JP5592832B2 - 電気駆動ダンプトラック - Google Patents
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Description
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、前記すり板と前記トロリー線との位置関係を演算し、前記すり板が前記トロリー線に接触する所定の範囲内にあるときは、前記すり板を上げる操作を許可するか、前記すり板が下がっている場合は前記すり板を上げるよう制御する。
(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。
(走行を含む基本動作)
アクセルペダル11の踏込み量Pとリタードペダル12の踏込み量Qはコントローラ100の入力となり、それぞれ駆動力やリタード力(ブレーキ力)の大きさを制御する信号となる。例えばドライバがアクセルペダル11を踏み込んでダンプトラックを前進又は後進させるときは、コントローラ100からエンジン21に対して目標回転数Nrの指令を出力する。これはアクセル開度に対する目標エンジン回転数Nrのテーブルが予め設定されており、これに基づいて出力される。エンジン21は電子ガバナ21aを装着したディーゼルエンジンであり、電子ガバナ21aは目標回転数Nrの指令を受け取ると、エンジン21が目標回転数Nrで回転するように燃料噴射量を制御する。
(集電装置のすり板の昇降)
次に、集電装置4L,4Rのすり板4La,4Raの昇降装置について説明する。図4にトロリー線3L,3Rから電力を受ける集電装置4L,4Rの構成を示す。集電装置4L,4Rは同じ構成を有しており、その構成を集電装置4Lで代表して説明する。集電装置4Lは、昇降装置として車両本体1に筐体を固定した油圧ピストン装置4aを備え、油圧ピストン装置4aの油圧ピストン4bのロッド4cの先端にすり板4Laが取り付けられている。このすり板4Laは、油圧配管4dを介して油圧ポンプを含む油圧機器4eから送られた油で油圧ピストン4bを上下させることで、トロリー線3Lとの接触、乖離を制御される。油圧ピストン4bのロッド4cとすり板4Laは絶縁体4fによって絶縁されている。トロリー線3Lの電力はすり板4La、電線4gを介して、図3に示したモータ駆動のためのインバータ制御装置30の電源系統へ接続されている。昇降制御装置31は、ドライバの昇降スイッチ操作や本発明の車両制御装置50などの外部からのスイッチ(フラグ)操作や制御の指令信号に基づいて、油圧機器4eに昇降指令信号4hを送る仕組みとなっている。当然、油圧ピストン装置4aによりすり板4Laの昇降装置を構成する他に、一般的には電車で見られるような平行リンク、ばね、モータ等を利用したパンタグラフと呼ばれるシステムで昇降装置を構成してもよい。
(操舵システム)
次に図5を用いて操舵システムについて説明する。
(車体速制御)
図3に戻り、コントローラ100は、車体速制御モードが選択された場合に、車体速制御モードで設定される目標車体速に対する現在の車体速のフィードバック制御を行い、車体速制御モードにて車体速を制御することを可能とする車体速制御部101を備えている。図7は車体速制御部101の機能の説明を示すブロック図である。図7に示すように、車体速制御部101は、車体速制御モードがOn(1)(スイッチ部101cがOn)のとき、目標車体速と現在の車体速を入力して演算部101aにおいて減算し、変換部101bにおいてその減算値にゲインをかけてトルクに変換することで現車速を目標車体速にするためのトルク指令値T_MR_V,T_ML_Vを求めて出力する。車体速制御部101は、電磁ピックアップ16R,16Lにより検出される各電動モータ6L,6Rの回転速度ωR,ωLを入力し、この回転速度から車体速を演算する。車体速制御モードに入るか否かの指令は、例えば車両制御装置50にスイッチを設け、ドライバからのスイッチ操作でも良いし、外部からの入力によってなされるものでも良い。車体速制御モードの解除は、ドライバがリタードペダルを踏むことで行ってもよいし、外部からの入力によって行ってもよい。車体速制御モードを解除した場合、車体速制御モードの指令をOff(0)(スイッチ部101cをOff)とし、ゼロ出力部101dから車体制御トルク指令値0を出力する。またコントローラ100は、トルク指令値T_MR_V,T_ML_Vに応じたエンジン回転数指令値のテーブルがあらかじめ設定されており、このテーブルに基づいてエンジン回転数指令値をエンジン21に対して出力する。
(ヨーモーメント制御)
さらに、コントローラ100は、図3に示すように、車体の旋回方向を制御するためのヨーモーメント制御部102を備えている。図8はヨーモーメント制御部102の機能の詳細を示すブロック図である。図8に示すように、ヨーモーメント制御部102に対する入力信号として、例えば横滑り防止制御といった他のヨーモーメント制御によって生成されるヨーモーメント制御値、本発明によって生成されるヨーモーメント補正値、車体速、前後加速度、横加速度、ヨーレイト、操舵角、ヨーモーメント制御モードの指令がある。出力信号は転舵トルク補正値とモータへのトルク補正値T_MR_Y,T_ML_Yである。ヨーモーメント制御値とヨーモーメント補正値は演算部102aにおいて加算され、ヨーモーメント指令値となる。このヨーモーメント指令値は操舵トルク制御部102b、モータトルク制御部102c、最適配分制御部102dに入力される。操舵トルク制御部102b及びモータトルク制御部102cは、それぞれ入力されたヨーモーメント指令値に基づいて転舵トルク補正値とモータトルク補正値を算出する。また、最適配分制御部102dは入力されたヨーモーメント指令値、車体速、ヨーレイト、操舵角、前後加速度、横加速度に基づいてヨーモーメントの配分比を計算し、その配分比に応じた転舵トルク補正値とモータトルク補正値を算出する。ヨーモーメント制御モードの指令はスイッチ部102eに入力され、スイッチ部102eは、ヨーモーメント制御モードが1のときには操舵トルク制御部102bで演算した転舵トルク補正値を出力し、2のときにはモータトルク制御部102cで演算したモータトルク補正値を出力し、3のときには最適配分制御部102dで演算した操舵トルク補正値と左右モータへのトルク補正値を出力する。
