(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
速度、進行角及び操舵角を指示するための指示手段と、複数の駆動輪と、当該複数の駆動輪に個別に備えられ、各駆動輪を独立して駆動する複数のモータとを備えた走行車両に備えられ、当該走行車両の走行を制御する走行制御装置であって、
前記走行車両の旋回時に、
前記指示手段の操作量に基づいて前記複数の駆動輪の速度がそれぞれ計算され、前記複数の駆動輪の速度を比較することによって最外輪となる駆動輪が特定され、予め定められている速度−トルク曲線に基づいて前記最外輪の速度に対応するトルクが求められ、当該トルクが前記最外輪を駆動するモータの最外輪許容トルクとして設定され、当該最外輪許容トルクを超えない範囲で行われる速度制御によって前記最外輪を駆動するモータのトルク指令値が決定され、当該トルク指令値が前記最外輪を除く他の駆動輪の許容トルクとして設定され、当該許容トルクを超えない範囲で行われる速度制御によって当該他の駆動輪を駆動するモータのトルク指令値がそれぞれ決定され、
前記他の駆動輪を駆動するモータのトルク指令値が、前記最外輪を駆動するモータのトルク指令値を超えないように制御されることを特徴とする走行制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の走行制御装置が備えられていることを特徴とする走行車両。
【請求項３】
走行車両の速度、進行角及び操舵角を指示するための指示手段と、複数の駆動輪と、当該複数の駆動輪に個別に備えられ、各駆動輪を独立して駆動する複数のモータと、を含む走行車両の旋回時の走行制御方法であって、
ｉ）前記指示手段の操作量に基づいて、前記複数の駆動輪の速度をそれぞれ計算するステップと、
ｉｉ）最外輪となる前記駆動輪を特定するステップと、
ｉｉｉ）前記最外輪を駆動するモータについて、予め定められている速度−トルク曲線に基づいて前記最外輪の前記速度に対応したトルクを求め、当該トルクを最外輪許容トルクとして設定するステップと、
ｉｖ）前記最外輪許容トルクを超えない範囲で速度制御を行い、前記最外輪を駆動するモータのトルク指令値を決定するステップと、
ｖ）前記トルク指令値を、前記最外輪を除く他の駆動輪の許容トルクとして設定するステップと、
ｖｉ）前記他の駆動輪のそれぞれについて、前記許容トルクを超えない範囲で速度制御を行い、前記他の駆動輪を駆動するモータのトルク指令値をそれぞれ決定するステップと、
を備え、前記他の駆動輪を駆動するモータのトルク指令値が、前記最外輪を駆動するモータのトルク指令値を超えないように制御されることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の車輪がモータによって独立に駆動される走行車両の走行制御装置、及び走行制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、倉庫内における荷物の搬送等に使用される全方向車両には複数の車輪が備えられている。各車輪は、独立して回動可能に備えられて操舵輪としての役割を果たすとともに、個別に備えられたモータによって独立に駆動されて駆動輪としての役割も果たしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図５に、一般的な全方向車両の構造模式図を示す。
車両本体１の前部には、左右対称に右前輪３ＦＲ及び左前輪３ＦＬが備えられ、それぞれ、右前輪モータ２ＦＲ及び左前輪モータ２ＦＬによって駆動される。車体本体１の後部についても同様に、右後輪３ＲＲ及び左後輪３ＲＬが備えられ、それぞれ、右後輪モータ２ＲＲ及び左後輪モータ２ＲＬによって駆動される。各車輪は、車輪中心点ＰＷを中心に独立して回動可能な状態で車両本体１に備えられている。
【０００４】
走行制御装置１０は、アクセル１３、進行角ハンドル１４及び操舵角ハンドル１５からなる指示手段の操作量に応じて各車輪の速度及び回動角θＷを決定し、全方向車両の走行を制御する。車体代表点Ｐは、走行制御装置１０による走行制御の便宜のために、車体本体１の内側に任意に設定される基準点である。
【０００５】
図６は、全方向車両に適用される従来の走行制御システムのブロック図である。
