JP2010036703A - 輪荷重推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】減衰力発生手段による抗力の影響を低減または除外して、車両重量を推定する技術を提供する。
【解決手段】輪荷重推定装置は、車輪側部材に連結する第１伝達部材と車体側部材に連結する第２伝達部材とが相対回転することにより車輪と車体の間に減衰力を発生させる減衰力発生手段を備える。ＤＣモータ２１０は、第１伝達部材と第２伝達部材を相対回転させて、車輪と車体の相対距離を変化させる。電源２２０は、ＤＣモータ２１０に電力を供給して、第１伝達部材と第２伝達部材を第１の回転方向に相対回転させる。制御回路３００は、電力供給手段によりモータに電力を供給して、車輪と車体の相対距離を変化させるときの第１抗力を推定し、また電力供給手段による電力供給を停止したあとに、第１伝達部材と第２伝達部材が第２の回転方向に相対回転するときの第２抗力を推定する。制御回路３００は、第１抗力と第２抗力から、輪荷重を推定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、輪荷重を推定する装置および方法に関する。

車両の重量を推定することにより、車両の挙動をより緻密に予測でき、これにより車両挙動の正確なフィードフォワード制御が可能となる。しかしながら、車両重量を推定するためには、ショックアブソーバの内圧を測定する圧力センサなどを必要とし、コスト高となる。

従来、車高制御手段が車高調整手段を作動させたときに、車高調整手段の作動時間と車高変化量とに基づいて輪荷重を推定する手段を備えた車両制御装置を開示するものがある（特許文献１参照）。この車両制御装置では、圧力センサを設けずに車高センサを利用することで車両重量を推定している。
特開平１１−２２２０１８号公報

しかしながら、特許文献１に開示された車両制御装置では、圧力センサの代わりに車高センサのコストがかかるという問題がある。また、この車両制御装置によると、たとえばショックアブソーバが故障して、車高の変化方向に対してショックアブソーバから予期できない抗力が発生すると、車高調整手段の本来の作動時間とは異なる作動時間をもとに車両重量を推定することになる。したがって、この場合は正確な車両重量を推定することができない。なお、この事情は、従来のように圧力センサを設けた場合でも同様である。以下に、その説明を行う。

図１（ａ）は、正常な抗力を発生するショックアブソーバを利用した場合に推定される車両重量を示し、図１（ｂ）は、正常でない抗力を発生するショックアブソーバを利用した場合に推定される車両重量を示す。なお車両重量は、車両本体の重量と乗員などの積載重量を加算したものである。図１（ａ）および図１（ｂ）において、ハッチングで示す棒グラフの高さは、車両重量による抗力を示し、黒色で示す棒グラフの高さは、ショックアブソーバ抵抗による抗力を示し、白色で示す棒グラフは、車両重量による抗力からショックアブソーバ抵抗による抗力を差し引いた抗力を示す。従来の圧力センサを利用して車高を推定する技術では、圧力センサにより検出される差分抗力が、車両重量推定に利用される。

図１（ａ）において、車両重量抗力Ａ１２に対して、車両重量抗力Ａ１１は車両重量が減少したときの抗力であり、車両重量抗力Ａ１３は車両重量が増加したときの抗力である。それぞれの場合において、ショックアブソーバ抗力Ｂ１２、Ｂ１１、Ｂ１３は予定されている通常の値を示し、ここではそれぞれ等しいことを前提とする。したがって、この前提のもとでは、差分抗力Ｃ１２、Ｃ１１、Ｃ１３が取得できれば、車両重量を推定できる。

一方、図１（ｂ）においては、車両重量抗力Ａ２１、Ａ２２、Ａ２３が全て同じであるにもかかわらず、ショックアブソーバ抗力Ｂ２１、Ｂ２２、Ｂ２３が異なるために、車両推定に利用される差分抗力Ｃ２１、Ｃ２２、Ｃ２３がそれぞれ異なっている。図１（ａ）および図１（ｂ）を参照すると、車両重量抗力Ａ１１とＡ２１とが異なるにもかかわらず差分抗力Ｃ１１とＣ２１が等しく、また車両重量抗力Ａ１３とＡ２３とが異なるにもかかわらず差分抗力Ｃ１３とＣ２３とが等しくなっている。したがって、ショックアブソーバによる抗力が予定していない値となる場合には、圧力センサを用いても正確な車両重量を推定できないことが分かる。なお、特許文献１に示す車高センサを用いた場合でも同様に正確な車両重量を推定することは困難である。したがって、ショックアブソーバが発生する抗力の影響を低減または除外して、車両重量を推定することが好ましい。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、輪荷重を精度よく推定することのできる技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の輪荷重推定装置は、輪荷重を推定する輪荷重推定装置であって、車輪側部材に連結する第１伝達部材と車体側部材に連結する第２伝達部材とが相対回転することにより車輪と車体の間に減衰力を発生させる減衰力発生手段と、第１伝達部材と第２伝達部材を相対回転させて、車輪と車体の相対距離を変化させるモータと、モータに電力を供給して、第１伝達部材と第２伝達部材を第１の回転方向に相対回転させる電力供給手段と、電力供給手段によりモータに電力を供給して、車輪と車体の相対距離を変化させるときの第１抗力を推定する第１抗力推定手段と、電力供給手段による電力供給を停止したあとに、第１伝達部材と第２伝達部材が第２の回転方向に相対回転するときの第２抗力を推定する第２抗力推定手段と、第１抗力推定手段により推定された第１抗力と、第２抗力推定手段により推定された第２抗力から、輪荷重を推定する荷重推定手段と、を備える。

