JP2022140324A - 車両制御装置及び車両制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】積載物の積載状態に応じて適切に転倒防止制御を行う。【解決手段】重心慣性値算出部３３は、積載状態に基づいて、積載物を含む車両の重心周りの慣性主軸を含む慣性値を算出する。制御部５６は、取得された各輪についての輪荷重と、慣性値と、運動状態の検出値とを用い、車両の前後輪の輪荷重の差分の増大を抑制する転倒防止制御を行う。【選択図】図３

Description

本発明は、車両制御装置及び車両制御プログラムに係り、特に、積載物を積載可能な車両の転倒防止制御を行う車両制御装置及び車両制御プログラムに関する。

従来より、特許文献１には、フォークリフトの積載状態に応じた重心の前後位置関係に基づき、設定される制御係数と、ピッチ角加速度との積によるトルク制御量をモータトルク指令値と合成し、最終的なモータトルク指令値とする技術が開示されている。

特許文献２には、車両の横転防止のため、加減速制御を受けない一定走行時の車両の２輪モデルを規範旋回モデルとして、各輪に分配すべき制動力を算出する技術が開示されている。

特許第６２８２１０８号公報 特許第４７４７７２２号公報

上記特許文献１では、積載物の積載位置は、フォークに対して必ずしも左右輪軸の中心とは限らず、積載物の重心は車両中心軸からずれる場合がある。その結果、ロール、ヨー挙動がピッチ挙動に影響する場合があり、従来技術のように車両の前後方向の重心移動のみの考慮では、緻密な制御が実現できない問題がある。

上記特許文献２では、車両が横転するほどの大きな荷重移動を生じた状態で減速した場合、車両はタイヤ横力特性の変化が大きく、車速低下を生じているため、車速一定、線形タイヤコーナリングパワーで表現されたタイヤ特性を持つ規範モデルと車両運動には大きな乖離がある。その結果、制御系導出の際に用いているモデルと車両との出力誤差は表現することができず、制御系設計を行っても十分な制御性が得られない可能性があった。

本発明は、上記の事情を鑑みてなされたもので、積載物の積載状態に応じて適切に転倒防止制御を行うことができる車両制御装置及び車両制御プログラムを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために第１の発明に係る車両制御装置は、積載物を積載可能な車両の回転運動及び前後加速度を含む運動状態を検出する運動状態検出部と、前記車両の各輪についての輪荷重を取得する輪荷重取得部と、前記車両に積載された前記積載物の積載状態を取得する積載取得部と、前記取得された前記積載状態に基づいて、前記積載物を含む車両の重心周りの慣性主軸を含む慣性値を算出する慣性値算出部と、前記取得された各輪についての輪荷重と、前記慣性値と、前記運動状態の検出値とを用い、前記車両の前後輪の輪荷重の差分の増大を抑制する転倒防止制御を行う制御部と、を含んで構成されている。

また、第２の発明に係る車両制御プログラムは、コンピュータを、積載物を積載可能な車両の回転運動及び前後加速度を含む運動状態を検出する運動状態検出部、前記車両の各輪についての輪荷重を取得する輪荷重取得部、前記車両に積載された前記積載物の積載状態を取得する積載取得部、前記取得された前記積載状態に基づいて、前記積載物を含む車両の重心周りの慣性主軸を含む慣性値を算出する慣性値算出部、及び前記取得された各輪についての輪荷重と、前記慣性値と、前記運動状態の検出値とを用い、前記車両の前後輪の輪荷重の差分の増大を抑制する転倒防止制御を行う制御部として機能させるための車両制御プログラムである。

第１の発明及び第２の発明によれば、運動状態検出部によって、積載物を積載可能な車両の回転運動及び前後加速度を含む運動状態を検出する。輪荷重取得部によって、前記車両の各輪についての輪荷重を取得する。積載取得部によって、前記車両に積載された前記積載物の積載状態を取得する。

そして、慣性値算出部によって、前記取得された前記積載状態に基づいて、前記積載物を含む車両の重心周りの慣性主軸を含む慣性値を算出する。制御部によって、前記取得された各輪についての輪荷重と、前記慣性値と、前記運動状態の検出値とを用い、前記車両の前後輪の輪荷重の差分の増大を抑制する転倒防止制御を行う。

このように、取得された各輪についての輪荷重と、積載物を含む車両の重心周りの慣性主軸を含む慣性値と、前記運動状態の検出値とを用い、前記車両の前後輪の輪荷重の差分の増大を抑制する転倒防止制御を行うことにより、積載物の積載状態に応じて適切に転倒防止制御を行うことができる。

第３の発明に係る車両制御装置は、積載物を積載可能な車両の回転運動及び横加速度を含む運動状態を検出する運動状態検出部と、前記車両の各輪についての輪荷重を取得する輪荷重取得部と、前記車両に積載された前記積載物の積載状態を取得する積載取得部と、前記取得された前記積載状態に基づいて、前記積載物を含む車両の重心周りの慣性主軸を含む慣性値を算出する慣性値算出部と、前記取得された各輪についての輪荷重と、前記慣性値と、前記運動状態の検出値とを用い、前記車両の左右輪の輪荷重の差分の増大を抑制する転倒防止制御を行う制御部と、を含んで構成されている。

また、第４の発明に係る車両制御プログラムは、コンピュータを、積載物を積載可能な車両の回転運動及び横加速度を含む運動状態を検出する運動状態検出部、前記車両の各輪についての輪荷重を取得する輪荷重取得部、前記車両に積載された前記積載物の積載状態を取得する積載取得部、前記取得された前記積載状態に基づいて、前記積載物を含む車両の重心周りの慣性主軸を含む慣性値を算出する慣性値算出部、及び前記取得された各輪についての輪荷重と、前記慣性値と、前記運動状態の検出値とを用い、前記車両の左右輪の輪荷重の差分の増大を抑制する転倒防止制御を行う制御部として機能させるための車両制御プログラムである。

第３の発明及び第４の発明によれば、運動状態検出部によって、積載物を積載可能な車両の回転運動及び横加速度を含む運動状態を検出する。輪荷重取得部によって、前記車両の各輪についての輪荷重を取得する。積載取得部によって、前記車両に積載された前記積載物の積載状態を取得する。

そして、慣性値算出部によって、前記取得された前記積載状態に基づいて、前記積載物を含む車両の重心周りの慣性主軸を含む慣性値を算出する。制御部によって、前記取得された各輪についての輪荷重と、前記慣性値と、前記運動状態の検出値とを用い、前記車両の左右輪の輪荷重の差分の増大を抑制する転倒防止制御を行う。

このように、取得された各輪についての輪荷重と、積載物を含む車両の重心周りの慣性主軸を含む慣性値と、前記運動状態の検出値とを用い、前記車両の左右輪の輪荷重の差分の増大を抑制する転倒防止制御を行うことにより、積載物の積載状態に応じて適切に転倒防止制御を行うことができる。

以上説明したように、本発明の車両制御装置及び車両制御プログラムによれば、積載物の積載状態に応じて適切に転倒防止制御を行うことができる、という効果が得られる。

本発明の第１の実施の形態に係るフォークリフトの構成を示す側面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る車両制御装置の構成を示す概略図である。 本発明の第１の実施の形態に係る車両制御装置の制駆動力制御部の構成を示すブロック図である。 （Ａ）積載荷重と輪荷重との関係を示すグラフ、（Ｂ）リフト高さと輪荷重との関係を示すグラフ、及び（Ｃ）積載位置と輪荷重との関係を示すグラフである。 （Ａ）積載物の積載位置が中央である場合の上面図、及び（Ｂ）積載物の積載位置が左寄りである場合の上面図である。 ６自由度モデルを説明するための図である。 （Ａ）ロールモーメントに関わる作用力を説明するためのフォークリフトの正面図、及び（Ｂ）ピッチモーメントに関わる作用力を説明するためのフォークリフトの側面図である。 ヨーモーメントに関わる作用力を説明するためのフォークリフトの上面図である。 各構成要素の重心、及び車両全体の重心を説明するための図である。 制駆動力算出部による処理を説明するための図である。 本発明の第１の実施の形態に係る車両制御装置における転倒防止制御処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施の形態に係る車両制御装置における転倒防止制御を用いた場合の実験結果を示すグラフである。 本発明の第２の実施の形態に係る車両制御装置の制駆動力制御部の構成を示すブロック図である。 制駆動力算出部による処理を説明するための図である。 本発明の第２の実施の形態に係る車両制御装置における転倒防止制御処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施の形態に係る車両制御装置の制駆動力制御部の構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施の形態に係る車両制御装置における転倒防止制御処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施の形態に係る車両制御装置における転倒防止制御を用いた場合の実験結果を示すグラフである。 本発明の実施の形態の変形例に係る車両制御装置の構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。本実施の形態では、フォークリフトに搭載され、かつ、転倒防止制御を行う車両制御装置に本発明を適用した場合を例に説明する。

