WO2016013372A1

WO2016013372A1 - 運搬車両

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Publication number: WO2016013372A1
Application number: PCT/JP2015/069164
Authority: WO
Inventors: 直樹龍澤
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2014-07-22
Filing date: 2015-07-02
Publication date: 2016-01-28
Anticipated expiration: 2017-01-22
Also published as: JP2016024097A

Abstract

　積載状態の変化により車軸方向の傾きが変動した場合にも車速をより正確に検出することができる運搬車両を提供する。そのために運搬車両１０は、電磁波のドップラ効果を利用して対地移動速度を検出する車速センサ６と、運搬車両１０の積荷の積載状態を示す積載状態情報を取得する積載状態情報取得部（圧力センサ１５）と、積載状態の変動に伴う運搬車両の車軸のピッチング角の変位を相殺するための補正角を、積載状態情報を基に決定する補正角決定部４１ａと、車速センサ６より得られる移動速度を、補正角を用いて補正する移動速度補正部４１ｂと、を備える。

Description

運搬車両

　本発明は運搬車両に係り、特に運搬車両の車速を検出する技術に関する。

　運搬車両の車速を検出するために、ドップラ効果を利用した車速センサを用いることが知られている。例えば、特許文献１には、車両に複数の車速センサを設置し、車両の進行方向の速度算出に各車速センサの放射角度を使うことで、ピッチング運動などによる放射角の変動の影響を受けないようにしている。

特開２００９－１２１８３１号公報

　特許文献１は、走行中のピッチング運動による放射角の変動に対しては補正が行える。しかし、例えば鉱山用ダンプトラックのように積載量が大きい運搬車両は、積荷の積載時と空荷時とを比較すると、積載時は車両の後ろ側に積荷の重量がかかるため、空荷時に比べて車軸のピッチング角度が異なる（仰角方向にシフトする）。そのため、積載時と空荷時とでは、地面に対する放射角が異なるが、特許文献１では積荷の積載状態による放射角の変動については考慮されていない。

　本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであり、積載状態の変化により車軸のピッチング角度が変動した場合にも車速をより正確に検出することができる運搬車両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、本発明に係る運搬車両は、電磁波のドップラ効果を利用して移動速度を検出する車速センサと、運搬車両の積荷の積載状態を示す積載状態情報を取得する積載状態情報取得部と、前記積載状態の変動に伴う前記運搬車両の車軸のピッチング角の変位を相殺するための補正角を、前記積載状態情報を基に決定する補正角決定部と、前記移動速度を、前記補正角を用いて補正する移動速度補正部と、を備えることを特徴とする。

　本発明によれば、積載状態の変化により車軸のピッチング角度が変動した場合にも車速をより正確に検出することができる運搬車両を提供することができる。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。

空荷時のダンプの車体姿勢を示す側部外観図積載時のダンプの車体姿勢を示す側部外観図ダンプの駆動システムの概略構成を示す機能ブロック図車速装置の処理を示す機能ブロック図

　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一または関連する符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。

　まず、図１及び図２を参照して本実施形態に係る運搬車両であるダンプトラック（以下「ダンプ」と略記する）の概略構成及び車体姿勢について説明する。図１は、空荷時のダンプの車体姿勢を示す側部外観図である。図２は、積載時のダンプの車体姿勢を示す側部外観図である。

　図１において、ダンプ１０は、車両本体１、路面と接触する唯一の部分である左右の前輪（タイヤ）２Ｌ、２Ｒ、及び後輪（タイヤ）３Ｌ、３Ｒ、車両本体１と前後左右輪２Ｌ、２Ｒ、３Ｌ、３Ｒ（２Ｌ：左前輪、２Ｒ：右前輪、３Ｌ：左後輪、３Ｒ：右後輪）とを繋ぐサスペンション装置４Ｌ、４Ｒ、５Ｌ、５Ｒ（４Ｌ：左前サスペンション、４Ｒ：右前サスペンション、５Ｌ：左後サスペンション、５Ｒ：右後サスペンション）、進行方向の路面に対して予め決められた角度θで電磁波を放射するように車両本体１に設置された車速センサ６を備える。車速センサ６は、ドップラ効果を利用して車速を検出するセンサであり、例えばミリ波レーダセンサを用いる。

