JP2012253906A5 - 電気駆動ダンプトラック - Google Patents
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Description
これにより走行中にトロリー線からすり板が横方向に大きく外れようとする場合は、車両本体はすり板の中心がトロリー線に速やかに戻るようになり、ダンプトラックがトロリー線の走行路から外れるのを確実に防止することができる。
また請求項8記載の発明は、請求項1〜6のいずれか1項記載の電気駆動ダンプトラックにおいて、走行用の左右の電動モータと、操舵装置とを更に備え、前記制御装置は、車両制御装置と、コントローラと、インバータ制御装置と、操舵制御装置とを備え、前記車両制御装置は、前記カメラにより取得した画像情報に基づいて、前記車両本体が前記トロリー線に追従して走行するよう前記車両本体にヨーモーメントを与えるためのヨーモーメント補正値を演算し、前記コントローラは、前記ヨーモーメント補正値に基づいて、前記インバータ制御装置及び前記操舵制御装置により前記左右の電動モータと前記操舵装置の少なくとも一方を制御する。
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
(車両−ダンプトラック−の構成に関して)
図1は、本発明の一実施の形態による電気駆動ダンプトラックの側部外観を示す側面図である。
(車両−ダンプトラック−の構成に関して)
図1は、本発明の一実施の形態による電気駆動ダンプトラックの側部外観を示す側面図である。
ドライバはハンドル41を操作したとき、ハンドル41の操作量を操舵角センサ付反力モータ42の操舵角センサが検知し、これを操舵制御装置32に送信する。操舵制御装置32は現在の転舵角がドライバの操舵角に対応する転舵角になるように転舵角センサ付転舵モータ43にトルク信号を送り、転舵角センサ付転舵モータ43が生成する転舵トルクによって、ラック&ピニオンギア44を介し前輪45L,45Rを転舵する。また、この時のトルクの大きさに応じて、操舵角センサ付反力モータ42に反力トルクを送信し、ハンドル41に反力を伝える。またこのとき、操舵制御装置32はコントローラ100へ操舵角を送信する。一方、操舵制御装置32は、コントローラ100から転舵トルク補正値を受信し、これに応じて転舵角センサ付転舵モータ43を動作させる機能も持つ。同様に操舵制御装置32が操舵角センサ付反力モータ42に、反力を送信するかどうかは、そのときのモード(後述)やコントローラ100からの指令によって任意に変更できる。例えば、操舵制御装置32がコントローラ100から転舵トルク補正値を受信し、この補正値に応じて転舵角センサ付転舵モータ43を動作させる一方で、操舵角センサ付反力モータ42に反力指令値を送らなければ、車両(ダンプトラック)は操舵角に応じて旋回をするが、ドライバはそのときの操舵感覚がない状態になる。逆に、ドライバが操舵をしても、転舵角センサ付転舵モータ43に指令を送らなければ、ハンドル41を切っても曲がらないという現象となる。例えば、コントローラ100が何らかの判断で、ハンドル41を操作してはならない場合には、この手段は有効となる。さらにはこのときハンドル41の操作をしてはならないということをドライバに報知する手段としては、操舵制御装置32がドライバが操舵をしている方向と逆方向にトルクを生成させることで、ドライバは一般的にはハンドル41が重いと感じ、これによってドライバはその方向へハンドル操作をしてはならないと判断することができるようになるものもある。
図11は、車両制御装置50の構成及び車両制御装置50とコントローラ100との入出力関係を示す図である。車両制御装置50は、図11に示すように、トロリー線検出装置15によって検出された情報を処理して車体とトロリー線の相対位置関係に係わる情報を取得するトロリー線検出情報処理部50a、トロリー線検出情報処理部50aによって得られた情報を元に車両の状態量を算出する車両状態量算出部50b、この結果に基づき車両状態量を制御する車両状態量制御部50cによって構成される。トロリー線3L、3Rは、絶縁体52を介して支柱53によって支えられる。また車両制御装置50は、目標速度補正値、ヨーモーメント補正値、ヨーモーメント制御モード、昇降制御装置昇降指令、制御・検知状態情報などを出力する。
