JP2010030368A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の電動モータを有する電動アクチュエータによって転舵機構を駆動することにより、１つの電動モータに異常が発生しても運転者の所望とする転舵量を確保することができる車両用操舵装置を提供する。
【解決手段】車両の操舵を行う操舵機構７と、該操舵機構７とは切り離されて転舵輪３ＲＬ，３ＲＲを転舵する転舵機構８とを備え、前記転舵機構８は、左右の転舵輪３ＲＬ，３ＲＲに対して転舵力を付与する転舵部２１と、該転舵部２１を転舵動作させる減速機及び複数の電動モータ５２Ａ，５２Ｂで構成される電動アクチュエータ２２Ａ，２２Ｂとで構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両の操舵を行う操舵機構と、該操舵機構とは切り離されて転舵輪を転舵する転舵機構とを備えた所謂ステアバイワイヤ構成を有する車両用操舵装置に関する。

この種の車両用操舵装置、特にフォークリフトに使用する操舵装置としては、ハンドルの回転角度を検出する角度センサと、向きが変わる駆動輪を兼ねる操舵輪と、操舵輪の向きを変える旋回機構と角度センサ及び旋回機構に接続された電子制御部とを備えて、ハンドルと操舵輪とが切り離された構成を有するリーチ式フォークリフトが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、ステアリングシャフトを固定されたステアリングホイールと、このステアリングホイールの回転方向及び回転角度を検出する回転検出装置と、車体に揺動自在に支持されるとともに両側に後輪を回転自在に支持し、且つ内部空間を有するアクスルセンタ部材と、このアクスルセンタ部材の内部空間に収容固定され、回転検出装置からの信号により正逆に回転駆動される電気モータと、電気モータの回転運動をステアリングロッドの直線運動に変換する機構とを有するフォークリフトにおける全電気式パワーステアリング装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００５−２６３３９２号公報（第１頁、図１） 実開昭６１−５８９４号公報（第１頁、第１図）

しかしながら、上記特許文献１及び２に記載の従来例にあっては、共にハンドルやステアリングホイールで構成される操舵機構と、操舵輪又は左右後輪を転舵する転舵機構とが切り離されているので、ハンドル又はステアリングホイールを軽く操舵することができるものであるが、転舵を行うためのアクチュエータとして１つの電動モータが配設されているだけのステアバイワイヤ方式の構成を有するので、電動モータに異常が発生した場合に、ステアリングホイールの操舵量に相当する操舵量を電動モータで発生させることができなくなり、ステアリングホイール等の操舵機構と転舵機構とが切り離されているので、運転者の所望とする転舵量を確保できない状態となるという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、複数の電動モータを有する電動アクチュエータによって転舵機構を駆動することにより、１つの電動モータに異常が発生しても運転者の所望とする転舵量を確保することができる車両用操舵装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１に係る車両用操舵装置は、車両の操舵を行う操舵機構と、該操舵機構とは切り離されて転舵輪を転舵する転舵機構とを備え、前記転舵機構は、左右の転舵輪に対して転舵力を付与する転舵部と、該転舵部を転舵動作させる減速機及び複数の電動モータで構成される電動アクチュエータとで構成されていることを特徴としている。

また、請求項２に係る車両用操舵装置は、請求項１に係る発明において、前記転舵部は左右方向に摺動可能な摺動ロッドと、該摺動ロッドの両端に連結されたタイロッドとで構成されていることを特徴としている。
さらに、請求項３に係る車両用操舵装置は、請求項１又は２に係る発明において、前記電動アクチュエータは、１つの減速機に複数の電動モータが装着されていることを特徴としている。

さらにまた、請求項４に係る車両用操舵装置は、請求項１又は２に係る発明において、前記電動アクチュエータは複数の減速機と該複数の減速機に個別に連結された複数の電動モータとで構成されていることを特徴としている。
なおさらに、請求項５に係る車両用操舵装置は、請求項４に係る発明において、前記摺動ロッドに、前記複数の減速機の出力側が連結されていることを特徴としている。

また、請求項６に係る車両用操舵装置は、請求項１乃至５の何れか１つに係る発明において前記転舵部は左右の後輪を転舵するように構成されていることを特徴としている。
さらに、請求項７に係る車両用操舵装置は、請求項１乃至６の何れか１つに係る発明において、前記操舵機構の操舵量を検出する操舵量検出部と、該操舵量検出部で検出した操舵量に基づいて前記電動アクチュエータの電動モータを制御するモータ制御部とを備えていることを特徴としている。

さらにまた、請求項８に係る車両用操舵装置は、請求項７に係る発明において、前記モータ制御部は前記複数の電動モータに対して個別に駆動信号を出力するように構成されていることを特徴としている。
なおさらに、請求項９に係る車両用操舵装置は、請求項７又は８に係る発明において、前記モータ制御部と前記複数の電動モータとの間の信号伝達経路に個別に信号遮断部が介挿されていることを特徴としている。

また、請求項１０に係る車両用操舵装置は、請求項７乃至９の何れか１つに係る発明において、前記操舵機構は、操舵反力を発生する操舵反力部を有し、前記操舵量検出部は、前記該操舵反力部に配設されていることを特徴としている。
さらに、請求項１１に係る車両用操舵装置は、請求項７乃至１０の何れか１つに係る発明において、前記転舵輪の実転舵角を検出する転舵角センサを有し、前記モータ制御部は、前記操舵量検出部で検出した操舵量と前記転舵角センサで検出した実転舵角との差分に基づいて前記電動モータを駆動制御するように構成されていることを特徴としている。
さらにまた、請求項１２に係る車両用操舵装置は、請求項１乃至１１の何れか１つに係る発明において、前記車両はカウンタタイプのフォークリフトであることを特徴としている。

