JP2002333365A - 車両質量算出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジンによる車両の駆動力と走行抵抗と車
両の加速度とから車両質量を算出する際、高周波ノイズ
や駆動系の回転軸の振動に基づくノイズ、道路勾配に基
づくノイズを除去してより正確に車両質量を算出する。 【解決手段】 正味駆動力算出部２６により算出された
正味駆動力Ｆと加速度算出部３６により算出された加速
度αに内在する速度センサ３４などの測定に基づく高周
波ノイズをローパスフィルタ２８，３８により除去し、
駆動系の回転軸の固有振動数に基づく振動ノイズをノッ
チフィルタ３０，４０により除去し、道路勾配の変化に
よる低周波成分のノイズをハイパスフィルタ３２，４２
により除去する。これにより、各フィルタによりノイズ
が除去された正味駆動力と加速度とに基づいてより正確
に車両質量を算出することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動変速機の変速
タイミングの決定などに利用される車両質量を算出する
車両質量算出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動変速機による変速制御では、運転者
の意志に応じた変速タイミングを決定するため、アクセ
ルペダルの踏み込み量や車速に加えて、走行中の道路の
勾配や車両の質量などの種々な因子に基づいて変速タイ
ミングを制御することが行なわれている。

【０００３】現在、自動変速機は、いわゆる自家用自動
車のみならず、タクシーや路線バスなどの業務用の車両
にまで広く普及している。このうち、自家用自動車の場
合、搭乗者数が比較的少ないから、車両の質量が大きく
変化することはあまりなく、車両の質量を変数として取
り扱う必要性は少ない。しかし、路線バスなどの大型車
では、搭乗者数などによっては、車両質量が大きく変化
するから、自動変速の制御においても車両質量を変数と
して扱うことが好ましい。また、自家用自動車において
も、ミニバン形式の搭乗者数が比較的多い車両も普及し
てきており、車両質量を変数として取り扱うことが好ま
しい場合もある。更に通常のセダン形式の車両について
もより精度の高い変速制御を行なうためには、車両質量
を変数として扱うことが好ましい。

【０００４】こうした車両質量を測定する方法として
は、車両の静的な状態におけるサスペンションのストロ
ーク量に基づいて測定する方法やサスペンションに設け
られた荷重センサに基づいて測定する方法が考えられ
る。しかし、これらの方法では、車両が静止した状態に
限定される。また、ストローク量を検出するセンサは、
普及しておらずコスト高となる。

【０００５】車両走行中に車両質量を測定する方法とし
ては、加速度と駆動力との関係に基づく方法が提案され
ている。この方法では、所定の駆動力が発生している状
態で得られる加速度の大小によって車両質量を判断して
いる。即ち、所定駆動力における加速度が大きいときに
は、車両質量が小さいと判断し、加速度が小さいときに
は、車両質量が大きいと判断する。

【０００６】特開平６−１４７３０４号公報において
は、アクセルペダルを踏み込んだときの車両の加速度、
車両の速度およびスロットルバルブの開度を示す時系列
の信号を入力とするニューラルネットワークにより、車
両質量の算出を行なう技術が開示されている。また、特
開平６−２０１５２３号公報には、一定の勾配の道路を
走行中であり、かつスロットルバルブ開度の変化が小さ
い状態における、車両の加速度および速度、スロットル
バルブ開度を検出し、スロットルバルブ開度が異なる二
つの状態を比較することによって、車両質量を測定する
技術が開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
た車両走行中の車両質量を測定する方法では、駆動系の
振動や道路勾配の変化に対して何ら考慮されていないか
ら、車両質量の測定結果に車両の道路勾配の変化や駆動
系の振動などに基づくノイズが含まれ、正確に車両質量
を測定することができない場合があるという問題があっ
た。

【０００８】なお、本出願人は、道路の勾配の変化の影
響を受けずにより正確に車両質量を測定する技術を特開
２０００−２１３９８１に開示している。

【０００９】本発明の車両質量算出装置は、車両が走行
している状況であってもより正確に車両質量を算出する
ことを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本
発明の車両質量算出装置は、上述の目的を達成するため
に以下の手段を採った。

