JP6790300B2 - 運搬車両 - Google Patents

Description

本発明は、運搬車両に係り、特に鉱山用運搬車両に好適な走行制御に関する。

鉱山の採掘現場において、運搬車両の一種であるダンプトラックは、積込地点から放土地点まで土砂や鉱石を運搬する役割を担っている。積込地点において、運搬車両は、掘削機械が作業をしている掘削ベンチに向かって前進もしくは後進して近づき、積込地点で停止する。そして掘削機械による積込みが完了した後に、前進して搬送路に向けて移動する。

また放土地点において、運搬車両は、例えば土砂を積載していた場合、土砂を埋め立てるエリアに進入後、放土地点に向かって後進して近づき停止する。次に運搬車両のベッセルを後方に傾転させ積載している土砂を後方に放出する。その際、放出した土砂が地表に堆積してベッセルから落ち切らない場合には、ベッセルを起床したままで運搬車両が前進し、ベッセル内の積載物を全て放出する。そして土砂を全て放出した後にベッセルを倒伏させ、前進して搬送路に向けて移動する。

つまり、積込及び放土作業の双方において、前進して作業地点から離脱する作業手順が一般的である。ここで、運搬車両のオペレータが不注意により、積込もしくは放土作業の後に誤って運搬車両を後進させてしまった場合、運搬車両が掘削ベンチや放土土砂と衝突する可能性がある。その結果、運搬車両が破損してしまう恐れがある。

上記のような発車事故を防ぐ技術として、特許文献１には「停車時進行方向判定部は、車両が停車する際の前後進の別（停車時進行方向）を判定し、停車時進行方向記憶部がその判定結果を記憶する。一方、発車時進行方向判定部は、発車の際の前後進の別（発車時進行方向）を判定するとともに、その発車時進行方向と、停車時進行方向記憶部に記憶された停車時進行方向とを比較する。両者が一致すれば、発車時進行方向は安全な方向でないと判定し、この場合、警報部がその旨を警報するとともに、車両制御部が、車両の進行を禁止する制御を実行して、事故を未然に防止する（要約抜粋）」とする記載がある。

特開２００８−１２６９４０号公報

特許文献１に記載された走行制御処理では車両の作業状態の認識はしておらず、車両が停車した際にその直前の移動方向と停車後の移動方向の情報を用いて制限制御を実施している。従って、例えば、運搬車両が前進により積込地点で停車した後に前進で発進する場合や、後進にて積込地点もしくは放土地点に近づいている際に、一旦停止してから位置調整のために再度後進しようとした際に、停車前後で同方向に移動していることから走行制限制御が働いてしまう。よって、特許文献１の技術を鉱山用の運搬車両に適用すると操作性が低下することが懸念される。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、特に鉱山用の運搬車両に適した発車時の誤発進を抑制する技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、車体フレームと、積荷を搭載する荷台と、前記荷台の積載荷重値を計測する荷重計測装置と、走行用電動モータと、前進又は後進に走行方向を切替えるシフトレバーと、アクセルペダルと、前記走行用電動モータに対して電動モータ指令値を出力する走行制御装置と、を備えた運搬車両であって、前記走行制御装置は、前記荷重計測装置、前記走行用電動モータ、前記シフトレバー及び前記アクセルペダルの其々に接続され、前記荷重計測装置が演算した積載荷重値の変化を基に前記運搬車両が積込作業又は放土作業のどちらか一方を行っていると判断した場合に、前記運搬車両の後進走行を制限する後進制限設定値をＯＮに設定し、前記シフトレバーが前進位置に設定されていることを示す前進位置信号、及び前記アクセルペダルの踏下に伴い生成されるアクセルペダル指令値が入力されると前記運搬車両が前進したと判断し、前記後進制限設定値をＯＦＦに設定し、前記後進制限設定値がＯＮの場合に、前記運搬車両の後進に対して制限を加えた後進制限指令値からなる電動モータ指令値を前記走行用電動モータへ出力し、前記後進制限設定値がＯＦＦの場合に、後進制限を加えない通常指令値からなる電動モータ指令値を前記走行用電動モータに対して出力する、ことを特徴とする。

