JP2013193675A - 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】通常時は、第１状態にある回転角規制機構１４が、操舵部材２の回転角を所定の多回転（第１回転角度幅に相当）の範囲内に規制する。操舵角センサに異常が発生したフェール時に、電磁クラッチ１５（切換え機構）によって、回転角規制機構１４を第２状態に切り換えて、操舵部材２の回転角を第２回転角度幅の範囲内に規制する。操舵部材２が第２回転角度幅の一対の終端の何れに位置するかで、操舵方向を検出する。ＥＣＵ（制御装置）が、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。
【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前記多回転に相当する第１回転角度幅( δmax ）の範囲内に規制する第１状態と、３６０度よりも小さい第２回転角度幅（δ2 ）の範囲内に規制する第２状態とに切換え可能な回転角規制機構（１４）と、前記回転角規制機構を第１状態および第２状態に択一的に切り換える切換え機構（１５）と、前記回転角規制機構が前記第２状態にあるときに、操舵部材が前記第２回転角度幅の一対の終端の何れに配置されているかに基づいて前記操舵部材の操舵方向を検出する操舵方向検出装置（１６）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、前記切換え機構によって前記回転角規制機構を前記第２状態に切り換えた状態で、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（１９）と、を備えた車両用操舵装置を提供する。

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。
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（２４）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、前記回転可能要素および前記回転不能要素の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複数の環状の板要素（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（８０）と、を含み、前記連結要素は、前記隣接する要素の一方に設けられた突起（８１）と、他方に設けられ回転方向に応じて前記突起と択一的に係合する一対の規制部（８２ａ，８２ｂ；８３ａ，８３ｂ）と、を含み、前記切換え機構は、前記複数の板要素を前記回転可能要素に一体回転させるように前記複数の板要素を前記回転可能要素側へ押圧することにより前記回転角規制機構を第２状態に切り換え、前記操舵方向検出装置は、前記回転角規制機構が前記第２状態に切り換えられたときに、前記回転不能要素およびこれに隣接する板要素（７５）の一方に設けられた突起が、他方に設けられた一対の規制部（８３ａ，８３ｂ）の何れと係合するかに基づいて、操舵方向を検出してもよい。

請求項３のように、前記操舵方向検出装置は、前記突起と対応する規制部との接触を検出する接触センサを含んでいてもよい。
請求項４のように、前記切換え機構は、電磁クラッチ（１５）を含み、前記電磁クラッチは、前記回転軸と一体回転し前記回転軸の軸方向に移動不能なクラッチロータ（５３）と、前記回転軸の軸方向に移動して、前記回転不能要素に隣接する前記板要素を前記回転可能要素側へ押圧する押圧部材（５４）と、クラッチロータと押圧部材との間に介在し前記押圧部材を前記回転可能要素側へ付勢する付勢部材（５５）と、前記付勢部材に抗して前記押圧部材とクラッチロータとを吸着する電磁石（５６）と、を含んでいてもよい。

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、回転角規制機構が第２状態に切り換えられる。操舵方向検出装置は、第２状態における操舵部材の規制角度幅（第２回転角度幅に相当）の一対の終端の何れに、操舵部材が位置するかで、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、操舵方向検出装置は、操舵部材が第２回転角度幅の一対の終端の何れに配置されているかを検出すればよい。したがって、操舵方向検出装置として、オンオフ式の簡易なセンサやスイッチを用いることができるので、製造コストを安くすることができる。
さらに、フェール時に、操舵部材を多回転（第１回転角度幅に相当）させるような大きな操舵角で操作する必要がなく、操舵部材を比較的小さい回転角（第２回転角度幅の範囲内）で操作するだけで、左操舵または右操舵に切り換えることができるので、操作性が良い。

請求項２の発明によれば、通常時は、回転不能要素、板要素およ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、操舵部材の回転角を第１回転角度幅の範囲内に規制する。フェール時に、切換え機構によって回転可能要素と複数の板要素とを一体化させると、操舵部材の回転方向に応じて、回転不能要素に隣接する板要素が第２回転角度幅の範囲内で回転し、対応する規制部に突起が係合する。この係合に基づいて操舵方向を容易に検出することができる。

