JP5493835B2 - フォークリフト用ステアリング装置 - Google Patents

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本発明は、産業用車両のステアリング装置、主にカウンタ式のフォークリフトに用いるステアバイワイヤ方式の電動ステアリング装置に関するものである。
従来より、カウンタ式フォークリフトのステアリング装置としては、車載レイアウト上のメリットから油圧システムが使用されている。油圧システムにより、ステアリングホイールと転舵機構との機械的な接続を必要とせず、構成がシンプルなステアリング装置とすることができる。
しかしながら、油圧を用いたステアリング装置では、油圧を発生させる油圧ポンプにおける消費エネルギー、油を使うことによる環境負荷の問題がある。また、油圧シリンダーによる駆動であるために、転舵輪周りの構成は複雑であるためにレイアウト上の自由度が小さく、メンテナンスが容易ではないという問題点がある。
この部分の改善の先行技術としては、特許文献1〜2に開示されているものがある。特許文献1は、フォークリフトに使用される操舵装置であって、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している。
特許文献2は、複数の転舵用アクチュエータにより左右の転舵輪を独立して駆動可能であるステアバイワイヤシステムであって、ワイヤーによるフェールセーフ機構を有している。
特開2005−263392号公報 特開2007−001564号公報
しかしながら、これらの先行技術は、転舵を行なうための駆動源として1つの電動モータのみで構成されるステアリング装置においては、電動モータに異常が発生した場合に、ハンドル等の操舵機構と転舵機構には機械的なつながりがないので、操舵不能になるという課題がある。また、複数の電動モータにより構成され、転舵用アクチュエータ間で駆動力を機械的に伝達するフェールセーフ機構を具備した場合には、操舵角が左右で大きく異なる左右独立操舵は行えないので、転舵輪の切れ角が左右逆位相(逆ハの字状態)の転舵は困難であるとういう課題があった。
本発明は、電動モータを用い、ステアリング装置の構成を簡素にしつつ、左右独立操舵可能でありながら、一つの転舵用モータが故障した場合でも操舵不能とならないフェールセーフ機構を有するフォークリフト用ステアリング装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様は、上記問題を解決するために、車両の操舵を行なう操舵機構と、該操舵機構とは機械的に接続されていない転舵輪を転舵する複数の転舵機構と、前記複数の転舵機構は電動モータを動力源とする転舵用アクチュエータを個別に備え、転舵輪を転舵するフォークリフト用ステアリング装置に於いて、前記転舵用アクチュエータは、車両の左右の転舵輪に対応して、1対以上設けてあり、前記複数の転舵機構は各々異なった操舵角で独立に転舵輪を転舵できるように構成されており、且つ前記転舵用アクチュエータに異常が発生した場合、一方の転舵用アクチュエータの駆動力を他方の転舵用アクチュエータに機械的に伝達するフェールセーフ機構を具備し、前記フェールセーフ機構は、互いに係合して摺動自在であり、係合部に貫通孔を有する2本のシャフトにより構成され、前記各シャフトは個別の転舵機構に連結され、異常時にピン等を前記貫通孔に挿入して2本のシャフトを機械的に結合することを特徴とする。
また、上記問題を解決するために、本発明のうちの他の一態様は、車両の操舵を行なう操舵機構と、該操舵機構とは機械的に接続されていない転舵輪を転舵する複数の転舵機構と、前記複数の転舵機構は電動モータを動力源とする転舵用アクチュエータを個別に備え、転舵輪を転舵するフォークリフト用ステアリング装置に於いて、前記転舵用アクチュエータは、車両の左右の転舵輪に対応して、1対以上設けてあり、前記複数の転舵機構は各々異なった操舵角で独立に転舵輪を転舵できるように構成されており、且つ前記転舵用アクチュエータに異常が発生した場合、一方の転舵用アクチュエータの駆動力を他方の転舵用アクチュエータに機械的に伝達するフェールセーフ機構を具備し、前記フェールセーフ機構は、前記転舵機構部に連結用孔を備え、異常時に略コの字状のシャフトを前記連結用孔に挿入して転舵機構を機械的に結合することを特徴とする。
