JP4755063B2 - 電動車両、そのスリップ制御装置および制御方法 - Google Patents
電動車両、そのスリップ制御装置および制御方法 Download PDFInfo
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Description
本発明は、車体に左右一対として配置される車輪の駆動がそれぞれ個別に電動モータによって行なわれる電動車両において、駆動車輪のスリップを抑制するスリップ制御装置、スリップ制御方法およびその制御装置を備えた電動車両に関するものである。
エンジン車両においては、その多くが左右の駆動輪は機械的な差動装置によって結ばれているため片側の車輪だけが単独で荷重が減ったり、スリップすることが無いように構成されている。
しかし、近年電気自動車においては電動モータの小型軽量化、高出力化に伴って車輪ごとに電動モータが取付けられ、車輪ごと個別に駆動制御される電気自動車が多く見られるようになっている。このような電気自動車においては、左右輪独立して駆動されるため、片方の車輪のみの荷重が減ったり、摩擦係数が減ったりすると、片輪のみがスリップしたり、ロックしやすくなる問題がある。
しかし、近年電気自動車においては電動モータの小型軽量化、高出力化に伴って車輪ごとに電動モータが取付けられ、車輪ごと個別に駆動制御される電気自動車が多く見られるようになっている。このような電気自動車においては、左右輪独立して駆動されるため、片方の車輪のみの荷重が減ったり、摩擦係数が減ったりすると、片輪のみがスリップしたり、ロックしやすくなる問題がある。
このような問題に対して、種々の提案がされており、例えば、特開２００６−１３６１４２号（特許文献１）には、誘導モータからの動力で駆動する駆動輪のスリップの発生を抑制するために、駆動輪のスリップ率に基づいてスリップが生じやすい所定走行状態を検出したときに、検出された回転数に対して一次遅れ処理を施して得られる一次遅れ回転数を誘導電動機の回転子の回転数として用いて制御する技術が示されている。
また、特開２０００−２０９７０５号（特許文献２）には、軌道上を自動走行して貨物などを目的地まで搬送する無人搬送システムについて示され、前輪を駆動する主走行装置と後輪を駆動する従走行装置とを備え、主走行装置の主駆動輪と従走行装置の従駆動輪との回転差に基づいて従駆動輪の回転トルクを抑制するように制御する構成が示されている。
さらに、特開２００６−１６６５７２号（特許文献３）には、電気自動車のスリップ抑制制御装置について示され、各車輪について、全ての車輪の平均速度との差分の微分値がスリップ基準値を超えているか否かによってスリップを判定するとともに、スリップを判定したときに、スリップしている車輪または対となっている車輪とのいずれか一方の車輪のトルクを低減させる制御について示されている。
特開２００６−１３６１４２号公報
特開２０００−２０９７０５号公報
特開２００６−１６６５７２号公報
しかし、特許文献１に記載のスリップ発生を抑制する制御では、スリップを検出すると一次周波数を一次遅れフィルタを通して遅れ処理を施してゆっくりと上げていくため、すべりはじめはスリップを制限できるが、スリップし始めると一旦滑り始めた車輪の速度を制御することができ難いものである。
また、特許文献２に示されている技術では前輪側と後輪側との回転差に基づいて、または主側の無人搬送車と従側の無人搬送車との回転差に基づいて、回転トルクを抑制するものであるため、車両の前後方向または前後の車両間での回転差を考慮しての制御であり、車両の旋回時に生ずる左右輪間の回転差を考慮しての左右輪のスリップ制御には適用できないものである。
さらに、特許文献３に示されているものでは、全ての車輪の平均速度との差分の微分値すなわち加速度を見てスリップを判定しているため、すべりはじめはスリップを適切に判定してスリップを制限できるが、一旦すべり始めると制限でき難い問題がある。
また、特許文献２に示されている技術では前輪側と後輪側との回転差に基づいて、または主側の無人搬送車と従側の無人搬送車との回転差に基づいて、回転トルクを抑制するものであるため、車両の前後方向または前後の車両間での回転差を考慮しての制御であり、車両の旋回時に生ずる左右輪間の回転差を考慮しての左右輪のスリップ制御には適用できないものである。
さらに、特許文献３に示されているものでは、全ての車輪の平均速度との差分の微分値すなわち加速度を見てスリップを判定しているため、すべりはじめはスリップを適切に判定してスリップを制限できるが、一旦すべり始めると制限でき難い問題がある。
以上のように、車輪ごと個別にモータが取付けられて駆動制御される電気自動車においては、片輪のみがスリップしたり、ロックしやすくなる問題があるとともに、従来からスリップ抑制制御についての提案が多く見られるが、このような個別モータ駆動の車輪を備えた電動車両においてスリップしやすい路面でも、グリップ力を保ち安定した走行ができるスリップ抑制の制御装置が必要とされている。
