JP4372771B2

JP4372771B2 - 連結自動車とその走行方法

Info

Publication number: JP4372771B2
Application number: JP2006182783A
Authority: JP
Inventors: 信夫岩井
Original assignee: 財団法人日本自動車研究所
Priority date: 2006-06-30
Filing date: 2006-06-30
Publication date: 2009-11-25
Anticipated expiration: 2026-06-30
Also published as: JP2008012938A

Description

本発明は自動車の技術分野に属するものであり、より詳しくは、貨物輸送などの物流分野で貢献することのできる技術であって、省エネルギ・燃費改善・ＣＯ_２発生量の削減・輸送効率の向上などの観点から開発された連結自動車とその走行方法に関する。

国内の物流についてはトラック輸送（貨物自動車による輸送）が５０％以上を占める。都市間を結ぶ輸送路などは高速道路が主体である。トラック輸送で指摘されている問題の一つは化石燃料の大量消費であり、他の一つはそれにともなうＣＯ_２排出である。ちなみにトラック輸送の中核をなす普通貨物自動車の場合は、ＣＯ_２排出量が自動車全体の２３％も占めている。

トラック輸送時に輸送効率を高めたり輸送コストを低減したりするときは、特許文献１のような大型貨物輸送車（フルトレーラなど）を用いて単位積載重量あたりのコストダウンをはかるのがよい。排ガス問題については、特許文献２のようなハイブリッド電気自動車のシステムを貨物自動車に適用することでＣＯ_２発生量（ＣＯ_２排出量）を削減することができる。

貨物自動車のエンジンは、これまでに燃費改善などのための改良が十分なされており、ほぼ完熟した技術領域にある。それゆえ、引き続きエンジンが改良されるとしても、燃費改善については大幅に期待することができない。同様に、ＣＯ_２排出対策上の成果にも大幅な期待がもてない。ゆえにこれらについては、駆動システムを改変するという観点からの見直しが必要になる。この課題に応ずることのできる一つが既述のハイブリッド電気自動車である。ハイブリッド電気自動車の場合は周知のとおり、効率の悪い条件での走行をモータの出力利用で行うため、燃費改善のほか排ガスの発生量も削減することができる。したがって貨物自動車は、今後の技術開発と相まってハイブリッド電気自動車にシフトしていくことが予測される。

特開２００２−１２０７７４号公報特開２００６−１６６５５９号公報

ハイブリッド電気自動車には上述した有用性や有効性がある。このハイブリッド駆動システムを貨物自動車に適用することも上述のとおり有意といえる。一方で現存の貨物自動車はほとんどがエンジン搭載車である。したがって現存の貨物自動車をハイブリッド電気自動車に改造した場合、既述の有用性や有効性が得られるかのごとくである。とはいえ、エンジン搭載車をハイブリッド電気自動車に改造することは、実現不可能というわけでないが、安全性・安定性・改造コストなどを踏まえた場合に技術難度が高く、クリアすべき点も多すぎる。とくにエンジンを搭載した大型貨物自動車の場合、合理的にハイブリッド電気自動車に改造するための技術が現状では確立していないので、これを実現するための新しいハイブリッド化技術が希求されている。

本発明はこのような技術課題に鑑み、複数の所定車両を簡易かつ簡潔な連結構成によりハイブリッド電気自動車化して、省エネルギ・燃費改善・ＣＯ_２発生量の削減・輸送効率の向上・運転労力の削減などをはかることのできる連結自動車、および、当該連結自動車による合理的な貨物輸送が実施できる方法を提供しようとするものである。

