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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023025753
(43)【公開日】2023-02-24
(54)【発明の名称】運搬車両制御装置、運搬車両及びプログラム
(51)【国際特許分類】
B60L 15/20 20060101AFI20230216BHJP
【ＦＩ】
B60L15/20 Y
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021131067
(22)【出願日】2021-08-11
(71)【出願人】
【識別番号】000003687
【氏名又は名称】東京電力ホールディングス株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】304021288
【氏名又は名称】国立大学法人長岡技術科学大学
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100175824
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 淳一
(74)【代理人】
【識別番号】100140774
【弁理士】
【氏名又は名称】大浪 一徳
(74)【代理人】
【識別番号】100179833
【弁理士】
【氏名又は名称】松本 将尚
(74)【代理人】
【識別番号】100114937
【弁理士】
【氏名又は名称】松本 裕幸
(72)【発明者】
【氏名】吉澤 厚文
(72)【発明者】
【氏名】宮崎 敏昌
(72)【発明者】
【氏名】大石 潔
(72)【発明者】
【氏名】横倉 勇希
【テーマコード（参考）】
5H125
【Ｆターム（参考）】
5H125AA17
5H125AB05
5H125BA01
5H125CA01
5H125CA15
5H125DD16
5H125EE07
5H125EE08
5H125EE53
(57)【要約】
【課題】車輪の摩擦力を用いて駆動される車両において、車輪に発生するトルクを好適に制御する。
【解決手段】運搬車両制御装置は、駆動輪と、前記駆動輪を回転駆動させるモータとを含んで構成される２慣性共振系のうち、前記モータの回転量を示す情報を含む回転位置情報を取得する回転位置情報取得部と、前記回転位置情報に基づき、共振の影響によるトルクを算出する状態量オブザーバと、所定期間における前記駆動輪のすべり速度の変化量を取得するすべり速度情報取得部と、算出された前記共振の影響によるトルクと、取得された所定期間における前記すべり速度の変化量とに基づいて、前記駆動輪のすべりを抑制するための加速度であるすべり加速度指令値を算出するすべり加速度指令生成部と、算出された前記すべり加速度指令値に基づいて前記モータにモータトルク指令値を出力するトルク指令生成部とを備える。
【選択図】図８
【解決手段】運搬車両制御装置は、駆動輪と、前記駆動輪を回転駆動させるモータとを含んで構成される２慣性共振系のうち、前記モータの回転量を示す情報を含む回転位置情報を取得する回転位置情報取得部と、前記回転位置情報に基づき、共振の影響によるトルクを算出する状態量オブザーバと、所定期間における前記駆動輪のすべり速度の変化量を取得するすべり速度情報取得部と、算出された前記共振の影響によるトルクと、取得された所定期間における前記すべり速度の変化量とに基づいて、前記駆動輪のすべりを抑制するための加速度であるすべり加速度指令値を算出するすべり加速度指令生成部と、算出された前記すべり加速度指令値に基づいて前記モータにモータトルク指令値を出力するトルク指令生成部とを備える。
【選択図】図８
【特許請求の範囲】
【請求項1】
駆動輪と、前記駆動輪を回転駆動させるモータとを含んで構成される２慣性共振系のうち、前記モータの回転量を示す情報を含む回転位置情報を取得する回転位置情報取得部と、
前記回転位置情報に基づき、共振の影響によるトルクを算出する状態量オブザーバと、
所定期間における前記駆動輪のすべり速度の変化量を取得するすべり速度情報取得部と、
算出された前記共振の影響によるトルクと、取得された所定期間における前記すべり速度の変化量とに基づいて、前記駆動輪のすべりを抑制するための加速度であるすべり加速度指令値を算出するすべり加速度指令生成部と、
算出された前記すべり加速度指令値に基づいて前記モータに与えるトルクの指令値であるモータトルク指令値を算出するトルク指令生成部と、
前記モータに、生成された前記モータトルク指令値を出力するトルク指令値出力部と
を備える運搬車両制御装置。
前記回転位置情報に基づき、共振の影響によるトルクを算出する状態量オブザーバと、
所定期間における前記駆動輪のすべり速度の変化量を取得するすべり速度情報取得部と、
算出された前記共振の影響によるトルクと、取得された所定期間における前記すべり速度の変化量とに基づいて、前記駆動輪のすべりを抑制するための加速度であるすべり加速度指令値を算出するすべり加速度指令生成部と、
算出された前記すべり加速度指令値に基づいて前記モータに与えるトルクの指令値であるモータトルク指令値を算出するトルク指令生成部と、
前記モータに、生成された前記モータトルク指令値を出力するトルク指令値出力部と
を備える運搬車両制御装置。
【請求項2】
前記状態量オブザーバにより算出された前記共振の影響によるトルクに基づき、すべり加速度調整値を算出するすべり加速度調整部を更に備え、
前記すべり加速度指令生成部は、算出された前記すべり加速度調整値に基づいて、前記すべり加速度指令値を算出する
請求項１に記載の運搬車両制御装置。
前記すべり加速度指令生成部は、算出された前記すべり加速度調整値に基づいて、前記すべり加速度指令値を算出する
請求項１に記載の運搬車両制御装置。
【請求項3】
前記状態量オブザーバにより算出された前記共振の影響によるトルクと、前記回転位置情報に基づく前記モータの回転速度と、前記すべり加速度指令値に基づき、前記モータに流れる電流の電流指令値を算出するねじれトルク制御部を更に備え、
前記トルク指令生成部は、算出された前記電流指令値に基づいて前記モータトルク指令値を算出する
請求項１又は請求項２に記載の運搬車両制御装置。
前記トルク指令生成部は、算出された前記電流指令値に基づいて前記モータトルク指令値を算出する
請求項１又は請求項２に記載の運搬車両制御装置。
【請求項4】
前記状態量オブザーバは、前記回転位置情報に基づき、前記駆動輪の各速度を推定した値である角速度推定値を更に算出し、
前記状態量オブザーバにより算出された前記角速度推定値と、前記すべり加速度指令生成部により算出された前記すべり加速度指令値とに基づき、ねじれトルク指令値を算出するすべり加速度制御部を更に備え、
前記ねじれトルク制御部は、前記ねじれトルク指令値に基づいて前記電流指令値を算出する
請求項３に記載の運搬車両制御装置。
前記状態量オブザーバにより算出された前記角速度推定値と、前記すべり加速度指令生成部により算出された前記すべり加速度指令値とに基づき、ねじれトルク指令値を算出するすべり加速度制御部を更に備え、
前記ねじれトルク制御部は、前記ねじれトルク指令値に基づいて前記電流指令値を算出する
請求項３に記載の運搬車両制御装置。
【請求項5】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の運搬車両制御装置と、
前記運搬車両制御装置により制御される前記モータと、
前記モータにより回転駆動される前記駆動輪と
を備える運搬車両。
前記運搬車両制御装置により制御される前記モータと、
前記モータにより回転駆動される前記駆動輪と
を備える運搬車両。
【請求項6】
コンピュータに、
駆動輪と、前記駆動輪を回転駆動させるモータとを含んで構成される２慣性共振系のうち、前記モータの回転量を示す情報を含む回転位置情報を取得する回転位置情報取得ステップと、
