(57)【要約】【課題】車両の質量を高い精度で推定することができる車両の質量推定方法を提供する。【解決手段】走行中の車両のホイールトルクを予め求めた平坦路定速走行に必要なホイールトルクで補正したのち、当該補正したホイールトルクと前記車両の加減速度との回帰直線を求め、該回帰直線の傾きから前記車両の質量を推定する。【選択図】　　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行中の車両のホイールトルクを予め求めた平坦路定速走行に必要なホイールトルクで補正したのち、当該補正したホイールトルクと前記車両の加減速度との回帰直線を求め、該回帰直線の傾きから前記車両の質量を推定する車両の質量推定方法。
【請求項２】
前記平坦路定速走行に必要なホイールトルクと前記車両の車体速度との関係から、現在走行中の車両のホイールトルクの補正を行なう請求項１記載の車両の質量推定方法。
【請求項３】
車両のタイヤの車輪速回転情報を検出する車輪速検出手段と、走行中の車両のホイールトルクを予め求めた平坦路定速走行に必要なホイールトルクで補正する第１補正手段と、当該補正したホイールトルクと前記車両の加減速度との回帰直線を求める回帰演算手段と、該回帰直線の傾きから前記車両の質量を推定する質量推定手段とを備える車両の質量推定装置。
【請求項４】
前記平坦路定速走行に必要なホイールトルクと前記車両の車体速度との関係から、現在走行中の車両のホイールトルクの補正を行なう第２補正手段を備える請求項３記載の車両の質量推定装置。
【請求項５】
走行中の車両のホイールトルクを予め求めた平坦路定速走行に必要なホイールトルクで補正したのち、当該補正したホイールトルクと前記車両の加減速度との回帰直線を求め、該回帰直線の傾きから求められる前記車両の質量に基づいて、該回帰直線の切片から路面の勾配を推定する車両の勾配推定方法。。
【請求項６】
前記平坦路定速走行に必要なホイールトルクと前記車両の車体速度との関係から、現在走行中の車両のホイールトルクの補正を行なう請求項５記載の車両の勾配推定方法。
【請求項７】
車両のタイヤの車輪速回転情報を検出する車輪速検出手段と、走行中の車両のホイールトルクを予め求めた平坦路定速走行に必要なホイールトルクで補正する第１補正手段と、当該補正したホイールトルクと前記車両の加減速度との回帰直線を求める回帰演算手段と、該回帰直線の傾きから求められる前記車両の質量に基づいて、該回帰直線の切片から路面の勾配を推定する勾配推定手段とを備える車両の勾配推定装置。
【請求項８】
前記平坦路定速走行に必要なホイールトルクと前記車両の車体速度との関係から、現在走行中の車両のホイールトルクの補正を行なう第２補正手段を備える請求項７記載の車両の勾配推定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車両の質量推定方法および装置、ならびに該方法を用いる勾配推定方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
車輪速度の相対比較などの間接式の空気圧警報装置では、空気圧を間接的に表す物理量（たとえば動荷重半径）に対して、運転の仕方や、勾配や路面摩擦係数μなどの道路状況、車両の荷重条件が及ぼす影響が大変大きいことがわかっている。その影響を取り除くため、従来では、車輪速度やその他車両に備えられたセンサ情報から、誤差の多く含まれたデータを識別して、該当するデータを補正するか、または除外することを行なっている。
【０００３】
しかしながら、登坂降坂や、乗員数・荷物の多寡、牽引車両の有無などによる重量変化については、前述した動荷重半径などの間接的物理量に及ぼす影響が大きいにもかかわらず、データを識別して補正や除外することができない。
【０００４】
