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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022064316
(43)【公開日】2022-04-25
(54)【発明の名称】輪荷重推定装置及びプログラム
(51)【国際特許分類】
B60W 40/13 20120101AFI20220418BHJP
B66F 9/24 20060101ALI20220418BHJP
B60T 8/172 20060101ALI20220418BHJP
【ＦＩ】
B60W40/13
B66F9/24 J
B60T8/172 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021166855
(22)【出願日】2021-10-11
(31)【優先権主張番号】P 2020172729
(32)【優先日】2020-10-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000003609
【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所
(71)【出願人】
【識別番号】000003218
【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機
(74)【代理人】
【識別番号】110001519
【氏名又は名称】特許業務法人太陽国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】山口 裕之
(72)【発明者】
【氏名】森 大輝
(72)【発明者】
【氏名】服部 義和
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 徳祥
(72)【発明者】
【氏名】服部 達哉
【テーマコード（参考）】
3D241
3D246
3F333
【Ｆターム（参考）】
3D241BA19
3D241BA50
3D241CA18
3D241DB05Z
3D241DB09Z
3D241DB12Z
3D241DB15Z
3D241DB16Z
3D241DB23Z
3D241DB24Z
3D241DB46Z
3D241DB48Z
3D246AA14
3D246HA82A
3D246HA97A
3D246HA98B
3F333AA02
3F333DB10
3F333FD06
(57)【要約】
【課題】剛体の重心が変動する場合でも、剛体の剛性を下げることなく、輪荷重を精度良く推定する。
【解決手段】重心慣性値算出部３６が、積載物を含む車両の重心に関する情報を算出すると共に、車両の重心周りの慣性主軸及び慣性乗積を含む慣性テンソルＪａｌｌを算出し、輪荷重変動推定部４０が、慣性テンソルＪａｌｌ、積載物を含む車両の３軸周りの角速度Ｐ、Ｑ、Ｒ、角加速度Ｐ・、Ｑ・、Ｒ・、車両の前後及び横加速度ＧｘＣＧ、ＧｙＣＧ、積載物を含む車両の重量Ｍａｌｌ、及び積載物を含む車両の重心に関する情報ｈＲ、ｈＣＧ、ｔｌ、ｔｒ、ｌｆ、ｌｒに基づいて、輪荷重の変動分を推定し、輪荷重算出部４２が、輪荷重の変動分と静荷重とに基づいて、輪荷重を算出する。
【選択図】図５
【解決手段】重心慣性値算出部３６が、積載物を含む車両の重心に関する情報を算出すると共に、車両の重心周りの慣性主軸及び慣性乗積を含む慣性テンソルＪａｌｌを算出し、輪荷重変動推定部４０が、慣性テンソルＪａｌｌ、積載物を含む車両の３軸周りの角速度Ｐ、Ｑ、Ｒ、角加速度Ｐ・、Ｑ・、Ｒ・、車両の前後及び横加速度ＧｘＣＧ、ＧｙＣＧ、積載物を含む車両の重量Ｍａｌｌ、及び積載物を含む車両の重心に関する情報ｈＲ、ｈＣＧ、ｔｌ、ｔｒ、ｌｆ、ｌｒに基づいて、輪荷重の変動分を推定し、輪荷重算出部４２が、輪荷重の変動分と静荷重とに基づいて、輪荷重を算出する。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
重心に変動を与える要素を含む剛体の３軸周りの角速度、角加速度、前記剛体の進行方向である前後方向及び前記剛体の幅方向である横方向の加速度、前記要素の重量、並びに、前記要素の高さを含む位置を取得する取得部と、
前記剛体の重心に関する情報を算出すると共に、前記剛体の重心周りの慣性主軸を含む慣性値を算出する重心慣性値算出部と、
前記取得部により取得された前記角速度、前記角加速度、並びに、前記前後方向及び横方向の加速度と、前記重心慣性値算出部により算出された前記剛体の重心に関する情報及び前記慣性値とに基づいて、前記剛体を支持する複数の車輪の各々に作用する輪荷重の変動分を推定する輪荷重変動推定部と、
前記輪荷重変動推定部により推定された輪荷重の変動分と、前記車輪の各々に作用する静荷重とに基づいて、前記輪荷重を算出する輪荷重算出部と、
を含む輪荷重推定装置。
前記剛体の重心に関する情報を算出すると共に、前記剛体の重心周りの慣性主軸を含む慣性値を算出する重心慣性値算出部と、
前記取得部により取得された前記角速度、前記角加速度、並びに、前記前後方向及び横方向の加速度と、前記重心慣性値算出部により算出された前記剛体の重心に関する情報及び前記慣性値とに基づいて、前記剛体を支持する複数の車輪の各々に作用する輪荷重の変動分を推定する輪荷重変動推定部と、
前記輪荷重変動推定部により推定された輪荷重の変動分と、前記車輪の各々に作用する静荷重とに基づいて、前記輪荷重を算出する輪荷重算出部と、
を含む輪荷重推定装置。
【請求項2】
前記重心慣性値算出部は、前記取得部により取得された前記要素の重量及び位置と前記剛体を構成する複数の構成部位の各々の構造とに基づいて、前記要素を含む剛体及び前記構成部位の各々の重心位置を算出し、前記要素を含む剛体の重心位置と、前記構成部位の各々の重心位置との差分を用いて、前記慣性値を算出する
請求項１に記載の輪荷重推定装置。
請求項１に記載の輪荷重推定装置。
【請求項3】
前記重心慣性値算出部は、慣性乗積をさらに含む前記慣性値を算出する請求項１又は請求項２に記載の輪荷重推定装置。
【請求項4】
前記取得部は、前記車輪に作用する横力及び前後力を取得し、
前記輪荷重変動推定部は、前記取得部により取得された前記横力及び前記前後力に基づいて算出される前記剛体の重心周りのヨーモーメントをさらに用いて、前記輪荷重の変動分を推定する
請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の輪荷重推定装置。
前記輪荷重変動推定部は、前記取得部により取得された前記横力及び前記前後力に基づいて算出される前記剛体の重心周りのヨーモーメントをさらに用いて、前記輪荷重の変動分を推定する
請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の輪荷重推定装置。
【請求項5】
前記輪荷重変動推定部は、前記複数の車輪の各々についての前記輪荷重の変動分の総和が０になるとの制約、及び前後輪のロール合成配分と荷重変動との関係式の下、前記輪荷重の変動分と共に、前記剛体の重心周りのヨーモーメントを推定する請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の輪荷重推定装置。
【請求項6】
前記剛体は車両であり、前記重心に変動を与える要素は、前記車両に積載される積載物である請求項１～請求項５のいずれか１項に記載の輪荷重推定装置。
【請求項7】
