JP2021098407A - セミトレーラ連結角計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】既存のセミトレーラへの適用が容易であり、かつ天候に左右されずにトラクタとトレーラの連結角を計測できるセミトレーラ連結角計測装置を提供する。【解決手段】ワイヤ式リニアスケール２０Ａ，２０Ｂと、ワイヤ式リニアスケール２０Ａ，２０Ｂによる検出長さＸａ，Ｘｂから連結角θを演算する演算装置３０と、を備える。ワイヤ式リニアスケール２０Ａ，２０Ｂは、先端固定具２２Ａ，２２Ｂを有するワイヤ２４と、ワイヤ２４をたるみなく巻き取りかつ先端固定具２２Ａ，２２Ｂまでの長さを検出するエンコーダ本体２６Ａ，２６Ｂとを有する。エンコーダ本体２６Ａ，２６Ｂが、トラクタ１に回動可能に固定され、先端固定具２２Ａ，２２Ｂが、トレーラ２の連結点Ｏから離れた位置Ｐに回動可能に固定されている。【選択図】図２

Description

本発明は、トラクタとトレーラの連結角を計測するセミトレーラ連結角計測装置に関する。

セミトレーラ（Ｓｅｍｉ−ｔｒａｉｌｅｒ）とは、トラクタのカプラにトレーラが連結された運搬車を意味する。トラクタは、トレーラが連結されて運転することを前提とした構造になっており、トラクタ単体には積載スペースがない。またトレーラ単体には前輪がなく、非連結時にはどちらも運搬車としての役割を果たさない特徴がある。

セミトレーラでは、トレーラがカプラを介してトラクタに連結されているため、トラクタの前後方向に対しトレーラの前後方向はカプラを中心に自由に折れ曲がることができる。以下、トラクタとトレーラの折れ角を「連結角」と呼ぶ。

セミトレーラの運転は、通常の車両（例えばトラック）と比較して難しく、右左折、バック、方向転換などの際に発生する連結角に特別の注意が必要となる。
そこで、セミトレーラの連結角を検出する手段が、既に提案されている（例えば、特許文献１、２）。

特許文献１の「トレーラ連結角検出装置」は、トラクタに取り付けたスキャンレーダによりトレーラの後端部との距離及び角度を検出し、その他のトレーラ諸元などによりトラクタとトレーラの連結角を算出する。

特許文献２の「車両間の連結相対角度検出装置」は、第１偏光フィルタ、第２偏光フィルタ、光量検出手段、及び制御部を備える。第１偏光フィルタは、連結部材の一方に設けられ検査光に偏光状態を与える。第２偏光フィルタは、他方の連結部材に設けられ偏光した検査光が入射する。光量検出手段は、第２偏光フィルタを透過した検査光の光量を検出する。制御部は、検出光の光量に基づいて車両間の相対角度を求める。

特開２００１−１９１９６４号公報 特開２００８−１４３１９２号公報

特許文献１の手段は、スキャンレーダを用いるため、高価であり、かつ雨天時の運用における信頼性が低い。
特許文献２の手段は、連結部材（カプラ、連結ピン）に偏光フィルタや光量検出手段を組み込む必要があり、既存のセミトレーラへの適用が困難である。

本発明は上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち本発明の目的は、既存のセミトレーラへの適用が容易であり、かつ天候に左右されずにトラクタとトレーラの連結角を計測できるセミトレーラ連結角計測装置を提供することにある。

本発明によれば、トラクタとトレーラが連結点を中心に回動自在に連結されたセミトレーラの連結角を計測するセミトレーラ連結角計測装置であって、
先端固定具を有するワイヤと、該ワイヤをたるみなく巻き取りかつ前記先端固定具までの長さを検出するエンコーダ本体とを有するワイヤ式リニアスケールと、
前記ワイヤ式リニアスケールによる検出長さから前記連結角を演算する演算装置と、を備え、
前記エンコーダ本体が、前記トラクタに回動可能に固定され、
前記先端固定具が、前記トレーラの前記連結点から離れた位置に回動可能に固定されている、セミトレーラ連結角計測装置が提供される。

本発明によれば、エンコーダ本体がトラクタに固定され、先端固定具がトレーラの連結点から離れた位置に固定されているので、連結角の変化に応じてエンコーダ本体に対する先端固定具の相対位置が変化する。従って、エンコーダ本体が検出する検出長さ（エンコーダ本体と先端固定具の相対距離）から連結角を計測することができる。

