特許 6281573 パワーステアリング装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6281573

(24)【登録日】2018年2月2日

(45)【発行日】2018年2月21日

(54)【発明の名称】パワーステアリング装置

(51)【国際特許分類】

   B62D 6/00 20060101AFI20180208BHJP

   B62D 5/065 20060101ALI20180208BHJP

   B62D 113/00 20060101ALN20180208BHJP

   B62D 117/00 20060101ALN20180208BHJP

【ＦＩ】

   B62D6/00

   B62D5/065 B

   B62D113:00

   B62D117:00

【請求項の数】2

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2015-543593(P2015-543593)

(86)(22)【出願日】2013年10月21日

(86)【国際出願番号】JP2013078499

(87)【国際公開番号】WO2015059755

(87)【国際公開日】20150430

【審査請求日】2016年1月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001993

【氏名又は名称】株式会社島津製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100085338

【弁理士】

【氏名又は名称】赤澤 一博

(72)【発明者】

【氏名】五島 代介

【審査官】 岡▲さき▼ 潤

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−１６６７９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２５４６８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−２３１９８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−１７５４１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２５５０４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２３３３６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−０８０８６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−２５５１７２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６２Ｄ ６／００

Ｂ６２Ｄ ５／０６５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

直流モータから動力の供給を受けて走行する産業車両に用いられるパワーステアリング装置であって、
ステアリングの回転角及び角速度を検出する回転センサと、
この回転センサから出力される信号に基づきＰＷＭ信号を出力する信号生成装置と、
この信号生成装置から出力されるＰＷＭ信号を受けてステアリング装置を駆動するSteer by Wire 方式を実現するための直流モータと、
高電圧を供給する第１の状態と前記高電圧より低い低電圧を供給する第２の状態とを選択的にとり前記ＰＷＭ信号の電圧を供給する電源と、
前記ステアリングの回転角及び角速度に基づき前記直流モータに供給すべき電圧の平均値を決定する制御、前記直流モータがステアリング装置を駆動する際のデューティ比を一定以上に保つべく、決定された電圧の平均値が所定の閾値を下回る場合には電源を第２の状態、その他の場合には電源を第１の状態とする制御、及び前記第１の状態及び前記第２の状態における前記電圧の平均値及び前記ＰＷＭ信号の電圧に基づきデューティ比を決定しそのデューティ比を示す信号を前記信号生成装置に出力する制御を行う制御装置と
を備えていることを特徴とするパワーステアリング装置。

【請求項2】

前記電源が複数の電源要素を連結したものであって、前記直流モータに供給すべき電圧の平均値が所定の閾値を下回る場合に使用する電源要素の個数をその他の場合と比較して少なくすることにより電源を第２の状態とする制御を前記制御装置が行う請求項１記載のパワーステアリング装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、直流モータから動力の供給を受けて走行する産業車両等に用いられるパワーステアリング装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、モータから動力の供給を受けて走行する産業車両において、ステアリング装置の駆動には、安価かつ発生トルクが大きく小型である直流モータが広く用いられている。また、従来広く採用されていた油圧式パワーステアリングに代えて、ステアリング操作を電気信号により検出して制御装置に入力し、ステアリング装置を駆動する直流モータに供給する電圧を生成するSteer by Wire方式の電動（油圧）パワーステアリングが近年採用されつつある。

【0003】

このような電動パワーステアリングの直流モータを制御する方法として、低コストでエネルギ損失の少ないパルス幅変調制御（以下、ＰＷＭ制御と称する）が用いられてきている（例えば、特許文献１を参照）。詳述すると、ＰＷＭ制御においては、印加電圧のＯＮ−ＯＦＦを繰り返すことによりパルス波を生成し、パルス波中の通電時間の比率、換言すればデューティ比を任意に変化させ出力電圧の平均値を変化させている。つまり、パルス波を変調することにより結果的に直流モータへの供給エネルギを制御している。