この態様によると、モータに電力を供給して第１伝達部材と第２伝達部材を第１の回転方向に相対回転させたときに推定される第１抗力と、電力供給を停止したあとに第１伝達部材と第２伝達部材が第２の回転方向に相対回転したときに推定される第２抗力とから、輪荷重を精度よく推定することが可能となる。

第１抗力推定手段は、モータに供給される電流をもとに第１抗力を推定し、第２抗力推定手段は、モータに発生する電流をもとに第２抗力を推定してもよい。モータ電流により輪荷重を推定可能とすることで、車高センサや圧力センサなどを不要とし、低コスト化できる。

荷重推定手段は、第１抗力と第２抗力を用いて、それぞれに含まれる減衰力発生手段による抗力分を相殺することで、輪荷重を推定してもよい。これにより、減衰力発生手段が正規の挙動を示さない場合であっても、輪荷重推定装置は、減衰力発生手段の挙動の影響を低減または除外して輪荷重を精度よく推定することが可能となる。

モータの回転数を検出する回転数検出手段をさらに有してもよい。第１抗力推定手段は、モータの回転速度が一定値となったときに第１抗力を推定し、第２抗力推定手段は、モータの回転速度が一定値である場合における第２抗力を推定してもよい。なお、第２抗力推定手段は、モータの回転速度を一定値に設定して第２抗力を推定してもよく、また複数の回転速度における抗力から、モータの回転速度が一定値のときの第２抗力を推定してもよい。

モータの端子に接続される可変抵抗器と、可変抵抗器の抵抗値を制御する抵抗器制御部をさらに備えてもよい。可変抵抗器の抵抗値を制御することで、第２抗力推定時におけるモータの回転速度を調整することが可能となる。抵抗器制御部は、第２抗力推定手段が第１抗力の推定時におけるモータ回転速度と同じモータ回転速度における第２抗力を推定できるように、可変抵抗器の抵抗値を制御してもよい。

第１抗力推定手段は、モータが車高を高くする方向に回転するときの第１抗力を推定し、第２抗力推定手段は、車高が高い位置から元の位置に戻るときの第２抗力を推定してもよい。これにより、減衰力発生手段の挙動が、輪荷重の推定に与える影響を低減ないしは除外することが可能となる。

本発明によれば、輪荷重を精度よく推定することのできる技術を提供することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。

図２は、本発明の実施の形態に係る輪荷重推定装置の一部を構成するサスペンション装置１の取付構造を示す。本実施の形態の輪荷重推定装置は、サスペンション装置１における減衰力発生手段による減衰力の影響を低減または除外して、車輪にかかる荷重を推定する。以下では、本実施の形態における減衰力発生手段について説明し、それから減衰力発生手段を備えた輪荷重推定装置の説明を行う。

サスペンション装置１は、車輪３を回転可能に支持する支持部材６と、支持部材６を上下に揺動可能に支持するロアアーム４およびアッパアーム５を備える。車両本体２、ロアアーム４、アッパアーム５および支持部材６はリンク機構７を構成し、ロアアーム４およびアッパアーム５は、車両本体２に回転可能に取り付けられる。

本実施の形態において、サスペンション装置１は、リンク機構７のジョイント部にビスカスカップリング１００を備えて構成される。実施の形態におけるリンク機構７は、４節リンク機構を構成しており、ビスカスカップリング１００は、車両本体２とロアアーム４のジョイント部８ａ、車両本体２とアッパアーム５のジョイント部８ｂ、アッパアーム５と支持部材６のジョイント部８ｃ、ロアアーム４と支持部材６のジョイント部８ｄのいずれに設けられてもよい。図示の例では、ビスカスカップリング１００が、車両本体２とロアアーム４のジョイント部８ａを構成している。以下、ジョイント部８ａ〜８ｄを総称する場合には、「ジョイント部８」と呼ぶ。

ビスカスカップリング１００は、車輪３と車両本体２の間に減衰力を発生させる減衰力発生手段であって、ケース体と、ケース体から突設されるシャフトを有して構成される。ケース体が１つのリンクに取り付けられ、またシャフトが当該リンクに隣接するリンクに取り付けられることで、隣り合う２つのリンクを相対回転可能に連結するジョイント部８が構成される。図１に示す例では、ケース体が車両本体２に固定され、またシャフトがロアアーム４に連結されることで、ロアアーム４の上下動に応じてシャフトとケース体とが相対回転し、減衰力を発生する。シャフトおよびケース体は、それぞれ車輪側部材に連結する第１伝達部材、車体側部材に連結する第２伝達部材として機能する。なお、車体側部材は、リンク機構７において車輪側部材に対して車両本体２に近い側の部材である。すなわちリンク機構７において、シャフトおよびケース体はジョイント部８を構成するが、それぞれが取り付けられるリンクのうち、車両本体２に近い部材を車体側部材とよび、他方、すなわち車輪３に近い部材を車輪側部材と呼ぶ。図１に示す例では、車両本体２が車体側部材であり、ロアアーム４が車輪側部材となる。なお、シャフトが車体側部材に連結する第２伝達部材、ケース体が車輪側部材に連結する第１伝達部材として機能してもよい。

なお以下の実施の形態において、リンク機構７の構造は例示であり、サスペンション装置１が他のマルチリンク機構を有してもよい。さらに、図１に示す例ではビスカスカップリング１００がジョイント部８ａを構成しているが、他のジョイント部８ｂ、８ｃ、８ｄを構成してもよく、また複数のビスカスカップリング１００が複数のジョイント部８を構成してもよい。

