JP6475178B2 - 電気駆動車両 - Google Patents

Description

本発明は、例えば鉱山等においてトロリー線から電力を受けて走行する電気駆動車両に関し、特に、電気駆動車両の運転を支援するための情報を表示する技術に関する。

トロリー線が設置された鉱山において電気駆動によりダンプトラックを走行させる場合、ダンプトラックに昇降可能に設けられた集電装置のすり板がトロリー線から外れないようにダンプトラックを運転することが求められる。すり板がトロリー線から外れないようにすり板の上下方向における位置を制御する技術が知られている。例えば、特許文献１には、「集電部を下方からカメラで撮影し、カメラで取得された画像を解析することにより集電部とトロリー線の位置関係を算出し、その算出結果に基づいて集電部を上昇または降下させる構成」が記載されている（要約参照）。

特開２００５−９４９５２号公報

特許文献１は、路面が舗装された市街地を走行するトロリーバスを前提としており、トロリーバスがトロリー線から左右方向に外れる状況は起こりにくい。そのため、すり板の上下方向の位置を調整することができれば十分である。しかし、鉱山では路面の状態が必ずしも良好とは言えず、運転手はダンプトラックがトロリー線から左右方向に外れないようにするために、前方の状況を目視するだけでなく、前方上方のトロリー線とダンプトラックとの左右方向の相対位置についても目視確認しながらハンドル操作を行う必要があり、運転手の負担は大きい。

そこで、運転手への負担を軽減するために、例えば特許文献１で記載されているカメラで取得したすり板とトロリー線の画像をモニタに表示することが考えられる。しかしながら、特許文献１に記載の従来技術は、すり板とトロリー線とを下方からカメラで撮影しているため、撮影した画像をそのままモニタに表示したのでは運転手がトロリー線と車両本体との位置関係を把握しにくいといった課題がある。

また、特許文献１では、２本のトロリー線で閉回路を構成しているため、一方のトロリー線が高圧側、他方のトロリー線がグランド側である。この構成では、高圧側のトロリー線からのノイズの影響を受けて、カメラの画像精度が低下する可能性がある。

本発明は、上記した実状に鑑みてなされたものであり、その目的は、例えば鉱山等においてトロリー線から電力を受けて走行する電気駆動車両において、運転を支援するための情報を分かり易く、かつ、正確に表示することにある。

上記目的を達成するために、代表的な本発明は、高圧側のトロリー線とグランド側のトロリー線とにより電気的な閉回路が形成された給電設備から電力を受けて走行する電気駆動車両であって、前記高圧側のトロリー線と接触する第１のすり板と、前記グランド側のトロリー線と接触する第２のすり板と、前記第２のすり板の下方に設置され、前記第２のすり板の全体と前記第２のすり板の周囲にある前記グランド側のトロリー線の一部とを撮影範囲とするカメラと、運転を支援する情報を表示するモニタと、前記モニタの表示を制御するコントローラと、を備え、前記コントローラは、前記カメラで撮影した画像データを入力として、前記グランド側のトロリー線と前記第２のすり板の基準位置との相対距離を演算する相対距離演算部と、前記電気駆動車両を示す第１のシンボル画像の上に、前記相対距離演算部にて演算された前記相対距離を反映した前記グランド側のトロリー線と前記第２のすり板を示す第２のシンボル画像を合成して俯瞰画像データを生成すると共に、当該俯瞰画像データを前記モニタに出力する俯瞰画像データ生成部であり、所定の操作を受けて、前記第１のシンボル画像の表示サイズをそのままとして、当該第１のシンボル画像の上に、拡大した前記第２のシンボル画像を合成して前記俯瞰画像データを生成する俯瞰画像データ生成部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、トロリー線から電力を受けて走行する電気駆動車両の運転手に対して、運転を支援するための情報を分かり易く、かつ、正確に表示することができる。なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

