JPS6378877A - 電気式パワ−ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産呈上皇■尻分！ 本発明は、電気式パワーステアリング装置に関するもの
であり、特に電動モータの小形化に関するものである。

丈米傅技五 車両の電気式パワーステアリング装置として、例えば特
開昭５８−５３５６２号公報に記載された形式のものが
存在する。これば、ステアリングホイールの操舵トルク
に応じて変動する電動モータの駆動トルクが、減速機を
介して、ステアリングホイールに連結されたステアリン
グ系の一構成部材であるステアリングシャフトに与えら
れ、車輪の変向が助勢されるものである。

が　′　しようとする膓　占 しかしながら、車輪の変向に対して常に同じ大きさの変
向力が必要なわけではない。車両が停止しており、かじ
取り角度が最大角度付近にある車輪が変向される時など
に、その変向力が通常状態に比べて著しく増大するので
ある。特にフォークリフトのように、積載状態と無積載
状態とで操舵車輪に対する荷重が大きく変化するもので
は、所要変向力の差が一層大きくなる。つまり、路面等
車輪接地部から加えられる車輪変向に抗する力が大きく
、しかも運転者の操舵力が車輪の変向力に変換されて伝
達される際の力の変換率が低下している状態において特
に大きな変向力が必要とされるのである。

そして、このような場合でも運転者が過度の操舵力を要
することなくステアリングホイールを回転操作し得、し
かも通常走行状態におけるステアリングホイール操作に
対する電動モータの追従性が実用上十分であるようにす
るために、従来は電動モータ自体を大きな駆動トルクが
出力可能なものとしていた。出力可能な最大駆動トルク
が低い電動モータを使用して大きな変向力を得るために
は、減速機の減速比を大きく設定しなければならないの
であるが、上述した追従性の要求により減速比には上限
が存在するからである。そのため、必然的に電動モータ
の大形化を招来し、設置スペースが増大するという問題
があった。

４　占を”°するための 本発明は、上記の問題を解決するために、前述のステア
リングホイール、ステアリング系、トルク検出器、減速
機、電動モータを備えた電気式パワーステアリング装置
において、減速機を減速比の変更が可能なものとすると
ともに、電動モータの負荷を検出してその負荷に対応し
た大きさの信号を出力する信号出力手段と、その信号出
力手段に接続され、減速機の減速比を出力信号の大きさ
に対応して予め設定された減速比に変更する減速比変更
手段とを設けたものである。

立凧豊本丈侠果 以上のように構成された電気式パワーステアリング装置
においては、信号出力手段に取り出された負荷の増加に
伴って減速機の減速比が大きく成るよう変更され、電動
モータにより加えられる駆動力が大きく倍力されて車輪
を変向させる。したがって、従来に比較して電動モータ
の出力可能な最大駆動トルクを低下させることが可能と
なって、電動モータを小形化し得る。その上、通常走行
時は減速比が小さく設定されるから、運転者によるステ
アリングホイール操作に対する電動モータの追従性が不
足することもなく、車両の操舵性能が確保され得るので
ある。

実旌炎 以下、本発明をフォークリフトに適用した一実施例を図
面に基づいて詳細に説明する。

第１図は、電気式パワーステアリング装置を示す系統図
である。図において符号１０が操舵車輪となっている一
対の後車輪である。これら後車輪１０は、図示しないリ
ヤアクスルによってほぼ上下方向の軸線回りに回動可能
に支持されたナックル１２によりそれぞれ回転可能に支
持されており、ナックル１２はそれぞれタイロッド１４
によってギヤボックス１６の出力部に連結されている。

また、図において符号２０は運転者により回転操作され
るステアリングホイールであり、このステアリングホイ
ール２０はステアリングシャフト２２の上端に固定され
ている。ステアリングシャフト２２には、ステアリング
ホイール２０に加えられる操舵トルクを検出するトルク
検出器２４が取り付けられている。このトルク検出器２
４は操舵トルクに対応した大きさのトルク検出信号を後
述する制御装置３０に供給する。一方ステアリングシャ
フト２２の下端は、図示しないかじ取り歯車機構、かじ
取り元腕およびドラッグリンクを介して上記ギヤボック
ス１６の入力部に連結されている。

したがって、ステアリングホイール２ｏの回転運動はス
テアリングシャフト２２．かじ取り歯車機構、かじ取り
元腕、ドラッグリンク、ギヤボックス１６の入力部、出
力部、タイロッド１４およびナックル１２を順次介して
変換され、後車輪ＩＯの変向力として作用する。すなわ
ち、本実施例においては、ステアリングシャフト２２．
かじ取り歯車機構、かじ取り元腕、ドラッグリンク、ギ
ヤボックス１６．タイロッド１４およびナックル１２が
ステアリング系を構成しているのである。

