(57)【要約】【課題】空気ばねを用いたより正確な荷重推定が可能な荷重推定装置を得る。【解決手段】空気の供給・排出によって伸縮するダイヤフラム１ａを有し、支持体３を昇降可能に支持する空気ばね１と、空気ばね１とは別に支持体３を支持する補助支持部６と、空気ばね１の長さを測定する変位センサ７と、空気ばね１の内圧を測定する圧力センサ８と、空気ばね１と併設され、空気ばね１の温度を測定する温度センサ１０と、変位センサ７と、圧力センサ８と、温度センサ１０との測定結果に基づいて、空気ばね１が支持するばね上荷重を算出する演算部２ａと、を備えている荷重推定装置Ｓ。【選択図】図１
2020131822.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気の供給・排出によって伸縮するダイヤフラムを有し、支持体を昇降可能に支持する空気ばねと、
前記空気ばねとは別に前記支持体を支持する補助支持部と、
前記空気ばねの長さを測定する変位センサと、
前記空気ばねの内圧を測定する圧力センサと、
前記空気ばねと併設され、前記空気ばねの温度を測定する温度センサと、
前記変位センサと、前記圧力センサと、前記温度センサとの測定結果に基づいて、前記空気ばねが支持するばね上荷重を算出する演算部と、を備えている荷重推定装置。
【請求項２】
前記変位センサの測定値および前記圧力センサの測定値の相関関係と、前記空気ばねの形状情報を記憶する記憶部と、
前記相関関係に基づいて、前記支持体の支持高さに応じた前記空気ばねの内圧を算出すると共に、前記空気ばねの内圧および前記形状情報に基づいて、前記ばね上荷重を算出する前記演算部を備え、
前記演算部が、前記温度センサによる測定温度に基づいて、前記空気ばねの内圧を温度補正する請求項１に記載の荷重推定装置。
【請求項３】
前記記憶部に、複数の温度下において計測した温度別相関関係が記憶され、
前記演算部が、前記温度センサの測定温度に最も近い温度で測定した前記温度別相関関係を用いて前記空気ばねの内圧を算出する請求項２に記載の荷重推定装置。
【請求項４】
前記相関関係が、
前記空気ばねと、前記補助支持部と、前記変位センサと、前記圧力センサとが、前記支持体に組み付けられたのち測定されたものである請求項２または３に記載の荷重推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気の給排によって伸縮する空気ばねを備え、空気ばねの長さと内圧により、空気ばねが支持するばね上荷重を算出する荷重推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、このような荷重推定装置としては、例えば以下の特許文献１に示すものがあった。
この装置は、車体に搭載される重量推定装置であり、エアスプリングの内圧を検出する内圧検出手段と、基準高さに対する構造体の高さを検出する上下変位検出手段を有する。
【０００３】
この装置では、エアスプリングの任意の内圧とバネ負担基本荷重との対応関係が、基本荷重演算情報として基本荷重演算情報記憶手段に記憶される。また、補正荷重演算情報記憶手段には、構造体が上昇・下降して達した任意の上下変位とバネ負担補正荷重との対応関係が、上昇・下降方向の補正荷重演算情報として記憶される。
【０００４】
基本荷重演算手段は、内圧検出手段が検出した内圧と基本荷重演算情報とを用いてバネ負担基本荷重を演算する。また、補正荷重演算手段は、構造体が上昇・下降して上下変位に達したとき、上下変位と上昇・下降方向の補正荷重演算情報とを用いてバネ負担補正荷重を演算する。バネ負担荷重演算手段は、バネ負担基本荷重にバネ負担補正荷重を加算することで、エアスプリングが負担するバネ負担荷重を算出する。
【０００５】
この従来技術では、補正荷重マップとして、直前の車高の変化が上昇方向であった場合のマップと、下降方向であった場合のマップとが設定されている。直前の車高の変化の方向により、上昇方向あるいは下降方向の補正荷重マップが選択され、バネ負担補正荷重が演算されて、これをバネ負担基本荷重に加算してバネ負担荷重が算出される。
【０００６】
