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JP7327364B2 - ブレーキシステム - Google Patents

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Description

本発明は、複数の車両が一列に連結された連結車のためのブレーキシステムに関する。
複数の車両が一列に連結された連結車にブレーキをかける場合には、特別な配慮が必要となる。例えば、連結車では、ブレーキをかけた際に、連結部において連結車が折れ曲がる現象、すなわち、いわゆるジャックナイフ現象が生じる虞があり、その現象を防止するために、下記特許文献には、連結部を固定することが行われている。
特開2007-210594号公報
本願発明者は、複数の車両の各々にブレーキ装置が配備された連結車に対して、各ブレーキ装置によって発生させるブレーキ力の大きさ,タイミング等を適正化することで、例えば、連結部の固定を行うことなく上記ジャックナイフ現象を防止できる等のメリットを享受可能であるとの知見を得た。本発明は、その知見に基づいてなされたものであり、連結車のための実用的なブレーキシステムを提供することを課題とする。
上記課題を解決するため、本発明のブレーキシステムは、
複数の車両が一列に連結された連結車のためのブレーキシステムであって、
前記複数の車両にそれぞれ設けられた複数のブレーキ装置と、それら複数のブレーキ装
置を制御するコントローラとを備え
記コントローラが、前記連結車にブレーキ力を付与する際、
前記複数の車両が互いに連結されていないと仮定した場合に各車両の前記ブレーキ装置によるブレーキ力によって得られる各車両の減速度を、車両必要減速度と定義した場合において、いずれの2つの車両に対しても後方側の車両の車両必要減速度が前方側の車両の車両必要減速度よりも低くならないように各車両の車両必要減速度を決定し、その決定された各車両の車両必要減速度に基づいて、前記複数のブレーキ装置を制御する減速度調整制御と、
いずれの2つの車両に対しても前方側の車両のブレーキ力の発生が後方側の車両のブレーキ力の発生よりも早くならないように前記複数のブレーキ装置を制御するブレーキ力発生開始時調整制御と
を選択的に行うように構成されたことを前提とし、
第1のブレーキシステムは、
前記コントローラが、前記連結車全体に求められる減速度である全体必要減速度が設定減速度より高い場合に前記減速度調整制御を実行し、設定減速度以下の場合に前記ブレーキ力発生開始時調整制御を実行するように構成され、
第2のブレーキシステムは、
特定の場所で前記連結車にブレーキ力を付与する場合に前記減速度調整制御を実行し、前記特定の場所ではない場所で前記連結車にブレーキ力を付与する場合に前記ブレーキ力発生開始時調整制御を実行するように構成され
たことを、それぞれ特徴とする。
本発明のブレーキシステムによれば、各車両に配備されたブレーキ装置によるブレーキ力を適正化することが可能となり、例えば、上述のジャックナイフ現象を効果的に防止可能となる。
発明の態様
以下に、本願発明の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも本発明の理解を容易にするためであり、本発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、本発明は、各項に付随する記載,実施例の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から何某かの構成要素を削除した態様も、本発明の一態様となり得るのである。
(1)複数の車両が一列に連結された連結車のためのブレーキシステムであって、
前記複数の車両にそれぞれ設けられた複数のブレーキ装置と、それら複数のブレーキ装置を制御するコントローラとを備えたブレーキシステム。
本態様および本態様に続くいくつかの態様は、本発明の前提となる態様である。本態様の連結車は、ブレーキ装置が配備されていない車両が含まれていてもよい。言い換えれば、上記複数の車両に属さない車両がそれら複数の車両の前、後、いずれか2つの車両の間に連結された連結車であっても、本発明が適用可能である。また、ブレーキ装置の構造については特に限定されず、本態様において、一般的な構造のブレーキ装置を広く採用することが可能である。
(2)前記連結車が、
前記複数の車両のうちの先頭車両だけが、駆動装置を備え、他の車両の各々が、搭載物が搭載されて前記先頭車両によって牽引されるように構成された( 1)項に記載のブレーキシステム。
本態様は、例えば、工場,事業所等において、荷物を運搬するような連結車に関する態様である。そのような連結車では、荷物の量、すなわち、牽引される車両の搭載量が変化するため、複数の車両の各々の搭載量若しくは重量に基づいてそれら複数の車両の各々に付与されるブレーキ力を制御することが、有意義である。ちなみに、駆動装置の構造については特に限定されず、本態様において、一般的な構造のブレーキ装置を広く採用することができる。なお、本態様に属さないが、複数の車両のうちの複数のものが駆動装置を備える連結車に対しても、本発明は適用可能である。
(3)前記連結車が、
自動運転によって、設定されたルートを走行し、そのルート内に設定された1以上の停止地点において停止させられるように構成された( 1)項または( 2)項に記載のブレーキシステム。
本態様は、自動運転される連結車に関する態様である。本発明は、人間が運転するような連結車にも適用できる。その場合、人間のブレーキ操作によって、ある程度は、適切なブレーキ力を付与することが可能である。それに対して、本態様のように、自動運転される連結車では、人間によるブレーキ操作が行われないため、本発明による各車両に対するブレーキ力の制御は、その連結車に効果的に適用することが可能である。
(4)前記コントローラが、
