JP5880954B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents

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のみを検出する操舵方向検出装置（１５ａ，１５ｂ；１５ｃ）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と、を備え、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回転角規制機構に生ずる歪みを検出することにより操舵方向を検出する歪みセンサを含む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。
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（８０）と、を含み、前記操舵方向検出装置としての歪みセンサは、前記回転不能要素、前記回転可能要素、前記複数の板要素および複数の連結要素のうちの１つの要素に配置され、当該要素に生ずる歪みを検出してもよい。

また、請求項３のように、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被規制部（８１；８１０；７５１，７５２）と、前記隣接する要素の他方に設けられ前記規制角度範囲の一対の終端で前記被規制部に択一的に係合する一対の規制部（８２ａ，８２ｂ；８３ａ，８３ｂ；８３１，８３２；８３６，８３７）と、を有し、前記歪みセンサが配置された要素は、前記被規制部が設けられた要素および前記一対の規制部が設けられた要素の何れか一方であってもよい。

また、請求項４のように、前記歪みセンサが配置された要素において、前記歪みセンサの近傍に、肉抜き部（７７ａ，７７ｂ）が設けられていてもよい。
また、請求項５のように、前記回転不能要素に対向する一方の端の板要素（７５Ａ；７５Ｂ）が、前記回転不能要素によって、前記複数の板要素のうち前記一方の端の板要素を除く残りの板要素（７１〜７４）の回転中心である第１回転中心（Ｌ１）に対して偏心した第２回転中心（Ｌ２）の回りに回転可能に支持され、前記歪みセンサが配置された要素は、前記回転不能要素および前記一方の端の板要素の何れか一方であってもよい。

また、請求項６のように、前記回転不能要素および前記一方の端の板要素の何れか一方に設けられた前記被規制部としての突起（８１０）が、他方に設けられた凹部（８３０）に、回転方向に所定の遊びを有して係合可能に収容されており、前記凹部内に、前記一対の規制部（８３１，８３２）が設けられていてもよい。
また、請求項７のように、前記一方の端の板要素が、前記回転不能要素に設けられた環状凹部（８３５）に、回転方向に遊びを有して係合可能に収容されており、前記一対の規制部（８３６，８３７）は、前記環状凹部の内周（８３５ａ）に設けられ、前記被規制部は、前記一方の板要素（７５Ｂ）の外周（７５Ｂ１）に一対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と、回転角規制機構に歪みが生ずる。その歪みを検出することにより、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、簡易で安価な歪みセンサを用いるので、製造コストを安くすることができる。

また、請求項２の発明によれば、回転角規制機構の回転不能要素、回転可能要素および複数の板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隣接する要素間を連結要素で連結しているので、回転不能要素、回転可能要素および複数の板要素のうちの何れに歪みセンサを配置しても、規制角度範囲の一対の終端で歪みを検出することで、操舵方向を検出することができる。

また、請求項３の発明によれば、被規制部と対応する規制部とが係合することで、被規制部が設けられた要素および規制部が設けられた要素に歪みが生ずるので、被規制部が設けられた要素および規制部が設けられた要素の何れか一方の歪みを歪みセンサで検出すればよい。
また、請求項４の発明によれば、歪みセンサの近傍に肉抜き部を設けることで、歪みセンサが配置された要素において、確実に歪みを検出することができる。

また、請求項５の発明によれば、回転不能要素に対向する一方の端の板要素が、残りの板要素に対して偏心して回転することで、回転不能要素および前記一方の端の板要素の両者の相対回転量が規制され、両者の何れか一方に配置された歪みセンサによって歪みを検出することができる。
また、請求項６の発明によれば、回転不能要素に対向する一方の端の板要素が、残りの板要素に対して偏心して回転することで、規制角度範囲の一対の終端で、被規制部としての突起が、凹部内の対応する規制部に当接する。これにより、回転不能要素および前記一方の端の板要素の両者の相対回転量が規制され、両者の何れか一方に配置された歪みセンサによって歪みを検出することができる。

