JP5825519B2 - 操舵装置 - Google Patents

Description

この発明は、ステアバイワイヤ式の操舵装置に関する。

ステアバイワイヤ式の操舵装置として特許文献１で開示された車両用操舵装置では、回転操作部材と車輪とが機械的に連結されておらず、回転操作部材の回転操作量に応じて制御される操舵用アクチュエータが車輪を転舵させる。
このようなステアバイワイヤ式の操舵装置では、回転操作部材の回転を検出する構成が重要であり、この構成に異常が生じてしまうと、操舵用アクチュエータが正常であっても、操舵不能になってしまう。回転操作部材の回転を検出する構成として、特許文献１では角度センサが１つしか設けられていないのだが、特許文献２の舵取装置では、当該構成の冗長化を図るために、メインの操舵角センサとバックアップ用の操舵角センサとが設けられている。そのため、特許文献２の舵取装置では、メインの操舵角センサの異常時においても、バックアップ用の操舵角センサによって操舵を継続できる。

特開２００１−１１４１２３号公報 特開平１０−２７８８２６号公報

特許文献２の舵取装置では、操舵角センサの異常時においても操舵を継続できるようにするために同じ操舵角センサを２つ設けているので、不必要な部品点数増加やコスト上昇が不可避となる。
この発明は、かかる背景のもとでなされたもので、操舵角センサの異常時においても操舵を継続できる構成を、部品点数増加やコスト上昇を回避しつつ実現できるステアバイワイヤ式の操舵装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、操舵するための操作部材（２）を含む操作機構（３）と、前記操作機構とは機械的に非連結であって、前記操作部材の操舵に基づいて車輪（４）を転舵させる転舵機構（５）とを有する操舵装置（１）であって、前記操作機構は、前記操作部材の操舵角度（θ）を検出する操舵角センサ（８）と、前記操作部材の操舵方向のみを検出する操舵方向検出手段（１１）とを含み、前記操舵方向検出手段は、前記操作部材の操舵方向に回転可能なねじシャフト（４０）と、前記ねじシャフトに螺合するナット（４１）と、前記ねじシャフトと平行に配置され、前記ねじシャフトの回転に伴って前記ナットをねじシャフトの軸方向（Ｊ）に沿って移動させるナットガイド（４２）と、前記ナットガイドの長手方向の少なくとも一端側に設けられ、前記ナットが前記軸方向に所定位置以上移動することを規制するストッパ（４３）と、前記ストッパと前記ナットとの当接を検出する当接検出手段（７０）とを含むことを特徴とする、操舵装置である。

請求項２記載の発明は、前記当接検出手段は、前記ストッパに設けられ、前記ナットの当接を検出する歪センサ（７４）を含むことを特徴とする、請求項１記載の操舵装置である。
請求項３記載の発明は、前記ナットから突設され、前記ストッパに当接する当接凸部（７１）を含むことを特徴とする、請求項２記載の操舵装置である。

請求項４記載の発明は、前記歪センサは、前記ストッパにおいて前記ナットに対向する面（７２Ｃ）とは反対側の面（７２Ｄ）に設けられていることを特徴とする、請求項２または３記載の操舵装置である。
請求項５記載の発明は、前記ストッパに設けられ、前記歪センサが取り付けられており、弾性変形可能な取付部（７２）を含むことを特徴とする、請求項２〜４のいずれかに記載の操舵装置である。

なお、上記において、括弧内の数字等は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。

請求項１記載の発明によれば、操作機構と転舵機構とが機械的に非連結なステアバイワイヤ式の操舵装置では、操舵角センサによって操作部材の操舵角度を検出するだけでなく、操舵方向検出手段によって操作部材の操舵方向を検出することもできる。よって、操舵角センサに異常が発生しても、転舵機構は、操舵方向検出手段が検出した操舵方向に基づいて車輪を転舵させることができる。つまり、操舵装置は、操舵角センサの異常時においても操舵を維持できる。

ここで、操舵方向のみを検出する操舵方向検出手段は、操作部材の操舵角度（操舵方向および操舵量の両方）を検出する操舵角センサに比べて簡素な構成であるので、操舵方向検出手段を用いれば、操舵方向検出手段の代わりに操舵角センサを別途設ける場合に比べて、部品点数増加やコスト上昇を回避できる。
つまり、操舵角センサの異常時においても操舵を継続できる構成を、部品点数増加やコスト上昇を回避しつつ実現できる。

操舵方向検出手段は、ねじシャフト、ナット、ナットガイド、ストッパおよび当接検出手段を含む安価かつ簡素な構成であり、操作部材の操舵（ねじシャフトの回転）に伴ってナットがねじシャフトの軸方向に沿って移動してストッパに当接したことに基づいて、操作部材の操舵方向を検出できる。このような操舵方向検出手段を用いれば、操舵角センサの異常時においても操舵を継続できる構成を、部品点数増加やコスト上昇を一層回避しつつ実現できる。

