JP3934542B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォークリフトなどの車両の操舵に用いられる電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両の操舵に用いられる電動パワーステアリング装置としては、ステアリングハンドルに操舵輪を機械的に連動させ、このステアリングハンドルの操作力を軽減するために設けられる補助的なものと、ステアリングハンドルに操舵輪を機械的に連動させず、ステアリングハンドルの操作角を操作角検出手段で検出し、ステアリングハンドルの操作角に対応するように電動操舵機構で操舵輪を操舵するように構成されたものとがあり、後者は完全電動パワーステアリング装置とも呼ばれる。
【０００３】
さて、操舵輪の舵角は、中立位置（車両の直進状態）を中心として左右対称とされたステアリングエンドの範囲内にストッパなどにより機械的に制限されているのが一般的であり、そのためオペレータは操舵輪又は操舵輪支持部品がストッパなどに接触することで、操舵輪の舵角がステアリングエンドに達したことを感得することができる。しかしながら、この際の衝撃が大きいと肘や手首を痛めかねないことから、ステアリングエンドの近傍で電動パワーステアリング装置の出力を制御することにより、操舵輪の舵角がステアリングエンドに近付くと操舵が重くなるように構成されたものが提案されている（下記文献参照）。これによれば、操舵輪の舵角がステアリングエンドに近付くとオペレータがハンドルを介して受ける操舵反力が増大することになり、その結果としてオペレータが手に受ける衝撃が緩和されると共に、ハンドルが重くなることでオペレータはステアリングエンドを感得することができる。
【０００４】
一方、完全電動パワーステアリング装置において、ステアリングエンドに操舵輪が操舵された時にステアリングハンドルの回転を停止させるように構成されたものも提案されている（下記文献参照）。
【０００５】
【文献１】
特許第２８２６６８７号公報
【文献２】
特開２０００−３５１３７９号公報（第３−４頁、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
電動パワーステアリング装置の出力を制御してステアリングエンド近くでハンドルを重くし、これを以ってオペレータにステアリングエンド近くまで操舵がなされていることを認識させることは、機械的にステアリングハンドルと操舵輪とを連動させているものにおいては有用である。しかしながら、ステアリングハンドルと操舵輪とが機械的に連動していない完全電動パワーステアリング装置においては、電動パワーステアリング装置の出力を変化させてもオペレータがステアリングハンドルから受ける操作反力は変化しないから、操舵輪がステアリングエンドに近付いたことをオペレータに感得させることができない。特に、ステアリングハンドルと操舵輪とが機械的に連動していない完全電動パワーステアリング装置において、操舵輪の舵角を機械的に制限せず電動パワーステアリング装置を制御することで操舵輪の舵角を制限する構成である場合には、ステアリングハンドルから受ける操作反力によって操舵輪の舵角がステアリングエンドに達したことをオペレータに感得させることもできないという問題がある。
【０００７】
そこで、上記文献に示されているように、ステアリングエンドに操舵輪が操舵された時にステアリングハンドルの回転を停止させることが考えられるが、これによると、操舵輪の舵角がステアリングエンドに達すると突如としてステアリングハンドルの回転が停止されるため、オペレータは手に衝撃を受け不快感や嫌悪感を抱いてしまうという問題がある。
【０００８】
本発明は、この問題を解消し、良好な操作感覚を保ちつつ、操舵輪の舵角がステアリングエンドに近付いたことやステアリングエンドに達したことをオペレータが感得できるようにした電動パワーステアリング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】
