JP6422169B2 - 走行制御装置および産業車両 - Google Patents

Description

本発明は、走行制御装置および当該走行制御装置を備えた産業車両に関する。

走行制御装置を備えた産業車両としては、例えば、特許文献１に記載のフォークリフトが知られている。特許文献１に記載のフォークリフトでは、走行制御装置が、アクセルレバーの倒し角から、走行用モータの回転数の目標値である目標回転数（目標速度）を算出する。そして、走行制御装置は、目標回転数と走行用モータの現在の回転数（現在の速度）とでＰＩ制御を行い、走行用モータに対して制御信号（トルク指令）を出力して、走行用モータの現在の回転数（現在の速度）を目標回転数（目標速度）に一致させる。

特開２０１２−９０４６３号公報

上記フォークリフト含む従来のフォークリフトでは、一般に、走行制御として、平坦路では加速制限を行い、登坂路ではオートトルクアップを行い、さらにニュートラル回生や降坂時回生なども行うため、制御が複雑になるという問題があった。また、上記フォークリフトのようにＰＩ制御を行った場合、走行速度が荷物の重さによってほとんど変わらないため、操作フィーリングが良くないという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、制御を簡素化することが可能な走行制御装置および当該走行制御装置を備えた産業車両を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の一実施形態に係る走行制御装置は、
産業車両の走行制御装置であって、
前記産業車両のアクセルレバーの倒し角から、前記倒し角と非線形関係を有し前記倒し角が大きいほど変化量が大きくなるように規定されたレバー移動量を算出するレバー移動量算出部と、
前記レバー移動量から、前記レバー移動量と線形関係を有する前記産業車両の走行用モータの指示回転数を算出する指示回転数算出部と、
所定の周期で、前記指示回転数に基づいて前記走行用モータの目標回転数を算出する目標回転数算出部と、
前記走行用モータの現在の回転数と前記目標回転数とで、Ｐ制御、ＰＩ制御またはＰＩＤ制御を行い、前記走行用モータを制御するモータ制御部と、を備え、
前記目標回転数算出部は、
前記目標回転数を前記指示回転数に段階的に近づけるランプ処理を行い、前記目標回転数を変化させる度合に相当する前記ランプ処理のゲインを、前記目標回転数と前記指示回転数との関係に応じて変更しつつ、前記目標回転数を算出するとともに、
前記指示回転数、前記目標回転数および車速０点の大小関係を判定し、
前記車速０点＜前記目標回転数＜前記指示回転数の場合、または前記車速０点＞前記目標回転数＞前記指示回転数の場合、前記ゲインを第１ゲインに決定し、
前記車速０点＜前記指示回転数＜前記目標回転数の場合、または前記車速０点＞前記指示回転数＞前記目標回転数の場合、前記ゲインを前記第１ゲインよりも小さい第２ゲインに決定し、
前記指示回転数＜前記車速０点＜前記目標回転数の場合、または前記指示回転数＞前記車速０点＞前記目標回転数の場合、前記ゲインを前記第１ゲインよりも大きい第３ゲインに決定する
ことを特徴とする。

また、上記課題を解決するために、本発明に係る産業車両は、
上記の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、制御を簡素化することが可能な走行制御装置および当該走行制御装置を備えた産業車両を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る産業車両（フォークリフト）の構成図である。 本発明の第１実施形態に係る走行制御装置のブロック図である。 アクセルレバーの倒し角とレバー移動量との関係を示す図である。 レバー移動量と指示回転数との関係を示す図である。 指示回転数、車速０点、目標回転数および現在回転数の大小関係の一例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る走行制御装置のブロック図である。 走行制御装置の制御に関するフローチャートである。 ランプ処理のゲインを説明するための図である。

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当該走行制御装置を備えた産業車両の実施形態について説明する。なお、以下では、産業車両としてリーチ式フォークリフトを例に挙げて説明する。

［第１実施形態］
図１に、本発明の第１実施形態に係るリーチ式フォークリフト（以下、フォークリフト）１００を示す。フォークリフト１００は、本発明の第１実施形態に係る走行制御装置１０を車体１の内部に備える。

