JPWO2014068626A1 - クラッチ装置および操舵装置 - Google Patents

Abstract

クラッチ装置２９は、ハンドル側ハウジング７６とタイヤ側ハウジング７８との間の回転力の伝達および遮断の切替えを行う。クラッチ装置２９は、ハンドル側ハウジング７６とタイヤ側ハウジング７８との間で回転力が伝達されない第１のモードと、ハンドル側ハウジング７６とタイヤ側ハウジング７８とが互いにロックされた状態で両方向の回転に対して回転力が伝達されうる第２のモードと、ハンドル側ハウジング７６とタイヤ側ハウジング７８との間で一方向の回転に対して回転力が伝達されうる状態でハンドル側ハウジング７６またはタイヤ側ハウジング７８の他方向への回転が許容されていることで、回転力の伝達の解除が可能な第３のモードと、が切替え可能に構成されている。

Description

本発明は、クラッチ装置に関し、特に車両用の操舵装置に用いられるクラッチ装置に関する。

近年、いわゆるステアバイワイヤシステムと称される自動車の操舵に関するシステムが実用化へ向けて種々開発されている。ステアバイワイヤシステムを採用する場合、システムが失陥した場合に操舵性能を確保するために、ステアバイワイヤシステムとは別途にステアリングホイールと操舵輪とを機械的に結合する結合機構または、それに類する機構、いわゆるフェールセーフのための機構を準備しておくことが一般的である。

また、ステアバイワイヤシステムは、運転者からの入力、例えばトルクや操舵角度をセンサで検出し、また他の車両センサからの情報とあわせて、車両の走行状態に適した舵角を求め、その舵角指令値を転舵用アクチュエータに送り、実際に車輪の転舵を行うものである。転舵用アクチュエータとして用いるモータの出力は、転舵に必要な力が最大となる車両停止時のハンドル操作（据え切り時）を想定して決定され、高出力で大型のモータが必要となる。

そこで、小型で安価な低出力モータを用いるために、据え切り時には、クラッチ機構を連結することにより、操舵機構と転舵機構とを機械的に連結し、転舵動力モータおよび反力モータの駆動を制御して車輪を転舵する車両用操舵装置が考案されている（特許文献１参照）。この車両用操舵装置によれば、据え切り時の転舵動力モータの出力を抑えることができ、転舵動力モータを小型化できるとされている。

特開２００８−１９５１８７号公報

しかしながら、上述の車両操舵装置は、据え切り時にクラッチ機構を連結して、反力モータの駆動により転舵動力モータの出力をアシストしている。そのため、この状態で必要な転舵力が急に低下した場合、今までタイヤを転舵させるために付加されていた大きな転舵力が操舵軸側に働き、操舵軸が必要以上に動いてしまう、いわゆるセルフステアの状態になるおそれがある。そのため、操舵の際のフィーリングには改善の余地がある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、操舵装置における操舵フィーリングを向上できる新たな技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のある態様のクラッチ装置は、２つの回転軸の間の回転力の伝達および遮断の切替えを行うクラッチ装置であって、内周または外周に複数の溝部が互いに間隔をもって周方向に形成されている第１の回転軸と、前記第１の回転軸と同軸に、かつ、少なくとも一部が重なるように配置されている第２の回転軸と、前記第２の回転軸の径方向に移動できるように該第２の回転軸に設けられ、互いに間隔をもって該第２の回転軸の周方向に配列されている複数の係合部と、前記係合部を前記溝部に向かう方向へ進退させる進退機構と、前記進退機構によって前記複数の係合部を前記溝部に向かって移動させる場合に、少なくとも一つの係合部の移動を規制できる規制機構と、を備える。前記複数の係合部および前記複数の溝部は、前記進退機構によって所定の組合せの２つの係合部のそれぞれが前記複数の溝部のうち対応する溝部に入ることで第１の所定量以下の遊びをもって２つの回転軸が互いにロックされ、両方向の回転に対して回転力が伝達されうる第１の係合状態となるように構成されているとともに、前記規制機構によって、前記所定の組合せの２つの係合部の一方が前記溝部へ移動する動作が規制されることで前記第１の所定量より大きい第２の所定量の相対回転が２つの回転軸の間で許容される第２の係合状態となるように構成されている。

この態様によると、第１の所定量以下の遊びをもって２つの回転軸が互いにロックされ、両方向の回転に対して回転力が伝達されうる第１の係合状態と、第１の所定量より大きい第２の所定量の相対回転が２つの回転軸の間で許容される第２の係合状態と、を実現できる。これにより、例えば、クラッチ装置が用いられるシステムの異常時には、２つの回転軸が互いにロックされることで、両方向の回転に対して回転力が伝達される。また、クラッチ装置が用いられるシステムが正常であるものの一方の回転軸にかかる回転力を用いて他方の回転軸の回転をアシストする場合には、第１の所定量より大きい第２の所定量の相対回転が２つの回転軸の間で許容されることで、一方の回転軸の一方向の回転により回転力を伝達できるとともに、他方向の回転においては回転力の伝達が遮断されうる。このように、上述のクラッチ装置を車両用の操舵装置に用いることで、回転のアシストが必要なくなった等の状況では２つの回転軸が互いに相対回転できるため、回転力の伝達が速やかに遮断され、操舵装置における操舵フィーリングを向上できる。

ここで、第１の所定量とは、例えば、部品の公差や部品同士の機械的な接続に要求される精度を考慮し、あるいは、クラッチ装置が用いられるシステム（例えば操舵装置）の操作性から許容される遊び等を考慮して設定されていてもよい。また、第２の所定量とは、第１の所定量より大きな値であり、例えば、２つの回転軸が接続されている状態と接続されていない状態とが明らかに区別できる程度の値と言うことができる。つまり、部品同士の遊びやガタといった程度の大きさではなく、意図した動作（例えば一方向クラッチ接続）を実現するために設定された値と言うことができる。

前記複数の係合部は、前記進退機構によって前記複数の溝部に向かって移動した場合、前記第１の回転軸と前記第２の回転軸との回転位相差にかかわらず、前記複数の溝部のうちいずれか一つの第１溝部に入る第１係合部と、前記第１係合部が、前記第１溝部に入った状態で右回りまたは左回りのいずれか一方の回転方向へ移動する際に、前記第１溝部と異なる第２溝部に入る第２係合部と、を有してもよい。前記第１係合部は、前記第１係合部および前記第２係合部がそれぞれ対応する溝部に入った状態で、前記第１溝部の２つの側面のうち該第１係合部と近接する一方の回転方向側の側面との隙間が前記第１の所定量以下となるように構成されていてもよい。この態様によると、進退機構により係合部を溝部から退避させることで第１の回転軸と第２の回転軸との回転力の伝達がない分離状態にできる。一方、進退機構により第１の回転軸と第２の回転軸とが接続されている状態では、第１の回転軸が一方の回転方向に回転した場合は、第１係合部が第１溝部の２つの側面のうち他方の回転方向側の側面に係合するため、遊びがほとんどない状態で速やかに回転力を第２の回転軸に伝達できる。また、第１の回転軸が他方の回転方向に回転した場合は、第２係合部が第２溝部の２つの側面のうち一方の回転方向側の側面に係合するため、遊びがほとんどない状態で速やかに回転力を第２の回転軸に伝達できる。

前記複数の係合部は、前記進退機構によって前記複数の溝部に向かって移動した場合、前記第１の回転軸と前記第２の回転軸との回転位相差にかかわらず、前記複数の溝部のうちいずれか一つの第１溝部に入る第１係合部と、前記第１係合部が、前記第１溝部に入った状態で右回りまたは左回りのいずれか一方の回転方向へ移動し、該第１溝部の２つの側面のうち一方の回転方向側の側面に係合するまでに、前記第１溝部と異なる第２溝部に入る第２係合部と、を有してもよい。前記第２係合部は、前記第２溝部に入った際に、該第２溝部の２つの側面のうち他方の回転方向側の側面に前記第１の所定量以下の遊びをもって係合するように構成されていてもよい。この態様によると、進退機構により係合部を溝部から退避させることで第１の回転軸と第２の回転軸との回転力の伝達がない分離状態にできる。一方、進退機構により第１の回転軸と第２の回転軸とが接続されている状態では、第１の回転軸が一方の回転方向に回転した場合は、第１係合部が第１溝部の２つの側面のうち他方の回転方向側の側面に係合するため、遊びがほとんどない状態で回転力を第２の回転軸に伝達できる。また、第１の回転軸が他方の回転方向に回転した場合は、第２係合部が第２溝部の２つの側面のうち一方の回転方向側の側面に係合するため、遊びがほとんどない状態で回転力を第２の回転軸に伝達できる。

