(57)【要約】  電動液圧式のステアバイワイヤ方式の操舵システムにおいて、どのようなポンプを採用しても、ステアリングの操舵角の変化に対する転舵角の変化の遅れを抑制することを目的として、操舵対象の転舵角を変化させるための液圧アクチュエータ（６）に液圧を供給するポンプ（５）を正逆方向に回転させる電動モータ（４）を作動させて転舵角を操舵角に対応するように制御する制御装置（３）に、操舵角と転舵角との間の偏差が減少する方向に制御するモータ駆動部と、この偏差に基づき導き出される操舵角の変動と転舵角の変動との間のタイムラグが小さくなる方向に変化させる制御補正部を備えた。
2016031058.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵対象の転舵角を変化させるための液圧アクチュエータと、この液圧アクチュエータに液圧を供給するためのポンプと、このポンプを正逆方向に回転させて前記液圧アクチュエータを作動させる電動モータと、ステアリングの操舵角を検出するステアリング操舵角センサと、前記転舵角を検出する転舵角センサと、前記ステアリング操舵角センサ及び前記転舵角センサからの信号に基づいて前記電動モータを作動させて前記転舵角を前記操舵角に対応するように制御する制御装置とを備えたステアバイワイヤ方式の操舵システムであって、前記制御装置が、前記ステアリング操舵角センサからの信号を受信する操舵角受信部と、前記転舵角センサからの信号を受信する転舵角受信部と、これら操舵角受信部及び転舵角受信部が受信した信号に基づき操舵角と転舵角との間の偏差を逐次特定する偏差特定部と、この偏差特定部が特定する偏差が減少する方向に前記電動モータに制御信号を出力して該電動モータを制御するモータ駆動部と、偏差に基づき導き出される操舵角の変動と転舵角の変動との間のタイムラグに応じて制御信号を前記タイムラグが小さくなる方向に変化させる制御補正部とを備えているステアバイワイヤ方式の操舵システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、産業車両等に用いられるステアバイワイヤ方式の操舵システムに関する。
【背景技術】
【０００２】  近年、バッテリによりエネルギの供給を受けるフォークリフトに代表される産業車両等の操舵システムとして、ステアリング操作を電気信号により検出して制御装置に入力し、液圧供給源に動力を提供するための直流モータに供給する電圧を制御装置により制御するステアバイワイヤ方式の電動液圧パワーステアリングが採用されつつある（例えば、特許文献１を参照）。この電動液圧パワーステアリングは、ポンプから液圧の供給を受けるシリンダを備えたアクチュエータを利用するものである。【０００３】  このような電動液圧パワーステアリングの制御は、従来より、以下に述べるような手法で行われている。すなわち、操舵角又はその回転速度（換言すれば、ステアリングの回転角又はその角速度）を検知し、検知したステアリングの操舵角又はその回転速度に対応させて目標転舵角を決定し、転舵角（換言すれば、タイヤの方向）を検知し、検知した転舵角と目標転舵角との間の偏差に基づきこの偏差が小さくすべく電動モータにＰＷＭパルス信号や周波数変調信号等の制御信号を出力し転舵角を変更するフィードバック制御を行うようにしている。このような電動液圧パワーステアリングには、ステアリングとタイヤとを機械的に接続する機構が存在せず、操舵角と転舵角とが一致するまでに時間的なズレが生じることが避けられないことから、操舵角と制御信号（ＰＷＭパルス信号におけるパルス幅や周波数変調信号における周波数等）との対応を細かく調整する必要がある。また、操舵角と制御信号との間の対応は、電動モータ、ポンプ及びシリンダの特性が変化しないことを前提に一義的に決められている。【０００４】  一方、このような電動液圧パワーステアリングに用いられるポンプとしては、これまで液温の変化に対して特性の変化が少ないピストンポンプが採用されてきたが、製造コストの低下を図るべく、ピストンポンプに代えて、より安価な歯車ポンプを用いることが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２３０４６０号公報（特に段落００４０及び図１３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  ところが、このような電動液圧パワーステアリングに歯車ポンプを採用するにあたっては、以下に述べるような問題が存在する。