JP6282108B2 - 電動フォークリフト用モータ駆動装置およびそれを用いたフォークリフト - Google Patents

Description

本発明は、電動フォークリフト用のモータ駆動装置に関する。

産業車両のひとつに、電池を動力源とする電動フォークリフトがある。電動フォークリフト（以下単にフォークリフトとも称する）は、走行用車輪（駆動輪）である前輪に動力を伝達する走行モータと、転舵輪である後輪の転舵角（操舵角）を制御する油圧ポンプに動力を伝達する油圧アクチュエータ用モータ（ステアリングモータ）と、昇降体を制御する油圧ポンプに動力を伝達する油圧アクチュエータ用モータ（荷役モータ）と、走行モータ、ステアリングモータ、荷役モータそれぞれを駆動する電力変換装置を備える。

特開２００５−１８４９７８号公報

フォークリフトは、あらかじめ定められた車線を走行する一般車両と異なり、自由な空間において大きな転舵角、つまり小さな回転半径で使用されるケースが多く、また、路面状態が悪いフィールドで使用されることも想定される。かかる事情に加えて車両前方に重い荷物を搭載するというその構造的特性から、フォークリフトは、走行中、特に加速時や減速時に、ピッチ軸（左右方向軸）周りに車体が前後に揺動するピッチングという現象が起こる。ピッチングは運転者に不快感を与えるばかりでなく、それが原因で、横滑り、荷崩れ等が発生する恐れもある。

本発明者は、ピッチングの抑制について検討した結果、以下の課題を認識するに至った。フォークリフトの重心位置は、荷物の重量、あるいは荷物の高さなど、さまざまな要因に応じて変化する。重心位置を考慮せずに、ピッチングの抑制制御を行うと、重心位置に応じてある状況においては制御過多となり、ある状況においては制御不足となりうる。なおかかる認識を当業者の一般的な技術常識ととらえてはならない。

本発明はかかる状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、さまざまな状況下で、ピッチングを抑制可能なフォークリフトの走行モータの駆動装置の提供にある。

本発明のある態様は、電動フォークリフトに搭載され、駆動輪に動力を伝達する走行モータを制御するモータ駆動装置に関する。モータ駆動装置は、走行モータのトルクを指示するトルク指令値を生成するトルク指令値生成部と、電動フォークリフトの車体のピッチ軸周りのピッチ角加速度を検出するピッチング検出部と、電動フォークリフトの状態に応じて第１係数を設定する係数設定部と、ピッチング検出部により検出されたピッチ角加速度に第１係数を乗算し、第１補正値を生成する第１乗算器と、トルク指令値に、第１補正値を合成するピッチング補正部と、を備える。

この態様によると、ピッチ軸周りの角加速度にもとづいて、走行モータのトルクを補正することにより、ピッチングを抑制することができる。また、第１係数（ゲイン）を、フォークリフトの状態に応じて適応的に変化させることにより、係数を固定した場合に起こる問題を解決できる。

ピッチング検出部は、ピッチ角加速度に加えて、電動フォークリフトの車体のピッチ軸周りのピッチ角速度を検出し、モータ駆動装置は、ピッチング検出部により検出されたピッチ角速度に第２係数を乗算し、第２補正値を生成する第２乗算器をさらに備えてもよい。ピッチング補正部は、トルク指令値に、第１補正値および第２補正値を合成してもよい。
ピッチ軸周りの角加速度に加えて、ピッチ軸周りの角速度にもとづいて、左右の走行モータのトルクを補正することにより、より適切にピッチングを抑制することができる。

係数設定部は、電動フォークリフトの状態に応じて第２係数を設定してもよい。第１係数に加えて第２係数も、電動フォークリフトの状態に応じて適応的に変化させることにより、係数を固定した場合に起こる問題を解決できる。

本発明の別の態様もまた、モータ駆動装置である。モータ駆動装置は、走行モータのトルクを指示するトルク指令値を生成するトルク指令値生成部と、電動フォークリフトの車体のピッチ軸周りのピッチ角速度を検出するピッチング検出部と、電動フォークリフトの状態に応じて第２係数を設定する係数設定部と、ピッチング検出部により検出されたピッチ角速度に第２係数を乗算し、第２補正値を生成する第２乗算器と、トルク指令値に、第２補正値を合成するピッチング補正部と、を備える。

この態様によると、ピッチ軸周りの角速度にもとづいて、左右の走行モータのトルクを補正することにより、適切にピッチングを抑制することができる。また、第２係数を、フォークリフトの状態に応じて適応的に変化させることにより、係数を固定した場合に起こる問題を解決できる。

係数設定部は、電動フォークリフトの状態として、電動フォークリフトの重心位置およびイナーシャの少なくとも一方と相関を有する情報を受け、係数に反映させてもよい。
これにより、電動フォークリフトの重心位置に応じて係数を適切に設定できる。

係数設定部は、電動フォークリフトの状態として、フォークの高さを検出する揚高センサからの検出値を受けてもよい。フォークの高さ、言い換えれば荷物の高さを検出することにより、重心の上下方向の移動およびイナーシャの変化を、ピッチング制御に反映させることができる。

係数設定部は、電動フォークリフトの状態として、フォークに積載される荷物の重量を検出する荷重センサからの検出値を受けてもよい。
荷物の重量を検出することにより、重心の前後方向の移動およびイナーシャの変化を、ピッチング制御に反映させることができる。

ピッチング検出部は、ピッチ角速度を検出するジャイロセンサを含んでもよい。

電動フォークリフトは、左駆動輪と右駆動輪それぞれに動力を伝達する左走行モータおよび右走行モータを備えてもよい。モータ駆動装置は、電動フォークリフトの目標速度を示す速度指令値にもとづいて左走行モータおよび右走行モータを制御するものであり、トルク指令値生成部は、速度指令値、転舵角、左走行モータの現在の速度を示す左速度検出値および右走行モータの現在の速度を示す右速度検出値にもとづき、左走行モータのトルクを指示する左トルク指令値および右走行モータのトルクを指示する右トルク指令値を生成するよう構成され、ピッチング補正部は、左トルク指令値および右トルク指令値それぞれを補正してもよい。

