JP2013180699A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安価にフェールセーフを実現することができる車両用操舵装置を提供する。
【解決手段】多回転操作される操舵部材２と転舵輪との機械的な連結が解かれた車両用操舵装置１が、操舵部材２の回転角を規制角度範囲内に規制する回転角規制機構１４を備える。通常モードでは、操舵角センサ１２で検出された操舵角に基づいて転舵アクチュエータを駆動制御する。操舵角センサ１２に異常が発生したフェールモードでは、操舵方向検出センサで検出された操舵方向に基づいて転舵アクチュエータを駆動制御する。操舵方向検出センサは、回転角規制機構１４が規制角度範囲の一対の終端の何れで操舵部材２の回転角を規制しているかに基づいて操舵方向を検出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両用操舵装置に関する。

操舵部材と転舵輪との機械的な連結が断たれた、いわゆるステアバイワイヤ式の操舵装置において、メインの操舵角センサと、メインの操舵角センサの故障時に代用されるバックアップ用の操舵角センサとを設けることが提案されている（例えば特許文献１を参照）。
また、ステアバイワイヤ式の操舵装置において、操舵部材と転舵機構との間に遊星ギヤ機構を配置し、操舵角センサの故障時に、前記遊星ギヤ機構のリングキヤの回転を拘束することにより、固定ギヤ比となった遊星ギヤ機構を介して、マニュアル操舵を実現する操舵装置が提案されている（例えば特許文献２を参照）。

特開平１０−２７８８２６号公報 特開２００４−９０７８４号公報

特許文献１では、高価な操舵角センサを複数用いるので、製造コストが高くなる。特許文献２では、遊星ギヤ機構を用いるので、製造コストが高くなる。
本発明は、安価にフェールセーフを実現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。

前記目的を達成するため、請求項１の発明は、多回転操作される操舵部材（２）と転舵輪（３）との機械的な連結が解かれた車両用操舵装置（１）において、前記操舵部材の操舵角を検出する操舵角センサ（１２）と、前記操舵部材の操舵方向を検出する操舵方向検出装置（１５ａ，１５ｂ）と、前記転舵輪を駆動する転舵アクチュエータ（４）と、前記操舵部材の回転角を規制角度範囲内に規制する回転角規制機構（１４）と、前記操舵角センサにより検出された操舵角に基づいて前記転舵アクチュエータを駆動制御する通常モードと、前記操舵角センサに異常が発生したときに、前記操舵方向検出装置により検出された操舵方向に基づいて前記転舵アクチュエータを駆動制御するフェールモードとを有する制御装置（１８）と、を備え、前記操舵方向検出装置は、前記回転角規制機構が前記規制角度範囲の一対の終端の何れで前記操舵部材の回転角を規制しているかに基づいて操舵方向を検出する車両用操舵装置（１）を提供する。

なお、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素等を表すが、このことは、むろん、本発明がそれらの実施形態に限定されるべきことを意味するものではない。以下、この項において同じ。
また、請求項２のように、前記回転角規制機構は、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（６６）と、前記回転可能要素に前記回転軸の軸方向（Ｘ１）に対向する回転不能要素（３２）と、前記回転可能要素と前記回転不能要素との間に介在し前記回転軸に対して同軸的に回転可能な複数の板要素（７１〜７５）と、前記回転不能要素、前記複数の板要素およ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それぞれ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（８１，８２，８３）と、前記規制角度範囲の一対の終端で所定の板要素の回転を軸方向移動に変換することにより軸方向の一方の端の板要素（７５）を軸方向に移動させるカム機構（９９）と、を含み、前記操舵方向検出装置は、前記規制角度範囲の一対の終端で、前記軸方向の一方の端の板要素の軸方向移動により作動するセンサ（１５ａ，１５ｂ）を含んでいてもよい。

また、請求項３のように、複数の連結要素は、前記カム機構を備えた第１連結要素（８１）と、前記軸方向の一方の端の板要素とこれに対向する前記回転不能要素および前記回転可能要素の何れか一方とを連結する第２連結要素（８２）と、を含み、前記複数の連結要素のそれぞれは、前記隣接する要素の一方に設けられた突起（８４，８６，８８）と、前記隣接する要素の他方に設けられた係合溝（８５，８７，８９）の一対の終端に配置されて前記操舵部材の回転方向に応じて対応する突起に択一的に当接する一対の規制部（８５ａ，８５ｂ；８７ａ，８７ｂ；８９ａ，８９ｂ）と、を有し、前記操舵方向検出装置としてのセンサは、前記第２連結要素の突起の頂部（８６１）および係合溝の底部（８７１）の何れか一方に設けられて、他方の接近または接触を検知し、前記回転角規制機構は、前記前記突起の頂部および前記係合溝の底部の他方と前記操舵方向検出装置とを離隔させる方向に前記複数の板要素を付勢する付勢部材（６９）を含んでいてもよい。

また、請求項４のように、前記カム機構は、前記第１連結要素の突起および規制部の少なくとも一方に設けられた傾斜面（９７，９８）を含んでいてもよい。
また、請求項５のように、前記第１連結要素の突起は、前記隣接する要素の一方に組み付けられ、前記傾斜面を有する円錐状部（８４２）を含んでいてもよい。
また、請求項６のように、前記第１連結要素は、軸方向の他方の端の板要素（７１）とこれに対向する前記回転不能要素および前記回転可能要素の他方（６６）とに設けられていてもよい。

