JP5219103B2 - 走行制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、アクセル操作に応じた目標速度で車両を走行させるための走行制御装置に関する。

一般に、走行輪の駆動がモータにより行われるゴルフカート、フォークリフトなどの車両は、アクセル操作や前後進切り替え操作に応じて目標速度とトルク指令値とを決定し、当該トルク指令値にしたがってモータを回転させる走行制御装置を備えている（例えば、特許文献１参照）。

図４に、従来の走行制御装置２の一例を示す。この走行制御装置２は、第１ないし第３トルク指令値算出手段２１〜２３と、トルク指令値を決定するトルク指令値決定手段２４と、決定されたトルク指令値にしたがってモータ２０を駆動するインバータ２５とを備える。

第１トルク指令値算出手段２１は、アクセル操作などにより決定される目標速度とモータ２０の回転数ωから算出される走行速度との偏差を比例積分演算（ＰＩ演算）して、第１トルク指令値を算出する。第２トルク指令値算出手段２２は、あらかじめ設定された正の加速度制限値とモータ２０の回転数ωから算出される加速度との偏差を比例積分演算して、第２トルク指令値を算出する。第３トルク指令値算出手段２３は、あらかじめ設定された負の加速度制限値と加速度との偏差を比例積分演算して、第３トルク指令値を算出する。

そして、トルク指令値決定手段２４は、第１ないし第３トルク指令値を比較して、第１トルク指令値が第２トルク指令値以上の場合は、第２トルク指令値をトルク指令値とし、第１トルク指令値が第２トルク指令値よりも小さく第３トルク指令値よりも大きい場合は、第１トルク指令値をトルク指令値とし、第１トルク指令値が第３トルク指令値以下の場合は、第３トルク指令値をトルク指令値とする。

このトルク指令値決定手段２４により、モータ１０を駆動するためのトルク指令値が、第２トルク指令値より大きくならないように、第３トルク指令値のより小さくならないように、第２トルク指令値を上限とし第３トルク指令値を下限とする範囲内に制限されて決定される。こうして、走行制御装置２は、車両の加速度が大きくなりすぎないように制限しながら、車両が目標速度で走行するように走行制御している。

走行制御装置２では、第２トルク指令値算出手段２２において、加速度偏差に基づく比例積分演算の積分値が大きくなりすぎないように、積分値には所定の上限値Ｃ_１（Ｃ_１は正の定数）が設定されており、積分値が上限値Ｃ_１を超えないように規制されている。さらに、第３トルク指令値算出手段２３において、加速度偏差に基づく比例積分演算の積分値が小さく（絶対値が大きく）なりすぎないように、積分値には所定の下限値Ｃ_２（Ｃ_２は負の定数）が設定されており、積分値が下限値Ｃ_２を超えないように規制されている。

上記構成の走行制御装置２において、車両の走行速度が目標速度付近で安定している状態からアクセル操作などをして目標速度を大きく変化させた場合を考える。このように走行速度が安定した状態では加速度はゼロまたはゼロに近い値であるため、所定の正の加速度制限値と加速度との偏差を比例積分演算する第２トルク指令値算出手段２２の積分値は大きくなり上限値Ｃ_１に達する。また、所定の負の加速度制限値と加速度との偏差を比例積分演算する第３トルク指令値算出手段２３の積分値は小さくなり（絶対値は大きくなり）下限値Ｃ_２に達する。

したがって、走行速度が目標速度付近で安定している状態では、第２トルク指令値算出手段２２の積分値は上限値Ｃ_１になっているために、第２トルク指令値算出手段２２により算出され、トルク指令値の上限となる第２トルク指令値は非常に大きい値になっている。そして、第３トルク指令値算出手段の積分値は下限値Ｃ_２になっているため、第３トルク指令値算出手段２３により算出され、トルク指令値の下限となる第３トルク指令値は非常に小さい値になっている（絶対値は大きくなっている）。そのため、車両が目標速度付近で安定して走行している状態から目標速度を大きく変化させると、車両が思いもよらない急加速をすることがあった。