ピッチング検出部は、左速度検出値および右速度検出値にもとづき、車体の加速度、または車輪の角加速度を示す加速度検出値を生成する第２演算部と、左トルク指令値および右トルク指令値にもとづき、車体の合成加速度、または車輪の角加速度を指示する合成加速度指令値を生成する第３演算部と、加速度検出値と合成加速度指令値の差分に応じて、ピッチ角速度の推定値を生成する第４演算部と、ピッチ角速度の推定値を微分し、ピッチ角加速度を生成する第１演算部と、を含んでもよい。
ピッチングは、トルクの指令に対して、実際の車体の挙動が遅れた場合に発生する。この態様によれば、左右の速度検出値から、現在の車体の加速度を計算し、左右のトルク指令値から、車体の加速度（トルク）の目標値を計算し、それらの差分を計算することにより、ピッチングの大きさを推定することができ、高価なジャイロセンサが不要となる。

ある態様のモータ駆動装置は、トルク指令値を所定のトルクリミットカーブに応じて定まる上限値以下に制限するトルクリミット部をさらに備えてもよい。ピッチング補正部は、トルクリミット部の後段に設けられてもよい。
トルクリミット部より前段では、トルク指令値は上限値より高い場合が多いため、トルクリミット部の前段でピッチング補正を行っても、最終的なトルク指令に反映されない可能性がある。そこでピッチング補正部をトルクリミット部の後段に設けることにより、補正値を確実に実際のトルクに反映させることができる。

本発明の別の態様は、フォークリフトに関する。フォークリフトは、駆動輪と、駆動輪に動力を伝達する走行モータと、走行モータを駆動する上述のいずれかのモータ駆動装置と、を備える。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、さまざまな状況下においてピッチングを抑制できる。

フォークリフトの外観を示す斜視図である。 フォークリフトの操縦パネルの一例を示す図である。 デュアルモータ式のフォークリフトの電気系統、機械系統の構成を示すブロック図である。 図４（ａ）、（ｂ）は、デュアルモータ式のフォークリフトを模式的に示す図である。 実施の形態にモータ駆動装置の構成を示すブロック図である。 図６（ａ）〜（ｃ）は、フォークリフトの重心位置が移動する様子を示す図である。 図７（ａ）〜（ｄ）は、図５のモータ駆動装置によるピッチング制御を示す図である。 変形例に係るピッチング検出部の構成を示すブロック図である。 角速度と、ピッチング検出部により推定された角速度を示す波形図である。 変形例に係るモータ駆動装置の構成を示すブロック図である。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

図１は、フォークリフトの外観を示す斜視図である。フォークリフト６００は、車体（シャーシ）６０２、フォーク６０４、昇降体（リフト）６０６、マスト６０８、車輪６１０、６１２を備える。マスト６０８は車体６０２の前方に設けられる。昇降体６０６は、油圧アクチュエータ（図１に不図示、図３の１１６）などの動力源によって駆動され、マスト６０８に沿って昇降する。昇降体６０６には、荷物を支持するためのフォーク６０４が取り付けられている。

図２は、フォークリフトの操縦パネル７００の一例を示す図である。操縦パネル７００は、イグニッションスイッチ７０２、ステアリングホイール７０４、リフトレバー７０６、アクセルペダル７０８、ブレーキペダル７１０、ダッシュボード７１４、前後進レバー７１２を備える。

イグニッションスイッチ７０２は、フォークリフト６００の起動用のスイッチである。ステアリングホイール７０４は、フォークリフト６００の操舵を行うための操作手段である。リフトレバー７０６は、昇降体６０６を上下に移動させるための操作手段である。アクセルペダル７０８は、走行用の車輪の回転を制御する操作手段であり、ユーザが踏み込み量を調節することでフォークリフト６００の走行が制御される。ユーザがブレーキペダル７１０を踏み込むと、ブレーキがかかる。前後進レバー７１２は、フォークリフト６００の走行方向を、前進と後進で切りかえるためのレバーである。そのほか、図示しないインチングペダルが設けられてもよい。

続いて、フォークリフト６００の構成を、走行、荷役、操舵それぞれについて説明する。図３は、デュアルモータ式のフォークリフト６００の電気系統、機械系統の構成を示すブロック図である。ＥＣＵ（電子制御コントローラ）１１０は、フォークリフト６００全体を制御するためのプロセッサである。

電池１０６は、Ｐ線およびＮ線の間に、電池電圧Ｖ_ＢＡＴを出力する。
第１電力変換装置１００、第２電力変換装置１０２、第３電力変換装置１０４は、モータ駆動装置３００を構成する。モータ駆動装置３００は、ＥＣＵ１１０からの、第１制御指令値Ｓ１〜第３制御指令値Ｓ３にもとづき、走行モータＭ１Ｌ、Ｍ１Ｒ、荷役モータＭ２、ステアリングモータＭ３それぞれを駆動する。第１電力変換装置１００、第２電力変換装置１０２、第３電力変換装置１０４はそれぞれ、電池電圧Ｖ_ＢＡＴを受け、３相交流信号に変換して、対応するモータＭ１Ｌ、Ｍ１Ｒ、Ｍ２、Ｍ３に供給する。

