JPH04185203A - 電動車両の制動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、フォークリフト等の電動車両の制動装置に関
する。

（従来の技術） バッテリーで走行するフォークリフト等の電動車両は、
制動系統として、油圧等を利用した機械式ブレーキと、
走行モーターに対する電気的制動とを備えている。

走行モーターの電気的制動方法には、所定の回転速度以
上（以下、回生可能速度と呼ぶ）の時にブレーキペダル
の踏込量に応じてかかる回生制動と、上記回生制動が不
能になる低速時（以下、回生離脱速度と呼ぶ）に、走行
モーターを逆転接続に切換え、逆トルクを発生させるこ
とで制動をかけるプラギング制動とがある。

回生離脱速度は、例えば時速２〜３１ａｔｉ／Ｈのよう
な低速であり、プラギング制動は、上記の速度より回生
制動に代わって作用し、機械式ブレーキとともに車両を
制動させる。これらの電気的制動は、機械式ブレーキの
負担を軽減し、ブレーキシューの劣化を防止する機能を
果たしている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、回生制動は、バッテリーにエネルギーの回生
モ行う制動方法であるが、プラギング制動は、走行モー
ターを逆転接続に切換え、バッテリーエネルギーを消費
して制動をかける制動方法である。従って、バッテリー
のエネルギーは、回生制動によって回収されるとはいっ
ても、プラギング制動を行うごとに消費され、車両の稼
働時間はこれによって短縮される傾向にあった。

本発明は上記問題を除去し、バッテリーエネルギーをで
きるだけ消費することな（十分な制動を行えるようにし
た電動車両の制動装置の提供を目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は、回生制動モード及びプラギング制動モードを
有し走行モーターを走行側部する走行回路と、前記走行
モーターの速度に関する情報を人力し、速度に応じて前
記走行回路に設定可能な制動モードを判別する可能制動
モード判別手段とを備え、更に前記機械式ブレーキのブ
レーキペダル踏込情報及び前記走行モーターの速度変化
に関する情報より機械式ブレーキ能の良否ダ判定し、機
械式ブレーキ能の不良時にのみ回生制動モードよりプラ
ギング制動に移行させるブレーキ能判定手段とを設けて
いる。

（作用） 上記制動装置によれば、ブレーキ能判定手段は、ブレー
キペダルの踏込量と減速量との関係、例えば踏込量に対
する減速量が規定値近傍か極めて小さいかにより、機械
式ブレーキ能の良否を判定している。そして、規定値近
傍である場合は、機械式ブレーキが正常であると判定し
て、プラギング制動を行うことなく回生制動と機械式ブ
レーキだけの制動モードを選択する。減速量が規定値よ
り極めて小さい場合は、機械式ブレーキの効きが悪いと
判定して、プラギング制動を伴う制動モードを選択する
。このように本発明は、ペーパーロック現象等のように
機械式ブレーキの効きが悪くなるときだけプラギング制
動を援用するので、バッテリーエネルギーの消費が軽減
され、長寿命化を図ることができる。

（実施例） 以下、本発明をフォークリフトに適用した実施例によっ
て詳細に説明する。

第１図は本発明に係る電動車両の制動装置の一実施例を
示す構成図である。

第１図において、マスクシリンダ１、回転ドラム２、ホ
イールシリンダ３、ブレーキシュー４及びマスクシリン
ダ１のピストン軸５と連結・連動したブレーキペダル６
によって、機械式ブレーキが構成される。ブレーキペダ
ル６には、例えば接触可動部をブレーキペダル６に接触
させてペダル踏込量を検出するポテンショメータ、光電
変換素子等によるペダル踏角センサー７が設けられる。

また、例えば回転ドラム２には発電式或いは機械式等の
車速センサー１１が設けられる。

電動制動を行う回路手段は、回転ドラム２を駆動する走
行モーター１０と、走行モーター１ｏを稼働する走行回
路９と、走行回路９を所定の動作モードに切換え制御す
る制御処理回路８とから構成される。走行回路９は、走
行モーター１０に流れる電流をチョッパー動作により調
整することによって、回転速度（走行速度）を制御する
制御素子や前後進切換え用のコンタクタ−或いは回生制
動用のスイッチング素子を含む回路である。

