JP2016084003A - Vehicle steering device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、操向のために操作される操舵部材と舵取り機構とが機械的に結合されておらず、転舵モータによって舵取り機構が駆動される車両用操舵装置に関する。 The present invention relates to a vehicle steering apparatus in which a steering member operated for steering is not mechanically coupled to a steering mechanism, and the steering mechanism is driven by a steering motor.
操舵部材としてのステアリングホイールと舵取り機構との機械的な結合をなくし、ステアリングホイールの操作角を回転角センサによって検出するとともに、そのセンサ出力に応じて制御される転舵モータの駆動力を舵取り機構に伝達するようにしたステア・バイ・ワイヤシステムが提案されている。
ステア・バイ・ワイヤシステムが採用されているフォークリフト等の荷役車両においては、ステアリングホイールの回転量範囲は、一般車両に比べて大きい。たとえば、荷役車両では、旋回時にステアリングホイールを一回転以上回転させることもある。このため、荷役車両においては、車両旋回時の運転者の負担が大きい。そこで、ジョイスティックやレバーを操舵部材として用いた荷役車両が提案されている(特許文献1、2参照)。
The steering wheel as a steering member is not mechanically coupled to the steering mechanism, the steering wheel operating angle is detected by a rotation angle sensor, and the driving force of the steering motor controlled according to the sensor output is controlled by the steering mechanism. There has been proposed a steer-by-wire system that is adapted to transmit to the network.
In a cargo handling vehicle such as a forklift that employs a steer-by-wire system, the range of rotation amount of the steering wheel is larger than that of a general vehicle. For example, in a cargo handling vehicle, the steering wheel may be rotated one or more times when turning. For this reason, in a cargo handling vehicle, the burden of the driver | operator at the time of vehicle turning is large. Therefore, a cargo handling vehicle using a joystick or a lever as a steering member has been proposed (see
ジョイスティックやレバーを操舵部材として用いた場合には、ステアリングホイールを操作部材として用いた場合に比べて、操舵のためのストロークが短くなる。たとえば、荷役車両においては、ステアリングホイールの操舵ストロークは中立位置から±810[deg]程度(ここでは、回転角をストロークとみなしている。)であるが、ジョイスティックやレバーの操舵ストロークは中立位置から±45[deg]〜±90[deg]程度である。したがって、ジョイスティックやレバーを操舵部材として用いた場合には、操作感度が高くなるため、操舵部材を急操舵したときに車両が不安定になるおそれがある。操舵部材としてステアリングホイールが用いられている場合であっても、操舵ストロークが短く設定されている場合には、同様な問題が生じる。 When a joystick or a lever is used as a steering member, the steering stroke is shorter than when a steering wheel is used as an operation member. For example, in a cargo handling vehicle, the steering stroke of the steering wheel is about ± 810 [deg] from the neutral position (here, the rotation angle is regarded as the stroke), but the steering stroke of the joystick or lever is from the neutral position. It is about ± 45 [deg] to ± 90 [deg]. Therefore, when a joystick or a lever is used as a steering member, the operation sensitivity becomes high, so that the vehicle may become unstable when the steering member is suddenly steered. Even when the steering wheel is used as the steering member, the same problem occurs when the steering stroke is set short.
この発明の目的は、急操舵時に車両が不安定になるのを抑制できる車両用操舵装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a vehicle steering apparatus that can prevent the vehicle from becoming unstable during sudden steering.
上記の目的を達成するための請求項1記載の発明は、操向のために操作される操舵部材(36,23)と転舵輪(5)の転舵角を変化させるための舵取り機構(40)とが機械的に結合されておらず、転舵モータ(41)によって舵取り機構が駆動される車両用操舵装置(6)であって、前記操舵部材の回転角を検出する回転角検出手段(34)と、前記回転角検出手段によって検出される回転角に基づいて、目標転舵角を設定する目標転舵角設定手段(81)と、前記目標転舵角設定手段によって演算される目標転舵角に対してローパスフィルタ処理を行うローパスフィルタ(82)と、前記ローパスフィルタによるローパスフィルタ処理後の目標転舵角に基いて、前記転舵モータを制御する転舵制御手段(83,84)とを含む、車両用操舵装置である。なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表すが、むろん、この発明の範囲は当該実施形態に限定されない。以下、この項において同じ。
In order to achieve the above object, the invention according to
この構成では、目標転舵角設定手段によって目標転舵角が設定される。ローパスフィルタによって、目標転舵角に対してローパスフィルタ処理が行われる。ローパスフィルタによるローパスフィルタ処理後の目標転舵角に基いて、転舵モータが制御される。ローパスフィルタ処理によって、目標転舵角の高周波成分が除去されるので、急操舵時において目標転舵角の急激な変動が抑制される。これにより、急操舵時において、車両が不安定になるのを抑制することができる。 In this configuration, the target turning angle is set by the target turning angle setting means. A low-pass filter process is performed on the target turning angle by the low-pass filter. The steered motor is controlled based on the target steered angle after the low pass filter process by the low pass filter. Since the high-frequency component of the target turning angle is removed by the low-pass filter process, sudden fluctuations in the target turning angle during sudden steering are suppressed. As a result, it is possible to prevent the vehicle from becoming unstable during sudden steering.
