JP4622837B2 - 車両の操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、運転者によって操作される操作部と、同操作部の操作に応じて転舵輪を転舵するための転舵手段と、前記操作部の操作に応じた転舵力を発生するとともに同転舵力を前記転舵手段に対して伝達する転舵力発生手段と、前記操作部と前記転舵手段とを機械的に連結する連結手段と、前記連結手段の連結状態と非連結状態とを選択的に切り替える切替制御手段とを備えたステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置に関する。

近年、運転者によって操作される操作部と転舵輪との機械的な連結が解除されたステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置の開発は盛んに行われている。この種の操舵装置においては、操作部と転舵輪との連結が解除されているため、操作部（例えば、操舵ハンドル）に対して入力された操作量を検出し、この操作量に操舵ゲイン（すなわち操作部の操作量と転舵輪の転舵量との比）を加味した転舵量で転舵用のアクチュエータを作動させることによって転舵輪を転舵させることができる。これにより、転舵輪を大きく転舵させるために必要な操作部の操作量を小さくすることができ、運転時の負担を軽減することができる。

ところで、このステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置においては、上述したように、転舵用のアクチュエータが転舵輪を転舵させるため、転舵用のアクチュエータが正常に作動していることが不可欠である。言い換えれば、転舵用のアクチュエータに異常が発生すると、適切に転舵輪を転舵できない可能性がある。このため、ステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置においては、転舵用のアクチュエータに異常が発生した場合であっても、転舵輪を転舵させるために、操作部と転舵輪とを機械的に連結するフェールセーフ機構が設けられている。

しかし、このフェールセーフ機構によって操作部と転舵輪とを単に機械的に連結した場合には、転舵輪を大きく転舵させることができない場合がある。すなわち、ステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置においては、上述したように、操舵ゲインを自由に設定できることから、例えば、操作部の操作範囲がストッパによって機械的に小さく制限される場合がある。この場合、フェールセーフ機構によって転舵輪を転舵させるときには、ストッパによって規制された操作部の操作範囲に対応した小さな範囲でしか転舵輪を転舵させることができないという問題がある。

この問題に対して、例えば、下記特許文献１には、フェールセーフ機構の作動時にストッパを退避させる車両用操舵装置が示されている。この従来の車両用操舵装置は、ステアリングホールを模した操作部材（操作部）と車輪とを、機械的に連結または解除する解除手段としての電磁クラッチを備えている。また、従来の車両用操舵装置は、通常時における操作部材（操作部）の最大回転操作角度を規制するためのストッパが弾力付与機構に設けられており、このストッパは電動シリンダによって伸縮可能に設けられている。そして、この従来の車両用操舵装置においては、車輪を転舵するためのアクチュエータに異常が発生すると、まず、出力された接続信号に従って電磁クラッチが作動し、操作部材（操作部）と車輪とが機械的に連結される。次に、電動シリンダに対して解除信号が出力され、この解除信号に従い電動シリンダが縮小する。これにより、ストッパが退避することにより操作部材（操作部）の最大回転操作角度の規制が解除されて、異常発生時における操作部材（操作部）の回転操作角度を大きくするようになっている。そして、このように、操作部材（操作部）の回転操作角度を大きくすることによって、転舵輪の転舵範囲を大きくするようにしている。
特開２００１−１０６１１１号公報

しかしながら、上記従来の車両用操舵装置においては、操作部材（操作部）と車輪とを機械的に連結するための電磁クラッチと、ストッパを伸縮させるための電動シリンダとが必要である。このように、複数のアクチュエータを設けた場合には、それぞれのアクチュエータを適切に制御する必要があり、操舵装置の構造が複雑になるとともに製造コストが増大する。また、それぞれのアクチュエータが作動する状況において、例えば、電動シリンダに異常が発生した場合には、ストッパによる規制を解除できない可能性がある。この場合には、操作部材の回転操作角度（操作部の操作量）を大きくすることができず、その結果、車輪（転舵輪）を大きく転舵させることができなくなる。

本発明は、上記した問題に対処するためになされたものであり、その目的は、簡略化した構造を採用して、異常発生時における転舵輪の転舵量を十分に確保できるステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の構成上の特徴は、運転者によって操作される操作部と、同操作部の操作に応じて転舵輪を転舵するための転舵手段と、前記操作部の操作に応じた転舵力を発生するとともに同転舵力を前記転舵手段に対して伝達する転舵力発生手段と、前記操作部と前記転舵手段とを機械的に連結する連結手段と、前記連結手段の連結状態と非連結状態とを選択的に切り替える切替制御手段とを備えたステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、前記連結手段は、前記操作部の回動操作に応じて回転し、前記切替制御手段による切替制御によって変位して前記転舵手段と連結する操作部連結部材を有しており、車体に固定された固定部材と前記操作部連結部材に設けられたストッパとを互いに接触させることで前記操作部の操作範囲を所定の操作範囲に規制する操作範囲規制手段を備え、前記切替制御手段による切替制御に従い前記連結手段が非連結状態から連結状態に移行すると、前記ストッパが、前記操作部の操作範囲を規制する位置から前記規制を解除する位置に前記操作部連結部材と共に変位することにある。この場合、前記切替制御手段は、前記転舵力発生手段の作動に異常が発生したときに、前記連結手段を非連結状態から連結状態に切替制御するとよい。

