JP2007308037A - 産業車両の操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 操舵装置において、不感帯幅を適切に設定して駆動装置の出力を制御できるようにする。
【解決手段】 判定手段は、入力角と出力角との偏差がハンドルの回転に起因するものであるか、転舵輪の回転に起因するものであるかを判定する。
制御手段は、偏差が絶対値として所定値以上であれば、偏差に比例するよう出力を算出する。ここで、判定手段により偏差がハンドルの回転に起因するものであると判定される場合、転舵輪の回転に起因するものであると判定される場合に比べ、制御手段は上記所定値を絶対値として大きくすると共に、出力を算出する際の比例係数を絶対値として小さくする。
【選択図】 図３Ａ

Description

本発明は、ハンドルの回転操作に応じて転舵輪を回転させる駆動装置を制御するようにした産業車両の操舵装置に関する。

産業車両の操舵装置では、ハンドルの回転角度やトルクなどを検出し、これらを入力としてモータなど駆動装置の出力を制御することが行われており、その際、入力に対して出力を０とする不感帯を設けることが行われている。このような不感帯の幅は一定値に固定されることもあるが、特許文献１の技術では不感帯幅をハンドルの操作中には小さい幅とし、非操作中には大きい幅とするようにしており、特許文献２の技術では操舵トルク、ヨーレート、及び横加速度に応じて不感帯幅を変更するようにしている。又、特許文献３に示すように、車両の走行速度と操舵速度とを用いて不感帯幅を算出する技術もある。
このように、不感帯幅を小さい幅としたり、大きい幅としたりすることにより操舵感が向上し、又、安定した走行が可能となる。尚、操舵感に係る制御は不感帯幅を変更するものに限らず、例えば特許文献４の技術では、検出される舵角とトルクとに基づいて操舵部材側からの操舵トルクと操向車輪側からの外乱トルクとの判別をし、その結果に従って操舵部材側へ反力を作用させるようにしている。

特開２００３−１１８６０６号公報 特開２００３−１７５８３７号公報 特開２００４−９８３８号公報 特開２００５−１９９９４３号公報

さて、所定の条件で不感帯幅を変更し駆動装置の出力を制御することで操舵感を改善することができるが、例えば特許文献１の技術のように、ハンドル操作のみに応じて不感帯幅の設定していると、走行状況、特に路面の凹凸などにより転舵輪が受ける影響が考慮されない。そのため、場合によっては不感帯幅の設定が操舵感の改善につながらないという問題がある。
そこで本発明は、上記従来の技術に代わって、操舵装置において不感帯幅を適切に設定して駆動装置の出力を制御できるようにすることを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、ハンドルの回転操作に応じて、転舵輪を回転させる駆動装置を制御するようにした産業車両の操舵装置において、上記ハンドルと機械的に連結され、回転可能に設けられた入力軸と、該入力軸の回転角である入力角を検出する入力角検出手段と、上記入力軸と弾性体を介して連結されると共に上記転舵輪と機械的に連結され、回転可能に設けられた出力軸と、該出力軸の回転角である出力角を検出する出力角検出手段と、上記入力角と上記出力角の偏差の要因を判定する判定手段と、該判定手段による判定結果に従い、上記入力角と上記出力角の偏差に基づいて上記駆動装置の出力を決定し、該出力で上記駆動装置を制御する制御手段とを備え、上記判定手段は、上記入力角から入力角速度を、上記出力角から出力角速度をそれぞれ求めると共に、該入力角速度及び出力角速度に基づいて上記偏差が上記ハンドルの回転に起因する第１の偏差であるか、上記転舵輪の回転に起因する第２の偏差であるかを判定するものであり、上記制御手段は、上記偏差が絶対値として所定値未満であれば上記出力を０とし、上記偏差が絶対値として上記所定値以上であれば該偏差に比例係数を乗算して上記出力を算出するものであり、上記判定手段により上記偏差が上記第１の偏差であると判定される場合には、上記偏差が上記第２の偏差であると判定される場合に比べ、上記所定値を絶対値として大きな値とすると共に、上記比例係数を絶対値として小さな値とすることを特徴とする構成としている。

