JP2011068248A - 牽引車輌の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】センサ数の増大を抑制しながら牽引車両の挙動の安定化が可能な制御装置を構成する。
【解決手段】制御装置の安定化制御部２３が、トラクタに作用する横加速度ＧＹと、ヨーレートＹｒと、走行速度Ｖと、操舵角δとに基づいてヒッチ点に作用するヒッチ点横力Ｆｈを推定するヒッチ点横力推定部２３Ｃを備えている。この安定化制御部２３は、推定されたヒッチ点横力Ｆｈと逆方向となる相殺ヨーモーメントを演算する相殺ヨーモーメント演算部２３Ｄと、この相殺ヨーモーメントを出力するヨーモーメント出力部２３Ｅとを備えている。このヨーモーメント出力部２３Ｅはトラクタの車輪の左右の一方に制動力を作用させる。
【選択図】図６

Description

本発明は、トラクタに対しヒッチ点を介して揺動自在にトレーラを連結している牽引車輌の制御装置に関する。

牽引車輌の制御装置として特許文献１には、自動車にトレーラが連結された連結車の走行時の横揺れをモニタリングし、このモニタリングから横揺れ運動が検出された場合に、横揺れに対して逆位相のヨーモーメントを自動発生させることにより、横揺れを抑制する構成が示されている。特に、この特許文献１では、自動車の舵取りに基づかない横方向加速度とヨー速度の少なくともいずれかが存在する場合には、短時間だけブレーキを作動させる自動ブレーキによって連結車を安定させる制御形態が示されている。

牽引車輌の制御装置として特許文献２には、トラクタにトレーラを連結した牽引車輌が示され、左右のエアバッグの圧力差、ブレーキシリンダ圧力、ステアリング角度、ヨーイングレート、横向加速度、トラクタの車輪速度に基づいて評価を行う。この評価にもとづいて、トレーラーのジャックナイフ現象、ラテラルスイングアウト又はコンビネーションのスピニングアウト及びトレーラーのロールオーバーの発生を低減する制御形態が記載されている。

牽引車輌の制御装置として特許文献３には、トラクタにトレーラが連結して連結車が構成され、スウェイ現象によりヒッチ角が基準値以上に達するとトレーラの左右のブレーキを制動することでスウェイ現象を抑制する点が記載されている。つまり、この特許文献３では、ヒッチ角を検出する手段と、トレーラの車輪を制動するブレーキと、ヒッチ角が基準値以上に達するとトレーラブレーキを作動させる制御手段を備えている。

特表２００３‐５０３２７６号公報 特開平１０‐１０３７号公報 特開平１０‐２３６２８９号公報

牽引車両の走行時にスウェイ現象（スネーキング）が発生した場合には、ヒッチ点を中心にしてトラクタとトレーラとが折れ曲がる形態で揺動し、この揺動時に伴いヒッチ点が左右方向に交互に張り出す。そして、このスウェイ現象による揺動が収束しない場合には、揺動が拡大することによりヒッチ点が横方向に大きく張り出す形態となり、結果としてジャックナイフ現象等の不都合を招く。

このような不都合を招かないために、特許文献１に記載されるようにトラクタ（文献では自動車）における横加速度とヨー速度との何れかに基づいて逆位相のモーメントを作用させてトラクタの揺動を抑制することも考えられる。しかし、この制御では、トラクタに対する直接的な制御によってトラクタの揺動の抑制が可能となるものの、トレーラの揺動の抑制が不充分になりトレーラが僅かに揺動し続けることも考えられる。

これに対して、特許文献２では、複数の情報に基づいてヒッチ角度とヒッチ角度レートとが推定（文献中では評価）して制御に反映させることから、トラクタとトレーラとの揺動を同時に抑制することが可能と考え得る。しかしながら、この特許文献２の制御では、左右のエアバッグ（エアーサスペンションと思われる）の圧力差を検出する必要があることから、圧力を検出するセンサの取り付けや、センサからの信号系の配置等が複雑化しやすく改善の余地がある。

特許文献３には、ヒッチ角に基づいてスウェイ運動を抑制する制御が行われることからトラクタとトレーラとの揺動を同時に抑制することが可能となる。しかしながら、この特許文献３の構成ではヒッチ角を検出するセンサを必要とし、センサからの信号系の配置等が複雑化しやすく改善の余地がある。

本発明の目的は、センサ数の増大を抑制しながら牽引車両の挙動の安定化が可能な制御装置を合理的に構成する点にある。

本発明の特徴は、トラクタに対しヒッチ点を介して揺動自在にトレーラを連結している牽引車輌の制御装置であって、
前記トラクタの横加速度を検出する横加速度検出手段と、前記トラクタのヨーレートを検出するヨーレート検出手段と、前記トラクタの操舵輪の操舵角を検出する操舵角検出手段と、前記トラクタの走行速度を検出する走行速度検出手段とを備えると共に、前記横加速度検出手段で検出された横加速度と、前記ヨーレート検出手段で検出されたヨーレートと、前記操舵角検出手段で検出された操舵角と、前記走行速度検出手段で検出された走行速度とに基づいて前記ヒッチ点に作用するヒッチ点横力を推定するヒッチ点横力推定手段を備え、このヒッチ点横力推定手段で推定されたヒッチ点横力の値から牽引車輌の安定性を判定する点にある。

