JPH10104049A - 車両の重量測定装置 - Google Patents

車両の重量測定装置

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JPH10104049A
JPH10104049A JP25653396A JP25653396A JPH10104049A JP H10104049 A JPH10104049 A JP H10104049A JP 25653396 A JP25653396 A JP 25653396A JP 25653396 A JP25653396 A JP 25653396A JP H10104049 A JPH10104049 A JP H10104049A
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JP
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vehicle
acceleration
weight
control unit
coasting
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JP25653396A
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Shogo Fukushima
正午 福島
Toshio Oguchi
俊雄 小口
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Isuzu Motors Ltd
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Isuzu Motors Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ニュートンの運動方程式を用いて車両重量を測
定する装置において、精度良く車両の自重を測定する。 【解決手段】加速時の加速度を演算した後、惰行運転が
検出されたときの加速度を演算し、エンジントルクと該
加速時の加速度と該惰行時の加速度と定数とから車両重
量を演算する。

Description

【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】本発明は車両の重量測定装置
に関し、特にニュートンの法則(運動方程式)を用いて
車両の積載重量を測定する装置に関するものである。
【0001】
【従来の技術】ニュートンの運動方程式を用いて車両の
重量や積載量を測定する手法は以前より種々提案されて
いる。この場合のニュートンの運動方程式は周知の如く
次式で表される。
【数1】 F=mα ・・・式(1) ここで、F=余裕駆動力=駆動力−走行抵抗 m=車両重量 α=加速度
【0002】ここで、駆動力=τv ,走行抵抗=τd
すると、式(1)は次式のようになる。
【数2】 τv −τd =mα ・・・式(2)
【0003】また、駆動力τv は次式で与えられる。
【数3】 τv =(τe ・τm ・τf )K/R ・・・式(3)
【0004】ここで、τe =エンジントルク,τm =ギ
ア比,τf =ファイナル比,K=駆動系伝達効率,R=
タイヤ径である。
【0005】このようにして、ニュートンの運動方程式
により力Fを余裕駆動力(駆動力−走行抵抗)から求
め、加速度αを速度の変化から求めることにより車両重
量mを算出しようとするものである。
【0006】この場合、走行抵抗は主にブレーキ抵抗、
転がり抵抗、空気抵抗、登坂抵抗から成っているが、ブ
レーキ抵抗は加速時を想定しているので加味する必要は
なく、また転がり抵抗や空気抵抗は車両固有の特性値と
して実験により求めることが可能である。
【0007】しかしながら、登坂抵抗だけは車両重量を
測定するその場その場で状況が変わるために特定するこ
とができない。
【0008】これに対して本出願人による特公平6−8
744号公報においては、算出した道路勾配が道路標識
等に表示された実際の道路勾配に一致するように申告積
載重量を修正入力し、一致したときの申告積載重量を実
際の積載重量として表示させた測定装置が提案されてい
る。
【0009】しかしながら、この特公平6−8744号
公報の場合には、使用者が道路勾配に合わせて調整を行
わなければならず不便である。また、使用状況を平坦路
に特定することによって登坂抵抗を“0”として仮定す
ることも可能であるが、僅かな斜面などは見逃しやす
く、誤差の原因になり易い。
【0010】一方、同じく運動方程式を用いて車両重量
を測定する装置として実開平5−84843号公報があ
り、この従来例の場合には使用者による道路勾配に合わ
せた調整は行わず、加減速度が変化したときに走行抵抗