走行制御装置１０は、アクセル１３から出力されるアクセル信号と、進行角ハンドル１４から出力される進行角信号と、操舵角ハンドル１５から出力される操舵角信号とに基づいて、ＰＩ制御等の速度制御により、各モータに対するトルク指令値ＳＦＲ、ＦＬ、ＲＲ、ＲＬを決定する。各モータは、それぞれ、指令値に基づいて対応する車輪を駆動する。走行制御装置１０は、メモリ１２に予め格納されている車両寸法等の情報を適宜参照することができる。
【０００６】
図７は、図５に示す全方向車両の走行制御の概念図である。
この概念は、全方向車両の走行を、後述する仮想固定輪４Ｒ、４Ｌ及び仮想操舵輪５からなる仮想三輪車６の走行に置き換えて取り扱うことにより、複雑な全方向車両の制御を容易にするものである。
【０００７】
図７に示す概念では、車体代表点Ｐを通る車体幅方向に沿った軸をＸ軸、車体全長方向に沿った軸をＹ軸とする。車体代表点Ｐを通り、Ｘ軸に対して角度θＤ（以下、進行角）をなすｘ軸上には仮想固定輪４Ｒ及び４Ｌが左右対称に配置される。進行角θＤは進行角信号に対応した角度である。また、ｘ軸と直角なｙ軸上には仮想操舵輪５が配置される。仮想操舵輪５は、ｙ軸に対して操舵角信号に対応した角度θＲ（以下、操舵角）をなしている。
【０００８】
アクセル信号から計算される車体速度、及び操舵角θＲに基づいて、ｘ軸上に旋回中心点ＰＲが設定される。各車輪の回動角θＷ及び速度は、旋回中心点ＰＲとの幾何学的な位置関係によって決定される。図７では、旋回中心点ＰＲに最も近い右後輪３ＲＲが“最内輪”となり、旋回中心点ＰＲから最も遠い左前輪３ＦＬが“最外輪”となる。
【０００９】
従来の走行制御システムの走行制御方法について、図８及び図９を参照しつつ順に説明する。なお、以下の説明では、全方向車両が右斜め方向に前進しつつ右旋回する際の動作について説明する。
【００１０】
全方向台車が走行を開始すると（図８のＳ１−１）、アクセル信号、進行角信号、操舵角信号が走行制御装置１０に入力される（Ｓ１−２）。走行制御装置１０は、入力されたこれらの信号に基づいて旋回中心点ＰＲを計算する（Ｓ１−３）。そして、走行制御装置１０は、メモリ１２に格納されている車両本体１の寸法、各車輪の取り付け位置と、旋回中心点ＰＲとの幾何学的な位置関係に基づいて、各車輪の速度ＶＦＲ、ＦＬ、ＲＲ、ＲＬを計算する（Ｓ１−４）。
【００１１】
図７に示すような走行状態において、最外輪となる左前輪３ＦＬの速度ＶＦＬが最も高くなる。反対に、最内輪となる右後輪３ＲＲの速度ＶＲＲは最も低くなる。
【００１２】
続いて、図９に示す“速度−トルク曲線”に基づいて、各車輪の速度に対応したトルクが求められる（図８のＳ１−５）。求められたトルクは、速度制御部１１で用いられる許容トルクとして設定される。“速度−トルク曲線”は、モータの特性等に応じて予め定められている、速度に対応したトルクを求めるためのものである。通常、各車輪には同一のモータが備えられるので、図９（Ａ）〜（Ｄ）に示す各モータの“速度−トルク曲線”は同一である。
【００１３】
速度制御部１１は、設定された各モータの許容トルクＴＦＲＨ、ＦＬＨ、ＲＲＨ、ＲＬＨを超えない範囲でＰＩ制御等の速度制御を行い（図９参照）、各車輪が所望の速度となるようなトルク指令値ＳＦＲ、ＦＬ、ＲＲ、ＲＬを決定する（図８のＳ１−６）。決定されたトルク指令値は、それぞれ、各モータに伝達される（Ｓ１−７）。各モータは、指令値に基づいて、対応する車輪を駆動する。
【００１４】
アクセル信号、進行角信号または操舵角信号が変更された場合（Ｓ１−８）には、Ｓ１−３に戻り、旋回中心点ＰＲの計算等が行われる（Ｓ１−３〜５）。そして、速度制御部１１は、再設定された許容トルクを超えない範囲で各モータを制御する（Ｓ１−６、７）。
【００１５】
以上のような制御によって、全方向車両は図１０に示すような多様な走行を行うことができる（例えば、特許文献２参照）。図１０（Ａ）は、進行角θＤ＝０、かつ操舵角θＲ≠０の場合、図１０（Ｂ）は、進行角θＤ≠０、かつ操舵角θＲ＝０の場合、図１０（Ｃ）は、進行角θＤ≠０、かつ操舵角θＲ≠０の場合の全方向車両の走行状態をそれぞれ示す。なお、図１０の各図面において、符号１’、１”は、移動後の車体本体１である。
【特許文献１】特開平８−２７２４４３号公報
