JP2007320502A - 多軸車両及びその操舵制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ６輪車両や８輪車両のように３軸以上の車軸を有する多軸車両において、簡単な構成で小回り性能を向上させる。
【解決手段】 前方車軸２２と後方車軸２８の間に配置された１以上の中間車軸２４、２６に設けられた中間駆動輪３４Ｌ、Ｒ、３６Ｌ、Ｒを使って旋回を行なう。旋回を行う時、旋回外側の中間駆動輪３４Ｌ、３６Ｌの速度Ｖoutを車速Ｖ₀より高く制御し、かつ、旋回内側の中間駆動輪３４Ｒ、３６Ｒの速度Ｖinを車速Ｖ₀より低く制御し、同時に、旋回内側の後方又は前方車輪３６R又は３２Rに制動をかける。旋回時、中間駆動輪３４Ｌ、Ｒ、３６Ｌ、Ｒ以外の駆動輪３２Ｌ、Ｒ、３８Ｌ、Ｒへの動力伝達を切って、これらの駆動輪を遊動状態にする。
【選択図】図１

Description

本発明は、６輪車両や８輪車両のように３軸以上の車軸を有する多軸車両に関し、特に多軸車両を小半径で旋回させるための操舵制御技術に関する。本発明は、例えば、軸間距離がほぼ均等な４車軸を有する８輪車両に好適である。

従来より、車両の旋回半径を小さくするための操舵装置が開発されている。特許文献１には、４輪車両において、進行方向に対する前側旋回内輪に制動をかけることが開示されている。また、特許文献２には、同じく４輪車両において、進行方向に対する後側旋回内輪に制動をかけることが開示されている。

ところで、６輪車両や８輪車両のように３軸以上の車軸を持つ多軸車両では、小半径での回転は４輪車より困難である。一例として、４車軸をもつ８輪車両を例に取って説明する。

８輪車両では、通常、第１軸と第２軸からなる前２軸に結合された４輪が操舵輪であり、第３軸と第４軸からなる後２軸の４輪は非操舵輪である。前２軸の操舵輪の向きを変えることで、旋回が行なわれる。旋回中心は、前方の操舵輪である第１軸の内輪の中心軸の延長線と、非操舵輪である第３軸と第４軸間の中線の延長線の交点となるが、両線間のスパンが大きいため、旋回中心は車体からかなり離れ、よって、最小旋回半径が大きい。このような8輪車両に特許文献１，２に開示された技術を応用して、旋回時に前２軸または後２軸の内輪に制動をかけたとしても、４輪車のようには効果的に旋回半径が小さくならない。

８輪車に関して、別の原理に基づく操舵装置が、例えば、非特許文献１の第３４頁に開示されている。この記事によれば、ドイツで１９７５年に開発されたダイムラーベンツ社製の８輪車両「ルクス」に採用された操舵装置は、時速３０ｋｍ以下で操舵する時には、前２軸を転舵するだけでなく、後２軸を逆位相に転舵する。このように前２軸と後２軸を逆位相に転舵する操舵装置は、８WS（Eight
Wheel Steering System）と呼ばれる。

８WSを採用することにより、前２軸だけで操舵する場合と比べて、旋回中心が車体により近づき、最小旋回半径が小さくなる。
特開平１１−４９０１９号公報（例えば、請求項１） 特開平１１−４９０２０号公報（例えば、請求項１） 雑誌「PANZER」、２００５年７月号、アルゴノート社（例えば、第３４頁）

しかし、８WSでは、前２軸と後２軸を逆位相で転舵するための操舵装置の構造が複雑であり、また、車体の後２軸が配設された場所に操舵機構を収容する空間を設ける必要があるから、車体後部の乗員席や貨物室の容量が低減する虞がある。この問題に鑑み、本願の出願人は、先に特願２００５−２４４２８３号「多軸車両及びその操舵制御装置」を出願し、そこには、４車軸を持ち、第２軸と第３軸の車輪が駆動輪（以下、「中間駆動輪」という）であり、第１軸と第４軸の車輪が遊動輪である８輪車両において、旋回運動を行うときに、旋回の内側の中間駆動輪にブレーキを作用させることで、小半径での旋回を可能にすることが提案されている。しかし、路面の摩擦係数がある程度以上に高くなると、旋回半径が期待するほどに小さくならないという問題がある。

その原因は、次の通りと考えられる。内側の中間駆動輪にブレーキをかけて旋回をしようとするとき、路面の摩擦係数が高いほど、外側の中間駆動輪に供給されるトルクは大きくなる。ディフェレンシャルギアの働きにより旋回の外側と内側の中間駆動輪には同じ大きさのトルクが供給されるから、外側の中間駆動輪に供給されるトルクが大きくなると、内側の中間駆動輪に供給されるトルクも大きくなる。他方、発生できる最大のブレーキ力には限界がある。そのため、路面の摩擦係数が或る程度以上に高くなると、内側の中間駆動輪に供給されるトルクに比べてそこに加えられるブレーキ力が不足し、内側の中間駆動輪が十分に減速されない。

本発明の目的は、６輪車両や８輪車両のように３軸以上の車軸を有する多軸車両において、効果的に小回り性能を向上させることにある。

本発明は、本願と同じ出願人の先願である特願２００５−２４４２８３号「多軸車両及びその操舵制御装置」にかかる発明に、さらに改良を加えたものである。本発明の一つの側面に従えば、多軸車両は、１以上の前方車軸と1以上の後方車軸と１以上の中間車軸とを含む３以上の車軸と、前方車軸に設けられた１対以上の前方車輪と、後方車軸に設けられた１対以上の後方車輪と、中間車軸に設けられた１対以上の中間駆動輪とを備え、前方車輪と後方車輪のうちの少なくとも1対の車輪は操舵輪であり、そして、旋回運動を行うときに、旋回の内側の中間駆動輪の速度を外側の中間駆動輪の速度より低くなるように制御するとともに、旋回の内側の後方又は前方車輪に選択的に制動をかける操舵制御装置を更に備える。

この多軸車両によれば、前方車軸と後方車軸との間に配置された１以上の中間車軸に設けられた１対以上の中間駆動輪を使って、前進時にも後退時にも旋回運動を行なうことができる。旋回外側の中間駆動輪と内側の中間駆動輪の速度をどのように異ならせるかを制御することで、旋回半径の大きさが制御できる。そのため、操舵輪による舵きりだけで旋回する場合より小さい旋回半径で旋回することが可能である。また、旋回の内側の後方又は前方車輪に選択的に制動をかけることにより、車体のヨー方向の旋回モーメントが増大するので、路面と車輪との間の摩擦力が大きい場合にも、小さい旋回半径で旋回することが可能である。

中間駆動輪以外に、前方車輪と後方車輪の内の少なくとも一部の車輪が駆動輪である場合には、前記操舵制御装置は、旋回運動を行うときに、前記中間駆動輪以外の駆動輪への駆動力の伝達を断ち、それにより、前方車軸及び後方車軸の双方に設けられた車輪が遊動輪となるように制御することができる。これにより、制動をかけれれてない前方車輪及び後方車輪の全てが、中間駆動輪による旋回運動の支障を与えることが防止されるので、小半径での旋回がより容易になる。

好適な実施形態では、前から順に第１軸、第２軸、第３軸及び第４軸からなる、軸間距離がほぼ均等な、４つの車軸を備えた８輪車両に、本発明が適用される。この８輪車両では、４対の車輪の全部が駆動輪であり、第1軸と第２軸の２対の車輪が操舵輪であり、第２軸と第３軸の２対の車輪が中間駆動輪である。そして、その２対の中間駆動輪を使って小半径の旋回を行なうことができ、かつ、２対の中間駆動輪で旋回を行なっている間、第１軸と第４軸の２対の駆動輪は、そこへの動力伝達が切断されて、遊動状態になる。

このような４軸車両だけでなく、３軸車両や、５軸以上の車軸を持つ車両にも、本発明は適用可能である。

本発明に従う多軸車両の操舵制御装置は、操舵輪の操舵角を検出する操舵角検出手段と、多軸車両の運転速度を検出する運転速度検出手段と、操舵角検出手段によって検出される操舵角と、運転速度検出手段によって検出される運転速度とに基づき、内側の中間駆動輪の速度と外側の中間駆動輪の速度を制御する中間駆動輪速度制御手段とを有することができる。この構成によれば、前進・後退にかかわらず検出された操舵角度や車速（車両代表点速度）などの現在の運転状態に応じて、内側と外側の中間駆動輪の速度が制御されるので、現在の運転状態に適した旋回半径やヨー角速度などの旋回条件で旋回運動を行なうことが可能であり、よって、旋回時における操作性、操縦性ならびに安定性を得ることができる。

