電動式動力舵取装置

【目的】広範囲の産業用車両に適用可能な汎用性のある電動式動力舵取装置を提供する。
【構成】操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ１と車両の走行状態を検出する車速センサ２及び積載量センサ３の何れか一方とを備えていると共に、車両特性を選択する選択手段としてのディップスイッチ４ａ〜４ｃを備えており、さらに記憶装置１１に多数の出力電流特性及び回転数特性と、これら特性を車両特性番号と車両状態変数とにより選択する記憶テーブルとを記憶しておき、これらの特性を産業車両の緒元に応じてディップスイッチ４ａ〜４ｃで設定することにより、車両に適合した特性で操舵補助機能を発揮する。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電動機によって操舵補助力を発生する電動式動力舵取装置に関し、特にバッテリーフォークリフト等の産業用車両に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の電動式動力舵取装置としては、本出願人が先に提案した特開平１−２４４９７３号公報に記載されているものがある。この従来例は、その第７図に示されているような車速検出値をパラメータとする操舵トルクとモータ電流指令値との関係を表す特性線図に対応する記憶テーブルを備えており、この記憶テーブルを操舵トルクセンサで検出した操舵トルク検出値をもとに参照してモータ駆動電流を決定するようにしている。すなわち、車速検出値が小さい低速時の所謂据え切り状態では、操舵トルク検出値に対して大きなモータ駆動電流を発生させて大きな操舵補助力を発生させ、車速検出値が大きい高速走行時には、操舵トルク検出値に対して小さなモータ駆動電流を発生させて小さな操舵補助力を発生させるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従来の電動式動力舵取装置では、乗用車のように操舵輪荷重が小さくマニュアル操舵力と操舵補助力との比が小さい車両で、且つ車速変化量の大きい車両においては有効であるが、バッテリーフォークリフト等の操舵輪荷重が大きくマニュアル操舵力と操舵補助力との比が大きく、且つ車速変化量の少ない車両にあっては、操舵補助力可変範囲が小さき車速全域に亘って適切な操舵フィーリングを得ることはできないという問題点があった。
【０００４】すなわち、操舵輪荷重が大きく、低速でしか走行することのないフォークリフトの性格上、全車速範囲において大きな操舵補助力が必要なことから、操舵トルクを検出する操舵トルクセンサの特性が図６に示すように操舵トルク検出値に対する出力ゲインが非常に大きくなってしまうとともに、操舵輪荷重が大きいため小操舵補助力ではハンドル操舵が困難であるため大きな操舵補助力が必要であり、図８に示すように、制御装置の最大出力電流（モータ最大電流）値を車速変化に対してあまり小さくできないために可変範囲が狭くなる。したがって、操舵トルクに対する操舵補助力の特性は、図９に示すように、操舵トルクに対するモータ電流ゲインが殆ど変わらず、車速感応型にしても据え切り時と走行時の操舵力があまり変化しないため、据え切りに重点を置いた操舵補助力特性に設定すると走行安定性の改善をあまり行うことができないという問題点があった。
【０００５】また、車両の走行状態即ち車速又は積載荷重に応じて電動機の回転速度を制御することにより、据え切り時には電動機回転速度を大きくして回生制動を生じないようにし、走行時には車速に応じて電動機回転速度を小さくして回生制動を生じさせて操舵抵抗を与えることにより、操舵感覚を改善することも考えられるが、この電動機回転速度制御によれば据え切り時に重点を置いた操舵補助力特性に設定することにより、据え切り時には軽い操舵を行い、走行時には回生制動による操舵抵抗を与えて重い操舵を行うことができるが、ハンドルを電動機の回転速度より早く回転させないと回生制動状態とならないことから、制御範囲をさほど広くとることができないという問題点があった。
【０００６】この結果、車両の走行状態に応じて最適な補助操舵力を発生するには、操舵トルクに対する電動機出力電流特性と、電動機出力トルクに対する回転速度特性との双方を組み合わせることが望ましいが、バッテリーフォークリフト等では、許容積載荷重が異なる種々の車種があり、これらの車種では当然電動機出力電流特性及び回転速度特性が異なるので、全ての車種に共通の制御装置を製作することは困難であり、斯く車種に応じた多種類の制御装置を製作せざるを得ないのが現状である。
