JP2019206312A - 牽引車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】牽引車両の操舵時において、ジャックナイフ現象を効果的に防止することが可能な牽引車両の制御装置を提供する。【解決手段】制御部は、左右前輪が転舵されたときに、推定される後輪等価コーナリングパワーＫrが所定の第１閾値Ｔｈ１以下であると判定したとき、車速ｖの時系列データに基づいて所定期間内に発生し得る最大車速ｖmaxを予測するとともに操舵量ｓfの時系列データに基づいて所定期間内に発生し得る最大操舵量ｓfmaxを予測する。制御部は、予測された最大車速ｖmax及び最大操舵量ｓfmaxの積が所定の第２閾値Ｔｈ２を超えるか否かを判定し、最大車速ｖmaxと最大操舵量ｓfmaxとの積が所定の第２閾値Ｔｈ２を超えると判定したとき、牽引車両に発生する横加速度ｇyを小さくする方向に牽引車両のヨーモーメントを与えるように左右後輪の転舵アクチュエータ又は制動アクチュエータを制御する。【選択図】図６

Description

本発明は、被牽引車両を牽引する牽引車両の車両制御装置に関する。

従来から、ジャックナイフ現象を防止する牽引車両の車両制御装置が知られている。ジャックナイフ現象を防止する牽引車両の制御装置の一つ（以下、「従来装置」とも称呼される。）は、制動時に牽引車両の前輪の摩擦係数と後輪の摩擦係数との差異が所定の閾値を超えている場合に、牽引車両に所定のブレーキ力が加えられると、ブレーキ力の上昇率を低くする（例えば、特許文献１を参照。）。これにより、牽引車両が高い摩擦係数の路面上を走行し、被牽引車両が低い摩擦係数の路面上を走行しているときにブレーキ力が加えられた場合に発生し得るジャックナイフ現象の発生を防止している。

特開２０１０−２２８６１９号公報

ところで、ジャックナイフ現象は積荷の積載量（積荷の重量）、車速及び操舵状態等の複数の要因によって発生すると考えられるが、ジャックナイフ現象の多くは非振動的現象であるため突然発生し得る。そのため、上記複数の要因を考慮してジャックナイフ現象を防止するための制御を開始又は終了する閾値を決定することは難しい。例えば、従来装置は、制動時に発生するジャックナイフ現象を防止し得るが、操舵時に発生するジャックナイフ現象を防止することができない。

本発明は上記課題に対処するために為されたものである。即ち、本発明の目的の一つは、牽引車両の操舵時において、ジャックナイフ現象を効果的に防止することが可能な牽引車両の制御装置を提供することにある。

本発明の牽引車両の制御装置（以下、「本発明装置」とも称呼する。）は、被牽引車両（２００）を牽引する牽引車両（１００）に適用される。前記牽引車両は、駆動力を発生する駆動装置（１１０）と、運転者のステアリング操作に基づいて前記牽引車両の前輪（ＷＦＬ，ＷＦＲ）を転舵する第１転舵アクチュエータ（１４０）と、前記牽引車両の後輪（ＷＲＬ，ＷＲＲ）を転舵する第２転舵アクチュエータ（１５０）と、前記牽引車両の前記前輪、前記後輪及び前記被牽引車両の車輪（ＷＴＬ，ＷＴＲ）にそれぞれ制動力を作用させる制動アクチュエータ（１３０）と、を備える。

本発明装置は、車速センサ（１６１）と、舵角センサ（１６２）と、ヨーレートセンサ（１６３）と、横加速度センサ（１６４）と、制御部（１６０）と、を備える。前記車速センサは、前記牽引車両の車速（ｖ）を検出する。前記舵角センサは、前記前輪の操舵量（ｓ_f ）を検出する。前記ヨーレートセンサは、前記牽引車両のヨーレート（ω_a ）を検出する。前記横加速度センサは、前記牽引車両の横加速度（ｇ_y ）を検出する。前記制御部は、前記第２転舵アクチュエータ及び前記制動アクチュエータをそれぞれ作動させることが可能である。

例えば、牽引車両と被牽引車両とが連結した車両（以下、「連結車両」と称呼する。）が走行中に車線変更を行う場合、運転者のステアリング操作により牽引車両の前輪が転舵されると、牽引車両の前輪及び後輪にはコーナリングパワーが発生する。後輪のコーナリングパワーは被牽引車両の積載重量に大きく影響を受ける。発明者の知見によれば、被牽引車両の積載量が過大であるとき後輪の等価コーナリングパワーは小さくなる傾向があり、被牽引車両の積載量が過大となるとジャックナイフ現象が発生し易い。従って、後輪の等価コーナリングパワーが低い場合、ジャックナイフ現象が発生し易い状況であると考えられる。

そこで、前記制御部は、前記第１転舵アクチュエータにより前記前輪が転舵された場合において、
（１）少なくとも前記操舵量、前記ヨーレート、前記横加速度及び前記牽引車両の車両諸元に基づいて推定される前記牽引車両の後輪等価コーナリングパワー（Ｋ_r ）が所定の第１閾値（Ｔｈ１）以下であるか否かを判定し（ステップ６２０）、
（２）前記推定された後輪等価コーナリングパワーが前記所定の第１閾値以下であると判定したとき、前記検出された車速の時系列データに基づいて所定期間内に発生し得る最大車速（ｖmax ）を予測するとともに前記検出された操舵量の時系列データに基づいて前記所定期間内に発生し得る最大操舵量（ｓ_fmax）を予測し（ステップ６３０）、
（３）前記予測された最大車速と前記予測された最大操舵量との積が所定の第２閾値（Ｔｈ２）以上であるか否かを判定し（ステップ６３５）、
（４）前記最大車速と前記最大操舵量との積が前記所定の第２閾値（Ｔｈ２）以上であると判定したとき、前記牽引車両に発生する前記横加速度を小さくする方向に前記牽引車両のヨーモーメントを与えるように前記第２転舵アクチュエータ又は前記制動アクチュエータを制御する（ステップ６４０〜ステップ６５０）、
ように構成される。

