JP4333633B2 - パワーステアリング装置および産業車両の油圧制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動の油圧用モータにより駆動される油圧ポンプからの作動油により作動するパワーステアリング装置および産業車両の油圧制御装置に関し、特に、低温時にも好適に作動可能なパワーステアリング装置および産業車両の油圧制御装置に関するものである。

従来から電動の油圧用モータにより駆動される油圧ポンプからの作動油により作動する油圧パワーステアリング装置が提案されている（特許文献１参照）。

これは、電動モータの数を減らしてコストを低減し、さらに騒音を低減し、省エネルギーを実現するため、チョッパ駆動される電動モータにより回転される荷役装置の荷役ポンプをパワーステアリング装置の油圧ポンプと兼用にし，吐出された作動油をロードセンシング付フローディバイダを介して操舵制御バルブと荷役装置に供給するようにしている。そして、キースイッチ若しくは前後進スイッチの投入により油圧ポンプよりスタンバイ流量となるように荷役ポンプを設定された第１回転数で回転させ、パワーステアリング装置を操作するとパワーステアリング装置の作動に必要な流量を確保するよう荷役ポンプを設定された第２回転数で回転させ、荷役レバーが操作されると荷役レバー操作量に応じた流量の作動油を荷役装置に供給するよう荷役ポンプの回転数を上昇させるようにしている。
実開平５−５６５８号公報

しかしながら、上記従来例では、パワーステアリング装置が操作されたときに供給する作動油の流量が所定値に固定されているため、外気温度が、例えば、摂氏−２０度と極低温となる場合には、作動油の粘度が高まることによりパワーステアリング装置の操舵制御バルブおよび油圧ホース内での粘性抵抗が増加し、ステアリングホイールの操作に引っ掛りが発生する。これを解消するために、前記粘性抵抗を見込んで供給する作動油の流量をモータ回転数を上昇させて増加させると、通常使用される温度域での電力消費の増大を招くものであった。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、電力消費を抑制しつつステアリングホイールの引っ掛りを抑制することを目的とする。

本発明は、電動の油圧用モータにより駆動される油圧ポンプから吐出される作動油をパワーステアリング装置の操舵制御バルブに供給するよう構成され、パワーステアリング装置が操舵されていない場合には前記油圧用モータの回転を停止若しくはアイドル回転状態とし、パワーステアリング装置が操舵されている場合にはパワーステアリング装置の操舵を補助可能に前記油圧用モータの回転数を増加させるよう制御する制御手段を備えるパワーステアリング装置において、前記制御手段は、車両の外気温度の低下に応じて前記油圧用モータの回転数を増加させる制御信号を前記油圧用モータに出力するようにした。

したがって、本発明では、電動の油圧用モータにより駆動される油圧ポンプから吐出される作動油をパワーステアリング装置の操舵制御バルブに供給する際に、車両の外気温度の低下に応じて前記油圧用モータの回転数を増加させるよう制御するため、低温時の作動油抵抗の増加によるステアリングホイール操作の引っ掛かりが解消され、且つ常温領域でのパワーステアリング装置による電力消費を抑制することができる。

以下、本発明におけるパワーステアリング装置および産業車両の油圧制御装置の一実施形態を図１〜７に基づいて説明する。

図１〜図２は、本発明を適用する産業車両であるバッテリフォークリフトの外観を示す平面図および側面図である。

バッテリフォークリフトは、車体１の前部に一対の左右の駆動輪２を有し、後部に一対の左右の操舵輪３を有する４輪構成となっている。左右駆動輪２は、図示しない左輪駆動モータ及び右輪駆動モータよりなる走行モータによりそれぞれ駆動される。操舵輪３はカウンタウェイト４の下方位置に配置されている。左右駆動輪２の前方に荷物を運搬するための荷役装置としてのマスト装置５が設けられ、左右駆動輪２と後部の操舵輪３との間に運転席６が設けられている。運転席６には、ステアリングホイール７と、マスト装置５をチルトおよび昇降させるときに操作する荷役レバー８（チルトレバーおよびリフトレバー）と、走行方向を選択する前後進レバー９と、図示しないアクセルペダルおよびブレーキペダル等が設けられている。前後進レバー９は、前進、中立、後進の３つ位置を切換えることができる。

