JP2006096310A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ハンドルの操舵を検出し、電気エネルギーによって電気モータを駆動し操舵輪を傾転するフォークリフト等の産業車両に適した電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】 電動パワーステアリング装置は、ハンドルの回転をハンドル角検出手段により検出して制御手段に送信し、そのハンドル角に応じた電気エネルギーを制御手段より操舵駆動手段に与えて操舵輪を傾転させるとともに、その舵角を舵角検出手段で検出して制御手段に送信する。この電動パワーステアリング装置は、ハンドル角検出手段、制御手段、操舵駆動手段、舵角検出手段のいずれかの電気装置が故障した時に、ハンドルの回転を操舵駆動手段に与えて操舵輪を傾転させる機械的な連結手段を有している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、フォークリフト等の産業車両に適する電動パワーステアリング装置に関する。

従来、フォークリフト等の産業車両に適するステアリング装置として電動パワーステアリング装置が用いられており、特に、フォークリフトではリフト等の作業機の操作と、車両の方向の制御とを同時に行うことがあり、その操作を容易にし、且つ少ない部品構成で車両の方向制御ができるものとしてハンドルと操舵輪とを機械的に連結していない全電気式の操舵制御装置が用いられている。
全電気式操舵制御装置は、ハンドルに操作されたハンドル角を検出する角度センサが、また、操舵輪にはこの操舵輪のタイヤ角を変更するための駆動源となる電気モータが付設されている。そして、角度センサおよび電気モータは、操舵全体を制御する電子制御コントローラに接続されており、電子制御コントローラは、角度センサからの出力に基づいて電気モータを駆動し、操舵輪のタイヤ角を変更している。このように、全電気式操舵制御装置は、ハンドルと操舵輪とが機械的リンクにより接続されておらず、電気エネルギーを用いてハンドルの操作により操舵輪を傾転している。

この全電気式操舵制御装置の一例としては特許文献１が提案されている。特許文献１では、ハンドルの回転により直接的又は機械的リンクを介して間接的に回転する回転部と、回転部の回転を検出することによってハンドルのハンドル角を検出するハンドル角検出手段と、電気エネルギーによって駆動するアクチュエータを用いて操舵輪のタイヤ角を変更するタイヤ角変更手段と、ハンドル角検出手段の検出結果に基づいて、操舵制御手段と、操舵輪がタイヤエンドにまで操舵されたときに、ハンドルの回転を停止させるハンドル回転停止手段とを備えている。
また、ハンドル回転停止手段が回転部に形成された当接部と、操舵輪がタイヤエンドに達したときに当接部と当接するように固定的に設けられた被当接部とよりなっている。

これにより、ハンドルが回転されて操舵輪がタイヤエンドに達したときに、ハンドル回転停止手段によってハンドルの回転が強制的に停止される。このため、操舵輪がタイヤエンドに達した後もハンドルが回転され続けるようなことはなく、操舵輪のタイヤ角とハンドルのハンドル角との関係は常に一定に維持される。この結果、運転者は、ハンドルのハンドル角から操舵輪のタイヤ角を明確に認識することができ、運転操作を行いやすくすることができる。
また、ハンドル回転停止手段が非常に簡素な機械的機構によって構築することができ、低コストで信頼性の高い装置を構築することができる。また、当接部と被当接部という純機械的機構によってハンドル回転停止手段が構築されるので、メンテナンスも簡単で長期使用に耐えることができる。

特開２０００−３５１３７９号公報

しかしながら、特許文献１に記載するところの従来の全電気式操舵制御装置では、ハンドルと操舵輪とが機械的リンクにより接続されておらず、電気エネルギーを用いてハンドルの操作により操舵輪を傾転している。このため、ハンドルに付設されているハンドル角検出手段、電気エネルギーによって操舵輪のタイヤ角を変更するタイヤ角変更手段、および、ハンドル角検出手段の検出結果に基づいてタイヤ角変更手段の作動を制御する操舵制御手段のいずれかの電気装置が故障すると、ハンドルを回転してもタイヤ角が作動せず、車両の方向制御である操舵が不能になる。
また、産業車両のハンドルに付設されるノブの位置が、機械的リンクにより接続されていないため、操舵輪の位置に対して一定せず、不定となるので操舵がし難くなるという問題が生ずる。

本発明は上記の問題点に着目してなされたもので、電動パワーステアリング装置に係り、特に、ハンドルの操舵を検出し、電気エネルギーによって電気モータを駆動し操舵輪を傾転するフォークリフト等の産業車両に適した電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、第１発明は、ハンドルの回転をハンドル角検出手段により検出して制御手段に送信し、そのハンドル角に応じた電気エネルギーを制御手段より操舵駆動手段に与えて操舵輪を傾転させるとともに、その舵角を舵角検出手段で検出して制御手段に送信する電動パワーステアリング装置であって、ハンドル角検出手段、制御手段、操舵駆動手段、舵角検出手段のいずれかの電気装置が故障した時に、ハンドルの回転を操舵駆動手段に与えて操舵輪を傾転させる機械的な連結手段を有してなることを特徴としている。

第２発明は、電気装置が故障した時に、ハンドルの回転を機械的な連結手段により操舵駆動手段に与えて操舵輪を傾転させるように運転者に警報を出力する警報装置を有してなることを特徴としている。

