JP6866744B2

JP6866744B2 - 重心高推定装置

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Publication number: JP6866744B2
Application number: JP2017081676A
Authority: JP
Inventors: 岩間　俊彦; 俊彦岩間
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2017-04-17
Filing date: 2017-04-17
Publication date: 2021-04-28
Anticipated expiration: 2037-04-17
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Description

本発明は、商用車などの車両の重心の位置を推定する重心高推定装置に関する。

従来より、車両の横転を防ぐため、車両の重心高さを推定することが重要となっている。特に商用車では、積荷の状態によって車両全体の重心の位置が大きく変化するため、積荷を積載した状態の重心高さを推定することが重要となる。

車両の重心高さを推定する技術に関して、例えば、以下のような提案がされている（特許文献１参照）。
すなわち、特許文献１では、ロールセンタ高さを調整可能なサスペンション装置を設けておき、積載条件が変化した場合には、前後輪のロールセンタ高さを調整することで、ロール挙動を一定とする。
具体的には、前後輪の目標とするロールセンタ高さを求めて、この目標とするロールセンタ高さとなるように、サスペンション装置のアクチュエータを制御する。

ここで、前後輪の目標とするロールセンタ高さは、以下の手順で求められる（特許文献１の段落番号［００１６］〜［００１７］を参照）。
すなわち、乗員が乗車した状態における乗員の重心高さが一定であると考えて、この乗員が乗車した状態におけるバネ上車体の質量変化と、空車状態におけるバネ上車体の重心高さおよび質量とに基づいて、乗員が乗車した状態におけるバネ上車体の重心高さを求める。その後、旋回横加速度に応じたロールモーメントを基準状態に維持するのに必要な、目標ロールセンタの高さを求めて、この目標ロールセンタ高さを前後輪に配分する。

特開２００７−２２２８７号公報

しかしながら、特許文献１では、乗員が乗車した状態における乗員の重心高さを一定としているが、実際の商用車では、特許文献１の乗員に相当する積荷の配置や質量は、物流拠点などに立ち寄るたびに大きく変化するので、積荷の重心高さを一定とすることはできない。

本発明は、積荷の配置や質量が様々に変化し、積荷の重心高さが変化する場合であっても、バネ上の重心の高さをより高い精度で推定することができる車両重心高推定装置を提供することを目的とする。

本発明のある態様の車両重心高推定装置は、車両に備えられた左右のサスペンションの支持力に基づいて、前記車両におけるバネ上のロールモーメントを算出するロールモーメント算出部と、前記車両の幅方向の加速度である横加速度を測定する横加速度測定部と、前記バネ上の質量を求める質量測定部と、前記横加速度に対する前記ロールモーメントの伝達関数を算出する伝達関数算出部と、前記伝達関数のゲインを前記バネ上の質量で除することにより、前記車両のロール中心から前記バネ上の重心までの高さを算出する重心高算出部と、を備える。

前記重心高算出部は、前記伝達関数のゲインのうち、所定値以下の周波数の前記伝達関数のゲインを前記バネ上の質量で除することにより、前記車両のロール中心から前記バネ上の重心までの高さを算出してもよい。

前記重心高算出部は、前記所定値以下の周波数の複数の前記伝達関数のゲインから求めた統計量を前記バネ上の質量で除することにより、前記車両のロール中心から前記バネ上の重心までの高さを算出してもよい。

前記左右のサスペンションは、それぞれエアサスペンションからなり、前記ロールモーメント算出部は、前記左右のサスペンションの変位の差分と、前記左右のサスペンション内の圧力の差分とに基づいて、前記ロールモーメントを算出してもよい。

本発明によれば、積荷の配置や質量が様々に変化し、積荷の重心高さが変化する場合であっても、バネ上の重心の高さをより高い精度で推定することができる。

実施の形態１の車両重心高推定装置が設けられた車両を車両後方から視た模式図である。ロール中心まわりのモーメントについての説明図である。車両重心高推定装置の構成を示すブロック図である。車両重心高推定装置の動作を示すフローチャートである。ロールモーメント／横加速度の近似直線を示すグラフである。横加速度と、ロールモーメントとの関係を模式的に示すグラフである。実施の形態２の車両重心高推定装置の構成を示すブロック図である。周波数伝達関数のゲインおよび位相を模式的に示すグラフである。車両重心高推定装置の動作を示すフローチャートである。

