DE112012002143T5 - Elektrisch angetriebener Kipp-Lastwagen - Google Patents

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Shinjiro SAITO
Kichio Nakajima
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Abstract

Eine Fahrzeug-Steuervorrichtung (15), eine Steuerung (100), eine Wechselrichter-Steuervorrichtung (30) und eine Lenk-Steuervorrichtung (32) bilden eine Steuervorrichtung (200), welche das Anheben von Schleifern (4Ra und 4La) von Stromabnehmern (4R und 4L) aufgrund von Informationen steuert, welche von einer Fahrdraht-Detektionsvorrichtung (Kamera) (15) detektiert wurden. Die Steuervorrichtung (200) berechnet eine räumliche Beziehung zwischen einem Schleifer und einem Fahrdraht (3R/3L) aufgrund der von der Fahrdraht-Detektionsvorrichtung detektierten Information. Wenn der Schleifer sich aus einem vorgegebenen Bereich für den Kontakt mit dem Fahrdraht hinaus bewegt hat, führt die Steuervorrichtung eine Steuerung derart aus, dass der Vorgang des Anhebens der Schleifer und/oder des Absenkens der Schleifer, falls die Schleifer bereits angehoben sind, vermieden wird. Durch diese Konfiguration kann ein elektrisch angetriebener Kipp-Lastwagen bereitgestellt werden, der die Arbeitsbelastung des Fahrers während des Oberleitungsfahrens verringert.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrisch angetriebenen Kipp-Lastwagen. Insbesondere betrifft sie einen elektrisch angetriebenen Kipp-Lastwagen, welcher zum Fahren elektrische Leistung aus Fahrdrähten verwendet.
  • Technischer Hintergrund
  • Einige Typen von Kipp-Lastwagen, die in Minen fahren, sind als der Serien-Hybridtyp bekannt. Solche Kipp-Lastwagen vom Serien-Hybridtyp erzeugen elektrische Leistung mit einem Generator, der von dem Motor angetrieben wird, und führen die elektrische Leistung Hinterradmotoren zum Antreiben der Hinterräder zu. Durch die Ausnutzung der elektrischen Konfiguration des Serien-Hybridtyps wurde eine auf dem Oberleitungssystem basierende Fahrtechnologie entwickelt. In der Oberleitungs-basierten Fahrtechnologie werden normalerweise für elektrische Züge verwendete Oberleitungen in vorgegebenen Anstiegsabschnitten angeordnet. In den Anstiegsabschnitten mit Fahrdrähten fährt ein mit Stromabnehmern (die auf dem Fahrzeugkörper so angeordnet sind, dass sie hinauf- und hinuntergefahren werden können) ausgestattetes Fahrzeug nicht unter Nutzung der von dem Motor und Generator bereitgestellten elektrischen Leistung, sondern unter Verwendung der von den Fahrdrähten durch Anheben von Gleitern der Stromabnehmer bis zum Kontakt mit den Fahrdrähten abgegriffenen elektrischer Leistung (im Folgenden als „Oberleitungs-Fahren” bezeichnet). Ein Beispiel für die Oberleitungs-basierte Fahrtechnologie wurde beispielsweise in der Patentliteratur 1 beschrieben. In diesem Fall kann ein Abfallen der Fahrgeschwindigkeit in den Anstiegsabschnitten (die mit den das Oberleitungs-Fahren ermöglichenden Fahrdrähten ausgestattet sind) vermieden werden, da die von den Fahrdrähten bereitgestellte elektrische Leistung größer als die mit der Motorkraft erzeugte elektrische Leistung ist.
  • Unterdessen existiert eine herkömmliche Technologie zur Spurdetektion (für das Fahren des Fahrzeugs) und zum Steuern des Fahrzeugs derart, dass ein Abweichen von der Spur aufgrund des Ergebnisses der Detektion vermieden wird, wie dies in Patentliteratur 2 beschrieben ist. Diese Technologie gehört zur Fahrtechnologie von Automobilen. Bilder der Straßenoberfläche werden mit einer Kamera oder Ähnlichem aufgenommen und Spurmarkierungen (weiße Linien, Botts-Punkte etc.), welche der Spur entsprechen, werden durch Bildverarbeitung aus dem Bild extrahiert. Die Steuerung des Fahrzeugs wird durch eine Anpassung der Lenkung und der Antriebs-/Bremskraft durchgeführt, so dass das Fahrzeug zwischen den extrahierten Spurmarkierungen fährt. Imaginäre Abstands-Spurmarkierungen werden in einem vorgegebenen Abstand innerhalb der Spurmarkierungen (die als Spur beurteilte Fläche) ausschließlich in vorgegebenen Abschnitten eingestellt und ein Steuerwert wird erhöht, wenn das Fahrzeug nach außen von der Spurmarkierung abweicht.
  • Literatur zum Stand der Technik
  • Patentliteratur
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Von der Erfindung zu lösendes Problem
  • In der Oberleitungs-basierten Fahrtechnologie wie derjenigen, die in Patentliteratur 1 beschrieben ist, beurteilt der Fahrer des Fahrzeugs (Kipp-Lastwagen), ob das Fahrzeug in einen Abschnitt zum Oberleitungs-Fahren eingefahren ist. Wenn das Fahrzeug in einen Abschnitt zum Oberleitungs-Fahren eingetreten ist und der Fahrer, welcher die Positionsbeziehung zwischen den Gleitern und den Fahrdrähten sieht, erkennt, dass die Schleifer in Kontakt mit den Fahrdrähten treten können, betätigt einen Schalter (beispielsweise einen Startknopf für das Oberleitungs-Fahren), durch welchen das Oberleitungs-Fahren gestartet wird. Während des Oberleitungs-Fahrens überprüft der Fahrer visuell die Verschiebung des Fahrzeugs bezogen auf die Fahrdrähte und führt den Lenkvorgang so aus, dass die Mittelpositionen der Schleifer in Querrichtung nicht weit von den Fahrdrähten abweichen. Der Zeitpunkt für das Ende des Oberleitungs-Fahren wird auch von dem Fahrer beurteilt. Das Oberleitungsfahren endet, sobald der Fahrer beispielsweise einen Knopf drückt.
  • Während des Oberleitungs-Fahrens werden die Schleifer in Kontakt mit den Fahrdrähten gehalten, indem die Schleifer mittels Auslenk-Vorrichtungen wie hydraulische Kolbenvorrichtungen, gegen die Fahrdrähte gepresst werden. Wenn das Fahrzeug daher bezogen auf die Fahrdrähte weit verschoben ist und sich der Schleifer von dem Fahrdraht löst, fällt der Schleifer in einen extrem unstabilen Zustand. Der Stromabnehmer und ein Trägerelement etc. des Fahrdrahts werden beschädigt. Daher muss der Fahrer während des Oberleitungs-Fahrens besonders darauf achten, dass die Mittelpositionen der Schleifer in Querrichtung nicht weit von den Fahrdrähten abweichen.
  • Solche auf visueller Überwachung basierende Vorgänge belasten den Fahrer während des Oberleitungs-Fahrens stark.
  • Die in der Patentliteratur 2 beschriebene Fahrsteuerungs-Technologie kann das Fahrzeug (Automobil) so steuern, dass ein Abweichen des Fahrzeugs von der Spur vermieden wird. Die Spurmarkierungen auf gewöhnlichen Straßen (wie die in Patentliteratur 2 beschriebenen) existieren jedoch auf Straßenoberflächen in Minen, in denen Kipp-Lastwagen fahren, nicht. Ferner ändert sich der Zustand der Straßenoberfläche stündlich und es ist schwierig, mittels eines Sensors (beispielsweise Radar) und Bildverarbeitung nach der herkömmlichen Technologie einen zum Fahren geeigneten Bereich auf der Straßenoberfläche zu detektieren.
  • Es ist daher das vorrangige Ziel der vorliegenden Erfindung, einen elektrisch angetriebenen Kipp-Lastwagen bereit zu stellen, der die Arbeitsbelastung des Fahrers während des Oberleitungs-Fahrens verringern kann.
  • Mittel zum Lösen des Problems
  • Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, stellt eine in Anspruch 1 beschriebene Erfindung einen elektrisch betriebenen Kipp-Lastwagen bereit, welcher einen Schleifer eines auf einem Fahrzeugkörper vorgesehenen und hinauf- und hinunterbewegbaren Stromabnehmers anhebt, den Schleifer in Kontakt mit dem entlang einer Spur angeordneten Fahrdraht bringt und mittels der elektrischen Leistung aus dem Fahrdraht fährt, umfassend: eine Fahrdraht-Detektionsvorrichtung, die an dem Fahrzeugkörper vorgesehen ist und den Fahrdraht von unten detektiert, wenn der Kipp-Lastwagen fährt; und eine Steuervorrichtung, welche das Anheben des Schleifers des Stromabnehmers aufgrund der von der Fahrdraht-Detektionsvorrichtung detektierten Information steuert.
  • In dem wie oben aufgebauten elektrisch angetriebenen Kipp-Lastwagen wird der Fahrdraht von unten mittels der Fahrdraht-Detektionsvorrichtung detektiert und daher gibt es im Vergleich zu der herkömmlichen Technologie zur Detektion von Spurmarkierungen etc. durch Aufnahme von Bildern der Bodenfläche weniger Faktoren, die zu Detektionsfehlern führen könnten. Daher kann die Genauigkeit der Fahrdraht-Detektion verbessert werden. Durch die Steuerung des Anhebens des Schleifers des Stromabnehmers auf der Grundlage der von der Fahrdraht-Detektionsvorrichtung detektierten Information können Gegenmaßnahmen (Verhindern des Anhebe-Vorgangs des Schleifers, Absenken des Schleifers, wenn der Schleifer angehoben wurde, etc.) selbst dann getroffen werden, wenn die Mittelposition des Schleifers des fahrenden Fahrzeugs sich in der Querrichtung weit vom Fahrdraht verschoben hat. Entsprechend kann die Arbeitsbelastung des Fahrers während des Oberleitungs-Fahrens beträchtlich verringert werden.
  • In einer in Anspruch 2 beschriebenen Erfindung berechnet in einem elektrisch angetriebenen Kipp-Lastwagen gemäß Anspruch 1 die Steuervorrichtung eine räumliche Beziehung zwischen dem Schleifer und dem Fahrdraht aufgrund der von der Fahrdraht-Detektionsvorrichtung detektierten Information. Wenn der Schleifer sich außerhalb eines vorgegebenen Bereichs für den Kontakt mit dem Fahrdraht bewegt hat, führt die Steuervorrichtung eine Steuerung derart aus, dass ein Anhebe-Vorgang des Schleifers vermieden wird oder der Schleifer heruntergefahren wird, wenn der Schleifer bereits hochgefahren ist.
  • Durch diesen Aufbau kann die Arbeitsbelastung des Fahrers zum Hochfahren und Herunterfahren des Schleifers während des Oberleitungsfahrens beträchtlich verringert werden.
  • In einer Erfindung wie sie in Anspruch 3 beschrieben ist, berechnet in dem elektrisch angetriebenen Kipp-Lastwagen gemäß Anspruch 1 die Steuervorrichtung eine räumlich Beziehung zwischen dem Schleifer und dem Fahrdraht aufgrund der von der Fahrdraht-Detektionsvorrichtung detektierten Information. Wenn der Schleifer sich innerhalb des vorgegebenen Bereichs für den Kontakt mit dem Fahrdraht befindet, führt die Steuervorrichtung eine Steuerung so aus, dass ein Anhebe-Vorgang des Schleifers ermöglicht wird oder der Schleifer angehoben wird, wenn er heruntergefahren ist.
  • Durch diesen Aufbau kann die Arbeitsbelastung des Fahrers zum Anheben und Herunterfahrens des Schleifers während des Oberleitungs-Fahrens beträchtlich verringert werden.
  • In einer Erfindung wie sie in Anspruch 4 beschrieben ist, berechnet die Steuervorrichtung in dem elektrisch angetriebenen Kipp-Lastwagen nach einem der Ansprüche 1–3 einen repräsentativen Punkt des Fahrzeugkörpers und zumindest einen auf dem Fahrdraht angeordneten Zielpunkt aufgrund der von der Fahrdraht-Detektionsvorrichtung detektierten Information, berechnet eine Abweichung zwischen dem repräsentativen Punkt und dem Zielpunkt und gibt eine Warnung aus, dass der Fahrzeugkörper sich von der Spur entfernen könnte, wenn der Betrag der Abweichung größer als ein Schwellenwert ist.
  • Durch diesen Aufbau wird es möglich, den Fahrer zum Korrigieren der Lenkung zu drangen.
  • In einer Erfindung wie sie in Anspruch 5 beschrieben ist, umfasst die Fahrdraht-Detektionsvorrichtung in dem elektrisch Kipp-Lastwagen nach einem der Ansprüche 1–4: eine Kamera, die auf dem Fahrzeugkörper vorgesehen ist und kontinuierlich Bilder des Fahrdrahts aufnimmt, wenn der Kipp-Lastwagen fährt; und eine Beleuchtungsvorrichtung, die auf dem Fahrzeugkörper vorgesehen ist und den Fahrdraht beleuchtet.
  • Selbst wenn als die Fahrdraht-Detektionsvorrichtung wie oben beschrieben eine Kamera verwendet wird, kann durch die Beleuchtung des Fahrdrahts mit der Beleuchtungsvorrichtung ein hoher Kontrast zwischen dem Himmel und dem Fahrdraht aufrecht erhalten werden. Entsprechend kann die Schleifer-Anhebungssteuerung mit hoher Genauigkeit nicht nur tagsüber bei gutem Wetter ausgeführt werden, sondern auch unter Bedingungen, in welchen ein solch hoher Kontrast zwischen dem Himmel und dem Fahrdraht nicht erreicht werden kann (Abend, Nacht, Regenwetter etc.).
  • Wirkung der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Fahrdraht von unten mittels der Fahrdraht-Detektionsvorrichtung detektiert und im Vergleich zu herkömmlichen Techniken zur Detektion von Spurmarkierungen etc. durch die Aufnahme von Bildern der Bodenfläche gibt es weniger Faktoren, die zu Detektionsfehlern führen könnten. Daher wird die Genauigkeit der Fahrdraht-Detektionsvorrichtung verbessert. Durch Steuerung des Anhebens des Schleifers des Stromabnehmers auf der Grundlage der von der Fahrdraht-Detektionsvorrichtung detektierten Information können Gegenmaßnahmen (Vermeiden des Anhebe-Vorgangs des Schleifers, Absenken des Schleifers, wenn der Schleifer bereits hochgehoben wurde etc.) getroffen werden, selbst wenn die Mittelposition des Schleifers des fahrenden Fahrzeugs sich in Querrichtung weit von dem Fahrdraht fortbewegt hat. Daher kann die Arbeitsbelastung des Fahrers während des Oberleitungs-Fahrens beträchtlich verringert werden.