図３は、実施の形態に係る輪荷重推定装置１０の構成を示す。輪荷重推定装置１０は、ジョイント部８を構成するビスカスカップリング１００と、ビスカスカップリング１００の出力軸６２に連結されるモータ回路２００とを備える。ビスカスカップリング１００は、ロアアーム４に連結されてロアアーム４の上下動に応じて回転するシャフト２０と、環状張出部１４において車両本体２に連結される円筒状のケース体１２を備える。ビスカスカップリング１００において、複数のインナープレート３０がプレート支持体５８に係合され、複数のアウタープレート４０がケース体１２に係合され、プレート支持体５８とケース体１２が相対回転することにより減衰力を発生させる。以下で説明するように、プレート支持体５８はシャフト２０とともに回転するため、プレート支持体５８およびシャフト２０を第１伝達部材と呼んでもよい。シャフト２０は、図示しない軸受により、ケース体１２に対して相対回転可能に支持される。なお第１伝達部材に複数のアウタープレート４０が係合され、第２伝達部材に複数のインナープレート３０が係合されていてもよい。

ケース体１２の内部には作動室１６が形成されて、シリコンオイルなどの粘性流体が充填され、作動室１６は、オイルシール２２ａ、２２ｂにより封止される。作動室１６には、シャフト２０に連結された遊星歯車機構１１０が設けられる。図４は、図３に示すビスカスカップリング１００のＡ−Ａ断面を示す。以下、図３および図４を参照して、遊星歯車機構１１０の構造を説明する。

遊星歯車機構１１０は、キャリア５０、連結軸５２、内歯車５４、遊星歯車５６および太陽歯車６０を有して構成される。この遊星歯車機構１１０は、プラネタリ型の機構であり、内歯車５４がケース体１２の内周面に対して固定される。内歯車５４の内側には太陽歯車６０が設けられ、複数の遊星歯車５６が、内歯車５４と太陽歯車６０のそれぞれと噛合して、両者の間に設けられる。キャリア５０は連結軸５２を有し、複数の遊星歯車５６を、軸受を介して円周方向等間隔に回転自在に支持する。これにより遊星歯車５６は、連結軸５２を中心に自転しながら、太陽歯車６０の周囲を公転する。キャリア５０は中心位置においてシャフト２０に連結されて、シャフト２０とともに回転する。キャリア５０に設けられた連結軸５２は、遊星歯車５６の軸受を経由して、プレート支持体５８に固着される。これによりプレート支持体５８は、シャフト２０と同一速度で回転可能となる。太陽歯車６０の中心には、モータ回路２００に連結される出力軸６２が設けられる。シャフト２０および出力軸６２は同軸上に形成される。

図５は、プレート支持体５８を示す。プレート支持体５８は、貫通口を有する円筒部材６４および円板部材６６を有して形成される。貫通口には、出力軸６２が挿通される。円板部材６６の裏面にはキャリア５０から延びる連結軸５２が固着される。また円筒部材６４の外周面に、複数枚のインナープレート３０が連結される。

ビスカスカップリング１００において、ケース体１２の内周面には、複数枚のアウタープレート４０が連結されている。複数枚のインナープレート３０と複数枚のアウタープレート４０は交互に所定の間隔をあけて配置される。

車輪３の挙動によりロアアーム４が上下動すると、シャフト２０が回転して、シャフト２０とケース体１２とが相対回転する。これにより、シャフト２０とともに回転するプレート支持体５８に連結されている複数枚のインナープレート３０と、ケース体１２に連結されている複数枚のアウタープレート４０とが差動回転し、その回転差に応じて粘性流体にせん断力が発生して、トルクが発生する。この発生トルクは、サスペンション装置１における減衰力を構成する。

図６は、ビスカスカップリング１００による差動回転数と発生トルクとの関係を示す。図２に示すようにビスカスカップリング１００をサスペンション装置に組み込むと、差動回転数はサスペンションストローク速度、発生トルクは減衰力に対応する。

以下、ビスカスカップリング１００における発生トルクの計算式を示す。

Ｓｎ：プレート間隔（ピッチ）
Ｎ：流体粘度
ｅ：密度
ｒａ：プレート重なり領域の大径
ｒｉ：プレート重なり領域の小径
Δｎ：差動回転（相対回転）数
式１から示されるように、ビスカスカップリング１００では、インナープレート３０とアウタープレート４０の差動回転数に比例の関係でトルクが発生する。

図３にもどって、モータ回路２００は、出力軸６２に連結されたＤＣモータ２１０、ＤＣモータ２１０の端子間に接続される可変抵抗器２１４、端子間電圧を測定する電圧計２１６および可変抵抗器２１４に流れる電流を測定する電流計２１８を備える。なお電圧計２１６は、必ずしも設けられなくてもよい。

モータ回路２００は、これらの構成に加えて、直流電源として構成される電源２２０と、制御回路３００とを備える。電源２２０は、制御回路３００により制御されて、ＤＣモータ２１０に対して直流電圧を供給する。電源２２０は、ＤＣモータ２１０を正方向および逆方向に駆動するための直流電圧を供給するように構成されてよい。なお本実施形態の輪荷重推定装置１０においては、電源２２０は、ＤＣモータ２１０が車高を高くする方向に強制的に回転駆動させるように構成されてよい。電源２２０は、図示されるようにＤＣモータ２１０および可変抵抗器２１４の間に直列に配置されてもよいが、並列に配置されてもよく、いずれにしてもＤＣモータ２１０に電力を供給できる位置に配置されていればよい。

ＤＣモータ２１０のシャフトは、太陽歯車６０の中心から延出される出力軸６２に連結される。シャフト２０の回転が遊星歯車機構１１０を介して出力軸６２から出力されると、その回転出力はＤＣモータ２１０のシャフトに伝達される。これにより、ＤＣモータ２１０への電力非供給時、ＤＣモータ２１０は車両重量に抗したトルクを発生する。輪荷重推定装置１０において、この発生トルクは、減衰力に対応する。なお、輪荷重推定装置１０においては、後述するように、車高を一度上昇させてから、車高を下降させる制御を行うが、ＤＣモータ２１０は、その車高下降時にトルクを発生する。