また、本発明の他の特徴は、運転者によって操作される操作部と、同操作部の操作に応じて転舵輪を転舵するための転舵手段と、前記操作部の操作に応じた転舵力を発生するとともに同転舵力を前記転舵手段に対して伝達する転舵力発生手段と、前記操作部と前記転舵手段とを機械的に連結する連結手段と、前記連結手段の連結状態と非連結状態とを選択的に切り替える切替制御手段とを備えたステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、前記連結手段を、車体に一体的に固定されたハウジングと、同ハウジング内に収容されて前記操作部側に接続された第１の当接部と、前記ハウジング内に収容されて前記転舵手段側に接続された第２の当接部と、前記切替制御手段による切替制御に応じて、前記第１の当接部と前記第２の当接部とを互いに離間させるとともに互いに当接させるための接離駆動手段とで構成し、前記連結手段の第１の当接部に設けられた突状部と、前記連結手段のハウジング内部に形成された係合段部とで構成されて、前記切替制御手段による切替制御によって前記連結手段が非連結状態にあるときに前記接離駆動手段が前記第１の当接部と前記第２の当接部とを離間させることによって前記突状部と前記係合段部とを接触させて前記操作部の操作範囲を所定の操作範囲に規制するとともに、前記切替制御手段による切替制御に従い前記連結手段が非連結状態から連結状態に移行するのに伴って前記接離駆動手段が前記第１の当接部と前記第２の当接部とを当接させることによって前記突状部と前記係合段部とを退避させて前記操作部の操作範囲の規制を解除する操作範囲規制手段を備えたことにもある。この場合、前記接離駆動手段を、前記第１の当接部と前記第２の当接部とを互いに離間させる離間手段と、前記第１の当接部と前記第２の当接部とを互いに当接させるための付勢力を付与する付勢手段とで構成するとよい。ここで、離間手段としては、例えば、切替制御手段によって制御される電磁石を採用することができ、付勢手段としては、例えば、スプリングを採用することができる。また、この場合、前記切替制御手段は、前記転舵力発生手段の作動に異常が発生したときに、前記連結手段を非連結状態から連結状態に切替制御するとよい。

これらによれば、転舵力発生手段に異常が発生していない通常時においては、切替制御手段は、連結手段の動作状態を非連結状態に選択することができる。これにより、操作部と転舵輪とは機械的な連結が解除された状態となり、転舵輪は、運転者による操作部の操作に応じて転舵力発生手段の発生した転舵力が伝達された転舵手段によって転舵される。また、このように連結手段が非連結状態にあるときには、連結手段に一体的に組み付けられた操作範囲規制手段は、操作部の操作範囲を所定の操作範囲内となるように規制することができる。これにより、通常時においては、運転者による操作部の操作量を小さくすることができ、例えば、操舵ゲインを適宜設定することによって、転舵手段は転舵輪を大きく転舵させることができる。したがって、運転時の運転者に対する負担を大幅に軽減することができる。

一方、転舵力発生手段に異常が発生した異常時においては、切替制御手段は、連結手段の動作状態を連結状態に選択することができ、これにより、操作部と転舵輪とを機械的に連結した状態とすることができる。このとき、操作範囲規制手段は、連結手段の非連結状態から連結状態への移行に伴って、自動的に操作範囲の規制を解除することができる。

具体的に説明すると、本発明によれば、連結手段を、車体に組み付けられたハウジング内に収容された第１の当接面および第２の当接面を備えて、切替制御手段により非連結状態に切り替えられる場合には接離駆動手段を構成する離間手段により第１および第２の当接面が互いに離間し、連結状態に切り替えられる場合には接離駆動手段を構成する付勢手段により付与される付勢力により第１および第２の当接面が互いに当接するように構成することができる。これにより、例えば、連結手段の非連結状態から連結状態への移行は、離間手段によって離間している第１の当接面を付勢手段による付勢力によって第２の当接面方向へ移動させることにより実現することができる。また、操作範囲規制手段を、第１の当接面側に一体的に設けた突状部とハウジング内に形成した係合段部とで構成することができる。これにより、第１の当接面の移動に伴い操作範囲規制手段の突状部も、第２の当接面方向へ移動させることができる。したがって、突状部と係合段部とを自動的に離間させることができる。