前記回転位置情報に基づき、共振の影響によるトルクを算出する状態量オブザーバ実行ステップと、
所定期間における前記駆動輪のすべり速度の変化量を取得するすべり加速度取得ステップと、
算出された前記共振の影響によるトルクと、取得された所定期間における前記すべり速度の変化量とに基づいて、前記駆動輪のすべりを抑制するための加速度であるすべり加速度指令値を算出するすべり加速度指令生成ステップと、
算出された前記すべり加速度指令値に基づいて前記モータに与えるトルクの指令値であるモータトルク指令値を算出するトルク指令生成ステップと、
前記モータに、生成された前記モータトルク指令値を出力するトルク指令値出力ステップと
を実行させるプログラム。
駆動輪と、前記駆動輪を回転駆動させるモータとを含んで構成される２慣性共振系のうち、前記モータの回転量を示す情報を含む回転位置情報を取得する回転位置情報取得ステップと、
前記回転位置情報に基づき、共振の影響によるトルクを算出する状態量オブザーバ実行ステップと、
所定期間における前記駆動輪のすべり速度の変化量を取得するすべり加速度取得ステップと、
算出された前記共振の影響によるトルクと、取得された所定期間における前記すべり速度の変化量とに基づいて、前記駆動輪のすべりを抑制するための加速度であるすべり加速度指令値を算出するすべり加速度指令生成ステップと、
算出された前記すべり加速度指令値に基づいて前記モータに与えるトルクの指令値であるモータトルク指令値を算出するトルク指令生成ステップと、
前記モータに、生成された前記モータトルク指令値を出力するトルク指令値出力ステップと
を実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、運搬車両制御装置、運搬車両及びプログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、車輪を回転駆動させることにより地面との間に発生する摩擦力を用いて駆動される車両において、車輪が空転したと判断した際に、車輪に発生するトルクを制御することにより車輪の空転を抑止する技術があった（例えば、特許文献１を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１７－２０４９５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上述した従来技術によれば、車輪の周速度と車体速度との差であるすべり速度を微分して得られるすべり加速度がゼロになるような安定化トルクを車輪に発生させることにより制御する。
しかしながら、このような技術は、モータと車輪との間の駆動系がリジットに結合されることを前提としたものである。運搬車両のようなモータと車輪との関係が二慣性共振系で表現されるような駆動系においては、共振によるトルクが無視できないといった課題があった。
しかしながら、このような技術は、モータと車輪との間の駆動系がリジットに結合されることを前提としたものである。運搬車両のようなモータと車輪との関係が二慣性共振系で表現されるような駆動系においては、共振によるトルクが無視できないといった課題があった。
【0005】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、車輪の摩擦力を用いて駆動される車両において、車輪に発生するトルクを好適に制御することが可能な運搬車両制御装置、運搬車両及びプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一態様に係る運搬車両制御装置は、駆動輪と、前記駆動輪を回転駆動させるモータとを含んで構成される２慣性共振系のうち、前記モータの回転量を示す情報を含む回転位置情報を取得する回転位置情報取得部と、前記回転位置情報に基づき、共振の影響によるトルクを算出する状態量オブザーバと、所定期間における前記駆動輪のすべり速度の変化量を取得するすべり速度情報取得部と、算出された前記共振の影響によるトルクと、取得された所定期間における前記すべり速度の変化量とに基づいて、前記駆動輪のすべりを抑制するための加速度であるすべり加速度指令値を算出するすべり加速度指令生成部と、算出された前記すべり加速度指令値に基づいて前記モータに与えるトルクの指令値であるモータトルク指令値を算出するトルク指令生成部と、前記モータに、生成された前記モータトルク指令値を出力するトルク指令値出力部とを備える。
【0007】
また、本発明の一態様に係る運搬車両制御装置は、前記状態量オブザーバにより算出された前記共振の影響によるトルクに基づき、すべり加速度調整値を算出するすべり加速度調整部を更に備え、前記すべり加速度指令生成部は、算出された前記すべり加速度調整値に基づいて、前記すべり加速度指令値を算出する。
【0008】
また、本発明の一態様に係る運搬車両制御装置は、前記状態量オブザーバにより算出された前記共振の影響によるトルクと、前記回転位置情報に基づく前記モータの回転速度と、前記すべり加速度指令値に基づき、前記モータに流れる電流の電流指令値を算出するねじれトルク制御部を更に備え、前記トルク指令生成部は、算出された前記電流指令値に基づいて前記モータトルク指令値を算出する。
【0009】
また、本発明の一態様に係る運搬車両制御装置は、前記状態量オブザーバは、前記回転位置情報に基づき、前記駆動輪の各速度を推定した値である角速度推定値を更に算出し、前記状態量オブザーバにより算出された前記角速度推定値と、前記すべり加速度指令生成部により算出された前記すべり加速度指令値とに基づき、ねじれトルク指令値を算出するすべり加速度制御部を更に備え、前記ねじれトルク制御部は、前記ねじれトルク指令値に基づいて前記電流指令値を算出する。
【0010】
また、本発明の一態様に係る運搬車両は、上述した運搬車両制御装置と、前記運搬車両制御装置により制御される前記モータと、前記モータにより回転駆動される前記駆動輪とを備える。
【0011】
また、本発明の一態様に係るプログラムは、コンピュータに、駆動輪と、前記駆動輪を回転駆動させるモータとを含んで構成される２慣性共振系のうち、前記モータの回転量を示す情報を含む回転位置情報を取得する回転位置情報取得ステップと、前記回転位置情報に基づき、共振の影響によるトルクを算出する状態量オブザーバ実行ステップと、所定期間における前記駆動輪のすべり速度の変化量を取得するすべり加速度取得ステップと、算出された前記共振の影響によるトルクと、取得された所定期間における前記すべり速度の変化量とに基づいて、前記駆動輪のすべりを抑制するための加速度であるすべり加速度指令値を算出するすべり加速度指令生成ステップと、算出された前記すべり加速度指令値に基づいて前記モータにモータトルク指令値を出力するトルク指令生成ステップとを実行させる。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、車輪の摩擦力を用いて駆動される車両において、車輪に発生するトルクを好適に制御することが可能な運搬車両制御装置、運搬車両及びプログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】実施形態に係る運搬車両の一例についての外観を模式的に説明するための斜視図である。
【図2】実施形態に係る運搬車両の機能構成の一例について説明する機能構成図である。
【図3】実施形態に係る二慣性共振系の概念図である。
【図4】実施形態に係る運搬車両の動力伝達手段の一例について説明するための図である。
【図5】実施形態に係る運搬車両制御装置の一連の動作を説明するためのフローチャートである。
【図6】実施形態に係るすべり速度と接線力トルクの特性図の一例である。
【図7】実施形態に係るすべり速度と接線力トルクの特性図の線形化の一例について説明するための図である。
【図8】実施形態に係る運搬車両制御装置の機能を説明するためのブロック線図である。
【図9】実施形態に係る運搬車両制御装置のシミュレーションに用いたパラメータを説明するための図である。
