JP2010254237A

JP2010254237A - 車両用操舵装置

Info

Publication number: JP2010254237A
Application number: JP2009109513A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Takasato; 明洋高里
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2009-04-28
Filing date: 2009-04-28
Publication date: 2010-11-11

Abstract

【課題】積載荷重が大きいと転舵輪としての後輪の接地荷重が減少し、操舵反力が軽くなる。このため、不用意に大きな操舵やクイックな操舵が行われ易い。このとき、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、フォークリフトの走行が不安定となる。
【解決手段】マップから、積載荷重Ｗの増加に伴って増加し、積載部高さＨの増加に伴って増加する目標操舵反力Ｔ_H ^*を決定し、反力アクチュエータを制御する。積載負荷が大きいときに十分な操舵反力を与えることにより、転舵角を実質的に減少させ、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。

ステアバイワイヤ式の操舵装置において、転舵輪を支持している車輪支持用転がり軸受ユニットに加わる荷重から路面反力を推定し、この路面反力に相当する振動やトルクを、ステアリングホイールに加えることにより、ステアリングホイールを操作している運転者に路面状況を伝えることが提案されている（例えば特許文献１）。
一方、通例、荷役装置としてのフォークリフトでは、前輪が向きを固定した駆動輪とされ、後輪が転舵輪とされている。また、フォークリフトでは、車体の前部に設けられた荷役装置のフォークに、重量物を積載する。このようにフォークに重量物を積載したときに、車両が前方へ倒れ込むことを防止する目的で、フォークリフトは、車体の後部に、カウンタウェイトと呼ばれる「重し」を搭載している。この種のフォークリフトが、カウンタウェイト式のフォークリフトである。

特開２００６−３１５５９５号公報（第３１段落）

カウンタウェイト式のフォークリフトにおいて、フォークに荷物を積載している積載時は、荷物の荷重が、前輪を支点として、後輪の接地荷重を低減させる方向にモーメントを生じさせている。このため、フォークに荷物を積載した場合には、後輪の接地荷重が減少し、その結果、運転者がステアリングホイールを介して受ける操舵反力が小さくなる。
このように操舵反力が小さいと、大きな操舵やクィックな操舵が行わる傾向にあり、そのような操舵が行われた場合、荷物を積載したフォークリフトが横方向に振られて、走行が不安定になるおそれがある。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、操舵部材に最適な操舵反力を付与し、走行安定性を向上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、本発明は、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）に操舵反力を与えるための反力アクチュエータ（１３）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）と、上記荷重検出手段によって検出された積載荷重の増加に応じて増加し、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の増加に応じて増加する目標操舵反力（Ｔ_H ^*）に基づいて、上記反力アクチュエータを制御する制御手段（１１）と、を備えることを特徴とする。

本発明では、積載荷重の増加に応じて、また、積載部高さの増加に応じて、目標操舵反力を増加させることにより、積載条件に起因する転舵輪の接地荷重の増減に拘らず、最適な操舵反力を得ることができる。特に、重量のある積載物を積載していて転舵輪の接地荷重が減少しているときでも、操舵部材に十分な操舵反力を与えることができる。これにより、不用意に大きな操舵や不用意にクィックな操舵の発生を未然に防止することができ、その結果、走行安定性を向上することができる。

また、上記制御手段は、操舵角の増加に応じて増加する目標操舵反力特性曲線を有する制御マップを含み、上記制御マップにおいて、操舵中立位置を含む所定の範囲（Ｂ１）内における上記目標操舵反力特性曲線の傾きが、上記所定の範囲外における上記目標操舵反力特性曲線の傾きよりも大きくされている場合がある（請求項２）。この場合、操舵中立位置を含む所定の範囲において、運転者に、剛性感のある操舵フィーリングを与えることができる。

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たステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置であれば、操舵反力の大きさを容易に設定できる点で、好ましい。
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。

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−目標操舵反力マップを示すグラフである。積載部高さＨに応じて設定される係数ｋを表すグラフである。

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θ_H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θ_Wを検出するための転舵角センサ１５、車速Ｖ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。

また、ＥＣＵ１１は、操舵角−目標操舵反力の関係を表す制御マップ５７と、操舵角−目標転舵角の関係を表す制御マップ５８を有している。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、制御マップ５７を用いて得られた目標操舵反力Ｔ_H ^*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、操舵角センサ１４からの信号に基づいて操舵角θ_Hを検出し、制御マップ５８を用いて、検出された操舵角θ_Hに基づく目標転舵角θ_W ^*を決定し、転舵角センサ１５により検出された転舵角θ_W（実転舵角）を上記決定された目標転舵角θ_W ^*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）。

