JPH11150812A

JPH11150812A - 産業用車両の走行駆動装置

Info

Publication number: JPH11150812A
Application number: JP33621597A
Authority: JP
Inventors: Hideo Nakayama; 秀雄仲山; Hiromi Sukegawa; 広美助川; Osamu Kanbe; 修神戸; Shuzo Okayama; 修三岡山
Original assignee: Toyo Umpanki Co Ltd
Current assignee: TCM Corp
Priority date: 1997-09-12
Filing date: 1997-12-08
Publication date: 1999-06-02

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、容易に走行速度を一定に維持でき
る産業用車両の走行駆動装置を提供することを目的とす
る。【解決手段】車両の目標走行速度を入力するアクセル
ペダルから入力される操作範囲の対応を、車両の最大走
行速度の範囲に対して３つの速度域（低速域、中速域、
高速域）に設定し、アクセルペダルの操作範囲を、車両
の走行速度が操作範囲の７０％の速度となると、高速側
の速度域へ移行し、車両の走行速度が操作範囲の３０％
の速度となると、低速側の速度域へ移行し、アクセルペ
ダルの操作角度および速度域により目標速度を設定し、
この目標設定速度に基づいて電動モータの制御する制御
装置を備える。この構成により、アクセルペダルの操作
角度の変化を走行速度の変化に対して小さいものにで
き、容易に走行速度を一定に維持できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動モータにより
駆動車輪を駆動して走行する産業用車両、たとえば荷役
現場や建設現場などで使用されるダンプトラック、ホイ
ールローダ、フォークリフト、コンテナキャリヤなどの
走行駆動装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の上記産業用車両の走行駆動系を図
７により説明する。産業用車両を走行させる駆動車輪41
に直流電動モータ42が連結されており、この電動モータ
42へ給電する整流器43が設けられている。この整流器43
へは、エンジン44に連結された交流発電機45よりコンダ
クタ46を介して給電されている。また駆動車輪41の駆動
軸に走行速度検出器47が設けられ、走行速度検出器47の
速度検出信号により速度メータ48に走行速度が表示され
る。

【０００３】またアクセルペダル50の操作角度（たとえ
ば１０〜５０°）の信号が、エンジン44のガバナ51に入
力されており、車両の速度は、アクセルペダル50の踏加
減によりエンジン44の回転速度を増減し、直流電動モー
タ42の電圧を制御することによってコントロールされ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、アクセルペダ
ル50の操作角度は１０〜５０°の小さな角度でしかな
く、少しの角度の変化が大きな走行速度の変化となって
現れるため、走行速度を維持することに神経を使い、ま
た産業用車両では荷役作業などの別の操作を伴うため、
作業性が低下し、運転員の疲労感が大きくなるという問
題があった。

【０００５】また、上記走行駆動系では、直流電動モー
タ42の回転子に電気を送るブラシが磨耗するため、直流
電動モータ42を定期的に交換する必要であり、さらに直
流電動モータ42の電圧で車両の速度を制御するため、荷
役車両のように軸重、牽引力が急変する車両では、タイ
ヤスリップを防止することが困難であった。

【０００６】そこで、本発明は、容易に走行速度を一定
に維持でき、メンテナンスを容易にできる産業用車両の
走行駆動装置を提供することを目的としたものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、請求項１記載の発明は産業用車両の走行用電動
モータを駆動する走行駆動装置であって、前記車両の目
標走行速度を入力する目標指令入力手段と、前記車両の
走行速度を検出する走行速度検出手段と、前記目標指令
入力手段から入力される操作範囲の対応を、前記車両の
最大走行速度の範囲に対して複数の走行段に設定し、前
記目標指令入力手段の操作範囲を、前記走行速度検出手
段により検出される車両の走行速度が、操作範囲の所定
高速値となると、高速側の走行段へ移行し、前記走行速
度検出手段により検出される車両の走行速度が、操作範
囲の所定低速値となると、低速側の走行段へ移行し、前
記目標指令入力手段の操作入力値および走行段により、
目標速度を設定し、この目標設定速度に基づいて前記電
動モータを駆動する制御手段を備えたことを特徴とする
ものである。

【０００８】ここで、産業用車両は、ダンプトラック、
ホイールローダ、フォークリフト、コンテナキャリヤな
どである。また目標指令入力手段は、アクセルペダル、
手で操作するレバー、回転式ポテンショメータなどであ
る。

