JP5678949B2 - 速度制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、二次電池の電力によって駆動する電動機を駆動源として走行する車両の速度制御装置に関する。

モータを駆動源として走行する車両（電気自動車やハイブリッド自動車）では、モータを発電機として機能させることで、回生制動が行われている。回生制動が行われると、運動エネルギーが電気エネルギーに変換され、この電気エネルギーは二次電池に蓄えられる。二次電池は、温度が著しく低いと電力を受け入れることができない。このため、特許文献１に記載の充放電制御装置では、二次電池の温度が所定の温度以下の場合、放電電力が上限値を超えないように制御することで、車両の速度が速くなることを抑制して、二次電池の温度が所定の温度以下であっても、車両を制動できるようにしている。

特開平１１−１８７５７７号公報

ところで、特許文献１に記載の充放電制御装置では、二次電池の温度が所定の温度以下でなければ、放電電力に制限がかからない。このため、二次電池の温度が所定の温度より高い場合、要求される制動距離内に収めることができる車両速度を超えて車両を加速させることが可能であり、制動距離が長くなってしまうおそれがある。

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、車両の制動を適切に行うことができる速度制御装置を提供することにある。

上記課題を解決する速度制御装置は、二次電池の電力によって駆動する電動機を駆動源として走行する車両の速度制御装置であって、前記車両の速度を検出する速度検出部と、前記二次電池の入力特性によって制動力が変動する回生制動機構を少なくとも有する制動装置と、前記車両の速度が、前記制動力から定まる速度上限値以下となるように前記二次電池の出力を制御する制御部と、前記二次電池の温度を検出する温度検出部と前記二次電池の充電量を検出する充電量検出部との少なくともいずれか一方を備え、前記二次電池の入力特性は、前記二次電池の温度と前記二次電池の充電量とによって変動し、前記制御部は、前記温度検出部によって検出される温度と前記充電量検出部によって検出される前記二次電池の充電量との少なくともいずれか一方から前記速度上限値を算出することを要旨とする。

これによれば、制動装置の制動力は、二次電池の入力特性によって定まる。二次電池の受入可能電力が小さいときには、制動力が低下し、二次電池の受入可能電力が大きいときには、制動力が上昇する。そして、この制動力によって制動できる速度に速度上限値は設定される。二次電池の出力は、車両の速度が制動装置の制動力から定まる速度上限値以下になるように制限される。このため、例えば、車両が下り坂を走行するときなど、二次電池の出力に依存しない車両の速度上昇が発生したときでも、車両の速度が速度上限値を超えようとすると、二次電池の出力が制限される。このため、特許文献１とは異なり、二次電池の温度に関わらず二次電池の出力が制限され、車両の速度が速度上限値を超えることが抑制されている。したがって、車両の制動を適切に行うことができる。

また、上記速度制御装置について、前記二次電池の温度を検出する温度検出部を備え、前記二次電池の入力特性は、前記二次電池の温度によって変動し、前記制御部は、前記温度検出部によって検出される温度から前記速度上限値を算出することが好ましい。

これによれば、二次電池の入力特性は、二次電池の温度によって変動し、これに伴い制動力も変動する。二次電池の入力特性は、二次電池の温度によって異なり、二次電池の温度が著しく低い場合には、二次電池の受入可能電力が小さくなる。また、二次電池の温度が、二次電池の劣化を促進するほど高い場合には、電力の供給を制限する必要がある。このため、二次電池の温度を加味して速度上限値を定めることで、より適切に車両の制動を行うことができる。

また、上記速度制御装置について、前記二次電池の充電量を検出する充電量検出部を備え、前記二次電池の入力特性は、前記二次電池の充電量によって変動し、前記制御部は、前記充電量検出部によって検出される前記二次電池の充電量から前記速度上限値を算出することが好ましい。

これによれば、二次電池の入力特性は、二次電池の充電量によって変動し、これに伴い制動力も変動する。二次電池の入力特性は、二次電池の充電量によって異なり、二次電池の充電量が多い場合には、二次電池の受入可能電力が小さくなる。一方、二次電池の充電量が少ない場合には、二次電池の受入可能電力が大きくなる。このため、二次電池の充電量を加味して速度上限値を定めることで、より適切に車両の制動を行うことができる。

