JP3736270B2 - 操舵トルク検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両のパワーステアリング装置に用いることができる操舵トルク検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フォークリフトなどの産業車両では、操舵輪を補助付勢して運転者の車両操舵力を低減することができるパワーステアリング装置が広範に利用されている。パワーステアリング装置は、ステアリングホイールに負荷される操舵トルクを検出する操舵トルク検出装置と、操舵力を低減する操舵力倍力装置と、操舵トルク検出装置で検出された操舵トルクに基づいて操舵力倍力装置の出力を制御する制御装置とを具備している。パワーステアリング装置は、操舵力倍力部を油圧モータで構成するか或いは電動モータで構成するかにより、油圧式パワーステアリング装置と電気式パワーステアリング装置とに分類される。いずれの方式を採用するにしても、パワーステアリング装置を適切に制御するためには、適切な操舵トルク検出装置が必要となる。
【０００３】
しかしながら、現在用いられている操舵トルク検出装置は、ステアリングホイールと操舵輪との間にカップリングが設けられているため比較的大きな容積を必要とする、ステアリングホイールとセンサとの間にある軸受けや継手などの抵抗のために最小操舵力が大きい、変位量が小さいひずみゲージなどを用いているために操舵トルクを高い精度で検出できないなどの問題を有している。このような問題を解決するものとして、特開平７−２３２６４７号公報に記載されたような操舵トルク検出装置が提案されている。
【０００４】
この公報の操舵トルク検出装置は、環状のステアリングホイールを、その回転軸線に対して垂直な方向で第１のホイールと第２のホイールとに分割し、ステアリングホイールを操作するとき、ステアリングホイールに負荷される操舵トルクに比例して第１のホイールが第２のホイールに対して周方向にスライドするように構成し、このスライド動作の方向と変位量とを回転式のポテンショメータなどのセンサで検出するようにしたものである。この操舵トルク検出装置によると、ステアリングホイールにコンパクトな構成の操舵トルク検出装置が配置されるので、操舵系統の配置自由度を高くすることができる。そして、第１のホイールを操作するときに必要な操舵力は、第１のホイールとセンサとの間に軸受けや継手などの抵抗がないために第２のホイールに対して第１のホイールをスライドさせる力だけであり、最小操舵力を小さくすることが可能となる。しかも、第１のホイールと第２のホイールとのスライド量が大きいために、高精度に操舵トルクを検出することができるなどの利益が得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に記載の操舵トルク検出装置は、回動部材である第２のホイールに取り付けられたセンサからの出力信号をケーブルが回動軸に巻き付いたり捻れたりすることなく外部に取り出すためにスリップリングを用いているので、長期間にわたって使用しているとスリップリングの接点における電気接触が確実に行われなくなることがあり、信頼性の点で満足のいくものではない。また、上記公報には、スリップリングを用いる代わりに回転変位を直線変位に変換し、直線変位センサからの出力信号を外部に取り出すようにした実施例も記載されているが、この実施例の操舵トルク検出装置は構造的に非常に複雑であるためにより多くの部品点数や製造工程数を必要とするという点で問題がある。
【０００６】
また、上記公報に記載の操舵トルク検出装置によると、ステアリングホイールとセンサとの間に多くの部材が組み合わされて用いられているため、これに応じて機械的がたや引っかかりが不可避的に大きくなり、操舵トルクの検出精度が低下してしまう。
【０００７】
そこで、本発明の主な目的は、コンパクトであって必要な最小操舵力が小さく比較的精度が高いという上記公報の発明による利益を保持しつつ、比較的構造が簡単であるとともに、長期間にわたって使用してもセンサ出力を確実に取り出すことができる信頼性の高い操舵トルク検出装置を提供することである。
【０００８】
また、本発明の別の目的は、機械的がたや引っかかりがほとんどなく、上記公報のものよりも高い精度で操舵トルクを検出可能な操舵トルク検出装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の操舵トルク検出装置は、回動軸を中心として回動可能なステアリング操作部と、前記ステアリング操作部と同軸に配置されており、前記ステアリング操作部が操作されたときにこれに負荷される操舵トルクに比例して前記ステアリング操作部に対して周方向に変位するスライド部材と、前記スライド部材に取り付けられており、前記ステアリング操作部の前記スライド部材に対する相対的な変位量を測定可能なセンサと、前記ステアリング操作部と同軸に配置されており、固定端と前記センサに接続された可動端とを有するスパイラルケーブルを含むスパイラルケーブルユニットとを備えている。さらに、前記ステアリング操作部および前記センサが、前記センサに設けられた弾性部材によって前記ステアリング操作部が常に一方向に付勢された状態で互いに当接している。一方、請求項２の操舵トルク検出装置は、回動軸を中心として回動可能なステアリング操作部と、前記ステアリング操作部と同軸に配置されており、前記ステアリング操作部が操作されたときにこれに負荷される操舵トルクに比例して前記ステアリング操作部に対して周方向に変位するスライド部材と、前記スライド部材に取り付けられており、前記ステアリング操作部と前記スライド部材との相対的な変位量を測定可能なセンサと、前記ステアリング操作部と同軸に配置されており、固定端と前記センサに接続された可動端とを有するスパイラルケーブルを含むスパイラルケーブルユニットとを備えている。さらに、前記センサが変位角度を測定可能であって、前記センサが、前記センサの入力軸および前記回動軸とは異なる位置にある係合位置において前記ステアリング操作部と係合しており、前記入力軸と前記係合位置との距離が、前記回動軸と前記係合位置との距離よりも短くされている。
【００１０】
請求項１及び２の操舵トルク検出装置では、ステアリング操作部材を操作すると、これに負荷される操舵トルクに比例してスライド部材とステアリング操作部とが周方向に変位する。そして、この変位量をスライド部材に取り付けられたセンサが測定し、センサの出力信号がスパイラルケーブルの可動端に与えられ、スパイラルケーブルの固定端から取り出される。ステアリング操作部材を回動させると、例えばパワーステアリング装置により操舵輪が補助付勢された場合などには、ステアリング操作部材に追従してスライド部材も回動することになるため、スライド部材に取り付けられたセンサは回動軸の回りを回動する。このとき、センサに接続されたスパイラルケーブルの可動端は、回動軸に巻き付くことなくその回りをセンサとともに回動する。そして、ステアリング操作部と同軸に配置されたスパイラルケーブルの可動端と固定端の中間にある巻回部分は、可動端の回動に応じて巻き拡げられるか或いは巻き締められる。
【００１１】
このように、請求項１及び２によると、ステアリング操作部と同軸にスパイラルケーブルユニットを配置してその可動端とセンサとを接続するようにしたために、センサが回動軸の回りを回動しても、ケーブルが回動軸に巻き付いたり或いは捻れて切れたりすることなく、センサの出力信号をスパイラルケーブルの固定端から例えばパワーステアリング装置の制御部へと取り出すことが可能である。しかも、スリップリングを用いたときのような回転接触する接点を有していないので、長期間にわたって使用してもセンサ出力を確実に取り出すことができる。つまり、請求項１及び２の操舵トルク検出装置は、少ない部品点数で構成される比較的簡単な構造を有しているとともに、高い信頼性を得ることができるものである。さらに加えて、請求項１及び２の操舵トルク検出装置は、ステアリング操作部近傍にコンパクトに配置することができ、ステアリング操作部とセンサとの間に軸受けや継手などの抵抗がないためにステアリング操作部を変位させるための最小操舵力が小さく、ステアリング操作部の変位量が大きいために比較的操舵トルクの検出精度が高いという上記公報の発明による利益をそのまま保持している。
【００１２】
さらに、請求項１によると、センサに設けられた弾性部材によってステアリング操作部が常に一方向に付勢された状態でステアリング操作部およびセンサが互いに当接しているので、ステアリング操作部の変位量や変位方向にかかわらず両者が常に遊びなく接触接続されることになる。そのため、ステアリング操作部材を操作したときに機械的がたや引っかかりが全く発生せず、操舵トルクを高い精度で検出することができる。
【００１３】
さらに、請求項２によると、入力軸と係合位置との距離が回動軸と係合位置との距離よりも短くされているので、ステアリング操作部材の回動角よりも大きな角度がセンサに入力され、センサへの入力角がいわば増幅されたものになる。そのため、より高い精度で操舵トルクを検出することができるようになる。
【００１４】