そこで、本発明は、このような背景に鑑みなされたものであり、左右にそれぞれ電動モータを備え各電動モータが独立して制御される電動車両において、スリップしやすい路面でも、グリップ力を保ち安定した走行ができるスリップ制御装置、スリップ制御方法およびこのようなスリップ制御装置を備えた電動車両を提供することを課題とするものである。
前記課題を解決するため、本発明によれば、左右にそれぞれ電動モータを備え各電動モータが独立して制御される電動車両のスリップ制御装置において、
アクセル踏み込み量および操舵角からトルク指令値を算出して前記電動モータのモータ制御部にトルク指令値を出力するトルク指令制御手段と、予め設定された操舵角に対する左右輪間のトルク配分から求められる旋回係数を、左右一対の相手モータの回転速度に積算して制御対象モータの基準速度を算出する第１基準速度算出手段と、予め設定されたアクセル踏み込み量に対する速度指令値に、制御対象モータのトルク配分を積算して制御対象モータの基準速度を算出する第２基準速度算出手段と、前記第１基準速度算出手段と前記第２基準速度算出手段の算出結果の採用比率を操舵角に基づいて変更して基準速度を算出する基準速度算出部と、前記算出された基準速度に一定の許容速度範囲を加算して制限速度範囲を設定するとともに該制限速度範囲に基づいて前記制御手段からのトルク指令値に対して制限を掛ける制限手段とを備えたことを特徴とする。
アクセル踏み込み量および操舵角からトルク指令値を算出して前記電動モータのモータ制御部にトルク指令値を出力するトルク指令制御手段と、予め設定された操舵角に対する左右輪間のトルク配分から求められる旋回係数を、左右一対の相手モータの回転速度に積算して制御対象モータの基準速度を算出する第１基準速度算出手段と、予め設定されたアクセル踏み込み量に対する速度指令値に、制御対象モータのトルク配分を積算して制御対象モータの基準速度を算出する第２基準速度算出手段と、前記第１基準速度算出手段と前記第２基準速度算出手段の算出結果の採用比率を操舵角に基づいて変更して基準速度を算出する基準速度算出部と、前記算出された基準速度に一定の許容速度範囲を加算して制限速度範囲を設定するとともに該制限速度範囲に基づいて前記制御手段からのトルク指令値に対して制限を掛ける制限手段とを備えたことを特徴とする。
かかる発明によれば、左右一対の相手モータの回転速度に基づいて制御対象モータの基準速度を算出する第１基準速度算出手段によって基準速度を算出し、さらに、制限手段によって該基準速度に許容速度範囲を加算した範囲で制限を掛けるため、制御対象モータと相手モータとの速度差が許容範囲より広がることが防止され、その結果、左右輪の一方が単独でスリップしたりロックすることが防止され、スリップしやすい路面でも、グリップ力を保ち安定した走行ができる。
また、第１基準速度算出手段で基準速度を算出する際に予め設定された操舵角に対する左右輪間のトルク配分から求められる旋回係数を、前記相手モータの回転速度に積算して基準速度を算出するので、旋回時の旋回内外輪差によって生じる速度差を含めた基準速度が算出されことで、旋回時においても制御対象モータと相手モータとの速度差が許容範囲より広がることが防止され、その結果、左右輪の一方が単独でスリップしたりロックすることが防止され、スリップしやすい路面でも、グリップ力を保ち安定した走行ができる。
また、操舵角度に応じて第１基準速度算出手段と第２基準速度算出手段とによって算出されるそれぞれの基準速度の採用比率を変更することで旋回角度に応じた適切な基準速度を求めることができる。すなわち、第１基準速度算出手段は直進近傍の状態では相手モータの速度によって適切な制限速度範囲の設定が可能であるが、操舵角が増大するに伴って、旋回による左右輪の回転差が大きくなるため、旋回係数によって補正しても適切な基準速度が得られないため、第２基準速度算出手段からの算出結果を所定の比率で採用することで旋回に伴う基準速度の信頼性を高めて、旋回時も含めてのスリップ防止、ロック防止を確実に行なうことができる。
さらに、前記操舵角に基づいて前記第１基準速度算出手段と前記第２基準速度算出手段との採用比率を連続的に変更するようにすれば、基準速度の切り替え時のショックも無く、旋回時のスリップ防止、ロック防止をフィーリングの悪化を招くことなく達成できる。
さらに、前記操舵角に基づいて前記第１基準速度算出手段と前記第２基準速度算出手段との採用比率を連続的に変更するようにすれば、基準速度の切り替え時のショックも無く、旋回時のスリップ防止、ロック防止をフィーリングの悪化を招くことなく達成できる。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の電動車両のスリップ制御装置において、前記操舵角が一定値以上の急旋回の時には前記第２基準速度算出手段のみによって基準速度を算出することを特徴とする。
かかる請求項２記載の発明によれば、前記操舵角が一定値以上の急旋回の時には前記第２基準速度算出手段のみによって基準速度を算出するので、相手モータの回転速度に関連せずあらかじめ設定された基準速度によって制限速度範囲が制限されるため、急旋回時にもスリップしたりロックすることが効果的に防止され、スリップしやすい路面でも、グリップ力を保ち安定した走行ができる。
