車両操舵装置
【課題】ステアバイワイヤ装置のフェール時に十分な車両の運動を確保するための車両操舵装置を提供する。
【解決手段】ステアバイワイヤ装置１２により転舵する第１の車輪２と、運転者のための操作部材５との機械的連結により転舵する第２の車輪３と、を備える車両１のための車両操舵装置１０は、操作部材５への入力により回転可能に操作部材５に連結されている回転軸３２と、回転軸３２の回転可能範囲を制限するための回転角抑制機構３４と、を備える。回転角抑制機構３４は、ステアバイワイヤ装置１２のフェール時に回転可能範囲を超える回転を回転軸３２に許容するよう構成されている。
【解決手段】ステアバイワイヤ装置１２により転舵する第１の車輪２と、運転者のための操作部材５との機械的連結により転舵する第２の車輪３と、を備える車両１のための車両操舵装置１０は、操作部材５への入力により回転可能に操作部材５に連結されている回転軸３２と、回転軸３２の回転可能範囲を制限するための回転角抑制機構３４と、を備える。回転角抑制機構３４は、ステアバイワイヤ装置１２のフェール時に回転可能範囲を超える回転を回転軸３２に許容するよう構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両操舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の旋回性などを向上させるために後輪のトー角を制御する４輪操舵装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、操作部材に連結された回転軸と車輪を転舵する転舵機構とを電磁クラッチにより連結可能にかつ連結解除可能に構成したステアバイワイヤ型の車両操舵装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
電源をオフにするとハンドルを操作できないようにしたフォークリフト等の産業車両用のステアバイワイヤ式のパワーステアリング装置が知られている（例えば、特許文献３参照）。また、ステアリングホイールの操舵角に制限を設けるために操舵反力モータを利用することが知られている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２０１１７３号公報
【特許文献２】特開２００９−６７１３１号公報
【特許文献３】特開２０１０−７００８３号公報
【特許文献４】特開２０１１−１１６２１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ステアバイワイヤ式の車両においてはステアバイワイヤのシステムのフェール時においても車両の右左折を可能とするように、適切なフェール対策を施すことが望まれる。典型的にはそのために、電気系統の多重化や、機械的なバックアップシステムが採用されている。電気系統の多重化により、１つの系統に異常が生じても他の系統により正常な操舵を継続することができる。機械的なバックアップシステムは通常は連結されていない操作部材と転舵輪とを電気的失陥の際に連結し、その輪を転舵できるようにする。
【０００６】
しかし、こうしたフェール対策には課題がある。例えば、対策のための機器にコストを要し、しばしば大幅なコストアップを招く。機器の搭載スペースを確保する必要もある。また、機械的なバックアップシステムを設ける場合には結局のところ操作部材と転舵輪とを機械的に連結可能に構成することになる。機械的に非連結であることによる搭載場所の自由度向上というステアバイワイヤのそもそもの利点を必ずしも活かすことができない。
【０００７】
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、ステアバイワイヤ装置のフェール時に十分な車両の運動を確保するための車両操舵装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の車両操舵装置は、ステアバイワイヤ装置により転舵する第１の車輪と、運転者のための操作部材との機械的連結により転舵する第２の車輪と、を備える車両のための車両操舵装置であって、該車両操舵装置は前記操作部材への入力により前記第１の車輪と前記第２の車輪とを転舵するよう構成されている。この車両操舵装置は、前記入力により回転可能に前記操作部材に連結されている回転軸を含み、前記ステアバイワイヤ装置の作動状態にかかわらず前記入力を前記第２の車輪に伝達するよう前記操作部材と前記第２の車輪とを機械的に連結する操作力伝達機構と、前記回転軸の回転可能範囲を制限するための回転角抑制機構と、を備える。前記回転角抑制機構は、前記ステアバイワイヤ装置のフェール時に前記回転可能範囲を超える回転を前記回転軸に許容するよう構成されている。
【０００９】
この態様によると、車両操舵装置は操作部材への入力によって、第１の車輪をステアバイワイヤ装置により転舵し、第２の車輪を操作部材との機械的連結により転舵する。通常時においては車両操舵装置は、第１及び第２の車輪の転舵により車両の右左折を含む十分な車両の運動を確保することができる。
【００１０】
操作部材に連結されている回転軸の回転可能範囲が通常は回転角抑制機構により制限される。この回転軸は操作部材とその操作により転舵する第２の車輪とを機械的に連結するための操作力伝達機構の一部を構成する。一方、第１の車輪のためのステアバイワイヤ装置のフェール時には、制限された回転可能範囲を超える回転が回転軸に許容される。
【００１１】
よって、フェール時に操作部材の操作範囲が拡大される。その拡大に応じて第２の車輪の転舵角度範囲も大きくなる。第２の車輪は操作力伝達機構によって操作部材に、ステアバイワイヤ装置の作動状態にかかわらず機械的に連結されているからである。このようにしてフェール時には第２の車輪に依る転舵に軸足を移すことにより、通常時と同様に十分な車両の運動を確保することが可能となる。
【００１２】
また、機器の追加を抑えながらフェール対策を実現することができる。例えば、第１の車輪とステアバイワイヤ装置との間に機械的なバックアップシステムを追加して設けることなく、第２の車輪の転舵角度範囲の拡大によって十分な車両の運動をフェール時に確保することができる。
【００１３】
前記回転可能範囲に対応する前記第２の車輪の転舵角度が前記ステアバイワイヤ装置による前記第１の車輪の転舵角度よりも小さい角度に設定されていてもよい。
【００１４】
この場合、ステアバイワイヤ装置により転舵する第１の車輪が、操作部材との機械的連結により転舵する第２の車輪よりも大きく転舵することになる。つまり、通常はステアバイワイヤが主として車両の操舵に寄与し、機械的な連結による操舵は補助的である。よって、さほど機械的な制約に影響を受けることなく、ステアバイワイヤの利点を活かすことができる。例えば、通常は良好な操舵性能を制御によって提供することができる。
【００１５】
前記回転角抑制機構は、通電の停止により前記回転可能範囲の制限を解除するよう構成されており、前記ステアバイワイヤ装置は、前記フェール時に前記回転角抑制機構への通電を停止してもよい。
【００１６】
このようにすれば、回転角抑制機構による回転可能範囲の制限をステアバイワイヤ装置のフェール時に確実に解除することが可能となる。
【００１７】
前記回転角抑制機構は、通電により前記回転軸の回転を制限するための反力を前記回転軸に与え、通電の停止により前記反力を解除するよう構成されており、前記ステアバイワイヤ装置は、前記フェール時に前記回転角抑制機構への通電を停止してもよい。
【００１８】
このようにすれば、回転角抑制機構による回転制限のための反力をステアバイワイヤ装置のフェール時に確実に解除することが可能となる。
【００１９】
本発明の別の態様は、ステアバイワイヤ装置により転舵する車輪と、運転者のための操作部材との機械的連結により転舵する車輪と、を備える車両のための車両操舵装置である。この車両操舵装置は、前記操作部材への入力により回転可能に前記操作部材に連結されている回転軸と、前記回転軸の回転可能範囲を制限するための回転角抑制機構と、を備える。前記回転角抑制機構は、前記ステアバイワイヤ装置のフェール時に前記回転可能範囲を超える回転を前記回転軸に許容するよう構成されている。
【００２０】
この態様によると、操作部材に連結されている回転軸の回転可能範囲が回転角抑制機構により通常は制限されている。ステアバイワイヤ装置のフェール時には、制限された回転可能範囲を超える回転が回転軸に許容される。そのため、フェール時に操作部材の操作範囲が拡大される。その拡大に応じて、操作部材との機械的連結により転舵する車輪の転舵角度範囲も大きくなる。よって、フェール時にも十分な車両の運動を確保することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ステアバイワイヤ装置のフェール時に十分な車両の運動を確保するための車両操舵装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明のある実施の形態に係る車両操舵装置の概略構成を示す図である。
