JP3958500B2 - Braking device for connected vehicles - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、牽引車（トラクタ）およびこれに牽引される被牽引車（トレーラ）からなる連結車両の制動装置に関する。本発明は、車両の姿勢制御または横転防止制御に関する。
【０００２】
本発明は、車速の超過または急な操舵をきっかけに過大な横方向加速度が発生して、被牽引車が横転する現象（ロールオーバ）を防止するための姿勢制御に関する。
【０００３】
【従来の技術】
大型トラックや大型バスには、車両の重心近傍のヨーレイトあるいはロール角を検出して、これがあらかじめ設定されている値を越えると、運転操作にかかわらず自動的に一部の車輪を制動状態に制御して、横転を防止するための姿勢制御を行う装置が装備されるようになった。このような横転防止装置を連結車両に装備することは理論的には可能であるが現実的でない。すなわち、牽引車にヨーレイトあるいはロール角などを観測するセンサを装備することは可能であるが、すべての被牽引車にヨーレイトやロール角を観測するセンサを装備すること、そしてその被牽引車に偶然に連結される牽引車に適合するそのようなセンサを配備することは現実的に困難である。
【０００４】
一般に、連結車両は主に貨物輸送用車両として利用されていて、その運行スケジュールは、連結車両が荷物の積み下ろし位置に到着すると、その連結を切り離して被牽引車のみをその位置に残し、牽引車はその位置ですでに積み下ろしの済んだ別の被牽引車を牽引して出発するように設定される。このような運用をすると、特定の牽引車に特定の被牽引車を連結したままにしておく場合に比べて、運転者および高価な牽引車の実効稼動率が向上する。かりに一つの牽引車にどの被牽引車でも連結可能にするのではなく、特定の牽引車について連結することができる被牽引車を限定する場合には、牽引車および被牽引車の運用計画の自由度を失うことになり、貨物の輸送業を営むユーザにとっては大きい損失となる。現状の運行形態では、連結装置はその規格が統一されているから、牽引車はメーカの異なる被牽引車であっても、年式のかなり旧い被牽引車であっても、随時連結または切離しを行うことができ、実際にそのように運用されている。
【０００５】
このように、被牽引車に横転防止のための何らかのセンサを設けるなど、規模の大きい装備を施すことは、車両の運用形態からも望ましいことではないが、連結車両の横転防止制御を行うために、被牽引車には車輪回転センサなど最小限のセンサを設けて、これを利用して被牽引車の状態を推定し横転防止制御を行う技術が開示された（特開平９−３２３６３２号公報）。今後被牽引車にもＡＢＳ（Antilock Breaking System) を装備することが普及するであろうから、ＡＢＳの制御入力となる車輪回転センサが多くの被牽引車に装備されることになるものと考えられ、その意味で上記公報開示の技術は優れた技術である。しかし、この技術も小さい部材とはいえ被牽引車に特定のセンサを装備するものであるし、センサ出力を被牽引車から牽引車に伝える電気信号の接続手段が必要になる。一般に、被牽引車の寿命は牽引車の寿命に比べて長いから、すべての被牽引車にＡＢＳが装備されるようになるにはかなり長い時間を要することになる。しかも車両のメーカが相違しても、年式が代わっても、すべての被牽引車のＡＢＳが同一規格に統一されることは考えにくい。したがって、上記技術を採用するかぎり一つの牽引車にとって連結できる被牽引車が限定されることになる。これは車両の運用に不便であるから、上記公報開示の技術は多くの貨物運送会社などの顧客に広く受入れられることにはならないものと考えられる。
【０００６】
また、被牽引車にセンサを必要としない装置として、特開平１０−１０３７号公報に開示された提案がある。これは、牽引車の制御装置（コンピュータ）の中に被牽引車のモデルを仮想的に設定し、牽引車に設けたセンサを利用して被牽引車の運動状態をそのモデルの上に展開して、これを実時間で観測し演算し、そのモデルの運動が安定するように制御を実行するものである。これは、原則的に被牽引車側には何の装置をも装備する必要がない点で優れているが、そのモデルの運動状態がどの程度まで現実の被牽引車の運動状態を表すことになるのかは未知であり、実用化するにはまだかなりのステップを経なければならない。
【０００７】
また研究段階のものとして、牽引車に後方を照射するレーザ装置を配備して、このレーザ光線により被牽引車の運動状態を観測することなどが試みられているが、これはどのような環境下でも安全適正に作動する、経済的に量産できる現実的な装置を完成するに至っていない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
一方、走行中の連結車両が、速度超過あるいは急な操舵をきっかけとして、過大な横方向加速度が発生し被牽引車が横転する現象を回避するための装備を設けることは強く望まれている。このような課題な横方向加速度が発生し、車両の横転に至らないとしても連結器が破壊されるようなことがあると、二次的な原因を含めて重大事故になることがある。またこのような事故は、高速道路の長時間にわたる閉鎖を引き起こすなど、直接に関係のない多くの人に多大な迷惑を及ぼすことになる。したがって連結車両の姿勢制御では、横転現象の発生が予測されるような制御不能になる状態を早めに検出し、被牽引車に適当な
制動力を発生させる自動的な制御はきわめて重要である。
【０００９】
一般に横転現象は、被牽引車の積荷重量が大きいときに、ゆるやかな下り坂を走行しているなどの状況下で、速度がある限界を超過した場合や、衝突を回避するために急な操舵を行った場合などに発生しやすい。走行中に横転現象が発生する前には、被牽引車だけでなく牽引車にも大きい横方向加速度が発生する。経験のある運転者はこのような現象を体感により感知して、急激なハンドル操作を避け、急激に減速しないように断続的にブレーキ・ペダルを踏むなど、たくみな運転操作を行うことにより制御不可能になる前に姿勢を回復させ事故を未然に防止している。
【００１０】
本願出願人は、本願の優先権主張の基礎となる特許出願（特願平１１−１６９８７８号）により、被牽引車には原則的に特別な装備を必要とすることなく、牽引車側の横方向加速度を観測することにより横転の可能性を推測して、運転操作によらずに自動的に被牽引車を制動状態に制御する装置を出願した。そして本願発明者は、さらにこの連結車両の制動装置について試験を重ねた。そして牽引車で一定の条件を越える横方向加速度を検出したときに、被牽引車を（あるいは牽引車もともに）自動的に制動状態とする制御が有効であり、上記特許出願に開示した発明が有効であることを認識した。
