JP5057406B2

JP5057406B2 - 走行制御装置および該装置を備えたフォークリフト

Info

Publication number: JP5057406B2
Application number: JP2010236140A
Authority: JP
Inventors: 郁也刀谷
Original assignee: 日本輸送機株式会社
Priority date: 2010-10-21
Filing date: 2010-10-21
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2030-10-21
Also published as: JP2012090463A

Description

本発明は、アクセル操作および前後進切り替え操作に応じた目標速度で車両を走行させる走行制御装置および該装置を備えたフォークリフトに関するものである。

一般に、走行輪の駆動がモータで行われるフォークリフト等の車両は、アクセル操作および前後進切り替え操作に応じて目標速度とトルク指令値とを決定し、該トルク指令値にしたがってモータを回転させる走行制御装置を備えている（例えば、特許文献１参照）。

上記走行制御装置の一例として、図６に、モータ２６の回転数ωから算出された走行速度と目標速度との偏差がゼロになるようにＰＩ演算を行う走行制御装置２０を示す。同図に示すように、この走行制御装置２０は、上記ＰＩ演算により仮トルク指令値を算出する仮トルク指令値算出手段２１と、トルク指令値を決定するトルク指令値決定手段２４と、決定されたトルク指令値にしたがってモータ２６を駆動するインバータ２５とを備えている。

トルク指令値決定手段２４は、二つの比較器２４ａ、２４ｂから構成されている。比較器２４ａは、仮トルク指令値とあらかじめ設定された正のトルク制限値とを比較して小さい方の値を出力し、比較器２４ｂは、比較器２４ａから出力された値とあらかじめ設定された負のトルク制限値とを比較して大きい方の値をトルク指令値として出力する。

これにより、走行制御装置２０は、トルク指令値を正および負のトルク制限値の範囲内に制限することができるので、走行速度が目標速度から大きくずれている場合においても、トルク指令値の絶対値が大きくなりすぎてモータ２６に過大な負荷がかかるのを防ぐことができる。

なお、上記のようにトルク指令値が制限されている場合、登坂路の傾斜状況によってはトルクが不足することがあるが、この走行制御装置２０では、アクセル操作の操作量が１００％（最大）になったときに、トルク制限値をモータ２６の特性によって決まる値（最大トルク制限値）まで増加させるオートトルクアップが行なわれるので、登坂時におけるトルク不足を解消することができる。

特開２００１−２８６００２号公報

しかしながら、上記従来の走行制御装置２０は、トルク指令値を正および負のトルク制限値の範囲内に収めるように制御しているものの、車両の走行速度が目標速度に到達するまでの加速度を何ら制御していない。このため、上記走行制御装置２０では、トルク指令値が一定であったとしても、モータ２６や走行輪の摩擦力等の走行抵抗が変化することにより、加速度に変化が生じることがあった。

例えば、従来の走行制御装置２０を備えたフォークリフトにおいて、前進中に前後進切り替え操作が行われた場合、走行抵抗はフォークリフトを止めようとする方向に働くので、フォークリフトの走行方向が後進に切り替わるまでの減速時の加速度は、後進に切り替わってから走行速度が目標速度に到達するまでの加速時の加速度よりも小さく（絶対値は大きく）なる。

図７は、前後進切り替え操作時におけるフォークリフトの加速度、走行速度、およびトルク指令値の時間変化を示す図である。同図において、時刻ｔ₁は前後進切り替え操作が行われた時刻であり、時刻ｔ₂はフォークリフトの走行方向が前進から後進に切り替わった時刻であり、時刻ｔ₃はフォークリフトの走行速度が目標速度ｖ’₂に到達した時刻である。

時刻ｔ₀〜ｔ₁間は、フォークリフトがアクセル操作の操作量に応じた目標速度ｖ’₁で前進しているので、加速度はゼロとなり、トルク指令値はゼロに近い一定の正の値となる。時刻ｔ₁の時刻で前後進切り替え操作が行われると、前後進切り替え操作およびアクセル操作の操作量に応じた目標速度ｖ’₂が決定される。

時刻ｔ₁〜ｔ₃間は、仮トルク指令値算出手段２１で算出された仮トルク指令値が、負のトルク制限値よりも小さくなるので、トルク指令値決定手段２４により負のトルク制限値がトルク指令値Ｔ’₁として出力される。また、時刻ｔ₁〜ｔ₂間は、走行抵抗がフォークリフトをより減速させる方向に働き、時刻ｔ₁〜ｔ₃間は、走行抵抗がフォークリフトの加速を妨げる方向に働く。このため、時刻ｔ₁〜ｔ₃間は、トルク指令値が一定であるにもかかわらず、時刻ｔ₁〜ｔ₂間における加速度ａ’₁は、時刻ｔ₂〜ｔ₃間における加速度ａ’₂よりも小さくなる（絶対値が大きくなる）。

