(57)【要約】【課題】ディーゼルエンジン搭載車両において車両の質量を正確かつ簡単に求められるようにする。【解決手段】  所定のエンジン回転速度におけるエンジン１のエンジンブレーキトルクをエンジンブレーキトルクの代表値として設定し、クラッチ６を締結した状態でアクセルペダル８を離したときの車両の減速度とエンジンブレーキトルクの代表値とから車両の質量を演算する。【選択図】      図４
2006177719.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジンと、前記エンジンのトルクが伝達される駆動輪と、前記エンジンと前記駆動輪の間に介装されるクラッチとを備えた車両に用いられ、前記車両の質量を検出する車両質量検出装置において、
前記車両の減速度を検出する減速度検出手段と、
所定のエンジン回転速度における前記エンジンのエンジンブレーキトルクをエンジンブレーキトルクの代表値として設定し、前記クラッチを締結した状態でアクセルペダルを離したときの前記車両の減速度と前記エンジンブレーキトルクの代表値とから前記車両の質量を演算する質量演算手段と、
を備えたことを特徴とする車両質量検出装置。
【請求項２】
前記質量演算手段は、前記クラッチの締結状態を切り換える前後での前記車両の減速度の変化と前記エンジンブレーキトルクの代表値とから前記車両の質量を演算することを特徴とする請求項１に記載の車両質量検出装置。
【請求項３】
エンジン回転速度を複数の領域に分け、領域ごとに前記エンジンブレーキトルクの代表値を設定したことを特徴とする請求項１または２に記載の車両質量検出装置。
【請求項４】
ディーゼルエンジンと、前記エンジンのトルクが伝達される駆動輪と、前記エンジンと前記駆動輪の間に介装されるクラッチとを備えた車両の質量を検出する方法において、
所定のエンジン回転速度における前記エンジンのエンジンブレーキトルクをエンジンブレーキトルクの代表値として設定し、
前記クラッチを締結した状態でアクセルペダルを離したときの前記車両の減速度を検出し、
前記検出された減速度と前記エンジンブレーキトルクの代表値とから前記車両の質量を演算する、
ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の質量を検出する技術、特に、ディーゼルエンジンを搭載した車両の質量を検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両制御装置や車両運転状態評価システム等においては、車両の運転状態を判断するにあたって車両の質量が必要になることがある。例えば、加速時に車両に作用する加速抵抗を求めるには、センサで検出した車両加速度に車両の質量を掛ける必要があり、転がり抵抗を求めるには、転がり抵抗係数に車両質量を掛ける必要がある。
【０００３】
このような装置やシステムを、積荷の状態によって車両の質量が変化する商用車に適用する場合、車両の質量を予め与えることが困難なことから、演算によって車両の質量を求める必要が生じる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来は、演算によって車両の質量を求める場合、エンジン回転速度とアクセル操作量に対するエンジントルクの関係を規定したマップを参照してエンジントルクを求め、これと車両加速時の加速度とから車両の質量を求めていた。しかしながら、マップを参照して得られるエンジントルクは、出力特性のバラツキや経時変化（劣化）により誤差を含んでいるため、車両の質量を正確に求めることが難しいという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の技術的課題を鑑みてなされたもので、ディーゼルエンジン搭載車両において車両の質量を正確かつ簡単に求めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