請求項２記載の発明によれば、歪センサによって当接検出手段を簡素に構成できるので、操舵角センサの異常時においても操舵を継続できる構成を、部品点数増加やコスト上昇をより一層回避しつつ実現できる。
請求項３記載の発明によれば、ナットの当接凸部がストッパに当接することによってストッパが相対的に大きく撓むことから、歪センサ（当接検出手段）は、ストッパとナットとの当接を高精度に検出できる。

請求項４記載の発明によれば、ナットがストッパに当接する際、ナットが歪センサにぶつかることを防止できるので、歪センサの故障を防止できる。
請求項５記載の発明によれば、ナットがストッパに当接すると、ストッパでは取付部が相対的に大きく撓むことから、取付部に取り付けられた歪センサ（当接検出手段）は、取付部の撓みに基づいて、ストッパとナットとの当接を高精度に検出できる。

図１は、本発明の一実施形態における操舵装置１の概略構成を示す模式図である。 図２は、操舵装置１から操作機構３を抜き出して示した模式的な断面図である。 図３は、操作機構３の要部の分解斜視図である。 図４は、当接検出センサ７０の構成を示す電気回路図である。

本発明の好ましい実施の形態について、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における操舵装置１の概略構成を示す模式図である。図１を参照して、操舵装置１は、車両に適用される。操舵装置１は、ステアリングホイール等の回転可能な操作部材２を含む操作機構３と、操作部材２の操舵に基づいて車輪４を転舵させる転舵機構５とを有している。操舵装置１は、いわゆるステアバイワイヤ式の操舵装置であって、操作機構３と転舵機構５とが機械的に非連結となっている。

操作機構３は、操作部材２の他に、操作部材２の回転中心から延びる回転軸６と、回転軸６を回転可能に支持するハウジング７と、操舵角センサ８と、反力発生ユニット１０と、操舵方向検出手段としての操舵方向検出ユニット１１とを主に含んでいる。
回転軸６は、操作部材２に固定されている。これにより、操作部材２および回転軸６は、回転軸６の軸中心周りに一体回転可能である。そのため、操作部材２を回転操作したときの角度（「操舵角度」ということにする）は、回転軸６の回転角度と等しい。

ハウジング７は、車体１２に固定された中空円筒体であって、ハウジング７の中空部分に、回転軸６の一部（操作部材２側とは反対側の部分）が収容されている。
操舵角センサ８は、たとえばレゾルバやロータリーエンコーダー等であって、回転軸６の回転角度（つまり、操作部材２の操舵角度θ）を検出する。ここでの回転角度（操舵角度）は、回転軸６および操作部材２の回転量（操作部材２の操舵量）と、回転方向（操作部材２の操舵方向）とを含むベクトルである。操舵角センサ８は、ハウジング７に収容されている。

反力発生ユニット１０は、回転軸６に摺擦することによって回転軸６の回転に抵抗を与える。この抵抗が、操舵反力として操作部材２に与えられる。操作部材２を操作するユーザは、操作部材２に与えられた操舵反力によって、車輪４が路面から受ける反力を擬似的に体感できる。反力発生ユニット１０は、ハウジング７に収容されている。
操舵方向検出ユニット１１は、操作部材２の操舵方向のみを検出するものであり、以降で詳説する。

転舵機構５は、転舵軸１３と、ハウジング１４と、タイロッド１５と、ナックルアーム１６と、転舵アクチュエータ１７とを主に含んでいる。
転舵軸１３は、車体１２の幅方向（車幅方向であり、図１では左右方向）に延びる軸状体である。
ハウジング１４は、車幅方向に延びる中空体であり、その中空部分に転舵軸１３が挿通されている。この状態で、転舵軸１３の軸方向（車幅方向と同じ）における両端部は、ハウジング１４からはみ出している。そして、転舵軸１３は、車幅方向にスライド可能である。

タイロッド１５は、転舵軸１３の軸方向両端部に対して１本ずつ連結されている。
ナックルアーム１６は、各タイロッド１５において転舵軸１３に連結された側とは反対側の端部に連結されている。ナックルアーム１６に対して車輪４が連結されている。
転舵アクチュエータ１７は、一例として、電動モータ（図示せず）と、この電動モータの駆動力（電動モータの出力軸の回転力）を転舵軸１３の軸方向のスライドに変換するボールねじ装置（図示せず）とを含む。転舵アクチュエータ１７の電動モータ（図示せず）が駆動力を発生すると、転舵軸１３が車幅方向にスライドし、このスライドが転舵軸１３の軸方向両端部のタイロッド１５に伝達されることで、ナックルアーム１６が回動し、車輪４の転舵が達成される。

