JPH075080B2 - ステアリング装置のキックバック防止装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は、フォークリフトなどの産業車輌の操舵輪から
ハンドルへの逆入力、いわゆるキックバックを防止する
装置に関する。

B.従来の技術 この種のキックバック防止装置の従来例として、実開昭
62−4468号公報に開示されたものが知られている。これ
は、キックバックを検出すると操舵力伝達系を瞬間的に
ロックし、キックバックによるハンドルの回転量を低減
したもである。しかし、キックバック検出手段を、ステ
アリングシャフトに装着された遠心ガバナと、それに連
動するリミットスイッチとから構成しているため、急ハ
ンドル時にキックバックを誤検出したり、また弱いキッ
クバックや緩っくりしたキックバックを検出できないと
いう問題があった。

そこで本願人は先に実願昭62−76612号の明細書中に、
これらの問題を解決したステアリング装置のキックバッ
ク防止装置を提案した。

すなわち、操舵方向と操舵トルクの方向とを検出し、両
方向が一致していれば正常、不一致であればキックバッ
ク発生と判定し、操舵力伝達系を電磁ブレーキで制動す
る。これにより、急ハンドル時のキックバック誤検出が
防止されるとともに、弱いキックバックや緩っくりした
キックバックでも確実に検出できるようにした。

ここで、操舵方向とは、ハンドルから操舵輪に至る操舵
力伝達系の運動方向を指し、例えばステアリングシャフ
トでは回転方向、あるいはカウンタ型フォークリフトの
ドラグリンクでは移動方向である。そして、正常時はハ
ンドル側から操舵力伝達系に入力される操舵方向であ
り、キックバック時は操舵輪側から操舵伝達系に入力さ
れる操舵方向である。また、操舵トルクの発生方向（以
下、操舵トルクの方向と呼ぶ）とは、操舵時に操舵力伝
達系に生ずるトルクの方向（例えばステアリングシャフ
トのねじれ方向）あるいは上述したドラグリンクでは軸
力の方向（圧縮力、引張力）を指す。

C.発明が解決しようとする問題点 かかるキックバック防止装置においては、操舵方向と操
舵トルクの方向とを検出し、この検出結果に基づいてキ
ックバックを判定して電磁ブレーキを働かせるので、キ
ックバック発生から電磁ブレーキ作動までのタイムラグ
をできる限り短くする必要がある。そのためには上記両
方向を迅速に検出しなければならない。ところで、操舵
トルク検出センサは、例えばステアリングシャフト等の
操舵力伝達系の弾性変形や変位を利用して操舵トルクの
方向を検出するが、上記明細書中に開示されているキッ
クバック防止装置においては、操舵方向検出センサが操
舵トルク検出センサよりもハンドル側に配置されてお
り、キックバック時には、まず操舵力伝達系の弾性変形
または変位により操舵トルク検出センサが作動し、その
後で操舵方向センサが作動する。したがって、弾性変形
あるいは変位分だけ上記タイムラグが長くなる。

本発明の目的は、キックバック発生から電磁ブレーキな
どの制動手段の動作開始までのタイムラグを低減したス
テアリング装置のキックバック防止装置を提供すること
にある。

D.問題点を解決するための手段 クレーム対応図である第１図により説明すると、本発明
に係わるキックバック防止装置は、操舵力伝達系103に
設けられ操舵力伝達系103に作用する操舵トルクの方向
を検出する第１の方向検出手段104と、操舵力伝達系103
の前記第１の方向検出手段104よりも操舵輪102側に設け
られ操舵力伝達系103に作用する操舵方向を検出する第
２の方向検出手段105と、操舵力伝達系103を制動せしめ
る制動手段106と、第１および第２の方向検出手段104,1
05で検出される方向が互いに相反するときに制御手段10
6を作動せしめる制御手段107とを具備する。

E.作用 キックバックによる操舵輪102側からの逆入力は、まず
第２の方向検出手段105に作用し、これにより操舵方向
が検出され、次いで、第１の方向検出手段104に作用し
操舵トルクの方向が検出される。制御手段107は、検出
された両方向が相反するときに制御手段106を作動せし
める。これにより、キックバック発生から制動手段106
による操舵力伝達系103の制動開始までのタイムラグが
短縮される。