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、ステップＳ１において、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（零を含む）を検出する。次いで、ステップＳ２では、図５に示す制御マップ５７の中から、上記検出された積載荷重Ｗのレベルに応じた操舵角−目標操舵反力マップ（図５において実線で示す）を選択する。図５において、目標操舵反力Ｔ_H ^*は、積載荷重Ｗの増加に応じて増加している。

また、図５において、各マップは、操舵角θ_Hの増加に応じて増加する目標操舵反力特性曲線として表されている。その目標操舵反力特性曲線の傾きに関して、操舵中立位置（操舵角θ_Hが零）を含む所定の範囲Ｂ１内（−θ１≦θ_H≦θ１に相当）における目標操舵反力特性曲線の傾きが、上記所定の範囲Ｂ１外における目標操舵反力特性曲線の傾きよりも大きくされている。

次いで、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Ｓ３）。次いで、ステップＳ４において、上記検出された積載部高さＨに応じた係数ｋを、上記選択されたマップに乗じて、補正マップ（図５において、破線で示す）を作成する。図６に示すように、係数ｋ（ゲインに相当）は、積載部高さＨが小さいほど小さく、積載部高さＨが大きいほど大きくされている。例えば、係数ｋは積載部高さＨの増加に応じて比例的に増加する。

したがって、補正マップでは、目標操舵反力Ｔ_H ^*は、積載荷重Ｗの増加に伴って増加し、積載部高さＨの増加に伴って増加している。
次いで、ステップＳ５において、操舵角センサ１４からの信号に基づいて操舵角θ_Hを検出し、ステップＳ６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θ_Hに基づく目標操舵反力Ｔ_H ^*を決定する。

次いで、ステップＳ７において、目標操舵反力Ｔ_H ^*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）。
本実施の形態によれば、積載荷重Ｗの増加に応じて、また、積載部高さＨの増加に応じて、目標操舵反力Ｔ_H ^*を増加させることにより、積載条件に起因する後輪６（転舵輪）の接地荷重の増減に拘らず、最適な操舵反力を得ることができる。したがって、運転者の操舵フィーリングが向上する。

一般に、大きな操舵やクィックな操舵を行った場合、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の増加に応じて、また、積載部高さＨの増加に応じて、目標操舵反力Ｔ_H ^*を増加させてあるので、仮に、重量のある積載物を積載していて、後輪６（転舵輪）の接地荷重が減少しているときでも、十分な大きさの操舵反力を操舵部材２に付与することができる。したがって、積載負荷が大きいときに、運転者による不用意に大きな操舵や不用意にクィックな操舵の発生を未然に防止することができ、その結果、フォークリフト１の走行安定性を向上することができる。

ＥＣＵ１１が用いる操舵角−目標操舵反力マップにおいて、各マップは、操舵角θ_Hの増加に応じて増加する目標操舵反力特性曲線として表されており、また、目標操舵反力特性曲線の傾きに関して、操舵中立位置（操舵角θ_Hが零）を含む所定の範囲Ｂ１内（−θ１≦θ_H≦θ１に相当）における目標操舵反力特性曲線の傾きが、上記所定の範囲Ｂ１外における目標操舵反力特性曲線の傾きよりも大きくされている。したがって、操舵中立位置を含む所定の範囲Ｂ１内において、運転者に、剛性感のある操舵フィーリングを与えることができる。

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、反力アクチュエータ１３の反力制御により、操舵部材２に与える操舵反力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、例えば、積載部高さＨに応じて補正された補正マップに、さらに車速Ｖの増加に応じて増加する係数を乗じて、さらに補正を加えてもよい。この場合、車速Ｖの増大に応じて目標操舵反力Ｔ_H ^*が増大することになる。その他、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）、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）、Ｈ…積載部高さ、Ｗ…積載荷重、θ_H…操舵角、θ_W…転舵角、θ_W ^*…目標転舵角、Ｔ_H ^*…目標操舵反力

Claims

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、
操舵部材に操舵反力を与えるための反力アクチュエータと、
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と、
上記荷重検出手段によって検出された積載荷重の増加に応じて増加し、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の増加に応じて増加する目標操舵反力に基づいて、上記反力アクチュエータを制御する制御手段と、を備えることを特徴とする車両用操舵装置。
請求項１において、上記制御手段は、操舵角の増加に応じて増加する目標操舵反力特性曲線を有する制御マップを含み、
上記制御マップにおいて、操舵中立位置を含む所定の範囲内における上記目標操舵反力特性曲線の傾きが、上記所定の範囲外における上記目標操舵反力特性曲線の傾きよりも大きくされていることを特徴とする車両用操舵装置。