。

【０００３】このような副変速機付きの多段変速機にお
いては、手動変速機の場合と同様の機械式のクラッチ
と、このクラッチを断接するクラッチ用アクチュエータ
と、ギヤのシフト位置を切り替えるシフト用アクチュエ
ータと、ギヤのセレクト位置を切り替えるセレクト用ア
クチュエータとを備え、主として走行中にクラッチペダ
ルを踏むことなく変速シフトを行なえるようにした機械
式の自動変速装置（若しくは適宜にマニュアルモードに
切替え可能な半自動変速装置）が既に開発されている。

【０００４】ただし、従来におけるこの種の自動変速装
置においては、車速とアクセル開度とによる二次元マッ
プを制御マップとして目標変速段及び変速タイミングを
一義的に設定するようにしていたため、このような変速
制御に車両の負荷変化が十分に反映されないという不具
合があり、自動変速されたギヤと実際の走行状態とが適
切にマッチしないことが多かった。

【０００５】このため、車両の現在の負荷状態を制御パ
ラメータとして制御装置に入力し、車両の負荷状態を反
映させた変速制御を実用化することが検討されている
が、例えば、車両の負荷の一要因を成す車両質量を把握
する場合、従来においては、軸重センサにより車体を車
軸に対して支持するバネの変位を測定することで車両質
量を推定するようにしていた。

【０００６】ところが、このような車両質量の推定装置
にあっては、バネ定数が車種毎に異なることにより軸重
センサの定数を車種毎に設定する必要があって割高にな
るという不具合があり、又、特にトラクタの場合には、
トラクタ側の軸重センサのみで全体の質量を計測するこ
とができないために、連結されたトレーラ側にも個別に
軸重センサを設けなければならないという不具合があっ
た。

【０００７】このような不具合に対し、本発明者は、車
種を選ばずに車両の質量を推定できる質量推定装置とし
て特願平１０−２４８６１５号を既に出願しており、こ
の先行出願の質量推定装置においては、変速前後の加速
度により車両質量を推定するようにしている。

【０００８】即ち、一般的に、質量の大きさは物体の動
き難さに比例するので、その物体を動かそうとする力を
与えてから一定の速度に達するまでの間の加速度を測定
することにより物体の質量を推定できるが、その物体が
置かれた条件により質量による要素以外にも物体の動き
難さに作用する要素が存在していることを考慮する必要
があり、例えば、ある物体を摩擦係数の大きな平面上に
置いた場合には、この物体が動く時に摩擦による抵抗が
発生するため、この摩擦が物体の動き難さに作用する要
素になり、加速度を測定することにより正確な質量の推
定値を得ることが困難になる。

【０００９】そこで、本発明者による先行出願の発明で
は、変速前後の加速度を用いて走行抵抗による質量推定
の誤差を排除するための連立方程式を立てるようにして
おり、以下に先行出願における車両質量の推定方式につ
いて原理的に説明すると、車両が走行する際における加
速度は、車両質量及び走行抵抗を夫々未知数とする方程
式により表すことができるので、異なる駆動力による変
速前後の加速度を夫々計測し、少なくとも二つの異なる
加速度に対して車両質量及び走行抵抗を未知数とする連
立方程式を立て、この連立方程式を解くことにより車両
質量及び走行抵抗を分離して求めることができるように
している。

【００１０】そこで、変速前後の駆動力をＦ₁、Ｆ₂と
し、変速前後の加速度を夫々α₁、α₂とし、主として路
面勾配による車両の走行抵抗（車輪のころがり抵抗や風
圧抵抗も含む）をＲとする時、変速前の実質的な余裕牽
引力はＦ₁−Ｒとなり、従来周知の運動方程式により一
つ目の関係式（１）

【数１】Ｆ₁−Ｒ＝Ｗ×α₁…（１） が成り立ち、又、変速後の実質的な余裕牽引力はＦ₂−
Ｒとなり、従来周知の運動方程式により二つ目の関係式
（２）

【数２】Ｆ₂−Ｒ＝Ｗ×α₂…（２） が成り立つ。

【００１１】そして、関係式（１）−関係式（２）によ
り下記の関係式（３）

【数３】Ｗ＝（Ｆ₁−Ｆ₂）／（α₁−α₂）…（３） が得られるので、エンジントルクに基づき変速前後の駆
動力Ｆ₁、Ｆ₂を夫々算出すると共に、車速に基づき変速
前後の加速度α₁、α₂を夫々算出して、上記の関係式
（３）に代入すれば、車両質量Ｗを推定することが可能
となる。

