JP4794960B2 - 車両質量推定装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載しその車両の動きからその車両の質量を推定演算する装置に関する。本発明は、車両を計量装置に載せて行う計量操作によらずに、車両の質量をその走行状態から推定演算する装置として利用する。本発明による推定結果は、車両の変速装置制御その他の入力パラメタとして利用する。本発明は、貨物車両など積み荷の状態により車両全体の質量が大きく変化する車両について、発進時の状態からその車両質量を自動的に推定演算する装置として利用する。本発明の装置要部に設けられる演算論理は、その演算回路にソフトウエアとして組み込まれる。

本願出願人は、車両に搭載しその車両の質量を推定演算する装置について、既に下記［特許文献１］および［特許文献２］に記載された先願発明を開示した。

このうち［特許文献１］に記載された先願発明は、車速情報から車両の加速度を算出し、一方その車両の運転状態に関する情報から車両の駆動力を算出し、車両の変速時に変速前の加速度および変速中の減速度を求め、前記算出された駆動力について、これを変速前の駆動力から変速中の減速度を減算した値で除算することにより車両質量を求めるものである。

また［特許文献２］に開示した先願は、車両走行中の運転操作により操舵が行われたときに、その操舵角に対する車両の反応をヨーレイトとして検出し、これを時間積分することによりヨーを演算する。これから自己回帰法により運動方程式を微分演算子ｓの二次式として導出する。一方、車両質量を係数の中に含む車両の力学的なモデルについて運動方程式を微分演算子ｓの二次式として得ると、二つの二次式はその各次数の係数値が等しいものとして車両質量を演算するものである。

下記［特許文献３］には、時間をずらして２回の測定を行うことにより、車両質量推定の精度を向上する手法が説明されている。［特許文献４］［特許文献５］および［特許文献６］はそれぞれ本願出願人の先願に係る車両の質量推定装置の発明である。

特開２００２−１３６２０号公報 特開２００２−１１６０８０号公報 特表２００２−５２３７３５号公報 特開２０００−１９００２号公報 特開２０００−５５７２３号公報 特開２０００−７４７２７号公報

上記特許文献１〜６に開示された発明は、いずれも車両走行中のパラメタを利用して車両質量を原理的に演算推定するものである。したがって論理としては合理的であるものの、走行中に生じる車両の振動その他何らかの外乱の影響を受けると推定結果に誤差が生じることがある。また、外乱により演算を開始できず、値の更新に遅延が発生することがある。その結果、積み荷の状態を変更していないにもかかわらず、演算された車両質量の値が一定値に定まらない場合がある。また、これを条件追加により安定させようとすると、演算処理を行うことができず、値の更新ができず、実際の車両質量と異なる場合がある。これは車両を利用する顧客の不満の原因となることがある。本願発明者はこれを詳しく検討したところ、車両走行中には車両に装備された勾配センサ（前後方向の加速度センサを含む、本願明細書において同じ）が、路面の凹凸による影響などを受けて、短時間とはいえ不規則な振動状態となり、必ずしも安定な出力値を送出しない場合があることに主要な原因があることがわかった。

さらに詳しくは、勾配センサは、原理的に一つの重りをバネその他弾性体により支持しておき、勾配もしくは加速度が変化したときに、その重りの変位を観測する構成になっている。したがって車両が発進する、停止する、車速が変化するなどに伴いその出力値が変化し、その変化につづいて安定な出力値を送出するまで、短い時間とはいえ出力値が減衰振動を続けることがある。実用的な装置では、この減衰振動をなるべく短時間に抑圧し、正確な加速度に比例する出力値を送出するように、それぞれの加速度センサは工夫されているが、この減衰振動を完全に抑圧することができる装置はその実現が困難である。また、このような装置を車両に取付けた場合には、この減衰振動は車両の前後方向に限らず、上下方向、左右方向にも複雑に発生する可能性があり複雑であり、この減衰振動が抑圧される前に相応の時間にわたり正確でない計測出力を発生する現象は簡単に回避できない。