カメラ15の撮像方向に強い光源がある場合、画像情報処理部50aに送られる画像はハレーションと呼ばれる白くぼやける現象が発生し、検知すべき対象を認識できなくなることがある。これに対応する方法として、カメラ15を設置する箇所を、車両前方のトロリー線3L,3Rを撮像するカメラと、車両後方のトロリー線3L,3Rを撮像するカメラの2箇所とし、一方が画像情報処理部50aによってハレーションを起こしたと判断できる場合、もう一方のカメラにより補正する手法も考えられる。ハレーションの検知方法に関しては公知の手法に依る。また、ハレーションに限らず、画像情報処理部50aによって埃や泥等で片方のカメラの視界が遮られたと判断できる場合には、同様に他方のカメラで補正することもできる。また、カメラ15を筐体で囲み、ガラス越しにトロリー線3L,3Rを撮像し、画像情報処理部50aによりガラスが埃や泥等で視界が悪くなったと判断できる場合には、ワイパーやウォッシャー液等によって洗浄してもよい。
図14に示すように、カメラ15が取得する画像情報は画面に対してトロリー線3L,3Rが縦方向に進行方向に平行に現れる。これを図15に示すようにエッジ部を抽出する処理(エッジ処理)を行う。これにより、左側のトロリー線3LはエッジLLとエッジLR部、右側のトロリー線3RはエッジRLとエッジRR部に分かれる。次に図16において、左右のトロリー線3L、3Rにおいてそれぞれのエッジの中心線(左トロリー線3Lの中心線をLM、右トロリー線3Rの中心線をRM)を求める。このとき、画面の上部中央のOcを原点とするピクセル数に関する座標系(Y軸をda方向、X軸をab方向)をとる。Ocを原点として、LMとadの交点P(0,M_Lad_Ref)、RMのadとの交点Q(0,M_Rad_Ref)、LMとbcとの交点R(m,M_Lbc_Ref)、RMのbcとの交点S(m,M_Rbc_Ref)をとる。そして、これらP,Q,R,Sの各点はトロリー線3L、3R上に位置する点であり、これらを目標点と定義する。また、mは縦方向のピクセル数、nは横方向のピクセル数を示す。
図19に示すように、車両状態量制御部50cは、演算部50c1において車両状態量算出部50bから入力した目標点P(Q)の座標値M_Lad_Ref(M_Rad_Ref)から代表点P’(Q’)の座標値M_Lad_Cont(M_Rad_Cont)を減算して代表点P’(Q’)と目標点P(Q)との偏差e_Lad(e_Rad)を求める。車両状態量制御部50cは、変換部50c2において偏差e_Lad(e_Rad)にゲインをかけて偏差の値をヨーモーメント量に変換する。また変換部50c3において、車両状態量算出部50bから入力した車両の傾きeθ_L(eθ_R)にゲインをかけてヨーモーメント量に変換する。これらの2つのヨーモーメント量を演算部50c4において加算してヨーモーメント補正値を求め、このヨーモーメント補正値をヨーモーメント制御部102に出力する。
これにより車両制御装置50と、コントローラ100と、インバータ制御装置30と、操舵制御装置32とで構成される制御装置は、車両本体1がトロリー線3L,3Rに追従して走行するよう車両本体1にヨーモーメントを与える制御を行うものとなる(請求項1)。また、そのとき、制御装置は代表点P’(Q’)が目標点P(Q)に近づくように車両本体1にヨーモーメントを与える制御を行う(請求項2)。更に、制御装置は傾きeθ_Lが小さくなるように車両本体1にヨーモーメントを与える制御を行う(請求項3)。
本実施の形態における先の実施の形態との主たる相違点は、先の実施の形態が、車両本体1がトロリー線3L,3Rに追従して走行するよう車両本体1にヨーモーメントを与える制御(以下、適宜トロリー線追従制御という)を行うだけであるのに対して、本実施の形態では、更に、集電装置4L,4Rのすり板4La又は4Raの昇降制御を行うとともに、トロリー線追従制御を行うとき、代表点と目標点の偏差に不感帯を設け、偏差が不感帯を超えた場合のみトロリー線追従制御を行うようにした点である。
(画像情報処理部50a)
画像情報処理部50aの処理内容は先の実施の形態と同じであり、画像情報処理部50aは代表点P’,Q’,R’,S’の座標情報を車両状態量算出部50bへ送る。
