(57)【要約】  【課題】  安価であり、荷重検出感度の調整が容易である荷重検出装置及び荷重検出装置を備えた車両を提供する。  【解決手段】  緩衝部材の長さにより、複数の車輪に加わる荷重を検出する荷重検出装置において、緩衝部材は、作動液２５を充填した内筒２３と、内筒２３との間に空気室２４を形成する外筒２２と、内筒２３に対して移動可能なピストン２８と、ピストン２８の移動により内筒２３から作動液２５を空気室２４へ誘導するオリフィス２６と、空気室２４内に配置してあるサーミスタ３０とを有し、サーミスタ３０の電気量を検出し、検出した電気量に基づいて作動液２５の液位を推定し、推定した液位に基づいて車輪に加わる荷重を算出する。【選択図】        図５
2006300841.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変動する緩衝部材の長さにより、車輪に加わる荷重を検出する荷重検出装置において、
前記緩衝部材は、
作動液を充填した内筒と、該内筒との間に空気室を形成する外筒と、該内筒に対して移動可能なピストンと、該ピストンの移動により前記内筒から作動液を前記空気室へ誘導するオリフィスと、前記空気室内に配置してあるサーミスタとを有し、
前記サーミスタの電気量を検出する電気量検出手段と、
検出した電気量に基づいて作動液の液位を推定する手段と、
推定した液位に基づいて車輪に加わる荷重を算出する手段と
を備えることを特徴とする荷重検出装置。
【請求項２】
前記サーミスタは、作動液に浸漬される表面積が大きくなるほど抵抗値が大きくなることを特徴とする請求項１記載の荷重検出装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の荷重検出装置を備えたことを特徴とする車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車輪に加わる荷重の検出感度の調整が容易であり、安価かつ高性能である荷重検出装置、及び荷重検出装置を備えた車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の電子制御が進展するに伴い、制動装置の動作を制御する電子制御制動装置、車両の走行中の姿勢を制御する車両安定化制御装置（ＶＳＣ、Vehicle Stability Control)等が開発されている。電子制御制動装置として代表的なシステムはＡＢＳ（Antilock Brake System)であり、車両安定化制御装置（ＶＳＣ）として代表的な装置は、横すべり防止装置である。
【０００３】
車両姿勢安定化装置（ＶＳＣ）は、例えば特許文献１に開示されているように、車輪の横すべりの開始点、又は内輪のホイールリフトの開始点を、走行状態における操舵の大きさ、速さ、車両の速度、車両の横移動の速さ、及び車両の向きの変化の速さ（垂直軸まわりの車両の回転角速度であるヨーレイト）を検出して演算することにより予測し、横すべり又はホイールリフトが始まる前に車輪のブレーキ圧力を制御して防止する。
【０００４】
車両の姿勢制御では、車両の重心位置が重要なパラメータの１つとなる。車両の重心位置は、車輪毎に軸重計を設け、勾配センサと併用することにより、積荷の状態、又は乗員の搭乗数及びその着席位置の変化にリアルタイム的に対応可能な重心高さの推定装置を開示している。
【０００５】
重心高さを推定すべく、車輪に加わる荷重を計測する。車輪に加わる荷重を計測する場合、例えば特許文献２に示すような圧電式の荷重センサを用い、径の太さを変えた複数のサブボルトを交換することにより、センサの荷重検出感度を調整していた。
【特許文献１】特開平１１−３０４６６２号公報
【特許文献２】特開平９−２３６４９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献２に開示されている圧電式の荷重センサでは、センサの感度のバラツキが比較的大きいことから、センサの感度を適切な感度に調整すべく多くの種類のサブボルトを準備しておく必要があった。したがって、荷重センサを的確に機能させるために、荷重センサを取り付ける都度センサ感度の調整作業が発生することにより、取り付け工程が煩雑になるという問題点があった。
【０００７】
さらに、圧電式の荷重センサの代わりにロードセルを用いる場合、１ｋｇ以下の測定精度が不十分であることから、車両搭載時には実用に耐えることができず、圧電式の荷重センサの代わりに超磁歪式の荷重センサを用いる場合、測定精度の問題は解消するが、高価であることから車両価格の増大を招くという問題点があった。