かかる請求項２記載の発明によれば、前記操舵角が一定値以上の急旋回の時には前記第２基準速度算出手段のみによって基準速度を算出するので、相手モータの回転速度に関連せずあらかじめ設定された基準速度によって制限速度範囲が制限されるため、急旋回時にもスリップしたりロックすることが効果的に防止され、スリップしやすい路面でも、グリップ力を保ち安定した走行ができる。
請求項３記載の発明は、請求項１記載の電動車両のスリップ制御装置において、前記第２基準速度算出手段には、算出結果に操作者位置換算係数を積算して電動車両の操作者位置において生じる速度に換算する操作者位置補正部を備えたことを特徴とする。
かかる請求項３記載の発明によれば、請求項１によって求められる操舵角に応じた基準速度に予め設定されている操作者位置換算係数を乗算して操作者の位置での速度を求めて、その速度に基づいて基準速度および制限速度範囲を設定するため、速度制限範囲を操作者が操作位置で実際に体感する速度に近づけることができる。
かかる請求項３記載の発明によれば、請求項１によって求められる操舵角に応じた基準速度に予め設定されている操作者位置換算係数を乗算して操作者の位置での速度を求めて、その速度に基づいて基準速度および制限速度範囲を設定するため、速度制限範囲を操作者が操作位置で実際に体感する速度に近づけることができる。
請求項４記載の発明は、請求項１記載の電動車両のスリップ制御装置において、前記相手モータの回転速度に替えて非駆動輪の回転速度に基づいて制御対象モータの基準回転速度を算出することを特徴とする。
かかる請求項４記載の発明によれば、左右の駆動輪が同時に滑った場合でも、非駆動輪の回転速度に基づいて制御対象モータの基準回転速度を算出することができるので、スリップ抑制を確実に行なうことができ、信頼性の高い制御装置を提供することができる。
かかる請求項４記載の発明によれば、左右の駆動輪が同時に滑った場合でも、非駆動輪の回転速度に基づいて制御対象モータの基準回転速度を算出することができるので、スリップ抑制を確実に行なうことができ、信頼性の高い制御装置を提供することができる。
請求項５記載の発明は、請求項１〜４の電動車両のスリップ制御装置に対してスリップ制御方法の発明であり、請求項５記載の発明は、左右にそれぞれ電動モータを備え各電動モータが独立して制御される電動車両のスリップ制御方法において、アクセル踏み込み量と操舵角に基づいてトルク指令値を算出し前記電動モータのモータ制御部にトルク指令値を出力し、予め設定された操舵角に対する左右輪間のトルク配分から求められる旋回係数を、左右一対の相手モータの回転速度に積算して制御対象モータの第１基準速度を算出し、予め設定されたアクセル踏み込み量に対する速度指令値に、制御対象モータのトルク配分を積算して制御対象モータの第２基準速度を算出し、前記算出した第１基準速度と前記第２基準速度の算出結果の採用比率を操舵角に基づいて変更して制御対象モータの基準速度を算出し、該基準速度に一定の許容速度範囲を加算して設定された制限速度範囲に基づいて前記トルク指令値に制限を掛けることを特徴とする。
かかる請求項５記載の発明によれば、請求項１記載の発明と同様に、左右一対の相手モータの回転速度に基づいて制御対象モータの基準速度を算出する第１基準速度算出手段によって、基準速度を算出して、該基準速度に許容速度範囲を加算した範囲で制限を掛けるため、制御対象モータと相手モータとの速度差が許容範囲より広がることが防止され、その結果、左右輪の一方が単独でスリップしたりロックすることが防止され、スリップしやすい路面でも、グリップ力を保ち安定した走行ができる。
かかる請求項５記載の発明によれば、請求項１記載の発明と同様に、左右一対の相手モータの回転速度に基づいて制御対象モータの基準速度を算出する第１基準速度算出手段によって、基準速度を算出して、該基準速度に許容速度範囲を加算した範囲で制限を掛けるため、制御対象モータと相手モータとの速度差が許容範囲より広がることが防止され、その結果、左右輪の一方が単独でスリップしたりロックすることが防止され、スリップしやすい路面でも、グリップ力を保ち安定した走行ができる。
また、請求項１記載の発明と同様に、操舵角度に応じて第１基準速度算出手段と第２基準速度算出手段とによって求める基準速度の採用比率を変更することで旋回角度に応じた適切な基準速度の算出が可能になる。すなわち、第１基準速度算出手段は直進近傍の状態では相手モータの速度によって適切な制限速度範囲の設定が可能であるが、操舵角が増大するに伴って、旋回による左右輪の回転差が大きくなるため、旋回係数によって補正しても適切な基準速度が得られないため、第２基準速度算出手段からの算出結果を所定の比率で採用することで旋回に伴う基準速度の信頼性を高めて、旋回時も含めてのスリップ防止、ロック防止を確実に行なうことができる。
さらに、前記操舵角に基づいて前記第１基準速度算出手段と前記第２基準速度算出手段との採用比率を連続的に変更するようにすれば、基準速度の切り替え時のショックも無く、旋回時のスリップ防止、ロック防止をフィーリングの悪化を招くことなく達成できる。
