JP2013177070A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安価かつ簡素な部材の追加でいわゆるステア・バイ・ワイヤ・システムにおける操舵角センサの故障発生時にも良好な操舵を達成する。
【解決手段】操舵部材２の回転量を所定角度以下に規制する回転規制機構７０を備え、回転規制機構７０は、操舵部材２の回転軸９と同軸的に一体回転可能な回転可能要素と回転不能要素間との間に介在し回転軸９に対して回転可能な少なくとも１枚の板要素８４を含み、回転可能要素又は回転不能要素の一方に投光部９１が設置され、回転可能要素又は回転不能要素の他方に受光部１０１が設置され、少なくとも１枚の板要素８４は、投光部９１から出射され受光部１０１に入射される光をさえぎるように配置され、当該板要素の回転角度に応じて投光部から出射され受光部に入射される光を透過させる光透過部が設けられている。
【選択図】図３

Description

本発明は、操舵部材の操作に基づいて転舵輪を転舵させる車両用操舵装置に関する。

近年、ステアリングホイール等の操舵部材と転舵輪との間の機械的な連結を解き、操舵伝達系の一部を電気的な経路で構成する、いわゆるステア・バイ・ワイヤ・システム（単にＳＢＷとも称する）を搭載した車両用操舵装置が知られている。
この種の車両用操舵装置では、操舵部材につながった操舵機構と、転舵輪を転舵させるための転舵モータを用いて実際にタイヤを転舵する転舵機構とが備えられている。転舵モータは、操舵部材の操舵角を検出するための操舵角センサにより検出される操舵角に基づいて制御される。

この種のステア・バイ・ワイヤ・システムでは、操舵角センサに異常が発生した場合のフェールセーフ対策が重要である。特に操舵角センサの故障時には、転舵機構が正常でも操舵不能になってしまう。そのため、操舵角センサの故障時にも操舵が可能になるようなメカリンクの搭載や（特許文献１）、センサの多重化などの冗長化（特許文献２）が行われている。

特開2004-90784号公報 特開平10-278826号公報

しかしメカリンクの搭載やセンサの冗長化による部品点数の増加、コストの増大が問題となっている。
本発明は課題に鑑みてなされたものであり、安価かつ簡素な部材の追加でいわゆるステア・バイ・ワイヤ・システムにおけるセンサの故障発生時にも良好な操舵を達成することができる車両用操舵装置を提供することを目的とする。

本発明の車両用操舵装置は、操舵のために多回転操作される操舵部材及び操舵角検出センサを有する操舵機構と、前記操舵機構と機械的に非連結の転舵機構と、前記転舵機構の転舵モータを制御する制御装置とを備えている。さらに、前記操舵部材の回転量を所定角度以下に規制する回転規制機構を備え、前記回転規制機構は、前記操舵部材の回転軸と同軸的に一体回転可能な回転可能要素と、前記回転可能要素と前記回転軸の軸方向に対向する回転不能要素と、前記回転可能要素及び前記回転不能要素間に介在し前記回転軸によって同軸的に支持され前記回転軸に対して回転可能な少なくとも１枚の板要素と、前記回転不能要素、前記複数の板要素及び前記回転可能要素のうちの隣接する要素間の相対回転量を規制するように前記隣接する要素間を連結する連結要素とを含み、前記回転可能要素又は前記回転不能要素の一方に投光部が設置され、前記回転可能要素又は前記回転不能要素の他方に受光部が設置され、前記少なくとも１枚の板要素は、前記投光部から出射され前記受光部に入射される光をさえぎるように配置され、当該板要素の回転角度に応じて前記投光部から出射され前記受光部に入射される光を透過させる光透過部が設けられているものである。

この構成によれば、回転規制機構を利用して、回転不能要素、板要素及び回転可能要素のうちの隣接要素間の相対回転量をそれぞれ規制することによって、回転軸の回転量、ひいては操舵部材の回転量を規制することができる。また、回転規制機構に、投光部、受光部を設けるとともに、板要素に光透過部を形成するというだけの簡易な構造で操舵部材の回転方向を検出することができる。したがって操舵角検出センサの故障発生時にも、検出した回転方向に基づいて転舵モータを制御することにより、良好な操舵を達成することができる。

前記板要素は、前記回転可能要素及び前記回転不能要素間に複数枚介在しているものであってもよい。板要素を複数枚介在させることにより、板要素が１枚だけの場合よりも、操舵部材の回転角の規制量を比較的大きな角度に設定することができる。
前記光透過部が設けられている板要素以外の板要素は、前記投光部から出射され前記受光部に入射される光をさえぎらないように小径にされていることが好ましい。
操舵部材の回転方向を検出するために光透過部を設ける板要素は一枚のみで目的が達成されるので、他の板要素が投光部と受光部との間の光の伝搬を邪魔するのは、好ましくないからである。