　車体本体１の後方上部には、鉱石や土砂を搭載する荷台（ベッセル）７が搭載される。図１は、ベッセル７に積荷が搭載されていない、所謂空荷の状態のダンプ１０を図示している。

　図２に示すように、ベッセル７に積荷８を搭載すると、ダンプ１０の後方荷重が大きくなり、車両本体１は、回転中心点０を中心に、車両本体１の前方が上方に、後方が下方に向きが変わるよう、回転移動する。この回転移動量は回転角αで表せる。回転角αは、積荷がベッセル７の最大積載量相当のとき、所謂満載時に最大角となる。

　ベッセル７に積荷を搭載すると、各サスペンション装置４Ｌ、４Ｒ、５Ｌ、５Ｒのシリンダは積荷８の荷重が加わったことで空荷時に比べて圧力が増す。また、サスペンション装置４Ｌ、４Ｒの各シリンダのストローク長は、サスペンション装置５Ｌ、５Ｒの各シリンダのストローク長よりも長くなる。

　次に図３を参照して、ダンプ１０の駆動システムの構成について説明する。図３は、ダンプの駆動システムの概略構成を示す機能ブロック図である。

　図３において、ダンプトラックの駆動システムは、アクセルペダル１１、リタードペダル１２、シフトレバー１３、前後加速度と横加速度とヨーレイトをセンシングするコンバインセンサ１４、前記サスペンション内の圧力を計測するための圧力センサ１５、エンジン２１、交流発電機２２、その他のエンジン負荷２８、整流回路２３、検出抵抗２４、コンデンサ２５、チョッパ回路２６、グリッド抵抗２７、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌ、前記後輪３Ｌ、３Ｒ、電動モータ３１Ｌ，３１Ｒの出力軸３１Ｌａ，３１Ｒａに接続された減速機３２Ｌ，３２Ｒ、後輪３Ｌ、３Ｒの回転数を計測するための電磁ピックアップセンサ１６Ｌ、１６Ｒ、及び制御装置１００を備えている。

　制御装置１００は、コントローラ４１、インバータ制御装置４２、操舵制御装置４３から成る。

　コントローラ４１は、アクセルペダル１１、リタードペダル１２からの踏込み量、コンバインセンサ１４にて計測される前後加速度、横加速度、ヨーレイト、電磁ピックアップセンサ１６Ｌ、１６Ｒにて計測される後輪３Ｌ、３Ｒの回転速度、エンジン２１の現回転数及び車速センサ６にて計測される車両の移動速度を基に、エンジン２１、交流発電機２２、チョッパ回路２６、インバータ制御装置４２に指令を与える。

　なお、電磁ピックアップセンサ１６Ｌ、１６Ｒにて計測される後輪３Ｌ、３Ｒの回転速度から求まる車両の移動速度はタイヤスリップにより誤差が生じるが、車速センサ６はタイヤスリップによる影響は受けない点で有利である。

　インバータ制御装置４２は、コントローラ４１からの指令と電磁ピックアップセンサ１６Ｌ、１６Ｒにて計測される後輪３Ｌ、３Ｒの回転速度から求まる車両の移動速度を基に各電動モータ３１Ｌ、３１Ｒを駆動させる。

〔処理・動作例〕
　図４を参照して、車速計測装置の処理を説明する。図４は、本実施形態に係る車速装置の処理を示す機能ブロック図である。

　図４に示すように、コントローラ４１は、積載状態の変動に伴うダンプ１０の車軸のピッチング角の変位を相殺するための補正角（ピッチング角）を、積載状態情報を基に決定するピッチング角算出部４１ａ（補正角決定部に相当する）と、車速センサ６より得られる対地移動速度を補正する移動速度補正部４１ｂと、積載状態に応じた補正角を規定した補正角情報を記憶する補正角情報記憶部４１ｃと、を含む。

