(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の前輪と後前輪との間に斜状に配置され、路面に対し圧接されて走行に伴って積雪を路肩へと排出するグレーダブレードと、
上記後前輪の後方に設けられて、操舵機構により操舵される後々輪と、
運転者にて操作される上記前輪の操舵角に基づき、予め設定された操舵特性に従って上記後々輪の目標操舵角を算出する目標操舵角算出手段と、
上記路面に対する上記グレーダブレードの圧接力に基づき、該グレーダブレードに作用するサイドフォースに抗するモーメントを発生可能な上記後々輪のキャンセル操舵角を算出するキャンセル操舵角算出手段と、
上記目標操舵角と上記キャンセル操舵角とに基づき、上記操舵機構を制御する操舵制御手段と
を備えたことを特徴とする除雪用車両。
【請求項２】
上記キャンセル操舵角算出手段は、路面に対する上記グレーダブレードの圧接力、及び該路面の積雪量に基づいてキャンセル操舵角を算出することを特徴とする請求項１に記載の除雪用車両。
【請求項３】
上記キャンセル操舵角算出手段は、上記前輪の操舵角が中立から偏移した状態が所定時間継続したときに、該前輪の操舵角に基づいて上記キャンセル操舵角を補正することを特徴とする請求項１又は２記載の除雪用車両。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、前後輪の間にグレーダブレードを備えた除雪用車両に関するものである。
【０００２】
【関連する背景技術】
例えば図６に示すように、この種の除雪用車両では前輪３ａと後輪３ｂとの間にグレーダブレード９を備えており、除雪時にはグレーダブレード９を路面に圧接させて、路面上の凍結した積雪をかき取って左方の路肩へと排出している。
そして、除雪時のグレーダブレード９は常に右方へのサイドフォースＦｙを受けて、車両を右側に回頭させるモーメントＭを発生させることから、運転者はモーメントＭに抗して車両を直進させるために、当て舵として常に左方に操舵を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように左方への操舵によりモーメントを相殺している状態では、車両の操舵輪（前輪）に故意にスリップアングルを発生させていることになり、通常の走行時に比較して車両の走行安定性が著しく低下してしまうという問題がある。
【０００４】
しかも、除雪時にグレーダブレード９に作用するサイドフォースＦｙは一定でなく、積雪の状態や車両の走行速度等に応じて刻々と変化することから、運転者は路肩との間隔に注意を払いながら常に操舵角を微調整する必要があり、多大な労力を要するという問題もあった。
本発明の目的は、除雪作業時においても通常走行時と同様に良好な走行安定性を確保でき、しかも、運転者の労力を軽減することができる除雪用車両を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明では、車両の前輪と後前輪との間に斜状に配置され、路面に対し圧接されて走行に伴って積雪を路肩へと排出するグレーダブレードと、後前輪の後方に設けられて、操舵機構により操舵される後々輪と、運転者にて操作される前輪の操舵角に基づき、予め設定された操舵特性に従って後々輪の目標操舵角を算出する目標操舵角算出手段と、路面に対するグレーダブレードの圧接力に基づき、グレーダブレードに作用するサイドフォースに抗するモーメントを発生可能な後々輪のキャンセル操舵角を算出するキャンセル操舵角算出手段と、目標操舵角とキャンセル操舵角とに基づき、操舵機構を制御する操舵制御手段とを備えた。
【０００６】
従って、前輪の操舵角から求めた目標操舵角に基づいて、例えば旋回半径を縮小するための後々輪の逆相制御等が行われると共に、その制御に対してキャンセル操舵角に関する制御が加えられる。キャンセル操舵角は路面に対するグレーダブレードの圧接力に基づき算出され、グレーダブレードの圧接力と共にサイドフォースが変化すると、それに応じてキャンセル操舵角が変化してサイドフォースに抗するモーメントの適切化が図られる。その結果、除雪時には、キャンセル操舵角により発生したモーメントがグレーダブレードに作用するサイドフォースに対抗することになり、前輪の当て舵が必要なくなる。
