(57)【要約】【課題】簡単な構成で車両の直線運動と回転運動とを分離することが可能な車両加速度計測方法、車両加速度計測装置、及び車両加速度計測プログラムを提供する。【解決手段】車両加速度計測方法は、車両の重心位置の上下方向における第１の加速度を測定した第１の加速度データを入力するステップと、前記車両の前記重心位置と異なる所定位置の上下方向における第２の加速度を測定した第２の加速度データを入力するステップと、前記第１の加速度データ及び前記第２の加速度データに基づいて、前記第２の加速度から回転運動成分と直線運動成分とを分離するステップと、を含むことを特徴とする。【選択図】図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の重心位置の上下方向における第１の加速度を測定した第１の加速度データを入力するステップと、
前記車両の前記重心位置と異なる所定位置の上下方向における第２の加速度を測定した第２の加速度データを入力するステップと、
前記第１の加速度データ及び前記第２の加速度データに基づいて、前記第２の加速度から回転運動成分と直線運動成分とを分離するステップと、
を含む車両加速度計測方法。
【請求項２】
前記第１の加速度データは、前記車両の重心位置に取り付けられた加速度センサにより測定されたデータであり、前記第２の加速度データは、前記車両の所定位置に取り付けられた加速度センサにより測定されたデータであることを特徴とする請求項１記載の車両加速度計測方法。
【請求項３】
前記回転運動成分は、前記車両のピッチング運動の加速度であり、前記直線運動成分は、前記車両のバウンシング運動の加速度であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の車両加速度計測方法。
【請求項４】
前記第２の加速度データに基づいて、前記第２の加速度から回転運動成分と直線運動成分とを分離するステップは、前記第２の加速度から前記第１の加速度を減算する処理を含むことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の車両加速度計測方法。
【請求項５】
前記第１の加速度データ及び前記第２の加速度データは、前記車両が所定の段差を乗り下げたときに測定したデータであることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の車両加速度計測方法。
【請求項６】
車両の重心位置の上下方向における第１の加速度データと、前記車両の前記重心位置と異なる所定位置の上下方向における第２の加速度データと、を入力する入力手段と、
前記第１の加速度データ及び前記第２の加速度データに基づいて、前記第２の加速度から回転運動成分と直線運動成分とを分離する分離手段と、
を備えた車両加速度計測装置。
【請求項７】
車両の重心位置の上下方向における第１の加速度データを入力するステップと、
前記車両の前記重心位置と異なる所定位置の上下方向における第２の加速度データを入力するステップと、
前記第１の加速度データ及び前記第２の加速度データに基づいて、前記第２の加速度から回転運動成分と直線運動成分とを分離するステップと、
を含む処理をコンピュータに実行させるための車両加速度計測プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両加速度計測方法、車両加速度計測装置、及び車両加速度計測プログラムに係り、より詳しくは、車両の所定位置の加速度運動から回転運動成分を抽出する車両加速度計測方法、車両加速度計測装置、及び車両加速度計測プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両の加速度を計測する方法が種々提案されており（例えば特許文献１参照）、例えばレーザー変位計やジャイロセンサ等を用いて計測する方法がある。
【０００３】
しかしながら、例えばレーザー変位計を用いる場合、レーザーを反射させる対象物が必要となる他、その対象物の表面の状態によっては正確に計測できない場合がある等、様々な制約が生じる。
【０００４】