【図２】本実施の形態に係る回転角抑制機構を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。
【００２４】
図１は、本発明のある実施の形態に係る車両操舵装置１０の概略構成を示す図である。車両操舵装置１０は車両１に設けられている。車両１は、第１の車輪２と、第１の車輪２とは異なる第２の車輪３と、を含む複数の車輪を備える。第１の車輪２は例えば１つの後輪であり、第２の車輪３は例えば２つの前輪（右前輪及び左前輪）である。
【００２５】
なお、車両１における車輪の配置及び数は必ずしも本実施の形態のそれに限定されない。例えば、第１の車輪２は例えば１つまたは２つの前輪または後輪であってもよい。同様に、第２の車輪３は例えば１つまたは２つの前輪または後輪であってもよい。第１の車輪２が前輪（または後輪）の１つであり第２の車輪３が前輪（または後輪）の他の１つであってもよい。文脈の許す限り第１の車輪２と第２の車輪３とが同一の車輪を指し示してもよい。
【００２６】
また、車両１は、車両ボデー４と、運転者のための操作部材５と、を備える。典型的には操作部材５は例えば、運転者によって回転操作されるステアリングホイールであり、車両ボデー４に、例えばインストゥルメントパネルのリインフォースメントに固定されている。
【００２７】
車両操舵装置１０は、運転者による操作部材５への入力により、第１の車輪２と第２の車輪３とを転舵するよう構成されている。車両操舵装置１０は、ステアバイワイヤ装置１２と操作力伝達機構１４とを備える。ステアバイワイヤ装置１２は操作部材５への入力に基づいて第１の車輪２を転舵するよう構成されている。操作力伝達機構１４は操作部材５への入力を第２の車輪３に機械的に伝達することで第２の車輪３を転舵するよう構成されている。
【００２８】
ステアバイワイヤ装置１２が正常に作動しているときには、操作部材５の操作可能範囲（例えばステアリングホイールの回転可能範囲）は、後述するように、回転角抑制機構３４により制限されている。そうして制限された操作部材５の操作可能範囲に対応する第２の車輪３の転舵角度は、ステアバイワイヤ装置１２による第１の車輪２の転舵角度よりも小さい角度に設定されている。すなわち、通常は、車両１の操舵のために、第１の車輪２が主ステア輪として、第２の車輪３が補助ステア輪として機能する。
【００２９】
ステアバイワイヤ装置１２は、操作入力を電気信号に変換し、その電気信号から制御信号を生成し、その制御信号によって車両１の操舵のためのアクチュエータを制御する。このようにして、機械的な連結を介さずに、操作入力に応じた車両１の操舵が電気的に実現される。
【００３０】
そのために、ステアバイワイヤ装置１２は、操舵部１６と、転舵部１８と、制御部２０と、を備える。操舵部１６は操作部材５を含む。操舵部１６と転舵部１８とは機械的に分離されている。制御部２０は、操舵部１６からの入力に基づいて転舵部１８を制御する。ステアバイワイヤ装置１２は、制御部２０の制御のもとで、操作部材５に加えられる操作力によらずに、転舵部１８の生成する動力によって第１の車輪２を転舵する。
【００３１】
本実施の形態においては、ステアバイワイヤ装置１２には、操舵部１６と転舵部１８とを機械的に連結する連結機構は設けられていない。しかし、ステアバイワイヤ装置１２は、操舵部１６と転舵部１８とを機械的に連結する連結機構を備えてもよい。そうした連結機構がステアバイワイヤ装置１２のフェール時に機械的なバックアップシステムとして用いられてもよい。
【００３２】
操舵部１６は、操作部材５の操作量を測定するための操作量センサ２２を備える。操作部材５の操作量は例えば操舵角、またはステアリングホイールの回転角度であり、操作量センサ２２は例えば操舵角度センサである。操作量センサ２２は、操作部材５に連結されている回転軸３２の回転角度を測定してもよい。操作量センサ２２の測定結果は制御部２０に出力される。そのために、操作量センサ２２と制御部２０とは互いに通信可能に接続されている。
【００３３】
転舵部１８は、第１の車輪２の転舵のための動力源としての転舵モータ２４を備える。転舵モータ２４は制御部２０からの制御指令に基づき第１の車輪２を転舵する。転舵モータ２４は第１の車輪２を直接に駆動するよう第１の車輪２に連結されていてもよい。あるいは転舵モータ２４は動力伝達機構を介して第１の車輪２を駆動するよう第１の車輪２に連結されていてもよい。
【００３４】
また、転舵部１８は、第１の車輪２の転舵角度を測定するための転舵角度センサ２６を備える。転舵角度センサ２６は必ずしも直接に転舵角度を測定するものでなくてもよく、第１の車輪２の転舵角度を演算するための第１の車輪２の変位量を測定するよう構成されていてもよい。転舵角度センサ２６の測定結果は制御部２０に出力される。そのために、転舵角度センサ２６と制御部２０とは互いに通信可能に接続されている。制御部２０は転舵角度センサ２６の出力に基づいて第１の車輪２の転舵角度を指令値に追従させるようフィードバック制御をしてもよい。
【００３５】
制御部２０は、ステアリング電子制御ユニット（以下では単にＥＣＵという）２８を備える。ＥＣＵ２８は、コンピュータ、各種モータ及び各種アクチュエータ等のドライバ等を含んで構成されている。ＥＣＵ２８は例えば、操作部材５の操作量に関する信号、及び、第１の車輪２の転舵角度に関する信号を受信する。操作部材５の操作量に関する信号は操作量センサ２２からＥＣＵ２８に送信される。第１の車輪２の転舵角度に関する信号は転舵角度センサ２６からＥＣＵ２８に送信される。ＥＣＵ２８はこれらの信号に基づいて、操作部材５の操作量に応じて車両１が操舵されるように、転舵モータ２４への制御指令を決定し転舵モータ２４に送信する。
【００３６】
なお、ＥＣＵ２８は、ある操作量に対応する転舵角度を車速（またはその他の条件）に応じて異ならせるようにして、転舵角度を制御してもよい。そのために、車両１には少なくとも１つの車輪に車輪回転速度を検出する車輪速センサ（図示せず）が設けられ、ＥＣＵ２８は車輪速センサの検出結果から車体速度を求めることができるように構成されていてもよい。
【００３７】
また、ステアバイワイヤ装置１２は、いわゆる車速感応式のステアリングを提供するよう構成されていてもよい。つまり、ステアバイワイヤ装置１２は、車体速度が速い場合にはステアリング操作が重くなるようにしてもよい。そのために、操作部材５には操作反力を生成するための反力生成モータ（図示せず）が連結されていてもよいし、操作力伝達機構１４に設けられているパワーステアリング装置（図示せず）が使用されてもよい。ＥＣＵ２８は、求められた車体速度に基づいて反力付与モータ等を制御して、車体速度に応じた操作反力を調整してもよい。
【００３８】
また、制御部２０はバッテリ３０を備える。バッテリ３０はステアバイワイヤ装置１２のための電源である。バッテリ３０からの給電によりステアバイワイヤ装置１２は作動する。本実施の形態ではバッテリ３０は、ステアバイワイヤ装置１２の専用の電源ではなく、後述する回転角抑制機構３４のための電源でもある。なおバッテリ３０は車両１のための電源であってもよく、その場合ステアバイワイヤ装置１２の構成要素とはみなされなくてもよい。
【００３９】
操作力伝達機構１４は、ステアバイワイヤ装置１２の作動状態にかかわらず操作部材５の入力を第２の車輪３に伝達するよう操作部材５と第２の車輪３とを機械的に連結する。言い換えれば、操作力伝達機構１４は、操作部材５と第２の車輪３とを機械的に常時接続する機構である。
【００４０】
操作力伝達機構１４は、操作部材５への入力により回転可能に操作部材５に連結されている回転軸３２を備える。回転軸３２は例えば、操作部材５をステアリングギヤボックス３６に連結するステアリングシャフトである。操作部材５と回転軸３２とは互いに相対回転不能に取り付けられている。そのため、操作部材５の回転操作により回転軸３２は操作部材５と一体に回転する。
【００４１】
操作力伝達機構１４は、回転軸３２の回転を左右の直線運動に変換するステアリングギヤボックス３６を備える。ステアリングギヤボックス３６は例えば、回転軸３２の先端に固定されたピニオンギヤと、このピニオンギヤと噛合するラックとを含む。ラックは左右のタイロッドへと連結される。左右のタイロッドはそれぞれ左右のナックルアームを経て第２の車輪３へと連結される。
【００４２】
回転軸３２の中途には回転角抑制機構３４が設けられている。回転角抑制機構３４は、回転軸３２の回転可能範囲を制限するために設けられている。また、回転角抑制機構３４は、ステアバイワイヤ装置１２のフェール時に、制限された回転可能範囲を超える回転を回転軸３２に許容するよう構成されている。回転角抑制機構３４は、補助ステア輪である第２の車輪３の最大転舵角度を変更する。回転角抑制機構３４については図２を参照して後述する。
