JP2020069883A - 舵角規制装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の走行状況に従って、転舵異常の発生を運転者に知覚させることができるとともに、意図しないハンドルロック現象が発生しないこと。【解決手段】運転者のステアリング操作に応じて回転する入力軸２１と、前記入力軸２１と一体回転可能であり、外周の周方向に沿って突出する複数の被係合部８２を備える回転部材８１と、前記被係合部８２に係脱可能な係合爪８６ａを備える係合部８６と、を有している舵角規制装置８０である。前記被係合部８２と前記係合爪８６ａとの係合状態は、前記入力軸２１に対して所定の閾値Ｔth以上の回転トルクＴovが付加されたときに、強制的に解除される構成であることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、ステアリングホイールの操舵範囲を規制可能な舵角規制装置に関する。

車両用ステアリング装置のなかには、ステアリングホイールの操舵入力が生じる操舵部に、操舵範囲を規制可能な舵角規制装置が組み込まれたものがある。この種の車両用ステアリング装置は、例えば許文献１によって知られている。

特許文献１で知られている車両用ステアリング装置は、ステアリングホイールの操舵入力が生じる操舵部と、転舵車輪を転舵する転舵部との間が機械的に分離されている、いわゆるステアバイワイヤ式（steer-by-wire）のステアリング装置である。この車両用ステアリング装置は、例えば車両の走行状態や操舵装置の状況に応じて、ステアリングホイールの操舵範囲を任意に変更することが可能な舵角規制装置を備えている。

この舵角規制装置は、ステアリングホイールと共に回転可能な入力軸と、この入力軸に設けられており回転方向に複数の歯を有したロック用ホイールと、このロック用ホイールの右回転を規制するようにスイング可能な第１レバー式ストッパと、このロック用ホイールの左回転を規制するようにスイング可能な第２レバー式ストッパと、これらの各レバー式ストッパを駆動するアクチュエータと、このアクチュエータを制御する制御部とを備えている。制御部は、操舵可能な範囲の限界のときにアクチュエータを制御して、各レバー式ストッパの一方をロック用ホイールの歯に係合させる。この結果、ステアリングホイールを操舵角の増大方向へ操舵する、いわゆる、切り増し操作を阻止することができる。従って、運転者は、車両の走行状況の変化に伴う転舵異常の発生を、知覚することができる（体感判断）。

特開２００７−１０６１３９号公報

特許文献１で知られている舵角規制装置は、ロック用ホイールの回転を、物理的に完全に固定することによって、切り増し操作を阻止している。このため、もしアクチュエータや電気系統に一次失陥が発生した場合であっても、ハンドルロック現象が発生しないように、何らかのフェールセーフ機構を備えることが好ましい。しかし、舵角規制装置のコストアップの要因と成り得る。

本発明は、車両の走行状況の変化に従って、転舵異常の発生を運転者に知覚させることができるとともに、意図しないハンドルロック現象が発生しない技術を、提供することを課題とする。

本発明によれば、
運転者のステアリング操作に応じて回転する入力軸と、
前記入力軸と一体回転可能であり、外周の周方向に沿って突出する複数の被係合部を備える回転部材と、
前記被係合部に係脱可能な係合爪を備える係合部と、
を有している舵角規制装置であって、
前記被係合部と前記係合爪との係合状態は、前記入力軸に対して所定の閾値以上の回転トルクが付加されたときに、強制的に解除される構成であることを特徴とする。

本発明では、車両の走行状況の変化に従って、係合爪が被係合部に係合する。しかし、入力軸に閾値以上の回転トルクを付加することにより、被係合部と係合爪との係合状態が外れる。また、例え、係合部を駆動する駆動源に一次失陥が発生した場合であっても、入力軸に閾値以上の回転トルクを付加することにより、係合状態が外れる。つまり、回転部材やステアリングホイールの回転を、物理的に完全に固定するわけではない。意図しないハンドルロック現象は発生しない。従って、舵角規制装置にフェールセーフ機構を設ける必要がないので、舵角規制装置のコストダウンを図ることができる。しかも、運転者は、閾値を基準とした回転トルクの変化を体感することによって、車両の走行状況の変化に伴う転舵異常の発生を、確実に知覚することができる（体感判断）。従って、例えばステアリングホイールの切り増し操作を速やかに中止することができる。

