JP2000019002A - 車両の質量推定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 車種を選ばずに車両の質量を測定する。連結
されるトレーラの如何にかかわらずトラクタ側でトレー
ラも含めた連結車の質量を推定する。 【解決手段】 車両のブレーキ流体圧力に対する減速度
の関係を車両質量をパラメータとしてマップに用意して
おき、ブレーキ流体圧力と減速度を速度センサから実測
して演算し、そのマップ上にトレースすることによりお
およその車両質量を推定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は自動車の姿勢安定制
御に関する。本発明は、ヨーあるいはロールなど走行中
の車両の挙動に基づいて、車両の姿勢を安定な方向に自
動的に制御する装置に利用する。本発明は、例えば、車
両が走行中に横すべり状態になる可能性があることを自
動的に検知演算して、全部または一部の車輪のブレーキ
圧力を自動的に制御することにより、その車両を横すべ
りが生じる可能性の小さい状態に回復させる自動制御装
置に利用することができる。本発明は、例えば高速走行
中の大きいハンドル操作など、車両の特性を越える運転
操作により車両が運転者の意図しない挙動に達したとき
に自動的に安定な状態を回復させる姿勢制御に関する。
本発明は、バス・トラックなど商業車両の横転防止に利
用する。

【０００２】

【従来の技術】従来からブレーキの電子制御装置や車両
安定化制御装置（ＶＳＣ、Vehicle Stability Control)
などが知られている。ブレーキにかかわる電子制御装置
の代表的なシステムはＡＢＳ（Antilock Brake System)
である。これは車輪に車輪回転センサを設けて車輪回転
を検出し、ブレーキ圧力が大きいときに車輪回転が停止
すると、車輪と路面との間にスリップがあったものとし
て、ブレーキ圧力を断続制御するものである。ＡＢＳは
乗用車あるいは貨物車に広く普及し、ブレーキをかけな
がらもハンドルがきく装置として広く知られるところと
なった。車両安定化制御装置（ＶＳＣ）の代表的な装置
としては、横すべり防止装置が知られている。これは、
運転者が操作入力する操舵角（ハンドル角度）から、運
転者が進もうとしている針路を読取り、その針路に対し
て車速が大きすぎると、運転者がブレーキペダルを踏ま
なくとも自動的に減速のための制御がなされ、さらに針
路から外れないように左右のブレーキ圧力を配分するな
どの制御が行われる装置である。

【０００３】すでに知られている車両姿勢安定化装置
（ＶＳＣ）（特開昭６３−２７９９７６号公報、特開平
２−１１２７５５号公報など）をさらに説明すると、車
両の走行中に運転者が操舵を行うと、車両の向きが変化
し車両にロールが生じる。このとき操舵による旋回内輪
のタイヤが路面のグリップ限界を越えると、内輪がいわ
ゆるホイール・リフト傾向となり、車両が横すべりをは
じめる。例えば、直線走行状態から運転者が左に操舵を
行うと車両は右に傾斜する。このとき、正常な状態では
その操舵に応じて車両が旋回するが、走行速度に対して
操舵の速さが大きすぎると、車両は右に傾斜しながら左
車輪が浮きぎみな状態となり、運転者の意図する方向よ
り右寄りに進行することになる。このような車両の挙動
は、走行レーンの逸脱や、極端な場合には車両の横転を
招く原因となる。

【０００４】通常走行状態において、操舵の大きさと速
さ、車両の速度、車両の横移動の速さ、および車両の向
きの変化の速さ（ヨーレイト、垂直軸まわりの車両の回
転加速度）を検出して演算することにより、車輪の横す
べり開始点または内輪のホイールリフト開始点を予測
し、横すべりあるいはホイールリフトが始まる前に車輪
のブレーキ圧力を制御する装置が開発された。この車輪
のブレーキ圧力制御は、必ずしも全輪同一のブレーキ圧
力ではなく、一つの車輪について大きいあるいは小さい
ブレーキ圧力を印加して、車両の横すべりを防止するも
のである。このような装置は、原理的な構造や設計のみ
ならず、経済性および耐久性などもよく検討され、乗用
車については市販品に実装される段階に達した。

