JP2016025798A - 制動距離抑制装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は本発明の第1実施形態に係る制動距離抑制装置の機能ブロック図である。
図1に示した制動距離抑制装置は、原動機により駆動される交流発電機と、この交流発電機から供給される電力で駆動する少なくとも2つの(例えば後輪を駆動する)走行用の電動モータとを有し、電動モータで発生するトルクを用いた電気式ブレーキ装置によって制動するダンプトラック等の電気駆動式の作業車両に用いるものである。この制動距離抑制装置は、主な構成要素として、情報取得部1〜4及び10〜13と、減速度限界車速算出部5と、安全車速算出部9と、車速判定部8と、オペレータ操作判定部14と、論理積算出部15と、車速指示部16と、報知指示部17と、通信指示部18とを備えている。これら要素について順次説明していく。
情報取得部1〜4は、それぞれ路面摩擦情報、勾配情報、積載情報、及び車速情報を取得する手段である。情報取得部10〜13は、それぞれアクセルペダル操作量、電気式ブレーキペダル操作量、非電気式ブレーキペダル操作量、時間を取得する手段である。
減速度限界車速算出部5は、情報取得部1〜4で取得した情報(勾配情報、積載量情報、路面摩擦情報、車速情報)及び予め与えられた電動モータの制動トルクの特性を基にモータトルクを算出し、算出したモータトルクより減速度限界車速を算出する機能部である。減速度限界車速とは、電動モータを用いた電気式ブレーキによる作業車両の減速度が閾値以下となるための限界車速、つまりこれ以上速いと電気式ブレーキによる減速度が閾値を超える車速である。
2F=Ma−μMgcosθ−Mgsinθ…(式1)
ここで、Fは左右の電動モータのトルクが同じと仮定した場合の片輪のモータトルク、Mは車体重量と積載量を加算した車体総重量、aは減速度閾値、μは路面摩擦係数、θは路面の勾配、gは重力加速度である。
図2を用いて式1に準ずる減速度限界車速の算出手順と併せて減速度限界車速部5の構成を説明する。
減速度限界車速算出部5は、記憶部30,32〜34,36,40と、加算部31,35と、乗算部37,39と、減算部38とを備えている。記憶部30には車体重量値が、記憶部32には減速度閾値(設定値)が、記憶部33にはcosテーブルが、記憶部34にはsinテーブルが、記憶部36には重力加速度値が、記憶部40にはトルク−車速テーブル(電動モータの制動トルクの特性)がそれぞれ記憶されている。
安全車速算出部9は、情報取得部1〜4で取得した情報(勾配情報、積載量情報、路面摩擦情報、車速情報)及び予め与えられた電動モータの制動トルクの特性を基に安全車速を算出する機能部である。安全車速とは、作業車両の電動モータによる制動距離が閾値以下となる車速、つまりこれ以上速いと電気式ブレーキによる制動距離が閾値を超える車速である。この安全車速は、減速度限界車速よりも遅い速度である。
図3を用いて安全車速の算出手順と併せて安全車速算出部9の構成を説明する。
安全車速算出部9は、記憶部30,33,34,36,50,51,56,57,66,70と、比較部52,53,67と、論理積算出部54と、判断部55,68と、加算部58,62,65と、除算部61と、積分部63,64と、安全車速出力部69,71とを備えている。記憶部30には車体重量値が、記憶部33にはcosテーブルが、記憶部34にはsinテーブルが、記憶部36には重力加速度値が、記憶部50には前回の安全車速の算出に用いた積載量情報が、記憶部51には前回の安全車速の算出に用いた勾配情報が、記憶部56には初期車速値(0km/h)が、記憶部57には車速−制動トルクテーブル(電動モータの制動トルクの特性)が、記憶部66には制動距離閾値テーブル(路面摩擦−制動距離閾値テーブル)が、記憶部70には前回算出した安全車速がそれぞれ記憶されている。なお、記憶部30,33,34,36は減速度限界車速算出部5と共用であるが、減速度限界車速算出部5のものとは別に安全車速算出部9専用のものを別途設けても良い。