(車両状態量算出部50b及び車両状態量制御部50c)
車両状態量算出部50bは、トロリー線追従制御を行うためのヨーモーメント補正値、すり板昇降制御を行うための昇降制御装置昇降指令、ヨーモーメント制御モード、目標速度補正値等の制御量或いは指令値を生成するための車両状態量を算出し、車両状態量制御部50cはその算出結果に基づいてヨーモーメント補正値、昇降制御装置昇降指令、ヨーモーメント制御モード、目標速度補正値等の制御量或いは指令値を生成し出力する。
(トロリー線検出領域と座標系)
まず、本実施の形態における車両状態量算出部50bで用いるトロリー線検出領域と座標系について説明する。
(画像情報処理部50a)
画像情報処理部50aの処理内容は先の実施の形態と同じであり、画像情報処理部50aは代表点P’,Q’,R’,S’の座標情報を車両状態量算出部50bへ送る。
(車両状態量算出部50b及び車両状態量制御部50c)
車両状態量算出部50bは、トロリー線追従制御を行うためのヨーモーメント補正値、すり板昇降制御を行うための昇降制御装置昇降指令、ヨーモーメント制御モード、目標速度補正値等の制御量或いは指令値を生成するための車両状態量を算出し、車両状態量制御部50cはその算出結果に基づいてヨーモーメント補正値、昇降制御装置昇降指令、ヨーモーメント制御モード、目標速度補正値等の制御量或いは指令値を生成し出力する。
(トロリー線検出領域と座標系)
まず、本実施の形態における車両状態量算出部50bで用いるトロリー線検出領域と座標系について説明する。
車両状態量算出部50bは、画像情報処理部50aにおいてカメラ15により取得した図16〜図18に示すような撮像領域a,b,c,dの画像情報から図20のa1,b1,c1,d1に示すような領域をトロリー線検出領域として切り出して取得する。辺a1,d1は、図16〜図18に示す撮像領域a,b,c,dの辺a,dの一部に対応し、辺b1,c1は、撮像領域a,b,c,dの辺b,cの一部に対応する。トロリー線検出領域a1,b1,c1,d1は、トロリー線3L又は3Rを上から見た場合のすり板とトロリー線の位置関係を示しており、すり板4La又は4Raの左右の中心を通り車両の進行方向に伸びる直線が、辺a1,d1の中心と辺b1,c1の中心を通る領域である。前述したように、カメラ15が取得する撮像領域a,b,c,dの画像情報はトロリー線3L,3Rを下から撮像した画像情報であり、トロリー線3L,3Rを上から見た場合のトロリー線検出領域a1,b1,c1,d1は撮像領域a,b,c,dとは前後関係(図面では上下方向)が逆に現れる。
また、車両状態量算出部50bは、すり板4La又は4Raの中心を原点Opとし、進行方向をX軸、進行方向左をY軸とする座標系を設定し、X軸と辺b1−c1の交点Zに代表点を設定し、トロリー線3L又は3Rと辺b1−c1との交点Tと、トロリー線3L又は3Rと辺a1−d1との交点Uに2つの目標点を設定する。ここで、カメラ15と集電装置4L,4Rのすり板4La又は4Raは共に車両本体に取り付けられ、両者の位置関係は既知であるので、図16〜図18に示すOc点を原点とする座標系における点P’,P,Rの値を図20のOp点を原点とする座標系の値に座標変換することにより、交点Z,T,Uの座標は容易に求めることができる。
(トロリー線追従制御)
車両状態量算出部50bは、代表点Zと目標点Tとの偏差を算出する。ここで、すり板4La又は4Raの前方にある目標点TのY座標値Y_Cbcは代表点Zと目標点Tの偏差に等しいため、車両状態量算出部50bは目標点TのY座標値Y_Cbcを代表点Zと目標点Tとの偏差とする。偏差Y_Cbcは、車両がトロリー線に対して右にずれた場合に正、左にずれた場合に負となる。
(トロリー線追従制御)
車両状態量算出部50bは、代表点Zと目標点Tとの偏差を算出する。ここで、すり板4La又は4Raの前方にある目標点TのY座標値Y_Cbcは代表点Zと目標点Tの偏差に等しいため、車両状態量算出部50bは目標点TのY座標値Y_Cbcを代表点Zと目標点Tとの偏差とする。偏差Y_Cbcは、車両がトロリー線に対して右にずれた場合に正、左にずれた場合に負となる。
車両状態量制御部50cのトロリー線追従制御に係わるその他の機能は最初の実施の形態と同じである。
