CN102991574A

CN102991574A - 车辆用转向操纵装置以及装卸车辆

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Publication number: CN102991574A
Application number: CN2012103369894A
Authority: CN
Inventors: 田代崇
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2011-09-15
Filing date: 2012-09-12
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2032-09-12
Also published as: CN102991574B; JP5807778B2; EP2570328A2; EP2570328A3; JP2013063680A; EP2570328B1; US20130073147A1; US8855862B2

Abstract

车辆用转向操纵装置及装卸车辆。具备：检测转向操纵部件的转向操纵角的转向操纵角检测部；向转向操纵部件施加转向操纵反作用力的反作用力致动器；以及反作用力致动器控制部，其至少根据由转向操纵角检测部检测出的转向操纵角的函数而设定转向操纵反作用力，控制上述反作用力致动器以实现该设定的转向操纵反作用力，反作用力致动器控制部以下述方式控制反作用力致动器：判定由转向操纵角检测部检测出的转向操纵角是位于第一切换角以下的第一舵角区域、还是位于超过第一切换角的第二舵角区域，当转向操纵角处于第一舵角区域时，随着转向操纵角的增加使转向操纵反作用力增大到最大值，当转向操纵角进入第二舵角区域时，随着转向操纵角的增加使转向操纵反作用力从上述最大值单调递减。

Description

车辆用转向操纵装置以及装卸车辆

技术领域

本发明涉及在叉车等装卸车辆中使用的车辆用转向操纵装置。

背景技术

叉车大多在接近直角的拐角处转弯。当在此类接近直角的拐角处转弯时，由于叉车的后轮成为转向轮，因此叉车进行如下的叉车特有的转向操纵操作：以较小舵角使前部（货叉部分）轻微朝向转弯方向，然后再通过急打轮将后部甩到拐角外侧。

另一方面，叉车采用在驾驶室设置的转向操纵部件与转向轮亦即后轮之间并未进行机械式的连结的、所谓的线控转向式的动力转向装置。因此，原本就不存在从后轮返回至转向操纵部件的反作用力。因此以往是在转向操纵侧形成模拟的反作用力而使其反作用于驾驶员。

另外，以往将转向的转向操纵角、与转向轮的转向角之比亦即行程比设定成比例关系（参照日本特开2010-264833号公报）。

对于叉车而言，在其用途方面，转向操纵角的范围较大、且转向操纵的频率也较高。因此，驾驶员对手柄的操作量较大且负担较重。

如图4的“以往特性”的曲线图所示，在转向操纵侧形成的模拟的反作用力具有如下特性：直到达到某一舵角为止而与舵角一起线性地增大，如果超过该舵角则保持恒定值。因此，在转弯的初期，反作用力过小从而转向操纵力大于反作用力，转向操纵角大多大于驾驶员预想的转向操纵角。另外，在转弯的后期，虽然必须进行急打轮，但为了克服较大的反作用力而进行急打轮却需要较大的力，这会使驾驶员的作业负担加重。因此，存在作业效率下降这样的问题。

发明内容

本发明的目的之一在于提供车辆用转向操纵装置以及装卸车辆，通过适当地设定相对于转向操纵角的反作用力特性而能够减轻驾驶员的转向操纵负担。

本发明的一个方式的车辆用转向操纵装置的结构上的特征是，该车辆用转向操纵装置具备：使转向轮转向的转向轮驱动机构；检测转向操纵部件的转向操纵角的转向操纵角检测部；对上述转向操纵部件施加转向操纵反作用力的反作用力致动器；驱动上述转向轮驱动机构的转向致动器；控制上述转向致动器的转向致动器控制部；转向操纵区域判定部，该转向操纵区域判定部判定转向操纵角是处于第一切换角以下的第一舵角区域、还是处于超过第一切换角的第二舵角区域；以及反作用力致动器控制部，该反作用力致动器控制部以下述方式控制上述反作用力致动器：当转向操纵角位于第一舵角区域时，伴随着转向操纵角的增加而使转向操纵反作用力增大到最大值；当转向操纵角进入第二舵角区域时，伴随着转向操纵角的增加而使转向操纵反作用力从上述最大值单调递减。

附图说明

结合附图以及具体实施方式使本发明的前述及其他特征和优点变得明确，其中，例如数字被用于对结构单元进行标注，其中，

图1是示出叉车的简要结构的示意性的侧视图。

图2是示出车辆用转向操纵装置的整体的结构图。

图3是用于说明由反作用力系统ECU16进行反作用力控制的控制框图。

图4是示出存储于反作用力转矩－转向操纵角特性存储部B4的转向操纵角θh与目标反作用力转矩之间的关系的曲线图。

图5是由转向系统ECU22进行控制的转向控制框图。

图6是示出存储于转向角－转向操纵角特性存储部C4的转向操纵角θh与目标转向角之间的关系（行程比）的曲线图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细的说明。