図1において、車速判定部8は、情報取得部4で取得された車速情報を安全車速及び減速度限界車速と比較した結果を基に、設定距離以内で電動モータの制動トルクにより作業車両が停止できるか否かを判定する機能部である。車速判定の手順について説明する。
オペレータ操作判定部14は、情報取得部10〜13からそれぞれ入力されるアクセルペダル操作量、電気式ブレーキペダル操作量、非電気式ブレーキペダル操作量及びこれらペダルの操作継続時間を基に報知1,2の設定(ON/OFF)を図6に例示したように判定する。
論理積算出部15は、車速判定部8及びオペレータ操作判定部14の判定結果を基に報知指示部17に報知動作の設定を出力する機能部である。論理積算出部15から出力される報知動作の設定は、車速判定部8で判定された報知1,2の設定(ON/OFF)、及びオペレータ操作判断部14で判定された報知1,2の設定(ON/OFF)の論理積であり、報知1,2のうち車速判定部8及びオペレータ操作判定部14の双方で設定がONと判定されているもののみの設定をONとする。
車速指示部16は、減速度限界車速算出部5で算出した減速度限界車速、及び安全車速算出部9で算出した安全車速を基に、出力装置(不図示)に対して減速度限界車速及び安全車速を指示する機能部である。出力された減速度限界車速及び安全車速は、オペレータの運転操作の参考となる。出力装置による出力態様は特に限定されず、ディスプレイへの表示出力の他、スピーカーへの音声出力等も適用可能である。
報知指示部17は、車速判定部8の判定結果を基に、注意喚起又はブレーキ操作を促す報知動作(報知1/報知2/報知なし)を報知装置(不図示)に指示する機能部である。本実施形態においては、前述した通り車速判定部8及びオペレータ操作判定部14の判定結果を基に論理積算出部15で報知1,2のON/OFFが判定されるため、報知指示部17から出力される指示信号は、車速判定部8のみならずオペレータ操作判定部14の判定結果も加味されている。報知の態様は特に限定されず、音声出力の他、表示出力等も適用可能であり、報知装置の態様には例えばブザーやディスプレイを用いることができる。
通信指示部18は外部端末(PC等、不図示)と通信するための機能部であり、情報取得部4で取得した車速情報、減速度限界車速算出部5で算出した減速度限界車速、安全車速算出部9により算出した安全車速、論理積算出部15によって算出した報知1,2の設定等の情報を外部端末に送信する機能を有する。通信指示部18によって外部端末にそれら情報を送信することにより、制動距離が閾値を超えて増大した頻度等を管理することができる。
本実施形態によれば、情報取得部1〜4で取得された車速情報を基に、現在の路面摩擦状態、勾配、積載量及び車速に応じた安全車速及び減速度限界車速を算出することにより、これら安全車速及び減速度限界車速との比較によって設定距離以内で電気式ブレーキ装置のみで作業車両を停止させられるか否かを判定することができる。安全車速や減速度限界車速は、オペレータが任意に設定した値ではなく、その時々で車速、積載量、路面情報等を加味して随時算出される値であるため、設定距離以内で電気式ブレーキ装置のみで作業車両を停止させられるか否かの判定の基礎としての信頼性は高い。制動距離増大を安全車速や減速度限界車速から判断することで、気付かぬ間に制動距離が増加してしまうという事態の回避に寄与することができ、状況に応じて制動距離の増大を抑制することができる。
図7は本発明の第2実施形態に係る制動距離抑制装置の機能ブロック図である。
本実施形態に係る制動距離抑制装置が第1実施形態に係る制動距離抑制装置と相違する点は、ブレーキ装置の制御機能を更に備えた点である。本実施形態に係る制度距離抑制装置は、第1実施形態に係る制動距離抑制装置を構成する要素に加え、情報取得部80,81、非電気式ブレーキ制動距離算出部82、非電気式ブレーキ制御部86及び電気式ブレーキ制御部87を備えている。第1実施形態と同様の要素についての説明は省略し、これら追加要素について順次説明していく。
