JP5128871B2 - ハイブリッド型荷役車両の荷役制御方法及び装置 - Google Patents

Description

この発明は、ハイブリッド型荷役車両の荷役制御方法及び装置に係り、特にエンジンと発電機と荷役ポンプとが同軸上に連結されたハイブリッド型荷役車両の荷役制御方法及び装置に関する。

エンジンと発電機と荷役ポンプとが同軸上に連結された、いわゆる荷役パラレル方式のハイブリッド型フォークリフトにおいては、所望の荷役速度を実現しながらバッテリの充放電量を調整するために、エンジン回転数は所望の荷役速度を実現するのに十分な回転数に制御されている。
例えば、特許文献１に記載された荷役パラレル方式ハイブリッド型フォークリフトでは、各エンジン回転数毎にエンジン効率の優れた動作点でエンジンが運転制御され、エンジンの駆動力がクラッチを介して発電機に伝達され、発電機で発生した電力を逐次バッテリに蓄積すると共に、エンジンの駆動軸の回転に伴い荷役ポンプが常時駆動されて荷役バルブに作動油を送出している。

特開２００５−２９８１６３号公報

例えば、図３に示されるように、個々のエンジンは、それぞれ固有の最適効率曲線Ｃを有しているが、一般に、エンジン回転数が低い動作点では、エンジン回転数が高い動作点よりもエンジン効率が低いことが知られている。従来、低速の荷役速度時にあっては、例えば図３の動作領域Ａ１のように、荷役速度に合わせて低い回転数でエンジンを運転していたため、エンジン効率が低下してしまうという問題点があった。
この発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、所望の荷役速度を実現しながらもエンジン効率の向上を図ることができるハイブリッド型荷役車両の荷役制御方法及び装置を提供することを目的とする。

この発明に係るハイブリッド型荷役車両の荷役制御方法は、エンジンと発電機と荷役ポンプとが同軸上に連結されると共に荷役ポンプに荷役バルブが接続されたハイブリッド型荷役車両の荷役制御方法において、最適な効率でエンジンが運転される最適エンジン回転数を予め算出し、算出された最適エンジン回転数における荷役レバーポジションと荷役バルブ開度との対応関係を記憶し、エンジンを前記最適エンジン回転数で駆動し、荷役レバーポジションを入力し、記憶されている荷役レバーポジションと荷役バルブ開度との対応関係に基づき、入力された荷役レバーポジションに対する荷役バルブ開度を決定し、決定された荷役バルブ開度に荷役バルブを制御する方法である。

なお、最適なエンジン回転数は、所望の荷役速度を実現するのに十分な回転数の範囲内で最適なエンジン効率が得られる回転数である。

この発明に係るハイブリッド型荷役車両の荷役制御装置は、エンジンと発電機と荷役ポンプとが同軸上に連結されると共に荷役ポンプに荷役バルブが接続されたハイブリッド型荷役車両の荷役制御装置において、荷役レバーポジションを検出する荷役レバーポジションセンサと、最適な効率でエンジンが運転される最適エンジン回転数における荷役レバーポジションと荷役バルブ開度との対応関係を記憶する記憶手段と、エンジンを最適エンジン回転数で駆動するエンジン駆動手段と、記憶手段に記憶されている荷役レバーポジションと荷役バルブ開度との対応関係に基づき、荷役レバーポジションセンサにより検出された荷役レバーポジションに対する荷役バルブ開度を決定するバルブ開度決定手段と、バルブ開度決定手段で決定された荷役バルブ開度に荷役バルブを制御するバルブ制御手段とを備えたものである。

なお、記憶手段は、所望の荷役速度を実現するのに十分な回転数の範囲内で最適なエンジン効率が得られる回転数を最適エンジン回転数として、この最適エンジン回転数における荷役レバーポジションと荷役バルブ開度との対応関係を記憶することができる。

この発明によれば、最適エンジン回転数における荷役レバーポジションと荷役バルブ開度との対応関係を記憶し、この対応関係に基づいて荷役レバーポジションに対する荷役バルブ開度を決定するので、所望の荷役速度を実現しながらもエンジン効率の向上を図ることが可能となる。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に実施の形態に係る荷役制御装置を備えたハイブリッド型フォークリフトの構成を示す。エンジン１の駆動軸にクラッチ２を介して発電機３が連結され、発電機３の回転軸に荷役ポンプ４が直結されている。この荷役ポンプ４に荷役バルブ５を介して荷役シリンダ６が接続されると共に、荷役ポンプ４と荷役バルブ５に作動油タンク７が接続されている。
また、発電機３に発電機インバータ８を介してバッテリ９が電気的に接続されている。バッテリ９には、走行インバータ１０を介して走行モータ１１が電気的に接続され、走行モータ１１に走行装置１２が連結されている。

