WO2009011142A1

WO2009011142A1 - 車両の操舵制御方法及び装置

Info

Publication number: WO2009011142A1
Application number: PCT/JP2008/051138
Authority: WO
Inventors: Shunji Morichika; Katsuaki Morita; Masahiro Yamaguchi; Mitsuaki Hoshi; Kousuke Katahira
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.
Priority date: 2007-07-19
Filing date: 2008-01-21
Publication date: 2009-01-22
Also published as: US20100100267A1; TW200905432A; TWI380148B; JP4801637B2; US8209091B2; JP2009023509A

Abstract

軌道系交通システムにおいて、前後進両方向に走行可能で、かつ前進又は後進時に前後輪の車軸中心位置が略同一の軌跡を辿ることが可能なきめ細かな操舵制御を可能とする自動操舵機構を実現する。出発前に、出発地点から目的地点までの軌道条件、走行条件及び車両条件から、軌道の変化点ごとに前後輪のパターン操舵角を表にしたパターン操舵角テーブルを作成し、該テーブルから読み出したパターン操舵角に基づいて車両（１２）の操舵を行なうとともに、走行中の車両（１２）の軌道幅方向位置を検知し、車両（１２）の軌道幅方向位置が目標位置となるための修正操舵角ΔＸａ、ΔＸｂを算出し、該修正操舵角をパターン操舵角Ｘａｏ，Ｘｂｏに加えて目標操舵角を算出し、該目標操舵角により前後輪（１８），（２２）を操舵するようにし、該パターン操舵角、修正操舵角及び目標操舵角を前後輪で夫々独立して算出する。

Description

明細書車両の操舵制御方法及び装置技術分野

本発明は、車両が予め定められた軌道上を走行し、車両の前輪および後輪をァクチユエ一夕を備えた操舵機構によって該軌道上から外れないように自動操舵する車両の操舵制御方法及び装置に関し、例えば車両が走行すべきコースを演算若しくは記憶し、該演算、記憶されたコースに基づいて操舵制御するフィードフォヮード制御と例えば誘導経路側よりの信号に基づいて車両を誘導経路に沿って走行させるというフィードバック制御を組み合わせて、きめ細かな操舵制御を可能にしたものである。背景技術

従来、車両が定められた軌道上を走行し、ゴムタイヤで車体を支持し、これを駆動回転することによって走行する新交通システムの車両においては、通常、レ —ル上を走行する鉄道車両と異なり、走行輪であるゴムタイヤを定められた軌道に沿つて転向するための操舵装置が装備されている。

この種の操舵装置として、特許文献 1 (実開平 5— 8 6 1 3号公報）には、誘導経路に沿って配設された誘導ケ一ブルから発生する磁界の強度の大小を、走行する走行車両に設けた左右対の磁気センサで検知し、これらの出力値から誘導ケ一ブルに対する走行車両の偏倚量を演算し、該偏倚量が小さくなる方向に操舵することにより、車両を誘導経路に沿って走行させるようにする操舵制御装置が開示されている。

しかし、かかる誘導ケーブルに対する走行車両の偏倚量を演算し、該偏倚量が小さくなる方向に操舵するというフィ一ドバック制御による操舵制御のみでは、新交通システムのように最大 8 0 k mZ hになる高速走行には追従できないため、前後輪の車軸中心位置が略同一の軌跡を迪る、即ち、走行軌跡を一定の左右変位幅内に収めるような、きめ細かな操舵制御ができないおそれがある。また、特許文献 2 (特開 2 0 0 1 - 2 4 3 0 3 3号公報）には、予め記憶されるコース形状に基づいた制御目標値を用いることなく、走行車両の操舵制御を行なう車両の操舵制御装置が開示されている。この装置は、コース上に磁気マーカを設置し、車両の走行距離や G P S、路車間通信等から車両の走行位置を検知しながら、該磁気マーカを検知して磁気マーカの位置から車両が走行すべきコースを推定し、推定されたコースに基づいて操舵制御するようにしている。

しかし、コース推定手段は、計算が複雑であり、計算時間が長くかかり、各地点でコースを推定する必要があるために、制御の応答速度が遅れるおそれがある。また、前輪のみの操舵であるため、前後輪の車軸中心位置が略同一の軌跡を迪るためのきめ細かい制御ができない。また、ョ一角を考慮した車両の運動方程式による制御を行なうため、安定性は向上するが、 4輪操舵の場合でも、前後輪の制御が相互に影響を及ぼすため、前後輪の車軸中心位置が略同一の軌跡を迪るためのきめ細かな制御ができないおそれがある。

また、磁気マーカによる軌道幅方向位置の離散的検知では、制御指令値を更新するための条件取得が離散的となるため、前後輪の車軸中心位置が略同一の軌跡を迪るためのきめ細かい制御ができなレ ^おそれがある。前後輪の車軸中心位置が略同一の軌跡を迪るためのきめ細かい制御ができなければ、乗り心地が悪くなる上に、結果的に軌道幅を大きくする必要が生じ、建設コストが増す問題がある。先に、本出願人は、車両が予め定められた軌道上を走行し、車両の前輪及び後輪をァクチユエ一夕によって自動操舵する操舵機構を備えた車両の軌道系交通システムであって、自動操舵機構が異常を起こした場合でも、車両が軌道から外れないようにするフェイルセィフ機構を備えた軌道系交通システムを提案している (特許文献 3 ;特開 2 0 0 6— 3 0 6 3 3 4号公報)。以下、特許文献 3に開示された軌道系交通システムの構成を図 7及び図 8により説明する。