また、前記転舵機構は、転舵用アクチュエータのハウジングが車両に固定してあり、転舵用アクチュエータの回転運動を揺動回転運動として出力するピットマンアームを有し、該ピットマンアームに連結されたタイロッドが移動することにより転舵輪を転舵することを特徴とする。
また、前記転舵機構は、転舵用アクチュエータのハウジングが車両に固定してあり、転舵輪と回転軸を共有するギヤを有し、該ギヤは転舵用アクチュエータの回転運動を揺動回転運動に変換することにより転舵輪を転舵することを特徴とする。
また、前記転舵機構は、転舵用アクチュエータのハウジングが車両に固定してあり、転舵用アクチュエータの回転軸が転舵輪の旋回軸上にあり、転舵用アクチュエータの回転運動により直接転舵輪を転舵することを特徴とする。
また、前記操舵機構の操舵量を検出する操舵角センサと、該操舵角センサの出力に応じて前記転舵用アクチュエータの電動モータを制御するECUと、を備えることを特徴とする。
さらに、前記ECUは、前記複数の電動モータに対して個別に指令を出力するように構成されていることを特徴とする。
さらにまた、前記複数の電動モータと前記ECUとの間の動力線接続経路に、個別に信号切断部を有していることを特徴とする。
また、前記転舵用アクチュエータは転舵輪の転舵角を検出する転舵角センサを有し、前記ECUは、前記操舵角センサが検出した操舵量と転舵角の差分を検知し、該差分に基づいて前記電動モータを制御するように構成されていることを特徴とする。
さらに、前記操舵機構は、操舵反力を発生させる電動モータを有し、該電動モータは前記操舵角センサを備えていることを特徴とする。
本発明によれば、操舵機構と転舵機構をECUを介した電気信号によりのみ接続するステアバイワイヤ方式であり、転舵輪は転舵輪近傍に設置された転舵用アクチュエータにより駆動される為、油圧シリンダー等を必要とせず、転舵輪周りの構成は非常にコンパクトであり、レイアウト上の自由度が大きい。また、油圧を使用していないため、環境負荷も低く、メンテナンスも容易である。
さらに、転舵機構においては、各転舵輪はそれぞれが独立して転舵用アクチュエータを有し、各転舵用アクチュエータは個別に動作可能であるので、転舵輪は左右独立での操舵が可能である。これにより、転舵輪を逆ハの字状態とし、車両旋回中心を駆動輪軸上のより車体中心に近いところにすることで、狭い空間でのフォークリフトの旋回性が向上する。
さらに、どちらか1つの転舵用アクチュエータが故障した場合に、左右の転舵用アクチュエータをセーフバー等を用いて機械的に連結するフェールセーフ機構を有することにより、操舵不能とならないという効果がある。
本発明を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の実施形態における電気系統概略と、転舵機構の斜視図である。 第1の実施形態におけるフェールセーフ機構の斜視図である。 第1の実施形態の変形例示す転舵機構の斜視図である。 第2の実施形態における転舵機構を示す斜視図である。 第2の実施形態の変形例示す転舵機構の斜視図である。 第3の実施形態における転舵機構を示す斜視図である。 第3の実施形態の変形例示す転舵機構の斜視図である。 フォークリフトにおけるその場旋回の説明図である。
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。フォークリフト1は、車体2に駆動輪である前輪3FL,3FR及び転舵輪である後輪3RL,3RRが配設されてると共に、前端部にフォーク4が配設されている。