図７は、モータ回路２００によるシャフト回転数と発生トルクとの関係を示す。逆起電圧によるＤＣモータ２１０の発生トルクは、回転数、モータに接続する抵抗の影響を受ける。以下、ＤＣモータ２１０における発生トルクの計算式を示す。

Ｒｍ：モータ内部抵抗（Ω）
Ｒｒ：外部抵抗（Ω）
Ｋ：トルク定数（ｍＮｍ／Ａ）
Ｎ：回転数（ｒｐｍ）
式２に示すように、外部抵抗である可変抵抗器２１４の抵抗値（Ｒｒ）を設定することで、図７に示す発生トルク特性における傾きを制御することが可能となる。以上のように、ジョイント部８を構成するビスカスカップリング１００と、ビスカスカップリング１００の出力軸６２に連結されるモータ回路２００は、輪荷重推定装置１０において車高下降時に減衰力発生手段を構成する。

図８は、サスペンションストローク速度と、減衰力発生手段の全体の発生減衰力との関係を示す。ライン７０で示される全体の減衰力は、ビスカスカップリング１００により発生される減衰力と、モータ回路２００により発生される減衰力とを含む。既述したように、モータ回路２００による減衰力は、後述する車高下降時に発生する。なおビスカスカップリング１００による減衰力は、車高上昇時および車高下降時の双方において発生する。図８においては、範囲ａで示される減衰力がビスカスカップリング１００により発生され、範囲ｂで示される減衰力がモータ回路２００により発生されている。このように輪荷重推定装置１０では、ビスカスカップリング１００およびモータ回路２００を備えることで、車高下降時において、ビスカスカップリング１００による減衰力に加えて、モータ回路２００による減衰力が発生される。

以上、輪荷重推定装置１０において、ビスカスカップリング１００により構成される第１減衰力発生手段、およびモータ回路２００により構成される第２減衰力発生手段について説明した。以下では、これらの減衰力発生手段を備えた輪荷重推定装置１０において、車輪３にかかる荷重を推定する技術について説明する。

輪荷重推定装置１０においては、まず、車両が停止した状態からＤＣモータ２１０を駆動して、車両本体２と車輪３との相対距離を変化させる。具体的には、ＤＣモータ２１０に電力を供給して駆動することで、車高を、車両停止時の安定した位置（以下、「基準高さ」と呼ぶ）から強制的に上昇させ、車高上昇時にＤＣモータ２１０にかかる第１抗力を推定する。この第１抗力には、車両重量による抗力と、ビスカスカップリング１００により構成される第１減衰力発生手段による抗力とが含まれる。ＤＣモータ２１０への電力供給を停止すると、車高が元の基準高さまで下降するが、その下降中にＤＣモータ２１０にかかる第２抗力を推定する。輪荷重推定装置１０は、この第１抗力と第２抗力から、輪荷重を推定する。

以下、輪荷重推定装置１０による輪荷重の推定原理を説明する。
図９（ａ）は、輪荷重推定装置１０により正常な抗力を発生するショックアブソーバ（減衰力発生手段）を利用した場合に推定される車両重量を示し、図９（ｂ）は、輪荷重推定装置１０により正常でない抗力を発生するショックアブソーバ（減衰力発生手段）を利用した場合に推定される車両重量を示す。なお車両重量は、車両本体の重量と乗員などの積載重量を加算したものである。図９（ａ）および図９（ｂ）において、左下向きのハッチングで示す棒グラフの高さは、車両重量による抗力を示し、黒色で示す棒グラフの高さは、第１減衰力発生手段による抗力を示す。右下向きのハッチングで示す棒グラフの高さは、車高上昇時における車両重量および第１減衰力発生手段による上昇時抗力（第１抗力）を示し、ドット模様で示す棒グラフの高さは、車高下降時における車両重量および第１減衰力発生手段による下降時抗力（第２抗力）を示す。本実施形態の輪荷重推定装置１０は、上昇時抗力（第１抗力）および下降時抗力（第２抗力）から、車両重量抗力すなわち輪荷重を推定する。上昇時抗力は、車両重量抗力と、第１減衰力発生手段による抗力とを加算したものであり、下降時抗力は、車両重量抗力から、第１減衰力発生手段による抗力を減算したものである。したがって、車両重量抗力をＡ、第１減衰力発生手段による抗力をＢ、上昇時抗力をＤ、下降時抗力をＥとすると、以下の関係式が成立する。
Ｄ＝Ａ＋Ｂ・・・式（１）
Ｅ＝Ａ−Ｂ・・・式（２）
なお、ここでは、車高上昇時における第１減衰力発生手段の抗力と、車高下降時における減衰力発生手段の抗力のそれぞれの絶対値が等しいとしている。図６を参照して、第１減衰力発生手段の減衰力の絶対値は、差動回転数に比例するため、それぞれの絶対値が等しい場合とは、車両本体２の上昇速度および下降速度が等しいことを意味する。すなわち、ＤＣモータ２１０の回転数（差動回転数に比例関係にある）が車高上昇時と車高下降時とで等しい場合、
Ａ＝（Ｄ＋Ｅ）／２・・・式（３）
以上により、上昇時抗力Ｄと下降時抗力Ｅを導出して、これらを利用して車両重量抗力Ａを導出することで、第１減衰力発生手段による抗力Ｂの影響をなくすことができる。したがって、第１減衰力発生手段が本来予定されている挙動を示さない場合であっても、抗力Ｂの影響を除外、または少なくとも低減して、車両重量を正確に推定することが可能となる。

