線控轉向方式的操舵系統(tǒng)的制作方法

本發(fā)明涉及一種用于工業(yè)車輛等的線控轉向(steer-by-wire)方式的操舵系統(tǒng)。

背景技術：

近年，作為利用電池接受能量供給的以叉車(forklift)為代表的工業(yè)車輛等的操舵系統(tǒng)，采用線控轉向方式的電動液壓動力轉向器(powersteering)，所述線控轉向方式的電動液壓動力轉向器中，利用電信號檢測轉向器操作而輸入控制裝置，并利用控制裝置對供給至用以對液壓供給源提供動力的直流馬達的電壓進行控制(例如參照專利文獻1)。所述電動液壓動力轉向器是利用具備自泵接受液壓供給的氣缸(cylinder)的致動器(actuator)。

以往，這種電動液壓動力轉向器的控制是利用如以下所述的方法來進行，即：對操舵角或其旋轉速度(換句話說，轉向器的旋轉角或其角速度)進行偵測，并根據(jù)所偵測的轉向器的操舵角或其旋轉速度對應地決定目標轉舵角，且對轉舵角(換句話說，輪胎的方向)進行偵測，并基于所偵測的轉舵角與目標轉舵角之間的偏差而進行反饋(feedback)控制，所述反饋控制對電動馬達輸出脈寬調(diào)制(Pulse-Width Modulation，PWM)脈沖信號或頻率調(diào)制信號等控制信號來變更轉舵角以使所述偏差變小。這種電動液壓動力轉向器中不存在將轉向器與輪胎機械性地連接的機構，無法避免地在操舵角與轉舵角一致之前產(chǎn)生時間上的遲滯，因此，有必要對操舵角與控制信號(PWM脈沖信號中的脈沖寬度或頻率調(diào)制信號中的頻率等)之間的對應進行細微調(diào)整。另外，操舵角與控制信號之間的對應是以電動馬達、泵及氣缸的特性不發(fā)生變化為前提而唯一地決定。

另一方面，作為用于這種電動液壓動力轉向器的泵，迄今為止采用的是相對于液溫變化而特性變化少的活塞泵(piston pump)，但為了實現(xiàn)制造成本的降低而考慮使用更廉價的齒輪泵來代替活塞泵。

現(xiàn)有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本專利特開2007-230460號公報(尤其是段落0040及圖13)

技術實現(xiàn)要素：

[發(fā)明所要解決的問題]

然而，當在這種電動液壓動力轉向器中采用齒輪泵時，存在如下所述的問題。

即，現(xiàn)有的電動液壓動力轉向器的控制是在如上所述般、操舵角與PWM脈沖信號的脈沖寬度的對應是唯一地決定的基礎上進行，且是在操舵角與來自泵的每單位時間的排量也是唯一地決定的前提下進行。但是，若液溫上升，則齒輪泵每轉的工作液排量會降低。因此，在進行現(xiàn)有的控制的情況下，工作液壓及轉舵角相對于操舵角的變化的追隨延遲，可能會產(chǎn)生操作感變差等不良狀況。

本發(fā)明著眼于以上方面，可實現(xiàn)一種不論在采用何種泵的情況下均可抑制轉舵角變化相對于操舵角變化的延遲且不會追加特別構件的操舵系統(tǒng)。

[解決問題的技術手段]

為了解決以上問題，本發(fā)明的線控轉向方式的操舵系統(tǒng)具有如下所述的構成。即，本發(fā)明的線控轉向方式的操舵系統(tǒng)包括：液壓致動器，用以使操舵對象的轉舵角變化；泵，用以對所述液壓致動器供給液壓；電動馬達，使所述泵在正反方向上旋轉而使所述液壓致動器工作；轉向器操舵角傳感器，對轉向器的操舵角進行檢測；轉舵角傳感器，對所述轉舵角進行檢測；以及控制裝置，基于來自所述轉向器操舵角傳感器及所述轉舵角傳感器的信號使所述電動馬達工作，從而控制所述轉舵角使所述轉舵角對應于所述操舵角，且所述控制裝置包括：操舵角接收部，接收來自所述轉向器操舵角傳感器的信號；轉舵角接收部，接收來自所述轉舵角傳感器的信號；偏差確定部，基于所述操舵角接收部及所述轉舵角接收部所接收的信號來依次確定所述操舵角與所述轉舵角之間的偏差；馬達驅動部，在所述偏差確定部所確定的所述偏差減少的方向上對所述電動馬達輸出控制信號以控制所述電動馬達；以及控制修正部，根據(jù)基于所述偏差而導出的所述操舵角的變動與所述轉舵角的變動之間的時滯(time lag)，使所述控制信號在所述時滯變小的方向上變化。