　これらピッチング角算出部４１ａ、移動速度補正部４１ｂ、及び補正角情報記憶部４１ｃは、コントローラ４１を構成するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）等の演算・制御装置の他、コントローラ４１で実行されるプログラムを格納するＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）やＨＤＤ（Ｈａｒｄ　Ｄｉｓｋ　Ｄｒｉｖｅ）等の記憶装置、また、ＣＰＵがプログラムを実行する際の作業領域となるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）を含むハードウェアと上記プログラムとが協働することにより構成される。また、ピッチング角算出部４１ａ、移動速度補正部４１ｂ、及び補正角情報記憶部４１ｃは、これらの機能を実現するための集積回路により構成されてもよい。ピッチング角算出部４１ａ、移動速度補正部４１ｂ、及び補正角情報記憶部４１ｃは、ダンプ１０に搭載されているコントローラ４１内に組み込んでいるが、別のコントローラを用いても良い。

　ピッチング角算出部４１ａは、サスペンション内の圧力を計測するための圧力センサ１５（左前、右前、左後、右後を区別するため、１５ＦＬ、１５ＦＲ、１５ＲＬ、１５ＲＲとする）と電気的に接続され、各圧力センサ１５ＦＬ、１５ＦＲ、１５ＲＬ、１５ＲＲの出力値がピッチング角算出部４１ａに入力される。各圧力センサ１５ＦＬ、１５ＦＲ、１５ＲＬ、１５ＲＲは、積載状態情報取得部に相当する。

　補正角情報記憶部４１ｃは、サスペンション内のシリンダ圧力と長さの関係性データ（補正角情報に相当する）を記憶する。なお、サスペンション内の油の温度や経時変化などにより予め記憶されているサスペンション内の圧力と長さの関係性データが変化する事がある。その場合は、車両が路面に対して平行に停止もしくは走行しており、車速センサ６の路面への放射角が予め決められた角度θが保たれたままとなっている時（以後、平行状態という）にキャリブレーションを行い、サスペンション内の圧力と長さの関係性データを更新するようにしてもよい。このキャリブレーションはエンジン始動時や特定の区間を走行している時などに実施すればよく、決められた２地点間を往復するような用途のダンプトラックでは上記のキャリブレーション区間を特定することは可能である。

　このキャリブレーション処理は、ピッチング角算出部４１ａの動作モードを、通常モード（対地移動速度の補正モード）又はキャリブレーションモードに切り替え、キャリブレーションモードでは、各圧力センサ１５ＦＬ、１５ＦＲ、１５ＲＬ、１５ＲＲから取得した圧力値を基にストローク長を求め、車軸の仰角を算出する。そしてこの仰角をオフセットするための補正角を算出し、上記の圧力値と補正角とを関係付けた関係性データに上書きするように動作させることで実現できる。なお、動作モードの切替は、ダンプ１０内に備えられた不図示の操作装置により、ダンプ１０のオペレータが行うように構成してもよい。

　上記関係性データは、空荷時と満載時との二つの積載状態だけのデータを保有してもよいし、最大積載量未満の積載時のデータを更に保有するようにしてもよい。空荷時と満載時との二つの積載状態だけのデータを備える場合は、圧力値の具体的な値を算出することなく、変化の有無で空荷時又は満載時を判定してもよい。この場合の補正角は、圧力値の変化がない場合は空荷状態に対する補正角を０°、圧力値の変化があった場合は満載状態に対する補正角をα°としてもよい。これにより、運搬車両の積載状態に起因する車軸のピッチング角の変位が最大となるのは、空荷時及び満載時の二つの積載状態の間における変位であるので、これら二つの状態間の変動幅を吸収することで、積載状態が対地移動速度に与える影響をより低減することができる。

　ピッチング角算出部４１ａは、圧力センサ１５からの圧力値を上記関係性データと照合し、各サスペンションの圧力値から各サスペンションの長さを推定する。そして、ピッチング角算出部４１ａは、前後輪のサスペンションの長さの変位から車両の補正角αを求める。