【０００７】
又、請求項２の発明では、キャンセル操舵角算出手段を、路面に対するグレーダブレードの圧接力、及び路面の積雪量に基づいてキャンセル操舵角を算出するように構成した。従って、グレーダブレードの圧接力や積雪量と共にサイドフォースが変化すると、それに応じてキャンセル操舵角が変化してモーメントの適切化が図られる。
【０００８】
一方、請求項３の発明では、キャンセル操舵角算出手段を、前輪の操舵角が中立から偏移した状態が所定時間継続したときに、前輪の操舵角に基づいてキャンセル操舵角を補正するように構成した。
前輪の操舵角は旋回時に一時的に中立から偏移するが、操舵角の偏移が所定時間以上に亘って継続した場合には、キャンセル操舵角の設定が不適切で、その過不足分を運転者が前輪の操舵により相殺していると推測できる。このときの過不足分は現在の前輪の操舵角と相関することから、前輪の操舵角に基づく補正によりキャンセル操舵角の適切化が可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した除雪用車両の一実施形態を説明する。
図１は本実施形態の除雪用車両を示す側面図、図２は同じく除雪用車両を示す平面図である。
これらの図に示すように、本実施形態の除雪用車両は、シャシフレーム１上にキャブ２を設けた通常のトラックと共通する基本構成をなし、シャーシフレーム１上のキャブ２の後方には除雪剤等を貯留する図示しないタンク等が搭載されている。シャーシフレーム１の前部には左右一対の前輪３ａが設けられ、キャブ２内に設置されたステアリングホイール４の操作に連動して両前輪３ａが操舵されるようになっている。又、シャーシフレーム１の後部には左右一対の後前輪３ｂが設けられ、これらの後前輪３ｂには、キャブ２の下側に設置されたエンジン５からの動力が変速機６、プロペラシャフト７、デフ８を介して伝達される。
【００１０】
シャシフレーム１の下部の前輪３ａと後前輪３ｂとの間にはグレーダブレード９が設けられ、このグレーダブレード９は車両の左右方向に延びると共に、左側（つまり、走行時の路肩側）を車両後方に傾斜させた斜状に配置されている。このグレーダブレード９は油圧式の押圧シリンダ１０により昇降され、除雪時には押圧シリンダ１０により路面Ｒに対して圧接されるようになっている。
【００１１】
前記後前輪３ｂの後方には左右一対の後々輪３ｃが設けられ、これらの後々輪３ｃは、シャーシフレーム１に図示しないサスペンションを介して後々軸１１の左右両端にキングピン１２により回動可能に連結されている。後々輪３ｃにはタイロッドアーム１３が固定され、これらのタイロッドアーム１３はタイロッド１４により相互に連結されている。シャーシフレーム１の左側面にはスレーブレバー１５の上端が回動可能に固定され、スレーブレバー１５の下端はドラッグリンク１６及びナックルアーム１７を介して左側の後々輪３ｃに連結されている。
【００１２】
スレーブレバー１５の中間位置には操舵シリンダ１８のロッド１８ａが連結され、この操舵シリンダ１８は回転自在なピンを介してシャーシフレーム１の左側面に固定されている。尚、図２は操舵シリンダ１８を省略した状態を示している。従って、操舵シリンダ１８の作動に伴ってスレーブレバー１５が上端を中心として回動すると、ドラッグリンク１６及びナックルアーム１７を介して左右の後々輪３ｃが連動して操舵される。以上のタイロッドアーム１３、タイロッド１４、スレーブレバー１５、ドラッグリンク１６、ナックルアーム１７、及び操舵シリンダ１８により操舵機構Ｓが構成されている。
【００１３】
操舵シリンダ１８には一対の油圧管路１９を介して操舵制御バルブ２０が接続され、操舵制御バルブ２０はステッピングモータ２１により切換操作される。操舵制御バルブ２０の切換に伴って油圧ポンプからの作動油が何れかの油圧管路１９を経て操舵シリンダ１８に供給され、それに応じた方向に操舵シリンダ１８が作動して、上記のように後々輪３ｃが操舵される。