【００１１】
しかし、車両の運行中にまだ横転の可能性がないときに、被牽引車が運転操作によらずに自動的に制動状態になってしまう場合があり、このような場合には円滑な運転操作を阻害することになることに気づいた。また、横方向加速度センサはこれを装備するにより横転防止のための制御に有効であるものの、しばしば衝撃などにより瞬時の大きい横方向加速度な検出出力を発生することがあることがわかった。それとともに、横方向加速度センサを実装しなくとも有効な制御を可能にすることができることもわかった。その結果、左右輪の回転差から横方向加速度を推定する技術を採り入れることにより、さらに有用でか
つ経済的な装置を構成できることがわかった。なお左右輪の回転差分から横方向加速度を推定する技術については、特開平８−１３６５７２号公報に開示がある。
【００１２】
本発明はこのような背景に行われたものであって、連結車両が横転現象を引き起こす可能性がある状況を制御可能なうちに検出して、運転操作にかかわらず横転事故を回避するような自動的な制動制御を行う装置を提供することを目的とする。本発明は、被牽引車側にいっさいの新たな装備を施す必要のない連結車両の姿勢制御装置および横転防止装置を提供することを目的とする。すなわち本発明は、牽引車が連結することができる被牽引車の種類を限定してしまい、車両の運用の自由度を失うようなことがない連結車両の姿勢制御装置を提供することを目的とする。本発明は、連結する被牽引車に車種制限を設ける必要がなく、貨物車両の運行計画に影響を与えることがなく、貨物輸送を行うユーザにとって受入れやすい連結車両の姿勢制御装置を提供することを目的とする。本発明は、被牽引車にＡＢＳ（あるいはＥＢＳ, Electronic-controlled Break System) が装備されていない場合にも有効な姿勢制御装置を提供することを目的とする。さらに本発明は、横転の可能性が発生するまでにまだ十分な余裕があるときに、不必要に制動制御が行われることがなく、円滑な運転操作を行うことができる装置を提供することを目的とする。本発明は、被牽引車を自動的に制動状態に制御して危険な状態を脱したときに、すみやかに制動状態を解除することができる装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、牽引車（トラクタ）に横方向加速度検出手段を設け、この横方向加速度検出手段に所定値を越える加速度が検出されたときに、運転操作にかかわらず被牽引車（トレーラ）に自動的に制動力を与えるように制御することを特徴とする。横転現象が発生する前には、被牽引車だけでなく牽引車にも横方向加速度が発生する。牽引車に大きい横方向加速度が発生したときに、牽引車の側でこれを検知して、それがあらかじめ設定した所定値より大きいときには、自動的に被牽引車に制動力を発生させることにより、牽引車に後ろ向きの加速度を発生させて車速を減じ、横方向加速度が増大してゆき横転に至る現象を未然に防止することができる。
【００１４】
横方向加速度検出手段を被牽引車ではなく牽引車に装備することは、新たに販売する車両に順次装備すればよいのであるからそれほど困難なことではない。また、横方向加速度センサは、姿勢制御あるいは荷くずれ検出などのためにすでに装備されている場合がありそれを利用する構成とすることもできる。本発明の制御は制御モデルなどの複雑なステップを経るものではなく、横方向加速度がある値を越えたときに、あるいはある値を越えたと推定される状態にあるときに、単純に被牽引車を（または牽引車も同時に）制動状態にするものであり、その制御装置の構成は簡単かつ安価である。さまざまな試験の結果から、本発明の装置はきわめて実用価値が高く、被牽引車が牽引車を前方あるいは横方向に押し出して横転する可能性をきわめて小さくすることができることがわかった。
【００１５】
すなわち本発明は、牽引車（１）が被牽引車（２）を連結器により連結して牽引する場合に、牽引車（１）に、横方向加速度検出手段（１２）と、車速が第一の所定値（ｖ1）を上回るときにその横方向加速度検出手段に第一の所定値（Ｇy1)を越えることを示す検出出力が第一の所定時間（ｔ1）以上継続して送出されたときに制動の運転操作がなくとも被牽引車の制動手段を自動的に制動状態に制御する手段（１２）とを設けたことを特徴とする。
【００１６】
上記括弧内の数字または記号はあとから説明する実施例の図面参照符号または記号である。これは本発明の構成を理解しやすいように付すものであって、本発明を実施例に限定するためのものではない（以下同じ）。
【００１７】
車速の第一の所定値（ｖ1）は、車両の横転が発生する可能性のある車速である。これは運転操作による車両の制御が不能におちいる車速であり、例えば時速２０ｋｍ以上の適当な値に設定されることがよい。しかしこの第一の所定値（ｖ1）をきわめて小さい値に設定することも可能である。すなわち、実質的に走行状態にあれば横転が発生する可能性があるとして設定を行うものである。車速が零のときには、つまり停車しているときにはこの装置が作動するか否かは意味をもたない。停車中に被牽引車を制動状態にするか否かは運転操作によるべきである。
【００１８】
横方向加速度の第一の所定値（Ｇy1)は牽引車に発生する横方向加速度であり、直接に被牽引車に発生する横方向加速度を検出するものではないが、被牽引車にも牽引車と同等もしくは同等以上の横方向加速度が発生しているものとして、被牽引車が横転する可能性がある横方向加速度が設定される。そして第一の所定時間（ｔ1）はしだいに傾きが増大し横転する可能性のある時間が設定される。この第一の所定時間（ｔ1）は実質的にｔ1＝０として本発明を実施することもできるが、この第一の所定時間（ｔ1）にある有限な値（例えば数秒）を設定して、横方向加速度の第一の所定値（Ｇy1)を比較的小さい値に設定することが現実と合致する。本発明では自動的に制動状態に制御する対象は被牽引車である。被牽引車を制動状態とするときに牽引車も同時に制動状態とする構成をとることもできる。すなわち、牽引車に横方向加速度が発生している状態では、被牽引車にも横方向加速度が発生している状態であり、横転現象が発生しやすい状態であるものとして、被牽引車に自動的に制動力を発生させるような制御を行い、この状態がさらに悪い方向に拡大することを防止する。
【００１９】
牽引車に検出される横方向加速度の上記第一の所定値（Ｇy1）は、単純に一律の値に設定することもできるが、操舵を行うとそれに応じて発生する横方向加速度は正常な状態で合理的に発生するものであり、またその合理的に発生する横方向加速度は車両の走行速度により異なる。したがって、そのときの牽引車の操舵角度αおよびそのときの車両走行速度ｖの関数ｆ（α，ｖ）として上記所定値Ｇy1を設定することがよい。すなわち、