前記進退機構は、電気によって駆動するアクチュエータと、前記係合部を前記溝部に向かって付勢する付勢部材と、を有してもよい。前記アクチュエータに通電した際の動作により前記付勢部材の付勢力より大きな力で前記係合部を前記溝部から退避させるとともに、前記アクチュエータへの通電が解除された場合には前記付勢部材の付勢力により前記第１係合部が前記第１溝部に入るように構成されていてもよい。これにより、アクチュエータへの通電が解除された非常時には、第１係合部が第１溝部に入ることで第１の回転軸と第２の回転軸との接続が速やかに行われる。

前記アクチュエータは、回転型ソレノイドであり、前記進退機構は、前記回転型ソレノイドの回転運動を変換して前記係合部を進退させる変換機構を更に備えてもよい。これにより、クラッチ装置の軸方向の長さを抑えることができる。

前記複数の溝部の数をｎ、前記溝部のピッチをＰ、前記複数の係合部の数をＮ、前記複数の溝部に入る係合部の数をＮｘ、前記係合部の幅をＷ、前記溝部の幅をＢ１、前記溝部と隣接する溝部との距離をＢ２、前記溝部に前記係合部を係合させる際のズレ角度をδ、とすると、前記係合部および前記溝部は、Ｐ＝３６０／ｎ Ｂ１≒Ｗ＋（δ×（Ｎｘ−１）） δ＝Ｐ／Ｎ を満たすように設けられていてもよい。これにより、例えば、接続時のズレ角度を考慮した設計が可能となる。

本発明の別の態様もまた、クラッチ装置である。この装置は、第１の回転軸と第２の回転軸との間の回転力の伝達および遮断の切替えを行うクラッチ装置であって、前記第１の回転軸と前記第２の回転軸との間で回転力が伝達されない第１のモードと、前記第１の回転軸と前記第２の回転軸とが互いにロックされた状態で両方向の回転に対して回転力が伝達されうる第２のモードと、前記第１の回転軸と前記第２の回転軸との間で一方向の回転に対して回転力が伝達されうる状態で前記第１の回転軸または前記第２の回転軸の他方向への回転が許容されていることで、回転力の伝達の解除が可能な第３のモードと、が切替え可能に構成されている。

この態様によると、回転力の伝達および遮断というクラッチ装置の動作に加えて、第１の回転軸と前記第２の回転軸との間で一方向の回転に対して回転力が伝達されうる状態で第１の回転軸または第２の回転軸の他方向への回転が許容されていることで、回転力の伝達の解除が可能な第３のモードを実現できる。これにより、例えば、クラッチ装置が用いられるシステムの異常時には、２つの回転軸が互いにロックされることで、両方向の回転に対して回転力が伝達される。また、クラッチ装置が用いられるシステムが正常であるものの一方の回転軸にかかる回転力を用いて他方の回転軸の回転をアシストする場合には、ある程度以上の相対回転が２つの回転軸の間で許容されることで、一方の回転軸の一方向の回転により回転力を伝達できるとともに、他方向の回転においては回転力の伝達が遮断されうる。このように、上述のクラッチ装置を車両用の操舵装置に用いることで、回転のアシストが必要なくなった等の状況において２つの回転軸が互いに相対回転でき、回転力の伝達を速やかに遮断できるため、操舵装置における操舵フィーリングを向上できる。

本発明の更に別の態様は、操舵装置である。この装置は、車両を操舵するために回転される操作部材と、前記操作部材に伝達される回転力を発生させることで操舵側での反力創出を可能とする操舵アクチュエータと、前記操作部材の操作量に応じた情報を検出する操作量検出部と、車輪を転舵する転舵機構と、前記転舵機構に伝達される回転力を発生させることで転舵側での車輪の転舵を可能とする転舵アクチュエータと、前記操作部材と前記転舵機構との間に配置され、前記操作部材と前記転舵機構との間の回転力の伝達および遮断の切替えを行う上述のクラッチ装置と、前記クラッチ装置により前記第１の回転軸と前記第２の回転軸との間の回転力の伝達が遮断された状態で、前記操作部材への入力に応じて前記操舵アクチュエータによる操舵側での反力創出制御を行うとともに、前記操作量に応じた情報に基づいて前記転舵アクチュエータによる転舵側での転舵位置制御を行う制御装置と、を備えている。前記制御装置は、前記転舵アクチュエータによる転舵位置制御に必要な出力が不足すると予想される情報、または、出力が不足している情報に基づいて、前記クラッチ装置が前記第２の係合状態となるように切り替え制御する。

この態様によると、転舵機構への回転力のアシストが必要なくなった等の状況において２つの回転軸が互いに相対回転できることで、回転力の伝達を速やかに遮断できるため、操舵装置における操舵フィーリングを向上できる。

前記転舵機構の転舵量に応じた情報を検出する転舵量検出部を更に備えてもよい。前記制御装置は、前記操作量に応じた情報および前記転舵量に応じた情報の少なくとも一方に基づいて前記クラッチ装置を前記第２の係合状態に切り替え制御してもよい。これにより、操舵アクチュエータや操作部材の操作による回転力を用いた転舵機構へのアシスト制御が速やかに実現できる。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

この発明により、例えば、操舵装置における操舵フィーリングを向上できる。

本実施の形態に係る車両操舵装置の概略構成を示す模式図である。 操舵角度と転舵角度との関係を模式的に示した図である。 本実施の形態に係るクラッチ装置の軸に平行な断面図である。 図３に示すクラッチ装置のＡ−Ａ断面図である。 本実施の形態に係るクラッチ装置（クラッチＯＮ状態）の軸に平行な断面図である。 図５に示すクラッチ装置のＣ−Ｃ断面図である。 ロックバーとロック溝の形状を説明するための図である。 図７に示すロックバーとロック溝との関係を直線状に示した模式図である。 本実施の形態に係るクラッチ装置（アシスト制御準備状態）の軸に平行な断面図である。 図９に示すクラッチ装置のＥ−Ｅ断面図である。 本実施の形態に係るクラッチ装置（アシスト制御状態）の軸に平行な断面図である。 図１１に示すクラッチ装置のＧ−Ｇ断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。以下の実施の形態で説明するクラッチ装置は、車両の操舵装置に適用することができる。特に、いわゆるステアバイワイヤ型車両操舵装置、すなわち、操舵部に設けられたステアリングホイール等の操作部材に加えられる操舵力によらず、電気的な制御下、転舵部において備える動力源の動力によって、操作部材の操作に応じた車輪の転舵が行われる車両操舵装置に好適である。

図１は、本実施の形態に係る車両操舵装置の概略構成を示す模式図である。車両操舵装置１０は、ハンドル１２と、操舵角度センサ１４と、トルクセンサ１６と、操舵反力モータ１８と、インターミディエイトシャフト２０と、転舵角度センサ２２と、転舵モータ２４と、タイヤ２６と、制御装置２８と、クラッチ装置２９とを備える。

操舵アクチュエータ３０は、操舵角度センサ１４と、トルクセンサ１６と、操舵反力モータ１８とで構成されている。また、転舵アクチュエータ３２は、転舵角度センサ２２と転舵モータ２４とを有する。制御装置２８は、操舵アクチュエータ３０および転舵アクチュエータ３２が有する各種センサの情報に基づいて、操舵反力モータ１８や転舵モータ２４を制御する。

より詳述すると、制御装置２８は、操舵ＥＣＵ２８ａおよび転舵ＥＣＵ２８ｂを有する。操舵ＥＣＵ２８ａは、操舵角度センサ１４やトルクセンサ１６等から取得した情報に基づいて、操舵反力モータ１８の駆動を制御する。転舵ＥＣＵ２８ｂは、転舵角度センサ２２等から取得した情報に基づいて、転舵モータ２４の駆動を制御する。また、操舵ＥＣＵ２８ａおよび転舵ＥＣＵ２８ｂは、必要に応じて互いに通信できるように構成されている。

ハンドル１２は、車室内の運転席側に配置され、運転者が操舵量を入力するために回転させる操舵部材として機能する。また、ハンドル１２とクラッチ装置２９との間には、ハンドル１２からの入力が伝達されるメインシャフト１３が連結されている。

操舵角度センサ１４は、運転者が入力した操舵量としてのハンドル１２の回転角を検出し、この検出値を操舵ＥＣＵ２８ａに対して出力する。操舵角度センサ１４は、ハンドル１２の操作量に応じた情報を検出する検出部として機能する。

トルクセンサ１６は、ハンドル１２の操舵量に応じたトルクを検出する。操舵反力モータ１８は、操舵ＥＣＵ２８ａの制御に基づいて、操舵角度センサ１４が検出したハンドル１２の回転角に応じた操舵反力を運転者に感じさせるための反力をハンドル１２に作用させる。

