(57)【要約】【課題】車体の重量検出の精度を向上させ、しかも比較的簡単な構成で済ませる。【解決手段】車両１１は、車輪１２上に車体１３をばねを有するサスペンション１４により弾性支持している。エコドライブシステムの制御ユニット（ＣＰＵ）は、エアバッグシステムの加速度センサ２１の検出信号を、車両１１の減速、停止直後の一定時間（前後方向の振動が減衰して収まるまでの間）にわたって取込んでその間の信号波形を記憶し、高速フーリエ変換によって、振動周波数と振動強度（振幅）との関係を求め、共振周波数を算出する。そして、求められた共振周波数を、予め記憶されている荷物の積載がない状態での基準共振周波数と比較することにより、車体１３の重量を判定する。【選択図】図１
2011149761.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ばねを有するサスペンションを介して車輪と車体とを連結してなる車両における、前記車体の重量を検出する車両の重量検出装置であって、
前記車体の前後方向の振動を検出する前後振動検出手段と、
前記前後振動検出手段の検出に基づいて、前記車体の共振周波数を検出する共振周波数検出手段と、
前記共振周波数検出手段の検出した共振周波数から前記車体の重量を判定する重量判定手段とを備えることを特徴とする車両の重量検出装置。
【請求項２】
前記重量判定手段は、前記車両が減速し停止した直後における前記前後振動検出手段が検出した振動に基づいて、前記車体の重量を判定することを特徴とする請求項１記載の車両の重量検出装置。
【請求項３】
前記重量判定手段は、基準となる車体重量における共振周波数を予め記憶し、その基準共振周波数と、前記共振周波数検出手段により検出された共振周波数との変化量に基づいて、前記車体の重量を判定することを特徴とする請求項１又は２記載の車両の重量検出装置。
【請求項４】
前記前後振動検出手段は、前記車体に搭載された衝突検知用などの加速度センサの検知信号を利用して振動を検出することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の車両の重量検出装置。
【請求項５】
前記車体は荷台を備えており、前記前後振動検出手段は、前記荷台の前後方向振動を検出するセンサを備えて構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の車両の重量検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、乗用車やトラック等の、ばねを有するサスペンションを介して車輪と車体とを連結してなる車両における、車体の重量を検出する車両の重量検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、乗用車やトラック等の車両（自動車）にあって、燃費の向上（経済走行）を図ると共に、ＣＯ２や窒素酸化物、硫黄酸化物などの排出ガスの低減を図るために、エコドライブシステム等と称される車両評価システムを搭載することが行われてきている。この評価システムは、各種の車載センサによって車両の状態を検出しながら、経済走行の観点からアシスト情報を出力したり、燃費（燃料消費量）を表示したりするようになっている。この場合、車両においては、乗員の人数や、積載される荷物の変動によって車体の重量が変化し、その重量変化に応じて燃費等も変動するため、車体の重量も、車載センサによって検出すべきひとつの要素となる。
【０００３】
特許文献１には、サスペンションコントロール装置においてサスペンション特性を自動で切替える制御を行うために、車体の上下振動（ばね上共振周波数）を検出することに基づいて積載重量を検出するようにした車両の重量検出装置が開示されている。この重量検出装置について、図６を参照して述べる。
【０００４】