上述したように検出された現在の運転条件（操舵角度や運転速度など）に基づいて内側と外側の中間駆動輪の速度を制御する場合、その運転条件の下で操舵輪による舵きりだけで旋回したとした場合の旋回半径（通常旋回半径）より小さい旋回半径で旋回運動が行えるように、左側と右側の中間駆動輪のそれぞれの目標速度を決定し、それぞれの目標速度を使って内側と外側の中間駆動輪のそれぞれの速度を制御するようにすることができる。例えば、好適な実施形態では、検出された運転条件から定まる通常旋回半径に、１．０より小さい係数（例えば、０．８程度）を乗算して目標旋回半径を決定し、その小さい目標旋回半径で旋回できるように左側と右側の中間駆動輪のそれぞれ目標速度が決定される。その結果、操舵輪による舵きりだけで旋回する場合より小さい旋回半径での旋回が自動的に実現される。

好適な実施形態では、運転速度検出手段は、左側の中間駆動輪の速度と右側の中間駆動輪の速度をそれぞれ検出する。そして、中間駆動輪速度制御手段は、旋回運動を行うとき、検出された左側と右側の中間駆動輪の速度のうち、外側の中間駆動輪の速度に相当する一方が、上述した左側と右側の中間駆動輪の目標速度のうち、外側の中間駆動輪の目標速度に相当する一方とに基づいて、旋回内側と外側の中間駆動輪のそれぞれの速度を制御する。この構成によれば、特に極低速で旋回する場合、所望精度で車輪速度を検出するための所要時間が長くなって制御応答性が低下しても、左右の駆動輪のうちより高速である方の旋回外側の駆動輪の検出速度に基づいて制御が行なわれるので、制御応答性の低下の問題を緩和することができる。

また、好適な実施形態では、上記運転速度検出手段は、多軸車両の代表点の速度を検出する手段を含み、中間駆動輪速度制御手段は、旋回運動を行うとき、検出された代表点の速度に基づいて、内側の中間駆動輪の速度が代表点の速度より低く且つ外側の中間駆動輪の速度が代表点の速度より高くなるように、内側と外側の中間駆動輪の速度を制御する。この構成により、検出された代表点の速度（現在の車速）に適した旋回半径やヨー角速度などの旋回条件で旋回運動を行なうことが可能であり、旋回時における操作性、操縦性ならびに安定性を得ることができる。

本発明に従う多軸車両は、左側の中間駆動輪と右側の中間駆動輪と左側の後方車輪（または前方車輪）と右側の後方車輪（または前方車輪）をそれぞれ独立して制動する制動手段を備え、操舵制御装置は、その制動手段を制御する制動力制御手段を有するように構成されてもよい。制動力制御手段は、旋回運動を行なうとき、左側と右側の中間駆動輪にそれぞれ加えられる制動力を調整することができ、また、旋回方向内側の後方車輪（または前方車輪）にも制動力を加えて、その制動力も調整することができる。この構成によれば、前進・後退にかかわらず、左右の中間駆動輪への制動力の調整により、旋回運動を、例えば次のように制御することができる。

すなわち、好適な実施形態では、内側と外側の中間駆動輪がディファレンシャルギアを介して結合されている。そして、上記制動力制御手段は、旋回運動を行なうとき、内側と外側の中間駆動輪の速度を異ならせるために、内側の中間駆動輪に制動力を与えるよう前記制動手段を制御する。この構成によれば、内側の中間駆動輪に制動力を与えることで、内側の中間駆動輪の速度を落とし、同時に外側の中間駆動輪の速度を上げて、旋回半径を小さくすることができる。

さらに、好適な実施形態では、上記制動力制御手段が、内側の中間駆動輪がロックしたことを検出する内輪ロック検出手段と、旋内側の中間駆動輪のロックが検出されたとき、内側の中間駆動輪の制動を緩和するとともに、外側の中間駆動に制動力を与えるよう制動手段を制御する内輪ロック解除手段とを有する。この構成によれば、外側の中間駆動輪に制動力を与えることで、内側の駆動輪に生じた車輪ロックを解除することができる。これにより、旋回中に車輪に無理な横力が働くのを防止するとともに、路面状況に応じて旋回半径が大きくばらつくことを予防できる。

このように、本発明にかかる多軸車両の好適な実施形態は、上述した制動力制御手段の働きによって、安定な走行状態を保ちながら旋回半径を小さくすることができるとともに、路面と車輪との間の摩擦力が大きい場合にも、旋回半径を小さくすることができる。

また、上述した制動力制御手段は、内側と外側の中間駆動輪にそれぞれ加えられる制動力を制御するために、内側と外側の中間駆動輪をそれぞれ制動する時間を制御するように構成されてよい。その場合、制動力制御手段は、パルス幅制御の方法により周期的に制動と非制動を交互に繰り返し、内側と外側の中間駆動輪の速度を制御するために1周期内での制動時間のデューティ比を制御し、また、中間駆動輪のロックを防止するために各周期の長さを制御するように構成されてよい。このようなパルス幅制御の方法を採用し、中間駆動輪の速度制御をデューティ比の調整で行い、ロック防止を周期の調整で行なうことにより、安定した制御を実現することができる。

本発明の別の側面に従えば、上述したよう多軸車両における操舵制御装置が提供される。

本発明によれば、３軸以上の車軸を有する多軸車両において効果的に小回り性能を向上させることができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態にかかる多軸車両の操舵制御装置について説明する。

まず、図１を参照して、本発明の実施形態にかかる多軸車両における操舵制御の概要を説明する。

図１に示すように、この実施形態にかかる多軸車両２０は、前から順に第１軸２２、第２軸２４、第３軸２６及び第４軸２８からなる４車軸を備えた８輪車両である。４車軸２２、２４、２６、２８の軸間距離はほぼ均等であって、第１、２軸２２、２４間距離が短く、第２、３軸２４、２６間距離が長く、かつ第３、４軸２６、２８間距離が近いというような車軸配置ではない。必ずしも、軸間距離がほぼ均等であるという車軸配置でなければ本発明が適用できないわけではないが、この車軸配置は、本発明による小回り性能の向上という効果を得るために好ましいものである。

第１軸２２と第２軸２４からなる前２軸に設けられた２対の車輪３２Ｌ、３２Ｒ、３４Ｌ、３４Ｒは、アッカーマンリンク（図示せず）に結合された方向可変の操舵輪である。他方、第３軸２６と第４軸２８からなる後２軸に設けられた２対の車輪３６Ｌ、３６Ｒ、３８Ｌ、３８Ｒは、方向不変の非操舵輪である。また、第２軸２４と第３軸２６とからなる中間２軸に設けられた２対の車輪３４Ｌ、３４Ｒ、３６Ｌ、３６Ｒは、エンジン（図示せず）からの駆動力を受ける駆動輪である(以下、「中間駆動輪」という）。また、前方の第１軸２２の左右車輪（以下、「前方車輪」という）３２Ｌ、３２Ｒと、後方の第４軸２８の左右車輪（以下、「後方車輪」という）３８Ｌ、３８Ｒは、いずれも、後に説明するクラッチにより、駆動輪と遊動輪とに切り替えることができる。

この実施形態にかかる多軸車両２０に搭載された、本発明の原理に従がう旋回制御装置は、操舵輪３２Ｌ、３２Ｒ、３４Ｌ、３４Ｒの旋回操舵が行なわれると（つまり、旋回運動を行うとき）、左側の中間駆動輪３４Ｌ、３６Ｌと右側の中間駆動輪３４Ｒ、３６Ｒの内の旋回内側の方に制動をかけることにより、旋回内側の中間駆動輪の速度が旋回外側の中間駆動輪の速度より低くなるように制御する。左側の中間駆動輪３４Ｌ、３６Ｌと右側の中間駆動輪３４Ｒ、３６Ｒとの間の速度差により、強制的に多軸車両２０の進路が変更されるので、操舵輪３２Ｌ、３２Ｒ、３４Ｌ、３４Ｒの舵きりのみで旋回する場合より小さい半径で、多軸車両２０が旋回する。

一例として、右方向に旋回する場合を想定して、より具体的に説明する。この場合、旋回内側（右側）の中間駆動輪３４Ｒ、３６Ｒに制動がかけられ、それにより、旋回外側（左側）の中間駆動輪３４Ｌ、３６Ｌは高い走行速度Voutで走行するように回転速度が制御され、これに対し、旋回内側（右側）の中間駆動輪３４Ｒ、３６Ｒは低い走行速度Vinで走行するように回転速度が制御される。ここで、旋回外側の２つの中間駆動輪３４Ｌ、３６Ｌは、まとめて、巨大な１つの中間駆動輪４０Ｌとみなすことができ、同様に、旋回内側の２つの中間駆動輪３４Ｒ、３６Ｒも、まとめて、巨大な１つの中間駆動輪４０Ｒとみなすことができる。従って、外側と内側の巨大な中間駆動輪４０Ｌと４０Ｒがそれぞれ異なる走行速度VoutとVinで走行するとみなすことができ、旋回外側の中間駆動輪３４Ｌ、３６Ｌ（４０Ｌ）が描く旋回半径は概ね図示のような大半径Routとなり、旋回内側の中間駆動輪３４Ｒ、３６Ｒ（４０Ｒ）が描く旋回半径は概ね図示のような小半径Rinとなる。