前記操舵角検出センサの故障時に、前記制御装置は、前記受光部の検出信号に基づき、転舵モータを制御する転舵モータ指令値を決定して転舵モータを制御するようにすれば、通常時は、操舵部材の操舵角に応じて、転舵機構を介して転舵輪を転舵駆動することができるが、操舵角検出センサに異常が発生したときには、前記受光部の検出信号に基づき、転舵モータを制御する転舵モータ指令値を決定して転舵モータを制御することができる。したがって、操舵角検出センサとしてフェールセーフ用のものを予備として備えなくても、最低限の転舵機能を確保することができる。また、回転規制機構に、簡単な構成を追加するだけで操舵方向が検出できるので、予備の操舵角検出センサを設けるよりも簡易な構造とすることができるので、コストダウンを図ることができる。

また、前記操舵部材と転舵輪との機械的な連結が解除されており、前記回転軸と一体回転するロータを含み前記操舵部材に操舵反力を付与する反力モータを備え、前記反力モータ及び前記回転規制機構が、同一のハウジング内に収容されている車両用操舵装置においては、反力モータ及び回転規制機構を同一のハウジング内に収容するので、ステア・バイ・ワイヤ式の車両用操舵装置において、構造の簡素化、小型化を達成することができる。

本発明の一実施の形態にかかる車両用操舵装置１の概略構成を示す模式図である。 操舵部材の回転量を規制する回転規制機構及び反力モータ等を収容したハウジングの断面図である。 図２の一部を拡大した、回転規制機構周辺の断面図である。 回転規制機構を構成する、回転可能要素に最も近い板要素８１の分解平面図である。 回転可能要素に次に近い板要素８２の分解平面図である。 回転可能要素に次に近い板要素８３の分解平面図である。 回転不能要素に最も近い板要素８４の分解平面図である。 回転規制機構の回転不能要素としての埋め込み固定板８５の分解平面図である。 回転規制機構によるロータの回転規制を説明するための板要素８１の分解平面図である。 回転規制機構によるロータの回転規制を説明するための板要素８２の分解平面図である。 回転規制機構によるロータの回転規制を説明するための板要素８３の分解平面図である。 回転規制機構によるロータの回転規制を説明するための板要素８４主要部の分解平面図である。 回転規制機構によるロータの回転規制を説明するための回転不能要素としての埋め込み固定板８５の分解平面図である。 受光部の検出電圧と操舵角との関係（板要素８４が最初に回った場合）を示すグラフである。 受光部の検出電圧との操舵角との関係（板要素８４が最も遅く回った場合）を示すグラフである。 制御装置により実行される操舵角センサの異常時の転舵制御処理を説明するためのフローチャートである。 車速に応じて転舵モータを駆動するための転舵モータ指令値motor_reqを算出する方法を説明するためのグラフである。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態の車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。図１を参照して、本車両用操舵装置１は、ステアリングホイール等の操舵部材２と転舵輪３との機械的な連結が解除された、いわゆるステア・バイ・ワイヤ・システムを構成している。
車両用操舵装置１では、操舵部材２の回転操作に応じて駆動される転舵アクチュエータ４の動作を、ラックハウジング５に支持された転舵軸６の車幅方向の直線運動に変換するようになっている。この転舵軸６の直線運動は、転舵用の左右の転舵輪３の転舵運動に変換され、これにより車両の転舵が達成される。車両が直進しているときの転舵輪３の位置に対応する操舵部材２の位置が、操舵中立位置として設定されている。

転舵アクチュエータ４は、例えば、駆動回路２０Ａによって駆動される転舵モータＭを含んでいる。この転舵モータＭの駆動力（出力軸の回転力）は、転舵軸６に関連して設けられた運動変換機構（ボールねじ機構）により、転舵軸６の軸方向の直線運動に変換される。この転舵軸６の直線運動は、転舵軸６の両端に連結されたタイロッド７に伝達され、ナックルアーム８の回動を引き起こす。これにより、ナックルアーム８に支持された転舵輪３の操向が達成される。

転舵軸６、タイロッド７及びナックルアーム８により、転舵輪３を転舵するための転舵機構Ａが構成されている。転舵軸６を支持するラックハウジング５は、車体Ｂに固定されている。
操舵部材２は、車体Ｂに回転可能に支持された操舵軸９に連結されている。操舵軸９には、路面等から転舵輪３に伝わる反力を操舵反力として操舵部材２に与えるための、ブラシレスモータ等の反力モータ１０が取り付けられている。この反力モータ１０は、車体Ｂに固定されたコラムハウジング１１内に収容され、駆動回路２０Ｂによって駆動される。

車両用操舵装置１には、操舵軸９に関連して、操舵部材２の操舵角を検出するための操舵角センサ１２が設けられている。また、操舵軸９には、操舵部材２に加えられた操舵トルクＴを検出するためのトルクセンサ１３が設けられている。操舵部材２、操舵軸９、操舵角センサ１２により、操舵機構Ｃが構成されている。
一方、転舵機構Ａには、転舵軸６に関連して、転舵輪３の転舵角を検出するための転舵角センサ１４が設けられている。

これらのセンサの他にも、車速Ｖを検出する車速センサ１５が設けられている。車速センサ１５を特に設けず、車内ＬＡＮ（ＣＡＮ）から取得される車速信号を用いて車速Ｖを検出しても良い。
これらのセンサ類１２〜１５の各検出信号は、マイクロコンピュータを含む構成の電子制御ユニットである制御装置としての制御装置１９に入力されるようになっている。