前記複数のブレーキ装置に対応して前記複数の車両にそれぞれ設けられ、それぞれが、対応するブレーキ装置を制御する複数の車両配備ユニットを含んで構成された( 1)項ないし(3)項のいずれか1つに記載のブレーキシステム。
(5)前記コントローラが、
前記複数の車両配備ユニットの各々と通信し、それら車両配備ユニットによる制御を統括する統括部を含んで構成された( 4)項に記載のブレーキシステム。
上記2つの態様は、簡単に言えば、当該連結車のブレーキ制御を分散して行う態様であり、効率のよいブレーキ制御を実行することが可能となる。ちなみに、統括部は、例えば、先頭車両に配備してもよく、その場合、先頭車両の車両配備ユニットが統括部としての機能を担うようにしてもよい。
(6)前記コントローラが、
前記複数の車両の各々の搭載量若しくは重量に基づいて、前記複数の車両の各々に付与されるブレーキ力を制御するように構成された( 1)項ないし( 5)項のいずれか1つに記載のブレーキシステム。
本態様は、本発明の一態様であり、本態様によれば、車両ごとに適切なブレーキ力を付与可能となる。詳しくは、例えば、車両に対して必要とされる減速度である車両必要減速度を実現させるためのブレーキ力を付与することが可能となる。本態様における搭載量は、荷物,人間等の車体に積載されるものの重量と考えることができる。重量は、車両の全体重量、つまり、車体の重量と搭載量との合計と考えることができる。搭載量が変化する場合、その搭載量を把握しておけば、その搭載量の如何に拘わらず、車両必要減速度に応じたブレーキ力を車両に付与することが可能である。搭載量は、例えば、車両に設けられた搭載量センサによって取得されてもよく、管理者,オペレータ,運転者等によって、コントローラに入力されてもよい。
(7)前記コントローラが、前記連結車にブレーキ力を付与する際、
いずれの2つの車両に対しても後方側の車両の減速度が前方側の車両の減速度よりも低くならないように前記複数のブレーキ装置を制御する減速度調整制御と、
いずれの2つの車両に対しても前方側の車両のブレーキ力の発生が後方側の車両のブレーキ力の発生よりも早くならないように前記複数のブレーキ装置を制御するブレーキ力発生開始時調整制御と
の少なくとも一方を行うように構成された( 1)項ないし( 5)項のいずれか1つに記載のブレーキシステム。
本態様は、本発明の別の一態様であり、本態様によれば、いわゆるジャックナイフ現象を効果的に防止可能となる。本態様における減速度調整制御には、複数の車両のすべてが同じ減速度となるような制御が含まれ、また、本態様におけるブレーキ力発生開始時調整制御には、すべての車両に対して同じタイミングでブレーキ力が付与されるような制御が含まれるが、ジャックナイフ現象の防止という観点からすれば、少なくとも最後尾の車両の減速度が先頭車両の減速度よりも高いことが望ましく、また、少なくとも、最後尾の車両に対してブレーキ力が付与されるタイミングが、先頭車両に対してブレーキ力が付与されるタイミングよりも早いことが望ましい。なお、ブレーキ力発生開始時調整制御は、ブレーキ力発生タイミング調整制御と呼ぶこともできる。
本態様のブレーキシステムは、減速度調整制御とブレーキ力発生開始時調整制御との一方しか実行されないようなブレーキシステムであってもよく、減速度調整制御とブレーキ力発生開始時調整制御との両方を実行可能なシステムであってもよい。両方を実行可能なブレーキシステムでは、それら減速度調整制御とブレーキ力発生開始時調整制御とを同時に実行してもよく、また、例えば何らかの条件の充足によって、それら減速度調整制御とブレーキ力発生開始時調整制御とを選択的に実行してもよい。選択的に実行する場合、例えば、連結車全体に付与されるブレーキ力が大きくなりすぎることに配慮すべきときには、ブレーキ力発生開始時調整制御を実行し、逆に、連結車全体に付与されるブレーキ力が小さくなりすぎることに配慮すべきときには、減速度調整制御を実行するようにしてもよい。
(8)前記コントローラが、
前記複数の車両の各々の搭載量若しくは重量に基づいて、前記複数の車両の各々に付与されるブレーキ力を制御して、前記減速度調整制御を実行するように構成された( 7)項に記載のブレーキシステム。
本態様によれば、車両の搭載量が変化するような場合であっても、適切な減速度調整制御が実行可能となる。
(9)前記コントローラが、
前記複数の車両のうちのより後方に位置するもの程減速度が高くなるように前記減速度調整制御を実行するように構成された( 7)項または( 8)項に記載のブレーキシステム。
(10)前記コントローラが、
前記複数の車両のより前方に位置するもの程遅くブレーキ力が付与されるように前記ブレーキ力発生開始時調整制御を実行するように構成された( 7)項ないし( 9)項のいずれか1つに記載のブレーキシステム。
上記2つの態様によれば、ジャックナイフ現象を確実に防止することが可能となる。
(11)前記コントローラが、
前記連結車全体に求められる減速度である全体必要減速度が設定減速度より高い場合に前記減速度調整制御を実行し、設定減速度以下の場合に前記ブレーキ力発生開始時調整制御を実行するように構成された( 7)項ないし(10)項のいずれか1つに記載のブレーキシステム。
本態様は、減速度調整制御とブレーキ力発生開始時調整制御とを選択的に実行する場合におけるそれらの切換に言及した態様、詳しくは、上記全体必要減速度に基づく切換が行われる態様である。本態様によれば、例えば、いわゆる急ブレーキをかける必要がある場合には、減速度調整制御が実行され、その必要がない場合には、ブレーキ力発生開始時調整制御が実行されることになる。
(12)前記コントローラが、
特定の場所で前記連結車にブレーキ力を付与する場合に前記減速度調整制御を実行し、
前記特定の場所ではない場所で前記連結車にブレーキ力を付与する場合に前記ブレーキ力発生開始時調整制御を実行するように構成された( 7)項ないし(11)項のいずれか1つに記載のブレーキシステム。
(13)前記特定の場所が、下り坂となっている場所として設定されている(12)項に記載のブレーキシステム。