図９（ａ）において、車両重量抗力Ａ３２に対して、車両重量抗力Ａ３１は車両重量が減少したときの抗力であり、車両重量抗力Ａ３３は車両重量が増加したときの抗力である。それぞれの場合において、第１減衰力発生手段による抗力Ｂ３２、Ｂ３１、Ｂ３３に変化はないことを前提とする。これは、図１（ａ）における車両重量抗力およびショックアブソーバ抗力の関係と同じである。式（３）により、
Ａ３１＝（Ｄ３１＋Ｅ３１）／２
Ａ３２＝（Ｄ３２＋Ｅ３２）／２
Ａ３３＝（Ｄ３３＋Ｅ３３）／２
と、それぞれの車両重量抗力Ａ３１、Ａ３２、Ａ３３を導出できる。

一方、図９（ｂ）においては、車両重量抗力Ａ４１、Ａ４２、Ａ４３が全て同じであり、第１減衰力発生手段による抗力Ｂ４１、Ｂ４２、Ｂ４３が異なる状態を示す。これは、図１（ｂ）における車両重量抗力およびショックアブソーバ抗力の関係と同じである。第１減衰力発生手段による抗力Ｂ４１、Ｂ４２、Ｂ４３がそれぞれ異なることで、それぞれの状態における上昇時抗力Ｄ４１、Ｄ４２、Ｄ４３、および下降時抗力Ｅ４１、Ｅ４２、Ｅ４３が異なっている。

このように、第１減衰力発生手段が本来予期している挙動を示さない場合であっても、本実施形態による輪荷重推定の手法を用いると、以下のように車両重量抗力を導出できる。
Ａ４１＝（Ｄ４１＋Ｅ４１）／２
Ａ４２＝（Ｄ４２＋Ｅ４２）／２
Ａ４３＝（Ｄ４３＋Ｅ４３）／２
導出された車両重量抗力Ａ４１、Ａ４２、Ａ４３においては、第１減衰力発生手段による抗力Ｂ４１、Ｂ４２、Ｂ４３の影響が除かれている。したがって、第１減衰力発生手段が予期されない動作を行っても、輪荷重推定装置１０は、正確に輪荷重を推定することが可能となる。

上記した輪荷重推定手法を実現するための構成を以下に示す。
図１０は、制御回路３００の構成を示す。制御回路３００は、輪荷重推定指示部３０２、車両停止判定部３０４、供給電圧決定部３０６、電源制御部３０８、電流監視部３１０、電圧監視部３１２、回転数検出部３２０、回転数取得部３２６、抗力推定部３３０、抵抗器制御部３４０、テーブル保持部３５０および輪荷重推定部３６０を備える。回転数取得部３２６は、下降時回転数取得部３２２および上昇時回転数取得部３２４を有する。抗力推定部３３０は、下降時抗力推定部３３２および上昇時抗力推定部３３４を有する。テーブル保持部３５０は、抵抗値テーブル保持部３５２、下降時抗力テーブル保持部３５４および上昇時抗力テーブル保持部３５６を有する。

電流監視部３１０は、電流計２１８で測定される電流値を監視する。電圧監視部３１２は、電圧計２１６で測定される電圧値を監視する。回転数検出部３２０は、ＤＣモータ２１０の回転数を検出する。回転数検出部３２０は、電流監視部３１０で監視している電流値をもとに、ＤＣモータ２１０の回転数を検出してもよい。ＤＣモータ２１０で発生する電流は、回転数に応じた交流波形をもつ。そのため、発生電流の変動周期を検出することで、回転数検出部３２０は、ＤＣモータ２１０の回転数を導出することができる。なお、ＤＣモータ２１０に対して電力を供給していないとき、すなわち車高下降時においては、回転数検出部３２０は、電圧監視部３１２で監視している逆起電圧値をもとに、ＤＣモータ２１０の回転数を検出してもよい。ＤＣモータ２１０で発生する電圧は、回転数に比例する。この比例関係を利用することで、回転数検出部３２０は、ＤＣモータ２１０の回転数を演算により導出することができる。回転数検出部３２０は、電圧監視部３１２および／または電流監視部３１０の監視結果をもとにモータ回転数を検出することで、サスペンションストロークを検出するセンサなどの機器を不要にできる。

まず、輪荷重推定指示部３０２が、輪荷重推定処理の実行を指示する。輪荷重推定指示部３０２は、たとえばイグニッションキーのオンを検出して、輪荷重推定処理の実行指示を生成してもよい。これにより、輪荷重推定装置１０による輪荷重推定処理が開始される。車両停止判定部３０４は、車両が停止状態にあるか否かを判定する。車両停止判定部３０４は、ブレーキのシフト位置がＰ（パーキング）レンジにある場合に、車両が停止状態にあることを判定してもよい。また車両停止判定部３０４は、アクセルペダルが踏まれていないことを検出することで、車両が停止状態にあることを判定してもよい。車両が停止状態にあるとき、車両重量とサスペンション装置１によるばね力とが釣り合って、車高は、安定した高さ（基準高さ）に維持されている。車両停止判定部３０４は、車両が停止状態にあることを判定すると、輪荷重推定処理の実行指示を供給電圧決定部３０６に供給する。

供給電圧決定部３０６は、車高を上昇させるべく、ＤＣモータ２１０に供給する電圧を決定する。この供給電圧は、予め設定されている値であってよい。電源制御部３０８は、電源２２０を制御して、供給電圧決定部３０６で決定された電圧をＤＣモータ２１０に供給させる。電源制御部３０８および電源２２０は、電力供給手段を構成する。電源制御部３０８は、電源２２０を制御すると同時に、回転数取得部３２６および抗力推定部３３０に対して、車高上昇制御を開始したことを通知する。