前記車両はフォークリフトであり、前記積載物は上下に稼働可能なフォークに積載される請求項６に記載の輪荷重推定装置。
【請求項8】
前記剛体の重心に関する情報は、前記剛体の重心位置と前記剛体のロールセンタとの上下方向の距離、前記剛体の重心位置の横方向の位置、及び前記複数の車輪の各々と前記剛体の重心位置との横方向の距離を含む請求項１～請求項７のいずれか１項に記載の輪荷重推定装置。
【請求項9】
コンピュータを、請求項１～請求項８のいずれか１項に記載の輪荷重推定装置を構成する各部として機能させるための輪荷重推定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、輪荷重推定装置及び輪荷重推定プログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、積載物をリフトして走行するフォークリフト等の車両において、車両重心の偏りによる車輪の浮き上がり、車両転倒等の危険性を回避するため、車両を支持する各輪の荷重を推定することが行われている。
【0003】
例えば、４輪の車両を対象とし、前後及び横加速度と、ロール角速度及びピッチ角速度とを計測する技術が提案されている（特許文献１参照）。この技術では、各輪の上下剛性、前後方向挙動、ロール慣性主軸の傾き、ジャイロ効果を考慮したピッチモーメントと、横方向挙動を考慮したロールモーメントとに基づき、各輪の荷重を推定する。
【0004】
また、例えば、４輪の車両を対象とし、前後及び横加速度、ロール角加速度及びピッチ角加速度を計測する技術が提案されている（特許文献２参照）。この技術では、前後方向挙動によるピッチモーメント、及び横方向挙動によるロールモーメントと、車両のピッチ慣性、及びロール慣性とに基づき、各輪の荷重を推定する。
【0005】
また、例えば、フォークリフトを対象とし、各輪荷重、及び駆動２輪の車輪速を計測する技術が提案されている（特許文献３参照）。この技術では、車輪速は、旋回半径の算出に用い、いずれかの輪荷重計測値の低下に応じて、操舵量、制駆動トルクを調整する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開２００４－５８９６０号公報
【特許文献2】特開２０１３－２１６２７８号公報
【特許文献3】特開２００１－６３９９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかし、特許文献１及び２に記載の技術は、４輪の一般的な車両を対象としており、例えばフォークリフトのように、重量の大きな積載物を様々な状態で積載して走行する場合は考慮されていない。そのため、特許文献１及び２に記載の技術では、重量の大きな積載物を様々な状態で積載して走行する車両の輪荷重を適切に推定することができないという問題がある。
【0008】
また、特許文献３に記載の技術では、輪荷重を計測するために、積載物の積載箇所の歪を利用しているが、歪を得るためには、積載物の積載箇所の剛性を下げる必要があり、安全上のリスクが生じる問題がある。
【0009】
本発明は、上記事情を鑑みて成されたものであり、剛体の重心が変動する場合でも、剛体の剛性を下げることなく、輪荷重を精度良く推定することができる輪荷重推定装置及びプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記目的を達成するために、本発明に係る輪荷重推定装置は、重心に変動を与える要素を含む剛体の３軸周りの角速度、角加速度、前記剛体の進行方向である前後方向及び前記剛体の幅方向である横方向の加速度、前記要素の重量、並びに、前記要素の高さを含む位置を取得する取得部と、前記剛体の重心に関する情報を算出すると共に、前記剛体の重心周りの慣性主軸を含む慣性値を算出する重心慣性値算出部と、前記取得部により取得された前記角速度、前記角加速度、並びに、前記前後及び横方向の加速度と、前記重心慣性値算出部により算出された前記剛体の重心に関する情報及び前記慣性値とに基づいて、前記剛体を支持する複数の車輪の各々に作用する輪荷重の変動分を推定する輪荷重変動推定部と、前記輪荷重変動推定部により推定された輪荷重の変動分と、前記車輪の各々に作用する静荷重とに基づいて、前記輪荷重を算出する輪荷重算出部と、を含んで構成される。
【0011】
本発明に係る輪荷重推定装置によれば、取得部が、重心に変動を与える要素を含む剛体の３軸周りの角速度、角加速度、剛体の進行方向である前後方向及び剛体の幅方向である横方向の加速度、要素の重量、並びに、要素の高さを含む位置を取得し、重心慣性算出部が、剛体の重心に関する情報を算出すると共に、剛体の重心周りの慣性主軸を含む慣性値を算出し、輪荷重変動分推定部が、取得部により取得された角速度、角加速度、並びに、前後及び横方向の加速度と、重心慣性値算出部により算出された剛体の重心に関する情報及び慣性値とに基づいて、剛体を支持する複数の車輪の各々に作用する輪荷重の変動分を推定し、輪荷重算出部が、輪荷重変動推定部により推定された輪荷重の変動分と、車輪の各々に作用する静荷重とに基づいて、輪荷重を算出する。これにより、剛体の重心が変動する場合でも、剛体の剛性を下げることなく、輪荷重を精度良く推定することができる。
【0012】
また、前記重心慣性値算出部は、前記取得部により取得された前記要素の重量及び位置と前記剛体を構成する複数の構成部位の各々の構造とに基づいて、前記要素を含む剛体及び前記構成部位の各々の重心位置を算出し、前記要素を含む剛体の重心位置と、前記構成部位の各々の重心位置との差分を用いて、前記慣性値を算出することができる。これにより、重心の変動に応じた慣性値を適切に算出することができる。
【0013】
また、前記重心慣性値算出部は、慣性乗積をさらに含む前記慣性値を算出することができる。これにより、重心の変動に応じた慣性値をより適切に算出することができ、輪荷重をより精度良く推定することができる。
【0014】
また、前記取得部は、前記車輪に作用する横力及び前後力を取得し、前記輪荷重変動推定部は、前記取得部により取得された前記横力及び前記前後力に基づいて算出される前記剛体の重心周りのヨーモーメントをさらに用いて、前記輪荷重の変動分を推定することができる。これにより、剛体の重心周りのヨーモーメントを考慮して輪荷重を推定することができる。
【0015】
また、前記輪荷重変動算出部は、前記複数の車輪の各々についての前記輪荷重の変動分の総和が０になるとの制約、及び前後輪のロール合成配分と荷重変動との関係式の下、前記輪荷重の変動分と共に、前記剛体の重心周りのヨーモーメントを算出することができる。これにより、取得部で取得される情報に基づいて、輪荷重と共に、ヨーモーメントも算出することができる。
【0016】
また、前記剛体は車両であり、前記重心に変動を与える要素は、前記車両に積載される積載物とすることができる。また、前記車両はフォークリフトであり、前記積載物は上下に稼働可能なフォークに積載されるものとすることができる。これにより、例えばフォークリフトのように、様々な状態で積載物を積載して走行する車両について、精度良く輪荷重を推定することができる。
【0017】
また、前記剛体の重心に関する情報は、前記剛体の重心位置と前記剛体のロールセンタとの上下方向の距離、前記剛体の重心位置の横方向の位置、及び前記複数の車輪の各々と前記剛体の重心位置との横方向の距離を含むことができる。
【0018】
また、本発明に係る輪荷重推定プログラムは、コンピュータを、上記の輪荷重推定装置の各部として機能させるためのプログラムである。