また、エンコーダ本体と先端固定具をトラクタとトレーラに固定するだけで連結角を計測できるので、既存のセミトレーラへの適用が容易である。さらに、ワイヤ式リニアスケールは雨天時にも使用できるので、天候に左右されずに連結角を計測できる。

セミトレーラの平面図である。 セミトレーラ連結角計測装置の第１実施形態を示す図１の部分拡大図である。 図２の幾何学的説明図である。 セミトレーラ連結角計測装置の第２実施形態を示す幾何学的説明図である。 検出長さＸｃと連結角θの関係を示す図である。

以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は、セミトレーラ１００の平面図である。
この図において、セミトレーラ１００は、トラクタ１とトレーラ２が連結点Ｏを中心に水平方向に回動自在に連結されている。以下、「回動自在」とは鉛直軸を中心に自由に回転できることを意味する。
トラクタ１は、その前後方向の軸線（第１軸線３）を有し、その軸線上の後部にカプラ４が固定されている。
トレーラ２は、その前後方向の軸線（第２軸線５）を有し、その軸線上の前部に連結ピン６が固定されている。
セミトレーラ１００は、カプラ４に連結ピン６が回動自在に嵌合し、トラクタ１の第１軸線３に対しトレーラ２の第２軸線５が、連結点Ｏを中心に自由に折れ曲がることができるようになっている。

以下、トラクタ１の前後方向をＸ軸、トラクタ１の幅方向をＹ軸とする。また、トラクタ１の第１軸線３に対するトレーラ２の第２軸線５の角度θを連結角と呼ぶ。連結角θは、この図において反時計回り方向を正とする。第１軸線３と第２軸線５が一致又は平行な場合、連結角θは０である。

図２は、セミトレーラ連結角計測装置１０の第１実施形態を示す図１の部分拡大図である。
本発明によるセミトレーラ連結角計測装置１０（以下、「計測装置１０」）は、トラクタ１とそのカプラ４に連結されて走行するトレーラ２との連結角θを計測する装置である。
この図において、計測装置１０は、１対のワイヤ式リニアスケール２０Ａ，２０Ｂと演算装置３０とを備える。

１対のワイヤ式リニアスケール２０Ａ，２０Ｂは、先端に固定具（以下、「先端固定具２２Ａ，２２Ｂ」）を有するワイヤ２４と、ワイヤ２４をたるみなく巻き取りかつ先端固定具２２Ａ，２２Ｂまでの長さを検出するエンコーダ本体２６Ａ，２６Ｂとを有する。以下、検出された長さを検出長さＸａ，Ｘｂと呼ぶ。
ワイヤ式リニアスケール２０Ａ，２０Ｂは、例えば、ワイヤ式リニアエンコーダとして市販されている。

演算装置３０は、例えば入力装置、出力装置、記憶装置、及び演算装置を有するコンピュータ（ＰＣ）であり、１対のワイヤ式リニアスケール２０Ａ，２０Ｂによる検出長さＸａ，Ｘｂから連結角θを演算する。
この演算内容は後述する。

図２において、１対のエンコーダ本体２６Ａ，２６Ｂは、トラクタ１に回動可能に固定されている。
この例で、１対のエンコーダ本体２６Ａ，２６Ｂは、トラクタ１の車幅方向に第１間隔Ｌ１を隔てた第１固定点Ａと第２固定点Ｂにそれぞれ回動可能に固定されている。
また、１対の先端固定具２２Ａ，２２Ｂは、トレーラ２の連結点Ｏから離れた位置に回動可能に固定されている。
この例で、１対の先端固定具２２Ａ，２２Ｂは、トレーラ２の同一の第３固定点Ｐに回動可能に固定されている。

図３は、図２の幾何学的説明図である。以下この図を用いて、演算装置３０による演算内容を説明する。

図３（Ａ）において、第１固定点Ａと第２固定点Ｂは、カプラ４（連結点Ｏ）を通るトラクタ１の前後方向の第１軸線３と第１固定点Ａと第２固定点Ｂを結ぶ線との第１交点Ｃに対し互いに反対方向に位置する。
また、第３固定点Ｐは、カプラ４を通るトレーラ２の前後方向の第２軸線５上であってカプラ４より進行方向の前方に位置する。
さらに、第１固定点Ａ、第２固定点Ｂ、及ぶ第３固定点Ｐは、カプラ４を通る鉛直軸に対し直交する同一の水平面上に位置する。