これにより、異常時には、操作範囲規制手段による操作範囲の規制を自動的に解除することができ、運転者は操作部を自由に操作することができる。したがって、転舵力発生手段に異常が発生した場合であっても、転舵輪をシステム上転舵可能な範囲まで転舵させることができる。また、操作範囲の規制を解除するために、駆動装置を別途設ける必要がない。これにより、確実に操作範囲規制手段による規制を解除できるとともに、操舵装置自体の構成を簡略化して製造コストを低減することもできる。

以下、本発明の実施形態に係る車両の操舵装置について図面を用いて説明する。図１は、実施形態に係る車両の操舵装置を概略的に示している。この車両の操舵装置は、運転者によって操作される操舵操作装置１０と、転舵輪としての左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を前記運転者の操作に応じて転舵させる転舵装置２０と、操舵操作装置１０と転舵装置２０とを機械的に連結する連結装置３０とを備えている。

操舵操作装置１０は、運転者によって回動操作される操作部としての操舵ハンドル１１を備えている。操舵ハンドル１１は操舵入力軸１２の上端に固定され、操舵入力軸１２はその中間部分に反力アクチュエータ１３が組み付けられている。反力アクチュエータ１３は、減速機および電動モータから構成されており、運転者による操舵ハンドル１１の操作に応じて操舵入力軸１２（操舵ハンドル１１）に所定の反力を付与するものである。

転舵装置２０は、車両の左右方向に延びて配置された転舵軸２１を備えている。この転舵軸２１の両端部には、タイロッド２２ａ，２２ｂおよびナックルアーム２３ａ，２３ｂを介して、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が転舵可能に接続されている。なお、転舵軸２１、タイロッド２２ａ，２２ｂおよびナックルアーム２３ａ，２３ｂは、本発明の転舵手段を構成するものである。また、転舵軸２１の外周上には、転舵軸２１に所定の転舵力を伝達する転舵力発生手段としての転舵アクチュエータ２４が組み付けられている。

転舵アクチュエータ２４は、減速機、電動モータおよびねじ送り機構から構成されている。そして、電動モータが運転者による操舵ハンドル１１の操作に応じて回転駆動して所定の転舵力を発生すると、減速機およびねじ送り機構によって電動モータの回転が減速されるとともに転舵軸２１の軸線方向の変位に変換される。これにより、転舵軸２１は伝達された転舵力によって軸線方向に変位し、この転舵軸２１の変位に伴って左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が左右に転舵される。

また、転舵軸２１には、転舵アクチュエータ２４に異常が発生したときに、運転者による操舵ハンドル１１の回動操作（より詳しくは、回動操作によって入力された回転力）を伝達するための伝達機構２５が組み付けられている。この伝達機構２５は、例えば、転舵軸２１の一部に形成されたラック歯と噛み合うピニオンギア２５ａと、このピニオンギア２５ａに対して回転を伝達する伝達軸２５ｂとから構成されている。そして、伝達機構２５の伝達軸２５ｂは、フレキシブルケーブルＫを介して、連結装置３０に接続されている。ここで、フレキシブルケーブルＫおよび連結装置３０は、本発明の連結手段を構成するものである。

連結装置３０は、操舵入力軸１２の下端に組み付けられていて、転舵装置２０の転舵アクチュエータ２４に異常が発生したときに、操舵操作装置１０と転舵装置２０とを機械的に連結するものである。この連結装置３０は、図２（ａ）に示すように、ハウジング３１を備えている。ハウジング３１は、図示しない車体に対して一体的に組み付けられており、その一端側にてボールベアリング３２を介して操舵入力軸１２に連結されている。これにより、ハウジング３１は、操舵入力軸１２の回転に対して、一体的に回転することなく固定される。

そして、ハウジング３１内には、操舵入力軸１２の回転を入力する入力シャフト３３と、入力シャフト３３を介して伝達された操舵入力軸１２の回転（回転力）をフレキシブルケーブルＫに出力する出力シャフト３４が収容されている。入力シャフト３３は、例えば、中実丸棒から形成されたシャフト本体３３ａを備えている。

シャフト本体３３ａは、図２（ａ）に示すように、その略中央部分にて、ハウジング３１内に組み付けられた軸受３５（例えば、すべり軸受や回転型ボールスプラインベアリングなど）によって、回転可能かつ軸線方向への変位可能に支持されている。また、シャフト本体３３ａの一端側、すなわち、操舵入力軸１２との連結部分には、操舵入力軸１２の回転を効率よく伝達するとともに、操舵入力軸１２に対して軸線方向への変位を可能とするためのセレーション溝３３ａ1が形成されている。

また、シャフト本体３３ａの他端側、すなわち、出力シャフト３４と対向する側には、第１の当接部としての大径の円盤部３３ｂが一体的に形成されている。これにより、円盤部３３ｂは、シャフト本体３３ａと一体的に回転および軸線方向に変位することができ、当接状態にて、操舵入力軸１２から入力された回転（回転力）を出力シャフト３４に伝達することができる。ここで、円盤部３３ｂの出力シャフト３４に対向した面（当接面）には、適切に回転（回転力）を伝達するために、摩擦部材３３ｂ1が設けられている。さらに、シャフト本体３３ａに形成されたセレーション溝３３ａ1の近傍には、操舵入力軸１２の外径寸法と略同一の外径寸法とされたフランジ部３３ｃが形成されている。

