(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
前輪（４ａ）および後輪（４ｂ）をそれぞれ駆動する少なくとも２台の電動モータ（６ａ、６ｂ）を含む電気専用の走行駆動装置を有する、ゴムタイヤで走行することができ、かつ、中心線当たりの積載量が１０トン以上である、フロアバウンド大型輸送車両（１）を操作する方法であって、
前記少なくとも２台の電動モータ（６ａ、６ｂ）が駆動制御装置（１１）によって、前記大型輸送車両（１）の動作条件およびその要求性能に応じた特性マップ最適化により動作し、
前記駆動制御装置（１１）によって前記少なくとも２台の電動モータ（６ａ、６ｂ）のうちの少なくとも１台が、連続動作中に前記大型輸送車両（１）の所与の動作条件およびその要求性能に応じてオンまたはオフに切り替えられ、
前記駆動制御装置（１１）およびインバータ（１０ａ、１０ｂ）によって、前記電動モータ（６ａ、６ｂ）の加速度、回転速度、ならびに有効電流およびアイドル電流が測定され、かつ前記電動モータ（６ａ、６ｂ）の負荷がそれによって決定され、
前記電動モータ（６ａ、６ｂ）が並列で動作しており、かつ前記電動モータ（６ａ、６ｂ）の負荷が指定された最小負荷より低いことが決定された場合、前記電動モータ（６ａ、６ｂ）の前記少なくとも１台がオフに切り替えられ、
三相モータとして設計された前記電動モータ（６ａ、６ｂ）が、前記インバータ（１０ａ、１０ｂ）を介してベクトル制御またはＤＴＣ（直接トルク制御）により制御され、
前記電動モータ（６ａ、６ｂ）が最小レベルで動作しかつ前記電動モータ（６ａ、６ｂ）の負荷が、動作している前記電動モータ（６ａ、６ｂ）の指定された最大負荷より高いことが決定された場合、前記電動モータ（６ａ、６ｂ）のうちのドラッグ動作中にある前記少なくとも１台がオンに切り替えられ、
前記電動モータ（６ａ、６ｂ）の前記少なくとも１台のオンおよび／またはオフへの切り替えが、前記電動モータ（６ａ、６ｂ）間のトルク伝達を制御して、前記駆動制御装置（１１）によって制御され、
前記電動モータ（６ａ、６ｂ）の前記少なくとも１台をオンに切り替える前に、最小レベルで動作している電動モータ（６ａ、６ｂ）の回転速度および／または位相位置が検出され、オンに切り替えられる前記少なくとも１台の電動モータの回転速度および／または位相位置がそれに適応されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記電気走行駆動装置が、内燃機関および三相発電機を含むディーゼル電気走行駆動装置として設計されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記電気走行駆動装置が、トラクションバッテリを含むバッテリ電気走行駆動装置として設計されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２台の電動モータを含む電気走行駆動装置を有する、フロアバウンド大型輸送車両、特に大型無人搬送車両を操作する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
「Gottwald Lift AGV」と題する最新のGottwald Port Technology GmbHの冊子は、ＩＳＯコンテナ用のフロアバウンド大型無人搬送車両を開示している。該大型輸送車両は約３４トンの空車重量および６０トンの積載量を有しており、それは満載状態で約９４トンの総重量が達成されることを意味する。四輪車として設計された輸送車両は、前車軸および後車軸を有する車両フレームから実質的に構成され、それらの両端には、タイヤを装着した車輪がそれぞれに取り付けられる。車両フレームは、上昇または下降させることができかつ輸送されるＩＳＯコンテナを受け取るために使用される平面プラットホームを支持する。大型輸送車両は、内燃機関、三相発電機、ならびに第１電動モータおよび第２電動モータを持つディーゼル電気駆動装置によって駆動される。