JP5074023B2 - コンピュータを援用して車両の質量、とりわけ産業車両の質量を推定する方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、コンピュータを援用して車両の質量、とりわけ産業車両の質量を推定する方法及び装置に関する。

例えば走行動特性の境界領域における走行特性を制御する電子制御式安定化システム（ＥＳＰ）又は産業車両用の電子制御式ブレーキシステム（ＥＢＳ）のような電子制御式車両システムでは、一般に車両の質量の値が必要である。通常は質量を求めるためのセンサは存在していないため、車両質量は適切なアルゴリズムによって計算ないし推定されなければならない。

ＤＥ ４２ ２８ ４１３ Ａ１は車両質量を求める方法を開示している。この方法は、少なくとも２つの異なる時点における２つの車両縦加速度とこれらの時点における牽引力とを検出する。そして、牽引力の差と縦加速度の差から車両質量が求められる。

ＤＥ １９８ ０２ ６３０ Ａ１によれば、車両質量を求めるために、牽引力とこれに関連した車両縦加速度が一定の時間間隔で連続する時点において連続的に検出される。

ＵＳ ６ ３４７ ２６９ Ｂ１は、牽引力、走行抵抗、及び車両加速度に基づいて車両質量を求めることを提案している。なお、車両質量を求める際に、車道の傾斜の影響はハイパスフィルタにより除去される。

ＷＯ ００／１１４３９ Ａ１によれば、車両質量を求めるために、車両の牽引力量と運動量とを内容とする少なくとも２つの時間的にずらした測定値を求めることを提案している。なお、２つの測定の一方は牽引力のないときに行われ、他方は牽引力フェーズにおいて行われる。

上位概念を構成するＤＥ １０１ ４４ １９９ Ａ１からは、推進力と加速度力及び傾斜抵抗との間の平衡関係に基づいた方法が公知である。この平衡関係は次の通りである：
Ｆ＝ｍ・（ａ＋ｇ・ｓｉｎα） （１）
ここで、
Ｆ 推進力
ａ 車両縦速度の時間微分
α 車道傾斜角度
ｇ 重力加速度
ｍ 車両質量
である。

式（１）において、加速度力は積ｍ・ａによって表され、傾斜抵抗は積ｍ・ｇ・ｓｉｎαによって表される。したがって、車両の質量ｍを求めるために、式（１）はｍについて解かれ、Ｆ、ａ、及びαの瞬時値は測定量から求められる。走行するそれぞれの車道の傾斜角度αは既知ではないため、通常はクラッチ操作時又は推進力がない若しくは非常に小さいときにコンピュータを援用して推定されるか又はそもそも考慮されない。しかし、トルクコンバータクラッチ又はパワーシフトトランスミッションが使用されている場合には、このようなフリーホイール状態はもはや存在しないため、車両質量の十分に正確な推定は困難である。

本発明の課題は、冒頭で述べた形式の車両質量ｍをコンピュータを援用して推定する方法を発展させ、上記の欠点を回避することができる。さらに、この方法を使用する装置も提供する。

上記課題は請求項１及び請求項１１に記載された特徴により解決される。

本発明は、時間ｔにわたる車両の動作状態の変化を車両質量の推定に利用するというアイデアに基づいている。車両が任意の走行区間に沿って走行している場合、車道傾斜角度αは時間ｔの関数である。式（１）を時間に関して微分すれば、次式が得られる：

式（２）の時間微分により、式（３）において、時間的に一定と仮定された傾斜角度αの影響は有利には除去されるので、傾斜角度αを推定、計算、又は、コストのかかるセンサを用いて測定する必要はない。

このように、式（４）は車両の質量ｍに関する推定式を形成する。推定式の計算は、有利には連続的に、例えば再帰法によって行われる。使用される再帰アルゴリズムは、アルゴリズムの挙動を調整するいわゆる忘却係数を含んでいてよい。忘却係数は、適切な状態においては、例えば車両の質量ｍが変化しうる比較的に長い静止状態の間には、急速な収束の方向に調整される。

推進力Ｆは、とりわけ、例えばエンジン及びトランスミッションなどにおける摩擦損及び／又は減速制動力により生じる既知の走行抵抗及び推進抵抗を含んでいる：

ここで、
Ｍ 摩擦トルクを含めたエンジントルク
ω エンジン回転数
ｖ 車両速度
Ａ 車両の正面積
η ドライブトレイン効率
θ エンジンの慣性モーメント
ρ 空気密度
ｃ_ｗ 空気抵抗係数
である。