図１５に、レーザー変位計を用いて車両の上下方向の加速度と車高を測定した結果を示した。図中「Ｆ上下加速度」とあるのは車両の前端における上下方向の加速度であり、「ＦＬ車高」とあるのは車両の前端における車高である。同図のライン１００で示すように、レーザー変位計で測定した場合は、通常は運動が減衰するはずの運動が路面のうねり等の影響を受けて減衰せず、精度良く測定するのが困難であると共に、取り付け及びセットアップに時間がかかる。
【０００５】
また、図１６には、ジャイロセンサを用いて車両のピッチング角を測定した結果を示した。同図のライン１０２で示すように、ジャイロセンサを用いて測定した場合、熱ドリフト（センサの温度変化によりピッチング角が０度となる点が変動する）が発生し、精度良く測定するのが困難である。
【０００６】
このように、レーザー変位計やジャイロセンサを用いる場合、精度、重量、取り付け等の面で一長一短があり、車両の運動を計測するには不向きな面があった。
【０００７】
このため、多様な車両について計測を効率的に行うには、簡便かつ応用性のある計測方法が望まれている。
【特許文献１】特開２００２−３５６１３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
車両の運動は、車両の重心を中心とした軸に沿った直線運動とその軸周りの回転運動とが混在しており、この個々の運動を分離することで車両の運動性能を細かく分析することが可能となるが、従来では高価でかつ車両への取り付けが煩雑な高精度なジャイロセンサ等を用いるのが一般的であった。
【０００９】
本発明は、上記事実に鑑みて成されたものであり、簡単な構成で車両の直線運動と回転運動とを分離することが可能な車両加速度計測方法、車両加速度計測装置、及び車両加速度計測プログラム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】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明の車両加速度計測方法は、車両の重心位置の上下方向における第１の加速度を測定した第１の加速度データを入力するステップと、前記車両の前記重心位置と異なる所定位置の上下方向における第２の加速度を測定した第２の加速度データを入力するステップと、前記第２の加速度データに基づいて、前記第１の加速度データ及び前記第２の加速度から回転運動成分と直線運動成分とを分離するステップと、を含むことを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、車両の重心位置の上下方向における第１の加速度を測定した第１の加速度データ及び前記車両の前記重心位置と異なる所定位置の上下方向における第２の加速度を測定した第２の加速度データに基づいて、第２の加速度から回転運動成分と直線運動成分とを分離する。
【００１２】
これにより、簡単な構成で第２の加速度から回転運動成分と直線運動成分とを分離することができる。また、この結果から、例えば回転運動成分に基づいて車両の操縦安定性能等の車両の性能を解析することが可能となる。
【００１３】
なお、請求項２に記載したように、前記第１の加速度データは、前記車両の重心位置に取り付けられた加速度センサにより測定されたデータであり、前記第２の加速度データは、前記車両の所定位置に取り付けられた加速度センサにより測定されたデータを用いることができる。
【００１４】
また、請求項３に記載したように、前記回転運動成分は、前記車両のピッチング運動の加速度であり、前記直線運動成分は、前記車両のバウンシング運動の加速度とすることができる。
【００１５】
また、請求項４に記載したように、前記第２の加速度データに基づいて、前記第２の加速度から回転運動成分と直線運動成分とを分離するステップは、前記第２の加速度から前記第１の加速度を減算する処理を含むことができる。
【００１６】
また、請求項５に記載したように、前記第１の加速度データ及び前記第２の加速度データは、前記車両が所定の段差を乗り下げたときに測定したデータとすることができる。
【００１７】
請求項６記載の発明の車両加速度計測装置は、車両の重心位置の上下方向における第１の加速度データと、前記車両の前記重心位置と異なる所定位置の上下方向における第２の加速度データと、を入力する入力手段と、前記第１の加速度データ及び前記第２の加速度データに基づいて、前記第２の加速度から回転運動成分と直線運動成分とを分離する分離手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１８】