図 7及び図 8に示すように、本軌道系交通システム 0 1 0を備えた車両 0 1 2 は、軌道 0 1に沿って走行する。この軌道 0 1の略中央部には、断面形状が U字状の保護軌道 0 1 4が路面 0 1 5に対して溝状をなして設けられている。この U 字状の保護軌道 0 1 4は、 U字形鋼を敷設することによって形成されている。車両 0 1 2の前後の下部には、車両 0 1 2を支持する前輪台車 0 1 6、後輪台車（図示せず）が設けられている。この前輪台車 0 1 6には、前輪 0 1 8の車軸 0 4 4が左右方向に旋回可能に取り付けられている。前輪 0 1 8は、図示しないが中子式のゴムタイヤ 0 2 0が装着されている。また後輪台車には、後輪 0 2 2 の車軸が左右方向に旋回可能に取り付けられる。後輪 0 2 2も、前輪 0 1 8同様に中子式のゴムタイヤ 0 2 0が装着されている。

次に、操舵機構について、前輪 0 1 8側部分に絞って説明する。なお、後輪 0 2 2側についても同様の構成となる。

図 7及び図 8に示すように、左前輪 0 1 8 bに接続されて前方に延びる前ステァリングアーム 0 2 8 aと、後方に延びる後ステアリングアーム 0 3 0 aとが設けられている。また、右前輪 0 1 8 aには、後方に延びる後ステアリングアーム 0 3 0 bが設けられている。左右輪の後ステアリングアーム 0 3 0 a、 0 3 0 b の後端部間には、タイロッド 0 3 2が架設されている。この後ステアリングァ一ム 0 3 0 a、 0 3 0 bとタイロッド 0 3 2とは、球面ジョイント 0 3 4によって回転可能に接合されている。

また、前ステアリングアーム 0 2 8 aの前端部には、ァクチユエ一夕 0 3 6の可動ロッド 0 3 8の端部が球面ジョイント 0 3 4によって回転可能に接合している。このァクチユエ一夕 0 3 6は、前輪台車 0 1 6に取り付けられている。ァクチユエ一夕 0 3 6の具体的構造は、例えば、電動機とボールねじ構造で構成されるが、並進運動をするものであればよく、空気圧または油圧式サーポシリンダ構造や、リニアモー夕構造等のものであってもよい。

なお、タイロッド 0 3 2、後ステアリングアーム 0 3 0 a、 0 3 0 bによって、いわゆるアツカーマン ·ジヤント式リンク機構を構成し、旋回時の左右輪の旋回角度が適切にコントロールされる。また、タイロッド 0 3 2で左前輪 0 1 8 bと右前輪 0 1 8 aが連動するため、左右輪の操舵が確実に行なわれる。

次に、フェイルセィフ機構 0 1 1について説明する。フヱイルセィフ機構 0 1 1は、保護輪 0 4 0が装着された保護アーム 0 4 2と保護軌道 1 4とで構成される。保護輪 0 4 0は、円筒形状をしており、保護アーム 0 4 2の前後端部の下面側に回転自在に支持されている。また、保護輪 0 4 0は、 U字状の保護軌道 0 1 4の中に挿入され、その周面が保護軌道 0 1 4の左右側壁 0 1 4 aに対向するように配設される。保護輪 0 4 0の材質は、防振性と耐磨耗性の高いウレタンゴム、または、ゴムタイヤなどに用いられるスチールベルトを用いた素材などを使用するのが望ましい。

また、保護輪 0 4 0と保護軌道 0 1 4の側壁 0 1 4 aとの間は、車両 0 1 2がその軌道 0 1から左右にこれ以上偏向してはならない許容範囲より小さい隙間を有しており、操舵機構が正常な間は、保護輪 0 4 0は左右側壁 0 1 4 aに接しないようになっている。通常この保護輪 0 4 0と保護軌道 0 1 4との隙間は 8 0 m η！〜 1 0 O mm程度に設定されている。

保護アーム 0 4 2は、車両前後方向に延びた形状をし、前輪 0 1 8の車軸 0 4 4の下部にその中央部を回動可能に支持されている。

なお、保護輪 0 4 0の高さは、図 8 ( a ) に示すように、路面 0 1 5よりも上に配置することもできるし、図 8 ( b ) に示すように、路面 0 1 5よりも下に配置することも可能である。このことにより、リプレース仕様に対して、既設の走行軌道に合わせた構造を選択することができ、より柔軟な対応が可能になる。保護アーム 0 4 2の端部近傍と前ステアリングアーム 0 2 8 aの前端部とは、連動ロッド 0 4 6によって連結され、この連動ロッド 0 4 6と保護アーム 0 4 2 とによって保護輪 0 4 0を前輪 0 1 8の操舵方向と同一の方向を向くように構成されている。