さらに、前記操舵角に基づいて前記第１基準速度算出手段と前記第２基準速度算出手段との採用比率を連続的に変更するようにすれば、基準速度の切り替え時のショックも無く、旋回時のスリップ防止、ロック防止をフィーリングの悪化を招くことなく達成できる。
また、請求項６記載の発明は、前記請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電動車両のスリップ制御装置を備えたことを特徴とする電動車両についてであり、請求項６記載の発明によれば、スリップしやすい路面でも、グリップ力を保ち安定した走行ができる電動車両を得ることができる。
本発明によれば、左右にそれぞれ電動モータを備え各電動モータが独立して制御される電動車両において、スリップしやすい路面でも、グリップ力を保ち安定した走行ができるスリップ制御装置、スリップ制御方法およびこのようなスリップ制御装置を備えた電動車両を提供することができる。
次に、本発明の実施の形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
参照する図面において、図1は本発明に係る電動車両および電動車両のスリップ制御装置の概略構成図である。図２はスリップ制御装置を構成する基準速度算出手段の詳細ブロック図である。図３は左右輪のトルク配分を示す特性図である。図４は第１基準速度算出手段の説明図であり、（ａ）は直進の場合を、（ｂ）は右５０度旋回の場合を示す。図５は速度リミッタを示す特性図である。図６（ａ）は操作者位置換算係数の特性図であり、（ｂ）は換算係数の説明図である。図７は第１基準速度算出手段と第２基準速度算出手段との採用比率を示す説明図である。図８は制限手段のフロー図である。
参照する図面において、図1は本発明に係る電動車両および電動車両のスリップ制御装置の概略構成図である。図２はスリップ制御装置を構成する基準速度算出手段の詳細ブロック図である。図３は左右輪のトルク配分を示す特性図である。図４は第１基準速度算出手段の説明図であり、（ａ）は直進の場合を、（ｂ）は右５０度旋回の場合を示す。図５は速度リミッタを示す特性図である。図６（ａ）は操作者位置換算係数の特性図であり、（ｂ）は換算係数の説明図である。図７は第１基準速度算出手段と第２基準速度算出手段との採用比率を示す説明図である。図８は制限手段のフロー図である。
図１に示すように、本実施形態にかかる電気自動車（電動車両）は、車体１に左前輪３Ｌ、右前輪３Ｒ、後輪５を備え、後輪５はダブルタイヤであり車体幅方向の中央部分に配置されている。左右の前輪３Ｌ、３Ｒが駆動輪でありそれぞれの車輪には電動モータ７、９が取付けられている。電動モータ７、９は、インホイールモータであっても良い。そして、電動モータ７、９にはそれぞれの回転速度を検出するための回転センサ１１、１３が取付けられている。
本実施形態における電気自動車は、電動フォークリフトであり、車体１の前方には荷役作業用のリフター１５が昇降可能に設けられている。操作者は位置Ｐに立って、アクセルペダル１７を踏み込むことで加速し、図示しないステアリングを操作することで後輪５を所定角度θ旋回することで車体を操舵可能としている。なお、アクセルペダル１７にはアクセルセンサ１８が設けられ、後輪５には後輪角（操舵角）θを検出する後輪角センサ１９（操舵角検出手段）が設けられている。
左右のモータ７、９は、それぞれ左モータ制御部２１、右モータ制御部２２に接続されている。左右のモータ制御部２１、２２には各モータ用のインバータや後述する制限手段２０を備えている。この左右のモータ制御部２１、２２が、後述するトルク指令制御手段２３から出力される右トルク指令値３８、左トルク指令値４０に基づいてインバータを制御することによってモータ７、９に対して所定の電流を供給することが可能となる。
トルク指令制御手段２３は、アクセルセンサ１８からのアクセル踏み込み量２４と後輪角センサ１９からの後輪角２６の情報が入力され、これら入力情報を基に予めマップ等に記憶されているデータから速度指令値算出２８を行い、その速度指令算出値に対してフィードバック制御３０が行われて、その後、速度ＰＩ制御３２、トルクリミッタ３４を通って、トルク配分３６が計算されて、右トルク指令３８と左トルク指令４０とが算出され、左右モータ制御部２１、２２からなるモータ制御手段４４に出力される。
次に、前記した右トルク指令３８と左トルク指令４０に制限を掛けるための基準速度算出手段４６および、制限手段２０について説明する。
基準速度算出手段４６は、左右一対の相手モータの回転速度に基づいて制御対象モータの基準速度を算出する第１基準速度算出手段４８と、後輪角センサ１９によって検出された後輪角に応じて制御対象モータの基準速度を算出する第２基準速度算出手段５０とからなっている。
基準速度算出手段４６は、左右一対の相手モータの回転速度に基づいて制御対象モータの基準速度を算出する第１基準速度算出手段４８と、後輪角センサ１９によって検出された後輪角に応じて制御対象モータの基準速度を算出する第２基準速度算出手段５０とからなっている。