また、請求項７の発明によれば、回転不能要素に対向する一方の端の板要素が、残りの板要素に対して偏心して回転することで、規制角度範囲の一対の終端で、一方の端の板要素の外周の対応する被規制部が、凹部の内周の対応する規制部に当接する。これにより、回転不能要素および前記一方の端の板要素の両者の相対回転量が規制され、両者の何れか一方に配置された歪みセンサによって歪みを検出することができる。

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。 操舵部材の回転量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る。 図２の一部を拡大した、回転角規制機構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）は歪みセンサが配置された板要素の係合溝に係合する突起の可動範囲を説明する板要素の概略正面図であり、歪みセンサが配置されていない板要素の係合溝に係合する突起の可動範囲を説明する板要素の概略正面図であり、（ｃ）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を説明する板要素の概略正面図である。 ＥＣＵの主たる制御の流れを示すフローチャートである。 本発明の別の実施形態において、回転角規制機構の歪みセンサが配置された板要素の断面図であり、歪みセンサが被規制部としての突起に配置されている。 本発明のさらに別の実施形態において、歪みセンサおよび肉抜き部が配置された板要素の正面図である。 本発明のさらに別の実施形態の回転不能要素としての端壁と一部の板要素の分解斜視図である。 図１０の実施形態において、一方の端の板要素と回転不能要素としての端壁の正面図であり、（ａ）は突起と凹部内の一方の規制部との係合状態を示し、（ｂ）は突起と凹部内の他方の規制部との係合状態を示している。 本発明のさらに別の実施形態の一方の端の板要素と回転不能要素としての端壁の概略正面図であり、（ａ）は一方の端の板要素が回転規制されていない状態を示し、（ｂ）は一方の端の板要素の外周の一方の被規制部と環状凹部の一方の規制部との係合状態を示し、（ｃ）は一方の端の板要素の外周の他方の被規制部と環状凹部の他方の規制部との係合状態を示している。

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、操舵方向のみを検出する操舵方向検出装置としての一対の歪みセンサ１５ａ，１５ｂ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。

一対の歪みセンサ１５ａ，１５ｂ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の規制角度範囲の一対の終端で、回転角規制機構１４の歪みを検出することにより、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、ＥＣＵ１８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、板要素７１〜７５の倒れを規制するように、板要素７１〜７５の軸方向Ｘ１の移動量を所定量に規制する軸方向移動規制要素としての凸部７０１とを備えている。

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），（ｃ）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，８３ａ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７２〜７５は共通の部材からなり、板要素７１は、操舵方向検出装置としての一対の歪みセンサ１５ａ，１５ｂが配置されている点のみが、残りの板要素７２〜７５と異なる。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によって、第１回転中心Ｌ１の回り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６１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），（ｂ）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の配置範囲を設定してもよい。また、図６（ｃ）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となるように、回転方向Ｃ１に関する係合溝８３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。

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６（ａ）に示すように、操舵方向検出装置としての一対の歪みセンサ１５ａ，１５ｂは、板要素７１に設けられた突起８１が突出する側の板要素７１の端面に配置されている。一方の歪みセンサ１５ａは、板要素７１の係合溝８２の一方の規制部８２ａの近傍に配置されており、他方の歪みセンサ１５ｂは、板要素７１の係合溝８２の他方の規制部８２ｂの近傍に配置されている。

操舵角センサ１２に異常が発生したフェール時に、操舵部材２の操作により、回転角規制機構１４が、規制角度範囲の一方の終端に達すると、板要素７１の係合溝８２の一方の規制部８２ａに突起７１が係合する。これにより、板要素７１において、一方の規制部８２ａの周辺に歪みが生じ、その歪みを一方の歪みセンサ１５ａが検出することにより、ＥＣＵ１８が操舵方向を例えば左操舵と検出する。

また、操舵角センサ１２に異常が発生したフェール時に、操舵部材２の操作により、回転角規制機構１４が、規制角度範囲の他方の終端に達すると、板要素７１の係合溝８２の他方の規制部８２ｂに突起７１が係合する。これにより、板要素７１において、他方の規制部８２ｂの周辺に歪みが生じ、その歪みを他方の歪みセンサ１５ｂが検出することにより、ＥＣＵ１８が操舵方向を例えば右操舵と検出する。