图1是示出作为本发明的装卸车辆的叉车1的简要结构的示意性的侧视图。叉车1具备车身2、装卸装置3、前轮5和后轮6、以及车辆用转向操纵装置7。上述装卸装置3设置于上述车身2的前部。上述前轮5是支承车身2的驱动轮。上述后轮6是转向轮。上述车辆用转向操纵装置7使后轮6转向。

车辆用转向操纵装置7是在驾驶室8设置的转向操纵部件10与转向轮亦即后轮6之间并未进行机械式的连结的、所谓的线控转向式的动力转向装置。在本实施方式中，转向操纵部件10是带有把手10a的手转方向盘。驾驶员把持在方向盘设置成能够旋转的把手10a，从而使方向盘旋转或停止。

图2是示出车辆用转向操纵装置7的整体的结构图。车辆用转向操纵装置7具备转轴11、圆筒状的转向柱12、转向操纵角传感器13、转向操纵转矩传感器14、反作用力马达15、以及反作用力系统ECU16（电子控制单元）。上述转轴11与转向操纵部件10连结。上述转向柱12将转轴11支承为旋转自如。上述转向操纵角传感器13检测转向操纵部件10的转向操纵角θh。上述转向操纵转矩传感器14配置于转向柱12中并检测转向操纵部件10的转向操纵转矩。上述反作用力马达15作为经由齿轮17向转向操纵部件10施加转向操纵反作用力的反作用力致动器而发挥功能。上述ECU16控制驱动反作用力马达15。转向操纵转矩传感器14通过检测夹装于转轴11的中间的扭杆的扭转角来检测转向操纵转矩。转向操纵角传感器13通过利用霍尔传感器检测安装于转向操纵部件10的转轴11的外周的磁铁的磁力来检测转轴11的旋转角。此外，在该实施方式中，转向操纵角传感器13检测从转向操纵部件10的中立位置朝向转向操纵部件10的正反两方向的旋转角，将从中立位置朝向右方的旋转角作为正值而输出，将从中立位置朝向左方的旋转角作为负值而输出。反作用力马达15设置于与转轴11不同的其他轴，是以由齿轮17决定的规定的传动比驱动转轴11旋转的直流马达。此外，反作用力马达15也可以与转向柱同轴配置。

车辆用转向操纵装置7被保持于车身。车辆用转向操纵装置7具备齿条轴17、齿条支承体18、转向马达19、转向系统ECU22、以及转向角传感器20。上述齿条轴17是沿车辆的左右方向延伸的转向轴。上述齿条支承体18将齿条轴17支承为能够移动。上述转向马达19使齿条轴17移动。上述转向系统ECU22控制驱动转向马达19。上述转向角传感器20检测后轮6的转向位置（在本说明书中称为“转向角”）。转向马达19是内置于齿条支承体18中的齿条同轴型的直流马达。转向马达19的旋转运动经由内置于齿条支承体18的转向齿轮而转换成齿条轴17的往返运动，并经由分别与齿条轴17的一对端部连结的转向横拉杆21L、21R而被传递到后轮6，由此使后轮6转向。转向角传感器20根据齿条轴17的位移位置与后轮6的转向角对应的情况，通过利用行程传感器检测出齿条轴17的位移位置而检测出后轮6的转向角。

另外，为了根据对转向操纵部件10的操作而使后轮6转向，将反作用力系统ECU16及转向系统ECU22与车内LAN（例如CAN）连接。

进而，在前轮5或后轮6的转子安装有用于检测车轮的转速的车轮速度传感器34。车轮速度传感器34是光学地读取车轮的转子的转速的传感器，通过对读取到的转速乘以轮胎的有效旋转半径而检测出车速v。

转向系统ECU22基于由转向操纵角传感器13检测出的转向操纵角而驱动转向马达19旋转。转向马达19的旋转经由转向齿轮而转换为齿条轴17的往返运动，并经由分别与齿条轴17的一对端部连结的转向横拉杆21L、21R而被传递到后轮6，由此使后轮6转向。

图3是示出由反作用力系统ECU16进行控制的反作用力控制框图。表示检测转向操纵角θh的转向操纵角信号从转向操纵角传感器13经由车内LAN而输入到反作用力系统ECU16的目标反作用力电流计算部B1。