なお、図１では、各車輪４が右側へ少し転舵した状態を示しているが、車両が直進しているときの車輪４の位置に対応する操作部材２の位置（回転方向における位置）が、操舵中立位置である。
また、操舵装置１は、車速Ｖを検出する車速センサ１８と、操舵角センサ８や操舵方向検出ユニット１１や車速センサ１８の検出信号が入力される制御装置１９とをさらに含んでいる。制御装置１９は、ＥＣＵ(Electronic Control Unit）とも呼ばれ、マイクロコンピュータで構成されている。

車両の通常発進時や通常走行時において、制御装置１９は、操舵角センサ８によって検出された操舵角度θや、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し、この目標転舵角まで車輪４が転舵するように、転舵アクチュエータ１７を駆動制御する。
図２は、操舵装置１から操作機構３を抜き出して示した模式的な断面図である。図３は、操作機構３の要部の分解斜視図である。

次に、図２および図３を参照して操作機構３、特に、操舵方向検出ユニット１１について詳しく説明する。なお、図２では、操舵角センサ８の図示を省略している。また、図２に図示された操作部材２を時計回り（時計方向）に回転させると車輪４（図１参照）が右向きに転舵し、操作部材２を反時計回り（反時計方向）に回転させると車輪４が左向きに転舵するものとする。

操作機構３において、前述したハウジング７は、図２では、横方向に延びており、ハウジング７において、横方向一端面（図２における右端面）には、丸い一端開口２０が形成されていて、横方向他端面（図２における左端面）には、丸い他端開口２１が形成されている。ハウジング７の中空部分は、一端開口２０および他端開口２１を介して外部に連通している。

ハウジング７において、一端開口２０を縁取る部分は、やや厚い環状板をなすフランジ２２になっている。フランジ２２の内周面において、ハウジング７の外部から最も遠い側（図２における左側）の端部には、径方向内側へ突出する位置決め凸部２３が一体的に設けられている。また、フランジ２２の内周面において、ハウジング７の外部から最も近い側（図２における右側）の端部には、周方向全域に亘って径方向外側へ窪む環状溝２４が形成されている。環状溝２４は、環状またはＣ字形状の位置決めリング２５が径方向内側から嵌め込まれている。一端開口２０には、環状の軸受２６が同軸状で嵌め込まれている。軸受２６は、位置決め凸部２３と位置決めリング２５とによって両側から挟持されることによって、ハウジング７に位置決めされている。

ハウジング７の中空部分においてフランジ２２側とは反対側の領域には、ホルダ２７が収容されている。ホルダ２７は、ハウジング７と同軸状をなす中空円筒状であり、軸方向一端が塞がれていて、軸方向他端が開放されている。ホルダ２７は、ハウジング７においてフランジ２２以外の部分の内径とほぼ同じ外径を有する円周壁２８と、円周壁２８の軸方向一端に連結される円板状の端壁２９とを一体的に備えている。

ホルダ２７は、ハウジング７に対して他端開口２１から嵌め込まれている。ホルダ２７では、端壁２９が、他の部分よりもハウジング７の一端開口２０側（図２における右側）に位置している。円周壁２８の外周面がハウジング７の内周面に接続されることによって、ホルダ２７は、ハウジング７に対して一体化されており、ハウジング７の一部になっている。円周壁２８において、端壁２９が連結された側とは反対側の軸方向他端縁によって区画された部分は、開口３０となっている。開口３０は、ハウジング７の他端開口２１と軸方向Ｊ（ハウジング７およびホルダ２７の軸方向）において同じ位置にある。開口３０および他端開口２１を介してホルダ２７の中空部分がハウジング７の外部に連通している。円周壁２８の内周面において開口３０の周囲の領域には、ねじ部３１が形成されている。

端壁２９の円中心位置には、端壁２９を厚さ方向（軸方向Ｊ）に貫通する丸い軸挿通孔３２が形成されている。端壁２９では、軸挿通孔３２を縁取る部分が、端壁２９の内周面となっている。端壁２９の内周面において開口３０側の端部（図２における左端部）には、径方向内側へ突出する位置決め凸部３３が一体的に設けられている。軸挿通孔３２には、環状の軸受３４が同軸状で嵌め込まれている。軸受３４は、位置決め凸部３３によって開口３０側（図２における左側）から当接されることによって、ハウジング７に位置決めされている。

操舵方向検出ユニット１１は、ねじシャフト４０と、ナット４１と、ナットガイド４２と、ストッパ４３と、当接検出手段としての当接検出センサ７０とを含んでいる。
ねじシャフト４０は、軸状体であって、回転軸６に対して同軸状で連結されている。ねじシャフト４０と回転軸６とは一体形成されていてもよいし、分離可能であってもよい。ねじシャフト４０は、回転軸６に近い側から順に、第１ねじ形成部４５、第１支持部４６、第２ねじ形成部４７および第２支持部４８を一体的に有している。