図３に記載の各符号を以下のように定義する。
角度θ：連結角θ
点Ａ：第１固定点Ａ
点Ｂ：第２固定点Ｂ
点Ｃ：第１交点Ｃ
点Ｏ：連結点Ｏ
点Ｐ：第３固定点Ｐ
点Ｄ：点Ｐを通るＹ軸に平行な線に対する点Ａからの垂線の足
点Ｅ：点Ｐを通るＹ軸に平行な線に対する点Ｂからの垂線の足
点Ｆ：点Ｐを通るＹ軸に平行な線に対する点Ｃからの垂線の足

図３（Ａ）から、線分ＰＥの長さ＞線分ＥＦの長さのとき、角度θ＞０、線分ＰＦの長さ＞０となる。
以下、線分の名称（例えばＰＥ）は線分の長さを表わすものとする。また∠ＰＢＡを角度αとする。

以下、点Ａ，Ｂの間隔を第１間隔Ｌ１、点Ｂと点Ｃの間隔を第２間隔Ｌ２、点Ｏと点Ｃの間隔を第３間隔Ｌ３とする。

図３（Ａ）（Ｂ）から、幾何学的に以下の式が導かれる。
△ＯＰＦにおいて、ｔａｎθ＝ＰＦ／ＯＦ・・・（１）
ＰＦ＝ＰＥ−ＥＦ＝ＰＥ−ＢＣ・・・（２）
△ＰＥＢにおいて、ＰＥ＝ＢＰ・ｃｏｓα・・・（３）

△ＡＢＰにおいて、ｃｏｓα＝（ＢＰ^２＋ＡＢ^２−ＡＰ^２）／（２・ＢＰ・ＡＢ）＝（Ｘｂ^２＋Ｌ１^２−Ｘａ^２）／（２・Ｘｂ・Ｌ１）・・・（４）
ＯＦ＝ＯＣ−ＣＦ＝ＯＣ−ＢＰ・ｓｉｎα・・・（５）

△ＯＰＦにおいて、式（１）（２）から、
ｔａｎθ＝（ＢＰ・ｃｏｓα−ＢＣ）／（ＯＣ−ＢＰ・ｓｉｎα）＝（Ｘｂ・ｃｏｓα−Ｌ２）／（Ｌ３−Ｘｂ・ｓｉｎα）・・・（６）

式（４）において、第１間隔Ｌ１は既知であり、検出長さＸａ，Ｘｂは、ワイヤ式リニアスケール２０Ａ，２０Ｂによりリアルタイムに計測される。従って、ｃｏｓα及び角度αを演算装置３０によりリアルタイムに演算することができる。
また式（６）において、第２間隔Ｌ２と第３間隔Ｌ３は既知であり、検出長さＸｂは、ワイヤ式リニアスケール２０Ｂによりリアルタイムに計測される。従って、ｔａｎθ及び角度θを演算装置３０によりリアルタイムに演算することができる。
さらに連結角θの正負は、式（６）から自動的に求まる。

また、第１固定点Ａと第２固定点Ｂが、第１交点Ｃから同一距離に位置している場合には、連結角θの正負を１対のワイヤ式リニアスケール２０Ａ，２０Ｂによる１対の検出長さＸａ，Ｘｂから判別することもできる。
すなわち、図３において、Ｘａ＝Ｘｂであればθ＝０、Ｘａ＜Ｘｂであればθ＞０、Ｘａ＞Ｘｂであればθ＜０、と判別することができる。

図４は、セミトレーラ連結角計測装置１０の第２実施形態を示す幾何学的説明図である。
図４（Ａ）において、１台のワイヤ式リニアスケール２０Ｃのみが用いられる。エンコーダ本体２６Ｃはトラクタ１上の固定点Ａに固定される。このとき、固定点Ａと連結点Ｏについて、第１軸線３に平行な距離成分をＬ３、直角な距離成分をＬ４とする。
先端固定具２２Ｃはトレーラ２上の固定点Ｑに固定される。このとき、固定点Ｑと連結Ｏについて、第２軸線５に平行な距離成分をＬ５，直角な距離成分をＬ６とする。
なお、エンコーダ本体２６Ｃおよび先端固定具２２Ｃの固定位置は任意である。たとえば、エンコーダ本体２６Ｃを第１軸線３上、先端固定具２２Ｃを第２軸線５上に固定してもよい。

