JPWO2013190821A1 - フォークリフト用の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
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Abstract
旋回速度リミット部212には、フォークリフトの速度の上限値を規定する速度リミットカーブVlim(δr)が、フォークリフトの回転中心に対する角速度がしきい値を超えないようにフォークリフトの転舵角δrの関数として定義されている。旋回速度リミット部212は、速度指令値Vrefを、速度リミットカーブVlim(δr)および転舵角δrに応じて定まる上限値以下に制限する。駆動部211は、旋回速度リミット部212から出力される速度指令値Vref’に応じて、走行用のモータM1を駆動する。
Description
本発明は、フォークリフトの走行用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。
フォークリフトは狭い作業領域で使用されるため、一般的な車両に比べて小回りが効き、言い換えれば旋回半径が非常に小さくできる。したがって何らの制限もかけない場合、旋回半径が小さいときにアクセルを踏み込むと、車両の姿勢が不安定になるおそれがある。特許文献1から3には、フォークリフトの安定性を高める技術が開示される。
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、従来とは別のアプローチによって、フォークリフトの旋回時にユーザが受ける不快感を低減し、および/または、車体の挙動を安定化する技術の提供にある。
本発明のある態様は、フォークリフトに搭載され、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フォークリフトの駆動輪を回転させる少なくともひとつのモータを制御するモータ駆動装置に関する。このモータ駆動装置は、フォークリフトの速度の上限値を規定する速度リミットカーブが、フォークリフトの回転中心に対する角速度(本明細書においてヨーレートとも称する)がしきい値を超えないようにフォークリフトの転舵角の関数として定義されており、速度指令値を、速度リミットカーブおよび転舵角に応じて定まる上限値以下に制限する旋回速度リミット部と、旋回速度リミット部から出力される速度指令値に応じて、少なくともひとつのモータを駆動する駆動部と、を備える。
この態様によると、回転中心に対する角速度がしきい値以下となるように速度制限を行うことにより、ユーザが受ける不快感を低減でき、および/または、車体の挙動を安定化できる。
モータ駆動装置は、転舵角δの時間微分値δ’に応じて、速度指令値を補正する速度補正部をさらに備えてもよい。
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。
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。
速度補正部は、速度リミットカーブを補正していると把握してもよい。
速度補正部は、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、転舵角δの絶対値が減少するとき、速度指令値を増加させてもよい。
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。
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。
速度リミットカーブが前記転舵角δの関数として、f(δ)で表されるとき、速度補正部は、df(δ)/dδ×δ’に比例する補正量を速度指令値に加減算してもよい。
補正量は、補正係数をCgとするとき、Cg×df(δ)/dδ×δ’であってもよい。この場合、補正係数Cgを最適化することで、(i)旋回時の車両の安定性、ユーザに与える不快感と、(ii)走行性能が制限されることによりユーザに与えるストレスと、をバランスよく調節できる。
モータ駆動装置は、速度指令値の変化速度を一定値以下に制限するランプ制御部をさらに備えてもよい。
旋回速度リミット部は、駆動部に出力される速度指令値をフィルタリングするローパスフィルタを含んでもよい。
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。
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。
ローパスフィルタは、その時定数が、少なくとも2値で切りかえ可能に構成されてもよい。
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。
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。
ローパスフィルタの時定数は、駆動部に入力される速度指令値が増大するとき、第1の値に設定され、駆動部に入力される速度指令値が減少するとき、第1の値よりも小さい第2の値に設定されてもよい。
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。
ローパスフィルタの時定数は、旋回速度リミット部から出力される速度指令値に応じて切りかえられてもよい。
ローパスフィルタの時定数は、転舵角に応じて切りかえられてもよい。