【０００９】上記構成によると、目標指令入力手段の操
作範囲の対応が、最大走行速度の範囲に対して複数の走
行段に設定されることにより、目標指令入力手段の操作
範囲は最大走行速度の範囲の一部に対応し、目標指令入
力手段の操作入力値の変化は走行速度の変化に対して小
さいものとなる。よって、目標指令入力手段の操作入力
値をしっかりと維持しなくても走行速度はあまり変化し
なくなり、走行速度の維持が容易となる。

【００１０】また請求項２記載の発明は、産業用車両の
走行用電動モータを駆動する走行駆動装置であって、前
記走行用電動モータを交流電動モータにより形成し、前
記交流電動モータへ給電するインバータを設け、前記イ
ンバータにより前記交流電動モータのトルクと回転数を
制御して前記車両の走行速度制御を行うことを特徴とす
るものである。

【００１１】ここで、産業用車両は、ダンプトラック、
ホイールローダ、フォークリフト、コンテナキャリヤな
どである。上記構成によると、走行用電動モータを交流
電動モータとすることにより、従来の直流電動モータの
ブラシのように磨耗し、定期的に交換を部品がなくな
り、メンテナンスが容易となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図６は本発明の実施の形態を示す
産業用車両の走行駆動系の構成図である。

【００１３】産業用車両を走行させる駆動車輪１に交流
電動モータ２が連結されており、この交流電動モータ２
へ印加する一次電圧を制御してモータ２のトルクと回転
数を制御し、後述する指令値にモータ２の回転数を維持
するインバータ３が設けられている。このインバータ３
へは、エンジン４に連結されたブラシレス発電機５より
コンダクタ６を介して給電されている。また駆動車輪１
の駆動軸に走行速度検出器７が設けられている。また発
電機５へは界磁遮断器８を介してバッテリ９より界磁電
流が供給されている。さらにインバータ３には、減速時
に回生制動エネルギーが消費される制動用抵抗器10が接
続されている。

【００１４】またインバータ３へモータ２の回転数の指
令値を出力する制御装置11が設けられており、この制御
装置11へ、前進／後進切替ハンドル12の前進Ｆ／中立Ｎ
／後進Ｒの切替信号と、アクセルペダル13の操作角度
（たとえば１０〜５０°）の信号と、走行速度検出器７
により検出された車両の走行速度（たとえば０〜５０ｋ
ｍ／ｈｒ）の信号が入力されている。さらに車両コック
ピット内に設けた、走行運転押しボタン14と走行停止押
しボタン15のそれぞれのオン信号と、エンジン４のコン
トローラ17からのエンジン異常信号、エンジン４の駆動
軸に設けられたエンジン回転数検出器18のエンジン回転
数信号、電圧検出器19からの発電機５の出力電圧信号が
制御装置11へ入力されている。

【００１５】そして、制御装置11は、アクセルペダル13
の操作角度（１０〜５０°）を車両の走行速度（０〜５
０ｋｍ／ｈｒ）に対応させ、インバータ３へモータ２の
回転数の指令値を出力して、車両の走行速度を制御して
いる。また制御装置11は、インバータ３よりインバータ
３自身あるいはモータ２の異常信号を入力すると、界磁
遮断器８とコンタクタ６へオフ信号（遮断信号）を出力
して発電を停止し、インバータ３への給電を遮断して車
両を停止し、安全を確保している。

【００１６】図１は本発明の産業用車両の走行駆動装置
による多段目標制御の説明図である。図１に示すよう
に、アクセルペダル13の操作角度（１０〜５０°）を操
作範囲（０〜１００％）へ変換し、この操作範囲（０〜
１００％）の対応を車両の走行速度（０〜５０ｋｍ／ｈ
ｒ）に対して３段階としている。１段目は低速域（図１
では、０〜１４ｋｍ／ｈｒ）、２段目は中速域（５〜３
５ｋｍ／ｈｒ）、３段目は高速域（１５〜５０ｋｍ／ｈ
ｒ）としており、アクセルペダル13の操作角度の変化に
対応する速度の変化を小さくしている。上記低速域およ
び中速域、中速域および高速域は、互いの速度域が重な
って設定されている。

【００１７】またアクセルペダル13の操作範囲（０〜１
００％）の各速度域の移行は、高速側へは速度域の範囲
の７０％の速度へ走行速度が上昇すると行われ、低速側
へは速度域の範囲の３０％の速度へ減速すると行われ
る。なお、各速度域の移行のしきい値（３０％，７０
％）は、対応する車両の特質、運転員の好みにより自由
に変更することができる。