車体2の前方側には運転席5の前方に操舵機構6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7A,7Bとフェールセーフ機構8が配設されている。さらに、バッテリ9からの電力が供給されて転舵機構7A,7Bの後述する電動モータを駆動制御するECU10が配設されている。操舵機構6は、ステアリングホイール11と、ステアリングホイール11の操舵角を検出する操舵角センサ12を備えている。
図2は、第1の実施形態における電気系統概略と、転舵機構の斜視図である。操舵機構6と、転舵輪を転舵する転舵用アクチュエータ22A,22Bとは、電気的に接続されているステアバイワイヤの構成となっており、左右の転舵輪を独立して駆動できるように、それぞれ個別に転舵用アクチュエータが配設されている。一対の転舵用アクチュエータ22A,22Bは、ECU10によって電気的に駆動され、操舵角センサ12の角度情報および車速等の車両情報に従って制御される。
回転駆動源である電動モータ、回転トルクを増大する減速機、転舵輪の転舵角度を検出する転舵角センサにより構成されている転舵用アクチュエータ22A,22Bは、ハウジング23A,23Bに格納され、車体2に固定されている。転舵用アクチュエータ22A,22Bの回転運動によりピットマンアーム24A,24Bは揺動回転し、その揺動回転運動によりピットマンアーム24A,24Bに連結されたタイロッド25A,25Bを介して、転舵輪を転舵させる。一対の転舵用アクチュエータ22A,22Bは同じ特性であり、操舵機構は左右対称に配設されている。
図3は、第1の実施形態におけるフェールセーフ機構の斜視図である。左右一対の転舵用アクチュエータ22A,22Bは、ピットマンアーム24A,24Bに連結されたセーフバー21により接続されている。セーフバー21は係合部に貫通孔を有する2本のシャフトにより構成され、中空シャフト27の中にシャフト28が入り込んで摺動自在となっている。転舵用アクチュエータ22A,22Bのどちらか一方が異常時には、2本のシャフトの係合部にピン26を挿入することにより、左右の転舵用アクチュエータ22A,22Bを機械的に結合し、正常な転舵用アクチュエータにより操舵可能としている。
ステアリングホイール11に連結されている操舵角センサ12はステアリングホイール11と一体に回転し、ステアリング舵角に応じて電圧出力をするものであり、その信号はステアリング装置のECU10に送られる。また、転舵用アクチュエータ22A,22Bに内蔵された転舵角センサからの信号もECU10が受け取り、操舵角センサと転舵角センサからの角度情報の差分に基づいてステアリング装置の制御を行なう。ECU10は電源をバッテリ9から供給されており、ステアリング制御に必要な各種演算を行い、その演算結果を元に電動モータ駆動指令を転舵用アクチュエータ22A,22B内の各電動モータに対して個別に送ることにより電動モータを駆動する。電動モータからの回動出力は、ピットマンアーム24A,24Bを介し揺動運動として出力され、タイロッド25A,25Bを介して転舵輪を転舵する。
フェールセーフ機構として、2本のシャフトにより構成され、中空シャフト27の中にシャフト28が入り込んで摺動自在であるセーフバー21を備えている。通常時においては、2本のシャフトは摺動可能な状態であり、左右の転舵用アクチュエータ22A,22Bは各々独立して動作することが出来る。どちらか一方の操舵アクチュエータに異常が発生した場合、異常を運転者に報知する手段を備えており、その際運転者は2本のシャフトの係合部にピン26を挿入して、左右の転舵用アクチュエータ22A,22Bを機械的に結合することにより、正常な転舵用アクチュエータにて操舵が可能である。この時、異常となった転舵用アクチュエータの電動モータ動力線を切断することにより、電動モータを空転させることが可能である。