【発明の効果】
【0019】
本発明の輪荷重推定装置及びプログラムによれば、剛体の重心が変動する場合でも、剛体の剛性を下げることなく、輪荷重を精度良く推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】積載物のリフト高さの違いによる慣性主軸の違いを概略的に示したイメージ図である。
【図2】地上座標系に対する車両座標系を説明するための図である。
【図3】４輪フォークリフトについてのロールモーメント、ピッチモーメント、及びヨーモーメントの各々に関わる作用力を示す図である。
【図4】車両全体の各構成要素の概略、重心、及び座標原点を示す図である。
【図5】第１実施形態に係る輪荷重推定装置、及び輪荷重推定装置に接続する各構成を示すブロック図である。
【図6】第１実施形態に係る輪荷重推定装置の機能ブロック図である。
【図7】輪荷重推定装置のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図8】第１実施形態における輪荷重推定処理の一例を示すフローチャートである。
【図9】第１実施形態の変形例に係る輪荷重推定装置の機能ブロック図である。
【図10】第２実施形態に係る輪荷重推定装置、及び輪荷重推定装置に接続する各構成を示すブロック図である。
【図11】第２実施形態に係る輪荷重推定装置の機能ブロック図である。
【図12】第２実施形態における輪荷重推定処理の一例を示すフローチャートである。
【図13】第２実施形態の変形例に係る輪荷重推定装置の機能ブロック図である。
【図14】３輪フォークリフトについてのヨーモーメントに関わる作用力を示す図である。
【図15】輪荷重推定結果の一例を示す図である。
【図16】リフト高による慣性値変更の効果を説明するための図である。
【図17】慣性乗積の考慮の有無による輪荷重の推定結果の比較を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【0022】
＜第１実施形態＞
まず、第１実施形態の原理について説明する。第１実施形態では、重心に変動を与える要素を含む剛体の一例として、上下に稼働可能なフォークに積載物を積載して走行する、前後左右４つの車輪を備えたフォークリフトについて、各輪荷重を推定する場合について説明する。また、第１実施形態では、フォークリフトの前後加速度、横加速度、ロール角速度、ピッチ角速度、及びヨー角速度を含む車両挙動が計測されることを前提とする。また、第１実施形態では、積載物の重量、リフト高さ、フォークに対する積載物の積載位置が検知できることを前提とする。
まず、第１実施形態の原理について説明する。第１実施形態では、重心に変動を与える要素を含む剛体の一例として、上下に稼働可能なフォークに積載物を積載して走行する、前後左右４つの車輪を備えたフォークリフトについて、各輪荷重を推定する場合について説明する。また、第１実施形態では、フォークリフトの前後加速度、横加速度、ロール角速度、ピッチ角速度、及びヨー角速度を含む車両挙動が計測されることを前提とする。また、第１実施形態では、積載物の重量、リフト高さ、フォークに対する積載物の積載位置が検知できることを前提とする。
【0023】
フォークリフトは乗用車とは異なり、重量の大きな積載物を様々なリフト高さで持ち上げた状態で走行する。また、積載物の積載位置が、フォークリフトの重心位置に対してｙ方向（フォークリフトの横方向）にずれる場合もある。このような積載物の積載状態によって、ロール、ピッチ、及びヨーの各回転軸に対して、慣性主軸の向きが変化する。そこで、第１実施形態では、慣性主軸及び慣性乗積を、積載物の積載状態に応じて設定する。図１は、積載物のリフト高さの違いによる慣性主軸の違いを概略的に示したイメージ図である。図１（Ａ）のように、積載物を積載したリフトの高さが低い場合と、図１（Ｂ）のように、リフトの高さが高い場合とでは、慣性主軸の向きが変化する。
【0024】
図１に示すような積載物の積載状態の違いに対応するため、図２、及び下記（１）～（３）式に示す車両の６自由度モデルを用いて、車両運動を記述する。なお、（１）式は車両の回転運動、（２）式は車両の並進運動、（３）式は地上座標系（図２中のｘｅ、ｙｅ、ｚｅの座標系）に対する車両座標系（図２中のｘ、ｙ、ｚの座標系）の姿勢を表した式である。なお、車両座標系において、車両の前後方向（走行方向）がｘ軸方向、車両の横方向（幅方向）がｙ軸方向、鉛直方向がｚ軸方向である。
【0025】
【数1】
【0026】
（１）～（３）式において、Ｐ、Ｑ、及びＲはロール、ピッチ、及びヨーの各角速度［ｒａｄ／ｓ］、Ｌｖ、Ｍｖ、及びＮｖはロール、ピッチ、及びヨーの各モーメント［Ｎｍ］である。また、Ｕ、Ｖ、及びＷは車両座標系におけるｘ、ｙ、及びｚ軸の各方向の速度［ｍ／ｓ］、φ、θ、及びψは地上座標系に対する車両座標系の姿勢角［ｒａｄ］である。また、Ｘｖ、Ｙｖ、及びＺｖは車両に作用する前後力、横力、及び上下力［Ｎ］である。また、Ｊａｌｌはｘ、ｙ、及びｚ軸の各方向の慣性主軸及び慣性乗積から成る慣性テンソル［ｋｇ・ｍ２］、Ｍａｌｌは積載物及び車両質量を合わせた総質量［ｋｇ］である。なお、慣性テンソルは、本発明の「慣性値」の一例である。
【0027】
また、図３に、（１）式のロールモーメントＬｖ、ピッチモーメントＭｖ、及びヨーモーメントＮｖの各々に関わる作用力を示す。図３（Ａ）のＡ点はロール回転中心であり、静止時の車両全体の重心を通る鉛直線とロール軸とが交わる点としている。図３（Ｂ）のＢ点はピッチ回転中心であり、静止時の車両全体の重心を通る鉛直線と地上面とが交わる点としている。また、ＣＧａｌｌは積載物を含むフォークリフト（以下、「車両全体」という）の重心、ＧｘＣＧ及びＧｙＣＧは車両全体の重心ＣＧａｌｌにおける前後加速度及び横加速度［ｍ／ｓ２］、ｇは重力加速度［ｍ／ｓ２］である。また、ΔＦＬｚ、ΔＦＲｚ、ΔＲＬｚ、及びΔＲＲｚは前後左右各輪の輪荷重の変動分［Ｎ］、ＦＬＦｘ及びＦＲＦｘは左右前輪のタイヤ前後力［Ｎ］、ＦＬＦｙ、ＦＲＦｙ、ＲＬＦｙ、及びＲＲＦｙは各輪のタイヤ横力［Ｎ］である。また、ｈＣＧは地上面とＣＧａｌｌとのｚ軸方向の距離（重心高）［ｍ］、ｈＲは地上面とＡ点とのｚ軸方向の距離（ロールセンタ）［ｍ］、ｔｌ及びｔｒはＣＧａｌｌに対する左右各輪のｙ軸方向の距離［ｍ］、ｌｆ及びｌｒはＣＧａｌｌに対する前後各輪のｘ軸方向の距離［ｍ］である。
【0028】
第１実施形態では、（１）式の車両の回転運動に関わる部分を利用する。図４を参照して、（１）式の慣性テンソルＪａｌｌの設定について説明する。図４は、車両全体１００の各構成部位の概略と共に、各構成部位の重心、車両全体の重心、及び座標原点を示している。図４の例では、フォークリフトの構成部位として、車体１０２、積載物１０４、フォーク１０６、アウターマスト１０８、及びインナーマスト１１０を想定している。なお、構成部位には、ＩＭＵ（慣性計測装置、Inertial Measurement Unit）１１２も含まれるが、ここでは、ＩＭＵ１１２は、極めて軽量であり、車両全体１００の重心に影響を与えないものとして考える。図４では、各構成部位の重心位置に、重心位置を示すマークを、各構成部位の符号の末尾に「Ａ」を付加した符号で示している。なお、重心位置を示す円の大きさは、各構成部位の重量の大小を概略的に表している。
【0029】
下記（４）式に慣性テンソルＪａｌｌの構成を示す。（４）式右辺において、対角項が慣性主軸、非対角項が慣性乗積である。
【0030】
【数2】