請求項2記載の発明は、車速を検出するための車速検出手段(15)と、前記車速検出手段によって検出される車速に基いて、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数(fc)を制御するカットオフ周波数制御手段(92)とをさらに含む、請求項1に記載の車両用操舵装置である。
この構成では、ローパスフィルタのカットオフ周波数が車速に基いて制御されるから、急操舵時において車両が不安定になるのを効果的に抑制することができる。
The invention according to
In this configuration, since the cutoff frequency of the low-pass filter is controlled based on the vehicle speed, it is possible to effectively prevent the vehicle from becoming unstable during sudden steering.
請求項3記載の発明は、車体(2)に設けられた荷役装置(3)と、前記荷役装置に積載される荷物の重量である積載荷重を検出するための荷重検出手段(14)と、前記荷重検出手段によって検出される積載荷重に基いて、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数(fc)を制御するカットオフ周波数制御手段(92)とをさらに含む、請求項1に記載の車両用操舵装置である。
The invention described in
この構成では、ローパスフィルタのカットオフ周波数が積載荷重に基いて制御されるから、急操舵時において車両が不安定になるのを効果的に抑制することができる。
請求項4記載の発明は、車体(2)に設けられた荷役装置(3)と、前記荷役装置に積載される荷物の重量である積載荷重を検出するための荷重検出手段(14)と、車速を検出するための車速検出手段(15)と、前記車速検出手段によって検出される車速と前記荷重検出手段によって検出される積載荷重とに基いて、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数(fc)を制御するカットオフ周波数制御手段とをさらに含む、請求項1に記載の車両用操舵装置である。
In this configuration, since the cut-off frequency of the low-pass filter is controlled based on the loaded load, it is possible to effectively suppress the vehicle from becoming unstable during sudden steering.
The invention described in
この構成では、ローパスフィルタのカットオフ周波数が積載荷重と車速とに基いて制御されるから、急操舵時において車両が不安定になるのを効果的に抑制することができる。
請求項5記載の発明は、前記カットオフ周波数制御手段は、前進であるか後進であるかを考慮して、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を制御するように構成されている、請求項2〜4のいずれか一項に記載の車両用操舵装置である。
In this configuration, since the cut-off frequency of the low-pass filter is controlled based on the loaded load and the vehicle speed, it is possible to effectively suppress the vehicle from becoming unstable during sudden steering.
The invention according to
この構成では、前進であるか後進であるかを考慮してローパスフィルタのカットオフ周波数が制御されるから、急操舵時において車両が不安定になるのをより効果的に抑制することができる。
請求項6記載の発明は、前記操舵部材が、運転座席の側方に配置された操舵用レバーである、請求項1〜5のいずれか一項に記載の車両用操舵装置である。
In this configuration, since the cut-off frequency of the low-pass filter is controlled in consideration of whether the vehicle is moving forward or backward, it is possible to more effectively suppress the vehicle from becoming unstable during sudden steering.
A sixth aspect of the present invention is the vehicle steering apparatus according to any one of the first to fifth aspects, wherein the steering member is a steering lever disposed on a side of the driver's seat.
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、この発明の一実施形態に係る車両用操舵装置が適用された荷役車両としてのフォークリフトの概略構成を模式的に示す側面図である。
フォークリフト1は、車体2と、車体2の前部に設けられた荷役装置3と、車体2を支持する駆動輪としての前輪4と、車体2を支持する転舵輪としての後輪5と、後輪5を転舵するための車両用操舵装置6とを含んでいる。フォークリフト1は、車体2の上部に設けられた運転座席7を含む運転室8を備えている。運転室8の上方は、ヘッドガード9によって覆われている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a side view schematically showing a schematic configuration of a forklift as a cargo handling vehicle to which a vehicle steering apparatus according to an embodiment of the present invention is applied.
The
図1には図示されていないが、フォークリフト1は、例えばエンジンを含む車両の駆動源と、油圧源としての油圧ポンプとをさらに含んでいる。駆動源の動力は、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な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(駆動輪)4に伝達される。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。前進クラッチおよび後進クラッチは、シフトレバー(図示せず)に連結されている。シフトレバーの操作によって、前後進の切り替えを行うことができる。運転室8の床には、駆動原に供給する動力を加減するためのアクセルペダル(図示せず)が設けられている。
Although not shown in FIG. 1, the
シフトレバーには、シフトレバーのシフト位置を検出するためのシフトレバーセンサ16(図4参照)が設けられている。シフトレバーセンサ16は、シフト位置(前進、後進)を表す信号Siを出力する。
荷役装置3は、よく知られているように、車体2に対して昇降可能にかつ傾動可能に支持されたフォーク(荷物載置部)11と、フォーク11を昇降させるための昇降シリンダ12と、フォーク11を傾動させるためのチルトシリンダ13とを含んでいる。荷役装置3には、荷役装置3に積載される荷物の重量である積載荷重Weを測定するための荷重センサ14が設けられている。
The shift lever is provided with a shift lever sensor 16 (see FIG. 4) for detecting the shift position of the shift lever. The
As is well known, the
図2は、運転座席およびその周辺部を示す拡大平面図である。図3は、運転座席およびその周辺部を示す拡大側面図である。
運転座席7は、ドライバシート21と、背もたれ22とを含む。運転座席7の一側(この実施形態では左側)に、操向のために操作される操舵部材としての操舵用レバー36が配置されている。具体的には、ドライバシート21の前端部の左側において、車体2にモータ取付部材26が取り付けられている。モータ取付部材26に、反力モータ28が上向きに取り付けられている。反力モータ28の出力軸28aに、操舵用レバー36の基端が固定されている。操舵用レバー36は、その先端が前方に延びた姿勢を中立位置として、左右方向に回転自在に反力モータ28に支持されている。この実施形態では、反力モータ28は、三相ブラシレスモータによって構成されている。反力モータ28は、操舵用レバー36に反力トルク(操作反力)を付与するために設けられている。反力モータ28には、出力軸28a(ロータ)の回転角を検出するための回転角センサ34(図4参照)が内蔵されている。
FIG. 2 is an enlarged plan view showing the driver's seat and its peripheral part. FIG. 3 is an enlarged side view showing the driver's seat and the periphery thereof.
