JP6414678B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents

Description

この発明は、操向のために操作される操舵部材と舵取り機構とが機械的に結合されておらず、転舵モータによって舵取り機構が駆動される車両用操舵装置に関する。

操舵部材としてのステアリングホイールと舵取り機構との機械的な結合をなくし、ステアリングホイールの操作角を回転角センサによって検出するとともに、そのセンサ出力に応じて制御される転舵モータの駆動力を舵取り機構に伝達するようにしたステア・バイ・ワイヤシステムが提案されている。
ステア・バイ・ワイヤシステムが採用されているフォークリフト等の荷役車両においては、ステアリングホイールの回転量範囲は、一般車両に比べて大きい。たとえば、荷役車両では、旋回時にステアリングホイールを一回転以上回転させることもある。このため、荷役車両においては、車両旋回時の運転者の負担が大きい。そこで、ジョイスティックやレバーを操舵部材として用いた荷役車両が提案されている(特許文献１、２参照)。

特開平１０−２５２１００号公報 特開２００５−１４３８８７号公報

ジョイスティックやレバーを操舵部材として用いた場合には、ステアリングホイールを操作部材として用いた場合に比べて、操舵のためのストロークが短くなる。たとえば、荷役車両においては、ステアリングホイールの操舵ストロークは中立位置から±８１０［ｄｅｇ］程度（ここでは、回転角をストロークとみなしている。）であるが、ジョイスティックやレバーの操舵ストロークは中立位置から±４５［ｄｅｇ］〜±９０［ｄｅｇ］程度である。したがって、ジョイスティックやレバーを操舵部材として用いた場合には、操作感度が高くなるため、操舵部材を急操舵したときに車両が不安定になるおそれがある。操舵部材としてステアリングホイールが用いられている場合であっても、操舵ストロークが短く設定されている場合には、同様な問題が生じる。

この発明の目的は、急操舵時に車両が不安定になるのを抑制できる車両用操舵装置を提供することである。

上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、操向のために操作される操舵部材（３６，２３）と転舵輪（５）の転舵角を変化させるための舵取り機構（４０）とが機械的に結合されておらず、転舵モータ（４１）によって舵取り機構が駆動される車両用操舵装置（６）であって、前記操舵部材の回転角を検出する回転角検出手段（３４）と、前記回転角検出手段によって検出される回転角に基づいて、目標転舵角を設定する目標転舵角設定手段（８１）と、前記目標転舵角設定手段によって演算される目標転舵角に対してローパスフィルタ処理を行うローパスフィルタ（８２）と、前記ローパスフィルタによるローパスフィルタ処理後の目標転舵角に基いて、前記転舵モータを制御する転舵制御手段（８３，８４）と、車体（２）に設けられた荷役装置（３）と、前記荷役装置に積載される荷物の重量である積載荷重を検出するための荷重検出手段（１４）と、前記荷重検出手段によって検出される積載荷重に基いて、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数（ｆｃ）を制御するカットオフ周波数制御手段（９２）とを含む、車両用操舵装置である。なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表すが、むろん、この発明の範囲は当該実施形態に限定されない。以下、この項において同じ。

この構成では、目標転舵角設定手段によって目標転舵角が設定される。ローパスフィルタによって、目標転舵角に対してローパスフィルタ処理が行われる。ローパスフィルタによるローパスフィルタ処理後の目標転舵角に基いて、転舵モータが制御される。ローパスフィルタ処理によって、目標転舵角の高周波成分が除去されるので、急操舵時において目標転舵角の急激な変動が抑制される。これにより、急操舵時において、車両が不安定になるのを抑制することができる。

さらに、この構成では、ローパスフィルタのカットオフ周波数が積載荷重に基いて制御されるから、急操舵時において車両が不安定になるのを効果的に抑制することができる。
請求項２記載の発明は、車速を検出するための車速検出手段（１５）をさらに含み、前記カットオフ周波数制御手段は、前記車速検出手段によって検出される車速と前記荷重検出手段によって検出される積載荷重とに基いて、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数（ｆｃ）を制御するように構成されている、請求項１に記載の車両用操舵装置である。

この構成では、ローパスフィルタのカットオフ周波数が積載荷重と車速とに基いて制御されるから、急操舵時において車両が不安定になるのを効果的に抑制することができる。
請求項３記載の発明は、前記カットオフ周波数制御手段は、前進であるか後進であるかを考慮して、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を制御するように構成されている、請求項１または２に記載の車両用操舵装置である。

この構成では、前進であるか後進であるかを考慮してローパスフィルタのカットオフ周波数が制御されるから、急操舵時において車両が不安定になるのをより効果的に抑制することができる。
請求項４記載の発明は、操向のために操作される操舵部材（３６，２３）と転舵輪（５）の転舵角を変化させるための舵取り機構（４０）とが機械的に結合されておらず、転舵モータ（４１）によって舵取り機構が駆動される車両用操舵装置（６）であって、前記操舵部材の回転角を検出する回転角検出手段（３４）と、前記回転角検出手段によって検出される回転角に基づいて、目標転舵角を設定する目標転舵角設定手段（８１）と、前記目標転舵角設定手段によって演算される目標転舵角に対してローパスフィルタ処理を行うローパスフィルタ（８２）と、前記ローパスフィルタによるローパスフィルタ処理後の目標転舵角に基いて、前記転舵モータを制御する転舵制御手段（８３，８４）と、車速を検出するための車速検出手段（１５）と、前記車速検出手段によって検出される車速に基いて、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を制御するカットオフ周波数制御手段（９２）とを含み、前記カットオフ周波数制御手段は、前進であるか後進であるかを考慮して、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を制御するように構成されている、車両用操舵装置である。
請求項５記載の発明は、前記操舵部材が、運転座席の側方に配置された操舵用レバーである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の車両用操舵装置である。