【図10】実施形態に係る運搬車両制御装置のシミュレーションに用いたすべり速度－接線力係数特性図である。
【図11】実施形態に係る制御を用いた場合における軸電流、モータ側速度、ねじれトルクについてのシミュレーション結果を示す図である。
【図12】実施形態に係る制御を用いた場合におけるすべり判別信号についてのシミュレーション結果を示す図である。
【図13】実施形態に係る制御を用いた場合におけるすべり速度、動輪速度、走行速度、接線力についてのシミュレーション結果を示す図である。
【図14】実施形態に係る制御を用いた場合におけるすべり加速度指令値、すべり速度についてのシミュレーション結果を示す図である。
【図15】実施形態に係る制御を用いない場合における軸電流、モータ側速度、ねじれトルクについてのシミュレーション結果を示す図である。
【図16】実施形態に係る制御を用いない場合におけるすべり判別信号についてのシミュレーション結果を示す図である。
【図17】実施形態に係る制御を用いない場合におけるすべり速度、動輪速度、走行速度、接線力についてのシミュレーション結果を示す図である。
【図18】従来技術に係るアンチスリップ制御について説明するためのブロック線図である。
【図19】従来技術に係るアンチスリップ制御について説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0014】
［従来技術］
まず、図１８及び図１９を参照しながら従来技術に係るアンチスリップ制御の概要と、従来技術による問題点について説明する。従来技術に係るアンチスリップ制御とは、例えば電車の駆動制御等に用いられる技術である。
まず、図１８及び図１９を参照しながら従来技術に係るアンチスリップ制御の概要と、従来技術による問題点について説明する。従来技術に係るアンチスリップ制御とは、例えば電車の駆動制御等に用いられる技術である。
【0015】
図１８は、従来技術に係るアンチスリップ制御について説明するためのブロック線図である。同図を参照しながら、アンチスリップ制御装置９の機能について説明する。
アンチスリップ制御装置９は、制御系９０と、駆動系９１とを備える。制御系９０は、速度検出器９２と、外乱オブザーバ９３と、トルク引下げ量決定器９４と、すべり加速度指令生成器９５と、走行加速度推定器９６と、すべり加速度制御器９７と、トルク指令生成器９８とを備える。
アンチスリップ制御装置９は、制御系９０と、駆動系９１とを備える。制御系９０は、速度検出器９２と、外乱オブザーバ９３と、トルク引下げ量決定器９４と、すべり加速度指令生成器９５と、走行加速度推定器９６と、すべり加速度制御器９７と、トルク指令生成器９８とを備える。
【0016】
駆動系９１は、車輪を回転駆動させるモータと、モータの回転軸に備えられたプーリーと、プーリーと車輪とを接続するギヤと、ギヤに接続された車輪等を備える、駆動系９１は制御系９０により制御される。駆動系９１は、具体的には制御系９０により出力されたトルク指令値τＭ
ｒｅｆにより駆動される。駆動系９１は、モータの回転数を検知する不図示のロータリーエンコーダを備え、モータの出力軸の角度位置θＭを表すデータを制御系９０に出力する。
【0017】
速度検出器９２は、ロータリーエンコーダから角度位置θＭを表すデータを周期的に受信する。速度検出器９２は、受信した角度位置θＭに基づき、時間あたりの角度位置θＭの変化率を求めることにより回転速度（モータ側軸の角速度）ωＭを算出する。速度検出器９２は、算出した回転速度ωＭを外乱オブザーバ９３及び走行加速度推定器９６に出力する。
走行加速度推定器９６は、取得した回転速度ωＭからモータの回転速度すなわち走行速度ｖＬを推定する。
走行加速度推定器９６は、取得した回転速度ωＭからモータの回転速度すなわち走行速度ｖＬを推定する。
【0018】
外乱オブザーバ９３は、取得した回転速度ωＭと、後述する電流指令値ｉｑ
ｒｅｆとに基づいて、接線力トルクτＴを算出する。外乱オブザーバ９３は、算出した接線力トルクτＴをトルク引下げ量決定器９４及び加算器９７５に出力する。
トルク引下げ量決定器９４は、接線力トルクτＴを取得する。トルク引下げ量決定器９４は、取得した接線力トルクτＴに基づいて、トルクの引き下げ量である引き下げトルクτＴＳを算出する。
トルク引下げ量決定器９４は、接線力トルクτＴを取得する。トルク引下げ量決定器９４は、取得した接線力トルクτＴに基づいて、トルクの引き下げ量である引き下げトルクτＴＳを算出する。
【0019】
すべり加速度指令生成器９５は、所定期間Δｔにおけるすべり速度の変化量ΔｖＳ、すなわちすべり加速度を取得する。すべり加速度指令生成器９５は、取得したすべり加速度と、算出された引き下げトルクτＴＳに基づいて、加速度指令値ｖ’Ｓ
ｒｅｆを算出する。
すべり加速度制御器９７は、算出された加速度指令値ｖ’Ｓ ｒｅｆと、推定された走行速度ｖＬに基づいて、モータの駆動トルクτＭ ｒｅｆを算出する。
トルク指令生成器９８は、算出されたモータの駆動トルクτＭ ｒｅｆを駆動系９１に出力する。
すべり加速度制御器９７は、算出された加速度指令値ｖ’Ｓ ｒｅｆと、推定された走行速度ｖＬに基づいて、モータの駆動トルクτＭ ｒｅｆを算出する。
トルク指令生成器９８は、算出されたモータの駆動トルクτＭ ｒｅｆを駆動系９１に出力する。
【0020】
図１９は、従来技術に係るアンチスリップ制御について説明するためのフローチャートである。同図を参照しながら、アンチスリップ制御装置９の動作について説明する。
（ステップＳ９１）アンチスリップ制御装置９は、モータの回転速度が動輪加速度の閾値を超えるか否かを判定する。アンチスリップ制御装置９は、モータの回転速度が動輪加速度を超えた場合、処理をステップＳ９２に進める。
（ステップＳ９２）アンチスリップ制御装置９は、車輪がすべったと判定し、処理をステップＳ９３に進める。
（ステップＳ９３）アンチスリップ制御装置９は、すべりを抑制する滑り加速度指令をフィードフォワード的に決定する。
（ステップＳ９４）アンチスリップ制御装置９は、決定したすべり加速度指令に基づき、引き下げるトルク量を決定する。アンチスリップ制御装置９は、決定した引き下げるトルク量に基づいて、モータの回転速度を制御する。
（ステップＳ９１）アンチスリップ制御装置９は、モータの回転速度が動輪加速度の閾値を超えるか否かを判定する。アンチスリップ制御装置９は、モータの回転速度が動輪加速度を超えた場合、処理をステップＳ９２に進める。
（ステップＳ９２）アンチスリップ制御装置９は、車輪がすべったと判定し、処理をステップＳ９３に進める。
（ステップＳ９３）アンチスリップ制御装置９は、すべりを抑制する滑り加速度指令をフィードフォワード的に決定する。
（ステップＳ９４）アンチスリップ制御装置９は、決定したすべり加速度指令に基づき、引き下げるトルク量を決定する。アンチスリップ制御装置９は、決定した引き下げるトルク量に基づいて、モータの回転速度を制御する。
【0021】
アンチスリップ制御装置９によれば、車輪の滑りを検出し、フィードフォワードにより滑りを抑制することはできた。アンチスリップ制御装置９の制御対象となるシステムは、モータのプーリーと、車輪とがリジットに接続された電車等の駆動系に限定される。モータのプーリーや車輪等の質量が大きい物体が、細いシャフトやベルト等の弾性を有する部材により接続されるような二慣性共振系の場合、従来技術によるアンチスリップ制御装置９では、共振による影響を考慮することができない。
本実施形態では、二慣性共振系の場合であっても、共振による影響を抑制し、好適に制御可能な制御方法を提供することを目的とする。
本実施形態では、二慣性共振系の場合であっても、共振による影響を抑制し、好適に制御可能な制御方法を提供することを目的とする。
【0022】
［実施形態］
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。以下において説明する実施形態は一例に過ぎず、本発明が適用される実施形態は、以下の実施形態に限定されない。
