| 【発明の名称】 |
直流電動車両の走行制御装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】津曲 治
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| 【要約】 |
【課題】車両の負荷状態及び路面状態の影響を受けずにスムーズに坂道発進ができ、かつ構成が簡単でコンパクトにできる直流電動車両の走行制御装置を提供する。
【解決手段】バッテリ１３からの電力により作動する走行駆動用の直流モータ５の界磁電流の方向を切り換えてプラギング制御及び力行制御を行い、プラギング制御及び力行制御時の直流モータ５の電機子５ａ及び界磁コイル５ｂの電流値をチョッパ素子９により制御する直流電動車両の走行制御装置において、プラギング制御を行った時間を計測し、計測した時間の長さに基づいてこの後の力行制御開始時の電機子５ａの最大電流値を設定する制御部１を備える。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 バッテリ(13)からの電力により作動する走行駆動用の直流モータ(5) の界磁電流の方向を切り換えてプラギング制御及び力行制御を行い、プラギング制御及び力行制御時の直流モータ(5) の電機子(5a)及び界磁コイル(5b)の電流値をチョッパ素子(9) により制御する直流電動車両の走行制御装置において、プラギング制御を行った時間を計測し、計測した時間の長さに基づいてこの後の力行制御開始時の電機子(5a)の最大電流値を設定する制御部(1) を備えたことを特徴とする直流電動車両の走行制御装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、バッテリフォークリフト等の直流電動車両の走行制御装置に関し、特に坂道発進性能の改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】バッテリフォークリフト等の直流電動車両では、直流モータの電機子の回転方向に対する界磁コイルの電流方向を制御することにより、通常の力行制御と、制動時の回生制御及びプラギング制御とを行っているものがある。この場合、坂道発進時にもプラギング制御を行って車両のずり下がり距離を短くし、かつスムーズに発進できるようにし、プラギング制御が終了した後、予め設定している電流値で力行制御に移行している。
【０００３】ところが、プラギング制御時の直流モータの最大駆動トルク（モータ電流値に略比例する）が同じでも、車両の負荷の大きさ（バッテリフォークリフトの場合は荷の重さ）及び坂道の勾配に応じてずり下がり距離が異なる。このため、通常、最大負荷（荷重）で、かつ最大登坂勾配でもずり下がり距離が短くて発進に支障のない様に、プラギング制御時の直流モータの最大電流値を設定していることが多く、よって実際の負荷及び登坂勾配に対して余裕をもち過ぎて無駄な電力の消費となり、また省エネルギの実現が困難となっている。したがって、従来から、坂道発進時の性能を向上するための技術が提案されており、例えば実開昭５７−８２８０１号公報には荷重検知器で検知した積載荷重と登坂勾配検知器で検知した路面勾配とに基づいて走行モータに供給する最大電流及び電流立ち上がり時間を算出する電気車走行制御装置が開示されている。これにより、実際の荷重及び路面状態に応じて最大電流及び電流立ち上がり時間を適切に設定するので、過大な電力を消費すること無く省エネルギの実施が可能となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従来技術においては、以下のような問題がある。プラギング制御から力行制御に移行する際の力行制御の最大モータ電流値を、最大積載荷重時及び最大登坂勾配時にずり下がらないような電流値に設定しておくと、空荷時に必要以上の大きなトルクで駆動することになり、タイヤの空転が発生したり力行制御に移行時のショックが大きくなったりする。したがって、タイヤの摩耗が早くてタイヤ寿命が短くなったり、スムーズな坂道発進ができず車両の乗り心地を悪化させるという問題がある。
【０００５】また、実開昭５７−８２８０１号公報に開示された先行技術においては、車両の荷重及び路面勾配の両者に対応して力行開始トルクを設定するために、荷重検知器（荷重センサ等）及び登坂勾配検知器（傾きセンサ等）の両方が必要となるので、製造コストが高いという問題がある。