この構成によると、横加速度と、ヨーレートと、操舵角と、走行速度とに基づいてヒッチ点横力推定手段がヒッチ点に作用するヒッチ点横力を推定する。そして、推定されたヒッチ点横力はトラクタの揺動量とトレーラの揺動量とを反映するものであるため、このヒッチ点横力に基づいて牽引車輌の安定性を判定できる。特に、本発明ではヒッチ点の角度を検出するためのセンサを必要としない。従って、センサ数の増大を抑制しながら牽引車両の挙動の安定化が可能な制御装置が構成された。
特に、近年の車両では、操舵時における車体の挙動をセンサで検出し、この検出結果に基づいて各ブレーキの制御や、エンジン出力の調整を自動的に行うことで適正なコーナリングを実現するＥＳＣ等の制御装置を備えたものが存在する。トラクタの挙動を検出するセンサとしては、ヨーレートセンサ、横加速度センサ、操舵角センサ、走行速度センサ等を備えている。このような理由から、ＥＳＣ等の制御装置の既存のセンサを用いて本発明の制御を実現することも可能となる。

本発明は、前記トラクタは、前記ヒッチ点横力の値に対応して牽引車輌の姿勢を安定化する安定化制御手段を備えても良い。

この構成によると、安定化制御手段は、ヒッチ点横力の値に対応した安定化制御を行うことで、抑制に適した制御によりスウェイ現象の迅速な収束を実現する。

本発明は、前記安定化制御手段は、前記トラクタに対して前記ヒッチ点横力と逆方向となるヨーモーメントを発生させるモーメント発生手段であっても良い。

ヒッチ点に対しては各種の外力を加えることが可能である。しかし、トラクタにヨーモーメントを発生させた場合には、そのヨーモーメントをヒッチ点横力に対して逆方向から効率的に作用させることが可能となる。このような理由から、この構成によるモーメント発生手段がヒッチ点横力に逆方向のヨーモーメントを効率的に作用させ牽引車両の安定化が実現する。

本発明は、前記安定化制御手段は、前記トラクタの車輪の少なくとも一つに制動力を発生させる制動力発生手段であっても良い。

この構成によると、牽引車両の安定化を図るアクチュエータ類を用いずとも、制動力発生手段が既存のブレーキを制御することで牽引車両の安定化が実現する。

牽引車輌の構成を示す平面図である。 牽引車輌のヒッチ点に作用する横力を示す模式図である。 牽引車輌の制御構成を示すブロック図である。 牽引車輌に作用する力の釣り合い関係を示す図である。 トラクタの車輌運動を２輪モデルで示した図である。 演算形態１の演算を実現する安定化制御部を示すブロック回路図である。 演算形態１の演算形態を示すフローチャートである。 演算形態２の演算を実現する安定化制御部を示すブロック回路図である。 牽引車輌に作用するモーメントの釣り合い関係を示す図である。 演算形態２の演算形態を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
〔基本構成〕
図１に示すように、自動車で成るトラクタ１の自走車体Ａの後端のヒッチ２に対し、トレーラ４の被牽引車体Ｂの前端のブラケット３を連結して牽引車輌が構成されている。

トラクタ１は、操舵輪として機能する左右の前車輪５と、左右の後車輪６とを備えると共に、前車輪５と後車輪６との少なくとも一方にエンジン７から変速して走行駆動力を伝える変速機構（図示せず）を備えている。トレーラ４は、被牽引車体Ｂに左右のトレーラ車輪８を備えており、この被牽引車体Ｂの前端にブラケット３を備えている。このブラケット３が、ヒッチ２に備えられたジョイントで構成されるヒッチ点Ｊに対して揺動自在に連結されている。尚、被牽引車体Ｂのトレーラ車輪８は２輪に限るものではなく４輪以上であっても良い。

このような構成により、トラクタ１の走行に伴いトレーラ４が牽引され、操舵時にはヒッチ点Ｊの縦向き姿勢の軸芯周りでトラクタ１の自走車体Ａとトレーラ４の被牽引車体Ｂとが折れ曲がる相対姿勢となり進路変更や旋回が実現する。

