DE112012002826B4

DE112012002826B4 - Elektrisch angetriebener Muldenkipper

Info

Publication number: DE112012002826B4
Application number: DE112012002826.0T
Authority: DE
Inventors: Shinjiro SAITO; Kichio Nakajima
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2011-07-04
Filing date: 2012-06-11
Publication date: 2016-08-18
Anticipated expiration: 2032-06-12
Also published as: CN103619640A; JP2013017315A; WO2013005528A1; US20140095006A1; AU2012279652A1; DE112012002826T8; US9403526B2; CN103619640B; JP5706253B2; AU2012279652B2; DE112012002826T5

Abstract

Elektrisch angetriebener Muldenkipper, der einen Schleifbügel (4Ra, 4La) eines Stromabnehmers (4R, 4L) anhebt, welcher auf einem Fahrzeug (1) angeordnet ist, um auf und ab bewegbar zu sein, welcher den Schleifbügel in Kontakt mit einem Oberleitungsdraht bringt, der entlang einer Fahrspur installiert ist und welcher unter Verwendung des elektrischen Stroms, den er von dem Oberleitungsdraht empfangen hat, fährt, mit: einem rechten und einem linken Elektromotor (6R, 6L) zum Fahren; einer Lenkvorrichtung (40); einer Oberleitungsdrahterfassungsvorrichtung (15), die an dem Fahrzeug vorgesehen ist und den Oberleitungsdraht von unten erfasst, wenn der elektrisch angetriebene Muldenkipper fährt; und einer Steuervorrichtung (200), die eine Steuerung ausführt, um dem Fahrzeug ein Giermoment zu geben, so dass dieses während der Fahrt um den Oberleitungsdraht herum mäandert, auf der Grundlage von Relativpositionsinformationen von dem elektrisch angetriebenen Muldenkipper und dem Oberleitungsdraht, erfasst durch die Oberleitungsdrahterfassungsvorrichtung, wobei: die Steuervorrichtung eine Fahrzeugsteuerungsvorrichtung (50), eine Steuereinheit (100), eine Invertersteuerungsvorrichtung (30) und eine Lenksteuervorrichtung (32) aufweist, und wobei die Fahrzeugsteuerungsvorrichtung einen Giermoment-Korrekturwert berechnet, um dem Fahrzeug ein Giermoment zu geben, und wobei die Steuereinheit mindestens entweder den rechten und linken Elektromotor oder die Lenkvorrichtung steuert, unter Verwendung der Invertersteuervorrichtung und der Lenksteuervorrichtung, auf der Grundlage des Giermoment-Korrekturwertes, wobei die Steuervorrichtung mindestens einen repräsentativen Punkt (Z) des Fahrzeugs (1) und mindestens einen Zielpunkt (P, Q, R, S), der auf dem Oberleitungsdraht (3R, 3L) liegt, auf der Grundlage der Relativpositionsinformation über den elektrisch angetriebenen Muldenkipper und den Oberleitungsdraht, erfasst durch die Oberleitungsdrahterfassungsvorrichtung, berechnet, einen Fluktuationspunkt (F) festlegt, der relativ zu dem Zielpunkt (P, Q, R, S) fluktuiert, und einer Steuerung ausübt, um dem Fahrzeug (1) ...

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrisch angetriebenen Muldenkipper. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen elektrisch angetriebenen Muldenkipper, der beim Fahren elektrischen Strom aus Oberleitungsdrähten nutzt.
Stand der Technik
Einige Arten von Muldenkippern, die in Minen fahren, sind vom seriellen Hybridtyp. Solche Muldenkipper vom seriellen Hybridtyp erzeugen elektrischen Strom mit einem Generator, der von einem Verbrennungsmotor angetrieben wird und der elektrischen Strom an Hinterradmotoren liefert, um die Hinterräder anzutreiben. Unter Ausnutzung der elektrischen Konfiguration vom seriellen Hybridtyp wurde eine Fahrtechnologie auf der Basis des Oberleitungssystems umgesetzt. Bei der Fahrtechnik auf Oberleitungsbasis werden Oberleitungsdrähte, die im Allgemeinen für elektrische Züge verwendet werden, in vorbestimmten Steigungsabschnitten installiert. Auf den Steigungsabschnitten mit Oberleitungsdrähten fährt ein Fahrzeug mit Bügelstromabnehmern (die am Fahrzeug vorgesehen sind und auf und ab bewegbar sind), nicht indem es von dem Verbrennungsmotor und dem Generator erzeugten Strom verwendet, sondern durch Verwendung von elektrischem Strom, der von den Oberleitungsdrähten geliefert wird, indem die Schleifbügel der Stromabnehmer hochgefahren werden, um in Kontakt mit den Oberleitungsdrähten zu gelangen (im Folgenden „Oberleitungsfahrbetrieb“ genannt). Ein Beispiel für die Oberleitungsfahrbetriebstechnologie wurde in der US 4 483 148 A beschrieben. In diesem Fall kann ein Abfall der Fahrtgeschwindigkeit auf Steigungsabschnitten (die mit Oberleitungsdrähten versehen sind, die einen Oberleitungsfahrbetrieb ermöglichen) vermieden werden, da die von den Oberleitungsdrähten gelieferte elektrische Energie größer ist als die mit der Verbrennungsmotorleistung erzeugte elektrische Energie.
Die DE 102 56 705 A1 beschreibt ein nicht schienengebundenes Fahrzeug, wie beispielsweise einen Kipper mit zwei Pantographen, die Strom für einen Elektroantrieb des Fahrzeugs aus einer zweipoligen Oberleitung entnehmen. Unterhalb der Schleifbügel der Pantographen sind berührungslose Sensoren angebracht, die die relative Lage der Schleifbügel zu den Oberleitungsdrähten erfassen. Diese Lage wird entweder dem Fahrer auf einer Anzeigevorrichtung angezeigt oder direkt zu einer automatischen Steuerung der Lenkung verwendet. Dadurch soll zuverlässig vermieden werden, dass das Fahrzeug den Kontakt über die Pantographen zur Oberleitung verliert.
Zusammenfassung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösendes Problem:
Bei einem Muldenkipper auf Oberleitungsbasis, wie in der US 4 483 148 A beschrieben, lenkt der Fahrer während der Fahrt den Muldenkipper, während er auf die Oberleitungsdrähte schaut, so dass der Muldenkipper in Richtung der Oberleitungsdrähte fährt. In diesem Fall kann die Lage des Kontaktpunktes zwischen jedem Schleifbügel und dem entsprechenden Oberleitungsdraht um die Mitte des Schleifbügels herum konzentriert sein. Da jeder Schleifbügel verglichen mit der Größe des Muldenkippers sehr klein ist, ist es für den Fahrer extrem schwierig (selbst wenn er fähig ist so zu lenken, dass die Oberleitungsdrähte in den Mitten der Schleifbügel angeordnet sind), sich um die ungleichmäßige Abnutzung der Schleifbügel zu kümmern. Daraus ergibt sich für den Fahrer eine erhöhte Arbeitsbelastung. Solch eine ungleichmäßige Abnutzung der Schleifbügel und eine Konzentration von Hitze aufgrund der ungleichmäßigen Abnutzung führt zu einer verkürzten Lebensdauer der Schleifbügel, zu einem Brechen der Schleifbügel oder zu einem Bruch eines Oberleitungsdrahtes aufgrund des Brechens des Schleifbügels.
Es ist daher die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, einen elektrisch angetriebenen Muldenkipper anzugeben, der die ungleichmäßige Abnutzung der Schleifbügel verhindern kann und der dem Fahrer während des Oberleitungsfahrbetriebs die Arbeit erleichtert.
Mittel zur Lösung der Aufgabe
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die in Anspruch 1 beschriebene Erfindung einen elektrisch angetriebenen Muldenkipper vor, bei dem ein Schleifbügel eines Stromabnehmers, der am Fahrzeug auf und ab bewegbar vorgesehen ist, hochgefahren, der Schleifbügel in Kontakt mit einem Oberleitungsdraht, der entlang einer Spur installiert ist, gebracht wird, und der Muldenkipper unter Verwendung des elektrischen Stroms, der dem Oberleitungsdraht entnommen wird fährt. Der elektrisch angetriebene Muldenkipper weist rechtsseitige und linksseitige Elektromotoren für den Fahrbetrieb auf, eine Lenkvorrichtung, eine Vorrichtung zum Erfassen eines Oberleitungsdrahtes, die auf dem Fahrzeug vorgesehen ist und den Oberleitungsdraht von unten erfasst, während der elektrisch angetriebene Muldenkipper fährt. Der elektrisch angetriebene Muldenkipper weist ferner eine Steuervorrichtung auf, die eine Steuerung ausführt derart, dass das Fahrzeug ein Giermoment erfährt, so dass das Fahrzeug um den Oberleitungsdraht herum mäandernd fährt, auf der Basis von Relativpositionsinformation bezüglich des elektrisch angetriebenen Muldenkippers und des Oberleitungsdrahtes, die durch die Oberleitungsdrahterfassungsvorrichtung erfasst wird. Die Steuervorrichtung weist eine Fahrzeugsteuervorrichtung, eine Steuereinheit, eine Invertersteuervorrichtung und eine Lenksteuervorrichtung auf. Die Fahrzeugsteuervorrichtung berechnet einen Giermoment-Korrekturwert, um dem Fahrzeug ein Giermoment zu geben. Die Steuereinheit steuert mindestens entweder die rechten und linken Elektromotoren oder die Lenkvorrichtung unter Verwendung der Invertersteuervorrichtung und der Lenksteuervorrichtung, auf der Grundlage des Giermoment-Korrekturwertes.
Bei dem wie oben beschrieben aufgebauten elektrisch angetriebenen Muldenkipper wird der Oberleitungsdraht von unten erfasst und dem Fahrzeug wird ein Giermoment gegeben, damit das Fahrzeug in einer Richtung senkrecht zur Fahrtrichtung oszilliert, um das Fahrzeug mäandernd zu steuern. Dank dieser Steuerung fährt das Fahrzeug um den Oberleitungsdraht mäandernd herum, und es wird verhindert, dass der Kontaktpunkt zwischen dem Schleifbügel und dem Oberleitungsdraht sich auf die/um die Mitte des Schleifbügels konzentriert, und der Fahrer kann den Muldenkipper fahren, während der Schleifbügel einen gleichmäßigen Kontakt mit dem Oberleitungsdraht hat. Somit kann eine ungleichmäßige Abnutzung des Schleifbügels verhindert werden, ohne dass sich der Fahrer um die ungleichmäßige Abnutzung kümmern muss, und die Arbeitsbelastung des Fahrers kann erheblich verringert werden. Ferner kann die Giermomentsteuerung ausgeführt werden, indem man die Fahrzeugsteuerung und die Steuereinheit als separate Komponenten verwendet. Mit dieser Konfiguration kann, selbst wenn die Steuereinheit eine bereits existierende Steuereinheit ist, die Giermomentsteuerung erfindungsgemäß durchgeführt werden, indem man lediglich die Fahrzeugsteuervorrichtung zu der Steuereinheit hinzufügt. Die Parameter der Giermomentsteuerung können eingestellt werden, indem man lediglich die Funktionen der Fahrzeugsteuervorrichtung ändert. Somit kann dem Steuersystem eine hohe Flexibilität gegeben werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung berechnet die Steuervorrichtung mindestens einen repräsentativen Punkt des Fahrzeugs und mindestens einen auf dem Oberleitungsdraht gelegenen Zielpunkt auf der Grundlage der Relativpositionsinformation des elektrisch angetriebenen Muldenkippers und des durch die Oberleitungsdrahterfassungsvorrichtung erfassten Oberleitungsdrahtes, wobei die Steuervorrichtung einen Fluktuationspunkt festlegt, der mit Bezug auf den Zielpunkt fluktuiert, und eine Steuerung ausführt, um dem Fahrzeug ein Giermoment zu geben, so dass der repräsentative Punkt sich dem Fluktuationspunkt annähert.
Mit dieser Konfiguration kann das Fahrzeug fahren, während es mit großer Genauigkeit um den Oberleitungsdraht herum mäandert, wodurch eine ungleichmäßige Abnutzung des Schleifbügels genauer verhindert werden kann.
Bei der in Anspruch 2 beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der elektrisch angetriebenen Muldenkipper ferner eine Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungsvorrichtung auf, die die Geschwindigkeit des Fahrzeugs misst. Die Steuervorrichtung bewirkt, dass der Fluktuationspunkt periodisch in einem bestimmten Takt fluktuiert, der bestimmt wird gemäß mindestens entweder einer zuvor gespeicherten Distanz eines Abschnitts für den Oberleitungsfahrbetrieb oder der von der Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungsvorrichtung gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit.
Mit dieser Konfiguration ist ein gleichmäßiger Kontakt zwischen dem Schleifbügel und dem Oberleitungsdraht geeignet gewährleistet, auf der Grundlage des Zustands des Oberleitungsfahrbetriebsabschnitts oder des Fahrzeugs, wodurch die ungleichmäßige Abnutzung des Schleifbügels mit hoher Zuverlässigkeit verhindert werden kann.
Bei der in Anspruch 3 beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bewirkt die Steuervorrichtung, dass der Fluktuationspunkt in einem bestimmten Takt fluktuiert, der bestimmt wird entweder durch eine Sinuswellenfunktion, eine Trapezoidalwellenfunktion, oder eine Dreieckswellenfunktion, die mindestens entweder der Oberleitungsfahrbetriebsdistanz oder der Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht.
Mit dieser Konfiguration kann ein periodischer und gleichmäßigerer Kontakt des Schleifbügels mit dem Oberleitungsdraht erreicht werden, wodurch eine ungleichmäßige Abnutzung des Schleifbügels mit höherer Zuverlässigkeit verhindert werden kann.
Gemäß der in Anspruch 4 beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bewirkt die Steuervorrichtung in der Steuerung, mit der der Fluktuationspunkt periodisch zum Fluktuieren angeregt wird, dass der Fluktuationspunkt für mindestens eine Hälfte oder mehr eines Zyklus, währenddessen der elektrisch angetriebene Muldenkipper in dem Oberleitungsfahrbetriebsabschnitt fährt, fluktuiert.
Mit dieser Konfiguration wird die Mäandersteuerung für mindestens einen halben Zyklus oder mehr im Oberleitungsfahrbetriebsabschnitt durchgeführt, wodurch zuverlässig verhindert werden kann, dass ein Teil des Schleifbügels nicht in Kontakt mit dem Oberleitungsdraht steht (hervorgerufen durch ein Nicht-Ausreichen des Zyklus) und ein gleichmäßigerer Kontakt zwischen dem Schleifbügel und dem Oberleitungsdraht erzielt werden kann und eine ungleichmäßige Abnutzung des Schleifbügels mit höherer Zuverlässigkeit verhindert werden kann.
Bei der mit Anspruch 5 beanspruchten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der elektrisch angetriebene Muldenkipper ferner auf: einen Winkelsensor, der mindestens entweder einen Lenkwinkel eines von dem Fahrer betätigten Lenkrads oder einen Einschlagswinkel der Räder misst, und eine Vorrichtung zur Erfassung der Gierrate, die eine Gierrate des Fahrzeugs misst. Die Steuervorrichtung beurteilt, ob das Fahrzeug in einem geraden Fahrabschnitt fährt oder nicht, auf der Grundlage ob oder ob nicht der Lenkwinkel oder der Einschlagswinkel, gemessen durch den Winkelsensor oder die Gierrate, gemessen durch die Gierratenerfassungsvorrichtung, nicht mehr als einen vorgegebenen Wert für eine vorgegebene Zeitperiode erhalten bleibt. Die Steuervorrichtung legt den Fluktuationspunkt fest, wenn beurteilt wird, dass das Fahrzeug in einem geradlinigen Fahrabschnitt fährt.
Mit dieser Konfiguration kann leicht beurteilt werden, ob das Fahrzeug auf einem geraden Fahrabschnitt fährt oder nicht und die Mäandersteuerung wird in Abschnitten durchgeführt, in denen der Oberleitungsdraht geradlinig verläuft. Dies erlaubt es dem Fahrzeug stabil zu fahren, während es um den Oberleitungsdraht herum mäandert.
Bei einer in Anspruch 6 beanspruchten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung speichert die Steuervorrichtung die Anzahl der Fahrten durch den Oberleitungsfahrbetriebsabschnitt und kehrt die Fluktuationsrichtung des Fluktuationspunktes bei jedem Fahren durch den Oberleitungsfahrbetriebsabschnitt, auf der Grundlage der Anzahl der Fahrten, um.
Mit dieser Konfiguration wird die Richtung der Amplitude am Start der Mäandersteuerung umgeschaltet, selbst wenn die Länge des Oberleitungsfahrbetriebsabschnitts nicht ausreicht, um einen Fluktuationszyklus zu umfassen, wodurch das Problem (ungleichmäßige Abnutzung nur einer Seite des Schleifbügels) einfach und zuverlässig gelöst werden kann.
Bei einer in Anspruch 7 beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Oberleitungsdrahterfassungsvorrichtung: eine Kamera, die auf dem Fahrzeug vorgesehen ist und kontinuierlich Bilder von dem Oberleitungsdraht aufnimmt, wenn der Muldenkipper fährt, und eine Beleuchtungsvorrichtung, die auf dem Fahrzeug vorgesehen ist und den Oberleitungsdraht beleuchtet.
Selbst wenn eine Kamera bei der oben beschriebenen Oberleitungsdrahterfassungsvorrichtung verwendet wird, sorgt die Beleuchtung des Oberleitungsdrahtes mit der Beleuchtungsvorrichtung für einen hohen Kontrast zwischen dem Himmel und dem Oberleitungsdraht. Somit kann eine Giermomentsteuerung, mit der das Fahrzeug fährt, während es um den Oberleitungsdraht herum mäandert, mit hoher Genauigkeit ausgeführt werden, nicht nur tagsüber bei guten Wetterbedingungen, sondern auch bei Bedingungen, in denen solch ein hoher Kontrast zwischen dem Himmel und dem Oberleitungsdraht kaum erzielbar ist (Abend-, Nachtzeit, regnerisches Wetter, etc.).
Vorteile der Erfindung
Bei dem erfindungsgemäßen elektrisch angetriebenen Muldenkipper kann die ungleichmäßige Abnutzung der Schleifbügel verhindert werden und die Arbeitsbelastung des Fahrers kann während des Oberleitungsfahrbetriebs erleichtert werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Seitenansicht, die die äußere Erscheinung eines elektrisch angetriebenen Muldenkippers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine Rückansicht, die das äußere Erscheinungsbild des Muldenkippers zeigt.
3 ist ein schematisches Blockdiagramm, das das Antriebssystem des elektrisch angetriebenen Muldenkippers bei dieser Ausführungsform zeigt.
4 ist ein schematisches Diagramm, das die Konfiguration der Stromabnehmer zum Abgreifen des elektrischen Stroms von Oberleitungsdrähten zeigt.
5 ist ein schematisches Diagramm, das ein Lenksystem zeigt, welches eine Lenkungssteuervorrichtung und eine Steuervorrichtung aufweist.
6 ist ein Blockdiagramm, welches eine Funktion der Lenkungssteuervorrichtung zur Berechnung eines Drehmomentsteuerwertes zeigt.
7 ist ein Blockdiagramm zur Erläuterung einer Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeitsteuereinheit einer Steuerung.
8 ist ein Blockdiagramm, welches Details der Funktion einer Giermomentsteuereinheit der Steuerung zeigt.
9 ist eine graphische Darstellung, die die Wirkung eines Verfahrens zeigt, welches einen Giermoment-Korrekturwert anwendet auf eine Antriebskraftdifferenz auf die gesamte Antriebskraft der Motoren, wenn das Fahrzeug mit seiner 100%igen Motorfahrleistung fährt.
10 ist ein schematisches Diagramm, welches ein Beispiel eines Verfahrens zur Berechnung der Motordrehmoment-Steuerwerte zeigt.
11 ist ein schematisches Diagramm, das die Konfiguration einer Fahrzeugsteuervorrichtung und des Input-Output-Verhältnisses zwischen der Fahrzeugsteuervorrichtung und der Steuereinheit zeigt.
12 ist ein schematisches Diagramm, das das räumliche Verhältnis zwischen dem Fahrzeug und einem Bildbereich (Erfassungsbereich der Oberleitungsdrahterfassungsvorrichtung) einer Kamera zeigt, gesehen von der Seite des Fahrzeugs.