しきい値は、転舵角によらずに一定であってもよい。しきい値は、60〜80deg/secの範囲に設定されてもよい。
しきい値は、転舵角に応じて定められていてもよい。より具体的には、転舵角の絶対値が大きくなるにしたがい、しきい値を大きくしてもよいし、反対に転舵角の絶対値が大きくなるにしたがい、しきい値を小さくしてもよい。
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、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上述のいずれかのモータ駆動装置と、を備える。
この態様によれば、ユーザが受ける不快感を低減できる。
この態様によれば、ユーザが受ける不快感を低減できる。
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、ユーザが受ける不快感を低減できる。
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。
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。
(第1の実施の形態)
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。
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。
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VBATを出力する。
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。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。
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。
(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。
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。
(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。
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。
(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。
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。
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)に示す右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、つまり旋回半径である。
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。
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、第1の実施の形態に係る走行用モータ駆動装置(以下、単にモータ駆動装置という)100の構成を示すブロック図である。モータ駆動装置100は、駆動部211、旋回速度リミット部212、速度センサ220、転舵角センサ222を備える。
転舵角センサ222は、図3に示す転舵角δrを検出する。速度センサ220は、左走行モータM1L、右走行モータM1Rそれぞれの速度nl(Vl)、nr(Vr)を検出する。
旋回速度リミット部212は、アクセルの操作量に応じた速度指令値Vrefを受ける。本実施の形態において、速度指令値Vrefは、直進時の左右輪の速度を、左旋回時においては右駆動輪の速度を、右旋回時には左駆動輪の速度をあらわすものとする。
旋回速度リミット部212には、フォークリフト600の速度の上限値を規定する速度リミットカーブVlim(δr)が定義されている。速度リミットカーブVlim(δr)は、フォークリフト600の回転中心に対するz軸周りの角速度(以下、ヨーレートという)ωがしきい値ω0を超えないように、フォークリフトの転舵角δrの関数として定義されている。なお速度リミットカーブVlim(δr)は、δrが0度の付近において一定値となっているが、これはフォークリフト600の最高速度が制限されていることによる。
旋回速度リミット部212は、アクセルの踏み込み量に応じた速度指令値Vrefを、速度リミットカーブVlim(δr)および転舵角δに応じて定まる上限値Vlim以下に制限する。
図6は、速度リミットカーブVlim(δr)を示す図である。横軸は転舵角δrを、縦軸Vrefは車両の速度を示す。縦軸には、車速を走行モータM1(外輪)の回転数に換算した値が示される。
図4(a)を参照する。左旋回時の外輪の中心と回転中心Oの距離ρx’は、式(1)で与えられる。
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。
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。
したがって、ヨーレートωがしきい値ωOを超えないようにするには、