第１ねじ形成部４５の外周面には、ねじ部４９が形成されている。
第１支持部４６の外周面は、凹凸のない円周面である。第１支持部４６は、第１ねじ形成部４５とほぼ同径である。
第２ねじ形成部４７は、第１支持部４６よりも少し大径である。そのため、第２ねじ形成部４７において第１支持部４６に隣接する端部には、段付き５１が形成されている。第２ねじ形成部４７の外周面には、ねじ部５２が形成されている。なお、ねじ部５２は、第２ねじ形成部４７の外周面の全域に形成されていなくてもよい。図２では、第２ねじ形成部４７の外周面において段付き５１周辺の領域には、ねじ部５２が形成されていない。

第２支持部４８の外周面は、凹凸のない円周面である。第２支持部４８は、第２ねじ形成部４７よりも少し小径である。そのため、第２ねじ形成部４７において第２支持部４８に隣接する端部には、段付き５３が形成されている。
ねじシャフト４０は、ハウジング７の一端開口２０および他端開口２１に挿通された状態でハウジング７に部分的に収容されている。また、ねじシャフト４０は、ハウジング７内のホルダ２７の開口３０および軸挿通孔３２に挿通された状態でホルダ２７に部分的に収容されている。このとき、ねじシャフト４０は、ハウジング７およびホルダ２７のそれぞれに対して同軸状になっている。そのため、ねじシャフト４０（回転軸６）の軸方向は、前述した軸方向Ｊと同じである。

ねじシャフト４０では、第１ねじ形成部４５における大部分（第１支持部４６側の端部を除く部分）が、一端開口２０からハウジング７の外にはみ出しており、回転軸６につながっている。第１支持部４６は、前述した軸受２６に対して内嵌されている。
ここで、第１ねじ形成部４５のねじ部４９に対して、環状の位置決めナット５４が径方向外側から螺合しており、位置決めナット５４は、軸受２６に対してハウジング７の外側から当接している。位置決めナット５４は、ねじシャフト４０の一部とみなすことができる。軸受２６は、位置決めナット５４および段付き５１によって軸方向Ｊにおける両側から挟持されることで、ねじシャフト４０に対して位置決めされている。

また、ねじシャフト４０では、第２ねじ形成部４７が、ハウジング７の中空部分においてフランジ２２とホルダ２７の端壁２９とに挟まれた領域（「検出領域」ということにする）Ｘに配置されている。
第２支持部４８は、ホルダ２７の中空部分に配置されている。第２支持部４８において第２ねじ形成部４７側の端部は、前述した軸受３４に対して内嵌されている。ここで、軸受３４は、第２ねじ形成部４７において第２支持部４８側の段付き５３とホルダ２７の端壁２９における位置決め凸部３３とによって軸方向Ｊにおける両側から挟持されることで、ねじシャフト４０に対して位置決めされている。

ねじシャフト４０は、軸受２６および軸受３４が位置決めされた軸方向Ｊにおける２箇所において、ハウジング７（ホルダ２７も含む）によって回転可能に支持されている。ねじシャフト４０は、回転軸６を介して操作部材２につながっているので、ねじシャフト４０の回転方向（図２における１点鎖線の矢印を参照）は、操作部材２の操舵方向と同じである。つまり、ねじシャフト４０は、操作部材２の操舵方向に回転可能である。また、操作部材２の操舵角度θ（図１参照）は、ねじシャフト４０の回転角度と等しい。

ここで、ナット４１、ナットガイド４２、ストッパ４３および力検出センサ４４よりも先に、前述した反力発生ユニット１０について説明する。反力発生ユニット１０は、ホルダ２７に収容されている。反力発生ユニット１０は、ねじシャフト４０の第２支持部４８を非接触で取り囲む環状のプラグ６１と、プラグ６１よりも端壁２９側において第２支持部４８に対して外嵌される環状の摺擦リング６２と、摺擦リング６２に対して外嵌される環状の押圧リング６３と、プラグ６１および押圧リング６３間に圧縮状態で介装されるばね６４とを含む。