【００１４】
又、シャーシフレーム１の前部にはプラウ２２が設けられ、このプラウ２２は前記グレーダブレード９と同様に斜状に配置されて、除雪時には主に積雪の上面の柔らかい新雪をかき取って、傾斜に沿って路肩へと排出するようになっている。
一方、車室内には、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ（電子制御ユニット）３１が設置されている。ＥＣＵ３１の入力側には、前輪３ａの操舵角である前輪操舵角θFを検出する操舵角センサ３２、押圧シリンダ１０内の油圧（路面Ｒに対するグレーダブレード９の圧接力と相関する）Ｐを検出する油圧センサ３３、車速Ｖを検出する車速センサ３４、運転者が積雪量Ｄを入力するための積雪量入力部３５等のセンサ・スイッチ類が接続され、ＥＣＵ３１の出力側には、前記ステッピングモータ２１等のアクチュエータ類が接続されている。
【００１５】
次に、このように構成された除雪用車両において後々輪３ｃに対して行われる操舵角制御について説明するが、それに先立って、除雪時のグレーダブレード９の抵抗や後々輪３ｃの操舵が、車両に対してどのように影響するかについて述べる。
除雪時において、グレーダブレード９は押圧シリンダ１０により路面Ｒに圧接されて、先行するプラウ２２により除去できなかった圧雪（氷状の雪）を車両の走行に伴ってかき取り、傾斜に沿って路肩へと排出する。図４に示すように、このときのグレーダブレード９が受ける抵抗Ｆは、走行抵抗Ｆｘと右方へのサイドフォースＦｙとに分けられる。本実施形態の除雪用車両では車両の重心よりグレーダブレード９が前方に位置するため、サイドフォースＦｙにより車両を右方に回頭させる矢印のモーメントＭが常に発生することになる。尚、グレーダブレード９と同様にプラウ２２も除雪時に抵抗を受けてモーメントが発生するが、主に新雪をかき取るプラウ２２の抵抗はグレーダブレード９に比較して小さいことから、ここではプラウ２２の抵抗を省略して説明する。
【００１６】
そして、従来は図６に示すように、前輪３ａの左方への当て舵により上記モーメントを相殺したのに対し、本実施形態では後々輪３ｃの操舵によりモーメントの相殺を図る。即ち、後々輪３ｃは車両の重心より後方位置にあるため、図４のように、上記モーメントＭを相殺するモーメントＭ’を発生させるには、右方への操舵（後述するキャンセル操舵角α）が必要となる。
【００１７】
一方、ＥＣＵ３１は車両の走行中に図３に示す後輪操舵角制御ルーチンを実行する。尚、このルーチンには、車両の旋回半径を縮小するための４輪操舵制御も含まれており、まず、ＥＣＵ３１はステップＳ１で前輪操舵角θF及び車速Ｖに基づいて、４輪操舵制御のための後輪ベース操舵角θR-baseを算出する。この処理は、予め設定された図示しないマップに基づいて行われ、前輪操舵角θFに対して常に反対方向（逆相）に後輪ベース操舵角θR-baseが設定される。尚、処理上で操舵方向を判別するために、この後輪ベース操舵角θR-baseや後述するキャンセル操舵角α、Ｆ／Ｂ補正角βは、中立（直進）を０とし、右方への操舵には正が付され、左方への操舵には負が付される。
【００１８】
次いで、ステップＳ２で除雪中か否かを判定する。この判定はグレーダブレード９の昇降位置に基づいて行われ、グレーダブレード９の上昇時は除雪中でないと見なしてＮＯの判定を下し、ステップＳ３に移行する。ステップＳ３では目標後輪操舵角ＴθRとして後輪ベース操舵角θR-baseを設定し（目標操舵角算出手段）、続くステップＳ４で目標後輪操舵角ＴθRに基づいてステッピングモータ２１を制御し、操舵シリンダ１８により後々輪３ｃを操舵して目標操舵角ＴθRを達成する。尚、ステップＳ４の処理は、操舵シリンダ１８に設けた図示しないストロークセンサの検出値に基づいて行われる。以上の処理により、前輪操舵角θFに応じて後々輪３ｃが常に逆相に操舵され、旋回半径の縮小が図られる。
【００１９】
