JP2018030432A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クラッチ装置を保護しつつ、故障の予見性を得られる車両用操舵装置を提供する。
【解決手段】車両１の操舵車輪３を転舵するための転舵部５と、ユーザによる操向ハンドル９の操舵に対して反力を付与する操舵反力アクチュエータ１３を有する操舵部７とを備える車両用操舵装置である。この操舵部７および転舵部５の間には機械的に連結状態とし、または切離状態とする動作を行うクラッチ装置１１を備える。また、操舵反力アクチュエータ１３とクラッチ装置１１との間には、過度の荷重の入力により捻じれ変形して、荷重がクラッチ装置１１に伝達されないようにするメカニカルヒューズ１５が設けられている。このメカニカルヒューズ１５には、側面部１５ａにけがき線１６が描かれている。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用操舵装置に関する。

車両用操舵装置としては、電動パワーステアリングに適用されているものが知られている（たとえば、特許文献１参照）。
このようなものでは、入力側軸のハンドルと連結されるステアリングシャフトおよび出力軸側の従動歯車には、それぞれキー溝および窪みが対向するように形成されている。これらのキー溝および窪みには、半月形状のキーが挿入されていて、このキーを介してステアリングシャフトおよび従動歯車が連結されている。

このキーは、ステアリングシャフトと従動歯車との間に所定値以上のせん断荷重が作用すると破壊する。
キーの破壊により、入力側軸と出力側軸との間の連結状態は解除されて、出力側軸に連結された歯車等の構成部品が過大な入力トルクから保護される。

特開平７−１１７６９０号公報

従来の車両用操舵装置では、操舵力伝達経路に負荷が蓄積されているのか否かが不明であり、キーが破壊するまで過負荷状態であることを知ることができない。
このため、破壊する前に部品を交換する等、故障を発生させないように対策を施すことはできなかった。
本発明は、クラッチ装置を保護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。

本発明は、車両の操舵車輪を転舵するための転舵部と、ユーザによる操向ハンドルの操舵に対して反力を付与する操舵反力アクチュエータを有する操舵部と、操舵部および転舵部の間を機械的に連結状態とし、または切離状態とする動作を行うクラッチ装置とを備え、操舵反力アクチュエータとクラッチ装置との間にトルクリミッタを設けた車両用操舵装置を特徴とする。

本発明によれば、クラッチ装置を保護することができる車両用操舵装置が提供される。

本発明の実施形態にかかる車両用操舵装置で、全体の構成を示す斜視図である。 実施形態の車両用操舵装置に用いられるクラッチ装置の構成を説明するクラッチ内部の斜視図である。 実施形態のクラッチ装置に用いられるプラネタリギヤ機構のスケルトン図である。 実施形態のクラッチ装置で、ロックレバーがロック用歯車に係合または離反している状態を示す模式的な平面図である。 実施形態のクラッチ装置で、けがき線が描かれた部分を示すメカニカルヒューズの側面図である。 実施形態のクラッチ装置で、捻じれ変形したメカニカルヒューズの側面図である。 実施形態の車両用操舵装置で、メカニカルヒューズの許容トルクの設定について説明するグラフである。 実施形態の車両用操舵装置で、メカニカルヒューズのコラムジオメトリによるトルク変動について説明するグラフである。 変形例の車両用操舵装置で、要部の模式的な断面図である。 変形例の車両用操舵装置で、トルクリミッタに加わる負荷の積算処理を説明するフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態について図面を用いて説明する。
［ステアバイワイヤの概要］
図１は、本実施形態にかかる車両用操舵装置で、全体の構成を示す斜視図である。

この実施形態の車両１には、車体に設けられた操舵車輪３，３を転舵するための転舵部５と、ユーザによって、操向ハンドル９を用いた操舵が行われる操舵部７と、クラッチ装置１１とが備えられている。

このうち、転舵部５は、転舵軸２５と、ラック軸２７と、転舵モータ２９と、転舵モータ２９の回転力をベルト等を介してラック軸２７の軸方向の直線的な動きに変換する転舵機構３１と、を有している。

また、操舵部７は、コラムシャフト部を構成し、操向ハンドル９の操舵を伝達する操舵軸１７と、このコラムシャフト部に操舵反力を与える操舵反力アクチュエータ１３とを有している。このうち、操舵軸１７は、操向ハンドル９の回転をクラッチ装置１１に伝達する。
操舵反力アクチュエータ１３は、操舵反力モータ２３および操舵角センサ４５を含んでいる。そして、操舵反力アクチュエータ１３は、ユーザによる操向ハンドル９の操舵に対して反力を付与するように構成されている。

