JPH0585378A

JPH0585378A - 電動式動力舵取装置

Info

Publication number: JPH0585378A
Application number: JP27192691A
Authority: JP
Inventors: Hirosuke Itakura; 裕輔板倉; Yasuhiko Miyaura; 靖彦宮浦; Hiroyuki Kano; 広之狩野; Koichi Ishida; 広一石田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1991-09-25
Filing date: 1991-09-25
Publication date: 1993-04-06

Abstract

(57)【要約】【目的】広範囲の産業用車両に適用可能な汎用性のあ
る電動式動力舵取装置を提供する。【構成】操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ１と
車両の走行状態を検出する車速センサ２及び積載量セン
サ３の何れか一方とを備えていると共に、車両特性を選
択する選択手段としてのディップスイッチ４ａ〜４ｃを
備えており、さらに記憶装置１１に多数の出力電流特性
及び回転数特性と、これら特性を車両特性番号と車両状
態変数とにより選択する記憶テーブルとを記憶してお
き、これらの特性を産業車両の緒元に応じてディップス
イッチ４ａ〜４ｃで設定することにより、車両に適合し
た特性で操舵補助機能を発揮する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電動機によって操舵補
助力を発生する電動式動力舵取装置に関し、特にバッテ
リーフォークリフト等の産業用車両に適用して好適なも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来の電動式動力舵取装置としては、本
出願人が先に提案した特開平１−２４４９７３号公報に
記載されているものがある。この従来例は、その第７図
に示されているような車速検出値をパラメータとする操
舵トルクとモータ電流指令値との関係を表す特性線図に
対応する記憶テーブルを備えており、この記憶テーブル
を操舵トルクセンサで検出した操舵トルク検出値をもと
に参照してモータ駆動電流を決定するようにしている。
すなわち、車速検出値が小さい低速時の所謂据え切り状
態では、操舵トルク検出値に対して大きなモータ駆動電
流を発生させて大きな操舵補助力を発生させ、車速検出
値が大きい高速走行時には、操舵トルク検出値に対して
小さなモータ駆動電流を発生させて小さな操舵補助力を
発生させるようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の電動式動力舵取装置では、乗用車のように操舵輪荷
重が小さくマニュアル操舵力と操舵補助力との比が小さ
い車両で、且つ車速変化量の大きい車両においては有効
であるが、バッテリーフォークリフト等の操舵輪荷重が
大きくマニュアル操舵力と操舵補助力との比が大きく、
且つ車速変化量の少ない車両にあっては、操舵補助力可
変範囲が小さき車速全域に亘って適切な操舵フィーリン
グを得ることはできないという問題点があった。

【０００４】すなわち、操舵輪荷重が大きく、低速でし
か走行することのないフォークリフトの性格上、全車速
範囲において大きな操舵補助力が必要なことから、操舵
トルクを検出する操舵トルクセンサの特性が図６に示す
ように操舵トルク検出値に対する出力ゲインが非常に大
きくなってしまうとともに、操舵輪荷重が大きいため小
操舵補助力ではハンドル操舵が困難であるため大きな操
舵補助力が必要であり、図８に示すように、制御装置の
最大出力電流（モータ最大電流）値を車速変化に対して
あまり小さくできないために可変範囲が狭くなる。した
がって、操舵トルクに対する操舵補助力の特性は、図９
に示すように、操舵トルクに対するモータ電流ゲインが
殆ど変わらず、車速感応型にしても据え切り時と走行時
の操舵力があまり変化しないため、据え切りに重点を置
いた操舵補助力特性に設定すると走行安定性の改善をあ
まり行うことができないという問題点があった。

【０００５】また、車両の走行状態即ち車速又は積載荷
重に応じて電動機の回転速度を制御することにより、据
え切り時には電動機回転速度を大きくして回生制動を生
じないようにし、走行時には車速に応じて電動機回転速
度を小さくして回生制動を生じさせて操舵抵抗を与える
ことにより、操舵感覚を改善することも考えられるが、
この電動機回転速度制御によれば据え切り時に重点を置
いた操舵補助力特性に設定することにより、据え切り時
には軽い操舵を行い、走行時には回生制動による操舵抵
抗を与えて重い操舵を行うことができるが、ハンドルを
電動機の回転速度より早く回転させないと回生制動状態
とならないことから、制御範囲をさほど広くとることが
できないという問題点があった。

