JP7452367B2

JP7452367B2 - 電動式牽引車

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Publication number: JP7452367B2
Application number: JP2020169476A
Authority: JP
Inventors: 博允黒田
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2020-10-07
Filing date: 2020-10-07
Publication date: 2024-03-19
Anticipated expiration: 2040-10-07
Also published as: JP2022061520A

Description

この発明は、荷を運搬するための台車を牽引する電動式牽引車に関する。

電動式牽引車は、電動モータを走行駆動源とする牽引車であり、電動モータは電動式牽引車に搭載されているバッテリの電力によって駆動される。電動式牽引車は、従来から工場や倉庫等にて荷台を有する複数の台車を牽引することがある。電動式牽引車に複数の台車が連結される場合、電動式牽引車と荷台との間、あるいは、台車と台車との間に荷等が障害物として存在すると、電動式牽引車は台車を正常に牽引して走行することができない。特に、電動式牽引車が自動走行（無人走行）する場合では、走行する前に障害物の有無を把握することは不可能である。また、運転者が電動式牽引車を運転する有人走行する場合であっても、牽引される台車の数が多く電動式牽引車から離れた台車間における障害物の有無の把握は困難である。

そこで、例えば、図５に示すように、電動式牽引車４０と台車４１との間および台車４１間の異常検知センサ４２を電動式牽引車４０および台車４１にそれぞれ設け、電動式牽引車４０と台車４１との間および台車４１間における障害物Ｘの有無を異常検知センサ４２により検知することが考えられる。

異常検知センサ４２は、台車４１の前後に設けておき、台車４１が連結された状態では、前後の台車４１において異常検知センサ４２を互いに対向させる。異常検知センサ４２は、例えば、センサ光による光学式センサを用いればよい。台車４１には異常検知センサ４２と接続される電気配線４３が設けられている。台車４１に設けた電気配線４３は、台車４１を互いに連結するときに接続し、台車４１の連結を解除するときに分離されるコネクタ４４を有する。

異常検知センサ４２の間に通されているセンサ光が遮断されると、異常検知センサ４２は電動式牽引車４０と台車４１との間あるいは台車４１間に障害物が存在するという異常を示す信号を発信する。異常検知センサ４２から発信された検知信号は電気配線４３を介して電動式牽引車４０に搭載されているコントローラ４５へ伝達される。異常を示す検知信号を受信したコントローラ４５は、電動式牽引車４０を停止するように制御するか、あるいは、周囲に異常を報知する。

ところで、特許文献１には、牽引車の連結状態を検知するのにセンサを設けずに自動的に検出する車両の台車検出装置が知られている。特許文献１に開示された車両の台車検出装置は、駆動モータにより駆動され台車を牽引して所定の走行経路を自動走行する車両の台車連結検出装置である。車両の台車検出装置は、駆動モータの駆動電流を検出する駆動電流検出手段と、台車連結操作完了後の駆動電流検出手段により検出した駆動電流値が所定値以上であるときに台車連結状態と判定する連結判定手段からなる。

特開平９－２６７６１４号公報

図５に示す電動式牽引車は、異常検知センサを必要とするほか、台車を連結又は分離する度に、電気配線のコネクタを接続又は分離する作業が必要となるという問題がある。一方、特許文献１に開示された車両の台車検出装置では、自動走行車の駆動モータの電流値によって台車が連結されている連結状態か、台車が連結されていない異常状態であるかを判定する技術に過ぎず、電動式牽引車と台車との間あるいは台車間に障害物の有無は判別できない。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、台車に異常検知のために必要な機器を設けることなく、電動式牽引車と台車との間あるいは台車間における障害物の存在による異常を検知することができる電動式牽引車の提供にある。

上記の課題を解決するために、本発明は、駆動輪を備える車体と、前記車体に搭載され、前記駆動輪を駆動する駆動モータと、前記駆動モータを制御する制御装置と、を備え、荷台を有する台車を牽引可能とする電動式牽引車において、前記制御装置は、前記駆動モータの電流値を検出する電流値検出部と、前記車体に前記台車が連結されているとき、前記電流値検出部により検出される走行時の電流値に基づいて求められる電流上昇値が、予め設定された閾値以上のとき、前記台車の前方に障害物が存在する異常と判別する異常判別部と、を有し、前記電流上昇値は、前記駆動モータの電流値の上昇度合いを示す値であることを特徴とする。