【０００５】従来の姿勢制御装置を図４ないし図６を参
照して説明する。図４は従来の姿勢制御の全体構成例を
示す図である。車両１は姿勢制御装置の被制御対象であ
る。車両１には、操舵、制動、加速、その他運転操作入
力が与えられ、それに対する応答が車両の挙動である。
この車両１には姿勢制御装置２が搭載される。そしてこ
の姿勢制御装置２は車両安定化制御装置（ＶＳＣ）３お
よび電子制御制動装置４を含む。この電子制御制動装置
４は従来のＡＢＳ手段に代表される装置である。

【０００６】その車両の挙動をデータとして観測するた
めに、その車両１に搭載されたセンサ類１１からは挙動
データが出力される。挙動データは、速度、横方向加速
度、ヨーレイト、ロールレイト、車輪回転情報、その他
である。

【０００７】車両安定化制御装置３は、運転操作入力お
よび挙動データを入力として、車両の挙動を予測演算
し、その結果を電子制御制動装置４に与える。電子制御
制動装置４は、同じく運転操作入力および挙動データを
取込み、それに加えて車両安定化制御装置（ＶＳＣ）３
の出力を取込み、車両１に対する運転操作入力および外
乱入力に対する安全方向への自動制御出力を送出し、こ
れは修正入力となる。

【０００８】図５は従来の姿勢制御装置のシステム構成
図である。制御装置５１はプログラム制御されるコンピ
ュータ回路を含む車両に搭載された電子装置であり、車
両の運転操作入力およびその車両の挙動データを入力と
しその車両の運動状態を演算出力する車両安定化制御装
置（ＶＳＣ）と、この車両安定化制御装置の演算出力に
したがって運転操作入力および外乱入力を安全側に修正
する修正入力をその車両に与える制御手段とを含む。

【０００９】この車両にはヨーレイトセンサ５２、横方
向加速度センサ５３、ロールレイトセンサ６０、および
前後方向加速度センサ６１が実装され、これらの各検出
出力は制御装置５１に接続されている。前輪５４ｆおよ
び後輪５４ｒにはそれぞれ車輪回転センサ５５が取付け
られ、これらの検出出力も制御装置５１に接続される。
ブレーキ・ブースタ・アクチュエータ５６にはブレーキ
圧センサ５７が取付けられ、この検出出力は同じく制御
装置５１に接続される。操舵ハンドル５８には操舵角セ
ンサ５９が取付けられ、その出力は制御装置５１に接続
される。内燃機関を制御するガバナ６２にはガバナセン
サ６３が組み込まれ、ガバナ６２の状態を検出しその検
出出力は制御装置５１に接続される。図６は前記各セン
サの車両への実装例を示す斜視図である。図５および図
６には２軸構造の車両が示されているが、大型車両の場
合には３軸あるいは４軸構造が用いられる。また、ヘッ
ダ側とトレーラ側とから構成された連結車にも姿勢制御
装置２は搭載される。

【００１０】このようなＡＢＳおよび車両姿勢安定化装
置（ＶＳＣ）では、共にブレーキ圧力制御が重要な制御
要素として挙げられる。このとき、ブレーキ圧力の値を
如何なる値とするかは、車両の質量によって決定され
る。すなわち、質量の大きさと慣性の力の大きさとは比
例するため、質量の大きさとブレーキ圧力の大きさとは
これもまた比例する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】このように、車両の質
量を推定することはＡＢＳおよび車両姿勢安定化装置に
とって重要なことである。この車両の質量は積載貨物の
量あるいは搭乗者数により変動する。これに応じてブレ
ーキ制御のためのブレーキ流体圧力を変更設定しなけれ
ばならない。従来からブレーキ流体圧力は慣れた運転者
の感覚にしたがって、ブレーキペダルをどの程度に強く
踏むかという調節により行われているが、ＡＢＳや車両
安定化装置のようにブレーキ流体圧力が直接に制御出力
となる制御装置では、あらかじめその車両の現在の質量
を制御パラメータとして制御装置に入力しておくことが
必要である。