根據(jù)如上所述者，即使在使用齒輪泵而非活塞泵的情況下，通過使控制信號變化，在出現(xiàn)因液溫上升或裝置劣化等引起的工作液排量降低時便增大轉速以維持工作液壓，由此也可抑制所述時滯。

再者，在本發(fā)明中，所謂“操舵對象”是指包括車輛的輪胎、輪子(車輪)或船舶的舵等、所有用以控制行進方向的構件的概念。

[發(fā)明的效果]

根據(jù)本發(fā)明，可實現(xiàn)一種不論在采用何種泵的情況下均可抑制轉舵角變化相對于操舵角變化的延遲且不會追加特別構件的操舵系統(tǒng)。

附圖說明

圖1是表示本發(fā)明的一實施例的操舵系統(tǒng)的概略圖。

圖2是表示本發(fā)明的所述實施例的控制裝置所執(zhí)行的處理的順序的流程圖。

圖3是表示本發(fā)明的所述實施例的操舵角與轉舵角的關系的一例的圖。

具體實施方式

對于本發(fā)明的一實施例，參照圖1～圖3說明如下。

本實施例的線控轉向方式的操舵系統(tǒng)是以叉車為代表的工業(yè)用車輛的電動液壓動力轉向器系統(tǒng)。如圖1所示，所述電動液壓動力轉向器系統(tǒng)包括：液壓致動器6，用以使輪胎7a、輪胎7b的轉舵角θ₂變化；泵5，用以對所述液壓致動器6供給液壓；液壓回路8，用以將工作液自所述泵5供給至所述液壓致動器6；電動馬達4，使所述泵5在正反方向上旋轉而使所述液壓致動器6工作；轉向器操舵角傳感器2，對轉向器1的操舵角θ₁進行檢測；轉舵角傳感器10，對所述轉舵角θ₂進行檢測；以及控制裝置3，基于來自所述轉向器操舵角傳感器2及所述轉舵角傳感器10的信號使所述電動馬達4工作，從而控制所述轉舵角θ₂使得所述轉舵角θ₂對應于所述操舵角θ₁。

更具體來說，所述液壓致動器6與公知的用于這種動力轉向器系統(tǒng)的液壓致動器具有相同的構成，所述構成包括：氣缸6a，其中的氣缸桿(cylinderrod)6b通過接受液壓的供給而進行進退動作；用以使設置于所述氣缸桿6b兩端的輪胎7a、輪胎7b的轉舵角θ₂變化的轉向節(jié)臂(knuckle arm)6c。

本實施例中所述的泵5是公知的作為可進行正反旋轉的齒輪泵。

所述液壓回路8如上所述般將液壓自所述泵5供給至所述液壓致動器6，且與公知的用于這種動力轉向器系統(tǒng)的液壓回路具有相同的構成。

所述電動馬達4的輸出軸連接于所述泵5，并且自未圖示的馬達驅動器接受電力的供給。所述馬達驅動器接受來自控制裝置3的PWM脈沖信號p而使所述電動馬達4及所述泵5在正反方向上旋轉。

所述轉向器操舵角傳感器2及所述轉舵角傳感器10與公知的用于這種動力轉向器系統(tǒng)的轉向器操舵角傳感器及轉舵角傳感器具有相同的構成，因此省略詳細的說明。

于是，本實施例中，控制裝置3分別接收來自所述轉向器操舵角傳感器2的操舵角θ₁及表示其變化速度(轉向器操作的角速度ω)的操舵角信號a及來自所述轉舵角傳感器10的表示轉舵角θ₂的轉舵角信號b，且基于所接收的操舵角信號a及轉舵角信號b來依次確定操舵角θ₁與轉舵角θ₂之間的偏差，并對所述電動馬達4進行反饋控制以減少所述偏差。

更具體來說，所述控制裝置3為具有處理器(processor)、存儲器(memory)、輸入接口(input interface)、輸出接口(output interface)等的微型計算機系統(tǒng)(micro computer system)。

輸入接口接收所述操舵角信號a及所述轉舵角信號b等。

輸出接口對所述直流馬達4(更嚴格來說，連接于所述直流馬達4的馬達驅動器)輸出PWM脈沖信號p，所述PWM脈沖信號p為利用直流電壓V_hi的導通/關斷(ON/OFF)的脈沖信號，而且也為控制信號。

