JP4063088B2

JP4063088B2 - ステアリング装置

Info

Publication number: JP4063088B2
Application number: JP2003014200A
Authority: JP
Inventors: 公秀長谷川
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2003-01-23
Filing date: 2003-01-23
Publication date: 2008-03-19
Anticipated expiration: 2023-01-23
Also published as: JP2004224187A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の操舵操作を補助するステアリング装置に係わり、特に、車両の操舵輪の角度を検出するタイヤ角センサの出力に基づいて操舵操作を補助するステアリング装置に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
フォークリフト等の産業車両の操舵操作を補助するステアリング装置として、従来より、ステアリングホイールの操舵力または操舵速度に基づいて操舵操作を補助する動作を行うものが知られている。この種の装置では、例えば、ステアリングホイールの回転を検出する回転センサを備え、そのセンサの出力に従って油圧調整用モータの回転数が制御される。そして、これにより、ステアリングホイールの操舵速度に応じた流量の作動油が油圧ポンプからステアリング制御バルブに供給されるようになっている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、他の形態のステアリング装置として、車両のタイヤ（操舵輪）の角度またはそのタイヤ角速度に基づいて操舵操作を補助する動作を行うものが知られている。この種の装置では、例えば、車両のタイヤの角度を検出するタイヤ角センサを備え、そのセンサの出力に基づいてタイヤ角速度を算出し、そのタイヤ角速度に応じて操舵操作補助動作が行われる（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
米国特許第５５４２４９０号明細書
【０００５】
【特許文献２】
特願２００２−３６６８５７号（図１、図５、段落００３６等）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ステアリングホイールの操舵とタイヤの角度とは、完全には対応していない。このため、ステアリングホイールの回転に基づいて操舵操作の補助を行うステアリング装置では、操舵されたタイヤがそのエンド位置に達しても、車両の運転者がステアリングホイールによる操舵操作を継続することがあり、この場合、例えば、回転センサは、そのステアリングホイールの回転を検出し続けることになる。このため、この回転センサの出力に従って油圧調整用モータの回転が継続されてしまう。そして、このことは、消費電流の低減、あるいは騒音の低減を図るうえでの妨げとなってしまう。なお、「エンド位置」とは、タイヤの切れ角の最大角度または限界角度に相当し、ステアリングホイールを操作してもタイヤの切れ角がそれ以上大きくならない状態をいう。
【０００７】
一方、タイヤの角度に基づいて操舵操作を補助するステアリング装置では、一般に、タイヤの角速度が０（ゼロ）になると、すなわちタイヤが一定の角度に保持されると、油圧調整用モータが停止するように設計されている。このとき、図５に示すように、タイヤがねじれた状態（タイヤの操舵軸を軸としたタイヤと路面の間に摩擦力を蓄えた状態）にあるときに油圧調整用モータが停止すると、そのタイヤがねじれを解放しようとする力が機械的伝達メカニズムを介してそのままステアリングホイールに伝わってしまう。この結果、ステアリングホイールには、ねじれを解放しようとする力が働くので、運転者の手に衝撃が伝わることになる。
【０００８】
本発明は、消費電流および騒音の低減を図りながら、車両の運転者に良好な運転感覚を提供するステアリング装置を実現することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のステアリング装置は、車両の操舵操作を補助する装置であって、上記車両のタイヤの角度を検出するタイヤ角センサと、上記車両の操舵操作を補助するために使用されるモータと、上記タイヤ角センサの出力に基づいて上記タイヤの角速度を表すタイヤ角速度を算出してそのタイヤ角速度に従って上記モータを制御する制御手段を有する。そして、上記制御手段は、上記タイヤ角速度が予め決められた所定値よりも小さくなったときに、上記モータの回転数を徐々に低下させて停止させる。
