JP6213245B2 - 荷役車両の動力制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンが搭載された荷役車両の動力制御装置に関するものである。

従来における荷役車両の動力制御装置としては、例えば特許文献１に記載されているように、アクセルペダルの踏込み操作量に対応するエンジン回転数を得るための制御指令を生成し、その制御指令に応じてエンジン出力トルクを制御するものが知られている。このような荷役車両においては、省燃費の実現が強く望まれている。ハイブリッド自動車においては、例えば特許文献２に記載されているように、エコスイッチを押すことにより通常時の要求トルクから省エネルギー時の要求トルクに切り替えて、燃費向上を図るようにしたものがある。

特開２０１２−５６７６３号公報 特開２００８−１０５５３２号公報

上記特許文献２に記載のようなハイブリッド自動車では、エコモードにおいてエンジン出力をモータ出力で補うことで、車両性能（要求トルク）を維持しつつ、燃費の向上を図っている。上記特許文献１に記載のようにモータを搭載していないエンジン式の荷役車両では、エコモードにおいてエンジンのトルクを制限することにより、燃費の向上を図ることがある。しかし、燃費向上のためにエンジンのトルク制限を強くすると、エンジンアイドル状態において荷役装置に重い荷を持ったときに、急激な荷役負荷の変動によりエンジンが出力負けしてエンストが発生する可能性があるという、荷役車両特有の問題が生じるおそれがある。

本発明の目的は、エンジンアイドル時のエンストを防止しつつ、燃費向上を図ることができる荷役車両の動力制御装置を提供することである。

本発明は、エンジンにより駆動される油圧ポンプからの作動油によって動作する荷役装置を具備した荷役車両の動力制御装置において、荷役車両のアクセルの開度を検出するアクセル開度検出手段と、アクセル開度検出手段により検出されたアクセルの開度に基づいて、エンジンのトルクを制限するためのエンジントルク制限値を決定するトルク制限値決定手段と、トルク制限値決定手段により決定されたエンジントルク制限値を用いて、エンジンのトルクを制御するエンジントルク制御手段とを備え、トルク制限値決定手段は、アクセル開度検出手段によりアクセルの踏み込みが検出されないときは、エンジントルク制限値を第１トルク制限値に設定し、アクセル開度検出手段によりアクセルの踏み込みが検出されたときは、エンジントルク制限値を第１トルク制限値よりも低い第２トルク制限値に設定することを特徴とするものである。

このように本発明の動力制御装置においては、荷役車両のアクセルの開度を検出し、そのアクセルの開度に基づいて、エンジンのトルクを制限するためのエンジントルク制限値を決定し、そのエンジントルク制限値を用いてエンジンのトルクを制御する。このとき、アクセルの踏み込みが検出されないときは、エンジントルク制限値を第１トルク制限値に設定する。第１トルク制限値は、例えば最大荷重の荷役負荷に対してエンストが発生しないような値とする。これにより、エンジンアイドル状態における急激な荷役負荷の変動によるエンストが抑止される。一方、アクセルの踏み込みが検出されたときは、エンジントルク制限値を第１トルク制限値よりも低い第２トルク制限値に設定する。これにより、アクセルを踏み込むことでエンジンの回転数が高くエンストが発生しにくい状態では、エンジンのトルク制限が強くかかることになるため、燃費が低減される。以上により、エンジンアイドル時のエンストを防止しつつ、燃費向上を図ることができる。

トルク制限値決定手段は、アクセル開度検出手段によりアクセルの戻しが検出されたときは、エンジントルク制限値を第１トルク制限値に設定すると良い。

この場合には、アクセルを戻すことでエンジンの回転数が低下してくると、エンジントルク制限値が第２トルク制限値から第１トルク制限値に戻るため、急激な荷役負荷の変動によるエンストを抑止することができる。

このとき、トルク制限値決定手段は、アクセル開度検出手段によってアクセルの踏み込みが検出されると共にアクセルの開度が第１所定値以上であることが検出されたときに、エンジントルク制限値を第２トルク制限値に設定し、アクセル開度検出手段によってアクセルの戻しが検出されると共にアクセルの開度が第１所定値よりも低い第２所定値以下であることが検出されたときに、エンジントルク制限値を第１トルク制限値に設定すると良い。

