JP5769006B2 - 車両用操舵装置及び荷役車両 - Google Patents

Description

本発明は、例えばフォークリフトなどの荷役車両のための車両用操舵装置に関するものである。

フォークリフトの操舵装置には、通常、油圧式パワーステアリング装置が用いられている。油圧式パワーステアリング装置は、運転者の操舵に基づいて、油圧ポンプを駆動させて作動油を油圧シリンダに供給し、油圧シリンダのピストンを移動させ、転舵輪を転舵させる。
フォークリフトにおいては、その用途上、操舵角の範囲が広く、かつ、操舵の頻度も高い。そのため、操舵装置の電力消費量が比較的大きい。

特開平06-206572号公報 特開2004-123026号公報

車両停止時（極低速走行時を含む。以下、同じ。）の転舵には、車両走行時の転舵に比べて、大きな転舵力を必要とする。そのため、車両停止時に行うハンドル操作、いわゆる「据え切り操作」を行うと、電力消費量は極めて大きくなる。
フォークリフトにおいて、その用途上、据え切り操作を必要する場合があるが、例えば運転者が未熟であるために、不必要な据え切り操作が頻繁に行われることもある。そうすると、電力消費量が大きくなり、バッテリの消耗も早くなってしまう。

そこで、本発明は、不必要な据え切り操作を制限し、電力消費量を低減することを目的とする。

本発明の車両用操舵装置は、操舵部材と、車速を検出する車速検出部と、検出された車速が規定値よりも小さいかどうかを判定する車速判定部と、前記操舵部材に操舵反力を付与する反力アクチュエータと、転舵輪を転舵させる転舵駆動機構と、前記転舵駆動機構を駆動する転舵アクチュエータと、前記車速と前記操舵角とに基づいて、前記反力アクチュエータを制御する反力アクチュエータ制御部と、前記車速と前記操舵角とに基づいて、前記転舵アクチュエータを制御する転舵アクチュエータ制御部とを備え、前記転舵アクチュエータ制御部は、前記車速が前記規定値よりも小さいと判定された場合に、前記転舵アクチュエータへの通電を制限するものであり、前記反力アクチュエータ制御部は、前記車速が前記規定値よりも小さいと判定された場合に、前記操舵部材の前記操舵角の増加に伴って前記操舵反力が、前記車速が前記規定値以上と判定された場合の前記操舵反力よりも増大するように前記反力アクチュエータを制御するものである。

また本発明の荷役車両は、前述した車両用操舵装置を装備したものである。

フォークリフト１の概略構成を示す模式的側面図である。 車両用操舵装置７の全体を示す構成図である。 操舵側ＥＣＵ１６によって反力制御する操舵側の制御ブロック図である。 操舵側の反力制御手順を説明するためのフローチャートである。 操舵角に対応する操舵用反力電流を記録した制御マップを示すグラフである。 操舵角に対応する壁用反力電流を記録した制御マップを示すグラフである。 転舵ＥＣＵ２２によって転舵角を制御する転舵側の制御ブロック図である。 転舵側の操舵角制御手順を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の荷役車両としてのフォークリフト１の概略構成を示す模式的側面図である。フォークリフト１は、車体２と、その車体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５及び転舵輪としての後輪６と、後輪６を転舵させるための車両用操舵装置７とを備えている。

車両用操舵装置７は、運転室２２に設けられた操舵部材１０と転舵輪である後輪６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式のパワーステアリング装置である。本実施形態では、操舵部材１０は、ノブ１０ａ付きの手回しステアリングホイールであり、ノブ１０ａの先端には、据え切りスイッチＳＷが取り付けられている。運転者は、ステアリングホイールに回転可能に設けられたノブ１０ａを把持し、ステアリングホイールを回転させる。