この従来技術によれば、上昇方向及び下降方向のバネ負担補正荷重は、エアスプリングのヒステリシスによる誤差を相殺する荷重と、他のバネ要素の荷重負担による誤差を相殺する荷重とを含むとのことである。そのため、バネ負担補正荷重をバネ負担基本荷重に加算することよって、エアスプリングのヒステリシスによる誤差及び他のバネ要素の荷重負担による誤差の双方を含まないバネ負担荷重を得ることができ、バネ負担荷重の推定精度を向上させることができると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１５−２０５５２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一般に空気ばねは、ゴム部材等で形成された部品を備えている。これらゴム部材は、自身の温度によって弾性変形特性などが大きく変化する。そのため、空気ばねのダイヤフラムに所定の内圧が作用している場合に、温度が異なればゴム部材の伸縮特性が変化する。その結果、仮にダイヤフラムの伸び状態が同じであっても、温度が異なれば内圧に差が生じる。
【０００９】
このように、空気ばねは温度の影響を受けるにも拘わらず、従来の荷重推定装置では温度要因が加味されていなかった。よって、空気ばねの内圧や空気ばねの長さに基いて荷重部を演算するにも一定の誤差が含まれていた。
【００１０】
以上のような問題に鑑み、従来から、より正確な荷重推定が可能な空気ばねが求められていた。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（特徴構成）
本発明に係る荷重推定装置の特徴構成は、
空気の供給・排出によって伸縮するダイヤフラムを有し、支持体を昇降可能に支持する空気ばねと、
前記空気ばねとは別に前記支持体を支持する補助支持部と、
前記空気ばねの長さを測定する変位センサと、
前記空気ばねの内圧を測定する圧力センサと、
前記空気ばねと併設され、前記空気ばねの温度を測定する温度センサと、
前記変位センサと、前記圧力センサと、前記温度センサとの測定結果に基づいて、前記空気ばねが支持するばね上荷重を算出する演算部と、を備えた点にある。
【００１２】
（効果）
支持体の支持高さの変化に応じて空気ばねの内圧が変化するが、これには空気ばねを構成するダイヤフラムや各種ブッシュなど例えばゴムで形成されている部品の変形が影響する。例えば、ダイヤフラムは筒状であって長さ方向に沿った中間部分を折り返されたものが多い。空気の給排によってこの折返し部分の位置が変動し、空気ばねの全長が変化して支持体の支持高さが変更される。その際、環境温度に応じてゴム材料の硬度が変化するため、ゴムの折り返し部分の位置が変わるときのゴム部材の変形速度が変化する。これは低温になるほどダイヤフラムの変形抵抗が増加し、内圧の幾分かが当該抵抗に相殺されて当該内圧に応じた本来の高さまで変形できなくなる。
【００１３】
また、ゴム部材は、所定の外力を受けたとき温度に応じて伸縮量が異なる。つまり、空気ばねが所定の長さにある場合でも温度に応じて内圧が異なる。
【００１４】
さらに、ダイヤフラムに所定圧力を加え当該圧力を除去したとき、伸長していたゴム部材は直ちに元の長さには戻らず幾分のヒステリシスが発生する。このようなヒステリシスは、低温になるほど大きくなる。
【００１５】
温度の影響は、空気ばねのゴム部品だけでなく、例えば圧力センサを構成する金属製ダイヤフラムの剛性にも影響を与え、圧力センサの出力値そのものが温度の影響を受ける。
【００１６】
そこで、本構成の如く、ばね上荷重を算出する際に温度を考慮することで、空気ばねの構成部品および圧力センサ等に起因する圧力誤差が低減された荷重推定装置を得ることができる。
【００１７】
（特徴構成）
本発明に係る荷重推定装置にあっては、前記変位センサの測定値および前記圧力センサの測定値の相関関係と、前記空気ばねの形状情報を記憶する記憶部と、前記相関関係に基づいて、前記支持体の支持高さに応じた前記空気ばねの内圧を算出すると共に、前記空気ばねの内圧および前記形状情報に基づいて、前記ばね上荷重を算出する前記演算部を備え、前記演算部が、前記温度センサによる測定温度に基づいて前記空気ばねの内圧を温度補正するように構成することができる。
【００１８】
（効果）
ばね上荷重の算出に際しては、記憶部が変位センサの測定値と圧力センサの測定値との相関関係を記憶している。この相関関係は、例えば常温などにおいて予め測定したものである。
【００１９】
本構成では、この相関関係を利用する際に、温度センサによる測定温度に応じて空気ばねの内圧を温度補正する。このように、空気ばねにつき基本となる変位と内圧との関係を保持しつつ測定温度に応じて内圧を補正することで、空気ばねが支持するばね上荷重を正確に求めることができる。
