JP5939681B2 - 車両安定装置 - Google Patents
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Description
しかし、車両が走行を開始すると、走行方向に作用する加速度により、前輪、後輪の接地荷重が変化し、制動力や駆動力の低下を招く。このため、走行中に車体に対して前後方向に移動可能な構成物を設けたり、走行中に前輪又は後輪の少なくとも一方又は両方を車体の前後方向に変位可能とし、前後方向の加速度に応じて前後方向に構成物を移動することにより若しくは車輪を前後方向に移動することにより、走行中の車両の前輪、後輪に作用する接地荷重を所望の割合に変更することで、制動性能及び加速性能の向上を図っている。(特許文献2)
従って、この発明は、このような問題を解決するためになされたもので、電池を主な駆動源とする車両において、走行中の積載物の変位例えば荷崩れ、移動に基づく車両の重心位置の偏位特に左右方向の偏位を検知した場合には少なくとも上記電池を車両に対して相対的に移動させることにより、車両自体の重心を安定重心位置に近づける重心制御手段を設けた車両の安定装置を提供することを目的としている。
走行中において、積荷の変動により車両の重心位置が安定走行できる安定重心位置から少なくとも左右方向に移動したことを検知する重心偏位検知手段と、この重心偏位検知手段の検知出力に対応して前記移動手段を用いて前記電池電源を移動させ、当該車両の重心位置を前記安定重心位置に戻すための重心制御手段とを備えていることを特徴とする。
このようにすれば、走行中であっても車両の重心位置を正確に検出することができる。
(3)上記(1)又は(2)に記載の発明において、前記重心制御手段は、前記重心偏位検知手段の検知出力が前記電源電池の移動対応範囲外であれば、前記積荷の積替えを報知する報知手段を設けたことを特徴とすることが出来る。
このようにすれば、走行中に起きた大きな荷崩れを知ることができ、走行の安全性をより高めることが出来る。
(4)上記(1)〜(3)に記載の発明において、前記重心制御手段は、前記重心偏位検知手段の出力が所定の範囲内であれば、動作しないことを特徴とすることが出来る。
このようにすれば、道路の凹凸に伴う積荷のがたつき等に伴う重心の微妙な変動ごとに電池電源を移動することが無い。
(5)上記(1)〜(4)に記載の発明において、前記重心偏位検知手段は、車両の重心位置が前記安定重心位置から前後左右何れの方向に外れたことも検知することを特徴とすることが出来る。
このようにすれば、車両の重心が走行方向を含む何れの方向に移動しても、その位置を正確に検出することが出来る。また、重心を安定重心位置に戻す場合にも、正確に一致させることが可能となる。
このようにすれば、電池電源を自動的に前記重心安定位置に戻すことが出来る。
(8)本発明は、また前記走行阻止状態において、前記積荷の積替えを報知する停車時積替え報知手段を設けたことを特徴とする。
このようにすれば、停車時における積荷のバランスが大きく片寄っていることが解り、適切なバランスに積み替えることが出来るので、車両の安定性を高めて、走行時の安全性を向上させることが出来る。
(9)上記(6)、(7)、(8)の発明において、前記停車時重心制御手段は、荷重調整指示キーの指示により制御動作を開始することを特徴とすることが出来る。
このようにすれば、多数の積荷の出し入れにより重心が変動しても、そのたびに重心位置制御を行うことがなく、最終段階で、荷重調整指示キーの操作により重心位置調整をまとめて実施することが出来る。
(10)また、前記(6)〜(9)に記載の発明において、前記停車時重心偏位検知手段を、前記重心偏位検知手段で兼ねることを特徴とすることが出来る。
これによれば、構成及び制御を簡単化することが出来る。
(11)また、前記(7)〜(10)に記載の発明において、前記停車時重心制御手段を、前記重心制御手段で兼ねることを特徴とすることが出来る。
これによれば、構成及び制御を簡単化することが出来る。
(13)上記(12)に記載の発明において、前記加速度走行時重心制御手段は、前後方向の重心位置制御を行うことを特徴とすることが出来る。
