JPH08256401A - 電気式車両の速度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】電気式車両の降坂時などにおける速度上昇を抑
制する。 【構成】車速をコントロールするアクセルと、現実の車
速Ｖｒを検知しうる車速検出装置とを具えた電気式車両
において、前記アクセルが操作されていないにも拘わら
ず、現実の車速Ｖｒが予め定めた設定速度Ｖｏよりも時
速α（α＞０）以上大きくなったときに、前記現実の車
速Ｖｒと設定速度Ｖｏとの差により演算される制動トル
クＴにより電気式車両の走行用モータを回生制動しうる
コントローラを設けたことを特徴とする電気式車両の速
度制御装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばバッテリ式フォ
ークリフトなどの電気式車両に好適に用いうる速度制御
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】走行用モータをパワートランジスタなど
のスイッチング素子によりチョッパ駆動する電気式車
両、例えばバッテリ式のフォークリフトなどにおいて
は、アクセルの操作量に基づいて車速をコントロールし
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
な電気式車両では、アクセルの操作がなされていない場
合には、通常、走行用モータのチョッパ率はゼロとなり
運転者によるブレーキ操作が唯一の車速コントロール手
段となる。したがって、車両が坂道を下る降坂時には、
ブレーキの頻繁操作を必要とするなど、運転者に不安を
与えかつブレーキの早期磨耗などを招来するという問題
がある。

【０００４】本発明は、かかる問題点に鑑み案出された
もので、アクセルが操作されていないにも拘わらず、現
実の車速が予め定めた設定速度よりも時速α（α＞０）
以上大きくなったときに、電気式車両の走行用モータを
所定トルクで回生制動することを基本として、前記問題
点を解決しうる電気式車両の速度制御装置を提供するこ
とを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、車速をコント
ロールするアクセルと、現実の車速Ｖｒを検知しうる車
速検出装置とを具えた電気式車両において、前記アクセ
ルが操作されていないにも拘わらず、現実の車速Ｖｒが
予め定めた設定速度Ｖｏよりも時速α（α＞０）以上大
きくなったときに、前記現実の車速Ｖｒと設定速度Ｖｏ
との差により演算される制動トルクＴにより電気式車両
の走行用モータを回生制動しうるコントローラを設けた
ことを特徴とする電気式車両の速度制御装置である。

【０００６】又前記制動トルクＴは、 Ｔ＝Ｇ１・∫（Ｖｒ−Ｖｏ）ｄｔ＋Ｇ２・（Ｖｒ−Ｖ
ｏ） （ただし、Ｇ１、Ｇ２はゲイン）により演算するのが良
い。

【０００７】さらに前記電気式車両は、前記コントロー
ラの前記回生制動を禁止しうるスイッチと、前記設定速
度Ｖｏを調節しうる設定速度入力装置とを設けたバッテ
リ式フォークリフトなどが好ましく、このとき、前記α
が１ｋｍ／ｈとする。

【０００８】

【作用】請求項１の発明によれば、アクセルが操作され
ていないにも拘わらず、現実の車速が予め定めた設定速
度Ｖｏよりも時速α（α＞０）以上大きくなったとき
に、前記現実の車速Ｖｒと設定速度Ｖｏとの差により演
算される制動トルクＴにより電気式車両の走行用モータ
を回生制動しうる。

【０００９】したがって、電気式車両の降坂時など、設
定速度Ｖｏ＋α以上に車速が上昇するのを防止しうる結
果、ブレーキの頻繁操作を無くして早期磨耗を抑制しう
る他、運転者の不安をも解消しうる。

【００１０】又前記制動トルクＴは、 Ｔ＝Ｇ１・∫（Ｖｒ−Ｖｏ）ｄｔ＋Ｇ２・（Ｖｒ−Ｖ
ｏ） （ただし、Ｇ１、Ｇ２はゲイン）にて演算することによ
り、比例動作で生じる定常偏差を、積分動作によってゼ
ロとしうる。

【００１１】なお、本発明者等が、電気式車両にバッテ
リ式のフォークリフトを用いて実車テストを行った結
果、前記αは、例えば１ｋｍ／ｈ程度とすることがフィ
ーリング的にも良好であることが判明している。

【００１２】又前記電気式車両は、前記コントローラの
前記回生制動を禁止しうるスイッチと、前記設定速度Ｖ
ｏを調節しうる設定速度入力装置とを設けることによ
り、運転者の好みや運転状況などに応じた種々の走行を
可能とし操縦性を高めうる。