また、上記ギヤボックス１６は、第２図に示されるよう
に減速機４０の出力軸４２とも連結されている。この減
速機４０には減速比変更手段としてのアクチュエータ４
４が連結されており、減速機４０は予め定められたレン
ジ内で減速比の変更が可能である。また減速機４０の入
力軸４５には直流電源により回転する自動式の電動モー
タ４６の回転軸４８が連結されている。この電動モータ
４６の駆動トルクが減速機４０を介してギヤボックス１
６に入力され、ギヤボックス１６の出力部を作動させる
ことにより、後車輪１０の変向が助勢される。さらに、
アクチュエータ４４および電動モータ４６も第１図に示
されるように上記制御装置３０と接続されている。

また、電動モータ４６には、後車輪１０の変向に際して
電動モータ４６の回転を抑制する向きの反力が加えられ
、よって電動モータ４６にはその反力に応じた負荷電流
が流れる。この負荷電流の大きさは運転者により後車輪
ｌＯに与えられる操作変向力に対応して変化する。なお
、電動モータ４６は良く知られたものであるため詳細な
説明を省略する。

上記減速機４０については、本実施例に特に係わり合い
の深い減速比の変更機構についてのみ詳述する。減速ｌ
！４０は第２図に示されるように、入力軸４５．太陽車
６０．キャリア車６２および出力軸４２の回転軸心を一
直線上に有する同軸減速機であり、しかも摩擦伝動によ
り自転・公転させられる遊星車６４の公転半径ｒを変化
させることにより、減速比を無段階に変更する差動減速
機である。

上記遊星車６４は入力軸４５に平行な自転軸６７を有し
、その自転軸６７はキャリア車６２に設けられた溝に沿
って半径方向に平行移動可能となっている。つまり、キ
ャリア車６２には遊星車６４の公転運動のみが伝達され
る。また、自転軸６７の一端部には円盤が固定されてお
り、その円盤の厚さは外周側に向かって漸減している。

この円盤の一部が皿ばね６８の弾性力により支持リング
７０と太陽車６０のフランジ部７２とによって両側から
挟まれている。しかも円盤の別の一部も移動部材７６の
作動力により、固定部材７４と移動部材７６とによって
両側から挟まれている。つまり、遊星車６４は支持リン
グ７０．太陽車６０゜固定部材７４および移動部材７６
と常に摩擦的に係合することにより、自転・公転させら
れているのである。

この時、上記遊星車６４には上記皿ばね６８の弾性力お
よび移動部材７６の作動力が遊星車６４の傾斜したそれ
ぞれの両側面に作用することにより半径方向の分力Ｆｌ
および分力Ｆｕが生じている。これら両分力Ｆｌ、Ｆｕ
の大きさは遊星車６４の半径方向の移動により常に等し
く保たれている。減速機４０はこの原理を利用し、移動
部材７６を入力軸４５の軸線方向に移動させて固定部材
７４との間隙ｄを変化させ、分力Ｆｕを増減させること
により公転半径ｒの変更を行なうものである。たとえば
、関１１ｉ１ｄを大きくすれば分力Ｆ１に比べ分力Ｆｕ
が小さくなるから、これら両分力Ｆ１、Ｆｕが等しくな
るまで遊星車６４は外側に移動させられる。よって、公
転半径ｒが長くなり、減速比が大きくなる。

また、上記移動部材７６には突出部７８が外周面上に突
設され、さらに移動部材７６と固定カム８２との間には
ボールリテーナ７９により保持された複数のボールが挟
まれている。これら移動部材７６と固定カム８２との各
ボール８０に接触する面が円周方向に沿って互に補完し
合う状態で傾斜したカム面８４．８６とされている。し
たがって、その突出部７８を入力軸４５の周方向に移動
させれば、その移動部材７６が入力軸４５の軸線方向に
も移動させられることとなる。

アクチュエータ４４は第３図に示されるように減速機４
０の上記突出部７８に係合し、移動部材７６を入力軸４
５の周方向（矢印Ａの方向）に移動させるスライダ９０
が設けられている。

このスライダ９０は送りねじ９２に螺合されており、し
かも図示しない案内部材により回転運動を阻止されてい
る。よって、スライダ９０は送り□ねじ９２の正逆回転
に伴いその軸線方向に往復移動させられる。送りねじ９
２はパイロットモータ９４の回転がチェーン伝動される
ことにより回転させられるが、パイロットモータ９４は
アクチュエータ駆動信号に応じた量だけ回転する。

また、上記送りねじ９２の回転は第４図に示されている
歯車９５．９６によりポテンショメータ９８の検出軸９
９に伝達される。このポテンショメータ９８はスライダ
９０の移動位置を検出軸９９の回転量から検出し、その
回転量に対応した信号である検出位置信号を出力する。

次に、第５図に示されるブロック図に基づいて前記制御
装置３０を説明する。制御回路３０はモータ駆動回路１
００．差動増幅器１０２，１０４およびアクチュエータ
駆動回路１０６により構成されている。