【0004】

ここで、Steer by Wire方式の電動（油圧）パワーステアリングにおいて、ステアリング装置を駆動する直流モータをＰＷＭ制御した場合、図６に示すように、デューティ比が低く、直流モータの回転数が低い状態ではタイヤの回転にムラが生じ通路幅の狭い倉庫内を走行する産業車両に必要なタイヤ角の操作が困難であるという不具合が知られている。この不具合は、デューティ比が低い場合には通電時間が短くなり、ＯＦＦ状態である期間に直流モータの回転が急激に低下することによる。

【0005】

ＰＷＭ制御におけるパルス波のＯＦＦ期間が長くなることによる影響を回避する方法としては、パルスの周波数を高くして高速でＯＮ−ＯＦＦを繰り返す方法が知られている。しかし、直流モータの回転子を制御する場合、慣性モーメントが大きいので、パルスの周波数を低くしても直流モータの回転数は低下しないので、パルスの周波数を高くして高速でＯＮ−ＯＦＦを繰り返す方法を採用しても上述した不具合を解消する効果は得られない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開昭６２−３４８５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は以上の点に着目し、直流モータを利用してステアリング装置を駆動するとともに、ＰＷＭ制御によりこの直流モータを制御するパワーステアリング装置において、直流モータの回転数が低い状態において直流モータの回転のムラを低減することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

以上の課題を解決すべく、本発明に係るパワーステアリング装置は、以下に述べるような構成を有する。すなわち本発明に係るパワーステアリング装置は、直流モータから動力の供給を受けて走行する産業車両に用いられるパワーステアリング装置であって、ステアリングの回転角及び角速度を検出する回転センサと、この回転センサから出力される信号に基づきＰＷＭ信号を出力する信号生成装置と、この信号生成装置から出力されるＰＷＭ信号を受けてステアリング装置を駆動するSteer by Wire 方式を実現するための直流モータと、高電圧を供給する第１の状態と前記高電圧より低い低電圧を供給する第２の状態とを選択的にとり前記ＰＷＭ信号の電圧を供給する電源と、前記ステアリングの回転角及び角速度に基づき前記直流モータに供給すべき電圧の平均値を決定する制御、前記直流モータがステアリング装置を駆動する際のデューティ比を一定以上に保つべく、決定された電圧の平均値が所定の閾値を下回る場合には電源を第２の状態、その他の場合には電源を第１の状態とする制御、及び前記第１の状態及び前記第２の状態における前記電圧の平均値及び前記ＰＷＭ信号の電圧に基づきデューティ比を決定しそのデューティ比を示す信号を前記信号生成装置に出力する制御を行う制御装置とを備えている。

【0009】

このようなものであれば、直流モータに供給すべき電圧が低くなり直流モータに供給すべき電圧の平均値が低くなる領域では、電源から供給される電圧を低下させる一方、デューティ比を上昇させてパルス波のＯＦＦ期間を短くし、直流モータに供給する電圧の平均値を確保することにより、ＰＷＭ制御におけるパルス波のＯＦＦ期間が長くなることによる上述した不具合の発生を抑制することができる。換言すれば、デューティ比を一定以上に保つことにより直流モータの回転のムラを低減することができる。

【0010】

このようなパワーステアリング装置の好適な構成の一例として、前記電源が高電圧を供給する第１の状態と前記高電圧より低い低電圧を供給する第２の状態とを選択的にとるものであって、前記直流モータに供給すべき電圧の平均値が所定の閾値を下回る場合に電源を第２の状態とし、その他の場合には電源を第１の状態とする制御を前記制御装置が行うものが挙げられる。

