JP4817235B2 - 産業車両の操舵制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ハンドルの回転操作に応じて操舵用モータを作動させる産業車両の操舵制御装置に関する。

従来、産業車両の操舵制御装置の中には、例えば特許文献１に示すように、ハンドルの回転角度と操舵輪の回転角度との偏差（角度差）に応じて操舵用モータの出力を制御するものがあり、偏差（角度差）に対して操舵用モータの出力を０とする不感帯を設けることが行われている。又、例えば特許文献２に示すように、ハンドルの回転角度に応じて操舵用モータの出力を制御するものもあり、ハンドルの中立状態を中心として操舵用モータの出力を０とする不感帯を設けることが行われている。
このように設けられる不感帯の幅は一定値に固定されることもあるが、特許文献１の技術では偏差速度に応じて不感帯幅を変更するようにしており、特許文献２の技術では不感帯幅をハンドルの操作中には小さい幅とし、非操作中には大きい幅とするようにしている。この他にも、特許文献３に示すように、車両の走行速度と操舵速度とを用いて不感帯幅を算出する技術がある。

特開２００１−６３６０３号公報 特開２００３−１１８６０６号公報 特開２００４−９８３８号公報

本発明は、上記従来の技術に代わって、適切に不感帯幅を設定し、良好な操舵フィーリングを実現する技術を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、ハンドルの回転操作に応じて操舵用モータを作動させ、該操舵用モータで操舵輪を回転させてその向きを変える産業車両の操舵制御装置であって、上記ハンドルの回転角度であるハンドル角を検出するハンドル検出手段と、上記ハンドル角を微分演算してハンドル速度を算出する速度算出手段と、上記操舵輪の回転角度であるステアリング角を検出するステアリング検出手段と、上記ハンドル角と上記ステアリング角との角度差を算出する角度差算出手段と、上記角度差に対する上記操舵用モータの出力が０となる不感帯の幅を設定する不感帯設定手段と、上記角度差と上記不感帯幅とから上記操舵用モータの出力を算出する出力算出手段とを備えており、上記不感帯設定手段は、上記ハンドル速度が０でなければ、所定の第１減少率で上記不感帯幅を縮小し、上記ハンドル速度が０であり、且つ上記操舵用モータが出力中であれば、所定の増加率で上記不感帯幅を拡大するものであることを特徴とする構成としている。

このような本発明によれば、ハンドル速度が０でない、つまりハンドルが回転操作中である場合には、不感帯幅が縮小して行くことでハンドルの回転操作に対して速やかに操舵輪が回転する軽快な操舵フィーリングとすることができる。又、ハンドル速度が０、つまりハンドルがある状態で保持されているか、操作を止めている場合、操舵用モータが出力中であれば、不感帯幅が拡大して行くことで素早く角度差が不感帯内の値となり、操舵用モータの出力が０となる。従って、操舵用モータを速やかに停止させ操舵用モータが無用に出力し続けることを防止することができ、又、操舵輪を回転させないことで車両の向きを容易に維持できる操舵フィーリングとすることができる。
尚、不感帯幅が縮小するとは、操舵用モータの出力が０となる角度差の範囲が０に近づいて行くことであり、逆に拡大するとは、操舵用モータの出力が０となる角度差の範囲が０から離れて行くことである。

上記の構成において、上記増加率は、上記第１減少率よりも絶対値として小さい値に設定されるものとすることができる。

このようにすれば、不感帯幅の縮小を比較的速く行うことができる一方、不感帯幅の拡大を適当な速さで行うことができるようになる。これにより、操舵フィーリングの軽快感が一層増すと共に、急激に操舵用モータが停止してしまうことを防止することができる。

又、上記の構成において、当該産業車両の走行状態を検出する走行検出手段を備えるものでは、上記不感帯設定手段は、上記走行検出手段からの信号に基づいて走行中であるか否かを判断し、走行中であると判断すると、上記第１減少率で上記不感帯幅を縮小するものとすることができる。

このようにすれば、走行中に不感帯幅が縮小することで、ハンドルの回転操作に対して速やかに操舵輪を回転させて車両の向きを変えながら走行することができるようになる。尚、走行検出手段としては、産業車両に設けられた車輪の回転数や車輪を駆動するモータの回転数といった走行状態を検出可能なものとすればよい。

上記の構成において、上記不感帯設定手段は、上記ハンドル速度が０であり、且つ上記操舵用モータが出力中でなければ、走行中であると判断されない限り、上記不感帯幅を上記第１減少率と異なる第２減少率で縮小し、走行中であると判断されると、上記第１減少率で上記不感帯幅を縮小するものであり、上記第２減少率は、上記第１減少率よりも絶対値として小さい値に設定されるものとすることができる。