本発明の実施例１による車両用ステアリング装置の模式図である。 図１に示されるステアリング軸周りの断面図である。 図２に示される舵角規制装置をステアリング軸の軸方向から見た断面図である。 図２に示される操作範囲限界規定装置をステアリング軸の出力側から見た断面図である。 本発明の実施例２による車両用ステアリング装置の舵角規制装置をステアリング軸の軸方向から見た断面図である。 図５に示された回転部材の被係合部と第１係合部の係合爪との関係を説明する図である。 本発明の実施例３による車両用ステアリング装置の回転部材の被係合部と係合部の係合爪との非係合状態を説明する図である。 図７に示された回転部材の被係合部と係合部の係合爪との係合状態を説明する図である。

本発明を実施するための形態を添付図に基づいて以下に説明する。

＜実施例１＞
図１〜図４を参照しつつ実施例１の車両用ステアリング装置１０を説明する。図１に示されるように、車両用ステアリング装置１０は、車両のステアリングホイール１１の操舵入力が生じる操舵部１２と、左右の転舵車輪１３，１３を転舵する転舵部１４と、操舵部１２と転舵部１４との間に介在しているクラッチ１５と、制御部１６とを含む。クラッチ１５が開放状態となる通常時には、操舵部１２と転舵部１４との間が機械的に分離されている。このように、車両用ステアリング装置１０は、通常時において、ステアリングホイール１１の操舵量に応じて転舵用アクチュエータ３９を作動させることにより、左右の転舵車輪１３，１３を転舵する方式、いわゆるステアバイワイヤ式（steer-by-wire、略称「ＳＢＷ」）を採用している。

操舵部１２は、運転者が操作するステアリングホイール１１と、このステアリングホイール１１に連結されているステアリング軸２１と、このステアリング軸２１に対して操舵反力（反力トルク）を付加する反力付加アクチュエータ２２と、を含む。この反力付加アクチュエータ２２（反力発生部２２）は、運転者がステアリングホイール１１の操舵力に抵抗する操舵反力を発生することによって、運転者に操舵感を与える。

反力付加アクチュエータ２２は、操舵反力を発生する反力モータ２３と、操舵反力をステアリング軸２１に伝達する反力伝達機構２４と、を含む。反力モータ２３は、例えば電動モータによって構成される。反力伝達機構２４は、例えばウォームギヤ機構によって構成される。このウォームギヤ機構２４（反力伝達機構２４）は、反力モータ２３のモータ軸２３ａに設けられたウォームギヤ２４ａと、ステアリング軸２１に取り付けられたウォームホイール２４ｂとからなる。言い換えると、ウォームギヤ機構２４は、反力モータ２３に駆動されるウォームギヤ２４ａと、このウォームギヤ２４ａに噛み合っておりステアリング軸２１に取り付けられているウォームホイール２４ｂとからなる。反力モータ２３が発生した操舵反力は、反力伝達機構２４を介して、ステアリング軸２１に付加される。

転舵部１４は、ステアリング軸２１に自在軸継手３１，３１及び連結軸３２とによって連結されている入力軸３３と、この入力軸３３にクラッチ１５を介して連結されている出力軸３４と、この出力軸３４に操作力伝達機構３５によって連結されている転舵軸３６と、この転舵軸３６の両端にタイロッド３７，３７及びナックル３８，３８を介して連結されている左右の転舵車輪１３，１３と、転舵軸３６に転舵用動力を付加する転舵用アクチュエータ３９と、を含む。

操作力伝達機構３５は、例えばラックアンドピニオン機構によって構成される。このラックアンドピニオン機構３５（操作力伝達機構３５）は、出力軸３４に設けられたピニオン３５ａと、転舵軸３６に設けられたラック３５ｂとからなる。転舵軸３６は、軸方向（車幅方向）へ移動可能である。

転舵用アクチュエータ３９は、転舵用動力を発生する転舵動力モータ４１と、転舵用動力を転舵軸３６に伝達する転舵動力伝達機構４２とからなる。転舵動力モータ４１が発生した転舵用動力は、転舵動力伝達機構４２によって転舵軸３６に伝達される。この結果、転舵軸３６は車幅方向にスライドする。転舵動力モータ４１は、例えば電動モータによって構成される。