第１電動モータは前車軸を駆動し、第２電動モータは後車軸を駆動する。車両フレームの下で前車軸と後車軸との間に、制御ボックスの懸架および内燃機関の設置のための空間が設けられる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】冊子「Gottwald Lift AGV」(http://www.gottwald.com/gottwald/site/gottwald/galleries/Brochures/Lift#AGV#uk.pdf#search='Gottwald+Lift+AGV')
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これを踏まえて、フロアバウンド大型輸送車両の場合の本発明の目的は、電気走行駆動装置の、特に駆動列全体の総合効率を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明では、少なくとも２台の電動モータを含む電気走行駆動装置を有し、ゴムタイヤで走行することのできるフロアバウンド大型輸送車両、特に大型無人搬送車両を操作する方法の場合、電気走行駆動装置の総合効率の改善は、駆動制御装置によって、少なくとも２台の電動モータが大型輸送車両の動作条件およびその要求性能に応じた特性マップ最適化により動作するという事実のおかげで達成される。特性マップ最適化による制御によって、電気走行駆動装置のエネルギ消費はかなり低減される。本発明により、特に、満載状態で動作するために最大性能が発揮されるように設計された大型輸送車両の電動モータが、頻繁に低い要求性能だけで動作することを防止することが可能である。
【０００６】
本発明に関連して、大型輸送車両は、中心線当たりの積載量が１０トン以上の車両と理解することが好ましい。このタイプの大型輸送車両はＩＳＯコンテナの輸送に特に適している。
【０００７】
有利なやり方で、連続動作中に、大型輸送車両の所与の動作条件およびその要求性能に応じて、少なくとも２台の電動モータの少なくとも１台は、駆動制御装置によってオンオフが切り替えられる。その結果、電気走行駆動装置の総合効率のさらなる改善が達成される。
【０００８】
特性マップ制御に関連して、電動モータは三相モータとして、特にインバータを介するベクトル制御またはＤＴＣ（直接トルク制御）により制御される非同期モータとして設計される。
【０００９】
電動モータの加速度、回転速度、ならびに有効電流およびアイドル電流が駆動制御装置およびインバータによって検出され、それによって電動モータの負荷が決定されることは特に有利である。
【００１０】
特定の実施形態では、電動モータが並列で動作しており、かつ電動モータの負荷が指定された最小負荷より低いことが決定された場合、電動モータの少なくとも１台はオフに切り替わり、電動モータが最小レベルで動作しており、かつ電動モータの負荷が動作している電動モータの指定された最大負荷より高いことが決定された場合、ドラッグ動作中の少なくとも１台のさらなる電動モータがオンに切り替わる。
【００１１】
駆動列全体に最低可能なトルクインパルスを加えるために、電動モータのオンおよび／またはオフは、電動モータ間のトルク伝達を制御して、駆動制御装置によって制御される。その結果、大型輸送車両の走行挙動も悪影響を受けず、一定した走行駆動が保証され続ける。
【００１２】
特に有利な実施形態では、電動モータをオンに切り替える前に、最小レベルで動作している電動モータの回転速度および／または位相位置が検出され、オンに切り替えられる電動モータの回転速度および／または位相位置がそれに適応される。
【００１３】
第１の代替的実施形態では、電気走行駆動装置は、内燃機関および三相発電機を含むディーゼル電気走行駆動装置として設計される。
【００１４】
これに対する代替例として第２実施形態では、電気走行駆動装置は、トラクションバッテリを含むバッテリ電気走行駆動装置として設計される。
