JPH0649490Y2 - ハンドル回転角検出装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、フオークリフトトラック等のステアリングギ
ヤや機械的リンクがない全油圧式パワーステアリングの
ハンドル位置補正制御装置等に、検出手段の一つとして
用いられるハンドル回転角検出装置に関する。

（先行の技術） 従来のハンドル回転角検出装置としては、例えば、特開
昭58-30818号公報（特願昭56-115579号）に記載されて
いるような装置が知られている。

この従来装置は、ハンドルの回転に伴なうステアリング
シャフトの回転角度を所定の回転角度に変換するウォー
ム＆ウォームホイール機構と、該ウォーム＆ウォームホ
イール機構を介して得られる回転角度を電気信号により
検出するポテンションメータ（可変抵抗器）構造のハン
ドル回転角センサとを備えたものであった。

（考案が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来装置にあっては、ハンド
ル回転角センサからはステアリングシャフトの回転角度
がそのまま検出されるものであったため、ステアリング
シャフトの回転角度を入力情報とする装置には好ましい
が、この従来装置を全油圧式パワーステアリングのハン
ドル回転角検出手段として用いた場合には、ステアリン
グシャフトに連結されるステアリングユニット（オービ
ットロール（登録商標）ともいう）にバルブ不感帯があ
ることで、ステアリングユニットのメータリング部の実
際回転角よりも常に大きな回転角に誤検出してしまうと
いう問題点があった。

また、ハンドルによる転舵時、ハンドル回転角に対して
ステアリングシリンダのストロークに誤差がある場合に
は、コントロールユニットにおいて、実際シリンダスト
ローク値Xmと目標シリンダストローク値Xnとのストロー
ク差δが演算され、このストローク差δが設定値δｎを
超えたら、その設定値δｎより小さくなるように作動油
流出手段のソレノイドアクチュエータに対して流出作動
信号（ON信号）が出力されることで、作動油流出により
ハンドルが空転し、ハンドル位置補正を自動的に行なわ
せるという内容のハンドル位置補正制御装置（特開昭60
-261779号公報参照）に従来装置を適用した場合には、
検出によるハンドル回転角θ₂がメータリング部の実際
回転角度θ₁よりも常に大きくなるため、第６図に示す
ように、実際には点ａの位置にあり作動油流出によるハ
ンドル位置補正が必要な時であるにもかかわらず、点ｂ
の位置と判断されてハンドル位置補正が行なわれなくな
り、入力信号の検出誤差が制御精度を低くしていた。

尚、本来、シリンダストロークとリニアな関係にあるの
は、回転角度に比例した油量を送油するステアリングユ
ニットのメータリング部の回転角度であるが、メータリ
ング部の回転角を検出するのは構造が複雑になってしま
う等の理由で、ステアリングシャフトの回転角度検出が
代替される。

（問題点を解決するための手段） 本考案は、上述のような問題点を解決すことを目的とし
てなされたもので、この目的達成のために本考案では、
ハンドルの回転に伴なうステアリングシャフトの回転角
度を所定の回転角度に変換するシャフト回転変換機構
と、該シャフト回転変換機構を介して得られる回転角度
を電気信号により検出するハンドル回転角センサとを備
え、前記ステアリングシャフトには、中立位置領域でバ
ルブ不感帯となっている油路切換バルブ部と、回転角度
に比例した油量を送油するメータリング部とを有するス
テアリングユニットが設けられ、前記ハンドル回転角セ
ンサからのハンドル回転角信号が操舵輪動作量に対する
ハンドル位置の補正制御入力情報として用いられるハン
ドル回転角検出装置において、前記シャフト回転変換機
構に、ステアリングユニットのバルブ不感帯にほぼ対応
するアソビが設けられていることを特徴とする。