本発明は上記のような不具合を改良するものであって、勾配センサの出力値が車両走行に伴って振動しても、その影響を受けにくい、もしくはその影響を受けない、質量推定装置を提供することを目的とする。本発明は車両に搭載された勾配センサの出力値について、基本的に振動の少ない状態における計測値を利用して質量推定演算を変速後即座に行うことができる装置を提供することを目的とする。

本発明はこれを解決するものであって、複雑な振動を含む車両発進後の勾配センサの出力値を利用するのではなく、車両を発進させる直前の停車状態における安定な勾配センサの出力値を利用して、質量推定のための演算を実行することに最大の特徴がある。すなわち車両が停車中には、勾配センサの重りには振動はほとんどなくなる。停車後数秒のうちにはその振動は消滅する。そしてその出力値は原則的に安定になる。車両が発進する時点の勾配センサの出力値として利用するために、その直前の停車中にこの勾配センサで観測された安定な値（またはこの安定な値に係る関数値）を情報として保持しておき、車両を発進させてから行う演算にはこの保持しておいた安定な値（または関数値）を利用する。このような構成により、勾配センサの出力値が車両の振動の影響を受けて変動する現象を回避することができる。

車両の発進後には、当然にその勾配センサの出力値は前後方向加速度が変動するし、また車両が移動することにより変化する。しかし車両質量推定演算が完了するまでの時間は短時間であり、発進の直後におけるその車両の勾配はその直前の停車状態の勾配と同等と考えても、一般的な路面では大きい誤差は生じない。車両が停車した路面が発進の直後にその勾配値が急変する路面（例えば停車状態の車輪の位置近傍に段差がある路面）である場合も考えられるが、そのような事例はまれである。かりにそのような事例があったとしても、積み荷を変更するなどの操作を行わないかぎり、車両質量には原則的に変更がないはずであるから、その車両が停車発進を繰り返すつど本発明の装置により車両質量の測定演算を行い、その演算結果について平均値を求めるなど、統計的な処理を継続すれば計測値はより正確な値として更新することができる。この場合には、積み荷が変更されたとき、あるいは搭乗人員に変更があったときに、演算され保持された結果をリセットするように構成する。

すなわち本発明は、車両発進時における車両の勾配、駆動力、抵抗、および加速度を含む情報から、車両質量を演算する手段を備えた車両質量推定装置において、その車両が停車状態にあるときの勾配センサの出力値（α）（またはその出力値に関する情報）を保持する手段を備え、前記車両質量を演算する手段は、その演算が車両発進直後（発進から５ｓｅｃ以内に、好ましくは１〜２ｓｅｃ後）に実行される場合には、その車両の勾配情報として前記保持する手段に保持された勾配センサの出力値（α）（またはその出力値に関する情報）を勾配情報として利用する手段を含むことを特徴とする。さらに、車両の発進後に所定時間を経過したときに前記保持する手段を自動的にリセットする手段を含む構成とすることが望ましい。

上記括弧内の「またはその出力値に関する情報」とは、上記勾配センサの発進前の出力値（α）に代えて、その出力値（α）に係る何らかの関数値（f（α））を記憶しておき、発進時の勾配情報としてその関数値を利用するように構成することができることを意味する。すなわち出力値αそのものを保持するのでなくとも、その出力値αを一つの変数として含む関数を保持する構成であれば同様に本発明を実施することができる。関数は例示すると、αの一次関数（例、ａα＋ｂ，ａは定数）、αの二次関数、αの対数関数（例、ｌｏｇα）、その他である。簡単な数式で表示できない関数、たとえば論理演算装置内に保持する数表に対応させて演算される関数であってもよい。

演算する手段による演算を停止状態にある車両が発進するつど、積み荷あるいは搭乗者数に変更がないかぎり繰り返し複数ｎ回にわたり実行する手段と、そのｎ回にわたる演算結果の平均値など統計的な処理を施した値を演算する構成として、演算の精度を繰り返し毎に向上することができる。

本発明の装置により自己車両の質量推定を行うことにより、その推定値は車両発進時の振動その他による外乱の影響を排除することができるから、その推定結果は従来例装置に比べて安定であり相応に正確になる。本発明を貨物の積み下ろしを行うことにより、あるいは乗客が乗降することにより車両質量が大きく変化する貨物車両またはバスなどに利用すると、現時点の車両質量が制御パラメタとして発進直後に正確に設定されるから変速装置制御の動作が合理的になる。