図１は、この発明の一実施形態に係る車両用操舵装置が適用された荷役車両としてのフォークリフトの概略構成を模式的に示す側面図である。 図２は、運転座席およびその周辺部を示す拡大平面図である。 図３は、運転座席およびその周辺部を示す拡大側面図である。 図４は、車両用操舵装置の構成を説明するための図解図である。 図５は、ＥＣＵの電気的構成を示すブロック図である。 図６は、反力制御部の構成を示すブロック図である。 図７は、反力モータの構成を示す図解図である。 図８は、操舵角θｈに対する目標反力トルクＴ^＊の設定例を示すグラフである。 図９は、転舵制御部の構成を示すブロック図である。 図１０は、操舵角θｈに対する目標転舵角θｔ^＊の設定例を示すグラフである。 図１１は、カットオフ周波数設定部の動作を示すフローチャートである。 図１２は、操舵部材の変形例を示す平面図である。 図１３は、図１２の操舵部材を示す側面図である。 図１４は、図１２の操舵部材の支持構造を示す一部切欠き拡大断面図である。

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る車両用操舵装置が適用された荷役車両としてのフォークリフトの概略構成を模式的に示す側面図である。
フォークリフト１は、車体２と、車体２の前部に設けられた荷役装置３と、車体２を支持する駆動輪としての前輪４と、車体２を支持する転舵輪としての後輪５と、後輪５を転舵するための車両用操舵装置６とを含んでいる。フォークリフト１は、車体２の上部に設けられた運転座席７を含む運転室８を備えている。運転室８の上方は、ヘッドガード９によって覆われている。

図１には図示されていないが、フォークリフト１は、例えばエンジンを含む車両の駆動源と、油圧源としての油圧ポンプとをさらに含んでいる。駆動源の動力は、トルクコンバータを経て、前後進切替および変速動作を行なうトランスミッションに伝達され、さらにデファレンシャルを経て左右の前輪（駆動輪）４に伝達される。トランスミッションには、前進クラッチおよび後進クラッチが内蔵されている。前進クラッチおよび後進クラッチは、シフトレバー（図示せず）に連結されている。シフトレバーの操作によって、前後進の切り替えを行うことができる。運転室８の床には、駆動原に供給する動力を加減するためのアクセルペダル（図示せず）が設けられている。

シフトレバーには、シフトレバーのシフト位置を検出するためのシフトレバーセンサ１６（図４参照）が設けられている。シフトレバーセンサ１６は、シフト位置（前進、後進）を表す信号Ｓｉを出力する。
荷役装置３は、よく知られているように、車体２に対して昇降可能にかつ傾動可能に支持されたフォーク（荷物載置部）１１と、フォーク１１を昇降させるための昇降シリンダ１２と、フォーク１１を傾動させるためのチルトシリンダ１３とを含んでいる。荷役装置３には、荷役装置３に積載される荷物の重量である積載荷重Ｗｅを測定するための荷重センサ１４が設けられている。

図２は、運転座席およびその周辺部を示す拡大平面図である。図３は、運転座席およびその周辺部を示す拡大側面図である。
運転座席７は、ドライバシート２１と、背もたれ２２とを含む。運転座席７の一側（この実施形態では左側）に、操向のために操作される操舵部材としての操舵用レバー３６が配置されている。具体的には、ドライバシート２１の前端部の左側において、車体２にモータ取付部材２６が取り付けられている。モータ取付部材２６に、反力モータ２８が上向きに取り付けられている。反力モータ２８の出力軸２８ａに、操舵用レバー３６の基端が固定されている。操舵用レバー３６は、その先端が前方に延びた姿勢を中立位置として、左右方向に回転自在に反力モータ２８に支持されている。この実施形態では、反力モータ２８は、三相ブラシレスモータによって構成されている。反力モータ２８は、操舵用レバー３６に反力トルク（操作反力）を付与するために設けられている。反力モータ２８には、出力軸２８ａ（ロータ）の回転角を検出するための回転角センサ３４（図４参照）が内蔵されている。

車両用操舵装置６は、操舵部材としての操舵用レバー３６と転舵輪としての後輪５の転舵角を変化させるための舵取り機構との間の機械的な連結が断たれた、いわゆるステア・バイ・ワイヤシステムである。
図４は、車両用操舵装置の構成を説明するための図解図である。
この車両用操舵装置６では、操舵用レバー３６の回転操作に応じて駆動される転舵モータ４１のロータの回転運動を転舵軸４４の直線運動（車両左右方向の直線運動）に変換し、この転舵軸４４の直線運動を後輪５の転舵運動に変換することにより、転舵が達成される。

転舵軸４４は、車体２に取り付けられたハウジング４３に軸方向（車体の左右方向）に移動可能に取り付けられている。この実施形態では、転舵モータ４１は、転舵軸４４と同軸に配置されおり、ハウジング４３内に内蔵されている。この実施形態では、転舵モータ４１は、三相ブラシレスモータによって構成されている。転舵モータ４１には、転舵モータ４１のロータの回転角を検出するため回転角センサ４７が設けられている。

ハウジング４３内には、転舵モータ４１の回転力を転舵軸４４の軸方向の直線運動に変換するための運動変換機構４２が設けられている。この運動変換機構４２は、例えば、ボールネジ機構である。転舵軸４４の動きがタイロッド４５およびナックルアーム４６を介して後輪５に伝達され、後輪５のトー角（転舵角）が変化する。つまり、転舵モータ４１、運動変換機構４２、転舵軸４４、タイロッド４５およびナックルアーム４６によって、舵取り機構４０が構成されている。