この発明のよれば、簡単な構成で第２の加速度から回転運動成分と直線運動成分とを分離することができる。また、この結果から、例えば回転運動成分に基づいて車両の操縦安定性能等の車両の性能を解析することが可能となる。
【００１９】
請求項７記載の発明の車両加速度計測プログラムは、車両の重心位置の上下方向における第１の加速度データを入力するステップと、前記車両の前記重心位置と異なる所定位置の上下方向における第２の加速度データを入力するステップと、前記第１の加速度データ及び前記第２の加速度データに基づいて、前記第２の加速度から回転運動成分と直線運動成分とを分離するステップと、を含む処理をコンピュータに実行させることを特徴とする。
【００２０】
この発明のよれば、簡単な構成で第２の加速度から回転運動成分と直線運動成分とを分離することができる。また、この結果から、例えば回転運動成分に基づいて車両の操縦安定性能等の車両の性能を解析することが可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、本発明によれば、簡単な構成で車両の直線運動と回転運動とを分離することが可能になる、という効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００２３】
まず、車両の上下運動について説明する。なお、以下では、車両の重心位置を通り且つ車両の前後方向に沿った軸をＸ軸、車両の重心位置を通り且つＸ軸と直交する車両の左右方向に沿った軸をＹ軸方向、車両の重心位置を通り且つＸ軸及びＹ軸と直交する車両の上下方向に沿った軸をＺ軸とする。
【００２４】
例えば車両の進行方向に車両が段差を乗り下げた場合における車両の上下運動は、図１（ａ）に示すように車両１１の重心位置Ｇにおける車両の上下方向Ａ（Ｚ軸方向）の変位、すなわち直線運動（バウンシング）と、重心位置Ｇを含むＹ軸を中心として矢印Ｂ方向に回転する回転運動（ピッチング）との重ね合わせとなる。
【００２５】
ここで、車両の上下運動が回転運動のみであるとすると、図１（ｂ）に示すように、重心位置Ｇ（ピッチング運動の中心）からｘ（ｍｍ）前方の所定位置Ｃの加速度ａ（ｘ）は、次式で表わされる。
【００２６】
ａ（ｘ）＝ｘ・ｓｉｎ｛θ・ｓｉｎ（φ２＋ｂ）｝      ・・・（１）
【００２７】
ここで、θは水平方向Ｈと車両１１のＸ軸方向とが成すピッチング角度の最大値であり、φ２はピッチングの位相であり、ｂはピッチングとバウンシングとの位相差である。
【００２８】
また、車両の上下運動が回転運動と直線運動との重ね合わせであるとすると、図１（ｃ）に示すように、重心位置Ｇからｘ（ｍｍ）前方の所定位置Ｃの加速度ａ（ｘ）は、次式で表わされる。
【００２９】
ａ（ｘ）＝Ａ・ｓｉｎφ１＋ｘ・ｓｉｎ｛θ・ｓｉｎ（φ２＋ｂ）｝    ・・・（２）
【００３０】
ここで、Ａはバウンシングの振幅であり、φ１はバウンシングの位相である。
【００３１】
従って、車両の重心位置Ｇ及び重心位置Ｇと異なる任意の所定位置Ｃの加速度を各々測定することにより、所定位置Ｃにおける回転運動と直線運動とを分離することが可能になる。
【００３２】
次に、本発明者等が上記の点について確認するために行った実験結果について説明する。
【００３３】
まず、図２に示すように、車両２１の前端側から後端側にかけて予め定めた所定位置Ｄ１〜Ｄ７に加速度センサを各々取り付ける。この加速度センサは、レーザー変位計やジャイロセンサ等の大がかりな装置ではなく、小型軽量（１４ｍｍ×１４ｍｍ×２０ｍｍ、約２５ｇ）の加速度センサを用いて取り付け部品や車両の加工等が必要なく両面テープ等で貼り付けるだけで十分なものを用いた。
【００３４】
そして、図３に示すように車両２１を走行させ、高さｈの段差２３を乗り下げたときの所定位置Ｄ１〜Ｄ７に取り付けた加速度センサにより測定した加速度データを取得した。なお、高さｈは一例として１５ｍｍであり、車両２１の走行速度は３０ｋｍ／ｈである。
【００３５】