プラグ６１の外周面には、ねじ部６５が形成されており、ねじ部６５は、ホルダ２７のねじ部３１に対して径方向内側から螺合している。摺擦リング６２の外周面６２Ａおよび押圧リング６３の内周面６３Ａは、いずれも、プラグ６１から離れる方向（図２における右側）に向かうに従って拡径する円錐面であり、互いに面接触している。押圧リング６３は、ばね６４によってプラグ６１から離れる方向へ付勢されつつ、内周面６３Ａによって摺擦リング６２を径方向内側へ押圧している。これにより、太線矢印で示すように、摺擦リング６２が縮径され、摺擦リング６２の内周面６２Ｂがねじシャフト４０の第２支持部４８に対して圧接している。操作部材２の操舵に伴ってねじシャフト４０を回転させると、第２支持部４８と摺擦リング６２の内周面６２Ｂとの間の摩擦が、前述した操舵反力として操作部材２に与えられる。プラグ６１を押圧リング６３側へねじ込むと、ばね６４の付勢力が強くなるので、その分、第２支持部４８と摺擦リング６２の内周面６２Ｂとの間の摩擦が大きくなり、操舵反力も大きくなる。このように、プラグ６１のねじ込み量によって、操舵反力を調整できる。

ナット４１は、環状体である。図２では、説明の便宜上、ナット４１の断面に相当する部分に、右上に延びるハッチングを付している。ナット４１の内周面には、ねじ部５５が形成されている。ナット４１には、ナット４１を軸方向（肉厚方向）に貫通する丸い挿通孔５６が形成されている。挿通孔５６は、単数または複数（この実施形態では２つ）形成されており、複数形成される場合には、周方向に等間隔で形成されている（図３参照）。ナット４１は、前述した検出領域Ｘに配置されていて、ねじシャフト４０の第２ねじ形成部４７に対して外嵌されている。このとき、ナット４１のねじ部５５が第２ねじ形成部４７のねじ部５２に対して螺合している。つまり、ナット４１は、ねじシャフト４０に螺合しているとともに、ねじシャフト４０と同軸状になっている。そのため、ナット４１の軸方向は、前述した軸方向Ｊと同じである。

ナット４１の軸方向両端面の外側周縁部において周方向で同じ位置には、円柱状の当接凸部７１が、軸方向に沿ってナット４１の外方へ突設されている。この実施形態では、軸方向両側で１対をなす当接凸部７１が、ナット４１の周方向における１箇所に設けられているが（図３参照）、１対の当接凸部７１は、周方向における複数箇所に設けられていてもよい。複数箇所に当接凸部７１が設けられる場合、当接凸部７１は、周方向に等間隔で設けられることが好ましい。

ナットガイド４２は、軸状体であり、ナット４１の挿通孔５６と同じ数（ここでは２つ）だけ設けられている。ナットガイド４２は、検出領域Ｘにおいて、ねじシャフト４０の第２ねじ形成部４７と平行に配置されていて、ナット４１の挿通孔５６に対して１つずつ挿通されている。つまり、各ナットガイド４２（詳しくは両端の間の部分）は、対応する挿通孔５６においてナット４１を貫通している。

ストッパ４３は、軸方向Ｊに薄くハウジング７の径方向に沿って延びる板状体であって、検出領域Ｘにおけるハウジング７の内周面に固定されており、当該内周面からねじシャフト４０の第２ねじ形成部４７側へ延びている。ストッパ４３は、ナット４１の軸方向両側に設けられている。
なお、図２では、説明の便宜上、ストッパ４３の断面に相当する部分に、右下に延びるハッチングを付している。また、図３では、説明の便宜上、ナットガイド４２を実際よりも長くなるように誇張して示している。

また、図２において、軸方向Ｊにおける同じ位置に表れている２つのストッパ４３（ナット４１に対して軸方向Ｊの両側における上下２つのストッパ４３）は、第２ねじ形成部４７を非接触で取り囲む環状体の一部として一体化されている（図３参照）。そのため、ナット４１の２つの挿通孔５６に対して軸方向両側のそれぞれに、細長板状かつ環状をなすストッパ４３（図３参照）が１つずつ（合計２つ）設けられている。各ストッパ４３では、軸方向Ｊから見て当接凸部７１側とは反対側（図２における下側）の部分だけがハウジング７の内周面に固定されており、ストッパ４３は、当該部分以外の領域ではハウジング７の内周面に対して非接触となっている。

各ストッパ４３において、軸方向Ｊから見て当接凸部７１と重なる位置（図２における上端部）には、取付部７２が一体的に設けられている。図３を参照して、各ストッパ４３には、軸方向Ｊから見て当接凸部７１と重なる部分を挟むように平行に延びる１対の切欠溝７３が形成されている。そして、各ストッパ４３では、１対の切欠溝７３に挟まれた当該部分が取付部７２である。取付部７２は、切欠溝７３に沿って延びる小片状をなしている。取付部７２は、ストッパ４３に連結された基端７２Ａと、基端７２Ａとは反対側（図２における上側）にあってストッパ４３とは非接触の先端７２Ｂとを有している。取付部７２は、基端７２Ａを中心に先端７２Ｂが揺動するように弾性変形可能である。詳しくは、各ストッパ４３の取付部７２は、ナット４１に対して軸方向Ｊに接離するように弾性変形可能である。そして、取付部７２において、ナット４１に対向する面７２Ｃとは反対側の面７２Ｄには、基端７２Ａ側に凹部７５が形成されている（図２も参照）。そのため、取付部７２の軸方向Ｊにおける厚さは、凹部７５が形成された基端７２Ａ側において、先端７２Ｂ側よりも薄くなっているので、取付部７２は、凹部７５が形成されない場合よりも、弾性変形し易くなっている。