【０００７】そこで、本発明の目的は、種々の車種に対して共通に適用することができる電動式動力舵取装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために、本発明に係る電動式動力舵取装置は、図１のクレーム対応図に示すように、操舵系の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、車両の走行状態を検出する走行状態検出手段と、前記操舵系に対して操舵補助力を発生する電動機と、前記操舵トルク検出手段の検出値に基づいて前記電動機への操舵トルクに対する出力電流特性を制御し、且つ前記走行状態検出手段の走行状態検出値に基づいて当該電動機の出力トルクに対する回転速度特性を制御する制御手段とを備えた電動式動力舵取装置において、前記制御手段は、多数の出力電流特性及び回転速度特性を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶されている各特性を選択する選択手段とを備えた構成を有する。
【０００９】
【作用】本発明では、操舵トルク検出値に基づいて操舵補助力を発生する電動機に対する出力電流を制御すると共に、車速及び操舵輪荷重の少なくとも一方を走行状態検出手段で検出することにより、車両の走行状態を検出し、これに応じて制御手段で、操舵トルクに対応した電動機の回転速度を制御する。このとき、電動機の出力電流特性及び電動機の回転速度特性として、予め多数の特性を記憶しておき、これらの特性を適用する車種に応じて選択手段で選択することにより、種々の車種に適用する電動式動力舵取装置の制御手段を共通化することができる。
【００１０】
【実施例】図２は本発明を後輪操舵型で非積載状態で操舵輪荷重が最大となり、積載状態で操舵輪荷重が減少する所謂カウンタバランス型のフォークリフトに適用した場合の一実施例を示すブロック図である。図中、１はステアリングホイールの操舵に応じて生じる操舵トルクを検出する操舵トルクセンサであって、このトルクセンサ１は、前述した図６に示すように、ステアリングホイールが中立状態にある状態で、所定の中立電圧Ｖ₀を出力し、これよりステアリングホイールを右切りすると、そのときの操舵トルクに応じて中立電圧Ｖ₀より増加する電圧を、左切りすると、そのときの操舵トルクに応じて中立電圧Ｖ₀より減少する電圧を夫々トルク検出信号Ｖ_Tとして出力する。
【００１１】２は車速に応じた電圧信号でなる車速検出信号Ｖ_Vを出力する例えばタコジェネレータで構成される車速センサ、３は積載物を載置するフォーク上の積載荷重に応じた電圧信号でなる積載量検出信号Ｖ_Lを出力する例えばロードセルで構成される積載量センサである。また、４ａ〜４ｃは選択手段を構成する車両特性選択用の３ビットのディップスイッチであり、“０”から“７”までの車両特性番号Ａを選択することができる。
【００１２】そして、操舵トルクセンサ１のトルク検出信号Ｖ_T、車速センサ２の車速検出信号Ｖ_V、積載量センサ３の積載量検出信号Ｖ_L及びディップスイッチ４ａ〜４ｃのスイッチ信号が操舵補助力制御装置５に入力される。この操舵補助力制御装置５は、操舵トルクセンサ１のトルク検出信号Ｖ_Tが増幅器６及びＡ／Ｄ変換器７を介して、車速センサ２の検出信号Ｖ_V、積載量センサ３の検出信号Ｖ_L及びディップスイッチ４ａ〜４ｃのスイッチ信号が夫々入力インタフェース８ａ、８ｂ及び８ｃを介して夫々入力されるマイクロコンピュータ１０と、このマイクロコンピュータ１０に接続されたＲＯＭ及びＲＡＭで構成される記憶装置１１と、マイクロコンピュータ１０から出力される電動機駆動電流指令値Ｉ_M及び電動機印加電圧指令値Ｅ_Mをアナログ電圧に変換するＤ／Ａ変換器１２及び１３と、これらＤ／Ａ変換器１２及び１３の変換出力が入力される電動機駆動回路１４とを備えており、電動機駆動回路１４で電動機駆動電流指令値Ｉ_M及び電動機印加電圧指令値Ｅ_Mに基づいてステアリング系に対して操舵補助トルクを発生する直流電動機１５の駆動電流及び回転数を制御する。