電源２２０は、ＤＣモータ２１０に電力を供給することで、シャフト２０およびケース体１２を第１の回転方向に相対回転させて、車輪３と車両本体２の高さ方向の相対距離を変化させる。これにより車高は、基準高さから上昇する。一定電圧でＤＣモータ２１０を駆動すると、車両重量抗力および第１減衰力発生手段による抗力にモータ駆動トルクが打ち勝ち、ある回転数で釣り合い車両本体２が定速で上昇する。このとき、ＤＣモータ２１０の駆動電流は一定となり、上昇時抗力推定部３３４は、その電流値から、車高上昇時におけるトルク（上昇時抗力）を推定する。

図１１は、モータ駆動電流と上昇時抗力との関係を示す。上昇時抗力は、下向きの抗力として発生する。モータ駆動電流と上昇時抗力は、比例の関係にある。上昇時抗力テーブル保持部３５６は、図１１に示すモータ駆動電流と上昇時抗力との関係を保持する。上昇時抗力テーブル保持部３５６は、モータ駆動電流と上昇時抗力の関係をテーブルとして保持してもよく、またマップ化したデータとして保持してもよい。また、モータ駆動電流と上昇時抗力との関係を、比例関数として保持してもよい。第１減衰力発生手段が正常な抗力を発生するとき、モータ駆動電流はＩ_０、上昇時抗力はＦ_０の値を示す。一方で、第１減衰力発生手段の抗力が正常値よりも高い場合には、モータ駆動電流および上昇時抗力は、それぞれＩ_０およびＦ_０の値よりも大きくなり、一方で第１減衰力発生手段の抗力が正常値よりも低い場合には、それぞれＩ_０およびＦ_０の値よりも小さくなる。

車高上昇時、上昇時抗力推定部３３４は、電流が一定値となると、そのときの電流値から、上昇時抗力テーブル保持部３５６に保持される関係を参照して、上昇時抗力を推定する。また上昇時回転数取得部３２４は、電流が一定値となったときに回転数検出部３２０により検出されたＤＣモータ２１０の回転数を取得する。車高上昇時のＤＣモータ２１０の回転数は、下降時抗力を推定する際に用いられる。

電源制御部３０８は、所定のタイミングでＤＣモータ２１０への電力供給を停止する。たとえば、モータ駆動電流が一定値となってから所定時間が経過したときに、電力供給を停止してもよい。電力供給が停止されると、シャフト２０とケース体１２とが第２の回転方向、すなわち車高上昇時の第１の回転方向とは逆方向に相対回転して、車高が、元の基準高さまで下降する。電源制御部３０８は、電源２２０からの電力供給を停止すると同時に、回転数取得部３２６および抗力推定部３３０に対して、車高上昇制御を終了したことを通知する。このとき可変抵抗器２１４は、所定の抵抗値Ｒ１に設定されている。

図１２は、モータ回転数と抗力との関係を示す。ライン４００は、モータ回転数と下降時抗力の関係を示す。下降時抗力は、車両重量抗力から第１減衰力発生手段の抗力を減算した値となるため、回転数（下降速度）が大きくなると、下降時抗力が小さくなる特性をもつ。またライン４０２および４０４は、モータ回転数とモータ発生トルクの関係を示す。モータ発生トルクは、回転数に対して、可変抵抗器２１４の抵抗値を小さくすると傾きが大きくなり（ライン４０４）、抵抗値を大きくすると傾きが小さくなる（ライン４０２）。

可変抵抗器２１４の抵抗値がＲ１であるとき、車両本体２が下降すると、モータ発生トルクに抗力が打ち勝ち、ある回転数で釣り合い車両本体２が定速で下降する。このとき、ＤＣモータ２１０の発生電流は一定となり、下降時抗力推定部３３２は、その電流値から、車高下降時におけるトルク（下降時抗力）を推定する。

図１３は、モータ発生電流と下降時抗力との関係を示す。下降時抗力は、下向きの抗力として発生する。モータ発生電流と下降時抗力は、比例の関係にある。下降時抗力テーブル保持部３５４は、図１３に示すモータ発生電流と下降時抗力との関係を保持する。下降時抗力テーブル保持部３５４は、モータ発生電流と下降時抗力の関係をテーブルとして保持してもよく、またマップ化したデータとして保持してもよい。また、モータ発生電流と下降時抗力との関係を、比例関数として保持してもよい。

車高下降時、下降時抗力推定部３３２は、電流が一定値となると、そのときの電流値から、下降時抗力テーブル保持部３５４に保持される関係を参照して、下降時抗力を推定する。また下降時回転数取得部３２２は、電流が一定値となったときに回転数検出部３２０により検出されたＤＣモータ２１０の回転数を取得する。車両本体２は、基準高さまで下降する。

下降時抗力推定部３３２は、下降時回転数取得部３２２から車高下降時の回転数を受け取り、また上昇時回転数取得部３２４から車高上昇時の回転数を受け取る。これらの回転数が等しい場合、下降時抗力推定部３３２および上昇時抗力推定部３３４は、それぞれ推定した下降時抗力および上昇時抗力を輪荷重推定部３６０に供給する。輪荷重推定部３６０は、式（３）をもとに、輪荷重を推定する。これにより、第１減衰力発生手段の動作の影響を除いて、正確な輪荷重を推定することが可能となる。すなわち輪荷重推定部３６０は、下降時抗力と上昇時抗力を用いて、それぞれに含まれる第１減衰力発生手段による抗力分を相殺することで、輪荷重を正確に推定できる。