【０００６】本発明は、上記の問題点に着目してなされたものであり、車両の負荷状態及び路面状態の影響を受けずにスムーズに坂道発進ができ、かつ構成が簡単でコンパクトにできる直流電動車両の走行制御装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】上記の目的を達成するために、第１発明は、バッテリからの電力により作動する走行駆動用の直流モータの界磁電流の方向を切り換えてプラギング制御及び力行制御を行い、プラギング制御及び力行制御時の直流モータの電機子及び界磁コイルの電流値をチョッパ素子により制御する直流電動車両の走行制御装置において、プラギング制御を行った時間を計測し、計測した時間の長さに基づいてこの後の力行制御開始時の電機子の最大電流値を設定する制御部を備えた構成としている。
【０００８】第１発明によると、プラギング制御を行った時間（プラギング時間Ｔp ）が車両の負荷及び路面の勾配の大きさに略対応していることに着目しており、このプラギング時間Ｔp の長さに基づいて力行開始電流値を設定しているので、車両の負荷及び路面の勾配に左右されずに常に坂道発進時にスリップがなく、また力行制御へ移行時のショックが無い。したがって、坂道発進がスムーズとなり、またタイヤの摩耗を軽減できる。さらに、従来技術のように荷重センサ及び傾きセンサを設けなくても車両の負荷及び路面の勾配の両方に対応した力行開始電流値を設定できるので、構成が簡単でコンパクトにでき、製造コストを安くできる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、実施形態を図を参照して詳細に説明する。なお、ここではバッテリフォークリフトの走行制御装置を例にとって説明する。
【００１０】図１は、バッテリフォークリフトの走行制御回路例である。バッテリ１３の正端子は回生コンタクタ接点３及び電流検出器４を介して走行駆動用の直流モータ５の電機子５ａの一端側に接続されており、電機子５ａの他端側は前進コンタクタ６と後進コンタクタ７との並列回路、及びチョッパ素子９（大電流トランジスタ、ＦＥＴ等）を経由してバッテリ１３の負端子に接続されている。チョッパ素子９には、バイパスコンタクタ８が並列に接続されている。前進コンタクタ６の出力接点コモン端子６ｃ及び後進コンタクタ７の出力接点コモン端子７ｃは、それぞれ直流モータ５の界磁コイル５ｂの両端に接続されている。前進コンタクタ６の出力ａ接点（いわゆるノーマリオフ）端子６ａ及びｂ接点（いわゆるノーマリオン）端子６ｂのいずれか一側端子（ここではａ接点端子）が電機子５ａの他端側に、また他側端子（ここではｂ接点端子）がチョッパ素子９に接続されている。また前進コンタクタ６と同様に、後進コンタクタ７の一側端子（ここではａ接点端子７ａ）が電機子５ａの他端側に、また他側端子（ここではｂ接点端子７ｂ）がチョッパ素子９に接続されている。さらに、回生コンタクタ接点３、電流検出器４及び電機子５ａの直列回路には、界磁コイル５ｂを予備励磁するための抵抗とトランジスタ等からなる予備励磁回路２とプラギングダイオード１０との並列回路が並列に接続されている。さらに、これらの並列回路、及び前進コンタクタ６と後進コンタクタ７との並列回路の直列回路にはフライホイールダイオード１１が並列に、そして電流検出器４からチョッパ素子９までの直列回路には回生ダイオード１２が並列にそれぞれ接続されている。
【００１１】電流検出器４の電流信号は制御部１に入力され、また制御部１からの各制御信号は予備励磁回路２、チョッパ素子９、回生コンタクタ接点３の励磁コイル３Ｒ、前進コンタクタ６の励磁コイル６Ｒ及び後進コンタクタ７の励磁コイル７Ｒにそれぞれ出力される。
【００１２】制御部１は、マイクロコンピュータや数値演算処理プロセッサ等の演算処理装置（以後、ＣＰＵ１ａと言う）、メモリ１ｂ及び入出力インターフェース回路（図示せず）を備えている。制御部１は、電流検出器４の検出電流値に基づいて後述する所定の処理を行い、この処理結果により走行制御時、予備励磁回路２、チョッパ素子９、回生コンタクタ接点３の励磁コイル３Ｒ、前進コンタクタ６の励磁コイル６Ｒ及び後進コンタクタ７の励磁コイル７Ｒにそれぞれ所定の制御信号を出力し、直流モータ５の電流を制御し、通常走行時の力行動作、プラギング動作及び回生動作を制御している。
【００１３】図２は、プラギング制御から力行制御に移行する際の電流波形である。同図に示すように、プラギング制御時にはモータ電流が所定時間以内に最大プラギングトルクに対応する最大電流Ｉｐまで立ち上がる。ここでは、プラギング制御時の最大電流Ｉｐをこの後に継続する力行制御時の最大電流よりも大きく設定した例で示している。そして、プラギングトルクにより車両の下降速度が徐々に低下した後、略停止状態になるとプラギング電流が小さくなり、プラギング制御が終了する。プラギング制御の終了と判断したら、制御部１は所定の力行開始電流値Ｉｒを設定して力行制御に移行する。
