DE112012004019B4 - Elektrisch angetriebener Kipp-Lastwagen - Google Patents

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Abstract

Elektrisch angetriebener Kipplastwagen, welcher auf einem Untergrund fährt, der einen ersten Fahrtabschnitt enthält, in dem zumindest ein erster Fahrdraht (3R1, 3L1) installiert ist, einen zweiten Fahrtabschnitt, in dem zumindest ein zweiter Fahrdraht (3R2, 3L2) installiert ist und einen Fahrdraht-Verbindungsabschnitt (C), in welchem ein hinteres Ende (3R1, 3L1) des ersten Fahrdrahts und ein anfängliches Ende (3R2, 3L2) des zweiten Fahrdrahts parallel zueinander verlaufen, und zwar mittels elektrischer Leistung, die durch das Anheben eines Schleifers (4Ra, 4La) eines Leistungsabgreifers (4R, 4L), der so auf einem Fahrzeug (1) vorgesehen ist, dass er nach oben und unten bewegt werden kann, von dem ersten Fahrdraht und dem zweiten Fahrdraht abgenommen wird, wobei der Schleifer (4Ra, 4La) nacheinander in Kontakt mit dem ersten Fahrdraht und dem zweiten Fahrdraht gebracht wird, wobei der elektrisch angetriebene Kipplastwagen umfasst:eine Fahrdraht-Detektionsvorrichtung (15), die auf dem Fahrzeug vorgesehen ist und die den ersten Fahrdraht und den zweiten Fahrdraht von unten her detektiert, während der Kipplastwagen fährt; undeine Steuervorrichtung, welche die folgende Steuerung abhängig von der von der Fahrdraht-Detektionsvorrichtung detektierten Information ausführt:Erzeugen eines Giermoments des Fahrzeugs derart, dass das Fahrzeug so fährt, dass es dem ersten Fahrdraht folgt, bevor das Fahrzeug den Fahrdraht-Verbindungsabschnitt erreicht, gekennzeichnet durch:Stoppen der Steuerung zur Erzeugung des Giermoments, wenn das Fahrzeug in dem Fahrdraht-Verbindungsabschnitt fährt; undErzeugen eines Giermoments des Fahrzeugs derart, dass das Fahrzeug so fährt, dass es dem zweiten Fahrdraht folgt, nachdem das Fahrzeug den Fahrdraht-Verbindungsabschnitt durchfahren hat, wobei:dann, wenn die Fahrdraht-Detektionsvorrichtung den ersten Fahrdraht detektiert hat, die Steuervorrichtung zumindest einen repräsentativen Punkt des Fahrzeugs und zumindest einen auf dem ersten Fahrdraht liegenden Zielpunkt abhängig von der durch die Fahrdraht-Detektionsvorrichtung detektierten Information berechnet und eine Steuerung derart ausführt, dass ein Giermoment des Fahrzeugs erzeugt wird, so dass der repräsentative Punkt sich dem Zielpunkt nähert, dann, wenn die Fahrdraht-Detektionsvorrichtung den zweiten Fahrdraht detektiert hat, die Steuervorrichtung zumindest einen repräsentativen Punkt des Fahrzeugs und zumindest einen auf dem zweiten Fahrdraht liegenden Zielpunkt abhängig von der Fahrdraht-Detektionsvorrichtung detektierten Information berechnet und eine Steuerung zum Erzeugen eines Giermoments des Fahrzeugs derart ausführt, dass der repräsentative Punkt sich dem Zielpunkt nähert, wobei die Fahrdraht-Detektionsvorrichtung umfasst:eine Kamera (15), die auf dem Fahrzeug vorgesehen ist und die kontinuierlich Bilder von dem ersten und zweiten Fahrdraht aufnimmt, während der Kipplastwagen fährt; undeine Beleuchtungsvorrichtung (51), die auf dem Fahrzeug vorgesehen ist und die den ersten und zweiten Fahrdraht beleuchtet.

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 nutzt. Ein Kipp-Lastwagen mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Merkmalen ist aus der DE 102 56705 A1 bekannt.
  • 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. Zur Ausnutzung der elektrischen Vorrichtungen des Serien-Hybridtyps wurde eine auf einem Fahrdrahtsystem basierende Fahrtechnologie entwickelt. In der Fahrdraht-basierten Fahrtechnologie werden normalerweise für elektrische Züge verwendete Fahrdrähte in vorgegebenen Anstiegsabschnitten angeordnet. In den Anstiegsabschnitten mit Fahrdrähten fährt ein mit Stromabnehmern (die auf dem Fahrzeug 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 Schleifern der Strom-abnehmer bis zum Kontakt mit den Fahrdrähten abgegriffenen elektrischen Leistung (im Folgenden als „Fahrdraht-Fahren“ bezeichnet). Ein Beispiel für die Fahrdraht-basierte Fahrtechnologie wurde beispielsweise in der US 4,483,148 A beschrieben. In diesem Fall kann ein Abfallen der Fahrgeschwindigkeit in den Anstiegsabschnitten (die mit den das Fahrdraht-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.
  • Die DE 102 56 705 A1 beschreibt einen elektrisch angetriebenen Kipp-Lastwagen, welcher auf einem Untergrund fährt, der einen ersten Fahrtabschnitt enthält, in dem zumindest ein erster Fahrdraht (3R1, 3L1) installiert ist, einen zweiten Fahrtabschnitt, in dem zumindest ein zweiter Fahrdraht (3R2, 3L2) installiert ist und einen Fahrdraht-Verbindungsabschnitt (C), in welchem ein hinteres Ende (3R1T, 3L1T) des ersten Fahrdrahts und ein anfängliches Ende (3R2B, 3L2B) des zweiten Fahrdrahts parallel zueinander verlaufen, und zwar mittels elektrischer Leistung, die durch das Anheben eines Schleifers (4Ra, 4La) eines Leistungsabgreifers (4R, 4L), der so auf einem Fahrzeug (1) vorgesehen ist, dass er nach oben und unten bewegt werden kann, von dem ersten Fahrdraht und dem zweiten Fahrdraht abgenommen wird, wobei der Schleifer (4Ra, 4La) nacheinander in Kontakt mit dem ersten Fahrdraht und dem zweiten Fahrdraht gebracht wird.
  • Von der Erfindung zu lösendes Problem
  • In der Fahrdraht-basierten Fahrtechnologie wie derjenigen, die in der US 4,483,148 A beschrieben ist, beurteilt der Fahrer des Fahrzeugs (Kipp-Lastwagen), ob das Fahrzeug in einen Abschnitt zum Fahrdraht-Fahren eingefahren ist. Wenn das Fahrzeug in einen Abschnitt zum Fahrdraht-Fahren eingefahren ist und der Fahrer, welcher die räumliche Beziehung zwischen den Schleifern und den Fahrdrähten sieht, erkennt, dass die Schleifer in Kontakt mit den Fahrdrähten treten können, betätigt einen Schalter (beispielsweise einen Startknopf für das Fahrdraht-Fahren), durch welchen das Fahrdraht-Fahren gestartet wird. Während des Fahrdraht-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 Fahrdraht-Fahrens wird ebenfalls von dem Fahrer beurteilt. Das Fahrdrahtfahren endet, sobald der Fahrer beispielsweise einen Knopf drückt.
  • Um in verschiedenen Umgebungen hinreichend robust zu sein, sind übrigens die Fahrdrähte aus einer Legierung hergestellt und eine Auslegungslänge (Referenzlänge) ist für die Fahrdrähte vorgegeben. Wenn die Länge des Fahrdraht-Fahrabschnitts der Referenzlänge oder weniger entspricht, kann der Fahrdraht-Fahrabschnitt mittels eines einzigen Fahrdrahts abgedeckt werden, so dass der Fahrer nur die Lenkvorgänge ausführen muss, um nicht von dem Fahrdraht abzuweichen. In Fällen, in denen der Fahrdraht-Fahrabschnitt länger als die Referenzlänge ist, müssen jedoch zwei oder mehr Fahrdrähte hintereinander in der Fahrtrichtung des Fahrzeugs in dem Fahrdraht-Fahrabschnitt installiert werden. In diesem Fall tritt ein Verbindungsabschnitt für einen bereits bestehenden Fahrdraht (erster Fahrdraht) und einem neuen Fahrdraht (zweiter Fahrdraht) auf. In dem Verbindungsabschnitt verlaufen der abschließende Endbereich des ersten Fahrdrahts und der Endbereich am Anfang des zweiten Fahrdrahts parallel zueinander.
  • In dem auf der visuellen Prüfung des Fahrers basierenden Betrieb kann der Fahrer in Fällen, in denen ein derartiger Verbindungsabschnitt in dem Fahrdraht-Fahrabschnitt enthalten ist, seine Lenkvorgänge nicht lediglich so ausführen, dass er vermeidet, dass die Mittelposition des jeweiligen Schleifers sich weit von dem Fahrdraht in der Querrichtung fortbewegt, sondern er muss die Lenkvorgänge so ausführen, dass der Fahrdraht, der mit dem Schleifer in Kontakt tritt, von dem ersten Fahrdraht auf den zweiten Fahrdraht wechselt. Ein solcher Lenkvorgang belastet den Fahrer sehr stark.
  • Es ist daher die vorrangige Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen elektrisch angetriebenen Kipplastwagen bereitzustellen, der die Arbeitsbelastung des Fahrers während der Fahrdrahtfahrt verringert und eine stabile Fahrdrahtfahrt selbst dann ermöglicht, wenn ein Fahrdraht-Verbindungsabschnitt existiert.
  • Mittel zum Lösen des Problems
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem elektrisch angetriebenen Kipplastwagen gelöst, der die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist. Unteransprüche sind auf Merkmale bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung gerichtet.
  • In dem erfindungsgemäßen elektrisch angetriebenen Kipplastwagen wird jeder Fahrdraht (erster Fahrdraht, zweiter Fahrdraht) mittels der Fahrdraht-Detektionsvorrichtung von unten her detektiert, so dass im Vergleich zu herkömmlichen Technologien zur Detektion von Spurmarkierungen, etc. durch die Aufnahme von Bildern der Bodenoberfläche weniger Faktoren zu Detektionsfehlern führen können. Dadurch können die Genauigkeit der Fahrdrahtdetektion und die Präzision der Steuerung zur Einleitung eines Giermoments in das Fahrzeug in der Weise, dass das Fahrzeug so fährt, dass es dem ersten Fahrdraht und dem zweiten Fahrdraht folgt, verbessert werden, und die Mittelposition des Schleifers des fahrenden Fahrzeugs kann in der Querrichtung kann von dem Fahrdraht abweichen. Entsprechend kann die Arbeitsbelastung des Fahrers während der Fahrdrahtfahrt deutlich verringert werden. Ferner wird gleichzeitig mit der dem Folgen des Fahrdrahts (des ersten Fahrdrahts) detektiert, ob das Fahrzeug in dem Fahrdraht-Verbindungsabschnitt fährt oder nicht. In dem Fahrdraht-Verbindungsabschnitt wird die Steuerung so ausgeführt, dass keine Giermomentsteuerung erfolgt. Durch diese Steuerung wird vermieden, dass das Fahrzeug weiter den ersten Fahrdrähten folgt und in Richtung des Rands der Fahrspur fährt. Nachdem das Fahrzeug den Fahrdraht-Verbindungsabschnitt durchfahren hat, wird wieder die Giermomentsteuerung zum Folgen des Fahrdrahts (des zweiten Fahrdrahts) durchgeführt. Der mit dem Fahrdraht in Kontakt stehende Schleifer wird so von dem ersten Fahrdraht zu dem zweiten Fahrdraht umgesetzt, ohne dass es einer sorgfältigen Lenkung durch den Fahrer bedarf. Die Fahrdraht-Folgesteuerung in Fahrdraht-Folgespuren, die länger als die Referenzlänge des Fahrdrahts ist, wird daher ermöglicht.