【0031】
（４）式において、添え字ｊは各構成部位を特定する変数であり、Ｎは構成部位の総数、ｍｊは構成部位ｊの重量である。車両全体１００の重心ＣＧａｌｌの位置（ｘＣＧ，ｙＣＧ，ｚＣＧ）は、積載物１０４の重量、リフト高さ、フォーク１０６に対する積載物１０４の積載位置を用いて算出することができる。（４）式において、Δｘｊ、Δｙｊ、及びΔｚｊは車両全体１００の重心ＣＧａｌｌの位置１００Ａと、構成部位ｊの重心の位置（ｘｊ，ｙｊ，ｚｊ）１０２Ａ、１０４Ａ、１０６Ａ、１０８Ａ、１１０Ａの各々との各軸方向の差分であり、下記（５）式により算出される。
【0032】
【数3】
【0033】
（４）式中のＪＡ及びＪＢは図３のＡ点及びＢ点の各々からみた慣性の補正値であり、下記（６）式及び（７）式で表す。
【0034】
【数4】
【0035】
（１）式におけるロールモーメントＬｖ及びピッチモーメントＭｖは、図３（Ａ）及び（Ｂ）に基づき、タイヤ横力及び前後力により車両に作用するモーメントと、タイヤばね（上下ばね）反力によるモーメントとの和として、下記（８）式及び（９）式で表される。
【0036】
【数5】
【0037】
（８）式及び（９）式は、車両全体１００の重心ＣＧａｌｌ周りのモーメントを表しており、各輪のタイヤ前後力和及び横力和を車両重心ＣＧａｌｌの前後加速度ＧｘＣＧ及び横加速度ＧｙＣＧと質量Ｍａｌｌとを用いて表している。図４に示すように、ＩＭＵ１１２が車体１０２の任意の位置に取り付けられている場合、ＩＭＵ１１２の計測値Ｇｘ及びＧｙは、車両全体１００の重心ＣＧａｌｌの位置の加速度に変換されるものとする。ヨーモーメントＮｖは、図３（Ｃ）に基づき、駆動２輪のタイヤ前後力ＦＬＦｘ、ＦＲＦｘ、及び各輪のタイヤ横力ＦＬＦｙ、ＦＲＦｙ、ＲＬＦｙ、ＲＲＦｙによるモーメントの和として、下記（１０）式で表される。
【0038】
【数6】
【0039】
ＩＭＵ１１２によりロール、ピッチ、及びヨーの各加速度（Ｐ、Ｑ、及びＲ）と、車両全体１００の重心ＣＧａｌｌにおける前後加速度及び横加速度が計測でき、タイヤ前後力ＦＬＦｘ、ＦＲＦｘ、及び横力ＦＬＦｙ、ＦＲＦｙ、ＲＬＦｙ、ＲＲＦｙの検出によりヨーモーメントＮｖが得られるとする。また、（１）式のＰ・（数式内では「Ｐ」の上に「・（ドット）」、以下のＱ及びＲも同様）、Ｑ・、及びＲ・は、サンプリング毎に計測されたＰ、Ｑ、及びＲの近似微分等で算出するとする。この場合、（１）式は輪荷重のみが未知パラメータとなる。（４）式～（１０）式を用いて（１）式を表し、未知パラメータである各輪荷重の変動分を求めると、下記（１１）式が成り立つ。
【0040】
【数7】
【0041】
（１１）式において、右辺第１項の右肩の‘＋’は疑似逆行列を表し、左辺の輪荷重の変動は近似値として得られる。そのため、（１１）式の左辺と右辺との関係は‘≒’として表している。以後、疑似逆行列の使用時は、左辺と右辺との関係は全て‘≒’として表すこととする。添え字ｉはサンプリング刻みを表す。右辺第１項の第３行目の要素が０である理由は、上下方向の各輪荷重の変動はヨー回転運動に寄与しないためである。これに関して、Ｊａｌｌ、Ｒ・
（ｉ）、Ｎｖ（ｉ）は、各輪荷重の変動に影響しないことから、任意の値でよいことになる。各輪荷重は、静荷重と、（１１）式により推定される輪荷重の変動分との和により算出される。
【0042】
また、（１１）式の変形として、各輪荷重の変動分とヨーモーメントとを未知パラメータとして推定することも可能である。この場合、（１１）式は下記（１２）式に示すように変形される。
【0043】
【数8】
【0044】
また、（１２）式に対し、下記２つの条件を追加する。サンプリング時刻ｉ毎の各輪荷重の変動分の総和は０として、下記（１３）式が成り立つ。
【0045】
【数9】
【0046】
また、前後輪の上下剛性ｋｆ、ｋｒを用い、前後輪のロール剛性配分をａｆ（＝ｋｆ／（ｋｆ＋ｋｒ））、ａｒ（＝ｋｒ／（ｋｆ＋ｋｒ））として表すと、各輪荷重変動とロール剛性配分との間に（１４）式が成り立つ。
【0047】
【数10】
【0048】
（１３）式及び（１４）式の関係を（１２）式に追加すると、下記（１５）式が成り立ち、（１５）式を用いて、各輪荷重の変動分及びヨーモーメントを推定することが可能である。（１５）式の右辺第１項の右肩の‘－１’は逆行列を表す。
【0049】
【数11】
【0050】
ただし、（１５）式において、Ｊａｌｌ
＊は、（４）式を変形した下記（１６）式となる。
【0051】
【数12】
【0052】
次に、第１実施形態に係る輪荷重推定装置の構成について説明する。
【0053】
図５に示すように、第１実施形態に係る輪荷重推定装置１０には、ＩＭＵ１１２と、圧力センサ１１４と、エンコーダ１１６と、操作量センサ１１８とが接続される。輪荷重推定装置１０は、車両（フォークリフト）の任意の位置に設置される。
【0054】
ＩＭＵ１１２は、上述したように、車両（フォークリフト）の任意の位置に設置され、車両座標系の３軸の各軸周りの角加速度、及び各軸方向の加速度を検出し、検出値を出力する。圧力センサ１１４は、積載物１０４が積載されるフォーク１０６の積載面全面に設けられる、例えばシート状のセンサであり、積載面の各位置にかかった圧力を検出し、検出値を出力する。エンコーダ１１６は、インナーマスト１１０を上下させるための荷揚げ油圧モータの回転角を検出し、検出値を出力する。操作量センサ１１８は、アクセルペダル踏み込み量、ブレーキペダル踏み込み量、及び操舵角の各々を検出し、検出値を出力する。
【0055】
図６に示すように、輪荷重推定装置１０は、機能的には、前後加速度取得部１２と、横加速度取得部１４と、ロール角速度取得部１６と、ピッチ角速度取得部１８と、ヨー角速度取得部２０とを含む。また、輪荷重推定装置１０は、積載荷重取得部２２と、積載位置取得部２４と、リフト高取得部２６と、タイヤ前後力取得部２８と、タイヤ横力取得部３０とを含む。また、輪荷重推定装置１０は、角加速度算出部３２と、車両諸元ＤＢ（Database）３４と、重心慣性値算出部３６と、ヨーモーメント算出部３８と、輪荷重変動推定部４０と、輪荷重算出部４２とを含む。
【0056】
前後加速度取得部１２は、ＩＭＵ１１２から出力された検出値を受け取り、検出値に含まれるｘ軸方向の加速度Ｇｘを、車両全体１００の重心ＣＧａｌｌにおける前後加速度ＧｘＣＧとして取得する。同様に、横加速度取得部１４は、ＩＭＵ１１２から出力された検出値を受け取り、検出値に含まれるｙ軸方向の加速度Ｇｙを、車両全体１００の重心ＣＧａｌｌにおける横加速度ＧｙＣＧとして取得する。
【0057】
ロール角速度取得部１６は、ＩＭＵ１１２から出力された検出値を受け取り、検出値に含まれるｘ軸周りの角速度を、ロール角速度Ｐとして取得する。ピッチ角速度取得部１８は、ＩＭＵ１１２から出力された検出値を受け取り、検出値に含まれるｙ軸周りの角速度を、ピッチ角速度Ｑとして取得する。ヨー角速度取得部２０は、ＩＭＵ１１２から出力された検出値を受け取り、検出値に含まれるｚ軸周りの角速度を、ヨー角速度Ｒとして取得する。
【0058】
積載荷重取得部２２は、圧力センサ１１４から出力された検出値を受け取り、圧力を示す検出値を重量に換算することにより、フォーク１０６に積載された積載物１０４の重量Ｍαを取得する。積載位置取得部２４は、圧力センサ１１４から出力された検出値を受け取り、フォーク１０６の積載面上で最も大きい検出値が検出されている位置を、フォーク１０６に積載された積載物１０４の位置として取得する。リフト高取得部２６は、エンコーダ１１６から出力された検出値を受け取り、検出値が示す荷揚げ油圧モータの回転角から、基準位置（例えば最下部）に対するフォーク１０６の高さを算出し、この高さをリフト高として取得する。