【００１２】従来は、軸重センサにより車体を車軸に対
して支持するバネの変位を測定することにより現在の車
両質量を推定する装置が用いられていた。しかし、バネ
定数は車種毎に異なるので軸重センサの定数を車種毎に
設定することが必要であることから割高になる。また、
トラクタの場合には、連結されたトレーラも個別に軸重
センサを設けなければ、トラクタ側の軸重センサのみで
は全体の質量を計測することはできない。このため、軸
重センサによらない車両質量の推定方法または装置の開
発が望まれている。

【００１３】本発明は、このような背景に行われたもの
であって、車種を選ばずに車両の質量を測定することが
できる質量推定装置を提供することを目的とする。本発
明は、連結されるトレーラの如何にかかわらずトラクタ
側でトレーラも含めた連結車の質量を推定することがで
きる質量推定装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、当該車両のブ
レーキ流体圧力に対する減速度の関係を車両質量をパラ
メータとしてマップに用意しておき、ブレーキ流体圧力
と減速度を速度センサから実測して演算し、そのマップ
上にトレースすることによりおおよその車両質量を推定
することを特徴とする。

【００１５】すなわち、ブレーキ流体圧力を横軸にと
り、車輪回転速度の時間微分値による減速度を縦軸にと
ると、この平面上に質量をパラメータとして傾斜の異な
る多数の直線を描くことができる。車両のブレーキ流体
圧力の実測値と、前記時間微分値による実測値とをこの
平面上にプロットすると、このプロットにより描かれる
曲線がこの多数の直線のうちのどの直線に近似するかを
判別することができる。これにより、車両質量の推定値
を求めることができる。

【００１６】また、ブレーキ流体圧力が零値であり、車
輪回転速度の時間微分値による減速が観測される前に、
車両進行方向の勾配センサに勾配が観測されるときに
は、この勾配による影響を補正することが必要である。
また、一時的にも車輪のロック状態が検出されている場
合には、車輪回転速度の時間微分値は正確ではなくなる
から、その場合には推定値出力を無効にしなければなら
ない。

【００１７】すなわち、本発明は車両の質量推定装置で
あって、本発明の特徴とするところは、ブレーキの流体
圧力を検出するブレーキ圧センサと、車輪回転速度を検
出する車輪回転センサと、この車輪回転センサの出力を
基に得た車速の時間微分値を演算することにより車両の
加速度および減速度を演算する手段と、ブレーキ流体圧
力に対する車両の減速度の関係を車両質量をパラメータ
としてあらかじめ記録したマップとを備え、前記時間微
分値が減速状態を示すとき、前記ブレーキ圧センサによ
り計測されたブレーキの流体圧力に対して前記演算する
手段により算出された減速度の特徴から前記マップ上で
該当する質量を推定する手段を備えたところにある。

【００１８】前記質量を推定する手段は、計測された流
体圧力に対して算出された減速度の値を前記マップ上に
時間の経過にしたがってプロットする手段と、このプロ
ットにより描かれる曲線に近似する直線を選択する手段
とを含むことが望ましい。

【００１９】当該車両の勾配を計測する勾配センサを備
え、前記減速度を算出する手段は、この勾配センサによ
り減速の直前に計測された勾配にしたがって減速度を補
正して算出する手段を含むことが望ましい。