【0011】

前段で述べたような電源の構成を容易に実現できる構成の一例として、前記電源が複数の電源要素を連結したものであって、前記直流モータに供給すべき電圧の平均値が所定の閾値を下回る場合に使用する電源要素の個数をその他の場合と比較して少なくすることにより電源を第２の状態とする制御を前記制御装置が行うものが挙げられる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、直流モータを利用してステアリング装置を駆動するとともに、ＰＷＭ制御によりこの直流モータを制御するパワーステアリング装置において、ステアリング速度が低いとき、換言すれば直流モータの回転数が低いときに、電源から供給されるＰＷＭ信号の電圧を低下させることによりデューティ比を一定以上に保ち、直流モータの回転のムラを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の一実施形態に係るパワーステアリング装置を示す概略図。

【図2】同実施形態に係る電源の構成を示す概略図。

【図3】同実施形態に係る制御装置が実行する処理の手順を示すフローチャート。

【図4】同実施形態に係る直流モータに供給される電圧及び直流モータの回転数の経時変化の例を示す図。

【図5】本発明の他の実施形態に係るパワーステアリング装置を示す概略図。

【図6】従来のパワーステアリング装置の直流モータに供給される電圧及び直流モータの回転数の経時変化の例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明の一実施形態を図１〜図４を参照しつつ以下に示す。

【0015】

本実施形態に係るパワーステアリング装置は、直流モータ４から動力の供給を受けて走行する産業車両に用いられるものであり、図１に示すように、ステアリング１の回転角及び角速度を検出する回転センサ２と、この回転センサ２から出力される信号に基づきＰＷＭ信号を出力する信号生成装置３と、この信号生成装置３から出力されるＰＷＭ信号を受けてタイヤ９を駆動する直流モータ４と、前記ＰＷＭ信号の電圧を供給する電源５と、前記直流モータ４に供給すべき電圧の平均値Ｖが所定の閾値Ｖ_thを下回る場合に前記電源５から供給されるＰＷＭ信号の電圧を低下させる制御を行う制御装置６と、タイヤ９の向きを検出するタイヤ位相センサ１０を備えている。

【0016】

より具体的には、前記回転センサ２は、ステアリング１の操作量及び角速度を検出し、操作量を示す操作量信号及び角速度を示す角速度信号を制御装置６に出力する。

【0017】

前記信号生成装置３は、前記制御装置６からデューティ比を示すデューティ比信号を受け取るとともに、電源５から電圧の供給を受け、前記デューティ比信号が示すデューティ比で電圧のＯＮ／ＯＦＦを行うＰＷＭ信号を出力する。

【0018】

前記直流モータ４は、前記信号生成装置３から電圧の供給を受けてタイヤ９の車軸を鉛直軸周りに回転させる。

【0019】

前記電源５は、本実施形態では２Ｖのバッテリセル１２個からなる第１の電源要素５ａと、この第１の電源要素５ａに直列に接続され同じく２Ｖのバッテリセル１２個からなる第２の電源要素５ｂと、第１の電源要素５ａの負極と第２の電源要素５ｂの負極とを短絡する短絡回路５ｃと、この短絡回路５ｃの第１の電源要素５ａとの接点と前記第２の電源要素５ｂの正極との間に設けられこれらの間を電気的に接続又は遮断する第１のスイッチ５ｄと、前記短絡回路５ｃ中に設けられこの短絡回路５ｃの両接点間を電気的に接続又は遮断する第２のスイッチ５ｅとを備えている。前記第１及び第２のスイッチ５ｄ、５ｅは、制御装置６からの信号を受けて背反的にＯＮ／ＯＦＦする。すなわち、この電源５は、第１のスイッチ５ｄが接続されており第２のスイッチ５ｅが遮断されている状態で第１及び第２の電源要素５ｂを利用して、換言すれば２Ｖのバッテリセルを２４個使用して、高電圧Ｖ_hi、具体的には計４８Ｖの電圧を供給する第１の状態と、第１のスイッチ５ｄが遮断されており第２のスイッチ５ｅが接続されている状態で第１の電源要素５ａのみを利用して、換言すれば２Ｖのバッテリセルを１２個のみ使用して、前記高電圧Ｖ_hiより低い低電圧Ｖ_lo、具体的には計２４Ｖの電圧を供給する第２の状態とを選択的にとる。