操舵機構は、ァクチユエ一夕 0 3 6、可動ロッド 0 3 8、前ステアリングァーム 0 2 8 a、後ステアリングアーム 0 3 0 a、 0 3 0 bによって構成され、また連動機構は、保護アーム 0 4 2、連動ロッド 0 4 6によって構成されている。また、この前ステアリングアーム 0 2 8 aの前端部には、 2連球面ジョイント 0 5 0が設けられ、この 2連球面ジョイント 0 5 0によって、ァクチユエ一夕 0 3 6の可動口ッド 0 3 8の端部と、連動ロッド 0 4 6の端部とが上下に重なった状態で前ステアリングアーム 0 2 8 aの前端部に接合している。このような 2連球面ジョイント 0 5 0を使用することで、スペースの有効利用が図れる。

かかる構成の操舵機構において、図 7の制御手段 0 8 2に入力される地点信号 (地点情報）ゃ自車位置情報に基づいて、制御手段 0 8 2から操舵指令が出される。この操作信号によって、ァクチユエ一夕 0 3 6が作動して、ァクチユエ一夕 0 3 6によって、左前輪 0 1 8 bに操舵力が作用し、前ステアリングアーム 0 2 8 aから後ステアリングァ"ム 0 3 0 a、そこから夕イロッド 0 3 2を介して右前輪 0 1 8 aに操舵力が伝わる。

また、ァクチユエ一夕 0 3 6からの操舵力は、 2連球面ジョイント 5 0から連動ロッド 0 4 6を介して保護ァ一ム 0 4 2にも伝わり、ァクチユエ一夕 0 3 6の動きに連動して保護輪 0 4 0も動き、前輪 0 1 8と同一方向に向く。このため、保護輪 0 4 0は、保護軌道 0 1 4内を保護軌道 0 1 4の側壁 0 1 4 aと接触することなく、車両 0 1 2の移動とともに移動する。

操舵機構に異常が発生したときは、保護輪 0 4 0が保護軌道 0 1 4の側壁 0 1 4 aに接触する。その後ァクチユエ一夕 0 3 6による操舵を解除して、自動操舵機構をフリー状態とすることで、保護軌道 0 1 4の側壁に沿った保護アーム 0 4 2の動きによって前輪 0 1 8を旋回するように作用して、車両 0 1 2を操舵する。このようにフェイルセィフ機構 0 1 1によって、車両の自動操舵機構に故障等が発生した場合でも、車両を安全保護し、確実に乗客を運ぶことができ、安全性、信頼性を確保できる。

特許文献 3に開示された操舵システムは、車両が目標とする走行軌跡を迪るように、車両の前輪及び後輪をァクチユエ一夕によって自動操舵し、車両を案内する。しかし、外乱要因（初期位置ズレ、走行路面不正、車両重心移動、走行振動、横風、タイヤ内圧、降雨などによる路面状態など）により、車両が目標とする走行軌跡（正確には車両の前後台車夫々の車軸中心を結ぶ線）を逸脱する場合がある。

従って、車両が目標とする走行軌跡を迪っているかどうかを正確に把握するためには、軌道幅方向の偏倚量を正確に計測する必要がある。発明の開示，本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、前述のような軌道系交通システムの自動操舵機構において、前記したフィ一ドバック制御とフィードフォヮ一ド制御を組み合わせることにより、車両が前後進両方向に走行可能であり、前進又は後進時に、後進前後輪の車軸中心位置が略同一の軌跡を迪ることが可能なきめ細かな操舵制御を可能とする操舵機構を実現することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明の車両の操舵制御方法は、車両の前輪および後輪をァクチユエ一夕を備えた操舵機構によって車両が予め定められた軌道上を走行するように自動操舵する車両の操舵制御方法において、出発前に、出発地点から目的地点までの軌道条件、走行条件及び車両条件から、軌道の変化点ごとに前後輪のパターン操舵角を規定したパターン操舵角テーブルを作成し、出発点からの走行距離を検知しながら各変化点で前記テーブルより読み出したパ夕一ン操舵角に基づいて車両の操舵を行なうとともに、走行中の車両の軌道幅方向位置を検知し、車両の軌道幅方向位置が目標位置となるための修正操舵角を算出し、該修正操舵角を前記パ夕一ン操舵角に加えて目標操舵角を算出し、該目標操舵角により前後輪を操舵するようにし、該パターン操舵角、修正操舵角及び目標操舵角を前後輪で夫々独立して算出するものである。

また、本発明の車両の操舵制御装置は、車両が予め定められた軌道に沿って走行し、車両の前輪及び後輪をァクチユエ一夕によって自動操舵する操舵機構を備えた車両の操舵制御装置において、出発地点から目的地点までの距離及び軌道条件、走行条件及び車両条件を記憶した記憶手段と、該記憶手段に記憶した情報から軌道の変化点ごとに前後輪のパターン操舵角を演算してパターン操舵角テープルを形成する演算手段と、からなる出発前処理手段を備えるとともに、車両の軌道幅方向位置を検知する手段と、出発地点からの距離を検知する距離検知手段と、前記パターン操舵角テーブルの操舵角情報、及び該距離検知手段の距離情報を入ガして、任意の走行地点でのパターン操舵角を算出するとともに、該車両位置検知手段の車両位置情報を入力して、車両の軌道幅方向位置が目標位置となるための修正操舵角を算出する演算手段と、該演算手段で算出したパターン操舵角及び修正操舵角に基づいて前記ァクチユエ一夕を制御する制御手段と、からなる走行中操舵制御手段とを備え、該走行中操舵制御手段を前輪と後輪とで夫々独立して備えたものである。