ここで、上記制御手段は、上記判定手段により上記偏差が上記第１の偏差であると判定される場合には、上記偏差が絶対値として第１の所定値未満であれば上記出力を０とし、上記偏差が絶対値として第１の所定値以上であれば該偏差に第１の比例係数を乗算して上記出力を算出し、上記偏差が上記第２の偏差であると判定される場合には、上記偏差が絶対値として第２の所定値未満であれば上記出力を０とし、上記偏差が絶対値として第２の所定値以上であれば該偏差に第２の比例係数を乗算して上記出力を算出するものであり、上記第１の所定値は絶対値として上記第２の所定値より大きく設定され、上記第１の比例係数は絶対値として上記第２の比例係数より小さく設定されるものとすることができる。

このような本発明によれば、入力角と出力角の偏差がハンドルの回転に起因するもの（第１の偏差）であれば、偏差に対し出力が０となる不感帯幅が拡がり、偏差の変動に対する出力の変動が小さくなる。従って、このような状態で、手ぶれなどによりハンドルが無用に回転してしまったとしても、それに追従して転舵輪が回転しにくくなるので、運転者は車両の走行方向を維持しやすくなる。
一方、偏差が転舵輪の回転に起因するもの（第２の偏差）であれば、偏差に対し出力が０となる不感帯幅は狭まり、偏差の変動に対する出力の変動は大きくなる。従って、このような状態で、路面の凸凹などにより転舵輪が無用に回転してしまったとしても、駆動装置により速やかに転舵輪が戻されるので、運転者は車両の走行方向を維持しやすくなる。

上記の構成において、上記判定手段は、上記入力角から求めた上記入力角速度が所定の範囲内であれば、上記偏差が上記第１の偏差であると判定し、上記入力角速度が上記範囲内でなく、且つ上記出力角から求めた上記出力角速度が所定の範囲内であれば、上記偏差が上記第２の偏差であると判定するものとすることができる。

このようにすれば、入力角と出力角の偏差がハンドルの回転に起因するもの（第１の偏差）であるか、転舵輪の回転に起因するもの（第２の偏差）であるかを比較的簡単に判定することができる。

又、上記の構成に加えて、当該車両の走行速度を検出する車速検出手段を備えるものでは、上記判定手段は、上記車速検出手段により検出される走行速度が所定値以上であるときに、上記偏差が上記第１の偏差であるか上記第２の偏差であるかを判定するものとすることができる。

このようにすれば、走行速度が所定値以上であれば、偏差に応じて不感帯幅が変更されて出力が算出されるようになるので、高速走行中であっても運転者は車両の走行方向を維持しやすくなる。

以上に説明したように、本発明によれば、偏差の要因によって駆動装置が異なる出力で制御されるようになり、これによって運転者は車両の走行方向を維持しやすくなり、その負担が軽減される。

以下、本発明をフォークリフトに適用した実施例を、図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、この実施例に係るフォークリフトは、車体１の前部から前方へ延設されたリーチレッグ１Ａを備えており、このリーチレッグ１Ａに沿って前後に移動可能にマスト２が設けられている。マスト２にはフォーク３が昇降可能に支持されており、マスト２とフォーク３とが一体的に前後に移動するようになっている。又、リーチレッグ１Ａの先端部には固定輪であるロードタイヤ４が設けられている。
車体１の後部には機器を収納する収納室１Ｂと、運転者が搭乗する運転台１Ｃとが並設されており、収納室１Ｂの下方に駆動輪と転舵輪とを兼ねたドライブタイヤ５が配され、運転台１Ｃの下方に従動輪であるキャスタタイヤ６が配されている。又、運転台１Ｃの左方で、収納室１Ｂの上方にはステアリングハンドル７、運転台１Ｃの前方にはアクセルレバー８がそれぞれ設けられ、運転台１Ｃ上にはブレーキペダル９が設けられている。この実施例における操舵装置は、ステアリングハンドル７の回転操作に応じてドライブタイヤ５を縦軸回りに回転させてその向きを変えるものである。尚、車体１の前部も機器を収納可能に形成されており、ここに駆動源であるバッテリ（図示せず）や制御装置１０などが収納されている。