【０００８】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、安価であり、荷重検出感度の調整が容易である荷重検出装置及び荷重検出装置を備えた車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために第１発明に係る荷重検出装置は、変動する緩衝部材の長さにより、車輪に加わる荷重を検出する荷重検出装置において、前記緩衝部材は、作動液を充填した内筒と、該内筒との間に空気室を形成する外筒と、該内筒に対して移動可能なピストンと、該ピストンの移動により前記内筒から作動液を前記空気室へ誘導するオリフィスと、前記空気室内に配置してあるサーミスタとを有し、前記サーミスタの電気量を検出する電気量検出手段と、検出した電気量に基づいて作動液の液位を推定する手段と、推定した液位に基づいて車輪に加わる荷重を算出する手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
また、第２発明に係る荷重検出装置は、第１発明において、前記サーミスタは、作動液に浸漬される表面積が大きくなるほど抵抗値が大きくなることを特徴とする。
【００１１】
また、第３発明に係る車両は、第１発明又は第２発明の荷重検出装置を備えたことを特徴とする。
【００１２】
第１発明では、緩衝部材は、作動液を充填した内筒と、該内筒との間に空気室を形成する外筒と、該内筒に対して移動可能なピストンと、該ピストンの移動により内筒から作動液を空気室へ誘導するオリフィスと、空気室内に配置してあるサーミスタとを有しており、サーミスタの電気量、例えばサーミスタに流れる電流値を検出し、検出した電流値に基づいて作動液の液位を推定し、推定した液位に基づいて車輪に加わる荷重を算出する。これにより、取り付け時に特に検出感度を調整する必要がなく、安価なサーミスタで検出された電流値等の電気量に基づいて、サーミスタの抵抗値の変動要因である作動液に浸漬される液位を推定し、推定した液位により、ピストンに加わった荷重、すなわち車輪に加わった荷重を検出することが可能となる。したがって、構造が簡単で、取り付け工程において煩雑な調整作業を行う必要がない安価な荷重検出装置を提供することが可能となる。
【００１３】
第２発明では、サーミスタは、作動液に浸漬される表面積が大きくなるほど抵抗値が大きくなる。これにより、ピストンに荷重が加わり、サーミスタがオリフィスから流れ出た作動液に浸漬する表面積が大きくなるほど、電気抵抗値が増大し、電流値が減少する。したがって、ピストンに加わる荷重、すなわち車輪に加わる荷重をサーミスタの抵抗値変動による電流値の変動により検出することが可能となる。
【００１４】
第３発明では、第１発明又は第２発明の荷重検出装置を備えることにより、取り付け時に特に検出感度を調整する必要がなく、安価なサーミスタで検出された電流値等の電気量に基づいて、サーミスタの抵抗値の変動要因である作動液に浸漬される液位を推定し、推定した液位により、ピストンに加わった荷重、すなわち車輪に加わった荷重を検出することが可能となる。したがって、構造が簡単で、取り付け工程において煩雑な調整作業を行う必要がない安価な荷重検出装置を提供することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
第１発明によれば、取り付け時に特に検出感度を調整する必要がなく、安価なサーミスタで検出された電流値等の電気量に基づいて、サーミスタの抵抗値の変動要因である作動液に浸漬される液位を推定し、推定した液位により、ピストンに加わった荷重、すなわち車輪に加わった荷重を検出することが可能となる。したがって、構造が簡単で、取り付け工程において煩雑な調整作業を行う必要がない安価な荷重検出装置を提供することが可能となる。
【００１６】
第２発明によれば、ピストンに荷重が加わり、サーミスタがオリフィスから流れ出た作動液に浸漬される表面積が大きくなるほど、電気抵抗値が増大し、電流値が減少する。したがって、ピストンに加わる荷重、すなわち車輪に加わる荷重をサーミスタの抵抗値変動による電流値の変動により検出することが可能となる。
【００１７】