第３発明は、機械的な連結手段が、ハンドルに連結されている駆動部と、操舵駆動手段に連結されている被駆動部とが遊び角を有して連結されてなることを特徴としている。

第４発明は、電気装置の故障時に、ハンドルの回転が機械的な連結手段の遊び角を超えて回転したときに駆動部が被駆動部に当接して操舵輪を操舵させてなることを特徴としている。

第５発明は、機械的な連結手段が、ハンドルに連結されている油圧ポンプと、操舵駆動手段に連結されている油圧モータと、故障時に作動して油圧ポンプの圧油を高めて油圧モータに与えて操舵輪を操舵させる圧力制御弁とよりなることを特徴としている。

第1発明によると、ハンドル角検出手段、制御手段、操舵駆動手段、舵角検出手段の少なくとも１個あるいは複数個の電気装置が故障した時には、機械的な連結手段がハンドルの回転操作を操舵駆動手段に与えて操舵輪を傾転させることができ、操舵不能が生ずることがなくなり、運転性が良くなるとともに、安全性が向上する。

第２発明によると、ハンドル角検出手段、制御手段、操舵駆動手段、舵角検出手段の少なくとも１個あるいは複数個の電気装置が故障した時には、警報装置が作動して警報を発する。運転者は、警報により電動パワーステアリング装置に異常が生じたこと、および、ハンドルを正常時よりも大きい角度、操舵力で回転する必要が生じたことを知る。運転者は、正常時よりも大きい角度、操舵力で回転することにより、故障時でも車両を操舵することが可能になり、安全性が向上する。

第３発明によると、機械的な連結手段は、ハンドルに連結されている駆動部と、操舵駆動手段に連結されている被駆動部とが遊び角を有して連結されている。遊び角は、ハンドルの回転開始から生ずるハンドル側回転角と、このハンドル操作による操舵輪の操舵輪側舵角との遅れによる生ずる差角の内、最大中立ずれ角度等を考慮して設定されている。
このため、電気装置が正常のときには、ハンドルの回転は電気エネルギーで操舵駆動手段に伝達されている。ハンドルの回転による機械的な連結手段の駆動部は遊び角で吸収されるため、ハンドルの回転は機械的な連結手段を経て操舵駆動手段に伝達されることはない。このため、ハンドルを回転操作しても操舵輪が揺れるあるいは小さい振幅で揺動する等の作動がなくなり、また、操舵力も従来の全電気式操舵制御装置と同様に軽減でき操舵性が向上する。

第４発明によると、機械的な連結手段は、電気装置の故障した時に、ハンドルが遊び角を超えて回転することにより、ハンドル側の駆動部がタイヤ側の被駆動部に当接して操舵輪を傾転させることができ、電気装置が故障してもハンドルで容易に操舵輪を傾転することができ、安全性が向上している。

第５発明によると、機械的な連結手段は、油圧ポンプがハンドルにより駆動されて圧油を油圧モータに送給し、油圧モータがその圧油を受けて回転トルクを生じて操舵駆動手段を作動し、操舵輪を傾転する。油圧ポンプと油圧モータとの間は配管により接続できるため、ハンドルと操舵駆動手段とは設置場所に関係なく容易に連結できる。
また、油圧ポンプは、電気装置が故障した異常時には圧力制御弁により油圧ポンプの圧油を高めて油圧モータに与えて回転トルクを生じさせる。このように、異常時にはハンドルの回転操作が流体結合により操舵駆動手段に伝達され、操舵輪を傾転させる。正常時には圧力制御弁を低圧にして油圧ポンプを空回りさせて中立ずれ角度を吸収するとともに、ハンドルの回転操作を電気エネルギーにより操舵駆動手段を作動させて操舵輪を傾転する。上記により、流体結合は簡単な構成で操舵輪を傾転することができる。
また、ハンドルの中立時には、ハンドルを回動しない程度に圧油を油圧ポンプに作用させることにより、ハンドルが回転することがなくなり、ハンドルと操舵輪の舵角とを一致させることができ、操作性が向上する。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施形態について図面を参照して
説明する。
図１は、本発明の実施例１に係る電動パワーステアリング装置の斜視図である。
図２は、本発明の実施例１に係る電動パワーステアリング装置のシステム概略図である。
図３は、本発明の実施例１に係る電動パワーステアリング装置の機械的連結部の側面図である。
図４は、図３のＡ−Ａ断面図である。
図５は、本発明の実施例１に係る電動パワーステアリング装置の制御タイムラグによるずれを説明する図である。
図６は、本発明の実施例１に係る電動パワーステアリング装置のセンサの電気特性によるずれを説明する図である。
図７は、本発明の実施例１に係る電動パワーステアリング装置の他のセンサの電気特性によるずれを説明する図である。
図８は、本発明の実施例１に係る電動パワーステアリング装置の機械的連結部の作動を説明する図である。
図９は、図８の機械的結合部の他の作動状態を説明する図である。
図１０は、本発明の実施例１に係る電動パワーステアリング装置の他の態様の機械的連結部の側面図である。
図１１は、図１０のＢ−Ｂ断面図である。

図１、図２に示すように、産業車両の一つである図示しないフォークリフトには、車両の旋回方向、即ち、車両の操舵を制御する電動パワーステアリング装置１（以下、ステアリング装置１という）が設けられている。ステアリング装置１は、主に、ハンドル３と、ハンドル角検出センサ５と、操舵駆動部７と、操舵輪部９と、舵角検出センサ１１と、制御部１３と、警報装置１５、機械的連結部１７とから構成されている。
ハンドル３は、運転者によって操作されており、その操作により車両の旋回方向を制御し、車両の操舵が行われる。ハンドル３には、ノブ３ａが回転自在に付設されており、運転者はノブ３ａを把持して回転することによりハンドル３を回すことができるため、一方の手で図示しないフォークリフトの作業機の操作レバーを、他方の手でノブ３ａを把持して同時に操作できる。これにより、フォークリフトは、作業機の作動と、車両の旋回方向の制御とを同時に行うことができて、操作性を向上している。