制御装置１９は、操舵角センサ１２によって検出された操舵角及び車速センサ１５によって検出された車速Ｖに基づいて、目標転舵角を設定する。そして、この目標転舵角と、転舵角センサ１４によって検出された転舵角δｗとの偏差に基づいて、駆動回路２０Ａを介し、転舵用アクチュエータ４の転舵モータＭを駆動制御（転舵制御）する。
一方、制御装置１９は、操舵部材２が操舵された方向と逆方向を向く適当な反力が操舵部材２に付与されるように、駆動回路２０Ｂを介して、反力モータ１０を駆動制御（反力制御）する。

図２は、コラムハウジング１１の周辺の断面図である。図２を参照して、コラムハウジング１１は、アルミニウム合金等の金属材料を用いて形成されている。コラムハウジング１１は、一端部２１ａ及び他端部２１ｂを有する円筒形形状に形成されたメインハウジング２１と、メインハウジング２１の他端部２１ｂを塞ぐカバーハウジング２２と、を含んでいる。

カバーハウジング２２は、固定ねじ２３等を用いて、メインハウジング２１の他端部２１ｂに固定されている。カバーハウジング２２の外径部には、環状凸部２２ｂが形成されている。環状凸部２２ｂは、メインハウジング２１の他端部２１ｂの内周面に嵌合されている。環状凸部２２ｂの外周面には、環状の溝が形成されており、この溝に、封止部材としてのＯリング２４が配置されている。

このＯリング２４によって、カバーハウジング２２とメインハウジング２１との間から、雨水や埃等の異物がコラムハウジング１１内に侵入することが抑制されている。また、後述するように、メインハウジング２１と操舵軸９との間には、シール部材２５が配置されている。このように、コラムハウジング１１内への異物の侵入を抑制する構造が採用されていることにより、コラムハウジング１１を、外部に開放された空間に配置することが可能となる。

操舵軸９は、反力モータ１０と操舵部材２とを連結しており、一部がコラムハウジング１１から突出している。操舵軸９は、玉軸受等の転がり軸受からなる第１軸受３１、第２軸受３２及び第３軸受３３を介して、コラムハウジング１１に回転可能に支持されている。
操舵軸９は、同軸に並ぶ第１軸３７及び第２軸（軸部）３８と、第１軸３７及び第２軸３８を連結するトーションバー３９と、を含んでいる。第１軸３７の一端部には、操舵部材２が一体回転可能に連結されている。第１軸３７の中間部とメインハウジング２１の一端部２１ａとの間には、シール部材２５が配置されている。シール部材２５は、メインハウジング２１の一端部２１ａと、第１軸３７との間を液密的に封止している。

第１軸３７の中間部は、第１軸受３１を介して、メインハウジング２１の一端部２１ａの第１軸受保持孔４１に回転可能に支持されている。第１軸３７の他端部は、第２軸３８に挿通されており、針状ころ軸受からなる第４軸受３４を介して第２軸３８に回転可能に支持されている。
第２軸３８の一端部３８ａ及び第１軸３７の中間部には、それぞれ、操舵軸９の軸方向Ｓ１に隣接して対向する対向部３８ｇ，３７ｂを有している。これら対向部３８ｇ，３７ｂに、トルクセンサ１３が配置されている。

第１軸３７と第２軸３８との間にトルクが作用したとき、トーションバー３９は、このトルクの大きさに応じて微小な角度範囲内でねじれることが可能となっている。このときの第１軸３７と第２軸３８との相対回転量をトルクセンサ１３が検出することで、操舵軸９に付与されているトルクＴを検出することが可能となっている。
第２軸３８の中間部３８ｃには、第２軸受３２の内輪３２ａが圧入固定されている。第２軸３８は、第２軸受３２を介してメインハウジング２１の第２軸受保持孔４２に回転可能に支持されている。また、第２軸３８の他端部３８ｂは、カバーハウジング２２の端壁２２ａに形成された第３軸受保持孔４３を挿通している。第２軸３８の他端部３８ｂは、第３軸受３３を介して第３軸受保持孔４３に回転可能に支持されている。

これら第２軸受３２及び第３軸受３３には、予圧が付与されている。具体的には、カバーハウジング２２と第３軸受３３との間に、予圧付与部材４６及び受け部材４７が配置されている。予圧付与部材４６は、例えば、波板ばねを用いて形成された弾性部材である。受け部材４７は、円板形形状に形成されている。受け部材４７は、第３軸受３３の外輪３３ｂと軸方向Ｓ１に並び、この外輪３３ｂに接触している。第３軸受３３の外輪３３ｂは、第３軸受保持孔４３に対して、操舵軸９の軸方向Ｓ１に相対移動可能に嵌合されている。第３軸受３３の内輪３３ａは、第２軸３８の他端部３８ｂに圧入固定されている。

また、第２軸受３２の内輪３２ａは、第２軸３８の中間部３８ｃに圧入固定されている。第２軸受３２の外輪３２ｂは、第２軸受保持孔４２に対して、軸方向Ｓ１に相対移動可能に嵌合されている。外輪３２ｂの一側面は、メインハウジング２１に受けられている。
上記の構成により、予圧付与部材４６の圧縮による弾性反発力は、受け部材４７、第３軸受３３の外輪３３ｂ、内輪３３ａ、第２軸３８、第２軸受３２の内輪３２ａ、及び外輪３２ｂを介して、メインハウジング２１に受けられる。これにより、第２軸受３２及び第３軸受３３に予圧が付与される。