【００２０】前記車輪回転センサが零値を示すときには
前記質量を推定する手段の出力を無効にする手段を備え
ることが望ましい。

【００２１】

【発明の実施の形態】発明の実施の形態を図１を参照し
て説明する。図１は本発明実施例の車両の質量推定装置
の要部ブロック構成図である。本発明実施例の車両の質
量推定装置は図４および図５に示す制御装置５１内に実
装される。

【００２２】本発明は車両の質量推定装置であって、本
発明の特徴とするところは、ブレーキの流体圧力を検出
するブレーキ圧センサ５７と、車輪回転速度を検出する
車輪回転センサ５５と、この車輪回転センサ５５の出力
を基に得た車速の時間微分値を演算することにより車両
の加速度および減速度を演算する手段である加減速度演
算部７１と、ブレーキ流体圧力に対する車両の減速度の
関係を車両質量をパラメータとしてあらかじめ記録した
マップ８０とを備え、前記時間微分値が減速状態を示す
とき、ブレーキ圧センサ５７により計測されたブレーキ
の流体圧力に対して加減速度演算部７１により算出され
た減速度の特徴からマップ８０上で該当する質量を推定
する手段である質量推定演算部７３を備えたところにあ
る。

【００２３】質量推定演算部７３は、計測された流体圧
力に対して算出された減速度の値をマップ８０上に時間
の経過にしたがってプロットし、このプロットにより描
かれる曲線に近似する直線を選択する。

【００２４】当該車両の勾配を計測する勾配センサ６５
を備え、加減速度演算部７１は、この勾配センサ６５に
より減速の直前に計測された勾配にしたがって減速度を
補正して算出する。

【００２５】また、車輪回転センサ５５が零値を示すと
きには質量推定演算部７３の出力を無効にする。

【００２６】

【実施例】本発明実施例を図１ないし図３を参照して説
明する。図２は本発明実施例の質量推定演算部７３の動
作を示すフローチャートである。図３は本発明実施例の
マップ８０を説明するための図である。

【００２７】本発明実施例の質量推定演算部７３の動作
を図２を参照して説明する。図１に示すブレーキ圧セン
サ５７の出力をブレーキ圧力演算部７０が取り込み、ブ
レーキ圧力演算部７０から出力されるブレーキ圧力デー
タが質量推定演算部７３に入力される。また、車輪回転
センサ５５の出力を加減速度演算部７１が取り込み、加
減速度演算部７１から出力される加減速度データが質量
推定演算部７３に入力される（Ｓ１）。

【００２８】質量推定演算部７３は、加減速度演算部７
１から入力された加減速度データにしたがって、当該車
両の走行状態を検出する。加減速度演算部７１は、車輪
回転センサ５５の出力にしたがって車速を計測し、さら
に、この車速を時間微分することによって加速度または
減速度を演算する。この加減速度演算部７１の加減速度
データにより、当該車両が減速中であれば（Ｓ２）、そ
の減速度値を参照する（Ｓ４）。このとき、車輪回転セ
ンサ５５の出力が一時的にも零となった場合には、車輪
がスリップ状態にあり、ロックされている可能性がある
ので（Ｓ３）、正しい演算結果を期待できないためその
演算は中止する。車輪のロックもなく、減速度値を参照
した場合には、図３に示すように、マップ８０上にブレ
ーキ圧力と減速度との関係をプロットにより描く。この
プロットにより描かれた曲線と近似する直線（破線によ
り図示）を選択することにより、当該車両の質量を推定
する（Ｓ５）。図３に示すマップ８０は、横軸にブレー
キ圧力をとり、縦軸に減速度をとる。マップ８０の直線
は、当該車両のブレーキ流体圧力に対する減速度の関係
を車両質量をパラメータとしてあらかじめ実験により求
めたものである。

