JP2001055155A - パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 作動時の騒音を低減しつつ安価なパワーステ
アリング装置を提供すること。 【解決手段】 ハンドル１１の操作に基づきステアリン
グシリンダ３０に作動油をポンプ２４によって供給し車
輪４１を操舵させる産業車両のパワーステアリング装置
１０であって、ハンドル１０が操作されているか否かを
判定し（Ｓ１２）、ハンドル１０が操作されていないと
判定されたときにモータ６０の駆動回路８０に対しハン
ドル１１の操作時より高い周波数となるチョッパ駆動信
号を出力する（Ｓ１６）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、産業車両用の油圧
式パワーステアリング装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、フォークリフトなどの産業車両に
おいて、ステアリングシリンダ（油圧シリンダ）を用い
て操舵輪を操舵する全油圧式パワーステアリング装置が
知られている。このパワーステアリング装置は、ハンド
ル操作に基づいてモータを駆動しポンプを作動させてス
テアリングシリンダへ作動油を供給し、その作動油の供
給量を調整して操舵輪の操舵制御を行うものである。

【０００３】このパワーステアリング装置において、モ
ータの駆動は、一般にチョッパ回路が用いられる。図６
に示すように、チョッパ回路Ａは、スイッチング素子Ｂ
を内蔵して構成され、制御ユニットＣからチョッパ駆動
信号であるパルス信号の入力に応じて駆動し、モータＤ
を駆動させポンプＥを作動させる。一方、チョッパ回路
ＡによりモータＤ及びポンプＥなどを駆動する際には、
それらの駆動音が発生する。この駆動音は、ハンドル操
作され産業車両が駆動しているときにはそれ以上の音が
発生するため、あまり気にならないものとなるが、ハン
ドル操作されていないときには耳障りなものとなる。

【０００４】このような産業車両のパワーステアリング
装置における騒音対策として、チョッパ駆動信号の周波
数を可聴領域（人間の可聴領域をいう。以下、同じ。）
より高い周波数に設定し、人間には聞こえない音とする
ことが考えられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、そのよ
うにパワーステアリング装置の騒音対策を行うと、ハン
ドル操作時などにチョッパ回路Ａが高速動作することな
り、チョッパ回路Ａに内蔵されるスイッチング素子Ｂに
大きなスイッチング損失が発生する。このスイッチング
損失は熱となるため、スイッチング素子Ｂを定格範囲な
どで無理なく動作させるためには、図７に示すように、
スイッチング素子Ｂの保護回路Ｆを設ける必要がある。
従って、パワーステアリング装置の騒音対策の結果、保
護回路Ｆの増設によりコストアップとなってしまう。

【０００６】そこで本発明は、このような問題点を解決
するためになされたものであって、作動時の騒音を低減
しつつ安価なパワーステアリング装置を提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明に係る
パワーステアリング装置は、ハンドル操作に基づき操舵
用油圧シリンダに作動油をポンプによって供給し操舵輪
を操舵させる産業車両のパワーステアリング装置におい
て、ポンプを作動させるモータと、チョッパ回路を有し
チョッパ回路を用いてモータを駆動するモータ駆動手段
と、ハンドルの操作状態を検出するハンドル操作検出手
段と、ハンドル操作検出手段の検出信号に基づきハンド
ルが操作状態か否かを判定するハンドル操作判定手段
と、ハンドル操作判定手段によりハンドルが操作されて
いないと判定されたときにモータ駆動手段に対しハンド
ルの操作時より高い周波数となるチョッパ駆動信号を出
力するモータ駆動制御手段とを備えたことを特徴とす
る。

【０００８】また本発明に係るパワーステアリング装置
は、前述のモータ駆動制御手段が、ハンドル操作判定手
段によりハンドルが操作されていないと判定されたとき
に、モータ駆動手段に対しハンドルの操作時より高い周
波数であって可聴領域以上の周波数となるチョッパ駆動
信号を出力することを特徴とする。

【０００９】これらの発明によれば、ハンドルの非操作
時に、モータ駆動手段に対しハンドルの操作時より高い
周波数となるチョッパ駆動信号又はハンドルの操作時よ
り高い周波数であって可聴領域以上の周波数となるチョ
ッパ駆動信号を出力することにより、それらのチョッパ
駆動信号に基づいて作動するモータ及びポンプなどから
生ずる騒音を可聴領域以上の周波数のものとすることが
できる。このため、可聴領域における騒音の発生を抑制
することができる。