このようにアクセルの戻しを検出する際に用いる閾値（第２所定値）を、アクセルの踏み込みを検出する際に用いる閾値（第１所定値）よりも低くすることにより、アクセルが十分に踏み込まれると、エンジントルク制限値が第２トルク制限値に設定され、アクセルが十分に戻されると、エンジントルク制限値が第１トルク制限値に設定されるようになる。従って、アクセルが十分に戻っていないためにエンジンの回転数が十分に低下していない状態では、エンジントルク制限値は第２トルク制限値に設定されたままとなるため、一層の燃費向上を図ることができる。

また、トルク制限値決定手段は、アクセル開度検出手段によりアクセルの踏み込みが検出されたときは、エンジントルク制限値を第１トルク制限値から第２トルク制限値に連続的に変化させるように設定し、アクセル開度検出手段によりアクセルの戻しが検出されたときは、エンジントルク制限値を第２トルク制限値から第１トルク制限値に連続的に変化させるように設定すると良い。

この場合には、アクセルが踏み込まれたときは、エンジントルク制限値が第１トルク制限値から第２トルク制限値に徐々に変化し、アクセルが戻されたときは、エンジントルク制限値が第２トルク制限値から第１トルク制限値に徐々に変化するようになる。従って、荷役車両の走行速度及び荷役装置の荷役速度の急変を抑制することができる。また、運転者に違和感を与えること無く、エンジントルク制限値を変更することができる。

さらに、第１トルク制限値は、荷役装置に最大荷重の荷役負荷が加わる時の油圧ポンプの出力値を用いて得られる値であると良い。

このように荷役装置に最大荷重の荷役負荷が加わる時の油圧ポンプの出力値を用いることにより、最大荷重の荷役負荷に対してエンストが発生しないような第１トルク制限値を簡単に算出することができる。

本発明によれば、エンジンアイドル時のエンストを防止しつつ、燃費向上を図ることができる。

本発明に係る荷役車両の動力制御装置の一実施形態としてエンジン式フォークリフトの動力制御装置をフォークリフトの概略構成と共に示す構成図である。 図１に示した主制御ユニットの機能を示すブロック図である。 図２に示したトルク制限値設定部によるエコモード時のトルク制限値設定処理手順の詳細を示すフローチャートである。 アクセル開度とエンジントルク制限値との関係の一例を示すタイムチャートである。

以下、本発明に係る荷役車両の動力制御装置の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明に係る荷役車両の動力制御装置の一実施形態としてエンジン式フォークリフトの動力制御装置をフォークリフトの概略構成と共に示す構成図である。

同図において、フォークリフト１は、荷役装置２を備えている。荷役装置２は、マスト３と、このマスト３にリフトブラケット（図示せず）を介して取り付けられ、荷物が積載されるフォーク４と、このフォーク４を昇降させるリフトシリンダ（図示せず）と、マスト３を前傾または後傾させるティルトシリンダ（図示せず）とを備えている。なお、荷役装置２は、ロールクランプやドラムクランプ等のアタッチメントを更に備えていても良い。

また、フォークリフト１は、走行動作及び荷役動作の駆動源となるエンジン５と、このエンジン５により駆動される油圧ポンプ６と、この油圧ポンプ６と荷役装置２のリフトシリンダ及びティルトシリンダとの間に配設され、荷役レバー７の操作量に応じて油圧ポンプ６からリフトシリンダ及びティルトシリンダへの作動油の供給を制御するコントロールバルブ８とを備えている。なお、エンジン５としては、ディーゼルエンジンでも良いし、ガソリンエンジンでも良い。また、コントロールバルブ８としては、電磁式バルブでも良いし、機械式バルブでも良い。