ここで、多軸車両２０の代表点３０を多軸車両２０の車体の長さと幅の中央付近に設けた場合、この代表点３０の走行速度V₀と旋回半径R₀と旋回のヨー角速度ωについて、次の関係式１００が近似的に成立する。式１００において、記号Ｈは、左右の中間駆動輪４０Ｌ、４０Ｒ間の距離を表し、この距離Ｈは概略的には車体の幅にほぼ相当する（以下、この距離Ｈを「車幅」という）。

ここで、代表点３０は車体の中央付近に配置されているから、代表点３０の旋回半径R₀は、次式１０２で表される。

よって、次の関係式１０４が近似的に成立する。

この実施形態にかかる多軸車両２０では、左側の中間駆動輪３４Ｌ、３６Ｌと右側の中間駆動輪３４Ｒ、３６Ｒがそれぞれディファレンシャルギヤで連結され、それらのディファレンシャルギヤの入力軸にトランスミッションの出力軸の回転速度が与えられる。この場合、多軸車両２０が直進走行する時の走行速度Vｄは下式１０６で与えられる。

上記の式１０４と式１０６から、V₀=Vdであり、代表点３０の走行速度V₀は、トランスミッションの出力軸の回転速度から読み取ることができる。

代表点３０の走行速度（以下、「代表速度」という）V₀が或る値である時、旋回外側の中間駆動輪３４Ｌ、３６Ｌの走行速度（以下、「外側中間駆動輪速度」という）Voutを代表速度V₀より大きい或る値になるよう制御すれば、旋回内側の中間駆動輪３４Ｒ、３６Ｒの走行速度（以下、「内側中間駆動輪速度」という）Vinは、上記式２に従って自動的に、代表速度V₀より低い或る値に決まる。或いは、旋回内側の中間駆動輪３４Ｒ、３６Ｒに制動力を加えて、内側中間駆動輪速度Vinを代表速度V₀より低い値に制御すれば、自動的に、外側中間駆動輪速度Voutは、上記式１０４に従って自動的に、代表速度V₀より高い値に制御される。

このように旋回時に内側中間駆動輪速度Vinと外側中間駆動輪速度Voutを異なる値に制御することにより、式１００と式１０２により導かれる次の式１０８により決まる旋回半径R₀に近い半径で、多軸車両２０が旋回する。

さて、上述したように旋回内側の中間駆動輪に制動をかけることで、旋回半径を小さくすることができる。しかし、路面と車輪との間の摩擦力がある程度に大きい場合には、小半径での旋回に必要な内側中間駆動輪への制動力が不足して、旋回半径を小さくなりにくいという問題が生じる。この問題を解消するために、この実施形態では、旋回制御装置は、旋回を行なう時、旋回内側の中間駆動輪に制動をかけるだけでなく、この制動動作とほぼ同時に、前方車輪３２Ｌ、３２Ｒ又は後方車輪３８Ｌ、３８Ｒの内の旋回内側の車輪（例えば、後方車輪３８Ｌ、３８Ｒの旋回内側車輪にのみ）にも選択的に制動をかけて、旋回内側の車輪の速度を旋回外側の車輪の速度より低く制御する。例えば、右方向へ旋回する場合には、右側の前方車輪３２Ｒ又は後方車輪３８Ｒ（例えば、右側の後方車輪３８Ｒ）に選択的に制動をかける。これにより、旋回内側の中間駆動輪にのみ制動をかける場合よりも、車体のヨー方向の旋回モーメントが増大するので、路面と車輪との間の摩擦力が大きい場合であっても、小さい半径で旋回することが容易になる。尚、車体の安定性や制御の容易性などの観点から、旋回内側の前方車輪と後方車輪の内、後方車輪にのみ制動をかけることが望ましいが、必ずしもそうしなければならないわけではなく、旋回内側の前方車輪にのみ制動をかけてもよいし、或いは、旋回内側の前方車輪と後方車輪の双方に制動をかけてもよい。

ところで、上述した内側の中間駆動輪３４Ｒ、３６Ｒに制動力を加える制御において、中間駆動輪３４Ｒ、３６Ｒに制動をかけすぎてその車輪速度Vinがその目標値より低下してロックしそうになった場合、ディファレンシャルギアの作用で、外側中間駆動輪速度Voutがその目標値を超過してしまい、適正な半径と角度速度での旋回ができないことになる。この問題を解決するため、この実施形態にかかる多軸車両２０の操舵制御装置は、外側中間駆動輪速度Voutがその目標値を大きく超過してしまった場合（或は、内側中間駆動輪速度Vinが車輪ロックが生じそうなほどに低下した場合）には、外側の中間駆動輪３４Ｌ、３６Ｌに制動力を与えることで、ディファレンシャルギアから内輪側に加速トルクを与え、下がり過ぎた内側中間駆動輪速度Vinを上昇させて目標値へ戻すことができる。

このように、この実施形態にかかる多軸車両２０の操舵制御装置は、内側の中間駆動輪３４Ｒ、３６Ｒと外側の中間駆動輪３４Ｌ、３６Ｌのそれぞれに独立して制動力を加えることにより、所望の旋回半径と角速度での旋回を可能にする。

中間駆動輪速度Vin、Voutを検出するための速度センサの構成には、種々のバリエーションが採用できる。この実施形態にかかる多軸車両２０では、一例として、各間駆動輪に取り付けた磁性体の歯車の回転を、磁気回路等を用いた電磁ピックアップでパルス信号として取り込み計数するという構成の磁気式の回転数センサを採用する。この磁気式の回転数センサは、光学的なロータリエンコーダを用いた光学式の回転数センサに比べた場合、堅牢であるという利点を持つが、反面、構造的に角度分解能を非常高くすることが難しい。そのため、磁気式の回転数センサによると、車輪の速度が低下するほど、パルス信号の発生間隔が長くなり、十分な精度で速度を検出するために必要な数のパルス信号を計数する所要時間が長くなり、操舵制御装置の応答時間が長くなる。この問題を軽減するため、この実施形態にかかる多軸車両２０の操舵制御装置は、左側の中間駆動輪３４Ｒ、３６Ｒと右側の中間駆動輪３４Ｌ、３６Ｌの双方にそれぞれ取り付けられた速度検出装置を備え、そして、旋回時には、旋回方向に応じて（例えば、操舵輪の操舵角に基づいて）、左側の中間駆動輪３４Ｒ、３６Ｒと右側の中間駆動輪３４Ｌ、３６Ｌのうちから外側の中間駆動輪（つまり、より高速に回転する方の駆動輪）を選択し、その外側の中間駆動輪に設けられた速度検出装置からのパルス信号に基づいて計算される外側の中間駆動輪速度Voutを用いて、上述したような操舵制御を行なう。これにより、低速運転時の制御応答性の低下を軽減することができる。

さらに、滑りやすいなどの路面状況下では、内側中間駆動輪に過剰な制動力をかけると内側中間駆動輪がロックしてしまう。そこで、この実施形態にかかる多軸車両２０の操舵制御装置は、内側中間駆動輪速度Vinを、内側中間駆動輪のロック状態を検出するために利用する。そして、中間駆動輪のロックが検出された場合には、操舵制御装置は、内側中間駆動輪の制動を一時的に中止するとともに、外側中間駆動輪に一時的に制動力を加えることで、ディファレンシャルギヤからのトルクによって、内側中間駆動輪のロックを解除する。

車輪のブレーキの構成には、種々のバリエーションが採用できる。この実施形態にかかる多軸車両２０では、一例として、乾式のエアブレーキを使用する。乾式のエアブレーキの場合、ブレーキ内部の摩擦係数がブレーキの発熱によって変化して制動力を線形に制御することが難しく、また、エア配管の圧力伝達に応答遅れが存在する。そのため、制動力そのものをフィードバック制御すると、制御が発散するおそれがある。そこで、この実施形態にかかる多軸車両２０の操舵制御装置は、回転数センサからのフィードバックに基づいて、適当なタイミングでブレーキをON-OFF制御するための構成を備える。具体的には、エア圧を増圧するための電磁弁を励磁する時間Ton（（つまり、ブレーキをONにする時間であり、以下、「ブレーキオン時間」という）と、励磁を行なわない時間Toff（つまり、ブレーキをOFFにする時間であり、以下、「ブレーキオフ時間」という）との間のデューティ比Ｓ＝Ton/(Ton+Toff)と、ON-OFF周期T=(Ton+Toff)とが、フィードバック制御により自動調整される。

次に、本発明の一実施形態にかかる多軸車両２０及び操作制御装置について、より具体的に説明する。

図２は、本発明の一実施形態にかかる多軸車両２０の車輪駆動機構の構成を示す平面図である。図３A〜図３Cは、この多軸車両２０の旋回時(右旋回時）の車輪駆動機構の状態を示す。