【００１０】また本発明に係るパワーステアリング装置
は、前述のモータ駆動制御手段が、ハンドル操作判定手
段によりハンドルが操作されていないと判定されたとき
に、モータを低速でアイドリング回転させることを特徴
とする。

【００１１】また本発明に係るパワーステアリング装置
は、前述のモータ駆動制御手段が、ハンドル操作判定手
段によりハンドルが操作されていないと判定されたとき
に、モータ駆動手段に対し、ある所定のデューティー比
となるチョッパ駆動信号を出力することを特徴とする。

【００１２】これらの発明によれば、ハンドルの非操作
時において、モータ駆動手段にあるデューティー比とな
るチョッパ駆動信号を出力し、モータを低速でアイドリ
ング回転させることにより、チョッパ回路のスイッチン
グ素子の駆動負担を軽減することができる。このため、
チョッパ回路に高周波のチョッパ駆動信号を出力する場
合でも、スイッチング素子の保護回路等を増設する必要
がなく、ほとんどコストアップなくモータ駆動時の騒音
の発生を防止できる。

【００１３】また本発明に係るパワーステアリング装置
は、望ましくは、バッテリ式の産業車両に用いられる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明にお
いて同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を
省略する。

【００１５】図１に本発明の実施形態に係るパワーステ
アリング装置の全体構成の説明図を示す。

【００１６】図１に示すように、パワーステアリング装
置１０は、前輪駆動及び後輪操舵の四輪車であってバッ
テリにより駆動するフォークリフトに用いられるもので
ある。パワーステアリング装置１０には操舵するための
ハンドル１１が設けられている。このハンドル１１に
は、ハンドル１１の操作性を向上させるノブ１３が取り
付けられている。また、ハンドル１１の下方にはステア
リングシャフト１２が取り付けられ、ハンドル１１の操
作に応じて回動可能に支持されている。ステアリングシ
ャフト１２の途中には、ロータリエンコーダ１４が設け
られている。ロータリエンコーダ１４は、ハンドル１１
の操作状態を検出するハンドル操作検出手段であり、回
転板１４ａ及び検出部１４ｂにより構成されている。

【００１７】回転板１４ａはステアリングシャフト１２
に一体的に取り付けられ、ハンドル操作に応じてステア
リングシャフト１２と共に回転する。回転板１４ａは、
その周方向に沿って開口される多数のスリットを形成し
ている。例えば、回転板１４ａには、４０個のスリット
が周方向に沿って等間隔で開口され、かつ、回転板１４
ａの回転の基準位置を検出するための１個のスリットが
４０個のスリットと異なる周上に開口される。

【００１８】検出部１４ｂは、回転板１４ａの外側に配
設され、回転板１４ａの回転量を検出する。検出部１４
ｂは、図示しない３組の受光素子及び発光素子により構
成されている。受光素子と発光素子は、回転板１４ａを
挟んで配置され、発光素子が発する光を受光素子がスリ
ットを介して検出しパルス信号を出力する。また、各受
光素子はパルス信号の位相が９０度ずれるように配設さ
れており、その受光素子のうちの一つは１個のスリット
を検出可能な位置に配設されている。受光素子として
は、例えばフォトトランジスタが用いられ、発光素子と
しては、例えば発光ダイオードが用いられる。

【００１９】なお、パワーステアリング装置１０におけ
るハンドル操作検出手段としては、上述したロータリエ
ンコーダ１４に限られるものでなく、ハンドル操作の有
無を検出できれば、その他の装置などであってもよい。

【００２０】ステアリングシャフト１２の下端は、オー
ビットロール２０に連結されている。オービットロール
２０は、作動油を供給する作動供給ユニットであり、バ
ルブ部２１とリリーフ弁２２により構成されている。バ
ルブ部２１は、二つの給排ポートｅ、ｆ、導入ポートｇ
及び排出ポートｈを備えている。導入ポートｇは、管路
２３を通じて油圧ポンプ２４に接続されている。排出ポ
ートｈは、管路２５を通じて油タンク２６に接続されて
いる。また、管路２３と管路２５との間には、管路２３
側を流入側としてリリーフ弁２２が接続されている。リ
リーフ弁２２は、管路２３から導入ポートｇに供給され
る作動油の油圧を所定圧力に制限する。

