JP2022025697A - 車両の重心位置推定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】車両構造に限定されず任意の車両に対して重心位置を推定できる方法を提供する。【解決手段】諸元の全てが把握されている「空車時横運動のつり合い式」と、乗員ないし積荷が変化した「積載時横運動のつり合い式」との連立方程式から導出される「重心位置変化の式」を用意して、この式に含まれる未知数である前軸位置横すべり角と後軸位置横すべり角を、車両前後中心軸鉛直上の任意の位置に装備したＧＰＳの実測値を用いて計算して、「重心位置変化長」を求める。求めた「重心位置変化長」を「空車時重心位置」に加えて、積車時重心位置を求める。【選択図】図１

Description

本発明は、荷物や乗客によって変化する車両の重心位置を、横すべり角と既知の諸元値に基づいて推測する方法に関する。

車体の重心位置は、荷物や乗客がない空車状態であれば常に一定位置になるが、実際の運行においては荷物の積載量や積載位置、乗客の人数と乗車位置により重心位置は変化する。

自動運転車両が走行するためには、車両制御装置が目標となる移動軌跡を計算し、前記車両が前記移動軌跡を追従するように制御する必要がある。前記移動軌跡は、前記車両の車両重心位置が辿るべき軌跡として計算される。しかし前記したように、前記車両への旅客の乗車や積載によって、前記車両の車両重量および車両重心位置が変化してしまうため、その変化を把握する手段が重要となる。

重心位置を検出する方法として、フルエアサスペンション車両であれば各軸の空気ばねの空気圧を検出する方法、各軸の懸架ばね定数から固有振動数を算出して各軸ばね上質量から検出する方法、更に各軸にロードセルを装備する方法が考えられる。しかしながら、フルエアサスペンションによる方法、固有振動数による方法、ロードセルによる方法ともに構造上の制約を伴い。汎用性に欠ける。汎用性があり簡便に装備できる方法が求められる。

特許文献１には、アクセル開度と発生する前後加速度から車両重量を推定し、かつ後軸のエアサスペンションの空気圧から後軸荷重を推定し、車両重量から後軸荷重を差し引いて前軸荷重を推定する方法が示されている。

特許文献２には、後輪軸重に応じて後輪ブレーキ圧を変更する後輪ブレーキ圧変更手段と、前輪のブレーキ圧を検出する前輪ブレーキ圧検出手段と、前記後輪ブレーキ圧変更手段よりも下流側における前記後輪のブレーキ圧を検出する後輪ブレーキ圧検出手段と、制動時における検出された前後のブレーキ圧の関係と、前記後輪ブレーキ圧変更手段の後輪軸重特性とに基づいて後輪軸重を推定する後輪軸重推定手段とを備え、前記推定された後輪軸重に基づいて車両幅方向における車両重心状態を判定することが開示されている。

非特許文献１には、バウンシングとピッチングの固有振動数が計測され乗心地モデルの固有振動数に照して積載量が判定され、更にばね上質量，慣性モーメント，重心位置及び各軸重も乗心地モデル式によって推定されることが記載されている。

特許第６２０２７００号公報 ＷＯ２０１４／１２２７８６

"自動運転大型トラックのための横運動モデルの積載状態推定," 籾山冨士男ほか, 自動車技術開論文集, Vol.44, No.6, November 2013, No.2020134847, pp.1377-1382

特許文献１によれば、前軸荷重と後軸荷重の比をホイールベースに乗算することで、車両重心位置を推定することができる。しかしながら、車両がエアサスペンションを装備していることを前提とするため、適用できる車両構造が限定されてしまうという課題を残している。

特許文献２に開示される方法にあっては、ブレーキ圧を検出することが前提条件となるので、適用範囲が極めて狭い問題がある。また、非特許文献１ではバウンシングとピッチングの固有振動数を算出するための制御ＥＣＵの負担が大きくなる。

上記の課題を解決するため、本発明にかかる重心位置推定方法は車体の横すべり角から積載時の車両重心位置を推定する。
諸元の全てが把握されている「空車時横運動のつり合い式」と、乗員ないし積荷が変化した「積載時横運動のつり合い式」との連立方程式から導出される「重心位置変化の式」を用意して、この式に含まれる未知数である「前軸位置横すべり角」と「後軸位置横すべり角」を、車両前後中心軸上の任意の位置に装備したＧＰＳによって検出した「ＧＰＳ装備位置の速度」と「ＧＰＳ装備位置の方位角」と「ヨーレイトの実測値」から計算し、前記「重心位置変化の式」に代入して、「重心位置変化長」を求め、この求めた「重心位置変化長」を「空車時重心位置」に加えて、積車時重心位置を求めるようにした。

