JP3721911B2

JP3721911B2 - トレーラ連結角検出装置

Info

Publication number: JP3721911B2
Application number: JP2000001549A
Authority: JP
Inventors: 政明南野
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2000-01-07
Filing date: 2000-01-07
Publication date: 2005-11-30
Anticipated expiration: 2020-01-07
Also published as: JP2001191964A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はトレーラ連結角検出装置に関し、特にトラクタとトレーラの連結角を検出する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
トラクタとトレーラの連結角を検出する装置としては以下に示す従来技術が既に提案されている。
▲１▼特開平6-87462号，同6-255529号，同6-278640号実開平3-52285号
これらは何れもトラクタとトレーラの連結角を機械的に取り出す装置を開示したものであり、具体的にはキングピンを中心部に固設したターンテーブルをトレーラに回転可能に取り付け、トラクタの旋回に応じターンテーブルとキングピンが一体になって回動し、連結角の変化が該キングピンに固着したレバーの回動によって取出される構成を有するものである。
【０００３】
このような機械的に連結角を取り出す方式は現実に実用化されているが、キングピンを回動可能に取り付ける構成や該キングピンがカプラの相対角変化に連動して回動するようにする構成等に対する部品が非常に多く、構造が複雑でかなり高価となり、かつキングピンにアーム取り付け等の加工が必要で、最重要部品であるキングピンにとって保安上、好ましくない。
【０００４】
▲２▼特開平4-126675号
トラクタとトレーラの連結角を、トラクタ自体がトレーラの単一の仮想前輪を構成するものと見なして、該仮想前輪の実舵角δtをセンサで検出しコンピュータ処理を行うことによって、トレーラの操舵輪を操舵する装置を提案している。
【０００５】
この公報には仮想前輪の実舵角δtを検出するセンサの具体例については記載されていないが、実施に当たっては従来技術として知られるように、トラクタ側のカプラの相対角度変化に連動して回動するトレーラ側キングピンのアームの回動にて連結角変化を取り出し、ロータリーエンコーダ等の角度─電気信号変換器を使用してトレーラ操舵信号とする事が考えられる。
【０００６】
もし、このような具体的構成が採用されるとすれば、やはり構成部品が非常に多く、構造が複雑で高価となり、更には最重要部品であるキングピンにアームを取り付けるための機械加工等が加わるので保安上好ましくない。
▲３▼特開平8-332973号
トレーラの前部下面にキングピンを中心とする円弧状の磁気スケールを埋設すると共に、トラクタ側に磁気センサを取り付け、磁気センサの出力パルス数をカウントすることにより連結角を演算している。この装置はトレーラの前部下面に磁気スケールを埋設しているため、トレーラ側に大がかりな改修が必要となり、トレーラを交換した場合に対応し難い問題がある。
【０００７】
4)特開平4-254268号
この公報の図8にはトラクタのキャブ後部の中央から少し横にずれた箇所から超音波を発射し、トレーラの前面からの反射波を受信し、その経過時間で距離を演算し、その距離から連結角を演算する装置について提案している。
【０００８】
この装置は超音波による測距が基本であるため、分解能が低いと言う問題があり、かつトラクタとトレーラ間の距離で連結角を演算しようとしているため、測定した距離の誤差が小さくとも、角度としては非常に大きな誤差になってしまうと言う欠点がある。更に、この装置では連結角が大きくなると超音波の反射波が戻って来なくなるので、計測不能になるという欠点がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来のトレーラ連結角検出装置は、構造が複雑で高価な機械式のものであるか、装置が大がかりになったり大きな角度誤差を含む演算方式を採用したものであった。