【００１２】斯かる車両質量の推定方式によれば、予め
車両に備えられている各種センサの出力から判るエンジ
ントルクや車速を用いて、変速前後の駆動力Ｆ₁、Ｆ₂及
び加速度α₁、α₂を夫々算出するだけで車両の質量を推
定することができ、この推定方式を実現するために車両
に新たに備える装置としては、演算を行うためのコンピ
ュータ装置だけで済むので、このコンピュータ装置のハ
ードウェアは各種の車両に共通のものとすることがで
き、これによって、車種を選ばずに車両の質量を推定す
ることができる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た如き車両質量の推定手段においては、変速前後の駆動
力Ｆ₁、Ｆ₂及び加速度α₁、α₂から車両質量を推定する
ようにしているため、駆動力Ｆ₁、Ｆ₂及び加速度α₁、
α₂が夫々近い値となり、誤差の影響を受け易いという
問題があった。

【００１４】即ち、一般的に、車速センサの出力値に基
づいて求められる加速度α₁、α₂には検出誤差が含まれ
易く、関係式（３）の右辺の分母側を成している変速前
の加速度α₁からα₂を減算した値は、加速度α₁、α₂が
互いに近い値であるために比較的小さな値となって誤差
の占める割合が大きくなるが、関係式（３）の右辺の分
子側を成している変速前の駆動力Ｆ₁から変速後の駆動
力Ｆ₂を減算した値も駆動力Ｆ₁、Ｆ₂が互いに近い値で
あるために比較的小さな値となるので、この分子側の比
較的小さな値を分母側の誤差の占める割合の大きな値で
除算することにより得られる車両質量には、自ずから分
母側の誤差の影響によるバラツキが起こり易くなる。

【００１５】本発明は上述の実情に鑑みて成したもの
で、従来より高い精度で車両質量を推定し得るようにし
た車両質量推定装置を提供することを目的としている。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、車速に関する
情報に基づき加速度を算出する加速度算出手段と、車両
の運転状態に関する情報に基づき車両の駆動力を算出す
る駆動力算出手段と、前記加速度算出手段から変速時に
おける変速前の加速度及び変速中の減速度を導き且つ前
記駆動力算出手段で算出された変速前の駆動力を変速前
の加速度から変速中の減速度を減算した値で除算して車
両質量を求める車両質量算出手段とを備えたことを特徴
とする車両質量推定装置、に係るものである。

【００１７】而して、このようにすれば、クラッチ断に
より実質的な駆動力が喪失する変速中の走行状態に着目
し、この変速中の運動方程式と変速前の運動方程式との
連立方程式を解くことにより得られた関係式、即ち、変
速前の駆動力を変速前の加速度から変速中の減速度を減
算した値で除算して車両質量を求める関係式を保持した
車両質量算出手段により車両質量を推定するようにして
いるので、この関係式に代入される変速前の加速度と変
速中の減速度とは互いに大きく異なる値となり、変速前
の加速度から変速中の減速度を減算した値のうちに占め
る誤差の割合が著しく少なくなる。

【００１８】しかも、この変速前の加速度から変速中の
減速度を減算した値により変速前の駆動力のみを除算し
て車両質量を求めるようにしているので、この変速前の
駆動力の値は、従来の如き互いに近似した変速前の駆動
力から変速後の駆動力を減算した値と比較して大きな値
となり、この比較的大きな値を除算相手として、誤差の
占める割合の小さな値で除算することにより得られる車
両質量は、誤差の影響の少ない精度の高いものとなる。

【００１９】又、本発明においては、車両質量を過去の
算出値に基づき平均化して車両質量を真値に近づけるよ
うに車両質量算出手段が構成されていることが好まし
く、このようにすれば、車両質量の推定に関する精度を
より一層向上することが可能となる。

【００２０】更に、本発明においては、車両質量に現在
の加速度を乗算した値を現在の駆動力から減算して走行
抵抗を求め、該走行抵抗から車輪の転がり抵抗及び風圧
抵抗を減算して勾配抵抗を求め、該勾配抵抗を更に車両
質量で除算して路面勾配を算出する路面勾配算出手段が
備えられていることが好ましく、このようにすれば、車
両質量算出手段で得られた車両質量に基づき路面勾配算
出手段にて各種の制御に利用可能な路面勾配を算出する
ことが可能となる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照しつつ説明する。

