JP4000717B2 - 全電気式操舵制御装置及び全電気式操舵制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハンドルと操舵輪とが機械的にリンクされておらず、検出したハンドルの回転に基づいて、電気エネルギーによって駆動するアクチュエータを用いて操舵輪を操舵する全電気式操舵制御装置と全電気式操舵制御方法とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２に、産業車両の一つであるリーチ式フォークリフト１を示す。図２に示されるフォークリフト１は、その四隅に車輪が取り付けられており、そのうちの一つが操舵輪２とされている。この操舵輪２は、ハンドル３の回転に応じて操舵される。図２に示されるフォークリフト１は、操舵輪２とハンドル３との間に機械的なリンクを有しておらず、操舵されたハンドル３のハンドル角をエンコーダーなどで検出し、検出したハンドル角に基づいて操舵輪２を電気モーターなどで駆動する、いわゆる全電気式の操舵制御装置を有している。
【０００３】
全電気式の操舵制御装置の一般的な構成を図３に示す。ハンドル３には、そのハンドル角を検出するエンコーダー４が取り付けられている。また、操舵輪２には、この操舵輪２のタイヤ角を変更するための駆動源となる電気モーター５と、この操舵輪２のタイヤ角を検出するポテンショメータ６が取り付けられている。そして、エンコーダー４、電気モーター５及びポテンショメータ６は、操舵全体を制御する電子制御コントロールユニット（ＥＣＵ）７に接続されている。ＥＣＵ７は、エンコーダー４からの出力に基づいて電気モーター５を駆動し、操舵輪２のタイヤ角を変更する。即ち、ＥＣＵ７は、操舵制御手段として機能する。このとき、操舵輪２のタイヤ角がポテンショメータ６によって検出され、ＥＣＵ７による電気モーター５の駆動制御にフィードバックされる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ポテンショメータ６は、その出力誤差に個体差があると共に、取付誤差も生じる。このようなポテンショメータ６の誤差に基づいて、フィードバック制御を行うと、制御が正確に行われないことになる。また、ポテンショメータ６の出力が永年使用によって経時的に変化して誤差が生じる場合もあり、このような誤差が発生すれば、フィードバック制御に影響を及ぼすことになる。
【０００５】
従って、本発明の目的は、操舵輪のタイヤ角の検出誤差を補正し、正確な操舵制御を行うことのできる全電気式操舵制御装置及び制御方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の全電気式操舵制御装置は、電気エネルギーによって駆動するアクチュエータを用いて操舵輪のタイヤ角を変更するタイヤ角変更手段と、操舵輪のタイヤ角を検出するタイヤ角検出手段と、タイヤ角検出手段の検出結果に基づいて、タイヤ角変更手段を制御する操舵制御手段とを備え、操舵制御手段は、一方のタイヤエンドまで操舵輪が操舵された状態でタイヤ角検出手段によってタイヤ角を検出した後に、他方のタイヤエンドまで操舵輪が操舵された状態でタイヤ角検出手段によってタイヤ角を検出し、検出した各タイヤエンドにおけるタイヤ角に基づいて、タイヤ角検出手段の出力とタイヤ角変更手段により変更されるタイヤ角との対応関係を補正するように構成されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明の全電気式操舵制御装置によれば、一方のタイヤエンドと他方のタイヤエンドとで検出した操舵輪の実際のタイヤ角に基づいて、タイヤ角検出手段の出力とタイヤ角変更手段により変更されるタイヤ角との対応関係を補正するので、タイヤ角検出手段の誤差を確実に補正することができ、操舵輪のタイヤ角をタイヤ角変更手段によって正確に変更することができる。
【０００８】
