JP2010167801A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一般に、積載荷重が大きいほど、また、積載物の位置が高いほど、旋回走行時のモーメント荷重が大きくなり、フォークリフトが不安定となる傾向にある。そこで、走行中に荷物が安定し、安定した走行を確保することができる車両用操舵装置を提供する。
【解決手段】積載荷重Ｗが大きいほど、また積載部高さＨが高いほど、すなわち積載負荷Ｗ・Ｈが大きいほど、伝達比Ｒ（θw ／θh ）を小さくする。また、車速Ｖが大きいほど、伝達比を小さくする。転舵輪としての後輪の実質的な転舵速度を小さくし、走行時にフォークリフトが受けるモーメント荷重を抑制する。
【選択図】図５

Description

本発明は荷役車両のための車両用操舵装置に関するものである。

従来、ハンドルの操舵角に対する転舵輪の転舵角の比である伝達比が固定比である荷役車両では、高速走行時に操舵角の微調整を可能とするため、伝達比を高く設定している。このため、最も使用頻度の高い低速走行時において、運転者は、ハンドルを数多く回さなければならず、運転者の作業負担が大きい。
そこで、フォークリフトにおいて、車両の走行速度に応じて、操舵部材の操作角度に対する、転舵機構の目標転舵角の設定比率を増減変化させる電動パワーステアリング装置が提案されている（例えば特許文献１を参照）。

また、運転者の好みに応じて、ハンドル操作度に対する転舵輪の転舵角の変化割合を変更するハンドル感度変更手段を設けた荷役車両が提案されている（例えば特許文献２を参照）。
また、電子制御部による操舵制御を実行するフォークリフトにおいて、手動で、または車両の速度に基づいて、ハンドルの回転操作に対する転舵輪の反応感度を変更するようにしたフォークリフトが提案されている（例えば特許文献３を参照）。

特開２００２−１９３１３１号公報（請求項１，２） 特開２００３−３０６１６０号公報（請求項１） 特開２００５−２６３３９２号公報（明細書の第７２段落〜第７５段落。図面の図１４）

ところで、フォークリフト等の荷役車両は、その荷物の積載位置が車両の重心から離れた位置にあるため、荷物の重量によって車両に負荷されるモーメントが走行時に変化する。また、フォークの昇降による荷物のリフト高さによっても車両に負荷されるモーメントが大きく変化する。このため、特に重量の大きな荷物を高くリフトさせた状態では、車両に負荷されるモーメントが大きくなって車両の走行が不安定になる。

車両が重量の大きな荷物を積んでいるときに大きな操舵が行われると、車両が横方向に振られて、ふらつくおそれがある。特に、車両が高速で走行しているときに、注意が必要である。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、走行中に荷物が安定し、安定した走行を確保することができる車両用操舵装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、荷役装置（３）を備えた荷役車両（１）を操舵するための車両用操舵装置（９）において、操舵部材（１０）の操舵角（θh ）に対する転舵輪（６）の転舵角（θw ）の比である伝達比（Ｒ）を変更可能な転舵機構（Ａ１）と、上記転舵機構の動作を制御する制御手段（１１）と、上記荷役装置の積載荷重（Ｗ）を検出する荷重検出手段（３４）と、上記荷役装置の積載部高さ（Ｈ）を検出する積載部高さ検出手段（４５）を備え、上記制御手段は、上記荷重検出手段によって検出された積載荷重および上記積載部高さ検出手段によって検出された積載部高さに基づいて、上記伝達比を変更する機能を有することを特徴とする。

また、上記制御手段は、上記荷重検出手段によって検出された積載荷重が大きいほど、上記伝達比を低くする場合がある（請求項２）。
また、上記制御手段は、上記積載部高さ検出手段により検出された積載部高さ（Ｈ）が高いほど、伝達比を低くする場合がある（請求項３）。
また、上記操舵部材と上記転舵輪との機械的な連結が断たれており、上記操舵部材の操舵角を検出する操舵角検出手段（１４）を備え、上記転舵機構は、上記操舵角検出手段により検出された操舵角に応じて転舵輪を転舵する転舵アクチュエータ（１２）を含む場合がある（請求項４）。

なお、上記において、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。

請求項１記載の発明によれば、積載荷重および積載部高さに応じた適切な伝達比に変更することが可能となり、その結果、走行中の荷物を安定させて、車両の姿勢を安定させることができる。ひいては、車両の安定した走行を確保することができる。
積載荷重が大きいほど、旋回走行時のモーメント荷重が大きくなり、車両が不安定となる傾向にある。これに対して、請求項２記載の発明では、積載荷重が大きいほど、伝達比を小さくして転舵輪の実質的な転舵速度を小さくすることができるので、上記のモーメント荷重を抑制して、車両の姿勢を安定させることができる、ひいては車両の走行を安定させることができる。