13 ist ein schematisches Diagramm, das das räumliche Verhältnis zwischen dem Fahrzeug und dem Bildbereich (Erfassungsbereich der Oberleitungsdrahterfassungsvorrichtung) der Kamera zeigt, gesehen von oben (von oberhalb des Fahrzeugs).
14 ist ein schematisches Diagramm, das ein von der Kamera aufgenommenes Bild zeigt.
15 ist ein schematisches Diagramm, das einen an dem aufgenommenen Bild durchgeführten Vorgang (Randextraktion) zeigt.
16 ist ein schematisches Diagramm, das einen an dem aufgenommenen Bild durchgeführten Vorgang (Mittellinienextraktion) zeigt.
17 ist ein schematisches Diagramm, das ein Kamerabild zeigt, das aufgenommen wurde, als das Fahrzeug sich relativ zu den Oberleitungsdrähten nach links bewegt hat.
18 ist ein schematisches Diagramm, das ein Kamerabild zeigt, das aufgenommen wurde, während das Fahrzeug schräg zu den Oberleitungsdrähten fährt.
19 ist ein schematisches Diagramm, das einen Oberleitungsdrahterfassungsbereich und ein Koordinatensystem zeigt, die bei einer Ausführungsform der Erfindung verwendet werden.
20 ist ein Blockdiagramm, das Details einer Funktion einer Fahrzeugzustandsgrößensteuereinheit zeigt (Fluss der Berechnung der Konvertierung der Abweichung zwischen einer aktuellen Position und einer Zielposition in einen Giermoment-Korrekturwert).
21 ist ein schematisches Diagramm, ähnlich dem in 19, das den Oberleitungsdrahterfassungsbereich und das Koordinatensystem zeigt, in einem Fall, in dem eine Totzone festgelegt ist.
22 ist ein Blockdiagramm, das die Details einer Funktion der Fahrzeugzustandsgrößen-Steuereinheit zeigt (Fluss der Berechnung eines Giermoment-Korrekturwertes, um einen repräsentativen Punkt mit einem Fluktuationspunkt koinzidieren zu lassen).
23 ist ein Flussdiagramm, das einen Verfahrensablauf beim „Aufwärtsschießen“ von Bildern mit der Kamera zeigt, um den Output zu steuern, bei einem Beispiel der Fahrzeugsteuervorrichtung.
24 ist ein Flussdiagramm, das Details eines Oberleitungsdrahtverfolgungsschritts/Mäandersteuerschritts 300, der in 23 gezeigt ist, darstellt.
25 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines Verfahrens zum Berechnen des Giermoment-Korrekturwertes in Schritt 320 in 24 zeigt.
26 ist ein schematisches Diagramm, ähnlich dem in den 19 und 21, wobei die Abweichungsbeobachtungspunkte der Oberleitungsdrahtverfolgungssteuerung festgelegt wurden.
27 ist ein Flussdiagramm, das einen Verfahrensfluss beim „Aufwärtsschießen“ von Fotos mit der Kamera zur Steuerung des Outputs in einem anderen Beispiel der Fahrzeugsteuervorrichtung zeigt.
28 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines Verfahrens zum Berechnen eines Fahrzeug-Zielgeschwindigkeit-Korrekturwertes zeigt, wenn eine Fahrzeug-Zielgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Lage des Zielpunktes T in Schritt 323 in 27 korrigiert wird.
29 ist ein schematisches Diagramm, das ein weiteres Beispiel des Verfahrens zur Berechnung des Fahrzeug-Zielgeschwindigkeit-Korrekturwertes zeigt, wenn die Fahrzeug-Zielgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Lage des Zielpunktes T in Schritt 323 in 27 korrigiert wird.
30 ist ein schematisches Diagramm, ähnlich dem in 10, das ein Verfahren zum Erzeugen eines Motordrehmoments auf der Grundlage des Fahrzeug-Zielgeschwindigkeit-Korrekturwertes zeigt.
31 ist ein schematisches Diagramm, das eine Lagebeziehung zwischen dem repräsentativen Punkt Z, dem Zielpunkt T, dem Fluktuationspunkt F, Punkten A und B, einem Bereich (Seite) a1–d1 und einem Oberleitungsdraht in Schritt 370 in 24 zeigt.
32 ist ein schematisches Diagramm, das eine Lagebeziehung zwischen dem repräsentativen Punkt Z, dem Zielpunkt T, dem Fluktuationspunkt F, den Punkten A und B, dem Bereich (Seite) a1–d1 und dem Oberleitungsdraht in Schritt 370 in 24 zeigt.
33 ist ein schematisches Diagramm, das eine Lagebeziehung zwischen dem repräsentativen Punkt Z, dem Zielpunkt T, dem Fluktuationspunkt F, den Punkten A und B, dem Bereich (Seite) a1–d1 und dem Oberleitungsdraht in Schritt 370 in 24 zeigt.
34 ist ein schematisches Diagramm, das eine Lagebeziehung zwischen dem repräsentativen Punkt Z, dem Zielpunkt T, dem Fluktuationspunkt F, den Punkten A und B, dem Bereich (der Seite) a1–d1 und dem Oberleitungsdraht in Schritt 370 in 24 zeigt.
35 ist ein schematisches Diagramm, das eine Lagebeziehung zwischen dem repräsentativen Punkt Z, dem Zielpunkt T, dem Fluktuationspunkt F, den Punkten A und B, dem Bereich (der Seite) a1–d1 und dem Oberleitungsdraht in Schritt 370 in 24 zeigt.
36 ist ein schematisches Diagramm, das eine Lagebeziehung zwischen dem repräsentativen Punkt Z, dem Zielpunkt T, dem Fluktuationspunkt F, den Punkten A und B, dem Bereich (der Seite) a1–d1 und dem Oberleitungsdraht in Schritt 370 in 24 zeigt.
37 ist ein schematisches Diagramm, das eine Lagebeziehung zwischen dem repräsentativen Punkt Z, dem Zielpunkt T, dem Fluktuationspunkt F, den Punkten A und B, dem Bereich (der Seite) a1–d1 und dem Oberleitungsdraht in Schritt 370 in 24 zeigt.
38 ist ein schematisches Diagramm, das die Lagebeziehung zwischen dem repräsentativen Punkt Z, dem Zielpunkt T, dem Fluktuationspunkt F und den Punkten A und B zeigt, wenn die Fahrzeugmäandersteuerung in Betrieb ist.
39 ist ein schematisches Diagramm, das die Lagebeziehung zwischen einem Fahrzeug und einem Oberleitungsdraht zeigt, wenn die Fahrzeugmäandersteuerung in Betrieb ist.
40 ist ein schematisches Diagramm zur Erläuterung eines Beispiels der Betriebsbedingung des elektrisch angetriebenen Muldenkippers.
41 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel der Beziehung zwischen der Länge des Abschnitts für den Oberleitungsfahrbetrieb und der Amplitude zeigt.
42 ist ein schematisches Diagramm, das ein weiteres Beispiel der Beziehung zwischen der Länge des Oberleitungsfahrbetriebsabschnitts und der Amplitude zeigt.
43 ist ein schematisches Diagramm, das ein weiteres Beispiel des Verhältnisses zwischen der Länge des Oberleitungsfahrbetriebsabschnitts und der Amplitude zeigt.
44 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Verfahrensablaufs zeigt, bis eine Beurteilung stattfindet, dass das Fahrzeug in einem geradlinigen Fahrabschnitt fährt, bei einem weiteren Beispiel des Starttriggers für die Fahrzeugmäandersteuerung.
45 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Verfahrensablaufs zeigt, dass das Fahrzeug in einem geradlinigen Fahrabschnitt fährt gemäß einem weiteren Beispiel des Starttriggers für die Fahrzeugmäandersteuerung.
46 ist ein schematisches Diagramm, das einen Hysterese-Prozess zeigt, der anstelle eines Gegenlenk-Prozesses durchgeführt werden kann, um ein Schlingern zur verhindern.
47 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Verfahrensablaufs zeigt beim „Aufwärtsschießen“ von Fotos mit der Kamera für die Output-Steuerung, gemäß einer weiteren Ausführungsform der Fahrzeugsteuervorrichtung.
48 ist ein schematisches Diagramm, ähnlich dem in 12, das ein Beispiel zeigt, bei dem die Richtung, in der die Kamera Fotos schießt, nach vorne verschoben ist.
Beste Ausführungsform der Erfindung
Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Bezug auf die Zeichnung im Detail beschrieben.
Konfiguration des Fahrzeugs – Muldenkipper
1 ist eine Seitenansicht, die das äußere Erscheinungsbild eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Muldenkippers zeigt.
Gemäß 1 weist der Muldenkipper einen Fahrzeugkörper 1, eine Kippmulde 2 zum Transportieren von Erde, Sand, usw., rechte und linke Stromabnehmer 4R und 4L zum Abgreifen von elektrischem Strom, rechte und linke Hinterräder (Reifen) 5R und 5L, die mit elektrischem Strom angetrieben werden, der von den Stromabnehmern 4R und 4L aufgenommen wird. Die rechten und linken Stromabnehmer 4R und 4L sind mit Schleifbügeln 4Ra und 4La ausgerüstet, die auf und ab bewegbar sind, um den elektrischen Strom von zwei (rechts und links) Oberleitungsdrähten 3R und 3L aufzunehmen. Einer der Oberleitungsdrähte 3R und 3L ist ein Hochspannungsdraht, der andere ist geerdet. Die Stromabnehmer 4R und 4L sind an einer Stirnseite des Fahrzeugs 1 angeordnet. Der Muldenkipper weist eine Oberleitungsdrahterfassungsvorrichtung 15 auf, die an der Stirnseite des Fahrzeugs 1 montiert ist. Die Oberleitungsdrahterfassungsvorrichtung 15 erfasst kontinuierlich die Oberleitungsdrähte 3R und 3L vor dem Muldenkipper, wenn der Muldenkipper fährt. Die Oberleitungsdrahterfassungsvorrichtung 15 ist eine Vorrichtung, die gemäß der vorliegenden Erfindung neu ist. Während die Oberleitungsdrahterfassungsvorrichtung 15 im dargestellten Beispiel auf der Stirnseite des Fahrzeugs 1 montiert ist, kann sie auch anders angeordnet sein (z. B. auf dem Dach des Fahrzeugs 1).
2 ist eine Rückansicht des Muldenkippers. Jedes Hinterrad 4R, 4L ist ausgebildet als ein Doppelreifenrad, um der Last von Erde, Sand, usw., mit der die Kippmulde 2 beladen ist, standzuhalten. Die rechten und linken Doppelreifenräder 5R und 5L werden durch rechte und linke Elektromotoren 6R und 6L (z. B. Induktionsmotoren) angetrieben und gebremst.
3 zeigt ein Antriebssystem des elektrisch angetriebenen Muldenkippers gemäß dieser Ausführungsform. In 3 umfasst das Antriebssystem des elektrisch angetriebenen Muldenkippers ein Gaspedal 11, ein Bremspedal 12, einen Schalthebel 13, einen Kombisensor 14, einen Verbrennungsmotor 21, einen Wechselstromgenerator 22, eine weitere Motorlast 28, einen Gleichrichterschaltkreis 23, einen Sensorwiderstand 24, einen Kondensator 25, eine Wechselrichterschaltung 26, einen Gitterwiderstand 27, die Stromabnehmer 4R und 4L, die Hinterräder 5R und 5L, die Elektromotoren 6R und 6L, Bremsen 7R und 7L, elektromagnetische Messsensoren 16R und 16L, und eine Steuervorrichtung 200. Der Kombisensor 14 wird als Giermomenterfassungsvorrichtung verwendet, zum Messen der Vorwärts/Rückwärtsbeschleunigung, der Seitwärtsbeschleunigung und der Gierrate. Die Bremsen 7R und 7L sind jeweils mit den Ausgangswellen 6Ra und 6La der Elektromotoren 6R und 6L verbunden. Die elektromagnetischen Messsensoren 16R und 16L messen die Radgeschwindigkeiten der rechten und linken Hinterräder. Ähnlich wie die Hinterräder 5R und 5L sind die Vorderräder 35R und 35L mit elektromagnetischen Messsensoren 36R und 36L zur Messung ihrer Radgeschwindigkeiten ausgerüstet. Die Geschwindigkeiten des rechten und des linken Vorderrades werden jeweils durch die elektromagnetischen Messsensoren 36R und 36L gemessen. Die Hinterräder 5R und 5L eignen sich übrigens strenggenommen nicht zur Messung der Fahrzeuggeschwindigkeit (obwohl dies in den meisten Fällen kein Problem darstellt), da die Hinterräder 5R und 5L Antriebsräder sind und ihre Reifen durch das Fahren und Bremsen verformt werden. Da Vorderräder als mitlaufende Räder weniger durch das Fahren/Bremsen beeinflusst werden, kann gesagt werden, dass die Fahrzeuggeschwindigkeitsberechnung unter Verwendung von Messwerten der elektromagnetischen Messsensoren 36R und 36L genauer ist und einen Wert ergibt, der näher an der tatsächlichen, aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit liegt. Im Fall der Steuerung der Fahrzeugbewegung ist es jedoch manchmal angemessen, die Geschwindigkeit des Schwerpunktes des Fahrzeugs 1 (Fahrzeuggeschwindigkeit) zu diskutieren, anstelle der Geschwindigkeiten der Vorderräder oder der Hinterräder. Es ist daher ebenfalls möglich, den Muldenkipper mit einem Sensor zur direkten Messung der Geschwindigkeit über Grund (z. B. Grundgeschwindigkeitssensor 37) zu messen und den Sensor für die Messung der Fahrzeuggeschwindigkeit zu verwenden. Solch ein Sensor kann im Allgemeinen als ein Millimeterwellenradarsensor, ein optischer Sensor, usw. implementiert sein.
Die Steuervorrichtung 200 umfasst eine Invertersteuervorrichtung 30, eine Hebesteuervorrichtung 31, eine Lenkungssteuervorrichtung 32, eine Fahrzeugsteuervorrichtung 50 und eine Steuereinheit 100. Die Invertersteuervorrichtung 30 steuert die Elektromotoren 6R und 6L aufgrund von Drehmomentsteuerbefehlen, die sie empfängt. Die Hebesteuervorrichtung 31 bewegt die Schleifbügel 4Ra und 4La der Stromabnehmer 4R und 4L auf und ab, je nach einer Steuerknopfbedienung des Fahrers oder Vorgaben von außen. Die Lenkungssteuervorrichtung 32 wandelt das Lenken des Fahrers in ein elektrisches Signal um und steuert somit den Radeinschlag der Vorderräder. Die Fahrzeugsteuervorrichtung 50 ist ein charakteristischer Teil der vorliegenden Erfindung.
Die Invertersteuervorrichtung 30 umfasst eine Drehmomentsteuerungsberechnungseinheit 30a, eine Motorsteuerungsberechnungseinheit 30b und einen Inverter (Schaltelement) 30c (allgemein bekannte Konfiguration) für jeden rechten und linken Elektromotor 6R bzw. 6L. Die Stromabnehmer 4R und 4L sind mit Hebegeräten ausgerüstet, die die Schleifbügel 4Ra und 4La auf und ab bewegen entsprechend Hebesteuersignalen von der Hebesteuervorrichtung 31. Details der Stromabnehmer 4R und 4L, der Hebesteuervorrichtung 31, des Lenksystems (einschließlich der Radeinschlagsteuervorrichtung 32) und der Fahrzeugsteuervorrichtung 50 werden später beschrieben.
Grundfunktion einschließlich Fahren
Das Maß P des Herunterdrückens des Gaspedals 11 und das Maß Q des Herunterdrückens des Bremspedals sind in die Steuereinheit 100 eingegeben als Signale zur Steuerung der Größe der Antriebskraft und der Bremskraft. Wenn zum Beispiel der Fahrer das Gaspedal 11 heruntertritt, um den Muldenkipper vorwärts oder rückwärts zu bewegen, gibt die Steuereinheit 100 einen Befehl bezüglich einer Zieldrehzahl Nr an den Verbrennungsmotor 21 ab. Der Befehl bezüglich der Zieldrehzahl Nr wird ausgegeben auf der Grundlage einer vorbestimmten Tabelle von Zieldrehzahlen Nr, die verschiedenen Gaspedalneigungswinkeln entsprechen. Der Verbrennungsmotor 21 ist ein Dieselmotor mit einem elektronischen Regler 21a. In Reaktion auf das Empfangen des Befehls bezüglich der Zieldrehzahl Nr steuert der elektronische Regler 21a die Kraftstoffeinspritzmenge, so dass der Verbrennungsmotor 21 sich mit der Zieldrehzahl Nr dreht.
Der Wechselstromgenerator 22 ist mit dem Verbrennungsmotor 21 verbunden, um Wechselstrom zu erzeugen. Der erzeugte Wechselstrom wird durch die Gleichrichterschaltung 23 gleichgerichtet und in dem Kondensator 25 gespeichert (Gleichspannung: V). Ein Spannungswert, der durch den Messwiderstand 24 gemessen wird (Dividieren der Gleichspannung V in einem bestimmten Verhältnis), wird zurück an die Steuereinheit 100 geleitet. Der Wechselstromgenerator 22 wird durch die Steuereinheit 100 gesteuert, die die Rückmeldung empfängt, so dass der Spannungswert einer vorbestimmten konstanten Spannung V0 entspricht.
Der durch den Wechselstromgenerator 22 erzeugte elektrische Strom wird in den rechten und den linken Elektromotor 6R und 6L über die Invertersteuervorrichtung 30 gespeist. Die Steuereinheit 100 steuert die Einspeisung des notwendigen elektrischen Stroms in die Elektromotoren 6R und 6L durch Steuerung des Wechselstromgenerators 22, so dass die Gleichspannung V, erhalten durch die Gleichrichtung durch die Gleichrichterschaltung 23, gleich der vorgegebenen konstanten Spannung V0 ist. Im Gegensatz dazu wird, wenn die Schleifbügel 4Ra und 4La der Stromabnehmer 4R und 4L in Kontakt mit den Oberleitungsdrähten 3R und 3L sind, die Gleichspannung V0 direkt von den Oberleitungsdrähten 3R und 3L in die Invertersteuervorrichtung 30 eingespeist.
Die Steuereinheit 100 berechnet Drehmomentbefehlswerte T_MR_a und T_ML_a, die den Betätigungsgraden des Gaspedals 11 und des Bremspedals 12 entsprechen, und erzeugt dann Ausgabedrehmoment-Befehlswerte T_MR und T_ML für den rechten und den linken Elektromotor 6R und 6L auf der Grundlage der Drehmoment-Befehlswerte T_MR_a und T_ML_a, der Drehmoment-Befehlswerte T_MR_V und T_ML_V für die Fahrzeuggeschwindigkeitssteuerung, und der Motordrehmoment-Korrekturwerte T_MR_Y und T_ML_Y für die Giermomentsteuerung (wird später erläutert). Die Drehmoment-Befehlswerte T_MR und T_ML für den rechten und den linken Elektromotor 6R und 6L und die Drehgeschwindigkeiten ωR und ωL der Elektromotoren 6R und 6L, die von den elektromagnetischen Messsensoren 16R und 16L gemessen werden, werden in die Invertersteuervorrichtung 30 eingegeben. Die Invertersteuervorrichtung 30 steuert jeden der Elektromotoren 6R und 6L über die Drehmomentbefehlsberechnungseinheit 30a, die Motorsteuerungsberechnungseinheit 30b und den Inverter (Schaltelement) 30c.
Das rechte und das linke Hinterrad (Reifen) 5R und 5L sind jeweils mit den Elektromotoren 6R und 6L über die Bremsen 7R und 7L verbunden. Jeder elektromagnetische Messsensor 16R, 16L ist im Allgemeinen als ein Sensor ausgeführt, der die Umfangsgeschwindigkeit eines Radzahns eines Zahnrads innerhalb der Bremse (7R, 7L) misst. In dem Antriebssystem für die rechte Seite ist es zum Beispiel ebenfalls möglich, ein Zahnrad für die Erfassung an einer Antriebswelle innerhalb des Elektromotors 6R anzubringen oder an einer Antriebswelle, die die Bremse 7R mit dem Rad 5R verbindet, und den elektromagnetischen Messsensor 16R an dem Ort des Zahnrads anzuordnen.
