(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハンドル操作に基づき電動モータを制御し、該電動モータの駆動力を利用して操舵輪を操舵する電気式パワーステアリング装置において、
前記操舵輪の舵角を検出する舵角検出手段と、
前記操舵輪が所定の最大舵角に接近して減衰開始角度を越えたことが前記舵角検出手段により検出された場合に、前記電動モータの駆動力を減衰させる減衰手段と、
前記操舵輪に作用する負荷を検出する操舵負荷検出手段と、
前記操舵輪の操舵速度を検出する操舵速度検出手段と、
前記操舵負荷検出手段により検出された前記操舵輪に対する負荷、及び、前記操舵速度検出手段により検出された前記操舵輪の操舵速度に応じて前記減衰開始舵角を設定する減衰開始舵角設定手段と、
を備えることを特徴とする電気式パワーステアリング装置。
【請求項２】
前記減衰手段が前記電動モータの駆動電力を低下させる手段であることを特徴とする請求項１に記載の電気式パワーステアリング装置。
【請求項３】
前記操舵速度検出手段が、前記舵角検出手段により検出された舵角から操舵速度を演算により求める演算手段であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気式パワーステアリング装置。
【請求項４】
前記操舵負荷検出手段が前記電動モータを流れる負荷電流を検出する負荷電流検出手段であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気式パワーステアリング装置。
【請求項５】
前記減衰開始舵角設定手段が、前記負荷電流検出手段により検出される負荷電流と、前記操舵速度検出手段により検出される操舵速度とを変数とする関数から前記減衰開始角度を設定することを特徴とする請求項４に記載の電気式パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気式パワーステアリング装置に関し、特に、操舵輪が最大舵角、いわゆるステアリングエンドに達した際に生ずる衝撃を低減するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気式パワーステアリング装置は、電動モータ等を利用して補助操舵力を発生し、運転者によりハンドル（ステアリングホイール）に加えられる操舵力を補助ないしは軽減しようとするものである。一般的な電気式パワーステアリング装置は、電動モータを駆動源とした電動アシスト装置を用いており、ハンドルに加えられた操舵力に応じて電動アシスト装置の出力ロッドを進退させ、この出力ロッドの先端部が接続されたベルクランク、タイロッド及びナックルアームを介して操舵輪を操舵するようになっている（図１を参照）。
【０００３】
また、従来一般の電気式パワーステアリング装置においては、最大舵角を設定するために、ナックルアームに接してその動きを規制するストッパが車体側に設けられている。
【０００４】
このストッパは剛体構造であるため、ナックルアームが接触した際に衝撃が発生する。特に、電気式パワーステアリング装置においては、運転者による操舵力の他に、電動モータによる補助操舵力が付加されているため、電動モータの回転が一瞬にして停止することにより生ずる衝撃力は極めて大きなものとなることがある。このような衝撃は振動となり運転者に不快感を与えることはもとより、パワーステアリング装置の構成要素に不具合を生じさせるおそれがある。
【０００５】
かかる問題に対しては、例えば特開平９−５８４９１号公報等に示されているように、操舵輪が最大舵角の手前、所定の舵角（減衰開始舵角）に達したならば、電動モータに供給する駆動電力を低下させてモータ駆動力を減衰させるという手段が提案されている。この手段によれば、操舵輪が減衰開始舵角を越えると、電動モータの駆動力が減衰されるので、ナックルアームがストッパに接した際の衝撃が小さくなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平９−５８４９１号公報に記載のように、一定の減衰開始舵角から電動モータの駆動力を減衰しても、時として大きな衝撃が発生したり、逆に早期にハンドルが重くなったりすることがある。