図３はバッテリフォークリフトの油圧制御装置に関わる主要部の構成を示すシステム構成図であり、図４は図３の制御部の構成を示す図である。

油圧ポンプ１０は、パワーステアリング装置１３の油圧機構と荷役を行うマスト装置５の油圧機構とにプライオリティ流量制御バルブ１４を経由して、作動油を供給するものであり、電動の油圧用モータ１１により駆動される。油圧用モータ１１は、油圧ポンプ１０の動作を制御して油圧ポンプ１０から前記各油圧機構に供給する作動油の流量を制御する。

プライオリティ流量制御バルブ１４は、パワーステアリング装置１３の油圧機構に優先して作動油を供給するバルブであり、操舵制御バルブ１５が必要とする作動油を優先的に供給し、残りの作動油を荷役制御バルブ１６による制御により荷役シリンダ１７に供給する。

前記プライオリティ流量制御バルブ１４は、図４に示すように、油圧ポンプ１０からの作動油を、プライオリティ流出ポート３１に接続されたパワーステアリング装置１３と、過流流出ポート３２に接続された荷役制御バルブ１６とに分流させるものであり、分流制御のためにバルブスプール３０を備え、そのバルブスプール３０の位置に応じてパワーステアリング装置１３側と荷役制御バルブ１６側との分流割合を変更可能としている。バルブスプール３０には、油圧ポンプ１０から供給される流入流体のほぼ全部をパワーステアリング装置１３側に流れるように、バルブスプール３０を付勢するスプリング３４と、このスプリング３４と協同してパワーステアリング装置１３の負荷信号ポート３３の圧力を負荷信号ライン３５および制御オリフィス３６を介して導いた負荷圧力による付勢力と、これらの付勢力に対向させて、パワーステアリング装置１３で消費される流量低下時に補助回路である荷役制御バルブ１６側への分流量を増量するように、パワーステアリング装置１３への供給圧力をバルブスプール３０の反対側端部にダンピングオリフィス３７を介して導入したフィードバック付勢力とが作用する。前記負荷圧力による付勢力は、パワーステアリング装置１３への供給圧力を複数の制御オリフィス３６を備える負荷信号ライン３５を介してパワーステアリング装置１３の負荷信号ポート３３に接続し、パワーステアリング装置１３への供給圧力とパワーステアリング装置１３の負荷信号ポート３３の負荷圧力とにより複数の制御オリフィス３６同士の間に生じる分圧を導入するようにしている。

前記負荷圧力は、ステアリングホイール７の回転角速度が増加するに連れて上昇する一方、回転角速度が低下するに連れて低下され、ステアリングホイール７の回転角速度が零となる操舵しない場合に最低の圧力に低下する。また、パワーステアリング装置１３の操舵負荷が増加する場合にも負荷圧力は上昇され、操舵負荷として、例えば、作動油の粘性が上昇して通路抵抗が増加する場合においても、上昇される。

操舵制御バルブ１５は、ステアリングホイール７の左右の操舵角速度に応じた作動油をステアリングシリンダ１８に供給する。ステアリングシリンダ１８は、操舵制御バルブ１５から操舵方向を区別して供給される作動油によって動作し、操舵輪３を右方向、あるいは左方向に転舵させる。操舵角センサ１９は、ステアリングホイール７の回転軸上に設けられたポテンショメータなどで構成され、ステアリングホイール７の回転角を検出し、検出した回転角信号を制御部１２に出力する。