図２に示すように、ドライブタイヤ５は、収納室１Ｂ内で車体１に縦軸回りに回転可能に設けられたドライブ装置１１に支持されており、ドライブ装置１１の上方にはドライブタイヤ５を駆動するための走行用モータ１２と、ドライブ装置１１を駆動するための操舵用モータ１３が設置されている。
ドライブタイヤ５と走行用モータ１２とはドライブ装置１１に内蔵されたギヤを介して連結されており、走行用モータ１２からの駆動トルクがドライブ装置１１を介してドライブタイヤ５に伝えられ、ドライブタイヤ５が回転する。又、ドライブ装置１１と操舵用モータ１３とも、上記とは異なるギヤを介して連結されており、操舵用モータ１３からの駆動トルクがドライブ装置１１に伝えられ、ドライブ装置１１が回転する。ここで、ドライブタイヤ５は前述のようにドライブ装置１１に支持されているので、ドライブタイヤ５とドライブ装置１１とは一体的に回転する。又、この実施例では、操舵用モータ１３が正転駆動されるとドライブタイヤ５及びドライブ装置１１が平面視左回りに回転し、操舵用モータ１３が逆転駆動されるとドライブタイヤ５及びドライブ装置１１が平面視右回りに回転するようになっている。
尚、これらのモータは車体１に搭載された制御装置１０により制御される。又、走行用モータ１２には速度センサ１４が内蔵されており、この速度センサ１４により走行用モータ１２の回転数が検出される。

更に、図２に示すように、ステアリングハンドル７とドライブ装置１１とは操舵センサ１５を介して機械的に連結されており、ステアリングハンドル７、ドライブ装置１１、延いてはドライブタイヤ５が連動して回転するようになっている。この操舵センサ１５は、主に、ステアリングハンドル７と連結された入力軸１６と、ドライブ装置１１と連結された出力軸１７と、入力軸１６と出力軸１７とを繋ぐバネ機構１８と、入力軸１６に付設され、入力軸１６の回転角（以下、入力角Ａ）を検出する角度センサ１９と、出力軸１７に付設され、出力軸１７の回転角（以下、出力角Ｂ）を検出する角度センサ２０とからなる。

入力軸１６、出力軸１７はそれぞれ回転可能に設けられており、角度センサ１９は入力軸１６と、角度センサ２０は出力軸１７と、それぞれギヤを介して連結されている。尚、この実施例では、入力軸１６と出力軸１７は一軸上に配置されており、入力軸１６はステアリングハンドル７とチェーン機構２１によって連結され、出力軸１７はドライブ装置１１と自在継手を有するリンク機構２２によって連結されている。又、角度センサ１９，２０では何れも検出対象となる軸が平面視右回りに回転すると回転角が増加するものとして検出され、これら検出信号は制御装置１０へ伝えられる。

従って、運転者がステアリングハンドル７を回転操作すると、ステアリングハンドル７の回転がチェーン機構２１によって入力軸１６へ伝えられ、入力軸１６が回転する。この回転はバネ機構１８によって出力軸１７へ伝えられ、出力軸１７の回転がリンク機構２２によってドライブ装置１１へ伝えられる。逆に、路面の凸凹などの原因によりドライブタイヤ５がドライブ装置１１と共に回転すると、この回転がリンク機構２２によって出力軸１７に伝えられ、出力軸１７が回転する。この回転はバネ機構１８によって入力軸１６へ伝えられ、入力軸１６の回転がチェーン機構２１によってステアリングハンドル７へ伝えられる。尚、この実施例では、バネ機構１８によって入力軸１６と出力軸１７とは同方向に回転し、又、チェーン機構２１及びリンク機構２２によってステアリングハンドル７とドライブタイヤ５及びドライブ装置１１とは逆方向に回転するようになされている。
ここで、バネ機構１８は、所定弾性係数のバネを有するものである。入力軸１６の回転によってこのバネが所定量以上弾性変形すると出力軸１７が回転し始め、入力軸１６の回転が止められるとバネの弾性復元力によって出力軸１７が回転する。同様に、出力軸１７の回転によってバネが所定量以上弾性変形すると入力軸１６が回転し始め、出力軸１７の回転が止められるとバネの弾性復元力によって入力軸１６が回転する。

さて、制御装置１０には、角度センサ１９，２０から検出信号が伝えられると共に速度センサ１４から検出信号が伝えられ、制御装置１０はこれらの信号に基づいて操舵用モータ１３を制御する。