特開２００１−２８６００２号公報

そこで、本発明が解決しようとする課題は、安定した走行状態から目標速度が大きく変化しても車両を急加速させることのない走行制御装置を提供する。

上記課題を解決するために、本発明に係る走行制御装置は、車両の走行速度を算出する速度算出手段と、車両の加速度を算出する加速度算出手段と、アクセル操作に応じて決定される目標速度と走行速度との偏差を比例積分演算して第１トルク指令値を算出する第１トルク指令値算出手段と、所定の正の加速度制限値と加速度との偏差を比例積分演算して第２トルク指令値を算出する第２トルク指令値算出手段と、所定の負の加速度制限値と加速度との偏差を比例積分演算して第３トルク指令値を算出する第３トルク指令値算出手段と、車両の走行輪を駆動するモータに対するトルク指令値を決定するトルク指令値決定手段とを備え、
トルク指令値決定手段は、第１トルク指令値が第２トルク指令値以上の場合は、第２トルク指令値をトルク指令値とし、第１トルク指令値が第２トルク指令値よりも小さく第３トルク指令値よりも大きい場合は、第１トルク指令値をトルク指令値とし、第１トルク指令値が第３トルク指令値以下の場合は、第３トルク指令値をトルク指令値とし、
車両が目標速度で走行するように制御する走行制御装置であって、
第２トルク指令値算出手段の比例積分演算における積分値の上限となる正の積分制限値が、目標速度と走行速度との偏差の絶対値にゲインを乗じた値に設定され、第３トルク指令値算出手段の比例積分演算における積分値の下限となる負の積分制限値が、目標速度と走行速度との偏差の絶対値にゲインを乗じて負の符号を付した値に設定されることを特徴とする。

好ましくは、モータの回転数を検出する回転数検出手段を備え、速度算出手段は、回転数検出手段により検出された回転数から走行速度を算出する。

好ましくは、加速度算出手段は、走行速度から加速度を算出する。

本発明に係る走行制御装置は、上記の構成に示されるように、第２トルク指令算出手段の加速度偏差に基づく比例積分演算における積分値の上限値となる正の積分制限値が、目標速度と走行速度との偏差の絶対値にゲインを乗じた値に設定される。そして、第３トルク指令算出手段の加速度偏差に基づく比例積分演算の積分値の下限値となる負の積分制限値が、目標速度と走行速度との偏差の絶対値にゲインを乗じて負の符号を付した値に設定される。

すなわち、車両の走行速度が目標速度に近づくにつれて、正の積分制限値および負の積分制限値はゼロに近づくように設定される。そのため、車両の走行速度が目標速度付近で安定しているときには、第２トルク指令値算出手段の積分値は強制的に小さい値に制限され、第３トルク指令値算出手段の積分値は強制的に大きい値（絶対値は小さくなるよう）に制限され、結果、第２トルク指令値は大きい値にならないように、第３トルク指令値が小さい値にならない（絶対値が大きくならない）ようになっている。したがって、車両の走行速度が目標速度付近で安定した状態で、急に目標速度を大きく変化させたとしても、車両が急加速することがない。

本発明に係る走行制御装置を示すブロック図である。 車両の走行速度と積分制限値との関係を示す図である。 車両の走行速度と積分制限値との関係を示す図である。 従来の走行制御装置を示すブロック図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る走行制御装置（以下、単に走行制御装置という）の実施形態について説明する。

走行制御装置１は、例えば、ゴルフカート、フォークリフトなどに適用されるが、これに限定されず走行輪の駆動をモータ１０により行うあらゆる車両に適用される。

走行制御装置１は車両の内部に備えられる。車両の運転席は、アクセル操作、前後進切り替え操作およびブレーキ操作が可能に構成されている。車両には、アクセル操作の操作量、前後進切り替え操作およびブレーキ操作の操作量に応じて目標速度を決定する不図示の速度決定手段が備えられている。