  • Kurze Beschreibung der Figuren
  • 1 ist eine Seitenansicht, welche eine Außenansicht des elektrisch angetriebenen Kipp-Lastwagens gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 2 ist eine Rückansicht, welche die äußere Erscheinung des Kipplastwagens zeigt.
  • 3 ist ein schematisches Blockdiagramm, welches ein Antriebssystem des elektrisch angetriebenen Kipp-Lastwagens in diesem Ausführungsbeispiel zeigt.
  • 4 ist ein schematisches Diagramm, welches den Aufbau des Stromabnehmens zum Abgreifen von elektrischer Leistung aus Fahrdrähten zeigt.
  • 5 ist ein schematisches Diagramm, welches ein Steuersystem zeigt, welches aus einer Lenk-Steuervorrichtung und einer Lenkvorrichtung aufgebaut ist.
  • 6 ist ein Blockdiagramm, welches eine Funktion der Lenk-Steuervorrichtung zur Berechnung eines Lenk-Dreh-Moment-Steuerwerts zeigt.
  • 7 ist ein Blockdiagramm zur Erläuterung einer Funktion einer Fahrzeuggeschwindigkeits-Steuereinheit einer Steuerung.
  • 8 ist ein Blockdiagramm, welches die Details einer Funktion einer Giermoment-Steuereinheit der Steuerung zeigt.
  • 9 ist ein Graph, der die Wirkung eines Verfahrens zeigt, welches einen Giermoment-Korrekturwert aufgrund einer Antriebskraftdifferenz für die Gesamtantriebskraft der Motoren implementiert, wenn das Fahrzeug mit seiner hundertprozentigen Motorantriebskraft fährt.
  • 10 ist ein schematisches Diagramm, welches ein Beispiel eines Verfahrens zur Berechnung von Motordrehmoment-Befehlswerten zeigt.
  • 11 ist ein schematisches Diagramm, welches den Aufbau einer Fahrzeug-Steuervorrichtung und einer Eingabe-Ausgabe-Beziehung zwischen der Fahrzeug-Steuervorrichtung und der Steuerung zeigt.
  • 12 ist ein schematisches Diagramm, welches eine räumliche Beziehung zwischen dem Fahrzeug und einem Bilderfassungsbereich einer Kamera von der Seite des Fahrzeugs aus betrachtet, zeigt.
  • 13 ist ein schematisches Diagramm, welches die räumliche Beziehung zwischen dem Fahrzeug und dem Bilderfassungsbereich der Kamera betrachtet von oben (von oberhalb des Fahrzeugs) zeigt.
  • 14 ist ein schematisches Diagramm, welches ein von der Kamera aufgenommenes Bild zeigt.
  • 15 ist ein schematisches Diagramm, welches einen für das aufgenommene Bild ausgeführten Prozess (Kantenextraktion) zeigt.
  • 16 ist ein schematisches Diagramm, welches einen für das aufgenommene Bild durchgeführten Prozess (Mittellinienextraktion) zeigt.
  • 17 ist ein schematisches Diagramm, welches ein Kamerabild zeigt, das aufgenommen wurde, wenn das Fahrzeug bezogen auf die Fahrdrähte nach links verschoben wurde.
  • 18 ist ein schematisches Diagramm, welches ein Kamerabild zeigt, das aufgenommen wurde, wenn das Fahrzeug schräg zu den Fahrdrähten fährt.
  • 19 ist ein schematisches Diagramm, welches einen Fahrdraht-Detektionsbereich und ein Koordinatensystem zeigt, wenn die räumliche Beziehung zwischen den Fahrdrähten und den Schleifern von oben betrachtet wird.
  • 20 ist ein Blockdiagramm, welches Details einer Funktion einer Fahrzeug-Zustandsgrößen-Steuereinheit zeigt (ein Beispiel eines Verfahrens zur Berechnung eines Giermoment-Korrekturwerts entsprechend der Position eines Zielpunkts.
  • 21 ist ein Flussdiagramm, welches einen Prozessablauf von einer Aufwärtsaufnahme mit der Kamera bis zur Steuerungsausgabe nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 22 ist ein schematisches Diagramm ähnlich zu 19, wobei die räumliche Beziehung zwischen den Fahrdrähten und den Schleifern von oben betrachtet wird und ein erster Stellenwert angezeigt ist.
  • 23 ist ein schematisches Diagramm, welches ein Beispiel eines Verfahrens zur Berechnung des Giermoment-Korrekturwerts entsprechend der Position des Zielpunkts zeigt.
  • 24 ist ein schematisches Diagramm ähnlich zu 19 und 22, wobei die räumliche Beziehung zwischen den Fahrdrähten und den Schleifern von oben betrachtet wird, und ein Bild gezeigt wird, in welchem erste und zweite Schwellenwerte eingestellt sind.
  • 25 ist ein Flussdiagramm, welches ein anderes Beispiel eines Fahrdraht-Nachverfolgungs-Steuerungsschritts aus dem Flussdiagramm aus 21 zeigt.
  • 26 ist ein schematisches Diagramm, welches ein Beispiel für ein Verfahren zur Berechnung eines Ziel-Fahrzeuggeschwindigkeit-Korrekturwerts (zur Korrektur der Ziel-Fahrzeuggeschwindigkeit auf der abnehmenden Seite) abhängig von der Position des Zielpunkts beschreibt.
  • 27 ist ein schematisches Diagramm, welches ein Beispiel zur Berechnung des Ziel-Fahrzeuggeschwindigkeits-Korrekturbildwerts (zur Korrektur der Ziel-Fahrzeuggeschwindigkeit auf der ansteigenden Seite) abhängig von der Position des Zielpunkts zeigt.
  • 28 ist ein schematisches Diagramm ähnlich zu 1, welches ein Verfahren zum Erzeugen eines Motordrehmoments gemäß dem Ziel-Fahrzeuggeschwindigkeits-Korrekturwert zeigt.
  • 29 ist ein schematisches Diagramm, welches einen Hysterese-Prozess zeigt, der anstelle eines Gegenprozesses durchgeführt werden kann, um ein Nacheilen der Beurteilung zu verhindern.
  • 30 ist ein schematisches Diagramm ähnlich zu 12, welches ein Beispiel zeigt, in welchem die Aufnahmerichtung der Kamera nach vorne verschoben ist.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • Nun bezugnehmend auf die Figuren wird detailliert ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Aufbau des Fahrzeugs – Kipp-Lastwagen
  • 1 ist eine Seitenansicht, welche die äußere Erscheinung eines elektrisch angetriebenen Kipp-Lastwagens gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt. In 3 umfasst der Kipp-Lastwagen einen Fahrzeugkörper 1, eine Mulde 2 zum Transportieren von Erde, Sand etc., linke und rechte Stromabnehmer 4R und 4L zum Abgreifen von elektrischer Leistung und rechte und linke Hinterräder (Reifen) 5R und 5L, die von der von Stromabnehmern 4R und 4L abgegriffenen elektrischen Leistung angetrieben werden. Die linken und rechten Stromabnehmer 4R und 4L sind mit Schleifern 4Ra und 4La ausgestattet, die nach oben und unten bewegt werden können, um die elektrische Leistung von 2 (rechten und linken) Fahrdrähten 3R und 3L zu empfangen. Einer der Fahrdrähte 3R und 3L ist eine Hochspannungsleistung und der andere ist geerdet. Die Stromabnehmer 4R und 4L sind auf einem vorderen Teil des Fahrzeugkörpers 1 vorgesehen. Der Kipp-Lastwagen ist mit einer Fahrdraht-Detektionsvorrichtung 15 ausgestattet, die auf dem vorderen Teil des Fahrzeugkörpers montiert ist. Die Fahrdraht-Detektionsvorrichtung detektiert kontinuierlich die Fahrdrähte 3R und 3L vor dem Kipp-Lastwagen, während der Kipp-Lastwagen fährt. Die Fahrdraht-Detektionsvorrichtung ist eine gemäß der vorliegenden Erfindung neu auf dem Kipp-Lastwagen montierte Vorrichtung. Während in dem dargestellten Beispiel die Fahrdraht-Detektionsvorrichtung auf dem vorderen Teil des Fahrzeugkörpers montiert ist, kann die Fahrdraht-Detektionsvorrichtung 15 auch anders angeordnet werden (beispielsweise auf dem Dach des Fahrzeugkörpers 1).
  • 2 ist eine Rückansicht, welche das äußere Erscheinungsbild des Kipp-Lastwagens zeigt. Jedes Hinterrad 5R, 5L ist als Doppelreifenrad ausgebildet, um die Last der Erde, des Sands etc., die auf dem Fahrzeug 2 geladen sind, tragen zu können. Die rechten und linken Doppelreifenräder 5R und 5L werden von rechten und linken Elektromotoren 6R und 6L angetrieben und gebremst (beispielsweise Induktionsmotoren).
  • 3 zeigt ein Antriebssystem des elektrisch angetriebenen Kipp-Lastwagens nach diesem Ausführungsbeispiel.
  • In 3 umfasst das Antriebssystem des elektrisch angetriebenen Kipp-Lastwagens ein Gaspedal 11, ein Verzögerungspedal 12, einen Schalthebel 13, einen kombinierten Sensor 14, einen Motor 21, einen Wechselstromgenerator 22, die weitere Motorlast 28, einen Gleichrichter-Schaltkreis 23, einen Messwiderstand 24, einen Kondensator 25, einen Chopper-Schaltkreis, einen Gitterwiderstand 27, die Stromabnehmer 4R und 4L, die Hinterräder 5R und 5L, die Elektromotoren 6R und 6L, Abbremser 7R und 7L, Kontaktgeber-Sensoren 16R und 16L und eine Steuervorrichtung 200. Der Kombinationssensor 14 wird zum Messen der Vorwärts/Rückwärts-Beschleunigung, der Seitwärtsbeschleunigung und der Gier-Rate verwendet. Die Abbremser 7R und 7L sind jeweils mit den Ausgangswellen 6Ra und 6La der Elektromotoren 6R und 6L verbunden.
  • Die Steuervorrichtung 200 umfasst eine Wechselrichter-Steuervorrichtung 30, eine Anhebe-Steuervorrichtung 31, eine Lenk-Steuervorrichtung 32, eine Fahrzeug-Steuervorrichtung 50 und eine Steuerung 100. Die Wechselrichter-Steuervorrichtung 30 steuert die Elektromotoren 6R und 6L gemäß dort eingegebenen Drehmoment-Befehlen. Die Anhebe-Steuervorrichtung 31 bewegt die Schleifer 4Ra und 4La der Stromabnehmer 4R und 4L gemäß der Schaltknopfbetätigung des Fahrers oder Eingaben von außen nach oben und unten. Die Lenk-Steuervorrichtung 32 wandelt den Lenkvorgang des Fahrers in ein elektrisches Signal um und steuert so die Lenkung der Vorderräder. Die Fahrzeug-Steuervorrichtung 50 ist ein charakteristisches Bauteil der vorliegenden Erfindung.
  • Die Wechselrichter-Steuervorrichtung 30 umfasst eine Drehmoment-Befehlsberechnungseinheit 30a, eine Motorsteuerungs-Berechnungseinheit 30b und einen Wechselrichter (Schaltelement) 30c (öffentlich bekannter Aufbau) für jeden der rechten und linken Elektromotoren 6R und 6L. Die Stromabnehmer 4R und 4L sind mit Anhebern ausgestattet, welche die Schleifer 4Ra und 4La aufgrund von Anhebe-Befehlssignalen von der Anhebe-Steuervorrichtung 31 nach oben und unten bewegen. Die Details der Stromabnehmer 4R und 4L, der Anhebe-Steuervorrichtung 31, des Lenksystems (mitsamt der Lenksteuer-Vorrichtung 32) und der Fahrzeug-Steuervorrichtung 50 werden später beschrieben.
  • Grundlegender Betrieb mit Fahrbetrieb
  • Das Einrückniveau P (der Grad des Herunterdrückens) des Gaspedals 11 und der Einrückgrad Q des Bremspedals 12 werden als Signale zur Steuerung der Stärke der Antriebskraft und der Verzögerungskraft (Bremskraft) jeweils in die Steuerung 100 eingegeben. Wenn beispielsweise der Fahrer das Gaspedal 11 tritt, um den Kipplastwagen vorwärts oder rückwärts zu bewegen, gibt die Steuerung 100 einen Befehl an den Motor 21 aus, welcher die Soll-Umdrehungszahl betrifft. Der die Soll-Umdrehungszahl betreffende Befehl wird aufgrund einer vorgegebenen Tabelle von Soll-Umdrehungszahlen für verschiedene Gaspedalwinkel ausgegeben. Der Motor 21 ist ein Dieselmotor, der mit einem elektronischen Drehzahlregler 21a ausgestattet ist. Beim Empfang des die Soll-Umdrehungszahl betreffenden Befehls steuert der elektronische Drehzahlregler 21a die Treibstoff-Einspritzmenge so, dass der Motor 21 sich mit der Soll-Umdrehungszahl dreht.
  • Der Wechselstromgenerator 22 ist zum Erzeugen von Wechselstrom mit dem Motor 21 verbunden. Die elektrische Leistung, die bei der Wechselstromerzeugung erzeugt wird, wird von dem Gleichrichter-Schaltkreis 23 gleichgerichtet und in dem Kondensator 25 gespeichert (Geleichspannung: V). Ein von dem Messwiderstand 24 (der die Gleichspannung V in einem gewissen Verhältnis teilt) detektierter Spannungswert wird in die Steuerung 100 rückgekoppelt. Der Wechselstromgenerator 22 wird von der Steuerung 100 gesteuert, welche die Rückkopplung erhält, so dass der Spannungswert einer vorgegebenen konstanten Spannung V0 entspricht.
  • Die von dem Wechselstromgenerator 22 erzeugte elektrische Leistung wird über die Wechselrichter-Steuervorrichtung 30 in den rechten und linken Elektromotor 6R und 6L eingespeist. Die Steuerung 100 steuert die Bereitstellung der nötigen elektrischen Leistung für die Elektromotoren 6R und 6L durch Steuern des Wechselstromgenerators 22, so dass die Gleichstromspannung V, die durch das Gleichrichten mit dem Gleichrichter-Schaltkreis 23 gewonnen wurde, der vorgegebenen konstanten Spannung V0 entspricht. Im Gegensatz dazu wird die Gleichspannung V0 direkt von den Fahrdrähten 3R und 3L in die Wechselrichter-Steuervorrichtung 30 eingespeist, wenn die Schleifer 4Ra und 4La der Stromabnehmer 4R und 4L in Kontakt mit den Fahrdrähten 3R und 3L stehen.
