(57)【要約】【課題】車両の重量を推定するために特別に加振器を搭載することなく、車両の重量を適切に推定する。【解決手段】エンジン１２と、エンジンの駆動力を車輪に伝達するためのプロペラシャフト１６の長手方向および回転方向の少なくとも一部を遮蔽するフロアトンネル２２と、フロアトンネルに生じている振動を検出する振動センサ３０と、エンジンの回転数が始動時から所定の回転数まで上昇する間に、振動センサによって検出された振動の周波数成分のうち、所定の周波数帯域に含まれる共振振動の周波数値を導出する周波数導出部１０２と共振振動の周波数値に基づいて車両１の重量を推定する重量推定部１０４と、を備える。【選択図】図１
2016114397.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、
前記エンジンの駆動力を車輪に伝達するためのプロペラシャフトの長手方向および回転方向の少なくとも一部を遮蔽するフロアトンネルと、
前記フロアトンネルに生じている振動を検出する振動センサと、
前記エンジンの回転数が始動時から所定の回転数まで上昇する間に、前記振動センサによって検出された振動の周波数成分のうち、所定の周波数帯域に含まれる共振振動の周波数値を導出する周波数導出部と、
前記共振振動の周波数値に基づいて車両の重量を推定する重量推定部と、
を備えることを特徴とした車両の重量推定装置。
【請求項２】
前記振動センサは、前記フロアトンネルの長手方向における一端部または他端部に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の車両の重量推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の重量を推定する車両の重量推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
低燃費走行を実現するためには、車両の加速時のエンジン制御や変速機制御などの車両制御を適切に行う必要がある。車両制御を適切に行うための参照要素の１つとして車両の重量が挙げられている。
【０００３】
車両の重量を推定する技術として、例えば、車両に加振器を搭載して動作させ、加振器が動作している間の車両のボディ構造における周波数成分を取得し、この取得した周波数成分の共振振動における周波数値と基準となる周波数値とに基づいて、車両の重量を推定する技術が知られている（例えば、特許文献１）。また、サスペンションによる車体の上下振動（バネ上共振周波数）を検出し、この検出結果に基づいて、車両の重量を推定する技術も公知となっている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−８３４８３号公報
【特許文献２】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】
【０００５】
しかし、特許文献１のような、加振器を用いて重量を推定する技術では、加振器の重量の分だけ車両の重量が増加するため、燃費の向上を図れないおそれがある。また、加振器自体のコストや取付労力も費やすこととなる。さらに車両の重量を推定する度に、加振器による加振動作といった特別な処理を遂行しなければならなかった。
【０００６】
また、特許文献２のような、サスペンションによる車体の上下振動を検出し、その検出結果に基づいて重量を推定する技術では、車両の修理・改造などによってサスペンションが変更されると、バネ上共振周波数が変化してしまい、車両の重量を正確に特定できないという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑み、車両の重量を推定するために特別に加振器を搭載することなく、車両の重量を適切に推定することが可能な車両の重量推定装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の車両の重量推定装置は、エンジンと、エンジンの駆動力を車輪に伝達するためのプロペラシャフトの長手方向および回転方向の少なくとも一部を遮蔽するフロアトンネルと、フロアトンネルに生じている振動を検出する振動センサと、エンジンの回転数が始動時から所定の回転数まで上昇する間に、振動センサによって検出された振動の周波数成分のうち、所定の周波数帯域に含まれる共振振動の周波数値を導出する周波数導出部と、共振振動の周波数値に基づいて車両の重量を推定する重量推定部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、振動センサは、フロアトンネルの長手方向における一端部または他端部に固定されていてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、車両の重量を推定するために特別に加振器を搭載することなく、車両の重量を適切に推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】車両の構成を説明するためのブロック図である。