積載物の位置が高いほど、旋回走行時のモーメント荷重が大きくなり、車両が不安定となる傾向にある。これに対して、請求項３記載の発明では、積載物高さが高いほど、伝達比を小さくして転舵輪の実質的な転舵速度を小さくすることができるので、上記のモーメント荷重を抑制して、車両の姿勢を安定させることができ、ひいては車両の走行を安定させることができる。

請求項４記載の発明によれば、転舵アクチュエータの操舵制御により、伝達比を容易に変更することができる。

本発明の一実施の形態の車両用操舵装置を含む荷役車両としてのフォークリフトの概略構成を示す模式的側面図である。 フォークを昇降させる動作原理を説明するための概略図である。 フォークリフトの電気的構成を示すブロック図である。 ＥＣＵによる主たる制御の流れを示すフローチャートである。 制御マップとして用いる操舵角−転舵角マップを示すグラフである。

本発明の好ましい実施の形態の添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の一実施の形態の荷役車両としてのフォークリフトの概略構成を示す模式的側面図である。図１を参照して、フォークリフト１は、車体２と、その車体２の前部に設けられた荷役装置３と、車体２の後部に設けられたカウンタウェイト４と、車体２を支持する駆動輪としての前輪５および転舵輪としての後輪６と、例えばエンジンを含む車両の駆動源７と、油圧源としての油圧ポンプ８と、後輪６を転舵するための車両用操舵装置９とを備えている。

車両用操舵装置９は、ノブ付きの手回しハンドルである操舵部材１０と転舵輪である後輪６との間の機械的な連結が断たれた、いわゆるステアバイワイヤ式の車両用操舵装置として構成されている。転舵輪として、単一の後輪６を車体２の左右方向の中央に設けてもよいし、車体２の左右にそれぞれ後輪６を設けてもよい。
車両用操舵装置９は、上記操舵部材１０と、操舵部材１０の操作に応じて転舵輪としての後輪６を転舵するための例えば電動モータからなり、制御手段としてのＥＣＵ１１（電子制御ユニット）によって駆動制御される転舵アクチュエータ１２と、操舵部材１０に操舵反力を付与する例えば電動モータからなり、ＥＣＵ１１によって駆動制御される反力アクチュエータ１３とを備えている。また、車両用操舵装置９は、操舵部材１０の操舵角を検出する操舵角センサ１４と、後輪６の転舵角を検出する転舵角センサ１５とを備えている。

転舵輪としての後輪６は、ほぼ鉛直な支持部材１６によって回転可能に支持されている。その支持部材１６は、車体２に保持された軸受１７を介して、ほぼ鉛直な回転軸線Ｃ１の回りに回転可能に支持されている。
転舵アクチュエータ１２の出力軸の回転は、伝達機構１８を介して減速されて、支持部材１６に伝達される。その伝達機構１８は、転舵アクチュエータ１２の出力軸とは同行回転する例えば駆動ギヤからなる駆動部材１９と、回転軸線Ｃ１の回りに支持部材１６とは同行回転可能に設けられ、上記駆動ギヤに噛み合う例えば従動ギヤからなる従動部材２０とを有している。伝達機構１８および転舵アクチュエータ１２によって、転舵機構Ａ１が構成されている。

図示していないが、エンジン等の駆動源７の動力は、トルクコンバータを経て、前後進切替および変速動作を行うトランスミッションに伝達され、さらに、デファレンシャルを経て左右の前輪５（駆動輪）に伝達されるようになっている。トランスミッションには、前進クラッチおよび後進クラッチが内蔵されている。
フォークリフト１は、運転座席２１を含む運転室２２を備えている。運転室２２は、車体２上にフレーム２３によって取り囲まれた状態で形成されている。

荷役装置３は、車体２によって、下端部２４ａを中心として傾動可能に支持された左右一対のアウターマスト２４と、そのアウターマスト２４によって昇降可能に支持されたインナーマスト２５と、アウターマスト２４によって昇降可能に支持されたリフトブラケット２６と、そのリフトブラケット２６に取り付けられ、荷物を積載する積載部としての左右一対のフォーク２７とを備えている。

