车辆用操舵装置及装卸车辆的制作方法

专利名称：车辆用操舵装置及装卸车辆的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用在叉车等的装卸车辆上的车辆用操舵装置。
背景技术：
叉车的后轮为转向轮。当使用叉车在拐角转弯时，进行下述的叉车特有的操舵，即、首先将操舵部件转动小转角使前部(货叉部分)轻微地挪动，之后通过急操舵使后部偏向拐角外侧。在叉车的操舵装置中，使用有液压式动力转向装置或者电动式动力转向装置。液压式动力转向装置基于驾驶员的操舵以电动马达驱动液压泵并将工作油供给至液压缸，来使液压缸的活塞移动，从而使转向轮转向。电动式动力转向装置基于驾驶员的操舵驱动电动马达，来使后轮的齿条轴及与其连结的转向横拉杆移动，从而使转向轮转向。在叉车中采用有断开操舵部件与后轮之间的机械式的连结的、所谓线控转向方式的动力转向装置。该情况下，为了对驾驶员的操舵给予反力感，而根据操舵角形成从后轮返回至操舵部件的反力。日本特开2006-298275号公报公开了控制操舵反力的操舵控制装置。在图9中表示以往以来已采用的叉车的反力与操舵角Θ h的关系。横轴表示操舵角9h，纵轴表示反力。在这样的关系下，在直角拐角处右转弯时的操舵的流程如下。( I)在转弯的初期(O度附近)，将操舵部件转动小转角并轻微地使前部(货叉部分)朝向右。此时操舵角Qh位于图9的“A”所示的区域，驾驶员所承受的反力较小。(2)在转弯的前半段，通过急操舵使后部偏向拐角外侧。此时操舵角Qh位于图9的“B”所示的区域，从而驾驶员承受大的反力。该反力被给予驾驶员，用来防止对操舵过度使劲而引起操舵角与意图相反地变大的情况的发生。驾驶员克服该反力转动操舵部件。(3)若进入转弯的后半段，则需要使操舵方向反转，并通过急操舵使后部返回直线前进方向。若操舵部件的返回延迟，则难以使车辆收回于直线前进状态。例如，叉车过度转弯而超过直角，则会导致接触事故等。对于叉车而言，在其用途上，操舵角的范围广且操舵的频度也高，因此驾驶员的操舵部件操作量大而负担也大。因此在前述的(3)转弯后半段中，当驾驶员通过急操舵来使操舵方向反转时，希望加以控制以使操舵部件的返回能够顺畅地进行。

发明内容
本发明提供一种当车辆转弯时，特别是当操舵部件返回时能够减轻驾驶员的操舵负担的车辆用操舵装置及装卸车辆。根据本发明的一个实施方式的特征，基于车体的偏航角的变化来运算车体的转角，若运算出的转角在基准角以上，则能够使赋予上述操舵部件的操舵反力增大。


通过参照下述的实施例及附图使本发明的其它特征及优点会变得更加清楚，其中，附图标记表示本发明的要素，其中:图1是表示叉车的概略结构的示意侧视图。图2是表示车辆用操舵装置的整体的结构图。图3是用于通过反力系统E⑶来进行反力控制的控制框图。图4是用于说明反力控制顺序的流程图。图5是用于对考虑了载重后的反力控制顺序进行说明的流程图。图6是表示前进时的装载物的重量与基准值的关系的图表。图7是表示后退时的装载物的重量与基准值的关系的图表。图8是表示将增益设定为固定值后，随着时间的推移而逐渐减小增益的情况下的、增益的时间变化的图表。以及图9是表示现有技术的操舵角与反力的关系的图表。