【００１３】記憶装置１１には、そのＲＯＭに予め図３に示す操舵トルクセンサ１のトルク検出信号に基づくトルク検出値Ｔ_Sと電動機駆動電流Ｉ_Mとの関係を表す９通りの特性線図Ｔ₁〜Ｔ₉がマップとして記憶されていると共に、図４に示す電動機出力トルクと回転数との関係を表す１４通りの特性線図Ｎ₁〜Ｎ₁₄がマップとして記憶され、且つ図５に示すディップスイッチ４ａ〜４ｃで選択された選択番号と、後述する車両状態に応じて出力電流特性及び回転数特性を設定する記憶テーブルが記憶されている。
【００１４】そして、マイクロコンピュータ１０は、ディプスイッチ４ａ〜４ｃのスイッチ信号を読込むと共に、車速センサ２及び積載量センサ３の各検出値を読込み、これらに基づいて図５の記憶テーブルを参照して出力電流特性及び回転数特性を設定し、次いで操舵トルクセンサ１のトルク検出信号Ｖ_Tを読込み、これから中立電圧Ｖ₀を減算して操舵トルクの方向に応じて右操舵を正、左操舵を負とするトルク検出値Ｔ_Sを算出し、このトルク検出値Ｔ_Sをもとに設定された出力電流特性から電動機駆動電流指令値Ｉ_Mを算出すると共に、設定された回転数Ｎ_Mに対応する電動機印加電圧指令値Ｅ_Mを算出し、電動機駆動電流指令値Ｉ_M及び電動機印加電圧指令値Ｅ_Mを夫々をＤ／Ａ変換器１２及び１３を介して電動機駆動回路１４に出力する。
【００１５】次に、上記実施例の動作を説明する。先ず、バッテリーフォークリフトに操舵補助力制御装置５を組み込む場合に、バッテリーフォークリフトの特性を把握する。これには、予め適用車種の停車中に操舵を行う所謂据え切り時に必要な操舵補助トルクが大きいか否か、据え切り時の操舵補助トルクと車両が一定車速以上で走行しているときの操舵トルクとの比が大きいか否か、積載重量の変化による輪荷重変化が大きいか小さいか等を調べることにより、図５に示す記憶テーブルと同様の特性対称表に記載されている車両特性番号“０”〜“７”から適合する車両特性番号Ａを選択し、この車両特性番号Ａをディップスイッチ４ａ〜４ｃに設定する。
【００１６】すなわち、据え切り時に大きな操舵補助トルクを必要とする場合には、車両特性番号Ａとして“０”〜“３”の何れか１つを選択し、据え切り時にはさほど大きな操舵補助トルクを必要とせず、一定車速以上で走行し且つ積載重量が大きい場合に輪荷重が小さい場合には、車両特性番号Ａとして“６”又は“７”を選択し、これらの車両特性番号をディップスイッチ４ａ〜４ｃに設定する。
【００１７】このように、車両特性番号Ａを設定した後、バッテリーフォークリフトの起動スイッチをオン状態とすると、これに応じて操舵補助力制御装置５に電源が供給され、マイクロコンピュータ１０で図６に示す処理が実行される。すなわち、ステップ■で、ディップスイッチ４ａ〜４ｃのスイッチ信号を読込み、次いでステップ■に移行して、車速センサ２及び積載量センサ３の各検出値を読込み、次いでステップ■に移行して、車両が据え切り状態であるか否かを判定する。この判定は、車速センサ２の車速検出値Ｖ_Vが予め設定した車速閾値Ｖ_VT未満であり、且つ積載量センサ３の積載量検出値Ｖ_Lが予め設定した積載量閾値Ｖ_LT未満であるか否かを判定することにより行い、Ｖ_V＜Ｖ_VTで且つＶ_L＜Ｖ_LTであるときには、据え切り状態であると判断しステップ■ａに移行して、車両状態変数Ｂを“０”に設定してからステップ■に移行し、Ｖ_V≧Ｖ_LT又はＶ_L≧Ｖ_LTであるときには、ステップ■ｂに移行する。
【００１８】このステップ■ｂでは、Ｖ_V≧Ｖ_VT且つＶ_L≧Ｖ_LTであるか否かを判定し、Ｖ_V≧Ｖ_VT又はＶ_L≧Ｖ_LTであるときには、ステップ■ｃに移行して、車両状態変数Ｂを“１”に設定してからステップ■に移行し、Ｖ_V≧Ｖ_LT且つＶ_L≧Ｖ_LTであるときにはステップ■ｄに移行して、車両状態変数Ｂを“２”に設定してからステップ■に移行する。
【００１９】ステップ■では、車両特性番号Ａ及び車両状態変数Ｂをもとに、図４の記憶テーブルを参照して、車両特性及び車両状態に最適な出力電流特性Ｔ_i及び回転数Ｎ_jを算出してからステップ■に移行する。このステップ■では、操舵トルクセンサ１のトルク検出信号Ｖ_Tを読込み、次いでステップ■に移行してトルク検出信号Ｖ_Tから中立電圧Ｖ₀を減算して、右操舵を正、左操舵を負とする操舵トルク検出値Ｔ_Sを算出し、次いでステップ■に移行して、図３の出力電流特性マップにおける出力電流特性Ｔ_iを参照して電動機駆動電流指令値Ｉ_Mを算出し、次いでステップ■に移行して、ステップ■で算出した回転数Ｎ_jに対応する電動機印加電圧指令値Ｅ_Mを算出してからステップ■に移行する。