【００１０】
このステアリング装置によれば、操舵を補助するために使用されるモータを停止する際には、そのモータの回転数が徐々に低下していく。ここで、このモータの回転数を徐々に低下させると、それに伴って操舵を補助する力も徐々に小さくなっていく。このとき、タイヤがねじれを解放しようとする力がステアリングホイールに伝わることになるが、上述のようにして操舵を補助する力が徐々に弱まっていくと、それに伴ってステアリングホイールに伝達される力は徐々に大きくなっていくことになる。すなわち、操舵を補助するために使用されるモータを停止する際に、タイヤがねじれを解放しようとする力は、ステアリングホイールに急激に伝わるのではなく、徐々に大きくなっていくように伝わる。よって、そのステアリングホイールを介して運転者の手に衝撃が伝わることはなく、良好な運転感覚が妨げられることはない。
【００１１】
上記ステアリング装置において、制御手段は、タイヤ角速度がゼロになったときに、上記モータの回転数を徐々に低下させて停止させるようにしてもよい。この構成によれば、特に、タイヤがそのエンド位置まで操舵されたとき、或いは据切り操作をして車両を停止させたときに、ステアリングホイールを介して運転者の手に衝撃が伝わることを回避しながら、モータを停止させることができる。
【００１２】
また、上記ステアリング装置は、上記モータにより駆動されそのモータの回転数に対応する流量で作動油を供給する油圧ポンプと、上記油圧ポンプから供給される作動油を上記車両のステアリングホイールの操舵に基づいて決まる流量だけ供給するステアリング制御バルブと、上記ステアリング制御バルブから供給される作動油により作動し上記タイヤを操舵するステアリングシリンダ、をさらに有するようにしてもよい。この構成によれば、油圧を利用して操舵を補助するシステムに本発明のステアリング装置を適用できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施形態のステアリング装置の構成を示す図である。なお、実施形態のステアリング装置は、特に限定されるものではないが、例えば、フォークリフト等の産業車両に搭載され、その車両の運転者の操舵操作を補助する。
【００１４】
実施形態のステアリング装置は、ＰＳバルブ（ステアリング制御バルブ）１、ＰＳシリンダ（ステアリングシリンダ）２、タイヤ角センサ３、コントローラ（制御手段）４、モータ５、油圧ポンプ６を備える。ここで、この装置の構成自体は、公知である。ただし、コントローラ４による制御は、従来の技術にはない新たな手順を含んでいる。なお、タイヤ１０２は、ステアリングホイール１０１を利用して運転者により与えられる指示に従ってその角度が制御される操舵輪である。
【００１５】
ＰＳバルブ１は、ステアリングホイール１０１の操舵に従って作動し、油圧ポンプ６から供給される作動油を、ステアリングホイール１０１の操舵速度に対応する流量だけＰＳシリンダ２に供給する。このとき、ＰＳバルブ１は、ステアリングホイール１０１の操舵方向（右操舵／左操舵）を区別して作動油をＰＳシリンダ２に供給する。
【００１６】
ＰＳシリンダ２は、ＰＳバルブ１から供給される作動油により作動し、タイヤ１０２を右操舵または左操舵する。すなわち、ＰＳシリンダは、ステアリングホイール１０１の操舵に従って、タイヤ１０２の切れ角を制御する。
タイヤ角センサ３は、特に限定されるものではないが、例えば、タイヤ１０２の操舵軸上に設けられたポテンショメータである。そして、このタイヤ角センサ３は、ステアリングホイール１０１が右操舵または左操舵されたときのタイヤ１０２の角度を検出する。なお、タイヤ１０２は、車両が直進するときの状態（中立状態）を基準とし、例えば、「＋９０゜（右側操舵時）」から「−９０゜（左側操舵時）」まで操舵される。
【００１７】
コントローラ４は、マイクロコンピュータであって、予め記述されたプログラムを実行することによりモータ５を駆動する。すなわち、コントローラ４は、タイヤ角センサ３の出力をタイヤ角データとして所定間隔ごとに読み込み、それらのタイヤ角データに基づいて、随時、タイヤ１０２の角速度を表すタイヤ角速度を算出する。そして、その算出したタイヤ角速度に従ってモータ５の回転数を制御する。
【００１８】
