(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バネ下と、当該バネ下上に設けられた左右のサスペンションと、当該サスペンションに支持されるバネ上と、を備える車両について、前記バネ上の重心の高さを推定する車両重心推定システムであって、
前記左右のサスペンションの支持力に基づいて、前記バネ上のロールモーメントを算出するロールモーメント算出部と、
前記車両の幅方向の加速度である横加速度を測定する横加速度測定部と、
前記横加速度に対する前記バネ上のロールモーメントの比例係数を算出し、当該比例係数を前記バネ上の質量で除した値を、前記車両のロール中心から前記バネ上の重心までの高さとして算出する重心高さ算出部と、を備えることを特徴とする車両重心推定システム。
【請求項２】
前記重心高さ算出部は、複数の時刻について、前記横加速度と前記バネ上のロールモーメントとを求めて、当該横加速度およびバネ上のロールモーメントに最小二乗法を適用して求めた近似値を、前記比例係数として用いることを特徴とする請求項１に記載の車両重心推定システム。
【請求項３】
前記重心高さ算出部で算出した前記車両のロール中心から前記バネ上の重心までの高さに、前記車両のロール中心の高さを加えることで、地上から前記バネ上の重心までの高さを算出する地上重心高さ算出部をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の車両重心推定システム。
【請求項４】
バネ下と、当該バネ下上に設けられた左右のサスペンションと、当該サスペンションに支持されるバネ上と、を備える車両について、前記バネ上の重心の高さを推定する車両重心推定方法であって、
前記左右のサスペンションの支持力を測定し、当該支持力に基づいて、前記バネ上のロールモーメントを算出する第１ステップと、
前記車両の幅方向の加速度である横加速度を測定する第２ステップと、
前記横加速度に対する前記バネ上のロールモーメントの比例係数を算出し、当該比例係数を前記バネ上の質量で除した値を、前記車両のロール中心から前記バネ上の重心までの高さとして算出する第３ステップと、を備えることを特徴とする車両重心推定方法。
【請求項５】
前記第３ステップでは、複数の時刻について、前記横加速度と前記バネ上のロールモーメントとを求めて、当該横加速度およびバネ上のロールモーメントに最小二乗法を適用して求めた近似値を、前記比例係数として用いることを特徴とする請求項４に記載の車両重心推定方法。
【請求項６】
前記第３ステップで算出した前記車両のロール中心から前記バネ上の重心までの高さに、前記車両のロール中心の高さを加えることで、地上から前記バネ上の重心までの高さを算出する第４ステップをさらに備えることを特徴とする請求項４または５に記載の車両重心推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、商用車などの車両の重心の位置を推定するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、車両の横転を防ぐため、車両の重心高さを推定することが重要となっている。特に商用車では、積荷の状態によって車両全体の重心の位置が大きく変化するため、積荷を積載した状態の重心高さを推定することが重要となる。
【０００３】
車両の重心高さを推定する技術に関して、例えば、以下のような提案がされている（特許文献１参照）。
すなわち、特許文献１では、ロールセンタ高さを調整可能なサスペンション装置を設けておき、積載条件が変化した場合には、前後輪のロールセンタ高さを調整することで、ロール挙動を一定とする。
具体的には、前後輪の目標とするロールセンタ高さを求めて、この目標とするロールセンタ高さとなるように、サスペンション装置のアクチュエータを制御する。
【０００４】
ここで、前後輪の目標とするロールセンタ高さは、以下の手順で求められる（特許文献１の段落番号［００１６］〜［００１７］を参照）。