第３発明によれば、取り付け時に特に検出感度を調整する必要がなく、安価なサーミスタで検出された電流値等の電気量に基づいて、サーミスタの抵抗値の変動要因である作動液に浸漬される液位を推定し、推定した液位により、ピストンに加わった荷重、すなわち車輪に加わった荷重を検出することが可能となる。したがって、構造が簡単で、取り付け工程において煩雑な調整作業を行う必要がない安価な荷重検出装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明の実施の形態に係る荷重検出装置の構成を示すブロック図である。車輪１、１、・・・ごとに設置してあるサスペンション等の緩衝部材２、２、・・・により、車輪１、１、・・・へ加わる荷重、例えば路面からの荷重を緩衝する。緩衝部材２は、緩衝部材２の伸縮度合に応じて出力される電流値を検出する電流検出回路４に接続してあり、電流検出回路４で検出した電流値を受信することが可能に荷重演算装置５と接続してある。荷重演算装置５は、車載ＬＡＮ６を介して、他の演算装置と接続してあり、姿勢制御、制動制御等の演算に用いる種々のデータを送受信する。
【００１９】
荷重演算装置５は、少なくとも、ＭＰＵ５１、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５３、車載ＬＡＮ６と接続する通信インタフェース５４、及び上述したハードウェアを接続する内部バス５５で構成する。
【００２０】
ＭＰＵ５１は、内部バス５５を介して荷重演算装置５の上述したようなハードウェア各部と接続されており、上述したハードウェア各部を制御するとともに、ＲＯＭ５２に記憶されている処理プログラムに従って、種々のソフトウェア的機能を実行する。
【００２１】
ＲＯＭ５２は、ＳＲＡＭ、フラッシュメモリ等で構成され、電流検出回路４での電流値に基づいて、車輪１、１、・・・へ加わる荷重を算出するプログラム等を記憶してある。ＲＡＭ５３は、ＳＲＡＭ、フラッシュメモリ等で構成され、ソフトウェアの実行時に発生する一時的なデータを記憶する。通信インタフェース５４は、内部バス５５に接続されており、車載ＬＡＮ６に接続されることにより、処理に必要とされるデータを送受信する。
【００２２】
図２は、本発明の実施の形態に係る荷重検出装置の緩衝部材２の構成を示す斜視図である。図に示すように、本実施の形態に係る荷重検出装置の緩衝部材２は、略円筒形状のカバー２１の内部に、一体としてカバー２１と相互に移動可能な外筒２２及び内筒２３を備えている。内筒２３の内部は作動液（例えば作動油）２５で充填してあり、外筒２２及び内筒２３の間に配設してある空気室２４との間で作動液２５を出し入れする弁機能を有するオリフィス２６を備えている。
【００２３】
作動液２５、カバー２１内に設けてあるロッド２７の先端部に配設してあるピストン２８が押し下がることにより、オリフィス２６を押し下げ、空気室２４内へと流れ込む。すなわち、空気室２４は、オリフィス２６を介して押し出された作動液２５のリザーバとなっている。図３及び図４は、ピストン２８の位置と作動液２５の状態との関係を示す部分断面図である。図３はピストン２８を押し下げた場合の、図４はピストン２８を引き上げた場合に、それぞれの場合の作動油２５の空気室２４内への流入状態を示している。
【００２４】
図３に示すように、ピストン２８を押し下げた場合、ピストン２８自体に配設してあるオリフィス２９を介して、ピストン２８が下方へ移動した後の空間へ作動液２５が流入し、ピストン２８は円滑に移動することができる。また、内筒２３に配設してあるオリフィス２６を介して、作動液２５の一部が空気室２４へ流入する。したがって、空気室２４内の作動液２５の液位が上昇する。
【００２５】
図４に示すように、ピストン２８を引き上げた場合、ピストン２８自体に配設してあるオリフィス２９を介して、ピストン２８が上方へ移動した後の空間に流入していた作動液２５が内筒２３へと流入し、ピストン２８は円滑に移動することができる。また、内筒２３に配設してあるオリフィス２６を介して、空気室２４内の作動液２５が内筒２３へと流入する。したがって、空気室２４内の作動液２５の液位が下降する。
【００２６】
空気室２４内には、上下動する作動液２５の液位を検出するためのサーミスタ３０が設けてある。サーミスタ３０は、作動液２５に浸漬する表面積が大きくなるほど周囲の温度が低下し、抵抗値が大きくなる。したがって、サーミスタ３０に一定の電圧を印加している場合、負荷抵抗に流れる電流値の変動に応じて液位を推定することができる。
【００２７】