本発明によれば、特に鉱山用の運搬車両に適した発車時の誤発進を抑制する技術を提供することができる。上記以外の課題、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。

本実施形態における鉱山現場の概略構成を示す図 運搬車両の左側面図 運搬車両の後面図 運搬車両の放土姿勢における左側面図 運搬車両の走行制御装置の構成を示すブロック図 走行制御装置のハードウェア構成図 後進制限判断部の処理フローチャート 電動モータ指令値生成部の処理フローチャート 電動モータ指令値生成部の通常指令値生成を示す概念図 電動モータ指令値生成部の後進制限指令値生成を示す概念図 電動モータ指令値生成部の後進制限指令値生成を示す概念図

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。全図を通じて同一の構成には同一の符号を付し、重複説明を省略する。

以下の説明において運搬車両１としてダンプトラックを用いる。以下において、「左」とはダンプトラックの運転室２から前方を見たときの左側であり、「右」とは運転室２から前方を見たときの右側になる。

＜鉱山現場＞
図１は、本実施形態における鉱山現場の概略構成を示す図である。鉱山現場では、図１で示すように、掘削作業や積込作業等を行う少なくとも１台の積込機械３０と、積込機械３０によりで掘削された砕石や土砂等の積荷を積込場から放土場へ運搬する少なくとも１台の運搬車両１とが運用されている。

運搬車両１は、ｔ１時点で積込機械３０に向かって前進し、ｔ２時点で積込地点に停車する。積込作業が終了するｔ３時点で、放土場に向かって前進することがある。

＜運搬車両の構成＞
図２は運搬車両１の左側面図を示しており、図３は運搬車両１の後面図を示しており、図４は運搬車両１の放土姿勢における左側面図を示している。これらの図に示すように、運搬車両１は、運転室２と車体フレーム３と、車体フレーム３の上に起伏動可能に搭載されたベッセル４と、前輪５と、後輪６と、ホイストシリンダ７とを備える。

運転室２はオペレータが搭乗して運搬車両１を操作するために設けられており、運搬車両１の左前方に配置されているものが多い。

車体フレーム３は運搬車両１の枠組みを構成するものであり、車体フレーム３の前方には一対の前輪５が設けられ、後方には一対の後輪６が設けられている。前輪５と後輪６は図示しない前後左右４本のサスペンションシリンダによって懸架されている。

車体フレーム３後方の内部には少なくとも1つの走行用電動モータ１０が設けられる。走行用電動モータ１０は減速機１１を介して後輪６に接続される。走行用電動モータ１０の回転に応じて後輪６が駆動する。前輪５は図示しないステアリングシリンダにより左右に操舵自在となっている。車体フレーム３とベッセル４の間にはホイストシリンダ７が取り付けられている。ホイストシリンダ７が伸長すると、図４に示すように、車体フレーム３に対してベッセル４が起床する。ホイストシリンダ７が収縮すると、ベッセル４が着座する。放土時にはベッセル４を起床させることで、ベッセル４に積載された土砂等が運搬車両１の後方に放出される。

＜運搬車両１の走行制御装置２０の構成＞
図５は本実施形態における運搬車両１の走行制御装置２０の構成を示すブロック図である。運転室２内には、走行制御装置２０が備えられる。走行制御装置２０には入力系として、操作装置としてのアクセルペダル１２と、ブレーキペダル１３と、前進又は後進に走行方向を切替えるシフトレバー１４とが接続される。更に走行制御装置２０の入力系として、サスペンションシリンダ圧センサ１６と、ベッセル角度センサ１７と、車速センサ１８とが接続されている。

走行制御装置２０の出力系として走行用電動モータ１０が接続されている。

アクセルペダル１２と、ブレーキペダル１３と、シフトレバー１４とにより走行用電動モータ１０への指令を行い、運搬車両１の前後方向への移動を指示する。また運転室２内に備えられた図示しないステアリングホイールによりステアリングシリンダへの指令を行い、前輪５の左右方向への操舵を指示する。