このようにすれば、車両に主に作用する走行方向の加速度に対応出来る上、制御を簡略化することが出来る。
また、停車時において重心位置を重心安定位置に位置させる手段を設けた場合には、 車両の走行開始時から最も効率よく走行できるばかりでなく、積載物の偏りによる制動力や駆動力の低下を低減し、走行の安定性、効率性を向上させることが出来る。
図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図1、2は、本発明の車両安定装置を実施した中型(最大車両総重量8トン)の電気トラック1の概略構成を示している。図1において、トラック1は前方(矢印FWは前進方向を示す)に運転席2、後方にコンテナ型の荷台3を有する本体フレーム4と、これを支える左右の前輪5L(5R)及び後輪6L(6R)とから構成されている。なお、進行方向に向かって右側の前輪、後輪は図1では見えないため符号に括弧をつけている。
また、このトラック1は、最大積載量が4トンであって、全長が7.5m、幅d1(図2参照)が2.5m、荷台3の長さd2が6mで、前後輪間の距離d3は4.5mである。
このトラック1の動力源である電池電源7は、荷台3下方の本体フレーム4に形成された電源収納部17に水平方向に移動自在(詳しい機構は後述する)に収納されている。この電源収納部17の前部は運転席2の下部で前軸8(図2参照)近傍まで延びている。この実施形態の場合、電池電源7としてはリチウムイオン2次電池を用いており、必要な電気容量を確保するための外形寸法が前後方向2.5m、左右方向1.8m、高さ0.6m程度となり、重さは最大1.6トン程度となる。なお、上記荷台3上には積荷Nが積載されている。
更に、トラック1の本体フレーム4の前部には、車両の加速度を検出するために、前後方向の加速度センサ12a,左右方向の加速度センサ12bが設けられているが、この加速度センサとして例えば、圧電素子を用いた圧電型センサを用いることが出来る。
また、X軸スライダ23は上記Y軸スライダ22の外側に移動自在に嵌合された断面C字状を成しており、駆動源であるX軸リニアモータ23aは可動子23cを内面に固着することで、X軸スライダ23を往復自在としている。このX軸リニアモータ23aは、Y軸スライダ22に設けた凹み22dに収納されているので、ステージ20の高さを抑えることが出来る。
電池電源7は上記X軸スライダ23の上面に取り外し可能に装着されており、車体1に対する相対位置をY軸スライダ22、X軸スライダ23の移動によって変え、車両の重心位置を調整することが出来る。
フロントパネル部102は液晶ディスプレイ103及び電源電池7の移動を指示する荷重調整キー106等を有する。また、上記メモリ105は、CPU101によって実行される制御プログラム等を記憶するもので、各種のRAM(Random Access Memory)や、ROM(Read-Only Memory)や、ハードウェアディスクなどによって実現される。
前記ディスプレイ103は、CPU101の制御によって、各車輪にかかる荷重及び荷重比を表示する荷重表示部103aと、車両の荷重のアンバランスを警報するアンバランス警報表示部103b、上記電池電源7の移動中を報知する電池移動中表示部103cと、積載重量を表示する積載重量表示部103dとを有する。また、このディスプレイ103は必要に応じて、当該トラック1の各種動作を指示するための操作用のタッチ画面を表示することも可能である。スピーカ108はCPU101から出力に基づいて音声を発する。これらの制御は、CPU101用にROMに記憶させた対応プログラムによって達成されている。
車両の重心Gが上記安定重心位置にあるか否かは、予め記憶している安定重心位置情報と上記4つの荷重センサの値から算出した算出重心とを比較部101aで比較することにより行う。
なお、上記荷重調整キー106は電池電源7の車体に対する相対位置を変えることにより重心の調整を行うことを指示するものである。
次に、電子制御部100による走行中の重心位置の調整動作について図5のフローチャートに基づき説明する。