一方、車高上昇時と車高下降時の回転数が異なる場合、下降時抗力推定部３３２は、車高上昇時の回転数と同じ回転数における下降時抗力を推定する必要がある。そのため、可変抵抗器２１４の抵抗値を調整して、下降時抗力を再度推定し、推定した２つの下降時抗力から、車高上昇時の回転数と同じ回転数で下降したときの抗力を推定する。

図１４（ａ）は、車高上昇時の回転数Ｎ０と、１回目の車高下降時の回転数Ｎ１との関係を示す。抵抗器制御部３４０は、下降時回転数取得部３２２から回転数Ｎ１を受け取り、上昇時回転数取得部３２４から回転数Ｎ０を受け取る。図１４（ａ）の例では、１回目の車高下降時には、可変抵抗器２１４の抵抗値が所望値よりも小さかったために、車高下降時の回転数Ｎ１が、車高上昇時の回転数Ｎ０よりも小さくなっている。そのため、抵抗器制御部３４０は、可変抵抗器２１４の抵抗値を１回目下降時の抵抗値Ｒ１よりも大きくすることで、２回目の車高下降時の回転数をＮ２（＝２Ｎ０−Ｎ１）となるようにする。図１４（ｂ）は、モータ回転数とモータ発生トルクの関係を示すライン４１２を示す。可変抵抗器２１４の抵抗値を設定することで、車高下降時の回転数をＮ２とすることができる。

抵抗値テーブル保持部３５２は、可変抵抗器２１４の抵抗値と、モータ回転数との関係を示す抵抗値テーブルを保持する。具体的に抵抗値テーブル保持部３５２は、段階的に複数の抵抗値テーブルを有している。

図１５（ａ）は、第１段階の抵抗値テーブルの一例を示す。このテーブルは、１回目下降時の抵抗値がＲ１であることを前提として作成されている。この抵抗値テーブルでは、１回目下降時の回転数と、次に参照するテーブル名とが対応付けられて記録されている。抵抗器制御部３４０は、抵抗値テーブルを参照して、１回目の車高下降時の回転数Ｎ１をキーとして、テーブルＭＭが次に参照するテーブルであることを特定する。

図１５（ｂ）は、第２段階のテーブルＭＭの一例を示す。テーブルＭＭは、１回目下降時の抵抗値がＲ１、そのときの回転数がＮ１であることを前提として、２回目下降時の目標回転数と、可変抵抗器２１４の抵抗値とが対応付けられて記録されている。抵抗器制御部３４０は、車高上昇時の回転数Ｎ０、１回目車高下降時の回転数Ｎ１から、２回目の車高下降時の目標回転数がＮ２（＝２Ｎ０−Ｎ１）であることを算出する。抵抗器制御部３４０は、テーブルＭＭを参照して、２回目の車高下降時の目標回転数Ｎ２をキーとして、抵抗値をＲ２にすべきことを特定する。

２回目の車高下降を行わせるために、電源制御部３０８は、１回目の車高上昇を行ったときの電圧を電源２２０からＤＣモータ２１０に供給させる。これにより車高が上昇される。２回目の車高上昇制御は１回目の車高上昇制御と同じであってよく、１回目の車高上昇による高さと同じ高さまで上昇されることが好ましい。

ここで抵抗器制御部３４０は、可変抵抗器２１４の抵抗値をＲ２に設定する。この状態で、車高を下降させ、下降時抗力推定部３３２は、電流が一定値となると、そのときの電流値から、下降時抗力テーブル保持部３５４に保持される関係を参照して、２回目の下降時抗力を推定する。また下降時回転数取得部３２２は、電流が一定値となったときに回転数検出部３２０により検出されたＤＣモータ２１０の回転数を取得する。このときの回転数はＲ２となる。車両本体２は、基準高さまで下降する。

下降時抗力推定部３３２は、２回目の下降時の抗力を取得し、１回目の下降時抗力との平均をとる。すなわち、１回目の下降時抗力をＥ１、２回目の下降時抗力をＥ２とすると、下降時抗力推定部３３２は、下降時抗力Ｅを、
Ｅ＝（Ｅ１＋Ｅ２）／２
と算出する。これにより、上昇時抗力の導出時における車両本体２の上昇速度と、下降時抗力の導出時における車両本体２の下降速度とを等しくできる。下降時抗力推定部３３２および上昇時抗力推定部３３４は、それぞれ推定した下降時抗力Ｅおよび上昇時抗力Ｄを輪荷重推定部３６０に供給する。輪荷重推定部３６０は、式（３）をもとに、輪荷重を推定する。これにより、ビスカスカップリング１００により構成される第１減衰力発生手段の動作の影響を除いて、正確な輪荷重を推定することが可能となる。すなわち輪荷重推定部３６０は、下降時抗力と上昇時抗力を用いて、それぞれに含まれる第１減衰力発生手段による抗力分を相殺することで、輪荷重を正確に推定できる。

なお以上は、下降時抗力Ｅ１とＥ２を導出して、それらを平均化することで、下降時抗力Ｅの見かけ上のモータ回転数を上昇時抗力Ｄの推定時のモータ回転数にあわせるようにした。なお抵抗器制御部３４０は、図１５（ｂ）に示すテーブルＭＭを参照して、２回目の車高下降時の目標回転数をＮ０に設定し、Ｎ０をキーとして、抵抗値Ｒ０を導出してもよい。この場合、抵抗値をＲ０に設定すれば、２回目の車高下降のモータ回転数は、車高上昇時のモータ回転数と同じとなり（回転方向は逆）、したがって輪荷重推定部３６０は、上昇時抗力と、２回目の車高下降時に推定される下降時抗力をもとに、式（３）から輪荷重を推定してもよい。

本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、実施の形態の各要素を適宜組み合わせたものも、本発明の実施の形態として有効である。また、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。