【００２２】図１〜図３は本発明を実施する形態の一例
を示すもので、図１に示す如く、本形態例に示す車両質
量推定装置は、演算を行うためのコンピュータ装置から
成る制御装置内に、以下に詳述する如き加速度算出部
１、駆動力算出部２、車両質量算出部３、路面勾配算出
部４を備えて構成されている。

【００２３】即ち、加速度算出部１は、車両に実装され
ているプロペラシャフト回転センサ５からのシャフト回
転数情報を入力して車速に換算し且つ該車速を時間微分
することにより加速度αを時々刻々算出するようになっ
ている。

【００２４】又、駆動力算出部２においては、エンジン
制御コンピュータ６（ＥＣＵ：Electronic Control Uni
t）からの燃料噴射量情報とエンジン回転数情報とに基
づきエンジントルクＴを算出し、このエンジントルクＴ
を下記の関係式（４）

【数４】 Ｆ＝（Ｔ×ηm×ｉ_T/M×ｉ_dif）／Ｒ_TIRE…（４） に代入して車両の駆動力を算出するようになっている。

【００２５】尚、関係式（４）におけるηmは機械効
率、ｉ_T/Mはギヤレシオ、ｉ_difはデフレシオ、Ｒ_TIREは
タイヤ径を夫々示しており、これらは予め判っている数
値ばかりであるので、駆動力算出部２内に全て入力済み
となっているが、このうちのギヤレシオｉ_T/Mについて
は、車両に実装されているギヤ位置スイッチ７からのギ
ヤ位置情報により適切な段数のものを選択して代入する
ようにしてある。

【００２６】そして、車両質量算出部３においては、ギ
ヤ位置スイッチ７からのギヤ位置情報と、クラッチスト
ロークセンサ８からのクラッチストローク情報とにより
変速時を認識し、その変速時における変速前の加速度α
₁及び変速中の減速度α₀を前記加速度算出部１から取り
込み且つ変速前の駆動力Ｆ₁を前記駆動力算出部２から
取り込んで下記の関係式（５）

【数５】Ｗ＝Ｆ₁／（α₁−α₀）…（５） に代入することにより車両質量Ｗを算出するようにして
ある。

【００２７】ここで、この関係式（５）は、変速前の運
動方程式と変速中の運動方程式との連立方程式を解くこ
とにより得られたものであり、より具体的に述べると、
変速前の運動方程式が下記の関係式（６）

【数６】Ｆ₁−Ｒ＝Ｗ×α₁…（６） として表されるのに対し、クラッチ断により実質的な駆
動力が喪失する変速中の運動方程式は下記の関係式
（７）

【数７】−Ｒ＝Ｗ×α₀…（７） として表されるので、関係式（６）−関係式（７）によ
り先の関係式（５）が得られるので、ここに変速前の駆
動力Ｆ₁、変速前の加速度α₁、変速中の減速度α ₀を代
入すれば、車両質量Ｗを推定することが可能となるので
ある。

【００２８】又、車両質量算出部３においては、車両質
量Ｗに関する過去ｎ回分の算出値を積算し、その合計値
をｎ＋１で除算することにより平均化して車両質量Ｗの
メモリ値を更新していくようにしてある。

【００２９】ここで、初期設定時には、適当な初期値が
設定されるようにしてあり、初期設定から第一回目の変
速時には、この初期値と最初の算出値とが積算されて
「２（ｎ＋１）」で除算されるようにしてある。

【００３０】尚、車両がトレーラを牽引するトラクタで
ある場合には、トレーラが連結されていることを示すト
レーラピックアップ信号の有無により異なる初期値を設
定（例えばトレーラピックアップ信号ＯＮの時に５０
ｔ、ＯＦＦの時に１０ｔなどとして設定）しておくこと
が好ましい。

【００３１】又、車両質量算出部３にて算出された車両
質量Ｗが所定範囲、例えば１０ｔ〜５０ｔの範囲から外
れた場合には、計算誤差が大であるとみなして当該検出
値を除外することを基本とするが、初期設定から車両質
量Ｗの算出を１０回以上繰り返した後は、車両質量Ｗの
メモリ値に対し±５０％の範囲を外れる車両質量Ｗの算
出値を除外するようにしてある。