積荷Nを積載したトラック1の停止状態における重心Gが車輪5L,5R,6L,6Rの対角線の交点G0(XY平面上)にあると、安定走行に好適なものとする。この交点G0を安定重心位置とする。この交点G0を座標原点とすると、左前輪5Lの座標は(−d1/2、d3/2)であり、右前輪5Rの座標は(d1/2、d3/2)となり、後輪も同様に座標が決定される。また、各車輪の荷重は均一であって、車両自体の重量M(電源電池7の重量を除く)は2.4トン、電源電池7の重量は既に述べたように1.6トン、積荷Nの重量を2トンとする。なお、車両1全体の重心Gの高さは地上からHの距離にあるものとする。また、各車輪の距離は車輪の接地点を基準としているが、車輪には幅があるので、左右の距離については、各車輪の外側の接地部分を接地点としている。しかしながら、車輪の接地部分の中心を接地点としても良い。この場合、左右の座標については車輪の幅の1/2だけ短くなる。
この時、電源電池7の重心Gaは上記交点G0に一致しているものとする。従って、電源電池7は図2に示すようにその側端と本体フレーム4の側端との距離d4、d5が同一で、(本体フレーム4の幅2.5m−電池電源7の幅1.8m)の二分の一である35cmであり、当該電池7の前端と電源収納部17の前端との距離d6は1mとなる。
また、S9ステップにおいて、車輪のブレーキが解除され、アクセル16が有効となり、アクセル16の踏込加減により車両は走行状態になる(ステップS10)。走行を開始した後に定速走行になったことを加速度センサ12a,bの出力に基づいて検知すると(ステップS10−1)、車両1の重心Gの位置を検知する(ステップS11)。(本発明の重心検出手段に対応する。)
(1.6+1.6)トン×Zx=(1.4+1.4)トン×(d1−Zx)
3.2Zx=2.8d1−2.8Zx ⇒ 6Zx=2.8×2.5=7
Zx=1.167メートル 従って、座標原点G0から(1.25−1.167)≒
083メートル、即ち8.3センチ右側に偏位した点がGxとなる。
Y軸方向も同様にして計算すると、Y軸方向は座標原点と同じであるので、重心Gが車体の右側に8.3センチシフトしたことが解る。(この一連の動作を行うものが本発明の重心偏位検知手段である)
1.6トンの電池電源7が荷重センサ10L,11L、10R、11Rに及ぼす荷重は当初それぞれ0.4トンであるから、これを基準として上記各荷重センサの変化を元に戻すように左側の荷重センサ10L、11Lの荷重を0.5トン、右側の荷重センサ10R、11Rの荷重を0.3トンとなるようにすれば良い。そこで、電池電源7の新たな重心Gaの位置を上記のようにモーメントで求める。
(0.5+0.5)トン×(2.5メートル−Za)=0.6トン×Za
1×(2.5−Za)=0.6Za ⇒ 2.5トン=1.6Za
Za=1.563メートル
⇒1.563−1.25(交点の位置)=0.313メートルつまり31.3cm
これにより、電池電源7を左側に31.3cm移動させれば、車両全体の重心Gxは交点X0位置に戻ることが解る。
従って、電源電池7を移動させる場合、CPU101は、移動ステージ20の当初位置の座標(G0)に基づいてリニアモータ23aを駆動してXスライダ23を左側に31.3cm移動させれば良いわけである。(この一連の動作を行うものが本発明の重心制御手段である。)
ステップS12における重心所定範囲内とは、重心Gの移動が1cm以内のことであり、CPU101は算出した重心Gの移動距離31.3cmと所定値1cmとを比較部101aで比較し、重心Gの移動距離が所定値よりも大きいことを検出してステップS12からステップS13に移る。
上記電池電源7の移動距離31.3cmは、本体フレーム4の側端までの距離d4(35cm)よりも短いので、電池電源7を左側に移動させて重心GをG0に戻すことが可能である。
7+1.7)トン×Zx=(1.3+1.3)トン×(d1−Zx)
Zx=1.083メートル 従って、座標原点G0から(1.25−1.083)≒
0.167メートル、即ち16.7センチ右側に偏位した点が新しい重心Gxとなる。
従って、新重心Gxを座標原点G0に戻すためには、電池電源7を左側に移動させれば良いが、その寸法は上記と同様にして次のように計算される。