［実施の形態１］
以下、本発明の実施の形態１を図面１〜５に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施の形態１に係る車両重心高推定装置が設けられた車両１を車両後方から視た模式図である。
車両１は、バネ下２と、バネ下２に取り付けられた左後輪３Ｌおよび右後輪３Ｒと、バネ下２の上に設けられた左右のサスペンションの一例としてのエアサスペンション４Ｌおよび４Ｒと、左右のエアサスペンション４Ｌおよび４Ｒに支持されたバネ上５と、を備える。バネ上５には、積荷６が積載されている。

図２は、ロール中心ＲＣまわりのモーメントについての説明図である。車両１については、図２に示すように、ロール中心ＲＣまわりのモーメントについて、以下の式（１）が成立する。式（１）中、Ｍ_ｘは、バネ上５のロールモーメントであり、ｈ_ｓｍは、ロール中心ＲＣからバネ上５の重心Ｑまでの高さであり、Ｆ_ｙは、バネ上５に作用する遠心力である。また、ｍ_ｓｍはバネ上５の質量であり、Ｇ_ｙは、車両１の幅方向の加速度である横加速度であり、Ｍ_{ｃｏｎｓｔ}は積荷６が側方にずれて積載されることなどによる、バネ上５のロールモーメントのオフセット量である。

バネ上５に作用する遠心力Ｆ_ｙについて、以下の式（２）が成立する。

上記の式（１）に式（２）を代入することで式（３）が得られる。

上記の式（３）の時刻aにおいて成立する式を、時間により変化する記号に添え字aを付けて表すと、式（４）となる。また、時刻aとは異なる時刻bにおいて成立する式を、時間により変化する記号に添え字bを付けて表すと、式（５）となる。ここで、物流拠点間の走行中であれば、積荷６の配置および質量は変化しないと考えられるので、車両１のロール中心ＲＣからバネ上５の重心Ｑまでの高さｈ_ｓｍ、バネ上５の質量ｍ_ｓｍ、バネ上５のロールモーメントのオフセット量Ｍ_{ｃｏｎｓｔ}は一定であると考えられる。

以上の式（４）および式（５）の辺々差分をとり、ｈ_ｓｍについて変形すると、以下の式（６）となり、ロール中心ＲＣからバネ上５の重心Ｑまでの高さｈ_ｓｍを求めることができる。式（６）中のＤは、横加速度Ｇ_ｙの変化量に対する車両１のロールモーメントＭ_ｘの変化量で表される比例係数である。

後軸のサスペンションにエアサスペンションを用いる場合、ロールモーメントＭ_ｘは、後軸エアサスペンションの変位および圧力から、以下の式（７）を用いても求めることができる。式（７）中、Ｋ_φ１３は、エアサスペンション以外の前後のサスペンションロール剛性の和である統合ロール剛性であり、車両に固有の一定の値である。式（７）中のＭ_Ｓは、後輪３Ｌおよび３Ｒのエアサスペンション４Ｌおよび４Ｒが支持するロールモーメントである。また、φ_２は、サスロール角であり、左右のエアサスペンション４Ｌおよび４Ｒ間の距離と左右のエアサスペンション４Ｌおよび４Ｒの上下方向の変位の差分ｈｄから求めることができる。

ここで、式（７）中のＭ_Ｓは、左右のエアサスペンション４Ｌおよび４Ｒ間の距離Ｔｒｄ_２とそれぞれのエアサスペンションの支持力Ｐ_ＬとＰ_Ｒとの差分に基づいて、式（８）を用いて求めることができる。

また、前後のサスペンションにエアサスペンションを用いず、リーフスプリングあるいはコイルスプリングなどの機械式ばねを用いた場合、式（７）中のＭ_Ｓを０として、式（９）を用いてバネ上のロールモーメントＭ_ｘを求めることができる。

また、前後のサスペンションにエアサスペンションを用いず、リーフスプリングあるいはコイルスプリングなどの機械式ばねを用いており、かつ、前後左右のサスペンションの変位が分かる場合、式（１０）を用いてバネ上のロールモーメントＭ_ｘを求めることもできる。