【００１４】本発明者は、このときのプラギング制御を行っている時間（以後、プラギング時間と言う）Ｔp が車両の荷重（負荷）及び路面の勾配の大きさに略対応することに着目している。例えば、図２では同一勾配のとき、空荷時（波形Ｇ１）のプラギング時間Ｔp1は、積載時（波形Ｇ２）のプラギング時間Ｔp2より短くなっている。このことから、力行開始電流値Ｉｒを空荷時にはＩr1に、積載時にはＩr2（＞Ｉr1）に設定する如く、プラギング時間Ｔp に基づいて設定することを提案している。すなわち、図３に示すような、プラギング時間Ｔp と力行開始電流値Ｉｒとの関係を有するテーブルをメモリ１b 内に予め記憶しておき、プラギング制御中にプラギング時間Ｔpを計測してこのプラギング時間Ｔp に応じて力行開始電流値Ｉｒを設定している。なお、図３に示す関係は線形（直線）に限るものではなく、プラギング時間Ｔp と力行開始電流値Ｉｒとが１対１に対応し、かつ正の関係（図示のように右上がりの関係）であればよい。また、この関係を記憶する方法もテーブルに限定されず、例えば所定の関係式を記憶するようにしてもよい。
【００１５】次に、本発明に係る直流電動車両の走行制御装置の制御処理方法を、図４に示す制御処理フローチャート例に基づいて説明する。なお、同図では処理ステップ番号にＳを付して表す。Ｓ１において、坂道発進で、例えば前進させる場合に、オペレータが前後進切り換えレバー（図示せず）を前進に切り換え、ブレーキペダル（図示せず）をオフすると共にアクセルペダル（図示せず）を所定量踏み込むと、電流制御の遅れにより制御の当所は直流モータ５の駆動トルクが小さいので、車両及び荷の重量により車両は坂道に沿って下降（後進）する。このとき、制御部１（ＣＰＵ１ａ）は、直流モータ５に対してまずプラギング制御を行う。
【００１６】すなわち、制御部１は、回生コンタクタ接点３をオンすると共に、前進コンタクタ６及び後進コンタクタ７を前進方向に切り換える。次に、チョッパ素子９を所定の通流率でチョッパ動作させると、直流モータ５の回転方向（この場合、後進方向）は界磁電流の方向に対して逆向きになるので、直流モータ５は発電機として動作する。これにより、図１に実線の矢印で示すように直流モータ５、プラギングダイオード１０及び回生コンタクタ接点３の経路で発電電流（プラギング電流）が流れるので、直流モータ５にプラギング制動トルクが発生する。このとき、制御部１はチョッパ素子９をチョッパ動作させて、バッテリ１３、電機子５ａ、前進コンタクタ６、界磁コイル５ｂ、後進コンタクタ７及びチョッパ素子９の経路で流れる界磁電流を制御することにより、直流モータ５のプラギングトルクを所定の最大プラギングトルクに制御する。これにより、図２に示すように、モータ電流は所定時間以内に最大電流Ｉｐまで立ち上がる。
【００１７】次に、Ｓ２で、プラギング時間Ｔp を計測する。このプラギング時間Ｔp は、プラギング制御時のモータ電流値が最大電流Ｉｐの所定の割合になった時点ｔ0から計測され、プラギング制御が終了した時点ｔr1、ｔr2までの継続時間である。プラギング制御の終了時点は、例えばプラギングによるモータ発電が停止したか、すなわち図１に示すモータ端子電圧Ｖ１が所定の電圧以下になったか否かにより判定される。
【００１８】この後、Ｓ３において、プラギング制御が終了した時点で計測した上記プラギング時間Ｔp に応じた力行開始電流値Ｉｒを求めて設定する。そして、Ｓ４でこの設定した力行開始電流値Ｉｒに基づいて力行制御を行う。
【００１９】以上説明したように、本発明によると、プラギング時間Ｔpに応じて設定した力行開始電流値Ｉｒに基づいて力行制御を行うようにしたので、車両の荷重（負荷）及び路面勾配の両方の大きさに適合した力行開始電流値Ｉｒが自動的に設定される。したがって、力行制御に移行する際に、常にスリップを起こすことなく、またショックもなくスムーズに坂道発進するので、乗り心地が良く、タイヤの摩耗を非常に軽減させることができる。また、従来技術のように荷重センサ及び傾きセンサを共に設ける必要がないので、構成が簡単でコンパクトになり、製造コストも安くできる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００１２３６
【氏名又は名称】株式会社小松製作所
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| 【出願日】 |
平成１１年５月１２日（１９９９．５．１２） |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開２０００−３２４６２２（Ｐ２０００−３２４６２２Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１１月２４日（２０００．１１．２４） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１３２０４９ |
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