［第１の実施の形態］
＜車両制御装置の構成＞
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る車両制御装置を備えた車両としてフォークリフトを示す側面図である。図１において、本実施の形態に係るフォークリフト１は、カウンター式のフォークリフトである。フォークリフト１は、走行装置２と、この走行装置２の前側に配置され、積載物の揚げ降ろしを行う荷役装置３とを具備している。

走行装置２は、車体４と、この車体４の前部に配置された１対の駆動輪である前輪５と、車体４の後部に配置された１対の操舵輪である後輪６と、前輪５を回転させる走行モータ（図示省略）とを有している。

荷役装置３は、車体４の前端部に連結されている。荷役装置３は、車体４の前端部に立設されたマスト１１と、このマスト１１にリフトブラケット１２を介して取り付けられ、積載物が積載される１対のフォーク１３と、このフォーク１３を昇降させるリフトシリンダ１４と、マスト１１を傾動させるティルトシリンダ１５とを有している。フォークリフト１は、図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、重量の異なる積載物を、様々なリフト高さで持ち上げることができる。また、フォークリフト１は、重量の異なる積載物を、フォーク１３の前後方向の異なる位置で持ち上げることができる。

図２は、本発明の実施形態に係る車両制御装置の構成を示すブロック図である。図２において、車両制御装置１０は、フォークリフト１に搭載されている。車両制御装置１０は、操作検出部２０と、運動状態検出部２２と、圧力センサ２３と、コンピュータ２４と、制駆動力発生部２６とを備えている。

コンピュータ２４は、ＣＰＵと、ＲＡＭと、後述する転倒防止制御処理ルーチンを実行するためのプログラムや各種データを記憶したＲＯＭと、を含むコンピュータで構成することが出来る。コンピュータ２４は、機能的には図２に示すように、操作制駆動力取得部３０、輪荷重取得部３２、重心慣性値算出部３３、及び制駆動力制御部３４を備えている。

操作検出部２０は、ドライバの操舵、アクセル、ブレーキ（含回生）の各操作量を検出する。

運動状態検出部２２は、ＩＭＵ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）を用いて、車両の運動状態として、少なくともロール角速度Ｐ、ピッチ角速度Ｑ、ヨー角速度Ｒ、及び前後加速度Ｇ_ｘを検出する。

圧力センサ２３は、積載物が積載されるフォーク１３の積載面全面に設けられる、例えばシート状のセンサであり、積載面の各位置にかかった圧力を検出し、検出値を出力する。

操作制駆動力取得部３０は、ドライバ操作に基づく前記車両の駆動輪の制動力及び駆動力の制御量Ｆ_{ＤＲＶ（ｉ）}を取得する。具体的には、ドライバの操舵、アクセル、ブレーキ（含回生）の各操作量に基づき決定される左右輪の制動力又は駆動力の制御量Ｆ_{ＤＲＶ（ｉ）}を取得する。ただし、添え字ｉは、各輪（前右輪、前左輪、後右輪、後左輪）の識別子である。

輪荷重取得部３２は、フォークリフト１の各輪についての輪荷重を検出する。輪荷重の検出方法は、運動状態検出部２２の検出値と、重心位置、車両質量、慣性等の車両諸元とに基づいて推定する方法、あるいはロードセルを用いた計測する方法等である。

重心慣性値算出部３３は、フォークリフト１に積載された積載物の積載状態を取得し、取得された積載状態に基づいて、積載物を含む車両の重心周りの慣性主軸を含む慣性値を算出する。

具体的には、重心慣性値算出部３３は、圧力センサ２３から出力された検出値を受け取り、圧力を示す検出値を重量に換算することにより、フォーク１３に積載された積載物の重量Ｍ_αを取得する。重心慣性値算出部３３は、圧力センサ２３から出力された検出値を受け取り、フォーク１３の積載面上で最も大きい検出値が検出されている位置を、フォーク１３に積載された積載物の位置として取得する。重心慣性値算出部３３は、リフトシリンダ１４に設けられたエンコーダから出力された検出値を受け取り、検出値が示す荷揚げ油圧モータの回転角から、基準位置（例えば最下部）に対するフォーク１３の高さを算出し、この高さをリフト高として取得する。

重心慣性値算出部３３は、取得された積載物の重量Ｍ_αと、車両諸元として記憶された車両の重量Ｍ_βとを合算して、積載物を含むフォークリフト１全体の重量Ｍ_ａｌｌを算出する。また、重心慣性値算出部３３は、取得された情報に基づいて、積載物の重心の位置を算出する。積載物の重心の位置の算出方法としては、例えば、特開２０２０－９３７４１号公報に記載の方法を採用することができる。

また、重心慣性値算出部３３は、積載物の重心の位置、及び車両諸元として記憶された各構成部位の構造に基づいて、フォークリフト１全体の重心ＣＧ_ａｌｌの位置と、構成部位ｊの重心の位置とを算出する。そして、重心慣性値算出部３３は、以下に説明するように、慣性テンソルＪ_ａｌｌを算出する。

まず、上記図１のような積載状態の違いに対応するため、図６、式（１）～（３）に示す６自由度モデルを用いて、車両運動を記述する。転倒防止制御量は式（１）を用いて算出する。式（１）のＪ_ａｌｌは主軸慣性、慣性乗積から成る慣性テンソルである。

（１）

（２）

（３）

上記式（１）～（３）の各記号は以下の通りである。

式（１）のモーメントＬ_ｖ，Ｍ_ｖ，Ｎ_ｖに関わる作用力を図７、図８、表１に示す。図７（Ａ）のＡ点はロール回転中心であり、静止時の車両全体の重心を通る鉛直線とロール軸と交わる点としている。図７（Ｂ）のＢ点はピッチ回転中心であり、静止時の車両全体の重心を通る鉛直線と地上面とが交わる点としている。

慣性テンソルＪ_ａｌｌの設定について図９に基づき説明する。図９は、フォークリフト１の構成要素の概略を示しており（積載物を含む）、各構成要素の重心、車両全体の重心および座標原点を示している。

式（４）に慣性テンソルＪ_ａｌｌの構成を示す。対角項が主軸慣性、非対角項が慣性乗積であり、式（４）により積載状態の違いが表現できる。

（４）

式（４）中、添え字ｊは各構成要素を表し、Ｎは構成要素の総数である。車両全体の重心をＣＧ_ａｌｌとするとＣＧ_ａｌｌ位置（ｘ_ＣＧ，ｙ_ＣＧ，ｚ_ＣＧ）は、図９に示す各構成要素の質量、重心位置より算出できる。そして式（４）のＪ_ａｌｌにおけるΔｘ，Δｙ，Δｚ項はＣＧ_ａｌｌと構成要素の重心との位置の差分であり、例えばΔｘ_ｊは式（５）で算出する（Δｙ_ｊ、Δｚ_ｊも同様）。

（５）

式（４）中のＪ_Ａ，Ｊ_Ｂは図７のＡ点、Ｂ点からみた慣性の補正値であり式（６）、（７）で表す。

（６）

（７）

以上説明したように、重心慣性値算出部３３は、式（５）と同様の式により、車両全体の重心ＣＧ_ａｌｌの位置と、構成部位ｊの重心の位置との各軸方向の差分（Δｘ_ｊ、Δｙ_ｊ、及びΔｚ_ｊ）を算出する。また、重心慣性値算出部３３は、算出したΔｘ_ｊ、Δｙ_ｊ、及びΔｚ_ｊと、車両諸元として記憶された構成部位ｊの重量ｍ_ｊとを用いて、式（４）により慣性テンソルＪ_ａｌｌを算出する。

