JP2020088927A - 電動車の走行制御方法および走行制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】走行用モータの動作が回生動作から力行動作に切り替わる際にバックラッシュによる異音や衝撃が発生するのを防ぐことができ、しかも搭乗者がレスポンスの悪さを感じにくい電動車の走行制御方法および走行制御装置を提供する。【解決手段】本発明に係る走行制御方法は、電動車の走行中にアクセルが操作されなくなると走行用モータを回生動作させる回生工程（ＳＴＡＲＴ）と、回生動作中にアクセルが操作されると、電動車の走行速度に応じたアクセル無効期間の間、アクセルの操作量とは無関係な微小トルクを発生するように走行用モータを力行動作させる第１力行工程（Ｓ３，Ｓ４ａ，Ｓ４ｂ，Ｓ５）と、アクセル無効期間が終了すると、アクセルの操作量に応じたトルクを発生するように走行用モータを力行動作させる第２力行工程（Ｓ６）とを含む。【選択図】図３

Description

本発明は、加速時には走行用モータが力行動作を行い、減速時には走行用モータが回生動作を行う電動車の走行制御方法および走行制御装置に関する。

バッテリフォークリフト等の電動車は、バッテリと、走行用モータと、駆動輪と、走行用モータおよび駆動輪の間に設けられたギアボックスと、走行用モータを制御する走行制御装置とを備えている。ギアボックスは、走行用モータに接続されたモータ側ギアおよび駆動輪に接続された駆動輪側ギアを有し、モータ側ギアおよび駆動輪側ギアがかみ合うことで、走行用モータから駆動輪間へのトルクの伝達を可能にする。

ところで、モータ側ギアおよび駆動輪側ギアには、バックラッシュが存在する。このため、電動車の走行方向が前進から後進に、または後進から前進に切り替わると、モータ側ギアおよび駆動輪側ギアがかみ合う際にモータ側ギアの歯と駆動輪側ギアの歯とが勢いよく衝突し、異音が生じたり、搭乗者が衝撃を感じたりする。

そこで、従来から、走行方向が切り替わった直後の一定期間の間、駆動輪側ギアが回転しない程度の低トルクで走行用モータを回転させることが検討されている（例えば、特許文献１参照）。この構成によれば、モータ側ギアの歯と駆動輪側ギアの歯がゆるやかに当接するため、異音や衝撃の発生を防ぐことができる。

特開平６−３０５１０号公報

しかしながら、上記従来の構成では、予め定められた一定期間の間は駆動輪側ギアおよび駆動輪が回転を始めないので、搭乗者がレスポンスの悪さを感じることがあった。また、減速時に走行用モータが回生動作を行うタイプの電動車では、回生動作から力行動作への切り替わり時にもバックラッシュによる異音や衝撃が発生することがあるが、上記従来の構成では、そのことは考慮されていない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、走行用モータの動作が回生動作から力行動作に切り替わる際にバックラッシュによる異音や衝撃が発生するのを防ぐことができ、しかも搭乗者がレスポンスの悪さを感じにくい電動車の走行制御方法および走行制御装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る電動車の走行制御方法は、（１）電動車の走行中にアクセルが操作されなくなると、走行用モータを回生動作させる回生工程と、（２）回生動作中にアクセルが操作されると、その時点の電動車の走行速度に応じたアクセル無効期間の間、アクセルの操作の量とは無関係な微小トルクを発生するように走行用モータを力行動作させる第１力行工程と、（３）アクセル無効期間が終了すると、アクセルの操作の量に応じたトルクを発生するように走行用モータを力行動作させる第２力行工程と、を含むことを特徴とする。

上記走行制御方法は、第１力行工程（２）において、走行速度と予め定められた閾値とを比較し、走行速度が閾値を超えている場合はアクセル無効期間を第１期間に設定し、走行速度が閾値を超えていない場合はアクセル無効期間を第１期間よりも長い第２期間に設定することが好ましい。