上記構成によれば、本発明装置は、ジャックナイフ現象が発生する前に、今後（例えば、現時点から数秒以内）の最大車速及び最大操舵量を予測し、予測された最大車速又は最大操舵量が大きいとき、牽引車両に発生する横加速度を小さくする方向にヨーモーメントを与えるように第２転舵アクチュエータ又は制動アクチュエータを制御する。上記最大車速及び最大操舵量の予測は、例えば、運転者の運転パターンを学習した人工知能により取得された車速及び操舵量の時系列データを解析することにより行うことができる。このようにして予測された最大車速又は最大操舵量が大きいとき（即ち、最大車速と最大操舵量との積が所定の第２閾値以上となったとき）、ジャックナイフ現象が発生する可能性が高いと考えられる。そこで、本発明装置は、牽引車両に発生する横加速度を小さくする方向にヨーモーメントを与えるように第２転舵アクチュエータ又は制動アクチュエータを制御する。

従って、牽引車両の操舵時において、ジャックナイフ現象を効果的に防止することが可能な牽引車両の制御装置を提供することができる。

上記説明においては、本発明の理解を助けるために、後述する実施形態に対応する発明の構成に対し、その実施形態で用いた名称及び／又は符号を括弧書きで添えている。しかしながら、本発明の各構成要素は、前記名称及び／又は符号によって規定される実施形態に限定されるものではない。本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。

図１は、本発明の実施形態に係る牽引車両の制御装置が適用される牽引車両及び被牽引車両の概略構成図である。 図２は、図１に示した連結車両の連結角を説明するための図である。 図３は、図１に示した連結車両の車線変更を説明するための模式図であり、図３（Ａ）は、連結車両が左車線を直進走行しているときの模式図、図３（Ｂ）は、牽引車両の前輪が時計回りに転舵されたときの模式図、図３（Ｃ）は、牽引車両が右車線に移動しているときの模式図である。 図４は、車輪の荷重と等価コーナリングパワーとの関係を説明するための図である。 図５は、図１に示した連結車両の車線変更を説明するための模式図であり、図５（Ａ）は、被牽引車両が左方に向きを変えたときの模式図、図５（Ｂ）は、牽引車両の後輪が時計回りに転舵された後の模式図である。 図６は、図１に示した制御ＥＣＵのＣＰＵが実行する「安定走行制御ルーチン」を示したフローチャートである。 図７は、図１に示した制御ＥＣＵが表示装置に表示させる警告の表示例である。 図８は、第２閾値を説明するためのグラフである。 図９は、連結角減衰比を説明するための図であり、図９（Ａ）は連結角減衰比の定義を表す図、図９（Ｂ）は連結角減衰比の算出方法の具体例を表す図である。 図１０は、図１に示した制御ＥＣＵが表示装置に表示させる警告の表示例であり、図１０（Ａ）は、当該警告を表す画像の一つであり、図１０（Ｂ）は、当該警告を表すもう一つの画像である。

（構成）
本発明の実施形態に係る車両制御装置（以下、「本装置」とも称呼される。）は、図１に示したように、牽引車両１００に適用される。牽引車両１００は、被牽引車両２００とヒッチ部３００を介して連結している。連結した牽引車両１００及び被牽引車両２００は、以下、「連結車両１０」と称呼される。

牽引車両１００は、駆動装置１１０、駆動力伝達機構１２０、制動装置１３０、操舵装置（第１転舵装置）１４０、第２転舵装置１５０、制御ＥＣＵ１６０、ナビゲーションシステム１７０及び車輪Ｗ（ＷＦＬ、ＷＦＲ、ＷＲＬ及びＷＲＲ）等を備えている。

駆動装置１１０は、図示しない内燃機関（エンジン）本体及び変速機等を含んでいる。駆動装置１１０は、駆動力伝達機構１２０を介して牽引車両１００の前輪（左前輪ＷＦＬ及び右前輪ＷＦＲ）を駆動する駆動力を発生する。

駆動力伝達機構１２０は、プロペラシャフト１２１、ディファレンシャルギア１２２、左前輪車軸１２３Ｌ及び右前輪車軸１２３Ｒ等を含んでいる。駆動装置１１０が発生する駆動力はプロペラシャフト１２１に伝達される。プロペラシャフト１２１の駆動力は、ディファレンシャルギア１２２を介して左前輪車軸１２３Ｌ及び右前輪車軸１２３Ｒへそれぞれ伝達され、これにより左前輪ＷＦＬ及び右前輪ＷＦＲが回転駆動される。

以下、車輪毎に設けられる要素については、その符号の末尾に、左前輪を表す添字ＦＬ、右前輪を表す添字ＦＲ、左後輪を表すＲＬ及び右後輪を表す添字ＲＲをそれぞれ付す。但し、車輪毎に設けられる要素について車輪位置を特定しない場合、それらの添字は省略される。