図４において、エンコーダ本体２６Ｃと先端固定具２２Ｃが同一の高さに固定されている。固定点Ａと連結点Ｏの距離をＬ、固定点Ｑと連結点Ｏの距離をＲ、エンコーダ本体２６Ｃによる検出長さをＸｃ、角ＡＯＱを変化角β、点Ａ−Ｏと第１軸線３との角度を偏差角φ、点Ｑ−Ｏと第２軸線５との角度を偏差角ψとする。
図４の関係から、角θ・β・φ・ψは以下の関係がある。
β＝θ＋φ＋ψ・・・（７）
このとき、偏差角φおよび偏差角ψは以下の式で求められる。
ｓｉｎφ＝Ｌ４／Ｌ・・・（８）
ｓｉｎψ＝Ｌ６／Ｒ・・・（９）
図４（Ａ）（Ｂ）から連結角θが、以下の式で求められる。
ｃｏｓ（θ＋φ＋ψ）＝（Ｌ^２＋Ｒ^２−Ｘｃ^２）／（２・Ｌ・Ｒ）・・・（１０）
エンコーダ本体２６Ｃを第１軸線３上、先端固定具２２Ｃを第２軸線５上に固定した場合は、Ｌ４・Ｌ６が０となり、φ・ψが０となる。

なお、エンコーダ本体２６Ｃと先端固定具２２Ｃは同一の高さに固定しなくてもよい。この場合、エンコーダ本体２６Ｃと先端固定具２２Ｃの高さの違いを用いて、検出長さＸｃの水平距離を算出し、式（１０）を適用することができる。

図４において、トラクタ１に固定されエンコーダ本体２６Ｃの回動方向を検出する回動方向センサ２８を備える。回動方向センサ２８は、例えばリミットスイッチである。
この構成により連結角θの正負を回動方向センサ２８の出力から判別することができる。

図５は、図４の第２実施形態において、Ｌ４＝０（φ＝０）、Ｌ６＝０、Ｌ＝２０００ｍｍ、Ｒ＝５００ｍｍとした場合の、式（１０）に基づく検出長さＸｃと連結角θの関係を示す図である。
この図において横軸は検出長さＸｃ、縦軸は連結角θである。この図から検出長さＸｃから連結角θを１対１で検出できることができることがわかる。
なお、連結角θの範囲は、トラクタ１とトレーラ２が干渉しない限りで原理的には０〜１８０°まで適用できる。また式（１０）に基づく演算は、リアルタイムに限定されず、予め求めた２次曲線から求めてもよい。

上述した本発明の実施形態によれば、エンコーダ本体２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃがトラクタ１に固定され、先端固定具２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃがトレーラ２の連結点Ｏから離れた位置に固定されている。これにより、連結角θの変化に応じてエンコーダ本体２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃに対する先端固定具２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃの相対位置が変化する。従って、エンコーダ本体２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃによる検出長さＸａ，Ｘｂ，Ｘｃから連結角θを計測することができる。

また、エンコーダ本体２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃと先端固定具２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃをトラクタ１とトレーラ２に固定するだけで連結角θを計測できるので、既存のセミトレーラ１００への適用が容易である。さらに、ワイヤ式リニアスケール２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃは雨天時にも使用できるので、天候に左右されずに連結角θを計測できる。

なお本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。

Ａ 第１固定点、Ｂ 第２固定点、Ｃ 第１交点、
Ｌ 直線距離（ＡとＯの距離）、Ｌ１ 第１間隔、Ｌ２ 第２間隔、
Ｌ３ 第３間隔、Ｌ４ 第４間隔、Ｌ５ 第５間隔、Ｌ６ 第６間隔、
Ｏ 連結点、Ｐ 第３固定点、Ｑ 第４固定点、
Ｒ 直線距離（ＱとＯの距離）、Ｘａ，Ｘｂ，Ｘｃ 検出長さ、
θ 連結角、β 変化角、φ 偏差角、ψ 偏差角、
１ トラクタ、２ トレーラ、３ 第１軸線、４ カプラ、
５ 第２軸線、６ 連結ピン、
１０ セミトレーラ連結角計測装置（計測装置）、
２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ ワイヤ式リニアスケール、
２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ 先端固定具、２４ ワイヤ、
２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ エンコーダ本体、２８ 回動方向センサ、
３０ 演算装置、１００ セミトレーラ

