JP4030250B2 - バッテリ式リーチフォークリフトにおけるヨー加速度検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、産業車両の一種であるバッテリ式リーチフォークリフトに関し、特に、ヨーレートの時間に対する変化率、すなわちヨー加速度を検出するための装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
フォークリフト等の産業車両においては、ヨー加速度を検出し、その検出値に基づいて荷役制御や走行制御等の種々の制御を行うこととしている。
【０００３】
例えば、カウンター型のフォークリフト（四輪式フォークリフト）では、走行時の車両安定性を図るため、後輪を支持するリアアクスルが機台に対して揺動可能に取り付けられているが、リアアクスルを単に揺動可能に支持しただけでは、旋回時に遠心力による横向きの力を受けて機台が傾くおそれがある。そこで、従来においては、ヨー加速度を求め、その絶対値が所定値を越えた場合に横向きの力が相当に大きいと判断して、リアアクスルの揺動を規制する技術が採用されている。これにより、旋回時の機台の傾きが小さく抑えられ、安定な姿勢で旋回することが可能となる。
【０００４】
ヨー加速度を検出する手段としては、ヨーレートセンサを用いて求める手段が一般的であるが、例えば特開平１０−２８７１１６号公報に記載されているように、操舵輪の操舵角と車速からヨーレートを算出し、そのヨーレートからヨー加速度を求める方法もある。具体的には、エンジン式のカウンター型フォークリフトにあっては、前輪に連結されているディファレンシャルリングギヤの回転から前輪間の中心点の車速Ｖを推定すると共に、操舵輪である後輪の操舵角から車両の旋回半径ｒを推定して、ヨーレートＹを式Ｙ＝Ｖ／ｒから求める。そして、この式を時間微分することで、ヨー加速度を求めるのである。この方法によれば、ヨーレートセンサが不要となるという利点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の特開平１０−２８７１１６号公報に記載のヨー加速度検出手段は広く一般に採用されていないのが現状である。特に、バッテリ式のリーチフォークリフトのようにその場旋回中に前進から後進或いは後進から前進への連続的且つ急激な方向転換（いわゆるスイッチバック）を頻繁に行う車種において、前記ヨー加速度検出手段をそのまま適用することは好ましくないとされていた。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、スイッチバック等の方向転換を多用する産業車両においても適用することができ、ヨーレートセンサを用いないヨー加速度検出装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明者は鋭意検討した結果、特開平１０−２８７１１６号公報に記載されているヨー加速度検出手段は、スイッチバックのような急激な前後の方向転換について何ら考慮されていないことに着目した。これは、前記ヨー加速度検出手段がエンジン式のカウンター型フォークリフトに関して創案されたものであることに起因している。このような車種では旋回しながらのスイッチバックは行われないため、ヨー加速度を検出するに際して前進か後進かの区別を行うべきとする課題がないからである。
【０００８】
ここで、スイッチバックが多用されるバッテリ式のリーチフォークリフトに対し前記手段をそのまま適用した場合を考察すると、ヨーレートは左右いずれか一方に旋回している際にスイッチバックを行っても正負の符号はそのままとされる。かかる場合、図４の（ａ）からも諒解される通り、スイッチバック時を境にヨー加速度はゼロを通過して符号が変わることになる。このため、ヨー加速度の絶対値の大きさに応じて車軸の揺動を規制する制御を行うとすれば、揺動規制と解除が繰り返され、走行が不安定となるおそれがある。