請求項３の発明によれば、操舵方向検出装置として、安価な接触センサを用いることにより、製造コストを安くすることができる。
請求項４の発明によれば、電磁クラッチをオフすると、付勢部材により付勢された押圧部材が複数の板要素を回転可能要素側へ付勢することにより、複数の板要素と回転可能要素とを容易に一体化させることができ、その結果、回転角規制機構を第２状態に切り換えることができる。

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る。 回転角規制機構の分解斜視図である。 回転角規制機構の板要素の断面図である。 （ａ）は板要素の係合溝に係合する突起の可動範囲を説明する概略図であり、（ｂ）は回転不能要素としての端壁の係合溝に係合する突起の可動範囲（第２回転角幅に相当）を説明する概略図である。 摩擦板の要部の拡大断面図である。 転舵制御の流れを示すフローチャートである。 フェール時の回転角規制機構とその周辺の断面図である。

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、切換え機構としての電磁クラッチ１５と、操舵方向検出装置としての操舵方向検出センサ１６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所定角度内に規制する。

具体的には、回転角規制機構１４は、操舵部材２の回転角を前記多回転に相当する第１回転角度幅（後述するδmax であり、例えば１６２０°）の範囲内に規制する第１状態と、３６０°よりも小さい第２回転角度幅（後述するδ2 であり、例えば３０°〜１２０°のなかの所定値。例えば９０°）の範囲内に規制する第２状態とに切換え可能とされている。回転角規制機構１４の第１状態と第２状態とは、切換え機構としての電磁クラッチ１５によって、択一的に切り換えられるようになっている。操舵方向検出センサ１６は、回転角規制機構１４が前記第２状態にあるときに、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１７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１８が設けられている。
前記のセンサ類１２，１３，１６〜１８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ＥＣＵ１９(Electronic Control Unit) に入力されるようになっている。

ＥＣＵ１９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１８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１７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、ＥＣＵ１９は、センサ類１２〜１７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、ＥＣＵ１９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。

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とトーションバー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（操舵部材２の回転軸に相当）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の一端面と、出力軸２４の外周に形成された位置決め段部４８との間に、電磁クラッチ１５（切換え機構）の後述するクラッチロータ５３の内端が挟持されることにより、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。ＥＣＵ１９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モータロータ６１と、モータロータ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モータステータ６２とを備えている。モータロータ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、モータロータ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８０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。

切換え機構としての電磁クラッチ１５は、回転角規制機構１４を第１状態（回転角規制機構１４の規制する回転角が第１回転角度幅δmax である状態）と、第２状態（回転角規制機構１４の規制する回転角が第２回転角度幅δ2 である状態）とに切り換える。
電磁クラッチ１５は、環状のクラッチロータ５３と、環状の押圧部材５４と、圧縮コイルばね又は皿ばねからなる付勢部材５５と、電磁石５６とを備えている。クラッチロータ５３は、出力軸２４に一体回転可能に且つ軸方向Ｘ１に移動不能に支持されている。具体的には、クラッチロータ５３は、出力軸２４の他端２４ｂの外周に嵌合されている。クラッチロータ５３の径方向の内端は、出力軸２４の位置決め段部４２と第３軸受２７の内輪４７との間に挟持されている。

押圧部材５４は、出力軸２４の軸方向Ｘ１に移動可能に支持されている。押圧部材５４は、端壁３２（回転不能要素）に隣接する板要素７５をモータロータ６１（回転可能要素）側へ押圧する。付勢部材５５は、クラッチロータ５３と押圧部材５４との間に介在し、押圧部材５４をモータロータ６１（回転可能要素）側へ付勢する。
電磁石５６は、付勢部材５５に抗して押圧部材５４とクラッチロータ５３とを吸着する。電磁石５６は、図示していないが、鉄心にコイルを巻回して構成されている。

