JP2007308038A - 車両の操舵角度検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 比較的簡単に、且つ正確に操舵角度を検出することができるようにする。
【解決手段】 左輪の旋回角度である左輪角度θｌを検出する左輪角度検出手段と、右輪の旋回角度である右輪角度θｒを検出する右輪角度検出手段と、左輪角度θｌ及び右輪角度θｒに基づき、操舵角度を、仮想輪の旋回角度である仮想輪角度θｃとして導出する仮想輪角度導出手段とを備える。仮想輪は両輪の中間位置に想定され、仮想輪角度導出手段は、左輪角度θｌと右輪角度θｒとの平均値を仮想輪角度θｃとする。
【選択図】 図４

Description

本発明は、車輪を旋回させる操舵装置を備えた車両に関し、特に車両の操舵角度検出に関する。

従来より、車両において操舵装置により車輪を旋回させてその向きを変える際に車輪の旋回角度を検出し、検出された旋回角度に基づいて操舵装置を制御することが行われている。この際、例えば特許文献１に示すように、メインセンサとサブセンサの２つを用いて車輪の旋回角度（舵角）を検出したり、又、例えば特許文献２に示すように、それぞれの車輪の旋回角度（タイヤ角）をセンサにより検出したりする。尚、特許文献１に記載の技術では、旋回角度（舵角）を検出するだけでなく、２つのセンサ信号に基づいてセンサの異常を検知するようにしている。

ところで、操舵に係る制御においては、例えば特許文献２や特許文献３に示すように、仮想輪を想定することが行われている。特許文献２に記載の技術では、左右の車輪の中心に仮想輪を想定し、仮想輪の旋回角度（操舵角）から左右の車輪の旋回角度（操舵角）をそれぞれ求めるようにしており、特許文献３に記載の技術では、前側の左右の車輪の中心、後側の左右の車輪の中心にそれぞれ仮想輪を想定している。尚、特許文献２に記載の技術では、ハンドルの回転角を仮想輪の旋回角度（操舵角）としており、特許文献３に記載の技術では、誘導経路の地図情報と誘導線からの車両のずれ量に基づいて仮想輪の旋回角度（操舵角）を求めるようにしている。

特開平６−２１９３０１号公報 特開平１１−１０５７３１号公報 特開２００１−２２５７４４号公報

さて、仮想輪を想定してその旋回角度を求める場合、旋回角度を求める処理に時間がかかるとその分だけ続いて行われる制御に影響を与えるため、素早く行われることが望ましい。又、当然のことながら、求められる旋回角度の正確性は大きな影響を及ぼすため、より正確な旋回角度が望まれるが、その一方で簡単に実施できることも望まれる。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、比較的簡単に、且つ正確に操舵角度を検出することが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、左右の車輪を備え、直進走行時には上記両輪の回転軸が一軸上にあるようにし、旋回走行時には上記両輪を、その回転軸が平面視において交点を有しながら各旋回軸周りに旋回させるようにした車両において、当該車両の操舵角度を検出する操舵角度検出装置であって、上記左輪の旋回角度である左輪角度を検出する左輪角度検出手段と、上記右輪の旋回角度である右輪角度を検出する右輪角度検出手段と、上記左輪角度及び上記右輪角度に基づき、上記操舵角度を、上記両輪の間に想定される仮想輪の旋回角度である仮想輪角度として導出する仮想輪角度導出手段とを備えることを特徴とする構成としている。

このような本発明によれば、左輪角度及び右輪角度から仮想輪角度を求めるので、何れか一方から求める場合に比べて正確性が高まり、又、それほど手間をかけることなく実施することができる。

上記の構成において、上記仮想輪は、平面視において上記両輪の旋回軸を結ぶ線分上で、該線分を所定の割合で左右に分割する位置に、その旋回軸が想定されるものにあっては、上記仮想輪角度導出手段は、上記左輪角度及び上記右輪角度を上記割合に応じて加重平均した値を上記仮想輪角度とするものとすることができる。

ここで、上記割合を等分とする、つまり上記仮想輪が、平面視において上記両輪の旋回軸を結ぶ線分を左右に等分割する位置に、その旋回軸が想定されるものとすると、上記仮想輪角度導出手段は、上記左輪角度と上記右輪角度との相加平均値を上記仮想輪角度とするものとすることができる。