  • Die Steuervorrichtung berrechnet dann, wenn die Fahrdraht-Detektionsvorrichtung den ersten Fahrdraht detektiert hat, zumindest einen repräsentativen Punkt des Fahrzeugs und mindestens einen auf dem ersten Fahrdraht liegenden Zielpunkt abhängig von der Fahrdraht-Detektionsvorrichtung detektierten Information und führt eine Steuerung zum Erzeugen eines Giermoments des Fahrzeugs derart aus, dass der repräsentative Punkt sich dem Zielpunkt nähert. Wenn die Fahrdraht-Detektionsvorrichtung den zweiten Fahrdraht detektiert hat, berechnet die Steuerungsvorrichtung zumindest einen repräsentativen Punkt des Fahrzeugs und zumindest einen auf dem zweiten Fahrdraht liegenden Zielpunkt abhängig von der durch die Fahrdraht-Detektionsvorrichtung detektierten Informationen und führt eine Steuerung zum Erzeugen eines Giermoments des Fahrzeugs derart aus, dass der repräsentative Punkt sich dem Zielpunkt nähert. Diese Steuerung ermöglicht es, dass das Fahrzeug so fährt, dass es dem Fahrdraht folgt, wenn das Fahrzeug außerhalb des Fahrdraht-Verbindungs-abschnitts fährt.
  • Ferner umfasst in dem Kipp-Lastwagen mit Elektroantrieb die Fahrdraht-Detektionsvorrichtung: eine Kamera, die auf dem Fahrzeug vorgesehen ist und die kontinuierlich Bilder des ersten und zweiten Fahrdrahts aufnimmt, wenn der Kipp-Lastwagen fährt; und eine Beleuchtungsvorrichtung, die auf dem Fahrzeug vorgesehen ist und den ersten und zweiten Fahrdraht beleuchtet.
  • Selbst wenn für 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 aufrechterhalten werden. Daher kann die Giermoment-Steuerung mit einer hohen Genauigkeit nicht nur tagsüber bei gutem Wetter ausgeführt werden sondern auch unter Bedingungen, in denen ein solcher hoher Kontrast zwischen dem Himmel und dem Fahrdraht kaum erreicht werden kann (Abend, Nacht, Regenwetter, etc.).
  • In einer in Anspruch2 beschriebenen Erfindung umfasst in dem elektrisch angetriebenen Kipplastwagen nach Anspruch 1 oder 2 der erste Fahrdraht zwei Fahrdrähte: einen dritten Fahrdraht und einen vierten Fahrdraht. Der zweite Fahrdraht umfasst zwei Fahrdrähte: einen fünften Fahrdraht und einen sechsten Fahrdraht. Der Fahrdraht-Verbindungsabschnitt umfasst einen ersten Fahrdraht-Verbindungsabschnitt, in dem ein hinteres Ende des dritten Fahrdrahts und eine Anfangsende des fünften Fahrdrahts parallel zueinander verlaufen, und einen zweiten Fahrdraht-Verbindungsabschnitt, in dem ein hinteres Ende des vierten Fahrdrahts und ein Anfangsende des sechsten Fahrdrahts parallel zueinander verlaufen, in einer Position, die sich von dem ersten Fahrdraht-Verbindungsabschnitt unterscheidet. Die Steuerungsvorrichtung führt die folgende Steuerung abhängig von dem von der Fahrdraht-Detektionsvorrichtung detektierten Informationen aus:
    • Erzeugen eines Giermoments des Fahrzeugs, so dass das Fahrzeug fährt, während es dem dritten Fahrdraht folgt, bevor das Fahrzeug den ersten Fahrdraht-Verbindungsabschnitt erreicht;
    • Stoppen der Steuerung zur Erzeugung des Giermoments dem dritten Fahrdraht folgend und Umschalten der Steuerung zur Erzeugung eines Giermoments für das Fahrzeug, so dass das Fahrzeug so fährt, dass es dem vierten Fahrdraht folgt, wenn das Fahrzeug den ersten Fahrdraht-Verbindungsabschnitt erreicht; und
    • Stoppen der Steuerung zur Erzeugung des Giermoments für den vierten Fahrdraht und Umschalten der Steuerung zur Erzeugung eines Giermoments für das Fahrzeug, so dass das Fahrzeug beim Fahren dem fünften Fahrdraht folgt, wenn das Fahrzeug den zweiten Fahrdraht-Verbindungsabschnitt erreicht hat.
  • Durch diese Steuerung wird in dem ersten Fahrdraht-Verbindungsabschnitt die Steuerung zum Folgen des dritten Fahrdrahts unterbrochen und die Giermomentsteuerung wird so durchgeführt, dass sie den vierten Fahrdraht als einem geraden Abschnitt folgt. Dadurch kann das Fahrzeug eine stabile Fahrdrahtfahrt ausführen, ohne dem abzweigenden dritten Fahrdraht zu folgen. In dem zweiten Fahrdraht-Verbindungsabschnitt wird die Steuerung zum Folgen des vierten Fahrdrahts unterbrochen und die Giermomentsteuerung wird so durchgeführt, dass sie dem fünften Fahrdraht folgt. Dadurch wird es möglich, das Fahrzeug so zu steuern, dass das Fahrzeug dem fünften Fahrdraht folgt, ohne dass es dem abweichenden vierten Fahrdraht folgt. Dadurch kann eine stabile Fahrdrahtfahrt selbst dann ermöglicht werden, wenn die Verbindungsabschnitte der linken und rechten Fahrdrähte sich nicht in der gleichen Position befinden.
  • In einer in Anspruch 3 beschriebenen Erfindung erkennt die Steuervorrichtung in dem elektrisch angetriebenen Kipplastwagen nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dass das Fahrzeug in dem Fahrdraht-Verbindungsabschnitt fährt, wenn der zweite Fahrdraht durch die Fahrdraht-Detektionsvorrichtung detektiert wird.
  • Dadurch wird es möglich, mit hoher Genauigkeit zu detektieren, ob das Fahrzeug in dem Fahrdraht-Verbindungsabschnitt fährt oder nicht, wodurch die Giermomentsteuerung nach der vorliegenden Erfindung weiter stabilisiert werden kann.
  • In einer in Anspruch 4 beschriebenen Erfindung umfasst der elektrisch angetriebene Kipplastwagen nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ferner rechte und linke Elektromotoren zum Fahren. Die Steuerungsvorrichtung führt sowohl die Steuerung zur Erzeugung eines Giermoments für das Fahrzeug als auch die Fahrtgeschwindigkeitssteuerung durch eine Steuerung der linken und rechten Elektromotoren aus. Durch diesen Aufbau kann durch die Steuerung der Elektromotoren eine effiziente Steuerung erreicht werden, die gleichzeitig sowohl ein Abbremsen als auch ein Erzeugen von Giermoment ermöglicht.
  • In einer in Anspruch 5 beschriebenen Erfindung umfasst der Kipp-Lastwagen mit Elektroantrieb nach einem der Ansprüche 1-4 ferner rechte und linke Elektromotoren zum Fahren und eine Lenkvorrichtung. Die Steuervorrichtung umfasst eine Fahrzeug-Steuervorrichtung, einen Controller, eine Wechselrichter-Steuervorrichtung und eine Lenk-Steuervorrichtung. Die Fahrzeug-Steuervorrichtung berechnet einen Giermoment-Korrekturwert für die Steuerung derart, dass in dem Fahrzeugkörper ein Giermoment erzeugt wird, wodurch das Fahrzeug beim Fahren dem ersten und zweiten Fahrdraht folgt, und zwar abhängig von durch die Fahrdrahtdetektionsvorrichtung aufgenommenen Information. Der Controller steuert zumindest den rechten und linken Elektromotor oder die Lenk-Steuervorrichtung unter Verwendung der Wechselrichter-Steuervorrichtung und/oder der Lenk-Steuervorrichtung abhängig von dem Giermoment-Korrekturwert.
  • Durch die Ausführung der Giermoment-Steuerung unter Verwendung der Fahrzeug-Steuervorrichtung und des Controllers als separate Bauteile wie oben beschrieben kann selbst dann, wenn der Controller ein bereits existierender Controller ist, die Steuerung gemäß der vorliegenden Erfindung einfach durch das Ergänzen der Fahrzeug-Steuerungsvorrichtung zu dem Controller realisiert werden. Die Parameter der Giermoment-Steuerung können einfach durch Ändern der Funktionen der Fahrzeug-Steuervorrichtung angepasst und das Steuersystem kann so mit einer hohen Flexibilität ausgestattet werden.
  • Wirkung der Erfindung
  • Nach der vorliegenden Erfindung wird die Steuerungsgenauigkeit der Giermoment-Steuerung des Fahrzeugkörpers derart, dass das Fahrzeug bei der Fahrt dem Fahrdraht folgt, verbessert und die Mittelposition des Schleifers des fahrenden Fahrzeugs kann sich kaum weit in Querrichtung von dem Fahrdraht fortbewegen. Daher kann die Belastung des Fahrers während der Fahrdrahtfahrt deutlich verringert werden. Da der mit dem Schleifer in Kontakt stehende Fahrdraht vom ersten Fahrdraht auf den zweiten Fahrdraht gewechselt wird, ohne dass ein diffiziler Lenkvorgang durch den Fahrer nötig wäre, wird eine stabile Fahrdraht-Folgesteuerung selbst dann ermöglicht, wenn die Fahrdraht-Fahrbahnen länger als die Referenzlänge des Fahrdrahts sind.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Seitenansicht, die ein äußeres Erscheinungsbild eines Kipp-Lastwagens mit Elektroantrieb nach einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 2 ist eine Rückansicht, die das äußere Erscheinungsbild des Kipp-Lastwagens zeigt.
    • 3 ist ein schematisches Block-Diagramm, welches ein Antriebssystem des Kipp-Lastwagens mit Elektroantrieb in diesem Ausführungsbeispiel zeigt.
    • 4 ist ein schematisches Diagramm, welches den Aufbau der Strom-Abgreifer zum Abgreifen von elektrischer Energie aus Fahrdrähte zeigt.
    • 5 ist ein schematisches Diagramm, welches ein Lenksystem zeigt, das aus einer Lenk-Steuervorrichtung und einer Steuervorrichtung aufgebaut ist.
    • 6 ist ein Block-Diagramm, welches eine Funktion der Lenk-Steuervorrichtung zur Berechnung eines Lenk-Drehmoment-Befehlswerts zeigt.
    • 7 ist ein Block-Diagramm zur Erläuterung einer Funktion einer Fahrzeuggeschwindigkeits-Steuerungseinheit einer Steuerung.
    • 8 ist ein Block-Diagramm, welches die Details einer Funktion einer Giermoment-Steuereinheit der Steuerung zeigt.
    • 9 ist ein Graph, welcher die Wirkung eines Verfahrens zeigt, einen Giermoment-Korrekturwert durch eine Antriebskraftdifferenz in der gesamten Antriebskraft der Motoren implementiert, wenn das Fahrzeug mit seiner 100%-igen Motorantriebsleistung 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-Steuerungsvorrichtung und die Eingabe/Ausgabe-Beziehung zwischen der Fahrzeug-Steuerungsvorrichtung und der Steuerung zeigt.
    • 12 ist ein schematisches Diagramm, welches einen Fahrdraht-Verbindungsabschnitt zeigt.
    • 13 ist ein schematisches Diagramm, welches die räumliche Beziehung zwischen dem Fahrzeug und einem Bilderfassungsbereich einer Kamera (Detektionsbereich der Fahrdraht-Detektionsvorrichtung) betrachtet von einer Seite des Fahrzeugs aus zeigt.
    • 14 ist ein schematisches Diagramm, welches die räumliche Beziehung zwischen dem Fahrzeug und dem Bilderfassungsbereich der Kamera (Detektionsbereich der Fahrdraht-Detektionsvorrichtung) von oben aus betrachtet (oberhalb des Fahrzeugs) zeigt.
    • 15 ist ein schematisches Diagramm, welches ein von der Kamera aufgenommenes Bild zeigt.
    • 16 ist ein schematisches Diagramm, welches einen für das aufgenommene Bild durchgeführten Prozess (Kantenextraktion) zeigt.
    • 17 ist ein schematisches Diagramm, welches einen für das aufgenommene Bild durchgeführten Prozess (Mittellinienextraktion) zeigt.
    • 18 ist ein schematisches Diagramm, welches ein Kamerabild zeigt, das aufgenommen wurde, während das Fahrzeug bezogen auf die Fahrdrahtdrähte nach links verschoben war.
    • 19 ist ein schematisches Diagramm, welches ein Kamerabild zeigt, das aufgenommen wurde, während das Fahrzeug sich quer zu den Fahrdrähten bewegt.