請求項１の発明によれば、操舵角センサに異常が発生したフェール時に、操舵された操舵部材がその操舵方向に対応する規制角度範囲の終端まで達するに伴って、操舵方向検出装置が操舵方向を検出する。その検出された操舵方向に基づいて転舵アクチュエータを駆動制御することで、転舵が可能となり、フェールセーフを実現することができる。また、操舵方向検出装置としては、回転角規制機構が、規制角度範囲の一対の終端の何れで操舵部材の回転角を規制しているかに基づいて操舵方向を検出すればよいので、安価なものを用いることができる。

また、請求項２の発明によれば、フェール時に操舵された操舵部材がその回転方向に対応する規制角度範囲の終端まで達するに伴って、カム機構が軸方向の一方の端の板要素を軸方向に移動させる。操舵方向検出装置としてのセンサが、前記軸方向の一方の端の板要素の軸方向移動により作動して、規制角度範囲の一対の終端の何れで操舵部材の回転角が規制されているかに基づいて、操舵方向を検出することができる。

ここで、カム機構とは、カムの表面形状に従って、従動部（カムフォロワ）に所定の運動を与える機械的な連動機構である。
また、請求項３の発明によれば、フェール時に操舵された操舵部材がその回転方向に対応する規制角度範囲の終端まで達するに伴って、第１連結要素のカム機構が対応する隣接する要素間の間隔を付勢部材に抗して拡げる。これにより、第２連結要素の例えば係合溝の底部に配置された操舵方向検出装置としてのセンサが、突起との例えば接触に基づいて操舵方向を検出する。その検出された操舵方向に基づいて転舵アクチュエータを駆動制御することで、転舵が可能となり、フェールセーフを実現することができる。

また、請求項４の発明によれば、カム機構が、前記第１連結要素の突起および規制部の少なくとも一方に設けられた傾斜面を用いて、回転を軸方向移動に変換する。
また、請求項５の発明によれば、カム機構の傾斜面が形成された円錐状部を有する突起を組み付けるときに、円錐状部の向きを考慮する必要がないので、組み立て易い。
また、請求項６のように、カム機構が、前記回転不能要素および前記回転可能要素の他方によって、複数の板要素の全体を押して、操舵方向検出装置を作動させるので、操舵方向検出装置による検知の動作が確実となる。

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。 操舵部材の回転角を規制する回転角規制機構および反力モータ等を収容したハウジングの断面図であり、通常時の状態を示している。 図２の一部を拡大した、回転角規制機構とその周辺の断面図であり、規制角度範囲の終端に達していない状態を示している。 回転角規制機構の分解斜視図である。 （ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ回転角規制機構の板要素の断面図である。 （ａ）は第１連結要素の可動範囲を説明する概略図であり、（ｂ）は第３連結要素の可動範囲を説明する概略図であり、（ｃ）は第２連結要素の可動範囲を説明する概略図である。 カム機構の動作を説明するための、第１連結要素とその周辺の概略断面図である。（ａ）は規制角度範囲の一方の終端に達する直前の状態を示し、（ｂ）は規制角度範囲の一方の終端に達した状態を示し、（ｃ）は規制角度範囲の他方の終端に達する直前の状態を示し、（ｄ）は規制角度範囲の他方の終端に達した状態を示している。 操舵方向検出センサによって操舵方向を検出する機構の概略断面図であり、（ａ）は規制角度範囲の終端に達していない状態を示し、（ｂ）は規制角度範囲の一方の終端で、第２連結機構の突起が一方の操舵方向検出センサに接触した状態を示し、（ｃ）は規制角度範囲の他方の終端で、第２連結機構の突起が他方の操舵方向検出センサに接触した状態を示している。 回転角規制機構とその周辺の断面図であり、規制角度範囲の終端に達した状態を示している。 ＥＣＵの主たる制御の流れを示すフローチャートである。

本発明の好ましい実施形態を添付図面を参照しつつ説明する。
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、多回転操作される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、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、電動モータを含んでいる。この電動モータの駆動力（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（ボールねじ装置）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およびナックルアーム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に与えるための反力モータ１０が取り付けられている。反力モータ１０は、ブラシレスモータ等の電動モータを含む。反力モータ１０は、車体Ｂに固定されたハウジング１１内に収容されている。

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θh 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。操舵角センサ１２およびトルクセンサ１３は、ハウジング１１内に収容されている。
また、ハウジング１１内には、操舵部材２の回転角を規制する回転角規制機構１４と、操舵方向検出装置としての操舵方向検出センサ１５とが収容されている。

回転角規制機構１４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の出力軸２４の回転角を規制角度範囲内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、回転角規制機構１４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規制角度範囲内に規制する。

操舵方向検出センサ１５は、操舵角センサ１２に異常が発生したフェール時に、回転角規制機構１４の動作に関連して、操舵部材２の操舵方向を検出する。
一方、車両用操舵装置１には、転舵軸６に関連して、転舵輪３の転舵角θw （タイヤ角）を検出するための転舵角センサ１６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１７が設けられている。前記のセンサ類１２，１３，１５〜１７の各検出信号は、マイクロコンピュータを含む構成の制御装置としてのＥＣＵ１８(Electronic Control Unit) に入力されるようになっている。

ＥＣＵ１８は、操舵角センサ１２によって検出された操舵角θh および車速センサ１７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１６によって検出された転舵角θw との偏差に基づいて、ＥＣＵ１９に内蔵された駆動回路（図示せず）を介し、転舵アクチュエータ４を駆動制御（転舵制御）する。