【００１５】
本発明を以下で、図面に示す例示的実施形態に関連して、さらに詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】ゴムタイヤで走行することのできるフロアバウンド大型無人搬送車両の略底面図を示す。
【図２】図１の大型輸送車両のディーゼル電気またはバッテリ電気走行駆動装置のブロック図を示す。
【図３】図１の大型輸送車両の電動モータのうちの１台の効率の特性マップを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、ゴムタイヤで走行することのできるフロアバウンド大型無人搬送車両１の略図を示す。四輪車として設計された輸送車両１は実質的に車両フレーム２から構成され、そこで２つの前輪４ａが共通前車軸３ａに取り付けられ、かつ２つの後輪４ｂが共通後車軸３ｂに取り付けられる。４つの車輪４ａ、４ｂにはタイヤ、特に空気充填ゴムタイヤが設けられる。車両フレーム２は、輸送される積荷を受け取るために使用される平面プラットホームを支持する。この場合、大型輸送車両１は、大型車両１の中心線当たり１０トン以上の重量の積荷を輸送することができるように設計される。大型輸送車両１が図示した２つだけの車軸（３ａ、３ｂ）より多くの車軸を持つことができ、その全部または一部を駆動することができることは自明である。
【００１８】
大型輸送車両１の長手方向Ｌに見て、電源ユニット５は車両フレーム２上で前車軸３ａと後車軸３ｂとの間に配置され、内燃機関を持つディーゼル電気駆動装置として設計することができ、第１前部電動モータ６ａおよび第２後部電動モータ６ｂに電力を供給することが明らかである。大型輸送車両１の長手方向Ｌに見て、前部電動モータ６ａは車両フレーム２の下の前車軸３ａの領域で中心に取り付けられ、出力側で第１前部トランスファギヤボックス３ｃを介して２つの前輪４ａを駆動する。大型輸送車両１の長手方向Ｌに見て、後部電動モータ６ｂは同様に車両フレーム２の下の後車軸３ｂの領域で中心に取り付けられ、出力側で第２後部トランスファギヤボックス３ｄを介して２つの後輪４ｂを駆動する。
【００１９】
電源ユニットは、内燃機関、三相発電機、および発電機アクチュエータを持つディーゼル電気駆動装置、またはトラクションバッテリを持つバッテリ電気駆動装置のいずれかであると理解される。
【００２０】
電源ユニット５の１つの実施形態の場合、ディーゼル電気駆動装置は内燃機関、特にディーゼル機関の形で設けられ、発生した機械的エネルギは、三相発電機および発電機アクチュエータの助けにより、直流の形の電気エネルギに変換される。この場合、発電機アクチュエータはいわゆる昇圧型コンバータである。
【００２１】
また、制御構成部品を受容するために、車両フレーム２の下に制御ボックス７を懸架するための空間が、前車軸３ａと後車軸３ｂとの間に設けられることも明らかである。
【００２２】
図２は、図１の大型輸送車両１のディーゼル電気またはバッテリ電気走行駆動装置のブロック図を示す。
【００２３】
電源ユニット５は、駆動列に直流電圧の形の必要な電気エネルギを提供する。用語「駆動列」とは、電動モータ６ａ、６ｂから道路にトルクを伝達する大型輸送車両１の全ての構成部品と理解される。それぞれの場合に、インバータ１０ａ、１０ｂを介して電動モータ６ａ、６ｂが直流電圧中間回路８に接続され、回転速度制御により操作される。電動モータ６ａ、６ｂは三相モータとして、特に、インバータ１０ａ、１０ｂによってベクトル制御により制御される非同期モータとして設計される。
【００２４】
