(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
前輪と共に後輪を操舵可能な前後輪操舵自動車であって、
前記後輪を自動的に転舵可能な後輪操舵装置と、
トレーラを牽引するヒッチのヒッチ角を検出するためのヒッチ角センサと、
前記前輪の操舵角を検出する操舵角センサと、
前記トレーラを牽引しつつ後退する際の前記ヒッチ角センサにて検出されたヒッチ角が前記操舵角センサにて検出された前記前輪の操舵角の大きさに基づいて前記前輪の操舵角により自動車が曲がろうとする方向と同方向に設定された目標ヒッチ角となるように前記後輪を転舵するための第１目標転舵角を設定する目標転舵角設定手段とを有することを特徴とする前後輪操舵自動車。
【請求項２】
前記トレーラを牽引しつつ後退する際に前記前輪を操舵した場合には、前記後輪を前記前輪と同方向に転舵することを特徴とする請求項１に記載の前後輪操舵自動車。
【請求項３】
前記目標ヒッチ角は、前記目標ヒッチ角をθho、前記操舵角をθｆ、最大ヒッチ角をθhmax、最大操舵角をθｆmaxとして、
θho＝θｆ・（θｈmax／θｆmax）
にて求められることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の前後輪操舵自動車。
【請求項４】
前記ヒッチ角センサにて検出されたヒッチ角と、前記操舵角センサにて検出された操舵角とが異なる方向であると判断された場合は、前記第１目標転舵角を０に設定することを特徴とする請求項１に記載の前後輪操舵自動車。
【請求項５】
前記目標転舵角設定手段は、前記トレーラを牽引しつつ前進する場合には、前記ヒッチ角センサにて検出されたヒッチ角が前記目標ヒッチ角となるように前記後輪を転舵するための第２目標転舵角を設定し、
前記第２目標転舵角は、前記第１目標転舵角の正負を逆にした値により求められることを特徴とする請求項１に記載の前後輪操舵自動車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特にトレーラを牽引するのに好適な前後輪操舵自動車に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、バンやピックアップトラック等をはじめとする一般的な用途に供する自動車の後部にヒッチを設け、キャンピング用キャビンやモーターボートキャリア等をトレーラとして連結して牽引する場合がある。しかしながら、上記トレーラを牽引する場合には、後退時の運転が特に難しいことが知られている。
【０００３】
すなわち後退時には、例えば第五輪（5th Wheel）式トレーラの場合を示す図９に示されるように、トレーラ９の車輪９ａよりも手前になるヒッチＨのピボット点をトラクタとなる自動車２１が押すことになる。したがって、通常の感覚で車両を操舵すると、トレーラ９の車輪９ａが抵抗となって自動車２１とトレーラ９とがヒッチＨを中心にくの字状に折れ曲がるいわゆるジャックナイフ現象を生じる場合があり、そのようになると後退不能な状態に陥ってしまう。そのため、トレーラ９を連結した状態で後退するには、通常とは異なる変則的な操舵を強いられ、問題なく操舵するためにはかなりの技量を有する。
【０００４】
すなわち、トレーラ９を後退させようとする場合には、図９の矢印Ｉに示されるように、自動車１の前輪３を一旦通常（トレーラ９の非牽引状態）とは逆方向に操舵して、曲げる方向に対して自動車１とトレーラ９とのヒッチＨにおける相対角（ヒッチ角θｈ）を形成する（図９の矢印IIに示される状態）。そして、矢印Ａに示されるように曲げる方向とは逆側に一旦膨らませてから前輪３を曲げたい方向に操舵して、図９の矢印IIIに示される状態になるようにトレーラ９を後退させる。このように、トレーラ９に思い通りの軌跡を辿らせるには、高度な熟練を要するという問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一方、上記したようなトレーラ牽引における後退時の運転を容易にするために、例えば同一出願人による特開平１１−１２４０５１号公報に開示されているように、トレーラにその車輪を転舵可能な転舵装置を設け、後退時に自動車を通常（トレーラの非牽引状態）と同様に運転して適切な後退を可能にしたものがある。しかしながら、この場合には、転舵装置を装備したトレーラにのみ有効であり、既に市場に出回っている一般のトレーラに対しては有効でないという問題がある。
【０００６】