なお、取付部７２は、ストッパ４３の一部であるので、取付部７２においてナット４１に対向する面７２Ｃとは反対側の面７２Ｄは、ストッパ４３においてナット４１に対向する面とは反対側の面でもある。
そして、図２を参照して、ナット４１の各挿通孔５６に挿通されたナットガイド４２は、軸方向Ｊにおける挿通孔５６の両側に位置する各ストッパ４３に固定されている。そのため、ストッパ４３は、ナットガイド４２の長手方向（軸方向Ｊでもある）の両端に１つずつ設けられていて、ナットガイド４２の長手方向における一端側および他端側を保持している。これにより、ナットガイド４２がナット４１の挿通孔５６に挿通された状態が維持されている。

ここで、各ナットガイド４２は、挿通孔５６に対して、若干の遊びを持って挿通されていてもよい。
当接検出センサ７０は、歪センサ（歪ゲージ）７４を含んでいる。歪センサ７４は、各ストッパ４３に１つずつ設けられており、詳しくは、ストッパ４３における取付部７２の凹部７５の底（取付部７２において薄くて歪みやすい部分）に１つずつ取り付けられている。

図４は、当接検出センサ７０の構成を示す電気回路図である。
図４を参照して、当接検出センサ７０は、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４を含むブリッジ回路７６を含む。このブリッジ回路７６では、抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ３が直列接続されていて、抵抗Ｒ２および抵抗Ｒ４が直列接続されていて、抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ３の直列接続部分と抵抗Ｒ２および抵抗Ｒ４の直列接続部分とが並列接続されている。このようなブリッジ回路７６を含む当接検出センサ７０は、制御装置１９に対して電気的に接続されている。

このブリッジ回路７６での出力電力Ｅは、以下の式で表される。なお、以下の式におけるＲ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４は、それぞれの抵抗における抵抗値である。
Ｅ＝（Ｒ１・Ｒ３−Ｒ２・Ｒ４）／（Ｒ１＋Ｒ２）・（Ｒ３＋Ｒ４）
この実施形態では、１対のストッパ４３のうち、一方（図２における右側）のストッパ４３の歪センサ７４が、抵抗Ｒ１であり、他方（図２における左側）のストッパ４３の歪センサ７４が、抵抗Ｒ２である。いずれかの歪センサ７４が圧縮または引張された場合にのみ、出力電力Ｅが発生する。

図２を参照して、ユーザが操作部材２を操舵することによって時計方向または反時計方向に回転させると、回転軸６およびねじシャフト４０も操作部材２と共回りする。このとき、ねじシャフト４０に螺合したナット４１もねじシャフト４０と共回りしようとする。しかし、ナット４１の各挿通孔５６に対してナットガイド４２が挿通されていることによって、ナット４１は回転できず、代わりに、ナットガイド４２（換言すれば、ねじシャフト４０の軸方向Ｊ）に沿ってスライドする（１点鎖線の矢印参照）。つまり、ナットガイド４２は、ねじシャフト４０の回転に伴ってナット４１をねじシャフト４０の軸方向Ｊに沿って移動させる。

たとえば、ユーザが操作部材２（換言すれば、ねじシャフト４０）を図２における時計方向に回転させると、ナット４１は、ナットガイド４２に沿って操作部材２に近付く方向（図２における右側）へスライドする。そして、操作部材２を引き続き同じ方向へ回転させ、最終的に、操作部材２に最も近い側（図２における右側）のストッパ４３にナット４１が当接すると、ナット４１は、これ以上スライドできなくなり、操作部材２は、これ以上同じ方向（時計方向）に回転させることができなくなる。つまり、ストッパ４３は、ナット４１がストッパ４３に当接する所定位置以上、軸方向Ｊ（図２における右側）に移動することを規制する。ナット４１がストッパ４３に当接する際、ナット４１では、当該ストッパ４３側（図２における右側）の当接凸部７１がストッパ４３の取付部７２に当接する。これにより、この取付部７２が、ナット４１から離間する方向へ弾性変形する。これに応じて、この取付部７２に取り付けられた歪センサ７４（抵抗Ｒ１）における歪量が所定の閾値を超えるとともに、抵抗Ｒ１の抵抗値が増加し、前述した出力電力Ｅが正の値まで増加する。