制御装置１０は、まず角度センサ１９，２０からの信号に基づいて入力角Ａと出力角Ｂとの偏差角Ｃ（＝Ａ−Ｂ）を算出する。次に、制御装置１０は、速度センサ１４からの信号、つまり走行用モータ１２の回転数からこのフォークリフトの走行速度を算出し、それが所定速度（例えば、１０ｋｍ／ｈ）以上であるか否かを判定する。そして、所定速度以上であれば、制御装置１０は入力角Ａを時間微分してその変化量（入力角速度）ΔＡを求め、この変化量ΔＡが所定の数値範囲内であるか否かを判定する。ここで、範囲内であれば、制御装置１０は偏差角Ｃがステアリングハンドル７が回転したことに因るものであると判断し、偏差角Ｃに従って、図３Ａに示すように、操舵用モータ１３の出力Ｄを算出する。つまり、偏差角Ｃが−ｃ２＜Ｃ＜ｃ２（偏差角Ｃが絶対値としてｃ２より小）では出力Ｄを０とし、偏差角ＣがＣ＞ｃ２及びＣ＜−ｃ２では、出力ＤをＤ＝（｜Ｃ｜−ｃ２）×ｋａとする。ここでｋａは比例係数であり、ｋａ＝ｄｍａｘ／（ｃ４−ｃ２）である。
変化量ΔＡが範囲内でなければ、制御装置１０は出力角Ｂを時間微分してその変化量（出力角速度）ΔＢを求め、この変化量ΔＢが所定の数値範囲内であるか否かを判定する。ここで、範囲内であれば、制御装置１０は偏差角Ｃがドライブタイヤ５が回転したことに因るものであると判断し、偏差角Ｃに従って、図３Ｂに示すように、操舵用モータ１３の出力Ｄを算出する。つまり、偏差角Ｃが−ｃ１＜Ｃ＜ｃ１（偏差角Ｃが絶対値としてｃ１より小）であれば出力Ｄを０とし、偏差角ＣがＣ＞ｃ１及びＣ＜−ｃ１では、出力ＤをＤ＝（｜Ｃ｜−ｃ１）×ｋｂとする。ここでｋｂは比例係数であり、ｋｂ＝ｄｍａｘ／（ｃ３−ｃ１）である。又、ｃ１＜ｃ２＜ｃ３＜ｃ４であり、ｃ３−ｃ１＜ｃ４−ｃ２、つまりｋａ＜ｋｂである。尚、図に示すように、偏差角Ｃの要因がステアリングハンドル７の回転／ドライブタイヤ５の回転、何れの場合でも算出される出力Ｄは所定値ｄｍａｘ以下に制限される。又、図３Ａ及び図３Ｂに示すｃｍａｘは偏差角Ｃの限度値である。
一方、走行速度が所定速度以上でなければ、制御装置１０は偏差角Ｃが絶対値として所定値未満であれば出力Ｄを０とし、所定値以上であれば、偏差角Ｃに比例した出力Ｄを算出する。この場合も出力Ｄは所定値ｄｍａｘ以下に制限される。

こうして出力Ｄが決定すると、制御装置１０は決定した出力Ｄに応じて操舵用モータ１３を制御する。ここで、偏差角Ｃが正の値である場合には、制御装置１０は操舵用モータ１３を正転駆動し、負の値である場合には、操舵用モータ１３を逆転駆動する。

従って、このフォークリフトが所定速度以上で走行している際に、例えば偏差角ＣがＣ＝ｃ３であった場合、偏差角Ｃがステアリングハンドル７の回転に因るものであると判断されると、出力Ｄはｄ１（＝（ｃ３−ｃ１）／（ｃ４−ｃ２）×ｄｍａｘ）となりｄｍａｘより小さな値とされるが、偏差角Ｃがドライブタイヤ５の回転に因るものであると判断されると、出力Ｄはｄｍａｘとされる。又、偏差角ＣがＣ＝ｃ２であった場合、偏差角Ｃがステアリングハンドル７の回転に因るものであると判断されると、出力Ｄは０とされるが、偏差角Ｃがドライブタイヤ５の回転に因るものであると判断されると、出力Ｄはｄ２（＝（ｃ２−ｃ１）／（ｃ３−ｃ１）×ｄｍａｘ）となり０より大きな値とされる。
つまり、走行中の手ぶれなどでステアリングハンドル７が回転し偏差角Ｃが生じたとしても、操舵用モータ１３は駆動されないか、駆動されるとしてもその出力Ｄが抑えられることになるので、ドライブタイヤ５の回転が抑えられる。一方、ステアリングハンドル７を回転操作していないにもかかわらず、路面の凹凸を乗り越えるなどする際にドライブタイヤ５が回転したとすると、偏差角Ｃが小さくても操舵用モータ１３が比較的高出力で駆動されることになるので、速やかにドライブタイヤ５が元の状態に戻される。