将转向操纵角θh与目标反作用力转矩之间的关系作为函数而存储于由非易失性存储器构成的反作用力转矩－转向操纵角特性存储部B4。

图4的“所提方案特性”的曲线图示出了存储于反作用力转矩－转向操纵角特性存储部B4的转向操纵角θh与目标反作用力转矩之间的关系。在该曲线图中，设定第一切换角θh1，当转向操纵角处于第一切换角θh1以下的第一舵角区域I时，伴随着转向操纵角的增加而使目标反作用力转矩增大到最大值，当转向操纵角进入超过第一切换角θh1的第二舵角区域II时，伴随着转向操纵角的增加而使目标反作用力转矩从上述最大值单调递减。目标反作用力转矩在达到上限转向操纵角θh3时在第二舵角区域II的范围内变为最低值。此外，“上限转向操纵角θh3”是指无法进一步转动转向操纵部件10时的角度。

第一切换角θh1例如设定为90度的转向操纵角。上限转向操纵角θh3例如设定为810度。目标反作用力转矩形成为，当达到作为第一切换角θh1的90度的转向操纵角时，得到最大值0.6Nm，当达到810度的上限转向操纵角时，得到最低值0.15Nm。若利用后述的转向操纵角与后轮6的转向角之间的关系（参照图6的“所提方案特性”的曲线图）进行换算，则90度的转向操纵角换算成转向角为8度。当将810度的上限转向操纵角换算成转向角时为75度。

在该实施例中，虽然将第一切换角θh1设定为换算成轮胎的转向角为8度，但并不局限于8度。只要是以转弯初期转动的舵角为目标选定第一切换角θh1即可，例如也可以从换算成轮胎的转向角为5度～15度的范围中选定。特别优选从该范围中的8度～10度的范围内进行选择。

目标反作用力电流计算部B1基于上述的转向操纵角θh与目标反作用力转矩之间的关系，将转向操纵角θh转换为目标反作用力电流。目标反作用力电流被向电流控制部B2输入。另一方面，检测出在反作用力马达15中流通的电流Im，其反转信号被向电流控制部B2输入。在电流控制部B2中得到目标反作用力电流与在反作用力马达15中流通的电流Im之差。上述电流差被向PWM输出电路B3供给，从而生成用于驱动反作用力马达15的PWM驱动信号。而且，向反作用力马达15供给该PWM驱动信号，由此经由反作用力马达15→齿轮17→转轴11而向转向操纵部件10施加反作用力转矩。

接着，图5是示出由转向系统ECU22进行控制的转向控制框图。表示检测转向操纵角θh的转向操纵角信号从转向操纵角传感器13经由车内LAN而向转向系统ECU22的目标转向角计算部C1输入。

将转向操纵角θh与目标转向角之间的关系作为函数而存储于由非易失性存储器构成的转向角－转向操纵角特性存储部C4。

图6示出存储于转向角－转向操纵角特性存储部C4的转向操纵角θh与目标转向角之间的关系（行程比）。在该曲线图中，设定大于第一切换角θh1且小于上限转向操纵角θh3的第二切换角θh2。当转向操纵角处于从上述第一切换角θh1到上述第二切换角θh2的舵角区域II－1时，转向角相对于转向操纵角的比采用第一斜率。而且，当转向操纵角处于从上述第二切换角θh2到上限转向操纵角θh3的舵角区域II－2时，转向角相对于转向操纵角的比采用小于上述第一斜率的第二斜率。即，利用直线从第一切换角θh1到上限转向操纵角θh3将转向角彼此连结，当将该直线的斜率（以往特性）设为“第三斜率”时，第一斜率＞第三斜率＞第二斜率的不等式成立。

第二切换角θh2例如设定为400度的转向操纵角。当将400度的转向操纵角换算成目标转向角时为51度。此外，在该实施例中，虽然将第二切换角θh2设定为换算成轮胎的转向角时为51度，但并不局限于51度。只要从第一切换角θh1与上限转向操纵角之间选定第二切换角θh2即可。

如果这样设定，当在叉车进行直角转弯后装卸货物（装卸作业）时，由于在货物的前方停车时的转向操纵角处于II－2的区域，因此当在II－2区域进行开始装卸作业时的货叉前端的左右方向的微调转向操纵（切入、倒退）时，由于转向操纵比舒缓，因而易于进行作业。

此外，与车辆的速度v对应地还能够实现如下设定：使得速度v越快越减小行程比整体，速度v越慢越增大行程比整体。

目标转向角计算部C1基于上述的转向操纵角θh与目标转向角之间的关系而将转向操纵角θh转换为目标转向角。目标转向角的信号被向电流控制部C2输入。另一方面，利用转向角传感器20检测出后轮6的转向角，并向电流控制部C2输入其反转信号。在电流控制部C2中得到目标转向角与后轮6的转向角检测值之差。向PWM输出电路C3供给上述差，从而生成用于驱动转向马达19的PWM驱动信号。而且，通过将该PWM驱动信号供给到转向马达19而将该转向马达19的旋转转换为齿条轴17的平行运动，并经由转向横拉杆21L、21R而向后轮6传递，由此使后轮6转向。