【0059】
タイヤ前後力取得部２８は、操作量センサ１１８から出力された検出値を受け取り、検出値が示すアクセルペダル踏み込み量、ブレーキペダル踏み込み量に基づく制駆動力、及び操舵角の各々を、予め定義されたタイヤ特性モデルに入力することにより、タイヤ前後力ＦＬＦｘ、ＦＲＦｘを取得する。同様に、タイヤ横力取得部３０は、操作量センサ１１８から出力された検出値を受け取り、検出値が示すアクセルペダル踏み込み量、ブレーキペダル踏み込み量に基づく制駆動力、操舵角、車速、ヨーレート等を、予め定義されたタイヤ特性に入力することにより、タイヤ横力ＦＬＦｙ、ＦＲＦｙ、ＲＬＦｙ、ＲＲＦｙを取得する。
【0060】
角加速度算出部３２は、ロール角速度取得部１６、ピッチ角速度取得部１８、及びヨー角速度取得部２０の各々においてサンプリング毎に取得されたロール角速度Ｐ、ピッチ角速度Ｑ、及びヨー角速度Ｒの各々を近似微分等することにより、ロール角加速度Ｐ・、ピッチ角加速度Ｑ・、及びヨー角加速度Ｒ・の各々を算出する。
【0061】
車両諸元ＤＢ３４には、車両に関する各種データが記憶されている。具体的には、ロールセンタｈＲ、重量Ｍβ、各輪の静荷重ＦＬｚ０、ＦＲｚ０、ＲＬｚ０、ＲＲｚ０、各構成部位の形状、重量ｍｊ等を含む構造、各輪の配置を含む情報が記憶されている。
【0062】
重心慣性値算出部３６は、積載荷重取得部２２で取得された積載物１０４の重量Ｍαと、車両諸元ＤＢ３４に記憶された車両の重量Ｍβとを合算して、積載物１０４を含む車両全体１００の重量Ｍａｌｌを算出する。また、重心慣性値算出部３６は、積載荷重取得部２２、積載位置取得部２４、及びリフト高取得部２６の各々で取得された情報に基づいて、積載物の重心の位置１０４Ａを算出する。積載物の重心の位置１０４Ａの算出方法としては、例えば、特開２０２０－９３７４１号公報に記載の方法を採用することができる。
【0063】
また、重心慣性値算出部３６は、積載物の重心の位置１０４Ａ、及び車両諸元ＤＢ３４に記憶された各構成部位の構造に基づいて、車両全体１００の重心ＣＧａｌｌの位置１００Ａと、構成部位ｊの重心の位置１０２Ａ、１０６Ａ、１０８Ａ、１１０Ａとを算出する。そして、重心慣性値算出部３６は、（５）式により、車両全体１００の重心ＣＧａｌｌの位置１００Ａと、構成部位ｊの重心の位置１０２Ａ、１０４Ａ、１０６Ａ、１０８Ａ、１１０Ａとの各軸方向の差分（Δｘｊ、Δｙｊ、及びΔｚｊ）を算出する。また、重心慣性値算出部３６は、算出したΔｘｊ、Δｙｊ、及びΔｚｊと、車両諸元ＤＢ３４に記憶された構成部位ｊの重量ｍｊとを用いて、（４）式により慣性テンソルＪａｌｌを算出する。
【0064】
また、重心慣性値算出部３６は、算出した車両全体１００の重心ＣＧａｌｌの位置１００Ａのうち、ｚ軸方向の位置をｈＣＧとする。
【0065】
ヨーモーメント算出部３８は、重心慣性値算出部３６で算出された車両全体１００の重心ＣＧａｌｌの位置１００Ａと、車両諸元ＤＢ３４に記憶された各輪の配置の情報とに基づいて、ＣＧａｌｌに対する左右各輪のｙ軸方向の距離ｔｌ及びｔｒと、ＣＧａｌｌに対する前後各輪のｘ軸方向の距離ｌｆ及びｌｒとを算出する。そして、ヨーモーメント算出部３８は、算出したｔｌ、ｔｒ、ｌｆ、ｌｒと、タイヤ前後力取得部２８及びタイヤ横力取得部３０で取得されたタイヤ前後力ＦＬＦｘ、ＦＲＦｘ、及びタイヤ横力ＦＬＦｙ、ＦＲＦｙ、ＲＬＦｙ、ＲＲＦｙとを用いて、（１０）式により、ヨーモーメントＮｖを算出する。
【0066】
輪荷重変動推定部４０は、重心慣性値算出部３６で算出されたｈＣＧと、車両諸元ＤＢ３４に記憶されたロールセンタの位置ｈＲとから、ＣＧａｌｌとロールセンタｈＲ間のｚ軸方向の距離（ｈＣＧ－ｈＲ）を算出する。そして、輪荷重変動推定部４０は、前後加速度取得部１２で取得された前後加速度ＧｘＣＧと、横加速度取得部１４で取得された横加速度ＧｙＣＧと、ロール角速度取得部１６で取得されたロール角速度Ｐと、ピッチ角速度取得部１８で取得されたピッチ角速度Ｑと、ヨー角速度取得部２０で取得されたヨー角速度Ｒと、角加速度算出部３２で算出されたロール角加速度Ｐ・、ピッチ角加速度Ｑ・、ヨー角加速度Ｒ・と、重心慣性値算出部３６で算出された車両全体１００の重量Ｍａｌｌ、慣性テンソルＪａｌｌ、ＣＧａｌｌのｚ軸方向の位置ｈＣＧと、算出したＣＧａｌｌとロールセンタｈＲ間のｚ軸方向の距離（ｈＣＧ－ｈＲ）と、ヨーモーメント算出部３８で算出されたヨーモーメントＮｖ、ＣＧａｌｌに対する各輪のｘ及びｙ軸方向の距離ｔｌ、ｔｒ、ｌｆ、ｌｒとを用いて、（１１）式により、各輪荷重の変動分ΔＦＬｚ、ΔＦＲｚ、ΔＲＬｚ、及びΔＲＲｚを推定する。
【0067】
輪荷重算出部４２は、輪荷重変動推定部４０により推定された各輪荷重の変動分ΔＦＬｚ、ΔＦＲｚ、ΔＲＬｚ、及びΔＲＲｚと、車両諸元ＤＢ３４に記憶された各輪の静荷重ＦＬｚ０、ＦＲｚ０、ＲＬｚ０、及びＲＲｚ０との和により、各輪荷重ＦＬｚ、ＦＲｚ、ＲＬｚ、及びＲＲｚを算出し、推定結果として出力する。
【0068】
図７は、第１実施形態に係る輪荷重推定装置１０のハードウェア構成を示すブロック図である。図７に示すように、輪荷重推定装置１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５２、メモリ５４、記憶装置５６、入力装置５８、出力装置６０、記憶媒体読取装置６２、及び通信Ｉ／Ｆ（Interface）６４を有する。各構成は、バス６６を介して相互に通信可能に接続されている。
【0069】
記憶装置５６には、輪荷重推定処理を実行するための輪荷重推定プログラムが格納されている。ＣＰＵ５２は、中央演算処理ユニットであり、各種プログラムを実行したり、各構成を制御したりする。すなわち、ＣＰＵ５２は、記憶装置５６からプログラムを読み出し、メモリ５４を作業領域としてプログラムを実行する。ＣＰＵ５２は、記憶装置５６に記憶されているプログラムに従って、上記各構成の制御及び各種の演算処理を行う。
【0070】
メモリ５４は、ＲＡＭ（Random Access Memory）により構成され、作業領域として一時的にプログラム及びデータを記憶する。記憶装置５６は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）等により構成され、オペレーティングシステムを含む各種プログラム、及び各種データを格納する。
【0071】
入力装置５８は、例えば、キーボードやマウス等の、各種の入力を行うための装置である。出力装置６０は、例えば、ディスプレイやプリンタ等の、各種の情報を出力するための装置である。出力装置６０として、タッチパネルディスプレイを採用することにより、入力装置５８として機能させてもよい。記憶媒体読取装置６２は、ＣＤ（Compact Disc）－ＲＯＭ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）－ＲＯＭ、ブルーレイディスク、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ等の各種記憶媒体に記憶されたデータの読み込みや、記憶媒体に対するデータの書き込み等を行う。
【0072】
通信Ｉ／Ｆ６４は、他の機器と通信するためのインタフェースであり、例えば、イーサネット（登録商標）、ＦＤＤＩ、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）等の規格が用いられる。