所定のエンジン回転速度におけるエンジンのエンジンブレーキトルクをエンジンブレーキトルクの代表値として設定し、クラッチを締結した状態でアクセルペダルを離したときの車両の減速度とこのエンジンブレーキトルクの代表値とから車両の質量を演算する。
【発明の効果】
【０００７】
エンジンブレーキトルクは、加速時のエンジントルクと比べて、出力特性のバラツキや経時変化が少ないので、車両加速時の加速度とエンジントルクに基づき車両の質量を演算する従来のものに比べ、高い精度で車両の質量を演算することができる。
【０００８】
また、所定のエンジン回転速度におけるエンジンブレーキトルクをエンジンブレーキトルクの代表値として用いるようにしたことで、エンジンブレーキトルクをいちいち求める必要がなくなり、演算を簡略化することができる。ディーゼルエンジンにおいてはエンジンブレーキトルクがエンジン回転速度によってあまり変化せず、かつ、使用される回転速度範囲も狭いので、このようにエンジンブレーキトルクを一定とみなして演算を行っても、演算精度が低下することはない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００１０】
図１は、本発明に係る車両質量検出装置が取り付けられた車両の概略構成を示したものである。エンジン１はディーゼルエンジンであり、図４に示すように、走行時に使用される回転速度領域においてはエンジン回転速度が変化してもエンジンブレーキトルクがあまり変化しないという特性を有している。
【００１１】
エンジン１のトルクは、変速機２、プロペラシャフト３、終減速装置４を介して駆動輪である後輪５へと伝達される。変速機２は内部にクラッチ６を備えており、クラッチ６は、運転者がクラッチペダル７を操作することによって動力を伝達する締結状態、動力を遮断する解放状態を切り換えることができる。
【００１２】
車両には、エンジン１の回転速度を検出する回転速度センサ１１、アクセルペダル８の操作量を検出するアクセル操作量センサ１２、クラッチ６が締結状態あるいは解放されているかを検出するクラッチセンサ１３、変速機２のギヤポジションを検出するギヤポジションセンサ１４、駆動輪５の回転速度から車速を検出する車速センサ１５が取り付けられている。
【００１３】
車両質量検出装置２０は車両の所定の位置に取り付けられ、センサ１１ないし１５の検出信号が入力される。なお、ここでは、センサ１１ないし１５の検出信号が直接検出装置２０に入力されるが、これらの検出信号は、他の制御ユニット、例えば、エンジンコントロールユニット、変速制御ユニットを介して得るようにしても構わない。また、車両質量検出装置２０は独立した装置ではなく他の装置の一部として構成されていてもよい。
【００１４】
また、検出装置２０には車両の減速度（負の加速度）を検出する減速度センサ２１が取り付けられており、検出装置２０にはこの減速度センサ２１の検出信号も入力される。減速度センサ２１は検出装置２０と異なる位置に取り付けても構わない。
【００１５】
図２は、一定車速で走行中に車両に作用する力を示したものである。車両には、空気抵抗Ｒｌ、転がり抵抗Ｒｒが作用し、クラッチ６を締結した状態でアクセルペダルを離したときは、エンジン１への燃料供給を停止する燃料カットが実行されて、エンジンブレーキトルクによるエンジンブレーキ力Ｒｃが加わる。
【００１６】
車両の質量を求めるにあたり、検出装置２０は、車両減速時にクラッチ６の締結状態が切り換えられた前後での減速度の差を求め、この差とエンジンブレーキ力Ｒｃ（エンジンブレーキトルク）とから車両の質量を演算する。
【００１７】
図３は一定車速ｖで走行中、時刻ｔでアクセルペダルを離して車両が減速する様子を示したもので、破線はクラッチ６を解放した状態で減速した場合、実線はクラッチ６を締結した状態で減速した場合をそれぞれ示している。クラッチ６を締結した状態で減速する場合は、上記の通り、空気抵抗Ｒｌ、転がり抵抗Ｒｒに加え、車両にエンジンブレーキ力Ｒｃが加わるので、クラッチ６を解放した状態で減速する場合に比べて車両の減速度は大きくなる。