なお、使用可能文字の関係上、以下に示す数式においてハット記号が付されているもの（英文字記号又はギリシャ文字で表された変数）については、本明細書の文章において、「（英文字記号又はギリシャ文字）＾（ハット）」と記載する場合がある。
また、図面上では、一次微分を符号の上にドットを付けて示すが、明細書中では「゜」を付して示す場合がある。また、ダッシュ（′）は調整値を示す。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。以下において説明する実施形態は一例に過ぎず、本発明が適用される実施形態は、以下の実施形態に限定されない。
なお、使用可能文字の関係上、以下に示す数式においてハット記号が付されているもの（英文字記号又はギリシャ文字で表された変数）については、本明細書の文章において、「（英文字記号又はギリシャ文字）＾（ハット）」と記載する場合がある。
また、図面上では、一次微分を符号の上にドットを付けて示すが、明細書中では「゜」を付して示す場合がある。また、ダッシュ（′）は調整値を示す。
【0023】
［運搬車両］
図１は、実施形態に係る運搬車両の一例についての外観を模式的に説明するための斜視図である。同図を参照しながら、実施形態に係る運搬車両１について説明する。
運搬車両１は、作業者が押す又は引くことにより搬送される。運搬車両１は、モータによりパワーアシストがされる少なくとも１つの車輪又はタイヤを備え（以下、駆動輪と記載する。）、駆動輪と地面との摩擦力を用いて駆動される。地面とは、平面、斜面等の地形を問わず、海底、湖底等の水底を含む。特に地面とは、水田や、作物栽培地、草地、放牧地等の農地等であって、泥状に泥濘んだ地面を含む。
図１は、実施形態に係る運搬車両の一例についての外観を模式的に説明するための斜視図である。同図を参照しながら、実施形態に係る運搬車両１について説明する。
運搬車両１は、作業者が押す又は引くことにより搬送される。運搬車両１は、モータによりパワーアシストがされる少なくとも１つの車輪又はタイヤを備え（以下、駆動輪と記載する。）、駆動輪と地面との摩擦力を用いて駆動される。地面とは、平面、斜面等の地形を問わず、海底、湖底等の水底を含む。特に地面とは、水田や、作物栽培地、草地、放牧地等の農地等であって、泥状に泥濘んだ地面を含む。
【0024】
運搬車両１は、具体的には手押し式の運搬台車（手押し車。いわゆる、ネコ又は猫車。）であってもよい。運搬車両１は、農地や工事現場等の現場において、農作物や資材を運ぶのに利用される。運搬車両１は、少なくとも１輪の駆動輪を有していればよく、２輪、３輪又は４輪以上の駆動輪を有していてもよい。
また、運搬車両１は、具体的には作業者により牽引されるリヤカー等の２輪車であってもよい。
また、運搬車両１は、具体的には作業者により牽引されるリヤカー等の２輪車であってもよい。
【0025】
運搬車両１は、少なくとも１つの駆動輪３２と、荷台２１と、ハンドル２２と、制御ボックス２３とを備える。作業者は荷台２１に農作物や資材等の荷物を積載し、積載された荷物を運搬する。運搬車両１は、作業者によりハンドル２２を掴んで押されることにより、主たる動力を得る。
【0026】
駆動輪３２は、作業者によりハンドル２２を掴んで押され、地面と駆動輪３２の表面との間に摩擦が生じることにより回転する。また、駆動輪３２は、運搬車両制御装置１０により駆動（すなわち、パワーアシスト）される。
制御ボックス２３は、運搬車両制御装置１０を収納する。運搬車両制御装置１０は、不図示のモータを駆動することにより、駆動輪３２を制御する。具体的には、運搬車両制御装置１０は、パワーアシストのための制御を行う。
制御ボックス２３は、運搬車両制御装置１０を収納する。運搬車両制御装置１０は、不図示のモータを駆動することにより、駆動輪３２を制御する。具体的には、運搬車両制御装置１０は、パワーアシストのための制御を行う。
【0027】
図２は、実施形態に係る運搬車両の機能構成の一例について説明する機能構成図である。同図を参照しながら、実施形態に係る運搬車両１の機能構成の一例について説明する。運搬車両１は、運搬車両制御装置１０と、モータ３１と、駆動輪３２とを機能構成として備える。以下の説明において、運搬車両制御装置１０を制御系１２と、モータ３１及び駆動輪３２とを駆動系１３とも記載する。駆動系１３は、その他ギヤやベルト等の動力伝達手段を含んでいてもよい。
【0028】
運搬車両制御装置１０は、モータ３１からモータ情報ＩＭを取得し、駆動輪３２から駆動輪情報ＩＷを取得する。運搬車両制御装置１０は、取得したモータ情報ＩＭ及び駆動輪情報ＩＷに基づき、制御情報ＩＣを生成し、制御情報ＩＣをモータ３１に出力することによりモータ３１を制御する。
モータ３１は、運搬車両制御装置１０から制御情報ＩＣを取得し、駆動輪３２を回転駆動する。モータ３１は、ギヤ等の不図示の動力伝達手段により、動力を駆動輪３２に伝達する。伝達する動力についての情報を駆動情報ＩＤとも記載する。モータ３１とは、例えばサーボモータ等であってもよい。
駆動輪３２は、モータ３１により駆動される。駆動輪３２は、例えばラバータイヤ等であってもよい。
モータ３１は、運搬車両制御装置１０から制御情報ＩＣを取得し、駆動輪３２を回転駆動する。モータ３１は、ギヤ等の不図示の動力伝達手段により、動力を駆動輪３２に伝達する。伝達する動力についての情報を駆動情報ＩＤとも記載する。モータ３１とは、例えばサーボモータ等であってもよい。
駆動輪３２は、モータ３１により駆動される。駆動輪３２は、例えばラバータイヤ等であってもよい。
【0029】
［二慣性共振系］
ここで、モータ３１と、駆動輪３２とは、それぞれ質量を有し、モータ３１により発生した動力は、ギヤ、ベルト、シャフト、ベルト等の動力伝達手段により駆動輪３２に伝えられる。例えば動力伝達手段に細いシャフトや弾性を有するベルトが含まれる場合、駆動系１３は、二慣性共振系で表現される。以下、図３及び図４を参照しながら駆動系１３が二慣性共振系で表現される場合の一例について説明する。
ここで、モータ３１と、駆動輪３２とは、それぞれ質量を有し、モータ３１により発生した動力は、ギヤ、ベルト、シャフト、ベルト等の動力伝達手段により駆動輪３２に伝えられる。例えば動力伝達手段に細いシャフトや弾性を有するベルトが含まれる場合、駆動系１３は、二慣性共振系で表現される。以下、図３及び図４を参照しながら駆動系１３が二慣性共振系で表現される場合の一例について説明する。
【0030】
図３は、実施形態に係る二慣性共振系の概念図である。同図を参照しながら二慣性共振系において生じる物理的な力について説明する。
モータ３１側において、モータ側の慣性モーメントを慣性モーメントＪＭ［ｋｇｍ２］、モータ側の粘性摩擦を粘性摩擦ＤＭ［ＮＳ／ｍ］、ばね定数をばね定数ＫＳ［Ｎ／ｍ］、モータの回転速度を回転速度ωＭ［ｒａｄ／ｓ］、モータの駆動トルクを駆動トルクτＭ［Ｎｍ］と記載する。また、共振の影響によるトルクをトルクτＳ［Ｎｍ］、ギヤ比をギヤ比Ｒｇと記載する。
モータ３１側において、モータ側の慣性モーメントを慣性モーメントＪＭ［ｋｇｍ２］、モータ側の粘性摩擦を粘性摩擦ＤＭ［ＮＳ／ｍ］、ばね定数をばね定数ＫＳ［Ｎ／ｍ］、モータの回転速度を回転速度ωＭ［ｒａｄ／ｓ］、モータの駆動トルクを駆動トルクτＭ［Ｎｍ］と記載する。また、共振の影響によるトルクをトルクτＳ［Ｎｍ］、ギヤ比をギヤ比Ｒｇと記載する。
【0031】
また、駆動輪３２側において、駆動輪側の慣性モーメントを慣性モーメントＪＬ［ｋｇｍ２］、駆動輪側の粘性摩擦を粘性摩擦ＤＬ［ＮＳ／ｍ］、駆動輪の回転速度を回転速度ωＬ［ｒａｄ／ｓ］、駆動輪側の駆動トルクを駆動トルクτＭ［Ｎｍ］と記載する。接線力トルクを接線力トルクτｔ［Ｎｍ］と、接線力を接線力Ｆｔ［Ｎ］と。運搬車両１の走行速度を走行速度ｖＬ［ｍ／ｓ］、駆動輪の回転速度を動輪回転速度ｖｄ［ｍ／ｓ］、重力加速度をｇ［ｍ／ｓ２］、作業者が運搬車両１を押す力をＦｈｕｍａｎ［Ｎ］と、駆動輪の軸が負担する車体重量を車体重量Ｍ１［ｋｇ］、駆動輪の軸上の重量を軸上重量Ｗ１［Ｎ］、走行抵抗を走行抵抗Ｆｄ［Ｎ］、接線力係数を接線力係数μ（ｖｓ）と記載する。