制御処理回路８は、上記走行回路９の制御素子やコンタ
クタ−類を動作モードに応じて切換えコントロールする
各種コントロール信号を発生するマイコン回路であって
、以下の構成より成る。即ち、走行デユーティ−指令、
走行電流指令及び踏角センサー７からの化カフａの示す
情報を組み合わせて走行モーター１０の電流制御のため
の走行チョッパー信号８ｂを発生する走行制御回路８１
と、回生可能速度と回生離脱速度が設定され、車速出力
１．１ａを入力して、車速を判断することで、回生制動
モードが可能か、不能か即ち、プラギング制動が可能か
の判別を行う可能制動モード判別手段８２と、上記可能
制動モード判別手段８２の出力する回生／プラギング切
換え指令８２ａに基づいて走行回路９の上記動作モード
設定用素子をコントロールするための信号８ａ、８ｂを
生成出力する切換え信号発生回路８３とを基本構成とし
て備える。さらに、本実施例の制御処理回路８は、上記
車速出力１１ａ及び踏角用カフａを入力し、これら各出
力より、例えば踏角に対する減速量が規定値近傍か小さ
いかにより、機械式ブレーキ能の良否を判定するブレー
キ能判定手段８４を設けている。ブレーキ能判定手段８
４は、可能制動モード判別手段８２の出力する回生／プ
ラギング切換え指令８２ａの内容を最終的に決定してお
り、可能制動モード判別手段８２の判定にかかわらず、
ペダル踏角用カフａに対し車速出力１１ａによって求め
た減速量が規定値より小さい場合にのみ、プラギング制
動を行うプラギング禁止／実行指令８４ａを可能制動モ
ード判別手段８２に供給している。

次に、走行回路９の一例を説明する。

走行回路９は、バッテリー１２によって分けられた低電
圧ライン１４と高電圧ライン１３との間に構成される。

走行駆動のメインとなる制御スイッチング素子は、上記
低電圧ライン１４にソースが接続され、ゲートに走行制
御回路８１からの走行チョッパー信号８ｂが供給される
電流制御形トランジスタ（以下単にトランジスタと呼ぶ
）ＴＭにて構成され、上記走行チョッパー信号８ｂによ
ってチョッパ制御を受けるようになっている。

トランジスタＴＭのドレインは、前後進コンタクタ−Ｍ
Ｒ，ＭＦにおける各一方の切換え端子ａにそれぞれ接続
される。前後進コンタクタ−ＭＲ。

ＭＦにお番」る他方の切換え端子すは共通接続されて走
行モータ１０を構成するの根子ＤＭの一端に接続される
。前後進コンタクタ−ＭＲ，ＭＰのそれぞれのコモン端
子Ｃ間には走行モータ１０を構成する界磁巻線ＬＡが接
続される。電機子ＤＭの他端は電流センサＣ３Ｄを介し
、回生コンタクタ−ＭＧを介して高電圧ライン１８に接
続される。

これら回生コンタクタ−ＭＧ、電流センサーＣ３Ｄ及び
電機子ＤＭから成る直列回路には、それぞれフライホイ
ールダイオードＤＦ、と、エミッタ側に回生レジスター
ＲＧを有する回生トランジスタＴＧのコレクタ・エミッ
タ通路が並列に接続される。回生トランジスタＴＧは上
記切換え信号発生回路８３からの信号８ａがベースに供
給され、コレクタが高電圧ライン１３に接続される。上
記フライホイールダイオードＤＦ！はカソード側が高電
圧ライン１３に接続される。

また、回生コンタクタ−ＭＧと電流センサーＣ３Ｄとの
接続点は、回生ダイオードＤＧのカソードに接続され、
同ダイオードＤＣのアノードは、低電圧ライン１４に接
続される。さらに、フライホイールダイオードＤＦ、と
前後進コンタクタ−ＭＲとの直列接続には、フライホイ
ールダイオードＤＦ、がカソード側を高電圧ライン１３
に向けて並列に設けられている。

なお、上記トランジスタＴＭのドレイン・ソース間には
、保護用の逆導通ダイオードＤＲが、カソードをドレイ
ンに向けて接続されるとともに、」二記ダイオードＤＲ
に並列に、走行アブソーバ−ダイオードＤＡＤ及びコン
デンサーＣＡＤの直列回路が接続され、更に上記ダイオ
ードＤＡＤに並列に走行用アブソーバ−レジスターＲＡ
Ｄが接続されている。

