JP6286965B2 - 産業車両の車速制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、産業車両の車速制御装置に関する。

アクセルをエンジンのスロットルバルブに対して非連結状態としたフォークリフトの車速制御装置において、車速制御を前提とし、その上で最適燃費走行をも可能にしたフォークリフトの制御装置が特許文献１で提案されている。具体的には、スロットル開度に対応した燃費の良い目標エンジン回転数を実現するため、車速、エンジン回転数においてフィードバック制御を用いて、スロットル開度及びＨＳＴ（静油圧式無断変速機）の変速比の調整を行うようにしている。

特開平７−１１９８７号公報

特許文献１では、車速制御においてフィードバック制御を用いている。フィードバック制御では、目標車速と実車速の偏差に対してエンジン出力を決定するが、目標車速が小さくなると、車速偏差も小さくなってしまい、例えば、インチングペダルを操作してリフト上昇させる際など、必要なエンジン回転が得られないケースが発生する。特にフォークリフトでは、乗用車と異なり走行だけでなく荷役への動力もエンジンから供給しているため、目標車速に拘わらず、荷役への動力が必要な時は、エンジン回転を十分に吹上げる必要があるため、フィードバックのゲインを大きくしておきたい。また、フォークリフトに限らず、牽引車の場合も牽引すべき被牽引体の有無及び積載荷重により必要な動力が異なる。

ところが、発進時のように目標車速と実車速との偏差が大きくなるような時には、フィードバックゲインを大きくすると、目標エンジン回転数が大きくなりすぎ、加速が強くなりすぎたり、車速のオーバーシュートが発生したりしてしまう。

ガソリンエンジンのように指令に対する応答が遅い場合、回転が上がるまでに時間がかかるため偏差がたまって目標エンジン回転数が大きくなりすぎ、オーバーシュートが発生し易い。また、ディーゼルエンジンのようにある程度応答が早い場合には、発進直後の車速偏差が大きな時に加速が強くなってしまう場合がある。

本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、荷役に必要なエンジン回転数を確保しながら、加速しすぎや車速のオーバーシュートを防ぐことができる産業車両の車速制御装置を提供することにある。

上記課題を解決する産業車両の車速制御装置は、走行と荷役作業の駆動源としてエンジンを備えるとともに、目標車速と実車速との偏差に基づいて、ＰＩ制御を用いて目標エンジン回転数を決定する産業車両の車速制御装置であって、目標エンジン回転数が実エンジン回転数Ｎ＋αとなるように目標エンジン回転数の上限を制限し、前記実エンジン回転数Ｎ＋αは、実エンジン回転数Ｎに該実エンジン回転数Ｎの５〜１０％の値であるαを加算することで演算される値、又は、実エンジン回転数Ｎに一定の値であるαを加算することで演算される値である。

この構成によれば、フィードバック制御で目標車速と実車速の偏差に対して目標エンジン回転数を設定する従来技術と異なり、目標車速と実車速の偏差に基づいてＰＩ制御を用いて目標エンジン回転数を設定するだけでなく、実エンジン回転数に応じて目標エンジン回転数の上限を制限する。そのため、発進時のように目標車速と実車速との偏差が大きくなるような時でも、荷役に必要なエンジン回転数を確保しながら、加速しすぎや車速のオーバーシュートを防ぐことができる。

前記車速制御装置は、目標車速と実車速との偏差と、実エンジン回転数とに基づいてＰゲイン増量値を演算するＰゲイン増量演算部と、目標車速と実車速との偏差と、前記Ｐゲイン増量演算部で演算されたＰゲイン増量値とに基づいてＰ項を演算するＰ項演算部と、目標車速と実車速との偏差に基づいてＩ項を演算するＩ項演算部とを備えていることが好ましい。この構成によれば、Ｐ項演算部でＰ項を演算する際に、実エンジン回転数に応じてＰゲインが増量されてＰ項が演算される。そのため、目標エンジン回転数は実エンジン回転数＋αとなるように実エンジン回転数に応じて目標エンジン回転数の上限が制限される。そして、αの値を発進時あるいは発進直後のように実エンジン回転数と目標エンジン回転数との差が大きくなる際に、加速しすぎや車速のオーバードライブを防止する大きさに、予め試験により設定することにより、荷役に必要なエンジン回転数を確保しながら、加速しすぎや車速のオーバーシュートを防ぐことができる。
前記車速制御装置は、目標車速と実車速との偏差が大きい場合にのみ目標回転数の上限を制限することが好ましい。