The
車両用操舵装置6は、操舵部材としての操舵用レバー36と転舵輪としての後輪5の転舵角を変化させるための舵取り機構との間の機械的な連結が断たれた、いわゆるステア・バイ・ワイヤシステムである。
図4は、車両用操舵装置の構成を説明するための図解図である。
この車両用操舵装置6では、操舵用レバー36の回転操作に応じて駆動される転舵モータ41のロータの回転運動を転舵軸44の直線運動(車両左右方向の直線運動)に変換し、この転舵軸44の直線運動を後輪5の転舵運動に変換することにより、転舵が達成される。
The
FIG. 4 is an illustrative view for explaining the configuration of the vehicle steering apparatus.
In this
転舵軸44は、車体2に取り付けられたハウジング43に軸方向(車体の左右方向)に移動可能に取り付けられている。この実施形態では、転舵モータ41は、転舵軸44と同軸に配置されおり、ハウジング43内に内蔵されている。この実施形態では、転舵モータ41は、三相ブラシレスモータによって構成されている。転舵モータ41には、転舵モータ41のロータの回転角を検出するため回転角センサ47が設けられている。
The steered
ハウジング43内には、転舵モータ41の回転力を転舵軸44の軸方向の直線運動に変換するための運動変換機構42が設けられている。この運動変換機構42は、例えば、ボールネジ機構である。転舵軸44の動きがタイロッド45およびナックルアーム46を介して後輪5に伝達され、後輪5のトー角(転舵角)が変化する。つまり、転舵モータ41、運動変換機構42、転舵軸44、タイロッド45およびナックルアーム46によって、舵取り機構40が構成されている。
In the
この実施形態では、転舵モータ41が正転方向に回転されると、左方向に車両を操向させる方向(左転舵方向)に後輪5の転舵角が変化し、転舵モータ41が逆転方向に回転されると、右方向に車両を操向させる方向(右転舵方向)に後輪5の転舵角が変化するものとする。なお、転舵モータ41が駆動されていない状態では、後輪5がセルフアライメントトルクにより直進転舵位置に復帰できるようにホイールアライメントが設定されている。
In this embodiment, when the steered
ハウジング43には、車両の舵角(後輪5の転舵角)θtを検出するための転舵角センサ48が取り付けられている。転舵角センサ48は、例えば、転舵角θtに対応する転舵軸44の作動量を検出するポテンショメータにより構成されている。この実施形態では、転舵角センサ48は、後輪5の中立位置(直進転舵位置)からの後輪5の転舵角変化量を転舵角θtとして検出する。この実施形態では、転舵角センサ48は、後輪5の中立位置から左転舵方向への転舵角変化量を例えば正の値として出力し、後輪5の中立位置から右転舵方向への転舵角変化量を例えば負の値として出力する。
A
荷重センサ14、シフトレバーセンサ16、回転角センサ34、回転角センサ47および転舵角センサ48は、ECU50に接続されている。ECU50には、さらに、車速を検出するための車速センサ15が接続されている。ECU50は、回転角センサ34の出力信号に基いて反力モータ28を駆動制御する。また、ECU50は、回転角センサ34、シフトレバーセンサ16、荷重センサ14、車速センサ15、シフトレバーセンサ16、回転角センサ47および転舵角センサ48の出力信号に基づいて、転舵モータ41を駆動制御する。
The
図5は、ECU50の電気的構成を示すブロック図である。
ECU50は、制御部51と、反力モータ28に電力を供給する反力モータ用駆動回路52と、反力モータ28に流れるモータ電流を検出する電流検出部53と、転舵モータ41に電力を供給する転舵モータ用駆動回路54と、転舵モータ41に流れるモータ電流を検出する電流検出部55とを含む。制御部51は、反力モータ28によって発生する操作反力(反力トルク)を制御するための反力制御部61と、転舵モータ41の回転角(転舵角)を制御するための転舵制御部62とを含む。
FIG. 5 is a block diagram showing an electrical configuration of the
The
図6は、反力制御部61の構成を示すブロック図である。
この実施形態では、反力モータ28は、三相ブラシレスモータであり、図7に図解的に示すように、界磁としてのロータ32と、U相、V相およびW相のステータ巻線33U,33V,33Wを含むステータ33とを備えている。各相のステータ巻線33U,33V,33Wの方向にU軸、V軸およびW軸をとった三相固定座標(UVW座標系)が定義される。また、ロータ32の磁極方向にd軸(磁極軸)をとり、ロータ32の回転平面内においてd軸と直角な方向にq軸(トルク軸)をとった二相回転座標系(dq座標系。実回転座標系)が定義される。dq座標系では、q軸電流のみがロータ32のトルク発生に寄与するので、d軸電流を零とし、q軸電流を所望のトルクに応じて制御すればよい。ロータ32の回転角(ロータ角(電気角))θeは、U軸に対するd軸の回転角である。dq座標系は、ロータ角θeに従う実回転座標系である。このロータ角θeを用いることによって、UVW座標系とdq座標系との間での座標変換を行うことができる。
FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration of the reaction
In this embodiment, the
図6を参照して、反力制御部61は、目標反力トルク設定部71と、電流指令値生成部72と、電流偏差演算部73と、PI(比例積分)制御部74と、dq/UVW変換部75と、PWM(Pulse Width Modulation)制御部76と、UVW/dq変換部77と、回転角演算部78とを含む。