上記の目的を達成するため、本発明は、ステアリングハンドルの操作角を検出する操作角検出手段と、操舵輪の舵角を検出する舵角検出手段と、操舵輪を操舵する電動操舵機構と、ステアリングハンドルの操作角に対応する舵角に操舵輪が位置するように前記電動操舵機構を制御する制御手段とを備え、該制御手段が、少なくともステアリングエンドの近傍で操舵輪の舵角がステアリングエンドに向かって増大する時に、操舵輪の舵角とステアリングハンドルの操作角との比率であるステアリング感度を減少させる、という技術的手段を採用して、電動パワーステアリング装置を構成する。
【００１０】
これによれば、操舵輪の舵角が中立位置からステアリングエンドに近付くとステアリング感度が減少、即ちハンドルの切れ又は効きが鈍くなるという作用を得ることができ、これによりオペレータはステアリングハンドルを介して手に衝撃を受けることなく操舵輪の舵角がステアリングエンドに近付いていることを感得することができる。
【００１１】
本発明において、ステアリングハンドルの操作角を検出する方法としては、ステアリングハンドル又はそのハンドル中心軸、若しくはこのハンドル中心軸に連動させた回転板、歯車などの回転体の回転角を検出する方法を採用することができ、ステアリングハンドルの単位回転角ごとにパルスを発生するものや、ステアリングハンドルの位置に対応して抵抗、容量などの電気的特性が変化するものを操作角検出手段に用いることができる。前者としては、ステアリングハンドルに連動させたエンコーダの他、例えばステアリングハンドルに連動して回転する歯車の各歯が接離することによりオン・オフ切替えられる近接スイッチ、反射型ホトセンサ、ホトインタラプタなどを用いることができる。又、後者の例としては、ステアリングハンドルに連動させたポテンショメータが挙げられる。
【００１２】
本発明において、操舵輪の舵角を検出する方法としては、電動操舵機構を構成する電動アクチュエータ、電動アクチュエータの動きに操舵輪を連動させる連動機構部材、若しくは操舵輪の何れかの機械的な動作量をそれに連動させた舵角検出手段により検出する方法があり、例えば操舵輪の操舵回転軸（キングピン）、操舵輪の輪軸を支持するギヤケース、操舵輪に連動させた歯車などの回転角を検出するために、単位回転角ごとにパルスを発生するものや、回転角に対応して抵抗、容量などの電気的特性が変化するものを舵角検出手段に用いることができる。又、操舵輪の舵角を検出する方法として、電動操舵機構に供給される駆動電流の電流値や印加電圧値に基づいて舵角を演算により求める方法を採用することもできる。尚、操舵輪を操舵する電動操舵機構は、電動アクチュエータと、電動アクチュエータに操舵輪を連動させる連動機構とを備え、電動アクチュエータとしては例えば電動シリンダやモータ（いわゆるＥＰＳモータ）などが用いられ、連動機構としては例えば歯車装置、リンク機構などが用いられる。
【００１３】
本発明における制御手段は、ステアリングハンドルの操作角に対応する舵角に操舵輪が位置するように前記電動操舵機構を制御するように構成されており、ステアリングハンドルの操作角と、ステアリングハンドルの操作角と操舵輪の舵角との比率、即ちステアリング感度と、からステアリングハンドルの操作角に対応する舵角を導出し、導出された舵角分だけ操舵輪が操舵されるように前記電動操舵機構を制御する。又、本発明における制御手段は、少なくともステアリングエンドの近傍でステアリングエンドに向かって舵角が増大する場合にステアリング感度を減少させる制御を行うように構成されている。ここで、操舵輪のステアリングエンド、即ち最大舵角は特に限定されず、例えば中立位置から左右に９０°以下の任意の値に設定したり、中立位置から左右に９０〜１８０°の範囲内の任意の値に設定したりすることができる。もちろん必要に応じて、操舵輪のステアリングエンド（最大舵角）は中立位置から左右に同じ値に設定しても、異なる値に設定してもよい。尚、操舵輪の舵角がステアリングエンドに向かって増大するとは、単に操舵輪の舵角が数値として増加することに限らず、操舵輪の舵角の絶対値が数値として増加すること、現在の操舵輪の舵角と左右のステアリングエンド（最大舵角）との差のうち小さい方が絶対値として減少することを含むものである。
【００１４】