(1) 本発明に係る連結自動車は所期の目的を達成するために下記の課題解決手段を特徴とする。すなわち本発明に係る貨物輸送用の連結自動車は、複数の車両がタンデムに連結されたものであること、および、その複数車両のうちの先頭車両が自走式のエンジン搭載貨物自動車からなること、および、その複数車両のうちの２台目以降の後続車両が、ハイブリッド電気自動車と走行用車輪付き電動式原動機搭載車とのうちから選択されたいずれかからなるとともに、自走式車両と非自走式車両とのうちから選択されたいずれかからなり、かつ、貨物積載部を有するものであること、および、後続車両の原動機負荷を制御するための原動機負荷制御手段が先頭車両と後続車両とのうちのいずれか一方または両方に設けられていること、および、連結された複数車両が連携制御手段を介して連携制御されるものであること、および、連結された複数車両が定地走行するときには、後続車両の出力を停止状態にして先頭車両のみの駆動力で走行するものであり、かつ、連結された複数車両が減速走行したり降坂走行したりするときには、連結された複数車両の運動エネルギの一部を後続車両の回生ブレーキで電気エネルギに変換して先頭車両および／または後続車両に装備されたバッテリに蓄えるものであり、かつ、連結された複数車両が加速走行したり登坂走行したりするときには、先頭車両だけでなく後続車両も出力して当該複数車両の駆動力を分担するものであることを特徴とする。
(2) 本発明に係る貨物輸送用連結自動車の走行方法は所期の目的を達成するために下記の課題解決手段を特徴とする。すなわち本発明に係る連結自動車の走行方法は、上記（１）に記載された貨物輸送用連結自動車が出発地から目的地に至るまでの間、当該連結自動車を定地走行させたり減速走行させたり降坂走行させたり加速走行させたり登坂走行させたりするための方法において、連結自動車が定地走行するときには後続車両の出力を停止状態にして先頭車両のみの駆動力で走行すること、および、連結自動車が減速走行したり降坂走行したりするときには、連結自動車の運動エネルギの一部を後続車両の回生ブレーキで電気エネルギに変換して先頭車両および／または後続車両に装備されたバッテリに蓄えること、および、連結自動車が加速走行したり登坂走行したりするときには、先頭車両だけでなく後続車両も出力して連結自動車の駆動力を分担することを特徴とする。

本発明に係る連結自動車はつぎのような効果を有する。
(1) 先頭車両と後続車両とを単に連結するだけの簡易さで、ハイブリッド電気自動車と同等の連結自動車が得られる。しかも、エンジン搭載貨物自動車からなる先頭車両については既存のエンジン搭載車をほとんどそのまま利用することができる。したがって、従来困難視されていた車両改造（エンジン搭載車のハイブリッド電気自動車化）が連結自動車という型式で実現する。
(2) 減速走行したり降坂走行したりするとき、連結自動車の運動エネルギの一部を後続車両の回生ブレーキで電気エネルギに変換してバッテリに蓄え、こうして蓄えた電気エネルギを走行のために有効活用する。これは従来捨てられていた運動エネルギを利用可能な状態に変換して蓄え、それを車両走行用のエネルギとして随時有効活用するのであるから省エネルギにつながる。
(3) 上記のエネルギ有効活用で燃料消費量が低減するから、燃費も改善される。
(4) 電気エネルギを併用した連結自動車の走行によってＣＯ_２発生量が減少し、ひいてはこのＣＯ_２削減が地球の温暖化防止に貢献する。
(5) 先頭車両だけでなく後続車両にも貨物積載して走行することにより、輸送効率が向上する。これが運賃のコストダウンにもつながる。
(6) 連結自動車によるタンデムな連結走行である。このような連結走行は先頭車両と後続車両とが別々に独走する場合に比べ空気抵抗が低減する。したがってこれも燃費改善につながる。
(7) 連結自動車は、また、運転者が一人でよい。したがって先頭車両と後続車両とが別々に独走する場合（各車両あて運転者一人）に比べ、労力を削減することができる。これも運賃のコストダウンにつながる。

本発明に係る連結自動車の走行方法はつぎのような効果を有する。
(8) 定地走行・減速走行・降坂走行・加速走行・登坂走行など走行状況に応じて、「先頭車両のみ出力させて後続車両を牽引」「後続車両においてエネルギ回生」「先頭車両と後続車両とで駆動力分担」のように、連結自動車の走行出力モードを変化させるから、当該連結自動車の特性を有効活用して貨物輸送などを合理的に実施することができる。

本発明に係る連結自動車とその走行方法の実施形態について、添付の図面を参照して説明する。

図１〜図５において、Ｖ１は先頭車両、Ｖ２は後続車両をそれぞれ示す。

先頭車両Ｖ１は自走式のエンジン搭載貨物自動車からなる。すなわち先頭車両Ｖ１は、小型貨物自動車・普通貨物自動車・大型貨物自動車のいずれかからなる。このような先頭車両Ｖ１の基本的構成はいずれも公知または周知である。この場合の自走式とは、牽引車両によって牽引されるのでなく、当該車両Ｖ１に搭載されている走行手段や操縦手段を介して自力走行できるものをいう。したがって先頭車両Ｖ１は自明のとおり、走行手段や操縦手段を有するものである。先頭車両Ｖ１はについてさらにいうと、これはガソリンエンジン・ジーゼルエンジン・アルコールエンジン・ガスエンジン・その他の内燃機関から選択される適当なエンジンを搭載したものである。先頭車両Ｖ１の駆動方式は前輪駆動式・後輪駆動式・全輪駆動式（前輪駆動＋後輪駆動）のいずれかである。