【００１３】

【実施例】以下本発明の一実施例を、電気式車両にバッ
テリ式のフォークリフトに採用した場合を例にとり図面
に基づいて詳述する。

【００１４】バッテリ式のフォークリフト（図示せず）
は、図１に示すように、車速をコントロールするアクセ
ル２と、現実の車速Ｖｒを検知しうる車速検出装置３
と、前記アクセル２が操作されていないにも拘わらず、
現実の車速Ｖｒが予め定めた設定速度Ｖｏよりも時速α
（α＞０）以上大きくなったときに、前記現実の車速Ｖ
ｒと設定速度Ｖｏとの差により演算される制動トルクＴ
によって走行用モータ４を回生制動しうるコントローラ
５とを有し、本例では、前記コントローラ５の前記回生
制動を、オン動作により許可しかつオフ動作により禁止
しうる低速スイッチ６と、前記設定速度Ｖｏを調節しう
る設定速度入力装置７とを設けたものを例示している。

【００１５】前記アクセル２は、その操作量Ａｃを前記
コントローラ５に入力する。コントローラ５はこれに応
じて、図３に示すような比例関係によりチョッパ率を定
めてスイッチング部ＣＨ１へ出力するとともに、走行用
モータ４（図４に示す）がこのチョッパ率にて駆動され
車速に反映される。したがって通常、アクセル操作量Ａ
ｃが最大のとき、コントローラ５は１００％のチョッパ
率を前記スイッチング部ＣＨ１へと出力する。

【００１６】前記車速検出装置３は、例えば図示しない
走行車輪や、モータ軸などから回転数などを検知し、か
つ所定の処理を施すことにより、フォークリフトの現実
の車速Ｖｒを得る適宜公知のセンサなどを用いうる。

【００１７】前記コントローラ５は、本実施例では、入
力、出力インターフェースＩ、Ｏと、読み書き自在な作
業用メモリであるＲＡＭと、後述する処理手順プログラ
ムなどが予め記憶されたＲＯＭと、これらにデータバス
などを介して接続される処理装置としてのＣＰＵとから
なる。

【００１８】なお、前記アクセル２、車速検出装置３、
低速スイッチ６、設定速度入力装置７、後述する電流検
出器ＳＴａ、ＳＴｆ、中立、前進、後進など走行方向を
切り換えうる方向指示器Ｄｓなどの前記各信号は前記入
力インターフェースＩに入力される。

【００１９】又前記低速スイッチ６及び設定速度入力装
置７は、例えば運転席付近に設けられることにより、運
転者により容易に操作でき、かつ本実施例では前記設定
速度入力装置７は、５〜１５ｋｍ／ｈの範囲で１ｋｍ／
ｈ毎に設定速度Ｖｏを調節しうるものを例示している
が、これらの低速スイッチ６、設定速度入力装置７は省
略しても良く、又設定速度Ｖｏを固定値にしても良い。

【００２０】次に、図４には、バッテリ式フォークリフ
トの走行回路を模式的に示している。図において、直流
直巻式の走行用モータ４は、回生用コンタクタＭＧ、ヒ
ューズなどを介してバッテリＢＡのプラス側に接続する
アーマチュア４Ａと、前進コンタクタＭＦと後進コンタ
クタＭＲと間に介在するフィールドコイル４Ｂとからな
り、図示しないモータ軸を走行車輪に連係している。

【００２１】又前記方向指示器Ｄｓの前進、後進指示に
より夫々開閉しうる前進コンタクタＭＦと後進コンタク
タＭＲとは、バイパスコンタクタＭＢ、及び例えば電界
効果型トランジスタなどの前記走行用モータ４に電流を
流しうるスイッチング部ＣＨ１を配した並列接続部分を
有して前記バッテリＢＡのマイナス側へと接続される。

【００２２】次に、前記回生用コンタクタＭＧと前記バ
ッテリＢＡとを結ぶ第１のラインＬ１と、前記アーマチ
ュア４Ａと前、後進コンタクタＭＦ、ＭＲとを結ぶ第２
のラインＬ２とは、回生時の回生抵抗Ｒ及び予備励磁用
の電界効果型トランジスタからなるスイッチング部ＣＨ
２を直列に配した第３のラインＬ３により接続される
他、アーマチュア用のフライホイールダイオードＤ２が
並列に接続される。