この実施形態では、転舵モータ４１が正転方向に回転されると、左方向に車両を操向させる方向（左転舵方向）に後輪５の転舵角が変化し、転舵モータ４１が逆転方向に回転されると、右方向に車両を操向させる方向（右転舵方向）に後輪５の転舵角が変化するものとする。なお、転舵モータ４１が駆動されていない状態では、後輪５がセルフアライメントトルクにより直進転舵位置に復帰できるようにホイールアライメントが設定されている。

ハウジング４３には、車両の舵角（後輪５の転舵角）θｔを検出するための転舵角センサ４８が取り付けられている。転舵角センサ４８は、例えば、転舵角θｔに対応する転舵軸４４の作動量を検出するポテンショメータにより構成されている。この実施形態では、転舵角センサ４８は、後輪５の中立位置（直進転舵位置）からの後輪５の転舵角変化量を転舵角θｔとして検出する。この実施形態では、転舵角センサ４８は、後輪５の中立位置から左転舵方向への転舵角変化量を例えば正の値として出力し、後輪５の中立位置から右転舵方向への転舵角変化量を例えば負の値として出力する。

荷重センサ１４、シフトレバーセンサ１６、回転角センサ３４、回転角センサ４７および転舵角センサ４８は、ＥＣＵ５０に接続されている。ＥＣＵ５０には、さらに、車速を検出するための車速センサ１５が接続されている。ＥＣＵ５０は、回転角センサ３４の出力信号に基いて反力モータ２８を駆動制御する。また、ＥＣＵ５０は、回転角センサ３４、シフトレバーセンサ１６、荷重センサ１４、車速センサ１５、シフトレバーセンサ１６、回転角センサ４７および転舵角センサ４８の出力信号に基づいて、転舵モータ４１を駆動制御する。

図５は、ＥＣＵ５０の電気的構成を示すブロック図である。
ＥＣＵ５０は、制御部５１と、反力モータ２８に電力を供給する反力モータ用駆動回路５２と、反力モータ２８に流れるモータ電流を検出する電流検出部５３と、転舵モータ４１に電力を供給する転舵モータ用駆動回路５４と、転舵モータ４１に流れるモータ電流を検出する電流検出部５５とを含む。制御部５１は、反力モータ２８によって発生する操作反力（反力トルク）を制御するための反力制御部６１と、転舵モータ４１の回転角（転舵角）を制御するための転舵制御部６２とを含む。

図６は、反力制御部６１の構成を示すブロック図である。
この実施形態では、反力モータ２８は、三相ブラシレスモータであり、図７に図解的に示すように、界磁としてのロータ３２と、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のステータ巻線３３Ｕ，３３Ｖ，３３Ｗを含むステータ３３とを備えている。各相のステータ巻線３３Ｕ，３３Ｖ，３３Ｗの方向にＵ軸、Ｖ軸およびＷ軸をとった三相固定座標（ＵＶＷ座標系）が定義される。また、ロータ３２の磁極方向にｄ軸（磁極軸）をとり、ロータ３２の回転平面内においてｄ軸と直角な方向にｑ軸（トルク軸）をとった二相回転座標系（ｄｑ座標系。実回転座標系）が定義される。ｄｑ座標系では、ｑ軸電流のみがロータ３２のトルク発生に寄与するので、ｄ軸電流を零とし、ｑ軸電流を所望のトルクに応じて制御すればよい。ロータ３２の回転角（ロータ角（電気角））θｅは、Ｕ軸に対するｄ軸の回転角である。ｄｑ座標系は、ロータ角θｅに従う実回転座標系である。このロータ角θｅを用いることによって、ＵＶＷ座標系とｄｑ座標系との間での座標変換を行うことができる。

図６を参照して、反力制御部６１は、目標反力トルク設定部７１と、電流指令値生成部７２と、電流偏差演算部７３と、ＰＩ（比例積分）制御部７４と、ｄｑ／ＵＶＷ変換部７５と、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御部７６と、ＵＶＷ／ｄｑ変換部７７と、回転角演算部７８とを含む。
回転角演算部７８は、回転角センサ３４の出力信号に基いて、反力モータ２８のロータの回転角を演算する。より具体的には、回転角演算部７８は、ロータの電気角であるロータ角θｅと、ロータの絶対回転角である操舵角θｈとを演算する。操舵角θｈは、反力モータ２８のロータ（出力軸２８ａ）の所定の基準位置（中立位置）からのロータの正逆両方向の回転量（回転角）である。回転角演算部７８は、中立位置から左操舵方向への回転量を例えば正の値の操舵角θｈとして演算し、中立位置からから右操舵方向への回転量を例えば負の値の操舵角θｈとして演算する。反力モータ２８のロータの回転角度範囲は、ストッパ（図示略）によって、中立位置から±α［ｄｅｇ］の範囲に規定されている。αは、例えば４５［ｄｅｇ］〜９０［ｄｅｇ］の範囲内の値に設定される。この実施形態では、αは、６０［ｄｅｇ］に設定されている。

目標反力トルク設定部７１は、回転角演算部７８によって演算される操舵角θｈに基づいて、目標反力トルクＴ^＊を設定する。操舵角θｈに対する目標反力トルクＴ^＊の設定例は、図８に示されている。目標反力トルクＴ^＊は、反力モータ２８から左方向操舵に対する反力を発生させるべきときには正の値とされ、反力モータ２８から右方向操舵に対する反力を発生させるべきときには負の値とされる。目標反力トルクＴ^＊は、操舵角θｈの正の値に対しては正の値をとり、操舵角θｈの負の値に対しては負の値をとる。