このようにすれば、走行中でなく、ハンドル操作中でもなく、操舵用モータ出力中でもなければ不感帯幅が縮小することで、ハンドル操作を再開した際には不感帯幅が小さい状態で操作することになり、軽快な操舵フィーリングとすることができる。但し、第２減少率が第１減少率よりも絶対値として小さいことから、走行中に比べ不感帯幅が縮小する割合が小さく、徐々に縮小して行く。そのため、第２減少率で不感帯幅が縮小し始めてから早い段階で走行を再開したとすると、不感帯幅が比較的大きい状態であることになり、車両の向きを容易に維持できる操舵フィーリングとすることができる。一方、走行中は不感帯幅が縮小する割合が大きく、速く縮小が進むので、速やかに軽快な操舵フィーリングとすることができる。

尚、上記の構成において、上記第２減少率は、上記増加率と絶対値として同じ値に設定されるものとすることができる。

更に、上記の構成において、上記不感帯設定手段が、上記速度算出手段で算出されるハンドル速度が絶対値として０より大きいときに上記ハンドル速度が０でないと判断し、その後、上記速度算出手段で算出されるハンドル速度が０の状態が所定時間経過したときに上記ハンドル速度が０であると判断する構成とするれば、ハンドル角を微分演算した結果が０となっても直ちにハンドル速度が０であると判断するわけではないので、不感帯幅の縮小と拡大とが頻繁に繰り返されることを防止することができる。

以上に説明したように、本発明によれば、ハンドルが回転操作中である場合には、不感帯幅が縮小して行くことで軽快な操舵フィーリングとすることができる。又、ハンドルがある状態で保持されたり操作を止めたりした場合に、操舵用モータが出力中であれば、不感帯幅が拡大して行くことで操舵用モータを速やかに停止させることができる。

以下、本発明をフォークリフトに適用した実施例を、図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、この実施例に係るフォークリフトは、車体１の後部に、後方へ延設された左右一対のストラドルレッグ２を備え、各ストラドルレッグ２の先端部に後輪３が設けられている。車体１の前部中央には前輪４が設けられ、この前輪４が後述するように駆動輪及び操舵輪として機能する。車体１の後部にはマスト５が立設され、このマスト５に運転台６が昇降可能に支持される。運転台６は後方へ延設された左右一対のフォーク７を備え、又、運転台６の前壁部には、運転台６を昇降させるための操作ボックス８、前輪４を駆動輪として回転させ走行速度を調節するためのアクセル９、及び前輪４を操舵輪として回転させその向きを変えるためのハンドル１０が備えられている。

図２に示すように、前輪４は、車体１に縦軸回りに回転可能に設けられたドライブ装置１１に支持されており、ドライブ装置１１の上方には前輪４を駆動するための走行用モータ１２と、ドライブ装置１１を駆動するための操舵用モータ１３が設置されている。
前輪４と走行用モータ１２とはドライブ装置１１に内蔵されたギヤを介して連結されており、走行用モータ１２からの駆動トルクがドライブ装置１１を介して前輪４に伝えられ、前輪４が回転する。又、ドライブ装置１１と操舵用モータ１３とも、上記とは異なるギヤを介して連結されており、操舵用モータ１３からの駆動トルクがドライブ装置１１に伝えられ、ドライブ装置１１が回転する。ここで、前輪４は前述のようにドライブ装置１１に支持されているので、前輪４とドライブ装置１１とは一体的に回転する。尚、これらのモータは車体１に搭載された制御装置１４により制御される。

又、図２に示すように、ハンドル１０にはポテンショメータからなる角度センサ１０Ａが設けられ、角度センサ１０Ａからハンドル１０の回転角度（ハンドル角）を表す信号が制御装置１４へ入力される。ドライブ装置１１と操舵用モータ１３とを連結するギヤのうち、ドライブ装置１１に固定されたギヤにはポテンショメータからなる角度センサ１１Ａが連結されており、角度センサ１１Ａから前輪４の回転角度（ステアリング角）を表す信号が制御装置１４へ入力される。更に、走行用モータ１２にはエンコーダからなる速度センサ１２Ａが内蔵され、速度センサ１２から走行用モータ１２の回転数を表す信号（走行信号）が制御装置１４へ入力される。