サスペンションシリンダ圧センサ１６はサスペンションシリンダの圧力を検出する。

ベッセル角度センサ１７はベッセル４の傾転角度を検出し、それを示す出力値を走行制御装置２０に出力する。よってベッセル角度センサ１７は傾転角度検出器に相当する。

車速センサ１８は前輪５に備えられ、前輪５の回転数及び回転方向から運搬車両１の車速を検知する。

走行制御装置２０は、積載荷重値演算部２１と、後進制限判断部２２と、電動モータ指令値生成部２３とを有している。

積載荷重値演算部２１は、サスペンションシリンダ圧センサ１６の出力値（サスペンションシリンダ圧値）から運搬車両１の積載荷重値を算出する。サスペンションシリンダ圧値から積載荷重値を算出する技術は一般的に広く知られている技術を用いてもよい。積載荷重値演算部２１を走行制御装置２０に備えることにより走行制御装置２０が荷重計測装置としての機能を有する。

後進制限判断部２２は、ベッセル角度センサ１７の出力値と、車速センサ１８の出力値と、積載荷重値演算部２１で算出した積載荷重値とを用いて、後進制限設定値を判断する。本実施形態では、後進制限設定値として後進制限フラグの値を用い、値「１」はＯＮ、「０」はＯＦＦとして説明する。後進制限判断部２２の内部には後進制限フラグ格納領域２２ａが備えられる。後進制限判断部２２における処理内容は後述する。

電動モータ指令値生成部２３は、アクセルペダル１２の指令値（アクセルペダル指令値）と、ブレーキペダル１３の指令値（ブレーキペダル指令値）と、シフトレバー１４の指令値（前進位置信号、後進位置信号）と、後進制限フラグ格納領域２２ａに格納された後進制限フラグの値とを用いて、電動モータ指令値を算出し、算出した電動モータ指令値を走行用電動モータ１０に出力する。電動モータ指令値生成部２３における処理内容は後述する。

図６は走行制御装置２０のハードウェア構成図である。走行制御装置２０は、演算を行うＣＰＵ２３１と、各種処理（プログラム）を保存するＲＯＭ２３２と、荷重計測値や後進制限フラグを保存するＲＡＭ２３３と、記憶装置としてのＨＤＤ２３４と、センサ入力や通信を行う入力インターフェース２３５（入力Ｉ／Ｆ）と、出力インターフェース（出力Ｉ／Ｆ）２３６と、これら各構成要素を接続するバス２３７とを備えたコンピュータ（走行コントローラ）により構成される。上記コンピュータの構成は一例にすぎず、プロセッサやサーキット等ハードウェアの種類は限定されない。

＜走行制御装置２０の処理＞
走行制御装置２０の各部における処理について説明する。

＜後進制限判断部２２の処理＞
図７は後進制限判断部２２の処理フローチャートである。図７を用いて、後進制限判断部２２の処理について説明する。後進制限判断部２２の処理は周期的に実行される。

後進制限判断部２２は処理を開始すると（Ｓ１１）、後進制限フラグ格納領域２２ａに格納された後進制限フラグの現在の値を読み取る（Ｓ１２）。現在の後進制限フラグが「０（ＯＦＦ）」の場合（Ｓ１２／ＯＦＦ）、Ｓ１３に進み、現在の後進制限フラグが「１（ＯＮ）」の場合（Ｓ１２／ＯＮ）、Ｓ１７に進む。

後進制限判断部２２は、車速センサ１８の値から運搬車両１が停車しているか否かを判断する（Ｓ１３）。運搬車両１が停車していない場合（Ｓ１３／Ｎｏ）、処理を終了する（Ｓ１９）。運搬車両１が停車している場合（Ｓ１３／Ｙｅｓ）、Ｓ１４に進む。