たとえば特開平９−２４２８６２号公報には、路面勾配推定装置Ａが記載されている。この公報は、車両駆動トルクが、平地走行抵抗トルクと加速抵抗トルクと勾配抵抗トルクの合計とバランスすることから、車両駆動トルク＝平地走行抵抗トルク＋加速抵抗トルク＋勾配抵抗トルクという関係を用いている。そして、車両駆動トルク、平地走行抵抗トルクおよび加速抵抗トルクを求めて、勾配抵抗トルクを算出して、つぎの式から路面勾配ｓｉｎθを求めるようにしている。
Ｔθ＝Ｗ×ｇ×ｓｉｎθ×Ｒｔ
【０００５】
2004037255.tif 000002
である。
【０００６】
前記装置Ａは、予め計測したデータを用いて平坦路走行トルクや加速抵抗トルクを計算し、これを差し引きして勾配抵抗トルクを計算し、勾配を計算している。しかしながら、平坦路走行トルクも加速抵抗トルクも車両の質量や空気抵抗係数に依存する量であるため、トレーラーを牽引したり、貨物や乗員を多く載せたり、車両の屋根にルーフキャリアなどを載せた場合、誤差が大きくなることが考えられる。
【０００７】
これに対し、駆動トルクではなく、前後輪の車輪速度から求められるスリップ率を用いるとともに、加速抵抗トルクの影響をなくすために、車両加速度がゼロ付近のデータを使って勾配を検出することが考えられる。
【０００８】
この考えでは、加速抵抗トルクの影響をなくすために、回帰などを行なって、加速度がゼロの場合のスリップ率を求めて、勾配を検出するが、スリップ率を求める場合に、走行によるタイヤの摩耗や、貨物・乗員数などによる総重量の変化や、荷重の前後配分変化の影響を考慮するのが難しいので、高い精度で勾配を検出することができない。
【０００９】
本発明は、叙上に事情に鑑み、車両の質量を高い精度で推定する車両の質量推定方法および装置、ならびに該方法を用いて路面の勾配を高い精度で推定することができる勾配推定方法および装置に関する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の車両の質量推定方法は、走行中の車両のホイールトルクを予め求めた平坦路定速走行に必要なホイールトルクで補正したのち、当該補正したホイールトルクと前記車両の加減速度との回帰直線を求め、該回帰直線の傾きから前記車両の質量を推定することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の車両の質量推定装置は、車両のタイヤの車輪速回転情報を検出する車輪速検出手段と、走行中の車両のホイールトルクを予め求めた平坦路定速走行に必要なホイールトルクで補正する第１補正手段と、当該補正したホイールトルクと前記車両の加減速度との回帰直線を求める回帰演算手段と、該回帰直線の傾きから前記車両の質量を推定する質量推定手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
さらに本発明の車両の勾配推定方法は、走行中の車両のホイールトルクを予め求めた平坦路定速走行に必要なホイールトルクで補正したのち、当該補正したホイールトルクと前記車両の加減速度との回帰直線を求め、該回帰直線の傾きから求められる前記車両の質量に基づいて、該回帰直線の切片から路面の勾配を推定することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の車両の勾配推定装置は、車両のタイヤの車輪速回転情報を検出する車輪速検出手段と、走行中の車両のホイールトルクを予め求めた平坦路定速走行に必要なホイールトルクで補正する第１補正手段と、当該補正したホイールトルクと前記車両の加減速度との回帰直線を求める回帰演算手段と、該回帰直線の傾きから求められる前記車両の質量に基づいて、該回帰直線の切片から路面の勾配を推定する勾配推定手段とを備えることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて、車両の質量推定方法および装置、ならびに該方法を用いる勾配推定方法および装置を説明する。
【００１５】