Wenn der Fahrer des fahrenden Muldenkippers das Gaspedal 11 zurücknimmt und das Bremspedal 12 tritt, übt die Steuereinheit 100 eine Steuerung aus, derart, dass der Wechselstromgenerator 22 keinen elektrischen Strom erzeugt. Ferner werden die Drehmoment-Befehlswerte T_MR_a und T_ML_a von der Steuereinheit 100 negativ und somit steuert die Invertersteuervorrichtung 30 die Elektromotoren 6R und 6L derart, dass diese eine Bremskraft auf den fahrenden Muldenkipper ausüben. In diesem Fall arbeiten die Elektromotoren 6R und 6L als Generatoren und laden den Kondensator 25 unter Verwendung der Gleichrichterfunktion der Invertersteuervorrichtung 30. Die Wechselrichterschaltung 26 arbeitet so, dass sie den Gleichspannungswert V auf einem vorbestimmten Gleichspannungswert V1 hält, während elektrische Energie in thermische Energie umgewandelt wird, indem elektrischer Strom zu den Gitterwiderständen 27 geführt wird.
Aufwärts/Abwärts-Bewegung der Schleifbügel der Stromabnehmer Als Nächstes werden die Hebegeräte der Schleifbügel 4Ra und 4La der Stromabnehmer 4R und 4L erläutert. 4 zeigt die Konfiguration der Stromabnehmer 4R und 4L zum Abgreifen des elektrischen Stroms von den Oberleitungsdrähten 3R und 3L. Da die Stromabnehmer 4R und 4L bei dieser Konfiguration identisch sind, wird die Konfiguration des Stromabnehmers 4L repräsentativ für beide erläutert. Die Stromabnehmer 4L weist eine hydraulische Kolbenzylindervorrichtung 4a als Hebegerät auf. Das Gehäuse der hydraulischen Kolbenzylindervorrichtung 4a ist am Fahrzeug 1 befestigt. Der Schleifbügel 4La ist an einem Ende einer Stange 4c eines Hydraulikkolbens 4b der hydraulischen Kolbenzylindervorrichtung 4a befestigt. Der Kontakt/das Lösen des Schleifbügels 4La mit/von dem Oberleitungsdraht 3L wird gesteuert durch vertikales Bewegen des Hydraulikkolbens 4b mit einem Hydraulikfluid, das von einer Hydraulikvorrichtung 4e (einschließlich einer Hydraulikpumpe) über eine Hydraulikleitung 4d geliefert wird. Der Schleifbügel 4La und die Stange 4c des Hydraulikkolbens 4b sind voneinander durch einen Isolator 4f elektrisch isoliert. Der elektrische Strom des Oberleitungsdrahtes 3L wird an ein Stromversorgungssystem der Invertersteuervorrichtung 30 geliefert (zum Antrieb der Motoren, siehe 3) über den Schleifbügel 4La und einen elektrischen Draht 4g. Das Hebesteuerungsgerät 31 ist so ausgebildet, dass es das Hebebefehlssignal 4h an die Hydraulikvorrichtung 4e gemäß der Betätigung eines Hebeschalters durch den Fahrer oder gemäß eines Schaltvorgangs (Bitschalter) oder eines Steuerbefehlssignals von außen (z. B. der Fahrzeugsteuervorrichtung 50 gemäß der vorliegenden Erfindung). Während das Hebegerät für den Schleifbügel 4La durch die hydraulische Kolbenzylindervorrichtung 4a gemäß dieser Ausführungsform implementiert ist, kann das Hebegerät natürlich auch implementiert werden durch ein „Pantograph“ genanntes System unter Verwendung von parallelen Hubwerken, Federn, Motoren, etc., wie es im Allgemeinen für elektrische Züge verwendet wird.
Lenksystem
Im Folgenden wird das Lenksystem mit Bezug auf 5 erläutert.
Das Lenksystem weist die zuvor genannte Radeinschlagssteuervorrichtung 32 und eine Lenkvorrichtung 40 auf. Die Lenkvorrichtung 40 umfasst ein Lenkrad 41, einen Reaktionskraftmotor 42 mit einem Lenkwinkelsensor, einen Lenkungsmotor 43 mit einem Lenkungswinkelsensor und einen Zahnstangenlenkgetriebe 44.
Wenn der Fahrer das Lenkrad 41 betätigt, misst der Lenkwinkelsensor des Reaktionskraftmotors 42 den Lenkwinkel des Lenkrads 41 und sendet den erfassten Lenkwinkel zu der Lenksteuervorrichtung 32. Die Lenksteuervorrichtung 32 sendet ein Drehmomentsignal an den Radeinschlagverstellungsmotor 43, der einen Radeinschlagswinkelsensor aufweist, der die Radeinschlagswinkel der Vorderräder 45R, 45L misst, so dass der aktuelle Radeinlschlagswinkel dem Lenkungswinkel des Fahrers entspricht. Die Vorderräder 45R und 45L werden gedreht (Lenkung) durch ein Radeinschlagverstellungsdrehmoment, welches erzeugt wird durch den Radeinschlagverstellungsmotor 43 und welches übertragen wird durch das Zahnstangenlenkungsgetriebe 44. In Abhängigkeit von der Größe dieses Drehmoments wird das Reaktionskraftdrehmoment zu dem Reaktionskraftmotor 42 übertragen, der den Lenkwinkelsensor aufweist, wodurch die Reaktionskraft zu dem Lenkrad 41 übertragen wird. Gleichzeitig sendet die Lenksteuervorrichtung 32 den Lenkwinkel zu der Steuereinheit 100. Die Lenksteuervorrichtung 32 hat eine Funktion des Aufnehmens eines Radeinschlagverstellungsdrehmoment-Korrekturwertes von der Steuereinheit 100 und der Betätigung des Radeinschlagverstellungsmotors 43 (mit dem Radeinschlagwinkelsensor) in Übereinstimmung mit dem empfangenen Radeinschlagverstellungsdrehmoment-Korrekturwert. Ob die Lenksteuervorrichtung 32 auf ähnliche Weise das Reaktionskraft-Drehmoment zu dem Reaktionskraftmotor 42, der den Lenkwinkelsensor aufweist, schickt oder nicht, kann auf der Grundlage des Modus (wird später erklärt), der zu dieser Zeit herrscht und eines Befehls von der Steuereinheit 100 geändert werden. Wenn zum Beispiel die Lenksteuervorrichtung 32, die den Radeinschlagverstellungsdrehmoment-Korrekturwert von der Steuereinheit 100 empfängt, den Radeinschlagverstellungsmotor 43, der den Radeinschlagswinkelsensor aufweist, in Übereinstimmung mit dem Korrekturwert betätigt, ohne einen Reaktionskraft-Befehlswert an den Reaktionskraftmotor 42, der den Lenkwinkelsensor aufweist, zu senden, dann verliert der Fahrer das Lenkgefühl zu diesem Zeitpunkt, obwohl das Fahrzeug (der Muldenkipper) sich in Übereinstimmung mit dem Lenkwinkel dreht. Wenn andererseits kein Befehl zu dem Radeinschlagverstellungsmotor 43, der den Radeinschlagswinkelsensor aufweist, gesendet wurde, selbst bei einem Lenkvorgang durch den Fahrer, so dreht sich das Fahrzeug (Muldenkipper) nicht, trotz des Drehens am Lenkrad 41. Diese Vorgehensweise erfolgt, wenn die Steuereinheit 100 aus bestimmten Gründen urteilt, dass das Lenkrad 41 nicht betätigt werden sollte. Als ein Mittel zum Informieren des Fahrers, dass das Lenkrad 41 zu diesem Zeitpunkt nicht betätigt werden sollte, kann die Lenksteuervorrichtung 32 ein Drehmoment erzeugen in einer entgegengesetzten Richtung zu der Richtung der Betätigung des Lenkrads 41 durch den Fahrer. Das Drehmoment gibt dem Fahrer das Gefühl, dass das Lenkrad 41 schwergängig ist und er erkennt, dass das Lenkrad 41 nicht in dieser Richtung betätigt werden soll.
Während das Steer-by-Wire-System, in dem das Lenkrad 41 nicht direkt mit den Vorderrädern 45R und 45L verbunden ist, im Zusammenhang mit dieser Ausführungsform erläutert wurde, ist das Lenksystem nicht darauf beschränkt. So kann zum Beispiel ein elektrisches Lenksystem verwendet werden, bei dem der Reaktionskraftmotor 42 mit dem Lenkwinkelsensor und dem Radeinschlagverstellungsmotor 43 mit dem Radeinschlagswinkelsensor direkt miteinander als eine integrale Komponente verbunden sein. Ferner kann der Radeinschlagverstellungsmotor 43 mit dem Radeinschlagswinkelsensor durch einen hydraulischen Servomotor implementiert sein. Ferner kann der Korrekturwert, der von der Steuereinheit 100 gesendet wird, ebenfalls ein korrigierter Winkel anstelle des Drehmoments sein. In diesem Fall kann die Lenksteuervorrichtung 32 so ausgeführt sein, dass sie eine Drehmomentregelung ausführt, um die Abweichung zu eliminieren, die zwischen dem Winkel, der von dem Radeinschlagswinkelsensor erfasst wurde, und dem korrigierten Winkel besteht.
6 ist ein Blockdiagramm, welches eine Funktion der Lenksteuervorrichtung 32 zum Berechnen eines Radeinschlagverstellungsdrehmoment-Befehlswertes zeigt. Eine Umwandlungseinheit 32a der Lenksteuervorrichtung 32 wandelt den Lenkwinkel des Fahrers, erhalten von dem Reaktionskraftmotor 42, der den Lenkwinkelsensor aufweist, in einen Radeinschlagverstellungswinkel des Fahrers um, durch Multiplizieren des Lenkwinkels des Fahrers mit einem Verstärkungsfaktor. Eine Recheneinheit 32b subtrahiert den aktuellen Radeinschlagswinkel von dem Radeinschlagverstellungswinkel des Fahrers. Eine Umwandlungseinheit 32c wandelt das Subtraktionsergebnis in ein vom Fahrer angefordertes Radeinschlagverstellungsdrehmoment durch Multiplikation des Subtraktionsergebnisses mit einem Verstärkungsfaktor. Dann berechnet eine Recheneinheit 32d den Radeinschlagverstellungsdrehmoment-Befehlswert durch Addition des Radeinschlagverstellungsdrehmoment-Korrekturwertes (empfangen von der Steuereinheit 100) zu dem vom Fahrer angeforderten Radeinschlagverstellungsdrehmoment. Der berechnete Radeinschlagverstellungsdrehmoment-Befehlswert wird an den Radeinschlagverstellungsmotor 43 mit dem Radeinschlagswinkelsensor abgegeben.
Fahrzeuggeschwindigkeitssteuerung
In 3 erkennt man, dass die Steuereinheit 100 eine Fahrzeuggeschwindigkeitssteuereinheit 101 aufweist. Wenn ein Fahrzeuggeschwindigkeitssteuermodus gewählt wurde, führt die Fahrzeuggeschwindigkeitssteuereinheit 101 die Steuerung der Fahrzeuggeschwindigkeit gemäß dem Fahrzeuggeschwindigkeitssteuermodus aus, indem die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit bezüglich einer Fahrzeug-Zielgeschwindigkeit geregelt wird, die in dem Fahrzeuggeschwindigkeitssteuermodus festgelegt ist. 7 ist ein Blockdiagramm zur Erläuterung der Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeitssteuereinheit 101. Wie in 7 gezeigt, berechnet die Fahrzeuggeschwindigkeitssteuereinheit 101, wenn der Fahrzeuggeschwindigkeitssteuermodus angeschaltet ist (1), das heißt wenn eine Schaltereinheit 101c in ihrer „AN“-Stellung ist, die Differenz zwischen den beiden Fahrzeuggeschwindigkeiten mit einer Recheneinheit 101a, berechnet die Drehmoment-Befehlswerte T_MR_V und T_ML_V (zur Änderung der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit hin zur Fahrzeug-Zielgeschwindigkeit) mit einer Umwandlungseinheit 101b durch Multiplikation der Differenz mit einem Verstärkungsfaktor, und gibt die berechneten Drehmoment-Befehlswerte T_MR_V und T_ML_V aus. Die Fahrzeuggeschwindigkeitssteuereinheit 101 empfängt Drehgeschwindigkeiten ωR und ωL der Elektromotoren 6R und 6L, die von den elektromagnetischen Messgebern 16R und 16L erfasst wurden, und berechnet die Fahrzeuggeschwindigkeit aus den Drehgeschwindigkeiten. Die Berechnung der Fahrzeuggeschwindigkeit kann ebenfalls ausgeführt werden durch Verwendung der Messwerte der elektromagnetischen Messgeber 36R und 36L oder der Messung durch den Geschwindigkeit-zu-Grund-Sensor 37, wie oben erwähnt. Eine Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungsvorrichtung kann somit gebildet werden aus der Fahrzeuggeschwindigkeitssteuereinheit 101, den elektromagnetischen Messgebern 16R und 16L für die Hinterräder, den elektromagnetischen Messgebern 36R und 36L für die Vorderräder und dem Geschwindigkeit-zu-Grund-Sensor 37. Ein Befehl, der spezifiziert, ob oder ob nicht in den Fahrzeuggeschwindigkeitssteuermodus übergegangen werden soll, kann ausgegeben werden, entsprechend der Betätigung eines Schalters der Fahrzeugsteuervorrichtung 50 durch den Fahrer oder zum Beispiel gemäß eines Inputs von außen. Die Annullierung des Fahrzeuggeschwindigkeitssteuermodus kann durchgeführt werden durch das Heruntertreten des Bremspedals 12 durch den Fahrer oder gemäß einem Input von außen. Wenn der Fahrzeuggeschwindigkeitssteuermodus annulliert ist, ist der Befehl des Fahrzeuggeschwindigkeitssteuermodus auf „AUS“ (0) gestellt (das heißt die Schaltereinheit 101c ist ausgeschaltet) und ein Fahrzeugsteuerdrehmoment-Befehlswert 0 wird ausgegeben durch eine Nullausgabeeinheit 101d. Die Steuereinheit 100, die eine Tabelle mit vorgegebenen Verbrennungsmotordrehzahl-Steuerwerten, die den verschiedenen Drehmoment-Befehlswerten T_MR_V und T_ML_V entsprechen, aufweist, gibt einen Verbrennungsmotordrehzahl-Steuerwert auf der Grundlage dieser Tabelle an den Verbrennungsmotor 21 aus.
Giermomentsteuerung
Wie in 3 gezeigt, weist die Steuereinheit 100 ferner eine Giermomentsteuereinheit 102 zum Steuern der Drehrichtung des Fahrzeugs auf. 8 ist ein Blockdiagramm, welches Details der Funktion der Giermomentsteuereinheit 102 zeigt. Wie in 8 gezeigt, umfassen Eingangssignale der Giermomentsteuereinheit 102 zum Beispiel einen Giermomentsteuerwert, der von einer anderen Giermomentsteuerung erzeugt wird (z. B. eine Antischleudersteuerung), einen Giermoment-Korrekturwert, der erfindungsgemäß erzeugt wird, die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Vorwärts/Rückwärts-Beschleunigung, die seitwärtige Beschleunigung, die Gierrate, den Lenkwinkel, und einen Befehl eines Giermomentsteuermodus. Ausgangssignale von der Giermomentsteuereinheit 102 sind der Radeinschlagverstellungsdrehmoment-Korrekturwert und die Drehmoment-Korrekturwerte T_MR_Y und T_ML_Y für die Motoren. Der Giermoment- Steuerwert und der Giermoment-Korrekturwert werden durch eine Recheneinheit 102a zusammengezählt, um einen Giermoment-Befehlswert zu bestimmen. Der Giermoment-Befehlswert wird eingegeben in eine Lenkdrehmomentsteuereinheit 102b, eine Motordrehmomentsteuereinheit 102c und eine Steuereinheit 102d zur Erzielung einer optimalen Verteilung. Die Lenkdrehmomentsteuereinheit 102b berechnet einen Radeinschlagverstellungsdrehmoment-Korrekturwert auf der Grundlage des eingegebenen Giermoment-Befehlswertes. Die Motordrehmomentsteuereinheit 102c berechnet Motordrehmoment-Korrekturwerte auf der Grundlage des eingegebenen Giermoment-Befehlswertes. Die Steuereinheit 102d zur Bewirkung einer optimalen Verteilung berechnet eine Giermoment-Verteilungsrate auf der Grundlage des Giermoment-Befehlswertes, der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Gierrate, dem Lenkwinkel, der Vorwärts/Rückwärts-Beschleunigung und der seitwärtigen Beschleunigung, die in diese Einheit eingegeben werden, und berechnet dann einen Radeinschlagverstellungsdrehmoment-Korrekturwert und Motordrehmoment-Korrekturwerte gemäß der Giermomentverteilungsrate. Der Befehl des Giermomentsteuermodus wird in eine Schaltereinheit 102e eingegeben. Wenn der Giermomentsteuermodus der Modus 1 ist, gibt die Schaltereinheit 102e den Radeinschlagverstellungsdrehmoment-Korrekturwert aus, der durch die Lenkdrehmomentsteuereinheit 102b berechnet wurde. Wenn der Giermomentsteuermodus der Modus 2 ist, gibt die Schaltereinheit 102e den Motordrehmoment-Korrekturwert aus, der durch die Motordrehmomentsteuereinheit 102c berechnet wurde. Wenn der Giermomentsteuermodus der Modus 3 ist, gibt die Schaltereinheit 102e den Radeinschlagverstellungsdrehmoment-Korrekturwert und die Drehmoment-Korrekturwerte für den rechten und den linken Motor aus, die durch die Steuereinheit 102d zur Erzielung einer optimalen Verteilung berechnet wurden.
Festlegen des Giermomentsteuermodus
In Minen, in denen Muldenkipper fahren, besteht eine steigende Nachfrage nach der Verringerung der Zeit, die benötigt wird, um Erde, Sand, etc. zu transportieren. Dies liegt daran, dass die Reduzierung der notwendigen Zeit den Erde-/Sandtransportzyklus für jeden Muldenkipper verkürzt und die Anzahl der Transporte erhöht. Die Fahrzeuggeschwindigkeit ist der Hauptfaktor, der zur Reduzierung der notwendigen Zeit beiträgt. Es ist daher wünschenswert, eine Steuerung zu vermeiden, die ein Sinken der Fahrzeuggeschwindigkeit hervorruft.
9 ist eine graphische Darstellung, die die Wirkung eines Verfahrens zeigt, welches den Giermoment-Korrekturwert erstellt durch eine Antriebskraftdifferenz bezüglich der gesamten Antriebskraft der Motoren, wenn das Fahrzeug mit 100 % seiner Motorleistung fährt. Zum Beispiel, angenommen das Fahrzeug fährt mit konstanter Geschwindigkeit mit 100 % seiner Antriebsleistung, wie auf der linken Seite „a“ in 9 gezeigt ist, dann ist die gesamte Antriebsleistung des Fahrzeugs im Gleichgewicht mit dem Fahrtwiderstand (Luftwiderstand, Reibungswiderstand, Gefällewinkel, etc.). In der Konfiguration gemäß dieser Ausführungsform bedeutet „100 % Antriebsleistung“ die Leistungsabgabegrenzwerte der Hinterradmotoren, das heißt der Maximalwert der Antriebsleistung, den die Motoren bei dieser Geschwindigkeit ausgeben können. Hier soll das Verfahren zur Erzeugung des Giermoments durch Beaufschlagung des Fahrzeugs mit einer Antriebs/Bremskraft betrachtet werden. In diesem Fall kann die Erzeugung des Giermoments nur erreicht werden durch ein Absenken der Antriebsleistung eines der rechten und linken Motoren, wie auf der rechten Seite „b“ von 9 gezeigt ist, da die Motoren bereits wie oben erwähnt an ihren Leistungsabgabegrenzwerten angelangt sind. Während ein Giermoment, das der Abnahme der Antriebsleistung entspricht, in dem Fahrzeug erzeugt wird, sinkt die Fahrzeuggeschwindigkeit aufgrund des Abnehmens der Antriebsleistung. Dies widerspricht der zuvor genannten Forderung nach einer Zeitverkürzung. Daher ist erwünscht, dass das Stellglied, welches das Giermoment erzeugen soll, so arbeitet, dass es keinen bemerkenswerten Geschwindigkeitsabfall hervorruft. Es ist in diesem Fall angemessen, den Giermomentsteuermodus auf den Modus 1 zu setzen, wie in 8 gezeigt. Wenn aber die Antriebsleistung des Fahrzeugs unter 100 % liegt, wird der Giermomentsteuermodus umgeschaltet auf die Motordrehmomentsteuerung (Giermomentsteuermodus 2) oder auf die Steuerung zur Erzielung einer optimalen Verteilung (Giermomentsteuermodus 3), je nach der Größe der Antriebsleistung und anderen Fahrzeugzustandsgrößen.