このように、従来の走行制御装置２０では、一定速度で走行している最中に前後進切り替え操作が行われると、走行方向が切り替わる際に加速度が急激に変化するので、運転者が違和感を感じ、荷役運搬作業の円滑さが損なわれてしまうという問題が生じていた。

また、従来の走行制御装置２０では、登坂時におけるトルク不足を解消するためにオートトルクアップが行なわれるが、オートトルクアップが行われると、走行速度を制御することができないという問題が生じていた。

図８は、登坂時におけるフォークリフトの走行速度およびトルク指令値の時間変化を示す図である。同図において、時刻ｔ₄はアクセル操作（操作量が１００％未満）を行っているにもかかわらずトルク不足のためフォークリフトが登坂路で停止している状態で、アクセル操作の操作量を１００％にした時刻であり、時刻ｔ₅はトルク制限値がトルク指令値になった時刻であり、時刻ｔ₆はオートトルクアップが行われた時刻であり、時刻ｔ₇はアクセル操作の操作量が１００％未満になった時刻である。同図に示すように、従来の走行制御装置２０では、時刻ｔ₆でオートトルクアップが行われると、トルク指令値とともにフォークリフトの走行速度が急激に増加し、時刻ｔ₇でアクセル操作の操作量が１００％未満になると、トルク指令値とともにフォークリフトの走行速度が急激に減少する。すなわち、上記走行制御装置２０では、登坂時に走行速度を制御することができなかった。

本発明は、上記の事情を鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、走行抵抗に影響されることなく加速度を一定に保つことができ、さらに、登坂時において走行速度を制御することができる走行制御装置および該装置を備えたフォークリフトを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る走行制御装置は、アクセル操作および前後進切り替え操作に応じて走行輪を駆動するモータに対するトルク指令値と、目標速度とが決定され、該目標速度で走行するよう構成された車両の走行制御装置であって、モータの回転数を検出する回転数検出手段と、回転数検出手段により検出された回転数から走行速度を算出し、該走行速度と目標速度との偏差がゼロになるように第１トルク指令値を算出する第１トルク指令値算出手段と、車両の加速度とあらかじめ設定された正の加速度制限値との偏差がゼロになるように第２トルク指令値を算出する第２トルク指令値算出手段と、車両の加速度とあらかじめ設定された負の加速度制限値との偏差がゼロになるように第３トルク指令値を算出する第３トルク指令値算出手段と、第１ないし第３トルク指令値を比較して、第１トルク指令値が第２トルク指令値以上の場合は、第２トルク指令値をトルク指令値とし、第１トルク指令値が第２トルク指令値よりも小さく第３トルク指令値よりも大きい場合は、第１トルク指令値をトルク指令値とし、第１トルク指令値が第３トルク指令値以下の場合は、第３トルク指令値をトルク指令値とするトルク指令値決定手段と、を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、加速時および減速時にトルク指令値となり得る第２（または第３）トルク指令値が、車両の加速度と正（または負）の加速度制限値との偏差がゼロになるように算出される。このため、減速時の走行抵抗に応じてトルク指令値が減少し、加速時の走行抵抗に応じてトルク指令値が増加することによって、加速度を一定に保つことができる。

さらに、この構成によれば、トルクについては特に制限を設けていないので、車両の加速度が正および負の加速度制限値の範囲内であれば、トルク指令値をモータの特性によって決まる最大トルク制限値まで増加させることができる。これにより、登坂時において、走行速度を通常走行時と同様に制御することができる。

上記正および負の加速度制限値は、少なくとも走行中に前後進切り替え操作が行われてから車両の走行方向が切り替わるまでの間、第２トルク指令値または第３トルク指令値がトルク指令値となるように設定されていることが好ましい。

この構成によれば、前後進切り替え操作が行われてから走行速度が目標速度に到達するまでの間、走行抵抗が考慮された第２トルク指令値または第３トルク指令値がトルク指令値となるので、加速時の加速度と減速時の加速度とを等しくすることができる。

上記正の加速度制限値は、アクセル操作の操作量が大きいほど大きくなるように設定され、上記負の加速度制限値は、アクセル操作の操作量が大きいほど小さくなるように設定されてもよい。また、上記加速度は、走行速度から算出してもよい。