モータ５は、特に限定されるものではないが、例えば、交流誘導型モータであり、コントローラ４により駆動される。ここで、モータ５は、タイヤ角速度が大きくなるほど高い回転数で駆動されるようにしてもよい。また、モータ５の回転数は、例えば、三相正弦波ＰＷＭ（パルス幅変調）方式で制御される。
【００１９】
油圧ポンプ６は、モータ５により駆動され、そのモータ５の回転数に対応する流量でＰＳバルブ１に作動油を供給する。この場合、油圧ポンプ６からＰＳバルブ１に供給される作動油の流量は、モータ５の回転数に比例するようにしてもよい。
【００２０】
そして、上記ステアリング装置が搭載された車両において、運転者がステアリングホイール１０１を操舵すると、その操舵に応じてタイヤ１０２の角度が制御される。このとき、コントローラ４は、タイヤ１０２のタイヤ角速度に従ってモータ５を駆動し、そのモータ５により油圧ポンプ６からＰＳバルブ１に作動油が供給される。この結果、運転者は、比較的小さな力でステアリングホイール１０１を操舵することができる。
【００２１】
図２は、コントローラ４の動作を示すフローチャートである。なお、このフローチャートの処理は、基本的に、所定間隔ごとに実行される。
ステップＳ１では、タイヤ角センサ３の出力を取り込み、タイヤ１０２のタイヤ角速度を算出する。すなわち、時系列に取得したタイヤ角データの変化量に基づいて、タイヤ１０２のタイヤ角速度を算出する。
【００２２】
ステップＳ２では、ステップＳ１で算出したタイヤ角速度が０（ゼロ）であるか否かを調べる。このとき、タイヤ角速度が０（ゼロ）でなければ、ステップＳ６において、そのタイヤ角速度に応じたモータ回転処理を行う。すなわち、そのタイヤ角速度に応じた回転数でモータ５を駆動する。
【００２３】
タイヤ角速度が０（ゼロ）であった場合には、ステップＳ３において、モータ５が回転しているか否かを調べる。なお、モータ５はコントローラ４により駆動されるので、コントローラ４はモータ５の回転数を認識している。
タイヤ角速度が０（ゼロ）であり、且つ、モータ５が回転している場合には、ステップＳ４において、モータ５の回転数を徐々に減速させる処理を行う。ただし、この例では、図２に示すフローチャートの処理が所定間隔ごとに繰り返し実行されるので、ステップＳ４の処理は、具体的には、その時点におけるモータ５の回転数を所定量だけ低くする処理に相当する。そして、タイヤ角速度が０（ゼロ）であり、且つ、モータ５が回転している状態が継続すると、ステップＳ４の処理が繰り返し実行されることにより、モータ５の回転数を徐々に減速していくことになる。なお、タイヤ角速度が０（ゼロ）であり、且つ、モータ５が停止している場合には、モータ５に対する指令はない（ステップＳ５）。
【００２４】
なお、図２に示す例では、ステップＳ２においてタイヤ角速度が０（ゼロ）であるか否かを調べているが、そのタイヤ角速度が予め決められた所定値よりも小さいか否かを調べるようにしてもよい。この場合、「予め決められた所定値」は、例えば、１゜／１００ｍ秒程度とする。
【００２５】
また、モータ５の回転数が三相正弦波ＰＷＭ方式で制御される場合は、モータ５の回転数を徐々に減速させる処理は、モータ５に印加される電圧正弦波周波数を低くしていく処理により実現される。
図３は、タイヤ１０２の角速度が０（ゼロ）になったときのステアリング装置の動作を説明する図である。なお、タイヤ１０２の角速度が０（ゼロ）になる状況は、タイヤ１０２がそのエンド位置まで操舵されたとき、或いは据切り操作をして車両を停止させたとき等に生じる。また、車両の走行中にステアリングホイール１０１が一定の操舵位置に固定されているときにもタイヤ１０２の角速度が０（ゼロ）になり得る。
【００２６】
図３において、タイヤ１０２がねじれた状態（タイヤの操舵軸を軸としたタイヤと路面の間に摩擦力を蓄えた状態）にあるときは、そのタイヤ１０２がねじれを解放しようとする力が働く。ただし、コントローラ４の指示に従ってモータ５が回転しているときは、油圧ポンプ６からＰＳバルブ１に供給される作動油により、そのタイヤ１０２の角度は保持される。
【００２７】
その後、モータ５が回転している状態でタイヤ１０２のタイヤ角速度が０（ゼロ）になると、以降、モータ５の回転数は徐々に低下していく。ここで、モータ５の回転数が低下すると、それに伴って油圧ポンプ６からＰＳバルブ１に供給される作動油の流量が減少する。すなわち、タイヤ１０２の角度を保持しようとする力が徐々に弱まっていく。このとき、タイヤ１０２がねじれを解放しようとする力はステアリングホイール１０１に伝わることになるが、上述のようにしてタイヤ１０２の角度を保持しようとする力が徐々に弱まっていくと、それに伴ってタイヤ１０２からステアリングホイール１０１に伝達される力は徐々に大きくなっていくことになる。