上記制御部１６は操舵角センサ５１、操舵トルクセンサ５２、モータ回転角センサ５３、出力軸回転角センサ５４、車速センサ５５、ヨーレートセンサ５６、加速度センサ５７、その他の各種センサ５８からそれぞれ検出信号を受けて、クラッチ１５、反力モータ２３、転舵動力モータ４１及び後述するソレノイド８５に電流を付与する。

操舵角センサ５１は、ステアリングホイール１１の操舵角を検出する。操舵トルクセンサ５２は、ステアリング軸２１に発生する操舵トルクを検出する。モータ回転角センサ５３は、反力モータ２３の回転角を検出する。出力軸回転角センサ５４は、ピニオン３５ａを有した出力軸３４の回転角を検出する。車速センサ５５は、車両の車輪速度を検出する。ヨーレートセンサ５６は、車両のヨー角速度（ヨー運動の角速度）を検出する。加速度センサ５７は、車両の加速度を検出する。その他の各種センサ５８には、転舵動力モータ４１の回転角を検出する回転角センサを含む。この回転角センサは、例えば、転舵動力モータ４１に備えたレゾルバによって構成される。

図２は、ステアリング軸２１周りの断面構成を示している。ステアリング軸２１は、ハウジング６１を貫通するとともに、このハウジング６１に軸受６２，６３によって回転可能に支持されている。このステアリング軸２１は、一端部にステアリングホイール１１（図１参照）を取り付け可能な管状の第１軸２１ａと、この第１軸２１ａの他端部に一体に設けられた第２軸２１ｂと、この第２軸２１ｂの内部に一端部を相対回転が可能に嵌合されている筒状の第３軸２１ｃと、からなる。この第３軸２１ｃの他端部には、自在軸継手３１（図１参照）が連結される。第２軸２１ｂと第３軸２１ｃは、トーションバー７１によって互いに連結されている。

操舵トルクセンサ５２は、ハウジング６１に収納されており、ステアリング軸２１のなかの、反力伝達機構２４よりもステアリングホイール１１側に配置されている。この配置にすることにより、操舵トルクセンサ５２によって操舵トルク（操舵負荷）を検出することができる。

反力伝達機構２４は、ハウジング６１に収納されている。ウォームホイール２４ｂは、ステアリング軸２１のなかの、第３軸２１ｃに取り付けられている。

ここで、運転者がステアリングホイール１１（図１参照）を操舵角の増大方向へ操舵することを、「切り増し操作」という。運転者が、切り増し操作の後に、ステアリングホイール１１を操舵角の減少方向（中立方向）へ操舵することを、「切り戻し操作」という。

図１に示されるように、さらに車両用ステアリング装置１０は、ステアリングホイール１１の操舵範囲を「任意」に規制可能な舵角規制装置８０（任意操作範囲規制装置８０）と、ステアリングホイール１１の操舵範囲の「限界」を規定する操作範囲限界規定装置９０と、を備えている。舵角規制装置８０と操作範囲限界規定装置９０は、操舵部１２のなかの操舵トルクセンサ５２とクラッチ１５との間に介在している。例えば、舵角規制装置８０と操作範囲限界規定装置９０とは、ウォームホイール２４ｂに対してステアリング軸２１の軸方向両側に配置されるとともに、ハウジング６１（図２参照）に収納されている。以下、舵角規制装置８０と操作範囲限界規定装置９０とについて、詳しく説明する。

舵角規制装置８０は、車両の走行状態や操舵装置の状況に応じて、ステアリングホイール１１の操舵範囲を任意に変更することが可能である。例えば、転舵部１４の負荷が予め設定された所定以上の過負荷となった場合（第１条件）や、転舵部１４が過負荷状態であり且つ転舵軸３６の位置が規定値以上である場合（第２条件）に、舵角規制装置８０はステアリングホイール１１の操舵範囲を規制する。