【００２０】
（特徴構成）
本発明に係る荷重推定装置にあっては、前記記憶部に、複数の温度下において計測した温度別相関関係が記憶され、前記演算部が、前記温度センサの測定温度に最も近い温度で測定した前記温度別相関関係を用いて前記空気ばねの内圧を算出する構成であれば好都合である。
【００２１】
（効果）
空気ばねの長さと内圧との相関関係は、空気ばねを取り付ける構造的要素や、空気ばねを構成するゴム部材や圧力センサ等が温度により受ける影響等を含めた状態で得られる。またその一方で、相関関係を測定する際に幾分の測定誤差なども含まれる。よって、演算に用いる相関関係は、できるだけ少ない方が誤差の累積が防止出来て好ましい。そこで本構成では、温度センサの測定温度に応じて最も近い温度に係る温度別相関関係を一つ選択し使用することで、空気ばねについて算出されたばね上荷重値の誤差を最少にすることができる。
【００２２】
（特徴構成）
本発明に係る荷重推定装置にあっては、前記相関関係として、前記空気ばねと、前記補助支持部と、前記変位センサと、前記圧力センサとが、前記支持体に組み付けられたのち測定されたものを用いることができる。
【００２３】
（効果）
空気ばねが車体等のサスペンションに利用される場合、空気ばね自身の寸法誤差や空気ばねを支持体に取り付ける部材の製造誤差、さらには、支持体への空気ばねの取付誤差などが生じる。このような誤差は車体の個体ごとに異なるから空気ばねの伸縮特性も個体ごとに異なるものとなる。
【００２４】
よって本構成の如く、荷重推定の演算に用いる空気ばねの変位−内圧相関関係を支持体の構成が確定した後に測定することで、より正確な荷重推定が可能となる。
されている点にある。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る荷重推定装置の構造を示す説明図
【図２】荷重推定の演算の流れを示す説明図
【図３】空気ばねの車高―シリンダ内圧との関係を示すグラフ
【図４】温度別の空気ばねの車高―シリンダ内圧との関係を示すグラフ
【図５】空気ばねの荷重推定結果を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００２６】
〔第１実施形態〕
（概要）
本発明に係る荷重推定装置は、例えばトラックなど荷物を運搬する目的で運行される車体に積載することができる。特に、車体による物流においては積載物の重量管理が重要である。また、物流用の車体に限らず、車体のばね上荷重や総重量を把握することは、車体の走行特性を適切に維持するためにも重要である。本発明は、空気ばねを備えた支持体において、空気ばねの内圧と空気ばねの長さ情報とに基づいて支持体の荷重を正確に把握するものである。以下、本発明に係る各実施形態につき図面を参照しながら説明する。
【００２７】
図１（ａ）（ｂ）には、第１実施形態に係る空気ばね１が設けられた荷重推定装置Ｓの装置構成を示す。図２には当該荷重推定装置Ｓの制御部２に設けられた演算部２ａにおいて行われる演算の流れを示す。
【００２８】
本第１実施形態では、荷重推定装置Ｓが、車高を空気ばね１によって調節する車体３ａに適用された例を示す。図１に示すように、支持体３である車体３ａには、サスペンションの一部として空気ばね１が用いられている。空気ばね１は、空気の供給・排出によって伸縮するダイヤフラム１ａを備え、車輪４を支持するサスペンションリンク５の一部と車体３ａとに亘って取り付けられている。また、サスペンションリンク５と車体３ａとの間には、ショックアブソーバー６ａや、車輪４の前後位置を規定する各種ロッド６ｂなど、空気ばね１と別の補助支持部６が設けられている。
【００２９】
車体３ａには、空気ばね１の長さを測定する変位センサ７と、空気ばね１の内圧を測定する圧力センサ８が設けられている。変位センサ７は、例えば、空気ばね１の何れかの場所やサスペンションリンク５のうち空気ばね１の近傍に設けた標識部７ａと、当該標識部７ａの上下変位を測定する計測部７ｂとを備えている。これら標識部７ａおよび計測部７ｂは、接触式・非接触式の形式に限らず各種の測定装置を利用することができる。
【００３０】
車体３ａには、空気ばね１に対する空気の給排を行うポンプ９が設けられている。圧力センサ８は、ポンプ９と空気ばね１とを接続する配管の一部に接続されている。