【００３２】そして、電源投入時（車両がトレーラを牽
引するトラクタである場合にはトレーラピックアップ信
号の変化が１秒以上継続した時も含む）に初期設定に戻
るようになっているが、車両停止が５分以上継続した場
合には、今までの車両質量Ｗの平均値である最終的なメ
モリ値を初期値として新たに平均計算をやり直すように
なっている。

【００３３】更に、本形態例においては、路面勾配ｓｉ
ｎθを算出する路面勾配算出部４も制御装置内に装備さ
れており、この路面勾配算出部４には、前記車両質量算
出部３にて算出された車両質量Ｗと、前記加速度算出部
１にて時々刻々算出されている現在の加速度αと、前記
駆動力算出部２にて時々刻々算出されている現在の駆動
力Ｆが夫々入力されるようになっており、先に説明した
運動方程式を走行抵抗Ｒを求める形に変形した下記の関
係式（８）

【数８】Ｒ＝Ｆ−（Ｗ×α）…（８） により走行抵抗Ｒを算出し、次いで、この走行抵抗Ｒを
下記の関係式（９）

【数９】 Ｒ＝（μrＷ＋μcＳＶ2 ＋Ｗｓｉｎθ）…（９） に代入して勾配抵抗Ｗｓｉｎθを求め、この勾配抵抗Ｗ
ｓｉｎθを更に車両質量Ｗで除算して路面勾配ｓｉｎθ
を算出するようにしてある。

【００３４】即ち、Ｗを車両質量、μrをころがり抵抗
係数、μcを引きづり係数、Ｓを車両断面積、Ｖを車
速、θを水平面に対する路面の傾斜角度とする時に、走
行抵抗Ｒは、ころがり抵抗μrＷと、風圧抵抗μcＳＶ2
と、勾配抵抗Ｗｓｉｎθとの合算の抵抗としてみなすこ
とができるので、走行抵抗Ｒから車輪のころがり抵抗μ
rＷ及び風圧抵抗μcＳＶ2を引けば、勾配抵抗Ｗｓｉｎ
θを求めることが可能となる。

【００３５】尚、図１中には特に明示していないが、前
記路面勾配算出部４には、運転状態を把握するための各
種の情報を入力させるようにしておき、下記の〜 車両停止 変速動作中 マニュアルクラッチ断（半自動変速装置で特に発進時
や停止時のためにマニュアルクラッチを残したタイプの
車両の場合） フットブレーキ作動中 リターダ作動中 の運転状態を除く車両走行中に路面勾配ｓｉｎθを時々
刻々算出させ、例えば過去１０回（極めて短時間のうち
に繰り返された算出回数）の算出値を平均化して路面勾
配ｓｉｎθのメモリ値を更新するようにしてある。

【００３６】而して、このように構成した車両質量推定
装置においては、実質的な駆動力が喪失する変速中の走
行状態に着目し、この変速中の運動方程式と変速前の運
動方程式との連立方程式を解くことにより得られた関係
式（５）、即ち、変速前の駆動力Ｆ₁を変速前の加速度
α₁から変速中の減速度α₀を減算した値で除算して車両
質量Ｗを求める関係式（５）を保持した車両質量算出部
３により車両質量Ｗを推定するようにしているので、こ
の関係式（５）に代入される変速前の加速度α ₁と変速
中の減速度α₀とは互いに大きく異なる値となり、変速
前の加速度α₁から変速中の減速度α₀を減算した値のう
ちに占める誤差の割合が著しく少なくなる。

【００３７】即ち、図２の走行性能線図を用いて説明す
ると、例えば車速ＶでＡ段からＢ段へ変速した場合、変
速前のＡ段の走行状態と変速後のＢ段の走行状態とを比
較しても、駆動力Ｆ₁、Ｆ₂が作用している両走行状態に
おける加速の度合はそれほど大きく変わるものではない
が、クラッチ断により実質的な駆動力が喪失した変速中
の走行状態にあっては、走行抵抗Ｒのみが制動力として
作用した走行状態となって減速傾向となるので、変速前
のＡ段の走行状態における加速度α₁と変速中の減速度
α₀とは大きく異なる値となるのである。

【００３８】しかも、この変速前の加速度α₁から変速
中の減速度α₀を減算した値により変速前の駆動力Ｆ₁の
みを除算して車両質量Ｗを求めるようにしているので、
この変速前の駆動力Ｆ₁の値（図２中におけるＸで示す
値）は、従来の如き互いに近似した変速前の加速度α₁
から変速後の加速度α₂を減算した値（図２中における
Ｙで示す値）と比較して大きな値となり、この比較的大
きな値を除算相手として、誤差の占める割合の小さな値
で除算することにより得られる車両質量Ｗは、誤差の影
響の少ない精度の高いものとなる。