また、請求項３の操舵トルク検出装置は、前記ステアリング操作部が前記スライド部材に対して変位しているときに、前記ステアリング操作部の変位量を小さくする方向に前記ステアリング操作部を付勢する弾性部材をさらに備えていることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項３によると、ステアリング操作部を操作する運転者に操舵トルクの大きさに応じた適度な操舵感覚を与えることができるとともに、ステアリング操作部への操舵トルクが解除されたときにこれを自動的に中立位置（ステアリング操作部とスライド部材とが相対的に変位していないとする位置）に復帰させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な一実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１９】
本実施の形態の操舵トルク検出装置をリーチフォークリフトに適用した場合について説明する。リーチフォークリフトは、周知の通り、マストまたはフォークが前後に移動できるフォークリフトであり、それぞれ１以上の前輪と後輪とを有している。前輪は遊動輪であり、後輪のうちの１つはブレーキを備えた操舵兼駆動輪である。リーチフォークリフトは、車体前方に突出する２本のレグに、上記前輪を設けて車体を安定させると共に、前記フォークにより荷をレグの上に移動させて荷役作業を行う。リーチフォークリフトは、屋内で使用されることが多いために、一般的にバッテリーによる電動方式が採用される。
【００２０】
図１を参照して、リーチフォークリフトの操舵機構について説明する。リーチフォークリフト１の操舵輪兼駆動輪である後輪２は駆動ユニット４を介して駆動モータ６により駆動される。駆動ユニット４には旋回ギア８が固着されている。旋回ギア８は操舵ギア１０と係合している。操舵ギア１０は、複数の操舵軸１２ａ〜１２ｃおよびこれらを連結する自在継手１４ａ、１４ｂを介してステアリングホイール集成体１６と連結されている。ステアリングホイール集成体１６は、後述のようにステアリングブラケット１７に取り付けられている。
【００２１】
上記複数の操舵軸１２ａ〜１２ｃは、自在継手１４ａ、１４ｂとともに一連の操舵軸集成体を構成している。この操舵軸集成体には、電動式の操舵力倍力装置１８が連結されている。操舵力倍力装置１８は、アシストモータ２０と、減速装置２２とを具備している。アシストモータ２０は、減速装置２２を介して操舵軸１２ｂに連結されいる。図１では、操舵力倍力装置１８は操舵軸１２ｂと連結するように示されている。然しながら、操舵力倍力装置１８の配置は、図１に示した配置に限定されないことは言うまでもない。
【００２２】
ステアリングホイール集成体１６は、ノブ２６が取り付けられたほぼ円盤状のステアリングホイール５１を備えたステアリング操作部（上部ブラケット）２４を有している。リーチフォークリフト１の運転者が、ノブ２６を握ってステアリングホイール５１を回転させると、この回転は上記操舵軸集成体と操舵ギア１０と旋回ギア８とを介して操舵輪である後輪２に伝達される。
【００２３】
また、ステアリングホイール集成体１６には、後述するように運転者がステアリングホイール５１を回転させる際の操舵トルクを検出するためのセンサ２８が設けられている。センサ２８の検出信号（ステアリング操作部２４とプレート３０（図２参照）との変位角度を表す信号）は、図示しない制御部に与えられる。制御部は、センサ２８からの信号に基づいて操舵トルクを求め、求められた操舵トルクの大きさに応じたアシスト力をアシストモータ２０が発生するようにこれを制御する。そのため、運転者は比較的小さな操舵力でノブ２６を操作するだけで、後輪２を任意の方向に向けることができる。
【００２４】
次に、図２〜図３を参照して、ステアリングホイール集成体１６の構造について説明する。図２〜図３に示すように、ステアリングホイール集成体１６は、上述したステアリング操作部２４およびセンサ２８のほかに、矩形のプレート３０およびその中央を貫通するようにしてこれに固着されたほぼ円柱状のシャフト３２からなる下部ブラケット（スライド部材）３４と、センサ２８の出力信号を外部に取り出すためのスパイラルケーブルユニット３６と、シャフト３２の下部外周面と当接する玉軸受け部３８と、ステアリングホイール５１とプレート３０との間に配置されたコイルばね４０とを具備している。これらの部材は、ノブ２６およびセンサ２８を除いてシャフト３２中心にある回動軸に対して同軸に配置されている。そして、ステアリング操作部２４が回動操作されたときは、ステアリング操作部２４と下部ブラケット３４は相対的に回動（すなわち、周方向に変位）する。
【００２５】
ステアリング操作部２４は、円盤状のステアリングホイール５１のほかに、これに設けられた膨出部分５１ａの上面に突設されたノブ取付用ピン５２を有している。また、ステアリング操作部２４は、ステアリングホイール２４の下面に突設された、円筒状突起部５３と、係合ピン５４と、第１のばね当接ピン５５と、一対のストッパ５６ａ、５６ｂとをさらに有している。
【００２６】
円筒状突起部５３の内側空洞には、シャフト３２の上端部が挿入されている。また、円筒状突起部５３の外周面にはコイルばね４０が嵌合されている。係合ピン５４は、ステアリングホイール５１の回動軸とノブ取付用ピン５２との間にあって、後述するセンサピン６１の凹部６１ｃと係合している。これにより、ステアリングホイール５１とプレート３０との相対的な変位角がセンサ２８によって検知される。第１のばね当接ピン５５は、ステアリングホイール５１の回動軸とノブ取付用ピン５２とを結ぶ直線上であって係合ピン５４とは回動軸を挟んで反対側に設けられており、プレート３０の上面から突設された第２のばね当接ピン６４とともに、コイルばね４０の両端の直線部４０ａ、４０ｂによって挟み込まれている。そのため、ステアリングホイール５１が下部ブラケット３４に対して左右いずれの方向に回転変位させられたとしても、コイルばね４０の弾性復帰力によってステアリングホイール５１には常に元の中立位置に戻ろうとする力が働く。本実施の形態では、ステアリングホイール５１に中立復帰力を加える弾性部材としてコイルばね４０を用いているので、少ない部品数でしかも省スペースを図りつつステアリングホイール５１を自動的に中立位置（本実施の形態では、ステアリング操作部２４の回動軸とノブ取付用ピン５２とを結ぶ方向がプレート３０の長手方向と一致する位置）に復帰させることができる。
【００２７】
一対のストッパ５６ａ、５６ｂは、ステアリングホイール５１の回動軸とノブ取付用ピン５２とを結ぶ線分に対して線対称にその両側に取り付けられている。ストッパ５６ａ、５６ｂは、ステアリング操作部２４と下部ブラケット３４との相対的な変位角度が左右それぞれの限界角度に達したときに、後述するセンサピンガイド６２の側面と当接して両者の変位角度の範囲を規制するものである。このようなストッパ５６ａ、５６ｂを設けることで、後述する回転センサ６３にその限界を超えた大きな角度が入力されてこれが破損されるのを防止することができる。
【００２８】
センサ２８は、センサピン６１と、センサピンガイド６２と、回転センサ６３とから構成されている。回転センサ６３は、プレート３０の下面に固定されている。回転センサ６３としては、ロータリポテンショメータやロータリエンコーダなどの公知のものをいずれも用いることができる。また、センサピンガイド６２は、プレート３０の上面であって回転センサ６３と対応した位置に固定されている。また、センサピン６１は、上下方向に延在する丸棒状のピン部６１ａと、水平方向に延在するアーム部６１ｂとから構成されており、アーム部６１ｂの先端には凹部６１ｃが設けられている。ピン部６１ａは、センサピンガイド６２およびプレート３０に設けられた孔を経て回転センサ６３に挿入されている。また、上述のように、センサピン６１は、凹部６１ｃにおいて係合ピン５４と係合している。そのため、ステアリング操作部２４が下部ブラケット３４に対して相対的に回動すると、係合ピン５４によってセンサピン６１がピン部６１ａを軸として回動させられ、その回動角度が回転センサ６３に入力される。
【００２９】
なお、後述するように、本実施の形態では、係合ピン５４およびセンサピン６１の係合位置とセンサピン６１のピン部６１ａとの間の距離が、係合ピン５４およびセンサピン６１の係合位置とステアリングホイールの回動軸との間の距離よりも短くなるように、係合ピン５４の位置が調節されている。
【００３０】
また、回転センサ６３には、センサピン６１を常に同じ方向に回転付勢する図示しない弾性部材（例えばコイルばね）を備えた機構が内蔵されている。そのために、係合ピン５４は常に弾性部材によって一方向（本実施の形態では、上から見たときに係合ピン５４を時計回りに回動させる方向）に付勢された状態で凹部６１ｃと当接しており、係合ピン５４の外径が凹部６１ｃの幅よりも小さく形成されている場合であっても、係合ピン５４は常に凹部６１ｃ内側の同じ側面とだけ当接することになり、係合ピン５４は一方向に付勢された状態でセンサピン６１で支持される。従って、係合ピン５４またはセンサピン６１の寸法に製造上の誤差があったとしても、係合ピン５４とセンサピン６１との間で機械的がたが生じることがない。
【００３１】