Ｇy1＝ｆ（α，ｖ）
とすることができる。この関数ｆは実測値から設計されるものであり、制御回路にテーブルとして保持しておき、牽引車の操舵角度αおよび走行速度ｖの変化に応じて、自動的に選択設定されるようにソフトウエアを作ることにより実施することができる。関数ｆは数段階のステップ関数として設定することもできるし、段階数を大きくしてほとんど連続関数となるように設定することもできる。
【００２０】
前記運転操作による制動の有無にかかわらず被牽引車の制動手段を自動的に制動状態に制御する手段は、被牽引車の積載量が所定値以上であるときに限り有効であるように設定することができる。これは積載量が大きいときに、被牽引車の重心が高くなり横転現象は起こりやすいからである。積載量の入力は、荷物の積み卸しが終わった後に、運転者の操作により、積載量の大略を数段階の切換スイッチにより入力する構成とすることがよい。積載量の切換スイッチによる操作入力は、ＡＢＳその他制御装置のパラメタ入力としても利用されるので、すでに装備されている設計もある。積載量を操作によらずに入力するには、牽引車の後輪支持ばねに変位センサを配置し、ばねの変位を電気的に検出する方法を利用することができる。この構成によれば、被牽引車側に新たな装置を付加することがなく本発明を実施することができる。
【００２１】
横方向加速度検出手段は、実際に牽引車に加速度センサを装備することが最も確実で有効である。しかし、高感度に横方向加速度を検出することができる加速度センサは高価である。一方、この横方向加速度検出手段は、牽引車の左右車輪に設けた回転検出手段と、この回転検出手段の出力を演算する手段とにより、現実に近い横方向加速度の値を求めることができる。理論的には、
横方向加速度＝〔（右側の車輪速）−（左側の車輪速）／トレッド〕×左右の平均車速
として推定演算することができる。すなわち、横方向加速度は直接にセンサで検出しなくとも、前記回転検出手段の出力を演算する手段を利用して、前記左右車輪の回転速度差から牽引車の横方向加速度を推定演算することができる。
【００２２】
さらに本願発明者が試験を重ねたところ、牽引車の左右輪（前輪または後輪）に所定値を越える回転速度差が生じたとき、あるいは所定値を越える回転差が生じたときに、牽引車に第一の所定値を越える横方向加速度が発生したものとして近似的に推定しても、本発明の制御を有効に実行することができることがわかった。これは簡単な演算であり、このための演算回路はきわめて安価に実現することができる。現実に製造販売される牽引車は、すべての車両にＡＢＳが装備されているから、このようにして横方向加速度が第一の所定値を越えたものとみなすことは現実的にあり、これにより装置をきわめて安価に製造することができるようになる。
【００２３】
牽引車の左右輪の回転差あるいは回転速度差についてさらに説明すると、牽引車の前輪の左右に所定値を越える回転差があることは、路面とのスリップがないなら、あるいは路面とのスリップが小さいなら、運転者が操舵を行っていることであり、急なハンドル操作を伴うことを制動開始の条件とすることにもなる。回転差としてもよいが、これを回転速度差とすることにより、車速に比例してこの条件は敏感になる。車両の横転は急なハンドル操作に起因する場合があり、このときには単に横方向加速度を検出あるいは推定するだけでなく、牽引車の左右輪の回転を検出して制動制御の起動条件とすることは合理的である。牽引車の前輪の左右輪を対象とすることにより、操舵の影響は敏感になる。そして、左右輪の回転差より回転速度差を対象とすることにより、車速が大きくなるにしたがって横転の可能性が大きくなる現実と合致する。
【００２４】
上述のように、被牽引車の制動手段を自動的に制動状態に制御する場合には、牽引車の後輪の制動手段を併せて制動状態に制御することができる。これは、被牽引車の荷重のほぼ半分は牽引車の後輪が分担しているからである。この場合には、牽引車の後輪の制動力は被牽引車の制動力とかならずしも等しくなくともよい。
【００２５】
本発明の装置では、上述のように被牽引車を自動的に制動状態としたあとに、運転操作によりその被牽引車の制動状態を解除することもできるが、自動的に制動状態になった後に、車速が前記第一の所定値以下に設定された第二の所定値（ｖ2≦ｖ1）を下回る状態が第二の所定時間（ｔ2）にわたり継続するときに、その制動状態を自動的に解除する構成とすることができる。第二の所定値（ｖ2）は車両横転が発生しない安全な低速領域に設定されることが望ましい。第二の所定時間（ｔ2）は零とすることができる。すなわち、車速が第二の所定値（ｖ2）より瞬時でも下回れば、制動状態を解除するように構成することができる。
【００２６】
上記説明のほか、制動状態の解除条件を車速によるのではなく、横方向加速度の検出出力が小さくなったことによることができる。すなわち、被牽引車を自動的に制動状態に制御して後に、前記横方向加速度検出手段の出力が第一の所定値以下に設定された第二の所定値（Ｇy2≦Ｇy1）を下回る状態が第三の所定時間（ｔ3）にわたり継続するときにその制動状態を解除する構成とすることができる。この第二の所定値（Ｇy2)は車両横転の可能性がない安全な領域に設定することが望ましい。また第三の所定時間（ｔ3）も実質的にｔ3＝０とすることもできるが、ある有限な時間を設定して安全を確認することができるように構成することが望ましい。
【００２７】
被牽引車にもＡＢＳが順次装備されるようになるであろうが、被牽引車の耐用年数は大きいので、経済的な観点からＡＢＳを装備してない被牽引車が当分の間運用走行されることになる。この場合に、本発明の装置では、牽引車から被牽引車に送出する制動圧力を断続的に制御する、あるいは制動のための制御信号を断続的な信号とするなどにより、被牽引車の制動状態を断続的に制御する構成とすることができる。この構成により、被牽引車の車輪回転がロックされて横すべりを増大させるようなことを防止することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
（第一実施例）
図１は本発明第一実施例連結車両の概念図、図２は本発明第一実施例装置のブロック構成図、図３は本発明第一実施例装置の配管および配線系統図を示す。図４はこの実施例装置の制御回路に設定される制御論理の要部を示すフローチャートであり、図５は被牽引車の制動空気圧力の断続周期を説明するタイムチャートである。
【００２９】