この過負荷は、例えば次の状況のときに発生し得る。転舵車輪１３が縁石等の障害物に当たっている場合、または転舵車輪１３がスタックした場合には、転舵部１４の負荷が大きくなる。この状況下において、ステアリングホイール１１の切り増し操作を続けたのでは、クラッチ１５や反力付加アクチュエータ２２に大きい負担がかかる。

従来の技術では、転舵車輪１３が、スタックしたときや縁石等の障害物に当たったとき、運転者にこれを知覚させるため制御部１６が、クラッチ１５を係合させたり、運転者が操舵できないほどの反力を発生させたりしていた。故に、転舵部１４、クラッチ１５、反力付加アクチュエータ２２は、大きい負荷に耐えられる強度を有する必要があるので、必然的に大型化になりがちである。

これに対し、本実施例では、制御部１６から制御信号を受けた舵角規制装置８０は、ステアリングホイール１１の切り増し操作を規制するように、操舵範囲を規制する。この結果、クラッチ１５や反力付加アクチュエータ２２には、大きい負担がかからない。クラッチ１５や反力付加アクチュエータ２２の小型化を図ることができる。

このように、前記第１条件や前記第２条件の発生の有無を判断するのは、制御部１６である。従って制御部１６は、舵角規制装置８０の構成要素の一部である。

図２及び図３に示されるように、舵角規制装置８０（任意操作範囲規制装置８０）は、運転者のステアリング操作に応じて回転するステアリング軸２１（つまり、入力軸２１）と、この入力軸２１と一体回転可能な回転部材８１と、係合部８６とを有している。

詳しく述べると、回転部材８１は、図１に示されるステアリングホイール１１によって回転可能な盤状の部材であって、ステアリング軸２１（より具体的には第３軸２１ｃ）に取り付けられている。回転部材８１を回転中心線ＣＬ１（ステアリング軸２１の中心線ＣＬ１）に沿って見たときに、回転部材８１の全体形状は星形多角形である。つまり、この回転部材８１は、外周の周方向に沿って突出する複数の被係合部８２（歯８２）を備えた、平盤状の部材である。複数の歯８２は、回転方向に一定のピッチ（好ましくは３０°ピッチ）で配列されている。回転中心線ＣＬ１に沿って見た各歯８２の形状は、回転中心線ＣＬ１に交差して放射状に延びる各直線８３に対して、左右対称形の三角形である。

なお、各歯８２において、歯先８２ａから歯底８２ｂまでの高さ（全歯たけ）は任意に設定される。互いに対向し合う歯面８２ｃ，８２ｃの成す角α（開き角α）の最大値は１８０°よりも小さいことが好ましい。回転部材８１を回転中心線ＣＬ１に沿って見たときに、歯面８２ｃの形状は、ストレート面に限定されるものではなく、凸面や凹面などの曲面とすることも可能である。

係合部８６は、回転部材８１に係合することによって、この回転部材８１の回転範囲を規制することが可能である。係合部８６は、例えばソレノイド８５のプランジャロッド８６によって構成される。以下、係合部８６のことを、適宜「プランジャロッド８６」と言い換える。

ソレノイド８５は、ハウジング６１に取り付けられており、プランジャロッド８６を励磁用コイル８７の励磁によって前進させるプッシュ型ソレノイドによって構成されている。プランジャロッド８６は、ハウジング８８に内蔵している付勢部材８９によって、後退方向（ハウジング８８から内方へ縮む方向）へ常に付勢されている。付勢部材８９は、例えば「圧縮コイルばね」によって構成される。このプランジャロッド８６は、ステアリング軸２１の中心線ＣＬ１に向かって進退運動をすることが可能に位置している。

プランジャロッド８６の先端部８６ａは、回転部材８１の複数の被係合部８２（歯８２）に直接に係合することが可能である。つまり、プランジャロッド８６の先端部８６ａは、回転部材８１の複数の被係合部８２に係合することによって、回転部材８１の回転範囲を規制することが可能な、係合爪に相当する。以下、プランジャロッド８６の先端部８６ａのことを、適宜「係合爪８６ａ」と言い換える。

ステアリングホイール１１（図１参照）を操舵することによって、入力軸２１に付加される操舵トルクＴrのことを、適宜「回転トルクＴr」という。

舵角規制装置８０は、被係合部８２（歯８２）と係合爪８６ａ（プランジャロッド８６先端部８６ａ）との係合状態が、入力軸２１に対して所定の閾値Ｔth（図示せず）以上の回転トルクＴrが付加されたときに、強制的に解除される構成であることを特徴とする。