【００２９】また、図１に示す勾配センサ６５によっ
て、勾配検出部７２が勾配を検出した場合には、勾配抵
抗分を加味して質量の推定値に補正を加え（Ｓ７）、こ
の値を出力する（Ｓ８）。すなわち、例えば、等しい制
動距離で車両を停車させるという条件の元に、上り勾配
と平坦地とを比較すれば、上り勾配の方が少ないブレー
キ圧力ですむため、この分の補正を行う必要がある。逆
に、下り勾配の場合には、平坦地と比較して大きなブレ
ーキ圧力が必要となるため、この分の補正を行う必要が
ある。なお、加速または減速が行われると、平坦地であ
っても勾配センサ６５には、前上がりまたは前下がりの
勾配が検出されるため、加減速中の勾配センサの出力は
使用できない。

【００３０】このように、本発明の質量推定装置は、ブ
レーキ圧力および減速度を入力することにより車両の質
量を推定することができる。このため、従来のように、
車種毎に異なる軸重センサを設ける必要もなく、また、
連結車のように、トレーラ側に如何なる車種が連結され
るかが不明である場合にも、トラクタ側に本発明の質量
推定装置を設けることにより、連結車全体の質量を推定
することができる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ブレーキ圧力および減速度を入力とすることにより車両
の質量を推定することができるので、車種を選ばずに車
両の質量を測定することができる。また、連結されるト
レーラの如何にかかわらずトラクタ側でトレーラも含め
た連結車の質量を推定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の車両の質量推定装置の要部ブロ
ック構成図。

【図２】本発明実施例の質量推定演算部の動作を示すフ
ローチャート。

【図３】本発明実施例のマップを説明するための図。

【図４】従来の姿勢制御の全体構成例を示す図。

【図５】従来の姿勢制御装置のシステム構成図。

【図６】各センサの車両への実装例を示す斜視図。

【符号の説明】

１ 車両 ２ 姿勢制御装置 ３ 車両安定化制御装置（ＶＳＣ） ４ 電子制御制動装置 （ＥＢＳ） １１ センサ類 ５１ 制御装置 ５２ ヨーレイトセンサ ５３ 横方向加速度センサ ５４ｆ 前輪 ５４ｒ 後輪 ５５ 車輪回転センサ ５６ ブレーキ・ブースタ・アクチュエータ ５７ ブレーキ圧センサ ５８ 操舵ハンドル ５９ 操舵角センサ ６０ ロールレイトセンサ ６１ 前後方向加速度センサ ６２ ガバナ ６３ ガバナセンサ ６５ 勾配センサ ７０ ブレーキ圧力演算部 ７１ 加減速度演算部 ７２ 勾配検出部 ７３ 質量推定演算部 ８０ マップ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ブレーキの流体圧力を検出するブレーキ
   圧センサと、車輪回転速度を検出する車輪回転センサ
   と、この車輪回転センサの出力を基に得た車速の時間微
   分値を演算することにより車両の加速度および減速度を
   演算する手段と、ブレーキ流体圧力に対する車両の減速
   度の関係を車両質量をパラメータとしてあらかじめ記録
   したマップとを備え、 前記時間微分値が減速状態を示すとき、前記ブレーキ圧
   センサにより計測されたブレーキの流体圧力に対して前
   記演算する手段により算出された減速度の特徴から前記
   マップ上で該当する質量を推定する手段を備えたことを
   特徴とする車両の質量推定装置。
2. 【請求項２】 前記質量を推定する手段は、計測された
   流体圧力に対して算出された減速度の値を前記マップ上
   に時間の経過にしたがってプロットする手段と、このプ
   ロットにより描かれる曲線に近似する直線を選択する手
   段とを含む請求項１記載の車両の質量推定装置。
3. 【請求項３】 当該車両の勾配を計測する勾配センサを
   備え、前記減速度を算出する手段は、この勾配センサに
   より減速の直前に計測された勾配にしたがって減速度を
   補正して算出する手段を含む請求項１または２記載の車
   両の質量推定装置。
4. 【請求項４】 前記車輪回転センサが零値を示すときに
   は前記質量を推定する手段の出力を無効にする手段を備
   えた請求項１または２記載の車両の質量推定装置。