（作用） 本考案のハンドル回転角検出装置では、上述のような手
段としたことで、ハンドル及びステアリングシャフトを
一方に回転させての転舵時に、ハンドル回転角センサか
ら検出されるハンドル回転角信号は、ステアリングシャ
フトの回転初期でシャフト回転変換機構のアソビ領域内
は検出不感帯となり信号の出力がなく、このアソビ領域
を超えてステアリングシャフトを回転させると回転角度
に比例した信号が出力される。

したがって、このハンドル回転角センサから検出される
ハンドル回転角信号を、操舵輪動作量に対するハンドル
位置の補正制御入力情報として用いられるハンドル回転
角検出装置においては、ステアリングユニットの持つ不
感帯の影響が予め排除され、ステアリングユニットのメ
ータリング部における回転角度に近似する回転角信号が
得られることで、ハンドル位置補正が必要な時にハンド
ル位置補正が行なわれることになり、高いハンドル位置
補正制御精度が確保される。

（実施例） 以下、本考案の実施例を図面により詳述する。尚、実施
例を述べるにあたって、三輪フオークリフトトラックの
全油圧式パワーステアリングのハンドル位置補正制御装
置に用いられるハンドル回転角検出装置を例にとる。

まず、実施例の構成を説明する。

実施例装置が適用される全油圧式パワーステアリングの
ハンドル位置補正制御装置Ａは、第３図及び第４図に示
すように、ハンドル10、ステアリングユニット12、ステ
アリングシリンダ14、操舵輪19、油圧ライン21,22、ド
レーン油ライン24,25、電磁切換弁26,27、コントロール
ユニット28、ハンドル回転角度センサ29、シリンダ位置
センサ30を備えている。

前記ハンドル10は、操舵操作手段で、このハンドル10に
は操作性をよくするためにハンドルスポーク11が設けら
れている。

前記ステアリングユニット12は、油路切換機能と送油機
能をもつ手段で、前記ハンドル10によるステアリング操
作で油路が切り換えられると共に、中立位置領域ではバ
ルブ不感帯となっている油路切換バルブ部と、ステアリ
ングポンプ13から送られてくる圧力油のうち回転角度に
比例した油量をステアリングシリンダ14へ送油するメー
タリング部とを有する（「日産技報No.19」昭和58年12
月発行のP170参照）。

前記ステアリングシリンダ14は、前記操舵輪19を転舵さ
せる手段で、車体15に固定されたシリンダロッド16,16
と、可動部材であるシリンダチューブ17と、該シリンダ
チューブ17内を往復移動するピストン18と、を備えてい
る。

前記操舵輪19は、前記シリンダチューブ17とは操舵チェ
ーン20,20により連結され、シリンダチューブ17の移動
によって転舵される。

前記油圧ライン21,22は、前記ステアリングユニット12
とステアリングシリンダ14とを連結させるもので、この
油圧ライン21,22は、操舵時に一方のラインがステアリ
ングポンプ13からの加圧作動油を給送する給送ラインと
なり、他方のラインが作動油タンク23へ油を戻す返送ラ
インとなる。

尚、ステアリングシリンダ14へは、シリンダロッド16の
中空部を通して加圧油を送り、また油を戻すのも中空部
を通して行なわれる。

前記ドレーン油ライン24,25は、前記油圧ライン21,22に
連結させたもので、このドレーン油ライン24,25の途中
には電磁切換弁26,27が設けられ、この電磁切換弁26,27
によって、一方が開放時に油圧ライン21,22の一方の作
動油を作動油タンク23へ流出させてハンドル位置の補正
がなされる。

尚、このドレーン油ライン24,25と、電磁切換弁26,27と
によって実施例の作動油流出手段が構成される。

前記電磁切換弁26,27は、第４図に示すように、一方向
弁部33,34とドレーン部35,36との切り換えを行なうソレ
ノイド（アクチュエータ）31,32及びスプリング37,38
と、前記ドレーン油ライン24,25の途中に設けられた残
圧手段としてのオリフィス39,40とをそれぞれ備えたも
のである。

