(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
後軸に左右一対のサスペンションを備える車両の重心位置推定装置であって、
前記サスペンションに対する荷重を演算する荷重演算手段と、
前記荷重演算手段で演算される荷重に基づいて、前記後軸のロールモーメントを演算するロールモーメント演算手段と、
前記サスペンションの変位量に基づいて、前記後軸のロール角を演算するロール角演算手段と、
前記車両の車高を自動で調整する自動車高調整手段と、
前記自動車高調整手段による車高調整前後に亘る状態で、前記車両の固有値である統合ロール剛性の予め設定された暫定値、前記ロールモーメント演算手段で演算されるロールモーメント、および前記ロール角演算手段で演算されるロール角に基づいて、前記統合ロール剛性を補正する統合ロール剛性補正手段と、
前記荷重演算手段で演算される荷重、前記ロールモーメント演算手段で演算されるロールモーメント、前記ロール角演算手段で演算されるロール角、および前記統合ロール剛性補正手段で補正した前記車両の統合ロール剛性に基づいて、前記車両の左右重心位置を演算する左右重心位置演算手段と、を備えることを特徴とする車両の重心位置推定装置。
【請求項２】
前記左右重心位置の絶対値が、前記車両の横転の可能性を示す所定の上限閾値以上になると、ドライバに危険性を警報する警報手段をさらに備える請求項１に記載の車両の重心位置推定装置。
【請求項３】
前記左右重心位置の絶対値が、前記車両の横転の可能性を示す所定の上限閾値以上になると、前記車両の走行速度を制限する速度制限手段をさらに備える請求項１または２に記載の車両の重心位置推定装置。
【請求項４】
後軸に左右一対のサスペンションを備える車両の重心位置推定方法であって、
前記サスペンションに対する荷重を演算する荷重演算手順と、
前記荷重演算手順で演算される荷重に基づいて、前記後軸のロールモーメントを演算するロールモーメント演算手順と、
前記サスペンションの変位量に基づいて、前記後軸のロール角を演算するロール角演算手順と、
前記車両の車高を自動で調整する車高調整前後に亘る状態で、前記車両の固有値である統合ロール剛性の予め設定された暫定値、前記ロールモーメント演算手順で演算されるロールモーメント、および前記ロール角演算手順で演算されるロール角に基づいて、前記統合ロール剛性を補正する統合ロール剛性補正手順と、
前記荷重演算手順で演算される荷重、前記ロールモーメント演算手順で演算されるロールモーメント、前記ロール角演算手順で演算されるロール角、および前記統合ロール剛性補正手順で補正した前記車両の統合ロール剛性に基づいて、前記車両の左右重心位置を演算する左右重心位置演算手順と、を備えることを特徴とする車両の重心位置推定方法。
【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位置推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、トラック等の商用車では、車両の横転を防ぐため、車両の重心位置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での重心位置を推定することが重要となる。
【０００３】
車両の重心位置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、商用車では、車高調整機能を備えている。車高調整とは、車両の後輪のエアサスペンションのエアスプリングに対する空気の給排を制御することで、このエアサスペンションよりも上側の部分（以降、バネ上と呼ぶ）の高さや水平面に対する角度を調整する機能である。
