JP5089881B2

JP5089881B2 - 車両の荷重推定方法および装置、ならびに車両の荷重推定のためのプログラム

Info

Publication number: JP5089881B2
Application number: JP2005356297A
Authority: JP
Inventors: 幸夫中尾
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2005-12-09
Filing date: 2005-12-09
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2025-12-09
Also published as: JP2007163157A

Description

本発明は、走行中の車両の荷重を推定する方法および装置、ならびに車両の荷重を推定するためのプログラムに関する。

従来、走行中の車両の荷重を検出する方法としては、荷重センサを備えて積載荷重を測定し、その積載荷重に応じて荷重感度を補正して４輪減圧を検出する方法がある（特許文献１）。また、サスペンジョンのストローク量や、車高の変化を計測し、換算する方法が一般に知られている。しかしながらこの方法では付加的な測定装置が必要となり、特殊なサスペンジョン機構（たとえばエアサス）の車両では実現が可能であるが、一般的な車両では実現が難しい。そこで、車両に特別な荷重センサを設けずに、車両の積載状態を判定する方法が提案されている。

しかしながら、これらの方法では、車両積載状態の判定のために煩雑な計算プログラムが必要とされていた。また、タイヤの回転速度情報のみで判定するためタイヤの内圧低下等による回転速度の異常に対して効果が保証できないという問題もあった。

特開平８−１４５６５４号公報

本発明は、車両に特別な荷重センサを設けることなく、かつ煩雑な計算プログラムを必要とせず、比較的容易に車両の荷重状態を推定する方法を提供することを目的とする。

すなわち、本発明は、制動時または駆動時におけるＧＰＳ装置を利用して得られた車両速度から車両加速度を算出する工程、該車両加速度を算出する時間間隔ごとに、制動時の制動力または駆動時の駆動力を算出する工程、該車両加速度および制動時の制動力または駆動時の駆動力の関係から車両の荷重を推定する工程を含む車両の荷重推定方法に関する。

また、本発明は、制動時または駆動時におけるＧＰＳ装置を利用して得られた車両速度から車両加速度を算出する手段、該車両加速度を算出する時間間隔ごとに、制動時の制動力または駆動時の駆動力を算出する手段、該車両加速度および制動時の制動力または駆動時の駆動力の関係から車両の荷重を推定する手段を含む車両の荷重推定装置に関する。

さらに、本発明は、コンピュータに、制動時または駆動時におけるＧＰＳ装置を利用して得られた車両速度から車両加速度を算出する手順、該車両加速度を算出する時間間隔ごとに、制動時の制動力または駆動時の駆動力を算出する手順、該車両加速度および制動時の制動力または駆動時の駆動力の関係から車両の荷重を推定する手順を実行させ、車両の荷重を推定するためのプログラムに関する。

本発明によれば、走行時における車両の制動力または駆動力に着目し、車両加速度との関係から車両の重量を推定することにより、車両に特別な荷重センサを設けることなく、かつ煩雑な計算プログラムを必要とせず、比較的容易に車両の荷重状態の推定が可能となる。

以下、添付図面に基づいて、本発明の路面状態推定装置および方法、ならびに路面状態推定のためのプログラムについて説明する。

図１は、本発明の車両の荷重推定装置の一実施の形態を示すブロック図である。

本発明の車両の荷重推定装置１は、ＧＰＳ装置２および車両の制動力（駆動力）出力装置３と接続し、さらに車両荷重表示装置８に接続されている。荷重推定装置１は、ＣＰＵ（演算装置）５、プログラムおよび演算データを記憶するメモリ６、ＧＰＳ装置２から車両速度を入力する入力装置４、車両荷重表示装置８に推定車両荷重を出力する出力装置７を備える。なお、本実施の形態では、車両荷重推定プログラムとデータが同じメモリに記憶されるように記載しているが、該車両荷重推定プログラムをＲＯＭ（読み出し専用メモリ）に記憶し、データをＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）に記憶してもよい。

前記車両速度はＧＰＳ速度計を利用することにより得られる。カーナビゲーションの普及によりＧＰＳ装置が多くの車両に取り付けられるようになった。このことでＧＰＳ装置による測位技術も向上し、現在では速度を算出することに特化した装置（英国Race Logic社製、ＧＰＳ式速度計ＶＢＯＸ）も販売されている。このＧＰＳ情報を用いた速度計による算出速度を前記車両速度として利用することができる。なお、前記車両加速度は、前記車両速度を一定の周期毎に算出し、該周期毎の速度の変化量として求めることができる。