車両においては、前後左右４個の車輪１と車体２とがサスペンション３を介して連結され、サスペンション３には、車輪１毎に主として上下振動を緩和するための例えばコイルばねが設けられている。サスペンション３付近には、車体２の上下方向の振動（加速度）を検出する加速度センサ４が設けられる。そして、サスペンションコントロール装置は、加速度センサ４の検出加速度Ｇから、ばね上共振周波数領域の加速度の変動量ΔＧを求め、さらに低周波域変動量ΔＧＬを求め、判定値との比較によって、車両積載量（満載状態か否か）を判断するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−２８６３２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記したような車体２の上下方向の振動の検出に基づいて車体２の重量を検出するものでは、次のような問題点があった。即ち、車両においては、走行に伴い路面の凹凸等に起因して各サスペンション３（ばね）毎に様々な力を受け、ばらばらに上下振動する。これと共に、エンジンの搭載位置や荷物の積載位置などに起因する重量の偏りによって、各ばねにかかる荷重分布にばらつきが生じている。そのため、加速度センサ４を車両のうちどの位置に取付けるかによって、重量の検出結果が変動してしまい、重量検出の精度を十分に高めることができない問題がある。しかも、車体は、路面の凹凸の影響を受けて不規則に上下振動しているため、その影響を分離する処理が必要となる。
【０００７】
この場合、車両の複数個所に加速度センサ４を取付け、それらの出力を平均化することにより重量検出の精度を向上させることも考えられるが、加速度センサ４の数が増えるため構成が複雑化しコストアップにつながる欠点が生ずる。尚、上下振動を検出するセンサ（加速度センサ４）は、別の用途に利用（兼用）できず、重量検出専用のセンサとして設置する必要があるため、その観点からもコストが高くなる事情がある。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、車体の重量検出の精度を向上させることができ、しかも比較的簡単な構成で済ませることができる車両の重量検出装置を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一般に、車両において車体を弾性支持するサスペンションのばねは、上下方向に振動するように作られているが、このばねは前後方向にも多少のばね成分をもっている。従って、車体に前後方向の加速度が加わることにより、ばね及び車体が前後方向に振動する。この前後方向の加速度は、車両の発進、加速、減速、停止など車両の運動に伴い、必然的に発生する。そして、車体の重量の相違（変動）に伴い、共振周波数も変動するので、前後方向振動における共振周波数の検出により、車体の重量を判定することが可能となる。本発明者等は、そのような車体の前後方向振動に着目し、本発明を成し遂げたのである。
【００１０】
即ち、本発明の車両の重量検出装置は、ばねを有するサスペンションを介して車輪と車体とを連結してなる車両における、車体の重量を検出するものであって、前記車体の前後方向の振動を検出する前後振動検出手段と、前記前後振動検出手段の検出に基づいて、前記車体の共振周波数を検出する共振周波数検出手段と、前記共振周波数検出手段の検出した共振周波数から前記車体の重量を判定する重量判定手段とを備えるところに特徴を有する（請求項１の発明）。
【００１１】
これによれば、前後振動検出手段により車体の前後方向の振動が検出され、検出された前後振動から共振周波数検出手段により車体の共振周波数が検出され、その共振周波数に基づいて重量判定手段により車体の重量が判定される。このとき、前後方向振動の検出においては、上下方向の振動検出と異なり、路面の凹凸に起因する不規則且つ偶発的な振動を伴うことはない。また、前後方向には車体全体が一体となって動くため、各ばねにかかる荷重分布にばらつきが生じていても、その影響を受けることなく、振動の検出ひいては重量を判定することができる。
【００１２】
この結果、車体の重量を検出するものにあって、検出精度を十分に向上させることができる。しかも、前後振動検出手段を車体のどの位置に設けても、検出結果がほとんど変ることはなく、また複数個所にセンサを設ける必要もないので、任意の箇所に前後振動検出手段を設けることができ、構成の簡単化を図ることができる。
【００１３】
本発明においては、前記重量判定手段を、車両が減速し停止した直後において前後振動検出手段が検出した振動に基づいて、車体の重量を判定するように構成することができる（請求項２の発明）。
【００１４】