上記2つの態様は、減速度調整制御とブレーキ力発生開始時調整制御とを選択的に実行する場合におけるそれらの切換に言及したもう一つ態様、詳しくは、ブレーキをかける場所に基づく切換が行われる態様である。本態様によれば、例えば、大きなブレーキ力が必要とされる場所において、具体的には、下り坂においてブレーキをかける場合には、減速度調整制御が実行され、それ以外の場所でブレーキをかける場合には、ブレーキ力発生開始時調整制御が実行されることになる。
上述の全体必要減速度に基づく切換と、上述のブレーキをかける場所に基づく切換との両方を行う場合には、全体必要減速度が設定減速度より高いという条件と、ブレーキをかける場所が上記特定の場所であるという条件との少なくとも一方を充足するときに、減速度調整制御を実行し、それら2つの条件のいずれをも充足しないときに、ブレーキ力発生開始時調整制御を実行するようにすればよい。
実施例のブレーキシステムおよびそのブレーキシステムを備えた連結車の全体構成を示す模式図である。 各車両に配備されたブレーキ装置を示す図である。 ブレーキ装置が有するブレーキアクチュエータの断面図である。 連結車の走行ルートを模式的に示す図である。 連結車におけるジャックナイフ現象を説明するための模式図である。 実施例のブレーキシステムにおいて実行されるブレーキ統括プログラムのフローチャートである。 実施例のブレーキシステムにおいて実行される車両ブレーキ制御プログラムのフローチャートである。
以下、本発明を実施するための形態として、本発明の実施例であるブレーキシステムを、図を参照しつつ詳しく説明する。なお、本発明は、下記実施例の他、前記〔発明の態様〕の項に記載された形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の形態で実施することができる。
[A]ブレーキシステムおよびそのブレーキシステムを備えた連結車の全体構成
実施例のブレーキシステムは、図1に模式的に示す連結車に備えられたブレーキシステムである。連結車は、複数の車両が一列に連結された車両であり、工場,事業所内における荷物の運搬に利用される。図の左側が前方であり、複数の車両には、先頭車両である牽引車10aと、その牽引車10aに続く複数の台車10bとが含まれている。複数の台車10bの各々に、荷物が搭載、すなわち、積載される。ちなみに、以下、牽引車10a,台車10bを、それらを区別する必要がない場合に、車両10と総称する場合があることとする。
各車両10は、4輪車であり、前後に2対の車輪、詳しくは、1対の前輪12fと1対の後輪12rとを有している。本連結車では、牽引車10aだけに、駆動装置14が配備されており、台車10bには、駆動装置が配備されていない。各車両10の間の連結は、連結器16によって行われている。連結器16は、それが連結する2つの車両10の相対回動(相対転向)を許容するものとされており、そのことによって、連結車は、旋回,坂に対する進入・退出等が容易に行えるようにされている。
また、連結器16は、2つの車両10の連結および連結の解除が容易に行えるようにされていることで、当該連結車は、構成の変更、すなわち、牽引車10aに連結される台車10bの入れ替え,数の変更等が可能とされている。
牽引車10aは、上述の駆動装置14の他に、転舵装置18を備えている。牽引車10aでは、1対の前輪12fが転舵輪と、1対の後輪12rが駆動輪とされており、転舵装置18は、転舵モータ18aを駆動源とする転舵アクチュエータ18bを有して、1対の前輪12fを転舵し、駆動装置14は、駆動モータ14aと、デファレンシャル機能を有する減速機14bとを有して、1対の後輪12rを駆動する。なお、以下の説明において、前輪12f,後輪12rを、車輪12と総称する場合がある。
転舵装置18の制御は、コンピュータ,転舵モータ18aのドライバ等を含んで構成される転舵電子制御ユニット(以下、「転舵ECU」という場合があり、図では、「ST-ECU」と表されており)20によって制御される。駆動装置14は、コンピュータ,駆動モータ14aのドライバ等を含んで構成される駆動電子制御ユニット(以下、「駆動ECU」という場合があり、図では、「DR-ECU」と表されている)22によって制御される。
各車両10には、1対の前輪12に対して1対のブレーキ装置24が設けられている。構造については後に詳しく説明するが、各ブレーキ装置24は、ブレーキモータを駆動源とする電動ブレーキ装置であり、各車両には、1対のブレーキ装置24を制御するために、それぞれが、コンピュータ,ブレーキモータのドライバ等を含んで構成される1対の電動ブレーキ電子制御ユニット(以下、「電動ブレーキECU」という場合があり、図では、「EB-ECU」と表されている)26が配備されている。各車両の1対のブレーキ装置24を統括して制御するために、牽引車10aには、コンピュータを主要構成要素とするブレーキ統括電子制御ユニット(以下、「ブレーキ統括ECU」という場合があり、図では、「BC-ECU」と表されている)28が配備されている。
上記のような構成から、本連結車では、各車両10に配備された車両配備ユニットである電動ブレーキECU26と、電動ブレーキECU26を統括する統括部としてのブレーキ統括ECU28とによって、1つのコントローラが構成されていると考えることができ、本連結車におけるブレーキシステムは、すなわち、実施例のブレーキシステムは、各車両に配備されたブレーキ装置24と、そのコントローラとによって構成されていると考えることができるのである。
本連結車は、牽引車10aに運転者が乗り込んで、その運転者によって操作することが可能である。そのため、牽引車10aには、アクセル操作部材であるアクセルペダル30,ブレーキ操作部材であるブレーキペダル32,ステアリング操作部材であるステアリングホイール34が設けられている。一方で、本連結車は、運転者が牽引車10aに乗り込むことなく、自動で操作されること、すなわち、自動運転も可能とされている。そのため、牽引車10aには、自動運転のためのコントローラとして、コンピュータを主要構成要素とする自動運転電子制御ユニット(以下、「自動運転ECU」という場合があり、図では、「AD-ECU」と表されている)36が設けられており、さらには、ライダー38,前方監視のためのカメラ40,GPS信号を受信するためのGPSアンテナ42が配備されている。