前記コントロールユニット28は、車載のマイクロコンピ
ュータが用いられた制御回路で、ハンドル回転角度セン
サ29からのハンドル回転角信号（θ）とシリンダ位置セ
ンサ30からのシリンダストローク信号（ｓ）とを入力
し、これらの入力信号（θ），（ｓ）に基づいて演算処
理がなされ、前記電磁開閉弁26,27の各ソレノイド31、3
2に対しON信号による流出作動信号（ａ）またはOFF信号
による流出停止信号（ｂ）が出力される。

尚、前記コントロールユニット28は、第４図で示すよう
に、内部回路として、入力回路281、RAM（ランダム．ア
クセス．メモリ）283、ROM（リード．オンリ．メモリ）
284、クロック回路285、CPU（セントラル．プロセシン
グ．ユニット）286、第１出力回路287、第２出力回路28
8を備えていて、シリンダストローク信号（ｓ）により
得られる実際ストローク値Xmとハンドル回転角信号
（θ）により得られる目標ストローク値Xnとのストロー
ク差δが設定値δｎを超えるとON信号による作動油流出
信号（ａ）が出力され、設定値δｎ以下の時は、OFF信
号による流出停止信号（ｂ）が出力される。

ここで、前記ROM284には、ハンドル位置補正制御の制御
目標値となるハンドル回転角θとシリンダストロークＸ
との関係が演算式の形（グラフにすると第６図の目標制
御特性線Ｃ）で予め記憶されているし、他にストローク
差δの演算式や微分演算式や、設定値δｎが予め記憶設
定されている。

次に、前記ハンドル回転角センサ29を含む実施例のハン
ドル回転角検出装置Ｂの構成を説明する。

実施例のハンドル回転角検出装置Ｂは、第１図及び第２
図に示すように、ステアリングシャフト50、コラムチュ
ーブ51、ウォームギヤ52、ロールピン53、ウォームホイ
ールギヤ54、ウォームホイールシャフト55、止めネジ5
6、ネジ穴57、ブラケット58、ハンドル回転角センサ29
を備えている。

尚、実施例のシャフト回転変換機構は、ウォームギヤ5
2、ロールピン53、ウォームホイールギヤ54、ウォーム
ホイールシャフト55、止めネジ56で構成され、このシャ
フト回転変換機構のアソビは、ウォームホイールギヤ54
に開穴したネジ穴57とウォームホイールシャフト55に螺
着させた止めネジ56との回転方向隙間s,sにより形成さ
れ、このアソビは前記ステアリングユニット12のバルブ
不感帯に対応させている。

前記ステアリングシャフト50の一端部50aにはハンドル1
0が設けられ、他端部50bはステアリングユニット12のス
プールにスプライン結合される。

前記コラムチューブ51には、ステアリングシャフト50を
ベアリング59で支持すると共に、ステアリングユニット
12のハウジングに固定されるカバー60が端部に固定され
ている。

前記ウォームギヤ52は、ロールピン53によってステアリ
ングシャフト50に固定されている。

前記ウォームホイールギヤ54は、ウォームホイールシャ
フト55に対し、前記回転方向隙間s,sによるアソビを介
して止めネジ56で結合されている。

前記ハンドル回転角センサ29は、ポテンションメータ構
造のセンサで、前記ウォームホイールシャフト55から回
転が入力され、コラムチューブ51に固定したブラケット
58に設けられている。

次に、実施例の作用を説明する。

まず、第７図に示すコントロールユニット28での作動の
流れを示すフローチャート図によりハンドル位置補正の
制御作動について述べる。

（イ）直進走行時 ハンドル10を中立位置に保持し、直進走行を行なう時の
動作の流れは、ステップ200→ステップ201→ステップ20
2→ステップ203→ステップ204という流れとなり、出力
ステップであるステップ204では両ソレノイド31,32に対
してOFF信号による流出停止信号（ｂ）が出力される。