フォークリフト１００は、車体１の前側に延出された左右一対のストラドルレッグ２と、ストラドルレッグ２に沿って前後方向に移動するキャリッジ３と、キャリッジ３に立設された左右一対のマスト装置４と、マスト装置４に昇降可能に取り付けられた左右一対のフォーク５と、ストラドルレッグ２に設けられた左右一対の前輪６と、車体１の右後部（運転席７の下側）に設けられたキャスタ輪（図示略）とを備える。

フォークリフト１００は、車体１の左後部に、駆動輪２０と、走行用モータ２１とを備える。走行制御装置１０の制御下で走行用モータ２１が回転駆動すると、走行用モータ２１の動力が駆動輪２０に伝達され、駆動輪２０が正転または逆転する。さらに、フォークリフト１００は、車体１の上面に、駆動輪２０を操舵するためのステアリングハンドル８と、レバー類９とを備える。レバー類９は、荷役レバー（リフトレバー、ティルトレバーおよびリーチレバー）とアクセルレバーとを含む。

ニュートラル位置のアクセルレバーを前傾または後傾させるアクセルＯＮ操作が行われると、走行制御装置１０は、前傾の場合に駆動輪２０を正転させ、後傾の場合に駆動輪２０を逆転させる。前傾状態のアクセルレバーを後傾状態にさせたり後傾状態のアクセルレバーを前傾状態にさせたりするアクセル反転操作が行われると、走行制御装置１０は、駆動輪２０の回転方向を変える。前傾状態または後傾状態のアクセルレバーをニュートラル位置に戻すアクセルＯＦＦ操作が行われると、走行制御装置１０は、駆動輪２０の回転を停止させる。

図２に、走行制御装置１０の具体的な構成を示す。走行制御装置１０は、レバー移動量算出部１１と、指示回転数算出部１２と、目標回転数算出部１３と、ランプゲイン決定部１４と、モータ制御部１５とを備える。走行制御装置１０は、例えば、少なくとも１つのマイコンにより構成される。ランプゲイン決定部１４は、目標回転数算出部１３に含まれていてもよい（例えば、目標回転数算出部１３が、ランプゲイン決定部１４の機能を有していてもよい）。

レバー移動量算出部１１は、アクセルレバーの倒し角からレバー移動量を算出する。アクセルレバーの倒し角は、アクセルレバーに設けられた倒し角検出手段（例えば、ポテンショメータ）から入力される。レバー移動量は、倒し角と非線形関係を有する。具体的には、図３に示すとおり、倒し角が大きいとレバー移動量も大きくなる（倒し角が最大のときにレバー移動量も最大になる）が、倒し角が大きいほどレバー移動量の変化量が大きくなり、倒し角が小さいほどレバー移動量の変化量が小さくなる。このため、倒し角が大きい範囲では高速走行を容易に行うことができ、倒し角が小さい範囲では微速走行を容易に行うことができる。その結果、操作フィーリングが向上する。

指示回転数算出部１２は、レバー移動量から、走行用モータ２１の回転数の指示値である指示回転数を算出する。図４に示すとおり、指示回転数は、レバー移動量と線形関係を有する。このため、指示回転数算出部１２は、レバー移動量に所定の係数を乗算することで、指示回転数を算出することができる。算出された指示回転数は、目標回転数算出部１３に出力される。

目標回転数算出部１３は、所定の周期（例えば、２［ｍｓ］）で、指示回転数に基づいて走行用モータ２１の回転数の目標値である目標回転数を算出する。具体的には、目標回転数算出部１３は、目標回転数を指示回転数に段階的に近づけるランプ処理を行い、目標回転数を算出する。目標回転数は、指示回転数が正（正転）の場合には指示回転数以下の値になり、指示回転数が負（逆転）の場合に目標回転数が指示回転数以上の値になる。

ランプ処理のゲインは、ランプ処理において目標回転数を変化させる度合に相当する。本実施形態では、ランプゲイン決定部１４により、ランプ処理のゲインを大中小と３段階に変更することができる。ゲインを大きくすると、目標回転数を変化させる（増加または減少させる）度合も大きくなるので、目標回転数が指示回転数に達するまでの時間が短くなる。すなわち、走行用モータ２１の現在の回転数（現在回転数）が指示回転数に達するまでの時間が短くなる。一方、ゲインを小さくすると、目標回転数を変化させる度合も小さくなるので、目標回転数が指示回転数に達するまでの時間が長くなる。すなわち、現在回転数が指示回転数に達するまでの時間が長くなる。