［クラッチ機構］
さらに、クラッチ装置１１は、操舵部７および転舵部５の間を機械的に連結状態とし、または切離状態とする動作を行うように構成されている。

図２は、この実施形態の車両用操舵装置に用いられるクラッチ装置１１の構成を説明するクラッチ内部の斜視図である。また、図３は、実施形態のクラッチ装置１１に用いられる遊星歯車機構１２のスケルトン図である。
このクラッチ装置１１は、主に遊星歯車機構１２と、ロック装置３５とを備える。
このうち、遊星歯車機構１２は、リングギヤ１２ａと、プラネタリギヤ１２ｂと、サンギヤ１２ｃと、プラネタリキャリア部材１２ｄとを有して主に構成されている。

リングギヤ１２ａは、操舵軸１７の側端部に固定されて、操舵軸１７と一体に回転するように構成されている。サンギヤ１２ｃは、転舵軸２５と同軸の回転軸周りに回転自在となるように設けられている。
プラネタリギヤ１２ｂは、サンギヤ１２ｃおよびリングギヤ１２ａのそれぞれに係合するようにサンギヤ１２ｃの周囲に所定の間隔を置いて複数設けられている。
これらの複数のプラネタリギヤ１２ｂは、転舵軸２５と一体に回転するプラネタリキャリア部材１２ｄに対して回転自在となるように軸支されている。

このため、サンギヤ１２ｃが回転自在となる状態では、操向ハンドル９の回転が転舵軸２５に伝達されない。
そして、サンギヤ１２ｃを固定することにより、操舵軸１７から入力される回転力は、プラネタリギヤ１２ｂおよびプラネタリキャリア部材１２ｄを介して、所定の減速比で減速されて転舵軸２５に伝達される。

［ロック装置］
図４は、この実施形態のクラッチ装置１１に用いられるロック装置３５で、ロックレバー３９ａ，３９ｂがロック用歯車３３に係合または離反している状態を示す模式的な平面図である。

この実施形態のクラッチ装置１１には、ロック用歯車３３の回転を停止または回転自在とするロック装置３５が備えられている。

すなわち、ロック装置３５は、ロック用歯車３３と、ロックピン３８ａまたは３８ｂを駆動する電磁ソレノイド３７，３７と、係合部材としての二対のロックレバー３９ａ，３９ａおよび３９ｂ，３９ｂと、付勢手段としてのスプリング部材３６，３６とを有している。

このうち、ロック用歯車３３は、外歯歯車形状を呈すると共に、接続筒部３４を介してサンギヤ１２ｃと一体となるように設けられている（図３参照）。
また、ロックレバー３９ａ，３９ｂは、それぞれ湾曲形成されたフック状を呈するとともに、フックの先端には、ロック用歯車３３の歯溝に係合可能な大きさを有する係合爪部３９ｃ，３９ｄが形成されている。
これらの各対のロックレバー３９ａ，３９ａおよび３９ｂ，３９ｂは、両フックの先端に位置する係合爪部３９ｃ，３９ｃおよび係合爪部３９ｄ，３９ｄ間が近接離反方向に移動するようにそれぞれ回動可能に軸支されている。

さらに、スプリング部材３６，３６によって、これらの各対のロックレバー３９ａ，３９ｂの係合爪部３９ｃ，３９ｃ間および３９ｄ，３９ｄ間は、ロック用歯車３３の歯溝に係合する方向に付勢されている。
また、これらのロックレバー３９ａ，３９ｂの後端部３９ｅ，３９ｆには、電磁ソレノイド３７，３７の各ロックピン３８ａ，３８ｂの先端面がそれぞれ当接されている。

そして、電磁ソレノイド３７，３７の駆動により、各ロックピン３８ａ，３８ｂが係合爪部３９ｃ，３９ｃおよび３９ｄ，３９ｄの後端部３９ｅ，３９ｆを押圧する。
各ロックピン３８ａ，３８ｂによる押圧により、それぞれの対となるロックレバー３９ａ，３９ａおよび３９ｂ，３９ｂは、軸支されている部分を回転中心として係合爪部３９ｃ，３９ｃおよび係合爪部３９ｄ，３９ｄ間を拡開させるように回動する。
係合爪部３９ｃ，３９ｄは、ロック用歯車３３の歯溝から離反して、係合が解除されることによりロック用歯車３３は、回転自在となる。このため、ロック用歯車３３と一体に設けられたサンギヤ１２ｃも回転自在となる。

また、電磁ソレノイド３７，３７の駆動を停止させると、各ロックピン３８ａ，３８ｂは係合爪部３９ｃ，３９ｃおよび３９ｄ，３９ｄを押圧しなくなる。
このため、ロックレバー３９ａ，３９ａおよび３９ｂ，３９ｂは、軸支されている部分を回転中心としてスプリング部材３６，３６の付勢力によって、係合爪部３９ｃ，３９ｃおよび係合爪部３９ｄ，３９ｄ間を狭めるように回動する。
係合爪部３９ｃ，３９ｄは、ロック用歯車３３の歯溝に係合されると、ロック用歯車３３が回転不能となり停止する。このため、ロック用歯車３３と一体に設けられたサンギヤ１２ｃは、固定される。