【０００７】  すなわち、従来の電動液圧パワーステアリングの制御は、上述したように操舵角とＰＷＭパルス信号のパルス幅との対応を一義的に定めた上で行っており、操舵角とポンプからの単位時間当たりの吐出量も一義的に定まるという前提のもと行われている。しかし、歯車ポンプは、液温が上昇すると回転数当たりの作動液吐出量が低下する。従って、従来の制御を行った場合、操舵角の変化に対する作動液圧及び転舵角の追随が遅れ、操作フィーリングが悪化するという不具合が発生し得る。【０００８】  本発明は以上の点に着目し、どのようなポンプを採用した場合であっても、特別な部材を追加することなく、操舵角の変化に対する転舵角の変化の遅れを抑制できる操舵システムを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  以上の課題を解決すべく、本発明に係るステアバイワイヤ方式の操舵システムは、以下に述べるような構成を有する。すなわち本発明に係るステアバイワイヤ方式の操舵システムは、操舵対象の転舵角を変化させるための液圧アクチュエータと、この液圧アクチュエータに液圧を供給するためのポンプと、このポンプを正逆方向に回転させて前記液圧アクチュエータを作動させる電動モータと、ステアリングの操舵角を検出するステアリング操舵角センサと、前記転舵角を検出する転舵角センサと、前記ステアリング操舵角センサ及び前記転舵角センサからの信号に基づいて前記電動モータを作動させて前記転舵角を前記操舵角に対応するように制御する制御装置とを備えたステアバイワイヤ方式の操舵システムであって、前記制御装置が、前記ステアリング操舵角センサからの信号を受信する操舵角受信部と、前記転舵角センサからの信号を受信する転舵角受信部と、これら操舵角受信部及び転舵角受信部が受信した信号に基づき操舵角と転舵角との間の偏差を逐次特定する偏差特定部と、この偏差特定部が特定する偏差が減少する方向に前記電動モータに制御信号を出力して該電動モータを制御するモータ駆動部と、偏差に基づき導き出される操舵角の変動と転舵角の変動との間のタイムラグに応じて制御信号を前記タイムラグが小さくなる方向に変化させる制御補正部とを備えている。【００１０】  このようなものであれば、ピストンポンプでなく歯車ポンプを使用した場合であっても、制御信号を変化させることにより、液温の上昇や装置の劣化等に起因した作動液の吐出量の低下を受けて回転数を大きくして作動液圧を維持することにより前記タイムラグを抑制することができる。【００１１】  なお、本発明において、「操舵対象」とは、車両のタイヤ、ホイール（車輪）といった部材や船舶の舵等、進行方向を制御するための部材全般を含む概念である。
【発明の効果】
【００１２】  本発明によれば、どのようなポンプを採用した場合であっても、特別な部材を追加することなく、操舵角の変化に対する転舵角の変化の遅れを抑制できる操舵システムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る操舵システムを示す概略図。
【図２】同実施形態に係る制御装置が実行する処理の手順を示すフローチャート。
【図３】同実施形態に係る操舵角と転舵角との関係の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】  本発明の一実施形態を図１〜図３を参照しつつ以下に示す。
【００１５】  本実施形態に係るステアバイワイヤ方式の操舵システムは、フォークリフトに代表される産業用車両の電動液圧パワーステアリングシステムである。この電動液圧パワーステアリングシステムは、図１に示すように、タイヤ７ａ、７ｂの転舵角θ2を変化させるための液圧アクチュエータ６と、この液圧アクチュエータ６に液圧を供給するためのポンプ５と、このポンプ５から前記液圧アクチュエータ６に作動液を供給するための液圧回路８と、前記ポンプ５を正逆方向に回転させて前記液圧アクチュエータ６を作動させる電動モータ４と、ステアリング１の操舵角θ1を検出するステアリング操舵角センサ２と、前記転舵角θ2を検出する転舵角センサ１０と、前記ステアリング操舵角センサ２及び前記転舵角センサ１０からの信号に基づいて前記電動モータ４を作動させて前記転舵角θ2を前記操舵角θ1に対応するように制御する制御装置３とを備えている。