図１に示されるように、本発明の一実施の形態にかかわる質量推定装置は、４輪車両に備えられた４つのタイヤＦＬ、ＦＲ、ＲＬおよびＲＲ（以下、総称してＷｉという。ここで、ｉ＝１〜４、１：前左タイヤ、２：前右タイヤ、３：後左タイヤ、４：後右タイヤ）の車輪速回転情報から走行中の４輪車両の路面の勾配を推定するもので、タイヤＷｉにそれぞれ関連して設けられた通常の車輪速検出手段１を備えている。また、車両には、該車両の進行方向を向くように設置された前後方向加速度センサ（以下、単に加速度センサという）３が搭載されている。
【００１６】
前記車輪速検出手段１としては、電磁ピックアップなどを用いて回転パルスを発生させてパルスの数から回転速度を測定する車輪速センサまたはダイナモのように回転を利用して発電を行ない、この電圧から回転速度を測定するものを含む角速度センサなどを用いることができる。前記車輪速検出手段１の出力はＡＢＳなどのコンピュータである制御ユニット２に与えられる。また、この制御ユニット２には、前記加速度センサ３が接続されている。
【００１７】
制御ユニット２は、図２に示されるように、外部装置との信号の受け渡しに必要なＩ／Ｏインターフェイス２ａと、演算処理の中枢として機能するＣＰＵ２ｂと、該ＣＰＵ２ｂの制御動作プログラムが格納されたＲＯＭ２ｃと、前記ＣＰＵ２ｂが制御動作を行なう際にデータなどが一時的に書き込まれたり、その書き込まれたデータなどが読み出されるＲＡＭ２ｄとから構成されている。
【００１８】
前記車輪速検出手段１では、タイヤＷｉの回転数に対応したパルス信号（以下、車輪速パルスという）が出力される。またＣＰＵ２ｂでは、車輪速検出手段１から出力された車輪速パルスに基づき、所定のサンプリング周期ΔＴ（ｓｅｃ）、たとえばΔＴ＝１秒ごとに各タイヤＷｉの回転角速度Ｆｉが算出される。
【００１９】
ここで、タイヤＷｉは、規格内でのばらつき（初期差異）が含まれて製造されるため、各タイヤＷｉの有効転がり半径（一回転により進んだ距離を２πで割った値）は、すべてのタイヤＷｉがたとえ正常空気圧であっても、同一とは限らない。そのため、各タイヤＷｉの回転角速度Ｆｉはばらつくことになる。そこで、初期差異によるばらつきを打ち消すために補正した回転角速度Ｆ１ｉを算出する。具体的には、
Ｆ１１＝Ｆ１
Ｆ１２＝ｍＦ２
Ｆ１３＝Ｆ３
Ｆ１４＝ｎＦ４
と補正される。前記補正係数ｍ、ｎは、たとえば車両が直線走行していることを条件として回転角速度Ｆｉを算出し、この算出された回転角速度Ｆｉに基づいて、ｍ＝Ｆ１／Ｆ２、ｎ＝Ｆ３／Ｆ４として得られる。そして、前記Ｆ１ｉに基づき、各車輪のタイヤの回転速度Ｖｉを算出する。
【００２０】
本発明においては、所定の時間内の、現在走行中の車両のホイールトルク（走行抵抗）と加減速度を３点以上収集し、平坦路定速走行時のホイールトルクで補正し、測定点を直線で回帰する。この回帰直線の傾きが車両の質量を、切片が路面の勾配を表すことがわかっている。そこで、本実施の形態では、走行中の車両のホイールトルクを予め求めた平坦路定速走行に必要なホイールトルクで補正したのち、当該補正したホイールトルクと前記車両の加減速度との回帰直線を求め、該回帰直線の傾きから前記車両の質量を推定する。このため、本実施の形態では、車輪速検出手段１と、走行中の車両のホイールトルクを予め求めた平坦路定速走行に必要なホイールトルクで補正する第１補正手段と、当該補正したホイールトルクと前記車両の加減速度との回帰直線を求める回帰演算手段と、該回帰直線の傾きから前記車両の質量を推定する質量推定手段とを備えている。また、前記平坦路定速走行に必要なホイールトルクと前記車両の車体速度との関係による補正を行なう第２補正手段を備えるのが好ましい。
【００２１】
前記走行中の車両のホイールトルクは、エンジントルクやエンジン回転数、アクセル開度などから計算して求めることができる。
【００２２】
前記平坦路定速走行に必要なホイールトルクは、実走行中に加減速度がゼロに近いデータを集めることにより求めることができる。
【００２３】
また、前記車両の加減速度は、たとえば加速度センサ３を用いて、当該検出信号から求めることもできるが、車両の従動輪の平均車輪速度Ｖｆｎより１つ前の車輪速データから、平均車輪速度Ｖｆｎ−１とすると、つぎの式（１）で求めることもできる。