【００１１】本発明の車両質量算出装置は、車両の前後
方向の加速度を算出して、加速度信号を得る加速度信号
算出手段と、原動機による車両の駆動力を算出して、駆
動力信号を得る駆動力信号算出手段と、前記加速度信号
から道路勾配による影響を除去すると共に駆動系の駆動
に伴うノイズの影響を除去して、処理加速度信号を得る
加速度信号処理手段と、前記駆動力信号から道路勾配に
よる影響を除去すると共に駆動系の駆動に伴うノイズの
影響を除去して、処理駆動力信号を得る駆動力信号処理
手段と、前記加速度信号処理手段により得られた処理加
速度信号と前記動力信号処理手段により得られた処理駆
動力信号とに基づいて車両の質量を算出する車両質量算
出手段とを備えることを要旨とする。

【００１２】車両に働く力と車両の加速度との関係は、
運動方程式（（車両に働く力）＝（車両の質量）×（車
両の加速度））で表わすことができるから、車両に働く
力と車両の加速度が分かれば、車両質量を算出すること
ができる。本発明の質量算出装置では、車両質量算出手
段が、加速度信号から道路勾配による影響を除去すると
共に駆動系の駆動に伴うノイズの影響を除去した処理加
速度信号と、駆動力信号から道路勾配による影響を除去
すると共に駆動系の駆動に伴うノイズの影響を除去した
処理駆動力信号とに基づいて車両の質量を算出するか
ら、より正確に車両の質量を算出することができる。こ
こで、「原動機による車両の駆動力」は、原動機の駆動
によって得られる車両の駆動力を意味し、原動機からト
ルクコンバータなどの動力伝達装置を介して得られる動
力により車両が駆動する場合も含まれる。

【００１３】こうした本発明の車両質量算出装置におい
て、前記加速度信号処理手段は、所定周波数以下の帯域
を除去する第１のハイパスフィルタと所定周波数帯域を
除去する第１のノッチフィルタとからなり、前記駆動力
信号処理手段は、所定周波数以下の帯域を除去する第２
のハイパスフィルタと所定周波数帯域を除去する第２の
ノッチフィルタとからなるものとすることもできる。

【００１４】また、本発明の車両質量算出装置におい
て、前記加速度信号処理手段は、前記加速度信号から高
周波ノイズの影響を除去するための所定周波数以上の帯
域を除去する第１のローパスフィルタを含み、前記駆動
力信号処理手段は、前記駆動力信号から高周波ノイズの
影響を除去するための所定周波数以上の帯域を除去する
第２のローパスフィルタを含むものとすることもでき
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を実施
例を用いて説明する。車両の前後方向の運動方程式は、
車両質量をＭ、加速度をα、原動機として例えばエンジ
ンからトルクコンバータなどを介して得られる車両の駆
動力をＦｄ、車両の走行抵抗Ｆｒ、重力加速度をｇ、道
路勾配をΘとすると、次式で表わすことができる。

【００１６】 Ｍ×α＝Ｆｄ−Ｆｒ−ＭｇsinΘ ・・・（１） Ｍ＝（Ｆｄ−Ｆｒ）／（α＋ｇsinΘ） ・・・（２）

【００１７】実施例の車両質量装置は、式（２）に基づ
いて車両質量Ｍを算出するものである。図１は、本発明
の一実施例である車両質量算出装置の構成ブロックを示
すブロック構成図である。実施例の車両質量検出装置
は、図示するように、エンジンからトルクコンバータな
どを介して得られる車両の駆動力Ｆｄを算出する駆動力
算出部１０と、車両の走行に基づく走行抵抗Ｆｒを算出
する走行抵抗算出部２０と、駆動力算出部１０により算
出された駆動力Ｆｄから走行抵抗算出部２０により算出
された走行抵抗Ｆｒを減じて車両に働く力のうち道路勾
配による力を除いた力（以下、正味駆動力Ｆ（Ｆｄ−Ｆ
ｒ）という）を算出する正味駆動力算出部２６と、車両
の加速度αを算出する加速度算出部３６と、正味駆動力
算出部２６により算出された正味駆動力Ｆを表わす信号
について所定のノイズを除去するローパスフィルタ２
８，ノッチフィルタ３０，ハイパスフィルタ３２と、加
速度算出部３６により算出された加速度αを表わす信号
について所定のノイズを除去するローパスフィルタ３
８，ノッチフィルタ４０，ハイパスフィルタ４２と、各
フィルタにより所定のノイズが除去された正味駆動力Ｆ
と加速度αとに基づいて車両質量Ｍを算出する車両質量
算出部４４とを備える。こうした各算出部は、実際に
は、所定のプログラムに従い作動するＣＰＵであり、各
記憶部はＲＯＭなどの記憶装置である。

