JPH0434143Y2

JPH0434143Y2 -

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Publication number: JPH0434143Y2
Application number: JP1985134323U
Authority: JP
Priority date: 1985-09-02
Filing date: 1985-09-02
Publication date: 1992-08-14
Also published as: JPS6243870U

Description

【考案の詳細な説明】（産業上の利用分野）本考案は、例えばリーチ式フオークリフトに搭
載する電気式パワーステアリングの制御装置に関
するものである。

（従来の技術）従来、電気式パワーステアリングの制御はステ
アリングホイールを回転操作したとき、その操作
力により生じたトルクを検出し、該検出トルクに
対応してサーボモータ等からステアリングアシス
ト力を出力させ、ステアリング操作を円滑に行わ
せていた。上記トルク検出装置及びステアリング
駆動機構を備えた電気式パワーステアリング装置
が例えば出願番号昭59−194802号の実用新案登録
願（実開昭61−107682号公報参照）に開示されて
いる。

（考案が解決しようとする問題点）上記従来の電気式パワーステアリング装置によ
れば、前記サーボモータの電機子のイナーシヤを
Ｊ、回転角速度をｗとすると、運動エネルギーは
１／２・Jw²で表わされ、回転角速度Ｗの２乗に比
例する。このためステアリングホイールを、ほ
ぼ、目いつぱいの速さで回転させた場合の運動エ
ネルギーは相当な大きさになり電気式パワーステ
アリングのギヤーボツクスがストツパに衝突し、
出力シヤフトがロツクされた瞬間に大きな衝撃ト
ルクが生じた。そのため、出力シヤフトを含めた
出力駆動系の設計強度を高くしなければならない
という問題と、前記出力シヤフトがロツクされた
瞬間にステアリングホイールも回わらなくなるた
め、前記衝撃トルクによつてオペレータの手に大
きなシヨツクを感じ、運転フイーリングを悪化さ
せるという問題があつた。

そこで本考案においては、上記問題を解決する
ため、ステアリングホイールを回転限度近くまで
回転させて、かつステアリングホイールを回転端
方向へまわそうとしている場合、パルス幅変調制
御により駆動されステアリングアシスト力を出力
するモータの駆動電圧をパルス幅変調制御のデユ
ーテイ比を低下させることによつて減少させ、モ
ータの回転速度を低下させ、ステアリングホイー
ル操作フイーリングを重くする制御回路を設け、
前記出力シヤフトがロツクされた瞬間の衝撃トル
クを弱くすることを解決すべき技術的課題とする
ものである。

（問題点を解決するための手段）上記課題解決のための技術的手段は、電気式パ
ワーステアリングの制御装置を、ステアリングホ
イールに操作トルクが加えられたとき該操作トル
クの大きさと方向に対応したトルク信号を出力す
るトルク検出器と、前記ステアリングホイールが
左もしくは右回転限度近くまで回転したことを検
出して左もしくは右回転端近接信号を出力する回
転端近接検出器と、該回転端近接検出器からの前
記左もしくは右回転端近接信号を入力し、かつス
テアリングホイールを回転端方向へまわそうとし
ているとき、パルス幅変調制御により駆動され、
前記トルク検出器から出力されたトルク信号対応
のステアリングアシスト力を出力するモータの駆
動電圧をパルス幅変調制御のデユーテイ比を低下
させることによつて減少させ、モータの回転速度
を予め定められた大きさに低下させてステアリン
グ操作フイーリングを重くする制御回路と、で構
成したことである。

（作用）従つて、ステアリングホイールを左もしくは右
回転限度近くまで回転させたとき、回転端近接検
出器から左もしくは右回転端近接信号が出力さ
れ、かつステアリングホイールを回転端方向へま
わそうとしていると、前記制御回路は前記トルク
検出器から出力されたトルク信号対応のステアリ
ングアシストを中断し、逆にパルス幅変調制御の
デユーテイ比を低下させ、モータの回転速度を低
下させることによつてステアリングホイール操作
に対して制動力を発生させる。このためオペレー
タはステアリングホイールを高速で回せなくなる
ので、運動エネルギー1/2・Jw₂が小さくなる。
従つて、電気式パワーステアリングのギヤーボツ
クスが回転限度まで回転してストツパに当つたと
きの衝撃トルクを減少させる作用をする。