【0032】
また、一般にモータ３１単体では高トルクを出力することが困難であるため、モータ３１と駆動輪３２との間に減速機を取り付けることにより、回転速度を落とすことに代えて高トルク出力を得ることが行われる。このとき、取り付けられた減速機により、モータ３１と駆動輪３２との間に共振が生じる場合がある。そのため、共振による軸ねじれトルクを制御することを要する。
【0033】
図４は、実施形態に係る運搬車両の動力伝達手段の一例について説明するための図である。同図を参照しながら運搬車両１の動力伝達手段の一例について説明する。
プーリー３４は、モータ３１から動力を受け取り、ラバータイヤ３５に動力を伝える。ラバータイヤ３５は、駆動輪３２の一例である。プーリー３４とラバータイヤ３５は、ベルト３６により接続される。ベルト３６は弾性を有するため、モータ３１により発生した動力を伝達するのに遅延が生じる。すなわち、プーリー３４とラバータイヤ３５とは、二慣性系により表される。
本実施形態においては、運搬車両制御装置１０を有することにより、同図に示すような一部に弾性を有する動力伝達手段を有する運搬車両１においても、駆動輪３２に発生するトルクを好適に制御する。
プーリー３４は、モータ３１から動力を受け取り、ラバータイヤ３５に動力を伝える。ラバータイヤ３５は、駆動輪３２の一例である。プーリー３４とラバータイヤ３５は、ベルト３６により接続される。ベルト３６は弾性を有するため、モータ３１により発生した動力を伝達するのに遅延が生じる。すなわち、プーリー３４とラバータイヤ３５とは、二慣性系により表される。
本実施形態においては、運搬車両制御装置１０を有することにより、同図に示すような一部に弾性を有する動力伝達手段を有する運搬車両１においても、駆動輪３２に発生するトルクを好適に制御する。
【0034】
［運搬車両制御装置の一連の動作］
図５は、実施形態に係る運搬車両制御装置の一連の動作を説明するためのフローチャートである。同図を参照しながら運搬車両制御装置１０の一連の動作について説明する。
（ステップＳ１１０）運搬車両制御装置１０は、駆動輪３２の動輪回転速度ｖｄを取得し、動輪回転速度ｖｄと予め設定された閾値とを比較する。運搬車両制御装置１０は、動輪回転速度ｖｄが予め設定された閾値を超えた場合、処理をステップＳ１２０に進める。
（ステップＳ１２０）運搬車両制御装置１０は、駆動輪３２が空転を開始した、すなわち、「すべった」と判定する。
図５は、実施形態に係る運搬車両制御装置の一連の動作を説明するためのフローチャートである。同図を参照しながら運搬車両制御装置１０の一連の動作について説明する。
（ステップＳ１１０）運搬車両制御装置１０は、駆動輪３２の動輪回転速度ｖｄを取得し、動輪回転速度ｖｄと予め設定された閾値とを比較する。運搬車両制御装置１０は、動輪回転速度ｖｄが予め設定された閾値を超えた場合、処理をステップＳ１２０に進める。
（ステップＳ１２０）運搬車両制御装置１０は、駆動輪３２が空転を開始した、すなわち、「すべった」と判定する。
【0035】
（ステップＳ１３０）運搬車両制御装置１０は、後述する振動抑制制御を行い、フィードバック量の最大値を保つ。
（ステップＳ１４０）運搬車両制御装置１０は、フィードバック量の最大値を優先した上で、滑りを抑制できる「すべり加速度指令値」を算出する。
（ステップＳ１５０）運搬車両制御装置１０は、「すべり加速度指令値」のトルクが十分であるか否かを判定する。運搬車両制御装置１０は、トルクが十分でない場合（すなわち、ステップＳ１５０；ＮＯ）、処理をステップＳ１６０に進める。また、運搬車両制御装置１０は、トルクが十分である場合（すなわち、ステップＳ１５０；ＹＥＳ）、処理をステップＳ１７０に進める。
（ステップＳ１６０）運搬車両制御装置１０は、すべり加速度調整値で「すべり加速度指令値」を修正する。
（ステップＳ１７０）運搬車両制御装置１０は、決定した「すべり加速度指令値」に基づき、引き下げるトルク量を決定する。
（ステップＳ１４０）運搬車両制御装置１０は、フィードバック量の最大値を優先した上で、滑りを抑制できる「すべり加速度指令値」を算出する。
（ステップＳ１５０）運搬車両制御装置１０は、「すべり加速度指令値」のトルクが十分であるか否かを判定する。運搬車両制御装置１０は、トルクが十分でない場合（すなわち、ステップＳ１５０；ＮＯ）、処理をステップＳ１６０に進める。また、運搬車両制御装置１０は、トルクが十分である場合（すなわち、ステップＳ１５０；ＹＥＳ）、処理をステップＳ１７０に進める。
（ステップＳ１６０）運搬車両制御装置１０は、すべり加速度調整値で「すべり加速度指令値」を修正する。
（ステップＳ１７０）運搬車両制御装置１０は、決定した「すべり加速度指令値」に基づき、引き下げるトルク量を決定する。
【0036】
［加速度指令値の算出］
次に、図６及び図７を参照しながら、加速度指令値の算出について説明する。
図６は、実施形態に係るすべり速度ｖＳと接線力トルクτｔの特性図の一例である。同図には、横軸をすべり速度ｖＳ、縦軸を接線力トルクτｔとして、すべり速度ｖＳと接線力トルクτｔとの関係を示す。
次に、図６及び図７を参照しながら、加速度指令値の算出について説明する。
図６は、実施形態に係るすべり速度ｖＳと接線力トルクτｔの特性図の一例である。同図には、横軸をすべり速度ｖＳ、縦軸を接線力トルクτｔとして、すべり速度ｖＳと接線力トルクτｔとの関係を示す。
【0037】
図６において、傾きが正の領域は、すべり速度ｖＳの増加に伴って接線力トルクτｔが増加する領域であり、粘着領域（Ａｄｈｅｓｉｏｎ Ａｒｅａ）と呼ばれる。一方、傾きが負の領域は、すべり速度ｖＳの増加に伴って接線力トルクτｔが減少する領域であり、空転領域（Ｓｌｉｐ Ａｒｅａ）と呼ばれる。
【0038】
空転領域での動作を防ぎ、高い接線力利用率を達成するためには、トルクを引き下げて粘着領域での動作に戻す必要がある。トルクを引き下げて粘着領域での動作に戻すには、例えば、モータ３１に与える電流の量を小さくすることにより行われる。トルクを引き下げることにより、符号Ｗ１１で示されたすべり速度ｖＳと接線力トルクτｔの特性は、符号Ｗ１２で示す特性のように引き下げられる。
【0039】
図７は、実施形態に係るすべり速度と接線力トルクの特性図の線形化の一例について説明するための図である。同図を参照しながら、すべり速度ｖＳと接線力トルクτｔの特性図の線形化の一例について説明する。図７（Ａ）は、線形化前のすべり速度ｖＳと接線力トルクτｔの特性図を示し、図７（Ｂ）は、線形化後のすべり速度ｖＳと接線力トルクτｔの特性図を示す。
【0040】
図７（Ａ）に示すよう、すべり速度ｖＳと接線力トルクτｔの特性は非線形であり具体的に値、係数を定義することは容易でない。そのため、図７（Ｂ）のような線形近似を行う。線形近似をした場合、空転領域の特性は下の式（１）として表現される。
【0041】
【数1】
【0042】
ここで接線力トルクτｔＳは空転時の傾きであり、この値は路面の状況（例えば、乾いたアスファルト、濡れたアスファルト、泥等）によって変化するものと考えられる。濡れたアスファルトの路面における最大接線力トルクは、乾いたアスファルトの路面における最大接線力トルクよりも小さくなると考えられる。
接線力トルクτｔＳを求めるには、接線力トルクτtを微分すればよい。
接線力トルクτｔＳを求めるには、接線力トルクτtを微分すればよい。
【0043】
上の式（１）と動輪モデルの運動方程式より、下の式（２）を導くことができる。
【0044】
【数2】
【0045】
上の式（２）において、走行抵抗は急峻に変化せず、車両加速度はほぼ一定値をとるとして、走行速度ｖＬが、実値と一致した場合、下の式（３）のようにまとめることができる。
【0046】
【数3】