【００１８】車両の駆動力Ｆｄは、例えば、スロットル
バルブの開度やアクセルペダルの踏み込み量などの運転
者の要求操作量とエンジンの回転速度とからエンジン出
力を算出し、自動変速機の変速比やディファレンシャル
ギアの変速比などの駆動系の総変速比や変速効率から駆
動輪への出力を求め、タイヤ有効半径などから駆動輪に
おけるエンジンによる車両の駆動力Ｆｄを算出すること
ができる。実施例では、エンジン出力とスロットルバル
ブ開度センサ１２からのスロットルバルブ開度とエンジ
ン回転速度センサ１４からのエンジンの回転速度との関
係を予めマップとしてエンジン出力記憶部１６に記憶し
ておき、スロットルバルブ開度とエンジンの回転数との
入力により、マップに対応したエンジン出力を読み出
し、更に、変速段センサ１８からの検出値から変速比に
基づく駆動輪への出力を求め、タイヤの有効半径などか
ら駆動輪における車両の駆動力Ｆｄを算出するものとし
た。なお、車両の駆動力Ｆｄは、エンジンなどの原動機
からの動力をトルクコンバータなどの動力伝達装置を介
して駆動輪に出力している場合においては、トルクコン
バータが直結状態以外であれば、予め求められるトルク
コンバータの伝達特性（トルクコンバータの速度比や容
量係数、トルク比など）とトルクコンバータの入力回転
数などからトルクコンバータの出力トルクを算出し、自
動変速機の入力トルクとすることができ、上記と同様に
して算出することができる。ここで、原動機は、エンジ
ンに限られずモータやモータおよびエンジンの組み合わ
せなど、どのような構成であっても良いし、動力伝達装
置は、トルクコンバータに限られず発進クラッチなどで
も構わない。また、車両の駆動力Ｆｄは、プロペラシャ
フトなどの駆動系の回転軸にセンサを設けて、センサに
より検出された出力（トルクや回転数）やディファレン
シャルギアの変速比などに基づいて算出するなど如何な
る方法を採用することもできる。また、走行抵抗Ｆｒ
は、転がり抵抗などの車両速度に影響を受けない摩擦抵
抗と、ほぼ車両速度の２乗に比例する空気抵抗の和であ
り、その車両の特性として予め求めて走行抵抗記憶部２
４に記憶しておけば、速度センサ２２により検出された
車両の走行速度に応じて、対応する走行抵抗Ｆｒを導出
することができる。この走行抵抗Ｆｒのうちの転がり抵
抗は、厳密には車両の質量に依存するが、車両質量の代
表値（例えば、実験などにより求めた変動する車両質量
の平均値）を設定することにより推定可能である。な
お、路面バスなど車両質量の変動が大きく車両質量の代
表値を設定する方法では転がり抵抗による誤差が大きく
なる場合には、転がり抵抗を車両質量Ｍの線形関数とし
て運動方程式を設定することが望ましい。また、車両の
加速度αは、速度センサ２２により検出された車両の速
度の微分値として加速度算出部３６により算出される。
勿論、加速度センサの出力として得ることも可能であ
る。

【００１９】ローパスフィルタ２８，３８は、エンジン
回転速度センサ１４や速度センサ２２による検出に基づ
いて算出された正味駆動力Ｆや、速度センサ３４による
検出に基づいて算出された加速度αを表わす信号に重畳
している高周波ノイズを抑制するために、所定周波数以
上の帯域を除去するフィルタとして形成されている。こ
のローパスフィルタ２８，３８を用いて正味駆動力Ｆや
加速度αに表われる信号から高周波ノイズを抑制できる
所定周波数以上の帯域を除去することにより、高周波ノ
イズの影響を受けない運動方程式を得ることができる。
このローパスフィルタ２８，３８におけるカットオフ周
波数は、実験などにより適切な値が設定されている。

【００２０】ノッチフィルタ３０，４０は、エンジン回
転速度センサ１４や速度センサ２２に基づいて算出され
た正味駆動力Ｆや、速度センサ３４に基づいて算出され
た加速度αを表わす信号に重畳している駆動系の回転軸
のねじり振動によるノイズを抑制するために、所定周波
数帯域を除去するフィルタとして形成されている。エン
ジンが駆動すれば、エンジンから駆動輪までの駆動系の
回転軸にねじり振動が発生する。このねじり振動は、回
転軸の固有振動数に一致した回転がされると共振して、
加速度αや正味駆動力Ｆを表わす信号にノイズとして重
畳する。したがって、この駆動系の回転軸の固有振動数
にあわせた所定周波数帯域を除去するノッチフィルタ３
０，４０を用いることにより、駆動系の回転軸の振動に
基づく影響を受けない運動方程式を得ることができる。
このノッチフィルタ３０，４０より除去される周波数帯
域は、駆動系の回転軸の特性（ねじりばね定数や慣性モ
ーメントなどの特性）に基づいて設定されている。