出力シャフト３４は、例えば、中実丸棒から形成されたシャフト本体３４ａを備えており、シャフト本体３４ａは、ハウジング３１内に組み付けられたボールベアリング３６によって、ハウジング３１に対して回転可能に支持されている。そして、シャフト本体３４ａの一端側には、フレキシブルケーブルＫが一体的に接続されている。一方、シャフト本体３４ａの他端側、すなわち、入力シャフト３３に対向する側には、第２の当接部としての大径の円盤部３４ｂが一体的に形成されている。この円盤部３４ｂは、入力シャフト３３の円盤部３３ｂと略同一の外径寸法とされている。ここで、円盤部３４ｂの入力シャフト３３（より詳しくは、円盤部３３ｂ）に対向した面（当接面）には、適切に回転（回転力）を入力するために、摩擦部材３４ｂ1が設けられている。

また、連結装置３０は、入力シャフト３３の円盤部３３ｂと出力シャフト３４の円盤部３４ｂとを互いに離間させる離間手段としての電磁石３７を備えている。電磁石３７は、円環状に巻かれたコイルから形成されるものであり、図２（ａ）に示すように、入力シャフト３３のフランジ部３３ｃと対向する操舵入力軸１２の端面部分に組み付けられている。そして、後述する電気制御装置４０による作動制御に従って、フランジ部３３ｃを吸引することにより、入力シャフト３３の円盤部３３ｂと出力シャフト３４の円盤部３４ｂとを互いに離間させることができる。

また、連結装置３０は、入力シャフト３３の円盤部３３ｂと出力シャフト３４の円盤部３４ｂとを互いに当接させるための付勢力を付与する付勢手段としてのスプリング３８を備えている。スプリング３８は、図２（ａ）に示すように、入力シャフト３３のフランジ部３３ｃとハウジング３１の内面に形成された段部との間に配置され、両端がそれぞれフランジ部３３ｃと段部とに一体的に組み付けられている。ここで、スプリング３８は、常に、自由長から伸張した状態となるように組み付けられる。これにより、スプリング３８は、常に、自由長に縮小する方向にフランジ部３３ｃに対して付勢力を付与している。したがって、この付勢力によって入力シャフト３３が軸線方向に変位することにより、入力シャフト３３の円盤部３３ｂと出力シャフト３４の円盤部３４ｂとを互いに当接させることができる。なお、離間手段としての電磁石３７および付勢手段としてのスプリング３８は、本発明の接離駆動手段を構成するものである。

また、連結装置３０には、転舵装置２０の転舵アクチュエータ２４に異常が発生していないとき、言い換えれば、操舵操作装置１０と転舵装置２０との機械的な連結が解除される通常時に、操舵ハンドル１１の回動操作範囲を規制するための操作範囲規制手段を構成するストッパ３９が設けられている。ストッパ３９は、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、円盤部３３ｂの当接面とは反対面に突形状に形成されている。そして、ストッパ３９は、通常時の操舵ハンドル１１の回動操作範囲に合わせてハウジング３１内に形成された操作範囲規制手段を構成する係合段部３１ａと接触することにより、操舵ハンドル１１の回動操作範囲を規制する。

次に、反力アクチュエータ１３、転舵アクチュエータ２４および電磁石３７の作動を電気的に制御する電気制御装置４０について説明する。電気制御装置４０は、図１に示すように、操舵角センサ４１、転舵角センサ４２および車速センサ４３を備えている。操舵角センサ４１は、操舵入力軸１２に組み付けられて、操舵ハンドル１１の中立位置からの回転角を検出して操舵角θとして出力する。転舵角センサ４２は、転舵軸２１の外周上にて図示しないハウジングに組み付けられ、転舵軸２１の基準位置からの軸線方向の変位を検出して転舵角δとして出力する。なお、これらの操舵角θおよび転舵角δは、中立位置を「０」とし、右方向の角度を正の値で、左方向の角度を負の値でそれぞれ表す。車速センサ４３は、車両の車速を検出して車速Vを出力する。

これらセンサ４１〜４３は、電子制御ユニット４４に接続されている。電子制御ユニット４４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどからなるマイクロコンピュータを主要構成部品とするもので、プログラムの実行により反力アクチュエータ１３、転舵アクチュエータ２４および電磁石３７の作動をそれぞれ制御する。電子制御ユニット４４の出力側には、反力アクチュエータ１３、電磁石３７および転舵アクチュエータ２４の作動を制御するための制御回路４５，４６，４７がそれぞれ接続されている。なお、電子制御ユニット４４および制御回路４６は、本発明の切替制御手段を構成するものである。