そして、エンジン１、クラッチ２、荷役バルブ５、発電機インバータ８及び走行インバータ１０にＥＣＵ１３が電気的に接続されている。さらに、フォークリフトには、アクセルポジションセンサ１４、荷役レバーポジションセンサ１５、エンジン回転数センサ１６、発電機回転数センサ１７、走行モータ回転数センサ１８、バッテリ電力センサ１９等のセンサ及びスイッチが配設されており、これらのセンサ及びスイッチがそれぞれＥＣＵ１３に電気的に接続されている。
なお、ＥＣＵ１３は、フォークリフト全体のシステム制御を司るもので、この発明の記憶手段、エンジン駆動手段、バルブ開度決定手段、及びバルブ制御手段を構成している。

エンジン１は、ＥＣＵ１３から与えられるエンジン出力指令値Ｓｅに基づいて駆動されると共に、その駆動軸がクラッチ２を介して発電機３の回転軸と連結されており、クラッチ２を断接制御することによりエンジン１と発電機３との間で動力の断接が行われる。
発電機３は、エンジン１によって駆動されて発電を行い、バッテリ９への蓄電を行うが、バッテリ９から発電機インバータ８を介して駆動電力が供給されると、電動機として回転軸を回転駆動する。

通常、クラッチ２は接続状態とされ、発電機３が発電機として動作する場合は、エンジン１が発電機３と荷役ポンプ４の駆動源となる。一方、発電機３が電動機として動作する場合には、エンジン１と発電機３が荷役ポンプ４の駆動源となる。ただし、クラッチ２を切断状態にすると共に発電機３を電動機として動作させると、発電機３のみを荷役ポンプ４の駆動源とすることもできる。クラッチ２の断接制御はＥＣＵ１３からの制御信号によって行われる。

バッテリ９は、発電機３によって発電された電気を蓄積すると共に、フォークリフトの走行動作や荷役動作のために、必要に応じて適宜駆動電力を供給する。バッテリ９への蓄電及びバッテリ９からの放電は、ＥＣＵ１３に接続された発電機インバータ８及び走行インバータ１０を介して行われる。

フォークリフトの荷役作業は、荷役ポンプ４と、図示しないフォークを昇降させる荷役シリンダ６と、荷役ポンプ４から作動油を荷役シリンダ６に適宜分配するための荷役バルブ５を介して行われる。
また、フォークリフトの走行動作は、走行モータ１１と、走行モータ１１によって駆動される走行装置１２とにより行われる。走行モータ１１は、走行インバータ１０を介してバッテリ９から供給される駆動電力により駆動される。なお、走行減速時には走行モータ１１により回生電力が発生し、この回生電力が走行インバータ１０を介してバッテリ９に蓄積されるように構成されている。

次に、この実施の形態に係る荷役制御装置の動作について図２のフローチャートを参照して説明する。
まず、ステップＳ１で、ＥＣＵ１３は、各種の効率マップから最適な効率でエンジンが運転される最適エンジン回転数Ｒｅ及び最適エンジントルクＴｅを予め算出する。例えば、図３に示されるエンジン効率マップにおいて、エンジン効率がもっとも高くなる最適動作点Ｐを求め、最適動作点Ｐにおける回転数及びトルクをそれぞれ最適エンジン回転数Ｒｅ及び最適エンジントルクＴｅとする。

このとき、エンジン効率だけでなく、発電機３の効率及び発電機インバータ８の効率のすべてを考慮した最適動作点を求めてもよい。同様に、エンジン１の効率、発電機３の効率、発電機インバータ８の効率及びバッテリ９の充放電効率のすべてを考慮した最適動作点を求めることもできる。さらに、ハイブリッド型フォークリフトのシステム全体の損失を最小とする最適動作点を求めてもよい。

次に、ステップＳ２で、ＥＣＵ１３は、最適エンジン回転数Ｒｅでエンジン１が駆動され、それに伴って荷役ポンプ４が駆動されたときの、荷役レバーポジションと荷役バルブ５の開度との対応関係を求めて記憶する。この対応関係は、例えば、マップの形式でＥＣＵ１３内に記憶することができる。

ＥＣＵ１３は、続くステップＳ３で、エンジン１にエンジン出力指令値Ｓｅを出力することによりエンジン１を最適エンジン回転数Ｒｅ及び最適エンジントルクＴｅで駆動し、ステップＳ４で、荷役レバーポジションセンサ１５からの信号に基づき、荷役レバーポジションを入力する。
このようにして荷役レバーポジションを入力すると、ＥＣＵ１３は、ステップＳ５で、既に記憶されている荷役レバーポジションと荷役バルブ５の開度との対応関係に基づき、入力された荷役レバーポジションに対する荷役バルブ５の開度を決定する。

さらに、ステップＳ６で、ＥＣＵ１３は、荷役バルブ５に開度指令値Ｓｖを出力することにより荷役バルブ５を決定された開度に制御する。
これにより、開度指令値Ｓｖによる開度を有する荷役バルブ５から荷役シリンダ６へ作動油が送られ、図示しないフォークが所望の速度で荷役動作することとなる。
なお、荷役作業を行わない場合には、作動油は荷役バルブ５を通過し、作動油タンク７に還流する。