Kombination des Motordrehmoments, welches durch jede Einheit erzeugt wird
Ein Verfahren zur Berechnung der Motordrehmoment-Befehlswerte durch die Steuereinheit 100 wird mit Bezug auf 10 erklärt. 10 ist ein schematisches Diagramm, welches ein Beispiel des Verfahrens zur Berechnung der Motordrehmoment-Befehlswerte zeigt. Zuerst wählt eine Verarbeitungseinheit 100a die oben genannten Drehmoment-Befehlswerte T_MR_a und T_ML_a gemäß der Betätigung der Gas/Bremspedale durch den Fahrer oder gemäß den Drehmoment-Befehlswerten T_MR_V und T_ML_V, die durch die Fahrzeuggeschwindigkeitssteuerung erzeugt werden. Die Verarbeitungseinheit 100a wählt zum Beispiel den Drehmomentbefehl des Fahrers, wenn dieser vorliegt. Andernfalls wählt die Verarbeitungseinheit 100a den Drehmomentbefehl für die Fahrzeuggeschwindigkeitsteuerung. Danach berechnet eine Recheneinheit 100b Motordrehmoment-Befehlswerte T_MR und T_ML durch Addition der Motordrehmoment-Korrekturwerte T_MR_Y und T_ML_Y, die jeweils dem Giermoment-Befehlswert entsprechen, der von der Giermomentsteuereinheit 102 erzeugt wurde, bzw. von den Drehmoment-Steuerwerten, die von der Verarbeitungseinheit 100a ausgewählt wurden. Dieses Motordrehmoment-Kombinationsverfahren ist nur ein Beispiel; verschiedene andere Verfahren (z. B. allgemein bekannte Verfahren) können verwendet werden.
Gesamtkonfiguration des wesentlichen Teils der Erfindung
Im Folgenden wird die Gesamtkonfiguration des wesentlichen Teils des elektrisch angetriebenen Muldenkippers gemäß dieser Ausführungsform mit Bezug auf 11 erläutert.
Wie oben erwähnt, umfasst das Antriebssystem des elektrisch angetriebenen Muldenkippers gemäß dieser Ausführungsform die Oberleitungsdrahterfassungsvorrichtung 15 zum Erfassen der Oberleitungsdrähte 3R und 3L, und die Fahrzeugsteuervorrichtung 50.
Die Oberleitungsdrahterfassungsvorrichtung 15 kann typischerweise als ein Sensor implementiert sein, wie beispielsweise ein Laserradar, ein Millimeterwellenradar oder eine Kamera. In einer X-Y-Ebene, gebildet aus einer X-Achse, die die Fahrtrichtung des Fahrzeugs darstellt (Richtung der Fahrzeugachse) und einer Y-Achse, die die seitliche Richtung (senkrecht zu der Fahrzeugachse) des Fahrzeugs darstellt, dient jeder der oben genannten Sensoren bei der vorliegenden Erfindung als ein Mittel zum Erfassen der relativen Lagebeziehung zwischen dem Fahrzeugkörper und den Oberleitungsdrähten. Im Fall des Laserradars wird ein Scannen (Suchen der Oberleitungsdrähte) in X-Achsenrichtung des Fahrzeugkörpers durchgeführt, um die Oberleitungsdrähte genau zu erfassen. Im Fall des Millimeterwellenradars ist der Einfluss von Wetter (Nebel, Regen, etc.) schwächer im Vergleich zu anderen Sensorarten. Diese Radarsensoren können nicht nur in den X-Y-Richtungen erfassen, sondern auch in der Z-Richtung (Höhenrichtung des Fahrzeugs und der Oberleitungsdrähte). Daher können die Radarsensoren geeignet sein in Fällen, in denen das erfindungsgemäße System verwendet wird zusammen mit einem System, welches die Erfassung in Höhenrichtung erfordert.
Im Fall der Kamera werden Bilder der Oberleitungsdrähte von unten geschossen und somit können die Oberleitungsdrähte bei Tage und schönem Wetter genau erfasst werden dank des hohen Kontrasts zwischen dem Himmel und den Oberleitungsdrähten. Es ist ebenfalls möglich, das Fahrzeug 1 mit einer Beleuchtungsvorrichtung 51 zur Beleuchtung der Oberleitungsdrähte 3R und 3L zu versehen. In diesem Fall sorgt die Beleuchtung der Oberleitungsdrähte 3R und 3L mit der Beleuchtungsvorrichtung 51 für einen hohen Kontrast zwischen dem Himmel und den Oberleitungsdrähten, wodurch die Oberleitungsdrähte genau erfasst werden können, selbst wenn ein solch hoher Kontrast sonst kaum erreichbar ist (Abendzeit, Nachtzeit, regnerisches Wetter, etc.).
Das System kann ebenfalls eine Kombination von zwei oder mehr Sensoren aufweisen.
11 ist eine schematische Darstellung, die die Konfiguration der Fahrzeugsteuervorrichtung 50 und das Input/Output-Verhältnis zwischen der Fahrzeugsteuervorrichtung 50 und der Steuereinheit 100 zeigt. Wie in 11 gezeigt, umfasst die Fahrzeugsteuervorrichtung 50 eine Oberleitungsdrahterfassungsinformationsverarbeitungseinheit 50a, eine Fahrzeugzustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b und eine Fahrzeugzustandsgrößen-Steuereinheit 50c. Die Oberleitungsdrahterfassungsinformationsverarbeitungseinheit 50a empfängt Informationen über die relative Lagebeziehung zwischen dem Fahrzeugkörper und den Oberleitungsdrähten durch Verarbeitung von Information, die von der Oberleitungsdrahterfassungsvorrichtung 15 erfasst wurde. Die Fahrzeugzustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b berechnet Zustandsgrößen des Fahrzeugs auf der Grundlage der Information, die von der Oberleitungsdrahterfassungsinformationsverarbeitungseinheit 50a empfangen wurde. Die Fahrzeugzustandsgrößen-Steuereinheit 50c steuert die Fahrzeugzustandsgrößen auf der Grundlage des Ergebnisses der Berechnung durch die Fahrzeugzustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b. Die Oberleitungsdrähte 3R und 3L werden von Trägern 53 über Isolatoren 52 gehaltert. Die Fahrzeugsteuervorrichtung 50 gibt einen Zielgeschwindigkeits-Korrekturwert, den Giermoment-Korrekturwert, den Giermomentsteuermodus, und den Hebebefehl an die Hebesteuerungsvorrichtung, sowie Steuer/Erfassungszustandsinformation, etc. aus.
Bei dieser Ausführungsform wird die Erfassung der Oberleitungsdrähte erläutert für einen Fall, in dem eine Kamera als Oberleitungsdrahterfassungsvorrichtung 15 verwendet wird, und die relative Lagebeziehung zwischen dem Fahrzeug und den Oberleitungsdrähten in der X-Y-Ebene wird erfasst durch eine Bildverarbeitung. Die Oberleitungsdrahterfassungsvorrichtung 15 ist somit durch eine Kamera implementiert und die Oberleitungsdrahterfassungsinformationsverarbeitungseinheit 50a ist implementiert durch eine Bildinformationsverarbeitungseinheit, die die Bildinformation verarbeitet, die von der Kamera aufgenommen wurde.
Kamera 15 und Bildinformationsverarbeitungseinheit 50a
Die Kamera 15 nimmt Bilder von den Oberleitungsdrähten 3R und 3L auf. In diesem Fall, wo die beiden Oberleitungsdrähte 3R und 3L von einer Kamera aufgenommen werden, ist es wünschenswert, die Kamera 15 in der Mitte zwischen dem rechten und dem linken Oberleitungsdraht 3R und 3L anzuordnen. Es ist ebenfalls möglich, den rechten und den linken Oberleitungsdraht 3R und 3L jeweils mit einer Kamera aufzunehmen. Die von der Kamera 15 gewonnene Bildinformation wird zu der Bildinformationsverarbeitungseinheit 50a der Fahrzeugsteuervorrichtung 50 geschickt. Die Bildinformation weist Pixelanordnungen im Bildbereich der Kamera 15 auf. Die Bildinformationsverarbeitungseinheit 50a wandelt die Bildinformationen in die benötige Information um.
Wenn eine starke Lichtquelle in Bildaufnahmerichtung der Kamera 15 leuchtet, kann ein gleißender und blendender Effekt, genannt „Halo-Effekt“ auf dem Bild auftreten, welches in die Bildinformationsverarbeitungseinheit 50a eingegeben wird, und dies kann das Erkennen des Ziels der Erfassung unmöglich machen. Als eine Gegenmaßnahme gegen dieses Problem ist es möglich, zwei Kameras zu verwenden: eine zum Aufnehmen der Oberleitungsdrähte 3R und 3L auf der Stirnseite des Fahrzeugs und eine weitere zum Aufnehmen der Oberleitungsdrähte 3R und 3L auf der Rückseite des Fahrzeugs. Wenn die Bildinformationsverarbeitungseinheit 50a entscheidet, dass der Halo-Effekt in einem von einer Kamera aufgenommenen Bild auftritt, kann eine Korrektur vorgenommen werden, in dem die andere Kamera benutzt wird. Der Halo-Effekt kann mit allgemein bekannten Verfahren erfasst werden. Die Zwei-Kamera-Konfiguration ist nicht nur wirkungsvoll, wenn der Halo-Effekt auftritt, sondern auch wenn das Bildaufnahmefeld einer Kamera blockiert ist. Wenn die Bildinformationsverarbeitungseinheit 50a entscheidet, dass das Bildaufnahmefeld einer Kamera blockiert ist, durch Schmutz, Schlamm, etc., dann kann eine Korrektur vorgenommen werden, ähnlich wie oben beschrieben, indem die andere Kamera verwendet wird. Es ist ebenfalls möglich, die Kamera 15 mit einem Gehäuse zu umschließen, wobei die Kamera 15 Bilder der Oberleitungsdrähte 3R und 3L durch eine Glasscheibe des Gehäuses macht, wobei die Glasscheibe mit einem Scheibenwischer, einem Waschfluid, etc. gewaschen wird, wenn die Bildinformationsverarbeitungseinheit 50a entscheidet, dass die Sichtverhältnisse durch das Glas durch Schmutz, Schlamm, etc. verschlechtert wurden.
Wenn die Bildinformationsverarbeitungseinheit 50a entscheidet, dass die Stärke des Umgebungslichtes unzureichend ist für die Erfassung der Oberleitungsdrähte 3R und 3L (Dämmerung, Dunkelheit, etc.), so kann die Bildinformationsverarbeitungseinheit 50a einen Blinkbefehl an die Beleuchtungsvorrichtung 51 ausgeben, damit die Beleuchtungsvorrichtung 51 die Oberleitungsdrähte 3R und 3L beleuchtet und einen hohen Kontrast zwischen dem Himmel und den Oberleitungsdrähten aufrechterhält.
Bei dieser Ausführungsform wird ein Fall betrachtet, in dem die Kamera 15 Bilder in der Richtung direkt über dem Fahrzeug aufnimmt, wie in 12 gezeigt (nicht in der schrägen Richtung wie in 11 gezeigt), um die Erläuterung zu vereinfachen. In diesem Fall wird ein Bildaufnahmebereich a, b, c, d der Kamera 15 (der Erfassungsbereich der Oberleitungsdrahterfassungsvorrichtung) vor dem Fahrzeug festgelegt, wie in 13 gezeigt. 14 ist eine schematische Darstellung, die ein Bild zeigt, welches in einem solchen Fall von der Kamera 15 aufgenommen wurde. Da die Kamera 15 das Bild der Oberleitungsdrähte 3R und 3L von unten in 14 aufgenommen hat, ist die Antero-posterior-Beziehung zwischen den Punkten a, b, c, und d (Lagebeziehung zwischen der Linie a–d und der Linie b–c) und der Fahrtrichtung des Fahrzeugs umgekehrt wie in 13, in der die Oberleitungsdrähte 3R und 3L von oben betrachtet werden.
Wie in 14 gezeigt, erscheinen in der von der Kamera 15 empfangenen Bildinformation die Oberleitungsdrähte 3R und 3L parallel zur Fahrtrichtung (in vertikaler Richtung in dem Bild). Auf dieser Bildinformation wird ein Verfahren zum Extrahieren von Randteilen (Randbearbeitung) durchgeführt, wie in 15 gezeigt. Durch diesen Randbearbeitungsprozess wird der rechte Oberleitungsdraht 3R aufgespalten in zwei Ränder RR und RL, während der linke Oberleitungsdraht 3L aufgespalten wird in zwei Ränder LR und LL. Anschließend, wie in 16 gezeigt, wird für jeden der rechten und linken Oberleitungsdrähte 3R und 3L eine Mittellinie bestimmt (eine Mittellinie RM für den rechten Oberleitungsdraht 3R und eine Mittellinie LM für den linken Oberleitungsdraht 3L). Dann wird ein Koordinatensystem bezüglich der Pixelanzahl festgelegt mit seinem Ursprung auf der oberen Mitte Oc des Bildes (wobei seine X-Achse sich in einer Richtung parallel zur der Linie ab erstreckt und seine Y-Achse in der Richtung parallel zu der Linie da). Dann werden der Schnittpunkt P(0, M_Lad_Ref) der Mittellinie LM und der Linie ad, der Schnittpunkt Q(0, M_Rad_Ref) der Mittellinie RM mit der Linie ad, der Schnittpunkt R(m, M_Lbc_Ref) der Mittellinie LM mit der Linie bc, und der Schnittpunkt S(m, M_Rbc_Ref) der Mittellinie RM mit der Linie bc bezüglich des Ursprungs Oc festgelegt. Diese Punkte P, Q, R und S, die auf den Oberleitungsdrähten 3R und 3L liegen, werden als Zielpunkte definiert. Im Übrigen bezeichnet „m“ die Anzahl der Pixel in der vertikalen Richtung und „n“ die Anzahl der Pixel in der horizontalen Richtung.
Wenn jeder Oberleitungsdraht 3R, 3L in der Mitte eines jeden Schleifbügels 4Ra, 4La gelegen ist, während das Fahrzeug gerade in der Mitte zwischen den Oberleitungsdrähten 3R und 3L und parallel zu den Oberleitungsdrähten 3R und 3L fährt, so dient dies der Stabilität gegenüber Abweichungen (Versetzungen), hervorgerufen durch eine seitliche (rechts/links) Fehlausrichtung und Vibration (Holpern) des Fahrzeugs. Es ist daher wünschenswert, dass das Fahrzeug in solch einem Zustand weiterfährt.
17 zeigt einen Zustand, in dem das Fahrzeug bezüglich des Oberleitungsdrahtes nach links verschoben ist. Durch Festlegen von repräsentativen Punkten des Fahrzeugs 1 an Schnittpunkten zur X-Achse paralleler Linien (d. h. in Fahrtrichtung des Fahrzeugs 1) und wobei diese Linien durch die Mitte des Schleifbügels 4Ra oder 4La verlaufen mit den Linien ad und bc des Bildbereichs, werden die Punkte P', Q', R' und S', wie in 17 gezeigt, erhalten als repräsentative Punkte. Diese repräsentativen Punkte sind Punkte, die verwendet werden, um die Lage des Fahrzeugs relativ zu den Oberleitungsdrähten 3R und 3L zu steuern. Daher können die repräsentativen Punkte P', Q', R' und S' auch als Kontrollpunkte bezeichnet werden. Die Koordinaten dieser repräsentativen Punkte werden definiert als M_Lad_Cont, M_Rad_Cont, M_Lbc_Cont bzw. M_Rbc_Cont.
18 zeigt einen Fall, in dem das Fahrzeug schräg zu den Oberleitungsdrähten 3R und 3L fährt. Auch in diesem Fall sind die repräsentativen Punkte des Fahrzeugs definiert als die Punkte P', Q', R' und S'.
Die Bildinformationsverarbeitungseinheit 50a sendet die Koordinateninformationen dieser Punkte an die Fahrzeugzustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b.
Fahrzeugzustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b und Fahrzeugzustandsgrößen-Steuereinheit 50c
Die Fahrzeugzustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b ist eine Komponente zur Berechnung von Zustandsgrößen, die verwendet werden müssen, um Steuerwerte und Befehlswerte zu erzeugen. Die Steuerwerte und Befehlswerte, erzeugt durch Verwendung der Zustandsgrößen, berechnet durch die Fahrzeugzustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b, umfassen den Giermoment-Korrekturwert, verwendet zur Durchführung der Steuerung, um dem Fahrzeug 1 ein geeignetes Giermoment zu geben, so dass das Fahrzeug 1 fährt, während es die Oberleitungsdrähte 3R und 3L verfolgt (im Folgenden genannt: „Oberleitungsdrahtverfolgungssteuerung“), einen weiteren Giermoment-Korrekturwert, der verwendet wird, um eine Steuerung auszuführen, um dem Fahrzeug 1 ein geeignetes Giermoment zu geben, so dass das Fahrzeug 1 während der Fahrt um die Mitte der Oberleitungsdrähte 3R und 3L mäandert (im Folgenden genannt: „Fahrzeugmäandersteuerung“), den Anhebebefehl für die Hebesteuerungsvorrichtung, herausgegeben von der Anhebesteuerung des Schleifbügels 4Ra oder des Schleifbügels 4La, der Stromabnehmer 4R und 4L (im Folgenden genannt: „Schleifbügelanhebesteuerung“), den Giermomentsteuermodus, den Zielgeschwindigkeits-Korrekturwert, usw. Die Fahrzeugzustandsgrößen-Steuereinheit 50c ist eine Komponente zur Erzeugung und Ausgabe der Steuerwerte und der Befehlswerte (der Giermoment-Korrekturwerte, des Anhebebefehls der Hebesteuerungsvorrichtung, des Giermomentsteuermodus, des Zielgeschwindigkeits-Korrekturwerts, usw.) auf der Basis des Ergebnisses der Berechnung durch die Fahrzeugzustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b.
Oberleitungsdrahterfassungsbereich und Koordinatensystem
Zuerst werden ein Oberleitungsdrahterfassungsbereich und ein Koordinatensystem erläutert, welche von der Fahrzeugzustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b verwendet werden.
19 ist eine schematische Darstellung, die den Oberleitungsdrahterfassungsbereich und das Koordinatensystem zeigt, welche bei dieser Ausführungsform verwendet werden.
Aus der Bildinformation in dem Bildaufnahmebereich a, b, c, d (siehe 16 bis 18) erhalten durch die Bildinformationsverarbeitungseinheit 50a von der Kamera 15, extrahiert und empfängt die Fahrzeugzustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b einen Bereich, wie den Bereich a1, b1, c1, d1, wie in 19 gezeigt, als den Oberleitungsdrahterfassungsbereich. Die Seite a1–d1 entspricht einem Teil der Seite a–d des Bildaufnahmebereichs a, b, c, d, wie in den 16 bis 18 gezeigt, während die Seite b1–c1 einen Teil der Seite b–c des Bildaufnahmebereichs a, b, c, d entspricht. Der Oberleitungsdrahterfassungsbereich a1, b1, c1, d1 gibt die Lagebeziehung zwischen dem Schleifbügel und dem Oberleitungsdraht 3R oder 3L an, wenn der Oberleitungsdraht 3R/3L von oben gesehen wird. In dem Oberleitungsdrahterfassungsbereich a1, b1, c1, d1 verläuft eine gerade Linie durch die Mitte des Schleifbügels 4Ra/4La (betrachtet ein seitlicher Richtung) und erstreckt sich in der Fahrtrichtung des Fahrzeugs und verläuft durch die Mitte der Seite a1–d1 und die Mitte der Seite b1–c1. Wie oben erwähnt, ist die Antero-posterior-Beziehung (vertikale Richtung in 19) in dem Oberleitungsdrahterfassungsbereich a1, b1, c1, d1 (Betrachtung des Oberleitungsdrahts 3R/3L von oben) umgekehrt wie die in dem Bildaufnahmebereich a, b, c, d, da die Oberleitungsdrähte 3R und 3L in der Bildinformation über den Bildaufnahmebereich a, b, c, d von der Kamera 15 von unten aufgenommen wurden.