ハンドル角検出センサ５は、ポテンショメータあるいはエンコーダにより形成されており、詳細は後述する機械的連結部１７を構成する駆動側歯車１９に付設あるいは近傍に配設されている。本実施例では、駆動側歯車１９は、ハンドル３に固着されたハンドル用歯車３ｂに噛み合うチェーン２１を介してハンドル３の回転を受けて時計方向あるいは反時計方向の両方向に回転する。
ハンドル角検出センサ５は、駆動側歯車１９の回転方向と回転角を検出して、回転角に対してほぼ1次直線よりなる比例電圧を制御部１３に送信している。なお、ハンドル角検出センサ５は駆動側歯車１９の回転を検出したが、ハンドル３の回転を直接検出しても良い。また、駆動側歯車１９は、チェ−ン２１を介して回転を受けたが、ハンドル用歯車３ｂに直接噛み合せても良い。さらに、歯車を用いずハンドル３の回転軸と駆動側歯車１９の回転軸を同一の軸としてもよい。

操舵駆動部７は、電動モータ２３、減速機２５、駆動側旋回ギヤ２７等により形成されており、電動モータ２３は制御部１３に接続するとともに、出力軸が減速機２５に連結している。減速機２５は電動モータ２３の回転を受けて駆動側旋回ギヤ２７に伝達している。駆動側旋回ギヤ２７は操舵輪部９に噛み合っており電動モータ２３の回転を伝達している。
電動モータ２３は制御部１３からハンドル３の回転角および回転方向に合わせた指令を受けて回転し、減速機２５および駆動側旋回ギヤ２７を経て操舵輪部９をハンドル３の回転角および回転方向に合わせて傾転させ、車両を操舵している。なお、電動モータ２３は、その出力歯車を直接操舵輪部９に噛み合せて制御部１３からの指令に合った回転方向および回転角を伝達しても良い。

操舵輪部９は、操舵輪３１と、被駆動側旋回ギヤ３３と、支持ブラケット３５等により形成されており、操舵輪３１は支持ブラケット３５に回転自在に支持されるとともに、平面視で支持ブラケット３５の左右方向の傾動により操舵輪３１を傾転して車両を操舵している。被駆動側旋回ギヤ３３は支持ブラケット３５に固着されるとともに駆動側旋回ギヤ２７に噛み合っており、電動モータ２３の回転を駆動側旋回ギヤ２７から受けて支持ブラケット３５を平面視で左右方向に傾動している。
舵角検出センサ１１は、ハンドル角検出センサ５と同様に、ポテンショメータあるいはエンコーダにより形成されており、本実施例では、被駆動側旋回ギヤ３３に付設されている。舵角検出センサ１１は、操舵輪３１の平面視で左右方向に傾転する舵角を被駆動側旋回ギヤ３３より検出し、舵角に対してほぼ1次直線よりなる比例電圧を制御部１３に送信している。

制御部１３は、ＣＰＵ、モータ駆動回路、センサ信号入力回路等により形成されており、ハンドル角検出センサ５と、舵角検出センサ１１と、電動モータ２３と、警報装置１５に接続されている。また、制御部１３は、電源のバッテリ３５に接続されている。この制御部１３は、ハンドル角検出センサ５からハンドル３の回転方向および回転角の比例電圧を受けて、その比例電圧に応じた指令値を電動モータ２３に出力している。
制御部１３は、電動モータ２３の回転により傾転した操舵輪３１の舵角を舵角検出センサ１１より受けて、指令値と比較して異常の有無を検出し、異常が生じたときには警報装置１５に指令を出力している。このように制御部１３は、ハンドル角検出センサ５と、舵角検出センサ１１と、電動モータ２３の電気装置に異常が生じたか、否かの検出もしている。

例えば、制御部１３は、ハンドル角検出センサ５と舵角検出センサ１１との短絡・開放等によりセンサの出力電圧が高すぎたり、あるいは、低すぎたりしたときにはセンサに異常が生じたものと判断している。
また、電動モータ２３が指令電流値に対して制御通りに回転していない場合には舵角検出センサ１１の信号を受けて指令値と比較し、一致していない場合には同様に異常が生じたものとして判断している。更に、制御部１３は、制御部自身が内部プログラムの暴走等の想定される故障要因に対してセルフチェック回路や監視プログラムを作動させることにより、自身の故障を監視して故障が生じたときには警報装置１５に指令を出力している。
また、制御部１３は、故障と判定した場合には、再起動および／または電源遮断操作を行ない、制御不能な過電流が発生した場合には電源ヒューズにより電源を強制遮断する。

警報装置１５は、警告灯、警報ブザー、表示装置等のいずれか、および、その組み合わせより形成されており、制御部１３からの指令により作動して運転者にステアリング装置１に異常が生じたことを知らせている。
運転者は、警報装置１５からの警報を受けて、ステアリング装置１に異常が生じたことを知り、ハンドル３を正常の回転角以上に回転し、後述する機械的連結部１７を介して操舵輪部９を作動させる。これにより、操舵輪３１がハンドル３の回転角および回転方向に合わせて傾転して車両を操舵し、非常事態に対処可能にしている。

