JP5667751B2 - バッテリ式車両の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、バッテリ式車両の制御装置に関する。

バッテリ式フォークリフト等のバッテリ式車両の走行モードには、力行モード、スイッチバック回生モード、アクセルペダルオフ回生モード及びブレーキ回生モードがある。
力行モードにおいては、アクセルペダルの踏込み量に応じて、前後進スイッチ（以下、前後進ＳＷ）によって決定した進行方向に車両を走行させる。
スイッチバック回生モードにおいては、車両の進行方向とは逆方向に前後進ＳＷを切替えたときに、車両の制動と共に、電気エネルギーをバッテリへ回収する回生制御が行われる。
アクセルペダルオフ回生モードにおいては、車両の走行中にアクセルペダルのオフ（すなわち、解除）を検出したときに、車両の制動と共に、電気エネルギーをバッテリへ回収する回生制御が行われる。
ブレーキ回生モードにおいては、ブレーキペダルの踏込みを検出したときに、車両の制動と共に、電気エネルギーをバッテリへ回収する回生制御が行われる。

表１は、バッテリ式車両における一般的な走行モードを示した表である。

そして、上述した４つの走行モードは、力行制御が行われる力行モードと、回生制御が行われるスイッチバック回生モード、アクセルオフ回生モード及びブレーキ回生モードとに大別することができる。

特開平８−３３１１５号公報

上述したように、一般にバッテリ式車両の制御装置においては、回生制御中に、車両の制動と共に、電気エネルギーをバッテリへ回収する。
ところで、産業用のバッテリ式車両においては、作業の連続性が重視されるため、オペレータからは可能な限り余分な操作を行いたくないという要求がある。
回生制御が行われる走行モードの内、スイッチバック回生モードは、車両の進行方向の切り替えを前提とした前後進ＳＷの操作に伴うものであり、また、ブレーキ回生モードは、車両の停止を前提としたブレーキペダルの操作に伴うものである。

しかしながら、連続した駆動操作を行う中で車両の制動を行いたいにもかかわらず、上述したアクセルペダルオフ回生モードにおいては、車両を制動したい場合にはアクセルペダルを解放するという余分な操作が必要となる。このような問題があるにも関わらず、従来、アクセルペダルの踏込み量を減少（すなわち、力行中の減速を意図する操作）することにより、車両の制動を行い、かつバッテリに電気エネルギーを回収する回生制御は行われていなかった。

以上のことから、本発明は、アクセルペダルをオフ（すなわち、解放）することなく、アクセルペダルの踏込み量（すなわち、開度）の調整のみによる車両の制動を可能とし、かつバッテリに電気エネルギーを回収する回生制御を行うバッテリ式車両の制御装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決する第１の発明に係るバッテリ式車両の制御装置は、
アクセルペダルの踏込状態における戻し時に、検出された車両速度と速度指令との速度差が０でない所定の値以上であり、車両速度が所定速度以上であるときに、車両の制動と共にバッテリーに電気エネルギーを回収する前記アクセルペダルの戻し時の回生制御を行い、検出された車両速度と速度指令との速度差が所定の値未満であるときに回生制御を終了する、制御手段を備える
ことを特徴とする。

上記の課題を解決する第２の発明に係るバッテリ式車両の制御装置は、第１の発明に係るバッテリ式車両の制御装置において、
前記制御手段は、前記速度差が、前記所定の値以上、該所定の値より大きな第２の所定の値以下の範囲において、回生制御時のトルクの大きさが、前記速度差に比例するものとする
ことを特徴とする。

上記の課題を解決する第３の発明に係るバッテリ式車両の制御装置は、第２の発明に係るバッテリ式車両の制御装置において、
前記制御手段は、回生制御時に再度アクセルペダルが踏込まれたとき、車両速度が大きいときには、車両速度で定まる回生トルクから車両速度で定まる力行トルクへ増加させる際のトルク変化率を大きく、逆に車両速度が小さいときには、前記トルク変化率を小さくする
ことを特徴とする。

本発明によれば、アクセルペダルをオフ（すなわち、解放）することなく、アクセルペダルの踏込み量（すなわち、開度）の調整のみによる車両の制動を可能とし、かつバッテリに電気エネルギーを回収する回生制御を行うバッテリ式車両の制御装置を提供することができる。