トルクセンサ１３は、第１軸受３１と第２軸受３２との間に配置されている。トルクセンサ１３は、第１軸３７の対向部３７ｂに固定された永久磁石からなる多極磁石５３と、第２軸３８の対向部３８ｇに固定された第１リングユニット５４と、コラムハウジング１１に固定された第２リングユニット５５とを含んでいる。
第１リングユニット５４は、第２軸３８の対向部３８ｇに固定された環状の合成樹脂部材５４ａと、この合成樹脂部材５４ａに埋設され、且つ、多極磁石５３の磁界内に配置された一対の環状の磁気ヨーク５４ｂとを含んでいる。

第２リングユニット５５は、第１リングユニット５４を取り囲む環状に形成されている。第２リングユニット５５は、メインハウジング２１に固定された合成樹脂部材５５ａと、この合成樹脂部材５５ａに埋設された一対の集磁リング５５ｂ及びホールＩＣ（図示せず）と、を含んでいる。
反力モータ１０、操舵角センサ１２及びトルクセンサ１３は、コラムハウジング１１内に収容されている。

図３は、図２の反力モータ１０周辺の拡大図である。図３を参照して、反力モータ１０は、メインハウジング２１の他端部２１ｂ寄りに配置されており、カバーハウジング２２に隣接している。これにより、カバーハウジング２２をメインハウジング２１から取り外したときに、反力モータ１０の略全部がメインハウジング２１の他端部２１ｂの開口に露出する。したがって、反力モータ１０をメインハウジング２１内に装着する作業や、反力モータ１０のメンテナンス作業が行い易い。

反力モータ１０は、筒状のロータ５８と、ロータ５８を取り囲むステータ５７と、を含んでいる。ロータ５８の軸方向、径方向及び周方向は、操舵軸９の軸方向Ｓ１，径方向Ｒ１及び周方向Ｃ１と一致している。ステータ５７の外周面は、メインハウジング２１の内周面に焼きばめ等によって固定されている。
ロータ５８は、操舵軸９を介して操舵部材２に一体回転可能に連結されている。ロータ５８は、軸方向Ｓ１に延びる筒状のロータコア６１と、ロータコア６１の外周面に固定された永久磁石６２とを含んでいる。

ロータコア６１は、操舵軸９の第２軸３８と単一の材料を用いて一体に形成されている。ロータコア６１は、操舵軸９の径方向Ｒ１の外方に配置された筒状部６３と、この筒状部６３の一端部から径方向Ｒ１の内方に延びる端壁部６４と、端壁部６４から第２軸３８の一端部３８ａ側（トルクセンサ１３側）に延びる延設部６５と、を含んでいる。
延設部６５は、第２軸３８の中間部３８ｃに一体的に形成されている。端壁部６４は、環状の板状に形成されており、第４軸受３４の一部を取り囲んでいる。

ステータ５７とロータ５８との磁気作用によって反力モータ１０に生じるトルクは、端壁部６４を介して第２軸３８に伝達される。ここで、端壁部６４は、第４軸受３４と軸方向Ｓ１に関して略重なるように配置されているので、端壁部６４が第１軸３７に対して芯ずれ（互いの中心軸線がずれる現象）が生じることを抑制できる。
筒状部６３の他端部は、カバーハウジング２２の端壁２２ａに隣接している。筒状部６３は、ステータ５７に取り囲まれている。また、筒状部６３は、第２軸３８の中間部３８ｃを取り囲んでいる。上記の構成により、筒状部６３と、端壁部６４と、第２軸３８とによって囲まれた収容溝部６６が形成されている。収容溝部６６は、円環状の溝部であり、カバーハウジング２２側に開放されている。

ロータコア６１の筒状部６３の外周面に永久磁石６２が固定されている。収容溝部６６と並ぶように操舵角センサ１２が配置されている。操舵角センサ１２は、レゾルバを用いて形成されており、レゾルバステータ６７と、レゾルバロータ６８とを含んでいる。レゾルバステータ６７は、軸方向Ｓ１に関して、端壁部６４と第２軸受３２との間に配置されており、メインハウジング２１に固定されている。レゾルバロータ６８は、レゾルバステータ６７に取り囲まれている。レゾルバロータ６８は、ロータコア６１の延設部６５に固定されている。

また、コラムハウジング１１内には、回転規制機構７０が収容されている。回転規制機構７０は、操舵のために多回転操作される操舵部材２の回転軸としての、操舵軸９の回転角を所定角度以下に規制する機能を果たす。本実施の形態のようにステア・バイ・ワイヤ式の車両用操舵装置１では、操舵部材２が、転舵機構Ａからの制約を受けない。そこで、操舵部材２が、転舵機構Ａの動作限界を超えて操作されることがないように、回転規制機構７０によって、操舵部材２の回転角を前記動作限界に対応する前記所定角度内に規制する。