一方、前記ステップＳ２において、グレーダブレード９の下降時は除雪中と見なしてＹＥＳの判定を下し、ステップＳ５でグレーダブレード９により発生したモーメントＭを相殺するための後々輪３ｃのキャンセル操舵角αを設定する（キャンセル操舵角算出手段）。この設定処理は、油圧センサ３３にて検出された押圧シリンダ１０内の油圧Ｐ、車速センサ３４にて検出された車速Ｖ、運転者が積雪入力部３５に入力した積雪量Ｄに基づき、図示しないマップに従って行われる。
【００２０】
マップの特性は試験に基づいて設定されたものであり、実際に押圧シリンダ１０内の油圧Ｐ、車速Ｖ、積雪量Ｄを種々に変更した上で、車両の走行時にグレーダブレード９に作用するサイドフォースＦｙを計測し、そのサイドフォースＦｙを相殺可能な後々輪３ｃのキャンセル操舵角αが導き出されてマップ化されている。例えば油圧Ｐ（路面Ｒへのグレーダブレード９の圧接力）が高いほど、車速Ｖが高いほど、積雪量Ｄが大きいほど、グレーダブレード９が受ける抵抗Ｆと共にサイドフォースＦｙが増大し、車両に作用するモーメントＭも増加することから、それに応じてキャンセル操舵角αが増加設定される。尚、上記のようにモーメントＭを相殺するには後々輪３ｃの右方への操舵が必要となることから、車両の旋回方向に関わらずキャンセル操舵角αは正の値に設定される。
【００２１】
続くステップＳ６では前輪操舵角θFが所定値θ0以上であるか否かを判定し、ステップＳ７で所定時間Ｔaが経過したか否かを判定する。例えば直進時には前輪操舵角θFがほぼ０であるため、ステップＳ６の判定がＮＯとなり、旋回時には前輪操舵角θFが０から所定値θ0以上に一時的に増加するものの、所定時間Ｔaの経過前に直進又は逆旋回に伴って０に戻り、ステップＳ７の判定がＮＯとなるため、何れの場合もステップＳ８に移行する。
【００２２】
ステップＳ８では目標後輪操舵角ＴθRとして後輪ベース操舵角θR-baseにキャンセル操舵角α及び後述するＦ／Ｂ補正角βを加算した値を設定する。この場合にはＦ／Ｂ補正角βが設定されていないため、後輪ベース操舵角θR-baseにキャンセル操舵角αを加算した値が目標後輪操舵角ＴθRとして設定され、この目標後輪操舵角ＴθRに基づいて、ステップＳ４で後々輪３ｃが制御される（操舵制御手段）。
【００２３】
以上の制御により、直進時には図４に示すように、後輪ベース操舵角θR-baseがほぼ０に設定され、キャンセル操舵角αに基づいて後々輪３ｃが制御され、一方、旋回時には図５に示すように、逆相設定された後輪ベース操舵角θR-baseにキャンセル操舵角αが加算された値に基づいて後々輪３ｃが制御され、何れの場合でも、グレーダブレード９により発生したモーメントＭがキャンセル操舵角αにより発生したモーメントＭ’で相殺される。
【００２４】
一方、前記ステップＳ６及びステップＳ７で共にＹＥＳの判定を下したときには、ステップＳ９に移行する。即ち、このように所定値θ0以上の前輪操舵角θFが所定時間Ｔa継続することは、通常の旋回では考えられないため、この場合には上記キャンセル操舵角αの設定が不適切でグレーダブレード９のモーメントＭを相殺しきれず、その過不足分を運転者が前輪３ａの操舵により相殺していると推測できる。
【００２５】
ステップＳ９では、このキャンセル操舵角αの過不足分の補正処理が実行される。具体的には、過不足分は現在の前輪操舵角θFと相関することから、予め前輪操舵角θFと等しいモーメントを発生可能な後々輪３ｃの操舵角をＦ／Ｂ補正角βとしてマップ化しておき、そのマップに基づいて前輪操舵角θFからＦ／Ｂ補正角βを求める。よって、続くステップＳ８ではＦ／Ｂ補正角βが加味された目標後輪操舵角ＴθRが算出され、この目標後輪操舵角ＴθRに基づいて、ステップＳ４で後々輪３ｃが制御される。
【００２６】
上記ステップＳ５でキャンセル操舵角αは油圧Ｐ、車速Ｖ、積雪量Ｄから算出されるが、その他にも雪質等の影響も受けることから、グレーダブレード９によるモーメントＭを完全に相殺できない可能性がある。ここで、以上の処理が実行されると、キャンセル操舵角αに含まれる誤差が補正されることから、結果として、より適切にグレーダブレード９のモーメントＭが相殺される。
【００２７】
