JP3846847B2

JP3846847B2 - 電動式パワーステアリングの制御装置

Info

Publication number: JP3846847B2
Application number: JP2001025909A
Authority: JP
Inventors: 一史川嶋
Original assignee: 日本輸送機株式会社
Priority date: 2001-02-01
Filing date: 2001-02-01
Publication date: 2006-11-15
Anticipated expiration: 2021-02-01
Also published as: JP2002225743A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ハンドルと車両の操舵機構とを電気的に接続し、ハンドルの操作速度に応じて操舵機構の駆動用モータを制御することで車両を操舵する電動式パワーステアリングの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の荷役車両のひとつであるピッキングフォークリフト５１は、例えば図３に示すように構成されている。
【０００３】
すなわち、駆動用バッテリによりモータ（図示省略）を駆動して走行する車体５３の後部（ここでは、後述する運転台５７上にオペレータが立ち、マスト５５側を向いてハンドル６１を操作する方向を前方という）に、左右一対のマスト５５が立設され、オペレータが搭乗する運転台５７がマスト５５に沿って上下動可能に設けられ、左右一対のフォーク５９が運転台５７に取り付けられ、オペレータの操作によって、フォーク５９が運転台５７と一体となって上下動するようになっている。
【０００４】
ところで、このようなピッキングフォークリフト５１では、車体５３を操舵するハンドル６１が、上下動を行う運転台５７上に配設されているため、ハンドル６１と車体５３の操舵機構（図示省略）とを連結軸により機械的に連結することが難しく、その結果、連結軸に取り付けられるステアリングモータにより操舵トルクを補助する構成のパワーステアリングを用いることが困難なため、次のような電動式のパワーステアリングが使用されている。
【０００５】
この種の電動式パワーステアリングでは、ハンドル軸と、車体５３の操舵機構とが電気的に接続されており、これによってハンドルの配設位置に関わらず、ハンドル操作を操舵機構に伝達して操舵輪の向きを変えることができる。より詳細には、例えば図４に示すように、ハンドル６１の回転操作時の回転速度が、例えばエンコーダからなる操作速度センサ６３により検出されて検出信号が導出部６５に出力され、導出部６５によってハンドル６１の回転速度に応じた目標操舵速度、つまり操舵機構を駆動するステアリングモータ６７の回転速度が導出される。そして、ステアリングモータ６７の回転速度がモータ回転速度センサ６９により検出されてチョッパ回路等からなるモータ駆動部７１に取り込まれ、このモータ駆動部７１によって、ステアリングモータ６７の回転速度が目標操舵速度と一致するようにステアリングモータ６７が制御され、操舵機構が駆動されて操舵輪の向きが可変される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような電動式パワーステアリングでは、常にハンドル６１の回転速度に応じてステアリングモータ６７を制御しているため、走行中にハンドル６１がわずかに動いた場合であっても、ハンドル６１の回転に応じてステアリングモータ６７が回転し、操舵機構が駆動される。そのため、運転者が意図しないわずかなハンドルの動き、つまりハンドルの操作ぶれが生じた場合でも、ステアリングモータ６７が回転し、運転者の意に反して操舵機構が駆動されて操舵輪の向きが変わってしまうという問題があった。
【０００７】
これを防止するために、例えばハンドル６１の回転速度が所定速度よりも小さいときにステアリングモータ６７の回転を停止して、操舵機構が駆動されないようにすることも考えられるが、このようにすると、例えばフォークの位置を所定の荷取位置に微調整するために、ハンドル６１をゆっくり操作する必要がある場合に、ステアリングモータ６７が回転しなくなるため、運転者が意図するように車体５３を操舵できなくなってしまうという不都合が生じる。