操舵ＥＣＵ２８ａや転舵ＥＣＵ２８ｂは、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよびそれらを相互に接続するデータバスから構成され、ＲＯＭに格納されたプログラムに従い、運転者が入力した操舵量としてのハンドル１２の回転角を検出し、この操舵量に基づいた転舵量を演算して、この転舵量に基づいて、転舵モータ２４を制御してタイヤ２６を転舵する制御を行う制御部として機能する。

転舵モータ２４は、転舵ＥＣＵ２８ｂの制御に基づいて、タイヤ２６にタイロッドを介して連結される車幅方向に延びるラックバーを車幅方向に動作させる転舵アクチュエータ３２の一部を構成する。

転舵角度センサ２２は、転舵アクチュエータ３２の一部を構成するラックアンドピニオン機構３４のピニオンの回転角を検出して、この検出値を制御装置２８に対して出力する。

インターミディエイトシャフト２０は、ステアバイワイヤシステムが機能しない場合のバックアップ機構の一部として、操舵アクチュエータ３０から転舵アクチュエータ３２へ操舵力（回転力）を伝達する役割を果たす。メカバックアップ機構は、インターミディエイトシャフト２０、クラッチ装置２９、ラックアンドピニオン機構３４等から構成される。

クラッチ装置２９は、２つの回転軸の間の回転力の伝達および遮断の切替えを行う。クラッチ装置２９の構造の詳細については後述するが、車両操舵装置１０は、システムが正常な場合、クラッチ装置２９により操舵アクチュエータ３０と転舵アクチュエータ３２との接続が分離されており、ステアバイワイヤシステムとして機能する。一方、車両操舵装置１０は、システムが異常な場合や後述する転舵モータ２４の出力が不足する場合に、クラッチ装置２９により操舵アクチュエータ３０と転舵アクチュエータ３２とが機械的に接続されることで、ハンドル１２の操作によりタイヤ２６を直接転舵できるようになる。

上述のように、本実施の形態に係る車両操舵装置１０は、車両を操舵するために回転されるハンドル１２と、ハンドル１２に伝達される回転力を発生させることで操舵側での反力創出を可能とする操舵アクチュエータ３０と、ハンドル１２の操作量に応じた情報を検出する操舵角度センサ１４と、車輪を転舵する転舵機構としてのラックアンドピニオン機構３４と、ラックアンドピニオン機構３４に伝達される回転力を発生させることで転舵側での車輪の転舵を可能とする転舵アクチュエータ３２と、ハンドル１２とラックアンドピニオン機構３４との間に配置され、ハンドル１２とラックアンドピニオン機構３４との間の回転力の伝達および遮断の切替えを行うクラッチ装置２９と、クラッチ装置２９によりメインシャフト１３とインターミディエイトシャフト２０との間の回転力の伝達が遮断された状態で、ハンドル１２への入力に応じて操舵アクチュエータ３０による操舵側での反力創出制御を行うとともに、操作量に応じた情報に基づいて転舵アクチュエータ３２による転舵側での転舵位置制御を行う制御装置２８と、を備えている。制御装置２８は、転舵アクチュエータ３２による転舵位置制御に必要な出力が不足すると予想される情報、または、出力が不足している情報に基づいて、クラッチ装置２９が所定の係合状態となるように切り替え制御する。

ここで、車両操舵装置１０の転舵位置制御における動作について説明する。図２は、操舵角度と転舵角度との関係を模式的に示した図である。図２に示すグラフにおいて、横軸は入力側であるハンドル角度（操舵角度）、縦軸は出力側であるタイヤ角度（転舵角度）を示している。

通常のステアバイワイヤ制御（以下、適宜「ＳＢＷ制御」と称する場合がある。）の場合、ハンドル角度が中立（ｒ＝ｒ_０）の状態では、クラッチ装置２９は、メインシャフト１３とインターミディエイトシャフト２０との間の回転力伝達経路を切断するように働いている。そして、理想的な状況では、ハンドル角度ｒ＝ｒ_０の状態からハンドル１２を回転させ、ハンドル角度ｒ＝ｒ_３となるまでは、タイヤ角度Ｒも単調に増加し、タイヤ角度Ｒがタイヤエンド角度Ｒ_ＥＮＤに達すると、それ以上ハンドル１２を回転させてもタイヤ角度Ｒは変化しない。

しかしながら、車両の速度や路面の状況によっては、ハンドル角度の変化に対して目標タイヤ角度（図２の点線）とならないことがある。例えば、タイヤと路面との摩擦が高い場合、タイヤの移動方向に障害物が存在する場合、車両が停止している状態でのハンドルの据え切りの場合等において、転舵モータ２４による出力が目標とする転舵位置制御に対して不足することがある。

そこで、以下では、このような状況に対応したＳＢＷ制御について説明する。ハンドル角度ｒ＝ｒ_０の状態からハンドル１２を回転させ、ハンドル角度ｒ＝ｒ_１となるまでは、タイヤ角度Ｒは、ハンドル角度ｒの変化に対応して増加する。この間におけるハンドル角度ｒとタイヤ角度Ｒとのギヤ比は、クラッチ装置２９により操舵側と転舵側との機械的な接続が切断されているため、ある程度自由に選択できる。その間は、タイヤ２６の転舵は転舵モータ２４の駆動力によって行われる。

そして、タイヤ角度Ｒ＝Ｒ_１（ハンドル角度ｒ＝ｒ_１）となった状態で、転舵モータ２４による転舵位置（タイヤ角度）制御に必要な出力が不足した場合、図２に示すように、ハンドル１２の回転を続けても、実際のタイヤ角度（図２に示す実線）は変化しない。つまり、これ以上タイヤが転舵しない状態となる。そのため、ハンドル角度に対応した目標タイヤ角度（図２に示す点線）から実際のタイヤ角度が乖離してしまい、ハンドル１２をそれ以上回転させても、タイヤエンドＲ_ＥＮＤまでタイヤ２６が転舵しないことになる。

そこで、本実施の形態に係る制御装置２８は、転舵モータ２４による転舵位置制御に必要な出力が不足すると予想される情報を取得した場合、または、出力が不足している情報を取得した場合、ハンドル１２の操作による回転力や、操舵反力モータ１８によりメインシャフト１３に付与されている回転力がインターミディエイトシャフト２０を介して転舵アクチュエータ３２に伝達できるように回転力伝達経路を接続すべくクラッチ装置２９の状態を切り替える。

ここで、転舵モータ２４による転舵位置制御に必要な出力が不足すると予想される情報とは、例えば、据え切り（停止状態でハンドル１２を大きく切る動作）と想定される状況を示す情報であり、不図示の車速センサやエンジン回転数センサなどによって車両が停止または超低速の状態であることを検出し、操舵角度センサ１４の出力によって所定の値よりも大きなハンドル角度ｒを検出した場合などが相当する。また、転舵モータ２４による転舵位置制御に必要な出力が不足している情報とは、例えば、操舵角度センサ１４によって検出したハンドル角度ｒに対して転舵角度センサ２２によって検出したタイヤ角度Ｒが、目標とするタイヤ角度から乖離していた場合などが相当する。

このような情報を検出した制御装置２８は、転舵力の不足を補うアシスト制御を開始するために、前述の回転力伝達経路を接続すべくクラッチ装置２９の状態を切り替える。

次に、クラッチ装置２９の構造について詳述する。図３は、本実施の形態に係るクラッチ装置２９の軸に平行な断面図である。図４は、図３に示すクラッチ装置２９のＡ−Ａ断面図である。なお、図３は、図４に示すＢ−Ｂ’断面に相当する。

クラッチ装置２９は、第１の回転軸である環状のハンドル側ハウジング７６と、第２の回転軸である環状のタイヤ側ハウジング７８と、タイヤ側ハウジング７８の径方向に移動できるようにタイヤ側ハウジング７８に設けられている係合部としての複数のロックバー８０と、を備える。ハンドル側ハウジング７６は、内周面に複数のロック溝８２が互いに間隔をもって周方向の形成されている。タイヤ側ハウジング７８は、ハンドル側ハウジング７６と同軸となるように設けられており、クラッチ装置２９の側方から見て少なくとも一部がハンドル側ハウジング７６と重なるように配置されている。

ハンドル側ハウジング７６は、操舵アクチュエータ３０（図１参照）と連結されており、ハンドル１２の回転に連動して回転する。また、タイヤ側ハウジング７８は、転舵アクチュエータ３２（図１参照）と連結されており、タイヤの転舵に連動して回転する。クラッチ装置２９は、ロックバー８０をロック溝８２に向かう方向へ進退させる進退機構８４を更に備える。進退機構８４の詳細については後述する。

