JP3570493B2

JP3570493B2 - パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP3570493B2
Application number: JP23078599A
Authority: JP
Inventors: 良平藤田
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 1999-08-17
Filing date: 1999-08-17
Publication date: 2004-09-29
Anticipated expiration: 2019-08-17
Also published as: JP2001055155A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、産業車両用の油圧式パワーステアリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、フォークリフトなどの産業車両において、ステアリングシリンダ（油圧シリンダ）を用いて操舵輪を操舵する全油圧式パワーステアリング装置が知られている。このパワーステアリング装置は、ハンドル操作に基づいてモータを駆動しポンプを作動させてステアリングシリンダへ作動油を供給し、その作動油の供給量を調整して操舵輪の操舵制御を行うものである。
【０００３】
このパワーステアリング装置において、モータの駆動は、一般にチョッパ回路が用いられる。図６に示すように、チョッパ回路Ａは、スイッチング素子Ｂを内蔵して構成され、制御ユニットＣからチョッパ駆動信号であるパルス信号の入力に応じて駆動し、モータＤを駆動させポンプＥを作動させる。一方、チョッパ回路ＡによりモータＤ及びポンプＥなどを駆動する際には、それらの駆動音が発生する。この駆動音は、ハンドル操作され産業車両が駆動しているときにはそれ以上の音が発生するため、あまり気にならないものとなるが、ハンドル操作されていないときには耳障りなものとなる。
【０００４】
このような産業車両のパワーステアリング装置における騒音対策として、チョッパ駆動信号の周波数を可聴領域（人間の可聴領域をいう。以下、同じ。）より高い周波数に設定し、人間には聞こえない音とすることが考えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、そのようにパワーステアリング装置の騒音対策を行うと、ハンドル操作時などにチョッパ回路Ａが高速動作することなり、チョッパ回路Ａに内蔵されるスイッチング素子Ｂに大きなスイッチング損失が発生する。このスイッチング損失は熱となるため、スイッチング素子Ｂを定格範囲などで無理なく動作させるためには、図７に示すように、スイッチング素子Ｂの保護回路Ｆを設ける必要がある。従って、パワーステアリング装置の騒音対策の結果、保護回路Ｆの増設によりコストアップとなってしまう。
【０００６】
そこで本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、作動時の騒音を低減しつつ安価なパワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明に係るパワーステアリング装置は、ハンドル操作に基づき操舵用油圧シリンダに作動油をポンプによって供給し操舵輪を操舵させる産業車両のパワーステアリング装置において、ポンプを作動させるモータと、チョッパ回路を有しチョッパ回路を用いてモータを駆動するモータ駆動手段と、ハンドルの操作状態を検出するハンドル操作検出手段と、ハンドル操作検出手段の検出信号に基づきハンドルが操作状態か否かを判定するハンドル操作判定手段と、ハンドル操作判定手段によりハンドルが操作されていないと判定されたときにモータ駆動手段に対しハンドルの操作時より高い周波数となるチョッパ駆動信号を出力するモータ駆動制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
また本発明に係るパワーステアリング装置は、前述のモータ駆動制御手段が、ハンドル操作判定手段によりハンドルが操作されていないと判定されたときに、モータ駆動手段に対しハンドルの操作時より高い周波数であって可聴領域以上の周波数となるチョッパ駆動信号を出力することを特徴とする。
【０００９】
