JP6489591B1 - ステアリング装置および走行車両 - Google Patents

Abstract

【課題】部品費用を削減することが可能なステアリング装置および当該ステアリング装置を備えた走行車両を提供する。【解決手段】ステアバイワイヤ方式のステアリング装置１Ａであって、ハンドル軸２と、弾性カップリング３と、弾性カップリング３を介してハンドル軸２に接続されたブレーキ軸４と、ハウジング５と、作動時にブレーキ軸４を固定する電磁ブレーキ６と、電磁ブレーキ６の作動／解除を切り替える制御部と、ハンドル軸の回転角度を検出する回転角度検出器７と、を備える。制御部は、回転角度が所定の限界角度に達した場合に電磁ブレーキ６を作動させ、回転角度が限界角度以下の場合に電磁ブレーキ６を解除させる。【選択図】図１

Description

本発明は、ステアリング装置および当該ステアリング装置を備えた走行車両に関する。

走行車両に搭載されるステアリング装置は、運転者のハンドル操作を操舵機構に機械的に伝達する方式と、電気的に伝達するステアバイワイヤ方式とに大別される。ステアバイワイヤ方式は、前者の方式に比べ、車両を軽量化することができ、車両におけるハンドルと操舵機構のレイアウトの自由度を増やすことができる。

ステアバイワイヤ方式の従来のステアリング装置としては、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１に記載のステアリング装置は、ハンドル軸と、ブレーキ軸と、電磁ブレーキと、電磁ブレーキを制御する制御部と、ブレーキ軸の回転を検出する検出器と、ハンドル軸の回転を検出する検出器とを備える。

上記従来のステアリング装置では、ブレーキ軸は弾性カップリングを介してハンドル軸に連結されている。上記従来のステアリング装置では、ステアリングエンドで運転者がハンドルを手放すと、弾性カップリングの復元力によりハンドル軸が中立位置に戻り、電磁ブレーキが解除される。これにより、電磁ブレーキが作動し続けることによる電磁ブレーキの加熱を抑制することができる。

特開２０１６−１６７７９号公報

しかしながら、上記従来のステアリング装置は、比較的高価な２つの検出器（ブレーキ軸の回転を検出する検出器とハンドル軸の回転を検出する検出器）を備えるため、部品費用が増大するという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、部品費用を削減することが可能なステアリング装置および当該ステアリング装置を備えた走行車両を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係るステアリング装置は、
ステアバイワイヤ方式のステアリング装置であって、
一端側にハンドルが接続されるハンドル軸と、
前記ハンドル軸の他端側に設けられた弾性カップリングと、
前記弾性カップリングを介して一端側が前記ハンドル軸に接続されたブレーキ軸と、
前記ハンドル軸の前記他端側、前記弾性カップリングおよび前記ブレーキ軸の前記一端側を収容するハウジングと、
作動時に前記ブレーキ軸を固定する電磁ブレーキと、
前記電磁ブレーキの作動／解除を切り替える制御部と、
前記ハンドル軸の回転角度を検出する回転角度検出器と、
前記ブレーキ軸と前記ハウジングとの間に設けられた軸受と、
前記ブレーキ軸の他端側に設けられた回転抵抗器と、を備え、
前記制御部は、前記回転角度が所定の限界角度に達した場合に前記電磁ブレーキを作動させ、前記回転角度が前記限界角度以下の場合に前記電磁ブレーキを解除させ、
前記軸受は、前記ブレーキ軸の軸方向に延びる軸受部と、前記軸受部の一端に設けられた鍔部と、を有し、
前記ブレーキ軸は、前記鍔部の一方側の面に当接する第１面を有し、
前記ハウジングは、前記鍔部を挟んで前記第１面に対向し、前記鍔部の他方側の面に当接する第２面を有し、
前記回転抵抗器は、前記第１面が前記第２面に近づく方向の弾性力を前記ブレーキ軸に付与することを特徴とする。