図３および図４に示すように、各連結要素８０は、それぞれ対応する隣接要素の一方に設けられ軸方向Ｘ１に突出したピン状の突起８１と、突起８１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８２，８３とにより構成されている。
図６（ａ），（ｂ）に示すように、各突起８１が、対応する係合溝８２，８３の両端である規制部８２ａ，８２ｂ；８３ａ，８３ｂに係合することにより、隣接する要素間の相対回転量が規制される。

図３および図４を参照して、板要素７１〜７５は共通の環状板からなり、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８５（例えばメタルブッシュ等の滑り軸受）の外周８５ａ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。

各板要素７１〜７５は、その一方の端面に突起８１を突出形成し、突起８１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８２を形成している。また、ハウジング１１の端壁３２（回転不能要素）は、回転方向Ｃ１に延びる有端の係合溝８３を形成している。
各突起８１は、図５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８６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８１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８１が突出する側の端面）に、環状の受け凹部８７が設けられている。

図４に示すように、各受け凹部８７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８７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８８が設けられている。摩擦板９１の外周が、受け凹部８８の周壁面によって回転可能に支持される。

図３および図４に示すように、第２部分６６（回転可能要素）に設けられた突起８１が、板要素７１に設けられた回転方向Ｃ１に有端の係合溝８２にスライド可能に嵌合する。また、各板要素７１〜７４に設けられた突起８１が、それぞれ隣接する板要素７２〜７５に設けられた係合溝８２にスライド可能に嵌合する。また、板要素７５に設けられた突起８１が、ハウジング１１の端壁３２（回転不能要素）に設けられた係合溝８３にスライド可能に嵌合する。

図６（ａ）に示すように、各板要素７１〜７５の係合溝８２に係合する突起８１の可動範囲（突起８１が係合溝８２の両端の規制部８２ａ間を可動する範囲）が、隣接要素間の相対回転角がδ1 となるように、回転方向Ｃ１に関する係合溝８２の配置範囲が設定されている。また、図６（ｂ）に示すように、端壁３２（回転不能要素）の係合溝８３に係合する突起８１の可動範囲（突起８１が係合溝８３の両端の規制部８３ａ間を可動する範囲）を、隣接要素間の相対回転角がδ2 （第２回転角度幅に相当）となるように、回転方向Ｃ１に関する係合溝８３の配置範囲が設定されている。

この場合、通常時の操舵部材２（操舵軸９）の回転角度幅である第１回転角度幅δmax は、
δmax ＝δ1 ×４＋δ2
である。例えばδ1 が３０６°でδ2 が９０°の場合、通常時の操舵部材２の回転角が、第１回転角度幅（δmax ＝１６２０°）の範囲内に規制され、フェール時の操舵部材２の回転角が、第２回転角度幅（δ2 ＝９０°）の範囲内に規制されることになる。

板要素７１〜７５としては共通のものを用い、端壁３２の係合溝８３の配置範囲を、板要素７１〜７５の係合溝８２の配置範囲と異ならせることで、コストダウンを図りつつ、操舵部材２（操舵軸９）の回転量の規制範囲を容易に設定することができる。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と電磁クラッチ１５の押圧部材５４との間に介在し、板要素７５および押圧部材５４の相対回転に抗する摩擦抵抗を、板要素７５および押圧部材５４に付与する。

図３に示すように、電磁クラッチ１５の付勢部材５５および押圧部材５４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５５および押圧部材５４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５５には、例えば、図示の圧縮コイルばねや波板ばね（図示せず）が用いられる。付勢部材５５は、クラッチロータ５３と押圧部材５４との間に介在している。

押圧部材５４の外周は、環状凹部４４の周壁面４４ａによって、軸方向Ｘ１に移動可能に支持されている。押圧部材５４は、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５４１を単一の材料で一体に形成している。凸部５４１は電磁石５６に軸方向Ｘ１に対向している。環状の凸部５４１は、付勢部材５５の一部の周囲を取り囲んでいる。

付勢部材５５は、押圧部材５４を摩擦板９６側へ弾性的に付勢することにより、当該押圧部材５４とモータロータ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５５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付勢力を与える。この付勢力は、各摩擦板９１〜９６がこれに接する部材を一体回転させることができる大きさに設定されている。