【０００８】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ハンドルの操作ぶれによる運転者の意図しない操舵を防止し、車両の操作性を向上する電動式パワーステアリングの制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明は、ハンドルの回転操作時における操作速度を検出する操作速度検出部と、車両における操舵機構の駆動用モータの目標操舵速度を導出する導出部と、上記駆動用モータの回転速度を検出する回転速度検出部と、上記駆動用モータの回転速度が上記導出部により導出された目標操舵速度に一致するように上記駆動用モータを制御する制御部とを備え、上記検出部が、上記操作速度検出部により検出される上記ハンドルの操作速度がゼロでなくなると上記操作速度検出部の出力の積分を開始する積分部と、該積分部による積分値と所定の基準値とを比較判定して上記積分値が上記基準値を超えるまでの間、上記目標操舵速度をゼロにすべく上記導出部に検出信号を出力する判定部と、上記操作速度検出部により上記ハンドルの操作速度がゼロであることが検出されると上記積分部へクリア信号を出力し、上記積分部で導出された積分値をクリアするクリア信号出力部と、を備えていることを特徴としている。
【００１０】
このような構成によると、ハンドルの回転操作時にその操作量が所定量以下であることが検出されているとき、つまりハンドルの操作ぶれが生じたときには、検出部により目標操舵速度がゼロにされるため、駆動用モータの回転が停止され、操舵機構の駆動が停止される。そのため、運転者が本来意図するハンドル操作とは違うハンドルの操作ぶれが生じた場合であっても、操舵機構が駆動されるのを防止することができ、車両の操作性を向上することができる。さらに、操作ぶれが生じている間の駆動用モータへの不要な通電を避けることができるため、バッテリの電力消費を低減することができる。
【００１１】
また、ハンドルの操作速度を積分することでハンドルの操作量を導出し、これが所定の基準値以下の場合には、目標操舵速度をゼロにして操舵機構が駆動されないようにしているため、ハンドルの操作速度に関わらず、ハンドルの操作ぶれを確実に検出することができ、車両の操作性を向上することができる。また、操作ぶれを検出するセンサ等を別個に配設する必要がないため、装置の低コスト化を図ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
この発明をピッキングフォークリフトの電動式パワーステアリングに適用した場合における一実施形態について図１および図２を参照して説明する。但し、図１は電動式パワーステアリングの制御装置のブロック図、図２は動作説明用タイミングチャートである。
【００１３】
本実施形態におけるピッキングフォークリフト５１の基本的な構成は、図３に示す従来のものとほぼ同じであるため、以下の説明では重複した説明を避けるため、図３も参照することとし、主として電動式パワーステアリングの制御装置について説明する。
【００１４】
図１に示すように、ハンドル１の回転操作時の操作速度、つまり回転速度Ｖ_ｈが、例えばエンコーダからなる操作速度センサ３により検出され、導出部５においてこの回転速度Ｖ_ｈに応じた目標操舵速度Ｖ_ｍ、つまり車体５３（図３）の操舵機構（図示省略）を駆動するステアリングモータ７の回転速度が導出される。なお、この目標操舵速度Ｖ_ｍを導出するには、ハンドル１の回転速度Ｖ_ｈに係数を掛算するなど所定の計算式に基づいて演算してもよいし、或いはハンドル１の回転速度Ｖ_ｈと、各々の回転速度Ｖ_ｈに対応する目標操舵速度Ｖ_ｍとをテーブル化した目標操舵速度テーブルを作成して図示しないメモリに格納しておき、ハンドルの回転速度Ｖ_ｈに対応する目標操舵速度Ｖ_ｍを読出部により目標操舵速度テーブルから読み出すようにしてもよい。ここで、操作速度センサ３が本発明の操作速度検出部に相当し、ステアリングモータ７が本発明の駆動用モータに相当する。
【００１５】
そして、導出部５により導出された目標操舵速度Ｖ_ｍがチョッパ回路などからなるモータ駆動部９に出力され、このモータ駆動部９で、例えばエンコーダからなる回転速度検出部であるモータ回転速度センサ１１により検出されるステアリングモータ７の回転速度が目標操舵速度と一致するように、ステアリングモータ７の回転速度が制御される。ここで、モータ駆動部９のチョッパ回路は、例えば複数のスイッチング素子からなるインバータにより構成され、このチョッパ回路と、各スイッチング素子にスイッチング制御信号を出力する制御信号出力回路とにより、本発明における制御部が構成される。
【００１６】
ところで、この制御装置には、ハンドル１の操作ぶれ、つまり運転者が意図しないハンドル１の小さいぶれを検出するための検出部１３が設けられている。すなわち、この検出部１３では、操作速度センサ３により検出されたハンドル１の回転速度Ｖ_ｈが、積分部１５とクリア信号出力部１７とに取り込まれ、積分部１５においてハンドル１の回転速度Ｖ_ｈの積分値、つまりハンドル１の回転角度φ_ｈが導出され、判定部１９に出力される。
【００１７】