上記ステアリング装置において、
前記弾性カップリングは、前記回転角度が前記限界角度に達した状態で前記ハンドルの回転操作が解除されると、前記ハンドル軸を所定の中立位置に戻すことが好ましい。

上記ステアリング装置は、
前記ハンドル軸に設けられた第１歯車と、
前記第１歯車と噛みあう第２歯車と、を備え、
前記回転角度検出器は、前記第２歯車の回転角度を検出する構成にすることができる。

上記課題を解決するために、本発明に係る走行車両は、
上記いずれかのステアリング装置を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、部品費用を削減することが可能なステアリング装置および当該ステアリング装置を備えた走行車両を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るステアリング装置を示す図である。 図１のＡ−Ａ’線における断面図であって、（Ａ）はハンドルが中立状態のときの図、（Ｂ）はハンドルを右に１０°回転させたときの図、（Ｃ）はハンドルを左に１０°回転させたときの図である。 第１実施形態に係る回転角度検出器の角度検出特性を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るステアリング装置を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明に係るステアリング装置および当該ステアリング装置を備えた走行車両の実施形態について説明する。

［第１実施形態］
図１に、本発明の第１実施形態に係るステアバイワイヤ方式のステアリング装置１Ａを示す。

ステアリング装置１Ａは、フォークリフトや搬送車などの走行車両に備えられる。走行車両は、運転者により操作されるハンドルと、操舵輪と、操舵輪の操舵角を変化させる操舵機構とを備える。ステアリング装置１Ａは、運転者によるハンドルの回転操作を操舵機構に電気的に伝達する。

ステアリング装置１Ａは、ハンドル軸２と、弾性カップリング３と、ブレーキ軸４と、ハウジング５と、電磁ブレーキ６と、回転角度検出器７と、制御部（図示略）とを備える。制御部は、例えば、マイコンで構成され、ハウジング５から離れた位置に設けられる。

ハンドル軸２は、一端側（上端側）にハンドルが接続される。運転者によるハンドルの回転操作が行われると、ハンドル軸２は、ハンドルとともに回転する。ハンドル軸２の他端側（下端側）には、弾性カップリング３を介してブレーキ軸４が接続される。また、ハンドル軸２は、他端側に向かって突出しているピン２ａを有する（図２参照）。

弾性カップリング３は、弾性部材を有し、当該弾性部材を介してハンドル軸２の回転をブレーキ軸４に伝達する。弾性カップリング３は、ハンドル軸２とブレーキ軸４との間に所定角度のあそびを持たせている。

具体的には、図２（Ａ）に示すように、弾性カップリング３は、Ｕ字形状の板ばね（弾性部材）３ａと、ハンドル軸２に連結された止め輪３ｂと、を有する。図２（Ａ）に示す中立状態（ハンドルが中立位置の状態）では、ハンドル軸２から突出したピン２ａは、板ばね３ａに接触していない。

ハンドルを中立状態から右に１０°回転させると、図２（Ｂ）に示すように、ハンドル軸２およびピン２ａが右に１０°回転して、板ばね３ａを弾性変形させる。このとき、ブレーキ軸４は、まだ回転していない。図２（Ｂ）の状態から、ハンドルをさらに右に回転させると、ハンドル軸２とともにブレーキ軸４も右に回転する。

同様に、ハンドルを中立状態から左に１０°回転させると、図２（Ｃ）に示すように、ハンドル軸２およびピン２ａが左に１０°回転して、板ばね３ａを弾性変形させる。このとき、ブレーキ軸４は、まだ回転していない。図２（Ｃ）の状態から、ハンドルをさらに左に回転させると、ハンドル軸２とともにブレーキ軸４も左に回転する。

電磁ブレーキ６が作動している状態で運転者によるハンドルの回転操作が解除されると（運転者がハンドルを手放すと）、弾性カップリング３は、板ばね３ａ（弾性部材）の復元力によりハンドル軸２を所定の中立位置に戻す。また、電磁ブレーキ６の作動時でも、運転者がハンドルを中立位置から離れる方向に力強く回転させると、ハンドルおよびハンドル軸２は中立位置から離れる方向にわずかに回転する。このため、回転角度検出器７は、限界角度からの回転方向を検出することができる。