荷役を行うマスト装置５の油圧機構は、プライオリティ流量制御バルブ１４から分流される作動油の供給を受けてマスト装置５の荷役シリンダ１７への作動油の給排を制御する荷役制御バルブ１６を備える。前記荷役制御バルブ１６は、産業車両としてのフォークリフトでは、荷役シリンダ１７としてのチルトシリンダを制御するチルト制御バルブと荷役シリンダのリフトシリンダを制御するリフト制御バルブとを備え、いずれも荷役レバー８により切換操作される。荷役制御バルブ１６としてのチルト制御バルブとリフト制御バルブとは、いずれが上流に配列されてもよい。操舵制御バルブ１５および荷役制御バルブ１６から排出された作動油は、作動油タンク２０に戻され、再び油圧ポンプ１０により吸込まれる。

制御部１２は、図５に示すように、ＣＰＵ２３と、ＲＡＭ２４と、モータ制御プログラム等が格納されているＲＯＭ２５と、入出力部（Ｉ／Ｏ）２６とからなる。制御部１２の入出力部２６には操舵角センサ１９からステアリングホイール７の角度を示す制御信号Ａ、荷役操作レバー８の操作信号Ｂ、油圧用モータ１１の回転数信号Ｃ、外気温度センサ２２よりの温度信号Ｄ等が入力される。

また、制御部１２のＣＰＵ２３は、操舵角センサ１９で検出されるステアリングホイール７の角度信号Ａから角速度を求め、この角速度によりステアリングホイールが操作中であるか否かを判定し、操舵中であれば操舵操作に必要とされる作動油流量を油圧ポンプ１０から吐出するための油圧用モータ１１の回転数を制御する制御信号Ｅを入出力部２６を介して油圧用モータ１１に出力する。また、操舵操作に必要とされる作動油流量は、外気温度センサよりの温度信号に基づき、外気温度が低温となるに連れて増加させるよう構成している。また、荷役レバー８が操作中である場合には、荷役レバー８の操作信号Ｂに応じた油圧用モータ１１の回転数を制御する制御信号Ｅを入出力部２６を介して油圧用モータ１１に出力する。

具体的には、パワーステアリング装置１３に供給する作動油流量（即ち、油圧用モータ１１の回転数）は、図６に示すように、外気温度Ｔに基づきパワーステアリング装置１３の作動に必要とする作動油流量を確保するパワーステアリング装置への油圧用モータ回転数Ｒを求める。なお、図示の温度に対する油圧用モータ１１の回転数特性では、外気温度ＴＨが、例えば、摂氏１０度を超える場合を常温としており、その温度ＴＨ以上では油圧用モータ１１の回転数を最小の回転数ＲＬ（例えば、４００〜５００ｒｐｍ）としている。また、外気温度ＴＬが、例えば、摂氏−２０度までの温度領域まで稼働させるものとして、その温度ＴＬに対する油圧用モータ１１の回転数を最大回転数ＲＨ（例えば、９００〜１２００ｒｐｍ）となるようにしている。そして、外気温度がＴＨ側からＴＬ側に移行するに連れて徐々に油圧用モータ１１の回転数を上昇させるようにしている。

また、荷役装置５に供給する作動油流量（即ち、油圧用モータ１１の回転数）は、図７に示すように、荷役レバーの操作量信号Ｂに基づき荷役装置５の作動に必要とする作動油流量を確保する荷役装置５への油圧用モータ回転数Ｂ１を求める。そして、荷役装置５に供給する作動油流量は、パワーステアリング装置１３に供給する作動油流量に対して数倍の流量となるため、パワーステアリング装置１３と荷役装置５との両者が同時に作動された場合には、パワーステアリング装置１３に対する供給流量と荷役装置５に対する供給流量とを合算することなく、荷役装置５に対する供給流量の一部を優先的にパワーステアリング装置１３に分流させるようにしており、この場合には、回転数Ｂ１となるよう油圧用モータ１１を制御する制御信号Ｅを出力する。