図２に示すように、エンジン（図示省略）により駆動されるトランスミッション５０の出力軸５２が分配ギヤ５４に接続され、分配ギヤ５４の２つの出力軸５６、５８がそれぞれ第２軸２４と第３軸２６のディファレンシャルギヤ６０、７０に接続される。ここで、分配ギヤ５４の構成には、ディファレンシャルギヤあるいは単なる等速分配ギヤを用いることができるが、この実施形態では説明を簡単にするため、入力軸５２と２つの出力軸５６の回転数が等しい等速分配ギヤを用いるものとする。

分配ギヤ５４の出力軸５６は、第２軸２４のディファレンシャルギヤ６０に接続されてこれを駆動するだけでなく、第２軸２４のディファレンシャルギヤ６０を貫通して、第１軸駆動クラッチ６４の入力軸６２に接続され、第１軸駆動クラッチ６４の出力軸６６は、第１軸２２のディファレンシャルギヤ６８に接続される。同様に、分配ギヤ５４の出力軸５８は、第３軸２６のディファレンシャルギヤ７０に接続されるだけでなく、第３軸２６のディファレンシャルギヤ７０を貫通して、第４軸駆動クラッチ７４の入力軸７２に接続され、第４軸駆動クラッチ７４の出力軸７６は第４軸２８のディファレンシャルギヤ７８に接続される。

従って、第２軸２４と第３軸２６は常に分配ギヤ５４からの動力により駆動されるので、第２軸２４と第３軸２６に結合された４つの中間駆動輪３４Ｌ、３４Ｒ、３６Ｌ、３６Ｒは常に駆動輪である。これに対し、第１軸２４に結合された前方車輪３２Ｌ、３２Ｒは、第１軸駆動クラッチ６４が接続されているときは駆動輪であるが、第１軸駆動クラッチ６４が切り離されているときには遊動輪である。同様に、第４軸２８に結合された後方車輪３８Ｌ、３８Ｒも、第４軸駆動クラッチ７４が接続されているときは駆動輪であるが、第４軸駆動クラッチ７４が切り離されているときには遊動輪である。

この実施形態にかかる多軸車両２０の操舵制御装置は、中間駆動輪３４Ｌ、３４Ｒ、３６Ｌ、３６Ｒの内の旋回内側の車輪、例えば右旋回のときは右側中間駆動車輪３４Ｒ、３６Ｒに制動をかけることにより、上記の原理により旋回運動を行う。このように旋回運動を行なている間、操舵制御装置は、第１軸駆動クラッチ６４と第４軸駆動クラッチ７４の双方を切り離して、図３Aに示すように、前方車輪３２Ｌ、３２Ｒと後方車輪３８Ｌ、３８Ｒの全てを遊動状態にするともに、旋回内側の後方車輪、例えば右旋回のときは右側後方車輪３８R、に制動をかける。つまり、旋回内側の中間駆動車輪３４Ｒ、３６Ｒと後方車輪３８Rに同時に制動がかけられるとともに、前方車輪３２Ｌ、３２Ｒと後方車輪３８Ｌ、３８Ｒの全てが遊動輪に切替えられる。制動をかけられた右側後方車輪３８Rは、車体を後方へ引くので、車体のヨー方向の旋回モーメントが増大する。また、遊動状態にある前方車輪３２Ｌ、３２Ｒと旋回外側の後方車輪３８Ｌは、エンジンの回転数に拘束されず、路面から受ける力で自由に回転できるので、車体の旋回運動を妨げない。尚、変形例として、図３Bに示すように、旋回内側の中間駆動車輪３４Ｒ、３６Ｒと前方車輪３２Rに同時に制動をかけるようにしてもよいし、或いは、図３Cに示すように、旋回内側の中間駆動車輪３４Ｒ、３６Ｒと前方車輪３２Rと後方車輪３８Rとに同時に制動をかけるようにしてもよい。

図４は、この実施形態にかかる多軸車両２０に搭載されたエアブレーキの配管システムのうち、本発明の説明に必要な部分だけを示す。

図４に示すように、８つの車輪のブレーキシリンダ１１０Ｌ、Ｒ〜１１６Ｌ、Ｒは、１つのブレーキペダル１１８により操作されるブレーキバルブ１２０の出力である２系統のブレーキ配管１４０、１５０のいずれかに接続されている。運転者がブレーキペダル１１８を踏めば、エアタンク（図示せず）から供給された元配管１６０の高圧空気が８つのブレーキシリンダ１１０Ｌ、Ｒ〜１１６Ｌ、Ｒの全てに供給されて、８車輪全てに制動力が加えられ、他方、運転者がブレーキペダル１１８から足を離せば、８つのブレーキシリンダ１１０Ｌ、Ｒ〜１１６Ｌ、Ｒ内の高圧空気がブレーキバルブ１２０を通じて大気へ放出されて（点線矢印参照）、８車輪全ての制動力が消失する。

８つの車輪のブレーキシリンダ１１０Ｌ、Ｒ〜１１６Ｌ、Ｒへの配管には、それぞれ、自動増圧制御弁１２１Ｌ、Ｒ〜１２６Ｌ、Ｒ、自動増圧チェックバルブ１４１Ｌ、Ｒ〜１４６Ｌ、Ｒ、手動増圧チェックバルブ１５１Ｌ、Ｒ〜１５６Ｌ、Ｒならびに減圧絞り１６１Ｌ、Ｒ〜１６６Ｌ、Ｒが設けられている。上述したブレーキペダル１１８の操作に応答したエア供給とは独立して、自動増圧制御弁１２１Ｌ、Ｒ〜１２４Ｌ、Ｒの各々の開閉によっても、元配管１６０の高圧空気が８つのブレーキシリンダ１１０Ｌ、Ｒ〜１１６Ｌ、Ｒの各々へ供給されるようになっている。すなわち、自動増圧制御弁１２１Ｌ、Ｒ〜１２６Ｌ、Ｒの各々を他の自動増圧制御弁から独立して励磁することにより、８つの車輪の各々に他の車輪から独立して制動力を加えることができる。

以下、第２軸右側車輪３４Ｒ用のブレーキ系統を例にとり、図５〜図８を用いて、自動増圧制御弁の働きを説明する。

図５と図６は、ブレーキペダル１１８が踏まれていないときに自動増圧制御弁１２２Ｒを開閉した場合の動作を示す。

ブレーキペダル１１８が踏まれていないときに、自動増圧制御弁１２２Ｒが励磁されて開くと、図５に示すように、元配管１６０からの高圧空気が自動増圧制御弁１２２Ｒと自動増圧チェックバルブ１４２Ｒを通ってブレーキシリンダ１１２Ｒに流入する（矢印１７０）とともに、その一部が減圧絞り１６２Ｒとブレーキバルブ１２０を通って大気に放出される（矢印１７２）。自動増圧制御弁１２２Ｒの配管抵抗は減圧絞りに比べて十分低いので、自動増圧制御弁１２２Ｒを励磁し続ければ、ブレーキシリンダ１１２Ｒにはエアタンクの高圧空気とほぼ同じ圧力を加えることができる。その後、自動増圧制御弁１２２Ｒが遮断されると、図６に示すように、ブレーキシリンダ中１１２Ｒの高圧空気が減圧絞り１６２Ｒとブレーキバルブ１２０を通って大気に放出される（矢印１７２）。

図７は、自動増圧制御弁の励磁に伴うブレーキシリンダ内の圧力変化と制動力の時間的な関係を示したものである。

図７に示すように、時刻t0で自動増圧弁の励磁がオンされると、配管中の空気の伝播遅れ時間（例えば、約２０〜３０ミリ秒）後に、ブレーキシリンダ圧力が上昇し始める（時刻t1）。ブレーキシリンダ圧力が所定のオフセット圧よりも高くなると、ブレーキ内部でバネを開放しようとする内蔵バネの力に打ち勝ってブレーキが閉まり、制動力が発生し始める（時刻t2）。

その後、時刻t3で自動増圧弁の励磁がオフされると、配管中の空気の伝播遅れ時間後、ブレーキシリンダ圧力が低下し始める(時刻t4)。これは、ブレーキシリンダ中の高圧空気が減圧絞りとブレーキバルブを通って大気に放出されるために圧力が低下するものである。ブレーキシリンダ中の圧力がオフセット圧を下回ったとき（時刻t5）、ブレーキ内部の内蔵バネの力に負けてブレーキが開放され、制動力が消失する。

図８は、自動増圧制御弁の励磁のオンとオフを交互に繰り返した場合の制動力の推移を示したものである。

図８において、異なる長さのオン時間Ton1とTon2の時の制動力平均値F1とF3を比較すればわかるように、オン時間Tonを延ばせば制動力の平均値は上昇し、制動力の最大値に近づく。また、オン時間Ton1とオフ時間Toff１の時の制動力平均値F1とF2を比較すればわかるように、オフ時間Toff１を延ばせは制動力の平均値は減少し、ゼロに近づく。