F.実施例 第２図〜第４図（ａ）により、本発明に係るキックバッ
ク防止装置の一実施例をリーチ型フォークリフトのマニ
ュアルステアリング装置に適用した場合について説明す
る。

マニュアルステアリング装置は、第２図に示すように、
ハンドル10と、操舵輪11と、ハンドル10と操舵輪11との
間の操舵力伝達系12とから成り、操舵力伝達系12は、ハ
ンドル10側からステアリングシャフト13,ステアリング
シャフトスプロケット14,チェーン15,ギアシャフトスプ
ロケット16,ピニオンギアシャフト17,ピニオンギア18,
リングギア19,ステアリングアクスル25が順次に設けら
れて構成されている。

キックバック防止装置100は、操舵方向センサ20と、操
舵トルクセンサ30と、キックバック検出時に操舵力伝達
系12に制動力を付与する電磁ブレーキ40と、両センサ2
0,30からの入力信号によりキックバックを検出して電磁
ブレーキ40を作動せしめる電磁ブレーキ制御部50とを備
えている。

操舵トルクセンサ30はピニオンギアシャフト17のハンド
ル側に設けられ、第３図（ａ）〜（ｄ）に詳細を示すよ
うに構成されている。

ピニオンギアシャフト17は、ハンドル側の上シャフト17
Aと操舵輪側の下シャフト17Bとに２分割され、両者は、
ピン31,外筒32,ピン33を介して一体的に連結されてい
る。すなわち、下シャフト17Bと外筒32とがピン31で連
結され、外筒32と上シャフト17Aとがピン33（第３図
（ｃ），（ｄ）参照）で連結されている。上シャフト17
Aは外筒32内の一対のベアリング34で軸支されている。
上下一対のベアリング34間にはスイッチ作動体35が上シ
ャフト17Aに外挿され、第３図（ｃ）に示すようにピン3
3により上シャフト17Aと一体化されている。第３図
（ｃ）に示すとおりピン33と外筒32との間には間隙が設
けられており、上シャフト17Aは、外筒32すなわち下シ
ャフト17Bに対して所定回転角度（以後、ガタ分とす
る）だけ相対回転可能となって後述するトルク検出を可
能としている。

スイッチ作動体35の外周には、第３図（ａ）に示すとお
り対向する２つのカム面35a,35bと、係止Ｖ溝35cとが形
成され、両カム面35a,35bにはそれぞれ、ばね36でシャ
フト方向に付勢されるボール保持体37に保持されたボー
ル38が押圧接触されている。ボール保持体37の背面に
は、外筒32に保持された右トルクスイッチ39Rと左トル
クスイッチ39Lとが設けられ、保持体37のシャフト外方
への運動により各スイッチ39R,39Lがオンするように構
成されている。係止Ｖ溝35cには、ばね45でシャフト方
向に付勢されるボール保持体46で保持されたボール47が
押圧接触されている。

ばね45のばね力により上シャフト17Aから外筒32への許
容伝達トルクが設定され、入力トルクがこの許容伝達ト
ルク以下のとき、上シャフト17Aと外筒32とがスイッチ
作動体35とボール47とを介してガタ分だけ一体的に回転
するので、スイッチ39R,39Lはオフのままである。その
後さらに上シャフト17Aと外筒32とが相対的に回転する
ときも力の伝達経路は同一である。

入力トルクが許容伝達トルクを越えると、ボール47が係
止Ｖ溝35cに乗り上げスイッチ作動体35が外筒32に対し
て相対回転し、入力トルクの方向に応じて、カム面35a,
35bのいずれかがボール38を介して左右トルクスイッチ3
9R,39Lのいずれか一方をオンする。スイッチ39R,39Lの
いずれかがオンした後もさらに上シャフト17Aと外筒32
とが相対回転すると、ピン33を介して両者間の力の伝達
がなされ、確実な力の伝達が保証される。入力トルクが
許容伝達トルク以下になると、ばね45のばね力によりス
イッチ作動体35が元の位置に復帰してトルクスイッチが
オフする。