一方、ＥＣＵ１８は、センサ類１２，１３，１５〜１７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、ＥＣＵ１８に内蔵された駆動回路（図示せず）を介して、反力モータ１０を駆動制御（反力制御）する。
図２を参照して、操舵軸９は、筒状のハウジング１１によって回転可能に支持されている。ハウジング１１から操舵軸９の一端が突出しており、前記一端に、操舵部材２が一体回転可能に連結されている。ハウジング１１内には、前記の操舵角センサ１２、トルクセンサ１３および反力モータ１０が収容されている。

操舵軸９は、一端２２ａ（操舵軸９の前記一端に相当）に操舵部材２が一体回転可能に連結された入力軸２２と、入力軸２２にトーションバー２３を介して同軸上にトルク伝達可能に連結された出力軸２４とを備えている。トーションバー２３の一端２３ａは、入力軸２２と一体回転可能に連結されており、トーションバー２３の他端２３ｂは、出力軸２４と一体回転可能に連結されている。

操舵軸９は、ハウジング１１に保持された第１軸受２５、第２軸受２６および第３軸受２７によって回転可能に支持されている。第１軸受２５、第２軸受２６および第３軸受２７は、例えば玉軸受等の転がり軸受からなる。
第１軸受２５は、入力軸２２の軸方向の中間部を回転可能に支持している。第２軸受２６および第３軸受２７は、出力軸２４を回転可能に支持している。具体的には、第２軸受２６は、出力軸２４の一端２４ａ付近を回転可能に支持しており、第３軸受２７は、出力軸２４の他端２４ｂを回転可能に支持している。

また、入力軸２２の他端２２ｂは、出力軸２４に設けられた支持孔２８内に挿入されている。入力軸２２の他端２２ｂは、支持孔２８の内周に、例えば針状ころ軸受等の第４軸受３０を介して回転可能に支持されている。
ハウジング１１は、ハウジング本体３１と端壁３２とを組み合わせて構成されている。ハウジング本体３１は、筒状をなし、一端３１ａおよび他端３１ｂを有している。ハウジング１１の一部としての端壁３２は、概ね板状をなし、ハウジング本体３１の他端３１ｂを閉塞している。

具体的には、端壁３２は、その外径部付近から軸方向に突出する筒状部３３を有しており、その筒状部３３は、ハウジング本体３１の他端３１ｂの内周に嵌合されている。筒状部３３の外周に設けられた収容溝に、例えばＯリング等の封止部材３４が収容されており、封止部材３４によって、ハウジング３１本体および筒状部３３の嵌合部における密封性が確保されている。また、端壁３２は、固定ねじ３５等を用いてハウジング本体３１の他端３１ｂに固定されている。

ハウジング１１の一部としての端壁３２と、この端壁３２によって後述する付勢部材６９を介して回転を規制された後述する押圧板７０とが、回転角規制機構１４の後述する回転不能要素を構成している。
ハウジング本体３１の一端３１ａの内周と、操舵軸９の入力軸２２の外周との間には、両者間を封止する例えばオイルシールからなる環状の封止部材３６が介在している。また、前記第１軸受２５は、ハウジング本体３１の一端３１ａの内周に設けられた軸受保持部３７に保持されている。

第２軸受２６は、ハウジング本体３１の軸方向の中間部に設けられた軸受保持部３８に保持され、出力軸２４の一端２４ａ付近の外周を回転可能に支持している。第２の軸受２６は、軸受保持部３８に嵌合固定された外輪３９と、出力軸２４の外周に一体回転可能に嵌合された内輪４０とを備えている。
第２軸受２６の外輪３９の一端面が、ハウジング本体３１の軸受保持部３８の一端に形成された位置決め段部４１に当接することによって、外輪３９が、出力軸２４の軸方向Ｘ１の一方側（第１軸受２５側）へ移動することが規制されている。また、第２軸受２６の内輪４０の一端面が、出力軸２４の外周に形成された位置決め段部４２に当接することによって、内輪４０が、出力軸２４の軸方向Ｘ１の他方側（第３軸受２７側）へ移動することが規制されている。

端壁３２の内壁面３２ａには、第１凹部としての円形の中心凹部４３と、中心凹部４３を取り囲む第２凹部としての環状凹部４４とが設けられている。中心凹部４３の深さは、環状凹部４４の深さよりも深くされている。出力軸２４の他端２４ｂは、中心凹部４３内に挿入されている。第３軸受２７は、中心凹部４３の内周に保持され、出力軸２４の他端２４ｂを回転可能に支持している。

第３軸受２７は、中心凹部４３の内周に回転不能で且つ軸方向移動可能なようにルーズフィットで嵌合された外輪４６と、出力軸２４の他端２４ｂの外周に一体回転可能に嵌合された内輪４７とを備えている。第３軸受２７の内輪４７の一端面が、出力軸２４の外周に形成された位置決め段部４８に当接することにより、内輪４７が、出力軸２４の軸方向Ｘ１の前記一方側（第２軸受２６側）へ移動することが規制されている。

また、中心凹部４３内には、第２軸受２６および第３軸受２７に一括して軸方向の予圧を与える例えば波板ばねからなる弾性部材４９と、弾性部材４９と第３軸受２７との間に介在した予圧付与部材としてのスペーサ５０とが収容されている。
スペーサ５０は、図２に示すような円形板または環状板からなる。スペーサ５０は、出力軸２４の他端２４ｂの端面や第３軸受２７の内輪４７の端面とは接触しないで、外輪４６の端面のみに接触するように、環状突起５１を設けている。弾性部材４９は、スペーサ５０の環状突起５１を介して、第３軸受２７の外輪４６を出力軸２４の軸方向Ｘ１の前記一方側へ付勢する。