アウターマスト２４の所定部と車体２の所定部との間に、チルトシリンダ２８が介在している。チルトシリンダ２８は、車体２の所定部に揺動可能に連結された一端を有するシリンダ本体２９と、シリンダ本体２９の他端から突出するロッド３０とを有している。ロッド３０の先端は、アウターマスト２４の所定部に揺動可能に連結されている。チルトシリンダ２８のロッド３０の伸縮動作に伴って、アウターマスト２４が、直立姿勢および傾動姿勢に変位されるようになっている。

また、アウターマスト２４をガイドとしてインナーマスト２５を昇降させるためのリフトシリンダ３１が設けられている。リフトシリンダ３１は、アウターマスト２４に固定されたシリンダ本体３２と、シリンダ本体３２から突出するロッド３３とを有している。ロッド３３の先端は、インナーマスト２５の所定部に設けられた取付部２５ａに固定されている。

リフトシリンダ３１のシリンダ本体３２の下部には、荷役装置３の積載荷重を検出するための荷重検出手段としての荷重センサ３４が取り付けられている。荷重センサ３４からの信号は、ＥＣＵ１１に入力されるようになっている。
運転室２２の前部において、運転室２２の底面２２ａ上には、操作スタンド３５が設けられており、運転室２２の後部には、上記運転座席２１が固定されている。

上記操作スタンド３５には、運転者が手で操作するための複数の操作要素として、上記操作部材１０と、フォーク２７を昇降させるための昇降操作レバー３６と、アウターマスト２４を揺動させるためチルト操作レバー３７と、前進／後進切替レバー３８とが設けられている。また、操作スタンド３５には、主に後方を確認するための確認ミラー３９が固定されている。また、操作スタンド３５には、図示しない各種のスイッチ類が設けられている。

また、操作スタンド３５の基部近傍において、運転室２２の底面２２ａ上には、運転者が足で操作するための複数の操作要素として、アクセルペダル４０、ブレーキペダル４１、クラッチペダル４２が設けられている。アクセルペダル４０、ブレーキペダル４１およびクラッチペダル４２は、実際には紙面に垂直な方向（車両の左右方向に相当）に横並びで並べて配置されているが、図１では、模式的に示してある。また、図１では、操作要素としての昇降操作レバー３６、チルト操作レバー３７、前進／後進切替レバー３８のレイアウトについても、模式的に示してある。

フォーク２７を昇降させる動作の原理を概念的に示す図２を参照して、インナーマスト２５の上部には、スプロケット４３が回転可能に支持されており、そのスプロケット４３には、チェーン４４が巻き掛けられている。そのチェーン４４の一端４４ａが、アウターマスト２４に設けられた固定部２４ｂに固定され、チェーン４４の他端４４ｂが、リフトブラケット２６に固定されている。これにより、リフトブラケット２６およびフォーク２７が、チェーン４４を用いて懸架されている。

リフトシリンダ３１のロッド３３の伸長に伴って、インナーマスト２５が上昇すると、スプロケット４３がアウターマスト２４の固定部２４ｂに対して上昇し、チェーン４４を介して、リフトブラケット２６および積載部としてのフォーク２７を上昇させる。地表面４８に対するフォーク２７の上昇量は、リフトシリンダ３１のロッド３３の伸長量の２倍となる。

積載部としてのフォーク２７の高さを検出する積載部高さ検出手段としてのストロークセンサ４５が設けられており、ストロークセンサ４５からの信号は、ＥＣＵ１１に入力されるようになっている。ストロークセンサ４５としてロータリエンコーダを用いるようにしてもよい。
具体的には、チェーン４４の他端４４ｂに一端が係止されたワイヤ４６が、アウターマスト２４に回転可能に支持されたワイヤドラム４７に巻き取られており、フォーク２７とともにチェーン４４の他端４４ｂが昇降すると、ワイヤ４６がワイヤドラム４７から巻き出されたり、巻き戻されたりする。このとき、ＥＣＵ１１は、ワイヤドラム４７の回転数をストロークセンサ４５としてのロータリエンコーダで検出し、その検出値に基づいてワイヤ４６のワイヤドラム４７からの巻き出し量を算出し、その算出値に基づいて、地表面４８からのフォーク１０の高さである積載部高さＨを検出する。