ランプゲイン決定部１４は、所定の周期（例えば、２［ｍｓ］）で、指示回転数、目標回転数および車速０点の大小関係を判定し、その結果から、ランプ処理のゲインを第１ゲイン（ゲイン中）、第１ゲインよりも小さい第２ゲイン（ゲイン小）、または第１ゲインよりも大きい第３ゲイン（ゲイン大）のいずれかに決定する。ここで、車速０点とは、フォークリフト１００の車速がゼロのときの走行用モータ２１の回転数のことであり、回転数ゼロのことである。

車速０点＜目標回転数＜指示回転数の場合、または車速０点＞目標回転数＞指示回転数の場合、言い換えれば、フォークリフト１００が加速状態の場合（例えば、アクセルレバーの倒し角を大きくした場合）、ランプゲイン決定部１４は、ゲインを第１ゲイン（ゲイン中）に決定する。

車速０点＜指示回転数＜目標回転数の場合、または車速０点＞指示回転数＞目標回転数の場合、言い換えれば、フォークリフト１００が減速状態の場合（例えば、アクセルレバーの倒し角を小さくした場合）、ランプゲイン決定部１４は、ゲインを第２ゲイン（ゲイン小）に決定する。

指示回転数＜車速０点＜目標回転数の場合、または指示回転数＞車速０点＞目標回転数の場合（図５の場合）、言い換えれば、フォークリフト１００が反転状態の場合（例えば、前傾状態のアクセルレバーを後傾状態にさせた場合、または後傾状態のアクセルレバーを前傾状態にさせた場合）、ランプゲイン決定部１４は、ゲインを第３ゲイン（ゲイン大）に決定する。

上記のとおり、ランプゲイン決定部１４は、指示回転数、目標回転数および車速０点の大小関係に応じてランプ処理のゲインを変更するので、従来のフォークリフトのように複数の走行制御を使い分ける（例えば、平坦路では加速制限を行い、登坂路ではオートトルクアップを行い、さらにニュートラル回生や降坂時回生なども行う）必要がなくなる。したがって、本実施形態に係る走行制御装置１０およびフォークリフト１００によれば、制御を簡素化することできる。

モータ制御部１５は、目標回転数に従って走行用モータ２１を制御する。具体的には、モータ制御部１５は、目標回転数と走行用モータ２１の現在の回転数（現在回転数）とでＰ制御（比例制御）を行い、走行用モータ２１に対して制御信号（トルク指令）を出力する。走行用モータ２１の現在回転数は、例えば、走行用モータ２１に設けられたエンコーダから入力される。

上記のとおりＰ制御を行うことで、フォーク５上の荷物が重くなれば目標回転数（目標速度）に達するまでの時間が長くなり、フォーク５上の荷物が軽くなれば目標回転数（目標速度）に達するまでの時間が短くなる。したがって、本実施形態に係る走行制御装置１０およびフォークリフト１００によれば、操作フィーリングが向上する。

［第２実施形態］
次に、図６を参照して、本発明の第２実施形態に係る走行制御装置１０Ａを説明する。走行制御装置１０Ａは、目標回転数算出部１３Ａを備えている点を除き、第１実施形態に係る走行制御装置１０と大部分が共通する。

目標回転数算出部１３Ａは、所定の周期（例えば、２［ｍｓ］）で、指示回転数に基づいて走行用モータ２１の回転数の目標値である目標回転数を算出する。具体的には、目標回転数算出部１３Ａは、目標回転数を指示回転数に段階的に近づけるランプ処理を行い、かつ目標回転数と指示回転数との偏差に応じてランプ処理のゲインを変更しつつ、目標回転数を算出する。目標回転数と指示回転数との偏差の絶対値が大きければゲインは大きくなり、偏差の絶対値が小さければゲインは小さくなる。

図７に、走行制御装置１０Ａの制御に関するフローチャートを示す。以下では、図１のフォークリフト１００に走行制御装置１０Ａが備えられているものとする。また、目標回転数［ｒｐｍ］を目標速度とし、指示回転数［ｒｐｍ］を指示速度とする。