回転角演算部78は、回転角センサ34の出力信号に基いて、反力モータ28のロータの回転角を演算する。より具体的には、回転角演算部78は、ロータの電気角であるロータ角θeと、ロータの絶対回転角である操舵角θhとを演算する。操舵角θhは、反力モータ28のロータ(出力軸28a)の所定の基準位置(中立位置)からのロータの正逆両方向の回転量(回転角)である。回転角演算部78は、中立位置から左操舵方向への回転量を例えば正の値の操舵角θhとして演算し、中立位置からから右操舵方向への回転量を例えば負の値の操舵角θhとして演算する。反力モータ28のロータの回転角度範囲は、ストッパ(図示略)によって、中立位置から±α[deg]の範囲に規定されている。αは、例えば45[deg]〜90[deg]の範囲内の値に設定される。この実施形態では、αは、60[deg]に設定されている。
Referring to FIG. 6, reaction
The rotation
目標反力トルク設定部71は、回転角演算部78によって演算される操舵角θhに基づいて、目標反力トルクT*を設定する。操舵角θhに対する目標反力トルクT*の設定例は、図8に示されている。目標反力トルクT*は、反力モータ28から左方向操舵に対する反力を発生させるべきときには正の値とされ、反力モータ28から右方向操舵に対する反力を発生させるべきときには負の値とされる。目標反力トルクT*は、操舵角θhの正の値に対しては正の値をとり、操舵角θhの負の値に対しては負の値をとる。
The target reaction force
操舵角θhがθh1(θh1>0)[deg]〜60[deg]の範囲では、目標反力トルクT*は、所定値T1*(T1*>0)に設定される。操舵角θhが−60[deg]〜−θh1[deg]の範囲では、目標反力トルクT*は、−T1*に設定される。操舵角θhが−θh1[deg]〜θh1[deg]の範囲では、目標反力トルクT*は、−T1*からT1*まで、操舵角θhが大きくなるほど大きくなるように設定される。 When the steering angle θh is in the range of θh1 (θh1> 0) [deg] to 60 [deg], the target reaction force torque T * is set to a predetermined value T1 * (T1 * > 0). When the steering angle θh is in the range of −60 [deg] to −θh1 [deg], the target reaction force torque T * is set to −T1 * . When the steering angle θh is in the range of −θh1 [deg] to θh1 [deg], the target reaction force torque T * is set to increase from −T1 * to T1 * as the steering angle θh increases.
なお、反力モータ28のロータ(出力軸28a)の回転角度範囲を規定するためのストッパが設けられていない場合には、操舵角θhの絶対値が60[deg]よりも大きくならないように、目標反力トルクT*を次のように設定してもよい。すなわち、操舵角θhが60[deg]以上であるときに、目標反力トルクT*を、T1*よりも大きな上限値に設定し、操舵角θhが60[deg]以下であるときに、目標反力トルクT*を、−T1*よりも小さな下限値に設定する。
In addition, when the stopper for prescribing the rotation angle range of the rotor (
電流指令値生成部72は、目標反力トルク設定部71によって設定された目標反力トルクT*に基いて、dq座標系の座標軸に流すべき電流値を電流指令値として生成する。具体的には、電流指令値生成部72は、d軸電流指令値id *およびq軸電流指令値iq *(以下、これらを総称するときには「二相電流指令値idq *」という。)を生成する。さらに具体的には、電流指令値生成部72は、q軸電流指令値iq *を目標反力トルク設定部71によって設定された目標反力トルクT*に応じたモータ電流値とする一方で、d軸電流指令値id *を零とする。電流指令値生成部72によって生成された二相電流指令値idq *は、電流偏差演算部73に与えられる。
Based on the target reaction force torque T * set by the target reaction force
電流検出部53は、反力モータ28のU相電流iU、V相電流iVおよびW相電流iW(以下、これらを総称するときは、「三相検出電流iUVW」という。)を検出する。電流検出部53によって検出された三相検出電流iUVWは、UVW/dq変換部77に与えられる。
UVW/dq変換部77は、電流検出部53によって検出されるUVW座標系の三相検出電流iUVWを、dq座標系の二相検出電流idおよびiq(以下総称するときには「二相検出電流idq」という。)に変換する。これらが電流偏差演算部73に与えられる。UVW/dq変換部77における座標変換には、回転角演算部78によって演算されたロータ角θeが用いられる。
The
The UVW /
電流偏差演算部73は、電流指令値生成部72によって生成される二相電流指令値idq *と、UVW/dq変換部77から与えられる二相検出電流idqとの偏差を演算する。より具体的には、電流偏差演算部73は、d軸電流指令値id *に対するd軸検出電流idの偏差およびq軸電流指令値iq *に対するq軸検出電流iqの偏差を演算する。これらの偏差は、PI制御部74に与えられる。
The current
PI制御部74は、電流偏差演算部73によって演算された電流偏差に対するPI演算を行なうことにより、反力モータ28に印加すべき二相電圧指令値vdq *(d軸電圧指令値vd *およびq軸電圧指令値vq *)を生成する。この二相電圧指令値vdq *は、dq/UVW変換部75に与えられる。