  • Die Steuerung 100 berechnet Drehmoment-Befehlswerte T_MR_a und T_ML_a entsprechend der Betätigungsstärke des Gaspedals 11 und des Bremspedals 12 und erzeugt auf der Grundlage der Drehmoment-Befehlswerte T_MR_a und T_ML_a Drehmoment-Befehlwerte T_MR und T_ML für den linken und rechten Elektromotor 6R und 6L, Drehmoment-Korrekturwerte T_MR_V und T_ML_V für die Fahrzeug-Geschwindigkeitssteuerung und Motordrehmoment-Korrekturwert T_MR_Y und T_ML_Y für die Giermoment-Steuerung (die später beschrieben wird) und gibt diese aus. Die Drehmoment-Befehlswerte T_MR und T_ML für den rechten und linken Elektromotor 6R und 6L und die Umdrehungsgeschwindigkeiten ωR und ωL der Elektromotoren 6R und 6L, die von den elektromagnetischen Messtastern 16R und 16L detektiert werden, werden in die Wechselrichter-Steuervorrichtung 30 eingegeben. Die Wechselrichter-Steuervorrichtung 30 treibt über die Drehmoment-Befehlsberechnungs-Einheit 30a, die Motorsteuerungs-Berechnungseinheit 30b und den Wechselrichter (Schaltelement) 30c jeden der Elektromotoren 6R und 6L an.
  • Das rechte und linke Hinterrad (Reifen) 5R und 5L sind jeweils über die Verzögerer 7R und 7L mit den Elektromotoren 6R und 6L verbunden. Jeder elektromagnetische Messtaster 16R und 16L ist allgemein als ein Sensor verwirklicht, welcher die umfängliche Geschwindigkeit eines Zahns eines Zahnrads innerhalb der Verzögerer 7R und 7L detektiert. In dem Antriebssystem für die rechte Seite ist es beispielsweise auch möglich, ein Zahnrad für die Detektion an einen Antriebsschaft innerhalb des Elektromotors 6R oder an einen Antriebsschaft zu befestigen, welcher den Verzögerer 7R mit dem Rad (Reifen) 5R verbindet und den elektromagnetischen Messtaster 16R an der Position des Zahnrads anzuordnen.
  • Wenn der Fahrer des fahrenden Kipp-Lastwagens das Gaspedal 11 loslässt, und das Bremspedal 12 drückt, führt die Steuerung 100 eine Steuerung derart aus, dass der Wechselstrom-Generator keine elektrische Leistung erzeugt. Ferner werden die Drehmoment-Befehlswerte T_MR_a und T_ML_a von der Steuerung 100 negativ und so treibt die Wechselrichter-Steuervorrichtung 30 die Elektromotoren 6R und 6L an, um eine Bremskraft für den fahrenden Kipp-Lastwagen zu erzeugen. In diesem Fall wirken die Elektromotoren 6R und 6L als Generatoren, um so den Kondensator 25 elektrisch aufzuladen, wobei die Gleichrichter-Funktion der Wechselrichter-Steuervorrichtung 30 verwendet wird. Der Chopper-Schaltkreis 26 wird so betrieben, dass der Wert V der Gleichspannung auf einem vorgegebenen Gleichspannungswert V1 bleibt, während durch Einspeisen von elektrischem Strom in den Gitterwiderstand 27 elektrische Energie in thermische Energie umgewandelt wird.
  • Aufwärts-/Abwärtsbewegung der Schleifer des Stromabnehmers
  • Als nächstes werden die Anheber für die Schleifer 4Ra und 4La der Stromabnehmer 4R und 4L im Folgenden beschrieben. 4 zeigt den Aufbau der Stromabnehmer 4R und 4L zum Abgreifen der elektrischen Leistung von den Fahrdrähten 3R und 3L. Da die Stromabnehmer 4R und 4L im Aufbau zueinander identisch sind, wird exemplarisch der Aufbau des Stromabnehmers 4L erläutert. Der Stromabnehmer 4L hat eine hydraulische Kolbenvorrichtung 4a als Anheber. Das Gehäuse der hydraulischen Kolbenvorrichtung 4a ist an dem Fahrzeugkörper 1 befestigt. Der Schleifer 4La ist an einem Ende eines Stößels 4c eines hydraulischen Kolbens 4b der hydraulischen Kolbenvorrichtung 4a befestigt. Der Kontakt/das Ablösen des Schleifers 4La mit dem/von dem Fahrdraht 3L wird durch eine Vertikalbewegung des hydraulischen Kolbens 4b mit Hydraulikflüssigkeit, die von einer hydraulischen Vorrichtung 4e (umfassend eine hydraulische Pumpe) bereitgestellt wird, über eine Hydraulikleitung 4d gesteuert. Der Schleifer 4La und der Stößel 4c des hydraulischen Kolbens 4b sind elektrisch durch einen Isolator 4f voneinander isoliert. Die elektrische Leistung des Fahrdrahts 3L wird in ein Stromversorgungssystem der Wechselrichter-Steuervorrichtung 30 (zum Antrieben der Motoren, siehe 3) über den Schleifer 4La und einen Elektrodraht 4g eingespeist. Die Anhebe-Steuervorrichtung 31 ist dazu ausgelegt, das Anhebe-Befehlssignal 4h gemäß der Betätigung des Fahrers auf einem Anhebe-Schalter oder einem Schalt(Merkmal)-Vorgang oder einem Steuer-Befehlssignal von außen (beispielsweise der Fahrzeugsteuervorrichtung 50 nach der vorliegenden Erfindung) an die hydraulische Vorrichtung 4e zu übermitteln. Während der Anheber für den Schleifer 4La in diesem Ausführungsbeispiel durch die hydraulische Kolbenvorrichtung 4a verkörpert ist, kann der Anheber selbstverständlich auch durch das „Pantograph” genannte System verkörpert sein, welches eine parallele Verbindung, eine Feder, einen Motor etc. verwendet, wie dies allgemein für elektrische Züge verwendet wird.
  • Lenksystem
  • Als nächstes wird im Folgenden bezugnehmend auf 5 das Lenksystem erläutert.
  • Das Lenksystem ist aus der vorgenannten Lenk-Steuervorrichtung 32 und einer Lenkvorrichtung 40 aufgebaut. Die Lenkvorrichtung 40 umfasst ein Lenkrad 41, einen Reaktionskraftmotor 42 mit einem Lenkwinkelsensor, einen Lenkmotor 43 mit einem Lenkwinkelsensor und ein Zahnstangengetriebe 44.
  • Wenn der Fahrer das Lenkrad 41 betätigt, detektiert der Lenkwinkelsensor des Reaktionskraftmotors 52 die Betätigungsstärke des Lenkrads 41 und sendet die detektierte Betätigungsstärke an die Lenk-Steuervorrichtung 32. Die Lenk-Steuervorrichtung 32 sendet ein Drehmomentsignal an den Lenkmotor 43 mit dem Lenkwinkelsensor, so dass der derzeitige Lenkwinkel gleich einem Lenkwinkel ist, der dem Lenkwinkel des Fahrers entspricht. Vorderräder 45R und 45L werden gedreht (gelenkt) mittels eines Lenk-Drehmoments, welches von dem Lenkmotor 43 erzeugt wird und über das Zahnstangengetriebe 44 übertragen wird. Abhängig von der Größe dieses Drehmoments wird ein Reaktionskraft-Drehmoment auf dem Reaktionskraft-Motor 42 mit dem Lenkwinkelsensor übertragen, wodurch die Reaktionskraft auf das Lenkrad 41 übertragen wird. Gleichzeitig sendet die Lenk-Steuervorrichtung 32 den Lenkwinkel einer Steuerung 100. Die Lenk-Steuervorrichtung 32 hat die Funktion, einen Lenk-Drehmoment-Korrekturwert von der Steuerung 100 zu empfangen und den Lenkmotor 43 (mit dem Lenkwinkelsensor) gemäß dem empfangenen Lenk-Drehmoment-Korrekturwert zu betätigen. Ob die Lenk-Steuervorrichtung 32 gleichzeitig die Reaktionskraft an den Reaktionskraft-Motor 42 mit dem Lenkwinkelsensor übermittelt oder nicht, kann in geeigneter Weise abhängig von dem Betriebsmodus (wird später beschrieben) in diesem Zeitpunkt und einem Befehl von der Steuerung 100 verändert werden. Wenn beispielsweise die Lenk-Steuervorrichtung 32, welche von der Steuerung 100 den Lenk-Drehmoment-Korrekturwert empfängt, den Lenkmotor 43 mit dem Lenkwinkelsensor gemäß dem Korrekturwert betätigt, ohne den Reaktionskraft-Befehlswert an den Reaktionskraft-Motor 42 mit dem Lenkwinkelsensor zu übermitteln, verliert der Fahrer in diesem Moment das Lenkgefühl, obwohl das Fahrzeug (der Kipp-Lastwagen) gemäß dem Lenkwinkel wendet. Im Gegensatz dazu wendet das Fahrzeug (der Kipp-Lastwagen) trotz des Drehens des Lenkrads 41 nicht, wenn selbst dann kein Befehl an den Lenkmotor 43 mit dem Lenkwinkelsensor übermittelt wird, wenn der Fahrer einen Lenkvorgang durchführt. Dieses Mittel ist geeignet, wenn die Steuerung 100 beispielsweise erkennt, dass aus irgendeinem Grund das Lenkrad 41 nicht betätigt werden sollte. Als Mittel zum Informieren des Fahrers darüber, dass in diesem Moment das Lenkrad 41 nicht betätigt werden sollte, kann die Lenk-Steuervorrichtung 32 ein Drehmoment in eine Richtung entgegen der Richtung erzeugen, in welcher der Fahrer das Lenkrad 41 dreht. Das Drehmoment gibt dem Fahrer das Gefühl, dass das Lenkrad 41 schwer ist, so dass er erkennt, dass das Lenkrad 41 nicht in diese Richtung gedreht werden sollte.
  • Während in diesem Ausführungsbeispiel das Draht-gebundene System erläutert wurde, in welchem das Lenkrad 41 nicht direkt mit den Vorderrädern 45R und 45L verbunden ist, ist das Lenksystem nicht darauf beschränkt. Beispielweise kann auch ein Elektrokraft-Lenksystem verwendet werden, in welchem der Reaktionskraftmotor 42 mit dem Lenkwinkelsensor und der Lenkmotor 43 mit dem Lenkwinkelsensor als einteiliges Bauteil direkt miteinander verbunden sind. Ferner kann der Lenkmotor 43 mit dem Lenkwinkelsensor auch durch einen Motor vom hydraulischen Servo-Typ verkörpert sein. Zudem kann der von der Steuerung 100 übersendete Korrekturwert auch ein korrigierter Winkel anstelle des Drehmoments sein. In diesem Fall kann die Lenk-Steuervorrichtung 32 dazu ausgelegt sein, eine Drehmoment-Rückkopplungssteuerung durchzuführen und so eine Abweichung zwischen den von dem Lenkwinkelsensor detektierten Winkel und dem korrigierten Winkel zu eliminieren.
  • 6 ist ein Blockdiagramm, welches eine Funktion der Lenk-Steuervorrichtung 32 zur Berechnung eines Lenk-Drehmomentbefehlswerts zeigt. Eine Umwandlungseinheit 32a der Lenksteuervorrichtung 32 wandelt den Lenkwinkel des Fahrers, der von dem Reaktionskraftmotor 332 mit dem Lenkwinkelsensor empfangen wurde, in einen Fahrer-Lenkwinkel um, in dem der Fahrer-Lenkwinkel mit einem Verstärkungsfaktor multipliziert wird. Eine Berechnungseinheit 32b subtrahiert den derzeitigen Lenkwinkel von dem Fahrer-Lenkwinkel. Eine Umwandlungseinheit 32c wandelt das Ergebnis der Subtraktion in ein Lenk-Drehmoment nach Fahrerwunsch um, in dem das Ergebnis der Subtraktion mit einem Verstärkungsfaktor multipliziert wird. Dann berechnet eine Berechnungseinheit 32d den Lenk-Drehmoment-Befehlswert dadurch, dass der Lenk-Drehmoments-Korrekturwert (der von der Steuerung 100 empfangen wurde) zu dem Lenk-Drehmoment nach Fahrerwunsch addiert wird. Der berechnete Lenk-Drehmoment-Befehlswert wird an den Lenkmotor 43 mit dem Lenkwinkelsensor ausgegeben.
  • Fahrzeuggeschwindigkeits-Steuerung
  • Bezugnehmend wieder auf 3 umfasst die Steuerung 100 eine Fahrzeuggeschwindigkeits-Steuereinheit 101. Wenn ein Fahrzeuggeschwindigkeits-Steuerungsmodus ausgewählt wurde, implementiert die Fahrzeuggeschwindigkeits-Steuerungseinheit 101 die Steuerung der Fahrzeuggeschwindigkeit gemäß dem Fahrzeug-Geschwindigkeits-Steuerungsmodus, indem eine Rückkopplungssteuerung für die derzeitige Fahrzeuggeschwindigkeit bezogen auf eine Ziel-Fahrzeuggeschwindigkeit ausgeführt wird, die für den Fahrzeuggeschwindigkeits-Steuerungsmodus vorgegeben ist. 7 ist ein Blockdiagramm zur Erläuterung der Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeits-Steuereinheit 101. Wie in 7 dargestellt, berechnet die Fahrzeuggeschwindigkeit-Steuereinheit 101 dann, wenn der Fahrzeuggeschwindigkeits-Steuerungsmodus auf EIN (1) geschaltet ist, also wenn die Schalteinheit 101c sich in der EIN-Position befindet, die Differenz zwischen den zwei Fahrzeuggeschwindigkeiten mit einer Berechnungseinheit 101a, wobei sie die Ziel-Fahrzeuggeschwindigkeit und die voreingestellte Fahrzeuggeschwindigkeit empfängt, berechnet die Drehmoment-Korrekturwerte T_MR_V und T_ML_V (zum Ändern der derzeitigen Fahrzeuggeschwindigkeit hin zu Ziel-Fahrzeuggeschwindigkeit) mittels einer Umwandlungseinheit 101b durch Multiplikation der Differenz mit einem Verstärkungsfaktor und gibt die berechneten Drehmoment-Korrekturwerte T_MR_V und T_ML_V aus. Die Fahrzeuggeschwindigkeits-Steuereinheit 101 empfängt die Umdrehungsgeschwindigkeiten ωR und ωL der Elektromotoren 6R und 6L, die von den elektromagnetischen Messtastern 16R und 16L detektiert wurden, und berechnet die Fahrzeuggeschwindigkeit aus den Umdrehungsgeschwindigkeiten. Ein Befehl, ob ein Umschalten des Fahrzeuggeschwindigkeits-Steuermodus gemäß der Betätigung eines Schalters der Fahrzeug-Steuervorrichtung 50 oder gemäß der Eingabe von außen durchgeführt werden soll, kann beispielsweise ausgegeben werden. Der Abbruch des Fahrzeuggeschwindigkeits-Steuerungsmodus kann erfolgen, wenn der Fahrer das Bremspedal 12 tritt oder abhängig von einer Eingabe von außen. Wenn der Fahrzeuggeschwindigkeits-Steuermodus abgebrochen wird, wird der Befehl des Fahrzeuggeschwindigkeits-Steuermodus auf AUS (0) geschaltet (also die Schalteinheit 101c wird AUS-geschaltet) und der Fahrzeugsteuerungs-Drehmomentbefehlswert 0 wird von einer Null-Ausgabeeinheit 101d ausgegeben. Die Steuerung 100, die eine voreingestellte Tabelle von Motorumdrehungszahl-Befehlswerten für verschiedene Drehmomentkorrekturwerte T-MR_V und T_ML_V hat, gibt aufgrund der Tabelle einen Motorumdrehungsgeschwindigkeits-Befehlswert an den Motor 21 aus.