図５は、サーミスタ３０の配設状態を模式的に示す図である。ピストン２８の上下動に応じて作動液２５の液位が上下動し、サーミスタ３０が作動液２５に浸漬される液位が変動する。電流検出回路４は、一定電圧Ｖを負荷抵抗Ｒに印加し、負荷抵抗Ｒに流れる電流Ｉを検出する。サーミスタ３０は、ピストン２８が押し下げられた場合、作動液２５の液位が増加し、作動液２５に浸漬する表面積が増加する。作動液２５に浸漬される表面積が増加するにつれてサーミスタ３０の周囲の温度が低下し、サーミスタ３０の電気抵抗値が増加する。したがって、負荷抵抗Ｒに流れる電流Ｉが減少する。逆に、ピストン２８が引き上げられた場合、作動液２５の液位が減少し、作動液２５に浸漬される表面積が減少する。作動液２５に浸漬される表面積が減少するにつれてサーミスタ３０の周囲の温度が上がり、サーミスタ３０の電気抵抗値が減少する。したがって、負荷抵抗Ｒに流れる電流Ｉが増加する。
【００２８】
サーミスタ３０の抵抗値Ｒは、サーミスタ定数をＢ、温度Ｔ０での抵抗値をＲ０とした場合、（数１）に従って変動する。
【００２９】
【数１】
2006300841.tif 000003
【００３０】
印加される電圧をＶとした場合、電流値をＩとすると抵抗値ＲはＲ＝Ｖ／Ｉであることから、（数２）によりサーミスタ３０の温度Ｔを求めることができる。      
【００３１】
【数２】
2006300841.tif 000004
【００３２】
したがって、液位ｈは、温度Ｔ０での液位ｈ０を基準に、（数３）で示す実験値として求めることができる。なお、Ｋ１は経験値に基づく定数である。
【００３３】
【数３】
2006300841.tif 000005
【００３４】
液位ｈが求まることにより、荷重演算装置５は、車輪１、１、・・・に加わる荷重を推算する。図６は、本実施の形態に係る荷重検出装置の荷重演算装置５のＭＰＵ５１の処理手順を示すフローチャートである。
【００３５】
荷重演算装置５のＭＰＵ５１は、電流検出回路４から負荷抵抗に流れる電流値Ｉを取得し（ステップＳ６０１）、（数２）及び（数３）に従って液位ｈを算出する（ステップＳ６０２）。
【００３６】
ＭＰＵ５１は、算出した液位ｈをキー情報として、例えば事前にＲＡＭ５３に液位ｈと荷重Ｆとの関係を荷重テーブルとして記憶しておき、記憶してある荷重テーブルを参照することにより車輪１、１、・・・に加わる荷重Ｆを算出する（ステップＳ６０３）。ＭＰＵ５１は、推算した車輪１、１、・・・に加わる荷重Ｆを、車載ＬＡＮ６を介して必要とする演算装置へ送出する（ステップＳ６０４）。
【００３７】
なお、算出した液位ｈに基づいて車輪１、１、・・・に加わる荷重Ｆを推算する方法は、荷重テーブルを参照する方法に限定するものではなく、例えば実験値に基づく関数として算出する方法であっても良い。また、荷重演算装置５を独立して設けることに限定されるものではなく、他の演算装置、例えば車輪１、１、・・・に加わる荷重に基づいて車両の片揺れモーメントの中心位置を算出する中心位置演算装置と兼用するものであっても良い。
【００３８】
以上のように本実施の形態によれば、取り付け時に検出感度を調整するための工程を別途設ける必要がなく、安価なサーミスタで検出された電流値等の電気量に基づいて、サーミスタの抵抗値の変動要因である作動液に浸る液位を推定し、推定した液位により、ピストンに加わった荷重、すなわち車輪に加わった荷重を検出することが可能となる。したがって、構造が簡単で、取り付け工程において煩雑な調整作業を行う必要がない安価な荷重検出装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態に係る荷重検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る荷重検出装置の緩衝部材の構成を示す斜視図である。
【図３】ピストンの位置と作動油の状態との関係を示す部分断面図である。
【図４】ピストンの位置と作動油の状態との関係を示す部分断面図である。
【図５】サーミスタの配設状態を模式的に示す図である。
【図６】本実施の形態に係る荷重検出装置の荷重演算装置のＭＰＵの処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４０】
１  車輪
２  緩衝部材
４  電流検出回路
５  荷重演算装置
６  車載ＬＡＮ
２１  カバー
２２  外筒
２３  内筒
２４  空気室
２５  作動液
２６、２９  オリフィス
２８  ピストン
３０  サーミスタ
５１  ＭＰＵ
５２  ＲＯＭ
５３  ＲＡＭ
５４  通信インタフェース
５５  内部バス
【図１】
2006300841.tif 000006
【図２】
2006300841.tif 000007
【図３】
2006300841.tif 000008
【図４】
2006300841.tif 000009
【図５】
2006300841.tif 000010
【図６】
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