なお、上記走行回路９の各コンタクタ−ＭＧ。

ＭＰ、ＭＲは、切換え信号発生回路８３からの信号８ｃ
によってコントロールされる。

本発明は以上の如く構成され、次にその動作を説明する
。

く走行回路９〉 電源スィッチがＯＮ操作され、バッテリー１２の出力電
圧が各部に印加され、アクセルが踏まれると、走行モー
ドに入る。いま、進行方向を例えば前進とすると、走行
回路９では、切換え信号発生回路８３からの信号８ｂに
よって、例えば前進コンタクタ−ＭＦのｂ−ｃ間が接続
され、後進コンダクタ−ＭＲのａ−Ｃ間が接続され、及
び回生コンタクタ−ＭＧが閉じられる。一方、トランジ
スタＴＭのゲートには、走行制御回路８１から走行チョ
ッパー信号８ｂが加えられるので、トランジスタＴＭは
ＯＮ状態とＯＦＦ状態とを交互に繰り返し、トランジス
タＴＭの０Ｎ−ＯＦＦのデューティーに応じた電流が電
機子ＤＭに流れて走行モーター１０が回転される。この
チョッパー動作は、車両の状況に応じてＯＮ期間とＯＦ
Ｆ期間のデユーティ−が可変され、安定な走行を行うよ
うになっている。

上記走行時の走行モータ１０は、次のように電流が流れ
る。先ず、トランジスタＴＭがＯＮ状態にある時は、バ
ッテリー１２→回生コンタクタ−ＭＧ→電流センサーＣ
３Ｄ→電機子ＤＭ→界磁巻線ＬＡ→トランジスタＴＭ→
バッテリー１２の経路で電流が流れる。

トランジスタＴＭへのゲート電流が停止する時には、始
めにトランジスタＴＭのドレイン電流が徐々に減少し、
ドレイン・ソース間電圧が徐々に上昇する。この時のサ
ージ電圧はダイオードＤＡＤを通じてコンデンサＣＡＤ
に吸収される。トランジスタＴＭが完全にＯＦＦすると
、コンデンサＣＡＤに蓄えられたサージエネルギーは、
コンデンサＣＡＤ→レジスターＲＡＤ→ダイオードＤＦ
１→バッテリー１２→コンデンサＣＡＤのループを回っ
て放電される。

トランジスタＴＭが０ＦＦＬ、、コンデンサＣＡＤのサ
ージエネルギーが放電を終了すると、トランジスタＴＭ
のＯＦＦ動作により走行モーター１０内に誘起された逆
起電力はダイオードＤＰＩを通じて循環される。

次に、ブレーキペダル６が踏まれるブレーキ制動時では
、車両の速度が回生可能速度以上の場合、コンタクタ−
ＭＦとＭＲが切換え反転（ＭＰがｂ−Ｃ間導通、ＭＲが
ａ−Ｃ間導通）されて、回生制動にはいる。

く回生制動〉 回生制動は予備励磁と回生中の過程をとる。

車速センサー１１からの出力１１ａが可能制動モード判
別手段８２において回生可能速度と比較され、回生可能
速度以上と判定されると、可能制動モード判別手段８２
は切換え信号発生回路８３に回生制動を行う回生／プラ
ギング切換え指令８２ａを出す。これにより切換え信号
発生回路８３から発生する信号８ｂは、回生用コンタク
タ−ＭＧを離落させ、回生トランジスタＴＧをＯＮさせ
る。

このようにして予備励磁が開始される。予備励磁電流は
、バッテリ−１２→トランジスタＴＧ→レジスターＲＧ
→界磁巻線ＬＡ→トランジスタＴＭ→バッテリー１２の
経路を流れる。予備励磁電流が流れると、界磁巻線ＬＡ
の電流に起因した矢印方向の起電力ＶＡが発生する。

起電力ＶＡが発生し、ある値以上になると回生ダイオー
ドＤＣにも電流が流れて、予備励磁電流を更に増大させ
、起電力■、も増大する。

予備励磁電流がある程度太き（なると、トランジスタＴ
ＧはＯＦＦするが、予備励磁電流は、ダイオードＤＣを
通じて流れる。この時、トランジスタＴＭがＯＦＦする
と、バッテリー１２を充電する回生電流が流れる。回生
電流は、電機子ＤＭ→コンタクターＭＲ→界磁巻線ＬＡ
→コンタクタ−ＭＦ→ダイオードＤＦ２→バッテリー１
２→ダイオードＤＧ→電流センサーＣ３Ｄ→電機子ＤＭ
の経路を流れる。

可能制動モード判別手段８２は、車両の速度が回生離脱
速度（車両の種類によって異なる）以下になると、回生
不能と判断してプラギング制動が可能である判定を行う
。この時、回生制動は終了している。

く回生→プラギング〉 次に、回生制動以降の動作をペーパーロック現象等のブ
レーキペダル異常を検出した場合と、正常にブレーキが
効（場合との動作を第２図のフローチャートを参照して
説明する。