【0020】

前記タイヤ位相センサ１０は、タイヤ９の向きを検出し、タイヤ９の向きを示すタイヤ角度信号を制御装置６に出力する。

【0021】

前記制御装置６は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムとして周知のものである。

【0022】

入力インタフェースには、前記回転センサ２からの操作量信号及び角速度信号、並びにタイヤ位相センサ１０からのタイヤ角度信号が入力される。

【0023】

出力インタフェースからは、信号生成装置３に対してデューティ比信号、電源５の第１及び第２のスイッチ５ｄ、５ｅにＯＮ／ＯＦＦさせるための信号をそれぞれ出力する。

【0024】

しかして本実施形態では、前記操作量信号、角速度信号及び角度信号をパラメータとして信号生成装置３から直流モータ４に出力すべき電圧の平均値Ｖを決定し、この平均値に対応するデューティ比のＰＷＭ信号を出力する制御を行うための電圧制御プログラムを内蔵している。さらに本実施形態では、この電圧制御プログラムにより、前記電圧の平均値Ｖが所定の閾値Ｖ_th、より具体的には１２Ｖを下回る場合には前記電源５を第２の状態として電源５から低電圧Ｖ_lo（＝２４Ｖ）を信号生成装置３に供給し、その他の場合には前記電源５を第１の状態として電源５から高電圧Ｖ_hi（＝４８Ｖ）を信号生成装置３に供給する制御も行うようにしている。プロセッサは、この電圧制御プログラムを実行することにより、信号生成装置３から直流モータ４に出力される電圧の平均値Ｖを制御し、ひいては直流モータ４の回転数を制御する。

【0025】

以下、プロセッサがこの電圧制御プログラムを実行することにより行われる制御の手順を、フローチャートである図３を参照しつつ以下に示す。

【0026】

まず、操作量信号、角速度信号及びタイヤ角度信号の入力を受け付け（ステップＳ１）、これらをパラメータとして出力すべき電圧の平均値Ｖを決定する（ステップＳ２）。それから、決定された電圧の平均値Ｖが所定の閾値Ｖ_thを下回る場合は（ステップＳ３）、前記電源５を第２の状態とする。すなわち、電源５から信号生成装置３に供給される電圧を低電圧Ｖ_lo（２４Ｖ）に設定する（ステップＳ４）。一方、その他の場合には前記電源５を第１の状態とする。すなわち、電源５から信号生成装置３に供給される電圧を高電圧Ｖ_hi（４８Ｖ）に設定する（ステップＳ５）。そして、前記電圧の平均値Ｖ及び電源５から供給される電圧に基づきデューティ比を決定し（ステップＳ６）、このデューティ比を示す信号を信号生成装置３に出力する。

【0027】

すなわち、図４の期間Ｔのように、出力すべき電圧の平均値Ｖが閾値Ｖ_thを下回る期間は、電源５が第２の状態となるので信号生成装置３に供給される電圧は低電圧Ｖ_loすなわち２４Ｖとなる。また、他の期間では、電源５が第２の状態となるので信号生成装置３に供給される電圧は高電圧Ｖ_hiすなわち４８Ｖとなる。従って、本実施形態の制御を行うことで、出力すべき電圧の平均値Ｖが閾値Ｖ_thを下回る期間におけるデューティ比、換言すればパルス波がＯＮである期間の割合は、信号生成装置３に供給される電圧を常時高電圧Ｖ_hiとした場合、すなわち電源５が常時第１の状態である場合と比較して２倍となる。換言すれば、信号生成装置３に供給されるパルス波のＯＦＦ期間は短くなる。