ここで、車両の加速時あるいは減速時においては、前後振動検出手段が検出する前後方向の振動に、その加減速の影響が付加されることになる。これに対し、車両が減速し停止した直後においては、そのような加減速の影響を受けることなく、且つ、確実に前後方向の振動が発生している。従って、そのタイミングで前後振動検出手段による振動検出を行うことにより、確実且つ正確に共振周波数を検出することができ、ひいては、重量判定手段による重量判定の精度を、より高めることができる。
【００１５】
また、本発明においては、前記重量判定手段を、基準となる車体重量における共振周波数を予め記憶しておき、その基準共振周波数と、前記共振周波数検出手段により検出された共振周波数との変化量に基づいて、車体の重量を判定するように構成することもできる（請求項３の発明）。これにより、車体重量の基準状態からの変化を、十分な確かさで判定することができる。この場合、基準共振周波数を適宜のタイミングで更新していくことにより、経時に伴うばね特性の変動等に対応して、常に適切な重量判定を行うことが可能となる。
【００１６】
前記前後振動検出手段のより具体的な構成として、前記車体に搭載された衝突検知用の加速度センサの検知信号を利用して振動を検出するように構成することができる（請求項４の発明）。これにより、衝突検知（エアバッグ制御）用の加速度センサの検知信号を、前後振動検出ひいては重量検出に兼用させることができ、一層の構成の簡単化、コストダウンを図ることができる。
【００１７】
車体に荷台を備える車両にあっては、前記前後振動検出手段を、前記荷台の前後方向振動を検出するセンサを設けて構成することができる（請求項５の発明）。これにより、例えばトラックやバンタイプ等の、荷台に品物等を積載して搬送する車両における、積載物の重量の検出をより精度良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施例を示すもので、車両の構成を模式的に示す図
【図２】車両の情報システムの構成を概略的に示すブロック図
【図３】車体の重量検出の処理手順を示すフローチャート
【図４】前後方向振動の周波数と振動強度との関係を示す図（ａ）、及び、積載物がある場合の基準値からの変化の様子を示す図（ｂ）
【図５】本発明の他の実施例を示す図１相当図
【図６】従来例を示す図１相当図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を、エコドライブシステムを備えるトラック或いはバンタイプの車両に適用した一実施例について、図１ないし図４を参照しながら説明する。図１は、車両（トラック）１１の概略構成を示しており、図２は、車両１１に組込まれる情報システムの構成を示している。図１に示すように、車両１１は、４個（２個のみ図示）の車輪１２と、車体１３とを、夫々コイルばね等のばねを有するサスペンション１４により連結（弾性支持）して構成されている。詳しく図示はしないが、前記車体１３には、前部に運転席が設けられ、その後部に荷台が設けられている。
【００２０】
ここで、詳しく図示はしないが、運転席の前部には、インストルメントパネル（「インパネ」と略称する）が設けられ、このインパネには、メータ部やステアリングホイールが設けられている。また、前記インパネの中央部(センタコンソール部分)には、中央表示ユニット１５（図２参照）が設けられている。この中央表示ユニット１５は、液晶ディスプレイ等の表示部を有すると共に、その表示部の表示を制御する表示制御部、タッチパネルやメカキー等からなる操作部、更には、音声出力部等を有して構成されている。この中央表示ユニット１５の表示部には、ナビゲーション画面や、各種の情報（後述する評価情報等）が表示されるようになっている。
【００２１】
さらに、図２にのみ示すように、運転席の前部（インパネの内側）には、周知のカーナビゲーションシステム１６、エアバッグシステム１７、エコドライブシステムＥＣＵ１８（以下「制御ユニット１８」と称する）、エンジンＥＣＵ１９等が組込まれている。前記中央表示ユニット１５、カーナビゲーションシステム１６、エアバッグシステム１７、制御ユニット１８、エンジンＥＣＵ１９は、その他のシステムと共に、例えばＣＡＮからなる車内ネットワーク２０に接続されている。
【００２２】