具体实施例方式以下，参照附图对本发明的实施方式进行描述。图1是表示作为本发明的装卸车辆的叉车I的概略结构的示意侧视图。叉车I具备车体2、设置在该车体2的前部的装卸装置3、作为支承车体2的驱动轮的前轮5及作为转向轮的后轮6、以及用于使后轮6转向的车辆用操舵装置7。车辆用操舵装置7是所谓的线控转向方式的动力转向装置，S卩、设置于驾驶室8内的操舵部件10与作为转向轮的后轮6之间未机械式地连结。在本实施方式中，操舵部件10是带捏手IOa的手摇转向盘，驾驶员把持着捏手IOa来操作转向盘，该捏手IOa以能够旋转的方式设置在转向盘上。叉车I还具备对装载物的重量进行检测的重量传感器。重量传感器具备液压传感器23，其对根据载重的大小而变化的提升缸(未图示)内的液压进行测定；以及作为力矩测定机构的测力传感器24。测力传感器24位于与装载有货物的货叉25的背后对应的位置，并以能够对货叉25的叉根部分按压装卸装置3的力(力矩)进行测定的方式来设置。图2是表示车辆用操舵装置7的整体的结构图。车辆用操舵装置7具备:轴11，其与操舵部件10连结；圆筒形的柱12，其对轴11进行支承，使其能够自由旋转；操舵角传感器13，其对操舵部件10的操舵角Θ h进行检测；操舵扭矩传感器14，其配置在柱12之中并对操舵部件10的操舵扭矩进行检测；反力马达15，其作为反力促动器而发挥功能，其经由齿轮17对操舵部件10施加操舵反力；以及反力系统ECU (Electronic Control Unit:电子控制单元)16，其对反力马达15进行驱动控制。操舵扭矩传感器14通过对夹装于轴11的中间的扭杆的螺旋角进行检测来检测操舵扭矩。操舵角传感器13以安装在操舵部件10的轴11的外周上的霍尔式传感器等的磁元件来对伴随着轴11的旋转的磁变化进行检测从而检测轴11的旋转角。并且在该实施方式中，操舵角传感器13是对从操舵部件10的中立位置向操舵部件10的正反两方向的旋转角进行检测的装置，并将从中立位置向右方向的旋转角作为正值而输出，将从中立位置向左方向的旋转角作为负值而输出。反力马达15相对于柱12内的轴11而设置于他轴上，是以通过齿轮17确定的规定的传动比来驱动轴11使之旋转的直流马达。此外反力马达15也可以配置在柱的同轴上。另外车辆用操舵装置7具备:作为转向轴的齿条轴17，其保持于车体内，并在车辆的左右方向延伸；齿条支承体18，其对齿条轴17进行支承并使其能够移动；辅助(assist)马达19，其使齿条轴17移动；辅助系统ECU22，其对辅助马达19进行驱动控制；以及转向角传感器20，其对后轮6的转向位置(在本说明书中称为“转向角”)进行检测。辅助马达19是内置于齿条支承体18之中的齿条同轴型的直流马达。辅助马达19的旋转运动在齿条支承体18的内部被转换为齿条轴17的直线运动，并经由分别与齿条轴17的一对端部连结的转向横拉杆21L、21R而传递至后轮6，由此后轮6转向。转向角传感器20利用齿条轴17的位移位置与后轮6的转向角相对应的情况，并以行程传感器检测齿条轴17的位移位置，从而检测后轮6的转向角。另外根据操舵部件10的操作来使后轮6转向，因此反力系统ECU16与辅助系统ECU22 通过车内 LAN (CAN) (local area network:局域网！Controller Area Network:控制器局域网络)被连接起来。此外在该车辆用操舵装置7中，具备安装于车体内的偏航率传感器33与前述的重量传感器34。偏航率传感器33是对车辆的旋转角速度(偏航率)Y进行检测的传感器，其对车辆的旋转角速度进行检测。对于该偏航率而言，当车辆的旋转角向右方向增大时作为正值而输出，当向左方向增大时作为负值而输出。如前述那样，重量传感器34是对装载在货叉25上的装载物的重量进行检测的传感器。此外对前轮5或者后轮6的转速进行检测的车轮速度传感器35安装于车体。车轮速度传感器35是读取车轮的转速的传感器，并通过对已读取的转速乘以轮胎的有效旋转半径来检测车速V。