Ferner legt die Fahrzeugzustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b ein Koordinatensystem fest, welches seinen Ursprung (Op) in der Mitte der Schleifbügel 4Ra/4La hat, wobei die X-Achse sich in Fahrtrichtung erstreckt und die Y-Achse bezüglich der Fahrtrichtung nach links. In dem Koordinatensystem legt die Fahrzeugzustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b einen repräsentativen Punkt auf den Schnittpunkt Z der X-Achse mit der Seite b1–c1 und legt zwei Zielpunkte auf den Schnittpunkt T der Oberleitungsdrahtes 3R/3L mit der Seite b1-c1 und einen Schnittpunkt U des Oberleitungsdrahtes 3R/3L mit der Seite a1–d1. Da die Kamera 15 und der Schleifbügel 4Ra/4La des Stromabnehmers 4R/4L beide am Fahrzeug befestigt sind und die Lagebeziehung zwischen den beiden Komponenten bereits bekannt ist, können die Koordinaten der Schnittpunkte Z, T und U leicht bestimmt werden durch eine Koordinatentransformation, indem die Koordinatenwerte der Punkte P', P und R in dem Koordinatensystem mit dem Ursprung Oc, wie in den 16 bis 18 gezeigt, in Koordinatenwerte in dem Koordinatensystem mit dem Ursprung Op, das in 19 gezeigt ist, transformiert werden.
Oberleitungsdrahtverfolgungssteuerung
Die Fahrzeugzustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b berechnet die Abweichung zwischen dem repräsentativen Punkt Z und dem Zielpunkt T. Da der Y-Koordinatenwert Y_Cbc des Zielpunktes T vor dem Schleifbügel 4Ra/4La gleich der Abweichung zwischen dem repräsentativen Punkt Z und dem Zielpunkt T ist, verwendet die Fahrzeugzustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b den Y-Koordinatenwert Y_Cbc des Zielpunktes T als Abweichung zwischen dem repräsentativen Punkt Z und dem Zielpunkt T. Die Abweichung Y_Cbc nimmt einen positiven/negativen Wert an, wenn das Fahrzeug bezüglich der Oberleitungsdrähte nach rechts/links versetzt wurde.
Wenn das Fahrzeug schräg zu dem Oberleitungsdraht 3R/3L fährt, wird eine ähnliche Versetzung definiert, auch bezüglich der Neigung des Fahrzeugs. In diesem Fall wird die Neigung θ_t des Fahrzeugs bezüglich des Oberleitungsdrahtes 3R/3L zu einem bestimmten Zeitpunkt t dargestellt durch die folgende Gleichung unter Verwendung der Koordinatenwerte der beiden Zielpunkte T und U: θ_t = (Y_Cbc – Y_Cad)/(X_Cbc – X_Cad) (1)
Die Fahrzeugzustandsgrößen-Steuereinheit 50c berechnet den Giermoment-Korrekturwert (um den repräsentativen Punkt Z mit dem Zielpunkt T zusammenfallen zu lassen) unter Verwendung der Abweichung Y_Cbc zwischen dem repräsentativen Punkt Z und dem Zielpunkt T oder der Neigung θ_t des Fahrzeugs.
20 ist ein Blockdiagramm, welches ein Verfahren zur Berechnung des Giermoment-Korrekturwertes zeigt, unter Verwendung der Abweichung Y_Cbc oder der Neigung θ_t. In der Fahrzeugzustandsgrößen-Steuereinheit 50c konvertiert eine Konvertierungseinheit 50c ₁ die Abweichung Y_Cbc in einen Giermomentwert durch Multiplikation der Abweichung Y_Cbc mit einem Verstärkungsfaktor. Ähnlich konvertiert eine Konvertierungseinheit 50c ₂ die Neigung θ_t in einen Giermomentwert durch Multiplikation der Neigung θ_t mit einem Verstärkungsfaktor. Die Berechnungseinheit 50c ₃ berechnet den Giermoment-Korrekturwert durch Addition der beiden Giermomentwerte miteinander und gibt den berechneten Giermoment-Korrekturwert an die Giermomentsteuereinheit 102 weiter.
21 ist ein schematisches Diagramm, ähnlich dem in 19 gezeigten, wobei ein toter Bereich der Oberleitungsdrahtverfolgungssteuerung festgelegt wurde. Die Zielpunkte T und U und der repräsentative Punkt Z wurden festgelegt für den Erfassungsbereich a1, b1, c1, d1, wie oben erläutert. Ferner wurden die Punkte A und B, die den toten Bereich der Oberleitungsdrahtverfolgungssteuerung spezifizieren, an Orten in einem vorbestimmten Abstand (erster Schwellenwert) (Y_l, Y_r) von dem repräsentativen Punkt Z gesetzt.
Die Fahrzeugzustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b, die die Oberleitungsdrahtverfolgungssteuerung durchführt, legt den toten Bereich für die Abweichung Y_Cbc zwischen dem repräsentativen Punkt Z und dem Zielpunkt T fest und berechnet die Zustandsgrößen der Oberleitungsdrahtverfolgungssteuerung nur, wenn die Abweichung aus dem toten Bereich herausgeht. Die Fahrzeugzustandsgrößen-Steuereinheit 50c berechnet den Giermoment-Korrekturwert, der dem Y-Koordinatenwert Y_Cbc des Zielpunktes T entspricht (d. h. der Abweichung zwischen dem repräsentativen Punkt Z und dem Zielpunkt T).
Die Fahrzeugzustandsgrößen-Steuereinheit 50c bestimmt ebenfalls den Giermomentsteuermodus, der mit Bezug auf 8 erläutert wurde. Die zuvor genannte Giermomentsteuereinheit 102 der Steuereinheit 100 berechnet die Motordrehmoment-Steuerwerte und den Radeinschlagverstellungsdrehmoment-Korrekturwert auf der Grundlage des Giermoment-Korrekturwertes und dem Giermomentsteuermodus, der bestimmt wurde durch die Fahrzeugzustandsgrößen-Steuereinheit 50c, und gibt dann die Motordrehmoment-Steuerwerte und den Radeinschlagverstellungsdrehmoment-Steuerwert an die Invertersteuervorrichtung 30 bzw. die Lenksteuervorrichtung 32 weiter.
Mit der oben beschriebenen Konfiguration und der oben beschriebenen Betriebsweise führen die Steuervorrichtung (bestehend aus der Fahrzeugsteuervorrichtung 50, der Steuereinheit 100, der Invertersteuervorrichtung 30 und der Lenksteuervorrichtung 32) eine Steuerung aus, um dem Fahrzeug 1 ein geeignetes Giermoment zu geben, so dass das Fahrzeug 1 während der Fahrt die Oberleitungsdrähte 3R und 3L verfolgt. In diesem Fall übt die Steuervorrichtung eine Steuerung aus, um dem Fahrzeug 1 ein geeignetes Giermoment zu geben, so dass der repräsentative Punkt Z sich dem Zielpunkt T nähert. Ferner übt die Steuervorrichtung eine Steuerung aus, um dem Fahrzeug 1 ein geeignetes Giermoment zu geben, so dass die Neigung θ_t abnimmt.
Neben der einfachen Verstärkungssteuerung, wie sie in 20 gezeigt ist, können ebenfalls eine integrale Steuerung, eine Abweichungssteuerung, usw. durchgeführt werden.
Fahrzeugmäandersteuerung
Ferner führen die Fahrzeugzustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b und die Fahrzeugzustandsgrößen-Steuereinheit 50c die Fahrzeugmäandersteuerung aus, um die Abnutzung der Schleifbügel 4Ra und 4La zu verteilen (zu vergleichmäßigen), wenn die Abweichung Y_Cbc zwischen dem repräsentativen Punkt Z und dem Zielpunkt T innerhalb des toten Bereichs der Oberleitungsdrahtverfolgungssteuerung (d. h. zwischen den Punkten A und B) ist. Bei dieser Fahrzeugmäandersteuerung wird ein Fluktuationspunkt (in 21 mit dem Bezugszeichen „F“ versehen) neu definiert und die Giermomentsteuerung wird ausgeführt, so dass der repräsentative Punkt Z mit dem Fluktuationspunkt F zusammenfällt.
Für die Fahrzeugmäandersteuerung berechnet die Fahrzeugzustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b die Abweichung zwischen dem repräsentativen Punkt Z und dem Fluktuationspunkt F. Da der Y-Koordinatenwert (Y_c) des Fluktuationspunktes F gleich der Abweichung zwischen dem repräsentativen Punkt Z und dem Fluktuationspunkt F ist, betrachtet die Fahrzeugzustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b den Y-Koordinatenwert Y_c des Fluktuationspunktes F als die Abweichung zwischen dem repräsentativen Punkt Z und dem Fluktuationspunkt F. Die Abweichung Y_c nimmt einen positiven/negativen Wert an, wenn das Fahrzeug bezüglich des Fluktuationspunktes F nach rechts/links versetzt wurde.
Die Fahrzeugzustandsgrößen-Steuereinheit 50c berechnet den Giermoment-Korrekturwert (um den repräsentativen Punkt Z mit dem Fluktuationspunkt F koinzidieren zu lassen) unter Verwendung der Abweichung Y_c zwischen dem repräsentativen Punkt Z und dem Fluktuationspunkt F. In diesem Fall kann der Giermoment-Korrekturwert berechnet werden wie unten beschrieben. Giermoment-Korrekturwert = Verstärkung × Y_c (2)
Mit anderen Worten, der repräsentative Punkt Z wurde gemäß der Gleichung (2) bewegt, so dass er ständig mit dem Fluktuationspunkt F koinzidiert. 22 ist ein Blockdiagramm, das dieses Verfahren zeigt. Eine Konvertierungseinheit 50c ₄ konvertiert die Abweichung Y_c in den Giermoment-Korrekturwert durch Multiplikation der Abweichung Y_c mit einem Verstärkungsfaktor. Der Giermoment-Korrekturwert wird an die Giermomentsteuereinheit 102 ausgegeben und dem Fahrzeug wird ein Giermoment gegeben. Die Fahrzeugzustandsgrößen-Steuereinheit 50c gibt weiter den Giermoment-Korrekturwert aus, solange wie der repräsentative Punkt Z nicht mit dem Fluktuationspunkt F koinzidiert.
Die Fahrzeugzustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b legt den Fluktuationspunkt F für die Fahrzeugmäandersteuerung bezüglich des Zielpunkts T (Y_Cbc) wie folgt fest: Y_c = Y_Cbc + j × sin(θ) (3)
Der zweite Ausdruck der Gleichung (3) ist ein Ausdruck, der das Fahrzeug orthogonal zur Fahrtrichtung fluktuieren lässt. Gemäß diesem Ausdruck fluktuiert der Fluktuationspunkt F um den Zielpunkt T (Y_Cbc). Da der Fluktuationspunkt F wie oben beschrieben festgelegt wurde und dem Fahrzeug 1 das Giermoment derart gegeben wird, dass der repräsentative Punkt Z mit dem Fluktuationspunkt F wie oben erläutert koinzidiert, fährt das Fahrzeug mit einer Mäanderbewegung um die Mitte der Oberleitungsdrähte 3R und 3L als Folge.
Bei dieser Ausführungsform wird als zweiter Ausdruck der obigen Gleichung (3) eine Sinuswelle angewendet. Dies dient natürlich dem Zweck, die Schleifbügel 4Ra und 4La gleichmäßig in Kontakt mit den Oberleitungsdrähten 3R und 3L zu bringen, um eine ungleichmäßige Abnutzung der Schleifbügel 4Ra und 4La und der Oberleitungsdrähte 3R und 3L zu vermeiden. Mathematische Funktionen, die diesen Zweck erfüllen, umfassen nicht nur trigonometrische Funktionen, sondern auch trapezförmige Wellen, dreieckige Wellen, usw., und somit kann jede Funktion verwendet werden, die eine bestimmte Periodizität aufweist. Es ist ebenfalls möglich, einen Tiefpassfilter erster Ordnung zu verwenden, um sprunghafte Wechsel in der Abweichung Y_Cbc zu vermeiden und ein System zu konstruieren, in dem die Zeitkonstante so festgelegt wird, dass die Gierwinkelreaktionszeit des Fahrzeugs in Reaktion auf das Giermoment nicht überschritten wird.
Schleifbügelanhebesteuerung
Die Fahrzeugzustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b berechnet die Neigung θ_t des Fahrzeugs zu einem bestimmten Zeitpunkt t. Wie oben erwähnt, kann diese Neigung θ_t mit der oben dargestellten Gleichung (1) berechnet werden unter Verwendung der Koordinatenwerte der beiden Zielpunkte T und U, wie in 19 gezeigt.
Ferner berechnet die Fahrzeugzustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b die Y-Koordinate (Y_p_t) eines Punktes W, der definiert ist als der Schnittpunkt des Schleifbügels 4Ra/4La mit dem Oberleitungsdraht 3R/3L.
Die Y-Koordinate Y_p_t des Punktes W kann angenähert werden wie folgt: Y_p_t = Y_Cbc – θ_t × X_Cbc oder Y_p_t = Y_Cad – θ_t × X_Cad (4)
Hier ist Y_p_t + 1 als der Wert von Y_p_t einen Schritt weiter (nach einem Zeitintervall ∆) ausgedrückt unter Verwendung der Fahrzeuggeschwindigkeit V wie folgt: Y_p_t + 1 = Y_p_t + V × tanθ_t (5)
Angenommen der zulässige Bereich der Y-Koordinate Y_p_ des Punktes W auf dem Schleifbügel 4Ra/4La innerhalb dessen der Schleifbügel 4Ra/4La in Kontakt mit dem Oberleitungsdrahtes 3R/3L steht und hinreichend genug elektrische Leistung aufgenommen werden kann, ist Y_min (Y-Koordinate eines Punktes D) < Y_p_t < Y_max (Y-Koordinate eines Punktes C) zwischen Punkten C und D, so kann gesagt werden, dass es kein Problem gibt, den Schleifbügel 4Ra/4La in einem Bereich anzuheben, der die folgende Relation erfüllt: Y_min < Y_p_t + 1 < Y_max.
Zum aktuellen Zeitpunkt t urteilt die Fahrzeugzustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b, ob oder ob nicht die Y-Koordinate Y_p_t des Punktes W außerhalb des Bereichs zwischen Y_t_p (Y-Koordinate des Punktes T) und Y_max (Y-Koordinate des Punktes C) im nächsten Steuerungsschritt t + 1 ist und gibt das Ergebnis der Beurteilung an die Fahrzeugzustandsgrößen-Steuereinheit 50c. Wenn die Y-Koordinate Y_p_t des Punktes W außerhalb des Bereichs zwischen Y_min (Y-Koordinate des Punktes D) und Y_max (Y-Koordinate des Punktes C) ist, dann gibt die Fahrzeugzustandsgrößen-Steuereinheit 50c ein Befehlssignal ab zum Absenken der Schleifbügel 4Ra und 4La oder zum Verhindern des Anhebens der Schleifbügel 4Ra und 4La. Umgekehrt, wenn die Y-Koordinate Y_p_t in dem Bereich ist, gibt die Fahrzeugzustandsgrößen-Steuereinheit 50c ein Steuersignal aus zum Anheben der Schleifbügel 4Ra und 4La oder zum Erlauben der Anhebung der Schleifbügel 4Ra und 4La. Die Fahrzeugzustandsgrößen-Steuereinheit 50c kann ebenfalls die Reaktionskraft des Reaktionskraftmotors 42 (siehe 5) der Lenkvorrichtung 40 korrigieren in Abhängigkeit von der Y-Koordinate Y_p_t des Punktes W. Zum Beispiel kann die Korrektur ausgeführt werden, um die Reaktionskraft in dem Bereich zu vermindern, der die Relation erfüllt: Y_min < Y_p_t + 1 < Y_max, und um die Reaktionskraft in den Bereichen zu erhöhen, die folgende Relationen erfüllen: Y_p_t + 1 ≤ Y_min oder Y_max ≤ Y_p_t + 1.
In diesem Beispiel führt die Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 50 sowohl die Oberleitungsdrahtverfolgungssteuerung als auch die Schleifbügelanhebesteuerung aus. Bei der Oberleitungsdrahtverfolgungssteuerung gibt die Fahrzeugzustandsgrößen-Steuereinheit 50c den Giermoment-Korrekturwert aus, der berechnet wurde durch Multiplikation der Abweichung Y_Cbc oder der Neigung θ_t mit einem Verstärkungsfaktor. Da das Ausgeben des Giermoment-Korrekturwertes anhält, bis die Abweichung Y_Cbc oder die Neigung θ_t Null wird, tendieren die Y-Koordinate Y_p_t des Punktes W auf dem Schleifbügel 4Ra/4La und die Neigung θ_t schließlich dazu, zu Null zu konvergieren.
Details des Steuerungsverfahrens durch die Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 50
Die Details des Steuerungsverfahrens, welches durch die Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 50 ausgeführt wird, einschließlich der oben genannten Anhebesteuerung der Schleifbügel 4Ra und 4La wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die in den 23 und 24 gezeigten Flussdiagramme erläutert. 23 ist ein Flussdiagramm, welches den Verfahrensfluss von dem „Aufwärts-Fotoschießen“ mit der Kamera bis zum Steuerungsoutput zeigt. 24 ist ein Flussdiagramm, welches die Details eines Oberleitungsdrahtverfolgungs/Mäandersteuerungsschritts 300, gezeigt in 23, zeigt. Es wird angenommen, dass wie in 12 gezeigt, eine Kamera an der Stirnseite des Fahrzeugs 1 auf der Verlängerungslinie der Fahrzeugachse angeordnet ist, und dass die Anzahl der Oberleitungsdrähte, die von der Kamera fotografiert werden, 1 ist.
In dem ersten Schritt 200 in 23 schießt die Bildinformationsverarbeitungseinheit 50a ein Bild mit der Kamera oberhalb des Fahrzeugs 1. In Schritt 201 sucht die Bildinformationsverarbeitungseinheit 50a das aufgenommene Bild von dem Oberleitungsdraht 3R/3L. Bei der Suche in Schritt 201 wird der gesamte Bereich des aufgenommenen Bildes abgesucht, wenn die Erfassung des Oberleitungsdrahtes 3R/3L zum ersten Mal ausgeführt wird. Nachdem der Oberleitungsdraht 3R/3L einmal erfasst worden ist, ist das Absuchen des gesamten Bereichs unnötig. Es reicht, nur einen begrenzten Bereich in der Nähe der Koordinaten des bereits erfassten Oberleitungsdrahtes 3R/3L abzusuchen, da dies die Suchzeit verkürzt. In Schritt 202 urteilt die Bildinformationsverarbeitungseinheit 50a, ob oder ob nicht ein Objekt existiert, das dem Oberleitungsdraht 3R/3L in dem aufgenommenen Bild entspricht. Wenn kein Objekt gefunden wird, das dem Oberleitungsdraht 3R/3L entspricht, ist der Prozess beendet. Wenn es ein Objekt gibt, das dem Oberleitungsdraht 3R/3L entspricht, schreitet das Verfahren zu Schritt 203A fort. In Schritt 203A führt die Bildinformationsverarbeitungseinheit 50a die Randextraktion und die Bildinformationsverarbeitung aus, um die Mittellinie des Oberleitungsdrahtes 3R/3L zu berechnen.
Danach wird das Verfahren weitergegeben an die Fahrzeugzustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b. In Schritt 203B legt die Fahrzeugzustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b die zuvor genannten Zielpunkte T und U fest und berechnet die Koordinaten der Zielpunkte T und U. An diesem Punkt zerfällt der Prozess, der Koordinateninformation bezüglich der Zielpunkte T und U verwendet, in zwei Ströme: den Oberleitungsdrahtverfolgung/Mäandersteuerungsschritt 300 bezüglich des Oberleitungsdrahtes 3R/3L und einen Anhebesteuerungsschritt 400 zum Steuern des Anhebens des Schleifbügels 4Ra/4La.
Oberleitungsdrahtverfolgungs-/Mäandersteuerung
Zuerst wird der Oberleitungsdrahtverfolgungs/Mäandersteuerungsschritt 300 mit Bezug auf 24 beschrieben.
In Schritt 310 urteilt die Fahrzeugzustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b, ob oder ob nicht der Zielpunkt T zwischen den Punkten A und B liegt (Y_l ≤ Y_Cbc, Y_r ≥ Y_Cbc), die an Orten vorbestimmt waren, die in einem vorbestimmten Abstand (Y_l, Y_r) von dem in 21 gezeigten repräsentativen Punkt Z sind. Wenn der Zielpunkt T nicht zwischen den Punkten A und B liegt, das heißt wenn die Abweichung Y_Cbc außerhalb des toten Bereichs liegt, wird ein Oberleitungsdrahtverfolgungssteuerschritt 301 durchgeführt. Wenn der Zielpunkt T zwischen den Punkten A und B liegt, das heißt wenn die Abweichung Y_Cbc in dem toten Bereich liegt, wird ein Fahrzeugmäandersteuerschritt 302 durchgeführt.