荷役レバー７は、荷役操作を行うためのレバーであり、リフトレバー及びティルトレバーを含んでいる。リフトレバーによりリフト上昇操作を行うと、油圧ポンプ６によりタンク９から作動油が汲み上げられ、その作動油がコントロールバルブ８を介してリフトシリンダに供給されることで、フォーク４が上昇する。リフトレバーによりリフト下降操作を行うと、フォーク４の自重によってリフトシリンダからの作動油がコントロールバルブ８を介してタンク９に戻される。ティルトレバーにより前傾操作または後傾操作を行うと、油圧ポンプ６によりタンク９から作動油が汲み上げられ、その作動油がコントロールバルブ８を介してティルトシリンダに供給されることで、マスト３が前傾または後傾する。

また、エンジン５には、トルクコンバータ１０及びディファレンシャルギア１１を介して車軸１２が連結され、車軸１２の両側には駆動輪１３がそれぞれ取り付けられている。そして、エンジン５の出力は、トルクコンバータ１０、ディファレンシャルギア１１及び車軸１２を介して駆動輪１３に伝達される。なお、トルクコンバータ１０の代わりに、マニュアルミッションが設けられていても良い。

さらに、フォークリフト１は、本実施形態の動力制御装置１４を備えている。動力制御装置１４は、アクセル開度センサ１５と、エコモードスイッチ１６と、回転数センサ１７と、主制御ユニット１８と、エンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）１９とを備えている。

アクセル開度センサ１５は、アクセルペダル２０の踏み込み量（アクセル開度）を検出するセンサ（アクセル開度検出手段）である。アクセル開度センサ１５としては、例えばポテンショメータを用いる。なお、アクセル開度検出手段としては、アクセルペダル２０の踏み込み速度を検出し、その踏み込み速度を積分してアクセル開度を求めても良い。エコモードスイッチ１６は、通常運転を行う通常モードと省エネ（エコ）運転を行うエコモードとを切り換えるスイッチである。回転数センサ１７は、エンジン５の実回転数を検出するセンサである。

主制御ユニット１８は、図２に示すように、トルク制限値設定部２１と、目標回転数設定部２２と、記憶部２３とを有している。トルク制限値設定部２１は、エコモードスイッチ１６の操作信号及びアクセル開度センサ１５の検出値に基づいて、エンジン５のトルク（エンジントルク）を制限するためのエンジントルク制限値を設定する。トルク制限値設定部２１の処理機能については、後で詳述する。目標回転数設定部２２は、アクセル開度センサ１５により検出されたアクセル開度に応じたエンジン５の目標回転数を設定する。

記憶部２３は、トルク制限値設定部２１によるエンジントルク制限値の設定処理に使用されるデータとして、トルク制限値（トルク制限率）Ａ，Ｂを記憶している。ここで、トルク制限値Ａ，Ｂの単位は％である。

トルク制限値Ａ（第１トルク制限値）は、エンジン５がアイドル状態にあるときに、荷役装置２に最大荷重の荷役負荷がかかっても、エンストを発生させないようにエンジントルクを制限する値である。トルク制限値Ａは、荷役装置２の積荷荷重及びフォークリフト１の車両構造から算出可能である。トルク制限値Ａは、例えば下記式より算出される。

油圧ポンプ圧力[Pa]＝（（最大荷重[kg]＋荷役装置重量[kg]）×重力加速度[m/s²]
÷リフトシリンダ受圧面積[m²]）＋ロス[Pa]
油圧ポンプ流量[m³/s]＝エンジンアイドル回転数[rps]×油圧ポンプ容量[m³/rev]
×油圧ポンプ容積効率[%]÷１００
油圧ポンプ出力値[W]＝油圧ポンプ圧力[Pa]×油圧ポンプ流量[m³/s]
トルク制限値Ａ*[N]＝油圧ポンプ出力値[W]÷油圧ポンプ総合効率[%]×１００
÷（エンジンアイドル回転数[rps]×２×π）＋マージン[N]
トルク制限値Ａ[%]＝トルク制限値Ａ*[N]÷最大トルク[N]×１００

上記式において、ロスは、配管抵抗及び各機器の圧力損失等を考慮した値である。マージンは、エンジン補機の負荷等を考慮した値である。

トルク制限値Ｂ（第２トルク制限値）は、フォークリフト１の加速性能を維持して作業効率を下げることがないようにエンジントルクを制限する値である。トルク制限値Ｂは、トルク制限値Ａよりも低い値である（図４参照）。トルク制限値Ｂは、例えば実験により決定される。なお、トルク制限値Ａについても、上記のような計算ではなく、実験等により決定しても良い。