前記制御部１２は、図８に示すフローチャートに基づき作動する。図８に示すフローチャートは、制御部１２により所定時間毎に実行される。以下では、制御部１２で実行される制御動作について、図８により説明する。

制御部１２は、先ず、ステップＳ１により、操舵角センサ１９に基づく操舵角速度信号、荷役レバー８の操作信号Ｂ、油圧用モータ１１の回転数信号Ｃ、外気温度センサ２２よりの温度信号Ｄの各信号を読込み、ステップＳ２へ進む。

ステップＳ２では、荷役レバー８が操作されているか否かを荷役レバー操作信号Ｂに基づき判定し、荷役レバー８が操作されている場合にはステップＳ３へ進み、油圧用モータ回転数を荷役レバー８の操作信号Ｂに基づいて（図７の特性参照）演算し、油圧用モータ１１を制御する。

油圧ポンプ１０からの作動油はプライオリティ流量制御バルブ１４に供給され、パワーステアリング装置１３が操舵されていない場合には、パワーステアリング装置１３からの作動油要求流量（パワーステアリング装置１３の負荷ポート３３からの負荷圧力）が小さいため、供給された作動油の大部分が荷役装置５に供給される。荷役装置５に供給された作動油は、荷役装置５の荷役制御バルブ１６により、荷役レバー８の操作量Ｂに応じて荷役シリンダ１７に供給されて荷役装置５を荷役レバー８の操作量Ｂに応じた作動速度で操作する。

また、パワーステアリング装置１３が操舵されている場合には、パワーステアリング装置１３からの作動油要求流量（パワーステアリング装置１３の負荷ポート３３からの負荷圧力）が大きくなるため、供給された作動油の一部が優先的にパワーステアリング装置１３に分流され、残りの作動油が荷役装置５に供給される。パワーステアリング装置１３に供給された作動油は、ステアリングホイール７の操舵方向に基づいてステアリングシリンダ１８へ供給され、操舵輪３を操舵させる。また、荷役装置５に供給された作動油は、荷役装置５の荷役制御バルブ１６により、荷役レバー８の操作量Ｂに応じて荷役シリンダ１７に供給されて荷役装置５を荷役レバー８の操作量Ｂに応じた作動速度で操作する。

前記パワーステアリング装置１３の負荷ポート３３の負荷圧力は、前述のように、操舵角速度、操舵負荷、および、作動油の粘性によっても上昇するため、外気温度が常温域にある場合には、操舵角速度および操舵負荷に応じて上昇され、プライオリティ流量制御バルブからパワーステアリング装置１３に分流される作動油の流量が増量される。また、外気温度が低下する、例えば、冷凍庫内での荷役作業の場合には、作動油の通路抵抗のために負荷圧力が上昇され、上記と同様に、パワーステアリング装置１３へ分流される作動油の流量が増量される。従って、外気温度が低下しても、ステアリングホイール７の操舵操作に引っ掛かりが発生することを防止できる。また、ステップＳ２での判定で荷役レバー８が操作されていない場合にはステップＳ４へ進む。

ステップＳ４では、ステアリング操作中であるか否かを操舵角速度信号に基づき判定し、操舵角速度信号が零である場合には、油圧用モータ１１を回転させることなく、今回の処理を終了する。また、操舵角速度信号が零でない場合にはステップＳ５へ進む。