と駆動力が釣り合うことから、走行抵抗と駆動力とを置
き換え、走行抵抗の演算式に基づいて現在の車両重量を
演算している。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実開平
5−84843号公報は、走行抵抗に駆動力の要素(影
響)があり、駆動力はエンジントルク特性とスロットル
開度による推定量のため誤差が生じるので正確な車両重
量が測定できないという問題点があった。
【0012】したがって本発明は、ニュートンの運動方
程式を用いて車両重量を測定する装置において、精度良
く車両の自重を測定することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
〔1〕上記の目的を達成するため、本発明に係る車両の
重量測定装置は、エンジントルク検出手段と、車速検出
手段と、惰行運転検出手段と、加速状態を認識して加速
時の加速度を該車速検出手段で検出された車速から演算
した後、該惰行運転検出手段で惰行運転が検出されたと
きの惰行時の加速度を該車速から演算し、該エンジント
ルクと該加速時の加速度と該惰行時の加速度と定数とか
ら車両重量を演算するコントロール・ユニットと、を備
えている。
【0014】すなわち本発明は、加速による測定を終え
た後、クラッチを断にして惰行を行う事により走行抵抗
を求めようとするものであり、惰行中は、前述の駆動力
が0となってしまう為、走行抵抗はそのまま減速度の関
数として現れて来る。
【0015】ここで得られる走行抵抗は、転がり抵抗、
空気抵抗、登坂抵抗を全て含むものであり、多少の勾配
があってもその斜度が一定であれば、斜度に影響される
こと無く車両の重量を算出することが可能となる。
【0016】また、従来の技術では不可能であった、路
面の違いや、天候の違いによる転がり抵抗の変化も加味
することが可能である。ここで、空気抵抗に関しては速
度が関係しており惰行時に正確な測定は難しいが、その
影響分は省略できる程度である。また、空気抵抗成分に
関して実験値を利用することも可能である。
【0017】以上の原理を数式を用いて以下により具体
的に説明する。本発明では、まず、車両の自重をW、加
速時の回転相当重量をWo とすると、式(1)における
車両重量mは次式で表される。
【0018】
【数4】 m=W+W0 ・・・式(4)
【0019】ここで、回転相当重量とは、上記の式
(1)における加速度α・重量mを等価的に回転に変換
したものであり、加速度α→回転角加速度(θ'')、重
量m→慣性イナーシャ(I)に変換されるので、回転相
当重量とは慣性イナーシャを意味している。
【0020】このように回転相当重量という単位を持ち
出したのは、後述するように加速時及び惰行時の車両重
量(自重)は変わらず、回転相当重量は一定値であるこ
とから加速時及び惰行時において1つの変数に絞ること
ができるためである。
【0021】式(3),(4)を式(2)に代入し、加
速時の加速度をα=α0 とおけば、次式が得られる。
【数5】 (τe ・τm ・τf )K/R−τd =(W+W0 )・α0 ・・・式(5)
【0022】同様に、クラッチ断の惰行時の回転相当重
量をW1 、惰行時の加速度をα1 (<0)とすれば、駆
動力τv =0であるから、惰行時における式(2)は次
式のようになる。
【数6】 −τd =(W+W1 )・α1 ・・・式(6)
【0023】ここで、走行抵抗τd は、加速時も惰行時
もほぼ同じ(路面状態がほぼ同じ)と見做せるから、式
(5)に式(6)を代入すると、次式が得られる。
【数7】 (τe ・τm ・τf )K/R+(W+W1 )・α1 =(W+W0 )・α0 ・・・式(7)
【0024】ここで、式(7)を変形すると、 (W+W0 )・α0 −(W+W1 )・α1 =(τe ・τ
m ・τf )K/R となり、 W(α0 −α1 )=(τe ・τm ・τf )K/R+W1
・α1 −W0 ・α0 となるので自重Wは次式で与えられる。
【数8】 W={(τe ・τm ・τf )K/R+W1 ・α1 −W0 ・α0 }/(α0 −α 1 ) ・・・式(8)
【0025】ここで、τm ,τf ,Rは一定であり、W
1 ,W0 ,Kは実験等で得られる一定値である。
【0026】したがって、未知数は、エンジントルクτ
e と加速時の加速度α0 と惰行時の加速度α1 だけとな
る。
【0027】この場合、τe はサンプリングタイム毎の
エンジン回転数とラック位置からエンジン性能曲線を参
照して求められる。また、α0 はサンプリングタイム間
の速度の変化で求める。
【0028】よって、式(8)の右辺分子第1項及びα
0 は加速時に大量に取り込まれる(図3の状態)。
【0029】一方、α1 は惰行時に1つだけ測定すれば