図３はフォークリフト１の主たる電気的構成を示すブロック図である。図３を参照して、ＥＣＵ１１には、操舵部材１０の操舵角θｈを検出するための操舵角センサ１４、転舵輪としての後輪６の転舵角θｗを検出するための転舵角センサ１５、車速を検出するための車速センサ４９、積載部としてのフォーク２７の積載荷重Ｗを検出するための荷重検出手段としての荷重センサ３４、積載部としてのフォーク２７の高さである積載部高さＨを検出するための積載部高さ検出手段としてのストロークセンサ４５、昇降操作レバー３６の位置を検出するための昇降操作レバー位置センサ５０、チルト操作レバー３７の位置を検出するためのチルト操作レバー位置センサ５１、および前進／後進切替レバー３８の切替に応じて作動する前進／後進切替スイッチ５２のそれぞれから信号が入力されるようになっている。

また、ＥＣＵ１１から、転舵アクチュエータ１２、反力アクチュエータ１３、油圧ポンプ８からリフトシリンダ３１への作動油の供給を制御する電磁式の比例制御弁からなる昇降用制御弁５３、油圧ポンプ８からチルトシリンダ２８への作動油の供給を制御する電磁式の比例制御弁からなるチルト用制御弁５４、前進クラッチを係合／離脱させるための油圧シリンダに作動油の供給を制御する電磁式比例制御弁からなる前進クラッチ用制御弁５５、および後進クラッチを係合／離脱させるための油圧シリンダに作動油の供給を制御する電磁式比例制御弁からなる後進クラッチ用制御弁５６のそれぞれに信号が出力されるようになっている。

ＥＣＵ１１は種々の制御を実行する。例えば、ＥＣＵ１１は、路面反力に応じた操舵反力を操舵部材１０に与えるためのトルクを反力アクチュエータ１３によって発生させるべく、操舵角センサ１４から入力された操舵角および車速センサ４９から入力された車速に基づいて、反力アクチュエータ１３を駆動制御する（すなわち反力制御を実施する）。
また、ＥＣＵ１１は、昇降操作レバー位置センサ５０から入力された昇降操作レバー３６の位置に応じて、油圧ポンプ８からリフトシリンダ３１への作動油の供給を制御する昇降用制御弁５３に制御信号を出力する。

また、ＥＣＵ１１は、チルト操作レバー位置センサ５１から入力されたチルト操作レバー３７の位置に応じて、油圧ポンプ８からチルトシリンダ２８への作動油の供給を制御するチルト用制御弁５４に制御信号を出力する。
また、ＥＣＵ１１は、前進／後進切替スイッチ５２が前進へ切り替えられることに応じて前進クラッチ用制御弁５５に制御信号を出力し、前進クラッチを作動させるための油圧シリンダに、油圧ポンプ８からの作動油が供給されるようにする。

また、ＥＣＵ１１は、前進／後進切替スイッチ５２が後進へ切り替えられることに応じて後進クラッチ用制御弁５６に制御信号を出力し、後進クラッチを作動させるための油圧シリンダに、油圧ポンプ８からの作動油が供給されるようにする。
図４はＥＣＵ１１の主たる動作を示すフローチャートである。図４を参照して、ＥＣＵ１１は、まず、荷重センサ３４からの信号に基づいてフォーク２７の積載荷重Ｗを検出し（ステップＳ１）、ストロークセンサ４５からの信号に基づいて、フォーク２７の高さである積載部高さＨを検出する（ステップＳ２）。

次いで、ステップＳ３において、検出された積載荷重Ｗに検出された積載部高さＨを乗じて、積載負荷Ｗ・Ｈを演算し、ステップＳ４において、積載負荷Ｗ・Ｈのレベルに応じた、操舵角−転舵角マップ（図５を参照）を選択する。
検出された積載荷重Ｗが０のときは、積載負荷Ｗ・Ｈも０となる。積載荷重Ｗが大きいほど、また積載部高さＨが高いほど、積載負荷Ｗ・Ｈが大きくなる。積載荷重Ｗが小さいほど、また積載部高さＨが低いほど、積載負荷Ｗ・Ｈが小さくなる。

次いで、ステップＳ５において、車速センサ４９からの信号に基づいて車速Ｖを検出し、ステップＳ６において、検出された車速Ｖに応じた係数を、上記選択されたマップの傾きに乗じて、補正マップ（図５において、一点鎖線で示す）を作成する。マップの傾きが、伝達比Ｒ（Ｒ＝θw ／θh)に相当する。具体的には、車速Ｖが小さいほど、マップの傾き（伝達比）を大きくし、車速Ｖが大きいほど、マップの傾きを小さくするようにマップを補正する。