【００２１】ハイパスフィルタ３２，４２は、車両が走
行している道路の勾配の変化によるノイズを除去するた
めに、所定周波数以下の帯域を除去するフィルタとして
形成されている。式（２）の運動方程式のうち、道路勾
配による抵抗（ｇsinΘ）以外の車両の駆動力Ｆｄや走
行抵抗Ｆｒ、加速度αについては、車両の走行速度やス
ロットルバルブ開度などにより求めることができるが、
道路勾配による抵抗は車両本体の特性ではないから車両
本体の特性に基づいて求めることができない。このと
き、車両が勾配一定の道路（平坦路は、Θ＝０）を走行
していれば、式（２）において、勾配抵抗にかかる項
（ｇsinΘ）は定数となり、加速度αは直流成分のみに
影響する。したがって、加速度αを表わす信号と正味駆
動力Ｆ（Ｆ＝Ｆｄ−Ｆｒ）を表わす信号から直流成分を
除いた信号を用いれば、一定勾配の影響を受けない運動
方程式を得ることができる。しかし、道路勾配は一定で
はなく、一般的に変化するものであるが、その変化は比
較的緩やかな変化であり、加速度αの低周波成分にのみ
影響する。したがって、加速度αと正味駆動力Ｆとを表
わすそれぞれの信号について、所定の周波数以下の信号
を除去することにより、勾配が変化する場合であって
も、勾配の影響を受けない運動方程式を得ることができ
る。しかも、ハイパスフィルタ３２，４２により所定の
周波数以下の信号を除去すれば、直流成分も除去される
から、道路勾配が一定であるときでも道路勾配による影
響を除去することができる。この道路勾配による影響を
除去できるようなハイパスフィルタ３２，４２のカット
オフ周波数としては、道路構造令に定める勾配変化に基
づいて、例えば１Ｈｚ程度に設定されている。勿論、こ
れに限らず走行実験などにより適切な値を設定するもの
としてもよい。

【００２２】各ローパスフィルタ２８，３８およびノッ
チフィルタ３０，４０、ハイパスフィルタ３２，４２に
より除去しきれなかった誤差は、逐次最小二乗法などの
公知の方法を用いるなどして誤差を除去して車両質量Ｍ
を推定することができる。

【００２３】次に、こうした実施例の車両質量算出装置
において正味駆動力算出部２６により算出された正味駆
動力Ｆを表わす信号、および、加速度算出部３６により
算出された加速度αを表わす信号からローパスフィルタ
２８，３８、ノッチフィルタ３０，４０、ハイパスフィ
ルタ３２，４２により特定のノイズを除去するシミュレ
ーション結果を説明する。図２は、駆動系の回転軸のね
じり振動の影響を除去するノッチフィルタの特性を例示
する図であり、図３は、登坂の発進時におけるローパス
フィルタ通過後の加速度信号に図２のノッチフィルタを
通過させたときのシミュレーション結果を例示する図で
ある。図３において、ローパスフィルタ３８通過後にお
いても図３の破線で示すノッチフィルタ４０通過前の加
速度信号は、振動的になっている。これは、駆動系の回
転軸のねじり振動をはじめとして、速度センサ３４の分
解能が十分でないために発進直後の低回転速度域で発生
する検出誤差などによるものと考えられる。このときノ
ッチフィルタ４０に加速度信号を通過させることにより
図３の実線で示す加速度信号のように振動が改善されて
いることが分かる。次に、ローパスフィルタおよびノッ
チフィルタを通過させた後の正味駆動力信号および加速
度信号に基づく加速力信号（Ｍα）のシミュレーション
結果の一例を図４に示す。なお、加速力信号（Ｍα）に
ついては車両質量Ｍを既知と仮定してシミュレーション
を行なった。図４に示すように、正味駆動力信号の波形
と加速力信号の波形は一致していない。これは、式
（１）の運動方程式に示すように加速力Ｍαが、正味駆
動力Ｆよりも道路勾配による抵抗（ＭｇsinΘ）の分だ
け小さいことに基づいている。この影響を除去するには
道路勾配による抵抗に影響する所定周波数以下の帯域を
除去するハイパスフィルタを用いればよい。