この実施例では、牽引車１と被牽引車２とは、鉛直軸まわりに回動可能な連結器３により連結される。被牽引車２の荷重は被牽引車２の後軸二軸および牽引車１の後軸により支持される。本発明の制御回路１１および横方向加速度センサ１２は運転席の背後に装備される。横方向加速度センサ１２は、車両の進行方向ＦＷに対して垂直な面上で水平方向の左右加速度Ｌ，Ｒを検出するように取付けられる。横方向加速度センサ１２の出力は入出力回路１３を介して制御回路１１に取込まれる。牽引車の前後二軸の左右輪にはそれぞれ回転センサ１５〜１８が設けられ、この出力は入出力回路２０を介して制御回路１１に取込まれる。また操舵軸には操舵角センサ１９が設けられ、入出力回路１３を介して制御回路１１に取込まれる。
【００３０】
制御回路１１の出力は、３個のリレーバルブ２１〜２３を制御するように構成される。リレーバルブ２１から牽引車１の左右前輪（ＦrＬ，ＦrＲ）の制動圧を供給する。リレーバルブ２２からは牽引車１の左右後輪（ＲrＬ，ＲrＲ）の制動圧を供給する。リレーバルブ２３からは管路２５を経由して被牽引車２の後二軸の車輪（ＴＲ）の制動圧を供給する。
【００３１】
この装置の制御回路１１はプログラム制御回路であり、図４は本発明実施例装置の制御回路の制御フローチャート要部を示す。この図４にしたがってその動作を説明すると、エンジンの始動後に連結された被牽引車２の情報を取得する。走行を開始すると、横方向加速度センサ１２の出力、牽引車１の前左右輪の回転センサ出力、操舵角センサの出力を取込み、横方向加速度の第一の所定値Ｇy1を取得しその値をメモリ内に蓄積する。横方向加速度センサ１２の出力がこの第一の所定値Ｇy1を越え、かつ左右輪の回転速度差が所定値ωs を越えたかを調べ、越えている状態にあるときに被牽引車２に制動圧力を送るリレーバルブ２３を断続的に開閉する。被牽引車２にＡＢＳが装備されているときには、制動圧力を断続制御する必要がない。所定値ωs はこの実施例では０．８ｋｍ／ｈに設定したが、この値は車両の特性に応じて任意に設定することができる。
【００３２】
この制動状態はタイマにより監視し、継続所定時間Ｔが経過したときに新たな横方向加速度センサ出力値を取込み、これが限界値Ｇy2（＜Ｇy1）を下回るまで制御動作を継続する。横方向加速度センサの出力が限界値Ｇy2を下回ったときリレーバルブ２３を閉じて被牽引車のブレーキ圧を減ずる。この実施例ではＧy1＝０．４５Ｇ、Ｇy2＝０．２５Ｇ（Ｇは重力加速度）としたが、この値も車両の特性に応じて任意に設定することができる。
【００３３】
図５は本発明実施例装置が発生する空気圧の圧力時間特性を示す図である。横軸は時間を示し、縦軸は被牽引車に供給するブレーキ圧力（配管２５）の圧力を示す。試験の結果、時間Ｔ1（圧力が供給されている時間）および時間Ｔ2（圧力が途切れている時間）はそれぞれ０．１秒ないし１秒の範囲に設定することが適当であった。この実施例ではａ＝ｂ＝０．５秒とした。最大圧力ｃはこの実施例では約３ｋｇ／ｃｍ2とした。これらの値は設計に応じて適宜設定することができる。
【００３４】
制御回路１１のソフトウエアにこのような動作を行うように設定することにより、ＡＢＳの装備されていない被牽引車を連結したときにも、被牽引車のスリップによる横転を有効に防止することができる。
【００３５】
（第二実施例）
図６は本発明第二実施例装置の論理動作を説明するための要部制御フローチャートである。この第二実施例装置は、そのハードウエアの構成は第一実施例装置と同等である。この第二実施例装置は、図４で説明した第一実施例装置で説明した制御論理を試験を繰り返すことにより、本発明による作動が現実的な運転状態に適合するように改良したものである。すなわち、被牽引車を制動状態とする条件として、
１）横方向加速度センサ（横Ｇセンサ）の出力値が第一の所定値（Ｇy1)を第一の所定時間（ｔ1）以上継続して越えた、
２）車輪速から演算した横方向加速度が第一の所定値（Ｇy1)を第一の所定時間（ｔ1）以上継続して越えた、
３）車輪速から得られる車速が第一の所定値（ｖ1）以上になった、
との三条件が同時に成立することとした。
【００３６】
また、被牽引車の制動状態を解除する条件として、
１）車輪速から得られる車速がｖ2以下になった、
２）横方向加速度センサの出力値が第二の所定値（Ｇy2)以下の状態が第三の所定時間（ｔ3）以上継続した、
３）車輪速から演算した横方向加速度が第二の所定値（Ｇy2)以下の状態が第三の所定時間（ｔ3）以上継続した、
との三条件のいずれかが成立することとした。
【００３７】
この構成により、何らかの雑音によりひんぱんに被牽引車が制動状態になることが回避されるとともに、横転の可能性があるときには確実に被牽引車を制動状態にすることができる。また、被牽引車を制動状態にした状態を不必要に長引かせて、運転操作の円滑性を失うことがないように構成することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明はその構成が簡単であるとともにその動作は合理的である。すべての装備は牽引車の側に設けられ、被牽引車の側には何ら装備を施す必要がない。本発明により、連結車両が横転現象を引き起こす可能性がある姿勢を回復制御が可能なうちに検出して、運転操作にかかわらず事故を回避するような自動的な制動制御を行うことができる。本発明は、被牽引車にＡＢＳが装備されているか否かにかかわらず実施することができる。本発明は、連結する被牽引車に車種制限を設ける必要がないから、貨物車両の運行計画に影響を与えることがなく、貨物輸送を行う顧客にとって受入れやすい利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する連結車両の概念図。
【図２】本発明実施例装置のブロック構成図。
【図３】本発明実施例装置の配管および配線系統図。
【図４】本発明第一実施例装置の制御フローチャート。
【図５】本発明第一実施例装置の空気圧の圧力時間特性を示す図。
【図６】本発明第二実施例装置の制御フローチャート。
【符号の説明】
１ 牽引車
２ 被牽引車
３ 連結器
１１ 制御回路
１２ 横方向加速度センサ
１３ 入出力回路
１５〜１８ 回転センサ
１９ 操舵角センサ
２０ 入出力回路
２１〜２３ リレーバルブ
２５ 被牽引車の制動圧力用配管[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a braking device for a connected vehicle including a tow vehicle (tractor) and a towed vehicle (trailer) to be pulled by the tow vehicle. The present invention relates to vehicle attitude control or rollover prevention control.