本発明によれば、操舵機構とは切り離されて転舵輪を転舵する転舵機構の転舵輪に対して転舵力を付与する転舵部を転舵動作させる電動アクチュエータを、複数の電動モータで構成するようにしたので、少なくとも１つの電動モータが異常となった場合でも残りの電動モータによって操舵状態を継続することができるという効果を有する。
ここで、少なくとも１つの電動モータが異常となった場合に、残りの電動モータで転舵部を駆動するために、異常となった電動モータの信号伝達経路に信号遮断部を介挿することにより、異常となって電動モータの駆動を停止させることができ、セルフステアの発生等の異常動作を確実に防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明をステアバイワイヤ式のカウンターバランスタイプのフォークリフトに適用した場合の第１の実施形態を示す概略構成図である。
図中、１はカウンターバランスタイプのフォークリフトであって、このフォークリフト１は車体２に前輪３ＦＬ，３ＦＲ及び転舵輪としての後輪３ＲＬ，３ＲＲが配設されていると共に、前端部にフォーク４を上下に案内するマスト５が配設されている。

また、車体２の前方側には運転席６の前方に操舵機構７が配設され、車体２の後方側には後輪３ＲＬ，３ＲＲを転舵する転舵機構８が配設され、さらにバッテリ９からの電力が電源スイッチＰＳを介して供給されて転舵機構８の後述する電動モータを駆動制御するモータ制御部１０が配設されている。
操舵機構７は、図２と共に参照して明らかなように、ステアリングホイール１１を上端に装着したステアリングシャフト１２と、このステアリングシャフト１２の下端側に装着された操舵反力を発生する操舵反力発生部１３とを備えている。また、操舵機構７は、ステアリングシャフト１２の操舵角θを検出するが操舵角センサ１４を備えている。

また、転舵機構８は、図２〜図７に示すように、転舵輪としての後輪３ＲＬ及び３ＲＲに対して転舵力を付与する転舵部２１と、この転舵部２１を転舵動作させる左右一対の電動アクチュエータ２２Ａ及び２２Ｂとで構成されている。
転舵部２１は、車体２に取付ブラケット２３ａ，２３ｂによって固定された円筒状のラックハウジング２３内に左右に摺動自在に配設された図７に示す左右両端部側に夫々ラック歯２４ａ及び２４ｂを有するラック軸２４を有する。また、転舵部２１は、図２〜図４に示すように、ラック軸２４の両端に、図示しないボールジョイントを介して連結された左右のタイロッド２５Ａ，２５Ｂを有し、これらタイロッド２５Ａ，２５Ｂの他端が転舵輪としての後輪３ＲＬ，３ＲＲのナックルアーム（図示せず）に連結されている。そして、ラック軸２４を左右に移動させることにより、後輪３ＲＬ，３ＲＲを転舵することができる。この転舵部２１には、図２に示すように、ラック軸２４の移動量を検出して転舵輪としての後輪３ＲＬ，３ＲＲの転舵角δを検出する転舵角センサ２６が配設されている。

また、電動アクチュエータ２２Ａ及び２２Ｂは、ラックハウジング２３の左右両端部に一体に配設されたアクチュエータハウジング３１Ａ及び３１Ｂを有する。アクチュエータハウジング３１Ａには、図５に示すように、ラック軸２４のラック歯２４ａに個別に噛合するピニオン３２を形成したピニオン軸３３が軸受３４及び３５によって回転自在に支持されている。ピニオン軸３３の軸受３４から突出する上端には、ウォームホイール３６が配設されている。また、ピニオン軸３３の軸受３５から突出する雄ねじ部３７に軸受３５の内輪を固定する内輪固定ナット３８が螺合され、アクチュエータハウジング３１Ａの下端には雌ねじ部３９が形成され、この雌ねじ部３９に軸受３５の外輪を固定する外輪固定ナット４０が螺合されている。

また、アクチュエータハウジング３１Ａのラック軸２４の背面側にラックガイド４１が摺動自在に配設され、このラックガイド４１が予圧ばね４２を介してアクチュエータハウジング３１Ａに螺合された有底円筒状の予圧ボルト４３によって押圧されている。そして、予圧ボルト４３が予圧ばね４２を介してラック軸２４を所定の予圧力で予圧している状態で、ロックナット４４によって固定されている。

さらに、アクチュエータハウジング３１Ａの上端には、図６に示すように、ウォームホイール３６の接線方向に延長するウォーム収納部５１が形成されている。このウォーム収納部５１には、その一端部に電動モータ５２Ａを装着するモータ装着部５１ｍが形成されている。電動モータ５２Ａには、その出力にウォーム５３を形成したウォーム軸５４がセレーションなどの連結部を介して結合されている。そして、電動モータ５２Ａがそのウォーム軸５４をウォーム収納部５１内に挿通し、ウォーム５３をウォームホイール３６に噛合させ且つウォーム軸５４を軸受５５及び５６によって回転自在に支持した状態でモータ装着部５１ｍに装着されている。