本実施の形態に係るクラッチ装置２９においては、６つのロックバー８０が放射状に配置されている。各ロックバー８０は、環状のタイヤ側ハウジング７８の周面に形成された開口部７８ａに摺動可能に支持されている。

タイヤ側ハウジング７８の図２に示す中央の開口部近傍には、バネ受け部材８６が固定されている。バネ受け部材８６は、小径部８６ａの外周面に、各ロックバー８０に対応するように複数の凸部８６ｂが放射状に配置されている。凸部８６ｂは、付勢部材であるバネ９０がずれないようにその一端を支持する。また、バネ９０の他端は、ロックバー８０のバネ受け部材８６と対向する部分に形成されている凹部８０ａにより支持されている。そして、バネ９０は、図３や図４に示す状態では圧縮されている。

進退機構８４は、電気によって駆動するアクチュエータとしての回転型ソレノイド９２と、ロックバー８０をロック溝８２に向かって付勢するバネ９０と、ロックバー８０に作用することでロックバー８０の進退を制御するピン９４と、ピン９４が固定されている回転盤９６と、を有している。

回転型ソレノイド９２は、通電時（クラッチ装置ＯＦＦ）には軸９２ａが図４に示す矢印Ｒ３方向に回転し、非通電時（クラッチ装置ＯＮ）には内部にある戻りバネの作用で図４に示す矢印Ｒ４方向に軸９２ａが回転するように構成されている。図３、図４は、回転型ソレノイド９２の通電時の状態を示している。

ピン９４は、ロックバー８０の中央部から側面に向かって設けられた切り欠き溝８０ｂに侵入した状態でロックバー８０と係合している。また、ピン９４は、図３に示すクラッチ装置ＯＦＦの状態でロックバー８０の切り欠き溝８０ｂと当接し、後述するクラッチ装置ＯＮの状態でロックバー８０の切り欠き溝８０ｂから退避する。

回転盤９６は、回転型ソレノイド９２の軸９２ａに固定されており、回転型ソレノイド９２への通電状態に応じて時計回りまたは反時計回りに回転する。その際、ピン９４も時計回りまたは反時計回りに回転し、位置が変化する。

次に、クラッチ装置の動作を説明する。図３や図４に示すように、クラッチ装置２９がＯＦＦの状態、すなわち回転型ソレノイド９２に通電されている状態では、ロックバー８０とロック溝８２とが一切係合しない。そのため、操舵アクチュエータ３０（図１参照）と転舵アクチュエータ３２（図１参照）とは切り離された状態であり、互いの間で回転力は伝達されない。

より詳細には、回転型ソレノイド９２に通電されると、回転型ソレノイド９２の軸９２ａとともに回転盤９６が図４に示す矢印Ｒ３方向に回転する。その際、ピン９４が切り欠き溝８０ｂの側壁８０ｂ１に当接しながら切り欠き溝８０ｂの奥側に侵入することで、ロックバー８０が徐々にタイヤ側ハウジング７８の内側に引き込まれ、最終的にクラッチ装置２９がＯＦＦの状態となる位置にロックバー８０が規制される。

なお、本実施の形態に係るクラッチ装置２９は、前述の進退機構８４によって複数のロックバー８０をロック溝８２に向かって移動させる場合に、少なくとも一つのロックバー８０の移動を規制できる規制機構１００を備える。

規制機構１００は、電気によって駆動するアクチュエータとしてのプル型ソレノイド１０２と、ロックバー８０に作用することでロックバー８０の進退を制御する一以上のアシストロックピン１０４と、アシストロックピン１０４が固定されているアダプタ１０６と、を有している。

プル型ソレノイド１０２は、非通電時（クラッチ装置が両方向クラッチ接続として機能する場合）には内部にある戻りバネの作用で軸１０２ａが引き込まれ、後述するアシスト制御時（クラッチ装置が一方向接続として機能する場合）には通電により軸１０２ａが突出するように構成されている。図３は、プル型ソレノイド１０２の非通電時の状態を示している。規制機構の動作の詳細については後述する。

次に、クラッチ装置が非通電時（クラッチ接続ＯＮ状態）の場合について説明する。図５は、本実施の形態に係るクラッチ装置２９（クラッチＯＮ状態）の軸に平行な断面図である。図６は、図５に示すクラッチ装置２９のＣ−Ｃ断面図である。なお、図５は、図６に示すＤ−Ｄ’断面に相当する。

クラッチ装置２９は、システムの故障などで通電が行われない状態となると、回転型ソレノイド９２の戻りバネの働きで、それまでロックバー８０を規制していた回転盤９６が図６に示す矢印Ｒ４方向へ回転する。その結果、ロックバー８０の切り欠き溝８０ｂの内部でのピン９４の位置が変化し、ピン９４が切り欠き溝８０ｂの内部から退避することになる。その結果、ピン９４により位置が規制されていたロックバー８０は、ハンドル側ハウジング７６のロック溝８２に向かって移動できるようになる。

このように、各ロックバー８０は、バネ９０の付勢力によってハンドル側ハウジング７６のロック溝８２に向かってタイヤ側ハウジング７８の径方向に移動する力が働くが、図６に示すように、クラッチ装置２９では、すべてのロックバー８０がそのままロック溝８２に入るようには構成されていない。

つまり、各ロックバー８０（以下、適宜ロックバー８０１〜８０６と称する場合がある。）と各ロック溝８２との位置関係、つまりハンドル側ハウジング７６とタイヤ側ハウジング７８との位置関係によっては、ロック溝８２に入り込むロックバーの組合せは種々変わりうる。図６に示すクラッチ装置２９では、ロック溝８２に入り込むロックバー８０１〜８０３と、ロック溝８２に入り込まずにロック溝８２同士の間の突起部８３と当接しているロックバー８０４〜８０６とが存在することになる。

図６に示す状態は、クラッチ装置２９が完全にクラッチＯＮとなった場合であるが、回転型ソレノイド９２への通電が解除されたと同時に、常にこの状態に至る訳ではない。以下では、通常のハンドル１２の操作によってクラッチ装置２９が完全にクラッチＯＮとなるまでの動作について更に詳述する。

例えば、図６に示す状態からハンドル側ハウジング７６が矢印Ｒ４方向へわずかに回転した位置にある場合（タイヤ側ハウジング７８は図６に示す状態のまま）、ロックバー８０２，８０３は、ロック溝８２に入り込むものの、ロックバー８０１，８０４〜８０６は、ハンドル側ハウジング７６の内周壁にある突起部８３に当接した状態である。また、この場合には、ロック溝８２に入り込んだロックバー８０２，８０３は、いずれもロック溝８２の側面８２ａ，８２ｂに当接していない。そのため、ハンドル側ハウジング７６とタイヤ側ハウジング７８との間には、回転方向において遊びが存在している。

そして、この状態からハンドル側ハウジング７６を矢印Ｒ３方向へ回転すると、ロックバー８０３がロック溝８２の一方の側面８２ａに当接し係合した際に、ロックバー８０１がロック溝８２に入り、ロック溝８２の他方の側面８２ｂと係合する。その結果、図６に示すように、ロック溝８２１に入り込んで他方の側面８２ｂと係合するロックバー８０１とロック溝８２３に入り込んで一方の側面８２ａと係合するロックバー８０３とにより、ハンドル側ハウジング７６とタイヤ側ハウジング７８との間の回転方向の遊びがほぼなくなり（ロック状態）、ハンドル側ハウジング７６の回転力をタイヤ側ハウジング７８へ確実に伝達することができる。

このように、本実施の形態に係るクラッチ装置２９において、複数のロックバー８０は、回転型ソレノイド９２を含む進退機構８４によって複数のロック溝８２に向かって移動した場合、ハンドル側ハウジング７６とタイヤ側ハウジング７８との回転位相差にかかわらず、複数のロック溝８２のうちいずれか一つのロック溝（図６ではロック溝８２３）に入る第１のロックバー（図６ではロックバー８０３）と、第１のロックバーが、対応するロック溝に入った状態で左回りの回転方向（図６に示す矢印Ｒ４方向）へ移動し、ロック溝の２つの側面のうち一方の回転方向（矢印Ｒ４方向）側の側面（図６では側面８２ａ）に係合した際に、第１のロック溝と異なる第２のロック溝（図６ではロック溝８２１）に入る第２のロックバー（図６ではロックバー８０１）と、を有する。図６に示すロックバー８０１は、ロック溝８２１に入った際に、ロック溝８２１の２つの側面８２ａ，８２ｂのうち他方の回転方向（矢印Ｒ３方向）側の側面８２ｂに係合するように構成されている。