このように、励磁電流のパルス幅としてのオン時間Tonとオフ時間Toffを調整することにより単位時間あたりの制動力の平均値を制御することができる。すなわち、自動増圧制御弁の励磁タイミングの調節によって、単位時間あたりの制動力の平均値を制御することができる。

次に、以上のような構成の車輪駆動機構を備えた多軸車両２０に搭載された操舵制御装置について、詳細に説明する。

図９は、この多軸車両２０に搭載された操舵制御装置１８０の、本発明の原理に従う操舵制御に直接関わる部分の構成を示す。

図９に示すように、操舵制御装置１８０は、例えばプログラムされたマイクロコンピュータを用いた電子制御ユニット（以下、「ECU」という）１９２を備える。ECU１９２は、４つの中間駆動輪３４Ｌ、Ｒ、３６Ｌ、Ｒ、にそれぞれ設けられた回転数センサ１８２Ｌ、Ｒ、１８４Ｌ、Ｒから、４つの中間駆動輪３４Ｌ、Ｒ、３６Ｌ、Ｒの速度、すなわち、第２軸左車輪速度V_２L、第２軸右車輪速度V_２R、第３軸左車輪速度V_３L、第３軸右車輪速度V_３Rをそれぞれ表す信号を入力する。また、ECU１９２は、多軸車両２０の運転席内の操舵ハンドル（図示せず）又は４つの操舵輪３２Ｌ、Ｒ、３４Ｌ、Ｒなどに設けられた操舵角センサ１８６から、操舵輪３２Ｌ、Ｒ、３４Ｌ、Ｒの操舵角度ψを表す信号を入力する。さらに、ECU１９２は、トランスミッションの出力軸５２に設けられた回転数センサ１８８から、トランスミッション出力軸回転数N₀を表す信号を入力する。

さらに、ECU１９２には、運転席内に設けられた制御選択スイッチ１９０が接続される。制御選択スイッチ１９０は、運転者により操作されて、本発明の原理に従う操舵制御をオンにするかオフにするかの選択信号を、ECU１９２に与える。ECU１９２は、制御選択スイッチ１９０から制御オン指令を受けた場合には、本発明の原理に従って中間駆動輪を使うことにより、操舵輪の舵きりだけに従う旋回半径より小さい旋回半径で旋回を行なう運転モードを選択する（以下、この運転モードを「機動モード」という）が、他方、制御オフ指令を受けた場合には、旋回半径を小さくする制御を実行せず、操舵輪の舵きりに従った旋回半径で旋回する運転モードを選択する（以下、この運転モードを「通常モード」という）。

ECU１９２は、８つの車輪３２Ｌ、Ｒ〜３８Ｌ、Ｒに対する制動力を個別にオンオフ制御するための４つの自動増圧制御弁１２１L、R〜１２６L、R（すなわち、第１軸左自動増圧制御弁１２１Ｌ、第１軸右自動増圧制御弁１２１Ｒ、第２軸左自動増圧制御弁１２２Ｌ、第２軸右自動増圧制御弁１２２Ｒ、第３軸左自動増圧制御弁１２４Ｌ、第３軸右自動増圧制御弁１２４Ｒ第４軸左自動増圧制御弁１２６Ｌおよび第４軸右自動増圧制御弁１２６Ｒ）へ、個別に励磁信号を出力する。ECU１９２は、また、第１軸駆動クラッチ６４および第４軸駆動クラッチ７４に対して、それを接続したり切り離したりするためのクラッチ制御信号を出力する。

ECU１９２は、上述した各種の入力信号に基づいて、旋回運動時における中間駆動輪３４Ｌ、Ｒ、３６Ｌ、Ｒのそれぞれの最適速度を計算し、そして、中間駆動輪３４Ｌ、Ｒ、３６Ｌ、Ｒの実際の速度がそれぞれの最適速度になるように、上記励磁信号を用いて、中間駆動輪３４Ｌ、Ｒ、３６Ｌ、Ｒへの制動を制御する。特に機動モードが選択されている場合、ECU１９２は、旋回時には、操舵輪３２Ｌ、Ｒ、３４Ｌ、Ｒの舵きりだけで旋回するときよりも小さい旋回半径で旋回するように、中間駆動輪３４Ｌ、Ｒ、３６Ｌ、Ｒの速度を制御すると共に、その旋回に支障を与えないよう、第１、４軸駆動クラッチ６４、７４を切り離して第１軸と第４軸の車輪３２Ｌ、Ｒ、３８Ｌ、Ｒを遊動状態にする。加えて、ECU１９２は、旋回運動時には、上記励磁信号を用いて、旋回内側の後方車輪（または、旋回内側の前方車輪、または、旋回内側の前方車輪と後方車輪の双方）へ制動力を加える。

図１０は、ECU１９２に組み込まれた中間駆動輪の最適速度を演算する部分の機能的な構成を示す。図１０に示す演算は、ECU１９２内でマイクロプロセッサがコンピュータプログラムを実行することにより行なわれてもよいし、或は、ECU１９２内に組み込まれる専用ハードウェアロジック回路により行なわれてもよい。

図１０において、左最適速度V_ＬＳは、左側の２つの中間駆動輪３４Ｌ、３６Ｌに共通に適用される速度目標値としての最適車輪速度を示す。同様に、右最適速度V_RＳは、右側の２つの中間駆動輪３４Ｒ、３６Ｒに共通に適用される速度目標値としての最適車輪速度を示す。

図１０に示すように、運転者がステアリングハンドルを操作することにより生じた操舵角度ψは、操舵輪３２Ｌ、Ｒ、３４Ｌ、Ｒのアッカーマンリンクの構造にもとづく変換関数（例えば、変換テーブル）を有する変換計算部２００により、旋回半径Rに変換される。変換された旋回半径Rは、操舵輪３２Ｌ、Ｒ、３４Ｌ、Ｒの舵きりだけで旋回するときの旋回半径に相当し、以下、これを「通常旋回半径」という。乗算部２０２により、通常旋回半径Ｒに所定の縮小係数ｄが乗算されて、多軸車両２０の代表点３０の旋回半径の目標値R_0Ｓが算出される。ここで、縮小係数ｄは、機動モードが選択されているときには１．０より小さい値、例えば０．８であり、通常モードが選択されている時には、１．０である。従って、代表点旋回半径目標値R_0Ｓは、機動モードのときには、通常旋回半径Ｒよりも小さい半径に設定され、通常モードのときには、通常旋回半径Ｒと同じ半径に設定される。

また、係数部２０４において、トランスミッション出力軸回転数N₀に所定の係数ｋが乗算されて、代表点３０の速度V₀が算出される。ここで、係数ｋの値は、車両が直進しているときのトランスミッション出力軸回転数Nと代表点３０の速度V（車速計で測定される速度）との間の比ｋ＝V/Nとして、予め求めておくことができる。

最適速度計算部２０６にて、代表点旋回半径目標値R_0S、代表点速度V₀および車幅Hから、下記の近似演算式１１０によって、左最適速度V_LＳと右最適速度V_RＳが算出される。ここで、左最適速度V_ＬＳは、左側の２つの中間駆動輪３４Ｌ、３６Ｌに共通に適用される速度目標値である。同様に、右最適速度は、右側の２つの中間駆動輪３４Ｒ、３６Ｒに共通に適用される速度目標値である。下式１１０は、上述した式１０８から導かれるものであり、その中で、代表点旋回半径R_０は、旋回中心が車体の右側にある（V_ＬＳ＝Vout、V_RＳ＝Ｖin）ときは正の値をとり、左側にある（V_ＬＳ＝Ｖin、V_RＳ＝Vout）ときには負の値をとる。

ECU１９２は、以上のようにして左右の最適速度V_LＳ、V_RＳを決定し、そして、左右の中間駆動輪速度V_L、V_Rが左右の最適速度V_LＳ、V_RＳにそれぞれなるように、左右の中間駆動輪の制動を制御する。

図１１は、操舵制御装置１８０のECU１９２で実行される、左右の中間駆動輪及び後方車輪の制動の制御のための処理の流れを示す。

図１１において、ステップ３００〜３０４は、既に図１０を参照して説明した、左右の最適速度V_LＳ、V_RＳを決定する処理である。ステップ３０６では、多軸車両２０が行なうべき運動がほぼ直進か、左旋回か、右旋回かが判断され、その結果、左旋回又は右旋回の場合にはステップ３０８又は３１０で制動制御が行なわれる。ステップ３０６、３０８及び３１０は、例えば次の(1)〜(3)に述べるようにして行なうことができる。
(1) V_LS≒V_RSの場合

算出された左車輪速度V_LSと右最適速度V_RS とが比較される。両速度がほぼ等しければ、概ね直進すべきと判断される。この場合には、中間駆動輪３４Ｌ、Ｒ、３６Ｌ、Ｒの自動的な制動は行わない。
(2) V_LS＞＞V_RS場合