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)
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)
本実施の形態では、しきい値ωOは、転舵角δrによらずに一定であるとする。図6には、ωO=π/3[rad]=60[deg]に対応する速度リミットカーブが示される。フォークリフト600の操作感を損なわずに、ユーザの不快感を抑制可能なしきい値ωOの範囲は、60〜80度である。
図6の速度リミットカーブVlimが左右非対称なのは、転舵角δrを、右後輪の回転角として定義しているためである。当業者によれば速度リミットカーブVlimが転舵角δrの定義に応じていることが理解され、転舵角δrの定義によらずに本発明が適用可能であることが理解される。
旋回速度リミット部212は、リミット実行部214およびローパスフィルタ216を含む。リミット実行部214は、速度リミットカーブVlimにもとづいて、速度指令値Vrefを制限する。ローパスフィルタ216は、駆動部211に出力される速度指令値Vref’の急激な変動を抑制するために、速度指令値Vrefをフィルタリングする。
ローパスフィルタ216そのカットオフ周波数、すなわち時定数が、少なくとも2値で切りかえ可能に構成される。
図7(a)、(b)は、旋回速度リミット部212の具体的な構成例を示すブロック図である。図7(a)においてローパスフィルタ216は、1次のIIR(Infinite Impulse Response)フィルタであり、加算器230、係数乗算部232、積分器234を含む。
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。
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。
ローパスフィルタ216のカットオフ周波数(時定数)は、旋回速度リミット部212から出力される速度指令値Vref’に応じて切りかえられてもよい。より具体的には、速度指令値Vref’が上昇する方向に遷移するときには、係数乗算部232の係数を小さくし、すなわち第1係数保持部236を選択し、カットオフ周波数を低く、時定数を長く設定する。
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。
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。
係数乗算部232において、係数の制御を、速度指令値Vref’ではなく、転舵角δrにもとづいて行ってもよい。すなわち転舵角δrの絶対値が増大するとき、ローパスフィルタ216の時定数を小さく、カットオフ周波数を高く設定する。反対に転舵角δrの絶対値が減少するとき、ローパスフィルタ216の時定数を大きく、カットオフ周波数を低く設定する。この制御によっても、ローパスフィルタ216を適切に制御できる。
図7(b)の旋回速度リミット部212では、リミット実行部214がローパスフィルタ216の前段に設けられている。ローパスフィルタ216の時定数は、転舵角δrに応じて切りかえられる。
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。
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。
図5に戻る。駆動部211は、旋回速度リミット部212から出力される制限後の速度指令値Vref’に応じて、左走行モータM1L、右走行モータM1Rを駆動する。駆動部211の構成は特に限定されないが、たとえば駆動部211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を含む。
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
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。
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。
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と左走行モータM1Lの現在の速度nl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と右走行モータM1Rの現在の速度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。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。
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。
以上がモータ駆動装置100の構成である。続いてフォークリフト600の動作を説明する。
1. 高速直進走行時に、転舵角δrの絶対値を増大させたとき
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。
2. 高速旋回走行時に、転舵角δrの絶対値を低下させたとき
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。
3. 旋回走行時に車両速度を増大させたとき