牽引車10aには、CAN(controllable area network or car area network)が設けられており、各ECU20,22,26,28,36は、そのCANを介して、互いに、信号,情報のやり取りを行う。また、牽引車10aには通信アンテナ44が配備されており、ブレーキ統括ECU28は、各台車10bに配備された電動ブレーキECU26と、無線によって、互いに、信号,情報のやり取りを行う。
[B]ブレーキ装置の構造
ブレーキ装置24の各々は、各車両10の1つの前輪12fの回転を止めるためのものであり、駆動源である電動モータの力によって作動する。ブレーキ装置24は、図2を参照しつつ説明すれば、前輪12fとともに回転する回転体であるディスクロータ50と、そのディスクロータ50を跨ぐようにして配設されたブレーキキャリパ(以下、単に、「キャリパ」という場合がある)52とを含んで構成されている。キャリパ52は、摩擦部材としてのブレーキパッド54a,54b(以下、単に、「パッド54a,54b」と言う場合がある)と、電動モータであるブレーキモータを有してそのブレーキモータの力でパッド54a,54bをディスクロータ50に押し付けることで前輪12fの回転を止めるためのブレーキアクチュエータ(以下、単に、「アクチュエータ」という場合がある)56とを有している。
便宜的に、図における左方を前方と、右方を後方として説明すれば、前方側のパッド54aは、キャリパ本体58の前端部である爪部60に支持されている。アクチュエータ56は、キャリパ本体58の後方側の部分に、当該アクチュエータ56のハウジング62が固定されるようにして、保持されている。アクチュエータ56は、ハウジング62に進退可能に保持されたピストン64を有し、そのピストン64は、前進することによって、先端部が、後方側のパッド54bと係合する。そして、ピストン64が、その状態でさらに前進することで、1対のパッド54a,54bは、ディスクロータ50に、それを挟み付けるようにして押し付けられる。この押付けによって、ディスクロータ50とパッド54a,54bとの間の摩擦力に依存する前輪10fの回転に対するブレーキ力つまり、車両を減速,停止させるためのブレーキ力が発生させられるのである。
アクチュエータ56について、断面を示す図3を参照しつつ簡単に説明すれば、アクチュエータ56は、電動ブレーキアクチュエータであり、上述のハウジング62,ピストン64の他、駆動源としての電動モータであるブレーキモータ66,ブレーキモータ66の回転(詳しくは、中空のモータ軸68の回転)を減速させるための減速機構70,その減速機構70を介したブレーキモータ66の回転によって回転させられる回転シャフト72を有してその回転シャフト72の回転動作をピストン64の進退動作に変換する動作変換機構74等を含んで構成されている。
ブレーキモータ66への供給電流を制御することによってピストン64は進退し、パッド54a,54bのディスクロータ50への押付力、すなわち、ブレーキ力の大きさは、供給される電流の大きさに概して比例する。ちなみに、減速機構70は、直列的に配置された2つの内接式遊星歯車機構を含む差動減速機構であり、動作変換機構74は、ねじ機構である。
[C]ブレーキシステムの制御
i)基本的な制御
本連結車は、運転者が牽引車10aに乗り込んで当該連結車を操縦することも可能であり、運転者に依らず、自動運転されることも可能である。運転者による運転の場合について簡単に説明すれば、駆動ECU22は、アクセルペダル30の操作量に基づいて、駆動装置14が発生させるべき駆動力を決定し、その駆動力を発生させるべく駆動モータ14aを制御する。また、転舵ECU20は、ステアリングホイール34の操作角に基づいて、牽引車10aの前輪12fの転舵角を決定し、その転舵角が実現されるように転舵アクチュエータ18bを制御する。
ブレーキシステムの制御に関して言えば、ブレーキ統括ECU28は、ブレーキペダル32の操作量δを、ブレーキ操作量センサ80(図1参照)を介して検出し、その操作量δに基づいて、連結車全体に必要とされる全体必要減速度GTを決定し(ブレーキペダル32が操作されていない場合には、全体必要減速度GTは、0に決定される)、その全体必要減速度GTに基づいて、各車両10に必要とされる減速度である車両必要減速度G(n)を決定する。ちなみに、後に詳しく説明するが、nは、前から何番目の車両であるかを示す車両番号である。ブレーキ統括ECU28は、n=1となる先頭車両である牽引車10aに配備されている電動ブレーキECU26には、通信線を介して、n≧2となる2番目以降の車両である各台車10bに配備されている電動ブレーキECU26には、無線によって、それぞれ、その電動ブレーキECU26が配備されている車両10についての車両必要減速度G(n)についての情報が送信される。
各電動ブレーキECU26は、情報として送信されてきた車両必要減速度G(n)に基づいて、自身が制御するブレーキ装置24が発生させるべきブレーキ力である必要ブレーキ力F*を決定し、その必要ブレーキ力F*を発生させるために必要なパッド54a,54bの押付力、すなわち、アクチュエータ56のピストン64に作用すべき軸力(スラスト力)Sである目標軸力S*を決定する。電動ブレーキECU26は、軸力センサ(図3参照)82によって実際の軸力Sである実軸力Sを把握しており、目標軸力S*に対する実軸力Sの差である軸力偏差ΔSを特定し、その軸力偏差ΔSに基づくフィードバック制御則(PID制御則)に従った手法で、つまり、下記式に従って、ブレーキモータ66に供給すべき供給電流Iを、決定する。
I=αP・ΔS+αI・∫ΔSdt+αD・dΔS/dt