良い(減速時のデータ取込;図3の状態)。そして、
α1 が求められた時点で、加速時に蓄えられたデータを
用いて自重の計算を行い、式(4)から車両重量mを求
めることができる。
【0030】このように、加速時と惰行時で路面状態が
ほぼ同一であれば、加速時のデータとクラッチ断(駆動
力ゼロ)時のデータとを用いることにより、車両重量の
推定精度が向上する。
【0031】〔2〕本発明においては、上記のコントロ
ール・ユニットが、次式により、1回の加速で得られる
車両重量をサンプリング数で平均して得られる車両重量
を表示装置に表示させることができる。
【0032】
【数9】
【0033】これにより、(加速時間/サンプリングタ
イム)の数=nの推定自重が計算されるが、加速中の車
両挙動や路面等外乱によりバラつきが生じる為、1回の
加速で得られる推定自重を平均して1つの推定自重の表
示(車両重量の表示)を行うことができる。
【0034】〔3〕また、上記のコントロール・ユニッ
トは、上記の式(4)に示す如く該車両重量を未知の車
輪自重と予め求めた回転相当重量との和とし、該定数が
該回転相当重量を含み、該車輪自重を式(1)のニュー
トンの運動方程式から変形した式(8)に基づき、該エ
ンジントルクと該加速時の加速度と該惰行時の加速度と
該定数とから演算して該車両重量を演算することができ
る。
【0035】〔4〕さらに、上記のコントロール・ユニ
ットは、式(8)に示す如く該定数としてギヤ比とファ
イナル比とタイヤ径と駆動系伝達効率と該加速時及び惰
行時の各回転相当重量とを含んで演算を行うことができ
る。
【0036】
【発明の実施の形態】図1は本発明に係る車両の重量測
定装置の実施例を示したもので、1はラック位置セン
サ、2はラック位置センサ1とでエンジントルク検出手
段を構成するエンジン回転数センサ、3は車速センサ、
4はクラッチスイッチ、5はラック位置センサ1からの
ラック位置信号(燃料噴射制御信号)とエンジン回転数
センサ2からのエンジン回転数信号と車速センサ3から
の車速信号とクラッチスイッチ4からのクラッチ断検出
信号とを入力して車両重量を演算するコントロール・ユ
ニット(CPU)、そして6はコントロール・ユニット
5で演算された車両重量を表示する表示装置である。
【0037】図2は図1に示したコントロール・ユニッ
ト5に格納され且つ実行される制御プログラムのフロー
チャートを示したもので、以下、このフローチャートを
参照して図1に示した実施例の動作を説明する。なお、
この図2のフローチャートは1制御周期内に1回実行さ
れるものである。
【0038】まずコントロール・ユニット5は、車両デ
ータの読み込みを行う(ステップS1)。これは、上述
の如くラック位置センサ1からのラック位置信号(燃料
噴射制御信号)とエンジン回転数センサ2からのエンジ
ン回転数信号と車速センサ3からの車速信号とクラッチ
スイッチ4からのクラッチ断検出信号とを入力すること
であり、従って車両データとは、上記のラック位置デー
タとエンジン回転数データと車速データとクラッチ断デ
ータである。
【0039】これらのデータに加えてコントロール・ユ
ニット5は、上記の式(8)で使用される演算定数であ
る「ギヤ比τm」、「ファイナル比τf 」、「駆動系伝
達効率K」、「タイヤ径R」、「加速時の回転相当重量
0 」、及び「減速時の回転相当重量W1 」を入力手段
(図示せず)から入力するか、クラッチ断以前の信号よ
り算出するか、或いは予め記憶しておくことにより演算
に用いることができる。
【0040】次に、コントロール・ユニット5は現在車
両が加速中であるか否かを判定する(ステップS2)。
これは、車速センサ3からの車速信号に基づいて一定時
間内の速度の変化量から加速度を求め、図2のルーチン
が複数回実行されるときの前回と今回の加速度同士を比
較して、前回より今回の方が大きくなっているときに加
速中であると判定する。
【0041】この結果、加速中でないことが分かったと
きには、加速中になるまで次のステップには進まず、加
速中であることが分かったときには図3(1)に示すよ
うにクラッチは「接状態」であり、同図(2)に示すよ
うに車速が時間と共に上昇する状態を呈していること
になる。
【0042】そして、この状態において演算した加速
時のデータ、すなわち上記の式(6)における加速度α
0 を取り込む(ステップS3)。
【0043】この後、コントロール・ユニット5はクラ
ッチスイッチ4の出力信号に基づき、現在車両が惰行中
であるか否か、すなわち加速直後にクラッチペダルが踏
み込まれてクラッチ断状態となっているか否かを判定す
る(ステップS4)。
【0044】この結果、クラッチスイッチ4がONでク
ラッチペダルが踏み込まれており、惰行中であることが
分かったときには、図3(1)における「クラッチ接状