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。
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。
以上がフォークリフト600の動作である。
実施の形態係るモータ駆動装置によれば、回転中心Oに対する角速度(ヨーレート)がしきい値ωO以下となるように速度制限を行うことができ、ユーザが受ける不快感を低減できる。
またローパスフィルタを設けたことにより、以下の効果を得ることができる。すなわち、リミット実行部214を単独で設けると、転舵角δr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。これに対して、ローパスフィルタ216を設けることにより、車両の急加速、急減速を抑制できる。
本実施の形態では、ローパスフィルタ216の時定数を、速度指令値Vref’が増大(上昇)するとき、第1の値に設定し、速度指令値Vref’が減少するとき、第1値よりも小さい第2値に設定することとした。これにより、高速走行時に転舵角δrの絶対値を小さくしたときには、車両が急加速するのを防止できる。反対に、高速走行時に転舵角δrの絶対値を大きくしたときには、車速を上限値カーブに沿って速やかに低下させることができる。これにより、さまざまな状況下で、ヨーレートがしきい値を超えるのを防止できる。
(第2の実施の形態)
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。
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。
図8は、第2の実施の形態に係るモータ駆動装置の構成を示すブロック図である。
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。
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。
速度補正部218は、旋回速度リミット部212の後段に設けられ、転舵角δrの時間微分値δr’応じて、旋回速度リミット部212により制限された速度指令値(第1速度指令値という)Vref’をさらに補正する。補正後の速度指令値(第2速度指令値という)Vref”は駆動部211に入力される。
速度補正部218は、速度リミットカーブVlim(δr)を補正していると把握してもよい。
具体的には速度補正部218は、転舵角δの絶対値が増大するとき、つまりステアリングを切る操作をする過程において第2速度指令値Vref”を低下させ、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操作をする過程において第2速度指令値Vref”を増加させてもよい。
速度リミットカーブVlim(δr)が転舵角δrの関数として、f(δ)で表されるとき、速度補正部218は、df(δr)/dδr×δr’に比例する補正量ΔVrefを速度指令値に加減算する。
第1の実施の形態で説明したように、速度リミットカーブVlim(δr)が、式(3)で与えられるとする。
Vlim(δr)=f(δr)=ω0×{L/tan(δr)−Trr/2+Trf/2} …(3)
Vlim(δr)=f(δr)=ω0×{L/tan(δr)−Trr/2+Trf/2} …(3)
このときの補正量ΔVrefは、式(4)で与えられる。
ΔVref=Cg×df(δ)/dδ×δ’
=Cg×ω0×(−L/sin2δr)×δ’ …(4)
ΔVref=Cg×df(δ)/dδ×δ’
=Cg×ω0×(−L/sin2δr)×δ’ …(4)
以上が第2の実施の形態に係るモータ駆動装置100aの構成である。続いてその動作を説明する。
図9は、右旋回時の車両の動きを示す図である。図10(a)〜(e)は、転舵角δr、時間微分δr’、補正量ΔVref、旋回速度リミット部212の出力である第1速度指令値Vref’、速度補正部218の出力である第2速度指令値Vref”を示す波形図である。
初期状態t1より前に、車両は速度V1で直進している。時刻t1に、ユーザがハンドルを右に切り始め、転舵角δrが増大していく。時刻t2に転舵角δrは最大値をとり、再びゼロに向かって低下していく。時刻t3以降、転舵角δrはゼロとなる。また速度指令値Vrefは、走行中、速度リミットカーブVLIMの上限値V1より高い値をとっているものとする。
時刻t1以前の直進状態において、δr’はゼロであるから速度補正部218の補正は働かず、したがって速度分配部200に入力される第2速度指令値Vref”は、第1速度指令値Vref’と等しく、したがって速度リミットカーブVLIMの上限値V1で制限されている。
時刻t1〜t2の間、転舵角δrの増大にともない、その時間微分δr’は正の値をとる。これにより、式(4)で与えられる補正量ΔVrefが負の値をとり、第2速度指令値Vref”は、第1速度指令値Vref’より小さくなる。時刻t2においてδr’=0のとき、第2速度指令値Vref”は第1速度指令値Vref’と一致する。
時刻t2〜t3の間、転舵角δrの減少にともない、その時間微分δr’は負の値をとる。これにより、式(4)で与えられる補正量ΔVrefが正の値をとり、第2速度指令値Vref”は、第1速度指令値Vref’より大きくなる。時刻t3においてδr’=0となると、第2速度指令値Vref”は第1速度指令値Vref’と一致する。
図11は、図10に対応する、転舵角δrと速度指令値Vref”の関係を示す軌跡図である。
