JP3693097B2 - 車両重量検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走行中の車両の重量を検出する車両重量検出装置に関するものである。
【０００２】
【関連する背景技術】
近年、走行中の車両の駆動力や加速度等に基づいて車両重量を検出する車両重量検出装置が提案されている。この種の検出装置は、例えば積荷状態に応じて車両重量が大きく変動するトラック等に装備され、その検出結果をエンジンや自動変速機の制御に反映させて制御の適切化を図っている。
【０００３】
車両重量は、公知の車両の運動方程式を車両重量で整理した次式(1)により算出される。
【０００４】
【数１】

【０００５】
ここに、ｇは重力加速度、Ｆはエンジントルクにより発生する車両の駆動力、Ｒlは車両に作用する空気抵抗、Ｗrは車両の動力伝達系の回転部分が有する慣性重量、αvは車速から求めた車両の実加速度、sinθは車両が走行している道路勾配、μはタイヤの転がり抵抗係数である。つまり、式(1)中の分子は、駆動力Ｆに対し空気抵抗Ｒlや回転部分の慣性重量Ｗrを加味した車両に作用する推進力を表し、分母は、その推進力によって得られた道路勾配sinθや転がり抵抗μを加味した車両加速度を表し、推進力に対して車両加速度が小のときには車両重量Ｗが大きな値に算出され、逆に推進力に対して車両加速度が大のときには車両重量Ｗが小さな値に算出される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記式(1)において、例えばアクセル全開のフル加速時には分子及び分母が共に大となり、アクセル開度小の緩加速時には分子及び分母が共に小となるものの、実際の車両重量Ｗが変化しない限り、何れの場合も同一の車両重量Ｗが算出されるべきである。しかしながら、式(1)に用いられるパラメータには誤差が含まれており、走行状態によっては誤差が算出結果に重大な影響を及ぼして実際から大きくかけ離れた車両重量Ｗが算出される場合がある。よって、このような誤った車両重量Ｗに基づいて不適切な制御が実行されてしまうという問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、車両の走行状態に拘わらず常に正確に車両重量を算出し、ひいては、その算出結果に基づいて的確な制御を実現することができる車両重量検出装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明では、重力加速度ｇ、エンジントルクにより発生する車両の駆動力Ｆ、車両に作用する空気抵抗Ｒl、車両の動力伝達系の回転部分が有する慣性重量Ｗr、車速から求めた車両の実加速度αvに基づき、車両の推進力｛ｇ（Ｆ−Ｒ１）−Ｗｒ・αv｝を算出する車両推進力算出手段と、車両の実加速度αv、重力加速度ｇ、車両が走行している道路勾配sinθ、タイヤの転がり抵抗係数μに基づき、勾配成分を含む車両加速度（αv＋ｇ・sinθ＋ｇ・μ）を算出する車両加速度算出手段と、車両推進力算出手段にて算出された車両の推進力｛ｇ（Ｆ−Ｒ１）−Ｗｒ・αv｝と、車両加速度算出手段にて算出された勾配成分を含む車両加速度（αv＋ｇ・sinθ＋ｇ・μ）とに基づいて、車両重量を算出する車両重量算出手段と、車両加速度算出手段にて算出された勾配成分を含む車両加速度（αv＋ｇ・sinθ＋ｇ・μ）が所定値以上のときに、車両重量算出手段に算出処理の実行を許可する算出許可手段とを備えた。
【０００９】
従って、勾配成分を含む車両加速度（αv＋ｇ・sinθ＋ｇ・μ）が所定値以上で算出許可手段が許可判定を下したときに、車両重量算出手段による車両重量の算出処理が実行される。車両加速度（αv＋ｇ・sinθ＋ｇ・μ）の算出に適用する実加速度αvは、車速を微分処理して求められることから比較的大きな誤差を含んでいるが、車両加速度（αv＋ｇ・sinθ＋ｇ・μ）が大のときほど、この実加速度αvの誤差の影響度は小さくなる。よって、車両加速度（αv＋ｇ・sinθ＋ｇ・μ）が所定値以上のときに算出処理を実行すれば、実加速度αvに含まれる誤差の影響をそれほど受けることなく高い精度で車両重量を算出可能となる。
【００１０】