判定部１９では、この回転角度φ_ｈと予め設定された所定の基準値φ_ｓとを比較し、回転角度φ_ｈが基準値φ_ｓ以下の場合には、このときのハンドル操作は操作ぶれであると判定し、導出部５に操作ぶれ検出信号を出力する。そして、導出部５は操作ぶれ検出信号が入力されると、目標操舵速度Ｖ_ｍをゼロに設定し、ステアリングモータ７の回転を停止させて操舵機構が駆動されないようにする。
【００１８】
また、操作速度センサ３によりハンドル１の回転速度Ｖ_ｈがゼロであることが検出されると、クリア信号出力部１７から積分部１５へクリア信号が出力され、積分部１５で導出された積分値、つまり回転角度φ_ｈがクリアされる。すなわち、積分部１５では、ハンドル１の回転速度Ｖ_ｈがゼロになると、一旦導出された回転角度φ_ｈをクリアし、その後に入力された回転速度Ｖ_ｈから回転角度φ_ｈの導出を開始するようになっている。こうすることで、ハンドル１が継続的に回転操作されている時間の回転角度φ_ｈのみが導出され、回転角度φ_ｈが不要に累積されるのを防止している。
【００１９】
なお、上記した基準値φ_ｓは、操作ぶれとなるハンドル１の回転角度を実験等により求め、これを基準として設定するのが望ましい。また、この基準値φ_ｓは、判定部１９のＲＯＭ等のメモリに格納しておいてもよいし、フォークリフトを走行させる道路や作業状況等によって適宜可変設定できるようにしてもよい。
【００２０】
次に、上記した制御装置によるパワーステアリングの制御動作について、図２を参照して説明する。図２に示すように、ハンドル１の回転速度Ｖ_ｈがゼロでなくなる時刻T1までは、クリア信号出力部１７から積分部１５に継続的にクリア信号が出力されるため、積分部１５で導出される回転角度φ_ｈがゼロのままとなる。このとき、導出された回転角度φ_ｈが基準値φ_ｓ以下であるため、判定部１９により操作ぶれ検出信号が出力され、導出部５において目標操舵速度Ｖ_ｍがゼロに設定される。その結果、ステアリングモータ７が停止状態に保持されて、操舵機構は停止したままとなる。
【００２１】
そして、時刻T1にハンドル１の一方向（例えば、時計方向）への回転が開始されて回転速度Ｖ_ｈが正側に増大していくと、クリア信号出力部１７からのクリア信号の出力が停止されるとともに、積分部１５によりハンドル１の回転速度Ｖ_ｈの積分が開始され、ハンドル１の一方向への回転角度φ_ｈが導出される。ここで、時刻T1からT2までの間は、積分された回転角度φ_ｈは基準値φ_ｓ以下であるため、判定部１９から導出部５へは操作ぶれ検出信号が出力され続けるが、時刻T2を過ぎると、回転角度φ_ｈが基準値φ_ｓより大きくなるため、操作ぶれ検出信号の出力が停止する。その結果、導出部５によりハンドル１の回転速度Ｖ_ｈに応じた目標操舵速度Ｖ_ｍが導出され、モータ回転速度センサ１１によるステアリングモータ７の回転速度が、この目標操舵速度Ｖ_ｍに一致するようにステアリングモータ７が回転されて、操舵機構が駆動される。
【００２２】
続いて、時刻T3でハンドル１の回転が停止して回転速度Ｖ_ｈがゼロになると、クリア信号出力部１７から積分部１５へクリア信号が出力され、積分部１５において累積されているハンドル１の回転角度φ_ｈがクリアされる。また、ハンドル１の回転速度Ｖ_ｈがゼロであるため、その積分値がゼロとなり、これに伴って判定部１９から操作ぶれ検出信号が出力され、導出部５で目標操舵速度Ｖ_ｍがゼロに設定される。
【００２３】
その後、時刻T4からT5の間にハンドル１が、一方向に回転された後、それとは反対の他方向に逆回転するように操作されているが、このとき導出された回転角度φ_ｈは基準値φ_ｓを越えないため、判定部１９により、このときのハンドル操作は操作ぶれであると判定されて、操作ぶれ検出信号が導出部５に出力される。これにより、ハンドル１が回転操作されている場合であっても、その回転角度φ_ｈが基準値φ_ｓ以下である場合には、目標操舵速度Ｖ_ｍがゼロに設定されてステアリングモータ７が停止され、操舵機構が駆動されることはない。
【００２４】
そして、時刻T6からT8までハンドル１が他方向（例えば、反時計方向）に回転されると、そのときの回転速度Ｖ_ｈから導出される他方向への回転角度φ_ｈが判定部１９に入力される。このとき、時刻T7からT8までの間は回転角度φ_ｈが基準値φ_ｓを超えていることから、この間における判定部１９からの操作ぶれ検出信号の出力が停止され、これによって導出部５によりハンドル１の回転速度Ｖ_ｈに応じた目標操舵速度Ｖ_ｍが導出され、モータ回転速度センサ１１によるステアリングモータ７の回転速度が、この目標操舵速度Ｖ_ｍに一致するようにステアリングモータ７が回転されて操舵機構が駆動される。なお、時刻T8以降、ハンドル１は回転操作されていないため、操舵機構が駆動されることはない。
【００２５】