制動装置１３０は、ブレーキペダル１３１、ブレーキバルブ１３２、ブレーキ回路１３３及びブレーキチャンバ１３４等を含んでいる。

車輪Ｗの制動力は、制動装置１３０のブレーキ回路１３３により、車輪Ｗに対応するブレーキチャンバ１３４に供給されるエアの圧力（以下、「制動圧」とも称呼される。）が制御されることによって制御される。即ち、左前輪ＷＦＬ、右前輪ＷＦＲ、左後輪ＷＲＬ及び右後輪ＷＲＲの制動力は、ブレーキチャンバ１３４ＦＬ、１３４ＦＲ、１３４ＲＬ及び１３４ＲＲのそれぞれの制動圧が制御されることによって制御される。ブレーキ回路１３３は、図示しないエアタンク及び各種弁装置等を含み、ブレーキアクチュエータとして機能する。

ブレーキ回路１３３は、弁装置として各ブレーキチャンバ１３４の制動圧を個別に制御する図示しないリレーバルブを各ブレーキチャンバ１３４に対応して備えた周知の回路である。リレーバルブは、連通位置及び遮断位置の何れか一方を択一的に選択する周知の二位置電磁弁である。ブレーキバルブ１３２は、ブレーキ回路１３３及びリレーバルブ１３５に接続されている。更に、リレーバルブ１３５は、カップリングホース３１１を介して被牽引車両２００の後述するブレーキ回路２１１に接続されるようになっている。従って、ブレーキチャンバ１３４の制動圧は、通常時には運転者によるブレーキペダル１３１の踏力がブレーキバルブ１３２によって空気圧に変換され、当該空気圧に基づいて制御され、又はブレーキ回路１３３内のリレーバルブにより必要に応じて個別に制御される。

操舵装置（第１転舵装置）１４０は、ステアリングホイール１４１、ステアリングシャフト１４２、ラックシャフト１４３及びラックアンドピニオン機構１４４を備えている。ステアリングホイール１４１とステアリングシャフト１４２は、同軸的に一体回転可能に連結している。ステアリングシャフト１４２とラックシャフト１４３とは、周知のラックアンドピニオン機構１４４により連結されている。ラックシャフト１４３の両端には、ナックルアーム１４５Ｌ及び１４５Ｒを介して左前輪ＷＦＬ及び右前輪ＷＦＲがそれぞれ接続されている。

ステアリングホイール１４１が運転者により操作されると、ラックアンドピニオン機構１４４によりステアリングシャフト１４２の回転運動がラックシャフト１４３の軸方向の直線運動に変換され、これにより左前輪ＷＦＬ及び右前輪ＷＦＲが転舵する。更に、操舵機構１４０には、運転者のステアリング操作をアシストするための図示しないパワーステアリング機構が設けられている。

第２転舵装置１５０は、転舵力発生機構１５１、タイロッド１５２及び左右のナックルアーム１５３Ｌ及び１５３Ｒ等を備える。転舵力発生機構１５１は、図示しないアクチュエータ及び歯車群を含み、アクチュエータの駆動力を転舵力に変換する。転舵力発生機構１５１は、この転舵力をタイロッド１５２及び左右のナックルアーム１５３Ｌ及び１５３Ｒを介して左後輪ＷＲＬ及び右後輪ＷＲＲにそれぞれ伝達することにより、左後輪ＷＲＬ及び右後輪ＷＲＲを転舵させる。

制御ＥＣＵ１６０は、各車輪の車輪速度センサ１６１、舵角センサ１６２、ヨーレートセンサ１６３、横加速度センサ１６４、後方カメラ１６５及び圧力センサ１６６等と電気的に接続され、これらセンサからの出力信号を受信するようになっている。ＥＣＵは、エレクトロニックコントロールユニットの略称であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ（又は不揮発性メモリ）及びインタフェースＩ／Ｆ等を含むマイクロコンピュータを主要構成部品として有する電子制御回路である。ＣＰＵは、メモリ（ＲＯＭ）に格納されたインストラクション（ルーチン）を実行することにより後述する各種機能を実現する。

車輪速度センサ１６１は、車輪Ｗの回転速度に応じた信号ＮＰを発生するようになっている。ＥＣＵ１６０は、車輪速度センサ１６１（１６１ＦＬ、１６１ＦＲ、１６１ＲＬ及び１６１ＲＲ）からの信号ＮＰ（ＮＰfl、ＮＰfr、ＮＰrl及びＮＰrr）に基づいて車速ｖを算出する。車輪速度センサ１６１は、車速センサ１６１とも称呼される。舵角センサ１６２は、ステアリングシャフト１４２に取り付けられ、左前輪ＷＦＬ及び右前輪ＷＦＲの舵角（操舵量）ｓ_f を表す出力信号を発生するようになっている。なお、舵角センサ１６２は、牽引車両１００の左旋回時に検出される値を正として舵角ｓ_f を検出するようになっている。

ヨーレートセンサ１６３は、牽引車両１００に取り付けられ、牽引車両１００に発生するヨーレートω_a を表す出力信号を発生するようになっている。横加速度センサ１６４は、牽引車両１００の車体の横方向の加速度を検出可能なセンサである。横加速度センサ１５４は、牽引車両１００の車体に取り付けられ、横加速度ｇ_y を表す出力信号を発生するようになっている。横加速度センサ１６４は、牽引車両１００の左旋回時に検出される値を正として（右方向の加速度を正として）横加速度ｇ_y を検出するようになっている。

後方カメラ１６５は、牽引車両１００の後方を撮像可能な位置に取り付けられる。後方カメラ１６５は、牽引車両１００の後方の画像データ（被牽引車両２００及びヒッチ部３００を含む画像データ）を出力するようになっている。圧力センサ１６６は、ブレーキバルブ１３２の直ぐ下流側に接続され、空気圧ｐｂを表す出力信号を発生するようになっている。