また、重心慣性値算出部３３は、算出したフォークリフト１全体の重心ＣＧ_ａｌｌの位置のうち、ｚ軸方向の位置（ｚ_ａｌｌ）をｈ_ＣＧとする。

制駆動力制御部３４は、フォークリフト１の各輪の輪荷重の低下を抑制する転倒防止制御を行う。

具体的には、図３に示すように、制駆動力制御部３４は、制御パラメータ変更部４２、輪荷重変動算出部４４、閾値記憶部４６、第１閾値比較部４８、制御選択部５４、第２閾値比較部５２、制御選択部５４、制御部５６、制御量切換部５８、ローパスフィルタ処理部６０、及び制駆動力指令値設定部６２を備えている。なお、制御選択部５４、制御部５６、制御量切換部５８、及び制駆動力指令値設定部６２が、制御部の一例である。

制御パラメータ変更部４２は、フォークリフト１が停止状態における各輪についての輪荷重、及び左右輪の輪荷重の差を取得する。制御パラメータ変更部４２は、取得したフォークリフト１が停止状態における各輪についての輪荷重、及び左右輪の輪荷重の差に応じ、後述する制御量演算部８０の重心高、慣性値等を変更する。

輪荷重変動算出部４４は、各輪の輪荷重変動を算出する。

閾値記憶部４６は、フォークリフト１が停止状態における各輪についての輪荷重、及び左右輪の輪荷重の差を取得する。閾値記憶部４６は、取得した、フォークリフト１が停止状態における各輪についての輪荷重、及び左右輪の輪荷重の差に応じて、各輪の輪荷重に関する第１閾値及び第２閾値、前輪の左右輪の輪荷重の差に関する第３閾値、及び後輪の左右輪の輪荷重の差に関する第４閾値を設定し、記憶する。

ここで、第１閾値は、各輪についての転倒防止制御の開始を判断するための開始判断閾値であり、第２閾値は、各輪についての転倒防止制御の終了を判断するための終了判断閾値である。第２閾値は第１閾値よりも大きな値に設定される。

転倒防止制御では、積載状態に応じて変わる輪荷重に関する第１閾値～第４閾値の設定が重要である。その説明のため、積載荷重、リフト高さ、フォーク左右積載位置の違いによる輪荷重の違いを図４に示す。図４は３輪フォークリフトの荷重計測例である。

図４（Ａ）では、積載荷重と、前右輪（ＦＲ輪）、前左輪（ＦＬ輪）、及び後輪の輪荷重との関係を示している。図４（Ａ）では、リフト高さが、図４（Ｂ）のリフト高さ「Ａ」であり、積載位置が、図５（Ａ）に示すように中央位置である場合の例を示している。

図４（Ｂ）では、リフト高さと、前右輪（ＦＲ輪）、前左輪（ＦＬ輪）、及び後輪の輪荷重との関係を示している。図４（Ｂ）では、積載荷重が、図４（Ａ）の積載荷重「ｂ」であり、積載位置が、図５（Ａ）に示すように中央位置である場合の例を示している。

図４（Ｃ）では、フォーク積載位置（図５（Ａ）、（Ｂ）参照）と、前左輪（ＦＬ輪）の輪荷重との関係を示している。図４（Ｃ）では、積載荷重が、図４（Ａ）の積載荷重「ｂ」であり、リフト高さが、図４（Ｂ）に示すようにリフト高さ「Ｃ」である場合の例を示している。

上記図４（Ａ）～図４（Ｃ）に示すように、積載状態に応じて各輪荷重が大きく変わることがわかる。

そこで、閾値記憶部４６は、走行停止状態で検出した各輪荷重に応じて各閾値を設定する。例えば、閾値記憶部４６は、各輪荷重検出値の３０％を各輪の第１閾値に設定し、各輪荷重検出値の４０％を各輪の第２閾値に設定し、第３閾値、第４閾値を、前輪の左右輪荷重と後輪の左右輪荷重との平均の３０％に設定する。

閾値記憶部４６は、設定した各輪の第１閾値、各輪の第２閾値、第３閾値、及び第４閾値を記憶している。

第１閾値比較部４８は、各輪について、輪荷重検出値と第１閾値とを比較し、少なくとも１つの輪荷重検出値が第１閾値未満であるか否かを判定する。少なくとも１つの輪荷重検出値が第１閾値未満であれば、荷重差判定部５０により、左右輪の荷重差が閾値未満であるか否かを判定し、左右輪の荷重差が閾値未満であれば、制御選択部５４により、前後転倒防止制御が開始される。

制御選択部５４は、第１閾値比較部４８により、少なくとも１つの輪荷重検出値が第１閾値未満であると判定されると、前輪の左右輪の輪荷重の差の、第３閾値との比較結果、又は後輪の左右輪の輪荷重の差の、第４閾値との比較結果に応じて、前後転倒防止制御を開始する。

具体的には、少なくとも１つの輪荷重検出値が、第１閾値未満であり、かつ、第１閾値未満となる輪荷重検出値が、前輪のものであり、かつ、前輪の左右輪の輪荷重の差の絶対値が、第３閾値未満である場合には、車両の駆動輪の制動力又は駆動力を制御する前後転倒防止制御を開始する。

また、少なくとも１つの輪荷重検出値が、第１閾値未満であり、かつ、第１閾値未満となる輪荷重検出値が、後輪のものであり、かつ、後輪の左右輪の輪荷重の差の絶対値が、第４閾値未満である場合には、車両の駆動輪の制動力又は駆動力を制御する前後転倒防止制御を開始する。

第２閾値比較部５２は、各輪について、輪荷重検出値と第２閾値とを比較し、全ての輪荷重検出値が第２閾値より大きいか否かを判定する。全ての輪荷重検出値が第２閾値より大きい場合には、転倒防止制御を終了する。

制御部５６は、積載物を含むフォークリフト１の重心周りの慣性主軸を含む慣性値と、取得された各輪についての輪荷重と、運動状態の検出値とを用い、駆動輪の制動力又は駆動力を制御する際の制御量を算出する。

具体的には、制御部５６は、制御量演算部８０及び制駆動力算出部８２を備えている。

制御量演算部８０は、積載物を含むフォークリフト１の重心周りの慣性主軸を含む慣性値と、取得された各輪についての輪荷重と、運動状態の検出値とを用い、ピッチモーメント制御量ＰＭを算出する。

ここで、ピッチモーメント制御量ＰＭを算出する原理を説明する。

以下、ピッチ角加速度^・Ｑを抑制するピッチモーメントＭ_ｖの算出手順を以下に説明する。ピッチモーメントＭ_ｖは図７（Ｂ）よりＣＧ_ａｌｌ周りのモーメントとして式（８）で表される。

（８）

式（８）は、前後慣性力によるモーメント、輪荷重変化によるモーメント、前後転倒防止の制御モーメントＰＭを用いて表している。ピッチによるｘ軸方向への重心移動で生じるモーメント（＝Ｍ_ａｌｌ・ｇ・ｈ_ＣＧ・ｓｉｎθ、ｇは重力加速度）はθが小さく、輪が浮き上がるほどの前後転倒状態ではないため省略している。ＩＭＵ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）が車両の任意位置に取り付けられている場合、Ｇ_ｘＣＧは後述の式に基づき重心位置の加速度に変換された値を使用する。

式（４）、（８）を式（１）の２行目に代入し、展開すると次式となる。

（９）

ピッチ角加速度^・Ｑを０とするＰＭは、式（９）左辺のＪ_ｙｙ・^・Ｑを０として変形し次式で得られる。

（１０）

なお、式中のドット付きの変数Ｘは、明細書中で^・Ｘと表記する。

ピッチ運動を抑制するため、式（１０）で得られたＰＭに対し次式のように符号を付与する。

ＰＭ＝－ＰＭ （１１）

上記、任意位置のＩＭＵで計測された加速度（Ｇ_ｘＩＭＵ，Ｇ_ｙＩＭＵ，Ｇ_ｚＩＭＵ）を、重心位置の加速度（Ｇ_ｘＣＧ，Ｇ_ｙＣＧ，Ｇ_ｚＣＧ）に変換する方法を説明する。式（１２）～（１７）はその変換式である。式中、’×’は外積を表す。