【００１０】
従って本発明は、構造が簡単で角度誤差が小さいトレーラ連結角検出装置を実現することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明に係るトレーラ連結角検出装置は、トラクタの側面に設置したスキャンレーダと、該スキャンレーダの出力信号から該トレーラの後端部との距離及び角度を検出し、その距離及び角度に基づいて該トラクタとトレーラとの連結角を演算する演算部と、を備え、該スキャンレーダが、該トレーラの側面後端部を含む側面の所定範囲に渡ってスキャンすることを特徴としている。
【００１２】
すなわち本発明においては、トラクタの例えばサイドミラーに取り付けたスキャンレーダの出力信号から演算部がトレーラの後端部との距離並びにその時の角度を検出すると共に、トレーラの長さや幅を含む所定の演算式によりトラクタとトレーラの連結角を算出する。
【００１３】
検出した連結角は、トレーラの走行軌跡予測やサイドミラーの回動制御に使用することができる。
また本発明では、該演算部は、該レーダの１回のスキャン結果または複数回のスキャン結果の平均処理により検出した連続性を有するデータの中の最大の距離及び角度を有するデータを該トレーラの後端部の位置として検出し、該連結角を演算することができる。
【００１４】
また、本発明では、該演算部は、トレーラの種類毎に該レーダの設置位置とトラクタとトレーラの幾何学的諸元に基づいて、トラクタとトレーラの全連結角範囲、或いは個別の制御内容に必要な連結角範囲での該後端部との距離と角度の関係を予めデータとして記憶しておき、この記憶データにより該レーダの１回のスキャン結果または複数回のスキャン結果の平均処理により検出した連続性を有するデータの中の最大の距離及び角度のデータを修正して該連結角を演算することも可能である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図1は本発明によるトレーラの連結角検出装置を車両に搭載した時の概略構成を示している。
トラクタ1の運転席左側に設置されているサイドミラー3の例えばステーにトレーラ2の後端部2aを検出するためのスキャンレーダであるスキャンニングレーザレーダ4が配設されている。
【００１６】
図1は回動連結部5を中心に回転するトレーラ2の連結角がほぼゼロの場合(直進走行時)を示しているが、スキャニングレーザレーダ4はトレーラ2の側面全体をスキャン可能である。
図2は本発明によるトレーラの連結角検出装置の回路構成を示したものでレーダ4には車載コンピュータ6が電源・信号ケーブル7を介して接続されている。
【００１７】
図3は車両が交差点などを曲がる時に連結角が発生した例を示している。ここで、θはトラクタ1とトレーラ2の連結角で、δは直進時にスキャニングレーザレーダ4が検知したトレーラ2の後端部2aの方向と、曲がっている時のトレーラ2の後端部2aの方向からなる角度である。また、角度δが検出されると同時に後端部2aまでの距離Dも検出される。
【００１８】
従って、δ及びDと予め分かっている下記のトレーラの諸元などにより、下記の各式を用いてθを求めることができる。
トレーラの諸元：L, W
トレーラの横移動方向：Y, Y'
レーザレーダ取付位置とトラクタとの関係：d, h
また、上記の如く、トラクタ後端部2aの円座標がD,δであるので次式が得られる。
【００１９】
Y=L・sinθ ・・・式(1)
Y'=Y-W+W・cosθ ・・・式(2)
Y'=Y1+Y2 ・・・式(3)
Y1=(d+L)tanδ1 ・・・式(4)
Y2= D・sinδ2 ・・・式(5)
式(1)〜(5)から次式が得られる。
【００２０】
Y'=L・sinθ-W(1+cosθ)
= (d+L)tanδ1+D・sinδ2 ・・・式(6)
なお、
δ=δ1+δ2 ・・・式(7)
である。
【００２１】
式(6)及び(7)から次式が求められる。
L・sinθ-W(1+cosθ)
= (d+L)tanδ1+D・sin(δ-δ1) ・・・式(8)
また車両諸元から次式が得られる。
【００２２】
δ1=tan^-1[(h-ｗ)/(d+L)] ・・・式(9)
次に、式(8)の左辺は次式のように書き直すことができる。