したがって、電動モータ５２Ａを正逆転駆動することにより、ウォーム５３及びウォームホイール３６で構成される減速機を介してピニオン軸３３が回転され、そのピニオン３２にラック歯２４ａが噛合しているので、ラック軸２４が左右に摺動され、これに応じて転舵輪としての後輪３ＲＬ，３ＲＲが転舵される。
また、アクチュエータハウジング２２Ｂもアクチュエータハウジング２２Ａと面対称に形成され、電動モータ５２Ａが電動モータ５２Ｂに変更されていることを除いては同一構成を有し、その詳細説明はこれを省略する。

また、モータ制御部１０は、図８に示すように、例えばマイクロコンピュータで構成されるパルス幅変調指令値Ｖｔ及び回転方向信号ＲＳを演算する演算処理回路６１と、この演算処理回路６１から出力される電圧指令値Ｖｔ及び回転方向信号ＲＳに基づいてパルス幅変調信号を発生するパルス幅変調信号形成回路６２と、このパルス幅変調信号形成回路６２から出力されるパルス幅変調信号に基づいて電動モータ５２Ａ及び５２Ｂを駆動するモータ駆動回路６３Ａ及び６３Ｂと、モータ駆動回路６３Ａ及び６３Ｂと電動モータ５２Ａ及び５２Ｂとの間に介挿されたモータリレー６４Ａ及び６４Ｂと、電動モータ５２Ａ及び５２Ｂを流れるモータ電流を検出するモータ電流センサ６５Ａ及び６５Ｂとを備えている。また、演算処理回路６１はステアリングシステムの異常時に、異常を通知するステアリングシステム異常信号ＡＳをメータパネルなどの制御を行なう車両側コントローラ６６に出力する。

演算処理回路６１は、操舵角センサ１４で検出した操舵角θと転舵角センサ２６で検出した転舵角δとが入力され、これら操舵角θ及び転舵角δに基づいて図９に示す操舵制御処理を実行して、パルス幅変調信号形成回路６２に対するパルス幅変調指令値Ｖｔ及び回転方向信号ＲＳを生成して出力する。
ここで、操舵制御処理は、バッテリ９からの電源投入時に実行開始され、先ず、ステップＳ１で、モータリレー５４Ａ及び５４Ｂに対する制御信号ＭＲａ及びＭＲｂをオン状態として、モータリレー５４Ａ及び５４Ｂを付勢状態とする初期化処理を行ってからステップＳ２に移行する。

このステップＳ２では、操舵角センサ１４で検出した操舵角θ及び転舵角センサ２６で検出した転舵角δを読込み、次いでステップＳ３に移行して、操舵角θから転舵角δを減算して、舵角偏差Δφを算出してからステップＳ４に移行する。
このステップＳ４では、算出した舵角偏差Δφが予め設定した異常閾値Δφｓ以上であるか否かを判定し、Δφ＜Δφｓであるときには、操舵制御系が正常であると判断してステップＳ５に移行し、舵角偏差Δφの絶対値｜Δφ｜に基づいて図１０に示すモータ電流指令値算出マップを参照して舵角偏差Δφを解消するモータ電流指令値Ｉｍｔを算出してからステップＳ６に移行する。ここで、モータ電流算出マップは、図１０に示すように、舵角偏差Δφの絶対値｜Δφ｜が“０”であるときにモータ電流指令値Ｉｍｔも“０”となり、舵角偏差Δφの絶対値｜Δφ｜が“０”から増加するに比例してモータ電流指令値Ｉｍｔも増加するように設定されている。なお、舵角偏差Δφの絶対値｜Δφ｜が“０”近傍の所定値未満であるときにはモータ電流指令値Ｉｍｔを“０”に維持する不感帯を設けるようにしてもよい。

このステップＳ６では、算出されたモータ電流指令値Ｉｍｔに基づいてパルス幅変調信号の目標デューティ比を指示する電圧値でなるパルス幅変調指令値Ｖｔを算出し、次いでステップＳ７に移行して、舵角偏差Δφに基づいて電動モータ５２Ａ，５２Ｂの回転方向を判定して回転方向信号ＲＳを形成し、次いでステップＳ８に移行して、パルス幅変調指令値Ｖｔ及び回転方向信号ＲＳをパルス幅変調（ＰＷＭ）信号形成回路に出力してからステップＳ９に移行する。

このステップＳ９では、電動モータ５２Ａ及び５２Ｂの駆動電流を検出する電流センサ６５Ａ及び６５Ｂから入力されるモータ電流検出値Ｉｍａ及びＩｍｂを読込み、次いでステップＳ１０に移行して、前記ステップＳ５で算出したモータ電流指令値Ｉｍｔからモータ電流指令値Ｉｍａ及びＩｍｂを減算した電流偏差ΔＩａ及びΔＩｂを算出してからステップＳ１１に移行する。

このステップＳ１１では、電流偏差ΔＩａが予め設定した異常判定閾値ΔＩｓ以上であるか否かを判定し、ΔＩａ＜ΔＩｓであるときには電動モータ５２Ａの駆動電流が正常であると判断してステップＳ１４に移行し、ΔＩａ≧ΔＩｓであるときには電動モータ５２Ａの駆動電流が異常であると判断してステップＳ１２に移行し、モータリレー６４Ａに対する制御信号ＭＲａをオフ状態に制御し、次いでステップＳ１３に移行して、モータ異常を表すステアリングシステム異常信号ＡＳを車両用コントローラ６６へ出力してからステップＳ１４に移行する。

