JP5915362B2

JP5915362B2 - 荷役車両用操舵装置

Info

Publication number: JP5915362B2
Application number: JP2012102374A
Authority: JP
Inventors: 崇田代
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2016-05-11
Anticipated expiration: 2032-04-27
Also published as: JP2013230707A

Description

本発明は、フォークリフトなどの荷役車両に用いる車両用操舵装置に関するものである。

フォークリフト等の荷役車両では、前輪が向きを固定した駆動輪とされ、後輪が転舵輪とされている。上記荷役車両の操舵装置は、ステアリングハンドル（操舵部材）の操舵に応じて、上記転舵輪としての後輪を転舵することにより、操舵を実行している。後輪を転舵する車両では、所要の旋回性能を得るために、転舵輪を大きな転舵角で転舵する。
一方、フォークリフトは、運転室に設けられた回転操舵部材の操作機構と転舵輪の操舵機構との間の機械的な連結が断たれた、いわゆるステアバイワイヤ式のパワーステアリング装置が採用される場合がある。この操舵装置では、回転操作部材の回転操作量に応じて制御される操舵用アクチュエータによって例えばボールねじを介した転舵軸により転舵輪を転舵させる。このような荷役車両の操舵装置では、荷物のアンバランス、回転操作部材の操作の誤り等によって、転舵輪がふらつくと、転舵輪の大きな転舵角の変化を伴うため車両や荷物の転倒の危険がある。そのため、転舵輪のふらつきを防止して車両を安全に停止させるために、転舵輪の転舵角がロックされることが望ましい。その方法として、特許文献１には操舵装置が異常を生じた場合に、転舵軸をロックピンでロックする機構を設ける装置が提案されている。

特開平９−３１５３３３号公報

特許文献１では、車両の操舵装置の異常時に転舵輪のふらつきを防止するため、転舵輪の転舵軸をロックピンによりロックする機構を設けているが、転舵軸を直接ロックするためには大きな力が必要でかつ、この構成は複雑で大掛かりとなりコスト大となる。そこで、なるべく簡易に構成できる機構が必要とされており、この発明は、かかる背景のもとでなされたもので、操舵装置が異常を生じた場合に、転舵輪の転舵角をロック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する。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、操舵するための操作部材を含む操作機構と、前記操作部材の操舵に基づいて転舵輪を転舵させる転舵機構とを有する操舵装置であって、前記操作機構と転舵機構の機械的な連結が断たれている車両用操舵装置において、前記転舵機構は、筒状のハウジングと、前記ハウジングに挿通された転舵軸と、前記転舵軸に設けられたねじ軸と、前記ねじ軸にボールを介して螺合したボールナットと、前記ボールナットを回転駆動する電動モータと、を備え、前記ボールナットは、前記ボールが内径から外径へあるいは内径から外径へ移動する２つの移動通路と、前記２つの移動通路に連通されたボール循環部材とを有し、転舵輪のふらつきを検知したときは、前記ボールの循環からボールの循環停止へ前記ボール循環部材および前記移動通路の循環路長さを短くするロック装置を備えたことを要旨としている。

本発明によれば、操舵するための操作部材を含む操作機構と、前記操作部材の操舵に基づいて転舵輪を転舵させる転舵機構とを有する操舵装置に、転舵輪のふらつきが発生した場合に、ロック装置により循環路長さを短くしてボール同士の接触摩擦を発生させ、ボール循環路内のボールの循環を阻止して、ボールナットの回転をロックすることができる。このように転舵軸の転舵を小さな力でロックできるため、簡単な構成で、転舵輪の転舵角をロックすることができる荷役車両用操舵装置を提供できる。

本発明の一実施形態の車両用操舵装置の概略構成を示す模式図。転舵用アクチュエータの周辺の主要部の一部断面図。（a）通常時のロータコア周辺の拡大図、（ｂ）異常時のロータコア周辺の拡大図。

本発明の好ましい実施形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の一実施形態の車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。図１を参照して説明する。車両用操舵装置１は、ステアリングホイール等の操舵部材２と転舵輪３との機械的な結合が解除された、いわゆるステアバイワイヤシステムを構成している。
車両用操舵装置１では、操舵部材２の回転操作に応じて駆動されるリニアアクチュエータとしての転舵用アクチュエータ４の動作を、ハウジング５に支持されたロッドとしての転舵軸６の軸方向Ｘ１の直線運動に変換するようになっている。

この転舵軸６の直線運動は、転舵軸６の両端に連結されたタイロッド７，７に伝達され、ナックルアーム８，８の回動を引き起こす。これにより、ナックルアーム８，８に支持された左右の転舵輪３，３の操向が達成される。その結果、車両の転舵が達成される。転舵軸６、タイロッド７およびナックルアーム８等により、転舵輪３を転舵するための転舵機構５０が構成されている。転舵軸６を支持するハウジング５は、車体５５に支持されている。