【0047】
以上より、すべり速度ｖＳの初期値であるすべり速度ｖＳ０を用いて、下の式（４）を得ることができる。
【0048】
【数4】
【0049】
また、サンプルごとに考えれば、一定時間Δｔのすべり速度ｖＳの変化量ΔｖＳによりすべり加速度ｖＳが与えられるため、すべり加速度指令値ｖ゜Ｓ
ｒｅｆは、下の式（５）のように表現される。
【0050】
【数5】
【0051】
上の式（５）により表現されるすべり加速度指令値ｖ゜Ｓ
ｒｅｆにより、特性の傾きとねじれトルクを引下げることができる。本実施形態において、運搬車両制御装置１０は、上述した加速度指令値の算出に加え、更に状態フィードバック、共振周波数に起因する振動抑制制御を行う。
【0052】
ここで、従来技術による制御と、本実施形態に係る運搬車両１用のアンチスリップ制御では、優先する対象が異なる。従来技術による制御では、車体を加速させるトルクを与え、空転を検知した場合に引き下げトルクに切り替える。そのため、従来技術によれば、「車体加速トルク」および「引き下げトルク」が優先される。
一方、本実施形態に係る運搬車両１用のアンチスリップ制御では、共振周波数に起因する振動・成分を抑制するトルク量が、空転領域および粘着領域両方にて優先される。
一方、本実施形態に係る運搬車両１用のアンチスリップ制御では、共振周波数に起因する振動・成分を抑制するトルク量が、空転領域および粘着領域両方にて優先される。
【0053】
本実施形態によれば、トルクを引き下げる際に共振周波数に起因する振動・成分を抑制するトルク量が優先されるため、粘着領域に引戻すための引き下げトルクが必要になる場合がある。その場合、すべり加速度の傾きを調節する必要がある。したがって、上述した式（５）に対し、すべり加速度調整値ｖ゜’Ｓを加算した値を、すべり加速度指令値ｖ゜Ｓ
ｒｅｆとする。すべり加速度の傾きを調節した場合のすべり加速度指令値ｖ゜Ｓ
ｒｅｆは、下の式（６）で示される。
【0054】
【数6】
【0055】
［振動抑制制御］
次に、図８を参照しながら、振動抑制制御について説明する。
図８は、実施形態に係る運搬車両制御装置の機能を説明するためのブロック線図である。同図を参照しながら振動抑制制御について説明する。
制御系１２は、機能構成として、回転位置情報取得部１１１と、速度検出器１１２と、状態量オブザーバ１１３と、すべり加速度調整器（すべり加速度調整部）１１４と、トルク引下げ量決定器１１５と、すべり速度情報取得部１１６と、すべり加速度指令生成器（すべり加速度指令生成部）１１７と、走行加速度推定器１１８と、すべり加速度制御器（すべり加速度制御部）１１９と、ねじれトルク制御器（ねじれトルク制御部）１２０と、トルク指令生成器（トルク指令生成部）１２１と、トルク指令値出力部１２２を備える。
次に、図８を参照しながら、振動抑制制御について説明する。
図８は、実施形態に係る運搬車両制御装置の機能を説明するためのブロック線図である。同図を参照しながら振動抑制制御について説明する。
制御系１２は、機能構成として、回転位置情報取得部１１１と、速度検出器１１２と、状態量オブザーバ１１３と、すべり加速度調整器（すべり加速度調整部）１１４と、トルク引下げ量決定器１１５と、すべり速度情報取得部１１６と、すべり加速度指令生成器（すべり加速度指令生成部）１１７と、走行加速度推定器１１８と、すべり加速度制御器（すべり加速度制御部）１１９と、ねじれトルク制御器（ねじれトルク制御部）１２０と、トルク指令生成器（トルク指令生成部）１２１と、トルク指令値出力部１２２を備える。
【0056】
回転位置情報取得部１１１は、モータ３１から回転位置情報を取得する。回転位置情報とは、駆動輪３２と、駆動輪を回転駆動させるモータ３１とを含んで構成される２慣性共振系のうち、モータ３１の回転量を示す情報（例えば、モータ側軸の角変位θＭ）を含む。回転位置情報とは、例えばモータ３１に備えられた不図示のロータリーエンコーダの出力値であってもよいし、レゾルバの出力値であってもよい。
【0057】
速度検出器１１２は、回転位置情報取得部１１１から回転位置情報を所定の周期で取得する。速度検出器１１２は、取得した回転位置情報に基づき、回転速度ωＭを算出する。速度検出器１１２は、例えばモータ側軸の角変位θＭを表すデータをアナログ信号として取得し、取得したアナログ信号を微分器等を用いて微分することによって、回転速度ωＭを算出するようにしてもよい。
【0058】
状態量オブザーバ１１３は、回転位置情報取得部１１１により取得された回転位置情報に基づき、共振の影響によるトルクτＳ＾（ハット）と、負荷側軸の角速度推定値ωＬ＾（ハット）を算出する。状態量オブザーバ１１３は、具体的には、速度検出器１１２から回転速度ωＭを取得し、取得した回転速度ωＭに基づいて共振の影響によるトルクτＳ＾（ハット）を算出する。負荷側軸の角速度推定値ωＬ＾（ハット）とは、すなわち駆動輪３２の各速度を推定した値である。
【0059】
すべり加速度調整器１１４は、状態量オブザーバ１１３により算出された接線力トルク推定値τｔ＾（ハット）と、共振の影響によるトルクτＳ＾（ハット）とに基づき、すべり加速度調整値ｖ゜’Ｓを算出する。
【0060】
トルク引下げ量決定器１１５は、接線力トルク推定値τｔ＾（ハット）と、共振の影響によるトルクτＳ＾（ハット）に基づき、トルク引き下げ量τｔｓを算出する。ここで、トルク引き下げ量τｔｓを引き下げトルクτＳ’とも記載する。引き下げトルクτＳ’は、下の式（７）により表される。
【0061】
【数7】
【0062】
すべり速度情報取得部１１６は、所定のサンプリング時間Δｔにおけるすべり速度差分値ΔｖＳを取得する。すべり速度差分値ΔｖＳとは、すなわち駆動輪３２のすべり速度ｖＳの所定期間における変化量である。
【0063】
すべり加速度指令生成器１１７は、すべり加速度調整器１１４により算出されたすべり加速度調整値ｖ゜’Ｓと、すべり速度情報取得部１１６により取得された速度ｖＳのサンプリング時間Δｔにおける変化量であるすべり速度差分値ΔｖＳとに基づいて、駆動輪３２のすべりを抑制するための加速度であるすべり加速度指令値ｖ゜Ｓ
ｒｅｆを算出する。
ここで、すべり加速度調整値ｖ゜’Ｓは、状態量オブザーバ１１３により算出された共振の影響によるトルクτＳ＾（ハット）に基づいて算出される。換言すれば、すべり加速度指令生成器１１７は、状態量オブザーバ１１３により算出された共振の影響によるトルクτＳ＾（ハット）に基づいてすべり加速度指令値ｖ゜Ｓ ｒｅｆを算出する。
ここで、すべり加速度調整値ｖ゜’Ｓは、状態量オブザーバ１１３により算出された共振の影響によるトルクτＳ＾（ハット）に基づいて算出される。換言すれば、すべり加速度指令生成器１１７は、状態量オブザーバ１１３により算出された共振の影響によるトルクτＳ＾（ハット）に基づいてすべり加速度指令値ｖ゜Ｓ ｒｅｆを算出する。
【0064】
走行加速度推定器１１８は、状態量オブザーバ１１３により算出された負荷側軸の角速度推定値ωＬ＾（ハット）と、予め記憶された駆動輪３２の直径等情報とに基づいて、電動運搬車の走行方向速度推定値ｖＬ＾（ハット）を算出する。
【0065】
すべり加速度制御器１１９は、すべり加速度指令生成器１１７により算出されたすべり加速度指令値ｖ゜Ｓ
ｒｅｆと、走行加速度推定器１１８により算出されたｖＬ＾（ハット）とに基づいて、ねじれトルク指令値τＳ
ｒｅｆを算出する。
【0066】
ここで、引き下げトルクτＳ’は、すべり加速度が負になる領域にならなければならないため、下の式（８）を満足する必要がある。
【0067】
【数8】
【0068】
上の式（８）を満足するすべり加速度ｖ’Ｓを設定することができれば、下の式（９）に示すように、すべり加速度指令値ｖ゜Ｓ
ｒｅｆを用いてねじれトルク指令値τＳ
ｒｅｆを設定することができる。
【0069】
【数9】
【0070】
ねじれトルク制御器１２０は、速度検出器１１２により回転位置情報に基づき算出された回転速度ωＭと、状態量オブザーバ１１３により算出された共振の影響によるトルクτＳ＾（ハット）と、すべり加速度制御器１１９により算出されたねじれトルク指令値τＳ