（１２）

（１３）

（１４）

（１５）

（１６）

（１７）

（１８）

（１９）

（２０）

ただし、ｘ_ＩＭＵ、ｙ_ＩＭＵ、ｚ_ＩＭＵはＩＭＵ位置、Ｔは転置を表す。

以上説明した原理のように、制御量演算部８０は、積載物を含むフォークリフト１の重心周りの慣性主軸を含む慣性値と、取得された各輪についての輪荷重と、運動状態の検出値とを用い、式（１０）、（１１）に従って、ピッチモーメント制御量ＰＭを算出する。

制駆動力算出部８２は、図１０に示すように、ピッチモーメント制御量ＰＭが得られるように、前輪の左右輪の制動力又は駆動力の制御量Ｆ_ＦＬ、Ｆ_ＦＲを求める。図１０のＤｉｒは前進、後進を示すフラグで前進は’＋１’、後進は’－１’である。また、ピッチ制御量ＰＭを、ｈ_ＣＧで除してタイヤ制駆動力に変換し、さらに１／２で除して左右輪のタイヤ制駆動力に分配する。

制御量切換部５８は、前後転倒防止制御を開始した場合には、制御部５６により得られた制動力又は駆動力の制御量Ｆ_（ｉ）を出力する。

また、制御量切換部５８は、前後転倒防止制御を終了した場合には、操作制駆動力取得部３０によって取得された制動力又は駆動力の制御量Ｆ_{ＤＲＶ（ｉ）}を出力する。

ローパスフィルタ処理部６０は、前後転倒防止制御有り無しの切り替えによる制駆動力の急変を抑えるため、ローパスフィルタ処理を行う。

制駆動力指令値設定部６２は、ローパスフィルタ処理部６０によって出力された制動力又は駆動力の制御量Ｆ_（ｉ）を、左右輪の制動力又は駆動力の指令値Ｆ_ｘ（ｉ）として設定する。制駆動力発生部２６により、駆動輪の左右輪の制動力又は駆動力の指令値Ｆ_ｘ（ｉ）を発生させる。

＜車両制御装置の作用＞
次に、第１の実施の形態に係る車両制御装置１０の作用について説明する。

車両制御装置１０を搭載したフォークリフト１のフォーク１３に積載物が積載された状態で、フォークリフト１の電源がオンされると、コンピュータ２４において、図１１に示す転倒防止制御処理ルーチンが実行される。ここでは、フォークリフト１が前輪駆動である場合を例に説明する。

まず、ステップＳ１００において、フォークリフト１が停止状態であるか否かを判定し、フォークリフト１が停止状態であると判定されると、ステップＳ１０２へ進み、フォークリフト１が停止状態でないと判定されると、ステップＳ１０６へ進む。

ステップＳ１０２において、輪荷重取得部３２は、各輪の輪荷重を検出する。制御パラメータ変更部４２及び閾値記憶部４６は、フォークリフト１が停止状態における各輪についての輪荷重、及び左右輪の輪荷重の差を取得する。

ステップＳ１０４において、閾値記憶部４６は、上記ステップＳ１０２で取得した、フォークリフト１が停止状態における各輪についての輪荷重、及び左右輪の輪荷重の差に応じて、各輪の輪荷重に関する第１閾値及び第２閾値、前輪の左右輪の輪荷重の差に関する第３閾値、及び後輪の左右輪の輪荷重の差に関する第４閾値を設定し、ステップＳ１００に戻る。

ステップＳ１０６において、操作制駆動力取得部３０は、操作検出部２０によって検出したドライバ操作に基づいて、駆動輪の制動力及び駆動力の制御量Ｆ_{ＤＲＶ（ｉ）}を取得する。

ステップＳ１０８において、運動状態検出部２２は、ＩＭＵを用いて、フォークリフト１の運動状態として、ロール角速度Ｐ、ピッチ角速度Ｑ、ヨー角速度Ｒ及び前後加速度Ｇ_ｘを検出する。

ステップＳ１１０において、輪荷重取得部３２は、フォークリフト１の各輪についての輪荷重を検出する。

ステップＳ１１１において、重心慣性値算出部３３は、フォークリフト１に積載された積載物の積載状態を取得し、取得された積載状態に基づいて、積載物を含む車両の重心位置を算出するとともに、上記式（４）に従って、積載物を含むフォークリフト１の重心周りの慣性主軸を含む慣性値を算出する。

ステップＳ１１２において、第２閾値比較部５２は、各輪について、輪荷重検出値と第２閾値とを比較し、全ての輪荷重検出値が第２閾値より大きいか否かを判定する。全ての輪荷重検出値が第２閾値より大きい場合には、転倒防止制御を終了すると判断し、ステップＳ１２８へ移行する。一方、少なくとも１つの輪荷重検出値が第２閾値以下である場合には、ステップＳ１１４へ移行する。

ステップＳ１１４において、第１閾値比較部４８は、各輪について、輪荷重検出値と第１閾値とを比較し、少なくとも１つの輪荷重検出値が第１閾値未満であるか否かを判定する。少なくとも１つの輪荷重検出値が第１閾値未満であれば、転倒防止制御を開始すると判断し、ステップＳ１１６へ移行する。一方、全ての輪荷重検出値が第１閾値以上であれば、ステップＳ１２６へ移行する。

ステップＳ１１６において、第１閾値未満となる輪荷重検出値が、前輪のものであるか否かを判定する。第１閾値未満となる輪荷重検出値が、前輪のものである場合には、ステップＳ１１８へ移行する。一方、第１閾値未満となる輪荷重検出値が、後輪のものである場合には、ステップＳ１２０へ移行する。

ステップＳ１１８において、前輪の左右輪の輪荷重の差の絶対値が、第３閾値未満であるか否かを判定する。前輪の左右輪の輪荷重の差の絶対値が、第３閾値未満である場合には、ステップＳ１２２へ移行する。一方、前輪の左右輪の輪荷重の差の絶対値が、第３閾値以上である場合には、ステップＳ１２８へ移行する。

ステップＳ１２０において、後輪の左右輪の輪荷重の差の絶対値が、第４閾値未満であるか否かを判定する。後輪の左右輪の輪荷重の差の絶対値が、第４閾値未満である場合には、ステップＳ１２２へ移行する。一方、後輪の左右輪の輪荷重の差の絶対値が、第４閾値以上である場合には、ステップＳ１２８へ移行する。

ステップＳ１２２において、制御量演算部８０は、積載物を含むフォークリフト１の重心周りの慣性主軸を含む慣性値と、取得された各輪についての輪荷重と、運動状態の検出値とを用い、式（１０）、（１１）に従って、ピッチモーメント制御量ＰＭを算出する。

制駆動力算出部８２は、図１０に示すように、ピッチモーメント制御量ＰＭが得られるように、前輪の左右輪の制動力又は駆動力の制御量Ｆ_ＦＬ、Ｆ_ＦＲを求める。

ステップＳ１２４において、転倒防止制御が開始されたことを示すフラグＦＬＡＧに１を設定する。

ステップＳ１２６において、ＦＬＡＧ＝１であるか否かを判定する。ＦＬＡＧ＝１である場合には、転倒防止制御が開始されていると判断し、ステップＳ１２２へ移行する。一方、ＦＬＡＧ＝１でない場合には、転倒防止制御が開始されていないと判断し、ステップＳ１２８へ移行する。

ステップＳ１２８において、操作制駆動力取得部３０によって取得された制動力又は駆動力の制御量Ｆ_{ＤＲＶ（ｉ）}を、前輪の左右輪の制動力又は駆動力の制御量Ｆ_ＦＬ、Ｆ_ＦＲとして設定する。

ステップＳ１３０において、転倒防止制御を終了するためにＦＬＡＧ＝０に設定する。

ステップＳ１３２において、制駆動力指令値設定部６２は、上記ステップＳ１２２又はＳ１２８で得られた制動力又は駆動力の制御量Ｆ_ＦＬ、Ｆ_ＦＲを、左右輪の制動力又は駆動力の指令値Ｆ_ｘ（ｉ）として設定する。制駆動力発生部２６により、駆動輪の左右輪の制動力又は駆動力の指令値Ｆ_ｘ（ｉ）を発生させる。そして、ステップＳ１０６へ戻る。

