JP6934782B2 - 採掘車両の監視および制御システム - Google Patents

Description

本発明は、採掘車両に関する。より詳細には、本発明は、ドライバが運転する、採掘現場において材料を運搬する採掘車両に関する。詳細には、本発明は、採掘車両ドライバが、採掘車両の運転状態を最適化して、燃料コストおよびタイヤの摩耗を好ましく抑えることを可能にする監視および制御システムに関する。

採掘業の作業には、採石場、出入口、および他の設備が含まれている。そのような作業においては、ドライバは、数百トンの重量の原材料積載量を運ぶことができる、専用のウルトラ級ダンプトラックなど、大型の採掘車両を運転する。便宜上、本明細書においては、車両、または採掘車両を全体的に参照することになるが、ただし、そのような参照が、ウルトラ級ダンプトラックタイプの採掘車両を含むという了解の下である。採掘作業においては、そのような採掘車両の運転コストは、重要な考慮事項である。この運転コストの一因となる２つの重要な項目は、車両の燃料消費量およびタイヤの摩耗である。

そのような大型の採掘車両は、膨大な量の燃料を消費するので、燃料消費量を抑える形で各車両を運転することが望ましい。同様に、そのような採掘車両の交換用タイヤは高価であるので、タイヤの摩耗を最小限にする形で各車両を運転することが望ましい。しかしながら、従来技術においては、燃料消費量を抑え、タイヤの摩耗を最小限にする形で採掘車両を運転することは、通常の採掘作業においては困難である。

たとえば、通常の採掘作業においては、多くの車両が、採掘された原材料を加工エリアに運搬するために用いられる。採掘装置の制約により、一度に１台の車両しか、原材料を載せることができず、その結果、車両が、絶え間なく移動するのではなく、一列になって載荷されるのを待機することになる。荷下ろしまたは廃棄の作業中は、同様の制約により、やはり結果的に車両が一列になって待機することになる。一列になって待機するのに費やした時間を取り戻すために、車両のドライバまたはオペレータは、一旦、車両に載荷されると、各車両を速く走らせる可能性がある。そのような速い操縦には、車両加速度の上昇および走行速度の上昇が含まれている。加速度および走行速度の上昇は、ひいては燃料コストおよびタイヤの摩耗を増大させるので望ましくない。

そのため、そのような車両のドライバが、リアルタイムの状態に基づいて車両運転状態を最適化して、燃料コストおよびタイヤの摩耗を好ましく抑えることを可能にする、採掘車両用のセンサベースの監視および制御システムを提供することが望ましい。

本発明の例示的な実施形態の一態様によれば、採掘車両の監視および制御システムは、車両内に配置された少なくとも１つのセンサを含む。センサは、車両の少なくとも１つの状態についてのリアルタイムデータを収集する。サーバが、車両に対し遠隔配置され、第１の伝送手段が、収集されたデータをサーバに送信する。少なくとも１つの制御パラメータが、サーバ上にロードされ、サーバの中の比較手段が、収集されたデータを制御パラメータと比較し、比較結果に基づいて、少なくとも１つの車両状態推奨事項（vehicle condition recommendation）を生成する。表示装置が、車両内に配置され、車両のドライバが見ることができる。第２の伝送手段が、車両状態推奨事項をサーバから表示装置に送信する。

本発明の別の例示的な実施形態の一態様によれば、採掘車両を制御する方法は、車両内に配置された少なくとも１つのセンサにより、車両の少なくとも１つの状態についてのリアルタイムデータを収集するステップを含む。収集されたデータは、車両に対し遠隔の位置にあるサーバに送信される。少なくとも１つの制御パラメータが、サーバ上にロードされ、制御パラメータは、収集されたデータと比較される。少なくとも１つの車両状態推奨事項が、比較結果に基づいて生成される。車両状態推奨事項は、車両内に配置された表示装置に送信され、車両状態推奨事項は、表示装置において車両のドライバに表示される。