図２は、車両用操舵装置７の全体を示す構成図である。車両用操舵装置７は、操舵部材１０が連結されたシャフト１１と、シャフト１１を回転自在に支持する円筒状のコラム１２と、操舵部材１０の操舵角を検出する操舵角センサ１３と、操舵部材１０に操舵反力を付与する反力アクチュエータとして機能する反力モータ１５と、反力モータ１５を駆動制御する操舵側ＥＣＵ（電子制御ユニット）１６とを備えている。操舵角センサ１３は操舵部材１０のシャフト１１の外周に取り付けられた磁気素子をホールセンサで検出することによりシャフト１１の回転角を検出する。なおこの実施形態では、操舵角センサ１３は操舵部材１０の中立位置から操舵部材１０の正逆両方向への回転角を検出するものであり、中立位置から右方向への回転角を正の値として出力し、中立位置から左方向への回転角を負の値として出力するものとする。反力モータ１５はコラム１２内にシャフト１１と同軸に設置され、所定のギヤ比でシャフト１１を回転駆動するコラム同軸型の直流モータである。

操舵部材１０のノブ１０ａに取り付けられた据え切りスイッチＳＷは、運転者が意図的に据え切り操作を行いたいときに操作されるスイッチである。この据え切りスイッチＳＷのオンオフ状態を表す信号は操舵側ＥＣＵ１６に入力される。
また車両用操舵装置７は、車体に保持され、車両の左右方向に延びる転舵軸としてのラック軸１７と、ラック軸１７を移動可能に支持するラック支持体１８と、ラック軸１７を移動させる転舵アクチュエータとしての転舵モータ１９と、転舵モータ１９を駆動制御する転舵側ＥＣＵ２２と、後輪６の転舵位置（本明細書では「転舵角」という）を検出する転舵角センサ２０とを備えている。転舵モータ１９は、例えば、ラック支持体１８の中に内蔵されているラック同軸型の直流モータである。転舵モータ１９の回転運動は、ラック支持体１８に内蔵されている転舵ギヤを介してラック軸１７の平行運動に変換され、ラック軸１７の一対の端部にそれぞれ連結されたタイロッド２１Ｌ，２１Ｒを介して後輪６に伝達され、これにより後輪６が転舵される。転舵角センサ２０は、ラック軸１７の変位位置と後輪６の転舵角とが対応するため、ラック軸１７の変位位置をストロークセンサで検出することで、後輪６の転舵角を検出するセンサである。

また操舵部材１０の操作に応じて後輪６を転舵させるため、操舵側ＥＣＵ１６と転舵側ＥＣＵ２２とは車内ＬＡＮによって接続されている。
図３は操舵側ＥＣＵ１６によって制御される操舵側の制御ブロック図を示す。操舵側ＥＣＵ１６の目標反力電流転舵角算出部Ｂ１には、操舵角センサ１３から検出操舵角を表す操舵角信号が入力され、据え切りスイッチＳＷのオンオフ状態を表す信号が入力される。また、フォークリフト１の車速を表す信号が車内ＬＡＮを経由して入力される。この車速を表す信号は、例えば前輪５又は後輪６のホイールの円周上に等間隔に磁性体を取り付けて、磁気センサでこれを検出し、磁気センサから出力されるパルス状の信号を周波数−電圧変換することによって得られる。

目標反力電流転舵角算出部Ｂ１は、操舵角に応じた目標反力電流を算出する処理を行う。そして図３に示したように、反力モータ１５に流れる電流が検出され、目標反力電流と反力モータ１５に流れる電流との差がとられて、この差に基づいて反力モータ１５をＰＷＭ駆動制御する。
以下、目標反力電流転舵角算出部Ｂ１の行う制御処理を、フローチャート（図４）を用いて詳しく説明する。

操舵角センサ１３により操舵角が検出され（ステップＳ１）、車速が検出されると（ステップＳ２）、車両が停止しているか走行しているかを判定するために、検出された車速を規定値と比較する（ステップＳ３）。この規定値は車両の停止を判定するための値であるから、非常に小さな値が採用される。例えば２ｋｍ／ｈという値である。
検出された車速が規定値よりも大きな場合（ステップＳ３→Yes）、目標反力電流転舵角算出部Ｂ１は、車両走行時の操舵角−反力電流のマップを適用して、操舵用反力電流を算出する（ステップＳ４）。このマップの一例を図５に示す。操舵角が０のとき反力電流は“０”であり、操舵角（絶対値）がそれから増えるに従って増加していくように設定されている。なお、図５から分かるように、操舵角が増大すればするほど、反力電流の増加率は減少し、曲線は一定の値に収束していくようにされている。このようにして得られた反力電流は、目標反力電流として目標反力電流転舵角算出部Ｂ１から出力され、前述した反力モータ１５のＰＷＭ駆動制御に用いられる（ステップＳ６）。