図１は、走行制御装置１およびその周辺部材のブロック図である。走行制御装置１は、車両の走行輪を駆動するためのモータ１０の回転数ωを検出する回転数検出手段を備える。走行制御装置１は、回転数検出手段で検出したモータ１０の回転数ωから車両の走行速度を算出する。そして、走行制御装置１は、算出した車両の走行速度を微分することによって車両の加速度を算出する。こうして、車両の走行速度を算出する速度算出手段と、車両の加速度を算出する加速度算出手段とが構成される。

走行制御装置１は、図１に示すように、第１トルク指令値算出手段１１と、第２トルク指令値算出手段１２と、第３トルク指令値算出手段１３とを備える。さらに、走行制御装置１は、モータ１０に対するトルク指令値を決定するトルク指令値決定手段１４と、モータ１０を駆動するためのインバータ１５とを備える。

第１トルク指令値算出手段１１は、上記のように決定された目標速度と上記のように算出された走行速度との偏差を比例積分演算して、第１トルク指令値を算出する。

第２トルク指令値算出手段１２は、正の加速度制限値と上記のように算出された加速度との偏差を比例積分演算して、第２トルク指令値を算出する。ここで、正の加速度制限値とは、あらかじめ設定される正の定数である。

第３トルク指令値算出手段１３は、負の加速度制限値と算出された加速度との偏差を比例積分演算して、第３トルク指令値を算出する。ここで、負の加速度制限値とはあらかじめ設定される負の定数である。

トルク指令値決定手段１４は、上記の第１ないし第３トルク指令値を比較してトルク指令値を決定する。トルク指令値決定手段１４は、図１に示すように、二つの比較器１４ａ、１４ｂで構成される。比較器１４ａは、第１トルク指令値と第２トルク指令値とを比較し、小さい方の値を出力する。そして、比較器１４ｂは、比較器１４ａにより出力された値と第３トルク指令値とを比較して大きい方の値をトルク指令値として出力する。

すなわち、トルク指令値決定手段１４は、（１）第１トルク指令値が第２トルク指令値以上の場合は、第２トルク指令値をトルク指令値とし、（２）第１トルク指令値が第２トルク指令値よりも小さく第３トルク指令値よりも大きい場合は、第１トルク指令値をトルク指令値とし、（３）第１トルク指令値が第３トルク指令値以下の場合は、第３トルク指令値をトルク指令値とする。

こうしてモータ１０に対するトルク指令値は、トルク指令値決定手段１４より、第２トルク指令値より大きくなることがないように、かつ第３トルク指令値より小さくなることはないように、第２トルク指令値および第３トルク指令値の範囲内に制限されて決定される。トルク指令値決定手段１４によりトルク指令値が決定されると、インバータ１５によってモータ１０が決定されたトルク指令値で駆動する。走行制御装置１は、このようにトルク指令値を決定し、モータ１０を駆動して、車両の走行速度が決定された目標速度になるように走行制御する。

走行制御装置１は、第２トルク指令値算出手段１２における比例積分演算の積分値の上限値となる正の積分制限値を設定して、当該積分値が正の積分制限値より大きくならないように制限する正の積分値制限手段１６を備える。さらに、走行制御装置１は、第３トルク指令値算出手段１３における比例積分演算の積分値の下限値となる負の積分制限値を設定して、当該積分値が負の積分制限値より小さくならないように制限する負の積分値制限手段１７を備える。

正の積分値制限手段１６および負の積分値制限手段１７は、決定された目標速度を用いて正の積分制限値および負の積分制限値を設定する。具体的には、正の積分制限値は走行速度ｖの関数として下記の式１、図２に示すように設定され、負の積分制限値は走行速度ｖの関数として式２、図２に示すように設定される。

［式１］

［式２］

図２は、車両の走行速度を横軸、積分制限値を縦軸とする式１および式２のグラフを示す図であって、実線で示されるのが正の積分制限値であって、点線で示されるのが負の積分制限値である。図２Ａは決定された目標速度Ｖが正の値である場合のグラフであり、図２Ｂは決定された目標速度Ｖが負の値である場合のグラフである。