【０００７】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、電気式パワーステアリング装置において、常に軽いハンドル操作を可能とすると共に、操舵輪が最大舵角に達した際に生ずる衝撃を低減することができる手段を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明者は種々検討した結果、上記問題点の原因が、操舵輪の操舵速度（水平方向の回動の角速度）と、接地面等から操舵輪に作用する負荷（以下「操舵負荷」という）にあると考えた。すなわち、操舵輪の操舵速度が高速である場合や操舵負荷が小さい場合には、モータ駆動力が減じられても、慣性により操舵輪の操舵速度を十分に落とすことができず、ナックルアームとストッパとが強く衝突すると考えられる。また、逆に操舵輪の操舵速度が低速であり又は操舵負荷が大きい場合、操舵輪を最大舵角まで操舵するための仕事量は相当に大きくなるため、電動モータの補助操舵力は最大舵角の近傍まで低下させず、維持することが望ましい。
【０００９】
そこで、本発明は、ハンドル操作に基づき電動モータを制御し、電動モータの駆動力を利用して操舵輪を操舵する電気式パワーステアリング装置において、操舵輪の舵角を検出する舵角検出手段と、操舵輪が所定の最大舵角に接近して減衰開始角度を越えたことが舵角検出手段により検出された場合に、電動モータの駆動力を減衰させる減衰手段と、操舵輪に作用する負荷を検出する操舵負荷検出手段と、操舵輪の操舵速度を検出する操舵速度検出手段と、操舵負荷検出手段により検出された操舵輪に対する操舵負荷、及び、操舵速度検出手段により検出された操舵輪の操舵速度に応じて減衰開始舵角を設定する減衰開始舵角設定手段とを備えることを特徴としている。
【００１０】
このように、操舵速度と操舵負荷とに基づいて減衰開始舵角を適宜変更することで、最大舵角での衝撃を最小とすると共に、ハンドル操作を最大舵角まで軽快に行うことが可能となる。
【００１１】
なお、電動モータの駆動力を減衰する減衰手段は、電動モータの駆動電力を低下させる手段が好ましい。
【００１２】
また、操舵速度は、専用のセンサを設けずとも、舵角検出手段により検出された舵角から操舵速度を演算により求めることができる。
【００１３】
操舵負荷検出手段については、操舵輪の負荷は電動モータに作用する負荷に対応するので、電動モータに流れる負荷電流を検出する負荷電流検出手段とすることが好適である。
【００１４】
更に、減衰開始舵角は、負荷電流検出手段により検出される負荷電流と、操舵速度検出手段により検出される操舵速度とを変数とする関数に基づいて設定することが、簡便な手段であり、好適である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明が適用されたフォークリフト用の電気式パワーステアリング装置の一実施形態を示しており、図中、符号１０は、運転者により回転操作されるハンドルを示している。このハンドル１０には、ステアリングシャフト１２の上端が結合されている。ステアリングシャフト１２には、ハンドル１０の回転操作により加えられたトルク及び回転方向を検出するためのトルクセンサ１４が、ハンドル操作状態検出手段として介設されている。トルクセンサ１４の検出信号は、パワーステアリング装置全体の制御を担うマイクロコンピュータを主体とした制御装置１６に送られるようになっている。
【００１７】
ステアリングシャフト１２の下端は、ギヤボックス１８及びピットマンアーム２０を介してドラッグリンク２２，２４に接続されている。ステアリングシャフト１２の回転運動はギアボックス１８及びピットマンアーム２０により直線運動に変換され、ドラッグリンク２２，２４はその長手方向に沿って直線的に往復動される。
【００１８】
ドラッグリンク２４の先端部は、操舵輪２６を支持し操舵する操舵機構の入力部であるベルクランク２８に、後述の電動アシスト装置３０の出力ロッド３２を介して接続されている。ベルクランク２８は、リアアクスルビーム３４の中央部に取り付けられており、ドラッグリンク２４を往復動させることで水平方向において回動されるようになっている。リアアクスルビーム３４の左右の各端部には、キングピン３６によりナックルアーム３８が水平方向において回動可能に取り付けられており、ナックルアーム３８はベルクランク２８にタイロッド４０を介して接続されている。また、各ナックルアーム３８には操舵輪２６である後車輪が回転可能に支持されている。従って、ハンドル１０を回転操作し、その操舵力をステアリングシャフト１２からドラッグリンク２４を経てベルクランク２８に伝え、これを回動させると、タイロッド４０を介してナックルアーム３８、ひいては操舵輪２６が回動（操舵）される。