ステップＳ１４では、電流偏差ΔＩｂが予め設定した異常判定閾値ΔＩｓ以上であるか否かを判定し、ΔＩｂ＜ΔＩｓであるときに電動モータ５２Ｂの駆動電流が正常であると判断して前記ステップＳ２に戻り、ΔＩｂ≧ΔＩｓであるときには電動モータ５２Ｂの駆動電流が異常であると判断してステップＳ１５に移行し、モータリレー６４Ｂに対する制御信号ＭＲｂをオフ状態に制御し、次いでステップＳ１６に移行してモータ異常を表すステアリングシステム異常信号ＡＳを車両用コントローラ６６へ出力してから前記ステップＳ２に戻る。

一方、前記ステップＳ４の判定結果が、Δφ＞Δφｓであるときには操舵制御系が異常であると判定してステップＳ１７に移行し、モータリレー６４Ａ及び６４Ｂに対する制御信号ＭＲＡ及びＭＲＢを夫々オフ状態に制御し、次いでステップＳ１８に移行して、車両用コントローラ６６に対して操舵制御系が異常であることを表すステアリングシステム異常信号ＡＳを車両用コントローラ６６へ出力してから処理を終了する。

また、パルス幅変調信号形成回路６２では、演算処理回路６１から入力されるパルス幅変調指令値Ｖｔに基づいてパルス幅変調信号ＰＷＭａ及びＰＷＭｂのデューティ比を設定すると共に、回転方向信号ＲＳに基づいてパルス幅変調信号ＰＷＭａ及び制御信号ＣＳａを出力するかパルス幅変調信号ＰＷＭｂ及び制御信号ＣＳｂを出力するかを選択し、選択したパルス幅変調信号ＰＷＭｉ及び制御信号ＣＳｉをモータ駆動回路６３Ａ及び６３Ｂへ出力する。

さらに、モータ駆動回路６３Ａ及び６３Ｂの夫々は、図１１に示すように、４つのパイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ等で構成される４つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を有するＨブリッジ回路構成を有する。このＨブリッジ回路は、スイッチング素子Ｑ１及びＱ２を直列に接続したスイッチングアームＳＡ１と、同様にスイッチング素子Ｑ３及びＱ４を直列に接続したスイッチングアームＳＡ２とを並列に接続し、スイッチング素子Ｑ１及びＱ３の接続点を正の電源端子Ｖｐに接続し、スイッチング素子Ｑ２及びＱ４の接続点を接地し、さらにスイッチング素子Ｑ１及びＱ２の接続点とスイッチング素子Ｑ３及びＱ４の接続点とをモータリレー６４Ａ又は６４Ｂを介して電動モータ５２Ａ又は５２Ｂに接続した構成を有する。スイッチング素子Ｑ１及びＱ３のベースにパルス幅変調信号ＰＷＭａ及びＰＷＭｂが供給され、スイッチング素子Ｑ２及びＱ４のベースに制御信号ＣＳｂ及びＣＳａが供給される。

次に、上記実施形態の動作を説明する。
今、ステアリングホイール１１が中立位置にあって、転舵機構８のラック軸２４も中立位置にあって、転舵輪としての後輪３ＲＬ及び３ＲＲが直進走行状態にあるものとする。
この状態で、電源スイッチＰＳがオフ状態にあり、バッテリ９からの電力がモータ制御部１０に供給されていないものとする。この状態では、モータ制御部１０の演算処理回路６１で図９に示す操舵制御処理は実行されず、電動モータ５２Ａ及び５２Ｂは停止状態にある。

この状態で、電源スイッチＰＳをオン状態とすることにより、図示しない後輪駆動機構による後輪駆動制御が可能な状態となると共に、モータ制御部１０にバッテリ９からの電力が供給される。
このため、演算処理回路６１で、図９に示す操舵制御処理が実行開始され、先ず、ステップＳ１の初期化処理で、モータリレー６４Ａ及び６４Ｂに対する制御信号ＭＲａ及びＭＲｂがオン状態に制御されて、モータリレー６４Ａ及び６４Ｂが付勢状態となって、モータ駆動回路６３Ａ及び６３Ｂから出力されるモータ駆動電流Ｉｍａ及びＩｍｂが電動モータ５２Ａ及び５２Ｂへ供給可能な状態となる。

このとき、ステアリングホイール１１を操舵していない状態では、ステアリングホイール１１が中立位置を維持すると共に、ラック軸２４が中立位置を維持することから、操舵角センサ１４で中立位置を表す操舵角θが検出されると共に、転舵角センサ２６で中立位置を表す転舵角δが検出される。
このため、図９に示す操舵制御処理では、操舵角θから転舵角δを減算した舵角偏差δφが“０”となることから、図１０のモータ電流指令値算出マップを参照して算出するモータ電流指令値Ｉｍｔが“０”となり、これに応じてパルス幅変調指令値Ｖｔもデューティ比を“０”とする“０”に設定され、これがパルス幅変調信号形成回路６２に出力されるので、このパルス幅変調信号形成回路６２から出力されるパルス幅変調信号ＰＷＭａ及びＰＷＭｂがオフ状態となると共に、制御信号ＣＳａ及びＣＳｂもオフ状態となる。