正の積分制限値は、式１および図２に示されるように、車両の走行速度ｖが目標速度Ｖを含む一定の範囲（変域）内にある場合には、目標速度Ｖと走行速度ｖとの偏差の絶対値にゲインＫ_１を乗じた値に設定される。そして、走行速度ｖが上記の一定の範囲外の場合には、正の積分制限値は正の定数Ｃ_１に設定される。

そして、負の積分制限値は、式２および図２に示されるように、車両の走行速度ｖが目標速度Ｖを含む一定の範囲内にある場合には、目標速度Ｖと走行速度ｖとの偏差の絶対値にゲインＫ_２を乗じて負の符号を付した値に設定される。そして、走行速度ｖが上記の一定の範囲外の場合には、負の積分制限値は負の定数Ｃ_２に設定される。

なお、定数であるＣ_１と、Ｃ_２の絶対値とは、図２において同じ値になっているが、異なる値にしてもよい。また、ゲインＫ_１と、ゲインＫ_２とは、図２において同じ値としているが異なる値であってもよい。

また、正の積分値制限手段１６は、アクセル操作、前後進切り替え操作などによって目標速度Ｖが変化した場合、新たに決定された目標速度Ｖおよび式１に従って、正の積分制限値を再度設定する。負の積分値制限手段１７も同様に、新たに決定された目標速度Ｖおよび式２に従って、負の積分制限値を再度設定する。

式１、式２および図２から明らかなように、車両の走行速度ｖが目標速度Ｖに近づくにつれて、正の積分制限値および負の積分制限値がともにゼロに近づくように設定される。従って、例えば、第２トルク指令値算出手段１２の比例積分演算の積分値が上限であるＣ_１に達していたとしても、走行速度ｖが目標速度Ｖに近づくと、積分値は正の積分値制限手段１６により制限されて強制的にＣ_１より小さい値（Ｋ_１｜Ｖ−ｖ｜）になっていく。そして、第３トルク指令値算出手段１３の比例積分演算の積分値が下限であるＣ_２に達していたとしても、車両の走行速度ｖが目標速度Ｖに近づくと、積分値は負の積分値制限手段１７により制限されて強制的にＣ_２より大きい値（−Ｋ_２｜Ｖ−ｖ｜）になっていく（絶対値が小さくなっていく）。

すなわち、正の積分制限値を上記の式１のように設定することで、車両の走行速度ｖが目標速度Ｖ付近にあるときには、第２トルク指令値算出手段１２の積分値は大きくならないように強制的に小さい値に制限される。そして、負の積分制限値を上記の式２のように設定することで、車両の走行速度ｖが目標速度Ｖ付近にあるときには、第３トルク指令値算出手段１３の積分値が小さくならないように（絶対値が大きくならないように）強制的に大きい値に制限される。その結果、車両が目標速度Ｖ付近で安定して走行している状態のときに、第２トルク指令値算出手段１２の比例積分演算により算出され、トルク指令値の上限となる第２トルク指令値は、車両を急加速させるような大きすぎる値になることはない。そして、第３トルク指令値算出手段１３の比例積分演算により算出され、トルク指令値の下限となる第３トルク指令値は、車両を急加速させるような小さすぎる値になることはない（絶対値が大きくなりすぎることはない）。

このような走行制御装置２において、車両の走行速度ｖが目標速度Ｖ付近で安定している状態から、目標速度Ｖを大きく変化させた場合を考える。このとき、新たに決定された目標速度Ｖと走行速度ｖとの偏差の絶対値は非常に大きくなる。そのため、目標速度Ｖと走行速度ｖとの偏差の比例積分演算により算出される第１トルク指令値の絶対値は急に大きくなる。しかしながら、上述のように第２トルク指令値と第３トルク指令値の絶対値は小さい値に制限されているため、トルク指令値決定手段１４は、第１トルク指令値より絶対値が小さい第２トルク指令値または第３トルク指令値のいずれかをトルク指令値に決定し、モータ１０が駆動するため、車両が思いもよらない急加速をすることはない。