【００１６】  より具体的には、前記液圧アクチュエータ６は、液圧の供給を受けることによりシリンダロッド６ｂが進退動作するシリンダ６ａと、前記シリンダロッド６ｂの両端に設けられタイヤ７ａ、７ｂの転舵角θ2を変化させるためのナックルアーム６ｃとを備えた、この種のパワーステアリングシステムに用いられるものとして周知のものと同様の構成を有する。
【００１７】  前記ポンプ５は、本実施形態では正逆回転可能な歯車ポンプとして周知のものである。
【００１８】  前記液圧回路８は、上述したように前記ポンプ５から前記液圧アクチュエータ６に液圧を供給するものであり、この種のパワーステアリングシステムに用いられるものとして周知のものと同様の構成を有する。
【００１９】  前記電動モータ４は、出力軸が前記ポンプ５に接続されているとともに、図示しないモータドライバから電力の供給を受ける。前記モータドライバは、制御装置３からのＰＷＭパルス信号ｐを受けて前記電動モータ４及び前記ポンプ５を正逆方向に回転させる。
【００２０】  前記ステアリング操舵角センサ２及び前記転舵角センサ１０は、この種のパワーステアリングシステムに用いられるものとして周知のものと同様の構成を有するので、詳細な説明は省略する。
【００２１】  しかして本実施形態では、制御装置３は、前記ステアリング操舵角センサ２からの操舵角θ1及びその変化速度（ステアリング操作の角速度ω）を示す操舵角信号ａ及び前記転舵角センサ１０からの転舵角θ2を示す転舵角信号ｂをそれぞれ受信し、受信した操舵角信号ａ及び転舵角信号ｂに基づき操舵角θ1と転舵角θ2との間の偏差を逐次特定し、この偏差を減少させるための前記電動モータ４に対するフィードバック制御を行う。
【００２２】  より具体的には、前記制御装置３は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。
【００２３】  入力インタフェースには、前記操舵角信号ａや前記転舵角信号ｂ等が入力される。
【００２４】  出力インタフェースからは、前記直流モータ４（より厳密には、この直流モータ４に接続したモータドライバ）に対して直流電圧ＶhiのＯＮ／ＯＦＦを利用したパルス信号であり、また制御信号でもあるＰＷＭパルス信号ｐを出力する。
【００２５】  制御装置３のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、パラメータを演算することにより各種制御を行う。
【００２６】  さらに詳述すると、メモリの所定領域には、前記操舵角信号ａに対応する操舵角θ1及びこの操舵角θ1に対応する目標転舵角を対応付けた目標転舵角マップ、及び目標転舵角と該目標転舵角に対応する目標電圧を対応付けた複数の目標電圧マップ、より具体的には第１及び第２の目標電圧マップを記憶している。また、メモリの他の所定領域には、プロセッサが実行することにより、前記操舵角信号ａに対応する操舵角θ1をパラメータとして第１及び第２の目標電圧マップのいずれかを参照することにより目標転舵角を決定し、前記転舵角信号ｂを受信し、受信した転舵角信号ｂに対応する転舵角θ2と前記目標転舵角との間の偏差を逐次特定し、この偏差を減少させるべくＰＷＭ制御を行うフィードバック制御プログラムを記憶している。ここで、フィードバック制御プログラムを実行することにより行われる制御は、参照する対象の目標電圧マップが１種類でないことを除いて、従来のこの種のステアバイワイヤ方式の操舵システムにおけるものと同様の手法により行われる。すなわち、本実施形態の制御装置３は、請求項中の操舵角受信部、転舵角受信部、偏差特定部及びモータ駆動部としての機能を備えている。