また、トラクタとしての自動車における運転性を容易にするために、例えば前後輪操舵自動車において、その自動車に対するトレーラの内輪差を減少する制御を行うようにしたものがある。しかしながら、後退する場合には、従来通り自動車を曲がりたい方向とは逆に一旦操舵して、自動車とトレーラとの間に自動車に対してトレーラの曲がりたい方向に相対角をつける必要があることに変わりはなく、依然として上記問題を有することになる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決して、トレーラ牽引において特に後退時の運転を容易にし得る前後輪操舵自動車を実現するために、本発明に於いては、前輪（３）と共に後輪（４）を操舵可能な前後輪操舵自動車（１）であって、前記後輪（４）を自動的に転舵可能な後輪操舵装置（５）と、トレーラ（９）を牽引するヒッチのヒッチ角を検出するためのヒッチ角センサ（１０ａ）と、前記前輪の操舵角を検出する操舵角センサ（７）と、前記トレーラを（９）牽引しつつ後退する際の前記ヒッチ角センサにて検出されたヒッチ角が前記操舵角センサにて検出された前記前輪の操舵角の大きさに基づいて前記前輪の操舵角により自動車が曲がろうとする方向と同方向に設定された目標ヒッチ角となるように前記後輪を転舵するための第１目標転舵角を設定する目標転舵角設定手段（６）とを有するものとした。
【０００８】
これによれば、例えばトレーラ牽引における後退時に、前輪の操舵角に応じてヒッチ角が目標ヒッチ角となるように後輪を自動的に転舵することから、曲がりたい場合には、最初から曲がりたい方向に操舵するのみでトレーラを曲がりたい方向に後退させることができる。また、後退直進時にも、操舵角が０であれば目標ヒッチ角も０とすることができ、そのように後輪転舵を制御することにより、後退時のふらつきを防止することができる。さらに、前進時に狭路転向する際には、ヒッチ角が大きくなり過ぎないようにすることができるため、トレーラの巻き込みを防止することができる。
【０００９】
特に、前記トレーラ（９）を牽引しつつ後退する際に前記前輪（３）を操舵した場合には、前記後輪（４）を前記前輪（３）と同方向に転舵することによれば、容易にトレーラの曲がりたい方向にヒッチ角を生じさせることができ、前後輪操舵自動車による好適な制御を行うことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面に示された具体例に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明が適用された前後輪操舵自動車を示す模式的平面図である。本自動車１にあっては、ステアリングホイール２により前輪３が操舵されると共に、後輪４が後輪操舵装置５により転舵可能にされている。その後輪操舵装置５は、目標転舵角設定手段としての制御部６からの転舵信号に応じて後輪４を転舵するものである。
【００１２】
制御部６には、上記ステアリングホイール２による操舵角θｆを検出する操舵角センサ７からの操舵角検出信号と、変速機８からの後退信号と、上記後輪操舵装置５からの後輪転舵角信号とが入力するようになっている。さらに、制御部６には、トレーラ９を牽引するべく本自動車１の適所に設けられたヒッチＨにおけるヒッチ角θｈを検出するためのヒッチ角センサ１０ａ（１０ｂ）からのヒッチ角検出信号が入力するようになっている。
【００１３】
なお、ヒッチ角センサ１０ａは、本自動車１を第五輪（5th Wheel）式トレーラに用いる場合であり、ヒッチ角センサ１０ｂは、標準ジョイント型（Conventional）トレーラに用いる場合であり、実車ではいずれか一方が設けられていれば良い。また、トレーラ牽引状態ではヒッチ角センサ１０ａ（１０ｂ）から何らかのヒッチ角検出信号が出力されるため、その信号入力によりトレーラ牽引状態を判別し得る。また、本図示例による以下の説明では第五輪式トレーラに用いる場合について示す。
【００１４】
このようにして構成された前後輪操舵自動車１によるトレーラ９の牽引における後退時の要領について図２及び図３を参照して以下に示す。ヒッチ角センサ１０ａが作動している場合、すなわちトレーラを牽引している場合には、図２の第１ステップＳＴ１に示されるように、まず上記したように変速機８における変速位置が後退か否かにより後退の判断を行う。この第１ステップＳＴ１で後退ではないと判別された場合には、前進時の通常の後輪転舵制御を行うルーチンに進む。
【００１５】
第１ステップＳＴ１で後退であると判別された場合には第２ステップＳＴ２に進み、そこで操舵角センサ７により検出された操舵角θｆを読み込み、次の第３ステップＳＴ３でヒッチ角センサ９ａにより検出されたヒッチ角θｈを読み込み、第４ステップＳＴ４に進む。