【０００６】この結果、車両の走行状態に応じて最適な
補助操舵力を発生するには、操舵トルクに対する電動機
出力電流特性と、電動機出力トルクに対する回転速度特
性との双方を組み合わせることが望ましいが、バッテリ
ーフォークリフト等では、許容積載荷重が異なる種々の
車種があり、これらの車種では当然電動機出力電流特性
及び回転速度特性が異なるので、全ての車種に共通の制
御装置を製作することは困難であり、斯く車種に応じた
多種類の制御装置を製作せざるを得ないのが現状であ
る。

【０００７】そこで、本発明の目的は、種々の車種に対
して共通に適用することができる電動式動力舵取装置を
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係る電動式動力舵取装置は、図１のクレー
ム対応図に示すように、操舵系の操舵トルクを検出する
操舵トルク検出手段と、車両の走行状態を検出する走行
状態検出手段と、前記操舵系に対して操舵補助力を発生
する電動機と、前記操舵トルク検出手段の検出値に基づ
いて前記電動機への操舵トルクに対する出力電流特性を
制御し、且つ前記走行状態検出手段の走行状態検出値に
基づいて当該電動機の出力トルクに対する回転速度特性
を制御する制御手段とを備えた電動式動力舵取装置にお
いて、前記制御手段は、多数の出力電流特性及び回転速
度特性を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶されて
いる各特性を選択する選択手段とを備えた構成を有す
る。

【０００９】

【作用】本発明では、操舵トルク検出値に基づいて操舵
補助力を発生する電動機に対する出力電流を制御すると
共に、車速及び操舵輪荷重の少なくとも一方を走行状態
検出手段で検出することにより、車両の走行状態を検出
し、これに応じて制御手段で、操舵トルクに対応した電
動機の回転速度を制御する。このとき、電動機の出力電
流特性及び電動機の回転速度特性として、予め多数の特
性を記憶しておき、これらの特性を適用する車種に応じ
て選択手段で選択することにより、種々の車種に適用す
る電動式動力舵取装置の制御手段を共通化することがで
きる。

【００１０】

【実施例】図２は本発明を後輪操舵型で非積載状態で操
舵輪荷重が最大となり、積載状態で操舵輪荷重が減少す
る所謂カウンタバランス型のフォークリフトに適用した
場合の一実施例を示すブロック図である。図中、１はス
テアリングホイールの操舵に応じて生じる操舵トルクを
検出する操舵トルクセンサであって、このトルクセンサ
１は、前述した図６に示すように、ステアリングホイー
ルが中立状態にある状態で、所定の中立電圧Ｖ₀を出力
し、これよりステアリングホイールを右切りすると、そ
のときの操舵トルクに応じて中立電圧Ｖ₀より増加する
電圧を、左切りすると、そのときの操舵トルクに応じて
中立電圧Ｖ₀より減少する電圧を夫々トルク検出信号Ｖ
_Tとして出力する。

【００１１】２は車速に応じた電圧信号でなる車速検出
信号Ｖ_Vを出力する例えばタコジェネレータで構成され
る車速センサ、３は積載物を載置するフォーク上の積載
荷重に応じた電圧信号でなる積載量検出信号Ｖ_Lを出力
する例えばロードセルで構成される積載量センサであ
る。また、４ａ〜４ｃは選択手段を構成する車両特性選
択用の３ビットのディップスイッチであり、“０”から
“７”までの車両特性番号Ａを選択することができる。