なお、第３図（ａ），（ｂ）において、48は、許容伝達
トルクを調整するための調整ねじ、49は、ピニオンギヤ
シャフト17の遠心力でボール38がトルクスイッチ39R,39
Lを操作しないように付勢するばね36のばね保持部であ
る。

操舵方向センサ20は第３図（ｂ）に示すように、ピニオ
ンギアシャフト17の下シャフト17Bに設けられた光学式
回転センサ21と、光学式回転センサ21から出力されるピ
ニオンギヤシャフト17の正逆回転に相応した信号に基づ
いて正転，逆転を検出する電気回路部22を含む。回転セ
ンサ21は、下シャフト17Bに固着されたスリット板21A
と、受光素子と発光素子とで構成され固定部に固着され
たフォトインタラプタ21Bとから構成される。また電気
回路部22は、下シャフト17Bの正逆転に相応したパルス
位相からその正逆転方向を検出するもので、概念的には
ピニオンギヤシャフト17の右回転を検出する右回転スイ
ッチ22Rと、左回転を検出する左回転スイッチ22Lとを有
する。

電磁ブレーキ40は周知の構成であり、駆動信号の入力に
より励磁されてステアリングシャフト13に制動を加え
る。この駆動信号は、上述した操舵トルクセンサ30の２
つのトルクスイッチ39R,39Lと操舵方向センサ20の２つ
のスイッチ22R,22Lで構成される電磁ブレーキ制御部50
によって生成される。

この制御部50は、第４図（ａ）に示すように、右回転ス
イッチ22Rと左トルクスイッチ39Lとを直列接続するとと
もに、左回転スイッチ22Lと右トルクスイッチ39Rとを直
列接続し、これら直列接続した一対のスイッチ群を並列
に接続してバッテリ52と電磁ブレーキ40のコイル40aと
の間に介装し、更に、運転席に設けられた手動スイッチ
53を設けて構成される。

このように構成されたステアリング装置のキックバック
防止装置の動作を説明する。

今、ハンドル10を時計方向に操作、すなわち右操舵して
いるときに操舵輪11が縁石に乗り上げて左操舵方向のキ
ックバック力が操舵輪側から入力されるとする。このと
き、第３図（ａ）において上シャフト17Aは時計方向Ｃ
に回転され、外筒32には、下シャフト17Bを介して入力
されれるキックバック力により反時計方向Ｕに回転力が
作用する。キックバック力が運転者の操舵力より弱いと
きには、上シャフト17Aの回転力が、スイッチ作動体35,
ボール47,外筒32,ピン31を介して下シャフト17Bに伝達
され、ピン33と外筒32とは隙間をあけたまま右操舵方向
（時計方向）に下シャフト17Bが回転する。したがっ
て、このとき少なくとも操舵トルクセンサ30のトルクス
イッチ39R,39Lはオフのままであり、電磁ブレーキ40へ
は通電されない。

キックバック力が運転者の操舵力より強いと、外筒32の
反時計方向Ｕの回転トルクにより、ボール47が係止Ｖ溝
35cを乗り上げて外筒32が反時計方向Ｕにガタ分だけ回
転し、右トルクスイッチ39Rがオンする。その後はピン3
3を介して上シャフト17Aと外筒32とが一体的に回転す
る。一方、キックバック力により下シャフト17Bがハン
ドル10からの操作方向とは逆の反時計方向（左操舵方
向）に回転を開始すると、回転センサ20からそれに相応
したパルスが出力され、左回転スイッチ22Lがオン状態
となる。したがって、第４図（ａ）からわかるように、
制御部50は回路が閉じ、電磁ブレーキ40のコイル40aに
通電されてステアリングシャフト13に制動がかかり、ハ
ンドル側にキックバック力が伝達されるのが防止され
る。この結果、ハンドル10が運転者の意志に反して反時
計方向にすなわち左操舵方向に回転するのが防止され
る。