（実施例）次に、本考案の一実施例を図面に従つて説明す
る。

第１図はバツテリー式リーチフオークリフトに
おける電気式パワーステアリング装置の全体を示
しており、図中１はステアリングホイール２が固
着された第一軸、３は第一軸１とバネ継手４を介
して連結された第二軸であり、該第二軸３はチエ
ーン伝動機構５、伝動軸６、歯車列７を介してド
ライブユニツト８と連結されている。なお、ドラ
イブユニツト８における操向駆動輪９はドライブ
モータ１０によつてギヤーボツクス１１内の歯車
伝動装置（図示しない）を介して回転駆動され
る。１２はステアリング用のサーボモータであ
り、コントローラ１４からの指示により減速歯車
機構１３を介して前記第二軸３を回転駆動する。

なお、前記バネ継手４はヘリカルカツプリング
と呼称され、２軸間における所定の相対角変位を
許容するように構成されている。すなわち、バネ
継手４は第２図に示すように、円筒材の軸方向の
中間部に螺旋状の切り込みを入れることによつて
該円筒材をバネ部４ａとハブ部４ｂとに別けた一
体構造のものであり、バネ部４ａのねじれによつ
て第一軸１と第二軸３との相対角変位を許容する
ようになつている。

つぎに、上記の如く構成されたパワーステアリ
ング装置に組付けられるトルク検出装置を第２図
に基いて説明する。図示のように、第一軸１の下
部側に固着された大歯車１５には、該第一軸１と
平行な支持軸１６に形成（又は固着）された小歯
車１７が噛合されており、該支持軸１６はギヤー
ボツクス１８に回転可能に支持されている。ま
た、第二軸３の上部側に固着された大歯車１９に
は、前記ギヤーボツクス１８に回転可能に支持さ
れた支持軸２０の上部側に形成（又は固着）され
た小歯車２１が噛合されており、該支持軸２０の
中心には上側を大径とする段付きの縦孔２２が貫
設されている。

しかして、上記の両支持軸１６，２０は同一線
上に整合するように配置されるとともに、回転運
動を直線運動に変換するための運動方向変換機構
を介して連結されており、該運動方向変換機構は
本実施例では円筒カム装置から構成されている。
すなわち、斜状のカム溝２３を有した円筒カム２
４は、前記第一軸１側の支持軸１６の下部外周に
遊嵌されるとともに、そのカム溝２３に支持軸１
６に設けたローラ２５が嵌合されている。そし
て、円筒カム２４の下部側には上側を大径とする
段付きのカム溝２６が形成されており、該カム軸
２６は前記第二軸３側の支持軸２０の縦孔２２内
にキー２７を介して上下動可能に嵌入され、か
つ、支持軸２０と共に一体回転するようになつて
いる。また、ギヤーボツクス１８にはカム軸２６
の直線変位を検出する検出器としてのポテンシヨ
メータ２８が取付けられており、その検出子２８
ａがカム軸２６の下端に接触するように支持軸２
０の縦孔２２内に挿入されている。

なお、２９は第二軸３側の大歯車１９上に立設
されたストツパボルトであり、第一軸１側の大歯
車１に形成された長孔３０と係合し、前記バネ縦
手４の最大ねじれ角を、たとえば5°に規制してい
る。

本実施例は上述のように構成したものであり、
以下その作用を説明する。

ステアリングホイール２により第一軸１が、右
又は左に回転されると、所定の範囲についてはス
テアリングホイール２に加えられた操作力に応じ
てバネ継手４のバネ部４ａがねじれることによつ
て第一軸１と第二軸３とに相対角変位（たとえば
5°）が生ずる。そして、この相対角変位の範囲内
において、第一軸１の大歯車１５、小歯車１７を
介して支持軸１６が回転されるとともに、該支持
軸１６のローラ２５が円筒カム２４を下向き又は
上向きに押動させるため、該円筒カム２４のカム
軸２６は第二軸３側の支持軸２０の縦孔２２内を
下動又は上動するが、この場合、第一軸１側の大
歯車１５と小歯車１７の歯数比と、第二軸３側の
大歯車１９と小歯車２１の歯数比とを、たとえば
等しく設定してあれば、第一軸１側の支持軸１６
と、第二軸３側の支持軸２０との間にはその歯数
比倍の回転変位が生ずることとなる。

