JP6092078B2 - Electric drive vehicle - Google Patents

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Description

本発明は、架線からパンタグラフを介して供給される電力で駆動するトロリー式の電気駆動車両に関する。   The present invention relates to a trolley-type electrically driven vehicle that is driven by electric power supplied from an overhead line via a pantograph.

鉱山等において、発電所または変電所から架線に供給される電力を、パンタグラフを介して受け取り、その電力で駆動するトロリー式の電気駆動車両が広く知られている。この種の電気駆動車両の代表例として、トロリー式のダンプトラック(図22参照)がある。トロリー式のダンプトラックは、例えば図21に示すような鉱山で用いられる。図21に示すように、発電所50は変電所51に交流電力を供給し、変電所51は供給された交流電力をトランスで降圧し、整流器で整流して架線70に直流電力を供給する。各ダンプトラックは、車両本体6に取り付けられたパンタグラフ45を介して架線70から受電し、その電力で駆動装置であるモータ、インバータを駆動して、車両本体6に設けられた車輪(後輪)40,41を回転させる。こうして、ダンプトラックは鉱山の坂道を走行する。   In a mine or the like, a trolley type electric drive vehicle that receives electric power supplied from an electric power plant or substation to an overhead line via a pantograph and is driven by the electric power is widely known. A typical example of this type of electrically driven vehicle is a trolley type dump truck (see FIG. 22). The trolley type dump truck is used in a mine as shown in FIG. 21, for example. As shown in FIG. 21, the power plant 50 supplies AC power to a substation 51, and the substation 51 steps down the supplied AC power with a transformer, rectifies it with a rectifier, and supplies DC power to the overhead line 70. Each dump truck receives power from the overhead wire 70 via a pantograph 45 attached to the vehicle body 6 and drives a motor and an inverter as a driving device with the electric power to provide wheels (rear wheels) provided on the vehicle body 6. 40 and 41 are rotated. In this way, the dump truck runs on the mine slope.

ここで、パンタグラフ45と架線70とは、パンタグラフ45からの押し上げ力のみにより接触している状態である。この時、走行状態によっては、パンタグラフ45から架線70が離れる場合がある(離線)。このような離線を低減する手法として、例えば、架線とパンタグラフのカメラによる監視により離線を予知(事前判定)し、低減する方法が提案されている(特許文献1参照)。   Here, the pantograph 45 and the overhead line 70 are in contact with each other only by the push-up force from the pantograph 45. At this time, depending on the traveling state, the overhead line 70 may be separated from the pantograph 45 (separated line). As a technique for reducing such a separation line, for example, a method has been proposed in which the separation line is predicted (preliminary determination) by monitoring with an overhead line and a pantograph camera (see Patent Document 1).

特許文献1では、車両前方に設置されたカメラはパンタグラフと架線を映し、カメラの映像からパンタグラフが地面と水平方向に移動した距離を算出する。算出した移動距離が設定した所定値より大きくなった場合には離線すると予知し、ハンドルの操舵角や左右輪のモータトルクの出力バランスを変えることで、パンタグラフの移動方向とは逆方向に車両を移動させる。こうして、パンタグラフが架線から離れるのを防止している。   In Patent Document 1, a camera installed in front of a vehicle projects a pantograph and an overhead line, and calculates a distance that the pantograph moves in the horizontal direction with respect to the ground from the image of the camera. When the calculated travel distance exceeds the set value, it is predicted that the vehicle will be disconnected, and by changing the steering angle of the steering wheel and the motor torque output balance of the left and right wheels, the vehicle is moved in the direction opposite to the direction of movement of the pantograph. Move. Thus, the pantograph is prevented from leaving the overhead line.

特開2012−244708号公報JP 2012-244708 A

離線には路面に対して水平方向と垂直方向があり、発生頻度の高い離線は路面と垂直方向に離線する場合である。垂直方向の離線の主な要因は2つある。1つ目の要因は架線70である。架線70は、図21に示すように一定の間隔で支持点と呼ばれる柱52によってつり上げられる。つり上げられる部分は、その他の部分に比べて張力が強く架線70のたるみが少ないため、パンタグラフ45が架線70を押し上げる変位が減少する。架線70の押し上げ量は、外乱から架線70とパンタグラフ45の接触を保つためのマージンとなる。そのため、支持点付近ではマージンが減少するため離線の可能性が高まる。   The separation line has a horizontal direction and a vertical direction with respect to the road surface, and the frequent separation line is a case where the separation line is separated in the direction perpendicular to the road surface. There are two main factors for vertical separation. The first factor is the overhead line 70. As shown in FIG. 21, the overhead line 70 is lifted by pillars 52 called support points at regular intervals. The lifted portion has higher tension and less slack in the overhead wire 70 than the other portions, so that the displacement of the pantograph 45 pushing the overhead wire 70 is reduced. The amount by which the overhead line 70 is pushed up becomes a margin for maintaining contact between the overhead line 70 and the pantograph 45 from disturbance. For this reason, the margin is reduced in the vicinity of the support point, so the possibility of separation is increased.

2つ目の要因は、車両本体6のピッチング運動である。車両本体6にパンタグラフ45が設置されている状態で、車両本体6の前輪と後輪のサスペンション伸縮により生じる振動(ピッチング運動)が発生すると、車両本体6の前方が沈み込むことにより、パンタグラフ45と架線70の接触が外れる(離線する)場合がある。   The second factor is the pitching motion of the vehicle body 6. In the state where the pantograph 45 is installed in the vehicle main body 6, when vibration (pitching motion) generated by suspension expansion and contraction of the front and rear wheels of the vehicle main body 6 occurs, the front of the vehicle main body 6 sinks and the pantograph 45 and There is a case where the contact of the overhead line 70 is released (separated).

ここで、鉱山等で使用されるダンプトラックは、その車両本体6が、例えば、ホイールベース6m、車高7m、車両重量300t程度で構成される。この車両本体6が鉱山等の舗装されていない路面を走行すると、最大20cm程度のピッチング運動による上下変位が発生する可能性がある。   Here, the dump truck used in a mine or the like has a vehicle body 6 having, for example, a wheel base of 6 m, a vehicle height of 7 m, and a vehicle weight of about 300 t. When the vehicle body 6 travels on an unpaved road surface such as a mine, vertical displacement due to a pitching motion of about 20 cm at maximum may occur.

以上のように架線70と車両本体6との両方に離線を誘発する要因があり、単独または複合的に前記の事象が発生すると離線を引き起こす。しかしながら、特許文献1に記載の技術では、路面に対して垂直方向における離線の予知および対策について言及されていない。   As described above, both the overhead wire 70 and the vehicle main body 6 have a factor that induces a disconnection, and when the above event occurs alone or in combination, the disconnection is caused. However, in the technique described in Patent Document 1, no reference is made to prediction and countermeasures for separation in the direction perpendicular to the road surface.

本発明は、上記実状を鑑みてなされたものであり、その目的は、電気駆動車両において、パンタグラフが架線から路面に対して垂直方向に離線するか否かを事前に判定し、離線すると判定された場合に対策を講じることにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to determine in advance whether or not a pantograph is separated from an overhead line in a direction perpendicular to a road surface in an electrically driven vehicle, and is determined to be separated. It is to take measures in the event of a failure.

上記目的を達成するために、本発明に係る電気駆動車両は、路面を走行する車両本体と、この車両本体に取り付けられるパンタグラフと、架線から前記パンタグラフを介して供給される電力で前記車両本体を駆動する駆動装置と、この駆動装置の作動を制御する車両制御装置と、を備え、前記車両制御装置は、前記車両本体および前記架線の状態に関する情報を基に、前記パンタグラフが前記架線から路面の垂直方向に離線するか否かを事前に判定する離線判定部と、この離線判定部により前記パンタグラフの離線が事前に判定されると、前記パンタグラフの高さ位置が上昇する方向に前記駆動装置の駆動トルクを制御するトルク制御部と、を含むことを特徴としている。   In order to achieve the above object, an electrically driven vehicle according to the present invention includes a vehicle main body traveling on a road surface, a pantograph attached to the vehicle main body, and the vehicle main body with electric power supplied from an overhead line via the pantograph. A drive device for driving and a vehicle control device for controlling the operation of the drive device, wherein the vehicle control device is configured such that the pantograph is connected to the road surface from the overhead wire based on information on the vehicle body and the state of the overhead wire. A separation determination unit that determines in advance whether or not to disconnect in the vertical direction, and when the separation of the pantograph is determined in advance by the separation determination unit, the height of the pantograph increases in a direction in which the pantograph increases. And a torque control unit for controlling the drive torque.

本発明は、パンタグラフの離線が発生することが事前に判定される(離線が予知される)と、パンタグラフの高さ位置が上昇する方向に駆動トルクを制御する。例えば、トルク制御部が電気駆動車両を急加速させるように駆動トルクを制御する。すると、電気駆動車両は、その前方が起き上がるように傾き、パンタグラフの高さ位置が上昇する。その結果、パンタグラフの路面に対する垂直方向の離線を未然に防ぐことができる。さらに、本発明によれば、パンタグラフの離線を防ぐことにより、モータ、インバータなどの駆動装置へのダメージを防止することができる。   The present invention controls the drive torque in a direction in which the height position of the pantograph increases when it is determined in advance that the pantograph will be derailed (a derailment is predicted). For example, the torque control unit controls the drive torque so that the electrically driven vehicle is accelerated rapidly. Then, the electrically driven vehicle is tilted so that the front of the vehicle is raised, and the height position of the pantograph is raised. As a result, it is possible to prevent a vertical separation from the road surface of the pantograph. Furthermore, according to the present invention, it is possible to prevent damage to driving devices such as a motor and an inverter by preventing the pantograph from being separated.

また、本発明は、上記構成において、前記離線判定部は、前記情報を基に前記パンタグラフの未来の上下変位量および前記パンタグラフの離線を判定するための閾値を算出し、算出された前記パンタグラフの未来の上下変位量と前記閾値とから前記パンタグラフが離線するか否かを事前に判定することを特徴としている。本発明によれば、パンタグラフの離線を正確に判定することができる。   Further, the present invention is the above configuration, wherein the separation line determination unit calculates a future vertical displacement amount of the pantograph and a threshold value for determining the separation line of the pantograph based on the information, and the calculated pantograph It is characterized in that it is determined in advance whether or not the pantograph is separated from the future vertical displacement amount and the threshold value. According to the present invention, the separation line of the pantograph can be accurately determined.

さらに、本発明は、上記構成において、前記離線判定部は、前記情報に基づいて前記車両本体のピッチング角を算出すると共に、前記ピッチング角を用いて前記パンタグラフの現在の上下変位量を算出し、前記パンタグラフの現在の上下変位量から前記パンタグラフが上昇から下降する際の第1頂点を検出し、前記第1頂点以後に前記パンタグラフが下降から上昇する際の第2頂点を前記第1頂点以後の前記パンタグラフの上下変位の時間変化量から求めることで、前記パンタグラフの未来の上下変位量を算出することを特徴としている。本発明は、車両本体のピッチング角を用いることにより、パンタグラフの離線をより正確に判定することができる。   Furthermore, in the above-described configuration, the separation line determination unit calculates the pitching angle of the vehicle body based on the information, and calculates the current vertical displacement amount of the pantograph using the pitching angle. A first vertex when the pantograph descends from rising is detected from the current vertical displacement of the pantograph, and a second vertex when the pantograph rises from descending after the first vertex is detected after the first vertex. The amount of future vertical displacement of the pantograph is calculated by obtaining it from the amount of time change of the vertical displacement of the pantograph. The present invention can determine the separation line of the pantograph more accurately by using the pitching angle of the vehicle body.

さらに、本発明は、上記構成において、前記離線判定部は、前記パンタグラフの前記第1頂点を検出した時間から予め定めた周期の1/12の時間経過後の前記パンタグラフの第1上下変位量と、前記パンタグラフの第1上下変位量から前記予め定めた周期のさらに1/12の時間経過後の前記パンタグラフの第2上下変位量とから、前記パンタグラフの上下変位量の傾きを算出し、前記傾きに前記予め定めた周期の1/3の時間を乗算して得た乗算結果を前記第2上下変位量に加算することにより、前記第2頂点を算出することを特徴としている。本発明によれば、パンタグラフの上下変位量を正確に算出することができる。   Furthermore, in the above-described configuration, the separation line determination unit may include a first vertical displacement amount of the pantograph after a lapse of 1/12 of a predetermined period from the time when the first vertex of the pantograph is detected. The inclination of the vertical displacement amount of the pantograph is calculated from the first vertical displacement amount of the pantograph and the second vertical displacement amount of the pantograph after a lapse of 1/12 of the predetermined period. The second vertex is calculated by adding the multiplication result obtained by multiplying the predetermined period by 1/3 of the predetermined period to the second vertical displacement amount. According to the present invention, the amount of vertical displacement of the pantograph can be accurately calculated.

さらに、本発明は、上記構成において、前記離線判定部は、前記予め定めた周期として、前記車両本体のピッチング運動が最も大きくなる周波数から算出される周期を用いて演算することを特徴としている。本発明によれば、最も安全サイドでパンタグラフの離線を判定することができる。   Furthermore, the present invention is characterized in that, in the above-described configuration, the separation determination unit performs calculation using a period calculated from a frequency at which the pitching motion of the vehicle body is the largest as the predetermined period. According to the present invention, the separation line of the pantograph can be determined on the safest side.

また、本発明は、上記構成において、前記離線判定部は、前記情報としての、前記車両本体に設置された角速度センサからの入力情報に基づいて、前記車両本体のピッチング角を算出することを特徴としている。本発明によれば、既存のセンサを用いてパンタグラフの離線を判定することができる。   Further, the present invention is characterized in that, in the above configuration, the separation line determination unit calculates a pitching angle of the vehicle body based on input information from an angular velocity sensor installed in the vehicle body as the information. It is said. According to the present invention, the separation line of the pantograph can be determined using an existing sensor.