辅助系统E⑶22基于由操舵角传感器13检测出的操舵角来驱动辅助马达19使之旋转。辅助马达19的旋转被转换为齿条轴17的平行运动，从而经由分别与齿条轴17的一对端部连结的转向横拉杆21L、21R而传递至后轮6,由此后轮6转向。图3表示由反力系统E⑶16控制的反力控制框图。经由车内LAN对反力系统E⑶16的目标反力电流计算部BI输入表示从操舵角传感器13检测的操舵角Θ h的操舵角信号。目标反力电流计算部BI将图9所示的操舵角Θ h与反力的关系作为函数而存储，并基于该关系，将操舵角Qh转换为目标反力电流。目标反力电流，通过增益K的放大器B2被增幅，并输入电流控制部B3。另一方面，对流过反力马达15的电流进行检测，其反转信号被输入电流控制部B3。然后，由电流控制部B3对目标反力电流与流过反力马达15的电流之差进行计算。该差被供给至PWM输出电路B4，生成用于驱动反力马达15的PWM驱动信号。然后将该PWM驱动信号供给至反力马达15，从而经由齿轮17及轴11，而对操舵部件10施加反力扭矩。另一方面，还设置有对放大器B2的增益K进行变更的控制部B5。对控制部B5输入表不操舵角Θ h的信号、来自积分电路B6的表不车体的偏航角(转角)δ的信号、以及表示装载物的重量W的信号。积分电路Β6是根据接下来的公式(I)对从偏航率传感器33获得的偏航率Y进行时间积分从而计算车体的偏航角δ的运算部。δ = / y dt...(I)此处，积分范围为从进入转弯前的直线前进时开始到转弯中的当前时刻为止。对于开始转弯的情况而言，例如能够通过由操舵角传感器13检测的操舵角Qh已超过某阈值这一情况来进行判断。放大器B2的增益K由控制部B5以如下的方式进行控制，即、若车体的转角超过基准角，则在规定时间内被增大。以下，使用流程图(图4)对控制部B5所进行的控制处理详细地进行说明。此外装载物的重量W被使用在表示考虑载重后的反力控制顺序的其他的流程图(图5)中，而在实施该流程图(图4)的情况下，不进行参照。首先在图4中，在最初的时刻将放大器B2的增益K设定为“I”(步骤SI)，并取得从积分电路B6获得的偏航角δ (步骤S2)。接下来将该偏航角δ的绝对值与基准值SI进行比较(步骤S3)。基准值SI被设定为能够判断出车辆在直角拐角等、角度大的拐角处转弯的值(例如80度)。在步骤S3中若偏航角δ的绝对值比基准值SI小，则基于默认的增益K进行反力控制(步骤S11)。若偏航角δ的绝对值比基准值SI大，则移动至步骤S4，并使放大器Β2的增益K增大。例如“1.5”这个值。这样，进入转弯的后半段，通过使操舵反力增大，来辅助操舵部件的返回，从而能够使车辆迅速地收束于直线前进状态。在放大器Β2的增益K增大的同时，使计时器开启(步骤S5)，从而基于已增大的增益K进行反力控制(步骤S6)。该反力控制直到操舵角0h收束于一定的范围内(_Θ0< 9h< Θ0)为止都进行(步骤S7)。决定该范围的Θ O是用于对车辆是否已返回到直线行驶的情况进行判断的阈值，因此被设定为非常小的值(例如5度)。若操舵角Θ h收束于一定的范围内(_Θ0< 9h < θ O),则积分电路Β6将偏航角δ，即偏航率Y的时间积分值归O (步骤S9)，从而将计时器的计数值返回O (步骤S10)。控制部Β5周期性地反复进行该反力控制。若进入下一个周期，则再次从步骤SI开始。在操舵角Qh收束于一定的范围内(-Θ O < 9h < Θ O)之前，从步骤S7移动至步骤S8，从而对计时器的计数值是否到达设定值Tl的情况进行调查。在到达设定值Tl之前，持续进行反力控制(步骤S6)。