このため、モータ駆動回路６３Ａ及び６３Ｂの各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４がオフ状態を維持することから、モータ駆動電流Ｉｍａ及びＩｍｂが“０”となって、電動モータ５２Ａ及び５２Ｂは停止状態を維持する。
この状態から、ステアリングホイール１１を例えば左切り（又は右切り）すると、これに応じて操舵角センサ１４で検出される操舵角θが中立角θ_０から増加する（又は減少）することになる。このため、舵角偏差Δφが“０”から正方向に増加（又は負方向に減少）することになり、これに応じてモータ電流指令値算出マップを参照して算出されるモータ電流指令値Ｉｍｔが舵角偏差Δφに応じて増加し、これに応じてパルス幅変調指令値Ｖｔも“０”から増加する。

一方、舵角偏差Δφに基づいて回転方向信号ＲＳが左操舵を表すオン状態（又は右操舵を表すオフ状態）に設定され、パルス幅変調信号指令値Ｖｔ及び回転方向信号ＲＳがパルス幅変調信号形成回路６２に出力される。
このため、パルス幅変調信号形成回路６２から舵角偏差Δφに応じたデューティ比のパルス幅変調信号ＰＷＭａ（又はＰＷＭｂ）及びオン状態の制御信号ＣＳａ（又はＣＳｂ）がモータ駆動回路６３Ａに出力され、パルス幅変調信号ＰＷＭｂ（又はＰＷＭａ）及びオン状態の制御信号ＣＳｂ（又はＣＳａ）がモータ駆動回路６３Ｂに出力される。

したがって、モータ駆動回路６３Ａによって電動モータ５２Ａが例えば正転駆動（又は逆転駆動）され、モータ駆動回路６３Ｂによって電動モータ５２Ｂが逆転駆動（又は正転駆動）される。
このため、電動アクチュエータ２２Ａ及び２２Ｂのウォームホイール３６が正転（又は逆転）駆動されて、ラック軸２４が右動（又は左動）されて、タイロッド２５Ａ及び２５Ｂを介して後輪３ＲＬ及び３ＲＲを右切り（又は左切り）して、車体２を左旋回（又は右旋回）させる。このとき、操舵機構７の操舵反力発生部１３が図示しない操舵反力制御装置によって所定の操舵反力を発生するように制御される。

このようにステアリングホイール１１を操舵することにより、モータ制御部１０によって電動モータ５２Ａ及び５２Ｂが駆動制御されてラック軸２４が摺動され、これに応じて後輪３ＲＬ及び３ＲＲがステアリングホイール１１の操舵方向と逆方向に転舵されて操舵制御が行われるものである。この操舵制御状態で、モータ制御部１０及び電動モータ５２Ａ及び５２Ｂが正常である状態では、ステアリングホイール１１の操舵に応じて後輪３ＲＬ及び３ＲＲが転舵されることにより、操舵角センサ１４で検出される操舵角θと転舵角センサ２６で検出される転舵角δとの舵角偏差Δφが異常判定閾値Δφｓ以上となることはないと共に、モータ電流センサ６５Ａ及び６５Ｂで検出される電動モータ５２Ａ及び５２のモータ駆動電流Ｉｍａ及びＩｍｂと演算処理回路６１の操舵制御処理で算出されるモータ電流指令値Ｉｍｔとの電流偏差ΔＩａ及びΔＩｂが異常判定閾値ΔＩｓ以上となることはなく、モータリレー６４Ａ及び６４Ｂが付勢状態を継続し、車両用コントローラ６６で警報が発生されることはない。

ところが、電動モータ５２Ａ及び５２Ｂの何れか一方を含むモータ駆動系に異常が発生して、電流センサ６５Ａ（又は６５Ｂ）で検出されるモータ駆動電流Ｉｍａ（又はＩｍｂ）がモータ電流指令値Ｉｍｔと異なる値となって、電流偏差ΔＩａ（又はΔＩｂ）が異常判定閾値ΔＩｓ以上となると、モータリレー６４Ａ（又は６４Ｂ）に対する制御信号ＭＲａ（又はＭＲｂ）をオフ状態としてモータリレー６４Ａ（又は６４Ｂ）を非付勢状態として、電動モータ５２Ａ（又は５２Ｂ）へのモータ駆動電流Ｉｍａ（又はＩｍｂ）の供給を遮断する。これと同時に車両用コントローラ６６に対して電動モータのモータ駆動系の異常を表すステアリングシステム異常信号ＡＳを出力して、この車両用コントローラ６６で音又は表示でモータ駆動系の異常状態を報知する。この電動モータ５２Ａ及び５２Ｂの何れか一方のモータ駆動系に異常が発生した場合には、異常が発生したモータ駆動系の電動モータ５２Ａ（又は５２Ｂ）が駆動停止されるが、他方の電動モータ５２Ｂ（又は５２Ａ）についてはモータ駆動電流Ｉｍｂ（又はＩｍａ）の供給が継続される。このため、後輪３ＲＬ，３ＲＲを転舵するためのラック推力は通常状態（２つのモータが正常に動作している状態）と比較して半減するが、転舵機構８の転舵状態を制御することが継続されて、後輪３ＲＬ及び３ＲＲの操舵は継続することができ、フェイルセーフ機能を発揮することができる。