【００４３】
図２は、本実施の形態に係る回転角抑制機構３４を示す断面図である。図２は回転軸３２の軸方向に垂直な断面を示す。図示されるように、操作力伝達機構１４は、回転軸３２を収容するための概ね円筒形状をなすハウジング３８を備える。回転軸３２はハウジング３８に回転可能に保持される。
【００４４】
回転角抑制機構３４は、回転軸３２の回転可能範囲を所定の範囲に規制するための回転規制機構１００と、回転規制機構１００による回転可能範囲の規制を解除するための解除機構２００と、を備える。回転規制機構１００は概ねハウジング３８に収容されており、解除機構２００は収容部４０に収容されている。収容部４０はハウジング３８の側部に、解除機構２００のためのいわばカバーとして設けられている。
【００４５】
回転規制機構１００は、１組のピン１０２を備える。１組のピン１０２は例えば２本のピンを含む。ピン１０２は、回転軸３２の径方向に沿って回転軸３２に差し込まれて固定されており、一端がハウジング３８の内面に向けて回転軸３２から突出している。よってピン１０２は回転軸３２と一体に回転する。１組のピン１０２は回転軸３２の軸方向に間隔を有して平行に設けられている。
【００４６】
また、回転規制機構１００は、棒状の係合部材１０４を備える。係合部材１０４は、回転軸３２の軸方向に平行に回転軸３２と間隙を有してハウジング３８の内部に配設されている。係合部材１０４は１組のピン１０２の軸方向位置及び長さに相当する軸方向位置及び長さで設けられている。係合部材１０４の一端は環状部材（図示せず）に支持されている。この環状部材は、回転軸３２を包囲しており、軸受けを介して回転可能に回転軸３２に支持されている。ピン１０２が回転軸３２と一体に回転したときにピン１０２が係合部材１０４に当接し、ピン１０２と係合部材１０４とが係合する。このようにして、係合部材１０４は、環状部材に支持された状態で、回転軸３２とハウジング３８との間を回転軸３２の周方向に沿って移動可能に設けられている。
【００４７】
回転規制機構１００はさらに、ロックキー１０６を備える。ロックキー１０６は、ハウジング３８の側面に設けられた貫通孔４２からハウジング３８の内部に突出可能に設けられている。貫通孔４２はハウジング３８の内部と収容部４０の内部とをつなぐ。ロックキー１０６がハウジング３８の内部に突出したときにロックキー１０６が回転軸３２自体の回転を妨げないように（つまりロックキー１０６が回転軸３２に接触しないように）ロックキー１０６の形状が定められている。ロックキー１０６は、貫通孔４２から収容部４０へと向かう方向に弾性部材（例えば、ばね）１０８により付勢されている。弾性部材１０８は、ハウジング３８の外周面上の貫通孔４２の縁部とロックキー１０６の基部との間に配置されている。
【００４８】
回転規制機構１００の動作を説明する。図２は、回転軸３２がＲ１方向に最大限回転した状態を示す。回転規制機構１００のピン１０２は係合部材１０４と係合し、更に係合部材１０４はロックキー１０６と係合している。こうして、回転規制機構１００は、回転軸３２が矢印Ｒ１方向へこれ以上回転することを規制している。この状態から運転者により操作部材５が反対方向に操作されると、ピン１０２は係合部材１０４から離れる。そのまま回転軸３２がＲ２方向に回転すると、約一回転するまでは回転軸３２は自在に回転する。約一回転したところで、ピン１０２は係合部材１０４と係合する。このとき、１組のピン１０２は回転軸３２の軸方向に間隔を有して設けられているので、ロックキー１０６には係合せずに通過する。
【００４９】
更に回転軸３２がＲ２方向に回転すると、ピン１０２は、係合部材１０４と係合しながら矢印Ｒ２方向に回転する。ピン１０２が係合部材１０４と係合した状態で約一回転すると、係合部材１０４がロックキー１０６に突き当たる。ピン１０２及び係合部材１０４はロックキー１０６を通過することができず、その結果、回転軸３２は、これ以上矢印Ｒ２方向へ回転できなくなる。このようにして、回転規制機構１００は、回転軸３２の回転可能範囲を約二回転に規制することができる。
【００５０】
代案として、回転規制機構１００は回転軸３２の回転可能範囲を二回転以外の範囲に規制してもよい。例えば、回転規制機構１００は回転軸３２の回転可能範囲を約一回転の範囲に規制するよう構成されていてもよい。回転軸３２の回転により転舵する第２の車輪３は、上述のようにステアバイワイヤ装置１２が正常に作動するときは小舵角でよいからである。そのために、図２に示す構成から係合部材１０４が省略され、ピン１０２とロックキー１０６とが直接係合するよう構成されていてもよい。
【００５１】
解除機構２００は、ロックキー１０６と一体に動くレバー２０２と、レバー２０２を駆動するためのソレノイド装置２０４と、ソレノイド装置２０４に対しレバー２０２を回動可能に支持する回転支持部２０６と、を備える。
【００５２】
ソレノイド装置２０４は、カバー２０８と、カバー２０８の内部に組み込まれているプランジャー２１０、不図示の電磁コイルおよびスプリング等を備えている。ソレノイド装置２０４のための電源は上述のバッテリ３０であり、ソレノイド装置２０４への通電と通電停止との切替はＥＣＵ２８により制御される（図１参照）。ソレノイド装置２０４は通電によりプランジャー２１０を電磁力により内部に引き込み、通電停止によりプランジャー２１０をスプリングの付勢力で外部に向けて突出させるよう構成されている。
【００５３】
レバー２０２の一端はロックキー１０６の基部に取り付けられ、レバー２０２の他端は回転支持部２０６を介してプランジャー２１０に接続されている。ロックキー１０６の先端は、レバー２０２の上記一端から、レバー２０２の長手方向に概ね垂直な方向に向けられている。回転支持部２０６は、プランジャー２１０の往復運動をレバー２０２の上記他端の回転に変換するよう構成されている。このようにして、解除機構２００は、プランジャー２１０の往復運動がロックキー１０６の往復運動に変換されるよう構成されている。
【００５４】
解除機構２００の動作を説明する。図２にはバッテリ３０からソレノイド装置２０４に通電されている状態が示されている。プランジャー２１０はソレノイド装置２０４の内部に引き込まれ、レバー２０２は回転支持部２０６を中心に矢印Ｒ３方向に回動する。レバー２０２の回動により、ロックキー１０６は貫通孔４２に挿入されハウジング３８内に突き出している。こうして、回転規制機構１００による回転軸３２の回転可能範囲の規制が実現される。よって解除機構２００は回転規制機構１００の一部を構成するとみなすこともできる。
【００５５】
一方、ソレノイド装置２０４への通電が停止された場合には、プランジャー２１０はソレノイド装置２０４の外部に向けて突出し、レバー２０２は回転支持部２０６を中心に矢印Ｒ４方向に回動する。そのときのレバー２０２の位置を図２に二点鎖線で示す。レバー２０２とともにロックキー１０６は貫通孔４２から収容部４０へと後退する。こうして、回転軸３２の回転可能範囲の規制は解除され、通電時の回転可能範囲を超える回転が回転軸３２に許容される。
【００５６】
ところで、ステアバイワイヤ装置１２に異常が検出された場合には通例、ステアバイワイヤ装置１２は停止される。つまり、ステアバイワイヤ装置１２の正常な作動が保証されないときはステアバイワイヤ装置１２は停止される。具体的にはＥＣＵ２８が、バッテリ３０からステアバイワイヤ装置１２への給電を遮断する。こうしてステアバイワイヤ装置１２は作動状態から非作動状態に切り替えられる。
【００５７】
ステアバイワイヤ装置１２の異常には例えば、バッテリ上がりや、電源線または信号線の断線、操作量センサ２２または転舵角度センサ２６等の各種センサのエラー、ＥＣＵ２８の演算エラー、転舵モータ２４の破損、ＥＣＵ２８に設置されるモータドライバのモスの溶着などがある。
【００５８】
ＥＣＵ２８は、上述のステアバイワイヤ装置１２の各種異常の少なくとも１つを検出可能に構成されている。こうした検出には公知の手法を適宜採用することができる。ＥＣＵ２８は、ステアバイワイヤ装置１２の異常の有無を周期的に判定する。ＥＣＵ２８によりステアバイワイヤ装置１２に何らかの異常があると判定された場合には、ステアバイワイヤ装置１２がフェール状態にあるとみなされる。そうしたステアバイワイヤ装置１２のフェール時には、ＥＣＵ２８はステアバイワイヤ装置１２を作動状態から非作動状態に切り替える。
【００５９】
回転角抑制機構３４は、ステアバイワイヤ装置１２のフェール時に通常時の回転可能範囲を超える回転を回転軸３２に許容するよう構成されている。本実施の形態ではそのために、ステアバイワイヤ装置１２のＥＣＵ２８は、ステアバイワイヤ装置１２の非作動状態への切替に連動して、回転角抑制機構３４への通電を停止する。また、ＥＣＵ２８は、ステアバイワイヤ装置１２が正常に作動しているときは回転角抑制機構３４への通電を継続する。