[0002]
The present invention relates to attitude control for preventing a phenomenon (rollover) in which a towed vehicle rolls over due to excessive lateral acceleration caused by excessive vehicle speed or sudden steering.
[0003]
[Prior art]
For large trucks and large buses, the yaw rate or roll angle near the center of gravity of the vehicle is detected, and if this exceeds a preset value, some wheels are automatically controlled to brake regardless of the driving operation. As a result, a device for performing posture control to prevent rollover has been provided. Although it is theoretically possible to equip such a rollover prevention device in a connected vehicle, it is not practical. In other words, it is possible to equip a tow vehicle with a sensor for observing the yaw rate or roll angle, but all towed vehicles are equipped with a sensor for observing the yaw rate or roll angle, and the towed vehicle is accidentally It is practically difficult to deploy such a sensor that is compatible with a towing vehicle that is connected to the vehicle.
[0004]
In general, a connected vehicle is mainly used as a freight transportation vehicle. When the connected vehicle arrives at the loading / unloading position, the connection vehicle is disconnected and only the towed vehicle is left at that position. Is set to start by towing another towed vehicle already loaded and unloaded at that position. When such an operation is performed, the effective operation rate of the driver and the expensive tow vehicle is improved as compared with the case where the specific tow vehicle is left connected to the specific tow vehicle. When it is not possible to connect any towed vehicle to a single towed vehicle, but to limit the towed vehicles that can be connected to a specific towed vehicle, freedom of operation planning of the towed vehicle and the towed vehicle It will be a loss for users operating the cargo transportation business. In the current mode of operation, the standard of the connecting device is unified, so the towing vehicle can be connected or disconnected at any time, regardless of whether it is a towed vehicle of a different manufacturer or a towed vehicle of an older model. Can and can actually be operated that way.
[0005]
In this way, it is not desirable from the vehicle operation mode to provide a large-scale equipment such as providing some kind of sensor for preventing the rollover of the towed vehicle, but in order to perform the rollover prevention control of the connected vehicle. In addition, a technique has been disclosed in which a towed vehicle is provided with a minimum sensor such as a wheel rotation sensor, and the state of the towed vehicle is estimated using this to perform a rollover prevention control (Japanese Patent Laid-Open No. 9-323632). . In the future, it will be widely used to equip towed vehicles with ABS (Antilock Breaking System). Therefore, it is thought that many towed vehicles will be equipped with wheel rotation sensors that serve as ABS control inputs. In that sense, the technique disclosed in the above publication is an excellent technique. However, although this technique is also a small member, a towed vehicle is equipped with a specific sensor, and an electric signal connection means for transmitting the sensor output from the towed vehicle to the towed vehicle is required. In general, since the life of the towed vehicle is longer than that of the towed vehicle, it takes a considerably long time for all of the towed vehicles to be equipped with ABS. Moreover, even if the vehicle manufacturers are different or the model year is changed, it is unlikely that the ABS of all towed vehicles will be unified to the same standard. Therefore, as long as the above technique is adopted, the towed vehicles that can be connected to one towed vehicle are limited. Since this is inconvenient for vehicle operation, it is considered that the technology disclosed in the above publication is not widely accepted by customers such as many freight carriers.
[0006]
Further, there is a proposal disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-1037 as an apparatus that does not require a sensor in a towed vehicle. This is because the model of the towed vehicle is virtually set in the control device (computer) of the tow vehicle, and the motion state of the towed vehicle is developed on the model using the sensor provided on the tow vehicle. This is observed and calculated in real time, and the control is executed so that the motion of the model is stabilized. This is superior in that it is not necessary to equip the towed vehicle with any devices in principle, but to the extent that the model's motion state represents the actual state of the towed vehicle's motion. It will be unknown, and there are still a number of steps to put it into practical use.
[0007]
At the research stage, a laser device that irradiates the rear of the towing vehicle has been deployed, and attempts have been made to observe the movement of the towed vehicle using this laser beam. However, it has not yet completed a realistic device that operates safely and can be mass-produced economically.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
On the other hand, it is strongly desired to provide equipment for avoiding a phenomenon in which a towed vehicle rolls over due to excessive lateral acceleration caused by excessive speed or sudden steering caused by a connected vehicle that is traveling. If such a lateral acceleration occurs and the coupler is broken even if the vehicle does not roll over, a serious accident including secondary causes may occur. In addition, such an accident causes a great deal of trouble to many people who are not directly related, such as causing a long-time closure of the expressway. Therefore, in the attitude control of the connected vehicle, a state where the control becomes impossible such that the occurrence of the rollover phenomenon is predicted is detected at an early stage, which is suitable for the towed vehicle.
Automatic control for generating braking force is extremely important.