プレート３０に固着されたほぼ円柱状のシャフト３２の上端は、ステアリングホイール５１の円筒状突起部５３に挿入されており、ステアリングホイール５１とシャフト３２とは互いに自由に回動可能に緩やかに結合されている。また、シャフト３２は、プレート３０の下方に設けられた円盤状ガイド部材３２ａを有している。円盤状ガイド部材３２ａには、スパイラルケーブルユニット３６のロータ７２に設けられた一対の凸部７２ｂ（図４参照）と係合する一対の凹部３２ｂが設けられている。これにより、スパイラルケーブルユニット３６のロータ７２がシャフト３２と連動して回動するようになっている。また、シャフト３２の下端部近傍には、自在継手１４ｂとの接続が可能なように、２つのギア面３２ｃが形成されている。
【００３２】
図２〜図４に示すように、スパイラルケーブルユニット３６は、帯状のケーブルが巻回されてなるスパイラルケーブル７１と、これを収納するスパイラルケーブルケース７０とを有している。スパイラルケーブルケース７０は、スパイラルケーブル７１の一方の端部（可動端）７１ａが外縁部から取り出されており、上述のようにシャフト３２と連動して回動軸を中心に回動可能であるロータ７２と、スパイラルケーブル７１の他方の端部（固定端）７１ｂが下方から取り出されており、ステアリングブラケット１７に固定されたステータ７３とを具備している。スパイラルケーブル７１の可動端７１ａは、回転センサ６３の出力端子と接続されている。また、スパイラルケーブル７１の固定端７１ｂは、図示しない制御部の入力端子と接続されている。
【００３３】
ほぼ円環状のロータ７２は、その中央部に下方に突出した円筒部７２ａを有している。円筒部７２ａは、内側の空洞に向けて突出した一対の凸部７２ｂを有している。上述したように、凸部７２ｂはシャフト３２に設けられた凹部３２ｂと互いに係合する。また、内筒部７３ａと外筒部７３ｂとを有する２重円筒状に形成されたステータ７３は、４個所の固定部７３ｃにおいてステアリングブラケット１７にビス止め固定される。スパイラルケーブル７１は内筒部７３ａと外筒部７３ｂとの間に巻回された状態でスパイラルケーブルケース７０内に収納されている。
【００３４】
従って、ロータ７２の回動方向に応じてスパイラルケーブルケース７０内のスパイラルケーブル７１は、巻き拡げられるか或いは巻き締められることになる。例えば、スパイラルケーブル７１が上方から見て反時計回りに巻回されている場合には、図５（ａ）に示すようにロータ７２が反時計回りに回転するほどスパイラルケーブル７１は巻き締められる。一方で、図５（ｂ）に示すようにロータ７２が時計回りに回転するほどスパイラルケーブル７１は巻き拡げられる。そのため、ステアリング操作部２４の中立状態では、スパイラルケーブル７１は巻き拡げと巻き締めとの中間状態（すなわち、緩く巻回された状態）とされている。よって、シャフト３２の回りを可動端７１ａが回動したとしても、ロータ７２とステータ７３との相対的回動はスパイラルケーブル７１の巻回状態の変化によって吸収され、スパイラルケーブル７１がシャフト３２に巻き付いたり捻れたりすることがない。
【００３５】
次に、上述のように構成された本実施の形態の操舵トルク検出装置の動作について、さらに図６〜図８を参照して説明する。図６は、ステアリングホイール５１が中立状態にあるときにおける、ステアリング操作部２４を仮想線で表したステアリングホイール集成体１６の平面図である。中立状態では、図８（ａ）に示すように、ステアリング操作部２４は、回転センサ６３に内蔵された弾性部材からの弾性力（図８各図において白抜き矢印で表す）によって時計回りに付勢されるとともに、これに抗したコイルばね４０からの同じ大きさの反力（図８各図において細線の矢印で表す）によって反時計回りに付勢されている。そして、両者からのトルクが釣り合うことで、ステアリング操作部２４は中立位置で静止している。このとき、ステアリングホイール５１の回動軸Ａ、センサピン６１と係合ピン５４との係合位置Ｂ、および、センサピン６１のピン部６１ａの回動軸（回転センサ６３の入力軸）Ｃは、実質的に一直線上にある。
【００３６】
ここで、リーチフォークリフト１の運転者が、ステアリング操作部２４のノブ２６を把持して、ステアリングホイール５１を図６に示す中立状態から所望の操舵方向、例えば時計回りの方向に回動させたとする。すると、図８（ｂ）に示すように、センサピン６１は回動軸Ｃを中心として反時計回りに回動する。このとき、運転者がステアリング操作部２４を時計回りに回動させるために必要な操舵トルクは、回転センサ６３に内蔵された弾性部材からの時計回りの弾性力によるトルクがコイルばね４０からの反時計回りの弾性力によるトルクに比べて無視できるほど小さいように調節されているとすると、コイルばね４０からの反時計回りの弾性力によるトルクにほぼ等しくなる。
【００３７】
このとき、上述したように、下部ブラケット側のセンサピン６１とステアリング操作部２４側の係合ピン５４とが時計回り方向に付勢された状態で当接しているので、係合ピン５４が凹部６１ｃ内に隙間なく係合しているか或いは係合ピン５４の外径が凹部６１ｃの幅よりも小さく形成されていて両者の間に間隙が形成されているかどうかに拘わらず、ステアリング操作部２４を回動させても機械的がたが生じることがない。
【００３８】
ステアリングホイール５１を時計回りの方向に回動させると、センサピン６１と係合ピン５４との係合位置Ｂは凹部６１ｃ内を外側に向けて移動しつつ図８（ｂ）中右側に移動する。このとき、上述したように距離ＢＣが距離ＡＢよりも短いために、センサピン６１の回動角θ1bはステアリング操作部２４の回動角θ1aよりも大きくなる。そのため、ステアリング操作部２４の実際の変位角θ1aよりも大きな角度θ1bが回転センサ６３に入力されることになり、回転センサ６３における角度検出を高精度で行うことが可能となっている。
【００３９】
ここで、運転者が負荷する操舵トルクは、操舵力とステアリングホイール５１の半径との積で表される。従って、操舵トルクは、コイルばね４０からの弾性力とステアリングホイール５１との半径で表される。一方、コイルばね４０からの弾性力は、コイルばね４０の変位量、つまり、ステアリング操作部２４と下部ブラケット３４との相対的変位角度に比例する。従って、回転センサ６３に入力される両者の変位角度は、運転者が負荷する操舵トルクに比例することになる。
【００４０】
そして、回転センサ６３は、ステアリング操作部２４と下部ブラケット３４との相対的な変位角に比例した出力信号をスパイラルケーブルユニット３６を介して図示しない制御部に供給する。制御部は回転センサ６３から供給された出力信号に応じて操舵力倍力装置１８のアシストモータ２０を駆動する駆動電流を出力する。アシストモータ２０の駆動力は、減速装置２２を介して操舵軸１２ｂに伝達される。さらに、この駆動力は操舵ギア１０を介して旋回ギア８を回転させることにより、駆動ユニット４および後輪２を回転させる。
【００４１】
アシストモータ２０により後輪２が所望の操舵方向に操舵されると、下部ブラケット３４がステアリング操作部２４に追従して回動軸の回りを回動する。このとき、本実施の形態では、回転センサ６３の出力信号がスパイラルケーブルユニット３６を介して制御部へと与えられるようになっており、下部ブラケット３４が回動すると、スパイラルケーブル７１の可動端７１ａは回転センサ６３の回動に合わせてシャフト３２の回りをロータ７２とともに回動する。従って、シャフト３２にケーブルが巻き付いたりケーブルが捻れて切れたりすることがなく、回転センサ６３の出力信号を制御部に供給することが可能となっている。さらに、スリップリングを用いたときのような回転接触する接点を有していないので、長期間にわたって使用してもセンサ出力を確実に取り出すことができる。しかも、本実施の形態では、円盤状ガイド部材３２ａを用いてロータ７２とシャフト３２とを係合させて両者が連動して回動するようにしているので、可動端７１ａは回転センサ６３と同期してシャフト３２の回りを回動することになり、円盤状ガイド部材３２ａを用いない場合のようにロータ７２が回転センサ６３によって引っ張られて可動端７１ａ部分に無理な引っ張り力が加えられることがなく、可動端７１ａにおいて接触不良などの故障が生じる可能性が低い。
【００４２】
下部ブラケット３４がステアリング操作部２４に追従して回動軸の回りを回動すると、ステアリング操作部２４と下部ブラケット３４との相対的変位角度が小さくなり、やがてステアリング操作部２４は下部ブラケット３４に対して中立位置に戻ることになる。そして、新たにステアリング操作部２４に操舵力が負荷されると、ステアリング操作部２４と下部ブラケット３４との間に角度変位が発生するため、上述したのと同様にアシストモータ２０が駆動制御され、後輪２に操舵力が付与される。
【００４３】
なお、ステアリング操作部２４を大きな操舵トルクで時計回りに回動させた場合、図７に示すように、ステアリング操作部２４に設けられたストッパ５６ａがセンサピンガイド６２の外周面に当接し、ステアリング操作部２４と下部ブラケット３４との相対変位角度をそれ以上大きくすることができなくなる。これによって、過大な変位角度が回転センサ６３に入力されて回転センサ６３が破損しないようにされている。
【００４４】