本発明では、電流値検出部は、走行時の駆動モータに流れる電流値を検出し、異常判別部は、検出された電流値に基づいて求められる電流上昇値が予め設定された閾値以上であるか否かを判別する。異常判別部は、電流上昇値が予め設定された閾値以上のとき、台車の前方に障害物が存在する異常と判別する。したがって、台車にセンサや配線などの異常検知のために必要な機器を設ける必要がなく、電動式牽引車と台車との間あるいは台車間における障害物の存在による異常を検知できる。そして、台車に異常検知のために必要な機器を設ける場合と比較すると、製作コストを大幅に抑制することができるほか、台車の接続や切り離しの都度、配線を接続したり、外したりする煩雑な作業を必要としない。

また、上記の電動式牽引車において、発進時における前記電流上昇値が前記閾値以上のとき、前記異常判別部は前記台車の前方に障害物が存在する異常と判別する構成としてもよい。
この場合、異常判別部は、台車を連結した電動式牽引車の発進時における電流上昇値が閾値以上のとき、台車の前部に障害物が存在する異常であると判別する。したがって、電動式牽引車の発進時に台車の前方に障害物が存在する異常を検知することができる。

また、上記の電動式牽引車において、前記閾値は、牽引される前記台車を含む牽引総重量に応じて設定されている構成としてもよい。
この場合、閾値が牽引される台車を含む牽引総重量に応じて設定されているので、牽引総重量に対して適切な閾値となり、異常判別部が誤判別することがなく、台車の前部に障害物が存在する異常に対する精度の高い判別が可能となる。

本発明によれば、台車に異常検知のために必要な機器を設けることなく、電動式牽引車と台車との間あるいは台車間における障害物の存在による異常を検知することができる電動式牽引車を提供できる。

本発明の実施形態に電動式牽引車の概要を示す側面図である。本発明の実施形態に係る電動式牽引車の概略構成図である。走行時における電流値と時間との関係を示すグラフ図である。（ａ）は障害物が存在せず異常のない電動式牽引車および台車を示す側面図であり、（ｂ）は台車の前方に障害物が存在して異常の状態である電動式牽引車および台車を示す側面図である。異常を検出するためのセンサおよび配線等を設けた台車および牽引車の側面図である。

以下、本発明の実施形態に係る電動式牽引車について図面を参照して説明する。本実施形態の電動牽引車は、自動運転による無人での走行が可能な牽引車であり、具体的にはトーイングトラクターである。

図１に示すように、電動式牽引車（以下、単に「牽引車」と表記する）１０の車体１１の前部には、前輪としての操舵輪１２を備えている。車体１１の後部には後輪としての左右一対の駆動輪１３を備えている。車体１１には、駆動輪１３を駆動する駆動モータ１４と、駆動モータ１４を駆動するための電力を蓄えるバッテリ１５と、牽引車１０の各部を制御する制御装置１６と、を備えている。

牽引車１０は、図２に示すように、操舵輪１２を自動的に操舵する自動操舵機構１７を有している。自動操舵機構１７は、牽引車１０が予め設定された目的地までの走行経路を走行するように操舵輪１２を操舵するため制御装置１６により制御される。なお、図１に示す牽引車１０は、運転席を備えるが自動運転による無人走行を行う。駆動輪１３は駆動モータ１４によって駆動される。駆動モータ１４はバッテリ１５からの電力の供給を受けて駆動され、制御装置１６により制御される。バッテリ１５は充放電可能であるほか、駆動モータ１４の回生時に生じる電力を蓄電する機能を有する。

図２に示すように、制御装置１６は、中央演算処理部（ＣＰＵ）１８と、記憶部１９と、モータ駆動部２０と、電流値検出部２１と、を有する。中央演算処理部１８は、各種プログラムを実行し、牽引車１０の走行に必要な処理を行う。記憶部１９は各種プログラムや各種データを記憶する。モータ駆動部２０は、駆動モータ１４を制御するためのドライブ回路（図示せず）を有している。電流値検出部２１は、駆動モータ１４に流れる電流の電流値を検出する。