また、本発明は、上記構成において、前記離線判定部は、前記情報としての、前記車両本体の前後に設けられた加速度センサからの入力情報に基づいて、前記車両本体のピッチング角を算出することを特徴としている。本発明によれば、既存のセンサを用いてパンタグラフの離線を判定することができる。   Further, according to the present invention, in the above configuration, the separation determination unit calculates a pitching angle of the vehicle body based on input information from an acceleration sensor provided before and after the vehicle body as the information. It is characterized by. According to the present invention, the separation line of the pantograph can be determined using an existing sensor.

また、本発明は、上記構成において、前記離線判定部は、前記情報としての、前記架線をバネとしてモデル化した際のバネ定数の情報を用い、前記車両本体と前記架線との位置関係から前記バネ定数を動的に変化させ、前記バネ定数を前記パンタグラフの押し上げ力で除算することで、前記閾値を算出することを特徴としている。本発明によれば、架線をバネとしてモデル化することで、パンタグラフの離線を簡易な方法で正確に判定することができる。   Further, the present invention is the above configuration, wherein the separation line determination unit uses information on a spring constant when the overhead line is modeled as a spring as the information, and uses the positional relationship between the vehicle body and the overhead line as the information. The threshold value is calculated by dynamically changing a spring constant and dividing the spring constant by the pushing force of the pantograph. According to the present invention, by modeling the overhead line as a spring, it is possible to accurately determine the separation line of the pantograph by a simple method.

また、本発明は、上記構成において、前記離線判定部は、前記パンタグラフの未来の上下変位量の絶対値が前記閾値の絶対値を上回ることで離線することを事前に判定すると共に、前記パンタグラフが離線すると判定された場合に、当該判定の時点から前記パンタグラフの離線が発生するまでの時間である離線時間と、前記パンタグラフの離線が発生する際の路面の垂直方向における前記パンタグラフと前記架線との間の距離である離線距離とを算出して前記トルク制御部に出力することを特徴としている。本発明によれば、トルク制御部による駆動トルクの制御を好適なものとすることができる。   In the above configuration, the separation line determination unit may determine in advance that the absolute value of the future vertical displacement amount of the pantograph exceeds the absolute value of the threshold value, and the pantograph When it is determined that the pantograph is separated from the time of the determination, the pantograph and the overhead line in the vertical direction of the road surface when the pantograph is separated are determined. And a separation distance that is a distance between them is calculated and output to the torque control unit. According to the present invention, it is possible to favorably control the drive torque by the torque control unit.

さらに、本発明は、上記構成において、前記離線時間は、前記パンタグラフが離線すると判定された時点から前記パンタグラフが前記第2頂点まで変位するのに要する時間として算出され、前記離線距離は、前記パンタグラフの前記第2頂点における上下変位量の絶対値から前記閾値の絶対値を減算した値として算出されることを特徴としている。本発明によれば、離線時間および離線距離を正確に算出することができる。   Further, according to the present invention, in the above-described configuration, the separation line time is calculated as a time required for the pantograph to move to the second vertex from a time point when the pantograph is determined to be separated, and the separation line distance is calculated as the pantograph Is calculated as a value obtained by subtracting the absolute value of the threshold value from the absolute value of the vertical displacement amount at the second vertex. According to the present invention, it is possible to accurately calculate a separation time and a separation distance.

また、本発明は、上記構成において、前記離線判定部は、前記情報としての、前記車両本体の位置情報および過去の前記パンタグラフの上下変位量の情報を入力として、前記車両本体が現在以後に走行する経路の前記パンタグラフの上下変位量のデータを抽出し、当該抽出されたデータに基づいて前記パンタグラフの未来の上下変位量を算出することを特徴としている。本発明によれば、車両本体の位置情報と過去のパンタグラフの上下変位量のデータを用いることで、より正確にパンタグラフの離線を判定することができる。   According to the present invention, in the above configuration, the separation determination unit inputs the position information of the vehicle body and the information of the vertical displacement of the past pantograph as the information, and the vehicle body travels after the present time. It is characterized in that data of the vertical displacement amount of the pantograph of the path to be extracted is extracted, and the future vertical displacement amount of the pantograph is calculated based on the extracted data. According to the present invention, by using the position information of the vehicle body and the data of the vertical displacement of the past pantograph, it is possible to more accurately determine the pantograph separation line.

また、本発明は、上記構成において、前記トルク制御部は、前記離線判定部の判定結果に基づいて前記駆動トルクの変更量を算出し、前記駆動トルクの変更量の算出結果に基づいて前記駆動トルクの出力方法を決定し、前記出力方法に従って前記駆動装置に対する駆動トルクを制御することを特徴としている。   Further, according to the present invention, in the above configuration, the torque control unit calculates a change amount of the drive torque based on a determination result of the separation line determination unit, and the drive based on a calculation result of the change amount of the drive torque. A torque output method is determined, and a drive torque for the drive device is controlled according to the output method.

本発明によれば、離線判定部の判定結果を反映して決定された駆動トルクの出力方法に従って駆動トルクを制御できるから、パンタグラフの離線をより確実に防ぐことができる。また、駆動トルクの出力方法を適宜決定することにより、路面等の環境に応じてパンタグラフの挙動を好適に制御することもできる。   According to the present invention, since the driving torque can be controlled according to the driving torque output method determined by reflecting the determination result of the separation line determination unit, the separation of the pantograph can be prevented more reliably. In addition, by appropriately determining the drive torque output method, the behavior of the pantograph can be suitably controlled according to the environment such as the road surface.

さらに、本発明は、上記構成において、前記離線判定部は、前記パンタグラフの離線が発生する際の路面の垂直方向における前記パンタグラフと前記架線との間の距離である離線距離と、前記パンタグラフが離線すると判定された時点から前記パンタグラフの離線が発生するまでの時間である離線時間とを算出し、前記トルク制御部は、前記離線距離を前記離線時間の2乗で除算した値に比例する値となるよう前記駆動トルクの変更量を算出することを特徴としている。本発明によれば、駆動トルクの変更量を正確に算出することができる。   Furthermore, the present invention is the above-described configuration, wherein the separation line determination unit includes a separation line distance that is a distance between the pantograph and the overhead line in a direction perpendicular to a road surface when the separation line of the pantograph is generated, and the pantograph is a separation line. Then, a derailment time, which is a time from when it is determined to when the pantograph derailment occurs, is calculated, and the torque control unit has a value proportional to a value obtained by dividing the derailment distance by the square of the derailment time, The change amount of the driving torque is calculated so as to satisfy According to the present invention, the amount of change in drive torque can be accurately calculated.

また、本発明は、上記構成において、前記離線判定部は、前記パンタグラフが離線すると判定された時点から前記パンタグラフの離線が発生するまでの時間である離線時間を算出し、前記トルク制御部は、算出された前記駆動トルクの変更量をステップ状に増加させ、前記離線時間以内の場合は前記駆動トルクを一定値に保持し、前記離線時間経過後はランプ状に減少させるように前記駆動トルクの出力方法を決定することを特徴としている。   Further, the present invention is the above configuration, wherein the separation line determination unit calculates a separation line time which is a time from when it is determined that the pantograph is separated from the time when the separation line of the pantograph occurs, and the torque control unit includes: The calculated change amount of the drive torque is increased stepwise, the drive torque is maintained at a constant value within the derailment time, and decreased in a ramp shape after the derailment time has elapsed. It is characterized by determining an output method.

本発明によれば、駆動トルクの変更量をステップ状に増加させることにより、パンタグラフの高さ位置を速やかに上昇させることができるため、パンタグラフの離線を確実に防止できる。そして、離線時間以内において駆動トルクを一定値に保持するから、パンタグラフが離線していない状態を維持できる。さらに、駆動トルクの変更量をランプ状に減少させることで、パンタグラフの高さ位置を緩やかに下降させることができる。   According to the present invention, by increasing the change amount of the drive torque stepwise, the height position of the pantograph can be quickly raised, so that the pantograph can be reliably prevented from being separated. And since a drive torque is hold | maintained to a fixed value within the wire-separation time, the state where the pantograph is not wire-separated can be maintained. Further, the height position of the pantograph can be gradually lowered by reducing the change amount of the drive torque in a ramp shape.

また、本発明は、上記構成において、前記離線判定部は、前記パンタグラフが離線すると判定された時点から前記パンタグラフの離線が発生するまでの時間である離線時間を算出し、前記トルク制御部は、算出された前記駆動トルク変更量をステップ状に増加させ、前記離線時間以内の場合は前記駆動トルクを一定値に保持し、前記離線時間経過後はランプ状に前記駆動トルクを減少させるとともに、前記パンタグラフが上昇する場合には前記パンタグラフの上昇量に基づいて前記駆動トルクを零を下限として減少させ、前記パンタグラフが下降する場合には前記ランプ状に前記駆動トルクを減少させるように前記駆動トルクの出力方法を決定することを特徴としている。 Further, the present invention is the above configuration, wherein the separation line determination unit calculates a separation line time which is a time from when it is determined that the pantograph is separated from the time when the separation line of the pantograph occurs, and the torque control unit includes: the change amount of the calculated the drive torque is increased stepwise, if it is within the contact break time holds the drive torque to a constant value, after the release line time with decreasing the drive torque in a ramp shape, When the pantograph rises, the drive torque is reduced based on the amount of rise of the pantograph, with zero being the lower limit, and when the pantograph is lowered, the drive torque is reduced so as to reduce the drive torque in the ramp shape. The output method is determined.

本発明によれば、駆動トルクの変更量をステップ状に増加させることにより、パンタグラフの高さ位置を速やかに上昇させることができるため、パンタグラフの離線を確実に防止できる。そして、離線時間以内において駆動トルクを一定値に保持するから、パンタグラフが離線していない状態を維持できる。さらに、駆動トルクの変更量をランプ状に減少させることで、パンタグラフの高さ位置を緩やかに下降させることができる。また、本発明では、離線時間経過後において、パンタグラフの上昇量に基づいて駆動トルクを零を下限として減少させるようにしているため、離線時間経過後にパンタグラフの高さ位置が急激に上昇するような挙動を抑えることができる。   According to the present invention, by increasing the change amount of the drive torque stepwise, the height position of the pantograph can be quickly raised, so that the pantograph can be reliably prevented from being separated. And since a drive torque is hold | maintained to a fixed value within the wire-separation time, the state where the pantograph is not wire-separated can be maintained. Further, the height position of the pantograph can be gradually lowered by reducing the change amount of the drive torque in a ramp shape. Further, in the present invention, the drive torque is decreased with zero as a lower limit based on the amount of increase in the pantograph after the separation line has elapsed, so that the height position of the pantograph increases rapidly after the separation line has elapsed. The behavior can be suppressed.

本発明によれば、パンタグラフが架線から路面に対して垂直方向に離線するか否かを事前に判定することができ、離線すると判定された場合に離線を防止するための対策を講じることができる。よって、離線を未然に防ぐことができる。なお、上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。   According to the present invention, it is possible to determine in advance whether or not the pantograph is separated from the overhead line in the direction perpendicular to the road surface, and when it is determined that the pantograph is separated, measures can be taken to prevent the separation. . Therefore, it is possible to prevent disconnection. Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.

本発明の第1実施形態に係るダンプトラックの構成図である。It is a lineblock diagram of the dump truck concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態に係るダンプトラックの電気的構成図である。1 is an electrical configuration diagram of a dump truck according to a first embodiment of the present invention. 図2に示す離線低減手段の処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of a process of the separation line reduction means shown in FIG. 図2に示す離線予知手段が、角速度センサの測定結果からパンタグラフの未来の上下変位量を算出するための処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the process for the derailment prediction means shown in FIG. 2 to calculate the future vertical displacement amount of a pantograph from the measurement result of an angular velocity sensor. 図2に示す離線予知手段が、加速度センサの測定結果からパンタグラフの未来の上下変位量を算出するための処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the process for the derailment prediction means shown in FIG. 2 to calculate the future vertical displacement amount of a pantograph from the measurement result of an acceleration sensor. パンタグラフの上下変位量とピッチング角の関係を表した図である。It is a figure showing the relationship between the amount of vertical displacement of a pantograph and a pitching angle. 図4のS13〜S14および図5のS23〜S24までの処理の流れを説明するためのグラフである。6 is a graph for explaining the flow of processing from S13 to S14 in FIG. 4 and S23 to S24 in FIG. 5. ピッチング運動の周波数とピッチング角の大きさの関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship between the frequency of pitching motion and the magnitude | size of a pitching angle. 図2に示す離線予知手段が、車体の位置情報と過去に取得した角速度センサのデータとからパンタグラフの未来の上下変位量を算出するための処理の手順を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart showing a procedure of processing for the separation line prediction means shown in FIG. 2 to calculate a future vertical displacement amount of a pantograph from vehicle body position information and data of angular velocity sensors acquired in the past. 図2に示す離線予知手段が、車体の位置情報と過去に取得した加速度センサのデータとからパンタグラフの未来の上下変位量を算出するための処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the process for the derailment prediction means shown in FIG. 2 to calculate the future vertical displacement amount of the pantograph from the position information of the vehicle body and the data of the acceleration sensor acquired in the past. 離線閾値を算出するための処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the process for calculating a separation line threshold value. 閾値を用いた離線予知の処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the process of a line separation prediction using a threshold value. パンタグラフの上下変位、離線閾値、離線時間、および離線距離の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the vertical displacement of a pantograph, a separation line threshold value, a separation line time, and a separation line distance. トルク制御手段が駆動トルクの変更量を算出する処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the process in which a torque control means calculates the change amount of a drive torque. トルク制御手段が駆動トルクの変更量の印加方法を決める処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process in which a torque control means determines the application method of the variation | change_quantity of a drive torque. 駆動トルクの変更量と、離線時間t1とt1/2の場合におけるパンタグラフの上昇量との関係を示す図である。A changing amount of the driving torque is a diagram showing the relationship between the increase amount of the pantograph in case of contact break time t 1 and t 1/2. 本発明の第1実施形態において、駆動トルクがステップ状に増加した後、ランプ状に減少する場合の効果を示す図である。In 1st Embodiment of this invention, after a drive torque increases in step shape, it is a figure which shows the effect in the case of decreasing in ramp shape. 本発明の第1実施形態において、駆動トルクがステップ状に増加した後、一次遅れ形状で減少する場合の効果を示す図である。In 1st Embodiment of this invention, after a drive torque increases in a step shape, it is a figure which shows the effect in the case of decreasing with a primary delay shape. 第2実施形態における、トルク制御手段が駆動トルクの変更量の印加方法を決める処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process in which a torque control means determines the application method of the change amount of a drive torque in 2nd Embodiment. 本発明の第2実施形態における効果を示す図である。It is a figure which shows the effect in 2nd Embodiment of this invention. トロリー式のダンプトラックが走行する鉱山の全体構成を示す図である。It is a figure which shows the whole mine structure where a trolley type dump truck runs. 図21に示すトロリー式ダンプトラックの詳細を示す側面図である。It is a side view which shows the detail of the trolley type dump truck shown in FIG.