【００３１】
空気ばね１の近傍であって、空気ばね１の温度と同等の温度環境にある場所には温度センサ１０が設けられている。この温度センサ１０により、後述するように空気ばね１等の温度に応じた作動誤差を補正する。
【００３２】
車体３ａには、各種データを記憶する記憶部２ｂ、および、変位センサ７・圧力センサ８・温度センサ１０からの測定データに基づいて空気ばね１の内圧を演算する演算部２ａなどを備えた制御部２が搭載されている。
【００３３】
当該荷重推定装置Ｓを備えた車体３ａでは、空気ばね１の内圧調節により車高を設定する。空気ばね１の内圧は圧力センサ８によって常にあるいは定期的に測定される。空気ばね１は内圧によって長さが変化し、また、内圧によって大よその支持荷重を知ることができる。ただし、車体３ａのサスペンションは、空気ばね１の他に補助支持部６等があり、空気ばね１の外形の変化に伴って、空気ばね１と補助支持部６とがそれぞれ負担する荷重の割合（レバー比ｒ）が変化する。
【００３４】
さらに、空気ばね１を構成するダイヤフラム１ａは筒状であって長さ方向に沿った中間部分を折り返されたものが多い。空気の給排によってこの折り返し部分の位置が変動し、空気ばね１の全長が変化して支持体３の支持高さが変更される。しかし、ダイヤフラム１ａや各種ブッシュなど例えばゴムで形成されている部品の変形特性は内圧の影響を受けて変動する。つまり、空気ばね１の内圧だけでは車体３ａ全体のばね上荷重を正確に知ることができない。
【００３５】
そのため、制御部２は、予め記憶している空気ばね１の内圧と空気ばね１の長さとの相関関係に基づいて、空気ばね１の形状等を把握し、補助支持部６等との支持状態の変化等を加味してばね上荷重を演算する。さらに、空気ばね１や補助支持部６を構成する部品は、温度によって変形特性等が変化する。よって、正確なばね上荷重を演算するためには温度補正が重要となる。以下には、本荷重推定装置Ｓにおけるばね上荷重の算出方法を具体的に示す。
【００３６】
（空気ばねの変位−内圧関係の取得）
空気ばね１の内圧に基づきばね上荷重を算出するには、まず、空気ばね１の変形特性を把握する必要がある。この変形特性は、使用する空気ばね１の設計に基づくものであり、具体的には、空気ばね１の長さ変化とその際の内圧との相関関係を示す変位−内圧関係で示される。
【００３７】
（標準的な変位−内圧関係（以下、「標準ループ」と称する）の取得・記憶）
一般に、空気ばね１は、設計に基づいて型式ごとに基本的な標準ループを有する。この関係を例えば図３に示す。尚、図２においては（ア）（イ）の工程である。
【００３８】
図３は、横軸に空気ばね１の長さ変化、即ちこの例では車高をとり、縦軸に内圧、具体的には空気ばね１のシリンダ内圧をとったものである。一点鎖線は、空気ばね１に空気を給排して、基準車高に対して車高を高い領域と低い領域との間で変化させた場合の車高とシリンダ内圧との関係である。尚、このような車高―シリンダ内圧の履歴は複数回計測して平均化すると精度が向上する。
【００３９】
図３のうち実線および破線は、車高変化が、車高変化をゼロとする基準車高、および、高い領域、低い領域に達した際に、空気の給排を一旦停止し、シリンダ内圧が安定した時の車高―シリンダ内圧の関係位置を繋げたものである。基準車高に対して車高が高い領域は実線で示し、車高が低い領域は破線で示した。また、夫々の領域で車高の増加時および減少時の平均となる相関関係を夫々太線で示した。
【００４０】
これらから明らかなように、車高が高い領域では車高の低い領域に比べて、車高変化に対してシリンダ内圧が緩く上昇する。これは、空気ばね１や補助支持部６を構成する部材の変化特性など、当該空気ばね１そのものの構造や、空気ばね１が搭載された構造等に基づく特性である。
【００４１】
また、車高の増加と減少とを経た空気ばね１のシリンダ内圧には、一定のヒステリシスが見られた。これは、主に、空気ばね１や補助支持部６を構成するゴム部材の引張・圧縮変形の特性が伸び側と縮み側とで異なることに起因するものである。
【００４２】
この標準ループは記憶部２ｂが記憶している。ばね上荷重の演算精度を高めるために、本実施形態では、基準車高から高い方に変位させたときの高側ループと、基準車高から低い方に変位させたときの低側ループ、および、高側ループと低側ループとにおいて直線近似した平均相関関係が記憶される。このような標準ループあるいは、平均相関関係は、変位に応じた関係式で記憶しておいても良いし、変位量と内圧値とを一対一に対応させたようなマップを備えているものでも良い。