図３に示すように、制御装置１４は、角度センサ１０Ａで検出されるハンドル角Ｈからハンドル速度ΔＨを算出するハンドル速度算出部１４１と、角度センサ１０Ａで検出されるハンドル角Ｈと角度センサ１１Ａで検出されるステアリング角Ｓとの角度差であるズレ角Ｇを算出するズレ角算出部１４２と、操舵用モータ１３の出力値Ｄが０となる不感帯の幅を設定する不感帯設定部１４３と、操舵用モータ１３の出力値Ｄを設定する出力設定部１４４と、出力値Ｄで操舵用モータ１３を制御する制御部１４５とを備えている。

ハンドル速度算出部１４１は、角度センサ１０Ａからのハンドル角Ｈを時間微分演算してハンドル速度ΔＨを求め、このハンドル速度ΔＨを不感帯設定部１４３へ伝える。ズレ角算出部１４２は、角度センサ１０Ａからのハンドル角Ｈと、角度センサ１１Ａからのステアリング角Ｓとを用いてズレ角Ｇ（＝Ｈ−Ｓ）を求め、このズレ角Ｇを不感帯設定部１４３へ伝える。

不感帯設定部１４３は、ハンドル速度算出部１４１からのハンドル速度ΔＨ、ズレ角算出部１４２からのズレ角Ｇ、及び速度センサ１２Ａからの走行信号に応じて不感帯幅Ｂを設定し、出力設定部１４４は、ズレ角Ｇが不感帯内にあるときに出力値Ｄを０とする。そして、制御部１４５は、出力設定部１４４において出力値Ｄ＝０とされると、操舵用モータ１３を停止させる。

以下、制御装置１４における制御の流れを、図４Ａ、４Ｂ及び図５を参照しながら更に説明する。

図４Ａに示すように、制御装置１４には、速度センサ１２Ａから走行信号が入力され（Ｓ１）、角度センサ１０Ａからハンドル角Ｈが入力され（Ｓ２）、更に角度センサ１１Ａからステアリング角Ｓが入力される（Ｓ３）。
ハンドル速度算出部１４１はハンドル角Ｈからハンドル速度ΔＨを算出し（Ｓ４）、不感帯設定部１４３はハンドル速度の大きさ｜ΔＨ｜（以下、ハンドル速度｜ΔＨ｜）を求め、｜ΔＨ｜＞０であるか否かを判断する（Ｓ５）。ハンドル速度｜ΔＨ｜＞０であれば、不感帯設定部１４３は経過時間Ｔをクリアし（Ｓ６）、ハンドル回転フラグをオンとする（Ｓ７）。ハンドル速度｜ΔＨ｜＞０でなければ、不感帯設定部１４３は経過時間Ｔをカウントし（Ｓ８）、経過時間Ｔが所定のオフ判断時間Ｔｏｆｆを超えているか、つまり経過時間Ｔ＞Ｔｏｆｆであるか否かを判断する（Ｓ９）。経過時間Ｔ＞Ｔｏｆｆであれば、不感帯設定部１４３はハンドル回転フラグをオフとする（Ｓ１０）。

続いて、ズレ角算出部１４２はハンドル角Ｈとステアリング角Ｓとからズレ角Ｇを算出し（Ｓ１１）、不感帯設定部１４３はズレ角Ｇと最大値Ｇｍａｘとを比較し、ズレ角Ｇ＞Ｇｍａｘであるか否かを判断する（Ｓ１２）。ズレ角Ｇ＞Ｇｍａｘであれば、不感帯設定部１４３はＳ１１で求められたズレ角Ｇで最大値Ｇｍａｘを更新し（Ｓ１３）、ズレ角Ｇ＞Ｇｍａｘでなければ、そのまま次の処理に進む。

図４Ｂに示すように、不感帯設定部１４３は、ハンドル回転フラグがオンであるか否かの判断（Ｓ１４）と、走行中であるか否かの判断（Ｓ１５）とを行う。走行中であるか否かの判断は速度センサ１２Ａからの走行信号に基づいて行われ、不感帯設定部１４３は走行用モータ１２の回転数が０であれば停車中と判断し、走行用モータ１２の回転数が０でなければ走行中と判断する。
ハンドル回転フラグがオンであるか、走行中であるかの何れかであれば、不感帯設定部１４３は不感帯幅Ｂを所定の減少率Ｒ１（Ｒ１＜０）で縮小させ、０に近づけて行く（Ｓ１６）。ハンドル回転フラグがオンでなく、走行中でもなければ、不感帯設定部１４３は操舵用モータ１３が出力中であるか否かを判断する（Ｓ１７）。そして、出力中であれば、不感帯幅Ｂを所定の増加率Ｒ２（Ｒ２＞０、｜Ｒ２｜＜｜Ｒ１｜）で拡大させ、０から離して行く（Ｓ１８）。出力中でなければ、不感帯設定部１４３は不感帯幅Ｂを所定の減少率Ｒ３（Ｒ３＜０、｜Ｒ３｜＜｜Ｒ１｜）で縮小させ、０に近づけて行く（Ｓ１９）。