特許文献１では、この車高調整の前後において、車両の後軸のロールモーメントおよび後軸のロール角を演算する。そして、車高調整の前後でバネ上のロールモーメントが不変であるとし、これら後軸のロールモーメントおよび後軸のロール角に基づいて、車両の左右重心位置を演算する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−９６３７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、車高調整の前後でバネ上のロールモーメントが不変であるとしたが、実際には、車高調整の前後でロール角が変化するため、バネ上の重心位置が移動してしまう。そのため、バネ上の重心位置をより高精度で推定することが要請されている。
【０００６】
本発明は、バネ上の重心位置をより高精度で推定できる車両の重心位置推定装置および重心位置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】
【０００７】
本発明の車両重心位置推定装置（例えば、後述の車両重心位置推定装置１０）は、後軸に左右一対のサスペンション（例えば、後述のエアサスペンション５Ｌ、５Ｒ）を備える車両（例えば、後述の車両１）の重心位置推定装置であって、前記サスペンションに対する荷重（例えば、後述の荷重ＦＬ、ＦＲ）を演算する荷重演算手段（例えば、後述の後軸サスペンション荷重演算部４１）と、前記荷重演算手段で演算される荷重に基づいて、前記後軸のロールモーメント（例えば、後述の後軸のロールモーメントＭｘＡＳ）を演算するロールモーメント演算手段（例えば、後述の後軸ロールモーメント演算部４２）と、前記サスペンションの変位量（例えば、後述の変位量ＺＬ、ＺＲ）に基づいて、前記後軸のロール角（例えば、後述のロール角φ２）を演算するロール角演算手段（例えば、後述の後軸ロール角演算部４３）と、前記車両の車高を自動で調整する自動車高調整手段（例えば、後述の自動車高調整装置２０）と、前記自動車高調整手段による車高調整前後に亘る状態で、前記車両の固有値である統合ロール剛性の予め設定された暫定値（例えば、後述の統合ロール剛性の暫定値Ｋφ１３＿ｐｒｅｖ）、前記ロールモーメント演算手段で演算されるロールモーメント、および前記ロール角演算手段で演算されるロール角に基づいて、前記統合ロール剛性を補正する統合ロール剛性補正手段（例えば、後述の統合ロール剛性演算部４４）と、前記荷重演算手段で演算される荷重、前記ロールモーメント演算手段で演算されるロールモーメント、前記ロール角演算手段で演算されるロール角、および前記統合ロール剛性補正手段で補正した前記車両の統合ロール剛性（例えば、後述の統合ロール剛性Ｋφ１３）に基づいて、前記左右重心位置（例えば、後述の左右重心位置ｙｃｇ）を演算する左右重心位置演算手段（例えば、後述の左右重心位置演算部４５）と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、前記左右重心位置が、前記車両の横転の可能性を示す所定の上限閾値（例えば、後述の上限閾値ｙｍａｘ）以上になると、ドライバに危険性を警報する警報手段（例えば、後述の警報制御部４６）をさらに備えてもよい。
【０００９】
また、前記左右重心位置が、前記車両の横転の可能性を示す所定の上限閾値以上になると、前記車両の走行速度を制限する速度制限手段（例えば、後述の車速制御部４７）をさらに備えてもよい。
【００１０】
本発明の車両重心位置推定後軸に左右一対のサスペンションを備える車両の重心位置推定方法であって、前記サスペンションに対する荷重を演算する荷重演算手順と、前記荷重演算手順で演算される荷重に基づいて、前記後軸のロールモーメントを演算するロールモーメント演算手順と、前記サスペンションの変位量に基づいて、前記後軸のロール角を演算するロール角演算手順と、前記車両の車高を自動で調整する車高調整前後に亘る状態で、前記車両の固有値である統合ロール剛性の予め設定された暫定値、前記ロールモーメント演算手順で演算されるロールモーメント、および前記ロール角演算手順で演算されるロール角に基づいて、前記統合ロール剛性を補正する統合ロール剛性補正手順と、前記荷重演算手順で演算される荷重、前記ロールモーメント演算手順で演算されるロールモーメント、前記ロール角演算手順で演算されるロール角、および前記統合ロール剛性補正手順で補正した前記車両の統合ロール剛性に基づいて、前記左右重心位置を演算する左右重心位置演算手順と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、バネ上の重心位置をより高精度で推定して、特に車両の横転防止装置に用いるのに好適な車両の重心位置推定装置および重心位置推定方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る車両重心位置推定装置が設けられた車両を平面視した模式図である。