【００６０】
以上の構成を備える本実施の形態に係る車両操舵装置１０の動作を説明する。ステアバイワイヤ装置１２が正常に作動しているときに操作部材５が操作された場合には、車両操舵装置１０は第１の車輪２と第２の車輪３との両方を転舵することになる。ステアバイワイヤ装置１２は操作部材５の操作量に基づき第１の車輪２を転舵する。同時に、操作部材５の操作量が操作力伝達機構１４を介して第２の車輪３に機械的に伝達され第２の車輪３を転舵する。
【００６１】
このとき、回転角抑制機構３４はソレノイド装置２０４への通電により回転軸３２の回転可能範囲を制限している。それにより操作部材５の操作可能範囲及び第２の車輪３の転舵角度範囲も制限され、第２の車輪３の転舵角度は小さい。一方、第１の車輪２のための転舵部１８は操作部材５を含む操舵部１６とは機械的に連結されていないため、第１の車輪２の転舵角度は回転角抑制機構３４による制限を受けない。第１の車輪２は操作部材５の操作可能範囲に応じてＥＣＵ２８により決定される転舵角度範囲で転舵する。このようにして、ステアバイワイヤが主として車両１の操舵に寄与する。
【００６２】
一方、ステアバイワイヤ装置１２が停止されているときに（または正常な作動が保証されないときに）操作部材５が操作された場合には、車両操舵装置１０は第２の車輪３のみを転舵することになる。ステアバイワイヤ装置１２の停止に連動して回転角抑制機構３４への通電が停止され、回転軸３２の回転可能範囲は拡大されている。それにより操作部材５の操作可能範囲及び第２の車輪３の転舵角度範囲も拡大される。つまり、通常は補助ステア輪である第２の車輪３の最大転舵角度が拡大される。運転者は操作部材５を操作することにより、操作力伝達機構１４において機構的に決まる最大の転舵角度まで第２の車輪３を転舵することができる。こうして、ステアバイワイヤ装置１２のフェール時にあっては、ステアバイワイヤに頼らずに機械的に車両１を操舵することができる。
【００６３】
以上説明したように、本実施の形態によれば、制限された回転可能範囲を超える回転をステアバイワイヤ装置１２のフェール時に回転軸３２に許容する回転角抑制機構３４を備える車両操舵装置１０が提供される。ステアバイワイヤ装置１２のフェール時に操作部材５の操作範囲が拡大され、それに応じて操作部材５と機械的に連結された第２の車輪３の転舵角度範囲も拡大される。通常は補助的に操舵に使用される第２の車輪３を活用して、ステアバイワイヤ装置１２のフェール時にも確実に車両１の右左折を可能とすることができる。
【００６４】
また、本実施の形態によれば、フェール対策のための専用の機器を車両操舵装置１０に追加することに頼らずにフェール対策を実現することができる。例えば、第１の車輪２とステアバイワイヤ装置１２との間に機械的なバックアップシステムを追加する必要がない。加えて、ステアバイワイヤ装置１２のフェール時に第２の車輪３で機械的に車両１を操舵可能であるから、ステアバイワイヤ装置１２のための電気系統を多重化することも必須でない。したがって、そうした専用機器の追加によって生じ得るコストの上昇を抑えることができる。また、それら機器のための搭載スペースを確保する必要もないことも有利である。
【００６５】
その一方で、通常時は主としてステアバイワイヤで車両１を操舵するよう車両操舵装置１０は構成されているから、ステアバイワイヤの利点を充分に活かすことができる。例えば、通常時には良好な操舵性能を制御によって提供することができる。また、ステアバイワイヤ装置１２は操作部材５と第１の車輪２とを機械的につなぐ機構を持たないから、搭載場所についての設計の自由度が高いという利点もある。
【００６６】
さらに、本実施の形態によれば、ステアバイワイヤ装置１２の非作動状態への切替に連動して回転角抑制機構３４への通電が停止され、回転角抑制機構３４による回転軸３２の回転制限は通電停止及びそれに伴う機械的な動作により解除される。よって、ステアバイワイヤ装置１２のフェール時に回転角抑制機構３４の回転制限を確実に解除して第２の車輪３の転舵角度範囲を大きくすることができる。
【００６７】
以上、本発明を上述の各実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の各実施の形態に限定されるものではなく、各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各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各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。
【００６８】
例えば、回転角抑制機構３４は、通電により回転軸３２の回転を制限するための反力を回転軸３２に与え、通電の停止によりその反力を解除するよう構成されていてもよい。この場合においても上述の実施の形態と同様に、ステアバイワイヤ装置１２は、フェール時に回転角抑制機構３４への通電を停止してもよい。このようにしても、回転角抑制機構３４による回転制限のための反力をステアバイワイヤ装置１２のフェール時に確実に解除することが可能となる。
【００６９】
そのために、操作力伝達機構１４は、操作部材５への操作反力を生成するための反力生成モータを備えてもよい。あるいは車両操舵装置１０は操作力伝達機構１４に設けられているパワーステアリング装置を備えてもよく、当該パワーステアリング装置が反力生成のために使用されてもよい。この場合、回転角抑制機構３４は、ステアバイワイヤ装置１２が正常に作動しているときには反力（例えばモータのトルク）により操作部材５を設定範囲のみで操作可能とすることで構成されてもよい。その設定範囲に従って例えばＥＣＵ２８が回転角抑制機構３４を制御してもよい。
【００７０】
上述の実施の形態においては、通常は第２の車輪３の転舵角度範囲が規制され、ステアバイワイヤ装置１２のフェール時にその規制が解除されている。第２の車輪３に代えて、または第２の車輪３とともに、第１の車輪２の転舵角度範囲が規制され、ステアバイワイヤ装置１２のフェール時にその規制が解除されてもよい。その場合、ステアバイワイヤ装置１２は操作部材５と第１の車輪２とを機械的に連結するための回転軸を含む連結機構を備え、その回転軸に回転角抑制機構３４が設けられていてもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１ 車両、 ２ 第１の車輪、 ３ 第２の車輪、 ５ 操作部材、 １０ 車両操舵装置、 １２ ステアバイワイヤ装置、 １４ 操作力伝達機構、 ３２ 回転軸、 ３４ 回転角抑制機構。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両操舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の旋回性などを向上させるために後輪のトー角を制御する４輪操舵装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、操作部材に連結された回転軸と車輪を転舵する転舵機構とを電磁クラッチにより連結可能にかつ連結解除可能に構成したステアバイワイヤ型の車両操舵装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
電源をオフにするとハンドルを操作できないようにしたフォークリフト等の産業車両用のステアバイワイヤ式のパワーステアリング装置が知られている（例えば、特許文献３参照）。また、ステアリングホイールの操舵角に制限を設けるために操舵反力モータを利用することが知られている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２０１１７３号公報
【特許文献２】特開２００９−６７１３１号公報
【特許文献３】特開２０１０−７００８３号公報
【特許文献４】特開２０１１−１１６２１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ステアバイワイヤ式の車両においてはステアバイワイヤのシステムのフェール時においても車両の右左折を可能とするように、適切なフェール対策を施すことが望まれる。典型的にはそのために、電気系統の多重化や、機械的なバックアップシステムが採用されている。電気系統の多重化により、１つの系統に異常が生じても他の系統により正常な操舵を継続することができる。機械的なバックアップシステムは通常は連結されていない操作部材と転舵輪とを電気的失陥の際に連結し、その輪を転舵できるようにする。
【０００６】