上記走行制御方法は、第１力行工程（２）において、微小トルクを走行速度に応じた値に設定することがさらに好ましい。

また、上記課題を解決するために、本発明に係る電動車の走行制御装置は、走行用モータを回生動作させているときにアクセルが操作されると、その時点の電動車の走行速度に応じたアクセル無効期間の間、アクセルの操作の量とは無関係な微小トルクを発生するように走行用モータを力行動作させた後、アクセルの操作の量に応じたトルクを発生するように走行用モータを力行動作させるよう構成されていることを特徴とする。

上記走行制御装置は、走行速度と予め定められた閾値とを比較し、走行速度が閾値を超えている場合はアクセル無効期間を第１期間に設定し、走行速度が閾値を超えていない場合はアクセル無効期間を第１期間よりも長い第２期間に設定するよう構成されていることが好ましい。

上記走行制御装置は、微小トルクを走行速度に応じた値に設定するよう構成されていることがさらに好ましい。

本発明によれば、走行用モータの動作が回生動作から力行動作に切り替わる際にバックラッシュによる異音や衝撃が発生するのを防ぐことができ、しかも搭乗者がレスポンスの悪さを感じにくい電動車の走行制御方法および走行制御装置を提供することができる。

本発明が適用される電動車の一例を示す斜視図である。 本発明に係る走行制御装置とその周辺部の関係を示すブロック図である。 本発明に係る走行制御装置の動作を示すフロー図である。 本発明に係る走行制御装置の動作例を示すグラフである。

以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る電動車の走行制御方法および走行制御装置の実施例について説明する。

図１に、本発明が適用される電動車としてのバッテリフォークリフト１（以下、単に「フォークリフト」ともいう）を示す。同図に示すように、フォークリフト１は、車両本体２と、その前方に設けられたマスト３と、マストに沿って昇降する一対のフォーク４，４とを備えている。車両本体２は、該車両本体２の下部に設けられた駆動輪５と、アクセルレバー６とを有している。

図２に示すように、車両本体２は、走行制御装置１０と、バッテリ１１と、電力変換回路１２と、走行用モータ１３と、ギアボックス１４と、速度センサ１７とをさらに有している。これらは、車両本体２に内蔵されている。

走行制御装置１０は、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ，Micro Processing Unit）で構成されている。走行制御装置１０は、アクセルレバー６の操作量と、速度センサ１７によって検出された駆動輪５の回転数、すなわち車両本体２の走行速度とに基づいて、電力変換回路１２を制御する。

バッテリ１１は、充放電可能な鉛電池で構成されている。バッテリ１１は、該バッテリ１１の残容量（ＳＯＣ，State Of Charge）等の各種状態を検知するための不図示のセンサを有している。

電力変換回路１２は、開状態または閉状態をとる複数の半導体スイッチ（例えば、ＩＧＢＴ，Insulated Gate Bipolar Transistor）からなる双方向インバータ回路で構成されている。電力変換回路１２は、走行用モータ１３が力行動作を行う際に、バッテリ１１から出力される直流電力を走行用モータ１３の駆動に適した交流電力に変換する。また、電力変換回路１２は、走行用モータ１３が回生動作を行う際に、走行用モータ１３から出力される交流電力をバッテリ１１の充電に適した直流電力に変換する。

走行用モータ１３は、数ｋＷの定格出力が可能な交流モータで構成されている。

ギアボックス１４は、走行用モータ１３に接続されたモータ側ギア１５と、駆動輪５に接続された駆動輪側ギア１６とを有している。モータ側ギア１５および駆動輪側ギア１６には、バックラッシュが存在する。ギアボックス１４は、２つのギア１５，１６がかみ合うことで、走行用モータ１３と駆動輪５との間での双方向のトルクの伝達を可能にする。なお、図２では、２つのギア１５，１６の歯数が同一となっているが、実際には、駆動輪側ギア１６の方が歯数が多い。したがって、力行時の走行用モータ１３の回転は、ギアボックス１４によって減速される。反対に、回生時の駆動輪５の回転は、ギアボックス１４によって増速される。