【０００９】
本発明によるヨー加速度検出装置は、上記知見に基づいてなされたものであり、請求項１に記載の通り、従動輪である前輪と、操舵輪且つ駆動輪である後輪とを有するバッテリ式リーチフォークリフトにおいて用いられるものであり、機台における所定点についての車速を検出する車速検出手段と、前記所定点についての旋回半径を検出する旋回半径検出手段と、車速検出手段により検出された車速及び旋回半径検出手段により検出された旋回半径から演算によりヨーレートを求めるヨーレート演算手段と、ヨーレート演算手段により求められたヨーレートから演算によりヨー加速度を求めるヨー加速度演算手段と、進行方向が前進か後進かを判別する進行方向判別手段とを備え、進行方向判別手段により検出された進行方向の別にヨーレートに異なる符号を付し、ヨー加速度を求めるようにしたことを特徴としている。
【００１０】
この構成においては、ヨーレートセンサを用いることなく、ヨーレート及びヨー加速度を検出することができる。また、進行方向別にヨーレートの符号が切り替わるため、旋回中のスイッチバック時に検出されたヨー加速度のグラフは図４の（ｂ）に示す如くなる。従って、バッテリ式リーチフォークリフト等の産業車両において、旋回中のスイッチバック時に車軸ないしは車輪の揺動が規制された場合、その状態が維持され、安定走行が確保される。
【００１１】
また、請求項２に記載の本発明は、前記車速検出手段を、後輪の回転数を検出する回転数センサと、回転数センサからの信号に基づいて車速を決定する手段とからなるものとし、旋回半径検出手段を、後輪の操舵角を検出する操舵角センサと、操舵角センサからの信号に基づき旋回半径を決定する手段とからなるものとしたことを特徴としている。
【００１２】
この構成では、後輪の回転数から車速を検出し、後輪の操舵角から旋回半径を検出する。後輪１輪駆動のリーチフォークリフトにおいては、後輪の回転数から車速を確実に求めることができる。また、旋回中心は前輪の回転軸線上にあるため、後輪についての旋回半径は前輪間の中心点についての旋回半径よりも大きい。従って、ヨーレート、ひいてはヨー加速度を高精度で求めることができる。これに対して、上述した特開平１０−２８７１１６号公報に記載された従来のヨー加速度検出手段では、エンジン式のカウンター型フォークリフトにおいて、前輪に連結されているディファレンシャルリングギヤの回転から前輪間の中心点の車速を求めると共に、後輪の操舵角から前輪間の中心点についての旋回半径を求めているが、旋回半径が小さくなると、車速の検出値の誤差が大きくなり、求めたヨーレート、ヨー加速度の誤差も大きくなるという問題がある。請求項２に係る発明ではかかる問題は解消される。
【００１３】
なお、本明細書において後輪の回転数といった場合、後輪の駆動源の出力軸や伝動機構における回転軸の回転数を含むものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図中、同一又は相当部分には同一符号を付す。また、以下の説明において、「前」「後」「左」「右」等の語は車両の前進方向を「前」と定めて用いることとする。
【００１５】
本実施形態のヨー加速度検出装置は，図１に概略的に示す産業車両としてのバッテリ式のリーチフォークリフト１０に適用されている。
【００１６】
図１のリーチフォークリフト１０は、前輪１２が機台１６の下部から前方に延びる左右１対のリーチレッグ１８の先端部にそれぞれ配置されている。これらの前輪１２は従動輪となっている。また、操舵輪を兼ねた駆動輪としての後輪１４が機台１６の後部に、やや車幅方向左寄りにオフセットされて配置されている。更に、後輪１４の右隣には、後輪１４と左右で対をなす補助輪（キャスタ輪）２０が設けられている。
【００１７】
後輪１４は、駆動源であるドライブモータ２２の回転力を伝えるギヤボックス２４の出力軸に取り付けられている。ギヤボックス２４は、機台１６に対して取り付けられた支持台２６により回転自在に支持されており、ステアリングホイール（図示しない）を回転操作することでギヤボックス２４が支持台２６に対して回動され、その結果、後輪１４が操舵される。