前記エアバッグシステム１７は、周知の通り、車体１３に作用する前後方向の加速度を検出する加速度センサ２１を備えると共に、その加速度センサ２１により衝突が検知されたときに、エアバッグを膨張させる着火装置（いずれも図示せず）等を備えて構成されている。尚、前記加速度センサ２１としては、例えば容量式の半導体加速度センサが採用される。また、前記エンジンＥＣＵ１９には、車内の各種センサからの信号が入力され、リアルタイムで演算処理されてデータ化されるようになっている。この場合、前記各種センサとして、例えば、エンジン回転数センサ、アクセル開度センサ、車速センサ、シフトポジションセンサ等からの信号が入力されるようになっている。
【００２３】
さて、前記制御ユニット１８は、エコドライブシステムを構成するためのものであり、ＣＰＵ（コンピュータ）２２や、メモリカード２３などを備え、通信回路２４を介して前記車内ネットワーク２０に接続されている。また、前記メモリカード２３は、制御ユニット１８に着脱可能に設けられており、車両１１の走行状態の履歴を記憶する記憶手段として機能するようになっている。
【００２４】
前記ＣＰＵ２２は、そのソフトウエア構成により、車両１１の現在の走行状態を示す各種情報を取得し、その走行状態を経済走行（燃費が良く、排出ガスの少ない走行）の観点から評価すると共に、その評価に基づいて理想的な経済走行状態に近づくためのアシスト情報を、必要時に前記中央表示ユニット１５の表示部に表示させるようになっている。詳しい説明は省略するが、上記評価としては、どれくらいの燃費で走行しているか、経済走行ができているか、経済走行ができていない場合には、エンジン回転数、車速、シフトポジションに関して、どのようにすれば経済走行になるか（アシスト情報）等がある。評価情報（アシスト情報）の表示方法としては、様々な形態が可能である。
【００２５】
このとき、ＣＰＵ２２には、車両１１の現在の走行状態のデータを取得するべく、前記車内ネットワーク２０を介して、エンジン回転数情報、アクセル開度情報、車速情報、シフトポジション情報、走行距離情報、時刻情報、イグニッションのオン・オフ情報が入力される。また、これと共に、ＣＰＵ２２には、前記エアバッグシステム１７の加速度センサ２１の検出信号が入力される。さらに、ＣＰＵ２２は、車内ネットワーク２０を介して前記カーナビゲーションシステム１６から走行中の道路の道路情報等を取得する。
【００２６】
ここで、前記制御ユニット１８（ＣＰＵ２２）は、上述のように、車両１１の現在の走行状態のデータを、経済走行の観点から評価するのであるが、この際、車両１１における乗員の数や荷台に積載されている荷物の重量の相違、つまり車体１３の重量の変動によって、理想的な経済走行状態が相違してくる。つまり、車両１１の走行状態を評価する際には、車体１３の重量が、検出すべき一つの要素となる。
【００２７】
そこで、詳しくは後の作用説明でも述べるように、本実施例では、前記制御ユニット１８は、前記ＣＰＵ２２のソフトウエア構成（重量判定プログラムの実行）により、車体１３の重量を判定（検出）する重量検出装置としての機能を実現するようになっている。この重量判定は、前記加速度センサ２１により、時間経過に伴う加速度の変化、つまり車体１３の前後方向の振動（時間経過に伴う変位）を検出することに基づき、次のような原理により行われる。
【００２８】
即ち、一般に、車両１１において車体１３を弾性支持するサスペンション１４のばねは、上下方向に振動するように作られているが、これらばねは前後方向にも多少のばね成分をもっている。従って、車体１３に前後方向の加速度が加わることにより、ばね及び車体１３が前後方向に振動する。この前後方向の加速度は、車両１１の発進、加速、減速、停止など車両の運動に伴い、必然的に発生する。
【００２９】
そして、車体１３の前後方向振動にあっては、図４（ａ）に示すように、周波数に対し振動強度（振幅）に所定の分布が発生し、共振周波数ｆにおいて振動強度のピークが現れる。この共振周波数ｆは、車体１３全体の重量と、サスペンション（ばね）１４の前後方向に関するばね定数とから、固有の数値を呈する。つまり、共振周波数ｆは、車体１３の重量の相違（変動）に伴い変動するので、前後方向振動における共振周波数ｆを検出することにより、車体１３の重量を判定することが可能となるのである。
【００３０】
具体的には、制御ユニット１８（ＣＰＵ２２）は、まず、前記エアバッグシステム１７の加速度センサ２１の検出信号を一定時間（振動が減衰して収まるまでの間）にわたって取込んでその間の信号波形を記憶し、次に、高速フーリエ変換によって、振動周波数と振動強度（振幅）との関係を求め、共振周波数ｆを算出する。そして、求められた共振周波数ｆを、予め記憶されている基準共振周波数ｆ0 （図４（ｂ）参照）と比較することにより、車体１３の重量を判定する。