【図２】図１におけるＩＩ−ＩＩ線の縦断面を示す概略図である。
【図３】トンネル開きの固有振動数を説明する図である。
【図４】エンジンの始動時における周波数を説明する図である。
【図５】トンネル開きの固有振動数の変動幅を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明の限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１３】
図１は、車両１の構成を説明するためのブロック図である。図１に示すように車両１は、車両本体１０と、エンジン１２と、変速機１４と、プロペラシャフト１６と、ドライブシャフト１８ａ、１８ｂと、駆動輪２０ａ、２０ｂ（車輪）と、フロアトンネル２２と、振動センサ３０と、中央制御部４０とを含んで構成されている。本実施形態では、エンジン１２が車両本体１０の前方部分に設けられ、後方の駆動輪２０ｂがエンジン１２の駆動力によって回動するＦＲ（フロントエンジン・リアドライブ）方式の車両１を挙げて説明する。また、以下では、車両１の進行方向を前方（図中、左側）、車両１の後進方向を後方（図中、右側）、車両１の鉛直方向の天井側を上方、車両１の鉛直方向の床側を下方として説明し、車両本体１０およびフロアトンネル２２の幅方向（短手方向）を単に幅方向と言う。
【００１４】
車両本体１０は、骨格となる複数のフレームと、運転者などが乗車する空間となるフロアを形成するボディとを含んで構成されている。
【００１５】
本実施形態では、エンジン１２として、例えば、４気筒４サイクルエンジンを挙げる。かかるエンジン１２で生成された駆動力は、変速機１４、プロペラシャフト１６、ドライブシャフト１８ｂを介して駆動輪２０ｂに伝達される。
【００１６】
フロアトンネル２２は、車両本体１０の長手方向中央かつ幅方向中央であって、車両本体１０のフロア（不図示）に形成されており、エンジン１２の駆動力を伝達するプロペラシャフト１６の長手方向および回転方向の少なくとも一部を遮蔽する。また、エンジン１２で生成された振動によって、フロアトンネル２２に振動が生じている。
【００１７】
振動センサ３０は、加速度センサ等で構成され、フロアトンネル２２後方付近に複数固定され（本実施形態では、２つ）、フロアトンネル２２に生じている振動を検出する。この検出結果は、中央制御部４０へと送信される（実線矢印）。かかる振動センサ３０のフロアトンネル２２における固定位置の詳細については、後程詳述する。
【００１８】
中央制御部４０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含む半導体集積回路で構成され、重量推定装置１００全体を制御する。また、中央制御部４０は、周波数導出部１０２と、重量推定部１０４として機能し、ＲＯＭやＲＡＭはデータ保持部５０として動作する。かかる機能部については、後程詳述する。
【００１９】
また、重量推定装置１００は、エンジン１２と、フロアトンネル２２と、振動センサ３０と、周波数導出部１０２と、重量推定部１０４とによって構成される。
【００２０】
図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線の縦断面を示す概略図である。図２に示すように、フロアトンネル２２は、車両本体１０のフロアの底部１０ａから上方に立設した２つの壁面部２２ａと、２つの壁面部２２ａの鉛直上方を連結する上面部２２ｂとによって構成されている。また、フロアトンネル２２は、上面部２２ｂと壁面部２２ａとによってプロペラシャフト１６を遮蔽する。
【００２１】
図２に示すように、振動センサ３０は、フロアトンネル２２の一方の壁面部２２ａおよび上面部２２ｂの任意の位置に、車両本体１０における水平方向（幅方向）および鉛直方向の軸に合わせて固定されている。そして、白抜き矢印で示すように、フロアトンネル２２の幅方向の振動（横振動）と、フロアトンネル２２の鉛直方向の振動（縦振動）とを検出する。