これらの発明によれば、ハンドルの非操作時に、モータ駆動手段に対しハンドルの操作時より高い周波数となるチョッパ駆動信号又はハンドルの操作時より高い周波数であって可聴領域以上の周波数となるチョッパ駆動信号を出力することにより、それらのチョッパ駆動信号に基づいて作動するモータ及びポンプなどから生ずる騒音を可聴領域以上の周波数のものとすることができる。このため、可聴領域における騒音の発生を抑制することができる。
【００１０】
また本発明に係るパワーステアリング装置は、前述のモータ駆動制御手段が、ハンドル操作判定手段によりハンドルが操作されていないと判定されたときに、モータを低速でアイドリング回転させることを特徴とする。
【００１１】
また本発明に係るパワーステアリング装置は、前述のモータ駆動制御手段が、ハンドル操作判定手段によりハンドルが操作されていないと判定されたときに、モータ駆動手段に対し、ある所定のデューティー比となるチョッパ駆動信号を出力することを特徴とする。
【００１２】
これらの発明によれば、ハンドルの非操作時において、モータ駆動手段にあるデューティー比となるチョッパ駆動信号を出力し、モータを低速でアイドリング回転させることにより、チョッパ回路のスイッチング素子の駆動負担を軽減することができる。このため、チョッパ回路に高周波のチョッパ駆動信号を出力する場合でも、スイッチング素子の保護回路等を増設する必要がなく、ほとんどコストアップなくモータ駆動時の騒音の発生を防止できる。
【００１３】
また本発明に係るパワーステアリング装置は、望ましくは、バッテリ式の産業車両に用いられる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１５】
図１に本発明の実施形態に係るパワーステアリング装置の全体構成の説明図を示す。
【００１６】
図１に示すように、パワーステアリング装置１０は、前輪駆動及び後輪操舵の四輪車であってバッテリにより駆動するフォークリフトに用いられるものである。パワーステアリング装置１０には操舵するためのハンドル１１が設けられている。このハンドル１１には、ハンドル１１の操作性を向上させるノブ１３が取り付けられている。また、ハンドル１１の下方にはステアリングシャフト１２が取り付けられ、ハンドル１１の操作に応じて回動可能に支持されている。ステアリングシャフト１２の途中には、ロータリエンコーダ１４が設けられている。ロータリエンコーダ１４は、ハンドル１１の操作状態を検出するハンドル操作検出手段であり、回転板１４ａ及び検出部１４ｂにより構成されている。
【００１７】
回転板１４ａはステアリングシャフト１２に一体的に取り付けられ、ハンドル操作に応じてステアリングシャフト１２と共に回転する。回転板１４ａは、その周方向に沿って開口される多数のスリットを形成している。例えば、回転板１４ａには、４０個のスリットが周方向に沿って等間隔で開口され、かつ、回転板１４ａの回転の基準位置を検出するための１個のスリットが４０個のスリットと異なる周上に開口される。
【００１８】
検出部１４ｂは、回転板１４ａの外側に配設され、回転板１４ａの回転量を検出する。検出部１４ｂは、図示しない３組の受光素子及び発光素子により構成されている。受光素子と発光素子は、回転板１４ａを挟んで配置され、発光素子が発する光を受光素子がスリットを介して検出しパルス信号を出力する。また、各受光素子はパルス信号の位相が９０度ずれるように配設されており、その受光素子のうちの一つは１個のスリットを検出可能な位置に配設されている。受光素子としては、例えばフォトトランジスタが用いられ、発光素子としては、例えば発光ダイオードが用いられる。
【００１９】
なお、パワーステアリング装置１０におけるハンドル操作検出手段としては、上述したロータリエンコーダ１４に限られるものでなく、ハンドル操作の有無を検出できれば、その他の装置などであってもよい。
【００２０】
ステアリングシャフト１２の下端は、オービットロール２０に連結されている。オービットロール２０は、作動油を供給する作動供給ユニットであり、バルブ部２１とリリーフ弁２２により構成されている。バルブ部２１は、二つの給排ポートｅ、ｆ、導入ポートｇ及び排出ポートｈを備えている。導入ポートｇは、管路２３を通じて油圧ポンプ２４に接続されている。排出ポートｈは、管路２５を通じて油タンク２６に接続されている。また、管路２３と管路２５との間には、管路２３側を流入側としてリリーフ弁２２が接続されている。リリーフ弁２２は、管路２３から導入ポートｇに供給される作動油の油圧を所定圧力に制限する。