なお、目標反力電流転舵角算出部Ｂ１は、検出された車速が規定値よりも大きな場合には、目標反力電流を算出すると同時に、操舵角センサ１３から入力される操舵角信号に基づいて、操舵角に応じた目標転舵角を算出する処理も行う（ステップＳ５）。例えば、目標反力電流転舵角算出部Ｂ１は、検出された車速が規定値よりも大きな場合には、操舵角に比例した目標転舵角を算出する。このようにして得られた目標転舵角は、車内ＬＡＮを通して転舵角制御部Ｂ３に出力される。転舵角制御部Ｂ３での処理については後述する。

一方、検出された車速が規定値よりも小さな場合（ステップＳ３→No）、フォークリフト１は停止しているとみなして、据え切りスイッチＳＷの信号がオン状態であるかオフ状態であるかを判定する（ステップＳ７）。
ここで、据え切りスイッチＳＷの目的を説明すると、荷役車両はその用途上、据え切り操作の必要な場合がある。据え切りスイッチＳＷは、このような意図的な据え切り操作をするときに運転者が操作するために設置されたスイッチである。このスイッチをオンにすれば、車両停止時（規定値以下の車速の極低速走行時を含む。以下、同じ。）でも、運転者がハンドルの据え切り操作ができる。しかし、スイッチをオフにすれば、車両停止時に、運転者がハンドルの据え切り操作ができないようになる。このために不必要な据え切り操作を防止できる。

なお、据え切りスイッチＳＷは、初期時点では自動的にオフに保持しておき、運転者が操作した時のみ、オンにできるようにしておくことが望ましい。ここに「初期時点」とは、エンジン始動してからフォークリフト１が動き出す前の時点、動いていたフォークリフト１が停止した時点（ステップＳ３でYesと判定されていた状態から、Noに切り替わった時点）などを指す。

また据え切りスイッチＳＷがオンの状態でフォークリフト１が動き出せば（ステップＳ３でNoと判定されていた状態から、初めてYesに切り替わった時点）、据え切りスイッチＳＷを自動的にオフに切り替え、切り替わった後、そのオフ状態が保持されるようにすることが望ましい。
ステップＳ７で、据え切りスイッチＳＷの信号がオン状態であると判定された場合、車両停止時でも運転者がハンドルの据え切りをしたいという意思が確認できるので、ステップＳ４に進み、車両走行時と同じ処理を行う。

ステップＳ７で、据え切りスイッチＳＷの信号がオフ状態であると判定された場合、ステップＳ８に進み、壁用反力電流算出処理に進む（ステップＳ８）。
壁用反力電流算出処理では、車両停止時の操舵角−壁用反力電流のマップを適用して、壁用反力電流を算出する。このようにして得られた壁用反力電流は、目標反力電流として目標反力電流転舵角算出部Ｂ１から出力され、この目標反力電流に基づいて反力モータ１５がＰＷＭ駆動制御される。

壁用反力電流のマップの具体例を図６に示す。操舵角が０のとき壁用反力電流は“０”であるが、操舵角（絶対値）がそれから増えるに従って急激に増加していくように設定されている。なお、図６から分かるように、壁用反力電流は、急激に増加した後、壁用反力電流は飽和し、操舵角を増やしていってもその飽和値を保持するようにされている。このようにして操舵部材１０を回し始めるときに反力トルクに急勾配を設けて、操舵に「壁感」を発生させるので、フォークリフト１の運転者は、車両停止時には操舵部材１０が硬くて、操舵が非常に困難であることを知る。

なお、目標反力電流転舵角算出部Ｂ１は、壁用反力電流算出処理（ステップＳ８）の後、目標転舵角を変更しないという内容の指令信号を転舵角制御部Ｂ３に出力する（ステップＳ９）。このステップＳ９の処理は、前述したステップＳ５の処理（操舵角センサ１３から入力される操舵角信号に基づいて、操舵角にほぼ比例した目標転舵角を算出する処理）とは異なり、目標転舵角を現状の値に固定するためにするものである。