【００２２】
図３は、トンネル開きの固有振動数を説明する図である。ここで、固有振動数とは一の物体が有する共振振動（固有振動）に対応する振動数を言う。固有振動は、固有振動数の低い方から順に１次固有振動、２次固有振動、…のように示される。また、トンネル開き（または、トンネル開きモードとも言う。）は、フロアトンネル２２の２つの壁面部２２ａが幅方向に拡縮したり、フロアトンネル２２の上面部２２ｂが上下方向に変動する振動の態様を指す。
【００２３】
図３（ａ）は、相異なる複数の車種（Ａ〜Ｅ）におけるトンネル開きの固有振動数（Ｈｚ）を示している。図３（ａ）に示すように任意に選択された車種Ａ〜Ｅの加重０ｋｇの条件（人員または荷物による車両１への加重がなされていない条件）下におけるトンネル開きの固有振動数は、車種Ａが２２．８Ｈｚ、車種Ｂが２６Ｈｚ、車種Ｃが２７Ｈｚ、車種Ｄが３２Ｈｚ、車種Ｅが３８Ｈｚとなる。したがって、車種が異なったとしても、トンネル開きの固有振動数は、２２．８Ｈｚ〜３８Ｈｚの間に存在していると言える。本実施形態では、説明の便宜上、トンネル開きの固有振動数として車種Ｅの３８Ｈｚを用いる。
【００２４】
次に、トンネル開き以外の固有振動の固有振動数について説明する。図３（ｂ）は、フロアの底部１０ａであって、車両本体１０の幅方向中央および長手方向後方（以下、単にリアフロア中央部分と言う。）にて検出された最低の固有振動数である１次固有振動の固有振動数（Ｈｚ）を示している。図３（ｂ）に示すように、リアフロア中央部分にて検出された１次固有振動の固有振動数は、９６．４Ｈｚであった。従来、この１次固有振動を発生させようとした場合、車両本体１０に最低でも９６．４Ｈｚの振動を与えなければならないため、専用の加振器が必要であった。一方、トンネル開きの固有振動数は、例えば３８Ｈｚであるため、上述したフロアの底部１０ａの１次固有振動に比べ、与えるべき振動の振動数を低減することができる。
【００２５】
図４は、エンジン１２の始動時における周波数換算値を説明する図である。図４では、横軸がエンジン始動時の経過時間（秒）、縦軸がエンジン回転数（ｒｐｍ）の周波数換算値（Ｈｚ）を示している。ここで、エンジン回転数（ｒｐｍ）の周波数換算値（Ｈｚ）は、エンジン１２の回転数を６０（秒）で除算し、４気筒４サイクルエンジンの爆発基本次数となる２を乗算して算出する。例えば、６００ｒｐｍの周波数換算値は、６００ｒｐｍ÷６０秒×２＝２０Ｈｚとなる。
【００２６】
図４に示すように、エンジン１２の周波数換算値は、始動後、０Ｈｚからおよそ４３Ｈｚまで上昇し、アイドリングに移行して、およそ３８Ｈｚ付近に維持される。したがって、エンジン１２は、始動時からアイドリングまでの間に、０Ｈｚ〜４３Ｈｚまでの周波数を生成していることとなる。
【００２７】
ここで、車種Ａ〜Ｅのトンネル開きの固有振動数の範囲である２２．８Ｈｚ〜３８Ｈｚは、エンジン１２の始動時からアイドリングまでの間の周波数換算値である０Ｈｚ〜４３Ｈｚに含まれることが理解できる。すなわち、従来のように、車両の重量を推定するために特別に加振器を搭載しなくとも、エンジン１２の始動時からアイドリングまでの間の周波数である０Ｈｚ〜４３Ｈｚを利用して、トンネル開きの固有振動を発生させることができ、どの車種（Ａ〜Ｅ）であっても重量を推定することが可能となる。次に、車両１の重量を推定する流れを説明する。
【００２８】
まず、車両１のエンジン１２が始動してからエンジン１２の回転数が所定の回転数まで上昇する間（０Ｈｚ〜４３Ｈｚ）に、振動センサ３０は、エンジン１２の振動によって生じたフロアトンネル２２の振動を検出する。検出結果は、周波数導出部１０２に送信される。
【００２９】
次に、周波数導出部１０２は、振動センサ３０の検出結果である周波数成分からバンドパスフィルタを用いて所定の周波数帯域（例えば、３０Ｈｚ〜４５Ｈｚ）のみを抽出する。そして、周波数導出部１０２は、抽出された周波数帯域に存在する共振振動（固有振動）の周波数値を導出する。導出された共振振動の周波数値は、重量推定部１０４に送信される。ここでは、仮に、３３Ｈｚの周波数値が導出されたとする。
【００３０】
重量推定部１０４は、導出された共振振動の周波数値（ここでは、３３Ｈｚ）と、データ保持部５０に保持されている基準となる周波数値（本実施形態では、車種Ｅの加重０ｋｇの条件下の３８Ｈｚ）との差分（５Ｈｚ）を算出する。そして、重量推定部１０４は、算出された差分（５Ｈｚ）から車両１に加重された重量を算出する。ここで、本実施形態では、例えば、車両１に１２ｋｇの加重がなされる度にトンネル開きの固有振動数が１Ｈｚ低下するとする。この場合、加重された重量は、６０ｋｇ（１２ｋｇ×５Ｈｚ）と算出される。