第１基準速度算出手段４８は、図２に示すように、左右モータ速度５２と、左右トルク配分（右トルク（ＴＲ％）、左トルク（ＴＬ％））とから、相手モータの回転速度にトルク配分を積算する次式（１）、（２）によって左第１基準速度、右第１基準速度をそれぞれ求める第１基準速度計算部５１を有している。
左第１基準速度＝右モータ速度×（ＴＬ／ＴＲ） …（１）
右第１基準速度＝左モータ速度×（ＴＲ／ＴＬ） …（２）
左第１基準速度＝右モータ速度×（ＴＬ／ＴＲ） …（１）
右第１基準速度＝左モータ速度×（ＴＲ／ＴＬ） …（２）
まず左右モータ速度５２が入力される。このときの回転速度は回転センサ１１、１３から検出しても、また左右のモータ制御部２１、２２から直接取り込んでもよい。そして後輪角センサ１９から後輪角２６を入力する。後輪角に基づいて左右輪のトルク配分を図３に示すトルク配分特性図から求めて出力する。図３の特性図は、後輪角θが直進状態（約±１５°の範囲）のときには１００％であり、すなわち、相手モータの回転速度がそのまま第１基準速度となる。
例えば、右旋回で後輪角θが＋５０°の場合には、Ｔ％の配分率となり、左モータ１００に対して右モータがＴの割合になることを示している。具体的には、式（１）（２）より左第１基準速度は、右モータ速度×１００／Ｔで求められ、右第１基準速度は、左モータ速度×Ｔ／１００で求められる。そしてこの１００／ＴまたはＴ／１００を旋回係数といい、旋回係数を相手モータ速度に積算することによって基準速度が求められる。
より具体的な例を図４に示す。図４の（ａ）は直進状態を示し、例えば車両が１０Ｋｍ／ｈで直進して左右モータの速度がそれぞれ２０００ＲＰＭである場合に、左右の第１基準速度を示しており、図４の（ｂ）は車両が１０Ｋｍ／ｈで後輪角θが＋５０°で右旋回して左モータの速度が１５００ＲＰＭ、右モータの速度が５００ＲＰＭの場合に、左第１基準速度が１５００ＲＰＭに、右第１基準速度が５００ＲＰＭになることを示している。なお、基準速度に±αＲＰＭが加算されているのは後述する制限手段２０での許容速度範囲の加算値である。
以上の説明では左右のモータ７、９の回転速度をお互いに基準速度とすることについて説明したが、非駆動輪の後輪５の回転速度を、回転センサ６０から検出して、基準速度として用いてもよく、モータ７、９が取付けられている駆動輪の前輪３Ｌ、３Ｒが共にスリップ、ロック等した場合でも、後輪５の回転速度に基づいて制御対象モータの基準回転速度を算出することができるので、前輪３Ｌ、３Ｒのスリップ抑制を確実に行なうことができ、信頼性の高い制御装置を提供することができる。
次に、第２基準速度算出手段５０は、図２に示すように、左右のトルク配分（右トルク（ＴＲ％）、左トルク（ＴＬ％））を行うトルク配分部Ａと、速度指令値に速度リミッタを掛ける速度指令部Ｂと、操作者位置換算係数Ｍから操作者位置の速度に換算する操作者位置補正部Ｃとからなり、さらに次式（３）、（４）に従って左第２基準速度、右第２基準速度をそれぞれ求める第２基準速度計算部５３を有している。なお次式で速度指令値Ｎは左右の平均速度のため第２基準速度を求める際には２倍して計算する。
左第２基準速度＝（Ｎ×２）／Ｍ×（ＴＬ／（ＴＬ＋ＴＲ）） …（３）
右第２基準速度＝（Ｎ×２）／Ｍ×（ＴＲ／（ＴＬ＋ＴＲ）） …（４）
左第２基準速度＝（Ｎ×２）／Ｍ×（ＴＬ／（ＴＬ＋ＴＲ）） …（３）
右第２基準速度＝（Ｎ×２）／Ｍ×（ＴＲ／（ＴＬ＋ＴＲ）） …（４）
後輪角センサ１９から後輪角２６を入力し、図３のトルク配分特性図によってトルク配分が求められ、さらに、アクセルセンサ１８からのアクセル踏み込み量２４の情報を基に、予めアクセル踏み込み量と速度指令値が設定されているテーブルに基づいて速度指令演算５４が行なわれて、その演算結果の速度指令に対して図５に示す速度リミッタ特性図によって速度リミッタが掛けられて速度指令Ｎが出力される。
このリミッタ特性図は図５に示すように、旋回時には遠心力の影響が働くため、ステアリングを切るに従って速度リミッタが小さくなる。例えば図５に示すように直進時にはＶ１Ｋｍ／ｈであり、後輪角が増大するにつれて直線的に減少して完全に切った状態ではＶ１の約半分のＶ２Ｋｍ／ｈとなるように設定されている。
このリミッタ特性図は図５に示すように、旋回時には遠心力の影響が働くため、ステアリングを切るに従って速度リミッタが小さくなる。例えば図５に示すように直進時にはＶ１Ｋｍ／ｈであり、後輪角が増大するにつれて直線的に減少して完全に切った状態ではＶ１の約半分のＶ２Ｋｍ／ｈとなるように設定されている。
また、操作者位置換算係数Ｍは、図６（ａ）に示すように直進時には、係数Ｍは、１であるが、後輪角が増加するにつれて増大し５０°のときにはＭ１に達し、その後最大値Ｍ２に達する特性を有している。
直進時には左右モータ速度の平均値と操作者位置（運転者の立つ位置）の速度は等しい、すなわち図６（ｂ）に示すように、旋回中心Ｑ、Ｑ'が無限遠方にあるため左右モータ速度の平均値と操作者位置（運転者の立つ位置）の速度は等しくなる。