操舵部材２は、車体に対して回転可能に支持された回転シャフト９に連結されている。この回転シャフト９には、操舵部材２に操作反力を与えるための反力用アクチュエータ１０が取り付けられている。反力用アクチュエータ１０は、回転シャフト９と一体の出力シャフトを有するブラシレスモータ等の電動モータを含む。回転シャフト９と車体５５との間には、例えば渦巻きばね等からなる弾性部材１１が設けられている。この弾性部材１１は、反力用アクチュエータ１０が操舵部材２にトルクを付加していないときに、その弾性力によって、操舵部材２を直進操舵位置に復帰させる。

回転シャフト９には、操舵部材２の操舵角θｈを検出するための操舵角センサ１２が設けられている。また、回転シャフト９には、操舵部材２に加えられた操舵トルクＴを検出するためのトルクセンサ１３が設けられている。また、転舵軸６に関連して、転舵輪３の転舵角δｗ（タイヤ角）を検出するための転舵角センサ１４が設けられている。これらのセンサの他にも、車速Ｖを検出する車速センサ１５と、車両の上下加速度Ｇｚを検出する悪路状態検出センサとしての上下加速度センサ１６と、車両の横加速度Ｇｙを検出する横加速度センサ１７と、車両のヨーレートγを検出するヨーレートセンサ１８とが設けられている。

上記のセンサ類１２〜１８の各検出信号は、マイクロコンピュータを含む構成の電子制御ユニット（ＥＣＵ）からなる車両制御手段としての制御装置１９に入力されるようになっている。制御装置１９は、操舵角センサ１２によって検出された操舵角θｈおよび車速センサ１５によって検出された車速Ｖに基づいて、目標転舵角を設定する。そして、この目標転舵角と、転舵角センサ１４によって検出された転舵角δｗとの偏差に基づいて、駆動回路２０Ａを介し、転舵用アクチュエータ４を駆動制御（転舵制御）する。

一方、制御装置１９は、センサ類１２〜１８が出力する検出信号に基づいて、例えば車速Ｖおよび転舵角δｗに応じて操舵部材２の操舵方向と逆方向の反力が発生されるように、駆動回路２０Ｂを介して、反力用アクチュエータ１０を駆動制御（反力制御）する。さらに異常時には、操舵角センサ１２によって検出された操舵角θｈおよび車速センサ１５によって検出された車速Ｖに基づいて、設定された目標転舵角と、転舵角センサ１４によって検出された転舵角δｗとの偏差に基づいて異常と判断してステッピングモータ７５を駆動制御する。図２は、転舵用アクチュエータ４の周辺の主要部の一部断面図である。図２を参照して説明する。転舵軸６の途中部分は、筒状のハウジング５内に挿入されている。ハウジング５の両端部は、すべり軸受としての筒状のブッシュ２６，２７を介して、転舵軸６を軸方向Ｘ１に摺動可能に支持している。

転舵用アクチュエータ４は、ハウジング５と、アクチュエータとしての第１電動モータ２１および第２電動モータ２２と、これらのモータ２１，２２によって駆動されるボールねじ機構２３と、を含んでいる。このように、２つの電動モータ２１，２２を設けていることにより、電動モータ２１，２２の何れかが故障しても、もう一方によってボールねじ機構２３を駆動可能である。

第１電動モータ２１および第２電動モータ２２は、転舵軸６の軸方向Ｘ１に対称に配置されている。
第１電動モータ２１および第２電動モータ２２は、ハウジング５内において、軸方向Ｘ１に並んで配置されている。第１電動モータ２１は、ハウジング５の内周面５ａに固定された第１ステータ２４を備えている。第２電動モータ２２は、ハウジング５の内周面５ａに固定された第２ステータ２５を備えている。

また、第１電動モータ２１は、転舵軸６の周囲を取り囲む回転部材としての第１ロータ３１を備えている。第１ロータ３１は、第１ロータコア３２と、第１ロータコア３２に一体回転可能に連結された環状の第１マグネット３３とを含んでいる。第１ロータコア３２は、円筒状に形成されており、転舵軸６と同軸に配置されている。第１ロータコア３２の一端部３２ａの外周面は、第１転がり軸受３４を介して、ハウジング５の内周面５ａに回転可能に支持されている。第１転がり軸受３４の内周面は、第１ロータコア３２の外周面に固定され、且つ、第１転がり軸受３４の外周面は、ハウジング５の内周面５ａに固定されている。これにより、第１ロータ３１は、ハウジング５に対する軸方向Ｘ１の移動を規制されている。

