JP2011078241A - 電動車両用制御装置、並びに、これを備えた電動車両及びフォークリフト - Google Patents
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Abstract
【解決手段】駆動タイヤ及び車軸を有する車体と前記駆動タイヤにトルクを付与する駆動モータMとを備える電動車両F1に用いられ、駆動モータMに対してモータ制御指令T*を供給する電動車両用制御装置1であって、前記車軸を中心とした前記電動車両F1の上下振動を示す振動パラメータによって駆動モータMをフィードバック制御することを特徴とする。
【選択図】図1
Description
また、速度指令を減少させているために、加速性能が悪化するという問題があった。
すなわち、本発明に係る電動車両用制御装置は、駆動タイヤ及び車軸を有する車体と前記駆動タイヤにトルクを付与する駆動モータとを備える電動車両に用いられ、前記駆動モータに対してモータ制御指令を供給する電動車両用制御装置であって、前記車軸を中心とした前記電動車両の上下振動を示す振動パラメータによって前記駆動モータをフィードバック制御することを特徴とする。
(第一実施形態)
図1は、本発明の第一実施形態に係るフォークリフト(電動車両)F1の電動車両用制御装置1の概略構成を示すブロック図である。
フォークリフトFは、前側の車軸上に設けられた二つの駆動タイヤと後側の車軸上に設けられた二つの従動タイヤとを有する車体と、二つの駆動タイヤに対してそれぞれ回転トルクを付与する二つの駆動モータM(MR,ML)と、荷物を昇降可能なリフトLとを備える車両本体Cが、電動車両用制御装置1によって走行制御されている。
また、この速度制御コントローラ300には、検出モータ回転数ωのうち、検出モータ回転数ωRの割合と、検出モータ回転数ωLの割合を示すモータ回転数配分情報が別途入力されるようになっている。そして、速度制御コントローラ300は、入力されたモータ回転数配分情報とハンドル操作角とに応じて、モータ制御トルク指令T*1のうち、駆動モータMRへの入力分と駆動モータMLへの入力分との割合を示すモータ回転数配分情報を出力し、この割合に応じて駆動モータMR,MLが駆動されるようになっている(直進の場合には同一の割合で駆動される)。
なお、ピッチング制御コントローラ2については、後に詳述する。
なお、ピッチング制御トルク指令T*2の出力が0であった場合には、モータ制御トルク指令T*1をトルク指令T*として駆動モータM(MR,ML)に出力する。
ピッチング制御コントローラ2は、振動制御部10と、不感帯要素20と、トルクリミッタ部30と、荷重判定部40と、車速判定部50と、旋回判定部60と、ノッチフィルタ(不安定成分除去フィルタ)70と、車速絶対値|U|(|U1|,|U2|)を出力する車速演算部80と、旋回量|ΔU|を出力する旋回量演算部90とを備えている。
すなわち、ピッチング振動が発生した場合には、ピッチング振動に伴ってリフトL上の荷物が振動してリフト圧が変化するために、図3に示すように、検出リフト圧Pの波形がピッチング振動の加速度の波形として表れることとなる。つまり、BPF11a〜13aは、検出リフト圧Pが指し示す加速度データに対して位相調整を行って得られる速度データを振動パラメータとして速度フィードバックするものであり、スカイフック制御理論に基づいてフィルタ設計がされている。
この選択部16は、位相調整部11〜13のうちいずれかから入力された検出リフト圧P´を増幅部17に出力する。
増幅器17aのゲイン係数は、制御が不安定とならない程度の大きさの適切な値が設定される。
なお、静的成分PDCに応じた最適なゲイン係数の値は、予め作成した静的成分PDCとゲイン係数との対応付けから求めるようになっている。
この不感帯要素20の閾値T´は、検出モータ回転数ωによらず一定にしてもよいし、検出モータ回転数ωによって変動させてもよい。例えば、予め各モータ回転数(ω)における最大トルクを求めて、各モータ回転数(ω)と最大トルクとの対応付けを作成しておき、この対応付けと検出モータ回転数ωとに基づいて最大トルクを求め、この最大トルクの所定の割合を閾値T´として用いる構成が考えられる。
リミッタ31は、ピッチング制御トルク指令T*2の許容最大値up及び許容最小値loが設定されており、不感帯要素20から入力されたピッチング制御トルク指令T*2のうち、許容最大値upを上回る値と、許容最小値loを下回る値については遮断するようになっている。
この求められた余裕トルクは、その正の値がリミッタ31の許容最大値upに、負の値が許容最小値loとして設定される。