図１に例示された先頭車両Ｖ１は一例にすぎないものである。この先頭車両Ｖ１には、車体の重量を支える周知の車軸が複数あり、これらには周知の手段で前輪ＦＷ１１や後輪ＲＷ１１・ＲＷ１２が装着されている。ちなみにこの図示の先頭車両Ｖ１は、セミフルトレーラ（大型貨物自動車の一種）に該当したりする。自走式のエンジン搭載貨物自動車からなる先頭車両Ｖ１は、ステアリングやその他の操縦機器が装備された運転室Ｒ１１と、貨物を積載するための荷室Ｒ１２とを有している。先頭車両Ｖ１が荷室Ｒ１２に代わる荷台を備えていることもある。

一例にすぎない図示の先頭車両Ｖ１の走行手段や操縦手段は、図２を参照してつぎのようなものである。

図２において、先頭車両Ｖ１には駆動させるための内燃機関１２がある。内燃機関のトルクは、トランスミッション１４とドライブシャフト１６とを介して先頭車両Ｖ１の駆動輪へ伝えられる。図の実施形態では前輪ＦＷ１１が駆動される。前輪ＦＷ１１はステアリング装置２０で操舵されるものである。ステアリング装置２０はステアリングコラム２４と結合されているステアリングホイール２２を備えており、これを通じてドライバの操舵操作がステアリングギヤ２６へ伝えられるものであり、ステアリングギヤ２６はステアリングリンク機構２８を介して前輪ＦＷ１１を操作するものである。その際のドライバのステアリング操作は、電気的または電気油圧的なステアリングアシスト装置３０によって強められる。

先頭車両Ｖ１は、その後輪ＲＷ１１・ＲＷ１２を制動するためのものであって電気的の作動またはアシストされるブレーキ装置３２を備えている。ブレーキ装置３２は、回転しないように後輪ＲＷ１１・ＲＷ１２と結合されているブレーキディスク（またはブレーキドラム）３６を備えている。これらのブレーキディスク３６はブレーキライニングに対して作用する、電気的または電気油圧的に作動するブレーキシリンダ（またはブレーキキャリパー）３８を介して制動されることができる。その際のドライバのブレーキ操作は、ブレーキペダル４０とブレーキペダルセンサ４２とを介して電気的信号に変換され、該信号が配線４４を通してブレーキコントローラ４６へ送り込まれる。これに基づいて、ブレーキコントローラ４６が電気的または電気油圧的に作動可能なブレーキシリンダ３８と車載バッテリ５２との電気的接続を開閉器５０で開閉する。

先頭車両Ｖ１はアクセルペダル５４を備えているとともにオプションとしてクラッチペダル５６を備えている。ドライバのトルク要求はアクセルペダル５４と配線５８とを介してエンジンコントローラ６０へ伝えられる。オプションとして備えられるクラッチペダル５６の操作に関する信号も配線６２を介してエンジンコントローラ６０に伝えられる。エンジンコントローラ６０と電気的または電気油圧的なステアリングアシスト装置３０との間も配線６４で接続されている。エンジンコントローラ６０は配線６４を介して電気的または電気油圧的なステアリングアシスト装置３０の電気的状態を判断することができる。エンジンコントローラ６０は車載バッテリ５２への配線６６を介して車載電源回路網の状態を判断したり、ブレーキコントローラ４６への配線の接続６８を介して電気的作動または電気的アシストされるブレーキ装置３２の電気的状態を判断したりすることができる。その他のセンサ類７０は、内燃機関１２の運転パラメータ（とくにエンジン回転数）を測定してエンジンコントローラ６０へ伝えるものである。

エンジンコントローラ６０は、これが受けた信号に基づいて内燃機関１２による先頭車両Ｖ１本来の運転を制御するものである。それゆえエンジンコントローラ６０は、たとえばエンジンの空気分配および燃料分配のほか、また、ストップ運転／スタート運転の際には内燃機関１２の始動と停止も制御するものである。スタータジェネレータ７２は先頭車両Ｖ１のスタートのために備えられている。スタータジェネレータ７２は配線７４を通じて車載バッテリ５２から電気エネルギを供給される。内燃機関１２とトランスミッション１４との間の力の流れは、クラッチ７６によって制御されたり遮断されたり接続されたりする。クラッチ７６はオプションとして備えられるクラッチペダル５６によって直接操作されるか、または、エンジンコントローラ６０あるいはギアコントローラ（トランスミッション制御装置）７８によって操作可能なものである。トランスミッション１４内に収められたギヤの変速段階は、ドライバによってギヤセレクト手段８０たとえばシフトレバーまたはステアリングホイール上のシフトボタンを介して確定することができる。そのためギヤセレクト手段８０は配線８２を介してギアコントローラ７８と結ばれている。ギアコントローラ７８は、駆動シャフト１６の回転数に関する信号を配線８３によってエンジンコントローラ６０に伝達し、エンジンコントローラ６０はその信号に基づき先頭車両Ｖ１の速度を計算する。そのような信号はもちろん簡単な回転数センサによってもギヤ出力側へ伝えることができる。