【００２４】図５は、道路勾配による抵抗の影響を除去
するハイパスフィルタの特性を例示する図であり、図６
は、正味駆動力信号および加速力信号に図５のハイパス
フィルタを通過させたときのシミュレーション結果を例
示する図である。図６に示すように、ハイパスフィルタ
通過後は正味駆動力信号Ｆと加速力信号Ｍαとがほぼ一
致しており、道路勾配による影響が除去されていること
が分かる。即ち、正味駆動力Ｆに加速度αを除算するこ
とにより、車両質量Ｍを算出することができることが分
かる。なお、図５に示すようにハイパスフィルタの代わ
りにハイパスフィルタと実質的に同様の特性を有する差
分フィルタを用いることもできる。

【００２５】以上説明した実施例の車両質量算出装置に
よれば、ローパスフィルタおよびノッチフィルタ、ハイ
パスフィルタを用いて高周波ノイズや駆動系の回転軸の
振動に基づくノイズ、道路勾配の変化に基づくノイズを
除去した加速度信号と駆動力信号とに基づいて車両質量
を算出するから、より正確に車両質量を算出することが
できる。

【００２６】実施例の車両質量算出装置では、正味駆動
力を表わす信号および加速度を表わす信号にローパスフ
ィルタを通過させたが、他の方法で除去可能であれば、
ローパスフィルタを用いないものとしてもよい。

【００２７】以上、本発明の実施の形態について実施例
を用いて説明したが、本発明のこうした実施例に何ら限
定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例である車両質量算出装置の
構成ブロックを示すブロック構成図である。

【図２】 ノッチフィルタの特性の一例を示す図であ
る。

【図３】 ノッチフィルタ通過後の加速度信号のシミュ
レーション結果を例示する図である。

【図４】 ローパスフィルタおよびノッチフィルタ通過
後の駆動力信号と加速力信号のシミュレーション結果を
示す図である。

【図５】 ハイパスフィルタおよび差分フィルタの特性
の一例を示す図である。

【図６】 ハイパスフィルタ通過後の駆動力信号と加速
力信号のシミュレーション結果を示す図である。

【符号の説明】

１０ 駆動力算出部、１２ スロットルバルブ開度セン
サ、１４ エンジン回転速度センサ、１６ エンジン出
力記憶部、１８ 変速段センサ、２０ 走行抵抗算出
部、２２ 速度センサ、２４ 走行抵抗記憶部、２６
正味駆動力算出部、２８，３８ ローパスフィルタ、３
０，４０ ノッチフィルタ、３２，４２ハイパスフィル
タ、３４ 速度センサ、３６ 加速度算出部、４４ 車
両質量算出部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 日比野 良一 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 大澤 正敬 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 山田 直樹 愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地 アイシ ン精機株式会社内 (72)発明者 石黒 稔昌 愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地 アイシ ン精機株式会社内 (72)発明者 加藤 浩明 愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地 アイシ ン精機株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両の前後方向の加速度を算出して、加
   速度信号を得る加速度信号算出手段と、 原動機による車両の駆動力を算出して、駆動力信号を得
   る駆動力信号算出手段と、 前記加速度信号から道路勾配による影響を除去すると共
   に駆動系の駆動に伴うノイズの影響を除去して、処理加
   速度信号を得る加速度信号処理手段と、 前記駆動力信号から道路勾配による影響を除去すると共
   に駆動系の駆動に伴うノイズの影響を除去して、処理駆
   動力信号を得る駆動力信号処理手段と、 前記加速度信号処理手段により得られた処理加速度信号
   と前記動力信号処理手段により得られた処理駆動力信号
   とに基づいて車両の質量を算出する車両質量算出手段と
   を備える車両質量算出装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の車両質量算出装置であっ
   て、 前記加速度信号処理手段は、所定周波数以下の帯域を除
   去する第１のハイパスフィルタと所定周波数帯域を除去
   する第１のノッチフィルタとからなり、 前記駆動力信号処理手段は、所定周波数以下の帯域を除
   去する第２のハイパスフィルタと所定周波数帯域を除去
   する第２のノッチフィルタとからなる車両質量算出装
   置。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の車両質量算出装
   置であって、 前記加速度信号処理手段は、前記加速度信号から高周波
   ノイズの影響を除去するための所定周波数以上の帯域を
   除去する第１のローパスフィルタを含み、 前記駆動力信号処理手段は、前記駆動力信号から高周波
   ノイズの影響を除去するための所定周波数以上の帯域を
   除去する第２のローパスフィルタを含む車両質量算出装
   置。