さらに、操舵角センサ１４で検出した操舵角θと転舵角センサ２６で検出した転舵角δとの舵角偏差Δφが異常判定閾値Δφｓ以上となったときには、モータ制御部１０が異常状態であると判断して、モータリレー６４Ａ及び６４Ｂに対する制御信号ＭＲａ及びＭＲｂをオフ状態として、モータリレー６４Ａ及び６４Ｂを非付勢状態として電動モータ５２Ａ及び５２Ｂへのモータ駆動電流Ｉｍａ及びＩｍｂの供給を遮断する。これと同時に、車両用コントローラ６６に対してモータ制御部１０の異常を表すステアリングシステム異常信号ＡＳを出力して、この車両用コントローラ６６でモータ制御部１０の異常を表す音又は表示による警報を発する。このため、ステアリングホイール１１を操舵していないのに電動モータ５２Ａ及び５２Ｂが駆動されるセルフステアが発生した場合には、確実に操舵制御を中止することができる他、ステアリングホイール１１の操舵変化量に対して転舵機構８の転舵変化量が大きく異なる場合にも操舵制御を中止することができる。

このように、上記第１の実施形態によると、ラック軸２４に対して２つの電動アクチュエータ２２Ａ及び２２Ｂが設けられ、これら電動アクチュエータ２２Ａ及び２２Ｂを構成する電動モータ５２Ａ及び５２Ｂがモータ駆動回路６３Ａ及び６３Ｂによって個別に駆動制御されるので、一方の電動モータ５２Ａ又は５２Ｂのモータ駆動系に異常が発生したときに、異常が発生した電動モータ５２Ａ又は５２Ｂの駆動を停止し、残りの電動モータの駆動は継続するので、転舵機構８の転舵動作を継続することができ、フェイルセーフ機能を発揮することができる。

しかも、後輪３ＲＬ及び３ＲＲを転舵する転舵機構８とステアリングホイール１１を有する操舵機構７とが機械的に切り離されているので、車体２の後輪側の構成が簡素化されてメンテナンスも容易となる。
なお、上記第１の実施形態においては、ラック軸２４の両端部側にラック歯２４ａ及び２４ｂを形成し、これらに対応させて電動アクチュエータ２２Ａ及び２２Ｂをラックハウジング２３の両端側に設けた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図１２に示すように、ラック軸２４の中央部に左右共通のラック歯２４ｃを形成し、このラック歯２４ｃにピニオン３２が２ヶ所で噛合するように、図１３に示すように、電動アクチュエータ２２Ａ及び２２Ｂをラックハウジング２３の中央部に近接させて配置するようにしても上記第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

また、上記第１の実施形態においては、電動アクチュエータ２２Ａ及び２２Ｂを左右対称に形成した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、電動アクチュエータ２２Ａ及び２２Ｂをウォーム収納部５１の配置位置を同一とするか又はウォームホイール３６及びウォーム５３の接触角を互いに逆向きとした場合には、電動モータ５２Ａ及び５２Ｂの駆動方向を同一方向とすることができ、１つのモータ駆動回路で駆動することができる。

次に、本発明の第２の実施形態を図１４について説明する。
この第２の実施形態では、転舵機構８を１つの減速機と２つの電動アクチュエータとで構成するようにしたものである。
すなわち、第２の実施形態においては、図１４に示すように、前述した図１２に示すラック軸２４をラックハウジング２３内に摺動可能に支持し、このラック軸２４のラック歯２４ｃに噛合するようにラックハウジング２３の軸方向中央位置に第１の実施形態におけるアクチュエータハウジング２２Ａ及び２２Ｂと同様の構成を有する１つのアクチュエータハウジング２２を配置する。そして、アクチュエータハウジング２２のウォームホイール収納部７１の左右位置にウォーム収納部７２Ａ及び７２Ｂを設け、これらウォーム収納部７２Ａ及び７２Ｂに電動モータ５２Ａ及び５２Ｂを装着する構成とされている。このため、アクチュエータハウジング２２に内装されるウォームホイール３６に電動モータ５２Ａ及び５２Ｂにセレーションなどの連結部により結合されたウォーム軸５４のウォーム５３が同時に噛合されている。ここで、アクチュエータハウジング２２は、内装するピニオン軸３３の軸方向をラックハウジング２３の軸方向と直交する方向に設けているが、これに限定されるものではなくラックハウジング２３の軸方向と直交する方向に対して傾斜する方向に設けるようにしてもよい。

この第２実施形態によると、アクチュエータハウジング２２に内装されるウォームホイール３６に電動モータ５２Ａ及び５２Ｂに形成したウォーム軸５４のウォーム５３を噛合させた構成とされているので、電動モータ５２Ａ及び５２Ｂをモータ制御部１０のモータ駆動回路６３Ａ及び６３Ｂで互いに逆方向に回転駆動することにより、ウォームホイール３６を正逆転駆動することができ、これに応じてラック軸２４を左右方向に摺動させてタイロッド２５Ａ及び２５Ｂを介して後輪３ＲＬ及び３ＲＲを転舵させることができる。

このとき、前述した第１の実施形態と同様に、一方の電動モータ５２Ａ又は５２Ｂのモータ駆動系に異常が発生した場合には、異常か発生した電動モータを停止させ、残りの電動モータの駆動を継続することにより、ラック軸２４の摺動を確保することができ、フェいるセーフ機能を発揮することができる。
しかも、１つの減速機に２つの電動モータ５２Ａ及び５２Ｂを連結するので、部品点数を第１の実施形態に比較して減少させることができると共に必要な設置スペースも減少させることができる。