従って、上記した実施形態によれば、ハンドル１の回転操作時にその回転角度φ_ｈが所定の基準値φ_ｓ以下であることが検出されているとき、ハンドル１の操作ぶれが生じていると判断されて、目標操舵速度Ｖ_ｍがゼロにされるため、ステアリングモータ７の回転が停止され、操舵機構の駆動が停止される。そのため、ハンドル１の操作ぶれが生じた場合に、運転者の意に反して車両が操舵されるのを防止することができ、車両の操作性を向上することができる。さらに、操作ぶれの発生時にステアリングモータ７への不要な通電を避けることができるため、バッテリの電力消費を低減することができる。
【００２６】
このとき、ハンドル１の回転速度Ｖ_ｈを積分することでハンドル１の回転角度φ_ｈを導出しているため、ハンドル１の回転速度Ｖ_ｈが遅い場合であっても、ハンドル１の操作ぶれを確実に検出することができる。また、操作ぶれを検出するセンサ等を別個に配設する必要がないため、装置の低コスト化を図ることができる。
【００２７】
また、上記した実施形態で用いられるステアリングモータ７としては、ＡＣ，ＤＣのいずれのモータも用いることができ、さらにモータ駆動部９は、上記したチョッパ回路からなるものに限らない。また、検出部１３としてマイコンを用いてもよいし、ディスクリート素子からなるアナログ式の制御回路を用いても構わない。
【００２８】
また、上記した実施形態では、フォークリフトの走行中は基準値φ_ｓを固定しているが、フォークリフトの走行速度によって可変するようにしてもよい。
【００２９】
また、上記した実施形態では、本発明をピッキングフォークリフトに適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えばカウンターバランス型フォークリフト等、他の形式のフォークリフトや、或いは乗用車等にも適用することができ、要するに、上記したようにハンドルと、操舵機構とが電気的に接続された電動式パワーステアリングを搭載した車両であれば適用することができる。
【００３０】
さらに、駆動用モータの回転速度が、例えばモータの印加電圧と電流により演算（推定）できるような場合には、上記したモータ回転速度センサ１１に代えて、モータの印加電圧と電流により回転速度を演算（推定）する手段を設けてもよい。
【００３１】
また、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、ハンドルの回転操作時にその操作量が所定量以下であることが検出されているとき、つまりハンドルの操作ぶれが生じたときには、目標操舵速度がゼロにされるため、駆動用モータの回転が停止され、操舵機構の駆動が停止される。そのため、運転者が本来意図するハンドル操作とは違うハンドルの操作ぶれが生じた場合であっても、操舵機構が駆動されるのを防止することができ、車両の操作性を向上することが可能となる。さらに、操作ぶれの発生時に駆動用モータへの不要な通電を避けることができるため、バッテリの電力消費を低減することができる。
【００３３】
また、ハンドルの操作速度を積分することでハンドルの操作量を導出し、これが所定の基準値以下の場合に、目標操舵速度をゼロにして操舵機構が駆動されないようにしているため、ハンドルの操作速度に関わらず、ハンドルの操作ぶれを確実に検出することができ、車両の操作性を向上することができる。さらに、操作ぶれを検出するセンサ等を別個に配設する必要がないため、装置の低コスト化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態における電動式パワーステアリングの制御装置のブロック図である。
【図２】この発明の一実施形態における動作説明用タイミングチャートである。
【図３】この発明の背景となるピッキングフォークリフトの斜視図である。
【図４】従来例のブロック図である。
【符号の説明】
１ハンドル
３操作速度センサ（操作速度検出部）
５導出部
７ステアリングモータ（駆動用モータ）
９モータ駆動部（制御部）
１１モータ回転速度センサ（回転速度検出部）
１３検出部
１５積分部
１９判定部

Claims

ハンドルの回転操作時における操作速度を検出する操作速度検出部と、
車両における操舵機構の駆動用モータの目標操舵速度を導出する導出部と、
上記駆動用モータの回転速度を検出する回転速度検出部と、
上記駆動用モータの回転速度が上記導出部により導出された目標操舵速度に一致するように上記駆動用モータを制御する制御部とを備え、
上記検出部が、
上記操作速度検出部により検出される上記ハンドルの操作速度がゼロでなくなると上記操作速度検出部の出力の積分を開始する積分部と、
該積分部による積分値と所定の基準値とを比較判定して上記積分値が上記基準値を超えるまでの間、上記目標操舵速度をゼロにすべく上記導出部に検出信号を出力する判定部と、
上記操作速度検出部により上記ハンドルの操作速度がゼロであることが検出されると上記積分部へクリア信号を出力し、上記積分部で導出された積分値をクリアするクリア信号出力部と、
を備えていることを特徴とする電動式パワーステアリングの制御装置。