若到达设定值Tl，则即使操舵角0h不收束于一定的范围内(-Θ0 < 9h < Θ 0)，也结束反力控制(步骤S8的YES)。设定值Tl设定为下述的值(例如I秒)，即、当车辆在直角拐角转弯时，判断通常转向盘的转回所需要的时间的值。车辆不在直角拐角转弯而在180度拐角转弯、即进行U形转弯的情况，转回操舵部件会花费设定值Tl以上的时间，因此对于该情况而言，经过设定值Tl后，中止基于反力的辅助，并将偏航率Y的时间积分值归O (步骤S9)，从而将计时器的计数值返回O (步骤S10)。设置设定值Tl的理由，是因为在需要设定值Tl以上的时间的情况下判断为U形转动，因此解除反力辅助增大的状态。如以上这样，根据本发明的实施方式，叉车I的驾驶员在车辆行驶时转动操舵部件10，能够一边感觉一定的操舵反力一边使叉车I转向。特别是在直角拐角，进入转弯的后半段通过增大操舵反力，能够使车辆迅速地收束于直线前进状态。图5是用于对考虑载重后的反力控制顺序进行说明的流程图。在该控制中，使用由重量传感器34检测出的装载物的重量W。在最初的时刻将放大器B2的增益K设定为“I”(步骤Tl)，并获取从积分电路B6获得偏航角δ与装载物的重量W (步骤Τ2)。接着根据表示叉车I的前进/后退的换挡的信号，来判定叉车I的前进/后退的状态(步骤Τ4)。若前进，则将偏航角S的绝对值与基准值SI进行比较(步骤Τ5)。基准值SI被设定为能够判断为车辆在直角拐角等、角度大的拐角转弯的情况的值，但是在本控制中，根据装载物的重量W来变更基准值SI的设定值。图6是表示装载物的重量W与基准值SI的关系的图表。对于无装载物(重量W = O)的情况而言，将基准值SI例如设定为80度，但是伴随重量W变大而逐渐减小基准值SI。若装载物的重量W接近限制重量则将基准值SI例如设定为70度。这样，装载物的重量W越大则基准值SI越小的理由，是因为由于当装载重量较大时有过渡转向的倾向，所以从转弯的比较早期开始使转向盘返回功能发挥作用。另一方面，若后退，则将偏航角δ的绝对值与基准值S2进行比较(步骤Τ6)。如图7所示，对于基准值S2而言，无装载物(重量W = O)时将基准值S2例如设定为75度，并伴随着装载物的重量W变大而逐渐增大基准值S2。若装载物的重量W接近限制重量则将基准值S2例如设定为80度。该理由是因为对于一边后退一边转弯的情况而言，由于行驶方向侧的轮胎即后轮成为转向轮，所以装载重量较大时有转向不足的倾向，因此使对驾驶员施加反力的时机延迟，来使操舵部件在转弯的比较后期返回。在步骤Τ5、Τ6中若偏航角δ的绝对值比基准值S1、S2小，则基于通常的增益K进行反力控制(步骤T14)。在步骤T5、T6中若偏航角δ的绝对值比基准值S1、S2大，则移动至步骤T7，并使放大器B2的增益K增大。例如“1.5”这个值。这样，通过在进入已超过基准值S1、S2的转弯的后半段使操舵反力增大，来辅助操舵部件的返回，从而能够使车辆迅速地收束于直线前进状态。此后的控制(步骤T8 T13)与使用图4进行说明的情况相同。以上这样，通过采用下述的控制内容，叉车I的驾驶员在直角拐角且在进入转弯的后半段的适当的时机能够一边承受操舵反力一边进行操舵，上述控制内容为当一边前进一边转弯时装载物的重量W越大，则使操舵反力增大的时机越提前，当一边后退一边转弯时装载物的重量W越大，则使操舵反力增大的时机越延迟这样的控制内容。因此，能够防止转弯后半段的车辆的转弯晃动，且减轻驾驶员的操舵负担，并且使车辆迅速地收束于直线前进状态。以上，虽对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明的实施不限定于上述的实施方式。