後進制限判断部２２は、積載荷重値の変化から運搬車両１への積込作業が開始されたか否かを判断する（Ｓ１４）。後進制限判断部２２は、積載荷重値が空荷時の値から一定値以上大きくなった場合、運搬車両１への積込作業が開始したと判断し（Ｓ１４／Ｙｅｓ）、後進制限フラグの値を「１（ＯＮ）」に設定し（Ｓ１６）、処理を終了する（Ｓ１９）。

一方、後進制限判断部２２は、積載荷重値が空荷時の値から変化しない場合、運搬車両１への積込作業は未開始と判断し（Ｓ１４／Ｎｏ）、Ｓ１５に進む。

後進制限判断部２２は、ベッセル角度センサ１７の出力値から運搬車両１の放土作業が開始されたか否かを判断する（Ｓ１５）。後進制限判断部２２は、ベッセル角度センサ１７の出力値が変化し、ベッセル４が起床して放土作業を開始したと判断した場合（Ｓ１５／Ｙｅｓ）、後進制限フラグの値を「１（ＯＮ）」に設定し（Ｓ１６）、処理を終了する（Ｓ１９）。

後進制限判断部２２は、ベッセル角度センサ１７の値が変化しない場合、放土作業は未開始と判断し（Ｓ１５／Ｎｏ）、処理を終了する（Ｓ１９）。

Ｓ１７では、後進制限判断部２２は車速センサ１８の値から運搬車両１が前進しているか否かを判断する。後進制限判断部２２は運搬車両１が前進していないと判断すると（Ｓ１７／Ｎｏ）処理を終了する（Ｓ１９）。後進制限判断部２２は運搬車両１が前進した場合には（Ｓ１７／Ｙｅｓ）、後進制限フラグの値を「０（ＯＦＦ）」に書き換え（Ｓ１８）、処理を終了する（Ｓ１９）。

上記処理を実行することで、運搬車両１が積込作業もしくは放土作業を開始した際に、後進制限フラグの値が「１（ＯＮ）」となる。また後進制限フラグの値が「１（ＯＮ）」状態で、運搬車両１が前進した場合に、後進制限フラグの値が「０（ＯＦＦ）」となる。

＜電動モータ指令値生成部２３の処理＞
図８は電動モータ指令値生成部２３の処理フローチャートを示し、図９は電動モータ指令値生成部２３の通常指令値生成を示す概念図を示し、図１０Ａ，図１０Ｂは電動モータ指令値生成部２３の後進制限指令値生成を示す概念図を示している。図８、９、１０Ａ、１０Ｂを用いて、電動モータ指令値生成部２３の処理について説明する。電動モータ指令値生成部２３の処理は周期的に実行される。

電動モータ指令値生成部２３は処理を開始すると（Ｓ２１）、シフトレバー１４の前進／後進を確認する（Ｓ２２）。シフトレバー１４が前進位置に設定されていれば前進位置信号、後進位置に設定されていれば後進位置信号が走行制御装置２０に出力される。走行制御装置２０は前進位置信号又は後進位置信号を基にシフトレバー１４の位置を判断する。シフトレバー１４が後進位置にあれば（Ｓ２２／後進）Ｓ２３に進み、シフトレバー１４が前進位置にあれば（Ｓ２２／前進）Ｓ２４に進む。

Ｓ２３では電動モータ指令値生成部２３は後進制限フラグの値を確認する。後進制限フラグの値が「１（ＯＮ）」の場合（Ｓ２３／ＯＮ）Ｓ２５に進み、後進制限フラグの値が「０（ＯＦＦ）」の場合（Ｓ２３／ＯＦＦ）Ｓ２４に進む。

Ｓ２４において、電動モータ指令値生成部２３は、アクセルペダル１２から取得したアクセルペダル指令値及びブレーキペダル１３から取得したブレーキペダル指令値に基づき、特に制限を設けることなく、通常通りに電動モータ指令値（通常指令値）を生成し、通常指令値からなる電動モータ指令値を走行用電動モータ１０に出力し（Ｓ２６）、処理を終了する（Ｓ２７）。