又、請求項２の発明では、車両が積載量を変化可能な状況にあることを判定する判定手段を備え、車両重量算出手段は、算出した車両重量を積算平均すると共に、判定手段にて積載量を変化可能な状況と判定されたときに、過去の算出結果をリセットするものである。従って、積算平均により車両重量の算出精度が高められると共に、判定手段の判定に基づいて積載量と共に車両重量が変化したと推測されるときには、過去の算出結果がリセットされて不適切な算出結果に基づく積算平均が防止される。
又、請求項３の発明では、車両重量算出手段は、フットブレーキ操作時、クラッチ遮断による変速中、所定の低変速段での走行時の何れかに該当するときには、上記車両重量の算出を中止するものである。従って、フットブレーキ操作時には車両の駆動力Ｆに対して制動力が外乱として作用し、変速中にはクラッチ遮断により駆動力が０となり、所定の低変速段での走行時には駆動力Ｆの算出に用いるエンジントルクの推定精度が低下することから、何れの場合も車両の推進力｛ｇ（Ｆ−Ｒ１）−Ｗｒ・α v ｝と車両加速度（α v ＋ｇ・ sin θ＋ｇ・μ）との所定の関係が成立しなくなるが、このときには車両重量の算出が中止される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を大型トラックに搭載された車両重量検出装置に具体化した一実施形態を説明する。
図１は実施形態の車両重量検出装置を示す全体構成図である。この図に示すように、車両にはディーゼルエンジン１が搭載され、そのエンジン１の回転は変速機２により変速された後に図示しないデファレンシャルギア等を介して駆動輪３に伝達されるようになっている。変速機２は、トルクコンバータを備えない機械式の変速機として構成されると共に、その変速操作とクラッチの断接操作は図示しないアクチュエータで自動的に行われるようになっている。
【００１２】
車両の室内には図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ，ＢＵＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ（電子制御ユニット）１１が設置されている。ＥＣＵ１１の入力側にはディーゼルエンジン１の回転速度Ｎeを検出するエンジン回転速度センサ１２、ディーゼルエンジン１に備えられた燃料噴射ポンプ１ａのコントロールラック位置Ｒwを検出するラック位置検出センサ１３、自動変速機２のギア位置ｉtを検出するギア位置センサ１４、車速Ｖを検出する車速センサ１５、車両に作用する前後Ｇを検出するＧセンサ１６等が接続されている。又、ＥＣＵ１１の出力側にはエンジン１の燃料噴射ポンプ１ａ、自動変速機２の変速操作やクラッチの断接操作を行うアクチュエータ等が接続されている。
【００１３】
ＥＣＵ１１は各センサからの情報に基づいて燃料噴射ポンプ１ａによる燃料噴射量や噴射時期を制御してエンジン１を運転すると共に、車両の走行状態に応じた目標変速段を決定し、その目標変速段を達成すべくアクチュエータにより変速操作とクラッチの断接操作を実行する。又、車両の走行中において、ＥＣＵ１１は各センサからの情報に基づいて車両重量Ｗを算出し、その検出結果を上記したエンジン１や自動変速機２の制御に反映させて制御の適切化を図る。
【００１４】
以下、このＥＣＵ１１により実行される車両重量Ｗの算出処理を詳述する。
図２はＥＣＵが実行する車両重量算出ルーチンを示している。ＥＣＵ１１は図２のルーチンを所定の制御インターバルで実行し、まず、ステップＳ２で車両重量Ｗを算出可能な状態か否かを判定する。本実施形態の車両重量検出装置においても、実際の算出処理は従来例と同様に上記(1)式に基づいて行われるが、同式が成立するには、車両が走行して分子側の車両の推進力と分母側の車両加速度とを比較可能であることが必要であり、更に走行中であっても、例えば駆動力に対して制動力が外乱として作用するフットブレーキ操作時（式ではこの状況を想定していない）、或いはクラッチ遮断により駆動力が０となる変速中、車両の駆動力Ｆの算出に用いるエンジントルクＴeを正確に推定不能な２速走行時等には、車両重量Ｗを算出できない。よって、これらの状態に車両があるときには、ステップＳ２でＮＯ(否定)の判定を下してルーチンを終了する。
【００１５】