ところで、本発明において、前記制御手段が操舵輪の舵角が予め設定された設定値を超えてステアリングエンドに向かって増大する時に、ステアリング感度を段階的又は連続的に減少させ、操舵輪の舵角がステアリングエンドに達したときにステアリング感度を０とする構成とすれば、ステアリング感度の減少がスムーズに行われることになり、その結果としてオペレータは円滑な操舵感覚を得られるので好ましい。尚、ステアリング感度を連続的に減少させる場合には、操舵輪の舵角に対するステアリング感度の関係をグラフ化した際に、この関係が直線的に表されるものと、曲線的に表されるものとが含まれる。
【００１５】
又、本発明において、前記制御手段が、ステアリング感度を、操舵輪の舵角が前記設定値を超ない範囲内で増減する時と、操舵輪の舵角が前記設定値を超える範囲内で中立位置側に減少する時と、で同じ所定値に設定する構成とすれば、ステアリングの切り戻しが俊敏に行われることになり、その結果としてオペレータは円滑な操舵感覚を得られるので好ましい。尚、操舵輪の舵角が中立位置側に減少するするとは、単に操舵輪の舵角が数値として減少することに限らず、操舵輪の舵角の絶対値が数値として減少すること、現在の操舵輪の舵角と左右のステアリングエンド（最大舵角）との差のうち小さい方が絶対値として増加することを含むものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例に係る電動パワーステアリング装置を図面に基づいて具体的に説明すれば、以下の通りである。尚、図１はこの実施例を適用したフォークリフトの斜視図、図２はこの実施例の機能ブロック図、図３はこの実施例のステアリング感度設定特性線図、図４はこの実施例のステアリング感度設定プログラムのフロー図である。
【００１７】
図１に示すフォークリフトは、座乗型リーチフォークリフトであり、車体１から張出した左右のストラドルアーム２に沿ってマスト３が進退可能とされ、ストラドルアーム２に支持させた左右のロードホイール４と、車体１に支持させた駆動輪兼操舵輪（以下、ドライブホイールという。）５とで走行する構成とされている。車体１に設けたコクピット６の下側にはパワールーム７が設けられ、コクピット６に対向する部分からマスト３側にかけてインストルメントパネル８で覆われ、このインストルメントパネル８の上側にノブ付きの丸ハンドルからなるステアリングハンドル９や操作レバー１０、ディレクショナルスイッチ（図示せず）などが配置される。インストルメントパネル８のマスト３側部分の下方にはバッテリ（図示せず）が搭載されており、このバッテリを駆動源としてパワールーム７内に格納された、後述するＥＰＳモータをはじめとするモータなどが駆動されて、車体１の走行、操舵及びマスト３の荷役動作が行われる。尚、図１中の１１は、コクピット６およびインストルメントパネル８の上方に設けられたヘッドガードである。
【００１８】
図２に示すように、前記ドライブホイール５は、車体１の後部に縦軸心周りに回転可能に支持させたギヤボックス１２の下部に輪軸を介して水平軸心周りに回転可能に支持され、この実施例に係る電動パワーステアリング装置１３により操舵される。電動パワーステアリング装置１３は、前記ステアリングハンドル９により駆動される例えばポテンショメータからなる操作角検出手段１７と、ギヤボックス１２を構成する歯車により駆動される例えばポテンショメータからなる舵角検出手段１８と、ギヤボックス１２を介してドライブホイール５を縦軸心周りに回転させる電動操舵機構１９と、操作角検出手段１７により検出されるステアリングハンドル９の操作角に対応する舵角にドライブホイール５が位置するよう、電動操舵機構１９を制御する例えばマイクロコンピュータからなる制御手段２０とを備える。ここで、電動操作機構１９は、ＥＰＳモータ２１とこのＥＰＳモータ２１にギヤボックス１２を連動させる歯車装置２２とを備え、制御手段２０により駆動されるＥＰＳモータ２１の回転が伝達されることによってドライブホイール５の操舵がなされる。
【００１９】