先頭車両Ｖ１のエンジンコントローラ６０で用いられるプログラム手段は下記のような入力インタフェースと出力インタフェースとを有するものである。第一の入力インタフェースを通して先頭車両Ｖ１の速度に関する信号を送り込む。第二の入力インタフェースを通して車載電源回路網の状態が伝えられる。第三の入力インタフェースを通して電気的操作または電気的アシストされたブレーキ装置３２の電気的状態が伝えられる。第四の入力インタフェースを通して電気式或いは電気油圧式のステアリングアシスト装置３０の状態が伝えられる。第五の入力インタフェースを通してトランスミッション１４においてシフトされているギヤ段階に関する情報が伝えられる。第六の入力インタフェースを通してクラッチまたはオプションとして備えられているクラッチペダル５６の操作状態に関する信号が伝えられる。第七の入力インタフェースを通して当該プログラム手段に内燃機関１２が停止されているか否かが伝えられる。第八の入力インタフェースを通して当該プログラム手段に内燃機関１２の回転数が伝えられる。

このような構成の先頭車両Ｖ１であれば、運転者が安全に配慮した普通の運転操作をすることでそれぞれの手段が協働して所定どおりに機能する。それによって先頭車両Ｖ１は安全かつ円滑に走行することとなる。

後続車両Ｖ２はハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）と電動式原動機搭載車（ＥＶ）とのうちから選択されたいずれかからなる。後続車両Ｖ２は、また、自走式車両と非自走式車両とのうちから選択されたいずれかからなる。この場合の自走式車両については先頭車両Ｖ１の項で述べた内容と同じである。したがって自走式車両からなる後続車両Ｖ２は、走行のための駆動手段として、内燃機関（エンジン）と原動機（モータ）との組み合わせを主体にしたもの／または／原動機（モータ）のみを主体にしたもの備えているほか、既述の操縦手段をも備えているものである。非自走式車両からなる後続車両Ｖ２の一つは、自力による走行手段を備えているが操縦手段がないものである。非自走式車両からなる後続車両Ｖ２の他の一つは、バッテリ・発電機・モータなどを出力系とする駆動手段を備えているものの、操縦手段がなく、しかも、バッテリからモータへと給電できるときのみ自力走行できるものである。後続車両Ｖ２は貨物自動車であることが望ましいが、駆動手段を備えただけの後続車両（運転室・荷台・荷室などがない後続車両）もあり得る。後続車両Ｖ２が自走式車両からなる場合、その駆動方式は、前輪駆動式・後輪駆動式・全輪駆動式（前輪駆動＋後輪駆動）のいずれかである。

図１の後続車両Ｖ２は一例にすぎないものである。この後続車両Ｖ２には、車体の重量を支える周知の車軸が複数あり、これらには周知の手段で前輪ＦＷ２１や後輪ＲＷ２１が装着されている。この図示例の後続車両Ｖ２は、操縦手段のない非自走式であるが、貨物を積載するための荷室Ｒ２１を有している。後続車両Ｖ２が荷室Ｒ２１に代わる荷台を備えていることもある。後続車両Ｖ２にとって荷室Ｒ２１や荷台は不可欠のものでないが、備えていることが望ましい。後続車両Ｖ２が自走式車両からなるとき、これには先頭車両Ｖ１と同様に操縦手段が設けられたり操縦室が設けられたりする。