次に、上記のように構成した操舵装置の動作を、転舵装置２０の転舵アクチュエータ２４に異常が発生していない通常時から説明する。図示しないイグニッションスイッチがオン状態とされると、電子制御ユニット４４は、転舵アクチュエータ２４の作動状態を確認し、作動状態に異常が発生していなければ、連結装置３０による操舵操作装置１０と転舵装置２０との機械的な連結を解除、言い換えれば、非連結状態とする。

すなわち、電子制御ユニット４４は、図示しない予め設定された確認制御プログラムに従い、制御回路４７を介して転舵アクチュエータ２４の電動モータに確認動作させる。そして、電子制御ユニット４４は、この電動モータの確認動作に基づき、転舵アクチュエータ２４の作動が正常であるか否かを判定する。この判定により、転舵アクチュエータ２４の作動状態が正常であれば、電子制御ユニット４４は、制御回路４６を介して、連結装置３０の電磁石３７を形成するコイルに対して所定の電流を供給する。

そして、コイルに対して所定の電流が供給されると、電磁石３７は磁化されて入力シャフト３３のフランジ部３３ｃを吸引する。これにより、入力シャフト３３がスプリング３８の付勢力に抗して操舵入力軸１２方向に変位することによって、図２（ａ）に示したように、円盤部３３ｂと出力シャフト３４の円盤部３４ｂとが互いに離間する。なお、イグニッションスイッチがオン状態とされる時点においては、反力アクチュエータ１３および転舵アクチュエータ２４の初期作動により、操舵ハンドル１１の操作位置および左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵位置がそれぞれ、例えば、中立位置となるように制御される。これにより、連結装置３０の離間動作時におけるストッパ３９とハウジング３１の係合段部３１ａとの接触が防止され、入力シャフト３３の円盤部３３ｂと出力シャフト３４の円盤部３４ｂとが確実に離間するようになっている。

このように、入力シャフト３３の円盤部３３ｂと出力シャフト３４の円盤部３４ｂとを互いに離間させる、言い換えれば、操舵操作装置１０と転舵装置２０との機械的な連結を解除すると、電子制御ユニット４４は、運転者による操舵ハンドル１１の回動操作に応じて、反力アクチュエータ１３と転舵アクチュエータ２４とをそれぞれ制御する。具体的に説明すると、電子制御ユニット４４は、操舵角センサ４１から出力された検出操舵角θを入力すると、同入力した検出操舵角θに基づいて、所定の反力を決定する。すなわち、電子制御ユニット４４は、操舵角θと予め設定された関係（例えば、比例関係や指数関係など）を用いて、検出操舵角θに対応する反力を決定する。そして、電子制御ユニット４４は、操舵ハンドル１１に付与される反力が前記決定した反力と一致するように、制御回路４５を介して反力アクチュエータ１３の電動モータの回転を駆動制御する。

これにより、運転者による操舵ハンドル１１の回動操作に対して、操舵ハンドル１１の操舵角θに応じた反力が付与される。したがって、運転者は、この反力を感じながら、操舵ハンドル１１を回動操作できる。

また、電子制御ユニット４４は、操舵角センサ４１から出力された検出操舵角θを入力すると、同入力した検出操舵角θに応じた左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の目標転舵角δfを、例えば、下記式１に従って計算する。
δf＝θ・G …式１
ただし、前記式１中のGは、操舵角θに対する転舵角δの比すなわち操舵ゲインである。ここで、操舵ゲインGは、図３に示すように、車速センサ４３によって検出された車速Vに応じて、その大きさが変化するように決定される。すなわち、車速Vが小さい場合には、操舵ゲインGは大きく設定されるため、前記式１に従い検出操舵角θに対して大きな目標転舵角δfが計算される。また、車速Vが大きい場合には、操舵ゲインGは小さく設定されるため、前記式１に従い検出操舵角θに対して小さな目標転舵角δfが計算される。

そして、電子制御ユニット４４は、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が前記計算した目標転舵角δfと一致するように、制御回路４７を介して転舵アクチュエータ２４の電動モータの回転を駆動制御する。具体的には、電子制御ユニット４４は、転舵角センサ４２によって検出される実転舵角δが計算した目標転舵角δfと一致するまで、電動モータに対して駆動電流を供給する。これにより、転舵軸２１に所定の転舵力が伝達され、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が計算した目標転舵角δfに転舵されるため、車両を旋回させることができる。

ところで、通常時においては、連結装置３０の入力シャフト３３は電磁石３７によって出力シャフト３４から離間した位置に維持される。このため、操舵ハンドル１１の回動操作に伴う操舵入力軸１２の回転が入力シャフト３３に入力され、入力シャフト３３は操舵ハンドル１１の回動操作に応じて回転する。そして、この状態においては、入力シャフト３３の回転に伴って、ストッパ３９と係合段部３１ａとが接触可能な状態にある。