「第1実施形態」
以下に、本発明に係る電気駆動車両の実施形態を説明する。図1は本発明の実施形態に係るダンプトラックの構成図である。本発明の一実施形態であるダンプトラックは、車両本体6に、図1に示すディーゼルエンジン(ENG)31と、発電機(G)32と、整流器33と、インバータ34,35と、電動機36,37と、減速ギア38,39と、車輪40,41と、チョッパ42と、回生用抵抗器43と、パンタグラフ45と、電磁接触器46と、リアクトル47と設けて構成されている。パンタグラフ45は、図22に示すように、架線70に下方から接触する舟体(すり板)45aと、この舟体45aを車両本体6に対して昇降可能に支持する枠体45bと、を備えている。
“First Embodiment”
Embodiments of an electrically driven vehicle according to the present invention will be described below. FIG. 1 is a configuration diagram of a dump truck according to an embodiment of the present invention. A dump truck according to an embodiment of the present invention includes a vehicle body 6, a diesel engine (ENG) 31, a generator (G) 32, a rectifier 33, inverters 34 and 35, an electric motor 36, and the like shown in FIG. 37, reduction gears 38 and 39, wheels 40 and 41, chopper 42, regenerative resistor 43, pantograph 45, electromagnetic contactor 46, and reactor 47. As shown in FIG. 22, the pantograph 45 includes a boat body (slide plate) 45 a that contacts the overhead line 70 from below, and a frame body 45 b that supports the boat body 45 a so as to be movable up and down with respect to the vehicle body 6. ing.

車両本体6は、図22に示すように、フレームに土砂等を積載するための荷台8や運転室10等を設けて構成され、車両本体6には上記した各種機器や部品が車両本体6に設置されるほか、荷台8を起伏動作させるための油圧アクチュエータ9等も設置されるが、本実施形態において車両本体6の構成自体は周知であるため、ここでの詳しい説明は省略する。なお、以下の説明において、車両本体のことを、適宜「車体」と言うことにする。   As shown in FIG. 22, the vehicle main body 6 is configured by providing a loading platform 8 and a driver's cab 10 for loading earth and sand on a frame. The vehicle main body 6 includes various devices and parts described above. In addition to being installed, a hydraulic actuator 9 and the like for raising and lowering the loading platform 8 are also installed. However, since the configuration of the vehicle body 6 is well known in the present embodiment, detailed description thereof is omitted here. In the following description, the vehicle body is appropriately referred to as “vehicle body”.

本実施形態に係るダンプトラックは、ディーゼルモードとトロリーモードの2つの走行モードで走行することができる。そこで、まず、ダンプトラックがディーゼルモードで走行する時の動作を説明する。ディーゼルモードでは、ディーゼルエンジン31が発電機32を駆動し、発電機32は三相交流電力を出力する。整流器33は発電機32の出力する三相交流電力を整流して直流電力に変換して、インバータ34およびインバータ35に直流電力を供給する。   The dump truck according to the present embodiment can travel in two travel modes, a diesel mode and a trolley mode. First, the operation when the dump truck travels in the diesel mode will be described. In the diesel mode, the diesel engine 31 drives the generator 32, and the generator 32 outputs three-phase AC power. The rectifier 33 rectifies the three-phase AC power output from the generator 32 and converts it into DC power, and supplies the DC power to the inverter 34 and the inverter 35.

インバータ34は整流器33から供給される直流電力を可変周波数の交流電力に変換し、それを電動機36に供給することで電動機36を駆動する。インバータ35は整流器33から供給される直流電力を可変周波数の交流電力に変換し、それを電動機37に供給することで電動機37を駆動する。電動機36は減速ギア38を介して車輪40に接続されており、電動機36がインバータ34に駆動されることで車輪40が回転する。電動機37は減速ギア39を介して車輪41に接続されており、電動機37がインバータ35に駆動されることで車輪41が回転する。車輪40はダンプトラックの車体左側に、車輪41はダンプトラックの車体右側に設置されており、車輪40および車輪41が回転することでダンプトラックは加速する。なお、車輪40,41は何れも後輪であり、図1において前輪は図示していない。   The inverter 34 converts the DC power supplied from the rectifier 33 into AC power having a variable frequency and supplies it to the motor 36 to drive the motor 36. The inverter 35 converts the DC power supplied from the rectifier 33 into AC power having a variable frequency, and drives the motor 37 by supplying it to the motor 37. The electric motor 36 is connected to the wheel 40 via a reduction gear 38, and the wheel 40 rotates when the electric motor 36 is driven by the inverter 34. The electric motor 37 is connected to the wheel 41 via the reduction gear 39, and the wheel 41 rotates when the electric motor 37 is driven by the inverter 35. The wheels 40 are installed on the left side of the body of the dump truck, and the wheels 41 are installed on the right side of the body of the dump truck, and the dump truck accelerates as the wheels 40 and 41 rotate. The wheels 40 and 41 are both rear wheels, and the front wheels are not shown in FIG.

一方、ダンプトラックが減速する時は、電動機36および電動機37は発電機として動作することで、ダンプトラックの運動エネルギーを電気エネルギーとしてインバータ34およびインバータ35の直流回路に電力を回生する。この時発生する回生電力を処理するために、インバータ34およびインバータ35の直流回路にはチョッパ42を介して回生用抵抗器43を接続している。インバータ34およびインバータ35の直流回路の直流電圧が規定値を超えた場合にはチョッパ42を動作させることで、回生用抵抗器43にて回生電力を消費する。   On the other hand, when the dump truck decelerates, the electric motor 36 and the electric motor 37 operate as a generator to regenerate electric power in the DC circuit of the inverter 34 and the inverter 35 using the kinetic energy of the dump truck as electric energy. In order to process the regenerative power generated at this time, a regenerative resistor 43 is connected to the DC circuit of the inverter 34 and the inverter 35 via a chopper 42. When the DC voltage of the DC circuit of the inverter 34 and the inverter 35 exceeds a specified value, the regenerative resistor 43 consumes regenerative power by operating the chopper 42.

次に、トロリーモードで走行する時の動作を説明する。架線70はパンタグラフ45、電磁接触器46、リアクトル47を介してインバータ34およびインバータ35の直流回路に接続される。電磁接触器46をONすることで架線70側からインバータ34およびインバータ35に直流電力が供給される。インバータ34は架線70側から供給される直流電力を可変周波数の交流電力に変換し、それを電動機36に供給することで電動機36を駆動する。インバータ35は架線70側から供給される直流電力を可変周波数の交流電力に変換し、それを電動機37に供給することで電動機37を駆動する。ディーゼルモードと同様に、電動機36がインバータ34に駆動され、電動機37がインバータ35に駆動されることで車輪40および車輪41が回転し、ダンプトラックは加速する。   Next, the operation when traveling in the trolley mode will be described. The overhead line 70 is connected to the DC circuit of the inverter 34 and the inverter 35 through the pantograph 45, the electromagnetic contactor 46, and the reactor 47. By turning on the magnetic contactor 46, DC power is supplied to the inverter 34 and the inverter 35 from the overhead wire 70 side. The inverter 34 converts the DC power supplied from the overhead wire 70 side into AC power having a variable frequency, and supplies it to the motor 36 to drive the motor 36. The inverter 35 converts the DC power supplied from the overhead wire 70 side into AC power having a variable frequency, and drives the motor 37 by supplying it to the motor 37. As in the diesel mode, the electric motor 36 is driven by the inverter 34 and the electric motor 37 is driven by the inverter 35, whereby the wheel 40 and the wheel 41 are rotated, and the dump truck is accelerated.

一方、ダンプトラックが減速する時は、ディーゼルモードと同様に電動機36および電動機37は発電機として動作することで、ダンプトラックの運動エネルギーを電気エネルギーとしてインバータ34およびインバータ35の直流回路に電力を回生する。インバータ34およびインバータ35の直流回路の直流電圧が規定値を超えた場合にはチョッパ42を動作させることで、回生用抵抗器43にて回生電力を消費する。   On the other hand, when the dump truck decelerates, the electric motor 36 and the electric motor 37 operate as generators as in the diesel mode, and the kinetic energy of the dump truck is used as electric energy to regenerate power in the DC circuit of the inverter 34 and the inverter 35. To do. When the DC voltage of the DC circuit of the inverter 34 and the inverter 35 exceeds a specified value, the regenerative resistor 43 consumes regenerative power by operating the chopper 42.

以上のように、ディーゼルモードにおいてはディーゼルエンジン31で発電機32を駆動し、その発電機32が発電する電力を用いて電動機36,37を駆動することでダンプトラックは走行し、トロリーモードにおいては架線70から供給される電力を用いて電動機36,37を駆動することでダンプトラックは走行する。   As described above, in the diesel mode, the generator 32 is driven by the diesel engine 31 and the electric motors 36 and 37 are driven by using the electric power generated by the generator 32 so that the dump truck travels. In the trolley mode, The dump truck travels by driving the electric motors 36 and 37 using the electric power supplied from the overhead line 70.

図2は、本実施形態に係るダンプトラックの電気的構成を示す図である。図2に示すように、車両制御装置11は、角速度センサ21、ストロークセンサ22、荷重センサ23、後輪車輪速センサ24、カメラ25、レーダ26、および加速度センサ27からの情報(信号やデータ等)を入力として、駆動装置5であるインバータ34,35およびモータ36,37に対してトルク指令を出力する。インバータ34,35は、パンタグラフ45を介して架線70から供給される電力またはディーゼルエンジン31を駆動することで得られた電力により動作し、トルク指令に基づいて車輪40,41の駆動を制御する。   FIG. 2 is a diagram illustrating an electrical configuration of the dump truck according to the present embodiment. As shown in FIG. 2, the vehicle control device 11 includes information (signals, data, etc.) from the angular velocity sensor 21, the stroke sensor 22, the load sensor 23, the rear wheel speed sensor 24, the camera 25, the radar 26, and the acceleration sensor 27. ) As an input, a torque command is output to the inverters 34 and 35 and the motors 36 and 37 which are the drive unit 5. The inverters 34 and 35 are operated by the electric power supplied from the overhead line 70 via the pantograph 45 or the electric power obtained by driving the diesel engine 31, and control the driving of the wheels 40 and 41 based on the torque command.

次に、車両制御装置11の具体的構成について説明する。車両制御装置11の中には、トルク指令を作成する経路が2系統存在する。1つ目は車両走行の基本的な走行を担う基準トルクを算出する経路である。基準トルク値7は、アクセルペダルおよびブレーキペダル(図示せず)による運転者の加速および減速要求に対し決定される。2つ目は、パンタグラフ45を上昇させるための駆動トルクの変更量(補正トルク)を算出する経路である。車両・架線状態検出手段1から得られた、車体6および架線70の状態に関する情報を入力として、離線低減手段2はパンタグラフ45を上昇させるための駆動トルクの変更量を指令する。   Next, a specific configuration of the vehicle control device 11 will be described. In the vehicle control device 11, there are two paths for creating a torque command. The first is a path for calculating a reference torque for basic driving of the vehicle. The reference torque value 7 is determined in response to a driver's acceleration and deceleration request by an accelerator pedal and a brake pedal (not shown). The second is a path for calculating a drive torque change amount (correction torque) for raising the pantograph 45. Using the information regarding the state of the vehicle body 6 and the overhead line 70 obtained from the vehicle / overhead line state detection unit 1 as an input, the separation line reduction unit 2 commands a change amount of the drive torque for raising the pantograph 45.

離線低減手段2は、離線予知手段(離線判定部)3とトルク制御手段(トルク制御部)4とからなる。即ち、離線低減手段2は、本発明の「離線判定部」および「トルク制御部」として機能する。離線予知手段3は、車両・架線状態検出手段1からの情報を基に離線の有無を予知(事前判定)し、離線を予知した場合には、当該予知の時点からパンタグラフ45の離線が発生するまでの時間(離線時間)、およびパンタグラフ45の離線が発生する際の路面の垂直方向におけるパンタグラフ45と架線70との間の距離(離線距離)を算出し、それらをトルク制御手段4へ入力する。トルク制御手段4では前記離線時間、離線距離から必要となる駆動トルクの変更量(補正トルク)を算出し指令する。そして、前記2つの経路からそれぞれ算出された基準トルクと補正トルクとは加算された後、車両制御装置11のトルク指令値として出力される。   The separation line reducing unit 2 includes a separation line prediction unit (separation determination unit) 3 and a torque control unit (torque control unit) 4. That is, the separation line reducing means 2 functions as a “separation determination unit” and a “torque control unit” of the present invention. The separation line prediction means 3 predicts (preliminary determination) the presence or absence of a separation line based on the information from the vehicle / overhead line state detection means 1, and when the separation line is predicted, the separation line of the pantograph 45 is generated from the time of the prediction. Time (separation time) and the distance (separation distance) between the pantograph 45 and the overhead line 70 in the vertical direction of the road surface when the pantograph 45 is decoupled are calculated and input to the torque control means 4. . The torque control means 4 calculates and commands the required drive torque change amount (correction torque) from the separation time and separation distance. Then, the reference torque and the correction torque calculated from the two paths are added and then output as a torque command value of the vehicle control device 11.

