(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハンドルの操舵量に追従させて、電動モータの駆動により車輪の切れ角を制御する、電動車両のパワーステアリング制御装置において、
該電動モータの駆動速度の制御を行うモータ駆動速度制御手段と、
ハンドルの操舵量および操舵速度を検出する手段と該車輪の切れ角を検出する手段とを備えて、検出した該車輪の実際の切れ角と検出したハンドル操舵量に対応する切れ角との差分角、および検出した該ハンドル操舵速度に基づいて、該電動モータの駆動速度と、該ハンドル操舵量に見合った必要駆動時間とを算出し、該必要駆動時間の間だけ該電動モータを該駆動速度で駆動し、該必要駆動時間が経過したら該電動モータの駆動を停止するよう該モータ駆動速度制御手段の制御を行う電動モータ駆動制御手段と、
で構成することを特徴とする電動式パワーステアリングの制御装置。
【請求項２】
前記電動モータはデューティ比で駆動制御される直巻型直流モータであり、前記モータ駆動速度制御手段は該デューティ比制御のオン・デューティ比を設定することにより速度制御を行うことを特徴とする請求項１記載のパワーステアリング制御装置。
【請求項３】
前記電動モータ駆動制御手段は、検出された前記ハンドル操舵量を検出された前記ハンドル操舵速度で割ることにより前記必要駆動時間を算出することを特徴とする請求項１又は２記載のパワーステアリング制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バッテリー・フォークリフト等の電動車両における電動式パワーステアリング機構の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、バッテリー・フォークリフト等に見られるように産業車両の電動化が広く進められてきている。
【０００３】
そしてそれら車両内の構成における電動化としては主走行や荷役作動部の駆動源に電動モータを使用するだけでなく、またハンドル操作における操舵力の軽減が要望されていることもあり、車輪の操舵駆動源に電動モータを利用したパワーステアリング機構が装備される傾向にある。
【０００４】
図３はそのような１個の電動モータを独立駆動源として使用したパワーステアリング制御装置の一従来例の概略構成図である。
【０００５】
この図において、バッテリ１が装置全体の直流電源として備えられており、車輪２である車輪の操舵出力を行う直流直巻型のパワーステアリングモータ（以降ＰＳモータ３という）にデューティ比制御が行えるようドライブ・トランジスタ４が接続されている。そして車輪２の操舵軸と同軸に結合しているポテンショ・メーター５が連動し、また他方で運転者が直接操舵するハンドル６には同軸でパルスエンコーダ７が連動する。
【０００６】
そしてパルスエンコーダ７によるハンドル操舵量・操舵速度、およびポテンショ・メータ５による車輪切れ角を検出して、それらに基づき一定の手順に従って判断・処理を行うＣＰＵ８、およびこれと連結して実際の制御信号を出力する駆動回路９によってドライブトランジスタ４の駆動制御が行われる構成となる。
【０００７】
そして図４は上記パワーステアリング制御装置中における主要構成要素間での作動フローチャートを示すものである。
【０００８】
まず最初に運転者のハンドル操作により入力されるハンドルの操舵量および操舵速度がハンドル軸周りに設置されている光学式等のパルスエンコーダ７によって検出・符号化されＣＰＵ８に入力される（Ｓ１）。
【０００９】
ここで、この電気式パワーステアリング機構においては、ハンドル・シャフトと車輪周りの操舵機構との間には機構的な結合（リンク）がないため、従来、特にフォークリフト等における荷重物積載時に感じていた重操舵感がなく、ほとんど力を必要としない軽いハンドル操作が可能となっている。
【００１０】
そしてＣＰＵ８は他方でその時点における実際の車輪切れ角を車輪操舵軸周りに設置したポテンショ・メータ５によってリアルタイムに検出し（Ｓ２）、前記の入力されたハンドル操舵量に対応する車輪切れ角との比較を行い、それらの間の差分角を算出する（Ｓ３）。
【００１１】
そしてさらに上記のハンドル操舵量に対応する車輪切れ角とポテンショ・メーター５によって検出された実際の車輪切れ角の間の差分角、および前記入力されたハンドル操舵速度に基づいてハンドル６の切れ角（操舵回転位置）に追従するようにオン・デューティ比を算出し（Ｓ４）、駆動回路９を介してドライブトランジスタ４のデューティ比制御を行う（Ｓ５）ことでＰＳモータ３の回転速度および回転量が制御されることになり、それと連動して車輪２の操舵速度および操舵量の制御が行われる（Ｓ６）。