【００１８】上記制御装置11の構成を、図２〜図５のブ
ロック図により説明する。図５に示すように、電圧検出
器19により検出される発電機５の電圧ｖにより、発電機
電圧正常（電圧確立）が比較器21により検出され、発電
機５の過電圧が比較器22により検出されており、またエ
ンジン回転数検出器18により検出されるエンジン４の回
転数ｎにより、所定のスピード（高速）が比較器23によ
り検出されており、各比較器21，22，23の動作により駆
動されるリレイＳＶ，ＯＶ，ＨＩが設けられ、さらに比
較器23の出力がオフのとき（低速スピードのとき）動作
するリレイＬＯが設けられている。また図２に示すよう
に、アクセルペダル13の操作値ｘ％が０％のとき、すな
わちアクセルペダル13が離されていることを検出する比
較器24が設けられており、この比較器24の動作により駆
動されるリレイＺが設けられている。

【００１９】また図４に示すように、エンジンコントロ
ーラ17よりエンジン始動の信号が入力され、かつエンジ
ン４のスピードが低速（リレイＬＯオン）の状態で、走
行運転押しボタン14がオン操作されると、エンジンコン
トローラ17へエンジン４のスピードを高速とするように
加速指令信号を出力している。

【００２０】また前進／後進切替ハンドル12が中立に選
択され、エンジン４のスピードが高速（リレイＨＩオ
ン）で、かつアクセルペダル13が離されており（リレイ
Ｚオン）、かつ上記インバータ３より異常信号を入力し
ていないとき、界磁遮断器８へオン信号（投入信号）を
出力し、上記インバータ３より異常信号を入力している
とき、または発電機５が過電圧のとき（リレイＯＶオ
ン）、またはエンジンコントローラ17よりエンジン異常
の信号が入力されているとき、または走行停止押しボタ
ン15がオン操作されると、界磁遮断器８へオフ信号（遮
断信号）を出力している。

【００２１】また発電機５が定格電圧に到達すると（リ
レイＳＶオン）、コンタクタ６へオン信号を出力し、上
記インバータ３より異常信号を入力しているとき、また
は発電機５が過電圧のとき（リレイＯＶオン）、または
エンジンコントローラ17よりエンジン異常の信号が入力
されているとき、または走行停止押しボタン15がオン操
作されると、コンタクタ６へオフ信号を出力している。

【００２２】また図２に示すように、アクセルペダル13
の操作値ｘ％は、各速度域の速度範囲に応じて目標速度
演算器26，27，28によりそれぞれの目標速度が演算さ
れ、後述する各速度域の選択リレイＲＹ１，ＲＹ２，Ｒ
Ｙ３により、その１つが選択されて、実際の目標速度と
なり、この目標速度と、走行速度検出器７により検出さ
れた車両の走行速度ｍとの偏差が減算器29に求められ、
この求められた偏差によりＰＩＤ演算器30により前進方
向の回転速度指令値が演算され、また回転速度指令値か
ら＋−反転器31により後進方向の（−回転速度指令値）
が演算され、前進／後進切替ハンドル12の切替信号によ
り選択されてインバータ３へ出力される。インバータ３
は、プラス（＋）の回転速度指令値により産業用車両の
前進方向へモータ２を駆動し、マイナス（−）の回転速
度指令値により後進方向へモータ２を駆動する。なお、
前進／後進切替ハンドル12が中立に選択されていると
き、この中立の選択信号がインバータ３へ出力され、イ
ンバータ３はこの中立選択信号により、フリーラン停止
（自然停止）としている。

【００２３】また車両の走行速度ｍは、低速域の７０％
速度設定値（１４ｋｍ／ｈｒ＊０．７＝１０ｋｍ／ｈ
ｒ）以上が第１比較器32により検出され、中速域の７０
％速度設定値｛５ｋｍ／ｈｒ＋（３５−５）ｋｍ／ｈｒ
＊０．７＝２６ｋｍ／ｈｒ｝以上が第２比較器33により
検出され、高速域の３０％速度設定値｛１５ｋｍ／ｈｒ
＋（５０−１５）ｋｍ／ｈｒ＊０．３＝２６ｋｍ／ｈ
ｒ｝以下が第３比較器34により検出され、中速域の３０
％速度設定値｛５ｋｍ／ｈｒ＋（３５−５）ｋｍ／ｈｒ
＊０．３＝１４ｋｍ／ｈｒ｝以下が第４比較器35により
検出されており、各比較器32，33，34，35の動作により
駆動されるリレイＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄが設けられている。