従来技術の状態下での車両を示す、採掘現場の概略図である。 本発明の採掘車両の監視および制御システムの例示的な実施形態の概略図である。 図２に示したシステムにおける表示装置の概略図である。 図２に示したシステムを採用した状態下での車両を示す、採掘現場の概略図である。

発明の詳細な説明

本発明について、例として、添付の図面を参照して説明する。なお、同様の数字は、図面全体を通じて同様の部分を示す。

図１を参照すると、採掘現場が、１０で概略的に表されている。採掘現場１０は、ピットまたは載荷エリア１２と、ホッパーまたは荷下ろし／廃棄エリア１４と、ピットとホッパーとの間に延びている採掘運搬道（mine road）１６とを含んでいる。採掘運搬道１６は、通常、いくつかのカーブまたは曲がり角１８、および直線エリア２０を含む。複数の採掘車両２２は、ピット１２からホッパー１４まで道１６に沿って原材料を運搬する。従来技術においては、車両２２が、ピット１２において列に並び、載荷を待ち、ホッパー１４において列に並び、廃棄を待つことはよく見られる。そのような待機を理由に、車両ドライバは、道１６に沿って速く各車両２２を走らせることが多く、そのことは、燃料コストおよびタイヤの摩耗を増大させるので望ましくない。

次に、図２を参照すると、本発明の採掘車両の監視および制御システムの一例示的な実施形態が、全体的に３０で示されている。監視および制御システム３０は、車両２２の運転台２６の中に配置されていることが好ましいセンサ３４を含んでいる。例示的なセンサ３４は、グローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ：ｇｌｏｂａｌ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）ユニット、燃料消費量センサ、速度計、および車両運転状態を測定する他のセンサを含む。センサ３４は、車両２２の状態３２に関するリアルタイムデータを収集する。

たとえば、状態３２は、道１６（図１）に沿った車両２２の位置、車両の速度、車両の加速度、および車両の燃料残量を含んでいてもよい。センサ３４は、選択された車両状態３２を収集し、状態は、車載プロセッサ３８に送信される。センサ３４および車載プロセッサ３８は、監視および制御システム３０の車載モジュール３６に統合されている。センサ３４は、車載プロセッサ３８に電子的に接続され、それによって、収集されたデータをセンサからプロセッサに送信することが可能になる。

次いで、車載プロセッサ３８は、収集されたデータを赤外線伝送機構や電波など、セルラデータ伝送機構を含んだワイヤレス電子伝送手段４０によってサーバ４２に送信する。サーバ４２は、ハードドライブや他のデータストレージユニットなどのデータ収集手段４４を含んでいる。データ収集手段４４は、実際の車両状態３２と予めロードされている制御パラメータ４６との比較を実行するプロセッサ４８に電子的に接続されている。

予めロードされている制御パラメータ４６は、前もって決定され、サーバ上にロードされている。たとえば、予めロードされている制御パラメータ４６は、採掘運搬道１６の地図、道および周辺エリアのトポロジー（地形）、道に沿う距離、ならびに採掘現場１０において運転している車両２２の数などを含んでいてもよい。プロセッサ４８は、均一の車両間隔、燃料効率、およびタイヤの摩耗の低減を促進するために、制御パラメータ４６に基づいて、最適化された車両状態を決定する。そのような最適化された車両状態は、使用すべき、採掘運搬道１６に沿う理想的な経路、ならびに採掘運搬道に沿う選択された地点における最適な車両の加速度および速度を含んでいる。

プロセッサ４８は、収集されたリアルタイムの車両状態データ３２を最適化された車両状態と比較し、推奨事項５０のセットを生成する。推奨事項５０は、後述するように、対応する最適化された車両状態に合致しない特定のリアルタイム車両状態に対する調整事項を含んでいる。リアルタイム車両状態が、対応する最適化された車両状態に合致する場合、推奨事項５０は、現在の状態を継続する、または保持する命令を含んでいてもよい。推奨事項５０は、赤外線伝送機構や電波など、セルラデータ伝送機構を含んだワイヤレス電子伝送手段５２によって、車両２２の運転台２６の中の表示装置５４に送信される。表示装置５４は、車載モジュール３６に組み込まれていることが好ましい。ドライバは、表示装置５４上の推奨事項５０を見て、車両運転状態をリアルタイムに調整して、最適化された状態に合致させ、それにより、燃料消費量およびタイヤの摩耗を抑えることができる。