  • Giermoment-Steuerung
  • Wie in 3 dargestellt, umfasst die Steuerung 100 ferner eine Giermoment-Steuereinheit 102 zum Steuern der Drehrichtung des Fahrzeugkörpers. 8 ist ein Blockdiagramm, welches die Details der Funktion der Giermoment-Steuereinheit 102 zeigt. Wie in 8 dargestellt, umfassen Eingabesignale der Giermoment-Steuereinheit 102 beispielsweise einen Giermoment-Steuerungswert, welcher durch eine weitere Giermoment-Steuerung (beispielsweise eine Steuerung zum Vermeiden eines Seitwärts-Rutschens) erzeugt wird, einen Giermoment-Korrekturwert, der gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt wird, die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Vorwärts-/Rückwärtsbeschleunigung, die Querbeschleunigung, die Gier-Rate, den Lenkwinkel und einen Befehl für einen Giermoment-Steuerungsmodus. Ausgangssignale von der Giermoment-Steuereinheit 102 sind der Lenkmoment-Korrekturwert und die Drehmoment-Korrekturwerte T_MR_Y und T_ML_Y für die Motoren. Der Giermoment-Steuerungswert und der Giermoment-Korrekturwert werden von einer Berechnungseinheit 102a zueinander addiert, um einen Giermoment-Befehlswert zu bestimmen. Der Giermoment-Befehlswert wird in die Lenkmoment-Steuereinheit 102b, eine Motordrehmoment-Steuereinheit 102c und eine Optimalverteilungs-Steuerungseinheit 102d eingegeben. Die Lenkmoment-Steuereinheit 102b berechnet einen Lenk-Drehmoment-Korrekturwert auf der Grundlage des eingegebenen Giermoment-Befehlswerts. Die Motordrehmoment-Steuereinheit 102c berechnet auf der Grundlage des eingegebenen Drehmoment-Befehlswerts Motordrehmoment-Korrekturwerte. Die Optimalverteilungs-Steuerungseinheit 102d berechnet ein Giermoment-Verteilungsverhältnis auf der Grundlage des Befehlswerts, der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Gier-Rate, des Lenkwinkels, der Vorwärts-/Rückwärtsbeschleunigung und der Querbeschleunigung, die eingegeben wurden, und berechnet dann die dem Giermoment-Verteilungswert entsprechenden Lenkmoment-Korrekturwerte und Motordrehmoment-Korrekturwerte. Der Befehl zum Giermoment-Steuerungsmodus wird in eine Schaltereinheit 102e eingegeben. Wenn der Giermoment-Steuerungsmodus der Modus 1 ist, gibt die Schaltereinheit 102e den von der Lenkmoment-Steuereinheit 102b berechneten Lenkmoment-Korrekturwert aus. Wenn der Giermoment-Steuerungsmodus der Modus 2 ist, gibt die Schaltereinheit 102e den von der Motordrehmoment-Steuereinheit 102c berechneten Motordrehmoment-Korrekturwert aus. Wenn der Giermoment-Steuerungsmodus der Modus 3 ist, gibt die Schaltereinheit 102e die von der Optimalverteilungs-Steuereinheit 102d berechneten Drehmoment-Korrekturwerte für den rechten und linken Motor und den Lenkmoment-Korrekturwert aus.
  • Einstellen des Giermoment-Steuerungsmodus
  • In Minen, in welchen die Kipp-Lastwagen fahren, besteht zunehmend Bedarf für eine Verringerung der zum Transport von Erde, Sand etc. benötigten Zeit. Der Grund dafür ist, dass die Verringerung der nötigen Zeit den Erde-/Sandtransportzyklus für jeden Kipp-Lastwagen verkürzt und die Anzahl der Transportvorgänge erhöht. Die Fahrzeuggeschwindigkeit ist der Hauptfaktor, der direkt zur Verringerung der benötigten Zeit beiträgt. Es ist daher wünschenswert, eine Steuerung zu vermeiden, die die Fahrzeuggeschwindigkeit reduziert.
  • 9 ist ein Graph, der die Wirkung eines Verfahrens zeigt, welches den Giermoment-Korrekturwert mittels einer Antriebskraft-Differenz für die gesamte Antriebskraft der Motoren implementiert, wenn das Fahrzeug mit seiner 100-prozentigen Motorantriebskraft fährt. Geht man beispielsweise davon aus, dass das Fahrzeug derzeit bei einer konstanten Geschwindigkeit mit seiner 100-prozentigen Antriebskraft fährt, wie dies auf der linken Seite „a” in 9 gezeigt ist, so ist die gesamte Antriebskraft des Fahrzeugs in Gleichgewicht mit dem Fahrwiderstand (Luftwiderstand, Reibwiderstand, Steigungswinkel etc.). In der Konfiguration dieses Ausführungsbeispiels bedeutet „100-prozentige Antriebskraft”, dass bei dieser Geschwindigkeit die Leistungsgrenze der Hinterradmotoren, also der Maximalwert der Antriebskraft, den die Motoren erzeugen können, erzeugt wird. Wir betrachten nun das Verfahren der Erzeugung des Giermoments durch Einleiten einer Antriebs-/Bremskraft für das Fahrzeug. In diesem Fall kann die Erzeugung des Giermoments nur durch eine Verringerung der Antriebskraft entweder des rechten oder linken Motors erreicht werden, wie dies auf der rechten Seite „b” in 9 gezeigt ist, da die Motoren bereits bei ihren Leistungsgrenzen laufen, wie oben erwähnt. Während ein der Verringerung der Antriebskraft entsprechendes Giermoment in dem Fahrzeug erzeugt wird, verringert sich die Fahrzeuggeschwindigkeit durch die Verringerung der Antriebskraft. Dies widerspricht dem vorgenannten Ziel der Zeiteinsparung. Daher sollte der Aktuator, der in diesem Fall das Giermoment erzeugt, so arbeiten, dass keine beträchtliche Verringerung der Geschwindigkeit eintritt. Die Einstellung des Giermoment-Steuerungsmodus auf den Modus 1 wie in 8 dargestellt, wäre in diesem Fall angemessen. Im Gegensatz dazu wird dann, wenn die Antriebskraft des Fahrzeugs unterhalb von 100 Prozent liegt, der Giermoment-Steuerungsmodus auf die Motordrehmoment-Steuerung (Giermoment-Steuerungsmodus 2) oder die Optimalverteilungs-Steuerung (Giermoment-Steuerungsmodus 3) geschaltet, abhängig von der Stärke der Antriebskraft und anderen Zustandsgrößen des Fahrzeugs.
  • Kombination des von den jeweiligen Einheiten erzeugten Motordrehmoments
  • Ein Verfahren zur Berechnung der Motordrehmomentbefehlswerte durch die Steuerung wird bezugnehmend auf 10 beschrieben. 10 ist ein schematisches Diagramm, welches ein Beispiel des Verfahrens zur Berechnung des Motordrehmoments-Befehlswerts zeigt. Zunächst wählt eine Verarbeitungseinheit 100a die vorgenannten Drehmoment-Befehlswerte T_MR_a und T_ML_a entsprechend der Betätigung des Gas-Bremspedals des Gas-/Bremspedals durch den Fahrer oder der von der Fahrzeuggeschwindigkeits-Steuerung erzeugten Drehmoment-Befehlswerte T_MR_V und T_ML_V aus. Beispielsweise wählt die Verarbeitungseinheit 100a den Drehmoment-Befehls des Fahrers, wenn dieser existiert. Andernfalls wählt die Verarbeitungseinheit 100a den Drehmoment-Befehl für die Fahrzeuggeschwindigkeits-Steuerung. Anschließend berechnet eine Berechnungseinheit 100b Motor-Drehmoment-Befehlswerte T_MR und T_ML durch Addieren des den von der Giermoment-Steuerungseinheit 102 erzeugten Befehlswerten entsprechenden Motordrehmoment-Korrekturwert T_MR_Y und T_ML_Y zu den jeweiligen von der Verarbeitungseinheit 100a ausgewählten Drehmoment-Befehlswerten. Diese Motordrehmoment-Kombinationsmethode ist nur ein Beispiel; verschiedene andere Verfahren (beispielsweise allgemein bekannte Verfahren) können ebenfalls verwendet werden.
  • Gesamtaufbau der charakteristischen Teile
  • Als nächstes wird im Folgenden der Gesamtaufbau des charakteristischen Teils des elektrisch angetriebenen Kipp-Lastwagens in diesem Ausführungsbeispiel Bezug nehmend auf 11 beschrieben.
  • Wie oben beschrieben umfasst das Antriebssystem des elektrisch angetriebenen Kipp-Lastwagens in diesem Ausführungsbeispiel die Fahrdraht-Detektionsvorrichtung 15 zum Detektieren der Fahrdrähte 3R und 3L und die Fahrzeugsteuervorrichtung 50.
  • Die Fahrdraht-Detektionsvorrichtung 15 kann typischerweise durch einen Sensor wie einen Laserradar, einen Millimeterwellen-Radar oder eine Kamera verwirklicht werden. In einer X-Y-Ebene, die durch eine die Fahrtrichtung des Fahrzeugs (Richtung der Fahrzeugsachse) darstellende X-Achse und eine die Querrichtung des Fahrzeugs (senkrecht zur Fahrzeugachse) darstellende Y-Achse aufgespannt wird, dient einer der oben genannten Sensoren in der vorliegenden Erfindung als Mittel zum Detektieren der relativen räumlichen Beziehung zwischen dem Fahrzeugkörper und den Fahrdrähten. Im Fall des Laserradars ist ein Abtasten (Suche nach den Fahrdrähten) in der X-Achsen-Richtung des Fahrzeugkörpers zur präzisen Detektion der Fahrdrähte sinnvoll. Im Fall des Millimeterwellen-Radars sind störende Einflüsse des Wetters (Nebel, Regen etc.) im Vergleich zu anderen Sensortypen geringer. Diese Radarsensoren können nicht nur in der X-Y-Ebene, sondern auch in der Z-Richtung (Höhenrichtung des Fahrzeugs und der Fahrdrähte) detektieren. Daher können Radarsensoren in solchen Fällen sinnvoll sein, in denen die vorliegende Erfindung in Zusammenhang mit einem System verwendet wird, welches die Detektion der Höhenrichtung erfordert.
  • Im Fall der Kamera werden Bilder der Fahrdrähte von unten aufgenommen und die Fahrdrähte können so tagsüber bei gutem Wetter dank des hohen Kontrastes zwischen dem Himmel und den Fahrdrähten präzise detektiert werden. Es ist auch möglich, den Fahrzeugkörper 1 mit einer Beleuchtungsvorrichtung 51 zum Beleuchten der Fahrdrähte 3R und 3L auszustatten. In diesem Fall wird durch die Beleuchtung der Fahrdrähte 3R und 3L mit der Beleuchtungsvorrichtung 51 ein hoher Kontrast zwischen dem Himmel und den Fahrdrähten aufrechterhalten, wodurch die Fahrdrähte selbst dann präzise detektiert werden können, wenn ansonsten ein derartiger Kontrast nicht erreicht werden kann (Abend, Nacht, Regenwetter etc.).
  • Das System kann auch so aufgebaut werden, dass zwei oder mehr Sensoren kombiniert werden.
  • 11 ist ein schematisches Diagramm, welches den Aufbau der Fahrzeugsteuervorrichtung 50 und die Eingabe-/Ausgabebeziehung zwischen der Fahrzeugsteuervorrichtung 50 und der Steuerung 100 zeigt. Wie in 11 dargestellt umfasst die Fahrzeugsteuervorrichtung 50 eine Fahrdraht-Detektions-Informationsverarbeitungseinheit 50a, eine Fahrzeug-Zustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b und eine Fahrzeug-Zustandsgrößen-Steuereinheit 50c. Die Fahrdraht-Detektions-Informationsverarbeitungseinheit 50a erfasst Informationen über die relative räumliche Beziehung zwischen dem Fahrzeugkörper und dem Fahrdrähten durch Verarbeitung der von der Fahrdraht-Detektionsvorrichtung 15 detektierten Information. Die Fahrzeug-Zustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b berechnet Zustandsgrößen des Fahrzeugs auf der Grundlage der von der Fahrdraht-Detektions-Informationsverarbeitungseinheit 50a detektierten Information. Die Fahrzeug-Zustandsgrößen-Steuereinheit 50c steuert die Fahrzeug-Zustandsgrößen auf der Grundlage des Ergebnisses der Berechnung durch die Fahrzeug-Zustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b. Die Fahrdrähte 3R und 3L werden über Isolatoren 52 von Trägern 53 getragen. Die Fahrzeugsteuervorrichtung 50 gibt einen Soll-Geschwindigkeitskorrekturwert, einen Giermoment-Korrekturwert, den Giermoment-Steuerungsmodus, den Anhebebefehl der Anhebe-Steuervorrichtung, Steuerungs-/Detektion-Zustandsinformation etc. aus.
  • In diesem Ausführungsbeispiel wird die Detektion der Fahrdrähte für den Fall erläutert, in dem als Fahrdraht-Detektionsvorrichtung 15 eine Kamera verwendet wird und die relative räumliche Beziehung zwischen dem Fahrzeugkörper und den Fahrdrähten in der X-Y-Ebene mit Hilfe von Bildverarbeitung detektiert wird. Die Fahrdraht-Detektionsvorrichtung 15 ist daher durch eine Kamera verwirklicht, und die Fahrdraht-Detektions-Informationsverarbeitungseinheit 50a ist durch eine Bildverarbeitungseinheit verwirklicht, welche das von der Kamera 15 aufgenommene Bild verarbeitet.