【００１２】そして、操舵トルクセンサ１のトルク検出
信号Ｖ_T、車速センサ２の車速検出信号Ｖ_V、積載量セ
ンサ３の積載量検出信号Ｖ_L及びディップスイッチ４ａ
〜４ｃのスイッチ信号が操舵補助力制御装置５に入力さ
れる。この操舵補助力制御装置５は、操舵トルクセンサ
１のトルク検出信号Ｖ_Tが増幅器６及びＡ／Ｄ変換器７
を介して、車速センサ２の検出信号Ｖ_V、積載量センサ
３の検出信号Ｖ_L及びディップスイッチ４ａ〜４ｃのス
イッチ信号が夫々入力インタフェース８ａ、８ｂ及び８
ｃを介して夫々入力されるマイクロコンピュータ１０
と、このマイクロコンピュータ１０に接続されたＲＯＭ
及びＲＡＭで構成される記憶装置１１と、マイクロコン
ピュータ１０から出力される電動機駆動電流指令値Ｉ_M
及び電動機印加電圧指令値Ｅ_Mをアナログ電圧に変換す
るＤ／Ａ変換器１２及び１３と、これらＤ／Ａ変換器１
２及び１３の変換出力が入力される電動機駆動回路１４
とを備えており、電動機駆動回路１４で電動機駆動電流
指令値Ｉ_M及び電動機印加電圧指令値Ｅ_Mに基づいてス
テアリング系に対して操舵補助トルクを発生する直流電
動機１５の駆動電流及び回転数を制御する。

【００１３】記憶装置１１には、そのＲＯＭに予め図３
に示す操舵トルクセンサ１のトルク検出信号に基づくト
ルク検出値Ｔ_Sと電動機駆動電流Ｉ_Mとの関係を表す９
通りの特性線図Ｔ₁〜Ｔ₉がマップとして記憶されてい
ると共に、図４に示す電動機出力トルクと回転数との関
係を表す１４通りの特性線図Ｎ₁〜Ｎ₁₄がマップとして
記憶され、且つ図５に示すディップスイッチ４ａ〜４ｃ
で選択された選択番号と、後述する車両状態に応じて出
力電流特性及び回転数特性を設定する記憶テーブルが記
憶されている。

【００１４】そして、マイクロコンピュータ１０は、デ
ィプスイッチ４ａ〜４ｃのスイッチ信号を読込むと共
に、車速センサ２及び積載量センサ３の各検出値を読込
み、これらに基づいて図５の記憶テーブルを参照して出
力電流特性及び回転数特性を設定し、次いで操舵トルク
センサ１のトルク検出信号Ｖ_Tを読込み、これから中立
電圧Ｖ₀を減算して操舵トルクの方向に応じて右操舵を
正、左操舵を負とするトルク検出値Ｔ_Sを算出し、この
トルク検出値Ｔ_Sをもとに設定された出力電流特性から
電動機駆動電流指令値Ｉ_Mを算出すると共に、設定され
た回転数Ｎ_Mに対応する電動機印加電圧指令値Ｅ_Mを算
出し、電動機駆動電流指令値Ｉ_M及び電動機印加電圧指
令値Ｅ_Mを夫々をＤ／Ａ変換器１２及び１３を介して電
動機駆動回路１４に出力する。

【００１５】次に、上記実施例の動作を説明する。先
ず、バッテリーフォークリフトに操舵補助力制御装置５
を組み込む場合に、バッテリーフォークリフトの特性を
把握する。これには、予め適用車種の停車中に操舵を行
う所謂据え切り時に必要な操舵補助トルクが大きいか否
か、据え切り時の操舵補助トルクと車両が一定車速以上
で走行しているときの操舵トルクとの比が大きいか否
か、積載重量の変化による輪荷重変化が大きいか小さい
か等を調べることにより、図５に示す記憶テーブルと同
様の特性対称表に記載されている車両特性番号“０”〜
“７”から適合する車両特性番号Ａを選択し、この車両
特性番号Ａをディップスイッチ４ａ〜４ｃに設定する。