本発明においては、出発前に、出発地点（例えば、路線の各停車駅）から目的地点（例えば、次駅）までの軌道条件（直線又は曲線の有無、カント又は勾配等の有無)、走行条件（速度パターン等）及び車両条件（ホイールベース（前後輪の中心軸間の距離)、車両重量、車両の寸法諸元、タイヤ特性等）の既知条件から、軌道の変化点（直線から緩和曲線、さらには曲線に移る間の変化点、又はこの逆の場合の変化点）における前後輪のパターン操舵角を算出し、各変化点での該パターン操舵角を表にしたパターン操舵角テーブルを作成する。そして、各変化点において、このパターン操舵角に基づいて車両の操舵を行なう。

次に、走行中の車両の軌道幅方向位置を検知し、車両の軌道幅方向位置が目標位置となるための修正操舵角を算出し、該修正操舵角をパターン操舵角に加えて目標操舵角を算出し、該目標操舵角により車両を操舵する。これによつて、車両を目標とする走行軌跡上を正確に走行させることができる。

また、本発明では、走行中操舵制御手段を前輪と後輪とで夫々独立して備え、パターン操舵角、修正操舵角及び目標操舵角を前後輪で夫々独立して算出するようにしているので、車両が前後進の両方向に走行可能であるとともに、前進又は後進時に、前後輪の車軸中心位置が略同一の軌跡を迪ることが可能なきめ細かな操舵制御が可能になる。

曲線軌道におけるパターン操舵角は、軌道の曲率半径と車両のホイールベースから求められる幾何学的な操舵角と、車両の曲線通過速度及びカントの影響で夕ィャに発生するスリップアングルとの和及び差で演算することができる。

本発明方法において、出発地点から軌道の各変化点までの距離を、出発地点から各変化点までの車輪回転数を検知して求めるとともに、直前の走行区間における出発地点から目的地点までの既知の距離と該走行区間で検知した車輪回転数から求めた距離との比を表す距離係数を導出することにより、車輪の摩耗による距離検知誤差を補正できる。

既知条件は、予め記憶手段に記憶された軌道条件などの固定条件と、出発地点前の走行区間で検知され、演算手段で算出されて確定する車両重量や距離係数などの変動条件とに分類される。車両重量は空車重量と乗客重量の合計であり、出発地点での出発前に確定した後（例えば、車両のドアが閉じられた後)、ノッチ制御等のためにモニタしているエア 'サスペンション（A S )圧値から検知される。距離係数は、距離パルスセンサの検知パルスを実距離に換算する係数である。即ち、直前の走行区間での出発地点から目的地点までの概知の距離と、該走行区間でカウントした距離パルスセンサのパルス数から換算した該走行区間の距離との比を表すものである。これによつて、各走行区間で距離パルスセンサで検知したパルス数に距離係数を乗ずることにより、車輪の磨耗による距離検知誤差を補正して、各走行区間の実距離を正確に演算することができる。

本発明において、曲線軌道と直線軌道間の緩和曲線におけるパターン操舵角は、曲線軌道の操舵角を線形補間することにより算出するようにするとよい。これによって、車両の軌道幅方向位置を離散的な制御ではなく、連続的な制御を行なうことができるようになる。従って、前後輪の車軸中心位置が略同一の軌跡を迪ることを可能にするきめ細かな制御を連続的に行なうことができる。

修正操舵角は、車両の軌道幅方向位置と目標位置との偏差と比例ゲインとの積と、微分ゲインと該偏差の時間微分との積を加算して算出するようにし、かかる構成に加えて、比例ゲインは、車両速度が増すほど小さくなるように車両速度に応じて可変とするとよい。これによつて、車両速度が大きい時に操舵角の修正量を過大にならないように抑えることができる。

後輪の修正操舵角は、前輪の修正操舵角に可変の係数ひを乗ずるようにし、係数ひは、車両速度が基準速度より大のときはひぐ 1とし、車両速度が基準速度より小又は曲線軌道走行時には α≥ 1とするとよい。（αは車両速度が基準速度より遠さかるに従つて曲線軌道の曲率に従って段階的若しくは無段階的に可変とするのがよい）これによつて、車両速度が犬の時に後輪の修正操舵角を小さくすることにより、走行安定性を確保でき、かつ車両速度が小又は曲線軌道走行時には α≥ 1とすることにより、操舵の応答性を向上させることができる。

本発明装置において、車両重量検知手段を備え、該車両重量検知手段の検知情報を前記出発前処理手段の演算手段に入力するように構成するとよい。

また、本発明装置において、車両の軌道幅方向位置検知手段は、車両に装着され、軌道に沿って配設され軌道との相対位置が変わらない位置関係で配置された地上構造物との軌道幅方向相対位置を検知するものである。

例えば、軌道の路面に設けられた保護軌道及び該車両の下方に設けられ該保護軌道に沿つて移動する保護輪からなるフエイルセィフ機構を備えた軌道系交通システムでは、車両の軌道幅方向位置検知手段が車体下部の該保護軌道内に位置する部位に装着され、該保護軌道の左右側壁との軌道幅方向距離を検知することにより車両の軌道幅方向位置を検知するようにするとよい。

このように、フェイルセィフ機構を構成する保護軌道の側壁を基準位置とし、該側壁との距離を検知することにより、車両の軌道幅方向位置の検知が容易になる。例えば、検知手段として、非接触式変位計を用いれば、精度を向上できるとともに、摩耗の問題を解消することができる。