本発明によれば、荷役に必要なエンジン回転数を確保しながら、加速しすぎや車速のオーバーシュートを防ぐことができる。

一実施形態の車速制御装置の構成を示す概略図。 制御の概要を示すブロック図。 制御の概要を示すフローチャート。 目標車速、実車速、目標エンジン回転数、実エンジン回転数の関係を示すグラフ。

以下、産業車両としてのフォークリフトの車速制御装置に具体化した一実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。
図１に示すように、産業車両としてのフォークリフト１０は、動力系としてエンジン１１、油圧ポンプ１２、コントロールバルブ１３、トルクコンバータ１４、変速機１５を備えている。エンジン１１としてディーゼルエンジンが使用され、油圧ポンプ１２はエンジン１１によって駆動される。コントロールバルブ１３は、図示しない管路等を介して荷役系のリフトシリンダ及びテイルトシリンダへの作動油の給排を制御する。エンジン１１の出力はトルクコンバータ１４を経て変速機１５へ伝達され、変速機１５内に設けられた図示しない前進クラッチ又は後進クラッチを介して駆動輪１６へ出力され、駆動輪１６が回転駆動されてフォークリフト１０が走行するようになっている。

フォークリフト１０は、走行制御及びエンジン制御に必要な各種センサを備えている。エンジン１１には、エンジン１１の回転数を検出するエンジン回転数センサ１７が設けられている。エンジン回転数センサ１７は、エンジン回転数に応じた検出信号（エンジン回転数信号）を出力する。変速機１５には車速センサ１８が設けられ、車速センサ１８は、変速機１５の出力軸に固定されたギヤを検出して車速に応じた検出信号を出力する。

フォークリフト１０は、エンジン１１のスロットルバルブに対して非連結状態とされたアクセル操作手段としてのアクセルペダル１９を備え、アクセルペダル１９には、当該アクセルペダル１９の踏込み量（アクセル開度）を検出するアクセルセンサ２０が配設されている。アクセルセンサ２０は、アクセル開度に応じた検出信号を出力する。

フォークリフト１０は、荷役作業の際に操作するリフトレバー２１を備えている。リフトレバー２１はリフト量検出手段としてのリフトレバーセンサ２２に連結されている。リフトレバーセンサ２２は、リフトレバーの操作量に比例した検出信号を出力する。

フォークリフト１０は、エンジン１１の制御を行う電子制御ユニットであるエンジンＥＣＵ２３と、フォークリフト１０の制御を行う制御装置２４とを備えている。エンジンＥＣＵ２３と制御装置２４は、双方向に電気信号の入出力が可能な状態で接続されている。エンジンＥＣＵ２３及び制御装置２４は、車速制御装置を構成する。

エンジンＥＣＵ２３は、ＣＰＵ（中央処理装置）及びエンジン制御用のメモリを備え、メモリには、エンジン１１を制御するための制御プログラムが記憶されている。また、メモリには、エンジン１１を制御する際に用いるマップデータが記憶されている。エンジンＥＣＵ２３は、制御装置２４から指令される目標エンジン回転数となるようにエンジン１１の制御を行う。

制御装置２４は、ＣＰＵ（中央処理装置）及びメモリを備え、メモリにはフォークリフト１０の走行や荷役を制御するための制御プログラムが記憶されている。制御プログラムの一つとして、図２に示す構成の目標エンジン回転数を決定する制御プログラムが記憶されている。図２において破線で囲まれた部分が、従来と異なる構成である。また、メモリには、フォークリフト１０の走行や荷役を制御する際に用いるマップデータが記憶されている。制御装置２４は、エンジン回転数センサ１７、車速センサ１８、アクセルセンサ２０及びリフトレバーセンサ２２の検出信号を入力し、フォークリフト１０の走行や荷役を制御する。

