JP2570514B2 - パワステアリング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電圧の異なる複数種類
のバッテリが選択的に搭載されるバッテリフォークリフ
ト等の電動産業車両に使用して好適なパワーステアリン
グ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、バッテリで稼動する電動産業車
両においては、バッテリからの電圧により動作するモー
タによって油圧ポンプを駆動し、該油圧ポンプからの１
次側圧力油を得て、操舵輪を操舵するためのパワシリン
ダへ２次側圧力油を送り、ハンドルの操作力を助力する
パワステアリング装置が常用されている。

【０００３】図５に上記パワステアリング装置における
従来の油圧ポンプ駆動系統の構成を示す。図５におい
て、油圧ポンプ１を駆動するモータ２は、パワトランジ
スタ３のコレクタ・エミッタ通路を該モータ２と直列に
接続したモータ主回路４によって励磁され、該モータ２
にはバッテリ５からのフューズ６を経た給電圧による端
子電圧が与えられる。一点鎖線内は、モータ２の制御回
路７を示し、トルクセンサ８からの信号を入力するバッ
ファ増幅器９と、該バッファ増幅器９からのトルク検出
レベルを示す直流信号Ｓ１によってパルス幅が変調され
たパルス幅変調信号Ｓ２を形成するパルス幅変調回路
（以下、ＰＷＭ回路）１１と、該ＰＷＭ回路１１からの
信号を前記トランジスタ３のベースに供給する駆動回路
１２とを有している。そして、ＰＷＭ回路１１には、上
記パルス幅変調信号の基準信号である例えば三角波のキ
ャリア信号が発振回路１３から与えられている。これら
バッファ増幅器９，ＰＷＭ回路１１，発振回路１３及び
駆動回路１２は、上記バッテリ５からの給電圧に基づい
て制御回路７内における電源電圧を作る電源回路１４に
よって動作されるようになっている。なお、トルクセン
サ８はハンドル１５を支持したステアリングシャフト１
６に取付けられている。また、モータ２には並列に還流
ダイオード１７が接続されている。バッテリ５と電源回
路１４との間には、フューズ１８とキースイッチ１９と
の直列回路が接続されている。

【０００４】上記パワステアリング装置における油圧ポ
ンプ駆動系統は、ハンドル１５を操作すると、図示しな
いステアリングバルブユニット（ロータリングバルブ及
びメータリング装置が一体的に組付けられたもの）が操
作されるとともに、トルクセンサ８がハンドル操作によ
ってステアリングシャフト１６へかかるトルクを検出し
た信号を発生する。

【０００５】制御回路７は、トルクセンサ８の出力する
信号がバッファ増幅器９を経た直流信号Ｓ１とキァリア
信号とをＰＷＭ回路１１で比較することによって、ハン
ドル１５の操作力に対応してパルス幅が可変されたパル
ス幅変調信号Ｓ２を形成し、該パルス幅変調信号Ｓ２を
モータ駆動回路１２を介してトランジスタ３のベースに
与え、モータ２の電機子電圧を変化させることで、モー
タ２の回転速度を制御する。これにより、油圧ポンプ１
による１次側圧力油１ａの流量がハンドル１５の操作力
に比例して可変され、２次側圧力油（図示略）の流量を
補正する作用を果たして、操舵輪（図示略）の操舵をハ
ンドル操作角と操作力の両情報によりコントロールする
システムとなる。

【０００６】図６及び図７はハンドル操作力に対するパ
ルス幅変調信号のパルス幅変化特性を説明する特性図で
あり、各図の横軸はそれぞれ左右のハンドル操作力を表
し、図６の縦軸は直流信号Ｓ１の電圧レベルを、図７の
縦軸はパルス幅変調信号Ｓ２のデューティ割合（％）を
表している。図６に示すように、キャリア信号は操作力
を示す直流信号Ｓ１の変化幅Ａより小さい振幅Ｂの信号
であり、これらの比較によって得られるパルス幅変調信
号Ｓ２は、図７に示すように、ハンドル操作力に比例し
てデューティ割合の変化が変わる特性を示すことにな
る。これによれば、デューティ割合の変化幅Ｃがモータ
２の回転速度変化範囲を与え、１次側圧力油流量変化幅
が決まる。この変化幅Ｃが広い程、２次側圧力油の流量
補正のダイナミックレンジが広がり、ステアリング性能
が高揚する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、バッテリは
同種機台に仕様や使用目的に応じて、電圧の異なる複数
種類を選択的に搭載する。例えばフォークリフトに使用
するバッテリは、３６Ｖと４８Ｖ等があり、同種機台で
も３６Ｖの低電圧バッテリが搭載される場合もあれば、
４８Ｖの高電圧バッテリが搭載される場合もある。この
ように機台に搭載されるバッテリの種類が異なると、モ
ータ２もバッテリ電圧に合わせた特性のものを使用する
ことが望ましい。