一例にすぎない図示の後続車両Ｖ２は、これがハイブリッド電気自動車・電動式原動機搭載車のいずれかからなるとき、図３（Ａ）〜（Ｅ）に示されたもののうちから選択されることとなる。図３（Ａ）〜（Ｅ）に示されたものはつぎのとおりである。図３（Ａ）の後続車両Ｖ２すなわちシリーズ方式のハイブリッド電気自動車は、燃料供給系１０１ａを有する内燃機関（エンジン）１０１・発電機１０４・インバータ１０８・バッテリ１０９・原動機（モータ）２０１などを主体にして構成されたものである。図３（Ａ）の後続車両Ｖ２はエンジン１０１を発電用としてのみ使用し、モータ２０１のみで走行する。図３（Ｂ）の後続車両Ｖ２すなわちパラレル方式のハイブリッド電気自動車は、燃料供給系１０１ａを有する内燃機関（エンジン）１０１・原動機（モータ）兼用の発電機１０４ａ・インバータ１０８・バッテリ１０９などを主体にして構成されたものである。図３（Ｂ）の後続車両Ｖ２はエンジンとモータのうちで効率のよい方を使用し、エンジン単独・モータ単独で足りないところを双方で補い合う。図３（Ｃ）の後続車両Ｖ２すなわちトルクスプリット式のハイブリッド電気自動車（後続車両Ｖ２）は、燃料供給系１０１ａを有する内燃機関（エンジン）１０１・発電機１０４・インバータ１０８・バッテリ１０９・原動機（モータ）２０１・トルクスプリット装置２０２などを主体にして構成されたものである。図３（Ｃ）の後続車両Ｖ２はシリーズ方式とパラレル方式との両方式を兼ね備えていて、これらを使い分ける。図３（Ｄ）の後続車両Ｖ２すなわち電動式原動機搭載車（後続車両Ｖ２）は、インバータ１０８・バッテリ１０９・発電機１０４・原動機（モータ）２０１などを主体にして構成されたものである。図３（Ｄ）の後続車両Ｖ２はモータ出力で走行する。図３（Ｅ）の後続車両Ｖ２すなわち電動式原動機搭載車（後続車両Ｖ２）は、原動機（モータ）兼用の発電機１０４ａ・インバータ１０８・バッテリ１０９などを主体にして構成されたものである。図３（Ｅ）の後続車両Ｖ２もモータ出力で走行する。

後続車両Ｖ２の具体的一例が図４に示されている。図４に例示された後続車両Ｖ２の場合、内燃機関（エンジン）１０１の出力側と前輪ＦＷ２１の駆動軸に装備されたデファレンシャル（差動歯車装置）１０５との間には、内燃機関１０１の内燃機関１０１の出力軸に連結された動力断続用のクラッチ１０２、クラッチ１０２に連結された変速機１０３、変速機１０３に連結された原動機兼用の発電機１０４ａがそれぞれ介在されている。図４において原動機兼用発電機１０４ａとバッテリ１０９とにわたって接続されたインバータ１０８は、電動機駆動時に直流を可変交流に変換するとか、バッテリ充電時に交流を直流に変換するとかいうように、原動機兼用発電機１０４ａからの電力を変換するためのものである。電力を充電したり放電したりするためのバッテリ１０９は、インバータ１０８に接続されてこれからの直流電力を受けるものである。バッテリ１０９には、その電力量の残量を示すための残量計１１０が接続されている。ＤＣ−ＤＣ変換用のコンバータ１１１はバッテリ１０９からの出力電圧を変換するためのものである。コンバータ１１１の一例は直流２４０Ｖを直流１２Ｖに変換するというものである。照明灯などの電気機器１１２は、コンバータ１１１を介してバッテリ１０９に接続されている。エンジンコントローラ１１３はつぎのような機能を有する。一つは、内燃機関１０１からの情報を入力したりエンジン制御信号などを内燃機関１０１へ送信したりしてエンジン制御することである。他の一つは、クラッチ１０２に制御信号を送信してこれを断続制御することである。さらに他の一つは、インバータ８へ信号を送信することである。上記以外の他の一つは、残量計１１０からの情報を取り込むことによって、バッテリ１０９の状態を定常的に確認することである。このようなエンジンコントローラ１１３は原動機兼用発電機（または原動機）１０４ａへの負荷を直接または間接的に制御するものであるから、後続車両Ｖ２の原動機負荷（または原動機兼用発電機への負荷）を制御するための制御手段でもある。後続車両Ｖ２の原動機負荷を制御するための原動機負荷制御手段（プログラム制御される電子回路手段）については、エンジンコントローラ１１３から切り離されて独立して後続車両Ｖ２に設けられてもよい。このほかバッテリ１０９は、後続車両Ｖ２に代えて先頭車両Ｖ１に搭載されてよいし、先頭車両Ｖ１と後続車両Ｖ２の両方に搭載されてよいものである。