dq/UVW変換部75は、二相電圧指令値vdq *を三相電圧指令値vUVW *に変換する。この座標変換には、回転角演算部78によって演算されたロータ角θeが用いられる。三相電圧指令値vUVW *は、U相電圧指令値vU *、V相電圧指令値vV *およびW相電圧指令値vW *からなる。この三相電圧指令値vUVW *は、PWM制御部76に与えられる。
The PI control unit 74 performs a PI calculation on the current deviation calculated by the current
The dq /
PWM制御部76は、U相電圧指令値vU *、V相電圧指令値vV *およびW相電圧指令値vW *にそれぞれ対応するデューティのU相PWM制御信号、V相PWM制御信号およびW相PWM制御信号を生成し、反力モータ用駆動回路52に供給する。
反力モータ用駆動回路52は、U相、V相およびW相に対応した三相インバータ回路からなる。このインバータ回路を構成するパワー素子がPWM制御部76から与えられるPWM制御信号によって制御されることにより、三相電圧指令値vUVW *に相当する電圧が反力モータ28の各相のステータ巻線33U,33V,33Wに印加される。
The
The reaction force
電流偏差演算部73およびPI制御部74は、電流フィードバック制御手段を構成している。この電流フィードバック制御手段の働きによって、反力モータ28に流れるモータ電流が、電流指令値生成部72によって生成された二相電流指令値idq *に近づくように制御される。これにより、反力モータ28から目標反力トルクT*に応じた反力トルクが発生する。
The current
図9は、転舵制御部62の構成を示すブロック図である。
この実施形態では、転舵モータ41は、反力モータ28と同様に、三相ブラシレスモータである。図示しないが、転舵モータ41は、界磁としてのロータと、U相、V相およびW相のステータ巻線を含むステータとを備えている。
転舵制御部62は、目標転舵角演算部81と、ローパスフィルタ(LPF)82と、角度偏差演算部83と、PI(比例積分)制御部84と、電流指令値生成部85と、電流偏差演算部86と、PI(比例積分)制御部87と、dq/UVW変換部88と、PWM制御部89と、UVW/dq変換部90と、回転角演算部91と、カットオフ周波数設定部92とを含む。
FIG. 9 is a block diagram illustrating a configuration of the
In this embodiment, the steered
The turning
回転角演算部91は、回転角センサ47の出力信号に基づいて、転舵モータ41のロータの電気角であるロータ角φeを演算する。
目標転舵角設定部81は、反力制御部61内の回転角演算部78によって演算される操舵角θhに基づいて、目標転舵角θt*を設定する。操舵角θhに対する目標転舵角θt*の設定例は、図10に実線L1で示されている。目標転舵角θt*は、操舵角θhが正の値であるときには正の値をとり、操舵角θhが負の値であるときには負の値をとる。そして、目標転舵角θt*は、操舵角θhの絶対値が大きくなるほどその絶対値が大きくなるように、設定される。ただし、操舵角θhの絶対値が所定値θh2(θh2>0)以下の場合には、操舵角θhの絶対値が所定値θh2より大きい場合に比べて、操舵角θhに対する目標転舵角θt*の変化率は小さい。なお、図11に2点鎖線L2で示すように、操舵角θhの全範囲において操舵角θhに対する目標転舵角θt*の変化率が一定となる特性に従って、目標転舵角θt*を設定してもよい。目標転舵角設定部81によって設定された目標転舵角θt*は、LPF82に与えられる。
The rotation
The target turning
LPF82は、目標転舵角θt*に対して高周波成分を減衰させるローパスフィルタ処理を行う。これにより、目標転舵角θt*のうち短期間で大きく変化する成分(目標転舵角θt*の高周波成分)が除去されるので、目標転舵角θt*の急激な変動が抑制される。LPF82のカットオフ周波数fcが小さいほど、変動抑制効果は高くなる。
LPF82のカットオフ周波数fcは、カットオフ周波数設定部92によって設定される。カットオフ周波数設定部92は、車速センサ15によって検出される車速Sp、荷重センサ14によって検出される積載荷重Weおよびシフトレバーセンサ16によって検出されるシフト位置Siに基いて、LPF82のカットオフ周波数fcを設定する。
The
The cutoff frequency fc of the
車速Spが大きいほど、急操舵時に車両が不安定になりやすい。そこで、カットオフ周波数設定部92は、車速Spが大きいほど、カットオフ周波数fcが小さくなるように、カットオフ周波数fcを設定する。また、積載重量Spが大きいほど、急操舵時に車両が不安定になりやすい。そこで、カットオフ周波数設定部92は、積載重量Spが大きいほど、カットオフ周波数fcが小さくなるように、カットオフ周波数fcを設定する。
The greater the vehicle speed Sp, the more likely the vehicle becomes unstable during sudden steering. Therefore, the cut-off
この実施形態では、後輪5が転舵輪であるため、後進の急操舵時に比べて前進の急操舵時の方が、車両が不安定になりやすい。そこで、この実施形態では、カットオフ周波数設定部92は、後進時に比べて前進時のカットオフ周波数fcが小さくなるように、カットオフ周波数fcを設定する。カットオフ周波数設定部92の動作の詳細については、後述する。
In this embodiment, since the
角度偏差演算部83は、LPF82によるローパスフィルタ処理後の目標転舵角θt*と、転舵角センサ48によって検出された転舵角θtとの偏差を演算する。PI制御部84は、角度偏差演算部83によって演算された角度偏差に対するPI演算を行なう。