【００２４】また図３に示すように、選択リレイＲＹ１
は、Ｒ−Ｓフリップフロップ36によりセット／リセット
されており、最初のスタート時、または中速域が選択さ
れており（ＲＹ２オン）、かつ走行速度ｍが中速域の３
０％速度設定値以下（リレイＤオン）となった時にセッ
トされ（Ｒ−Ｓフリップフロップ36がセットされ）、低
速域が選択されており（ＲＹ１オン）、かつ走行速度ｍ
が低速域の７０％速度設定値以上（リレイＡオン）とな
った時にリセットされる。

【００２５】また、選択リレイＲＹ２は、Ｒ−Ｓフリッ
プフロップ37によりセット／リセットされており、低速
域が選択されており（ＲＹ１オン）、かつ走行速度ｍが
低速域の７０％速度設定値以上（リレイＡオン）となっ
た時、または高速域が選択されており（ＲＹ３オン）、
かつ走行速度ｍが高速域の３０％速度設定値以下（リレ
イＣオン）となった時にセットされ（Ｒ−Ｓフリップフ
ロップ37がセットされ）、最初のスタート時、または中
速域が選択されており（ＲＹ２オン）、かつ走行速度ｍ
が中速域の７０％速度設定値以上（リレイＢオン）とな
った時、または中速域が選択されており（ＲＹ２オ
ン）、かつ走行速度ｍが中速域の３０％速度設定値以下
（リレイＤオン）となった時にリセットされる。

【００２６】また、選択リレイＲＹ３は、Ｒ−Ｓフリッ
プフロップ38によりセット／リセットされており、中速
域が選択されており（ＲＹ２オン）、かつ走行速度ｍが
中速域の７０％速度設定値以上（リレイＢオン）となっ
た時にセットされ（Ｒ−Ｓフリップフロップ38がセット
され）、最初のスタート時、または高速域が選択されて
おり（ＲＹ３オン）、かつ走行速度ｍが高速域の３０％
速度設定値以下（リレイＣオン）となった時にリセット
される。

【００２７】上記構成による走行起動時と、インバータ
故障時の作用について説明する。［通常走行時］エンジ
ン４が起動され、運転員が走行押しボタン14を操作する
と、加速指令がエンジンコントローラ17へ出力され、エ
ンジンコントローラ17によりエンジン４の回転が高速と
される。

【００２８】アクセルペダル13が離されており、前進／
後進ハンドル12が中立に選択されている状態で、エンジ
ン４の回転が高速となると、界磁遮断器８が投入され、
発電機５が励磁される。そして発電機５の出力電圧が確
立すると、コンタクト６が投入され、インバータ３に給
電される。

【００２９】この状態で、前進／後進ハンドル12にて前
進あるいは後進が選択され、そしてアクセルペダル13が
踏み込まれると、アクセルペダル13の操作角度に応じて
走行速度が設定されてインバータ３へ出力されモータ２
が駆動される。

【００３０】このとき、上記速度域の範囲の移行の実現
により、たとえば、低速域のアクセルペダル13の操作範
囲（０〜１００％）において、５０％で走行中、８０％
に踏み込むと、車両速度が７０％（１０ｋｍ／ｈｒ）に
上昇した時点で、目標速度は低速域から中速域の８０％
に変更される。したがって、変速感が得られ、中速域に
欲しい速度があれば、アクセルペダル13を少し戻せばよ
い。そのまま踏み込んでいれば、中速域から高速域に目
標速度が変更される。

【００３１】また高速域のアクセルペダル13の操作範囲
（０〜１００％）において、５０％で走行中、２０％に
戻すと、車両速度が３０％（２６ｋｍ／ｈｒ）に減速し
た時点で、目標速度は高速域から中速域の２０％に変更
される。したがって、変速感が得られ、中速域に欲しい
速度があれば、アクセルペダル13を少し踏み込めばよ
い。そのまま戻した状態でいれば、中速域から低速域に
目標速度が変更される。［インバータ異常時］インバー
タ３、あるいはモータ２に異常が発生し、この異常がイ
ンバータ３により検出され、異常信号が制御装置11へ出
力されたものとして説明する。

【００３２】インバータ３より異常信号が入力される
と、界磁遮断器８およびコンタクタ６へオフ信号が出力
され、発電機５への励磁電流が遮断され、同時にインバ
ータ３への給電が遮断され、車両は自然停止する。

【００３３】この状態で、インバータ３の異常信号がオ
フとなり、アクセルペダル13が離されており、前進／後
進ハンドル12が中立に選択されている状態で、再び界磁
遮断器８が投入され、発電機５が励磁される。発電機５
の出力電圧が確立すると、コンタクト６が投入され、イ
ンバータ３へ再給電される。