一方、図７に示すように、各摩擦板９１〜９６は、一対の金属板９７と、一対の金属板９７間に挟持された例えばゴム板からなる弾性板９８とを備えた積層構造を形成している。図３に示した通常時は、電磁クラッチ１５がオンされている（励磁されている）ため、押圧部材５４が電磁石５６に吸着されている。したがって、付勢部材５５の付勢力は、各摩擦板９１〜９６に負荷されておらず、各摩擦板９１〜９６の弾性板９８は微小量だけ圧縮された状態にある。これにより、各摩擦板９１〜９６の弾性板９８の弾性反発力（付勢力）は、各摩擦板９１〜９６が、対応する板要素７１〜７５間の相対回転を許容する適度な摩擦力を発生できる大きさに設定されている。

図９に示すフェール時には、電磁クラッチ１５がオフされるため、付勢部材５が、押圧部材５４を電磁石５６から離隔させて、その押圧部材５４および摩擦板９６を介して板要素７５を強く押圧する。これにより、各摩擦板９１〜９６の弾性板９８が弾性圧縮されて、全ての板要素７１〜７５がモータロータ６１の第２部分６６（回転可能要素）に一体化される。すなわち、フェール時に、操舵部材２が操舵されると、全ての板要素７１〜７５と第２部分６６（回転可能要素）が一体回転し、板要素７５に設けられた突起８１が、図６（ｂ）に示すように、端壁３２（回転不能要素）の係合溝８３の一対の終端である一対の規制部８３ａ，８３ｂの何れかに当接する。

操舵方向検出センサ１６は、一対の規制部８３ａ，８３ｂにそれぞれ設けられた一対の接触センサ１６ａ，１６ｂにより構成されている。すなわち、板要素７５の突起８１が一方の規制部８３ａに接触したことを一方の接触センサ１６ａが検出すると、ＥＣＵ１９が左操舵を検出する。逆に、板要素７５の突起８１が他方の規制部８３ｂに接触したことを他方の接触センサ１６ｂが検出すると、ＥＣＵ１９が右操舵を検出する。

次いで、図８はＥＣＵ１９の主たる制御の流れを示している。システムが作動すると、まず、ステップＳ１において、電磁クラッチ１５（切換え機構）の電磁石５６を励磁し、回転角規制機構１４による規制角度を第１回転角度幅δmax に設定する。 次いで、ステップＳ２において、各種センサからの信号を入力し、ステップＳ３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Ｓ３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Ｓ３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、ステップＳ５において、電磁クラッチ１５（切換え機構）の電磁石５６を非励磁とし、回転角規制機構１４によるり規制角度を第２回転角幅δ2 に設定する。次いで、ステップＳ６において、操舵方向検出センサ１６の一対の接触センサ１６ａ，１６ｂにより検出された操舵方向に基づいて、その接触センサ１６ａ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。

本実施の形態によれば、操舵角センサ１２に異常が発生したフェール時に、回転角規制機構１４が第２状態に切り換えられる。操舵方向検出センサ１６は、第２状態における操舵部材２の規制角度幅（第２回転角度幅δ2 に相当）の一対の終端の何れに、操舵部材２が位置するかで、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、ＥＣＵ１９が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、操舵方向検出センサ１６は、操舵部材２が第２回転角度幅δ2 の一対の終端の何れに配置されているかを検出すればよいので、操舵方向検出センサ１６として、例えば接触センサ１６ａ，１６ｂ等のオンオフ式の安価なセンサやスイッチを用いることができ、その結果、製造コストを安くすることができる。
さらに、フェール時に、操舵部材２を多回転（第１回転角度幅δmax に相当）のような大きな操舵角で操作する必要がなく、操舵部材２を比較的小さい回転角（第２回転角度幅δ2 の範囲内）で操作するだけで、左操舵または右操舵に切り換えることができるので、操作性が良い。