電流指令値生成部85は、PI制御部84の演算結果に基づいて、dq座標系の座標軸に流すべき電流値を電流指令値として生成する。具体的には、電流指令値生成部85は、d軸電流指令値Id *およびq軸電流指令値Iq *(以下、これらを総称するときには「二相電流指令値Idq *」という。)を生成する。さらに具体的には、電流指令値生成部85は、PI制御部84の演算結果に基づいてq軸電流指令値Iq *を生成する一方で、d軸電流指令値Id *を零とする。電流指令値生成部85によって生成された二相電流指令値Idq *は、電流偏差演算部86に与えられる。
The angle
Based on the calculation result of the
電流検出部55は、転舵モータ41のU相電流IU、V相電流IVおよびW相電流IW(以下、これらを総称するときは、「三相検出電流IUVW」という。)を検出する。電流検出部55によって検出された三相検出電流IUVWは、UVW/dq変換部90に与えられる。
UVW/dq変換部90は、電流検出部55によって検出されるUVW座標系の三相検出電流IUVW(U相電流IU、V相電流IVおよびW相電流IW)を、dq座標系の二相検出電流IdおよびIq(以下総称するときには「二相検出電流Idq」という。)に変換する。これらが電流偏差演算部86に与えられる。UVW/dq変換部90における座標変換には、回転角演算部91によって演算されたロータ角φeが用いられる。
The
The UVW /
電流偏差演算部86は、電流指令値生成部85によって生成される二相電流指令値Idq *と、UVW/dq変換部90から与えられる二相検出電流Idqとの偏差を演算する。より具体的には、電流偏差演算部86は、d軸電流指令値Id *に対するd軸検出電流Idの偏差およびq軸電流指令値Iq *に対するq軸検出電流Iqの偏差を演算する。これらの偏差は、PI制御部87に与えられる。
The current
PI制御部87は、電流偏差演算部86によって演算された電流偏差に対するPI演算を行なうことにより、転舵モータ41に印加すべき二相電圧指令値Vdq *(d軸電圧指令値Vd *およびq軸電圧指令値Vq *)を生成する。この二相電圧指令値Vdq *は、dq/UVW変換部88に与えられる。
dq/UVW変換部88は、二相電圧指令値Vdq *を三相電圧指令値VUVW *に変換する。この座標変換には、回転角演算部91によって演算されたロータ角φeが用いられる。三相電圧指令値VUVW *は、U相電圧指令値VU *、V相電圧指令値VV *およびW相電圧指令値VW *からなる。この三相電圧指令値VUVW *は、PWM制御部89に与えられる。
The
The dq /
PWM制御部89は、U相電圧指令値VU *、V相電圧指令値VV *およびW相電圧指令値VW *にそれぞれ対応するデューティのU相PWM制御信号、V相PWM制御信号およびW相PWM制御信号を生成し、転舵モータ用駆動回路54に供給する。
転舵モータ用駆動回路54は、U相、V相およびW相に対応した三相インバータ回路からなる。このインバータ回路を構成するパワー素子がPWM制御部89から与えられるPWM制御信号によって制御されることにより、三相電圧指令値VUVW *に相当する電圧が転舵モータ41の各相のステータ巻線に印加される。
The
The steered
角度偏差演算部83およびPI制御部84は、角度フィードバック制御手段を構成している。この角度フィードバック制御手段の働きによって、後輪5の転舵角θtが、LPF82によるローパスフィルタ処理後の目標転舵角θt*に近づくように制御される。また、電流偏差演算部86およびPI制御部87は、電流フィードバック制御手段を構成している。この電流フィードバック制御手段の働きによって、転舵モータ41に流れるモータ電流が、電流指令値生成部85によって生成された二相電流指令値Idq *に近づくように制御される。
The angle
図11は、カットオフ周波数設定部92の動作を示すフローチャートである。図11の処理は、所定の演算周期毎に繰り返し実行される。
カットオフ周波数設定部92は、車速センサ15によって検出される車速Sp[km/h]および荷重センサ14によって検出される積載荷重We[t]を取得する(ステップS1)。次に、カットオフ周波数設定部92は、第1ゲインG1および第2ゲインG2を、それぞれ次式(1)および(2)に基いて演算する(ステップS2)。
FIG. 11 is a flowchart showing the operation of the cut-off
The cut-off
G1=A1−A2*Sp …(1)
G2=B1−B2*We …(2)
前記式(1)において、A1,A2は、定数である。この実施形態では、A1は、例えば3に設定され、A2は、例えば0.05に設定される。前記式(2)において、B1,B2は、定数である。この実施形態では、B1は、例えば1に設定され、B2は、例えば0.01に設定される。したがって、この実施形態では、第1ゲインG1および第2ゲインG2は、それぞれ次式(3)および(4)で表される。
G1 = A1-A2 * Sp (1)
G2 = B1-B2 * We (2)
In the formula (1), A1 and A2 are constants. In this embodiment, A1 is set to 3, for example, and A2 is set to 0.05, for example. In the formula (2), B1 and B2 are constants. In this embodiment, B1 is set to 1, for example, and B2 is set to 0.01, for example. Therefore, in this embodiment, the first gain G1 and the second gain G2 are expressed by the following equations (3) and (4), respectively.