本実施形態では、アクチュエータを2つ搭載しているので、片方のアクチュエータが動作不能になった場合でも残りのアクチュエータによって操舵が可能であり、操舵不能の状態にはならない。転舵用アクチュエータ22A,22Bは、転舵角センサを内蔵しているので、車両側へ転舵角センサを取り付ける必要が無く、転舵機構を小型化できる。また、各々の転舵用アクチュエータ22A,22Bは、各々異なった転舵角で転舵輪を操舵できる為、左右各々の転舵輪の転向方向を自在に設定可能である。従って、図9に示すように、左右の転舵輪を逆位相に転舵して逆ハの字状態に操舵することにより、車両旋回中心を駆動輪軸上の車両中心に近い場所に配置し、狭い空間での旋回が可能である。さらに、油圧シリンダー方式や、ラック、ボールネジ方式のステアリング装置に比べ、アクチュエータを転舵輪付近に設置できるので、コンパクトな構成を実現できるので、後輪付近のレイアウトの自由度が高い。また、油圧を用いない為、環境負荷の問題もなく、取り扱いが容易になる。
図4は、第1の実施形態の変形例示す転舵機構の斜視図である。本変形例は、フェールセーフ機構として、略コの字状であるコの字セーフバー31を別に備え、前記セーフバー21の代替としたものである。いずれかの転舵用アクチュエータに異常が発生した場合、異常を運転者に報知する手段を備えており、その際運転者はコの字セーフバー31をピットマンアーム24A,24Bに設けられた穴に挿入することにより、左右の転舵用アクチュエータ22A,22Bを機械的に結合し、正常な転舵用アクチュエータにより操舵が可能である。
次に、図5は、第2の実施形態における転舵機構を示す斜視図である。第2の実施形態では、転舵機構を、転舵用アクチュエータと転舵輪の回転軸上に設けられたギヤとで構成するようにしたものである。
回転駆動源である電動モータ、転舵輪の転舵角度を検出する転舵角センサにより構成されている転舵用アクチュエータ42A,42Bは、ハウジング43A,43Bに格納され、車体2に固定されている。転舵用アクチュエータ42A,42Bからの回転運動は、転舵輪の旋回中心軸上にあるキングピン45A,45Bにより車体2に対して回転自在に支持されたギヤ44A,44Bにより揺動回転運動に変換され、転舵輪を操舵する。
また、前述した第1の実施形態と同様に、フェールセーフ機構を具備している。左右一対のギヤ44A,44Bは、セーフバー21により接続されている。セーフバー21は係合部に貫通孔を有する2本のシャフトにより構成され、中空シャフト27の中にシャフト28が入り込んで摺動自在となっている。転舵用アクチュエータ42A,42Bのどちらか一方が異常時には、2本のシャフトの係合部にピン26を挿入することにより、左右のギヤ44A,44Bを機械的に結合し、正常な転舵用アクチュエータにより操舵可能としている。
本実施形態では、転舵用アクチュエータに転舵角センサを内蔵することにより車両への角度センサ取り付けが不要であり、減速機を必要とせず、転舵輪をギヤにより直接駆動することによりリンク機構などを必要としないので、転舵機構をコンパクトにできる。また、図には示されていないが、ギヤ44A,44Bをハウジングに収納するなどのカバー手段を付加することにより異物の噛み込み等を防ぐことができる。さらに、アクチュエータを2つ備えているので、アクチュエータの一つが動作不能になった場合でも、残りのアクチュエータによって操舵可能である。転舵用アクチュエータ42A,42Bは各々異なった操舵角で独立して操舵輪を操舵でき、例えば逆ハの字操舵の様な左右の操舵輪で大きく操舵角の異なる操舵が行えるので、フォークリフトはその場で旋回することができる。
図6は、第2の実施形態の変形例示す転舵機構の斜視図である。本変形例は、フェールセーフ機構として、略コの字状であるコの字セーフバー31を別に備え、前記セーフバー21の代替としたものである。いずれかの転舵用アクチュエータに異常が発生した場合、異常を運転者に報知する手段を備えており、その際運転者はコの字セーフバー31をギヤ44A,44Bに設けられた穴に挿入することにより、左右の転舵用アクチュエータ42A,42Bを機械的に結合し、正常な転舵用アクチュエータにより操舵が可能である。