【００１９】
なお、操舵輪２６の最大舵角を設定するために、ナックルアーム３８に接してその動きを規制するストッパ（図示しない）がリアアクスルビーム３４に一体形成されている。
【００２０】
また、舵角を検出する舵角センサ（舵角検出手段）４２として、キングピン３６の回転量を検出するポテンショメータが設けられている。舵角センサ４２としては種々あるが、構造が簡単であり耐久性に優れていることから、ポテンショメータが好ましい。舵角センサ４２の舵角検出信号は制御装置１６に入力され、本パワーステアリング装置の制御に供される。
【００２１】
電気式パワーステアリング装置は、更に、運転者による操舵力を補助ないしは軽減するための補助操舵力を発生する電動アシスト装置３０を備えている。図示の電動アシスト装置３０は、電気モータ（以下、単に「モータ」という）４４の駆動力を補助操舵力として利用するものであり、ハウジング４６内部のピニオン・ラック機構やボールねじ機構等の運動変換機構（図示しない）によって、モータ４４の回転軸の回転運動を出力ロッド３２の直線運動に変換するよう構成されている。出力ロッド３２はハウジング４６から進退可能に突出しており、その先端部はドラッグリンク２４の先端部と結合してベルクランク２８に接続されている。ハウジング４６は機台（図示しない）に支持されているので、モータ４４を駆動して出力ロッド３２をハウジング４６に対して進退させると、ベルクランク２８を回動させることができ、これによってハンドル１０からドラッグリンク２４を経てベルクランク２８に伝えられる運転者による操舵力を補助することが可能となる。
【００２２】
モータ４４の駆動は制御装置１６により制御される。より詳細には、図２に示すように、モータ４４には、バッテリ４８と、バッテリ４８からモータ４４に供給される駆動電流をオンオフ制御するチョッパ回路５０とが接続されており、制御装置１６からチョッパ回路５０に駆動制御信号を発して駆動電流をオンオフ制御することで、モータ４４の駆動を制御するようになっている。制御装置１６の駆動制御信号は、例えばパルス信号であり、そのデューティ比を変化させることにより、チョッパ回路５０による駆動電流のオンオフのデューティ比を変え、モータ４４の駆動力を増減することができる。
【００２３】
チョッパ回路５０には、負荷器であるモータ４４に流れる電流（負荷電流）を検出する負荷電流検出回路５２が直列に接続されている。モータ４４には、接地面等から操舵輪２６に加わる負荷（操舵負荷）が伝わるため、その操舵負荷の大きさに応じて負荷電流が変動する。従って、負荷電流検出回路５２は、操舵負荷の大きさを検出する操舵負荷検出手段として機能するものである。負荷電流検出回路５２としては図２には示さないが、例えばチョッパ回路５０に直列に接続された抵抗器からなるものが考えられ、この抵抗器の両端の電位差を検出することにより、モータ４４を流れる負荷電流を検出することができる。抵抗器からの出力はＡ／Ｄ変換器によりデジタル化され、制御装置１６に入力される。
【００２４】
制御装置１６は、前述したようにマイクロコンピュータを主体として構成されたものである。すなわち、制御装置は、入出力部、中央演算処理部（ＣＰＵ）、記憶部（ＲＯＭ、ＲＡＭ）を備えている。記憶部のＲＯＭには、ハンドル操作時のトルクセンサ１４、舵角センサ４２及び負荷電流検出回路５２からの検出信号に基づきモータ４４を制御するプログラム等が記憶されている。
【００２５】
次に、上記構成の電気式パワーステアリング装置の作用について説明する。
【００２６】
操舵輪２６の舵角がゼロの状態、すなわち直進状態から、運転者がハンドル１０を一方向に回転操作した場合、その操舵力はステアリングシャフト１２、ギヤボックス１８及びピットマンアーム２０を通してドラッグリンク２２，２４に伝えられ、ベルクランク２８が回動して操舵輪２６の舵角が変更される。また、これと同時に、ステアリングシャフト１２に加えられたトルクがトルクセンサ１４により検出され、制御装置１６はそのトルク検出信号から補助操舵力を決定し、電動アシスト装置３０のモータ４４を駆動させ、ドラッグリンク２４の移動方向と同方向に、出力ロッド３２を移動させる。これにより、ベルクランク２８には、ドラッグリンク２４からの操舵力のみならず、電動アシスト装置３０からの補助操舵力が付加され、運転者は軽い力でハンドル１０を回転操作することが可能となる。