走行制御装置１０Ａは、所定の周期（例えば、２［ｍｓ］）で目標速度を算出する制御をスタートさせる。ステップＳ１において、アクセルレバーの角度（倒し角）がレバー移動量算出部１１に入力されると、レバー移動量算出部１１は、レバー移動量を算出し、指示回転数算出部１２に出力する。

ステップＳ２において、指示回転数算出部１２は、レバー移動量から指示速度を計算する。ステップＳ３において、目標回転数算出部１３Ａは、ブレーキがオン（例えば、ブレーキペダルが踏まれている）か否かを判定する。

ブレーキがオンでない（例えば、ブレーキペダルが踏まれていない）場合、ステップＳ４において、目標回転数算出部１３Ａは、目標速度と指示速度との偏差を算出する。本実施形態では、偏差＝指示速度−目標速度である。なお、フォークリフト１００の始動時（停止状態のフォークリフト１００において、アクセルレバーを前傾または後傾させるアクセルＯＮ操作が行われた時）は、ステップＳ４の目標速度は０になる。すなわち、偏差＝指示速度となる。一方、フォークリフト１００の始動後は、ステップＳ４の目標速度は、直前に算出した目標速度になる。

目標回転数算出部１３Ａは、偏差と予め設定された複数の閾値との比較を行い、比較の結果に応じてゲインを決定する（ステップＳ５〜Ｓ１２）。本実施形態では、指示速度の最大値を３０００［ｒｐｍ］とし、最小値を−３０００［ｒｐｍ］とする。

まず、目標回転数算出部１３Ａは、偏差と０との比較を行い、偏差＞０の場合は目標速度を１段階（例えば、＋１［ｒｐｍ］）アップさせる（ステップＳ５）。次に、目標回転数算出部１３Ａは、偏差と１０００［ｒｐｍ］との比較を行い、偏差＞１０００［ｒｐｍ］の場合は目標速度を１段階（例えば、＋１［ｒｐｍ］）アップさせる（ステップＳ６）。次に、目標回転数算出部１３Ａは、偏差と２０００［ｒｐｍ］との比較を行い、偏差＞２０００［ｒｐｍ］の場合は目標速度を１段階（例えば、＋１［ｒｐｍ］）アップさせる（ステップＳ７）。次に、目標回転数算出部１３Ａは、偏差と３０００［ｒｐｍ］との比較を行い、偏差＞３０００［ｒｐｍ］の場合は目標速度を１段階（例えば、＋１［ｒｐｍ］）アップさせる（ステップＳ８）。

次に、目標回転数算出部１３Ａは、偏差と０との比較を行い、偏差＜０の場合は目標速度を１段階（例えば、−１［ｒｐｍ］）ダウンさせる（ステップＳ９）。次に、目標回転数算出部１３Ａは、偏差と−１０００［ｒｐｍ］との比較を行い、偏差＜−１０００［ｒｐｍ］の場合は目標速度を１段階（例えば、−１［ｒｐｍ］）ダウンさせる（ステップＳ１０）。次に、目標回転数算出部１３Ａは、偏差と−２０００［ｒｐｍ］との比較を行い、偏差＜−２０００［ｒｐｍ］の場合は目標速度を１段階（例えば、−１［ｒｐｍ］）ダウンさせる（ステップＳ１１）。次に、目標回転数算出部１３Ａは、偏差と−３０００［ｒｐｍ］との比較を行い、偏差＜−３０００［ｒｐｍ］の場合は目標速度を１段階（例えば、−１［ｒｐｍ］）ダウンさせる（ステップＳ１２）。

結局、本実施形態では、目標回転数算出部１３Ａは、ランプ処理のゲインを４段階に変更することができる。−１０００［ｒｐｍ］≦偏差≦１０００［ｒｐｍ］の場合は、目標速度を１段階アップまたはダウンさせる（１［ｒｐｍ］増加または減少させる）第１ゲインとなる。１０００［ｒｐｍ］＜偏差≦２０００［ｒｐｍ］または−２０００［ｒｐｍ］≦偏差＜−１０００［ｒｐｍ］の場合は、目標速度を２段階アップまたはダウンさせる（２［ｒｐｍ］増加または減少させる）第２ゲインとなる。２０００［ｒｐｍ］＜偏差≦３０００［ｒｐｍ］または−３０００［ｒｐｍ］≦偏差＜−２０００［ｒｐｍ］の場合は、目標速度を３段階アップまたはダウンさせる（３［ｒｐｍ］増加または減少させる）第３ゲインとなる。偏差＞３０００［ｒｐｍ］または偏差＜−３０００［ｒｐｍ］の場合は、目標速度を４段階アップまたはダウンさせる（４［ｒｐｍ］増加または減少させる）第４ゲインとなる。