反対に、リーチフォークリフト１の運転者が、ステアリングホイール５１を図６に示す中立状態から反時計回りの方向に回動させたとする。すると、図８（ｃ）に示すように、センサピン６１は回動軸Ｃを中心として時計回りに回動する。このとき、運転者がステアリング操作部２４を反時計回りに回動させるために必要な操舵トルクは、回転センサ６３に内蔵された弾性部材からの時計回り弾性力によるトルクが無視できるほど小さく調節されている場合には、コイルばね４０からの時計回りの弾性力によるトルクとほぼ等しくなる。
【００４５】
ステアリングホイール５１を反時計回りの方向に回動させると、センサピン６１と係合ピン５４との係合位置Ｂは凹部６１ｃ内を外側に向けて移動しつつ図８（ｃ）中左側に移動する。このときも、上述したのと同じ理由によりセンサピン６１の回動角θ2bがステアリング操作部２４の回動角θ2aよりも大きくなり、回転センサ６３における角度検出を高精度で行うことが可能となっている。なお、この場合も、運転者が負荷する操舵トルクと回転センサ６３に入力される両者の変位角度が実質的に比例している。従って、ステアリングホイール５１を時計回りの方向に回動させた場合と同様の制御が行われる。
【００４６】
そして、このときも、下部ブラケット側のセンサピン６１とステアリング操作部２４側の係合ピン５４とが時計回り方向に付勢された状態で当接しているので、係合ピン５４と凹部６１ｃとの寸法的な誤差の有無に拘わらず、ステアリング操作部２４を回動させても機械的がたが生じることがない。また、回転センサ６３の出力信号がスパイラルケーブルユニット３６を介して制御部へと与えられるために、シャフト３２にケーブルが巻き付いたりケーブルが捻れて切れたりすることがなく、高い信頼性で回転センサ６３の出力信号を制御部に供給することが可能となっている。また、ステアリング操作部２４を大きな操舵トルクで時計回りに回動させた場合、ステアリング操作部２４に設けられたストッパ５６ｂがセンサピンガイド６２の外周面に当接するようになっている。
【００４７】
このように、本実施の形態の操舵トルク検出装置によると、ステアリング操作部（上部ブラケット）２４と同軸にスパイラルケーブルユニット３６を配置してその可動端７１ａと回転センサ６３とを接続するようにしたために、ステアリング操作部２４の操作に伴って回転センサ６３が回動軸の回りを回動しても、ケーブルが回動軸に巻き付いたり或いは捻れて切れたりすることなく、回転センサ６３の出力信号をスパイラルケーブル７１の固定端７１ｂからパワーステアリング装置の制御部へと取り出すことが可能である。従って、本実施の形態の操舵トルク検出装置は、回転センサ６３に接続されたケーブルに関連して故障や不具合が発生することがほとんどない高い信頼性を有するものである。また、本実施の形態の操舵トルク検出装置は、上述した説明から明らかなように従来のものと比べて少ない部品点数で構成される比較的簡単な構造を有しており、製造コスト削減を実現することができるものでもある。また、本実施の形態の操舵トルク検出装置は、ステアリング操作部２４近傍にコンパクトに配置することができ、ステアリング操作部２４と回転センサ６３との間に軸受けや継手などの抵抗がないためにステアリング操作部２４を変位させるための最小操舵力が小さく、ステアリング操作部２４の変位量が大きいために比較的操舵トルクの検出精度が高いという利益をも有している。
【００４８】
なお、上述の実施の形態では、回転センサ６３が弾性部材を内蔵しておりこれによってステアリング操作部２４が常に一方向に付勢されているとしたが、これは本発明にとって必ずしも必要な構成要件ではなく、弾性部材によってステアリング操作部２４を付勢することがない回転センサを用いることも可能である。また、センサピン６１のアーム部６１ｂの長さは、上述した距離ＢＣが距離ＡＢよりも短いという条件を必ずしも満たす必要はなく、これを満たさない範囲でセンサピン６１の形状を任意に変更することも可能である。
【００４９】
以上、本発明の好適な一実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。例えば、上述の実施の形態ではコイルばね４０を用いてステアリング操作部２４に中立復帰する力を発生させていたが、コイルばね以外の弾性部材を用いてステアリング操作部２４が中立復帰するように構成してもよい。
【００５０】
また、上述の実施の形態ではセンサとして回転式ポテンショメータなどの回転センサを用いたが、直動式ポテンショメータなどの並進変位距離を検出可能なセンサを用いてもよい。直動式ポテンショメータを用いる場合には、そのストローク式の検出軸が相対回動による変位方向とほぼ一致するようにプレート３０上にポテンショメータを配向し、ステアリングホイールの下面に直動式ポテンショメータの検査軸と当接する突起部を設ければよい。このときも、直動式ポテンショメータの検査軸に弾性部材が内蔵されており、その弾性力によって検査軸が突起部を常に一方向に付勢した状態で互いに当接していることが好ましい。なお、直動式ポテンショメータは大きな変位量が入力されて高い精度で変位検出ができるようにするために、できるだけ回動軸から離れた位置に配置することが好ましい。
【００５１】
上述の実施の形態では、リーチフォークリフトのパワーステアリング装置を例にして本発明の操舵トルク検出装置を説明したが、本発明は、リーチフォークリフトに限定されることはなく、他の車両、例えば通常のフォークリフトトラックや、自動車にも適用できることは言うまでもない。更に、本発明の操舵トルク検出装置は、電気式のパワーステアリング装置のみではなく、油圧式のパワーステアリング装置にも適用可能である。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１及び２によると、センサが回動軸の回りを回動しても、ケーブルが回動軸に巻き付いたり或いは捻れて切れたりすることなく、センサの出力信号をスパイラルケーブルの固定端から取り出すことが可能である。しかも、比較的構造が簡単であるとともに、スリップリングを用いたときのような回転接触する接点を有していないので、長期間にわたって使用してもセンサ出力を確実に取り出すことができる。
【００５３】
また、請求項１によると、ステアリング操作部材を操作したときに機械的がたや引っかかりが全く発生せず、操舵トルクを高い精度で検出することができる。また、請求項２によると、ステアリング操作部材の回動角よりも大きな角度がセンサに入力されるので、より高い精度で操舵トルクを検出することができるようになる。また、請求項３によると、ステアリング操作部を操作する運転者に操舵トルクの大きさに応じた適度な操舵感覚を与えることができるとともに、ステアリング操作部への操舵トルクが解除されたときにこれを自動的に中立位置に復帰させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による操舵トルク検出装置を具備するリーチフォークリフトの操舵装置の概略図である。
【図２】本発明の一実施の形態による操舵トルク検出装置の概略的な斜視図である。
【図３】本発明の一実施の形態による操舵トルク検出装置の回動軸に沿った断面図である。
【図４】本発明の一実施の形態による操舵トルク検出装置に用いられているスパイラルケーブルユニットの概略的な斜視図である。
【図５】本発明の一実施の形態による操舵トルク検出装置に用いられているスパイラルケーブルユニットの構造を説明するための概略図である。
【図６】中立状態における、本発明の一実施の形態による操舵トルク検出装置の平面図である。
【図７】ステアリングホイールを右側限界位置まで回転させたときにおける、本発明の一実施の形態による操舵トルク検出装置の平面図である。
【図８】本発明の一実施の形態による操舵トルク検出装置におけるステアリングホイールの変位角度検出および必要な操作力について説明するための概略図である。
【符号の説明】
１ リーチフォークリフト
２ 後輪（操舵輪）
２０ アシストモータ
２４ ステアリング操作部（上部ブラケット）
２６ ノブ
２８ センサ
３０ プレート
３２ シャフト
３４ 下部ブラケット（スライド部材）
３６ スパイラルケーブルユニット
４０ コイルばね
５１ ステアリングホイール
５４ 係合ピン
６１ センサピン
６２ センサピンガイド
６３ 回転センサ
７１ スパイラルケーブル
７１ａ 可動端
７１ｂ 固定端
７２ ロータ
７３ ステータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両のパワーステアリング装置に用いることができる操舵トルク検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フォークリフトなどの産業車両では、操舵輪を補助付勢して運転者の車両操舵力を低減することができるパワーステアリング装置が広範に利用されている。パワーステアリング装置は、ステアリングホイールに負荷される操舵トルクを検出する操舵トルク検出装置と、操舵力を低減する操舵力倍力装置と、操舵トルク検出装置で検出された操舵トルクに基づいて操舵力倍力装置の出力を制御する制御装置とを具備している。パワーステアリング装置は、操舵力倍力部を油圧モータで構成するか或いは電動モータで構成するかにより、油圧式パワーステアリング装置と電気式パワーステアリング装置とに分類される。いずれの方式を採用するにしても、パワーステアリング装置を適切に制御するためには、適切な操舵トルク検出装置が必要となる。
【０００３】