拡大図である図３に示すように、回転規制機構７０の大部分の要素は、ロータコア６１の径方向内方の空間である収容溝部６６に配置されている。図３を参照して、回転規制機構７０は、カバーハウジング２２の端壁２２ａに埋め込まれた回転不能要素としての埋め込み固定板８５と、操舵部材２の回転軸としての、操舵軸９の第２軸３８によって同軸的に支持され、第２軸３８に対して回転可能で且つ軸方向Ｓ１に移動可能な複数の板要素８１〜８４と、回転可能要素としての、ロータコア６１の底壁６４ａとを備えている。回転不能要素としての埋め込み固定板８５と回転可能要素としての底壁６４ａは、板要素８１〜８４の軸方向Ｓ１の両側に配置されている。

また、回転規制機構７０は、回転不能要素としての埋め込み固定板８５、複数の板要素８１〜８４及び回転可能要素としての底壁６４ａのうち、それぞれ対応する隣接する要素間の相対回転量を規制するように前記隣接する要素間をそれぞれ連結する複数の連結要素（後述）を備えている。また、回転規制機構７０は、前記隣接する要素間の相対回転にそれぞれ摩擦抵抗を付与する複数の摩擦付与要素としての摩擦板８６を備えている。

図３に示すように、各連結要素は、それぞれ対応する隣接要素の一方に設けられ軸方向Ｓ１に突出したピン状の突起７１ａ〜７５ａと、突起７１ａ〜７５ａが係合するようにそれぞれ対応する隣接要素の他方に設けられ、回転方向Ｃ１に延びる有端の係合溝７１ｂ〜７５ｂとにより構成されている。
各突起７１ａ〜７５ａが、対応する係合溝７１ｂ〜７５ｂの両端にある規制部８１ｄ〜８５ｄ又は８１ｅ〜８５ｅ（図４Ａ〜図４Ｅ参照）に当接することにより、隣接する要素間の相対回転量が規制される。

図３及び図４Ａ〜図４Ｅを参照して、板要素８１〜８４はそれぞれ環状板からなり、筒状部６３の周壁と第２軸３８の中間部３８ｃ（例えばメタルブッシュ等の滑り軸受）との間に配置され、該中間部３８ｃの外周に回転可能に装着され且つ軸方向Ｓ１に移動可能に支持されている。
回転可能要素としての底壁６４ａには、突起７１ａが突出形成されている。各板要素８１〜８４は、その一方の端面に突起７２ａ〜７５ａを突出形成し、突起７２ａ〜７５ａを避けた残りの領域に、回転方向Ｃ１に延びるように係合溝７１ｂ〜７４ｂを形成している。回転不能要素としての埋め込み固定板８５には、回転方向Ｃ１に延びるように有端の係合溝７５ｂが形成されている。

各突起７１ａ〜７５ａは、対応する底壁６４ａ又は板要素８１〜８４と別体で設けられてもよく、対応する底壁６４ａ又は板要素８１〜８４の所定の固定孔に一部が挿入されて一体に固定されていてもよい。また、図示していないが、各突起７１ａ〜７５ａは、対応する底壁６４ａ又は板要素８１〜８４と単一の材料で一体に形成されていてもよい。板要素８１〜８４の少なくとも一方の端面は（本実施の形態では、突起７２ａ〜７５ａが突出する側の端面）、摩擦板８６を受ける環状の受け凹部８７が設けられている。また、ロータコア６１の底壁６４ａには、環状の受け凹部８８（図３参照）が設けられている。各受け凹部８７，８８は、対応する摩擦板８６を受けるとともに、各摩擦板８６の外周が、対応する受け凹部８７，８８の周壁面によって回転可能に支持される。

図３及び図４Ａ〜図４Ｅに示すように、回転可能要素としての底壁６４ａに設けられた突起７１ａが、板要素８１に設けられた有端の係合溝７１ｂにスライド可能に嵌合する。また、各板要素８１〜８３に設けられた突起７２ａ〜７４ａが、それぞれ隣接する板要素に設けられた係合溝７２ｂ〜７４ｂにスライド可能に嵌合する。また、板要素８４に設けられた突起７５ａが、コラムハウジング１１の端壁２２ａに固定された回転不能要素としての埋め込み固定板８５に設けられた係合溝７５ｂにスライド可能に嵌合する。

図４Ａ〜図４Ｅに示すように、各係合溝７１ｂ〜７５ｂに係合する突起７１ａ〜７５ａの可動範囲（突起７１ａ〜７５ａが係合溝７１ｂ〜７５ｂの両端の規制部間を可動する範囲）が、隣接要素間の相対回転角がδ１（図４Ａ参照；規制角という）となるように、回転方向Ｃ１に関する係合溝７１ｂ〜７５ｂの配置範囲を設定している。
この場合、操舵軸９の左から右までの最大回転角δmax は、
δmax ＝δ１×４
となるので、突起７１ａ〜７５ａの規制角δ１の値を設定したり、板要素の枚数を増減することにより、操舵軸９の最大回転角δmaxを所望の多回転範囲に規制することが可能となる。例えば規制角δ１が３０６°で板要素が４枚の場合、操舵軸９の回転量が１２２４°（最大回転角）内に規制される。