操舵角θｈがθｈ１（θｈ１＞０）［ｄｅｇ］〜６０［ｄｅｇ］の範囲では、目標反力トルクＴ^＊は、所定値Ｔ１^＊（Ｔ１^＊＞０）に設定される。操舵角θｈが−６０［ｄｅｇ］〜−θｈ１［ｄｅｇ］の範囲では、目標反力トルクＴ^＊は、−Ｔ１^＊に設定される。操舵角θｈが−θｈ１［ｄｅｇ］〜θｈ１［ｄｅｇ］の範囲では、目標反力トルクＴ^＊は、−Ｔ１^＊からＴ１^＊まで、操舵角θｈが大きくなるほど大きくなるように設定される。

なお、反力モータ２８のロータ（出力軸２８ａ）の回転角度範囲を規定するためのストッパが設けられていない場合には、操舵角θｈの絶対値が６０［ｄｅｇ］よりも大きくならないように、目標反力トルクＴ^＊を次のように設定してもよい。すなわち、操舵角θｈが６０［ｄｅｇ］以上であるときに、目標反力トルクＴ^＊を、Ｔ１^＊よりも大きな上限値に設定し、操舵角θｈが６０［ｄｅｇ］以下であるときに、目標反力トルクＴ^＊を、−Ｔ１^＊よりも小さな下限値に設定する。

電流指令値生成部７２は、目標反力トルク設定部７１によって設定された目標反力トルクＴ^＊に基いて、ｄｑ座標系の座標軸に流すべき電流値を電流指令値として生成する。具体的には、電流指令値生成部７２は、ｄ軸電流指令値ｉ_ｄ ^＊およびｑ軸電流指令値ｉ_ｑ ^＊（以下、これらを総称するときには「二相電流指令値ｉ_ｄｑ ^＊」という。）を生成する。さらに具体的には、電流指令値生成部７２は、ｑ軸電流指令値ｉ_ｑ ^＊を目標反力トルク設定部７１によって設定された目標反力トルクＴ^＊に応じたモータ電流値とする一方で、ｄ軸電流指令値ｉ_ｄ ^＊を零とする。電流指令値生成部７２によって生成された二相電流指令値ｉ_ｄｑ ^＊は、電流偏差演算部７３に与えられる。

電流検出部５３は、反力モータ２８のＵ相電流ｉ_Ｕ、Ｖ相電流ｉ_ＶおよびＷ相電流ｉ_Ｗ（以下、これらを総称するときは、「三相検出電流ｉ_ＵＶＷ」という。）を検出する。電流検出部５３によって検出された三相検出電流ｉ_ＵＶＷは、ＵＶＷ／ｄｑ変換部７７に与えられる。
ＵＶＷ／ｄｑ変換部７７は、電流検出部５３によって検出されるＵＶＷ座標系の三相検出電流ｉ_ＵＶＷを、ｄｑ座標系の二相検出電流ｉ_ｄおよびｉ_ｑ（以下総称するときには「二相検出電流ｉ_ｄｑ」という。）に変換する。これらが電流偏差演算部７３に与えられる。ＵＶＷ／ｄｑ変換部７７における座標変換には、回転角演算部７８によって演算されたロータ角θｅが用いられる。

電流偏差演算部７３は、電流指令値生成部７２によって生成される二相電流指令値ｉ_ｄｑ ^＊と、ＵＶＷ／ｄｑ変換部７７から与えられる二相検出電流ｉ_ｄｑとの偏差を演算する。より具体的には、電流偏差演算部７３は、ｄ軸電流指令値ｉ_ｄ ^＊に対するｄ軸検出電流ｉ_ｄの偏差およびｑ軸電流指令値ｉ_ｑ ^＊に対するｑ軸検出電流ｉ_ｑの偏差を演算する。これらの偏差は、ＰＩ制御部７４に与えられる。

ＰＩ制御部７４は、電流偏差演算部７３によって演算された電流偏差に対するＰＩ演算を行なうことにより、反力モータ２８に印加すべき二相電圧指令値ｖ_ｄｑ ^＊（ｄ軸電圧指令値ｖ_ｄ ^＊およびｑ軸電圧指令値ｖ_ｑ ^＊）を生成する。この二相電圧指令値ｖ_ｄｑ ^＊は、ｄｑ／ＵＶＷ変換部７５に与えられる。
ｄｑ／ＵＶＷ変換部７５は、二相電圧指令値ｖ_ｄｑ ^＊を三相電圧指令値ｖ_ＵＶＷ ^＊に変換する。この座標変換には、回転角演算部７８によって演算されたロータ角θｅが用いられる。三相電圧指令値ｖ_ＵＶＷ ^＊は、Ｕ相電圧指令値ｖ_Ｕ ^＊、Ｖ相電圧指令値ｖ_Ｖ ^＊およびＷ相電圧指令値ｖ_Ｗ ^＊からなる。この三相電圧指令値ｖ_ＵＶＷ ^＊は、ＰＷＭ制御部７６に与えられる。