次に、図３を参照すると、例示的な表示装置５４の概略図が示されている。表示装置５４は、特定の採掘現場１０ごとの考慮事項に基づいて構成設定される所定の形式で推奨事項５０を表示する。たとえば、表示装置５４は、燃料効率およびタイヤの摩耗の低減のための推奨された加速度または減速度５６、最適な車両間隔が維持可能であるような他の車両２２の位置５８、何らかの経路問題を含む経路地図６０、ならびに他の情報または推奨事項６２を示し得る。ドライバスコアリングとも呼ばれる推奨された加速度または減速度５６、仮想バンパとも呼ばれる最適な間隔の他の車両２２の位置５８、およびポットホール検出とも呼ばれる何らかの経路問題を含む経路地図６０の特定の態様については、より詳細に後述する。

ドライバが表示装置５４上の推奨事項を見た場合、ドライバは、推奨事項に従って車両２２の自分の運転を調整して、車両性能を最適化することができる。たとえば、ドライバは、車両速度を上昇もしくは低下させても、車両の経路を調整しても、または自分の車両制動頻度を調整してもよい。図４に示されているように、車両ドライバに対するそのような生のフィードバックは、車両状態の調整を可能にして、採掘運搬道１６に沿う最適な間隔を提供する。そのような均一の間隔は、車両の過度な加速度を抑え、このことは、ひいては、燃料消費量およびタイヤの摩耗を抑える。したがって、本発明の監視および制御システム３０は、大型車両２２のドライバに生のフィードバックを提供し、車両状態のリアルタイムの制御を可能にして、生産時間を最適化し、燃料コストを抑え、タイヤの摩耗を抑える。

図２に戻ると、プロセッサ４８が推奨事項５０を生成してすぐにドライバの表示装置５４に送信することに加えて、プロセッサは、後の分析６４のために、車両状態の収集されたリアルタイムデータ３２と最適化された車両状態との比較結果を記憶してもよい。そのような後の分析６４では、採掘現場１０のマネージャは、車両２２のグループの車両ごとに、収集された車両データ３２を評価して、ドライバ能力を検討すること、ならびに制御パラメータ４６を検討し、潜在的に調整することができる。後の分析は、推奨された車両運転状態に対するさらなる調整を可能にし、それにより、生産時間のさらなる最適化、燃料コストの削減、およびタイヤの摩耗の低減をもたらすことができる。

図２〜図４を参照すると、上述したように、車両ドライバに表示される推奨された加速度または減速度５６は、ドライバスコアリングとも呼ばれる。図４に示されているように、採掘運搬道１６は、カーブ１８および直線部２０を含んでいる。採掘運搬道１６のこれらの態様は、制御パラメータ４６として、前もってプロセッサ４８に入力されている。次いで、プロセッサ４８は、燃料消費量およびタイヤの摩耗を最適化する車両速度ならびに加速度を特定のカーブ１８および直線部２０ごとに決定し、それらは、推奨事項５０として生成される。採掘運搬道１６の各部分に沿う車両加速度または減速度５６の具体的な推奨事項は、リアルタイムに車両ドライバに送信され、表示装置５４に表示される。

たとえば、直線部２０に沿う最適な速度は、時速約２８マイル（４５キロメートル）とすることができ、ドライバは、車両をほんの時速１９マイル（３０キロメートル）で運転している場合がある。ドライバスコアリング５６に基づいて、表示装置５４は、ドライバが車両速度を時速１９マイルから時速２８マイルまで上げるべきであることを示すことになる。同様に、カーブ１８における最適な速度は、時速約１０マイル（１６キロメートル）とすることができ、ドライバは、車両を時速１８マイル（２９キロメートル）で運転している場合がある。ドライバスコアリング５６に基づいて、表示装置５４は、ドライバが車両速度を時速１８マイルから時速１０マイルまで下げるべきであることを示すことになる。