[0009]
In general, a rollover phenomenon occurs when the speed of a vehicle exceeds a certain limit under conditions such as traveling on a gentle downhill when the towed vehicle has a large load load, or sudden steering to avoid a collision. This is likely to occur when Before the rollover phenomenon occurs during traveling, a large lateral acceleration occurs not only in the towed vehicle but also in the towed vehicle. Experienced drivers can detect this phenomenon through their experience and avoid control by performing sudden driving operations, such as avoiding sudden steering operations and intermittently depressing the brake pedal to prevent sudden deceleration. The posture is restored before it becomes possible to prevent accidents.
[0010]
According to a patent application (Japanese Patent Application No. 11-169878), which is the basis of the priority claim of the present application, the applicant of the present application is required to install a towed vehicle side by side without requiring special equipment. We have applied for a device that estimates the possibility of rollover by observing the directional acceleration and automatically controls the towed vehicle to the braking state without depending on the driving operation. The inventor of the present application further tested the brake device for the connected vehicle. When the lateral acceleration exceeding a certain condition is detected by the tow vehicle, it is effective to automatically control the towed vehicle (or both tow vehicles) to be in a braking state, and the invention disclosed in the above patent application is effective. Recognized that it is effective.
[0011]
However, when there is no possibility of rollover during the operation of the vehicle, the towed vehicle may automatically be in a braking state regardless of the driving operation. I noticed that it would interfere. It was also found that the lateral acceleration sensor is effective in controlling rollover prevention by being equipped with it, but often generates a momentary lateral acceleration detection output due to an impact or the like. At the same time, it has also been found that effective control can be achieved without mounting a lateral acceleration sensor. As a result, it is more useful by adopting a technology that estimates the lateral acceleration from the rotation difference between the left and right wheels.
It was found that one economical device could be constructed. A technique for estimating the lateral acceleration from the rotation difference between the left and right wheels is disclosed in JP-A-8-136572.
[0012]
The present invention has been made in such a background, and detects a situation in which a connected vehicle may cause a rollover phenomenon while it can be controlled, and avoids a rollover accident regardless of driving operation. An object of the present invention is to provide a device that performs automatic braking control. An object of the present invention is to provide an attitude control device and a rollover prevention device for a connected vehicle that do not require any new equipment on the towed vehicle side. That is, an object of the present invention is to provide an attitude control device for a connected vehicle that limits the types of towed vehicles to which the tow vehicle can be connected and does not lose the degree of freedom of operation of the vehicle. To do. It is an object of the present invention to provide an attitude control device for a connected vehicle that is not required to provide a vehicle type restriction to a towed vehicle to be connected, does not affect a freight vehicle operation plan, and is easily received by a user who carries cargo. Objective. An object of the present invention is to provide an attitude control device that is effective even when the towed vehicle is not equipped with ABS (or EBS, Electronic-controlled Break System). Furthermore, the present invention provides a device that can perform smooth driving operation without unnecessary braking control when there is still a sufficient margin before the possibility of rollover occurs. Objective. An object of the present invention is to provide a device that can quickly release a braking state when a towed vehicle is automatically controlled to a braking state to escape from a dangerous state.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, a tow vehicle (tractor) is provided with a lateral acceleration detecting means, and when an acceleration exceeding a predetermined value is detected by the lateral acceleration detecting means, the towed vehicle (trailer) is automatically operated regardless of the driving operation. It is characterized by controlling so that a braking force may be given. Before the rollover phenomenon occurs, lateral acceleration occurs not only in the towed vehicle but also in the towed vehicle. When a large lateral acceleration is generated in the tow vehicle, this is detected on the tow vehicle side, and when it is larger than a predetermined value set in advance, by automatically generating a braking force on the towed vehicle, It is possible to prevent a phenomenon in which a backward acceleration is generated in the towing vehicle to reduce the vehicle speed and the lateral acceleration increases to cause a rollover.
[0014]
It is not so difficult to equip the tow vehicle instead of the towed vehicle with the lateral acceleration detecting means because it is sufficient to sequentially equip the newly sold vehicle. Further, the lateral acceleration sensor may be already equipped for posture control or load displacement detection, and may be configured to use it. The control of the present invention does not go through complicated steps such as a control model, but simply when the lateral acceleration exceeds a certain value or is estimated to exceed a certain value, the towed vehicle is simply (Or the towing vehicle at the same time) is put into a braking state, and the configuration of the control device is simple and inexpensive. From the results of various tests, it has been found that the device of the present invention has extremely high practical value, and the possibility that the towed vehicle pushes the towing vehicle forward or laterally and rolls over is extremely small.
[0015]
That is, according to the present invention, when the tow vehicle (1) is towed by connecting the towed vehicle (2) with a coupler, the tow vehicle (1) has a lateral acceleration detecting means (12) and the vehicle speed is first. Predetermined value (v 1 ) Exceeds the first predetermined value (G y1 ) Exceeding the first predetermined time (t 1 ) A means (12) is provided for automatically controlling the brake means of the towed vehicle to the braking state even when there is no braking operation when it is continuously sent out.
[0016]
The numerals or symbols in the above parentheses are reference numerals or symbols in the drawings of examples to be described later. This is provided to facilitate understanding of the configuration of the present invention, and is not intended to limit the present invention to the examples (the same applies hereinafter).
[0017]
First predetermined value of vehicle speed (v 1 ) Is a vehicle speed at which the vehicle may roll over. This is a vehicle speed at which the vehicle cannot be controlled by driving operation, and is preferably set to an appropriate value of, for example, 20 km / h or more. However, this first predetermined value (v 1 ) Can be set to a very small value. That is, the setting is performed assuming that there is a possibility of rollover if the vehicle is substantially in a running state. When the vehicle speed is zero, that is, when the vehicle is stopped, it does not make sense whether this device operates. Whether or not the towed vehicle is brought into a braking state while the vehicle is stopped should depend on the driving operation.