Claims (8)

1. トラクタとトレーラが連結点を中心に回動自在に連結されたセミトレーラの連結角を計測するセミトレーラ連結角計測装置であって、
   先端固定具を有するワイヤと、該ワイヤをたるみなく巻き取りかつ前記先端固定具までの長さを検出するエンコーダ本体とを有するワイヤ式リニアスケールと、
   前記ワイヤ式リニアスケールによる検出長さから前記連結角を演算する演算装置と、を備え、
   前記エンコーダ本体が、前記トラクタに回動可能に固定され、
   前記先端固定具が、前記トレーラの前記連結点から離れた位置に回動可能に固定されている、セミトレーラ連結角計測装置。
2. １対の前記ワイヤ式リニアスケールを備え、
   １対の前記エンコーダ本体が、前記トラクタの車幅方向に第１間隔を隔てた第１固定点と第２固定点に回動可能に固定され、
   １対の前記先端固定具が、前記トレーラの同一の第３固定点に回動可能に固定されている、請求項１に記載のセミトレーラ連結角計測装置。
3. 前記第１固定点と前記第２固定点は、前記連結点を通る前記トラクタの前後方向の第１軸線と前記第１固定点と前記第２固定点を結ぶ線との第１交点に対し互いに反対方向に位置し、
   前記第３固定点は、前記連結点を通る前記トレーラの前後方向の第２軸線上であって前記連結点より進行方向の前方に位置し、
   前記第１固定点、前記第２固定点、及び前記第３固定点は、前記連結点を通る鉛直軸に対し直交する同一の水平面上に位置する、請求項２に記載のセミトレーラ連結角計測装置。
4. 前記第１間隔をＬ１、前記第２固定点と前記第１交点の間隔を第２間隔Ｌ２、前記連結点と前記第１交点の間隔を第３間隔Ｌ３、１対の前記エンコーダ本体の前記検出長さをＸａ，Ｘｂとするとき、角度αと前記連結角θが、以下の式で求められる、
   ｃｏｓα＝（Ｘｂ^２＋Ｌ１^２−Ｘａ^２）／（２・Ｘｂ・Ｌ１）、
   ｔａｎθ＝（Ｘｂ・ｃｏｓα−Ｌ２）／（Ｌ３−Ｘｂ・ｓｉｎα）、請求項３に記載のセミトレーラ連結角計測装置。
5. 前記第１固定点と前記第２固定点は、前記第１交点から同一距離に位置しており、
   前記連結角θの正負を１対の前記ワイヤ式リニアスケールによる１対の前記検出長さから判別する、請求項３に記載のセミトレーラ連結角計測装置。
6. 前記エンコーダ本体がトラクタ上の任意の点に、前記先端固定具が前記トレーラの任意の点に位置する、請求項１に記載のセミトレーラ連結角計測装置。
7. 前記エンコーダ本体と前記先端固定具が同一の高さに固定されており、
   前記エンコーダ本体による前記検出長さをＸｃとし、前記エンコーダ本体の固定点と前記連結点の距離をＬとし、前記先端固定具の固定点と前記連結点の距離をＲとして、前記エンコーダ本体の固定点と前記連結点を結ぶ線と前記連結点を通る前記トラクタの前後方向の第１軸線との成す角をφ、前記先端固定具の固定点と前記連結点を結ぶ線と前記連結点を通る前記トレーラの前後方向の第２軸線との成す角をψとした場合、
   前記連結角θが、以下の式で求められる、
   ｃｏｓ（θ＋φ＋ψ）＝（Ｌ^２＋Ｒ^２−Ｘｃ^２）／（２・Ｌ・Ｒ）、請求項６に記載のセミトレーラ連結角計測装置。
8. 前記トラクタに固定され前記エンコーダ本体の回動方向を検出する回動方向センサを備え、
   前記連結角θの正負を前記回動方向センサの出力から判別する、請求項６に記載のセミトレーラ連結角計測装置。
   

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