JP2013083483A - 車両重量推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】正確に車両重量を推定することが可能な車両重量推定装置を提供する。
【解決手段】車両重量推定装置１００は、車両１に備えられ、当該車両１を加振する加振器１１と、加振された車両１の振動を検出する振動検出部１２と、当該振動検出部１２の検出結果に基づいて車両１のボディの周波数特性を取得する周波数特性取得部１３と、取得された周波数特性と、予め記憶されてある基準値とに基づいて、車両１の重量を推定する推定部１５と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の重量を推定する車両重量推定装置に関する。

近年、車両には各種の制御装置が搭載されている。このような制御装置として、制動制御装置や操舵制御装置等がある。これらの制御装置は、適切に制御するにあたり、車両の重量をパラメータとして用いることがある。一方、車両の重量は、乗車する人の体重や人数、積載される積荷の重量等によって一様でない。そこで、車両の重量を演算する技術として下記に出典を示す特許文献１及び２に記載のものがある。

特許文献１に記載の車両重量検出装置は、エンジントルクと車速と加減速度とを検出し、これらの検出結果と車両の緒元とから車両走行抵抗の演算式を用いて車両重量を演算する。一方、特許文献２に記載の車両質量の推定演算装置は、操舵角に対するヨーを出力する力学モデルによる伝達関数と、実車により取得されたデータから自己回帰法を用いて求めた操舵角に対するヨーの伝達関数とに基づき車両質量を導出する。

実開平５−８４８３４号公報（〔０００６〕、〔００１１〕段落等） 特開２００２−１１６０８０号公報

特許文献１に記載の技術では、車両の加減速度をパラメータとして車両走行抵抗の演算式を用いて車両重量を演算する。この演算式においては、微小時間において路面状況の変化はないものとして演算している。このため、微小時間に路面抵抗が変化する場合には、スリップ発生時に誤差情報を多く取り込んで演算することになるので、正確に車両重量を演算することはできない。また、特許文献２に記載の技術でも、スリップ発生時、操舵角が小さいと誤差情報を多く取り込んで計算するので、正確に車両重量を導出することができない。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、正確に車両重量を推定することが可能な車両重量推定装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る車両重量推定装置の特徴構成は、車両に備えられ、当該車両を加振する加振器と、前記加振された車両の振動を検出する振動検出部と、前記振動検出部の検出結果に基づいて前記車両のボディの周波数特性を取得する周波数特性取得部と、前記取得された周波数特性と、予め記憶されてある基準値とに基づいて、前記車両の重量を推定する推定部と、を備えている点にある。

このような特徴構成とすれば、加振器で車両のボディを振動させ、振動検出部で検出されたボディの振動により取得した周波数特性に基づき、車両重量を推定することができる。このため、乗員の乗り降りや、荷物の積み下ろし等により変化する車両重量を正確に推定することが可能となる。したがって、車両重量の推定により、制動力の制御や車両姿勢の制御を高精度に行うことが可能となる。また、車両の停止時及び走行時の双方において、振動検出部に入力される外乱振動が小さい時に、車両重量を推定することができる。更に、外乱振動が少ない時には、スリップや路面抵抗の影響を受けることが無いので、正確に車両重量を推定できる。

また、前記加振器及び前記振動検出部は、前記車両の振動発生源から発生する振動を減衰させる防振装置に備えられていると好適である。

このような構成とすれば、車両重量の推定を行わない時には、車両のエンジン振動や路面振動等に対し、能動防振制御が行うことができる。

また、前記加振器からの振動が弾性部材を介して前記振動検出部に伝達され、前記基準値は、温度毎に記憶されてあると好適である。

このような構成とすれば、温度変化により弾性部材の弾性が変化した場合でも正確に車両重量を推定することが可能となる。

また、前記基準値は、前記車両の開閉体の開閉状態及び前記車両のタイヤの空気圧状態の少なくとも一方の状態毎に記憶されてあると好適である。

ここで、車両の開閉体の開閉状態や、車両のタイヤの空気圧状態により車両のボディの剛性は著しく変化する。このため、このような構成とすれば、開閉体の開閉状態やタイヤの空気圧状態が変化した場合であっても、正確に車両重量を推定することが可能となる。

また、前記基準値は、前記車両の積載量がゼロである場合のボディの周波数特性であると好適である。

このような構成とすれば、車両重量の増加は空虚重量（車両のみの重量）を基準とすることにより、基準値を設定するパラメータが少なくなる。したがって、車両の積載量がゼロである場合、すなわち、車両に人や物が乗っていない状態を基準として容易に車両重量を推定することができる。