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Ｓが形成されている。その隙間Ｓの量は、所定量（例えば０．１ｍｍ）に設定されている。
次いで、図７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、歪みセンサ１５ａ（または１５ｂ）により検出された操舵方向に基づいて、各歪みセンサ１５ａ，１５ｂの検出値が所定値以上になっている間、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、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と、回転角規制機構１４に歪みが生ずる。操舵方向検出装置（歪みセンサ１５ａ，１５ｂ）が、その歪みを検出することにより、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、操舵方向検出装置として、簡易で安価な歪みセンサ１５ａ，１５ｂを用いるので、製造コストを安くすることができる。

また、ＥＣＵ１８としては、各歪みセンサ１５ａ，１５ｂの出力値が所定値を超えるか否かの二値判定に基づいて、容易に操舵方向を検出できる。
また、回転角規制機構１４の回転不能要素（端壁３２）、回転可能要素（第２部分６６）および複数の板要素７１〜７４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隣接する要素間を連結要素８０で連結しているので、回転不能要素（端壁３２）、回転可能要素（第２部分６６）および複数の板要素７１〜７５のうちの何れに歪みセンサ１５ａ，１５ｂを配置しても、規制角度範囲の一対の終端で歪みを検出することで、操舵方向を検出することができる。

また、被規制部（突起８１）と対応する規制部８２ａ，８２ｂ（係合溝８２の一対の終端）とが係合することで、被規制部（突起８１）が設けられた要素（回転可能要素としての第２部分６６）および規制部８２ａ，８２ｂが設けられた要素（板要素７１）に歪みが生ずる。被規制部（突起８１）が設けられた要素（回転可能要素としての第２部分６６）および規制部８２ａ，８２ｂが設けられた要素（板要素７１）の何れか一方の歪みを歪みセンサ１５ａ，１５ｂで検出すればよい。本実施形態では、規制部８２ａ，８２ｂが設けられた板要素７１に歪みセンサ１５ａ，１５ｂを配置し、板要素７１に生ずる歪みを検出した。

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、前記実施形態では、板要素７１に歪みセンサ１５ａ，１５ｂを配置したが、歪みセンサを他の板要素７２〜７５の何れかに配置してもよい。また、図８に示すように、被規制部としての突起８１が設けられた何れかの要素（例えば板要素７１）に、歪みセンサ１５ｃを配置してもよい。この場合、突起８１または突起８１の近傍に、唯一の歪みセンサ１５ｃを配置すればよく、構造を簡素化することができる。突起８１が何れの規制部８２ａ，８２ｂに当接するかによって、歪みセンサ１５ｃの出力値の正負が異なるので、操舵方向を検出することができる。

また、図９に示すように、歪みセンサ１５ａ，１５ｂが配置された要素である板要素７１Ａにおいて、各歪みセンサ１５ａ，１５ｂの近傍に、肉抜き部７７ａ，７７ｂを設けてもよい。この場合、各歪みセンサ１５ａ，１５ｂの近傍に肉抜き部７７ａ，７７ｂを設けることで、各歪みセンサ１５ａ，１５ｂの近傍の歪み量を大きくすることができる。したがって、確実に歪みを検出することができ、検知精度が向上する。

次いで、図１０は、本発明の別の実施形態を示している。図１０を参照して、回転不能要素としての端壁３２に対向する（軸方向Ｘ１の）一方の端の板要素７５Ａが、端壁３２によって、第１回転中心Ｌ１に対して偏心した第２回転中心Ｌ２の回りに回転可能に支持されている。第１回転中心Ｌ１は、一方の端の板要素７５Ａを除く残りの板要素７１〜７４の回転中心であり、操舵部材２の回転軸としての出力軸２４の中心軸線に相当する。