ちなみに、それぞれ、右辺の第1項は比例項、第2項は積分項,第3項は微分項であり、αP,αI,αDは、それぞれ、比例項ゲイン,積分項ゲイン,微分項ゲインである。電動ブレーキECU26は、そのように決定された電流Iを、ブレーキモータ66に供給する。
本連結車では、ブレーキ統括ECU28は、車両構成を、詳しく言えば、牽引車10aによって、どんな台車10が、何台牽引され、それらがどんな順序で連なっているかを、車両番号nと車両IDとを関連付けた車両マスタファイルとして、記憶している。詳しい説明は省略するが、この車両マスタファイルは、車両構成が変更される都度、例えば、いずれかの連結器16によって連結が行われたこと、若しくは、連結が解除されたことをトリガとして、自動で作成される。ブレーキ統括ECU28は、この記憶されている車両構成に基づいて、各電動ブレーキECU26と通信を行う。
当該連結車が自動運転で走行する場合について説明すれば、当該連結車は、例えば、図4に示すように、事業所(工場等)100において、建屋(生産設備等)102の間に設定された走行ルート104を、一方向に巡回するようにされている。走行ルート104には、いくつかの停止地点(以下、「ステーション」という場合がある)106が設けられている。ちなみに、台車10bの連結を変更する場合、当該連結車の整備点検等は、走行ルート104外の待機場108にて行われる。
管理棟(管理装置)110は、現時点での連結車の走行位置,荷物の種類や量を把握しており、連結車のステーション106への停止、ステーション106からの発進についての指令を、無線によって、連結車に送信する。それらの指令を受信した自動運転ECU36は、その指令に基づいて、連結車をステーション106から発進させ、走行ルート104を設定された速度(以下、「車速」という場合がある)で走行するように、駆動ECU22に指示を与える。駆動ECU22は、その指示に基づいて、駆動装置14が発生させるべき駆動力を決定し、その駆動力を発生させるべく駆動モータ14aを制御する。
自動運転ECU36は、GPS信号,ライダー38やカメラ40によって取得したデータによって、当該連結車が現時点において走行ルート104内のいずれの位置(以下、「走行位置」という場合がある)を走行しているかを把握しており、当該連結車が走行ルート102におけるカーブを走行する場合に、旋回半径等そのカーブに関する情報を、転舵ECU20に指示する。転舵ECU20は、その指示に基づいて、牽引車10aの前輪12fの転舵角を決定し、その転舵角が実現されるように転舵アクチュエータ18bを制御する。
一方、ステーション106に当該連結車を停止させるべくブレーキをかける場合には、自動運転ECU36は、連結車の走行位置に基づいて、ブレーキ操作を開始させるべく、ブレーキ操作開始信号を、ブレーキ統括ECU28に送信する。ブレーキ統括ECU28は、そのブレーキ操作開始信号をトリガとして、全体必要減速度GTを、予め設定されている減速度に決定する。ブレーキ統括ECU28は、決定した全体必要減速度GTに基づいて、各車両10の車両必要減速度G(n)を決定し、その車両必要減速度G(n)についての情報を、各電動ブレーキECU26に送信する。各電動ブレーキECU26は、運転者による運転の場合と同様に、その車両必要減速度G(n)に基づいて、対応するブレーキ装置24の制御、つまり、そのブレーキ装置24が発生させるべきブレーキ力の制御を実行する。
また、詳しい説明を省略するが、自動運転であるか、運転者による走行であるかに拘わらず、自動運転ECU36は、カメラ40,ライダー38等による検知に基づいて、当該連結車の前方に障害物の存在を認識し、その障害物との衝突の可能性が高まった場合には、その障害物との衝突を回避するため、緊急的なブレーキ(以下、「急ブレーキ」という場合がある)をかけるべく、その急ブレーキに関する情報を、ブレーキ統括ECU28に送信する。ブレーキ統括ECU28は、その急ブレーキに関する情報に基づいて、急ブレーキとなる全体必要減速度GTを決定する。そして、ブレーキ統括ECU28は、その急ブレーキとなる全体必要減速度GTに基づいて、各車両10の車両必要減速度G(n)を決定し、その車両必要減速度G(n)についての情報を、各電動ブレーキECU26に送信する。各電動ブレーキECU26は、その車両必要減速度G(n)に基づいて、急ブレーキをかけるべく、対応するブレーキ装置24を制御する。
ii)車両の搭載量に基づくブレーキ力の決定
先に説明したように、本連結車では、台車10bは、荷物Bを載せるものであり、その荷物Bの積載量によって、台車10bの重量は変化する。また、牽引車10aも、自動運転であるか、運転者が搭乗して運転するかによって、重量が変化する。牽引車10a,台車10bの重量を車両総重量WTとすれば、各車両10の車両総重量WTは、車体重量WBに、車両搭載量WS、すなわち、牽引車10aの場合には運転者が存在するときのその運転者の体重、台車10bの場合には積載されている荷物Bの重量を加えたものとなる。
上記車両総重量WTは、ブレーキの効きに大きく影響する。そこで、本ブレーキシステムでは、ブレーキ統括ECU28によって決定された上述の車両必要減速度G(n)を正確に実現させるために、電動ブレーキECU26は、車両搭載量WSに基づいて、言い換えれば、車両総重量WTに基づいて、具体的には、下記式に従って、ブレーキ装置24が発生させるべき必要ブレーキ力F*を決定し、上述の目標軸力S*を決定する。
*=WT・G(n)
本連結車では、牽引車10a,台車10bの各々に、搭載量センサ84が設けられており、各車両10の車両搭載量WSは、搭載量センサ84によって検出される。ちなみに、運転者の体重,荷物Bの重量が上述の管理棟(管理装置)110によって管理され、その管理棟(管理装置)110から送信されてくる情報に基づいて各車両10の車両搭載量WSが認定されてもよい。一方で、車体重量WBは、予め電動ブレーキECU26に記憶された値が使用される。
iii)ジャックナイフ現象とそれの防止