Oberleitungsdrahtverfolgungssteuerung
In dem Oberleitungsdrahtverfolgungssteuerschritt 301 wird eine Steuerung durchgeführt, um dem Fahrzeug 1 ein Giermoment zu geben, um das Fahrzeug 1 fahren zu lassen, während die Oberleitungsdrähte verfolgt werden (um den Zielpunkt T zwischen den Punkten A und B zu halten), um zu verhindern, dass das Fahrzeug 1 von der Oberleitungsfahrspur abweicht, da es die Möglichkeit von Problemen gibt (Abweichen von der Oberleitungsfahrspur), wenn das Fahrzeug fortfährt, mit der Abweichung Y_Cbc zu fahren, die außerhalb des toten Bereichs liegt.
Zuerst setzt in Schritt 311 die Fahrzeugzustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b einen Zähler (zum Zählen der Länge der Zeit, für die Y-Koordinate Y_Cbc des Zielpunktes T zwischen den Punkten A und B liegt) auf Null und setzt die Mäandersteuerflagge auf AUS.
Danach schreitet das Verfahren fort zu Schritt 320, in dem die Fahrzeugzustandsgrößen-Steuereinheit 50c den Giermoment-Korrekturwert berechnet und ausgibt.
25 ist ein schematisches Diagramm, welches ein Beispiel eines Verfahrens zum Berechnen des Giermoment-Korrekturwertes gibt, welches in Schritt 320 angewendet wird. Wie oben erwähnt, ist der Y-Koordinatenwert Y_Cbc des Zielpunktes T vor dem Schleifbügel 4Ra/4La gleich der Abweichung zwischen dem repräsentativen Punkt Z und dem Zielpunkt T. In 25 entspricht der Gradient der charakteristischen Linien außerhalb der Punkte A und B dem Verstärkungsfaktor der Konvertierungseinheit 50c ₂, der in 20 gezeigt ist.
Wie in den 25 und 20 gezeigt ist, wird ein Giermoment-Korrekturwert, der dem Y-Koordinatenwert Y_Cbc des Zielpunktes T entspricht (entspricht der Abweichung zwischen dem repräsentativen Punkt Z und dem Zielpunkt T), berechnet, der außerhalb der Punkte A und B liegt. Genauer gesagt, in dem Bereich außerhalb des Punktes A (wo Y_Cbc positiv ist) ist der Giermoment-Korrekturwert erhöht mit der Erhöhung in Y_Cbc. Im Bereich außerhalb des Punktes B (wo Y_Cbc negativ ist) ist der Giermoment-Korrekturwert vermindert mit einer Verminderung in Y_Cbc. Gemäß dieser Berechnung, wenn der Zielpunkt T nicht zwischen den Punkten A und B liegt (d. h. wenn der Absolutwert der Abweichung Y_Cbc zwischen dem repräsentativen Punkt Z und dem Zielpunkt T größer ist als der Absolutwert des Y-Koordinatenwerts Y_l des Punktes A oder des Y-Koordinatenwerts Y_r des Punktes B als erstem Schwellenwert), dann wird eine Steuerung ausgeführt, um dem Fahrzeug 1 ein geeignetes Giermoment zu geben, so dass sich der repräsentative Punkt Z dem Zielpunkt T annähert. Ferner wird die Steuerung so ausgeführt, dass das dem Fahrzeug 1 gegebene Giermoment mit dem Anstieg des Absolutwertes der Abweichung Y_Cbc ansteigt. Nachdem der Giermoment-Korrekturwert einen maximalen Korrekturwert oder einen minimalen Korrekturwert erreicht hat, wird der Giermoment-Korrekturwert konstant gesetzt, um ein abruptes/extremes Drehen des Fahrzeugs zu verhindern. Im Übrigen ist es ebenso möglich, einen konstanten Giermoment-Korrekturwert in solchen Fällen auszugeben, in denen der Zielpunkt T nicht zwischen den Punkten A und B liegt, anstatt den Giermoment-Korrekturwert als eine Variable auszurechnen und auszugeben.
Im Folgenden wird der Grund für das Festlegen des Giermoment-Korrekturwertes auf Null zwischen den Punkten A und B, wie in 25 gezeigt, erläutert. Bei der Steuerung zum Koinzidieren-Lassen des repräsentativen Punktes Z mit dem Zielpunkt T wird der Punkt W fast in der Mitte der Schleifbügel 4Ra/4La positioniert, solange das Fahrzeug 1 vorwärts fährt. In diesem Fall ist der Giermoment-Korrekturwert jedoch berechnet, selbst wenn der Punkt W leicht aus der Mitte des Schleifbügels 4Ra/4La verschoben ist und dies vergrößert die Frequenz des Betriebs der Aktuatoren, mit denen die Giermomentkorrektur implementiert ist (der Reaktionskraftmotor 42 und der Radeinschlagverstellungsmotor 43 der Lenkvorrichtung 40 (5) und die elektrischen Hinterradradmotoren 6R und 6L (in 3) bei dieser Ausführungsform). Indem der Giermoment-Korrekturwert zwischen den Punkten A und B auf Null gesetzt wird, kann die Frequenz des Betriebs der elektrischen Hinterradmotoren 6R und 6L reduziert werden und eine hohe Steuerstabilität und ein hoher Fahrkomfort können sichergestellt werden. Die Breite des Bereichs zwischen den Punkten A und B (in dem die Giermomentkorrektur nicht notwendig ist) kann festgelegt werden in Abhängigkeit von der Breite des Schleifbügels 4Ra/4La.
Ferner wird durch das Ausführen der Steuerung, so dass das dem Fahrzeug 1 gegebene Giermoment mit dem Anstieg des Absolutwertes der Abweichung Y_Cbc erhöht wird, dem Fahrzeug 1 ein Giermoment gegeben, so dass die Oberleitungsdrähte 3R und 3L schnell zu der Mitte der Schleifbügel 4Ra und 4La zurückgeführt werden, wenn der Schleifbügel 4Ra/4La des fahrenden Fahrzeugs dabei ist, sich weit von dem Oberleitungsdraht 3R/3L in seitlicher Richtung zu entfernen. Somit kann sicher verhindert werden, dass der Muldenkipper von der Spur mit den Oberleitungsdrähten 3R und 3L abweicht.
Im nächsten Schritt 330 wird der Giermomentsteuermodus ausgewählt und ausgegeben. Beim normalen Fahren ist der Modus „1“ als Giermomentsteuermodus gewählt, da es keinen Anforderungsbefehl gibt, die Fahrzeuggeschwindigkeit zu reduzieren (Betätigung der Bremse durch Fahrer oder Bremsen durch eine andere Steuerung).
Anderes Beispiel für eine Oberleitungsdrahtverfolgungssteuerung
Als Nächstes wird ein weiteres Beispiel der Oberleitungsdrahtverfolgungssteuerung mit Bezug auf die 26 bis 29 erläutert. 26 ist ein schematisches Diagramm ähnlich den 19 bis 22, wobei die Abweichungsbeobachtungspunkte für die Oberleitungsdrahtverfolgungssteuerung gesetzt sind. 27 ist ein Flussdiagramm, welches den Schritt 301' darstellt, der anstelle des Oberleitungsdrahtverfolgungskontrollschritts 301 im in 24 gezeigten Flussdiagramm ausgeführt wird.
Wie in 26 gezeigt, sind ein Punkt A' (zweiter Schwellenwert) an einem Ort außerhalb (mit einem größeren Y-Koordinatenwert) als Punkt A und mit einem Y-Koordinatenwert Y_l' und ein Punkt B' (zweiter Schwellenwert) an einem Ort außerhalb (mit einem kleineren negativen Y-Koordinatenwert) als Punkt B und mit einem Y-Koordinatenwert Y_r' als Abweichungsbeobachtungspunkte für die Oberleitungsdrahtverfolgungssteuerung gesetzt worden.
In 25 ist das Verfahren bis zum Schritt 320 zur Berechnung des Giermoment-Korrekturwertes identisch mit dem in den oben erläuterten 23 und 24. In Schritt 321 nach Schritt 320 wird beurteilt, ob der Zielpunkt T zwischen den Punkten A' und B' (Y_l' ≤ Y_Cbc, Y_r' ≥ Y_Cbc) gelegen ist oder nicht. Falls ja, wird eine Warnung abgesetzt, um den Fahrer dazu zu bringen, eine Lenkkorrektur vorzunehmen, wobei die Warnung über ein akustisches Signal und/oder eine Anzeige (Schritt 322) erfolgt, da sonst die Möglichkeit besteht, dass das Fahrzeug aus der Oberleitungsspur gerät.
Im nächsten Schritt 323 wird die Fahrzeug-Zielgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Lage des Zielpunktes T korrigiert. 28 ist ein schematisches Diagramm, welches ein Beispiel eines Verfahrens zum Berechnen eines Fahrzeug-Zielgeschwindigkeit-Korrekturwertes in diesem Fall zeigt. Wie in 28 gezeigt, wird, wenn der Zielpunkt T nicht zwischen den Punkten A' und B' liegt, der Fahrzeug-Zielgeschwindigkeit-Korrekturwert so berechnet, dass die Fahrzeug-Zielgeschwindigkeit in Abhängigkeit von dem Grad der Abweichung von den Punkten A' und B' reduziert wird. Genauer gesagt, in dem Bereich außerhalb des Punktes A' (wo Y_Cbc positiv ist) ist der Korrekturwert auf der Seite eines Absenkens der Fahrzeug-Zielgeschwindigkeit angehoben mit einer Erhöhung in Y_Cbc. In dem Bereich außerhalb des Punktes B' (wo Y_Cbc negativ ist) ist der Korrekturwert auf der Seite einer Absenkung der Fahrzeug-Zielgeschwindigkeit abgesenkt mit einer Absenkung in Y_Cbc. Gemäß dieser Berechnung wird, wenn der Zielpunkt T nicht zwischen den Punkten A' und B' liegt (d. h. wenn der Absolutbetrag der Abweichung Y_Cbc zwischen dem repräsentativen Punkt Z und dem Zielpunkt T größer ist als der Absolutbetrag des Y-Koordinatenwertes Y_l' des Punktes A' oder als der Y-Koordinatenwert Y_r' des Punktes B' als zweiter Schwellenwert), eine Steuerung ausgeführt, um die Fahrzeuggeschwindigkeit bei einem Anstieg des Absolutwertes der Abweichung Y_Cbc zu reduzieren. Das oben beschriebene Absenken der Fahrzeuggeschwindigkeit ist wirkungsvoll für die Verringerung der Arbeitsbelastung des Fahrers und gibt ihm ein Gefühl der Sicherheit.
29 ist ein schematisches Diagramm, welches ein anderes Beispiel des Verfahrens zur Berechnung des Fahrzeug-Zielgeschwindigkeit-Korrekturwertes zeigt. Wie in 29 gezeigt, kann die Korrektur gemacht werden, wenn der Zielpunkt T zwischen den Punkten A' und B' liegt, um die Fahrzeug-Zielgeschwindigkeit zu erhöhen, wenn sich der Zielpunkt T dem repräsentativen Punkt Z nähert. Genauer gesagt, in dem Bereich innerhalb des Punktes A' (wo Y_Cbc positiv ist) wird der Korrekturwert auf der Seite des Anhebens der Fahrzeug-Zielgeschwindigkeit mit der Abnahme von Y_Cbc angehoben. In dem Bereich innerhalb des Punktes B' (wo Y_Cbc negativ ist) wird der Korrekturwert auf der Seite des Anhebens der Fahrzeug-Zielgeschwindigkeit mit dem Anstieg von Y_Cbc abgesenkt. Gemäß dieser Berechnung wird die Steuerung ausgeführt, um die Fahrzeuggeschwindigkeit mit der Abnahme des Absolutbetrags der Abweichung Y_Cbc zu erhöhen, wenn der Zielpunkt T zwischen den Punkten A' und B' liegt (d. h. wenn der Absolutbetrag der Abweichung Y_Cbc zwischen dem repräsentativen Punkt Z und dem Zielpunkt T kleiner ist als der Absolutbetrag des Y-Koordinatenwertes Y_l' des Punktes A' oder als der Y-Koordinatenwert Y_r' des Punktes B' als zweiter Schwellenwert). Das Steigern der Fahrzeuggeschwindigkeit ist effektiv, um die Arbeitseffizienz zu erhöhen.
30 ist ein schematisches Diagramm, ähnlich 10, welches ein Verfahren zur Erzeugung eines Motordrehmoments in Übereinstimmung mit dem Fahrzeug-Zielgeschwindigkeit-Korrekturwert zeigt. Wie in 30 gezeigt, wird der Fahrzeug-Zielgeschwindigkeit-Korrekturwert, der wie oben beschrieben berechnet ist, in einen Motordrehmoment-Korrekturwert durch eine Konvertierungseinheit 100c konvertiert durch Multiplikation des Fahrzeug-Zielgeschwindigkeit-Korrekturwertes mit einem Verstärkungsfaktor. Anschließend werden die Motordrehmoment-Befehlswerte T_MR und T_ML von einer Recheneinheit 100d berechnet durch Addieren des Motordrehmoment-Korrekturwertes (entspricht dem Fahrzeug-Zielgeschwindigkeit-Korrekturwert), berechnet durch die Konvertierungseinheit 100c, zu den Motordrehmoment-Befehlswerten, die durch die Recheneinheit 100b berechnet sind (erhalten durch Addieren der Motordrehmoment-Korrekturwerte T_MR_Y und T_ML_Y, die dem Giermoment-Befehlswert entsprechen, der durch die Giermomentsteuereinheit 102 (8) erzeugt wird, zu den Drehmomentbefehlswerten, die von der Verarbeitungseinheit 100a ausgesucht werden).
Als Nächstes wird der Giermomentsteuermodus beschrieben für den Fall, dass die Fahrzeug-Zielgeschwindigkeit auf einen niedrigeren Wert korrigiert wird, gemäß dem Fahrzeug-Zielgeschwindigkeit-Korrekturwert, der in 28 gezeigt ist). Wie in 9 gezeigt ist, ist es in Fällen, in denen ein Giermoment erzeugt werden muss, wenn der rechte und der linke Motor 100 % ihres Motordrehmoments abgeben, notwendig, das Motordrehmoment eines der rechten und linken Motoren zu reduzieren. Die Reduktion des Motordrehmoments eines der Motoren führt zu einem Absenken der Fahrzeuggeschwindigkeit, da das Fahrzeug nicht seine aktuelle Geschwindigkeit mit dem reduzierten Motordrehmoment beibehalten kann. Somit kann in Fällen, in denen die Fahrzeug-Zielgeschwindigkeit auf einen niedrigeren Wert korrigiert wird, die Giermomentkorrektur nicht durch die Lenkdrehmomentkorrektur durchgeführt werden, sondern durch die Korrektur des Motordrehmoments, wodurch beide, die Steuerung, mit der dem Fahrzeug 1 ein Giermoment gegeben wird, durch Steuerung der rechten und linken Elektromotoren 6R und 6L, und die Steuerung der Fahrgeschwindigkeit durchgeführt werden. Somit kann eine effiziente Steuerung durchgeführt werden, mit der sowohl das Abbremsen als auch die Erzeugung eines Giermoments zur gleichen Zeit durchgeführt werden.
Fahrzeugmäandersteuerung
In dem Fahrzeugmäandersteuerungsschritt 302 wird die Steuerung durchgeführt, um dem Fahrzeug 1 ein Giermoment zu geben, so dass das Fahrzeug während der Fahrt um die Mitte der Oberleitungsdrähte herum mäandert, um eine ungleichmäßige Abnutzung der Schleifbügel zu verhindern, hervorgerufen durch die Konzentration des Kontaktpunktes zwischen jedem Schleifbügel und dem entsprechenden Oberleitungsdraht auf/um denselben Punkt (herum).
Die Konditionen der Mäandersteuerung festzulegen, wenn die Oberleitungsdrähte (an denen das Fahrzeug fährt) geradlinig sind (insbesondere geradlinig in dem Oberleitungsfahrabschnitt) und das Fahrzeug gerade entlang der Oberleitungsdrähte fährt, ist wünschenswert und führt zu einer hohen Genauigkeit der Mäandersteuerung. Daher wird das Verfahren zur Beurteilung, ob das Fahrzeug relativ zu den Oberleitungsdrähten geradlinig fährt oder nicht, zuerst ausgeführt.
Zuerst wird in Schritt 340 in einem geraden Fahrabschnitt Beurteilungsschritt 303 ausgeführt, wobei die Fahrzeugzustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b die Zeitlänge abzählt, für die der Y-Koordinatenwert Y_Cbc des Zielpunktes T zwischen den Punkten A und B liegt. Die abgezählte Zeit wird zu dem Zählerstand hinzuaddiert und anschließend schreitet das Verfahren fort zu Schritt 350. Zum Beispiel, angenommen dieses Verfahren wird alle 10 Millisekunden in dem Steuerungsfluss gemäß 24 durchgeführt, dann wird das Verfahren so lange wiederholt, bis der Zähler 200 erreicht, in dem Fall, in dem eine Beurteilung erfolgt, um zu prüfen, ob oder ob nicht der Zielpunkt T zwischen den Punkten A und B für zwei Sekunden oder länger verbleibt.
Im nächsten Schritt 350 wird beurteilt, ob der Zähler den Wert 200 erreicht hat oder nicht. Wenn der Zähler den Wert 200 erreicht hat, wird beurteilt, dass das Fahrzeug in einem geraden Fahrabschnitt fährt. In diesem Fall schreitet das Verfahren zu Schritt 360 fort und konkrete Mäandersteuerungsschritte werden gestartet. Die Größe des Zählerstands (Zeit) zur Beurteilung in Schritt 350 kann ebenfalls auf 300 oder mehr gesetzt werden, oder weniger als 200 (für eine frühere Beurteilung, dass das Fahrzeug in einem geraden Fahrabschnitt fährt). Wenn der Zählerwert in Schritt 350 kleiner ist als 200, wird geurteilt, dass die Fahrzeit in dem geraden Fahrabschnitt nicht ausreicht, um die Bedingungen einer Mäandersteuerung festzulegen und die Mäandersteuerung zu starten. In diesem Fall schreitet das Verfahren zu Schritt 330 fort.
In Schritt 360 wird beurteilt, ob die Mäandersteuerungsflagge „AN“ ist oder nicht. Wenn die Mäandersteuerungsflagge „AN“ (Ja) ist, schreitet das Verfahren fort zu Schritt 390, da die Mäandersteuerung schon durchgeführt wird. Wenn die Mäandersteuerungsflagge nicht „AN“ ist (Nein), schreitet das Verfahren zu Schritt 370 und ein Warnsignal wird angezeigt. Dieses Warnsignal wird ausgegeben, um den Fahrer aufzufordern, der Tatsache Aufmerksamkeit zu schenken, dass die Fahrtrichtung automatisch gesteuert wird durch Festlegen des Fluktuationspunktes F auf dem Zielpunkt T (d. h. die Fahrzeugmäandersteuerung wird durchgeführt).
Gleichzeitig mit der Warnung wird der Fluktuationspunkt F auf den Zielpunkt T zu bewegt, wodurch das Fahrzeug so bewegt wird, dass die Oberleitungsdrähte auf den Mitten der Schleifbügel platziert werden. Die Steuerung zur Bewegung des Fluktuationspunktes F auf den Zielpunkt T zu wird in diesem Schritt 370 wie folgt durchgeführt:
Zuerst wird die Y-Koordinatenwert Y_c des Fluktuationspunktes F gleichgesetzt mit der Y-Koordinatenwert Y_Cbc des Zielpunktes T (Y_C = Y_Cbc). Wie oben bereits erwähnt, wurde der Giermoment-Korrekturwert, um den repräsentativen Punkt Z mit dem Fluktuationspunkt F zusammenfallen zu lassen, bereits durch die Fahrzeugzustandsgrößen-Steuereinheit 50c berechnet unter Verwendung der Abweichung Y_c zwischen dem repräsentativen Punkt Z und dem Fluktuationspunkt F. Somit ist die Giermomentsteuerung gemäß der Gleichung (2) ausgeführt, so dass der repräsentative Punkt Z mit dem Zielpunkt T zusammenfällt. Eine Reihe von Bewegungen des repräsentativen Punktes Z, des Zielpunktes T und des Fluktuationspunktes F wird in diesem Fall in den 31 bis 36 dargestellt. Die 31 bis 36 sind schematische Diagramme, die die Lagebeziehung zwischen dem repräsentativen Punkt Z, dem Zielpunkt T, dem Fluktuationspunkt F, den Punkten A und B, dem Bereich (der Seite) a1–d1 und dem Oberleitungsdraht in diesem Schritt 370 zeigen.