牽引車両の走行時には、路面の状態や横風の作用によりトレーラ４が左右方向に往復して振れるスウェイ現象（スネーキング）が発生することもある。このスウェイ現象が発生する際には、横風や路面の影響により図２（ａ）に示すようにトレーラ４の被牽引車体ＢにモーメントＭ１が作用し、このモーメントＭ１の作用により、ヒッチ点Ｊを横方に張り出すヒッチ点横力Ｆｈが作用する。このようにヒッチ点横力Ｆｈがヒッチ点Ｊに作用した場合には、図２（ｂ）に示すように、このヒッチ点横力Ｆｈによりヒッチ点Ｊを中心にしてトラクタ１の自走車体ＡにモーメントＭ２（ヨーモーメント）が作用する結果、トラクタ１とトレーラ４とが折れ曲がる形態で揺動し、この揺動時に伴いヒッチ点Ｊが左右方向に交互に張り出す。

これがスウェイ現象（スネーキング）であり、このスウェイ現象による揺動が収束しない場合には、揺動が拡大することによりヒッチ点Ｊが横方向に大きく張り出す形態となり、結果としてジャックナイフ現象等の不都合を招く。

本発明の牽引車輌ではスウェイ現象の発生の初期の振幅の小さい状況において、このスウェイ現象を抑制する制御を行うことで、ジャックナイフ現象等の不都合を未然に防止できるようにしており、この制御を実現する構成を以下に説明している。

図１及び図３に示すように、自走車体Ａの左右の前車輪５と左右の後車輪６との夫々には制動力を作用させるブレーキ装置ＢＫを備えており、この前車輪５と後車輪６との回転数を計測する回転数センサ１１を備えている。この複数の回転数センサ１１は走行速度センサとしても機能する。また、被牽引車体Ｂのトレーラ車輪８に制動力を作用させるブレーキ装置ＢＫを備えている。尚、トレーラ車輪８に制動力を作用させるブレーキ装置ＢＫとしては電力で作動するアクチュエータで制動力を作用させるものを想定しているが、油圧を用いるものやエアーを用いるものであっても良い。
また、トレーラ側のブレーキ装置ＢＫは必須ではなく、特に軽量なトレーラに多く見られるように、トレーラ側にはブレーキ装置を設けず、自走車体Ａにのみブレーキ装置ＢＫが設けられても良い。

自走車体Ａには、ステアリングホイール１２による操舵量を検出する操舵角センサ１３（操舵角検出手段の一例）と、アクセルペダル１４の踏み込み操作量を検出するアクセルペダルセンサ１４Ｓと、ブレーキペダル１５の踏み込み操作を検出するブレーキペダルセンサ１５Ｓとを備えている。また、自走車体Ａには、ヨーレートを検出するヨーレートセンサ１６（ヨーレート検出手段の一例）と、自走車体Ａに作用する横加速度を検出する横加速度センサ１７（横加速度検出手段の一例）とを備え、更に、制御装置２０を備えている。

〔制御構成〕
図３に示すように、自走車体Ａでは、操舵角センサ１３、アクセルペダルセンサ１４Ｓ、ブレーキペダルセンサ１５Ｓ、ヨーレートセンサ１６、横加速度センサ１７、制御装置２０がＣＡＮバスで成る通信ラインＬによって接続されている。この通信ラインＬに対して、ブレーキ制御ＥＣＵ２５と、エンジン制御ＥＣＵ２７と、自動変速ＥＣＵ２９と、通信ユニット３１とが接続している。また、ブレーキ制御ＥＣＵ２５はブレーキ圧制御ユニット２６の電磁弁を制御する。エンジン制御ＥＣＵ２７はエンジン７のスロットルユニット２８を制御する。自動変速ＥＣＵ２９は変速装置（図示せず）の変速ユニット３０を制御する。

被牽引車体Ｂでは、自走車体Ａの通信ユニット３１に通信ケーブルＣを介して接続する通信ユニット３２を備え、この通信ユニット３２に対してブレーキ制御ＥＣＵ３３がＣＡＮバスで成る通信ラインＬによって接続されている。このブレーキ制御ＥＣＵ３３にはブレーキ操作ユニット３４と、ブレーキランプ３５とが接続し、ブレーキ操作ユニット３４は左右のブレーキ装置ＢＫを操作するように接続する。この牽引車輌ではブレーキペダル１５の踏み込み操作で各車輪に制動力を作用させた場合にはブレーキランプ３５を点灯させる制御が行われる。

制御装置２０は、本発明の安定制御を実現する。制御装置２０は、従来のアンチロックブレーキ制御とトラクション制御とＥＳＣ制御とを行う制御装置を利用することが可能である。

具体的に説明すると、制御装置２０はアンチロックブレーキ制御を実現するアンチロックブレーキ制御部２１と、トラクション制御部２２と、安定化制御部２３（安定化制御手段の一例）とを備えている。

アンチロックブレーキ制御は、ＡＢＳとも称せられ、ブレーキペダル１５の踏み込み操作時に各車輪の回転状態（ロック状態）をフィードバックし、ブレーキ圧制御ユニット２６により各車輪のロックを防止するようにブレーキ圧の調整を行い、車輪のロックに起因する横滑り（スキッド）を解消する。