しかし、旋回時は旋回中心Ｑから左右モータ間中心Ｃまでの距離Ｒ１と、旋回中心Ｑから操作者の位置Ｐまでの距離Ｒ２とが異なり、さらに、後輪角θが増大するにしたがって、旋回中心Ｑの位置が車体に近づいてくるように変化するため、旋回に伴う操作者位置（運転者の立つ位置）Ｐでの速度を求めるためには、旋回による遠心力の影響を加えて左右モータ速度の平均値に対して補正する必要がある。この補正係数が操作者位置換算係数Ｍであり、予め後輪角に対する係数としてテーブルに記憶されている。
直進時には左右モータ速度の平均値と操作者位置（運転者の立つ位置）の速度は等しい、すなわち図６（ｂ）に示すように、旋回中心Ｑ、Ｑ'が無限遠方にあるため左右モータ速度の平均値と操作者位置（運転者の立つ位置）の速度は等しくなる。
しかし、旋回時は旋回中心Ｑから左右モータ間中心Ｃまでの距離Ｒ１と、旋回中心Ｑから操作者の位置Ｐまでの距離Ｒ２とが異なり、さらに、後輪角θが増大するにしたがって、旋回中心Ｑの位置が車体に近づいてくるように変化するため、旋回に伴う操作者位置（運転者の立つ位置）Ｐでの速度を求めるためには、旋回による遠心力の影響を加えて左右モータ速度の平均値に対して補正する必要がある。この補正係数が操作者位置換算係数Ｍであり、予め後輪角に対する係数としてテーブルに記憶されている。
この操作者位置換算係数Ｍの値は、例えば、図６（ａ）に示すような後輪角が５０°のときには操作者位置（運転者の立つ位置）Ｐでは直進時の速度に対してＭ１倍の速度が作用することを意味している。すなわち、後輪角５０°の右旋回時は、左右モータ速度の平均値がＶｈでも、操作者の位置ではＶｈ×Ｍ１の速度となり、操作者は実際のモータ速度よりも速い速度を実感してフォークリフトの荷役作業等を行なうこととなる。
従って、第２基準速度の計算においては、操作者の実感速度に対応させるために、式（３）（４）に示すように操作者位置換算係数Ｍで除算して求める。
従って、第２基準速度の計算においては、操作者の実感速度に対応させるために、式（３）（４）に示すように操作者位置換算係数Ｍで除算して求める。
次に、求められた第１基準速度、第２基準速度の採用比率を考慮して最終的な基準速度を基準速度計算部５５で、次式（５）（６）によって算出する。
左基準速度＝（左第１基準速度×第１比率＋左第２基準速度×第２比率）／１００
…（５）
右基準速度＝（右第１基準速度×第１比率＋右第２基準速度×第２比率）／１００
…（６）
第１基準速度、第２基準速度の採用比率は、図７に示されるように、直進状態の時には
第１基準速度が１００％であり、その後、後輪角が大きくなるに従って第２基準速度の採用比率が連続的に増加し、第１基準速度の採用比率が連続的に減少して、後輪角が±６０°以上のような急旋回領域の場合には、第２基準速度のみによって算出される。
そして、第１基準速度、第２基準速度の採用比率を考慮した最終的な基準速度が、モータ制御手段４４に出力される。
左基準速度＝（左第１基準速度×第１比率＋左第２基準速度×第２比率）／１００
…（５）
右基準速度＝（右第１基準速度×第１比率＋右第２基準速度×第２比率）／１００
…（６）
第１基準速度、第２基準速度の採用比率は、図７に示されるように、直進状態の時には
第１基準速度が１００％であり、その後、後輪角が大きくなるに従って第２基準速度の採用比率が連続的に増加し、第１基準速度の採用比率が連続的に減少して、後輪角が±６０°以上のような急旋回領域の場合には、第２基準速度のみによって算出される。
そして、第１基準速度、第２基準速度の採用比率を考慮した最終的な基準速度が、モータ制御手段４４に出力される。
次に、以上説明した基準速度算出手段４６によって算出された基準速度に一定の許容速度範囲を加算して制限速度範囲を設定しトルク指令値に対して制限を掛ける制限手段２０について説明する。
この制限手段２０は、左右のモータ制御部２１、２２にそれぞれ設けられている。詳細のフローを図８に示す。
図８を参照して説明する。まず、ステップＳ１０で開始すると、ステップＳ１２で出したいすべりωｓ*を計算する。すなわち、トルク指令制御手段２３からの右トルク指令３８、左トルク指令４０に基づいて、その指令トルク値に対して必要となるモータ７、９への出したい電流指令値Ｉｑ*、出したいすべりωｓ*を計算する。次にステップＳ１４で出したい周波数ｆｓ*（一次周波数）を式（７）に基づいて計算する。
ｆｓ*＝ωｍ（モータ回転数）＋ωｓ* …（７）
図８を参照して説明する。まず、ステップＳ１０で開始すると、ステップＳ１２で出したいすべりωｓ*を計算する。すなわち、トルク指令制御手段２３からの右トルク指令３８、左トルク指令４０に基づいて、その指令トルク値に対して必要となるモータ７、９への出したい電流指令値Ｉｑ*、出したいすべりωｓ*を計算する。次にステップＳ１４で出したい周波数ｆｓ*（一次周波数）を式（７）に基づいて計算する。
ｆｓ*＝ωｍ（モータ回転数）＋ωｓ* …（７）
次に、ステップＳ１６で、周波数上下リミッタを計算する。このとき基準速度算出手段４６によって算出された基準速度を周波数換算したｆｂに、一定の許容速度範囲（±αＲＰＭ）を周波数換算した±ｆｒを加算して上周波数リミッタｆｓｈｉ、下リミッタ周波数ｆｓｌｏｗを次の式のように設定する。
ｆｓｈｉ＝ｆｂ＋ｆｒ …（８）