L・sinθ-W(1+cosθ)
=L・sinθ-W・cosθ-W
=√(L²+W²)・sin(θ+α)-W ・・・式(10)
ただし、
sinα=-W/√(L²+W²) ・・・式(11)
である。
【００２３】
一方、式(8)の右辺は式(9)から次式が得られる。
(d+L)tanδ1+D・sin(δ-δ1)
=(d+L)tan(tan^-1[(h-W)/(d+L)])
+D・sin(δ-tan^-1[(h-W)/(d+L)])
=(h-W)+D・sin(δ-tan^-1[(h- W)/(d+L)]) ・・・式(12)
また、式(10)及び(12)から
√(L²+W²)・sin(θ+α)-W
=(h-W)+D・cos(δ-tan^-1[(h-W)/(d+L)]) ・・・式(13)
となり、
sin(θ+α)=[h+D・sin (δ-tan^-1[(h-W)/(d+L)])]/√(L²+W²) ・・・式(14)
となる。
【００２４】
従って、式(11)及び(15)から次式の如く連結角θが求められることになる。
θ=sin^-1([h+D・sin(δ-A)]/B)-C ・・・式(15)
ただし、
A=tan^-1[(h-W)/(d+L)]
B=√(L²+W²)
C=sin^-1[- W/√(L²+W²)]
=sin^-1(- W/B)
ここで、トレーラ2の後端部2aの角度δと距離Dについてより詳しく説明する。
【００２５】
まず、図4(A)に示すように車両が直進走行の時は、レーダ4が1パルス毎にスキャン方向を変えて行くものであるので、図5に示すように3つのパルスにより3つの点a1〜a3の角度δに対する検出距離Dのデータ曲線Aが得られる。
次に、小さい屈曲角が発生した場合は、同図(B)に示すように6つのパルスにより6つの点b1〜b6のデータ曲線Bが得られる。
【００２６】
さらに、大きな屈曲角が発生した場合は、同図(C)に示すように12個のパルスにより12個の点c1〜c12のデータ曲線Cが得られる。
なお連結角が図4(D)に示す如く90度に近いある値以上の場合は、図5の曲線Pに示すように、検出角度δが大きくなるに従い、検出距離Dは一旦小さくなり、最小値を経てその後は大きくなって行くが、トレーラ後端部2aの検出方法に関しては連結角が小さい場合と変わりはない。
【００２７】
ここで曲線Cを例にとると、点C12の次のビームはトレーラ2を外れているため、反射波が得られず物体が検出されないか、またはトレーラ2から遠く離れた他の物体を検出したとすれば、点C11とC12の距離差に比べて、点C12より相当大きな距離差のあるデータとなる。すなわち、この例では、点C12の次のデータはないか、あっても不連続なデータとなる。
【００２８】
またレーダ式距離計測法として公知のレンジカット手法を用いれば、トレーラ後端部2aより所定距離以上の離れた物体を検出しないようにできるので、レンジカット手法を用いた場合は点C12の次のデータは検出されないこととなる。
いずれにしても曲線Cにおいては点C12のデータがこのスキャンでの最大データとなる。
【００２９】
なお、レーダ4のスキャンビームがトレーラ2の丁度後端部2aを照射する確率は大きくないので、スキャニングレーザレーダ4により得られる連続性を有する最大の位置(点a3,b6,c12等)は、トレーラ2の後端部2aの位置であるとは限らないが、スキャンのステップ角度が小さくなればなる程、後端部2aの位置の値(距離及び角度)として演算に使用する場合の正確さが増すことになる。
【００３０】
一方、トレーラ2が屈曲することにより、形成されるトラクタ1とトレーラ2の種々の連結角毎のトレーラ後端部2aの位置は、レーダ4の設置位置とトラクタ1とトレーラ2の幾何学的諸元により一義的に決まるものであり、図5の曲線Eに示すように検出角度δが大きくなるに従って距離が少しずつ小さくなって行く曲線を描く。
【００３１】
この曲線E(Dとδの関係)をマップとしてトレーラ種類別に記憶するか、または多次元曲線の近似式として記憶しておき、実際に検出された最大距離及び角度を修正することができる。曲線Cの場合には、点C12の距離及び角度から点C13の距離及び角度に修正されることになる。
【００３２】
なお、簡便的には曲線Bの例で見ると、点b5とb6を結ぶ直線を延長し、曲線Eと交差する点b7を算出しても良い。