＜実験例＞
図１２に、直進前進時の制御性検討結果の１例として、３輪フォークリフトを対象に、上記の第１の実施の形態で説明した制御部５６による前後転倒防止制御による効果を、転倒防止制御なしと比較する。上記の第１の実施の形態で説明した制御部５６による転倒防止制御により、後輪荷重低下が抑えられていることが分かる。

以上説明したように、第１の実施の形態に係る車両制御装置によれば、取得された各輪についての輪荷重と、積載物を含むフォークリフトの重心周りの慣性主軸を含む慣性値と、運動状態の検出値とを用い、フォークリフトの前後転倒防止制御を行うことにより、積載物の積載状態に応じて適切に転倒防止制御を行うことができる。

また、積載物の質量、積載高さ、積載位置、輪荷重等を検出することで、フォークリフトと積載物を合わせた全体の重心位置がわかる。また、積載状態に応じてロール、ピッチ、ヨーの回転軸に対して慣性主軸の向きが変化する。すなわち、主軸慣性および慣性乗積を積載状態に応じて設定することで、ロール、ピッチを含むフォークリフトの回転運動を正確に表現できる。そして、フォークリフトの積載状態に応じて主軸慣性、慣性乗積に基づく慣性テンソルを用いて制御系を構成するため、転倒防止のための緻密な制御量が算出できる。

また、積載状態に応じた車両パラメータ（主軸慣性、慣性乗積）と車両の回転運動の検出値を用い、時々刻々変化する車両運動状態に対して最適な転倒防止制御量を算出することができる。

また、上記設定慣性と角速度、角加速度および輪荷重の検出値を用いて、車両の回転運動モデルに基づきピッチ角加速度を０とする制御量が算出できる。

また、積載状態に応じて第１閾値～第４閾値を変更し、輪荷重が閾値以下の時に転倒防止制御することで、積載状態に適した転倒防止が可能となる。

また、転倒防止制御はどの輪の荷重が減少し、かつ左右輪の荷重差の絶対値が第３閾値、第４閾値以上かどうかをみることで、制御系の切り替えが可能となる。

［第２の実施の形態］
＜車両制御装置の構成＞
次に、第２の実施の形態に係る車両制御装置について説明する。なお、第１の実施の形態と同様の構成となる部分については、同一符号を付して説明を省略する。

第２の実施の形態では、横転防止制御を行う点が、第１の実施の形態と異なっている。

図１３に示すように、第２の実施の形態に係る車両制御装置は、各輪のタイヤ横力を検出するタイヤ横力検出部２３２を備えている。

また、制駆動力制御部２３４は、制御パラメータ変更部４２、輪荷重変動算出部４４、閾値記憶部４６、第１閾値比較部４８、制御選択部５４、第２閾値比較部５２、制御部２５６、制御量切換部２５８、ローパスフィルタ処理部６０、及び制駆動力指令値設定部２６２を備えている。なお、制御選択部５４、制御部２５６、制御量切換部２５８、及び制駆動力指令値設定部２６２が、制御部の一例である。

制御部２５６は、積載物を含むフォークリフト１の重心周りの慣性主軸を含む慣性値と、取得された各輪についての輪荷重と、運動状態の検出値と、各輪のタイヤ横力の検出値とを用い、駆動輪の制動力又は駆動力を制御する際の制御量を算出する。

具体的には、制御部２５６は、制御量演算部２８０及び制駆動力算出部２８２を備えている。

制御量演算部２８０は、積載物を含むフォークリフト１の重心周りの慣性主軸を含む慣性値と、取得された各輪についての輪荷重と、運動状態の検出値と、タイヤ横力の検出値とを用い、ヨーモーメント制御量ＹＭを算出する。

ここで、ヨーモーメント制御量ＹＭを算出する原理を説明する。

第２の実施の形態は、横転防止制御に関するものである。第１の実施の形態と同様、前輪モータ駆動によるフォークリフトを対象とし、輪荷重、ロール角速度Ｐ、ピッチ角速度Ｑ、ヨー角速度Ｒ、および横加速度Ｇ_ｙの計測を前提とする。

第２の実施の形態では、下記のようにロール角加速度^・Ｐの抑制をヨーモーメントＮ_ｖにより行う。上記式（１）の１行目にはＮ_ｖが含まれていないため、式（１）の３行目を整理してヨー角加速度^・Ｒを括りだし、１行目の^・Ｒに代入することでロール角加速度^・ＰをヨーモーメントＮ_ｖで制御できるようにする。

式（４）を式（１）に代入し、３行目を展開すると次式となる。

（２１）

式（２１）を変形し、^・Ｒを括りだすと次式となる。

（２２）

式（２２）を式（１）の１行目に代入して次式のように整理する。

（２３）

ロール角加速度^・Ｐを０とするヨーモーメントＮ_ｖ ^＊は、式（２３）の左辺を０として変形し次式で得られる。

（２４）

式（２４）中、^・Ｑは角速度Ｑの疑似微分等で得るとする。式（２４）中のロールモーメントＬ_ｖは、図７（Ａ）にしたがい慣性力によるモーメント、タイヤ横力により車両に作用するモーメントと、タイヤばね（上下ばね）反力の変化分（荷重変動）によるモーメントの和により、式（２５）で表される。

（２５）

式（２５）において、ロール、ピッチによるｙ軸方向への重心移動で生じるモーメント（＝Ｍ_ａｌｌ・ｇ・（ｈ_ＣＧ－ｈ_Ｒ）・ｓｉｎφ・ｃｏｓθ）はφ、θが小さく、輪が浮き上がるほどの横転状態ではないため省略している。ドライバの操舵、アクセル、ブレーキ等、ドライバ操作中に横転防止制御を行った場合のヨーモーメントＮ_ｖは、ドライバの操舵、アクセル、ブレーキによる駆動２輪のタイヤ前後力Ｆ_{ＤＲＶ＿Ｌ}，Ｆ_{ＤＲＶ＿Ｒ}、各輪のタイヤ横力ＦＬ_Ｆｙ，ＦＲ_Ｆｙ，ＲＬ_Ｆｙ，ＲＲ_Ｆｙによるモーメントおよび横転防止制御量であるＹＭの和として次式で表すことができる。

（２６）

式（２４），（２６）よりドライバ操作中にロール角加速度^・Ｐを０とする横転防止制御量ＹＭは、次式で得られる。

（２７）

式（２７）のＮ_ｖ ^＊を式（２４）で求め、タイヤ前後力Ｆ_{ＤＲＶ＿Ｌ}，Ｆ_{ＤＲＶ＿Ｒ}はドライバ操作による制駆動力指令、タイヤ横力ＦＬ_Ｆｙ，ＦＲ_Ｆｙ，ＲＬ_Ｆｙ，ＲＲ_Ｆｙは推定あるいは計測により得ることとする。

ＹＭを用いてヨー運動を抑制するため、式（２７）で得られたＹＭに対し次式のように符号を付与する。

ＹＭ＝－ＹＭ （２８）

以上説明した原理のように、制御量演算部２８０は、積載物を含むフォークリフト１の重心周りの慣性主軸を含む慣性値と、取得された各輪についての輪荷重と、運動状態の検出値と、タイヤ横力の検出値とを用い、式（２７）、（２８）に従って、ヨーモーメント制御量ＹＭを算出する。

制駆動力算出部２８２は、図１４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ヨーモーメント制御量ＹＭが得られるように、前輪の左右輪の制動力又は駆動力の制御量Ｆ_ＦＬ、Ｆ_ＦＲを求める。図１４（Ａ）、（Ｂ）のＤｉｒは前進、後進を示すフラグで前進は’＋１’、後進は’－１’である。また、右旋回時には、図１４（Ａ）に示すように、ヨーモーメント制御量ＹＭを、左右輪の間の距離であるＴｒで除してタイヤ制駆動力に変換し、さらに右輪に対して’０’、左輪に対して’－２’を乗算して左右輪のタイヤ制駆動力を求める。また、左旋回時には、図１４（Ｂ）に示すように、ヨーモーメント制御量ＹＭを、左右輪の間の距離であるＴｒで除してタイヤ制駆動力に変換し、さらに右輪に対して’２’、左輪に対して’０’を乗算して左右輪のタイヤ制駆動力を求める。