ＰＷＭ制御部７６は、Ｕ相電圧指令値ｖ_Ｕ ^＊、Ｖ相電圧指令値ｖ_Ｖ ^＊およびＷ相電圧指令値ｖ_Ｗ ^＊にそれぞれ対応するデューティのＵ相ＰＷＭ制御信号、Ｖ相ＰＷＭ制御信号およびＷ相ＰＷＭ制御信号を生成し、反力モータ用駆動回路５２に供給する。
反力モータ用駆動回路５２は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相に対応した三相インバータ回路からなる。このインバータ回路を構成するパワー素子がＰＷＭ制御部７６から与えられるＰＷＭ制御信号によって制御されることにより、三相電圧指令値ｖ_ＵＶＷ ^＊に相当する電圧が反力モータ２８の各相のステータ巻線３３Ｕ，３３Ｖ，３３Ｗに印加される。

電流偏差演算部７３およびＰＩ制御部７４は、電流フィードバック制御手段を構成している。この電流フィードバック制御手段の働きによって、反力モータ２８に流れるモータ電流が、電流指令値生成部７２によって生成された二相電流指令値ｉ_ｄｑ ^＊に近づくように制御される。これにより、反力モータ２８から目標反力トルクＴ^＊に応じた反力トルクが発生する。

図９は、転舵制御部６２の構成を示すブロック図である。
この実施形態では、転舵モータ４１は、反力モータ２８と同様に、三相ブラシレスモータである。図示しないが、転舵モータ４１は、界磁としてのロータと、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のステータ巻線を含むステータとを備えている。
転舵制御部６２は、目標転舵角演算部８１と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）８２と、角度偏差演算部８３と、ＰＩ（比例積分）制御部８４と、電流指令値生成部８５と、電流偏差演算部８６と、ＰＩ（比例積分）制御部８７と、ｄｑ／ＵＶＷ変換部８８と、ＰＷＭ制御部８９と、ＵＶＷ／ｄｑ変換部９０と、回転角演算部９１と、カットオフ周波数設定部９２とを含む。

回転角演算部９１は、回転角センサ４７の出力信号に基づいて、転舵モータ４１のロータの電気角であるロータ角φｅを演算する。
目標転舵角設定部８１は、反力制御部６１内の回転角演算部７８によって演算される操舵角θｈに基づいて、目標転舵角θｔ^＊を設定する。操舵角θｈに対する目標転舵角θｔ^＊の設定例は、図１０に実線Ｌ１で示されている。目標転舵角θｔ^＊は、操舵角θｈが正の値であるときには正の値をとり、操舵角θｈが負の値であるときには負の値をとる。そして、目標転舵角θｔ^＊は、操舵角θｈの絶対値が大きくなるほどその絶対値が大きくなるように、設定される。ただし、操舵角θｈの絶対値が所定値θｈ２（θｈ２＞０）以下の場合には、操舵角θｈの絶対値が所定値θｈ２より大きい場合に比べて、操舵角θｈに対する目標転舵角θｔ^＊の変化率は小さい。なお、図１１に２点鎖線Ｌ２で示すように、操舵角θｈの全範囲において操舵角θｈに対する目標転舵角θｔ^＊の変化率が一定となる特性に従って、目標転舵角θｔ^＊を設定してもよい。目標転舵角設定部８１によって設定された目標転舵角θｔ^＊は、ＬＰＦ８２に与えられる。

ＬＰＦ８２は、目標転舵角θｔ^＊に対して高周波成分を減衰させるローパスフィルタ処理を行う。これにより、目標転舵角θｔ^＊のうち短期間で大きく変化する成分（目標転舵角θｔ^＊の高周波成分）が除去されるので、目標転舵角θｔ^＊の急激な変動が抑制される。ＬＰＦ８２のカットオフ周波数ｆｃが小さいほど、変動抑制効果は高くなる。
ＬＰＦ８２のカットオフ周波数ｆｃは、カットオフ周波数設定部９２によって設定される。カットオフ周波数設定部９２は、車速センサ１５によって検出される車速Ｓｐ、荷重センサ１４によって検出される積載荷重Ｗｅおよびシフトレバーセンサ１６によって検出されるシフト位置Ｓｉに基いて、ＬＰＦ８２のカットオフ周波数ｆｃを設定する。

車速Ｓｐが大きいほど、急操舵時に車両が不安定になりやすい。そこで、カットオフ周波数設定部９２は、車速Ｓｐが大きいほど、カットオフ周波数ｆｃが小さくなるように、カットオフ周波数ｆｃを設定する。また、積載重量Ｓｐが大きいほど、急操舵時に車両が不安定になりやすい。そこで、カットオフ周波数設定部９２は、積載重量Ｓｐが大きいほど、カットオフ周波数ｆｃが小さくなるように、カットオフ周波数ｆｃを設定する。

この実施形態では、後輪５が転舵輪であるため、後進の急操舵時に比べて前進の急操舵時の方が、車両が不安定になりやすい。そこで、この実施形態では、カットオフ周波数設定部９２は、後進時に比べて前進時のカットオフ周波数ｆｃが小さくなるように、カットオフ周波数ｆｃを設定する。カットオフ周波数設定部９２の動作の詳細については、後述する。

角度偏差演算部８３は、ＬＰＦ８２によるローパスフィルタ処理後の目標転舵角θｔ^＊と、転舵角センサ４８によって検出された転舵角θｔとの偏差を演算する。ＰＩ制御部８４は、角度偏差演算部８３によって演算された角度偏差に対するＰＩ演算を行なう。
電流指令値生成部８５は、ＰＩ制御部８４の演算結果に基づいて、ｄｑ座標系の座標軸に流すべき電流値を電流指令値として生成する。具体的には、電流指令値生成部８５は、ｄ軸電流指令値Ｉ_ｄ ^＊およびｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊（以下、これらを総称するときには「二相電流指令値Ｉ_ｄｑ ^＊」という。）を生成する。さらに具体的には、電流指令値生成部８５は、ＰＩ制御部８４の演算結果に基づいてｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊を生成する一方で、ｄ軸電流指令値Ｉ_ｄ ^＊を零とする。電流指令値生成部８５によって生成された二相電流指令値Ｉ_ｄｑ ^＊は、電流偏差演算部８６に与えられる。