  • Kamera 15 und Bildinformationsverarbeitungseinheit 50a
  • Die Kamera 15 nimmt Bilder der Fahrdrähte 3R und 3L auf. Falls die beiden Fahrdrähte 3R und 3L von der Kamera aufgenommen werden sollen, sollte die Kamera 15 in der Mitte zwischen dem linken und rechten Fahrdraht 3R und 3L angeordnet sein. Es ist aber auch möglich, den rechten und linken Fahrdraht mit jeweils einer Kamera aufzunehmen. Die von der Kamera 15 aufgenommene Bildinformation wird an die Bildinformations-Verarbeitungseinheit 50a der Fahrzeug-Steuervorrichtung 50 übermittelt. Die Bildinformation stellt eine Pixelanordnung in dem von der Kamera 15 aufgenommenen Bereich dar. Die Bildinformationsverarbeitungseinheit 50a wandelt die Bildinformation in die benötigte Information um.
  • Wenn eine starke Lichtquelle in der Aufnahmerichtung der Kamera existiert, kann ein Blende- oder Unschärfeeffekt in dem in die Bildinformationsverarbeitungseinheit 50a eingegebenen Bild auftreten, der auch als „Halo”-Effekt bezeichnet wird, und dies kann das Erkennen des Detektions-Objekts unmöglich machen. Als Gegenmaßnahme für dies Problem ist es möglich, zwei Kameras zu verwenden: eine zum Aufnehmen der Fahrdrähte 3R und 3L vor dem Fahrzeug und eine andere zum Aufnehmen der Fahrdrähte 3R und 3L hinter dem Fahrzeug. Wenn die Bildinformationsverarbeitungseinheit 50a erkennt, dass der „Halo”-Effekt in einem von der Kamera aufgenommenen Bild auftritt, kann mittels der anderen Kamera eine Korrektur vorgenommen werden. Der „Halo”-Effekt kann nach öffentlich bekannten Verfahren detektiert werden. Der Aufbau mit zwei Kameras ist nicht nur dann wirkungsvoll, wenn der „Halo”-Effekt auftritt, sondern auch dann, wenn das Blickfeld einer Kamera verstellt ist. Wenn die Bildinformationsverarbeitungseinheit 50a beurteilt, dass das Blickfeld einer Kamera durch Schmutz, Matsch etc. verstellt ist, kann in ähnlicher Weise mittels der anderen Kamera eine Korrektur vorgenommen werden. Es ist ferner möglich, die Kamera 15 mit einem Gehäuse zu umgeben, die Kamera 15, die Fahrdrähte 3R und 3L durch Glas des Gehäuses aufnehmen zu lassen, und das Glas mit einem Wischer, Wachflüssigkeit etc. zu reinigen, wenn die Bildinformationsverarbeitungseinheit 50a erkennt, dass die Transparenz des Glases aufgrund von Schmutz, Matsch etc. verschlechtert ist.
  • Wenn die Bildinformationsverarbeitungseinheit 50a erkennt, dass die Stärke des Umgebungslichts für die Detektion der Fahrdrähte 3R und 3L unzureichend ist (Dämmerung, Dunkelheit etc.), kann die Bildinformationsverarbeitungseinheit 50a einen Aufblendbefehl an die Beleuchtungsvorrichtung 51 ausgeben, so dass die Beleuchtungsvorrichtung 51 die Fahrdrähte 3R und 3L beleuchtet und einen hohen Kontrast zwischen dem Himmel und den Fahrdrähten aufrecht erhält.
  • In diesem Ausführungsbeispiel wird der Einfachheit halber ein Fall betrachtet, in welchem die Kamera 15 Bilder direkt oberhalb des Fahrzeugs aufnimmt, wie in 12 dargestellt (und nicht in einer schrägen Richtung wie in 11 dargestellt). In diesem Fall ist ein Bilderfassungsbereich a, b, c, d der Kamera 15 (Detektionsbereich der Fahrdraht-Detektionsvorrichtung) wie in 13 dargestellt vor dem Fahrzeug festgelegt. 14 ist ein schematisches Diagramm, welches für diesen Fall ein von der Kamera 15 aufgenommenes Bild zeigt. Da die Kamera in 14 das Bild der Fahrdrähte 3R und 3L von unten aufgenommen hat, sind die Vorne-Hinten-Beziehungen zwischen den Punkten a, b, c und d (räumliche Beziehung zwischen der Linie a-d und der Linie b-c) und der Fahrtrichtung des Fahrzeugs entgegengesetzt zu denjenigen in 13, in der die Fahrdrähte 3R und 3L von oben betrachtet werden.
  • Wie in 14 dargestellt erscheinen die Fahrdrähte 3R und 3L in der von der Kamera 15 erfassten Bildinformation parallel zur Fahrtrichtung (in der vertikalen Richtung des Bilds). In dieser Bildinformation wird, wie in 15 dargestellt, ein Kantendetektionsprozess (Randprozess) durchgeführt. Durch den Kantendetektionsprozess wird der rechte Fahrdraht 3R in Kanten RR und RL aufgespalten, während der linke Fahrdraht 3L in Kanten LR und LL aufgespalten wird. Anschließend wird, wie in 16 dargestellt, eine Mittellinie der Kanten sowohl für den rechten als auch für den linken Fahrdraht 3R und 3L (eine Mittellinie RM für den rechten Fahrdraht 3R und eine Mittellinie LM für den linken Fahrdraht 3L) ermittelt. Dann wird ein auf die Pixelanzahl bezogenes Koordinatensystem festgelegt, dessen Ursprung im oberen Mittelbereich Oc des Bilds angeordnet ist (mit einer parallel zur Line ab verlaufenden X-Achse und einer parallel zur Linie da verlaufenden Y-Achse). Anschließend wird der Schnittpunkt P (O, M_Lad_Ref) der Mittellinie LM und der Linie ad, der Schnittpunkt Q (O, M_Rad_Ref) der Mittellinie RM und der Line ad, der Schnittpunkt R (m, M_Lbc_Ref) der Mittellinie LM und der Linie bc und der Schnittpunkt S (m, M_Rbc_Ref) der Mittellinie RM und der Linie bc bezogen auf den Ursprung Oc festgelegt. Diese Punkte P, Q, R und S, die auf den Fahrdrähte 3R und 3L liegen, werden als Zielpunkte definiert. Übrigens stellt die Zahl „m” die Anzahl der Pixel in der vertikalen Richtung und die Anzahl „n” die Anzahl der Pixel in der horizontalen Richtung dar.
  • Wenn jeder Fahrdraht 3R, 3L in der Mitte des jeweiligen Schleifers 4Ra, 4La verläuft, während das Fahrzeug gerade in der Mitte zwischen den Fahrdrähten 3R und 3L und parallel zu den Fahrdrähten 3R und 3L fährt, ist dies eine geeignete Absicherung gegen Abweichungen (Verschiebungen), die durch lateralen (Lins-/Rechts-)Versatz und Schwingungen (Rütteln) des Fahrzeugs. Daher sollte das Fahrzeug in einem derartigen Zustand weiterfahren.
  • 17 zeigt einen Zustand, in welchem das Fahrzeug nach links verschoben ist. Durch Auswahl von repräsentativen Punkten des Fahrzeugkörpers 1 in Schnittpunkten von parallel zur X-Achse verlaufenden Linien (also in der Fahrrichtung des Fahrzeugkörpers 1), die durch die Mitte des Schleifers 4Ra oder 4La und die Linien ad und bc im Bilderfassungsbereich verlaufen, werden die Punkte P', Q', R' und S' wie in 17 als repräsentative Punkte ermittelt. Diese repräsentativen Punkte sind Punkte zur Steuerung der Position des Fahrzeugs bezogen auf die Fahrdrähte 3R und 3L. Die repräsentativen Punkte P', Q', R' und S' können auch als Steuerungspunkte bezeichnet werden. Koordinaten dieser repräsentativen Punkte werden als M_Lad_Cont, M_Rad_Cont, M_Lbc_Cont und M_Rbc_Cont bezeichnet.
  • 18 zeigt einen Fall, in welchem das Fahrzeug schräg zu den Fahrdrähten 3R und 3L fährt. Auch in diesem Fall sind die repräsentativen Punkte des Fahrzeugs als die Punkte P', Q', R' und S' definiert.
  • Die Bildinformationsverarbeitungseinheit 50a sendet die Koordinateninformation über diese Punkte zu der Fahrzeug-Zustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b.
  • Fahrzeug-Zustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b und Fahrzeug-Zustandsgrößen-Steuereinheit 50c
  • Die Fahrzeug-Zustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b ist ein Bauteil zur Berechnung der Zustandsgrößen zur Erzeugung von Steuerungswerten und Befehlswerten wie beispielsweise des Giermoment-Korrekturwerts, des Anhebe-Befehls für die Anhebe-Steuervorrichtung, des Giermoment-Steuerungsmodus und des Sollgeschwindigkeits-Korrekturwerts. Der Giermoment-Korrekturwert wird verwendet zur Durchführung einer Steuerung zum Erzeugen eines geeigneten Giermoments für den Fahrzeugkörper 1, so dass der Fahrzeugkörper 1 so fährt, dass er den Fahrdrähten 3R und 3L folgt (im Folgenden bei Bedarf als „Fahrdraht-Folgesteuerung” bezeichnet). Der Anhebe-Befehl für die Anhebe-Steuerung wird für die die Anhebe-Steuerung der Schleifer 4Ra und 4La der Stromabnehmer 4R und 4L erzeugt (im Folgenden bei Bedarf als „Schleifer-Anhebesteuerung” bezeichnet). Die Fahrzeug-Zustandsgrößen-Steuereinheit 50c ist eine Komponente zum Erzeugen und Ausgeben der Steuerungswerte und der Befehlswerte (des Giermoment-Korrekturwerts, des Anhebe-Befehls für die die Anhebe-Steuervorrichtung, des Giermoment-Steuerungsmodus, des Zielgeschwindigkeit-Korrekturwerts etc.) auf der Grundlage des Ergebnisses der Berechnung durch die Fahrzeug-Zustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b.
  • Fahrdraht-Detektionsbereich und Koordinatensystem
  • Zunächst werden im Folgenden ein Fahrdraht-Detektionsbereich und ein Koordinatensystem beschrieben, die von Fahrzeug-Zustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b verwendet werden.
  • 19 ist ein schematisches Diagramm, welches den Fahrdraht-Detektionsbereich und das Koordinatensystem zeigt, die in diesem Ausführungsbeispiel verwendet werden.
  • Zum Gewinnen der Bildinformation auf dem Bilderfassungsbereich a, b, c, d (16–18), welche die Bildinformationsverarbeitungseinheit 50a von der Kamera 15 erhält, extrahiert die Fahrzeug-Zustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b eine Fläche, wie die Fläche a1, b1, c1, d1 aus 19 als die Fahrdraht-Detektionsfläche und ermittelt letztere. Die Seite a1-d1 entspricht einem Teilstück der Seite a-d des in 16–18 dargestellten Bilderfassungsbereichs a, b, c, d, während die Seite b1-c1 einem Teilstück der Seite b-c des Bilderfassungsbereichs a, b, c, d entspricht. Der Fahrdraht-Detektionsbereich a1, b1, c1, d1 zeigt die räumliche Beziehung zwischen dem Schleifer und dem Fahrdraht 3R oder 3L, wenn der Fahrdraht 3R/3L von oben betrachtet werden. In dem Fahrdraht-Detektionsbereich a1, b1, c1, d1 läuft eine gerade Linie, welche durch die Mitte des Schleifers 4Ra/4La (bezogen auf die Querrichtung) verläuft und sich in die Fahrtrichtung des Fahrzeugs erstreckt, sowie durch die Mitte der Strecke a1-d1 und die Mitte der Strecke b1-c1. Wie oben beschrieben sind, da die Fahrdrähte 3R und 3L in der von der Kamera 15 aufgezeichneten Bildinformation auf dem Bilderfassungsbereich a, b, c, d von unten aufgenommen sind, die Vorne-Hinten-Beziehungen (vertikale Richtung in 19) in dem Fahrdraht-Detektionsbereich a1, b1, c1, d1 (bei Betrachtung des Fahrdrahts 3R/3L von oben) entgegengesetzt zu dem Bilderfassungsbereich a, b, c, d.
  • Ferner legt die Fahrzeug-Zustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b ein Koordinatensystem fest, dessen Ursprung (Op) in der Mitte des Schleifers 4Ra/4La liegt, dessen X-Achse in der Fahrtrichtung verläuft und dessen Y-Achse bezogen auf die Fahrtrichtung nach links verläuft. In dem Koordinatensystem legt die Fahrzeug-Zustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b einen repräsentativen Punkt auf dem Schnittpunkt Z der X-Achse mit der Seite b1-d1 fest und legt zwei Zielpunkte im Schnittpunkt T des Fahrdrahts 3R/3L und der Seites b1-c1 und dem Schnittpunkt O des Fahrdrahts 3R/3L und der Seite a1-d1 fest. Da die Kamera 15 und der Schleifer 4La des Stromabnehmers 4R/4L beide an dem Fahrzeugkörper befestigt sind und die räumliche Beziehung zwischen den beiden Bauteilen bereits bekannt ist, können die Koordinaten der Schnittpunkte Z, T, U einfach mittels einer Koordinatentransformation bestimmt werden, indem die Koordinatenwerte der Punkte P', P und R in dem Koordinatensystem mit dem Ursprung Oc aus 1–16 in Koordinatenwerte in dem Koordinatensystem mit dem Ursprung Op aus 19 umgewandelt werden.
  • Fahrdraht-Folgesteuerung
  • Die Fahrzeug-Zustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b berechnet die Abweichung zwischen dem repräsentativen Punkt Z und dem Zielpunkt T. Da der Y-Koordinatenwert Y_Cbc des Zielpunkts T vor dem Schleifer 4Ra/4La gleich der Abweichung zwischen dem repräsentativen Punkt Z und dem Zielpunkt T ist, benutzt die Fahrzeug-Zustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b den Y-Koordinatenwert Y_Cbc des Zielpunkts T als die Abweichung zwischen dem repräsentativen Punkt Z und dem Zielpunkt T. Die Abweichung Y_Cbc nimmt einen positiven/negativen Wert an, wenn das Fahrzeug bezogen auf die Fahrdrähte nach links/nach rechts versetzt ist.