車両加速度および減速度についてのドライバスコアリング５６はまた、後の分析６４のために記憶され得る。たとえば、実際の車両速度は、採掘運搬道１６に沿う特定の地点におけるベンチマークとしての最適な車両速度と比較され得る。監視および制御システム３０のドライバスコアリング５６の３ヶ月の試用においては、実際の車両速度と最適なベンチマーク速度との比較結果を車両ドライバに提供することにより、約８パーセント（８％）の燃料消費量の削減、および約１５パーセント（１５％）のタイヤ寿命の向上がもたらされた。

車両ドライバに表示される最適な間隔についての他の車両２２の位置５８はまた、仮想バンパとも呼ばれる。上述したように、従来技術（図１）においては、車両２２は、採掘運搬道１６に沿うあるエリアにおいて密集する場合があり、そのことは、結果的に、生産時間を低減させ、かつその後の過度な加速度につながる望ましくない行列を招き、この過剰な加速度は、燃料消費量およびタイヤの摩耗を増大させる。そのような行列を低減させるために、仮想バンパ５８は、図４に示したように、車両間の最適な間隔を維持することを可能にする命令をドライバに提供する。

より具体的には、採掘運搬道１６に沿う各車両２２の位置は、監視および制御システム３０の収集された車両状態３２のうちの１つである。制御パラメータ４６として入力される採掘運搬道１６の距離および車両２２の数に基づいて、プロセッサ４８は、推奨事項５０として生成される最適な車両間隔を計算する。他の車両に対する特定の車両２２の位置の具体的な推奨事項は、車両ドライバにリアルタイムに送信され、仮想バンパ５８として表示装置５４に表示される。仮想バンパ５８の中の、ドライバへの、他の車両に対する自分の車両２２の位置についてのそのようなリアルタイム情報は、ドライバが車両間の最適な間隔を維持することを可能にし、それにより、行列およびアイドリング時間が抑えられる。行列およびアイドリング時間のそのような削減は、その後の過度な加速度を抑え、それによって、燃料消費量およびタイヤの摩耗が抑えられる。

何らかの問題を含む経路地図６０の表示はまた、ポットホール検出とも呼ばれる。採掘現場１０においては、大型装置および原材料が移動しており、結果的に、障害物が採掘運搬道１６に沿ってしばしば見られることになる。加えて、採掘運搬道１６は、通常、土および／または砂利で形成され、それにより、道に沿う往来から、大きなポットホールが形成され得る。採掘運搬道１６を頻繁に補修する、かつ／または勾配を緩くし直すことは費用がかかり、そのため、障害物およびポットホールの危険源を避けながら車両を輸送することは、絶えず道を補修することよりも経済的であることが多い。

この目的のために、プロセッサ４８に入力される制御パラメータ４６のうちの１つは、採掘運搬道１６に沿う障害物またはポットホールなどの危険源の位置である。プロセッサ４８は、危険源位置に基づいて、車両２２の経路を調整し、推奨事項５０として警告または経路調整事項を生成する。危険源の位置の具体的な推奨事項、および経路変更命令は、車両ドライバにリアルタイムに送信され、ポットホール検出６０として表示装置５４に表示される。ドライバへの、危険源の位置およびポットホール検出６０における経路変更命令についてのそのようなリアルタイム情報により、ドライバは、危険源を回避することができる。そのような危険源を回避することによって、タイヤおよび／または車両サスペンションの性能が、採掘運搬道１６の絶え間ない補修の出費なしに維持される。加えて、そのような危険源を回避することによって、タイヤの摩耗が抑えられるので望ましい。