図12は、ハンドルを異なるスピードで旋回させたときの、転舵角δrと速度指令値Vref”の関係を示す軌跡図である。(i)はゆっくりと操舵操作した場合、(ii)は急な操舵操作をしたときの軌跡を示す。急な操舵操作をしたときの方が、転舵角δrの時間微分転舵角δr’が大きくなるため、補正量ΔVrefが大きくなる。
図13は、転舵角δrおよびヨーレートωの時間波形図である。(i)は、リミット実行部214と速度補正部218による制御を行わない場合の、(ii)は、リミット実行部214による制御のみ行った場合(第1の実施の形態)の、(iii)は、リミット実行部214と速度補正部218による制御を併用した場合(第2の実施の形態)を示している。
図13の(iii)に示すように、図8の走行用モータ駆動装置100aによれば、ヨーレートωをより確実に抑制することができることがわかる。
以上が第2の実施の形態に係る走行用モータ駆動装置100aの動作である。
走行用モータ駆動装置100aでは、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ω、つまり車体の回転半径方向の加速度(横G)が変化する。図8の走行用モータ駆動装置100aによれば、転舵角δrの時間微分δrを用いて速度を補正することで、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。
具体的には速度補正部218は、転舵角δの絶対値が増大するとき、速度指令値Vref”を低下させ、転舵角δの絶対値が減少するとき、速度指令値Vref”を増加させている。
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。
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。
また、補正係数をCgをパラメータとして規定しておき、補正係数Cgを最適化することで、(i)旋回時の車両の安定性、ユーザに与える不快感と、(ii)走行性能が制限されることによりユーザに与えるストレスと、をバランスよく調節できる。
ここまでは、車両の安定性、ユーザの不快感の観点から、第1、第2の実施の形態に係る走行用モータ駆動装置100について考察してきたが、本発明に係る走行用モータ駆動装置100は、荷物の落下を抑制できるという効果も有している。以下、この効果について説明する。
図14は、荷物を積載して左旋回するフォークリフトを示す図である。車両進行方向をX軸、それと垂直方向をY軸と定める。フォークリフトは、走行中において、荷物が落下しないことが要求される。典型的には荷物OBJは段ボールであり、フォーク604上に鉛直方向にいくつかスタックされる。
最上段の荷物OBJ1に着目すると、その荷物OBJ1が走行中に受ける力は、(i)ひとつ下段の荷物OBJ2との間に生ずる摩擦力F0=μ・M・g−FVと、(i)発進、加速、停止にともなうX方向の加速度に比例した力FX=M・vx’と、(ii)車両旋回時に旋回半径方向つまりY方向に生ずる遠心力Fy=M・R・ω2である。μは、段ボール間の静止摩擦係数、gは重力加速度、Mは荷物OBJ1の質量、Fvは振動による影響である。振動の補正項Fvは、車両のピッチ方向の振動により、荷物のみかけ上の質量が低下し、摩擦力F0が低下することを表している。この補正項FVは、ピッチング補償により無視しうる程度まで低減できるため、以下では省略する。
以上から、荷物が落下しないための条件式として、
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。
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。
μ・g>vx’+R・ω2
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。
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。
μは段ボール同士の接触面である値(0.3〜0.8)を想定することができ、またgも既知である。そうすると、不等式(5)の左辺はある定数Kを想定することができ、以下の不等式(6)を得る。
K>R・ω2
K>R・ω2
横Gは、旋回半径と旋回角速度との関数r・ω2で規定される。従って荷物が落下する横Gを上限Kとして、その上限以下となるように旋回半径Rとヨーレートωをコントロールすればよい。
実施の形態では、運転手のハンドル操作量をそのまま旋回半径指令値とし、ヨーレートωをコントロールすることにより、横Gを、所定の定数K以下に抑えることができ、荷物の落下を防止できる。経験的にあるいは実験により、荷崩れが発生しやすい旋回半径Rは知ることができる。この場合、その旋回半径をR0として、
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。
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。
ヨーレートωの上限ω0は、実験により定めることができる。
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。
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。