次に車両・架線状態検出手段1、離線予知手段3、トルク制御手段4の詳細について述べる。車両・架線状態検出手段1では、離線予知に必要となる車体6および架線70の状態を表す情報を取得する。例えば、車体6の状態を表す情報としては、車体6のピッチング運動に関する情報があり、架線70の状態を表す情報としては、架線70の構造情報、車体6の位置情報である。車体6のピッチング運動に関する情報は、パンタグラフ45の路面に対する垂直方向の移動距離を知るために必要である。   Next, details of the vehicle / overhead wire state detection means 1, the disconnection prediction means 3, and the torque control means 4 will be described. The vehicle / overhead line state detection means 1 acquires information representing the state of the vehicle body 6 and the overhead line 70 that is necessary for the separation line prediction. For example, the information indicating the state of the vehicle body 6 includes information related to the pitching motion of the vehicle body 6, and the information indicating the state of the overhead line 70 includes structure information of the overhead line 70 and position information of the vehicle body 6. Information regarding the pitching motion of the vehicle body 6 is necessary to know the movement distance in the direction perpendicular to the road surface of the pantograph 45.

ここで、車体6とパンタグラフ45の動きは、車体6のピッチング運動程度の周期であれば、同じ動きをすると考えて良い。そのため、パンタグラフ45の垂直方向の移動距離を導くために、(a)車体6のピッチング運動に関する情報が必要となる。また、(b)架線70の構造情報、(c)車体6の位置情報は、支持点である柱52(図21参照)の間隔で変化する架線70の押し上げ量を知るために必要である。前記3つの情報(a)〜(c)について次に詳しく述べる。   Here, the movement of the vehicle body 6 and the pantograph 45 may be considered to be the same movement as long as the pitching movement of the vehicle body 6 is approximately the same. Therefore, in order to derive the vertical movement distance of the pantograph 45, (a) information relating to the pitching motion of the vehicle body 6 is required. Further, (b) the structure information of the overhead line 70 and (c) the position information of the vehicle body 6 are necessary for knowing the push-up amount of the overhead line 70 that changes at intervals between the pillars 52 (see FIG. 21) that are support points. The three information (a) to (c) will be described in detail below.

まず車体6のピッチング運動に関する情報としては、ピッチング角が挙げられる。測定方法としては、車体6に設置した角速度センサ21(図2参照)を用いることが考えられる。角速度センサ21で取得した角速度データは時間積分を行うことで、ピッチング角データとして取り出すことが可能である。また、車体6の前後のサスペンション装置(図示せず)に付けられたストロークセンサ22を用いると、車体6のピッチング運動の角度が1°以下となることを利用して、車体6の前後の高さ変位をピッチング角と近似することができる。   First, as information related to the pitching motion of the vehicle body 6, a pitching angle can be cited. As a measuring method, it is conceivable to use an angular velocity sensor 21 (see FIG. 2) installed on the vehicle body 6. The angular velocity data acquired by the angular velocity sensor 21 can be extracted as pitching angle data by performing time integration. Further, when the stroke sensor 22 attached to the suspension device (not shown) in front of and behind the vehicle body 6 is used, the height of the vehicle body 6 in the front and rear direction can be increased by utilizing the fact that the angle of the pitching motion of the vehicle body 6 is 1 ° or less. The displacement can be approximated with the pitching angle.

また、サスペンション装置に設置された荷重センサ23、加速度センサ27、または、後輪の車輪速センサ24などを利用することもできる。荷重センサ23加速度センサ27、または後輪の車輪速センサ24から取得されるデータは、車体6のピッチング角と相対的に変化が一致する。そのため、荷重センサ23、加速度センサ27、または後輪の車輪速センサ24から取得したデータをシミュレーションや実験などで求めた補正係数で補正することでピッチング角データを再現することができる。このように、ピッチング角は、車体6に従来から備えられている既存の各種センサ21,22,23,24,27のデータを用いて求めることができる。   Further, a load sensor 23, an acceleration sensor 27, or a rear wheel speed sensor 24 installed in the suspension device may be used. The data acquired from the load sensor 23, the acceleration sensor 27, or the wheel speed sensor 24 for the rear wheels has a relatively matching change with the pitching angle of the vehicle body 6. Therefore, the pitching angle data can be reproduced by correcting the data acquired from the load sensor 23, the acceleration sensor 27, or the wheel speed sensor 24 of the rear wheel with a correction coefficient obtained by simulation or experiment. As described above, the pitching angle can be obtained by using data of various existing sensors 21, 22, 23, 24, and 27 that are conventionally provided in the vehicle body 6.

次に、架線70の構造情報としては、架線70をバネとしてモデル化した際のバネ定数、およびパンタグラフ45が架線70を押し上げる力が挙げられる。前記バネ定数は、架線70をつり上げる支持点と呼ばれる柱52(図21参照)の設置間隔に依存して値が変化する。これば、支持点付近では架線70にかかる張力が大きくなるためであり、前記バネ定数は、支持点からの距離の関数になっている必要がある。そのため、架線70のバネ定数は、例えば、架線70を一定の力で押し上げた際の架線70の変位を実測することで導くことができる。   Next, the structure information of the overhead line 70 includes a spring constant when the overhead line 70 is modeled as a spring, and a force by which the pantograph 45 pushes up the overhead line 70. The value of the spring constant varies depending on the installation interval of the pillars 52 (see FIG. 21) called support points for lifting the overhead wire 70. This is because the tension applied to the overhead wire 70 increases in the vicinity of the support point, and the spring constant needs to be a function of the distance from the support point. Therefore, the spring constant of the overhead wire 70 can be derived, for example, by actually measuring the displacement of the overhead wire 70 when the overhead wire 70 is pushed up with a constant force.

また、架線70の押し上げ力、支持点間隔、架線70のたるみ量、架線70の質量を入力値として、公知となっている式を用いても架線70のバネ定数を求めることができる。そして、バネ定数をパンタグラフ45が押し上げる力で乗算することで架線70を押し上げる量を知ることができる。即ち、架線70の押し上げ量を知るために、このバネ定数は必要となる。この架線70の押し上げ量は、外乱から架線70とパンタグラフ45の接触を保つためのマージンとなっているので、パンタグラフ45の離線を予知する際の閾値として使用することができる。   Further, the spring constant of the overhead wire 70 can also be obtained by using a publicly known formula with the pushing force of the overhead wire 70, the support point interval, the slack amount of the overhead wire 70, and the mass of the overhead wire 70 as input values. Then, the amount by which the overhead wire 70 is pushed up can be known by multiplying the spring constant by the force that the pantograph 45 pushes up. In other words, this spring constant is necessary to know the amount by which the overhead wire 70 is pushed up. The amount by which the overhead line 70 is pushed up is a margin for maintaining contact between the overhead line 70 and the pantograph 45 due to disturbance, and can therefore be used as a threshold for predicting the separation of the pantograph 45.

最後に車体6の位置情報を取得する方法は、カメラ25やレーダ26の利用が考えられる。カメラ25の画像や、レーダ26の反射波情報を用いれば、自車両が架線70のどの位置を走行しているか判断することが可能である。また、トロリー走行を開始する位置がいつも一定である場合、車両速度の情報があれば、前記架線70の設計情報との組み合わせで走行位置が分かる。また、トロリーが走行するエリアの地図情報と車両のGPS情報を用いても架線70と車体6との位置関係は把握することができる。   Finally, as a method for acquiring the position information of the vehicle body 6, use of the camera 25 and the radar 26 can be considered. Using the image of the camera 25 and the reflected wave information of the radar 26, it is possible to determine which position of the overhead line 70 the host vehicle is traveling. Further, when the position where the trolley travel is started is always constant, if there is information on the vehicle speed, the travel position can be known in combination with the design information of the overhead line 70. Further, the positional relationship between the overhead line 70 and the vehicle body 6 can also be grasped using the map information of the area where the trolley travels and the GPS information of the vehicle.

以上説明した(a)〜(c)の情報は、現在または過去に取得した情報でも良い。例えば、自車両の現在の情報を取得したい場合、センサなどから直接データを収集し、当該情報を利用すれば良い。また、自車両および他車両の過去の情報を利用したい場合、過去に取得した情報を一度メモリやサーバに保存し、必要に応じてメモリやサーバから情報を抜き出すという処理を行って、当該情報を利用することができる。そして、こうして得られた上記3種類の情報は、それぞれ一つずつもしくは複数個ずつ離線予知手段3へ有線や無線手段を用いて入力される。   The information (a) to (c) described above may be information acquired at present or in the past. For example, when it is desired to acquire current information of the host vehicle, data may be collected directly from a sensor or the like and the information may be used. In addition, if you want to use past information of your vehicle and other vehicles, save the information acquired in the past once in the memory or server, and extract the information from the memory or server as necessary. Can be used. The three types of information obtained in this way are input to the line separation predicting means 3 one by one or a plurality by using wired or wireless means.

次に離線予知手段3について説明する。離線予知手段3は、前記車両・架線状態検出手段1から得られた情報に基づいてパンタグラフ45の上下変位量を算出する。その後、この結果を用いてパンタグラフ45の未来の変化の算出し、離線の有無を予知する。これにより、パンタグラフ45と架線70の離線を未然に防ぐ準備を行える。   Next, the separation line predicting means 3 will be described. The separation line prediction unit 3 calculates the vertical displacement amount of the pantograph 45 based on the information obtained from the vehicle / overhead line state detection unit 1. Then, using this result, the future change of the pantograph 45 is calculated, and the presence or absence of a separation line is predicted. Thereby, preparations can be made to prevent the pantograph 45 and the overhead line 70 from being separated.

初めに、前記車両・架線状態検出手段1から得られた情報が、過去に取得したデータを含まず、現時点のデータのみである場合の離線予知手段3の処理を説明する。図3は離線低減手段2の処理を表したフローチャートである。ここでは、図3に示すS(ステップ)01〜S06のうち、離線予知手段3が行う処理(離線予知に関する処理)であるS01〜S03までについて詳しく述べる。   First, the process of the line separation predicting means 3 when the information obtained from the vehicle / overhead line state detecting means 1 does not include data acquired in the past and is only the current data will be described. FIG. 3 is a flowchart showing the processing of the separation line reducing means 2. Here, S (steps) 01 to S06 shown in FIG. 3 will be described in detail from S01 to S03, which are processing (processing related to the separation prediction) performed by the separation prediction means 3.

<S01の処理について>
S01において、離線予知手段3は、車両・架線情報(車体6および架線70の状態に関する情報)からパンタグラフ45の未来の上下変位量を算出する。同時にS02において、離線予知手段3は、車両・架線情報から離線予知するための閾値も算出する。離線予知手段3は、S01、S02の情報を基に、S03において離線の予知(離線の事前判定)を実施する。
<About S01>
In S01, the line separation predicting means 3 calculates the future vertical displacement of the pantograph 45 from the vehicle / overhead line information (information relating to the state of the vehicle body 6 and the overhead line 70). At the same time, in S02, the disconnection prediction means 3 also calculates a threshold for predicting the disconnection from the vehicle / overhead line information. The separation line prediction means 3 performs the separation line prediction (pre-determination of separation line) in S03 based on the information of S01 and S02.

ここで、S01を実現する方法について図4〜図8を用いて説明する。図4は、車両・架線情報である角速度センサの測定結果からパンタグラフの未来の上下変位量を算出するための処理(S01)の手順を示すフローチャートである。また、図5は、車両・架線情報である加速度センサの測定結果からパンタグラフの未来の上下変位量を算出するための処理(S01)の手順を示すフローチャートである。   Here, a method for realizing S01 will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a flowchart showing the procedure of the process (S01) for calculating the future vertical displacement amount of the pantograph from the measurement result of the angular velocity sensor as the vehicle / overhead line information. FIG. 5 is a flowchart showing the procedure of the process (S01) for calculating the future vertical displacement amount of the pantograph from the measurement result of the acceleration sensor as the vehicle / overhead line information.

図4に示すように、離線予知手段3は、S11において、車両情報(車体6の状態を表す情報)の一つである角速度センサ21のデータを用いピッチング角を算出する。また、図5に示すように、離線予知手段3は、車両情報の一つである、車体6の前後に設置されたサスペンション装置に取り付けられた加速度センサ27のデータを用いてピッチング角を算出することもできる(S21)。なお、センサデータからピッチング角データへの変換は、車両・架線状態検出手段1の詳細で述べた通りである。   As shown in FIG. 4, the separation line prediction means 3 calculates a pitching angle in S11 using data of the angular velocity sensor 21 which is one of vehicle information (information indicating the state of the vehicle body 6). Further, as shown in FIG. 5, the separation line predicting means 3 calculates the pitching angle using data of the acceleration sensor 27 attached to the suspension device installed before and after the vehicle body 6 which is one of the vehicle information. (S21). The conversion from the sensor data to the pitching angle data is as described in detail for the vehicle / overhead line state detecting means 1.

次に、離線予知手段3は、S12(S22)において、パンタグラフ45の上下変位量を計算する。この上下変位量は、第一にピッチング運動によるパンタグラフ45の上下変位を算出し、第二に路面の変動量(路面の凹凸量)を前記パンタグラフ45の上下変位に加算することによって計算される。ピッチング角は、以下に示す式(1)〜(7)によってパンタグラフ45の上下変位に変換される。   Next, the separation line predicting means 3 calculates the vertical displacement amount of the pantograph 45 in S12 (S22). The amount of vertical displacement is calculated by first calculating the vertical displacement of the pantograph 45 due to the pitching motion, and secondly adding the amount of road surface fluctuation (the amount of road surface unevenness) to the vertical displacement of the pantograph 45. The pitching angle is converted into the vertical displacement of the pantograph 45 by the following equations (1) to (7).