　本実施形態では、油空圧サスペンション装置の圧力センサ１５を用いて補正角αを算出する例を示したが、圧力センサ１５に代えて前後サスペンションにストロークセンサ５０を設置することでサスペンションの変位を検出し、補正角αを求めても良い。また、キャリブレーションに関しても前記同様に実施可能である。

　運搬車両は通常サスペンションを搭載しており、積荷の積載状態に応じてサスペンションのシリンダ圧力及びストローク長が異なることから、これを用いて補正角を決定することにより、運搬車両の既存の構成を活用して移動速度の補正が行える。

　次に、移動速度補正部４１ｂについて説明する。

　車速センサ６から放射された送信波は、路面にて反射し再び車速センサ６にて受信されるが、受信波の周波数ｆｒはダンプ１０が移動していた場合、ドップラ効果によりドップラシフト周波数ｆｄだけシフトする。すなわち、送信波の周波数ｆｔ、受信波の周波数ｆｒ、ドップラシフト量ｆｄには以下の関係となる。
ｆｒ＝ｆｔ＋ｆｄ…（１）

　車速センサ６はこのドップラシフト量ｆｄを使って、車両の移動速度Ｖを以下の式にて算出する。
Ｖ＝Ｃ・ｆｄ／２・ｆｔ…（２）
ここで、
Ｃ：電磁波伝搬速度（光速）
である。

　しかしながら、この移動速度Ｖは車速センサ６の放射方向に対する移動速度Ｖであり、実際の車両の移動速度Ｖｃは、路面に対する車速センサの放射角度θを用いて、以下の式で算出される。
Ｖｃ＝Ｖ／ｃｏｓθ…（３）

　（３）式から分かるように、ダンプ１０自体のピッチング運動や積荷の影響により路面に対する車速センサ６の放射角θが変わってしまうと正確な移動速度Ｖｃを求めることができない。

　移動速度補正部４１ｂでは、平行状態時の放射角θからピッチング角算出部４１ａで算出された補正角αを引くことで、積載状態の違いに起因する放射角の変動を吸収して正確な放射角を求め、それを基に移動速度Ｖｃを算出する。
Ｖｃ＝Ｖ／ｃｏｓ（θ－α）…（４）

　本実施形態によれば、運搬車両の積載時と空荷時とでは荷重バランスが異なるため、車軸のピッチング角度に変位が生じた場合、例えば上記のようにダンプ１０に積荷を積載したことにより、ダンプ１０の前部が上方を向くように傾いた場合にも、積載状態情報を基に、その変位を相殺するための補正角を決定して車速センサの移動速度を補正することにより、積載状態に起因する荷重バランスの変化の影響が移動速度に及ぼす影響を減らしてより正確なダンプ１０の対地移動速度を検出することができる。

　以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されず、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。

　例えば、上記実施の形態では、ダンプトラックに本発明を適用した場合について説明したが、ホイールローダ等の他の作業機械もしくは一般的な乗用車などに適用しても同様の効果が得られる。

　また、本実施形態では、積載状態情報取得部をダンプに備えられたセンサ、例えば圧力センサやストロークセンサにより構成したが、積載状態情報取得部はコントローラ４１に対して積載状態情報を入力できる構成であれば車体に設けられたセンサには限定されない。

　例えば、運転手が搭乗して操舵するダンプトラック、所謂有人ダンプの場合、運転手が空荷又は満載であることを入力操作する入力装置を備えてもよい。この場合、運転手がこの入力装置に対して行った空荷又は満載を選択する操作を示す信号が、ピッチング角度算出部４１ａに入力される。ピッチング角度算出部４１ａはその信号に従って、空荷又は満載に応じた補正角αを決定する。