【００２７】
このようなハンドル１０の回転操作を同方向に続けると、操舵輪２６は、同方向側の最大舵角θMAXに接近する。本実施形態においては、先に示した従来構成と同様に、操舵輪が最大舵角θMAXの手前の減衰開始舵角θSに達したならば、図３に示すように、モータ４４に供給される駆動電流のデューティ比を舵角の増加に伴って徐々に減じてモータ駆動力を減衰し、ナックルアーム３８とストッパとが衝突することによる衝撃を低減することを図っている。
【００２８】
一方、本実施形態は、従来構成と異なり、減衰開始舵角θSが可変となっており、操舵輪２６の操舵速度（回動の角速度ω＝ｄθ／ｄｔ）と、負荷電流ＩM、すなわち操舵輪２６に作用する操舵負荷の大きさとに応じて操舵開始舵角θSを制御装置１６により設定することとしている。詳細には、制御装置１６は、操舵輪２６が最大舵角θMAXの手前の所定舵角θJに達したことを舵角センサ４２の出力信号から認識したならば、その時点の操舵輪２６の瞬間操舵速度ωを舵角センサ４２の出力信号から演算処理により求めると共に、負荷電流検出回路５２の検出値ＩMを操舵負荷として読み取り、これらの値から減衰開始舵角θSを決定する。
【００２９】
なお、前記所定舵角θJは適宜定めてよいが、減衰開始舵角の最小値θMINと同じ値又は僅かにその手前の角度とすることが好ましい。この実施形態では、θJはθMINと同じ値をとるものとした。また、減衰開始舵角の最小値θMINについても適宜定め得る角度であるが、モータ４４に供給される駆動電流のデューティ比が最大であり、負荷電流（操舵負荷）ＩMが最小で、且つ、最大の操舵速度ωにあるときに最適なものとして選定される値が好ましい。
【００３０】
操舵速度ωが高速である場合、或いは、負荷電流ＩMが小さい場合には、モータ４４の駆動力を減衰しても慣性により操舵輪２６の回動が十分に減速されないことがあるため、減衰開始舵角θSと最大舵角θMAXとの間の角度差Δθは大きくすることが好ましい。逆に、操舵速度ωが低速である場合、或いは、負荷電流ＩMが大きい場合には、操舵輪が最大舵角θMAXに達する前に電動アシスト装置３０からの補助操舵力が有効に働かないことがあるので、減衰開始舵角θSと最大舵角θMAXとの間の角度差Δθを小さくすることが好ましい。このことから、舵角速度ωと負荷電流ＩMを変数とする関数により最大舵角θMAXと好適な減衰開始舵角θSとの間の角度差Δθを表すことができると考え、本実施形態においては、減衰開始舵角θSを次式で求めることとした。
【００３１】
θS＝θMAX−Δθ
＝θMAX−ｆ（ω，ＩM）  ・・・  （１）
ｆ（ω，ＩM）の具体的な式については様々な条件から色々な形を採るものであるが、本実施形態では次のようにして定めた。
【００３２】
まず、負荷電流（操舵負荷）ＩMを一定とし、図４に示すように操舵速度ωの増加に伴って角度差Δθが一次関数的に増加するよう減衰開始舵角θSを変化させるというシミュレーションを行った。図４は、負荷電流ＩMが最小である場合を示し、最高の操舵速度ωMAXでは角度差Δθは最大値（θMAX−θMIN）となるものとした。かかる場合、最大舵角θMAXまでハンドルを軽く操作することができ、最大舵角θMAXにおける衝撃力は十分に低減されるという結果が出た。
【００３３】
また、操舵速度ωを最高速、一定とし、図５の如く負荷電流ＩMの増加に伴って角度差Δθが直線的に減じるように減衰開始舵角θSを変化させた。このシミュレーションも、上記と同様、良好な結果が得られた。
【００３４】
更に、次の式（２）に示すように、図４のグラフを描く一次関数ｇ（ω）に図５のグラフを描く負荷電流ＩMの一次関数ｈ（ＩM）を乗じたものを角度差Δθとし、式（１）から式（３）を求めた。式（２）は、図５における右側の縦軸に示すように、関数ｈ（ＩM）を関数ｇ（ω）により求められる角度差の補正値（最大値は１）としてとらえたものである。式（３）から求められる減衰開始舵角θSもシミュレーションにおいて良好な結果となった。
【００３５】
Δθ＝ｆ（ω，ＩM）＝ｇ（ω）・ｈ（ＩM）  ・・・  （２）
∴  θS＝θMAX−ｇ（ω）・ｈ（ＩM）  ・・・  （３）
以上述べたようにして得られた式（３）は、制御装置１６のＲＯＭに記憶されている。前述したように、制御装置１６は、操舵輪２６が最大舵角θMAXの近傍の所定舵角θJ（＝θMIN）と達したことを舵角センサ４２からの信号により認識したならば、その時点の操舵輪２６の瞬間操舵速度ωを舵角センサ４２の出力信号から演算し、同時に負荷電流検出回路５２の検出値ＩMを入力し、ＲＯＭに記憶された式（３）から操舵開始舵角θSを演算し、設定する。