第１マグネット３３は、転舵軸６の周方向Ｃ１に関してＮ極とＳ極とが交互に異なる外周面を有している。第１マグネット３３は、第１ロータコア３２の外周面に固定されている。第１マグネット３３は、第１ステータ２４に取り囲まれている。また、第２電動モータ２２は、転舵軸６の周囲を取り囲む回転部材としての第２ロータ４１を備えている。第２ロータ４１は、第２ロータコア４２と、第２ロータコア４２に一体回転可能に連結された環状の第２マグネット４３とを含んでいる。第２ロータコア４２は、円筒状に形成されており、転舵軸６と同軸に配置されている。第２ロータコア４２の一端部４２ａの外周面は、第２転がり軸受４４を介して、ハウジング５の内周面５ａに回転可能に支持されている。第２転がり軸受４４の内周面は、第２ロータコア４２の外周面に固定され、且つ、第１転がり軸受３４の外周面は、ハウジング５の内周面５ａに固定されている。これにより、第２ロータ４１は、ハウジング５に対する軸方向Ｘ１の移動を規制されている。

第２マグネット４３は、転舵軸６の周方向Ｃ１に関してＮ極とＳ極とが交互に異なる外周面を有している。第２マグネット４３は、第２ロータコア４２の外周面に固定されている。第２マグネット４３は、第２ステータ２５に取り囲まれている。第１ロータ３１および第２ロータ４１は、それぞれ、ボールナット４８と一体回転可能に連結されている。

ボールねじ機構２３は、各電動モータ２１，２２の出力回転を転舵軸６の軸方向移動に変換する運動変換機構として設けられている。ボールねじ機構２３は、ハウジング５に収容されている。ボールねじ機構２３は、転舵軸６に一体に設けられた雄ねじ部材としてのねじ軸４７と、ねじ軸４７の周囲を取り囲み、第１および第２ロータ３１，４１と一体回転可能な雌ねじ部材としてのボールナット４８と、列をなす多数のボール４９とを備えている。

ねじ軸４７は、転舵軸６の一部に形成されている。ねじ軸４７の外周には、螺旋状の雄ねじ溝４７ａが形成されている。ボールナット４８は、円筒状のナット本体側面４８ｂと、第１および第２ロータ３１，４１とは、溶接等によって一体に形成されている。

ナット本体４８ｂの内周には、螺旋状の雌ねじ溝４８ａが形成されている。雌ねじ溝４８ａは、ねじ軸４７の雄ねじ溝４７ａを取り囲んでいる。ボール４９は、ボールナット４８の雌ねじ溝４８ａと、ねじ軸４７の雄ねじ溝４７ａとの間に介在している。これにより、ボールナット４８とねじ軸４７とは、ボール４９を介してねじ結合している。また、ナット本体４８には、転舵軸６が挿通されており、軸方向Ｘ１に関するナット本体４８の両端から、転舵軸６が突出している。転舵軸６は、ねじ軸４７に対して軸方向Ｘ１の一方に配置された第１軸部６ａと、ねじ軸４７に対して軸方向Ｘ１の他方に配置された第２軸部６ｂとを含んでいる。

また、ボールナット４８には、図３に示すように、ねじ溝４８ａ内の二箇所（接続点Ｐ１，Ｐ２）に開口する循環路Ｌ２が形成されている。そして、上記転動路Ｌ１は、この循環路Ｌ２により、その開口位置に対応する二つの接続点Ｐ１，Ｐ２間が短絡されている。

即ち、転舵軸６とボールナット４８との間の転動路Ｌ１内に介在された各ボール４９は、転舵軸６に対するボールナット４８の相対回転により、その負荷を受けつつ転動路Ｌ１内を接続点Ｐ１から接続点Ｐ２あるいは接続点Ｐ２から接続点Ｐ１へ転動する。転動路Ｌ１内を転動した各ボール４９は、更に、ボールナット４８に形成された上記循環路Ｌ２を通過することにより、接続点Ｐ１あるいは接続点Ｐ２へ戻される。そして、ボールねじ機構２３は、その転動路Ｌ１を転動する各ボール４９が循環路Ｌ２を介して無限循環することにより、ボール螺子ナット４８の回転を転舵軸６の軸方向移動に変換することが可能となっている。

ここで、本実施形態のボールねじ機構２３において、上記循環路Ｌ２は、上記転動路Ｌ１から各ボール４９を掬い上げる機能（及び転動路Ｌ１への再排出機能）を有し、ボールナット４８に形成された後述する一対の取付孔４８ｂ，４８ｃと、一対の取付孔４８ｂ，４８ｃに装着された循環部材６０内の通路とからなっている。