【００１２】
そしてこのデューティ比制御によるＰＳモータ制御は、ハンドル操舵量に対応する角度位置に実際の車輪切れ角が常に一致するようにフィードバックループ制御として継続実行される。
【００１３】
そして以上のフィードバックループ制御は電源が入っている間、つまりＣＰＵ８の電源スイッチであるキーＳＷ（不図示）がオフされない限り約１０ｍｓ周期で継続実行されるものとなる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、摩擦の大きい車輪の操舵を行う上記ＰＳモータの駆動には相当の電力を必要とし、バッテリ電力を大きく消費する構成要素の一つとなっていたため、従来よりＰＳモータの制御装置の設計においてＰＳモータへの通電電流量および通電時間の最小化は必須課題となっていた。
【００１５】
そして上記産業車両の実際の使用現場においては走行路面上に段差や溝などが形成している場合も少なくなく、車両旋回中において運転者の操作ミス、またはその他の不測の事故などによりこれら走行路面上の不整形によって車輪の操舵が拘束される状態に陥る場合がある。
【００１６】
このとき上記従来の制御構成においては前述したようなＣＰＵのフィードバックループ制御が継続されるために実際の車輪切れ角と入力されたハンドル操舵量に対応する車輪切れ角が一致するようＰＳモータへの通電が継続し、長時間に渡る相当なバッテリ電力の消費、さらにはＰＳモータの熱的及び電気的損傷を招く結果となっていた。
【００１７】
そこで本発明は上記問題点に鑑み運転者により入力されたハンドル操舵量に見合う必要分だけの電力量および通電時間のみによる制御を行うことでバッテリ電力の消費量の削減およびＰＳモータの損傷の最小限化・長寿命化を可能にする電動式パワーステアリング機構の制御装置の提供を課題とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために以下のように構成する。
【００１９】
まず本発明は、ハンドルの操舵量に追従させて、電動モータの駆動により車輪の切れ角を制御する、電動車両のパワーステアリング制御装置に適用するものであり、該電動モータの駆動速度の制御を行うモータ駆動速度制御手段と、ハンドルの操舵量および操舵速度を検出する手段と該車輪の切れ角を検出する手段とを備えて、検出した該車輪の実際の切れ角と検出したハンドル操舵量に対応する切れ角との差分角、および検出した該ハンドル操舵速度に基づいて、該電動モータの駆動速度と、該ハンドル操舵量に見合った必要駆動時間とを算出し、該必要駆動時間の間だけ該電動モータを該駆動速度で駆動し、該必要駆動時間が経過したら該電動モータの駆動を停止するよう該モータ駆動速度制御手段の制御を行う電動モータ駆動制御手段とで構成される。
なお、前記電動モータ駆動制御手段は、例えば、検出された前記ハンドル操舵量を、検出された前記ハンドル操舵速度で割ることにより、前記必要駆動時間を算出することが可能である。
【００２０】
これにより、ハンドル操作に忠実な車輪の追従操舵が可能でありながら、車両旋回中に車輪が拘束されるなどで操舵不能の状態に陥った場合でも一定時間後に自動的にＰＳモータ（電動モータ）への電流給電が停止し、それによりバッテリ電力のムダな消費を抑えて稼働時間を延ばすことが可能になるとともに、ＰＳモータの損傷を防いで長寿命化を図ることが可能となる。
【００２１】
また前記電動モータはデューティ比で駆動制御される直巻型直流モータであり、前記モータ駆動速度制御手段は該デューティ比制御のオン・デューティ比を設定することにより速度制御を行うよう構成される。
【００２２】
これにより、上記の低消費電力型のＰＳモータ制御装置として最も効率がよく、かつ信頼性の高い具体的構成となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００２４】
なお、本発明のパワーステアリング制御装置は、ハンドルの操舵量に追従させて車輪の切れ角を制御する構成を前提としており、当然ながらハンドルの操舵方向に対応した方向に車輪の方向を制御するようにしたものに適用されるのであるが、このような方向制御については本発明の主旨とは直接関係ないため、以下ではそのような方向制御についての説明は省略する。
【００２５】
まず図１は、本発明の実施の形態にある電動式パワーステアリング制御装置の概略構成図である。
【００２６】
この図において、まず複数のバッテリー・セルを直列に接続して構成するバッテリ１が装置全体における直流電源にあり、該パワーステアリング制御装置全体に対して具体的には４８Ｖの安定した直流電力を供給するものとなる。