トーイングモード選択スイッチ１６７は、被牽引車両２００が牽引車両１００と連結された状態にあるか否かを択一的に選択可能なスイッチであり、牽引車両１００の運転席から操作可能な位置に取り付けられる。運転者はトーイングモード選択スイッチ１６７を、被牽引車両２００を牽引車両１００に連結させたとき「連結状態」を表す位置に設定し、被牽引車両２００を牽引車両１００に連結させていないとき「非連結状態」を表す位置に設定するようになっている。

ナビゲーションシステム１７０は、ナビゲーションＥＣＵ（以下、「ナビＥＣＵ」とも称呼する。）１７１、記憶装置１７２、通信装置１７３及び表示装置１７４等を含んでいる。ナビＥＣＵ１７１は、記憶装置１７２、通信装置１７３及び表示装置１７４等とそれぞれ電気的に接続されており、これらと相互に情報を交換可能に構成されている。更に、ナビＥＣＵ１７１は、制御ＥＣＵ１６０とＣＡＮにより接続されており、制御ＥＣＵ１６０と相互に情報を交換可能に構成されている。

記憶装置１７２は、地図情報及び各種データベース等を格納する。通信装置１７３は、ＤＳＲＣ、４Ｇ及びＷｉ−Ｆｉ等の無線通信により路側のＤＳＲＣ装置及びインターネット（クラウド）等と通信可能に構成されている。

表示装置１７４は、例えば、液晶ディスプレイを含み、運転者から容易に視認可能な位置に設けられる。表示装置１７４は、ナビＥＣＵ１７１による制御に基づいて地図及びナビゲーション情報を表示することができるようになっている。更に、表示装置１７４は、制御ＥＣＵ１６０による制御に基づいて後述する警告情報を表示することができるようになっている。

被牽引車両２００は、制動装置２１０及び車輪ＷＴ（左輪ＷＴＬ及び右輪ＷＴＲ）等を備えている。制動装置２１０は、ブレーキ回路２１１及び左右のブレーキチャンバ２１２ＴＬ、２１２ＴＲ等を含んでいる。車輪ＷＴの制動力は、ブレーキ回路２１１により、左輪ＷＴＬ及び右輪ＷＴＲにそれぞれ対応するブレーキチャンバ２１２ＴＬ及び２１２ＴＲに供給される制動圧が制御されることによって制御される。ブレーキ回路２１１は、図示しないエアタンク及びリレーバルブ等を含み、ブレーキアクチュエータとして機能する。

前述したように、ブレーキ回路２１１は、カップリングホース３１１を介して牽引車両１００のリレーバルブ１３５と接続している。従って、運転者によるブレーキペダル１３１の踏力に応じた圧力がブレーキ回路２１１に伝達される。更に、ブレーキ回路２１１内のリレーバルブは、電気コネクタ３１２を経由して牽引車両１００の制御ＥＣＵ１６０と電気的に接続されている。従って、制御ＥＣＵ１６０は、ブレーキチャンバ２１２ＴＬ及び２１２ＴＲの制動圧を制御することができる。

ヒッチ部（連結部）３００は、牽引車両１００の後部に備えられたカプラ３１０と被牽引車両２００の前方下部に突設されたキングピン３２０とが連結して構成される。従って、連結車両１０は旋回時等に、キングピン３２０の中心軸Ｐ０を中心に折れ曲がる。中心軸Ｐ０は以下、「連結点Ｐ０」と称呼される。

ここで、図２に示したように、連結角θ_c は、ヒッチ部３００の連結点Ｐ０を頂点とし、牽引車両１００の前後方向を表す線Ｃａと、被牽引車両２００の前後方向を表す線Ｃｂとのなす角と定義される。連結車両１０の進行方向を線Ｘ１とし、線Ｘ１と線Ｃａとのなす角を牽引車両１００のヨー角θ_a 、線Ｘ１と線Ｃｂとのなす角を被牽引車両２００のヨー角θ_b と定義すると、連結角θ_c は牽引車両１００のヨー角θ_a と被牽引車両２００のヨー角θ_b との差として算出される。つまり、連結角θ_c は、牽引車両１００の単位時間当たりのヨーレートω_a と被牽引車両２００の単位時間当たりのヨーレートω_b との差であり、下記の（１）式にて表される。

θ_c ＝θ_a −θ_b ＝∫ω_a(ｔ)ｄｔ−∫ω_b(ｔ)ｄｔ …（１）

（作動）
次に、連結車両１０が直線路を直進走行中に車線変更する場合を例に、連結車両１０に生じるジャックナイフ現象及びその抑止方法について図３及び図４を参照しながら説明する。

図３（Ａ）に示したように、連結車両１０は片側２車線の直線道路Ｒ１の左車線を紙面の左方から右方に向かって直進している。このとき、牽引車両１００の左前輪ＷＦＬ及び右前輪ＷＦＲ（以下、単に「前輪ＷＦ」とも称呼する。）は転舵されていない（即ち、舵角ｓ_f は０）。このとき、牽引車両１００には、横加速度ｇ_y は発生していない（即ち、横加速度ｇ_y は０）と仮定する。

図３（Ｂ）に示したように、左車線から右車線に車線変更をするため、前輪ＷＦが時計回り（右回り）に転舵されると、前輪ＷＦにスリップ角βｆが生じる。このスリップ角βｆに応じた横力が前輪ＷＦに発生し、その結果、図３（Ｃ）に示したように、牽引車両１００の前方が右車線に進入する。このとき、牽引車両１００には右方向に横加速度ｇ_y が発生し、時計回り（右回り）のヨーモーメントが発生する。