電磁ブレーキ力とキックバック力の大小関係により、キ
ックバック時にハンドルの回転が瞬時に止まるようにし
たり、逆回転はするもののその回転力を小さくしたりで
きる。また、操舵トルクセンサの許容伝達トルク設定用
のばね45のばね力を十分小さくし電磁ブレーキ力を十分
大きくしておけば、小さなキックバックもハンドルの逆
転を防止できる。キックバック力が小さくなるとばね45
のばね力によりスイッチ作動体35が元の位置に復帰して
トルクスイッチがオフするから、電磁ブレーキ40への通
電が断たれ、通常の運転状態となる。

また、回転スイッチ22R,22Lあるいはトルクスイッチ39
R,39Lが故障して導通し、キックバックが発生していな
いのに電磁ブレーキ40が作動するとハンドル10の操舵力
が通常よりも重くなる。この場合、手動スイッチ53を操
作して制御部50の回路を開けば電磁ブレーキ力を解除す
ることができるので、センサ故障時にも小さな操作力で
ハンドル10を操作可能である。なお、電磁ブレーキ40の
制動力は、ブレーキ時でも運転者により操舵できるよう
に設定するのが好ましい。操作できないように完全にロ
ックしても良い。

以上の実施例によれば、操舵輪11から逆入力されるキッ
クバック力はまず回転センサ20に伝達されるから、従来
のように操舵トルクセンサが弾性変形した後に回転セン
サが動作する場合に比べて、キックバックに対する応答
性が向上し、キックバック発生から電磁ブレーキの動作
開始までのタイムラグを短縮できる。また、従来のひず
みゲージ式などトルクを連続的に検出するセンサからの
信号に基づいて操舵方向を検出するのではなく、所定ト
ルク以上によってオンするスイッチを各操舵方向にそれ
ぞれ設けて成るセンサを用いたので、その構成が簡素化
されコスト低減に寄与すると共に信頼性も向上する。

なお、手動スイッチ53をタイマスイッチとし、電磁ブレ
ーキ40への通電時間を計測して所定時間経過後に強制的
に電磁ブレーキ40への通電を断つようにしてもよい。キ
ックバック時間、すなわち、スイッチ22Rと39Lが共にオ
ンする時間、あるいはスイッチ22Lと39Rが共にオンする
時間は一般に短い所定時間であるので、この時間を越え
て上記一対のスイッチが共にオンを継続するのは何らか
の故障と考えられる。そこで、この所定時間をタイマに
設定し、この設定時間を経過すると電磁ブレーキ40への
通電を断ってフェイルセーフを図ってもよい。また、第
４図（ｂ）のように電磁ブレーキ40のコイル40aをトラ
ンジスタ40bでオン・オフする場合、トランジスタ40bが
短絡すると電磁ブレーキ40が作動しっぱなしになるの
で、トランジスタ40bが短絡したことを検出する周知の
回路を設け、この検知新号により開放するスイッチを手
動スイッチ53に代えて配置してもよい。なお、以上の異
常検出時にブザーや警告灯の点滅などにより運転者にそ
の旨を報知せしめてもよい。

なお、操舵トルクセンサ30の設置場所はこの実施例に何
ら限定されない。またその構成も上記の実施例に限定さ
れず、許容伝達トルクを設定するばね45,保持体46,ボー
ル47を廃し、左右トルクスイッチのばね36のみで許容伝
達トルクを設定してもよい。また、保持体37を介してト
ルクスイッチ39R,39Lを操作せずボール38のストローク
で直接操作したり、スイッチ作動体35のカム面35a,35b
に直接トルクスイッチ39R,39Lの作動切片を接触させる
ようにしてもよい。操舵トルクセンサを周知のひずみゲ
ージ式、磁気式により構成してもよい。更に、電磁ブレ
ーキ40によりステアリングシャフト13を制動したが、こ
れ以外の部位を制動してもよく、更に、電磁ブレーキ40
に代えて油圧アクチュエータにより制動力を付与しても
よい。この場合、実願昭62−76612号の明細書に開示し
たように、ピニオンギアシャフト17にギアを設け、この
ギアと噛合するギアを油圧モータの出力軸に連結し、通
常時は油圧モータの出入口ポートを連通させて自由に回
転するようにし、ブレーキ時にはオリフィス内蔵の電磁
切換弁を介して油圧モータの回転に流体抵抗を与えてピ
ニオンギアシャフト17のギアを制動するようにしてもよ
い。