【図２】前記実施形態に係る車両を後方から視た模式図である。
【図３】前記実施形態に係る車両重心位置推定装置のコントロールユニットを示す機能ブロック図である。
【図４】前記実施形態に係る車両の車高調整前の状態を示す模式図である。
【図５】前記実施形態に係る車両の車高調整後の状態を示す模式図である。
【図６】前記実施形態に係る車両重心位置推定装置の制御内容を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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位置推定装置１０が設けられた車両１を平面視した模式図である。図２は、車両１を後方から視た模式図である。
車両１は、リーフサスペンション４Ｌ、４Ｒを介して設けられた左前輪２Ｌおよび右前輪２Ｒと、エアサスペンション５Ｌ、５Ｒを介して設けられた左後輪３Ｌおよび右後輪３Ｒと、を備える。また、エアサスペンション５Ｌ、５Ｒは、積荷７が偏積されたバネ上６を支持している。
【００１４】
車両重心位置推定装置１０は、エアサスペンション５Ｌ、５Ｒのエアスプリング８Ｌ、８Ｒ内の圧力（以下、単に圧力ＰＬ、ＰＲと称する）を検出する左右一対の圧力センサ１１Ｌ、１１Ｒと、エアスプリング８Ｌ、８Ｒの変位量ＺＬ、ＺＲを検出する左右一対の変位量センサ１２Ｌ、１２Ｒと、自動車高調整装置２０と、コントロールユニット４０と、を備えている。
【００１５】
自動車高調整装置２０は、エアスプリング８Ｌ、８Ｒに対する空気の給排を制御することで、車両１の車高を水平に近づける自動車高調整を実行する。より詳しくは、自動車高調整装置２０は、変位量センサ１２Ｌ、１２Ｒで検出した変位量ＺＬ、ＺＲに基づいて現在のバネ上６の車高を求めるとともに、エアスプリング８Ｌ、８Ｒに空気を供給、若しくはエアスプリング８Ｌ、８Ｒから空気を排出することで、バネ上６を水平状態に近づける。
【００１６】
コントロールユニット４０は、車両１の各種制御を行うもので、公知のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備え構成されている。
また、コントロールユニット４０は、図３に示すように、後軸サスペンション荷重演算部４１と、後軸ロールモーメント演算部４２と、後軸ロール角演算部４３と、統合ロール剛性演算部４４と、左右重心位置演算部４５と、警報制御部４６と、車速制御部４７とを一部の機能要素として有する。
これら各機能要素は、本実施形態では一体のハードウェアであるコントロールユニット４０に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。
【００１７】
後軸サスペンション荷重演算部４１は、圧力センサ１１Ｌ、１１Ｒから入力される圧力ＰＬ、ＰＲに基づいて、エアスプリング８Ｌ、８Ｒに対する荷重ＦＬ、ＦＲを演算する。
より詳しくは、コントロールユニット４０には、予め実験等により求めたエアスプリング８Ｌ、８Ｒに対する荷重Ｆとエアスプリング圧力Ｐとの関係を示す圧力−荷重特性マップが記憶されている。後軸サスペンション荷重演算部４１は、この内圧−荷重特性マップから、圧力センサ１１Ｌ、１１Ｒで検出される圧力ＰＬ、ＰＲに対応する値を読み取ることで、エアスプリング８Ｌ、８Ｒに対する荷重ＦＬ、ＦＲをリアルタイムで演算する。なお、荷重ＦＬ、ＦＲの演算は、マップに限定されず、近似式等から演算してもよい。
【００１８】