1.2トン×(2.5メートル−Za)=0.4トン×Za⇒3トン=1.6Za
Z1=1.875メートル
⇒1.875−1.25=0.625メートル
つまり、電池電源7を左側に62.5cm移動させれば、車両全体の重心Gは交点G0(座標原点)の位置となる。
しかしながら、電池電源7のX軸方向の最大移動可能距離は上記のように35センチであるから必要な距離を移動することが出来ず、重心は安定重心位置G0から外れたままとなる。
このように、電池電源7を最大移動しても車両の重心Gを安定重心位置G0に戻せない場合は、重心移動限界外となる。
ことが検知された場合、CPU101は電池電源7を自動的に移動させるために、移動ステージ20のリニアモータ23aを駆動しX軸スライダ23を左側に31.3cm移動させる。同時に、電源電池7を移動させていることをディスプレイ103の移動表示部103cを点灯させることにより運転者に報知する。この場合、更にスピーカ108からその旨を音声で報知しても良い(ステップS14)。
ステップS15において電池移動が終了すると、電池移動停止を報知するため上記移動表示部103cを消灯し(ステップS16)、走行状態に戻る(ステップS10)。なお、この旨をスピーカ108から音声報知しても良い。
積荷Nの積み替えが終われば、停車状態から始動スイッチをオンする(ステップS1)ことにより、走行を再開することになる。
従って、積荷Nの荷重移動が前後方向に1.67トン程度であれば、電池電源7を前後方向に移動させることによって重心を安定重心位置G0に戻すことが出来る。
積荷Nの変動による重心移動はX、Y平面のあらゆる方向に対して起こり得るから、電池電源7を移動させるだけで良いか、積荷Nの積み直しを必要とするかの判断は、車両の重心Gの移動をX方向、Y方向に分けてそれぞれ行う。従って、X、Y軸の何れかの方向で重心移動限界外になれば当然積荷Nの積み直しが要求される。
このようなことを避けるため、停車状態において、荷重調整キー106を長押しすることにより、電池電源7の重心Gaを交点G0の位置にセット出来るようにしている。
実施形態1は走行中に生じる積荷Nの荷崩れ等による重心移動を修正するために電池電源7を移動させるようにしたものである。これに対して、本実施形態2においては、停車状態における積荷Nの積み下ろしに基づく車両の重心移動も停車中に修正出来るようにしたものである。
以下、図6のフローチャートを用いて説明する。電気トラック1の停車時は、トラックの電源をオフしている状態であり、単にブレーキにより停止している場合とは異なる。停車状態で積荷Nの積み替えを行い、或いは乗車者の交代を行った後、始動スイッチをオン(ステップS1)すると、電子制御部100のCPU101が4個の荷重センサの荷重を取り込み車両の重心位置を算出する(ステップS2)。重心Gの算出は始動スイッチのオン信号により上記重心検出手段を動作させることにより行う。
ステップS2において、重心位置Gが安定重心位置G0と一致するか、1センチ以内であれば、重心Gが所定範囲内にあると判断してステップS9に移り、ブレーキ解除、アクセルの踏込で走行を開始する(本発明の停車解除手段に対応する)。走行後の動作は既に述べた通りである。
また、ステップS5において、電源電池7の移動によって車両の重心Gが安定重心位置G0に位置させられるか否かを演算し、位置させられると判断した場合、警報表示部103bを点灯して電源電池7の移動を指示する(ステップS7)。
そこで、運転者が荷重調整キー106を操作すると、電源電池7は算出された距離、方向に移動して車両の重心GをG0に一致させる(ステップS8)。なお、この動作は走行中と同じである。(この一連の動作を行うものが本発明の停車時重心制御手段であって、この実施形態では上記重心制御手段を用いている。)
電池電源7の移動が終了すると、ブレーキの強制作動を解除し、アクセル16の動作を有効とする(ステップS9)ので、運転者はアクセル16を制御することで走行を開始する。
もし、ステップS5において、電池電源7を最大移動しても、車両の重心Gが安定重心値G0に戻すことが出来ないと判断した場合は、警報表示部103bを急速点滅し、積荷Nの積載バランスを調整するように指示する(ステップS6)。この場合は、走行中と違って、電源電池7は移動を行わない。
