JP2008520981A - 車両の重心位置の推定用装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、車両の重心位置を推定するための方法及び装置に関し、重量負荷（１２）を示す重量負荷変数（Ｚ_１）を記録する検出器（１０、１１）と、重心位置変数（ｈ_ｓｐ）を決定し、記録された重量負荷変数（ｚ_１）の関数として車両（１４）の重心位置を与える評価ユニット（１３）とを備える。本発明によれば、検出器（１０、１１）は空間的に、車両（１４）のルーフ部に配置可能な追加的な負荷（１２）の近くに設置される。これにより、評価ユニット（１３）は、追加的な負荷（１２）を示す重量負荷変数（ｚ_１）の関数として重心位置変数（ｈ_ｓｐ）を決定する。

Description

本発明は車両の重心位置を推定するための装置であって、重量負荷（負荷）を示す重量負荷変数を決定する検出器と、取得された重量負荷変数に基づいて、車両の重心位置を示す重心位置変数を決定する評価ユニットとを備える装置に関する。

車両の重心位置を決定するためのこのような装置は、特許文献１に記載されている。公知の装置は、車両のシャーシ上の支持点近傍に取り付けられた少なくとも３個の圧力測定デバイス及び／又はひずみ測定デバイスで構成される負荷測定デバイスを備えており、車両は路面上に該支持点において支持される。各々の支持点で発生する重量力は当然のことながら負荷が車両のどの場所に作用するかによって異なるため、負荷測定装置によって取得された測定値を評価することにより、車両の瞬間的な重心を直接的に推測することができる。負荷測定デバイスの選択的な空間的配置の結果として、実質的には車両の全重量が前記デバイスにかかる。このため、使用される圧力測定デバイス及び／又はひずみ測定デバイスの荷重負担能力に関する要件が増し、それに応じて装置のコストが増大する。結果として、公知の装置は主に商用車の分野で使用することはできるが、例えばよりコストに左右される乗用車の分野に使用することができない。

独国特許発明第３７ １１ ２３９ Ｃ２号明細書

本発明の目的は冒頭で説明したタイプの装置として、ほとんどの車両への適用において、車両の重心位置を低コストかつ十分正確に推定できる装置を開発することにある。

この目的は、請求項１に記載の特徴によって達成される。

車両の重心位置を推定するための装置は、重量負荷を示す重量負荷変数を決定する検出器に加えて、取得された重量負荷変数に基づいて車両の重心位置を示す重心位置変数を決定する評価ユニットも備える。

次に、本発明は、車両の底部近傍に局在化される追加的な負荷（例えば、乗員、又は車両の貨物用スペース又はトランクに積まれる荷物の形式で）は、車両のルーフ部に位置決めされる同等重量の追加的な負荷に比べて車両の重心位置に与える影響は非常に小さいという認識に基づいている。このことは特に全高が高い車両（一般にオフロード車、小型バス、ステーションワゴン、バン等）に適用される。したがって、大部分の適用の場合、重心位置を推定するには、実質的に、車両の全重量を考慮しなくても車両のルーフ部に位置決めされた（又は位置決め可能な）追加的な負荷のみを考慮すれば十分である。本発明によれば、このことは、車両のルーフ部に位置決めされた（又は位置決め可能な）追加的な負荷の空間的近傍に検出器が配置され、重心位置変数が、追加的な負荷を示す重量負荷変数に基づいて決定されることで達成される。この方法では、車両の重心位置を推定するための費用効果の高い代替装置を実現できるように、荷重負担能力の比較的低い検出器を使用する必要がある。

本発明に係る装置の有利な実施形態は、従属請求項から明らかになる。

例えばカーブ走行時、回避操作の実行時、路面が傾いた場合に、又は横風の影響を受けたことにより、横加速度が車両に作用する場合は、車両の重心の瞬時的なレベルが車両の横ダイナミクス動作に大きな影響を与えるので、特に車両の横安定性を評価するためには、重心位置変数が、路面に対する垂直方向の重心位置を表現すれば有利である。ここで、重心位置変数は路面に対する垂直方向の絶対的又は相対的な車両の重心位置を記述する距離変数とすることができる。

検知器が重量負荷感知型のセンサーデバイスである場合は、重心位置を特に正確に推定することが可能である。重量負荷感知型のセンサーデバイスは、例えば、追加的な負荷の重量又は重量配分を測定するために提供される少なくとも１個のひずみゲージを備える。そのようなひずみケージの機能的な原理は、専門家の文献から十分に知ることができるので、ここでは詳細な説明を省略する。次に重量位置変数は抵抗信号の形式で提供される。この抵抗信号は追加的な負荷の重量又は重量配分に応じて変化するものであり、この抵抗信号により路面に対する垂直及び水平の両方向の車両の重心を正確に推定することが可能である。