【００１８】
ギヤボックス２４の上部に設けられたギヤホイール（図示しない）の近傍には後輪１４の操舵角（直進方向に対する後輪１４の回転面のなす角度）に相当する検出信号を出力する操舵角センサ２８が配設されている。操舵角センサ２８としては種々の型式のものを用いることができるが、例えばギヤホイールの回転数を検出してその回転数に比例する振幅数の検出信号を出力すると共に、操舵方向ごとに位相差の異なる種類の検出信号を出力することのできるホール素子・磁気センサが好ましい。操舵角センサ２８からの出力信号はコントローラ３０に入力され、各種の制御に用いられる。
【００１９】
また、ドライブモータ２２は、運転席に設けられた前後進切替えレバー３２の傾動操作により、その回転方向が切替えられる。すなわち、前後進切替えレバー３２には、傾動方向を検出するスイッチやポテンショメータ等の傾動方向検出手段３４が取り付けられており、この傾動方向検出手段３４からの検出信号に基づいてコントローラ３０がドライブモータ２２の回転方向を切り替え、リーチフォークリフト１０の前進と後進とを切り替えるようになっている。
【００２０】
ドライブモータ２２の上部には、その駆動軸と一体的に回転するブレーキディスク（図示しない）の回転数を検出して車速に対応する信号を発する車速センサ（回転数センサ）３６が設けられている。車速センサ３６としては、ブレーキディスクの回転数を検出してその回転数に比例する振幅数の検出信号を出力すると共に、回転方向ごとに位相差の異なる種類の検出信号を出力することのできるホール素子・磁気センサが好ましいが、これに限るものではない。勿論、車速センサ３６は、後輪１４の回転数又はギヤボックス２４内の伝動機構の回転軸の回転数を検出するものであってもよい。車速センサ３６の出力信号もコントローラ３０に入力され、各種制御に利用される。
【００２１】
なお、ギヤボックス２４を支持している支持台２６は揺動可能に機台１６に取り付けられると共に、サスペンションスプリング（図示しない）及びダンパシリンダ３８により後輪１４に適当な接地圧及び緩衝作用が確保されるようになっている。このダンパシリンダ３８を流れる作動油の流路をコントローラ３０の制御下、遮断弁４０により遮断した場合、ダンパシリンダ４０の伸縮が規制されるため、支持台２６の揺動がロックされることになる。
【００２２】
以上の構成については周知のものである。かかる構成のリーチフォークリフト１０における本発明によるヨー加速度検出装置は、操舵角センサ２８と、車速センサ３６と、これらのセンサ２８，３６が接続されるコントローラ３０とから主として構成されている。
【００２３】
コントローラ３０は、基本的には、ＣＰＵ（中央処理部）４２、ＲＡＭ（読取書込可能メモリ）４４及びＲＯＭ（読取専用メモリ）４６からなるマイクロコンピュータであり、操舵角センサ２８及び車速センサ３６からの信号に基づき、ＲＯＭ４６に記憶されたプログラムに従ってヨー加速度を求めることができる。
【００２４】
コントローラ３０のＲＯＭ４６に書き込まれているプログラムをフローチャートで示すと図２のようになる。ここで、この図２に沿って本発明によるヨー加速度検出装置の作用について説明する。
【００２５】
プログラムがスタートすると、まず、車速センサ３６からの信号が読み取られ（ステップ１００）、この信号に対応する車速（後輪１４の接地面の中心点における速度）Ｖが演算により求められる（ステップ１０２）。また、この車速センサ３６は、被検体であるブレーキディスクの回転方向によって異なる位相の信号を発するので、進行方向も車速センサ３６からの信号により判定される（ステップ１０４）。
【００２６】