式（５）の中の物理量は、したがって、例えばエンジンの慣性モーメントθ、空気抵抗係数ｃ_ｗ、車両の正面積Ａ、及びドライブトレイン効率のような当該車両に固有の物理量を含んでいる。これらの車両固有の物理量は有利には車両の制御装置の記憶ユニットに記憶されている。さらに、式（５）は測定可能な又は車両の制御装置においてつねに呼び出し可能な、エンジントルクＭ、エンジン回転数ω、車両速度ｖ、及び周囲空気の密度ρのような車両の瞬時走行条件に関する物理量を含んでいる。上記のデータないし物理量から計算ユニットは、有利には車両の制御装置自体が、推進力Ｆと加速度ａを計算する。

ここで、ｉはｉ番目の測定値に対するインデックスである。例えば、車両速度ｖのような測定量は適切に重み付けされる。その際、重み付けは測定量の精度に応じて行われる。さらに、車両の瞬時走行条件に関する測定量は信号品質に応じてフィルタリングしてもよい。その上さらに、車両の瞬時走行条件に関する物理量を複数回測定し、測定値にそれぞれ異なる重み付けを行ってもよい。

本発明は、上記方法の他に、コンピュータを援用して車両の質量、とりわけ産業車両の質量を推定する装置も包摂している。この装置は車両の質量及び／又は質量の逆数を推進力Ｆと走行抵抗との間の平衡関係から計算する計算ユニットを有しており、この計算ユニットは計算量として質量ｍと車道傾斜角度αを受け取り、傾斜角度αが一定であるとの仮定の下で、コンピュータを援用して前記平衡関係を時間に関して微分することにより車両の質量ｍ及び／又は質量ｍの逆数を計算する。この計算ユニットは有利には車両の制御装置内に組み込まれている。

Claims (7)

1. 車両の質量を推進抵抗と慣性力との和と推進力Ｆとの間の平衡関係に基づいてコンピュータを援用して求める方法であって、前記平衡関係が物理量として質量ｍ、車両縦速度の時間微分ａ及び車道傾斜角度αを含んでいる様式の方法において、
   ａ）前記傾斜角度αが一定であるとの仮定の下で、コンピュータを援用して前記平衡関係を時間に関して微分するステップと、
   ｂ）前記平衡関係を時間に関して微分した式
   

   

   から最小二乗法アルゴリズムにより車両の質量ｍを計算するステップと、
   ｃ）車両の質量ｍの逆数１／ｍを計算し、車両の質量ｍと逆数１／ｍとから加重平均値を求めるステップを有することを特徴とする、車両の質量をコンピュータを援用して求める方法。
2. 推進力Ｆならびに加速度又は減速度ａを測定量から求める、請求項１記載の方法。
3. 前記測定量は車両の制御装置内で使用することができる、請求項２記載の方法。
4. 前記測定量を信号品質に応じてフィルタリングする、請求項３記載の方法。
5. 前記測定量を複数回測定し、測定値にそれぞれ異なる重み付けを行う、請求項２から４のいずれか１項記載の方法。
6. コンピュータを援用して車両の質量を推定する装置において、
   車両の質量を推進抵抗と慣性力との和と推進力Ｆとの間の平衡関係から計算する計算ユニットを有しており、前記平衡関係は物理量として質量ｍ、車両縦速度の時間微分ａ及び車道傾斜角度αを含んでおり、
   前記計算ユニットは
   ａ）前記傾斜角度αが一定であるとの仮定の下で、コンピュータを援用して前記平衡関係を時間に関して微分し、
   ｂ）前記平衡関係を時間に関して微分した式
   

   

   から最小二乗法アルゴリズムにより車両の質量ｍを計算し、
   ｃ）車両の質量ｍの逆数１／ｍを計算し、車両の質量ｍと逆数１／ｍとから加重平均値を求める
   よう構成されている、ことを特徴とするコンピュータを援用して車両の質量を推定する装置。
7. 前記計算ユニットは車両の制御装置内に組み込まれている、請求項６記載の装置。