電磁ソレノイド３７は、制御部４０に接続されている（図１参照）。そして、各電磁ソレノイド３７は、制御部４０からの制御信号を受けて、駆動もしくは駆動を停止させてロックピン３８ａおよび３８ｂを挿抜方向へ移動させるように構成されている。
すなわち、制御部４０からの制御信号により励磁電流が供給されていない状態では、電磁ソレノイド３７は、ロックピン３８ａまたは３８ｂを駆動させない。このため、スプリング部材３６，３６の付勢力によって、係合状態が維持される。

また、制御部４０からの制御信号により励磁電流が供給されている状態では、電磁ソレノイド３７が駆動してロックピン３８ａまたは３８ｂを抜出方向に移動させて、係合状態を解除することができる。
このように、制御部４０は、同じ制御信号を用いて２つの電磁ソレノイド３７，３７を駆動する。２つの電磁ソレノイド３７，３７は、各ロックピン３８ａまたは３８ｂを駆動して、４箇所の係合爪部３９ｃ，３９ｃおよび３９ｄ，３９ｄを同時にロック用歯車３３の歯溝へ係合または係合を解除させることができる。

ここでは、理解を容易なものとするため、図４中、上方に示す電磁ソレノイド３７は、ロックレバー３９ａ，３９ａの係合爪部３９ｃ，３９ｃをロック用歯車３３の歯溝に係合させている様子を示している。
また、図４中、下方に示す電磁ソレノイド３７では、係合爪部３９ｄ，３９ｄによるロック用歯車３３の歯溝への係合が解除されている様子を示している。
これらの２つの電磁ソレノイド３７，３７には、制御部４０から励磁または励磁の停止を示す制御信号が出力されて、係合および係合解除が同時に行われるようにしてもよい。

そして、制御部４０は、制御信号を用いて、係合爪部３９ｃ，３９ｄをロック用歯車３３の歯溝に係合させることにより、クラッチ装置１１の前後に位置する操舵軸１７と、転舵軸２５とを遊星歯車機構１２を介して連結させることができる。

また、制御部４０は、制御信号を用いて、係合爪部３９ｃ，３９ｄのロック用歯車３３の歯溝への係合を解除することにより、操舵軸１７を転舵軸２５から独立させて、操向ハンドル９を回転自在な状態とすることができる。

［ＳＢＷシステムの課題］
近年の車両では、ユーザによる操向ハンドル９等の操舵部７における操舵量を、電線を媒介する電気信号に変換して操舵車輪３に伝達して、転舵させるステアバイワイヤ（Steer-by-Wire）式の操舵システム（以下、ＳＢＷシステムとも記す。）を採用したものがある。
ＳＢＷシステムでは、ユーザによる操向ハンドル９の操作方向および操作量が操舵部にて電気信号に変換されて、操舵意図として転舵用モータを含む転舵装置に与えられる。
転舵装置では、電気信号に従って転舵用モータを駆動することにより、ユーザの操舵意図に応じた操舵車輪の転舵を行う。ＳＢＷシステムによるステアバイワイヤ制御では、操向ハンドルの回転に対する操舵車輪の転舵角度の比（以下、転舵比とも記す。）を車速等に応じて容易に変更することができる。

このようなＳＢＷシステムには、非常時に操向ハンドル側と転舵装置とを直結するバックアップクラッチ（以下、クラッチ装置とも記す。）１１が設けられている。
このクラッチ装置１１は、操舵部７の側の操舵軸１７と転舵部５の側の転舵軸２５との間を機械的に切離し及び連結させる動作を行うものである。これにより、機械的に切り離された転舵装置は、操舵意図が含まれる電気信号に従って操舵車輪を転舵することができる。
また、操舵角センサ４５およびラック位置センサ４７などの異常、故障等が検出された場合は、クラッチ装置１１によって操舵部７の側の操舵軸１７と転舵部５の側の転舵軸２５とが機械的に接続されて、ユーザによる操向ハンドル９の操舵を継続させることができる。

クラッチ装置１１は、転舵部５と操舵部７との間を確実に連結して、滑りなどの相対移動が起こらないように接続される。このため、反力用モータまたは転舵用モータの回転駆動が継続し、クラッチ装置１１が連結されると、モータの慣性がクラッチ装置１１の係合部分に集中して加わる場合がある。
特にユーザの操作力に操舵反力アクチュエータのモータの慣性力が加わるコラムＥＰＳモードの状態では、係合部分に応力が集中して、クラッチ装置１１を破損させてしまう虞があった。
また、クラッチ装置１１の内部は、外部から視認しにくく、部品の破損度合いを把握することは困難であった。
［トルクリミッタ］