    • 20 ist ein Block-Diagramm, welches die Details einer Funktion einer Fahrzeug-Zustandsgrößen-Steuereinheit zeigt (Fluss der Berechnung zur Umwandlung der Abweichung zwischen einer derzeitigen Position und einer Zielposition in einen Giermoment-Korrekturwert).
    • 21 ist ein schematisches Diagramm, welches einen Fahrdraht-Detektionsbereich und ein Koordinatensystem zeigt, die in einem anderen Ausführungsbeispiel der Fahrzeug-Steuervorrichtung verwendet werden.
    • 22 ist ein Blockdiagramm, welches die Details der Funktion eines anderen Beispiels der Fahrzeug-Zustandsgrößen-Steuereinheit (Fluss der Berechnung zur Umrechnung der Abweichung zwischen einer derzeitigen Position und einer Sollposition in einen Giermoment-Korrekturwert) zeigt.
    • 23 ist ein Fluss-Diagramm, welches einen Prozessablauf von einer Kameraaufnahme nach oben bis zur Steuerungsausgabe gemäß einem anderen Beispiel der Fahrzeug-Steuervorrichtung zeigt.
    • 24 ist ein Diagramm ähnlich zu 21, welches einen Fahrdraht-Detektionsbereich und das Koordinatensystem in dem Fall zeigt, in dem ein erster Schwellenwert eingestellt wird.
    • 25 ist ein schematisches Diagramm, welches ein Beispiel eines Verfahrens zur Berechnung des Giermoment-Korrekturwerts entsprechend der Position eines Zielpunkts zeigt.
    • 26 ist ein schematisches Diagramm ähnlich zu 21 und 24, welches den Fahrdraht-Detektionsbereich und das Koordinatensystem in einem Fall zeigt, in dem erste und zweite Schwellenwerte eingestellt werden.
    • 27 ist ein Fluss-Diagramm, welches ein anderes Beispiel eines Fahrdraht-Folgesteuerungsschritts in dem Fluss-Diagramm aus 21 zeigt.
    • 28 ist ein schematisches Diagramm, welches ein Beispiel eines Verfahrens zur Berechnung eines Fahrzeug-Sollgeschwindigkeits-Korrekturwerts (zur Korrektur der Fahrzeug-Sollgeschwindigkeit auf der abnehmenden Seite) abhängig von der Position des Zielpunkts zeigt.
    • 29 ist ein schematisches Diagramm, welches ein Beispiel eines Verfahrens zur Berechnung des Fahrzeug-Sollgeschwindigkeits-Korrekturwerts (zur Korrektur der Fahrzeug-Sollgeschwindigkeit auf der ansteigenden Seite) abhängig von der Position des Zielpunkts zeigt.
    • 30 ist ein schematisches Diagramm ähnlich zu 10, welches ein Verfahren zur Erzeugung eines Motordrehmoments abhängig von dem Fahrzeug-Sollgeschwindigkeits-Korrekturwert zeigt.
    • 31 ist ein schematisches Diagramm, welches eein Beispiel eins Fahrdraht-Folgeabschnitts für einen Fall zeigt, in welchem die Verbindungsabschnitte des rechten und des linken Fahrdrahts sich nicht in der gleichen Position befinden.
    • 32 ist ein schematisches Diagramm ähnlich zu 13, welches ein Beispiel zeigt, in welchem die Aufnahmerichtung der Kamera nach vorne verschoben ist.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • Bezugnehmend auf die Zeichnungen wird detailliert die Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Erfindung angegeben.
  • Aufbau des Fahrzeugs - Kipp-Lastwagen
  • 1 ist eine Seitenansicht, welche das äußerliche Erscheinungsbild eines Kipp-Lastwagens mit Elektromotor nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • In 1 umfasst der Kipp-Lastwagen einen Fahrzeugkörper 1, eine Mulde 2 zum Tragen von Erde, Sand etc., rechte und linke Leistungs-Greifer 4R und 4L zum Aufnehmen von elektrischer Leistung und rechte und linke Hinterräder (Reifen) 5R und 5L, die durch von den Leistungs-Abgreifern 4R und 4L abgegriffene elektrische Leistung angetrieben werden. Die rechten und linken Leistungs-Abgreifer 4R und 4L sind mit Schleifern 4Ra und 4La ausgestattet, die nach oben und unten bewegt werden können, um die elektrische Leistung von zwei (rechten und linken) Fahrdrähte 3R und 3L abnehmen zu können. Einer der Fahrdrahtdrähte 3R und 3L liegt auf einer Hochspannung und der andere ist geerdet. In der folgenden Beschreibung werden die ersten Fahrdrähte 3R1 und 3L1 und die zweiten Fahrdrähte 3R2 und 3L2 insgesamt als „Fahrdrähte 3R und 3L“ bezeichnet, falls dies der Einfachheit halber angebracht ist. Die Leistungs-Abnehmer 4R und 4L sind an dem vorderen Teil des Fahrzeugs 1 vorgesehen. Der Kipp-Lastwagen ist mit einer auf dem vorderen Teil des Fahrzeugs montierten Fahrdraht-Detektionsvorrichtung 15 ausgestattet. Die Fahrdraht-Detektionsvorrichtung 15 detektiert kontinuierlich die Fahrdrahtdrähte 3R und 3L vor dem Kipp-Lastwagen, während der Kipp-Lastwagen fährt. Die Fahrdraht-Detektionsvorrichtung 15 ist eine neu auf dem Kipp-Lastwagen nach der vorliegenden Erfindung montierte Vorrichtung. Während in dem illustrierten Beispiel die Fahrdraht-Detektionsvorrichtung 15 auf dem vorderen Teil des Fahrzeugs 1 montiert ist, kann die Fahrdraht-Detektionsvorrichtung 15 auch anders angeordnet werden (beispielsweise auf dem Dach des Fahrzeugs 1).
  • 2 ist eine Rückansicht, die das äußere Erscheinungsbild des Kipp-Lastwagens zeigt. Jedes Hinterrad 5R, 5L ist als ein Rad mit Doppelreifen ausgebildet, um die Last der Erde, des Sands etc., die in der Mulde 2 geladen sind, auszuhalten. Die rechten und linken doppelreifigen Räder 5R und 5L werden von rechten und linken Elektromotoren 6R und 6L angetrieben und gebremst (beispielsweise von Induktionsmotoren).
  • 3 zeigt ein Antriebssystem des Kipp-Lastwagens mit Elektroantrieb 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 Gleichrichterschaltkreis 23, einen Messwiderstand 24, einen Kondensator 25, einen Chopper-Schaltkreis 26, einen Gitterwiderstand 27, die Leistungs-Abnehmer 4R und 4L, die Hinterräder 5R und 5L, die Elektromotoren 6R und 6L, Verlangsamer 7R und 7L, elektromagnetische Pickup-Sensoren 16R und 16L und eine Steuervorrichtung 200. Der kombinierte Sensor 14 wird zum Detektieren der Vorwärts/Rückwärts-Beschleunigung, der Querbeschleunigung und der Gier-Rate verwendet. Die Verlangsamer 7R und 7L sind jeweils mit 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 abhängig von den in sie eingegebenen Drehmoment-Befehlen. Die Anhebe-Steuervorrichtung 31 bewegt die Schleifer 4Ra und 4La der Leistungs-Abnehmer 4R und 4L gemäß Schaltknopfbetätigung durch den Fahrer oder Eingaben von außerhalb 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 für jeden der rechten und linken Elektromotoren 6R und 6L. Die Leistungs-Abnehmer 4Rund 4L sind mit Hebevorrichtungen ausgestattet, welche die Schleifer 4Ra und 4La abhängig von Anhebe-Befehlssignalen von der Anhebe-Steuervorrichtung 31 nach oben und unten bewegen. Die Details der Leistungsabnehmer 4R und 4L, der Anhebe-Steuervorrichtung 31, des Lenk-Systems (inklusive der Lenk-Steuervorrichtung 32) und der Fahrzeug-Steuervorrichtung 50 werden später beschrieben.
  • Grundlegender Betrieb inklusive Fahrt
  • Der Betätigungsgrad P (die Stärke des Herunterdrückens) des Gaspedals 11 und der Betätigungsgrad Q des Bremspedals 12 werden als Signale zum Steuern der Stärke der Antriebskraft und der Verzögerungskraft (Bremskraft) jeweils in die Steuereinheit 100 eingegeben. Wenn beispielsweise der Fahrer das Gaspedal 11 heruntertritt, um den Kipp-Lastwagen vorwärts oder rückwärts zu bewegen, gibt die Steuereinheit 100 einen Befehl bezogen auf die Soll-Umdrehungszahl des Motors 21 aus. Der auf die Soll-Umdrehungszahl des Motors bezogene Befehl wird abhängig von einer voreingestellten Tabelle von Soll-Umdrehungszahlen ausgegeben, die den verschiedenen Gaspedalwinkeln entsprechen. Der Motor 21 ist ein Dieselmotor, der mit einer elektronischen Motorsteuerung 21a ausgestattet ist. Nach dem Empfang des auf die Soll-Umdrehungszahl bezogenen Befehls steuert die elektronische Motorsteuerung 21a die eingespritzte Treibstoffmenge so, dass der Motor 21 mit der Soll-Umdrehungszahl dreht.
  • Der Wechselstromgenerator 22 ist zum Erzeugen von Wechselstrom mit dem Motor 21 verbunden. Die von dem Wechselstromgenerator erzeugte Wechselstromleistung wird von dem Gleichrichterschaltkreis 23 gleichgerichtet und in dem Kondensator 25 (Gleichspannung: V) gespeichert. Ein von dem Messwiderstand (durch Division der Gleichspannung V in einem gewissen Verhältnis) detektierter Spannungswert wird in die Steuereinheit 100 zurückgeführt. Der von der Steuereinheit 100 gesteuerte Wechselstromgenerator 22 wird von der Steuereinheit 100, die die Rückkopplung empfängt, so gesteuert, dass der Spannungswert einer vorgegebenen konstanten Spannung VO entspricht.
  • Die von dem Wechselstromgenerator 22 erzeugte elektrische Leistung wird über die Wechselrichter-Steuervorrichtung 30 in die linken und rechten Elektromotoren 6R und 6L eingespeist. Die Steuereinheit 100 steuert die Versorgung der Elektromotoren 6R und 6L mit der notwendigen elektrischen Leistung durch Steuerung des Wechselstromgenerators 22 derart, dass die aufgrund der Gleichrichtung durch den Gleichrichterschaltkreis 23 gewonnene Gleichspannung V der vorgegebenen konstanten Spannung VO entspricht. Wenn dagegen die Schleifer 4Ra und 4La der Leistungs-Abnehmer 4R und 4L in Kontakt mit dem Fahrdrähten 3R und 3L stehen, wird die Gleichspannung VO direkt von den Fahrdrähten 3R und 3L für die Wechselrichter-Steuervorrichtung 30 bereitgestellt.
  • Die Steuereinheit 100 berechnet Drehmoment-Befehlswerte T_MR_a und T_ML_a, die den Betätigungsstärken des Gaspedals 11 und des Bremspedals 12 entsprechen, und erzeugt einen Drehmoment-Befehlswert T_MR und T_ML für die linken und rechten Elektromotoren 6R und 6L abhängig von den Drehmoment-Befehlswerten T_MR_a und T_ML_a, dem Drehmoment-Korrekturwert T_MR_V und T_ML_V für die Fahrzeug-Geschwindigkeitssteuerung sowie den Motordrehmoment-Korrekturwerten T_MR_Y und T_ML_Y für eine Giermoments-Regelung (wird später erläutert) und gibt diese aus. Die Drehmoment-Befehlswerte T_MR und T_ML für die rechten und linken Elektromotoren 6R und 6L und die Umdrehungszahlen ωR und ωL der Elektromotoren 6R und 6L, die von den elektromagnetischen Pickups 16R und 16L detektiert wurden, werden in die Wechselrichter-Steuervorrichtung 30 eingegeben. Die Wechselrichter-Steuervorrichtung 30 treibt über die Drehmoment-Befehlsberechnungseinheit 30a, die Motor-Steuerungsberechnungseinheit 30b und den Wechselrichter (Schaltelement) 30 jeweils die Elektromotoren 6R und 6L an.