図１において、機械的連結部１７は、一端がハンドル３に、他端が操舵輪部９に機械的結合を介して連結し、ステアリング装置１に異常が生じたときにハンドル３の回転を操舵輪部９に伝達し、操舵輪３１に舵角を与えて、車両を操舵している。
機械的連結部１７の機械的連結は、ワイヤ若しくは自在継手により連結されたシャフトを用いた機械的リンク、あるいは、油圧ポンプおよびその圧油により作動するアクチュエータ若しくは空圧等の流体的結合により構成されている。

図１、図３、図４において、本発明の実施例１に係る電動パワーステアリング装置の機械的連結部１７は、ハンドル側駆動部３７と、操舵輪側被駆動部３９と、両者を接続するカップリング部４１とから形成されている。ハンドル側駆動部３７は、前記のハンドル用歯車３ｂに噛み合うチェーン２１と、チェーン２１に噛みあい、カップリング部４１を構成する駆動側歯車１９とから形成されている。カップリング部４１は、駆動側歯車１９と後述するカップリングケース４５から形成されている。
図３の側面図、および図４（図３に示すＡ−Ａ断面図）において、駆動側歯車１９は、チェーン２１と噛み合う歯車部１９ａと、歯車部１９ａに接続し、かつ、歯車部１９ａより小径で薄い平板形状の平板部１９ｂとから形成されている。この駆動側歯車１９は図示しない軸受等により回転自在に保持されている。

操舵輪側被駆動部３９は、カップリングケース４５とリンク４７とで形成されており、カップリングケース４５は駆動側歯車１９とでカップリング部４１を構成している。リンク４７は一端がカップリングケース４５に、他端が駆動側旋回ギヤ２７を駆動する減速機２５の歯車２５ａ（図１に示す）に接続されている。リンク４７は、ワイヤあるいは自在継手により屈曲自在のシャフトを用いた機械的リンクで形成されている。
図３、図４において、カップリングケース４５は、外形が円柱で内部に穴４５ａが形成されており、穴４５ａには図４で示す水平線（Ｘ）上に一対の三角形状の突起部４５ｂが設けられている。穴４５ａには駆動側歯車１９の平板部１９ｂが挿入されており、平板部１９ｂは穴４５ａ内で所定角度ＩＡだけ突起部４５ｂに当接することなく回動自在にされている。この所定角度ＩＡは、詳細は後述する許容差動角ＩＡ（以下、遊び角ＩＡという）として形成されている。

カップリング部４１は、図示上側の駆動側歯車１９の平板部１９ｂがハンドル３の回転に合わせてチェーン２１で回転されるとともに、図示下側のカップリングケース４５がハンドル３の回転に合わせた制御部１３からの指令により回転する電動モータ２３により同方向に回転している。
即ち、カップリング部４１は、前記電気装置の正常時には、駆動側歯車１９の平板部１９ｂと、カップリングケース４５とが遊び角ＩＡ内で隙間を有し、当接することなく同方向に回転している。上記において、カップリングケース４５の初期回転速度は、駆動側歯車１９の平板部１９ｂの初期回転速度よりも大きく設定されているため、電気装置の正常時には平板部１９ｂが遅く回転を始めるカップリングケース４５に当接することなく同方向に回転する。このとき、ハンドル３からの回転により回転する平板部１９ｂと、電動モータ２３から減速機２５を介して回転するカップリングケース４５とが、同じ回転数となるように設定されている。

また、カップリング部４１は、前記電気装置が異常時に、当初駆動側歯車１９の平板部１９ｂがハンドル３の回転に伴い回転するが、カップリングケース４５は前記電気装置のいずれかの故障で制御部１３が電動モータ２３に停止指令を出力しているため、回転しないで同位置に留まっている。
このため、ハンドル３が前記の遊び角(１/２)ＩＡ以上回転すると、駆動側歯車１９の平板部１９ｂがカップリングケース４５の突起部４５ｂに当接して共に回転し、ハンドル３の回転がカップリング部４１を介して操舵輪部９に伝達され、操舵輪３１に舵角を与えている。これにより、前記電気装置に異常が生じてもハンドル３の回転により、カップリング部４１を経て操舵輪３１に舵角を与えて車両を操舵できる。

次に、カップリング部４１が有する遊び角ＩＡの設定の仕方について説明する。遊び角ＩＡを必要とする要因としては、主に
１．制御タイムラグによるずれ、
２．センサの電気特性によるずれ、
の２つが挙げられる。

１．制御タイムラグによるずれ角度
運転者がハンドル３を回転し始めて(開始点ｔ_０)から、そのハンドル３の回転し始めたことをハンドル角検出センサ５で検出し、更に、制御部１３が検出を受信し電動モータ２３に電流を流し、操舵輪３１が傾転するまでにタイムラグを生ずる。タイムラグが生ずると図８に示すように、駆動側歯車１９の平板部１９ｂとカップリングケース４５との間に中立ズレ角θnが生ずる。
この中立ズレ角θnにおいて、運転者が回し得る最大ハンドル回転速度・加速度を設定し、このときのハンドル３が回転し始めてから操舵輪３１の回転速度がハンドル３の回転速度と同じ速度に達するまでの中立ズレ角を最大中立ズレ角θmaxとし、これをカップリング部４１の遊び角ＩＡの一部として確保する必要がある。