図４の後続車両Ｖ２では、つぎの第１モードから第４モードまでを実施することができる。第１モードは通常のモードである。第１モードはクラッチ２をＯＦＦ（切離）とし、原動機兼用発電機１０４ａの電動駆動力のみにより駆動するモードである。すなわち原動機兼用発電機１０４ａの電動駆動力のみにで後続車両Ｖ２を走行させる。第２モードは大きい駆動力を必要とする場合のモードである。第２モードでは原動機兼用発電機１０４ａの電動駆動力に加え、クラッチ１０２をＯＮ（接続）とすることで内燃機関（エンジン）１０１によるエンジン駆動力も用いて後続車両Ｖ２を走行させる。第３モードはバッテリ容量が低下したときのモードである。第３モードでは、原動機兼用発電機１０４ａにより発電を行いつつ内燃機関１０１の駆動で走行する。原動機兼用発電機１０４ａで発電した電力はインバータ８を経由してバッテリ１０９に充電される。一方で後続車両Ｖ２は、クラッチ１０２がＯＮ（接続）ということで、内燃機関１０１の駆動力により走行する。その際に原動機兼用発電機１０４ａが内燃機関１０１の負荷となる。第４モードは後続車両Ｖ２にブレーキをかける場合のモードである。第４モードでは、クラッチ２がＯＦＦ（切離）の状態において原動機兼用発電機１０４ａによるモータ回生を行う。この回生ブレーキによってエネルギ回生を行うことができる。

このような構成の後続車両Ｖ２であれば、これを先頭車両Ｖ１に連結して牽引走行することで所期のエネルギ回生を実施することができる。

上述した後続車両Ｖ２の場合もブレーキ手段とこれに関連する装備、その他の装備が装備されるものである。それらについては、図１で説明した技術内容と実質的に同一またはそれに準ずるので、図１の技術内容を参照することで省略する。

後続車両Ｖ２については、また、実施態様いかんで操縦手段が設けられたりする。そのような場合も含めて後続車両Ｖ２には、エンジンコントロール手段だけでなく、ブレーキコントロール手段やその他の機器コンローロール手段などが必要である。したがって後続車両Ｖ２も、図示しないブレーキコントロール手段や図示しない機器コンローロール手段を有するものであり、場合によっては操縦手段も有するものである。

先頭車両Ｖ１と後続車両Ｖ２は、先頭車両Ｖ１の後部と後続車両Ｖ２の前部に装備された一対の連結器３０１・３０２によってタンデムに連結することができる。一対の連結器３０１・３０２は公知ないし周知のものである。両連結器３０１・３０２の代表的一例は雌雄一対のものからなる。これは雄型連結器が雌型連結器内に嵌り込んでクランプされるものである。そのクランプ状態を解除したときのみ、雌雄一対の連結器３０１・３０２が分離可能となる。両連結器３０１・３０２の他の一例をあげると、同形または対称形した一対のものからなる。同形のものは双方の連結器３０１・３０２がリング状のような重ね合わせ部を有しており、それを重ね合わせてロックピンを差し込むことにより連結することができる。連結解除のときはそのロックピンを抜き取る。両連結器３０１・３０２の別の一例は電磁吸着式のカプラからなる。これは自明のとおり、吸引側連結器の電磁吸引力で被吸引側連結器を吸着するというものである。このほか、連結手段は先頭車両Ｖ１と後続車両Ｖ２との連結状態が保持できるものであればいずれの態様でもよく、たとえばワイヤロープなどによる固縛手段も車両連結手段として採用できる。

自明のとおり、先頭車両Ｖ１と後続車両Ｖ２には、電気系統・油圧系統・空気圧系統の各種装置や各種機器が装備されている。これらの装置や機器は、先頭車両Ｖ１側で一元的に制御されることが望ましい。先頭車両Ｖ１と後続車両Ｖ２との連結に際してはこのようなことを可能にするため、図２・図４のように、先頭車両Ｖ１側の電気ケーブルＣ１１と後続車両Ｖ２側の電気ケーブルＣ２１とが相互に接続され、先頭車両Ｖ１側の油圧ホースＨ１１と後続車両Ｖ２側の油圧ホースＨ２１とが相互に接続され、かつ、先頭車両Ｖ１側のエアホースＨ１２と後続車両Ｖ２側のエアホースＨ２２とが相互に接続される。