控制裝置3的處理器對預先保存于存儲器的程序進行解譯、執(zhí)行，并對參數(shù)進行運算，由此進行各種控制。

進一步詳述，在存儲器的規(guī)定區(qū)域中存儲有對對應于所述操舵角信號a的操舵角θ₁及對應于所述操舵角θ₁的目標轉舵角建立對應的目標轉舵角映射表(map)、以及對目標轉舵角與對應于所述目標轉舵角的目標電壓建立對應的多個目標電壓映射表，更具體來說為第1目標電壓映射表及第2目標電壓映射表。另外，在存儲器的其他規(guī)定區(qū)域中存儲有反饋控制程序。所述反饋控制程序中，通過處理器的執(zhí)行，將對應于所述操舵角信號a的操舵角θ₁作為參數(shù)而參照第1目標電壓映射表及第2目標電壓映射表的任一者，由此決定目標轉舵角并接收所述轉舵角信號b，依次確定對應于所接收的轉舵角信號b的轉舵角θ₂與所述目標轉舵角之間的偏差，并為了使所述偏差減少而進行PWM控制。此處，關于通過執(zhí)行反饋控制程序而進行的控制，除所參照的對象目標電壓映射表并非一種以外，是利用與現(xiàn)有的這種線控轉向方式的操舵系統(tǒng)中的控制相同的方法來進行。即，本實施例的控制裝置3具備作為權利要求中的操舵角接收部、轉舵角接收部、偏差確定部及馬達驅動部的功能。

此外，本實施例中，在存儲器的另外的其他規(guī)定區(qū)域中存儲有目標電壓映射表決定程序，所述目標電壓映射表決定程序中，通過處理器的執(zhí)行來決定在執(zhí)行反饋控制程序時應參照第1目標電壓映射表及第2目標電壓映射表中的哪一者。利用所述目標電壓映射表決定程序進行的控制如下所述。即，將自操舵角θ₁不再變化的時刻即操舵角信號a所示出的轉向器1旋轉的角速度ω成為0的時刻起、至轉舵角θ₂達到目標轉舵角且對應于轉舵角信號b的轉舵角θ₂的變化速度成為0為止的期間的長度確定為操舵角θ₁的變動與轉舵角θ₂的變動之間的時滯(以下簡稱為時滯T)。此處，轉舵角θ₂的變化速度成為0的判定例如以下方式來進行：在轉向器1的旋轉的角速度ω成為0后，以規(guī)定時間(例如0.1秒)為單位接收并存儲轉舵角信號b，對應于轉舵角信號b的轉舵角θ₂連續(xù)三次成為相同的值。在此基礎上，每當所述時滯T超過規(guī)定的閾值T₀時，進行在第1目標電壓映射表與第2目標電壓映射表之間變更應參照的目標電壓映射表的控制。本實施例中，在參照第2目標電壓映射表的情況下，與參照第1目標電壓映射表的情況相比，對應于同一目標轉舵角的PWM脈沖信號p的占空(duty)比(脈沖寬度)變大。

再者，點火開關自關斷變成導通后的第1次目標轉舵角的決定設為必須參照第1目標電壓映射表來進行。此后，在因油溫上升等而泵5的容積效率降低的情況下，以參照第2目標電壓映射表的方式使電動馬達4及泵5的轉速上升來彌補容積效率的降低。進而，在因外部氣溫急劇降低造成的油溫降低等而泵5的容積效率恢復的情況下，若繼續(xù)參照第2目標電壓映射表，則會產(chǎn)生因電動馬達4及泵5的轉速過高而引起轉舵角θ₂的擺動所造成的時滯T，因此，通過將此時應參照的目標電壓映射表返回至第1目標電壓映射表，由此使電動馬達4及泵5的轉速降低來抑制擺動的產(chǎn)生。即，本實施例的控制裝置3也具備作為權利要求中的控制修正部的功能。

以下，參照作為流程圖的圖2，示出對于通過處理器執(zhí)行所述目標電壓映射表決定程序而進行的控制的順序。

首先，若判定操舵角信號a所示出的轉向器1的旋轉的角速度ω即操舵角θ₁的變化速度已自0以外的值變成0(步驟S1)，則開始時滯T的測定(步驟S2)。然后，若轉舵角θ₂達到目標轉舵角且轉舵角θ₂的變化速度成為0(步驟S3)，則結束時滯T的測定(步驟S4)。而且，當判定時滯T的長度已超過閾值T₀時(步驟S5)，變更應參照的目標電壓映射表(步驟S6)。另一方面，當判定時滯T的長度未超過閾值T₀時(步驟S5)，不變更應參照的目標電壓映射表(步驟S7)。