すなわち、乗員が乗車した状態における乗員の重心高さが一定であると考えて、この乗員が乗車した状態におけるバネ上車体の質量変化と、空車状態におけるバネ上車体の重心高さおよび質量とに基づいて、乗員が乗車した状態におけるバネ上車体の重心高さを求める。その後、旋回横加速度に応じたロールモーメントを基準状態に維持するのに必要な、目標ロールセンタの高さを求めて、この目標ロールセンタ高さを前後輪に配分する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２２２８７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、特許文献１では、乗員が乗車した状態における乗員の重心高さを一定としているが、実際の商用車では、特許文献１の乗員に相当する積荷の配置や質量は、物流拠点などに立ち寄るたびに大きく変化するので、積荷の重心高さを一定とすることはできない。
【０００７】
本発明は、積荷の配置や質量が様々に変化し、積荷の重心高さが変化する場合であっても、バネ上の重心の高さを高精度で推定できる車両重心推定システムおよび車両重心推定方法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】
【０００８】
本発明の車両重心推定システム（例えば、後述の車両重心推定システム１０）は、バネ下（例えば、後述のバネ下２）と、当該バネ下上に設けられた左右のサスペンション（例えば、後述のエアスプリング４Ｌ、４Ｒ）と、当該サスペンションに支持されるバネ上（例えば、後述のバネ上５）と、を備える車両（例えば、後述の車両１）について、前記バネ上の重心の高さを推定する車両重心推定システムであって、前記左右のサスペンションの支持力に基づいて、前記バネ上のロールモーメントを算出するロールモーメント算出部（例えば、後述のロールモーメント算出部１２）と、前記車両の幅方向の加速度である横加速度を測定する横加速度測定部（例えば、後述の横加速度測定部１３）と、前記横加速度に対する前記バネ上のロールモーメントの比例係数を算出し、当該比例係数を前記バネ上の質量で除した値を、前記車両のロール中心から前記バネ上の重心までの高さとして算出する重心高さ算出部（例えば、後述の重心高さ算出部１５）と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の車両重心推定方法は、バネ下と、当該バネ下上に設けられた左右のサスペンションと、当該サスペンションに支持されるバネ上と、を備える車両について、前記バネ上の重心の高さを推定する車両重心推定方法であって、前記左右のサスペンションの支持力を測定し、当該支持力に基づいて、前記バネ上のロールモーメントを算出する第１ステップ（例えば、後述のステップＳ１、Ｓ２、Ｓ４）と、前記車両の幅方向の加速度である横加速度を測定する第２ステップ（例えば、後述のステップＳ３、Ｓ４）と、前記横加速度に対する前記バネ上のロールモーメントの比例係数を算出し、当該比例係数を前記バネ上の質量で除した値を、前記車両のロール中心から前記バネ上の重心までの高さとして算出する第３ステップ（例えば、後述のステップＳ５〜Ｓ７）と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、横加速度に対するバネ上のロールモーメントの比例係数を算出し、この比例係数をバネ上の質量で除した値を、車両のロール中心からバネ上重心までの高さとして算出する。
よって、物流拠点などに立ち寄ることで積荷の配置や質量が様々に変化し、積荷の重心高さが変化する場合であっても、サスペンションの支持力および横加速度を測定するだけで、車両のロール中心からバネ上の重心までの高さを推定できる。また、外部の特別な設備を必要とせず、通常の走行中に、車両のロール中心からバネ上の重心までの高さを容易に推定できる。
【００１１】
本発明の車両重心推定システムでは、前記重心高さ算出部は、複数の時刻について、前記横加速度と前記バネ上のロールモーメントとを求めて、当該横加速度およびバネ上のロールモーメントに最小二乗法を適用して求めた近似値を、前記比例係数として用いることを特徴とする。
【００１２】