【００１６】
第４ステップＳＴ４では、操舵角θｆとヒッチ角θｈとが共に同方向か否かを判別する。この場合の同方向とは、操舵角θｆにより自動車１が曲がろうとする方向にトレーラ９が曲がろうとするヒッチ角θｈが生じた場合とし、操舵角θｆの左右方向の一方を正とし、上記同方向に生じるヒッチ角θｈを正とする。このようにすることにより、両者の乗算結果の符号により上記同方向か否かを判別し得る。
【００１７】
そして、図３に示されるように操舵角θｆとヒッチ角θｈとが共に同方向の場合には第５ステップＳＴ５に進む。
【００１８】
第５ステップＳＴ５では、目標ヒッチ角θhoを次式から求める。
θho＝θｆ・（θｈmax／θｆmax）                …（１）
ここで、θｈmaxは最大ヒッチ角であり、例えば、上記第五輪式トレーラの場合には９０度であり、標準ジョイント型トレーラの場合には７０度になる。また、θｆmaxは最大操舵角である。
【００１９】
次の第６ステップＳＴ６では、目標転舵角θroを次式から求める。
θro＝θｆ・（θｒmax／θｆmax）・（θho−θｈ）…（２）
ここで、θｒmaxは後輪４の最大転舵角である。
【００２０】
次の第７ステップＳＴ７では、上記目標転舵角θroに基づいて後輪４に対する転舵制御を行う。そのための上記アルゴリズム制御における後輪４の転舵角θｒの動きを図４に示す。簡単のため図の上段に示されるように前輪３を据え切りにて所定の操舵角θｆ１にし、そのままの状態で後退する場合を示す。そして、目標ヒッチ角θhoを図の中段に示されるように制御するためには、図の下段に示されるように、後輪４の転舵角θrが変化する。
【００２１】
ここで、第五輪式トレーラにおいて、後退開始後の時間経過によりヒッチ角θｈが充分大きくなった場合の後輪４の転舵方向は、トレーラ長さ、すなわち前輪３の転舵角とトレーラ車軸とにより形成される旋回中心に依存する。簡単のため図５に示されるように前輪３を最大操舵角θｆmaxで転舵しかつヒッチ角θｈを最大（上記したように９０度）にすると、短いトレーラ１９の場合の旋回中心は図のＣｓで示される位置となり、長いトレーラ２９の場合の旋回中心は図のＣｌで示される位置となる。したがって、各旋回中心Ｃｓ・Ｃｌに合わせるように後輪４を転舵すると、後輪４の舵角は正負（左右）の両方の可能性を有することになる。
【００２２】
このようにして設定された目標ヒッチ角θhoに、検出されるヒッチ角θｒを一致させるように後輪４の転舵を制御する。このとき、ヒッチ角θｈと後輪転舵角θｒとは、長いトレーラ２９の場合には図４の実線に示されるように変化し、短いトレーラ１９の場合には図４の一点鎖線に示されるように変化する。図に示されるように、短いトレーラ１９の場合の後輪転舵角θｒは、負の目標転舵角θroに対して収束する場合も生じる。
【００２３】
これにより、トレーラ長さを意識することなく、図３に示されるように前輪３に対する操舵開始時から前輪３をトレーラ９の曲がりたい方向に操舵するのみ（図示例では前輪３の操舵方向及び操舵角を変えない）の簡単な操作で、従来例で示した熟練を要する操舵方法と同等の軌跡（矢印Ａ）を辿らせることができる。したがって、普通の運転者が、自動車を単独（非牽引状態）で後退させるのと同様に、トレーラ９を容易に後退させることができる。
【００２４】
なお、図２の第４ステップＳＴ４で操舵角θｆとヒッチ角θｈとが異なる方向であると判別された場合には後退時の本制御が不能であると判断し、第８ステップＳＴ８に進む。その第８ステップＳＴ８では目標転舵角θroを０にし、本ルーチンを終了する。このような状況は、後輪最大転舵角θｒmaxが小さくかつトレーラ２９が長いほど発生し易く、自動車１の旋回に対してトレーラの移動量が少なかったり、後退開始時に望む方向とは逆のヒッチ角θｈがついたりすることである。
【００２５】
一例として、図６に示されるように自動車１とトレーラ１９（２９）とが一直線上に位置している状態から、前輪３を最大操舵角θｆmaxで転舵しかつ後輪４が後輪最大転舵角θｒmaxになって旋回後退を開始する場合について示す。自動車１の旋回中心Ｃｖに対して、短いトレーラ１９の旋回中心Ｃｓと長いトレーラ２９の旋回中心Ｃｌとが図に示されるようになっている場合に、自動車１・短いトレーラ１９・長いトレーラ２９の各旋回半径Ｒｖ・Ｒｓ・Ｒｌの関係は、図から分かるようにＲｓ＜Ｒｖ＜Ｒｌとなる。
【００２６】