ｒｅｆとに基づいて、トルク電流指令値Ｉｑ
ｒｅｆを算出する。トルク電流指令値Ｉｑ
ｒｅｆとは、すなわち、モータ３１に流れる電流の電流指令値である。
【0071】
トルク指令生成器１２１は、ねじれトルク制御器１２０により算出されたトルク電流指令値Ｉｑ
ｒｅｆに基づいて、モータ３１に与えるトルクの指令値であるモータ側トルク指令値τＭ
ｒｅｆを算出する。トルク電流指令値Ｉｑ
ｒｅｆは、すべり加速度指令値ｖ゜Ｓ
ｒｅｆに基づく値である。すなわち、トルク指令生成器１２１は、算出されたすべり加速度指令値ｖ゜Ｓ
ｒｅｆに基づいてモータ３１にモータトルク指令値を生成する。
トルク指令値出力部１２２は、モータ３１に、生成されたモータ側トルク指令値τＭ ｒｅｆを出力する。
トルク指令値出力部１２２は、モータ３１に、生成されたモータ側トルク指令値τＭ ｒｅｆを出力する。
【0072】
［シミュレーション］
次に、図９から図１７を参照しながら、本実施形態に係る運搬車両制御装置１０のシミュレーション結果について説明する。
図９は、実施形態に係る運搬車両制御装置のシミュレーションに用いたパラメータを説明するための図である。本シミュレーションは、作業者が運搬車両１を押す力Ｆｈｕｍａｎを、１０［Ｎ］のステップ信号として行った。
また、シミュレーション時間刻みＴＳｓｉｍを１．０×１０－６［Ｓ］、シミュレーション離散時間刻みＴＳを１．０×１０－４［Ｓ］、シミュレーションスリップ計算刻みΔＴＳ［Ｓ］を１．０×１０－３、特性の傾きτｌｓを－２．２×１０－２、すべり速度差Δｖｓを１，０×１０－２［ｒａｄ／Ｓ］としてシミュレーションを行った。
次に、図９から図１７を参照しながら、本実施形態に係る運搬車両制御装置１０のシミュレーション結果について説明する。
図９は、実施形態に係る運搬車両制御装置のシミュレーションに用いたパラメータを説明するための図である。本シミュレーションは、作業者が運搬車両１を押す力Ｆｈｕｍａｎを、１０［Ｎ］のステップ信号として行った。
また、シミュレーション時間刻みＴＳｓｉｍを１．０×１０－６［Ｓ］、シミュレーション離散時間刻みＴＳを１．０×１０－４［Ｓ］、シミュレーションスリップ計算刻みΔＴＳ［Ｓ］を１．０×１０－３、特性の傾きτｌｓを－２．２×１０－２、すべり速度差Δｖｓを１，０×１０－２［ｒａｄ／Ｓ］としてシミュレーションを行った。
【0073】
まず、図１０から図１４を参照しながら、本実施形態に係るアンチスリップ制御を用いた場合におけるシミュレーション結果の一例について説明する。
図１０は、実施形態に係る運搬車両制御装置のシミュレーションに用いたすべり速度－接線力係数特性図である。同図を参照しながら、すべり速度－接線力係数特性図について説明する。同図は、すべり速度ｖＳを横軸に接線力係数を縦軸に示す。
図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）のうち、すべり速度ｖＳが－５［ｒａｄ／ｓ］から５［ｒａｄ／ｓ］の範囲を拡大した図である。
図１０（Ｂ）から、すべり速度ｖＳが０．６［ｒａｄ／ｓ］を超えた時点において最大の接線力係数μが得られることがわかる。したがって、すべり速度ｖＳが０．６［ｒａｄ／ｓ］を超えた動作領域では「すべった」と判断される。換言すれば、動輪加速度の閾値は０．６である。
図１０は、実施形態に係る運搬車両制御装置のシミュレーションに用いたすべり速度－接線力係数特性図である。同図を参照しながら、すべり速度－接線力係数特性図について説明する。同図は、すべり速度ｖＳを横軸に接線力係数を縦軸に示す。
図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）のうち、すべり速度ｖＳが－５［ｒａｄ／ｓ］から５［ｒａｄ／ｓ］の範囲を拡大した図である。
図１０（Ｂ）から、すべり速度ｖＳが０．６［ｒａｄ／ｓ］を超えた時点において最大の接線力係数μが得られることがわかる。したがって、すべり速度ｖＳが０．６［ｒａｄ／ｓ］を超えた動作領域では「すべった」と判断される。換言すれば、動輪加速度の閾値は０．６である。
【0074】
図１１は、実施形態に係る制御を用いた場合における軸電流、モータ側速度、ねじれトルクについてのシミュレーション結果を示す図である。図１１（Ａ）はモータ３１の軸電流の値、図１１（Ｂ）はモータ側の速度、図１３（Ｃ）はねじれトルクについて、横軸を時間［Ｓ（秒）］とした場合の時間変化をそれぞれ示す。
０．６５［Ｓ（秒）］付近までは、すべりが発生していない。当該期間においては、バックドライブ動作（０指令ねじれトルク制御）が行われる。
０．６５［Ｓ］以降は、すべりを検知したため、本実施形態に係るアンチスリップ制御が行われる。アンチスリップ制御が行われた結果、すべりを検知した時点においてトルクが引き下げられていることが分かる。また、トルクの引き下げ後、再度トルクが引き上げられていることが分かる。
０．６５［Ｓ（秒）］付近までは、すべりが発生していない。当該期間においては、バックドライブ動作（０指令ねじれトルク制御）が行われる。
０．６５［Ｓ］以降は、すべりを検知したため、本実施形態に係るアンチスリップ制御が行われる。アンチスリップ制御が行われた結果、すべりを検知した時点においてトルクが引き下げられていることが分かる。また、トルクの引き下げ後、再度トルクが引き上げられていることが分かる。
【0075】
図１２は、実施形態に係る制御を用いた場合におけるすべり判別信号についてのシミュレーション結果を示す図である。図１２（Ａ）及び図１２（Ｃ）は、時間ごとのすべり判別信号の変化を示す。図１２（Ｃ）は、時間ごとの駆動輪回転速度ｖｄの変化を示す。
駆動輪３２は、０．６５［Ｓ］においてすべりが発生していることが分かる。アンチスリップ制御が行われた結果、図１１（Ｃ）に示したトルクと連動して駆動輪回転速度ｖｄが変化していることが分かる。
駆動輪３２は、０．６５［Ｓ］においてすべりが発生していることが分かる。アンチスリップ制御が行われた結果、図１１（Ｃ）に示したトルクと連動して駆動輪回転速度ｖｄが変化していることが分かる。
【0076】
図１３は、実施形態に係る制御を用いた場合におけるすべり速度、動輪速度、走行速度、接線力についてのシミュレーション結果を示す図である。図１３（Ａ）はすべり速度ｖＳ、図１３（Ｂ）は駆動輪３２の速度ｖｄ、図１３（Ｃ）は運搬車両１の走行速度ｖＬ、図１３（Ｄ）は接線力Ｆｔの時間変化をそれぞれ示す。
すべり速度ｖＳは、０．２［Ｓ］から徐々に加速し始め、すべりが発生した０．６５［Ｓ］以降も一旦は減速するものの、再度加速を始める。また、駆動輪３２の速度ｖｄについても、すべりが発生した０．６５［Ｓ］以降も一旦は減速するものの、再度加速を始める。また、運搬車両１の走行速度ｖＬは、徐々に加速をしていき、アンチスリップ制御が行われた結果、すべりが発生した０．６５［Ｓ］以降も加速が続く。また、接線力Ｆｔについても、アンチスリップ制御が行われた結果、すべりが発生した０．６５［Ｓ］以降も減少することがない。
すべり速度ｖＳは、０．２［Ｓ］から徐々に加速し始め、すべりが発生した０．６５［Ｓ］以降も一旦は減速するものの、再度加速を始める。また、駆動輪３２の速度ｖｄについても、すべりが発生した０．６５［Ｓ］以降も一旦は減速するものの、再度加速を始める。また、運搬車両１の走行速度ｖＬは、徐々に加速をしていき、アンチスリップ制御が行われた結果、すべりが発生した０．６５［Ｓ］以降も加速が続く。また、接線力Ｆｔについても、アンチスリップ制御が行われた結果、すべりが発生した０．６５［Ｓ］以降も減少することがない。
【0077】
図１４は、実施形態に係る制御を用いた場合におけるすべり加速度指令値、すべり速度についてのシミュレーション結果を示す図である。図１４（Ａ）は、すべり加速度指令生成器１１７により生成されるすべり加速度指令値ｖ゜Ｓ