トルク制限値設定部２１は、エコモードスイッチ１６で通常モードが選択されたときは、エンジントルク制限値を１００％に設定する。つまり、通常モードが選択されたときは、エンジン５のトルク制限は行わない。

トルク制限値設定部２１は、エコモードスイッチ１６でエコモードが選択されたときは、アクセル開度センサ１５により検出されたアクセル開度に応じてエンジントルク制限値を設定する。トルク制限値設定部２１によるエコモード時のトルク制限値設定処理手順の詳細を図３に示す。なお、トルク制限値設定処理手順の開始時には、エンジントルク制限値は予めトルク制限値Ａに設定されている。

同図において、まずアクセル開度センサ１５の検出値に基づいて、アクセルペダル２０の踏み込みが検出されたかどうかを判断する（手順Ｓ１０１）。アクセルペダル２０の踏み込みが検出されたときは、アクセル開度センサ１５により検出されたアクセル開度が踏み込み用閾値（第１所定値）Ｐ以上であるかどうかを判断する（手順Ｓ１０２）。踏み込み用閾値Ｐは、例えば９０％である。アクセル開度が踏み込み用閾値Ｐ以上でないときは、手順Ｓ１０１が再度実行される。

アクセル開度が踏み込み用閾値Ｐ以上であるときは、エンジントルク制限値をトルク制限値Ａからトルク制限値Ｂに設定変更する（手順Ｓ１０３）。このとき、エンジントルク制限値は、トルク制限値Ａからトルク制限値Ｂに時間変化に応じて線形的（連続的）に下がるように設定される（図４参照）。

その後、アクセル開度センサ１５の検出値に基づいて、アクセルペダル２０の戻しが検出されたかどうかを判断する（手順Ｓ１０４）。アクセルペダル２０の戻しが検出されたときは、アクセル開度センサ１５により検出されたアクセル開度が戻し用閾値（第２所定値）Ｑ以下であるかどうかを判断する（手順Ｓ１０５）。戻し用閾値Ｑは、踏み込み用閾値Ｐよりも小さい値（例えば５０％）である。アクセル開度が戻し用閾値Ｑ以下でないときは、手順Ｓ１０４が再度実行される。

アクセル開度が戻し用閾値Ｑ以下であるときは、エンジントルク制限値をトルク制限値Ｂからトルク制限値Ａに設定変更する（手順Ｓ１０６）。このとき、エンジントルク制限値は、トルク制限値Ｂからトルク制限値Ａに時間変化に応じて線形的（連続的）に上がるように設定される（図４参照）。その後、手順Ｓ１０１が再度実行される。

図２に戻り、エンジンＥＣＵ１９は、回転数センサ１７により検出されたエンジン５の実回転数、目標回転数設定部２２により設定されたエンジン５の目標回転数、トルク制限値設定部２１により設定されたエンジントルク制限値に基づいて、エンジントルク（動力）を制御する。

具体的には、エンジンＥＣＵ１９は、エンジン５の目標回転数とエンジン５の実回転数との偏差を算出し、その偏差がゼロになるようなエンジントルク指令値を求め、当該エンジントルク指令値をエンジントルク制限値で補正し、その補正したエンジントルク指令値を指令信号としてエンジン５に送出する。

例えば、エコモードスイッチ１６で通常モードが選択された場合は、エンジントルク制限値が１００％であるため、エンジントルク指令値がそのまま指令信号としてエンジン５に送出される。エコモードスイッチ１６でエコモードが選択された場合に、エンジントルク制限値がトルク制限値Ａであるときは、エンジントルク指令値のＡ％が指令信号としてエンジン５に送出される。エコモードスイッチ１６でエコモードが選択された場合に、エンジントルク制限値がトルク制限値Ｂであるときは、エンジントルク指令値のＢ％が指令信号としてエンジン５に送出される。