先頭車両Ｖ１と後続車両Ｖ２については、個々の車両運転状態を制御するだけでなく、両方の車両を統合して制御することが肝要であり、そうすることで安全運転を期すことができる。そのため先頭車両Ｖ１側には、総合エンジンコントロール手段９１・総合ブレーキコントロール手段９２・各種機器制御ための機器用総合コントロール手段９３などが装備されている。この場合の総合エンジンコントロール手段９１・総合ブレーキコントロール手段９２・各種機器制御ための機器用総合コントロール手段９３は、ここに記載されているとおり、連結された先頭車両Ｖ１と後続車両Ｖ２（すなわち連結された複数車両）を制御するためのものであるから、連携制御手段ということになる。これらのうちで総合エンジンコントロール手段９１には、先頭車両Ｖ１のエンジンコントローラ６０や後続車両Ｖ２のエンジンコントローラ１１３を総合的かつ一元的に制御するため、これらが接続されている。総合ブレーキコントロール手段９２には、先頭車両Ｖ１のブレーキコントローラ４６や後続車両Ｖ２のブレーキコントローラ（図示せず）を総合的かつ一元的に制御するため、これらが接続されている。機器用総合コントロール手段９３には、先頭車両Ｖ１側の各種機器や後続車両Ｖ２側の各種機器を総合的かつ一元的に制御するため、これらが接続されている。したがって総合エンジンコントロール手段９１は、後続車両Ｖ２側の原動機（または原動機兼用発電機）を直接または間接的に制御する手段でもある。後続車両Ｖ２の原動機負荷を制御するための原動機負荷制御手段（プログラム制御される電子回路手段）は、総合エンジンコントロール手段９１から切り離されて独立して先頭車両Ｖ１に設けられてもよい。

先頭車両Ｖ１と後続車両Ｖ２との連結に際して、その連結箇所で走行時の空気抵抗を増加させないため、当該連結箇所に流線型のフードを施すなど、整流対策を講じることが望ましい。

上述した連結自動車の走行方法は、一例として以下のような実施形態になる。

連結自動車における連結車両数は、私有地などを走行する場合を除き、法令にしたがうこととする。ちなみに車両の全長が１８ｍ、車両総重量３６ｔのように制限されているとき、一例として先頭車両Ｖ１は長さ１２ｍ×重量２４．８ｔのセミトレーラとし、後続車両Ｖ２は長さ６ｍ×重量１０．８ｔの非自走式貨物自動車とする。この全長制限や総重量制限を超えないかぎり、一台の先頭車両Ｖ１に対して二台以上の後続車両Ｖ２をタンデムに連結してもよい。三台以上の連結車両ではそれぞれの車両が小型化する。

図５を参照して明らかなように、先頭車両Ｖ１と後続車両Ｖ２とによる連結自動車を組み立てたならば、先頭車両Ｖ１や後続車両Ｖ２に所定量の荷物を積載した後、これを出発地から目的地まで走行させる。連結自動車の運転は回生ブレーキを使用する点を除き、通常の貨物自動車のそれと変わるところがない。図５で連結自動車が平坦な路面Ｓ１を一定速度で定地走行するときは、後続車両Ｖ２の出力を停止状態にして先頭車両Ｖ１のみの駆動力で走行する。この定地走行での定地には、非常に短い登坂路（例：距離１５ｍ未満の上り坂）や一定の勾配未満の登坂路（例：勾配１．５％以下の上り坂）なども含まれる。ただし定地に含める範囲は走行条件などで異なることがある。図５において、連結自動車が減速走行したり降坂走行したりするときは、連結自動車の運動エネルギの一部を後続車両Ｖ２の回生ブレーキで電気エネルギに変換してそれをバッテリ１０９に蓄える。ちなみに減速走行についていえば、たとえば連結自動車が平坦路面Ｓ１を走行しているときにブレーキを使用するというケースである。降坂走行は連結自動車が図５の下り坂Ｓ２を走行するというケースである。図５において、連結自動車が加速走行したり登坂走行したりするときは、先頭車両Ｖ１だけでなく後続車両Ｖ２も出力して連結自動車の駆動力を分担する。この場合の加速走行は、自明のとおり連結自動車がスピードアップ走行することである。登坂走行の場合は連結自動車が図５の登り坂Ｓ３を走行するというケースである。

連結自動車が上記のような走行をするときは、燃費改善やＣＯ_２発生量の削減をはじめとする各種の効果が得られる。

より具体的な検証を行うため、連結自動車について下記のような走行例を試算した。先頭車両Ｖ１としてはディーゼルエンジン搭載の大型トラックを用い、後続車両Ｖ２としては操縦手段や運転室のないハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）を用い、これらを既述のようにタンデム連結して連結自動車を組み立てる。これについて、ＨＥＶユニットの動力源として８０ｋｍ／ｈにおける登坂時の出力配分を図６に示す。

図６において、総計とは先頭車両Ｖ１および後続車両Ｖ２の要求出力の合計である。ＨＥＶ回生とは、降坂と登坂を同一勾配と仮定し、先頭車両Ｖ１と後続車両Ｖ２の車両総重量（２４．８ｔ＋１０．８ｔ）が降坂するときの回生出力に発電効率９０％、電池の充放電効率８５％、電動機の効率９０％、合計６９％を掛けて登坂時の電動機出力として求めたものである。この値は降坂時の回生エネルギーとして産み出されたもので、省エネ効果となる。また、図６の総計からこの値を引くと、先頭車両Ｖ１エンジンと後続車両Ｖ２エンジンの出力合計であるエンジン総計と等しくなる。