より具体的には、荷重変数決定手段41が、静的成分PDCと乗算器42の変数d1(0〜1)との関係が示された荷重変数マップを参照して、入力された静的成分PDCから変数d1を求め、乗算器42が、求められた変数d1と、ピッチング制御トルク指令T*2とを積算する。
すなわち、静的成分PDCが最大静的荷重の25%以上である場合には、変数d1倍されたピッチング制御トルク指令T*2が車速判定部50に出力される。静的成分PDCが最大静的荷重の25%よりも十分に大きい場合には、入力時の大きさと等倍(d1=1)のピッチング制御トルク指令T*2が出力され、静的成分PDCが最大静的荷重の25%よりも僅かに大きい場合には、変数d1倍(0<d1<1)されたピッチング制御トルク指令T*2が出力される。
より具体的には、車速変数決定手段51が、静的成分PDCと変数d2(0〜1)との関係が示された車速変数マップ(緩和曲線)を参照して、入力された静的成分PDCから変数d2を求め、乗算器52が、求められた変数d2と、ピッチング制御トルク指令T*2とを積算する。
より具体的には、旋回変数決定手段61が、静的成分PDCと変数d3(0〜1)との関係が示された旋回変数マップ(緩和曲線)を参照して、入力された静的成分PDCから変数d3を求め、乗算器62が、求められた変数d3と、ピッチング制御トルク指令T*2とを積算する。
このノッチフィルタ70は、入力されたピッチング制御トルク指令T*2に対して、上記の処理を行って第二加算器400に出力する
また、この車速演算部80は、増幅器82の出力値を、LPF83を通過させて車速DC成分(ピッチング等によって生じる変動ノイズを除去した値)を求めた後に、この出力値の絶対値を絶対値回路85によって求め、求めた車速絶対値|U2|を車速判定部50に出力する。
まず、車両本体Cのアクセルが踏み込まれると、図1に示すように、アクセル入力処理部100は、アクセル踏み込み量に応じたモータ回転数指令ω*を出力する。
第二加算器400は、速度制御コントローラ300から入力されたモータ制御トルク指令T*1と、ピッチング制御コントローラ2から入力されたピッチング制御トルク指令T*2との加算結果をトルク指令T*として駆動モータM(MR,ML)に出力する。
また、検出リフト圧PがリフトLからピッチング制御コントローラ2に出力される。
まず、図2に示すように、検出リフト圧Pが振動制御部10に入力される。
振動制御部10は、入力された検出リフト圧Pを用いて、その際の荷物の静的荷重に応じた最適な位相調整部11〜13を選択する。具体的には、LPF14が検出リフト圧Pの静的成分PDCのみを出力する。そして、リフト圧判定部15が、LPF14を通過した静的成分PDCがリフトLに作用する最大静的荷重の25〜50%,50〜75%,75〜100%のうちいずれの荷重範囲にあるかを判定する。選択部16は、リフト圧判定部15が判定した荷重範囲に対応する位相調整部11〜13を選択する。
以下においては、位相調整部12が選択された場合について、説明する。
この際、検出リフト圧Pのうち、最大静的荷重の50〜75%に対応した制御周波数帯3.5Hzが増幅されると共に、その位相が90度遅れる。
なお、BPF12aの位相調整が不十分であった場合には、時間遅れ手段12bが時間によって位相を調整する。
なお、ピッチング制御トルク指令T*2が遮断された場合には、波形が鋭角となる。
なお、ピッチング制御トルク指令T*2が遮断された場合には、波形が鋭角となる。
これと同時に、図4に示すように、検出リフト圧Pの波形とは逆の振幅方向にピッチング制御トルク指令T*2が生成される。このピッチング制御トルク指令T*2は、ピッチング振動の波形と90度位相のずれた逆の波形となるように生成される。
その後、ピッチング振動が減衰に従って、ピッチング制御トルク指令T*2の振幅が小さくなり、ピッチング振動がほぼ収束するとピッチング制御トルク指令T*2の出力が0となる。モータ走行トルク(トルク指令T*)は、モータ制御トルク指令T*1(=T1)の入力分だけとなり、再び一定となる。
ここで、ピッチング振動が減衰するまでの時間は、ピッチング制御コントローラ2の制御をOFFとした場合に比べて、1/3となった。
これにより、ピッチング振動に対して高い減衰効果を得ることができる。
さらに、モータ制御トルク指令T*1(=T1)を基準にモータ走行トルク(トルク指令T*)の増減がなされるので、フォークリフトFの加速が妨げられず、フォークリフトFの加速性能を維持することができる。
従って、高い振動減衰率を得ることができると共に加速性能を維持することができる。