式（１０）は、車両が四輪の場合である。式（１０）中、Ｆ_Ｚ１Ｌは前軸左側サスペンションのばね上の支持力であり、Ｆ_Ｚ１Ｒは前軸右側サスペンションのバネ上の支持力であり、Ｆ_Ｚ２Ｌは後軸左側サスペンションのバネ上の支持力であり、Ｆ_Ｚ２Ｒは後軸右側サスペンションのバネ上の支持力である。これらサスペンションの支持力Ｆzは、各サスペンションの変位から、予め生成したマップなどにしたがって求められる。

なお、式（１０）は、車両が四輪の場合としたが、車両が六輪あるいは八輪の場合についても、式（１０）と同様の式を用いて求めることができる。

車両１には、バネ上５の重心の高さを推定する車両重心高推定装置１０が設けられる。
図３は、車両重心高推定装置１０の構成を示すブロック図である。
車両重心高推定装置１０は、記憶部１１と、制御部１２とを備える。記憶部１１は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ハードディスク等の記憶媒体を含む。記憶部１１は、制御部１２が実行するプログラムを記憶している。制御部１２は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）であり、記憶部１１に記憶されたプログラムを実行することにより、支持力測定部１２１、ロールモーメント算出部１２２、横加速度測定部１２３、質量測定部１２４、重心高算出部１２５および地上重心高算出部１２６として機能する。

支持力測定部１２１は、左右のエアサスペンション４Ｌおよび４Ｒの支持力Ｐ_ＬおよびＰ_Ｒをそれぞれ測定する。例えば、左右のサスペンション４Ｌおよび４Ｒ内の圧力に基づいて、左右のエアサスペンション４Ｌおよび４Ｒの支持力Ｐ_ＬおよびＰ_Ｒを測定する。また、ロールモーメント算出部１２２は、左右のエアサスペンション４Ｌおよび４Ｒの支持力Ｐ_ＬおよびＰ_Ｒの差分と、左右のサスペンション内の圧力の差分とに基づいて、ロールモーメントを算出する。より詳しくは、ロールモーメント算出部１２２は、左右のエアサスペンション４Ｌおよび４Ｒの支持力Ｐ_ＬおよびＰ_Ｒに基づいて、例えば、上述の式（７）および式（８）により、バネ上５のロールモーメントＭ_ｘを算出する。また、ロールモーメント算出部１２２は、エアサスペンションと、リーフスプリング又はコイルスプリングなどの機械式バネを併用する場合には、左右のエアサスペンションの変位から、予め生成したマップなどにしたがって機械式バネの支持力を求める。さらに、ロールモーメント算出部１２２は、求めた支持力と、左右のエアサスペンション４Ｌおよび４Ｒ間の距離Ｔｒｄ_２とに基づいて、例えば、上述の式（７）〜式（１０）により、バネ上５のロールモーメントＭ_ｘを算出する。

横加速度測定部１２３は、車両の横加速度Ｇ_ｙを測定する。質量測定部１２４は、バネ上５の質量ｍ_ｓｍを測定する。質量測定部１２４は、車両１の各サスペンションの変位に基づいて、バネ上５の質量ｍ_ｓｍを測定する。

重心高算出部１２５は、横加速度Ｇ_ｙに対するバネ上５のロールモーメントＭ_ｘの比例係数Ｄを算出し、この比例係数Ｄをバネ上５の質量ｍ_ｓｍで除した値を、車両１のロール中心ＲＣからバネ上５の重心Ｑまでの高さｈ_ｓｍとして算出する。

地上重心高算出部１２６は、重心高算出部１２５で算出した車両１のロール中心ＲＣからバネ上５の重心Ｑまでの高さｈ_ｓｍに、地上からロール中心ＲＣまでの高さＨ_ＲＣを加算し、地上からバネ上５の重心Ｑまでの高さＨ_ＣＧを算出する。