本発明によれば、車両の制動を適切に行うことができる。

実施形態におけるリーチ式フォークリフトを示す側面図。 実施形態における速度制御装置を示すブロック図。 実施形態における速度制御装置が行う処理を示すフローチャート。

以下、速度制御装置を具体化した一実施形態について説明する。速度制御装置は、リーチ式フォークリフト（以下、単に「フォークリフト」と示す）に搭載されている。以下の説明において「前」「後」「左」「右」「上」「下」は、フォークリフトの運転者がフォークリフトの前方（前進方向）を向いた状態を基準とした場合の「前」「後」「左」「右」「上」「下」を示すものとする。

図１に示すように、車両としてのフォークリフト１１の車体１２には、左右一対のリーチレグ１３が前方に向かって延設されている。各リーチレグ１３の前方にはそれぞれ前輪１４が設けられている。車体１２の後方には、駆動輪としての後輪１６とキャスタホイール（図示せず）が配設されている。また、車体１２には、フォークリフト１１の駆動源となる電動機としてのモータＭと、モータＭの電力源となる複数の二次電池（鉛蓄電池や、リチウムイオン二次電池）からなるバッテリＢが設けられている。

車体１２の前方には、各リーチレグ１３に沿ってリーチシリンダ（図示せず）の駆動により前後動作するマスト１７が立設されている。マスト１７の前面側には、左右一対のフォーク２０がリフトブラケット２１を介して設けられている。そして、フォーク２０は、マスト１７に沿って上下に昇降するようになっている。また、車体１２の後部には、立席タイプの運転室２４が設けられている。運転室２４内のステアリングテーブル２５には、後輪１６の操舵操作を行うステアリングハンドル２６が設けられている。また、運転室２４の床面には、フットペダル２７が設けられている。フォークリフト１１では、フットペダル２７が踏み込まれることでブレーキが解除される、いわゆるデッドマンブレーキが採用されている。フォークリフト１１では、主として回生動作によって制動が行われる。

図２に示すように、フォークリフト１１には、速度制御装置３０が設けられている。速度制御装置３０は、制御部３１（ＥＣＵ）を備えている。制御部３１には、記憶部３２が設けられている。制御部３１には、バッテリＢに接続されるとともにバッテリＢから供給される直流電力を交流電力に変換してモータＭに供給するインバータ３３が接続されている。また、バッテリＢには、バッテリＢの電流を検出する電流センサ３４、バッテリＢの電圧を検出する電圧センサ３５及びバッテリＢの温度を検出する温度検出部としての温度センサ３６が接続されている。本実施形態では、電流センサ３４及び電圧センサ３５が、充電量を検出する充電量検出部として機能している。

電流センサ３４、電圧センサ３５及び温度センサ３６は、制御部３１に接続されている。また、フォークリフト１１には、フォークリフト１１の速度を検出する速度検出部としての速度センサ３７が設けられるとともに、この速度センサ３７は、制御部３１に接続されている。制御部３１は、インバータ３３に接続され、フォークリフト１１、バッテリＢの電圧、バッテリＢの電流及びバッテリＢの温度に基づいてインバータ３３を制御する。

速度制御装置３０は、インバータ３３を制御することで力行動作と回生動作を切り替える。制御部３１は、フットペダル２７が踏み込まれている状態では、モータＭを駆動源として利用して力行動作を行う。一方、制御部３１は、フットペダル２７の踏み込みが解除されると、モータＭを発電機として利用して回生動作を行う。すなわち、本実施形態では、バッテリＢ、インバータ３３及びモータＭから制動装置としての回生制動機構４０が構成されている。そして、フォークリフト１１は、回生制動機構４０による回生動作によって制動される。

以下、回生動作時に制御部３１が行う制御について詳細に説明する。
図３に示すように、ステップＳ１０において、制御部３１は、バッテリＢの電流及び電圧から、バッテリＢの充電量を算出する。