また、後軸サスペンション荷重演算部４１は、エアスプリング８Ｌ、８Ｒに対するバネ上５の荷重Ｆｚを演算する。具体的には、後軸サスペンション荷重演算部４１で演算したエアスプリング８Ｌ、８Ｒに対する荷重ＦＬ、ＦＲの和をバネ上荷重Ｆｚとする。
【００１９】
後軸ロールモーメント演算部４２は、後軸サスペンション荷重演算部４１で演算した荷重ＦＬ、ＦＲを以下の式（１）に代入することで、積荷の偏積によって生じる後軸のロールモーメントＭｘＡＳを演算する。
【００２０】
【数１】
0006623782.tif 000002
【００２１】
なお、式（１）において、ｙＬは左後輪のエアスプリング８Ｌから車両の左右方向中央までの水平方向の距離、ｙＲは右後輪のエアスプリング８Ｒから車両の左右方向中央までの水平方向の距離を示している。
【００２２】
後軸ロール角演算部４３は、変位量センサ１２Ｌ，１２Ｒで検出した変位量ＺＬ、ＺＲを以下の式（２）に代入することで、左右のエアスプリング８Ｌ、８Ｒの変位差によって生じる後軸のロール角φ２を演算する。
【００２３】
【数２】
0006623782.tif 000003
【００２４】
統合ロール剛性演算部４４は、車高調整の前後に亘る状態量に基づいて、車両１に固有の統合ロール剛性Ｋφ１３を演算する。統合ロール剛性Ｋφ１３とは、前後軸のロール剛性や車体フレームの捻り剛性等を統合して、車両１のバネ上全体を一つの剛体と見なしたロール剛性であり、エアスプリング８Ｌ、８Ｒ以外の前後のサスペンションロール剛性の和である。
ここで、バネ上のロールモーメントＭｘについて、以下の式（３）が成立する。
【００２５】
【数３】
0006623782.tif 000004
【００２６】
図４は、車高調整前の状態を示す模式図であり、図５は、車高調整後の状態を示す模式図である。
自動車高調整装置２０による車高調整前の状態をａ、車高調整後の状態をｂとすると、車高調整前のバネ上のロールモーメントをＭｘａ、車高調整後のバネ上のロールモーメントをＭｘｂについて、以下の式（４）が成立する。
【００２７】
【数４】
0006623782.tif 000005
【００２８】
以上の式（４）を統合ロール剛性Ｋφ１３について整理すると、以下の式（５）が得られる。
【００２９】
【数５】
0006623782.tif 000006
【００３０】
式（５）の第一項は、車高調整の前後における後軸ロール角に対するエアバネロールモーメントの傾きである。そこで、車高調整の前後に加えて、車高調整中についても、後軸ロール角φ２に対するロールモーメントＭｘＡＳの比例係数を求めて、この比例係数の近似式（一次式）を最小二乗法により算出し、式（５）の第一項とする。この第一項をｆ（ＭｘＡＳ，φ２）とすると、式（５）は、式（６）のようになる。
なお、後軸ロール角φ２およびロールモーメントＭｘＡＳのデータ数を増やすことで、近似式の精度をさらに向上できる。
【００３１】
【数６】
0006623782.tif 000007
【００３２】
また、バネ上のロールモーメントをＭｘは、バネ上の総重量をＦｚとし、バネ上の左右重心位置をｙｃｇとすると、以下の式（７）が成立する。
【００３３】
【数７】
0006623782.tif 000008
【００３４】
式（７）は、車高調整の前後においても成立するので、車高調整前を示す符号ａ、車高調整後を示す符号ｂを用いて、以下の式（８）が成立する。
【００３５】
【数８】
0006623782.tif 000009
【００３６】
式（８）を式（６）に代入すると、以下の式（９）が得られる。
【００３７】
【数９】
0006623782.tif 000010
【００３８】
式（９）の第２項のうち，未知の変数となるのが車高調整前後における左右重心位置の変化量（ｙｃｇｂ−ｙｃｇａ）である。この車高調整の前後におけるバネ上の重心の左右横位置の変化量（ｙｃｇｂ−ｙｃｇａ）が判れば、統合ロール剛性Ｋφ１３を補正できることになる。
【００３９】
ここで、式（４）および式（８）より、以下の式（１０）が導き出される。式（１０）におけるＫφ１３＿ｐｒｅｖは、統合ロール剛性の暫定値（初期値あるいは前回に推定した値）である。