従って、データが曲線A, B, C の様に規則性のある連続データとして得られればトレーラ後端部2aの位置を示す角度δを(ちょうど後端位置にレーダビームの照射位置が一致しなくても)予測検出する事ができる。
【００３３】
なお、直進走行を示した図4(A)の例では3つの点a1, a2, a3のデータしか検出されておらず、連続したデータと見る事は難しいが、スキャンの間隔角度を小さくすればデータ数は増えるので、より連続性の高いデータが得られる。
ここで、同図(A)に示すように歩行者やバイクの様な物体X, Yがトレーラ2の脇に検知された場合を考える。
【００３４】
直進走行時に物体Xが存在する場合、物体X迄の距離はトレーラ後端部2aまでの距離より長いので、図5の「X」のデータとして検出され、ここではこのデータをノイズと判定する。同じく物体Y,Zが検出された場合も連続データではないと判断されるので、ノイズと判定すればよい。
【００３５】
なお、データの連続性を確認するためには種々の良く知られた数学的手法を用いればよい。
以上の動作をまとめると図6のフローチャートのステップS1〜S3に示すようになる。
【００３６】
なお、スキャニングレーザレーダの設置場所はサイドミラー3のステーに限定されるものではなく、トラクタ側でトレーラの側面にレーダを照射できる場所ならどこでも良い。
また、図1は車両左側だけを示しているが、装置を右側に設置しても良い事は当然である。
【００３７】
更に、トレーラからの反射波を強くするためにトレーラ側面の後端部2aを含む任意の場所にリフレクタ等の反射装置を設置しても良い。
また、使用するスキャンレーダはレーザ式に限定されるものではなく、電波式のレーダでも構わない。
【００３８】
別の寸法違いのトレーラを連結する場合は、車内に設置した演算装置の「トレーラ選択スイッチ」を切換える事により、種々寸法のトレーラに適用することができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るトレーラ連結角検出装置によれば、トラクタとトレーラの連結角を、保安上の問題がなく、構造が簡単であり非接触式で誤差が少ない形で検出する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るトレーラ連結角検出装置の実施例(連結角がほぼゼロの直進走行の場合)を示した平面図である。
【図２】本発明に係るトレーラ連結角検出装置の回路ブロック図である。
【図３】本発明に係るトレーラ連結角検出装置の実施例(連結角が発生した場合)を示した平面図である。
【図４】本発明に係るトレーラ連結角検出装置においてトレーラの後端部を検出する原理を示した平面図である。
【図５】本発明に係るトレーラ連結角検出装置においてトレーラの後端部を検出する際の検出角度と検出距離との関係を示したグラフ図である。
【図６】本発明に係るトレーラ連結角検出装置の動作概要を示したフローチャート図である。
【符号の説明】
１トラクタ
２トレーラ
３サイドミラー
４スキャニングレーザレーダ
５回動連結部
６車載コンピュータ
７ケーブル
図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims

トラクタの側面に設置したスキャンレーダと、
該スキャンレーダの出力信号から該トレーラの後端部との距離及び角度を検出し、その距離及び角度に基づいて該トラクタとトレーラとの連結角を演算する演算部と、
を備え、該スキャンレーダが、該トレーラの側面後端部を含む側面の所定範囲に渡ってスキャンすることを特徴としたトレーラ連結角検出装置。
請求項１において、
該演算部は、該レーダのスキャンにより検出した連続性を有するデータの中の最大の距離及び角度を有するデータを該トレーラの後端部の位置として該連結角を演算することを特徴としたトレーラ連結角検出装置。
請求項１において、
該演算部は、トレーラの種類毎に該レーダの設置位置とトラクタとトレーラの幾何学的諸元に基づいて該連結角毎の該後端部との距離及び角度のデータを予め記憶しておき、該レーダの各スキャンにより検出した連続性を有するデータの中の最大の距離及び角度を有するデータを、該記憶データにより修正して該連結角を演算することを特徴としたトレーラ連結角検出装置。