両輪の旋回軸が車体の中央から等距離に配置され、車両の重心が車体の中央に位置している場合には、車体の中央に仮想輪を想定することが考えられるが、相加平均値を仮想輪角度とすることで比較的精度良く仮想輪角度を求めることができる。又、左輪角度と右輪角度とを相加平均するだけなので、簡単に仮想輪角度を求めることができる。
一方、両輪の旋回軸は車体の中央から等距離に配置されているが、車両の重心が車体の中央から左右何れかに偏っている場合には、車体の中央から偏った位置に仮想輪を想定することが考えられる。そこで、両輪の旋回軸と仮想輪の旋回軸とのそれぞれの距離の割合に応じて左輪角度と右輪角度とを加重平均して仮想輪角度を求めれば、比較的精度良く、且つ簡単に仮想輪角度を求めることができる。同様に、当該車両の重心は車体の中央に位置しているが、各輪の旋回軸と車体の中央との距離がそれぞれ異なっている場合には、車体の中央に仮想輪を想定することが考えられるが、左輪角度と右輪角度とを加重平均して仮想輪角度を求めれば、比較的精度良く、且つ簡単に仮想輪角度を求めることができる。

以上に説明したように、本発明は簡単に実施することができるものでありながら、比較的正確に操舵角度を求めることができる。

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１に係るフォークリフトは、車体１の前部に駆動輪として左右の前輪２Ｌ，２Ｒを備え、車体１の後部に転舵輪として左右の後輪３Ｌ，３Ｒを備える。又、車体１の前部にはマスト４が支持されており、このマスト４にフォーク５が昇降可能に設けられている。更に、車体１の前後方向中央部にはバッテリ６が搭載され、バッテリ６を上方から覆うカバー上に運転席７が設けられている。この運転席７と対向するように、車体１の前部にハンドル８が所定の操作範囲内で回転可能に設けられており、ハンドル８を操作することで後述する操舵装置１０が作動し、左右の後輪３Ｌ，３Ｒが旋回してその向きが変えられる。尚、ハンドル８には、操作トルクを検出するトルクセンサ９（図１には図示せず）が付設されており、検出される操作トルクに応じて操舵装置１０が作動する。

さて、車体１の後部には操舵装置１０が設けられており、左右の後輪３Ｌ，３Ｒはこの操舵装置１０に取り付けられている。図２に示すように、操舵装置１０は、主に、車体１に支持されるフレーム１１と、フレーム１１に旋回可能に設けられる左右のナックル１２Ｌ，１２Ｒと、一端部が各ナックルにそれぞれ連結されるアーム１３Ｌ，１３Ｒと、各アームの他端部が連結され、左右方向にロッドが移動するようフレーム１１に設けられるシリンダ１４と、シリンダ１４を駆動してロッドを移動させるモータ１５（図２には図示せず）とからなる。左右のナックル１２Ｌ，１２Ｒはそれぞれ外向きに突設された軸部を備えており、この軸部に左右の後輪３Ｌ，３Ｒが軸受を介して取り付けられる。これにより、左後輪３Ｌは左ナックル１２Ｌと、右後輪３Ｒは右ナックル１２Ｒと一体的に旋回軸（縦軸）周りに旋回可能とされ、各後輪がそれぞれ軸部の中心軸である回転軸（横軸）周りに回転可能とされている。又、左右のナックル１２Ｌ，１２Ｒにはそれぞれ左右の角度センサ１６Ｌ，１６Ｒが設けられており、左角度センサ１６Ｌは左後輪３Ｌの旋回角度である左後輪角度θｌを、右角度センサ１６Ｒは右後輪３Ｒの旋回角度である右後輪角度θｒをそれぞれ検出する。尚、両角度センサとも、各後輪が直進状態（各後輪の回転軸が平面視において車体１の前後方向に対し直角の状態）であるときを基準として角度の検出を行う。

ここで、左右のナックル１２Ｌ，１２Ｒは、平面視においてそれぞれの旋回軸Ｐｌ，Ｐｒ（平面視では点で表される）を結ぶ線分が車体１の前後方向に対し直角となり、且つ各旋回軸から車体１の左右方向中央までの距離Ｚが等しくなるように配置されており、又、直進状態であるとき、左右の後輪３Ｌ，３Ｒの回転軸が平面視において一軸上にあるように、それぞれの軸部が形成されている。尚、この実施例１では、平面視において、直進状態での左右の後輪３Ｌ，３Ｒの回転軸と、旋回軸Ｐｌ，Ｐｒを結ぶ線分とが同一軸上となるようになされている。