そこで、この実施形態では、図１に示すように、操舵反力アクチュエータ１３とクラッチ装置１１との間には、後述するトルクリミッタとしてのメカニカルヒューズ１５が設けられている。この実施形態のメカニカルヒューズ１５は、コラムシャフトのうち、中間軸（インタミディエイトシャフト）に相当する部分に設けられて、上，下側ステアリングジョイント４１，４２の間を連結している。

図５は、実施形態のクラッチ装置１１で、目印となる線としてのけがき線が描かれた部分を示すメカニカルヒューズ１５の側面図である。
この実施形態では、上側ステアリングジョイント４１が接続される入力側４１ａと、下側ステアリングジョイント４２が接続される出力側４２ａとの間には、転舵力を伝達するメカニカルヒューズ１５が設けられている。

このメカニカルヒューズ１５は、略円柱状を呈し、長手方向の略中央部分を他の部分の直径と比較して小径として脆弱部を形成している。そして、クラッチ装置１１に加わる荷重が破壊に至る所定の荷重を超えないように、メカニカルヒューズ１５がこの脆弱部から変形する所定の許容トルクが設定されている。
この実施形態のメカニカルヒューズ１５の許容トルクは、ロックレバー３９ａ，３９ｂの強度よりも低くなるように構成されている。上側ステアリングジョイント４１の入力側４１ａと、下側ステアリングジョイント４２の出力側４２ａとの間の比較的見やすい位置に設けられたメカニカルヒューズ１５の変形度合によりクラッチ装置１１への荷重履歴を推定することができる。

この実施形態のメカニカルヒューズ１５の捻じれ変形が発生するねじれ許容トルクは、ロックレバー３９ａ，３９ｂの耐荷重およびメカニカルヒューズ１５の断裂が生じる許容トルクよりも更に低い値に設定されている。
このため、メカニカルヒューズ１５に加わる荷重が捻じれ変形が発生するねじれ許容トルクを上回ると、他の部分に先んじて入力側４１ａと出力側４２ａとの回転方向の相対位置がズレるような捻じれ変形を開始する。

このため、この実施形態のメカニカルヒューズ１５の側面部１５ａの視認可能な部分には、一本のけがき線１６が直線状に描かれている。このけがき線１６は、メカニカルヒューズ１５の略全長に渡り、入力側４１ａと出力側４２ａとの間を接続するように跨って、軸方向に沿って平行に設けられている。

図６は、実施形態のクラッチ装置１１で、捻じれ変形したメカニカルヒューズ１５の側面図である。
クラッチ装置１１にねじれ許容トルクを上回る荷重が加わると、上，下側ステアリングジョイント４１，４２間に接続されたメカニカルヒューズ１５（図１参照）が捻じれ変形する。

そして、メカニカルヒューズ１５の捻じれ変形とともに、側面部１５ａに描かれたけがき線１６（１６ａ）もつられて捻じれ線状に曲がる。
けがき線１６は、コラムシャフトの中間軸に相当するメカニカルヒューズ１５の視認しやすい側面部１５ａに設けられている。
このため、ユーザは、けがき線１６の捻じれ度合いを見て、ねじれ許容トルクを上回る荷重が加わった履歴を知ることができる。

しかも、１回のメカニカルヒューズ１５の捻じれ変形は、複数回の変形が積み重なり変形量が増大する場合がある。このような複数回、荷重が作用した履歴は、けがき線１６の捻じれ変形量の増大として現れる。
このため、この実施形態のメカニカルヒューズ１５のけがき線１６（１６ａ）の捻じれ度合いを見れば、クラッチ装置１１に入力された荷重履歴があるていど推定でき、クラッチ装置１１のメンテナンス時期を判断することが出来る。

図７は、実施形態の車両用操舵装置で、メカニカルヒューズ１５の許容トルクの設定について説明するグラフである。
この実施形態のクラッチ装置１１のロックレバー３９ａ，３９ｂの設計荷重として与えられるクラッチ許容トルクは、たとえばＮ１（Ｎ・ｍ）以上である。
これに対して、メカニカルヒューズ１５が破断するヒューズ設定トルクは、Ｎ１（Ｎ・ｍ）よりも小さく、たとえばＮ２（Ｎ・ｍ）に設定されている。クラッチ許容トルクＮ１は、ヒューズ設定トルクＮ２よりも＋２５％以上であることが好ましい。

また、メカニカルヒューズ１５が変形を開始するねじれ許容トルクＮ３は、このヒューズ設定トルクＮ２（Ｎ・ｍ）よりも低く設定されている。そして、マニュアルモードまたはコラムＥＰＳモード時に加わる正常な転舵力Ｎ４（Ｎ・ｍ）によっては変形を開始しない大きさに設定されている。