ステップＳ２０において、制御部３１は、バッテリＢの温度及び充電量から、バッテリＢの入力特性を算出する。具体的にいえば、記憶部３２には、バッテリＢの温度及び充電量と、バッテリＢの入力特性との相関関係が、演算式や、マップとして記憶されており、これらによってバッテリＢの入力特性（受入可能電力（電気エネルギー））が求められる。

ステップＳ３０において、制御部３１は、回生制動機構４０の制動力を算出する。
二次電池（バッテリＢ）は、温度によって入力特性（受入可能電力）が変動する。例えば、寒冷地など、著しく環境温度が低い場合には、二次電池の受入可能電力が低下し、制動力が低下する。また、二次電池の温度が、二次電池の劣化を促進するほど高温の場合には、二次電池の温度が高くなることを抑制するために、電力の供給を制限する場合がある。この結果、制御部３１が回生動作を行おうとしても、運動エネルギーを電気エネルギーに変換することができず、結果として回生動作による制動を行えず、制動距離が長くなってしまうおそれがある。すなわち、バッテリＢ、インバータ３３及びモータＭからなる回生制動機構４０は、バッテリＢの温度によって制動力が変化する。

更に、二次電池（バッテリＢ）は、充電量（充電率）によっても、入力特性（受入可能電力）が変動する。二次電池の充電量が少ない場合には、二次電池の受入可能電力は大きくなる。一方、二次電池の充電量が多い場合には、二次電池の受入可能電力は小さくなる。すなわち、回生制動機構４０は、バッテリＢの充電量によっても制動力が変化する。

ステップＳ４０において、制御部３１は、回生制動機構４０の制動力によって制動できる速度の上限値を算出する。
まず、フォークリフト１１の運動エネルギーＦは、以下の（１）式で与えられる。

ここで、ｍはフォークリフト１１の重量、ｖはフォークリフト１１の走行速度である。なお、実際には、前輪１４や後輪１６の転がり抵抗や、運転者の体重などによっても運動エネルギーＦは変化するため、これらを考慮してもよい。

ここで、運動エネルギーＦとして、ステップＳ３０で求められた回生制動機構４０の制動力によって制動できる任意の値を設定し、走行速度ｖを算出することで、回生制動機構４０によって制動可能な速度上限値が求められる。

制御部３１は、フォークリフト１１の走行時には、速度が速度上限値を超えないようにバッテリＢの出力を制限して、モータＭの駆動力の制限を行う。バッテリＢの出力は、インバータ３３（インバータ３３を構成するスイッチング素子）を制御することで行われる。

次に、本実施形態の速度制御装置３０の作用について説明する。
制御部３１は、バッテリＢの温度から制動力を算出し、フォークリフト１１の速度が、制動力から定まる速度上限値以下になるようにバッテリＢの出力を制限している。このため、寒冷地などバッテリＢの受入可能電力に制限がかかり、制動力が低下した場合であっても、フォークリフト１１の速度が速度上限値を超えにくく、制動距離が長くなりにくい（要求される制動距離内に収めることができる）。

また、制御部３１は、フォークリフト１１の速度からバッテリＢの出力を制御する。このため、フォークリフト１１が下り坂などを走行するときに、フォークリフト１１の速度が速度上限値を超えようとすると、バッテリＢの温度に関わらず、バッテリＢの出力が制限される。このため、下り坂などにおいて、フォークリフト１１の速度が速度上限値を超えることが抑制されている。

なお、下り坂を下るときなど、バッテリＢの出力を制限しても重力などの影響によってフォークリフト１１の速度が速度上限値を超えて上昇してしまう場合がある。しかしながら、このような場合でも、バッテリＢの出力に制限を設けない場合に比べて、フォークリフト１１の速度が上昇しにくい。

したがって、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）速度制御装置３０は、フォークリフト１１の速度が速度上限値を超えないようにバッテリＢの出力を制限する。このため、バッテリＢの温度にかかわらず、バッテリＢの出力に制限がかかるため、下り坂などの走行時など、バッテリＢの出力に依存しない速度の上昇が発生したときでも、バッテリＢの出力に制限がかかる。このため、フォークリフト１１の速度が速度上限値よりも速くなりにくく、フォークリフト１１の制動を適切に行うことができる。