すなわち、カム軸２６の直線変位は増幅された
ものとなるのであり、該直線変位はポテンシヨメ
ータ２８によつて検出されるとともに、その変位
量及び方向の検出信号がコントローラ１４に入力
される。従つて、コントローラ１４からの指示に
よつてサーボモータ１２が駆動され、減速歯車機
構１３を経て第二軸３が回転される結果、チエー
ン伝動機構５、伝動軸６、歯車列７を介してドラ
イブユニツト８、つまり操向駆動輪９が右又は左
に操向される。

なお、ステアリングホイール２の操作力が解除
されたときは、バネ継手４におけるバネ部４ａの
ねじれが復帰されることに伴い円筒カム２４が歯
車側からの回転力を受けて原位置、すなわち中立
位置へ復帰される。上記構成のもとでコントロー
ラ１４は前記のようにポテンシヨメータ２８から
出力されるカム軸２６の直線変位に対応したトル
ク信号を入力してサーボモータ１２に駆動電圧を
供給し、サーボモータ１２を回転させることによ
つてステアリングホイール２を操作するときのス
テアリングアシスト力を供給する。

次に、第３図はリーチフオークリフトのフレー
ム３１に、前記ギヤーボツクス１１の回転範囲を
規制させるためのストツパ３２を取付け、さら
に、ストツパ３２の両端部にはそれぞれ、ギヤー
ボツクス１１の端面がストツパ３２に当接する直
前に作動するリミツトスイツチLS１及びLS２を
取付けた状態を示したものである。上記構成によ
り前記ステアリングホイール２を左もしくは右回
転限度近くまで回転させたとき、ギヤーボツクス
１１が操向駆動輪９の中心点Ｏを回転中心として
回転し、その端面がストツパ３２に当接する直前
にリミツトスイツチLS１もしくはLS２を作動さ
せ、リミツトスイツチLS１から論理信号「１」
の右回転端近接信号を出力させ、またリミツトス
イツチLS２から論理信号「１」の左回転端近接
信号を出力させる。

第４図は前記ポテンシヨメータ２８の出力電圧
esのトルク対応特性を示したもので、横軸にトル
クＴ（Kg・ｍ）、縦軸に出力電圧esを示したもので
ある。前記のようにポテンシヨメータ２８はカム
軸２６の直線変位を検出して変位に対応した出力
電圧esを出力する。そのため、ステアリングホイ
ール２が中立状態のとき、すなわち前記直線変位
が０のときは、トルクＴ及び出力電圧esが共に０
で、この点を中立点MPと定める。従つて、ステ
アリングホイール２を左もしくは右方向に回転さ
せることによつて、ポジンシヨメータ２８の変位
量が増加し、トルクＴも増加する。その結果、出
力電圧esの絶対値も直線的に増加する。なお、操
向駆動輪９を右方向に回転させようとしたときの
ポテンシヨメータ２８の出力電圧esの極性を正、
操向駆動輪９を左方向に回転させようとしたとき
のポテンシヨメータ２８の出力電圧esの極性を負
と定める。

第５図は前記コントローラ１４に内蔵された電
気制御回路の中で特に本考案の特徴を示す部分の
回路を示したものである。

第５図に示すように、ポテンシヨメータ２８の
出力電圧esはコンパレータＣ１の非反転入力端子
に印加され、コンパレータＣ１の出力信号Ｓ３は
出力電圧esが正極のときは論理信号「１」であ
り、出力電圧esが負極もしくは０のときは論理信
号「０」となる。また、リミツトスイツチLS１
は２入力ANDゲートＣ２の一方の入力端に論理
信号「１」の右回転端近接信号Ｓ１を印加し、リ
ミツトスイツチLS２は２入力ANDゲートＣ４の
一方の入力端に論理信号「１」の左回転端近接信
号Ｓ２を印加する。２入力ANDゲートＣ２のも
う一方の入力端には、前記コンパレータＣ１の出
力論理信号Ｓ３が印加され、２入力ANDゲート
Ｃ４のもう一方の入力端には、前記コンパレータ
Ｃ１の出力論理信号を反転させるためのNOTゲ
ートＣ３の出力信号Ｓ４が印加される。