実施例図面を参照して本発明実施例を説明する。図１は本発明を４輪中型トラック用車両に実施した実施例装置のブロック構成図である。本発明の主要な構成要素である勾配センサ１は、車両の前後方向の勾配を計測するように配置され、その計測出力は車両の制御回路２に接続されている。横方向加速度センサ３は車両の横方向の加速度を観測するように配置され、その計測出力は車両制御回路２に接続されている。制御回路２はプログラム制御回路であり、その入力は破線により、その出力は実線により表示されている。前輪４ｆおよび後輪４ｒにはそれぞれ車輪回転センサ５が設けられていて、車輪の回転にしたがって電気パルスを発生し、それぞれこれを制御回路２に送出する。各車輪にはブレーキ・ブースタ・アクチュエータ６が設けられていて、それぞれ上記制御回路２から送出される制御信号にしたがって調節された空気圧を車輪に設けられたブレーキ・シリンダ（図示せず）に供給する。操舵ハンドル８には操舵角センサ９が設けられていて操舵角を検出し、その検出出力を制御回路２に送出する。車体に取付けられたロールレイトセンサ１０の出力、および同じくヨーレイトセンサ１２の出力は、それぞれ制御回路２に接続される。内燃機関（図外）のガバナ１１は制御回路２の出力電気信号により制御される。さらにガバナ１１にはガバナの制御位置を観測するガバナセンサ１３が設けられ、そのセンサ出力は制御回路２に接続される。アクセル・ストローク・センサ１４、ギヤ選択センサ１５、およびエンジン回転センサ１６の出力はそれぞれ制御回路２に取込まれる。

この装置では、この車両が走行を開始したときに制御回路２に実装されたプログラム制御回路が、車両質量を推定演算する。すなわち車両は運行途中に停車すると貨物の積み下ろしがあり車両質量が変化する。車両質量は変速装置の制御に重要な要素であり、内燃機関の駆動力、車体が受ける空気抵抗、回転部分の質量、転がり抵抗、および車両加速度ならびに重力加速度などの要素から演算される。この実施例装置で採用した実用的な演算式を示すと、
Ａ＝駆動力−（空気抵抗＋回転部分の質量×加速度）
Ｂ＝（転がり抵抗×重力加速度）＋（車両の勾配×重力加速度）＋加速度
を求めて、
車両質量（M）＝Ａ／Ｂ
として演算する手段を含む構成とすることができる。

前記駆動力は内燃機関に供給される燃料流量から車種毎に設定された方式（数表または数式）により演算される値であり、前記空気抵抗は車両の構造に基づき車種毎に設定（測定または演算）された定数であり、前記回転部分の質量は車種毎にあらかじめ設定された定数であり、前記転がり抵抗は車種毎にあらかじめ設定された定数とすることができる。

図２に本発明実施例装置の車両質量演算および設定に係る要部フローチャートを示す。ここで本発明の特徴とするところは、車両質量を演算するために必要な要素である車両の勾配について、車両に設けられた勾配センサ１のそのときの出力をそのまま利用するのではなく、車両質量を演算する直前の車両が停車している状態で勾配センサ１の出力に現れていた値を利用するように構成したところにある。すなわち車両の勾配センサ１は車両の前後方向の加速度を検出する装置であり、車両が発進するとその直後に当然に大きく変動する。そして変動中はその出力値は一義的に定まらず、変動中の一つの値を捉えてその出力とせざるを得ない。本願発明者はこれが従来装置で車両質量を演算するときの誤差の大きい要因であることに注目した。

そして本発明の装置では、勾配センサ１の出力は車両が走行を開始する前の安定な静止した状態の勾配センサ１の出力を利用することにしたところにその最大の特徴がある。すなわち勾配センサ１は車両が発進する前の安定な値を取込み、これを一時メモリに保持しておき、この値を上記演算式の車両の勾配値として利用することにした。車両が発進するとその路面は必ずしも一様な勾配とは限らないが、路面勾配が発進直後に大きく変化する場面はまれであり、多くの路面では車両発進直前の停車中の車両勾配の観測数値をそのまま車両発進時の路面勾配の数値として利用してほとんど問題はない。したがって演算された車両質量推定値に大きい誤差はないものと考えられる。