しかしながら、現在用いられている操舵トルク検出装置は、ステアリングホイールと操舵輪との間にカップリングが設けられているため比較的大きな容積を必要とする、ステアリングホイールとセンサとの間にある軸受けや継手などの抵抗のために最小操舵力が大きい、変位量が小さいひずみゲージなどを用いているために操舵トルクを高い精度で検出できないなどの問題を有している。このような問題を解決するものとして、特開平７−２３２６４７号公報に記載されたような操舵トルク検出装置が提案されている。
【０００４】
この公報の操舵トルク検出装置は、環状のステアリングホイールを、その回転軸線に対して垂直な方向で第１のホイールと第２のホイールとに分割し、ステアリングホイールを操作するとき、ステアリングホイールに負荷される操舵トルクに比例して第１のホイールが第２のホイールに対して周方向にスライドするように構成し、このスライド動作の方向と変位量とを回転式のポテンショメータなどのセンサで検出するようにしたものである。この操舵トルク検出装置によると、ステアリングホイールにコンパクトな構成の操舵トルク検出装置が配置されるので、操舵系統の配置自由度を高くすることができる。そして、第１のホイールを操作するときに必要な操舵力は、第１のホイールとセンサとの間に軸受けや継手などの抵抗がないために第２のホイールに対して第１のホイールをスライドさせる力だけであり、最小操舵力を小さくすることが可能となる。しかも、第１のホイールと第２のホイールとのスライド量が大きいために、高精度に操舵トルクを検出することができるなどの利益が得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に記載の操舵トルク検出装置は、回動部材である第２のホイールに取り付けられたセンサからの出力信号をケーブルが回動軸に巻き付いたり捻れたりすることなく外部に取り出すためにスリップリングを用いているので、長期間にわたって使用しているとスリップリングの接点における電気接触が確実に行われなくなることがあり、信頼性の点で満足のいくものではない。また、上記公報には、スリップリングを用いる代わりに回転変位を直線変位に変換し、直線変位センサからの出力信号を外部に取り出すようにした実施例も記載されているが、この実施例の操舵トルク検出装置は構造的に非常に複雑であるためにより多くの部品点数や製造工程数を必要とするという点で問題がある。
【０００６】
また、上記公報に記載の操舵トルク検出装置によると、ステアリングホイールとセンサとの間に多くの部材が組み合わされて用いられているため、これに応じて機械的がたや引っかかりが不可避的に大きくなり、操舵トルクの検出精度が低下してしまう。
【０００７】
そこで、本発明の主な目的は、コンパクトであって必要な最小操舵力が小さく比較的精度が高いという上記公報の発明による利益を保持しつつ、比較的構造が簡単であるとともに、長期間にわたって使用してもセンサ出力を確実に取り出すことができる信頼性の高い操舵トルク検出装置を提供することである。
【０００８】
また、本発明の別の目的は、機械的がたや引っかかりがほとんどなく、上記公報のものよりも高い精度で操舵トルクを検出可能な操舵トルク検出装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の操舵トルク検出装置は、回動軸を中心として回動可能なステアリング操作部と、前記ステアリング操作部と同軸に配置されており、前記ステアリング操作部が操作されたときにこれに負荷される操舵トルクに比例して前記ステアリング操作部に対して周方向に変位するスライド部材と、前記スライド部材に取り付けられており、前記ステアリング操作部の前記スライド部材に対する相対的な変位量を測定可能なセンサと、前記ステアリング操作部と同軸に配置されており、固定端と前記センサに接続された可動端とを有するスパイラルケーブルを含むスパイラルケーブルユニットとを備えている。さらに、前記ステアリング操作部および前記センサが、前記センサに設けられた弾性部材によって前記ステアリング操作部が常に一方向に付勢された状態で互いに当接している。一方、請求項２の操舵トルク検出装置は、回動軸を中心として回動可能なステアリング操作部と、前記ステアリング操作部と同軸に配置されており、前記ステアリング操作部が操作されたときにこれに負荷される操舵トルクに比例して前記ステアリング操作部に対して周方向に変位するスライド部材と、前記スライド部材に取り付けられており、前記ステアリング操作部と前記スライド部材との相対的な変位量を測定可能なセンサと、前記ステアリング操作部と同軸に配置されており、固定端と前記センサに接続された可動端とを有するスパイラルケーブルを含むスパイラルケーブルユニットとを備えている。さらに、前記センサが変位角度を測定可能であって、前記センサが、前記センサの入力軸および前記回動軸とは異なる位置にある係合位置において前記ステアリング操作部と係合しており、前記入力軸と前記係合位置との距離が、前記回動軸と前記係合位置との距離よりも短くされている。
【００１０】
請求項１及び２の操舵トルク検出装置では、ステアリング操作部材を操作すると、これに負荷される操舵トルクに比例してスライド部材とステアリング操作部とが周方向に変位する。そして、この変位量をスライド部材に取り付けられたセンサが測定し、センサの出力信号がスパイラルケーブルの可動端に与えられ、スパイラルケーブルの固定端から取り出される。ステアリング操作部材を回動させると、例えばパワーステアリング装置により操舵輪が補助付勢された場合などには、ステアリング操作部材に追従してスライド部材も回動することになるため、スライド部材に取り付けられたセンサは回動軸の回りを回動する。このとき、センサに接続されたスパイラルケーブルの可動端は、回動軸に巻き付くことなくその回りをセンサとともに回動する。そして、ステアリング操作部と同軸に配置されたスパイラルケーブルの可動端と固定端の中間にある巻回部分は、可動端の回動に応じて巻き拡げられるか或いは巻き締められる。
【００１１】
このように、請求項１及び２によると、ステアリング操作部と同軸にスパイラルケーブルユニットを配置してその可動端とセンサとを接続するようにしたために、センサが回動軸の回りを回動しても、ケーブルが回動軸に巻き付いたり或いは捻れて切れたりすることなく、センサの出力信号をスパイラルケーブルの固定端から例えばパワーステアリング装置の制御部へと取り出すことが可能である。しかも、スリップリングを用いたときのような回転接触する接点を有していないので、長期間にわたって使用してもセンサ出力を確実に取り出すことができる。つまり、請求項１及び２の操舵トルク検出装置は、少ない部品点数で構成される比較的簡単な構造を有しているとともに、高い信頼性を得ることができるものである。さらに加えて、請求項１及び２の操舵トルク検出装置は、ステアリング操作部近傍にコンパクトに配置することができ、ステアリング操作部とセンサとの間に軸受けや継手などの抵抗がないためにステアリング操作部を変位させるための最小操舵力が小さく、ステアリング操作部の変位量が大きいために比較的操舵トルクの検出精度が高いという上記公報の発明による利益をそのまま保持している。
【００１２】
さらに、請求項１によると、センサに設けられた弾性部材によってステアリング操作部が常に一方向に付勢された状態でステアリング操作部およびセンサが互いに当接しているので、ステアリング操作部の変位量や変位方向にかかわらず両者が常に遊びなく接触接続されることになる。そのため、ステアリング操作部材を操作したときに機械的がたや引っかかりが全く発生せず、操舵トルクを高い精度で検出することができる。
【００１３】
さらに、請求項２によると、入力軸と係合位置との距離が回動軸と係合位置との距離よりも短くされているので、ステアリング操作部材の回動角よりも大きな角度がセンサに入力され、センサへの入力角がいわば増幅されたものになる。そのため、より高い精度で操舵トルクを検出することができるようになる。
【００１４】
また、請求項３の操舵トルク検出装置は、前記ステアリング操作部が前記スライド部材に対して変位しているときに、前記ステアリング操作部の変位量を小さくする方向に前記ステアリング操作部を付勢する弾性部材をさらに備えていることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項３によると、ステアリング操作部を操作する運転者に操舵トルクの大きさに応じた適度な操舵感覚を与えることができるとともに、ステアリング操作部への操舵トルクが解除されたときにこれを自動的に中立位置（ステアリング操作部とスライド部材とが相対的に変位していないとする位置）に復帰させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な一実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１９】
本実施の形態の操舵トルク検出装置をリーチフォークリフトに適用した場合について説明する。リーチフォークリフトは、周知の通り、マストまたはフォークが前後に移動できるフォークリフトであり、それぞれ１以上の前輪と後輪とを有している。前輪は遊動輪であり、後輪のうちの１つはブレーキを備えた操舵兼駆動輪である。リーチフォークリフトは、車体前方に突出する２本のレグに、上記前輪を設けて車体を安定させると共に、前記フォークにより荷をレグの上に移動させて荷役作業を行う。リーチフォークリフトは、屋内で使用されることが多いために、一般的にバッテリーによる電動方式が採用される。