【００２７】  加えて本実施形態では、メモリのさらに他の所定領域に、プロセッサが実行することにより、フィードバック制御プログラムを実行する際に第１及び第２の目標電圧マップのいずれを参照すべきであるか決定する目標電圧マップ決定プログラムを記憶している。この目標電圧マップ決定プログラムによる制御は以下のようなものである。すなわち、操舵角θ1及びの変化がなくなった時刻、つまり操舵角信号ａが示すステアリング１の回転の角速度ωが０となった時刻から転舵角θ2が目標転舵角に達し転舵角信号ｂに対応する転舵角θ2の変化速度が０となるまでの期間の長さを操舵角θ1の変動と転舵角θ2の変動との間のタイムラグ（以下、単にタイムラグＴと称する）として特定する。ここで、転舵角θ2の変化速度が０となったことの判定は、例えば、ステアリング１の回転の角速度ωが０となった後所定時間（例えば０．１秒）ごとに転舵角信号ｂを受け付けて記憶し、転舵角信号ｂに対応する転舵角θ2が３回連続して同じ値となったことを以て行うようにしている。その上で、このタイムラグＴが所定の閾値Ｔ0を上回るごとに第１の目標電圧マップと第２の目標電圧マップとの間で参照すべき目標電圧マップを変更する制御を行う。本実施形態では、第２の目標電圧マップを参照した場合には、第１の目標電圧マップを参照した場合と比較して、同一の目標転舵角に対応するＰＷＭパルス信号ｐのデューティ比（パルス幅）が大きくなるように設定している。
【００２８】  なお、イグニッションスイッチがＯＦＦからＯＮとなった後の１回目の目標転舵角の決定は、必ず第１の目標電圧マップを参照して行うようにしている。しかる後に、油温の上昇等によりポンプ５の容積効率が低下している場合には、第２の目標電圧マップを参照するようにして電動モータ４及びポンプ５の回転数を上昇させて容積効率の低下を補う。さらに、外気温の急激な低下による油温の低下等に起因してポンプ５の容積効率が回復した場合に第２の目標電圧マップを参照し続けると、電動モータ４及びポンプ５の回転数が高すぎることに起因した転舵角θ2のハンチングによるタイムラグＴが発生するので、このときには参照すべき目標電圧マップを第１の目標電圧マップに戻すことにより電動モータ４及びポンプ５の回転数を低下させ、ハンチングの発生を抑制する。つまり本実施形態の制御装置３は、請求項中の制御補正部としての機能も備えている。
【００２９】  以下、プロセッサがこの目標電圧マップ決定プログラムを実行することにより行われる制御の手順を、フローチャートである図２を参照しつつ以下に示す。
【００３０】  まず、操舵角信号ａが示すステアリング１の回転の角速度ω、すなわち操舵角θ1の変化速度が０以外の値から０に変化したことを判定すると（ステップＳ１）、タイムラグＴの測定を開始する（ステップＳ２）。それから、転舵角θ2が目標転舵角に達し、転舵角θ2の変化速度が０となると（ステップＳ３）、タイムラグＴの測定を終了する（ステップＳ４）。そして、タイムラグＴの長さが閾値Ｔ0を上回っていると判定されたときに（ステップＳ５）、参照すべき目標電圧マップを変更する（ステップＳ６）。一方、タイムラグＴの長さが閾値を上回っていないと判定されたときには（ステップＳ５）、参照すべき目標電圧マップを変更しない（ステップＳ７）。
【００３１】  すなわち本実施形態によれば、例えばポンプ５の劣化が小さく油温が大きく上昇していない期間においては、第１の目標電圧マップを参照して目標電圧Ｖa1を決定しても、図３の（ａ）に示すように操舵角θ1の変化と転舵角信号ｂに対応する実際の転舵角θ2の変化との間のタイムラグＴが小さいので、第１の目標電圧マップを参照してＰＷＭパルス信号ｐのデューティ比（パルス幅）を決定する。一方で、ポンプ５の劣化が大きくなった後、または油温が大きく上昇した後に第１の目標電圧マップを参照して目標電圧Ｖa1を決定すると、同図の（ｂ）に示すように操舵角θ1の変化と転舵角信号ｂに対応する実際の転舵角θ2の変化との間のタイムラグＴが大きくなるが、本実施形態ではこのような場合第２の目標電圧マップを参照して目標電圧Ｖa2及びＰＷＭパルス信号ｐのデューティ比（パルス幅）を決定するので、同図の（ｃ）に示すように操舵角θ1の変化と転舵角信号ｂに対応する実際の転舵角θ2の変化との間のタイムラグＴを小さく保つことができる。従って、ポンプ５に歯車ポンプを使用した場合においても、液温の上昇や装置の劣化等に起因した作動液の吐出量の低下があった場合、ＰＷＭパルス信号ｐのデューティ比（パルス幅）を大きくすることにより回転数を高め作動液圧を維持することにより、操舵角θ1の変化に対する転舵角θ2の変化の遅れ（タイムラグＴ）を抑制できる。すなわち、ピストンポンプに代えて歯車ポンプを採用し、製造コストの低下を図ることができる。