【００４３】
（車体毎の個別情報の取得・記憶態様１）
車体３ａに空気ばね１が搭載される場合、車体３ａの側における部材の組立誤差や、空気ばね１を車体３ａに取り付けるための部材の製造誤差・取付誤差などが生じるため、空気ばね１の圧力センサ８から得た信号に基づいてばね上荷重を演算する場合には所定の補正が必要である。そのために例えば、空気ばね１と、補助支持部６と、変位センサ７と、圧力センサ８とが、車体３ａに組み付けられ完成したものを出荷する前等に、改めて夫々の車体３ａの変位−内圧関係を取得するのが良い（図２における（ア）（イ）の工程）。
【００４４】
具体的には、荷物を積まない常温・空車状態で空気ばね１に空気を給排し、車高を基準車高として、まずそのときの内圧を実測する。次に、車高−内圧関係を複数回に亘って変化させつつ実測し、それらを平均して個別の（変位−内圧）関係（以降において、「測定個別ループ」と称する）を得る。
【００４５】
このときの基準車高は、当該車体３ａに搭載されている変位センサ７の測定部位に準じて測定すればよい。例えば、空気ばね１の何れかの部位と、この部位と相対移動する車体３ａの何れかの部位との距離や、空気ばね１が支持する車体３ａのうちの何れかの部位と地面との距離を測定するものなど、何れの構成であっても良い。このようにして得た測定個別ループや、車高が基準車高にあるときの空気ばね１の内圧である個別基準内圧を記憶部２ｂに記憶する。
【００４６】
この記憶の態様は、適宜選択すればよく、例えば、後述するように、先の標準ループと当該測定個別ループとを併せ持ち、両者の差分を求めて、後述するばね上荷重の算出を行うことができる。ただし、本第１実施形態では、標準ループを測定個別ループに書き換えることとする。本構成であれば、演算に使用するループの数が少なくなり、演算負荷が削減される。尚、標準ループは記憶部２ｂから削除するものではなく、演算工程に含まれないようにするだけでよい。このようにすることで、例えば個々の車体３ａにつき、常温での車高−内圧関係が把握される。
【００４７】
以上の如く、荷重推定の演算に用いる空気ばね１の変位−内圧相関関係を、支持体３すなわち車体３ａの構成が確定した後に測定することでより正確な荷重推定が可能となる。
【００４８】
（車体毎の個別情報の取得・記憶態様２）
測定個別ループの記憶態様としては、標準ループと測定個別ループとの双方を記憶するものであっても良い。その場合、車高の変化に応じて両者の内圧を比較して差分を求め、この差分を補正値として記憶する。尚、本工程は図２における（ア）（イ）である。
【００４９】
例えば、測定個別ループにおいて、車高が基準車高にあるときの測定基準内圧値を、予め記憶している標準ループにおいて車高が基準車高にあるときの標準基準内圧値と比較し、個別基準内圧補正値（ΔＰｓ）を算出する。
【００５０】
また、車高を任意に変位させた状態での測定車高別内圧値を、測定個別ループの高い領域および低い領域で算定し、これを標準ループにおける同じ変位での内圧値と比較して、車高の変動量に応じた個別変動内圧補正値（ΔＰｈｅｉ）を取得する。
【００５１】
これら個別基準内圧補正値（ΔＰｓ）および個別変動内圧補正値（ΔＰｈｅｉ）を記憶部２ｂに記憶する。荷重推定装置Ｓの稼働に際しては、演算部２ａにおいて、実際の車高測定値に応じて、これら個別基準内圧補正値（ΔＰｓ）あるいは個別変動内圧補正値（ΔＰｈｅｉ）を、標準ループの値に加えることで、その都度、実際の内圧を算出する。
【００５２】
（ばね上荷重の計算）
このように車体３ａ毎の変位−内圧関係を得ることで、ばね上荷重を求めるための基本情報を得たことになる。この基本情報からばね上荷重を演算するには例えば以下の式による（本工程は図２における（イ））。
【００５３】
Ｐi＝Ｐs−Ｐatm−Ｈ・ブッシュばね項分  ・・・・・・（ａ式）
Ｐi：    空気ばね１の内圧補正値
Ｐs：    圧力センサ８の測定値
Ｐatm：  大気圧
Ｈ：     車高
ここで、（Ｈ・ブッシュばね項分）は、上記の個別変動内圧補正値（ΔＰｈｅｉ）と同義である。
【００５４】