【００２０】
図１を参照して、リーチフォークリフトの操舵機構について説明する。リーチフォークリフト１の操舵輪兼駆動輪である後輪２は駆動ユニット４を介して駆動モータ６により駆動される。駆動ユニット４には旋回ギア８が固着されている。旋回ギア８は操舵ギア１０と係合している。操舵ギア１０は、複数の操舵軸１２ａ〜１２ｃおよびこれらを連結する自在継手１４ａ、１４ｂを介してステアリングホイール集成体１６と連結されている。ステアリングホイール集成体１６は、後述のようにステアリングブラケット１７に取り付けられている。
【００２１】
上記複数の操舵軸１２ａ〜１２ｃは、自在継手１４ａ、１４ｂとともに一連の操舵軸集成体を構成している。この操舵軸集成体には、電動式の操舵力倍力装置１８が連結されている。操舵力倍力装置１８は、アシストモータ２０と、減速装置２２とを具備している。アシストモータ２０は、減速装置２２を介して操舵軸１２ｂに連結されいる。図１では、操舵力倍力装置１８は操舵軸１２ｂと連結するように示されている。然しながら、操舵力倍力装置１８の配置は、図１に示した配置に限定されないことは言うまでもない。
【００２２】
ステアリングホイール集成体１６は、ノブ２６が取り付けられたほぼ円盤状のステアリングホイール５１を備えたステアリング操作部（上部ブラケット）２４を有している。リーチフォークリフト１の運転者が、ノブ２６を握ってステアリングホイール５１を回転させると、この回転は上記操舵軸集成体と操舵ギア１０と旋回ギア８とを介して操舵輪である後輪２に伝達される。
【００２３】
また、ステアリングホイール集成体１６には、後述するように運転者がステアリングホイール５１を回転させる際の操舵トルクを検出するためのセンサ２８が設けられている。センサ２８の検出信号（ステアリング操作部２４とプレート３０（図２参照）との変位角度を表す信号）は、図示しない制御部に与えられる。制御部は、センサ２８からの信号に基づいて操舵トルクを求め、求められた操舵トルクの大きさに応じたアシスト力をアシストモータ２０が発生するようにこれを制御する。そのため、運転者は比較的小さな操舵力でノブ２６を操作するだけで、後輪２を任意の方向に向けることができる。
【００２４】
次に、図２〜図３を参照して、ステアリングホイール集成体１６の構造について説明する。図２〜図３に示すように、ステアリングホイール集成体１６は、上述したステアリング操作部２４およびセンサ２８のほかに、矩形のプレート３０およびその中央を貫通するようにしてこれに固着されたほぼ円柱状のシャフト３２からなる下部ブラケット（スライド部材）３４と、センサ２８の出力信号を外部に取り出すためのスパイラルケーブルユニット３６と、シャフト３２の下部外周面と当接する玉軸受け部３８と、ステアリングホイール５１とプレート３０との間に配置されたコイルばね４０とを具備している。これらの部材は、ノブ２６およびセンサ２８を除いてシャフト３２中心にある回動軸に対して同軸に配置されている。そして、ステアリング操作部２４が回動操作されたときは、ステアリング操作部２４と下部ブラケット３４は相対的に回動（すなわち、周方向に変位）する。
【００２５】
ステアリング操作部２４は、円盤状のステアリングホイール５１のほかに、これに設けられた膨出部分５１ａの上面に突設されたノブ取付用ピン５２を有している。また、ステアリング操作部２４は、ステアリングホイール２４の下面に突設された、円筒状突起部５３と、係合ピン５４と、第１のばね当接ピン５５と、一対のストッパ５６ａ、５６ｂとをさらに有している。
【００２６】
円筒状突起部５３の内側空洞には、シャフト３２の上端部が挿入されている。また、円筒状突起部５３の外周面にはコイルばね４０が嵌合されている。係合ピン５４は、ステアリングホイール５１の回動軸とノブ取付用ピン５２との間にあって、後述するセンサピン６１の凹部６１ｃと係合している。これにより、ステアリングホイール５１とプレート３０との相対的な変位角がセンサ２８によって検知される。第１のばね当接ピン５５は、ステアリングホイール５１の回動軸とノブ取付用ピン５２とを結ぶ直線上であって係合ピン５４とは回動軸を挟んで反対側に設けられており、プレート３０の上面から突設された第２のばね当接ピン６４とともに、コイルばね４０の両端の直線部４０ａ、４０ｂによって挟み込まれている。そのため、ステアリングホイール５１が下部ブラケット３４に対して左右いずれの方向に回転変位させられたとしても、コイルばね４０の弾性復帰力によってステアリングホイール５１には常に元の中立位置に戻ろうとする力が働く。本実施の形態では、ステアリングホイール５１に中立復帰力を加える弾性部材としてコイルばね４０を用いているので、少ない部品数でしかも省スペースを図りつつステアリングホイール５１を自動的に中立位置（本実施の形態では、ステアリング操作部２４の回動軸とノブ取付用ピン５２とを結ぶ方向がプレート３０の長手方向と一致する位置）に復帰させることができる。
【００２７】
一対のストッパ５６ａ、５６ｂは、ステアリングホイール５１の回動軸とノブ取付用ピン５２とを結ぶ線分に対して線対称にその両側に取り付けられている。ストッパ５６ａ、５６ｂは、ステアリング操作部２４と下部ブラケット３４との相対的な変位角度が左右それぞれの限界角度に達したときに、後述するセンサピンガイド６２の側面と当接して両者の変位角度の範囲を規制するものである。このようなストッパ５６ａ、５６ｂを設けることで、後述する回転センサ６３にその限界を超えた大きな角度が入力されてこれが破損されるのを防止することができる。
【００２８】
センサ２８は、センサピン６１と、センサピンガイド６２と、回転センサ６３とから構成されている。回転センサ６３は、プレート３０の下面に固定されている。回転センサ６３としては、ロータリポテンショメータやロータリエンコーダなどの公知のものをいずれも用いることができる。また、センサピンガイド６２は、プレート３０の上面であって回転センサ６３と対応した位置に固定されている。また、センサピン６１は、上下方向に延在する丸棒状のピン部６１ａと、水平方向に延在するアーム部６１ｂとから構成されており、アーム部６１ｂの先端には凹部６１ｃが設けられている。ピン部６１ａは、センサピンガイド６２およびプレート３０に設けられた孔を経て回転センサ６３に挿入されている。また、上述のように、センサピン６１は、凹部６１ｃにおいて係合ピン５４と係合している。そのため、ステアリング操作部２４が下部ブラケット３４に対して相対的に回動すると、係合ピン５４によってセンサピン６１がピン部６１ａを軸として回動させられ、その回動角度が回転センサ６３に入力される。
【００２９】
なお、後述するように、本実施の形態では、係合ピン５４およびセンサピン６１の係合位置とセンサピン６１のピン部６１ａとの間の距離が、係合ピン５４およびセンサピン６１の係合位置とステアリングホイールの回動軸との間の距離よりも短くなるように、係合ピン５４の位置が調節されている。
【００３０】
また、回転センサ６３には、センサピン６１を常に同じ方向に回転付勢する図示しない弾性部材（例えばコイルばね）を備えた機構が内蔵されている。そのために、係合ピン５４は常に弾性部材によって一方向（本実施の形態では、上から見たときに係合ピン５４を時計回りに回動させる方向）に付勢された状態で凹部６１ｃと当接しており、係合ピン５４の外径が凹部６１ｃの幅よりも小さく形成されている場合であっても、係合ピン５４は常に凹部６１ｃ内側の同じ側面とだけ当接することになり、係合ピン５４は一方向に付勢された状態でセンサピン６１で支持される。従って、係合ピン５４またはセンサピン６１の寸法に製造上の誤差があったとしても、係合ピン５４とセンサピン６１との間で機械的がたが生じることがない。
【００３１】
プレート３０に固着されたほぼ円柱状のシャフト３２の上端は、ステアリングホイール５１の円筒状突起部５３に挿入されており、ステアリングホイール５１とシャフト３２とは互いに自由に回動可能に緩やかに結合されている。また、シャフト３２は、プレート３０の下方に設けられた円盤状ガイド部材３２ａを有している。円盤状ガイド部材３２ａには、スパイラルケーブルユニット３６のロータ７２に設けられた一対の凸部７２ｂ（図４参照）と係合する一対の凹部３２ｂが設けられている。これにより、スパイラルケーブルユニット３６のロータ７２がシャフト３２と連動して回動するようになっている。また、シャフト３２の下端部近傍には、自在継手１４ｂとの接続が可能なように、２つのギア面３２ｃが形成されている。
【００３２】
図２〜図４に示すように、スパイラルケーブルユニット３６は、帯状のケーブルが巻回されてなるスパイラルケーブル７１と、これを収納するスパイラルケーブルケース７０とを有している。スパイラルケーブルケース７０は、スパイラルケーブル７１の一方の端部（可動端）７１ａが外縁部から取り出されており、上述のようにシャフト３２と連動して回動軸を中心に回動可能であるロータ７２と、スパイラルケーブル７１の他方の端部（固定端）７１ｂが下方から取り出されており、ステアリングブラケット１７に固定されたステータ７３とを具備している。スパイラルケーブル７１の可動端７１ａは、回転センサ６３の出力端子と接続されている。また、スパイラルケーブル７１の固定端７１ｂは、図示しない制御部の入力端子と接続されている。