【特許文献２】特許第３０１２６５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
一般的に、複数の駆動輪を備えた走行車両の旋回をスムーズに行うためには、外輪側の車輪の速度を、内輪側の車輪の速度よりも高くしておく必要がある。また、このとき、高い速度が要求されない内輪側のモータのトルクは低くてもよい。例えば、図７に示す走行状態において、最内輪を駆動する右後輪モータ２ＲＲが発生するべきトルクは、他のモータのトルクよりも低くてよい。
【００１７】
しかしながら、図９に示すように、従来の走行制御方法における内輪側のモータは、不必要に大きい許容トルク（例えば、図９（Ｃ）のＴＲＲＨ参照）の範囲内で速度制御がなされ、結果的に過剰なトルクを発生していた。このため、内輪側のモータでは、過剰な電力供給による発熱が生じ、モータ自身が損傷または劣化し易くなるという問題があった。
さらに、各モータがバッテリーによって電力供給されている場合には、無駄に電力が消費されることによって走行車両の稼動時間が短くなり、頻繁に充電を行わなければならないという問題があった。
【００１８】
そこで本発明は、走行車両の旋回時に、モータに過剰なトルクが発生するのを抑制することにより、該モータの損傷及び劣化を防ぐとともに、走行車両の稼動時間を延長することができる走行制御装置及び走行制御方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
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、複数の駆動輪がそれぞれ独立して駆動される走行車両に備えられ、当該走行車両の走行を制御する走行制御装置であって、前記走行車両の旋回時に、予め定められている速度−トルク曲線に基づいて最外輪となる駆動輪の速度に対応する許容トルクを求め、当該許容トルクを超えない範囲で行われる速度制御によって当該駆動輪を駆動するモータのトルク指令値が決定され、当該トルク指令値が、前記最外輪を除く他の駆動輪の許容トルクとして設定され、当該許容トルクを超えない範囲で行われる速度制御によって当該他の駆動輪を駆動するモータのトルク指令値がそれぞれ決定され、前記他の駆動輪を駆動するモータのトルク指令値が、前記最外輪を駆動するモータのトルク指令値を超えないように制御されることを特徴とする。
【００２０】
また、上記課題を解決するために、本発明に係る走行車両は、上記走行制御装置が備えられていることを特徴とする。
【００２１】
また、上記課題を解決するために、本発明に係る走行制御方法は、走行車両の速度、進行角及び操舵角を指示するための指示手段と、複数の駆動輪と、当該複数の駆動輪に個別に備えられ、各駆動輪を独立して駆動する複数のモータと、を含む走行車両の旋回時の走行制御方法であって、ｉ）前記指示手段の操作量に基づいて、前記複数の駆動輪の速度をそれぞれ計算するステップと、ｉｉ）最外輪となる前記駆動輪を特定するステップと、ｉｉｉ）前記最外輪を駆動するモータについて、予め定められている速度−トルク曲線に基づいて前記最外輪の前記速度に対応したトルクを求め、当該トルクを最外輪許容トルクとして設定するステップと、ｉｖ）前記最外輪許容トルクを超えない範囲で速度制御を行い、前記最外輪を駆動するモータのトルク指令値を決定するステップと、ｖ）前記トルク指令値を、前記最外輪を除く他の駆動輪の許容トルクとして設定するステップと、ｖｉ）前記他の駆動輪のそれぞれについて、前記許容トルクを超えない範囲で速度制御を行い、前記他の駆動輪を駆動するモータのトルク指令値をそれぞれ決定するステップと、を備え、前記他の駆動輪を駆動するモータのトルク指令値が、前記最外輪を駆動するモータのトルク指令値を超えないように制御されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、走行車両の旋回時に、モータに過剰なトルクが発生するのを抑制することにより、該モータの損傷及び劣化を防ぐとともに、走行車両の稼動時間を延長することができる走行制御装置及び走行制御方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明に係る走行制御方法の好ましい実施形態について説明する。
【００２４】