G1=3−0.05*Sp …(3)
G2=1−0.01*We …(4)
次に、カットオフ周波数設定部92は、シフトレバーセンサ16によって検出されているシフト位置Siに基いて、シフト位置が前進位置かを否かを判別する(ステップS3)。シフト位置が前進位置である場合には(ステップS3:YES)、カットオフ周波数設定部92は、第3ゲインG3を1.0に設定する(ステップS4)。そして、カットオフ周波数設定部92は、ステップS6に移行する。
G1 = 3-0.05 * Sp (3)
G2 = 1-0.01 * We (4)
Next, the cutoff
一方、前記ステップS3において、シフト位置が前進位置ではないと判別された場合には(ステップS3:NO)、カットオフ周波数設定部92は、第3ゲインG3を1.1に設定する(ステップS5)。そして、カットオフ周波数設定部92は、ステップS6に移行する。
ステップS6では、カットオフ周波数設定部92は、次式(5)に基いて、カットオフ周波数fcを演算して、これをLPF82に設定する。そして、カットオフ周波数設定部92は、今演算周期での処理を終了する。
On the other hand, when it is determined in step S3 that the shift position is not the forward position (step S3: NO), the cutoff
In step S6, the cut-off
fc=G1*G2*G3 …(5)
ただし、fcが所定の下限値β以下となるときには、fcを下限値βに設定する。下限値βは、例えば、1.4[Hz]に設定される。
前述の実施形態では、LPF82によって、目標転舵角θt*に対して高周波成分を減衰させるローパスフィルタ処理が行われる。そして、転舵角センサ48によって検出される転舵角θtが、ローパスフィルタ処理後の目標転舵角θt*に等しくなるように、転舵モータ41が制御される。LPF82によって、目標転舵角θt*の高周波成分(短期間で大きく変化する成分)が除去されるので、急操舵時において目標転舵角θt*の急激な変動が抑制される。これにより、急操舵時において、車両が不安定になるのを抑制することができる。
fc = G1 * G2 * G3 (5)
However, when fc is equal to or lower than a predetermined lower limit value β, fc is set to the lower limit value β. For example, the lower limit value β is set to 1.4 [Hz].
In the above-described embodiment, the
前述の実施形態では、車速Spが大きいほど、LPF82のカットオフ周波数fcが小さくされる。これにより、車速Spが大きい状態での急操舵時においても、車両が不安定になるのを効果的に抑制することができる。前述の実施形態では、積載荷重Weが大きいほど、LPF82のカットオフ周波数fcが小さくされる。これにより、積載荷重Weが大きい状態での急操舵時においても、車両が不安定になるのを効果的に抑制することができる。
In the above-described embodiment, the cut-off frequency fc of the
前述の実施形態では、後輪5が転舵輪であるため、後進の急操舵時に比べて前進の急操舵時の方が、車両が不安定になりやすい。前述の実施形態では、カットオフ周波数設定部92は、後進時に比べて前進時のカットオフ周波数fcが小さくなるように、カットオフ周波数fcが設定されているので、前進の急操舵時においても、車両が不安定になるのを効果的に抑制することができる。
In the above-described embodiment, since the
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態では、カットオフ周波数設定部92は、車速センサ15によって検出される車速Sp、荷重センサ14によって検出される積載荷重Weおよびシフトレバーセンサ16によって検出されるシフト位置Siに基いて、LPF82のカットオフ周波数fcを設定している。
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention can also be implemented with another form. For example, in the above-described embodiment, the cutoff
しかし、カットオフ周波数設定部92は、車速センサ15によって検出される車速Spおよび荷重センサ14によって検出される積載荷重Weに基いて、LPF82のカットオフ周波数fcを設定してもよい。また、カットオフ周波数設定部92は、車速センサ15によって検出される車速Spのみに基いて、LPF82のカットオフ周波数fcを設定してもよい。また、カットオフ周波数設定部92は、荷重センサ14によって検出される積載荷重Weのみに基いて、LPF82のカットオフ周波数fcを設定してもよい。
However, the cutoff
また、前述の実施形態では、操舵用レバー36が操舵部材として用いられているが、ジョイスティック、ステアリングホイール等を操舵部材として用いてもよい。
また、図12〜図14に示すように、運転座席の側方に配置されるアームレストを操舵部材として用いてもよい。図12および図13を参照して、運転座席7の両側には、アームレスト23,24が配置されている。アームレスト23,24は、平面視において、略前後方向に延び、その長さ中央部が外方に張り出すように屈曲している。右側のアームレスト24は、車体2に固定されている。
In the above-described embodiment, the steering
Moreover, as shown in FIGS. 12-14, you may use the armrest arrange | positioned at the side of a driver's seat as a steering member. Referring to FIGS. 12 and 13,
左側のアームレスト23は、平面視において、後端部を中心として回動可能に車体2に取り付けられている。左側のアームレスト(以下、「可動アームレスト23」という。)の前端部の上面には、可動アームレスト23を操作するためのノブ25が取り付けられている。可動アームレスト23は、アームレストとしての機能の他に、操向のために操作される操舵部材としての機能も有している。
The
図12〜図14を参照して、車体2には、背もたれ22の左側位置に、モータ取付部材26が取り付けられている。モータ取付部材26は、上下方向に延びかつ両端にフランジを有する筒状である。モータ取付部材26の下側のフランジが、複数のボルト27によって、車体2に固定されている。モータ取付部材26に、反力モータ28が上向きに取り付けられている。反力モータ28は、モータ取付部材26の上側のフランジに、複数のボルト29によって固定されている。この実施形態では、反力モータ28は、三相ブラシレスモータによって構成されている。
With reference to FIGS. 12 to 14, a
反力モータ28は、ケース30と、ケース30に回転自在に支持された回転軸31を有しかつケース30内に配置されたロータ32と、ケース30内においてロータ32の周囲に配置されたステータ33とを含む。回転軸31の上端部は、ケース30を貫通して、ケース30の上方に延びている。回転軸31の上端部には、フランジ31aが形成されている。フランジ31aの外周面には、鋸歯状の溝(セレーション(図示略))が形成されている。ケース30内には、回転軸31の周囲に、回転軸31(ロータ32)の回転角を検出するための回転角センサ34が配置されている。
The
可動アームレスト23の後端部の下面には、フランジ31aと嵌合するフランジ嵌入凹部23aが形成されている。フランジ嵌入凹部23aの内周面には、フランジ31aの外周面のセレーションと嵌合するセレーション(図示略)が形成されている。可動アームレスト23のフランジ嵌入凹部23aの上壁の表面(上面)には、複数のボルト頭収容凹所23bが形成されている。可動アームレスト23の後端部は、フランジ嵌入凹部23aがフランジ31aに嵌め合わされた状態で、複数のボルト35によってフランジ31aに固定されている。複数のボルト35は、可動アームレスト23におけるボルト頭収容凹所23bとフランジ嵌入凹部23aとの間の壁を貫通してフランジ31aにねじ嵌められている。