【００２３】又前、後進コンタクタＭＦ、ＭＲと前記ス
イッチング部ＣＨ１との間を結ぶ第４のラインＬ４に
は、この第４のラインＬ４と前記第１のラインＬ１とを
結ぶ第１の回生ダイオードＤ１が接続されている。

【００２４】さらに、前記スイッチング部ＣＨ１とバッ
テリＢＡのマイナス端子とを結ぶ第５のラインＬ５に
は、この第５のラインＬ５と前記第１のラインＬ１とを
接続する第２の回生用ダイオードＤ３が配されている。

【００２５】なお前記第２のラインＬ２には、前記走行
用モータのアーマチュア電流Ｉａ及びフィールド電流Ｉ
ｆをそれぞれ検知しうる電流検出器ＳＴａ、ＳＴｆが配
され、この各電流値は前記コントローラ５の入力インタ
ーフェースＩへと入力されるのは前記の通りである。

【００２６】以上のように構成された各装置は、前記コ
ントローラ５によって図２に示すような処理手順により
制御される。

【００２７】先ずＣＰＵは、本例では前記方向指示器Ｄ
ｓが中立以外であることを前提とし、例えば前進方向指
示がなされている場合を考えると、前記車速検出装置３
から現実の車速Ｖｒと、予め定められる設定速度Ｖｏと
をＲＡＭなどに読み込む（ステップＳ１、Ｓ２）。

【００２８】なおステップＳ２において、前記低速スイ
ッチ６がオンされているときは、本例では前記設定速度
入力装置７により定められた設定速度が採用されるが、
低速スイッチを省略した場合には、予め設定速度を記憶
させておくと良い。

【００２９】次に、ＣＰＵは、アクセル操作の有無を判
断し（ステップＳ３）、アクセル操作がなされていなけ
れば（ステップＳ３でＮｏ）、現実の車速Ｖｒと、前記
設定速度Ｖｏ＋α（α＞０）とを比較する（ステップＳ
４）。なおこの速度αは例えばバッテリ式フォークリフ
トの場合、１ｋｍ／ｈ程度が好ましいのは既に述べた通
りであるが、０．７〜１．６ｋｍ／ｈの範囲内で種々定
めても良い。

【００３０】前記現実の車速Ｖｒが、前記設定速度Ｖｏ
と速度α（α＞０）との和以上である場合には（ステッ
プＳ４で≧）、フォークリフトの降坂時の如く、外部か
ら運動エネルギーを与えられた状態に相当すると考えて
良い。

【００３１】かかる場合、本実施例では低速スイッチ６
の状態を判断し（ステップＳ５）、低速スイッチ６がオ
ンであれば、比例積分制御（以下、「ＰＩ制御」とい
う）により、回生制動トルクＴを演算する（ステップＳ
６）。

【００３２】前記回生制動トルクＴは、 Ｔ＝Ｇ１・∫（Ｖｒ−Ｖｏ）ｄｔ＋Ｇ２・（Ｖｒ−Ｖ
ｏ） の式（ただし、Ｇ１、Ｇ２はゲイン）により演算する。
このように、回生制動トルクを演算するに際し、比例動
作に積分動作を加えることにより、時間経過後、定常偏
差をゼロとして、好ましい制御をなしうる。

【００３３】さらに、ＣＰＵは、前記ステップＳ６にて
演算された回生制動トルクＴにて前記走行用モータ４の
回生制御を行う。回生制御では、前記コントローラ５
は、図４に示す回生用コンタクタＭＧと、前記方向指示
器Ｄｓの指示によりオンされている前進コンタクタＭＦ
とをそれぞれ強制的にオフするコンタクタ制御信号を出
力するとともに、後進コンタクタＭＲをオンするコンタ
クタ制御信号を出力して各コンタクタを切り換える。

【００３４】又コントローラ５は、この状態で回生用の
スイッチング部ＣＨ２を微小時間導通させてフィールド
コイル２Ｂの予備励磁を行う。このとき、走行回路に
は、図４に矢印で示すように、バッテリＢＡのプラス側
から第１のラインＬ１、第３のラインＬ３、回生用抵抗
Ｒ、スイッチング部ＣＨ２、第２のラインＬ２、電流検
出器ＳＴｆ、前進コンタクタＭＦ、フィールドコイイル
４Ｂ、後進コンタクタＭＲ、第４のラインＬ４、スイッ
チング部ＣＨ１、第５のランイＬ５及びバッテリＢＡの
マイナス側へと予備励磁電流Ｉ１が流れる。