制御量切換部２５８は、横転防止制御を開始した場合には、制御部２５６により得られた制動力又は駆動力の制御量Ｆ_ＦＬ、Ｆ_ＦＲを出力する。

また、制御量切換部２５８は、横転防止制御を終了した場合には、制御量「Ｆ_ＦＬ、Ｆ_ＦＲ＝０」を出力する。

ローパスフィルタ処理部６０は、横転防止制御有り無しの切り替えによる制駆動力の急変を抑えるため、ローパスフィルタ処理を行う。具体的には、ローパスフィルタ処理部６０は、操作制駆動力取得部３０によって取得された制動力又は駆動力の制御量Ｆ_{ＤＲＶ（ｉ）}に、制御量切換部２５８によって出力された制動力又は駆動力の制御量Ｆ_ＦＬ、Ｆ_ＦＲを足した値に対して、ローパスフィルタ処理を行う。

制駆動力指令値設定部２６２は、ローパスフィルタ処理部６０によって出力された値を、左右輪の制動力又は駆動力の指令値Ｆ_ｘ（ｉ）として設定する。制駆動力発生部２６により、駆動輪の左右輪の制動力又は駆動力の指令値Ｆ_ｘ（ｉ）を発生させる。

＜車両制御装置の作用＞
次に、第２の実施の形態に係る車両制御装置の作用について説明する。

車両制御装置を搭載したフォークリフト１のフォーク１３に積載物が積載された状態で、フォークリフト１の電源がオンされると、コンピュータ２４において、図１５に示す転倒防止制御処理ルーチンが実行される。なお、第１の実施の形態と同様の処理については同一符号を付して詳細な説明を省略する。

まず、ステップＳ１００において、フォークリフト１が停止状態であるか否かを判定し、フォークリフト１が停止状態であると判定されると、ステップＳ１０２へ進み、フォークリフト１が停止状態でないと判定されると、ステップＳ１０６へ進む。

ステップＳ１０２において、輪荷重取得部３２は、各輪の輪荷重を検出する。制御パラメータ変更部４２及び閾値記憶部４６は、フォークリフト１が停止状態における各輪についての輪荷重、及び左右輪の輪荷重の差を取得する。

ステップＳ１０４において、閾値記憶部４６は、上記ステップＳ１０２で取得した、フォークリフト１が停止状態における各輪についての輪荷重、及び左右輪の輪荷重の差に応じて、各輪の輪荷重に関する第１閾値及び第２閾値、前輪の左右輪の輪荷重の差に関する第３閾値、及び後輪の左右輪の輪荷重の差に関する第４閾値を設定する。

ステップＳ１０６において、操作制駆動力取得部３０は、操作検出部２０によって検出したドライバ操作に基づいて、駆動輪の制動力及び駆動力の制御量Ｆ_{ＤＲＶ（ｉ）}を取得する。

ステップＳ２００において、運動状態検出部２２は、ＩＭＵを用いて、フォークリフト１の運動状態として、ロール角速度Ｐ、ピッチ角速度Ｑ、ヨー角速度Ｒ、及び横加速度Ｇ_ｙを検出する。

ステップＳ２０１において、輪荷重取得部３２は、フォークリフト１の各輪についての輪荷重を検出する。また、タイヤ横力検出部２３２は、フォークリフト１の各輪についてのタイヤ横力を検出する。

ステップＳ１１１において、重心慣性値算出部３３は、フォークリフト１に積載された積載物の積載状態を取得し、取得された積載状態に基づいて、積載物を含むフォークリフト１の重心位置を算出するとともに、上記式（４）に従って、積載物を含むフォークリフト１の重心周りの慣性主軸を含む慣性値を算出する。

ステップＳ１１２において、第２閾値比較部５２は、各輪について、輪荷重検出値と第２閾値とを比較し、全ての輪荷重検出値が第２閾値より大きいか否かを判定する。全ての輪荷重検出値が第２閾値より大きい場合には、転倒防止制御を終了すると判断し、ステップＳ２０６へ移行する。一方、少なくとも１つの輪荷重検出値が第２閾値以下である場合には、ステップＳ１１４へ移行する。

ステップＳ１１４において、第１閾値比較部４８は、各輪について、輪荷重検出値と第１閾値とを比較し、少なくとも１つの輪荷重検出値が第１閾値未満であるか否かを判定する。少なくとも１つの輪荷重検出値が第１閾値未満であれば、転倒防止制御を開始すると判断し、ステップＳ１１６へ移行する。一方、全ての輪荷重検出値が第１閾値以上であれば、ステップＳ１２６へ移行する。

ステップＳ１１６において、第１閾値未満となる輪荷重検出値が、前輪のものであるか否かを判定する。第１閾値未満となる輪荷重検出値が、前輪のものである場合には、ステップＳ２０２へ移行する。一方、第１閾値未満となる輪荷重検出値が、後輪のものである場合には、ステップＳ２０３へ移行する。

ステップＳ２０２において、前輪の左右輪の輪荷重の差の絶対値が、第３閾値より大きいか否かを判定する。前輪の左右輪の輪荷重の差の絶対値が、第３閾値より大きい場合には、ステップＳ２０４へ移行する。一方、前輪の左右輪の輪荷重の差の絶対値が、第３閾値以下である場合には、ステップＳ２０６へ移行する。

ステップＳ２０３において、後輪の左右輪の輪荷重の差の絶対値が、第４閾値より大きいか否かを判定する。後輪の左右輪の輪荷重の差の絶対値が、第４閾値以下である場合には、ステップＳ２０６へ移行する。一方、後輪の左右輪の輪荷重の差の絶対値が、第４閾値より大きい場合には、ステップＳ２０４へ移行する。

ステップＳ２０４において、制御量演算部２８０は、積載物を含むフォークリフト１の重心周りの慣性主軸を含む慣性値と、取得された各輪についての輪荷重と、運動状態の検出値と、タイヤ横力の検出値とを用い、式（２７）、（２８）に従って、ヨーモーメント制御量ＹＭを算出する。

制駆動力算出部２８２は、図１４に示すように、ヨーモーメント制御量ＹＭが得られるように、前輪の左右輪の制動力又は駆動力の制御量Ｆ_ＦＬ、Ｆ_ＦＲを求める。

ステップＳ１２４において、転倒防止制御が開始されたことを示すフラグＦＬＡＧに１を設定する。

ステップＳ１２６において、ＦＬＡＧ＝１であるか否かを判定する。ＦＬＡＧ＝１である場合には、転倒防止制御が開始されていると判断し、ステップＳ２０４へ移行する。一方、ＦＬＡＧ＝１でない場合には、転倒防止制御が開始されていないと判断し、ステップＳ２０６へ移行する。

ステップＳ２０６において、前輪の左右輪の制動力又は駆動力の制御量Ｆ_ＦＬ、Ｆ_ＦＲを０に設定する。

ステップＳ１３０において、転倒防止制御を終了するためにＦＬＡＧ＝０に設定する。

ステップＳ２０８において、制駆動力指令値設定部６２は、上記ステップＳ１２２又はＳ１２８で得られた制動力又は駆動力の制御量Ｆ_ＦＬ、Ｆ_ＦＲを、左右輪の制動力又は駆動力の指令値Ｆ_ｘ（ｉ）として設定する。制駆動力発生部２６により、駆動輪の左右輪の制動力又は駆動力の指令値Ｆ_ｘ（ｉ）を発生させる。そして、ステップＳ１０６へ戻る。

以上説明したように、第２の実施の形態に係る車両制御装置によれば、取得された各輪についての輪荷重と、積載物を含むフォークリフトの重心周りの慣性主軸を含む慣性値と、運動状態の検出値とを用い、フォークリフトの横転防止制御を行うことにより、積載物の積載状態に応じて適切に転倒防止制御を行うことができる。

［第３の実施の形態］
＜車両制御装置の構成＞
次に、第３の実施の形態に係る車両制御装置について説明する。なお、第１の実施の形態及び第２の実施の形態と同様の構成となる部分については、同一符号を付して説明を省略する。