【００３２】  なお、本実施形態は上述した実施形態に限らない。
【００３３】  例えば、操舵角の変動と転舵角の変動との間のタイムラグを特定するための他の態様として、以下のようなものが考えられる。すなわち、検出された操舵角信号ａに対応する操舵角θ1及び転舵角信号ｂに対応する転舵角θ2を逐次時刻と関連付けてメモリの所定領域に確保した履歴記憶部に記憶し、現在の転舵角θ2と同一の値を有する目標転舵角に対応付けられた時刻を履歴記憶部を参照することにより特定し、この時刻と現在時刻との差を前記タイムラグとして特定する態様も考えられる。この態様を採用した場合も、前記タイムラグが所定の閾値を上回るごとに参照すべき目標電圧マップを変更するようにするとよい。
【００３４】  また、上述した実施形態では、２つの目標電圧マップをメモリの所定領域に記憶しておき、操舵角の変動と転舵角の変動との間のタイムラグが所定の閾値を上回る場合に参照すべき目標電圧マップを変更するようにしているが、３つの目標電圧マップをメモリの所定領域に記憶し、以下のような制御を行うことも考えられる。すなわち、同一の操舵角に対して、第１の目標電圧マップを参照した場合よりも第２の目標電圧マップを参照した場合に、また、第２の目標電圧マップを参照した場合よりも第３の目標電圧マップを参照した場合にそれぞれ出力電圧が大きくなるようにしておき、前記タイムラグが閾値を上回る場合で前記タイムラグの原因が転舵角のハンチングでない場合は参照すべき目標電圧マップを第１の目標電圧マップから第２の目標電圧マップへ、又は第２の目標電圧マップから第３の目標電圧マップへそれぞれ変更する一方、前記タイムラグの原因が転舵角のハンチングである場合は参照すべき目標電圧マップを第３の目標電圧マップから第２の目標電圧マップへ、又は第２の目標電圧マップから第１の目標電圧マップへそれぞれ変更する制御を行うようにしてもよい。
【００３５】  さらに、操舵角、目標転舵角と実際の転舵角との間の偏差、及び操舵角の変動と転舵角の変動との間のタイムラグをパラメータとする数式に基づき電動モータに対する出力電圧をその都度算出する態様を採用してもよい。
【００３６】  加えて、上述した実施形態では、ステアリング操舵角センサから出力される操舵角信号が操舵角の変化速度（ステアリング操作の角速度）をも示しているが、ステアリング操舵角センサからは操舵角のみを示す信号を所定時間ごとに出力し、出力された信号が示す操舵角を逐次記憶し、記憶された操舵角が所定期間の間変化していないことを以てステアリングの回転の角速度が０となったことを判定するようにしてももちろんよい。
【００３７】  そして、上述した実施形態では、電動モータにＰＷＭ制御信号を出力することにより電動モータの出力を制御しているが、周波数制御を利用して電動モータの出力を制御するステアバイワイヤ方式の操舵システム等、ＰＷＭ制御以外により電動モータを制御するステアバイワイヤ方式の操舵システムに本発明を適用してももちろんよい。
【００３８】  その他、車両のステアリング（タイヤ、ホイール等）だけでなく、船舶の舵に代表される他の操舵対象の制御に本発明の操舵システムを使用する等、本発明の趣旨を損ねない範囲で種々に変更してよい。
【産業上の利用可能性】
【００３９】  本発明によれば、どのようなポンプを採用した場合であっても、特別な部材を追加することなく、操舵角の変化に対する転舵角の変化の遅れを抑制できる操舵システムを提供することができる。
【符号の説明】
【００４０】  ２…ステアリング操舵角センサ  ３…制御装置  ４…電動モータ  ５…ポンプ  ６…液圧アクチュエータ  １０…転舵角センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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2016031058.tif 000009
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