その結果を図４に示す。同図に示す各所定位置の加速度の波形は、上記（２）式で表わされ、車両２１の前端である所定位置Ｄ１と車両２１の後端である所定位置Ｄ７の波形が交わる点２４で加速度がピークとなる波形をピッチングの中心と仮定した。同図の場合、所定位置Ｄ３をピッチングの中心と仮定した。
【００３６】
次に、得られた波形からバウンシング成分を除去するため、ピッチングの中心とした所定位置Ｄ３と、その他の所定位置Ｄ１、Ｄ２、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６、Ｄ７の各波形との差分を取る。その結果を図５に示す。同図に示すように、各波形は上記（２）式の右辺第２項のような波形となっている。
【００３７】
さらに、図５の各波形を、ピッチングの中心と仮定した所定位置Ｄ３から各所定位置までの距離ｘで除算した結果を図６に示す。同図に示すように、各波形は位相や振幅が略同様の波形となる。
【００３８】
次に、本発明者等は、車両２１の前後方向における重心位置がピッチングの中心であることを確認するため、図２に示す車両２１の重心位置Ｇ、車両の前方側の所定位置Ｄ２、及び車両２１の後方側の所定位置Ｄ６の３箇所の加速度を測定した。得られた波形を図７に示す。
【００３９】
図７に示す波形ＦＬは所定位置Ｄ２の加速度の波形であり、波形ＲＬは所定位置Ｄ６の加速度の波形であり、ＣＧは重心位置Ｇの加速度の波形である。
【００４０】
そして、図８には、波形ＦＬから波形ＣＧを減算し、これを重心位置Ｇから所定位置Ｄ２までの距離Ｆｌｇで除算した波形と、波形ＲＬから波形ＣＧを減算し、これを重心位置Ｇから所定位置Ｄ６までの距離Ｒｌｇで除算した波形とを示した。同図に示すように、両者は略一致し、その相関係数は０．９９となった。
【００４１】
また、図９には、上記のようにして求めた波形２６と、高精度のジャイロセンサを車両２１に取り付けて上記と同様の条件で測定した加速度の波形２８と、の結果を示した。同図に示すように両者は略一致している。
【００４２】
このことから、車両２１の任意の位置の加速度の波形からピッチングの中心となる車両２１の重心位置の波形を減算することで車両のピッチング成分を抽出することができ、バウンシング成分との分離が可能となる。
【００４３】
次に、上記のように測定した加速度からピッチング成分とバウンシング成分とを分離する車両加速度計測装置について説明する。
【００４４】
図１０には、本実施形態に係る車両加速度計測装置１０の概略ブロック図を示した。同図に示すように、車両加速度計測装置１０は、制御部１２を備えており、制御部１２には、操作部１４、モニタ１６、メモリ１８、及びカードリーダライタ２０が接続されている。
【００４５】
操作部１４は、後述する車両加速度計測処理の開始を指示したり、処理の実行に際して必要な種々の条件を入力したりするためのものである。
【００４６】
モニタ１６は、車両加速度計測処理の処理結果や各種画面等を表示したりするためのものである。
【００４７】
メモリ１８は、車両加速度計測処理の処理プログラムや各種パラメータ等が記憶される。なお、制御部１２は、例えばＣＰＵやＲＯＭ，ＲＡＭ等を含んだマイクロコンピュータで構成され、メモリ１８に記憶された処理プログラムを読み込んで実行することにより車両加速度計測処理を実行する。
【００４８】
カードリーダライタ２０は、例えば半導体メモリ等で構成されたメモリカード２２に記録されたデータを読み込んだり、メモリカード２２にデータを書き込んだりするためのものである。
【００４９】
本実施形態では、後述する加速度測定装置３０によって測定された加速度データがメモリカード２２に記録される。そして、車両加速度計測装置１０では、メモリカード２２に記録された加速度データを読み込み、読み込んだ加速度データに基づいて、ピッチング成分とバウンシング成分とを分離する処理を実行する。
【００５０】
図１１には、加速度測定装置３０の概略ブロック図を示した。同図に示すように、加速度測定装置３０は、制御部３２、第１加速度センサ３４、第２加速度センサ３６、及びカードリーダライタ３８を含んで構成されている。
【００５１】