【００２１】
バルブ部２１にはステアリングシャフト１２が接続され、ステアリングシャフト１２の回動に基づきその回動に応じた油量の作動油を給排ポートｅ、ｆの一方から供給すると共に、その供給分だけ外部から戻された作動油を他方の給排ポートｅ、ｆから受け入れる。給排ポートｅは管路２７を通じてステアリングシリンダ３０の油室３１に接続され、給排ポートｆは管路２８を通じてステアリングシリンダ３０の油室３２に接続されている。
【００２２】
ステアリングシリンダ３０は、作動油の供給により車輪４１、４１を操舵させる操舵用油圧シリンダであり、複動両ロッド型のものが用いられる。ステアリングシリンダ３０は、シリンダチューブ３３を備えており、そのシリンダチューブ３３内にはピストン３４が配設されている。このピストン３４により、シリンダチューブ３３の内部が油室３１と油室３２に区画されている。ピストン３４の両面には操舵ロッド３５がそれぞれ設けられ、各操舵ロッド３５はシリンダチューブ３３の各端部から延出している。各操舵ロッド３５の端部は、レバー３６、ナックル３７を介して操舵輪である車輪４１と機械的に連結されている。
【００２３】
管路２７と管路２８との間にはバイパス管５１が接続されている。また、バイパス管５１には、電磁弁５２及び絞り弁５３が設けられている。電磁弁５２は、ノーマルクローズ型の２位置２ポート切換弁である。絞り弁５３は、電磁弁５２が故障で連通状態となったときにバイパス管５１を流れる作動油の流量を制限することにより、ハンドル操作を可能とするものである。
【００２４】
油圧ポンプ２４には、モータ６０が接続されている。モータ６０は、油圧ポンプ２４を作動させるためのものであり、駆動回路８０により駆動される。
【００２５】
パワーステアリング装置１０には、制御ユニット７０が設けられている。制御ユニット７０は、パワーステアリング装置１０の装置全体の制御を行うものであり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを含むコンピュータを主体として構成されている。ＲＯＭには、ハンドル操舵時の制御ルーチンを含む各種制御ルーチンが記憶されている。
【００２６】
制御ユニット７０は、ロータリエンコーダ１４と接続され、ロータリエンコーダ１４から出力されるハンドル操作信号が入力される。また、制御ユニット７０は、電磁弁５２に接続されており、その電磁弁５２に制御信号を出力し電磁弁５２の開閉制御を行う。また、制御ユニット７０は、駆動回路８０と接続されており、ハンドル操作信号に基づいて駆動回路８０にチョッパ駆動信号を出力し駆動回路８０を通じてモータ６０の駆動制御を行う。
【００２７】
また、制御ユニット７０は、ハンドル操作検出信号に基づき、ハンドル１１が操作状態か否かを判定するハンドル操作判定手段として機能する。また、制御ユニット７０は、ハンドル１１が操作状態でないと判定したときに、駆動回路８０に対しハンドル操作時より高い周波数となるチョッパ駆動信号を出力するモータ駆動制御手段として機能する。
【００２８】
図２にパワーステアリング装置１０の制御ユニット及び駆動回路を示す。
【００２９】
図２に示すように、モータ６０は、バッテリ９０と接続されており、そのバッテリ９０から電源供給を受けている。また、モータ６０は、駆動回路８０と接続され、その駆動回路８０の作動により駆動される。駆動回路８０は、チョッパ回路８１とドライバ回路８２を備えて構成されている。チョッパ回路８１は、スイッチング素子８３を有しており、そのスイッチング素子８３を適宜スイッチングさせて、モータ６０に印加される電圧を調整する。
【００３０】
モータ６０の正負の両端子間には、モータ保護用のダイオード６１が付設されている。一方、スイッチング素子８３には、スナバ回路などの保護回路は特に付設されていない。なお、図２において、モータ６０の電圧・電流を平滑化する平滑リアクトルやスイッチング素子８３がオフのときにモータ負荷電流の通路となるダイオードなどの図示を省略してある。
【００３１】
チョッパ回路８１のスイッチング素子８３は、制御ユニット７０のチョッパ駆動信号をドライバ回路８２を介して入力され、そのチョッパ駆動信号に基づいてスイッチング動作する。
