(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵ハンドルの回転操作に応じてステアリングモータを駆動し、操舵輪の向きを変える電動式ステアリング装置において、 上記操舵ハンドルの回転数を検出するハンドル回転検出手段と、上記操舵輪の実際の操向角度を検出する操向角度検出手段と、上記ハンドル回転検出手段により検出される上記回転数に基づく演算により、上記操舵ハンドルの回転数の時間変化率に応じて上記操舵輪を操向させる操向速度を決定する演算手段と、上記操向角度検出手段により検出される上記操舵輪の実際の操向角度の時間変化率と上記演算手段により決定される上記操向速度とが一致するように上記ステアリングモータを駆動制御する制御手段と、を具備すると共に、上記演算手段は、上記操舵ハンドルの回転数の時間変化率が所定数値範囲内にあるときには上記操向速度を設定値に決定し、上記時間変化率が上記所定数値範囲内にないときには、上記操舵ハンドルの回転数の時間変化率が大きくなるほど上記操向速度が大きな値となるように決定することを特徴とする電動式ステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハンドル操作に応じて操舵輪をステアリングモータによって操向させる電動式ステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、フォークリフトなどの各種産業車両において、オペレータによる操舵ハンドルの操作に応じてステアリングモータを駆動し、操舵輪を操向させる電動式ステアリング装置が採用されており、このとき操舵ハンドルと操舵輪との間に機械的な連結機構を有さないものとされることがある。
【０００３】
この種の電動式ステアリング装置は、例えば図５のブロック図で示すように構成される。すなわち、図５の電動式ステアリング装置は、操舵ハンドルの回転数を検出するハンドル回転センサ１と、操舵機構を作動させるステアリングモータ２と、ステアリングモータ２を制御する制御装置３と、ステアリングモータ２によって作動させられる操舵機構により向きが変えられる操舵輪の操向角度を検出する操向角度センサ４と、を具備している。
【０００４】
そして、制御装置３はハンドル回転センサ１により検出される操舵ハンドルの回転数、および操向角度センサ４により検出される操舵輪の実際の操向角度に応じてステアリングモータ２を駆動する制御を行うようになっている。ここで、制御装置３は、操舵ハンドルの回転数に応じて、操舵輪を操向させる操向速度を決定し、この操向速度で操舵輪が操向させられるようにステアリングモータ２の回転駆動する。つまり、操舵ハンドルを回転させ、操舵ハンドルの中立状態からの回転数が増えるにつれて、より速い操向速度で操舵輪が操向されるようステアリングモータ２を速く回転させる制御がなされる。すなわち、操舵ハンドルの回転数をθｓ、操舵輪の操向速度をωｔ、比例係数をＫとすると、操舵ハンドルの回転数をθｓと操舵輪の操向速度をωｔとの関係は、
ωｔ＝Ｋ×θｓ        ・・・（１）
の式で表すことができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来の電動式ステアリング装置では、操舵輪の操向速度ωｔが操舵ハンドルの回転数θｓとの関係で決定されることから、操舵ハンドルを回転操作するオペレータの意思が必ずしも反映されて操舵輪の向きが変えられることにならないという問題がある。つまり、オペレータがゆっくりと車両を旋回させようとして操舵ハンドル１２をゆっくりと回転操作したり、素早く旋回させようと操舵ハンドル１２を早く回転操作したりしても操舵輪の操向速度ωｔがこれに追従されないことから、操作フィーリングが悪く、その結果として、オペレータがストレスを感じたり、作業効率が上がらなかったりするという不都合を招きかねない。
【０００６】