つまり、実施の形態では、車両の安定性の改善、ユーザの不快感の低減の観点から、ヨーレートωの上限ω0を定める場合を説明したが、別の観点から見れば、ヨーレートの上限ω0は、あるい荷物を想定したときに、荷崩れを起こさないように定められていると把握することができる。つまり、実施の形態に係る走行用モータ駆動装置100を用いることにより、荷崩れを抑制することができる。
図16(a)、(b)は、荷崩れ量dおよびヨーレートωの度数分布図である。これは、ヨーレートωの上限を設定した上で、フォークリフトにより複数回、荷物を運搬したときの実験結果である。(i)は、ヨーレートの制御を行わない場合、(ii)は、実施の形態に係るヨーレートの制御(速度リミット)を行った場合、(iii)は、ヨーレートの制御、ピッチング制御を併用した場合の分布を示す。
ヨーレート制御を行うことにより、図16(b)に示されるように、ヨーレートωの分布を、抑制することができる。図16(b)の例では、ヨーレートの分布の平均値を80°以下に抑制できていることがわかる。また図16(a)に示すように、荷崩れ量dの分布を、20mm以下に抑えることができ、荷物の落下を防止できることがわかる。
別の実施の形態においては、運転手のアクセル操作量をそのままの速度指令値としてもよい。この場合、旋回半径Rをコントロールすることにより横Gを定数K以下に抑制でき、荷崩れを防止できる。
さらに別の実施の形態においては、旋回半径Rとヨーレートωの両方をコントロールすることにより、K>R・ω2を維持し、これにより荷崩れを防止しつつ運転手の操作感を改善することができる。
以上の考察から、以下の技術思想を導くことができる。
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。
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。
制御部は、旋回角速度を制御する場合においては、走行用モータ駆動装置100に内蔵されてもよいし、旋回半径を制御する場合においては、操舵用モータ駆動装置104に内蔵されてもよい。あるいは、制御部は、走行用モータ駆動装置100および操舵用モータ駆動装置104の両方に内蔵されてもよい。
走行用モータ駆動装置は、ピッチ軸まわりの回転を検出し、ピッチングを抑制するピッチング制御により、ピッチ方向の振動を抑制可能に構成されてもよい。制御部は、当該ピッチング制御の結果、荷物が受ける静止摩擦力を考慮して、旋回半径R、旋回角速度ωの少なくとも一方をコントロールしてもよい。
定数Kは、荷物が落下しない値として設定されていてもよい。
制御部には、旋回半径Rおよび旋回角速度ωに基づく横Gのマップ又は関数が規定されてもよい。そして、当該マップ又は関数により、荷物落下領域と荷物落下しない領域とに規定されてもい。制御部は、荷物落下しない領域で常に運転されるように、操作入力、より具体的にはアクセルからの第1制御指令値(速度指令値Vref)、あるいはハンドルからの第3制御指令値S3を補正して、荷物落下を防止するよう構成されてもよい。
さらに、荷物落下領域と荷物落下しない領域は、手動あるいは自動で切りかえ可能であってもよい。フォークリフトが使用される状態、搬送する荷物の種類や形状、重量、あるいはユーザの運転のクセなどによって、荷物落下領域と荷物落下しない領域の境界は異なる場合がある。この態様によれば、使用される状況に応じて、最適なパラメータでフォークリフトを動作させることができる。
以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、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、こうした変形例を説明する。
実施の形態では、ヨーレートのしきい値を、転舵角δrによらずに、一定とする場合を説明したが、本発明はそれに限定されず、ヨーレートのしきい値を、転舵角δrに応じて定めてもよい。たとえば転舵角δrの絶対値が大きいほどヨーレートのしきい値を大きくしたり、反対に転舵角δrの絶対値が大きいほどヨーレートのしきい値を小さくしてもよい。
実施の形態では、デュアルモータ式のフォークリフトを例に説明したが、本発明はシングルモータのフォークリフトにも適用可能である。さらには、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…走行用モータ駆動装置、102…荷役用モータ駆動装置、104…操舵用モータ駆動装置、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…エンコーダ、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…減算器、206…PI制御部、208…トルクリミット部、210…インバータ、211…駆動部、212…旋回速度リミット部、214…リミット実行部、216…ローパスフィルタ、218…速度補正部、220…速度センサ、222…転舵角センサ、230…加算器、232…係数乗算部、234…積分器、236…第1係数保持部、238…第2係数保持部、240…係数選択部、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、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。
本発明は、フォークリフト用のモータ駆動装置に関する。