これにより、クラッチ装置２９は、進退機構８４により各ロックバー８０をロック溝８２から退避させることで、車両操舵装置１０をハンドル側ハウジング７６とタイヤ側ハウジング７８との回転力の伝達がない分離状態にできる。一方、クラッチ装置２９は、進退機構８４によりハンドル側ハウジング７６とタイヤ側ハウジング７８とが接続されている状態（ロック状態）では、ハンドル側ハウジング７６が一方の回転方向（例えば矢印Ｒ３方向）に回転した場合は、ロックバー８０３がロック溝８２３の２つの側面のうち他方の回転方向（矢印Ｒ４方向）側の側面８２ａに係合しているため、遊びがほとんどない状態で回転力をタイヤ側ハウジング７８に伝達できる。また、ハンドル側ハウジング７６が他方の回転方向（例えば矢印Ｒ４方向）に回転した場合は、ロックバー８０１がロック溝８２１の２つの側面のうち一方の回転方向（矢印Ｒ３方向）側の側面８２ｂに係合しているため、遊びがほとんどない状態で回転力をタイヤ側ハウジング７８に伝達できる。

また、クラッチ装置２９は、回転型ソレノイド９２に通電した際の動作によりバネ９０の付勢力より大きな力でロックバー８０をロック溝８２から退避させるとともに、回転型ソレノイド９２に通電されていない場合にはバネ９０の付勢力によりロックバー８０２やロックバー８０３がロック溝８２に入るように構成されている。これにより、回転型ソレノイド９２への通電が行われなくなった非常時には、ロックバー８０２やロックバー８０３がロック溝８２に入ることでハンドル側ハウジング７６とタイヤ側ハウジング７８との接続が速やかに行われる。

また、クラッチ装置２９は、回転型ソレノイド９２の回転運動を変換してロックバー８０を進退させているため、クラッチ装置の軸方向の長さを抑えることができる。

次に、ロックバー８０とロック溝８２との好適な関係について説明する。図７は、ロックバー８０とロック溝８２の形状を説明するための図である。図８は、図７に示すロックバーとロック溝との関係を直線状に示した模式図である。

図７、図８に示すように、複数のロック溝８２の数をｎ［個］、ロック溝８２のピッチをＰ、複数のロックバー８０の数をＮ［個］、複数のロック溝８２に入るロックバー８０の数をＮｘ［個］、ロックバー８０の幅をＷ［ｄｅｇ］、ロック溝８２の幅をＢ１［ｄｅｇ］、ロック溝８２と隣接するロック溝８２との距離（突起部８３の幅）をＢ２［ｄｅｇ］、ロック溝８２にロックバー８０を係合させる際のズレ角度（接続時ズレ角度）をδ［ｄｅｇ］とすると、本実施の形態に係るクラッチ装置２９における各パラメータは
Ｐ＝３６０／ｎ・・・式（１）
Ｂ１≒Ｗ＋（δ×（Ｎｘ−１））・・・式（２）
δ＝Ｐ／Ｎ・・・式（３）
の各式を満たすように設定されている。なお、各式の数値は、設計の自由度や部品の公差などによって多少の誤差は許容される。

これにより、ハンドル側ハウジング７６とタイヤ側ハウジング７８との相対的な位相がどんな場合でも、少なくとも一つのロックバー８０は常にロック溝８２に入りうる位置になる。また、ハンドル側ハウジング７６とタイヤ側ハウジング７８との接続（ロック）時のズレ角度δを考慮した設計が可能となる。ここで、接続時のズレ角度δとは、ハンドル側ハウジング７６とタイヤ側ハウジング７８との相対的な位相がどんな場合であっても、一方を他方に対して接続時ズレ角度δだけ回転させれば、クラッチ装置２９においてクラッチＯＮ状態（ロック状態）が実現される角度を示すパラメータである。つまり、接続時のズレ角度δを小さく設定すれば、システム異常時においてもわずかなハンドル操作で操舵アクチュエータ３０と転舵アクチュエータ３２とが機械的に連結されることとなり、車両操舵装置１０のフェールセーフの応答性の向上が図られる。

前述のように、車両操舵装置１０は、車両を操舵するために回転されるハンドル１２と、ハンドル１２の操作量に応じた情報を検出する操舵角度センサ１４と、タイヤ２６を転舵するラックアンドピニオン機構３４と、ラックアンドピニオン機構３４を駆動する転舵モータ２４と、ハンドル１２とラックアンドピニオン機構３４との間に配置され、ハンドル１２とラックアンドピニオン機構３４との間の回転力の伝達および遮断の切替えを行うクラッチ装置２９と、クラッチ装置２９により回転力が遮断された状態で転舵モータ２４を駆動し、操作量に応じた情報に基づいて転舵量を制御する制御装置２８と、を備えている。ハンドル１２は、ハンドル側ハウジング７６と連結されており、ラックアンドピニオン機構３４は、タイヤ側ハウジング７８と連結されており、クラッチ装置２９は、ハンドル１２とラックアンドピニオン機構３４との間の回転力が伝達可能な状態で、ハンドル１２の操作に応じて車輪の舵角が変化するようにハンドル側ハウジング７６とタイヤ側ハウジング７８とが機械的に連結されている。

これにより、クラッチ装置２９により回転力が遮断された状態で転舵モータ２４を駆動し、ハンドル１２の操作量に応じた情報に基づいて転舵量を制御している場合には、ラックアンドピニオン機構３４からハンドル１２へトルク変動などが伝達されないため、操舵フィーリングを向上できる。

ここで、図２に示すＳＢＷ制御の説明に戻る。制御装置２８は、ハンドル角度ｒが変化してもタイヤ角度が変化しない範囲（ｒ_１＜ｒ＜ｒ_２）において、クラッチ装置２９をアシスト制御が可能な接続状態に切り替える。

次に、クラッチ装置を一方向クラッチ接続状態へ切り替える準備工程について説明する。図９は、本実施の形態に係るクラッチ装置２９（アシスト制御準備状態）の軸に平行な断面図である。図１０は、図９に示すクラッチ装置２９のＥ−Ｅ断面図である。なお、図９は、図１０に示すＦ−Ｆ’断面に相当する。

ＳＢＷ制御等のように図３や図４に示すクラッチ接続が行われていない状態、つまり、進退機構８４によりロックバー８０がロック溝８２に入り込んでいない状態において、制御装置２８がアシスト制御を行う場合、規制機構１００におけるプル型ソレノイド１０２に通電する。各ロックバー８０には、図９や図１０に示すように、アシストロックピン１０４が侵入できるように構成されたアシストロック溝１０８が設けられている。そのため、プル型ソレノイド１０２の軸１０２ａが矢印Ｙ方向に移動することで、一以上のアシストロックピン１０４がアシストロック溝１０８に侵入しロックバー８０と係合する。

本実施の形態に係る規制機構１００は、ロックバー８０１を除く５つのロックバー８０２〜８０６と係合する５つのアシストロックピン１０４を備えている。したがって、ロックバー８０１を除く５つのロックバー８０２〜８０６は、その位置が図１０に示す位置に規制される。一方、ロックバー８０１は、進退機構８４によってロック溝８２から退避されているものの、規制機構１００によってその位置が規制されている訳ではない。

次に、クラッチ装置の一方向クラッチ接続状態について説明する。図１１は、本実施の形態に係るクラッチ装置２９（アシスト制御状態）の軸に平行な断面図である。図１２は、図１１に示すクラッチ装置２９のＧ−Ｇ断面図である。なお、図１１は、図１２に示すＨ−Ｈ’断面に相当する。

制御装置２８は、図１０に示す状態で、進退機構８４の回転型ソレノイド９２への通電を停止する。これにより、回転型ソレノイド９２の戻りバネの働きで、それまでロックバー８０を規制していた回転盤９６が図１２に示す矢印Ｒ４方向へ回転する。その結果、ロックバー８０１〜８０６の各切り欠き溝８０ｂの内部でのピン９４の位置が変化し、ピン９４が切り欠き溝８０ｂの内部から退避することになる。しかしながら、ロックバー８０２〜８０６は、それぞれのアシストロック溝１０８にアシストロックピン１０４が係合しており、ハンドル側ハウジング７６のロック溝８２に向かって移動できないように位置が規制されている。一方、ロックバー８０１は、アシストロック溝１０８にアシストロックピン１０４が係合していないため、ハンドル側ハウジング７６のロック溝８２に向かって移動できるようになる（図１２参照）。

このように、ロックバー８０１は、バネ９０の付勢力によってハンドル側ハウジング７６のロック溝８２に向かってタイヤ側ハウジング７８の径方向に移動する力が働く。これにより、転舵モータ２４の出力が不足する場合には、即座にクラッチ装置２９を一方向クラッチ接続状態に切り替えることができる。