（走行）
ＥＣＵ１１０は、前後進レバー７１２からの前進、後進を指示する信号と、アクセルペダル７０８からの、踏み込み量に応じた走行操作量を示す信号を受け、それに応じた第１制御指令値Ｓ１を第１電力変換装置１００に出力する。第１電力変換装置１００は、第１制御指令値Ｓ１に応じて左走行モータＭ１Ｌ、右走行モータＭ１Ｒそれぞれに供給する電力を制御する。第１制御指令値Ｓ１は、走行モータＭ１の目標速度を指示する速度指令値と相関を有する。駆動輪である左前輪（左駆動輪）６１０Ｌは、左走行モータＭ１Ｌの動力により回転し、右前輪（右駆動輪）６１０Ｒは、右走行モータＭ１Ｒの動力により回転する。

（荷役）
リフトレバー７０６の傾きによって、昇降体６０６の上下動が制御される。ＥＣＵ１１０は、リフトレバー７０６の傾きを検出し、傾きに応じた荷役操作量を示す第２制御指令値Ｓ２を第２電力変換装置１０２に出力する。第２電力変換装置１０２は、第２制御指令値Ｓ２に応じた電力を荷役モータＭ２に供給し、その回転を制御する。昇降体６０６は、油圧アクチュエータ１１６と連結される。油圧アクチュエータ１１６は、荷役モータＭ２が生成する回転運動を、直線運動に変換し、昇降体６０６を制御する。

（操舵）
エンコーダ１２２は、ステアリングホイール７０４の回転角を検出し、回転角を示す信号をＥＣＵ１１０に出力する。ＥＣＵ１１０は、回転角に応じた第３制御指令値Ｓ３を第３電力変換装置１０４に出力する。第３電力変換装置１０４は、第３制御指令値Ｓ３に応じた電力をステアリングモータＭ３に供給し、その回転数を制御する。転舵輪である後輪６１２は、タイロッド１２６を介してギアボックス１２４と連結される。ステアリングモータＭ３の回転運動は、油圧アクチュエータ１１８およびギアボックス１２４を介して、タイロッド１２６に伝達され、操舵が制御される。

図４（ａ）、（ｂ）は、デュアルモータ式のフォークリフト６００を模式的に示す図である。Ｌはホイールベース、Ｔｒｆは前トレッド、Ｔｒｒは後トレッド、ｎｌ（ｒｐｍ）は左駆動輪６１０Ｌの速度を、ｎｒ（ｒｐｍ）は右駆動輪６１０Ｒの速度を、Ｖｌ（ｍ／ｓ）は左駆動輪６１０Ｌの速度を、Ｖｒ（ｍ／ｓ）は右駆動輪６１０Ｒの速度を示す。

転舵輪である後輪６１２Ｌ、６１２Ｒは、アッカーマンステアリング機構によって転舵角が制御可能となっている。後輪６１２Ｌ、６１２Ｒそれぞれの車軸の交点が、車体の回転中心Ｏとなり、回転中心Ｏは、転舵角δｒに応じて、前輪６１０Ｌ、６１０Ｒの軸上を左右に移動する。本実施の形態では、転舵角δｒを右後輪の回転角として定義しているが、当業者には、転舵角δｒの定義がそれには限定されないことが理解される。転舵角δｒは、図４（ａ）に示す左旋回時に正、図４（ｂ）に示す左旋回時に負をとるものとする。
ρｘは、回転中心Ｏと、前輪６１０Ｌ、６１０Ｒの中点（車体代表点Ｘという）の距離である。

このフォークリフト６００のステアリング機構は、回転中心Ｏが、前輪６１０Ｌ、６１０Ｒの間に移動することを許容する。この場合、左右の駆動輪６１０Ｌ、６１０Ｒは逆回転するよう制御される。

図５は、実施の形態にモータ駆動装置３００（第１電力変換装置１００）の構成を示すブロック図である。モータ駆動装置３００は、速度分配部２００、トルク指令値生成部２０２、トルクリミット部２０８、インバータ２１０、速度センサ２２０、回転数／速度（ｎ／Ｖ）変換器２２１Ｌ、２２１Ｒ、転舵角センサ２２２、ピッチング検出部２３０、第１乗算器２４０、第２乗算器２４２、ピッチング補正部２４４、係数設定部２８０を備える。

速度センサ２２０は、レゾルバとも称され、左走行モータＭ１Ｌ、右走行モータＭ１Ｒそれぞれの回転速度ｎｌ、ｎｒを検出する。ｎ／Ｖ変換器２２１Ｌ、２２１Ｒは、回転速度ｎｌ、ｎｒに、タイヤの周長、減速ギア比などに応じた係数を乗算することにより、左駆動輪６１０Ｌの車輪速度（左速度検出値）Ｖｌ、右駆動輪６１０Ｒの車輪速度（右速度検出値）Ｖｒを計算する。転舵角センサ２２２は、転舵角δｒを検出する。

速度分配部２００およびトルク指令値生成部２０２は、速度指令値Ｖｒｅｆ、転舵角θｒ、左走行モータＭ１Ｌの現在の速度を示す左速度検出値Ｖｒおよび右走行モータＭ１Ｒの現在の速度を示す右速度検出値Ｖｌにもとづき、左走行モータＭ１Ｌのトルクを指示する左トルク指令値Ｔｌｃｏｍおよび右走行モータＭ１Ｒのトルクを指示する右トルク指令値Ｔｒｃｏｍと、を生成する。

具体的には、速度分配部２００は、アクセルの操作量に応じた速度指令値Ｖｒｅｆを受ける。速度分配部２００は、現在の転舵角δｒに応じて、左走行モータＭ１Ｌの目標速度である左速度指令値Ｖｌｒｅｆと、右走行モータＭ１Ｒの目標速度である右速度指令値Ｖｒｒｅｆを以下の式にもとづいて計算する。