詳述すると、図３に示すように、ボールナット４８には、上記二つの接続点Ｐ１，Ｐ２に対応する位置に、同ボールナット４８を径方向に貫通する一対の取付孔４８ｂ，４８ｃが形成されている。尚、本実施形態では、各接続点Ｐ１，Ｐ２は、ボールナット４８の軸方向において、その間に複数列のねじ溝４８ａを挟む位置に設定されている。

一方、図３に示すように、循環部材６０は、上記各取付孔４８ｂ、４８ｃに挿入される一対の挿入部６０a，６０ｂと、これら両挿入部６０a，６０ｂ間を連絡する連絡部６０ｃとを備えてなる。

即ち、本実施形態のロック装置７０は図３（ａ）に示すように、ステッピングモータ７５と、ステッピングモータ７５の回転軸に連結された駆動軸７２と、駆動軸７２に螺合された押圧部材７１、７４とを備えている。駆動軸７２には右ねじ７２aと左ねじ７２ｂが形成され、右ねじ７２ａに押圧部材７４が螺合され、左ねじ７２ｂに押圧部材７１が螺合されている。駆動軸７２を右回りに回転させると、押圧部材７１、７４が互いに接近し、左回りに回転させると、押圧部材７１、７４を互いに離間するようになっている。押圧部材７１には循環部材６０のＲ部６０ｄを押圧するテーパ部７１ａが形成され、押圧部材７４には循環部材６０のＲ部６０ｅを押圧するテーパ部７４ａが形成されている。

操舵装置の異常処理を説明する。操舵角センサ１２によって検出された操舵角θｈおよび車速センサ１５によって検出された車速Ｖに基づいて、設定された目標転舵角と、転舵角センサ１４によって検出された転舵角δｗとの偏差が設定値以上となると制御装置１９が異常と判断する。異常と判断されると、制御装置１９は駆動回路２０Ａを介してステッピングモータ７５を駆動する。図３（ｂ）に示すように押圧部材７１、７４はステッピングモータ７５が回転すると、押圧部材７１、７４の距離が狭くなる方向に移動する。そのため、押圧部材７１、７４のテーパ部７１a、７４ａで循環部材６０のＲ部６０ｄ、６０ｅを押圧して循環部材６０をｍだけ駆動軸７２の軸方向に押さえられることで、潤滑部材６０はボールナット４８の径方向内側へバネ７３の押圧力に抗してｎだけ移動する。そのため、循環路Ｌ２が短くなることになり、各ボール４９同士および各ボール４９と循環路Ｌ２が接触するため、接触面積増大による摩擦力が増大して、結果的に循環路Ｌ２でボール４９の循環が不可となることにより、ボールナット４８がロックされる。ボールナット４８がロックされることで、転舵軸６は軸方向の移動が固定されて、転舵輪３の転舵角δｗを固定できる。このように接触面積増大による摩擦力アップを利用しているため、小さな力でロックすることができる。

また、操舵装置の異常が解除された場合は、ステッピングモータ７５が逆回転して押圧部材７１、７４はロッドの軸方向に逆向きに移動して、循環路Ｌ２はばね７３力により、ボールナットの径方向に復帰するため、正常位置になり、正常に転舵軸６が操舵できる。

このようにボールナット４８の回転をロックすることで、簡単な構成で小さな力で、転舵輪３の転舵角をロックすることができ、異常時に転舵輪３のふらつきを防止して、転舵輪３の大きな転舵角の変化による車両や荷物の転倒の危険を防止して、車両を安全に停止させることができる。

１…車両用操舵装置、３…転舵輪、５…ハウジング、６…転舵軸、２１，２２…電動モータ、２３…ボールねじ機構、２６…ブッシュ、３１，４１…ロータ、４７…ねじ軸、４８…ボールナット、４８ｂ，４８ｃ…取付孔（移動通路）、６０…循環部材、７０…ロック装置、Ｌ１…転動路、Ｌ２…循環路。

Claims

操舵するための操作部材を含む操作機構と、前記操作部材の操舵に基づいて転舵輪を転舵させる転舵機構とを有する操舵装置であって、前記操作機構と転舵機構の機械的な連結が断たれている車両用操舵装置において、前記転舵機構は、筒状のハウジングと、前記ハウジングに挿通された転舵軸と、前記転舵軸に設けられたねじ軸と、前記ねじ軸にボールを介して螺合したボールナットと、前記ボールナットを回転駆動する電動モータと、を備え、前記ボールナットは、前記ボールが内径から外径へあるいは内径から外径へ移動する２つの移動通路と、前記２つの移動通路に連通されたボール循環部材とを有し、転舵輪のふらつきを検知したときは、前記ボールの循環からボールの循環停止へ前記ボール循環部材および前記移動通路の循環路長さを短くするロック装置を備えたことを特徴とする荷役車両用操舵装置。