以上のように本実施形態の除雪用車両では、後前輪３ｂの後方に設けた後々輪３ｃを前輪操舵角θFに基づいて逆相に制御すると共に、このときの後々輪３ｃの操舵角である後輪ベース操舵角θR-baseに、油圧Ｐ、車速Ｖ、積雪量Ｄから求めたキャンセル相舵角αを加算することにより、除雪時のグレーダブレード９により発生するモーメントＭを相殺している。よって、除雪中においても通常の走行時と同様に、運転者は前輪３ａを中立位置に保持するだけでよく、当て舵としての左方への操舵が必要ないことから、前輪３ａにはスリップアングルが発生せず、良好な走行安定性を実現できる。しかも、除雪状況（油圧Ｐ、車速Ｖ、積雪量Ｄ）が変化した場合には、それに応じてキャンセル操舵角αが変更されるため、運転者は前輪３ａの操舵角θFを微調整する必要がほとんどなく、その労力を大幅に軽減することができる。
【００２８】
又、所定値以上の前輪操舵角θFが所定時間継続した場合には、キャンセル操舵角αの設定が不適切であると見なして、前輪操舵角θFから求めたＦ／Ｂ補正角βにより目標後輪操舵角ＴθRを補正している。よって、より適切にグレーダブレード９のモーメントＭを相殺でき、当て舵による走行安定性の低下や運転者の労力増大を一層確実に抑制することができる。
【００２９】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、グレーダブレード９とプラウ２２とを備えた除雪用車両に具体化したが、これに限らず、例えばプラウ２２を省略したり、サイドウイングを追加したりした除雪用車両として具体化してもよい。
又、上記実施形態では、左側通行を想定して積雪を左方に排出するようにグレーダブレード９を構成したが、右側通行用として構成してもよい。言うまでもなく、この場合にはグレーダブレード９の向きと共に、そのモーメントＭを相殺するためのキャンセル操舵角αの設定方向も逆転することになる。
【００３０】
更に、上記実施形態では、試験により設定されたマップに基づいて、押圧シリンダ１０内の油圧Ｐ、車速Ｖ、積雪量Ｄからキャンセル操舵角αを求めたが、グレーダブレード９に作用するサイドフォースＦｙを直接検出して、そのサイドフォースＦｙを相殺可能なキャンセル操舵角αを求めてもよい。具体的には、グレーダブレード９にピックアップ用シリンダのロッドを連結して、サイドフォースＦｙに比例してピックアップ用シリンダ内の油圧が増減するようにし、その油圧に基づいてキャンセル操舵角αを算出すればよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の除雪用車両によれば、除雪作業時においても通常走行時と同様に良好な走行安定性を確保でき、しかも、運転者の労力を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の除雪用車両を示す側面図である。
【図２】実施形態の除雪用車両を示す平面図である。
【図３】ＥＣＵが実行する後輪操舵角制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】実施形態の除雪用車両による直進時の後々輪の操舵状況を示す説明図である。
【図５】実施形態の除雪用車両による旋回時の後々輪の操舵状況を示す説明図である。
【図６】従来の除雪用車両による当て舵の操作状況を示す説明図である。
【符号の説明】
３ａ      前輪
３ｂ      後前輪
３ｃ      後々輪
９        グレーダブレード
３１      ＥＣＵ
（目標操舵角算出手段、キャンセル操舵角算出手段、操舵制御手段）
Ｓ        操舵機構
Ｆｙ      サイドフォース
Ｍ’      モーメント
θR-base  後輪ベース操舵角（目標操舵角）
α        キャンセル操舵角
【図１】
0003838334.tif 000002
【図２】
0003838334.tif 000003
【図３】
0003838334.tif 000004
【図４】
0003838334.tif 000005
【図５】
0003838334.tif 000006
【図６】
0003838334.tif 000007