電流検出部５５は、転舵モータ４１のＵ相電流Ｉ_Ｕ、Ｖ相電流Ｉ_ＶおよびＷ相電流Ｉ_Ｗ（以下、これらを総称するときは、「三相検出電流Ｉ_ＵＶＷ」という。）を検出する。電流検出部５５によって検出された三相検出電流Ｉ_ＵＶＷは、ＵＶＷ／ｄｑ変換部９０に与えられる。
ＵＶＷ／ｄｑ変換部９０は、電流検出部５５によって検出されるＵＶＷ座標系の三相検出電流Ｉ_ＵＶＷ（Ｕ相電流Ｉ_Ｕ、Ｖ相電流Ｉ_ＶおよびＷ相電流Ｉ_Ｗ）を、ｄｑ座標系の二相検出電流Ｉ_ｄおよびＩ_ｑ（以下総称するときには「二相検出電流Ｉ_ｄｑ」という。）に変換する。これらが電流偏差演算部８６に与えられる。ＵＶＷ／ｄｑ変換部９０における座標変換には、回転角演算部９１によって演算されたロータ角φｅが用いられる。

電流偏差演算部８６は、電流指令値生成部８５によって生成される二相電流指令値Ｉ_ｄｑ ^＊と、ＵＶＷ／ｄｑ変換部９０から与えられる二相検出電流Ｉ_ｄｑとの偏差を演算する。より具体的には、電流偏差演算部８６は、ｄ軸電流指令値Ｉ_ｄ ^＊に対するｄ軸検出電流Ｉ_ｄの偏差およびｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊に対するｑ軸検出電流Ｉ_ｑの偏差を演算する。これらの偏差は、ＰＩ制御部８７に与えられる。

ＰＩ制御部８７は、電流偏差演算部８６によって演算された電流偏差に対するＰＩ演算を行なうことにより、転舵モータ４１に印加すべき二相電圧指令値Ｖ_ｄｑ ^＊（ｄ軸電圧指令値Ｖ_ｄ ^＊およびｑ軸電圧指令値Ｖ_ｑ ^＊）を生成する。この二相電圧指令値Ｖ_ｄｑ ^＊は、ｄｑ／ＵＶＷ変換部８８に与えられる。
ｄｑ／ＵＶＷ変換部８８は、二相電圧指令値Ｖ_ｄｑ ^＊を三相電圧指令値Ｖ_ＵＶＷ ^＊に変換する。この座標変換には、回転角演算部９１によって演算されたロータ角φｅが用いられる。三相電圧指令値Ｖ_ＵＶＷ ^＊は、Ｕ相電圧指令値Ｖ_Ｕ ^＊、Ｖ相電圧指令値Ｖ_Ｖ ^＊およびＷ相電圧指令値Ｖ_Ｗ ^＊からなる。この三相電圧指令値Ｖ_ＵＶＷ ^＊は、ＰＷＭ制御部８９に与えられる。

ＰＷＭ制御部８９は、Ｕ相電圧指令値Ｖ_Ｕ ^＊、Ｖ相電圧指令値Ｖ_Ｖ ^＊およびＷ相電圧指令値Ｖ_Ｗ ^＊にそれぞれ対応するデューティのＵ相ＰＷＭ制御信号、Ｖ相ＰＷＭ制御信号およびＷ相ＰＷＭ制御信号を生成し、転舵モータ用駆動回路５４に供給する。
転舵モータ用駆動回路５４は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相に対応した三相インバータ回路からなる。このインバータ回路を構成するパワー素子がＰＷＭ制御部８９から与えられるＰＷＭ制御信号によって制御されることにより、三相電圧指令値Ｖ_ＵＶＷ ^＊に相当する電圧が転舵モータ４１の各相のステータ巻線に印加される。

角度偏差演算部８３およびＰＩ制御部８４は、角度フィードバック制御手段を構成している。この角度フィードバック制御手段の働きによって、後輪５の転舵角θｔが、ＬＰＦ８２によるローパスフィルタ処理後の目標転舵角θｔ^＊に近づくように制御される。また、電流偏差演算部８６およびＰＩ制御部８７は、電流フィードバック制御手段を構成している。この電流フィードバック制御手段の働きによって、転舵モータ４１に流れるモータ電流が、電流指令値生成部８５によって生成された二相電流指令値Ｉ_ｄｑ ^＊に近づくように制御される。

図１１は、カットオフ周波数設定部９２の動作を示すフローチャートである。図１１の処理は、所定の演算周期毎に繰り返し実行される。
カットオフ周波数設定部９２は、車速センサ１５によって検出される車速Ｓｐ［ｋｍ／ｈ］および荷重センサ１４によって検出される積載荷重Ｗｅ［ｔ］を取得する(ステップＳ１)。次に、カットオフ周波数設定部９２は、第１ゲインＧ１および第２ゲインＧ２を、それぞれ次式(1)および(2)に基いて演算する（ステップＳ２）。

Ｇ１＝Ａ１−Ａ２＊Ｓｐ …(1)
Ｇ２＝Ｂ１−Ｂ２＊Ｗｅ …(2)
前記式(1)において、Ａ１，Ａ２は、定数である。この実施形態では、Ａ１は、例えば３に設定され、Ａ２は、例えば０．０５に設定される。前記式(2)において、Ｂ１，Ｂ２は、定数である。この実施形態では、Ｂ１は、例えば１に設定され、Ｂ２は、例えば０．０１に設定される。したがって、この実施形態では、第１ゲインＧ１および第２ゲインＧ２は、それぞれ次式(3)および(4)で表される。