上記回路構成により、２入力ANDゲートＣ２
の出力信号Ｓ５は、リミツトスイツチLS１が右
回転端近接信号Ｓ１を出力するとともに、コンパ
レータＣ１が論理信号「１」を出力したとき、す
なわち、操向駆動輪９を右回転方向にほぼ目いつ
ぱい回転させ、かつ、さらに操向駆動輪９を右へ
回転させようとしたとき、論理信号「１」とな
る。また、２入力ANDゲートＣ４の出力信号Ｓ
６はリミツトスイツチLS２が左回転端近接信号
Ｓ２を出力するとともに、コンパレータＣ１が論
理信号「０」を出力したとき、すなわち、操向駆
動輪９を左回転方向にほぼ目いつぱい回転させ、
かつ、さらに操向駆動輪９を左へ回転させようと
したとき、論理信号「１」となる。

２入力ANDゲートＣ２もしくはＣ４が論理信
号「１」を出力すると、２入力ANDドゲートＣ
２，Ｃ４の出力側に接続された２入力ORゲート
Ｃ５の出力信号Ｓ７は論理信号「１」となる。

ポテンシヨメータ２８の電圧esは、前記のよう
にコンパレータＣ１の非反転入力端子に印加され
るとともに、アンプAMPにも入力され、増幅さ
れたあと、入力抵抗Ｒ１を介してオペアンプＣ６
の非反転入力端子にも印加される。オペアンプＣ
６にはフイードバツク抵抗としてＲ２が接続さ
れ、さらにフイードバツク抵抗Ｒ２と並列に、カ
ナログスイツチＣ７と２個のツエナーダイオード
ZD１，ZD２とから成る直列回路が接続される。
該アナログスイツチＣ７は、前記２入力ORゲー
トＣ５の出力信号Ｓ７が論理信号「１」であると
きに閉じる。

さらに、オペアンプＣ６の出力信号Ｓ９は、コ
ンパレータＣ８の非反転入力端子と、コンパレー
タＣ９の反転入力端子と、コンパレータＣ１０の
反転入力端子と、コンパレータＣ１１の非反転入
力端子のそれぞれに印加される。

また、第７図に示すようなパルス幅変調の基準
三角波となる正の三角波信号Ｓ１０及び正の三角
波信号Ｓ１１を出力させるための三角波発生回路
TWGを設け、三角波信号Ｓ１０を前記コンパレ
ータＣ１０の非反転入力端子に、一方、三角波信
号Ｓ１１を前記コンパレータＣ９の非反転入力端
子に印加させる。

コンパレータＣ８の出力信号Ｓ１２はトランジ
スタドライバTR１Ｄに入力され、出力信号Ｓ１
２がハイレベルのとき、トランジスタドライバ
TR１Ｄは後述のトランジスタTR１のベースに
スイツチング信号Ｓ１２Ａを出力する。同様に、
コンパレータＣ９の出力信号Ｓ１３はトランジス
タドライバTR２Ｄに、また、コンパレータＣ１
０の出力信号Ｓ１４はトランジスタドライバTR
３Ｄに、さらに、コンパレータＣ１１の出力信号
Ｓ１５はトランジスタドライバTR４Ｄにそれぞ
れ入力される。それぞれのトランジスタドライバ
TR２Ｄ，TR３Ｄ，TR４Ｄは、前記それぞれの
出力信号Ｓ１３，Ｓ１４，Ｓ１５が論理信号
「１」の状態のときに後述のトランジスタTR２，
TR３，TR４のそれぞれのベースにスイツチン
グ信号Ｓ１３Ａ，Ｓ１４Ａ，Ｓ１５Ａを出力す
る。