この付勢力は、第３軸受２７の外輪４６、第３軸受の内輪４７、出力軸２４の位置決め段部４８、出力軸２４の位置決め段部４２、第２軸受２６の内輪４０、および第２軸受２６の外輪３９を介して、ハウジング本体３１の位置決め段部４１によって受けられる。したがって、第２軸受２６および第３軸受２７に、一括して軸方向の予圧を付与することができる。

トルクセンサ１３は、ハウジング１１内において、第１軸受２５と第２軸受２６との間に配置されている。トルクセンサ１３としては、例えばホールＩＣ（磁気センサ）を用いたトルクセンサを用いてもよい。ＥＣＵ１８は、トルクセンサ１３からの信号に基づいて、操舵軸９に入力された操舵トルクを算出する構成となっている。
反力モータ１０は、出力軸２４と一体回転可能に連結されたロータ６１と、ロータ６１を同心に取り囲み、ハウジング本体３１の内周に固定されたステータ６２とを備えている。ロータ６１は、出力軸２４と一体回転可能なロータコア６３と、ロータコア６３に一体回転可能に連結された永久磁石６４とを備えている。

ロータコア６３は、出力軸２４を同心に取り囲む筒状の第１部分６５と、第１部分６５の一端６５ａを出力軸２４に一体回転可能に連結した第２部分６６とを有している。永久磁石６４は、第１部分６５の外周に一体回転可能に連結されている。第２部分６６は、回転角規制機構１４の後述する回転可能要素を構成している。
本実施の形態では、第１部分６５および第２部分６６を含むロータコア６３が、出力軸２４と単一の材料で一体に形成されている例に則して説明するが、出力軸２４とは別体に形成されたロータコアが出力軸２４に一体に連結されていてもよい。

ハウジング１１内において、第２部分６６と第２軸受２６との間に、操舵角センサ１２が配置されている。操舵角センサ１２は、例えばレゾルバを用いて構成されている。具体的には、操舵角センサ１２は、出力軸２４と一体回転可能に連結されたレゾルバロータ６７と、ハウジング本体３１の内周に固定され、レゾルバロータ６７を取り囲むレゾルバステータ６８とを備えている。

拡大図である図３に示すように、回転角規制機構１４の大部分の要素は、ロータ６１のロータコア６３の第１部分６５の径方向内方の空間に配置されている。図３および分解斜視図である図４を参照して、回転角規制機構１４は、回転不能要素としての、ハウジング１１の端壁３２と、操舵部材２の回転軸としての、操舵軸９の出力軸２４によって同軸的に支持され出力軸２４に対して回転可能で且つ軸方向Ｘ１に移動可能な複数の板要素７１〜７５と、回転可能要素としての、ロータコア６３の第２部分６６とを備えている。回転不能要素としての端壁３２と回転可能要素としての第２部分６６とは、板要素７１〜７５の軸方向Ｘ１の両側に配置されている。

また、回転角規制機構１４は、回転不能要素（端壁３２）、複数の板要素７１〜７５および回転可能要素（第２部分６６）のうちの、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８１，８２，８３を備えている。また、回転角規制機構１４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９１〜９６とを備えている。

図３および図４に示すように、複数の連結要素８１，８２，８３は、第１連結要素８１と、第２連結要素８２と、残りの連結要素である第３の連結要素８３とを備えている。
第１連結要素８１は、ロータコア６３の第２部分６６（回転可能要素）に設けられ軸方向Ｘ１に突出したピン状の突起８４と、突起８４が係合するように第２部分６６（回転可能要素）に隣接する板要素７１に設けられ、回転方向Ｃ１に延びる有端の係合溝８５〔図６（ａ）を参照〕とにより構成されている。

図３に示すように、第１連結要素８１の突起８４は、第２部分６６（回転可能要素）に設けられた固定孔５４に固定されている。突起８４は、円柱状をなす主体部８４１と、先端に設けられた円錐状部８４２とを備えている。
図３に示すように、第２連結要素８２は、複数の板要素７１〜７５のうちの軸方向の一方の端の板要素７５に設けられた軸方向Ｘ１に突出したピン状の突起８６と、突起８６が係合するようにハウジング１１の端壁３２（回転不能要素）に設けられ、回転方向Ｃ１に延びる有端の係合溝８７〔図６（ｃ）を参照〕とにより構成されている。

図３に示すように、第３の連結要素８３は、互いに隣接する板要素７１〜７５の一方に設けられ軸方向Ｘ１に突出したピン状の突起８８と、突起８８が係合するように他方の板要素７１〜７５に設けられ、回転方向Ｃ１に延びる有端の係合溝８９〔図６（ｂ）を参照〕とにより構成されている。
端壁３２とその周辺の概略断面図である図８（ａ）に示すように、端壁３２に設けられた係合溝８７は底部８７１を有している。係合溝８７の一対の終端の底部８７１に、例えば接触センサにより構成された操舵方向検出センサ１５ａ，１５ｂが取り付けられている。一方の操舵方向検出センサ１５ａは、一方の規制部８７ａの近傍に配置されて例えば左操舵を検出し、他方の操舵方向検出センサ１５ｂは、他方の規制部８７ｂの近傍に配置されて例えば右操舵を検出する。