鉱山の全体構成を示す図である。 本発明の実施形態に係るダンプトラックの側面図である。 図２に示すダンプトラックの正面図である。 図２に示すダンプトラックの内部構成を示す図である。 図２に示すダンプトラックの運転室の内部を示す斜視図である。 モニタの表示を制御するコントローラのブロック図である。 カメラの撮影範囲を示す図である。 カメラで撮影された画像領域ａｂｃｄの画像情報を示す図である。 パターンマッチング処理の手順を示すフローチャートである。 モニタに表示する俯瞰画像の具体例を示す図である。 俯瞰画像のうち右すり板の部分を拡大表示した例を示す図である。 俯瞰画像のうち右すり板の部分を拡大表示した例を示す図である。 俯瞰画像のうち右すり板の部分を拡大表示した例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。図１は本発明に係る電気駆動車両の代表例であるダンプトラックが走行する鉱山の全体構成を示す図である。図１に示すように、発電所６０は変電所６１に交流電力を供給し、変電所６１は供給された交流電力をトランスで降圧し、整流器で整流してトロリー線１７に直流電力を供給する。各ダンプトラック１は、車両本体３に取り付けられた集電装置４Ｌ，４Ｒを介してトロリー線１７から受電し、その電力で駆動装置であるモータ、インバータを駆動して、車両本体３に設けられた車輪（後輪）７Ｌ，７Ｒを回転させる。こうして、ダンプトラック１は鉱山の坂道を走行する。なお、図１において符号６２は柱である。

次に、ダンプトラック１の全体構成について説明する。図２は本発明の実施形態に係るダンプトラックの側面図、図３はダンプトラックの正面図、図４はダンプトラックの内部構成図である。ダンプトラック１は、前輪および後輪７Ｌ，７Ｒが設けられた車両本体３と、車両本体３の後方に設けられ、土砂等を積載するための荷台（ベッセル）９と、車両本体３の前方左側に設けられた運転室２と、集電装置４Ｌ，４Ｒ等を備えて構成される。

集電装置４Ｌは、高圧側のトロリー線１７Ｌに下方から接触する左すり板５Ｌ（第１のすり板）と、左すり板５Ｌを昇降可能に支持する枠体６Ｌとを備える。同様に、集電装置４Ｒは、グランド側のトロリー線１７Ｒに下方から接触する右すり板５Ｒ（第２のすり板）と、右すり板５Ｒを昇降可能に支持する枠体６Ｒとを備える。なお、左すり板５Ｌと右すり板５Ｒとは絶縁体を介して連結している。

また図４に示すように、ダンプトラック１は、車両本体３に、ディーゼルエンジン（ＥＮＧ）４１と、発電機（Ｇ）４２と、整流器４３と、インバータ４４，４５と、電動機（Ｍ）４６，４７と、減速ギア４８，４９と、車輪７Ｌ，７Ｒと、チョッパ５２と、回生用抵抗器５３と、集電装置４Ｌ，４Ｒと、電磁接触器５６と、リアクトル５７と設けて構成されている。

本実施形態に係るダンプトラック１は、ディーゼルモードとトロリーモードの２つの走行モードで走行することができる。ディーゼルモードでは、ディーゼルエンジン４１が発電機４２を駆動し、発電機４２は三相交流電力を出力する。整流器４３は発電機４２の出力する三相交流電力を整流して直流電力に変換して、インバータ４４およびインバータ４５に直流電力を供給する。

インバータ４４は整流器４３から供給される直流電力を可変周波数の交流電力に変換し、それを電動機４６に供給することで電動機４６を駆動する。インバータ４５は整流器４３から供給される直流電力を可変周波数の交流電力に変換し、それを電動機４７に供給することで電動機４７を駆動する。電動機４６は減速ギア４８を介して車輪７Ｌに接続されており、電動機４６がインバータ４４に駆動されることで車輪７Ｌが回転する。電動機４７は減速ギア４９を介して車輪７Ｒに接続されており、電動機４７がインバータ４５に駆動されることで車輪７Ｒが回転する。