【００３６】
そして、更に操舵輪２６が同方向に操舵され、前記の減衰開始舵角θSに達したならば、制御装置１６はその状態を舵角センサ４２からの検出信号により認識し、その時点から、モータ４４の駆動力を減衰する。本実施形態では、最大舵角θMAXに達した時におけるモータ４４の駆動電流のデューティ比が予め制御装置１６のＲＯＭに記憶されており、操舵輪２６が減衰開始舵角θSに達した時点から、舵角が大きくなるに従ってデューティ比が徐々に減じるよう、モータ４４のチョッパ回路５０に駆動制御信号を発するようにしている。
【００３７】
このように、適当な減衰開始舵角θSを選定し、そこからモータ駆動力を減衰することとしているので、操舵輪２６が最大舵角θMAXに達した際、ナックルアーム３８とストッパが接しても、操舵輪２６の操舵速度は十分に減速されているので、衝撃は極く僅かである。また、モータ４４による補助操舵力も最大舵角θMAXまで有効であるので、運転者は軽い力でハンドル操作を行うことが可能となる。
【００３８】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。例えば、上記実施形態では、モータ駆動力を徐々に減衰するようにしているが、図３において点線で示すように、急峻にデューティ比を減じてもよい。また、上記実施形態では、モータ４４に対する駆動電流のデューティ比を減じることでモータ駆動力を減衰させているが、電圧を減じる等、他の手段により駆動電力を低減してモータ駆動力を減衰する手段を採ることもできる。
【００３９】
更に、式（３）のような演算式を予め求め、その式から算出することとしているが、負荷電流、操舵速度、減衰開始角度等のデータを予めシミュレーションや実際の試験により採取してマップを形成しておき、そのマップから最適な減衰開始舵角θSを求めるようにしてもよい。また、減衰開始舵角θSを求めるパラメータについては、負荷電流及び操舵速度以外の他のパラメータの導入を妨げるものではない。なお、負荷電流は、操舵輪に作用する操舵負荷に相当する値として用いているので、操舵負荷を歪センサ等から検出してもよい。
【００４０】
更に、本発明による電気式パワーステアリング装置はフォークリフトに限られず、他の車両にも適用可能である。
【００４１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、操舵輪が最大舵角に達した際の衝撃を効果的に低減することができる。従って、衝撃による様々な弊害、例えば運転者に不快感を与える振動の発生やパワーステアリング装置の構成部材の破損等を防止ないしは緩和することができる。
【００４２】
また、本発明によれば、操舵輪が最大舵角に達するまで、モータによる補助操作力が有効に作用するため、軽快にハンドル操作を行うことができ、車両の操作性が向上するという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用可能な電気式パワーステアリング装置の一実施形態を概略的に示す斜視図である。
【図２】本発明による電気式パワーステアリング装置における電動モータとその制御系の関係を概略的に示すブロック図である。
【図３】本発明によるモータ駆動力の減衰の仕方を示す、舵角とデューティ比との関係のグラフである。
【図４】負荷電流を一定とした場合における操舵速度と角度差（最大舵角と減衰開始舵角の差）との間の関係を示すグラフである。
【図５】操舵速度を一定とした場合における負荷電流と角度差（最大舵角と減衰開始舵角の差）との間の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０…ハンドル、１４…トルクセンサ、１６…制御装置（減衰手段、減衰開始舵角設定手段、操舵速度検出手段、演算手段）、２６…操舵輪、３０…電動アシスト装置、４２…舵角センサ（舵角検出手段）、４４…電動モータ、４８…バッテリ、５０…チョッパ回路、５２…負荷電流検出回路。
【図１】
0004132439.tif 000002
【図２】
0004132439.tif 000003
【図３】
0004132439.tif 000004
【図４】
0004132439.tif 000005
【図５】
0004132439.tif 000006