速度センサ１７は、駆動輪５の軸に設けられたベアリングセンサで構成されている。速度センサ１７は、駆動輪５の回転数を検出するとともに該回転数に対応した信号、すなわち、車両本体２の走行速度に対応した信号を走行制御装置１０に出力する。なお、速度センサ１７は、駆動輪５の回転数の代わりに、走行用モータ１３の回転数、モータ側ギア１５の回転数または駆動輪側ギア１６の回転数等を検出してもよい。

続いて、図３を参照しながら、本発明の実施例に係る走行制御装置１０の動作、すなわち実施例に係る走行制御方法について説明する。なお、図３に示したフローは、走行用モータ１３の回生動作が始まるとスタートするものとする。回生動作は、走行中にアクセルレバー６の操作量がゼロになると始まる。

ステップＳ１において、走行制御装置１０は、アクセルレバー６が操作されているか否かを判定する。言い換えると、走行制御装置１０は、アクセルレバー６の操作量がゼロなのかゼロではないのかを判定する。

アクセルレバー６の操作量がゼロである場合、走行制御装置１０は、回生動作を継続させる必要があるか否かを判定する（ステップＳ２）。これまでの回生動作により走行速度が既にゼロまたはゼロ近傍まで低下している場合は、回生動作をこれ以上継続させる必要がない。したがって、この場合、走行制御装置１０は、回生動作を停止させるとともに本フローを終了させる。走行制御装置１０は、ステップＳ１で“Ｙｅｓ”となるかステップＳ２で“Ｎｏ”となるまで、ステップＳ１およびステップＳ２を繰り返し実行する。

アクセルレバー６の操作量がゼロではない場合、走行制御装置１０は、速度センサ１７から出力された信号に基づいて、現在の走行速度が４ｋｍ／ｈを超えているか否かを判定する（ステップＳ３）。

走行速度が４ｋｍ／ｈ以下の場合、走行制御装置１０は、アクセル無効期間を１６０ｍｓに設定する（ステップＳ４ａ）。一方、走行速度が４ｋｍ／ｈを超えている場合、走行制御装置１０は、アクセル無効期間を１００ｍｓに設定する（ステップＳ４ｂ）。

ステップＳ４ａまたはステップＳ４ｂの後に実行するステップＳ５において、走行制御装置１０は、１６０ｍｓまたは１００ｍｓのアクセル無効期間の間、トルク指令値をアクセルレバー６の操作量とは無関係な０．５Ｎｍに設定し、電力変換回路１２を介して走行用モータ１３に力行動作を行わせる。これにより、走行用モータ１３の出力トルクが０．５Ｎｍになるような交流電力が電力変換回路１２から走行用モータ１３に供給され、その結果、モータ側ギア１５の歯と駆動輪側ギア１６の歯とが当接するまでモータ側ギア１５が回転する。すなわち、バックラッシュの分だけモータ側ギア１５が回転する。

走行用モータ１３の出力トルクが微小なため、ステップＳ５において駆動輪側ギア１６が回転することはない。逆に言うと、本発明のステップＳ５では、トルク指令値を駆動輪側ギア１６が回転しない程度の微小な値に設定すればよい。

ここで、バックラッシュの分だけモータ側ギア１５を確実に回転させるためには、アクセル無効期間は長ければ長いほど好ましい。一方で、アクセル無効期間が長いと、搭乗者がレスポンスの悪さを感じてしまう。これらを考慮して、本発明では、走行速度に応じてアクセル無効期間を設定する。具体的には、走行速度が速い場合は搭乗者がレスポンスの悪さを感じやすいので、アクセル無効期間を比較的短い時間に設定する。反対に、走行速度が遅い場合は搭乗者がレスポンスの悪さを感じにくいので、アクセル無効期間を比較的長い時間に設定する。走行速度に応じてレスポンスの悪さの感じ方に差が生じることは、本発明者が見出した新たな知見である。