又、車両が上記のような状況にないときには、ステップＳ２でＹＥＳ(肯定)の判定を下してステップＳ４に移行する。ステップＳ４では式(1)の分母の絶対値が所定値以上か否かを判定し（算出許可手段）、ＮＯのときにはルーチンを終了する。又、ステップＳ４の判定がＹＥＳのときにはステップＳ６に移行し、式(1)に基づいて車両重量Ｗの算出処理を実行する（車両推進力算出手段、車両加速度算出手段、車両重量算出手段）。尚、本実施形態では、分母の絶対値を判定するときの所定値として０．６が設定されているが、その値は車両のエンジン１や自動変速機２の仕様等に応じて任意に変更可能である。
【００１６】
その後、ステップＳ８でリセット条件が成立しているか否かを判定する（判定手段）。このリセット条件は積荷を積み下ろし可能な状況となったときに成立し、具体的には、イグニションキーのオフ操作、パーキングブレーキ操作、所定時間以上の停車時に、車両が上記状況に至ったと見なしてリセット条件の成立判定を下す。ステップＳ８の判定がＮＯのときには、ステップＳ１０で算出した車両重量Ｗを過去の算出結果に対して積算平均し、その後にルーチンを終了する。
【００１７】
又、ステップＳ８の判定がＹＥＳのときには、上記ステップＳ１２で、上記ステップＳ１０で用いられる過去の算出結果をリセットする。つまり、この場合には、積荷の積み下ろしにより車両重量Ｗが変化して、過去の算出結果が現状の車両重量Ｗに対応しなくなるためである。そして、このようにして算出された車両重量Ｗ（積算平均値）がエンジン１や自動変速機２の制御に適用される。
【００１８】
ステップＳ６で実行される車両重量Ｗの算出手順を説明すると、図３の説明図に示すように、エンジン回転速度センサ１２にて検出されたエンジン回転速度Ｎe、及びラック位置検出センサ１３にて検出された燃料噴射ポンプ１ａのラック位置Ｒwに基づき、予め設定されたエンジントルクマップから現在のエンジントルクＴeが推定され、このエンジントルクＴeに対して、ギア位置検出センサ１４にて検出されたギア位置ｉtから求めたトランスミッションギア比、及び予め判明しているデファレンシャルギア比やタイヤの動半径等による補正が加えられて、式(1)中の車両の駆動力Ｆが算出される。又、動力伝達系の回転部分の慣性重量Ｗrは、各ギア位置ｉtのトランスミッションギア比毎に定数として予め設定されており、ギア位置ｉtに応じて式(1)に適用する慣性重量Ｗrが選択される。
【００１９】
一方、車速センサ１５にて検出された車速Ｖを微分処理して車両加速度αvが算出されると共に、その車両加速度αvとＧセンサ１６にて検出された前後Ｇとに基づいて、路面勾配sinθが算出される。車速Ｖは車両に作用する空気抵抗Ｒｌの算出にも用いられ、車両の形状から予め求められている空気抵抗係数及び全面投影面積を基に、現在の車速Ｖを前提とした空気抵抗Ｒｌが算出される。尚、タイヤの転がり抵抗係数μと重力加速度ｇは予め定数として設定されている。
【００２０】
そして、以上述べた各パラメータがステップＳ６で式(1)に代入されて車両重量Ｗが求められるが、この算出処理は、車両加速度αv、重力加速度ｇ、路面勾配sinθ、タイヤの転がり抵抗μから算出される式(1)の分母の絶対値が所定値以上で、ステップＳ４でＹＥＳの判定が下されたときに限って実行される。
以上のＥＣＵ１１による車両重量Ｗの算出処理の状況を図４のタイムチャートに従って説明する。尚、このタイムチャートでは平坦路においてアクセル全開で発進加速した場合を示しており、正味の車両重量Ｗは１１３００kgとなっている。
【００２１】
本実施形態の大型トラックは２速発進のため、クラッチ接続により車両は２速で発進し、その後、車速Ｖの増加に伴って３速、４速、５速と順次変速が行われる。発進当初の２速走行時には、上記のようにエンジントルクＴeの推定精度の関係でステップＳ２でＮＯの判定が下されることから、車両重量Ｗの算出処理は実行されず、続く３速への変速中の区間Ｔsにおいても、駆動力Ｆが０となる関係でステップＳ２でＮＯの判定が下されるため算出処理は行われない。又、周知のように車両の加速度αvは変速中は小さくなり、変速完了後も急激には立ち上がらない。よって、変速直後の区間Ｔaでは、過渡的に加速度αvが小となることから式(1)の分母の絶対値が所定値未満となり、ステップＳ４でＮＯの判定が下されることから算出処理は行われない。尚、図では参考として区間ＴaでＷを算出した場合も示しているが、このように実際の車両重量である１１３００kgから大きくかけ離れた値に算出されてしまう。