この場合には、右旋回すべきと判断される。この場合、左側（つまり、旋回外側）の中間駆動輪３４Ｌ、３６Ｌの平均速度V_Lが左最適速度（目標値）V_LSを下回ったかどうかがチェックされ、下回ったならば、右側（つまり、旋回内側）の第２軸と第３軸の自動増圧制御弁１２２Ｒ、１２４Ｒを励磁して右側中間駆動輪３４Ｒ、３６Ｒを制動し、ほぼ同時に右側の第４軸の自動増圧制御弁１２６Ｒを励磁して右側後方車輪３８Ｒを制動する。既に説明したように、右側中間駆動輪３４Ｒ、３６Ｒを制動すれば、ディファレンシャルギヤの作用により、自動的に左側中間駆動輪３４Ｌ、３６Ｌが加速されて左最適速度V_LSに近づく。また、右側後方車輪３８Ｒを制動すれば、車体の右方向ヨーの旋回モーメントが増大し、左側中間駆動輪３４Ｌ、３６Ｌと右側中間駆動輪３４Ｒ、３６間の速度差による右旋回をより容易にする。
(3)
V_LS＜＜V_RSの場合

この場合には、左旋回すべきと判断される。この場合、右側（つまり、旋回外側）の中間駆動輪３４Ｒ、３６Ｒの平均速度V_Rが右最適速度（目標値）V_RSを下回ったかどうかがチェックされ、下回ったならば、左側（つまり、旋回内側）の自動増圧制御弁１２２Ｌ、１２４Ｌを励磁して左側中間駆動輪３４Ｌ、３６Ｌを制動し、ほぼ同時に左側の第４軸の自動増圧制御弁１２６Lを励磁して左側後方車輪３８Lを制動する。既に説明したように、左側中間駆動輪３４Ｌ、３６Ｌを制動すれば、ディファレンシャルギヤの作用により、自動的に右側中間駆動輪３４Ｒ、３６Ｒが加速されて右最適速度V_RSに近づく。また、左側後方車輪３８Lを制動すれば、車体の左方向ヨーの旋回モーメントが増大し、左側中間駆動輪３４Ｌ、３６Ｌと右側中間駆動輪３４Ｒ、３６間の速度差による左旋回をより容易にする。

図１２は、右旋回を例にとり、右側（旋回内側）自動増圧制御弁１２２Ｒ、１２４Ｒの励磁に伴う車輪速度の変化例を示す。

図１２に示す例において、時刻t1以前は制御選択スイッチ１９０がオフになっており、通常モードが選択されている。このときは、左側中間駆動輪３４Ｌ、３６Ｌ及び右側中間駆動輪３４Ｒ、３６Ｒは、それぞれ、そのときの代表点速度V₀と、操舵角度ψに従うアッカーマンリンクの作用で決まる走行速度でそれぞれ回転する。

時刻t1において制御選択スイッチ１９０がオンになって、機動モードが選択される。機動モードにおいて、V_LS＞＞V_RSであれば、右旋回を行うべきと判断され、外側（左側）の中間駆動輪速度V_Lが左最適速度V_LSと比較される。図示の例では、時刻t1において、外側（左側）の中間駆動輪速度V_Lが左最適速度V_LSを下回っているので、内側（右側）の自動増圧制御弁１２２Ｒ、１２４Ｒの励磁がオンにされる。それにより、内側（右側）の中間駆動輪速度V_Rが低下し、同時に、外側（左側）の中間駆動輪速度V_Lが上昇する。

励磁を開始してから時間がT_on1だけ経過した時刻ｔ_２のとき、外側（左側）の中間駆動輪速度V_Lが左目標速度V_LSに到達すると、その瞬間に内側（右側）の自動増圧制御弁１２２Ｒ、１２４Ｒの励磁がオフにされる。しかし、エアブレーキの動作遅れのため、すぐには内側（右側）の中間駆動輪３４Ｒ、３６Ｒの制動が解除されず、外側（左側）の中間駆動輪速度V_Lは目標速度V_LSを若干超過することになる。その後、内側（右側）の中間駆動輪３４Ｒ、３６Ｒの制動が解除されると、トルクが減少した外側（左側）の中間駆動輪速度V_Lはゆるやかに低下しはじめる。時刻ｔ_３のとき再び外側（左側）の中間駆動輪速度V_Lが左目標速度V_LSを下回ると、上記と同様にして、それが左目標速度V_LSに戻るまで再び内側の内側（右側）の自動増圧制御弁１２２Ｒ、１２４Ｒの励磁がオンにされる。

このようにして、機動モードにおける旋回時には、より高速である外側中間駆動輪の速度が最適速度であるか否かがチェックされ、その結果に応じて、内側中間駆動輪を制動する合計時間が増減され、その結果、内側と外側の中間駆動輪の速度が、それぞれの最適速度の近傍に制御される。

ところで、路面の摩擦係数が低く、制動力を与えた車輪がロックする場合には、操舵制御装置１８０のECU１９２は、次のようなロック解除処理を行なう。

図１３は、操舵制御装置１８０のECU１９２で実行される、ロック解除のための処理の流れを示す。

図１３に示すように、ステップ３２０では、既に説明したような方法で、内側と外側の中間駆動輪の速度VinとVoutを、それぞれの最適速度V_RSとV_LSに制御するよう（旋回方向により、V_RSとV_LSのいずれが内側と外側に対応するかは異なる）、内側の中間駆動輪への制動が制御される。それとともに、ステップ３２２で、制動がかけられた内側の中間駆動輪がロックしたかどうかがチェックされる。

内側の中間駆動輪がロックしたことが検出された場合、ステップ３２４で、内側中間駆動輪を制動した時間である励磁オン時間T_onが、電磁弁や配管の応答時間で決まる最小時間T_minよりも長かったか短かったかがチェックされる。その結果、励磁オン時間T_onが最小時間T_minよりも短かった場合には、内側の路面の摩擦係数が極めて低いと推定されるため、ロックした内側中間駆動輪をそのままスリップさせたままで、旋回運動を続ける。

一方、ステップ３２４の判断で、励磁オン時間T_onが最小時間T_minよりも長かった場合には、励磁オン時間T_on（制動時間）を短縮すればロックを防止できる可能性がある。従って、この場合には、ステップ３２６で、内側中間駆動輪の制動を解除するとともに、外側中間駆動輪に短い時間だけ制動を与え、それにより、ディファレンシャルギアを通じてエンジントルクを内側中間駆動輪に供給することで内側中間駆動輪を強制的に駆動し、内側中間駆動輪の回転を加速してロックを解除する。さらに、ステップ３２８で、次回のロックを防止するため、内側中間駆動輪の制動時間T_onを減らす目的で、外側中間駆動輪の目標速度Vout_S（これは当初は、右旋回の場合は左最適速度V_LSに、左旋回の場合は右最適速度V_RSに等しく設定される）を、その現在値より所定の刻み幅Δｖだけより低い値に変更する。

他方、ステップ３２２で、内側中間駆動輪のロックが検出されなかった場合には、ステップ３３０で、外側中間駆動輪の目標速度Vout_Sが、右旋回の場合は左最適速度V_LSに、左旋回の場合は右最適速度V_RSに、等しく設定されているか又は低く設定されているかがチェックされる。その結果、等しく設定されているならば、制御はステップ３２０に戻る。他方、低く設定されている場合（すなわち、上述のステップ３２８により低められていた場合）には、最早その低い値にしておく必要がないので、外側中間駆動輪の目標速度Vout_Sを刻み幅Δｖだけ高い値に戻す。

以上のようにして、内側中間駆動輪のロックが発生したら、外側中間駆動輪に制動が加えられて内側中間駆動輪のロックが解消されるとともに、内側中間駆動輪の以後の制動の継続時間が減少させられて、次回のロックが予防される。

以上説明した、この実施形態の操舵制御装置１８０における外側中間駆動輪速度の制御方法と内側外側中間駆動輪速度の緩和方法の要点は、次の通りである。

(1) 外側中間駆動輪速度の制御方法

外輪側の車輪速度を観測し、

A) 外側中間駆動輪速度が目標速度よりも低下したら、内側中間駆動輪を制動する時間の合計を増加させ、

B) 外側中間駆動輪速度が目標速度よりも増加したら、内側中間駆動輪を制動する時間の合計を減少させ、また、

C) 外側中間駆動輪速度が目標速度の上下の許容範囲にあれば、内側中間駆動輪を制動する時間の合計を今までどおりで維持する。

(1) 内側中間駆動輪速度のロックの緩和方法

A) 内側中間駆動輪の制動を継続する時間Tonには基準値があり、これを初期値とし、

B) 内側中間駆動輪にロックが発生したら、内側中間駆動輪の制動を継続する時間Tonを短縮し、また、

C) 内側中間駆動輪にロックが発生しなければ、内側中間駆動輪の制動を継続する時間Tonを、上記基準値を上限として増加させる。

以上のような制御を行なうに当り、車輪のひずみ、近似式の影響あるいは路面摩擦係数の複雑な変化によるゲインの変化や、駆動軸のねじれやバックラッシュによる応答の遅れなどが発生するため、システムの制御誤差を抑制しつつ動作を安定化させるためには、積分動作等を含んだ見通しのよい制御則を組み込んだ制御器が必要である。その観点から、この実施形態における操舵制御装置１８０のECU１９２に組み込まれた制御システムは、パルス幅変調の方法による自動増圧制御弁の周期的なON-OFF制御を行なう。そして、制御システムは、旋回半径の制御と、内輪ロックの抑制制御とを、独立した別の変数を用いて行う。