１． δｒ＝０ （直進）
Ｖｌｒｅｆ＝Ｖｒｒｅｆ＝Ｖｒｅｆ

２． δｒ＞０ （左旋回）
Ｖｒｒｅｆ＝Ｖｒｅｆ
Ｖｌｒｅｆ＝（ρｘ−Ｔｒｆ／２）／（ρｘ＋Ｔｒｆ／２）×Ｖｒｅｆ
ただし、ρｘ＝Ｌ／ｔａｎ（δｒ）−Ｔｒｒ／２である。

３． δｒ＜０ （右旋回）
Ｖｒｒｅｆ＝（ρｘ−Ｔｒｆ／２）／（ρｘ＋Ｔｒｆ／２）×Ｖｒｅｆ
Ｖｌｒｅｆ＝Ｖｒｅｆ
ただし、δｒ≠−π／２のとき、ρｘ＝−Ｌ／ｔａｎ（δｒ）＋Ｔｒｒ／２であり、δｒ＝−π／２のとき、ρｘ＝Ｔｒｒ／２である。

なお、速度分配部２００は公知の技術を用いればよく、その構成や計算アルゴリズムは上記のそれに限定されない。

トルク指令値生成部２０２は、左速度指令値Ｖｌｒｅｆと現在の左速度検出値Ｖｌの誤差に応じて、左走行モータＭ１Ｌのトルクを指示する左トルク指令値Ｔｌｃｏｍを生成する。同様に、右速度指令値Ｖｒｒｅｆと現在の右速度検出値Ｖｒの誤差に応じて、右走行モータＭ１Ｒのトルクを指示する右トルク指令値Ｔｒｃｏｍを生成する。

トルク指令値生成部２０２は、左速度指令値Ｖｌｒｅｆと左速度検出値Ｖｌの誤差を生成する減算器２０４Ｌと、誤差をＰＩ（比例、積分）制御し、左トルク指令値Ｔｌｃｏｍを生成するＰＩ制御部２０６Ｌを含む。右輪についても同様である。

なお左右のトルク指令値Ｔｌｃｏｍ、Ｔｒｃｏｍを演算する方法は、図５のそれには限定されず、公知の、あるいは将来利用可能な別の方法を利用してもよい。

トルクリミット部２０８には、トルク指令値Ｔｌｃｏｍ、Ｔｒｃｏｍの上限値Ｔｌｉｍを規定するトルクリミットカーブＴｌｉｍ（ｎ）がモータの速度ｎの関数として定義されている。

トルクリミット部２０８は、左トルク指令値Ｔｌｃｏｍを、現在の左走行モータＭ１Ｌの速度ｎｌおよびトルクリミットカーブＴｌｉｍ（ｎ）に応じて定まる上限値Ｔｌｌｉｍ以下に制限する。同様に、トルクリミット部２０８は、右トルク指令値Ｔｒｃｏｍを、現在の右走行モータＭ１Ｒの速度ｎｒおよびトルクリミットカーブＴｌｉｍ（ｎ）に応じて定まる上限値Ｔｒｌｉｍ以下に制限する。

ピッチング検出部２３０は、電動フォークリフトの車体のピッチ軸（図１のＹ軸）周りのピッチ角加速度を検出する。たとえば、ジャイロセンサ２３２および第１演算部２３４を含む。ジャイロセンサ２３２は、ピッチ角速度ωｐを検出する。第１演算部２３４は、たとえばデジタルハイパスフィルタであり、ジャイロセンサ２３２の出力を微分し、ピッチ角加速度ωｐ’を生成する。本実施の形態では、ピッチ角速度ωｐおよびピッチ角加速度ωｐ’は、図１のＹ軸の周りにＺ軸からＸ軸に向かう向きを正にとるものとする。

第１乗算器２４０は、ピッチング検出部２３０により検出されたピッチ角加速度ωｐ’に第１係数Ｋ１を乗算し、第１補正値Ｔｃｍｐ１を生成する。第２乗算器２４２は、ピッチング検出部２３０により検出されたピッチ角速度ωｐに第２係数Ｋ２を乗算し、第２補正値Ｔｃｍｐ２を生成する。

ピッチング補正部２４４は、左トルク指令値Ｔｌｒｅｆおよび右トルク指令値Ｖｒｒｅｆそれぞれに、第１補正値Ｔｃｍｐ１および第２補正値Ｔｃｍｐ２を合成する。具体的には、加算器２４６Ｌは、左トルク指令値Ｔｌｒｅｆに、第１補正値Ｔｃｍｐ１および第２補正値Ｔｃｍｐ２を加算し、加算器２４６Ｒは、右トルク指令値Ｔｒｒｅｆに、第１補正値Ｔｃｍｐ１および第２補正値Ｔｃｍｐ２を加算する。

インバータ２１０Ｌ、２１０Ｒは、ピッチング補正部２４４から出力されるトルク指令値Ｔｌｒｅｆ’、Ｔｒｒｅｆ’にもとづいて走行モータＭ１Ｌ、ＭＩＲを駆動する。

係数設定部２８０は、電動フォークリフトの状態に応じて第１係数Ｋ１およびＫ２を設定する。より具体的には係数設定部２８０は、電動フォークリフトの状態として、電動フォークリフトの重心位置と相関を有する情報を受け、その情報を係数Ｋ１、Ｋ２の少なくとも一方に反映させる。本実施の形態では、係数設定部２８０は、係数Ｋ１、Ｋ２それぞれに、電動フォークリフトの状態を反映させる。

たとえば電動フォークリフトは、図１のフォーク６０４に積載される荷物の重量を検知する荷重センサ２８２を備える場合がある。この場合、係数設定部２８０は、電動フォークリフトの重心位置と相関を有する情報として、荷重センサ２８２の検出値を利用することができる。

また電動フォークリフトは、図１のフォーク６０４の高さを検知する揚高センサ２８４を備える場合がある。この場合、係数設定部２８０は、電動フォークリフトの重心位置と相関を有する情報として、揚高センサ２８４の検出値を利用することができる。