運転者がこの指示に従って積荷Nの積載バランスを変えると、車両の重心検知をステップS2が実行される。以下、同様のフローで、走行を開始することが出来る。
上記停車時の重心位置Gが重心安定位置からどの程度偏位しているかを検知する一連の動作をおこなうものが本発明の停車時重心偏移位検知手段であって、本実施形態においては、上記重心偏位検知手段を用いている。
また、重心Gの検知や電池電源7の移動については、同じ装置を兼用することが出来るので、構成が簡素化できる。
走行中の動作は既に述べた通りであるが、加速度が作用している状態でも積荷Nの変動による重心Gの移動を検出し、重心Gを安定重心位置G0に戻す動作を行うことも可能である。
すなわち、車両の重心位置Gの高さHが判れば、加速度αによる荷重移動(荷重変化量を意味する)dwは、車両の総荷重Wとすると、WHα/d3となる。ここで、総荷重W、前後輪間距離d3は既知であるから、重心Gの高さHは加速度αが分かれば算出することが出来る。
車両1に前方向の加速度αが加わった場合、前側の荷重センサ10L、10Rは定速走行時のセンサ荷重に対してそれぞれdw/2増加し、後側の荷重センサ11L、11Rはそれぞれdw/2減少する。従って、上記荷重センサの変化荷重から上記dwを算出し、これを上記式に当て嵌めれば重心Gの高さHを得ることが出来る。
そこで、少なくとも異なる加速度における荷重センサの値を用いて、加速度の差によって生じる荷重差を算出し(本発明の荷重移動算出手段に相当する)、これを用いて重心Gの高さHを導き出す。高さHが分かれば、加速度αにおける荷重移動dwを算出できるから、加速度が作用している状態の荷重センサの値から加速度が作用しない状態における積荷Nによる荷重を導出し、XY面における重心G位置を得ることが出来る。
従って、積荷Nに基づく重心Gの変化を電池電源7の移動によって修正することが可能となる。
車両に前後方向の加速度がかかる場合は上記の通りであるが、左右方向に加速度が加わる場合も同様である。その時には前後輪間距離d3に代えて左右車輪間距離を用いる。この距離は通常トレッドであるが本実施形態では本体フレーム4の幅d1をその値とする。
実施形態3は加速度が作用している荷重センサの値からでも、重心Gを安定重心位置へ戻すことを特徴としている。しかし、車両1は加速度特に前後方向の加速度によって前軸8、後軸9にかかる荷重が変化する(荷重移動)。従って、安定重心位置G0に重心があっても、前後輪にかかる荷重は違ってくるので、加速性能や制動性能を十分に発揮させるために、荷重移動を考慮した荷重となるように、電池電源7を前後に移動させるようにしても良い。
この場合、荷崩れにより偏位した重心Gを元に戻すように電池電源7を移動させてから荷重移動に対応するように再度電池電源7を移動させるのではなく、荷重移動対応も同時に行うことで電池電源の移動動作を簡略化することが出来る。(この一連の動作を行うものが本発明の加速度走行時重心制御手段に対応する)
上記実施形態1〜4は、車両1の安定重心位置をG0、即ち前輪5L,5Rかかる荷重と後輪6L,6Rにかかる荷重とが同じになる位置としたものである。しかしながら、車両にかかる加速度との関係からは、前軸重と後軸重の比率は50:50だけではなく、70:30程度の比率になることが好ましい。ただし、左右の荷重バランスは横転等の危険性も考慮すると、50:50近傍が好ましい。
トラック1は構造上電源電池7を外した状態では運転席2側の重量が大きく、積荷Nを荷台3の前側に片寄せて積載すると、前軸重を後軸重よりも比率を高く設定した場合でも、電源電池7を電源収納部17の後寄りに位置させないと、当該荷重比率を達成できない。従って、電源電池7の重心Gaは当初上記交点G0に比して後側に設置される。
このような電源電池7の位置で、車両の重心Gを決まれば、積荷Nの重量が大きく、前後方向の荷崩れの量が多くなっても、電源電池7の移動距離を大きく(特に前側に)取れるので、重心Gを当初位置に戻すことが出来る。つまり、荷崩れ量が多い場合にも対応できる。