如上所述，根据本发明的实施方式，在车辆转弯时的转弯初期、即位于第一舵角区域I时，叉车1的驾驶员开始转动转向操纵部件10，由于在达到第一切换角θh1之前一边感受到较大的转向操纵反作用力一边使叉车1转向，因此无需过多担心超出以较小舵角轻微朝向前部这样的驾驶员的意图而过度转动转向操纵部件10。而且，在转弯后期，转向操纵角处于超过第一切换角θh1的第二舵角区域II。此时，由于伴随着转向操纵角的增加而使得转向操纵反作用力从最大值单调递减，因此随着转动转向操纵部件10，驾驶员会感受到反作用力在逐渐减小。因此驾驶员能够以更小的力转动转向操纵部件10，从而能够容易地甩动叉车1的后部。

另外，在第二舵角区域II的前半舵角区域II－1内，能够以较大的比使叉车1转向，在后半舵角区域II－2内，能够以较小的比使叉车1转向。因此，与从第一切换角θh1到上限转向操纵角θh3将转向角彼此连结的直线的以往的恒定比相比，当位于虽说相对于最大值有所降低但是转向操纵反作用力仍较大的前半舵角区域II－1时，略微转动转向操纵部件10便能够进行大幅转弯。当处于转向操纵反作用力更加降低的后半舵角区域II－2时，虽然必须更大幅地对转向操纵部件10进行转动操作，但由于转向操纵反作用力降低，因此给驾驶员施加的负担较小。此外，当在区域II－2内进行装卸作业时，由于转向操纵的比较为舒缓，因此易于进行货叉前端的定位操作。

这样，通过同时采用与转向操纵角对应的转向操纵反作用力的设定、以及与转向操纵角应的转向操纵比的设定，驾驶员能够以较小的力容易地进行急打轮，从而能够减轻驾驶员的转向操纵负担。

以上，虽然对本发明的实施方式进行了说明，但本发明的实施并不局限于上述的实施方式。例如，作为转向轮，也可以将单个后轮6设置于车身2的左右方向的中央，以此来取代在车身2的左右分别设置后轮6的结构。另外，在上述的实施方式中，作为转向轮驱动机构，虽然采用了由转向马达19驱动的齿条轴17，但也可以采用由电动式液压泵驱动的液压缸。另外，能够在本发明的范围内实施各种变更。

Claims

1.一种车辆用转向操纵装置，其特征在于，

所述车辆用转向操纵装置具备：

使转向轮转向的转向轮驱动机构；

检测转向操纵部件的转向操纵角的转向操纵角检测部；

向所述转向操纵部件施加转向操纵反作用力的反作用力致动器；

驱动所述转向轮驱动机构的转向致动器；

控制所述转向致动器的转向致动器控制部；

转向操纵区域判定部，该转向操纵区域判定部判定所述转向操纵角是位于第一切换角以下的第一舵角区域、还是位于超过第一切换角的第二舵角区域；以及

反作用力致动器控制部，该反作用力致动器控制部以下述方式控制所述反作用力致动器：当所述转向操纵角位于第一舵角区域时，伴随着转向操纵角的增加而使转向操纵反作用力增大到最大值；当转向操纵角进入第二舵角区域时，伴随着转向操纵角的增加而使转向操纵反作用力从所述最大值减小。

2.根据权利要求1所述的车辆用转向操纵装置，其特征在于，

针对所述车辆用转向操纵装置设定大于所述第一切换角的第二切换角，

所述转向致动器控制部以下述方式控制所述转向致动器：当转向操纵角处于从所述第一切换角到所述第二切换角的范围时，转向角相对于转向操纵角的比采用第一斜率；当转向操纵角达到所述第二切换角以上时，转向角与转向操纵角的比采用小于所述第一斜率的第二斜率。

3.根据权利要求1所述的车辆用转向操纵装置，其特征在于，

所述第一切换角换算成转向轮的转向角为5度～15度。

4.根据权利要求2所述的车辆用转向操纵装置，其特征在于，

所述第一切换角换算成转向轮的转向角为5度～15度。

5.根据权利要求3所述的车辆用转向操纵装置，其特征在于，

所述第一切换角换算成转向轮的转向角为8度～10度。

6.根据权利要求4所述的车辆用转向操纵装置，其特征在于，

所述第一切换角换算成转向轮的转向角为8度～10度。

7.根据权利要求1或2所述的车辆用转向操纵装置，其特征在于，

所述车辆用转向操纵装置采用所述转向操纵部件与所述转向轮驱动机构之间并未进行机械式连结的线控转向方式。

8.一种装卸车辆，其特征在于，

所述装卸车辆装备了权利要求1或2所述的车辆用转向操纵装置。