ブレーキ軸４は、一端側（上端側）に弾性カップリング３が接続され、他端側（下端側）に電磁ブレーキ６が接続される。

ハウジング５は、ハンドル軸２の他端側、弾性カップリング３、ブレーキ軸４の一端側、および回転角度検出器７を収容する。ハウジング５とハンドル軸２との間には、オイルシール８および転がり軸受が設けられている。ハウジング５とブレーキ軸４との間にも、転がり軸受が設けられている。

電磁ブレーキ６は、ブレーキ軸４の他端側（下端側）で、かつハウジング５の下側外周面に当接している。電磁ブレーキ６は、作動時にブレーキ軸４を固定して回転不能にし、解除時にブレーキ軸４を開放して回転可能にする。

回転角度検出器７は、ハンドル軸２の回転角度を検出する。回転角度検出器７は、例えば、図３に示す角度検出特性をもった２出力のポテンショメータを使用することができる。同図に示すように、回転角度検出器７は、検出角度０°〜３６０°に対応した第１出力電圧信号（出力１）および第２出力電圧信号（出力２）を制御部に出力する。第１出力電圧信号と第２出力電圧信号は、１８０°位相が異なる。

ハンドル軸２の回転は、第１歯車９ａおよび第２歯車９ｂを介して、回転角度検出器７に伝達される。第１歯車９ａは、ハンドル軸２に設けられている。第２歯車９ｂは、第１歯車９ａと噛みあうように、ハンドル軸２とは別の軸上に設けられている。回転角度検出器７は、第２歯車９ｂの回転角度を検出することで、ハンドル軸２の回転角度を検出する。

制御部は、電磁ブレーキ６および回転角度検出器７と通信可能に構成され、回転角度検出器７の検出結果に基づいて電磁ブレーキ６の作動／解除を切り替える。

具体的には、制御部は、回転角度検出器７の第１出力電圧信号（出力１）および第２出力電圧信号（出力２）に基づいて、ハンドル軸２の回転角度を特定する。次いで、制御部は、限界角度とハンドル軸２の回転角度とを比較する。走行車両が複数の走行モードを有する場合、制御部は、走行モードを特定した上で、特定した走行モードにおける限界角度とハンドル軸２の回転角度とを比較する。

例えば、走行車両が全方向フォークリフトの場合、走行モードには、通常移動モード、平行移動モード、斜め移動モードなどが含まれる。限界角度は、走行モードごとに異なる。制御部は、各走行モードに対応した限界角度を予め記憶している。

制御部は、所定の限界角度とハンドル軸２の回転角度とを比較した結果、回転角度が限界角度に達していた場合に電磁ブレーキ６を作動させ、回転角度が限界角度以下の場合に電磁ブレーキ６を作動させない（解除させる）。

電磁ブレーキ６が作動している状態で運転者によるハンドルの回転操作が解除されると（運転者がハンドルを手放すと）、弾性カップリング３によりハンドル軸２が中立位置に戻ろうとする。ハンドル軸２が中立位置に戻る過程でハンドルの回転角度が限界角度以下になるので、制御部は、電磁ブレーキ６を解除させる。このため、電磁ブレーキ６が作動し続けることによる電磁ブレーキ６の加熱を抑制することができ、運転者はハンドル操作をスムーズに行うことができる。

本実施形態に係るステアリング装置１Ａでは、制御部は、ハンドル軸２の回転角度のみに基づいて電磁ブレーキ６の作動／解除を切り替えるよう構成されている。言い換えれば、ステアリング装置１Ａは、電磁ブレーキ６の作動／解除の判断を１つの検出器（回転角度検出器７）に基づいて行っているので、２つの検出器を備える従来のステアリング装置と比較して、部品費用を削減することができる。