【0073】
次に、第１実施形態に係る輪荷重推定装置１０の作用について説明する。フォークリフトが走行を開始すると、輪荷重推定装置１０において、図８に示す輪荷重推定処理が実行される。
【0074】
ステップＳ１０で、重心慣性値算出部３６、ヨーモーメント算出部３８、輪荷重変動推定部４０、及び輪荷重算出部４２の各々が、車両諸元ＤＢ３４から必要な情報を取得する。ステップＳ１２で、積載荷重取得部２２が、圧力センサ１１４の検出値から、フォーク１０６に積載された積載物１０４の重量Ｍαを取得し、積載位置取得部２４が、圧力センサ１１４の検出値から積載物１０４の位置を取得し、リフト高取得部２６が、エンコーダ１１６の検出値からリフト高を取得する。
【0075】
次に、ステップＳ１４で、重心慣性値算出部３６が、上記ステップＳ１０及びＳ１２で取得された情報に基づいて、車両全体１００の重量Ｍａｌｌ及び重心ＣＧａｌｌの位置１００Ａと、構成部位ｊの重心の位置１０２Ａ、１０４Ａ、１０６Ａ、１０８Ａ、１１０Ａとを算出し、（４）式により慣性テンソルＪａｌｌを算出する。
【0076】
次に、ステップＳ１６で、タイヤ前後力取得部２８及びタイヤ横力取得部３０が、操作量センサ１１８の検出値と、予め定義されたタイヤ特性モデルとに基づいて、タイヤ前後力ＦＬＦｘ、ＦＲＦｘと、タイヤ横力ＦＬＦｙ、ＦＲＦｙ、ＲＬＦｙ、ＲＲＦｙとを取得する。
【0077】
次に、ステップＳ１８で、前後加速度取得部１２、横加速度取得部１４、ロール角速度取得部１６、ピッチ角速度取得部１８、及びヨー角速度取得部２０の各々が、ＩＭＵ１１２の検出値から、前後加速度ＧｘＣＧ、横加速度ＧｙＣＧ、ロール角速度Ｐ、ピッチ角速度Ｑ、及びヨー角速度Ｒをそれぞれ取得する。
【0078】
次に、ステップＳ２０で、角加速度算出部３２が、上記ステップＳ１８で取得されたロール角速度Ｐ、ピッチ角速度Ｑ、及びヨー角速度Ｒの各々を近似微分等することにより、ロール角加速度Ｐ・、ピッチ角加速度Ｑ・、及びヨー角加速度Ｒ・の各々を算出する。
【0079】
次に、ステップＳ２２で、ヨーモーメント算出部３８が、ＣＧａｌｌに対する左右各輪のｙ軸方向の距離ｔｌ及びｔｒと、ＣＧａｌｌに対する前後各輪のｘ軸方向の距離ｌｆ及びｌｒとを算出する。そして、ヨーモーメント算出部３８が、算出したｔｌ、ｔｒ、ｌｆ、ｌｒと、上記ステップＳ１６で取得されたタイヤ前後力ＦＬＦｘ、ＦＲＦｘ、及びタイヤ横力ＦＬＦｙ、ＦＲＦｙ、ＲＬＦｙ、ＲＲＦｙとを用いて、（１０）式により、ヨーモーメントＮｖを算出する。
【0080】
次に、ステップＳ２４で、輪荷重変動推定部４０が、ＣＧａｌｌとロールセンタｈＲ間のｚ軸方向の距離（ｈＣＧ－ｈＲ）を算出する。そして、輪荷重変動推定部４０が、上記ステップＳ１０～Ｓ２２で取得又は算出されたＧｘＣＧ、ＧｙＣＧ、Ｐ、Ｑ、Ｒ、Ｐ・、Ｑ・、Ｒ・、Ｍａｌｌ、Ｊａｌｌ、ｈＣＧ、Ｎｖ、ｔｌ、ｔｒ、ｌｆ、ｌｒと、算出した（ｈＣＧ－ｈＲ）とを用いて、（１１）式により、各輪荷重の変動分ΔＦＬｚ、ΔＦＲｚ、ΔＲＬｚ、及びΔＲＲｚを推定する。
【0081】
次に、ステップＳ２６で、輪荷重算出部４２が、上記ステップＳ２４で推定された各輪荷重の変動分ΔＦＬｚ、ΔＦＲｚ、ΔＲＬｚ、及びΔＲＲｚと、上記ステップＳ１０で取得した各輪の静荷重ＦＬｚ０、ＦＲｚ０、ＲＬｚ０、ＲＲｚ０との和により、各輪荷重を算出し、推定結果として出力する。そして、処理はステップＳ１２に戻り、フォークリフトが走行している間、ステップＳ１２～Ｓ２６の処理が繰り返し実行される。出力された輪荷重の推定結果は、フォークリフトの転倒防止等の制御に利用される。
【0082】
以上説明したように、第１実施形態に係る輪荷重推定装置によれば、積載物の積載状態に応じて慣性主軸及び慣性乗積を設定して各輪荷重を推定することにより、輪荷重を精度良く推定することができる。また、ＩＭＵ等の軽微なセンサを装着するだけで輪荷重を推定することができるため、一般的な歪ゲージ、ロードセル等を用いた荷重計測を行う必要がない。したがって、フォーク部分の剛性を下げることなく、輪荷重を推定することができるため、剛性低下のリスクを回避することができる。
【0083】
また、第１実施形態に係る輪荷重推定装置によれば、各輪荷重の変動分の和が０になることを利用して、各輪荷重に加えて、ヨーモーメントを推定することもできる。推定されたヨーモーメントは、トルクベクタリングの制御に使用することができる。
【0084】
＜第１実施形態の変形例＞
第１実施形態に係る輪荷重推定装置１０の輪荷重変動推定部４０において、各輪荷重の変動分及びヨーモーメントを推定してもよい。図９に、第１実施形態の変形例に係る輪荷重推定装置１０Ａの機能ブロック図を示す。以下、輪荷重推定装置１０Ａにおいて、輪荷重推定装置１０と異なる点について説明する。
第１実施形態に係る輪荷重推定装置１０の輪荷重変動推定部４０において、各輪荷重の変動分及びヨーモーメントを推定してもよい。図９に、第１実施形態の変形例に係る輪荷重推定装置１０Ａの機能ブロック図を示す。以下、輪荷重推定装置１０Ａにおいて、輪荷重推定装置１０と異なる点について説明する。
【0085】
輪荷重推定装置１０Ａでは、第１実施形態に係る輪荷重推定装置１０のタイヤ前後力取得部２８、タイヤ横力取得部３０、及びヨーモーメント算出部３８が省略されている。
【0086】
重心慣性値算出部３６Ａは、重心慣性値算出部３６と同様に、積載物１０４を含む車両全体１００の重量Ｍａｌｌ、慣性テンソルＪａｌｌ、及び車両全体１００の重心ＣＧａｌｌのｚ軸方向の位置ｈＣＧを算出する。さらに、重心慣性値算出部３６Ａは、車両全体１００の重心ＣＧａｌｌの位置１００Ａと、車両諸元ＤＢ３４に記憶された各輪の配置の情報に基づいて、ＣＧａｌｌに対する前方左右各輪のｙ軸方向の距離ｔｌ及びｔｒと、ＣＧａｌｌに対する前後各輪のｘ軸方向の距離ｌｆ及びｌｒとを算出する。
【0087】
輪荷重変動推定部４０Ａは、輪荷重変動推定部４０と同様に、ＣＧａｌｌとロールセンタｈＲ間のｚ軸方向の距離（ｈＣＧ－ｈＲ）を算出する。そして、輪荷重変動推定部４０Ａは、前後加速度ＧｘＣＧと、横加速度ＧｙＣＧと、ロール角速度Ｐと、ピッチ角速度Ｑと、ヨー角速度Ｒと、ロール角加速度Ｐ・と、ピッチ角加速度Ｑ・と、ヨー角加速度Ｒ・と、車両全体１００の重量Ｍａｌｌと、慣性テンソルＪａｌｌと、ＣＧａｌｌのｚ軸方向の位置ｈＣＧと、算出した（ｈＣＧ－ｈＲ）と、ＣＧａｌｌに対する各輪のｘ及びｙ軸方向の距離ｔｌ、ｔｒ、ｌｆ、ｌｒと、前後輪のロール合成配分αｆ、αｒとを用いて、（１５）式により、各輪荷重の変動分ΔＦＬｚ、ΔＦＲｚ、ΔＲＬｚ、及びΔＲｚと、ヨーモーメントＮｖとを推定する。
【0088】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明する。まず、第２実施形態の原理について説明する。第２実施形態では、前輪２つ、後輪１つの３輪のフォークリフトの各輪荷重を推定する場合について説明する。また、前提条件は第１実施形態と同様である。
次に、第２実施形態について説明する。まず、第２実施形態の原理について説明する。第２実施形態では、前輪２つ、後輪１つの３輪のフォークリフトの各輪荷重を推定する場合について説明する。また、前提条件は第１実施形態と同様である。
【0089】
３輪のフォークリフトの場合、後輪は後軸中央に配置されるため、ロール挙動に寄与せず、ピッチ挙動のみに寄与することを考慮し、第１実施形態における（１１）式を下記（１７）式のように書き換える。