次に前記のように構成された車速制御装置による車速制御を図２及び図３に従って説明する。制御装置２４は、図３に示すフローチャートに従って所定の制御周期毎に目標エンジン回転数Ｎｏを演算し、その目標エンジン回転数ＮｏをエンジンＥＣＵ２３に出力する。エンジンＥＣＵ２３は、制御装置２４から出力された目標エンジン回転数Ｎｏを入力し、その目標エンジン回転数Ｎｏとなるようにエンジン１１の制御を行う。

詳述すると、制御装置２４はステップＳ１で、エンジン回転数センサ１７、車速センサ１８及びアクセルセンサ２０からの検出信号を入力する。エンジン回転数センサ１７の検出信号はエンジンＥＣＵ２３を介して入力する。次に制御装置２４はステップＳ２で、エンジン回転数センサ１７の検出信号から実エンジン回転数Ｎを、車速センサ１８の検出信号から実車速Ｖを演算し、アクセルセンサ２０の検出信号からアクセル開度を演算する。次に制御装置２４はステップＳ３でアクセル開度から目標車速Ｖｏを演算し、ステップＳ４で実車速Ｖと目標車速Ｖｏとの偏差Ｖｄを演算する。次に制御装置２４は、ステップＳ５で実車速Ｖと目標車速Ｖｏとの偏差Ｖｄに基づいて目標エンジン回転数Ｎｏを演算し、ステップＳ６で目標エンジン回転数ＮｏをエンジンＥＣＵ２３に出力する。

ステップＳ５における目標エンジン回転数Ｎｏの演算は、図２の破線で囲まれた部分の構成に従って行われる。詳述すると、目標車速Ｖｏと実車速Ｖとの偏差Ｖｄは、Ｐ項演算部３０とＩ項積算部３１に入力される。Ｉ項積算部３１は、偏差Ｖｄに基づいて前回のＩ項に今回のＩ項を積算し、Ｉ項積算値をＩ項演算部３２に出力する。Ｉ項演算部３２は、入力されたＩ項積算値からＩ項を演算する。実車速Ｖは、フィルタ３３を経てＰゲイン増量演算部３４にも入力される。Ｐゲイン増量演算部３４は、目標車速Ｖｏとフィルタ３３を経た実車速Ｖとの差と、実エンジン回転数Ｎとに基づいて予め試験により求めたマップからＰゲイン増量値を演算し、Ｐゲイン増量値をＰ項演算部３０に出力する。Ｐ項演算部３０は、偏差Ｖｄ及びＰゲイン増量値からＰ項を演算する。そして、Ｐ項演算部３０から出力されたＰ項と、Ｉ項演算部３２から出力されたＩ項とが加算されて目標エンジン回転数Ｎｏが演算される。

即ち、制御装置２４は、目標車速Ｖｏと実車速Ｖとの偏差Ｖｄに基づいて、ＰＩ制御を用いて目標エンジン回転数を決定する一般的な構成であるＰ項演算部３０、Ｉ項積算部３１及びＩ項演算部３２に加えて、フィルタ３３及びＰゲイン増量演算部３４を有する。そのため、Ｐ項演算部３０においてＰ項を演算する際に、実エンジン回転数Ｎに応じてＰゲインが増量されてＰ項が演算され、目標エンジン回転数Ｎｏは実エンジン回転数Ｎ＋αとなるように実エンジン回転数Ｎに応じて目標エンジン回転数Ｎｏの上限が制限される。

αの値は、発進時あるいは発進直後のように実エンジン回転数Ｎと目標エンジン回転数Ｎｏとの差が大きくなる際に、加速しすぎや車速のオーバードライブを防止する大きさに、予め試験により求められる。そして、その値に基づいてＰゲイン増量演算部３４でＰゲイン増量値を演算する際に使用されるマップが作成される。αの値はフォークリフトの定格荷重によっても異なるが、例えば、実エンジン回転数Ｎの５〜１０％程度となる。