尚、ステップ200はハンドル回転角度信号（θ）による
ハンドル回転角θｎの読み込みステップであり、ステッ
プ201は前記ステップ200により読み込まれたハンドル回
転角度θｎに基づいて目標シリンダストロークXnを演算
する演算ステップであり、ステップ202はシリンダスト
ローク信号（ｓ）による実際シリンダストロークXmの読
み込みステップであり、ステップ203は実際シリンダス
トロークXmの時間ｔの関数ｆ（ｔ）とし、この関数の傾
き、つまり、時間ｔも微分した値が正であるか、負であ
るかによって、転舵方向が右か左かを判別する判別ステ
ップである。

（ロ）右転舵時 ハンドル10を右方向に転回させての右転舵時で、ストロ
ーク差δが設定値δｎ以下の時は、ステップ200→ステ
ップ201→ステップ202→ステップ203→ステップ205→ス
テップ206→ステップ204へと進む流れになり、出力ステ
ップであるステップ204では両ソレノイド31,32に対して
OFF信号による流出停止信号（ｂ）が出力される。

尚、ステップ205はストローク差δ（＝Xm−Xn）の演算
ステップであり、ステップ206は設定値δｎを超えてい
るかどうかの判断ステップである。

次いで、右転舵時で、実際シリンダストロークXmの増大
でストローク差δが設定値δｎを超えた時は、ステップ
200→ステップ201→ステップ202→ステップ203→ステッ
プ205→ステップ206→ステップ207へと進む流れにな
り、出力ステップであるステップ207ではソレノイド32
に対してON信号による流出作動信号（ａ）が出力され、
油圧ライン22からの作動油流出で、ハンドル回転角θｎ
だけが増大し、実際シリンダストロークXmの増大が抑え
られる。

そして、右転舵時で、作動油流出によりストローク差δ
が設定値δｎ以下になったら、ステップ200→ステップ2
01→ステップ202→ステップ203→ステップ205→ステッ
プ206→ステップ204へと進む流れになり、ソレノイド32
への出力信号がON信号からOFF信号に変わる。

以上の制御作動は、制御起動時間毎に繰り返し行なわれ
る。

（ハ）左転舵時 左転舵時におけるハンドル位置補正の制御作動の流れ
は、右転舵時の場合と同様であり、ただ、左転舵時は実
際シリンダストロークXmより目標シリンダストロークXn
が大きくなるのでストローク差δの演算式がδ＝Xn−Xm
（ステップ210）となる点において異なる。

尚、左転舵時のステップ208〜ステップ210は、右転舵時
のステップ205〜ステップ207にそれぞれ対応する。

次に、実施例のハンドル回転検出装置Ｂでの検出作動に
ついて述べる。

まず、ステアリングユニット12からのバルブ変位角に対
する圧力特性Ｐをみると、第５図に示すように、バルブ
不感帯の領域では、ステアリングポンプ13から送られて
きた油が全て作動油タンク23へドレーンされることで圧
力の上昇がみられない。

これに対し、実施例では前記ステアリングユニット12の
バルブ不感帯に対応したアソビを回転方向隙間s,sによ
りもたせていることで、ハンドル回転角センサ29からの
ハンドル回転角信号（θ）は、ステアリングシャフト50
の回転初期であって、このアソビ領域Ｄではハンドル回
転角θｎがθｎ＝０を示す信号を出力し、さらにステア
リングシャフト50を回転させてアソビ領域Ｄを超えた
ら、ステアリングシャフト50の回転角度に比例したハン
ドル回転角信号（θ）を出力し、第５図のハンドル回転
角信号特性Ｅに示すような信号出力となる。

以上説明してきたように、実施例のハンドル回転角検出
装置Ｂにあっては、シャフト回転変換機構にアソビを設
けているため、ステアリングシャフト50の回転角検出で
ありながら、ステアリングユニット12のメータリング部
における回転角度に非常に近似するハンドル回転角度θ
ｎを得ることができる。