【００１８】
クラッチ６を解放した状態での減速度とクラッチ６を締結した状態での減速度の差はエンジンブレーキ力Ｒｃによるものである。したがって、クラッチ６を解放した状態での減速度あるいは減速度とクラッチ６を締結した状態での減速度から車両の質量を求めるには、通常、車両に作用する力として空気抵抗Ｒｌ、転がり抵抗Ｒｒを考慮する必要があるが、この減速度の差を用いれば空気抵抗Ｒｌ、転がり抵抗Ｒｒの影響を排除して簡単に車両質量を求めることができる。
【００１９】
車両質量の求め方についてさらに説明する。車両の質量をＷ［ｋｇ］、重力加速度をｇ［ｍ／ｓ2］、転がり摩擦係数をμｒ、空気密度をρ、車両の空気抵抗係数をＣｄ、車両の前面投影面積Ａ［ｍ2］、車速をｖ［ｍ／ｓ］とすれば、空気抵抗Ｒｌ［Ｎ］、転がり抵抗Ｒｒ［Ｎ］は、次式で表すことができる。
【００２０】
Ｒｌ＝１／２・ρ・Ｃｄ・Ａ・ｖ2
Ｒｒ＝Ｗｇ・μｒ
簡略化のため、１／２・ρ・Ｃｄ・ＡをＤで置き換えると、
Ｒｌ＝Ｄ・ｖ2
となる。
【００２１】
運転者がアクセルペダル８を離してエンジン１の燃料カットが実行され、かつ、クラッチ６を締結した状態で減速しているときの減速度をα１とすると、車両の回転部分の相当質量をＷｒ、エンジン１のエンジンブレーキトルクＴｆ、車両の総減速比ｉ、伝動効率をηｔ、後輪５の有効半径をＲｄとすると、エンジンブレーキ力Ｒｃ［Ｎ］を、
Ｒｃ＝Ｔｆ・（ｉ／ηｔ）・Ｒｄ
で表すことができ、車両について運動方程式を立てれば、次式、
（Ｗ＋Ｗｒ）・α１＝Ｗｇ・μｒ＋Ｄ・ｖ２＋Ｔｆ・（ｉ／ηｔ）・Ｒｄ
・・・（１）
が得られる。
【００２２】
また、その後にクラッチ６を解放したときの減速度をα２として車両の運動方程式を立てると、エンジンブレーキ力Ｒｃが作用しないことから、次式、
（Ｗ＋Ｗｒ）・α２＝Ｗｇ・μｒ＋Ｄ・ｖ2                      ・・・（２）
が得られる。
【００２３】
クラッチ６の締結状態の切換えの前後では、車速は殆ど変化しないので、ここでは切換え前後で車速は等しくｖとしている。つまり、本明細書でいうクラッチ６の締結状態の切換え前後とは、切換えの瞬間を挟んで車速の変化が無視できる程度の短い時間を指している。
【００２４】
式（１）から式（２）を引いて、整理すれば、次式、
Ｗ＋Ｗｒ＝｛１／（α１−α２）｝・Ｔｆ・（ｉ／ηｔ）・Ｒｄ   ・・・（３）
が得られる。ｉは変速機２のギヤポジション毎に予め用意されている値を用いるが、エンジン回転速度Ｎｅ［ｒ/ｓ］と車速ｖ［ｍ／ｓ］とから、次式、
ｉ＝Ｎｅ／（ｖ／２π・Ｒｄ）
により求めるようにしてもよい。
【００２５】
式（３）によれば、クラッチ６を解放する前後の減速度α１、α２と、クラッチ６を解放する前のエンジンブレーキトルクＴｆさえわかれば、車両質量Ｗと、回転部分の相当質量Ｗｒの和Ｗ＋Ｗｒを求めることができ、これから変速機２のギヤポジションに対応する回転部分の相当質量Ｗｒを引けば、車両質量Ｗを求めることができる。回転部分の相当質量Ｗｒは変速機２のギヤポジションに対応して変化する値であり、予め演算や実験によって求めて検出装置２０内のメモリに記憶しておく。
【００２６】
ここで、本発明に係る検出装置２０では、図４に示すように、ディーゼルエンジンのエンジンブレーキトルクがエンジン回転速度に応じた変化が小さく、走行時に使用される回転速度領域では略一定値をとることに着目し、所定回転速度Ｎｄで回転しているときのエンジンブレーキトルクを、エンジンブレーキトルクの代表値Ｔｄとして設定する。所定回転速度Ｎｄは、クラッチ６を切らないで車両が走行することができる回転速度、例えば、アイドリング回転速度＋２００〜３００ｒｐｍから、エンジン１の摩擦トルクが大きくなる手前の最高回転速度−２００ｒｐｍの間の値に設定される。そして、このエンジンブレーキトルクの代表値Ｔｄをエンジン回転速度に関係なくエンジン１のエンジントルクを表すものとして、上記車両質量の演算に用いる。つまり、エンジン回転速度に関係なくエンジンブレーキトルクＴｆは一定であるとみなして上記車両質量の演算を行う。