【００３２】
次に、パワーステアリング装置に動作について説明する。
【００３３】
図３に、パワーステアリング装置１０の動作についてのフローチャートを示す。フォークリフトのキースイッチがオンとされることにより処理が開始され、まず、図３のステップＳ１０（以下、単に「Ｓ１０」と示す。他のステップについても同様とする。）にて、ハンドル１１の操舵角の読み込みが行われる。ハンドル１１の操舵角の読み込みは、ロータリエンコーダ１４から出力されるハンドル操作信号に基づいて行われ、読み込まれた操舵角のデータは制御ユニット７０に記憶される。
【００３４】
次いで、Ｓ１２に移行し、ハンドル操舵角に変化がないか否かが判定される。この判定は、先に記憶されているハンドル操舵角のデータと、Ｓ１０にて記憶されたハンドル操舵角のデータとを比較することにより行われる。このＳ１２にて、ハンドル操舵角に変化があると判定されたときには、Ｓ１４に移行し、低周波チョッパ駆動処理が行われる。
【００３５】
この低周波チョッパ駆動処理は、図４に示すように、制御ユニット７０から低周波のパルス信号であるチョッパ駆動信号を出力し、ドライバ回路８２を介してチョッパ回路８１に入力することにより行われる。このチョッパ駆動信号を受けて、チョッパ回路８１が低周波でオンオフを繰り返し、そのオンオフの状態に基づいてモータ６０の駆動が制御される。このモータの駆動に応じて、油圧ポンプ２４がステアリングシリンダ３０に作動油を供給し、車輪操舵が行われる。
【００３６】
このとき、チョッパ駆動信号の周波数は、モータ６０に流す電流の平滑化を考えれば高周波の方が望ましいが、チョッパ駆動信号を受けてスイッチングするスイッチング素子８３のスイッチング損失が多大なものとならないように、一定の低周波とされる。例えば、低周波のチョッパ駆動信号の周波数は、数百〜１ｋＨｚ程度に設定される。
【００３７】
また、低周波のチョッパ駆動信号のデューティー比は、ハンドル１１の操舵角（ハンドル操作量）に応じて適宜変化し、例えば３０〜１００％に変化する。なお、ここでいう「デューティー比」とは、オンオフの１周期の時間Ｔに対するオン時間Ｔｏｎの比をいう。
【００３８】
一方、Ｓ１２にて、ハンドル操舵角に変化がないと判定されたときには、Ｓ１６に移行し、高周波チョッパ駆動処理が行われる。
【００３９】
この高周波チョッパ駆動処理は、図５に示すように、制御ユニット７０から高周波のパルス信号であるチョッパ駆動信号を出力し、ドライバ回路８２を介してチョッパ回路８１に入力することにより行われる。このチョッパ駆動信号を受けて、チョッパ回路８１が高周波でオンオフを繰り返し、そのオンオフの状態に基づいてモータ６０の駆動が制御される。このモータ６０の駆動に応じて、油圧ポンプ２４がオービットロール２０に作動油を供給し、ハンドル１１の操作に対し迅速に作動油をステアリングシリンダ３０に供給できる状態となる。
【００４０】
この高周波のチョッパ駆動信号の周波数は、低周波のチョッパ駆動信号の周波数より高い周波数であり、少なくとも人間が聞き取れない可聴領域外の周波数とされる。例えば、高周波のチョッパ駆動信号の周波数は、１０ｋ〜１５ｋＨｚ程度に設定される。
【００４１】
また、高周波のチョッパ駆動信号のデューティー比は、ある所定の値とされ、例えば、３０％に設定される。このようにハンドル非操作時にデューティー比の小さいチョッパ駆動信号が出力されることにより、モータ６０が低速でアイドリング運転されることとなる。
【００４２】
以上のように、本実施形態に係るパワーステアリング装置１０によれば、ハンドル１１の非操作時に、駆動回路８０に対し、ハンドル１１の操作時より高い周波数となるチョッパ駆動信号又はハンドル１１の操作時より高い周波数であって可聴領域以上の周波数となるチョッパ駆動信号を出力することにより、そのチョッパ駆動信号に基づいて作動するモータ及びポンプなどから生ずる騒音を可聴領域以上の周波数のものとすることができる。このため、可聴領域における騒音の発生を抑制することができる。
【００４３】
また、ハンドル１１の非操作時に、モータ６０を低速でアイドリング回転させ又は駆動回路８０にデューティー比の小さいチョッパ駆動信号を出力することにより、チョッパ回路８１のスイッチング素子８３の駆動負担を軽減することができる。このため、チョッパ回路８１に高周波のチョッパ駆動信号を出力する場合でも、スイッチング素子８３の保護回路等を増設する必要がなく、ほとんどコストアップなくモータ駆動時の騒音発生の防止が図れる。