このように、この実施形態の車両用操舵装置では、クラッチ装置１１の破壊よりも先にメカニカルヒューズ１５が捻じれ変形する。
また、ロック状態となっているクラッチ装置１１に加わる負荷が破壊に至る所定の荷重を超える前に、メカニカルヒューズ１５は破壊して、荷重がクラッチ装置１１に伝達されないようにする。これによりクラッチ装置１１を保護することができる。

図８は、実施形態の車両用操舵装置で、メカニカルヒューズ１５のコラムジオメトリによるトルク変動について説明するグラフである。
図８に示すグラフでは、ピーク付近で２５％前後のトルク変動値を示している。このため、ヒューズ設定トルクは、ジョイント角によるトルク変動分とバラツキ分によるトルク変動部とを考慮して上下２５％の余裕が与えられている。

そして、ヒューズ設定トルクから、コラム不等速によるトルク変動の最大値２５％を加味してクラッチ許容トルクを設定している。ここで、例えば、ジョイント角度による影響が２２％、バラツキによる影響が約＋３％として、約２５％の余裕代を設定している。
しかしながら、特にこれに限らず、余裕代は、約１０％〜５０％、好ましくは、２０％〜３０％程度であれば特に限定されるものではない。

なお、コラムＥＰＳモードにて、左右の終端に突き当てる状態を考慮して、クラッチ許容トルクが設定されるとなおよい。
この場合、ユーザによる操向ハンドル９の荷重入力に加えて、操舵反力アクチュエータ１３の操舵反力モータ２３が有する慣性力が接続されているクラッチ装置１１に加わる。
このため、ステアバイワイヤ制御を行う状況やあるいは、転舵部５の転舵モータ２９（図１参照）を用いてＥＰＳモードを行う状況と比べて、最も係合部分へのせん断荷重が大きくなる状況となる。
したがって、このコラムＥＰＳモードに基づいて、クラッチ装置１１を保護可能な荷重の設定を行うことが好ましい。さらに、コラムＥＰＳモードでは、ロックレバー３９ａ，３９ｂおよびメカニカルヒューズ１５を保護するため、操舵反力モータ２３の出力を低下させた状態で使用するとなおよい。

次に、この実施形態の車両用操舵装置の作用効果について説明する。
本発明の実施形態にかかる車両用操舵装置では、ユーザは、操舵部７の操向ハンドル９を用いて操舵軸１７を回動させると、操舵反力アクチュエータ１３に設けられた操舵角センサ４５が舵角を検出する（図１参照）。
そして、制御部４０は、この検出された舵角に応じて、転舵部５の転舵機構３１に設けられた転舵モータ２９を回転駆動させて、ラック軸２７に連結される操舵車輪３，３を転舵させる（ステアバイワイヤ制御）。

この際、クラッチ装置１１は、電磁ソレノイド３７，３７によってロックレバー３９ａ，３９ｂの係合爪部３９ｃ，３９ｄおよびロック用歯車３３間の係合を解除している（図２参照）。このため、ロック用歯車３３と一体に設けられたサンギヤ１２ｃが回転自在となり、操向ハンドル９の回転が転舵軸２５に直接、伝わることはない。

また、操舵角センサ４５およびラック位置センサ４７の少なくとも何れか一方が故障等を生じて、制御部４０によって異常が検知されると、制御部４０は、クラッチ装置１１を接続してステアバイワイヤ制御を中止する。

すなわち、クラッチ装置１１では、制御信号に応じて電磁ソレノイド３７，３７がロックレバー３９ａ，３９ｂおよびロック用歯車３３間を係合させて、ロック用歯車３３と一体に設けられたサンギヤ１２ｃの回転を停止させる。
このため、操向ハンドル９の回転は、操舵軸１７，クラッチ装置１１のリングギヤ１２ａ，プラネタリギヤ１２ｂ，プラネタリキャリア部材１２ｄを経て、減速された後、転舵軸２５に伝達される（図３参照）。
そして、転舵軸２５の回転は、ラック軸２７の直線的な動きに変換されてラック軸２７に連結される操舵車輪３，３を直接、転舵させる。

このとき、操向ハンドル９からの操舵力が操舵反力モータ２３の駆動力によってアシストされることにより、コラムＥＰＳモードとなる。
コラムＥＰＳモードでは、マニュアルモードと同様に、クラッチ装置１１のロックレバー３９ａ，３９ｂの係合爪部３９ｃ，３９ｄは、ロック用歯車３３の歯溝にそれぞれ係合されて、ロック用歯車３３は、回転しないように固定される。