次に、トロリーモードで走行する時の動作を説明する。高圧側のトロリー線１７Ｌは集電装置４Ｌ、電磁接触器５６、リアクトル５７を介してインバータ４４およびインバータ４５の直流回路に接続される。電磁接触器５６をＯＮすることでトロリー線１７Ｌ側からインバータ４４およびインバータ４５に直流電力が供給される。インバータ４４およびインバータ４５は集電装置４Ｒを介してグランド側のトロリー線１７Ｒと接続される。これにより、２つのトロリー線１７Ｌ，１７Ｒにより電気的に閉回路が形成されている。

インバータ４４はトロリー線１７Ｌ側から供給される直流電力を可変周波数の交流電力に変換し、それを電動機４６に供給することで電動機４６を駆動する。インバータ４５はトロリー線１７Ｌ側から供給される直流電力を可変周波数の交流電力に変換し、それを電動機４７に供給することで電動機４７を駆動する。ディーゼルモードと同様に、電動機４６がインバータ４４に駆動され、電動機４７がインバータ４５に駆動されることで車輪７Ｌおよび車輪７Ｒが回転する。

以上のように、ディーゼルモードにおいてはディーゼルエンジン４１で発電機４２を駆動し、その発電機４２が発電する電力を用いて電動機４６，４７を駆動することでダンプトラック１は走行し、トロリーモードにおいてはトロリー線１７から供給される電力を用いて電動機４６，４７を駆動することでダンプトラック１は走行する。

さらに、本実施形態に係るダンプトラック１では、車両本体３の前方にカメラ８を設けている。カメラ８は、グランド側のトロリー線１７Ｒと接触する右すり板５Ｒの全体とその周囲にあるトロリー線１７Ｒの一部とを下方から撮影することができる位置に設置されている。すなわち、カメラ８の撮影範囲は右すり板５Ｒ全体を含む四角形ａｂｃｄの範囲である（図７参照）。ここで、左すり板５Ｌではなく右すり板５Ｒをカメラ８で撮影するようにしたのは、左すり板５Ｌは高圧側のトロリー線１７Ｌと接触しているため、カメラ８で撮影する画像の精度がノイズの影響により悪くなる可能性があるからである。なお、カメラ８は、トロリーモードに切り替わると自動的に電源がＯＮとなって撮影を開始するよう設定されている。

次に、ダンプトラック１の運転室２の内部について説明する。図５はダンプトラック１の運転室２の内部を示す斜視図である。図５に示すように、運転室２には、ダンプトラック１の操舵操作を行うハンドル２１、計器類などを表示するコンソール２２、運転を支援するための情報を表示するモニタ２４等が備えられている。モニタ２４は、運転手の目線に合う高さ位置でピラー２３に取り付けられており、以下に説明するように、トロリーモード中にダンプトラック１の右すり板５Ｒとトロリー線１７Ｒとの相対位置を示す俯瞰画像が表示される。

図６は、モニタ２４の表示制御を行うコントローラ３０のブロック図である。コントローラ３０は、右すり板５Ｒの幅寸法データが記憶されたすり板寸法記憶部３１と、右すり板５Ｒの画像パターンが複数記憶されたすり板画像記憶部（画像パターン記憶部）３２と、右すり板５Ｒの中心（基準位置）とトロリー線１７Ｒとの相対距離を演算する画像演算部３３と、ダンプトラック１のシンボル画像上の車幅のピクセル数が記憶されたシンボル寸法記憶部３４と、俯瞰画像の生成に用いる各種シンボル画像のデータが記憶されたシンボル画像記憶部３５と、モニタ２４に表示する俯瞰画像データを生成する合成俯瞰画像生成部３６と、を有している。

画像演算部（相対距離演算部）３３による右すり板５Ｒとトロリー線１７Ｒとの相対距離Ｄ＿ｍの算出方法について図７および図８を用いて説明する。図７はカメラの撮影範囲を示す図、図８はカメラで撮影された画像領域ａｂｃｄの画像情報を示す図である。