しかし、こうしたフェール対策には課題がある。例えば、対策のための機器にコストを要し、しばしば大幅なコストアップを招く。機器の搭載スペースを確保する必要もある。また、機械的なバックアップシステムを設ける場合には結局のところ操作部材と転舵輪とを機械的に連結可能に構成することになる。機械的に非連結であることによる搭載場所の自由度向上というステアバイワイヤのそもそもの利点を必ずしも活かすことができない。
【０００７】
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、ステアバイワイヤ装置のフェール時に十分な車両の運動を確保するための車両操舵装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の車両操舵装置は、ステアバイワイヤ装置により転舵する第１の車輪と、運転者のための操作部材との機械的連結により転舵する第２の車輪と、を備える車両のための車両操舵装置であって、該車両操舵装置は前記操作部材への入力により前記第１の車輪と前記第２の車輪とを転舵するよう構成されている。この車両操舵装置は、前記入力により回転可能に前記操作部材に連結されている回転軸を含み、前記ステアバイワイヤ装置の作動状態にかかわらず前記入力を前記第２の車輪に伝達するよう前記操作部材と前記第２の車輪とを機械的に連結する操作力伝達機構と、前記回転軸の回転可能範囲を制限するための回転角抑制機構と、を備える。前記回転角抑制機構は、前記ステアバイワイヤ装置のフェール時に前記回転可能範囲を超える回転を前記回転軸に許容するよう構成されている。
【０００９】
この態様によると、車両操舵装置は操作部材への入力によって、第１の車輪をステアバイワイヤ装置により転舵し、第２の車輪を操作部材との機械的連結により転舵する。通常時においては車両操舵装置は、第１及び第２の車輪の転舵により車両の右左折を含む十分な車両の運動を確保することができる。
【００１０】
操作部材に連結されている回転軸の回転可能範囲が通常は回転角抑制機構により制限される。この回転軸は操作部材とその操作により転舵する第２の車輪とを機械的に連結するための操作力伝達機構の一部を構成する。一方、第１の車輪のためのステアバイワイヤ装置のフェール時には、制限された回転可能範囲を超える回転が回転軸に許容される。
【００１１】
よって、フェール時に操作部材の操作範囲が拡大される。その拡大に応じて第２の車輪の転舵角度範囲も大きくなる。第２の車輪は操作力伝達機構によって操作部材に、ステアバイワイヤ装置の作動状態にかかわらず機械的に連結されているからである。このようにしてフェール時には第２の車輪に依る転舵に軸足を移すことにより、通常時と同様に十分な車両の運動を確保することが可能となる。
【００１２】
また、機器の追加を抑えながらフェール対策を実現することができる。例えば、第１の車輪とステアバイワイヤ装置との間に機械的なバックアップシステムを追加して設けることなく、第２の車輪の転舵角度範囲の拡大によって十分な車両の運動をフェール時に確保することができる。
【００１３】
前記回転可能範囲に対応する前記第２の車輪の転舵角度が前記ステアバイワイヤ装置による前記第１の車輪の転舵角度よりも小さい角度に設定されていてもよい。
【００１４】
この場合、ステアバイワイヤ装置により転舵する第１の車輪が、操作部材との機械的連結により転舵する第２の車輪よりも大きく転舵することになる。つまり、通常はステアバイワイヤが主として車両の操舵に寄与し、機械的な連結による操舵は補助的である。よって、さほど機械的な制約に影響を受けることなく、ステアバイワイヤの利点を活かすことができる。例えば、通常は良好な操舵性能を制御によって提供することができる。
【００１５】
前記回転角抑制機構は、通電の停止により前記回転可能範囲の制限を解除するよう構成されており、前記ステアバイワイヤ装置は、前記フェール時に前記回転角抑制機構への通電を停止してもよい。
【００１６】
このようにすれば、回転角抑制機構による回転可能範囲の制限をステアバイワイヤ装置のフェール時に確実に解除することが可能となる。
【００１７】
前記回転角抑制機構は、通電により前記回転軸の回転を制限するための反力を前記回転軸に与え、通電の停止により前記反力を解除するよう構成されており、前記ステアバイワイヤ装置は、前記フェール時に前記回転角抑制機構への通電を停止してもよい。
【００１８】
このようにすれば、回転角抑制機構による回転制限のための反力をステアバイワイヤ装置のフェール時に確実に解除することが可能となる。
【００１９】
本発明の別の態様は、ステアバイワイヤ装置により転舵する車輪と、運転者のための操作部材との機械的連結により転舵する車輪と、を備える車両のための車両操舵装置である。この車両操舵装置は、前記操作部材への入力により回転可能に前記操作部材に連結されている回転軸と、前記回転軸の回転可能範囲を制限するための回転角抑制機構と、を備える。前記回転角抑制機構は、前記ステアバイワイヤ装置のフェール時に前記回転可能範囲を超える回転を前記回転軸に許容するよう構成されている。
【００２０】
この態様によると、操作部材に連結されている回転軸の回転可能範囲が回転角抑制機構により通常は制限されている。ステアバイワイヤ装置のフェール時には、制限された回転可能範囲を超える回転が回転軸に許容される。そのため、フェール時に操作部材の操作範囲が拡大される。その拡大に応じて、操作部材との機械的連結により転舵する車輪の転舵角度範囲も大きくなる。よって、フェール時にも十分な車両の運動を確保することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ステアバイワイヤ装置のフェール時に十分な車両の運動を確保するための車両操舵装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明のある実施の形態に係る車両操舵装置の概略構成を示す図である。
【図２】本実施の形態に係る回転角抑制機構を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。
【００２４】
図１は、本発明のある実施の形態に係る車両操舵装置１０の概略構成を示す図である。車両操舵装置１０は車両１に設けられている。車両１は、第１の車輪２と、第１の車輪２とは異なる第２の車輪３と、を含む複数の車輪を備える。第１の車輪２は例えば１つの後輪であり、第２の車輪３は例えば２つの前輪（右前輪及び左前輪）である。
【００２５】
なお、車両１における車輪の配置及び数は必ずしも本実施の形態のそれに限定されない。例えば、第１の車輪２は例えば１つまたは２つの前輪または後輪であってもよい。同様に、第２の車輪３は例えば１つまたは２つの前輪または後輪であってもよい。第１の車輪２が前輪（または後輪）の１つであり第２の車輪３が前輪（または後輪）の他の１つであってもよい。文脈の許す限り第１の車輪２と第２の車輪３とが同一の車輪を指し示してもよい。
【００２６】
また、車両１は、車両ボデー４と、運転者のための操作部材５と、を備える。典型的には操作部材５は例えば、運転者によって回転操作されるステアリングホイールであり、車両ボデー４に、例えばインストゥルメントパネルのリインフォースメントに固定されている。
【００２７】
車両操舵装置１０は、運転者による操作部材５への入力により、第１の車輪２と第２の車輪３とを転舵するよう構成されている。車両操舵装置１０は、ステアバイワイヤ装置１２と操作力伝達機構１４とを備える。ステアバイワイヤ装置１２は操作部材５への入力に基づいて第１の車輪２を転舵するよう構成されている。操作力伝達機構１４は操作部材５への入力を第２の車輪３に機械的に伝達することで第２の車輪３を転舵するよう構成されている。
【００２８】
ステアバイワイヤ装置１２が正常に作動しているときには、操作部材５の操作可能範囲（例えばステアリングホイールの回転可能範囲）は、後述するように、回転角抑制機構３４により制限されている。そうして制限された操作部材５の操作可能範囲に対応する第２の車輪３の転舵角度は、ステアバイワイヤ装置１２による第１の車輪２の転舵角度よりも小さい角度に設定されている。すなわち、通常は、車両１の操舵のために、第１の車輪２が主ステア輪として、第２の車輪３が補助ステア輪として機能する。
【００２９】
ステアバイワイヤ装置１２は、操作入力を電気信号に変換し、その電気信号から制御信号を生成し、その制御信号によって車両１の操舵のためのアクチュエータを制御する。このようにして、機械的な連結を介さずに、操作入力に応じた車両１の操舵が電気的に実現される。
【００３０】
そのために、ステアバイワイヤ装置１２は、操舵部１６と、転舵部１８と、制御部２０と、を備える。操舵部１６は操作部材５を含む。操舵部１６と転舵部１８とは機械的に分離されている。制御部２０は、操舵部１６からの入力に基づいて転舵部１８を制御する。ステアバイワイヤ装置１２は、制御部２０の制御のもとで、操作部材５に加えられる操作力によらずに、転舵部１８の生成する動力によって第１の車輪２を転舵する。