これに加えて又はこれに代えて、検出器は、追加的な負荷又は追加的な負荷を保持するために提供されるルーフロードキャリアが適用されたときにスイッチ状態を明確に切り替える単純なスイッチングデバイスの形式でも具現化できる。このようなルーフロードキャリアは、通常はルーフラックとも呼ばれ、ルーフボックス、スキー用ホルダー、自転車用ホルダー又は任意の他のルーフ負荷を確実に取り付ける役割を果たす。

スイッチングデバイスは、負荷スイッチ又は電気機械式若しくは電気式スイッチのいずれかである。負荷スイッチは特定のトリガ力を上回った場合又は下回った場合にスイッチ状態を変化させるものであり、電気機械式又は電気式スイッチは無負荷で切り替わるものであり、例えば、追加的な負荷又はルーフロードキャリアが適用されたときに閉じられるコンタクトパス、ルーフロードキャリアを取り付けるために設けられた設置開口部のルーフカバーが手動で開かれるときに作動する安全スイッチ、リードスイッチ、又は、無線制御スイッチである。後者の場合は、追加的な負荷に割り当てられるアクティブ短距離トランスポンダー又はパッシブ短距離トランスポンダーと、車両のルーフ部に配置される受信装置とを備えることができる。受信装置がトランスポンダーの存在を検出、つまり車両のルーフ部に追加的な負荷が存在することを検出すると、対応するスイッチング信号が生成される。

上記したスイッチングデバイスの場合、重量負荷変数は通常、追加的な負荷又はルーフロードキャリアが存在するかどうかを直接示し評価が容易な２値のスイッチ状態の形式で提供される。

上記で特定した検出器のいずれが最終的に使用されるかは、各々の適用及び許容できる費用に応じて決められる他、特に重心位置変数の決定方法に関連して達成すべき精度に応じても決められる。

追加的な負荷又はルーフロードキャリアの確実な検出を保証するために、検出器はできる限り追加的な負荷又はルーフロードキャリアの空間的近傍に配置される。つまり、車両のルーフ部に直に配置される。したがって、車両のルーフフレームの側部又は車体ピラーの１つのルーフ部に検出器が配置される場合が有利である。これに加えて又はこれに代えて、検出器はルーフロードキャリアに割り当てられるが、この場合は検出器の信号が無線信号として評価ユニットに転送されるのが好ましい。配線に関連する費用削減は、同時に、本発明に係る装置の改装を特に容易にする。

更に、走行開始前、つまり、車両が静止状態にあるときに、重心位置変数を決定することが可能である。この場合は、車両運動ダイナミクスによる影響が時間によって変化する干渉力の形で検出器に作用することが防止されるので、不正な重量負荷変数が取得されることが防止される。このような干渉力は、通常、車両が加速又は減速されたとき、車両がカーブを走行しているとき、車両が回避操作を実施しているとき、路面が傾いた場合に発生するか、又は横風の影響を受けたことにより発生する。

多くの適用では、事前に定義された分類段階に従って重心位置変数を決定することで十分である。この結果、重心を推定するのに必要であり最終的に評価ユニットにより発揮されなければならない演算能力を必要最低限に抑えることが可能である。重心位置変数が、路面に対する垂直方向の車両の重心位置を表す場合、「ｌｏｗ」又は「ｈｉｇｈ」等の言語で表現される状態に従って分類を実行することが可能である。

重心位置変数は、特に、車両に配置される運転者支援システムのトリガ特性を適合させるため及び／又は運転者支援システムがベースとする車両モデルをパラメータ化するために有利に使用される。運転者支援システムは車両のヨーレートを調整するためのシステム、つまり、電子安定性プログラム（ＥＳＰ）とすることができる。

電子安定性プログラムは、ここでは、そのトリガ特性を決定するトリガ条件が満たされた場合に、ベースとする車両モデルに従って車両を安定させる方法を実行することによって、車両の横ダイナミクス不安定性を防止又は抑制する役割を果たす。瞬時的な車両の重心位置は車両の横ダイナミクス動作に大きく影響するので、電子安定性プログラムのトリガ特性を重心位置変数の関数として適切に適合させることによって、又は電子安定性プログラムがベースとする車両モデルを重心位置変数で適切にパラメータ化することによって、車両を安定化させる対応策を、車両の重心の瞬時的な高さに関わらず、状況に応じて確実且つ適切にトリガ又は実行することが可能である。

本発明に係る装置について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、車両の重心位置を推定するための本発明に係る装置の例示的な実施形態の概略を示す。