31 zeigt einen Zustand, in dem der repräsentative Punkt Z und der Fluktuationspunkt F zusammenfallen und der Zielpunkt T außerhalb der Punkte Z und F liegt, jedoch innerhalb des Bereichs AB angeordnet ist. Wie in 31 gezeigt, fährt das Fahrzeug 1 parallel zum Oberleitungsdraht. Zu diesem Zeitpunkt, wenn der Fluktuationspunkt F so gesetzt ist, dass er mit dem Zielpunkt T zusammenfällt, wie in 32 gezeigt, wird dem Fahrzeug ein Giermoment durch die Steuervorrichtung 200 gemäß der Gleichung (2) gegeben, so dass der repräsentative Punkt Z mit dem Fluktuationspunkt F zusammenfällt. Somit nähert sich der repräsentative Punkt Z graduell dem Zielpunkt T, wie in den 33 und 34 gezeigt, und fällt zeitweise mit dem Zielpunkt T zusammen, wie in 35 gezeigt. In diesem Stadium wird der Giermoment-Korrekturwert zeitweise Null, da der repräsentative Punkt Z mit dem Fluktuationspunkt F zusammenfällt (und ebenfalls mit dem Zielpunkt T). Wenn das Fahrzeug jedoch in diesem Stadium weiterfährt, bewegt sich der Zielpunkt T natürlich zur rechten Seite, wie in 36 gezeigt, aufgrund der Neigung des Fahrzeugs 1 relativ zum Oberleitungsdraht. Solch eine einfache Multiplikation mit dem Verstärkungsfaktor gemäß der Gleichung (2) führt zu dem Schlingern. Um das Problem zu vermeiden, wird die Konvergenz allgemein erhöht durch ein Konvergieren-Lassen des repräsentativen Punktes Z auf den Zielpunkt T zu durch Inkorporieren eines integralen Steuerungsfaktors, eines Abweichungssteuerungsfaktors, etc. in der Gleichung (2). Solch ein Verfahren ermöglicht es, die Mitte des Fahrzeugs 1 direkt unter den Oberleitungsdrähten zu platzieren und parallel zu den Oberleitungsdrähten zu fahren, wodurch es möglich wird, die stabile Mäandersteuerung zu starten.
In dem nächsten Schritt 380 wird beurteilt, ob oder ob nicht der repräsentative Punkt Z, der Zielpunkt T und der Fluktuationspunkt F miteinander koinzidieren und ob das Fahrzeug parallel zu dem Oberleitungsdraht, wie in 37 gezeigt, ausgerichtet ist. 37 ist ein schematisches Diagramm ähnlich denen der 31 bis 36, das die Lagebeziehung zwischen dem repräsentativen Punkt Z, dem Zielpunkt T, dem Fluktuationspunkt F und den Punkten A und B, im Bereich (der Seite) a1–d1 und dem Oberleitungsdraht zeigt. Wenn die Beurteilung negativ ist (Nein), wird das Verfahren weitergeführt in Schritt 395. Wenn die Beurteilung bestätigend ist (Ja), schreitet das Verfahren fort zu Schritt 385, wobei die Bedingungen zum Durchführen der Fahrzeugmäandersteuerung als hinreichend erfüllt beurteilt werden. In diesem Fall schreitet das Verfahren fort zu Schritt 385 und die Mäandersteuerungsflagge wird auf „AN“ gestellt. Danach schreitet das Verfahren fort zu Schritt 390.
In Schritt 390 wird der Fluktuationspunkt F für die Fahrzeugmäandersteuerung so gesetzt wie in der Gleichung (3) gezeigt und der Koordinatenwert des Fluktuationspunktes F wird an die Fahrzeugzustandsgrößen-Steuereinheit 50c weitergegeben. Danach schreitet das Verfahren fort zu Schritt 395.
In Schritt 395 berechnet die Fahrzeugzustandsgrößen-Steuereinheit 50c den Giermoment-Korrekturwert gemäß der Gleichung (2), um den Fluktuationspunkt F und den repräsentativen Punkt Z zusammenfallen zu lassen, und gibt diesen aus. Da dem Fahrzeug 1 durch die Steuervorrichtung 200 das Giermoment gegeben wird, damit der repräsentative Punkt Z mit dem Fluktuationspunkt F zusammenfällt, wird der repräsentative Punkt Z, der das Fahrzeug 1 repräsentiert, so gesteuert, dass es sich dem Fluktuationspunkt F nähert, der um den Zielpunkt T herum fluktuiert. Dies führt dazu, dass das Fahrzeug während der Fahrt periodisch um die Mitte der Oberleitungsdrähte herum fluktuiert. Somit fährt das Fahrzeug, indem es um die Mitte der Oberleitungsdrähte herum mäandert. Wenn die Fahrzeugmäandersteuerung wie oben beschrieben durchgeführt wird, ändert sich die Beziehung zwischen dem Zielpunkt T, dem repräsentativen Punkt Z und dem Fluktuationspunkt F, wie von oben links nach unten rechts in 38 dargestellt. 38 ist ein schematisches Diagramm, das die Lagebeziehung zwischen dem repräsentativen Punkt Z, dem Zielpunkt T, dem Fluktuationspunkt F und den Punkten A und B darstellt, wenn die Fahrzeugmäandersteuerung läuft. Wie in 38 gezeigt, ist es erwünscht, die Amplitude j aus der Gleichung (3) innerhalb eines Bereiches festzulegen, der es dem Zielpunkt T erlaubt, in dem Bereich AB zu bleiben. Wie in 39 gezeigt, mäandert das Fahrzeug um die Mitte der Oberleitungsdrähte herum, wenn man es von oberhalb der Fahrzeugdrähte betrachtet.
Als Nächstes wird in Schritt 330 der Giermomentsteuerungsmodus ausgewählt und ausgegeben. Wenn die Mäandersteuerung läuft, ist es wünschenswert, das Giermoment durch die Steuerung zu erzeugen, da ein Abfall in der Fahrzeuggeschwindigkeit durch dieses Verfahren relativ unterdrückt werden kann. Daher wird, wenn die Mäandersteuerungsflagge „AN“ ist, die Giermomentkorrektur durch die Lenkung ausgeführt, indem der Giermomentsteuerungsmodus auf „1“ gesetzt wird. Es gibt jedoch abhängig von der Konfiguration des Fahrzeugs Fälle, in denen das Fahrzeug keinen Mechanismus aufweist, der in der Lage ist, den Lenkungswinkel zu korrigieren. In solchen Fällen kann das Giermoment durch eine Antriebskraftdifferenz zwischen dem rechten und dem linken Motor erzeugt werden.
Das Verfahren ist wie oben beschrieben beendet.
Ein weiteres Beispiel einer Fahrzeugmäandersteuerung
Im Folgenden wird ein weiteres Beispiel der Fahrzeugmäandersteuerung mit Bezug auf die 40 bis 45 beschrieben. Zuerst wird der Ausdruck θ in der Gleichung (3) erläutert. 40 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Beispiels der Betriebsbedingungen des elektrisch angetriebenen Muldenkippers. 41 ist ein schematisches Diagramm, welches ein Beispiel einer erstrebenswerten Beziehung zwischen der Länge des Abschnitts für einen Oberleitungsfahrbetrieb und der Amplitude zeigt.
Wie in 40 gezeigt, ist der Abschnitt, in dem die Oberleitungskabel installiert sind, im Allgemeinen eine aufwärts geneigte Fläche. Somit, selbst wenn das Fahrzeug im Oberleitungsfahrbetrieb in der ersten Hälfte eines Zyklus fährt, fährt es in vielen Fällen in der zweiten Hälfte bergab, normalerweise im normalen Fahrbetrieb und nicht im Oberleitungsfahrbetrieb. Es kann ebenso Fälle geben, in denen der Oberleitungsfahrabschnitt ein Einbahnstraßenabschnitt ist. In solchen Fällen, wenn das Fahrzeug im Oberleitungsfahrabschnitt fährt, so dass der Oberleitungsfahrabschnitt X Zyklen (X: natürliche Zahl) wie in 41 gezeigt entspricht, steht der Oberleitungsdraht gleichmäßig in Kontakt mit dem rechten Teil und dem linken Teil des Schleifbügels, wodurch eine ungleichmäßige Abnutzung des Schleifbügels sicherer verhindert werden kann. In diesem Fall kann θ dargestellt werden durch die folgende Gleichung (6): θ = 2 × π × (v × t/L) × Schritt (6) wobei „v“ die Fahrzeuggeschwindigkeit bedeutet, „t“ die Zeit seit dem Start der Mäandersteuerung, und „L“ die Länge des Oberleitungsfahrabschnitts bedeutet. Mit dem wie oben dargestellten θ kann das Fahrzeug während s Zyklen über die Abschnittslänge L mäandern. Die Zykluslänge s kann vergrößert werden, wenn die Abschnittslänge L groß ist. Wenn die Zykluslänge s verkleinert ist, während die Abschnittslänge L groß ist, wird die Zykluslänge klein und die Hitze, hervorgerufen durch die Reibung zwischen dem Schleifbügel und dem Oberleitungsdraht, konzentriert sich. Daher ist es erwünscht, die Zykluslänge s auf einen geeigneten Wert bezüglich der Abschnittslänge L einzustellen.
Im Gegensatz dazu gibt es Fälle, in denen die Länge des Oberleitungsfahrbetriebsabschnitts nicht groß genug ist, um X Zyklen zu enthalten. Wenn zum Beispiel der Oberleitungsfahrabschnitt kurz ist und noch nicht mal einen Zyklus umfasst, ändert sich die Bewegung des Fahrzeugs nicht schnell, selbst wenn dem Fahrzeug ein Giermoment gegeben wird. Somit ist eine bestimmte Mindestlänge im Allgemeinen erforderlich, auch wenn die notwendige Länge sich in Abhängigkeit von der Fahrtgeschwindigkeit ändert. Wenn zum Beispiel der Oberleitungsfahrabschnitt nur für einen halben Zyklus (Länge: L'), wie in 42 gezeigt, sichergestellt werden kann, führt die Fahrzeugbewegung gemäß Gleichung (3) dazu, dass nur die eine Seite des Schleifbügels abgenutzt wird, mit der der Oberleitungsdraht ausschließlich in Kontakt steht. Folglich ist 42 ein schematisches Diagramm, welches ein weiteres Beispiel der Beziehung zwischen der Länge des Oberleitungsfahrabschnitt s und der Amplitude zeigt und 43 ist ein schematisches Diagramm, welches ein weiteres Beispiel einer erstrebenswerten Beziehung zwischen der Länge des Oberleitungsfahrabschnitts und der Amplitude zeigt.
Somit ist es in Fällen, in denen der Oberleitungsfahrabschnitt 0,5 Zyklen entspricht, wie in 43 gezeigt, wünschenswert, zum Beispiel, die Anzahl der Passagen durch den Oberleitungsfahrabschnitt unter Verwendung einer Speichereinheit, die in der Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 50 installiert ist, zu zählen und abwechselnd die Mäanderrichtung zwischen einer geradzahligen Passage und einer ungeradzahligen Passage (d. h. der Vorzeichen der Amplitude j umzukehren, so dass die Startrichtung der Fluktuation umgekehrt wird), um ein einseitiges Abnutzen des Schleifbügels zu vermeiden. Somit wird es, wenn „i“ die Anzahl der Passagen durch den Oberleitungsfahrabschnitt bezeichnet und wenn der Y-Koordinatenwert Y_c des Fluktuationspunktes F nicht wie durch die vorgenannte Gleichung (3) festgelegt wird, sondern mit der folgenden Gleichung, möglich, die Amplitudenrichtung am Start der Mäandersteuerung umzuschalten und somit das Problem (ungleichmäßige Abnutzung nur einer Seite des Schleifbügels) einfach und zuverlässig zu lösen: Y_c = Y_Cbc + j × (–1)ⁱ × sin(θ) (7)
Selbst wenn es Fälle gibt, in denen der Oberleitungsfahrabschnitt nicht genau am Ende von X Zyklen einer Fahrt endet, kann eine Differenz als erlaubbarer Fehler angesehen werden.
Ferner, indem man den Fluktuationspunkt F für mindestens 0,5 Zyklen oder mehr während des Fahrens durch den Oberleitungsfahrabschnitt fluktuieren lässt, so kann die Steuerung zur Umkehr der Startrichtung der Fluktuation (die Gleichung (7)) durchgeführt werden, selbst in Fällen, in denen die Steuerung in dem Oberleitungsfahrabschnitt, der X Zyklen entspricht (wie in Gleichung (6)), unmöglich ist oder der Oberleitungsfahrabschnitt nur für ungefähr 0,5 Zyklen sichergestellt werden kann. Somit kann das Auftreten eines Falles, in dem ein Teil des Schleifbügels nicht mit dem Oberleitungsdraht in Kontakt steht, verhindert werden, ein gleichmäßigerer Kontakt zwischen dem Schleifbügel und dem Oberleitungsdraht kann hergestellt werden, und das ungleichmäßige Abnutzen einer Seite des Schleifbügels kann verhindert werden.
Weiteres Beispiel eines Fahrzeugmäandersteuerungs-Starttriggers
Konkrete Beispiele des Triggers für den oben beschriebenen Beurteilungsschritt 303, ob ein gerader Fahrabschnitt vorliegt, sind nicht auf solche beschränkt, die in den Schritten 340 und 350 gezeigt sind. Es können zum Beispiel ebenfalls Trigger verwendet werden, wie sie unten beschrieben werden.
Es ist zum Beispiel möglich zu urteilen, dass das Fahrzeug in einem geraden Fahrabschnitt fährt, wenn die Gierrate oder Radeinschlagverstellungswinkel einen vorbestimmten Wert oder weniger aufweist. 44 zeigt ein Flussdiagramm für diesen Fall. Wie in 44 gezeigt, wird, wenn im Schritt 310 beurteilt wird, dass der Zielpunkt T zwischen den Punkten A und B liegt, in Schritt 352 in einem Geradlinigen-Fahrabschnitt-Beurteilungsschritt 303-2 eine Beurteilung getroffen, ob oder ob nicht die Gierrate oder der Radeinschlagverstellungswinkel einen vorbestimmten Wert oder weniger aufweisen. Bejahendenfalls (Ja) schreitet das Verfahren fort zu Schritt 360. Verneinendenfalls (Nein) schreitet das Verfahren fort zu Schritt 330.
Wie in 45 gezeigt, ist es ebenfalls möglich, zu den Beurteilungsschritten eines geradlinigen Fahrabschnitts äquivalente Schritte, wie in den 24 und 44 gezeigt, zu kombinieren und nur dann zu urteilen, dass das Fahrzeug sich in einem geraden Fahrabschnitt befindet, wenn beide Bedingungen erfüllt sind. 45 ist ein Flussdiagramm, welches ein weiteres Beispiel des Verfahrensfortgangs des Triggers zum Starten der Fahrzeugmäandersteuerung zeigt. In diesem Fall, wenn geurteilt wird, dass der Zielpunkt T zwischen den Punkten A und B in Schritt 310 liegt, wird die Beurteilung, ob oder ob nicht der Radeinschlagverstellungswinkel oder die Gierrate einen vorbestimmten Wert oder weniger einnimmt, in Schritt 352 in einem Beurteilungsschritt 303-3 eines geradlinigen Fahrabschnitts getroffen. Bejahendenfalls (Ja) schreitet das Verfahren fort zu Schritt 340. Verneinendenfalls (Nein) schreitet das Verfahren fort zu Schritt 330. In Schritt 340 wird der Zähler um 1 erhöht und das Verfahren schreitet fort zu Schritt 350. In Schritt 350 wird beurteilt, ob der Zähler den Wert 200 erreicht hat oder nicht.
Schleifbügelanhebesteuerung
Im Folgenden wird der Schleifbügelanhebesteuerungsschritt 400 erläutert.
Wie in den 19, 21 und 26 gezeigt, sind die Punkte C und D festgelegt, um den erlaubten Bereich für den Y-Koordinatenwert Y_p_t des Punktes W auf dem Schleifbügel 4Ra/4La zu definieren, innerhalb dessen der Schleifbügel 4Ra/4La in Kontakt mit dem Oberleitungsdraht 3R/3L steht und elektrischer Strom ausreichend kontinuierlich aufgenommen werden kann.
In Schritt 410 in 23 wird die Neigung des Oberleitungsdrahtes 3R/3L aus den Zielpunkten T und U gemäß der Gleichung (1) berechnet. Aus der Neigung und den Koordinaten des Zielpunktes T werden die Koordinaten des Schnittpunktes W des Schleifbügels 4Ra/4La und des Oberleitungsdrahts 3R/3L in Schritt 420 berechnet. Diese Berechnung wird gemäß der oben genannten Gleichung (4) durchgeführt. Im nächsten Schritt 430 wird der Schätzwert Y_p_t + 1 der Y-Koordinate des Schnittpunktes W im nächsten Schritt gemäß der oben genannten Gleichung (5) berechnet. In Schritt 440 wird die Dauer des Zustands, in dem der Schätzwert Y_p_t + 1 in dem vorbestimmten Bereich zwischen den Punkten C und D verbleibt (Y_min ≤ Y_p_t + 1 ≤ Y_max) unter Verwendung eines Zählers gemessen und es wird beurteilt, ob oder ob nicht die Dauer des Zustands ein vorbestimmtes Zeitintervall (z. B. 1 Sekunde) war oder länger.
In Schritt 440 wird die Zeitdauer des Zustands gemessen, in dem der Schätzwert Y_p_t + 1 in dem vorbestimmten Bereich zwischen den Punkten C und D verbleibt (Y_min ≤ Y_p_t + 1 ≤ Y_max) unter Verwendung eines Zählers, und es wird beurteilt, ob oder ob nicht die Zeitdauer des Zustands eine vorbestimmte Länge (z. B. 1 Sekunde) hat oder länger ist. Wenn die Zeitdauer des Zustands (während der der Punkt W zwischen den Punkten C und D liegt) 1 Sekunde oder mehr in Schritt 440 betragen hat, schreitet das Verfahren zu Schritt 450 fort und das Anheben der Schleifbügel 4Ra und 4La wird erlaubt. In diesem Fall ist es möglich, zum Beispiel den Fahrer von der Erlaubnis des Anhebens der Schleifbügel 4Ra und 4La akustisch und/oder durch eine Anzeige zu informieren. In Reaktion auf einen Schaltvorgang des Fahrers gibt die Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 50 ein Steuersignal für die Hebesteuerung aus und die Hebesteuerungsvorrichtung 31 steuert das Anheben der Schleifbügel 4Ra und 4La gemäß dem Steuersignal. Wenn die Schleifbügel 4Ra und 4La abgesenkt waren, ist es ebenfalls möglich, die Schleifbügel 4Ra und 4La zum Beispiel automatisch anzuheben, anstatt den Anhebevorgang dem Fahrer zu überlassen. Die Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 50 gibt das Steuersignal für Anhebesteuerung und die Hebesteuerungsvorrichtung 31 steuert das Anheben der Schleifbügel 4Ra und 4La gemäß dem Steuersignal. In diesem Fall ist es möglich, den Fahrer von dem automatischen Anheben der Schleifbügel 4Ra und 4La zum Beispiel akustisch und/oder durch eine Anzeige zu informieren.
Wenn demgegenüber die Zeitdauer des Zustands (in dem der Punkt W in dem vorbestimmten Bereich liegt) in Schritt 440 weniger oder gleich 1 Sekunde betrug, schreitet das Verfahren fort zu Schritt 460, um den Fahrer akustisch und/oder durch eine Anzeige anzuweisen, die Schleifbügel 4Ra und 4La abzusenken, wenn die Schleifbügel angehoben waren. Die Schleifbügel 4Ra und 4La können auch automatisch abgesenkt werden. In diesem Fall ist es wünschenswert, den Fahrer von dem automatischen Absenken der Schleifbügel 4Ra und 4La zum Beispiel akustisch oder durch eine Anzeige zu informieren. Wenn die Schleifbügel 4Ra und 4La schon abgesenkt waren, ist das Anheben der Schleifbügel 4Ra und 4La verboten. In diesem Fall ist es wünschenswert, den Fahrer von dem Verbot des Anhebens der Schleifbügel 4Ra und 4La akustisch und/oder durch eine Anzeige zu informieren. Auch in diesen Fällen gibt die Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 50 ein Steuersignal automatisch oder in Reaktion auf die Betätigung eines Schalters durch den Fahrer aus, und die Anhebesteuerungsvorrichtung 31 steuert das Absenken der Schleifbügel 4Ra und 4La gemäß dem Steuersignal. Dies erleichtert die Arbeitsbelastung der Bedienungsperson (des Fahrers) beim Anheben und Absenken der Schleifbügel 4Ra und 4La, nachdem der Muldenkipper in den Oberleitungsfahrabschnitt eingetreten ist.