【００３１】
従って、本実施例では、制御ユニット１８（ＣＰＵ２２）及び加速度センサ２１等から前後振動検出手段が構成されると共に、制御ユニット１８（ＣＰＵ２２）が共振周波数検出手段及び重量判定手段として機能するようになっている。また、本実施例では、上記振動検出（加速度センサ２１の検出信号の取込み）を、車両１１が減速し停止した直後における一定時間（例えば１０秒間）にわたって行うようになっている。更に、本実施例では、基準共振周波数ｆ0 として、車体１３の荷台に積載物が積載されていない状態（また乗員が運転手一人だけの状態）での共振周波数を予め求めて記憶しておき（図４（ｂ）参照）、車両１１の運行時に求められた共振周波数ｆの、その基準共振周波数ｆ0 からの変動に基づいて、車体１３の重量を複数段階で判定するようになっている。
【００３２】
次に、上記構成の作用について、図３、図４も参照して述べる。図３のフローチャートは、上記制御ユニット１８のＣＰＵ２２が実行する、車体１３の重量判定（重量検出）の処理手順を示している。ここで、車両１１のイグニッションスイッチがオンされると、ステップＳ１にて、車体１３の前後方向の振動検出が開始される。ステップＳ２では、車両１１が減速して停止したかどうかが判断される。この車両１１の停止の判断は、例えば車速センサからの速度情報に基づいて行うことができる。
【００３３】
車両１１の停止が検出されると（ステップＳ２にてＹｅｓ）、ステップＳ３にて、加速度センサ２１の検出信号が１０秒間にわたって取込まれ、その信号波形が記憶される。これにて、車両１１の停止直後の車体１３の前後方向の振動が検出される。このとき、車両１１が減速し停止した直後の振動を検出することにより、車両１１自体の運動（加減速）の影響を受けることなく振動検出を行うことができる。次のステップＳ４では、記憶されている信号波形に基づいて、フーリエ変換等の演算処理が行われ、ステップＳ５にて、共振周波数ｆが求められる。
【００３４】
そして、ステップＳ６にて、共振周波数ｆから車体１３の重量が判定される。ここで、共振周波数ｆから車体１３の重量を求める方法としては、例えばばねの運動方程式を用いることができる。車体１３の重量をｍ、ばね定数をｋとすると、
【数１】
2011149761.tif 000003
で求めることができる。
【００３５】
車体１３の重量ｍの絶対値を知るには、予め既知の重量を使って、ばね定数ｋを求めておく必要がある。しかし、ばね定数ｋが厳密に判らなくても、共振周波数ｆの相対的な変化から、重量ｍの相対的な変化を求めることは可能である。つまり、図４（ｂ）に示すように、車体１３に荷物を積載していない状態での基準共振周波数ｆ0 は、比較的大きな値となり、車体１３の重量（積載物の重量）が重くなればなるほど、共振周波数ｆの値は次第に小さくなる。従って、検出した共振周波数ｆの、基準共振周波数ｆ0 からの変動に基づいて、荷物がどれくらい積載されたかの度合を容易に判定することができる。
【００３６】
制御ユニット１８（ＣＰＵ２２）は、上記のようにして求められた車体１３の重量ｍを加味して、走行状態を評価したり、経済走行のためのアシスト情報を生成し表示したりする。尚、上記した重量検出の処理は、車両１１が停止する度に毎回行うようにしても良いが、例えば前回の重量検出が行われた後、例えば３０分或いは１時間といった一定時間以上が経過したら、次の車両１１の停止時に再度重量検出の処理を行うといったように、間欠的に行うようにしても良い。ユーザ（運転者）の指示操作があったときに重量検出を行うように構成しても良い。
【００３７】
このように本実施例によれば、加速度センサ２１の検知信号により車体１３の前後方向の振動を検出し、車体１３の共振周波数ｆを検出することに基づいて車体１３の重量を判定するようにした。この前後方向の振動検出においては、従来のような上下方向の振動検出と異なり、路面の凹凸に起因する不規則且つ偶発的な振動を伴うことはなく、また、前後方向には車体１３全体が一体となって動くため、各サスペンション１４のばねにかかる荷重分布にばらつきが生じていても、その影響を受けることない。
【００３８】