本発明に係るバッテリ式車両の制御装置の構成例を示した模式図である。 本発明に係るバッテリ式車両の制御装置のアクセルペダルの戻し時の動作例を示した図である。 本発明に係るバッテリ式車両の制御装置における速度差Δωに対するトルク係数の特性の例を示した図である。 本発明に係るバッテリ式車両の制御装置における車両速度ωに対する回生トルクの特性の例を示した図である。 本発明に係るバッテリ式車両の制御装置における回生制御から力行制御への切り替え時におけるクッション処理の動作例を示した図である。 本発明に係るバッテリ式車両の制御装置におけるクッション処理での速度指令ω_refに対するトルク変化率指令Ｔ_refの特性の例を示した図である。

以下、本発明に係るバッテリ式車両の制御装置を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。
はじめに、本発明に係るバッテリ式車両の制御装置の構成について説明する。
図１に示すように、本発明に係るバッテリ式車両の制御装置は、アクセルペダル１０の踏み込み量θに基づき車両への速度指令ω_refを演算し出力する車両速度指令演算部１１と、最大ＮＴ（回転速度−トルク）特性に基づき検出した車両の車両速度ωからトルクリミットＴ_limを演算して出力する第１のトルクリミット演算部１２と、トルクリミット出力部１２の出力とアクセルペダル１０の踏み込み量θとに基づくトルク制限特性に基づき車両速度ωからトルクリミットＴ_limを演算して出力する第２のトルクリミット演算部１３と、アクセルペダル１０の戻し回生制御の開始条件と終了条件とに基づき加速駆動モードと減速駆動モードとを切り替える駆動モード切替部１４と、加速駆動モードを実行する加速駆動モード制御部１５と、減速駆動モードを実行する減速駆動モード制御部１６と、アクセルペダル１０の戻し回生時の回生トルク量を決定する係数を算出し、この係数から算出したトルクリミットを演算して出力する第３のトルクリミット演算部１７と、第２のトルクリミット演算部１３及び加速駆動モード制御部１５の出力に基づき力行制御時の力行トルクを演算する力行トルク演算部１８と、減速駆動モード制御部１６及び第３のトルクリミット演算部１７の出力に基づき回生制御時の回生トルクを演算する回生トルク演算部１９と、力行トルク演算部１８と回生トルク演算部１９の出力に基づき車両を制御する制御演算部２０とにより構成されている。

次に、本発明に係るバッテリ式車両の制御装置の動作について説明する。
はじめに、本発明に係るバッテリ式車両の制御装置における、アクセルペダル１０の操作に伴い出力されるアナログ信号（電圧）により得られる踏込み量θに基づく、アクセルペダル１０の戻し時の回生制御の開始条件と終了条件について説明する。

（１）アクセルペダル１０の戻し時の回生制御の開始条件
「アクセルペダル１０をオフにすることなく、減速方向にアクセルペダル１０が戻され、車両速度ωが所定速度ω₀以上」（この条件を条件１とする）、かつ、「車両速度ωとアクセルペダル１０の踏込み量θから演算される速度指令ω_refとの速度差Δω（ここで、「Δω＝ω−ω_ref」）が、所定速度差Δω₀以上」（この条件を条件２とする）となったとき、アクセルペダル１０の戻し時の回生制御を行う。

図２に示すように、上記条件１，２が成立した時点のＡ₁、Ａ₂で回生制御を開始している。すなわち、条件１は、アクセルペダル１０の踏込み量θ₁から踏込み量θ₂（ここで、「θ₂＜θ₁」であり、踏込み量ゼロのときを「θ＝０」とする。）としたときの変化量Δθによって速度指令ω_refが減少し、現在の車両速度ωに対して減速を意図するアクセルペダル１０の操作がなされ、かつ、所定速度ω₀以上のときである。また、条件２は、「速度差Δω≧所定速度差Δω₀」（ただし、「｜ω｜＞｜ω_ref｜」の場合）のときである。

なお、上述した車両速度ω及び速度指令ω_refは、ともに正方向における速度中の動作例を示したものであり、負方向における速度中においては、条件１は「ω＜−ω₀」、条件２は「ω−ω_ref＜−Δω₀」となる。

（２）アクセルペダル１０の戻し時の回生制御の終了条件
「車両速度ωが所定速度ω₀以下」、又は、「速度差Δω＜所定速度差Δω₀」のとき回生制御を終了する。図２に示すように、Ｂ₁の時点では「速度差Δω＜所定速度差Δω₀」の条件が成立して回生制御を終了し、Ｂ₂の時点では「車両速度ωが所定速度ω₀以下」の条件が成立して回生制御を終了している。

次に、本発明に係るバッテリ式車両の制御装置における、アクセルペダル１０の戻し時の回生トルク量の設定方法について説明する。
アクセルペダル１０の戻し回生制御の開始、終了、制動力フィーリングなどにおけるオペレータが感じる操作フィーリングを良くするため、アクセルペダル１０の戻し時の回生トルクを車両速度ωと速度指令ω_refとの速度差Δωに応じて制限する。