この構成によれば、アクセル操作の操作量に応じた加速度制限値を設定することができるので、走行抵抗の大小や登坂路の傾斜状態等によって加速度制限値を適切に変更することができる。

また、上記課題を解決するために、本発明に係るフォークリフトは、上記走行制御装置を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、走行抵抗に影響されることなく加速度を一定に保つことができ、さらに、登坂時において走行速度を制御することができる走行制御装置および該装置を備えたフォークリフトを提供することができる。

本発明に係るフォークリフトを示す斜視図である。本発明に係る走行制御装置を示すブロック図である。前後進切り替え操作時における本発明に係るフォークリフトの加速度、走行速度、およびトルク指令値の時間変化を示す図である。前後進切り替え操作時における本発明に係るフォークリフトのトルク指令値の時間変化を示す図である。登坂時における本発明に係るフォークリフトの走行速度およびトルク指令値の時間変化を示す図である。従来の走行制御装置を示すブロック図である。前後進切り替え操作時における従来のフォークリフトの加速度、走行速度、およびトルク指令値の時間変化を示す図である。登坂時における従来のフォークリフトの走行速度およびトルク指令値の時間変化を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る走行制御装置およびフォークリフトの好まし
い実施形態について説明する。

本実施形態に係る走行制御装置１０は、例えば、図１に示すようなリーチ型のフォークリフト１に備えられている。同図に示すように、フォークリフト１は、前後にスライドするマスト２と、マスト２に設けられたリフトシリンダ４と、リフトシリンダ４と不図示のオイルタンクとの間を作動油が通流することによりマスト２に沿って昇降するフォーク３と、車体後方に配置された走行輪５とを備える。

また、フォークリフト１の内部には走行制御装置１０が備えられ、運転席にはアクセル操作および前後進切り替え操作を行うための不図示の速度指令手段および前後進切り替え手段が備えられている。前後進切り替え手段は、フォークリフト１の走行モードを前進モードと後進モードとに切り替え、速度指令手段は、アクセル操作の操作量と前後進切り替え操作（走行モード）に応じた目標速度を決定する。なお、速度指令手段および前後進切り替え手段は、例えば、一体型のレバーであるが、これに限らず、速度指令手段と前後進切り替え手段とが別体であってもよい。

図２は、本実施形態に係る走行制御装置１０とその周辺部材のブロック図である。同図に示すように、走行制御装置１０は、第１トルク指令値算出手段１１と、第２トルク指令値算出手段１２と、第３トルク指令値算出手段１３と、トルク指令値決定手段１４と、モータ１６を駆動するインバータ１５と、モータ１６の回転数ωを検出する不図示の回転数検出手段と、を備えている。

第１トルク指令値算出手段１１は、回転数検出手段により検出されたモータ１６の回転数ωから走行速度を算出し、該走行速度と目標速度との偏差がゼロになるように第１トルク指令値を算出する。

第２トルク指令値算出手段１２は、フォークリフト１の走行モードが前進モードのときは、モータ１６の回転数ωから算出された走行速度を微分することにより算出されたフォークリフト１の加速度と、あらかじめ設定された正の加速度制限値との偏差がゼロになるように第２トルク指令値を算出する。また、第２トルク指令値算出手段１２は、フォークリフト１の走行モードが後進モードのときは、後述する比較器１４ａにおいて必ず第１トルク指令値が出力されるように、第１トルク指令値よりもはるかに大きい一定の値を第２トルク指令値として算出する。

第３トルク指令値算出手段１３は、フォークリフト１の走行モードが前進モードのときは、後述する比較器１４ｂにおいて必ず第１トルク指令値または第２トルク指令値がトルク指令値として出力されるように、第１トルク指令値および第２トルク指令値よりもはるかに小さい一定の値を第３トルク指令値として算出する。また、第３トルク指令値算出手段１３は、フォークリフト１の走行モードが後進モードのときは、フォークリフト１の加速度と、あらかじめ設定された負の加速度制限値との偏差がゼロになるように第３トルク指令値を算出する。

トルク指令値決定手段１４は、二つの比較器１４ａ、１４ｂから構成されている。比較器１４ａは、第１トルク指令値と第２トルク指令値とを比較して小さい方の値を出力し、比較器１４ｂは、比較器１４ａから出力された値と第３トルク指令値とを比較して大きい方の値をトルク指令値として出力する。すなわち、トルク指令値決定手段１４は、第１トルク指令値が第２トルク指令値以上の場合は、第２トルク指令値をトルク指令値とし、第１トルク指令値が第２トルク指令値よりも小さく第３トルク指令値よりも大きい場合は、第１トルク指令値をトルク指令値とし、第１トルク指令値が第３トルク指令値以下の場合は、第３トルク指令値をトルク指令値とする。