次に、第６図はサーボモータ１２の駆動回路を
示したもので、図示していないバツテリ等からの
駆動電源の＋ラインと−ライン間には、サーボモ
ータ１２に右回転方向の駆動電流を通電させるた
めのトランジスタTR１及びトランジスタTR４
と、サーボモータ１２に左回転方向の駆動電流を
通電させるためのトランジスタTR２及びトラン
ジスタTR３とが接続される。さらに、フリーホ
イールダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３及びＤ４が接
続される。

次に、上記第５図及び第６図に示すような回路
の作用を説明する。

今、ステアリングホイール２を右回転方向に回
転させ、前記ギヤーボツクス１１を、操向駆動輪
９の中心点Ｏを回転中心として右方向に回転させ
ると、ポテンシヨメータ２８から第４図に示すよ
うなトルク対応の正の出力電圧esが出力される。
ポテンシヨメータ２８から電圧esが出力される
と、該出力電圧esはアンプAMPで増幅され、さ
らにオペアンプＣ６において、フイードバツク抵
抗Ｒ２と入力抵抗Ｒ１の比で定まる増幅度で増幅
される。

オペアンプＣ６から正の増幅信号Ｓ９が出力さ
れると、コンパレータＣ８はハイレベルの信号を
出力し、また、コンパレータＣ９はローレベルの
信号を出力し、さらにコンパレータＣ１０はロー
レベルの信号を出力する。コンパレータＣ１１は
三角波発生回路TWGから出力される三角波信号
Ｓ１１のピーク電圧より増幅信号Ｓ９の電圧が高
い間はハイレベルの信号を出力するとともに、上
記増幅信号Ｓ９電圧が三角波信号Ｓ１１のピーク
電圧とボトム電圧の間の値をとる場合、第７図に
示すようにTON間だけハイレベル信号を出力す
るとともに、TON間以外はローレベル信号を出
力するという、いわゆるデユーテイ信号を出力す
る。さらに、三角波信号Ｓ１１のボトム電圧まで
増幅信号Ｓ９電圧が達しない場合はローレベル信
号の出力を継続するというチヨツパ制御信号対応
動作をする。

その結果、トランジスタTR１はスイツチON、
トランジスタTR４はチヨツパ制御信号に対応し
たスイツチングをし、サーボモータ１２に右回転
方向の駆動電流を通電して駆動させ、サーボモー
タ１２から右回転方向のステアリングアシスト力
を出力させる。

この状態で、さらに操向駆動輪９を右方向へ回
転させようとしたとき、ギヤーボツクス１１がリ
ミツトスイツチLS１に当接し、リミツトスイツ
チLS１から論理信号「１」が出力されると、２
入力ORゲートＣ５の出力信号Ｓ７は論理信号
「１」となる。その結果、アナログスイツチＣ７
はオン状態になり、オペアンプＣ６の出力電圧Ｓ
９はツエナーダイオードZD１のツエナー電圧に
制限され、トランジスタTR４のデユーテイ比が
低下するためサーボモータ１２の回転は急激に低
下する。そのため、さらにオペレータがステアリ
ングホイール２を回転端方向に回そうとしても、
俗にいう「ハンドルが重い」状態になつて速いス
ピードでは回せなくなる。これにより、ギヤーボ
ツクス１１がストツパ３２に衝突する際のシヨツ
クを小さくするとともに、オペレータの操舵フイ
ーリングの悪化を防止する。

以上、操向駆動輪９を右方向の回転端近傍か
ら、さらに右回転させようとしたときのサーボモ
ータ１２の減速作用を示したが、操向駆動輪９を
左方向の回転端近傍から、さらに左回転させよう
としたときも前記同様にサーボモータ１２の回転
速度を下げる作用をする。