  • Die linken und rechten Hinterräder (Reifen) 5R und 5L sind jeweils über die Verlangsamer 7R und 7L mit den Elektromotoren 6R und 6L verbunden. Elektromagnetische Pickups 16R, 16L sind im Allgemeinen als ein Sensor ausgeführt, der die umfängliche Geschwindigkeit eines Impulsrads innerhalb des Verlangsamers 7R, 7L detektiert. In dem Antriebssystem für die rechte Seite ist es beispielsweise möglich, ein Zahnrad zur Detektion an einem Antriebsschaft innerhalb des Elektromotors 6R oder an einem Antriebsschaft zu befestigen, welcher den Verlangsamer 7R mit dem Rad (Reifen) 5R verbindet und den elektromagnetischen Pickup 16R in der Position des Zahnrads anzuordnen.
  • Wenn der Fahrer des fahrenden Kipp-Lastwagens das Gaspedal 11 loslässt und das Verzögerungspedal 12 drückt, führt die Steuerung 100 eine Steuerung derart aus, dass der Wechselstromgenerator 22 keine elektrische Leistung mehr erzeugt. Ferner werden die Drehmomentwerte T_MR von der Steuereinheit 100 negativ und daher betreibt die Wechselrichter-Steuervorrichtung 30 die Elektromotoren 6R und 6L derart, dass eine Bremskraft für den fahrenden Kipp-Lastwagen erzeugt wird. In diesem Fall wirken die Elektromotoren 6R und 6L als Generatoren um so den Kondensator 25 mittels der Gleichrichter der Wechselrichter-Steuervorrichtung 30 elektrisch aufzuladen. Der Chopper-Schaltkreis 26 arbeitet so, dass ein Gleichstromwert V innerhalb eines vorgegebenen Gleichstromspannungswerts V1 bleibt, während durch Zuführen von elektrischem Strom zu dem Gitterwiderstand 27 elektrische Energie in thermische Energie umgewandelt wird.
  • Herauf-und Herunterbewegung der Schleifer der Strom-Abgreifer
  • Als Nächstes werden die Hebevorrichtungen für die Schleifer 4Ra und 4La der Leistungs-Abgreifer 4R und 4L im Folgenden erläutert. 4 zeigt den Aufbau der Leistungs-Abgreifer 4R und 4L zum Aufnehmen von elektrischer Leistung aus den Fahrdrähten 3R und 3L. Da die Strom-Abnehmer in diesem Aufbau miteinander identisch sind, wird der Aufbau des StromAbnehmers 4L beispielhaft erläutert. Der Strom-Abnehmer hat als Anhebe-vorrichtung eine hydraulische Kolbenvorrichtung 4a. Das Gehäuse der hydraulischen Kolbenvorrichtung 4a ist an dem Fahrzeugkörper 1 befestigt. Der Schleifer 4La ist an einem Ende eines Stabs 4c eines hydraulischen Kolbens 4b in der hydraulischen Kolbenvorrichtung 4a befestigt. Der Kontakt/das Ablösen des Schleifers 4La zu/von dem Fahrdraht 3L wird durch eine vertikale Bewegung des hydraulischen Kolbens 4b mit von einer hydraulischen Vorrichtung 4e (umfassend eine hydraulische Pumpe) über eine Hydraulikleitung 4d bereitgestelltes Hydraulikfluid gesteuert. Der Schleifer 4La und der Stößel 4c des hydraulischen Kolbens 4b sind durch einen Isolator 4f elektrisch voneinander isoliert. Die elektrische Leistung des Fahrdrahts 3L wird in ein Stromversorgungssystem der Wechselrichter-Steuervorrichtung 30 (zum Antreiben der Motoren, siehe 3) über den Schleifer 4La und einen Elektrodraht 4G eingespeist. Die Anhebe-Steuervorrichtung 31 ist so aufgebaut, dass sie gemäß der Betätigung eines Anhebe-Schalters durch einen Schalt-Merker-Vorgang oder ein Steuerungs-Befehlssignal von außen, auf beispielsweise von der Fahrzeug-Steuervorrichtung 50 nach der vorliegenden Erfindung, ein Anhebe-Befehlssignal 4a an die hydraulische Vorrichtung 4e übermittelt. Während die Anhebe-Vorrichtung für den Schleifer 4La in diesem Ausführungsbeispiel durch die hydraulische Kolbenvorrichtung 4a implementiert ist, kann die Anhebe-Vorrichtung natürlich auch durch das als „Pantograph“ bekannte System verwirklicht sein, welches eine parallele Verbindung, Federn, einen Motor etc. verwendet, wie es gewöhnlich für elektrische Züge benutzt wird.
  • Lenksystem
  • Als Nächstes wird bezugnehmend auf 5 das Lenksystem erläutert.
  • Das Lenksystem besteht aus der vorgenannten Lenk-Steuervorrichtung 32 und einer Lenkvorrichtung 40. Die Lenk-Steuervorrichtung 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 42 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 vorgegebene Lenkwinkel dem Lenkwinkel entspricht, den der Fahrer als Lenkwinkel vorgibt. Die Vorderräder 45R und 45L werden gedreht (gelenkt), und zwar mit einem Lenkdrehmoment, das von dem Lenkmotor 43 erzeugt wird und über das Zahnstangengetriebe 44 übertragen wird. Abhängig von der Größe dieses Drehmoments wird ein Reaktionskraftdrehmoment an den Reaktionskraftmotor 42 übertragen, der den Lenkwinkelsensor hat, wodurch eine Reaktionskraft auf das Lenkrad 41 übertragen wird. Gleichzeitig sendet die Lenk-Steuervorrichtung 32 den Lenkwinkel an die Steuereinheit 100. Die Lenk-Steuervorrichtung 32 hat die Funktion, einen Lenkdrehmoment-Korrekturwert von der Steuerung 100 zu empfangen und den Lenkmotor 43 (mit dem Lenkwinkelsensor) gemäß dem empfangenen Lenkdrehmoment-Korrekturwert zu betätigen. Ob die Lenk-Steuervorrichtung 32 ebenfalls die Reaktionskraft an den Reaktionskraftmotor 42 mit dem Lenkwinkelsensor übermittelt oder nicht kann in geeigneter Weise abhängig von dem Betriebsmodus (wird später erläutert) in diesem Zeitpunkt und von einem Befehl der Steuerung 100 geändert werden. Wenn beispielsweise die Lenk-Steuervorrichtung 32, die den Lenkdrehmoment-Korrekturwert von der Steuerung 100 empfängt, den Lenkmotor 43 mit dem Lenkwinkelsensor ohne das Übermitteln eines Reaktionskraft-Befehlswerts an den Reaktionskraftmotor 42 mit dem Lenkwinkelsensor betätigt, verliert der Fahrer in diesem Moment das Lenkgefühl, obwohl das Fahrzeug (der Kipp-Lastwagen) gemäß dem Lenkwinkel wendet. Wenn dagegen selbst dann kein Befehl an den Lenkmotor 43 mit dem Lenkwinkelsensor übermittelt wird, wenn der Fahrer einen Lenkvorgang durchführt, fährt das Fahrzeug (der Kipp-Lastwagen) trotz der Betätigung des Lenkrads 41 keine Kurven. Dieses Mittel ist dann wirkungsvoll, wenn die Steuerung 100 erkennt, dass das Lenkrad 41 aus irgendeinem Grund beispielsweise nicht betätigt werden sollte. Als Mittel zur Information des Fahrers darüber, dass in diesem Moment das Lenkrad 41 nicht betätigt werden sollte, kann die Lenk-Steuervorrichtung 32 ein Drehmoment in einer der Richtung des Lenkvorgangs durch den Fahrer entgegengesetzten Richtung erzeugen. Das Drehmoment kann für den Fahrer das Gefühl erzeugen, dass das Lenkrad 41 schwer ist, so dass er erkennt, dass das Lenkrad 41 in diese Richtung nicht betätigt werden sollte.
  • Während in diesem Ausführungsbeispiel ein drahtgebundenes Lenksystem erläutert wurde, in welchem das Lenkrad 41 nicht direkt mit den Vorderräder 45R und 45L verbunden ist, ist das Lenksystem nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann auch ein elektrisches Leistungslenksystem verwendet werden, in welchem der Reaktionskraftmotor 42 mit dem Lenkwinkelsensor und der Lenkmotor 43 mit dem Lenkwinkelsensor direkt als einstückiges Bauteil miteinander verbunden sind. Ferner kann der Lenkmotor 43 mit dem Lenkwinkelsensor auch durch einen Motor vom hydraulischen Servotyp verwirklicht werden. Ferner kann der von der Steuerung 100 übermittelte Korrekturwert auch ein korrigierter Winkel anstelle des Drehmoments sein. In diesem Fall kann die Lenk-Steuervorrichtung 32 so aufgebaut sein, dass sie eine Drehmoment-Rückkopplungsregelung ausführt, um eine Abweichung zwischen dem von dem Lenkwinkelsensor detektierten Lenkwinkel und dem korrigierten Winkel zu eliminieren.
  • 6 ist ein Block-Diagramm, welches eine Funktion der Len-Steuervorrichtung 32 zur Berechnung des Lenkdrehmoment-Korrekturwerts zeigt. Eine Umwandlungseinheit 32a der Lenk-Steuervorrichtung 32 wandelt den von dem Reaktionskraftmotor 42 mit dem Lenkwinkelsensor empfangenen Lenkwinkel des Fahrers in einen Fahrerlenkwinkel um, indem der Lenkwinkel des Fahrers mit einem Verstärkungsfaktor multipliziert wird. Eine Berechnungseinheit 32b subtrahiert den derzeitigen Lenkwinkel von dem Fahrerlenkwinkel. Eine Umwandlungseinheit 32c wandelt das Ergebnis in ein vom Fahrer angefordertes Lenkdrehmoment um, indem das Ergebnis der Subtraktion mit einem Verstärkungsfaktor multipliziert wird. Dann berechnet eine Berechnungseinheit 32d durch Addition des Lenkdrehmoments (das von der Steuerung 100 empfangen wurde) zu dem vom Fahrer angeforderten Lenkdrehmoment den Lenkdrehmoment-Befehlswert. Der berechnete Lenkdrehmoment-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-Regelungsmodus ausgewählt wurde (EIN), implementiert die Fahrzeuggeschwindigkeits-Steuereinheit 101 die Steuerung der Fahrzeuggeschwindigkeit gemäß dem Fahrzeug-Geschwindigkeits-Regelungsmodus, indem eine Rückkopplungsregelung 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-Regelungsmodus 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. Eine Fahrzeuggeschwindigkeits-Detektionsvorrichtung wird daher durch die Fahrzeuggeschwindigkeits-Steuervorrichtung 1ß1 und die elektromagnetischen Abgreifer 16R und 16L gebildet. Ein Befehl, ob ein Umschalten des Fahrzeuggeschwindigkeits-Regelungsmodus 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-Regelungsmodus kann erfolgen, wenn der Fahrer das Bremspedal 12 tritt oder abhängig von einer Eingabe von außen. Wenn der Fahrzeuggeschwindigkeits-Regelungsmodus abgebrochen wird, wurde, 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- Regelung
  • Wie in 3 dargestellt, umfasst die Steuerung 100 ferner eine Giermoment-Steuereinheit 102 zum Steuern der Drehrichtung des Fahrzeugs. 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 im 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, welche 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 der von den jeweiligen Einheiten erzeugten Motordrehmomente
  • 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 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-Befehl des Fahrers, wenn dieser existiert. Andernfalls wählt die Verarbeitungseinheit 100a den Drehmoment-Befehl für die Fahrzeuggeschwindigkeits-Steuerung. Anschließend berechnet eine Berechnungseinheit 100b MotorDrehmoment-Befehlswerte T_MR und T_ML durch Addieren des den von der Giermoment-Steuerungseinheit 102 erzeugten Befehlswerten entsprechenden Motordrehmoment-Korrekturwerts 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 Fahrzeugs 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 im 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, das Fahrzeug 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 den 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 zur Vereinfachung der Erläuterung ein Teil betrachtet, in welchem der Kipplastwagen (das Fahrzeug) in einem Fahrdraht-Fahrabschnitt wie demjenigen, der in 12 dargestellt ist, fährt, und die Kamera 15 Bilder in die Richtung direkt oberhalb des Fahrzeugs aufnimmt, wie dies in 13 dargestellt ist (nicht in einer schrägen Richtung wie in 11 dargestellt). 12 ist ein schematisches Diagramm, welches eine Fläche im Bereich eines Fahrdraht-Verbindungsabschnitts in diesem Ausführungsbeispiel in einer Ansicht von oben zeigt. In Fig. 12 fährt das Fahrzeug 1 in dem schematischen Diagramm von unten nach oben. Der Bereich vor dem Fahrzeug 1, der durch gepunktete Linien dargestellt ist, stellt den Bilderfassungsbereich der Kamera 15 dar. Die durchgezogenen Linien auf beiden Seiten des Fahrzeugs 1 bezeichnen die Fahrspurkanten 54. Unter den Fahrdrähten 3R und 3L bilden die ersten Fahrdrähte 3R1 und 3L1 einen ersten Fahrabschnitt, in welchem nur die ersten Fahrdrähte 3R1 und 3L1 installiert sind, verlaufen dann parallel zu neuen zweiten Fahrdrähten 3R2 und 3L2 für ein gewisses Intervall in dem Fahrdraht-Verbindungsabschnitt C und gehen dann in die Fahrdraht-Ende-Endteile 3R1T und 3L1T über. Unterdessen verlaufen die zweiten Fahrdrähte 3R2 und 3L2 von den Fahrdrahtanfangs-Endteilen 3R2B und 3L2B für ein gewisses Intervall parallel zu den ersten Fahrdrähten 3R1 und 3L1 und bilden dann einen zweiten Fahrtabschnitt, in welchem nur die zweiten Fahrdrähte 3R2 und 3L2 installiert sind. In diesem Fall ist der Bilderfassungsbereich a, b, c, d der Kamera 15 (der Detektionsbereich der Fahrdraht-Detektionsvorrichtung) wie in 14 dargestellt, vor dem Fahrzeug festgelegt. 15 ist ein schematisches Diagramm, welches für diesen Fall ein von der Kamera 15 aufgenommenes Bild zeigt. Da die Kamera in 15 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 1314 in der die Fahrdrähte 3R und 3L von oben betrachtet werden.