トラクション制御はＴＣＳとも称せられ、アクセルペダル１４の踏み込み操作時の各車輪の回転状態（ホイルスピン状態）をフィードバックし、ブレーキ圧制御ユニット２６及びエンジン制御ＥＣＵ２７により各車輪のホイルスピンを防止するように駆動力の調整を行い、車輌のホイルスピンに起因する横滑り（スキッド）を解消する。
また、従来のＥＳＣ制御では、ステアリングホイール１２の操作時に、回転数センサ１１（走行速度センサとして機能する）で検出される走行速度や、ヨーレートセンサ１６で検出されたヨーレートに基づいて自走車体Ａの挙動を求め、この挙動に基づいて適正なコーナリングとなるように、各ブレーキ装置ＢＫの制御や、エンジン７の出力の調整や、変速装置の変速を自動的に行うことでアンダーステアやオーバーステアを抑制している。

前記従来のＥＳＣ制御に対し、車体安定化制御はヒッチ点Ｊに作用する横力を推定することで牽引車輌の安定性の判定を行い、判定の結果から安定化が必要な場合には、自走車体Ａのブレーキ装置ＢＫを制御することで相殺ヨーモーメントを作用させてスウェイ現象の抑制を実現するものであり、その制御形態については以下に説明する。尚、車体安定化制御では、ブレーキ装置ＢＫによる制動力の作用だけではなく、左右の一方の車輪の増速を図ることで相殺ヨーモーメントを作用させる制御を行っても良い。また、相殺ヨーモーメントを作用させる際に、エンジン制御ＥＣＵ２６や自動変速ＥＣＵ２９によって車速を減ずる制御を行っても良い。
また、本実施例では、制御装置２０とブレーキ制御ＥＣＵ２５は個別に設けられ、通信ラインＬで接続されているが、制御装置２０とブレーキ制御ＥＣＵ２５は通信ラインＬを介さず一体として構成されても良い。

尚、アンチロックブレーキ制御部２１と、トラクション制御部２２と、安定化制御部２３とは、ソフトウエアで構成されるものであるが、ソフトウエアとロジック等のハードウエアとで構成して良く、ハードウエアのみで構成しても良い。

〔演算形態１〕
図４には、自走車体Ａの前車輪５に横方向に作用する前車輪横力Ｆｆと、後車輪６に横方向に作用する後車輪横力Ｆｒと、ヒッチ点Ｊに横方向に作用するヒッチ点横力Ｆｈとが釣り合う関係を示している。また、この釣り合う関係を同図の関係式のように示すことが可能である。この〔演算形態１〕では、安定化制御部２３が力の釣り合いの関係と、走行速度Ｖと、操舵角δｆと、ヨーレートＹｒと、重心点Ｘに作用する横加速度ＧＹと、重量Ｍとに基づいてヒッチ点横力Ｆｈを推定する（図５を参照）。尚、図４では夫々の力が作用する方向を矢印で示している。

図４に示す如く、
Ｆｆ＋Ｆｒ＋Ｆｈ＝Ｍ×ＧＹ〔式１〕によって釣り合い関係が表される。
この図４では自走車体Ａの左方向に作用する力に＋（プラス）の符号を附しており、自走車体Ａの右方向に作用する力に−（マイナス）の符号を附している。この関係式に基づいてヒッチ点横力Ｆｈを推定する演算が行われる。

安定化制御部２３は、車輪スリップ角演算部２３Ａと、車輪横力演算部２３Ｂと、ヒッチ点横力推定部２３Ｃ（ヒッチ点横力推定手段の一例）と、相殺ヨーモーメント演算部２３Ｄと、ヨーモーメント出力部２３Ｅ（モーメント発生手段の一例）と、情報テーブル２３Ｆとを備えている。これらによる演算のプロセスを図６のブロック回路と図７のフローチャートとに基づいて説明する。

牽引車輌の走行時にはステアリングホイール１２が非操舵状態（直進位置）にある状況で、各センサからの信号を取得し、演算により車体スリップ角βが算出され、これに基づいて前車輪スリップ角βｆと後車輪スリップ角βｒとが算出される（＃１０１〜＃１０４ステップ）。

各センサから取得される信号としては、回転数センサ１１からの信号に基づく走行速度Ｖと、操舵角センサ１３で検出される操舵角δと、ヨーレートセンサ１６で検出されるヨーレートＹｒと、横加速度センサ１７で計測される横加速度ＧＹとが取得される。

図５には自走車体Ａの操舵時における、車輌運動を２輪モデルで示している。同図では、重心点Ｘから前車輪５までの距離（フロントアクスルまでの距離）がＬｆであり、重心点Ｘから後車輪６までの距離（リアアクスルまでの距離）がＬｒである。また、同図には、前車輪５が操舵角δｆだけ操作されている状況における、走行速度Ｖ、ヨーレートＹｒ、車体スリップ角β、前車輪スリップ角βｆ、後車輪スリップ角βｒ、横加速度ＧＹ、前車輪横力Ｆｆ、後車輪横力Ｆｒを示している。