板要素７１とその周辺の概略断面図である図７（ａ）に示すように、突起８４の円錐状部８４２の傾斜状の周面により構成されたカム９７と、係合溝８５の両端の一対の規制部８５ａ，８５ｂに設けられた傾斜面からなるカムフォロワ９８とによって、カム機構９９が構成されている。ここで、カム機構とは、カムの表面形状に従って、従動部（カムフォロワ）に所定の運動を与える機械的な連動機構である。

カム機構９９は、回転角規制機構１４による規制角度範囲の一方の終端で、図７（ａ）から図７（ｂ）に示すように、板要素７１の回転を当該板要素７１の軸方向移動に変換して板要素７１を軸方向に押す。また、カム機構９９は、規制角度範囲の他方の終端で、図７（ｃ）から図７（ｄ）に示すように、板要素７１の回転を当該板要素７１の軸方向移動に変換して板要素７１を軸方向に押す。

これにより、図９に示すように、板要素７１〜７５の全体を軸方向の端壁３２（回転不能要素）側へ移動させる働きをする。すなわち、規制角度範囲の一対の終端で、カム機構９９は、板要素７１〜７５のうち、軸方向の一方の端の板要素７５を端壁３２（回転不能要素）側へ移動させる働きをする。
すなわち、規制角度範囲の一方の終端で、図７（ｂ）に示すように板要素７１が軸方向に移動して、図８（ｂ）に示すように軸方向の一方の端の板要素７５が端壁３２（回転不能要素）側へ移動すると、板要素７５に固定された第２連結要素８２の突起８６の頂部８６１が、係合溝８７の底部８７１の対応する操舵方向検出センサ１５ａに接触する。操舵方向検出センサ１５ａから接触信号がＥＣＵ１８に出力され、ＥＣＵ１８は例えば左操舵と判断する。

また、規制角度範囲の他方の終端で、図７（ｄ）に示すように板要素７１が軸方向に移動して、図８（ｃ）に示すように、軸方向の一方の端の板要素７５が端壁３２（回転不能要素）側へ移動すると、板要素７５に固定された第２連結要素８２の突起８６の頂部８６１が、係合溝８７の底部８７１の対応する操舵方向検出センサ１５ｂに接触する。操舵方向検出センサ１５ｂから接触信号がＥＣＵ１８に出力され、ＥＣＵ１８は、例えば右操舵と判断する。

図６（ａ）に示すように、第１連結要素８１では、突起８４が板要素７１の係合溝８５に回転方向Ｃ１にスライド可能に嵌合している。突起８４が、係合溝８５の両端である規制部８５ａ，８５ｂに係合することにより、隣接する要素としての、第２部分６６（回転可能要素）と板要素７１との間の相対回転量が規制される。
また、図６（ｃ）に示すように、第２連結要素８２では、突起８６が、端壁３２（回動不能要素）の係合溝８７に回転方向Ｃ１にスライド可能に嵌合している。突起８６が、係合溝８７の両端である規制部８７ａ，８７ｂに係合することにより、隣接する要素としての、板要素７５と端壁３２との間の相対回転量が規制される。

また、図６（ｂ）に示すように、第３連結要素８３では、突起８８が係合溝８９に回転方向Ｃ１にスライド可能に嵌合している。突起８８が、係合溝８９の両端である規制部８９ａ，８９ｂに係合することにより、隣接する板要素７１〜７５間の相対回転量が規制される。
図３および図４を参照して、板要素７１〜７５は環状板からなり、第１部分６５と出力軸２４との間に配置されている。板要素７１〜７５は、出力軸２４の外周に一体回転可能に嵌合された筒状部材５５（例えばメタルブッシュ等の滑り軸受）の外周５５ａに回転可能に且つ軸方向移動可能に支持されている。板要素７１〜７５は、出力軸２４および第１部分６５に対して相対回転可能である。

図５（ａ）に示すように、板要素７１は、その一方の端面に、第３連結要素８３の突起８８を突出形成し、突起８８を避けた残りの領域に、回転方向Ｃ１に延びる、第１連結要素８１の係合溝８５を形成している。
図５（ｂ）に示すように、各板要素７２〜７４は、その一方の端面に、第３連結要素８３の突起８８を突出形成し、突起８８を避けた残りの領域に、回転方向Ｃ１に延びる、第３連結要素８３の係合溝８９を形成している。

図５（ｃ）に示すように、板要素７５は、その一方の端面に、第２連結要素８２の突起８６を突出形成し、突起８６を避けた残りの領域に、回転方向Ｃ１に延びる、第３連結要素８３の係合溝８９を形成している。
各突起８６，８８は、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、対応する板要素７１〜７５と別体で設けられ、対応する板要素７１〜７５の固定孔５６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、各突起は、対応する板要素７１〜７５と単一の材料で一体に形成されていてもよい。各板要素７１〜７５の少なくとも一方の端面には（本実施の形態では、突起８６，８８が突出する側の端面）に、環状の受け凹部５７が設けられている。

図４に示すように、各受け凹部５７は、対応する摩擦板９２〜９６を受ける。また、各摩擦板９２〜９６の外周が、対応する受け凹部５７の周壁面によって回転可能に支持される。一方、ロータ３１のロータコア６３の第２部分６６には、環状の受け凹部５８が設けられている。摩擦板９１の外周が、受け凹部５８の周壁面によって回転可能に支持される。