また、直進時など操舵ハンドル１２を任意の位置で保持して走行する場合には、操舵ハンドル１２のぶれや路面の凸凹による操舵輪の向きの変化をできるだけ小さくし、操舵輪の向きを大きく変える場合には、操舵ハンドル１２の回転操作をできるだけ少なくしたいという要望もある。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みて創案されたものであって、操舵ハンドルの良好な操作フィーリングを実現できる構成とされた電動式ステアリング装置の提供を目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、操舵ハンドルの回転操作に応じてステアリングモータを駆動し、操舵輪の向きを変える電動式ステアリング装置において、上記操舵ハンドルの回転数を検出するハンドル回転検出手段と、上記操舵輪の実際の操向角度を検出する操向角度検出手段と、上記ハンドル回転検出手段により検出される上記回転数に基づく演算により、上記操舵ハンドルの回転数の時間変化率に応じて上記操舵輪を操向させる操向速度を決定する演算手段と、上記操向角度検出手段により検出される上記操舵輪の実際の操向角度の時間変化率と上記演算手段により決定される上記操向速度とが一致するように上記ステアリングモータを駆動制御する制御手段と、を具備することを特徴とする。
【０００９】
また請求項１に記載の発明は、前記演算手段は、前記操舵ハンドルの回転数の時間変化率が所定数値範囲内にあるときには前記操向速度を設定値に決定し、上記時間変化率が上記所定数値範囲内にないときには、上記操舵ハンドルの回転数の時間変化率が大きくなるほど上記操向速度が大きな値となるように決定することを特徴とする。
【００１０】
なお、本発明における操舵ハンドルの回転数とは、操舵ハンドルの中立状態、すなわち車両が直進状態となる操舵ハンドル位置を基準とした回転数であり、また、本発明における操舵輪の操向速度とは、操舵輪が操向される角速度、および周速度を含むものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を産業車両の一例であるフォークリフトに適用した実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は本実施形態の電動式ステアリング装置を備えるフォークリフトの外観斜視図であり、図２は本実施形態の電動式ステアリング装置の制御系を示すブロック図であり、図３は本実施形態における操舵ハンドルの回転速度と操舵輪の操向速度との相対的な関係を示す説明図である。
【００１２】
図１に示すフォークリフトは、車体１１の前部に左右一対の前輪を備えるとともに、車体１１の後部に後輪を備える三輪フォークリフトである。そして、左右一対の前輪が、図示しない走行モータにより駆動されてフォークリフトの走行なす駆動輪であり、後輪が、フォークリフトの旋回をなす操舵輪１３である。また、車体１１の中央部にはオペレータが着座する運転席が設けられており、運転席の前方には操舵ハンドル１２が配設されている。
【００１３】
操舵輪１３の上方にはステアリングモータ２が設置されており、このステアリングモータ２によって駆動される操舵機構１４が操舵輪１３に連結されている。そして、駆動された操舵機構１４の動作によって操舵輪１３の向きが変えられるようになっている。なお、操舵ハンドル１２と操舵輪１３との間には、機械的な連結機構は設けられておらず、また、操舵輪１３は直進状態を基準として１８０°回転可能である。
【００１４】
そして、本実施形態の電動式ステアリング装置は、図２に示すように操舵ハンドル１２の回転数θｓを検出するハンドル回転検出手段としてのハンドル回転センサ１と、操舵輪１３の実際の操向角度θｔを検出する操向角度検出手段としての操向角度センサ４と、マイクロコンピュータ等からなる制御装置３と、を具備している。
【００１５】