アクセルペダル指令値及びブレーキペダル指令値から電動モータ指令値を算出する方法は一般的に広く知られている技術である。一例として、図９に示すように、アクセルペダル指令値の大きさに合わせて、線形に電動モータ指令値を増加させていく方式がある。ここで電動モータ指令値は、走行用電動モータ１０を駆動する指令値であり、例えばモータの回転数を示す値であるが、これに限らず、トルク指令値や速度指令値等を自由に選択してよい。

Ｓ２５では、電動モータ指令値生成部２３は、アクセルペダル指令値やブレーキペダル指令値に対し、制限を加えて電動モータ指令値（後進制限指令値）を生成し（Ｓ２５）、後進制限指令値からなる電動モータ指令値を走行用電動モータ１０に出力し（Ｓ２６）、処理を終了する（Ｓ２７）。

ある電動モータ指令値に対して制限を加える方法は一般的に広く知られている技術であるが、本実施形態では３つの例を示す。１つ目の例では、図１０Ａに示すように、旧電動モータ指令値（後退制限が加わらない通常指令値）に対して1より小さい正の定数を乗じた後退制限指令値を新電動モータ指令値とする。２つ目の例では、図１０Ｂに示すように、旧電動モータ指令値に対して上限値を設け、その上限値以上の旧電動モータ指令値に対しては上限値からなる後退制限指令値を新電動モータ指令値とする。３つ目の例では、アクセルペダル指令値の大きさに関わらず、電動モータ指令値をゼロ（走行停止）とし、後進を完全に禁止する。これらを用いて、例えば後進走行速度を旧電動モータ指令値による走行速度よりも遅い速度、又はゼロにする。

本実施形態によれば、後進制限フラグの値が「１（ＯＮ）」になっている時の運搬車両１の後進動作を制限することができる。これにより、積込もしくは放土作業の後は後進制限フラグの値が「１（ＯＮ）」となり後進制限がかかる。従って、運搬車両１のオペレータが不注意により、積込もしくは放土作業の後に運搬車両１を後進させようとした場合にのみ、運搬車両１の後進に対し制限を加えることで、操作性を低下させることなく、運搬車両１と掘削ベンチや放土土砂との衝突による衝撃を回避・軽減することが可能となり、その結果、運搬車両１の破損被害を軽減することが可能となる。

また積載荷重による放土作業識別と比較して、運搬車両１が土砂を実際に放土する前のベッセル４の傾きから放土作業を識別することができ、より早い適切なタイミングで運搬車両１の後進制限を行うことが可能となる。

更に運搬車両１が積込もしくは放土作業の後に、正常に前進したことを識別して、後進制限を解除することが可能となり、不必要なタイミングで後進制限が加わることを防ぐことが可能となる。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更及び修正が可能である。以下に変形例を記載する。

＜積載荷重値で放土判断＞
本実施形態では、後進制限判断部２２において、ベッセル角度センサ１７の出力値の変化から運搬車両１が放土作業を開始したと判断しているが、積載荷重値の変化からベッセル４内の積載荷重が減少していることを検知し、運搬車両１が放土作業を開始したと判断しても良い。

＜シフトレバー１４＋アクセルペダル１２で前進判断＞
本実施形態では、後進制限判断部２２において、車速センサ１８の出力値から運搬車両１が前進しているか否かを判断しているが、シフトレバー指令値とアクセルペダル指令値から運搬車両１の前進を判断しても良い。具体的には、シフトレバー１４が“前進”を選択された状態でアクセルペダル１２が踏下されてアクセルペダル指令値が走行制御装置２０に出力されると、運搬車両１が前進したと判断する。

＜ベッセル４の起床で後進制限＞
本実施形態では、後進制限判断部２２において、ベッセル４の起床から放土作業の有無を判定して後進制限の実施を決めているが、ベッセル４の傾転そのものを基準として後進制限の実施を判断しても良い。