態」から「半クラッチ状態」に移行するとともに車速が
漸減し、更に「クラッチ断状態」となって車速が激減す
る状態を呈する。
【0045】この状態においてコントロール・ユニッ
ト5は減速時のデータ、すなわち減速度α1を取り込む
(ステップS5)。
【0046】そして、上記の各データに基づいてコント
ロール・ユニット5は式(6)に従って車両の自重であ
る車両重量Wを計算する(ステップS6)。
【0047】この場合、式(6)で必要とされる駆動力
を示すエンジントルクτe は、ラック位置センサ1から
のラック位置とエンジン回転数センサ2からのエンジン
回転数からコントロール・ユニット5内に予め格納され
たエンジン性能曲線を参照して求めることができる。
【0048】さらに、ステップS1で読み込んだ演算定
数である「ギヤ比τm 」、「ファイナル比τf 」、「駆
動系伝達効率K」、「タイヤ径R」、「加速時の回転相
当重量W0 」、及び「減速時の回転相当重量W1 」にス
テップS3で求めた加速度α 0 及びステップS5で求め
た減速度α1 を上記の式(6)に代入することにより車
両重量Wが求められる。
【0049】車両重量Wを求めた後、コントロール・ユ
ニット5は表示装置6にその車両重量信号を送って車両
重量Wを表示させる。
【0050】なお、加速度データは上記のように一定時
間内の速度の変化量から求めたが、車速センサなどの精
度が悪い場合には、ギヤ比、タイヤ径などからエンジン
回転数の変化を求めて代用することもできる。
【0051】また、クラッチ断の認識はクラッチスイッ
チにより行っているが、クラッチスイッチを持たない車
両の場合には、加速による測定後の減速をプログラムに
より認識することもできる。
【0052】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る車両の
重量測定装置によれば、加速時の加速度を車速から演算
した後、惰行運転が検出されたときの加速度を該車速か
ら演算し、該エンジントルクと該加速時の加速度と該惰
行時の加速度と定数とから車両重量を演算するように構
成したので、面倒な調整無しに加速を行うだけで車両重
量を測定することが可能となった。また、傾斜角が一定
であれば、斜面であっても車両重量を測定することがで
きる。
【0053】さらにこの車両重量から毎回走行抵抗を得
ることも可能であり、路面状態やタイヤの交換による走
行抵抗の変化に対して影響を受け難くすることが可能と
なる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る車両の重量測定装置の実施例を示
したブロック図である。
【図2】本発明に係る車両の重量測定装置におけるコン
トロール・ユニットに格納され且つ実行される制御プロ
グラムのフローチャート図である。
【図3】本発明に係る車両の重量測定装置の動作を概略
的に示した図である。
【符号の説明】
1 ラック位置センサ 2 エンジン回転数センサ 3 車速センサ 4 クラッチスイッチ 5 コントロール・ユニット 6 表示装置 図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】エンジントルク検出手段と、車速検出手段
    と、惰行運転検出手段と、加速状態を認識して加速時の
    加速度を該車速検出手段で検出された車速から演算した
    後、該惰行運転検出手段で惰行運転が検出されたときの
    惰行時の加速度を該車速から演算し、該エンジントルク
    と該加速時の加速度と該惰行時の加速度と定数とから車
    両重量を演算するコントロール・ユニットと、を備えた
    ことを特徴とする車両の重量測定装置。
  2. 【請求項2】請求項1において、該コントロール・ユニ
    ットが、1回の加速で得られる車両重量をサンプリング
    数で平均して得られる車両重量を表示装置に表示させる
    ことを特徴とした車両の重量測定装置。
  3. 【請求項3】請求項1又は2において、該コントロール
    ・ユニットが、該車両重量を未知の車輪自重と予め求め
    た回転相当重量との和とし、該定数が該回転相当重量を
    含み、該車輪自重をニュートンの運動方程式により該エ
    ンジントルクと該加速時の加速度と該惰行時の加速度と
    該定数とから演算して該車両重量を演算することを特徴
    とした車両の重量測定装置。
  4. 【請求項4】請求項3において、該コントロール・ユニ
    ットが、該定数としてギヤ比とファイナル比とタイヤ径
    と駆動系伝達効率と該加速時及び惰行時の各回転相当重
    量とを含んでいることを特徴とした車両の重量測定装
    置。
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