JP7317251B2 - トレイン式スクレーパ車両 - Google Patents
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Description
また、スクレーパ車両を牽引する牽引車両は、内燃機関を用いており、二酸化炭素などの温室効果ガスを排出していた。
また、牽引車両などの移動機械の安全装置については、更なる安全性が求められており、特に、自動運転の場合の安全性が求められていた。
また、本第2の発明では、温室効果ガスの排出を抑えたトレイン式スクレーパ車両を実現することを目的とする。
本発明に係る第2のトレイン式スクレーパ車両は、燃料電池を備え、前記燃料電池により発生した電力により駆動する牽引車両と、第1掘削部を有し、前記牽引車両に接続された第1スクレーパ車両と、第2掘削部を有し、前記第1スクレーパ車両に連結された第2スクレーパ車両と、前記第1スクレーパ車両の車輪と前記第2スクレーパ車両の車輪との少なくとも一方の車輪を前記燃料電池により発生した電力により駆動するインホイールモータと、を備えている。
本第2の発明によれば、第1スクレーパ車両の車輪と前記第2スクレーパ車両の車輪との少なくとも一方の車輪を燃料電池により発生した電力により駆動するので、温室効果ガスの排出を抑えたトレイン式スクレーパ車両を実現することができる。
本第1実施形態に係るスクレーパ車両20は、1両目のスクレーパ車両20aと、最後列である2両目のスクレーパ車両20bとが接続(連結)されたトレイン式である。なお、トレイン式のスクレーパ車両20は、3両以上としてもよい。スクレーパ車両20は、掘削工程と、運搬工程と、排出工程と、回送工程と、を1サイクルとしているので、トレイン式を採用することにより車両数に応じて掘削量および排出量(撒き出し量)を多くすることができる。これにより、工期を短縮することが可能である。本実施形態のトレイン式のスクレーパ車両20は、大型トラックやその他の牽引車両1により牽引される被牽引車として利用される。
図1に示すように、牽引車両1は、スクレーパ車両20aとスクレーパ車両20bとを牽引するものであり、連結装置であるヒッチ21aによりスクレーパ車両20aに接続(連結)されている。ヒッチ21aは、牽引車両1から着脱可能であり、牽引車両1側の一端に設けられたフレキシブルなボールジョイント22aを有している。
本実施形態の牽引車両1は、図1から明らかなように、運転席が無い自動運転タイプの物である。また、本実施形態では、内燃機関に代えて燃料電池2と、2つの前輪と4つの後輪とのそれぞれに設けられたインホイール式のモータ3(図2参照)とを用いて牽引車両1を走行(駆動)している。なお、インホイール式のモータ3は前輪および後輪のハブと同軸に繋がるように設けてもよい。
なお、牽引車両1は、遠隔操作式でもよく、運転席が設けられたタイプでもよく、内燃機関を用いたエンジンを用いてもよい。
水素タンク4は、数十MPaに圧縮された水素を蓄えるものであり、不図示の水素供給流路を介して燃料電池2に水素を供給するものである。
蓄電池5は、2次電池であり、燃料電池2が発電した電力を蓄電するものである。蓄電池5は、蓄えた電力をモータ3や、スクレーパ車両20に設けられた蓄電池33などに供給可能である。蓄電池5の電力をスクレーパ車両20に供給するために、牽引車両1には蓄電池5に接続された第1コネクタ11(例えばメスコネクタ)が設けられ、スクレーパ車両20には、第1コネクタ11と係合する第2コネクタ35(例えばオスコネクタ)が設けられている。
速度計7は、牽引車両1の速度を検出するものであり、駆動輪に接続されたシャフトの回転数を検出する車速センサや、GNSS6の出力を利用したセンサなど各種のセンサを適用することができる。
スクレーパ車両20は、前述のヒッチ21およびボールジョイント22に加えて、フレーム23と、ボウル24と、スクレーパ(scraper)25と、車軸26と、車輪27と、歪ゲージ28と、加速度計29(図2参照)と、ロードセル30(図3参照)と、を有している。
また、スクレーパ車両20は、撮像装置31と、発電装置である太陽光パネル32と、2次電池である蓄電池33と、モータ34(図2参照)と、第2コネクタ35と、第3コネクタ36と、排土板37と、速度計38(図2参照)と、を有している。