Ｇ１＝３−０．０５＊Ｓｐ …(3)
Ｇ２＝１−０．０１＊Ｗｅ …(4)
次に、カットオフ周波数設定部９２は、シフトレバーセンサ１６によって検出されているシフト位置Ｓｉに基いて、シフト位置が前進位置かを否かを判別する(ステップＳ３)。シフト位置が前進位置である場合には(ステップＳ３：ＹＥＳ)、カットオフ周波数設定部９２は、第３ゲインＧ３を１．０に設定する(ステップＳ４)。そして、カットオフ周波数設定部９２は、ステップＳ６に移行する。

一方、前記ステップＳ３において、シフト位置が前進位置ではないと判別された場合には(ステップＳ３：ＮＯ)、カットオフ周波数設定部９２は、第３ゲインＧ３を１．１に設定する(ステップＳ５)。そして、カットオフ周波数設定部９２は、ステップＳ６に移行する。
ステップＳ６では、カットオフ周波数設定部９２は、次式(5)に基いて、カットオフ周波数ｆｃを演算して、これをＬＰＦ８２に設定する。そして、カットオフ周波数設定部９２は、今演算周期での処理を終了する。

ｆｃ＝Ｇ１＊Ｇ２＊Ｇ３ …(5)
ただし、ｆｃが所定の下限値β以下となるときには、ｆｃを下限値βに設定する。下限値βは、例えば、１．４［Ｈｚ］に設定される。
前述の実施形態では、ＬＰＦ８２によって、目標転舵角θｔ^＊に対して高周波成分を減衰させるローパスフィルタ処理が行われる。そして、転舵角センサ４８によって検出される転舵角θｔが、ローパスフィルタ処理後の目標転舵角θｔ^＊に等しくなるように、転舵モータ４１が制御される。ＬＰＦ８２によって、目標転舵角θｔ^＊の高周波成分（短期間で大きく変化する成分）が除去されるので、急操舵時において目標転舵角θｔ^＊の急激な変動が抑制される。これにより、急操舵時において、車両が不安定になるのを抑制することができる。

前述の実施形態では、車速Ｓｐが大きいほど、ＬＰＦ８２のカットオフ周波数ｆｃが小さくされる。これにより、車速Ｓｐが大きい状態での急操舵時においても、車両が不安定になるのを効果的に抑制することができる。前述の実施形態では、積載荷重Ｗｅが大きいほど、ＬＰＦ８２のカットオフ周波数ｆｃが小さくされる。これにより、積載荷重Ｗｅが大きい状態での急操舵時においても、車両が不安定になるのを効果的に抑制することができる。

前述の実施形態では、後輪５が転舵輪であるため、後進の急操舵時に比べて前進の急操舵時の方が、車両が不安定になりやすい。前述の実施形態では、カットオフ周波数設定部９２は、後進時に比べて前進時のカットオフ周波数ｆｃが小さくなるように、カットオフ周波数ｆｃが設定されているので、前進の急操舵時においても、車両が不安定になるのを効果的に抑制することができる。

以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態では、カットオフ周波数設定部９２は、車速センサ１５によって検出される車速Ｓｐ、荷重センサ１４によって検出される積載荷重Ｗｅおよびシフトレバーセンサ１６によって検出されるシフト位置Ｓｉに基いて、ＬＰＦ８２のカットオフ周波数ｆｃを設定している。

しかし、カットオフ周波数設定部９２は、車速センサ１５によって検出される車速Ｓｐおよび荷重センサ１４によって検出される積載荷重Ｗｅに基いて、ＬＰＦ８２のカットオフ周波数ｆｃを設定してもよい。また、カットオフ周波数設定部９２は、車速センサ１５によって検出される車速Ｓｐのみに基いて、ＬＰＦ８２のカットオフ周波数ｆｃを設定してもよい。また、カットオフ周波数設定部９２は、荷重センサ１４によって検出される積載荷重Ｗｅのみに基いて、ＬＰＦ８２のカットオフ周波数ｆｃを設定してもよい。

また、前述の実施形態では、操舵用レバー３６が操舵部材として用いられているが、ジョイスティック、ステアリングホイール等を操舵部材として用いてもよい。
また、図１２〜図１４に示すように、運転座席の側方に配置されるアームレストを操舵部材として用いてもよい。図１２および図１３を参照して、運転座席７の両側には、アームレスト２３，２４が配置されている。アームレスト２３，２４は、平面視において、略前後方向に延び、その長さ中央部が外方に張り出すように屈曲している。右側のアームレスト２４は、車体２に固定されている。

左側のアームレスト２３は、平面視において、後端部を中心として回動可能に車体２に取り付けられている。左側のアームレスト（以下、「可動アームレスト２３」という。）の前端部の上面には、可動アームレスト２３を操作するためのノブ２５が取り付けられている。可動アームレスト２３は、アームレストとしての機能の他に、操向のために操作される操舵部材としての機能も有している。

図１２〜図１４を参照して、車体２には、背もたれ２２の左側位置に、モータ取付部材２６が取り付けられている。モータ取付部材２６は、上下方向に延びかつ両端にフランジを有する筒状である。モータ取付部材２６の下側のフランジが、複数のボルト２７によって、車体２に固定されている。モータ取付部材２６に、反力モータ２８が上向きに取り付けられている。反力モータ２８は、モータ取付部材２６の上側のフランジに、複数のボルト２９によって固定されている。この実施形態では、反力モータ２８は、三相ブラシレスモータによって構成されている。