図6はパンタグラフ45の上下変位量とピッチング角の関係を表した図である。図中の実線はピッチング運動が起こる前のパンタグラフ45の高さまでを含めた車体6の位置、破線はピッチング運動が発生した際の車体6の位置を示す。ここで、図中のhが求めるべきパンタグラフ45の上下変位量である。θはピッチング角、βは重心を通る地面と水平な面から車体6の前方上部のパンタグラフ45を見上げた時の角度、Yは重心からパンタグラフ45までの垂直距離、Xは重心から車体6の前方(先端)までの水平距離を示す。ここで、ピッチング運動におけるθは1°以下の場合が多く、値が小さい事を考慮するとh0はRxyを半径とする円周の一部として近似できる。   FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the vertical displacement amount of the pantograph 45 and the pitching angle. The solid line in the figure indicates the position of the vehicle body 6 including the height of the pantograph 45 before the pitching movement occurs, and the broken line indicates the position of the vehicle body 6 when the pitching movement occurs. Here, h in the figure is the vertical displacement amount of the pantograph 45 to be obtained. θ is the pitching angle, β is the angle when looking up the pantograph 45 at the front upper part of the vehicle body 6 from the ground and horizontal plane passing through the center of gravity, Y is the vertical distance from the center of gravity to the pantograph 45, and X is the front of the vehicle body 6 from the center of gravity. Indicates the horizontal distance to (tip). Here, in the pitching motion, θ is often 1 ° or less, and considering that the value is small, h0 can be approximated as a part of the circumference having Rxy as the radius.

よって、h0は、式(1)で表すことができる。
但し、
であり、θの回転について反時計まわりを正とした。
Therefore, h0 can be expressed by Expression (1).
However,
And counterclockwise with respect to the rotation of θ.

さらに、三角形の相似の関係から、式(3)が成り立つ。
ここで、
となり、パンタグラフ45の上下変位量が車体6のピッチング角より算出できる事が分かる。
Furthermore, Formula (3) is formed from the similarity of triangles.
here,
Thus, it can be seen that the vertical displacement amount of the pantograph 45 can be calculated from the pitching angle of the vehicle body 6.

ここで、鉱山等に用いられるダンプトラックは、車体6の後方に積載物を搭載するため、その重心が車体6の後方の高い位置になる。そのため、近似的には、cosαは1として見ることもできるので、h=h0として計算を行っても良い。   Here, since the dump truck used in a mine or the like mounts a load on the rear side of the vehicle body 6, the center of gravity thereof is at a high position behind the vehicle body 6. Therefore, approximately, cos α can be viewed as 1. Therefore, the calculation may be performed with h = h0.

こうして、離線予知手段3は、ピッチング運動によるパンタグラフ45の上下変位を算出した後、第二のステップとして路面の変動量を前記パンタグラフ45の上下変位に加算する。例えば、路面の上下変動量は、ピッチング角の大きさから求めても良い。   In this way, the separation line prediction means 3 calculates the vertical displacement of the pantograph 45 due to the pitching motion, and then adds the amount of road surface fluctuation to the vertical displacement of the pantograph 45 as a second step. For example, the vertical fluctuation amount of the road surface may be obtained from the pitching angle.

図8にピッチング運動の周波数(1/周期)とその時のピッチング角の大きさ(ピッチング振幅の大きさ)の関係を示したグラフを示す。Yは路面の凹凸量を示しており、路面の凹凸量とピッチング角の周期、大きさには図8の様な関係が導ける。この関係を、シミュレーションや実験などの結果からテーブル化しておくと、ピッチング角から路面の変動量(凹凸量)を算出することができる。   FIG. 8 is a graph showing the relationship between the pitching motion frequency (1 / period) and the pitching angle at that time (pitching amplitude). Y indicates the amount of unevenness on the road surface, and the relationship as shown in FIG. 8 can be derived from the amount of unevenness on the road surface and the period and size of the pitching angle. If this relationship is tabulated from the results of simulations and experiments, the amount of road surface fluctuation (unevenness) can be calculated from the pitching angle.

次にS13(S23)〜S14(S24)では、事前に離線を予知するために、離線予知手段3は、S12(S22)にて算出したパンタグラフ45の上下変位量から未来の変化を算出する。図7は、S13(S23)〜S14(S24)までの処理の流れを説明するためのグラフである。ここで、グラフの縦軸はパンタグラフ45の上下変位量を示し、下向きにグラフが移動するとパンタグラフ45が下降する事を示す。横軸は時間を示す。   Next, in S13 (S23) to S14 (S24), in order to predict a separation line in advance, the separation line prediction unit 3 calculates a future change from the vertical displacement amount of the pantograph 45 calculated in S12 (S22). FIG. 7 is a graph for explaining the flow of processing from S13 (S23) to S14 (S24). Here, the vertical axis of the graph indicates the amount of vertical displacement of the pantograph 45, and indicates that the pantograph 45 descends when the graph moves downward. The horizontal axis indicates time.

まず、離線予知手段3は、S13(S23)では現在のパンタグラフ45の上下変位の変化から、パンタグラフ45が下降している、つまり離線に向かっていることを検出するために、パンタグラフ45が上昇し下降する際の頂点(頂点A)を検出する。検出方法としては例えば、上下変位の時間微分値の符号が反転する(図7のグラフで言うと正から負)へ変化する事をとらえても良い(図7(i))。   First, the separation line prediction means 3 raises the pantograph 45 in order to detect that the pantograph 45 is descending, that is, toward the separation line, from the current vertical displacement of the pantograph 45 in S13 (S23). The vertex (vertex A) at the time of descending is detected. As a detection method, for example, it may be detected that the sign of the time differential value of the vertical displacement is changed (positive to negative in the graph of FIG. 7) (FIG. 7 (i)).

次に、離線予知手段3は、S14(S24)において、未来のパンタグラフ45の上下変位量、つまり車体6がどこまで下降するかを算出する。本方式では、図7(i)で検出した頂点A以後で、パンタグラフ45が下降から上昇する際の頂点B(パンタグラフ45が下降しきる点)を算出することでパンタグラフの未来の上下変位を見積もる事とする。なお、頂点Aは本発明の「第1頂点」に、頂点Bは本発明の「第2頂点」に、それぞれ相当する。   Next, the separation line predicting means 3 calculates the amount of vertical displacement of the future pantograph 45, that is, how far the vehicle body 6 descends in S14 (S24). In this method, after the apex A detected in FIG. 7 (i), the future vertical displacement of the pantograph is estimated by calculating the apex B (the point at which the pantograph 45 is fully lowered) when the pantograph 45 rises from the descent. And The vertex A corresponds to the “first vertex” of the present invention, and the vertex B corresponds to the “second vertex” of the present invention.

頂点A,Bの算出には、本発明において発見した三角関数の特性を用いる。その特性とは、ある周波数Fの三角関数において、ある頂点Aから1/12周期進んだ点と1/6周期進んだ点の傾きを延長させた線が、頂点Aの次の頂点Bと交差するというものである。ここで、頂点Bを算出するためには、周波数Fをあらかじめ設定しておく必要があり、本実施形態においては図8に示す車体6のピッチング角が最大になる共振周波数を用いる。   In calculating the vertices A and B, the characteristic of the trigonometric function discovered in the present invention is used. The characteristic is that, in a trigonometric function of a certain frequency F, a line obtained by extending the slope of a point advanced by 1/12 period and a point advanced by 1/6 period intersects with the next vertex B of vertex A It is to do. Here, in order to calculate the vertex B, it is necessary to set the frequency F in advance, and in this embodiment, the resonance frequency that maximizes the pitching angle of the vehicle body 6 shown in FIG. 8 is used.

図8に示すように、路面の凹凸の大きさに拘らず、ピッチング角はピークを持つことが分かる。これは、車体6の持つ固有の振動周波数と車体6のピッチング運動とが共振していることを示している。本実施形態では、最も上下変位が大きくなるケースにおいてパンタグラフ45が下降から上昇する際の頂点の算出を行う。これにより、ワーストケースにおけるパンタグラフ45の下降状態を知ることができる。即ち、最も安全サイドでパンタグラフ45の離線を予知して、その対策を講じることができる。   As shown in FIG. 8, it can be seen that the pitching angle has a peak regardless of the unevenness of the road surface. This indicates that the inherent vibration frequency of the vehicle body 6 and the pitching motion of the vehicle body 6 resonate. In the present embodiment, the apex when the pantograph 45 rises from the lowering in the case where the vertical displacement is the largest is calculated. Thereby, the descending state of the pantograph 45 in the worst case can be known. That is, it is possible to predict the separation of the pantograph 45 on the safest side and take measures against it.

次に、S14(S24)の具体的な処理方法について述べる。図7に示す通り、頂点Aを検出した時間から、周波数Fの1/12周期進んだ点(sin(π/2+π/6))と2/12周期進んだ点(sin(π/2+π/3))のデータを保持する(図7(ii),(iii))。即ち、図7に示す上下変位量1(第1上下変位量)と上下変位量2(第2上下変位量)とを保持する。そして、前記の2点より傾きを式(8)に基づいて算出し、1/3周期分傾きを延長し、上下変位量2を加算することで、式(9)のようにパンタグラフ45が下降から上昇する際の頂点Bを算出することができる。理想的には、パンタグラフの上下変動が予定した周波数Fで変動していた場合(図7の点線)、誤差−3.6%(=1−(−0.964/−1.0))で頂点Bを算出することができる。車体6のピッチング運動はモデル化すると、正弦波と指数関数の積に表わすことができるため、上記の算出方法が適応できる。   Next, a specific processing method of S14 (S24) will be described. As shown in FIG. 7, a point (sin (π / 2 + π / 6)) advanced by 1/12 period and a point advanced by 2/12 period (sin (π / 2 + π / 3) from the time when the vertex A is detected. )) Is held (FIGS. 7 (ii) and (iii)). That is, the vertical displacement 1 (first vertical displacement) and the vertical displacement 2 (second vertical displacement) shown in FIG. 7 are held. Then, the inclination is calculated from the above two points based on Expression (8), the inclination is extended by 1/3 period, and the vertical displacement amount 2 is added, so that the pantograph 45 is lowered as shown in Expression (9). It is possible to calculate the apex B when rising from. Ideally, when the vertical fluctuation of the pantograph fluctuates at the planned frequency F (dotted line in FIG. 7), the error is −3.6% (= 1 − (− 0.964 / −1.0)). Vertex B can be calculated. When the pitching motion of the vehicle body 6 is modeled, it can be expressed as a product of a sine wave and an exponential function, and thus the above calculation method can be applied.

また、前記車両・架線状態検出手段1から得られた情報が自車両および他車両問わず、過去に取得したデータを含む場合の離線予知手段3の処理について図9、図10を用いて説明する。この方式は、図4、図5の方式と比較して、頂点Bだけにとどまらず、パンタグラフ45の上下変位の過渡的な変化も含めて算出することができる。よって、過去のデータからより正確にパンタグラフ45の離線を判定して、パンタグラフ45の離線を未然に防ぐためのより適した対策を講じることができる。   Further, the processing of the separation line predicting means 3 when the information obtained from the vehicle / overhead line state detecting means 1 includes data acquired in the past regardless of the own vehicle and other vehicles will be described with reference to FIGS. . Compared with the methods of FIGS. 4 and 5, this method can be calculated including not only the vertex B but also a transitional change in the vertical displacement of the pantograph 45. Therefore, it is possible to determine the separation line of the pantograph 45 more accurately from the past data and to take a more appropriate measure for preventing the separation line of the pantograph 45 from occurring.

まず、離線予知手段3は、S101(S201)でS11(S21)と同様にピッチング角を算出し、S103(S203)でパンタグラフ45の上下変位量を算出する。それと同時に、離線予知手段3は、S102(S202)ではGPSなどの情報より現在の車体6の位置を取得し、S104(S204)で現在の走行位置からこれから走行するルートにおける過去のパンタグラフ45の上下変位量を複数個抽出する。最後に、離線予知手段3は、S105(S205)にて遺伝的アルゴリズムなどの最適化手法や回帰分析手法を用い、複数個あるデータから最も確からしいと考えられる未来のパンタグラフ45の上下変位量を算出する。また、前記した複数個のデータを平均化することで未来のパンタグラフ45の上下変位量を求めても良い。   First, the separation line predicting means 3 calculates the pitching angle in S101 (S201) as in S11 (S21), and calculates the vertical displacement amount of the pantograph 45 in S103 (S203). At the same time, the separation line predicting means 3 acquires the current position of the vehicle body 6 from information such as GPS in S102 (S202), and in S104 (S204), the upper and lower parts of the past pantograph 45 on the route to be traveled from now on A plurality of displacement amounts are extracted. Finally, the separation line prediction means 3 uses an optimization method such as a genetic algorithm or a regression analysis method in S105 (S205), and calculates the vertical displacement of the future pantograph 45 that is most likely from a plurality of data. calculate. Further, the vertical displacement amount of the future pantograph 45 may be obtained by averaging the plurality of data described above.

<S02,S03の処理について>
次に、S03の離線予知の一方式とS02の離線閾値の算出方法の説明を図11〜図13を用いて説明を行う。図11は、離線閾値を算出するための処理の流れを示すフローチャート、図12は、閾値を用いた離線予知の処理の流れを示すフローチャート、図13は、パンタグラフの上下変位、離線閾値、離線時間、および離線距離の関係を示す図である。
<Processing of S02 and S03>
Next, an explanation will be given of a method for predicting the separation line in S03 and a method for calculating the separation line threshold value in S02 with reference to FIGS. FIG. 11 is a flowchart showing a flow of processing for calculating the separation threshold, FIG. 12 is a flowchart showing a flow of separation prediction using the threshold, and FIG. 13 is a pantograph vertical displacement, separation threshold, and separation time. It is a figure which shows the relationship between and separation line distance.