つまり、上記の第１の取得・記憶態様および第２の取得・記憶態様の何れかによって変位−内圧関係を得ることで、（ａ式）のうち（Ｐs−Ｈ・ブッシュばね項分）が演算されたこととなる。よって、これから大気圧Ｐatmを差し引くことで、空気ばね１の内圧補正値Ｐｉが求まる。
【００５５】
ばね上荷重は、この内圧補正値Ｐｉを用いて次のように求めることができる（図２における（ウ））。
Ｆw＝（Ｐi・Ａe”・ｒ）／9.81  ・・・・・・（ｂ式）
Ｆw：    ばね上荷重
Ａe”：  空気ばね１の補正受圧面積
ｒ：     レバー比
9.81：   重力加速度
このうち、Ａｅ”は、受圧面積の代表値である。空気ばね１が伸縮する際に空気ばね１の断面積などの形状が変化するが、車体３ａがある車高にあるときの受圧面積を代表値としてばね上荷重を求める。
レバー比ｒは、空気ばね１と補助支持部６との荷重支持割合である。車体３ａは、空気ばね１とそれ以外の補助支持部６とで支持する。車高が変化することで、サスペンションの部材角度などが変化し、空気ばね１と補助支持部６との荷重負担割合が変化するためこれを補正するものである。
重力加速度９．８１は、圧力の単位から荷重の単位に変換するために用いられる定数である。
【００５６】
このように、ばね上荷重は、空気ばね１の内圧補正値Ｐｉに、空気ばね１の代表面積であるＡｅ”値とレバー比ｒとを乗じて算出される。さらに、当該空気ばね１の補正受圧面積Ａｅ”は例えば以下のように求めることができる（図２における（カ−１）〜（カ−３））。
【００５７】
空気ばね１の代表面積は、空気ばね１の高さによって変化し、さらに、内圧の増減によって変化する。つまり、空気ばね１の高さが変化することは、空気ばね１を構成するダイヤフラム１ａの高さが変化することである。その場合、高さが増えるとダイヤフラム１ａの直径は僅かに広がる。また、ダイヤフラム１ａはゴム等で構成されているので、内圧が大きくなるほど直径が広がる。そのため、これら高さと内圧とを加味してダイヤフラム１ａの代表面積を特定する。
【００５８】
ダイヤフラム１ａの高さが変化したときのダイヤフラム１ａの代表直径値は次のように算出する。先ず、ダイヤフラム１ａの転動量Ｘを計算する（図２における（カ−１））。ダイヤフラム１ａは、図１（ｂ）に示すように、筒状のゴム部材を長手方向の途中位置で折り返したものが多い。ダイヤフラム１ａの高さが変化するとダイヤフラム１ａの屈曲位置が変化し、代表直径値が変化する。転動量Ｘは、例えば図１（ｂ）に示すように、ダイヤフラムの伸縮前後におけるダイヤフラム１ａの折れ曲がり部下端の高低差である。転動量は以下の式で決定する。
Ｘ＝Ｈ・ｒ・転動率  ・・・・・・（ｃ式）
Ｘ：ダイヤフラム１ａの転動量
Ｈ：変位センサ７の出力値（例えば延びる側が＋）
ｒ：レバー比
変位センサ７の出力値にレバー比ｒを掛けるのは、車高の測定位置と空気ばね１の位置とが所定の距離だけ離れているため、変位センサ７の測定値がそのまま空気ばね１の長さ変化とはならないからである。
尚、転動率は、変位センサ７の出力値Ｈに対して略一定であるため定数としてある。
【００５９】
ダイヤフラム１ａの転動量を求めたのち、これに基づき、車高依存によるダイヤフラム１ａの第１補正直径を以下の式により演算する（図２における（カ−２））。
Ｄe’＝Ｄe＋tanθ・Ｘ・２  ・・・・・・（ｄ式）
ここで、
Ｄe’：車高依存によるダイヤフラム１ａの第１補正直径
Ｄe： ダイヤフラム１ａの基本直径
θ：   ダイヤフラム１ａの一方の端部が当接するピストン１ｂの肩部と鉛直方向とのなす角度（図１（ｂ）参照）
【００６０】
つまり、基本直径Ｄe（図１（ｂ）における一点鎖線どうしの間隔）に、基本直径Ｄeの位置から両側に膨らんだ二箇所（図１（ｂ）における点線参照）の長さを加えたものが車高依存によるダイヤフラム１ａの第１補正直径である。
【００６１】
次に、ダイヤフラム１ａの内圧に依存した直径の補正を加味する。即ち、以下のｅ式により、車高依存によるダイヤフラム１ａの第１補正直径Ｄｅ’に、内圧依存による変動分を加える（図２における（カ−３））。
Ｄe”＝Ｄe’−  （ＰＢ−Ｐs）・受圧径変動率  ・・・・・・（ｅ式）
ここで、
Ｄe”： ダイヤフラム１ａの第２補正直径（図１（ｂ）では便宜上Ｄe’の位置に合わせて点線で記してある）
Ｄe’：車高依存によるダイヤフラム１ａの第１補正直径
ＰＢ： 基準圧力
Ｐs：  測定した圧力
受圧径変動率：定数
【００６２】