本発明の監視および制御システム３０の別の態様は、オプションの速度制限機能である。採掘車両２２においては、ドライバが一定の車両速度を長時間維持することは、そのような一定の速度が最適な性能を提供する可能性があるにしても、身体的に困難である場合がある。ドライバを補助するために、監視および制御システム３０は、車両速度推奨事項５６に応答する、電子式スロットル制御機構などの速度制限装置を含んでいてもよい。代替としては、速度制限装置は、一定の速度が表示装置５４によって、比較的長時間の間推奨されるときに採用される機械式スロットル制御機構であってもよい。たとえば、機械式速度制限装置は、ドライバに身体的ベンチマークを提供し、かつドライバの脚への圧力の軽減を可能にする、推奨された速度を達成するスロットルの所望の位置と同じ高さにあるスロットルまたはペダルに隣接するフットレストを含んでいてもよい。代替としては、機械式速度制限装置は、スロットルの移動を制限するポジティブストップを提供するスロットルまたはペダルの下に調整ねじを含んでいてもよい。

この方式においては、本発明の採掘車両の監視および制御システム３０は、採掘車両２２のドライバが、リアルタイム情報に基づいて採掘車両運転状態を最適化して、生産時間を最適化し、燃料コストを抑え、タイヤの摩耗を抑えることを可能にするので望ましい。加えて、システム３０は、車両２２の運転状態に対するさらなる調整を可能にし、かつ生産時間の追加の最適化、燃料コストの削減、およびタイヤの摩耗の低減を提供するために、後の分析６４を提供する。

本発明はまた、採掘車両を監視する方法、および採掘車両を制御する方法も含んでいる。各方法は、上述され、図２〜図４に示されている説明によるステップを含む。

上述した採掘車両の監視および制御システムの構造は、改変されても、または再構成されてもよく、あるいは当業者に知られている構成要素もしくはステップが、本発明の全体的な概念もしくは運用に影響を与えることなく、省略されても、または追加されてもよいことを理解されたい。

１０ 採掘現場
１２ ピットまたは載荷エリア
１４ ホッパーまたは荷下ろし／廃棄エリア
１６ 採掘運搬道
１８ カーブ、曲がり角
２０ 直線エリア
２２ 採掘車両
２６ 運転台
３０ 採掘車両の監視および制御システム
３２ 車両状態データ
３４ センサ
３６ 車載モジュール
３８ 車載プロセッサ
４０ ワイヤレス電子伝送手段
４２ サーバ
４４ データ収集手段
４６ 制御パラメータ
４８ プロセッサ
５０ 推奨事項
５４ 表示装置
６４ 後の分析

Claims (20)