この実施形態では、係合爪部３９ｃ，３９ｃおよび３９ｄ，３９ｄをロック用歯車３３の歯溝へ４箇所にて係合させてサンギヤ１２ｃを固定する。歯部間の歯溝に適合するように形成された係合爪部３９ｃ，３９ｄは、先端を径方向外側から内側に向けて歯溝内に没入させて係合する。これにより、確実に操舵部７と転舵部５との間が連結される。
しかしながら、係合爪部３９ｃ，３９ｄおよび歯溝の両側の歯部との係合部分には、操舵部７からの回転操舵力が周方向のせん断力となって作用する。
このため、ロックレバー３９ａ，３９ｂのフック状に湾曲形成された係合爪部３９ｃ，３９ｄの先端に設計強度を上回る所定値以上のせん断応力が周方向に加わると、破壊されてしまう虞がある。ロックレバー３９ａ，３９ｂの破壊は、外部から見えにくいとともに、操舵車輪３の操向に影響を与える。したがって、係合部分が損傷する前にクラッチ装置１１を保護する必要がある。

そこで、この実施形態では、図１に示すようにけがき線１６を有するメカニカルヒューズ１５が操向ハンドル９とクラッチ装置１１との間に連結されている。このメカニカルヒューズ１５は、操舵部７と転舵部５との間に所定値以上の荷重が作用すると捻じれ変形および破断して、エネルギを吸収する。これにより、クラッチ許容トルクを上回るせん断応力がクラッチ装置１１に伝達されないようにすることができる。
このように、メカニカルヒューズ１５を操舵部７とクラッチ装置１１との間に設けることによって、クラッチ装置１１に操舵部７から加わる周方向のせん断荷重から、クラッチ装置１１内部のロックレバー３９ａ，３９ｂおよびロック用歯車３３の歯溝を保護している。

しかしながら、特にコラムＥＰＳモードでは、操舵反力モータの慣性がユーザの操舵力に加えられて、メカニカルヒューズ１５が捻じれ変形を開始する荷重を超えて、かつ破断するに至らない荷重が断続して複数回、作用する場合がある。この場合、メカニカルヒューズ１５は、徐々に変形量を大きくする。そして、各荷重で捻じれ変形した後、捻じれたままの状態であっても継続して操向ハンドル９の操舵力を転舵部５に伝達可能である。このため、ユーザは、過負荷状態となったことがあることを認識しにくい。

この実施形態の車両用操舵装置では、メカニカルヒューズ１５の側面部１５ａに、けがき線１６を有している（図５参照）。けがき線１６は、転舵力の入力側４１ａと出力側４２ａとを跨ぐように、目視可能な位置に設けられている。
たとえば、メカニカルヒューズ１５が破断するに至らない大きさでかつ、予め設定されている捻じれ耐荷重を超える荷重が加わると、メカニカルヒューズ１５は、捻じれ変形する（図６参照）。
この状態では、けがき線１６も捩れ曲がって履歴として残る。この履歴は、ねじれ荷重を上回る荷重が加わった回数の増大に伴い大きくなる。したがって、ユーザはこの捻じれ曲がったけがき線１６を目視することにより、メカニカルヒューズ１５に過度の荷重が加わった経歴があるか否かを判定できる。

さらに、メカニカルヒューズ１５の捻じれ耐荷重を超える荷重による捻じれ変形が進行するとメカニカルヒューズ１５は破断する。この実施形態の車両用操舵装置では、クラッチ装置１１のクラッチ許容トルクよりもヒューズ設定トルクが小さく設定されている。
よって、クラッチ装置１１の破壊よりも先にメカニカルヒューズ１５が捻じれ変形するため、けがき線１６の履歴から破断を予見することができる。

［変形例］
図９は、この実施形態の変形例の車両用操舵装置で、要部の模式的な側面図である。なお、前記実施形態と同一乃至均等な部分については同一符号を付して説明を省略する。
この変形例の車両用操舵装置は、操舵部７の操舵反力アクチュエータ１３に、トルクリミッタとしてのモータトルクリミッタ１４が設けられている。
このモータトルクリミッタ１４には、メカニカルヒューズ１５のヒューズ設定トルクと同様に、耐荷重として所定の値に締結の限界値が設定されている。そして、この限界値を上回る荷重が加わると、モータトルクリミッタ１４は、滑り機能等により耐荷重を上回る荷重をクラッチ装置１１に伝達されないようにして、モータから加わる力を制限している。

この変形例では、モータトルクリミッタ１４の耐荷重は、ロックレバー３９ａ，３９ｂの耐荷重よりも低くなるように設定されている。
このため、モータトルクリミッタ１４は、クラッチ装置１１の破壊よりも先に作動する。そして、モータトルクリミッタ１４の作動により、荷重は逃がされてクラッチ装置１１に耐荷重を上回る荷重が加わることはない。