次いで、ステップ１０６にて、操舵角センサ２８からの信号が読み取られ、操舵角θが演算より求められる（ステップ１０８）。ここで、図３に示すように、直進状態の後輪１４の回転面ＣＬを基準とし、後輪１４が時計方向に操舵された場合、操舵角θは正の値をとり、後輪１４が反時計方向に操舵された場合、操舵角θは負の値をとるものとする。かかる場合、操舵角θがゼロであるとき、直進であると判定され（ステップ１１０）、ヨーレートはゼロとされる。この値はヨーレートＹ_RとしてＲＡＭに記憶され（ステップ１１２）、ステップ１００に戻る。
【００２７】
一方、操舵角θがゼロ以外の場合には、旋回していると判定され、旋回方向が判別される（ステップ１１４，１１６，１１８）。そして、ステップ１２０にて旋回半径ｒが決定される。リーチフォークリフト１０の旋回時、旋回中心は前輪１２の回転軸線と後輪１４の回転軸線との交点となるため、操舵角θが正であれば、旋回中心は左側となり、左旋回であると判断される。そして、後輪１４についての旋回半径ｒは、ホイールベースをＬ_Wとすると、式ｒ＝Ｌ_W／ｓｉｎθから算出される。一方、操舵角θが負である場合は、右旋回と判定され、旋回半径ｒは上記と同様に式ｒ＝Ｌ_W／ｓｉｎθから算出される。なお、図３では、左旋回の場合には添字１を付し、右旋回の場合には添字２を付している。
【００２８】
このようにして、車速センサ３６及び操舵角センサ２８からの信号に基づいて、後輪１４の接地面の中心点に関する車速Ｖ及び旋回半径ｒが求められたならば、後輪１４の接地面の中心点に関する現時点のヨーレートＹ_Cが、式Ｙ_C＝Ｖ／ｒによって算出される（ステップ１２２）。加えて、ステップ１０４及びステップ１１６，１１８で判別された進行方向及び旋回方向に応じて、ヨーレートＹ_Cに符号が付けられる（ステップ１２４）。この符号付け処理は次表に従って行われる。例えば、リーチフォークリフト１０が右旋回で前進している場合、ヨーレートの符号は負となる。そして、右旋回を維持しつつ進行方向を後進に切り替えた場合、符号は正となる。また、フォークリフト１０が左旋回し且つ前進している場合、ヨーレートの符号は正となり、後進であれば負となる。。
【００２９】
【表１】

このようにして現時点でのヨーレートＹ_Cが符号付きで得られたならば、所定時間ΔＴ前のヨーレートＹ_RのデータがＲＡＭ４４から読み出され（ステップ１２６）、ヨー加速度ΔＹ／ΔＴが、式ΔＹ／ΔＴ＝（Ｙ_C−Ｙ_R）／ΔＴにより演算される（ステップ１２８）。この演算により求められたヨー加速度ΔＹ／ΔＴの値に基づき、例えば支持台２６の揺動を規制すべくダンパシリンダ３８の遮断弁４０を閉じる等の制御を行う。
【００３０】
この後、ステップ１３０にてＹ_RがＹ_Cに置換されてＲＡＭ２６に記憶され、ステップ１００に戻る。
【００３１】
以上のようにして、ヨー加速度ΔＹ／ΔＴが常時検出されるが、旋回中にスイッチバックを行った場合、ヨー加速度ΔＹ／ΔＴは図４の（ｂ）の如き変化を示す。図４の（ｂ）は、ステアリングホイールの切れ角を一定とした左旋回を行い、その旋回状態を維持しながら前進から後進にスイッチバックをした時の時間ＴとヨーレートＹの関係、及び、時間Ｔとヨー加速度ΔＹ／ΔＴを示すグラフである。この図から判かるように、ヨーレートＹは前進から後進に切り替わった際に符号が変化するので、ヨー加速度ΔＹ／ΔＴの符号は変化しない。しかも、スイッチバックの場合、短時間に進行方向が切り替わるため、ヨー加速度ΔＹ／ΔＴはほぼ一定の値を示す。従って、スイッチバックの直前にヨー加速度ΔＹ／ΔＴの絶対値が、例えば後輪の揺動を規制する所定値α以上であった場合、スイッチバックを行っても、本実施形態のヨー加速度検出装置により検出されたヨー加速度ΔＹ／ΔＴが所定値αを下回ることがないので、揺動の規制が旋回中のスイッチバック時に解除されるという不具合は生じない。この効果は、進行方向別にヨーレートＹに符号付けを行っていない場合を示した図４の（ａ）と比較すれば明らかであろう。勿論、左旋回の場合、後進から前進へのスイッチバックの場合も同様である。