離線予知の方法としては例えば、閾値を用いる方法がある。その詳細は、図12に示すように、離線予知手段3は、S51でS01のパンタグラフ45の未来の上下変位量を入力し、S52でその絶対値を取る。また、離線予知手段3は、S53でS02の離線閾値を入力し、S54でその絶対値を取り、S55で閾値の絶対値と未来の上下変位量と絶対値とを比較することにより、離線が発生するか否かを予知する。以下、各ステップの詳細を述べる。   As a method for predicting the separation line, for example, there is a method using a threshold value. For details, as shown in FIG. 12, the separation line prediction means 3 inputs the future vertical displacement amount of the pantograph 45 of S01 in S51, and takes its absolute value in S52. Further, the separation line prediction means 3 inputs the separation line threshold value of S02 in S53, takes its absolute value in S54, and compares the absolute value of the threshold value with the future vertical displacement amount and the absolute value in S55, so that the separation line is detected. Predict whether or not it will occur. Details of each step will be described below.

まず、S02(図3参照)に示す閾値の決定フローについて、図11を用いて説明する。離線閾値は、架線70とパンタグラフ45が離れる事を示す値でなければならない。そのため、本実施形態で用いた方式においては、架線70の押し上げ量(外乱から架線70とパンタグラフ45の接触を保つためのマージン)を「離線閾値」とする事とした。架線70の押し上げ量は架線70のバネ定数とパンタグラフ45が架線70の押し上げ力で決まる。   First, the threshold determination flow shown in S02 (see FIG. 3) will be described with reference to FIG. The separation line threshold must be a value indicating that the overhead line 70 and the pantograph 45 are separated. Therefore, in the method used in the present embodiment, the push-up amount of the overhead line 70 (margin for maintaining the contact between the overhead line 70 and the pantograph 45 from disturbance) is set as the “separation threshold”. The amount by which the overhead wire 70 is pushed up is determined by the spring constant of the overhead wire 70 and the pantograph 45 by the pushing force of the overhead wire 70.

まず、図11において、離線予知手段3は、S42で架線70のバネ定数(K)、S41でGPSなどから得られる車体6の位置情報と地図情報とから、車体6と架線70の相対的な位置情報(x)を入力する。車両・架線状態検出手段1で述べたように、架線70のバネ定数は、架線70と車体6の位置関係で変動するため、離線予知手段3は、S43でxに依存したバネ定数Kの値を算出する。バネ定数Kが決定すると、離線予知手段3は、S44にてバネ定数Kをパンタグラフ45の押し上げ力で除算することにより離線閾値(閾値)を決定する。   First, in FIG. 11, the separation line prediction means 3 determines the relative relationship between the vehicle body 6 and the overhead line 70 from the spring constant (K) of the overhead line 70 in S42 and the positional information and map information of the vehicle body 6 obtained from GPS or the like in S41. Input position information (x). As described in the vehicle / overhead line state detection means 1, the spring constant of the overhead line 70 varies depending on the positional relationship between the overhead line 70 and the vehicle body 6. Therefore, the separation line prediction means 3 determines the value of the spring constant K depending on x in S43. Is calculated. When the spring constant K is determined, the line separation predicting means 3 determines the line separation threshold (threshold value) by dividing the spring constant K by the push-up force of the pantograph 45 in S44.

その後、S55(図12参照)での離線予知が実行され、パンタグラフ45の未来の上下変位量の絶対値が離線閾値の絶対値より大きければ、離線が発生すると予知されてS57に進み、図13にて定義された離線時間と離線距離を出力する。一方、S55で離線を予知しなかった場合、即ち、パンタグラフ45の未来の上下変位量の絶対値が離線閾値の絶対値より大きくなければ、駆動トルクは発生させずS01,S02へリターンする(S56)。   Thereafter, the separation prediction in S55 (see FIG. 12) is executed. If the absolute value of the future vertical displacement amount of the pantograph 45 is larger than the absolute value of the separation threshold, it is predicted that the separation will occur, and the process proceeds to S57. Output the derailment time and distance defined in. On the other hand, if the separation line is not predicted in S55, that is, if the absolute value of the future vertical displacement amount of the pantograph 45 is not larger than the absolute value of the separation line threshold value, the drive torque is not generated and the process returns to S01 and S02 (S56). ).

ここで、図13に示すように、「離線時間」は、パンタグラフ45が離線すると判定された場合に、当該判定の時点からパンタグラフ45の離線が発生するまでの時間であり、具体的には、未来のパンタグラフ45の上下変位量を算出した時間から、未来のパンタグラフ45の変化が下降から上昇する際の頂点Bまでの時間を示す。また、「離線距離」は、パンタグラフ45の離線が発生する際の路面の垂直方向におけるパンタグラフ45と架線70との間の距離であり、具体的には、未来のパンタグラフ45の変化が下降から上昇する際の頂点Bと同時刻の離線閾値との差の絶対値を示す。なお、図13のグラフにおいて離線閾値は、縦軸の値が負方向に移動するとパンタグラフ45が下降することを示しているため、図示の都合上、S44で算出された値の符号を反転させて描画している。   Here, as shown in FIG. 13, the “separation time” is the time from when the pantograph 45 is decoupled until the decoupling of the pantograph 45 occurs, specifically, The time from the time when the vertical displacement amount of the future pantograph 45 is calculated to the apex B when the change of the future pantograph 45 rises from the lowering is shown. Further, the “separation distance” is a distance between the pantograph 45 and the overhead line 70 in the vertical direction of the road surface when the separation of the pantograph 45 occurs, and specifically, the future change of the pantograph 45 increases from the fall. The absolute value of the difference between the vertex B and the separation threshold at the same time is shown. In the graph of FIG. 13, the separation threshold indicates that the pantograph 45 descends when the value on the vertical axis moves in the negative direction. Therefore, for convenience of illustration, the sign of the value calculated in S44 is inverted. I'm drawing.

最後に、トルク制御手段4について述べる。トルク制御手段4は、パンタグラフ45を上昇させるために駆動トルクを制御する。これにより、パンタグラフ45が架線70から離線するのを未然に防ぐことができる。ここでは、図3に示すS01〜S06のうち、トルク制御手段4が行う処理(駆動トルクを制御する処理)であるS04〜S06までについて詳しく述べる。   Finally, the torque control means 4 will be described. The torque control means 4 controls the drive torque to raise the pantograph 45. Thereby, it is possible to prevent the pantograph 45 from separating from the overhead line 70. Here, among S01 to S06 shown in FIG. 3, S04 to S06, which are processes (processes for controlling the driving torque) performed by the torque control means 4, will be described in detail.

図3のS03で離線予知を実施後、S04においてS03の離線予知結果に基づいて駆動トルクの変更量が決定される。S05ではS04の結果を受けて駆動トルクの変更量の印加方法(出力方法)が決定され、S06にて駆動トルクの変更量が駆動装置5(モータ36,37、インバータ34,35)に対して指令される。駆動トルクの印加終了後、S01,S02にリターンし、新たな離線予知が実施される。   After performing the line separation prediction in S03 of FIG. 3, the change amount of the drive torque is determined based on the line separation prediction result in S03 in S04. In S05, the application method (output method) of the change amount of the drive torque is determined in response to the result of S04. In S06, the change amount of the drive torque is applied to the drive device 5 (motors 36 and 37, inverters 34 and 35). Commanded. After the application of the drive torque is completed, the process returns to S01 and S02, and a new separation prediction is performed.

<S04の処理について>
まず、S04の一例について、図14と、以下に示す式(10)〜(16)とを用いて説明する。図14は、トルク制御手段が駆動トルクの変更量を算出する処理の流れを示すフローチャートである。
<About S04>
First, an example of S04 will be described using FIG. 14 and equations (10) to (16) shown below. FIG. 14 is a flowchart showing a flow of processing in which the torque control unit calculates the change amount of the drive torque.

図14に示すように、駆動トルクの変更量を決定する上での入力値は、S57(図12参照)で算出された離線時間Δt(S62)と離線距離Y(S61)である。ここで、駆動トルクとパンタグラフ45の上昇量の関係について考える。式(1)〜(3)よりピッチング角θとパンタグラフ45の上下変位hは比例関係にある事が分かる。この時、ピッチング角の変化Δθについて、例えば2モータによる後輪2輪駆動の駆動輪周りのモーメントに注目すると、式(10)、式(11)が成り立つ。ここで、時計回りのピッチング角変化はマイナスとおく。   As shown in FIG. 14, the input values for determining the amount of change in drive torque are the separation time Δt (S62) and the separation distance Y (S61) calculated in S57 (see FIG. 12). Here, the relationship between the drive torque and the amount of increase in the pantograph 45 will be considered. From equations (1) to (3), it can be seen that the pitching angle θ and the vertical displacement h of the pantograph 45 are in a proportional relationship. At this time, regarding the change Δθ in the pitching angle, for example, when attention is paid to the moments around the driving wheels of the two-wheel drive of the rear wheels by two motors, the equations (10) and (11) are established. Here, the clockwise pitching angle change is negative.

ここで、ΔMは車体6のピッチ軸周りのモーメント変化分、Iはピッチ軸周りの慣性モーメント、ΔFr(t)は後輪にかかる力、yは地面からの重心までの垂直距離、lrは後輪中心から重心までの水平距離を示す。 Where ΔM is the moment change around the pitch axis of the vehicle body 6, I is the moment of inertia around the pitch axis, ΔFr (t) is the force applied to the rear wheel, y is the vertical distance from the ground to the center of gravity, and lr is the rear Indicates the horizontal distance from the center of the wheel to the center of gravity.

また、ΔFrは、式(12)で表される。
ここで、ωはモータの回転数、ΔTは駆動トルクの変更量、vは車両速度、rはタイヤ半径、Grはギア比である。
Further, ΔFr is expressed by Expression (12).
Here, ω is the rotational speed of the motor, ΔT is the amount of change in drive torque, v is the vehicle speed, r is the tire radius, and Gr is the gear ratio.

式(12)より、式(11)は、次のように展開できる。
From equation (12), equation (11) can be expanded as follows.

よって、式(3)より、パンタグラフの上昇量hpは、式(14)で表すことができる。
Therefore, the increase amount hp of the pantograph can be expressed by Expression (14) from Expression (3).

式(14)より、パンタグラフを上昇させるためには正の駆動トルクを印加する必要があることが分かる。ここで、ΔT(t)をステップ関数とした場合、式(14)から式展開を行うと、式(16)が導かれる。
From equation (14), it can be seen that a positive drive torque must be applied in order to raise the pantograph. Here, when ΔT (t) is a step function, Expression (16) is derived by performing Expression expansion from Expression (14).

hpは離線距離以上の値が必要であり、例えば、実験やシミュレーションなどによって求めた定数を離線距離に乗算することで離線を抑えるのに十分なhpを求めても良い。また、積分時間であるΔtを離線時間と設定すれば、離線時間内に必要なパンタグラフ45の上昇量を確保できる。つまり、駆動トルクの変更量を離線時間と離線距離とから算出することができる。より詳細には、S63に示すように、駆動トルクの変更量(ΔT)は離線距離(Y)を離線時間(Δt)の2乗で除算し、定数を乗算することで求めることができる。   The value of hp needs to be equal to or greater than the separation distance. For example, hp sufficient to suppress the separation may be obtained by multiplying the separation distance by a constant obtained by experiment or simulation. Also, if Δt, which is the integration time, is set as the separation time, it is possible to secure the necessary amount of increase in the pantograph 45 within the separation time. That is, the amount of change in drive torque can be calculated from the separation time and the separation distance. More specifically, as shown in S63, the change amount (ΔT) of the drive torque can be obtained by dividing the separation distance (Y) by the square of the separation distance (Δt) and multiplying by a constant.

図16に、式(15)から算出される駆動トルクの変更量(ΔT)と離線時間t1とt1/2の場合の、パンタグラフの上昇量(hp)の関係を示す。図16に示すように、駆動トルクの変更量(ΔT)とパンタグラフ45の上昇量(hp)とは比例の関係にあることが分かる。 FIG. 16 shows the relationship between the drive torque change amount (ΔT) calculated from the equation (15) and the amount of increase (hp) of the pantograph in the case of the separation times t 1 and t 1/2 . As shown in FIG. 16, it can be seen that the drive torque change amount (ΔT) and the increase amount (hp) of the pantograph 45 are in a proportional relationship.

<S05,S06の処理について>
次にS04で計算した駆動トルクの変更量の印加方法を決めるS05の詳細について図15を用いて述べる。図15は、トルク制御手段が駆動トルクの変更量の印加方法を決める処理を示すフローチャートである。
<About the processing of S05 and S06>
Next, details of S05 for determining the method of applying the change amount of the drive torque calculated in S04 will be described with reference to FIG. FIG. 15 is a flowchart illustrating a process in which the torque control unit determines a method for applying the change amount of the drive torque.

トルク制御手段4は、S71では駆動トルク変更量(ΔT)を入力し、S72にてパンタグラフ45を上昇させるために、駆動トルクをΔT増加させる(ステップ増加)。この時、駆動トルクの形状は、離線時間内に離線を抑制できる程度のパンタグラフ上昇量が確保できる形状であれば、ステップ状、ランプ状、一次遅れ形状など、どの形状を用いてもよい。なお、S72ではステップ状に増加させるフローとしている。この例の利点は、車体6およびパンタグラフ45を短時間で上昇できる(車体6の前方を起き上がらせることができる)点である。式(14)からも分かる通り、トルクの積分値が大きい方がパンタグラフ上昇量は大きくなる。このため、ステップ状の形状を用いる方が、離線時間が短い場合でも離線を低減する効果を高める事ができる。   The torque control means 4 inputs the drive torque change amount (ΔT) in S71, and increases the drive torque by ΔT (step increase) in order to raise the pantograph 45 in S72. At this time, the shape of the drive torque may be any shape such as a step shape, a ramp shape, and a first order lag shape as long as the amount of pantograph increase can be secured to the extent that the separation can be suppressed within the separation time. In S72, the flow is increased in steps. The advantage of this example is that the vehicle body 6 and the pantograph 45 can be raised in a short time (the front of the vehicle body 6 can be raised). As can be seen from equation (14), the amount of increase in the pantograph increases as the integrated value of torque increases. For this reason, using the step-like shape can enhance the effect of reducing the separation even when the separation time is short.