【００２２】
３速での走行が開始されて加速度αvが立ち上がると、分母の絶対値が所定値以上となることからステップＳ４の判定がＹＥＳになって算出処理が開始され、この算出処理は続く４速側への変速が開始されるまで継続される。よって、車両重量Ｗは、式(1)により図中の細線で示すように順次算出されると共に、太線で示すように積算平均される。その後は以上の繰り返しであり、各変速中の区間Ｔs及び変速直後の区間Ｔaは算出処理が中止され、それ以外の区間において算出処理が実行される。
【００２３】
このように本実施形態の車両重量検出装置では、式(1)の分母の絶対値の大きさに応じて算出処理を実行又は中止している。これは以下の知見に基づくものである。図３に基づいて説明したように車両加速度αvは車速Ｖから求められるが、その際に実行される微分処理により車両加速度αvには比較的大きな誤差が含まれることになる。式(1)から明らかなように、車両重量Ｗは分子を分母で除算して、例えば１１３００kg程度の大きな値に算出されることから、必然的に分子に比較して分母は遥かに小の値をとる。車両加速度αvは分母のみならず分子にも適用されるが、小さな値である分母に対して特に影響度が大であり、その車両加速度αvに含まれる誤差の影響度も大となる。よって、分母の絶対値が所定値未満のときには車両加速度αvの誤差が大きく影響して正確な車両重量Ｗを算出できないことから、分母の絶対値が所定値以上で車両加速度αvの誤差の影響度が小さいときに限って算出処理を実行しているのである。
【００２４】
上記した例では、分母の絶対値が所定値以上で車両重量Ｗの算出処理が実行される走行状態として、加速度αvが大となる平坦路での加速時を挙げたが、登坂路での定速走行時や登坂路での加速時も同様であり、登坂路での定速走行時には道路勾配sinθが大となることから、登坂路での加速時には道路勾配sinθ及び車両加速度αvが共に大となることから、何れの場合も分母の絶対値が所定値以上となって算出処理が実行される。
【００２５】
又、以上は何れもエンジン１が正の推進力を車両に作用させた場合であるが、エンジンブレーキやエキゾーストブレーキ使用時のように負の推進力（制動力）を作用させた場合も同様である（上記のようにフットブレーキによる制動は除外）。よって、平坦路での減速時には加速度αvが負側で大となることから、下り坂での定速走行時には道路勾配sinθが負側で大となることから、下り坂での減速時には道路勾配sinθ及び車両加速度αvが共に負側で大となることから、何れの場合も分母の絶対値が所定値以上となって算出処理が実行される。
【００２６】
一方、上記した例では、分母の絶対値が所定値未満で算出処理が中止される走行状態として、加速度αvが過渡的に小となる加速中の変速直後を挙げたが、平坦路での定速走行時も同様であり、このときには道路勾配sinθ及び車両加速度αvが共に０となることから、分母の絶対値が所定値未満となって算出処理が中止される。
【００２７】
以上のように本実施形態の車両重量検出装置では、車両重量Ｗを算出する式(1)の分母の大きさに応じて算出精度が変化することに着目し、分母の絶対値が所定値以上で車両加速度αvに含まれた誤差の分母に対する影響度が小であるときに限って、算出処理を実行するようにした。従って、車両加速度αvの誤差の影響度が大のときには車両重量Ｗの算出処理が中止され、実際と大きくかけ離れた車両重量Ｗ（例えば、図４の区間Ｔa）が算出される事態が防止されることから、車両の走行状態に拘わらず常に正確に車両重量Ｗを算出し、ひいては、その算出結果に基づいてエンジン１や自動変速機２を的確に制御することができる。
【００２８】
そして、式(1)の分母では車両加速度αvのみならず路面勾配sinθも考慮しているため、上記した登坂路での定速走行時のようにエンジン１が推進力を発揮して車両重量Ｗを算出可能であるにも拘わらず、車両加速度αvのみの判定では算出が中止される走行状態でも、道路勾配sinθが大となることから算出処理が実行され、算出処理の頻度が高められることから算出精度を向上させることができる。
【００２９】