ここで、後輪等価コーナリングパワーに着目すると、図４に示したように、通常、牽引車両１００のような大型車の車輪の等価コーナリングパワーは、比較的荷重が小さい領域においては、荷重が増大するにつれて大きくなる。しかし、更に車輪の荷重が増大すると、等価コーナリングパワーは減少に転じる。つまり、例えば、被牽引車両２００の積載量が過大であり、牽引車両１００の後輪ＷＲに過大な荷重が入力される場合、後輪等価コーナリングパワーＫ_r は低下する。その結果、後輪のヨー方向の固有振動数が低下するので、牽引車両１００に発生した時計回りのヨーモーメントが収束する時間が長くなり、牽引車両１００の前後方向と、牽引車両１００の進行方向と、のなす角が広がってしまう（つまり、連結角θ_c が増大する。）。その結果、牽引車両１００の車速の進行方向成分は低下するので、牽引車両１００は後方から被牽引車両２００に押される。

その結果、図５（Ａ）に示したように、被牽引車両２００に反時計回り（左回り）のヨーモーメントが発生し、被牽引車両２００が、進行方向に向かって左方向に車体の向きを変えることがある。この状態はジャックナイフ現象が発生する可能性が高い状態であると考えられる。

そこで、制御ＥＣＵ１６０は、牽引車両１００の左後輪ＷＲＬ及び右後輪ＷＲＲ（以下、単に「後輪ＷＲ」とも称呼する。）を時計回り（右回り）に転舵させる。これにより、牽引車両１００に反時計回り（左回り）のヨーモーメントが発生するので、牽引車両１００に発生していた時計回りのヨーモーメントが相殺され、更に、牽引車両１００の前後方向は進行方向に近付く。その結果、被牽引車両２００の車体の向きは、図５（Ｂ）に示したように進行方向に向かって右側（右車線側）に変化する。このように、本制御装置によれば、ジャックナイフ現象が発生する可能性が高い状態を回避することによりジャックナイフ現象の発生を防止することができる。

（実際の作動）
次に、本制御装置の実際の作動について説明する。ＥＣＵ１５０のＣＰＵ（以下、単に「ＣＰＵ」と称呼する。）は、所定時間が経過する毎に図６にフローチャートにより示した安定走行制御ルーチンを実行するようになっている。

ＣＰＵは、所定のタイミングになると、ステップ６００から処理を開始してステップ６０５に進み、トーイングモード（被牽引車両２００が連結された状態）にあるか否かを判定する。トーイングモード選択スイッチ１６７によりトーイングモードが選択されていない場合、ＣＰＵはステップ６０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ６９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。

一方、トーイングモード選択スイッチ１６７によりトーイングモードが選択されている場合、ＣＰＵはステップ６０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６１０に進み、舵角ｓ_f の大きさ｜ｓ_f ｜が所定の舵角閾値ｓ_fth 以上であるか否かを判定する。ステップ６１０は、直進状態において運転者によりステアリング操作が行われたか否かを判定するためのステップであり、舵角閾値ｓ_fth は、例えば、１０°以下の比較的小さい値に設定される。運転者によるステアリング操作がない場合、舵角ｓ_f の大きさ｜ｓ_f ｜は舵角閾値ｓ_fth より小さい。よって、ＣＰＵはステップ６１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ６９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。

一方、舵角ｓ_f の大きさ｜ｓ_f ｜が舵角閾値ｓ_fth 以上である場合、ＣＰＵはステップ６１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６１５に進み、後輪等価コーナリングパワーＫ_r を推定する。

後輪等価コーナリングパワーＫ_r は、例えば、以下の方法により推定することができる。牽引車両１００の横方向の運動方程式及び重心ＣＧまわりの回転の運動方程式はそれぞれ下記の（２）式及び（３）式にて表される。

ここで、ｍは車両重量、ｖは車速、βは車体スリップ角、ω_a はヨーレート、Ｋ_f は前輪の等価コーナリングパワー（サスペンションのコンプライアンスを考慮したコーナリングパワー）、ｌ_f は重心ＣＧと前輪車軸との間の距離、ｌ_r は重心ＣＧと後輪車軸との間の距離、ｓ_f は前輪の舵角、ｓ_r は後輪の舵角、Ｉは重心ＣＧまわりのヨーイング慣性モーメントである。更に、車速ｖ、横加速度ｇ_y 、ヨーレートω_a 及び車体スリップ角βとの間には下記の（４）式の関係が成立する。

上記（４）式を用いて（２）式及び（３）式から車体スリップ角βを消去し、（２）式及び（３）式を連立方程式として前輪等価コーナリングパワーＫ_f 及び後輪等価コーナリングパワーＫ_r について解くことにより、下記の（５）式及び（６）式が得られる。

（５）式は、横加速度ｇ_y 、車速ｖ、ヨーレートω_a 、前輪の舵角ｓ_f 及び後輪の舵角ｓ_r から前輪等価コーナリングパワーＫ_f を推定する式であり、（６）式は、横加速度ｇ_y 、車速、ヨーレートω_a 、前輪の舵角ｓ_f 及び後輪の舵角ｓ_r から後輪等価コーナリングパワーＫ_r を推定する式である。

次いで、ＣＰＵはステップ６２０に進み、後輪等価コーナリングパワーＫ_r が所定の第１閾値Ｔｈ１未満であるか否かを判定する。所定の第１閾値Ｔｈ１は、牽引車両１００の車格、牽引可能な被牽引車両２００に対するキャパシティ等の諸元に基づいて定まる。ＣＰＵは、ナビゲーションシステム１７０を通じてインターネット上のデータベースから第１閾値Ｔｈ１をダウンロードし、制御ＥＣＵ１６０内のＲＡＭに格納する。