  • Wie in 15 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 16 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 17 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 (Links-/Rechts-) Versatz und Schwingungen (Rütteln) des Fahrzeugs. Daher sollte das Fahrzeug in einem derartigen Zustand weiterfahren.
  • 18 zeigt einen Zustand, in welchem das Fahrzeug nach links verschoben ist. Durch Auswahl von repräsentativen Punkten des Fahrzeugs 1 in Schnittpunkten von parallel zur X-Achse verlaufenden Linien (also in der Fahrrichtung des Fahrzeugs 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 18 als repräsentative Punkte ermittelt. Diese repräsentativen, zur Steuerung verwendeten 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.
  • Ferner wird detektiert, ob zusätzlich zu den derzeit detektierten Fahrdrähten (den ersten Fahrdrähten 3R1 und 3L1 neue Fahrdrähte (die zweiten Fahrdrähte 3R2 und 3L2 in dem Bilderfassungsbereich a, b, c, d detektiert werden oder nicht.
  • Die Bildinformationsverarbeitungseinheit 50a sendet die Koordinateninformation bezüglich der Zielpunkte und der repräsentativen Punkte und Informationen darüber, ob die zweiten Fahrdrähte 3R2 und 3L2 detektiert wurden oder nicht, an die Fahrzeugzustandsgrößen der Rechnungseinheit 50b.
  • Fahrzeug-Zustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b
  • Die Fahrzeug-Zustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b berechnet in diesem Auführungsbeispiel Abweichungen zwischen den repräsentativen Punkten P‘, Q‘, R‘ and S‘ und den Zielpunkten P, Q, R and S. Die Abweichungen e_Lad, e_Rad, e_Lbc und e_Rbc n zwischen den repräsentativen Punkten und den Zielpunkten werden wie folgt berechnet: e_Lad = M_Lad_Ref − M_Lad_Cont
    Figure DE112012004019B4_0001
     e_Rad = M_Rad_Ref − M_Rad_Cont
    Figure DE112012004019B4_0002
     e_Lbc = M_Lbc_Ref − M_Lbc_Cont
    Figure DE112012004019B4_0003
     e_Rbc = M_Rbc_Ref − M_Rbc_Cont
    Figure DE112012004019B4_0004
  • Diese Abweichungen nehmen positive/negative Werte an, wenn das Fahrzeug bezüglich der Fahrdrähte nach rechts oder nach links versetzt ist.
  • Die Verschiebung (Abweichung) ist ähnlich definiert, wenn das Fahrzeug wie in 18 dargestellt schräg zu den Fahrdrähten 3R und 3L fährt. In diesem Fall können die Neigung eθ_L des Fahrzeugs bezogen auf den linken Fahrdraht 3L und die Neigung eθ_R das Fahrzeug bezogen auf den rechten Fahrdraht 3R wie folgt berechnet werden: e θ _L = ( e_Lbc − e_Lad/m
    Figure DE112012004019B4_0005
     e θ _R = ( e_Rbc − e_Rad/m
    Figure DE112012004019B4_0006
  • Wenn die Kamera in diesem Ausführungsbeispiel erfolgreich den linken und rechten Fahrdraht 3R und 3L detektiert, sind die Ausdrücke (2), (4) und (6) zu den Ausdrücken (1), (3) und (5) redundant. Es ist daher wünschenswert, die Berechnung mit Informationen von der erfolgreichen Seite (auf welcher die Verschiebung und die Neigung erfolgreich berechnet werden konnten) durchzuführen, wenn die Berechnungen der Verschiebung und der Neigung aus irgendwelchen Gründen auf einer Seite nicht möglich ist.
  • Ferner ermittelt die Fahrzeug-Zustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b abhängig von der Information von der Bildinformationsverarbeitungseinheit 50a betreffend die Detektion der zweiten Fahrdrähte 3R2 und 3L2, ob das Fahrzeug 1 innerhalb des Fahrdraht-Verbindungsabschnitts C fährt oder nicht. Übrigens ist der Fahrdraht-Verbindungsabschnitt C derjenige Abschnitt, in welchem die abschließenden Endteile 3R1T und 3L1T der ersten Fahrdrähte 3R1 und 3L1 und die anfänglichen Enden 3R2 und 3B2 der zweiten Fahrdrähte 3R2 und 3L2 parallel zueinander verlaufen.
  • Fahrzeug-Zustandsgrößen-Steuereinheit 50c
  • Als Nächstes wird im Folgenden die Fahrzeug-Zustandsgrößen-Steuereinheit 50c erläutert. Die Fahrzeug-Zustandsgrößen-Steuereinheit 50c nach diesem Ausführungsbeispiel berechnet den Drehmoment-Korrekturwert, der dazu verwendet wird, zumindest einen der repräsentativen Punkte zur Überlagerung mit dem entsprechenden Zielpunkt zu bringen. Zunächst wird ein Prozess zur Erzeugung des Drehmoment-Korrekturwerts durch die Multiplikation der durch die Ausdrücke (1)-(6) dargestellten Verschiebung mit Verstärkungsfaktoren in 20 dargestellt. 20 ist ein Block-Diagramm, welches die Details der Funktion der Fahrzeug-Zustandsgrößen-Steuereinheit 50c zeigt. In diesem Beispiel wird der Punkt P oder Q als der Zielpunkt verwendet und der Punkt P‘ oder Q‘ wird als der repräsentative Punkt verwendet.
  • Wie in 20 dargestellt ermittelt eine Berechnungseinheit 50c1 der Fahrzeug-Zustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b die Abweichung e_Lad (e_Rad) zwischen dem repräsentativen Punkt P‘ (Q‘) und dem Zielpunkt P (Q) durch Berechnung der Differenz zwischen dem Koordinatenwert M_Lad_Cont (M_Rad_Cont) des repräsentativen Punkts P‘ (Q‘) und des Koordinatenwerts M_Lad_Ref (M_Rad_Ref) des Zielpunkts P (Q), der von der Fahrzeug-Zustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b eingegeben wurde. Eine Umwandlungseinheit 50c2 der Fahrzeug-Zustandsgrößen-Steuereinheit 50c wandelt die Abweichung e_Lad (e_Rad) durch Multiplikation der Abweichung mit einem Verstärkungsfaktor in einen Giermomentwert um. Eine Umwandlungseinheit 50c3 wandelt unterdessen die Schrägstellung eθ_L (eθ_R) des Fahrzeugs, die von der Fahrzeug-Zustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b eingegeben wurde, durch Multiplikation der Schrägstellung mit einem Verstärkungsfaktor in einen Giermomentwert um. Eine Berechnungseinheit 50c4 berechnet den Giermoment-Korrekturwert durch Addition der beiden Giermomentwerte zueinander und gibt den berechneten Giermoment-Korrekturwert an die Giermoment-Steuereinheit 102 aus.
  • Wenn Informationen eingegeben werden, die angeben, dass das Fahrzeug 1 innerhalb des Fahrdraht-Verbindungsabschnitts C fährt, gibt die Fahrzeug-Zustandsgrößen-Steuereinheit 50c den Wert 0 als den Giermoment-Korrekturwert aus, und zwar unabhängig von den Werten der vorgenannten M_Lad_Ref (M_Rad_Ref), M_Lad_Cont (M_Rad_Cont) und e_Lad (e_Rad).
  • Die Fahrzeug-Zustandsgrößen-Steuereinheit 50c bestimmt auch den Giermoment-Steuerungsbetriebsmodus, der bezugnehmend auf 8 erläutert wurde. Die vorgenannte Giermoment-Steuereinheit 102 der Steuerung 100 berechnet die Motordrehmoment-Befehlswerte und den Lenkmoment-Korrekturwert abhängig von dem Giermoment-Korrekturwert und dem von der Fahrzeug-Zustandsgrößen-Steuereinheit 50c bestimmten Giermoment-Steuerungsbetriebsmodus und gibt dann die Motordrehmoment-Korrekturwerte und die Lenkmoment-Korrekturwerte jeweils an die Wechselrichter-Steuervorrichtung 30 und die Lenk-Steuervorrichtung 32 aus.
  • Durch den oben beschriebenen Aufbau und Betrieb führt die Steuervorrichtung 200 (die aus der Fahrzeug-Steuervorrichtung 50, der Steuerung 100, der Wechselrichter-Steuervorrichtung 30 und der Lenk-Steuervorrichtung 32 aufgebaut ist) eine Steuerung derart aus, dass in dem Fahrzeugkörper 1 ein geeignetes Giermoment erzeugt wird, so dass das Fahrzeug 1 bei der Fahrt den ersten Fahrdrähten 3R1 und 3L1 oder den zweiten Fahrdrähten 3R2 und 3L2 folgt, wenn das Fahrzeug 1 außerhalb des Fahrdraht-Verbindungsabschnitts C fährt. In diesem Fall führt die Steuervorrichtung 200 eine Steuerung so aus, dass ein geeignetes Giermoment des Fahrzeugs 1 derart erzeugt wird, dass der repräsentative Punkt Z sich dem Zielpunkt T nähert. Ferner führt die Steuervorrichtung eine Steuerung derart aus, dass in dem Fahrzeugkörper 1 ein geeignetes Giermoment erzeugt wird, welches die Schrägstellung eθ_L (eθ_LR) verringert. Wenn das Fahrzeug 1 in dem Fahrdraht-Verbindungsabschnitt C fährt, führt das Fahrzeug eine Steuerung derart durch, dass kein Giermoment zum Folgen der ersten Fahrdrähte 3R1 und 3L1 oder der zweiten Fahrdrähte 3R2 und 3L2 ausgegeben wird.
  • Neben der einfachen in 20 dargestellten Verstärkungssteuerung können auch Integralsteuerungen, Differenzialsteuerungen etc. verwendet werden.
  • Wirkung
  • Nach dem wie oben aufgebauten Ausführungsbeispiel können die folgenden Wirkungen erzielt werden: Da die Fahrdrähte 3R und 3L in diesem Ausführungsbeispiel von unten her detektiert werden, gibt es im Vergleich zu herkömmlichen Techniken, in denen Spurmarkierungen etc. durch die Aufnahme von Bildern der Bodenoberfläche detektiert werden, weniger Faktoren, die zu Detektionsfehlern führen könnten. Dadurch kann die Genauigkeit der Fahrdrahtdetektion verbessert werden. Durch die Verbesserung der Genauigkeit der Fahrdrahtdetektion wird die Regelungsgenauigkeit der Giermoment-Regelung zum Erreichen, dass das Fahrzeug während der Fahrt den Fahrdrähten 3R und 3L folgt, verbessert, und die Mittelposition der jeweiligen Schleifer 4Ra/4La des fahrenden Fahrzeugs weicht kaum weit in der Querrichtung von den Fahrdrähten 3R/3L ab. Daher wird eine stabil dem Fahrdraht folgende Fahrt ermöglicht und die Betriebsbelastung des Fahrers bei der Fahrt in einem mit Fahrdrähten ausgestatteten Abschnitt wird deutlich verringert.