第３の実施の形態では、タイヤ横力を計測していない点が、第２の実施の形態と異なっている。

図１６に示すように、第３の実施の形態に係る車両制御装置の制駆動力制御部３３４は、制御パラメータ変更部４２、輪荷重変動算出部４４、閾値記憶部４６、第１閾値比較部４８、制御選択部５４、第２閾値比較部５２、タイヤ横力モーメント算出部３３２、制御部２５６、制御量切換部５８、ローパスフィルタ処理部６０、及び制駆動力指令値設定部６２を備えている。なお、制御選択部５４、制御部２５６、制御量切換部５８、及び制駆動力指令値設定部６２が、制御部の一例である。

タイヤ横力モーメント算出部３３２は、ヨー角速度Ｒの微分値^・Ｒと、フォークリフト１全体の重心位置及び構成要素の重心位置の差とに基づいて、タイヤ横力によるモーメントに関する物理量を算出する。

具体的には、式（２７）のタイヤ横力ＦＬ_Ｆｙ，ＦＲ_Ｆｙ，ＲＬ_Ｆｙ，ＲＲ_Ｆｙは一般的に普通車両で計測することは難しく、本実施形態では、その代替えを行う。式（２７）右辺のタイヤ横力は２輪モデルに基づき簡易的に代用し、横転防止制御中のドライバ操作によるタイヤ前後力印加は停止（Ｆ_{ＤＲＶ＿Ｌ}＝０，Ｆ_{ＤＲＶ＿Ｒ}＝０）として、式（２７）右辺のＮ_ｖ ^＊以外の項を次式で表す。

（２９）

以上説明したように、タイヤ横力モーメント算出部３３２は、ヨー角速度Ｒの微分値^・Ｒと、フォークリフト１全体の重心位置及び構成要素の重心位置の差とに基づいて、タイヤ横力によるモーメントに関する物理量－Ｊ_ｚｚ・^・Ｒを算出する。

制御量演算部２８０では、式（２９）を用いて、式（２７）を次式のように書き換える

（３０）

式（２８）と同様にＹＭを符号反転する。

ＹＭ＝－ＹＭ
（３１）

＜車両制御装置の作用＞
次に、第３の実施の形態に係る車両制御装置の作用について説明する。

車両制御装置を搭載したフォークリフト１のフォーク１３に積載物が積載された状態で、フォークリフト１の電源がオンされると、コンピュータ２４において、図１７に示す転倒防止制御処理ルーチンが実行される。なお、第１の実施の形態及び第２の実施の形態と同様の処理については同一符号を付して詳細な説明を省略する。

まず、ステップＳ１００において、フォークリフト１が停止状態であるか否かを判定し、フォークリフト１が停止状態であると判定されると、ステップＳ１０２へ進み、フォークリフト１が停止状態でないと判定されると、ステップＳ１０６へ進む。

ステップＳ１０２において、輪荷重取得部３２は、各輪の輪荷重を検出する。制御パラメータ変更部４２及び閾値記憶部４６は、フォークリフト１が停止状態における各輪についての輪荷重、及び左右輪の輪荷重の差を取得する。

ステップＳ１０４において、閾値記憶部４６は、上記ステップＳ１０２で取得した、フォークリフト１が停止状態における各輪についての輪荷重、及び左右輪の輪荷重の差に応じて、各輪の輪荷重に関する第１閾値及び第２閾値、前輪の左右輪の輪荷重の差に関する第３閾値、及び後輪の左右輪の輪荷重の差に関する第４閾値を設定する。

ステップＳ１０６において、操作制駆動力取得部３０は、操作検出部２０によって検出したドライバ操作に基づいて、駆動輪の制動力及び駆動力の制御量Ｆ_{ＤＲＶ（ｉ）}を取得する。

ステップＳ３００において、運動状態検出部２２は、ＩＭＵを用いて、フォークリフト１の運動状態として、ロール角速度Ｐ、ピッチ角速度Ｑ、ヨー角速度Ｒ、及び横加速度Ｇ_ｙを検出する。

ステップＳ１１０において、輪荷重取得部３２は、フォークリフト１の各輪についての輪荷重を検出する。

ステップＳ１１１において、重心慣性値算出部３３は、フォークリフト１に積載された積載物の積載状態を取得し、取得された積載状態に基づいて、積載物を含むフォークリフト１の重心位置を算出するとともに、上記式（４）に従って、積載物を含むフォークリフト１の重心周りの慣性主軸を含む慣性値を算出する。

ステップＳ１１２において、第２閾値比較部５２は、各輪について、輪荷重検出値と第２閾値とを比較し、全ての輪荷重検出値が第２閾値より大きいか否かを判定する。全ての輪荷重検出値が第２閾値より大きい場合には、転倒防止制御を終了すると判断し、ステップＳ２０６へ移行する。一方、少なくとも１つの輪荷重検出値が第２閾値以下である場合には、ステップＳ１１４へ移行する。

ステップＳ１１４において、第１閾値比較部４８は、各輪について、輪荷重検出値と第１閾値とを比較し、少なくとも１つの輪荷重検出値が第１閾値未満であるか否かを判定する。少なくとも１つの輪荷重検出値が第１閾値未満であれば、転倒防止制御を開始すると判断し、ステップＳ１１６へ移行する。一方、全ての輪荷重検出値が第１閾値以上であれば、ステップＳ１２６へ移行する。

ステップＳ１１６において、第１閾値未満となる輪荷重検出値が、前輪のものであるか否かを判定する。第１閾値未満となる輪荷重検出値が、前輪のものである場合には、ステップＳ２０２へ移行する。一方、第１閾値未満となる輪荷重検出値が、後輪のものである場合には、ステップＳ２０３へ移行する。

ステップＳ２０２において、前輪の左右輪の輪荷重の差の絶対値が、第３閾値より大きいか否かを判定する。前輪の左右輪の輪荷重の差の絶対値が、第３閾値より大きい場合には、ステップＳ３０２へ移行する。一方、前輪の左右輪の輪荷重の差の絶対値が、第３閾値以下である場合には、ステップＳ２０６へ移行する。

ステップＳ２０３において、後輪の左右輪の輪荷重の差の絶対値が、第４閾値より大きいか否かを判定する。後輪の左右輪の輪荷重の差の絶対値が、第４閾値以下である場合には、ステップＳ２０６へ移行する。一方、後輪の左右輪の輪荷重の差の絶対値が、第４閾値より大きい場合には、ステップＳ３０２へ移行する。

ステップＳ３０２において、制御量演算部２８０は、積載物を含むフォークリフト１の重心周りの慣性主軸を含む慣性値と、取得された各輪についての輪荷重と、運動状態の検出値とを用い、式（（３０）、（３１）に従って、ヨーモーメント制御量ＹＭを算出する。

制駆動力算出部２８２は、図１４に示すように、ヨーモーメント制御量ＹＭが得られるように、前輪の左右輪の制動力又は駆動力の制御量Ｆ_ＦＬ、Ｆ_ＦＲを求める。

ステップＳ１２４において、転倒防止制御が開始されたことを示すフラグＦＬＡＧに１を設定する。

ステップＳ１２６において、ＦＬＡＧ＝１であるか否かを判定する。ＦＬＡＧ＝１である場合には、転倒防止制御が開始されていると判断し、ステップＳ３０２へ移行する。一方、ＦＬＡＧ＝１でない場合には、転倒防止制御が開始されていないと判断し、ステップＳ２０６へ移行する。

ステップＳ２０６において、前輪の左右輪の制動力又は駆動力の制御量Ｆ_ＦＬ、Ｆ_ＦＲを０に設定する。

ステップＳ１３０において、転倒防止制御を終了するためにＦＬＡＧ＝０に設定する。

ステップＳ２０８において、制駆動力指令値設定部６２は、上記ステップＳ２０６又はＳ３０２で得られた制動力又は駆動力の制御量Ｆ_ＦＬ、Ｆ_ＦＲを、左右輪の制動力又は駆動力の指令値Ｆ_ｘ（ｉ）として設定する。制駆動力発生部２６により、駆動輪の左右輪の制動力又は駆動力の指令値Ｆ_ｘ（ｉ）を発生させる。そして、ステップＳ１０６へ戻る。

＜実験例＞
図１８に、３輪フォークリフトを対象に、上記の第３の実施の形態で説明した制御部２５６による横転防止制御による効果を、転倒防止制御なしと比較する。上記の第３の実施の形態で説明した制御部２５６による転倒防止制御により、制御なしに比べて輪荷重の低下（荷重抜け）が早期に抑制されて横転防止の効果が得られていることが分かる。