図5は、連結車を上方から見た図である。図5(a)に示すように、牽引車10aが台車10bを牽引して連結車が真直ぐに前進しているような場合であっても、ブレーキをかけることによって、より前方側の車両10がより後方側の車両10よりも減速度が高い状態となった場合や、より前方側の車両10がより後方側の車両10よりも早くブレーキ力が付与された場合には、図5(b)に極端に示すように、より後方の車両10のイナーシャが大きくなることから、連結器16を基点として、その連結器16前後の車両10の向きが相違する現象、言い換えれば、連結車が折れ曲がるような現象が生じ得る。この現象は、いわゆるジャックナイフ現象と呼ばれる現象である。連結車が旋回している場合には、このジャックナイフ現象は顕著となる。
連結車の上記ジャックナイフ現象を防止するため、連結器16による前後の車両10の相対回動の許容を制限すること、つまり、前後の車両10の相対姿勢の変化を禁止するように連結器16を固定することも検討されている。しかしながら、連結器16の構造が複雑となるため、決して実用的であるとは言い難い。
そこで、実施例のブレーキシステムは、各車両10へのブレーキ力の付与に関して、特別な2つの制御を、選択的に実行するようにされている。2つの制御のうちの一方は、いずれの2つの車両10に対しても後方側の車両10の減速度が前方側の車両10の減速度よりも低くならないように、各車両10にそれぞれ設けられた複数のブレーキ装置24を制御する『減速度調整制御』であり、2つの制御のうちの他方は、いずれの2つの車両10に対しても前方側の車両10のブレーキ力の発生が後方側の車両のブレーキ力の発生よりも早くならないように、各車両10にそれぞれ設けられた複数のブレーキ装置14を制御する『ブレーキ力発生開始時調整制御』である。
減速度調整制御は、ブレーキ統括ECU28によって実行され、詳しく言えば、減速度調整制御によれば、複数の車両10のより後方に位置するもの程減速度が高くなるように、複数のブレーキ装置24が制御される。具体的には、上述のように決定された全体必要減速度GTに基づいて、下記式に従って、各車両10についての車両必要減速度G(n)を決定する。
G(n)=GT・(1+(n-1)・ΔG)
上記式におけるΔGは、1つの連結器16によって連結されている2つの車両10に対する車両必要減速度G(n)に格差を設けるための係数、すなわち、減速度格差係数である。
上記のように各車両10についての車両必要減速度G(n)が決定されることで、後方の車両10に向かうにつれて、減速度格差ΔGずつ車両必要減速度G(n)が大きくなる。その結果、その車両必要減速度G(n)に基づいて実行する電動ブレーキECU26のブレーキ力の制御では、後方側の車両10程、減速度が高くなるようなブレーキ力が付与される。解り易く言えば、例えば、すべての車両10の車両総重量WTが等しい場合に、より後方の車両10程、大きなブレーキ力が付与されることになる。このようなブレーキ力が各車両10に付与される減速度調整制御によれば、効果的に、上述のジャックナイフ現象が防止されることになる。
ブレーキ力発生開始時調整制御も、ブレーキ統括ECU28によって実行され、詳しく言えば、ブレーキ力発生開始時調整制御によれば、複数の車両10のより前方に位置するもの程遅くブレーキ力が付与されるように、複数のブレーキ装置14が制御される。具体的に説明すれば、ブレーキ統括ECU28は、後に詳しく説明するブレーキ統括プログラムを短い時間ピッチで繰り返し実行し、ブレーキ力発生開始時調整制御を実行するにあたって、下記表に模式的に示すような、先入れ先出しメモリが設定される。
Figure 0007327364000001
上記表の先入れ先出しメモリは、先頭車両である牽引車10aと、その牽引車10aに連なる5つの台車10bとからなる連結車、つまり、6つの車両10が一列に連結された連結車に対して設定される先入れ先出しメモリである。車両ごとに縦一列にセルが並ぶような記憶領域として設定され、各セルには、上述のようにして決定された全体必要減速度GTが格納される。車両番号が大きくなる程、つまり、より後方に位置する車両10程、縦に並ぶセルの数が少なくされている。ブレーキ統括プログラムの1回の実行において、各セルに格納されていた全体必要減速度GTは1つ下のセルに移される。つまり、先入れ先出しメモリが更新されるのである。決定された全体必要減速度GTは各列の最も上のセルに格納され、そして、最も下のセルから読み出された全体必要減速度GTが、対応する列の車両10の車両必要減速度G(n)に決定される。
先に説明したように、ブレーキ力の要求がない場合には、全体必要減速度GTが0に決定され、ブレーキ力の要求が発生した時点から、全体必要減速度GTが0以外の値に変わる。前方の車両10程並ぶセルが多いことから、前方の車両10程、ブレーキ力の要求が発生した時点から遅れて、車両必要減速度G(n)が、0以外の値に決定されることになる。このように各車両10についての車両必要減速度G(n)が決定されることで、前方の車両10に向かうにつれて、縦一列におけるセルの数の差とブレーキ統括プログラムの実行ピッチとの積に相当する時間ずつ、電動ブレーキECU26によるブレーキ力の制御によって発生させられるブレーキ力の付与が遅れることとなる。このようにブレーキ力の発生時期を調整するブレーキ力発生開始時調整制御によれば、効果的に、上述のジャックナイフ現象が防止されることになる。
ちなみに、上記表の先入れ先出しメモリでは、模式的に、各列のセルの差が2つとされているが、ブレーキ力発生の遅延をどの程度とするかによって、各列のセルの差を任意に設定すればよい。また、上記表の先入れ先出しメモリは、車両10の数が6つの場合のメモリであるが、車両10の数に応じて、列数を増減させればよい。