  • Ferner wird während des Folgens der Fahrdrähte (der ersten Fahrdrähte 3R1 und 3L1) detektiert, ob das Fahrzeug 1 innerhalb eines Fahrdraht-Verbindungsabschnitts C fährt und die Steuerung wird so ausgeführt, dass innerhalb des Fahrdraht-Verbindungsabschnitts C keine Giermomentsteuerung erfolgt. Durch diese Steuerung wird vermieden, dass das Fahrzeug weiter den ersten Fahrdrähten 3R1 und 3L1 folgt und in Richtung des Rands der Spur 54 fährt. Wenn das Fahrzeug den Fahrdraht-Verbindungsabschnitt C durchfahren hat, wird die Giermomentsteuerung wieder aufgenommen, um den Fahrdrähten zu folgen (den zweiten Fahrdrähten 3R2 und 3L2). Daher wechselt der mit Schleifern in Kontakt stehende Fahrdraht von dem ersten Fahrdraht 3R1/3L1 zu dem zweiten Fahrdraht 3R2/3L2 ohne, dass es eines sorgfältigen Lenkvorgangs durch den Fahrer bedürfte. Dadurch wird selbst dann eine stabile Oberleitungsfahrt möglich, wenn die Länge der des Fahrdraht-Fahrabschnitts größer als die Referenzlänge eines Fahrdrahts ist.
  • Falls eine Kamera 15 als Fahrdraht-Detektionsvorrichtung verwendet wird, ist die Beleuchtung der Fahrdrähte 3R und 3L mittels der Beleuchtungsvorrichtung 51 wirkungsvoll zum Aufrechterhalten eines Kontrasts zwischen dem Himmel und den Fahrdrähten 3R und 3L. Durch die Verwendung der Beleuchtungsvorrichtung 51 kann die Giermoment-Steuerung zum Erreichen eines Fahrwegs des Fahrzeugs, der den Fahrdrähten 3R und 3L folgt, mit hoher Genauigkeit nicht nur tagsüber bei gutem Wetter sondern auch unter Bedingungen ausgeführt werden, unter welchen ein derart hoher Kontrast zwischen dem Himmel und den Fahrdrähten 3R und 3L kaum erreicht werden kann (Abend, Nacht, Regenwetter etc.).
  • Ferner kann die Steuervorrichtung 200 die Giermoment-Steuerung so ausführen, dass die Fahrzeug-Steuervorrichtung 50 und die Steuerung 100 als separate Bauteile verwendet werden. Durch diesen Aufbau kann die Giermoment-Steuerung gemäß der vorliegenden Erfindung selbst dann einfach durch das Ergänzen der Fahrzeug-Steuervorrichtung 50 zu der Steuerung ausgeführt werden, wenn die Steuerung 100 eine bereits bestehende Steuerung ist. Die Parameter der Giermoment-Steuerung können durch Änderungen der Funktionen der Fahrzeug-Steuervorrichtung 50 einfach angepasst werden. Daher kann das Steuersystem mit einer hohen Flexibilität ausgestattet werden.
  • Weiteres Ausführungsbeispiel der Fahrzeug-Steuervorrichtung 50
  • Als Nächstes wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der Fahrzeug-Steuervorrichtung 50 im Folgenden beschrieben.
  • Der hauptsächliche Unterschied zwischen diesem Ausführungsbeispiel und dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist wie folgt: In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird dann, wenn das Fahrzeug nicht innerhalb des Fahrdraht-Verbindungsabschnitts C fährt, also wenn das Fahrzeug in dem ersten Fahrabschnitt (in welchem nur die ersten Fahrdrähte 3R1 und 3L1 installiert sind) oder in dem zweiten Fahrabschnitt (in welchem nur die zweiten Fahrdrähte 3R2 und 3L2 installiert sind) fährt, nur eine Steuerung derart durchgeführt, dass ein Giermoment des Fahrzeugs 1 erzeugt wird, so dass das Fahrzeug 1 so fährt, dass es den ersten Fahrdrähten 3R1 und 3L1 oder den zweiten Fahrdrähten 3R2 und 3L2 folgt (dies wird im Folgenden als „Fahrdraht-Verbindungssteuerung und Folgesteuerung“ bezeichnet, falls nötig). In diesem Ausführungsbeispiel wird zusätzlich zu der Fahrdraht-Verbindungssteuerung und der Folgesteuerung eine Anhebesteuerung des Schleifers 4Ra oder 4La des Leistungsabgreifers 4R/4L durchgeführt. Ferner wird dann, wenn die Fahrdraht-Verbindungssteuerung und die Folgesteuerung ausgeführt wird, ein Totbereich im Hinblick auf die Abweichung zwischen dem repräsentativen Punkt und dem Zielpunkt eingestellt. Die Fahrdraht-Folgesteuerung der Fahrdraht-Verbindungssteuerung und der Folgesteuerung wird nur dann ausgeführt, wenn die Abweichung den Totbereich verlassen hat.
  • Bildverarbeitungseinheit 50a
  • Die Verarbeitung durch die Bildverarbeitungseinheit 50a ist identisch zu derjenigen in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel. Die Bildinformationsverarbeitungseinheit 50a sendet die Koordinateninformationen über die repräsentativen Punkte P‘, Q‘, R‘ und S‘ und die Informationen darüber, ob die zweiten Fahrdrähte 3R2 und 3L2 detektiert wurden oder nicht an die Fahrzeug-Zustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b.
  • Fahrzeug-Zustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b und Fahrzeug-Zustandsgrößen-Steuereinheit 50c
  • Die Fahrzeug-Zustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b ist ein Bauteil zum Berechnen der Zustandsgrößen, die zum Erzeugen der Steuerungswerte und Befehlswerte wie beispielsweise des Giermoment-Korrekturwerts für die Fahrdraht-Verbindungssteuerung und des Anhebesteuerungsvorrichtungs-Anhebebefehls für die Anhebesteuerung des Schleifers 4Ra oder 4La der Stromabgreifer 4R und 4L, des Giermoment-Steuerungsmodus und des Zielgeschwindigkeits-Korrekturwerts verwendet werden. Die Fahrzeug-Zustandsgrößen-Steuereinheit 50e ist ein Bauteil zum Erzeugen und Ausgeben von Steuerungswerten und Befehlswerten (der Giermoment-Korrekturwerte, des Anhebe-Steuerungsvorrichtungs-Anhebebefehls, des Giermoment-Steuerungsmodus, des Zielgeschwindigkeits-Korrekturwerts, etc.) abhängig von dem Ergebnis der Berechnung der Fahrzeug-Zustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b.
  • Fahrdraht-Detektionsbereich und Koordinatensystem
  • Zunächst werden im Folgenden ein Fahrdraht-Detektionsbereich und ein Koordinatensystem beschrieben, die von der Fahrzeugs-Zustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b verwendet werden.
  • 21 ist ein schematisches Diagramm, welches den Fahrdraht-Detektionsbereich und das Koordinatensystem zeigt, die in diesem Ausführungsbeispiel verwendet werden.
  • Abhängig von der Bildinformation über den Bilderfassungsbereich a, b, c, d (s. 17 bis 19), die von der Bildinformations-Verarbeitungseinheit 50a von der Kamera 15 empfangen wurden, extrahiert und erfasst die Fahrzeug-Zustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b einen Bereich, wie den Bereich a1, b1, c1, d1, der in 21 dargestellt ist, als den Fahrdraht-Detektionsbereich. Die Seite a1 bis d1 entspricht einem Teil der Seite a bis d des Bilderfassungsbereichs a, b, c, d, der in 17 bis 19 dargestellt ist, während die Seite b1-c1 einem Teil der Seite b-c des Bilderfassungsbereichs a, b, c, d entspricht. Der Fahrdraht-Detektionsbereich a1, b1, c1, d1 gibt die räumliche Beziehung zwischen dem Schleifer 4Ra oder 4La und dem Fahrdraht 3R1 oder 3L1 oder dem Fahrdraht 3R2 oder 3L2 an, wenn der Fahrdraht 3R1/3L1 oder 3R2/3L2 von oben betrachtet wird. In dem Fahrdraht-Detektionsbereich a1, b1, c1, d1 verläuft eine gerade Linie, die durch die Mitte der Schleifer 4Ra/4La (bezogen auf eine Querrichtung) verläuft und in der Fahrtrichtung des Fahrzeugs verläuft, durch die Mitte der Seite a1 bis d1 und die Mitte der Seite b1-c1. Wie oben erwähnt ist der Fahrdraht 3R1/3L1 oder 3R2/3L2 in der Bildinformation zu dem Bilderfassungsbereich a, b, c, d, die durch die Kamera 15 erfasst wurde, von unten aufgenommen worden, so dass die vorne-hinten-Beziehung (vertikale Richtung in 21) in dem Fahrdraht-Detektionsbereich a1, b1, c1, d1 (wenn man den Fahrdraht 3R1/3L1 oder 3R2/3L2 von oben betrachtet) im Vergleich zu derjenigen des Bilderfassungsbereichs a, b, c, d umgekehrt ist.
  • 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 T und U im Schnittpunkt T der Seite b1-c1 und des Fahrdrahts 3R1/3L1 oder 3R2/3L2 und dem Schnittpunkt U der Seite a1-d1 und des Fahrdrahts 3R1/3L1 oder 3R2/3L2 fest. Da die Kamera 15 und der Schleifer 4La des Stromabnehmers 4R/4L beide an dem Fahrzeug 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 17-19 in Koordinatenwerte in dem Koordinatensystem mit dem Ursprung Op aus 21 umgewandelt werden.
  • Fahrdraht Verbindungs-Steuerung und Folgesteuerung
  • Die Fahrzeug-Zustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b berechnet zunächst 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 3R1/3L1 oder 3R2/3L2fährt, 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 3R1/3L1 oder 3R2/3L2 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 )
    Figure DE112012004019B4_0007
  • 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.
  • 22 ist ein Blockdiagramm, welches den Prozess der Berechnung des Giermoment-Korrekturwerts zeigt, welcher die Abweichung Y_Cbc oder die Neigung θ_t verwendet. In der Fahrzeugzustandsgrößensteuereinheit 50c wandelt eine Umwandlungseinheit 50c2 (die in 20 dargestellte Umwandlungseinheit 50c2 ) die Abweichung Y_Cbc in einen Giermomentwert um, indem sie die Abweichung Y_Cbc mit einem Verstärkungsfaktor multipliziert. Genauso wandelt eine Umwandlungseinheit 50c3 die Neigung θ_t in einen Giermomentwert um, in dem sie die Neigung θ_t mit einem Verstärkungsfaktor multipliziert. Eine Berechnungseinheit 50 c4 berechnet den Giermoment-Korrekturwert, indem die beiden Giermomentwerte zusammen addiert werden und gibt den berechneten Giermoment-Korrekturwert an die Giermoment-Steuereinheit 102 aus.
  • Ferner findet die Fahrzeug-Zustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b heraus, ob das Fahrzeug 1 innerhalb des Fahrdraht-Verbindungsabschnitts C fährt oder nicht, und zwar abhängig von der die Detektion der zweiten Fahrdrähte 3R2 und 3L2 betreffenden Information von der Informations-Verarbeitungseinheit 50a. Die Fahrzeug-Zustandsgrößen-Steuereinheit 50c gibt unabhängig von den Werten der vorgenannten Abweichungen Y_Cbc und der Neigung θ_t den Wert 0 als Giermoment-Korrekturwert aus, wenn das Signal eingegeben wird, welches anzeigt, dass das Fahrzeug 1 in dem Fahrdraht-Verbindungsabschnitt C fährt.
  • Andere Funktionen der Fahrzeug-Zustandsgrößen-Steuereinheit 50c, die auf die Fahrdraht-Folgesteuerung bezogen sind, sind äquivalent zu denjenigen im ersten Ausführungsbeispiel.