係数設定部２８０は、所定の演算式にもとづいて、係数Ｋ１、Ｋ２を計算しても良いし、予め用意されたテーブルを参照して、係数Ｋ１、Ｋ２を取得してもよい。また演算処理とテーブル参照を組み合わせてもよい。

以上がモータ駆動装置３００の構成である。

続いてその動作を説明する。
（加速動作）
たとえばフォークリフトが静止状態から前方向（Ｘ軸方向）に加速すると、ピッチ軸（Ｙ軸）周り負の方向に車体が傾く。このとき、ピッチ角速度ωｐは負の値をとる。したがってピッチ角速度ωｐに第２係数Ｋ２を乗じて得られる第２補正値Ｔｃｍｐ２も負となる。負の第２補正値Ｔｃｍｐ２を、トルク指令値Ｔｌｒｅｆ、Ｔｒｒｅｆに加算合成することにより、車体を前進させようとするトルクが減少する方向に補正され、ピッチングが抑制される。

静止状態から前方向（Ｘ軸方向）に加速するとき、ピッチ角速度ωｐは負であり、その絶対値は増大するため、ピッチ角加速度ωｐ’も負の値をとる。したがってピッチ角速度ωｐ’に第１係数Ｋ１を乗じて得られる第１補正値Ｔｃｍｐ１も負となる。負の第１補正値Ｔｃｍｐ１を、トルク指令値Ｔｌｒｅｆ、Ｔｒｒｅｆに加算合成することにより、車体を前進させようとするトルクが減少する方向に補正され、ピッチングが抑制される。

（減速動作）
たとえばフォークリフトが前方向（Ｘ軸方向）に走行中にブレーキが踏まれ、減速する。このときピッチ軸（Ｙ軸）周り正の方向に車体が傾く。このとき、ピッチ角速度ωｐは正の値をとる。したがってピッチ角速度ωｐに第２係数Ｋ２を乗じて得られる第２補正値Ｔｃｍｐ２は正となる。正の第２補正値Ｔｃｍｐ２を、トルク指令値Ｔｌｒｅｆ、Ｔｒｒｅｆに加算合成することにより、停止しようとする車体を前方向に前進させる方向に補正がかかり、ピッチングが抑制される。

また減速時には、ピッチ角速度ωｐは正であり、その絶対値は増大するため、ピッチ角加速度ωｐ’も正の値をとる。したがってピッチ角速度ωｐ’に第１係数Ｋ１を乗じて得られる第１補正値Ｔｃｍｐ１も正となる。正の第１補正値Ｔｃｍｐ１を、トルク指令値Ｔｌｒｅｆ、Ｔｒｒｅｆに加算合成することにより、車体を前進させようとするトルクが減少する方向に補正され、ピッチングが抑制される。

ここでは、代表的な加速動作と減速動作について説明したが、車体のピッチングの挙動は、以下の４通りに分けることができる。
１． ωｐ＞０、ωｐ’＞０
２． ωｐ＞０、ωｐ’＜０
３． ωｐ＜０、ωｐ’＞０
２． ωｐ＜０、ωｐ’＜０

続いて、係数設定部２８０を設けたことによる利点を説明する。図６（ａ）〜（ｃ）は、フォークリフト６００の重心位置が移動する様子を示す図である。図６（ａ）は、荷物が積載されない状態を、図６（ｂ）、（ｃ）は、異なるフォーク６０４の高さにおいて荷物６２０が積載された状態を示す。荷物６２０が積載されない状態における重心Ｏを基準とすると、荷物６２０を積載することにより、重心Ｏは車両前方（Ｘ軸方向）に移動し、移動幅は、荷物６２０の重量が重いほど大きくなる。また、フォーク６０４の高さが高くなるほど、重心Ｏの位置は、Ｚ軸方向に移動する。重心の移動にともない、車体のイナーシャも変化する。具体的には、フォーク６０４の高さが高くなるほど車体イナーシャは大きくなる。したがって、フォーク６０４の高さが高いほど、係数Ｋ１、Ｋ２を大きく設定するとよい。

図７（ａ）〜（ｄ）は、図５のモータ駆動装置３００によるピッチング制御を示す図である。図７（ａ）は、図５のモータ駆動装置３００における係数と重心位置の関係を示す。図７（ｂ）、（ｃ）は、図５のモータ駆動装置３００によるピッチング制御を、図７（ｄ）は、係数を固定したときのピッチング制御を示す。

実施の形態に係るモータ駆動装置３００の利点は、重心Ｏの位置にかかわらずに係数Ｋ１、Ｋ２を固定したときの動作との対比によって明確となる。そこではじめに、係数Ｋ１、Ｋ２を固定したときの動作を、図７（ｂ）、（ｄ）を参照して説明する。

図７（ｂ）を参照する。ピッチ軸周りに、図中反時計回りのピッチ角速度ω（あるいは角速度）が検出されたとする。また、係数Ｋ１、Ｋ２は、重心が、基準位置Ｏにあるときに最適な値に設定されている。

このフォークリフト６００では、前輪６１０が駆動輪である。反時計回りの回転モーメントωを打ち消すためには、前輪６１０が発生するトルクを、その指令値Ｔｒｅｆよりも増大させることにより、ピッチ軸を中心として時計周りの回転モーメントωｃｍｐを発生させることができる。

図７（ｄ）を参照する。図７（ｄ）では、荷物６２０の影響で、重心Ｏが基準位置よりも前方に移動している。この状態で、図７（ｂ）と同じ重心位置に対応する係数Ｋ１、Ｋ２を用いたとすると、補正値Ｔｃｍｐも同量となる。その結果、図７（ｄ）の状態では、検出されたピッチ角速度ωを打ち消すよりも大きな時計回りの回転モーメントωｃｍｐが発生してしまう。つまり、補正過多となり、車体が時計回りにピッチングしてしまう。