(ヨーモーメント制御モードの設定)
ところで、ダンプが走行する鉱山では土砂等を運ぶ時間の短縮の要求が高い。かかる時間が短ければそれだけ一台当りの土砂を運ぶインターバルが短くなり、回数をこなせるからである。時間短縮に直接影響するのは車両速度であり、従って、車両速度が低くなるような制御を行うことは避けることが望ましい。
(各部で生成したモータトルクの合成)
コントローラ100におけるモータトルク指令の算出方法に関して図10を用いて説明する。図10はモータトルク指令値の算出方法の一例を示す図である。まず、前述のとおりドライバのアクセルペダル・リタードペダル操作に応じたトルク指令値T_ML_a,T_MR_aと車体速制御によって生成されたトルク指令値T_ML_V,T_MR_Vの一方を処理部100aで選択する。例えば、ドライバのトルク指令が有る場合はドライバのトルク指令、それ以外は車体速制御のトルク指令を処理部100aで選択する。その後、処理部100aで選択したトルク指令値に、ヨーモーメント制御部102によって生成されたヨーモーメント指令値に応じたモータトルク補正値T_ML_Y,T_MR_Yを演算部100bにおいて加算し、モータトルク指令値T_ML,T_MRを算出する。なお、このモータトルクの合成方法は一例であり、公知の手法など、本実施の形態に示した手法以外の様々な手法を用いることができる。
(特徴部の全体構成)
次に、本実施の形態の電気駆動ダンプトラックの特徴部の全体構成を図11を用いて説明する。
カメラの場合、トロリー線の下方からトロリー線を撮像するため、昼間で天候の良いときはトロリー線と空との高いコントラストが得られ、トロリー線を正確に検出することができる。また、車両本体1にトロリー線3L,3Rを照らす照明装置51を設けてもよい。この場合は、照明装置51でトロリー線3L,3Rを照らすことで、空に対するトロリー線3L,3Rのコントラストが維持され、夕方、夜間、雨天など、トロリー線3L,3Rと空との高いコントラストが得にくい場合でも、トロリー線を正確に検出することができる。
(カメラ15及び画像情報処理部50a)
カメラ15はトロリー線3L,3Rを撮像する。この二本のトロリー線3L,3Rをカメラ一台で撮像する場合は、カメラ15を左右のトロリー線3L,3Rの中央に配置することが好ましい。カメラ15の構成としては、左右のトロリー線3L,3Rをそれぞれ一台のカメラで撮像してもよい。カメラ15により撮像された画像情報は、車両制御装置50の画像情報処理部50aに送られる。画像情報は、カメラ15が撮像した範囲のピクセル配列であり、画像情報処理部50aはその画像情報を必要な情報に変換する。
(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、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)を行うためのヨーモーメント補正値、集電装置4L,4Rのすり板4La又は4Raの昇降制御(以下、適宜すり板昇降制御という)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する部分であり、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部分である。
(トロリー線検出領域と座標系)
まず、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。
(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は、代表点Zと目標点Tとの偏差Y_Cbc或いは車両の傾きθ_tを用いて代表点Zを目標点Tに一致させるためのヨーモーメント補正値を算出する。
(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19に示す2つの目標点T,Uの座標値を用いて上述した式(1)にて計算することができる。
ここで、Y_p_tの1ステップ後(時間Δ後)の値Y_p_t+1は車両速度Vを用いて、次のように表される。
すり板4La又は4Raとトロリー線3L又は3Rが接触していて、良好な電力を得続けられるすり板4La又は4Ra上の点WのY座標Y_p_tの範囲を点Cと点Dの間のY_min(点DのY座標)<Y_p_t<Y_max(点CのY座標)とすると、Y_min<Y_p_t+1<Y_maxとなる領域では、すり板4La,4Raを上げても差し支えないと言える。
(車両制御装置50の制御処理の詳細)
上述したすり板4La,4Raの昇降制御を含む車両制御装置50の制御処理の詳細を図21に示すフローチャートを用いて説明する。図21は、カメラで上方を撮像してから制御出力されるまでの処理の流れを示すフローチャートである。カメラは図12のように車軸の延長線上で車両本体1の前方に設置し、撮像するトロリー線は一本とする。図22は、トロリー線追従制御の不感帯を設定した図19と同様な図である。前述したように、検出領域a1,b1,c1,d1に対して目標点T,U及び代表点Zが設定されている。また、代表点Zから所定の距離Y_l、Y_r(第1のしきい値)だけ離れた位置にトロリー線追従制御の不感帯を規定する点A及び点Bが設定されている。