車両重量推定装置の構成を模式的に示したブロック図である。 加振器の配置場所を示す図である。 サインスイープ加振の信号の一例を示す図である。 搭載量が５０ｋｇの場合の周波数特性を示す図である。 搭載量が１００ｋｇの場合の周波数特性を示す図である。 搭載量が１５０ｋｇの場合の周波数特性を示す図である。 搭載していない場合の周波数特性を示す図である。 特徴点の抽出について模式的に示す図である。 特徴点と搭載量との関係を示す図である。 その他の実施形態に係る車両重量推定装置の構成を模式的に示したブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。本発明に係る車両重量推定装置１００は、車両重量を正確に検出する機能を備えている。以下、図面を用いて説明する。

図１には、車両重量推定装置１００の構成を模式的に示したブロック図が示される。図１に示されるように、車両重量推定装置１００は、加振器１１、振動検出部１２、周波数特性取得部１３、記憶部１４、推定部１５の各機能部を備えて構成される。各機能部はＣＰＵを中核部材として車両重量を推定する種々の処理を行うための上述の機能部がハードウェア又はソフトウェア或いはその両方で構築されている。

加振器１１は、車両１に備えられ、当該車両１を加振する。加振器１１は、例えばコイルと永久磁石との引力及び斥力を利用して加振するよう構成することができる。このような加振器１１の構成は公知であるので説明は省略する。加振器１１は、車両１のボディに設けられる。詳細は後述するが、本車両重量推定装置１００は車両１のボディの伝達関数に基づき車両重量を推定する。このため、加振器１１は荷重を受けた際に剛性の変化が大きい位置に配設すると好適である。このような位置は、ボディの固有振動数に大きな影響を与えるので荷重の変化を見出し易くなる。具体的には、ボディの下面やシート下等が相当する。

図２には、車両１の下方斜視図が示される。ボディの下面とは、このような車両１の下面が相当する。特に、両サイドのボディに亘って設けられるアンダーフロアーバー２に設けると好適である。このような加振器１１は、車両重量推定装置１００の上位システムからの命令に応じて加振する。このような命令は、車両１の走行開始時に行っても良いし、ユーザのスイッチ操作によって行っても良い。このような命令が、車両重量推定装置１００が車両重量を推定する「トリガ」となる。加振器１１の加振は、サインスイープ加振により行われる。

図１に戻り、振動検出部１２は、加振された車両１の振動を検出する。加振された車両１の振動とは、加振器１１により加振された車両１の振動である。よって、車両１に搭載される振動発生源（例えば、エンジンなど）から発生する振動により加振されたものではない。この振動検出部１２は、上述の加振器１１の近傍に設けると好適である。これにより、加振器１１からの振動が振動検出部１２に達するまでに減衰したり、車両１に搭載される振動発生源からの振動が加振器１１からの振動に重畳したりしないようにすることができる。振動検出部１２により検出された車両１の振動は、後述する周波数特性取得部１３に伝達される。

周波数特性取得部１３は、振動検出部１２の検出結果に基づいて車両１のボディの周波数特性を取得する。上述のように、振動検出部１２の検出結果は周波数特性取得部１３に伝達される。ここで、振動が入力される物体には、入力した振動を、当該入力された信号に応じて検出された振動に変換する伝達関数が存在する。このような伝達関数は、物体の形状（構造）や材料等により定まる。本実施形態の車両１のボディも特有の伝達関数を有する。しかしながら、このような伝達関数を導出するのは容易ではない。そこで、一般的に、検出された振動に基づき伝達関数の特性が評価される。本実施形態では、このような評価において周波数特性が利用される。このような周波数特性はボード線図により示される。

ここで、加振器１１は、上述のように、車両１に対する加振をサインスイープ加振により行う。このようなサインスイープ加振に係る信号の一例が図３に示される。図３では、縦軸を振幅、横軸を時間としている。図３に示されるように、サインスイープ加振では、車両１のボディに入力する振動を、低周波数の振動から高周波数の振動に連続して切り替える。なお、図３では、１〜１００Ｈｚ程度でスイープした場合の例を示しているが、車両重量推定装置１００が車両１の重量を推定するにあたっては、重量物積載の情報を抽出できる周波数帯を数十Ｈｚから１００Ｈｚ程度の幅でスイープして周波数特性を取得すると良い。