次に、図7は、第3の実施形態における転舵機構を示す斜視図である。第3の実施形態では、転舵機構は、転舵用アクチュエータを転舵輪の旋回中心軸上に配設し、アクチュエータの回転出力が直接転舵輪を転舵する構成としたものである。
回転駆動源である電動モータ、転舵輪の転舵角度を検出する転舵角センサにより構成されている転舵用アクチュエータ52A,52Bは、ハウジング53A,53Bに格納され、転舵用アクチュエータ52A,52Bの回転中心軸が転舵輪旋回中心軸55と同じとなる位置において車体2に固定されている。転舵用アクチュエータ52A,52Bの回転運動は、転舵用アクチュエータ52A,52Bに固定された転舵輪取付け部材54A,54Bにより揺動回転運動に変換され、転舵輪を操舵する。
また、前述した第1の実施形態と同様に、フェールセーフ機構を具備している。左右一対の転舵輪取付け部材54A,54Bは、セーフバー21により接続されている。セーフバー21は係合部に貫通孔を有する2本のシャフトにより構成され、中空シャフト27の中にシャフト28が入り込んで摺動自在となっている。転舵用アクチュエータ52A,52Bのどちらか一方が異常時には、2本のシャフトの係合部にピン26を挿入することにより、左右の転舵輪取付け部材54A,54Bを機械的に結合し、正常な転舵用アクチュエータにより操舵可能としている。
本実施形態では、転舵用アクチュエータに転舵角センサを内蔵することにより車両への角度センサ取り付けが不要であり、転舵輪をアクチュエータにより直接駆動するので、リンク機構、ギヤなどを必要とせず、転舵機構をコンパクトにできる。さらに、転舵機構のレイアウトに制約が少ないので、広範囲な転舵角での操舵が可能であり、例えば逆ハの字操舵の様な左右の操舵輪で大きく操舵角の異なる操舵を行い、左右の駆動輪を互いに逆位相に回転させることにより、その場における旋回が可能である。また、アクチュエータを2つ備えているので、アクチュエータの一つが動作不能になった場合でも、残りのアクチュエータによって操舵可能であり、操舵不能とはならない。
図8は、第3の実施形態の変形例示す転舵機構の斜視図である。本変形例は、フェールセーフ機構として、略コの字状であるコの字セーフバー31を別に備え、前記セーフバー21の代替としたものである。いずれかの転舵用アクチュエータに異常が発生した場合、異常を運転者に報知する手段を備えており、その際運転者はコの字セーフバー31を転舵輪取付け部材54A,54Bに設けられた穴に挿入することにより、左右の転舵用アクチュエータ52A,52Bを機械的に結合し、正常な転舵用アクチュエータにより操舵が可能である。
また、上記第1〜3の実施形態においては、操舵機構に操舵反力を発生させる電動モータを付加した構成とすることができる。この場合、電動モータに内蔵の角度センサを操舵角センサして使用できるので、電動モータとは別に操舵角センサを取り付ける必要は無い。
本発明のステアリング装置は、カウンタ式のフォークリフトに適用できる。
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 運転席
6 操舵機構
7A,7B 転舵機構
8 フェールセーフ機構
9 バッテリ
10 ECU
11 ステアリングホイール
12 操舵角センサ
21 セーフバー
22A,22B 転舵用アクチュエータ
23A,23B ハウジング
24A,24B ピットマンアーム
25A,25B タイロッド
26 ピン
27 中空シャフト
28 シャフト
31 コの字セーフバー
42A,42B 転舵用アクチュエータ
43A,43B ハウジング
44A,44B ギヤ
45A,45B キングピン
52A,52B 転舵用アクチュエータ
53A,53B ハウジング
54A,54B 転舵輪取付け部材
55 転舵輪旋回中心軸

Claims (9)

  1. 車両の操舵を行なう操舵機構と、該操舵機構とは機械的に接続されていない転舵輪を転舵する複数の転舵機構と、前記複数の転舵機構は電動モータを動力源とする転舵用アクチュエータを個別に備え、転舵輪を転舵するフォークリフト用ステアリング装置に於いて、