言い換えれば、ストッパ３９と係合段部３１ａが互いに接触することによって、運転者の回動操作し得る操舵ハンドル１１の回動操作範囲が、例えば、±θaの範囲内に規制される。この場合、ハウジング３１は、車体に対して一体的に組み付けられているため、ストッパ３９が係合段部３１ａと強く接触しても、ハウジング３１が回転することが防止される。したがって、入力シャフト３３の回転すなわち操舵入力軸１２に接続された操舵ハンドル１１の回転が確実に規制される。

そして、このように操舵ハンドル１１の回動操作範囲がストッパ３９と係合段部３１ａとによって回動操作範囲±θaに規制される通常時においては、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２をシステム上転舵し得る範囲±δmまで転舵させるように操舵ゲインGが決定される。これにより、通常時においては、運転者は、操舵ハンドル１１の回動操作量を小さくして車両を旋回させることができて、車両の運転における負担を軽減することができる。

一方、電子制御ユニット４４は、転舵アクチュエータ２４に異常が発生したと判定すると、連結装置３０を制御して、操舵操作装置１０と転舵装置２０とを機械的に連結、すなわち、連結状態とする。なお、転舵アクチュエータ２４の異常発生については、例えば、転舵角センサ４２によって検出される実転舵角δが変化しないことや、電動モータに流れる駆動電流値が異常値であることなどに基づいて判定される。以下、異常時の動作について説明する。

電子制御ユニット４４は、転舵アクチュエータ２４に異常が発生すると、制御回路４６を介して連結装置３０の電磁石３７に供給している電流を遮断する。これにより、電磁石３７は磁化されないため、入力シャフト３３のフランジ部３３ｃに対してスプリング３８の付勢力のみが作用するようになる。この結果、入力シャフト３３は、出力シャフト３４方向に変位し、図４に示すように、入力シャフト３３の円盤部３３ｂ（より詳しくは、摩擦部材３３ｂ1）と出力シャフト３４の円盤部３４ｂ（より詳しくは、摩擦部材３４ｂ1）とが互いに当接する。このとき、スプリング３８の付勢力によって、入力シャフト３３の円盤部３３ｂは、出力シャフト３４の円盤部３４ｂに対して、強く押し付けられる。

また、入力シャフト３３の変位に伴い、円盤部３３ｂに一体的に形成されたストッパ３９も、同一方向に変位する。これにより、ストッパ３９は、ハウジング３１の係合段部３１ａから退避した状態となる。したがって、ストッパ３９が通常時において規制した操舵ハンドル１１の回動操作範囲±θaは解除される。

このように、入力シャフト３３の円盤部３３ｂと出力シャフト３４の円盤部３４ｂとが当接する、言い換えれば、操舵操作装置１０と転舵装置２０とが機械的に連結された状態において、運転者によって操舵ハンドル１１が回動操作されると、操舵入力軸１２と一体的に回転する入力シャフト３３の回転（回転力）は出力シャフト３４に伝達される。このように、操舵ハンドル１１の回動操作に伴う回転（回転力）が出力シャフト３４に伝達されると、接続されたフレキシブルケーブルＫが一体的に回転し、このフレキシブルケーブルＫの回転（回転力）が転舵装置２０の伝達機構２５に入力される。

伝達機構２５においては、フレキシブルケーブルＫの回転（回転力）が伝達軸２５ｂを介してピニオンギア２５ａに伝達される。そして、同ピニオンギア２５ａの回転運動は、転舵軸２１の一部に形成されて同ギア２５ａと噛み合うラック歯によって、転舵軸２１の軸線方向運動に変換される。これにより、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は左右に転舵される。このとき、ストッパ３９とハウジング３１の係合段部３１ａとの接触が解除された状態であるため、操舵ハンドル１１を全く自由に回動操作することができる。したがって、運転者は、操舵ハンドル１１を回動操作することにより、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２をシステム上転舵し得る範囲±δmまで容易に転舵させることができる。

以上の説明からも理解できるように、本実施形態によれば、転舵アクチュエータ２４に異常が発生していない通常時においては、電子制御ユニット４４は、制御回路４６を介して連結装置３０の動作状態を非連結状態に選択することができる。この非連結状態においては、運転者による操舵ハンドル１１の操作に応じて転舵アクチュエータ２４が転舵力を発生し、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は、転舵力の伝達された転舵軸２１の軸線変位によって転舵される。また、このように連結装置３０が非連結状態にあるときには、連結装置３０の入力シャフト３３に一体的に組み付けられたストッパ３９は、操舵ハンドル１１の回動操作範囲が回動操作範囲±θa内となるように規制することができる。これにより、通常時においては、運転者による操舵ハンドル１１の操作量を小さくすることができ、例えば、操舵ゲインGを適宜設定することによって、転舵装置２０は左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を大きく転舵させることができる。したがって、運転時の運転者に対する負担を大幅に軽減することができる。