正および負の加速度制限値は、アクセル操作の操作量に応じて増減するように設定されている。具体的には、正の加速度制限値は、アクセル操作の操作量が大きいほど大きくなるように設定され、負の加速度制限値は、アクセル操作の操作量が大きいほど小さくなる（絶対値が大きくなる）ように設定されている。このため、アクセル操作の操作量を調節することで、走行抵抗の大小や登坂路の傾斜状態等に応じた加速度制限値を設定することができる。

また、正および負の加速度制限値は、少なくとも走行中に前後進切り替え操作が行われてからフォークリフト１の走行方向が切り替わるまでの間、第２トルク指令値または第３トルク指令値がトルク指令値となるように設定されている。

図３は、前進中に前後進切り替え操作が行われた場合におけるフォークリフト１の加速度、走行速度、およびトルク指令値の時間変化を示す図である。同図において、時刻ｔ₁は前後進切り替え操作が行われた時刻であり、時刻ｔ₂はフォークリフト１の走行方向が前進から後進に切り替わった時刻であり、時刻ｔ₃はフォークリフト１の走行速度が目標速度ｖ₂に到達した時刻である。

時刻ｔ₀〜ｔ₁間は、フォークリフト１がアクセル操作の操作量に応じた目標速度ｖ₁で前進しているので、走行モードは前進モードとなり、加速度はゼロとなる。このため時刻ｔ₀〜ｔ₁間は、図４に示すように、第１トルク指令値はゼロに近い値となり、第２トルク指令値は正の加速度制限値とゼロとの偏差に応じた正の値となり、第３トルク指令値は第１トルク指令値および第２トルク指令値よりもはるかに小さい一定の値となる。これにより、トルク指令値決定手段１４では、比較器１４ａが、第１トルク指令値と第２トルク指令値とを比較して第１トルク指令値を出力し、比較器１４ｂが、第１トルク指令値と第３トルク指令値とを比較して第１トルク指令値をトルク指令値として出力する。

時刻ｔ₁において前後進切り替え操作が行われ、走行モードが前進モードから後進モードに切り替わると、アクセル操作の操作量に応じた目標速度ｖ₂が決定される。目標速度ｖ₂が決定されると、第１トルク指令値は、目標速度ｖ₂と目標速度ｖ₁との偏差に応じた値となるため、急激に小さくなり（絶対値が大きくなり）、第３トルク指令値よりも小さくなる。このため、トルク指令値決定手段１４では、比較器１４ｂが第３トルク指令値をトルク指令値として出力し始める。

トルク指令値が第１トルク指令値から第３トルク指令値に変わると、フォークリフト１の加速度が負の加速度制限値ａ₁を超えようとする。しかしながら、第３トルク指令値算出手段１３は、フォークリフト１の加速度と負の加速度制限値ａ₁との偏差がゼロになるような第３トルク指令値を算出し、この第３トルク指令値がトルク指令値として出力されるので、フォークリフト１の加速度は負の加速度制限値ａ₁と同じ値に落ち着く。

時刻ｔ₁〜ｔ₂間は、フォークリフト１が目標速度ｖ₂に向けて加速度ａ₁で減速しながら前進している。このため時刻ｔ₁〜ｔ₂間においては、第１トルク指令値が一定の割合で大きく（絶対値が小さく）なり、第２トルク指令値が第１トルク指令値よりもはるかに大きい一定の値となり、第３トルク指令値が負の加速度制限値と加速度ａ₁との偏差に応じた負の値であって第１トルク指令値よりも大きな値となる。このため、トルク指令値決定手段１４では、比較器１４ｂが第３トルク指令値をトルク指令値Ｔ₁として出力し続ける。

時刻ｔ₂においてフォークリフト１の走行方向が前進から後進に切り替わると、モータ１６や走行輪５の摩擦力等の走行抵抗が、フォークリフト１の加速を妨げる方向に働くため、フォークリフト１の加速度ａ₁は大きく（絶対値が小さく）なろうとする。しかしながら、本発明に係る走行制御装置１０では、第３トルク指令値算出手段１３が、フォークリフト１の加速度と負の加速度制限値ａ₁との偏差がゼロになるような第３トルク指令値を算出し、この第３トルク指令値がトルク指令値Ｔ₂として出力されるので、フォークリフト１の加速度は負の加速度制限値ａ₁と同じ値になる。このように、本発明に係る走行制御装置１０では、加速時（時刻ｔ₂〜ｔ₃間）におけるトルク指令値Ｔ₂が、減速時（時刻ｔ₁〜ｔ₂間）におけるトルク指令値Ｔ₁よりも小さく（絶対値が大きく）なることにより、時刻ｔ₁〜ｔ₃間の加速度ａ₁が実質的に一定に保たれる。