本発明の車両重心推定方法は、前記第３ステップでは、複数の時刻について、前記横加速度と前記バネ上のロールモーメントとを求めて、当該横加速度およびバネ上のロールモーメントに最小二乗法を適用して求めた近似値を、前記比例係数として用いることを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、最小二乗法により横加速度に対するロールモーメントの比例係数を求めたので、横加速度およびロールモーメントの測定値にばらつきがあっても、車両のロール中心からバネ上の重心の高さを高精度で推定できる。
【００１４】
本発明の車両重心推定システムは、前記重心高さ算出部で算出した前記車両のロール中心から前記バネ上の重心までの高さに、前記車両のロール中心の高さを加えることで、地上から前記バネ上の重心までの高さを算出する地上重心高さ算出部（例えば、後述の地上重心高さ算出部１６）をさらに備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明の車両重心推定方法は、前記第３ステップで算出した前記車両のロール中心から前記バネ上の重心までの高さに、前記車両のロール中心の高さを加えることで、地上から前記バネ上の重心までの高さを算出する第４ステップ（例えば、後述のステップＳ８）をさらに備えることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、地上からバネ上の重心までの高さを推定できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、積荷の配置や質量が様々に変化し、積荷の重心高さが変化する場合であっても、走行中にロールモーメントおよび横加速度を測定するだけで、車両のロール中心からバネ上の重心までの高さ、さらに、地上からバネ上の重心までの高さを推定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る車両重心推定システムが設けられた車両を進行方向側から視た模式図である。
【図２】前記実施形態に係る車両に作用する力を示す模式図である。
【図３】前記実施形態に係る車両重心推定システムの構成を示すブロック図である。
【図４】前記実施形態に係る車両重心推定システムの動作を示すフローチャートである。
【図５】前記実施形態に係る車両の横加速度とロールモーメントとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る車両重心推定システム１０が設けられた車両１を車両後方から視た模式図である。
車両１は、バネ下２と、バネ下２に取り付けられた左後輪３Ｌおよび右後輪３Ｒと、バネ下２の上に設けられた左右のサスペンションとしてのエアスプリング４Ｌ、４Ｒと、左右のエアスプリング４Ｌ、４Ｒに支持されたバネ上５と、を備える。バネ上５には、積荷６が積載されている。
【００２０】
車両１については、図２に示すように、ロール中心ＲＣまわりのモーメントについて、以下の式（１）が成立する。式（１）中、Ｍｘは、バネ上５のロールモーメントであり、ｈｓｍは、ロール中心ＲＣからバネ上５の重心Ｑまでの高さであり、Ｆｙは、バネ上５に作用する遠心力である。また、ｍｓｍはバネ上５の質量であり、Ｇｙは、車両１の幅方向の加速度である横加速度であり、Ｍｃｏｎｓｔは積荷６が側方にずれて積載されることなどによる、バネ上５のロールモーメントのオフセット量である。
【００２１】
【数１】
0006607004.tif 000002
【００２２】
バネ上５に作用する遠心力Ｆｙについて、以下の式（２）が成立する。式（２）中、ｍｓｍはバネ上５の質量であり、Ｇｙは、車両１の幅方向の加速度である横加速度である。
【００２３】
【数２】
0006607004.tif 000003
【００２４】
上記の式（１）に式（２）を代入することで式（３）が得られる。
【００２５】
【数３】
0006607004.tif 000004
【００２６】
上記の式（３）の時刻aにおいて成立する式を、時間により変化する記号に添え字aを付けて表すと、式（４）となる。また、時刻aとは異なる時刻bにおいて成立する式を、時間により変化する記号に添え字bを付けて表すと、式（５）となる。ここで、物流拠点間の走行中であれば、積荷６の配置および質量は変化しないと考えられるので、車両１のロール中心ＲＣからバネ上５の重心Ｑまでの高さｈｓｍ、バネ上５の質量ｍｓｍ、バネ上５のロールモーメントのオフセット量Ｍｃｏｎｓｔは一定であると考えられる。
【００２７】
【数４】