Claims (20)
- フォークリフトに搭載され、前記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フォークリフトの駆動輪を回転させる少なくともひとつのモータを制御するモータ駆動装置であって、
前記フォークリフトの速度の上限値を規定する速度リミットカーブが、前記フォークリフトの回転中心に対する角速度がしきい値を超えないように前記フォークリフトの転舵角の関数として定義されており、前記速度指令値を、前記速度リミットカーブおよび前記転舵角に応じて定まる上限値以下に制限する旋回速度リミット部と、
前記速度指令値に応じて、前記少なくともひとつのモータを駆動する駆動部と、
を備えることを特徴とするモータ駆動装置。 - 前記転舵角δの時間微分値δ’に応じて、前記速度指令値を補正する速度補正部をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のモータ駆動装置。
- 前記速度補正部は、前記転舵角δの絶対値が増大するとき、前記速度指令値を低下させ、前記転舵角δの絶対値が減少するとき、前記速度指令値を増加させることを特徴とする請求項2に記載のモータ駆動装置。
- 前記速度リミットカーブが前記転舵角δの関数として、f(δ)で表されるとき、前記速度補正部は、df(δ)/dδ×δ’に比例する補正量を前記速度指令値に加減算することを特徴とする請求項2または3に記載のモータ駆動装置。
- 前記補正量は、補正係数をCgとするとき、Cg×df(δ)/dδ×δ’であることを特徴とする請求項4に記載のモータ駆動装置。
- 前記速度指令値の変化速度を一定値以下に制限するランプ制御部をさらに備えることを特徴とする請求項2から5のいずれかに記載のモータ駆動装置。
- 前記しきい値は、所定の走行条件下において、荷物が落下しない値に定められることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載のモータ駆動装置。
- 前記旋回速度リミット部は、前記駆動部に出力される前記速度指令値をフィルタリングするローパスフィルタを含むことを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載のモータ駆動装置。
- 前記ローパスフィルタは、その時定数が、少なくとも2値で切りかえ可能に構成されることを特徴とする請求項8に記載のモータ駆動装置。
- 前記ローパスフィルタの時定数は、前記駆動部に入力される速度指令値が増大するとき、第1の値に設定され、前記駆動部に入力される速度指令値が減少するとき、前記第1の値よりも小さい第2の値に設定されることを特徴とする請求項9に記載のモータ駆動装置。
- 前記ローパスフィルタの時定数は、前記旋回速度リミット部から出力される前記速度指令値に応じて切りかえられることを特徴とする請求項9または10に記載のモータ駆動装置。
- 前記ローパスフィルタの時定数は、前記転舵角に応じて切りかえられることを特徴とする請求項9または10に記載のモータ駆動装置。
- 前記しきい値は、前記転舵角によらずに一定であることを特徴とする請求項1から12のいずれかに記載のモータ駆動装置。
- 前記しきい値は、前記転舵角に応じて定められていることを特徴とする請求項1から12のいずれかに記載のモータ駆動装置。
- 左駆動輪および右駆動輪と、
前記左駆動輪および前記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、
前記左走行モータおよび前記右走行モータを駆動する請求項1から14のいずれかに記載のモータ駆動装置と、
を備えることを特徴とするフォークリフト。 - 左駆動輪および右駆動輪と、
前記左駆動輪および前記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、
前記左走行モータおよび前記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、
を備えることを特徴とするフォークリフト。 - 前記モータ駆動装置は、ピッチング制御により、ピッチ方向の振動を抑制可能に構成され、
前記制御部は、当該ピッチング制御の結果、荷物が受ける静止摩擦力を考慮して、前記旋回半径、前記旋回角速度の少なくとも一方をコントロールすることを特徴とする請求項16に記載のフォークリフト。 - 前記定数は、荷物が落下しない値として設定されていることを特徴とする請求項15または17に記載のフォークリフト。
- 左駆動輪および右駆動輪と、
前記左駆動輪および前記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、
前記左走行モータおよび前記右走行モータを駆動する走行用のモータ駆動装置と、
旋回半径および旋回角速度に基づく横Gのマップ又は関数が規定されており、当該マップ又は関数により、荷物落下領域と荷物落下しない領域とに規定されて、前記荷物落下しない領域で常に運転されるように、ユーザからの操作入力を補正して荷物落下を防止する制御部と、
を備えることを特徴とするフォークリフト。 - 前記荷物落下領域と前記荷物落下しない領域は、手動あるいは自動で切りかえ可能であることを特徴とする請求項19に記載のフォークリフト。
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