【０００８】ところが、搭載バッテリに合わせて異なる
モータを搭載した機台を用意することは製造や部品管理
等において煩雑である。このため従来は、高電圧バッテ
リに特性を合わせたモータを搭載し、低電圧バッテリ搭
載時には端子電圧低下による回転速度不足、すなわち助
力パワが低下することは是としていた。これは低電圧バ
ッテリに特性を合わせたモータを搭載すると、高電圧バ
ッテリ搭載時にモータへ印加される端子電圧が高いため
回転数が高くなりすぎる問題がある。

【０００９】したがって、従来は、高電圧バッテリ搭載
車と、低電圧バッテリ搭載車とでステアリング性能を統
一することができなかった。本発明は上記実情に鑑み、
低電圧バッテリ搭載車と高電圧バッテリ搭載車とで、ス
テアリング性能を統一するようにしたパワステアリング
装置の提供を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、低電圧バッテ
リに特性が合わされたモータを搭載し、該モータを駆動
する制御回路に、所定センサからの出力を入力し該入力
の示すレベルに応じた特性に変化させた信号で前記モー
タを変速する速度制御手段と、搭載されたバッテリの種
類を該バッテリからの電圧の相違によって判別するバッ
テリ判別手段と、該バッテリ判別手段からの判別出力に
従って高電圧バッテリ搭載時に前記速度制御手段の出力
する信号について特性変化範囲の速度を高める側の上限
を制限する速度制御信号調節手段とを具備したものであ
る。

【００１１】ここに、速度制御手段は、ステアリングシ
ャフトのトルクを検出した直流信号のレベルに応じてパ
ルス幅が変調されるパルス幅変調信号を形成するＰＷＭ
回路を用いている。

【００１２】

【作用】本発明は低電圧バッテリに特性が合わされたモ
ータを使用することで、低電圧バッテリ車におけるステ
アリング性能を高めている。そして、高電圧バッテリ搭
載時には速度制御手段の出力する信号について特性変化
範囲の速度を高める側、例えばＰＷＭ回路を用いる場
合、パルス幅のデューティ割合の例えば大きくなる側の
上限を制限しているので、パルス幅変調信号に基づくモ
ータ回転速度変化範囲の速度を高める側の上限を制限す
ることになり、高電圧バッテリ搭載車における１次側圧
力油の流量変化幅を低電圧バッテリ搭載車のそれと一致
させることができ、低電圧用モータに対し悪影響を与え
ることなく、低電圧バッテリ搭載車と高電圧バッテリ搭
載車とでステアリング性能を統一することができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を図１及び図２に示す実施例に
よって詳細に説明する。なお、実施例は操舵輪が１輪の
フォークリフトで説明するが、２輪のものに適用するこ
とは容易である。本実施例のパワステアリング装置は、
図１に示すように、ハンドル１５を支持したシャフト１
６に既述したステアリングバルブユニット４１を取付
け、該ステアリングバルブユニット４１と操舵輪４３を
操舵させるパワシリンダ４２との間を、２次側圧力油の
油圧ライン４４，４５で連結している。ステアリングバ
ルブユニット４１は、油圧ポンプ１からの１次側圧力油
１ａがハンドル１５により直接操作されるバルブを経て
オイルタンク４６に戻されることにより、油圧ライン４
４，４５に、ハンドル１５の操作角に対応する油量で２
次側圧力油を繰出し、パワシリンダ４２に供給してい
る。パワシリンダ４２は、操舵輪４３のアクスル４７
（正確にはアクスル軸）に水平に支持された旋回プーリ
４８を周回したチエン４９の各端に両端をそれぞれ接続
している。そして、上記油圧ライン４４，４５からの２
次側圧力油によって車幅方向Ｑに移動されるのに応動さ
せて操舵輪４３を左もしくは右方向に操舵している。

【００１４】上記シャフト１６に取付けられたトルクセ
ンサ８で得られた信号は、本発明によりモータ主回路４
を介してモータ２′を駆動する制御回路７′に入力され
る。制御回路７′は、本発明による速度制御手段を構成
するＰＷＭ回路１１の入力として、バッファ増幅器９を
経たトルクセンサ８の出力に基づく直流信号Ｓ１ととも
に、スイッチング用ダイオード２１，アナログスイッチ
２２及び基準電圧発生用の直列抵抗２３，２４にて構成
される速度制御信号調節手段２０からの直流レベル制限
信号Ｓ３が入力されるようになっている。