ハンドル回転センサ１は、操舵ハンドル１２の回転軸に直結されて設けられているエンコーダを有しており、操舵ハンドル１２が回転操作されるとこのエンコーダから検出信号が出力されるようになっている。また、操向角度センサ４は、操舵輪１３の直進状態（操向角度０°）を基準として右回りおよび左回りにそれぞれ９０°の範囲で操向角度θｔを検出するポテンショメータを有しており、操舵輪１３の操向角度θｔに応じた検出信号がこのポテンショメータから出力されるようになっている。
【００１６】
制御装置３は、図３に示すように、ハンドル回転センサ１のエンコーダからの信号に基づき操舵輪１３の目標操向速度ωｔｏを演算により決定する演算部５と、演算部５により決定される目標操向速度ωｔｏと操向角度センサ４のポテンショメータからの信号、すなわち実際の操向角度θｔの時間変化率との偏差を導出する加減算部６と、加減算部６により導出される偏差がゼロとなるように、ステアリングモータ２を駆動制御する駆動部７と、を備えている。また、以下に詳述する演算に用いるデータが記憶されているメモリ８が、演算部５に付設されており、演算部５はメモリ８から必要なデータを読み出して演算を行うようになっている。
【００１７】
演算部５は、操舵ハンドル１２の回転速度ωｓと操舵輪１３の目標操向速度ωｔｏとの相対関係が図３に示す関係となるように、目標操向速度を決定する。すなわち、演算部５は、まずハンドル回転センサ１の検出信号、すなわち操舵ハンドル１２の回転数θｓを時間微分演算して、操舵ハンドル１２の回転速度（角速度）ωｓを導出し、操舵ハンドル１２の回転速度ωｓが０≦ωｓ＜ωｓ１の範囲にある場合には、
ωｔｏ＝Ｋ１×ωｓ    ・・・（２）
の式（図３中のＡ）で表わされる演算を行い、操舵ハンドル１２の回転速度ωｓがωｓ１≦ωｓ＜ωｓ２の範囲にある場合には、
ωｔｏ＝ωｔ１        ・・・（３）
の式（図３中のＢ）で表わされる演算を行い、操舵ハンドル１２の回転速度ωｓがωｓ２≦ωｓ＜ωｓ３の範囲にある場合には、
ωｔｏ＝Ｋ２×ωｓ    ・・・（４）
の式（図３中のＣ）で表わされる演算を行い、操舵ハンドル１２の回転速度ωｓがωｓ≧ωｓ３の範囲にある場合には、
ωｔｏ＝ωｔ２        ・・・（５）
の式（図３中のＤ）で表わされる演算を行い、目標操向速度ωｔｏを決定する。ここで、ωｔ１，ωｔ２は予め設定されている操向速度値であり、ωｓ１，ωｓ２，ωｓ３は予め設定されているハンドル回転速度値であり、Ｋ１，Ｋ２（＞Ｋ１）は比例係数である。
【００１８】
加減算部６は、操向角度センサ４からの検出信号、すなわち実際の操向角度θｔを時間微分演算して、操舵輪１３の実際の操向速度（角速度）ωｔを導出し、この実際の操向速度ωｔと演算部５により導出される目標操向速度ωｔｏとの偏差を導出する。
【００１９】
そして、駆動部７は、加減算部６により導出される偏差がゼロとなるように、つまり実際の操向速度ωｔと目標操向速度ωｔｏとが一致するようにステアリングモータ２を駆動制御する。
【００２０】
したがって、操舵ハンドル１２の回転数θｓを時間微分演算して求められる回転速度ωｓがωｓ２≦ωｓ＜ωｓ３の範囲にある場合には、操舵輪１３の目標操向速度ωｔｏは予め設定された値ωｔ１に決定されるので、従来と同様にステアリングモータ２が回転駆動される。一方、操舵ハンドル１２の回転数θｓを時間微分演算して求められる回転速度ωｓがωｓ２≦ωｓ＜ωｓ３の範囲にない場合には、（２）式または（４）式で表わされる演算により操舵輪１３の目標操向速度ωｔｏが決定され、操舵ハンドル１２の回転速度ωｓが大きいほど操舵輪１３の目標操向速度ωｔｏも大きくなる。そして、この操舵ハンドル１２の回転速度ωｓの大小に応じた操舵輪１３の操向速度ωｔで操舵輪１３が操向されるようにステアリングモータ２が回転駆動される。ただし、操舵輪１３の操向速度ωｔが速くなり過ぎることによる危険を防ぐため、回転速度ωｓがωｓ≧ωｓ３の範囲にある場合には目標操向速度ωｔｏは予め設定された値ωｔ２に決定され、操舵輪１３は安全な操向速度範囲内で操向される。
【００２１】