0006607004.tif 000005
【００２８】
【数５】
0006607004.tif 000006
【００２９】
以上の式（４）および式（５）の辺々差分をとり、ｈｓｍについて変形すると、以下の式（６）となり、ロール中心ＲＣからバネ上５の重心Ｑまでの高さｈｓｍを求めることができる。式（６）中のＤは、横加速度Ｇｙの変化量に対する車両１のロールモーメントＭｘの変化量で表される比例係数である。
【００３０】
【数６】
0006607004.tif 000007
【００３１】
後軸のサスペンションにエアスプリングを用いる場合、ロールモーメントＭｘは、後軸エアスプリングの変位および圧力から、以下の式（７）を用いても求めることができる。
すなわち、ロールモーメントＭｘについて、以下の式（７）が成立する。
【００３２】
式（７）中、Ｋφ１３は、エアスプリング以外の前後のサスペンションロール剛性の和である統合ロール剛性であり、車両に固有の一定の値である。式（７）中のＭＳは、後輪３Ｌ、３Ｒのエアスプリング４Ｌ、４Ｒが支持するロールモーメントである。また、φ２は、サスロール角であり、左右のエアスプリング４Ｌ、４Ｒ間の距離と左右のエアスプリング４Ｌ、４Ｒの上下方向の相対変位ｈｄから求めることができる。
【００３３】
【数７】
0006607004.tif 000008
【００３４】
ここで、式（７）中のＭＳは、左右のエアスプリング４Ｌ、４Ｒ間の距離Ｔｒｄ２とそれぞれのエアスプリングの支持力ＰＬ、ＰＲから式（８）を用いて求めることができる。
【００３５】
【数８】
0006607004.tif 000009
【００３６】
また、前後のサスペンションにエアスプリングを用いず、リーフスプリングあるいはコイルスプリングなどの機械式ばねを用いた場合、式（７）中のＭＳを０として、式（９）を用いてバネ上のロールモーメントＭｘを求めることができる。
【００３７】
【数９】
0006607004.tif 000010
【００３８】
また、前後のサスペンションにエアスプリングを用いず、リーフスプリングあるいはコイルスプリングなどの機械式ばねを用いており、かつ、前後左右のサスペンションの変位が分かる場合、式（１０）を用いてバネ上のロールモーメントＭｘを求めることもできる。
【００３９】
式（１０）は、車両が四輪の場合である。式（１０）中、ＦＺ１Ｌは前軸左側サスペンションのばね上の支持力であり、ＦＺ１Ｒは前軸右側サスペンションのバネ上の支持力であり、ＦＺ２Ｌは後軸左側サスペンションのバネ上の支持力であり、ＦＺ２Ｒは後軸右側サスペンションのバネ上の支持力である。これらサスペンションの支持力Ｆzは、各サスペンションの変位から、予め生成したマップなどに従って求められる。
【００４０】
【数１０】
0006607004.tif 000011
【００４１】
なお、式（１０）は、車両が四輪の場合としたが、車両が六輪あるいは八輪の場合についても、式（１０）と同様の式を用いて求めることができる。
【００４２】
車両１には、バネ上５の重心の高さを推定する車両重心推定システム１０が設けられる。
図３は、車両重心推定システム１０の構成を示すブロック図である。
車両重心推定システム１０は、支持力測定部１１と、ロールモーメント算出部１２と、横加速度測定部１３と、質量測定部１４と、重心高さ算出部１５と、地上重心高算出部１６と、を備える。
【００４３】
支持力測定部１１は、左右のエアスプリング４Ｌ、４Ｒの支持力ＰＬ、ＰＲを測定する。
ロールモーメント算出部１２は、エアスプリング４Ｌ、４Ｒ間の距離Ｔｒｄ２および左右のエアスプリング４Ｌ、４Ｒの支持力ＰＬ、ＰＲに基づいて、バネ上５のロールモーメントＭｘを算出する。
横加速度測定部１３は、車両の横加速度Ｇｙを測定する。
質量測定部１４は、バネ上５の質量ｍｓｍを測定する。
【００４４】
重心高さ算出部１５は、横加速度Ｇｙに対するバネ上５のロールモーメントＭｘの比例係数Ｄを算出し、この比例係数Ｄをバネ上５の質量ｍｓｍで除した値を、車両１のロール中心ＲＣからバネ上５の重心Ｑまでの高さｈｓｍとして算出する。
【００４５】
地上重心高さ算出部１６は、重心高さ算出部１５で算出した車両１のロール中心ＲＣからバネ上５の重心Ｑまでの高さｈｓｍに、地上からロール中心ＲＣまでの高さＨＲＣを加算し、地上からバネ上５の重心Ｑまでの高さＨＣＧを算出する。
