JP6367305B2 - フォークリフト - Google Patents
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Description
車両の速度が一定の状況であっても、ステアリングを切る速度、すなわち転舵角δの時間微分値δ’に応じて、回転中心に対する角速度、つまり車体の回転半径方向の加速度が変化する。この態様によれば、ハンドル操作に起因する不快感を低減し、あるいは車両の不安定性を低減できる。
急ステアリングを切ると、旋回半径方向の加速度が増大し、ユーザが不快感を受け、あるいは車体が不安定になる可能性がある。この態様によれば、転舵角δの絶対値が増大するとき、速度指令値を低下させることで、急ハンドルを切ったときの車両の挙動をより安定化し、および/または、ユーザの不快感を低減できる。一方、転舵角δの絶対値が減少するとき、つまりステアリングを戻すときには、車体が不安定な状態から安定な状態に向かうため、速度指令値を増大させても、車体の安定性が損なわれたり、ユーザに不快感を与える可能性は低い。したがって、車速を高めることで、車両速度が制限されることによるユーザのストレスを低減できる。
旋回速度リミット部を設けると、転舵角を急激に操作した場合に旋回速度リミット部における上限値が変化し、車両が急加速、急減速する可能性がある。ローパスフィルタを設けることにより、車両の急加速、急減速を抑制できる。
ある程度高速に直進走行している車両が旋回運動するために転舵角が大きくなったとする。このとき、旋回速度リミット部における上限値は、転舵角の増大にともない低下していく。このとき、ローパスフィルタの時定数がある程度大きな値に固定的に設定されていると、ローパスフィルタの応答遅れによって、駆動部に出力される速度指令値を直ちに転舵角に応じた上限値に低下させることができず、一時的にヨーレートがしきい値を超える状況が生じうる。そこでローパスフィルタの時定数すなわちカットオフ周波数を可変に構成し、車両の状態に応じて時定数を制御することにより、ヨーレートがしきい値を超えるのを抑制できる。
これにより、転舵角の絶対値を減少させた場合には、車両が急加速するのを防止できる。反対に、転舵角の絶対値を増大させた場合には、車速を速度リミットカーブにもとづいて速やかに低下させることができる。
この態様によれば、ユーザが受ける不快感を低減できる。
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図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。
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。具体的には、モータ駆動装置300は、走行用モータ駆動装置100、荷役用モータ駆動装置102、操舵用モータ駆動装置104を含む。走行用モータ駆動装置100、荷役用モータ駆動装置102、操舵用モータ駆動装置104はそれぞれ、電池電圧VBATを受け、3相交流信号あるいは単相交流信号に変換して、対応するモータM1L、M1R、M2、M3に供給する電力変換装置である。
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を走行用モータ駆動装置100に出力する。走行用モータ駆動装置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。
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を荷役用モータ駆動装置102に出力する。荷役用モータ駆動装置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。
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を操舵用モータ駆動装置104に出力する。操舵用モータ駆動装置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。
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、つまり旋回半径である。
ρx’=ρx+Trf/2 …(1)
ρx=L/tan(δr)−Trr/2 …(2)
外輪である右前輪の速度がVrefであるとき、回転中心Oを軸とする角速度であるヨーレートω(rad/sec)は、
ω=Vref/ρx’
となる。
ωO×ρx’>Vref
が成り立っていればよい。したがって、ω0×ρx’が速度リミットカーブVlim(δr)となり、式(3)で与えられる。
Vlim(δr)=ω0×{L/tan(δr)−Trr/2+Trf/2} …(3)
加算器230は、ローパスフィルタ216の入力から出力を減算する。係数乗算部232は、加算器230の出力に、ローパスフィルタの時定数(カットオフ周波数)に応じて定められた係数(ゲイン)を乗算する。第1係数保持部236は第1係数を保持しており、加算器230の出力値に第1係数を乗算する。第1係数保持部236は第1係数よりも大きな第2係数を保持しており、加算器230の出力値に第2係数を乗算する。係数選択部240は、第1係数または第2係数が乗算された値を選択し、後段のリミット実行部214に出力する。この構成によれば係数乗算部232の時定数を2値で切りかえることができる。
反対に速度指令値Vref’が下降する方向に遷移するときには、係数乗算部232の係数を大きくし、すなわち第2係数保持部238を選択し、カットオフ周波数を高く、時定数を短く設定する。
なお、図7(b)の構成においても、ローパスフィルタ216の時定数を速度指令値Vref’にもとづいて切りかえてもよい。
Vlref=Vrref=Vref
Vrref=Vref
Vlref=(ρx−Trf/2)/(ρx+Trf/2)×Vref
ただし、ρx=L/tan(δr)−Trr/2である。
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。
トルク指令値生成部202は、左速度指令値Vlrefと左走行モータM1Lの現在の速度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Vrref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。