逆に、ユーザが操作部材２を図２における反時計方向に回転させると、ナット４１は、ナットガイド４２に沿って操作部材２から離れる方向（図２における左側）へスライドする。そして、操作部材２を引き続き同じ方向へ回転させ、最終的に、操作部材２から最も遠い側（図２における左側）のストッパ４３にナット４１が当接すると、ナット４１は、これ以上スライドできなくなり、操作部材２は、これ以上同じ方向（反時計方向）に回転させることができなくなる。つまり、ストッパ４３は、ナット４１がストッパ４３に当接する所定位置以上、軸方向Ｊ（図２における左側）に移動することを規制する。ナット４１がストッパ４３に当接する際、ナット４１では、当該ストッパ４３側（図２における左側）の当接凸部７１がストッパ４３の取付部７２に当接する。これにより、この取付部７２が、ナット４１から離間する方向へ弾性変形する。これに応じて、この取付部７２に取り付けられた歪センサ７４（抵抗Ｒ２）における歪量が所定の閾値を超えるとともに、抵抗Ｒ２の抵抗値が増加し、前述した出力電力Ｅが負の値まで減少する。

このように、歪センサ７４を含む当接検出センサ７０は、歪センサ７４（抵抗Ｒ１、Ｒ２）における歪量が所定の閾値を超えることによって、ストッパ４３とナット４１との当接（換言すれば、操作部材２の端当て）を検出している。ここで、ナット４１の当接凸部７１がストッパ４３に当接すると、ストッパ４３では取付部７２が相対的に大きく撓むことから、取付部７２に取り付けられた歪センサ７４（当接検出センサ７０）は、取付部７２の撓みに基づいて、ストッパ４３とナット４１との当接を高精度に検出できる。また、ナット４１がストッパ４３に当接したときに取付部７２が撓む（弾性変形する）ことによって、当接時（端当て時）のショックを緩和できるので、ユーザにとって操作部材２の操作性の向上を図ることができる。そして、歪センサ７４が、ナット４１に対向しない面７２Ｄに設けられていることから、ナット４１がストッパ４３に当接する際、ナット４１が歪センサ７４にぶつかることを防止できるので、歪センサ７４の故障を防止できる。

いずれかの歪センサ７４（抵抗Ｒ１、Ｒ２）における歪量と、当接検出センサ７０が検出した出力電力Ｅは、制御装置１９（図１参照）に入力される。歪センサ７４（抵抗Ｒ１、Ｒ２）における歪量が所定の閾値を超えた場合において、制御装置１９は、入力された出力電力Ｅに応じて、出力電力Ｅが正であれば、操作部材２の操舵方向が図２における時計方向であると判断し、出力電力Ｅが負であれば、操作部材２の操舵方向が図２における反時計方向であると判断する。このように、制御装置１９には、操舵角センサ８が検出した操舵角度θ（図１参照）だけでなく、当接検出センサ７０が検出した出力電力Ｅ（操作部材２の操舵方向）も入力されるようになっている。

図１を参照して、たとえば、操舵角センサ８に異常が発生した場合には、制御装置１９には、操舵角センサ８から検出結果（操舵角度θ）が入力されなくなる。この場合、制御装置１９は、操舵方向検出ユニット１１の当接検出センサ７０から入力された出力電力Ｅによって、ユーザによる操作部材２の操舵方向を取得する。そして、出力電力Ｅが正である場合（操作部材２の操舵方向が時計方向である場合）には、出力電力Ｅが正である期間または出力電力Ｅが正になってから所定の期間内において、車輪４が所定の速さで右向きに所定角度だけ転舵するように転舵アクチュエータ１７を駆動制御する。一方、出力電力Ｅが負である場合（操作部材２の操舵方向が反時計方向である場合）には、出力電力Ｅが負である期間または出力電力Ｅが負になってから所定の期間内において、車輪４が所定の速さで左向きに所定角度だけ転舵するように転舵アクチュエータ１７を駆動制御する。

以上のように、ステアバイワイヤ式の操舵装置１では、操舵角センサ８によって操作部材２の操舵角度θを検出するだけでなく、操舵方向検出ユニット１１によって操作部材２の操舵方向を検出することもできる。よって、操舵角センサ８に異常が発生しても、転舵機構５は、フェイルセーフ機構としての操舵方向検出ユニット１１が検出した操舵方向に基づいて車輪４を転舵させることができる。つまり、操舵装置１は、操舵角センサ８が正常な場合より精度が落ちるものの、操舵角センサ８の異常時においても操舵を最低限維持できる。