次に、本発明の第３の実施形態を図１５〜図１７について説明する。
この第３の実施形態では、転舵部８をラックアンドピニオン機構に代えてボールねじ機構を適用するようにしたものである。
すなわち、第３の実施形態では、図１５に示すように、前述した第１の実施形態の構成における転舵部２１のラックハウジング２３に、ラック軸２４に代えて図１６に示すボールねじ８１が軸方向には摺動可能で回転方向には拘束されて配設されている。このボールねじ８１は、図１６に示すように、左右両端部に左ねじ部８１ａと右ねじ部８１ｂとが形成されている。

そして、ラックハウジング２３の左右両端部に電動アクチュエータ８２Ａ及び８２Ｂが左右対称に配設されている。電動アクチュエータ８２Ａは、図１７に示すように、ギヤハウジング８３を有し、このギヤハウジング８３内にボールねじ８１の左ねじ部８１ａに螺合するボールナット８２ａが軸方向に位置決めされて配設されている。このボールナット８２ａにはその円板状のフランジ部８２ｂの外周面に歯数の大きい平歯車８４が一体に形成され、この平歯車８４に車両前方側で歯数が小さい平歯車８５が噛合されている。この平歯車８５は、ギヤハウジング８３にラックハウジング２３と平行に且つ内方に向けて装着された電動モータ８６Ａの出力軸に連結されている。

同様に、電動アクチュエータ８２Ｂも上述した電動アクチュエータ８２Ａと左右対称形に形成されていることを除いては同一構成を有し、ギヤハウジング８３内にボールねじ８１の右ねじ部８１ｂに螺合するボールナット８２ａが軸方向に位置決めされて配設され、このボールナット８２ａの円板状フランジ部８２ｂの外周面に平歯車８４が一体に形成され、この平歯車８４に小歯数の平歯車８５が噛合され、この平歯車８５が電動モータ８６Ｂの出力軸に連結された構成を有する。

この第３の実施形態でも、前述した第１の実施形態におけるモータ駆動回路６３Ａ及び６３Ｂによって電動モータ８６Ａを例えば逆転駆動し、電動モータ８６Ｂを正転駆動させるか又はその逆に駆動することにより、ボールねじ８１を左右方向に移動させて、後輪３ＲＬ及び３ＲＲを転舵させることができる。
このようにボールねじ機構を適用することにより、電動モータ８６Ａ及び８６Ｂをラックハウジング２３に沿う方向に配置することが可能となり、ラックハウジング２３と直交する方向への電動モータの突出長さを短くすることができ、全体をコンパクト化することができる。
なお、上記第３の実施形態においては、減速機構として平歯車８４及び８５を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、プーリ間にベルトを張架した減速機構を適用したり、その他の任意の減速機構を適用したりすることができる。

また、上記第３の実施形態においては、ラックハウジング２３の左右両端側に電動アクチュエータ８２Ａ及び８２Ｂを設けた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ボールねじ８１を図１８に示すように、中央部に共通の左ねじ部８１ｃを形成すると共に、図１９に示すように、左ねじ部８１ｃに対向する位置に電動アクチュエータ８２Ａ及び８２Ｂをボールねじ８１の中心線の中心点で点対称に配置し、これら電動アクチュエータ８２Ａ及び８２Ｂの電動モータ８６Ａ及び８６Ｂを前述した第１の実施形態におけるモータ駆動回路６３Ａ及び６３Ｂで回転駆動するようにしても上記第３の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

さらに、第４の実施形態としては、図示しないが、前述した第２の実施形態に対応させて、ボールねじ８１を図１８に示すように、１ヶ所のみにねじ部８１ｃを形成し、このねじ部８１ｃに螺合するボールナット８２を１個のみとし、そのボールナット８２の両端にそれぞれ上記第３の実施形態３で示した平歯車８４及び８５等で構成される減速機を介して２つの電動モータ８６Ａ，８６Ｂを接続する構成とすることができる。すなわち、第２の実施形態と同様に２つの電動モータ８６Ａ．８６Ｂで１つの動力伝達部材を駆動することで、一方の電動モータ８６Ａ又は８６Ｂのモータ駆動系に異常が発生した場合には、異常が発生した電動モータを停止させ、残りの電動モータの駆動を継続することにより、ボールねじ８１の摺動を確保することができ、フェイルセーフ機能を発揮することができる。また、部品点数の減少や接地スペースの減少も合わせて実現できる。

また、上記第１及び第３の実施形態においては、減速機及び電動アクチュエータを２組設けた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、減速機及び電動アクチュエータを３組以上配設するようにしてもよい。
さらに、上記第１〜第４の実施形態においては、モータ制御部１０を図８に示す構成とした場合について説明したが、これに限定されるものではなく、電動モータとしてブラシレスモータを適用した場合には、モータ駆動回路６３Ａ及び６３Ｂを多相インバータで構成し、これに応じてパルス幅変調信号形成回路６２から相数の２倍のパルス幅変調信号をモータ駆動回路６３Ａ及び６３Ｂに出力するようにしてもよい。

また、上記第１〜第４の実施形態においては、モータリレー６４Ａ及び６４Ｂをモータ駆動回路６３Ａ及び６３Ｂと電動モータ５２Ａ及び５２Ｂとの間に介挿した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、モータ駆動回路６３Ａ及び６３ＢのスイッチングトランジスタＱ１及びＱ３の接続点と直流電源端子Ｖｐとの間にモータリレー６４Ａ及び６４Ｂを介挿するようにしてもよい。