［第２実施形態］
図４に、本発明の第２実施形態に係るステアリング装置１Ｂを示す。

ステアリング装置１Ｂは、第１実施形態のステアリング装置１Ａと同様に、フォークリフトや搬送車などの走行車両に備えられる。走行車両は、運転者により操作されるハンドルと、操舵輪と、操舵輪の操舵角を変化させる操舵機構とを備える。ステアリング装置１Ｂは、運転者によるハンドルの回転操作を操舵機構に電気的に伝達する。

ステアリング装置１Ｂは、すべり軸受１０および回転抵抗器２０を備える点、ブレーキ軸４が第１面４ａを有し、ハウジング５が第２面５ａを有する点、を除いて第１実施形態のステアリング装置１Ａと共通している。

すべり軸受１０は、ブレーキ軸４とハウジング５との間に設けられている。すべり軸受１０は、ブレーキ軸４の軸方向に延びる円筒状の軸受部１１と、軸受部１１の一端（上端）に設けられた円環状の鍔部１２と、を有する。

ブレーキ軸４の第１面４ａは、鍔部１２の一方側の面（上面）に当接する円環状の平面である。ハウジング５の第２面５ａは、鍔部１２を挟んで第１面４ａに対向し、鍔部１２の他方側の面（下面）に当接する円環状の平面である。

回転抵抗器２０は、ブレーキ軸４に連結された連結軸部２１と、連結軸部２１に下方向の弾性力を付与する弾性部２２とを有する。

連結軸部２１は、ブレーキ軸４の軸方向に延び、一端側（上端側）がブレーキ軸４の他端側（下端側）に連結されている。例えば、連結軸部２１を下方向に引っ張ると、ブレーキ軸４も下方向に引っ張られる。連結軸部２１の他端側（下端側）には、弾性部２２を圧縮状態に維持するための固定部２３が設けられている。

弾性部２２は、例えば、連結軸部２１の軸周りに設けられたコイルばねである。弾性部２２は、第１面４ａが第２面５ａに近づく方向の弾性力（下方向の弾性力）を、連結軸部２１の固定部２３に付与する。弾性力は、連結軸部２１を介してブレーキ軸４に伝達する。すなわち、弾性部２２は、第１面４ａが第２面５ａに近づく方向の弾性力（下方向の弾性力）をブレーキ軸４に付与することになる。

固定部２３は、連結軸部２１の軸方向に移動可能に構成されている。固定部２３を連結軸部２１の上方向に移動させることで、弾性部２２の圧縮状態が強まり、弾性部２２の弾性力が大きくなる。一方、固定部２３を連結軸部２１の下方向に移動させることで、弾性部２２の圧縮状態が弱まり、弾性部２２の弾性力が小さくなる。

弾性部２２の弾性力によりブレーキ軸４の第１面４ａがハウジング５の第２面５ａに近づくと、第１面４ａおよび第２面５ａで鍔部１２を挟み込む力が強まり、ブレーキ軸４の回転時に鍔部１２で生じる摩擦力が大きくなる。鍔部１２で生じる摩擦力は、ブレーキ軸４の回転の抵抗になり、ブレーキ軸４に弾性カップリング３を介して接続されたハンドル軸２の回転の抵抗になる。したがって、本実施形態に係るステアリング装置１Ｂによれば、ハンドルの回転に抵抗をもたせ、運転者によるハンドルの回転操作のフィーリングを向上させることができる。

また、本実施形態に係るステアリング装置１Ｂによれば、第１実施形態のステアリング装置１Ａと同様に、電磁ブレーキ６の作動／解除の判断を１つの検出器（回転角度検出器７）に基づいて行っているので、２つの検出器を備える従来のステアリング装置と比較して、部品費用を削減することができる。

［変形例］
以上、本発明に係るステアリング装置および当該ステアリング装置を備えた走行車両の実施形態について説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。