(すり板昇降制御)
車両状態量算出部50bは、ある時間tにおける車両の傾きθ_tを計算する。この傾きθ_tは、前述したようにある、図20に示す2つの目標点T,Uの座標値を用いて上述した式(7)にて計算することができる。
(すり板昇降制御)
車両状態量算出部50bは、ある時間tにおける車両の傾きθ_tを計算する。この傾きθ_tは、前述したようにある、図20に示す2つの目標点T,Uの座標値を用いて上述した式(7)にて計算することができる。
また、すり板4La又は4Raとトロリー線3L又は3Rとの交点をWとすると、車両状態量算出部50bは、点WのY座標Y_p_tを計算する。
車両状態量算出部50bは、現在時間tのときに、次の制御ステップt+1のときに点WのY座標Y_p_tがY_min(点DのY座標)とY_max(点CのY座標)の範囲外になるかどうかを判定し、その判定結果を車両状態量制御部50cに出力する。車両状態量制御部50cは、点WのY座標Y_p_tがY_min(点DのY座標)とY_max(点CのY座標)の範囲外になるときは、すり板4La,4Raを下げるもしくは、すり板4La,4Raを上げることを禁止する指令信号を出力する。逆に、範囲内にあるときにはすり板4La,4Raを上げる、もしくはすり板4La,4Raを上げることを許可する指令信号を出力する。また、このY_p_tの位置に応じて車両状態量制御部50cは操舵装置40の反力用モータ42(図5)に反力の補正をかけても良い。この補正量は、例えば、Y_min<Y_p_t+1<Y_maxとなる領域では反力を小さく、Y_min≧Y_p_t+1もしくは、Y_p_t+1≧Y_maxとなる領域では反力を大きくしてもよい。
一方、ステップ440にて所定の範囲にある状態が1秒未満だった場合は、処理はステップ460へ移行し、もしすり板4La,4Raが上がっていれば下げるようドライバに音声或いは表示で示唆する。また自動的に下げても良い。このとき、例えばドライバにすり板4La,4Raが自動で下がることを音声かつ/または表示で知らせることが好ましい。さらにすり板4La,4Raが下がっている状態であれば、すり板4La,4Raを上げることを禁止する。このとき、すり板4La,4Raを上げることが禁止状態であることをドライバに音声かつ/または表示で知らせることが好ましい。これらの場合も、ドライバのスイッチ操作あるいは自動で車両制御装置50は指令信号を出力し、昇降制御装置31はその指令信号に基づいてすり板4La,4Raを下降制御する。これによりダンプトラックがトロリー走行区間に入ってすり板4La,4Raを上げ下げするときのオペレータの負担を軽減することができる。
図21のステップ440では、推定値Y_p_t+1が点Cと点Dの間(Y_min≦Y_p_t+1≦Y_max)にある状態が、例えば1秒以上続いたかを判別したが、そのような判別をせず、推定値Y_p_t+1が点Cと点Dの間(Y_min≦Y_p_t+1≦Y_max)にある場合は、直ちにステップ450の処理に移行し、推定値Y_p_t+1が点Cと点Dの間(Y_min≦Y_p_t+1≦Y_max)にない場合は、直ちにステップ460の処理に移行してもよい。しかし、ステップ440の処理は、路面のでこぼこや、画像処理におけるノイズの影響でY_p_tが安定しないとき、所定の範囲を超えたり、範囲内になったりを繰り返すことによる判別のハンチングを防ぐ目的としては有効である。
図29は、ステップ440のカウンタを用いた処理に代わるヒステリシス処理を示す図である。図29に示すように、点Cと点D間に点Wがあるときは、点Cと点D間の距離を大きくするように点Cと点Dの設定を変更する。一方、点Wが点Cと点D間にないときは、点Cと点D間の距離を小さくするように点Cと点Dの設定を変更する。このように点Cと点D間の距離にヒステリシスを設けても、ステップ440のカウンタ処理と同様の効果が得られる。
(その他)
本実施の形態では、トロリー線検出装置としてカメラを用いる場合、カメラの向いている方向を真上としたが、図30に示すように、車両の前方上方を撮像するようにしても良い。このようにすることで、車両の進行方向に撮像されるトロリー線が長いため、対象とするトロリー線を判別しやすくなる。一方で、前方に撮像範囲を移すほど、撮像範囲に入る景色によるノイズが増大する。本発明を用いる環境に応じて、カメラの撮像範囲は調整するようにしてもよい。