画像演算部３３は、カメラ８が撮影している画像領域ａｂｃｄ（図７）の画像データを入力する。そして、図８に示すように、画像演算部３３は、直線検出により画像領域ａｂｃｄの中の直線Ｌ１−Ｌ２（トロリー線１７Ｒ）を得る。また、画像演算部３３は、すり板画像記憶部３２から入力される右すり板５Ｒの画像パターンを用いて、パターンマッチング手法により画像領域ａｂｃｄの中の右すり板５Ｒに相当する領域ｅｆｇｈを検出する。

画像演算部３３は、右すり板５Ｒの領域ｅｆｇｈのうち車両本体３の前方側の辺ｅ−ｈと直線Ｌ１−Ｌ２の交点ｐと、辺ｅ−ｈの中点ｉとの間の取り込み画像上の相対距離ピクセル数Ｄ＿ｐ＿ｉを演算する。画像演算部３３は、相対距離Ｄ＿ｍを求めるために、すり板寸法記憶部３１に記憶されている右すり板５Ｒの幅寸法データＢ＿ｍを入力する。そして、画像演算部３３は、取り込み画像上の相対距離ピクセル数Ｄ＿ｐ＿ｉに右すり板５Ｒの幅寸法データＢ＿ｍを乗算し、右すり板５Ｒ（辺ｅ−ｈ）の画像上のピクセル数Ｂ＿ｐで除算する。すなわち、Ｄ＿ｍ＝Ｄ＿ｐ＿ｉ×Ｂ＿ｍ÷Ｂ＿ｐの式により、画像演算部３３は相対距離Ｄ＿ｍを演算する。そして、画像演算部３３は、演算した相対距離Ｄ＿ｍを合成俯瞰画像生成部３６に出力する。

ここで、鉱山に設置されているトロリー線はたるみが大きいため、右すり板５Ｒはトロリー線１７Ｒと常に接触するために上下方向に大きく移動する。一方、カメラ８の位置は固定されている。そのため、画像領域ａｂｃｄの中における右すり板５Ｒの領域ｅｆｇｈの大きさは、右すり板５Ｒの上下方向の位置に応じて異なる（拡大または縮小する）。そこで、本実施形態では、すり板画像記憶部３２に右すり板５Ｒの異なる画像パターンを複数記憶しておき、画像演算部３３は、異なる画像パターンの中からパターンマッチング処理を行って、最もマッチ度の高い画像パターンの画像上のピクセル数Ｂ＿ｐを用いて相対距離Ｄ＿ｍの演算を行っている。

このパターンマッチング処理の手順について、図９に示すフローチャートを用いて説明する。画像演算部３３は、カメラ８で撮影した画像データを取得する（Ｓ１）。次いで、画像演算部３３は、すり板画像記憶部３２に記憶されている右すり板５Ｒの画像パターン１，２，３を読み込む（Ｓ２）。次いで、画像演算部３３は、右すり板５Ｒの画像パターン１，２，３の各々とカメラ８で撮影した画像データとの間でマッチング処理を行い、各画像パターン１，２，３とのマッチ度を図示しないＲＡＭに保存する（Ｓ３）。次いで、画像演算部３３は、最もマッチ度が高いすり板の画像パターンにおける右すり板５Ｒの辺ｅ−ｈの画像上のピクセル数Ｂ＿ｐを用いて相対距離Ｄ＿ｍを演算する（Ｓ４）。

このようなマッチング処理を行うことで、鉱山のようにトロリー線１７がたるんだ状態ですり板５Ｌ，５Ｒの高さ位置が大きく変動する場合であっても、正確に相対距離Ｄ＿ｍを演算することができる。勿論、右すり板５Ｒの上下方向の移動量が大きくない場合には、すり板画像記憶部３２に記憶する画像パターンは代表的な１つのパターンであっても良い。