図１に示すように、車体１１の後部には、次に説明する台車２５を牽引するためのドローバ装置２２が備えられている。ドローバ装置２２は、作業者によって操作され、台車２５との連結や台車２５との連結を解除し易くするように構成されている。

次に、台車２５について説明する。本実施形態では、図１に示すように、複数の台車２５が牽引車１０に連結されている。本実施形態の台車２５はいずれも同じ構成である。台車本体２６の前後には左右一対の車輪２７が備えられている。台車本体２６の上面は荷Ｗを載置するための荷台である。台車本体２６の前部には、他の台車２５の後部との連結を可能とする連結器２８が備えられている。また、連結器２８は牽引車１０のドローバ装置２２との連結が可能である。連結器２８による連結および連結器２８の連結の解除は、作業者によって行われる。

ところで、本実施形態の牽引車１０は、牽引車１０が台車２５と連結している状態で、走行時に牽引車１０と台車２５との間および台車２５と台車２５との間における障害物の有無を検知できるように構成されている。具体的には、制御装置１６は、障害物の有無を判別する異常判別部３０を有している。異常判別部３０は、電流値検出部２１により検出される走行時の電流値に基づいて求められる電流上昇値△Ｉが、予め設定された閾値△Ｉｔｈ以上のとき、台車２５の前方に障害物が存在する異常と判別する。

電流上昇値△Ｉとは、走行時に駆動モータ１４に流れる複数の電流値Ｉを用いて算出されるものである。例えば、図３に示すように、電流値検出部２１が走行時における所定の検出タイミングｔ１における駆動モータ１４の電流値Ｉ１と、検出タイミングｔ１以降の検出タイミングｔ２に検出された電流値Ｉ２との差（Ｉ２－Ｉ１）が電流上昇値△Ｉである。つまり、電流上昇値△Ｉは、駆動モータ１４の電流値Ｉの上昇度合いを示す値である。制御装置１６は、走行時において電流上昇値△Ｉを所定の時間毎に算出する。

図３のグラフＧ１は、横軸を時間Ｔとして縦軸を電流値Ｉとしており、牽引車１０に荷Ｗを搭載した２台の台車２５が連結された状態で、牽引車１０が２台の台車２５の牽引を開始し、一定の走行速度になるまでの間の駆動モータ１４に流れる電流値Ｉの推移の一例を示している。図３におけるグラフＧ２は、グラフＧ１の同じ条件で台車２５間に障害物が存在する場合の駆動モータ１４に流れる電流値Ｉの推移の一例を示す。図３における期間Ｔａは、停車時の牽引車１０が始動して台車２５を牽引し始める発進時の期間である。期間Ｔａ以降は駆動モータ１４の電流値Ｉが安定し、電流値Ｉの安定後に減少する区間である。なお、図３のグラフＧ１の電流値Ｉの波形は牽引される台車２５を含む牽引総重量に応じて変動する。

電流上昇値△Ｉに対する閾値△Ｉｔｈは、予め正常に台車２５が牽引されている走行時の電流上昇値△Ｉを基準に設定されている。例えば、図３において実線で示されるグラフＧ１の電流値Ｉに基づいて電流上昇値△Ｉが制御装置１６により算出される。閾値△Ｉｔｈは、牽引される前記台車を含む牽引総重量に応じて設定されている。閾値△Ｉｔｈは予め制御装置１６に記憶されている。牽引総重量が予め判明している場合、判明している牽引総重量に対応する閾値△Ｉｔｈを設定する。この場合、作業者が閾値△Ｉｔｈを設定する。

異常判別部３０は、電流上昇値△Ｉが閾値△Ｉｔｈ以上になると、異常であると判別する。路面が段差のない平坦路であって電流上昇値△Ｉが閾値△Ｉｔｈ以上である場合、駆動モータ１４に対する負荷が大きくなっていることを示し、異常判別部３０は、台車２５と台車２５との間、あるいは牽引車１０と台車２５との間に障害物が存在すると判別する。