【００３５】なおこの予備励磁電流Ｉ１は、電流検出器
ＳＴｆで検知されコントローラ５に入力される。又この
予備励磁によるフィールドコイル４Ｂの磁界を、前記ア
ーマチュア４Ａが横切ることにより、該アーマチュア４
Ａには予備励磁電流Ｉ１に基づく起電力Ｖが発生する。

【００３６】次に、アーマチュア４Ａの起電力Ｖが、一
定電圧まで増大すると、前記予備励磁電流Ｉ１に加え
て、予備励磁電流Ｉ２が流れ始め、この電流Ｉ２は、電
流検出器ＳＴａで検知されコントローラ５に入力され
る。

【００３７】この予備励磁電流Ｉ２は、図４に矢印で示
すように、前記第２の回生用ダイオードＤ３を通って前
記第１のラインＬ１に向けて流れるとともに、この予備
励磁電流Ｉ２が一定の値まで増大すると、コントローラ
５は回生用のスイッチング部ＣＨ２のチョッパ率をゼロ
とし強制的にオフする。

【００３８】前記回生用のスイッチング部ＣＨ２のオフ
によりバッテリ電流は遮断されるが、前記予備励磁電流
Ｉ２は、図５に矢印で示すように、第２の回生用ダイオ
ードＤ３、アーマチュア４Ａ、電流検出器ＳＴａ、ＳＴ
ｆ、前進コンタクタＭＦ、フィールドコイル２Ｂ、後進
コンタクタＭＲ、スイッチング部ＣＨ１、第２の回生用
ダイオードＤ３という向きで依然として流れ続けようと
する。

【００３９】この状態で、コントローラ５は、スイッチ
ング部ＣＨ１のチョッパ率をゼロとして出力し、スイッ
チング部ＣＨ１を非導通とする。すると、図６に矢印で
示すように、前記第２の回生用ダイオードＤ３、アーマ
チュア４Ａ、電流検出器ＳＴａ、ＳＴｆ、前進コンタク
タＭＦ、フィールドコイル２Ｂ、後進コンタクタＭＲ、
第１の回生用ダイオードＤ１、第１のラインＬ１、バッ
テリＢＡのプラス側、バッテリＢＡのマイナス側、第５
のラインＬ５、第２の回生用ダイオードＤ３という向き
で回生電流Ｉ３が流れる。

【００４０】このように走行用モータ２にて発電された
電力がバッテリＢＡへと回生されることにより、走行用
モータ２は回生電流Ｉ３の２乗に比例した回生制動トル
クＴにより制動がかかる。

【００４１】したがって、前記ＰＩ制御の演算により求
めた回生制動トルクＴになるように、コントローラ５は
チョッパ率を定めて前記スイッチング部ＣＨ１を駆動
し、このチョッパＣＨ１を通るフライホイール電流Ｉ４
を流して前記回生電流Ｉ３を調節しうる。

【００４２】かかる回生を行うことにより、フォークリ
フトが長い坂道を下るような場合、方向指示器Ｄｓが中
立以外であり、かつアクセルが操作されていないにも拘
わらず、車速が設定速度＋α以上に上昇するのを、ブレ
ーキ操作を必要とすることなく抑制でき、安全性を高め
かつブレーキ磨耗を防止しつつ省エネルギー化にも寄与
しうる。

【００４３】なお前記回生制御は、現実の車速Ｖｒが設
定速度Ｖｏ＋α以上で開始されるのは上記のとおりであ
るが、回生制御の終了は現実の車速Ｖｒが前記設定速度
Ｖｏ以下になるまで行うよう、本例では前記αの範囲を
ヒステリシスとしている。

【００４４】次に、ステップＳ３でＹｅｓ、つまりアク
セル操作がなされている場合について簡単に述べれば次
の通りである。

【００４５】先ずアクセルの操作量ＡｃをＲＡＭなどに
読み込み（ステップＳ８）、本例では低速スイッチ６の
状態を判断する（ステップＳ９）。低速スイッチ６がＯ
ｆｆであれば、コントローラ５は、図３に示したような
アクセル操作量Ａｃに応じたチョッパ率を演算し（ステ
ップＳ１１）、これを前記スイッチング部ＣＨ１へと出
力し、走行用モータ４を公知の力行制御（プラギング制
動）にて駆動しうる（ステップＳ１２）。