次に、トルク制御手段4は、S73では駆動トルクを増加させてから離線時間を経過したかを判定する。離線時間に未達の場合、離線の危険性があるため、S74にて駆動トルクは印加し続ける(保持する)必要がある。離線時間が経過すると離線の危険性は無くなるため、トルク制御手段4は、パンタグラフ45を上昇させていた駆動トルクを減少させる。この時、急激にトルクを減少させると、パンタグラフ45が大きく下降してしまうため、駆動トルクを減少させる形状としては例えばランプ状が良い(図17(c)参照)。   Next, the torque control means 4 determines whether or not the separation time has elapsed since the drive torque was increased in S73. If the separation time has not been reached, there is a risk of separation, and therefore it is necessary to continue (hold) the drive torque in S74. Since the risk of disconnection disappears after the disconnection time has elapsed, the torque control means 4 decreases the drive torque that has raised the pantograph 45. At this time, if the torque is suddenly reduced, the pantograph 45 is greatly lowered, so that the shape for reducing the drive torque is, for example, a ramp shape (see FIG. 17C).

そこで、トルク制御手段4は、S73の後、S75にて駆動トルクがランプ状に減少する形状を決定する。ここでは、シミュレーションや実測結果から減少割合を決めランプ形状を決定しても良い。S77において、トルク制御手段4は、S75で決めた値に従い駆動トルクを減少させ、駆動トルクの変更値がゼロになるまで減少させる(S76とS77との間をループさせる)。駆動トルクの変更値がゼロになれば(S76でYES)、S78にてS01,S02にリターンする。   Therefore, after S73, the torque control means 4 determines a shape in which the drive torque decreases in a ramp shape in S75. Here, the ramp rate may be determined by determining the reduction rate from the simulation or actual measurement result. In S77, the torque control means 4 decreases the drive torque according to the value determined in S75, and decreases it until the change value of the drive torque becomes zero (loops between S76 and S77). If the change value of the drive torque becomes zero (YES in S76), the process returns to S01 and S02 in S78.

図17に、図15で説明した駆動トルクの形状および本発明を適用した第1実施形態の効果を示す。図17において、(a)は横軸が時間、縦軸が路面変動(ゼロは平坦路の場合)、(b)は横軸が時間、縦軸がパンタグラフ45の上下変位量(ゼロは平坦路で勾配無しにおけるパンタグラフの位置)、(c)は横軸が時間、縦軸が駆動トルクの変更量を表す。(a)に示す路面をダンプトラックが走行した場合において、(b)の点線は本発明の離線低減手段2を有しない場合のパンタグラフ45の上下変位量であり、実線は本発明を適応した場合のパンタグラフ45の上下変位量である。また、波線は離線を予知するための離線閾値である。   FIG. 17 shows the shape of the drive torque described in FIG. 15 and the effect of the first embodiment to which the present invention is applied. In FIG. 17, (a) is time on the horizontal axis, road surface fluctuation is on the vertical axis (when zero is a flat road), (b) is time on the horizontal axis, and the vertical displacement of the pantograph 45 is zero (zero is a flat road). The position of the pantograph when there is no gradient), (c), the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the amount of change in drive torque. When the dump truck travels on the road surface shown in (a), the dotted line in (b) is the vertical displacement amount of the pantograph 45 when the separation line reducing means 2 of the present invention is not provided, and the solid line is the case where the present invention is applied. The amount of vertical displacement of the pantograph 45. The wavy line is a separation threshold for predicting separation.

本発明を適用しない場合は、パンタグラフ45の上下変位の絶対値が離線閾値の絶対値を上回る(図17のグラフの場合、パンタグラフ45の上下変位が離線閾値を下回る)ことにより、離線が発生している事が分かる(図17(b)の丸印の部分を参照)。一方、本発明を適用した場合、離線予知手段3により離線を予知し、トルク制御手段4により駆動トルクの変更量とトルク印加形状が決まると、パンタグラフ45の上下変位の平均値がトルク印加前に比べて上昇することで、離線を防いでいることが分かる。   When the present invention is not applied, the absolute value of the vertical displacement of the pantograph 45 exceeds the absolute value of the separation line threshold (in the case of the graph of FIG. 17, the vertical displacement of the pantograph 45 is below the separation line threshold). (See the circled part in FIG. 17B). On the other hand, when the present invention is applied, when the separation line is predicted by the separation line prediction unit 3 and the change amount of the drive torque and the torque application shape are determined by the torque control unit 4, the average value of the vertical displacement of the pantograph 45 is calculated before the torque application. It can be seen that the rise prevents the separation line.

ここで、離線閾値は、架線70がパンタグラフ45に押し上げられる量により決まる。閾値が動的に変化しているのは、架線70が支持点52間隔を周期として変化しているためである。支持点52付近では架線70がつり上げられるので、パンタグラフ45が架線70を押し上げる量が減少する。つまり、離線閾値としては、離線のしやすい方向に増加するため、周期的に閾値が増加している。   Here, the separation line threshold is determined by the amount by which the overhead line 70 is pushed up to the pantograph 45. The reason why the threshold value is dynamically changed is that the overhead line 70 changes with the interval between the support points 52 as a period. Since the overhead line 70 is lifted in the vicinity of the support point 52, the amount by which the pantograph 45 pushes up the overhead line 70 decreases. In other words, the separation threshold increases in a direction in which separation is likely to occur, and thus the threshold periodically increases.

なお、図17では駆動トルクがランプ状に減少する場合における効果を示したが、駆動トルクを一次遅れ形状に減少させる構成としても良い。この場合の効果を、図18に示す。図18に示す通り、駆動トルクを一時遅れ形状に減少させるようにしても、パンタグラフ45の離線を未然に防ぐことができる。しかも、一次遅れ形状の場合、ランプ形状の場合と比べて、離線予知からΔt経過後のパンタグラフ45の上昇を少し抑えることができる。   In addition, although the effect in the case where the drive torque is reduced in a ramp shape is shown in FIG. 17, a configuration in which the drive torque is reduced to a first-order lag shape may be employed. The effect in this case is shown in FIG. As shown in FIG. 18, even if the driving torque is reduced to a temporarily delayed shape, the separation of the pantograph 45 can be prevented in advance. In addition, in the case of the first-order lag shape, the rise of the pantograph 45 after the lapse of Δt from the separation prediction can be suppressed a little compared to the case of the ramp shape.

「第2実施形態」
次に、本発明の第2実施形態について説明する。第2実施形態においては、離線を予知し、その予知結果に基づいて駆動トルクを変更する事で離線を低減し、かつ、駆動トルク変更時の振動を低減できるトロリー式のダンプトラックについて説明する。
“Second Embodiment”
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, a trolley type dump truck that predicts a separation line, reduces the separation line by changing the driving torque based on the prediction result, and can reduce vibration when the driving torque is changed will be described.

本実施形態において、図1や図2に示すシステム構成や離線低減手段2が行う処理の全体フローは、第1実施形態と同様であるため説明を省略する。さらに、第2実施形態では、図3のS04までは第1実施形態と同様の方法が用いられる。よって、第1実施形態と第2実施形態との相違は、図3のS05に係る処理だけである。よって、以下、この相違点について図19を用いて説明し、それ以外の説明については省略する。   In the present embodiment, the system configuration shown in FIG. 1 and FIG. 2 and the overall flow of the processing performed by the separation line reducing unit 2 are the same as those in the first embodiment, and thus description thereof is omitted. Furthermore, in the second embodiment, the same method as in the first embodiment is used up to S04 in FIG. Therefore, the difference between the first embodiment and the second embodiment is only the process related to S05 in FIG. Therefore, this difference will be described below with reference to FIG. 19, and the other description will be omitted.

図19は、第2実施形態における、トルク制御手段が駆動トルクの変更量の印加方法を決める処理を示すフローチャートである。図19に示すように、トルク制御手段4は、S81で駆動トルクの変更量を入力し、S82で例えばステップ状に駆動トルクを増加させる(ステップ増加)。トルク制御手段4は、S83では離線時間の経過を判定し、離線時間を経過していなければ駆動トルクを保持し(S84)、離線時間を経過していればパンタグラフ45の上昇下降に応じた駆動トルクの変更を行う。即ち、S83の判定後、S85において、トルク制御手段4は、第1実施形態と同様に駆動トルクを、例えばランプ状に減少させるための形状を決定する。   FIG. 19 is a flowchart illustrating a process in which the torque control unit determines a method for applying the change amount of the drive torque in the second embodiment. As shown in FIG. 19, the torque control means 4 inputs the amount of change of the drive torque in S81, and increases the drive torque, for example, stepwise (step increase) in S82. The torque control means 4 determines the elapse of the separation time in S83, holds the drive torque if the separation time has not elapsed (S84), and drives according to the rise and fall of the pantograph 45 if the separation time has elapsed. Change the torque. That is, after the determination in S83, in S85, the torque control means 4 determines a shape for reducing the drive torque, for example, in a ramp shape, as in the first embodiment.

駆動トルクをランプ状に減少中にパンタグラフ45が上昇する場合(S87でYES)、このまま駆動トルクを印加すると車体6が過度に上昇しまう。そこで、トルク制御手段4は、S89においてパンタグラフの上昇量に応じて駆動トルクの下限を0[N・m]としてステップ状に減少させる。減少させる割合は、パンタグラフ45の時間変化率に実験的に求めた係数を乗算することで決定しても良い。逆に、パンタグラフ45が下降している場合(S87でNO)は、第1実施形態と同様にランプ状に減少するトルクを印加すればよいので、トルク制御手段4は、S88ではS85で決めたランプ形状に従い駆動トルクを減少させる。最後に、トルク制御手段4は、第1実施形態と同様に、S86で駆動トルクの変更量がゼロになれば、S01,S02にリターンする(S90)。   If the pantograph 45 rises while the drive torque is reduced in a ramp shape (YES in S87), the vehicle body 6 will rise excessively if the drive torque is applied as it is. Therefore, the torque control unit 4 reduces the lower limit of the driving torque to 0 [N · m] in a stepwise manner in S89 according to the amount of increase in the pantograph. The reduction ratio may be determined by multiplying the time change rate of the pantograph 45 by a coefficient obtained experimentally. On the contrary, when the pantograph 45 is descending (NO in S87), it is only necessary to apply a ramp-decreasing torque as in the first embodiment, so the torque control means 4 is determined in S88 in S85. Drive torque is reduced according to the lamp shape. Finally, as in the first embodiment, the torque control means 4 returns to S01 and S02 when the change amount of the drive torque becomes zero in S86 (S90).

図20に、図19で説明した駆動トルクの形状および本発明を適用した第2実施形態の効果を示す。図20において、横軸は全て時間を表し、(a)は縦軸が路面変動、(b)は縦軸がパンタグラフの上下変位量、(c)は縦軸が駆動トルクの変更量を表す。図20(b)の実線で示すパンタグラフ変位を図17(b)の実線で示すパンタグラフ変位と比較すると、図20では過度なパンタグラフ変位の上昇や下降が抑えられている事が分かる。第1実施形態では、路面が上りになっている際に駆動トルクを過度に加えすぎているため、パンタグラフ45の上昇が大きい(図17参照)。   FIG. 20 shows the shape of the driving torque described in FIG. 19 and the effect of the second embodiment to which the present invention is applied. In FIG. 20, the horizontal axis represents time, (a) the vertical axis represents road surface fluctuation, (b) the vertical axis represents the amount of vertical displacement of the pantograph, and (c) the vertical axis represents the drive torque change amount. When the pantograph displacement shown by the solid line in FIG. 20B is compared with the pantograph displacement shown by the solid line in FIG. 17B, it can be seen that excessive rise and fall of the pantograph displacement is suppressed in FIG. In the first embodiment, since the driving torque is excessively applied when the road surface is rising, the pantograph 45 is greatly increased (see FIG. 17).

一方、第2実施形態ではランプ状に駆動トルクを減少させる中で、上り坂(パンタグラフ45が上昇状態)になると駆動トルクの値をステップ状に減少させており、過度なパンタグラフ45の上昇を抑制している。また、路面が下りもしくは平坦路(パンタグラフ45が下降状態)になった場合には、駆動トルクをランプ状に減少させる様にトルクの値を元に戻している。この結果、パンタグラフ45の過度な上昇や下降を抑制する事ができ、架線70やパンタグラフ45の摩耗を低減することができる。   On the other hand, in the second embodiment, while the drive torque is reduced in a ramp shape, the value of the drive torque is decreased in a step shape when going uphill (pantograph 45 is in an up state), and an excessive increase in pantograph 45 is suppressed. doing. When the road surface is down or flat (the pantograph 45 is in a lowered state), the torque value is returned to the original value so that the driving torque is reduced in a ramp shape. As a result, excessive rise and fall of the pantograph 45 can be suppressed, and wear of the overhead wire 70 and the pantograph 45 can be reduced.

以上説明したように、第1実施形態および第2実施形態に係るダンプトラックは、パンタグラフ45の離線を予知し、離線が発生すると判定すれば、車体6の前方が起き上がるように駆動装置5の駆動トルクを制御している。これにより、パンタグラフ45の高さ位置が上昇するため、パンタグラフ45が架線70から路面の垂直方向に対して離線するのを未然に防ぐことができる。   As described above, the dump truck according to the first embodiment and the second embodiment predicts the separation of the pantograph 45 and drives the drive device 5 so that the front of the vehicle body 6 rises if it is determined that the separation occurs. Torque is controlled. Thereby, since the height position of the pantograph 45 rises, it is possible to prevent the pantograph 45 from being separated from the overhead line 70 in the direction perpendicular to the road surface.