  • 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 (7) berechnet werden, wobei die Koordinatenwerte der beiden in 21 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 3R1/3L1 oder 3R2/3L2 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
    Figure DE112012004019B4_0008
  • 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 × tan θ _t
    Figure DE112012004019B4_0009
  • 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 3R1/3L1 oder 3R2/3L2 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-Verbindungssteuerung und die Folgesteuerung als auch die Schleifer-Anhebesteuerung durch. In der Fahrdraht-Verbindungssteuerung und Folgesteuerung gibt die Fahrzeug-Zustandsgrößen-Steuereinheit 50c den durch Multiplikation der Abweichung Y_Cbc und der Neigung θ_t mit den Verstärkungsfaktoren berechneten Giermoment-Korrekturwert aus, wenn das Fahrzeug sich außerhalb des Fahrdraht-Verbindungs-abschnitts C bewegt. Da die Ausgabe des Giermoment-Korrekturwerts fortgesetzt wird, bis die Abweichung Y_Cbc und die Neigung θ_t Null betragen, 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 und das Fahrzeug folgt dem Fahdraht. Auch nach dem Durchfahren des Fahrdraht-Verbindungsabschnitts wird die Steuerung zum Folgen der zweiten Fahrdrähte 3R2/3L2 wieder aufgenommen und der Giermoment-Korrekturwert wird ausgegeben, so dass die Abweichung y_Cbc und die Neigung θ_Cbc und die Neigung θ_t 0 werden, wodurch erreicht wird, dass das Fahrzeug 1 in ähnlicher Weise dem zweiten Fahrdraht in ähnlicher Weise dem zweiten Fahrdraht 3R2/3L2 folgt.
  • Details des Steuerungsvorgangs der Fahrzeugsteuervorrichtung 50
  • Die Details eines von der oben beschriebenen Fahrzeugsteuervorrichtung 50 ausgeführten Steuerungsprozesses werden im Folgenden Bezug nehmend auf ein Flussdiagramm in 23 erläutert. 23 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 13 dargestellt, vor dem Fahrzeug 1 angeordnet ist, so dass sie auf einer Verlängerungslinie der Fahrzeugachse liegt und die Anzahl von mit der Kamera aufgenommenen Fahrdrähten 1 beträgt, wie dies in 12 dargestellt ist. 24 ist ein schematisches Diagramm ähnlich zu 20, 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 Y_1, Y_r (1. Schwellenwert) entfernt () 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 Fahrzeug 1 aus nach oben ein Bild auf. In Schritt 201 durchsucht die Bildinformationsverarbeitungseinheit 50a das aufgenommene Bild nach dem Fahrdraht 3R oder 3L. Bei der Suche in Schritt 201 wird der gesamte Bereich des aufgenommenen Bilds durchsucht, wenn die Detektion der Fahrdrähte 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 der bereits detektierten Fahrdrähte 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. Anschließend fährt der Prozess abhängig von der Koordinateninformation über die Zielpunkte T und U mit einem Fahrdraht-Verbindungssteuerungs- und Folgesteuerungsschritt 510 zum Folgen des Fahrdrahts 3R/3L fort.
  • Fahrdraht-Verbindungssteuerung und Folgesteuerung
  • Zu Beginn des Fahrdraht-Verbindungssteuerungs- und Folgesteuerungssteuerungsschritts 510 wird detektiert, ob ein einem neuen Fahrdraht (dem zweiten Fahrdraht 3R2/3L2) entsprechendes Objekt zusätzlich zu dem ersten Fahrdraht (3R1/3L1, die in dem insgesamt „Fahrdraht 3R/3L“ genannten Fahrdraht enthalten sind) in dem Bilderfassungsbereich a, b, c, d enthalten ist oder nicht (Schritt 520). Wenn kein neuer Fahrdraht 3R2/3L2 detektiert wurde, bedeutet dies, dass das Fahrzeug 1 sich in dem ersten Fahrtabschnitt bewegt (nicht in dem Fahrdraht-Verbindungsabschnitt), so dass der Prozess mit Schritt 310 fortfährt, um die Folgesteuerung zum Folgen des ersten Fahrdrahts 3R1/3L1 fortzustetzen. Wenn in Schritt 520 ein neuer Fahrdraht detektiert wurde, bedeutet dies, dass das Fahrzeug 1 in dem Fahrdraht-Verbindungsabschnitt C fährt. In diesem Fall würde, wenn das Fahrzeug 1 weiter dem bereits bestehenden Fahrdraht 3R1/3L1 folgen würde, das Fahrzeug 1 zu dem abschließenden Endteil 3R1T/3L1T des ersten Fahrdrahts 3R1/3L1 geführt und würde über den Rand der Fahrspur 54 hinausfahren. Um dieses Problem zu vermeiden, wird der Prozess beendet, ohne dass das Giermoment für die Fahrdraht-Folgesteuerung ausgegeben wird.
  • In dem Fahrdraht-Verbindungsabschnitt C kann man davon ausgehen, dass das Fahrzeug im Wesentlichen parallel zu dem Fahrdraht 3R1/3L1 fährt, da die Steuerung zum Folgen des ersten Fahrdrahts 3R1/3L1 (hinreichende Steuerung zum geradlinigen Fahren) in dem vorangehenden ersten Fahrtabschnitt ausgeführt wurde. Wenn daher ein neuer Fahrdraht (der zweite Fahrdraht 3R2/3L2) in Schritt 520 detektiert wurde, wird erkannt, dass das Fahrzeug in dem Fahrdrahtverbindungsabschnitt C fährt und der Prozess wird ohne Ausgabe des Giermoment-Korrekturwerts in diesem Abschnitt beendet. Da der Fahrdraht-Verbindungsabschnitt C relativ kurz ist, führt das Fehlen der Fahrdraht-Folgesteuerung in diesem Abschnitt kaum zu einer wesentlichen Abweichung des Fahrzeugs von dem Fahrdraht-Fahrbereich und es wird vermieden, dass das Fahrzeug über den Rand 54 der Fahrspur hinausfährt.
  • Wieder Bezug nehmend auf 23 beurteilt in Schritt 310 die Fahrzeug-Zustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b, ob der Zielpunkt T zwischen den Punkten A und B (Y_1 < Y_Cbc, Y_r > Y_Cbc) liegt, die in Positionen in einem vorgegebenen Abstand (Y_1, Y_r) von dem repräsentativen Punkt Z aus 24 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.
  • 25 ist ein schematisches Diagramm, welches ein Beispiel eines Verfahrens zur Berechnung des Giermoment-Korrekturwerts zeigt, das hier verwendet wird. In 25 entspricht der Gradient der charakteristischen Linien außerhalb der Punkte A und B dem Verstärkungsfaktor der Umwandlungseinheit 50c2 aus 22.
  • Wie in 25 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 der Giermoment-Korrekturwert 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 Y-Koordinatenwert Y_1 des Punkts A oder der Betrag des Y-Koordinatenwerts Y_r des Punkts B als erstem Schwellenwert ist), die Steuerung so ausgeführt, dass das Fahrzeug 1 ein geeignetes Giermoment erhält, so dass der repräsentative Punkt Z sich dem Zielpunkt T nähert. Ferner wird die Steuerung so ausgeführt, dass das dem Fahrzeug 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 25 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 das Fahrzeug 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 auf 0 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 Fahrzeug 1 mitgegebene Giermoment mit ansteigendem Betrag der Abweichung Y_Cbc ansteigt, das Fahrzeug 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 in der Fahrdraht-Verbindungssteuerung und Folgesteuerung
  • Als nächstes wird ein weiteres Beispiel der Fahrdraht-Folgesteuerung in der Fahrdraht-Verbindungssteuerung und Folgesteuerung Bezug nehmend auf 26-29 erläutert. 26 ist ein schematisches Diagramm ähnlich zu 21 und 24, wobei die Abweichungs-Überwachungspunkte der Fahrdraht-Überwachungssteuerung eingestellt wurden. 27 ist ein Flussdiagramm, welches einen Schritt 500' zeigt, der anstelle des Fahrdraht-Verbindungssteuerungs- und Folgesteuerungsschritts 510 in dem Flussdiagramm aus 23 ausgeführt wird.
  • Wie in 26 dargestellt, wurden als Abweichungs-Überwachungs-punkte 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_1' 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 27 ist der Prozess vom Start bis zum Schritt 320 (Berechnung des Giermoment-Korrekturwerts) über dem Schritt 520 identisch zu dem oben beschriebenen in 23. In Schritt 321 nach dem Schritt 320 wird beurteilt, ob der Zielpunkt T zwischen den Punkten A‘ und B‘ (Y_1' ≤ 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. 28 ist ein schematisches Diagramm, welches ein Beispiel eines Verfahrens zur Berechnung eines Ziel-Fahrzeuggeschwindigkeit-Korrekturwerts für diesen Fall zeigt. Wie in 28 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_1' des Punkts A‘ oder der Betrag 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.
  • 29 ist ein schematisches Diagramm, welches ein anderes Beispiel des Verfahrens zur Berechnung des Ziel-Fahrzeuggeschwindigkeit-Korrekturwerts zeigt. Wie in 29 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_1' 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.
  • 30 ist ein schematisches Diagramm ähnlich zu 10, welches ein Verfahren zum Erzeugen eines Motor-Drehmoments abhängig von dem Ziel-Fahrzeuggeschwindigkeit-Korrekturwert zeigt. Wie in 30 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 von einer Berechnungseinheit 100d 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-Steuereinheit102 (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 28 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 das Fahrzeug 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.
  • Andere Beispiele
  • In gewöhnlichen Minen verwendete Fahrdrähte umfassen solche mit positiver Polarität (ein dritter Fahrdraht 3R1, der in den ersten Fahrdrähten enthalten ist und ein fünfter Fahrdraht 3R2, der in den zweiten Fahrdrähten enthalten ist) und solche mit negativer (geerdeter) Polarität (ein vierter Fahrdraht 3L1, der in den ersten Fahrdrähten enthalten ist und ein sechster Fahrdraht 3L2, der in den zweiten Fahrdrähten enthalten ist), wie dies in 31 dargestellt ist. Es gibt daher Fälle, in denen die Verbindungsabschnitte der Fahrdrähte (ein erster Fahrdraht-Verbindungsabschnitt C1 , in dem das hintere Ende 3R1T des dritten Fahrdrahts 3R1 und das Anfangsende 3R2B des fünften Fahrdrahts 3R2 parallel zueinander verlaufen, und ein zweiter Fahrdraht-Verbindungsabschnitt C2 , in dem das hintere Ende 3L1T des vierten Fahrdrahts 3L1 und das Anfangsende 3L2B des sechsten Fahrdrahts 3L2 parallel verlaufen) beispielsweise in unterschiedlichen Positionen auftreten.
  • In solchen Fällen wird in den ersten Fahrabschnitten, bevor das Fahrzeug den ersten Fahrdraht-Verbindungsabschnitt C1 erreicht, die Steuerung durch die Fahrzeug-Zustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b und die Fahrzeug-Zustandsgrößen-Steuereinheit 50c so ausgeführt, dass die repräsentativen Punkte T und U auf dem dritten Fahrdraht 3R1 gelegt werden und dem dritten Fahrdraht 3R1 abhängig von der durch die Bildinformationsverarbeitungseinheit 50a detektierten Information gefolgt wird. In dem ersten Fahrdraht-Verbindungsabschnitt C1 hat der von der Kamera aufgenommene vierte Fahrdraht 3L1 einen normalen, geraden Zustand. Wenn daher das Fahrzeug den ersten Fahrdraht-Verbindungsabschnitt C1 erreicht und der fünfte Fahrdraht 3R2 detektiert wurde, wird die Steuerung zum Folgen des dritten Fahrdrahts 3R1 unterbrochen und die Steuerung wird umgeschaltet, um nun dem vierten Fahrdraht 3L1 zu folgen. Das Folgen des vierten Fahrdrahts 3L1 wird fortgesetzt, bis das Fahrzeug den zweiten Fahrdraht-Verbindungsabschnitt C2 erreicht. Wenn das Fahrzeug den zweiten Fahrdraht-Verbindungsabschnitt C2 erreicht und der sechste Fahrdraht 3L1 detektiert wurde, wird die Steuerung zum Folgen des vierten Fahrdrahts 3L1 gestoppt und die Steuerung wird umgeschaltet, um nun dem fünften Fahrdraht 3R2 zu folgen.