すなわち、積載荷重Ｗおよび積載部高さＨが一定（積載負荷Ｗ・Ｈが一定）の場合、車速Ｖが小さいほど、マップの傾きが大きく、車速Ｖが大きいほど、マップの傾きが小さくなる。また、車速Ｖおよび積載部高さＨが一定の場合、積載荷重Ｗが小さいほどマップの傾きが大きく、積載荷重Ｗが大きいほど、マップの傾きが小さくなる。また、車速Ｖおよび積載荷重Ｗが一定の場合、積載部高さＨが低いほど、マップの傾きが大きく、積載部高さＨが高いほど、マップの傾きが小さくなる。

次いで、ステップＳ７において、操舵角センサ１４からの信号に基づいて操舵角θh を検出し、ステップＳ８において、上記補正されたマップを用いて、検出された操舵角θh に基づく目標転舵角θw ^* を決定する。
次いで、ステップＳ９において、転舵角センサ１５からの信号に基づいて転舵角θw(実転舵角) を検出し、ステップＳ１０において、上記転舵角θw （実転舵角）を目標転舵角θw ^* に近づけるように、転舵アクチュエータ１２を駆動制御する（すなわち転舵制御を実施する）。

本実施の形態によれば、積載荷重Ｗおよび積載部高さＨに応じた適切な伝達比Ｒ（θw ／θh ）に変更することが可能となり、その結果、走行中の荷物を安定させて、フォークリフト１の姿勢を安定させることができる。ひいては、フォークリフト１の安定した走行を確保することができる。
一般に、積載荷重が大きいほど、また、積載物の位置が高いほど、旋回走行時のモーメント荷重が大きくなり、フォークリフトが不安定となる傾向にある。これに対して、本実施の形態では、積載荷重Ｗが大きいほど、また積載部高さＨが高いほど、すなわち積載負荷Ｗ・Ｈが大きいほど、伝達比Ｒ（θw ／θh ）を小さくして転舵輪としての後輪６の実質的な転舵速度を小さくすることができるので、上記のモーメント荷重を抑制して、フォークリフト１の姿勢を安定させることができる、ひいてはフォークリフト１の走行を安定させることができる。

また、車両用操舵装置９が、操舵部材１０と転舵輪としての後輪６との機械的な連結が断たれた、いわゆるステアバイワイヤ式の車両用操舵装置として構成されているので、転舵アクチュエータ１２の転舵制御により、伝達比Ｒ（θw ／θh ）を容易に変更することができる。
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲で種々の変更を施すことができる。

１…フォークリフト（荷役車両）、２…車体、３…荷役装置、６…後輪（転舵輪）、９…車両用操舵装置、１０…操舵部材、１１…ＥＣＵ（制御手段）、１２…転舵アクチュエータ、１３…反力アクチュエータ、１４…操舵角センサ（操舵角検出手段）、１５…転舵角センサ（転舵角検出手段）、１８…伝達機構、３４…荷重センサ（荷重検出手段）、４５…ストロークセンサ（積載部高さ検出手段）、Ａ１…転舵機構、θh …操舵角、θw …転舵角、θw ^* …目標転舵角、Ｈ…積載部高さ、Ｗ…積載荷重、Ｗ・Ｈ…積載負荷

Claims (4)

1. 荷役装置を備えた荷役車両を操舵するための車両用操舵装置において、
   操舵部材の操舵角に対する転舵輪の転舵角の比である伝達比を変更可能な転舵機構と、 上記転舵機構の動作を制御する制御手段と、
   上記荷役装置の積載荷重を検出する荷重検出手段と、
   上記荷役装置の積載部高さを検出する積載部高さ検出手段を備え、
   上記制御手段は、上記荷重検出手段によって検出された積載荷重および上記積載部高さ検出手段によって検出された積載部高さに基づいて、上記伝達比を変更する機能を有することを特徴とする車両用操舵装置。
2. 請求項１において、上記制御手段は、上記荷重検出手段によって検出された積載荷重が大きいほど、上記伝達比を低くすることを特徴とする車両用操舵装置。
3. 請求項１または２において、上記制御手段は、上記積載部高さ検出手段により検出された積載部高さが高いほど、伝達比を低くすることを特徴とする車両用操舵装置。
4. 請求項１から３の何れか１項において、上記操舵部材と上記転舵輪との機械的な連結が断たれており、
   上記操舵部材の操舵角を検出する操舵角検出手段を備え、
   上記転舵機構は、上記操舵角検出手段により検出された操舵角に応じて転舵輪を転舵する転舵アクチュエータを含むことを特徴とする車両用操舵装置。

Images