また、転舵部５のラック軸２７には、ラック位置センサ４７が設けられている。これらの操舵角センサ４５およびラック位置センサ４７は、それぞれ制御部４０と接続されている。
そして、操舵角センサ４５およびラック位置センサ４７の何れか一方が故障等の異常を生じた場合には、制御部４０が異常を検知する。
制御部４０は、異常を検知するとＳＢＷシステムによるステアバイワイヤ制御を停止するとともに、クラッチ装置１１を接続してマニュアルモードまたはコラムＥＰＳモードに移行するように構成されている。

また、変形例の車両用操舵装置には、負荷として操舵反力アクチュエータ１３の出力値が所定の条件以上になった場合に警告する警告装置５０が設けられている。この警告装置５０は、運転席近傍に設けられたワーニングランプ５１の点灯によって交換時期を知らせる警告を行うように構成されている（図１参照）。

図１０は、変形例の車両用操舵装置で、トルクリミッタに加わる負荷の積算処理を説明するフローチャートである。
車両１の制御装置の起動とともに、ステップＳ１では、操舵装置の制御部４０にてステアバイワイヤ制御により通常モードの制御が開始される。

ステップＳ２では、制御部４０にて操舵角センサ４５またはラック位置センサ４７の少なくとも何れか一方が故障しているか否かが判定される。
ステップＳ２にて、故障が検出されない場合は、通常モードが継続される（ステップＳ２にてＮＯ）。また、操舵角センサ４５またはラック位置センサ４７の少なくとも何れか一方に異常が発生し、または故障している場合には、ステップＳ３に処理を進める（ステップＳ２にてＹＥＳ）。

ステップＳ３では、クラッチ装置１１を用いて下側ステアリングジョイント４２と転舵軸２５との間を接続する。
ステップＳ４では、制御部４０が実行されている操舵装置の制御をステアバイワイヤ制御による通常モードの制御からコラムＥＰＳモードの制御に移行させる。コラムＥＰＳモードでは、操向ハンドル９からの操舵力が操舵反力モータ２３の駆動力によってアシストされる。この際、クラッチ装置１１を保護するためコラムＥＰＳモードでは、操舵反力モータ２３の駆動力を制限するようにしてもよい。

ステップＳ５では、制御部４０が高荷重で負荷が大きい状態が継続している継続時間をカウントする。
ステップＳ６では、カウントされた継続時間に基づいて積算を行う。積算された演算結果は、カウント積算値としてメモリ等に一定時間保持される。
ここでは、操舵反力モータ２３の電流値が予め設定された所定値以上になった状態の時間を計測している。しかしながら、特にこれに限らず、たとえば、操舵反力モータ２３の電流値を積算してもよい。また、積算値がデータ量として膨大となる場合には、電流値が予め設定された所定値以上となった回数を用いてもよい。

ステップＳ７では、カウント積算値が予め設定された所定のカウント閾値を超えているか否かが判定される。
ステップＳ７にて、カウント積算値がカウント閾値を超えていない場合は、ステップＳ５に戻り、カウントが継続される（ステップＳ７にてＮＯ）。
ステップＳ７にて、カウント積算値がカウント閾値を超えている場合は、ステップＳ８に処理を進めて、ワーニングランプ５１を点灯させる（ステップＳ７にてＹＥＳ）。

次に、この変形例の作用効果について説明する。
この変形例では、実施形態の作用効果に加えてさらに、所定の値を超えるせん断荷重が加わると、モータトルクリミッタ１４が作動して、せん断荷重がクラッチ装置１１に伝達されないようにすることができる。

また、クラッチ装置１１が破壊する前に、所定の値以上のせん断荷重がモータトルクリミッタ１４に加わり続けると、警告装置５０がワーニングランプ５１の点灯により警告する。ユーザは、ワーニングランプ５１の点灯を見て、故障が発生する兆候として認識することができる。
したがって、故障を予見することができ、部品の交換を実行することができる。
他の構成および作用効果については、実施形態の車両用操舵装置と同一乃至均等であるので説明を省略する。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。上述した実施形態は本発明を理解しやすく説明するために例示したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について削除し、若しくは他の構成の追加・置換をすることが可能である。上記実施形態に対して可能な変形は、たとえば以下のようなものである。

この実施形態の車両用操舵装置では、目視可能な線として、メカニカルヒューズ１５の側面部１５ａの視認可能な部分に、入力側４１ａと出力側４２ａとの間を接続するけがき線１６が軸方向に沿って直線状に描かれている。
しかしながら、これに限らず、メカニカルヒューズ１５の入力側４１ａと出力側４１ｂとを跨ぐように、メカニカルヒューズ１５の捻じれが判別可能となるように目視可能な線を有していれば、たとえばマーキング等であってもよく、特にこの実施形態のけがき線１６に描画方法が限定されるものではない。また、線の形状についても、軸方向に沿った直線に限らず、軸と斜交していてもよく、たとえば折れ線、曲線およびこれらが組み合わせられた線等、どのような形状、数量、および太さで線が描かれていてもよい。