本発明によれば、車両の出発前に既知条件から軌道の変化点毎にパターン操舵角テーブルを作成するため、車両走行中は、パターン操舵角に関しては、出発地点からの距離検知信号の入力に対応して、該パタ一ン操舵角テーブルを参照して線形補間するだけの簡単な制御で済む。また、修正操舵角も 1箇所の偏差から当該箇所の修正操舵角を導出するだけであり、前後輪の車軸ごとに独立して制御するため、ョ一角などの車両運動を考慮する必要が無く、単純な制御で済む。このために演算速度が速く連続的にきめ細かで信頼性の高い操舵制御が可能となる。このように、きめ細かな制御により、前後輪の車軸中心位置が概同一の軌跡をたどる（± 5 0 mm程度の一定の左右変位幅に収める）ことができ、軌道幅を大きくする必要が無く、乗心地も向上する。

また、距離係数を出発前に随時導出するため、タイヤ磨耗による動荷重半径の変動による距離検出誤差を無くすことができる。また、逆にタイヤ磨耗度合いを検知することができ、磨耗度合いに応じたコーナリングパワーを適正に設定することができる。これによりパターン操舵角を精度良く算出することができる。さらに、距離係数に応じてタイヤの交換時期を通知するようにすればメンテナンスが効率化できる。

さらに、パターン操舵角を算出しているため、修正操舵角を算出するためのゲインは、制御によるオーバシュートが乗心地に影響を与えない範囲で小さく設定することが可能である。また、車軸ごとに独立して制御するため連結車両にも容易に適用できる。

加えて、本発明を保護軌道と保護輪とからなるフェイルセィフ機構を備えた交通システムに適用する場合、車両の前後 2箇所の前後輪車軸の中心位置で車体の軌道幅方向の偏差を検知することで、結果的に、前後輪側に取り付けられた保護アームの両端に装着された 4箇所の保護輪が保護軌道と非接触になるよう制御されるため、制御が単純でスムーズである。図面の簡単な説明

第 1図は、本発明の一実施形態の平面説明図である。

第 2図は、前記実施形態の制御装置を示すプロック線図である。

第 3図は、前記実施形態の幾何学的操舵角を示す平面説明図である。

第 4図は、前記実施形態のパターン操舵角の算出要領を示す説明図である。第 5図は、前記実施形態のパターン操舵角テーブルを示す図表である。

第 6図は、前記実施形態の操舵制御手順を示すフローチャートである。

第 7図は、従来の軌道系交通システムの自動操舵機構を示す平面説明図である。第 8図は、（a ) は、図 7に示す C _ C断面図であり、（b) は、（a ) の変形例を示す説明図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。伹し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明をそれのみに限定する趣旨ではない。

本発明の一実施形態を図 1〜図 6に基づいて説明する。本実施形態は、軌道路面に保護軌道を有し、車両の下方に設けられ該保護軌道に沿って移動する保護輪からなるフェイルセィフ機構を備えた軌道系交通システムに適用した場合の実施形態である。図 1は車両軌道を上方から視た平面説明図であり、従来の軌道系交通システムを示す図 7に相当する図である。図 2は制御系のプロック線図である。図 1において、図 7中の部材又は機器と同一構成の部材又は機器については、図 7で付された符号から筆頭のゼロを取り去つた同一の符号を付しており、これら同一部材又は機器の説明は原則として省略する。図 1において、車両 1 2の操舵機構を前輪側を例にとって説明すると、ァクチユエ一夕 3 6 aの可動ロッド 3 8 aの動きは、球面ジョイント 3 4及びステアリングアーム 3 9を介して左前輪タイヤ 1 8 bに伝達され、左前輪タイヤ 1 8 bを操舵する。左前輪タイヤ 1 8 bの動きは夕イロッド 3 2を介して右前輪タイヤ 1 8 aに伝達され、右前輪タイヤ 1 8 aを操舵する。なお、タイロッド 3 2、後ステアリングァ一ム 3 0 a、 3 O bによって、いわゆるアツカーマン'ジヤント式リンク機構を構成し、旋回時の左右輪の旋回角度が適切にコントロールされる。

左前輪タイヤ 1 8 bの動きは同時に連動ロッド 4 6を介して保護アーム 4 2に伝達され、保護アーム 4 2を前輪 1 8の操舵方向と同一の方向を向くように構成されている。

4個の保護輪 4 0が前輪及び後輪側の保護アーム 0 4 2の両端に装着されている。保護輪 0 4 0は保護軌道 1 4内に位置して走行し、自動操舵機構が正常に作動するとき、保護軌道 1 4の左右側壁 1 4 aに接触しないが、自動操舵機構に異常が起きたときは、保護輪 4 0が保護軌道 1 4の左右側壁 1 4 aに接触して係止する。これによつて、車両 1 2が軌道から外れるのを防止している。このように、保護軌道 1 4と 2個の保護輪 0 4 0を両端に装着した保護アーム 4 2とでフェイルセィフ機構 1 1を構成している。