　また、ダンプトラックが、無線回線を通じて接続された運行管理サーバからの指示に従って自律走行する走行制御部を備えた自律走行運搬車両である場合は、運行管理サーバとの間で無線通信回線を介してデータの送受信を行う通信部を備え、その通信部を介してダンプトラックが空荷又は満載のいずれかの状態であるかを示す積載状態情報を運行管理サーバから受信し、ピッチング角度算出部４１ａに出力するように構成してもよい。

　また、自律走行運搬車両は、積込場及び放土場を連結する、予め決められた走行路を走行するので、この走行路を示す地図情報を記憶する地図情報記憶部と、自律走行車両の現在位置を算出する位置算出装置とを有することが多い。そこで、積載状態情報取得部は、地図情報、自律走行車両の現在位置及び自律走行運搬車両の走行方向（例えば現在位置の変位から走行方向は算出できる）を参照し、積込場から放土場に向けて走行中は満載、放土場から積込場に走行中は空荷と判定するように構成されてもよい。

　また、本実施形態では車両センサを車体本体の前部に備えたが、車両本体の前部よりもより積載状態の変動がより少ない位置、例えば回転中心点付近に搭載してもよい。

　また、本実施形態では、積荷の有無によるサスペンション変位に着目したが、これだけではなく、走行状態や路面の影響によるサスペンション変位も用いて、走行中ピッチング運動により生じるピッチング角の補正も行ってもよい。

　また上記では、空荷時に車軸が水平、積載時に車軸が仰角αを向くとして説明したが、積載状態に伴う前輪側シリンダーのストローク変動が、後輪側シリンダーのストローク変動よりも大きい場合は、積載時に車軸が水平になるように設計し、空荷時に車軸が仰角αを向く場合もある。この場合でも、本発明を用いることで、仰角αを相殺するための補正角（－α）を求め、これを用いて補正することで、積載状態の変動に伴う車軸の向きの変動を調整することができる。

１　車両本体
２Ｒ、２Ｌ　前輪
３Ｒ、３Ｌ　後輪
４Ｒ、４Ｌ　前サスペンション装置
５Ｒ、５Ｌ　後サスペンション装置
６　車速センサ
１１　アクセルペダル
１２　リタードペダル
１３　シフトレバー
１４　コンバインセンサ
１５　サスペンション圧力センサ
１５ＦＬ、１５ＦＲ、１５ＲＬ、１５ＲＲ　前後左右サスペンション圧力センサ
１６Ｌ，１６Ｒ　電磁ピックアップセンサ
２１　エンジン
２２　交流発電機
５０　ストロークセンサ

Claims

　電磁波のドップラ効果を利用して移動速度を検出する車速センサ（６）と、
　運搬車両（１０）の積荷の積載状態を示す積載状態情報を取得する積載状態情報取得部（１５）と、
　前記積載状態の変動に伴う前記運搬車両の車軸のピッチング角の変位を相殺するための補正角を、前記積載状態情報を基に決定する補正角決定部（４１ａ）と、
　前記移動速度を、前記補正角を用いて補正する移動速度補正部（４１ｂ）と、
　を備えることを特徴とする運搬車両。
　前記積載状態情報取得部（１５）は、前記運搬車両（１０）に搭載されたサスペンションのシリンダ圧力を検出する圧力センサ（１５）、又は前記サスペンションのストローク長を検出するストロークセンサ（５０）であって、
　前記補正角決定部は、前記圧力センサ又は前記ストロークセンサの出力値を基に前記補正角を決定する、
　ことを特徴とする請求項１に記載の運搬車両。
　前記運搬車両の空荷時の補正角、又は前記運搬車両の最大積載量に相当する積荷を積載した満載時の補正角を規定した補正角情報を記憶する補正角情報記憶部（４１ｃ）を更に備え、
　前記積載状態情報取得部（１５）は、前記運搬車両（１０）が空荷又は満載のいずれかの状態であることを示す前記積載状態情報を取得し、
　前記補正角決定部（４１ｂ）は、前記積載状態情報が示す積載状態に対応した補正角を、前記補正角情報を基に決定する、
　ことを特徴する請求項１に記載の運搬車両。