減速度調整制御と、ブレーキ力発生開始時調整制御とのいずれを実行するかについては、簡単に言えば、ブレーキ統括ECU28は、比較的大きなブレーキ力が要求される状況下において、減速度調整制御を実行し、減速度調整制御を実行しない場合に、ブレーキ力発生開始時調整制御を実行するようにされている。具体的には、ブレーキ統括ECU28は、急ブレーキ等を考慮して、全体必要減速度GTが設定減速度である閾減速度GT0よりも大きい場合に、減速度調整制御を実行する。また、特定の場所において、詳しくは、設定された勾配を超える下り坂においてブレーキをかける場合に、比較的大きなブレーキ力が必要となることに配慮して、減速度調整制御を実行する。そして、端的に言えば、急ブレーキでも、下り坂でのブレーキでもない場合に、つまり、比較的大きなブレーキ力が必要とはされない状況下において、ブレーキ統括ECU28は、ブレーキ力発生開始時調整制御を実行する。
下り坂の判断について、自動運転に関連して説明すれば、例えば、図4における破線で挟まれてハッチングが施された領域は、図の左方から右方に向かって下る傾斜面となっており、2つのステーション106’のいずれかに連結車が停止するときに、当該連結車が下り坂においてブレーキをかけることになる。連結車は、図1に示すように、牽引車10aにおいて、前後加速度Gxを検出するための前後加速度センサ86と、駆動モータ14aの回転速度dθを検出するためのモータ回転角センサ88とが設けられている。ブレーキ統括ECU28は、検出した前後加速度Gxから、駆動モータ14aの回転速度dθの変化に基づいて導出した当該連結車の加減速度の影響を排除することで、現時点で走行している路面の傾斜を推定する。この推定した傾斜に基づいて、ブレーキ統括ECU28は、設定された勾配を超える下り坂においてブレーキをかけているか否かを判断する。ちなみに、予め管理棟(管理装置)110において、走行ルート104のうちのどの部分が下り坂であるかを登録し、その登録に基づく情報の通信によって、ブレーキ統括ECU28が、設定された勾配を超える下り坂を当該連結車が走行していることを認識するようにしてもよい。
iv)ブレーキ制御のフロー
当該ブレーキシステムでは、ブレーキ制御、詳しくは、各車両10に対して付与されるブレーキ力の制御は、ブレーキ統括ECU28が、図6にフローチャートを示すブレーキ統括プログラムを、各車両10に設けられた電動ブレーキECU26の各々が、図7にフローチャートを示す車両ブレーキ制御プログラムを、それぞれ、短い時間ピッチ(例えば、数m~数十msec)で繰り返し実行することによって行われる。以下に、本ブレーキシステムにおけるブレーキ制御の処理の流れについて、それらフローチャートを参照しつつ説明する。
ブレーキ統括プログラムに従う処理では、まず、ステップ1(以下、「S1」と略す。他のステップも同様である)において、上述したような手法によって、当該連結車の走行場所(路面の傾斜)が認定される。続くS2において、上述したように、運転者による走行の場合は、ブレーキペダル32の操作量δに基づいて、自動運転の場合は、管理棟(管理装置)110からの情報に基づいて、当該連結車において実現されるべき減速度である全体必要減速度GTが決定される。そして、S3において、決定された全体必要減速度GTが、先に説明した先入れ先出しメモリに格納される。
S4以降の処理は、車両10ごとの車両必要減速度G(n)を決定するための処理であり、当該連結車を構成する車両10の数、つまり、総車両数Nに相当する回数実行される。そのため、S4において、処理の対象となる車両10の車両番号nが、カウントアップされる。
次のS5において、全体必要減速度GTが閾減速度GT0よりも大きいか否かが判定され、S6において、認定されている走行場所が、設定勾配を超える下り坂であるか否かが判定される。全体必要減速度GTが閾減速度GT0よりも大きくなく、かつ、走行場所が設定勾配を超える下り坂ではない場合に、S7の処理が実行される。S7の処理は、先に説明したブレーキ力発生開始時調整制御のための処理、すなわち、ブレーキ力発生開始時調整処理(「ブレーキ力発生タイミング調整処理」と呼ぶこともできる)であり、先入れ先出しメモリから、処理対象となる車両10の車両番号nのセルの値が読み出されて、その車両10の車両必要減速度G(n)が、その値に決定される。
一方で、全体必要減速度GTが閾減速度GT0よりも大きい場合、若しくは、走行場所が設定勾配を超える下り坂である場合には、S8の処理が実行される。S8の処理は、先に説明した減速度調整制御のための処理、すなわち、減速度調整処理であり、先に説明した式に従って、処理の対象となる車両10の車両必要減速度G(n)が決定される。
S7若しくはS8の後、S9において、S7若しくはS8において決定された車両必要減速度G(n)に関する情報が、処理対象となる車両10、つまり、車両番号nの車両10の2つの電動ブレーキECU26の各々に送信される。続くS10において、処理対象となる車両10の車両番号nが総車両数Nに到達したか否かが判定され、到達していない場合には、S4以降の処理が繰り返される。
S10において車両番号nが総車両数Nに到達したと判定された場合には、S11において、処理対象となる車両10の車両番号nが、0にリセットされ、S12において、先入れ先出しメモリが更新される。S12の実行の後、本ブレーキ統括プログラムに従う処理の1回の実行が終了する。
車両ブレーキ制御プログラムに従う処理では、まず、S21において、当該プログラムを実行によって制御されるブレーキ装置24(以下、「対象ブレーキ装置24」という場合がある)が配備されている車両10(以下、「対象車両10」という場合がある))の搭載量である車両搭載量WSが、搭載量センサ84を介して検出される。続く、S22において、格納されている対象車両10の車体重量WBが特定され、S23において、車両搭載量WSと車体重量WBとが合わされて、対象車両10の車両総重量WTが決定される。
次のS24において、ブレーキ統括ECU28から送信されてくる対象車両10についての情報を受信することで、対象車両10についての車両必要減速度G(n)が特定される。そして、S25において、決定された車両総重量WTと、特定された車両必要減速度G(n)とに基づいて、先に説明したように、対象ブレーキ装置24が発生させるべきブレーキ力である必要ブレーキ力F*が決定され、S26において、ブレーキパッド54a,54bをディスクロータ50へ押し付けるために必要な押付力として、上記目標軸力S*が決定される。