すなわち、操向駆動輪９を左方向に回転させる
方向にステアリングホイール２を回転させると、
ポテンシヨメータ２８の出力電圧esは負の電圧を
出力し、前記増幅信号Ｓ９も負となる。前記同様
の回路作用により今度はトランジスタTR２とチ
ヨツパ制御信号に対応してオン、オフするTR３
がスイツチングして駆動電流はトランジスタTR
２→サーボモータ１２→トランジスタTR３を流
れ、サーボモータ１２を左方向に駆動させる。こ
の状態でステアリングホイール２をさらに左方向
に回転させ、操向駆動輪９を目いつぱい左方向に
回転させようとしたとき、前記同様の作用により
アナログスイツチＣ７がオン状態になり、オペア
ンプＣ６の出力電圧Ｓ９はツエナーダイオード
ZD２のツエナー電圧に制限されトランジスタTR
３のデユーテイ比が低下するため、サーボモータ
１２の回転は急激に低下する。そのため、さらに
オペレータがステアリングホイール２を回転端方
向に回そうとしてもハンドルが重くなつて、速い
スピードでは回せなくなる。これにより、前記同
様に、ギヤーボツクス１１がストツパ３２に衝突
する際にシヨツクを小さくするとともに、オペレ
ータの操舵フイーリングの悪化を防止する。

なお、ステアリングホイール２を、ほぼ目いつ
ぱい回転させ、かつ、さらに操向駆動輪９を回転
端方向へまわそうとしてステアリングホイール２
を操作したときにモータ回転速度に制限をかける
ためのコントローラの構成方法は上記実施例に限
ることなく、本考案の趣旨を越えない範囲で種々
実現できる。また、前記リミツトスイツチLS１，
LS２の替わりに近接センサなどの無接触式スイ
ツチに替えても同様の効果を得ることができる。

（考案の効果）以上のように本考案によれば、ステアリングホ
イールを回転限度近くまで回転させ、かつ、さら
に操向駆動輪を回転端方向へまわそうとしてステ
アリングホイールを操作した場合、パルス幅変調
制御によりステアリングアシスト力を出力させる
モータの駆動電圧をパルス幅変調制御のデユーテ
イ比を低下させることによつて減少させ、モータ
の回転速度を低下させて電気式パワーステアリン
グの出力機構がストツパに当つてロツクされる直
前にパワーステアリングの回転スピードをダウン
することによりパワーステアリング装置がもつて
いる運動エネルギーを低下させて衝撃トルクを減
少させ、出力シヤフトを含めた出力駆動系の安全
性を確保させるとともに、オペレータの運転フイ
ーリングを向上させる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例のバツテリ式リーチ
フオークリフトの電気式パワーステアリング装置
を示す説明図、第２図はその電気式パワーステア
リング装置のうちのトルク検出装置を示す縦断面
図、第３図はステアリングストツパとリミツトス
イツチの配置実施例説明図、第４図はポテンシヨ
メータの出力特性図、第５図は電気式パワーステ
アリング制御装置の部分電気回路図、第６図は駆
動回路図、第７図は三角波波形図である。２……ステアリングホイール、９……操向駆動
輪、１１……ギヤーボツクス、１２……サーボモ
ータ、１４……コントローラ、２８……ポテンシ
ヨメータ、３２……ストツパ、LS１，LS２……
リミツトスイツチ、Ｃ１……コンパレータ、Ｃ
２，Ｃ４……２入力ANDゲート、Ｃ３……NOT
ゲート、Ｃ５……２入力ORゲート、Ｃ６……オ
ペアンプ、Ｃ７……アナログスイツチ、Ｃ８〜Ｃ
１１……コンパレータ、Ｄ１〜Ｄ４……フリーホ
イールダイオード、TWG……三角波発生回路、
TR１〜TR４……トランジスタ、TR１Ｄ〜TR
４Ｄ……トランジスタドライバ、ZD１，ZD２…
…ツエナーダイオード。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

ステアリングホイールに操作トルクが加えられ
たとき該操作トルクの大きさと方向に対応したト
ルク信号を出力するトルク検出器と、前記ステア
リングホイールが左もしくは右回転限度近くまで
回転したことを検出して左もしくは右回転端近接
信号を出力する回転端近接検出器と、該回転端近
接検出器からの前記左もしくは右回転端近接信号
を入力し、さらに前記トルク検出器から出力され
たトルク信号の極性が、回転端方向へのモータ駆
動に対応したとき、パルス幅変調制御により駆動
され、ステアリングアシスト力を出力するモータ
の駆動電圧をパルス幅変調制御のデユーテイ比を
低下させることによつて減少させ、モータの回転
速度を予め定められた大きさに低下させる制御回
路と、を備えた電気式パワーステアリングの制御
装置。