【００３１】
最後に、重量推定部１０４は、車両１の重量に加重された重量を加算することで車両１の正味重量を推定する。例えば、人員または荷物による車両１への加重がなされていない状態での正味重量が１５００ｋｇであった場合、人員または荷物による車両１への加重がなされた状態での正味重量は、１５６０ｋｇ（１５００ｋｇ＋６０ｋｇ）と推定される。
【００３２】
このように本実施形態では、加振器の代わりとして、車両１に設けられているエンジン１２を利用し、車両１の重量を推定することができる。
【００３３】
また、フロアトンネル２２に固定されている振動センサ３０は、その固定位置が車両本体１０の幅方向中央であるため、車両１に設けられている複数のサスペンションからの距離がほぼ等しく、それぞれのサスペンションから任意の距離を保った状態でフロアトンネル２２に固定されている。したがって、トンネル開きの固有振動数は、サスペンションの構造変化の影響を受けにくく、仮に車両１のサスペンションの変更がなされた場合でも変化し難い。
【００３４】
また、トンネル開きは他の固有振動よりも分解能が高いといった利点も有する。図５は、トンネル開きの固有振動数の変動幅を説明する図である。図５には、トンネル開きの比較対象として、検出された位置が異なる複数の固有振動（１次ねじり、２次ねじり）が列記されている。図５における左右方向の線は、右端がホワイトボディ（内装品が未搭載）のときの固有振動数を示し、内装品の重量による加重に伴い固有振動数が左にシフトしていき、左端がトリムドボディ（内装品が搭載済）のときの固有振動数を示している。
【００３５】
図５に示すように、トンネル開きは、１次ねじりおよび２次ねじりの固有振動よりも固有振動数の変動幅が広いので、１ｋｇあたりの変動する周波数値が大きく（１Ｈｚに相当する重量値が小さく）、ゆえに分解能が高いこととなる。つまり、トンネル開きは、他の固有振動に比べ、重量に対する感度が高いと言える。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態では、振動センサ３０をフロアトンネル２２に固定することで、別途、加振器を搭載することなく、エンジン１２の始動時からアイドリングまでの振動数（周波数）を利用して車両１の重量を推定することができる。さらに、フロアトンネル２２の位置が複数のサスペンションから離隔しており、サスペンションの構造変化による影響を抑えることができる。したがって、サスペンションの変更等がなされた場合でも、車両１の重量を適切に測定することができる。さらに、トンネル開きの固有振動は、他の固有振動に比べて重量の変動に対する周波数の変化幅が大きいため、分解能が高くなり、車両１の重量を精度よく推定することが可能となる。
【００３７】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００３８】
例えば、上述した実施形態において、振動センサ３０をフロアトンネル２２の後方に固定する例を挙げて説明したが、固有振動数はその固定位置によって調整することができる。したがって、振動センサ３０を、フロアトンネル２２の後方（長手方向の一端部）に限らず、前方（長手方向の他端部）などに固定してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、車両の重量を適切に推定する車両の重量推定装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１  車両
１２  エンジン
２０ａ、２０ｂ  駆動輪（車輪）
２２  フロアトンネル
３０  振動センサ
１００  重量推定装置
１０２  周波数導出部
１０４  重量推定部
【図１】
2016114397.tif 000003
【図２】
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【図３】
2016114397.tif 000005
【図４】
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【図５】
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