続いて、図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を参照して、実施の形態に係るモータ駆動装置３００の動作を説明する。

このモータ駆動装置３００では、図７（ｂ）、（ｃ）に示すように、重心位置Ｏに応じて、係数Ｋ１、Ｋ２を変化させることにより、補正量Ｔｃｍｐを調節する。具体的には、Ｘ軸方向に着目すると、重心Ｏと前輪６１０の距離に応じて車体イナーシャが変化し、車体イナーシャに応じて、重心Ｏ周りの角速度あるいは角加速度を打ち消すために必要なトルク補正値Ｔｃｍｐの最適値が変化する。そこで、モータ駆動装置３００は、重心Ｏの位置に応じて、言い換えれば、積載重量に応じて、係数Ｋ１、Ｋ２を設定する。

これにより重心位置によらずに、検出された回転モーメントωと均衡するモーメントωｃｍｐを発生させることができ、ピッチングを抑制することができる。

実施の形態に係るモータ駆動装置３００によれば、ピッチ角速度ωｐ、ピッチ角加速度ωｐ’の両方を利用することにより、１〜４のすべての状況において、ピッチングを抑制できる。

また実施の形態では、ピッチング補正部２４４を、トルクリミット部２０８の後段に設けることとした。
トルクリミット部２０８より前段では、トルク指令値Ｔｌｃｏｍ、Ｔｒｃｏｍは上限値Ｔｒｌｉｍ、Ｔｌｌｉｍより高い場合が多いため、トルクリミット部２０８の前段でピッチング補正を行っても、最終的なトルク指令に反映されない可能性がある。本実施の形態では、ピッチング補正部２４４をトルクリミット部２０８の後段に設けることにより、補正値Ｔｃｍｐ１、Ｔｃｍｐ２を確実に実際のトルクＴｌｒｅｆ’、Ｔｒｒｅｆ’に反映させることができる。

以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。

（変形例１）
実施の形態では、ジャイロセンサ２３２を用いてピッチ角速度ωｐを検出する場合を説明したが、この変形例では、数値演算処理によりピッチ角速度ωｐ＊を推定する。

図８は、変形例に係るピッチング検出部２３０ａの構成を示すブロック図である。ピッチング検出部２３０ａは、第２演算部２５０、第３演算部２６０、第４演算部２７０を含む。

第２演算部２５０は、左速度検出値Ｖｌおよび右速度検出値Ｖｒにもとづき、車体の加速度を示す加速度検出値Ｖｘ’を生成する。

たとえば第２演算部２５０は、合成部２５２、ローパスフィルタ２５４、微分回路２５６を含む。合成部２５２は、左速度検出値Ｖｌ、右速度検出値Ｖｒにもとづいて、現在の車体の前後方向（Ｘ軸方向）の速度Ｖｘを計算する。合成部２５２の計算アルゴリズムは特に限定されないが、重み付け平均、たとえば加算平均などを利用できる。
Ｖｘ＝（Ｖｌ＋Ｖｒ）／２
ローパスフィルタ２５４は、ノイズ除去、演算処理の安定化のために設けられ、省略してもよい。微分回路２５６は、速度Ｖｘを微分することにより、加速度検出値Ｖｘ’を生成する。微分回路２５６は、ハイパスフィルタであってもよい。

第３演算部２６０は、左トルク指令値Ｔｌｃｏｍおよび右トルク指令値Ｔｒｃｏｍにもとづき、車体の合成加速度を指示する合成加速度指令値Ｖｘｃｏｍ’を生成する。たとえば第３演算部２６０は、合成部２６２、ローパスフィルタ２６４、ハイパスフィルタ２６６を含む。合成部２６２は、左トルク指令値Ｔｌｃｏｍおよび右トルク指令値Ｔｒｃｏｍにもとづき、車体の合成トルクを指示する合成トルク指令値Ｔｘｃｏｍを計算する。合成部２６２の計算アルゴリズムは特に限定されないが、たとえば左右のトルク指令値の差分を計算してもよい。
Ｔｘｃｏｍ＝Ｔｒｃｏｍ−Ｔｌｃｏｍ
ローパスフィルタ２６４は低周波ノイズ除去のために設けられる。ハイパスフィルタ２６６は走行抵抗成分を除去するために設けられる。ディメンジョン調節部２６８は、合成トルク指令値Ｔｘｃｏｍに係数を乗算することにより、そのディメンジョンを加速度に変換し、合成加速度指令値Ｖｘｃｏｍ’を生成する。

第４演算部２７０は、加速度検出値Ｖｘ’と合成加速度指令値Ｔｘｃｏｍの差分に応じてピッチ角速度ωｐ＊を生成する。たとえば第４演算部２７０は、調整部２７１、減算器２７２および乗算器２７４を含む。

減算器２７２は、加速度検出値Ｖｘ’と加速度指令値Ｔｘｃｏｍの差分を生成する。乗算器２７４は、差分に、インダクタンス値に応じた所定の係数Ｌを乗算することにより、ピッチ角速度ωｐ＊[ｒａｄ／ｓ^２]を生成する。

図９は、角速度と、ピッチング検出部２３０ａにより推定された角速度を示す波形図である。

図８のピッチング検出部２３０ａによれば、ジャイロセンサを用いずに、演算処理によってピッチ角速度の推定値ωｐ＊を計算することができる。ピッチ角速度の推定値ωｐ＊を図５の第１演算部２３４によって微分すれば、ピッチ角加速度の推定値ωｐ’＊を計算することもできる。

この変形例によれば、高価なジャイロセンサが不要となるため、コストを下げることができる。

変形例１において、第２演算部２５０は、車体の前後方向の加速度に代えて、車輪の角加速度を示す加速度検出値ωｘ’を生成してもよい。この場合、微分回路２５６の後段にディメンジョン調整部を設け、加速度のディメンジョンを有する信号に、車輪の周長、減速比等に応じた係数を乗算することにより、車輪の角加速度に変換してもよい。