【００３９】図３は車両質量Ｗの推定に関する誤差の影
響を検証したデータを示す表であり、この表の左欄にお
いては、±５％の誤差を意図的に加えた変速前の加速度
α₁と変速後の加速度α₂とに基づいて従来の関係式
（３）により車両質量Ｗ（Ｗ＝５０ｔの場合）を算出し
た結果を示し、この表の右欄においては、±５％の誤差
を意図的に加えた変速前の加速度α₁と変速中の減速度
α₀とに基づいて本形態例の関係式（５）により車両質
量Ｗ（Ｗ＝５０ｔの場合）を算出した結果を示している
が、この表の検証結果から明らかなように、本形態例の
関係式（５）を採用した場合の方が車両質量Ｗの真値５
０ｔに対する変動幅が少なくて済むことが確認された。

【００４０】従って、上記形態例によれば、車両質量算
出部３にて車両質量Ｗを算出するに当たり、誤差の影響
を極力排除して従来より高い精度で車両質量Ｗを推定す
ることができ、しかも、特に本形態例においては、車両
質量算出部３にて車両質量Ｗを過去の算出値に基づき平
均化して車両質量Ｗを真値に近づけるようにしているの
で、車両質量Ｗの推定に関する精度をより一層向上する
ことができ、又、車両質量算出部３で得られた車両質量
Ｗに基づき路面勾配算出部４にて各種の制御に利用可能
な路面勾配ｓｉｎθを算出することもできる。

【００４１】尚、本発明の車両質量推定装置は、上述の
形態例にのみ限定されるものではなく、機械式の自動変
速装置の変速制御以外にも、ＡＢＳ（Antilock Brake S
ystem）などのブレーキの電子制御装置や車両安定化制
御装置（ＶＳＣ、Vehicle Stability Control）などの
制御に利用するとが可能であること、その他、本発明の
要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得るこ
とは勿論である。

【００４２】

【発明の効果】上記した本発明の車両質量推定装置によ
れば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。

【００４３】（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によ
れば、車両質量算出部にて車両質量を算出するに当た
り、誤差の影響を極力排除して従来より高い精度で車両
質量を推定することができる。

【００４４】（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明に
よれば、車両質量算出手段にて車両質量を過去の算出値
に基づき平均化して車両質量を真値に近づけることがで
き、車両質量の推定に関する精度をより一層向上するこ
とができる。

【００４５】（ＩＩＩ）本発明の請求項３に記載の発明
によれば、車両質量算出手段で得られた車両質量に基づ
き路面勾配算出手段にて各種の制御に利用可能な路面勾
配を算出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施する形態の一例を示すブロック図
である。

【図２】車両質量を求める関係式を説明するための走行
性能線図である。

【図３】車両質量の推定に関する誤差の影響を検証した
データを示す表である。

【符号の説明】

１ 加速度算出部（加速度算出手段） ２ 駆動力算出部（駆動力算出手段） ３ 車両質量算出部（車両質量算出手段） ４ 路面勾配算出部（路面勾配算出手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ１６Ｈ 59:48 Ｆ１６Ｈ 59:48 59:74 59:74

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車速に関する情報に基づき加速度を算出
   する加速度算出手段と、車両の運転状態に関する情報に
   基づき車両の駆動力を算出する駆動力算出手段と、前記
   加速度算出手段から変速時における変速前の加速度及び
   変速中の減速度を導き且つ前記駆動力算出手段で算出さ
   れた変速前の駆動力を変速前の加速度から変速中の減速
   度を減算した値で除算して車両質量を求める車両質量算
   出手段とを備えたことを特徴とする車両質量推定装置。
2. 【請求項２】 車両質量を過去の算出値に基づき平均化
   して車両質量を真値に近づけるように車両質量算出手段
   が構成されていることを特徴とする請求項１に記載の車
   両質量推定装置。
3. 【請求項３】 車両質量に現在の加速度を乗算した値を
   現在の駆動力から減算して走行抵抗を求め、該走行抵抗
   から車輪の転がり抵抗及び風圧抵抗を減算して勾配抵抗
   を求め、該勾配抵抗を更に車両質量で除算して路面勾配
   を算出する路面勾配算出手段が備えられていることを特
   徴とする請求項１又は２に記載の車両質量推定装置。