この運動特性から、以下に示す〔式２〕〜〔式６〕の関係式が成り立つことが知られている。

β＝∫（ＧＹ／Ｖ−Ｙｒ）ｄｔ 〔式２〕
βｆ＝β＋（Ｌｆ×Ｙｒ／Ｖ）−δｆ 〔式３〕
βｒ＝β−（Ｌｆ×Ｙｒ／Ｖ） 〔式４〕
Ｆｈ＝−Ｃｐｆ×βｆ 〔式５〕
Ｆｒ＝−Ｃｐｒ×βｒ 〔式６〕

車輪スリップ角演算部２３Ａでは、これらの関係式のうち〔式２〕〜〔式４〕と、走行速度センサとして機能する回転数センサ１１で検出した走行速度Ｖと、操舵角センサ１３で検出した操舵角δと、ヨーレートセンサ１６で検出したヨーレートＹｒと、横加速度センサ１７で検出した横加速度ＧＹとを取得する。そして、この車輪スリップ角演算部２３Ａが、車体スリップ角βを算出し、これに基づいて前車輪スリップ角βｆと後車輪スリップ角βｒとを算出する。

ここで、フロントコーナリングパワーＣｐｆ、及び、リヤコーナリングパワーＣｐｒはタイヤ特性とタイヤへの荷重により決まる値である。

本実施例では、予め走行試験等で求めたＣｐｆ、Ｃｐｒが情報テーブル２３Ｆに収められており、図６に示す安定化制御部２３では、フロントコーナリングパワーＣｐｆ及びリヤコーナリングパワーＣｐｒを情報テーブル２３Ｆから読み出す処理形態が設定されている。

次に、車輪横力演算部２３Ｂが、これらの関係式のうち〔式５〕、〔式６〕と、前車輪スリップ角βｆと後車輪スリップ角βｒとに基づいて前車輪横力Ｆｆと後車輪横力Ｆｒとを算出する。

そして、ヒッチ点横力推定部２３Ｃが、前車輪横力Ｆｆと後車輪横力Ｆｒとに基づき、前述した〔式１〕に基づいた演算によりヒッチ点横力Ｆｈを推定する（＃１０５ステップ）。

＃１０５ステップでは、前車輪横力Ｆｆと、後車輪横力Ｆｒとを算出した後に、横加速度ＧＹと、重量Ｍとに基づいてヒッチ点横力Ｆｈを推定する処理を実行するが、前車輪スリップ角βｆと、後車輪スリップ角βｒと、フロントコーナリングパワーＣｐｆと、リヤコーナリングパワーＣｐｒとに基づいてヒッチ点横力Ｆｈを推定する処理を実行しても良い。

スウェイ現象が発生している場合には、前述したヒッチ点横力Ｆｈは、符号が正と負との間で増減を繰り返す。このような理由から、次に、相殺ヨーモーメント演算部２３Ｄが、ヒッチ点横力Ｆｈの絶対値の最大値と閾値との比較を行うことで安定性の判定を行い、閾値を超えている場合（安定していないと判定した場合）には、ヒッチ点横力Ｆｈに逆向きとなる相殺ヨーモーメントを算出する。相殺ヨーモーメントは、ヒッチ点Ｊからトラクタ１の重心点Ｘまでの距離Ｌｈとヒッチ点横力の値とに基づき算出される。

ヨーモーメント出力部２３Ｅは、トラクタ１の前車輪５及び後車輪６の少なくとも１輪を制動対象として選択し、ヒッチ点Ｊからトラクタ１の重心点Ｘまでの距離Ｌｈと、前車輪５から重心点Ｘまでの距離Ｌｆと、後車輪６から重心点Ｘまでの距離Ｌｒと、相殺ヨーモーメントの算出値を基に、選択した車輪のブレーキ装置ＢＫに作用させる制動力を設定する。
この場合、トラクタ１の前車輪５や後車輪６の左右の一方を制動対象として選択した場合は、効率良くヨーモーメントを発生させることができる。
更には、揺動周期に応じて制動タイミングや制動力を補正しても良い。
そして、ヨーモーメント出力部２３Ｅはブレーキ制御ＥＣＵ２５を制御することにより、トラクタ１の制動対象となるブレーキ装置ＢＫに対して算出された制動力を作用させて、相殺ヨーモーメントを発生させ、スウェイ現象の抑制を図ることができる（＃１０６〜＃１０８ステップ）。
尚、相殺ヨーモーメント演算部２３Ｄが安定していないと判定した場合には、トラクタ１のブレーキ装置ＢＫに加えて、トレーラ側のブレーキ装置ＢＫを作用させても良い。