Während die Beurteilung, ob oder ob nicht der Zustand (in dem der Schätzwert Y_p_t + 1 zwischen den Punkten C und D (Y_min ≤ Y_p_t + 1 ≤ Y_max) für einen vorbestimmten Zeitraum (z. B. 1 Sekunde) oder länger fortdauert, in Schritt 440 in 23 getroffen wird, ist es ebenfalls möglich, sofort zu Schritt 450 zu schreiten (ohne eine solche Beurteilung zu treffen), wenn der Schätzwert Y_p_t + 1 zwischen den Punkten C und D (Y_min ≤ Y_p_t + 1 ≤ Y_max) liegt, und sofort zu Schritt 460 zu schreiten, wenn der Schätzwert Y_p_t + 1 nicht zwischen den Punkten C und D (Y_min ≤ Y_p_t + 1 ≤ Y_max) liegt. Der Schritt 440 ist jedoch wirkungsvoll für den Zweck der Verhinderung einer Schwankung der Beurteilung, hervorgerufen durch wiederholte Abweichung/Wiedereintritt vom/in den vorgeschriebenen Bereich, wenn die Y-Koordinate Y_p_t des Punktes W instabil ist aufgrund einer Welligkeit der Straßenoberfläche und Rauschen, was bei der Bildinformationsverarbeitung auftritt.
46 ist ein schematisches Diagramm, welches einen Hysteresevorgang zeigt, der anstelle des Schritts 440 durchgeführt wird, bei dem der Zähler verwendet wird. Wie in 46 gezeigt, wird, wenn der Punkt W zwischen den Punkten C und D liegt, die Festlegung der Punkte C und D geändert, um den Abstand zwischen den Punkten C und D zu vergrößern. Im Gegensatz dazu wird, wenn der Punkt W nicht zwischen den Punkten C und D liegt, die Festlegung der Punkte C und D geändert, um deren Abstand voneinander zu verringern. Ebenso kann durch das Unterwerfen der Punkte C und D einer Hysterese, wie oben beschrieben eine Wirkung erzielt werden, die ähnlich der des Zählverfahrens (Schritt 440) ist.
Wirkung
Gemäß dieser wie oben beschrieben ausgeführten Ausführungsform werden die Oberleitungsdrähte 3R und 3L von unten erfasst und das Giermoment, um das Fahrzeug in der Richtung senkrecht zur Fahrtrichtung fluktuieren zu lassen, wird dem Fahrzeug aufgeprägt. Da das Fahrzeug während der Fahrt um die Mitte der Oberleitungsdrähte 3R und 3L mäandert, konzentriert sich die Lage des Kontaktpunktes zwischen jedem Schleifbügel und dem entsprechenden Oberleitungsdraht nicht auf die/um die Mitte des Schleifbügel (herum) und der Fahrer kann den Muldenkipper fahren, während die Schleifbügel leicht einen gleichmäßigen Kontakt mit den Oberleitungsdrähten haben, ohne dass dies eine spezielle Beachtung erfordert. Somit kann die ungleichmäßige Abnutzung der Schleifbügel verhindert werden, ohne dass es erforderlich ist, dass der Fahrer sich um die ungleichmäßige Abnutzung sorgt, und die Arbeitsbelastung kann erheblich verringert werden.
Da die Oberleitungsdrähte 3R und 3L von unten erfasst werden, gibt es weniger Faktoren, die zu Erfassungsfehlern führen, verglichen zu konventionellen Techniken, die Spurmarkierungen usw. erfassen durch Aufnehmen von Bildern der Bodenoberfläche. Als Ergebnis ist die Genauigkeit der Oberleitungsdrahterfassung verbessert. Durch die Steuerung des Anhebens der Schleifbügel 4Ra und 4La der Stromabnehmer 4R und 4L auf der Grundlage der wie oben beschrieben erfassten Information können Gegenmaßnahmen (Verhinderung des Anhebevorgangs der Schleifbügel 4Ra und 4La, Absenken der Schleifbügel 4Ra und 4La, wenn die Schleifbügel angehoben waren, usw.) ergriffen werden, selbst wenn die Mittellage eines Schleifbügels 4Ra/4La des fahrenden Fahrzeugs weit in seitlicher Richtung von dem Oberleitungsdraht 3R/3L abweicht. Somit kann die Arbeitsbelastung des Fahrers während des Oberleitungsfahrbetriebs erheblich verringert werden.
Ferner ist, dank der Verbesserung der Oberleitungsdrahterfassungsgenauigkeit auch die Steuerungsgenauigkeit der Giermomentsteuerung für das Mäandern des Fahrzeugs um die Mitte der Oberleitungsdrähte 3R und 3L während der Fahrt oder das Verfolgen der Oberleitungsdrähte 3R und 3L verbessert. Somit weicht die Mittenlage jedes Schleifbügels 4Ra/4La des fahrenden Fahrzeugs kaum weit von dem Oberleitungsdraht 3R/3L in seitlicher Richtung ab. Auch in dieser Hinsicht kann die Arbeitsbelastung des Fahrers im Oberleitungsfahrabschnitt erheblich verringert werden.
Wenn eine Kamera 15 als Oberleitungsdrahterfassungsvorrichtung verwendet wird, ist die Beleuchtung der Oberleitungsdrähte 3R und 3L mit der Beleuchtungsvorrichtung 51 wirkungsvoll, um einen hohen Kontrast zwischen dem Himmel und den Oberleitungsdrähten 3R und 3L aufrecht zu erhalten. Bei der Verwendung der Beleuchtungsvorrichtung 51 kann die Giermomentsteuerung zum Mäandern des Fahrzeugs um die Mitte der Oberleitungsdrähte 3R und 3L während der Fahrt oder die Verfolgung der Oberleitungsdrähte 3R und 3L nicht nur tagsüber bei gutem Wetter, sondern auch unter Bedingungen, in denen ein solcher hoher Kontrast zwischen dem Himmel und den Oberleitungsdrähten 3R und 3L kaum erreichbar ist (Abend, Nachtzeit, Regenwetter, usw.) mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden.
Außerdem ist die Steuervorrichtung 200 in der Lage, die Giermomentsteuerung durchzuführen unter Verwendung der Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 50 und der Steuereinheit 100 als separate Komponenten. Bei dieser Konfiguration kann, selbst wenn die Steuereinheit 100 eine bereits existierende Steuereinheit ist, die erfindungsgemäße Giermomentsteuerung durchgeführt werden, indem lediglich die Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 50 der Steuereinheit hinzugefügt wird. Die Parameter der Giermomentsteuerung können eingestellt werden durch lediglich Ändern der Funktionen der Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 50. Somit kann dem Steuerungssystem eine hohe Flexibilität gegeben werden.
Andere Beispiele
Während die Fahrzeugmäandersteuerung, um während der Fahrt das Fahrzeug um die Oberleitungsdrähte herum mäandern zu lassen, nur ausgeführt wird, wenn der Zielpunkt T in dem toten Bereich liegt (zwischen den Punkten A und B), wie in den in den 21, 23 und 24 gezeigten Beispielen, ist es bei dieser Ausführungsform nicht unbedingt notwendig, die Durchführung des Fahrzeugmäandersteuerungsschritts auf den Bereich AB zu beschränken. Selbst wenn kein toter Bereich festgelegt wurde und keine Oberleitungsdrahtverfolgungssteuerung durchgeführt wird, ist es möglich, den Fluktuationspunkt F bezüglich des Zielpunkts T gemäß der Gleichung (3) oder der Gleichung (7) festzulegen, den Giermoment-Korrekturwert zu berechnen, so dass der repräsentative Punkt Z mit dem Fluktuationspunkt F zusammenfällt und das Fahrzeug in Übereinstimmung mit dem Giermoment-Korrekturwert zu steuern. Selbst in diesem Fall mäandert das Fahrzeug während der Fahrt letztendlich um die Mitte der Oberleitungsdrähte. 47 zeigt ein Beispiel eines Steuerungsflussdiagramms für diesen Fall.
Die Schrittfolge in 47 ist bis zu Schritt 203B identisch zu der in 23 gezeigten. Das Verfahren schreitet von Schritt 203B zur Schleifbügelanhebesteuerung 400 fort. Nach dem Schritt 450 in der Schleifbügelanhebesteuerung 400 schreitet das Verfahren zu Schritt 390 des Mäandersteuerungsschritts 300' fort (bezüglich der Oberleitungsdrähte), während die Schleifbügel in dem angehobenen Zustand erhalten werden. In dem Schritt 390 legt die Fahrzeugzustandsgrößen-Berechnungseinheit 50b den Fluktuationspunkt F für die Fahrzeugmäandersteuerung entsprechend der Gleichungen (3) oder (7) fest und gibt den Koordinatenwert des Fluktuationspunktes F aus. Danach schreitet das Verfahren zu Schritt 395 fort. In Schritt 395 berechnet die Fahrzeugzustandsgrößen-Steuereinheit 50c den Giermoment-Korrekturwert gemäß der Gleichung (2), damit der Fluktuationspunkt F und der repräsentative Punkt Z aufeinander fallen, und gibt den Giermoment-Korrekturwert aus.
Auch mit diesem Steuerungsfluss fährt das Fahrzeug schließlich mäandernd um die Oberleitungsdrähte herum und verfolgt sie. Wenn die Beurteilung in Schritt 440 negativ ist (Nein) und das Verfahren zu Schritt 460 fortschreitet, wird der Abschnitt, in dem das Fahrzeug fährt, beurteilt als kein Oberleitungsfahrbetriebsabschnitt zu sein und das Verfahren wird beendet.
Es ist ebenfalls möglich, ein Verfahren, das dem geradlinigen Fahrabschnittsbeurteilungsschritt entspricht, wie das in 44 gezeigte, zu dem in 47 gezeigten Verfahren hinzuzufügen. In diesem Fall wird angenommen, dass das Lenkrad vom Fahrer bedient wird und es ist somit möglich, den Lenkwinkel zu messen anstelle des Radeinschlagswinkels und zu beurteilen, ob oder ob nicht die Gierrate oder der Lenkwinkel einen vorbestimmten Wert hat oder kleiner ist, indem ein Verfahren durchgeführt wird, das äquivalent zu Schritt 352 ist.
Während in dem oben beschrieben Ausführungsbeispiel die als Oberleitungsdrahterfassungsvorrichtung verwendete Kamera senkrecht nach oben gerichtet war, kann die Kamera auch so angeordnet werden, dass sie Bilder in einer Vorwärtsrichtung und einer Aufwärtsrichtung, gesehen vom Fahrzeug aus, wie in 48 gezeigt, aufnimmt. Eine solche Kameraanordnung erleichtert die Erfassung/Erkennung der Oberleitungsdrähte als Ziel der Verfolgung, da die Abschnitte der Oberleitungsdrähte, die mit der Kamera aufgenommen werden, in der Fahrtrichtung des Fahrzeugs lang sind. Andererseits steigt der Rauschsignalpegel durch die Szenerie im Bildbereich, wenn der Bildbereich nach vorne verschoben wird. Der Bildbereich der Kamera sollte daher geeignet justiert werden, in Abhängigkeit von der Umgebung, in der die vorliegende Erfindung angewendet wird.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
2: Mulde
3L, 3R: Oberleitungsdraht
4L, 4R: Stromabnehmer
4La, 4Ra: Schleifbügel
4a: Hydraulische Kolbenzylindervorrichtung
4b: Hydraulikzylinder
4c: Stange
4d: Hydraulikleitung
4e: Hydraulikvorrichtung
4f: Isolator
4g: Elektrischer Draht
4h: Anhebesteuersignal
5L, 5R: Hinterrad
6L, 6R: Elektromotor
6La, 6Ra: Ausgangswelle
7L, 7R: Bremse
11: Gaspedal
12: Bremspedal
13: Schalthebel
14: Kombinierter Sensor
15: Kamera
16L, 16R: Elektromagnetischer Messsensor für das Hinterrad
21: Verbrennungsmotor
21a: Elektronische Steuerung
22: Wechselstromgenerator
23: Gleichrichterschaltung
24: Messwiderstand
25: Kondensator
26: Wechselrichterschaltung
27: Gitterwiderstand
28: andere Motorlast
30: Invertersteuervorrichtung
30a: Drehmomentbefehlsberechnungseinheit
30b: Motorsteuerungsberechnungseinheit
30c: Inverter (Schaltelement)
31: Anhebesteuerungsvorrichtung
32: Lenksteuerungsvorrichtung
32a: Umwandlungseinheit
32b: Recheneinheit
32c: Umwandlungseinheit
32d: Recheneinheit
35L, 35R: Vorderrad
36L, 36R: Elektromagnetischer Messsensor für das Vorderrad
37: Geschwindigkeit-über-Grund-Sensor
40: Lenkvorrichtung
41: Lenkrad
42: Reaktionskraftmotor mit Lenkwinkelsensor
43: Radeinschlagverstellungsmotor mit Radeinschlagswinkelsensor
44: Zahnstangengetriebe
45L, 45R: Vorderrad
50: Fahrzeugsteuerungsvorrichtung
50a: Bildinformationsverarbeitungseinheit
50b: Fahrzeugzustandsgrößen-Berechnungseinheit
50c: Fahrzeugzustandsgrößen-Steuereinheit
50c₁: Recheneinheit
50c₂: Umwandlungseinheit
50c₃: Umwandlungseinheit
50c₄: Umwandlungseinheit
51: Beleuchtungsvorrichtung
52: Isolator
53: Träger
100: Steuereinheit
100a: Verarbeitungseinheit
100b: Recheneinheit
101: Fahrzeuggeschwindigkeitssteuereinheit
101a: Recheneinheit
101b: Umwandlungseinheit
101c: Schalteinheit
101d: Null-Output-Einheit
102: Giermomentsteuereinheit
102a: Recheneinheit
102b: Lenkdrehmomentsteuereinheit
102c: Motordrehmomentsteuereinheit
102d: Steuereinheit zur Erzielung einer optimalen Verteilung
102e: Schaltereinheit
200: Steuervorrichtung
P, Q, R, S: Zielpunkt
P', Q', R', S': repräsentativer Punkt
T: Zielpunkt
Z: repräsentativer Punkt (Steuerpunkt)
F: Fluktuationspunkt
e_Lad: Abweichung
θ_L: Neigung
Y_Cbc: Abweichung
θ_t: Neigung
Y_l, Y_r: Y-Koordinatenwert für den Punkt A, B (erster Schwellenwert)
Y_l', Y_r': Y-Koordinatenwert für Punkt A', B' (zweiter Schwellenwert)

Claims

Elektrisch angetriebener Muldenkipper, der einen Schleifbügel (4Ra, 4La) eines Stromabnehmers (4R, 4L) anhebt, welcher auf einem Fahrzeug (1) angeordnet ist, um auf und ab bewegbar zu sein, welcher den Schleifbügel in Kontakt mit einem Oberleitungsdraht bringt, der entlang einer Fahrspur installiert ist und welcher unter Verwendung des elektrischen Stroms, den er von dem Oberleitungsdraht empfangen hat, fährt, mit: einem rechten und einem linken Elektromotor (6R, 6L) zum Fahren; einer Lenkvorrichtung (40); einer Oberleitungsdrahterfassungsvorrichtung (15), die an dem Fahrzeug vorgesehen ist und den Oberleitungsdraht von unten erfasst, wenn der elektrisch angetriebene Muldenkipper fährt; und einer Steuervorrichtung (200), die eine Steuerung ausführt, um dem Fahrzeug ein Giermoment zu geben, so dass dieses während der Fahrt um den Oberleitungsdraht herum mäandert, auf der Grundlage von Relativpositionsinformationen von dem elektrisch angetriebenen Muldenkipper und dem Oberleitungsdraht, erfasst durch die Oberleitungsdrahterfassungsvorrichtung, wobei: die Steuervorrichtung eine Fahrzeugsteuerungsvorrichtung (50), eine Steuereinheit (100), eine Invertersteuerungsvorrichtung (30) und eine Lenksteuervorrichtung (32) aufweist, und wobei die Fahrzeugsteuerungsvorrichtung einen Giermoment-Korrekturwert berechnet, um dem Fahrzeug ein Giermoment zu geben, und wobei die Steuereinheit mindestens entweder den rechten und linken Elektromotor oder die Lenkvorrichtung steuert, unter Verwendung der Invertersteuervorrichtung und der Lenksteuervorrichtung, auf der Grundlage des Giermoment-Korrekturwertes, wobei die Steuervorrichtung mindestens einen repräsentativen Punkt (Z) des Fahrzeugs (1) und mindestens einen Zielpunkt (P, Q, R, S), der auf dem Oberleitungsdraht (3R, 3L) liegt, auf der Grundlage der Relativpositionsinformation über den elektrisch angetriebenen Muldenkipper und den Oberleitungsdraht, erfasst durch die Oberleitungsdrahterfassungsvorrichtung, berechnet, einen Fluktuationspunkt (F) festlegt, der relativ zu dem Zielpunkt (P, Q, R, S) fluktuiert, und einer Steuerung ausübt, um dem Fahrzeug (1) ein Giermoment zu geben, so dass der repräsentative Punkt (Z) sich dem Fluktuationspunkt (F) annähert.
Elektrisch angetriebener Muldenkipper nach Anspruch 1, ferner aufweisend: eine Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungsvorrichtung (37), die die Geschwindigkeit des Fahrzeugs misst, wobei die Steuervorrichtung den Fluktuationspunkt (Fahrzeug) mit einem bestimmten Zyklus periodisch fluktuieren lässt, wobei der Zyklus bestimmt wird in Abhängigkeit zumindest entweder von einer zuvor gespeicherten Länge (L) eines Oberleitungsfahrbetriebsabschnitts oder von der von der Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungsvorrichtung erfassten Fahrzeuggeschwindigkeit.
Elektrisch angetriebener Muldenkipper nach Anspruch 2, wobei die Steuervorrichtung (50) den Fluktuationspunkt (F) periodisch in einem bestimmten Zyklus fluktuieren lässt, der bestimmt wird mit Hilfe einer Funktion, ausgewählt aus einer Sinuswellenfunktion, einer trapezförmigen Wellenfunktion und einer Dreieckswellenfunktion, in Abhängigkeit von mindestens entweder der Oberleitungsfahrbetriebsabschnittslänge (L) oder der Fahrzeuggeschwindigkeit (v).
Elektrisch angetriebener Muldenkipper nach Anspruch 2, wobei die Steuervorrichtung (50) bei der Steuerung, die den Fluktuationspunkt (F) periodisch fluktuieren lässt, der Fluktuationspunkt (F) für mindestens einen halben Zyklus oder mehr während der Fahrt des elektrisch angetriebenen Muldenkippers durch den Oberleitungsfahrbetriebsabschnitt, fluktuieren lässt.
Elektrisch angetriebener Muldenkipper nach Anspruch 1, ferner aufweisend: einen Winkelsensor, der mindestens entweder den Lenkwinkel eines Lenkrads (41), betätigt durch einen Fahrer, oder einen Einschlagwinkel der Räder misst, und eine Gierratenerfassungsvorrichtung (14), die eine Gierrate des Fahrzeugs misst, wobei: die Steuervorrichtung (50) urteilt, ob das Fahrzeug in einem geraden Fahrabschnitt fährt oder nicht, auf der Grundlage ob oder ob nicht der Lenkwinkel oder der von dem Winkelsensor gemessene Radeinschlagwinkel oder die von der Gierratenerfassungsvorrichtung gemessene Gierrate für länger als ein vorbestimmtes Zeitintervall konstant bleibt oder nicht; und die Steuervorrichtung (50) den Fluktuationspunkt (F) festlegt, wenn geurteilt wird, dass das Fahrzeug auf einem geradlinigen Fahrabschnitt fährt.
Elektrisch angetriebener Muldenkipper nach Anspruch 1, wobei die Steuervorrichtung (50) die Anzahl der Passagen durch den Oberleitungsfahrbetriebsabschnitt speichert und die Richtung der Fluktuation des Fluktuationspunktes (F) bei jeder Passage durch den Oberleitungsfahrbetriebsabschnitt auf der Grundlage der Anzahl der Passagen umkehrt.
Elektrisch angetriebener Muldenkipper nach Anspruch 1, wobei die Oberleitungsdrahterfassungsvorrichtung aufweist: eine Kamera (15), die am Fahrzeug angebracht ist und konti-nuierlich Bilder von dem Oberleitungsdraht aufnimmt, während der Muldenkipper fährt; und eine Beleuchtungsvorrichtung (51), die am Fahrzeug angeordnet ist und den Oberleitungsdraht beleuchtet.