次に、車両重心高推定装置１０の動作を、図４のフローチャートを参照しながら説明する。まず、支持力測定部１２１は、左右のエアサスペンション４Ｌおよび４Ｒの支持力Ｐ_ＬおよびＰ_Ｒを測定する（Ｓ１）。次に、支持力測定部１２１は、左右のエアサスペンション４Ｌおよび４Ｒの上下方向の変位の差分ｈｄを測定する（Ｓ２）。

また、ロールモーメント算出部１２２は、エアサスペンション４Ｌおよび４Ｒの支持力Ｐ_ＬおよびＰ_Ｒを用いて、エアサスペンション４Ｌおよび４Ｒが支持するロールモーメントＭ_Ｓを算出する（Ｓ３）。さらに、ロールモーメント算出部１２２は、エアサスペンション４Ｌおよび４Ｒの変位の差分ｈｄを用いてサスロール角φ_２を算出する（Ｓ４）。ロールモーメント算出部１２２は、上述の式（７）に従い、バネ上５のロールモーメントＭ_ｘを算出する（Ｓ５）。また、横加速度測定部１２３が、車両１の横加速度Ｇ_ｙを測定する（Ｓ６）。

さらに、重心高算出部１２５が、支持力測定部１２１による支持力Ｐ_ＬおよびＰ_Ｒの測定を開始してから所定時間が経過するまで、ステップＳ１〜Ｓ６を繰り返す（Ｓ７）。つまり、停車中あるいは走行中の時刻ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３・・・ｔ_ｎにおいて、ステップＳ１〜Ｓ６を実行し、各時刻ｔ_１〜ｔ_ｎにおける、ロールモーメントＭ_ｘ１、Ｍ_ｘ２、Ｍ_ｘ３・・・Ｍ_ｘｎ、および横加速度Ｇ_ｙ１、Ｇ_ｙ２、Ｇ_ｙ３・・・Ｇ_ｙｎを求める。所定時間とは、重心高算出部１２５が、車両のロール中心ＲＣからバネ上重心Ｑまでの高さｈ_ｓｍを所定精度で求めるために必要な支持力Ｐ_ＬおよびＰ_Ｒ等のサンプリングのための時間である。

図５は、ロールモーメントＭ_ｘ／横加速度Ｇ_ｙの近似直線を示すグラフである。重心高算出部１２５は、図５に示すように、横加速度Ｇ_ｙを横軸とし、ロールモーメントＭ_ｘを縦軸とするグラフを生成し、このグラフ上に、ステップＳ５及びＳ６で求めた値をプロットして、最小二乗法によりＭ_ｘ／Ｇ_ｙの近似直線を求める。この近似直線の傾きを比例係数Ｄとする（Ｓ８）。

また、質量測定部１２４が、車両１の質量ｍ_ｓｍを測定する（Ｓ９）。また、重心高算出部１２５が、式（３）に従い、車両のロール中心ＲＣからバネ上重心Ｑまでの高さｈ_ｓｍを算出する（Ｓ１０）。さらに、地上重心高算出部１２６が、車両１のロール中心ＲＣからバネ上５の重心Ｑまでの高さｈ_ｓｍを用いて、地上からバネ上５の重心Ｑまでの高さＨ_ＣＧを算出する（Ｓ１１）。

［実施の形態１における効果］
以上説明したように、本実施の形態における車両重心高推定装置１０によれば、横加速度Ｇ_ｙに対するバネ上５のロールモーメントＭ_ｘの比例係数Ｄを算出し、この比例係数Ｄをバネ上５の質量ｍ_ｓｍで除した値を、車両１のロール中心からバネ上５の重心Ｑまでの高さｈ_ｓｍとして算出する。よって、物流拠点などに立ち寄って積荷の配置や質量が様々に変化し、積荷の重心高さが変化した場合であっても、左右のエアサスペンション４Ｌおよび４Ｒの支持力Ｐ_ＬおよびＰ_Ｒ、変位の差分ｈｄ、ならびに横加速度Ｇ_ｙを測定するだけで、車両のロール中心ＲＣからバネ上５の重心Ｑまでの高さを推定できる。また、外部の特別な設備を必要とせず、通常の走行中に、車両のロール中心ＲＣからバネ上５の重心Ｑまでの高さを容易に推定できる。