図３では、例として、電流上昇値△Ｉが閾値△Ｉｔｈ以上となるグラフＧ２を一点鎖線で示す。そして、図３では、電流上昇値△Ｉが検出タイミングｔ１に検出された電流値Ｉ１と検出タイミングｔ１以降の検出タイミングｔ２に検出された電流値Ｉ３との差が閾値△Ｉ以上である（Ｉ３－Ｉ１≧△Ｉｔｈ）。閾値Ｉｔｈは、電流値Ｉの検出タイミングによって異なるものであり、例えば、検出タイミングｔ１、ｔ２以外での検出タイミングでの電流値Ｉの検出に基づく閾値△Ｉｔｈは、検出タイミングｔ１、ｔ２の電流値Ｉ１、Ｉ２に基づく閾値△Ｉｔｈと異なる。制御装置１６は、牽引車１０の発進後から停止するまで駆動モータ１４に流れる複数の電流値Ｉを用いた閾値△Ｉｔｈの算出を継続する。

次に、本実施形態の牽引車１０による台車２５の牽引について説明する。牽引車１０が２台の台車２５の牽引を開始すると、駆動モータ１４には電流が流れる。駆動モータ１４に流れる電流値は、電流値検出部２１によって検出される。電流値検出部２１により検出された電流値の信号は中央演算処理部（ＣＰＵ）１８へ伝達され、中央演算処理部（ＣＰＵ）１８は、走行時において電流上昇値△Ｉを所定の時間毎に算出する。電流上昇値△Ｉを算出するための電流値の検出タイミングの時間間隔は予め設定されている。

図４（ａ）に示すように、牽引車１０と台車２５との間および台車２５と台車２５との間に障害物(例えば、台車２５から転落した荷Ｗの一部)が存在しない場合、駆動モータ１４に流れる電流値Ｉの推移は、図３のグラフＧ１に示すとおりとなる。発進時の期間Ｔａでは、電流値Ｉの上昇と下降を繰り返しつつ、電流値Ｉが全体として上昇する波形となっている。この場合、検出タイミングｔ１における駆動モータ１４の電流値Ｉ１と、検出タイミングｔ１以降の検出タイミングｔ２に検出された電流値Ｉ２との差（Ｉ２－Ｉ１）である電流上昇値△Ｉは、閾値△Ｉｔｈ未満である（Ｉ２－Ｉ１＜△Ｉｔｈ）。このため、異常判別部３０は異常であると判別せず、制御装置１６は牽引を継続する。

図４（ｂ）に示すように、発進前から１台目の台車２５と２台目の台車２５との間に障害物(例えば、台車２５から転落した荷Ｗの一部)Ｘが存在する場合について説明する。この場合、２台目の台車２５の前方に障害物Ｘが存在すると言える。そして、台車２５の前方に障害物Ｘが存在すると、障害物Ｘが牽引車１０の走行を妨げ、駆動モータ１４の負荷を大幅に増大させる。したがって、駆動モータ１４に流れる電流の電流値Ｉは、発進直後の期間ｔａにおいて図３の電流値のグラフＧ２に示すとおりとなる。

グラフＧ２ではグラフＧ１と比較すると、発進直後におけるｔ１、ｔ２の間で電流値がＩ２と比較してＩ３と著しく上昇している。グラフＧ２では、検出タイミングｔ１における駆動モータ１４の電流値Ｉ１と、検出タイミングｔ１以降の検出タイミングｔ２に検出された電流値Ｉ３との差（Ｉ３－Ｉ１）である電流上昇値△Ｉは、閾値△Ｉｔｈ以上である（Ｉ３－Ｉ１≧△Ｉｔｈ）。したがって、異常判別部３０は、台車２５の前方に障害物が存在する異常であると判別し、制御装置１６は異常判別部３０により異常の判別に基づき牽引を中止するため減速して停止する。

本実施形態の牽引車１０は以下の効果を奏する。
（１）電流値検出部２１は、走行時の駆動モータ１４に流れる電流値Ｉを検出し、異常判別部３０は、電流値に基づいて求められる電流上昇値が予め設定された閾値以上であるか否かを判別する。異常判別部３０は、電流上昇値△Ｉが予め設定された閾値△Ｉｔｈ以上のとき、台車２５の前方に障害物Ｘが存在する異常と判別する。したがって、台車２５にセンサや配線などの異常検知のために必要な機器を設ける必要がなく、牽引車１０と台車２５との間あるいは台車２５間における障害物Ｘの存在による異常を検知できる。そして、台車２５間の異常検知のために必要な機器を設ける場合と比較すると、台車２５の製作コストを大幅に抑制することができるほか、台車２５の接続や切り離しの都度、配線を接続したり、外したりする煩雑な作業を必要としない。また、本実施形態は、台車２５間の異常検知のための機器の保守や電源確保の必要がない。