なお、エンジン５がディーゼルエンジンである場合は、指令信号が燃料噴射弁に送出される。このとき、エコモードでは、燃料噴射弁による燃料噴射量が制限されるため、結果的にエンジントルクが制限されることになる。エンジン５がガソリンエンジンである場合は、指令信号がスロットルバルブに送出される。このとき、エコモードでは、スロットルバルブの開度、つまりエンジン５への吸入空気量が制限されるため、結果的にエンジントルクが制限されることになる。

以上において、トルク制限値設定部２１及び記憶部２３は、アクセル開度検出手段（アクセル開度センサ１５）により検出されたアクセルの開度に基づいて、エンジン５のトルクを制限するためのエンジントルク制限値を決定するトルク制限値決定手段を構成する。エンジンＥＣＵ１９は、トルク制限値決定手段により決定されたエンジントルク制限値を用いて、エンジン５のトルクを制御するエンジントルク制御手段を構成する。

次に、本実施形態の動力制御装置１４の動作を図４により説明する。時刻ｔ_０において、アクセルペダル２０がＯＦＦ状態（アクセル開度が０％）のときは、エンジントルク制限値はトルク制限値Ａに設定されている。トルク制限値Ａは、上述したように最大荷重の荷役負荷に対してエンストしないようにエンジントルクを制限する値である。これにより、エンジン５のアイドル状態（エンジンアイドル状態）において荷役装置２が重い荷を持ったときに、急激な荷役負荷の変動によりエンジン５が出力負けしてエンストすることが防止される。つまり、エンジンアイドル時の耐エンスト性を維持することができる。

その後、時刻ｔ_１においてアクセルペダル２０が踏み込まれ、時刻ｔ_２においてアクセル開度が踏み込み用閾値Ｐに達すると、エンジントルク制限値がトルク制限値Ａからトルク制限値Ｂに変更される。このとき、エンジントルク制限値は、トルク制限値Ａからトルク制限値Ｂまで徐々に下がる。アクセルペダル２０が踏み込まれると、エンジン５の回転数が高くなるため、エンストが起きにくくなる。このようなエンストが発生しにくい領域では、エンジンアイドル時の耐エンスト性とは独立に、エンジンアイドル時よりも強いトルク制限がかけられるため、燃費低減効果を維持することができる。

その後、時刻ｔ_３においてアクセルペダル２０が戻され、時刻ｔ_４においてアクセル開度が戻し用閾値Ｑに達すると、エンジントルク制限値がトルク制限値Ｂからトルク制限値Ａに戻る。このとき、エンジントルク制限値は、トルク制限値Ｂからトルク制限値Ａまで徐々に上がる。これにより、エンジン５の回転数が低下してきた状態において、荷役装置２が重い荷を持ったときに、急激な荷役負荷の変動によりエンストすることが防止される。つまり、エンジン５の回転数が低下してきた領域での耐エンスト性を維持することができる。

以上のように本実施形態によれば、エンジンアイドル時には、エンジントルク制限値が最大荷重の荷役負荷に対してエンストさせないようなトルク制限値Ａに設定されるため、荷役負荷によるエンストを抑止することができる。また、アクセルペダル２０が踏み込み用閾値Ｐに対応する開度まで踏み込まれると、エンジントルク制限値がトルク制限値Ａよりも低いトルク制限値Ｂに変更されるため、燃費を低減することができる。さらに、アクセルペダル２０が戻し用閾値Ｑに対応する開度まで戻されると、エンジントルク制限値がトルク制限値Ａに戻るため、荷役負荷によるエンストを抑止することができる。以上により、エンジンアイドル時のエンストを防止することができると共に、コストアップ無しに燃費向上を図ることができる。

また、アクセルペダル２０の戻しを検出するための戻し用閾値Ｑはアクセルペダル２０の踏み込みを検出するための踏み込み用閾値Ｐよりも低い値であるため、アクセルペダル２０が十分に踏み込まれると、エンジントルク制限値がトルク制限値Ｂに変更され、アクセルペダル２０が十分に戻されると、エンジントルク制限値がトルク制限値Ａに戻るようになる。従って、エンジン５の回転数が十分低下していない状態では、エンジントルク制限値は燃費優先のトルク制限値Ｂに設定されることになる。これにより、更なる燃費向上を図ることができる。