コントローラ 7 0には、軌道条件、走行条件、車両条件、その他、後述する距離パルスセンサ 6 2によって検知された出発地点からの車輪の回転数から演算された自車位置情報等が入力され、これらの情報に基づいてァクチユエ一夕 3 6に操舵指令を送っている。車軸線 4 4 aの中央部に位置する保護アーム 4 2の下方に非接触式変位計 6 0が取り付けられている。非接触式変位計 6 0は、例えば、レーザ式変位計又は超音波式変位計で構成される。車両 1 2の走行中、非接触式変位計 6 0によって保護軌道 1 4の左右側壁 1 4 aとの距離が検知される。この検知値により車輪 1 2の軌道幅方向の偏倚量を求めることができる。

次に、図 2により本実施形態の操舵制御装置の構成を説明する。図 2において、出発前処理手段 8 0を構成する記憶手段 8 1には、出発地点（停車駅）から目的地点（次駅）までの軌道条件（直線又は曲線の有無、カント又は勾配等の有無)、走行条件（速度パターン等）及び車両条件（ホイールベース（前後輪の中心軸間の距離)、車両重量、車両の寸法諸元、タイヤ特性等）などの既知条件が記憶されている。

既知条件は、予め記憶手段に記憶された軌道条件などの固定条件と、出発地点前の走行区間で検知され、演算手段で算出されて確定する車両重量や距離係数などの変動条件に分類される。車両重量は空車重量と集客重量の合計であり、出発地点での出発前に確定した後（例えば、車両のドアが閉じられた後）、ノッチ制御等のためにモニタしているエア 'サスペンション（A S ) 圧値から検知される。距離係数は、距離パルスセンサの検知パルスを実距離に換算する係数である。即ち、直前の走行区間での出発地点から目的地点までの既知の距離と、直前の走行時にカウントした距離パルスセンサのパルス数から換算した該走行区間の距離との比を表すものである。各走行区間で検知した出発地点からのパルス数に該距離係数を乗ずることにより、出発地点からの実距離を正確に求めることができる。図 2において、停車駅でエア 'サスペンション（A S ) 圧値を A S圧センサ 6 1で検知し、その信号を演算手段 8 2に送信する。演算手段 8 2では、軌道の変化点、即ち、，直線から緩和曲線又は曲線への変化点、あるいはその逆の変化点ごとに、前後輪のパターン操舵角を演算する。変化点の位置は、停車駅からの距離を前述の方法で求める。そして、パターン操舵角テーブル作成 ·記憶手段 8 3で、パターン操舵角を表にしたパターン操舵角テーブルを作成し、記憶する。なお、パターン操舵角は前輪と後輪とで夫々独立して作成される。

曲線軌道におけるパターン操舵角は、軌道の曲率半径と車両のホイ一ルベ一スから求められる幾何学的な操舵角と、車両の曲線通過速度及び力ントの影響で夕ィャに発生するスリップアングルとの和で演算する。図 3において、軌道 1を矢印 a方向に走行する車両 1 2において、曲率半径 Rと車両 1 2のホイールベース (前後輪の中心軸間の距離） L t、及び車両の曲線通過速度及びカントの影響でタイヤに発生するスリップアングルを考慮して、左右前輪 1 8 a、 1 8 bの操舵角 f a、 f bと、左右後輪 2 2 a、 2 2 13の操舵角 &、 r bが演算される。これによって、保護アーム 4 2の操舵角 Sも決定する。

図 4にパターン操舵角の算出要領を示す。図 4において、停車駅 Aから次駅 B までの間の 1から 1 0までの各走行区間のうち、 Xは直線軌道、 yは直線軌道から曲線軌道に移行する区間であって、曲率が徐々に変わる緩和曲線軌道、 zは区間全域で一定の曲率をもつ曲線軌道であることを示す。かかる軌道を車両が走行する場合、直線軌道 Xのパターン操舵角はゼロであり、曲線軌道 zでのパターン操舵角はひ又は) 3とする。

図 5に、図 4での停車駅 Aから次駅 B間の 1から 1 0までの走行区間のパターン操舵角を作成したパターン操舵角テーブルを示す。なお、緩和曲線軌道 yでは、図 4に示すように、ゼロと α又は i3との間を線形補間（比例補間）することにより、 α 1〜α 5又は /3 l〜i3 5のように異なるパターン操舵角となる。

このように前輪及び後輪で独立して作成したパターン操舵角テーブルを、夫々走行中操舵制御手段 9 0の前輪用演算手段 9 1 a及び後輪用演算手段 9 1 bに送信する。また、前輪用演算手段 9 1 aには前輪側に設置された非接触式変位計 6 0 aで検知した車両 1 2の軌道幅方向位置の偏位量が入力されるとともに、後輪用演算手段 9 1 bには後輪側に設置された非接触式変位計 6 0 bで検知した車両 1 2の軌道幅方向位置の偏位量が入力される。

また、距離パルスセンサ 6 2で検知した停車駅 Aから現在走行位置までのパルス数が前輪用演算手段 9 1 a及び後輪用演算手段 9 1 bに入力される。

前輪用演算手段 9 1 a及び後輪用演算手段 9 1 bでは、入力された各種検知信号に基づいて操舵角を演算し、この演算された操舵角を前輪用制御手段 9 2 a及び後輪用制御手段 9 2 bに送信する。前輪用制御手段 9 2 a及び後輪用制御手段 9 2 bでは、この演算された操舵角に基づいて操舵指令 X a及び X bを夫々前輪用ァクチユエ一夕 3 6 a及び後輪用ァクチユエ一夕 3 6 bに送り、これらァクチユエ一夕を作動させる。