また、最小二乗法により横加速度Ｇ_ｙに対するロールモーメントＭ_ｘの比例係数Ｄを求めたので、横加速度Ｇ_ｙおよびロールモーメントＭ_ｘの測定値にばらつきがあっても、バネ上５の重心高さを高精度で推定できる。

［実施の形態２］
実施の形態１では、最小二乗法により横加速度Ｇ_ｙに対するロールモーメントＭ_ｘの比例係数Ｄを求める場合の例について説明した。これに対し、実施の形態２では、横加速度Ｇ_ｙに対するロールモーメントＭ_ｘの周波数伝達関数のゲインＤ’を求める場合の例について説明する。

図６（ａ）および（ｂ）は、横加速度Ｇ_ｙと、ロールモーメントＭ_ｘとの関係を模式的に示す図であり、横加速度Ｇ_ｙおよびロールモーメントＭ_ｘの変動を示している。図６（ａ）は、横加速度Ｇ_ｙと、ロールモーメントＭ_ｘとが、同一の位相で振動する様子を示し、図６（ｂ）は、ロールモーメントＭ_ｘが、横加速度Ｇ_ｙに比べて、位相Δだけ遅れて振動する様子を示す。

図６（ａ）および（ｂ）のグラフでは、横軸に時間を示し、縦軸に振幅を示す。図６（ａ）および（ｂ）の例では、横加速度Ｇ_ｙは、実線で示すように、振幅１の正弦波形を示し、ロールモーメントＭ_ｘは、破線で示すように、振幅２の正弦波形を示す。図６（ａ）に示すように、横加速度Ｇ_ｙとロールモーメントＭ_ｘとの位相が一致する場合、上述の式（６）の横加速度Ｇ_ｙの変化量に対する車両１のロールモーメントＭ_ｘの変化量で表される比例係数Ｄは、２となる。

一方、図６（ｂ）に示すように、ロールモーメントＭ_ｘが、横加速度Ｇ_ｙに比べて、位相Δだけ遅れて振動する場合、比例係数Ｄは、時間に応じて変動する。例えば、重心高算出部１２５が、比例係数Ｄを最小二乗法により求めたとすれば、比例係数Ｄは、横加速度Ｇ_ｙとロールモーメントＭ_ｘとの位相が一致する場合に比べて小さくなり、比例係数Ｄの精度が低下するという問題があった。

また、ロールモーメントＭ_ｘが路面の凹凸に起因するノイズの影響を受けた場合に、最小二乗法により比例係数Ｄを求めたとすれば、比例係数Ｄの精度が低下しやすいという問題があった。

そこで、実施の形態２に係る重心高推定システムは、横加速度Ｇ_ｙに対するロールモーメントＭ_ｘの伝達関数のゲインＤ’を求める。このゲインＤ’は、横加速度Ｇ_ｙとロールモーメントＭ_ｘとの位相差の影響を受けない。したがって、横加速度Ｇ_ｙとロールモーメントＭ_ｘとの位相差に起因して、車両のロール中心ＲＣからバネ上重心Ｑまでの高さｈ_ｓｍの算出精度が低下することを抑制することができる。

また、実施の形態２に係る重心高推定システムは、周波数伝達関数のゲインＤ’の低周波成分を用いて車両１のロール中心からバネ上５の重心Ｑまでの高さｈ_ｓｍを求める。この重心高推定システムは、周波数伝達関数ＦのゲインＤ’の低周波成分を利用することにより、路面の凹凸に起因するノイズやＡ／Ｄ変換時の電気的ノイズの影響を受けやすいゲインＤ’の高周波成分を除外するので、ロール中心ＲＣからバネ上５の重心Ｑまでの高さｈ_ｓｍをより高精度で求めることができる。

図７は、実施の形態２の車両重心高推定装置２０の構成を示すブロック図である。
車両重心高推定装置２０は、図３の車両重心高推定装置１０と比較すると、重心高算出部１２５を有さず、制御部１２において伝達関数算出部２０１および重心高算出部２０２をさらに有することが異なる。以下、実施の形態２に係る車両重心高推定装置２０において、実施の形態１に係る車両重心高推定装置１０と同一の機能ブロックについては、同一の符号を付して説明を省略する。