この関係を図５で示し、横軸に経過時間(ｔ)を、縦軸にハンドル３の回転角および操舵輪３１の舵角を示す。実線(Ｈ)は、ハンドル３の回転角を示し、開始点ｔ_０から回転を始め、暫時増加して経過時間ｔ_ｍで最大となっている。
また、一点鎖線(Ｓ)は、操舵輪３１の舵角を示し、時間ｔ_１から操舵輪３１が傾転を始め、暫時増加してハンドル３の回転角に追いつき、時間ｔ_ｍでハンドル３の回転角と操舵輪３１の舵角とが一致する。この途中の時間ｔ_２で、ハンドル３の回転角と操舵輪３１の舵角との最大差角である最大中立ズレ角θmaxが生ずる。

上記の最大中立ズレ角θmaxは、制御部１３の応答速度、電動モータ２３の起動特性、ハンドル３の最大回転速度の設定速度等により変わってくる。
この最大中立ズレ角θmaxは、以下の数式で求められる。
θmax＝ｆ(ｔ_２)−ｈ(ｔ_２−ｔ_１)
ここで、ｆ(ｔ)：ハンドル３の回転特性
ｈ(ｔ)：操舵輪３１の起動特性

前記において、例えば、
・ハンドル３の回転角加速度 ： ａ_１＝ ５０ rpm/sec^２ (５０回転／秒^２)
・操舵輪３１の舵角加速度 ： ａ_２＝１２５ rpm/sec^２(１２５回転／秒^２)
・ハンドル３が回転を始め、制御部１３が回転を検出して操舵輪３１が傾転を
始めるまでの時間 ： ｔ_１＝３０ milli・second(３０ミリ秒)
・操舵輪３１が傾転を始め、ハンドル３の設定最大回転速度に追いつくまでの 時間： ｔ_２＝５０ milli・second(５０ミリ秒)
とすると、
最大中立ズレ角θmaxは、
θmax＝ｆ(ｔ_２)−ｈ(ｔ_２−ｔ_１)
＝(１/２) × ａ_１ × ｔ_２ ^２−(１/２) × ａ_２ × (ｔ_２−ｔ_１)^２
＝０．０６２５−０．０２５
＝０．０３７５ｒｐｍ(回転)
＝１３．５°
となり、遊び角ＩＡとしては最大中立ズレ角θmax＝±１３．５度以上が必要である。

２．センサの電気的特性のずれ角度
ステアバイワイヤシステムの制御方式のうち、ハンドル３のハンドル角検出センサ５と、操舵輪３１の舵角検出センサ１１との双方の出力を比較して舵角位置を制御する方式の場合に理想出力特性より実際の電気出力がずれる場合がある。
（１）図６はポテンショメータを用いた例を示している。
ハンドル角検出センサ５と舵角検出センサ１１を共にポテンショメータにし、その出力同士を比較する方式の場合には双方の電気特性（特に直線性）のバラツキや経時変化の違いにより、理想出力特性より実際の電気出力がずれる場合がある。
制御部１３は、センサの電気出力値で位置を判定するため、結果としてハンドル３と操舵輪３１との間に図６に示すグラフのように角度差（中立ズレθｐ）が生ずる。

図６は、横軸にハンドル３の回転角および操舵輪３の舵角を、縦軸にハンドル角検出センサ５と舵角検出センサ１１の出力電圧を示している。図６において、点線（Ｂ）は理想出力特性を、実線（Ｈｎ）はハンドル角検出センサ５の特性を、一点鎖線（Ｓｎ）は舵角検出センサ１１の特性を示し、ハンドル角検出センサ５と舵角検出センサ１１との間に角度差（中立ズレθｐ）が生ずる。

（２）図７はエンコーダを用いた例を示している。
ハンドル角検出センサ５にエンコーダを、また、舵角検出センサ１１にポテンショメータを用いた場合を示している。エンコーダを採用した場合には、最大エンコーダ分解能の角度分を含めて角度差（中立ズレθｃ）が生ずる可能性がある。

いずれの場合も、精度、分解能、出力特性のバラツキ幅等、センサの仕様から最も大きいワーストケースにて想定しうる角度分だけを遊び角ＩＡの一部として確保する。
以上より、主に上記２点からカップリング部４１の遊び角ＩＡを決定しているが、更に、実際のずれ幅の変動要因として組み立て時のバラツキなど他の要因もあるため、実際の遊び角ＩＡは前記主な２点で必要となる中立ずれ角度より広げて設定している。

次に、上記構成のステアリング装置１の作動について説明する。
運転者がハンドル３に付設してあるノブ３ａを把持して、例えば、ハンドル３を右回転の時計方向に回転すると、ハンドル３に固着されているハンドル用歯車３ｂも同方向に回転する。
ハンドル用歯車３ｂはチェーン２１を介して駆動側歯車１９を右方向に回転させるとこれに伴って、カップリング部４１に挿入されている駆動側歯車１９の平板部１９ｂも右回転し、図４に示すカップリングケース４５の突起部４５ｂの水平線（Ｘ）に対して平板部１９ｂの垂直線（Ｙ）が９０度にある位置から図８に示す位置に右回転する。図８の状態では、カップリングケース４５が停止している状態で、平板部１９ｂが右回転しており、中立ズレ角θｎが生じている。