ｆｓｌｏｗ＝ｆｂ−ｆｒ …（９）
ｆｓｈｉ＝ｆｂ＋ｆｒ …（８）
ｆｓｌｏｗ＝ｆｂ−ｆｒ …（９）
次に、ステップＳ１８で、出したい周波数ｆｓ*が、上周波数リミッタｆｓｈｉより大きいかを判定し、大きい場合にはステップＳ２０に進み、出力周波数ｆｓを上周波数リミッタｆｓｈｉとする。
また出したい周波数ｆｓ*が上周波数リミッタｆｓｈｉより大きくないと判定した場合にはステップＳ２２に進み、出したい周波数ｆｓ*が、下周波数リミッタｆｓｌｏｗより小さいかを判定する。そして、小さいと判定した場合にはステップＳ２４に進み、出力周波数ｆｓを下周波数リミッタｆｓｌｏｗとする。また、ステップ２２で出したい周波数ｆｓ*が、下周波数リミッタｆｓｌｏｗより小さくないと判定した場合には、ステップＳ２６に進み、出力周波数ｆｓを出したい周波数ｆｓ*とする。
また出したい周波数ｆｓ*が上周波数リミッタｆｓｈｉより大きくないと判定した場合にはステップＳ２２に進み、出したい周波数ｆｓ*が、下周波数リミッタｆｓｌｏｗより小さいかを判定する。そして、小さいと判定した場合にはステップＳ２４に進み、出力周波数ｆｓを下周波数リミッタｆｓｌｏｗとする。また、ステップ２２で出したい周波数ｆｓ*が、下周波数リミッタｆｓｌｏｗより小さくないと判定した場合には、ステップＳ２６に進み、出力周波数ｆｓを出したい周波数ｆｓ*とする。
その後、ステップＳ２８で、出力周波数ｆｓに基づいて出力すべりωｓを式（１０）によって再計算する。その後ステップＳ３０、ステップＳ３２、ステップＳ３４によって再計算された出力すべりωｓにリミッタを掛ける。
ωｓ＝ｆｓ−ωｍ（モータ回転数） …（１０）
ωｓ＝ｆｓ−ωｍ（モータ回転数） …（１０）
ステップＳ３０では、ステップＳ１２で計算した、出したいすべりωｓ*が、０（ゼロ）、＞０、＜０かを判定し、ωｓ*＝０の場合にはリミッタを掛けずにステップＳ３６へ進んで、電流指令値Ｉｑを式（１１）によって再計算し、ωｓ*＞０の場合にはステップＳ３２へ進んで、−ωｓ*≦ωｓ≦ωｓ*の範囲にリミッタを掛けてから、ステップＳ３６へ進み、ωｓ*＜０の場合にはステップＳ３４へ進んで、−ωｓ*≧ωｓ≧ωｓ*の範囲にリミッタを掛けてから、ステップＳ３６へ進む。
Ｉｑ＝Ｉｑ*×（ωｓ／ωｓ*） …（１１）
Ｉｑ＝Ｉｑ*×（ωｓ／ωｓ*） …（１１）
再計算された電流指令値Ｉｑをモータ７、９に対して供給することによって、基準速度算出手段４６によって算出された基準速度に一定の許容速度範囲を加算した制限速度範囲にモータ７、９の回転速度を制御することができる。
以上の実施の形態によれば、左右一対の相手モータの回転速度に基づいて制御対象モータの基準速度を算出する第１基準速度算出手段４８によって第１基準速度を算出し、さらに、制限手段２０によって該第１基準速度に許容速度範囲を加算した範囲で制限を掛けるため、制御対象モータと相手モータとの速度差が許容範囲より広がることが防止され、その結果、左右輪の一方が単独でスリップしたりロックすることが防止され、スリップしやすい路面でも、グリップ力を保ち安定した走行ができる。
さらに、本実施の形態によれば、第１基準速度算出手段４８で基準速度を算出する際に、図３に示すような左右のトルク配分（右トルク（ＴＲ％）、左トルク（ＴＬ％））から求められる旋回係数を、前記相手モータの回転速度に積算して第１基準速度を算出するので、旋回時の旋回内外輪差によって生じる速度差を含めた基準速度が算出されことで、旋回時においても制御対象モータと相手モータとの速度差が許容範囲より広がることが防止され、その結果、左右輪の一方が単独でスリップしたりロックすることが防止され、スリップしやすい路面でも、グリップ力を保ち安定した走行ができる。
さらに、本実施の形態によれば、後輪５の後輪角θに応じて第１基準速度算出手段４８と第２基準速度算出手段５０とによって求める基準速度の採用比率を図７に示すように変えることで旋回角度に応じた適切な基準速度の算出が可能になる。
すなわち、第１基準速度算出手段４８は直進近傍の状態では相手モータの速度によって適切な制限速度範囲の設定が可能であるが、操舵角が増大するに伴って、旋回による左右輪の回転差が大きくなるため、旋回係数によって補正しても適切な基準速度が得られないため、第２基準速度算出手段５０からの算出結果を所定の比率で採用することで旋回に伴う基準速度の信頼性を高めて、旋回時も含めてのスリップ防止、ロック防止を確実に行なうことができ、スリップしやすい路面でも、グリップ力を保ち安定した走行ができる。
すなわち、第１基準速度算出手段４８は直進近傍の状態では相手モータの速度によって適切な制限速度範囲の設定が可能であるが、操舵角が増大するに伴って、旋回による左右輪の回転差が大きくなるため、旋回係数によって補正しても適切な基準速度が得られないため、第２基準速度算出手段５０からの算出結果を所定の比率で採用することで旋回に伴う基準速度の信頼性を高めて、旋回時も含めてのスリップ防止、ロック防止を確実に行なうことができ、スリップしやすい路面でも、グリップ力を保ち安定した走行ができる。