後輪等価コーナリングパワーＫ_r が第１閾値Ｔｈ１未満である場合、ＣＰＵはステップ６２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６２５に進み、表示装置１７４に図７に示す警告「警告！スピード落とせ！」を表示させる。

次いで、ＣＰＵはステップ６３０に進み、車速ｖ及び操舵量（左前輪ＷＦＬ及び右前輪ＷＦＲの舵角）ｓ_f に基づいて、所定期間内に発生し得る最大車速ｖmax 及び最大操舵量ｓ_fmaxを予測する。最大車速ｖmax 及び最大操舵量ｓ_fmaxの予測は、例えば、ナビＥＣＵ１７１のＣＰＵの人工知能を用いて予測する。人工知能は例えば、時系列データ（所定時間毎に取得されたデータ）を入力することにより数秒後の状態を予測することが可能な再帰型ニューラルネットワーク（以下、「ＲＮＮ」と称呼する。）が用いられる。ＣＰＵは、運転者の車両操作の傾向を学習した結果、ナビＥＣＵ１７１から取得した交通状況、車速ｖの時系列データ及び操舵量ｓ_f の時系列データ等に基づいて、今後数秒以内に発生し得る最大車速ｖmax 及び最大操舵量ｓ_fmaxを予測する。

なお、ＲＮＮ等の人工知能のアルゴリズムは、最新の（例えば、予測精度が高い）アルゴリズムが開発されると、インターネット上のデータベースにアップロードされるようになっている。従って、ＣＰＵは、ナビゲーションシステム１７０を通じてインターネット上のデータベースから最新のアルゴリズムをダウンロードして、このアルゴリズムを適時に利用することができる。

次いで、ＣＰＵはステップ６３５に進み、最大車速ｖmax 及び最大操舵量ｓ_fmaxの積が所定の第２閾値Ｔｈ２以上であるか否かを判定する。図８に示したように、横軸に最大操舵量ｓ_fmax 、縦軸に最大車速ｖmax をとると、閾値Ｔｈ２は、図中の実線にて表される。最大車速ｖmax 及び最大操舵量ｓ_fmaxの積がこの閾値Ｔｈ２未満の領域にある場合、ＣＰＵはステップ６３５にて「Ｎｏ」と判定してステップ６９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。一方、最大車速ｖmax 及び最大操舵量ｓ_fmaxの積がこの閾値Ｔｈ２以上の領域にある場合、ＣＰＵはステップ６３５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６４０に進む。

ＣＰＵはステップ６４０に進むと、横加速度ｇ_y が負の値である（０より小さい）か否かを判定する。即ち、牽引車両１００の左方向に加速度が発生しているか否かを判定する。

横加速度ｇ_y が負の値である場合、ＣＰＵはステップ６４０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６４５に進み、第２転舵装置１５０を用いて左後輪ＷＲＬ及び右後輪ＷＲＲを反時計回りに所定量だけ転舵させ、ステップ６９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。一方、横加速度ｇ_y が０以上である場合、ＣＰＵはステップ６４０にて「Ｎｏ」と判定してステップ６５０に進み、第２転舵装置１５０を用いて左後輪ＷＲＬ及び右後輪ＷＲＲを時計回りに所定量だけ転舵させる。

ところで、ＣＰＵがステップ６２０にて「Ｎｏ」と判定した場合、ジャックナイフ現象が発生する可能性は低いが、代わってスウェイ現象が発生する可能性がある。そこで、ＣＰＵはステップ６５５に進み、連結角θ_c を算出する。より具体的に述べると、ＣＰＵは、ステップ６５５にてヨーレートセンサ１６３により検出された牽引車両１００の単位時間当たりのヨーレートω_a と、後方カメラ１６５により撮影された画像データから計算された被牽引車両２００の単位時間当たりのヨーレートω_b を前述の（１）式に適用することにより連結角θ_c を算出する。

次いで、ＣＰＵはステップ６６０に進み、連結角減衰比ζを推定する。例えば、スウェイ現象が発生しているとき、連結角θ_c は横軸を時間とすると、図９（Ａ）に示したような振動波形により表される。図９（Ａ）において、最初の振幅をａ₁ 、２番目の振幅をａ₂ とすると、連結角減衰比ζは、下記の（７）式にて表される。

ζ＝ln(ａ₁／ａ₂)／π …（７）

ところで、振幅ａ₁ と振幅ａ₂ の比が１に比較的近い場合、上記（２）式によって連結角減衰比ζを算出すると誤差が大きくなる虞がある。スウェイ現象による振動は「減衰自由振動」であると考えられるから、図９（Ｂ）に示したように、連結角減衰比ζは、時刻ｔ_n におけるｎ番目の振幅をａ_n 、同様にｎ＋１、…、ｎ＋ｍ番目の振幅をそれぞれａ_n+1 、…、ａ_n+m とすると、下記の（８）式にて定義される。

ζ＝ln(ａ_n／ａ_n+1)／π ＝ln(ａ_n+1／ａ_n+2)／π＝ln(ａ_n+m-1／ａ_n+m)／π …（８）

（８）式において、ｍ周期分を考慮すると（ｍ周期分について足し合わせると）、

ｍζ＝ln(ａ_n／ａ_n+1)・(ａ_n+1／ａ_n+2)・…・(ａ_n+m-1／ａ_n+m)／π …（９）

よって、連結角減衰比ζは、下記の（１０）式により求められる。

ζ＝ln(ａ_n／ａ_n+m)／(π・ｍ) …（１０）

ＣＰＵは、ステップ６６０にて、連結角減衰比ζをｎ番目の振幅ａ_n と（ｎ＋ｍ）番目の振幅ａ_n+m の比の対数をとり、その値を振幅ａ_n と振幅ａ_n+m との間に存在する振幅の個数ｍで除することにより演算する（推定する）。なお、連結角減衰比ζが正の値である場合、連結角θ_c の振動振幅は時間の経過とともに減少していることを表し、連結角減衰比ζが負の値である場合、連結角θ_c の振動振幅は時間の経過とともに増加していることを表している。