又、シリンダ１４のロッドが平面視左方へ移動すると、左ナックル１２Ｌは左アーム１３Ｌを介して押されて、左後輪３Ｌと共に平面視右回りで旋回し、右ナックル１２Ｒは右アーム１３Ｌを介して引かれて、右後輪３Ｒと共に平面視右回りで旋回する。逆に、シリンダ１４のロッドが平面視右方へ移動すると、左ナックル１２Ｌは左アーム１３Ｌを介して引かれて、左後輪３Ｌと共に平面視左回りで旋回し、右ナックル１２Ｒは右アーム１３Ｌを介して押されて、右後輪３Ｒと共に平面視左回りで旋回する。
このようにして左右の後輪３Ｌ，３Ｒが旋回すると、それぞれの旋回角度が異なる（内輪となる方が旋回角度が大きい）ことから、各後輪の回転軸が交点を有しながら旋回することになる。この交点が車体１の旋回中心点Ｐｏであるが、左右の前輪２Ｌ，２Ｒは平面視においてその回転軸が一軸上にあるように配置されており、又、何れも旋回不能な固定輪であることから、平面視において左右の前輪２Ｌ，２Ｒの回転軸上に旋回中心点Ｐｏは位置することになる。

車体１には、図１に示すように、制御装置１７が搭載されており、この制御装置１７がシリンダ１４を駆動するモータ１５を制御する。すなわち、図３に示すように、制御装置１７にはトルクセンサ９からの操作トルク、並びに左右の角度センサ１６Ｌ，１６Ｒからの左後輪角度θｌ及び右後輪角度θｒが入力されるようになっており、制御装置１７は、左後輪角度θｌ及び右後輪角度θｒに基づいて仮想後輪３ｃの操舵角度θｃを算出する角度演算部１８と、操作トルク及び操舵角度θｃに基づいてモータ１５の出力を算出する出力演算部１９と、算出された出力でモータ１５を制御する駆動制御部２０とを備える。

ここで、仮想後輪３ｃは、図４に示すように、平面視における旋回軸Ｐｌ，Ｐｒを結ぶ線分の中間点（車体１の左右方向中央でもある）を中心として旋回するものであり、且つ旋回状態ではその回転軸が車体１の旋回中心点Ｐｏを通り、直進状態ではその回転軸が左右の後輪３Ｌ，３Ｒの回転軸と一軸上になるものとして想定される。尚、図４において、Ｘは左右の前輪２Ｌ，２Ｒの回転軸と旋回軸Ｐｌ，Ｐｒを結ぶ線分との前後方向距離であり、Ｙｌは車体１の旋回中心点Ｐｏと旋回軸Ｐｌとの左右方向距離、Ｙｒは車体１の旋回中心点Ｐｏと旋回軸Ｐｒとの左右方向距離である。

左右の角度センサ１６Ｌ，１６Ｒによって角度検出がなされると、角度演算部１８は、入力される左後輪角度θｌと右後輪角度θｒを相加平均した値を操舵角度θｃとする。つまり、θｃ＝（θｌ＋θｒ）／２の演算を実行する。そして、こうして求められた操舵角度θｃが出力演算部１９で用いられる。

このような実施例１によれば、仮想後輪３ｃの旋回軸Ｐｃを旋回軸Ｐｌ，Ｐｒの中間点に想定することが相応しい場合に、簡単に実施することができ、しかも、単純な演算を１回するだけなので速く操舵角度θｃを求めることができる。
又、左後輪角度θｌ又は右後輪角度θｒから幾何学的な演算により操舵角度θｃを求めることも可能であるが、例えば左後輪角度θｌだけを用いて操舵角度θｃを求めると、車体１が左旋回する（左後輪３Ｌが内輪となる）場合と、車体１が右旋回する（左後輪３Ｌが外輪となる）場合とでは、旋回半径が同じであっても左後輪角度θｌは異なる（左旋回の方が大きい）ので、左旋回か右旋回かによって操舵角度θｃの精度が変わることになる。しかし、この実施例１のように左後輪角度θｌと右後輪角度θｒを用いた演算をすることで、左旋回、右旋回に関係なく一定の精度で操舵角度θｃが求められ、又、正確性も向上する。