−他の実施例− （１）第５図はこの発明をけん引車に適用した場合の一
実施例を示す。

ハンドル10の操舵力は操舵力伝達系12を介して操舵輪11
に伝達され、操舵力伝達系12は、ステアリングシャフト
13,ステアリングシャフトスプロケット14,チェーン15,
スプロケット16,ステアリングアクスル25から構成され
る。ステアリングシャフト13には、ハンドル10側から順
に上述したとそれぞれ同様の電磁ブレーキ40,操舵トル
クセンサ30,操舵方向センサ20が設けられている。これ
らは第４図（ａ）に示す電磁ブレーキ制御部50のように
結線され、キックバック検出、それに続く電磁ブレーキ
の作動が上述した実施例と全く同様に行なわれる。

（２）また、カウンタ型フォークリフトにも同様にして
本発明を適用できる。この場合、第６図に示すようにス
テアリングシャフト13に電磁ブレーキ40を設け、ステア
リングギアボックス71の回転出力をピットマンアーム72
で直線運動に変換してベルクランク73に伝達するドラグ
リンク74に操舵力方向センサ230を設け、ベルクランク7
3の回転軸に操舵方向センサ220を設ければよい。なお、
操舵力方向センサ230はドラグリンク74の外面にひずみ
ゲージを貼付した軸力センサの一種であり、圧縮，引張
を検出して操舵トルクを検出している。この実施例の場
合、ドラグリンク74のように直線運動する部材に電磁ブ
レーキ40のような制御手段を設けもよい。なお、第６図
において、75はタイロッド、76はナックルアームであ
る。

（３）更に、第７図に示すように本発明を電動パワース
テアリング装置に適用することもできる。

従来の電動パワーステアリング装置では、ハンドルを握
っていればキックバックによる操舵トルクに応じた電動
力が発生するための上述したようなキックバック防止対
策は行なっていない。このため、キックバック時の反力
がパワーステアリング用の電動モータの駆動力と対抗
し、モータに過電流が流れ、消費エネルギが極めて大き
いという問題がある。

また、フォークリフトの如く後輪操舵車輌や一輪操舵車
輪では、ハンドルを切った状態で手を放すとハンドルが
巻き込んでいくいわゆる「巻き込み現象」の問題もあ
る。

このような問題を解決するのが第７図に示したキックバ
ック防止装置付きの電動パワーステアリング装置であ
る。

第７図において第２図と同様の箇所には同一の符号を付
して説明を省略する。

ステアリングシャフト13には電磁ブレーキ40が装着され
ている。ピニオンギアシャフト17は上シャフト17Aと下
シャフト17Bとに分割され、上シャフト17Aには操舵トル
クセンサ130が、下シャフト17Bには操舵方向センサ20が
それぞれ設けられ、上シャフト17A,下シャフト17Bは電
動モータ60を介して接続されている。

操舵トルクセンサ130は上述したトルクセンサ30とは異
なり、トルクの方向のみならずその大きさも検出できる
もので、例えば周知のひずみゲージ式が用いられる。

このトルクセンサ130で検出したトルクの大きさと方向
に応じて電動モータ60の回転方向と出力トルクの大きさ
を制御してパワーアシストする。一方、トルクセンサ13
0からの信号と操舵方向センサ20から信号をコントロー
ラ61に入力し、上述したと同様な論理で信号を処理し、
操舵トルクの方向と操舵方向とが逆のときにキックバッ
クが生じたと判定し、コントローラ61からの信号により
電磁ブレーキ40を動作せしめ、ステアリングシャフト13
を制動する。

以上の構成により、キックバックによりモータへ過電流
が流れるのが防止でき、省エネルギに寄与する。また、
いわゆる巻き込み現象も防止できる。磁気ブレーキは単
にブレーキ板とライニングとを圧接するだけなので、消
費電流は少ない。

なお、上述の過電流の低減策は行なわず上述した「巻き
込み現象」を防止するだけであれば、電磁ブレーキ40を
廃止して電動モータ60の回転力をキックバック力にする
回転力と対抗させてもよく、この場合でも、操舵方向セ
ンサ20を操舵輪11側に設け、操舵トルクセンサ130をハ
ンドル側に設けることにより、上述したようなタイムラ
グの短縮が図れる。