【００３３】
ほぼ円環状のロータ７２は、その中央部に下方に突出した円筒部７２ａを有している。円筒部７２ａは、内側の空洞に向けて突出した一対の凸部７２ｂを有している。上述したように、凸部７２ｂはシャフト３２に設けられた凹部３２ｂと互いに係合する。また、内筒部７３ａと外筒部７３ｂとを有する２重円筒状に形成されたステータ７３は、４個所の固定部７３ｃにおいてステアリングブラケット１７にビス止め固定される。スパイラルケーブル７１は内筒部７３ａと外筒部７３ｂとの間に巻回された状態でスパイラルケーブルケース７０内に収納されている。
【００３４】
従って、ロータ７２の回動方向に応じてスパイラルケーブルケース７０内のスパイラルケーブル７１は、巻き拡げられるか或いは巻き締められることになる。例えば、スパイラルケーブル７１が上方から見て反時計回りに巻回されている場合には、図５（ａ）に示すようにロータ７２が反時計回りに回転するほどスパイラルケーブル７１は巻き締められる。一方で、図５（ｂ）に示すようにロータ７２が時計回りに回転するほどスパイラルケーブル７１は巻き拡げられる。そのため、ステアリング操作部２４の中立状態では、スパイラルケーブル７１は巻き拡げと巻き締めとの中間状態（すなわち、緩く巻回された状態）とされている。よって、シャフト３２の回りを可動端７１ａが回動したとしても、ロータ７２とステータ７３との相対的回動はスパイラルケーブル７１の巻回状態の変化によって吸収され、スパイラルケーブル７１がシャフト３２に巻き付いたり捻れたりすることがない。
【００３５】
次に、上述のように構成された本実施の形態の操舵トルク検出装置の動作について、さらに図６〜図８を参照して説明する。図６は、ステアリングホイール５１が中立状態にあるときにおける、ステアリング操作部２４を仮想線で表したステアリングホイール集成体１６の平面図である。中立状態では、図８（ａ）に示すように、ステアリング操作部２４は、回転センサ６３に内蔵された弾性部材からの弾性力（図８各図において白抜き矢印で表す）によって時計回りに付勢されるとともに、これに抗したコイルばね４０からの同じ大きさの反力（図８各図において細線の矢印で表す）によって反時計回りに付勢されている。そして、両者からのトルクが釣り合うことで、ステアリング操作部２４は中立位置で静止している。このとき、ステアリングホイール５１の回動軸Ａ、センサピン６１と係合ピン５４との係合位置Ｂ、および、センサピン６１のピン部６１ａの回動軸（回転センサ６３の入力軸）Ｃは、実質的に一直線上にある。
【００３６】
ここで、リーチフォークリフト１の運転者が、ステアリング操作部２４のノブ２６を把持して、ステアリングホイール５１を図６に示す中立状態から所望の操舵方向、例えば時計回りの方向に回動させたとする。すると、図８（ｂ）に示すように、センサピン６１は回動軸Ｃを中心として反時計回りに回動する。このとき、運転者がステアリング操作部２４を時計回りに回動させるために必要な操舵トルクは、回転センサ６３に内蔵された弾性部材からの時計回りの弾性力によるトルクがコイルばね４０からの反時計回りの弾性力によるトルクに比べて無視できるほど小さいように調節されているとすると、コイルばね４０からの反時計回りの弾性力によるトルクにほぼ等しくなる。
【００３７】
このとき、上述したように、下部ブラケット側のセンサピン６１とステアリング操作部２４側の係合ピン５４とが時計回り方向に付勢された状態で当接しているので、係合ピン５４が凹部６１ｃ内に隙間なく係合しているか或いは係合ピン５４の外径が凹部６１ｃの幅よりも小さく形成されていて両者の間に間隙が形成されているかどうかに拘わらず、ステアリング操作部２４を回動させても機械的がたが生じることがない。
【００３８】
ステアリングホイール５１を時計回りの方向に回動させると、センサピン６１と係合ピン５４との係合位置Ｂは凹部６１ｃ内を外側に向けて移動しつつ図８（ｂ）中右側に移動する。このとき、上述したように距離ＢＣが距離ＡＢよりも短いために、センサピン６１の回動角θ1bはステアリング操作部２４の回動角θ1aよりも大きくなる。そのため、ステアリング操作部２４の実際の変位角θ1aよりも大きな角度θ1bが回転センサ６３に入力されることになり、回転センサ６３における角度検出を高精度で行うことが可能となっている。
【００３９】
ここで、運転者が負荷する操舵トルクは、操舵力とステアリングホイール５１の半径との積で表される。従って、操舵トルクは、コイルばね４０からの弾性力とステアリングホイール５１との半径で表される。一方、コイルばね４０からの弾性力は、コイルばね４０の変位量、つまり、ステアリング操作部２４と下部ブラケット３４との相対的変位角度に比例する。従って、回転センサ６３に入力される両者の変位角度は、運転者が負荷する操舵トルクに比例することになる。
【００４０】
そして、回転センサ６３は、ステアリング操作部２４と下部ブラケット３４との相対的な変位角に比例した出力信号をスパイラルケーブルユニット３６を介して図示しない制御部に供給する。制御部は回転センサ６３から供給された出力信号に応じて操舵力倍力装置１８のアシストモータ２０を駆動する駆動電流を出力する。アシストモータ２０の駆動力は、減速装置２２を介して操舵軸１２ｂに伝達される。さらに、この駆動力は操舵ギア１０を介して旋回ギア８を回転させることにより、駆動ユニット４および後輪２を回転させる。
【００４１】
アシストモータ２０により後輪２が所望の操舵方向に操舵されると、下部ブラケット３４がステアリング操作部２４に追従して回動軸の回りを回動する。このとき、本実施の形態では、回転センサ６３の出力信号がスパイラルケーブルユニット３６を介して制御部へと与えられるようになっており、下部ブラケット３４が回動すると、スパイラルケーブル７１の可動端７１ａは回転センサ６３の回動に合わせてシャフト３２の回りをロータ７２とともに回動する。従って、シャフト３２にケーブルが巻き付いたりケーブルが捻れて切れたりすることがなく、回転センサ６３の出力信号を制御部に供給することが可能となっている。さらに、スリップリングを用いたときのような回転接触する接点を有していないので、長期間にわたって使用してもセンサ出力を確実に取り出すことができる。しかも、本実施の形態では、円盤状ガイド部材３２ａを用いてロータ７２とシャフト３２とを係合させて両者が連動して回動するようにしているので、可動端７１ａは回転センサ６３と同期してシャフト３２の回りを回動することになり、円盤状ガイド部材３２ａを用いない場合のようにロータ７２が回転センサ６３によって引っ張られて可動端７１ａ部分に無理な引っ張り力が加えられることがなく、可動端７１ａにおいて接触不良などの故障が生じる可能性が低い。
【００４２】
下部ブラケット３４がステアリング操作部２４に追従して回動軸の回りを回動すると、ステアリング操作部２４と下部ブラケット３４との相対的変位角度が小さくなり、やがてステアリング操作部２４は下部ブラケット３４に対して中立位置に戻ることになる。そして、新たにステアリング操作部２４に操舵力が負荷されると、ステアリング操作部２４と下部ブラケット３４との間に角度変位が発生するため、上述したのと同様にアシストモータ２０が駆動制御され、後輪２に操舵力が付与される。
【００４３】
なお、ステアリング操作部２４を大きな操舵トルクで時計回りに回動させた場合、図７に示すように、ステアリング操作部２４に設けられたストッパ５６ａがセンサピンガイド６２の外周面に当接し、ステアリング操作部２４と下部ブラケット３４との相対変位角度をそれ以上大きくすることができなくなる。これによって、過大な変位角度が回転センサ６３に入力されて回転センサ６３が破損しないようにされている。
【００４４】
反対に、リーチフォークリフト１の運転者が、ステアリングホイール５１を図６に示す中立状態から反時計回りの方向に回動させたとする。すると、図８（ｃ）に示すように、センサピン６１は回動軸Ｃを中心として時計回りに回動する。このとき、運転者がステアリング操作部２４を反時計回りに回動させるために必要な操舵トルクは、回転センサ６３に内蔵された弾性部材からの時計回り弾性力によるトルクが無視できるほど小さく調節されている場合には、コイルばね４０からの時計回りの弾性力によるトルクとほぼ等しくなる。
【００４５】
ステアリングホイール５１を反時計回りの方向に回動させると、センサピン６１と係合ピン５４との係合位置Ｂは凹部６１ｃ内を外側に向けて移動しつつ図８（ｃ）中左側に移動する。このときも、上述したのと同じ理由によりセンサピン６１の回動角θ2bがステアリング操作部２４の回動角θ2aよりも大きくなり、回転センサ６３における角度検出を高精度で行うことが可能となっている。なお、この場合も、運転者が負荷する操舵トルクと回転センサ６３に入力される両者の変位角度が実質的に比例している。従って、ステアリングホイール５１を時計回りの方向に回動させた場合と同様の制御が行われる。
【００４６】