【００１６】すなわち、据え切り時に大きな操舵補助ト
ルクを必要とする場合には、車両特性番号Ａとして
“０”〜“３”の何れか１つを選択し、据え切り時には
さほど大きな操舵補助トルクを必要とせず、一定車速以
上で走行し且つ積載重量が大きい場合に輪荷重が小さい
場合には、車両特性番号Ａとして“６”又は“７”を選
択し、これらの車両特性番号をディップスイッチ４ａ〜
４ｃに設定する。

【００１７】このように、車両特性番号Ａを設定した
後、バッテリーフォークリフトの起動スイッチをオン状
態とすると、これに応じて操舵補助力制御装置５に電源
が供給され、マイクロコンピュータ１０で図６に示す処
理が実行される。すなわち、ステップで、ディップス
イッチ４ａ〜４ｃのスイッチ信号を読込み、次いでステ
ップに移行して、車速センサ２及び積載量センサ３の
各検出値を読込み、次いでステップに移行して、車両
が据え切り状態であるか否かを判定する。この判定は、
車速センサ２の車速検出値Ｖ_Vが予め設定した車速閾値
Ｖ_VT未満であり、且つ積載量センサ３の積載量検出値Ｖ
_Lが予め設定した積載量閾値Ｖ_LT未満であるか否かを判
定することにより行い、Ｖ_V＜Ｖ_VTで且つＶ_L＜Ｖ_LTで
あるときには、据え切り状態であると判断しステップ
ａに移行して、車両状態変数Ｂを“０”に設定してから
ステップに移行し、Ｖ_V≧Ｖ_LT又はＶ_L≧Ｖ_LTである
ときには、ステップｂに移行する。

【００１８】このステップｂでは、Ｖ_V≧Ｖ_VT且つＶ
_L≧Ｖ_LTであるか否かを判定し、Ｖ_V≧Ｖ_VT又はＶ_L≧
Ｖ_LTであるときには、ステップｃに移行して、車両状
態変数Ｂを“１”に設定してからステップに移行し、
Ｖ_V≧Ｖ_LT且つＶ_L≧Ｖ_LTであるときにはステップｄ
に移行して、車両状態変数Ｂを“２”に設定してからス
テップに移行する。

【００１９】ステップでは、車両特性番号Ａ及び車両
状態変数Ｂをもとに、図４の記憶テーブルを参照して、
車両特性及び車両状態に最適な出力電流特性Ｔ_i及び回
転数Ｎ_jを算出してからステップに移行する。このス
テップでは、操舵トルクセンサ１のトルク検出信号Ｖ
_Tを読込み、次いでステップに移行してトルク検出信
号Ｖ_Tから中立電圧Ｖ₀を減算して、右操舵を正、左操
舵を負とする操舵トルク検出値Ｔ_Sを算出し、次いでス
テップに移行して、図３の出力電流特性マップにおけ
る出力電流特性Ｔ_iを参照して電動機駆動電流指令値Ｉ
_Mを算出し、次いでステップに移行して、ステップ
で算出した回転数Ｎ_jに対応する電動機印加電圧指令値
Ｅ_Mを算出してからステップに移行する。

【００２０】ステップでは、算出された電動機駆動電
流指令値Ｉ_M及び電動機印加電圧指令値Ｅ_MをＤ／Ａ変
換器１２及び１３を介して電動機駆動回路１４に出力し
てから処理を終了する。なお、図６の処理において、ス
テップ〜ｄの処理及び車速センサ２，積載量センサ
３で車両状態検出手段が構成され、ステップの処理及
び図５の記憶テーブルで選択手段が構成されている。

【００２１】したがって、今、車両特性番号Ａが“０”
に設定されており、車両が停車状態にあって積載量が少
ないものとすると、この状態では、後輪側の操舵輪の輪
荷重は最大となっている。このとき、図６の処理が実行
されると、車速センサ２の車速検出信号Ｖ_Vが零であ
り、積載量センサ３の積載量検出信号Ｖ_Lも零に近い値
であるので、ステップからステップａに移行して、
車両状態変数Ｂが“０”に設定される。