［実施例：４つの車輪が独立に駆動される全方向車両に適用］
図１に、本発明に係る走行制御方法を実現するための走行制御システムのブロック図を示す。走行車両の一例として、本実施例に係る走行制御システムは、図５及び図７に示す全方向車両に適用される。全方向車両については、前述した通りなので説明を省略する。
【００２５】
図１に示す走行制御システムにおいて、走行制御装置１０は、アクセル１３から出力されるアクセル信号と、進行角ハンドル１４から出力される進行角信号と、操舵角ハンドル１５から出力される操舵角信号とに基づいて、ＰＩ制御等の速度制御によって各モータに対するトルク指令値を決定し、それぞれを対応するモータに伝達する。各モータは、指令値に基づいて対応する車輪を駆動する。また、走行制御装置１０は、メモリ１２に予め格納されている車両寸法等の情報を適宜参照することができる（図７参照）。
【００２６】
本発明に係る走行制御システムでは、速度比較部２０及びトルク選択部２１が備えられている。これらの動作について、図２のフローチャート及び図３の“トルク−速度曲線”を参照して説明する。なお、以下の説明では、主に、全方向車両が右斜め方向に前進しつつ右旋回する際の動作について説明する。
【００２７】
全方向車両が走行を開始すると（図２のＳ２−１）、アクセル信号、進行角信号及び操舵角信号が走行制御装置１０に入力される（Ｓ２−２）。走行制御装置１０は、入力されたこれらの信号に基づいて旋回中心点ＰＲを計算する（Ｓ２−３）。そして、走行制御装置１０は、メモリ１２に格納されている車両本体１の寸法及び各車輪の取り付け位置と、旋回中心点ＰＲとの幾何学的な位置関係に基づいて、各車輪の速度ＶＦＲ、ＦＬ、ＲＲ、ＲＬを計算する（Ｓ２−４）。
【００２８】
次に、速度比較部２０によって、各車輪の速度の比較が行われ（図２のＳ２−５）、速度が最も早い車輪、すなわち最外輪が特定される。特定された結果は、最外輪信号として出力される。
前述したように、図７に示すような走行状態では、右後輪３ＲＲが回転半径の最も小さい最内輪、左前輪３ＦＬが回転半径の最も大きい最外輪となるので、左前輪３ＦＬの速度度ＶＦＬが最も早く、右後輪３ＲＲの速度ＶＲＲが最も遅くなる。
【００２９】
最外輪が特定されると、図３に示す“速度−トルク曲線”に基づいて、最外輪を駆動するモータの許容トルクが設定される（Ｓ２−６）。すなわち、図３（Ｂ）の曲線に基づいて、左前輪３ＦＬの速度ＶＦＬに対応した左前輪許容トルクＴＦＬＨが設定される。
なお、本実施例に適用される各モータは同一なので、図３（Ａ）〜（Ｄ）に示す“速度−トルク曲線”は全て同一である。
【００３０】
続いて、速度制御部１１による最外輪の速度制御が行われる。具体的には、図３（Ｂ）に示すように、速度ＶＦＬに基づいて設定された左前輪許容トルクＴＦＬＨの範囲内でＰＩ制御等の速度制御が行われ、左前輪モータ２ＦＬに対するトルク指令値ＳＦＬが決定される（図２のＳ２−７）。トルク指令値ＳＦＬは、トルク選択部２１に入力される。トルク選択部２１は、速度比較部２０から出力される最外輪信号に基づいて、速度制御部１１から各モータに対して出力されるトルク指令値のうち、最外輪のトルク指令値を速度制御部１１に出力する。図７に示す走行状態では左前輪３ＦＬが最外輪であるから、入力されたトルク指令値ＳＦＬが速度制御部１１に出力されることになる。
【００３１】
速度制御部１１は、入力された最外輪のトルク指令値ＳＦＬに基づいて、その他の車輪３ＦＲ、ＲＲ、ＲＬの許容トルクを再設定する（図２のＳ２−８）。そして、これらの車輪について、再設定された許容トルクの範囲内で速度制御が行われ、モータ２ＦＲ、ＲＲ、ＲＬに対するトルク指令値ＳＦＲ、ＲＲ、ＲＬが決定される（Ｓ２−９）。
すなわち、最外輪以外のトルク指令値ＳＦＲ、ＲＲ、ＲＬは、単純に当該車輪の速度ＶＦＲ、ＲＲ、ＲＬに基づいて設定される許容トルクＴＦＲＨ、ＲＲＨ、ＲＬＨよりも低い値（＝最外輪のトルク指令値ＳＦＬ）を超えない範囲で速度制御され、決定される。
【００３２】
速度制御によって決定されたトルク指令値ＳＦＲ、ＦＬ、ＲＲ、ＲＬは、それぞれ各モータに伝達される（Ｓ２−１０）。そして、各モータは、トルク指令値に基づいて対応する車輪を駆動する。
【００３３】