[0018]
First predetermined value of lateral acceleration (G y1 ) Is the lateral acceleration generated in the tow vehicle and does not directly detect the lateral acceleration generated in the towed vehicle, but the towed vehicle generates lateral acceleration equal to or greater than that of the towed vehicle. As a result, a lateral acceleration at which the towed vehicle may roll over is set. And the first predetermined time (t 1 ) The time when the inclination gradually increases and the rollover may occur is set. This first predetermined time (t 1 ) Is substantially t 1 Although the present invention can be implemented with = 0, the first predetermined time (t 1 ) Is set to a finite value (for example, several seconds), and the first predetermined value (G y1 ) Is set to a relatively small value in accordance with the reality. In the present invention, the object to be automatically controlled to the braking state is the towed vehicle. When the towed vehicle is brought into a braking state, the towed vehicle can be brought into a braking state at the same time. In other words, when the lateral acceleration is generated in the tow vehicle, the tow vehicle is also in the lateral acceleration state, and it is assumed that the overturning phenomenon is likely to occur. Control is performed to generate a braking force automatically, and this state is prevented from expanding in a worse direction.
[0019]
The first predetermined value (G of lateral acceleration detected by the towing vehicle) y1 ) Can be simply set to a uniform value, but if steering is performed, the lateral acceleration that occurs in response to the steering is reasonably generated in a normal state, and that reasonably generated lateral acceleration The direction acceleration varies depending on the traveling speed of the vehicle. Accordingly, the predetermined value G as a function f (α, v) of the steering angle α of the towing vehicle at that time and the vehicle traveling speed v at that time. y1 It is good to set. That is,
G y1 = F (α, v)
It can be. This function f is designed from actual measurement values, and is stored as a table in the control circuit so that the function f is automatically selected and set according to changes in the steering angle α and the traveling speed v of the towing vehicle. This can be done by creating a wear. The function f can be set as a step function of several steps, or can be set so as to be almost a continuous function by increasing the number of steps.
[0020]
The means for automatically controlling the brake means of the towed vehicle to the braking state regardless of the presence or absence of braking by the driving operation is set to be effective only when the loaded amount of the towed vehicle is not less than a predetermined value. be able to. This is because when the load is large, the center of gravity of the towed vehicle becomes high and the rollover phenomenon is likely to occur. The input of the load amount may be configured such that, after the loading and unloading of the luggage is finished, the load amount is roughly input by a switch of several stages by the operation of the driver. Since the operation input by the load amount changeover switch is also used as a parameter input for the ABS and other control devices, there are designs already equipped. In order to input the loading amount without any operation, a method can be used in which a displacement sensor is disposed on the rear wheel support spring of the towing vehicle and the displacement of the spring is electrically detected. According to this configuration, the present invention can be implemented without adding a new device to the towed vehicle side.
[0021]
It is most reliable and effective that the lateral acceleration detecting means is actually equipped with an acceleration sensor on the towing vehicle. However, an acceleration sensor that can detect lateral acceleration with high sensitivity is expensive. On the other hand, this lateral acceleration detection means can determine a lateral acceleration value close to reality by means of rotation detection means provided on the left and right wheels of the towing vehicle and means for calculating the output of the rotation detection means. In theory,
Lateral acceleration = [(Right wheel speed)-(Left wheel speed) / Tread] x Left and right average vehicle speed
Can be estimated and calculated. That is, even if the lateral acceleration is not directly detected by the sensor, the lateral acceleration of the towing vehicle can be estimated and calculated from the difference between the rotational speeds of the left and right wheels using the means for calculating the output of the rotation detecting means. it can.
[0022]
Furthermore, when the present inventor repeated tests, when a difference in rotational speed exceeding a predetermined value occurs on the left and right wheels (front wheel or rear wheel) of the towing vehicle, or when a rotational difference exceeding a predetermined value occurs, the towing vehicle It was also found that the control according to the present invention can be effectively executed even if it is approximately estimated that lateral acceleration exceeding the first predetermined value has occurred. This is a simple calculation, and an arithmetic circuit for this can be realized at a very low cost. Since the towing vehicles that are actually manufactured and sold are equipped with ABS on all vehicles, it is realistic to consider that the lateral acceleration exceeds the first predetermined value in this way, The device can be manufactured very inexpensively.
[0023]
The difference in rotation between the left and right wheels of the towing vehicle or the difference in rotation speed will be described further. If there is a rotation difference exceeding the predetermined value on the left and right of the front wheels of the towing vehicle, there is no slip with the road surface or the slip with the road surface is small. Then, the driver is steering, and a sudden steering operation is a condition for starting braking. Although it is good also as a rotation difference, this condition becomes sensitive in proportion to a vehicle speed by making this into a rotation speed difference. Rolling over the vehicle may be caused by a sudden steering operation.In this case, it is not only possible to detect or estimate the lateral acceleration, but also to detect the rotation of the left and right wheels of the towing vehicle as a starting condition for braking control. Is reasonable. By targeting the left and right wheels of the front wheel of the tow vehicle, the influence of steering becomes sensitive. Then, by targeting the rotational speed difference rather than the rotational difference between the left and right wheels, it matches the reality that the possibility of rollover increases as the vehicle speed increases.
[0024]
As described above, when the braking means of the towed vehicle is automatically controlled to the braking state, the braking means of the rear wheel of the towed vehicle can be controlled to the braking state together. This is because almost half of the load of the towed vehicle is shared by the rear wheel of the towed vehicle. In this case, the braking force of the rear wheel of the tow vehicle may not necessarily be equal to the braking force of the towed vehicle.
[0025]
In the apparatus of the present invention, after the towed vehicle is automatically brought into a braking state as described above, the towed vehicle can be released from the braking state by a driving operation. Later, the vehicle speed is set to a second predetermined value (v 2 ≦ v 1 ) Is less than the second predetermined time (t 2 ), The braking state can be automatically released. Second predetermined value (v 2 ) Is preferably set in a safe low speed region where vehicle rollover does not occur. Second predetermined time (t 2 ) Can be zero. That is, the vehicle speed is a second predetermined value (v 2 ) The brake state can be released if it falls below even more instantaneously.
[0026]
In addition to the above description, the condition for releasing the braking state can be based not on the vehicle speed but on the decrease in the lateral acceleration detection output. That is, after the towed vehicle is automatically controlled to a braking state, the second predetermined value (G) in which the output of the lateral acceleration detecting means is set to be equal to or lower than the first predetermined value. y2 ≦ G y1 ) Is less than the third predetermined time (t Three ), The braking state can be released when continuing. This second predetermined value (G y2 ) Should be set in a safe area where there is no possibility of vehicle rollover. The third predetermined time (t Three ) Is also substantially t Three Although it can be set to = 0, it is desirable to configure so that safety can be confirmed by setting a certain finite time.