さらに、上記第１〜第４の実施形態においては、電動モータと減速機構とが別体である場合について説明したが、これに限定されるものではなく、減速機を内装したギヤードモータを適用するようにしてもよい。
また、上記第１〜第４の実施形態においては、本発明をカウンターバランスタイプのフォークリフトに適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、サイドフォークリフトなどの他のフォークリフトや他の産業車両や乗用車等の車両にも本発明を適用することができる。
また、後輪３ＲＬ，３ＲＲを転舵制御する場合に代えて、前輪３ＦＬ，３ＦＲを転舵制御するようにしてもよい。

本発明のステアバイワイヤ式のフォークリフトに適用した場合の第１の実施形態を示す概略構成図である。 第１の実施形態の電気系統を示す概略構成図である。 第１の実施形態における転舵機構を示す斜視図である。 第１の実施形態の転舵機構を示す背面図である。 図４のＡ−Ａ線断面図である。 図４のＢ−Ｂ線断面図である。 ラック軸を示す斜視図である。 モータ制御部を示すブロック図である。 モータ制御部の演算処理回路で実行する操舵制御処理手順の一例を示すフローチャートである。 モータ電流指令値算出マップを示す特性線図である。 モータ駆動回路の一例を示す回路図である。 ラック軸の変形例を示す斜視図である。 第１の実施形態の変形例を示す転舵機構の斜視図である。 本発明の第２の実施形態を示す転舵機構の斜視図である。 本発明の第３の実施形態を示す転舵機構の斜視図である。 第３の実施形態におけるボールねじを示す斜視図である。 図１５のＣ−Ｃ線上の断面図である。 ボールねじの変形例を示す斜視図である。 第３の実施形態の変形例を示す斜視図である。

符号の説明

１…フォークリフト、２…車体、３ＦＬ，３ＦＲ…前輪、３ＲＬ，３ＲＲ…後輪（転舵輪）、４…フォーク、５…マスト、６…運転席、７…操舵機構、８…転舵機構、９…バッテリ、１０…モータ制御部、１１…ステアリングホイール、１３…操舵反力発生部、１４…操舵角センサ、２１…転舵部、２２Ａ，２２Ｂ…電動アクチュエータ、２３…ラックハウジング、２４…ラック軸、２５Ａ，２５Ｂ…タイロッド、３１Ａ，３１Ｂ…アクチュエータハウジング、３３…ピニオン軸、３６…ウォームホイール、５１…ウォーム収納部、５１ｍ…モータ装着部、５２Ａ，５２Ｂ…電動モータ、５４…ウォーム軸、６１…演算処理回路、６２…パルス幅変調信号形成回路、６３Ａ，６３Ｂ…モータ駆動回路、６４Ａ，６４Ｂ…モータリレー、６５Ａ，６５Ｂ…モータ電流センサ、６６…車両用コントローラ、７１…ウォームホイール収納部、７２Ａ，７２Ｂ…ウォーム収納部、８１…ボールねじ、８２Ａ，８２Ｂ…電動アクチュエータ、８３…ギヤハウジング、８４，８５…平歯車、８６Ａ，８６Ｂ…電動モータ、

Claims (12)

1. 車両の操舵を行う操舵機構と、該操舵機構とは切り離されて転舵輪を転舵する転舵機構とを備え、前記転舵機構は、左右の転舵輪に対して転舵力を付与する転舵部と、該転舵部を転舵動作させる減速機及び複数の電動モータで構成される電動アクチュエータとで構成されていることを特徴とする車両用操舵装置。
2. 前記転舵部は左右方向に摺動可能な摺動ロッドと、該摺動ロッドの両端に連結されたタイロッドとで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用操舵装置。
3. 前記電動アクチュエータは、１つの減速機に複数の電動モータが装着されていることを特徴とする請求項1又は２に記載の車両用操舵装置。
4. 前記電動アクチュエータは複数の減速機と該複数の減速機に個別に連結された複数の電動モータとで構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用操舵装置。
5. 前記摺動ロッドに、前記複数の減速機の出力側が連結されていることを特徴とする請求項４に記載の車両用操舵装置。
6. 前記転舵部は左右の後輪を転舵するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の車両用操舵装置。
7. 前記操舵機構の操舵量を検出する操舵量検出部と、該操舵量検出部で検出した操舵量に基づいて前記電動アクチュエータの電動モータを制御するモータ制御部とを備えていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の車両用操舵装置。
8. 前記モータ制御部は前記複数の電動モータに対して個別に駆動信号を出力するように構成されていることを特徴とする請求項７に記載の車両用操舵装置。
9. 前記モータ制御部と前記複数の電動モータとの間の信号伝達経路に個別に信号遮断部が介挿されていることを特徴とする請求項７又は８に記載の車両用操舵装置。
10. 前記操舵機構は、操舵反力を発生する操舵反力部を有し、前記操舵量検出部は、前記該操舵反力部に配設されていることを特徴とする請求項７乃至９の何れか１項に記載の車両用操舵装置。
11. 前記転舵輪の実転舵角を検出する転舵角センサを有し、前記モータ制御部は、前記操舵量検出部で検出した操舵量と前記転舵角センサで検出した実転舵角との差分に基づいて前記電動モータを駆動制御するように構成されていることを特徴とする請求項７乃至１０の何れか１項に記載の車両用操舵装置。
12. 前記車両はカウンタタイプのフォークリフトであることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載の車両用操舵装置。

Images