(トロリー線追従制御)
まず、トロリー線追従制御ステップ300に関して説明する。
(トロリー線追従制御の他の例)
次に、トロリー線への追従制御の他の例を図24〜図27を用いて説明する。図24は、トロリー線追従制御の逸脱監視点を設定した図19及び図22と同様な図である。図25は、図21に示したフローチャートのうち、トロリー線への追従制御ステップ300に代わるステップ300’を示すフローチャートである。
(すり板昇降制御)
次にすり板の昇降制御ステップ400に関して説明する。
(効果)
以上のように構成した本実施の形態によれば、トロリー線3L,3Rの下方からトロリー線3L,3Rを検出するため、従来のように地表面を撮像しレーンマーカ等を検知する場合と比べ、検知誤差に繋がる因子が少ないため、検知精度が向上する。このように検出した情報に基づいて、集電装置4L,4Rのすり板4La,4Raの昇降を制御することにより、走行中にすり板4La,4Raの中心位置がトロリー線3L,3Rから横方向に大きく外れた場合でも、すり板4La,4Raを上げる操作を禁止する、或いはすり板4La,4Raが上がっている場合はすり板4La,4Raを下げるなどの措置をとることができ、これによりトロリー走行中のドライバの操作負担を軽減することができる。
(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。
2 ベッセル
3L,3R トロリー線
4L,4R 集電装置
4La,4Ra すり板
4a 油圧ピストン装置
4b 油圧ピストン
4c ロッド
4d 油圧配管
4e 油圧機器
4f 絶縁体
4g 電線
4h 昇降指令信号
5L,5R 後輪
6L,6R 電動モータ
6La,6Ra 出力軸
7L,7R 減速機
11 アクセルペダル
12 リタードペダル
13 シフトレバー
14 コンバインセンサ
15 カメラ
16L,16R 電磁ピックアップセンサ
21 エンジン
21a 電子ガバナ
22 交流発電機
23 整流回路
24 検出抵抗
25 コンデンサ
26 チョッパ回路
27 グリッド抵抗
28 その他のエンジン負荷
30 インバータ制御装置
30a トルク指令演算部
30b モータ制御演算部
30c インバータ(スイッチング素子)
31 昇降制御装置
32 操舵制御装置
32a 変換部
32b 演算部
32c 変換部
32d 演算部
40 操舵装置
41 ハンドル
42 操舵角センサ付反力モータ
43 転舵角センサ付転舵モータ
44 ラック&ピニオンギア
45L,45R 前輪
50 車両制御装置
50a 画像情報処理部
50b 車両状態量算出部
50c 車両状態量制御部
50c1 演算部
50c2 変換部
50c3 変換部
51 照明装置
52 絶縁体
53 支柱
100 コントローラ
100a 処理部
100b 演算部
101 車体速制御部
101a 演算部
101b 変換部
101c スイッチ部
101d ゼロ出力部
102 ヨーモーメント制御部
102a 演算部
102b 操舵トルク制御部
102c モータトルク制御部
102d 最適配分制御部
102e スイッチ部
200 制御装置
P,Q,R,S 目標点
P’,Q’,R’,S’ 代表点
T 目標点
Z 代表点(制御点)
θ_L 傾き
Y_Cbc 偏差
θ_t 傾き
Y_l,Y_r 点A,BのY座標値(第1のしきい値)
Y_l’,Y_r 点A’,B’のY座標値(第2のしきい値)
Claims (5)
- 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、走行中に前記すり板が存在しない前記車両本体の前方の領域において前記トロリー線をその下方から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トロリー線検出装置の検出領域と前記トロリー線との交点を目標点と設定し、この目標点から前記トロリー線と前記すり板との交点を算出し、この交点が所定範囲内にくるか否かの判定結果に基づいて前記集電装置のすり板の昇降を制御する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、前記すり板と前記トロリー線との位置関係を演算し、前記すり板が前記トロリー線に接触する所定の範囲を外れたときは、前記すり板を上げる操作を禁止するか、前記すり板が上がっている場合は前記すり板を下げるよう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、前記すり板と前記トロリー線との位置関係を演算し、前記すり板が前記トロリー線に接触する所定の範囲内にあるときは、前記すり板を上げる操作を許可するか、前記すり板が下がっている場合は前記すり板を上げるよう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1〜3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つの代表点を算出し、かつ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1〜4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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