次いで、電気エネルギは電動モータ６ａ、６ｂによって機械的駆動エネルギに変換されて、大型輸送車両１を推進させる。第１および第２電動モータ６ａ、６ｂは、第１インバータ１０ａおよび第２インバータ１０ｂを介して直流電圧回路８に接続される。第１電動モータ６ａおよび第２電動モータ６ｂの周波数および電圧、ならびにしたがって回転速度およびトルクは、第１および第２インバータ１０、１０ｂを介してそれぞれの駆動状況に適応させることができる。その結果、電源ユニット５から２台の電動モータ６ａ、６ｂへの電力の伝達は、電子的に制御することができる。この目的のために、２台の電動モータ６ａ、６ｂならびにそれぞれに割り当てられた２つのインバータ１０、１０ｂはそれぞれの場合に、制御技術の観点からより高いランクの駆動制御装置１１に接続される。
【００２５】
大型輸送車両１はまた２台の電動モータ６ａ、６ｂを介して制動される。制動中に２台の電動モータ６ａ、６ｂによって直流電圧回路８に戻されたエネルギは、直流電圧回路８に接続されたブレーキチョッパ、および制動抵抗器９に向けられて、熱に変換され、したがって除去される。
【００２６】
前述の通り、２台の電動モータ６ａ、６ｂは三相モータとして、特に、インバータ１０ａ、１０ｂを介してベクトル制御により制御される非同期モータとして設計される。全ての電動モータ６ａ、６ｂは回転速度制御およびトルク制御により操作される。電動モータ６ａ、６ｂの回転速度は、要求される走行速度に従って追跡される。大型輸送車両１の動作状態、すなわち例えば空車走行、低積荷走行、または最大積荷走行、登坂走行、降坂走行、またはコーナーリングに応じて、２つのインバータ１０ａ、１０ｂは、２台の電動モータ６ａ、６ｂがそれらの特性マップに従って充分なトルクをもたらすように、駆動制御装置１１を介して制御される。大型輸送車両１の場合、最大積荷の大型輸送車両１と空車の大型輸送車両１との間におよそ３．５に達する高い質量比が存在する。このような異なる動作状態のため、２台の電動モータ６ａ、６ｂの要求される性能およびトルクは、かなり大幅に変動し、２台の電動モータ６ａ、６ｂの最大性能は時折要求されるだけである。
【００２７】
したがって、本発明では、２台の電動モータ６ａ、６ｂは、駆動制御装置１１およびそれぞれの電動モータ６ａ、６ｂに割り当てられたインバータ１０ａ、１０ｂによって、特性マップ最適化により制御される。この場合、両方の電動モータ６ａ、６ｂがデュアル動作中であるならば、または３台以上の電動モータ６ｂ、６ｃが多重動作しているとき、電動モータ６ａ、６ｂは同程度に利用される。この特性マップ最適化制御装置の範囲内で、例えば空車走行中のような低積荷での大型輸送車両１の動作状態では、２台の電動モータ６ａ、６ｂのうちの１台は、連続動作中にオフに切り替えられる。２台の電動モータ６ａ、６ｂのうちの１台がオフに切り替わると、電力要求の低い動作、この場合は空車走行にとってその性能が充分である、２台の電動モータ６ａ、６ｂのうちの駆動中の電動モータの例えば負荷は２倍の大きさになる。２台の電動モータ６ａ、６ｂのうちの１台がオフに切り替わると、大型輸送車両１の駆動動作に悪影響を及ぼすことなく、エネルギを節約することができる。動作し続けている電動モータ６ａ、６ｂに関して、その動作点の変位は同一回転速度でトルクの高い方向に有利に影響され、それは効率のレベル向上につながる。２台の電動モータ６ａ、６ｂのうちの１台をオフに切り替えることによって、大型輸送車両１のエネルギ消費はかなり低減される。
【００２８】
２台の電動モータ６ａ、６ｂの特性マップ最適化制御は、この目的のためにマスタ駆動回路１１ａおよびスレーブ駆動回路１１ｂを有する駆動制御装置１１を介して達成される。マスタ駆動回路１１ａは第１電動モータ６ａに割り当てられ、割り当てられた電動モータ６ａが駆動動作中にオフに切り替えられないので、「マスタ」として指定される。それに相応して、オフに切り替えられる電動モータ６ｂに割り当てられたスレーブ駆動回路１１ｂは「スレーブ」として指定される。電動モータ６ａ、６ｂを均衡のとれた形で搭載するために、マスタおよびスレーブ機能を予め定められたモデルに従って変更することも基本的に可能である。マスタ駆動回路１１ａおよびスレーブ駆動回路１１ｂも、対応する第１センサ１２ａおよび第２センサ１２ｂを介して、それぞれに割り当てられた電動モータ６ａ、６ｂまたはそのインバータ１０ａ、１０ｂをモニタする。電動モータ６ａ、６ｂの回転速度は第１および第２センサ１２ａ、１２ｂを介して検出される。電動モータ６ａ、６ｂの電流、加速度、および／またはトルクはインバータ１０ａ、１０ｂを介して検出される。測定データを参照することにより、それぞれ第１または第２電動モータ６ａ、６ｂの利用は、マスタ駆動回路１１ａおよびスレーブ駆動回路１１ｂで決定される。