図１２に示すように、クラッチ装置２９が接続状態に切り替わると、ロックバー８０１がロック溝８２に入り込む。その状態で、更にハンドル１２を回転させ、ハンドル側ハウジング７６が矢印Ｒ５方向へ回転すると、ロックバー８０１がロック溝８２の他方の側面８２ｂに当接し係合する（ハンドル角度ｒ＝ｒ_２：図２参照）。ここで、ロックバー８０１の幅Ｗ［ｄｅｇ］は、ロック溝８２の幅Ｂ１［ｄｅｇ］よりも小さい。そのため、クラッチ装置２９は、ロック溝８２にロックバー８０が係合しうる状態で、ハンドル側ハウジング７６とタイヤ側ハウジング７８との間での所定量の相対回転α（Ｂ１−Ｗ）が許容されるように構成されている。つまり、ロックバー８０は、ロック溝８２に入り込んだ状態でタイヤ側ハウジング７８の少なくとも一方の回転が許容される形状である。ここで、相対回転αは、図６に示すクラッチ接続ＯＮ状態の際に許容されている相対回転（遊び）よりも大きな値として設計されている。

ハンドル角度ｒ＝ｒ_２よりも更にハンドル１２を回転させると、矢印Ｒ５方向にハンドル側ハウジング７６からロックバー８０を介してタイヤ側ハウジング７８に回転力が伝わる。その際、操舵ＥＣＵ２８ａは、操舵反力モータ１８がハンドル１２の回転方向と同じ方向の回転力をメインシャフト１３に付与するように、操舵反力モータ１８を制御する。そして、ハンドル角度ｒ＝ｒ_２〜ｒ_４の範囲（タイヤ角度Ｒ＝Ｒ_１〜Ｒ_ＥＮＤの範囲）でアシスト制御が行われる。

これにより、転舵モータ２４による転舵位置制御に必要な出力が不足すると予想される状況や出力が不足している状況などにおいて、操舵反力モータ１８により転舵位置制御に必要な出力を補うことができる。

一方、転舵モータ２４による転舵位置制御に必要な出力の不足を操舵反力モータ１８により補っている状態で、転舵モータ２４による転舵位置制御に必要な出力が急激に低下した場合、タイヤ角度が急激に変化するおそれがある。具体的には、転舵側の回転軸が急激に回転するとともに、転舵側の回転軸と接続されていた操舵側の回転軸も連れ回る可能性がある。特に、転舵側の回転軸と操舵側の回転軸とがクラッチ装置を介して完全にロックされた状態で接続されている場合、転舵側の回転軸の回転が操舵側の回転軸を介してハンドルに伝わり、運転者の意図とは別にハンドルが回転する、いわゆるセルフステアの状態となりうる。

しかしながら、本実施の形態に係る車両操舵装置１０は、クラッチ装置２９によりメインシャフト１３とインターミディエイトシャフト２０との間の回転力伝達経路が接続された状態であっても、図１２に示すように、メインシャフト１３（ハンドル側ハウジング７６）とインターミディエイトシャフト２０（タイヤ側ハウジング７８）との間での所定量の相対回転が許容されている。そのため、図１２に示すタイヤ側ハウジング７８がハンドル側ハウジング７６に対して矢印Ｒ６方向に回転すると、ロックバー８０がハンドル側ハウジング７６のロック溝８２の側面から離間し、ハンドル側ハウジング７６はタイヤ側ハウジング７８から離間できる。換言すると、ハンドル側ハウジング７６とタイヤ側ハウジング７８との係合が解除され、回転力の伝達がなくなる。そのため、タイヤ側ハウジング７８に付加されている回転力がハンドル側ハウジング７６に伝達されてメインシャフト１３やハンドル１２が回転してしまう、といった状況が抑制される。

以上のクラッチ装置２９やそれを備えた車両操舵装置１０については、その作用効果として以下のように述べることもできる。

本実施の形態に係るクラッチ装置２９は、第１の所定量以下の遊びをもって２つの回転軸（ハンドル側ハウジング７６およびタイヤ側ハウジング７８）が互いにロックされ、両方向の回転に対して回転力が伝達されうる第１の係合状態（図６に示す両方向クラッチ接続状態）と、第１の所定量より大きい第２の所定量の相対回転αが２つの回転軸の間で許容される第２の係合状態（一方向クラッチ接続状態）と、を実現できる。

これにより、クラッチ装置２９が用いられるシステムの異常時、例えば、操舵装置や車両の電源の失陥時には、２つの回転軸が互いにロックされることで、両方向の回転に対して回転力が伝達される。また、クラッチ装置が用いられるシステムが正常であるものの一方の回転軸（ハンドル側ハウジング７６）にかかる回転力を用いて他方の回転軸（タイヤ側ハウジング７８）の回転をアシストする場合には、第１の所定量より大きい第２の所定量の相対回転αが２つの回転軸の間で許容されることで、一方の回転軸の一方向の回転により回転力を伝達できるとともに、他方向の回転においては回転力の伝達が遮断されうる。このように、上述のクラッチ装置２９を車両用の車両操舵装置１０に用いることで、回転のアシスト制御が必要なくなった等の状況では２つの回転軸が互いに相対回転できるため、回転力の伝達が速やかに遮断され、操舵装置における操舵フィーリングを向上できる。

ここで、第１の所定量とは、例えば、部品の公差や部品同士の機械的な接続に要求される精度を考慮し、あるいは、クラッチ装置が用いられるシステム（例えば操舵装置）の操作性から許容される遊び等を考慮して設定されていてもよい。本実施の形態における第１の所定量は、図６に示す両方向（完全）クラッチ接続状態におけるハンドル操作の遊びと捉えることができる。また、本実施の形態に係る第２の所定量とは、第１の所定量より大きな値であり、例えば、２つの回転軸が接続されている状態と接続されていない状態とが明らかに区別できる程度の値と言うことができる。つまり、部品同士の遊びやガタといった程度の大きさではなく、意図した動作（前述の一方向クラッチ接続）を実現するために設定された値と言うことができる。

クラッチ装置２９を換言すると以下のように規定することもできる。クラッチ装置２９は、ハンドル側ハウジング７６とタイヤ側ハウジング７８との間の回転力の伝達および遮断の切替えを行うクラッチ装置であって、ハンドル側ハウジング７６とタイヤ側ハウジング７８との間で回転力が伝達されない第１のモード（クラッチ接続ＯＦＦ状態）と、ハンドル側ハウジング７６とタイヤ側ハウジング７８とが互いにロックされた状態で両方向の回転に対して回転力が伝達されうる第２のモード（両方向クラッチ接続状態）と、ハンドル側ハウジング７６とタイヤ側ハウジング７８との間で一方向の回転に対して回転力が伝達されうる状態でハンドル側ハウジング７６またはタイヤ側ハウジング７８の他方向への回転が許容されていることで、回転力の伝達の解除が可能な第３のモード（一方向クラッチ接続状態）と、が切替え可能に構成されている。

これにより、回転力の伝達および遮断というクラッチ装置２９の基本動作に加えて、ハンドル側ハウジング７６とタイヤ側ハウジング７８との間で一方向の回転に対して回転力が伝達されうる状態でハンドル側ハウジング７６またはタイヤ側ハウジング７８の他方向への回転が許容されていることで、回転力の伝達の解除が可能な第３のモード（一方向クラッチ接続状態）を実現できる。これにより、例えば、クラッチ装置２９が用いられるシステムの異常時には、ハンドル側ハウジング７６とタイヤ側ハウジング７８とが互いにロックされることで、両方向の回転に対して回転力が伝達される。また、クラッチ装置２９が用いられるシステムが正常であるもののハンドル側ハウジング７６にかかる回転力を用いてタイヤ側ハウジング７８の回転をアシストする場合には、ある程度以上の相対回転αが２つの回転軸の間で許容されることで、一方の回転軸の一方向の回転により回転力を伝達できるとともに、他方向の回転においては回転力の伝達が遮断されうる。このように、上述のクラッチ装置２９を車両操舵装置１０に用いることで、回転のアシストが必要なくなった等の状況では２つの回転軸が互いに相対回転できるため、回転力の伝達が速やかに遮断され、車両操舵装置１０における操舵フィーリングを向上できる。

また、複数のロックバー８０は、進退機構８４によって複数のロック溝８２に向かって移動した場合、ハンドル側ハウジング７６とタイヤ側ハウジング７８との回転位相差にかかわらず、複数のロック溝８２のうちいずれか一つの第１溝部としてのロック溝８２３（図６参照）に入るロックバー８０３と、ロックバー８０３が、ロック溝８２３に入った状態で右回りまたは左回りのいずれか一方の回転方向へ移動する際に、ロック溝８２３と異なるロック溝８２１に入るロックバー８０１と、を有している。ロックバー８０３は、ロックバー８０３およびロックバー８０１がそれぞれ対応するロック溝８２３およびロック溝８２１に入った状態で、ロック溝８２３の２つの側面のうちロックバー８０１と近接する一方の回転方向側の側面（図６に示す側面８２ａ）との隙間が第１の所定量以下となるように構成されている。