ステップＳ１は可能制動モード判別手段８２の行う処理
であり、踏角比カフａによってブレーキペダル６が踏ま
れたことを検出すると、本実施例によるブレーキングル
ーチンに入る。続くステップＳ２によって、ブレーキ能
判定手段８４は、車速出力１１ａとブレーキペダル踏角
比カフａを入力し、可能制動モード判別手段８２は車速
出力１１ａを入力する。可能制動モード判別手段８２は
、車速出力１１ａによってステップＳ３の判定を行い、
〔回生可能速度以上か〕の命題が真であるか否かを判断
する。ステップＳ３でＮｏの場合は、ステップＳ２→Ｓ
３を繰り返す。車速か回生可能速度以上であると、ステ
ップＳ３の判定がＹＥＳになり、可能制動モード判別手
段８２は、回生制動モードが可能である判定を行う。こ
の時、ブレーキ能判定手段８４は、ペダル踏角７ａと車
速１１ａとによる演算の準備段階であるので、その出力
であるプラギング禁止／実行指令８２ａは、可能制動モ
ード判別手段８２の出力内容を決定せず、可能制動モー
ド判別手段８２の判定が回生／プラギング切換え指令８
２ａの内容を決定する。これにより、ステップＳ４が実
行され、走行回路９は回生制動モードに設定される。

さて、回生制動中、ブレーキ能判定手段８４は、ステッ
プＳ５→Ｓ６を行う。ステップＳ５は、ステップＳ２で
入力した車速出力１１ａによって、ある単位時間におけ
る速度低下の割合（減速量）を演算する処理、ステップ
Ｓ６は、上記ステップＳ５で求めた減速量と踏角出カフ
ａとを参照して、踏角の割りに減速量が規定値近傍か小
さ過ぎるかにより機械式ブレーキの効きが良か悪いかを
判定する処理である。

上記ステップＳ６の判定において、踏角の割りに減速量
が規定値近傍である場合は、ブレーキ踏角に対して正常
に車速か減速されていることを意味するので、ブレーキ
能良と判断する。この場合は、ステップＳ６からステッ
プＳ２にジャンプし、ステップＳ２→Ｓ３→Ｓ４→Ｓ５
→Ｓ６→Ｓ２のルーチンが繰り返される。即ち、ブレー
キ能判定手段８４は、可能制動モード判別手段８２の判
定にかかわらず、プラギング制動を禁する指令８４ａを
可能制動モード判別手段８２に送出して、回生／プラギ
ング切換え指令８２ａとして、プラギング制動を伴わな
い制動を行う内容を切換え信号発生回路８３に供給する
。これにより、走行回路９は、回４生離脱速度になって
もプラギング制動モードに移行せず、機械式ブレーキの
下、回生制動だけで車両を停止することになる。

また、ステップＳ６の判定において、踏角の割りに減速
量が規定値より小さ過ぎると、ブレーキ能判定手段８４
はベーパーロック現象等によりブレーキペダルの効きが
悪いと判定する。この時のプログラムは、ステップＳ７
→ステツプＳ８→Ｓ９（→Ｓ８→Ｓ９）となり、ブレー
キ能判定手段８４は、プラギング制動を許可する指令８
４ａを可能制動モード判別手段８２に送出する。これに
より、可能制動モード判別手段８２は、ステップＳ７に
よって車速か回生離脱速度以下（ＹＥＳ）と判定した後
、プラギング制動に切換える内容の回生／プラギング切
換え指令８２ａを切換え信号発生回路８３に供給する。

こうして切換え信号発生回路８３は、走行回路９を回生
制動終了後、プラギング制動モードに移行するコントロ
ールを行う。

上記プラギング制動時は、回生コンタクタ−ＭＧが閉成
され、前後進コンタクタ−ＭＦ、ＭＲが切換えられる（
ＭＦがａ−ｃ間導通、ＭＲがｂ−ｃｗＩｊ導通となる）
。この時、モーター電流は、バッテリー１２→コンタク
タ−ＭＧ→電流センサーＣ３Ｄ→電機子ＤＭ→コンタク
タ−ＭＦ→界磁巻線ＬＡ→コンタクタ−ＭＲ→トランジ
スタＴＭバッテリー１２の経路で流れ、プラギング電流
が電機子ＤＭ→ダイオードＤＦ２→コンタクタ−ＭＧ→
電流センサーＣ８Ｄ→電機子ＤＭの経路で流れる。