【００２９】
事前に設定された最小利用に満たない利用がスレーブ駆動回路１１ｂで決定された場合、これはインバータ１０ａに伝達され、第２電動モータ６ｂは、スレーブ駆動回路１１ｂに組み込まれたスイッチオフ論理を介してオフに切り替えられる。この目的のために、第２インバータ１０ｂへのインパルスは遮断され、第２電動モータ６ｂはこうして電流無の運動いわゆるドラッグ動作に連結される。
【００３０】
電動モータ６ａ、６ｂのうちの１台がオンまたはオフに切り替わることにより駆動列または駆動制御装置１１にトルクジャークが加えられるのを防止するために、駆動制御装置１１は、オフに切り替えられる第２電動モータ６ｂから負荷が大幅に増大する第１電動モータ６ａへのトルク伝達の制御により、第２電動モータ６ｂのオフ切替えを制御する。その結果、オフに切り替えられる第２電動モータ６ｂは、その電力比率を徐々に出力し、負荷が大幅に増大する第１電動モータ６ａは、第２電動モータ６ｂが最終的に電流無しにドラッグ動作で第１電動モータ６ａと共に動作するまで、この電力比率を受け入れる。
【００３１】
第１電動モータ６ａが単独で動作している場合、または３台以上の電動モータ６ａ、６ｂで、電動モータの一部だけが最小レベルで動作している場合に、単独で動作している第１電動モータ６ａまたは最低レベルで動作している電動モータの一部の事前に設定された最大利用より高い利用がマスタ駆動回路１１ａで決定されると、これは第１インバータ１０ａに伝達され、第２電動モータ６ｂは次いでスレーブ駆動回路１１ｂを介してオンに切り替えられる。この目的のために、第２インバータ１０ｂのインパルスが次いで放出され、その結果、第２電動モータ６ｂは次いで始動し、それは、電動モータ６ａ、６ｂが両方とも大型輸送車両１をデュアル動作で同等に駆動することを意味する。このタイプの利用増大は、大型輸送車両１が積荷を受け取ることで生じる。その結果、単独で動作する第１電動モータ６ａの要求電力は増大し、一方で、第１電動モータ６ａの動作点は特性マップの最適効率範囲から移動することがあり得、他方で、極端な場合にはその最大電力限度に達することがあり得る。これは、本発明では、複合特性マップにおける２台の電動モータ６ａ、６ｂの動作点が次いで、零電流に切り替えられていた第２電動モータ６ｂをオンに切り替えることによって、最適効率範囲に戻ることから、補償される。
【００３２】
電源ユニット５および／または第１電動モータ６ａが、オンに切り替えられた第２電動モータ６ｂによる突然の負荷を受けないことを確実にするために、単独で動作する第１電動モータ６ａからオンに切り替えられる第２電動モータ６ｂへのトルク伝達の制御により、駆動制御装置１１は第２電動モータ６ｂのオン切替えを制御する。その結果、単独で動作する第１電動モータ６ａはその電力比率を徐々に出力し、オンに切り替えられる第２電動モータ６ｂは、第１電動モータ６ａが最終的に同等に駆動するまで、この電力比率を受け入れる。さらに、無電流の第２電動モータ６ｂがオンに切り替わる前に、その回転速度および／または位相位置が検出され、第２インバータ１０ｂのインパルスの放出後に考慮されるので、無電流の第２電動モータ６ｂがオンに切り替えられるときに、逆相短絡電流の発生が回避される。さらに、第２電動モータ６ｂがオンに切り替えられるときに、単独で動作している第１電動モータ６ａとの同期が観察され、かつ維持される。
【００３３】