【００２８】
このように、実施形態のステアリング装置によれば、タイヤ１０２のタイヤ角速度が０（ゼロ）になったときには、タイヤ１０２がねじれを解放しようとする力は、ステアリングホイール１０１に急激に伝わるのではなく、徐々に大きくなっていくようにステアリングホイール１０１に伝わる。したがって、ステアリングホイール１０１がねじれを解放しようとする力は、徐々に大きくなっていくことになり、ステアリングホイール１０１を介して運転者の手に衝撃が伝わることはなく、良好な運転感覚が妨げられることはない。
【００２９】
また、タイヤ１０２のタイヤ角速度が０（ゼロ）になると、モータ５の回転数は徐々に低下してゆき、その後停止する。したがって、消費電流およびモータによる騒音も抑えられる。特に、タイヤ１０２がそのエンド位置まで操舵されたときは、運転者がステアリングホイール１０１の操舵を継続している場合であってもモータ５が停止するので、低消費電流化および低騒音化に大きく寄与することになる。
【００３０】
なお、実施形態のステアリング装置がフォークリフトに搭載される場合には、図４に示すように、モータ５および油圧ポンプ６は、操舵補助および荷役作業の双方に利用されるようにしてもよい、この場合、油圧ポンプ６から供給される作動油は、いったん、例えば、プライオリティバルブ１１に導かれる。そして、プライオリティバルブ１１は、ＰＳシリンダ２が必要とする流量の作動油を優先的にＰＳバルブ１に供給し、残りの作動油を不図示の荷役装置に供給するように動作する。
【００３１】
また、上述の実施例では、油圧を利用してタイヤ１０２を操舵する構成を前提として説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明に係わるステアリング装置は、モータを利用して操舵の補助を行う構成に広く適用可能である。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、操舵を補助するためのモータを停止するときには、そのモータの回転数を徐々に低下させるので、タイヤがねじれを解放しようとする力がステアリングホイールを介して運転者に衝撃を与えることはない。また、タイヤの角速度が所定値以下になったときは、上記モータを停止するので、消費電流および騒音を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のステアリング装置の構成を示す図である。
【図２】コントローラの動作を示すフローチャートである。
【図３】タイヤの角速度が０（ゼロ）になったときのステアリング装置の動作を説明する図である。
【図４】実施形態のステアリング装置の他の適用例を示す図である。
【図５】従来のステアリング装置の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
１ＰＳバルブ（ステアリング制御バルブ）
２ＰＳシリンダ（ステアリングシリンダ）
３タイヤ角センサ
４コントローラ（制御手段）
５モータ
６油圧ポンプ
１０１ステアリングホイール
１０２タイヤ（操作輪）

Claims

車両の操舵操作を補助するステアリング装置であって、
上記車両のタイヤの角度を検出するタイヤ角センサと、
上記車両の操舵操作を補助するために使用されるモータと、
上記タイヤ角センサの出力に基づいて上記タイヤの角速度を表すタイヤ角速度を算出し、そのタイヤ角速度に従って上記モータを制御する制御手段と、
上記モータにより駆動され、そのモータの回転数に対応する流量で作動油を供給する油圧ポンプと、
上記油圧ポンプから供給される作動油を、上記車両のステアリングホイールの操舵に基づいて決まる流量だけ供給するステアリング制御バルブと、
上記ステアリング制御バルブから供給される作動油により作動し、上記タイヤを操舵するステアリングシリンダ、
を有し、
上記制御手段は、上記タイヤ角速度が予め決められた所定値よりも小さくなったときに、上記モータの回転数を徐々に低下させて停止させる
ことを特徴とするステアリング装置。
請求項１に記載のステアリング装置であって、
上記制御手段は、上記タイヤ角速度がゼロになったときに、上記モータの回転数を徐々に低下させて停止させることを特徴とするステアリング装置。