[0027]
The towed vehicles will be equipped with ABS one after another, but because the towed vehicle has a long service life, the towed vehicle not equipped with ABS has been operated for the time being for economic reasons. Will be. In this case, in the apparatus of the present invention, the brake pressure of the towed vehicle is controlled by intermittently controlling the braking pressure sent from the towed vehicle to the towed vehicle, or by using a control signal for braking intermittently. It can be set as the structure which controls a state intermittently. With this configuration, it is possible to prevent the wheel rotation of the towed vehicle from being locked and increasing the side slip.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First Example)
FIG. 1 is a conceptual diagram of a connected vehicle of the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram of the apparatus of the first embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a piping and wiring system diagram of the apparatus of the first embodiment of the present invention. FIG. 4 is a flowchart showing the main part of the control logic set in the control circuit of this embodiment apparatus, and FIG. 5 is a time chart for explaining the intermittent period of the braking air pressure of the towed vehicle.
[0029]
In this embodiment, the
[0030]
The output of the
[0031]
The
[0032]
This braking state is monitored by a timer, and when a predetermined continuous time T has elapsed, a new lateral acceleration sensor output value is taken in, which is a limit value G y2 (<G y1 Control operation is continued until it falls below. The output of the lateral acceleration sensor is the limit value G y2 When the pressure falls below, the
[0033]
FIG. 5 is a graph showing the pressure time characteristics of the air pressure generated by the embodiment apparatus of the present invention. The horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates the brake pressure (pipe 25) supplied to the towed vehicle. Test result, time T 1 (Time during which pressure is supplied) and time T 2 It was appropriate to set (the time during which the pressure was interrupted) in the range of 0.1 to 1 second. In this embodiment, a = b = 0.5 seconds. The maximum pressure c is about 3 kg / cm in this embodiment. 2 It was. These values can be appropriately set according to the design.
[0034]
By setting the software of the
[0035]
(Second embodiment)
FIG. 6 is a main part control flowchart for explaining the logical operation of the apparatus according to the second embodiment of the present invention. This second embodiment apparatus has the same hardware configuration as the first embodiment apparatus. In the second embodiment apparatus, the control logic described in the first embodiment apparatus described with reference to FIG. 4 is repeatedly tested so that the operation according to the present invention is adapted to a realistic operating state. . In other words, as a condition for placing the towed vehicle in a braking state,
1) The output value of the lateral acceleration sensor (lateral G sensor) is the first predetermined value (G y1 ) For the first predetermined time (t 1 ) Continued above,
2) The lateral acceleration calculated from the wheel speed is a first predetermined value (G y1 ) For the first predetermined time (t 1 ) Continued above,
3) The vehicle speed obtained from the wheel speed is a first predetermined value (v 1 )
It was decided that these three conditions would be satisfied at the same time.
[0036]
In addition, as a condition for releasing the braking state of the towed vehicle,
1) The vehicle speed obtained from the wheel speed is v 2 Became the following,
2) The output value of the lateral acceleration sensor is a second predetermined value (G y2 ) The following state is the third predetermined time (t Three ) Continued,
3) The lateral acceleration calculated from the wheel speed is a second predetermined value (G y2 ) The following state is the third predetermined time (t Three ) Continued,
Any one of the three conditions is established.
[0037]
With this configuration, it is avoided that the towed vehicle is frequently in a braking state due to some noise, and the towed vehicle can be surely brought into the braking state when there is a possibility of rollover. Moreover, the state which made the towed vehicle into the braking state can be extended unnecessarily, and the smoothness of the driving operation can be prevented from being lost.
[0038]
【The invention's effect】
As described above, the present invention has a simple configuration and a reasonable operation. All equipment is provided on the side of the tow vehicle, and no equipment is required on the towed vehicle side. According to the present invention, it is possible to detect an attitude in which a connected vehicle may cause a rollover phenomenon while recovery control is possible, and perform automatic braking control so as to avoid an accident regardless of driving operation. The present invention can be implemented regardless of whether or not the towed vehicle is equipped with ABS. The present invention does not need to limit the type of vehicle to be connected to the towed vehicle, and therefore has an advantage that it is easy to accept for customers who carry cargo without affecting the operation plan of the cargo vehicle.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram of a connected vehicle for carrying out the present invention.
FIG. 2 is a block diagram of an apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a piping and wiring system diagram of an apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a control flowchart of the apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing pressure time characteristics of air pressure of the first embodiment apparatus of the present invention.
FIG. 6 is a control flowchart of the apparatus according to the second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Towing vehicle
2 Towed vehicle
3 coupler
11 Control circuit
12 Lateral acceleration sensor
13 I / O circuit
15-18 Rotation sensor
19 Steering angle sensor
20 I / O circuit
21-23 Relay valve
25 Braking pressure piping for towed vehicles
Claims (5)
ことを特徴とする連結車両の制動装置。 The vehicle speed exceeds the first predetermined value (V 1 ), the acceleration sensor installed in the tow vehicle detects lateral acceleration exceeding the first predetermined value (G y1 ) , and is provided on the left and right wheels of the tow vehicle. A lateral direction in which a rotational speed difference (ωs) exceeding a predetermined value is detected in the rotational speed difference between the left and right wheels detected by the rotation detecting means or the first predetermined value (G y1 ) is exceeded from the rotational speed difference between the left and right wheels When the acceleration is detected, the brake means of the towed vehicle is automatically operated even if there is no braking operation when the two detection outputs of the acceleration sensor and the rotation detection means continue for the first predetermined time (t 1 ) or longer. braking apparatus for a combination vehicle, characterized in that the means for controlling the braking state is provided to the traction vehicle.
System) を装備してない車両であるときには、被牽引車の制動手段にパルス状の空気圧を与えて断続的に制動状態に制御する手段を含む請求項１記載の連結車両の制動装置。 The towed vehicle is ABS ( Antilock Breaking
When a vehicle equipped with no System), the braking apparatus for a combination vehicle according to claim 1 further comprising means for controlling the intermittent braking state giving pulsed air pressure braking means of the towing vehicle.
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