次いで、算出した車両加速度の時間間隔に対応する車両の制動力または駆動力を、制動または駆動に関する物理量または中間物理量から推定する。これらの制動力または駆動力と、制動時または駆動時における車両加速度との関係から、走行中の車両の運動方程式（Ｆ＝ｍ・ａ）に基づき、車両の質量を推算することで荷重を推定する。

制動力については、前記車両加速度を算出する時間間隔に応じて得られる制動力を累積し、その指標とする。たとえば、
１．ブレーキペダルの踏み込み量を検出し、前記時間間隔に応じて制動力として累積し、制動力の指標とする。
２．あるいはブレーキ油圧を検出し、同様に制動力の指標としても良い。
３．さらには車輪すべてにトルクセンサを設け、発生しているトルクを直接検出しても良い。

また、駆動力については、前記車両加速度を算出する時間間隔に応じて得られる駆動力を累積し、その指標とする。たとえば、
１．アクセルペダルの踏み込み量を検出し、前記時間間隔に応じて駆動力として累積し、駆動力の指標とする。
２．あるいはスロットバルブの開度を検出し、同様に駆動力の指標としても良い。
３．さらには駆動輪にトルクセンサを設け、発生しているトルクを直接検出しても良い。

特に１の方法では、ブレーキペダル（またはアクセルペダル）の踏み込み量から容易に制動力（または駆動力）のデータを得ることができるため実用性が高い。なお、１および２については、ギアとエンジン回転の大きさから駆動力を算出することでさらに精度の向上が見込まれる。

本実施の形態の車両の荷重を推定するためのプログラムは、ＣＰＵ５を、ＧＰＳ装置２から得られる車両速度、さらに該車両速度から算出される車両加速度と、制動力（駆動力）出力装置３から得られる車両の制動力（駆動力）との関係から、車両の荷重推定手段として機能させる。

以下、本発明の車両の荷重推定装置の一実施の形態について、車両の制動時における制動力および車両加速度を用いた場合の動作の一例を手順（１）〜（４）に沿って説明する。

（１）ＧＰＳ装置を利用して算出された車両速度をＶｆ_n、Ｖｆ_nより１つ前の車両速度データを車両速度Ｖｆ_n-1とすると、車両の加速度Ｖａｆ_nはつぎの式（１）で求められる。
Ｖａｆ_n＝（Ｖｆ_n−Ｖｆ_n-1）／Δｔ／Ｇ・・・（１）

ここで、Δｔは車両速度データから算出される平均車両速度Ｖｆ_nとＶｆ_n-1の時間間隔（サンプリング時間）であり、Ｇは重力加速度である。前記サンプリング時間としては、データのばらつきを小さくし、かつ短時間で判別するためには、０．１秒以下である必要がある。より好ましくは、０．０５秒以下である。

（２）Δｔ毎に、たとえばブレーキペダルの踏み込み量を検出、累積し、制動力Ｆ_nを得る。

（３）次いで車両加速度と制動力の関係を求める。すなわち、所定時間分の車両加速度と制動力のデータについて、線形近似により車両加速度と制動力の互いの１次の回帰係数を求める。このとき、基準時（たとえば、１名乗車）および車両に荷重がかかった場合のデータでそれぞれ線形近似を行なう。得られた一次回帰係数をそれぞれＫＳ１およびＫＳ２とする。

（４）車両全重量をＷとすると、車両の運動方程式（Ｆ＝ｍ・ａ）より、
Ｆ_n＝（Ｗ／Ｇ）・Ｖａｆ_n ・・・（１）
の関係が成り立つ。

一方、基準時における車両重量をＷ₀、車両加速度をＶａｆ_n0、制動力をＦ_n0とすると、
Ｆｎ₀＝（Ｗ₀／Ｇ）・Ｖａｆ_n0 ・・・（２）
となる。また、
ＫＳ１＝Ｖａｆ_n0／Ｆ_n0 ・・・（３）
ＫＳ２＝Ｖａｆ_n／Ｆ_n ・・・（４）
であるから、これら式（１）〜（４）より、
ＫＳ１／ＫＳ２＝Ｗ／Ｗ₀ ・・・（５）
となる。

ここで、車両の荷重をｗとすると、
ｗ＝Ｗ−Ｗ₀ ・・・（６）
であるから、式（５）および（６）より、
ｗ＝｛（ＫＳ１−ＫＳ２）／ＫＳ２｝・Ｗ₀
と表される。

以上のように、走行中における車両加速度および制動力により車両の荷重を推定することができる。

車両の駆動時における駆動力および車両加速度を用いた場合の動作についても、前記手順（１）〜（４）と同様にして行なうことができる。この場合、車両の制動力のかわりに駆動力として置き換えればよい。