また第３演算部２６０は、車体の合成加速度に代えて、車輪の角加速度を指示する合成加速度指令値ωｘｃｏｍ’を生成してもよい。この場合、ディメンジョン調節部２６８は、トルクのディメンジョンを有する信号Ｔｘｃｏｍに、所定の係数を乗算することにより、角加速度のディメンジョンを有する信号ωｘｃｏｍ’に変換し、第４演算部２７０に出力してもよい。この場合、乗算器２７４の係数も、併せて変更すればよい。

（変形例２）
実施の形態では、ピッチ角加速度ωｐ’とピッチ角速度ωｐの両方を用いてピッチングを抑制する場合を説明したが、本発明はそれには限定されない。たとえばピッチ角加速度ωｐ’の項が支配的である場合、第２乗算器２４２を省略してもよい。反対に、ピッチ角速度ωｐの項が支配的である場合、第１乗算器２４０を省略してもよい。

（変形例３）
実施の形態では、デュアルモータ式のフォークリフトについて説明したが、本発明はシングルモータ式のフォークリフトにも適用可能である。図１０は、変形例３に係るモータ駆動装置の構成を示すブロック図である。
シングルモータ式のフォークリフトでは、左右の駆動輪に対して共通の走行モータＭ１が設けられる。この変形例では、速度分配部２００は省略することができる。またトルク指令値生成部２０２、トルクリミット部２０８、インバータ２１０、速度センサ２２０、回転数／速度（ｎ／Ｖ）変換器２２１およびピッチング補正部２４４は、左右の駆動輪に対して共通の信号に対して、図５のデュアルモータ式のモータ駆動装置と同様の処理を行う。

（変形例４）
また実施の形態では、荷重センサ２８２、揚高センサ２８４の検出値を、係数Ｋ１、Ｋ２に反映させたが、本発明はそれには限定されない。たとえばフォークリフト６００には、荷重センサ２８２、揚高センサ２８４に加えて、あるいはそれに代えて、フォーク６０４の傾きを検出するチルトセンサが搭載される場合がある。この場合、係数設定部２８０は、チルトセンサの検出値を係数に反映させてもよい。

また係数設定部２８０は、複数の係数Ｋ１、Ｋ２それぞれに、異なる検出値を反映させてもよい。たとえば第１係数Ｋ１には、すべてのセンサの検出値を反映させ、第２係数Ｋ２には、ひとつのセンサ（たとえば荷重センサ２８２）の検出値のみを反映させてもよい。あるいは、第１係数Ｋ１、第２係数Ｋ２のいずれか一方のみに、フォークリフト６００の状態を反映させてもよい。
つまり係数設定部２８０は、フォークリフト６００のさまざまな使用状況において、ピッチングが抑制されるように設計すればよい。
（変形例５）
本発明は、電動フォークリフトには限定されず、それと類似する機構を有するさまざまな産業車両に適用できる。

６００…フォークリフト、６０２…車体、６０４…フォーク、６０６…昇降体、６０８…マスト、６１０…前輪、６１２…後輪、１０６…電池、１００…第１電力変換装置、１０２…第２電力変換装置、１０４…第３電力変換装置、１１０…ＥＣＵ、１１６，１１８…油圧アクチュエータ、１２０…ステアリングシャフト、１２２…レゾルバ、１２４…ギアボックス、１２６…タイロッド、２００…速度分配部、２０２…トルク指令値生成部、２０４…加減算器、２０６…ＰＩ制御部、２０８…トルクリミット部、２１０…インバータ、２２０…速度センサ、２２１…ｎ／Ｖ変換器、２２２…転舵角センサ、２３０…ピッチング検出部、２３２…ジャイロセンサ、２３４…第１演算部、２４０…第１乗算器、２４２…第２乗算器、２４４…ピッチング補正部、２５０…第２演算部、２５２…合成部、２５４…ローパスフィルタ、２５６…微分回路、２６０…第３演算部、２６２…合成部、２６４…ローパスフィルタ、２６６…ハイパスフィルタ、２７０…第４演算部、２７２…減算器、２７４…乗算器、２８０…係数設定部、２８２…荷重センサ、２８４…揚高センサ、Ｍ１…走行モータ、Ｍ１Ｌ…左走行モータ、Ｍ１Ｒ…右走行モータ、Ｍ２…荷役モータ、Ｍ３…ステアリングモータ、３００…モータ駆動装置、７００…操縦パネル、６１０Ｌ…左駆動輪、６１０Ｒ…右駆動輪、６２０…荷物、７０２…イグニッションスイッチ、７０４…ステアリングホイール、７０６…リフトレバー、７０８…アクセルペダル、７１０…ブレーキペダル、７１２…前後進レバー、７１４…ダッシュボード。

Claims (11)