情報取得部80,81は、それぞれ制御車速情報及び車速制御可否情報を取得する手段である。情報取得部80,81で取得した情報は、いずれも電気式ブレーキ制御部87による車速制御の基礎となる。情報取得部80,81には、運転席に設置する入力装置を用いることができ、本実施形態ではオペレータのボタン操作によって制御車速及び車速制御可否情報(車速制御機能のON/OFF)が入力設定されることとする。
非電気式ブレーキ制動距離算出部82は、情報取得部1〜4から入力された路面摩擦情報、勾配情報、積載量情報及び車速情報を基に、式2で表される制動特性に従って減速度を算出し、算出した減速度から非電気式ブレーキ装置による制動距離を算出する。
amecは減速度、Fmecは非電気式ブレーキを使用した際の制動力、Mは車体総重量、μは路面摩擦係数、θは路面勾配、gは重力加速度である。
図8に示したように、非電気式ブレーキ制動距離算出部82は、記憶部30,33,34,36,93、加算部90,91,95、乗算部92,96,97、及び除算部94,98を備えている。記憶部93には、非電気式ブレーキ装置による制動力の情報が記憶させてある。記憶部30,33,34,36については、安全車速算出部9や減速度限界車速算出部5と共用であるが、非電気式ブレーキ制動距離算出部82専用のものを別途設けても良い。
Lは制動距離、vは現在の車体の車速である。制動距離の具体的算出方法としては、加算部95により算出した値を乗算部96により2倍する。そして、情報取得部4から入力された車速情報を乗算部97で2乗し、除算部98において、乗算部97で算出した値を乗算部96で算出した値で除算して制動距離を算出する。非電気式ブレーキ制動距離算出部82は、こうして制動距離を算出して出力する。
非電気式ブレーキ制御部86は、安全車速算出部9で算出した安全車速と非電気式ブレーキ制動距離算出部82で算出した非電気式ブレーキ制動距離とを基に、必要な場合に制動制御信号を生成し非電気式ブレーキ装置(不図示)に出力することにより非電気式ブレーキ装置を自動的に制御する機能部である。本実施形態における非電気式ブレーキ装置の具体的制御手順は次の通りである。
電気式ブレーキ制御部87は、安全車速算出部9で算出した安全車速と情報取得部80から入力された制御車速とから目標車速を選択し、電気式ブレーキ装置を制御して(電動モータのトルクを制御して)作業車両の車速を目標車速に近付ける機能部である。本実施形態における電気式ブレーキ装置の具体的制御手順は次の通りである。
本実施形態においても安全車速算出部9、減速度限界車速算出部5、オペレータ操作判定部14、論理積算出部15、車速指示部16、報知指示部17、通信指示部18等の働きによって第1実施形態と同様の効果を得ることができる。この他、本実施形態においては次の効果が得られる。
以上においては、車速判定部8、車速指示部16の双方を備えた場合を例に挙げて説明したが、車速判定部8による制動距離の状態判定、車速指示部16による安全車速の報知は、それぞれ単独でも制動距離の増大抑制の効果が期待できる。従って、いずれかを省略しても制動距離の増大抑制の効果が期待できる。車速判定部8を省略する場合、その判定結果を用いる報知指示部17等を省略することも可能である。また、報知指示を実行する場合に車速判定部8及びオペレータ操作判定部14の双方の判定結果の論理積を用いる場合を例に挙げて説明したが、安全車速に基づいてブレーキ操作の注意喚起を行う限りにおいては、オペレータの操作状況は必ずしも加味する必要はなく、場合によってはオペレータ操作判定部14及び論理積算出部15は省略することもできる。
5 減速度限界車速算出部
8 車速判定部
9 安全車速算出部
14 オペレータ操作判定部
15 論理積算出部
16 車速指示部
17 報知指示部
82 制動距離算出部
86 非電気式ブレーキ制御部
87 電気式ブレーキ制御部
Claims (4)
- 原動機により駆動される交流発電機と、前記交流発電機により電力が供給されて駆動する走行用の電動モータとを有し、前記電動モータで発生するトルクを用いた電気式ブレーキ装置によって制動する電気駆動式の作業車両に用いる制動距離抑制装置において、