【００３１】
本実施の形態においては、ステアバイワイヤ装置１２には、操舵部１６と転舵部１８とを機械的に連結する連結機構は設けられていない。しかし、ステアバイワイヤ装置１２は、操舵部１６と転舵部１８とを機械的に連結する連結機構を備えてもよい。そうした連結機構がステアバイワイヤ装置１２のフェール時に機械的なバックアップシステムとして用いられてもよい。
【００３２】
操舵部１６は、操作部材５の操作量を測定するための操作量センサ２２を備える。操作部材５の操作量は例えば操舵角、またはステアリングホイールの回転角度であり、操作量センサ２２は例えば操舵角度センサである。操作量センサ２２は、操作部材５に連結されている回転軸３２の回転角度を測定してもよい。操作量センサ２２の測定結果は制御部２０に出力される。そのために、操作量センサ２２と制御部２０とは互いに通信可能に接続されている。
【００３３】
転舵部１８は、第１の車輪２の転舵のための動力源としての転舵モータ２４を備える。転舵モータ２４は制御部２０からの制御指令に基づき第１の車輪２を転舵する。転舵モータ２４は第１の車輪２を直接に駆動するよう第１の車輪２に連結されていてもよい。あるいは転舵モータ２４は動力伝達機構を介して第１の車輪２を駆動するよう第１の車輪２に連結されていてもよい。
【００３４】
また、転舵部１８は、第１の車輪２の転舵角度を測定するための転舵角度センサ２６を備える。転舵角度センサ２６は必ずしも直接に転舵角度を測定するものでなくてもよく、第１の車輪２の転舵角度を演算するための第１の車輪２の変位量を測定するよう構成されていてもよい。転舵角度センサ２６の測定結果は制御部２０に出力される。そのために、転舵角度センサ２６と制御部２０とは互いに通信可能に接続されている。制御部２０は転舵角度センサ２６の出力に基づいて第１の車輪２の転舵角度を指令値に追従させるようフィードバック制御をしてもよい。
【００３５】
制御部２０は、ステアリング電子制御ユニット（以下では単にＥＣＵという）２８を備える。ＥＣＵ２８は、コンピュータ、各種モータ及び各種アクチュエータ等のドライバ等を含んで構成されている。ＥＣＵ２８は例えば、操作部材５の操作量に関する信号、及び、第１の車輪２の転舵角度に関する信号を受信する。操作部材５の操作量に関する信号は操作量センサ２２からＥＣＵ２８に送信される。第１の車輪２の転舵角度に関する信号は転舵角度センサ２６からＥＣＵ２８に送信される。ＥＣＵ２８はこれらの信号に基づいて、操作部材５の操作量に応じて車両１が操舵されるように、転舵モータ２４への制御指令を決定し転舵モータ２４に送信する。
【００３６】
なお、ＥＣＵ２８は、ある操作量に対応する転舵角度を車速（またはその他の条件）に応じて異ならせるようにして、転舵角度を制御してもよい。そのために、車両１には少なくとも１つの車輪に車輪回転速度を検出する車輪速センサ（図示せず）が設けられ、ＥＣＵ２８は車輪速センサの検出結果から車体速度を求めることができるように構成されていてもよい。
【００３７】
また、ステアバイワイヤ装置１２は、いわゆる車速感応式のステアリングを提供するよう構成されていてもよい。つまり、ステアバイワイヤ装置１２は、車体速度が速い場合にはステアリング操作が重くなるようにしてもよい。そのために、操作部材５には操作反力を生成するための反力生成モータ（図示せず）が連結されていてもよいし、操作力伝達機構１４に設けられているパワーステアリング装置（図示せず）が使用されてもよい。ＥＣＵ２８は、求められた車体速度に基づいて反力付与モータ等を制御して、車体速度に応じた操作反力を調整してもよい。
【００３８】
また、制御部２０はバッテリ３０を備える。バッテリ３０はステアバイワイヤ装置１２のための電源である。バッテリ３０からの給電によりステアバイワイヤ装置１２は作動する。本実施の形態ではバッテリ３０は、ステアバイワイヤ装置１２の専用の電源ではなく、後述する回転角抑制機構３４のための電源でもある。なおバッテリ３０は車両１のための電源であってもよく、その場合ステアバイワイヤ装置１２の構成要素とはみなされなくてもよい。
【００３９】
操作力伝達機構１４は、ステアバイワイヤ装置１２の作動状態にかかわらず操作部材５の入力を第２の車輪３に伝達するよう操作部材５と第２の車輪３とを機械的に連結する。言い換えれば、操作力伝達機構１４は、操作部材５と第２の車輪３とを機械的に常時接続する機構である。
【００４０】
操作力伝達機構１４は、操作部材５への入力により回転可能に操作部材５に連結されている回転軸３２を備える。回転軸３２は例えば、操作部材５をステアリングギヤボックス３６に連結するステアリングシャフトである。操作部材５と回転軸３２とは互いに相対回転不能に取り付けられている。そのため、操作部材５の回転操作により回転軸３２は操作部材５と一体に回転する。
【００４１】
操作力伝達機構１４は、回転軸３２の回転を左右の直線運動に変換するステアリングギヤボックス３６を備える。ステアリングギヤボックス３６は例えば、回転軸３２の先端に固定されたピニオンギヤと、このピニオンギヤと噛合するラックとを含む。ラックは左右のタイロッドへと連結される。左右のタイロッドはそれぞれ左右のナックルアームを経て第２の車輪３へと連結される。
【００４２】
回転軸３２の中途には回転角抑制機構３４が設けられている。回転角抑制機構３４は、回転軸３２の回転可能範囲を制限するために設けられている。また、回転角抑制機構３４は、ステアバイワイヤ装置１２のフェール時に、制限された回転可能範囲を超える回転を回転軸３２に許容するよう構成されている。回転角抑制機構３４は、補助ステア輪である第２の車輪３の最大転舵角度を変更する。回転角抑制機構３４については図２を参照して後述する。
【００４３】
図２は、本実施の形態に係る回転角抑制機構３４を示す断面図である。図２は回転軸３２の軸方向に垂直な断面を示す。図示されるように、操作力伝達機構１４は、回転軸３２を収容するための概ね円筒形状をなすハウジング３８を備える。回転軸３２はハウジング３８に回転可能に保持される。
【００４４】
回転角抑制機構３４は、回転軸３２の回転可能範囲を所定の範囲に規制するための回転規制機構１００と、回転規制機構１００による回転可能範囲の規制を解除するための解除機構２００と、を備える。回転規制機構１００は概ねハウジング３８に収容されており、解除機構２００は収容部４０に収容されている。収容部４０はハウジング３８の側部に、解除機構２００のためのいわばカバーとして設けられている。
【００４５】
回転規制機構１００は、１組のピン１０２を備える。１組のピン１０２は例えば２本のピンを含む。ピン１０２は、回転軸３２の径方向に沿って回転軸３２に差し込まれて固定されており、一端がハウジング３８の内面に向けて回転軸３２から突出している。よってピン１０２は回転軸３２と一体に回転する。１組のピン１０２は回転軸３２の軸方向に間隔を有して平行に設けられている。
【００４６】
また、回転規制機構１００は、棒状の係合部材１０４を備える。係合部材１０４は、回転軸３２の軸方向に平行に回転軸３２と間隙を有してハウジング３８の内部に配設されている。係合部材１０４は１組のピン１０２の軸方向位置及び長さに相当する軸方向位置及び長さで設けられている。係合部材１０４の一端は環状部材（図示せず）に支持されている。この環状部材は、回転軸３２を包囲しており、軸受けを介して回転可能に回転軸３２に支持されている。ピン１０２が回転軸３２と一体に回転したときにピン１０２が係合部材１０４に当接し、ピン１０２と係合部材１０４とが係合する。このようにして、係合部材１０４は、環状部材に支持された状態で、回転軸３２とハウジング３８との間を回転軸３２の周方向に沿って移動可能に設けられている。
【００４７】
回転規制機構１００はさらに、ロックキー１０６を備える。ロックキー１０６は、ハウジング３８の側面に設けられた貫通孔４２からハウジング３８の内部に突出可能に設けられている。貫通孔４２はハウジング３８の内部と収容部４０の内部とをつなぐ。ロックキー１０６がハウジング３８の内部に突出したときにロックキー１０６が回転軸３２自体の回転を妨げないように（つまりロックキー１０６が回転軸３２に接触しないように）ロックキー１０６の形状が定められている。ロックキー１０６は、貫通孔４２から収容部４０へと向かう方向に弾性部材（例えば、ばね）１０８により付勢されている。弾性部材１０８は、ハウジング３８の外周面上の貫通孔４２の縁部とロックキー１０６の基部との間に配置されている。
【００４８】