【００２２】このため、ステップで出力電流特性がＴ
₁に、回転数がＮ₁に夫々設定される。このとき、ステ
アリングホイールが中立状態で非操舵状態であるときに
は、操舵トルクが零であるので、操舵トルクセンサ１か
ら出力される操舵トルク検出信号Ｖ_Tが中立電圧Ｖ₀と
なっており、ステップで算出される操舵トルク検出値
Ｔ_Sが零となっている。このため、ステップで算出さ
れる電動機駆動電流指令値Ｉ_Mも零となっており、これ
が電動機駆動回路１４に供給されるので、この電動機駆
動回路１４では電動機１５に対する駆動電流の供給を停
止しており、電動機１５は停止状態にある。

【００２３】この非操舵中立状態から、ステアリングホ
イールを右操舵（又は左操舵）する所謂据切りを行う
と、トルクセンサ１のトルク検出信号Ｖ_Tに基づく操舵
トルク検出値Ｔ_Sが設定値±Ｔ₁を越えたときに、その
ときの操舵トルク検出値Ｔ_Sに応じた電動機駆動電流指
令値Ｉ_Mが算出され、且つ回転数Ｎ₁に対応する電動機
印加電圧指令値Ｅ_Mが算出され、これらが電動機駆動回
路１４に出力される。なお、トルクセンサ１の検出電圧
は、操舵トルクに比例するものであるが、トルクセンサ
１に設けられた機械的ストッパーによって上限値Ｖ_H及
び下限値Ｖ_Lを越えることはない。

【００２４】したがって、電動機駆動回路１４で、操舵
トルクに対応した電動機駆動電流で且つ高い回転数Ｎ₁
となる印加電圧Ｅ₁が直流電動機１５に供給される。そ
の結果、直流電動機１５で、軽積載量時で且つ据切り時
である重負荷時に応じた操舵補助トルクを発生すると共
に、高回転数Ｎ₁に設定されることからステアリングホ
イールが電動機回転数より高い回転数で操舵されること
はないので、直流電動機１５で回生制動を生じることが
なく、軽い操舵を行うことができる。

【００２５】この据切り状態から、車両が走行を開始
し、車速センサ２から出力される車速検出信号Ｖ_Vが車
速閾値Ｖ_VT以上となる比較的高速走行状態となると、図
６の処理において、ステップからステップｂを経て
ステップｃに移行して、車両状態変数Ｂが“１”に設
定される。このため、ステップで、図５の記憶テーブ
ルを参照して出力電流特性がＴ₄に設定されると共に回
転数がＮ₉に設定される。この結果、操舵トルクセンサ
１で検出されるトルク検出信号Ｖ_Tが据え切り状態と同
じ値であっても、電動機１５に供給される電動機駆動電
流は据え切り時の２／３程度となるので、電動機１５で
発生される操舵補助トルクも小さくなり、しかも電動機
１５の回転数が半分程度に低下するので、急操舵を行っ
たときには、電動機１５の出力軸にステアリング系から
その回転数より高い回転数が伝達され、電動機１５の出
力軸が外力によって回転されることとなって回生制動状
態に移行し、操舵抵抗を発生し、ステアリングホイール
の操舵感覚が走行状態に応じて重くなり、不用意な急操
舵を防止することができる。

【００２６】一方、バッテリーフォークリフトの積載重
量が多く、積載量センサ３から出力される積載量検出信
号Ｖ_Lが大きいときには、車両が停車状態でもステップ
からステップｂを経てステップｃに移行すること
になり、車両状態変数Ｂが“１”に設定されることか
ら、上述した高速走行状態と同様の操舵感覚を得ること
ができ、この状態で車両が走行を開始して高速走行状態
となると、ステップｂからステップｄに移行して車
両状態変数Ｂが“２”に設定されて、ステップで出力
電流特性がＴ₇に、回転数がＮ₁₂に設定されることか
ら、操舵トルク検出信号に対する電動機出力電流の比及
び回転数がさらに小さくなるので、電動機１５で発生す
る操舵補助トルクがより小さくなると共に、急操舵より
は緩やかな操舵でも電動機１５が回生制動状態となるこ
とにより、より大きな操舵抵抗感覚を与えて、走行安定
性を確保することができる。