図３は実施例として、四輪車として設計されかつ２つの中心線および走行駆動用に２台の電動モータ６ａ、６ｂを有する大型輸送車両１の、この場合には同一に構成された電動モータ６ａ、６ｂの効率特性マップを示す。特性マップは、電動モータ６ａ、６ｂの効率ηを、ｘ軸上に示された毎分回転数［１／分］単位のその回転速度、およびｙ軸上に示されたニュートン・メートル［Ｎｍ］単位のそのトルクの関数として示す。電動モータ６ａを有する大型輸送車両１の動作を、２台の電動モータ６ａ、６ｂを有する大型輸送車両１の動作と比較する実施例を参照することによって、本発明の利点を示す。
【００３４】
ｘ軸と平行な第１の上の線Ｍ１は、大型輸送車両１の動作のために電動モータ６ａによって提供されるトルクを表わす。電動モータ６ａはトルクＭ１を提供する。同じくｘ軸と平行な第２の下の線Ｍ２は、各々の場合に大型輸送車両１の動作のために２台の電動モータ６ａ、６ｂによって提供されるトルクを表わす。２台の電動モータ６ａ、６ｂの各々がトルクＭ２を提供する。Ｍ１はＭ２の２倍に等しい。
【００３５】
電動モータ６ａまたは２台の電動モータ６ａ、６ｂの回転速度が、Ｙ軸と平行な第３の線ｃによって図表に示す大型輸送車両１の走行速度に比例する場合、電動モータ６ａに対しては約７０％の効率ηのレベルが達成され、２台の電動モータ６ａ、６ｂに対しては、各々の場合に約５０％の効率ηのレベルが達成される。
【００３６】
このことから、同一トルクを持つ２台のうちの１台をオフに切り替えることによって、エネルギ消費がそれに応じて低減され、２０％の効率の向上を達成できることが明らかである。さらに、オフに切り替えられた電動モータ６ａ、６ｂの損失は生じない。
【００３７】
記載した大型輸送車両１の用途の分野として、波止場地域におけるＩＳＯコンテナの荷役および道路と鉄道との間の複合一貫輸送が挙げられる。
【００３８】
ゴムタイヤで走行することのできるフロアバウンド大型無人搬送車両１に関連して、本発明について説明した。本質的に、このタイプの大型輸送車両１は、例えばＩＳＯコンテナ、スワップコンテナ、コンテナ、冶金、鋼、および圧延技術におけるスラブまたはコイルのような重量物を輸送するために使用することが可能である。ＩＳＯコンテナの輸送用の大型輸送車両１の１つの実施形態において、大型輸送車両１は約３５トンの空車重量を有することができる。次いで、輸送されるＩＳＯコンテナの重量はこれに追加される。これは、満載状態で約９５トンの総重量が達成されることを意味する。大型輸送車両１は、輸送される積荷を受け取るためのプラットホーム、または積荷を受け取るか載置するための装置を装備することができる。さらに、例示的実施形態は、各々車軸３ａ、３ｂの車輪４ａ、４ｂを駆動する２台の電動モータ６ａ、６ｂに給電する電源ユニット５に関係する。また、４台の電動モータを有する一輪駆動装置、または相応して増大した台数の電動モータを組み込んだ多軸車両の観点から３つ以上の車軸を有する大型輸送車両１の構築も実行可能である。幾つかの車軸は駆動装置無しにすることができ、あるいは共通電動モータに駆動接続することができる。無人動作の代わりに、大型輸送車両１は有人動作用のための運転室を装備することもできる。
【符号の説明】
【００３９】
１    大型輸送車両
２    車両フレーム
３ａ    前車軸
３ｂ    後車軸
３ｃ    前部トランスファギヤボックス
３ｄ    後部トランスファギヤボックス
４ａ    前輪
４ｂ    後輪
５    電源ユニット
６ａ    第１前部電動モータ
６ｂ    第２後部電動モータ
７    制御ボックス
８    直流電圧回路
９    制動抵抗器
１０ａ    第１インバータ
１０ｂ    第２インバータ
１１    駆動制御装置
１１ａ    マスタ駆動回路
１１ｂ    スレーブ駆動回路
１２ａ    第１センサ
１２ｂ    第２センサ
Ｍ１    第１の線
Ｍ２    第２の線
ａ    第３の線
Ｌ    長手方向
【図１】
0005848333.tif 000002
【図２】
0005848333.tif 000003
【図３】
0005848333.tif 000004