【００４６】又本例では、前記低速スイッチ６がＯｎの
場合、以下のようなＰＩ制御によりチョッパ率を演算す
るように構成している。

【００４７】先ず、コントローラ５は、低速スイッチ６
のＯｎにより、前記設定速度入力装置７により定められ
た設定速度Ｖｏと、アクセルの操作量Ａｃの最大値とが
比例的に対応する直線に基づいて、アクセル操作量Ａｃ
に基づく目標車速Ｖｏ１を演算する。

【００４８】したがって、例えば前記設定速度入力装置
７により、設定速度Ｖｏが６ｋｍ／ｈに調節されている
と、アクセル操作量Ａｃと目標速度Ｖｏ１とは図７に鎖
線で示すような関係になる。

【００４９】次に、コントローラ５は、この目標車速Ｖ
ｏ１と現実の車速Ｖｒとの偏差及びこの偏差の時間積分
を用いてＰＩ制御によりチョッパ率Ｃを演算して、スイ
ッチング部へと出力する。チョッパ率Ｃは Ｃ＝Ｇ３・∫（Ｖｏ１−Ｖｒ）ｄｔ＋Ｇ４・（Ｖｏ１−
Ｖｒ） （ただし、Ｇ３、Ｇ４はゲイン）により求めることがで
き、積分動作により定常偏差を無くしうるのは前記と同
様である。

【００５０】したがって、この場合には、アクセル操作
がなされている力行運転時にも、設定速度Ｖｏを超えな
い車速でフォークリフトを走行させることも可能として
いる。

【００５１】なお前記ステップＳ４で、現実の車速Ｖｒ
が前記設定速度Ｖｏよりも時速α（α＞０）以上大きく
ない場合（ステップＳ４で＞）、または低速スイッチ６
がオフであれば（ステップＳ５でＯｆｆ）、本実施例で
はサンプリング処理を終える。

【００５２】以上本実施例ではバッテリ式フォークリフ
トを例にとり説明したが、例えば乗用を目的とした電気
自動車にも採用でき、このとき前記αは、例えば４〜７
ｋｍ／ｈの範囲で種々定めうるなど、本発明は種々の態
様に変形しうる。

【００５３】

【発明の効果】叙上の如く本発明によれば、電気式車両
の降坂時など、車速が設定速度Ｖｏ＋α以上に上昇する
のを防止しうる結果、ブレーキの頻繁操作を無くして早
期磨耗を抑制しうるとともに運転者の不安をも解消して
操縦性を向上しうる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のブロック図である。

【図２】コントローラの動作手順を示すフローチャート
である。

【図３】チョッパ率とアクセル操作量との関係を示すグ
ラフである。

【図４】本発明の一実施例を示すバッテリ式フォークリ
フトの走行回路図である。

【図５】本発明の一実施例を示すバッテリ式フォークリ
フトの走行回路図である。

【図６】本発明の一実施例を示すバッテリ式フォークリ
フトの走行回路図である。

【図７】目標速度とアクセル操作量との関係を示すグラ
フである。

【符号の説明】

２ アクセル ３ 車速検出装置 ４ 走行用モータ ５ コントローラ ６ 低速スイッチ ７ 設定速度入力装置

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車速をコントロールするアクセルと、現実
   の車速Ｖｒを検知しうる車速検出装置とを具えた電気式
   車両において、 前記アクセルが操作されていないにも拘わらず、現実の
   車速Ｖｒが予め定めた設定速度Ｖｏよりも時速α（α＞
   ０）以上大きくなったときに、 前記現実の車速Ｖｒと設定速度Ｖｏとの差により演算さ
   れる制動トルクＴにより電気式車両の走行用モータを回
   生制動しうるコントローラを設けたことを特徴とする電
   気式車両の速度制御装置。
2. 【請求項２】前記制動トルクＴは、 Ｔ＝Ｇ１・∫（Ｖｒ−Ｖｏ）ｄｔ＋Ｇ２・（Ｖｒ−Ｖ
   ｏ） （ただし、Ｇ１、Ｇ２はゲイン）により演算されてなる
   請求項１記載の電気式車両の速度制御装置。
3. 【請求項３】前記電気式車両は、前記コントローラの前
   記回生制動を禁止しうるスイッチと、前記設定速度Ｖｏ
   を調節しうる設定速度入力装置とを設けてなる請求項１
   乃至２記載の電気式車両の速度制御装置。
4. 【請求項４】前記電気式車両はバッテリ式フォークリフ
   トであり、かつ前記αが１ｋｍ／ｈである請求項１乃至
   ３記載の電気式車両の速度制御装置。