図３においては、ドライブホイール５の舵角θが横軸にとられ、ステアリング感度ｒ（＝θ／φ）が縦軸にとられており、中立位置（θ＝０）から右への操舵を正の舵角、左への操舵を負の舵角としている。尚、φはステアリングハンドル９の操作角である。この図３に示すように、ドライブホイール５の最大舵角、即ち、ステアリングエンドは、例えば中立位置（θ＝０）から左右に１８０°以下の値θｅ、−θｅに設定され、ドライブホイール５の中立位置と左右のステアリングエンドθｅ、−θｅとの間に、左右のステアリング感度変更開始角θｃ、−θｃが設定される。左右のステアリング感度変更開始角θｃ、−θｃは、例えばステアリングエンドθｅ、−θｅの３分の２ないし５分の４程度に設定することが好ましい。ステアリング感度変更開始角θｃ、−θｃがステアリングエンドθｅ、−θｅの３分の２よりも小さくなると、ステアリングエンドθｅ、−θｅに対応するステアリングハンドル９の最大操作角が大きくなる上、ステアリング感度の減少率が小さくなりオペレータがハンドルの切れ又は効きの変化を感得し難くなるので好ましくない。又、ステアリング感度変更開始角θｃ、−θｃがステアリングエンドθｅ、−θｅの５分４よりも大きくなるとステアリングエンドの真際になるまでステアリングエンドに近付いたことをオペレータが感得できなくなるので好ましくない。
【００２０】
図３において、縦軸にとられているステアリング感度ｒ（＝θ／φ）は、舵角θが左右のステアリング感度変更開始角θｃ、−θｃの間（−θｃ≦θ≦θｃ）では一定の通常ステアリング感度Ｋ（定数）に設定される。例えばＫ＝１であるとすると、θ＝ｒ・φ＝φとなり、電動パワーステアリング装置１３はステアリングハンドル９の操作角と同じ角度の舵角となるようドライブホイール５を操舵することになる。左右のステアリング感度変更開始角θｃ、−θｃからステアリングエンドθｅ、−θｅまでのステアリング感度調整領域（−θｅ≦θ＜−θｃおよびθｃ＜θ≦θｅ）で、ドライブホイール５を中立位置側からステアリングエンド側に操舵する場合には、ステアリング感度ｒを（図３上で）ステアリングエンドに向かって直線的に減少させ、ステアリングエンドθｅ、−θｅにおいて０になるように設定される。これに対して、左右のステアリング感度変更開始角θｃ、−θｃからステアリングエンドθｅ、−θｅまでのステアリング感度調整領域（−θｅ≦θ＜−θｃおよびθｃ＜θ≦θｅ）で、ドライブホイール５をステアリングエンド側から中立位置側に操舵する場合には前記通常ステアリング感度Ｋに設定される。
【００２１】
図４は制御手段２０において実行されるステアリング感度設定プログラムのフロー図であり、この図４に示すように、このステアリング感度設定プログラムでは、先ず、前記舵角検出手段１８により与えられるドライブホイール５の舵角θを読取り（Ｓ１）、そのドライブホイール５の回転方向（操舵方向）を読取る（Ｓ２）。
【００２２】
この後、舵角θが左右のステアリング感度変更開始角−θｃ、θｃを超えているか否かを判定し（Ｓ３）、左右のステアリング感度変更開始角−θｃ、θｃ内、即ち−θｃ≦θ≦θｃであればステアリング感度ｒを通常ステアリング感度Ｋに設定する（Ｓ４）。左右のステアリング感度変更開始角θｃ、−θｃ内ではないと判定される場合には（Ｓ３）、舵角θが左のステアリング感度変更開始角−θｃよりも大であるか否かを判定することにより、ドライブホイール５が中立位置から右のステアリング感度調整領域に位置しているか(θ＞θｃ)、左のステアリング感度調整領域に位置しているか（θ＜−θｃ）を判定する（Ｓ５）。
【００２３】
ここで、ドライブホイール５が右のステアリング感度調整領域に位置していると判定された場合には、ドライブホイール５の回転方向が左向きか否かを判定し（Ｓ６）、左向き、即ち中立位置側への切り戻しの場合には当該舵角θにおけるステアリング感度ｒは通常ステアリング感度Ｋに設定され（Ｓ４）、右向き、即ち右ステアリングエンド側への切足しの場合には、舵角θが右ステアリングエンドθｅであるか否かを判定する（Ｓ７）。舵角θが右ステアリングエンドθｅであればステアリング感度は０に設定され（Ｓ８）、舵角θが右ステアリングエンドθｅでなければ当該舵角θにおけるステアリング感度ｒは次式に従って通常ステアリング感度Ｋよりも小さい値に設定される（Ｓ９）。
ｒ＝Ｋ・（θｃ−θ）／（θｅ−θｃ）
【００２４】
ドライブホイール５が左のステアリング領域に位置していると判定された場合（Ｓ５）には、ドライブホイール５の回転方向が右向きか否かを判定し（Ｓ１０）、右向き、即ち中立位置側への切り戻しの場合には当該舵角θにおけるステアリング感度ｒを通常ステアリング感度Ｋに設定し（Ｓ４）、左向き、即ち左ステアリングエンド側への切足しの場合には、舵角θが左ステアリングエンド−θｅであるか否かを判定する（Ｓ１１）。舵角θが左ステアリングエンド−θｅであればステアリング感度ｒは０に設定され（Ｓ８）、舵角θが左ステアリングエンド−θｅでなければ当該舵角θにおけるステアリング感度ｒは前記数式に従って通常ステアリング感度Ｋよりも小さい値に設定される（Ｓ９）。