加速度測定装置３０は、図示しない任意の車両に取り付けられ、第１加速度センサ３４は、予め定めた車両の重心位置Ｇに取り付けられ、第２加速度センサ３６は、加速度運動を把握したい位置、例えば車両の前端や後端等の任意の所定位置Ｄに取り付けられる。第１加速度センサ３４、第２加速度センサ３６は、前述したような小型軽量の加速度センサを用いることができる。
【００５２】
第１加速度センサ３４、第２加速度センサ３６は、各々が取り付けられた位置における車両の上下方向（Ｚ軸方向）の加速度Ａｘ１、Ａｘ２を検出して制御部３２に出力する。
【００５３】
カードリーダライタ３８は、第１加速度センサ３４、第２加速度センサ３６で検出した加速度データを、前述したメモリカード２２に書き込むためのものである。
【００５４】
車両加速度計測処理を実行する前に、加速度測定装置３０を車両に装着し、図３に示すような段差のあるコースを走行させ、そのときの第１加速度センサ３４、第２加速度センサ３６により検出された重心位置Ｇ及び所定位置Ｃの加速度データをメモリカード２２に記憶させる。
【００５５】
加速度データを取得すると、車両加速度計測装置１０により、加速度データに基づくピッチング成分とバウンシング成分との分離処理が可能となる。車両加速度計測装置１０により車両加速度計測処理を開始する際、オペレータは、加速度データが記録されたメモリカード２２を車両加速度計測装置１０のカードリーダライタ２０にセットして、操作部１４により処理の開始を指示する。
【００５６】
次に、本実施の形態の作用として、車両加速度計測装置１０の制御部１２で実行される車両加速度計測処理プログラムの処理ルーチンについて図１２に示すフローチャートを参照して説明する。なお、図１２に示す処理は、加速度データが記録されたメモリカード２２がカードリーダライタ２０にセットされた状態において、オペレータが操作部１４により処理の開始を指示すると実行される。
【００５７】
ステップ１００では、メモリカード２２に記録された加速度データのうち、第１加速度センサ３４で測定された重心位置Ｇの加速度Ａｘ１の加速度データを読み込む。
【００５８】
ステップ１０２では、メモリカード２２に記録された加速度データのうち、第２加速度センサ３４で測定された所定位置Ｄの加速度Ａｘ２の加速度データを読み込む。
【００５９】
ステップ１０４では、加速度Ａｘ１と加速度Ａｘ２との差分をとり、回転運動成分ＡｘＣを次式により算出する。
【００６０】
ＡｘＣ＝Ａｘ１−Ａｘ２      ・・・（３）
【００６１】
このＡｘＣは、上記（２）式の第２項、すなわち所定位置Ｄの上下方向の運動成分のうちの回転運動成分を表わす。
【００６２】
次に、ステップ１０６では、所定位置Ｄの回転運動成分ＡｘＣを、重心位置Ｇと所定位置Ｄとの距離ｘで除算することにより、ピッチング加速度ａｘＣを次式により求める。
【００６３】
ａｘＣ＝ＡｘＣ／ｘ    ・・・（４）
【００６４】
ステップ１０８では、例えば重心位置Ｇや所定位置Ｄの加速度Ａｘ１，Ａｘ２の波形や、ステップ１０４で求めた回転運動成分ＡｘＣやステップ１０６で求めたピッチング加速度ａｘＣ等の波形等の結果をモニタ１６に表示したり、メモリカード２２に記録したりすることにより結果を出力する。
【００６５】
このように、重心位置Ｇと任意の所定位置Ｄの上下方向の加速度を測定した加速度データに基づいて、所定位置Ｄの上下方向の加速度運動をピッチング成分のみを抽出することができ、バウンシング成分と分離することができる。
【００６６】
このようにピッチング成分とバウンシング成分とを分離することができることにより、例えば車両の所定位置Ｄの上下方向の加速度運動が車両の操縦安定性能にどのような影響を与えるかを解析することが可能となる。
【００６７】
以下、車両の上下方向の加速度運動のピッチング成分と操縦安定性能との関係について説明する。例えば、図１３に示すように、車両４０の前輪４０Ｆの重さをＭｆ、車両４０の後輪４０Ｒの重さをＭｒとした場合、静止時における前輪４０Ｆに加わる荷重は、前輪４０Ｆの位置における上下方向の加速度運動のピッチング成分をａｆ、重力加速度をｇとするとＭｆ・ｇで表わされ、前輪４０Ｆの上下運動はＭｆ・ｇ−Ｍｆ・ａｆで表わされる。同様に、静止時における後輪４０Ｒに加わる荷重は、ピッチング成分をａｒとするとＭｒ・ｇで表わされ、後輪４０Ｒの上下運動はＭｒ・ｇ−Ｍｒ・ａｒで表わされる。
【００６８】