【００３２】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。例えば、上記実施形態では、車速センサ３６により前進であるか後進であるかを検出することとしているが、進行方向検出手段としては前後進切替えレバー３４と連動する傾動方向検出手段３４等を用いることができる。
【００３３】
また、旋回半径は式から演算により算出しているが、操舵角と旋回半径との関係をマップとしてＲＯＭ４６に記憶しておき、そのマップを利用して求めてもよい。
【００３４】
更に、本発明によるヨー加速度検出装置は、ヨーレートセンサを不要とし、前述したように後輪１４に関連して車速及び操舵角を検出するため、バッテリ式のリーチフォークリフトに有効である。
【００３５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によるヨー加速度検出装置は、ヨーレートセンサが不要であるので、バッテリ式のリーチフォークリフトに有効である。
【００３６】
また、車速及び操舵角からヨーレートを演算により求めて、更に進行方向別にヨーレートの符号を分けているので、ヨーレート及びその変化率を正確に求めることができる。従って、スイッチバック等の急激な方向転換を頻繁に行うバッテリ式リーチフォークリフトにおいて、本発明のヨー加速度検出装置を有効に用いることが可能となる。
【００３７】
以上から、本発明は、バッテリ式のリーチフォークリフトに特に有効なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるヨー加速度検出装置が適用されたバッテリ式リーチフォークリフトを概略的に示す説明図である。
【図２】 本発明によるヨー加速度検出装置を実施するためのフローチャートである。
【図３】 リーチフォークリフトにおける後輪の操舵角と旋回半径の関係を示す概略説明図である。
【図４】 左旋回中に前進から後進にスイッチバックをした時の時間ＴとヨーレートＹの関係、及び、時間Ｔとヨー加速度ΔＹ／ΔＴを示すグラフであり、（ａ）は従来のヨー加速度検出手段による場合、（ｂ）は本発明による場合を示している。
【符号の説明】
１０…リーチフォークリフト、１２…前輪、１４…後輪、２８…操舵角センサ（旋回半径検出手段）、３０…コントローラ（車速検出手段，旋回半径検出手段，ヨーレート演算手段，ヨー加速度演算手段）、３６…車速（回転数）センサ（車速検出手段，進行方向判別手段）。

Claims (2)

1. 従動輪である前輪と、操舵輪且つ駆動輪である後輪とを有するバッテリ式リーチフォークリフトにおいて用いられるヨー加速度検出装置であって、
   機台における所定点についての車速を検出する車速検出手段と、
   前記所定点についての旋回半径を検出する旋回半径検出手段と、
   前記車速検出手段により検出された車速及び前記旋回半径検出手段により検出された旋回半径から演算によりヨーレートを求めるヨーレート演算手段と、
   前記ヨーレート演算手段により求められたヨーレートから演算によりヨーレートの時間に対する変化率を求めるヨー加速度演算手段と、
   進行方向が前進か後進かを判別する進行方向判別手段と
   を備え、前記進行方向判別手段により検出された進行方向の別にヨーレートに異なる符号を付し、ヨー加速度を求めるようにしたことを特徴とするバッテリ式リーチフォークリフトにおけるヨー加速度検出装置。
2. 前記車速検出手段が、前記後輪の回転数を検出する回転数センサと、前記回転数センサからの信号に基づいて車速を決定する手段とを備えてなり、
   前記旋回半径検出手段が、前記後輪の操舵角を検出する操舵角センサと、前記操舵角センサからの信号に基づき旋回半径を決定する手段とを備えてなる
   ことを特徴とする請求項１に記載のバッテリ式リーチフォークリフトにおけるヨー加速度検出装置。

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