また、通常時は、回転不能要素（端壁３２）、板要素７１〜７５および回転可能要素（ロータコア６３の第２部分６６）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、操舵部材２の回転角を第１回転角度幅δmax の範囲内に規制する。フェール時に、切換え機構（電磁クラッチ１５）によって回転可能要素（第２部分６６）と複数の板要素７１〜７５とを一体化させると、操舵部材２の回転方向に応じて、回転不能要素（端壁３２）に隣接する板要素７５が第２回転角度幅δ2 の範囲内で回転し、対応する規制部８３ａ，８３ｂに突起が係合する。この係合に基づいて操舵方向を容易に検出することができる。

また、電磁クラッチ１５をオフすると、付勢部材５５により付勢された押圧部材５４が複数の板要素７１〜７５を回転可能要素（第２部分６６）側へ付勢することにより、複数の板要素７１〜７５と回転可能要素（第２部分６６）とを容易に一体化させることができ、その結果、回転角規制機構１４を第２状態に切り換えることができる。
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、前記実施形態では、板要素７５に突起８１を設け、端壁３２（回転不能要素）に係合溝８３を設けていたが、これに代えて、端壁３２（回転不能要素）に設けられた突起を板要素７４に設けられた係合溝に係合させてもよい。

また、前記実施形態では、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８５の外周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）。
また、板要素７１〜７５をモータロータ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、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、１５…電磁クラッチ（切換え機構）、１６…操舵方向検出センサ（操舵方向検出装置）、１６ａ，１６ｂ…接触センサ、１９…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）、５３…クラッチロータ、５４…押圧部材、５５…付勢部材、５６…電磁石、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）、７１〜７５…板要素、８０…連結要素、８１…突起、８２，８３…係合溝、８２ａ，８２ｂ；８３ａ，８３ｂ…一対の規制部、９１〜９６…摩擦板、９７…金属板、９８…弾性板、Ｘ１…軸方向、Ｃ１…回転方向、θh …操舵角、θw …転舵角、δmax …第１回転角度幅、δ2 …第２回転角度幅

Claims (4)

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前記多回転に相当する第１回転角度幅の範囲内に規制する第１状態と、３６０度よりも小さい第２回転角度幅の範囲内に規制する第２状態とに切換え可能な回転角規制機構と、
   前記回転角規制機構を第１状態および第２状態に択一的に切り換える切換え機構と、
   前記回転角規制機構が前記第２状態にあるときに、操舵部材が前記第２回転角度幅の一対の終端の何れに配置されているかに基づいて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、前記切換え機構によって前記回転角規制機構を前記第２状態に切り換えた状態で、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、を備えた車両用操舵装置。
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、前記回転可能要素および前記回転不能要素の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複数の環状の板要素と、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、
   前記連結要素は、前記隣接する要素の一方に設けられた突起と、他方に設けられ回転方向に応じて前記突起と択一的に係合する一対の規制部と、を含み、
   前記切換え機構は、前記複数の板要素を前記回転可能要素に一体回転させるように前記複数の板要素を前記回転可能要素側へ押圧することにより前記回転角規制機構を第２状態に切り換え、
   前記操舵方向検出装置は、前記回転角規制機構が前記第２状態に切り換えられたときに、前記回転不能要素およびこれに隣接する板要素の一方に設けられた突起が、他方に設けられた一対の規制部の何れと係合するかに基づいて、操舵方向を検出する車両用操舵装置。
3. 請求項２において、前記操舵方向検出装置は、前記突起と対応する規制部との接触を検出する接触センサを含む車両用操舵装置。
4. 請求項２または３において、前記切換え機構は、電磁クラッチを含み、
   前記電磁クラッチは、前記回転軸と一体回転し前記回転軸の軸方向に移動不能なクラッチロータと、前記回転軸の軸方向に移動して、前記回転不能要素に隣接する前記板要素を前記回転可能要素側へ押圧する押圧部材と、クラッチロータと押圧部材との間に介在し前記押圧部材を前記回転可能要素側へ付勢する付勢部材と、前記付勢部材に抗して前記押圧部材とクラッチロータとを吸着する電磁石と、を含む車両用操舵装置。

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