特に、相殺ヨーモーメント演算部２３Ｄでは、ヒッチ点横力Ｆｈより大きい力（１．２倍程度の力）を、ヒッチ点Ｊに対して逆方向に作用させる相殺ヨーモーメントを演算する。つまり、ヒッチ点横力Ｆｈに等しい力を作用させるように相殺ヨーモーメントを設定した場合には、自走車体Ａの揺動だけが収束し、被牽引車体Ｂの揺動が残ることもある。このような現象を抑制してスウェイ現象を速やかに収束させるように、ヒッチ点横力Ｆｈを相殺するモーメントの値に対して１．２程度の係数を乗ずることにより相殺ヨーモーメントを設定しているのである。この係数の値は任意の値で良く、例えば、スウェイ現象による揺動の収束までに時間を要する場合に、係数の値を増大する等、収束までの時間に基づいて係数を調整するように制御形態を設定しても良い。

また、相殺ヨーモーメント演算部２３Ｄで演算される相殺ヨーモーメントの値を、ヒッチ点横力Ｆｈを相殺する値に設定しておき、ブレーキ装置ＢＫに作用させる力を増大させても良い。
この場合、ヨーモーメント出力部２３Ｅは、自走車体Ａの前車輪５あるいは後車輪６の少なくとも一方で左右両輪を制動対象として選択し、左右の車輪のブレーキ力差を維持しながら左右両輪のブレーキ力の和を増大することで、相殺ヨーモーメントを維持したまま車輌の減速度を増大することができる。
これにより、相殺ヨーモーメントによって自走車体Ａ及び被牽引車体Ｂの揺動を収束すると同時に、車輌の速度をより速く低下させることで被牽引車体Ｂの安定性の向上を図ることができる。
このような制御形態でも、前述と同様に、スウェイ現象による揺動の収束までに時間を要する場合に、収束までの時間に基づいてブレーキ力の増大量を調整するように制御形態を設定しても良い。
但し、被牽引車体Ｂの揺動中に自走車体Ａにのみ強いブレーキ力を作用させると被牽引車体Ｂはジャックナイフ傾向を示すため、ブレーキ力の増大量や発生させる車輌の減速度には、上限値を設けるようにすることが望ましい。

〔演算形態２〕
図９には、自走車体Ａの重心点Ｘを基準として前車輪５に横方向に作用する前車輪モーメント（Ｌｆ×Ｆｆ）と、自走車体Ａの重心点Ｘを基準として後車輪６に作用する後車輪モーメント（Ｌｒ×Ｆｒ）と、自走車体Ａの重心点Ｘを基準としてヒッチ点Ｊに横方向に作用するヒッチ点モーメント（Ｌｈ×Ｆｈ）と、自走車体Ａの重心点Ｘに作用する車体モーメント（Ｉｚ×ｄＹｒ）と釣り合う関係を示している。尚、同図では夫々の力が作用する方向を矢印で示している。

同図では、自走車体Ａの重心点Ｘを基準として前車輪５（フロントアクスル）までの距離をＬｆとし、自走車体Ａの重心点Ｘを基準として後車輪６（リアアクスル）までの距離をＬｒとし、自走車体Ａの重心点Ｘを基準としてヒッチ点Ｊまでの距離をＬｈとして説明している。Ｆｆは前車輪横力、Ｆｒは後車輪横力、Ｆｈはヒッチ点横力、Ｉｚはヨー慣性モーメント（車体の定数）、ｄＹｒはヨー加速度である。

この〔演算形態２〕では、安定化制御部２３がモーメントの釣り合いの関係と、走行速度Ｖと、操舵角δｆと、ヨーレートＹｒと、重心点Ｘに作用する横加速度ＧＹと、重量Ｍと、必要な定数等に基づいてヒッチ点横力Ｆｈを推定する。

同図に示す如く、
Ｌｆ×Ｆｆ−Ｌｒ×Ｆｒ−Ｌｈ×Ｆｈ＝Ｉｚ×ｄＹｒ〔式１１〕によってモーメントの釣り合いが表される。
図９では自走車体Ａの左方向に作用するモーメントに＋（プラス）の符号を附しており、自走車体Ａの右方向に作用するモーメントに−（マイナス）の符号を附している。この関係式に基づいてヒッチ点横力Ｆｈを推定する演算が行われる。

この〔演算形態２〕では、ハードウエア的には〔演算形態１〕と同様に、安定化制御部２３は、車輪スリップ角演算部２３Ａと、車輪横力演算部２３Ｂと、ヒッチ点横力推定部２３Ｃと、相殺ヨーモーメント演算部２３Ｄと、ヨーモーメント出力部２３Ｅと、情報テーブル２３Ｆとを備えている。これらによる演算のプロセスを図８のブロック回路と図９のフローチャートとに基づいて説明する。