ｒｅｆ、図１４（Ｂ）は、すべり速度ｖＳの時間変化をそれぞれ示す。図１４（Ｃ）は、図１４（Ｂ）のうち、０．６８［Ｓ］から０．７３［Ｓ］の範囲を拡大した図である。
すべり加速度指令値ｖ゜Ｓ ｒｅｆは、一連の動作を通して略一定であることが分かる。すべり速度ｖＳは、すべりが発生した後、一旦は減速するものの、再度加速を始める。
すべり加速度指令値ｖ゜Ｓ ｒｅｆは、一連の動作を通して略一定であることが分かる。すべり速度ｖＳは、すべりが発生した後、一旦は減速するものの、再度加速を始める。
【0078】
次に、図１５から図１７を参照しながら、本実施形態に係るアンチスリップ制御を用いない場合におけるシミュレーション結果の一例について説明する。
図１５は、実施形態に係る制御を用いない場合における軸電流、モータ側速度、ねじれトルクについてのシミュレーション結果を示す図である。図１５（Ａ）はモータ３１の軸電流の値、図１５（Ｂ）はモータ側の速度、図１５（Ｃ）はねじれトルクについて、横軸を時間［Ｓ］とした場合の時間変化をそれぞれ示す。
図１５は、実施形態に係る制御を用いない場合における軸電流、モータ側速度、ねじれトルクについてのシミュレーション結果を示す図である。図１５（Ａ）はモータ３１の軸電流の値、図１５（Ｂ）はモータ側の速度、図１５（Ｃ）はねじれトルクについて、横軸を時間［Ｓ］とした場合の時間変化をそれぞれ示す。
【0079】
ここで、図１５に示す一例と図１１に示す一例とを比較すると、モータ３１の軸電流の値は、アンチスリップ制御を用いない場合において、ほとんど流れない。また、モータ側の速度についても、ほとんど回転していない。また、ねじれトルクについても発生していない。
【0080】
図１６は、実施形態に係る制御を用いない場合におけるすべり判別信号についてのシミュレーション結果を示す図である。図１６（Ａ）及び図１６（Ｃ）は、時間ごとのすべり判別信号の変化を示す。図１６（Ｃ）は、時間ごとの駆動輪回転速度ｖｄの変化を示す。
ここで、図１５に示す一例と図１１に示す一例とを比較すると、すべりが発生する０．６５［Ｓ］までの変化は同様である。しかしながら、すべりが発生した０．６５［Ｓ］以降の変化が異なる。
また、駆動輪回転速度ｖｄは、ほとんど回転していないことが分かる。
ここで、図１５に示す一例と図１１に示す一例とを比較すると、すべりが発生する０．６５［Ｓ］までの変化は同様である。しかしながら、すべりが発生した０．６５［Ｓ］以降の変化が異なる。
また、駆動輪回転速度ｖｄは、ほとんど回転していないことが分かる。
【0081】
図１７は、実施形態に係る制御を用いない場合におけるすべり速度、動輪速度、走行速度、接線力についてのシミュレーション結果を示す図である。図１７（Ａ）はすべり速度ｖＳ、図１７（Ｂ）は駆動輪３２の速度ｖｄ、図１７（Ｃ）は運搬車両１の走行速度ｖＬ、図１７（Ｄ）は接線力Ｆｔの時間変化をそれぞれ示す。
すべり速度ｖＳは、０．２［Ｓ］から徐々に加速し始め、徐々に加速していく。また、駆動輪３２の速度ｖｄについては、ほとんど変化がない。運搬車両１の走行速度ｖＬは、徐々に加速をしていく。また、接線力Ｆｔについては、０．２［Ｓ］から徐々に上昇し始め、一定の力が加えられる。
すべり速度ｖＳは、０．２［Ｓ］から徐々に加速し始め、徐々に加速していく。また、駆動輪３２の速度ｖｄについては、ほとんど変化がない。運搬車両１の走行速度ｖＬは、徐々に加速をしていく。また、接線力Ｆｔについては、０．２［Ｓ］から徐々に上昇し始め、一定の力が加えられる。
【0082】
［実施形態のまとめ］
以上説明した実施形態によれば、運搬車両制御装置１０は、回転位置情報取得部１１１を備えることによりモータ３１の回転量を示す情報を含む回転位置情報を取得し、状態量オブザーバ１１３を備えることにより共振の影響によるトルクτＳを算出し、すべり速度情報取得部１１６を備えることにより所定期間における駆動輪３２のすべり速度ｖＳの変化量ΔｖＳを取得し、すべり加速度指令生成器１１７を備えることにより共振の影響によるトルクτＳと、すべり速度の変化量ΔｖＳとに基づいて、駆動輪３２のすべりを抑制するための加速度であるすべり加速度指令値ｖ゜Ｓ ｒｅｆを算出し、トルク指令生成器１２１を備えることによりモータ３１にモータトルク指令値τＭ ｒｅｆを出力する。
以上説明した実施形態によれば、運搬車両制御装置１０は、回転位置情報取得部１１１を備えることによりモータ３１の回転量を示す情報を含む回転位置情報を取得し、状態量オブザーバ１１３を備えることにより共振の影響によるトルクτＳを算出し、すべり速度情報取得部１１６を備えることにより所定期間における駆動輪３２のすべり速度ｖＳの変化量ΔｖＳを取得し、すべり加速度指令生成器１１７を備えることにより共振の影響によるトルクτＳと、すべり速度の変化量ΔｖＳとに基づいて、駆動輪３２のすべりを抑制するための加速度であるすべり加速度指令値ｖ゜Ｓ ｒｅｆを算出し、トルク指令生成器１２１を備えることによりモータ３１にモータトルク指令値τＭ ｒｅｆを出力する。
【0083】
また、本実施形態によれば、モータが発生しているトルクとモータの回転速度の変化から走行速度を推定し、これによって空転を検知し、モータが発生するトルクを調整する。したがって、本実施形態によれば、走行速度を推定することによって路面と車輪との空転を検出し、パワーアシスト量を自動的に制御するため、舗装道路以外のような空転しやすい路面においても空転を発生させることがない。したがって、本実施形態によれば、熟練した操作者以外でも手動運搬車両が運転可能となる。
【0084】
また、本実施形態によれば、運搬車両制御装置１０は、すべり加速度調整器１１４を備えることにより、状態量オブザーバ１１３により算出された共振の影響によるトルクτＳに基づき、すべり加速度調整値ｖ゜’Ｓを算出し、すべり加速度指令生成器１１７は、すべり加速度調整値ｖ゜’Ｓに基づいてすべり加速度指令値ｖ゜Ｓ
ｒｅｆを算出する。
したがって、本実施形態によれば、駆動輪３２に発生するトルクを好適に制御することができる。
したがって、本実施形態によれば、駆動輪３２に発生するトルクを好適に制御することができる。
【0085】
なお、上述した実施形態における運搬車両１が備える各部の機能全体あるいはその一部は、これらの機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現しても良い。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
【0086】
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶部のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでも良い。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
【0087】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【符号の説明】
【0088】
１…運搬車両、１０…運搬車両制御装置、１２…制御系、１３…駆動系、２１…荷台、２２…ハンドル、２３…制御ボックス、３１…モータ、３２…駆動輪、３３…シャフト、３４…プーリー、３５…ラバータイヤ、３６…ベルト、１１１…回転位置情報取得部、１１２…速度検出器、１１３…状態量オブザーバ、１１４…すべり加速度調整器、１１５…トルク引下げ量決定器、１１６…すべり速度情報取得部、１１７…すべり加速度指令生成器、１１８…走行加速度推定器、１１９…すべり加速度制御器、１２０…ねじれトルク制御器、１２１…トルク指令生成器、９…アンチスリップ制御装置、９０…制御系、９１…駆動系、９２…速度検出器、９３…外乱オブザーバ、９４…トルク引下げ量決定器、９５…すべり加速度指令生成器、９６…走行加速度推定器、９７…すべり加速度制御器、９８…トルク指令生成器
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】