【００４０】
【数１０】
0006623782.tif 000011
【００４１】
式（９）、式（１０）を整理すると、以下の式（１１）となる。
【００４２】
【数１１】
0006623782.tif 000012
【００４３】
左右重心位置演算部４５は、車両１の停車時において、以下の式（１２）に、後軸ロールモーメント演算部４２で演算したロールモーメントＭｘＡＳ、後軸ロール角演算部４３で演算したロール角φ２、および後軸サスペンション荷重演算部４１で演算したバネ上荷重Ｆｚを代入するとともに、統合ロール剛性演算部４４で演算した統合ロール剛性Ｋφ１３を代入することで、車両１の左右重心位置ｙｃｇを演算する。
【００４４】
【数１２】
0006623782.tif 000013
【００４５】
警報制御部４６は、左右重心位置演算部４５で演算された左右重心位置ｙｃｇに基づいて、車両１に横転の可能性があるか否かをドライバに知らせる警報制御を実行する。より詳しくは、コントロールユニット４０には、予め実験等により求めた車両１の旋回走行時に横転の可能性を生じさせる左右重心位置ｙｃｇの絶対値の上限閾値ｙｍａｘが記憶されている。警報制御部４６は、左右重心位置演算部４５で演算した左右重心位置ｙｃｇの絶対値が上限閾値ｙｍａｘ以上の場合に、図示しない運転室の表示装置５１に横転の危険性を表示させる警告を実行する。なお、ドライバへの警告は、表示装置５１に限定されず、例えば、運転室に設けられた図示しないスピーカから音声等で知らせるように構成してもよい。
【００４６】
車速制御部４７は、左右重心位置演算部４５で演算した左右重心位置ｙｃｇの絶対値が上限閾値ｙｍａｘ以上の場合に、車両１の走行速度を制限して横転を回避させる車速制御を実行する。より詳しくは、コントロールユニット４０には、予め実験等により求めた車両１の横転を回避させるリミッタ速度ＶＬｉｍと左右重心位置ｙｃｇの絶対値との関係を示す速度制限マップ（不図示）が記憶されている。車速制御部４７は、左右重心位置演算部４５で演算される左右重心位置ｙｃｇの絶対値が上限閾値ｙｍａｘ以上の場合に、速度制限マップから読み取ったリミッタ速度ＶＬｉｍをエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）５２に出力することで、車両１の走行速度を制限するように構成されている。
【００４７】
次に、図６に基づいて、本発明の車両重心位置推定装置１０による制御フローを説明する。なお、本制御は、イグニッションキーのＯＮ操作と同時にスタートする。
【００４８】
ステップＳ１では、車高調整前の状態で、後軸ロールモーメント演算部４２によるロールモーメントＭｘＡＳａの演算が実行されると共に、後軸ロール角演算部４３によるロール角φ２ａの演算が実行される。
【００４９】
ステップＳ２では、自動車高調整装置２０による車高調整が実行される。なお、この車高調整の実行中も、後軸ロールモーメント演算部４２によるロールモーメントＭｘＡＳの演算が実行されると共に、後軸ロール角演算部４３によるロール角φ２の演算が実行される。
【００５０】
ステップＳ３では、車高調整後の状態で、後軸ロールモーメント演算部４２によるロールモーメントＭｘＡＳｂの演算が実行されると共に、後軸ロール角演算部４３によるロール角φ２ｂの演算が実行される。
【００５１】
ステップＳ４では、統合ロール剛性演算部４４により、統合ロール剛性Ｋφ１３の演算が実行される。すなわち、後軸ロール角φ２に対するロールモーメントＭｘＡＳの比例係数を求めて、この比例係数の近似式（一次式）であるｆ（ＭｘＡＳ，φ２）を最小二乗法により算出する。また、上述の式（１１）に、このｆ（ＭｘＡＳ，φ２）、Ｓ１で演算された車高調整前のロールモーメントＭｘＡＳａおよびロール角φ２ａが代入されると共に、Ｓ３で演算された車高調整後のロールモーメントＭｘＡＳｂおよびロール角φ２ｂが代入される。
【００５２】