  • Wenn das Fahrzeug schräg zu dem Fahrdraht 3R/3L fährt, wird ein ähnlicher Versatz auch im Hinblick auf die Neigung des Fahrzeugs definiert. In diesem Fall wird die Neigung θ_t des Fahrzeugs bezogen auf den Fahrdraht 3R/3L in einem gewissen Zeitpunkt durch den folgenden Ausdruck dargestellt, wobei die Koordinatenwerte der zwei Zielpunkte T und U verwendet werden: θ_t = (Y_Cbc – Y_Cad)/(X_Cbc – X_Cad) (1)
  • Die Fahrzeug-Zustandsgrößen-Steuereinheit 50c berechnet den Giermoment-Korrekturwert (um den repräsentativen Punkt Z zur Überlagerung mit dem Zielpunkt T zu bringen), indem die Abweichung Y_Cbc zwischen dem repräsentativen Punkt und dem Zielpunkt T oder die Neigung θ_t des Fahrzeugs verwendet wird.
  • 20 ist ein Blockdiagramm, welches einen Prozess zur Berechnung des Giermoment-Korrekturwerts zeigt, wobei die Abweichung Y_Cbc oder die Neigung θ_t verwendet wird. In der Fahrzeug-Zustandsgrößen-Steuereinheit 50c konvertiert eine Umwandlungseinheit 50c1 die Abweichung Y_Cbc in einen Giermoment-Wert, indem die Abweichung Y_Cbc mit einem Verstärkungsfaktor multipliziert wird. Ähnlich wandelt die Umwandlungseinheit 50c 2 den Neigungswinkel θ_t in einen Giermoment-Wert um, indem der Neigungswinkel θ_t mit einem Verstärkungsfaktor multipliziert wird. Eine Berechnungseinheit 50c 3 berechnet den Giermoment-Korrekturwert, indem die beiden Giermoment-Werte zueinander addiert werden und gibt den so berechneten Giermoment-Korrekturwert an die Giermoment-Steuereinheit 102 aus.
  • Die Fahrzeug-Zustandsgrößen-Steuereinheit 50c bestimmt auch den Giermoment-Steuerungsmodus, der Bezug nehmend auf 8 erläutert wurde. Die vorgenannte Giermoment-Steuereinheit 102 der der Steuerung 100 berechnet die Motordrehmoment-Befehlswerte und den Lenkmoment-Korrekturwert auf der Grundlage des Giermoment-Korrekturwerts und des Giermoment-Steuerungsmodus, die von der Fahrzeug-Zustandsgrößen-Steuereinheit 50c bestimmt wurden, und gibt die Motordrehmoment-Befehlswerte und die Lenkmoment-Korrekturwerte jeweils an die Wechselrichter-Steuervorrichtung 30 und die Lenk-Steuervorrichtung 32 aus.
  • Durch die oben beschriebene Konfiguration und das Vorgehen führt die Steuervorrichtung (aufgebaut aus der Fahrzeugsteuervorrichtung 50, der Steuerung 100, der Wechselrichter-Steuervorrichtung 30 und der Lenk-Steuervorrichtung 32) eine Steuerung in der Weise aus, dass ein geeignetes Giermoment für den Fahrzeugkörper erzeugt wird, so dass der Fahrzeugkörper 1 so fährt, dass er den Fahrdrähten 3R und 3L folgt. Dabei führt die Steuervorrichtung die Steuerung in der Weise aus, dass der Fahrzeugkörper 1 ein geeignetes Giermoment bekommt, so dass der repräsentative Punkt Z sich dem Zielpunkt T nähert. Ferner führt die Steuervorrichtung eine Steuerung in der Weise aus, dass der Fahrzeugkörper 1 ein geeignetes Giermoment bekommt, so dass sich die Neigung θ_t verringert.
  • Neben der einfachen Verstärkungssteuerung wie sie in 20 dargestellt ist, können auch eine Integralregelung, Differentialregelung etc. verwendet werden.
  • Schleifer-Anhebesteuerung
  • Die Fahrzeug-Zustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b berechnet die Neigung θ_t des Fahrzeugs in einem gewissen Zeitpunkt t. Wie oben erwähnt kann diese Neigung θ_t entsprechend dem oben genannten Ausdruck (1) berechnet werden, wobei die Koordinatenwerte der beiden in 19 dargestellten Zielpunkte T und U verwendet werden.
  • Ferner berechnet die Fahrzeug-Zustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b die Y-Koordinate (Y_p_t) eines Punkts W, der in einem Schnittpunkt des Schleifers 4Ra/4La und des Fahrdrahts 3R/3L liegt.
  • Die Y-Koordinate Y_p_t des Punkts W kann wie folgt genähert werden: Y_p_t = Y_Cbc – θ_t × X_Cbc oder Y_p_t = Y_Cad – θ_t × X_Cad (2)
  • Hier wird der Wert Y_p_t + 1 als der Wert von Y_p_t im nachfolgenden Schritt (nach einem Zeitintervall Δ) unter Verwendung der Fahrzeuggeschwindigkeit V wie folgt ausgedrückt: Y_p_t + 1 = Y_p_t + V × tanθ_t (3)
  • Vorausgesetzt, dass der zulässige Bereich der Y-Koordinate Y_p_t des Punkts W auf dem Schleifer 4Ra/4La, innerhalb dessen der Schleifer 4Ra/4La in Kontakt mit dem Fahrdraht 3R/3L steht und in welchem kontinuierlich ausreichend elektrische Leistung bezogen wird Y_min (die Y-Koordinate eines Punkts D) < Y_p_t < Y-max (Y-Koordinate eines Punkts C) zwischen den Punkten C und D liegt, kann man feststellen, dass kein Problem beim Anheben des Schleifers 4Ra/4La im Bereich Y_min < Y_p_t + 1 < Y-max besteht.
  • Im betrachteten Zeitpunkt t beurteilt die Fahrzeug-Zustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b, ob die Y-Koordinate < Y_p_t des Punkts W außerhalb des Bereichs zwischen Y_min (Y-Koordinate des Punkts D) und Y_max im nächsten Steuerungsschritt t + 1 liegt und gibt das Ergebnis der Beurteilung an die Fahrzeug-Zustandsgrößen-Steuereinheit 50c aus. Wenn die Koordinate Y_p_t des Punkts W außerhalb des Bereichs zwischen Y_min (Y-Koordinate von Punkt D) und Y_max (y-Koordinate von Punkt C) zu liegen kommt, gibt die Fahrzeugsteuereinheit 50c ein Befehlssignal zum Absenken der Schleifer 4Ra und 4La aus, um das Anheben der Schleifer 4Ra und 4La zu verhindern. Im Gegensatz dazu gibt die Fahrzeug-Zustandsgrößen-Steuereinheit 50c dann, wenn die Y-Koordinate Y_p_t innerhalb des Bereichs liegen wird, ein Befehlssignal zum Anheben der Schleifer 4Ra und 4La aus, um so das Anheben der Schleifer 4Ra und 4La zu ermöglichen. Die Fahrzeug-Zustandsgrößen-Steuereinheit 50c kann ferner die Reaktionskraft des Reaktionskraftmotors 42 (siehe 5) der Steuerungsvorrichtung 40 abhängig von der Y-Koordinate Y_p_t von Punkt W korrigieren. Beispielsweise kann die Korrektur so durchgeführt werden, dass die Reaktionskraft in einem Bereich reduziert wird, der Y_min < Y_p_t + 1 < Y-max erfüllt, und die Reaktionskraft erhöht wird in einem Bereich, der Y_p_t < Y_min oder Y-max < Y_p_t + 1 erfüllt.
  • In diesem Beispiel führt die Fahrzeugsteuerung 50 sowohl die Fahrdraht-Folgesteuerung als auch die Schleifer-Anhebesteuerung durch. In der Fahrdraht-Folgesteuerung gibt die Fahrzeug-Zustandsgrößen-Steuereinheit 50c den durch Multiplikation der Abweichung Y_Cbc oder Neigung θ_t mit einem Verstärkungsfaktor berechneten Giermoment-Korrekturwert aus. Da die Ausgabe des Giermoment-Korrekturwerts fortgesetzt wird, bis die Abweichung Y_Cbc oder die Neigung θ_t Null beträgt, tendieren die Y-Koordinate Y_p_t des Punkts W auf dem Schleifer 4Ra/4La und die Neigung θ_t des Fahrzeugs dazu, in Richtung Null zu konvergieren.
  • Details des Steuerungsvorgangs der Fahrzeugsteuervorrichtung 50 Die Details des von der Fahrzeugsteuervorrichtung 50 ausgeführten Steuerungsprozesses mitsamt der vorgenannten Anhebe-Steuerung der Schleifer 4Ra und 4La werden im Folgenden Bezug nehmend auf ein Flussdiagramm in 21 erläutert. 21 ist ein Flussdiagramm, welches den Fluss eines Vorgangs ausgehend von einer Aufwärtsaufnahme mit der Kamera bis zur Steuerungsausgabe zeigt. Es wird vorausgesetzt, dass die Kamera, wie in 12 dargestellt, vor dem Fahrzeugkörper 1 angeordnet ist, so dass sie auf einer Verlängerungslinie der Fahrzeugachse liegt und die Anzahl von mit der Kamera aufgenommenen Fahrdrähten 1 beträgt. 22 ist ein schematisches Diagramm ähnlich zu 19, wobei ein Totbereich der Fahrdraht-Folgesteuerung eingestellt wurde. Die Zielpunkte T und U und der repräsentative Punkt Z wurden, wie oben erläutert, für den Detektionsbereich a1, b1, c1 und d1 eingestellt. Ferner wurden Punkte A und B in Positionen in einem vorgegebenen Abstand (1. Schwellenwert) entfernt (Y_l, Y_r) von dem repräsentativen Punkt Z eingestellt, welche den Totbereich der Fahrdraht-Folgesteuerung definieren.
  • In dem ersten Schritt 200 nimmt die Bildinformationsverarbeitungseinheit 50a mittels der Kamera vom Fahrzeugkörper 1 aus nach oben ein Bild auf. In Schritt 201 durchsucht die Bildinformationsverarbeitungseinheit 50a das aufgenommene Bild nach dem Fahrdraht 3R/3L. Bei der Suche in Schritt 201 wird der gesamte Bereich des aufgenommenen Bilds durchsucht, wenn die Detektion des Fahrdrahts 3R/3L zum ersten Mal durchgeführt wird. Wenn der Fahrdraht 3R/3L zuvor schon einmal detektiert wurde, ist das Durchsuchen des gesamten Bereichs nicht nötig; das Durchsuchen nur eines beschränkten Bereichs in der Nähe der Koordinaten des bereits detektierten Fahrdrahts 3R/3L ist vorteilhaft, da es zu einer Verringerung der Suchzeit führt. In Schritt 202 beurteilt die Bildinformations-Verarbeitungseinheit 50a, ob in dem aufgenommenen Bild ein dem Fahrdraht 3R/3L entsprechendes Objekt existiert. Wenn kein dem Fahrdraht 3R/3L entsprechendes Objekt gefunden wird, wird der Prozess beendet. Wenn ein dem Fahrdraht 3R/3L entsprechendes Objekt existiert, fährt der Prozess mit Schritt 203A fort. In Schritt 203A führt die Bildinformationsverarbeitungseinheit 50a die Kantenextraktion und die Bildverarbeitung zur Berechnung der Mittellinie des Fahrdrahts 3R/3L aus.
  • Anschließend wird der Prozess an die Fahrzeug-Zustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b übergeben. In Schritt 203B legt die Fahrzeug-Zustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b die vorgenannten Zielpunkte T und U fest und berechnet die Koordinaten der Zielpunkte T und U. In diesem Punkt verzweigt sich der Prozess abhängig von der Koordinateninformation über die Zielpunkte T und U in zwei Zweige: einen Folgesteuerungsschritt 300 zum Folgen des Fahrdrahts 3R/3L und einen Anhebe-Steuerungsschritt 400 zum Steuern des Anhebens des Schleifers 4Ra/4La.
  • Fahrdraht-Folgesteuerung
  • Als nächstes wird im Folgenden der Fahrdraht-Folgesteuerungs-Schritt 300 beschrieben. In Schritt 310 beurteilt die Fahrzeug-Zustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b, ob der Zielpunkt T zwischen den Punkten A und B (Y_l < Y_Cbc, Y_r > Y_Cbc) liegt, die in Positionen in einem vorgegebenen Abstand (Y_l, Y_r) von dem repräsentativen Punkt Z aus 22 festgelegt wurden, oder nicht. Wenn der Zielpunkt T nicht zwischen den Punkten A und B liegt, schreitet der Prozess zu Schritt 320 fort, und die Fahrzeug-Zustandsgrößen-Steuereinheit 50c berechnet den Giermoment-Korrekturwert und gibt diesen aus.
  • 23 ist ein schematisches Diagramm, welches ein Beispiel eines Verfahrens zur Berechnung des Giermoment-Korrekturwerts zeigt, das hier verwendet wird. Wie oben erwähnt, entspricht der Y-Koordinatenwert Y_Cbc des Zielpunkts T vor dem Schleifer 4Ra/4La der Abweichung zwischen dem repräsentativen Punkt Z und dem Zielpunkt T. In 23 entspricht der Gradient der charakteristischen Linien außerhalb der Punkte A und B dem Verstärkungsfaktor der Umwandlungseinheit 50c 2 aus 20.
  • Wie in 23 und 20 gezeigt, wird dem Y-Koordinatenwert Y_Cbc des Zielpunkts T (welcher der Abweichung zwischen dem repräsentativen Punkt Z und dem Zielpunkt T entspricht) entsprechender Giermoment-Korrekturwert außerhalb der Punkte A und B berechnet. Genauer gesagt wird im Bereich außerhalb der Punkte A (wo Y_Cbc positiv ist) mit ansteigendem Y_Cbc erhöht. In dem Bereich außerhalb des Punkts B (wo Y_Cbc negativ ist), wird der Giermoment-Korrekturwert mit fallendem Y_Cbc erhöht. Gemäß dieser Berechnung wird dann, wenn der Zielpunkt T nicht zwischen den Punkten A und B liegt (also wenn der Betrag der Abweichung Y_Cbc zwischen dem repräsentativen Punkt Z und dem Zielpunkt T größer als der Betrag des Y-Koordinatenwerts Y_l des Punkts A oder des Y-Koordinatenwerts Y_r des Punkts B als erstem Schwellenwert ist), die Steuerung so ausgeführt, dass der Fahrzeugkörper 1 ein geeignetes Gier-Moment erhält, so dass der repräsentative Punkt Z sich dem Zielpunkt T nähert. Ferner wird die Steuerung so ausgeführt, dass das dem Fahrzeugkörper 1 mitgegebene Giermoment mit ansteigendem Betrag der Abweichung Y_Cbc ansteigt. Wenn der Giermoment-Korrekturwert einen maximalen Korrekturwert oder einen minimalen Korrekturwert erreicht hat, wird der Giermoment-Korrekturwert auf eine Konstante gesetzt, um eine abrupte/extreme Drehung des Fahrzeugs zu vermeiden. Übrigens ist es auch möglich, in solchen Fällen einen konstanten Giermoment-Korrekturwert auszugeben, in denen der Punkt T nicht zwischen den Punkten A und B liegt, anstatt den Giermoment-Korrekturwert als Variable auszugeben.