次いで、ＣＰＵはステップ６６５に進み、連結角減衰比ζが所定の閾値Ｔｈ３以下であるか否かを判定する。前述したように、スウェイ現象は連結角減衰比ζが正の値である場合に発生する可能性が高い。そこで、第３閾値Ｔｈ３は、例えば、０よりも僅かに大きい値である０．１に定められる。

スウェイ現象は、ジャックナイフ現象と異なり、発生初期には左右の振動が微小であるため、運転者による制動操作によって、スウェイ現象を抑制し得るが、一方で、左右の振動が微小であるため、運転者が気付き難い。そこで、連結角減衰比ζの値が第３閾値Ｔｈ３以下である場合、ＣＰＵはステップ６６５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６７０に進み、表示装置１７４に警告「警告！スピード落とせ！」を表示させる。更に、ＣＰＵは、表示装置１７４にスウェイ状態の連結車両１０の動きを模した映像を表示させ、運転者に注意を促す（図１０を参照。）。この場合、ＣＰＵは、図１０（Ａ）に示した画像と図１０（Ｂ）に示した画像とを交互に表示装置１７４に表示させることにより、スウェイが発生していることを運転者に報知する。

次いで、ＣＰＵはステップ６７５に進み、スウェイ抑止制御（トレーラスウェイ制御、ＴＳＣ：Trailer Sway Control）を実行してステップ６９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。スウェイ抑止制御は、周知の方法により行われる。例えば、駆動装置１１０の出力トルクを低減したり、牽引車両１００の各車輪に独立した制動力を作用させることにより、トーイング車両の揺動を抑止する（特開平１０−２３６２８９号公報、特開２００９−１０１９９４号公報を参照。）。

一方、連結角減衰比ζの値が第３閾値Ｔｈ３より大きい場合、ＣＰＵはステップ６６５にて「Ｎｏ」と判定してステップ６９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。つまり、この場合、ＣＰＵはジャックナイフ現象抑制制御もＴＳＣも実行しない。

以上、本制御装置によれば、操舵装置（第１転舵アクチュエータ）１４０により左前輪ＷＦＬ及び右前輪ＷＦＲが転舵された場合において、
（１）少なくとも前記操舵量、前記ヨーレート、前記横加速度及び前記牽引車両１００の車両諸元に基づいて推定される牽引車両１００の後輪等価コーナリングパワーＫ_r が所定の第１閾値Ｔｈ１以下であるか否かを判定し（ステップ６２０）、
（２）前記推定された後輪等価コーナリングパワーＫ_r が所定の第１閾値Ｔｈ１以下であると判定したとき、検出された車速ｖの時系列データに基づいて所定期間内に発生し得る最大車速ｖmax を予測するとともに検出された操舵量ｓの時系列データに基づいて所定期間内に発生し得る最大操舵量ｓ_fmaxを予測し（ステップ６３０）、
（３）予測された最大車速ｖmax と予測された最大操舵量ｓ_fmaxとの積が所定の第２閾値Ｔｈ２以上であるか否かを判定し（ステップ６３５）、
（４）最大車速ｖmax と最大操舵量ｓ_fmaxとの積が所定の第２閾値Ｔｈ２以上であると判定したとき、牽引車両１００に発生する横加速度ｇ_y を小さくする方向に牽引車両１００のヨーモーメントを与えるように第２転舵アクチュエータ１５０を制御する（ステップ６４０〜ステップ６５０）、ように構成される。

これによれば、ジャックナイフ現象を効果的に防止することが可能な牽引車両の制御装置を提供することができる。

＜変形例＞
本発明は上記実施形態に限定されることはなく、以下に述べるように、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。

上記実施形態において、ジャックナイフ現象を防止する制御として、第２転舵装置１５０の制御を行ったが、牽引車両１００に発生している横加速度ｇ_y を小さくさせることができればよいので、上記制御に代えて牽引車両１００の左右の車輪にそれぞれ異なる制動力を作用させてもよい。

より具体的に述べると、ＣＰＵが図６のステップ６４０にて「Ｙｅｓ」と判定した場合、ＣＰＵは、ステップ６４５に代わるステップ６４５Ａ（図示せず。）に進み、右前輪ＷＦＲ及び右後輪ＷＲＲに制動力を作用させる（即ち、ブレーキチャンバ１３４ＦＲ及び１３４ＲＲに制動圧を付与する。）。一方、ステップ６４０にて「Ｎｏ」と判定した場合、ＣＰＵは、ステップ６５０に代わるステップ６５０Ａ（図示せず。）に進み、左前輪ＷＦＬ及び左後輪ＷＲＬに制動力を作用させる（即ち、ブレーキチャンバ１３４ＦＬ及び１３４ＲＬに制動圧を付与する。）。なお、この場合、牽引車両は第２転舵装置１５０を備えていなくてもよい。

上記実施形態において、ＣＰＵはナビＥＣＵ１７１を介して車外のネットワークから入手した最新のアルゴリズム及び交通状況等を用いて最大車速及び最大操舵量を予測していたが、ナビゲーションシステムを備えていない牽引車両においては、制御ＥＣＵ１６０内のＲＯＭ及びＲＡＭに記憶されているデータベースを用いて最大車速及び最大操舵量を予測してもよい。