ステップＳ１３において、モータ制御部１５は、目標回転数算出部１３Ａが算出した目標速度と、走行用モータ２１に設けられたエンコーダから入力された入力速度（現在回転数）とでＰ制御を行い、トルクを計算する。そして、モータ制御部１５は、走行用モータ２１に対して制御信号（トルク指令）を出力する。

図８（Ａ）に、指示速度が３０００［ｒｐｍ］、最初の目標速度が−３０００［ｒｐｍ］の場合における、ランプ処理のゲインの変化を示す。目標速度が０になるまでは、偏差＞３０００［ｒｐｍ］となるので、ゲインは目標速度を４段階アップさせる（４［ｒｐｍ］増加させる）第４ゲインとなる。その後、目標速度が指示速度に近づくにつれて、ゲインは第３ゲイン、第２ゲイン、第１ゲインと変化する。

図８（Ｂ）に、指示速度が−３０００［ｒｐｍ］、最初の目標速度が３０００［ｒｐｍ］の場合における、ランプ処理のゲインの変化を示す。目標速度が０になるまでは、偏差＜−３０００［ｒｐｍ］となるので、ゲインは目標速度を４段階ダウンさせる（４［ｒｐｍ］減少させる）第４ゲインとなる。その後、目標速度が指示速度に近づくにつれて、ゲインは第３ゲイン、第２ゲイン、第１ゲインと変化する。

図８（Ｃ）に、指示速度が２０００［ｒｐｍ］、最初の目標速度が−２０００［ｒｐｍ］の場合における、ランプ処理のゲインの変化を示す。目標速度が−１０００［ｒｐｍ］になるまでは、偏差＞３０００［ｒｐｍ］となるので、ゲインは目標速度を４段階アップさせる（４［ｒｐｍ］増加させる）第４ゲインとなる。その後、目標速度が指示速度に近づくにつれて、ゲインは第３ゲイン、第２ゲイン、第１ゲインと変化する。

再び図７を参照し、ブレーキがオン（例えば、ブレーキペダルが踏まれている）場合、ステップＳ１４、Ｓ１６において、目標回転数算出部１３Ａは、目標速度と所定の閾値との比較を行う。所定の閾値は、最大のゲイン（第４ゲイン）のときの目標速度の増減値（例えば、＋４［ｒｐｍ］または−４［ｒｐｍ］）である。

ステップＳ１４において、目標速度＞閾値（＋４［ｒｐｍ］）の場合、ステップＳ１５において、目標回転数算出部１３Ａは目標速度を４段階ダウンさせる（４［ｒｐｍ］減少させる）。ステップＳ１６において、目標速度＜閾値（−４［ｒｐｍ］）の場合、ステップＳ１７において、目標回転数算出部１３Ａは目標速度を４段階アップさせる（４［ｒｐｍ］増加させる）。ステップＳ１４、Ｓ１６において、ともにＮＯの場合（−４［ｒｐｍ］≦目標速度≦＋４［ｒｐｍ］の場合）、ステップＳ１８において、目標回転数算出部１３Ａは目標速度を０にする。次いで、ステップＳ１３に移行する。

上記のとおり、目標回転数算出部１３Ａは、目標回転数（目標速度）と指示回転数（指示速度）との偏差に応じてランプ処理のゲインを変更しつつ、目標回転数を算出する。したがって、走行制御装置１０Ａは、複数の走行制御を使い分ける（例えば、平坦路では加速制限を行い、登坂路ではオートトルクアップを行い、さらにニュートラル回生や降坂時回生なども行う）必要がなくなる。したがって、本実施形態に係る走行制御装置１０Ａによれば、制御を簡素化することできる。