また、離線が発生すると、架線70からの電力供給が一度断たれることで、インバータ34,35の平滑コンデンサの電荷が消費され、その後に再度、架線70とパンタグラフ45とが接触することで、平滑コンデンサに対して高電圧がかかり、ラッシュカレント(突入電流)によってモータ36,37、インバータ34,35等の駆動装置5がダメージを受ける可能性がある。ところが、第1実施形態および第2実施形態に係るダンプトラックによれば、パンタグラフ45の離線を防ぐことで、駆動装置5に対するダメージを防止することができる。   Further, when the disconnection occurs, the power supply from the overhead line 70 is cut off once, so that the charges of the smoothing capacitors of the inverters 34 and 35 are consumed, and then the overhead line 70 and the pantograph 45 come into contact again. A high voltage is applied to the smoothing capacitor, and the drive devices 5 such as the motors 36 and 37 and the inverters 34 and 35 may be damaged by the rush current. However, according to the dump truck according to the first and second embodiments, damage to the drive device 5 can be prevented by preventing the pantograph 45 from being separated.

なお、上述した実施形態は、本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をそれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。当業者は、本発明の要旨を逸脱することなしに、他の様々な態様で本発明を実施することができる。例えば、図示しないが、車体6の傾斜角度を検出する傾斜角センサなどの情報も考慮してトルク指令を出力するようにしても良い。   In addition, embodiment mentioned above is an illustration for description of this invention, and is not the meaning which limits the scope of the present invention only to those embodiment. Those skilled in the art can implement the present invention in various other modes without departing from the gist of the present invention. For example, although not shown, the torque command may be output in consideration of information such as an inclination angle sensor for detecting the inclination angle of the vehicle body 6.

1…車両・架線状態検出手段
2…離線低減手段
3…離線予知手段(離線判定部)
4…トルク制御手段(トルク制御部)
5…駆動装置
6…車体(車両本体)
7…基準トルク
11…車両制御装置
21…角速度センサ
27…加速度センサ
34,35…インバータ(駆動装置)
36,37…モータ(駆動装置)
45…パンタグラフ
70…架線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vehicle and overhead wire state detection means 2 ... Disconnection reduction means 3 ... Disconnection prediction means (separation determination part)
4 ... Torque control means (torque controller)
5 ... Drive device 6 ... Body (vehicle body)
7 ... Reference torque 11 ... Vehicle control device 21 ... Angular velocity sensor 27 ... Acceleration sensor 34, 35 ... Inverter (drive device)
36, 37 ... Motor (drive device)
45 ... Pantograph 70 ... Overhead

Claims (15)

路面を走行する車両本体と、この車両本体に取り付けられるパンタグラフと、架線から前記パンタグラフを介して供給される電力で前記車両本体を駆動する駆動装置と、この駆動装置の作動を制御する車両制御装置と、を備え、
前記車両制御装置は、前記車両本体および前記架線の状態に関する情報を基に、前記パンタグラフが前記架線から路面の垂直方向に離線するか否かを事前に判定する離線判定部と、この離線判定部により前記パンタグラフの離線が事前に判定されると、前記パンタグラフの高さ位置が上昇する方向に前記駆動装置の駆動トルクを制御するトルク制御部と、を含むことを特徴とする電気駆動車両。
A vehicle main body that travels on a road surface, a pantograph attached to the vehicle main body, a drive device that drives the vehicle main body with electric power supplied from an overhead line via the pantograph, and a vehicle control device that controls the operation of the drive device And comprising
The vehicle control device includes, based on information on the vehicle main body and the state of the overhead line, a separation line determination unit that determines in advance whether or not the pantograph is separated from the overhead line in the vertical direction of the road surface, and the separation line determination unit An electric drive vehicle comprising: a torque control unit that controls a drive torque of the drive device in a direction in which a height position of the pantograph rises when a separation line of the pantograph is determined in advance.
請求項1において、
前記離線判定部は、前記情報を基に前記パンタグラフの未来の上下変位量および前記パンタグラフの離線を判定するための閾値を算出し、算出された前記パンタグラフの未来の上下変位量と前記閾値とから前記パンタグラフが離線するか否かを事前に判定することを特徴とする電気駆動車両。
In claim 1,
The separation line determination unit calculates a future vertical displacement amount of the pantograph and a threshold value for determining the pantograph separation line based on the information, and calculates the future vertical displacement amount of the pantograph and the threshold value. An electric drive vehicle characterized by determining in advance whether or not the pantograph is separated.
請求項2において、
前記離線判定部は、前記情報に基づいて前記車両本体のピッチング角を算出すると共に、前記ピッチング角を用いて前記パンタグラフの現在の上下変位量を算出し、前記パンタグラフの現在の上下変位量から前記パンタグラフが上昇から下降する際の第1頂点を検出し、前記第1頂点以後に前記パンタグラフが下降から上昇する際の第2頂点を前記第1頂点以後の前記パンタグラフの上下変位の時間変化量から求めることで、前記パンタグラフの未来の上下変位量を算出することを特徴とする電気駆動車両。
In claim 2,
The separation line determination unit calculates a pitching angle of the vehicle body based on the information, calculates a current vertical displacement amount of the pantograph using the pitching angle, and calculates the current vertical displacement amount of the pantograph from the current vertical displacement amount A first vertex when the pantograph descends from the rise is detected, and a second vertex when the pantograph rises from the fall after the first vertex is determined from a time change amount of the vertical displacement of the pantograph after the first vertex. An electric drive vehicle characterized by calculating a future vertical displacement amount of the pantograph by obtaining.
請求項3において、
前記離線判定部は、前記パンタグラフの前記第1頂点を検出した時間から予め定めた周期の1/12の時間経過後の前記パンタグラフの第1上下変位量と、前記パンタグラフの第1上下変位量から前記予め定めた周期のさらに1/12の時間経過後の前記パンタグラフの第2上下変位量とから、前記パンタグラフの上下変位量の傾きを算出し、前記傾きに前記予め定めた周期の1/3の時間を乗算して得た乗算結果を前記第2上下変位量に加算することにより、前記第2頂点を算出することを特徴とする電気駆動車両。
In claim 3,
The separation line determination unit is configured to calculate a first vertical displacement amount of the pantograph and a first vertical displacement amount of the pantograph after a lapse of 1/12 of a predetermined period from the time when the first vertex of the pantograph is detected. An inclination of the vertical displacement amount of the pantograph is calculated from the second vertical displacement amount of the pantograph after a lapse of 1/12 of the predetermined period, and the inclination is 1/3 of the predetermined period. The second vertex is calculated by adding the multiplication result obtained by multiplying the time to the second vertical displacement amount.
請求項4において、
前記離線判定部は、前記予め定めた周期として、前記車両本体のピッチング運動が最も大きくなる周波数から算出される周期を用いて演算することを特徴とする電気駆動車両。
In claim 4,
The electrically driven vehicle is characterized in that the separation line determination unit performs a calculation using a period calculated from a frequency at which the pitching motion of the vehicle body is the largest as the predetermined period.
請求項3において、
前記離線判定部は、前記情報としての、前記車両本体に設置された角速度センサからの入力情報に基づいて、前記車両本体のピッチング角を算出することを特徴とする電気駆動車両。
In claim 3,
The electrically driven vehicle, wherein the separation line determination unit calculates a pitching angle of the vehicle body based on input information from an angular velocity sensor installed in the vehicle body as the information.
請求項3において、
前記離線判定部は、前記情報としての、前記車両本体の前後に設けられた加速度センサからの入力情報に基づいて、前記車両本体のピッチング角を算出することを特徴とする電気駆動車両。
In claim 3,
The electrically driven vehicle, wherein the separation line determination unit calculates a pitching angle of the vehicle body based on input information from an acceleration sensor provided before and after the vehicle body as the information.
請求項3において、
前記離線判定部は、前記情報としての、前記架線をバネとしてモデル化した際のバネ定数の情報を用い、前記車両本体と前記架線との位置関係から前記バネ定数を動的に変化させ、前記バネ定数を前記パンタグラフの押し上げ力で除算することで、前記閾値を算出することを特徴とする電気駆動車両。
In claim 3,
The separation line determination unit uses information on a spring constant when the overhead line is modeled as a spring as the information, dynamically changes the spring constant from a positional relationship between the vehicle body and the overhead line, and An electric drive vehicle characterized in that the threshold value is calculated by dividing a spring constant by a pushing force of the pantograph.
請求項3において、
前記離線判定部は、前記パンタグラフの未来の上下変位量の絶対値が前記閾値の絶対値を上回ることで離線することを事前に判定すると共に、前記パンタグラフが離線すると判定された場合に、当該判定の時点から前記パンタグラフの離線が発生するまでの時間である離線時間と、前記パンタグラフの離線が発生する際の路面の垂直方向における前記パンタグラフと前記架線との間の距離である離線距離とを算出して前記トルク制御部に出力することを特徴とする電気駆動車両。
In claim 3,
The separation line determination unit determines in advance that the absolute value of a future vertical displacement amount of the pantograph exceeds the absolute value of the threshold value, and the determination is performed when it is determined that the pantograph is disconnected. A separation time that is a time from the point of time until the pantograph separation occurs, and a separation distance that is a distance between the pantograph and the overhead line in the vertical direction of the road surface when the pantograph separation occurs are calculated. And output to the torque control unit.
請求項9において、
前記離線時間は、前記パンタグラフが離線すると判定された時点から前記パンタグラフが前記第2頂点まで変位するのに要する時間として算出され、
前記離線距離は、前記パンタグラフの前記第2頂点における上下変位量の絶対値から前記閾値の絶対値を減算した値として算出されることを特徴とする電気駆動車両。
In claim 9,
The derailment time is calculated as the time required for the pantograph to move to the second vertex from the time when the pantograph is determined to be decoupled,
The electrically driven vehicle is characterized in that the separation line distance is calculated as a value obtained by subtracting the absolute value of the threshold value from the absolute value of the vertical displacement at the second vertex of the pantograph.
請求項2において、
前記離線判定部は、前記情報としての、前記車両本体の位置情報および過去の前記パンタグラフの上下変位量の情報を入力として、前記車両本体が現在以後に走行する経路の前記パンタグラフの上下変位量のデータを抽出し、当該抽出されたデータに基づいて前記パンタグラフの未来の上下変位量を算出することを特徴とする電気駆動車両。
In claim 2,
The separation line determination unit receives the position information of the vehicle main body and information on the vertical displacement of the pantograph in the past as the information, and determines the amount of vertical displacement of the pantograph on the path on which the vehicle main body travels after the present. An electric drive vehicle characterized by extracting data and calculating a future vertical displacement amount of the pantograph based on the extracted data.
請求項1において、
前記トルク制御部は、前記離線判定部の判定結果に基づいて前記駆動トルクの変更量を算出し、前記駆動トルクの変更量の算出結果に基づいて前記駆動トルクの出力方法を決定し、前記出力方法に従って前記駆動装置に対する駆動トルクを制御することを特徴とする電気駆動車両。
In claim 1,
The torque control unit calculates a change amount of the drive torque based on a determination result of the separation line determination unit, determines an output method of the drive torque based on a calculation result of the change amount of the drive torque, and outputs the output An electrically driven vehicle, wherein a drive torque for the drive device is controlled according to a method.
請求項12において、
前記離線判定部は、前記パンタグラフの離線が発生する際の路面の垂直方向における前記パンタグラフと前記架線との間の距離である離線距離と、前記パンタグラフが離線すると判定された時点から前記パンタグラフの離線が発生するまでの時間である離線時間とを算出し、
前記トルク制御部は、前記離線距離を前記離線時間の2乗で除算した値に比例する値となるよう前記駆動トルクの変更量を算出することを特徴とする電気駆動車両。
In claim 12,
The separation line determination unit includes a separation line distance that is a distance between the pantograph and the overhead line in a vertical direction of a road surface when the separation line of the pantograph is generated, and a separation line of the pantograph from a point when it is determined that the pantograph is separated. Calculate the derailment time, which is the time until the occurrence of
The electric drive vehicle, wherein the torque control unit calculates a change amount of the drive torque so as to be a value proportional to a value obtained by dividing the separation distance by the square of the separation time.
請求項12において、
前記離線判定部は、前記パンタグラフが離線すると判定された時点から前記パンタグラフの離線が発生するまでの時間である離線時間を算出し、
前記トルク制御部は、算出された前記駆動トルクの変更量をステップ状に増加させ、前記離線時間以内の場合は前記駆動トルクを一定値に保持し、前記離線時間経過後はランプ状に減少させるように前記駆動トルクの出力方法を決定することを特徴とする電気駆動車両。
In claim 12,
The separation line determination unit calculates a separation line time which is a time from when it is determined that the pantograph is separated from the time when the separation line of the pantograph occurs.
The torque control unit increases the calculated change amount of the driving torque stepwise, maintains the driving torque at a constant value within the separation time, and decreases the ramp after the separation time has elapsed. Thus, the method for outputting the driving torque is determined as described above.
請求項12において、
前記離線判定部は、前記パンタグラフが離線すると判定された時点から前記パンタグラフの離線が発生するまでの時間である離線時間を算出し、
前記トルク制御部は、算出された前記駆動トルク変更量をステップ状に増加させ、前記離線時間以内の場合は前記駆動トルクを一定値に保持し、前記離線時間経過後はランプ状に前記駆動トルクを減少させるとともに、前記パンタグラフが上昇する場合には前記パンタグラフの上昇量に基づいて前記駆動トルクを零を下限として減少させ、前記パンタグラフが下降する場合には前記ランプ状に前記駆動トルクを減少させるように前記駆動トルクの出力方法を決定することを特徴とする電気駆動車両。
In claim 12,
The separation line determination unit calculates a separation line time which is a time from when it is determined that the pantograph is separated from the time when the separation line of the pantograph occurs.
The torque control unit increases the calculated change amount of the drive torque in a stepwise manner, holds the drive torque at a constant value within the separation time, and ramps the drive after the separation time has elapsed. While reducing the torque, when the pantograph rises, the drive torque is reduced based on the amount of rise of the pantograph with zero as a lower limit, and when the pantograph is lowered, the drive torque is reduced in a ramp shape An electric drive vehicle characterized by determining a drive torque output method.
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