駆動側歯車１９に付設されているハンドル角検出センサ５が駆動側歯車１９の右回転およびその回転角度αを検出し、その右回転の回転信号とハンドル３の回転角度信号を制御部１３に送信する。
制御部１３は、その信号を受けて、ハンドル３の右回転およびその回転角度αに応じた指令値を電動モータ２３に出力する。電動モータ２３は、制御部１３の指令に基づいて所定量だけ右回転し、減速機２５および駆動側旋回ギヤ２７を介して操舵輪部９を右回転させる。操舵輪部９は、被駆動側旋回ギヤ３３を経てハンドル３の回転角度αおよび右回転に合わせて操舵輪３１を傾転させ、車両を操舵する。

このとき、前記のように右回転する駆動側旋回ギヤ２７に連結される歯車２５ａは、連結されているリンク４７を介してカップリングケース４５を右回転させる。これにより、カップリング部４１では、カップリングケース４５が駆動側歯車１９の平板部１９ｂの右回転よりも遅れて右回転を始める（図５の時間ｔ_１）とともに、その回転速度を平板部１９ｂよりも速く回転している。
カップリングケース４５は、平板部１９ｂの右回転に追従して右回転し、図９に示すように、中立ずれ角θｎがなくなり、回転した位置で突起部４５ｂの水平線（Ｘ）に対して平板部１９ｂの垂直線（Ｙ）が９０度にある位置になるようにしている。このように、カップリングケース４５と平板部１９ｂとは、当接することなく、遊び角ＩＡ内で隙間を変更しながら回転している。これにより、ステアリング装置１が正常時には、ハンドル３の回転は、カップリング部４１における回転トルクの伝達はなく、電動モータ２３の回転トルクにより操舵輪３１を傾転させて、車両を操舵している。

上記において、この操舵輪３１の傾転は、被駆動側旋回ギヤ３３に付設されている舵角検出センサ１１により検出されて制御部１３に送信されている。制御部１３は、電動モータ２３に出力した指令値と、舵角検出センサ１１から送信された検出値とを比較して、所定値以内にあるときにはステアリング装置１は正常に機能していると判断している。
このとき、所定値以内にないときには、制御部１３はステアリング装置１に異常が生じたと判断して警報装置１５に指令を出力するとともに、電動モータ２３への回転指令を停止する。警報装置１５は、指令により作動して、警報を発して運転者に知らせる。

運転者は警報装置１５の警報を受けて、ステアリング装置１に異常が生じたことを知り、ハンドル３を正常の回転角以上に右回転する。これにより、駆動側歯車１９の平板部１９ｂは遊び角ＩＡ以上に回転し、平板部１９ｂとカップリングケース４５の突起部４５ｂとを当接させる。
更に、ハンドル３を右回転させると、ハンドル３の回転は機械的連結部１７であるカップリング４１を介して操舵輪部９を作動させる。これに伴って、操舵輪３１がハンドル３の回転角度および右回転方向に合わせて右側に傾転して車両を操舵できる。このように運転者はカップリング部４１を経てハンドル３の回転トルクを操舵輪部９に伝達して操舵輪３１を傾転させることにより非常事態に対処可能にしている。

また、ハンドル３を操作あるいは車両を始動したときなどに、例えばハンドル角検出センサ５が故障して高い電圧を出力すると、制御部１３はその出力信号を受け、正常の出力信号と比較してハンドル角検出センサ５に異常が生じたと判断する。この場合に、制御部１３は電動モータ２３に対して始動開始の指令信号を中止するとともに、警報装置１５に警報を発するように指令信号を出力する。
これにより、運転者は前記と同様な処置を施し、車両を操舵する。この処置は、制御部１３、舵角検出センサ１１あるいは電動モータ２３の電気装置に異常が生じても同様に行われる。
なお、上記では右回転で説明したが、左回転も同様に作動する。

次に、図１０、図１１を用いて、本発明の実施例１に係る電動パワーステアリング装置の他の態様の機械的連結部について説明する。カップリング部４１Ａは実施例１の他の態様の機械的連結部である。図１１は、図１０のＢ−Ｂの断面図である。カップリング部４１Ａは、駆動側歯車１９Ａとカップリングケース４５Ａから形成されている。
駆動側歯車１９Ａは、チェーン２１と噛み合う歯車部１９ａと、歯車部１９ａに接続し、かつ、歯車部１９ａと同芯の小径１９ｄを有するとともに、その小径１９ｄの両側に繋がる一対の薄い平板形状の平板部１９ｅとから形成されている。この駆動側歯車１９Ａは図示しない軸受等により回転自在に保持されている。

カップリングケース４５Ａは、外形が円柱で内部に穴４５ｄが形成されており、穴４５ｄには図１１で示す垂直線（Ｙ）上に一対の扇方形状の突起部４５ｅが設けられている。穴４５ｄには駆動側歯車１９Ａの小径１９ｄおよび平板部１９ｅとが挿入されており、平板部１９ｅは、前記実施例と同様に、穴４５ｄ内で遊び角ＩＡだけ突起部４５ｅに当接することなく回動自在にされている。
作動については前記実施例と同様なため、詳細の説明は省略する。

次に、本発明の実施例２に係る電動パワーステアリング装置１Ａについて図面を用いて説明する。
図１２は、本発明の実施例２に係る電動パワーステアリング装置の回路図である。
機械的連結部１７は、実施例１のステアリング装置１では機械的リンクを用いたが、実施例２のステアリング装置１Ａでは流体結合５１を用いている。
図１２において、流体結合５１は、油圧ポンプ５３と、油圧モータ５５と、第１配管５７と、第２配管５９と、第１電磁圧力制御弁６１と，第２電磁圧力制御弁６３と、第１吸込み弁６５と、第２吸込み弁６７等により形成されている。