牽引車輌の走行時にはステアリングホイール１２が非操舵状態（直進位置）にある状況で、各センサからの信号を取得し、演算により、車体スリップ角βが算出され、これに基づいて前車輪スリップ角βｆと後車輪スリップ角βｒとが算出される（＃２０１〜＃２０４）ステップ。

この関係式においても〔演算形態１〕で説明した〔式２〕〜〔式４〕に基づいて〔演算形態１〕と同様に、車輪スリップ角演算部２３Ａが車体スリップ角βを算出し、これに基づいて前車輪スリップ角βｆと後車輪スリップ角βｒとを算出する。この〔演算形態２〕においても、フロントコーナリングパワーＣｐｆとリヤコーナリングパワーＣｐｒとは、タイヤの特性とタイヤへの荷重によって決まる値であり、予め走行試験等で求めたＣｐｆ、Ｃｐｒが情報テーブル２３Ｆに収められている。図８に示す安定化制御部２３では、フロントコーナリングパワーＣｐｆ及びリヤコーナリングパワーＣｐｒを情報テーブル２３Ｆから読み出す処理形態が設定されている。

更に車輪横力演算部２３Ｂが、〔演算形態１〕で説明した〔式５〕、〔式６〕と、前車輪スリップ角βｆと後車輪スリップ角βｒとに基づいて前車輪横力Ｆｆと後車輪横力Ｆｒとを算出する。

そして、ヒッチ点横力推定部２３Ｃが、前車輪横力Ｆｆと後車輪横力Ｆｒとに基づき、前述した〔式１１〕に基づいた演算によりヒッチ点横力Ｆｈを推定する（＃２０５ステップ）。

＃２０５ステップでは、前車輪横力Ｆｆと、後車輪横力Ｆｒとを算出した後に、横加速度ＧＹと、重量Ｍとに基づいてヒッチ点横力Ｆｈを推定する処理を実行するが、前車輪スリップ角βｆと、後車輪スリップ角βｒと、フロントコーナリングパワーＣｐｆと、リヤコーナリングパワーＣｐｒとに基づいてヒッチ点横力Ｆｈを推定する処理を実行しても良い。

スウェイ現象が発生している場合には、前述したヒッチ点横力Ｆｈは、符号が正と負との間で増減を繰り返す。このような理由から、次に、相殺ヨーモーメント演算部２３Ｄが、ヒッチ点横力Ｆｈの絶対値の最大値と閾値との比較を行うことで安定性の判定を行い、閾値を超えている場合（安定していないと判定した場合）には、ヒッチ点横力Ｆｈに逆向きとなる相殺ヨーモーメントを算出する。相殺ヨーモーメントは、ヒッチ点Ｊからトラクタ１の重心点Ｘまでの距離Ｌｈとヒッチ点横力Ｆｈの値とに基づき算出される。

ヨーモーメント出力部２３Ｅは、トラクタ１の前車輪５及び後車輪６の少なくとも１輪を制動対象として選択し、ヒッチ点Ｊからトラクタ１の重心点Ｘまでの距離Ｌｈと、前車輪５から重心点Ｘまでの距離Ｌｆと、後車輪６から重心点Ｘまでの距離Ｌｒと、相殺ヨーモーメントの算出値を基に、選択した車輪のブレーキ装置ＢＫに作動させる制動力を設定する。
この場合、トラクタ１の前車輪５や後車輪６の左右の一方を制動対象として選択した場合には、効率良くヨーモーメントを発生させることができる。
更には、揺動周期に応じて制動タイミングや制動力を補正しても良い。
そして、ヨーモーメント出力部２３Ｅはブレーキ制御ＥＣＵ２５を制御することにより、トラクタ１の制動対象となるブレーキ装置ＢＫに対して算出された制動力を作用させて相殺ヨーモーメントを発生させ、スウェイ現象の抑制を図ることができる（＃２０６〜＃２０８ステップ）。
尚、相殺ヨーモーメント演算部２３Ｄが安定していないと判定した場合には、トラクタ１のブレーキ装置ＢＫに加えて、トレーラ側のブレーキ装置ＢＫを作用させても良い。

特に、相殺ヨーモーメント演算部２３Ｄでは〔演算形態１〕と同様に、ヒッチ点横力Ｆｈより大きい力（１．２倍程度の力）を、ヒッチ点Ｊに対して逆方向に作用させる相殺ヨーモーメントが演算される。つまり、ヒッチ点横力Ｆｈに等しい力を作用させるように相殺ヨーモーメントを設定した場合には、自走車体Ａの揺動だけが収束し、被牽引車体Ｂの揺動が残ることもある。このような現象を抑制してスウェイ現象を速やかに収束させるように、ヒッチ点横力Ｆｈを相殺するモーメントの値に対して１．２程度の係数を乗ずることにより相殺ヨーモーメントを設定しているのである。この係数の値は任意の値で良く、例えば、スウェイ現象による揺動の収束までに時間を要する場合に、係数の値を増大する等、収束までの時間に基づいて係数を調整するように制御形態を設定しても良い。