また、アクセル開度が踏み込み用閾値Ｐ以上になると、エンジントルク制限値がトルク制限値Ａからトルク制限値Ｂに徐々に変化し、アクセル開度が戻し用閾値Ｑ以下になると、エンジントルク制限値がトルク制限値Ｂからトルク制限値Ａに徐々に変化する。このため、急激なエンジントルクの変動が抑えられるため、フォークリフト１の走行速度が急激に変化したり、油圧ポンプ６の回転速度の急激な変化により荷役装置２の荷役速度が急激に変化することが防止される。これにより、運転者に違和感を与えることを防止できる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものでは無い。例えば、上記実施形態では、エンジントルク制限値がトルク制限値Ａとトルク制限値Ｂとの間で切り換わるときは、エンジントルク制限値を線形的に変化させるようにしたが、エンジントルク制限値が連続的に徐々に変化するのであれば、エンジントルク制限値を非線形的に変化させても良い。

また、上記実施形態は、エンジン式フォークリフトのエンジントルクを制御するものであるが、本発明の動力制御装置は、そのようなフォークリフト以外にも、バケット等の荷役装置を備えたエンジン式荷役車両にも適用可能である。

１…フォークリフト（荷役車両）、２…荷役装置、５…エンジン、６…油圧ポンプ、１４…動力制御装置、１５…アクセル開度センサ（アクセル開度検出手段）、１８…主制御ユニット、１９…エンジンＥＣＵ（エンジントルク制御手段）、２０…アクセルペダル、２１…トルク制限値設定部（トルク制限値決定手段）、２３…記憶部（トルク制限値決定手段）。

Claims (4)

1. エンジンにより駆動される油圧ポンプからの作動油によって動作する荷役装置を具備した荷役車両の動力制御装置において、
   通常運転を行う通常モードと省エネ運転を行うエコモードとを切り換えるエコモードスイッチと、
   前記荷役車両のアクセルの開度を検出するアクセル開度検出手段と、
   前記エコモードスイッチにより前記エコモードが選択されたときに、前記アクセル開度検出手段により検出された前記アクセルの開度に基づいて、前記エンジンのトルクを制限するためのエンジントルク制限値を決定するトルク制限値決定手段と、
   前記トルク制限値決定手段により決定された前記エンジントルク制限値を用いて、前記エンジンのトルクを制御するエンジントルク制御手段とを備え、
   前記トルク制限値決定手段は、前記アクセル開度検出手段により前記アクセルの踏み込みが検出されないときは、前記エンジントルク制限値を第１トルク制限値に設定し、前記アクセル開度検出手段により前記アクセルの踏み込みが検出されたときは、前記エンジントルク制限値を前記第１トルク制限値よりも低い第２トルク制限値に設定し、前記アクセル開度検出手段により前記アクセルの戻しが検出されたときは、前記エンジントルク制限値を前記第１トルク制限値に設定することを特徴とする荷役車両の動力制御装置。
2. 前記トルク制限値決定手段は、前記アクセル開度検出手段によって前記アクセルの踏み込みが検出されると共に前記アクセルの開度が第１所定値以上であることが検出されたときに、前記エンジントルク制限値を前記第２トルク制限値に設定し、前記アクセル開度検出手段によって前記アクセルの戻しが検出されると共に前記アクセルの開度が前記第１所定値よりも低い第２所定値以下であることが検出されたときに、前記エンジントルク制限値を前記第１トルク制限値に設定することを特徴とする請求項１記載の荷役車両の動力制御装置。
3. 前記トルク制限値決定手段は、前記アクセル開度検出手段により前記アクセルの踏み込みが検出されたときは、前記エンジントルク制限値を前記第１トルク制限値から前記第２トルク制限値に連続的に変化させるように設定し、前記アクセル開度検出手段により前記アクセルの戻しが検出されたときは、前記エンジントルク制限値を前記第２トルク制限値から前記第１トルク制限値に連続的に変化させるように設定することを特徴とする請求項１または２記載の荷役車両の動力制御装置。
4. 前記第１トルク制限値は、前記荷役装置に最大荷重の荷役負荷が加わる時の前記油圧ポンプの出力値を用いて得られる値であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の荷役車両の動力制御装置。

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