前輪側ァクチユエ一夕 3 6 a、及び後輪側ァクチユエ一夕 3 6 bの可動ロッド 3 8 a、 3 8 bの動きは、これらァクチユエ一夕に設けられた位置センサ 6 3 a、 6 3 bで検知し、フィードバック制御される。

次に、本実施形態の操舵制御の手順を図 6により説明する。この場合、車両 1 2が矢印 a方向に進行する場合を例にとって説明する。図 6において、まず、距離パルスセンサ 6 2で出発地点（停車駅 A)からの現在の走行距離を検知する（ステツプ 1 )。次に、車両走行方向が正しい方向であるかを判定する（ステップ 2 )。次に、前述の方法で演算手段 8 2により、各変化点での前輪側パターン操舵角 X a 0及び後輪側パターン操舵角 X b oを算出する（ステップ 3 )。

車両 1 2は、各変化点で算出されたパターン操舵角に基づいて操舵される。また、緩和曲線軌道では、図 4に示すやり方で線形補間してパターン操舵角を算出し、該算出値で操舵する。

次に、非接触式変位計 60 a、 6 Obにより前輪車軸側及び後輪車軸側で夫々車両 12の軌道幅方向位置の偏位量 Y a、 Ybを検知する（ステップ 4)。

次に、車両 12が a方向に走行しているか、あるいは b方向に走行しているかを判定する（ステップ 5)。

次に、車両 12の進行方向（a方向又は b方向）に応じた算式により前輪側修正操舵量 Δ X a及び後輪側修正操舵量 Δ X bを算出する。車両 12の車軸中心位置と軌道側目標位置（保護軌道 14の側壁 14 a) との相対的な左右変位差が偏位量であり、比例ゲイン Kpと偏位量 Ya、 Ybとの積と、微分ゲイン Kdと偏位量 Ya、丫13の時間微分(1¥& 31;、 dYbZd tとの積を足し合わせて、修正操舵量を算出する。前輪側修正操舵角 Δ X aと後輪側修正操舵角 Δ X bとは、夫々独立して算出される。

なお、図 6に示す修正操舵角の算式では、偏位量の符号は、保護アーム 42が保護軌道 14の側壁 14 aに近づく方向をマイナス（―）とし、側壁 14 aから遠ざかる方向をプラス（+) としている。また、ァクチユエ一夕 36 a、 36b の可動ロッド 38 a、 38 bが突出する方向をプラス（+ ) とし、可動ロッド 3 8 a、 38 bが引っ込む方向をマイナス（一）としている。

走行安定性を高めるため、比例ゲイン Kpは走行速度が増すほど小さくし、可変とする。また、走行安全性を高めるため、後輪の修正操舵角には前輪の修正操舵角に対して係数 αを乗ずる。走行速度が大のときは α<1とし、低速又は曲線軌道走行時には α≥ 1と設定する。

このように、演算手段 91 a、 91 bでパターン操舵角に修正操舵角を加えた目標操舵角を算出し、この目標操舵角に基づいて制御手段 92 a、 92 bから操舵指令 Xa、 Xbが前輪又は後輪で独立してァクチユエ一夕 36 a、 36 bに発信され、車両 12を自動操舵する。目標操舵角は、走行輪の操舵に機械的にリンクされたァクチユエ一夕の目標位置に換算され（又は目標操舵角をァクチユエ一夕の位置換算値に置き換えてもよい。）、コントローラ 70より発する目標位置指令とァクチユエ一夕の位置センサ 63 a、 63 bのフィードバック信号によりァクチユエ一夕の可動口ッド 3 8 a、 3 8 bを位置制御する。この操舵制御は車両 1 2の走行が終了するまで継続される（ステップ 6 )。

本実施形態によれば、車両 1 2の出発前に既知条件からパターン操舵角テープルを作成するため、車両走行中は、パターン操舵角に関しては、出発地点からの距離検知信号の入力に対応して、該パターン操舵角テ一ブルを参照して線形補間するだけの簡単な制御で済む。また、修正操舵角も 1箇所の偏差から当該箇所の修正操舵角を導出するだけであり、前後輪の車軸ごとに独立して制御するため、ョ一角などの車両運動を考慮する必要が無く、単純な制御で済む。このために演算速度が速く連続的にきめ細かで信頼性の高い操舵制御が可能となる。

このように、きめ細かな制御により、前後輪の車軸中心位置が概同一の軌跡をたどる（± 5 0 mm程度の一定の左右変位幅に収める）ことができ、軌道幅を大きくする必要が無く、乗心地も向上する。

また、パターン操舵角を算出しているため、修正操舵角を算出するためのゲインは、制御によるオーバシュートが乗心地に影響を与えない範囲で小さく設定することが可能である。また、車軸ごとに独立して制御するため連結車両にも容易に適用できる。

さらに、変位計 6 0は、レーザ式変位計又は超音波式変位計の非接触式変位計で構成されているので、検知精度及び応答性が良く、かつ摩耗の問題を起こさない。

加えて、本実施形態の操舵制御を、保護軌道 1 4と保護輪 4 0とからなるフエィルセィフ機構 1 1を備えた軌道系交通システム 1 0に適用しているため、車両 1 2の前後 2箇所の前後輪車軸の中心位置で車体の左右変位を検知することで、結果的に 4箇所の保護輪 4 0が保護軌道 1 4と非接触になるよう制御されるため、制御が単純でスムーズである。産業上の利用可能性