【００４６】
次に、この車両重心推定システム１０の動作を、図４のフローチャートを参照しながら説明する。
まず、ステップＳ１では、支持力測定部１１が、左右のエアスプリング４Ｌ、４Ｒの支持力ＰＬ、ＰＲを測定するとともに、左右のエアスプリング４Ｌ、４Ｒの上下方向の相対変位ｈｄを測定する。
【００４７】
ステップＳ２では、ロールモーメント算出部１２が、エアスプリング４Ｌ、４Ｒの支持力ＰＬ、ＰＲを用いてエアスプリング４Ｌ、４Ｒが支持するロールモーメントＭＳを算出するとともに、エアスプリング４Ｌ、４Ｒの相対変位ｈｄを用いてサスロール角φ２を算出し、上述の式（７）に従い、バネ上５のロールモーメントＭｘを算出する。
ステップＳ３では、横加速度測定部１３が、車両１の横加速度Ｇｙを測定する。
【００４８】
ステップＳ４では、重心高さ算出部１４が、ステップＳ１〜Ｓ３を繰り返す。つまり、停車中あるいは走行中の時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３・・・ｔｎにおいて、ステップＳ１〜Ｓ３を実行し、各時刻ｔ１〜ｔｎにおける、ロールモーメントＭｘ１、Ｍｘ２、Ｍｘ３・・・Ｍｘｎ、および横加速度Ｇｙ１、Ｇｙ２、Ｇｙ３・・・Ｇｙｎを求める。
【００４９】
ステップＳ５では、重心高さ算出部１４が、図５に示すように、横加速度Ｇｙを横軸とし、ロールモーメントＭｘを縦軸とするグラフを生成し、このグラフ上に、ステップＳ４で求めた値をプロットして、最小二乗法によりＭｘ／Ｇｙの近似直線を求める。この近似直線の傾きを比例係数Ｄとする。
【００５０】
ステップＳ６では、質量測定部１４が、車両１の質量を測定する。
ステップＳ７では、重心高さ算出部１４が、式（３）に従い、車両のロール中心ＲＣからバネ上重心Ｑまでの高さｈｓｍを算出する。
【００５１】
ステップＳ８では、地上重心高さ算出部１６が、車両１のロール中心ＲＣからバネ上５の重心Ｑまでの高さｈｓｍを用いて、地上からバネ上５の重心Ｑまでの高さＨＣＧを算出する。
【００５２】
［本実施形態における効果］
以上説明したように、本実施形態における車両重心推定システム１０によれば、横加速度Ｇｙに対するバネ上５のロールモーメントＭｘの比例係数Ｄを算出し、この比例係数Ｄをバネ上５の質量ｍｓｍで除した値を、車両１のロール中心からバネ上５の重心Ｑまでの高さｈｓｍとして算出する。
よって、物流拠点などに立ち寄って積荷の配置や質量が様々に変化し、積荷の重心高さが変化した場合であっても、左右のエアスプリング４Ｌ、４Ｒの支持力ＰＬ、ＰＲ、相対変位ｈｄ、および横加速度Ｇｙを測定するだけで、車両のロール中心ＲＣからバネ上５の重心Ｑまでの高さを推定できる。また、外部の特別な設備を必要とせず、通常の走行中に、車両のロール中心ＲＣからバネ上５の重心Ｑまでの高さを容易に推定できる。
【００５３】
また、最小二乗法により横加速度Ｇｙに対するロールモーメントＭｘの比例係数Ｄを求めたので、横加速度ＧｙおよびロールモーメントＭｘの測定値にばらつきがあっても、バネ上５の重心高さを高精度で推定できる。
【００５４】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００５５】
ｔ  時刻
Ｍｘ  バネ上のロールモーメント
Ｇｙ  横加速度
Ｄ  Ｇｙに対するＭｘの比例係数
ＰＬ  左側のエアスプリングの支持力
ＰＲ  右側のエアスプリングの支持力
Ｆｙ  バネ上に作用する遠心力
ｈｓｍ  ロール中心からバネ上の重心までの高さ
ｍｓｍ  バネ上の質量
φ２  サスロール角
１  車両
２  バネ下
３Ｌ  左後輪
３Ｒ  右後輪
４Ｌ、４Ｒ  エアスプリング
５  バネ上
６  積荷
１０  車両重心推定システム
１１  支持力測定部
１２  ロールモーメント算出部
１３  横加速度測定部
１４  質量測定部
１５  重心高さ算出部
１６  地上重心高さ算出部
【図１】
0006607004.tif 000012
【図２】
0006607004.tif 000013
【図３】
0006607004.tif 000014
【図４】
0006607004.tif 000015
【図５】
0006607004.tif 000016