ここで、操舵制御手段は、操舵制御装置が搭載された車両の起動スイッチがオンとなったことを検出したときに、タイヤ角変更手段によって操舵輪を一方のタイヤエンドまで自動的に操舵してタイヤ角検出手段によってタイヤ角を検出した後に、タイヤ角変更手段によって操舵輪を他方のタイヤエンドまで自動的に操舵してタイヤ角検出手段によってタイヤ角を検出すると好適である。このようにすれば、操舵制御装置が搭載された車両が起動されるときに常にタイヤ検出手段の誤差が補正され、操舵輪のタイヤ角をタイヤ角変更手段によって常に正確に変更することができる。
【０００９】
また、操舵制御手段は、車両の起動スイッチがオンとなったことを検出したときに、車両の走行及び荷役を禁止してから、タイヤ角変更によって操舵輪を一方のタイヤエンドまで自動的に操舵することが好ましい。このようにすれば、操舵輪のタイヤ角を自動的に変更して各タイヤエンドでのタイヤ角を検出する際に、車両の走行や荷役の制御によって阻害されることなく、タイヤ角を確実かつ速やかに検出することができる。
【００１０】
さらに、操舵制御手段は、各タイヤエンドでのタイヤ角の検出が終了した後に、タイヤ角変更手段によって操舵輪を自動的に中立位置に変更することが好ましい。このようにすれば、操舵輪のタイヤ角を自動的に変更して各タイヤエンドでタイヤ角を検出した後は、タイヤ角が必ず中立位置にあるので、運転者によるその後の車両の運転を行いやすくできる。
【００１１】
また、本発明の全電気式操舵制御方法は、操舵輪のタイヤ角を検出して操舵輪のタイヤ角を制御する全電気式操舵制御方法であって、操舵輪を一方のタイヤエンドまで操舵した状態で操舵輪のタイヤ角を検出した後に、操舵輪を他方のタイヤエンドまで操舵した状態で操舵輪のタイヤ角を検出し、各タイヤエンドにおいて検出したタイヤ角に基づいて、検出したタイヤ角と制御するタイヤ角との対応関係を補正することを特徴としている。
【００１２】
本発明の全電気式操舵制御方法によれば、一方のタイヤエンドと他方のタイヤエンドとで検出した操舵輪の実際のタイヤ角に基づいて、検出したタイヤ角と制御するタイヤ角との対応関係を補正するので、タイヤ角を検出する際の誤差を確実に補正することができ、操舵輪のタイヤ角を正確に変更することができる。
【００１３】
ここで、車両の起動スイッチがオンとなった場合に、電気エネルギーによって駆動するアクチュエータを用いて、操舵輪を一方のタイヤエンドまで自動的に操舵させてからタイヤ角を検出した後に、操舵輪を他方のタイヤエンドまで自動的に操舵させてからタイヤ角を検出すると好適である。このようにすれば、本操舵制御方法によって制御される車両が起動されるときに常にタイヤ角を検出する際の誤差が補正され、操舵輪のタイヤ角を常に正確に変更することができる。
【００１４】
また、車両の起動スイッチがオンとなった場合に、車両の走行及び荷役を禁止してから、操舵輪を一方のタイヤエンドまで自動的に操舵させることが好ましい。このようにすれば、操舵輪のタイヤ角を自動的に変更して各タイヤエンドでタイヤ角を検出する際に、車両の走行や荷役の制御によって阻害されることなく、タイヤ角を確実かつ速やかに検出することができる。
【００１５】
さらに、各タイヤエンドでのタイヤ角の検出が終了した後に、操舵輪を自動的に中立位置に変更することが好ましい。このようにすれば、操舵輪のタイヤ角を自動的に変更して各タイヤエンドでタイヤ角を検出した後は、タイヤ角が必ず中立位置にあるので、運転者によるその後の車両の運転を行いやすくできる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の全電気式操舵制御装置の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１７】
本実施形態の操舵制御装置が搭載された車両は産業車両の一つであるフォークリフトであり、上述した図２に示されるリーチ式フォークリフト１と、その構成自体は同じである。また、本実施形態の操舵制御装置は、操舵輪とハンドルとの間に機械的なリンクがなく、電気的エネルギーによって駆動するアクチュエータ（具体的には電気モーター）によって操舵輪のタイヤ角を変更する全電気式の操舵機構を有している。そして、この全電気式の操舵機構の構成自体も、上述した図３に示されたものと同じである。このため、本実施形態の操舵制御装置についても、図２及び図３に基づいて説明する。