例如，也可以采用如下的实施例，即、当偏航角已超过基准值S的时刻将放大器B2的增益K设为K= 1.5这个固定值，之后伴随着时间的推移而缓缓地逐渐减小增益K。图8是表示该情况的增益K的变化的图表。这样，通过缓缓地逐渐减小增益K，转向盘的转回继续而缓缓地逐渐减弱反力直至直线行驶为止，从而能够避免车辆转弯时的不稳定，并能够对驾驶员给予自然的操舵感。 另外在上述的实施方式中，虽在车辆用操舵装置7上设置有偏航率传感器33并通过对车辆偏航率Y进行积分来计算出车辆的偏航角，但是也可以省略偏航率传感器33，而通过对由操舵角传感器13检测出的操舵角进行积分来计算车辆的偏航角。另外，作为转向轮，可以代替在车体2的左右分别设置后轮6的结构，而将单一的后轮6设置在车体2的左右方向的中央。另外，在上述的实施方式中，作为转向轮驱动机构，采用了由辅助马达19驱动的齿条轴17，但是也可以采用由电动式液压泵驱动的液压缸。此外，能够在本发明的范围内实施各种的变更。
权利要求
1.一种车辆用操舵装置，其特征在于，具备: 转向轮驱动机构，其使轮胎转向；操舵角检测部，其用于检测操舵部件的操舵角；反力促动器，其对所述操舵部件赋予操舵反力；转向促动器，其对所述转向轮驱动机构进行驱动；偏航角检测部，其用于检测车体的偏航角；以及反力促动器控制部，其设定操舵反力来作为由所述操舵角检测部检测出的操舵角的函数，并对所述反力促动器进行控制以实现所设定的操舵反力， 所述反力促动器控制部基于由所述偏航角检测部检测出的车体的偏航角的变化来运算车体的转动量，若所运算出的转动量在基准角以上，则使赋予所述操舵部件的操舵反力增大。
2.根据权利要求1所述的车辆用操舵装置，其特征在于， 所述反力促动器控制部随着时间的推移而减小已增大了的所述操舵反力。
3.根据权利要求1或2所述的车辆用操舵装置，其特征在于， 对于所述反力促动器控制部而言，若向直线前进方向转向，则停止所述操舵反力的增大。
4.根据权利要求1所述的车辆用操舵装置，其特征在于， 所述反力促动器控制部在规定时间内使赋予所述操舵部件的操舵反力增大。
5.根据权利要求1所述的车辆用操舵装置，其特征在于， 所述车辆用操舵装置还具备对装载物的重量进行检测的重量检测部，所述反力促动器控制部根据所述重量检测部的检测值变更所述基准角的值。
6.根据权利要求5所述的车辆用操舵装置，其特征在于， 对于所述反力促动器控制部而言，在车辆前进时所述重量检测部的检测值越大则将所述基准角的值设定得越小，在车辆后退时所述重量检测部的检测值越大则将所述基准角的值设定得越大。
7.根据权利要求1所述的车辆用操舵装置，其特征在于， 采用线控转向的方式，即、所述操舵部件与所述转向轮驱动机构未被机械式地连结。
8.一种装卸车辆，其特征在于， 该装卸车辆具备权利要求1所述的车辆用操舵装置。
全文摘要
一种车辆用操舵装置，其具备操舵角检测部(13)；反力促动器(15)，其对操舵部件(10)赋予操舵反力；车体的偏航角检测部(33)；以及反力促动器控制部(16)，其设定操舵反力来作为操舵角的函数，并对所述反力促动器(15)进行控制以产生所设定的操舵反力，反力促动器控制部(16)基于由偏航角检测部(33)检测出的车体的偏航角的变化来运算车体的旋转角，若所运算出的旋转角在基准角以上，则使赋予所述操舵部件的操舵反力增大。
文档编号B62D5/04GK103085859SQ20121039729
公开日2013年5月8日 申请日期2012年10月18日 优先权日2011年11月8日
发明者叶山良平 申请人:株式会社捷太格特