ステップＳ５では、外気温度信号に基づいて油圧用モータ１１の回転数を演算（図５の特性参照）し、油圧用モータ１１を制御する。油圧用モータ１１が回転され、油圧ポンプ１０からの作動油をプライオリティ流量制御バルブ１４に供給する。プライオリティ流量制御バルブ１４は、前記したと同様に、前記パワーステアリング装置１３の負荷ポート３３の負荷圧力、即ち、操舵角速度、操舵負荷、および、作動油の粘性によっても上昇する負荷圧力に応じて、パワーステアリング装置１３に分流する作動油の流量を増量させる。パワーステアリング装置１３に供給された作動油は、操舵制御バルブ１５を介してパワーステアリングシリンダ１８に供給され、操舵輪３をステアリングホイール７の操舵に応じて転舵させる。この場合においても、外気温度が常温域にある場合には、操舵角速度および操舵負荷に応じて上昇され、プライオリティ流量制御バルブ１４からパワーステアリング装置１３に分流される作動油の流量が増量される。また、外気温度が低下する、例えば、冷凍庫内での荷役作業の場合には、作動油の通路抵抗のために負荷圧力が上昇され、上記と同様に、パワーステアリング装置１３へ分流される作動油の流量が増量される。従って、外気温度が低下しても、ステアリングホイール７の操舵操作に引っ掛かりが発生することを防止できる。

なお、上記実施形態において、パワーステアリング装置１３として、ステアリングホイール７の操舵によって動作する操舵制御バルブ１５により、プライオリティ流量制御バルブ１４を介して油圧ポンプ１０が供給する作動油を、その操舵角速度に応じた流量だけステアリングシリンダ１８に対し操舵方向を区別して供給する特許第２６４５５１５号や特開２００４−１９６１１０号公報で公知となっている全油圧式のパワーステアリング装置１３を対象とするものについて説明したが、図示はしないが、プライオリティ流量制御バルブ１４を介して油圧ポンプ１０が供給する作動油を、ステアリングホイール７の操舵位置に対するフィードバックされたステアリングシリンダの作動位置との相対関係により操舵方向を区別してステアリングシリンダに供給する一般の油圧パワーステアリング装置を対象とするものであってもよい。

また、上記実施形態において、油圧ポンプ１０からの作動油をプライオリティ流量制御バルブ１４によりパワーステアリング装置１３と荷役装置５とに分流するものについて説明しているが、図示しないが、荷役装置５へ作動油を供給することなく、油圧ポンプ１０からの作動油をパワーステアリング装置へ直接供給するものであってもよい。

本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。

（ア）電動の油圧用モータ１１により駆動される油圧ポンプ１０から吐出される作動油をパワーステアリング装置１３の操舵制御バルブ１５に供給するよう構成され、パワーステアリング装置１３が操舵されていない場合には前記油圧用モータ１１の回転を停止若しくはアイドル回転状態とし、パワーステアリング装置１３が操舵されている場合にはパワーステアリング装置１３の操舵を補助可能に前記油圧用モータ１１の回転数を増加させる制御手段１２を備え、前記制御手段１２は車両の外気温度の低下に応じて前記油圧用モータ１１の回転数を増加させるよう制御するようにした。このため、低温時の作動油抵抗の増加によるステアリングホイール７の操作に対する引っ掛かりが解消され、且つ常温領域でのパワーステアリング装置１３による電力消費を抑制することができる。

（イ）制御手段１２により、外気温度の常温域では操舵時の油圧用モータ１１の回転数を一定状態とし、外気温度が常温域から低下する場合には外気温度の低下に連れて操舵時の油圧用モータ１１の回転数を増加させることにより、常温域でのパワーステアリング装置１３で消費する電力消費を抑制しつつ、低温領域でのステアリングホイール７に対する操作の引っ掛かりを解消できる。

（ウ）導入した作動油を荷役レバー８の操作量に応じて荷役制御バルブ１６を介して荷役シリンダ１７に供給して作動する荷役装置５を備え、前記油圧用モータ１１により駆動される油圧ポンプ１０から吐出される作動油をプライオリティ流量制御バルブ１４により油圧パワーステアリング装置１３への作動油量を優先的に分流して供給し且つ荷役装置５の荷役制御バルブ１６に残りの作動油を分流させて供給するよう構成し、制御手段１２により、荷役装置５が作動されている場合には前記油圧用モータ１１の回転数を荷役装置５の操作量に応じて設定される回転数として、プライオリティ流量制御バルブ１４により優先させて分流した作動油を油圧パワーステアリング装置１３に供給させ、荷役装置５が作動されていない場合には前記油圧用モータ１１の回転数を予め設定した回転数として、供給した大部分作動油をプライオリティ流量制御バルブ１４から優先させて分流して油圧パワーステアリング装置１３に供給させるようにし、予め設定した油圧用モータ１１の回転数は、車両の外気温度の低下に応じて前記油圧用モータ１１の回転数を増加させるようにすると、パワーステアリング装置１３の操作時における低温時の引っ掛かりを抑制しつつ通常使用する温度領域での消費電力を抑制でき、しかも、油圧用モータ１１および油圧ポンプ１０を荷役装置への作動油供給にも兼用でき、油圧装置を簡略安価に構成できる。