  • Nach dieser Methode wird in dem ersten Fahrdraht-Verbindungsabschnitt C1 die Steuerung zum Folgen des dritten Fahrdrahts 3R1 unterbrochen und die Giermomentsteuerung wird so durchgeführt, dass dem als geraden Abschnitt ausgebildeten vierten Fahrdraht 3L1 gefolgt wird. Dies ermöglicht die Ausführung einer stabilen Fahrdrahtfahrt, ohne dem abzweigenden dritten Fahrdraht 3R1 folgen zu müssen. In dem zweiten Fahrdraht-Verbindungsabschnitt C2 wird die Steuerung zum Folgen des vierten Fahrdrahts 3L1 unterbrochen und die Giermomentsteuerung wird so durchgeführt, dass dem fünften Fahrdraht 3R2 gefolgt wird. Dies ermöglicht dem Fahrzeug das Umschalten auf das Folgen des fünften Fahrdrahts 3R2 ohne dem abweichenden vierten Fahrdraht 3L1 zu folgen.
  • In solchen Fällen erfordert die Verwendung nur einer Kamera zum Detektieren der beiden Fahrtdrähte 3R und 3L eine geeignete Detektionslogik zum Erkennen sowohl der rechten und linken Fahrdrähte und zum Detektieren der jeweiligen neuen Fahrdrähte. Solch eine Konfiguration kann Komplikationen der Logik verursachen, obwohl das System mit der minimalen Anzahl von Kameras aufgebaut werden kann. Die Anordnung von rechten und linken Kameras wird jeweils für den rechten und linken Fahrdraht 3R und 3L und die Verwendung der jeweiligen Kamera zum Aufnehmen nur des entsprechenden Fahrdrahts (so dass die Verarbeitung zur Detektion des neuen Fahrdrahts vereinfacht wird) ist im Hinblick auf die Systemstabilität sehr robust und führt zu einer Vereinfachung der Detektionslogik. Daher abhängig von der Situation kostengünstige Systemkonfigurationen ermöglicht werden.
  • In den oben genannten Ausführungsbeispielen wird erkannt, dass das in einem Abschnitt wie demjenigen in 12 fahrende Fahrzeug einen Fahrdraht-Verbindungsabschnitt erreicht hat, wenn der zweite Fahrdraht 3R2/3L2 detektiert wurde. Die Entscheidung, ob das Fahrzeug in dem Fahrdraht-Verbindungsabschnitt C fährt, kann jedoch auch dann erfolgen, wenn der erste Fahrdraht 3R1/3L1, der im Wesentlichen parallel zu der Fahrtrichtung des Fahrzeugs installiert wurde, in dem Bilderfassungsbereich a, b, c, d beginnt, sich entweder der Seite a-b oder der Seite c-d (in Richtung des hinteren Endbereichs 3R1T/3L1T) zu nähern und die Schrägstellung (Schrägstellung in Richtung einer der Seiten) detektiert wird.
  • Während in der Erläuterung der oben genannten Ausführungsbeispiele die Ausgabe des Giermoments derart, dass das Fahrzeug dem Fahrdraht 3L1, 3L2, 3R1, 3R2 folgt, in den ersten und zweiten Fahrabschnitten fortgesetzt wird, kann die Steuerung auch so ausgeführt werden, dass die Berechnung des Giermoment-Korrekturwerts (um zu bewirken, dass das Fahrzeug den Fahrdrähten folgt) und die Giermomentsteuerung nur in einem vorgegebenen Fahrtabschnitt folgt, der in dem ersten oder zweiten Fahrtabschnitt enthalten ist.
  • Während in dem oben genannten Ausführungsbeispiel die Fahrdrahtdetektionsvorrichtung verwendete Kamera direkt nach oben ausgerichtet war, kann ferner 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, da 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
    Fahrzeug
    2
    Mulde
    3, 3L
    Fahrdraht
    3L1, 3R1
    erster Fahrdraht
    3L1T, 3R1T
    hinteres Ende des ersten Fahrdrahts
    3L2, 3R2
    zweiter Fahrdraht
    3L2B, 3R2B
    hinteres Ende des zweiten Fahrdrahts
    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
    50c4
    Berechnungseinheit
    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
    C
    Fahrdraht-Verbindungsabschnitt
    C1
    erster Fahrdraht-Verbindungsabschnitt
    C2
    zweiter Fahrdraht-Verbindungsabschnitt
    P, Q, R, S
    Zielpunkt
    P‘, Q‘, R‘, S‘
    Repräsentativer Punkt
    T
    Zielpunkt
    Z
    Repräsentativer Punkt (Steuerungspunkt)
    E_Lad
    Abweichung
    θ_L
    Neigung
    Y_Cbc
    Abweichung
    θ_t
    Neigung
    Y_1, Y_r
    Y-Koordinate von Punkt A, B (Erster Schwellenwert)
    Y_1', Y_r‘
    Y-Koordinatenwert von Punkt A‘, B‘ (Zweiter Schwellenwert)

Claims (5)

  1. Elektrisch angetriebener Kipplastwagen, welcher auf einem Untergrund fährt, der einen ersten Fahrtabschnitt enthält, in dem zumindest ein erster Fahrdraht (3R1, 3L1) installiert ist, einen zweiten Fahrtabschnitt, in dem zumindest ein zweiter Fahrdraht (3R2, 3L2) installiert ist und einen Fahrdraht-Verbindungsabschnitt (C), in welchem ein hinteres Ende (3R1T, 3L1T) des ersten Fahrdrahts und ein anfängliches Ende (3R2B, 3L2B) des zweiten Fahrdrahts parallel zueinander verlaufen, und zwar mittels elektrischer Leistung, die durch das Anheben eines Schleifers (4Ra, 4La) eines Leistungsabgreifers (4R, 4L), der so auf einem Fahrzeug (1) vorgesehen ist, dass er nach oben und unten bewegt werden kann, von dem ersten Fahrdraht und dem zweiten Fahrdraht abgenommen wird, wobei der Schleifer (4Ra, 4La) nacheinander in Kontakt mit dem ersten Fahrdraht und dem zweiten Fahrdraht gebracht wird, wobei der elektrisch angetriebene Kipplastwagen umfasst: eine Fahrdraht-Detektionsvorrichtung (15), die auf dem Fahrzeug vorgesehen ist und die den ersten Fahrdraht und den zweiten Fahrdraht von unten her detektiert, während der Kipplastwagen fährt; und eine Steuervorrichtung, welche die folgende Steuerung abhängig von der von der Fahrdraht-Detektionsvorrichtung detektierten Information ausführt: Erzeugen eines Giermoments des Fahrzeugs derart, dass das Fahrzeug so fährt, dass es dem ersten Fahrdraht folgt, bevor das Fahrzeug den Fahrdraht-Verbindungsabschnitt erreicht, gekennzeichnet durch: Stoppen der Steuerung zur Erzeugung des Giermoments, wenn das Fahrzeug in dem Fahrdraht-Verbindungsabschnitt fährt; und Erzeugen eines Giermoments des Fahrzeugs derart, dass das Fahrzeug so fährt, dass es dem zweiten Fahrdraht folgt, nachdem das Fahrzeug den Fahrdraht-Verbindungsabschnitt durchfahren hat, wobei: dann, wenn die Fahrdraht-Detektionsvorrichtung den ersten Fahrdraht detektiert hat, die Steuervorrichtung zumindest einen repräsentativen Punkt des Fahrzeugs und zumindest einen auf dem ersten Fahrdraht liegenden Zielpunkt abhängig von der durch die Fahrdraht-Detektionsvorrichtung detektierten Information berechnet und eine Steuerung derart ausführt, dass ein Giermoment des Fahrzeugs erzeugt wird, so dass der repräsentative Punkt sich dem Zielpunkt nähert, dann, wenn die Fahrdraht-Detektionsvorrichtung den zweiten Fahrdraht detektiert hat, die Steuervorrichtung zumindest einen repräsentativen Punkt des Fahrzeugs und zumindest einen auf dem zweiten Fahrdraht liegenden Zielpunkt abhängig von der Fahrdraht-Detektionsvorrichtung detektierten Information berechnet und eine Steuerung zum Erzeugen eines Giermoments des Fahrzeugs derart ausführt, dass der repräsentative Punkt sich dem Zielpunkt nähert, wobei die Fahrdraht-Detektionsvorrichtung umfasst: eine Kamera (15), die auf dem Fahrzeug vorgesehen ist und die kontinuierlich Bilder von dem ersten und zweiten Fahrdraht aufnimmt, während der Kipplastwagen fährt; und eine Beleuchtungsvorrichtung (51), die auf dem Fahrzeug vorgesehen ist und die den ersten und zweiten Fahrdraht beleuchtet.
  2. Elektrisch angetriebener Kipplastwagen nach Anspruch 1, wobei: der erste Fahrdraht zwei Fahrdrähte enthält: nämlich einen dritten Fahrdraht (3R1) und einen vierten Fahrdraht (3L1) und der zweite Fahrdraht zwei Fahrdrähte enthält: nämlich einen fünften Fahrdraht (3R2) und einen sechsten Fahrdraht (3L2) und der Fahrdraht-Verbindungsabschnitt einen ersten Fahrdraht-Verbindungsabschnitt (C1) enthält, in welchem ein hinteres Ende (3R1T) des dritten Fahrdrahts und ein vorderes Ende (3R2B) des fünften Fahrdrahts parallel zueinander verlaufen und einen zweiten Fahrdraht-Verbindungsabschnitt (C2), in welchem ein hinteres Ende (3L1T) des vierten Fahrdrahts und ein vorderes Ende (3L2B) des sechsten Fahrdrahts parallel zueinander verlaufen, und zwar in einer von dem ersten Fahrdraht-Verbindungsabschnitt verschiedenen Positionen, und die Steuerungsvorrichtung abhängig von der Fahrdraht-Detektionsvorrichtung detektierten Information die folgende Steuerung durchführt: Erzeugen eines Giermoments des Fahrzeugs derart, dass das Fahrzeug dem dritten Fahrdraht folgt, bevor das Fahrzeug den ersten Fahrdraht-Verbindungsabschnitt erreicht; Stoppen der Steuerung zur Erzeugung des Giermoments für den dritten Fahrdraht und Umschalten auf eine Steuerung zur Erzeugung des Giermoments des Fahrzeugs derart, dass das Fahrzeug dem vierten Fahrdraht folgt, wenn das Fahrzeug den ersten Fahrdraht-Verbindungsabschnitt erreicht hat; und Unterbrechen der Steuerung zur Erzeugung des Giermoments entsprechend dem vierten Fahrdraht und Umschalten der Steuerung zum Erzeugen eines Giermoments des Fahrzeugs derart, dass das Fahrzeug dem fünften Fahrdraht folgt, wenn das Fahrzeug den zweiten Fahrdraht-Verbindungsabschnitt erreicht hat.
  3. Elektrisch angetriebener Kipplastwagen nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Steuerungsvorrichtung erkennt, dass das Fahrzeug in dem Fahrdraht-Verbindungsabschnitt fährt, wenn von der Fahrdraht-Detektionsvorrichtung der zweite Fahrdraht detektiert wird.
  4. Elektrisch angetriebener Kipplastwagen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend rechte und linke Elektromotoren (6R, 6L) zum Fahren, wobei die Steuerungsvorrichtung sowohl eine Steuerung zum Erzeugen eines Giermoments des Fahrzeugs als auch eine Fahrtgeschwindigkeitssteuerung durch die Steuerung der rechten und linken Elektromotoren ausführt.
  5. Elektrisch angetriebener Kipplastwagen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend rechte und linke Elektromotoren (6R, 6L) zum Fahren, und eine Lenkvorrichtung (40), wobei: die Steuerungsvorrichtung eine Fahrzeugsteuerungsvorrichtung (50), eine Steuerung (100), eine Wechselrichtersteuerungsvorrichtung (30) und eine Lenksteuerungsvorrichtung (32) enthält und die Fahrzeugsteuerungsvorrichtung einen Giermoment-Korrekturwert für die Steuerung zum Erzeugen eines Giermoments des Fahrzeugs derart berechnet, dass das Fahrzeug abhängig von der Fahrdraht-Detektionsvorrichtung detektierten Information dem ersten und zweiten Fahrdraht folgt und die Steuerung zumindest die rechten und linken Elektromotoren oder die Lenkvorrichtung mittels der Wechselrichtersteuerungsvorrichtung und/oder der Lenkungssteuerungsvorrichtung abhängig von dem Giermoment-Korrekturwert steuert.
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