（２）制御部３１は、バッテリＢの温度を加味して制動力を定めている。バッテリＢの受入可能電力は、温度によって変動するため、バッテリＢの温度を加味して回生制動機構４０の制動力（速度上限値）を定めることで、より適切に車両の制動を行うことができる。

（３）制御部３１は、バッテリＢの温度に加え、バッテリＢの充電量を加味して回生制動機構４０の制動力を算出している。バッテリＢの受入可能電力は、バッテリＢの充電量によっても変動するため、バッテリＢの充電量を加味して制動力（速度上限値）を定めることで、より適切に車両の制動を行うことができる。

なお、実施形態は、以下のように変更してもよい。
○ 実施形態において、バッテリＢの充電量を考慮せずに、バッテリＢの温度のみから回生制動機構４０の制動力を算出してもよい。

○ 実施形態において、バッテリＢの温度を考慮せずに、バッテリＢの充電量のみから回生制動機構４０の制動力を算出してもよい。
○ 実施形態において、制御部３１は、図３に示すフローチャートの処理を繰り返す。すなわち、バッテリＢの使用に伴ってバッテリＢの温度が変化すると、これに合わせて速度上限値が変更されるが、これに限られない。例えば、フォークリフト１１の始動時のバッテリＢの温度から、速度上限値を求めて、以後、この速度上限値を変動させずに維持してもよい。

○ 実施形態において、制動装置として、回生制動機構４０に加えて、機械式のブレーキ（ディスクブレーキやドラムブレーキ）を備えるものを採用してもよい。この場合、制動装置の制動力とは、回生制動機構４０の制動力に機械式のブレーキの制動力を加えたものとなる。

○ 実施形態において、バッテリＢの温度は、バッテリＢの周囲の環境温度などから推定してもよい。また、バッテリＢが収容されるケーシングなどの温度から推定してもよい。

○ 実施形態において、速度制御装置３０は、他の産業車両や、電気自動車、ハイブリッド自動車などに搭載されてもよい。特に、本実施形態のフォークリフト１１のように、主として回生動作によって制動を行うピッキングリフトなどにおいて、特にその効果を発揮する。

○ 実施形態において、電流センサ３４を設けず、電圧センサ３５のみを設けて、バッテリＢの電圧値から充電量を算出してもよい。また、電圧センサ３５を設けず、電流センサ３４のみを設けて、電流値と時間の関係からバッテリＢの充電量を算出してもよい。これらの場合、電圧センサ３５及び電流センサ３４のそれぞれが、充電量検出部として機能する。

○ 実施形態において、電流センサ３４、電圧センサ３５及び温度センサ３６は、バッテリＢ内に設けられていてもよい。すなわち、バッテリＢの電流、電圧及び温度を求めることができれば、これらはどこに設けられていてもよい。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の速度制御装置を備えた車両。

Ｂ…バッテリ、Ｍ…モータ、１１…車両としてのフォークリフト、３１…制御部、３４…電流センサ、３５…電圧センサ、３６…温度センサ、４０…回生制動機構。

Claims (1)

1. 二次電池の電力によって駆動する電動機を駆動源として走行する車両の速度制御装置であって、
   前記車両の速度を検出する速度検出部と、
   前記二次電池の入力特性によって制動力が変動する回生制動機構を少なくとも有する制動装置と、
   前記車両の速度が、前記制動力から定まる速度上限値以下となるように前記二次電池の出力を制御する制御部と、
   前記二次電池の温度を検出する温度検出部と前記二次電池の充電量を検出する充電量検出部との少なくともいずれか一方を備え、
   前記二次電池の入力特性は、前記二次電池の温度と前記二次電池の充電量とによって変動し、
   前記制御部は、前記温度検出部によって検出される温度と前記充電量検出部によって検出される前記二次電池の充電量との少なくともいずれか一方から前記速度上限値を算出することを特徴とする速度制御装置。