ダイヤフラム１ａの受圧径の変動は、基準圧力と測定圧力との差の変化に対して直線的な相関関係があるため、受圧径変動率は定数としている。
【００６３】
このようにしてダイヤフラム１ａの第２補正直径Ｄｅ”が求まる結果、以下の如く円の面積の公式（ｆ式）よりダイヤフラム１ａの補正受圧面積Ａｅ”が求まる（図２における（カ））。
Ａe”＝（Ｄe”・Ｄe”・π）／４  ・・・・・・（ｆ式）
Ａe”：ダイヤフラム１ａの補正受圧面積
Ｄe”：ダイヤフラム１ａの第２補正直径
【００６４】
（輪荷重の計算）
当該空気ばね１が支持するばね上荷重が演算されると、更に当該空気ばね１に係るばね下荷重を加え、以下のｇ式により当該空気ばね１が支持する輪荷重を算出する（図２における（エ））。
ＷＲＬ＝Ｆw＋ばね下荷重  ・・・・・・（ｇ式）
ＷＲＬ：車体３ａの輪荷重
Ｆw：  ばね上荷重
【００６５】
このようにして車体３ａに搭載された空気ばね１の夫々について輪荷重を求め、全ての空気ばね１に係る輪荷重を合計する（図２における（オ））。これにより、空気ばね１で支持する車輪４の輪荷重の合計を得ることができる。仮に、全ての車輪４に空気ばね１を装着する場合には車体３ａの総重量を得ることができる。
【００６６】
（温度補正）
本第１実施形態の荷重推定装置Ｓでは、ばね上荷重の演算をより正確にするために、上記標準ループあるいは測定個別ループに対して温度補正を加える。具体的には、空気ばね１に加えて、空気ばね１の温度を測定する温度センサ１０を併設する。この温度センサ１０の測定結果に基づき、演算部２ａが空気ばね１の内圧を温度補正する（図２における（キ））。
【００６７】
このように温度補正が必要となるのは、例えば、環境温度に応じて空気ばね１を構成するゴム材料の硬度変化を補正する必要があるためである。
【００６８】
例えば、ゴム部材の変形特性は温度に応じて変化する。高温の場合は低温の場合よりも変形し易くなる。よって、空気ばね１が仮に基準高さにある場合、高温の方がその長さに落ち着き易く内圧が少なくて済む。一方、低温の場合、空気ばね１を基準高さに設定するためには、ゴム部材の変形抵抗に抗ってゴム部材を変形させなければならず、大きな内圧が必要となる。
【００６９】
また、温度が変化すると、ダイヤフラム１ａの屈曲部分の位置が変化する際のゴム部材の変形速度が変化する。例えば低温になるほどゴム部材の変形抵抗が増加し、内圧の幾分かが当該抵抗に相殺される。よって、ダイヤフラム１ａは内圧に応じた本来の高さまで変形できなくなる。
【００７０】
さらに、ダイヤフラム１ａに所定圧力を加え当該圧力を除去したとき、伸長していたゴム部材は直ちに元の長さには戻らず、幾分のヒステリシスが発生する。このようなヒステリシスは低温になるほど大きくなる。
【００７１】
このような温度の影響は、空気ばね１のゴム部品だけでなく、例えば圧力センサ８を構成する金属製ダイヤフラム１ａの剛性にも影響を与え、圧力センサ８の出力値そのものが温度の影響を受ける。
【００７２】
そこで、本第１実施形態における荷重推定装置Ｓでは、ばね上荷重を算出する際に温度を考慮することで、空気ばね１の構成部品および圧力センサ８等に起因する圧力誤差が低減している。
【００７３】
ここで、温度の影響を考慮すべき三つの因子を改めて列記する。
一つ目は、ダイヤフラム１ａを構成するゴムの硬度が変化し、空気ばね１の伸縮動作に伴うダイヤフラム１ａの摺動抵抗などが変化して、所定の内圧に応じた車高が変化する点である。
【００７４】
二つ目は、空気ばね１を構成するダイヤフラム１ａやゴムブッシュなどの硬度が変化し、内圧が高い状態と低い状態とに亘ってゴム部材の形状や厚みが変化する際に、形状等の復元速度が変化し、車高と内圧との関係に誤差が生じる点である。この因子により、主には車高が伸縮を繰り返す際にヒステリシスが発生する。ヒステリシスは、基準高さから車高を高い領域あるいは低い領域に変位させた量に応じて変化する。一般には、変位の最大幅が大きくなるほどヒステリシスは大きくなる。
【００７５】
三つ目は、内圧を測定する圧力センサ８に設けられたダイヤフラム１ａが温度に応じて剛性変化し、圧力測定値そのものに誤差が生じる点である。
【００７６】
このような温度補正因子による解消するために、本実施形態の荷重推定装置Ｓにあっては、温度センサ１０を設けると共に、記憶部２ｂに、複数の温度下において計測した空気ばね１の車高と内圧との温度別相関関係（温度別ループ）が記憶される。演算部２ａは、これら温度別相関関係のうち温度センサ１０の測定温度に最も近い温度で測定したものを用いて空気ばね１の内圧を算出する。