なお、時刻ｔ₂〜ｔ₃間は、フォークリフト１が目標速度ｖ₂に向けて加速度ａ₁で加速しているので、フォークリフト１の速度と目標速度ｖ₂の偏差に応じた第１トルク指令値はゼロに近づいていく。このため、厳密に言えば、フォークリフト１が目標速度ｖ₂に到達するよりも前に、第１トルク指令値は第３トルク指令値よりも大きくなり、トルク指令値決定手段１４では、比較器１４ｂが第１トルク指令値をトルク指令値として出力し始める。

図５は、登坂時におけるフォークリフト１の走行速度およびトルク指令値の時間変化を示す図である。同図において、時刻ｔ₄はアクセル操作を行っているにもかかわらずトルク不足のためフォークリフトが登坂路で停止している状態で、アクセル操作の操作量を大きくした時刻であり、時刻ｔ₅はフォークリフト１が登坂を開始した時刻である。本発明に係る走行制御装置１０では、トルクについては特に制限を設けていないので、アクセル操作が行われると、フォークリフト１の加速度が正または負の加速度制限値の範囲内であれば、トルク指令値をモータ１６の特性によって決まる最大トルク制限値までリニアに増加または減少させることができる。このため、本発明に係る走行制御装置１０では、登坂時においても、フォークリフト１の走行速度を制御することができる。

以上、本発明に係る走行制御装置、およびフォークリフトの好ましい実施形態について
説明してきたが、本発明はこれらの構成に限定されるものではない。

例えば、上記実施形態では、フォークリフト１の加速度をモータ１６の回転数ωから算出された走行速度を微分することにより算出したが、加速度センサを設けてフォークリフト１の加速度を直接検出してもよい。

また、上記実施形態では、本発明に係る走行制御装置１０を備えた車両として、リーチ型のフォークリフト１を例に挙げて説明したが、本発明に係る走行制御装置１０は、リーチ型以外のフォークリフトや、走行輪の駆動がモータで行われるその他の車両にも適用することができる。

１フォークリフト
２マスト
３フォーク
４リフトシリンダ
５走行輪
１０走行制御装置
１１第１トルク指令値算出手段
１２第２トルク指令値算出手段
１３第３トルク指令値算出手段
１４トルク指令値決定手段
１５インバータ
１６モータ

Claims

アクセル操作および前後進切り替え操作に応じて走行輪を駆動するモータに対するトルク指令値と、目標速度とが決定され、該目標速度で走行するよう構成された車両の走行制御装置であって、
前記モータの回転数を検出する回転数検出手段と、
前記回転数検出手段により検出された回転数から走行速度を算出し、該走行速度と前記目標速度との偏差がゼロになるように第１トルク指令値を算出する第１トルク指令値算出手段と、
前記車両の加速度とあらかじめ設定された正の加速度制限値との偏差がゼロになるように第２トルク指令値を算出する第２トルク指令値算出手段と、
前記車両の加速度とあらかじめ設定された負の加速度制限値との偏差がゼロになるように第３トルク指令値を算出する第３トルク指令値算出手段と、
前記第１ないし第３トルク指令値を比較して、前記第１トルク指令値が前記第２トルク指令値以上の場合は、前記第２トルク指令値を前記トルク指令値とし、前記第１トルク指令値が前記第２トルク指令値よりも小さく第３トルク指令値よりも大きい場合は、前記第１トルク指令値を前記トルク指令値とし、前記第１トルク指令値が前記第３トルク指令値以下の場合は、前記第３トルク指令値を前記トルク指令値とするトルク指令値決定手段と、
を備えたことを特徴とする走行制御装置。
前記正および負の加速度制限値は、少なくとも走行中に前記前後進切り替え操作が行われてから前記車両の走行方向が切り替わるまでの間、前記第２トルク指令値または前記第３トルク指令値が前記トルク指令値となるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の走行制御装置。
前記正の加速度制限値は、前記アクセル操作の操作量が大きいほど大きくなるように設定され、
前記負の加速度制限値は、前記アクセル操作の操作量が大きいほど小さくなるように設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の走行制御装置。
前記加速度は、前記走行速度から算出されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の走行制御装置。
請求項１ないし４のいずれかに記載の走行制御装置を備えたことを特徴とするフォークリフト。