【００３４】この状態で、前進／後進ハンドル12にて前
進あるいは後進が選択され、そしてアクセルペダル13が
踏み込まれると、アクセルペダル13の操作角度に応じて
走行速度が設定されてモータ２が駆動され、車両が走行
される。

【００３５】また発電機５の出力電圧が過電圧となると
（リレイＯＶオン）、あるいはエンジン４に異常が発生
すると、界磁遮断器８およびコンタクタ６へオフ信号が
出力され、発電機５への励磁電流が遮断され、同時にイ
ンバータ３への給電が遮断され、車両は自然停止する。

【００３６】このように、インバータ３あるいはモータ
２に異常が発生したとき、安全に停止させることができ
るとともに、アクセルペダル13の操作範囲の対応が、最
大走行速度の範囲に対して３段に設定されることによ
り、アクセルペダル13の操作範囲は最大走行速度の範囲
の一部に対応し、アクセルペダル13の少しの変化は少し
の走行速度の変化に対応するため、アクセルペダル13の
操作角度をしっかり一定に維持しなくても走行速度はあ
まり変化しなくなり、走行速度の維持を容易とすること
ができる。

【００３７】また駆動車輪１の駆動に交流電動モータ２
を使用することにより、従来の直流モータのブラシのよ
うに定期的に交換しなければならない箇所を無くすこと
ができ、メンテナンスを容易とすることができる。

【００３８】なお、上記実施の形態では、目標指令入力
手段をアクセルペダル13としているが、手で操作するレ
バー、回転式ポテンショメータとしてもよく、本発明に
より同様の効果を期待できる。また目標指令入力手段の
操作範囲の対応を、最大走行速度の範囲に対して３段に
設定しているが、３段に限ることなく、多段に設定する
ことも可能である。

【００３９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、目標指令
入力手段の操作範囲の対応を、最大走行速度の範囲に対
して複数の走行段に設定されることにより、目標指令入
力手段の操作範囲は最大走行速度の範囲の一部に対応
し、目標指令入力手段の操作入力値の変化は走行速度の
変化に対して小さいものとなり、目標指令入力手段の操
作入力値をしっかり一定に維持できなくても走行速度は
あまり変化しなくなり、走行速度の維持を容易に行うこ
とができる。

【００４０】また、走行用電動モータを交流電動モータ
とすることにより、従来の直流電動モータのブラシのよ
うに定期的に交換する箇所を無くすことができ、メンテ
ナンスを容易とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における産業用車両の走行
駆動装置による多段目標制御の説明図である。

【図２】同産業用車両の走行駆動装置のブロック図であ
る。

【図３】同産業用車両の走行駆動装置のブロック図であ
る。

【図４】同産業用車両の走行駆動装置のブロック図であ
る。

【図５】同産業用車両の走行駆動装置のブロック図であ
る。

【図６】同産業用車両の走行駆動系の構成図である。

【図７】従来の産業用車両の走行駆動系の構成図であ
る。

【符号の説明】

１駆動車輪２交流電動モータ３インバータ４エンジン５発電機６コンダクタ７走行速度検出器８界磁遮断器９バッテリ 10 制動用抵抗器 11 制御装置 12 前進／後進切替ハンドル 13 アクセルペダル 14 走行運転押しボタン 15 走行停止押しボタン 17 エンジンコントローラ 18 エンジン回転数検出器 19 電圧検出器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡山修三神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号富士電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】産業用車両の走行用電動モータを駆動す
る走行駆動装置であって、前記車両の目標走行速度を入力する目標指令入力手段
と、前記車両の走行速度を検出する走行速度検出手段と、前記目標指令入力手段から入力される操作範囲の対応
を、前記車両の最大走行速度の範囲に対して複数の走行
段に設定し、前記目標指令入力手段の操作範囲を、前記走行速度検出
手段により検出される車両の走行速度が、操作範囲の所
定高速値となると、高速側の走行段へ移行し、前記走行
速度検出手段により検出される車両の走行速度が、操作
範囲の所定低速値となると、低速側の走行段へ移行し、前記目標指令入力手段の操作入力値および走行段によ
り、目標速度を設定し、この目標設定速度に基づいて前
記電動モータを駆動する制御手段を備えたことを特徴と
する産業用車両の走行駆動装置。
【請求項２】産業用車両の走行用電動モータを駆動す
る走行駆動装置であって、前記走行用電動モータを交流電動モータにより形成し、前記交流電動モータへ給電するインバータを設け、前記インバータにより前記交流電動モータのトルクと回
転数を制御して前記車両の走行速度制御を行うことを特
徴とする産業用車両の走行駆動装置。