【００２０】ステップ■では、算出された電動機駆動電流指令値Ｉ_M及び電動機印加電圧指令値Ｅ_MをＤ／Ａ変換器１２及び１３を介して電動機駆動回路１４に出力してから処理を終了する。なお、図６の処理において、ステップ■〜■ｄの処理及び車速センサ２，積載量センサ３で車両状態検出手段が構成され、ステップ■の処理及び図５の記憶テーブルで選択手段が構成されている。
【００２１】したがって、今、車両特性番号Ａが“０”に設定されており、車両が停車状態にあって積載量が少ないものとすると、この状態では、後輪側の操舵輪の輪荷重は最大となっている。このとき、図６の処理が実行されると、車速センサ２の車速検出信号Ｖ_Vが零であり、積載量センサ３の積載量検出信号Ｖ_Lも零に近い値であるので、ステップ■からステップ■ａに移行して、車両状態変数Ｂが“０”に設定される。
【００２２】このため、ステップ■で出力電流特性がＴ₁に、回転数がＮ₁に夫々設定される。このとき、ステアリングホイールが中立状態で非操舵状態であるときには、操舵トルクが零であるので、操舵トルクセンサ１から出力される操舵トルク検出信号Ｖ_Tが中立電圧Ｖ₀となっており、ステップ■で算出される操舵トルク検出値Ｔ_Sが零となっている。このため、ステップ■で算出される電動機駆動電流指令値Ｉ_Mも零となっており、これが電動機駆動回路１４に供給されるので、この電動機駆動回路１４では電動機１５に対する駆動電流の供給を停止しており、電動機１５は停止状態にある。
【００２３】この非操舵中立状態から、ステアリングホイールを右操舵（又は左操舵）する所謂据切りを行うと、トルクセンサ１のトルク検出信号Ｖ_Tに基づく操舵トルク検出値Ｔ_Sが設定値±Ｔ₁を越えたときに、そのときの操舵トルク検出値Ｔ_Sに応じた電動機駆動電流指令値Ｉ_Mが算出され、且つ回転数Ｎ₁に対応する電動機印加電圧指令値Ｅ_Mが算出され、これらが電動機駆動回路１４に出力される。なお、トルクセンサ１の検出電圧は、操舵トルクに比例するものであるが、トルクセンサ１に設けられた機械的ストッパーによって上限値Ｖ_H及び下限値Ｖ_Lを越えることはない。
【００２４】したがって、電動機駆動回路１４で、操舵トルクに対応した電動機駆動電流で且つ高い回転数Ｎ₁となる印加電圧Ｅ₁が直流電動機１５に供給される。その結果、直流電動機１５で、軽積載量時で且つ据切り時である重負荷時に応じた操舵補助トルクを発生すると共に、高回転数Ｎ₁に設定されることからステアリングホイールが電動機回転数より高い回転数で操舵されることはないので、直流電動機１５で回生制動を生じることがなく、軽い操舵を行うことができる。
【００２５】この据切り状態から、車両が走行を開始し、車速センサ２から出力される車速検出信号Ｖ_Vが車速閾値Ｖ_VT以上となる比較的高速走行状態となると、図６R>６の処理において、ステップ■からステップ■ｂを経てステップ■ｃに移行して、車両状態変数Ｂが“１”に設定される。このため、ステップ■で、図５の記憶テーブルを参照して出力電流特性がＴ₄に設定されると共に回転数がＮ₉に設定される。この結果、操舵トルクセンサ１で検出されるトルク検出信号Ｖ_Tが据え切り状態と同じ値であっても、電動機１５に供給される電動機駆動電流は据え切り時の２／３程度となるので、電動機１５で発生される操舵補助トルクも小さくなり、しかも電動機１５の回転数が半分程度に低下するので、急操舵を行ったときには、電動機１５の出力軸にステアリング系からその回転数より高い回転数が伝達され、電動機１５の出力軸が外力によって回転されることとなって回生制動状態に移行し、操舵抵抗を発生し、ステアリングホイールの操舵感覚が走行状態に応じて重くなり、不用意な急操舵を防止することができる。
【００２６】一方、バッテリーフォークリフトの積載重量が多く、積載量センサ３から出力される積載量検出信号Ｖ_Lが大きいときには、車両が停車状態でもステップ■からステップ■ｂを経てステップ■ｃに移行することになり、車両状態変数Ｂが“１”に設定されることから、上述した高速走行状態と同様の操舵感覚を得ることができ、この状態で車両が走行を開始して高速走行状態となると、ステップ■ｂからステップ■ｄに移行して車両状態変数Ｂが“２”に設定されて、ステップ■で出力電流特性がＴ₇に、回転数がＮ₁₂に設定されることから、操舵トルク検出信号に対する電動機出力電流の比及び回転数がさらに小さくなるので、電動機１５で発生する操舵補助トルクがより小さくなると共に、急操舵よりは緩やかな操舵でも電動機１５が回生制動状態となることにより、より大きな操舵抵抗感覚を与えて、走行安定性を確保することができる。