ボウル24は上面が開放されており、スクレーパ25が掘削した土砂などの掘削物を収容するものである。
ボウル24とスクレーパ25とは一体的に設けられているので、不図示の油圧シリンダによりボウル24を地面に向けて傾斜させることにより、スクレーパ25が地面に食い込んで土砂を掘削することができる。また、ボウル24には不図示の開口部が設けられており、ボウル24が地面に向けて傾斜した状態の際に、スクレーパ25が掘削した掘削物が不図示の開口部からボウル24に収容される。
ロードセル30は、車輪27に作用するボウル24の掘削物の荷重を検出できるように、ピローブロック42の下方に設けられている。
ロードセル30は、圧電型ロードセルや歪型ロードセルなど各種のロードセル30を用いることができる。図3では2つのロードセル30を図示しているが、ロードセル30の数は1つでもよく、3つ以上でもよい。
このように、制御装置41は、加速度計29の出力を用いてロードセル30の検出結果を加工したり、選択したりしている。
スクレーパ25による地表の削り代が大きい場合などには、スクレーパ25が地表に噛み込んでしまって走行抵抗が大きくなる。この場合、牽引車両1の駆動輪が空転等してしまい牽引車両1の牽引力だけではスクレーパ車両20を牽引できずにプッシャーを用いる場合があった。
第3コネクタ36aは、前方のスクレーパ車両20aの蓄電池33aに蓄えられた電力を後方のスクレーパ車両20bの蓄電池33bに蓄えるために第2コネクタ35bと係合するものである。なお、第3コネクタ36は、スクレーパ車両20の後方(+X方向)に設けるのが好ましい。
通信装置40は、基地局の通信装置や、排出工程の排土場に設けられた通信装置や、牽引車両1側の通信装置8と通信を行うものである。通信装置40は、どのような通信方式を用いることができるが、本実施形態ではWi-Fi(登録商標)のような無線LANを用いて無線でボウル24の重量に関するデータ通信をするものとする。
なお、牽引車両1側の通信装置8は、牽引車両1に加速度計が設けられた場合に、加速度計が検出した加速度を通信装置40に通信してもよい。
図4のフローチャートは、牽引車両1が土木現場の掘削領域に入り、掘削工程を実施するタイミングで開始されるものとする。
制御装置10は、GNSS6の出力から牽引車両1が掘削領域に入ったのを認識すると、不図示の油圧シリンダを制御してスクレーパ25aを地面に食い込ませて掘削を開始する(ステップS1)。
制御装置10は、1両目のスクレーパ車両20aによる掘削量が所定量に達すると、不図示の油圧シリンダを制御してスクレーパ25aを地面から離れる位置まで駆動させる。
制御装置10は、2両目のスクレーパ車両20bによる掘削量が所定量に達すると、不図示の油圧シリンダを制御してスクレーパ25bを地面から離れる位置まで駆動させる。
なお、制御装置10は、上述のステップS2において、各種データなどを制御装置41bにも送信するようにしてもよい。
同様に、制御装置10は、上述のステップS5において、各種データなどを制御装置41aにも送信するようにしてもよい。
なお、制御装置41aは、速度計7の速度が所定速度より早くなった場合に、モータ34aによる補助駆動を終了する。
制御装置41aは、ロードセル30aと加速度計29aとによる測定を複数回実施してもよい。
なお、ロードセル30aが設けられるピローブロック42aに関しても熱歪の補正係数を求めてメモリ39aに記憶させてもよい。
上述の実施形態は、様々な変形や機能の追加が可能であり、以下、その説明を行う。図6はボウル24を前後に分割した変形例を示す図であり、図6(a)~図6(c)は後部のボウル24rの掘削工程を示す図であり、図6(d)~図6(g)は前部のボウル24fの掘削工程を示す図である。なお、図6ではボウル24を中心に図示しており、他の部分は省略して図示している。また、スクレーパ25も省略しているが、スクレーパ25は前部のボウル24fおよび後部のボウル24rに一体的に形成されている。なお、図6において図1では図示省略した車体フレーム45を図示している。