車両速度ωと速度指令ω_refとの速度差Δωが大きいときは速く減速するために大きな回生トルクを発生させ、車両速度ωと速度指令ω_refとの速度差Δωが小さくなるほど（すなわち、設定速度と実速度の差が小さいので必要なトルクは少なくてよい）回生トルクは小さくする。

図３に示すように、例えば、速度差Δωがある値Δω₁以上では回生トルクの係数を最大値（例えば、１００％）とし、回生制御の終了条件（Δω＜Δω₀）となったときに回生トルクの係数を最低値（例えば、２０％）とする係数特性とする。そして、「Δω₀＜Δω＜Δω₁」のときは、速度差Δωに応じて回生トルクを変化させる係数特性とする。

図４に示すように、車両速度ωの大きい領域（ω＞ω₂）では定出力領域とし、車両速度ωがある程度以下の領域（ω₀＜ω＜ω₁）では図３に示した係数特性にしたがって回生トルクを低減させる。そして、回生制御の終了時の所定速度ω₀までは低速から停止までの制動フィーリングを良くするため回生トルクを一定の傾きで低減させる。

また、アクセルペダル１０の戻し量を大きくすると図４中にθ_Bで示すように発生する制動力は大きく、アクセルペダル１０の戻し量を小さくすると図４中にθ_Sで示すように発生する制動力も小さいという操作フィーリングを実現することができる。

次に、本発明に係るバッテリ式車両の制御装置における、回生制御から力行制御への切り替え時におけるクッション処理について説明する。
図５（ａ）は車両速度ωに対するトルクを示した図、図５（ｂ）は低速時のトルク変化の傾きを示した図、図５（ｃ）は高速時のトルク変化の傾きを示した図である。

アクセルペダル１０の戻し時の回生制御中、又は、従来からあるアクセルペダルオフ回生モード時の回生制御中に再度アクセルペダル１０が踏込まれた時、アクセルペダル１０の踏み込み量θに基づく速度指令ω_refが車両速度ωに対して増速を指示する指令となったことを判断するとともに、図５（ａ）に示すように車両速度ωに応じ、図５（ｂ）に示すように低速時は緩やかに、図５（ｃ）に示すように高速時は速やかに、クッション処理を行って回生制御から力行制御へ切り替える。

また、クッション処理時に速度指令ω_refに対しトルク変化率指令Ｔ_refを変化させる。図６に示すように、速度指令ω_refが大きいときはトルク変化率指令Ｔ_refを大きくし、速度指令ω_refが小さいときはトルク変化率指令Ｔ_refを小さくする。

以上説明したように、本発明によれば、バッテリ式車両のオペレータの操作量を低減することができ、電気エネルギーの回収率の向上、車両の稼働時間の向上を図ることができるとともに、アクセルペダル１０の戻し時に操作フィーリング上違和感なく回生制御から力行制御への切り替えを実現することができる。

本発明は、例えば、バッテリ式車両の制御装置に利用することが可能である。

１０ アクセルペダル
１１ 車両速度指令演算部
１２ 第１のトルクリミット演算部
１３ 第２のトルクリミット演算部
１４ 駆動モード切替部
１５ 加速駆動モード制御部
１６ 減速駆動モード制御部
１７ 第３のトルクリミット演算部
１８ 力行トルク演算部
１９ 回生トルク演算部
２０ 制御演算部

Claims (3)

1. アクセルペダルの踏込状態における戻し時に、検出された車両速度と速度指令との速度差が０でない所定の値以上であり、車両速度が所定速度以上であるときに、車両の制動と共にバッテリーに電気エネルギーを回収する前記アクセルペダルの戻し時の回生制御を行い、検出された車両速度と速度指令との速度差が所定の値未満であるときに回生制御を終了する、制御手段を備える
   ことを特徴とするバッテリ式車両の制御装置。
2. 前記制御手段は、前記速度差が、前記所定の値以上、該所定の値より大きな第２の所定の値以下の範囲において、回生制御時のトルクの大きさが、前記速度差に比例するものとする
   ことを特徴とする請求項１に記載のバッテリ式車両の制御装置。
3. 前記制御手段は、回生制御時に再度アクセルペダルが踏込まれたとき、車両速度が大きいときには、車両速度で定まる回生トルクから車両速度で定まる力行トルクへ増加させる際のトルク変化率を大きく、逆に車両速度が小さいときには、前記トルク変化率を小さくする
   ことを特徴とする請求項２に記載のバッテリ式車両の制御装置。

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