特に、フォークリフトFの前進加速中においては、トルク指令T*が正の値を示しており、トルク指令T*の値から正側の余裕トルクまでの絶対値に対して、負側の余裕トルクまでの絶対値が大きくなる。すなわち、負側の余裕トルクの限度まで逆トルクを作用させると、正側の余裕トルクの限度に対して過大なトルクが作用する恐れがあり、急ブレーキが断続的に作用するような走行状態になる恐れがある。しかしながら、ピッチング制御トルク指令T*2の許容最小値loを余裕トルクに設定することで、正側及び負側の双方への振幅の最大値を略同一とすることができ、上記のような不安定な走行状態を防止することができる。
また、荷重変数マップが緩和曲線となっているので、車速が所定の閾値付近の場合にピッチング制御トルク指令T*2の出力が徐々に小さくなるようにすることができる(0<d1<1)。これにより、急激にピッチング制御トルク指令T*2が出力されることが防止され、走行安定性を向上させることができる。
また、車速変数マップが緩和曲線となっているので、車速が所定の閾値付近の場合にピッチング制御トルク指令T*2の出力が徐々に小さくなるようにすることができる(0<d2<1)。これにより、走行安定性を向上させることができる。
また、旋回変数マップが緩和曲線となっているので、旋回絶対値|ΔU|が所定の閾値付近の場合にピッチング制御トルク指令T*2の出力が徐々に小さくなるようにすることができる。これにより、走行安定性を向上させることができる。
また、ノッチフィルタ70の代わりに、制御周波数帯の位相に影響を与えないローパスフィルタとして、鋭角になった波形を滑らかにもよい。
特に、ピッチング振動が生じ易い凹凸が大きい路面においては、あまり高速走行できないことから、車速が低速域(0〜15km/h(好ましくは0〜8km/h))となるために、駆動モータMの余裕トルクが比較的に大きく、これを利用することができるので、既存のフォークリフトFの制御装置にピッチング制御コントローラ2を追加するだけで、ピッチング振動を低減することができる。
なお、フォークリフトFのピッチング振動は、2〜3Hz程度の比較的に低周波のものであると、駆動モータMの追従が容易となる。
なお、比較的に低周波の車体ピッチング(〜10HZ)に限定して、フィルタ設計を行えば、応答性の悪い誘導電動機でも対応できる。
すなわち、電動車両の運動パラメータとして変位データを用い、この変位データにおける制御周波数帯に対して微分演算又は位相調整を行って速度データを求め、この速度データを振動パラメータとして用いる構成としてもよい。なお、変位データは、例えば、リフトLの支持部に変位計を設けることによって求めることができる。
また、電動車両の運動パラメータとして速度データを用い、この速度データのうちの制御周波数帯を振動パラメータとして用いる構成としてもよい。なお、速度データは、例えば、リフトLや荷物に速度センサを設けて求めてもよいし、モータ回転数ωを用いる構成としてもよい。
図6は、本発明の第二実施形態である電動車両用制御装置501の全体構成を示すブロック図である。なお、図6において、図1から図5と同様の構成要素については、同一の符合を付して説明を省略する。
電動車両用制御装置501は、アクセル入力処理部510と、第二加算器400と、ピッチング制御コントローラ2とを有しており、トルク制御によって車両本体Cの走行制御を行うように構成されている。
この構成においても上述した第一実施形態と同様の効果を得ることができる。
図7は、本発明の第三実施形態に係る電動車両用制御装置601の全体概略構成を示すブロック図である。
なお、図7において、図1から図6と同様の構成要素については、同一の符合を付して説明を省略する。
図7に示すように、モータ回転数のフィードバックループに設けた速度制御コントローラ100にピッチング制御コントローラ2を直接組み込むように構成したものである。
この場合には、運動パラメータは、検出モータ回転数ωとしており、振動パラメータは、検出モータ回転数ωによる速度データとなる。
この構成によっても上述した実施の形態と同様の効果を得ることができる。
2…ピッチング制御コントローラ
10…振動制御部
11〜13…位相調整部
11a〜13a…フィルタ
11b…時間遅れ手段
17…増幅部
20…不感帯要素
30…トルクリミッタ部
31…リミッタ
32…余裕トルク演算手段
40…荷重判定部
50…車速判定部
60…旋回判定部
70…ノッチフィルタ(不安定成分除去フィルタ)
80…車速演算部
90…旋回量演算部
C…車両本体
L…リフト
M(ML,MR)…駆動モータ