  • Der Grund für die Festlegung des Giermoment-Korrekturwerts bei Null zwischen den Punkten A und B aus 23 wird hier beschrieben. Durch die Steuerung derart, dass der repräsentative Punkt Z in Übereinstimmung mit dem Zielpunkt T kommt, wird der Punkt W beinahe in der Mitte des Schleifers 4Ra/4La positioniert, solange der Fahrzeugkörper 1 sich vorwärts bewegt. In diesem Fall wird jedoch der Giermoment-Korrekturwert selbst dann berechnet, wenn der Punkt W sich leicht gegenüber der Mitte des Schleifers 4Ra/4La verschoben hat, was die Frequenz der Betätigung der Aktuatoren, welche die Giermoment-Korrektur realisieren, erhöht (des Reaktionskraftmotors 42 und des Lenkmotors 43 der Lenkvorrichtung 40 (5) und der Hinterrad-Elektromotoren 6R und 6L (3) in diesem Ausführungsbeispiel). Durch die Festlegung des Giermoment-Korrekturwerts aus Null zwischen den Punkten A und B kann die Frequenz der Betätigung der Hinterrad-Elektromotoren 6R und 6L reduziert werden und die Stabilität der Steuerung und der Fahrkomfort können gewährleistet werden. Die Breite des Bereichs zwischen den Punkten A und B (innerhalb welcher die Giermoment-Korrektur unnötig ist), kann abhängig von der Breite der Schleifer 4Ra/4La eingestellt werden.
  • Ferner kann durch die Ausführung der Steuerung derart, dass das dem Fahrzeugkörper 1 mitgegebene Giermoment mit ansteigendem Betrag der Abweichung Y_Cbc ansteigt, der Fahrzeugkörper 1 schnell zur Mitte der Schleifer 4Ra und 4La zurückgeführt werden, wenn der Schleifer 4Ra/4La des fahrenden Fahrzeugs sich in der Querrichtung weit vom Fahrdraht 3R/3L fortbewegt. Entsprechend kann sicher vermieden werden, dass der Kipp-Lastwagen von der Spur der Fahrdrähte 3R und 3L abweicht. Im nächsten Schritt 330 wird der Giermoment-Steuerungsmodus ausgewählt und ausgegeben. Während der normalen Fahrt wird der Modus „1” als der Giermoment-Steuerungsmodus ausgewählt, da eine Verringerung der Fahrzeuggeschwindigkeit nicht notwendig ist (Bremsbetätigung durch den Fahrer oder Abbremsen durch anderweitige Steuerung).
  • Weiteres Beispiel der Fahrdraht-Folgesteuerung
  • Als nächstes wird ein weiteres Beispiel der Fahrdraht-Folgesteuerung Bezug nehmend auf 24–27 erläutert. 24 ist ein schematisches Diagramm ähnlich zu 19 und 22, wobei die Abweichungs-Überwachungspunkte der Fahrdraht-Überwachungssteuerung eingestellt wurden. 25 ist ein Flussdiagramm, welches einen Schritt 300' zeigt, der anstelle des Fahrdraht-Folgesteuerungsschritts 300 in dem Flussdiagramm aus 21 ausgeführt wird.
  • Wie in 24 dargestellt, wurden als Abweichungs-Überwachungspunkte für die Fahrdraht-Folgesteuerung ein Punkt A' (zweiter Schwellenwert) in einer Position außerhalb (mit größerem Y-Koordinatenwert) des Punkts A und mit einem Y-Koordinaten wert Y_l' und ein Punkt B' (zweiter Stellenwert) in einer Position außerhalb (mit kleinerem negativen Y-Koordinatenwert) des Punkts B und mit einem Y-Koordinatenwert Y_r' festgelegt.
  • In 25 ist der Prozess bis zum Schritt 320 zur Berechnung des Giermoment-Korrekturwerts identisch zu dem oben beschriebenen in 21. In Schritt 321 nach dem Schritt 320 wird beurteilt, ob der Zielpunkt T zwischen den Punkten A' und B' (Y_l' ≤ Y_Cbc, Y_r' ≥ Y_Cbc) liegt oder nicht (Schritt 321). Bejahendenfalls wird durch Ton und/oder ein Display ein Warnsignal erzeugt, um den Fahrer zur Korrektur der Lenkung zu bewegen, da die Gefahr besteht, dass das Fahrzeug von der Fahrdraht-Spur abweicht.
  • Im nächsten Schritt 323 wird die Ziel-Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig von der Position des Zielpunkts T korrigiert. 26 ist ein schematisches Diagramm, welches ein Beispiel eines Verfahrens zur Berechnung eines Ziel-Fahrzeuggeschwindigkeit-Korrekturwerts für diesen Fall zeigt. Wie in 26 dargestellt, wird dann, wenn der Zielpunkt T nicht zwischen den Punkten A' und B' liegt, der Ziel-Fahrzeuggeschwindigkeit-Korrekturwert so berechnet, dass die Ziel-Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig vom Grad der Abweichung von den Punkten A' und B' berechnet wird. Insbesondere wird im Bereich außerhalb des Punkts A' (wo Y_Cbc positiv ist) der Korrekturwert auf der Seite der abnehmenden Ziel-Fahrzeuggeschwindigkeit mit ansteigenden Y_Cbc erhöht. In dem Bereich außerhalb des Punkts B' (wo Y_Cbc negativ ist) wird der Korrekturwert auf der Seite der abnehmenden Ziel-Fahrzeuggeschwindigkeit mit abnehmenden Y_Cbc verringert. Gemäß dieser Berechnung wird dann, wenn der Zielpunkt T nicht zwischen den Punkten A' und B' liegt (also wenn der Betrag der Abweichung Y_Cbc zwischen dem repräsentativen Punkt Z und dem Zielpunkt T größer als der Betrag des Y-Koordinatenwerts Y_l' des Punkts A' oder des Y-Koordinatenwerts Y_r' des Punkts B' als dem zweiten Schwellenwert ist, die Steuerung so ausgeführt, dass die Fahrgeschwindigkeit mit ansteigendem Betrag der Abweichung Y_Cbc verringert wird. Die Verringerung der Fahrzeuggeschwindigkeit verringert die Arbeitsbelastung des Fahrers und gibt dem Fahrer ein größeres Sicherheitsgefühl.
  • 27 ist ein schematisches Diagramm, welches ein anderes Beispiel des Verfahrens zur Berechnung des Ziel-Fahrzeuggeschwindigkeit-Korrekturwerts zeigt. Wie in 27 dargestellt, kann dann, wenn der Zielpunkt T zwischen den Punkten A' und B' liegt, eine Korrektur so ausgeführt werden, dass die Ziel-Fahrzeuggeschwindigkeit ansteigt, wenn sich der Zielpunkt T dem repräsentativen Punkt Z nähert. Insbesondere kann im Bereich innerhalb des Punkts A' (wo Y_Cbc positiv ist), der Korrekturwert auf der Seite der ansteigenden Ziel-Fahrzeuggeschwindigkeit mit abnehmendem Y_Cbc erhöht werden. Im Bereich innerhalb des Punkts B' (wo Y_Cbc negativ ist), kann der Korrekturwert auf der Seite der ansteigenden Ziel-Fahrzeuggeschwindigkeit mit ansteigendem Y_Cbc verringert werden. Gemäß dieser Berechnung wird dann, wenn der Zielpunkt T zwischen den Punkten A' und B' liegt (also wenn der Betrag der Abweichung Y_Cbc zwischen dem repräsentativen Punkt Z und dem Zielpunkt T geringer als der Betrag des Y-Koordinatenwerts Y_l' des Punkts A' oder des Y-Koordinatenwerts Y_r' des Punkts B' als der zweite Schwellenwert ist), die Steuerung so ausgeführt werden, dass die Fahrgeschwindigkeit mit abnehmendem Betrag der Abweichung Y_Cbc verringert wird. Die Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit wie oben beschrieben erhöht die Arbeitseffizienz.
  • 28 ist ein schematisches Diagramm ähnlich zu 10, welches en Verfahren zum Erzeugen eines Motor-Drehmoments abhängig von dem Ziel-Fahrzeuggeschwindigkeit-Korrekturwert zeigt. Wie in 28 gezeigt, wird der oben berechnete Ziel-Fahrzeuggeschwindigkeits-Korrekturwert von einer Umwandlungseinheit 100c in einen Motordrehmoment-Befehlswert umgewandelt, indem der Ziel-Fahrzeuggeschwindigkeits-Korrekturwert mit einem Verstärkungsfaktor multipliziert wird. Anschließend werden die Motordrehmoment-Befehlswerte T_MR und T_ML durch Addition des von der Umwandlungseinheit 100c berechneten Motordrehmoment-Befehlswerts (welcher dem Ziel-Fahrzeuggeschwindigkeit-Korrekturwert entspricht) zu dem von der Berechnungseinheit 100b berechneten Motordrehmoment-Befehlswert berechnet (letzterer ermittelt durch Addition des dem von der Giermoment-Steuereinheit 102 (8) erzeugten Giermoment-Befehlswerts entsprechenden Motordrehmoment-Korrekturwerts T_MR_Y und T_ML_Y zu den von der Verarbeitungseinheit 100a ausgewählten Drehmoment-Befehlswerten).
  • Als nächstes wird ein Giermoment-Steuerungsmodus für den Fall erläutert, in welchem die Ziel-Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig von dem Ziel-Fahrzeuggeschwindigkeit-Korrekturwert aus 26 auf einen geringeren Wert korrigiert wird. Wie in 9 dargestellt, ist es in Fällen, in welchen ein Giermoment erzeugt werden muss, während der rechte und linke Motor 100 Prozent ihres Motordrehmoments ausgeben, notwendig, das Motordrehmoment entweder des rechten oder des linken Motors zu reduzieren. Die Verringerung des Motordrehmoments von einem der Motoren führt zu einer Verringerung der Fahrzeuggeschwindigkeit, da das Fahrzeug die derzeitige Geschwindigkeit mit dem reduzierten Motordrehmoment nicht aufrecht erhalten kann. In Fällen, in denen die Ziel-Fahrzeuggeschwindigkeit auf einen geringeren Wert korrigiert wird, kann daher die Giermoment-Korrektur nicht durch die Korrektur der Lenkmomente erreicht werden, sondern nur durch die Korrektur des Motordrehmoments, wodurch sowohl eine Steuerung ausgeführt wird, in welcher durch Steuerung des linken und rechten Elektromotors 6R und 6L ein Giermoment für den Fahrzeugkörper erzeugt wird, sondern auch die Steuerung der Fahrgeschwindigkeit. Entsprechend kann eine wirkungsvolle Steuerung erfolgen, welche sowohl die Verlangsamung als auch die Erzeugung des Giermoments gleichzeitig bewirkt.
  • Schleifer-Anhebesteuerung
  • Als nächstes wird im Folgenden der Schleifer-Anhebe-Steuerungsschritt 400 erläutert.
  • Wie in 19, 22 und 24 dargestellt, sind die Punkte C und D so eingestellt, dass sie den zulässigen Bereich für den Y-Koordinatenwert Y_p_t des Punkts W auf dem Schleifer 4Ra/4La, innerhalb dessen der Schleifer 4Ra/4La in Kontakt mit dem Fahrdraht 3R/3L steht, und innerhalb dessen kontinuierlich eine zufriedenstellende elektrische Leistung abgegriffen werden kann, definiert.
  • In Schritt 410 in 21 wird gemäß dem Ausdruck 1 die Neigung des Fahrdrahts 3R/3L aus den Zielpunkten T und U berechnet. Aus der Neigung und den Koordinaten des Zielpunkts T werden die Koordinaten des Schnittpunkts W des Schleifers 4Ra/4La und des Fahrdrahts 3R/3L in Schritt 420 berechnet. Diese Berechnung wird gemäß dem vorgenannten Ausdruck (2) durchgeführt. Im nächsten Schritt 430 wird die Abschätzung Y_p_t + 1 der Y-Koordinate des Schnittpunkts B für den nächsten Schritt berechnet. In Schritt 440 wird mittels eines Zählers die Dauer eines Zustands, in welchem die Abschätzung Y_p_t + 1 innerhalb des vorgegebenen Bereichs zwischen den Punkten C und D (Y_min ≤ Y_p_t + 1 ≤ Y_max) liegt, gemessen, und beurteilt, ob die Dauer des Zustands einer vorgegebenen Dauer (beispielsweise 1 Sekunde) entspricht oder länger ist. Wenn die Dauer dieses Zustands, in welchem der Punkt W zwischen den Punkten C und D liegt, beispielsweise 1 Sekunde oder mehr beträgt, fährt der Prozess mit Schritt 450 fort und das Anheben der Schleifer 4Ra und 4La wird erlaubt. In diesem Fall ist es möglich, beispielsweise durch eine Ton- und/oder Displayanzeige den Fahrer über das Zulassen des Anhebens der Schleifer 4Ra und 4La zu unterrichten. Als Reaktion auf eine Schaltoperation des Fahrers gibt die Fahrzeugsteuervorrichtung 50 ein Befehlssignal für die Anhebesteuerung aus und die Anhebe-Steuerungsvorrichtung steuert das Anheben der Schleifer 4Ra und 4La gemäß dem Befehlssignal. Wenn die Schleifer 4Ra und 4La abgesenkt wurden, ist es ferner möglich, die Schleifer 4Ra und 4La anzuheben, beispielsweise anstatt dem Fahrer den Anhebevorgang anzuvertrauen. Die Fahrzeugsteuervorrichtung 50 gibt das Befehlssignal für die Anhebesteuerung aus und die Anhebesteuervorrichtung 31 steuert den Anhebevorgang der Schleifer 4Ra und 4La gemäß dem Befehlssignal. In diesem Fall ist es möglich, den Fahrer über das automatische Anheben der Schleifer 4Ra und 4La zu informieren, beispielsweise mittels Tonsignal oder Displaydarstellung.