以下に本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定されるものではない。

実施例１
＜テスト条件＞
車両：ＦＦ車（車重≒９．５ｋＶ）
タイヤ：１８５／７０Ｒ１４ＳＰ１０
路面：平坦アスファルト路（住友ゴム工業（株）岡山テストコース内）

走行中の車両におけるブレーキ踏み込み量を電圧値で検出するため、ポテンショメーター（日本バルーフ（株）製ＴＲシリーズ）を取り付けた。また、車両の絶対速度を得るためにＧＰＳ速度計（ＲａｃｅＬｏｇｉｃ社製）を取り付けた。車両の速度は０〜５００ｋｍ／ｈが０〜５Ｖとして出力される。

これら２つの電圧変化を５０ｍｓｅｃ毎にデジタルデータとしてＰＣに取り込めるようＡＤ変換を行なった。また、ブレーキ力を表わす指標として、５０ｍｓｅｃ毎のブレーキ踏み込み量電圧値の和を用いた。なお、加速度は５０ｍｓｅｃ毎の速度の変化量として算出した。

制動力と車両加速度との関係を図２に示す。図２において、ａおよびｂはそれぞれ次の条件を示す。
ａ：１名乗車
ｂ：４名乗車＋トランク１ｋＮ≒３．５ｋＶ増

図２において、ａの勾配／ｂの勾配＝−０．２３１３／−０．１７２８≒１．３４であった。よって、１名乗車時の車両重量（≒１０ｋＶ）に比べ約３４％の増加という結果となり、実荷重≒３．５ｋＮ増に近い結果が得られることがわかる。

実施例２
実施例１と同様のテスト条件において、車両速度３０〜６０ｋｍ／ｈの通常走行を行なった。この際、車両のシステム制御に使用されているアクセル開度のセンサ情報を電圧値で検出した。また、車両の絶対速度を得るためにＧＰＳ速度計（ＲａｃｅＬｏｇｉｃ社製）を取り付けた。車両の速度は０〜５００ｋｍ／ｈが０〜５Ｖとして出力される。

これら２つの電圧変化を５０ｍｓｅｃ毎にデジタルデータとしてＰＣに取り込めるようＡＤ変換を行なった。また、駆動力を表わす指標として、５０ｍｓｅｃ毎のアクセル開度の電圧値の和を用いた。なお、加速度は５０ｍｓｅｃ毎の速度の変化量として算出した。

駆動力と車両加速度との関係を図３に示す。なお、ａおよびｂは実施例１と同様の条件を示す。

図３において、ａの勾配／ｂの勾配＝０．２４７７／０．１８２１≒１．３６であった。よって、１名乗車時の車両重量（≒１０ｋＶ）に比べ約３６％の増加という結果となり、実荷重≒３．５ｋＮ増に近い結果が得られることがわかる。

本発明の車両の荷重推定装置の一実施の形態を示すブロック図である。車両走行中において、制動時の制動力と車体加速度との関係を示す図である。車両走行中において、駆動時の駆動力と車体加速度との関係を示す図である。

符号の説明

１荷重推定装置
２ＧＰＳ装置
３制動力（駆動力）出力装置
４入力装置
５ＣＰＵ
６メモリ
７出力装置
８車両荷重表示装置

Claims

制動時または駆動時におけるＧＰＳ装置を利用して得られた車両速度から車両加速度を算出する工程、
該車両加速度を算出する時間間隔ごとに、制動時の制動力または駆動時の駆動力を算出する工程、および
該車両加速度および制動時の制動力または駆動時の駆動力の関係、ならびに
１名乗車時の車両加速度および制動時の制動力または駆動時の駆動力の関係から１名乗車時の車両重量からの増加重量を推定する工程
を含む車両の荷重推定方法。
制動時または駆動時におけるＧＰＳ装置を利用して得られた車両速度から車両加速度を算出する手段、
該車両加速度を算出する時間間隔ごとに、制動時の制動力または駆動時の駆動力を算出する手段、および
該車両加速度および制動時の制動力または駆動時の駆動力の関係、ならびに
１名乗車時の車両加速度および制動時の制動力または駆動時の駆動力の関係から１名乗車時の車両重量からの増加重量を推定する手段
を含む車両の荷重推定装置。
コンピュータに、
制動時または駆動時におけるＧＰＳ装置を利用して得られた車両速度から車両加速度を算出する手順、
該車両加速度を算出する時間間隔ごとに、制動時の制動力または駆動時の駆動力を算出する手順、および
該車両加速度および制動時の制動力または駆動時の駆動力の関係、ならびに
１名乗車時の車両加速度および制動時の制動力または駆動時の駆動力の関係から１名乗車時の車両重量からの増加重量を推定する手順
を実行させ、車両の荷重を推定するためのプログラム。