【００２５】
このように、左又は右のステアリングエンドに向かってドライブホイール５を操舵するときに、ステアリング感度ｒを左又は右のステアリングエンド近傍のステアリング感度調整領域で連続的に減少させステアリングエンドで０になるようにすると、左又は右のステアリング感度調整領域でステアリングハンドル９の操作角φの変化に対してドライブホイール５の舵角θの変化の比率が小さくなり、いわゆるハンドルの切れ又は効きが鈍くなる。従って、オペレータは、このハンドルの切れ又は効きが鈍くなることを感得することによりステアリングエンドが近いことを認識することができ、又、ハンドルが効かなくなることを感得することによりステアリングエンドまでドライブホイール５が操舵されたことを知ることができる。又、ステアリングエンド近傍からステアリングエンドにかけてオペレータが感じるハンドル操作感覚とドライブホイール５の舵角θとの感覚的なずれがなくなり、オペレータがハンドル操作をしてもドライブホイール５がステアリングエンドで停止されることに戸惑いを感じることがなくなる。勿論、ドライブホイール５がステアリングエンドに近付いたり、ステアリングエンドに停止したりすることをオペレータが認識することにより、作業の安全性を高めることができる。
【００２６】
又、ステアリングハンドル９の操作に対して連続的にドライブホイール５の回転率が減少してステアリングエンドに停止するので、オペレータの意図するところと異なってドライブホイール５が突然にステアリングエンドに停止するというハンドル操作の不連続性がなくなる。更に、ドライブホイール５を機械的接触によらずにステアリングエンドに停止させることができるので、ステアリングエンドを容易に変更することができる。加えて、ドライブホイール５をステアリングエンドから中立位置側に切り戻す場合には、ステアリング感度調整領域におけるステアリング感度ｒが通常ステアリング感度Ｋに設定されるので、ステアリングエンドからのハンドルの切り戻しの操作性が損なわれることはない。
【００２７】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、操舵輪の舵角が中立位置からステアリングエンドに近付くとステアリング感度が減少し、ハンドルの切れ又は効きが鈍くなるという作用を得ることができ、この作用により、オペレータはハンドルの切れ又は効きが鈍くなったことを感得することにより操舵輪の舵角がステアリングエンドに近付いていることを知ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を適用したフォークリフトの斜視図である。
【図２】 本発明の機能ブロック図である。
【図３】 本発明のステアリング感度制御特性線図である。
【図４】 本発明のステアリング感度設定プログラムのフロー図である。
【符号の説明】
５ ドライブホイール
９ ステアリングハンドル
１３ 電動パワーステアリング装置
１７ 操作角検出手段
１８ 舵角検出手段
１９ 電動操舵機構
２０ 制御手段
φ ステアリングハンドルの操作角
θ ドライブホイールの舵角
ｒ ステアリング感度

Claims (1)

1. ステアリングハンドルの操作角を検出する操作角検出手段と、操舵輪の舵角を検出する舵角検出手段と、操舵輪を操舵する電動操舵機構と、ステアリングハンドルの操作角に対応する舵角に操舵輪が位置するように前記電動操舵機構を制御する制御手段とを備え、該制御手段が、少なくともステアリングエンドの近傍で操舵輪の舵角がステアリングエンドに向かって増大する時に、操舵輪の舵角とステアリングハンドルの操作角との比率であるステアリング感度を減少させるものであり、かつ、前記ステアリング感度を、操舵輪の舵角が前記設定値を超ない範囲内で増減する時と、操舵輪の舵角が前記設定値を超える範囲内で中立位置側に減少する時と、で同じ所定値に設定するものであることを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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