【００２７】
そしてこのバッテリ１の正極には過電流による装置の電気的損傷を防止するためのフューズ１０を介して、車輪の操舵駆動力源であるＰＳモータ３が接続されている。
【００２８】
そしてこのＰＳモータ３とバッテリ負極との間に自己消弧可能なスイッチング素子であるドライブトランジスタ４が接続しており、そのゲート端子が後述する駆動回路９からの制御信号が入力可能なように接続している。
【００２９】
そして滑り接触子により連続的に抵抗値を可変する構成にあるポテンショ・メーター５が、上記ＰＳモータ３の駆動出力により操舵制御される車輪と同軸で設置され、連動することで車輪の車輪切れ角に対応する抵抗値をポテンショ値として検出し、後述するＣＰＵ１２にこの検出値を出力するよう接続している。
【００３０】
またディスク円周上に等間隔で多数個穿設したスリットに通過する固定光源からの光を検出する構成にある光学式のパルス・エンコーダ７が、運転者の直接操舵するハンドルと同軸で設置され、連動することでハンドルの操舵量および操舵速度に対応するパルス信号を検出し、後述するＣＰＵ１２にこの検出値を出力するよう接続している。
【００３１】
そして上記ポテンショ・メーター５からの車輪切れ角、およびパルス・エンコーダ７からのハンドル操舵量・操舵速度がそれぞれ符号化された検出値として入力され、それらに基づき一定の手順に従って判断・処理を行うＣＰＵ１２、およびこれと連結して実際の制御信号を出力する駆動回路９によってドライブトランジスタ４の制御が行われる構成となる。
【００３２】
次に図２は上記構成にある本実施形態の電動式パワーステアリング制御装置中における主要構成要素間での作動フローチャートを示すものである。
【００３３】
まず最初に運転者が直接行う操作によって入力されるハンドルの操舵量および操舵速度がハンドルと同軸に設置されているパルスエンコーダ７によって検出・符号化されＣＰＵ１２に入力される（Ｓ１）。
【００３４】
ここで、本実施形態のパワーステアリング機構においては、ハンドル・シャフトと車輪周りの操舵機構との間には機構的な結合（リンク）がないため、従来、特にフォークリフト等における荷重物積載時に感じていた重操舵感がなく、ほとんど力を必要としない軽いハンドル操作が可能となっている。
【００３５】
そしてＣＰＵ１２は他方でその時点における実際の車輪切れ角を車輪操舵軸周りに設置したポテンショ・メーター５によってリアルタイムに検出し（Ｓ２）、前記の入力されたハンドル操舵量に対応する車輪切れ角との比較を行い、それらの間の差分角を算出する（Ｓ３）。
【００３６】
そしてこの対応比較により実際の車輪切れ角とハンドル操舵量に対応する車輪切れ角とがほぼ一致しているか、つまり差分角がほぼ０に等しいか（許容誤差については任意に設定される）の判断を行い（Ｓ４）、ほぼ一致している（差分角がほぼ０）場合にはＰＳモータ３による車輪操舵駆動を行う必要がないとしてドライブ・トランジスタ４に対するデューティ比制御を停止するようオン・デューティ比を０％に設定して出力する（Ｓ５）。
【００３７】
また（Ｓ４）の判断により実際の車輪切れ角とハンドル操舵量に対応する車輪切れ角が一致していないと判断された場合には、ＰＳモータ３による車輪操舵駆動を行う必要があるものとして次に後述するタイマー・スイッチがオンの状態にあるかの判別を行う（Ｓ６）。
【００３８】
ここでタイマー・スイッチがオフにあればこの時点からハンドル操舵に追従するための車輪の操舵駆動が開始されるものとして、上記差分角とハンドル操舵速度から車輪操舵時間Ｔと車輪操舵速度が設定される（Ｓ７）。具体的には車輪操舵時間ＴはＣＰＵ１２に内蔵するタイマーの相当カウント数で、車輪操舵速度はＰＳモータ３の作動トルクを考慮した相当オン・デューティ比で算出・設定される。具体的にはハンドル操舵にかかった時間はハンドル操舵量をハンドル操舵速度で割った値で算出でき、そして車輪操舵時間Ｔはこの時間と一致させるようタイマーの相当カウント数が設定される。
【００３９】
ここでタイマーについて詳しくは、車輪切れ角がハンドルの操舵量に対応一致（差分角＝０）するよう追従作動を行うのに必要なＰＳモータ３の駆動時間の計測を行うためのＣＰＵ１２内部に備える計時タイマーであり、タイマー・スイッチのオン・オフにより作動・不作動を切り替え、作動中にはタイマー・カウンターの値を時系列で自動的に加算するものである（タイマー、タイマー・スイッチ、タイマー・カウンターともに不図示）。
【００４０】
そしてこの時点からタイマーの作動が始まるものとしてタイマー・カウンターの値を０にリセットし、タイマー・スイッチがオン状態に入れられる（Ｓ８）。
【００４１】