回転規制機構１００の動作を説明する。図２は、回転軸３２がＲ１方向に最大限回転した状態を示す。回転規制機構１００のピン１０２は係合部材１０４と係合し、更に係合部材１０４はロックキー１０６と係合している。こうして、回転規制機構１００は、回転軸３２が矢印Ｒ１方向へこれ以上回転することを規制している。この状態から運転者により操作部材５が反対方向に操作されると、ピン１０２は係合部材１０４から離れる。そのまま回転軸３２がＲ２方向に回転すると、約一回転するまでは回転軸３２は自在に回転する。約一回転したところで、ピン１０２は係合部材１０４と係合する。このとき、１組のピン１０２は回転軸３２の軸方向に間隔を有して設けられているので、ロックキー１０６には係合せずに通過する。
【００４９】
更に回転軸３２がＲ２方向に回転すると、ピン１０２は、係合部材１０４と係合しながら矢印Ｒ２方向に回転する。ピン１０２が係合部材１０４と係合した状態で約一回転すると、係合部材１０４がロックキー１０６に突き当たる。ピン１０２及び係合部材１０４はロックキー１０６を通過することができず、その結果、回転軸３２は、これ以上矢印Ｒ２方向へ回転できなくなる。このようにして、回転規制機構１００は、回転軸３２の回転可能範囲を約二回転に規制することができる。
【００５０】
代案として、回転規制機構１００は回転軸３２の回転可能範囲を二回転以外の範囲に規制してもよい。例えば、回転規制機構１００は回転軸３２の回転可能範囲を約一回転の範囲に規制するよう構成されていてもよい。回転軸３２の回転により転舵する第２の車輪３は、上述のようにステアバイワイヤ装置１２が正常に作動するときは小舵角でよいからである。そのために、図２に示す構成から係合部材１０４が省略され、ピン１０２とロックキー１０６とが直接係合するよう構成されていてもよい。
【００５１】
解除機構２００は、ロックキー１０６と一体に動くレバー２０２と、レバー２０２を駆動するためのソレノイド装置２０４と、ソレノイド装置２０４に対しレバー２０２を回動可能に支持する回転支持部２０６と、を備える。
【００５２】
ソレノイド装置２０４は、カバー２０８と、カバー２０８の内部に組み込まれているプランジャー２１０、不図示の電磁コイルおよびスプリング等を備えている。ソレノイド装置２０４のための電源は上述のバッテリ３０であり、ソレノイド装置２０４への通電と通電停止との切替はＥＣＵ２８により制御される（図１参照）。ソレノイド装置２０４は通電によりプランジャー２１０を電磁力により内部に引き込み、通電停止によりプランジャー２１０をスプリングの付勢力で外部に向けて突出させるよう構成されている。
【００５３】
レバー２０２の一端はロックキー１０６の基部に取り付けられ、レバー２０２の他端は回転支持部２０６を介してプランジャー２１０に接続されている。ロックキー１０６の先端は、レバー２０２の上記一端から、レバー２０２の長手方向に概ね垂直な方向に向けられている。回転支持部２０６は、プランジャー２１０の往復運動をレバー２０２の上記他端の回転に変換するよう構成されている。このようにして、解除機構２００は、プランジャー２１０の往復運動がロックキー１０６の往復運動に変換されるよう構成されている。
【００５４】
解除機構２００の動作を説明する。図２にはバッテリ３０からソレノイド装置２０４に通電されている状態が示されている。プランジャー２１０はソレノイド装置２０４の内部に引き込まれ、レバー２０２は回転支持部２０６を中心に矢印Ｒ３方向に回動する。レバー２０２の回動により、ロックキー１０６は貫通孔４２に挿入されハウジング３８内に突き出している。こうして、回転規制機構１００による回転軸３２の回転可能範囲の規制が実現される。よって解除機構２００は回転規制機構１００の一部を構成するとみなすこともできる。
【００５５】
一方、ソレノイド装置２０４への通電が停止された場合には、プランジャー２１０はソレノイド装置２０４の外部に向けて突出し、レバー２０２は回転支持部２０６を中心に矢印Ｒ４方向に回動する。そのときのレバー２０２の位置を図２に二点鎖線で示す。レバー２０２とともにロックキー１０６は貫通孔４２から収容部４０へと後退する。こうして、回転軸３２の回転可能範囲の規制は解除され、通電時の回転可能範囲を超える回転が回転軸３２に許容される。
【００５６】
ところで、ステアバイワイヤ装置１２に異常が検出された場合には通例、ステアバイワイヤ装置１２は停止される。つまり、ステアバイワイヤ装置１２の正常な作動が保証されないときはステアバイワイヤ装置１２は停止される。具体的にはＥＣＵ２８が、バッテリ３０からステアバイワイヤ装置１２への給電を遮断する。こうしてステアバイワイヤ装置１２は作動状態から非作動状態に切り替えられる。
【００５７】
ステアバイワイヤ装置１２の異常には例えば、バッテリ上がりや、電源線または信号線の断線、操作量センサ２２または転舵角度センサ２６等の各種センサのエラー、ＥＣＵ２８の演算エラー、転舵モータ２４の破損、ＥＣＵ２８に設置されるモータドライバのモスの溶着などがある。
【００５８】
ＥＣＵ２８は、上述のステアバイワイヤ装置１２の各種異常の少なくとも１つを検出可能に構成されている。こうした検出には公知の手法を適宜採用することができる。ＥＣＵ２８は、ステアバイワイヤ装置１２の異常の有無を周期的に判定する。ＥＣＵ２８によりステアバイワイヤ装置１２に何らかの異常があると判定された場合には、ステアバイワイヤ装置１２がフェール状態にあるとみなされる。そうしたステアバイワイヤ装置１２のフェール時には、ＥＣＵ２８はステアバイワイヤ装置１２を作動状態から非作動状態に切り替える。
【００５９】
回転角抑制機構３４は、ステアバイワイヤ装置１２のフェール時に通常時の回転可能範囲を超える回転を回転軸３２に許容するよう構成されている。本実施の形態ではそのために、ステアバイワイヤ装置１２のＥＣＵ２８は、ステアバイワイヤ装置１２の非作動状態への切替に連動して、回転角抑制機構３４への通電を停止する。また、ＥＣＵ２８は、ステアバイワイヤ装置１２が正常に作動しているときは回転角抑制機構３４への通電を継続する。
【００６０】
以上の構成を備える本実施の形態に係る車両操舵装置１０の動作を説明する。ステアバイワイヤ装置１２が正常に作動しているときに操作部材５が操作された場合には、車両操舵装置１０は第１の車輪２と第２の車輪３との両方を転舵することになる。ステアバイワイヤ装置１２は操作部材５の操作量に基づき第１の車輪２を転舵する。同時に、操作部材５の操作量が操作力伝達機構１４を介して第２の車輪３に機械的に伝達され第２の車輪３を転舵する。
【００６１】
このとき、回転角抑制機構３４はソレノイド装置２０４への通電により回転軸３２の回転可能範囲を制限している。それにより操作部材５の操作可能範囲及び第２の車輪３の転舵角度範囲も制限され、第２の車輪３の転舵角度は小さい。一方、第１の車輪２のための転舵部１８は操作部材５を含む操舵部１６とは機械的に連結されていないため、第１の車輪２の転舵角度は回転角抑制機構３４による制限を受けない。第１の車輪２は操作部材５の操作可能範囲に応じてＥＣＵ２８により決定される転舵角度範囲で転舵する。このようにして、ステアバイワイヤが主として車両１の操舵に寄与する。
【００６２】
一方、ステアバイワイヤ装置１２が停止されているときに（または正常な作動が保証されないときに）操作部材５が操作された場合には、車両操舵装置１０は第２の車輪３のみを転舵することになる。ステアバイワイヤ装置１２の停止に連動して回転角抑制機構３４への通電が停止され、回転軸３２の回転可能範囲は拡大されている。それにより操作部材５の操作可能範囲及び第２の車輪３の転舵角度範囲も拡大される。つまり、通常は補助ステア輪である第２の車輪３の最大転舵角度が拡大される。運転者は操作部材５を操作することにより、操作力伝達機構１４において機構的に決まる最大の転舵角度まで第２の車輪３を転舵することができる。こうして、ステアバイワイヤ装置１２のフェール時にあっては、ステアバイワイヤに頼らずに機械的に車両１を操舵することができる。
【００６３】
以上説明したように、本実施の形態によれば、制限された回転可能範囲を超える回転をステアバイワイヤ装置１２のフェール時に回転軸３２に許容する回転角抑制機構３４を備える車両操舵装置１０が提供される。ステアバイワイヤ装置１２のフェール時に操作部材５の操作範囲が拡大され、それに応じて操作部材５と機械的に連結された第２の車輪３の転舵角度範囲も拡大される。通常は補助的に操舵に使用される第２の車輪３を活用して、ステアバイワイヤ装置１２のフェール時にも確実に車両１の右左折を可能とすることができる。
【００６４】
また、本実施の形態によれば、フェール対策のための専用の機器を車両操舵装置１０に追加することに頼らずにフェール対策を実現することができる。例えば、第１の車輪２とステアバイワイヤ装置１２との間に機械的なバックアップシステムを追加する必要がない。加えて、ステアバイワイヤ装置１２のフェール時に第２の車輪３で機械的に車両１を操舵可能であるから、ステアバイワイヤ装置１２のための電気系統を多重化することも必須でない。したがって、そうした専用機器の追加によって生じ得るコストの上昇を抑えることができる。また、それら機器のための搭載スペースを確保する必要もないことも有利である。