【００２１】バルブ部２１にはステアリングシャフト１
２が接続され、ステアリングシャフト１２の回動に基づ
きその回動に応じた油量の作動油を給排ポートｅ、ｆの
一方から供給すると共に、その供給分だけ外部から戻さ
れた作動油を他方の給排ポートｅ、ｆから受け入れる。
給排ポートｅは管路２７を通じてステアリングシリンダ
３０の油室３１に接続され、給排ポートｆは管路２８を
通じてステアリングシリンダ３０の油室３２に接続され
ている。

【００２２】ステアリングシリンダ３０は、作動油の供
給により車輪４１、４１を操舵させる操舵用油圧シリン
ダであり、複動両ロッド型のものが用いられる。ステア
リングシリンダ３０は、シリンダチューブ３３を備えて
おり、そのシリンダチューブ３３内にはピストン３４が
配設されている。このピストン３４により、シリンダチ
ューブ３３の内部が油室３１と油室３２に区画されてい
る。ピストン３４の両面には操舵ロッド３５がそれぞれ
設けられ、各操舵ロッド３５はシリンダチューブ３３の
各端部から延出している。各操舵ロッド３５の端部は、
レバー３６、ナックル３７を介して操舵輪である車輪４
１と機械的に連結されている。

【００２３】管路２７と管路２８との間にはバイパス管
５１が接続されている。また、バイパス管５１には、電
磁弁５２及び絞り弁５３が設けられている。電磁弁５２
は、ノーマルクローズ型の２位置２ポート切換弁であ
る。絞り弁５３は、電磁弁５２が故障で連通状態となっ
たときにバイパス管５１を流れる作動油の流量を制限す
ることにより、ハンドル操作を可能とするものである。

【００２４】油圧ポンプ２４には、モータ６０が接続さ
れている。モータ６０は、油圧ポンプ２４を作動させる
ためのものであり、駆動回路８０により駆動される。

【００２５】パワーステアリング装置１０には、制御ユ
ニット７０が設けられている。制御ユニット７０は、パ
ワーステアリング装置１０の装置全体の制御を行うもの
であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを含むコンピュータを
主体として構成されている。ＲＯＭには、ハンドル操舵
時の制御ルーチンを含む各種制御ルーチンが記憶されて
いる。

【００２６】制御ユニット７０は、ロータリエンコーダ
１４と接続され、ロータリエンコーダ１４から出力され
るハンドル操作信号が入力される。また、制御ユニット
７０は、電磁弁５２に接続されており、その電磁弁５２
に制御信号を出力し電磁弁５２の開閉制御を行う。ま
た、制御ユニット７０は、駆動回路８０と接続されてお
り、ハンドル操作信号に基づいて駆動回路８０にチョッ
パ駆動信号を出力し駆動回路８０を通じてモータ６０の
駆動制御を行う。

【００２７】また、制御ユニット７０は、ハンドル操作
検出信号に基づき、ハンドル１１が操作状態か否かを判
定するハンドル操作判定手段として機能する。また、制
御ユニット７０は、ハンドル１１が操作状態でないと判
定したときに、駆動回路８０に対しハンドル操作時より
高い周波数となるチョッパ駆動信号を出力するモータ駆
動制御手段として機能する。

【００２８】図２にパワーステアリング装置１０の制御
ユニット及び駆動回路を示す。

【００２９】図２に示すように、モータ６０は、バッテ
リ９０と接続されており、そのバッテリ９０から電源供
給を受けている。また、モータ６０は、駆動回路８０と
接続され、その駆動回路８０の作動により駆動される。
駆動回路８０は、チョッパ回路８１とドライバ回路８２
を備えて構成されている。チョッパ回路８１は、スイッ
チング素子８３を有しており、そのスイッチング素子８
３を適宜スイッチングさせて、モータ６０に印加される
電圧を調整する。

【００３０】モータ６０の正負の両端子間には、モータ
保護用のダイオード６１が付設されている。一方、スイ
ッチング素子８３には、スナバ回路などの保護回路は特
に付設されていない。なお、図２において、モータ６０
の電圧・電流を平滑化する平滑リアクトルやスイッチン
グ素子８３がオフのときにモータ負荷電流の通路となる
ダイオードなどの図示を省略してある。

【００３１】チョッパ回路８１のスイッチング素子８３
は、制御ユニット７０のチョッパ駆動信号をドライバ回
路８２を介して入力され、そのチョッパ駆動信号に基づ
いてスイッチング動作する。