【００２７】
ディーゼルエンジンにおいてエンジンブレーキトルクがエンジン回転速度に関係なく略一定値をとるのは以下の理由による。
【００２８】
エンジンブレーキトルクは、図５に示すように、主運動系の摩擦トルク、圧縮及び吸排気に必要なトルク、動弁系の駆動トルク、補機駆動損失の和として表すことができる。
【００２９】
各要因について説明すると、主運動系の摩擦トルクは、クランクシャフトと主軸受、コンロッド大端部とクランクピンとの回転摩擦、ピストン（リングを含む）とシリンダとの滑り摩擦によって生じるトルクである。図６に示すように、主運動系の摩擦トルクは、始動時のように回転速度が小さく直接金属同士が接触しているときは大きいが、油膜が形成されると急激に減少する。軸と軸受の間やピストンとシリンダ間に油膜が形成されると、抵抗は直線的（１次）に増加するものの、その勾配は小さい。したがって、主運動系の摩擦トルクは、エンジンブレーキトルクに占める割合は大きいものの、エンジン回転速度による変化は比較的小さい。
【００３０】
また、各サイクルに必要な駆動力はエンジン回転速度によらずほぼ一定であるので、圧縮及び吸排気に必要なトルクもエンジン回転速度による変化は小さい。なお、一般にスロットルのないディーゼルエンジンでは、吸気の絞り損失を無視できるので、吸排気による損失は小さいのであるが、気体を不可逆的に圧縮し、さらに圧縮されたときの熱が冷却系に捨てられるため、圧縮及び吸排気に必要なトルクは４つの要因のなかで最大となる。
【００３１】
また、動弁系の駆動トルクは、エンジン１の吸排気バルブを開閉するときに生じる損失であり、大部分はバルブスプリングを圧縮するときに発生する。しかし、これにより生じる摩擦損失は主運動系の摩擦トルク、圧縮及び吸排気に必要なトルクに比べて小さい。
【００３２】
また、補機駆動損失は、オイルポンプ、ウォータポンプ、発電機等の補機類を駆動するのに要するトルクであるが、主運動系の摩擦トルク、圧縮及び吸排気に必要なトルクと比べて小さく、かつ、エンジン回転速度に関係なく略一定である。
【００３３】
したがって、いずれの要因もエンジンの回転速度によって大きく変化しないか、エンジンブレーキトルクに占める割合が小さく影響が少ないため、これらを足し合わせたエンジンブレーキトルクは、エンジン回転速度が変わっても殆ど変化せず、さらに、使用される回転速度範囲が狭い場合は、エンジンブレーキトルクを事実上、一定とみなすことができる。
【００３４】
エンジンブレーキトルクＴｆとして代表値Ｔｄ（一定値）を用いれば、エンジンブレーキトルクＴｆをいちいち演算する必要がなくなるので、クラッチ６の締結状態の切換え前後の減速度α１、α２の差を求めるだけで、式（３）により車両質量と回転部分の相当質量の和Ｗ＋Ｗｒが求まり、これから既知の回転部分の相当質量Ｗｒを引けば、車両質量Ｗを求めることができる。
【００３５】
このように、本発明に係る車両質量検出装置においては、車両減速時の減速度とそのときのエンジンブレーキトルクとから車両質量を演算する。エンジンブレーキトルクは、加速時のエンジントルクと比べて、出力特性のバラツキや経時変化（劣化）が少ないので、正確に求めることができ、従来の車両加速時の加速度とエンジントルクに基づき車両の質量を演算するものに比べ、高い精度で車両質量を演算することができる。
【００３６】
また、エンジン回転速度におけるエンジンブレーキトルクをエンジンブレーキトルクの代表値として用いるようにしたことで、エンジンブレーキトルクをエンジンの運転状態を考慮していちいち求める必要がなくなり、演算を簡略化することができる。エンジンブレーキトルクを求めるためのマップやテーブルを用意する必要もないので設計が容易になり、かつ、マップやテーブルを記憶する必要がないので記憶容量の節約にもなる。