これにより、クラッチ装置２９は、進退機構８４によりロックバー８０をロック溝８２から退避させることでハンドル側ハウジング７６とタイヤ側ハウジング７８との回転力の伝達がない分離状態にできる。一方、クラッチ装置２９は、進退機構８４によりハンドル側ハウジング７６とタイヤ側ハウジング７８とが両方向クラッチ接続されている状態では、ハンドル側ハウジング７６が一方の回転方向（図６に示す矢印Ｒ３方向）に回転した場合は、ロックバー８０３がロック溝８２３の２つの側面のうち他方の回転方向側の側面（図６に示す側面８２ａ）に係合するため、遊びがほとんどない状態で速やかに回転力をタイヤ側ハウジング７８に伝達できる。また、ハンドル側ハウジング７６が他方の回転方向（図６に示す矢印Ｒ４方向）に回転した場合は、ロックバー８０１がロック溝８２１の２つの側面のうち一方の回転方向側の側面（図６に示す側面８２ｂ）に係合するため、遊びがほとんどない状態で速やかに回転力をタイヤ側ハウジング７８に伝達できる。

また、複数のロックバー８０は、進退機構８４によって複数のロック溝８２に向かって移動した場合、ハンドル側ハウジング７６とタイヤ側ハウジング７８との回転位相差にかかわらず、複数のロック溝のうちいずれか一つの第１のロック溝（図６に示すロック溝８２３）に入る第１のロックバー（８０３）と、第１のロックバーが、第１のロック溝に入った状態で右回りまたは左回りのいずれか一方の回転方向へ移動し、ロック溝の２つの側面のうち一方の回転方向側の側面に係合するまでに、第１のロック溝と異なる第２のロック溝（図６に示すロック溝８２１）に入る第２のロックバー（図６に示すロックバー８０１）と、を有していると換言できる。

例えば、ロックバー８０１は、ロック溝８２１に入った際に、ロック溝８２１の２つの側面のうち他方の回転方向側の側面に第１の所定量以下の遊びをもって係合するように構成されている。これにより、進退機構８４によりロックバーをロック溝から退避させることでハンドル側ハウジング７６とタイヤ側ハウジング７８との回転力の伝達がない分離状態にできる。一方、進退機構８４によりハンドル側ハウジング７６とタイヤ側ハウジング７８とが接続されている状態では、ハンドル側ハウジング７６が一方の回転方向に回転した場合は、ロックバー８０３がロック溝８２３の側面８２ａに係合するため、遊びがほとんどない状態で回転力をタイヤ側ハウジング７８に伝達できる。また、ハンドル側ハウジング７６が他方の回転方向に回転した場合は、ロックバー８０１がロック溝８２１の側面８２ｂに係合するため、遊びがほとんどない状態で回転力をタイヤ側ハウジング７８に伝達できる。

上述のように、クラッチ装置２９を備えた車両操舵装置１０は、ラックアンドピニオン機構３４への回転力のアシストが必要なくなった等の状況においてハンドル側ハウジング７６とタイヤ側ハウジング７８が互いに相対回転できることで、回転力の伝達を速やかに遮断できるため、操舵フィーリングを向上できる。

また、車両操舵装置１０は、ラックアンドピニオン機構３４の転舵量に応じた情報を検出する転舵角度センサ２２を更に備えている。制御装置２８は、操舵角度センサ１４から取得した操作量に応じた情報（ハンドル角度）および転舵角度センサ２２から取得した転舵量に応じた情報（タイヤ角度）の少なくとも一方に基づいてクラッチ装置２９を一方向クラッチ接続状態に切り替える。これにより、操舵アクチュエータ３０やハンドル１２の操作による回転力を用いたラックアンドピニオン機構３４へのアシスト制御を速やかに、あるいは事前に予測して実現できる。

なお、本実施の形態に係る制御装置２８は、操舵反力モータ１８の制御を操舵ＥＣＵ２８ａで、転舵モータ２４の制御を転舵ＥＣＵ２８ｂで行っている。このように、２つのモータを別々のＥＣＵで駆動する場合、２つのモータを協調制御することは、演算速度やＥＣＵ間の通信速度の制限から困難である。しかしながら、本実施の形態に係る車両操舵装置１０では、転舵モータ２４による出力が不足する場合にのみ、クラッチ装置２９を介して操舵反力モータ１８が発生する回転力を転舵アクチュエータ３２に伝達している。つまり、転舵モータ２４による出力の不足がフィードバックされるのは、常に操舵反力モータ１８を制御する操舵ＥＣＵ２８ａである。そのため、転舵位置制御に必要な所望の転舵力を得るために２つのＥＣＵによって操舵反力モータ１８と転舵モータ２４とを別々に制御する場合と比較して、２つのＥＣＵ同士での制御干渉を防止できる。

上述の実施の形態に例示したように、クラッチ装置は、アクチュエータへの通電が解除された段階で少なくとも一つのロックバーがロック溝に入り込む。そして、クラッチ装置は、接続時ズレ角度δ以下の回転操作により少なくとも一つのロックバーがロック溝と確実に係合するとともに、そのタイミングでもう一つのロックバーが他のロック溝に入り込むように構成されている。そして、２つのロックバーで異なる２つのロック溝の側面を挟むことで遊びがほとんどないロック状態が実現される。

また、クラッチ装置は、摩擦式クラッチのように高いトルクで分離状態となることはない。また、クラッチ装置は、複数のロックバーの移動を一つのアクチュエータの動きに連動させて達成できるため、各ロックバーの同期が容易である。また、クラッチ装置は、クラッチ解除時（クラッチＯＦＦ）は、アクチュエータですべてのロックバーの位置を拘束することで、ロックバーの安定固定ができる。一方、クラッチ接続時（クラッチＯＮ）は、アクチュエータによるロックバーの位置規制を解除することで、ロックバーがバネにより個々に動かされるため、ロック溝に入るロックバーとロック溝に入らないロックバーとの個別の動きが可能となる。

また、本実施の形態に係るクラッチ装置２９は、進退機構８４として回転型ソレノイド９２、規制機構１００としてプル型ソレノイド１０２を用いている。そのため、進退機構８４によりクラッチＯＦＦ状態とクラッチＯＮ状態とを切り替える際に、各部品のクラッチ装置２９内での軸方向（軸１０２ａの軸方向）の動きが実質的にない。そのため、進退機構８４によりクラッチＯＦＦ状態とクラッチＯＮ状態とを切り替える際に、軸方向の動きをする規制機構１００との干渉を考慮しなくてもよい。仮に、進退機構８４と規制機構１００とが共に回転型ソレノイドまたはプル型ソレノイドを採用した場合、一つのクラッチ装置で３つの接続状態を実現するために構成が複雑になったり装置が大型化したりするおそれがある。

また、本実施の形態に係る車両操舵装置１０は、クラッチ装置２９の働きによって、ＳＢＷ制御に用いる操舵反力モータ１８をアシスト制御の際に用いることができるため、停車時や低速時のハンドルの据え切り操作でのトルク不足の解消に、高出力または複数の転舵モータを採用せずにすむ。そのため、車両操舵装置１０のコストの低減に寄与する。

以上、本発明を上述の実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。

上述の実施の形態では、ハンドル側ハウジングの内周にロック溝が設けられ、タイヤ側ハウジングにロックバーが設けられているクラッチ装置について説明したが、ハンドル側ハウジングにロックバーが設けられ、タイヤ側ハウジングの外周にロック溝が設けられているクラッチ装置であってもよい。

また、上述の実施の形態では、複数のアシストロックピン１０４を一つのプル型ソレノイド１０２で駆動しているが、２以上のアクチュエータを用いて複数のアシストロックピン１０４を個別に駆動してもよい。そして、規制機構１００は、ハンドル側ハウジング７６やタイヤ側ハウジング７８の回転角度の情報に基づいて、一方向クラッチ接続をより速やかに実現できるアシストロックピン１０４を選択して一部のロックバー８０の移動を規制してもよい。

なお、本実施の形態に係るアシストロックピン１０４は、ロックバー８０より一つ数が少ないが、その数や配置はこれに限られず、一方向クラッチ接続状態が実現できる範囲で種々変形が可能である。例えば、アシストロックピン１０４により移動が規制されないロックバーが複数の場合は、該当するロックバーがロック溝に入った状態で両方向クラッチ接続とならない組合せであればよい。