端壁３２の内壁面３２ａに設けられた支持孔３２ｂに、端壁３２に対向する板要素７５Ａの端面から突出する支軸７８が回転可能に嵌合されている。第２回転中心Ｌ２は、支軸７８の中心軸線に相当する。また、端壁３２から板要素７５Ａ側に向けて突出する被規制部としての突起８１０が、板要素７５Ａに設けられた凹部８３０に、回転方向Ｃ１に所定の遊びを有して係合可能に収容されている。板要素７５Ａには、隣接する板要素７４の突起８１が係合する係合溝８２が形成されている。

凹部８３０内に、規制角度範囲内の一対の終端で、板要素７５Ａの偏心揺動に伴って突起８１０が当接する一対の規制部８３１，８３２が設けられている。また、突起８１０の側面に、操舵方向検出装置としての歪みセンサ１５ｄが配置されている。突起８１０が一方の規制部８３１に当接する場合と、他方の規制部８３２に当接する場合とで、突起８１０の変形方向が異なるので、歪みセンサ１５ｄの出力値の正負が異なる結果、単一の歪みセンサ１５ｄでも操舵方向を検出することができる。

本実施形態によれば、回転不能要素（端壁３２）に対向する一方の端の板要素７５Ａが、残りの板要素７１〜７４に対して偏心して回転することで、回転不能要素（端壁３２）および一方の端の板要素７５Ａの両者の相対回転量が規制され、両者の何れか一方（本実施形態では、板要素７５Ａに設けられた突起８１０）に配置された歪みセンサ１５ｄによって歪みを検出することができる。

すなわち、回転不能要素（端壁３２）に対向する一方の端の板要素７５Ａが、残りの板要素７１〜７４に対して偏心して回転することで、規制角度範囲の一方の終端で、図１１（ａ）に示すように、被規制部としての突起８１０が、凹部８３０内の一方の規制部８３１に当接し、規制角度範囲の他方の終端で、図１１（ｂ）に示すように、被規制部としての突起８１０が、凹部８３０内の他方の規制部８３１に当接する。

これにより、回転不能要素（端壁３２）および一方の端の板要素７５Ａの両者の相対回転量が規制され、板要素７５Ａに設けられた突起８１０に配置された歪みセンサ１５ｄによって歪みを検出することができる。
なお、図１０の実施形態において、突起１５ｄに設けられた歪みセンサ１５ｄに代えて、一対の規制部８３１，８３２のそれぞれに歪みセンサを設けてもよい。

次いで、図１２（ａ）〜（ｃ）は、本発明のさらに別の実施形態を示している。図１２（ａ）を参照して、本実施形態が図１０の実施形態と異なるのは、下記である。すなわち、一方の端の板要素７５Ｂ自体が、回転不能要素としての端壁３２に設けられた環状凹部８３５に、回転方向Ｃ１に遊びを有して係合可能に収容されている。
板要素７５Ｂから突出する円柱状の支軸７８Ｂが、端壁３２の円孔からなる支持孔〔図１２では図示せず〕に嵌合され、板要素７５Ｂは、支軸７８Ｂの中心軸線である第２回転中心Ｌ２の回りに回転可能に支持されている。すなわち、支軸７８Ｂの中心軸線が一方の端の板要素７５Ｂの回転中心である第２回転中心Ｌ２となっており、その第２回転中心Ｌ２は、残りの板要素７１〜７４（図１２では示さず）の第１回転中心Ｌ１に対して偏心している。板要素７５Ｂに設けられた係合溝８２１に対して、隣接する板要素７４から突出する突起８１が係合している（図１２では図示せず）。

環状凹部８３５の内周８３５ａに、一対の規制部８３６，８３７が設けられ、板要素７５Ｂの外周７５Ｂ１の一部が、被規制部７５１，７５２を構成している。環状凹部８３５の内周８３５ａにおいて、一対の規制部８３６，８３７またはその近傍に、操舵方向検出装置としての一対の歪みセンサ１５ｅ，１５ｆが配置されている。
本実施形態によれば、回転不能要素（端壁３２）に対向する一方の端の板要素７５Ｂが、残りの板要素７１〜７４（図１２では示さず）に対して偏心して回転することで、規制角度範囲の一方の終端で、図１２（ｂ）に示すように、対応する被規制部７５１と規制部８３６とが当接しつつ、歪みセンサ１５ｅが、規制部８３６に生ずる歪みを検出する。一方、規制角度範囲の他方の終端で、図１２（ｃ）に示すように、対応する被規制部７５２と規制部８３７とが当接しつつ、歪みセンサ１５ｆが、規制部８３７に生ずる歪みを検出する。