上記実施形態において、制動装置１３０はエアの圧力により牽引車両１００及び被牽引車両２００のブレーキ力を制御していたが、制動装置は、一般的な油圧式又は電動式の制動装置であってもよい。

上記実施形態において、ジャックナイフ現象を防止するために第２転舵装置１５０と制動装置１３０の何れか一方を制御していたが、第２転舵装置１５０と制動装置１３０とを同時に制御してもよい。

上記実施形態において、牽引車両１００は第２転舵装置１５０を備えていたが、本発明は、第２転舵装置を備えていない（後輪を転舵できない）牽引車両に適用されてもよい。
この場合、ジャックナイフ現象を防止するために制動アクチュエータのみを用いて制御を行えばよい。

上記実施形態において、被牽引車両２００のヨー角θ_b は牽引車両１００が備える後方カメラ１６５により撮像された画像データに基づいて算出されたが、被牽引車両がヨーレートセンサを備え、このヨーレートセンサの検出値に基づいて算出されてもよい。

上記実施形態において、被牽引車両２００が牽引車両１００に連結されているか否は、運転者のトーイングモード選択スイッチ１６７の操作により選択されていたが、アクセル開度と牽引車両の前後加速度との関係から求められてもよい。この場合、牽引車両には、更に前後加速度を検出する前後加速度センサが備えられ、例えば、アクセル開度の変化に対し、前後加速度の変化が小さい場合には牽引車両に被牽引車両が連結されていると判定されてもよい。或いは、被牽引車両２００が連結されているか否かは、ヒッチ部３００のカプラ３１０に設けられたロックセンサにより、キングピン３２０がカプラ３１０に挿入されカプラ３１０がロックされていることを以て判定されてもよい。

上記実施形態において、牽引車両１００は、駆動力伝達機構１２０により、前輪に駆動装置１１０の駆動力が伝達される所謂前輪駆動の車両であったが、牽引車両は後輪のみに駆動力が伝達される所謂後輪駆動の車両であってもよい。更に、牽引車両は、前輪と後輪の両方に駆動力が伝達される所謂四輪駆動の車両であってもよい。

上記実施形態において、駆動装置１１０は内燃機関及び変速装置を含む構成であったが、駆動装置は、電動機及び変速装置の組合せ、並びに、内燃機関、電動機及び変速装置の組合せであるハイブリッド駆動装置により構成されてもよい。

１０…連結車両、１００…牽引車両、１１０…駆動装置、１２０…駆動力伝達機構、１３０…制動装置（制動アクチュエータ）、１４０…第１転舵装置（第１転舵アクチュエータ）、１５０…第２転舵装置（第２転舵アクチュエータ）、１６０…制御ＥＣＵ（制御部）、１６１…車速センサ、１６２…舵角センサ、１６３…ヨーレートセンサ、１６４…横加速度センサ、２００…被牽引車両、３００…ヒッチ部（連結部）、ｇ_y …横加速度、Ｋ_r …後輪等価コーナリングパワー、ｓ_f …前輪の舵角（操舵量）、ｓ_fmax…最大操舵量、ｖ…車速、ｖmax…最大車速、ＷＦＬ…左前輪、ＷＦＲ…右前輪、ＷＲＬ…左後輪、ＷＲＲ…右後輪、ＷＴＬ…被牽引車両の左輪、ＷＴＲ…被牽引車両の右輪、ω_a …牽引車両のヨーレート。

Claims (1)

1. 被牽引車両を牽引する牽引車両であって、
   駆動力を発生する駆動装置と、
   運転者のステアリング操作に基づいて前記牽引車両の前輪を転舵する第１転舵アクチュエータと、
   前記牽引車両の後輪を転舵する第２転舵アクチュエータと、
   前記牽引車両の前記前輪、前記後輪及び前記被牽引車両の車輪にそれぞれ制動力を作用させる制動アクチュエータと、
   を備える牽引車両に適用され、
   前記牽引車両の車速を検出する車速センサと、
   前記前輪の操舵量を検出する舵角センサと、
   前記牽引車両のヨーレートを検出するヨーレートセンサと、
   前記牽引車両の横加速度を検出する横加速度センサと、
   前記第２転舵アクチュエータ及び前記制動アクチュエータをそれぞれ作動させることが可能な制御部と、
   を備えた牽引車両の制御装置において、
   前記制御部は、
   前記第１転舵アクチュエータにより前記前輪が転舵された場合において、
   少なくとも前記操舵量、前記ヨーレート、前記横加速度及び前記牽引車両の車両諸元に基づいて推定される前記牽引車両の後輪等価コーナリングパワーが所定の第１閾値以下であるか否かを判定し、
   前記推定された後輪等価コーナリングパワーが前記所定の第１閾値以下であると判定したとき、
   前記検出された車速の時系列データに基づいて所定期間内に発生し得る最大車速を予測するとともに前記検出された操舵量の時系列データに基づいて前記所定期間内に発生し得る最大操舵量を予測し、
   前記予測された最大車速と前記予測された最大操舵量との積が所定の第２閾値以上であるか否かを判定し、
   前記最大車速と前記最大操舵量との積が前記所定の第２閾値以上であると判定したとき、前記牽引車両に発生する前記横加速度を小さくする方向に前記牽引車両のヨーモーメントを与えるように前記第２転舵アクチュエータ又は前記制動アクチュエータを制御するように構成された、
   制御装置。
   
   

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