具体的には、図６に示す複数のロックバー８０１〜８０６のレイアウトの場合、一方向クラッチ接続が要求される制御の際に、ロック溝に入るロックバーの組合せが、ロックバー８０１およびロックバー８０３、ロックバー８０２およびロックバー８０５、ロックバー８０３およびロックバー８０５、ロックバー８０４およびロックバー８０６、とならないように、規制機構１００のアシストロックピン１０４の数や配置が設定されているとよい。

また、上述の実施の形態では、ロックバー８０を一方向クラッチ接続状態と両方向クラッチ接続状態とを実現する際に兼用しているが、一方向クラッチ接続状態（アシスト制御）の際に駆動するロックバーと両方向クラッチ接続状態（フェールセーフ制御）の際に駆動するロックバーとを別々に設けてもよい。そして、各制御の際に用いるアクチュエータを別々に設けてもよい。

１０ 車両操舵装置、 １２ ハンドル、 １３ メインシャフト、 １４ 操舵角度センサ、 １６ トルクセンサ、 １８ 操舵反力モータ、 ２０ インターミディエイトシャフト、 ２２ 転舵角度センサ、 ２４ 転舵モータ、 ２８ 制御装置、 ２８ａ 操舵ＥＣＵ、 ２８ｂ 転舵ＥＣＵ、 ２９ クラッチ装置、 ３０ 操舵アクチュエータ、 ３２ 転舵アクチュエータ、 ３４ ラックアンドピニオン機構、 ７６ ハンドル側ハウジング、 ７８ タイヤ側ハウジング、 ８０ ロックバー、 ８０ａ 凹部、 ８０ｂ 切り欠き溝、 ８２ ロック溝、 ８２ａ，８２ｂ 側面、 ８３ 突起部、 ８４ 進退機構、 ９２ 回転型ソレノイド、 ９４ ピン、 ９６ 回転盤、 １００ 規制機構、 １０２ プル型ソレノイド、 １０４ アシストロックピン、 １０６ アダプタ、 １０８ アシストロック溝、 ８０１，８０２，８０３，８０４，８０５，８０６ ロックバー、 ８２１，８２３ ロック溝。

本発明は、車両用の操舵装置に用いることができる。

Claims (9)

1. ２つの回転軸の間の回転力の伝達および遮断の切替えを行うクラッチ装置であって、
   内周または外周に複数の溝部が互いに間隔をもって周方向に形成されている第１の回転軸と、
   前記第１の回転軸と同軸に、かつ、少なくとも一部が重なるように配置されている第２の回転軸と、
   前記第２の回転軸の径方向に移動できるように該第２の回転軸に設けられ、互いに間隔をもって該第２の回転軸の周方向に配列されている複数の係合部と、
   前記係合部を前記溝部に向かう方向へ進退させる進退機構と、
   前記進退機構によって前記複数の係合部を前記溝部に向かって移動させる場合に、少なくとも一つの係合部の移動を規制できる規制機構と、を備え、
   前記複数の係合部および前記複数の溝部は、
   前記進退機構によって所定の組合せの２つの係合部のそれぞれが前記複数の溝部のうち対応する溝部に入ることで第１の所定量以下の遊びをもって２つの回転軸が互いにロックされ、両方向の回転に対して回転力が伝達されうる第１の係合状態となるように構成されているとともに、
   前記規制機構によって前記所定の組合せの２つの係合部の一方が前記溝部へ移動する動作が規制されることで、前記第１の所定量より大きい第２の所定量の相対回転が２つの回転軸の間で許容される第２の係合状態となるように構成されている、
   ことを特徴とするクラッチ装置。
2. 前記複数の係合部は、
   前記進退機構によって前記複数の溝部に向かって移動した場合、前記第１の回転軸と前記第２の回転軸との回転位相差にかかわらず、前記複数の溝部のうちいずれか一つの第１溝部に入る第１係合部と、
   前記第１係合部が、前記第１溝部に入った状態で右回りまたは左回りのいずれか一方の回転方向へ移動する際に、前記第１溝部と異なる第２溝部に入る第２係合部と、を有し、
   前記第１係合部は、前記第１係合部および前記第２係合部がそれぞれ対応する溝部に入った状態で、前記第１溝部の２つの側面のうち該第１係合部と近接する一方の回転方向側の側面との隙間が前記第１の所定量以下となるように構成されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のクラッチ装置。
3. 前記複数の係合部は、
   前記進退機構によって前記複数の溝部に向かって移動した場合、前記第１の回転軸と前記第２の回転軸との回転位相差にかかわらず、前記複数の溝部のうちいずれか一つの第１溝部に入る第１係合部と、
   前記第１係合部が、前記第１溝部に入った状態で右回りまたは左回りのいずれか一方の回転方向へ移動し、該第１溝部の２つの側面のうち一方の回転方向側の側面に係合するまでに、前記第１溝部と異なる第２溝部に入る第２係合部と、を有し、
   前記第２係合部は、前記第２溝部に入った際に、該第２溝部の２つの側面のうち他方の回転方向側の側面に前記第１の所定量以下の遊びをもって係合するように構成されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のクラッチ装置。
4. 前記進退機構は、
   電気によって駆動するアクチュエータと、
   前記係合部を前記溝部に向かって付勢する付勢部材と、を有し、
   前記アクチュエータに通電した際の動作により前記付勢部材の付勢力より大きな力で前記係合部を前記溝部から退避させるとともに、前記アクチュエータへの通電が解除された場合には前記付勢部材の付勢力により前記第１係合部が前記第１溝部に入るように構成されている、
   ことを特徴とする請求項２または３に記載のクラッチ装置。
5. 前記アクチュエータは、回転型ソレノイドであり、
   前記進退機構は、
   前記回転型ソレノイドの回転運動を変換して前記係合部を進退させる変換機構を更に備える請求項４に記載のクラッチ装置。
6. 前記複数の溝部の数をｎ、前記溝部のピッチをＰ、前記複数の係合部の数をＮ、前記複数の溝部に入る係合部の数をＮｘ、前記係合部の幅をＷ、前記溝部の幅をＢ１、前記溝部と隣接する溝部との距離をＢ２、前記溝部に前記係合部を係合させる際のズレ角度をδ、とすると、
   前記係合部および前記溝部は、
   Ｐ＝３６０／ｎ
   Ｂ１≒Ｗ＋（δ×（Ｎｘ−１））
   δ＝Ｐ／Ｎ
   を満たすように設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のクラッチ装置。
7. 第１の回転軸と第２の回転軸との間の回転力の伝達および遮断の切替えを行うクラッチ装置であって、
   前記第１の回転軸と前記第２の回転軸との間で回転力が伝達されない第１のモードと、
   前記第１の回転軸と前記第２の回転軸とが互いにロックされた状態で両方向の回転に対して回転力が伝達されうる第２のモードと、
   前記第１の回転軸と前記第２の回転軸との間で一方向の回転に対して回転力が伝達されうる状態で前記第１の回転軸または前記第２の回転軸の他方向への回転が許容されていることで、回転力の伝達の解除が可能な第３のモードと、
   が切替え可能に構成されているクラッチ装置。
8. 車両を操舵するために回転される操作部材と、
   前記操作部材に伝達される回転力を発生させることで操舵側での反力創出を可能とする操舵アクチュエータと、
   前記操作部材の操作量に応じた情報を検出する操作量検出部と、
   車輪を転舵する転舵機構と、
   前記転舵機構に伝達される回転力を発生させることで転舵側での車輪の転舵を可能とする転舵アクチュエータと、
   前記操作部材と前記転舵機構との間に配置され、前記操作部材と前記転舵機構との間の回転力の伝達および遮断の切替えを行う請求項１乃至６のいずれか１項に記載のクラッチ装置と、
   前記クラッチ装置により前記第１の回転軸と前記第２の回転軸との間の回転力の伝達が遮断された状態で、前記操作部材への入力に応じて前記操舵アクチュエータによる操舵側での反力創出制御を行うとともに、前記操作量に応じた情報に基づいて前記転舵アクチュエータによる転舵側での転舵位置制御を行う制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記転舵アクチュエータによる転舵位置制御に必要な出力が不足すると予想される情報、または、出力が不足している情報に基づいて、前記クラッチ装置が前記第２の係合状態となるように切り替え制御する、
   ことを特徴とする操舵装置。
9. 前記転舵機構の転舵量に応じた情報を検出する転舵量検出部を更に備え、
   前記制御装置は、前記操作量に応じた情報および前記転舵量に応じた情報の少なくとも一方に基づいて前記クラッチ装置を前記第２の係合状態に切り替え制御することを特徴とする請求項８に記載の操舵装置。

Images