さらに、図７に示すように後輪角θに基づいて第１基準速度算出手段４８と第２基準速度算出手段５０との採用比率を連続的に変更するため、基準速度の切り替え時のショックも無く、旋回時のスリップ防止、ロック防止をフィーリングの悪化を招くことがない。
さらに、第２基準速度算出手段５０で第２基準速度を算出の際に、図６に示されるような操作者位置換算係数を積算して電動車両の操作者位置での速度を求めて、その速度に基づいて制限速度範囲を設定するため、速度制限範囲を操作者の実感に近づけることができる。
また、スリップやロックが発生したか否かを判定する制御を設けずに、基準速度の設定よって、その基準速度を基に制限手段２０によってモータへの指令電流値に値制限を掛けることで、スリップやロックの発生を防止できるので制御構造が簡単化される。
また、本実施の形態においては、電動車両を３輪の電動フォークリフトを対象に説明したが、３輪に限定されるものではなく、非駆動輪が２輪の４輪電動フォークリフトであっても良いことは勿論であり、この場合には、図６に示されるような操作者位置換算係数を４輪用に設定しなおすことで同様の作用効果を得ることができる。
本発明の電動車両、そのスリップ制御装置および制御方法によれば、スリップしやすい路面でも、グリップ力を保ち安定した走行ができるスリップ制御装置、スリップ制御方法およびこのようなスリップ制御装置を備えた電動車両を提供することきるので、左右にそれぞれ電動モータを備え各電動モータが独立して制御される電動車両への適用に際して有益である。
３Ｌ 左前輪
３Ｒ 右前輪
５ 後輪
７、９ 電動モータ
１８ アクセルセンサ
１９ 後輪角センサ（操舵角検出手段）
２０ 制限手段
２１ 左モータ制御部
２２ 右モータ制御部
２３ トルク指令制御手段
４４ モータ制御手段
４６ 基準速度算出手段
４８ 第１基準速度算出手段
５０ 第２基準速度算出手段
Ａ トルク配分部
Ｂ 速度指令部
Ｃ 操作者位置補正部
３Ｒ 右前輪
５ 後輪
７、９ 電動モータ
１８ アクセルセンサ
１９ 後輪角センサ（操舵角検出手段）
２０ 制限手段
２１ 左モータ制御部
２２ 右モータ制御部
２３ トルク指令制御手段
４４ モータ制御手段
４６ 基準速度算出手段
４８ 第１基準速度算出手段
５０ 第２基準速度算出手段
Ａ トルク配分部
Ｂ 速度指令部
Ｃ 操作者位置補正部
Claims (6)
- 左右にそれぞれ電動モータを備え各電動モータが独立して制御される電動車両のスリップ制御装置において、
アクセル踏み込み量および操舵角からトルク指令値を算出して前記電動モータのモータ制御部にトルク指令値を出力するトルク指令制御手段と、予め設定された操舵角に対する左右輪間のトルク配分から求められる旋回係数を、左右一対の相手モータの回転速度に積算して制御対象モータの基準速度を算出する第１基準速度算出手段と、予め設定されたアクセル踏み込み量に対する速度指令値に、制御対象モータのトルク配分を積算して制御対象モータの基準速度を算出する第２基準速度算出手段と、前記第１基準速度算出手段と前記第２基準速度算出手段の算出結果の採用比率を操舵角に基づいて変更して基準速度を算出する基準速度算出部と、前記算出された基準速度に一定の許容速度範囲を加算して制限速度範囲を設定するとともに該制限速度範囲に基づいて前記制御手段からのトルク指令値に対して制限を掛ける制限手段とを備えたことを特徴とする電動車両のスリップ制御装置。 - 前記操舵角が一定値以上の急旋回の時には前記第２基準速度算出手段のみによって基準速度を算出することを特徴とする請求項１記載の電動車両のスリップ制御装置。
- 前記第２基準速度算出手段には、算出結果に操作者位置換算係数を積算して電動車両の操作者位置において生じる速度に換算する操作者位置補正部を備えたことを特徴とする請求項１記載の電動車両のスリップ制御装置。
- 前記相手モータの回転速度に替えて非駆動輪の回転速度に基づいて制御対象モータの基準回転速度を算出することを特徴とする請求項１記載の電動車両のスリップ制御装置。
- 左右にそれぞれ電動モータを備え各電動モータが独立して制御される電動車両のスリップ制御方法において、
アクセル踏み込み量と操舵角に基づいてトルク指令値を算出し前記電動モータのモータ制御部にトルク指令値を出力し、予め設定された操舵角に対する左右輪間のトルク配分から求められる旋回係数を、左右一対の相手モータの回転速度に積算して制御対象モータの第１基準速度を算出し、予め設定されたアクセル踏み込み量に対する速度指令値に、制御対象モータのトルク配分を積算して制御対象モータの第２基準速度を算出し、前記算出した第１基準速度と前記第２基準速度の算出結果の採用比率を操舵角に基づいて変更して制御対象モータの基準速度を算出し、該基準速度に一定の許容速度範囲を加算して設定された制限速度範囲に基づいて前記トルク指令値に制限を掛けることを特徴とする電動車両のスリップ制御方法。 - 前記請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電動車両のスリップ制御装置を備えたことを特徴とする電動車両。
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