前記勾配情報、積載量情報、路面摩擦情報、車速情報を取得する情報取得部と、
前記勾配情報、積載量情報、路面摩擦情報、車速情報、及び予め与えられた前記電動モータの制動トルクの特性を基に、前記電気式ブレーキ装置による制動距離が閾値以下となる安全車速を算出する安全車速算出部と、
前記勾配情報、積載量情報、路面摩擦情報、車速情報、及び予め与えられた前記電動モータの制動トルクの特性を基に、前記電気式ブレーキ装置による減速度が閾値以下となる減速度限界車速を算出する減速度限界車速算出部と、
前記情報取得部で取得された車速情報を前記安全車速及び前記減速度限界車速と比較した結果を基に、設定距離以内で前記電気式ブレーキ装置により停止できるか否かを判定する車速判定部と、
前記車速判定部の判定結果を基に、注意喚起又はブレーキ操作を促す報知動作を報知装置に指示する報知指示部と、
アクセルペダルとブレーキペダルの操作量を基に報知の設定を判定するオペレータ操作判定部と、
前記車速判定部及び前記オペレータ操作判定部の判定結果を基に前記報知指示部に報知動作の設定を出力する論理積算出部と
を備えたことを特徴とする制動距離抑制装置。 - 原動機により駆動される交流発電機と、前記交流発電機により電力が供給されて駆動する走行用の電動モータとを有し、前記電動モータで発生するトルクを用いた電気式ブレーキ装置によって制動する電気駆動式の作業車両に用いる制動距離抑制装置において、
前記勾配情報、積載量情報、路面摩擦情報、車速情報を取得する情報取得部と、
前記勾配情報、積載量情報、路面摩擦情報、車速情報、及び予め与えられた前記電動モータの制動トルクの特性を基に、前記電気式ブレーキ装置による制動距離が閾値以下となる安全車速を算出する安全車速算出部と、
前記勾配情報、積載量情報、路面摩擦情報、車速情報、及び予め与えられた前記電動モータの制動トルクの特性を基に、前記電気式ブレーキ装置による減速度が閾値以下となる減速度限界車速を算出する減速度限界車速算出部と、
前記減速度限界車速及び前記安全車速を指示する車速指示部と
を備えたことを特徴とする制動距離抑制装置。 - 原動機により駆動される交流発電機と、前記交流発電機により電力が供給されて駆動する走行用の電動モータとを有し、前記電動モータで発生するトルクを用いた電気式ブレーキ装置によって制動する電気駆動式の作業車両に用いる制動距離抑制装置において、
前記勾配情報、積載量情報、路面摩擦情報、車速情報を取得する情報取得部と、
前記勾配情報、積載量情報、路面摩擦情報、車速情報、及び予め与えられた前記電動モータの制動トルクの特性を基に、前記電気式ブレーキ装置による制動距離が閾値以下となる安全車速を算出する安全車速算出部と、
前記勾配情報、積載量情報、路面摩擦情報、車速情報、及び予め与えられた非電気式のブレーキ装置の制動力の値を基に、前記非電気式のブレーキ装置による制動距離を算出する制動距離算出部と、
前記制動距離算出部で算出された前記制動距離を基に非電気式ブレーキ装置による制動の要否を判定し、必要と判定された場合に前記非電気式のブレーキ装置を制御して前記安全車速に車速を近付ける非電気式ブレーキ制御部と
を備えたことを特徴とする制動距離抑制装置。 - 原動機により駆動される交流発電機と、前記交流発電機により電力が供給されて駆動する走行用の電動モータとを有し、前記電動モータで発生するトルクを用いた電気式ブレーキ装置によって制動する電気駆動式の作業車両に用いる制動距離抑制装置において、
前記勾配情報、積載量情報、路面摩擦情報、車速情報を取得する情報取得部と、
前記勾配情報、積載量情報、路面摩擦情報、車速情報、及び予め与えられた前記電動モータの制動トルクの特性を基に、前記電気式ブレーキ装置による制動距離が閾値以下となる安全車速を算出する安全車速算出部と、
前記安全車速と制御車速とから目標車速を選択し、前記電動モータのトルクを制御して前記目標車速に車速を近付ける電気式ブレーキ制御部と
を備えたことを特徴とする制動距離抑制装置。
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