【００１８】
フォークリフト１は、四隅に取り付けられた車輪のうちの一つが操舵輪２とされている。操舵輪２は、ハンドル３の回転に応じて操舵され、ここでは、駆動輪でもある。操舵輪２は、その回転中心軸が回転可能な取付部８に取り付けられており、この取付部８はギア９を有している。このギア９は、電気モーター５の出力軸１０に取り付けられたギア１１と噛み合っている。即ち、電気エネルギーによって駆動するアクチュエータである電気モーター５は、駆動されることによって操舵輪２のタイヤ角を変更するタイヤ角変更手段として機能する。電気モーター５は、供給される電流のオン−オフDUTY比の変化によって、その出力を変化させる。
【００１９】
また、操舵輪２の取付部８は、操舵輪２が所定のタイヤ角以上に回転されないように所定の回転位置でその回転が抑制される構造を有している。操舵輪２がタイヤ角をそれ以上変更できなくなる位置をタイヤエンドという。図２に示すフォークリフト１における操舵輪２は、そのフォークリフト１の前方に対して、右側に９０度回転したところが右タイヤエンドとされており、左側に９０度回転したところが左タイヤエンドとされている。操舵輪２の取付部８には、その回転軸上にポテンショメータ６が取り付けられている。ポテンショメータ６は、操舵輪２の取付部８の回転角度、即ち、操舵輪２のタイヤ角を検出するタイヤ角検出手段として機能する。
【００２０】
一方、ハンドル３は、外周上にノブが取り付けられたステアリングホイールとされている。ハンドル３の回転軸には、円周方向に複数のスリットが形成された円盤と、このスリットを挟むようにして投光部及び受光部を有する光検出部とからなるエンコーダー４が取り付けられている。エンコーダーは、ハンドル３のハンドル角を検出するハンドル角検出手段として機能する。なお、エンコーダー４としては、インクリメンタル型のものでも、アブソリュート型のものでも用いることができる。また、ハンドル角検出手段として、エンコーダーではなくポテンショメータを用いることも可能である。
【００２１】
上述したエンコーダー４、電気モーター５及びポテンショメータ６は、操舵輪２の操舵を総合的に制御するＥＣＵ７に接続されている。ＥＣＵ７内は、その内部に、演算を行うＣＰＵ、プログラムや各種設定値が格納されたＲＯＭ、各種数値などを一時的に記憶するＲＡＭ、記憶した内容を保持することのできるバックアップＲＡＭなどを有している。ＥＣＵ７は、エンコーダー４によって検出されたハンドル３の操舵ハンドル角に応じて、操舵輪２が所定のタイヤ角だけ回転されるように電気モーター５に対して駆動信号を送出する。このとき、操舵輪２のタイヤ角はポテンショメータ６によって検出され、ＥＣＵ７に送出される。ＥＣＵ７は、ポテンショメータ６の検出結果を、操舵輪２のタイヤ角を変更するタイヤ角変更制御にフィードバックさせる。なお、ＥＣＵ７には、フォークリフト１の起動スイッチ１２も接続されており、起動スイッチ１２がオンにされたことを検出できるようになっている。
【００２２】
次に、上述した構成の操舵制御装置におけるポテンショメータ６の誤差の補正について説明すると共に、本発明の全電気式操舵制御方法の実施形態についても説明する。
【００２３】
上述したように、タイヤ角検出手段であるポテンショメータ６は、それ自体が有する出力誤差や、取付誤差、経時的に発生する誤差を有している。この誤差を補正しないと、操舵輪２のタイヤ角を変更する際のフィードバック制御が正確に行われない。このため、本実施形態の操舵制御装置は、以下に説明するように、この誤差を補正する。この補正制御は、ＥＣＵ７のＲＯＭ内にプログラムとして格納されており、起動スイッチ１２がオンとされた後に自動的に行われる。図１に、この補正制御のフローチャートを示す。
【００２４】