P…検出リフト圧(運動量パラメータ、加速度データ)
T*…トルク指令(モータ制御指令)
T*1…モータ制御トルク指令(モータ制御指令)
T*2…ピッチング制御トルク指令(振動制御指令)
F1…フォークリフト(電動車両)
PDC…静的成分
Claims (17)
- 駆動タイヤ及び車軸を有する車体と前記駆動タイヤにトルクを付与する駆動モータとを備える電動車両に用いられ、前記駆動モータに対してモータ制御指令を供給する電動車両用制御装置であって、
前記車軸を中心とした前記電動車両の上下振動を示す振動パラメータによって前記駆動モータをフィードバック制御することを特徴とする電動車両用制御装置。 - 前記モータ制御指令に加えられる振動制御指令を、前記振動パラメータから生成する振動制御部を有することを特徴とする請求項1に記載の電動車両用制御装置。
- 前記振動制御部は、前記振動パラメータを含む前記電動車両の運動パラメータが入力されるフィルタを備え、
該フィルタは、前記上下振動の周波数に基づいた制御周波数帯が設定され、前記入力された運動パラメータから前記振動パラメータを検出することを特徴とする請求項2に記載の電動車両用制御装置。 - 前記運動パラメータは、前記電動車両の加速度データであり、
前記振動制御部は、前記フィルタによって前記制御周波数帯の前記加速度データに対して位相調整を行って、前記振動パラメータとなる速度データを取得することを特徴とする請求項3に記載の電動車両用制御装置。 - 前記振動制御部は、前記フィルタの出力に対して時間遅れで位相調整を行う時間遅れ手段を備えることを特徴とする請求項3又は4に記載の電動車両用制御装置。
- 前記振動制御部は、前記電動車両に作用する静的荷重によって、前記制御周波数帯を変更することを特徴とする請求項2から5のうちいずれか一項に記載の電動車両用制御装置。
- 前記振動制御部は、前記電動車両に作用する静的荷重によって、前記振動パラメータに対するゲイン係数を変更する増幅部を有することを特徴とする請求項2から6のうちいずれか一項に記載の電動車両用制御装置。
- 前記振動制御指令が所定の閾値以上であることを条件として、前記振動制御指令を通過させる不感帯要素を有することを特徴とする請求項2から7のうちいずれか一項に記載の電動車両用制御装置。
- 駆動モータの余裕トルクを求める余裕トルク演算手段と、
該余裕トルク演算部の演算結果である前記余裕トルクの負の値が許容最小値として設定され、前記振動制御指令のうち前記許容最小値未満の振動制御指令を遮断するリミッタとを備えるトルクリミッタ部を有することを特徴とする請求項2から8のうちいずれか一項に記載の電動車両用制御装置。 - 前記電動車両に作用する静的荷重が所定の閾値以上であることを条件として、前記振動制御指令を通過させる荷重判定部を備えることを特徴とする請求項2から9のうちいずれか一項に記載の電動車両用制御装置。
- 前記電動車両の車速が所定の閾値以上であることを条件として、前記振動制御指令を通過させる車速判定部を備えることを特徴とする請求項2から10のうちいずれか一項に記載の電動車両用制御装置。
- 前記電動車両の旋回量が所定の閾値未満であることを条件として、前記振動制御指令を通過させる旋回判定部を備えることを特徴とする請求項2から11のうちいずれか一項に記載の電動車両用制御装置。
- 前記振動制御指令の制御不安定周波数を除去する不安定成分除去フィルタを備えることを特徴とする請求項2から12のうちいずれか一項に記載の電動車両用制御装置。
- 駆動タイヤ及び車軸を有する車体と前記駆動タイヤにトルクを付与する駆動モータとを備える電動車両に用いられ、前記駆動モータに対してモータ制御指令を供給する電動車両用制御装置であって、
前記駆動モータの回転数によるフィードバックループに位相調整部を設けたことを特徴とする電動車両用制御装置。 - 駆動タイヤ及び車軸を有する車体と前記駆動タイヤにトルクを付与する駆動モータとを備え、
請求項1から13のうちいずれか一項に記載の電動車両用制御装置を備えることを特徴とする電動車両。 - 駆動タイヤ及び車軸を有する車体と前記駆動タイヤにトルクを付与する駆動モータとリフトとを備え、
請求項1から13のうちいずれか一項に記載の電動車両用制御装置を備えることを特徴とするフォークリフト。 - 前記運動データは、前記電動車両の加速度データであり、
前記リフトに作用するリフト圧が前記加速度データとして前記フィルタに入力されることを特徴とする請求項16に記載のフォークリフト。
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