そして、このときも、下部ブラケット側のセンサピン６１とステアリング操作部２４側の係合ピン５４とが時計回り方向に付勢された状態で当接しているので、係合ピン５４と凹部６１ｃとの寸法的な誤差の有無に拘わらず、ステアリング操作部２４を回動させても機械的がたが生じることがない。また、回転センサ６３の出力信号がスパイラルケーブルユニット３６を介して制御部へと与えられるために、シャフト３２にケーブルが巻き付いたりケーブルが捻れて切れたりすることがなく、高い信頼性で回転センサ６３の出力信号を制御部に供給することが可能となっている。また、ステアリング操作部２４を大きな操舵トルクで時計回りに回動させた場合、ステアリング操作部２４に設けられたストッパ５６ｂがセンサピンガイド６２の外周面に当接するようになっている。
【００４７】
このように、本実施の形態の操舵トルク検出装置によると、ステアリング操作部（上部ブラケット）２４と同軸にスパイラルケーブルユニット３６を配置してその可動端７１ａと回転センサ６３とを接続するようにしたために、ステアリング操作部２４の操作に伴って回転センサ６３が回動軸の回りを回動しても、ケーブルが回動軸に巻き付いたり或いは捻れて切れたりすることなく、回転センサ６３の出力信号をスパイラルケーブル７１の固定端７１ｂからパワーステアリング装置の制御部へと取り出すことが可能である。従って、本実施の形態の操舵トルク検出装置は、回転センサ６３に接続されたケーブルに関連して故障や不具合が発生することがほとんどない高い信頼性を有するものである。また、本実施の形態の操舵トルク検出装置は、上述した説明から明らかなように従来のものと比べて少ない部品点数で構成される比較的簡単な構造を有しており、製造コスト削減を実現することができるものでもある。また、本実施の形態の操舵トルク検出装置は、ステアリング操作部２４近傍にコンパクトに配置することができ、ステアリング操作部２４と回転センサ６３との間に軸受けや継手などの抵抗がないためにステアリング操作部２４を変位させるための最小操舵力が小さく、ステアリング操作部２４の変位量が大きいために比較的操舵トルクの検出精度が高いという利益をも有している。
【００４８】
なお、上述の実施の形態では、回転センサ６３が弾性部材を内蔵しておりこれによってステアリング操作部２４が常に一方向に付勢されているとしたが、これは本発明にとって必ずしも必要な構成要件ではなく、弾性部材によってステアリング操作部２４を付勢することがない回転センサを用いることも可能である。また、センサピン６１のアーム部６１ｂの長さは、上述した距離ＢＣが距離ＡＢよりも短いという条件を必ずしも満たす必要はなく、これを満たさない範囲でセンサピン６１の形状を任意に変更することも可能である。
【００４９】
以上、本発明の好適な一実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。例えば、上述の実施の形態ではコイルばね４０を用いてステアリング操作部２４に中立復帰する力を発生させていたが、コイルばね以外の弾性部材を用いてステアリング操作部２４が中立復帰するように構成してもよい。
【００５０】
また、上述の実施の形態ではセンサとして回転式ポテンショメータなどの回転センサを用いたが、直動式ポテンショメータなどの並進変位距離を検出可能なセンサを用いてもよい。直動式ポテンショメータを用いる場合には、そのストローク式の検出軸が相対回動による変位方向とほぼ一致するようにプレート３０上にポテンショメータを配向し、ステアリングホイールの下面に直動式ポテンショメータの検査軸と当接する突起部を設ければよい。このときも、直動式ポテンショメータの検査軸に弾性部材が内蔵されており、その弾性力によって検査軸が突起部を常に一方向に付勢した状態で互いに当接していることが好ましい。なお、直動式ポテンショメータは大きな変位量が入力されて高い精度で変位検出ができるようにするために、できるだけ回動軸から離れた位置に配置することが好ましい。
【００５１】
上述の実施の形態では、リーチフォークリフトのパワーステアリング装置を例にして本発明の操舵トルク検出装置を説明したが、本発明は、リーチフォークリフトに限定されることはなく、他の車両、例えば通常のフォークリフトトラックや、自動車にも適用できることは言うまでもない。更に、本発明の操舵トルク検出装置は、電気式のパワーステアリング装置のみではなく、油圧式のパワーステアリング装置にも適用可能である。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１及び２によると、センサが回動軸の回りを回動しても、ケーブルが回動軸に巻き付いたり或いは捻れて切れたりすることなく、センサの出力信号をスパイラルケーブルの固定端から取り出すことが可能である。しかも、比較的構造が簡単であるとともに、スリップリングを用いたときのような回転接触する接点を有していないので、長期間にわたって使用してもセンサ出力を確実に取り出すことができる。
【００５３】
また、請求項１によると、ステアリング操作部材を操作したときに機械的がたや引っかかりが全く発生せず、操舵トルクを高い精度で検出することができる。また、請求項２によると、ステアリング操作部材の回動角よりも大きな角度がセンサに入力されるので、より高い精度で操舵トルクを検出することができるようになる。また、請求項３によると、ステアリング操作部を操作する運転者に操舵トルクの大きさに応じた適度な操舵感覚を与えることができるとともに、ステアリング操作部への操舵トルクが解除されたときにこれを自動的に中立位置に復帰させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による操舵トルク検出装置を具備するリーチフォークリフトの操舵装置の概略図である。
【図２】本発明の一実施の形態による操舵トルク検出装置の概略的な斜視図である。
【図３】本発明の一実施の形態による操舵トルク検出装置の回動軸に沿った断面図である。
【図４】本発明の一実施の形態による操舵トルク検出装置に用いられているスパイラルケーブルユニットの概略的な斜視図である。
【図５】本発明の一実施の形態による操舵トルク検出装置に用いられているスパイラルケーブルユニットの構造を説明するための概略図である。
【図６】中立状態における、本発明の一実施の形態による操舵トルク検出装置の平面図である。
【図７】ステアリングホイールを右側限界位置まで回転させたときにおける、本発明の一実施の形態による操舵トルク検出装置の平面図である。
【図８】本発明の一実施の形態による操舵トルク検出装置におけるステアリングホイールの変位角度検出および必要な操作力について説明するための概略図である。
【符号の説明】
１ リーチフォークリフト
２ 後輪（操舵輪）
２０ アシストモータ
２４ ステアリング操作部（上部ブラケット）
２６ ノブ
２８ センサ
３０ プレート
３２ シャフト
３４ 下部ブラケット（スライド部材）
３６ スパイラルケーブルユニット
４０ コイルばね
５１ ステアリングホイール
５４ 係合ピン
６１ センサピン
６２ センサピンガイド
６３ 回転センサ
７１ スパイラルケーブル
７１ａ 可動端
７１ｂ 固定端
７２ ロータ
７３ ステータ
Claims (3)
- 回動軸を中心として回動可能なステアリング操作部と、
前記ステアリング操作部と同軸に配置されており、前記ステアリング操作部が操作されたときにこれに負荷される操舵トルクに比例して前記ステアリング操作部に対して周方向に変位するスライド部材と、
前記スライド部材に取り付けられており、前記ステアリング操作部と前記スライド部材との相対的な変位量を測定可能なセンサと、
前記ステアリング操作部と同軸に配置されており、固定端と前記センサに接続された可動端とを有するスパイラルケーブルを含むスパイラルケーブルユニットとを備えており、
前記ステアリング操作部および前記センサが、前記センサに設けられた弾性部材によって前記ステアリング操作部が常に一方向に付勢された状態で互いに当接していることを特徴とする操舵トルク検出装置。 - 回動軸を中心として回動可能なステアリング操作部と、
前記ステアリング操作部と同軸に配置されており、前記ステアリング操作部が操作されたときにこれに負荷される操舵トルクに比例して前記ステアリング操作部に対して周方向に変位するスライド部材と、
前記スライド部材に取り付けられており、前記ステアリング操作部と前記スライド部材との相対的な変位量を測定可能なセンサと、
前記ステアリング操作部と同軸に配置されており、固定端と前記センサに接続された可動端とを有するスパイラルケーブルを含むスパイラルケーブルユニットとを備えており、
前記センサが変位角度を測定可能であって、前記センサが、前記センサの入力軸および前記回動軸とは異なる位置にある係合位置において前記ステアリング操作部と係合しており、
前記入力軸と前記係合位置との距離が、前記回動軸と前記係合位置との距離よりも短くされていることを特徴とする操舵トルク検出装置。 - 前記ステアリング操作部が前記スライド部材に対して変位しているときに、前記ステアリング操作部の変位量を小さくする方向に前記ステアリング操作部を付勢する弾性部材をさらに備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の操舵トルク検出装置。
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