次に、転舵側ＥＣＵ２２によって制御される転舵側の処理を説明する。図７は、転舵側の制御ブロック図である。転舵側ＥＣＵ２２には、フォークリフト１の車速を表す信号が供給され、据え切りスイッチＳＷのオンオフ信号が供給される。また、目標反力電流転舵角算出部Ｂ１によって算出された目標転舵角が供給される。
車速信号と据え切りスイッチＳＷのオンオフ信号とは、転舵側ＥＣＵ２２の電流制限値算出部Ｂ２に入力され、目標転舵角は転舵角制御部Ｂ３に入力される。転舵角制御部Ｂ３は、後輪６を転舵させるための目標電流を算出する処理を行う。この目標電流算出処理では、転舵角制御部Ｂ３に入力された目標転舵角と転舵角センサ２０で検出した検出転舵角との差がとられて、この差に基づいて転舵モータ１９に流すべき目標電流が算出される。一方、転舵モータ１９に流れる電流が検出され、前述の目標電流と転舵モータ１９に流れる電流との差がとられて、この差に基づいて転舵モータ１９をＰＷＭ駆動制御する。転舵モータ１９の回転は、前述したように、転舵ギヤを介してラック軸１７の平行運動に変換され、ラック軸１７の一対の端部にそれぞれ連結されているタイロッド１７Ｌ，１７Ｒを介して後輪６に伝達され、これにより後輪６が転舵される。

図８は電流制限値算出部Ｂ２の制御を説明するためのフローチャートを示す。まず電流制限値算出部Ｂ２は車速を検出し（ステップＴ１）、車両が停止しているか走行しているかを判定するために、検出された車速を規定値と比較する（ステップＴ２）。この規定値は車両の停止を判定するための値であるから、非常に小さな値が採用される（図４のステップＳ３の規定値と同様）。

検出された車速が規定値よりも大きな場合（ステップＴ２→Yes）、電流制限値算出部Ｂ２は、目標電流を制限するため、電流制限値を「走行時の転舵電流max」という値に設定して、転舵角制御部Ｂ３に渡す。
転舵角制御部Ｂ３は、前述したように、転舵角センサ２０により検出された転舵角を入力し、目標転舵角と検出転舵角との差をとりこの差に基づいて目標電流を算出するが、この目標電流の算出において、目標電流を、電流制限値算出部Ｂ２から入力された電流制限値を超えないように制限する。これは転舵モータに流れる電流が過度に増加することを抑えて、転舵モータ１９を保護するためである。

ステップＴ２で、検出された車速を規定値と比較した結果、車速が規定値よりも小さい場合は（ステップＴ２→No）、据え切りスイッチＳＷのオンオフ状態を調べる（ステップＴ４）。
ステップＴ４で、据え切りスイッチＳＷの信号がオン状態であると判定された場合、車両停止時でも運転者がハンドルの据え切りをしたいという意思が確認できるので、ステップＴ３に進み、車両走行時と同じ処理を行う。

ステップＴ４で、据え切りスイッチＳＷの信号がオフ状態であると判定された場合、ステップＴ５に進み、電流制限値算出部Ｂ２は、転舵を禁止するため、電流制限値を「走行時の転舵電流max」よりも小さな値に設定して、転舵角制御部Ｂ３に渡す。「走行時の転舵電流maxよりも小さな値」は、例えば“０”であってもよい。
転舵角制御部Ｂ３は、目標転舵角と検出転舵角との差がとり、この差に基づいて目標電流を算出するが、目標電流が電流制限値算出部Ｂ２から入力された電流制限値に制限されているので、転舵モータ１９に流れる電流は制限されたものになり、転舵はきわめて低速に行われる。もし電流制限値が“０”である場合、転舵モータ１９には電流が流れない。すなわち転舵ができない状態になる。

以上のように本発明の実施形態によれば、フォークリフト１の運転者は、車両走行時には操舵部材１０を回して、通常どおりフォークリフト１を転舵させることができる。しかし車両停止時には、フォークリフト１を転舵させることが実質的にできなくなる。また、操舵部材１０を回しても大きな壁反力を感じるようになるので、運転者は、フォークリフト１が転舵できないことを知ることができる。