(その他)
本実施の形態では、トロリー線検出装置としてカメラを用いる場合、カメラの向いている方向を真上としたが、図30に示すように、車両の前方上方を撮像するようにしても良い。このようにすることで、車両の進行方向に撮像されるトロリー線が長いため、対象とするトロリー線を判別しやすくなる。一方で、前方に撮像範囲を移すほど、撮像範囲に入る景色によるノイズが増大する。本発明を用いる環境に応じて、カメラの撮像範囲は調整するようにしてもよい。
Claims (9)
- 車両本体に設けられた昇降可能な集電装置のすり板を上げ、このすり板を道路に沿って設けられたトロリー線に接触させ、前記トロリー線から電力を受けて走行する電気駆動ダンプトラックにおいて、
前記車両本体に設けられ、走行中に前記トロリー線の下方から前記トロリー線を検出するトロリー線検出装置と、
前記トロリー線検出装置により検出した情報に基づいて、前記車両本体が前記トロリー線に追従して走行するよう前記車両本体にヨーモーメントを与える制御を行う制御装置とを備えることを特徴とする電気駆動ダンプトラック。 - 請求項1記載の電気駆動ダンプトラックにおいて、
前記制御装置は、
前記トロリー線検出装置により検出した情報に基づいて前記車両本体の少なくとも1つの代表点と前記トロリー線上に位置する少なくとも1つの目標点を算出し、前記代表点が前記目標点に近づくように前記車両本体にヨーモーメントを与える制御を行うことを特徴とする電気駆動ダンプトラック。 - 請求項1記載の電気駆動ダンプトラックにおいて、
前記制御装置は、
前記トロリー線検出装置により検出した情報に基づいて前記トロリー線に対する前記車両本体の傾きを算出し、前記傾きが小さくなるように前記車両本体にヨーモーメントを与える制御を行うことを特徴とする電気駆動ダンプトラック。 - 請求項2記載の電気駆動ダンプトラックにおいて、
前記制御装置は、前記代表点と前記目標点の偏差を算出し、この偏差の絶対値が第1のしきい値よりも大きいとき、前記代表点が前記目標点に近づくように前記車両本体にヨーモーメントを与える制御を行うことを特徴とする電気駆動ダンプトラック。 - 請求項4記載の電気駆動ダンプトラックにおいて、
前記制御装置は、前記偏差の絶対値が前記第1のしきい値よりも大きいとき、前記偏差の絶対値が大きくなるにしたがって前記車両本体に与えるヨーモーメントを大きくすることを特徴とする電気駆動ダンプトラック。 - 請求項2記載の電気駆動ダンプトラックにおいて、
前記制御装置は、前記代表点と前記目標点の偏差を算出し、この偏差の絶対値が第2のしきい値よりも大きいとき、前記車両本体が道路外への逸脱傾向にあることを警告することを特徴とする電気駆動ダンプトラック。 - 請求項1〜6のいずれか1項記載の電気駆動ダンプトラックにおいて、
走行用の左右の電動モータを更に備え、
前記制御装置は、前記左右の電動モータを制御することで前記車両本体にヨーモーメントを与える制御と走行速度の制御の両方を行うことを特徴とする電気駆動ダンプトラック。 - 請求項1〜6のいずれか1項記載の電気駆動ダンプトラックにおいて、
走行用の左右の電動モータと、
操舵装置とを更に備え、
前記制御装置は、
車両制御装置と、コントローラと、インバータ制御装置と、操舵制御装置とを備え、
前記車両制御装置は、前記トロリー線検出装置により検出した情報に基づいて、前記車両本体が前記トロリー線に追従して走行するよう前記車両本体にヨーモーメントを与えるためのヨーモーメント補正値を演算し、
前記コントローラは、前記ヨーモーメント補正値に基づいて、前記インバータ制御装置及び前記操舵制御装置により前記左右の電動モータと前記操舵装置の少なくとも一方を制御することを特徴とする電気駆動ダンプトラック。 - 請求項1〜8のいずれか1項記載の電気駆動ダンプトラックにおいて、
前記トロリー線検出装置は、
前記車両本体に設けられ、走行中に前記トロリー線を連続的に撮像するカメラと、
前記車両本体に設けられ、前記トロリー線を照らす照明装置とを有することを特徴とする電気駆動ダンプトラック。
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