また、カバーハウジング２２の端壁２２ａには、回転不能要素としての埋め込み固定板８５を摩擦板８６側へ弾性的に付勢する付勢部材（本実施の形態では環状板バネ）６９が設けられている。この付勢部材６９により、当該埋め込み固定板８５とロータ６１の底壁６４ａ（回転可能要素）との間に、板要素８１〜８４及び摩擦板８６を含む積層ユニットを弾性的に挟持することができる。各摩擦板８６は、それぞれ対応する隣接要素間の相対回転に抗する摩擦抵抗をそれぞれ対応する隣接要素に付与するように、それぞれ対応する隣接要素間に介在している。すなわち、付勢部材６９は、積層ユニットの板要素８１〜８４、埋め込み固定板８５、摩擦板８６に一括して軸方向の予圧を与える。これにより、埋め込み固定板８５、各摩擦板８１〜８４がこれに接する部材に対して、所要の大きさの摩擦抵抗を付与できるように設定されている。

図３、図４Ａ〜図４Ｅに示すように、回転可能要素としての底壁６４ａには、突起７１ａを挟んだ両側に２つの投光部９１，９２が設置され、コラムハウジング１１の端壁２２ａ側の回転不能要素としての埋め込み固定板８５には、投光部９１，９２から出射される光をそれぞれ受光する受光部１０１，１０２が設置されている（図３には投光部９１、受光部１０１のみを図示している）。また板要素８４には、図４Ｄに示すように、投光部９１，９２と受光部１０１，１０２との間を伝搬する光を透過させるための透過孔９３，９４が設けられている。

板要素８１〜８３の半径は、板要素８１〜８３がいかなる回転位置にあっても、投光部９１，９２と受光部１０１，１０２との間の光の伝搬を遮断しないように、透過孔９３，９４が設けられた板要素８４の半径よりも小さく設定されている。受光部１０１は、投光部９１からの光を受光したときに検出電圧Ｖ１を出力し、受光部１０２は、投光部９２からの光を受光したときに、検出電圧Ｖ２を出力するようにされている。検出電圧Ｖ１，Ｖ２は、それぞれ制御装置１９に入力される。

以上が車両用操舵装置１の概略構成である。次に、車両用操舵装置１の動作の一例を説明する。
図３及び図４Ａ〜図４Ｅに示すように、操舵部材２が操舵中立位置に位置しているとき、突起７１ａ〜７５ａは、それぞれ、対応する係合溝７１ｂ〜７５ｂに、回転が規制されていない状態で係合されている。

この状態から、例えば、車両を右旋回させて車庫に入れるなどの際に、運転者が操舵部材２を操舵中立位置から時計回りに最大角度回転させる場合を考える。なお、以下では、回転方向をいうときは、運転者から操舵部材２みたときの回転方向をいうものとする。
この場合、運転者は、操舵部材２を操舵中立位置から時計回りに回転させる。これにより、操舵軸９及び反力モータ１０のロータ５８が、操舵部材２と連動して時計回りに回転する。

これに応じて、図５Ａ〜図５Ｄに示すように、次の（ａ）〜（ｅ）の動作が、同時に又は時間的に前後して起こる。（ａ）突起７１ａは、板要素８１の係合溝７１ｂの一端部８１ｄに当接する。（ｂ）板要素８１が時計回りに回転し、板要素８１の突起７２ａが板要素８２の係合溝７２ｂの一端部８２ｄに接触する。（ｃ）板要素８２が時計回りに回転し、突起７３ａが板要素８３の係合溝７３ｂの一端部８３ｄに接触する。（ｄ）板要素８３が時計回りに回転し、突起７４ａが板要素８４の係合溝７４ｂの一端部８４ｄに接触する。（ｅ）板要素８４が時計回りに回転し、突起７５ａが回転不能要素としての埋め込み固定板８５の係合溝７５ｂの一端部８５ｄに接触する。回転不能要素としての埋め込み固定板８５は回転が規制されている。上記の動作により、板要素８１〜８４の規制された回転角以上の時計回り方向への回転が機械的に規制される。ただし、板要素８１〜８４の回転動作（ａ）〜（ｅ）の時間的順番は不特定である。

上記（ｅ）のように板要素８４が時計回り方向への回転し、機械的に規制される位置まで回転した状態で、図６に示すように、投光部９１から出射される光の光軸方向から見て、透過孔９３が受光部１０１に重なる。これにより投光部９１から出射される光は、板要素８１〜８３にも、板要素８４にもさえぎられることなく、透過孔９３を通して、受光部１０１よって受光される。

なお、車両を左旋回させるために操舵部材２を反時計回りに回転させたときも、上記と同様にして、操舵部材２の回転が規制される。すなわち、突起７１ａ〜７５ａが係合溝７１ｂ〜７５ｂの対応する他端部８１ｅ〜８５ｅに接触することにより、操舵部材２の反時計回りの回転が規制される。このとき、板要素８４が反時計回り方向への回転し、機械的に規制される位置まで回転した状態で、投光部９２から出射される光の光軸方向から見て、透過孔９４が受光部１０２に重なる。これにより投光部９２から出射される光は、板要素８１〜８３にも、板要素８４にもさえぎられることなく、透過孔９４を通して、受光部１０２よって受光される。