まず、起動スイッチ１２がオンにされたことがＥＣＵ１７によって検出されると、フォークリフト１の走行及び荷役が禁止される（ステップ１００）。走行及び荷役の禁止は、ＥＣＵ７から、走行及び荷役を制御しているメインＥＣＵに対して禁止指令を送出する（ＥＣＵ７が走行及び荷役も制御している場合はその内部で禁止される）ことで行われる。走行及び荷役が禁止されると、運転者によってハンドル３が回転されても、その回転に応じた電気モーター５への駆動指令はＥＣＵ７から送出されなくなり、操舵輪２は運転者によってタイヤ角を変更されることがなくなる。
【００２５】
次いで、ＥＣＵ７から、操舵輪２を一方のタイヤエンド（ここでは右タイヤエンド）一杯まで操舵させる信号が電気モーター５に対して送出され、信号を受けた電気モーター５は、操舵輪２を右タイヤエンドまで自動的に操舵する（ステップ１１０）。右タイヤエンド一杯まで操舵されたことは、ポテンショメータ６の出力が変化しなくなることで検出できる。ここで、ポテンショメータ６によってタイヤ角が検出される（ステップ１２０）。即ち、このとき検出したポテンショメータ６の出力は、操舵輪２が右タイヤエンドにあるときの出力である。
【００２６】
右タイヤエンドでのタイヤ角が検出されたら、同様にして操舵輪２が他方のタイヤエンド（左タイヤエンド）一杯まで操舵される（ステップ１３０）。左タイヤエンド一杯まで操舵されたところで、ポテンショメータ６によってタイヤ角が検出される（ステップ１４０）。このとき検出したポテンショメータ６の出力は、操舵輪２が左タイヤエンドにあるときの出力である。各タイヤエンドで検出したタイヤ角に基づいて、ＥＣＵ７内で、タイヤ角検出手段であるポテンショメータ６の出力とタイヤ角とを対応させるマップが修正される（ステップ１５０）。
【００２７】
次いで、左タイヤエンドに操舵された状態の操舵輪２は、中立位置（ここでは、左右のタイヤエンドの中間位置、即ち、フォークリフト１を前方に直進させる位置）に自動的に操舵される（ステップ１６０）。最後に、ステップ１００において禁止されていた走行及び荷役が許可される（ステップ１７０）。ステップ１００からステップ１７０の間の制御は起動スイッチ１２のオンと共に自動的に行われるので、運転席のモニタやインジケータなどで、ポテンショメータ６の補正制御が行われており、走行及び荷役が禁止されていることを運転者に告知するようにすることが好ましい。
【００２８】
上述した操舵制御装置においては、フォークリフト１の起動と同時にポテンショメータ６の補正制御が自動的に行われるので、ポテンショメータ６の個体差に起因する誤差や取付誤差のみならず、ポテンショメータ６を使用するにつれて経時的に発生する出力誤差も常に確実に補正されるので好ましい。また、上述した操舵制御装置においては、フォークリフト１の起動と同時にポテンショメータ６の補正制御が自動的に行われるが、運転席に設置したスイッチなどによって、自動的に行われる補正制御を運転者の意志によってキャンセルできるようにしてもよい。
【００２９】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した操舵制御装置は、フォークリフトに搭載されたが、フォークリフト以外の車両、例えば、ショベルローダーなどに搭載されてもよい。また、上述した実施形態においては、起動スイッチ１２がオンとされた後に自動的にポテンショメータ６の補正制御が自動的に行われたが、請求項１に記載の発明に関しては、自動的に行われずに手動で行うようになされていてもよい。この場合は、運転席などに設けられたモニタやインジケータなどによって、操舵輪２の左右タイヤエンドへの操舵を順次指示することが好ましい。
【００３０】
さらに、上述した実施形態においては、各タイヤエンドで検出したタイヤ角を用いて、ポテンショメータ６の出力とタイヤ角とを対応させるマップ自体を修正することによってタイヤ角変更制御を補正したが、各タイヤエンドで検出したタイヤ角を用いてタイヤ角変更制御を補正するのであれば、このようにマップを補正する方法以外の方法で補正してもよい。例えば、各タイヤエンドで検出したタイヤ角から補正係数を算出し、タイヤ角変更制御時に、この補正係数によって上述したマップの値を補正するようにしてもよい。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の全電気式操舵制御装置及び全電気式操舵制御方法によれば、一方のタイヤエンドと他方のタイヤエンドとで検出した実際の操舵輪のタイヤ角に基づいて、タイヤ角検出手段の出力とタイヤ角変更手段により変更されるタイヤ角との対応関係を補正するので、タイヤ検出手段の誤差を確実に補正することができ、操舵輪のタイヤ角をタイヤ角変更手段によって正確に変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における操舵制御を示すフローチャートである。