次に、図１０に示す俯瞰画像の具体例を参照しながら、合成俯瞰画像生成部３６による俯瞰画像の生成処理について説明する。合成俯瞰画像生成部３６は、ダンプトラック１の全体を示す第１のシンボル画像７０の車幅に相当するピクセル数Ｓ＿ｐがシンボル寸法記憶部３４から入力される。合成俯瞰画像生成部３６は、俯瞰画像上におけるトロリー線Ｔと右すり板の中心Ｕとの相対距離ピクセル数Ｄ＿ｐ＿ｏを求めるため、画像演算部３３から入力された相対距離Ｄ＿ｍに第１のシンボル画像上の車幅に相当するピクセル数Ｓ＿ｐを乗算し、ダンプトラック１の幅寸法Ｓ＿ｍ（図３参照）で除算する。すなわち、Ｄ＿ｐ＿ｏ＝Ｄ＿ｍ×Ｓ＿ｐ÷Ｓ＿ｍの式により、合成俯瞰画像生成部３６は相対距離ピクセル数Ｄ＿ｐ＿ｏを演算する。

そして、右すり板５Ｒのシンボル画像の中心Ｕから相対距離ピクセル数Ｄ＿ｐ＿ｏだけ離れた位置にトロリー線１７Ｒを模した直線Ｔを描いて構成される第２のシンボル画像７１を、第１のシンボル画像７０上に合成する。こうして、ダンプトラック１の右すり板５Ｒとトロリー線１７Ｒとの位置関係を示す俯瞰画像が生成される。合成俯瞰画像生成部３６にて生成された俯瞰画像データはモニタ２４に出力され、図１０に示すような俯瞰画像がモニタ２４に表示される。

以上説明したように、本実施形態によれば、トロリー線１７Ｒが右すり板５Ｒ上を左右方向に移動すると右すり板５Ｒとトロリー線１７Ｒとの相対距離Ｄ＿ｍが変化するため、モニタ２４に表示されるトロリー線１７Ｒの位置を示す直線Ｔが右すり板５Ｒに対して左右方向に移動する。この際、モニタ２４に表示される情報は、ダンプトラック１全体とトロリー線１７Ｒとを上方から俯瞰したシンボル画像であるため、運転手はダンプトラック１とトロリー線１７Ｒとの位置関係を容易に把握することができる。よって、トロリーモードで走行している間の運転手への操作負担を軽減することができる。

また、グランド側のトロリー線１７Ｒと右すり板５Ｒとをカメラ８で撮影する構成としているため、ノイズの影響が少ない。よって、高圧側のトロリー線１７Ｌと左すり板５Ｌとをカメラ８で撮影する場合と比べて相対距離Ｄ＿ｍを精度良く演算することができる。その結果、より正確な俯瞰画像を生成することができる。つまり、本実施形態によれば、ダンプトラックとトロリー線との位置関係の情報が正確である（信頼性が高い）。

ここで、本実施形態では、ダンプトラック１全体を示す第１のシンボル画像７０はそのままで、右すり板５Ｒとトロリー線１７Ｒを示す第２のシンボル画像７１を拡大して表示することができる構成となっている。例えば、モニタ２４の図示しない操作ボタンを操作することにより、第２のシンボル画像７１の拡大／縮小表示が可能となっている。

俯瞰画像の拡大表示の具体例を図１１〜図１３に示す。図１１は、右すり板５Ｒと直線Ｔを示す第２のシンボル画像７１ａをダンプトラック１の車幅に相当する大きさに拡大した図である。図１１に示すように、拡大表示に伴って中心Ｕと直線Ｔとの間の距離がＤ＿ｐ＿ｏ＿２に拡大される。図１２は、右すり板５Ｒと直線Ｔを示す第２のシンボル画像７１ｂをダンプトラック１の車幅の２倍程度の大きさに拡大した図である。図１２に示すように、拡大表示に伴って中心Ｕと直線Ｔとの間の距離がＤ＿ｐ＿ｏ＿３に拡大される。図１３は、右すり板５Ｒと直線Ｔを示す第２のシンボル画像７１ｃをダンプトラック１の車幅の３倍程度の大きさに拡大した図である。図１３に示すように、拡大表示に伴って中心Ｕと直線Ｔとの間の距離がＤ＿ｐ＿ｏ＿４に拡大される。このように、本実施形態によれば、運転手の好みに応じて右すり板５Ｒの部分のシンボル画像を拡大表示することで、トロリー線（直線Ｔ）と右すり板５Ｒとの位置関係をより一層把握し易くなる。