図４に、目標車速、実車速、目標エンジン回転数、実エンジン回転数の関係を示す。図４は、目標車速Ｖｏが１６ｋｍ／ｈの場合、発進から８秒で実車速Ｖが目標車速に到達する場合を例に示している。図４において、目標エンジン回転数（制限無）は、目標エンジン回転数Ｎｏを目標車速Ｖｏと実車速Ｖとの偏差Ｖｄに基づいて、従来のＰＩ制御を用いて決定した場合を示す。また、目標エンジン回転数（制限有）は、この実施形態の場合、即ち目標車速Ｖｏを従来のＰＩ制御を用いて決定した目標エンジン回転数Ｎｏと実エンジン回転数Ｎとの偏差を考慮して制限を加えた場合を示す。

図４において、０秒から約４秒までの破線の曲線は荷役に必要な実エンジン回転数を示しており、約４秒を経過後は、実エンジン回転数と目標エンジン回転数とが一致する。また、０秒から約２．５秒までの実線の曲線は目標エンジン回転数（制限有）を示しており、右下がりの直線は、目標エンジン回転数（制限無）を示している。そして、約２．５秒経過後は、目標エンジン回転数（制限有）及び目標エンジン回転数（制限無）は一致する。即ち、目標車速Ｖｏと実車速Ｖとの偏差が大きい場合は、目標エンジン回転数Ｎｏの上限が実エンジン回転数Ｎに応じて制限されている。

発進時に、目標エンジン回転数Ｎｏを目標車速Ｖｏと実車速Ｖとの偏差Ｖｄに基づいて、従来のＰＩ制御を用いて決定した場合、目標エンジン回転数Ｎｏと実エンジン回転数Ｎとの差が大きすぎる状態となる。その結果、その目標エンジン回転数ＮｏでエンジンＥＣＵ２３がエンジン１１を制御した際に、エンジン回転数が適正な車速で走行するのに必要なエンジン回転数を上回った状態になったり、加速しすぎが生じたりする。しかし、制御装置２４は、実エンジン回転数Ｎに応じて目標エンジン回転数Ｎｏの上限を制限するため、発進時のように目標車速Ｖｏと実車速Ｖとの偏差Ｖｄが大きくなるような時でも、荷役に必要なエンジン回転数を確保した状態で、加速しすぎや車速のオーバーシュートを防ぐことができる。そのため、オペレータが発進時などに加速しすぎによる飛び出し感を受けることが抑制される。

この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）産業車両の車速制御装置は、目標車速Ｖｏと実車速Ｖとの偏差Ｖｄに基づいて、ＰＩ制御を用いて目標エンジン回転数Ｎｏを決定する際、実エンジン回転数Ｎに応じて目標エンジン回転数Ｎｏの上限を制限する。したがって、発進時のように目標車速Ｖｏと実車速Ｖとの偏差Ｖｄが大きくなるような時でも、荷役に必要なエンジン回転数を確保しながら、加速しすぎや車速のオーバーシュートを防ぐことができる。

（２）目標エンジン回転数Ｎｏに制限がかかるのは、発進加速時のように目標エンジン回転数Ｎｏと実エンジン回転数Ｎとの差が大きくなる時のみである。そのため、定常走行時は、目標エンジン回転数Ｎｏと実エンジン回転数Ｎとの差が小さいため本制限による影響は受けない。

（３）フォークリフト１０においてオペレータがインチング操作により、走行速度を抑えながら（走行停止しながら）荷役する場合にも、実エンジン回転数上昇に応じて目標エンジン回転数Ｎｏが上昇するため、制御装置２４は荷役等に必要な目標エンジン回転数ＮｏをエンジンＥＣＵ２３に指令することができる。

（４）車速制御装置を構成する制御装置２４は、Ｐゲイン増量演算部３４と、目標車速Ｖｏと実車速Ｖとの偏差Ｖｄと、Ｐゲイン増量演算部３４で演算されたＰゲイン増量値とに基づいてＰ項を演算するＰ項演算部３０と、目標車速Ｖｏと実車速Ｖとの偏差Ｖｄに基づいてＩ項を演算するＩ項演算部３２とを備えている。この構成によれば、Ｐ項演算部３０でＰ項を演算する際に、実エンジン回転数Ｎに応じてＰゲインが増量されてＰ項が演算される。そのため、目標エンジン回転数Ｎｏは実エンジン回転数Ｎ＋αとなるように実エンジン回転数Ｎに応じて目標エンジン回転数Ｎｏの上限が制限される。そして、αの値を発進時あるいは発進直後のように実エンジン回転数Ｎと目標エンジン回転数Ｎｏとの差が大きくなる際に、加速しすぎや車速のオーバードライブを防止する大きさに、予め試験により設定することにより、荷役に必要なエンジン回転数を確保しながら、加速しすぎや車速のオーバーシュートを防ぐことができる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ フォークリフト１０の荷役は、リフトに限らず、ティルトやロールクランプ等のアタッチメントの作業であってもよい。