一方、転舵アクチュエータ２４に異常が発生した異常時においては、電子制御ユニット４４は、制御回路４６を介して、連結装置３０の動作状態を連結状態に選択することができる。これにより、操舵ハンドル１１と左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２とを機械的に連結した状態とすることができる。このとき、ストッパ３９は、連結装置３０の非連結状態から連結状態への移行に伴って、自動的に回動操作範囲±θaの規制を解除することができる。

すなわち、ストッパ３９は、入力シャフト３３の円盤部３３ｂに設けられており、ハウジング３１内に形成した係合段部３１ａと接触することにより、通常時における操舵ハンドル１１の回動操作範囲を±θaに規制する。この非連結状態から連結装置３０が連結状態に移行すれば、ストッパ３９も、入力シャフト３３をとともに出力シャフト３４方向へ移動することができるため、ストッパ３９と係合段部３１ａとを自動的に離間させることができる。

これにより、ストッパ３９と係合段部３１ａによる回動操作範囲の規制を自動的に解除することができ、運転者は操舵ハンドル１１を自由に操作することができる。したがって、転舵アクチュエータ２４に異常が発生した場合であっても、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２をシステム上転舵可能な範囲±δmまで転舵させることができる。また、回動操作範囲を解除するために、ストッパ３９を移動させるための駆動装置を別途設ける必要がない。これにより、確実にストッパ３９による規制を解除できるとともに、操舵装置自体の構成を簡略化して製造コストを低減することもできる。

本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば、上記実施形態においては、転舵装置２０と連結装置３０との接続を、フレキシブルケーブルＫを用いて実施した。これにより、車両の操舵装置の車両への搭載性を良好に確保しつつ、異常発生時に運転者による操舵ハンドル１１の回動操作を転舵装置２０に確実に伝達できる。しかし、フレキシブルケーブルＫに代えて、例えば、剛性を有するシャフトを用いてもよいし、その他、運転者による操舵ハンドル１１の回動操作を転舵装置２０に伝達できるものであれば、いかなるものを用いてもよい。

また、上記実施形態においては、転舵装置２０の転舵アクチュエータ２４に作動異常が発生した場合に、連結装置３０が非連結状態から連結状態に移行するように切替制御して実施した。しかし、連結装置３０を非連結状態から連結状態に移行させる場合については、転舵アクチュエータ２４に作動異常が発生した場合にのみ限定されるものではなく、例えば、反力アクチュエータ１３の作動異常や、電子制御ユニット４５の異常、電源供給の遮断などが発生した場合にも、連結装置３０を連結状態に移行させてもよい。また、転舵アクチュエータ２４の作動異常を含む車両の異常が発生していない場合であっても、必要に応じて、連結装置３０を非連結状態から連結状態に移行させてもよい。

これにより、これらの場合にも、運転者が操舵ハンドル１１を回動操作することにより、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を直接的に（手動で）転舵させることができる。このとき、ストッパ３９と係合段部３１ａによる操舵ハンドル１１の回動操作範囲の規制は自動的に解除されるため、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２をシステム上転舵可能な範囲±δmまで転舵させることもできる。ここで、反力アクチュエータ１３の作動異常時または転舵アクチュエータ２４の作動異常時において連結装置３０が連結状態に移行した後は、これらのアクチュエータ１３，２４のうち、正常に作動している側の電動モータを適宜駆動制御して、運転者による操舵ハンドル１１の操作力を軽減するようにするとよい。

また、上記実施形態においては、連結装置３０の離間手段として電磁石３７を採用するとともに、付勢手段としてスプリング３８を採用して実施した。しかし、これらに代えて、例えば、ソレノイドなどのように、通常時に入力シャフト３３の円盤部３３ｂと出力シャフト３４の円盤部３４ｂとを互いに離間させることができ、異常時に入力シャフト３３の円盤部３３ｂと出力シャフト３４の円盤部３４ｂとを互いに当接させることができるものであれば、離間手段および付勢手段すなわち接離駆動手段はいかなるものを用いてもよい。

また、上記実施形態においては、電磁石３７を操舵入力軸１２の端面部分に配置し、スプリング３８をフランジ部３３ｃとハウジング３１内に形成された段部との間に配置して実施した。しかし、入力シャフト３３の円盤部３３ｂと出力シャフト３４の円盤部３４ｂとを、通常時に互いに離間させ、異常時に互いに当接させるように付勢力を付与できる限り、電磁石３７およびスプリング３８をいかなる場所に配置してもよい。

また、上記実施形態においては、車両を操舵するために回動操作される操舵ハンドル１１を用いるようにした。しかし、これに代えて、例えば、直線的に変位するジョイスティックタイプの操舵ハンドルを用いてもよいし、その他、運転者によって操作されるとともに車両に対する操舵を指示できるものであれば、いかなるものを用いてもよい。