図７及び図８は、受光部１０１，１０２の検出電圧Ｖ１，Ｖ２と、操舵部材２の操舵角との関係を示すグラフである。図７は板要素８４が、他の板要素８１〜８３よりも時間的に最も早く、時計回り又は反時計回り方向へ規制位置まで回転したときの操舵部材２の操舵角と検出電圧Ｖ１，Ｖ２との関係を示すグラフである。操舵部材２を中立位置から右回転させて角度ａ１に到達した時点で検出電圧Ｖ１がローレベルからハイレベルになり、操舵部材２を中立位置から左回転させて角度−ａ１に到達した時点で検出電圧Ｖ２がローレベルからハイレベルになる。中立位置又はその近傍の角度−ａ１〜０〜ａ１の間では検出電圧Ｖ１，Ｖ２ともにローレベルのままである。角度ａ１の値は、規制角δ１の半分に等しい（例えば規制角δ１が３０６°の場合、角度ａ１は１５３°）。

図８は板要素８４が、他の板要素８１〜８３よりも時間的に最も遅く、時計回り又は反時計回り方向へ規制位置まで回転したときの操舵部材２の操舵角を示すグラフであり、板要素８４が規制位置まで回転したときの操舵部材２の操舵角をａ２，−ａ２で示している。この場合、板要素８４が時計回り又は反時計回り方向へ規制位置まで回転した時点で、板要素８４のみならず、他の板要素８1〜８３もそれぞれ規制角δ１に達しているから、この操舵角ａ２，−ａ２が、回転規制機構７０によって規制される操舵部材２の回転角の動作限界に対応する。すなわち角度ａ１の値は、最大回転角δmaxの半分になる（例えば規制角δ１が３０６°の場合、角度ａ２は６１２°）。

このように、センサの検出電圧Ｖ１，Ｖ２を監視することにより、操舵部材２の少なくとも操舵方向を検出することができる。
図９は、操舵角センサ１２の異常時に、制御装置１９により実行される転舵制御処理について説明するためのフローチャートである。
まず操舵角センサ１２の正常時の制御装置１９の処理を簡単に説明すると、制御装置１９は、操舵角センサ１２により検出された操舵部材２の操舵角及び車速センサ１５によって検出された車速Ｖに基づいて、転舵モータＭの電流指令値又は回転速度指令値を設定する。そして、この電流指令値又は回転速度指令値に基づいて、転舵モータＭを駆動制御する。これにより、転舵モータＭから、操舵部材２の操作方向及び操作量に応じた方向に転舵軸６を移動させるためのトルクが出力され、車両の走行状況や操舵部材２の操作態様に応じた良好な操舵が達成される。またこれと同時に、制御装置１９は、センサ類１２〜１５が出力する検出信号に基づいて、操舵部材２が操舵された方向と逆方向を向く適当な反力が操舵部材２に付与されるように、駆動回路２０Ｂを介して、反力モータ１０を駆動制御（反力制御）する。

転舵モータＭを駆動制御している間に、操舵角センサ１２に異常が発生すると、車速センサ１５あるいは車内ＬＡＮを通して車速を検出する（ステップＳ１）。検出される車速には後退時の車速も含まれる。
次に転舵モータＭを駆動するための転舵モータ指令値motor_reqを演算する（ステップＳ２）。ここで、転舵モータ指令値motor_reqは符号を有し、右旋回させる場合を「正」、左旋回させる場合を「負」とする。転舵モータ指令値motor_reqは、転舵モータＭを駆動するのに電流指令値を設定するのか又は回転速度指令値を設定するのかに応じて異なり、前者が選択される場合は、転舵モータ指令値motor_reqは電流指令値motor_currentとなり、後者が選択される場合は、転舵モータ指令値motor_reqは回転速度指令値motor_speedとなる。この指令値の算出方法は図１０を用いて後に説明する。

回転規制機構７０の受光部１０１，１０２の検出電圧Ｖ１，Ｖ２を判定し（ステップＳ３）、センサ電圧Ｖ１，Ｖ２の何れかがハイレベルである場合にはステップＳ４に進み、操舵部材２の操舵方向を検出する。検出される操舵方向は図７の場合は左（−ａ２〜−ａ１）、中立又はその近傍（−ａ１〜０〜ａ１）、右（ａ１〜ａ２）の３つの方向である。図８の場合は左（−ａ２）、中立又はその近傍（−ａ２〜０〜ａ２）、右（ａ２）の３つの方向である。

センサ電圧Ｖ１がハイレベルであれば右操舵と判定し、ステップＳ６に進む。センサ電圧Ｖ２がハイレベルであれば左操舵と判定し、転舵モータ指令値motor_reqの符号を反転し（ステップＳ５）、ステップＳ６に進む。
ステップＳ６においては、転舵モータ指令値motor_reqを用いて転舵モータＭを駆動制御する。