周波数特性取得部１３は、ボード線図に基づき伝達関数の周波数特性を取得する。このような周波数特性の一例が図４−図６に示される。例えば、図４は車両１に５０ｋｇの積荷を搭載した場合の周波数特性である。また、図５は車両１に１００ｋｇの積荷を搭載した場合の周波数特性である。更に、図６は車両１に１５０ｋｇの積荷を搭載した場合の周波数特性である。図４−図６に示されるように、周波数特性はゲイン線図（ａ）と位相線図（ｂ）とからなる。周波数特性取得部１３は、このような車両１のボディの周波数特性を取得する。

記憶部１４は、車両１の積載量がゼロである場合のボディの周波数特性を記憶している。車両１の積載量がゼロとは、車両１の乗員が乗車しておらず、且つ、積荷を搭載していない状態であり、搭載量が０ｋｇである状態を示す。したがって、工場出荷状態における車両１が相当する。このような周波数特性の一例が図７に示される。図７に示されるように、記憶部１４に記憶される周波数特性も、ゲイン線図（ａ）と位相線図（ｂ）とからなる。記憶部１４には、このような状態の車両１のボディの周波数特性が予め記憶されている。このような周波数特性は、車両重量推定装置１００が車両１の重量を推定する際の基準値に相当する。

推定部１５は、取得された周波数特性と、予め記憶されてある基準値とを比較する。取得された周波数特性とは、上述の周波数特性取得部１３により取得された周波数特性である。すなわち、加振器１１により加振され、振動検出部１２により検出された振動に基づき取得された周波数特性である。予め記憶されてある基準値とは、記憶部１４に記憶されている車両１の積載量が０ｋｇである場合の周波数特性である。推定部１５は、このような２つの周波数特性を比較する。この比較は、推定部１５が有する比較手段１５Ａにより行われる。

具体的には、車両１のボディを加振した場合に、周波数特性が車両１の積載量に応じて著しく変化する周波数範囲を比較すると良い。このような周波数範囲は、図４−図７における８００Ｈｚ−１１００Ｈｚが相当する。もちろん、このような周波数範囲以外も比較しても良いが、上述の周波数範囲のみを比較する形態とすると、演算負荷を軽減できる。比較手段１５Ａは、周波数毎にゲインと位相との夫々について比較する。

例えば、車両１のボディを加振した場合に図５の周波数特性が取得されたとする。この場合、比較手段１５Ａは、基準値としての図７に示された周波数特性の８００Ｈｚ−１１００Ｈｚの範囲と、周波数特性取得部１３により取得された図５に示された周波数特性の８００Ｈｚ−１１００Ｈｚの範囲とにおいて、ゲインと位相との夫々を比較する。このような比較の様子が図８に示される。比較手段１５Ａは、加振して得られた周波数特性と記憶部１４に記憶されてある周波数特性とを比較し、特徴点を抽出する。

特徴点とは、ゲイン線図及び位相線図において、加振して得られた周波数特性と記憶部１４に記憶されてある周波数特性との大きな差異である。具体的には、ゲイン線図では９２０Ｈｚにおいて、周波数特性取得部１３により取得された周波数特性が、記憶部１４に記憶されてある周波数特性を７ｄＢ程度上回っている。一方、位相線図では９００Ｈｚにおいて、周波数特性取得部１３により取得された周波数特性と、記憶部１４に記憶されてある周波数特性との間で３０ｄｅｇ程度の差異がある。比較手段１５Ａは、このような特徴点を抽出する。

推定部１５は、比較手段１５Ａの比較結果に基づいて、車両１の重量を推定する。ここで、推定部１５は、車両１の積荷の増加量と特徴点と関係（特徴点マップ）が記憶されている。このような関係は、例えば図９に示されるように、周波数と差異とで規定すると好適である。推定部１５は、比較手段１５Ａにより抽出された特徴点に基づいて車両１の重量を推定する。このような推定は、推定部１５が有する推定手段１５Ｂにより行われる。本車両重量推定装置１００は、このようにして車両１の重量を推定する。

車両重量推定装置１００により推定された車両１の重量は、車両１に備えられる制御装置（例えば制動制御装置や操舵制御装置など）に伝達される。これらの制御装置は、伝達された車両１の重量に基づき、制動力を制御したり操舵角を制御したりする。これにより、車両重量に合わせて適切に車両１の走行状態を制御することが可能となる。