すなわち、この制御システムは、内側中間駆動輪を制動するための自動増圧制御弁を周期的にON-OFF制御しつつ、そのON-OFFの周期T（=Ton+Toff）の長さは変更せずに、１周期内でのデューティ比Ｓ（=Ton/T）を操作することにより、単位時間当たりに内側中間駆動輪を制動する時間の合計を増減させ、それにより、外側中間駆動輪速度を制御する。また、この制御システムは、また、デューティ比Sは変更せずに、ON-OFF周期Tの長さを操作することにより、内側中間駆動輪の制動を継続する時間Tonが増減され、それにより、内側中間駆動輪のロックが緩和される。

図１４は、この制御システムの構成を示す。

図１４に示すように、この制御システム３４０では、既に説明したようにして算出された外側中間駆動輪の最適速度Ｖout_S（右旋回の場合は左最適速度V_LS、左旋回の場合は右最適速度V_RS）を制御目標値とし、外側中間駆動輪速度Voutをフィードバック信号として速度偏差e_Ｖが算出される。内部に積分動作の機能を有する制御器（例えばPIDコントローラ）３４２にて、速度偏差e_Ｖに基づいて、内側中間駆動輪の制動用の自動増圧制御弁をON-OFF駆動するデューティ比Sを算出する。ここで、速度偏差e_Ｖの積分値が大きくなると、デューティ比Sinも大きな値に算出され、速度偏差e_Ｖの積分値が小さくなればデューティ比Sinも小さな値に算出される。

また、この動作と並行して、ロック検出器３４４にて、内側中間駆動輪速度Vinが観測され、その値がゼロであった場合には内側中間駆動輪がロックしたものと判断され、内側中間駆動輪制動用の自動増圧制御弁のON-OFF駆動の周期Tが減少される（励磁オン時間Tonと励磁オフ時間Toffの比率を維持しながら、例えばそれぞれに１以下の係数を掛けてそれらの時間を減少させる）。

演算器３４６にて、制御器３４２からのデューティ比Sと、ロック検出器３４４からの周期Tに基づいて、次の周期における励磁オン時間Ton（制動時間）と励磁オフ時間Toff（非制動時間）を算出し、それらの時間Ton、Toffに従って内側中間駆動輪制動用の自動増圧制御弁をON-OFF駆動する。

ところで、図１４には図示していないが、内側中間駆動輪のロックが生じた場合には、図１３を参照して説明したように、外側中間駆動輪制動用の自動増圧制御弁を短時間のパルスで駆動して外側中間駆動輪を制動する。これにより内側中間駆動輪に強制的に駆動トルクを流入させて内側中間駆動輪のロックを解除することができる。ただし、図１３で説明したように、励磁オン時間Tonの値が電磁弁や配管の応答で決まる最小時間Tminよりも短かくなった場合には、内側中間駆動輪の路面の摩擦係数が極めて低いとみなし、ロックした内側中間駆動輪をそのままスリップさせた状態で旋回運動を行なう。すなわち、内側中間駆動輪の路面の摩擦係数が極めて低いと、無理に内側中間駆動輪に駆動トルクを与えると空転する可能性があるため、外側中間駆動輪に短時間だけ制動を加える操作は省略する。

以上、図１０〜図１４を参照して説明した、この実施形態における操舵制御装置による中間駆動輪に対する制御では、左側の第２軸の車輪と第３軸の車輪の平均速度を左側中間駆動輪速度V_Lとし、右側の第２軸の車輪と第３軸の車輪の平均速度を右側中間駆動輪速度V_Rとし、それらに基づいて左右各側における第２軸と第３軸の２つの車輪を一緒に制御するようにしているが、これは一つの例示にすぎない。第２軸と第３軸のそれぞれについて独立して別個に、上述した制御が行なわれてもよい。

上述した実施形態にかかる多軸車両２０において、左右の中間駆動輪の速度を目標速度に合致するように調整するための構成、公知文献「ボッシュ 自動車ハンドブック 日本語第２版」（２００３年４月２２日発行、山海堂）の第６０６頁に紹介されているような、TCSバルブ（自動増圧制御弁）と公知のアンチロックブレーキングシステム（ABS）用の減圧と保持の機能を有するABSバルブとを組み合わせて、ディファレンシャルギヤの左右の駆動輪の速度を制御して同期させる技術を採用するようにしてもよい。

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は本発明の説明のための例示にすぎず、本発明の範囲をこの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱することなく、その他の様々な態様でも実施することができる。上述したような４車軸をもつ８輪車両だけでなく、３車軸をもつ６輪車両や、５軸以上の車軸をもつ多軸車両にも、本発明を適用することができる。前方車輪は、上記実施形態のような１車軸に設けられた車輪でなければならないわけではなく、複数車軸に設けられても良いし、このことは、後方車輪についてもいえる。また、上記実施形態では、図４に示したように、全ての車輪の各々に、他の車輪から独立して自動的な制動をかけることができるようになっているが、必ずしもそうでなければならないわけではなく、図３A〜図３Cに示したように旋回時に同時に自動的な制動がかけられることになる複数の車輪（例えば、図３Aの例では、右側の中間駆動輪３４R、３６Rと後方駆動輪３８R（或いは、左側の中間駆動輪３４L、３６Lと後方駆動輪３８L）には、それら間では独立的でなしに、纏めて同時に制動が加わるようになっていてもよい。

本発明の実施形態にかかる多軸車両における操舵制御の概要を説明するための平面図。 本発明の一実施形態にかかる多軸車両２０の車輪駆動機構の構成を示す平面図である。 本発明の一実施形態にかかる多軸車両２０における旋回時の車輪駆動機構の状態を示す平面図。 本発明の一実施形態にかかる多軸車両２０に搭載されたエアブレーキの配管システムのうち、本発明の説明に必要な部分だけを示す配管図。 ブレーキペダル１１８が踏まれていないときに自動増圧制御弁１２２Ｒが開かれた場合のエアブレーキの動作を示す説明図。 ブレーキペダル１１８が踏まれていないときに自動増圧制御弁１２２Ｒが閉じられた場合のエアブレーキの動作を示す説明図。 自動増圧制御弁の励磁に伴うブレーキシリンダ内の圧力変化と制動力の時間的な関係を示した図。 自動増圧制御弁の励磁のオンオフを交互に繰り返した場合の制動力の推移を示した図。 本発明の一実施形態にかかる多軸車両２０に搭載された操舵制御装置１８０の、操舵制御に直接関わる部分の構成を示す部分の構成を示すブロック図。 操舵制御装置１８０のECU１９２に組み込まれた中間駆動輪の最適速度を演算する部分の機能的な構成を示すブロック線図。 操舵制御装置１８０のECU１９２で実行される、中間駆動輪の制動の制御のための処理のフローチャート。 右旋回を例にとり、右側（旋回内側）自動増圧制御弁１２２Ｒ、１２４Ｒの励磁に伴う車輪速度の変化例を示すタイムチャート。 操舵制御装置１８０のECU１９２で実行される、ロック解除のための処理のフローチャート。 操舵制御装置１８０のECU１９２に組み込まれた、外側中間駆動輪速度の制御と内側中間駆動輪のロックの緩和のための制御システムの構成を示すブロック線図。