運転者が車両停止時に意図的に転舵したい場合は、据え切りスイッチＳＷをオンにすれば、壁反力はなくなって転舵ができるようになる。
したがって、フォークリフト１などの荷役車両において無駄な電力消費を抑制し、バッテリの消耗を遅らせることができる。
以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、転舵輪として、車体２の左右にそれぞれ後輪６を設ける構成に代えて、単一の後輪６を車体２の左右方向の中央に設けてもよい。また、上述の実施形態では、転舵駆動機構として、転舵モータ１９によって駆動するラック軸１７を採用したが、電動式油圧ポンプによって駆動する油圧シリンダを採用しても良い。その他、本発明の範囲内で種々の変更を施すことが可能である。

１…フォークリフト（荷役車両）、２…車体、３…荷役装置、５…前輪（駆動輪）、６…後輪（転舵輪）、７…車両用操舵装置、１０…操舵部材、１３…操舵角センサ、１５…反力モータ、１６…操舵側ＥＣＵ、１７…ラック軸、１９…転舵モータ、２０…転舵角センサ、２２…転舵ＥＣＵ、ＳＷ…据え切りスイッチ

Claims (8)

1. 操舵部材と、車速を検出する車速検出部と、検出された車速が規定値よりも小さいかどうかを判定する車速判定部と、
   前記操舵部材に操舵反力を付与する反力アクチュエータと、転舵輪を転舵させる転舵駆動機構と、前記転舵駆動機構を駆動する転舵アクチュエータと、
   前記車速と前記操舵角とに基づいて、前記反力アクチュエータを制御する反力アクチュエータ制御部と、
   前記車速と前記操舵角とに基づいて、前記転舵アクチュエータを制御する転舵アクチュエータ制御部とを備え、
   前記転舵アクチュエータ制御部は、前記車速が前記規定値よりも小さいと判定された場合に、前記転舵アクチュエータへの通電を制限するものであり、
   前記反力アクチュエータ制御部は、前記車速が前記規定値よりも小さいと判定された場合に、前記操舵部材の前記操舵角の増加に伴って前記操舵反力が、前記車速が前記規定値以上と判定された場合の前記操舵反力よりも増大するように前記反力アクチュエータを制御するものである、車両用操舵装置。
2. 前記反力アクチュエータ制御部は、前記操舵角に対する前記反力アクチュエータの反力電流の関係に基づいて前記反力アクチュエータを制御し、前記車速が前記規定値以上と判定された場合の前記関係は、前記操舵角が０のとき前記反力電流は０であり、前記操舵角が増えるに従い、前記反力電流はその増加率が減少しつつ、増加していき一定値に収束する、請求項１記載の車両用操舵装置。
3. 前記車速が前記規定値よりも小さい場合の前記操舵角に対する前記反力電流の関係は、前記操舵角が０のとき前記反力電流は０であり、前記操舵角が増えるに従い、前記増加率よりも大きい増加率で増加する、請求項２記載の車両用操舵装置。
4. 前記車速が前記規定値よりも小さい場合の前記操舵角に対する前記反力電流の関係は、前記操舵角が０のとき前記反力電流は０であり、前記操舵角が増えるに従い、前記増加率よりも大きい増加率で飽和値まで増加し、前記飽和値に達してからは前記操舵角によらず、前記飽和値を保持する、請求項２記載の車両用操舵装置。
5. 運転者が操作できる位置に設置された据え切りスイッチをさらに備え、
   前記反力アクチュエータ制御部は、検出された車速が規定値よりも小さいと判定され、かつ前記据え切りスイッチがＯＮ操作されている場合に、前記反力アクチュエータ制御部への操舵反力を急激に増大させる制御を解除し、
   前記転舵アクチュエータ制御部は、検出された車速が規定値よりも小さいと判定され、かつ前記据え切りスイッチがＯＮ操作されている場合に、前記転舵アクチュエータ制御部への通電の制限を解除する請求項１記載の車両用操舵装置。
6. 前記操舵部材と前記転舵駆動機構との機械的な連結が断たれたステアバイワイヤ式である請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の車両用操舵装置。
7. 荷役車両に適用される、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の車両用操舵装置。
8. 請求項７記載の車両用操舵装置を装備した荷役車両。

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