また、このハンドル回転角度θｎを入力情報とするハン
ドル位置補正制御装置Ａの検知手段として、実施例のハ
ンドル回転角検出装置Ｂを用いた場合には、従来のよう
に、ハンドル回転角が先行してしまい、検出誤差により
補正必要時であるにもかかわらず補正が行なわれないと
いう事態の発生が回避され、制御精度を高めることがで
きる。

以上、本考案の実施例を図面により詳述してきたが、具
体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本考
案の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があって
も本考案に含まれる。

例えば、実施例では、シャフト回転変換機構のアソビと
して、ウォームホイールとウォームホイールシャフトと
の結合部に回転方向隙間を設ける例を示したが、第８図
に示すように、ウォームホイールシャフトを２分割して
第１シャフト部55aと第２シャフト部55bとし、両シャフ
ト部55a,55bを連結するカップリングとしてピン61aと長
孔61bによるガタ付カップリング61を用いてもよいし、
またウォームギヤ52とウォームホイールギヤ54とのギヤ
系に積極的にアソビとなるバックラッシュを設けてもよ
い。

また、実施例ではシャフト回転変換機構としてギヤ機構
を示したが、段付ベルトとプーリによる機構等、他の機
構を用いてもよい。

また、実施例ではハンドル回転角センサとして、ポテン
ションメータ構造のセンサを示したが、磁気感知素子や
光電感知素子等を用いたセンサであってもよい。

（考案の効果） 以上説明してきたように、本考案にあっては、ハンドル
回転角センサからのハンドル回転角信号が操舵輪動作量
に対するハンドル位置の補正制御入力情報として用いら
れるハンドル回転角検出装置において、ステアリングシ
ャフトとハンドル回転角センサとの間に設けられるシャ
フト回転変換機構に、ステアリングユニットのバルブ不
感帯にほぼ対応するアソビが設けられている装置とした
ため、ステアリングシャフトの回転角検出でありなが
ら、ステアリングユニットのメータリング部における回
転角度に近似するハンドル回転角信号を検出信号として
得ることができ、このハンドル回転角信号を入力情報と
するハンドル位置補正制御において、ステアリングユニ
ットの持つ不感帯の影響が予め排除されることで高制御
精度を確保できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案実施例のハンドル回転角検出装置を示す
部分断面図、第２図は第１図Ｉ−Ｉ線による断面図、第
３図は実施例装置を搭載した三輪フォークリフトトラッ
クを示す平面図、第４図は実施例装置を適用したハンド
ル位置補正制御装置を示すブロック図、第５図はステア
リングユニットの油圧特性とハンドル回転角信号特性
図、第６図はハンドル位置補正制御装置での制御特性
図、第７図はハンドル位置補正制御装置のコントロール
ユニットでの制御作動の流れを示すフローチャート図、
第８図は他の実施例装置の要部を示す図である。 10……ハンドル 12……ステアリングユニット 29……ハンドル回転角センサ 50……ステアリングシャフト 52……ウォームギヤ（シャフト回転変換機構） 53……ウォームホイールギヤ（シャフト回転変換機構） 55……ウォームホイールシャフト（シャフト回転変換機
構） ｓ……回転方向間隙（アソビ）

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ハンドルの回転に伴なうステアリングシャ
   フトの回転角度を所定の回転角度に変換するシャフト回
   転変換機構と、 該シャフト回転変換機構を介して得られる回転角度を電
   気信号により検出するハンドル回転角センサとを備え、 前記ステアリングシャフトには、中立位置領域でバルブ
   不感帯となっている油路切換バルブ部と、回転角度に比
   例した油量を送油するメータリング部とを有するステア
   リングユニットが設けられ、前記ハンドル回転角センサ
   からのハンドル回転角信号が操舵輪動作量に対するハン
   ドル位置の補正制御入力情報として用いられるハンドル
   回転角検出装置において、 前記シャフト回転変換機構に、ステアリングユニットの
   バルブ不感帯にほぼ対応するアソビが設けられているこ
   とを特徴とするハンドル回転角検出装置。