上記実施形態では、運搬車両１として鉱山用ダンプトラックを例示したが、ホイールローダのようにフロント作業機のバケットを備え、土砂を積み込む作業機械や車両に備えたタンクに水を蓄える給水車にも本発明を適用することができる。この場合、放土作業についての判断は行わず積込作業についての判断だけを行って本発明を適用してもよい。更に鉱山用ではない一般の建設現場等で用いられる運搬車両にも本発明は適用できる。

１ ：運搬車両
２ ：運転室
３ ：車体フレーム
４ ：ベッセル
５ ：前輪
６ ：後輪
７ ：ホイストシリンダ
１０ ：走行用電動モータ
１１ ：減速機
１２ ：アクセルペダル
１３ ：ブレーキペダル
１４ ：シフトレバー
１６ ：サスペンションシリンダ圧センサ
１７ ：ベッセル角度センサ
１８ ：車速センサ
２０ ：走行制御装置
２１ ：積載荷重値演算部
２１ａ ：後進制限フラグ格納領域
２２ ：後進制限判断部
２３ ：電動モータ指令値生成部

Claims (5)

1. 車体フレームと、
   積荷を搭載する荷台と、
   前記荷台の積載荷重値を計測する荷重計測装置と、
   少なくとも1つの走行用電動モータと、
   前進又は後進に走行方向を切替えるシフトレバーと、
   アクセルペダルと、
   前記走行用電動モータに対して電動モータ指令値を出力する走行制御装置と、を備えた運搬車両であって、
   前記走行制御装置は、前記荷重計測装置、前記走行用電動モータ、前記シフトレバー及び前記アクセルペダルの其々に接続され、
   前記荷重計測装置が演算した積載荷重値の変化を基に前記運搬車両が積込作業又は放土作業のどちらか一方を行っていると判断した場合に、前記運搬車両の後進走行を制限する後進制限設定値をＯＮに設定し、前記シフトレバーが前進位置に設定されていることを示す前進位置信号、及び前記アクセルペダルの踏下に伴い生成されるアクセルペダル指令値が入力されると前記運搬車両が前進したと判断し、前記後進制限設定値をＯＦＦに設定し、
   前記後進制限設定値がＯＮの場合に、前記運搬車両の後進に対して制限を加えた後進制限指令値からなる電動モータ指令値を前記走行用電動モータへ出力し、
   前記後進制限設定値がＯＦＦの場合に、後進制限を加えない通常指令値からなる電動モータ指令値を前記走行用電動モータに対して出力する、
   ことを特徴とする運搬車両。
2. 請求項１記載の運搬車両において、
   前記荷台は、前記車体フレームの上に起伏動可能に設けられたベッセルであり、
   前記運搬車両は、前記ベッセルの傾転角度を計測する傾転角度検出器を更に備え、
   前記傾転角度検出器は、前記走行制御装置に接続され、
   前記走行制御装置は、前記傾転角度検出器の出力値の変化から前記ベッセルの起伏を判断し、その判断結果に基づいて前記運搬車両が放土作業を行っているかを判断する、
   ことを特徴とする運搬車両。
3. 請求項１記載の運搬車両において、
   前記運搬車両は、前記運搬車両の走行速度を検出する車速センサを更に備え、
   前記車速センサは、前記走行制御装置に接続され、
   前記走行制御装置は、前記車速センサからの出力値を基に前記運搬車両が前進したかを判断し、前記運搬車両が前進したと判断すると、前記後進制限設定値をＯＦＦに書き換える、
   ことを特徴とする運搬車両。
4. 請求項１記載の運搬車両において、
   前記後進制限指令値は、後進走行速度を制限する指令値、後進走行させる駆動トルクを制限する指令値、又は後進走行を完全に停止させる指令値のうち、何れか１つである、
   ことを特徴とする運搬車両。
5. 請求項１記載の運搬車両において、
   前記走行制御装置は、前記後進制限設定値を示す後進制限フラグを格納する後進制限フラグ格納領域を含み、前記後進制限フラグの値を書き換えることにより前記後進制限設定値をＯＮ又はＯＦＦに設定する、
   ことを特徴とする運搬車両。

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