本発明によれば、新交通システムにおいて、車両が前後進両方向に走行可能であるとともに、前進又は後進時に、前後輪の車軸中心位置が略同一の軌跡を迪ることが可能なきめ細かな操舵制御を可能とする自動操舵機構を実現することがでさる。

Claims

1 . 車両が予め定められた軌道上を走行し、車両の前輪および後輪をァクチユエ一夕を備えた操舵機構によって該軌道上を走行するように自動操舵する車両の操舵制御方法において、 '

出発前に、出発地点から目的地点までの軌道条件、走行条件及び車両条件から、請

軌道の変化点ごとに前後輪のパターン操舵角を規定したパターン操舵角テーブル求

を作成し、出発点からの走行距離を検知しながら各変化点で前記テーブルより読 π

み出されるパターン操舵角に基づいて車の両の操舵を行なうとともに、

走行中の車両の軌道幅方向位置を検知し、車両の軌道幅方向位置が目標位置となるための修正操舵角を算出し、囲

該修正操舵角をパターン操舵角に加えて目標操舵角を算出し、該目標操舵角により前後輪を操舵するようにし、

該パターン操舵角、修正操舵角及び目標操舵角を翁後輪で夫々独立して算出することを特徴とする車両の操舵制御方法。

2 . 曲線軌道におけるパターン操舵角は、軌道の曲率半径と前後輪の間隔から求められる幾何学的な操舵角、車両の曲線通過速度、及びカントの影響でタイヤに発生するスリップアングルに基づいて演算することを特徴とする請求項 1に記載の車両の操舵制御方法。

3 . 出発地点から軌道の各変化点までの距離を、出発地点から該変化点までの車輪回転数を検知して求めるとともに、

直前の走行区間における出発地点から目的地点までの既知の距離と該走行区間で検知された車輪回転数から求めた距離との比を表す距離係数を導出することにより、車輪の摩耗による距離検知誤差を補正するようにしたことを特徴とする請求項 1に記載の車両の操舵制御方法。

4. 曲線軌道と直線軌道間の緩和曲線におけるパターン操舵角は、曲線軌道の操舵角を線形補間することにより算出することを特徴とする請求項 1に記載の車両の操舵制御方法。

5 . 前記修正操舵角は、車両の軌道幅方向位置と目標位置との偏差と比例ゲインとの積と、微分ゲインと該偏差の時間微分との積を加算して算出することを特徴とする請求項 1に記載の車両の操舵制御方法。

6 . 前記比例ゲインは、車両速度が増すほど小さくなるように車両速度に応じて可変とすることを特徴とする請求項 5に記載の車両の操舵制御方法。

7 . 後輪の修正操舵角は、前輪の修正操舵角に可変の係数 αを乗ずるようにし、係数 _αは、車両速度が大のときは 0! < 1とし、車両速度が小又は曲線軌道走行時には α≥ 1とすることを特徴とする請求項 1に記載の車両の操舵制御方法。

8 . 車両が予め定められた軌道に沿って走行し、車両の前輪及び後輪をァクチユエ一夕によって自動操舵する操舵機構を備えた車両の操舵制御装置において、出発地点から目的地点までの距離及び軌道条件、走行条件及び車両条件を記憶した記憶手段と、

該記憶手段に記憶した情報から軌道の変化点ごとに前後輪のパターン操舵角を演算して、前記軌道の変化点ごとに前後輪のパターン操舵角を規定したパターン操舵角テーブルを形成する第 1の演算手段と、からなる出発前処理手段を備えるとともに、

車両の軌道幅方向位置を検知する手段と、

出発地点からの距離を検知する距離検知手段と、

前記パターン操舵角テーブルの操舵角情報、及び該距離検知手段の距離情報を入力して、任意の走行地点でのパターン操舵角を算出するとともに、該車両位置検知手段の車両位置情報を入力して、車両の軌道幅方向位置が目標位置となるための修正操舵角を算出する第 2の演算手段と、

該演算手段で算出したパターン操舵角及び修正操舵角に基づいて前記ァクチュエー夕を制御する制御手段と、からなる走行中操舵制御手段とを備え、該走行中操舵制御手段を前輪と後輪とで夫々独立して備えたことを特徴とする車両の操舵制御装置。

9 . 車両重量検知手段を備え、該車両重量検知手段の検知情報を前記出発前処理手段の演算手段に入力するように構成したことを特徴とする請求項 8に記載の車両の操舵制御装置。

1 0 . 前記軌道幅方向位置検知手段は、車両に装着され、軌道に沿って配設され軌道との相対位置が変わらない位置関係で配置された地上構造物との軌道幅方向相対位置を検知することを特徴とする請求項 8に記載の車両の操舵制御装置。

1 1 . 軌道の路面に設けられた保護軌道及び該車両の下方に設けられ該保護軌道に沿つて移動する保護輪からなるフェイルセィフ機構を備え、

前記軌道幅方向位置検知手段が車体下部の該保護軌道内に位置する部位に装着され、該保護軌道の左右側壁との軌道幅方向距離を検知することにより車両の軌道幅方向位置を検知することを特徴とする請求項 1 0に記載の車両の操舵制御装置。