さらに、上記実施形態においては、転舵アクチュエータ２４が転舵軸２１に組み付けられており、この転舵軸２１をリニアに変位させることによって、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵するようにした。しかしながら、これに代えて、転舵軸２１をラックバーで構成するとともに、上記実施形態の構成に加えて、同転舵軸２１に設けたラック歯に噛み合うピニオンギアを下端に固定した転舵入力軸を設け、この転舵入力軸に対して転舵アクチュエータ２４が回転を伝達するようにしてもよい。

本発明の実施形態に係る車両の操舵装置としてのステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置の概略図である。 （ａ），（ｂ）は、図１の連結装置の構成を説明するための断面図である。 図１の電子制御ユニットによって決定される操舵ゲインを説明するための図である。 図１の連結装置の連結状態を説明するための断面図である。

符号の説明

ＦＷ１，ＦＷ２…左右前輪、１０…操舵操作装置、１１…ハンドル、１２…操舵入力軸、１３…反力アクチュエータ、２０…転舵装置、２１…転舵軸、３０…連結装置、３１…ハウジング、３１ａ…係合段部、３３…入力シャフト、３３ａ…シャフト本体、３３ｂ…円盤部、３４…出力シャフト、３４ａ…シャフト本体、３４ｂ…円盤部、３７…電磁石、３８…スプリング、３９…ストッパ、４０…電気制御装置、４４…電子制御ユニット、４６…制御回路

Claims (5)

1. 運転者によって操作される操作部と、同操作部の操作に応じて転舵輪を転舵するための転舵手段と、前記操作部の操作に応じた転舵力を発生するとともに同転舵力を前記転舵手段に対して伝達する転舵力発生手段と、前記操作部と前記転舵手段とを機械的に連結する連結手段と、前記連結手段の連結状態と非連結状態とを選択的に切り替える切替制御手段とを備えたステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、
   前記連結手段は、前記操作部の回動操作に応じて回転し、前記切替制御手段による切替制御によって変位して前記転舵手段と連結する操作部連結部材を有しており、車体に固定された固定部材と前記操作部連結部材に設けられたストッパとを互いに接触させることで前記操作部の操作範囲を所定の操作範囲に規制する操作範囲規制手段を備え、
   前記切替制御手段による切替制御に従い前記連結手段が非連結状態から連結状態に移行すると、前記ストッパが、前記操作部の操作範囲を規制する位置から前記規制を解除する位置に前記操作部連結部材と共に変位することを特徴とするステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置。
2. 請求項１に記載したステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、
   前記切替制御手段は、前記転舵力発生手段の作動に異常が発生したときに、前記連結手段を非連結状態から連結状態に切替制御することを特徴とするステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置。
3. 運転者によって操作される操作部と、同操作部の操作に応じて転舵輪を転舵するための転舵手段と、前記操作部の操作に応じた転舵力を発生するとともに同転舵力を前記転舵手段に対して伝達する転舵力発生手段と、前記操作部と前記転舵手段とを機械的に連結する連結手段と、前記連結手段の連結状態と非連結状態とを選択的に切り替える切替制御手段とを備えたステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、
   前記連結手段を、
   車体に一体的に固定されたハウジングと、
   同ハウジング内に収容されて前記操作部側に接続された第１の当接部と、
   前記ハウジング内に収容されて前記転舵手段側に接続された第２の当接部と、
   前記切替制御手段による切替制御に応じて、前記第１の当接部と前記第２の当接部とを互いに離間させるとともに互いに当接させるための接離駆動手段とで構成し、
   前記連結手段の第１の当接部に設けられた突状部と、前記連結手段のハウジング内部に形成された係合段部とで構成されて、前記切替制御手段による切替制御によって前記連結手段が非連結状態にあるときに前記接離駆動手段が前記第１の当接部と前記第２の当接部とを離間させることによって前記突状部と前記係合段部とを接触させて前記操作部の操作範囲を所定の操作範囲に規制するとともに、前記切替制御手段による切替制御に従い前記連結手段が非連結状態から連結状態に移行するのに伴って前記接離駆動手段が前記第１の当接部と前記第２の当接部とを当接させることによって前記突状部と前記係合段部とを退避させて前記操作部の操作範囲の規制を解除する操作範囲規制手段を備えたことを特徴とするステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置。
4. 請求項３に記載したステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、
   前記接離駆動手段を、
   前記第１の当接部と前記第２の当接部とを互いに離間させる離間手段と、
   前記第１の当接部と前記第２の当接部とを互いに当接させるための付勢力を付与する付勢手段とで構成したことを特徴とするステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置。
5. 請求項３に記載したステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、
   前記切替制御手段は、前記転舵力発生手段の作動に異常が発生したときに、前記連結手段を非連結状態から連結状態に切替制御することを特徴とするステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置。

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