【００６５】
その一方で、通常時は主としてステアバイワイヤで車両１を操舵するよう車両操舵装置１０は構成されているから、ステアバイワイヤの利点を充分に活かすことができる。例えば、通常時には良好な操舵性能を制御によって提供することができる。また、ステアバイワイヤ装置１２は操作部材５と第１の車輪２とを機械的につなぐ機構を持たないから、搭載場所についての設計の自由度が高いという利点もある。
【００６６】
さらに、本実施の形態によれば、ステアバイワイヤ装置１２の非作動状態への切替に連動して回転角抑制機構３４への通電が停止され、回転角抑制機構３４による回転軸３２の回転制限は通電停止及びそれに伴う機械的な動作により解除される。よって、ステアバイワイヤ装置１２のフェール時に回転角抑制機構３４の回転制限を確実に解除して第２の車輪３の転舵角度範囲を大きくすることができる。
【００６７】
以上、本発明を上述の各実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の各実施の形態に限定されるものではなく、各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各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各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。
【００６８】
例えば、回転角抑制機構３４は、通電により回転軸３２の回転を制限するための反力を回転軸３２に与え、通電の停止によりその反力を解除するよう構成されていてもよい。この場合においても上述の実施の形態と同様に、ステアバイワイヤ装置１２は、フェール時に回転角抑制機構３４への通電を停止してもよい。このようにしても、回転角抑制機構３４による回転制限のための反力をステアバイワイヤ装置１２のフェール時に確実に解除することが可能となる。
【００６９】
そのために、操作力伝達機構１４は、操作部材５への操作反力を生成するための反力生成モータを備えてもよい。あるいは車両操舵装置１０は操作力伝達機構１４に設けられているパワーステアリング装置を備えてもよく、当該パワーステアリング装置が反力生成のために使用されてもよい。この場合、回転角抑制機構３４は、ステアバイワイヤ装置１２が正常に作動しているときには反力（例えばモータのトルク）により操作部材５を設定範囲のみで操作可能とすることで構成されてもよい。その設定範囲に従って例えばＥＣＵ２８が回転角抑制機構３４を制御してもよい。
【００７０】
上述の実施の形態においては、通常は第２の車輪３の転舵角度範囲が規制され、ステアバイワイヤ装置１２のフェール時にその規制が解除されている。第２の車輪３に代えて、または第２の車輪３とともに、第１の車輪２の転舵角度範囲が規制され、ステアバイワイヤ装置１２のフェール時にその規制が解除されてもよい。その場合、ステアバイワイヤ装置１２は操作部材５と第１の車輪２とを機械的に連結するための回転軸を含む連結機構を備え、その回転軸に回転角抑制機構３４が設けられていてもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１ 車両、 ２ 第１の車輪、 ３ 第２の車輪、 ５ 操作部材、 １０ 車両操舵装置、 １２ ステアバイワイヤ装置、 １４ 操作力伝達機構、 ３２ 回転軸、 ３４ 回転角抑制機構。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアバイワイヤ装置により転舵する第１の車輪と、運転者のための操作部材との機械的連結により転舵する第２の車輪と、を備える車両のための車両操舵装置であって、該車両操舵装置は前記操作部材への入力により前記第１の車輪と前記第２の車輪とを転舵するよう構成されており、
前記入力により回転可能に前記操作部材に連結されている回転軸を含み、前記ステアバイワイヤ装置の作動状態にかかわらず前記入力を前記第２の車輪に伝達するよう前記操作部材と前記第２の車輪とを機械的に連結する操作力伝達機構と、
前記回転軸の回転可能範囲を制限するための回転角抑制機構と、を備え、
前記回転角抑制機構は、前記ステアバイワイヤ装置のフェール時に前記回転可能範囲を超える回転を前記回転軸に許容するよう構成されていることを特徴とする車両操舵装置。
【請求項２】
前記回転可能範囲に対応する前記第２の車輪の転舵角度が前記ステアバイワイヤ装置による前記第１の車輪の転舵角度よりも小さい角度に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の車両操舵装置。
【請求項３】
前記回転角抑制機構は、通電の停止により前記回転可能範囲の制限を解除するよう構成されており、
前記ステアバイワイヤ装置は、前記フェール時に前記回転角抑制機構への通電を停止することを特徴とする請求項１または２に記載の車両操舵装置。
【請求項４】
前記回転角抑制機構は、通電により前記回転軸の回転を制限するための反力を前記回転軸に与え、通電の停止により前記反力を解除するよう構成されており、
前記ステアバイワイヤ装置は、前記フェール時に前記回転角抑制機構への通電を停止することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の車両操舵装置。
【請求項５】
ステアバイワイヤ装置により転舵する車輪と、運転者のための操作部材との機械的連結により転舵する車輪と、を備える車両のための車両操舵装置であって、
前記操作部材への入力により回転可能に前記操作部材に連結されている回転軸と、
前記回転軸の回転可能範囲を制限するための回転角抑制機構と、を備え、
前記回転角抑制機構は、前記ステアバイワイヤ装置のフェール時に前記回転可能範囲を超える回転を前記回転軸に許容するよう構成されていることを特徴とする車両操舵装置。
【請求項１】
ステアバイワイヤ装置により転舵する第１の車輪と、運転者のための操作部材との機械的連結により転舵する第２の車輪と、を備える車両のための車両操舵装置であって、該車両操舵装置は前記操作部材への入力により前記第１の車輪と前記第２の車輪とを転舵するよう構成されており、
前記入力により回転可能に前記操作部材に連結されている回転軸を含み、前記ステアバイワイヤ装置の作動状態にかかわらず前記入力を前記第２の車輪に伝達するよう前記操作部材と前記第２の車輪とを機械的に連結する操作力伝達機構と、
前記回転軸の回転可能範囲を制限するための回転角抑制機構と、を備え、
前記回転角抑制機構は、前記ステアバイワイヤ装置のフェール時に前記回転可能範囲を超える回転を前記回転軸に許容するよう構成されていることを特徴とする車両操舵装置。
【請求項２】
前記回転可能範囲に対応する前記第２の車輪の転舵角度が前記ステアバイワイヤ装置による前記第１の車輪の転舵角度よりも小さい角度に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の車両操舵装置。
【請求項３】
前記回転角抑制機構は、通電の停止により前記回転可能範囲の制限を解除するよう構成されており、
前記ステアバイワイヤ装置は、前記フェール時に前記回転角抑制機構への通電を停止することを特徴とする請求項１または２に記載の車両操舵装置。
【請求項４】
前記回転角抑制機構は、通電により前記回転軸の回転を制限するための反力を前記回転軸に与え、通電の停止により前記反力を解除するよう構成されており、
前記ステアバイワイヤ装置は、前記フェール時に前記回転角抑制機構への通電を停止することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の車両操舵装置。
【請求項５】
ステアバイワイヤ装置により転舵する車輪と、運転者のための操作部材との機械的連結により転舵する車輪と、を備える車両のための車両操舵装置であって、
前記操作部材への入力により回転可能に前記操作部材に連結されている回転軸と、
前記回転軸の回転可能範囲を制限するための回転角抑制機構と、を備え、
前記回転角抑制機構は、前記ステアバイワイヤ装置のフェール時に前記回転可能範囲を超える回転を前記回転軸に許容するよう構成されていることを特徴とする車両操舵装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１３−９５３５３（Ｐ２０１３−９５３５３Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４２０８４（Ｐ２０１１−２４２０８４）
【出願日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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