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。トルクリミットカーブTlim(n)は、テーブルとして保持されてもよいし、近似式として保持されてもよい。
初期状態において、車両が直進しており、その速度は制限値に達しているとする。この状態から、ユーザがハンドルを大きくきると、すなわち転舵角δrの絶対値を大きくすると、速度リミットカーブVlim(δr)により定まる上限値Vlimが低下する。このとき、ローパスフィルタ216の時定数は小さいため、旋回速度リミット部212の出力Vref’は、δrの変化にともなう速度上限値Vlimの変化に追従して、速やかに低下する。
初期状態において、車両が旋回しており、その速度は制限値に達しているとする。この状態から、ユーザがハンドルを大きく戻すと、すなわち転舵角δrの絶対値を小さくすると、速度リミットカーブVlim(δr)により定まる上限値Vlimが増大する。このとき、ローパスフィルタ216の時定数は大きいため、旋回速度リミット部212の出力Vref’は、δrの変化にともなう速度上限値Vlimの変化に遅れて追従する。
初期状態において、車両が旋回しており、その速度は小さいとする。この状態において、ユーザがアクセルを踏み込むと、速度指令値Vrefは増大するが、駆動部211に入力される速度指令値Vref’は速度リミットカーブVlim(δr)により定まる上限値にリミットされる。
フォークリフトは一般車両と比べて、転舵角δrの変動幅が大きい。また、ユーザごと、使用環境ごとに、転舵角δrの変化速度(つまり時間微分値δr’)が大幅に異なる。これらのフォークリフトに特有の特性に鑑みて、第2の実施の形態では、ハンドル操作に起因する車体の不安定性、ユーザの不快感を改善する技術を説明する。
このモータ駆動装置100aは、図5のモータ駆動装置100に加えて、速度補正部218を備える。この実施の形態では、旋回速度リミット部212のローパスフィルタ216を省略してもよい。好ましくは、ローパスフィルタ216に代えて、速度指令値Vrefの変化速度を一定値以下に制限する(ランプ制御、ソフトスタート制御ともいう)、ランプ制御部217を設けてもよい。
Vlim(δr)=f(δr)=ω0×{L/tan(δr)−Trr/2+Trf/2} …(3)
ΔVref=Cg×df(δ)/dδ×δ’
=Cg×ω0×(−L/sin2δr)×δ’ …(4)
急ステアリングを切ると、旋回半径方向の加速度(横G)が増大し、ユーザが不快感を受け、あるいは車体が不安定になる可能性がある。図8の走行用モータ駆動装置100aによれば、転舵角δrの絶対値が増大するとき、速度指令値Vref”を低下させることで、急ハンドルを切ったときの車両の挙動をより安定化し、および/または、ユーザの不快感を低減できる。一方、転舵角δrの絶対値が減少するとき、つまりステアリングを戻すときには、車体が不安定な状態から安定な状態に向かうため、速度指令値Vref”を増大させても、車体の安定性が損なわれたり、ユーザに不快感を与える可能性は低い。したがって、車速を高めることで、車両速度が制限されることによるユーザのストレスを低減できる。
F0>Fx+Fy
μ・M・g>M・vx’+M・r・ω2
を得る。Fx+Fyは、ベクトル合成を意味しており、これが静止摩擦力を下回っていれば、荷物を安定した状態に保つことができる。
ここで、Vz’として所定の最大値Vz’MAXを仮定する。そうすると、荷物が落下しない条件は、
μ・g−Vz’MAX>R・ω2 …(5)
となる。
K>R・ω2
K/R0>ω2
を満たすようにヨーレートωを制限することで、荷物の落下を防止できる。
図15は、ヨーレートωと荷崩れ量の関係を示す図である。図15の分布図は、フォークリフトをさまざまなヨーレートで走行させ、各ヨーレートにおいて荷物が何mm動いたかをプロットしたものである。荷物の移動量が数mm程度以下であれば落下しない。したがって、許容される荷崩れ量XMAXを定めることができる。こうして定めた許容荷崩れ量XMAXを超えないようにするためには、ヨーレートωの上限ω0を、80°付近に設定すればよいことがわかる。
ある態様のフォークリフトは、左駆動輪および右駆動輪と、左駆動輪および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と、左走行モータおよび右走行モータを駆動する走行用のモータ駆動装置と、旋回時において、旋回半径、旋回角速度(ヨーレート)の少なくとも一方をコントロールすることにより、横Gを所定の定数より低くなるよう制御する制御部と、を備える。
Claims (3)
- 走行可能な車体と、
前記車体に取り付けられ、荷物を搭載するフォーク部と、
前記車体の走行時において、転舵角が変化する操作がされたとき、前記荷物が受ける横Gが所定の定数より低くなるように、前記車体の旋回速度と、前記旋回速度の変化速度と、を制御する制御部と、
を備え、
前記転舵角が大きくなる場合は、前記旋回速度を低下させつつ、前記変化速度を大きくし、前記転舵角が小さくなる場合は、前記旋回速度を大きくさせつつ、前記変化速度を小さくすることを特徴とするフォークリフト。 - 走行可能な車体と、
前記車体に取り付けられ、荷物を搭載するフォーク部と、
前記車体の走行時において、直線走行から転舵角が変化して旋回走行になった場合に、前記荷物が受ける横Gが所定の定数より低くなるように、前記転舵角の変化に対応して、前記車体の旋回速度に対応する制限値、前記旋回速度の変化速度に対応する制限値を制御する制御部と、
を備え、
前記転舵角が大きくなる場合は、前記旋回速度を低下させつつ、前記変化速度を大きくし、前記転舵角が小さくなる場合は、前記旋回速度を大きくさせつつ、前記変化速度を小さくすることを特徴とするフォークリフト。 - 前記制御部は、前記フォークリフトのヨーレートが80°以下になるように、前記車体の旋回速度と、前記旋回速度の変化速度と、を制御することを特徴とする請求項1または2に記載のフォークリフト。
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