【００１５】すなわち、上記速度制御信号調節手段２０
は、電源回路１４からの出力電圧ライン１４ａと接地電
位点との間に直列接続した抵抗２３，２４の交点に直流
レベル制限信号Ｓ３となる基準電圧Ｖｅを設定し、該交
点に、制御端子を有するアナログスイッチ２２の入力端
子を接続し、該アナログスイッチ２２の出力端子を上記
ＰＷＭ回路１１の入力端子と接続している。電源回路１
４はフューズ１８及びキースイッチ１９を経たバッテリ
５からの電圧を定電圧化している。

【００１６】上記アナログスイッチ２２は、上記電源回
路１４の入力電圧ライン１４ｂ及び出力電圧ライン１４
ａに現れる電圧を大小判別するバッテリ電圧判別手段３
０からの判別出力Ｓ４によってスイッチング動作するよ
うになっている。バッテリ電圧判別手段３０は、上記入
力電圧ライン１４ｂの電圧を、該入力電圧ライン１４ｂ
と接地電位点との間に介装した直列抵抗３１，３２の交
点で検出し、該交点に現れる電圧Ｖａを例えば演算増幅
器を用いたレベル比較器３３の第１入力端子（−）に導
入し、上記レベル比較器３３の第２入力端子（＋）に、
出力電圧ライン１４ａと接地電位点との間に介装された
直列抵抗３４，３５の交点に現れる電圧Ｖｂを導入して
いる。レベル比較器３３の出力端子に現れる判別出力Ｓ
４は、出力電圧ライン１４ａ側に接続された抵抗３６に
よるプルアップラインを経て上記アナログスイッチ２２
の制御端子に導かれている。なお、上記第１入力端子
（−）と接地電位点との間にはコンデンサ３７を接続し
ている。

【００１７】ここで、上記ＰＷＭ回路１１は、例えば三
角波を発生する発振回路１３からのキャリア信号に基づ
いパルス幅変調信号Ｓ２を形成し、該信号Ｓ２でモータ
駆動回路１２を通してモータ主回路４を動作させている
が、該モータ主回路４によって励磁制御されるモータ
２′は、本発明の場合、低電圧バッテリに特性を合わせ
たものを使用している。

【００１８】以上の構成から成るパワステアリング装置
によれば、モータ２′が低電圧バッテリに特性を合わせ
たものであり、低電圧バッテリ搭載車のステアリング性
能を、従来の高電圧バッテリに特性を合わせたモータを
使用した場合の低電圧バッテリ車より高めることができ
る。すなわち、バッファ増幅器９からの直流信号Ｓ１
は、図３に示すような特性を呈するが、その変化幅Ａ内
にキャリア信号の振幅Ｂが設定されることで、得られる
パルス幅変調信号Ｓ２のデューティ割合変化幅Ｃ（図４
参照）は、本モータ２′を十分な特性で制御し、必要な
回転速度変化範囲で回転させることができる。

【００１９】しかして、高電圧バッテリ搭載車の場合
は、モータ２′の端子電圧が大きくなり、もし本実施例
のような速度制御信号調節を行わないと、回転速度変化
範囲が大きくなるとともに、モータ２′にかかる負担が
増してしまう。そこで、本実施例では、高電圧バッテリ
が搭載された場合は、ダイオード２１及びアナログスイ
ッチ２２を導通して、基準電圧ＶｅをＰＷＭ回路１１の
入力端子に導くようにして、直流信号Ｓ１の上限値を図
３に示すように、Ｖｅで制限するのである。本装置で
は、パルス幅が広がるとモータ２′の回転速度を上昇さ
せる構成としてあるため、ＰＷＭ回路１１に入力する直
流信号Ｓ１のレベルをＶｅで抑えることで、パルス幅が
広くなる側のデューティ割合の上限が点線（図４参照）
のレベルで制限されて、モータ２′の端子電圧が大きく
なることによる回転速度変化範囲の増大を抑えている。
このようにパルス幅変調信号Ｓ２の最大パルス幅を抑え
ることによって、同時に端子電圧が大きくなることによ
るモータ２′への負担も軽減されることになる。