【００３７】
しかも、上記の通り、ディーゼルエンジンにおいてはエンジンブレーキトルクがエンジン回転速度が変化しても殆ど変化せず、かつ、使用される回転速度範囲も狭いので、エンジンブレーキトルクが一定であるとして演算を行っても誤差は小さく、車両質量の演算精度が低下することはない。
【００３８】
なお、上記実施形態では、エンジンブレーキトルクの代表値としてあるエンジン回転速度におけるエンジンブレーキトルクを設定したが、回転速度領域を複数に分け、領域ごとに代表値を設定し、エンジン回転速度に応じた代表値を用いるようにしても良い。
【００３９】
図７は回転速度領域を低回転速度側の領域Ａと高回転速度側の領域Ｂに分け、領域Ａ、Ｂそれぞれにエンジンブレーキトルクの代表値Ｔｄ１、Ｔｄ２を設定した例である。例えば、代表値Ｔｄ１はエンジン回転速度が最高回転速度の４０％のところのエンジンブレーキトルクの代表値、Ｔｄ２はエンジン回転速度が最高回転速度の８０％のところのエンジンブレーキトルクに設定される。エンジン回転速度が領域Ａにあるときの減速度から車両質量を演算する場合は、代表値Ｔｄ１を用い、領域Ｂにあるときの減速度から車両質量を演算する場合は、代表値Ｔｄ２を用いる。このように、エンジン１の回転速度領域を複数に分けてエンジンブレーキトルクの代表値を領域ごとに設定するようにすれば、車両質量の演算精度をさらに高めることができる。
【００４０】
また、上記実施形態の説明では、車両質量の演算にエンジンブレーキトルクを用いているが、エンジンブレーキトルク相当値であればよく、例えば、エンジンブレーキトルクに代えて摩擦平均有効圧を用いても構わない。
【００４１】
また、本発明は手動変速機とクラッチペダルを有するマニュアル車に限らず自動変速機を搭載したオートマチック車にも同様に適用することが可能であり、明細書及び特許請求の範囲における「クラッチを締結状態を切り換える」ことには、自動変速機の走行レンジを走行レンジ（Ｄレンジ、Ｌレンジ等）とＮレンジの間で切り換え、自動変速機内部のクラッチの締結状態を切り換えることも含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る車両質量検出装置が取り付けられた車両の概略構成図である。
【図２】クラッチ締結状態でアクセルペダルを離して減速しているときに車両に作用する力を示した図である。
【図３】アクセルペダルを離した後、車両が減速する様子を示した図であり、実線はクラッチを締結した状態で減速した場合、破線はクラッチを解放した状態で減速した場合を示す。
【図４】エンジン回転速度とエンジンブレーキトルクの関係を示した図である。
【図５】エンジンブレーキトルクの要因を示した図である。
【図６】エンジン回転速度と主運動系の摩擦トルクの関係を示した図である。
【図７】本発明の第２の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１    ディーゼルエンジン
２    変速機
５    後輪（駆動輪）
６    クラッチ
７    クラッチペダル
８    アクセルペダル
１１  エンジン回転速度センサ
１２  アクセル操作量センサ
１３  クラッチセンサ
１４  ギヤポジションセンサ
１５  車速センサ
２０  車両質量検出装置
２１  減速度センサ
【図１】
2006177719.tif 000003
【図２】
2006177719.tif 000004
【図３】
2006177719.tif 000005
【図４】
2006177719.tif 000006
【図５】
2006177719.tif 000007
【図６】
2006177719.tif 000008
【図７】
2006177719.tif 000009