また、この〔演算形態２〕でも〔演算形態１〕と同様に、相殺ヨーモーメント演算部２３Ｄで演算される相殺ヨーモーメントの値を、ヒッチ点横力Ｆｈを相殺する値に設定しておき、ブレーキ装置ＢＫに作用させる力を増大させても良い。
この場合、ヨーモーメント出力部２３Ｅは、自走車体Ａの前車輪５あるいは後車輪６の少なくとも一方で左右両輪を制動対象として選択し、左右の車輪のブレーキ力差を維持しながら左右両輪のブレーキ力の和を増大することで、相殺ヨーモーメントを維持したまま車輌の減速度を増大することができる。
これにより、相殺ヨーモーメントによって自走車体Ａ及び被牽引車体Ｂの揺動を収束すると同時に、車輌の速度をより速く低下させることで被牽引車体Ｂの安定性の向上を図ることができる。
このような制御形態でも、前述と同様に、スウェイ現象による揺動の収束までに時間を要する場合に、収束までの時間に基づいてブレーキ力の増大量を調整するように制御形態を設定しても良い。
但し、被牽引車体Ｂの揺動中に自走車体Ａにのみ強いブレーキ力を作用させると被牽引車体Ｂはジャックナイフ傾向を示すため、ブレーキ力の増大量や発生させる車輌の減速度には、上限値を設けるようにすることが望ましい。

〔演算形態１と演算形態２とに基づく作用・効果〕
このように本発明によると、従来から車体に備えられているＥＳＣで成る制御装置２０に用いられるセンサ類をそのまま用いることにより、ヒッチ点Ｊの角度を検出するセンサを特別に備えることなく、ヒッチ点Ｊに作用するヒッチ点横力Ｆｈの推定が可能となる。そして、このように算出されたヒッチ点横力Ｆｈの大きさからスウェイ現象の程度を把握して、抑制の要否の判断が可能になると共に、ブレーキ装置ＢＫの操作により最適な相殺ヨーモーメントを作用させることでスウェイ現象の初期段階での抑制を実現しているのである。

特に、本発明では、〔演算形態１〕と〔演算形態２〕との処理を並行して行うことにより、異なる演算プロセスに基づく２種のヒッチ点横力Ｆｈを推定し、推定した２種のヒッチ点横力Ｆｈの平均値に基づいて相殺ヨーモーメントを算出する処理を行うことや、２種のヒッチ点横力Ｆｈのうち、異常と判断できる数値を用いずに他方の値に基づいて相殺ヨーモーメントを算出するように処理形態を設定しても良い。このような構成により、信頼性を向上できる。

本発明は、牽引車両のスウェイ現象を抑制する制御全般に利用することができる。

１ トラクタ
４ トレーラ
５ 操舵輪・車輪（前車輪）
６ 車輪（後車輪）
８ トレーラ車輪
１１ 走行速度センサ（回転数センサ）
１３ 操舵角検出手段（操舵角センサ）
１６ ヨーレート検出手段（ヨーレートセンサ）
１７ 横加速度検出手段（横加速度センサ）
２３ 安定化制御手段（安定化制御部）
２３Ｃ ヒッチ点横力推定手段（ヒッチ点横力推定部）
２３Ｅ モーメント発生手段（ヨーモーメント出力部）
Ｊ ヒッチ点
Ｆｈ ヒッチ点横力

Claims (4)

1. トラクタに対しヒッチ点を介して揺動自在にトレーラを連結している牽引車輌の制御装置であって、
   前記トラクタの横加速度を検出する横加速度検出手段と、前記トラクタのヨーレートを検出するヨーレート検出手段と、前記トラクタの操舵輪の操舵角を検出する操舵角検出手段と、前記トラクタの走行速度を検出する走行速度検出手段とを備えると共に、
   前記横加速度検出手段で検出された横加速度と、前記ヨーレート検出手段で検出されたヨーレートと、前記操舵角検出手段で検出された操舵角と、前記走行速度検出手段で検出された走行速度とに基づいて前記ヒッチ点に作用するヒッチ点横力を推定するヒッチ点横力推定手段を備え、このヒッチ点横力推定手段で推定されたヒッチ点横力の値から牽引車輌の安定性を判定する牽引車輌の制御装置。
2. 前記トラクタは、前記ヒッチ点横力の値に対応して牽引車輌の姿勢を安定化する安定化制御手段を備える請求項１記載の牽引車輌の制御装置。
3. 前記安定化制御手段は、前記トラクタに対して前記ヒッチ点横力と逆方向となるヨーモーメントを発生させるモーメント発生手段である請求項２記載の牽引車輌の制御装置。
4. 前記安定化制御手段は、前記トラクタの車輪の少なくとも一つに制動力を発生させる制動力発生手段である請求項３記載の牽引車輌の制御装置。

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