こうして機械式ブレーキの効きが悪化した場合にだけ、
プラギング制動に移行するので、バッテリーエネルギー
消費を少なくすることができる。

ブレーキ能判定手段８４の判定動作（ステップ３６）の
基準となる規定値の設定方法は、例えば回生制動終了後
のペダル踏角に対する減速特性より決めることができる
。

第３図は、ペダル踏角に対する回生制動特性と機械式制
動特性とを比較した特性図である。第３図において、制
動カーブ■は回生制動と機械式制動を合成した特性を、
制動カーブ■は回生制動のみの特性を示している。また
、縦軸は走行速度の減速量を表し、横軸はブレーキペダ
ル踏角を表している。

回生制動は、ペダル踏角が０〜ａ、の範囲では、回生制
動力が踏み角によって変わらない。踏角ａ。〜ａ、の範
囲では、ペダル踏角に応じた回生電流を設定し、■の傾
斜部のように減速量が増大し、回生制動による減速が大
きくなる。踏角ａ、〜ａ、の範囲では、回生制動力が踏
角によって変化しないという特性としている。機械式ブ
レーキが正常の場合、上記回生制動と機械式ブレーキを
合成した特性■は、踏角ａ、以降も急激に減速する。

しかし、機械式ブレーキの効きが悪化すると、このよう
な特性は期待できない、 そこで、機械式ブレーキが全く効かず、回生制動だけが
効いているとき（機械式ブレーキが効かないため踏角が
太き（なりａ、まで踏み込まれる時点）における減速量
ｂ＋と、機械式ブレーキが正常に効き、かつ回生制動が
効いている時点における減速量す、の間の任意の減速量
ｂｔを規定値と設定する。こうして踏角が８１以上あり
、減速量が上記す、より極めて小さい場合に、ブレーキ
の効きが悪いと判定するのである。

なお、上記実施例において、プラギング制動モードを使
用する時は、トランジスタＴＭを強制的にＯＦＦさせる
ようにしても同様の目的を達成する。

また、プラギング電流を流すダイオードＤＦ２は抵抗に
かえてもよい（発電制動）。

更に、可能制動モード判別手段８２は車速センサー１１
の出力の代わりに、電流センサーＣ３Ｄの検出出力によ
って判定動作させるようにしても良い。

また更に、制御処理回路８の構成は種々の変形が考えら
れ、要は、車速に関する情報とブレーキペダルの踏角情
報（ブレーキのシリンダ圧力でも良い）とにより、機械
式ブレーキの効きを判定する手段を有し、この判定手段
の出力にて、プラギング制動を行うか否かを決定する構
成を有するものは全て本発明に属する。

（発明の効果） 以上述べたように本発明によれば、機械式ブレーキが効
かないときだけ、プラギング制動を導入するようにし、
車両の稼働時間を延ばす効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電動車両の制動装置の一実施例を
示す構成図、第２図は第１図の動作を説明するフローチ
ャート、第３図は機械式ブレーキ特性と回生制動特性を
比較した特性図である。 １・−・・マスクシリンダ、２・−・・回転ドラム、３
・・−・ホイルシリンダ、４・−・・ブレーキシュー、
６・−・・ブレーキペダル、７−・・・踏角センサー、
８・・・・制御処理回路、８１・−・走行制御回路、８
２・−・・可能制動モード判別手段、８３・−・・切換
え信号発生回路、８４・・−ブレーキ能判定手段、８４
ａ・−・・プラギング実行指令、８４ｂ・−・・プラギ
ング禁止指令、９・・・・走行回路、１２・・・・バッ
テリー、ＴＭ、ＴＯ・−・・トランジスタ、ＭＧ。 ＭＰ、ＭＲ・・・・コンタクタ−１ＤＦ　２−・・プラ
ギングダイオード、ＤＧ−・・・回生ダイオード。 特許出願人　株式会社豊田自動織機製作所代理人　　　
　弁理士　　　　大川　　宏−１ら− 第３図 ブし一′＋ペダル踏角　→

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 電動車両の走行モーターと、 回生制動モード及びプラギング制動モードを有し、前記
   走行モーターを走行制御する走行回路と、 前記走行モーターの速度に関する情報を入力し、速度に
   応じて前記走行回路に設定可能な制動モードを判別する
   可能制動モード判別手段と、 機械式ブレーキのブレーキペダル踏込情報及び前記走行
   モーターの速度変化に関する情報より機械式ブレーキ能
   の良否を判定し、機械式ブレーキ能の不良時にのみ回生
   制動モードよりプラギング制動に移行させるブレーキ能
   判定手段と、 を具備したことを特徴とする電動車両の制動装置。