まれに車両の発進直後にその路面勾配が急変する場合があるとすると、これは車両の停車発進を繰り返すつど上記のような質量推定演算を実行し、その演算結果の累積的な平均値を演算してゆくことによりこれを救済することができる。すなわち仮に、車両が凹凸路面のある貨物積み下ろし場に停車して積み荷が変更され、これが質量推定演算に影響を与えたとしても、その後その車両が通常の平坦道路を走行し、停車発進が繰り返され、そのつど質量推定演算を繰り返し累積的な平均値を更新すると、演算結果はしだいに正しい値に近づいてゆくことになる。上記の平均値演算は車両の積み荷が変更されたときにリセットされる。リセット操作は、手動で行う、一定時間を越える停車時に自動的に行う、車両質量がこれまでの計測値と所定幅を越えて変動したことが検出された時に自動的に行う、などの方法がある。

この構成により車両が発進することにより勾配センサの出力値が振動して、その値が一つに定まらないことにより生じる誤差はなくなる、またはきわめて小さくなる。

本発明実施例装置の制御系ハードウエアの構成図。 本発明実施例装置の質量演算に係る要部フローチャート。

符号の説明

１ 勾配センサ（前後方向加速度センサ）
２ 制御回路
３ 横方向加速度センサ
４ｒ 後輪
４ｆ 前輪
５ 車輪回転センサ
６ ブレーキ・ブースタ・アクチュエータ
７ ブレーキ圧センサ
８ 操舵ハンドル
９ 操舵角センサ
１０ ロールレイトセンサ
１１ ガバナ
１２ ヨーレイトセンサ
１３ ガバナセンサ
１４ アクセル・ストローク・センサ
１５ ギヤ選択センサ
１６ エンジン回転センサ

Claims (6)

1. 車両発進時における車両の勾配、駆動力、抵抗、および加速度を含む情報から、車両質量を演算する手段を備えた車両質量推定装置において、
   その車両が停車状態にあるときの勾配センサの出力値（α）をその車両の発進後まで保持する手段を備え、
   前記車両質量を演算する手段は、その演算が発進直後に実行される場合には、その車両の勾配情報として前記保持する手段に保持された勾配センサの出力値（α）を勾配情報として利用する手段を含むことを特徴とする車両質量推定装置。
2. 請求項１記載の演算する手段による演算を停止状態にある車両が発進するつど繰り返し複数ｎ回にわたり実行する手段と、そのｎ回にわたる演算結果の平均値を演算し保持する手段とを含む車両質量推定装置。
3. 車両の発進後に所定時間を経過した時点で前記保持する手段を自動的にリセットする手段を含む請求項１記載の車両質量推定装置。
4. 前記車両質量を演算する手段は、
   Ａ＝駆動力−（空気抵抗＋回転部分の質量×加速度）
   Ｂ＝（転がり抵抗×重力加速度）＋（車両の勾配×重力加速度）＋加速度
   をそれぞれ求めて、
   車両質量（M）をＡ／Ｂとして演算する手段を含む請求項１記載の車両質量推定装置。
5. 前記駆動力は内燃機関に供給される燃料流量から車種毎に設定された数表または数式により演算される値であり、
   前記空気抵抗は車両の構造に基づき車種毎に設定された数表または数式により演算される値であり、
   前記回転部分の質量は車種毎にあらかじめ設定された定数であり、
   前記転がり抵抗は車種毎にあらかじめ設定された定数である請求項４記載の車両質量推定装置。
6. 請求項１記載の勾配センサの発進前の出力値（α）に代えてその出力値（α）に係る所定の関数値（ｆ(α)）を記憶する手段を備え、前記車両の発進時における勾配センサの出力情報としてその記憶する手段に記憶された関数値（ｆ(α)）を車両質量を演算するための車両勾配に係る情報として利用する手段とを備えた車両質量推定装置。

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