Ａｆｎ＝（Ｖｆｎ−Ｖｆｎ−１）／Δｔ　　　　・・・（１）
ここで、Δｔは車輪速データから算出される車輪速度ＶｆｎとＶｆｎ−１の時間間隔（サンプリング時間）である。前記サンプルング時間としては、１秒以下である。
【００２４】
まず質量ｍの車両を平坦路で一定速度の走行状態から駆動力Ｆを加えて運動させた場合、車両に加速度ａが生じるので、これらの３つの要素の関係は、つぎの式（２）のように表せる。
【００２５】
Ｆ＝ｍ×ａ　　　　・・・（２）
このとき、駆動力Ｆは、その時点で作用しているホイールトルクＴから平坦路定速走行時のホイールトルクＴｓを差し引いたトルク（Ｔ−Ｔｓ）を車輪の負荷半径Ｒｔで除することで求められる。この駆動力Ｆと加速度ａのデータについて、縦軸を駆動力Ｆ、横軸を加速度ａとして直線回帰を行なう。車両の質量ｍは、この回帰直線の傾きとなる。
【００２６】
また、前記車両が傾斜角θの路面を走行した場合の駆動力は、ｍ・ｇ・ｓｉｎθが加わるため、
Ｆ＝ｍ×ａ＋ｍ・ｇ・ｓｉｎθ　　　　・・・（３）
となる。この直線は、前記直線（Ｆ＝ｍ×ａを表す直線）をＹ軸に平行に移動したものであり、切片がｍ・ｇ・ｓｉｎθとなる。質量ｍは、この回帰直線の傾きから求められるので、この質量と切片の値より路面の傾斜角θが計算できる。したがって、この回帰直線の傾きを監視することで、車両の質量（重量）が求められ、切片を監視することで、路面の傾斜を求めることができる。
【００２７】
本発明の他の実施の形態では、前記回帰直線の傾きから求められる前記車両の質量に基づいて、該回帰直線の切片から路面の勾配を推定する勾配推定手段を備える勾配推定装置とすることができる。また、前記第２補正手段に、前記平坦路定速走行に必要なホイールトルクと前記車両の車体速度との関係から、現在走行中の車両のホイールトルクを補正するようにさせることができる。すなわち予め車両を種々の定速で平坦路を走行させて、当該定速ごとに必要なホイールトルクを測定し、記憶しておく。ついで現在走行中の車両のホイールトルクに該車体速度の定速走行に必要なホイールトルクを差し引いたトルクを車輪の負荷半径Ｒｔで除するという補正を行なう。
【００２８】
つぎに本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定されるものではない。
【００２９】
実施例
車両として、前輪駆動車を用意した。タイヤのタイヤサイズは２０５／５５Ｒ１６である。まず速度を変えて、各車輪について平坦路定速走行に必要なホイールトルクを求めた。４輪の平均ホイールトルクを直線回帰したものを図３に示す。
【００３０】
まず前記車両がトレーラーなしで、山岳路のＡ地点からＢ地点に向かって走行して、走行中のホイールトルクと車両の加減速度（前後加速度）を測定し、該走行中の車体速度に対応する定速走行ホイールトルクで補正したデータを１０個集めて直線回帰した。その回帰直線の傾きのデータと切片のデータをそれぞれ判定値として図４、５に示す。なお、直線回帰は、１０個のデータが集まった時点で行ない、１１個目がサンプリングされると、最初の１個を破棄し、最新の１個を加えた１０個で新たに直線回帰を行なった。なお、この回帰直線の傾きは車両の質量に比例する量を表し、切片は路面の勾配に比例する量を表す。
【００３１】
つぎに前記車両にトレーラーを取り付けて、同じ山岳路をＢ地点からＡ地点に向かって走行して、走行したときの回帰直線の傾きのデータと切片のデータをそれぞれ判定値として図６、７に示す。
【００３２】
なお、車両にトレーラーを取り付けないで、同じ山岳路を逆方向（Ｂ地点からＡ地点）に走行した場合、往路の登りは、復路の下りになり、往路の出発地点は復路の終点になることから、図８に示されるように図５を１８０度回転（反転）させて比較すると、ほぼ同じであることがわかる。
【００３３】