○ コントロールバルブ１３は、電磁弁でも機械弁でもよい。
○ 実エンジン回転数Ｎに応じて目標エンジン回転数Ｎｏの上限を制限する場合、直接検出した実エンジン回転数Ｎを使用するのではなく、実車速Ｖと実エンジン回転数Ｎとの関係を求めておき、実車速Ｖに応じて目標エンジン回転数Ｎｏの上限を制限してもよい。但し、インチング操作時で走行停止しながら荷役をする時は、この制限を外すか、走行停止中でも充分な荷役性能を確保できる定数αを設定する必要がある。

○ 産業車両はフォークリフト１０に限らず、例えば、牽引車であってもよい。牽引車の場合、荷役状態とは牽引すべき被牽引体の有る場合を意味し、積載荷重により必要な動力、即ち目標エンジン回転数Ｎｏが異なる。

○ 制御装置２４がエンジン回転数センサ１７の検出信号をエンジンＥＣＵ２３を介して入力する構成に代えて、制御装置２４がエンジン回転数センサ１７の検出信号を直接入力する構成としてもよい。

○ エンジンＥＣＵ２３と制御装置２４とを設ける代わりに、エンジンＥＣＵ２３を設けずに、制御装置２４がエンジン１１の制御も行う構成としてもよい。
○ エンジン１１は、ディーゼルエンジンに限らずガソリンエンジンであってもよい。ガソリンエンジンの場合は、αの値がディーゼルエンジンの場合に比べて大きくなる。

○ アクセル操作手段は、アクセルペダル１９に限らず、手動で操作されるレバーとしてもよい。
以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。

（１）車速偏差に基づいて、ＰＩ制御を用いて目標エンジン回転数を決定する産業車両の車速制御装置であって、実エンジン回転数＋αを目標エンジン回転数とし、αを実エンジン回転数に対応してその１０％以下の値とする産業車両の車速制御装置。

（２）請求項１、請求項２、前記技術的思想（１）のいずれか一項に記載の産業車両はディーゼルエンジン式である。

Ｎ…実エンジン回転数、Ｎｏ…目標エンジン回転数、Ｖ…実車速、Ｖｏ…目標車速、１０…産業車両としてのフォークリフト、２３…車速制御装置を構成するエンジンＥＣＵ、２４…車速制御装置を構成する制御装置、３０…Ｐ項演算部、３２…Ｉ項演算部、３４…Ｐゲイン増量演算部。

Claims (3)

1. 走行と荷役作業の駆動源としてエンジンを備えるとともに、目標車速と実車速との偏差に基づいて、ＰＩ制御を用いて目標エンジン回転数を決定する産業車両の車速制御装置であって、目標エンジン回転数が実エンジン回転数Ｎ＋αとなるように目標エンジン回転数の上限を制限し、
   前記実エンジン回転数Ｎ＋αは、実エンジン回転数Ｎに該実エンジン回転数Ｎの５〜１０％の値であるαを加算することで演算される値、又は、実エンジン回転数Ｎに一定の値であるαを加算することで演算される値であることを特徴とする産業車両の車速制御装置。
2. 前記車速制御装置は、目標車速と実車速との偏差と、実エンジン回転数とに基づいてＰゲイン増量値を演算するＰゲイン増量演算部と、
   目標車速と実車速との偏差と、前記Ｐゲイン増量演算部で演算されたＰゲイン増量値とに基づいてＰ項を演算するＰ項演算部と、
   目標車速と実車速との偏差に基づいてＩ項を演算するＩ項演算部と
   を備えている請求項１に記載の産業車両の車速制御装置。
3. 前記車速制御装置は、目標車速と実車速との偏差が大きい場合にのみ目標回転数の上限を制限する請求項１又は請求項２に記載の産業車両の車速制御装置。