モータ駆動回路１００にはトルク検出器２４からトルク
検出信号が入力され、モータ駆動回路１００はそのトル
ク検出信号に応じた大きさのモータ駆動電流を電動モー
タ４６に供給する。その電動モータ４６には発生する負
荷電流の大きさを示す負荷信号を取り出す取出部１０１
が設けられており、この取出部１０１が差動増幅器１０
２に接続されている。差動増幅器１０２にはその負荷信
号と共に、予め定められた基準値信号が入力されており
、差動増幅器１０４にそれら入力の大きさに応じてスラ
イダ９０の目標移動位置を指示する目標位置信号を供給
する。この差動増幅器１０４にはさらにフィードバック
信号としてポテンショメータ９８からの検出位置信号が
入力されており、これら二人力の大きさの差に応じた移
動量信号をアクチュエータ駆動回路１０６に供給する。

その結果、アクチュエータ駆動回路１０６はパイロット
モータ９４にその移動量信号に対応するパイロットモー
タ９４の所要回転量を指示するアクチュエータ駆動信号
を供給する。すなわち、本実施例においては、差動増幅
器１０２，１０４およびアクチュエータ駆動回路１０６
が電動モータ４６の負荷に対応した大きさの信号を出力
する信号出力手段を構成している。

次に、本実施例装置の作動を説明する。

第１図に示されるステアリングホイール２０に加えられ
た操舵トルクに応じて、トルク検出器２４はトルク検出
信号を第５図に示されるモータ駆動回路１００に供給す
る。モータ駆動回路１００はそのトルク検出信号に応じ
た大きさのモータ駆動電流を電動モータ４６に供給する
。よって電動モータ４６はそのモータ駆動電流に応じた
駆動トルクを減速機４０を介してギヤボックス１６に加
え、後車輪１０の変向を助勢する。

この時、電動モータ４６の負荷信号が差動増幅器１０２
に入力される。減速機４０の減速比はこの負荷信号に対
して第６図に示される関係を有するように予め設定され
ている。すなわち、減速比は負荷信号が基準値信号を越
えるまで一定であるが、基準値信号を越えてからは比例
的に増加するように設定されているのである。

したがって、上記差動増幅器１０２は負荷信号に対応し
た上述の減速比が得られるスライダ９０の移動位置を指
示する目標位置信号を差動増幅器１０４に供給する。差
動増幅器１０４はその目標位置信号とポテンショメータ
９８からの検出位置信号とに基づいて、スライダ９０の
移動量信号をアクチュエータ駆動回路１０６に供給する
。アクチュエータ駆動回路１０６は入力された移動量信
号に基づいてパイロットモータ９４にアクチュエータ駆
動信号を供給し、パイロットモータ９４を所定量回転さ
せ、スライダ１１０を所定の位置まで移動させて減速比
を適正な大きさに変更する。

このように、電動モータ４６によって与えられる後車輪
１０の変向力が必要に応じて倍力されることにより、運
転者は過度の操舵トルクをステアリングホイール２０に
加えることなく、後車輪１０の変向を行うことができる
。

以上、本発明の一実施例を図面に基づいて説明したが、
本発明はその他の態様においても可能である。たとえば
、本実施例におい゛て、減速機は減速比が連続的に変更
可能となっているが、段階的に変更可能な減速機および
制御装置を採用することも可能である。また、負荷信号
の基準値を設定し、負荷信号の基準値以下の微少変動を
無視することにより、アクチュエータ４４の作動の安定
化を図っているが、この基準値を適宜変更することがで
きる。

その他、いちいち例示することはしないが、本発明はフ
ォークリフト以外の車両の電気式パワーステアリング装
置に適用することが可能であるなど、当業者の知識に基
づいて種々の変形、改良を施した態様で実施することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である電気式パワーステアリ
ング装置を示す系統図である。第２図は上記実施例装置
において使用される電動モータ。 減速機およびアクチュエータを示す部分的な縦断面図で
あり、第３図は第２図におけるＩ−１断面図、第４図は
第３図における■−■断面図である。 第５図は上記実施例装置において使用される制御装置と
その関連部とを示すブロック図である。第６図は上記実
施例装置において予め設定された負荷信号と減速機の減
速比との関係を示すグラフである。 １０：後車輪　　　　　１６：ギヤボックス２０ニステ
アリングホイール ２２ニステアリングシヤフト ２４：トルク検出器　　３０：制御装置４０：減速機　
　　　　４４：アクチュエータ４６：電動モータ　　１
００：モータ駆動回路１０２：差動増幅器　　１０４：
差動増幅器１０６：アクチュエータ駆動回路 出願人　株式会社　豊田自動織機製作所項ｇ縁

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 運転者によって回転操作されるステアリングホィールに
   、そのステアリングホィールに加えられる操舵トルクを
   車輪を変向する変向力に変換するステアリング系が接続
   され、かつ、そのステアリング系に操舵トルクを検出す
   るトルク検出器が設けられるとともに減速機を介して電
   動モータが連結され、操舵トルクに対応した大きさの電
   流が電動モータに供給されて車輪の変向が助勢される電
   気式パワーステアリング装置において、 前記減速機を減速比の変更が可能なものとするとともに
   、前記電動モータの負荷を検出してその負荷に対応した
   大きさの信号を出力する信号出力手段と、その信号出力
   手段に接続され、前記減速機の減速比を出力信号の大き
   さに対応して予め設定された減速比に変更する減速比変
   更手段とを設けたことを特徴とする電気式パワーステア
   リング装置。