アクセル信号、進行角信号または操舵角信号が変更された場合（図２のＳ２−１１）には、Ｓ２−３に戻り、各車輪の速度の計算等が行われる（Ｓ２−３〜４）。そして、各車輪の速度を比較して（Ｓ２−５）、速度が最も早い最外輪について速度制御を行った後（Ｓ２−７）、得られた最外輪のトルク指令値に基づいて、その他の車輪の速度制御が行われる（Ｓ２−９）。
【００３４】
以上のように、本発明によれば、速度が最も早い最外輪のモータのトルク指令値を用いて、その他のモータのトルクを制限することができる。これにより、最外輪を除く他のモータにおける過剰なトルクの発生を抑え、発熱によるモータの損傷及び劣化を防ぐことができるとともに、走行車両の稼動時間を延長することができる。
また、本発明によれば、走行車両が大きく旋回する場合に、各車輪に供給されるトルク差を抑えることができ、デフとしての効果も得ることができる。
【００３５】
［変形例］
本発明に係る走行制御装置、及び走行制御方法は、他の走行車両に適用することもできる。例えば、実施例に係る全方向車両には、駆動輪兼操舵輪となる車輪が車体本体の四隅に備えられているが、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、車輪の数は２以上の任意の数にすることができる。また、図４（Ｂ）に示すように、全ての車輪が駆動輪である必要はなく、幾つかの車輪がモータによって駆動されない従動輪であってもよい。
【００３６】
また、本発明に係る走行制御は、操舵角θＲが大きく、最外輪と最内輪の速度差が所定の値よりも大きい場合にのみ適用されるようにしてもよい。操舵角θＲが小さい場合には、内輪側のモータに発生する過剰なトルクは僅かであり、モータの損傷または劣化はほとんど起こらない。
【００３７】
また、実施例に係る走行制御装置１０において、速度制御部１１はＰＩ制御によってトルク指令値を決定したが、これに替えて、ＰＩＤ制御等の他の速度制御によってトルク指令値を決定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る走行制御方法を実現するための走行制御システムのブロック図である。
【図２】本発明に係る走行制御方法を示すフローチャートである。
【図３】実施例に係る走行制御方法に用いられる“速度−トルク曲線”のグラフであって、（Ａ）は右前輪モータのグラフ、（Ｂ）は左前輪モータのグラフ、（Ｃ）は右後輪モータのグラフ、（Ｄ）は左後輪モータのグラフである。
【図４】変形例に係る全方向車両の模式図であって、（Ａ）は８個の駆動輪兼操舵輪を備えた全方向車両、（Ｂ）は６個の駆動輪兼操舵輪と６個の従動輪を備えた全方向車両である。
【図５】全方向車両の構成を示す模式図である。
【図６】従来の走行制御方法を実現するための走行制御システムのブロック図である。
【図７】図５に示す全方向車両の走行制御の概念図である。
【図８】従来の走行制御方法を示すフローチャートである。
【図９】従来の走行制御方法に用いられる“速度−トルク曲線”のグラフであって、（Ａ）は右前輪モータのグラフ、（Ｂ）は左前輪モータのグラフ、（Ｃ）は右後輪モータのグラフ、（Ｄ）は左後輪モータのグラフである。
【図１０】進行角θＤ及び操舵角θＲに応じた全方向車両の走行状態を示す図であって、（Ａ）は進行角θＤ＝０かつ操舵角θＲ≠０の走行状態、（Ｂ）は進行角θＤ≠０かつ操舵角θＲ＝０の走行状態、（Ｃ）は進行角θＤ≠０かつ操舵角θＲ≠０の走行状態である。
【符号の説明】
【００３９】
１    車体
２ＦＲ    右前輪モータ
２ＦＬ    左前輪モータ
２ＲＲ    右後輪モータ
２ＲＬ    左後輪モータ
３ＦＲ    右前輪
３ＦＬ    左前輪
３ＲＲ    右後輪
３ＲＬ    左後輪
４Ｒ、Ｌ    仮想固定輪
５    仮想操舵輪
６    仮想三輪車
１０    走行制御装置
１１    速度制御部
１２    メモリ
１３    アクセル
１４    進行角ハンドル
１５    操舵角ハンドル
２０    速度比較部
２１    トルク選択部
【図１】
0004305781.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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