以上説明したように、第３の実施の形態に係る車両制御装置によれば、タイヤ横力を計測できない場合であっても、取得された各輪についての輪荷重と、積載物を含むフォークリフトの重心周りの慣性主軸を含む慣性値と、運動状態の検出値とを用い、フォークリフトの横転防止制御を行うことにより、積載物の積載状態に応じて適切に転倒防止制御を行うことができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

例えば、上記の第１の実施の形態で説明した前後転倒防止制御と、上記の第２の実施の形態又は第３の実施の形態で説明した横転防止制御と、を組み合わせてもよい。具体的には、図１９に示すように、車両制御装置が、輪荷重取得部３２、閾値記憶部４６、第１閾値比較部４８、第２閾値比較部５２、荷重差判定部５０と、制駆動力制御部４００とを備え、制駆動力制御部４００が、前後転倒防止制御部４０２と、横転防止制御部４０４とを備えるように構成してもよい。その場合、前後転倒防止制御部４０２は、上記第１の実施の形態における、運動状態検出部２２、圧力センサ２３、操作制駆動力取得部３０、重心慣性値算出部３３、制御パラメータ変更部４２、輪荷重変動算出部４４、制御選択部５４、制御部５６、制御量切換部５８、ローパスフィルタ処理部６０、及び制駆動力指令値設定部６２を備えていればよい。また、横転防止制御部４０４は、上記第２の実施の形態における、運動状態検出部２２、圧力センサ２３、操作制駆動力取得部３０、重心慣性値算出部３３、制御パラメータ変更部４２、輪荷重変動算出部４４、制御選択部５４、制御部２５６、制御量切換部２５８、ローパスフィルタ処理部６０、及び制駆動力指令値設定部６２を備えているか、又は上記第３の実施の形態における、運動状態検出部２２、圧力センサ２３、操作制駆動力取得部３０、重心慣性値算出部３３、制御パラメータ変更部４２、輪荷重変動算出部４４、制御選択部５４、タイヤ横力モーメント算出部３３２、制御部２５６、制御量切換部５８、ローパスフィルタ処理部６０、及び制駆動力指令値設定部６２を備えていればよい。

また、フォークリフトを制御対象とする場合を例として説明したが、これに限定されるものではなく、積載物を積載可能な車両であれば、フォークリフト以外を対象としてもよい。例えば、積載物の積載状態に応じて車両重量が変動するトラック、トレーラ、バスに搭載される車両制御装置に、本発明を適用してもよい。

１ フォークリフト
２ 走行装置
３ 荷役装置
１０ 車両制御装置
１３ フォーク
２０ 操作検出部
２２ 運動状態検出部
２３ 圧力センサ
２４ コンピュータ
２６ 制駆動力発生部
３０ 操作制駆動力取得部
３２ 輪荷重取得部
３３ 重心慣性値算出部
３４、２３４、３３４、４００ 制駆動力制御部
５６、２５６ 制御部
８０、２８０ 制御量演算部
８２、２８２ 制駆動力算出部
２３２ タイヤ横力検出部
３３２ タイヤ横力モーメント算出部
４０２ 前後転倒防止制御部
４０４ 横転防止制御部

Claims (9)

1. 積載物を積載可能な車両の回転運動及び前後加速度を含む運動状態を検出する運動状態検出部と、
   前記車両の各輪についての輪荷重を取得する輪荷重取得部と、
   前記車両に積載された前記積載物の積載状態を取得する積載取得部と、
   前記取得された前記積載状態に基づいて、前記積載物を含む車両の重心周りの慣性主軸を含む慣性値を算出する慣性値算出部と、
   前記取得された各輪についての輪荷重と、前記慣性値と、前記運動状態の検出値とを用い、前記車両の前後輪の輪荷重の差分の増大を抑制する転倒防止制御を行う制御部と、
   を含む車両制御装置。
2. 積載物を積載可能な車両の回転運動を含む運動状態及び横加速度を検出する運動状態検出部と、
   前記車両の各輪についての輪荷重を取得する輪荷重取得部と、
   前記車両に積載された前記積載物の積載状態を取得する積載取得部と、
   前記取得された前記積載状態に基づいて、前記積載物を含む車両の重心周りの慣性主軸を含む慣性値を算出する慣性値算出部と、
   前記取得された各輪についての輪荷重と、前記慣性値と、前記運動状態の検出値とを用い、前記車両の左右輪の輪荷重の差分の増大を抑制する転倒防止制御を行う制御部と、
   を含む車両制御装置。
3. 前記車両が停止状態における各輪についての輪荷重、及び左右輪の輪荷重の差を取得し、前記車両が停止状態における各輪についての輪荷重、及び前記左右輪の輪荷重の差に応じて、各輪の輪荷重に関する閾値、及び左右輪の輪荷重の差に関する閾値を変更する閾値変更部を更に含み、
   前記制御部は、前記取得された各輪についての輪荷重の、前記閾値との比較結果、前記左右輪の輪荷重の差の、前記閾値との比較結果、前記慣性値、及び前記運動状態の検出値に基づいて、前記転倒防止制御を行う
   請求項１又は２記載の車両制御装置。
4. 前記制御部は、前記前後輪の輪荷重の差の、閾値との比較結果に応じて、前記転倒防止制御を行う請求項１記載の車両制御装置。
5. 前記制御部は、前記左右輪の輪荷重の差の、閾値との比較結果に応じて、前記転倒防止制御を行う請求項２記載の車両制御装置。
6. 前記各輪の輪荷重に関する閾値は、各輪についての、転倒防止制御の開始を判断するための開始判断閾値、及び各輪についての、転倒防止制御の終了を判断するための終了判断閾値を含み、
   前記制御部は、少なくとも１つの輪についての輪荷重が、前記輪の前記輪荷重についての開始判断閾値未満であり、かつ、前記前後輪の輪荷重の差の絶対値が、前記前後輪の輪荷重の差についての閾値未満である場合には、前記転倒防止制御を行い、
   全ての輪の各々についての輪荷重が、前記輪の前記輪荷重についての終了判断閾値より大きくなると、前記転倒防止制御を停止する請求項１項記載の車両制御装置。
7. 前記各輪の輪荷重に関する閾値は、各輪についての、転倒防止制御の開始を判断するための開始判断閾値、及び各輪についての、転倒防止制御の終了を判断するための終了判断閾値を含み、
   前記制御部は、少なくとも１つの輪についての輪荷重が、前記輪の前記輪荷重についての開始判断閾値未満であり、かつ、前記左右輪の輪荷重の差の絶対値が、前記左右輪の輪荷重の差についての閾値より大きい場合には、前記転倒防止制御を行い、
   全ての輪の各々についての輪荷重が、前記輪の前記輪荷重についての終了判断閾値より大きくなると、前記転倒防止制御を停止する請求項２項記載の車両制御装置。
8. コンピュータを、
   積載物を積載可能な車両の回転運動及び前後加速度を含む運動状態を検出する運動状態検出部、
   前記車両の各輪についての輪荷重を取得する輪荷重取得部、
   前記車両に積載された前記積載物の積載状態を取得する積載取得部、
   前記取得された前記積載状態に基づいて、前記積載物を含む車両の重心周りの慣性主軸を含む慣性値を算出する慣性値算出部、及び
   前記取得された各輪についての輪荷重と、前記慣性値と、前記運動状態の検出値とを用い、前記車両の前後輪の輪荷重の差分の増大を抑制する転倒防止制御を行う制御部
   として機能させるための車両制御プログラム。
9. コンピュータを、
   積載物を積載可能な車両の回転運動を含む運動状態及び横加速度を検出する運動状態検出部、
   前記車両の各輪についての輪荷重を取得する輪荷重取得部、
   前記車両に積載された前記積載物の積載状態を取得する積載取得部、
   前記取得された前記積載状態に基づいて、前記積載物を含む車両の重心周りの慣性主軸を含む慣性値を算出する慣性値算出部、及び
   前記取得された各輪についての輪荷重と、前記慣性値と、前記運動状態の検出値とを用い、前記車両の左右輪の輪荷重の差分の増大を抑制する転倒防止制御を行う制御部
   として機能させるための車両制御プログラム。

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