図7は牽引車両1を前面から見た概要図であり、図8は土木現場50で複数台の牽引車両1がスクレーパ車両20を牽引している様子を示す概要図である。牽引車両1の前面のフロント部15には、QRコードが形成されたQRコード部12と、コードリーダ13と、一対の前照灯であるヘッドライト14などが設けられている。また、QRコード部12は、スクレーパ車両20の後面にも設けられている。なお、コードリーダ13をスクレーパ車両20の後面に設けるようにしてもよい。また、フロント部15の内側に燃料電池2や水素タンク4などが設けられている。
コードリーダ13は、QRコード部12を読み取る撮像部を有する。コードリーダ13で読み取られたQRコードは、制御装置10で解析される。制御装置10は、解析結果に基づいて牽引車両1を制御する。なお、コードリーダ13の撮像部は、牽引車両1の速度に基づいてレンズの焦点距離などが設定されている。また、QRコードの大きさは適宜決定することができ、牽引車両1の速度や撮像部の仕様により決定することができる。
また、スクレーパ車両20にコリオリの力から角速度を検出するジャイロセンサを設けて、スクレーパ車両20に作用する角速度が小さいときに、歪ゲージ28や、加速度計29や、ロードセル30による測定を行うようにしてもよい。
また、加速度センサに代えて、もしくは加速度センサと併用してジャイロセンサを用いてもよい。
7 速度計 10 制御装置 12 QRコード部
20 スクレーパ車両 21 ヒッチ 22 ボールジョイント
24 ボウル 25 スクレーパ 28 歪ゲージ
29 加速度計 30 ロードセル 39 メモリ 40 通信装置 41 制御装置
Claims (12)
- 第1掘削部を有した第1スクレーパ車両と、
第2掘削部を有し、連結部材により前記第1スクレーパ車両に連結された第2スクレーパ車両と、
前記連結部材の歪の変化を検出する第1検出装置と、
前記第1検出装置によって検出された歪みの変化に基づいて、前記第2スクレーパ車両に積載された掘削物の重量を演算する演算装置と、を備えたトレイン式スクレーパ車両。 - 前記第2スクレーパ車両の車軸を支持する第2支持部材に作用する荷重の変化を検出する第2検出装置を備え、
前記演算装置は、前記第1検出装置と前記第2検出装置との検出結果に基づいて、前記第2スクレーパ車両に積載された掘削物の重量を演算する請求項1記載のトレイン式スクレーパ車両。 - 前記第2スクレーパ車両の加速度を検出する加速度計と、
前記加速度計の検出結果に基づいて、前記第1検出装置が検出した結果を加工する加工装置と、を備えた請求項1または請求項2記載のトレイン式スクレーパ車両。 - 前記加工装置は、前記加速度計の検出結果に基づいて、前記第1検出装置が検出した結果を選択する請求項3記載のトレイン式スクレーパ車両。
- 前記第1検出装置は、前記第1スクレーパ車両と前記第2スクレーパ車両が移動中に前記連結部材の歪の変化を検出する請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のトレイン式スクレーパ車両。
- 前記第2スクレーパ車両に2次元コードが形成された2次元コード部を備えた請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のトレイン式スクレーパ車両。
- 燃料電池を備え、前記燃料電池により発生した電力により駆動する牽引車両と、
第1掘削部を有し、前記牽引車両に接続された第1スクレーパ車両と、
第2掘削部を有し、前記第1スクレーパ車両に連結された第2スクレーパ車両と、
前記第1スクレーパ車両の車輪と前記第2スクレーパ車両の車輪との少なくとも一方の車輪を前記燃料電池により発生した電力により駆動するインホイールモータと、を備えたトレイン式スクレーパ車両。 - 前記第1スクレーパ車両は、太陽光パネルを備えている請求項7記載のトレイン式スクレーパ車両。
- 前記第2スクレーパ車両は、太陽光パネルを備えている請求項7または請求項8記載のトレイン式スクレーパ車両。
- 一方の面に前記太陽光パネルを備え、他方の面に撮像装置が設けられたフレームを備えている請求項8または請求項9記載のトレイン式スクレーパ車両。
- 前記牽引車両に2次元コードが形成された2次元コード部を備えた請求項7から請求項10のいずれか一項に記載のトレイン式スクレーパ車両。
- 前記牽引車両に2次元コードを読み取るコードリーダを備えた請求項7から請求項10のいずれか一項に記載のトレイン式スクレーパ車両。
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