符号の説明

２０ 多軸車両
２２ 第１軸
２４ 第２軸
２６ 第３軸
２８ 第４軸
３０ 代表点
３２Ｌ、３２Ｒ 前方車輪
３２Ｌ、３２Ｒ、３４Ｌ、３４Ｒ 操舵輪
３４Ｌ、３４Ｒ、３６Ｌ、３６Ｒ 中間駆動輪
３６Ｌ、３６Ｒ 後方車輪
４２ 旋回中心
Ｒ₀ 代表点の旋回半径
Ｖ₀ 代表点の速度
Ｖout 外側の中間駆動輪の速度
Ｖin 内側の中間駆動輪の速度
６０ 第２軸ディファレンシャルギア
６４ 第１軸駆動クラッチ
６８ 第１軸ディファレンシャルギア
１２１Ｌ、１２１Ｒ、１２２Ｌ、１２２Ｒ、１２４Ｌ、１２４Ｒ、１２６Ｌ、１２６Ｒ 自動増圧制御弁
１１１Ｌ、１１１Ｒ 第１軸ブレーキシリンダ
１１２Ｌ、１１２Ｒ 第２軸ブレーキシリンダ
１１４Ｌ、１１４Ｒ 第３軸ブレーキシリンダ
１１６Ｌ、１１６Ｒ 第４軸ブレーキシリンダ
１８０ 操舵制御装置
１８２Ｌ、１８２Ｒ、１８４Ｌ、１８４Ｒ 中間駆動輪の回転数センサ
１８６ 操舵角センサ
１８８ トランスミッション出力軸の回転数センサ
１９２ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
２００ 変換計算部
２０２ 乗算部
２０４ 係数部
２０６ 最適速度計算部
ψ 操舵角度
Ｒ_0S 旋回半径の目標値
Ｖ_ＬＳ 左側の中間駆動輪の最適速度
Ｖ_ＲＳ 右側の中間駆動輪の最適速度
Ｖ_ＲＳ 右側の中間駆動輪の最適速度
Ｖ_Ｌ 左側の中間駆動輪の速度
Ｖ_Ｒ 右側の中間駆動輪の速度
Ｖout_Ｓ 外側の中間駆動輪の目標速度
Ｖin_Ｓ 内側の中間駆動輪の目標速度
３４０ 制御システム
３４２ 制御部
３４４ ロック検出器
３４６ 演算部
Ｔon 励磁オン時間（制動時間）
Ｔoff 励磁オフ時間（非制動時間）
Ｔ 周期

Claims (8)

1以上の前方車軸（２２）と1以上の後方車軸（２８）と１以上の中間車軸（２４，２６）とを含む３以上の車軸を備えた多軸車両（２０）において、
前記1以上の前方車軸（２２）に設けられた１対以上の前方車輪（３２Ｌ、３２Ｒ）と、
前記1以上の後方車軸（２８）に設けられた１対以上の後方車輪（３８Ｌ、３８Ｒ）と、
前記１以上の中間車軸（２４，２６）に設けられた１対以上の中間駆動輪（３４Ｌ、３４Ｒ、３６Ｌ、３６Ｒ）と
を備え、
前記前方車輪（３２Ｌ、３２Ｒ）と前記後方車輪（３８Ｌ、３８Ｒ）のうちの少なくとも1対の車輪（３２Ｌ、３２Ｒ）は操舵輪（３２Ｌ、３２Ｒ、３４Ｌ、３４Ｒ）であり、
旋回運動を行うときに、旋回の内側の中間駆動輪（３４Ｒ、３６Ｒ）の速度（Ｖin）を外側の中間駆動輪（３４Ｌ、３６Ｌ）の速度（Ｖout）より低くなるように制御するとともに、旋回の内側の後方又は前方車輪（３４Ｒ又は３２Ｒ）に選択的に制動をかける操舵制御装置（１８０）を更に備えた多軸車両。

請求項１記載の多軸車両（２０）において、
前記前方車輪（３２Ｌ、３２Ｒ）と前記後方車輪（３８Ｌ、３８Ｒ）の少なくとも一部（３２Ｌ、３２Ｒ、３８Ｌ、３８Ｒ）は駆動輪であり、
前記操舵制御装置（１８０）は、
旋回運動を行うときに、前記前方車輪（３２Ｌ、３２Ｒ）及び前記後方車輪（３８Ｌ、３８Ｒ）の全てが遊動輪となるように、前記中間駆動輪以外の駆動輪（３２Ｌ、３２Ｒ、３８Ｌ、３８Ｒ）への駆動力の伝達を断つ動力伝達制御手段（１９２、６４、７４）を有する多軸車両。

請求項１記載の多軸車両において、
前から順に第１軸（２２）、第２軸（２４）、第３軸（２６）及び第４軸（２８）からなる、軸間距離がほぼ均等な、４つの車軸を備え、
前記第２軸（２４）と第３軸（２６）に設けられた２対の車輪（３４Ｌ、３４Ｒ、３６Ｌ、３６Ｒ）が前記中間駆動輪に相当し、
少なくとも前記第1軸（２２）に設けられた少なくとも1対の車輪（３２Ｌ、３２Ｒ、３４Ｌ、３４Ｒ）が前記操舵輪に相当する多軸車両。

請求項１から３のいずれか一項記載の多軸車両において、
前記操舵制御装置（１８０）は、
前記操舵輪の操舵角（ψ）を検出する操舵角検出手段（１８６）と、
前記多軸車両の運転速度（Ｖ₀、Ｖ_L、Ｖ_R）を検出する運転速度検出手段（１８８、２０４、１８２Ｌ、１８２Ｒ、１８４Ｌ、１８４Ｒ）と、
前記操舵角検出手段によって検出される前記操舵角（ψ）と、前記運転速度検出手段によって検出される前記運転速度（Ｖ₀、Ｖ_L、Ｖ_R）とに基づき、前記内側の中間駆動輪の速度（Ｖout）と前記外側の中間駆動輪の速度（Ｖin）を制御する中間駆動輪速度制御手段（２００、２０２、２０６）と
を有する多軸車両。

請求項４記載の多軸車両において、
中間駆動輪速度制御手段（２００、２０２、２０６）は、前記操舵角検出手段によって検出された前記操舵角度（ψ）と、前記運転速度検出手段によって検出された前記運転速度（Ｖ₀、Ｖ_L、Ｖ_R）とに基づき、前記操舵輪による舵きりだけで旋回する場合の旋回半径（Ｒ）より小さい旋回半径（Ｒ_0S）で旋回運動を行えるように、左側の中間駆動輪の目標速度（Ｖ_LS）と右側の中間駆動輪の目標速度（Ｖ_RS）を決定し、前記左側と右側の中間駆動輪の目標速度（Ｖ_LS、Ｖ_RS）のうちの少なくとも一方に基づいて、前記内側と外側の中間駆動輪のそれぞれの速度（Ｖout、Ｖin）を制御する多軸車両。

請求項５項記載の多軸車両において、
前記運転速度検出手段は、前記左側の中間駆動輪の速度（Ｖ_L）と前記右側の中間駆動輪の速度（Ｖ_R）をそれぞれ検出する中間駆動輪速度検出手段（１８２Ｌ、１８２Ｒ、１８４Ｌ、１８４Ｒ）を含み、
中間駆動輪速度制御手段は、旋回運動を行うとき、前記中間駆動輪速度検出手段により検出された前記左側と右側の中間駆動輪の速度（Ｖ_L、Ｖ_R）のうちの前記外側の中間駆動輪の速度（Ｖout）に相当する一方と、前記左側と右側の中間駆動輪の目標速度（Ｖ_LS、Ｖ_RS）のうちの前記外側の中間駆動輪の目標速度（Ｖout_S）に相当する一方とに基づいて、前記内側と外側の中間駆動輪のそれぞれの速度（Ｖout、Ｖin）を制御する多軸車両。

請求項５記載の多軸車両において、
前記運転速度検出手段は、前記多軸車両の代表点（３０）の速度（Ｖ0）を検出する手段（１８８、２０４）を含み、
前記中間駆動輪速度制御手段は、旋回運動を行うとき、前記運転速度検出手段により検出された前記代表点の速度（Ｖ₀）に基づいて、前記内側の中間駆動輪の速度（Ｖin）が前記代表点の速度（Ｖ₀）より低く且つ前記外側の中間駆動輪の速度（Ｖout）が前記代表点の速度（Ｖ₀）より高くなるように、前記内側と外側の中間駆動輪の速度（Ｖout、Ｖin）を制御する多軸車両。

1以上の前方車軸（２２）と1以上の後方車軸（２８）と１以上の中間車軸（２４、２６）とを含む３以上の車軸と、前記1以上の前方車軸（２２）に設けられた１対以上の前方車輪（３２Ｌ、３２Ｒ）と、前記1以上の後方車軸（２８）に設けられた１対以上の後方車輪（３８Ｌ、３８Ｒ）と、前記１以上の中間車軸（２４、２６）に設けられた１対以上の中間駆動輪（３４Ｌ、３４Ｒ、３６Ｌ、３６Ｒ）とを備え前記前方車輪（３２Ｌ、３２Ｒ）と前記後方車輪（３８Ｌ、３８Ｒ）のうちの少なくとも1対の車輪（３２Ｌ、３２Ｒ）は操舵輪である多軸車両（２０）のための操舵制御装置（１８０）において、
前記多軸車両が旋回運動を行うときに、旋回の内側の中間駆動輪（３４Ｒ、３６Ｒ）の速度（Ｖin）を外側の中間駆動輪（３４Ｌ、３６Ｌ）の速度（Ｖout）より低くなるように制御する中間駆動輪速度制御手段と、
前記多軸車両が旋回運動を行うときに、旋回の内側の後方又は前方車輪（３４Ｒ又は３２Ｒ）に選択的に制動をかける前後輪制動制御手段と
を備えた、多軸車両の操舵制御装置。

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