次に（Ｓ６）でタイマー・スイッチがすでにオン状態にあると判断した場合も含めて、タイマー・カウンターの値が操舵時間Ｔ以上に達したか、つまり車輪の操舵必要時間が経過したか判断される（Ｓ９）。
【００４２】
ここで操舵必要時間が経過したと判断した場合には、車輪の操舵駆動が終了してハンドルと車輪の切れ角が一致したものと見なされ、タイマー・スイッチがオフ状態に、さらに差分角の値を０に設定し（Ｓ１０）、ドライブ・トランジスタ４に対しオン・デューティ比を０％に設定して出力（Ｓ５）することでＰＳモータ３の駆動制御を停止する（Ｓ１２）。そしてこの後には新たなハンドル操舵が検出されない限りＰＳモータ３の駆動停止状態が継続することになる。
【００４３】
また（Ｓ９）で車輪追従操舵の実行中であると判断した場合には、（Ｓ７）ですでに設定してあるオン・デューティ比をドライブ・トランジスタ４に対して出力する（Ｓ１１）ことで設定した車輪操舵速度となるようＰＳモータ３の駆動制御が継続実行される（Ｓ１２）。そしてＰＳモータ３に結合した車輪が操舵制御され（Ｓ１３）、この制御された切れ角が操舵軸に同軸に設置しているポテンショ・メーター５の検出によりフィード・バックされる（Ｓ２）。
【００４４】
そして以上のフィードバックループ制御は電源が入っている間、つまりＣＰＵ１２の電源スイッチであるキーＳＷ１１がオフされない限り約１０ｍｓの作動周期で継続実行されるものとなる。
【００４５】
そして以上のような制御構成によれば、前述したような走行路面上の不整形などによる不慮の車輪の拘束によって操舵不能の状態に陥った場合でも（ハンドル操舵量に見合った）必要駆動時間経過後にはオン・デューティ比が０％に設定され、ＰＳモータ３の駆動制御が停止することになる。
【００４６】
これによりハンドルと車輪の対応操舵角が一致しないままの操舵制御の継続、つまりその間のムダな電力消費の継続が回避され、バッテリ電力消費の低減、ひいてはバッテリ稼働時間の延長が可能となり、さらにはＰＳモータの熱的、電気的損傷を防ぐ構成となる。
【００４７】
また車輪の操舵方向の制御を行うための構成例として、出力部における電流の通電方向の切り替え制御を行うＨブリッジ回路にＰＳモータを組み込む構成がある。
【００４８】
また上記ハンドルの操舵量・操舵速度の検出・符号化を行う具体的構成としては上記パルスエンコーダに限定せず、例えば上記車輪切れ角の検出手段と同じくポテンショ・メーターを利用した構成とすることも可能である。
【００４９】
その場合、ハンドル切れ角の初期位置角度を設定し、それに対する絶対操舵角が検出可能となるため、ハンドル操舵方向の検出および車輪切れ角との誤差の検出・補正が正確かつ容易に行えるものとなる。
【００５０】
またほかにもパルスエンコーダによるハンドル操舵量を検出する場合でもディスク面上の一点に基準位置孔を穿設し、その回動通過の検出および等間隔で穿設した多数のスリットの通過検出・計数を合わせて行う構成としても上記のハンドル絶対操舵角の検出が可能となる。
【００５１】
【発明の効果】
以上、詳細に説明した通り本発明の電動式パワーステアリング機構の制御装置によれば、運転者により入力されたハンドル操舵量に見合う必要分だけの電力量および通電時間のみでの制御を行うことで、走行路面上の不整形のために不慮の車輪の拘束によって操舵不能の状態に陥った場合でもハンドル操舵量に見合った必要駆動時間経過後にはオン・デューティ比が０％に設定され、ＰＳモータの駆動制御が停止される。それにより、バッテリー電力の消費量の削減およびＰＳモータの損傷の最小限化・長寿命化が可能な構成となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態にある電動式パワーステアリング制御装置の概略構成図である。
【図２】  本実施形態の電動式パワーステアリングの制御装置中における主要構成要素間での作動フローチャートを示すものである。
【図３】  パワーステアリング制御装置の一従来例の概略構成図である。
【図４】  パワーステアリング制御装置中における主要構成要素間での作動フローチャートを示すものである。
【符号の説明】
１  バッテリ
２  車輪
３  ＰＳモータ
４  ドライブ・トランジスタ
５  ポテンショ・メーター
６  ハンドル
７  パルスエンコーダ
８  従来の構成に使用するＣＰＵ
９  駆動回路
１０  フューズ
１１  キーＳＷ
１２  本発明の構成に使用するＣＰＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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