Ｓ１６又はＳ１９における不感帯幅Ｂの縮小処理が連続的に続けば、例えば図５（ａ）に示すように、不感帯幅Ｂは最小値Ｂｍｉｎまで縮小し、Ｓ１８における不感帯幅Ｂの拡大処理が連続的に続けば、例えば図５（ｂ）に示すように、不感帯幅Ｂは最大値Ｂｍａｘまで拡大する。尚、図５（ａ）は不感帯幅Ｂが最大値Ｂｍａｘから最小値Ｂｍｉｎまで縮小する場合を示しており、図中の太い直線の傾きがそれぞれ減少率Ｒ１、減少率Ｒ３を示している。同様に、図５（ｂ）は不感帯幅Ｂが最小値Ｂｍｉｎから最大値Ｂｍａｘまで拡大する場合を示しおり、図中の太い直線の傾きが増加率Ｒ２を示している。

こうして不感帯幅Ｂが設定されると、出力設定部１４４はその不感帯幅Ｂを用いて操舵用モータ１３の出力値Ｄを算出する（Ｓ２０）。

図６に示すように、出力設定部１４４は、ズレ角Ｇが不感帯内にあるか否か、つまりズレ角Ｇの大きさ｜Ｇ｜（以下、ズレ角｜Ｇ｜）が不感帯幅Ｂの１／２以下であるか否かを判断する（Ｓ２０−１）。ズレ角｜Ｇ｜≦Ｂ／２であれば、出力設定部１４４は出力値Ｄ＝０とし（Ｓ２０−２）、ズレ角｜Ｇ｜≦Ｂ／２でなければ、ズレ角Ｇが不感帯幅Ｂの１／２より大きいか否かを判断する（Ｓ２０−３）。Ｇ＞Ｂ／２であれば出力設定部１４４は出力値Ｄ＝（Ｇ−Ｂ／２）×Ｋとし（Ｓ２０−４）、Ｇ＞Ｂ／２でなければ出力値Ｄ＝（Ｇ＋Ｂ／２）×Ｋとする（Ｓ２０−５）。ここで、Ｋは比例係数である。
更に、出力設定部１４４は、こうして求められた出力値Ｄと上限値Ｄｍａｘとを比較し、出力値Ｄ＞Ｄｍａｘであるか否かを判断する（Ｓ２０−６）。出力値Ｄ＞Ｄｍａｘであれば、出力設定部１４４は出力値Ｄ＝Ｄｍａｘ（Ｓ２０−７）とし、出力値Ｄ＞Ｄｍａｘでなければ、求められた出力値Ｄと下限値−Ｄｍａｘとを比較し、出力値Ｄ＜−Ｄｍａｘであるか否かを判断する（Ｓ２０−８）。出力値Ｄ＜−Ｄｍａｘであれば、出力設定部１４４は出力値Ｄ＝−Ｄｍａｘとし（Ｓ２０−９）、出力値Ｄ＜−Ｄｍａｘでなければ、そのままそのまま次に進む。

従って、図７に示すように、不感帯幅Ｂは最小値Ｂｍｉｎと最大値Ｂｍａｘとの間の値に設定され、ズレ角Ｇが不感帯内であれば出力値Ｄは０となり、ズレ角Ｇが不感帯外であれば、出力値Ｄは上限値Ｄｍａｘ及び下限値−Ｄｍａｘを超えない範囲でズレ角Ｇに比例する値となる。
尚、最小値Ｂｍｉｎは予め設定されたものであり、最大値Ｂｍａｘは、ズレ角Ｇの最大値Ｇｍａｘの２倍値である。そのため、最大値Ｂｍａｘは最大値Ｇｍａｘの更新に伴って拡大する。

こうして出力値Ｄが算出されると、図４Ｂに示すように、制御部１４５はその出力値Ｄで操舵用モータ１３を制御する（Ｓ２１）。制御部１４５は、出力値Ｄが正の値であれば操舵用モータ１３を正転させ、出力値Ｄが負の値であれば操舵用モータ１３を逆転させ、出力値Ｄが０であれば操舵用モータ１３を停止させる。