本装置は、重量負荷を示す重量負荷変数ｚ_１を取得するための検出器１０、１１と、取得された重量負荷変数ｚ_１に基づいて車両１４の重心位置を示す重心位置変数ｈ_ｓｐを決定する評価ユニット１３とを備える。図中では、検出器１０、１１は車両１４のルーフ部に位置決め可能な追加的な負荷１２の空間的近傍に配置されており、重心位置変数ｈ_ｓｐは追加的な負荷１２を示す重量負荷変数ｚ_１に基づいて決定される。検出器１０、１１の特別な空間的配置の結果、本質的に車両１４のルーフ部に位置決めされる（又は位置決め可能な）追加的な負荷１２のみが車両１４の重心位置の推定処理において考慮される。本例によれば、追加的な負荷１２はルーフロードキャリアに取付け可能なルーフボックスによって構成されている。ルーフボックスではなく、スキー用ホルダーや自転車用ホルダー又は他のルーフ負荷を積載することもできる。

重心位置変数ｈ_ｓｐは、一般性を限定することなく、以下では、路面に対する垂直方向の車両の重心位置を表現するように意図されている。例示的な本実施形態において、重心位置変数ｈ_ｓｐは、段階ごとに瞬時的な車両の重心の高さが言語で表現される状態で表される事前に定義された分類段階に従って決定される。

検出器１０、１１は、追加的な負荷１２の重量を測定するために提供される少なくとも１個のひずみケージを備える重量負荷感知型のセンサーデバイスである。この場合、重量負荷変数ｚ_１は抵抗信号の形式で存在する。この抵抗信号は追加的な負荷１２の重量に応じて変化し、重心位置変数ｈ_ｓｐを決定するために評価ユニット１３に供給される。評価ユニット１３は抵抗信号を評価することにより、追加的な負荷１２の重量が、車両の重心の明らかな上昇を示す閾値より、大きいかどうかを判定する。大きければ、重心位置変数ｈ_ｓｐは「ｈｉｇｈ」状態をとる。閾値より小さければ、最良の場合は、車両の重心に大した上昇が見られないとみなされ、重心位置変数ｈ_ｓｐは補完的な「ｌｏｗ」状態をとる。

特に追加的な負荷１２の重量が５０〜１００ｋｇ・ｇ（ここで変数ｇは重力加速度を示す）の範囲に達した場合に、車両の重心の明白な上昇が発生する。この範囲の上側の値は最大許容ルーフ負荷によって与えられる。車両の重心の明白な上昇が発生する正確な値は、最終的には車両のジオメトリによって、特に車両の高さや車両１４が負荷を積載していない状態での車両の重心の高さによって決まる。

図示した重心位置変数ｈ_ｓｐの２段階判定の代わりに、段階の所望のより細かい或いは連続的な漸次的変化も考えられる（例えば、対応するファジー状態又はファジー分割の形式で）。

これに加えて又はこれに代えて、検出器１０、１１はスイッチングデバイスの形式でも具現化される。このスイッチング装置は、追加的な負荷１２又は追加的な負荷１２を保持するために提供されるルーフロードキャリアが位置決めされたときにスイッチ状態を明確に切り替える。

スイッチングデバイスは、特定のトリガ力を上回った場合又は下回った場合にスイッチ状態を変化させる負荷スイッチ、あるいは、電気機械式若しくは電気式スイッチ、例えば、無負荷状態でスイッチし、追加的な負荷１２又はルーフロードキャリアが位置決めされたときに閉じられるコンタクトパス、ルーフロードキャリアを取り付けるために設けられた設置開口部の保護カバーが手動によって開かれたときに作動する安全スイッチ、リードスイッチ、又は無線制御スイッチである。重量負荷変数ｚ_１は２値のスイッチ状態をとり、追加的な負荷１２又はルーフロードキャリアの存在を直接的に示し、結果的に車両の重心の明らかな上昇が実際に発生していること又は発生している可能性があることを示す。スイッチングデバイスのスイッチ状態は評価ユニット１３に与えられる。評価ユニット１３が、スイッチ状態を評価することにより、スイッチングデバイスのスイッチ状態が追加的な負荷１２又はルーフロードキャリアの存在を示していると判定した場合、重心位置変数ｈ_ｓｐは「ｈｉｇｈ」状態を取る。その他の場合は、追加的な負荷１２もルーフロードキャリアも存在しないと推測されるので、重心位置変数ｈ_ｓｐは補完的な「ｌｏｗ」状態を取る。

追加的な負荷１２又は追加的な負荷１２の保持用に提供されるルーフロードキャリアを確実に検出するために、検出器１０、１１は可能な限り追加的な負荷１２又はルーフロードキャリアの近くに配置される。例えば、車両１４のルーフフレームの側部又は車両１４の車体ピラーの１つのルーフ部に配置される。これに加えて又はこれに代えて、検出器１０、１１はルーフロードキャリアに割り当てられ、この場合は検出器１０、１１の信号が無線信号として評価ユニット１３に転送される。