【００２７】このように、上記実施例によると、トルクセンサで検出した操舵トルク検出値に応じて電動機の出力トルクを制御すると共に、車速検出値及び／又は積載量検出値に応じて電動機の回転数を可変制御することができ、これらの出力トルク特性及び回転数特性を適用車両の特性に合わせて選択することができるので、操舵力制御装置５を広範囲の車種に適用することが可能となり、汎用性を向上させることができる。
【００２８】なお、本実施例では、積載量センサ３１でフォーク上の積載物荷重を直接検出する場合を説明したが、操舵輪の輪荷重を検出し、この輪荷重変化に対応して回転数を変更するようにしてもよい。また、本実施例では、選択手段としてディップスイッチ４ａ〜４ｃを適用したが、これに限定されるものではなく、ジャンパー線、テンキー等の入力手段を適用することができる。
【００２９】さらに、本実施例では、走行状態検出手段として、車速センサ２１及び積載量センサ３１の双方を適用した場合を説明したが、これらの何れか一方を省略するようにしてもよい。さらにまた、本実施例では、操舵補助力制御装置２をマイクロコンピュータ１０で構成する場合について述べたが、関数発生器、車速又は積載量に応じてトルク検出電圧を制限する電圧リミッタ、その出力が供給されるパルス幅変調回路、その出力が供給される電動機駆動回路等のアナログ回路を適用してアナログ制御することもできる。
【００３０】また、本実施例では、後輪操舵型のフォークリフトについて説明したが、これに限らず、前輪操舵型のフォークリフトにも本発明を適用することができ、この場合には、積載量が多いときに出力電流特性及び回転数特性を大きく設定すればよい。
【００３１】
【発明の効果】以上のように、本発明に係る電動式動力舵取装置によれば、操舵トルク検出手段の操舵トルク検出値に応じて電動機に供給する出力電流を制御し、且つ車両の車速、積載量等による走行状態を走行状態検出手段で検出し、この走行状態検出手段の走行状態検出値に応じて制御手段で電動機の回転数を制御するようにし、さらに多数の出力電流特性及び回転数特性を予め記憶装置に記憶しておき、これを選択手段で選択するようにしたので、１つの制御装置で多種類の車種に適用することが可能となり、汎用性を向上させることができる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のクレーム対応図である。
【図２】本発明に係る電動式動力舵取装置の一実施例を示すブロック図である。
【図３】操舵トルク検出値と電動機駆動電流との関係を示す特性線図である。
【図４】電動機の出力トルクと駆動電流及び回転数との関係を示す特性線図である。
【図５】車両特性番号と車両状態との関係を示す記憶テーブルを示す説明図である。
【図６】マイクロコンピュータの処理を示すフローチャートである。
【図７】操舵トルクとセンサ出力との関係を示す特性線図である。
【図８】センサ出力と電動機電流との関係を示す特性線図である。
【図９】操舵トルクと電動機電流との関係を示す特性線図である。
【符号の説明】
１操舵トルクセンサ
２車速センサ
３積載量センサ
４ａ〜４ｃディップスイッチ
５操舵補助力制御装置
１０マイクロコンピュータ
１１記憶装置
１４電動機駆動回路
１５直流電動機

【特許請求の範囲】
【請求項１】操舵系の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、車両の走行状態を検出する走行状態検出手段と、前記操舵系に対して操舵補助力を発生する電動機と、前記操舵トルク検出手段の検出値に基づいて前記電動機への操舵トルクに対する出力電流特性を制御し、且つ前記走行状態検出手段の走行状態検出値に基づいて当該電動機の出力トルクに対する回転速度特性を制御する制御手段とを備えた電動式動力舵取装置において、前記制御手段は、多数の出力電流特性及び回転速度特性を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶されている各特性を選択する選択手段とを備えていることを特徴とする電動式動力舵取装置。

【図１】