このような実施例によれば、ハンドル１０の回転操作中には不感帯幅Ｂが縮小して行くことで、ハンドル１０の回転操作に対して速やかに前輪４が回転する軽快な操舵フィーリングとすることができる。又、ハンドル速度ΔＨが０、つまりハンドル１０がある状態で保持されたりハンドル１０の操作を止めたりした場合に、操舵用モータ１３が出力中であれば、不感帯幅Ｂが拡大して行くことで、素早くズレ角Ｇが不感帯内の値となって出力値Ｄが０となる。従って、操舵用モータ１３を速やかに停止させ、操舵用モータ１３が無用に出力し続けることを防止できると共に、前輪４を回転させずにフォークリフトの向きを容易に維持できる操舵フィーリングとすることができる。

更に、上記の実施例によれば、走行中には不感帯幅Ｂが縮小することで、ハンドル１０の回転操作に対して速やかに前輪４を回転させてフォークリフトの向きを変えて走行することができるようになる。ここで、走行中の不感帯幅Ｂが縮小する割合が大きく、速く縮小が進むので、速やかに軽快な操舵フィーリングとすることができる。走行中でなく、ハンドル１０操作中でもなく、操舵用モータ１３出力中でもなければ不感帯幅Ｂが縮小することで、ハンドル１０の操作を再開した際に不感帯幅Ｂが比較的小さい状態で操作することになり、軽快な操舵フィーリングとすることができる。但し、走行中に比べ不感帯幅Ｂが縮小する割合が小さく、徐々に縮小して行くので、不感帯幅Ｂが縮小し始めてから早い段階で走行を再開したとすると不感帯幅Ｂが比較的大きい状態であることになり、フォークリフトの向きを容易に維持できる操舵フィーリングとすることができる。

加えて、ハンドル速度ΔＨが０の状態がオフ判断時間Ｔｏｆｆを超えて継続すると、ハンドル速度ΔＨが０であると判断しハンドル回転フラグをオフするようにしているので、ハンドル１０のぶれ等で不感帯幅Ｂの縮小と拡大とが頻繁に繰り返されることが防止される。

本発明の実施例に係るフォークリフトの斜視図である。 本発明の実施例に係るステアバイワイヤシステムの概略図である。 本発明の実施例の機能ブロック図である。 本発明の実施例の制御フロー図である。 本発明の実施例の制御フロー図である。 本発明の実施例の制御特性図であり、（ａ）は不感帯幅の縮小を示し、（ｂ）は不感帯幅の拡大を示す。 本発明の実施例の制御フロー図である。 本発明の実施例の制御特性図である。

符号の説明

４ 前輪
１０ ハンドル
１０Ａ 角度センサ
１１ ドライブ装置
１１Ａ 角度センサ
１２ 走行用モータ
１２Ａ 速度センサ
１３ 操舵用モータ
１４ 制御装置
１４１ ハンドル速度算出部
１４２ ズレ角算出部
１４３ 不感帯設定部
１４４ 出力設定部

Claims (3)

1. ハンドルの回転操作に応じて操舵用モータを作動させ、該操舵用モータで操舵輪を回転させてその向きを変える産業車両の操舵制御装置であって、上記産業車両の走行状態を検出する走行検出手段と、上記ハンドルの回転角度であるハンドル角を検出するハンドル検出手段と、上記ハンドル角を微分演算してハンドル速度を算出する速度算出手段と、上記操舵輪の回転角度であるステアリング角を検出するステアリング検出手段と、上記ハンドル角と上記ステアリング角との角度差を算出する角度差算出手段と、上記角度差に対する上記操舵用モータの出力が０となる不感帯の幅を設定する不感帯設定手段と、上記角度差と上記不感帯幅とから上記操舵用モータの出力を算出する出力算出手段とを備えており、上記不感帯設定手段は、上記ハンドル速度が０でない場合または上記産業車両が走行中である場合は、所定の第１減少率で上記不感帯幅を縮小し、上記ハンドル速度が０であってしかも上記産業車両が走行しておらず、且つ上記操舵用モータが出力中であれば、所定の増加率で上記不感帯幅を拡大するものであることを特徴とする産業車両の操舵制御装置。
2. 上記増加率は、上記第１減少率よりも絶対値として小さい値に設定されるものであることを特徴とする請求項１に記載の産業車両の操舵制御装置。
3. 上記不感帯設定手段は、上記ハンドル速度が０であり、且つ上記操舵用モータが出力中でなければ、走行中であると判断されない限り、上記不感帯幅を上記第１減少率と異なる第２減少率で縮小し、走行中であると判断されると、上記第１減少率で上記不感帯幅を縮小するものであり、上記第２減少率は、上記第１減少率よりも絶対値として小さい値に設定されるものであることを特徴とする請求項２に記載の産業車両の操舵制御装置。

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