図６（ａ）に示すように、第１連結要素８１では、板要素７１の係合溝８５に係合する突起８４の可動範囲（突起８４が係合溝８５の両端の規制部８５ａ，８５ｂ間を可動する範囲）が、隣接要素〔図６（ａ）では図示していない第２部分６６と板要素７１）間の相対回転角がδ１となるように、回転方向Ｃ１に関する係合溝８５の配置範囲を設定してもよい。

図６（ｂ）に示すように、第３連結要素８１では、板要素７２〜７５の係合溝８９に係合する突起８８の可動範囲（突起８８が係合溝８９の両端の規制部８９ａ，８９ｂ間を可動する範囲）が、隣接要素〔隣接する板要素７１〜７５）間の相対回転角がδ１となるように、回転方向Ｃ１に関する係合溝８９の配置範囲を設定してもよい。
また、図６（ｃ）に示すように、第２連結要素８２では、端壁３２（回転不能要素）の係合溝８７に係合する、板要素７５〔図６（ｃ）では図示せず〕の突起８６の可動範囲（突起８６が係合溝８７の両端の規制部８７ａ，８７ｂ間を可動する範囲）を、隣接要素（板要素７５と端壁３２）間の相対回転角がδ２となるように、回転方向Ｃ１に関する係合溝８７の配置範囲を設定してもよい。

この場合、操舵軸９の最大回転角に相当する、回転角規制機構１４による規制角度範囲δmax は、
δmax ＝δ１×４＋δ２
となるので、操舵軸９の回転量を、所望の多回転範囲に規制することが可能となる。例えばδ１が３０６°でδ２が９０°の場合、操舵軸９の回転量が１６２０°（所定角度）内に規制される。ただし、δ１＝δ２であってもよい。

図３および図４に示すように、各摩擦板９１〜９６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。
例えば、摩擦板９１は、第２部分６６（回転可能要素）と板要素７１との間に介在し、両者６６，７１の相対回転に抗する摩擦抵抗を両者６６，７１に与える。各摩擦板９２〜９５は、それぞれ隣接する板要素７１，７２；７２，７３；７３，７４；７４，７５間に介在し、各隣接する板要素７１〜７５の相対回転に抗する摩擦抵抗を各隣接する板要素７１〜７５に付与する。また、摩擦板９６は、板要素７５と押圧板７０との間に介在し、板要素７５および押圧板７０の相対回転に抗する摩擦抵抗を、板要素７５および押圧板７０に付与する。

図３に示すように、付勢部材６９および押圧板７０は、ハウジング１１の端壁３２の内壁面３２ａの環状凹部４４内に収容され、保持されている。付勢部材６９および押圧板７０は環状をなし、出力軸２４の周囲を取り囲んでいる。付勢部材６９には、例えば波板ばねが用いられる。付勢部材６９は、環状凹部４４の底４４ａと押圧板７０との間に介在している。

押圧板７０は、その外周から軸方向に突出する軸方向移動規制要素としての例えば環状の凸部７０１を単一の材料で一体に形成している。環状の凸部７０１の外周は、環状凹部４４の周壁面４４ｂによって、軸方向Ｘ１に移動可能に支持されている。環状の凸部７０１は、波板ばねからなる付勢部材６９を取り囲んでいる。
付勢部材６９は、押圧板７０を摩擦板９６側へ弾性的に付勢することにより、当該押圧板７０（回転不能要素）とロータ６１の第２部分６６（回転可能要素）との間に、板要素７１〜７５および摩擦抵抗付与要素としての摩擦板９１〜９６を含む積層ユニットを弾性的に挟持する。すなわち、付勢部材６９は、積層ユニットの板要素７１〜７５、摩擦板９１〜９６に一括して軸方向の予圧を与える。これにより、各摩擦板９１〜９６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。

また、板要素７１〜７５および摩擦抵抗付与要素としての摩擦板９１〜９６を含む積層ユニットが、ロータ６１の第２部分６６側へ押圧された状態で、凸部７０１と端壁３２（具体的には環状凹部４４の底４４ａ）との間に、隙間が形成されている。
次いで、図１０は、転舵制御に関するＥＣＵ１８の制御の流れを示すフローチャートである。システムが作動すると、まず、ステップＳ１において、ステップＳ１において、各種センサからの信号を入力し、ステップＳ２において、操舵角センサ１２の信号に基づいてフェール（操舵角センサ１２の異常）が発生しているか否かを判定する。

フェールが発生していない場合（ステップＳ２においてＮＯの場合）には、通常モードに移行する。通常モードでは、操舵角センサ１２により検出された操舵角θh に基いて、転舵アクチュエータ４を駆動制御（転舵制御）する。
フェールが発生している場合（ステップＳ２においてＹＥＳの場合）には、フェールモードに移行する。フェールモードでは、操舵方向検出センサ１５ａ（または１５ｂ）により検出された操舵方向に基づいて、その接触センサ１５ａ（または１５ｂ）がオンになっている間、転舵アクチュエータ４を対応する転舵方向へ駆動するように駆動制御（転舵制御）する。

本実施形態によれば、操舵角センサ１２に異常が発生したフェール時に、操舵された操舵部材２がその操舵方向に対応する規制角度範囲の終端まで達するに伴って、対応する操舵方向検出センサ１５ａ（又は１５ｂ）が操舵方向を検出する。その検出された操舵方向に基づいて転舵アクチュエータ４を駆動制御することで、転舵が可能となり、フェールセーフを実現することができる。