続くS27において、軸力センサ82を介して実軸力Sが検出され、S28において、軸力偏差ΔSが認定される。次のS29において、上述のフィードバック制御の手法に従って、対象ブレーキ装置24のブレーキモータ66に供給すべき電流Iが決定され、S30において、その電流Iがそのブレーキモータ66に供給される。その結果、車両必要減速度G(n)に基づくブレーキ力が、対象ブレーキ装置24によって発生させられる。
10:車両 10a:牽引車 10b:台車 12:車輪 14:駆動装置 16:連結器 18:転舵装置 24:ブレーキ装置 26:電動ブレーキ電子制御ユニット〔コントローラ〕 28:ブレーキ統括電子制御ユニット〔コントローラ〕 32:ブレーキペダル〔ブレーキ操作部材〕 36:自動運転電子制御ユニット 44:通信アンテナ 50:ディスクロータ 52:ブレーキキャリパ 54a,54b:ブレーキパッド 56:ブレーキアクチュエータ 64:ピストン 66:ブレーキモータ 80:ブレーキ操作量センサ 82:軸力センサ 84:搭載量センサ 100:事業所(工場等) 104:走行ルート 106:ステーション〔停止地点〕

Claims (10)

  1. 複数の車両が一列に連結された連結車のためのブレーキシステムであって、
    前記複数の車両にそれぞれ設けられた複数のブレーキ装置と、それら複数のブレーキ装
    置を制御するコントローラとを備え、
    前記コントローラが、前記連結車にブレーキ力を付与する際、
    前記複数の車両が互いに連結されていないと仮定した場合に各車両の前記ブレーキ装置によるブレーキ力によって得られる各車両の減速度を、車両必要減速度と定義した場合において、いずれの2つの車両に対しても後方側の車両の車両必要減速度が前方側の車両の車両必要減速度よりも低くならないように各車両の車両必要減速度を決定し、その決定された各車両の車両必要減速度に基づいて、前記複数のブレーキ装置を制御する減速度調整制御と、
    いずれの2つの車両に対しても前方側の車両のブレーキ力の発生が後方側の車両のブレーキ力の発生よりも早くならないように前記複数のブレーキ装置を制御するブレーキ力発生開始時調整制御と
    を選択的に行うように構成され
    前記連結車全体に求められる減速度である全体必要減速度が設定減速度より高い場合に前記減速度調整制御を実行し、設定減速度以下の場合に前記ブレーキ力発生開始時調整制御を実行するように構成されたブレーキシステム。
  2. 複数の車両が一列に連結された連結車のためのブレーキシステムであって、
    前記複数の車両にそれぞれ設けられた複数のブレーキ装置と、それら複数のブレーキ装
    置を制御するコントローラとを備え、
    前記コントローラが、前記連結車にブレーキ力を付与する際、
    前記複数の車両が互いに連結されていないと仮定した場合に各車両の前記ブレーキ装置によるブレーキ力によって得られる各車両の減速度を、車両必要減速度と定義した場合において、いずれの2つの車両に対しても後方側の車両の車両必要減速度が前方側の車両の車両必要減速度よりも低くならないように各車両の車両必要減速度を決定し、その決定された各車両の車両必要減速度に基づいて、前記複数のブレーキ装置を制御する減速度調整制御と、
    いずれの2つの車両に対しても前方側の車両のブレーキ力の発生が後方側の車両のブレーキ力の発生よりも早くならないように前記複数のブレーキ装置を制御するブレーキ力発生開始時調整制御と
    を選択的に行うように構成され
    特定の場所で前記連結車にブレーキ力を付与する場合に前記減速度調整制御を実行し、前記特定の場所ではない場所で前記連結車にブレーキ力を付与する場合に前記ブレーキ力発生開始時調整制御を実行するように構成されたブレーキシステム。
  3. 前記特定の場所が、下り坂となっている場所として設定されている請求項2に記載のブレーキシステム。
  4. 前記コントローラが、
    前記複数の車両の各々の搭載量若しくは重量に基づいて、前記複数の車両の各々に付与されるブレーキ力を制御して、前記減速度調整制御を実行するように構成された請求項1ないし請求項3のいずれか1つに記載のブレーキシステム。
  5. 前記コントローラが、
    前記複数の車両のうちのより後方に位置するもの程前記車両必要減速度が高くなるように前記減速度調整制御を実行するように構成された請求項1ないし請求項4のいずれか1つに記載のブレーキシステム。
  6. 前記コントローラが、
    前記複数の車両のより前方に位置するもの程遅くブレーキ力が付与されるように前記ブレーキ力発生開始時調整制御を実行するように構成された請求項1ないし請求項5のいずれか1つに記載のブレーキシステム。
  7. 前記連結車が、
    前記複数の車両のうちの先頭車両だけが、駆動装置を備え、他の車両の各々が、搭載物が搭載されて前記先頭車両によって牽引されるように構成された請求項1ないし請求項6のいずれか1つに記載のブレーキシステム。
  8. 前記連結車が、
    自動運転によって、設定されたルートを走行し、そのルート内に設定された1以上の停止地点において停止させられるように構成された請求項1ないし請求項7のいずれか1つに記載のブレーキシステム。
  9. 前記コントローラが、
    前記複数のブレーキ装置に対応して前記複数の車両にそれぞれ設けられ、それぞれが、対応するブレーキ装置を制御する複数の車両配備ユニットを含んで構成された請求項1ないし請求項8のいずれか1つに記載のブレーキシステム。
  10. 前記コントローラが、
    前記複数の車両配備ユニットの各々と通信し、それら車両配備ユニットによる制御を統括する統括部を含んで構成された請求項9に記載のブレーキシステム。
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