1. 採掘車両の監視および制御システムにおいて、
   前記採掘車両内に配置され、前記採掘車両の少なくとも１つの状態についてのリアルタイムデータを収集する、少なくとも１つのセンサと、
   前記採掘車両に対し遠隔配置されたサーバと、
   前記収集されたデータを前記サーバに送信する第１の伝送手段と、
   前記サーバ上にロードされている少なくとも１つの制御パラメータと、
   前記サーバ内に設けられ、前記収集されたデータを前記少なくとも１つの制御パラメータと比較し、前記比較に基づいて、少なくとも１つの車両状態推奨事項を生成する比較手段と、
   前記採掘車両内に配置され、前記採掘車両のドライバが見ることが可能な表示装置と、
   前記少なくとも１つの車両状態推奨事項を前記サーバから前記表示装置に送信する第２の伝送手段とを備えることを特徴とする、採掘車両の監視および制御システム。
2. 前記少なくとも１つのセンサが、グローバルポジショニングシステムユニット、燃料消費量センサおよび速度計のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項１に記載の採掘車両の監視および制御システム。
3. 前記採掘車両の前記少なくとも１つの状態が、前記採掘車両の位置、前記採掘車両の速度、前記採掘車両の加速度および前記採掘車両の燃料残量のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項１に記載の採掘車両の監視および制御システム。
4. 前記第１の伝送手段および前記第２の伝送手段がそれぞれ、ワイヤレス電子伝送機構を含むことを特徴とする、請求項１に記載の採掘車両の監視および制御システム。
5. 前記比較手段が、前記収集されたデータと前記少なくとも１つの制御パラメータとの比較を実行する電子プロセッサを含むことを特徴とする、請求項１に記載の採掘車両の監視および制御システム。
6. 前記少なくとも１つの制御パラメータが、採掘運搬道の地図、採掘運搬道のトポロジー、採掘運搬道に沿う距離および採掘現場において運転している車両の数のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項１に記載の採掘車両の監視および制御システム。
7. 前記サーバが、後の分析のために、前記収集されたデータおよび前記少なくとも１つの制御パラメータを記憶することを特徴とする、請求項１に記載の採掘車両の監視および制御システム。
8. 前記少なくとも１つの車両状態推奨事項が、推奨された車両加速度、推奨された車両減速度、他の車両の位置および経路地図のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項１に記載の採掘車両の監視および制御システム。
9. 推奨された車両加速度および推奨された車両減速度のうちの少なくとも１つが、採掘運搬道の選択された特徴に対応することを特徴とする、請求項８に記載の採掘車両の監視および制御システム。
10. 他の車両の前記位置が、車両行列時間を抑えるための最適な間隔を含むことを特徴とする、請求項８に記載の採掘車両の監視および制御システム。
11. 前記経路地図が、危険源の位置の表示および経路変更命令のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項８に記載の採掘車両の監視および制御システム。
12. 速度制限機能をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の採掘車両の監視および制御システム。
13. 採掘車両を制御する方法において、
    前記採掘車両内に配置された少なくとも１つのセンサにより、前記採掘車両の少なくとも１つの状態についてのリアルタイムデータを収集するステップと、
    前記収集されたデータを前記採掘車両に対し遠隔の位置にあるサーバに送信するステップと、
    前記サーバ上に少なくとも１つの制御パラメータをロードするステップと、
    前記少なくとも１つの制御パラメータを前記収集されたデータと比較するステップと、
    前記比較に基づいて、少なくとも１つの車両状態推奨事項を生成するステップと、
    前記採掘車両内に配置された表示装置に、前記少なくとも１つの車両状態推奨事項を送信するステップと、
    前記表示装置において前記少なくとも１つの車両状態推奨事項を前記採掘車両のドライバに表示するステップとを含むことを特徴とする、採掘車両を制御する方法。
14. リアルタイムデータを収集する前記ステップが、グローバルポジショニングシステムユニット、燃料消費量センサおよび速度計のうちの少なくとも１つを前記採掘車両内に配置することを含むことを特徴とする、請求項１３に記載の採掘車両を制御する方法。
15. リアルタイムデータを収集する前記ステップが、前記採掘車両の位置、前記採掘車両の速度、前記採掘車両の加速度および前記採掘車両の燃料残量のうちの少なくとも１つを収集することを含むことを特徴とする、請求項１３に記載の採掘車両を制御する方法。
16. 前記収集されたデータを前記サーバに送信する前記ステップ、および前記少なくとも１つの車両状態推奨事項を前記表示装置に送信する前記ステップがそれぞれ、ワイヤレス電子伝送機構を含むことを特徴とする、請求項１３に記載の採掘車両を制御する方法。
17. 前記少なくとも１つの制御パラメータを前記収集されたデータと比較する前記ステップが、電子プロセッサを利用することを含むことを特徴とする、請求項１３に記載の採掘車両を制御する方法。
18. 前記少なくとも１つの制御パラメータを前記収集されたデータと比較する前記ステップが、採掘運搬道の地図、採掘運搬道のトポロジー、採掘運搬道に沿う距離および採掘現場において運転している車両の数のうちの少なくとも１つを有する制御パラメータを含むことを特徴とする、請求項１３に記載の採掘車両を制御する方法。
19. 後の分析のために、前記収集されたデータおよび前記少なくとも１つの制御パラメータを記憶するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１３に記載の採掘車両を制御する方法。
20. 少なくとも１つの車両状態推奨事項を生成する前記ステップが、推奨された車両加速度、推奨された車両減速度、他の車両の位置および経路地図のうちの少なくとも１つを生成することを含むことを特徴とする、請求項１３に記載の採掘車両を制御する方法。

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