（２）牽引車１０の発進時における電流上昇値△Ｉが閾値△Ｉｔｈ以上のとき、異常判別部３０は台車２５の前方に障害物Ｘが存在して異常であると判別する。したがって、牽引車１０の発進時に台車２５の前方に障害物Ｘが存在する異常を検知することができる。

（３）閾値△Ｉｔｈは、牽引される台車２５を含む牽引総重量に応じて設定されている。このため、牽引総重量に対して適切な閾値△Ｉｔｈとなり、異常判別部３０が誤判別することがなく、台車２５の前方に障害物Ｘが存在するという異常に対する精度の高い判別が可能となる。

本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能であり、例えば、次のように変更してもよい。

○ 上記の実施形態では、電動式牽引車として電動式のトーイングトラクターを例示したが、電動式牽引車は電動式のトーイングトラクターに限定されない。電動式牽引車は、工場や倉庫において台車を牽引するために用いられる小型の電動式牽引車であってもよく、また、台車を牽引可能な無人搬送車（ＡＧＶ）であってもよい。
○ 上記の実施形態では、発進前から障害物が台車の前方に存在する場合について説明したが、これに限らない。例えば、電動式牽引車の走行中に荷が荷台から荷が転落して台車の前方に障害物として存在する場合であって、本発明は適用可能である。発進後の安定した走行中に障害物が発生しても、発進時と同様に牽引車は減速されて停止される。
○ 上記の実施形態では、電流上昇値の閾値は牽引総重量に応じて設定されるとしたが、これに限定されない。電流上昇値の閾値は、例えば、牽引する台車の数に応じて設定するようにしてもよい。また、電動式牽引車に牽引される台車についても、特に制限はなく、牽引される台数は自由であり、複数の台車が牽引される場合では、台車の構成が異なってもよい。
○ 上記の実施形態では、電流値検出部２１が走行時における所定の検出タイミングｔ１における駆動モータ１４の電流値Ｉ１と、検出タイミングｔ１以降の検出タイミングｔ２に検出された電流値Ｉ２との差（Ｉ２－Ｉ１）を電流上昇値としたが、これに限らない。電流上昇値は、走行時における所定時間内の電流値の差異だけでなく、例えば、走行時における電流値の上昇率である電流上昇率を電流上昇値としてもよい。
○ 上記の実施形態では、障害物として台車から転落した荷の一部を例示したが、障害物は荷の一部に限らない。障害物は荷などの物以外、例えば、柱、柵などの構造物や動物であってもよい。

１０、４０電動式牽引車
１１車体
１２操舵輪
１３駆動輪
１４駆動モータ
１５バッテリ
１６制御装置
１７自動操舵機構
１８中央演算処理部（ＣＰＵ）
１９記憶部
２０モータ駆動部
２１電流値検出部
２２ドローバ装置
２５、４１台車
２６台車本体
２７車輪
２８連結器
３０異常検出部
Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３電流値
△Ｉ電流上昇値
△Ｉｔｈ閾値
ｔ１、ｔ２検出タイミング
Ｔａ期間
Ｘ障害物
Ｗ荷

Claims

駆動輪を備える車体と、
前記車体に搭載され、前記駆動輪を駆動する駆動モータと、
前記駆動モータを制御する制御装置と、を備え、
荷台を有する台車を牽引可能とする電動式牽引車において、
前記制御装置は、
前記駆動モータの電流値を検出する電流値検出部と、
前記車体に前記台車が連結されているとき、前記電流値検出部により検出される走行時の電流値に基づいて求められる電流上昇値が、予め設定された閾値以上のとき、前記台車の前方に障害物が存在する異常と判別する異常判別部と、を有し、
前記電流上昇値は、前記駆動モータの電流値の上昇度合いを示す値であることを特徴とする電動式牽引車。
発進時における前記電流上昇値が前記閾値以上のとき、前記異常判別部は前記台車の前方に障害物が存在する異常と判別することを特徴とする請求項１記載の電動式牽引車。
前記閾値は、牽引される前記台車を含む牽引総重量に応じて設定されていることを特徴とする請求項１又は２記載の電動式牽引車。