このように本車両重量推定装置１００によれば、加振器１１で車両１のボディを振動させ、振動検出部１２で検出されたボディの振動により取得した周波数特性に基づき、車両重量を推定することができる。このため、乗員の乗り降りや、荷物の積み下ろし等により変化する車両重量を正確に推定することが可能となる。したがって、車両重量の推定により、制動力の制御や車両姿勢の制御を高精度に行うことが可能となる。また、車両１の停止時及び走行時の双方において、振動検出部１２に入力される外乱振動が小さい時に、車両重量を推定することができる。更に、外乱振動が少ない時には、スリップや路面抵抗の影響を受けることが無いので、正確に車両重量を推定できる。

〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、記憶部１４には周波数特性の基準値が記憶されてあるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。例えば、加振器１１からの振動が弾性部材を介して振動検出部１２に伝達されている場合には、基準値は、温度毎に記憶されてあると好適である。ここで、一般的に加振器１１は弾性部材としてのゴム製のマウントを介して車両１のボディに配設される。このゴム製のマウントは、温度により弾性係数が大きく変化する。したがって、基準値を例えば、高温、常温、低温の３段階で記憶しておくことにより、正確に車両重量を推定することが可能となる。もちろん、より詳細に区分して基準値を記憶しておくことも可能である。

また、基準値は、車両１の開閉体の開閉状態及び車両１のタイヤの空気圧状態の少なくとも一方の状態毎に記憶されてあると好適である。車両１のボディの剛性は、ドアやトランク等の開閉体を開扉している場合と閉扉している場合とでは異なる。また、タイヤの空気圧によっても車両１のボディの剛性が異なる。このため、このような車両１の開閉体の開閉状態や、車両１のタイヤの空気圧の状態に応じて、夫々の状態毎に基準値を記憶しておくことにより正確に車両重量を推定することが可能となる。もちろん、車両１の開閉体の開閉状態、及び車両１のタイヤの空気圧の状態の一方の状態毎に、基準値を記憶しておくことも可能である。

上記実施形態では、加振器１１及び振動検出部１２は車両１のアンダーフロアーバー２に設けられるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。例えば、シート下に設けることも可能であるし、トランクルームに設けることも可能である。

また、加振器１１及び振動検出部１２は、車両１の振動発生源から発生する振動を減衰させる防振装置に備えられていると好適である。このような構成とすれば、車両重量推定装置１００と防振装置とにおいて、加振器１１及び振動検出部１２を兼用して構成することができるので、低コストで車両重量推定装置１００を実現できる。

上記実施形態では、推定部１５は、周波数特性取得部１３により取得された周波数特性と、記憶部１４に記憶されてある周波数特性との差異である特徴点に基づき車両重量を推定するとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。図１０に示されるように、例えば所定の搭載量毎に予め取得された周波数特性を記憶部１４に記憶しておく構成とすると好適である。係る場合、周波数特性取得部１３により取得された周波数特性が記憶部１４に記憶されている周波数特性と全周波数帯において同程度である場合に、当該一致した周波数特性を取得した搭載量と、搭載量がゼロである場合の車両重量との合計を車両重量として推定することができる。このような構成であっても、適切に車両重量を推定することが可能である。

本発明は、車両の重量を推定する車両重量推定装置に用いることが可能である。

１：車両
１１：加振器
１２：振動検出部
１３：周波数特性取得部
１５：推定部
１００：車両重量推定装置

Claims (5)

1. 車両に備えられ、当該車両を加振する加振器と、
   前記加振された車両の振動を検出する振動検出部と、
   前記振動検出部の検出結果に基づいて前記車両のボディの周波数特性を取得する周波数特性取得部と、
   前記取得された周波数特性と、予め記憶されてある基準値とに基づいて、前記車両の重量を推定する推定部と、
   を備えた車両重量推定装置。
2. 前記加振器及び前記振動検出部は、前記車両の振動発生源から発生する振動を減衰させる防振装置に備えられている請求項１に記載の車両重量推定装置。
3. 前記加振器からの振動が弾性部材を介して前記振動検出部に伝達され、
   前記基準値は、温度毎に記憶されてある請求項１又は２に記載の車両重量推定装置。
4. 前記基準値は、前記車両の開閉体の開閉状態及び前記車両のタイヤの空気圧状態の少なくとも一方の状態毎に記憶されてある請求項１から３のいずれか一項に記載の車両重量推定装置。
5. 前記基準値は、前記車両の積載量がゼロである場合のボディの周波数特性である請求項１から４のいずれか一項に記載の車両重量推定装置。

Images