操舵方向検出装置としては、回転角規制機構１４が規制角度範囲の一対の終端の何れで操舵部材２の回転角を規制しているかに基づいて操舵方向を検出すればよいので、安価なものを用いることができる。具体的には、操舵方向検出センサ１５ａ，１５ｂとしては、オンオフ式の簡易で安価なセンサ等を用いればよいので、製造コストを安くすることができる。

また、フェール時に操舵された操舵部材２が、その回転方向に対応する規制角度範囲の終端まで達するに伴って、カム機構９９が軸方向の一方の端の板要素７５を軸方向に移動させる。前記軸方向の一方の端の板要素７５の軸方向移動により、対応する操舵方向検出センサ１５ａ（又は１５ｂ）が作動し、規制角度範囲の一対の終端の何れで操舵部材２の回転角が規制されているかに基づいて、操舵方向を検出することができる。

また、フェール時に操舵された操舵部材２が、その回転方向に対応する規制角度範囲の終端まで達するに伴って、第１連結要素８１のカム機構９９が対応する隣接する要素（回転可能要素としての第２部分６６と板要素７１と）の間の間隔を付勢部材６９に抗して拡げる。これにより、第２連結要素８２の例えば係合溝８７の底部８７１に配置された操舵方向検出センサ１５ａ，１５ｂが、突起８６との例えば接触に基づいて操舵方向を検出する。その検出された操舵方向に基づいて転舵アクチュエータ４を駆動制御することで、転舵が可能となり、フェールセーフを実現することができる。

また、カム機構９９が、第１連結要素８１の突起８４に傾斜面からなるカム９７と、係合溝８５の一対の規制部８５ａ，８５ｂに設けられた傾斜面からなるカムフォロワ９８とからなり、回転を軸方向移動に変換する。本実施形態では、カム９７およびカムフォロワ９８の双方を傾斜面により構成したが、カム機構９９のカム９７およびカムフォロワの少なくとも一方が傾斜面であればよい。

また、カム機構９９の傾斜面（カム９７）が形成された円錐状部８４２を有する突起８４を第２部分６６（回転可能要素）に組み付けるときに、円錐状部８４２の向きを考慮する必要がないので、組み立て易い。
また、第２部分６６（回転可能要素）が、第１連結要素８１のカム機構９９を介して、複数の板要素７１〜７４の全体を軸方向に押して、操舵方向検出センサ１５ａ，１５ｂを作動させるので、操舵方向検出センサ１５ａ，１５ｂによる検知の動作が確実となる。

また、操舵部材２の回転軸（出力軸２４）によって同軸的に支持された板要素７１〜７５の軸方向Ｘ１の両側に、回転不能要素（端壁３２）および回転可能要素（第２部分６６）を配置するので、回転角規制機構１４の要素をコンパクトに配置することができ、小型化を達成することができる。
また、操舵部材２に操舵反力を付与する反力モータ１０と回転角規制機構１４を同一のハウジング１１内に収容することにより、ステアバイワイヤ式の車両用操舵装置１において、構造の簡素化、小型化を達成することができる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、例えば、請求項２に関連しして、前記実施形態では、カム機構９９が、全ての板要素７１〜７５を軸方向に移動させたが、これに代えて、カム機構９９が、一部の板要素のみ（単一の板要素であってもよい）を軸方向に移動させてもよい。要は、カム機構９９の動作により、操舵方向検出センサ１５ａ，１５ｂに対向する軸方向の何れか一方の端の板要素７１（または７５）を軸方向に移動させることができればよい。

また、請求項３に関連して、前記実施形態では、操舵方向検出センサ１５ａ，１５ｂが、第２連結要素８２の係合溝８７の底部８７１に配置されて、突起８６の頂部８６１の接触を検知する接触センサであったが、突起８６の頂部８６１の接近を非接触で検出する非接触式のセンサ（赤外線センサ等）であってもよい。また、操舵方向検検出センサが、突起８６の頂部８６１に配置されて、係合溝８７の底部８７１の接近または接触を検知するものであってもよい。また、付勢部材６９は、カム機構９９が対応する板要素を軸方向に押す方向とは反対方向に付勢力を及ぼせばよい。要は、付勢部材６９は、第２連結要素８２の突起８６の頂部８６１と係合溝８７の底部８７１とを離隔させる方向に複数の板要素７１〜７５を付勢できればよい。

また、請求項４に関連して、前記実施形態では、カム機構９９を構成するカム９７およびカムフォロワ９８の双方を傾斜面に形成したが、傾斜面はカム９７およびカムフォロワ９８の何れか一方または双方に形成すればよい。
また、請求項５に関連して、前記実施形態では、カム機構９９のカム９７が設けられる第１連結機構８１の突起８４を所定の要素（回転可能要素としての第２部分６６）に固定していたが、これに代えて、第１連結機構８１の突起８４を所定の要素と単一の部材で一体に形成してもよい。

また、請求項６に関連して、前記実施形態では、カム機構９９を備えた第１連結要素が、回転可能要素（第２部分６６）とこれに対向する板要素７１との間を連結していたが、これに代えて、カム機構９９を備えた第１連結要素が、回転不能要素（端壁３２）とこれに対向する板要素７５との間を連結してもよい。この場合、カム機構９９が全ての板要素７１〜７５を軸方向に移動させるとともに、操舵方向検出センサは、回転可能要素（第２部分６６と）に対向する板要素７１の軸方向移動を検出することになる。また、カム機構９９を備えた第１連結要素が、隣接する板要素７１〜７５間を連結するものであってもよい。この場合、カム機構９９が、一部の板要素のみ（単一の板要素であってもよい）を軸方向に移動させるとともに、操舵方向検出センサは、その移動側の端の板要素７１（または７５）の軸方向を移動を検出することになる。