回転角度検出器７は、ハンドル軸２の回転角度を検出するのであれば、適宜構成を変更できる。すなわち、図３に示す角度検出特性をもった２出力のポテンショメータ以外の任意の検出器を使用することができる。

弾性カップリング３は、弾性部材を有し、当該弾性部材を介してハンドル軸２の回転をブレーキ軸４に伝達するのであれば、適宜構成を変更できる。例えば、上記実施形態では、小型化とコストダウンの観点から弾性部材として板ばね３ａを使用しているが、板ばね３ａ以外の弾性部材を使用してもよい。また、弾性カップリング３は、電磁ブレーキ６が作動している状態で運転者によるハンドルの回転操作が解除されると、弾性部材の復元力によりハンドル軸２を所定の中立位置に戻すことが好ましい。

電磁ブレーキ６の作動／解除を切り替える制御部は、回転角度が所定の限界角度に達した場合に電磁ブレーキ６を作動させ、回転角度が限界角度以下の場合に電磁ブレーキ６を解除させるのであれば、適宜構成を変更できる。

すべり軸受１０は、ブレーキ軸４の軸方向に延びる軸受部と、軸受部の一端に設けられた鍔部と、を有する軸受であれば、適宜構成を変更できる。

回転抵抗器２０は、第１面４ａが第２面５ａに近づく方向の弾性力をブレーキ軸４に付与するのであれば、適宜構成を変更できる。

１Ａ、１Ｂ ステアリング装置
２ ハンドル軸
３ 弾性カップリング
４ ブレーキ軸
５ ハウジング
６ 電磁ブレーキ
７ 回転角度検出器
８ オイルシール
９ａ 第１歯車
９ｂ 第２歯車
１０ すべり軸受
１１ 軸受部
１２ 鍔部
２０ 回転抵抗器
２１ 連結軸部
２２ 弾性部
２３ 固定部

Claims (4)

1. ステアバイワイヤ方式のステアリング装置であって、
   一端側にハンドルが接続されるハンドル軸と、
   前記ハンドル軸の他端側に設けられた弾性カップリングと、
   前記弾性カップリングを介して一端側が前記ハンドル軸に接続されたブレーキ軸と、
   前記ハンドル軸の前記他端側、前記弾性カップリングおよび前記ブレーキ軸の前記一端側を収容するハウジングと、
   作動時に前記ブレーキ軸を固定する電磁ブレーキと、
   前記電磁ブレーキの作動／解除を切り替える制御部と、
   前記ハンドル軸の回転角度を検出する回転角度検出器と、
   前記ブレーキ軸と前記ハウジングとの間に設けられた軸受と、
   前記ブレーキ軸の他端側に設けられた回転抵抗器と、を備え、
   前記制御部は、前記回転角度が所定の限界角度に達した場合に前記電磁ブレーキを作動させ、前記回転角度が前記限界角度以下の場合に前記電磁ブレーキを解除させ、
   前記軸受は、前記ブレーキ軸の軸方向に延びる軸受部と、前記軸受部の一端に設けられた鍔部と、を有し、
   前記ブレーキ軸は、前記鍔部の一方側の面に当接する第１面を有し、
   前記ハウジングは、前記鍔部を挟んで前記第１面に対向し、前記鍔部の他方側の面に当接する第２面を有し、
   前記回転抵抗器は、前記第１面が前記第２面に近づく方向の弾性力を前記ブレーキ軸に付与する
   ことを特徴とするステアリング装置。
2. 前記弾性カップリングは、前記回転角度が前記限界角度に達した状態で前記ハンドルの回転操作が解除されると、前記ハンドル軸を所定の中立位置に戻す
   ことを特徴とする請求項１に記載のステアリング装置。
3. 前記ハンドル軸に設けられた第１歯車と、
   前記第１歯車と噛みあう第２歯車と、を備え、
   前記回転角度検出器は、前記第２歯車の回転角度を検出する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のステアリング装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のステアリング装置を備えた
   ことを特徴とする走行車両。

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