このように、エンジン１を最適エンジン回転数Ｒｅ及び最適エンジントルクＴｅで駆動しながら、荷役レバーポジションセンサ１５から入力された荷役レバーポジションに対応する荷役バルブ開度となるように荷役バルブ５を制御するので、エンジン効率の向上と所望の荷役速度の双方を実現することが可能となる。
なお、荷役ポンプ４の駆動トルクに対してエンジントルクが余剰エネルギーを発生する場合は、発電機３で生成された電力を発電機インバータ８を介してバッテリ９に蓄積することにより、その余剰エネルギーが回収される。
これにより、常に図３の動作領域Ａ２のように効率の優れた領域でエンジン１を駆動しながら、荷役作業を行うことが可能となる。

一方、フォークリフトを走行させる場合には、ＥＣＵ１３は、アクセルポジションセンサ１４からの信号に基づき、走行インバータ１０を介してバッテリ９からアクセルの踏み量に応じた駆動電力を走行モータ１１に供給する。この駆動電力によって走行モータ１１が駆動し、走行モータ１１に連結された走行装置１２により走行動作が行われる。

なお、バッテリ９の電力は、バッテリ電力センサ１９からの信号に基づいてＥＣＵ１３により監視されるが、エンジン１を回転数制御しながら発電機３をトルク制御することにより、あるいは、発電機３を回転数制御しながらエンジン１を出力制御することによりバッテリ９への充放電が制御される。

なお、上記の実施の形態では、バッテリ９に蓄積された電力により走行モータ１１を駆動する、いわゆる走行シリーズ方式のハイブリッド型フォークリフトを例にとって説明したが、エンジンの動力で走行モータを駆動する、いわゆる走行パラレル方式のハイブリッド型フォークリフトにこの発明を適用することもできる。
また、上記の実施の形態では、エンジン１と発電機３との間にクラッチ２が介在していたが、これに限るものではなく、クラッチ２を省略してエンジン１に発電機３を直結することもできる。
この発明は、従来のハイブリッド型フォークリフトに新たな構成部品を追加することなく、ＥＣＵ１３内の制御ロジックを変更するだけで済むため、低コストで実現することができる。
また、この発明は、フォークリフトに限らず、エンジンと発電機と荷役ポンプとが同軸上に連結された各種のハイブリッド型荷役車両に適用することができる。

この発明の実施の形態に係る荷役制御装置を備えたハイブリッド型フォークリフトの構成を示すブロック図である。 実施の形態における荷役制御方法を示すフローチャートである。 エンジン効率マップを示す図である。

符号の説明

１ エンジン、２ クラッチ、３ 発電機、４ 荷役ポンプ、５ 荷役バルブ、６ 荷役シリンダ、７ 作動油タンク、８ 発電機インバータ、９ バッテリ、１０ 走行インバータ、１１ 走行モータ、１２ 走行装置、１３ ＥＣＵ、１４ アクセルポジションセンサ、１５ 荷役レバーポジションセンサ、１６ エンジン回転数センサ、１７ 発電機回転数センサ、１８ 走行モータ回転数センサ、１９ バッテリ電力センサ。

Claims (4)

1. エンジンと発電機と荷役ポンプとが同軸上に連結されると共に荷役ポンプに荷役バルブが接続されたハイブリッド型荷役車両の荷役制御方法において、
   最適な効率でエンジンが運転される最適エンジン回転数を予め算出し、
   算出された最適エンジン回転数における荷役レバーポジションと荷役バルブ開度との対応関係を記憶し、
   エンジンを前記最適エンジン回転数で駆動し、
   荷役レバーポジションを入力し、
   記憶されている荷役レバーポジションと荷役バルブ開度との対応関係に基づき、入力された荷役レバーポジションに対する荷役バルブ開度を決定し、
   決定された荷役バルブ開度に荷役バルブを制御する
   ことを特徴とするハイブリッド型荷役車両の荷役制御方法。
2. 前記最適エンジン回転数は、所望の荷役速度を実現するのに十分な回転数の範囲内で最適なエンジン効率が得られる回転数である請求項１に記載の荷役制御方法。
3. エンジンと発電機と荷役ポンプとが同軸上に連結されると共に荷役ポンプに荷役バルブが接続されたハイブリッド型荷役車両の荷役制御装置において、
   荷役レバーポジションを検出する荷役レバーポジションセンサと、
   最適な効率でエンジンが運転される最適エンジン回転数における荷役レバーポジションと荷役バルブ開度との対応関係を記憶する記憶手段と、
   前記エンジンを前記最適エンジン回転数で駆動するエンジン駆動手段と、
   前記記憶手段に記憶されている荷役レバーポジションと荷役バルブ開度との前記対応関係に基づき、前記荷役レバーポジションセンサにより検出された荷役レバーポジションに対する荷役バルブ開度を決定するバルブ開度決定手段と、
   前記バルブ開度決定手段で決定された荷役バルブ開度に前記荷役バルブを制御するバルブ制御手段と
   を備えたことを特徴とするハイブリッド型荷役車両の荷役制御装置。
4. 前記記憶手段は、所望の荷役速度を実現するのに十分な回転数の範囲内で最適なエンジン効率が得られる回転数を前記最適エンジン回転数として、この最適エンジン回転数における荷役レバーポジションと荷役バルブ開度との対応関係を記憶する請求項３に記載の荷役制御装置。

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