図６から、車両の質量を表す回帰直線の傾きが明らかに増加していることがわかる。また、図７の切片の変化を見ると、明らかに図５と比べて振幅が大きくなっていることもわかる。これは車両の質量が増加しているためである。
【００３４】
つぎに図４に基づいて、車両にトレーナーを取り付けていない場合の質量を求める手順の一例を説明する。傾き（車両の質量に相当）は、前記式（１）からＦ＝ｍ×ａのｍを表すべきであるが、駆動力Ｆが直接計測できないので、つぎの式（４）のようにホイールトルク／タイヤ負荷半径（ＷＴ／Ｒｔ）で代用している。
ＷＴ＝ｍ×Ｒｔ×ａ　　　　・・・（４）
【００３５】
傾きは、この式のｍ×Ｒｔを表しているので、質量ｍに直すためにタイヤ負荷半径（約０．３ｍ）で割る。また、この数値は、タイヤ１輪分で考えているので、２倍する必要がある。ここで、図４のデータのうち、相関が高いと思われるデータを平均すると、ホイールトルクの平均値は１８６（ｋｇ・ｍ）であるので、最終的には、この車両のトレーラーなしの場合の質量ｍはつぎのように求めることができる。
ｍ＝１８６／０．３×２＝１２４０（ｋｇ）
【００３６】
一方、切片は、同様に、登りを考えると、前記式（３）から、
Ｆ−ｍ・ｇ・ｓｉｎθ＝ｍ×ａ
のｍ・ｇ・ｓｉｎθを表すが、駆動力Ｆの変わりにホイールトルクＷＴを使っているので、切片はｍ・ｇ・ｓｉｎθ・Ｒｔと表される。
【００３７】
ついで切片を先に求まっている質量ｍ＝１２４０ｋｇ、ｇ＝９．８およびタイヤ負荷半径Ｒｔ＝０．３ｍで割ってやると、ｓｉｎθが求まるので、路面勾配が求まる。たとえば図５から切片の値（判定値）が２００の場合、ｓｉｎθは、つぎのようになる。
２００／１２４０／９．８／０．３＝０．０５４８６
【００３８】
ここで、θが小さいとき、ｓｉｎθはほとんどθ（ｒａｄ）に等しいので、
ｓｉｎθ＝０．０５４８６＝θ（ｒａｄ）＝３．１４（度）
の勾配となります。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、車両の質量を高い精度で推定することができる。
【００４０】
また、本発明によれば、路面の勾配を高い精度で推定することができる。
【００４１】
したがって、本実施の形態では、車両が走行中の路面の勾配を高精度で推定して、この勾配を自動変速機の変速制御情報、タイヤ空気圧低下検出装置（ＤＷＳ）や路面状態判定装置に用いることにより、走行性能および走行安全性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のタイヤ空気圧低下検出装置の一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】図１のタイヤ空気圧低下検出装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図３】定速走行ホイールトルクの回帰直線を示す図である。
【図４】車両にトレーラーを取り付けないで、山岳路を走行させたときの回帰直線の傾きと切片を示す図である。
【図５】車両にトレーラーを取り付けないで、山岳路を走行させたときの回帰直線の切片を示す図である。
【図６】車両にトレーラーを取り付けて、同じ山岳路を走行したときの回帰直線の傾きを示す図である。
【図７】車両にトレーラーを取り付けて、同じ山岳路を走行したときの回帰直線の切片を示す図である。
【図８】車両にトレーラーを取り付けないで、山岳路を逆方向に走行させたときの回帰直線の切片を示す図である。
【符号の説明】
１　車輪速検出手段
２　制御ユニット
３　加速度センサ
【図１】
2004037255.tif 000003
【図２】
2004037255.tif 000004
【図３】
2004037255.tif 000005
【図４】
2004037255.tif 000006
【図５】
2004037255.tif 000007
【図６】
2004037255.tif 000008
【図７】
2004037255.tif 000009
【図８】
2004037255.tif 000010