アクセル無効期間が終了すると、走行制御装置１０は、トルク指令値をその時点のアクセルレバー６の操作量に対応した値に設定し、電力変換回路１２を介して走行用モータ１３に力行動作を行わせる（ステップＳ６）。これにより、モータ側ギア１５の回転に伴って駆動輪側ギア１６が回転し、走行速度が増加していく。

走行制御装置１０は、アクセルレバー６の操作量が再びゼロになる（ステップＳ７で“Ｎｏ”）まで、ステップＳ６およびステップＳ７を繰り返し実行する。そして、アクセルレバー６の操作量がゼロになると、走行制御装置１０は、電力変換回路１２を介して走行用モータ１３に回生動作を行わせる（ステップＳ８）。

続いて、図４を参照しながら、本発明に係る走行制御装置の動作例について説明する。

回生動作が行われている時刻ｔ１にアクセルレバー６が操作されると（同図（Ｂ）参照）、トルク指令値が予め定められた傾きで０．５Ｎｍに変化し、その状態が１６０ｍｓの間維持される（同図（Ｃ）参照）。ここで、１６０ｍｓは、時刻ｔ１における４ｋｍ／ｈ未満の走行速度に対応したアクセル無効期間である。時刻ｔ１における走行速度が４ｋｍ／ｈを超えている場合は、アクセル無効期間は１００ｍｓとなる。

アクセル無効期間が終了する時刻ｔ２になると、トルク指令値が予め定められた傾きでアクセルレバー６の操作量に対応した値まで変化し、それに応じて走行速度が増加し始める（同図（Ａ），（Ｃ）参照）。

以上、本発明に係る電動車の走行制御装置および走行制御方法の実施例について説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、実施例では、走行速度が閾値（４ｋｍ／ｈ）を超えているか否かに基づいてアクセル無効期間を第１期間（１００ｍｓ）または第２期間（１６０ｍｓ）に設定したが、本発明では、Ｎ個（ただし、Ｎは２以上の整数）の閾値に基づいてアクセル無効期間を第１〜第Ｎ＋１期間のいずれかに設定してもよい。一例として、本発明では、第１閾値を３ｋｍ／ｈ、第２閾値を５ｋｍ／ｈとしておき、“走行速度≦３ｋｍ／ｈ”であればアクセル無効期間を２００ｍｓに設定し、“３ｋｍ／ｈ＜走行速度≦５ｋｍ／ｈ”であればアクセル無効期間を１５０ｍｓに設定し、“５ｋｍ／ｈ＜走行速度”であればアクセル無効期間を１００ｍｓに設定することができる。

また、実施例では、アクセル無効期間中のトルク指令値（微小トルク）を０．５Ｎｍに設定したが、本発明では、この微小トルクを走行速度に応じた値に設定してもよい。一例として、本発明では、次式によって微小トルクを設定することができる。

微小トルク［Ｎｍ］＝０．５＋走行速度／２０
＊ただし、微小トルクの上限は１．０Ｎｍ

この構成によれば、走行速度が速い場合にモータ側ギア１５の歯と駆動輪側ギア１６の歯とが素早く当接することになるので、走行速度が速い場合のアクセル無効期間をさらに短縮することが可能となり、その結果、搭乗者が感じるレスポンスの悪さが低減される。一方、アクセル無効期間中の微小トルクを大きくし過ぎると、アクセル無効期間中にバックラッシュによる異音や衝撃が発生してしまう。微小トルクに上限を設けたのは、これを防ぐためである。