以上、本発明に係る走行制御装置および産業車両の実施形態について説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。

上記第１実施形態では、ランプゲイン決定部１４が、
（１）車速０点＜目標回転数＜指示回転数の場合、または車速０点＞目標回転数＞指示回転数の場合に、ゲインを第１ゲイン（ゲイン中）に決定し、
（２）車速０点＜指示回転数＜目標回転数の場合、または車速０点＞指示回転数＞目標回転数の場合に、ゲインを第２ゲイン（ゲイン小）に決定し、
（３）指示回転数＜車速０点＜目標回転数の場合、または指示回転数＞車速０点＞目標回転数の場合に、ゲインを第３ゲイン（ゲイン大）に決定しているが、
これに限定されるものではなく、ゲインの決定の仕方は、指示回転数、目標回転数および車速０点の大小関係に基づくのであれば、任意に変更することができる。

上記第２実施形態では、目標回転数算出部１３Ａが、目標回転数（目標速度）と指示回転数（指示速度）との偏差に応じてランプ処理のゲインを４段階に変更しているが、３段階以下に変更してもよいし、５段階以上に変更してもよい。また、目標回転数を変化させる度合も適宜変更することができる。例えば、１段階変更したときの目標速度の増減値を２［ｒｐｍ］にしてもよい。

モータ制御部１５はＰ制御を行うことが好ましいが、本発明では、アクセルレバーの倒し角と非線形関係にあるレバー移動量から指示回転数を算出することにより操作フィーリングがある程度向上するので、モータ制御部１５は、Ｐ制御以外の制御、例えば、ＰＩ制御やＰＩＤ制御を行っても良い。

本発明に係る産業車両は、リーチ式フォークリフト以外のフォークリフト、またはフォークリフト以外の荷役車両を含む。

１ 車体
２ ストラドルレッグ
３ キャリッジ
４ マスト装置
５ フォーク
６ 前輪
７ 運転席
８ ステアリングハンドル
９ レバー類
１０、１０Ａ 走行制御装置
１１ レバー移動量算出部
１２ 指示回転数算出部
１３、１３Ａ 目標回転数算出部
１４ ランプゲイン決定部
１５ モータ制御部
２０ 駆動輪
２１ 走行用モータ
１００ フォークリフト

Claims (2)

1. 産業車両の走行制御装置であって、
   前記産業車両のアクセルレバーの倒し角から、前記倒し角と非線形関係を有し前記倒し角が大きいほど変化量が大きくなるように規定されたレバー移動量を算出するレバー移動量算出部と、
   前記レバー移動量から、前記レバー移動量と線形関係を有する前記産業車両の走行用モータの指示回転数を算出する指示回転数算出部と、
   所定の周期で、前記指示回転数に基づいて前記走行用モータの目標回転数を算出する目標回転数算出部と、
   前記走行用モータの現在の回転数と前記目標回転数とで、Ｐ制御、ＰＩ制御またはＰＩＤ制御を行い、前記走行用モータを制御するモータ制御部と、を備え、
   前記目標回転数算出部は、
   前記目標回転数を前記指示回転数に段階的に近づけるランプ処理を行い、前記目標回転数を変化させる度合に相当する前記ランプ処理のゲインを、前記目標回転数と前記指示回転数との関係に応じて変更しつつ、前記目標回転数を算出するとともに、
   前記指示回転数、前記目標回転数および車速０点の大小関係を判定し、
   前記車速０点＜前記目標回転数＜前記指示回転数の場合、または前記車速０点＞前記目標回転数＞前記指示回転数の場合、前記ゲインを第１ゲインに決定し、
   前記車速０点＜前記指示回転数＜前記目標回転数の場合、または前記車速０点＞前記指示回転数＞前記目標回転数の場合、前記ゲインを前記第１ゲインよりも小さい第２ゲインに決定し、
   前記指示回転数＜前記車速０点＜前記目標回転数の場合、または前記指示回転数＞前記車速０点＞前記目標回転数の場合、前記ゲインを前記第１ゲインよりも大きい第３ゲインに決定する
   ことを特徴とする走行制御装置。
2. 請求項１に記載の走行制御装置を備えた
   ことを特徴とする産業車両。

Images