こうして、走行制御装置１は、安定した走行状態から急に目標速度Ｖを大きく変化させたときに車両が急加速することを防止し、新たに決定された目標速度Ｖへのスムーズな移行を実現する。

なお、走行速度ｖが目標速度Ｖになったとき、正の積分制限値および負の積分制限値はゼロに設定されているため、第２および第３トルク指令値算出手段１２、１３の比例積分演算の積分値は制限されてゼロとなるが、比例値はゼロでないため第２トルク指令値および第３トルク指令値はゼロになるわけではない。

また、走行制御装置１においてブレーキ操作をして車両を停止させる場合を考える。この場合、ブレーキ操作によって速度決定手段により目標速度Ｖがゼロに決定される。したがって、正および負の積分値制限手段１６、１７は、図３に示すように正の積分制限値および負の積分制限値を設定する。図３に示されるように、走行速度ｖがゼロ（目標速度）のとき、正の積分制限値、負の積分制限値がゼロに設定される。したがって、車両が停止すると、第２および第３トルク指令値算出手段１２、１３における比例積分演算の積分値は制限されて強制的にゼロになる。

すなわち、正および負の積分値制限手段１６、１７は、車両が停止したときに積分値を自動的にゼロにリセットするように機能する。したがって、車両を停止した後、再度走行を開始するときには、積分値がゼロの状態で走行を開始することとなる。

１ 走行制御装置
１０ モータ
１１ 第１トルク指令値算出手段
１２ 第２トルク指令値算出手段
１３ 第３トルク指令値算出手段
１４ トルク指令値決定手段
１４ａ、１４ｂ 比較器
１５ インバータ
１６ 正の積分値制限手段
１７ 負の積分値制限手段

Claims (3)

1. 車両の走行速度を算出する速度算出手段と、
   前記車両の加速度を算出する加速度算出手段と、
   アクセル操作に応じて決定される目標速度と前記走行速度との偏差を比例積分演算して第１トルク指令値を算出する第１トルク指令値算出手段と、
   所定の正の加速度制限値と前記加速度との偏差を比例積分演算して第２トルク指令値を算出する第２トルク指令値算出手段と、
   所定の負の加速度制限値と前記加速度との偏差を比例積分演算して第３トルク指令値を算出する第３トルク指令値算出手段と、
   前記車両の走行輪を駆動するモータに対するトルク指令値を決定するトルク指令値決定手段とを備え、
   前記トルク指令値決定手段は、前記第１トルク指令値が前記第２トルク指令値以上の場合は、前記第２トルク指令値を前記トルク指令値とし、前記第１トルク指令値が前記第２トルク指令値よりも小さく前記第３トルク指令値よりも大きい場合は、前記第１トルク指令値を前記トルク指令値とし、前記第１トルク指令値が前記第３トルク指令値以下の場合は、前記第３トルク指令値を前記トルク指令値とし、
   前記車両が前記目標速度で走行するように制御する走行制御装置であって、
   前記第２トルク指令値算出手段の比例積分演算における積分値の上限となる正の積分制限値が、前記目標速度と前記走行速度との偏差の絶対値にゲインを乗じた値に設定され、前記第３トルク指令値算出手段の比例積分演算における積分値の下限となる負の積分制限値が、前記目標速度と前記走行速度との偏差の絶対値にゲインを乗じて負の符号を付した値に設定されることを特徴とする走行制御装置。
2. 前記モータの回転数を検出する回転数検出手段を備え、
   前記速度算出手段は、前記回転数検出手段により検出された前記回転数から前記走行速度を算出することを特徴とする請求項１に記載の走行制御装置。
3. 前記加速度算出手段は、前記走行速度から前記加速度を算出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の走行制御装置。

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