但し、車両の左右に関しては車両の幅が短いので、調整の幅が大きくないが、積荷Nの形状によっては、その重心Gが車両の片側によることもある。このような場合、電源電池7を逆サイド側に移動させて車両の重心を安定重心位置にすることが出来る。
上記実施形態では電源電池7の重量を、総重量(8トン)の2割としているが、車両の形態、車種等を考慮すると、一般的には1割以上にすることで車両の走行の安全性を向上させることが出来る。例えば、乗用車の場合では3割以下で安全性に寄与出来る。
総重量に対する割合が多ければ、移動により重心位置を幅広く制御することは可能であるが、4割以上にすればコスト、効率、構造の面から無理が生じる。
上記電源収納部17は、荷台3の下方に位置する本体フレーム4内に形成する場合を示したが、図7に示すトラック1Tように、本体フレーム4の下部に垂架するように設けても良い。この場合、トラック1Tの前輪5L,後輪6L間に位置するので、荷台3下方のデッドスペースを有効に利用することが出来、車高も低くすることが可能である。ただ、前後輪間距離に長さが制限されるので、電源電池7の移動距離が少し短くなる。
なお、図7において、実線で囲んだ電子制御部100は、運転席2に点線で示す電子制御部7の一部分を参考のため拡大して示したものである。
図1に示すコンテナ型荷台を有する電気トラック1において、電源収納部17を本体フレーム4の底部に垂架する形式とすれば、荷台3の車高を低く出来ることは明らかである。また、電源収納部17に移動ステージ20を設置する場合、電源電池7の取り付け面であるXスライダ23が下面となるように電源収納部17の天井面に移動ステージ20を図3とは上下逆に装着し、電源電池7がぶら下がるようにすれば、電源電池7の着脱が容易になる。
1 電気トラック
2 運転席
3 荷台
4 本体フレーム
5,6 車輪
7 電源電池
8 前軸
9 後軸
8L,8R,9L,9R トランスミッション装置
10,11 荷重センサ
17 電源収納部
20 電池移動ステージ
100 電子制御部
101 CPU
102 フロントパネル部
103 ディスプレイ
103a 荷重表示部
103b 警報表示部
103c 移動表示部
103d 積載重量表示部
105 メモリ
106 荷重調整キー
Claims (5)
- 電池電源を主な駆動源として搭載する車両において、
当該電池電源を車体に対して少なくとも水平方向に移動させる移動手段と、車両の重心位置を実質的に検出する重心検出手段と、
走行中において、積荷の変動により車両の重心位置が安定走行できる安定重心位置から少なくとも左右方向に外れたことを検知する重心偏位検知手段と、この重心偏位検知手段の検知出力に対応して前記移動手段を用いて前記電池電源を移動させ、当該車両の重心位置を前記安定重心位置に戻すための重心制御手段とを備えていることを特徴とする車両安定装置。 - 前記重心偏位検知手段は、車両の定速走行に応答して動作することを特徴とする請求項1に記載の車両安定装置。
- 前記重心制御手段は、前記重心偏位検知手段の検知出力が前記電源電池の移動対応範囲外であれば、前記積荷の積替えを報知する報知手段を設けたことを特徴とする請求項1又は2に記載の車両安定装置。
- 停車時において前記車両の重心位置が前記安定重心位置から偏位していることを検知する停車時重心偏位検知手段と、この停車時重心偏位検知手段の偏位出力により少なくとも車両の走行開始を強制的に阻止する走行阻止手段と、この走行阻止状態において前記車両の重心が前記安定重心位置に戻ると前記走行阻止手段を解除して走行を可能とする停車解除手段とを有する請求項1〜3の何れかに記載の車両安定装置。
- 走行時の加速度による荷重移動を算出する荷重移動算出手段と、前記積荷の変動による安定重心位置から外れたことを検知する前記重心偏位検知手段と、この両手段の出力を受けて前記移動手段を用いて、前記車両の重心位置を前記荷重移動に対応した加速度安定重心位置に位置させる加速度走行時重心制御手段とを有することを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の車両安定装置。
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