（ａ）は、正常な抗力を発生するショックアブソーバを利用した場合に従来手法により推定される車両重量を示す図であり、（ｂ）は、正常でない抗力を発生するショックアブソーバを利用した場合に従来手法により推定される車両重量を示す図である。 本発明の実施の形態に係る輪荷重推定装置の一部を構成するサスペンション装置の取付構造を示す図である。 実施の形態に係る輪荷重推定装置の構成を示す図である。 図３に示すビスカスカップリングのＡ−Ａ断面を示す図である。 プレート支持体を示す図である。 ビスカスカップリングによる差動回転数と発生トルクとの関係を示す図である。 モータ回路によるシャフト回転数と発生トルクとの関係を示す図である。 サスペンションストローク速度と、減衰力発生手段の全体の発生減衰力との関係を示す図である。 （ａ）は、正常な抗力を発生するショックアブソーバを利用した場合に本実施形態の手法により推定される車両重量を示す図であり、（ｂ）は、正常でない抗力を発生するショックアブソーバを利用した場合に本実施形態の手法により推定される車両重量を示す図である。 制御回路の構成を示す図である。 モータ駆動電流と上昇時抗力との関係を示す図である。 モータ回転数と抗力との関係を示す図である。 モータ発生電流と下降時抗力との関係を示す図である。 （ａ）は、車高上昇時の回転数Ｎ０と、１回目の車高下降時の回転数Ｎ１との関係を示す図であり、（ｂ）は、モータ回転数とモータ発生トルクの関係を示すラインを示す図である。 （ａ）は、第１段階の抵抗値テーブルの一例を示す図であり、（ｂ）は、第２段階のテーブルの一例を示す図である。

符号の説明

１・・・サスペンション装置、２・・・車両本体、３・・・車輪、１０・・・輪荷重推定装置、１２・・・ケース体、２０・・・シャフト、２２・・・オイルシール、３０・・・インナープレート、４０・・・アウタープレート、５０・・・キャリア、５２・・・連結軸、５４・・・内歯車、５６・・・遊星歯車、５８・・・プレート支持体、６０・・・太陽歯車、６２・・・出力軸、６４・・・円筒部材、６６・・・円板部材、１００・・・ビスカスカップリング、１１０・・・遊星歯車機構、２００・・・モータ回路、２１０・・・ＤＣモータ、２１４・・・可変抵抗器、２１６・・・電圧計、２１８・・・電流計、２２０・・・電源、３００・・・制御回路、３０２・・・輪荷重推定指示部、３０４・・・車両停止判定部、３０６・・・供給電圧決定部、３０８・・・電源制御部、３１０・・・電流監視部、３１２・・・電圧監視部、３２０・・・回転数検出部、３２２・・・下降時回転数取得部、３２４・・・上昇時回転数取得部、３２６・・・回転数取得部、３３０・・・抗力推定部、３３２・・・下降時抗力推定部、３３４・・・上昇時抗力推定部、３４０・・・抵抗器制御部、３５０・・・テーブル保持部、３５２・・・抵抗値テーブル保持部、３５４・・・下降時抗力テーブル保持部、３５６・・・上昇時抗力テーブル保持部、３６０・・・輪荷重推定部。

Claims (7)

1. 輪荷重を推定する輪荷重推定装置であって、
   車輪側部材に連結する第１伝達部材と車体側部材に連結する第２伝達部材とが相対回転することにより車輪と車体の間に減衰力を発生させる減衰力発生手段と、
   第１伝達部材と第２伝達部材を相対回転させて、車輪と車体の相対距離を変化させるモータと、
   前記モータに電力を供給して、第１伝達部材と第２伝達部材を第１の回転方向に相対回転させる電力供給手段と、
   前記電力供給手段により前記モータに電力を供給して、車輪と車体の相対距離を変化させるときの第１抗力を推定する第１抗力推定手段と、
   前記電力供給手段による電力供給を停止したあとに、第１伝達部材と第２伝達部材が第２の回転方向に相対回転するときの第２抗力を推定する第２抗力推定手段と、
   第１抗力推定手段により推定された第１抗力と、第２抗力推定手段により推定された第２抗力から、輪荷重を推定する荷重推定手段と、
   を備えることを特徴とする輪荷重推定装置。
2. 前記第１抗力推定手段は、前記モータに供給される電流をもとに第１抗力を推定し、前記第２抗力推定手段は、前記モータに発生する電流をもとに第２抗力を推定することを特徴とする請求項１に記載の輪荷重推定装置。
3. 前記荷重推定手段は、第１抗力と第２抗力を用いて、それぞれに含まれる減衰力発生手段による抗力分を相殺することで、輪荷重を推定することを特徴とする請求項１または２に記載の輪荷重推定装置。
4. 前記モータの回転数を検出する回転数検出手段をさらに有し、
   前記第１抗力推定手段は、前記モータの回転速度が一定値となったときに第１抗力を推定し、
   前記第２抗力推定手段は、前記モータの回転速度が前記一定値である場合における第２抗力を推定することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の輪荷重推定装置。
5. 前記モータの端子に接続される可変抵抗器と、
   前記可変抵抗器の抵抗値を制御する抵抗器制御部をさらに備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の輪荷重推定装置。
6. 前記抵抗器制御部は、前記第２抗力推定手段が第１抗力の推定時におけるモータ回転速度と同じモータ回転速度における第２抗力を推定できるように、前記可変抵抗器の抵抗値を制御することを特徴とする請求項５に記載の輪荷重推定装置。
7. 前記第１抗力推定手段は、モータが車高を高くする方向に回転するときの第１抗力を推定し、
   前記第２抗力推定手段は、車高が高い位置から元の位置に戻るときの第２抗力を推定することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の輪荷重推定装置。

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