  • Im Gegensatz dazu fährt der Prozess dann, wenn die Dauer des Zustands, innerhalb dessen der Punkt W in dem vorgegebenen Bereich liegt, nach Schritt 440 weniger als 1 Sekunde beträgt, mit Schritt 460 fort, um den Fahrer mittels Tonsignal und/oder Displaydarstellung anzuweisen, die Schleifer 4Ra und 4La abzusenken, wenn die Schleifer angehoben sind. Die Schleifer 4Ra und 4La können auch automatisch abgesenkt werden. In diesem Fall ist es wünschenswert, den Fahrer über das automatische Absenken der Schleifer 4Ra und 4La zu informieren, beispielswiese mittels Tonsignal oder Displaydarstellung. Wenn die Schleifer 4Ra und 4La bereits abgesenkt sind, wird das Anheben der Schleifer 4Ra und 4La vermieden. In diesem Fall ist es wünschenswert, den Fahrer über die Verhinderung des Anhebens der Schleifer 4Ra und 4La durch Tonsignal oder über Displaydarstellung zu informieren. In diesen Fällen gibt die Fahrzeugsteuervorrichtung 50 ein Befehlssignal automatisch oder als Reaktion auf eine Schaltbetätigung des Fahrers aus und die Anhebesteuervorrichtung 31 steuert das Absenken der Schleifer 4Ra und 4La gemäß dem Befehlssignal. Dies verringert die Arbeitsbelastung des Benutzers (Fahrers) beim Anheben und Herunterfahren der Schleifer 4Ra und 4La nachdem der Kipplastwagen in den Abschnitt zur Oberleitungsfahrt eingefahren ist.
  • Während die Beurteilung, ob der Zustand (in welchem die Abschätzung Y_P_t + 1 zwischen den Punkten C und D (Y_min ≤ Y_p_t + 1 ≤ Y_max)) für eine vorgegebene Periode (beispielsweise eine Sekunde) oder länger beibehalten wird, in Schritt 440 in 21 erfolgt, ist es auch möglich, unmittelbar mit Schritt 450 fortzufahren (ohne diese Beurteilung vorzunehmen), wenn die Abschätzung Y_P_t + 1 zwischen den Punkten C und D (Y_min ≤ Y_p_t + 1 ≤ Y_max) liegt und unmittelbar zu Schritt 450 fortzufahren, wenn die Abschätzung Y_P_t + 1 nicht zwischen in den Punkten C und D liegt (Y_min ≤ Y_p_t + 1 ≤ Y_max). Der Schritt 440 ist jedoch dennoch zur Vermeidung einer nacheilenden Beurteilung sinnvoll, die durch wiederholtes Abweichen/Wiedereintreten aus dem/in den vorgegebenen Bereich verursacht wird, wenn die Y-Koordinate Y_P_t des Punkts W durch wellen in der Straßenoberfläche und durch bei der Bildverarbeitung auftretendes Rauschen instabil ist.
  • 29 ist ein schematisches Diagramm, welches einen Hysterese Prozess zeigt, der anstelle von Schritt 440 durchgeführt werden kann und der einen Zähler verwendet. Wie in 29 dargestellt, wird dann, wenn der Punkt W zwischen den Punkten C und D liegt, die Einstellung für die Punkte C und D so verändert, dass der Abstand zwischen den Punkten C und D vergrößert wird. Im Gegensatz dazu wird dann, wenn der Punkt W nicht zwischen den Punkten C und D liegt, die Einstellung der Punkte C und D so verändert, dass der Abstand zwischen den Punkten C und D verringert wird. Durch das Einführen einer Hysterese in der Distanz zwischen den Punkten C und D wie oben beschrieben, kann ein Effekt erreicht werden, der ähnlich zu demjenigen des Gegenprozesses (Schritt 440) ist.
  • Wirkung
  • Nach dem wie oben aufgebauten Ausführungsbeispiel werden die folgenden Wirkungen erreicht: da die Fahrdrähte 3R und 3L in diesem Ausführungsbeispiel von unten her detektiert werden, gibt es im Vergleich zu herkömmlichen Technologien zur Detektion von Spurmarkierungen etc., welche die Aufnahme von Bildern der Bodenoberfläche nutzen, weniger Faktoren, die zu Detektionsfehlern führen. Dadurch kann die Genauigkeit der Fahrdrahtdetektion verbessert werden. Durch die Steuerung des Anhebens der Schleifer 4Ra und 4La des Stromabnehmers 4R und 4L auf der Grundlage der wie oben detektierten Information können Gegenmaßnahmen (Verhindern des Anhebens der Schleifer 4Ra und 4La, Absenken der Schleifer 4Ra und 4La, wenn die Schleifer bereits angehoben sind etc.) selbst dann eingeleitet werden, wenn die Mittelposition des Schleifers 4Ra/4La des fahrenden Fahrzeugs in Querrichtung weit von dem Fahrdraht 3R/3L abweicht. Entsprechend kann die Arbeitsbelastung des Fahrers während des Oberleitungsfahrens deutlich verringert werden.
  • Ferner kann dank der Verbesserung der Fahrdrahtdetektionsgenauigkeit die Steuerungsgenauigkeit der Giermoment-Steuerung zur Führung des Fahrzeugs verbessert werden, so dass den Fahrdrähten 3R und 3L gefolgt wird. Daher kann sich die Mittenposition der Schleifer 4Ra/4La des fahrenden Fahrzeugs kaum weit in der Querrichtung vom Fahrdraht 3R/3L fortbewegen. Auch unter diesem Gesichtspunkt kann die Arbeitsbelastung des Fahrers beim Oberleitungsfahren deutlich verringert werden. Falls eine Kamera 15 als die Fahrdrahtdetektionsvorrichtung verwendet wird, kann durch die Beleuchtung der Fahrdrähte 3R und 3L durch die Beleuchtungsvorrichtung 51 wirkungsvoll ein hoher Kontrast zwischen dem Himmel und den Fahrdrähten 3R und 3L aufrechterhalten werden. Durch die Beleuchtungsvorrichtung 51 kann die Giermoment-Steuerung zum Führen des Fahrzeugs entlang der Fahrdrähte 3R und 3L mit hoher Genauigkeit nicht nur tagsüber bei gutem Wetter, sondern auch unter Bedingungen durchgeführt werden, unter welchen ansonsten ein derart hoher Kontrast zwischen dem Himmel und den Fahrdrähten 3R und 3L kaum erreicht wird (Abend, Nacht, Regenwetter).
  • Ferner kann die Steuervorrichtung 200 die Giermoment-Steuerung so ausführen, dass die Fahrzeugsteuervorrichtung 50 und die Steuerung 100 als separate Bauteile ausgeführt sind. Durch diesen Aufbau kann selbst dann, wenn die Steuerung 100 eine bereits existierende Steuerung ist, die Giermoment-Steuerung nach der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden, indem lediglich die Fahrzeugsteuervorrichtung 50 zur Steuerung hinzugefügt wird. Die Parameter der Giermoment-Steuerung können einfach durch die Änderung der Funktionen der Fahrzeugsteuervorrichtung 50 angepasst werden. Entsprechend kann das Steuersystem mit einer hohen Flexibilität ausgestattet werden.
  • Andere Beispiele
  • Während in dem oben genannten Ausführungsbeispiel die Fahrdrahtdetektionsvorrichtung verwendete Kamera direkt nach oben ausgerichtet war, kann die Kamera auch so eingestellt werden, dass sie Bilder vom Fahrzeug aus nach vorne und oben aufnimmt, wie dies in 30 dargestellt ist. Eine solche Kameraeinstellung vereinfacht die Detektion/Erkennung der Fahrdrähte als Ziel der Spurführung, das die Teile der Fahrdrähte, die mit der Kamera in der Fahrrichtung des Fahrzeugs aufgenommen werden, lang sind. Andererseits nimmt das durch den Hintergrund verursachte Rauschen zu, wenn der Bilderfassungsbereich nach vorne verschoben wird. Daher kann der Bilderfassungsbereich der Kamera abhängig von der Umgebung, in welcher die vorliegende Erfindung verwendet wird, geeignet angepasst werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Fahrzeugkörper
    2
    Mulde
    3, 3L
    Fahrdraht
    4R, 4L
    Stromabnehmer
    4La, 4Ra
    Schleifer
    4a
    Hydraulische Kolbenvorrichtung
    4b
    Hydraulischer Kolben
    4c
    Stößel
    4d
    Hydraulische Leitung
    4e
    Hydraulikvorrichtung
    4f
    Isolator
    4g
    Elektrodraht
    4h
    Anhebe-Befehlssignal
    5L, 5R
    Hinterrad
    6R, 6L
    Elektromotor
    6La, 6Ra
    Ausgangswelle
    7L, 7R
    Verlangsamer
    11
    Gaspedal
    12
    Bremspedal
    13
    Schalthebel
    14
    Kombinierter Sensor
    15
    Kamera
    16L, 16R
    Elektromagnetischer Tastsensor
    21
    Motor
    21a
    Elektronischer Motorregler
    22
    Wechselstromgenerator
    23
    Gleichrichterschaltkreis
    24
    Messwiderstand
    25
    Kondensator
    26
    Chopper-Schaltkreis
    27
    Gitterwiderstand
    28
    Weitere Motorlast
    30
    Wechselrichter-Steuervorrichtung
    30a
    Drehmomentbefehls-Berechnungseinheit
    30b
    Motorsteuerungs-Berechnungseinheit
    30c
    Wechselrichter (Schaltelement)
    31
    Anehebe-Steuervorrichtung
    32
    Lenk-Steuervorrichtung
    32a
    Umwandlungseinheit
    32b
    Berechnungseinheit
    32c
    Umwandlungseinheit
    32d
    Berechnungseinheit
    40
    Lenkvorrichtung
    41
    Lenkrad
    42
    Reaktionskraftmotor mit einem Lenkwinkelsensor
    43
    Lenkmotor mit einem Lenkwinkelsensor
    44
    Zahnstangengetriebe
    45L, 45R
    Vorderrad
    50
    Fahrzeugsteuervorrichtung
    50a
    Bildinformations-Verarbeitungseinheit
    50b
    Fahrzeug-Zustandsgrößen-Berechnungseinheit
    50c
    Fahrzeug-Zustandsgrößen-Steuereinheit
    50c1
    Berechnungseinheit
    50c2
    Umwandlungseinheit
    50c3
    Umwandlungseinheit
    51
    Beleuchtungsvorrichtung
    52
    Isolator
    53
    Träger
    100
    Steuerung
    100a
    Verarbeitungseinheit
    100b
    Berechnungseinheit
    101
    Fahrzeuggeschwindigkeits-Steuereinheit
    101a
    Berechnungseinheit
    101b
    Umwandlungseinheit
    101c
    Schalteinheit
    101d
    Null-Ausgabeeinheit
    102
    Giermoment-Steuereinheit
    102a
    Berechnungseinheit
    102b
    Lenkmoment-Steuereinheit
    102c
    Motordrehmoment-Steuereinheit
    102d
    Optimalverteilungs-Steuereinheit
    102e
    Schalteinheit
    200
    Steuervorrichtung
    P, Q, R, S
    Zielpunkt
    P', Q', R', S'
    Repräsentativer Punkt
    T
    Zielpunkt
    Z
    Repräsentativer Punkt (Steuerungspunkt)
    θ_L
    Neigung
    Y_Cbc
    Abweichung
    θ_t
    Neigung
    Y_I, Y_r
    Y-Koordinate von Punkt A, B (Erster Schwellenwert)
    Y_I', Y_r
    Y-Koordinatenwert von Punkt A', B' (Zweiter Schwellenwert)

Claims (5)

  1. Elektrisch angetriebener Kipp-Lastwagen, welcher den Schleifer (4Ra, 4La) eines Stromabnehmers (4R, 4L) anhebt, welcher so auf einem Fahrzeugkörper (1) vorgesehen ist, dass er nach oben unten bewegt werden kann, den Schleifer in Kontakt mit dem entlang einer Spur angeordneten Fahrdraht bringt und unter Verwendung von vom Fahrdraht bezogener elektrischer Leistung fährt, umfassend: eine Fahrdraht-Detektionsvorrichtung (15), die auf dem Fahrzeugkörper vorgesehen ist und welche den Fahrdraht während der Fahrt des Kipp-Lastwagens von unten her detektiert; und eine Steuervorrichtung (200), welche das Anheben des Schleifers des Stromabnehmers auf der Grundlage von von der Fahrdraht-Detektionsvorrichtung detektierten Informationen steuert.
  2. Elektrisch angetriebener Kipp-Lastwagen, wobei: die Steuervorrichtung eine räumliche Beziehung zwischen dem Schleifer und dem Fahrdraht aufgrund der von der Fahrdraht-Detektionsvorrichtung detektierten Information berechnet, und die Steuervorrichtung dann, wenn der Schleifer aus einem vorgegebenen Bereich für den Kontakt mit dem Fahrdraht ausgebrochen ist, eine Steuerung derart ausführt, dass der Vorgang des Anhebens des Schleifers vermieden wird oder der Schleifer abgesenkt wird, wenn der Schleifer bereits angehoben ist.
  3. Elektrisch angetriebener Kipp-Lastwagen nach Anspruch 1, wobei die Steuervorrichtung eine räumliche Beziehung zwischen dem Schleifer und dem Fahrdraht aufgrund der von der Fahrdraht-Detektionsvorrichtung detektierten Information berechnet und wenn der Schleifer sich innerhalb eines vorgegebenen Bereichs für den Kontakt mit dem Fahrdraht befindet, eine Steuerung derart ausführt, dass der Vorgang des Anhebens des Schleifers erlaubt wird, oder der Schleifer angehoben wird, wenn der Schleifer abgesenkt ist.
  4. Elektrisch angetriebener Kipp-Lastwagen nach einem der Ansprüche 1–3, wobei die Steuervorrichtung zumindest einen repräsentativen Punkt des Fahrzeugkörpers und zumindest einen auf dem Fahrdraht liegenden Zielpunkt aufgrund der von der Fahrdraht-Detektionsvorrichtung detektierten Information berechnet, eine Abweichung zwischen dem repräsentativen Punkt und dem Zielpunkt berechnet und ein Warnsignal erzeugt, wenn der Fahrzeugkörper Gefahr läuft, aus der Spur auszubrechen, wenn ein Betrag der Abweichung größer als ein Schwellenwert ist.
  5. Elektrisch angetriebener Kipp-Lastwagen nach einem der Ansprüche 1–4, wobei die Fahrdraht-Detektionsvorrichtung umfasst: eine Kamera (15), die auf dem Fahrzeugkörper vorgesehen ist und kontinuierlich Bilder des Fahrdrahts aufnimmt, während der Kipp-Lastwagen fährt; und eine Beleuchtungsvorrichtung (51), welche auf dem Fahrzeugkörper vorgesehen ist und den Fahrdraht beleuchtet.
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