伝達関数算出部２０１は、横加速度Ｇ_ｙに対するロールモーメントＭ_ｘの周波数伝達関数を算出する。ここでは、伝達関数算出部２０１が平均ピリオドグラム法により周波数伝達関数を求める場合について説明する。横加速度Ｇ_ｙおよびロールモーメントＭ_ｘのクロススペクトルＨ_ＭＧは、以下の式（１１）により表される。式(１１)においてＲ（Ｍ_ｘ）は、ロールモーメントＭ_ｘのフーリエ変換である。また、Ｓ（Ｇ_ｙ）を横加速度Ｇ_ｙのフーリエ変換とし、Ｓ^＊（Ｇ_ｙ）は、Ｓ（Ｇ_ｙ）の複素共役とする。

また、横加速度Ｇ_ｙのオートパワースペクトルＨ_ＧＧは、以下の式（１２）により、表される。

式(１２)においてＳ^＊（Ｇ_ｙ）は、Ｓ（Ｇ_ｙ）の複素共役である。この場合に、横加速度Ｇ_ｙに対するロールモーメントＭ_ｘの周波数伝達関数Ｆは、以下の式（１３）により、表される。

重心高算出部２０２は、周波数伝達関数ＦのゲインＤ’をバネ上５の質量ｍ_ｓｍで除することにより、車両１のロール中心ＲＣからバネ上の重心Ｑまでの高さｈ_ｓｍを算出する。図８を参照して、重心高算出部２０２の動作を説明する。

図８は、横加速度Ｇ_ｙに対するロールモーメントＭ_ｘの周波数伝達関数Ｆを模式的に示すグラフである。図８の上側のグラフは、横軸に周波数、縦軸にゲインをそれぞれ対数目盛上において示す両対数グラフである。図８の下側のグラフは、横軸に対数目盛上において周波数を示し、縦軸に位相を示す片対数グラフである。図８の上側のグラフに示すように、周波数伝達関数ＦのゲインＤ’は、図８の丸枠Ｃで示した周波数０．０１〜０．３Ｈｚにおいて約２の最大値をとってほぼ一定となり、周波数が高くなるにつれて減少する。周波数伝達関数ＦのゲインＤ’の高周波成分は、Ａ／Ｄ変換時の電気的なノイズや、直進時の路面の凹凸に起因するノイズを含んでいる。

そこで、重心高算出部２０２は、ノイズの影響を除去するため、図８の丸枠Ｃで示したように、周波数伝達関数ＦのゲインＤ’のうち、所定値以下の周波数に対応するゲインＤ’を取得する。この所定値とは、例えば、車両１のロール中心ＲＣからバネ上５の重心Ｑまでの高さｈ_ｓｍを精度よく求めるために利用可能であることが実験的に確認されている周波数伝達関数ＦのゲインＤ’の上限値であり、例えば、最高でも１ヘルツである。重心高算出部２０２は、所定値以下の周波数に対応する複数の周波数伝達関数のゲインＤ’が存在する場合には、これらの複数の周波数伝達関数のゲインＤ’の統計量を取得する。統計量は、例えば、平均値であるが、中央値又は最頻値であってもよい。

図７の説明に戻る。式（６）と同様に、重心高算出部２０２は、以下の式（１４）に示すように、周波数伝達関数ＦのゲインＤ’をバネ上５の質量ｍ_ｓｍで除することにより、車両１のロール中心ＲＣからバネ上５の重心Ｑまでの高さｈ_ｓｍを求める。

また、重心高算出部２０２は、周波数伝達関数ＦのゲインＤ’の許容範囲を記憶部１１から読み出す。ゲインＤ’の許容範囲は、例えば、実験により予め求められたゲインＤ’のとり得る範囲である。重心高算出部２０２は、停車中あるいは走行中の時刻ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３・・・ｔ_ｎごとに求めた周波数伝達関数ＦのゲインＤ’の統計量と、読み出した許容範囲とを比較する。時刻ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３・・・ｔ_ｎは、例えば、所定時間ごとに定められた時刻である。