上記の実施例１では、仮想後輪３ｃの旋回軸Ｐｃを左右の後輪３Ｌ，３Ｒの旋回軸Ｐｌ，Ｐｒの中間点（車体１の左右方向中央でもある）に想定しているが、この実施例２では、旋回軸Ｐｃを旋回軸Ｐｌ，Ｐｒの中間点からオフセットした位置に想定し、操舵角度θｃを求めるようにしている。つまり、旋回軸Ｐｌと旋回軸Ｐｃとの左右方向距離Ｚｌと、旋回軸Ｐｒと旋回軸Ｐｃとの左右方向距離Ｚｒとが異なるもの（ここでは、Ｚｌ＜Ｚｒ）としており、平面視における旋回軸Ｐｌ，Ｐｒを結ぶ線分をＺｌ：Ｚｒで分割する点に旋回軸Ｐｃが位置している。尚、実施例２におけるその他の構成については、実施例１と同様であるため説明を省略する。

左右の角度センサ１６Ｌ，１６Ｒによって角度検出がなされると、角度演算部１８は、入力される左後輪角度θｌと右後輪角度θｒを距離Ｚｌ，Ｚｒに応じて加重平均した値を操舵角度θｃとする。つまり、θｃ＝θｌ×Ｚｒ／（Ｚｌ＋Ｚｒ）＋θｒ×Ｚｌ／（Ｚｌ＋Ｚｒ）の演算を実行する。そして、こうして求められた操舵角度θｃが出力演算部１９で用いられる。

このような実施例２によれば、仮想後輪３ｃの旋回軸Ｐｃを旋回軸Ｐｌ，Ｐｒの中間点に想定することが相応しくない場合に、簡単に実施することができ、又、上記の実施例１とさほど変わらない速さで操舵角度θｃを求めることができる。

本発明の実施例に係るフォークリフトの側面図である。 本発明の実施例に係る操舵装置の平面図である。 本発明の実施例に係る機能ブロック図である。 本発明の実施例１の説明図である。 本発明の実施例２の説明図である。

符号の説明

１ 車体
２Ｌ，２Ｒ 前輪
３Ｌ，３Ｒ 後輪
３Ｃ 仮想後輪
１０ 操舵装置
１２Ｌ，１２Ｒ ナックル
１６Ｌ，１６Ｒ 角度センサ
１７ 制御装置
１８ 角度演算部
Ｐｌ 左後輪の旋回軸（旋回中心点）
Ｐｒ 右後輪の旋回軸（旋回中心点）
Ｐｃ 仮想後輪の旋回軸（旋回中心点）
θｌ 左後輪の旋回角度
θｒ 右後輪の旋回角度
θｃ 仮想後輪の操舵角度

Claims (3)

1. 左右の車輪を備え、直進走行時には上記両輪の回転軸が一軸上にあるようにし、旋回走行時には上記両輪を、その回転軸が平面視において交点を有しながら各旋回軸周りに旋回させるようにした車両において、当該車両の操舵角度を検出する操舵角度検出装置であって、
   上記左輪の旋回角度である左輪角度を検出する左輪角度検出手段と、上記右輪の旋回角度である右輪角度を検出する右輪角度検出手段と、上記左輪角度及び上記右輪角度に基づき、上記操舵角度を、上記両輪の間に想定される仮想輪の旋回角度である仮想輪角度として導出する仮想輪角度導出手段とを備えることを特徴とする車両の操舵角度検出装置。
2. 上記仮想輪は、平面視において上記両輪の旋回軸を結ぶ線分上で、該線分を所定の割合で左右に分割する位置に、その旋回軸が想定されるものであって、
   上記仮想輪角度導出手段は、上記左輪角度及び上記右輪角度を上記割合に応じて加重平均した値を上記仮想輪角度とするものであることを特徴とする請求項１に記載の車両の操舵角度検出装置。
3. 上記仮想輪は、平面視において上記両輪の旋回軸を結ぶ線分を左右に等分割する位置に、その旋回軸が想定されるものであって、
   上記仮想輪角度導出手段は、上記左輪角度と上記右輪角度との相加平均値を上記仮想輪角度とするものであることを特徴とする請求項２に記載の車両の操舵角度検出装置。

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