また、前記実施の形態では、板要素７１〜７５の内周を、操舵軸９（出力軸２４）の外周に嵌合された筒状部材５５の外周５５ａによって支持したが、これに代えて、操舵軸９（出力軸２４）によって板要素７１〜７５の内周を直接支持してもよい（図示せず）。
摩擦抵抗付与要素として、隣接要素間の対向面の少なくとも一方に被覆された摩擦層（図示せず）を用いてもよい。

また、付勢部材６９および押圧板７０が、回転可能要素としての第２部分６６と板要素７１との間に介在していてもよい（図示せず）。
また、板要素７１〜７５をロータ６１の第１部分６５の内周に保持された滑り軸受（図示せず）によって保持してもよい。
その他、本発明は請求項記載の範囲で種々の変更を施すことができる。

１…車両用操舵装置、２…操舵部材、３…転舵輪、４…転舵アクチュエータ、９…操舵軸、９…操舵軸、１０…反力モータ、１１…ハウジング、１２…操舵角センサ、１４…回転角規制機構、１５ａ，１５ｂ…操舵方向検出センサ（操舵方向検出装置）、１８…ＥＣＵ（制御装置）、２２…入力軸、２４…出力軸（操舵部材の回転軸）、３１…ハウジング本体、３２…端壁（回転不能要素）、６１…モータロータ、６２…モータステータ、６３…ロータコア、６５…第１部分、６５ａ…一端、６６…第２部分（回転可能要素）、６９…付勢部材、７１〜７５…板要素、８１…第１連結要素、８２…第２連結要素、８３…第３連結要素（残りの連結要素）、８４…突起、８４１…主体部、８４２…円錐状部、８５…係合溝、８６…突起，８６１…頂部、８７…係合溝、８７１…底部、８８…突起，８９……係合溝、８５ａ，８５ｂ；８７ａ，８７ｂ；８９ａ，８９ｂ…一対の規制部、９１〜９６…摩擦板、９７…カム（傾斜面）、９８…カムフォロワ（傾斜面）、９９…カム機構、Ｘ１…軸方向、Ｃ１…回転方向、θh …操舵角、θw …転舵角、δmax …規制角度範囲

Claims (6)

1. 多回転操作される操舵部材と転舵輪との機械的な連結が解かれた車両用操舵装置において、
   前記操舵部材の操舵角を検出する操舵角センサと、
   前記操舵部材の操舵方向を検出する操舵方向検出装置と、
   前記転舵輪を駆動する転舵アクチュエータと、
   前記操舵部材の回転角を規制角度範囲内に規制する回転角規制機構と、
   前記操舵角センサにより検出された操舵角に基づいて前記転舵アクチュエータを駆動制御する通常モードと、前記操舵角センサに異常が発生したときに、前記操舵方向検出装置により検出された操舵方向に基づいて前記転舵アクチュエータを駆動制御するフェールモードとを有する制御装置と、を備え、
   前記操舵方向検出装置は、前記回転角規制機構が前記規制角度範囲の一対の終端の何れで操舵部材の回転角を規制しているかに基づいて操舵方向を検出する車両用操舵装置。
2. 請求項１において、前記回転角規制機構は、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、前記回転可能要素に前記回転軸の軸方向に対向する回転不能要素と、前記回転可能要素と前記回転不能要素との間に介在し前記回転軸に対して同軸的に回転可能な複数の板要素と、前記回転不能要素、前記複数の板要素およ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それぞれ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と、前記規制角度範囲の一対の終端で所定の板要素の回転を軸方向移動に変換することにより軸方向の一方の端の板要素を軸方向に移動させるカム機構と、を含み、
   前記操舵方向検出装置は、前記規制角度範囲の一対の終端で、前記軸方向の一方の端の板要素の軸方向移動により作動するセンサを含む車両用操舵装置。
3. 請求項２において、複数の連結要素は、前記カム機構を備えた第１連結要素と、前記軸方向の一方の端の板要素とこれに対向する前記回転不能要素および前記回転可能要素の何れか一方とを連結する第２連結要素と、を含み、
   前記複数の連結要素のそれぞれは、前記隣接する要素の一方に設けられた突起と、前記隣接する要素の他方に設けられた係合溝の一対の終端に配置されて前記操舵部材の回転方向に応じて対応する突起に択一的に当接する一対の規制部と、を有し、
   前記操舵方向検出装置としてのセンサは、前記第２連結要素の突起の頂部および係合溝の底部の何れか一方に設けられて、他方の接近または接触を検知し、
   前記回転角規制機構は、前記突起の頂部および前記係合溝の底部の他方と前記操舵方向検出装置とを離隔させる方向に前記複数の板要素を付勢する付勢部材を含む車両用操舵装置。
4. 請求項３において、前記カム機構は、前記第１連結要素の突起および規制部の少なくとも一方に設けられた傾斜面を含む車両用操舵装置。
5. 請求項４において、前記第１連結要素の突起は、前記隣接する要素の一方に組み付けられ、前記傾斜面を有する円錐状部を含む車両用操舵装置。
6. 請求項３から５の何れか１項において、前記第１連結要素は、軸方向の他方の端の板要素とこれに対向する前記回転不能要素および前記回転可能要素の他方とに設けられている車両用操舵装置。

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