一方、過去の算出結果を利用して車両重量Ｗを積算平均しているため、算出精度を一層高めることができる上に、リセット条件が成立して積荷の積み下ろしにより車両重量Ｗが変化したと推測されるときには、過去の算出結果をリセットするため、不適切な算出結果に基づく積算平均による車両重量Ｗの誤算出を未然に防止することができる。
【００３０】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、大型トラックに搭載された車両重量検出装置に具体化したが車種は限定されず、例えばバス車両に搭載された車両重量検出装置に具体化してもよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１の発明の車両重量検出装置によれば、勾配成分を含む車両加速度（αv＋ｇ・sinθ＋ｇ・μ）が所定値以上で、実加速度αvに含まれる誤差の影響度が小のときに車両重量の算出処理を実行するようにしたため、高い精度で車両重量を算出でき、ひいては、その算出結果に基づいてエンジンや自動変速機を的確に制御することができる。
【００３２】
又、請求項２の発明の車両重量検出装置によれば、積算平均により車両重量の算出精度を一層高めることができると共に、判定手段の判定に基づいて積載量と共に車両重量が変化したと推測されるときには、過去の算出結果をリセットすることにより、不適切な算出結果に基づく積算平均による車両重量の誤算出を未然に防止することができる。
又、請求項３の発明の車両重量検出装置によれば、フットブレーキ操作時、クラッチ遮断による変速中、所定の低変速段での走行時には車両重量の算出を中止するため、不適切な車両重量の算出を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の車両重量検出装置を示す全体構成図である。
【図２】ＥＣＵが実行する車両重量算出ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】車両重量の算出手順を示す説明図である。
【図４】車両重量の算出処理の状況を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
ｇ 重力加速度
Ｆ 駆動力
Ｒl 空気抵抗
Ｗr 慣性重量
αv 実加速度
sinθ 道路勾配
μ 転がり抵抗係数
Ｔe エンジントルク
Ｗ 車両重量
１１ ＥＣＵ(車両推進力算出手段、車両加速度算出手段、車両重量算出手段、算出許可手段、判定手段）

Claims (3)

1. 重力加速度ｇ、エンジントルクにより発生する車両の駆動力Ｆ、車両に作用する空気抵抗Ｒl、車両の動力伝達系の回転部分が有する慣性重量Ｗr、車速から求めた車両の実加速度αvに基づき、車両の推進力｛ｇ（Ｆ−Ｒ１）−Ｗｒ・αv｝を算出する車両推進力算出手段と、
   上記車両の実加速度αv、上記重力加速度ｇ、車両が走行している道路勾配sinθ、タイヤの転がり抵抗係数μに基づき、勾配成分を含む車両加速度（αv＋ｇ・sinθ＋ｇ・μ）を算出する車両加速度算出手段と、
   上記車両推進力算出手段にて算出された車両の推進力｛ｇ（Ｆ−Ｒ１）−Ｗｒ・αv｝と、上記車両加速度算出手段にて算出された勾配成分を含む車両加速度（αv＋ｇ・sinθ＋ｇ・μ）とに基づいて、車両重量を算出する車両重量算出手段と、
   上記車両加速度算出手段にて算出された勾配成分を含む車両加速度（αv＋ｇ・sinθ＋ｇ・μ）が所定値以上のときに、上記車両重量算出手段に算出処理の実行を許可する算出許可手段と
   を備えたことを特徴とする車両重量検出装置。
2. 車両が積載量を変化可能な状況にあることを判定する判定手段を備え、
   上記車両重量算出手段は、上記算出した車両重量を積算平均すると共に、上記判定手段にて積載量を変化可能な状況と判定されたときに、過去の算出結果をリセットすることを特徴とする請求項１に記載の車両重量検出装置。
3. 上記車両重量算出手段は、フットブレーキ操作時、クラッチ遮断による変速中、所定の低変速段での走行時の何れかに該当するときには、上記車両重量の算出を中止することを特徴とする請求項１又は２記載の車両重量検出装置。

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