本発明によれば、特定の車両構造に依存せず、容易に、重心位置の変化を推定することができる。

ＧＰＳを装備して重心位置変化を検出する場合の説明図である。

図１は、左右二つのタイヤを中央にまとめて簡略化した力学モデルである。モデル諸元の符号の説明は図中に示す通りである。添字の無い符号は空車の諸元を示し、添字Ｌ付の符号は積車の諸元を示す。

また、上記の他に車両ＣＡＮから前輪左右平均車輪速と後輪左右平均車輪速を取得して、その両者の余弦から前輪実舵角を把握できる様にしている。

この実施例にあってはＧＰＳユニットを車両の前後中心軸上の設置可能な任意の位置に取付け、そのＧＰＳユニットによって検出される横すべり角βasから、以下の式（２１）、（２２）から前軸位置横すべり角β_fGPSおよび後軸位置横すべり角β_ｒGPSを算出し、以下の過程を経て積載に伴う重心位置の変化（Δｌ）を計算し、この変化（Δｌ）を空車時の重心位置に足す（又は減じる）ことで、積載時の車両重心位置を推定する。

諸元の全てが把握されている「空車時旋回運動の式」と、その車両総重量変化が把握されている「積載時旋回運動の式」を連立させることで、積載に伴う重心位置の変化（Δｌ）を計算できる。
空車時旋回運動の式は以下の式（１）、式（２）及び式（３）で表される。

積車時旋回運動の式は以下の式（４）、式（５）、式（６）で表される。

ｍは車両質量、ｖは重心位置の速度、γは遍揺角速度（ヨーレイト）、βは車両横すべり角、βf,βrは前軸及び後軸タイヤの横すべり角、Ccf、Ccrは前軸及び後軸タイヤのコーナリング係数（摩擦係数の概念）、Nf,Nrは前軸及び後軸荷重、ｇは重力の加速度、Lf,Lrは前軸及び後軸から車両重心までの距離、Δｌは、積載に伴う重心位置の変化距離である。

式（４）に式（５）、式（６）を代入することで式（７）、式（８）が導かれる。尚、式（９）～（１２）は式（８）の説明のために記載した。

上記においてβ_fGPS,β_rGPSは、前軸及び後軸位置の横すべり角、δは前輪実舵角、ｖ_xは車両ＣＡＮから取得する後輪平均車輪速、ｖ_fwheelは前輪ＣＡＮから取得する前輪平均車輪速である。又、式（8）に含まれるβLは、車体横すべり角速度であるが、Δｌを算出する定常円旋回状態では、定常状態であるのでゼロと見做す。

式（8）に含まれるｍLは、車両質量ｍにアクセルストロークの空車電圧に対する積車電圧の変化比（特許文献１による方法）を乗じて求める。

尚、上記の式（９）は、前輪タイヤ横すべり角の以下の式（13）と後輪タイヤ横すべり角の式(14)から次の様にして導かれる。

Claims (3)

1. 積載時の車両重心位置の推定方法であって、この推定方法は、諸元の全てが把握されている「空車時横運動のつり合い式」と、乗員ないし積荷が変化した「積載時横運動のつり合い式」との連立方程式から「重心位置変化の式」を導出し、車両前後中心軸上の任意の位置に装備したＧＰＳによって検出した「ＧＰＳ装備位置の速度」と「ＧＰＳ装備位置の方位角」と「ヨーレイトの実測値」から前記「重心位置変化の式」に含まれる未知数である「前軸位置横すべり角」と「後軸位置横すべり角」を算出し、算出した「前軸位置横すべり角」と「後軸位置横すべり角」を前記「重心位置変化の式」に代入して「重心位置変化長」を求め、この「重心位置変化長」を「空車時重心位置」に加えて、積車時の重心位置を求める車両重心位置の推定方法。
2. 請求項１に記載の車両の車両重心位置の推定方法において、空車時の重心位置からの走行時の重心位置の変化量（Δｌ）は以下の式を用いて算出することを特徴とする車両の重心位置推定方法。
   

   
3. 請求項２に記載の車両の重心位置推定方法において、前軸横すべり角（β_ｆＧＰＳ）、後軸横すべり角（β_ｒＧＰＳ）を、以下の式を用いて算出することを特徴とする車両の重心位置推定方法。
   

   

Images