ステップＳ５では、左右重心位置演算部４５による左右重心位置ｙｃｇの演算が実行される。すなわち、上述の式（１２）に、ロールモーメントＭｘＡＳおよびロール角φ２、Ｓ４で演算された統合ロール剛性Ｋφ１３、およびバネ上荷重Ｆｚが代入される。
【００５３】
ステップＳ６では、Ｓ５で演算された左右重心位置ｙｃｇの絶対値が車両１の横転の可能性を示す上限閾値ｙｍａｘ以上であるか否かが判定される。左右重心位置ｙｃｇの絶対値が上限閾値ｙｍａｘ以上の場合はＳ７に進み、左右重心位置ｙｃｇの絶対値が上限閾値ｙｍａｘ未満の場合はリターンされる。
【００５４】
ステップＳ７では、警報制御部４６によって、表示装置５１に横転の危険性を表示する警告が実行される。さらに、ステップＳ８では、車速制御部４７によって、車両１の走行速度がリミッタ速度ＶＬｉｍで制限されてリターンされる。
【００５５】
［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位置推定装置１０によれば、統合ロール剛性の予め設定された暫定値Ｋφ１３＿ｐｒｅｖ、ロールモーメントＭｘＡＳ、およびロール角φ２に基づいて、統合ロール剛性Ｋφ１３を演算し、次に、バネ上荷重Ｆｚ、ロールモーメントＭｘＡＳ、ロール角φ２、およびこの統合ロール剛性Ｋφ１３を入力値として含むモデル式（１２）に基づいて、車両１の左右重心位置ｙｃｇを演算する。したがって、車高調整の前後にかけての状態量から統合ロール剛性Ｋφ１３を従来に比べてより高精度に演算することが可能となり、車両１の左右重心位置ｙｃｇを高精度に推定することができる。
【００５６】
車両重心位置推定装置１０は、左右重心位置ｙｃｇの絶対値が横転の可能性を生じさせる上限閾値ｙｍａｘ以上になると、表示装置５１に横転の危険性を表示して警告を実行するように構成されている。したがって、左右重心位置ｙｃｇの移動による横転の危険性をドライバに確実に知らせることが可能となり、ドライバに横転を回避させる安全な走行を促すことができる。
【００５７】
また、車両重心位置推定装置１０は、左右重心位置ｙｃｇの絶対値が横転の可能性を生じさせる上限閾値ｙｍａｘ以上になると、横転を回避させるリミッタ速度ＶＬｉｍで車両１の走行速度を制限するように構成されている。したがって、左右重心位置ｙｃｇの移動による車両１の横転を効果的に抑止することが可能になる。
【００５８】
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。
【００５９】
例えば、上述の車両重心位置推定装置１０が適用可能な車両は、後輪にエアサスペンションを備えるものに限定されず、前後輪ともにエアサスペンションを備える車両や、前後輪ともにリーフサスペンションを備える車両であってもよい。前後輪ともにリーフサスペンションの場合は、各リーフサスペンションに荷重計を設ければよい。また、車両１はトラックに限定されず、乗用車等の他の車両であってもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１  車両
２Ｌ、２Ｒ  左右前輪
３Ｌ、３Ｒ  左右後輪
４Ｌ、４Ｒ  リーフサスペンション
５Ｌ、５Ｒ  エアサスペンション
６  バネ上
７  積荷
８Ｌ、８Ｒ  エアスプリング
１０  重心位置推定装置
１１Ｌ、１１Ｒ  圧力センサ
１２Ｌ、１２Ｒ  変位量センサ
２０  自動車高調整装置
４０  コントロールユニット
４１  後軸サスペンション荷重演算部（荷重演算手段）
４２  後軸ロールモーメント演算部（ロールモーメント演算手段）
４３  後軸ロール角演算部（ロール角演算手段）
４４  統合ロール剛性演算部（統合ロール剛性補正手段）
４５  左右重心位置演算部（重心位置演算手段）
４６  警報制御部（警報手段）
４７  車速制御部（車速制限手段）
【図１】
0006623782.tif 000014
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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