図６の燃料消費量はエンジンの負荷配分と燃費ｇ／ｋＷｈとの関係により求めることができる。勾配とエンジン運転負荷配分との関係の概念は、先頭車両Ｖ１および後続車両Ｖ２とも可能なかぎり高熱効率である高負荷で運転することを基本とする。そのため、勾配１．５％未満では後続車両Ｖ２のＨＥＶシステムの駆動を停止し、先頭車両Ｖ１のエンジンのみで運転する。勾配１．５％以上では後続車両Ｖ２のエンジンの全負荷運転と原動機の回生出力を優先使用し、不足する要求出力分を先頭車両Ｖ１のエンジンで賄うこととする。

上記の概念を基にして、先頭車両Ｖ１（総車両重量ＧＶＷ２４．８ｔ、最大積載量ＧＣＷ１５．６ｔ）に後続車両Ｖ２のＨＥＶ（ＧＶＷ１０．８ｔ、ＧＣＷ７ｔ）を連結し、中央高速と中国縦貫を走行するとして燃費削減効果を試算した。図６の試算結果からつぎのようなことがいえる。すなわち、エンジンを搭載した既成の貨物自動車にハイブリッド電気自動車・電動式原動機搭載車のいずれかを連結した連結自動車は、長距離貨物輸送の燃費を改善するとともにＣＯ_２発生量の削減にも貢献することができる。

本発明によるときは、国際的な要請事項であるＣＯ_２発生量の削減が簡易な手段で達成し、他にも省エネルギや燃費改善などを満足させることができる。したがって本発明は産業上の利用可能性が高い。

本発明連結自動車の一実施形態を略示した側面図である。本発明連結自動車における先頭車両の一実施形態を略示した説明図である。本発明連結自動車における各種後続車両を略示した説明図である。本発明連結自動車における後続車両の一実施形態を略示した説明図である。本発明連結自動車の走行方法の一実施形態を略示した説明図である。本発明において道路勾配と先頭車両および後続車両のエンジンとHEV回生出力との関係を示した説明図である。

符号の説明

Ｖ１先頭車両
Ｖ２後続車両
１２先頭車両の内燃機関
６０先頭車両のエンジンコントローラ
１０１後続車両の内燃機関
１０４後続車両の発電機
１０４ａ後続車両の原動機兼用発電機
１０８後続車両のインバータ
１０９後続車両のバッテリ
２０１後続車両の原動機

Claims

複数の車両がタンデムに連結されたものであること、および、その複数車両のうちの先頭車両が自走式のエンジン搭載貨物自動車からなること、および、その複数車両のうちの２台目以降の後続車両が、ハイブリッド電気自動車と走行用車輪付き電動式原動機搭載車とのうちから選択されたいずれかからなるとともに、自走式車両と非自走式車両とのうちから選択されたいずれかからなり、かつ、貨物積載部を有するものであること、および、後続車両の原動機負荷を制御するための原動機負荷制御手段が先頭車両と後続車両とのうちのいずれか一方または両方に設けられていること、および、連結された複数車両が連携制御手段を介して連携制御されるものであること、および、連結された複数車両が定地走行するときには、後続車両の出力を停止状態にして先頭車両のみの駆動力で走行するものであり、かつ、連結された複数車両が減速走行したり降坂走行したりするときには、連結された複数車両の運動エネルギの一部を後続車両の回生ブレーキで電気エネルギに変換して先頭車両および／または後続車両に装備されたバッテリに蓄えるものであり、かつ、連結された複数車両が加速走行したり登坂走行したりするときには、先頭車両だけでなく後続車両も出力して当該複数車両の駆動力を分担するものであることを特徴とする貨物輸送用の連結自動車。
請求項１に記載された貨物輸送用連結自動車が出発地から目的地に至るまでの間、当該連結自動車を定地走行させたり減速走行させたり降坂走行させたり加速走行させたり登坂走行させたりするための方法において、連結自動車が定地走行するときには後続車両の出力を停止状態にして先頭車両のみの駆動力で走行すること、および、連結自動車が減速走行したり降坂走行したりするときには、連結自動車の運動エネルギの一部を後続車両の回生ブレーキで電気エネルギに変換して先頭車両および／または後続車両に装備されたバッテリに蓄えること、および、連結自動車が加速走行したり登坂走行したりするときには、先頭車両だけでなく後続車両も出力して連結自動車の駆動力を分担することを特徴とする貨物輸送用連結自動車の走行方法。