【００４４】
なお、上述した本実施形態では前輪駆動及び後輪操舵の四輪車であってバッテリ式のフォークリフトに用いられるパワーステアリング装置１０について説明したが、本発明に係るパワーステアリング装置はそのようなものに限られるものではなく、その他の形態のフォークリフト又はその他フォークリフト以外の産業車両に用いられるものであってもよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ハンドルの非操作時に、モータ駆動手段に対しハンドルの操作時より高い周波数となるチョッパ駆動信号又はハンドルの操作時より高い周波数であって可聴領域以上の周波数となるチョッパ駆動信号を出力することにより、それらのチョッパ駆動信号に基づいて作動するモータ及びポンプなどから生ずる騒音を可聴領域以上の周波数のものとすることができる。このため、可聴領域における騒音の発生を抑制することができる。
【００４６】
また、ハンドルの非操作時において、モータ駆動手段にある所定のデューティー比となるチョッパ駆動信号を出力しモータを低速でアイドリング回転させることにより、チョッパ回路のスイッチング素子の駆動負担を軽減することができる。このため、チョッパ回路に高周波のチョッパ駆動信号を出力する場合でも、スイッチング素子の保護回路等を増設する必要がなく、ほとんどコストアップなくモータ駆動時の騒音の発生を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るパワーステアリング装置の説明図である。
【図２】図１におけるパワーステアリング装置の制御ユニット及び駆動回路の説明図である。
【図３】図１におけるパワーステアリング装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】図１におけるパワーステアリング装置における低周波チョッパ駆動処理の説明図である。
【図５】図１におけるパワーステアリング装置における高周波チョッパ駆動処理の説明図である。
【図６】従来技術の説明図である。
【図７】従来技術の説明図である。
【符号の説明】
１０…パワーステアリング装置、１１…ハンドル、１４…ロータリエンコーダ、２４…ポンプ、６０…モータ、７０…制御ユニット、８０…駆動回路、８１…チョッパ回路、８３…スイッチング素子。

Claims

ハンドル操作に基づき操舵用油圧シリンダに作動油をポンプによって供給し操舵輪を操舵させる産業車両のパワーステアリング装置において、
前記ポンプを作動させるモータと、
チョッパ回路を有し、前記チョッパ回路を用いて前記モータを駆動するモータ駆動手段と、
前記ハンドルの操作状態を検出するハンドル操作検出手段と、
前記ハンドル操作検出手段の検出信号に基づき前記ハンドルが操作状態か否かを判定するハンドル操作判定手段と、
前記ハンドル操作判定手段により前記ハンドルが操作されていないと判定されたときに、前記モータ駆動手段に対し前記ハンドルの操作時より高い周波数となるチョッパ駆動信号を出力するモータ駆動制御手段と、
を備えたことを特徴とするパワーステアリング装置。
前記モータ駆動制御手段は、前記ハンドル操作判定手段により前記ハンドルが操作されていないと判定されたときに、前記モータ駆動手段に対し前記ハンドルの操作時より高い周波数であって可聴領域以上の周波数となるチョッパ駆動信号を出力すること、
を特徴とする請求項１に記載のパワーステアリング装置。
前記モータ駆動制御手段は、前記ハンドル操作判定手段により前記ハンドルが操作されていないと判定されたときに、前記モータを低速でアイドリング回転させること、
を特徴とする請求項１又は２に記載のパワーステアリング装置。
前記モータ駆動制御手段は、前記ハンドル操作判定手段により前記ハンドルが操作されていないと判定されたときに、前記モータ駆動手段に対し、ある所定のデューティー比となるチョッパ駆動信号を出力すること、
を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のパワーステアリング装置。
バッテリ式の産業車両に用いられることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のパワーステアリング装置。