このような実施例によれば、高速走行中に運転者はフォークリフトの走行方向を維持しやすくなり、負担が軽減される。又、偏差角Ｃがステアリングハンドル７の回転に因るものか、ドライブタイヤ５の回転に因るものかを、入力角Ａの変化量ΔＡと出力角Ｂの変化量ΔＢとに基づいて判定しているので、比較的簡単に実施でき、又、判定にかかる時間も短くて済む。

尚、上記の実施例では、速度センサ１４により検出される走行用モータ１２の回転数から走行速度を算出するようにしているが、例えばロードタイヤ４の回転数を速度センサにより検出し、その回転数から走行速度を算出したり、アクセルレバー８の操作量から走行速度を算出したりするなど他の方法を用いることも可能である。

本発明の実施例に係るフォークリフトの斜視図である。 本発明の実施例に係る操舵装置の概略図である。 本発明の実施例の制御特性図であり、偏差角Ｃと出力Ｄとの関係を示す図である。 本発明の実施例の制御特性図であり、偏差角Ｃと出力Ｄとの関係を示す図である。

符号の説明

５ ドライブタイヤ
７ ステアリングハンドル
１０ 制御装置
１１ ドライブ装置
１３ 操舵用モータ
１４ 速度センサ
１５ 操舵センサ
１６ 入力軸
１７ 出力軸
１８ バネ機構
１９ 角度センサ
２０ 角度センサ

Claims (4)

1. ハンドルの回転操作に応じて、転舵輪を回転させる駆動装置を制御するようにした産業車両の操舵装置において、
   上記ハンドルと機械的に連結され、回転可能に設けられた入力軸と、該入力軸の回転角である入力角を検出する入力角検出手段と、上記入力軸と弾性体を介して連結されると共に上記転舵輪と機械的に連結され、回転可能に設けられた出力軸と、該出力軸の回転角である出力角を検出する出力角検出手段と、上記入力角と上記出力角の偏差の要因を判定する判定手段と、該判定手段による判定結果に従い、上記入力角と上記出力角の偏差に基づいて上記駆動装置の出力を決定し、該出力で上記駆動装置を制御する制御手段とを備え、
   上記判定手段は、上記入力角から入力角速度を、上記出力角から出力角速度をそれぞれ求めると共に、該入力角速度及び出力角速度に基づいて上記偏差が上記ハンドルの回転に起因する第１の偏差であるか、上記転舵輪の回転に起因する第２の偏差であるかを判定するものであり、
   上記制御手段は、上記偏差が絶対値として所定値未満であれば上記出力を０とし、上記偏差が絶対値として上記所定値以上であれば該偏差に比例係数を乗算して上記出力を算出するものであり、上記判定手段により上記偏差が上記第１の偏差であると判定される場合には、上記偏差が上記第２の偏差であると判定される場合に比べ、上記所定値を絶対値として大きな値とすると共に、上記比例係数を絶対値として小さな値とすることを特徴とする産業車両の操舵装置。
2. 上記制御手段は、上記判定手段により上記偏差が上記第１の偏差であると判定される場合には、上記偏差が絶対値として第１の所定値未満であれば上記出力を０とし、上記偏差が絶対値として第１の所定値以上であれば該偏差に第１の比例係数を乗算して上記出力を算出し、上記偏差が上記第２の偏差であると判定される場合には、上記偏差が絶対値として第２の所定値未満であれば上記出力を０とし、上記偏差が絶対値として第２の所定値以上であれば該偏差に第２の比例係数を乗算して上記出力を算出するものであり、
   上記第１の所定値は絶対値として上記第２の所定値より大きく設定され、上記第１の比例係数は絶対値として上記第２の比例係数より小さく設定されることを特徴とする請求項１に記載の産業車両の操舵装置。
3. 上記判定手段は、上記入力角から求めた上記入力角速度が所定の範囲内であれば、上記偏差が上記第１の偏差であると判定し、上記入力角速度が上記範囲内でなく、且つ上記出力角から求めた上記出力角速度が所定の範囲内であれば、上記偏差が上記第２の偏差であると判定するものであることを特徴とする請求項１に記載の産業車両の操舵装置。
4. 当該車両の走行速度を検出する車速検出手段を備え、
   上記判定手段は、上記車速検出手段により検出される走行速度が所定値以上であるときに、上記偏差が上記第１の偏差であるか上記第２の偏差であるかを判定するものであることを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れかに記載の産業車両の操舵装置。

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