ここで、各タイヤの位置におけるピッチングによる正規化上下加速度ΔＲＡを、タイヤの重さをＭ、上下方向の加速度運動のピッチング成分をａとして、（Ｍ・ａ）／（Ｍ・ｇ）で定義する。
【００６９】
本発明者らは、車両４０が図３に示すような段差のある路面を走行した時の車両４０の前上がり状態（ａｆが最大になる状態）、後上がり状態（ａｒが最大になる状態）、前下がり状態（ａｆが最小になる状態）、後下がり状態（ａｒが最小になる状態）の正規化上下加速度ΔＲＡをそれぞれ求めることを複数のタイヤについて行い、各状態における操縦安定性能を一例として４〜７．５の範囲で運転者に官能評価させた。その結果を図１４に示す。なお、同図においては、各状態におけるΔＲＡと操縦安定性能との関係を一次式に近似して表わしている。
【００７０】
同図に示すように、後上がり状態以外は操縦安定性能の変化に対してΔＲＡが一定であるのに対し、後上がり状態では、操縦安定性能が悪化するに従ってΔＲＡの値が大きくなっているのが判る。すなわち、後上がり状態のΔＲＡのみが操縦安定性能に関係することが判った。
【００７１】
このように、車両の任意の位置の上下方向加速度からピッチング成分を分離し、このピッチング成分から車両の操縦安定性能と関係する車両の状態を見出すことが可能となり、本発明が車両の運動性能の解析に非常に有効な手法であることが判った。
【００７２】
なお、本実施形態では、車両の前後方向の任意の所定位置における車両の上下方向の加速度からピッチング成分を分離する場合について説明したが、例えば車両の左右方向の任意の所定位置における車両の上下方向の加速度からローリング成分を分離する場合についても本発明を適用可能である。この場合、例えば車両の左右の何れか一方側のタイヤが段差を乗り下げた時の重心位置及び車両の左右方向の任意の所定位置の加速度を測定して上記と同様の処理を行えばよい。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】車両の上下運動について説明するための図である。
【図２】加速度を測定するための車両の側面図である。
【図３】加速度を測定するための走行コースの一例を示す図である。
【図４】車両の各部に設けた加速度センサにより測定された加速度の波形を示す図である。
【図５】測定した加速度から車両の重心位置の加速度を各々減算した波形を示す図である。
【図６】図５の波形を車両の重心位置から加速度センサまでの距離で除算した波形を示す図である。
【図７】車両の前端、後端、及び重心位置に設けた加速度センサにより測定された加速度の波形を示す図である。
【図８】測定した加速度から車両の重心位置の加速度を各々減算し、車両の重心位置から加速度センサまでの距離で除算した波形を示す図である。
【図９】ジャイロセンサで測定した加速度の波形と、加速度から算出したピッチング成分の波形とを示す図である。
【図１０】車両加速度計測装置の概略ブロック図である。
【図１１】加速度測定装置の概略ブロック図である。
【図１２】車両加速度計測装置で実行される処理のフローチャートである。
【図１３】車両の正規化上下加速度について説明するための図である。
【図１４】正規化上下加速度と操縦安定性能との関係を示す図である。
【図１５】車両の前端の上下方向加速度と車高の波形を示す図である。
【図１６】正規化上下加速度と操縦安定性能との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０      車両加速度計測装置
１２      制御部
１４      操作部
１６      モニタ
１８      メモリ
２０      カードリーダライタ
２２      メモリカード
３０      加速度測定装置
３２      制御部
３４      第１加速度センサ
３６      第２加速度センサ
３８      カードリーダライタ
【図１】
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【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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