【図２】本発明の操舵制御装置を有するフォークリフトの全体斜視図である。
【図３】本発明の操舵制御装置の操舵機構を示す正面図である。
【符号の説明】
１…フォークリフト（車両）、２…操舵輪、３…ハンドル、４…エンコーダー、５…電気モーター（アクチュエータ：タイヤ角変更手段）、６…ポテンショメータ（タイヤ角検出手段）、７…ＥＣＵ（操舵制御手段）、１２…起動スイッチ。

Claims (8)

1. 電気エネルギーによって駆動するアクチュエータを用いて操舵輪のタイヤ角を変更するタイヤ角変更手段と、
   前記操舵輪のタイヤ角を検出するタイヤ角検出手段と、
   前記タイヤ角検出手段の検出結果に基づいて、前記タイヤ角変更手段を制御する操舵制御手段とを備え、
   前記操舵制御手段は、一方のタイヤエンドまで前記操舵輪が操舵された状態で前記タイヤ角検出手段によってタイヤ角を検出した後に、他方のタイヤエンドまで前記操舵輪が操舵された状態で前記タイヤ角検出手段によってタイヤ角を検出し、検出した各タイヤエンドにおけるタイヤ角に基づいて、前記タイヤ角検出手段の出力と前記タイヤ角変更手段により変更されるタイヤ角との対応関係を補正するように構成されていることを特徴とする全電気式操舵制御装置。
2. 前記操舵制御手段は、前記操舵制御装置が搭載された車両の起動スイッチがオンとなったことを検出したときに、前記タイヤ角変更手段によって前記操舵輪を一方のタイヤエンドまで自動的に操舵して前記タイヤ角検出手段によってタイヤ角を検出した後に、前記タイヤ角変更手段によって前記操舵輪を他方のタイヤエンドまで自動的に操舵して前記タイヤ角検出手段によってタイヤ角を検出する、請求項１に記載の全電気式操舵制御装置。
3. 前記操舵制御手段は、前記車両の起動スイッチがオンとなったことを検出したときに、前記車両の走行及び荷役を禁止してから、前記タイヤ角変更によって前記操舵輪を一方のタイヤエンドまで自動的に操舵する、請求項２に記載の全電気式操舵制御装置。
4. 前記操舵制御手段は、各タイヤエンドでのタイヤ角の検出が終了した後に、前記タイヤ角変更手段によって前記操舵輪を自動的に中立位置に変更する、請求項３に記載の全電気式操舵制御装置。
5. 操舵輪のタイヤ角を検出して前記操舵輪のタイヤ角を制御する全電気式操舵制御方法であって、
   前記操舵輪を一方のタイヤエンドまで操舵した状態で前記操舵輪のタイヤ角を検出した後に、
   前記操舵輪を他方のタイヤエンドまで操舵した状態で前記操舵輪のタイヤ角を検出し、
   各タイヤエンドにおいて検出したタイヤ角に基づいて、検出した前記タイヤ角と制御する前記タイヤ角との対応関係を補正することを特徴とする全電気式操舵制御方法。
6. 車両の起動スイッチがオンとなった場合に、
   電気エネルギーによって駆動するアクチュエータを用いて、前記操舵輪を一方のタイヤエンドまで自動的に操舵させてからタイヤ角を検出した後に、
   前記操舵輪を他方のタイヤエンドまで自動的に操舵させてからタイヤ角を検出する、請求項５に記載の全電気式操舵制御方法。
7. 前記車両の起動スイッチがオンとなった場合に、前記車両の走行及び荷役を禁止してから、前記操舵輪を一方のタイヤエンドまで自動的に操舵させる、請求項６に記載の全電気式操舵制御方法。
8. 各タイヤエンドでのタイヤ角の検出が終了した後に、前記操舵輪を自動的に中立位置に変更する、請求項７に記載の全電気式操舵制御方法。

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