【００７７】
（第１の温度補正態様）
温度別相関関係に基づく温度補正の態様としては、例えば、先述の記憶部２ｂに記憶している標準ループと、温度別に測定した各温度別ループとを比較し、各温度の各車高における内圧の差を温度別内圧補正値（ΔＰｔ）として記憶部２ｂに記憶する。当該荷重推定装置Ｓの記憶部２ｂが、標準ループおよび測定個別ループを記憶している場合には、これら双方のループ関係と各温度別ループとを比較するものであっても良い。
【００７８】
そのためには、図４に示すように、例えば、当該荷重推定装置Ｓの稼働に際して予測される環境温度（−３０℃、−１５℃、２５℃、４０℃、８０℃、）につい温度別の（車高−内圧）関係（温度別ループ）を測定する。このうち、特に、標準の２５℃ループと、その上下の４０℃ループ、および、−１５℃ループについては実測する。ただし、８０℃ループ、および、−３０℃ループについては、そのような温度での車体３ａの使用は稀であることから、実測しても良いし上記三種類の測定結果から類推するものであっても良い。
【００７９】
演算部２ａでは、標準ループあるいは測定個別ループに基づく内圧に、夫々の測定温度に対応する温度別内圧補正値（ΔＰｔ）をその都度加え、空気ばね１の内圧を補正する。この補正値を用いて、前述のａ式により、空気ばね１の現実の内圧Ｐｉを算出する。
【００８０】
（第２の温度補正態様）
また、温度別相関関係に基づく温度補正の他の態様としては、標準ループあるいは測定個別ループに代えて、測定温度に応じた特定の温度別ループを選択し、当該温度別ループに基づいて空気ばね１の内圧を算出するものであっても良い。
【００８１】
空気ばね１を構成するゴム部材や圧力センサ８の構成部材等が温度によって何らかの影響を受ける場合でも、空気ばね１の長さと内圧との相関関係は、これ等の影響を含めた出力によって得られる。本構成のように、温度センサ１０の測定温度に応じて最も近い温度に係る温度別相関関係を選択使用することで、演算部２ａが演算に際して使用する車高−内圧ループが一つとなる。車体３ａの走行中に空気ばね１の環境温度が大幅に変化することはないから、一度の車体３ａの使用に際しては一つの温度別ループを選択すればよい。よって、車高に応じて当該ループを参照する演算部２ａの負荷が大幅に軽減され、演算速度が高まる。
【００８２】
さらに、各温度別ループや標準ループには、空気ばね１の構成部品の特性などが反映されてはいるものの現実には幾分かの誤差も含まれている。よって、演算に際しては、複数のループを併用するよりも、単一のループを使用する方が誤差を低減することができる。
【００８３】
（温度補正の効果）
空気ばね１による荷重推定に際して温度補正を行った場合の荷重推定結果を図５に示す。ここではトラックのリヤホイールに空気ばね１を装備し、荷重を１００ｋｇ（実線・丸印）、２００ｋｇ（第１破線・三角印）、４００ｋｇ（第２破線・四角印）とした場合の演算結果を示す。測定は、車高が基準車高にある状態、および、基準車高から高い状態、基準車高から低い状態の三条件で行った。
【００８４】
何れの条件においても、黒く塗りつぶした印が実際の荷重を示す。その上下に伸びる縦線の範囲は荷重推定値の許容範囲である。何れの条件においても、推定演算値は、推定許容範囲に収まっていた。また、何れの推定値も実際の荷重に対して僅かに重い値となった。このように若干重く推定することは、積載荷重超過の不都合を確実に防止できる点で好都合である。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明に係る荷重推定装置は、サスペンションの一部に空気ばねを用いた車体など、高さ調節機能と荷重推定機能を要する各種装置に広く適用することができる。
【符号の説明】
【００８６】
１    空気ばね
１ａ  ダイヤフラム
２ａ  演算部
２ｂ  記憶部
３    支持体
６    補助支持部
７    変位センサ
８    圧力センサ
１０  温度センサ
Ｓ    荷重推定装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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