重心高算出部２０２は、時刻ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３・・・ｔ_ｎごとに求めた周波数伝達関数ＦのゲインＤ’の統計量のうち、許容範囲内の値を有する統計量について時刻ｔ_１〜ｔ_ｎの全体における平均値をさらに求める。重心高算出部２０２は、バネ上５の質量ｍ_ｓｍで時刻ｔ_１〜ｔ_ｎの全体における平均値を除することにより、車両１のロール中心ＲＣからバネ上５の重心Ｑまでの高さｈ_ｓｍを求める。

図９のステップＳ１〜Ｓ７，Ｓ９，Ｓ１１およびＳ１０１〜Ｓ１０４は、車両重心高推定装置２０の動作を示すフローチャートである。ステップＳ１〜Ｓ６およびＳ１１については、図４のフローチャートと同一であるため、説明を省略する。

ステップＳ１０１では、伝達関数算出部２０１は、平均ピリオドグラム法により、エアサスペンション４Ｌおよび４ＲのロールモーメントＭ_ｘおよび横加速度Ｇ_ｙを用いて、周波数伝達関数Ｆを求める。次に、伝達関数算出部２０１は、周波数伝達関数ＦのゲインＤ’のうち、低周波成分の周波数に対応するゲインＤ’、例えば、所定値以下の周波数に対応するゲインＤ’を取得する。所定値以下の周波数に対応する複数のゲインＤ’が存在する場合には、これらのゲインＤ’の平均値を算出する（Ｓ１０２）。

また、重心高算出部２０２は、支持力測定部１２１による支持力Ｐ_ＬおよびＰ_Ｒの測定を開始してから所定時間が経過するまで、ステップＳ１〜Ｓ６，Ｓ１０１およびＳ１０２を繰り返す（Ｓ７）。つまり、停車中あるいは走行中の時刻ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３・・・ｔ_ｎにおいて、ステップＳ１〜Ｓ６，Ｓ１０１およびＳ１０２を実行し、各時刻ｔ_１〜ｔ_ｎの周波数伝達関数Ｆをそれぞれ求め、時刻ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３・・・ｔ_ｎごとに、所定値以下の周波数の伝達関数ＦのゲインＤ’の平均値をそれぞれ求める。所定時間とは、重心高算出部２０２が、所定精度で重心高さを求めるために必要な支持力Ｐ_ＬおよびＰ_Ｒ等をサンプリングするための時間である。

また、重心高算出部２０２は、時刻ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３・・・ｔ_ｎごとに求めた周波数伝達関数ＦのゲインＤ’の平均値と、読み出した許容範囲とを比較し、時刻ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３・・・ｔ_ｎに対応する周波数伝達関数ＦのゲインＤ’の平均値のうち、許容範囲内の値を有する平均値を取得する。重心高算出部２０２は、取得した平均値をさらに時刻ｔ_１〜ｔ_ｎの全体において平均することにより、時刻ｔ_１〜ｔ_ｎの全体での平均値を求める（Ｓ１０３）。

さらに、質量測定部１２４が、車両１の質量ｍ_ｓｍを測定し（Ｓ９）、重心高算出部２０２が、式（１４）に従い、車両のロール中心ＲＣからバネ上５の重心Ｑまでの高さｈ_ｓｍを算出する（Ｓ１０４）。

本実施の形態によれば、重心高算出部２０２は、周波数伝達関数ＦのゲインＤ’を用いて、車両１のロール中心ＲＣからバネ上５の重心Ｑまでの高さｈ_ｓｍを求めるので、横加速度Ｇ_ｙと、ロールモーメントＭ_ｘとの間の位相差に起因して重心Ｑの高さ算出の精度が低下することを抑制することができる。

また、本実施の形態によれば、重心高算出部２０２は、周波数伝達関数ＦのゲインＤ’のうち、所定値以下の周波数の伝達関数ＦのゲインＤ’をバネ上５の質量ｍ_ｓｍで除することにより、車両１のロール中心ＲＣからバネ上５の重心Ｑまでの高さｈ_ｓｍを求める。このため、ロールモーメントＭ_ｘが路面の凹凸に起因するノイズの影響を受けた場合に、ノイズの影響を受けやすいゲインＤ’の高周波成分を除去し、ゲインＤ’の低周波成分を用いて重心Ｑの高さを求めるので、重心Ｑの高さをより精度よく求めることができる。