更に、この実施形態の車両用転舵装置では、操舵角センサ４５およびラック位置センサ４７の少なくとも何れか一方が故障等を生じて、制御部４０によって異常が検知されると、制御部４０は、クラッチ装置１１を接続してステアバイワイヤ制御を中止するように構成されている。
しかしながら、特にこれに限らず、たとえば、ラック位置センサ４７に代えて転舵角センサを用いたり、あるいは操舵トルクセンサ等、他のセンサによって異常または故障が検知された場合に制御部４０がクラッチ装置１１を接続してステアバイワイヤ制御を中止するように構成されていてもよい。

また、この実施形態の車両用転舵装置では、遊星歯車機構１２をロック装置３５によって制御するクラッチ装置１１を示して説明してきた。しかしながら、電気的な制御により操舵部７および転舵部５の間を切替えるものに限らず、機械的に操舵部７および転舵部５の間を切替えるものでもよい。
たとえば、電磁石やリニアソレノイド等、他の種類のアクチュエータを用いる等、制御部４０による電気的な切替え制御を行い、機械的に操舵部７および転舵部５の断接を切替えるものであってもよい。したがって、機械的に連結状態とし、または切離状態とする動作を行うクラッチ装置であればよく、形状、構造および結合要素の数量や、制御および断接構造が特に限定されるものではない。

また、変形例では、クラッチ装置１１が破壊する前に、警告装置５０がワーニングランプ５１の点灯により警告する。しかしながら、特にこれに限らず、たとえば、警告装置は、警報、音声や、モニタ等を用いた表示あるいは、これらの組み合わせによって警告を行うものであってもよい。さらに、実施形態のようにメカニカルヒューズ１５にけがき線１６が描かれているものに限らず、ワーニングランプ５１の点灯により警告する警告装置５０によってメカニカルヒューズ１５の変形を認識してもよい。

さらに、変形例では、荷重が所定の条件以上となる一例として、制御部４０によって操舵反力モータ２３の電流値が予め設定された所定値以上になっている時間をカウントして積算することを示して説明してきたが、特にこれに限らず、たとえば、トルクセンサを用いて、負荷が大きい状態の継続時間をカウントすることにより、負荷の積算値が所定の条件以上となる交換時期を算出するようにしてもよい。

また、実施形態および変形例では、中間軸に相当する部分および操舵反力アクチュエータ１３に、トルクリミッタとして、メカニカルヒューズ１５およびモータトルクリミッタ１４を設けたものを示して説明してきた。
しかしながら、特にこれに限らず、たとえば、クラッチ装置１１等にトルクリミッタを設けてもよい。すなわち、操舵反力アクチュエータ１３と、クラッチ装置１１との間に設けられるものであれば、どの位置にトルクリミッタが設けられていてもよい。また、トルクリミッタが複数設けられていてもよく、メカニカルヒューズ１５とモータトルクリミッタ１４とを併用してもよい。

１ 車両
３ 操舵車輪
５ 転舵部
７ 操舵部
９ 操向ハンドル
１１ クラッチ装置
１２ 遊星歯車機構（クラッチ装置）
１３ 操舵反力アクチュエータ
１４ モータトルクリミッタ（トルクリミッタの１つ）
１５ メカニカルヒューズ（トルクリミッタの１つ）
１６ けがき線（線）
３５ ロック装置
４０ 制御部
５０ 警告装置
５１ ワーニングランプ

Claims (6)

1. 車両の操舵車輪を転舵するための転舵部と、
   ユーザによる操向ハンドルの操舵に対して反力を付与する操舵反力アクチュエータを有する操舵部と、
   前記操舵部および前記転舵部の間を機械的に連結状態とし、または切離状態とする動作を行うクラッチ装置とを備え、
   前記操舵反力アクチュエータと前記クラッチ装置との間にトルクリミッタを設けたことを特徴とする車両用操舵装置。
2. 前記トルクリミッタは、前記操舵反力アクチュエータとクラッチ装置との間を連結するメカニカルヒューズであることを特徴とする請求項１に記載の車両用操舵装置。
3. 前記メカニカルヒューズは、転舵力の入力側と出力側とを跨ぐように、目視可能な線を有することを特徴とする請求項２に記載の車両用操舵装置。
4. 前記トルクリミッタは、前記操舵反力アクチュエータに設けられたモータトルクリミッタであることを特徴とする請求項１に記載の車両用操舵装置。
5. 負荷が所定の条件以上になった場合に警告する警告装置を設けたことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の車両用操舵装置。
6. 前記警告装置は、警告をワーニングランプの点灯によって行うことを特徴とする請求項５に記載の車両用操舵装置。

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