したがって、自動車１・短いトレーラ１９・長いトレーラ２９の各角度変化ｄθｖ・ｄθｓ・ｄθｌは、ｄθｌ＜ｄθｖ＜ｄθｓとなる。これにより、短いトレーラ１９の場合には、ｄθｓ−ｄθｖ＜０となり、長いトレーラ２９の場合には、ｄθｌ−ｄθｖ＞０となり、計算結果に正負の違いが生じることになり、制御不能となる。
【００２７】
なお、この場合には、何らかの警告手段により制御不能を運転者に知らせることにより、運転者が一旦前進しまたは曲がりたい方向とは逆に操舵した後に曲がりたい方向に操舵することにより、上記制御が可能になり、その後は上記と同様に簡単にトレーラ９を曲がりたい方向へ後退させることができる。また、後輪最大転舵角θｒmaxを大きく設定することにより、このような状況を改善することができる。
【００２８】
また、上記図示例では操舵角θｆとヒッチ角θｈとが同方向の場合、すなわちヒッチ角θｈが生じている場合について示したが、自動車１とトレーラ９との両者が一体となって後退することもできる。この場合にも前輪３の操舵方向は最初から曲がりたい方向であって良く、それに対して、図７に示されるように後輪４を前輪３と同方向に転舵させかつヒッチ角θｈが０になるように制御して、後輪４をトレーラ９の前輪（副前輪）として作用させることにより、自動車１とトレーラ９とを一直線上に保つ一体となった状態にて後退させることができる。
【００２９】
なお、本制御にあってはヒッチ角センサ１０ａ（１０ｂ）を必要とするが、例えば第五輪式トレーラに用いる場合には図８に示されるように、トレーラ９側のジョイント部に歯車状磁性体１１を同軸的に取付けると共に、磁気センサからなるヒッチ角センサ１０ａを自動車１の例えば荷台に設けられたジョイント部１２に取付けて、歯車状磁性体１１の各歯の変位をヒッチ角センサ１０ａにより検出することで、ヒッチ角θｈを検出することができる。
【００３０】
このように、従来のトレーラに対して容易に後付け可能であり、上記図示例の他に、第五輪式トレーラにおけるグーズネックタイプや、標準ジョイント型トレーラ（図示例のヒッチ角センサ１０ｂを使用するタイプ）などの既に市場に出回っているトレーラの多くのものに適用可能である。
【００３１】
また、前進する際には、上記（１）式の目標ヒッチ角θhoと、上記（２）式の正負を逆にして、
θro＝−θｆ・（θｒmax／θｆmax）・（θho−θｈ）…（３）
により求めた逆方向目標転舵角θroとを用いて制御することにより、ジャックナイフ現象を起こすことなく、円滑に旋回しながら後退及び前進を繰り返すことができる。すなわち、前進狭路転向時にも、ヒッチ角θｈが大きくなり過ぎるのを防止し、トレーラ９の巻き込み防止にも効果がある。
【００３２】
【発明の効果】
このように本発明によれば、例えばトレーラ牽引における後退時に、前輪の操舵角に応じてヒッチ角が目標ヒッチ角となるように後輪を自動的に転舵することから、曲がりたい場合には、最初から曲がりたい方向に操舵するのみでトレーラを曲がりたい方向に後退させることができる。また、後退直進時にも、操舵角が０であれば目標ヒッチ角も０とすることができ、そのように後輪転舵を制御することにより、後退時のふらつきを防止することができる。さらに、前進時に狭路転向する際には、ヒッチ角が大きくなり過ぎないようにすることができるため、トレーラの巻き込みを防止することができる。
【００３３】
特に、トレーラを牽引しつつ後退する際に後輪を前輪と同方向に転舵することによれば、容易にトレーラの曲がりたい方向にヒッチ角を生じさせることができ、前後輪操舵自動車による好適な制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された前後輪操舵自動車の模式的平面図。
【図２】本発明に基づく制御フローを示す図。
【図３】後退時の要領を示す説明図。
【図４】後輪の転舵角θｒの動きを示す図。
【図５】トレーラの長さ違いによる旋回中心の説明図。
【図６】トレーラの長さ違いによる旋回時の角度変化の説明図。
【図７】後退時の第２の例における要領を示す説明図。
【図８】ヒッチ角センサを示す要部拡大斜視図。
【図９】従来の後退時の要領を示す説明図。
【符号の説明】
１  自動車
３  前輪
４  後輪
５  後輪操舵装置
６  制御部（目標転舵角設定手段）
９  トレーラ
１０ａ  ヒッチ角センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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