【００３２】次に、パワーステアリング装置に動作につ
いて説明する。

【００３３】図３に、パワーステアリング装置１０の動
作についてのフローチャートを示す。フォークリフトの
キースイッチがオンとされることにより処理が開始さ
れ、まず、図３のステップＳ１０（以下、単に「Ｓ１
０」と示す。他のステップについても同様とする。）に
て、ハンドル１１の操舵角の読み込みが行われる。ハン
ドル１１の操舵角の読み込みは、ロータリエンコーダ１
４から出力されるハンドル操作信号に基づいて行われ、
読み込まれた操舵角のデータは制御ユニット７０に記憶
される。

【００３４】次いで、Ｓ１２に移行し、ハンドル操舵角
に変化がないか否かが判定される。この判定は、先に記
憶されているハンドル操舵角のデータと、Ｓ１０にて記
憶されたハンドル操舵角のデータとを比較することによ
り行われる。このＳ１２にて、ハンドル操舵角に変化が
あると判定されたときには、Ｓ１４に移行し、低周波チ
ョッパ駆動処理が行われる。

【００３５】この低周波チョッパ駆動処理は、図４に示
すように、制御ユニット７０から低周波のパルス信号で
あるチョッパ駆動信号を出力し、ドライバ回路８２を介
してチョッパ回路８１に入力することにより行われる。
このチョッパ駆動信号を受けて、チョッパ回路８１が低
周波でオンオフを繰り返し、そのオンオフの状態に基づ
いてモータ６０の駆動が制御される。このモータの駆動
に応じて、油圧ポンプ２４がステアリングシリンダ３０
に作動油を供給し、車輪操舵が行われる。

【００３６】このとき、チョッパ駆動信号の周波数は、
モータ６０に流す電流の平滑化を考えれば高周波の方が
望ましいが、チョッパ駆動信号を受けてスイッチングす
るスイッチング素子８３のスイッチング損失が多大なも
のとならないように、一定の低周波とされる。例えば、
低周波のチョッパ駆動信号の周波数は、数百〜１ｋＨｚ
程度に設定される。

【００３７】また、低周波のチョッパ駆動信号のデュー
ティー比は、ハンドル１１の操舵角（ハンドル操作量）
に応じて適宜変化し、例えば３０〜１００％に変化す
る。なお、ここでいう「デューティー比」とは、オンオ
フの１周期の時間Ｔに対するオン時間Ｔｏｎの比をい
う。

【００３８】一方、Ｓ１２にて、ハンドル操舵角に変化
がないと判定されたときには、Ｓ１６に移行し、高周波
チョッパ駆動処理が行われる。

【００３９】この高周波チョッパ駆動処理は、図５に示
すように、制御ユニット７０から高周波のパルス信号で
あるチョッパ駆動信号を出力し、ドライバ回路８２を介
してチョッパ回路８１に入力することにより行われる。
このチョッパ駆動信号を受けて、チョッパ回路８１が高
周波でオンオフを繰り返し、そのオンオフの状態に基づ
いてモータ６０の駆動が制御される。このモータ６０の
駆動に応じて、油圧ポンプ２４がオービットロール２０
に作動油を供給し、ハンドル１１の操作に対し迅速に作
動油をステアリングシリンダ３０に供給できる状態とな
る。

【００４０】この高周波のチョッパ駆動信号の周波数
は、低周波のチョッパ駆動信号の周波数より高い周波数
であり、少なくとも人間が聞き取れない可聴領域外の周
波数とされる。例えば、高周波のチョッパ駆動信号の周
波数は、１０ｋ〜１５ｋＨｚ程度に設定される。

【００４１】また、高周波のチョッパ駆動信号のデュー
ティー比は、ある所定の値とされ、例えば、３０％に設
定される。このようにハンドル非操作時にデューティー
比の小さいチョッパ駆動信号が出力されることにより、
モータ６０が低速でアイドリング運転されることとな
る。

【００４２】以上のように、本実施形態に係るパワース
テアリング装置１０によれば、ハンドル１１の非操作時
に、駆動回路８０に対し、ハンドル１１の操作時より高
い周波数となるチョッパ駆動信号又はハンドル１１の操
作時より高い周波数であって可聴領域以上の周波数とな
るチョッパ駆動信号を出力することにより、そのチョッ
パ駆動信号に基づいて作動するモータ及びポンプなどか
ら生ずる騒音を可聴領域以上の周波数のものとすること
ができる。このため、可聴領域における騒音の発生を抑
制することができる。