なお、上述した実施形態は、本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をそれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。当業者は、本発明の要旨を逸脱することなしに、他の様々な態様で本発明を実施することができる。例えば、モニタ２４に右すり板５Ｒの部分のシンボル画像を拡大・縮小表示させる機能は必ずしも搭載しなくても良い。また、ダンプトラック１の全体を示す第１のシンボル画像７０をモニタ２４に表示する例を挙げたが、トロリー線１７Ｒと右すり板５Ｒとの相対距離をダンプトラック１の車幅との関係で容易に把握するためには、少なくともダンプトラック１の前方の車幅全体を示すシンボル画像であれば良い。例えば、ダンプトラック１の前半分の俯瞰画像をモニタ２４に表示する構成としても良い。

１ ダンプトラック（電気駆動車両）
３ 車両本体
４Ｌ，４Ｒ 集電装置
５Ｌ 左すり板（第１のすり板）
５Ｒ 右すり板（第２のすり板）
６Ｌ，６Ｒ 枠体
８ カメラ
１７Ｌ 高圧側のトロリー線
１７Ｒ グランド側のトロリー線
２４ モニタ
３０ コントローラ
３１ すり板寸法記憶部
３２ すり板画像記憶部（画像パターン記憶部）
３３ 画像演算部（相対距離演算部）
３４ シンボル寸法記憶部
３５ シンボル画像記憶部
３６ 合成俯瞰画像生成部（俯瞰画像データ生成部）
７０ 第１のシンボル画像
７１，７１ａ，７１ｂ，７１ｃ 第２のシンボル画像

Claims (4)

1. 高圧側のトロリー線とグランド側のトロリー線とにより電気的な閉回路が形成された給電設備から電力を受けて走行する電気駆動車両であって、
   前記高圧側のトロリー線と接触する第１のすり板と、
   前記グランド側のトロリー線と接触する第２のすり板と、
   前記第２のすり板の下方に設置され、前記第２のすり板の全体と前記第２のすり板の周囲にある前記グランド側のトロリー線の一部とを撮影範囲とするカメラと、
   運転を支援する情報を表示するモニタと、
   前記モニタの表示を制御するコントローラと、を備え、
   前記コントローラは、
   前記カメラで撮影した画像データを入力として、前記グランド側のトロリー線と前記第２のすり板の基準位置との相対距離を演算する相対距離演算部と、
   前記電気駆動車両を示す第１のシンボル画像の上に、前記相対距離演算部にて演算された前記相対距離を反映した前記グランド側のトロリー線と前記第２のすり板を示す第２のシンボル画像を合成して俯瞰画像データを生成すると共に、当該俯瞰画像データを前記モニタに出力する俯瞰画像データ生成部であり、所定の操作を受けて、前記第１のシンボル画像の表示サイズをそのままとして、当該第１のシンボル画像の上に、拡大した前記第２のシンボル画像を合成して前記俯瞰画像データを生成する俯瞰画像データ生成部と、を有することを特徴とする電気駆動車両。
2. 請求項１に記載の電気駆動車両において、
   前記第１のシンボル画像は、前記電気駆動車両の少なくとも車幅全体を示す画像であることを特徴とする電気駆動車両。
3. 請求項１に記載の電気駆動車両において、
   前記俯瞰画像データ生成部は、所定の操作を受けて、拡大した前記第２のシンボル画像を縮小し、前記第１のシンボル画像の上に、当該縮小した前記第２のシンボル画像を合成して前記俯瞰画像データを生成することを特徴とする電気駆動車両。
4. 請求項１に記載の電気駆動車両において、
   前記コントローラは、
   前記第２のすり板の画像パターンを複数記憶する画像パターン記憶部を有し、
   前記相対距離演算部は、前記カメラで撮影した画像データと前記画像パターン記憶部に記憶されている前記複数の画像パターンのそれぞれとのマッチング処理を行い、
   前記マッチング処理の結果、前記カメラで撮影した画像データと最もマッチ度の高い前記画像パターンを用いて前記相対距離を演算することを特徴とする電気駆動車両。