油圧ポンプ５３は、駆動側歯車１９’に接続されており、ハンドル３の回転をチェーン２１、駆動側歯車１９’を経て受けて駆動されており、ステアリング装置１Ａの異常時にはハンドル３の操作により圧油を生じている。油圧モータ５５は、駆動側旋回ギヤ２７に接続されており、油圧ポンプ５３の圧油を受けて回転トルクを生じ、駆動側旋回ギヤ２７を駆動する。
第１配管５７と第２配管５９は、油圧ポンプ５３と油圧モータ５５とを接続している。第１電磁圧力制御弁６１と第２電磁圧力制御弁６３は、第１配管５７と第２配管５９との間に配設されており、ステアリング装置１Ａの異常時に、制御部１３からの指令を受けて作動し、油圧ポンプ５３の吐出油を調圧して圧油とし、油圧モータ５５に供給し回転トルクを生じさせ、駆動側旋回ギヤ２７を駆動させている。第１吸込み弁６５は第１配管５７に、また、第２吸込み弁６７は第２配管５９に配設されている。第１吸込み弁６５および第２吸込み弁６７は、両者共に第１電磁圧力制御弁６１と第２電磁圧力制御弁６３に接続する間の第１配管５７および第２配管５９に配設すると、油圧ポンプ５３と油圧モータ５５とに油を効率良く補充できる。

次に上記構成の電動パワーステアリング装置の作動について説明する。
電気装置が正常である操舵時には、ハンドル３を回転すると、前記のように、チェーン２１を介して駆動側歯車１９’をハンドル３と同方向に回転させる。この回転は、ハンドル角検出センサ５により検出され、その回転方向の回転信号とハンドル３の回転角度信号を制御部１３に送信する。
制御部１３は、ハンドル３の回転方向およびその回転角度αに応じた指令値を電動モータ２３に出力し、電動モータ２３は制御部１３の指令に基づいて所定量だけ回転し、減速機２５および駆動側旋回ギヤ２７を介して操舵輪部９を回転させる。制御部１３は、第１電磁圧力制御弁６１および第２電磁圧力制御弁６３には指令を出力せず、ばねにより通路を開き、流体結合５１の回路を低圧（ほぼ零）にしている。

このとき、駆動側歯車１９’は油圧ポンプ５３を駆動しており、油圧ポンプ５３に吐出油を送出させている。また、駆動側旋回ギヤ２７は、電動モータ２３の回転を受けて回転して油圧モータ５５を駆動しており、油圧モータ５５も油圧ポンプ機能を有して回転している。
駆動側歯車１９’と駆動側旋回ギヤ２７が等しい速度で回転しているときには、油圧ポンプ５３の吐出油は油圧モータ５５を経て油圧ポンプ５３に戻っており、油圧モータ５５は回転トルクを生ずることなく空回りしている。

また、ハンドル３の回転開始時には、油圧ポンプ５３は回転を始めるが、油圧モータ５５の回転は電動モータ２３の始動の遅れにより停止しており、回転速度は一致していない。この場合には、油圧ポンプ５３の吐出油は、例えば、第１配管５７より第１電磁圧力制御弁６１から第２配管５９を経て油圧ポンプ５３に戻り、油圧ポンプ５３は空回りしている。

電動モータが作動して油圧モータ５５が回転を始めると、油圧ポンプ５３の吐出油は、第１電磁圧力制御弁６１と油圧モータ５５とに分かれるとともに、再度第２配管５９に集まった後に、油圧ポンプ５３に戻る。この後、更に電動モータ２３の回転速度が速くなると、油圧ポンプ５３と油圧モータ５５との回転が等しい速度となり、油圧ポンプ５３の吐出油は、前記のように油圧モータ５５を経て油圧ポンプ５３に戻っている。
これにより、ステアリング装置１Ａでは、電気装置の正常時において、ハンドル３の回転は流体結合５１を経ることなく、電動モータ２３より、操舵駆動部７に伝達されて操舵輪３を傾転し、車両が操舵される。

次に、ステアリング装置１Ａに異常が生じた場合について説明する。例えば、実施例１と同様に、制御部１３が電動モータ２３に出力した指令値と、舵角検出センサ１１から送信された検出値とを比較して、所定値以内にないときにはステアリング装置１Ａに異常が生じたと判断して電動モータ２３への回転指令を停止するとともに、警報装置１５に指令を出力する。警報装置１５は、指令により作動して、警報を発して運転者に知らせる。
同時に、制御部１３は、ハンドル３の回転方向に合わせて、第１電磁圧力制御弁６１および第２電磁圧力制御弁６３のいずれかに調圧信号を出力する。例えば、第１電磁圧力制御弁６１に指令が出力されると、第１電磁圧力制御弁６１は、ばねに抗して回路を閉じ、第１配管５７と第２配管５９との間を遮断する。これにより、油圧ポンプ５３の吐出油は、上昇して圧油となり油圧モータ５５に送給され、油圧モータ５５は回転トルクを出力できる状態になる。このとき、油圧ポンプ５３に入る油が不足している場合には、第２吸込弁が作動してタンク６９より油を吸い込んで補充している。