ここで、操舵方向のみを検出する操舵方向検出ユニット１１は、操作部材２の操舵角度θ（操舵方向および操舵量の両方）を検出する操舵角センサ８に比べて簡素な構成であるので、操舵方向検出ユニット１１を用いれば、操舵方向検出ユニット１１の代わりに操舵角センサ８を別途設ける場合に比べて、部品点数増加やコスト上昇を回避できる。
つまり、操舵角センサ８の異常時においても操舵を継続できる構成を、部品点数増加やコスト上昇を回避しつつ実現し、操舵装置１の冗長性を確保できる。

また、図２に示すように、操舵方向検出ユニット１１は、ねじシャフト４０、ナット４１、ナットガイド４２、ストッパ４３および当接検出センサ７０を含む安価かつ簡素な構成である。操舵方向検出ユニット１１は、操作部材２の操舵（ねじシャフト４０の回転）に伴ってナット４１がねじシャフト４０の軸方向Ｊに沿って移動してストッパ４３に当接したことに基づいて、操作部材２の操舵方向を検出できる。このような操舵方向検出ユニット１１を用いれば、操舵角センサ８の異常時においても操舵を継続できる構成を、部品点数増加やコスト上昇を一層回避しつつ実現できる。特に、既存の操作機構３に、操舵方向検出ユニット１１を追加する場合にも、操作機構３における大幅な設計変更が省略できるので、部品点数増加やコスト上昇の回避を確実に達成できる。

そして、歪センサ７４によって当接検出センサ７０を簡素に構成できるので、操舵角センサ８の異常時においても操舵を継続できる構成を、部品点数増加やコスト上昇をより一層回避しつつ実現できる。
この発明は、以上に説明した実施形態に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。

たとえば、前述の実施形態では、ストッパ４３が、ナットガイド４２の長手方向における両端側に設けられていたので、操舵方向検出ユニット１１は、操作部材２の時計方向および反時計方向の両方向の操舵方向を検出できる（図２参照）。しかし、当該両方向のうちいずれか一方の操舵方向が検出できればよいのであれば、ストッパ４３は、ナットガイド４２の長手方向における一端側または他端側だけに設けられていればよい。

また、当接検出センサ７０として、歪センサ７４の代わりに、圧電素子などで構成された感圧センサや近接センサを用いることもできる。また、当接検出センサ７０として、各ストッパ４３に設けられてナット４１に当接されることによってＯＮされるスイッチを用いることができる。スイッチを用いる場合、制御装置１９（図１参照）は、図２における左右のストッパ４３のスイッチのうち、どちらがＯＮになるかで操作部材２の操舵方向を判断する。

また、当接検出センサ７０を、各ストッパ４３でなく、ナット４１の軸方向両端面においてストッパ４３に当接する部分に設けてもよい。

１…操舵装置、２…操作部材、３…操作機構、４…車輪、５…転舵機構、８…操舵角センサ、１１…操舵方向検出ユニット、４０…ねじシャフト、４１…ナット、４２…ナットガイド、４３…ストッパ、７０…当接検出センサ、７１…当接凸部、７２…取付部、７２Ｃ…面、７２Ｄ…面、７４…歪センサ、Ｊ…軸方向、θ…操舵角度

Claims (5)

1. 操舵するための操作部材を含む操作機構と、前記操作機構とは機械的に非連結であって、前記操作部材の操舵に基づいて車輪を転舵させる転舵機構とを有する操舵装置であって、
   前記操作機構は、
   前記操作部材の操舵角度を検出する操舵角センサと、
   前記操作部材の操舵方向のみを検出する操舵方向検出手段とを含み、
   前記操舵方向検出手段は、
   前記操作部材の操舵方向に回転可能なねじシャフトと、
   前記ねじシャフトに螺合するナットと、
   前記ねじシャフトと平行に配置され、前記ねじシャフトの回転に伴って前記ナットをねじシャフトの軸方向に沿って移動させるナットガイドと、
   前記ナットガイドの長手方向の少なくとも一端側に設けられ、前記ナットが前記軸方向に所定位置以上移動することを規制するストッパと、
   前記ストッパと前記ナットとの当接を検出する当接検出手段とを含むことを特徴とする、操舵装置。
2. 前記当接検出手段は、前記ストッパに設けられ、前記ナットの当接を検出する歪センサを含むことを特徴とする、請求項１記載の操舵装置。
3. 前記ナットから突設され、前記ストッパに当接する当接凸部を含むことを特徴とする、請求項２記載の操舵装置。
4. 前記歪センサは、前記ストッパにおいて前記ナットに対向する面とは反対側の面に設けられていることを特徴とする、請求項２または３記載の操舵装置。
5. 前記ストッパに設けられ、前記歪センサが取り付けられており、弾性変形可能な取付部を含むことを特徴とする、請求項２〜４のいずれかに記載の操舵装置。

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