【0090】
【数13】
【0091】
また、第１実施形態における（１２）式を、上記と同様に書き換えると、下記（１８）式となる。
【0092】
【数14】
【0093】
また、（１３）式の後輪荷重に関する記述（ΔＲＬｚ＋ΔＲＲｚ）をΔＲｚと置き直して（１８）式に追加すると、下記（１９）式となる。
【0094】
【数15】
【0095】
上記のように、３輪のフォークリフトの場合も、第１実施形態で説明した４輪のフォークリフトの場合と同様に、各輪荷重を推定することができる。
【0096】
次に、第２実施形態に係る輪荷重推定装置の構成について説明する。なお、第２実施形態に係る輪荷重推定装置において、第１実施形態に係る輪荷重推定装置１０と同様の構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【0097】
図１０に示すように、第２実施形態に係る輪荷重推定装置２１０には、ＩＭＵ１１２と、圧力センサ１１４と、エンコーダ１１６とが接続される。輪荷重推定装置２１０は、車両（フォークリフト）の任意の位置に設置される。
【0098】
図１１に示すように、輪荷重推定装置２１０は、機能的には、前後加速度取得部１２と、横加速度取得部１４と、ロール角速度取得部１６と、ピッチ角速度取得部１８と、ヨー角速度取得部２０とを含む。また、輪荷重推定装置２１０は、積載荷重取得部２２と、積載位置取得部２４と、リフト高取得部２６とを含む。また、輪荷重推定装置２１０は、角加速度算出部３２と、車両諸元ＤＢ３４と、重心慣性値算出部２３６と、輪荷重変動推定部２４０と、輪荷重算出部２４２とを含む。
【0099】
重心慣性値算出部２３６は、第１実施形態における重心慣性値算出部３６と同様に、積載物１０４を含む車両全体１００の重量Ｍａｌｌ、慣性テンソルＪａｌｌ、及び車両全体１００の重心ＣＧａｌｌのｚ軸方向の位置ｈＣＧを算出する。さらに、重心慣性値算出部２３６は、車両全体１００の重心ＣＧａｌｌの位置１００Ａと、車両諸元ＤＢ３４に記憶された各輪の配置の情報に基づいて、ＣＧａｌｌに対する前方左右各輪のｙ軸方向の距離ｔｌ及びｔｒと、ＣＧａｌｌに対する前後各輪のｘ軸方向の距離ｌｆ及びｌｒとを算出する。
【0100】
輪荷重変動推定部２４０は、第１実施形態における輪荷重変動推定部４０と同様に、ＣＧａｌｌとロールセンタｈＲ間のｚ軸方向の距離（ｈＣＧ－ｈＲ）を算出する。そして、輪荷重変動推定部２４０は、前後加速度ＧｘＣＧと、横加速度ＧｙＣＧと、ロール角速度Ｐと、ピッチ角速度Ｑと、ヨー角速度Ｒと、ロール角加速度Ｐ・と、ピッチ角加速度Ｑ・と、ヨー角加速度Ｒ・と、車両全体１００の重量Ｍａｌｌと、慣性テンソルＪａｌｌと、ＣＧａｌｌのｚ軸方向の位置ｈＣＧと、算出した（ｈＣＧ－ｈＲ）と、ＣＧａｌｌに対する各輪のｘ及びｙ軸方向の距離ｔｌ、ｔｒ、ｌｆ、ｌｒとを用いて、（１９）式により、各輪荷重の変動分ΔＦＬｚ、ΔＦＲｚ、及びΔＲｚと、ヨーモーメントＮｖとを推定する。
【0101】
輪荷重算出部２４２は、輪荷重変動推定部２４０により推定された各輪荷重の変動分ΔＦＬｚ、ΔＦＲｚ、及びΔＲｚと、車両諸元ＤＢ３４に記憶された各輪の静荷重ＦＬｚ０、ＦＲｚ０、及びＲｚ０との和により、各輪荷重ＦＬｚ、ＦＲｚ、及びＲｚを算出する。そして、輪荷重算出部２４２は、算出した各輪荷重と、輪荷重変動推定部２４０により推定されたヨーモーメントＮｖとを推定結果として出力する。
【0102】
第２実施形態に係る輪荷重推定装置２１０のハードウェア構成は、図６に示す、第１実施形態に係る輪荷重推定装置１０のハードウェア構成と同様であるため、説明を省略する。
【0103】
次に、第２実施形態に係る輪荷重推定装置２１０の作用について説明する。フォークリフトが走行を開始すると、輪荷重推定装置２１０において、図１２に示す輪荷重推定処理が実行される。なお、第２実施形態における輪荷重推定処理において、第１実施形態における輪荷重推定処理と同様の処理については、同一のステップ番号を付して、詳細な説明を省略する。
【0104】
ステップＳ１０及びＳ１２を経て、次のステップＳ２１４で、重心慣性値算出部２３６が、積載物１０４を含む車両全体１００の重量Ｍａｌｌ、慣性テンソルＪａｌｌ、車両全体１００の重心ＣＧａｌｌのｚ軸方向の位置ｈＣＧ、ＣＧａｌｌに対する前方左右各輪のｙ軸方向の距離ｔｌ及びｔｒ、並びに、ＣＧａｌｌに対する前後各輪のｘ軸方向の距離ｌｆ及びｌｒを算出する。
【0105】
次に、ステップＳ１８及びＳ２０を経て、次のステップＳ２２４で、輪荷重変動推定部２４０が、ＣＧａｌｌとロールセンタｈＲ間のｚ軸方向の距離（ｈＣＧ－ｈＲ）を算出する。そして、輪荷重変動推定部２４０が、上記ステップＳ１０～Ｓ２０で取得又は算出されたＧｘＣＧ、ＧｙＣＧ、Ｐ、Ｑ、Ｒ、Ｐ・、Ｑ・、Ｒ・、Ｍａｌｌ、Ｊａｌｌ、ｈＣＧ、ｔｌ、ｔｒ、ｌｆ、ｌｒと、算出した（ｈＣＧ－ｈＲ）とを用いて、（１９）式により、各輪荷重の変動分ΔＦＬｚ、ΔＦＲｚ、及びΔＲｚと、ヨーモーメントＮｖとを推定する。
【0106】
次に、ステップＳ２２６で、輪荷重算出部２４２が、上記ステップＳ２２４で推定された各輪荷重の変動分ΔＦＬｚ、ΔＦＲｚ、及びΔＲｚと、静荷重ＦＬｚ０、ＦＲｚ０、及びＲｚ０との和により、各輪荷重を算出し、上記ステップＳ２２４で推定されたヨーモーメントＮｖと共に、推定結果として出力する。そして、処理はステップＳ１２に戻り、フォークリフトが走行している間、ステップＳ１２～Ｓ２２６の処理が繰り返し実行される。出力された輪荷重の推定結果は、第１実施形態と同様に、フォークリフトの転倒防止等の制御に利用され、出力されたヨーモーメントは、トルクベクタリング等の制御に利用される。
【0107】
以上説明したように、第２実施形態に係る輪荷重推定装置によれば、３輪のフォークリフトに対しても、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
【0108】
＜第２実施形態の変形例＞
第２実施形態に係る輪荷重推定装置２１０において、ヨーモーメントを算出したうえで、輪荷重変動推定部２４０において、各輪荷重の変動分を推定してもよい。図１３に、第２実施形態の変形例に係る輪荷重推定装置２１０Ａの機能構成の一例を示す。以下、輪荷重推定装置２１０Ａにおいて、輪荷重推定装置２１０と異なる点について説明する。なお、輪荷重推定装置２１０Ａは、輪荷重推定装置１０と同様に、操作量センサ１１８とも接続される（図５参照）。
第２実施形態に係る輪荷重推定装置２１０において、ヨーモーメントを算出したうえで、輪荷重変動推定部２４０において、各輪荷重の変動分を推定してもよい。図１３に、第２実施形態の変形例に係る輪荷重推定装置２１０Ａの機能構成の一例を示す。以下、輪荷重推定装置２１０Ａにおいて、輪荷重推定装置２１０と異なる点について説明する。なお、輪荷重推定装置２１０Ａは、輪荷重推定装置１０と同様に、操作量センサ１１８とも接続される（図５参照）。
【0109】
輪荷重推定装置２１０Ａでは、第１実施形態に係る輪荷重推定装置１０と同様に、タイヤ前後力取得部２８、タイヤ横力取得部３０Ａ、及びヨーモーメント算出部３８Ａが含まれる。タイヤ横力取得部３０Ａは、操作量センサ１１８から出力された検出値を受け取り、検出値が示すアクセルペダル踏み込み量、ブレーキペダル踏み込み量に基づく制駆動力、操舵角、車速、ヨーレート等を、予め定義されたタイヤ特性に入力することにより、タイヤ横力ＦＬＦｙ、ＦＲＦｙ、ＲＦｙを取得する。
【0110】