運転者は警報装置１５の警報を受けて、ステアリング装置１Ａに異常が生じたことを知り、ハンドル３を正常の回転角以上に回転する。これにより、駆動側歯車１９’は油圧ポンプ５３を駆動して圧油を吐出する。この圧油は油圧モータ５５に送給されて回転トルクを生じさせ、油圧モータ５５は、駆動側旋回ギヤ２７により被駆動側旋回ギヤ３３を駆動し、ハンドル３の回転角度αおよび回転方向に合わせて操舵輪３１を傾転させ、車両を操舵している。
これにより、操舵輪３１がハンドル３の回転角度αおよび回転方向に合わせて傾転して車両を操舵でき、運転者は非常事態に対処可能にしている。

ハンドル３を操作あるいは車両を始動したときなどに、例えばハンドル角検出センサ５が故障して高い電圧を出力していると、制御部１３はその出力信号を受け、正常の出力信号と比較してハンドル角検出センサ５に異常が生じたと判断する。この場合に、制御部１３は、電動モータ２３への回転指令信号を中止するとともに、警報装置１５に警報発令信号を、更に、ハンドル３の回転方向に合わせて、第１電磁圧力制御弁６１および第２電磁圧力制御弁６３のいずれかに調圧信号を出力する。
これにより、運転者は前記と同様な処置を施し、車両を操舵する。この処置は、制御部１３、舵角検出センサ１１あるいは電動モータ２３の電気装置に異常が生じても同様に行われる。

上記において、第１電磁圧力制御弁６１と第２電磁圧力制御弁６３は、ばねにより通路を開としたが、ばねにより通路を閉じ開指令により通路を開いても良い。また、図１のステアリング装置１では、減速機２５を用いたが、電動モータ２３の出力軸を被駆動側旋回ギヤ３３に直接接続しても良い。図１２の流体結合５１では油圧モータ５５を用いたが、シリンダを用いて被駆動側旋回ギヤ３３を回転させても良い。

本発明の実施例１に係る電動パワーステアリング装置の斜視図である。 本発明の実施例１に係る電動パワーステアリング装置のシステム概略図である。 本発明の実施例１に係る電動パワーステアリング装置の機械的連結部の側面図である。 図３のＡ−Ａ断面図である。 本発明の実施例１に係る電動パワーステアリング装置の制御タイムラグによるずれを説明する図である。 本発明の実施例１に係る電動パワーステアリング装置のセンサの電気特性によるずれを説明する図である。 本発明の実施例１に係る電動パワーステアリング装置の他のセンサの電気特性によるずれを説明する図である。 本発明の実施例１に係る電動パワーステアリング装置の機械的連結部の作動を説明する図である。 図８の機械的連結部の他の作動状態を説明する図である。 本発明の実施例１に係る電動パワーステアリング装置の他の態様の機械的連結部の側面図である。 図１０のＢ−Ｂ断面図である。 本発明の実施例２に係る電動パワーステアリング装置の回路図である。

符号の説明

１、１Ａ・・・・・・・・・電動パワーステアリング装置
３・・・・・・・・・・・・ハンドル
５・・・・・・・・・・・・ハンドル角検出センサ
７・・・・・・・・・・・・操舵駆動部
９・・・・・・・・・・・・操舵輪部
１１・・・・・・・・・・・舵角検出センサ
１３・・・・・・・・・・・制御部
１５・・・・・・・・・・・警報装置
１７・・・・・・・・・・・機械的連結部
１９、１９Ａ、１９’・・・駆動側歯車
２３・・・・・・・・・・・電動モータ
２５・・・・・・・・・・・減速機
２７・・・・・・・・・・・駆動側旋回ギヤ
３１・・・・・・・・・・・操舵輪
３３・・・・・・・・・・・被駆動側旋回ギヤ
４１、４１Ａ・・・・・・・カップリング
４５、４５Ａ・・・・・・・カップリングケース
５１・・・・・・・・・・・流体結合
５３・・・・・・・・・・・油圧ポンプ
５５・・・・・・・・・・・油圧モータ
６１、６３・・・・・・・・圧力制御弁
６５、６７・・・・・・・・吸込弁

Claims (5)

1. ハンドルの回転をハンドル角検出手段により検出して制御手段に送信し、そのハンドル角に応じた電気エネルギーを制御手段より操舵駆動手段に与えて操舵輪を傾転させるとともに、その舵角を舵角検出手段で検出して制御手段に送信する電動パワーステアリング装置であって、ハンドル角検出手段、制御手段、操舵駆動手段、舵角検出手段のいずれかの電気装置が故障した時に、ハンドルの回転を操舵駆動手段に与えて操舵輪を傾転させる機械的な連結手段を有してなることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 電気装置が故障した時に、ハンドルの回転を機械的な連結手段により操舵駆動手段に与えて操舵輪を傾転させるように運転者に警報を出力する警報装置を有してなることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
3. 機械的な連結手段が、ハンドルに連結されている駆動部と、操舵駆動手段に連結されている被駆動部とが遊び角を有して連結されてなることを特徴とする請求項１、又は請求項２記載の電動パワーステアリング装置。
4. 電気装置の故障時に、ハンドルの回転が機械的な連結手段の遊び角を超えて回転したときに駆動部が被駆動部に当接して操舵輪を操舵させてなることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１つの請求項に記載の電動パワーステアリング装置。
5. 機械的な連結手段が、ハンドルに連結されている油圧ポンプと、操舵駆動手段に連結されている油圧モータと、故障時に作動して油圧ポンプの圧油を高めて油圧モータに与えて操舵輪を操舵させる圧力制御弁とよりなることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。

Images