（４）リーチ型フォークリフトの電動パワーステアリン
グ装置に本発明に係るキックバック防止装置を用いた他
の実施例を第８図，第９図に示す。

第８図は、パワーステアリング用の電動モータ60をピニ
オンギヤシャフト17に直接組み込まずに別設し、ギア6
2,63を介してモータ出力をピニオンギアシャフト17に伝
達するものである。

第９図はステアリングシャフト13に電磁ブレーキ40とト
ルクセンサ130を設けるとともに操舵方向センサ20をピ
ニオンギアシャフト17に設け、かつ、パワーステアリン
グ用電動モータ60の回転力をギア62,63を介してステア
リングシャフト13に伝達するものである。いずれの実施
例も、操舵方向センサ20を操舵輪側に、操舵トルクセン
サ130をハンドル側に設け、上述したと同様の論理で電
磁ブレーキ40を作動させる。

なお、第７図，第８図，第９図に示した３実施例におい
ても、電磁ブレーキ40を上述した油圧モータによるブレ
ーキ装置に代えてもよく、制動手段は実施例に何ら限定
されない。また、カウンタ型フォークリフトの電動パワ
ーステアリング装置にも同様にして適用できる。

G.発明の効果 本発明は、操舵トルクの方向を検出する第１の方向検出
手段と操舵方向を検出する第２の方向検出手段とを備
え、各検出方向が相反したときにキックバックと判定し
て操舵力伝達系を制御するように構成するとともに、操
舵方向検出用センサの第２の方向検出手段を操舵トルク
方向検出用の第１の方向検出手段よりもを操舵輪側に配
置したので、キックバック発生から操舵力伝達系の制動
までのタイムラグが従来よりも短くなり、操舵性が向上
する。

【図面の簡単な説明】

第１図はクレーム対応図である。 第２図〜第４図（ａ）は本発明の一実施例を示し、第２
図は全体構成を示す概略図、第３図（ａ）〜（ｄ）は操
舵トルクセンサを示し、（ａ）は（ｂ）のａ−ａ断面
図、（ｂ）は縦断面図、（ｃ）は（ｂ）のｃ−ｃ断面
図、（ｄ）は（ａ）のｄ−ｄ断面図、第４図（ａ）は電
磁ブレーキ制御部の概念的な回路図である。 第４図（ｂ）は電磁ブレーキをトランジスタでオン・オ
フする回路図である。 第５図は本発明をけん引車に適用した場合の一実施例を
示す全体概略構成図である。 第６図は本発明をカウンタ型フォークリフトに適用した
場合の一実施例を示す全体概略構成図である。 第７図〜第９図は本発明を電動パワーステアリング装置
に適用した場合の３実施例を示す全体概略構成図であ
る。 10:ハンドル、11:操舵輪 12:操舵力伝達系 13:ステアリングシャフト 14:スプロケット、15:チェーン 16:スプロケット 17:ピンオンギアシャフト 18:ピンオンギア、20:回転センサ 22R,22L:回転スイッチ 25:ステアリングアクスル 30:操舵トルクセンサ 39R,39L:操舵トルクスイッチ 40:電磁ブレーキ 50:電磁ブレーキ制御部 101:ハンドル、102:操舵輪 103:操舵力伝達系 104:第１の方向系手段 105:第２の方向検出手段 106:制動手段、107:制御手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ハンドルと操舵輪とを操舵力伝達系で接続
   して成るステアリング装置のキックバック防止装置にお
   いて、 前記操舵力伝達系に設けられ操舵力伝達系に作用する操
   舵トルクの方向を検出する第１の方向検出手段と、 前記操舵力伝達系の前記第１の方向検出手段よりも操舵
   輪側に設けられ操舵力伝達系に作用する操舵方向を検出
   する第２の方向検出手段と、 前記操舵力伝達系を制動せしめる制動手段と、 前記第１および第２の方向検出手段で検出される方向が
   互いに相反するときに前記制動手段を作動せしめる制御
   手段とを具備することを特徴とするステアリング装置の
   キックバック防止装置。