【0028】

すなわち本実施形態によれば、直流モータ４に供給すべき電圧の平均値Ｖが閾値Ｖ_thを下回る領域では、電源５から供給される電圧を低電圧Ｖ_loとする一方、デューティ比を上昇させてパルス波のＯＦＦ期間を短くし、直流モータ４に供給する電圧の平均値Ｖを確保することにより、ＰＷＭ制御におけるパルス波のＯＦＦ期間が長くなることによる上述した不具合の発生を抑制することができる。換言すれば、デューティ比を一定以上に保つことにより直流モータ４の回転のムラを低減することができる。すなわち、タイヤ９の回転にムラが生じ通路幅の狭い倉庫内を走行する産業車両に必要なタイヤ角の操作が困難であるという不具合の発生を抑制することができる。

【0029】

また、前記電源５が第１の電源要素５ａ及び第２の電源要素５ｂを利用し高電圧Ｖ_hiを供給する第１の状態と、第１の電源要素５ａのみを利用し低電圧Ｖ_loを供給する第２の状態とを選択的にとり、直流モータ４に供給すべき電圧の平均値Ｖが所定の閾値Ｖ_thを下回る場合には電源５が第２の状態となるように制御しているので、このようなパワーステアリング装置の電源５から供給する電圧の変更を容易に行うことができる。

【0030】

また、前記電源５の第１の電源要素５ａ及び第２の電源要素５ｂがそれぞれ２Ｖのバッテリセル１２個からなり、直流モータ４に供給すべき電圧の平均値Ｖが所定の閾値Ｖ_thを下回る場合には使用するセルの個数をその他の場合と比較して少なくする制御を行うようにしているので、より具体的には、直流モータ４に供給すべき電圧の平均値Ｖが所定の閾値Ｖ_thを下回る場合には電源５を第２の状態としてバッテリセル１２個のみを使用するようにしており、その他の場合には電源５を第１の状態としてバッテリセル２４個を使用するようにしているので、電圧の変更を容易に行うための電源５の構成を実現することができる。

【0031】

なお、本実施形態は上述した実施形態に限らない。

【0032】

例えば、図５に示すように、直流モータ４を利用して液圧ポンプ７を駆動し、この液圧ポンプ７からシリンダ８に作動液を供給してこのシリンダ８に接続された図示しないアクチュエータを介してタイヤ９の向きを変更する態様のパワーステアリング装置に本発明を適用してもよい。なお、前記図５において、上述した実施形態及び図１におけるものに対応する部位には、同一の名称及び符号を付している。

【0033】

また、上述した実施形態では、電源が第１の状態と第２の状態とを選択的にとるものであり、信号生成装置に出力する電源電圧を２段階に変化させるようにしているが、信号生成装置に出力する電源電圧を３段階以上に変化させることができる電源を採用してもよい。電源電圧を３段階以上に変化させることができる電源、換言すれば供給する電圧が高い順に第１、第２及び第３の状態をとることができる電源を採用した場合には、所定の第１の閾値と、第１の閾値より低電圧側の第２の閾値とを設定し、直流モータに供給すべき電圧の平均値が所定の第１の閾値を下回りかつ第２の閾値以上である場合には前記電源を第２の状態とし、前記電圧の平均値が第２の閾値を下回る場合には前記電源を第３の状態とし、その他の場合すなわち前記電圧の平均値が第１の閾値を上回る場合には前記電源を第１の状態とする制御を制御装置が行うようにするとよい。

【0034】

その他、本発明の趣旨を損ねない範囲で種々に変更してよい。

【産業上の利用可能性】

【0035】

直流モータから動力の供給を受けて走行する産業車両等に用いられ、直流モータを利用してステアリング装置を駆動するとともに、ＰＷＭ制御によりこの直流モータを制御するパワーステアリング装置において、本発明の構成を採用すれば、直流モータの回転数が低い状態において直流モータの回転のムラを低減し、通路幅の狭い倉庫内を走行する産業車両に必要なタイヤ角の操作を円滑に行うことができるようになる。

【符号の説明】

【0036】

１…ステアリング
２…回転センサ
３…信号生成装置
４…直流モータ
５…制御装置
６…電源

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】