それぞれの場合において重心位置変数ｈ_ｓｐは走行開始前、つまり、車両１４が静止状態にあるときに決定される。例えば、追加的な負荷１２又はルーフロードキャリアが位置決めされてすぐに決定される。この場合は、車両運動ダイナミクスによる影響が時間によって変化する干渉力の形で検出器１０、１１に作用することが防止され、これにより、重心位置変数ｈ_ｓｐを決定するのに使用される重量負荷変数ｚ_１について不正な値が取得されることが防止される。このような干渉力は、通常、車両１４が加速又は減速しているとき、カーブを走行しているとき、回避操作を実施しているとき、路面が傾いた場合に発生するか、又は横風の影響を受けたことにより発生する。

このように決定される重心位置変数ｈ_ｓｐは、特に、車両１４に配置される運転者支援システム２０のトリガ特性を適合させるため及び／又は運転者支援システム２０がベースとする車両モデルをパラメータ化するために使用される。運転者支援システム２０は車両１４のヨーレートを調整するためのシステムであり、本ケースでは電子安定性プログラム（ＥＳＰ）に相当する。

電子安定性プログラムは、ここでは、そのトリガ特性を決定するトリガ条件が満たされた場合に、ベースとしている車両モデルに従って車両を安定させる方法を実行することによって、車両１４の横ダイナミクス不安定性を防止又は抑制する役割を果たす。重心の上昇は車両１４の横ダイナミクス動作に大きく影響するので、電子安定性プログラムのトリガ特性を重心位置変数ｈ_ｓｐの関数として適合させること、又は電子安定性プログラムがベースとする車両モデルを重心位置変数ｈ_ｓｐによってパラメータ化することが行われ、これにより、車両を安定化させる方法が、車両の重心の瞬時的な高さに関わらず、状況に応じて確実且つ適切にトリガ又は実行されることが保証される。

車両の重心の上昇が発生したことを運転者に気づかせるために、視覚的及び／又は聴覚的な運転者用表示を出力するために提供された信号送信ユニット２１が重心位置変数ｈ_ｓｐの関数として作動する。運転者向け情報は、車両の重心の明らかな上昇が推測された場合のみ、つまり、重心位置変数ｈ_ｓｐの状態が「ｈｉｇｈ」の場合に出力される。

瞬時的な重心位置変数の決定方法を実行できない場合（例えば、追加的な負荷１２を保持するために提供されたルーフロードキャリア（或いは他の製品）と検出器１０、１１との互換性がないという理由で）、運転者は前記重心位置変数の状態（「ｈｉｇｈ」又は「ｌｏｗ」）を車両１４に配置されたオペレータコントロール２２に手動で設定することができる。

Claims (8)

1. 重量負荷（１２）を示す重量負荷変数（ｚ_１）を決定する検出器（１０、１１）と、取得された前記重量負荷変数（ｚ_１）に基づいて車両（１４）の重心位置を表す重心位置変数（ｈ_ｓｐ）を決定する評価ユニット（１３）とを備える、車両の重心位置を推定するための装置であって、
   前記検出器（１０、１１）が、前記車両（１４）のルーフ部に取り付け可能な追加的な負荷（１２）の空間的近傍に配置され、前記評価ユニット（１３）が追加的な前記負荷（１２）を示す重量負荷変数（ｚ_１）に基づいて重心位置変数（ｈ_ｓｐ）を決定することを特徴とする装置。
2. 前記重心位置変数（ｈ_ｓｐ）が、路面に対して垂直方向の前記車両の重心位置を示すことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記検出器（１０、１１）が重量負荷感知型のセンサーデバイス及び／又はスイッチングデバイスであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 前記検出器（１０、１１）が前記車両（１４）のルーフフレームの側部及び／又は前記車両（１４）の車体ピラーの１つのルーフ部に配置されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. 前記検出器（１０、１１）が前記車両（１４）のルーフ部に取り付け可能なルーフロードキャリアに割り当てられることを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. 走行開始前に前記重心位置変数（ｈ_ｓｐ）が決定されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
7. 事前に定義された分類段階（ｈｉｇｈ、ｌｏｗ）に従って前記重心位置変数（ｈ_ｓｐ）が決定されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
8. 前記重心位置変数（ｈ_ｓｐ）は前記車両（１４）に配置される運転者支援システム（２０）のトリガ特性を適合させるため及び／又は前記運転者支援システム（２０）がベースとする車両モデルをパラメータ化するために使用され、前記運転者支援システム（２０）が特に前記車両（１４）のヨーレートを調整するためのシステムであることを特徴とする請求項１に記載の装置。

Images