即，根據(jù)本實施例，例如在泵5的劣化小而油溫未大幅上升的期間，即使參照第1目標電壓映射表來決定目標電壓V_a1，如圖3(a)所示，操舵角θ₁的變化與對應于轉舵角信號b的實際轉舵角θ₂的變化之間的時滯T也小，因此參照第1目標電壓映射表來決定PWM脈沖信號p的占空比(脈沖寬度)。另一方面，在泵5的劣化變大后或者油溫大幅上升后，若參照第1目標電壓映射表來決定目標電壓V_a1，則如圖3(b)所示，操舵角θ₁的變化與對應于轉舵角信號b的實際轉舵角θ₂的變化之間的時滯T變大，但本實施例中，在這種情況下參照第2目標電壓映射表來決定目標電壓V_a2及PWM脈沖信號p的占空比(脈沖寬度)，因此，如圖3(c)所示，操舵角θ₁的變化與對應于轉舵角信號b的實際轉舵角θ₂的變化之間的時滯T可保持為較小。因此，即使在泵5使用齒輪泵的情況下，當存在因液溫的上升或裝置的劣化等引起的工作液排量的降低時，通過使PWM脈沖信號p的占空比(脈沖寬度)增大來提高轉速以維持工作液壓，由此也可抑制轉舵角θ₂的變化相對于操舵角θ₁的變化的延遲(時滯T)。即，可采用齒輪泵來代替活塞泵以實現(xiàn)制造成本的降低。

再者，本實施例并不限于上述實施例。

例如，作為用以確定操舵角的變動與轉舵角的變動之間的時滯的其他形態(tài)，可考慮如下所述者。即，也考慮依次將所檢測的對應于操舵角信號a的操舵角θ₁及對應于轉舵角信號b的轉舵角θ₂與時刻建立關聯(lián)，而存儲于被保全于存儲器的規(guī)定區(qū)域中的歷程存儲部，并通過參照歷程存儲部來確定與目前的轉舵角θ₂具有同一值的目標轉舵角所對應的時刻，將該時刻與目前時刻的差確定為所述時滯。在采用所述形態(tài)的情況下，也可設為每當所述時滯超過規(guī)定的閾值時變更應參照的目標電壓映射表。

另外，在所述實施例中，是將兩個目標電壓映射表存儲于存儲器的規(guī)定區(qū)域，且在操舵角的變動與轉舵角的變動之間的時滯超過規(guī)定的閾值的情況下變更應參照的目標電壓映射表，但也可考慮將三個目標電壓映射表存儲于存儲器的規(guī)定區(qū)域，并進行如以下般的控制。即，對于同一操舵角，也可以用與參照第1目標電壓映射表的情況相比參照第2目標電壓映射表的情況下的輸出電壓變大、且與參照第2目標電壓映射表的情況相比參照第3目標電壓映射表的情況下的輸出電壓變大的方式設置，當所述時滯超過閾值時，在所述時滯的原因不為轉舵角的擺動的情況下，將應參照的目標電壓映射表自第1目標電壓映射表變更為第2目標電壓映射表或者自第2目標電壓映射表變更為第3目標電壓映射表，另一方面，在所述時滯的原因為轉舵角的擺動的情況下，將應參照的目標電壓映射表自第3目標電壓映射表變更為第2目標電壓映射表或者自第2目標電壓映射表變更為第1目標電壓映射表。

進而，也可采用基于將操舵角、目標轉舵角與實際的轉舵角之間的偏差以及操舵角的變動與轉舵角的變動之間的時滯作為參數(shù)的數(shù)式來計算每次對電動馬達的輸出電壓的形態(tài)。

此外，在所述實施例中，自轉向器操舵角傳感器輸出的操舵角信號也示出了操舵角的變化速度(轉向器操作的角速度)，但當然也可設為以規(guī)定時間為單位自轉向器操舵角傳感器輸出僅示出操舵角的信號，并依次存儲輸出信號所示出的操舵角，且通過所存儲的操舵角在規(guī)定期間之間未發(fā)生變化來判定轉向器的旋轉的角速度成為0。

而且，在所述實施例中，通過對電動馬達輸出PWM控制信號來控制電動馬達的輸出，但當然也可在利用頻率控制來控制電動馬達的輸出的線控轉向方式的操舵系統(tǒng)等并非利用PWM控制來控制電動馬達的線控轉向方式的操舵系統(tǒng)中應用本發(fā)明。

此外，不僅在車輛的轉向器(輪胎、輪子等)的控制中，也可在以船舶的舵為代表的其他操舵對象的控制中使用本發(fā)明的操舵系統(tǒng)等，從而在不損害的本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)進行各種變更。

[產(chǎn)業(yè)上的利用可能性]

根據(jù)本發(fā)明，可提供一種不論在采用何種泵的情況下均可抑制轉舵角的變化相對于操舵角的變化的延遲且不會追加特別的構件的操舵系統(tǒng)。

[符號的說明]

2：轉向器操舵角傳感器

3：控制裝置

4：電動馬達

5：泵

6：液壓致動器

10：轉舵角傳感器