【００２７】このように、上記実施例によると、トルク
センサで検出した操舵トルク検出値に応じて電動機の出
力トルクを制御すると共に、車速検出値及び／又は積載
量検出値に応じて電動機の回転数を可変制御することが
でき、これらの出力トルク特性及び回転数特性を適用車
両の特性に合わせて選択することができるので、操舵力
制御装置５を広範囲の車種に適用することが可能とな
り、汎用性を向上させることができる。

【００２８】なお、本実施例では、積載量センサ３１で
フォーク上の積載物荷重を直接検出する場合を説明した
が、操舵輪の輪荷重を検出し、この輪荷重変化に対応し
て回転数を変更するようにしてもよい。また、本実施例
では、選択手段としてディップスイッチ４ａ〜４ｃを適
用したが、これに限定されるものではなく、ジャンパー
線、テンキー等の入力手段を適用することができる。

【００２９】さらに、本実施例では、走行状態検出手段
として、車速センサ２１及び積載量センサ３１の双方を
適用した場合を説明したが、これらの何れか一方を省略
するようにしてもよい。さらにまた、本実施例では、操
舵補助力制御装置２をマイクロコンピュータ１０で構成
する場合について述べたが、関数発生器、車速又は積載
量に応じてトルク検出電圧を制限する電圧リミッタ、そ
の出力が供給されるパルス幅変調回路、その出力が供給
される電動機駆動回路等のアナログ回路を適用してアナ
ログ制御することもできる。

【００３０】また、本実施例では、後輪操舵型のフォー
クリフトについて説明したが、これに限らず、前輪操舵
型のフォークリフトにも本発明を適用することができ、
この場合には、積載量が多いときに出力電流特性及び回
転数特性を大きく設定すればよい。

【００３１】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る電動式動力
舵取装置によれば、操舵トルク検出手段の操舵トルク検
出値に応じて電動機に供給する出力電流を制御し、且つ
車両の車速、積載量等による走行状態を走行状態検出手
段で検出し、この走行状態検出手段の走行状態検出値に
応じて制御手段で電動機の回転数を制御するようにし、
さらに多数の出力電流特性及び回転数特性を予め記憶装
置に記憶しておき、これを選択手段で選択するようにし
たので、１つの制御装置で多種類の車種に適用すること
が可能となり、汎用性を向上させることができる効果が
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のクレーム対応図である。

【図２】本発明に係る電動式動力舵取装置の一実施例を
示すブロック図である。

【図３】操舵トルク検出値と電動機駆動電流との関係を
示す特性線図である。

【図４】電動機の出力トルクと駆動電流及び回転数との
関係を示す特性線図である。

【図５】車両特性番号と車両状態との関係を示す記憶テ
ーブルを示す説明図である。

【図６】マイクロコンピュータの処理を示すフローチャ
ートである。

【図７】操舵トルクとセンサ出力との関係を示す特性線
図である。

【図８】センサ出力と電動機電流との関係を示す特性線
図である。

【図９】操舵トルクと電動機電流との関係を示す特性線
図である。

【符号の説明】

１操舵トルクセンサ２車速センサ３積載量センサ４ａ〜４ｃディップスイッチ５操舵補助力制御装置１０マイクロコンピュータ１１記憶装置１４電動機駆動回路１５直流電動機

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】操舵系の操舵トルクを検出する操舵トル
ク検出手段と、車両の走行状態を検出する走行状態検出
手段と、前記操舵系に対して操舵補助力を発生する電動
機と、前記操舵トルク検出手段の検出値に基づいて前記
電動機への操舵トルクに対する出力電流特性を制御し、
且つ前記走行状態検出手段の走行状態検出値に基づいて
当該電動機の出力トルクに対する回転速度特性を制御す
る制御手段とを備えた電動式動力舵取装置において、前
記制御手段は、多数の出力電流特性及び回転速度特性を
記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶されている各特
性を選択する選択手段とを備えていることを特徴とする
電動式動力舵取装置。