    前記転舵用アクチュエータは、車両の左右の転舵輪に対応して、1対以上設けてあり、
    前記複数の転舵機構は各々異なった操舵角で独立に転舵輪を転舵できるように構成されており、且つ前記転舵用アクチュエータに異常が発生した場合、一方の転舵用アクチュエータの駆動力を他方の転舵用アクチュエータに機械的に伝達するフェールセーフ機構を具備し、
    前記フェールセーフ機構は、互いに係合して摺動自在であり、係合部に貫通孔を有する2本のシャフトにより構成され、前記各シャフトは個別の転舵機構に連結され、異常時にピン等を前記貫通孔に挿入して2本のシャフトを機械的に結合することを特徴とするフォークリフト用ステアリング装置。
  2. 車両の操舵を行なう操舵機構と、該操舵機構とは機械的に接続されていない転舵輪を転舵する複数の転舵機構と、前記複数の転舵機構は電動モータを動力源とする転舵用アクチュエータを個別に備え、転舵輪を転舵するフォークリフト用ステアリング装置に於いて、
    前記転舵用アクチュエータは、車両の左右の転舵輪に対応して、1対以上設けてあり、
    前記複数の転舵機構は各々異なった操舵角で独立に転舵輪を転舵できるように構成されており、且つ前記転舵用アクチュエータに異常が発生した場合、一方の転舵用アクチュエータの駆動力を他方の転舵用アクチュエータに機械的に伝達するフェールセーフ機構を具備し、
    前記フェールセーフ機構は、前記転舵機構部に連結用孔を備え、異常時に略コの字状のシャフトを前記連結用孔に挿入して転舵機構を機械的に結合することを特徴とするフォークリフト用ステアリング装置。
  3. 前記転舵機構は、転舵用アクチュエータのハウジングが車両に固定してあり、転舵用アクチュエータの回転運動を揺動回転運動として出力するピットマンアームを有し、該ピットマンアームに連結されたタイロッドが移動することにより転舵輪を転舵することを特徴とする請求項1又は2に記載のフォークリフト用ステアリング装置。
  4. 前記転舵機構は、転舵用アクチュエータのハウジングが車両に固定してあり、転舵輪と回転軸を共有するギヤを有し、該ギヤは転舵用アクチュエータの回転運動を揺動回転運動に変換することにより転舵輪を転舵することを特徴とする請求項1又は2に記載のフォークリフト用ステアリング装置。
  5. 前記転舵機構は、転舵用アクチュエータのハウジングが車両に固定してあり、転舵用アクチュエータの回転軸が転舵輪の旋回軸上にあり、転舵用アクチュエータの回転運動により直接転舵輪を転舵することを特徴とする請求項1又は2に記載のフォークリフト用ステアリング装置。
  6. 前記操舵機構の操舵量を検出する操舵角センサと、該操舵角センサの出力に応じて前記転舵用アクチュエータの電動モータを制御するECUとを備え、
    前記転舵用アクチュエータは転舵輪の転舵角を検出する転舵角センサを有し、
    前記ECUは、前記操舵角センサが検出した操舵量と転舵角の差分を検知し、該差分に基づいて前記電動モータを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1乃至5のいずれか一項に記載のフォークリフト用ステアリング装置。
  7. 前記ECUは、前記複数の電動モータに対して個別に指令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6に記載のフォークリフト用ステアリング装置。
  8. 前記複数の電動モータと前記ECUとの間の動力線接続経路に、個別に信号切断部を有していることを特徴とする請求項6又は7に記載のフォークリフト用ステアリング装置。
  9. 前記操舵機構は、操舵反力を発生させる電動モータを有し、該電動モータは前記操舵角センサを備えていることを特徴とする請求項6乃至8のいずれか一項に記載のフォークリフト用ステアリング装置。
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