1. 電動フォークリフトに搭載され、駆動輪に動力を伝達する走行モータを制御するモータ駆動装置であって、
   前記電動フォークリフトは、
   車体と、
   前記車体の前方に取り付けられたマストと、
   前記マストに沿って昇降する昇降体と、
   を備え、
   前記モータ駆動装置は、
   前記走行モータのトルクを指示するトルク指令値を生成するトルク指令値生成部と、
   ジャイロセンサを含み、前記電動フォークリフトの車体のピッチ軸周りのピッチ角加速度を検出するピッチング検出部と、
   前記電動フォークリフトの重心位置の前後方向の移動と相関を有する情報に応じて第１係数を設定する係数設定部と、
   前記ピッチング検出部により検出されたピッチ角加速度に前記第１係数を乗算し、第１補正値を生成する第１乗算器と、
   前記トルク指令値に、前記第１補正値を合成することにより、走行中の前記車体のピッチ軸まわりのピッチングを抑制するピッチング補正部と、
   を備えることを特徴とするフォークリフト用モータ駆動装置。
2. 前記ピッチング検出部は、前記ピッチ角加速度に加えて、前記電動フォークリフトの車体のピッチ軸周りのピッチ角速度を検出し、
   前記モータ駆動装置は、前記ピッチング検出部により検出されたピッチ角速度に第２係数を乗算し、第２補正値を生成する第２乗算器をさらに備え、
   前記ピッチング補正部は、前記トルク指令値に、前記第１補正値および前記第２補正値を合成することを特徴とする請求項１に記載のフォークリフト用モータ駆動装置。
3. 前記係数設定部は、前記電動フォークリフトの前記情報に応じて前記第２係数を設定することを特徴とする請求項２に記載のフォークリフト用モータ駆動装置。
4. 電動フォークリフトに搭載され、駆動輪に動力を伝達する走行モータを制御するモータ駆動装置であって、
   前記電動フォークリフトは、
   車体と、
   前記車体の前方に取り付けられたマストと、
   前記マストに沿って昇降する昇降体と、
   を備え、
   前記モータ駆動装置は、
   前記走行モータのトルクを指示するトルク指令値を生成するトルク指令値生成部と、
   ジャイロセンサを含み、前記電動フォークリフトの車体のピッチ軸周りのピッチ角速度を検出するピッチング検出部と、
   前記電動フォークリフトの重心位置の前後方向の移動と相関を有する情報に応じて第２係数を設定する係数設定部と、
   前記ピッチング検出部により検出されたピッチ角速度に前記第２係数を乗算し、第２補正値を生成する第２乗算器と、
   前記トルク指令値に、前記第２補正値を合成することにより、走行中の前記車体のピッチ軸まわりのピッチングを抑制するピッチング補正部と、
   を備えることを特徴とするフォークリフト用モータ駆動装置。
5. 前記係数設定部は、前記電動フォークリフトの前記情報として、フォークの高さを検出する揚高センサからの検出値を受けることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のフォークリフト用モータ駆動装置。
6. 前記係数設定部は、前記電動フォークリフトの前記情報として、フォークに積載される荷物の重量を検出する荷重センサからの検出値を受けることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のフォークリフト用モータ駆動装置。
7. 前記電動フォークリフトは、左駆動輪と右駆動輪それぞれに動力を伝達する左走行モータおよび右走行モータを備え、
   前記モータ駆動装置は、前記電動フォークリフトの目標速度を示す速度指令値にもとづいて前記左走行モータおよび前記右走行モータを制御するものであり、
   前記トルク指令値生成部は、前記速度指令値、転舵角、前記左走行モータの現在の速度を示す左速度検出値および前記右走行モータの現在の速度を示す右速度検出値にもとづき、前記左走行モータのトルクを指示する左トルク指令値および前記右走行モータのトルクを指示する右トルク指令値を生成するよう構成され、
   前記ピッチング補正部は、前記左トルク指令値および前記右トルク指令値それぞれを補正することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のフォークリフト用モータ駆動装置。
8. 前記ピッチング検出部は、
   前記左速度検出値および前記右速度検出値にもとづき、車体の加速度、または車輪の角加速度を示す加速度検出値を生成する第２演算部と、
   前記左トルク指令値および前記右トルク指令値にもとづき、車体の合成加速度、または車輪の角加速度を指示する合成加速度指令値を生成する第３演算部と、
   前記加速度検出値と前記合成加速度指令値の差分に応じて、ピッチ角速度の推定値を生成する第４演算部と、
   前記ピッチ角速度の推定値を微分し、前記ピッチ角加速度を生成する第１演算部と、
   を含むことを特徴とする請求項７に記載のフォークリフト用モータ駆動装置。
9. 電動フォークリフトに搭載され、駆動輪に動力を伝達する走行モータを制御するモータ駆動装置であって、
   前記電動フォークリフトは、
   車体と、
   前記車体の前方に取り付けられたマストと、
   前記マストに沿って昇降する昇降体と、
   を備え、
   前記モータ駆動装置は、
   前記走行モータのトルクを指示するトルク指令値を生成するトルク指令値生成部と、
   前記電動フォークリフトの車体のピッチ軸周りのピッチ角速度またはピッチ角加速度を検出するピッチング検出部と、
   前記電動フォークリフトの重心位置およびイナーシャの少なくとも一方と相関を有する情報に応じて係数を設定する係数設定部と、
   前記ピッチング検出部により検出されたピッチ角速度またはピッチ角加速度に前記係数を乗算し、第２補正値を生成する第２乗算器と、
   前記トルク指令値に、前記第２補正値を合成することにより、走行中の前記車体のピッチ軸まわりのピッチングを抑制するピッチング補正部と、
   を備え、
   前記ピッチング検出部は、（i）車体の現在の加速度、または車輪の現在の角加速度を示す加速度検出値を生成し、（ii）前記トルク指令値にもとづき、車体の加速度、または車輪の角加速度を指示する加速度指令値を生成し、（iii）前記加速度検出値と前記加速度指令値の差分に応じて、ピッチ角速度の推定値を生成することを特徴とするフォークリフト用モータ駆動装置。
10. 前記トルク指令値を、所定のトルクリミットカーブに応じて定まる上限値以下に制限するトルクリミット部をさらに備え、
    前記ピッチング補正部は、前記トルクリミット部の後段に設けられることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のフォークリフト用モータ駆動装置。
11. 駆動輪と、
    前記駆動輪に動力を伝達する走行モータと、
    前記走行モータを駆動する請求項１から１０のいずれかに記載のフォークリフト用モータ駆動装置と、
    を備えることを特徴とするフォークリフト。

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