反力モータ２８は、ケース３０と、ケース３０に回転自在に支持された回転軸３１を有しかつケース３０内に配置されたロータ３２と、ケース３０内においてロータ３２の周囲に配置されたステータ３３とを含む。回転軸３１の上端部は、ケース３０を貫通して、ケース３０の上方に延びている。回転軸３１の上端部には、フランジ３１ａが形成されている。フランジ３１ａの外周面には、鋸歯状の溝（セレーション（図示略））が形成されている。ケース３０内には、回転軸３１の周囲に、回転軸３１（ロータ３２）の回転角を検出するための回転角センサ３４が配置されている。

可動アームレスト２３の後端部の下面には、フランジ３１ａと嵌合するフランジ嵌入凹部２３ａが形成されている。フランジ嵌入凹部２３ａの内周面には、フランジ３１ａの外周面のセレーションと嵌合するセレーション（図示略）が形成されている。可動アームレスト２３のフランジ嵌入凹部２３ａの上壁の表面（上面）には、複数のボルト頭収容凹所２３ｂが形成されている。可動アームレスト２３の後端部は、フランジ嵌入凹部２３ａがフランジ３１ａに嵌め合わされた状態で、複数のボルト３５によってフランジ３１ａに固定されている。複数のボルト３５は、可動アームレスト２３におけるボルト頭収容凹所２３ｂとフランジ嵌入凹部２３ａとの間の壁を貫通してフランジ３１ａにねじ嵌められている。

つまり、可動アームレスト２３の後端部は、反力モータ２８を介して、車体２に回動可能に支持されている。反力モータ２８は、可動アームレスト２３に反力トルク（操作反力）を付与するために設けられている。なお、図１２に実線で示される可動アームレスト２３の位置が中立位置であり、図１２に１点鎖線で示される可動アームレスト２３の位置が左操舵のための操作限界位置である。

前述の実施形態では、転舵モータ４１のロータの回転角を検出するための回転角センサ４７とは別に、転舵角θｔを検出するための転舵角センサ４８が設けられている。しかし、転舵モータ４１のロータの回転角を検出するための回転角センサ４７の出力に基いて、転舵角θｔを演算するようにしてもよい。つまり、回転角センサ４７の出力に基いて、転舵モータ４１のロータの中立位置からの回転量を表す絶対回転角を演算し、得られた絶対回転角から転舵輪５の転舵角θｔを演算するようにしてもよい。この場合には、転舵角センサ４８は不要である。

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１…フォークリフト、２…車体、５…後輪（転舵輪）、６…車両用操舵装置、７…運転座席、１４…荷重センサ、１５…車速センサ、１６…シフトレバーセンサ、２３…可動アームレスト、３６…操舵用レバー、４０…舵取り機構、４１…転舵モータ、４７…回転角センサ、４８…転舵角センサ、５０…ＥＣＵ、５１…制御部、反力制御部、６２…転舵制御部、８１…目標転舵角設定部、８２…ローパスフィルタ、８３…角度偏差演算部、８４…ＰＩ制御部、９２…カットオフ周波数設定部

Claims (5)

1. 操向のために操作される操舵部材と転舵輪の転舵角を変化させるための舵取り機構とが機械的に結合されておらず、転舵モータによって舵取り機構が駆動される車両用操舵装置であって、
   前記操舵部材の回転角を検出する回転角検出手段と、
   前記回転角検出手段によって検出される回転角に基づいて、目標転舵角を設定する目標転舵角設定手段と、
   前記目標転舵角設定手段によって演算される目標転舵角に対してローパスフィルタ処理を行うローパスフィルタと、
   前記ローパスフィルタによるローパスフィルタ処理後の目標転舵角に基いて、前記転舵モータを制御する転舵制御手段と、
   車体に設けられた荷役装置と、
   前記荷役装置に積載される荷物の重量である積載荷重を検出するための荷重検出手段と、
   前記荷重検出手段によって検出される積載荷重に基いて、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を制御するカットオフ周波数制御手段とを含む、車両用操舵装置。
2. 車速を検出するための車速検出手段をさらに含み、
   前記カットオフ周波数制御手段は、前記車速検出手段によって検出される車速と前記荷重検出手段によって検出される積載荷重とに基いて、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を制御するように構成されている、請求項１に記載の車両用操舵装置。
3. 前記カットオフ周波数制御手段は、前進であるか後進であるかを考慮して、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を制御するように構成されている、請求項１または２に記載の車両用操舵装置。
4. 操向のために操作される操舵部材と転舵輪の転舵角を変化させるための舵取り機構とが機械的に結合されておらず、転舵モータによって舵取り機構が駆動される車両用操舵装置であって、
   前記操舵部材の回転角を検出する回転角検出手段と、
   前記回転角検出手段によって検出される回転角に基づいて、目標転舵角を設定する目標転舵角設定手段と、
   前記目標転舵角設定手段によって演算される目標転舵角に対してローパスフィルタ処理を行うローパスフィルタと、
   前記ローパスフィルタによるローパスフィルタ処理後の目標転舵角に基いて、前記転舵モータを制御する転舵制御手段と、
   車速を検出するための車速検出手段と、
   前記車速検出手段によって検出される車速に基いて、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を制御するカットオフ周波数制御手段とを含み、
   前記カットオフ周波数制御手段は、前進であるか後進であるかを考慮して、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を制御するように構成されている、車両用操舵装置。
5. 前記操舵部材が、運転座席の側方に配置された操舵用レバーである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の車両用操舵装置。

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