本発明を適用する産業車両であるバッテリフォークリフトの外観を示す平面図。 本発明を適用する産業車両であるバッテリフォークリフトの外観を示す側面図。 バッテリフォークリフトの油圧制御装置に関わる主要部の構成を示すシステム構成図。 プライオリティ流量制御バルブの構成を示す回路図。 図３の制御部の構成を示す図。 パワーステアリング装置への作動油供給のための油圧用モータ回転数を示す特性図。 荷役装置への作動油供給のための油圧用モータ回転数を示す特性図。 制御部により所定時間毎に実行されるフローチャート。

符号の説明

１ 車体
２ 駆動輪
３ 操舵輪
４ カウンタウェイト
５ 荷役装置としてのマスト装置
６ 運転席
７ ステアリングホイール
８ 荷役レバー
９ 前後進レバー
１０ 油圧ポンプ
１１ 油圧用モータ
１２ 制御手段としての制御部
１３ パワーステアリング装置
１４ プライオリティ流量制御バルブ
１５ 操舵制御バルブ
１６ 荷役制御バルブ
１７ 荷役シリンダ
１８ ステアリングシリンダ

Claims (3)

1. 電動の油圧用モータにより駆動される油圧ポンプから吐出される作動油をパワーステアリング装置の操舵制御バルブに供給するよう構成され、パワーステアリング装置が操舵されていない場合には前記油圧用モータの回転を停止若しくはアイドル回転状態とし、パワーステアリング装置が操舵されている場合にはパワーステアリング装置の操舵を補助可能に前記油圧用モータの回転数を増加させるよう制御する制御手段を備えるパワーステアリング装置において、
   前記制御手段は、車両の外気温度の低下に応じて前記油圧用モータの回転数を増加させる制御信号を前記油圧用モータに出力することを特徴とするパワーステアリング装置。
2. 前記制御手段は、前記外気温度の常温域では油圧用モータを操舵時に所定の回転数で回転させ、前記外気温度が常温域から低下する場合には外気温度の低下に連れて操舵時における油圧用モータの回転数を増加させることを特徴とする請求項１に記載のパワーステアリング制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のパワーステアリング装置と、導入した作動油を荷役レバーの操作量に応じて荷役制御弁により荷役シリンダに供給して作動する荷役装置を備え、
   前記油圧用モータにより駆動される油圧ポンプから吐出される作動油をプライオリティ流量制御バルブにより前記パワーステアリング装置への作動油量を優先的に分流して供給し且つ荷役装置の荷役制御バルブに残りの作動油を分流させて供給するよう構成し、
   前記制御手段は、荷役装置が作動されている場合には前記油圧用モータの回転数を荷役レバーの操作量に応じて設定される回転数として、プライオリティ流量制御バルブにより優先させて分流した作動油を油圧パワーステアリング装置に供給させ、荷役装置が作動されていない場合には前記油圧用モータの回転数を予め設定した回転数として、供給した大部分の作動油をプライオリティ流量制御バルブから優先して分流させて油圧パワーステアリング装置に供給させるようにし、
   前記予め設定した油圧用モータの回転数は、車両の外気温度の低下に応じて増加させるようにすることを特徴とする産業車両の油圧制御装置。

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