【００２０】なお、上記バッテリ電圧判別手段３０と速
度制御信号調節手段２０の動作はこうである。 低電圧バッテリ搭載車：この場合は、Ｖａ＜Ｖｂとなる
ので、レベル比較器３３が演算増幅器の場合、判別出力
Ｓ４のレベルはハイレベルを示す。アナログスイッチ２
２は、負論理動作により制御端子への信号がハイレベル
のとき入出端子間を非導通とするので、抵抗２３，２４
の交点に設定されている基準電圧Ｖｅは直流レベル制限
信号Ｓ３としてＰＷＭ回路１１の入力端子に現れること
はない。

【００２１】高電圧バッテリ搭載車：この場合は、Ｖａ
＞Ｖｂとなるので、レベル比較器の判別出力Ｓ４はロウ
レベルを示す。これによりアナログスイッチ２２が導通
するとともに、ダイオード２１が導通して、基準電圧Ｖ
ｅはＰＷＭ回路１１の入力端子に導かれ、バッファ増幅
器９からの直流信号Ｓ１を直流レベル制限信号Ｓ３によ
るＶｅ（ダイオードの順方向電圧は無視）で制限するこ
とになる。

【００２２】なお、Ｖｂは低電圧バッテリの満充電時の
電圧より高く設定し、充電直後の誤動作を防止する必要
がある。こうして、本実施例は、１次側圧力油の流量変
化幅を不変とし、高電圧バッテリ搭載車と低電圧バッテ
リ搭載車でステアリング性能を統一し、かつ、同一機台
に共通のモータを搭載できて製造上の煩雑さを無くすこ
とができる。

【００２３】なお、上記実施例は一例であり、例えば速
度制御信号調節手段２０は、バッファ増幅器９の直流増
幅率を可変する構成や、発振回路１３の出力するキャリ
ア信号の振幅を可変する構成等を採りえる。また、直流
信号を与えるセンサは速度センサであることを妨げな
い。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、低
電圧バッテリに特性を合わせたバッテリを使用し、低電
圧バッテリ搭載車のステアリング性能を従来の方式より
高め、高電圧バッテリ搭載車におけるモータ端子電圧に
よる回転速度変化範囲の上昇を制限するとともに同時に
悪影響を無くして、ステアリング性能を統一することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るパワステアリング装置を示す構
成図

【図２】 同上装置における油圧ポンプ駆動系統を示す
構成図

【図３】 上記装置における速度制御信号を制限する動
作を説明するための特性図

【図４】 上記制限動作によって制限された速度制御信
号の一例を示す特性図

【図５】 従来のパワステアリング装置に用いられた油
圧ポンプ駆動系統を示す構成図

【図６】 上記従来装置における速度制御信号を制限す
る動作を説明するための特性図

【図７】 上記制限動作によって制限された速度制御信
号を示す特性図

【符号の説明】

１─油圧ポンプ、２─モータ、４─モータ主回路、５─
バッテリ、７′─制御回路、８─トルクセンサ、９─バ
ッファ増幅器、１１─ＰＷＭ回路、１２─モータ駆動回
路、１３─発振回路、１４─電源回路、１５─ハンド
ル、１６─ステアリングシャフト、２０─速度制御信号
調節手段、２１─ダイオード、２２─アナログスイッ
チ、２３，２４─抵抗、３０─バッテリ電圧判別手段、
３１，３２，３４〜３６─抵抗、３３─レベル比較器、
４１─ステアリングバルブユニット、４２─パワシリン
ダ、４３─操舵輪、４４，４５─油圧ライン、Ｓ１─直
流信号、Ｓ２─パルス幅変調信号、Ｓ３─直流レベル制
限信号、Ｓ４─判別出力。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 給電圧の高低異なる複数種類のバッテリ
   が選択的に機台に搭載され、搭載されたバッテリからの
   電圧によって動作するモータを介して油圧ポンプを駆動
   し、該油圧ポンプからの１次側圧力油によって、操舵輪
   を操舵するためのパワシリンダへ供給する２次側圧力油
   を得るようにしたパワステアリング装置において、低電
   圧バッテリに特性が合わされたモータと、該モータを駆
   動する制御回路とを備え、該制御回路は、所定センサか
   らの出力を入力し該入力の示すレベルに応じた特性に変
   化させた信号で前記モータを変速する速度制御手段と、
   搭載されたバッテリの種類を該バッテリからの電圧の相
   違によって判別するバッテリ判別手段と、該バッテリ判
   別手段からの判別出力に従って高電圧バッテリ搭載時に
   前記速度制御手段の出力する信号について特性変化範囲
   の速度を高める側の上限を制限し、バッテリ電圧の相違
   にかかわらず前記１次側圧力油の流量変化幅を不変とす
   る速度制御信号調節手段とを有することを特徴とするパ
   ワステアリング装置。