On the lower surface of the rear end portion of the
つまり、可動アームレスト23の後端部は、反力モータ28を介して、車体2に回動可能に支持されている。反力モータ28は、可動アームレスト23に反力トルク(操作反力)を付与するために設けられている。なお、図12に実線で示される可動アームレスト23の位置が中立位置であり、図12に1点鎖線で示される可動アームレスト23の位置が左操舵のための操作限界位置である。
That is, the rear end portion of the
前述の実施形態では、転舵モータ41のロータの回転角を検出するための回転角センサ47とは別に、転舵角θtを検出するための転舵角センサ48が設けられている。しかし、転舵モータ41のロータの回転角を検出するための回転角センサ47の出力に基いて、転舵角θtを演算するようにしてもよい。つまり、回転角センサ47の出力に基いて、転舵モータ41のロータの中立位置からの回転量を表す絶対回転角を演算し、得られた絶対回転角から転舵輪5の転舵角θtを演算するようにしてもよい。この場合には、転舵角センサ48は不要である。
In the above-described embodiment, the turning
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。 In addition, various design changes can be made within the scope of matters described in the claims.
1…フォークリフト、2…車体、5…後輪(転舵輪)、6…車両用操舵装置、7…運転座席、14…荷重センサ、15…車速センサ、16…シフトレバーセンサ、23…可動アームレスト、36…操舵用レバー、40…舵取り機構、41…転舵モータ、47…回転角センサ、48…転舵角センサ、50…ECU、51…制御部、反力制御部、62…転舵制御部、81…目標転舵角設定部、82…ローパスフィルタ、83…角度偏差演算部、84…PI制御部、92…カットオフ周波数設定部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記操舵部材の回転角を検出する回転角検出手段と、
前記回転角検出手段によって検出される回転角に基づいて、目標転舵角を設定する目標転舵角設定手段と、
前記目標転舵角設定手段によって演算される目標転舵角に対してローパスフィルタ処理を行うローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタによるローパスフィルタ処理後の目標転舵角に基いて、前記転舵モータを制御する転舵制御手段とを含む、車両用操舵装置。 A steering apparatus for a vehicle in which a steering member operated for steering and a steering mechanism for changing a steering angle of a steered wheel are not mechanically coupled, and the steering mechanism is driven by a steering motor. There,
Rotation angle detection means for detecting the rotation angle of the steering member;
Target turning angle setting means for setting a target turning angle based on the rotation angle detected by the rotation angle detection means;
A low-pass filter that performs low-pass filter processing on the target turning angle calculated by the target turning angle setting means;
A steering apparatus for a vehicle including steering control means for controlling the steering motor based on a target turning angle after the low-pass filter processing by the low-pass filter.
前記車速検出手段によって検出される車速に基いて、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を制御するカットオフ周波数制御手段とをさらに含む、請求項1に記載の車両用操舵装置。 Vehicle speed detection means for detecting the vehicle speed;
The vehicle steering apparatus according to claim 1, further comprising a cutoff frequency control unit that controls a cutoff frequency of the low-pass filter based on a vehicle speed detected by the vehicle speed detection unit.
前記荷役装置に積載される荷物の重量である積載荷重を検出するための荷重検出手段と、
前記荷重検出手段によって検出される積載荷重に基いて、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を制御するカットオフ周波数制御手段とをさらに含む、請求項1に記載の車両用操舵装置。 A cargo handling device provided on the vehicle body;
A load detection means for detecting a load that is the weight of the load loaded on the cargo handling device;
The vehicle steering apparatus according to claim 1, further comprising: a cutoff frequency control unit that controls a cutoff frequency of the low-pass filter based on the loaded load detected by the load detection unit.
前記荷役装置に積載される荷物の重量である積載荷重を検出するための荷重検出手段と、
車速を検出するための車速検出手段と、
前記車速検出手段によって検出される車速と前記荷重検出手段によって検出される積載荷重とに基いて、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を制御するカットオフ周波数制御手段とをさらに含む、請求項1に記載の車両用操舵装置。 A cargo handling device provided on the vehicle body;
A load detection means for detecting a load that is the weight of the load loaded on the cargo handling device;
Vehicle speed detection means for detecting the vehicle speed;
The cut-off frequency control means for controlling a cut-off frequency of the low-pass filter based on a vehicle speed detected by the vehicle speed detection means and a loaded load detected by the load detection means. Vehicle steering system.
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