【００４３】また、ハンドル１１の非操作時に、モータ
６０を低速でアイドリング回転させ又は駆動回路８０に
デューティー比の小さいチョッパ駆動信号を出力するこ
とにより、チョッパ回路８１のスイッチング素子８３の
駆動負担を軽減することができる。このため、チョッパ
回路８１に高周波のチョッパ駆動信号を出力する場合で
も、スイッチング素子８３の保護回路等を増設する必要
がなく、ほとんどコストアップなくモータ駆動時の騒音
発生の防止が図れる。

【００４４】なお、上述した本実施形態では前輪駆動及
び後輪操舵の四輪車であってバッテリ式のフォークリフ
トに用いられるパワーステアリング装置１０について説
明したが、本発明に係るパワーステアリング装置はその
ようなものに限られるものではなく、その他の形態のフ
ォークリフト又はその他フォークリフト以外の産業車両
に用いられるものであってもよい。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ハ
ンドルの非操作時に、モータ駆動手段に対しハンドルの
操作時より高い周波数となるチョッパ駆動信号又はハン
ドルの操作時より高い周波数であって可聴領域以上の周
波数となるチョッパ駆動信号を出力することにより、そ
れらのチョッパ駆動信号に基づいて作動するモータ及び
ポンプなどから生ずる騒音を可聴領域以上の周波数のも
のとすることができる。このため、可聴領域における騒
音の発生を抑制することができる。

【００４６】また、ハンドルの非操作時において、モー
タ駆動手段にある所定のデューティー比となるチョッパ
駆動信号を出力しモータを低速でアイドリング回転させ
ることにより、チョッパ回路のスイッチング素子の駆動
負担を軽減することができる。このため、チョッパ回路
に高周波のチョッパ駆動信号を出力する場合でも、スイ
ッチング素子の保護回路等を増設する必要がなく、ほと
んどコストアップなくモータ駆動時の騒音の発生を防止
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係るパワーステアリング装
置の説明図である。

【図２】図１におけるパワーステアリング装置の制御ユ
ニット及び駆動回路の説明図である。

【図３】図１におけるパワーステアリング装置の動作を
示すフローチャートである。

【図４】図１におけるパワーステアリング装置における
低周波チョッパ駆動処理の説明図である。

【図５】図１におけるパワーステアリング装置における
高周波チョッパ駆動処理の説明図である。

【図６】従来技術の説明図である。

【図７】従来技術の説明図である。

【符号の説明】

１０…パワーステアリング装置、１１…ハンドル、１４
…ロータリエンコーダ、２４…ポンプ、６０…モータ、
７０…制御ユニット、８０…駆動回路、８１…チョッパ
回路、８３…スイッチング素子。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハンドル操作に基づき操舵用油圧シリン
   ダに作動油をポンプによって供給し操舵輪を操舵させる
   産業車両のパワーステアリング装置において、 前記ポンプを作動させるモータと、 チョッパ回路を有し、前記チョッパ回路を用いて前記モ
   ータを駆動するモータ駆動手段と、 前記ハンドルの操作状態を検出するハンドル操作検出手
   段と、 前記ハンドル操作検出手段の検出信号に基づき前記ハン
   ドルが操作状態か否かを判定するハンドル操作判定手段
   と、 前記ハンドル操作判定手段により前記ハンドルが操作さ
   れていないと判定されたときに、前記モータ駆動手段に
   対し前記ハンドルの操作時より高い周波数となるチョッ
   パ駆動信号を出力するモータ駆動制御手段と、を備えた
   ことを特徴とするパワーステアリング装置。
2. 【請求項２】 前記モータ駆動制御手段は、前記ハンド
   ル操作判定手段により前記ハンドルが操作されていない
   と判定されたときに、前記モータ駆動手段に対し前記ハ
   ンドルの操作時より高い周波数であって可聴領域以上の
   周波数となるチョッパ駆動信号を出力すること、を特徴
   とする請求項１に記載のパワーステアリング装置。
3. 【請求項３】 前記モータ駆動制御手段は、前記ハンド
   ル操作判定手段により前記ハンドルが操作されていない
   と判定されたときに、前記モータを低速でアイドリング
   回転させること、を特徴とする請求項１又は２に記載の
   パワーステアリング装置。
4. 【請求項４】 前記モータ駆動制御手段は、前記ハンド
   ル操作判定手段により前記ハンドルが操作されていない
   と判定されたときに、前記モータ駆動手段に対し、ある
   所定のデューティー比となるチョッパ駆動信号を出力す
   ること、を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の
   パワーステアリング装置。
5. 【請求項５】 バッテリ式の産業車両に用いられること
   を特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のパワース
   テアリング装置。