また、実施例では、速度指令のためのアクセルの形態をレバーとしたが、本発明では、アクセルの形態はペダル等であってもよい。

また、本発明は、バッテリフォークリフト以外の電動車にも適用することができる。

１ バッテリフォークリフト（電動車）
２ 車両本体
３ マスト
４ フォーク
５ 駆動輪
６ アクセルレバー
１０ 走行制御装置
１１ バッテリ
１２ 電力変換装置
１３ 走行用モータ
１４ ギアボックス
１５ モータ側ギア
１６ 駆動輪側ギア
１７ 速度センサ

上記課題を解決するために、本発明に係る電動車の走行制御方法は、（１）電動車の走行中にアクセルが操作されなくなると、走行用モータを回生動作させる回生工程と、（２）回生動作中にアクセルが操作されると、その時点の電動車の走行速度に応じたアクセル無効期間の間、アクセルの操作の量とは無関係な微小トルクを発生するように走行用モータを力行動作させる第１力行工程と、（３）アクセル無効期間が終了すると、アクセルの操作の量に応じたトルクを発生するように走行用モータを力行動作させる第２力行工程と、を含み、かつ、第１力行工程（２）において、微小トルクを、走行速度が増加するにつれて増加した値に設定することを特徴とする。

上記走行制御方法は、第１力行工程（２）において、微小トルクを、あらかじめ設定された上限を超えない範囲内で、走行速度が増加するにつれて増加した値に設定することがさらに好ましい。

また、上記課題を解決するために、本発明に係る電動車の走行制御装置は、走行用モータを回生動作させているときにアクセルが操作されると、その時点の電動車の走行速度に応じたアクセル無効期間の間、アクセルの操作の量とは無関係な微小トルクを発生するように走行用モータを力行動作させた後、アクセルの操作の量に応じたトルクを発生するように走行用モータを力行動作させるよう構成され、かつ、微小トルクを、走行速度が増加するにつれて増加した値に設定するよう構成されていることを特徴とする。

上記走行制御装置は、微小トルクを、あらかじめ設定された上限を超えない範囲内で、走行速度が増加するにつれて増加した値に設定するよう構成されていることがさらに好ましい。

Claims (6)

1. 走行用モータを備えた電動車の走行制御方法であって、
   前記電動車の走行中にアクセルが操作されなくなると、前記走行用モータを回生動作させる回生工程と、
   前記回生動作中に前記アクセルが操作されると、前記電動車の走行速度に応じたアクセル無効期間の間、前記操作の量とは無関係な微小トルクを発生するように前記走行用モータを力行動作させる第１力行工程と、
   前記アクセル無効期間が終了すると、前記操作の量に応じたトルクを発生するように前記走行用モータを力行動作させる第２力行工程と、
   を含むことを特徴とする走行制御方法。
2. 前記第１力行工程において、前記走行速度と予め定められた閾値とを比較し、前記走行速度が前記閾値を超えている場合は前記アクセル無効期間を第１期間に設定し、前記走行速度が前記閾値を超えていない場合は前記アクセル無効期間を前記第１期間よりも長い第２期間に設定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の走行制御方法。
3. 前記第１力行工程において、前記微小トルクを前記走行速度に応じた値に設定する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の走行制御方法。
4. 電動車に備えられた走行用モータを制御する走行制御装置であって、
   前記走行用モータを回生動作させているときに前記アクセルが操作されると、前記電動車の走行速度に応じたアクセル無効期間の間、前記操作の量とは無関係な微小トルクを発生するように前記走行用モータを力行動作させた後、前記操作の量に応じたトルクを発生するように前記走行用モータを力行動作させるよう構成されている
   ことを特徴とする電動車の走行制御装置。
5. 前記走行速度と予め定められた閾値とを比較し、前記走行速度が前記閾値を超えている場合は前記アクセル無効期間を第１期間に設定し、前記走行速度が前記閾値を超えていない場合は前記アクセル無効期間を前記第１期間よりも長い第２期間に設定するよう構成されている
   ことを特徴とする請求項４に記載の走行制御装置。
6. 前記微小トルクを前記走行速度に応じた値に設定する構成されている
   ことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の走行制御装置。

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