なお、ステップＳ３において、方向検出機構４０のセンサ電圧Ｖ１，Ｖ２がいずれもローレベルであれば、操舵位置は中立又はその近傍と判定し、転舵モータＭの駆動制御はしない。
図１０は、車速に応じて転舵モータＭを駆動するための転舵モータ指令値motor_reqを算出する方法を説明するためのグラフである。転舵モータ指令値motor_reqは、前進時であって車速が０であれば最大値をとり、車速が増大するほど低下し、車速がある値以上になれば、最低値を維持する。これは低速時ほどタイヤを転回させるのに力が必要なので、転舵モータ指令値motor_reqを増大させて転舵をスムーズにするためである。また、速い転舵を行っても危険の少ない低速時に指令値を大きくし、反対に高速時に指令値を小さくすることで、安全性と取り回し性を両立させることができる。

後退時の場合は、車速が０であれば最大値をとり、車速が増大するほど低下し、車速がある値以上であれば、最低値を維持する。ただし、転舵モータ指令値motor_reqの絶対値は前進の場合よりも小さく設定されている。これは、後退時に前進時と同じ転舵モータ指令値motor_reqとすると、後退時に旋回し過ぎてしまい、取り回し性が低下するためである。また、後退時は、前進時より視認性が良くないため、急激な転舵とならないようにすることで安全性を高めることができる。

以上のようにこの転舵モータ指令値motor_reqの算出方法によれば、通常時は、操舵部材２の操舵角に応じて、転舵機構Ａを介して転舵輪を転舵駆動することができる。また、操舵角センサ１２に異常が発生したときには、操舵方向を検出する回転規制機構７０からの検出信号に基づき、転舵モータＭを制御する転舵モータ指令値motor_reqを決定して転舵モータＭを制御することができる。したがって、操舵角センサとしてフェールセーフ用のものを予備として備えなくても、転舵を継続することができる。

以上のように、回転規制機構７０は、車両用操舵装置１で、操舵部材２が、転舵機構Ａの動作限界を超えて操作されることがないように操舵部材２の回転角を、動作限界に対応する所定角度内に規制するために設けられた機構であるが、本発明の実施の形態では、この回転規制機構７０に、投光部９１，９２、受光部１０１，１０２を設けるとともに、板要素８４に透過孔９３，９４を形成するという簡易な構造で、操舵部材２の回転方向を検出することができる。

以上で本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更を施すことができる。例えば、板要素８４に設けた透過孔９３，９４は孔でなくて、光を透過させる形状であれば任意に形状でよい。例えば板要素８４に設けた切り込みでも良い。また、光透過部が設けられている板要素は回転不能要素に最も近い板要素８４であるとは限らず、回転可能要素と回転不能要素との間に存在する板要素であればよく、板要素８１，８２，８３であってもよい。

１…車両用操舵装置、２…操舵部材、１２…操舵角センサ、１４…転舵角センサ、１９…制御装置、６１…ロータコア、６４ａ…回転可能要素としての回転可能要素としての底壁、７０…回転規制機構、７１ａ〜７５ａ…連結要素としての突起、７１ｂ〜７５ｂ…連結要素としての係合溝、８４…少なくとも１枚の板要素、８５…回転不能要素としての埋め込み固定板、９３，９４…透過孔、Ａ…転舵機構、Ｃ…操舵機構、Ｍ…転舵モータ

Claims (5)

1. 操舵のために多回転操作される操舵部材及び操舵角検出センサを有する操舵機構と、前記操舵機構と機械的に非連結の転舵機構と、前記転舵機構の転舵モータを制御する制御装置とを備える車両用操舵装置であって、
   前記操舵部材の回転量を所定角度以下に規制する回転規制機構を備え、
   前記回転規制機構は、前記操舵部材の回転軸と同軸的に一体回転可能な回転可能要素と、前記回転可能要素と前記回転軸の軸方向に対向する回転不能要素と、前記回転可能要素及び前記回転不能要素間に介在し前記回転軸によって同軸的に支持され前記回転軸に対して回転可能な少なくとも１枚の板要素と、前記回転不能要素、前記複数の板要素及び前記回転可能要素のうちの隣接する要素間の相対回転量を規制するように前記隣接する要素間を連結する連結要素とを含み、
   前記回転可能要素又は前記回転不能要素の一方に投光部が設置され、
   前記回転可能要素又は前記回転不能要素の他方に受光部が設置され、
   前記少なくとも１枚の板要素は、前記投光部から出射され前記受光部に入射される光をさえぎるように配置され、当該板要素の回転角度に応じて前記投光部から出射され前記受光部に入射される光を透過させる光透過部が設けられている、車両用操舵装置。
2. 前記板要素は、前記回転可能要素及び前記回転不能要素間に複数枚介在している、請求項１に記載の車両用操舵装置。
3. 前記光透過部が設けられている板要素以外の板要素は、前記投光部から出射され前記受光部に入射される光をさえぎらないように小径にされている、請求項２に記載の車両用操舵装置。
4. 前記操舵角検出センサの故障時に、前記制御装置は、前記受光部の検出信号に基づき、転舵モータを制御する転舵モータ指令値を決定して転舵モータを制御する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の車両用操舵装置。
5. 請求項１から請求項４の何れか１項において、前記操舵部材と転舵輪との機械的な連結が解除されており、
   前記回転軸と一体回転するロータを含み前記操舵部材に操舵反力を付与する反力モータを備え、
   前記反力モータ及び前記回転規制機構が、同一のハウジング内に収容されている車両用操舵装置。

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