これにより、回転不能要素（端壁３２）および一方の端の板要素７５Ｂの両者の相対回転量が規制され、端壁３２の環状凹部８３５の内周８３５ａに配置された対応する歪みセンサ１５ｅ，１５ｆによって歪みを検出することができる。
なお、図１２の実施形態において、規制部８３６，８３７に設けられた一対の歪みセンサ１５ｅ，１５ｆに代えて、一対の被規制部７５１，７５２に設けられた一対の歪みセンサを用いてもよい。

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）。
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、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、１０…反力モータ、１１…ハウジング、１４…回転角規制機構、１５ａ，１５ｂ；１５ｃ，１５ｄ；１５ｅ，１５ｆ…歪みセンサ（操舵方向検出装置）、１８…ＥＣＵ（制御装置）、２２…入力軸、２３…トーションバー、２４…出力軸、３１…ハウジング本体、３２…端壁（回転不能要素）、６１…ロータ、６２…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；７５Ａ；７５Ｂ…板要素、７５Ｂ１…外周、７５１，７５２…被規制部、７７ａ，７７ｂ…肉抜き部、８０…連結要素、８１；８１０…突起（被規制部）、８２，８３；８２１…係合溝、８２ａ，８２ｂ，８３ａ，８３ｂ…規制部、８３５…環状凹部、８３５ａ…内周、８３６，８３７…規制部、９１〜９６…摩擦板、Ｘ１…軸方向、Ｃ１…回転方向、Ｌ１…第１回転中心、Ｌ２…第２回転中心

Claims (7)

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のみ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、前記規制角度範囲の一対の終端で前記回転角規制機構に生ずる歪みを検出することにより操舵方向を検出する歪みセンサを含む車両用操舵装置。
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、を含み、
   前記操舵方向検出装置としての歪みセンサは、前記回転不能要素、前記回転可能要素、前記複数の板要素および複数の連結要素のうちの１つの要素に配置され、当該要素に生ずる歪みを検出する車両用操舵装置。
3. 請求項２において、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被規制部と、前記隣接する要素の他方に設けられ前記規制角度範囲の一対の終端で前記被規制部に択一的に係合する一対の規制部と、を有し、
   前記歪みセンサが配置された要素は、前記被規制部が設けられた要素または前記一対の規制部が設けられた要素の何れか一方である車両用操舵装置。
4. 請求項２において、前記歪みセンサが配置された要素において、前記歪みセンサの近傍に、肉抜き部が設けられている車両用操舵装置。
5. 請求項３または４において、前記回転不能要素に対向する一方の端の板要素が、前記回転不能要素によって、前記複数の板要素のうち前記一方の端の板要素を除く残りの板要素の回転中心である第１回転中心に対して偏心した第２回転中心の回りに回転可能に支持され、
   前記歪みセンサが配置された要素は、前記回転不能要素および前記一方の端の板要素の何れか一方である車両用操舵装置。
6. 請求項５において、前記回転不能要素および前記一方の端の板要素の何れか一方に設けられた前記被規制部としての突起が、他方に設けられた凹部に、回転方向に所定の遊びを有して係合可能に収容されており、
   前記凹部内に、前記一対の規制部が設けられている車両用操舵装置。
7. 請求項５において、前記一方の端の板要素が、前記回転不能要素に設けられた環状凹部に、回転方向に遊びを有して係合可能に収容されており、
   前記一対の規制部は、前記環状凹部の内周に設けられ、
   前記被規制部は、前記一方の板要素の外周に一対設けられている車両用操舵装置。

Images