この結果、本実施例によれば、車体１３の重量を検出するものにあって、従来のものに比べて、重量検出の精度を十分に向上させることができる。しかも、前後振動検出のためのセンサ（加速度センサ２１）を車体１３のどの位置に設けても、検出結果がほとんど変ることはなく、また複数個所にセンサを設ける必要もないので、任意の箇所に前後振動検出手段（加速度センサ２１）を設けることができ、構成の簡単化を図ることができる。特に本実施例では、エアバッグシステム１７に元々設けられている衝突検知用の加速度センサ２１を、前後振動検出ひいては重量検出に兼用させるようにしたので、より一層の構成の簡単化、コストダウンを図ることができる。
【００３９】
また、本実施例では、確実に前後方向の振動が発生しているタイミングである車両１１が減速し停止した直後における前後方向の振動検出に基づいて、車体１３の重量を判定するようにしたので、車両１１自体の加減速の影響を受けることなく、確実且つ正確に共振周波数ｆを検出することができ、ひいては、重量判定の精度をより一層高めることができる。
【００４０】
更に、特に本実施例では、予め記憶された荷物の積載がない状態での基準共振周波数ｆ0 と、検出された共振周波数ｆとの変化量に基づいて、車体１３の重量を判定するように構成したので、車体１３の重量の基準状態からの変化を、十分な確かさで判定することができる。上記実施例では述べなかったが、例えば運転者のスイッチ操作等によって、上記基準共振周波数ｆ0 を適宜のタイミングで更新していくように構成しても良く、これにより、サスペンション１４における経時に伴うばね特性の変動等に対応して、常に適切な重量判定を行うことが可能となる。
【００４１】
図５は、本発明の他の実施例を示すものであり、この実施例が、上記一実施例と異なるところは次の点にある。即ち、トラック等の車両３１に設けられる車体３２は、独立した荷台３３を有して（弾性支持して）構成されており、前後振動検出手段としての専用の加速度センサ（振動センサ）３４が、当該荷台３３の前後方向の振動を検出するように設けられている。
【００４２】
この構成によれば、やはり、加速度センサ３４の検出した前後方向振動に基づいて、車体３２のうちの荷台３３の共振周波数を検出することができ、その共振周波数から荷台３３の重量を判定することができる。従って、この実施例によっても、車体３２のうち荷台３３部分の重量を高い精度で判定することができ、しかも比較的簡単な構成で済ませることができるという優れた効果を得ることができる。
【００４３】
尚、上記実施例では、車両に搭載されたエコドライブシステムの制御ユニットにより、重量検出（判定）を行うように構成したが、別の車載コンピュータ例えばカーナビゲーションシステムのコンピュータによって重量検出の処理を行うようにしても良い。そして、検出された重量データは、エコドライブシステムに利用する以外にも、例えばアクティブサスペンションの制御や、ブレーキ制御等の各種の走行制御にも利用することができる。さらには、上記実施例では、荷台に荷物の積載がない状態での基準共振周波数ｆ0 を採用したが、それ以外にも、標準的な重量（既知）の荷物が積載された状態での基準共振周波数ｆ0 を用いて、重量判定を行うようにしても良い。
【００４４】
また、上記一実施例では、エアバッグシステム用の加速度センサを、前後振動検出手段に共用するように構成したが、専用の加速度センサ（振動センサ）を設けるようにしても良く、振動センサの種類としても、容量型の半導体センサに限らず、圧電型の加速度（振動）センサを採用するようにしても良い。その他、本発明は、トラックやバンタイプ以外の乗用車等の車両にも適用することができる等、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。
【符号の説明】
【００４５】
図面中、１１，３１は車両、１２は車輪、１３，３２は車体、１４はサスペンション、２１は加速度センサ（前後振動検出手段）、２２はＣＰＵ（共振周波数検出手段、重量判定手段）、３３は荷台を示す。
【図１】
2011149761.tif 000004
【図２】
2011149761.tif 000005
【図３】
2011149761.tif 000006
【図４】
2011149761.tif 000007
【図５】
2011149761.tif 000008
【図６】
2011149761.tif 000009