なお、本実施の形態では、伝達関数算出部２０１が、平均ピリオドグラム法を用いて、横加速度Ｇ_ｙに対するロールモーメントＭ_ｘの周波数伝達関数を求める場合の例について説明した。しかしながら、本発明は、これに限定されない。例えば、伝達関数算出部２０１は、自己回帰移動平均モデル（ＡＲＭＡ, Autoregressive moving average）を用いて、周波数伝達関数を求めてもよい。この場合、横加速度Ｇ_ｙおよびロールモーメントＭ_ｘについて、それぞれ自己回帰移動平均モデルを用いて、横加速度Ｇ_ｙのパワースペクトルおよびロールモーメントＭ_ｘのパワースペクトルをそれぞれ求める。さらに、この横加速度Ｇ_ｙのパワースペクトルおよびロールモーメントＭ_ｘのパワースペクトルを用いて、横加速度Ｇ_ｙに対するロールモーメントＭ_ｘの周波数伝達関数のゲインＤ’を求めることができる。

なお、本実施の形態では、重心高算出部２０２は、時刻ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３・・・ｔ_ｎごとに求めた周波数伝達関数ＦのゲインＤ’の統計量のうち、許容範囲内の値を有する統計量について時刻ｔ_１〜ｔ_ｎの全体における平均値をさらに求め、この平均値をバネ上５の質量ｍ_ｓｍで除する場合の例について説明した。しかしながら、本発明は、時刻ｔ_１〜ｔ_ｎの全体におけるゲインＤ’の統計量の平均値を求める構成に限定されない。例えば、重心高算出部２０２は、時刻ｔ_１〜ｔ_ｎについて求めた周波数伝達関数ＦのゲインＤ’の統計量のいずれかをバネ上５の質量ｍ_ｓｍで除することにより、車両１のロール中心ＲＣからバネ上５の重心Ｑまでの高さｈ_ｓｍを求める構成であってもよい。周波数伝達関数ＦのゲインＤ’の統計量を用いることにより、車両１のロール中心ＲＣからバネ上５の重心Ｑまでの高さｈ_ｓｍをより精度よく算出することができる。

以上、本発明を実施の形態１および２を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１・・・車両
２・・・バネ下
３Ｌ・・・左後輪
３Ｒ・・・右後輪
４Ｌ，４Ｒ・・・エアサスペンション
５・・・バネ上
６・・・積荷
１０・・・車両重心高推定装置
１１・・・記憶部
１２・・・制御部
２０・・・車両重心高推定装置
１２１・・・支持力測定部
１２２・・・ロールモーメント算出部
１２３・・・横加速度測定部
１２４・・・質量測定部
１２５・・・重心高算出部
１２６・・・地上重心高算出部
２０１・・・伝達関数算出部
２０２・・・重心高算出部

Claims

車両に備えられた左右のサスペンションの支持力に基づいて、前記車両におけるバネ上のロールモーメントを算出するロールモーメント算出部と、
前記車両の幅方向の加速度である横加速度を測定する横加速度測定部と、
前記バネ上の質量を求める質量測定部と、
前記横加速度に対する前記ロールモーメントの伝達関数を算出する伝達関数算出部と、
前記伝達関数のゲインを前記バネ上の質量で除することにより、前記車両のロール中心から前記バネ上の重心までの高さを算出する重心高算出部と、
を備える重心高推定装置。
前記重心高算出部は、前記伝達関数のゲインのうち、所定値以下の周波数の前記伝達関数のゲインを前記バネ上の質量で除することにより、前記車両のロール中心から前記バネ上の重心までの高さを算出する、
請求項１に記載の重心高推定装置。
前記重心高算出部は、前記所定値以下の周波数の複数の前記伝達関数のゲインから求めた統計量を前記バネ上の質量で除することにより、前記車両のロール中心から前記バネ上の重心までの高さを算出する、
請求項２に記載の重心高推定装置。
前記左右のサスペンションは、それぞれエアサスペンションからなり、
前記ロールモーメント算出部は、前記左右のサスペンションの変位の差分と、前記左右のサスペンション内の圧力の差分とに基づいて、前記ロールモーメントを算出する、
請求項１から３のいずれか一項に記載の重心高推定装置。