ここで、図１４に、前輪２つ、後輪１つの３輪のフォークリフトの場合における、（１）式のヨーモーメントＮｖに関わる作用力を示す。ヨーモーメント算出部３８Ａは、図１４に基づいて、（ＲＬＦｙ＋ＲＲＦｙ）をＲＦｙに置き換えた（１０）式により、ヨーモーメントを算出する。
【0111】
輪荷重変動推定部２４０Ａは、輪荷重変動推定部２４０と同様に、ＣＧａｌｌとロールセンタｈＲ間のｚ軸方向の距離（ｈＣＧ－ｈＲ）を算出する。そして、輪荷重変動推定部２４０Ａは、前後加速度ＧｘＣＧと、横加速度ＧｙＣＧと、ロール角速度Ｐと、ピッチ角速度Ｑと、ヨー角速度Ｒと、ロール角加速度Ｐ・と、ピッチ角加速度Ｑ・と、ヨー角加速度Ｒ・と、車両全体１００の重量Ｍａｌｌと、慣性テンソルＪａｌｌと、ＣＧａｌｌのｚ軸方向の位置ｈＣＧと、算出した（ｈＣＧ－ｈＲ）と、ＣＧａｌｌに対する各輪のｘ及びｙ軸方向の距離ｔｌ、ｔｒ、ｌｆ、ｌｒと、ヨーモーメントＮｖとを用いて、（１７）式により、各輪荷重の変動分ΔＦＬｚ、ΔＦＲｚ、及びΔＲｚを推定する。
【0112】
また、上記各実施形態では、エンコーダ１１６で検出した荷揚げ油圧モータの回転角からリフト高を取得する場合について説明したが、これに限定されない。例えば、フォークにワイヤを設け、荷揚げ時のワイヤの長さの変化を計測することにより、リフト高を取得するようにしてもよい。また、各取得部により取得される他の値も、上記各実施形態の方法で取得される場合に限定されず、他の方法により取得されてもよい。
【0113】
また、上記各実施形態では、輪荷重推定装置をフォークリフトに搭載する場合について説明したが、これに限定されず、外部装置として構成してもよい。この場合、フォークリフトに、ＩＭＵ１１２、圧力センサ１１４、エンコーダ１１６、及び操作量センサ１１８の各々の検出値を輪荷重推定装置へ送信する通信部を設け、外部装置として構成された輪荷重推定装置は、フォークリフトの通信部から送信された各種情報を取得して、上記各実施形態と同様の処理により輪荷重を推定してもよい。
【0114】
また、上記各実施形態では、車両がフォークリフトの場合について説明したが、本発明は、積載物を様々な状態で積載して走行する車両、例えばトラック等にも適用することができる。
【0115】
ここで、図１５に、３輪のフォークリフトを用いて前進右旋回を行った場合の輪荷重推定結果の一例を示す。図１５では、（１９）式により各輪荷重を推定した推定値と、輪荷重を実際に計測した計測値とを比較している。図１５に示すように、輪荷重の推定値と計測値とが略一致しており、精度良く輪荷重が推定できている。
【0116】
また、リフト高による慣性値変更の効果を確認した結果について説明する。図１６は、積載荷重８００ｋｇ、リフト高１．５ｍ、後進制動で３輪のフォークリフトを走行させた場合に、各輪荷重を（１９）式により推定した結果である。図１６（Ａ）は、実際のリフト高を考慮せず、リフト高を０．２ｍとして慣性テンソルＪａｌｌを設定した場合であり、図１６（Ｂ）は、実際のリフト高と同じ１．５ｍとして慣性テンソルＪａｌｌを設定した場合である。図１２に示すように、リフト高を０．２ｍに設定した場合のＪａｌｌで輪荷重を推定した場合、推定誤差が大きい。一方、実際と同じリフト高１．５ｍに設定した場合のＪａｌｌで輪荷重を推定した場合、推定誤差が小さい。このことから、リフト高に応じて慣性値を変更する効果が確認できる。
【0117】
次に、図１７に、図１５の場合と同様の走行を行った場合における、慣性乗積の考慮の有無による輪荷重の推定結果の比較について説明する。図１６（Ａ）が慣性乗積項無しの場合、図１７（Ｂ）が慣性乗積項有りの場合である。いずれの場合も、慣性テンソルＪａｌｌ算出時のリフト高は１．５ｍとし、慣性乗積項の設定の影響のみを比較している。図１７に示すように、慣性乗積項の設定により、輪荷重の推定誤差を小さくすることができる。なお、慣性乗積項無の場合でも、ある程度精度良く輪荷重が推定できるため、本発明は、慣性乗積を考慮することを必須とするものではない。なお、慣性乗積を考慮しない場合には、上記各実施形態において、慣性テンソルＪａｌｌの非対角項を０とすればよい。
【0118】
なお、上記各実施形態でＣＰＵがソフトウェア（プログラム）を読み込んで実行した輪荷重推定処理を、ＣＰＵ以外の各種のプロセッサが実行してもよい。この場合のプロセッサとしては、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等の製造後に回路構成を変更可能なＰＬＤ（Programmable Logic Device）、及びＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路等が例示される。また、輪荷重推定処理を、これらの各種のプロセッサのうちの１つで実行してもよいし、同種又は異種の２つ以上のプロセッサの組み合わせ（例えば、複数のＦＰＧＡ、及びＣＰＵとＦＰＧＡとの組み合わせ等）で実行してもよい。また、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造は、より具体的には、半導体素子等の回路素子を組み合わせた電気回路である。
【0119】
また、上記各実施形態では、輪荷重推定プログラムが記憶装置に予め記憶（インストール）されている態様を説明したが、これに限定されない。プログラムは、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、ブルーレイディスク、ＵＳＢメモリ等の記憶媒体に記憶された形態で提供されてもよい。また、プログラムは、ネットワークを介して外部装置からダウンロードされる形態としてもよい。
【符号の説明】
【0120】
１０、１０Ａ、２１０、２１０Ａ 輪荷重推定装置
１２ 前後加速度取得部
１４ 横加速度取得部
１６ ロール角速度取得部
１８ ピッチ角速度取得部
２０ ヨー角速度取得部
２２ 積載荷重取得部
２４ 積載位置取得部
２６ リフト高取得部
２８ タイヤ前後力取得部
３０、３０Ａ タイヤ横力取得部
３２ 角加速度算出部
３４ 車両諸元ＤＢ
３６、３６Ａ、２３６ 重心慣性値算出部
３８、３８Ａ ヨーモーメント算出部
４０、４０Ａ、２４０、２４０Ａ 輪荷重変動推定部
４２、２４２ 輪荷重算出部
４４ 通信Ｉ／Ｆ
５２ ＣＰＵ
５４ メモリ
５６ 記憶装置
５８ 入力装置
６０ 出力装置
６２ 記憶媒体読取装置
６６ バス
１００ 車両全体
１０２ 車体
１０４ 積載物
１０６ フォーク
１０８ アウターマスト
１１０ インナーマスト
１１４ 圧力センサ
１１６ エンコーダ
１１８ 操作量センサ
１２ 前後加速度取得部
１４ 横加速度取得部
１６ ロール角速度取得部
１８ ピッチ角速度取得部
２０ ヨー角速度取得部
２２ 積載荷重取得部
２４ 積載位置取得部
２６ リフト高取得部
２８ タイヤ前後力取得部
３０、３０Ａ タイヤ横力取得部
３２ 角加速度算出部
３４ 車両諸元ＤＢ
３６、３６Ａ、２３６ 重心慣性値算出部
３８、３８Ａ ヨーモーメント算出部
４０、４０Ａ、２４０、２４０Ａ 輪荷重変動推定部
４２、２４２ 輪荷重算出部
４４ 通信Ｉ／Ｆ
５２ ＣＰＵ
５４ メモリ
５６ 記憶装置
５８ 入力装置
６０ 出力装置
６２ 記憶媒体読取装置
６６ バス
１００ 車両全体
１０２ 車体
１０４ 積載物
１０６ フォーク
１０８ アウターマスト
１１０ インナーマスト
１１４ 圧力センサ
１１６ エンコーダ
１１８ 操作量センサ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