以上説明したように本実施形態によれば、操舵ハンドル１２の回転速度ωｓがωｓ２≦ωｓ＜ωｓ３の範囲にない場合には、オペレータが操舵ハンドル１２を速く回転操作すれば操舵輪１３は速く操向され、オペレータが操舵ハンドル１２をゆっくりと回転操作すれば操舵輪１３はゆっくりと操向されるので、操舵ハンドル１２の操作フィーリングがよく、オペレータは思い通りの旋回を行わせることができる。
【００２２】
また、本実施形態では操舵ハンドル１２の回転速度ωｓが遅い場合（０≦ωｓ＜ωｓ１）の比例係数Ｋ１を小さく、回転速度ωｓが速い場合（ωｓ≧ωｓ３）の比例係数Ｋ２を大きく設定してあるので、操舵ハンドル１２の回転速度ωｓが遅い場合にはより一層操舵輪１３の操向速度ωｔが遅くなり、操舵ハンドル１２の回転速度ωｓが速い場合にはより一層操舵輪１３の操向速度ωｔが速くなる。したがって、操舵ハンドル１２を任意の位置で保持して走行する場合の操舵ハンドル１２のぶれや路面の凸凹による操舵輪１３の向きの変化を効果的に抑制することができ、また、操舵ハンドル１２を速く回転操作することで、より少ない操作で操舵輪１３の向きを大きく変えることが可能となる。
【００２３】
ところで、メモリ８に記憶されているハンドル回転速度値ωｓ１，ωｓ２，ωｓ３や操向速度値ωｔ１，ωｔ２などを変更可能な構成としてもよく、例えば、図４に示すような電動式ステアリング装置とすることができる。
【００２４】
すなわち、上記の実施形態に加えてさらにオペレータが操作可能な設定変更スイッチ９を設け、この設定変更スイッチ９で設定されるハンドル回転速度値ωｓ１，ωｓ２，ωｓ３や操向速度値ωｔ１，ωｔ２などをメモリ８に記憶させるようにする。このようにすることで、各オペレータが自分の好みに合わせた設定を行うことができ、より一層好適な操作フィーリングを実現することが可能となる。
【００２５】
なお、上記の実施形態では操向角度センサ４により操舵輪１３の実際の操向角度θｔを直接的に検出するとしているが、高精度制御がさほど必要でない場合には、ステアリングモータ２に対して印加される電圧値及び電流値などを検出し、この検出値に基づく演算処理によって操舵輪１３の操向角度を算出してもよい。
【００２６】
また、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、操舵ハンドルの回転数の時間変化率に応じた操向速度で操舵輪が操向されるので、オペレータは操舵ハンドルを速く回転操作して操舵輪を速く操向させることができ、また操舵ハンドルをゆっくりと回転操作して操舵輪をゆっくりと操向させることができる。その結果、オペレータは思い通りに車両の旋回を行わせることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態に係る電動式ステアリング装置を備えるフォークリフトの外観斜視図である。
【図２】 本発明の実施形態に係る電動式ステアリング装置の制御系を示すブロック図である。
【図３】 本発明の実施形態における操舵ハンドルの回転速度と操舵輪の操向速度との相対的な関係を示す説明図である。
【図４】 本発明に係る電動式ステアリング装置の他の実施形態における制御系を示すブロック図である。
【図５】 従来の電動式ステアリング装置における制御系のを示すブロック図である。
【符号の説明】
１    ハンドル回転センサ（ハンドル回転検出手段）
２    ステアリングモータ
３    制御装置
４    操向角度センサ（操向角度検出手段）
５    演算部（演算手段）
６    加減算部（制御手段）
７    駆動部（制御手段）
８    メモリ
９    設定変更スイッチ
１１    車体
１２    操舵ハンドル
１３    操舵輪
１４    操舵機構
【図１】
0003841403.tif 000002
【図２】
0003841403.tif 000003
【図３】
0003841403.tif 000004
【図４】
0003841403.tif 000005
【図５】
0003841403.tif 000006