ここで、説明の理解を容易にするために、前記回転トルクＴrの値を２段階に分けて、次のように定義する。回転トルクTrのうち、係合爪８６ａが被係合部８２に係合する前の、いわゆる通常の回転トルクＴnのことを、「通常回転トルクＴn」という。回転トルクTrのうち、閾値Ｔth以上の回転トルクＴov、つまり転舵異常の発生を運転者に知覚させることが可能な値Ｔovのことを、「知覚可能回転トルクＴov」という。知覚可能回転トルクＴovは、車両の走行中のときの値であり、停車中の回転トルクＴsp（図示せず）、つまり停車中回転トルクＴspよりも小さい。前記各値の関係は、関係式「Ｔn＜Ｔth≦Ｔov＜Ｔsp」によって表すことができる。

詳しく述べると、閾値Ｔthは、車両の走行状況の変化に従って、転舵異常の発生を運転者に知覚させることが可能な値に設定されている。ここで、車両の走行状況の変化とは、例えば、（１）任意の操舵範囲の限界点に達したとき、（２）図１に示される転舵車輪１３，１３がスタックしたとき、及び（３）転舵車輪１３，１３が縁石等の障害物に当たったときを含む。

しかも、閾値Ｔthは、回転部材８１やステアリングホイール１１の回転を、物理的に完全に固定することのない、いわゆる、意図しないハンドルロック現象が発生しない範囲に設定される。例えば、閾値Ｔthは、０〜２０Ｎ・ｍの値に設定されている。

回転部材８１の、各歯８２の歯面８２ｃの形状や全歯たけの大きさ、歯面８２ｃ，８２ｃの成す開き角α、プランジャロッド８６の先端部８６ａの形状や大きさ、励磁用コイル８７への印可電圧の大きさ、プランジャロッド８６のストロークは、前記条件の閾値Ｔthを設定することが可能に設定される。

次に、図１及び図３を参照しつつ、舵角規制装置８０の作用を説明する。
車両の通常の走行状況では、車両の走行状況の変化に従った転舵異常が発生していないので、プランジャロッド８６の先端部８６ａ（係合爪８６ａ）が回転部材８１の歯８２（被係合部８２）に係合していない。従って、ステアリングホイール１１（図１参照）を自由に操舵することができる。

その後、ステアリングホイール１１が任意の操舵範囲の限界点に達したとき、転舵車輪１３，１３（図１参照）がスタックしたとき、または転舵車輪１３，１３が縁石等の障害物に当たったときに、制御部１６は車両の走行状況の変化に従った転舵異常が発生したと判断して、ソレノイド８５をオン状態にする。励磁用コイル８７は励磁して、プランジャロッド８６を前進させ、その前進状態を保持する。この結果、プランジャロッド８６の先端部８６ａは歯溝に入り込んで、歯底８２ｂに当接する。つまり、先端部８６ａ（係合爪８６ａ）が歯８２（被係合部８２）に係合する。

このときには、ステアリングホイール１１及び入力軸２１に、閾値Ｔth以上の回転トルクＴov（知覚可能回転トルクＴov）を加えないと、ステアリングホイール１１を切り増し操作できない。運転者は、切り増し操作できないという突き当て感、つまり節度感（クリック感）を体感する。突き当て感を体感した運転者は、任意の操舵範囲の限界点に達した、転舵車輪１３，１３がスタックした、または転舵車輪１３，１３が縁石等の障害物に当たった、つまり、車両の走行状況の変化に伴う転舵異常の発生を、確実に知覚することができる（体感判断）。この結果、ステアリングホイール１１の切り増し操作を、速やかに中止することができる。

しかも、運転者がステアリングホイール１１に知覚可能回転トルクＴovを加えた場合には、係合爪８６ａと被係合部８２との係合状態を解除、つまりロック解除をすることができる。

具体的には、ステアリングホイール１１及び回転部材８１を回転させることにより、歯８２の歯面８２ｃは、磁用コイル８７の磁力による前進力に抗して、プランジャロッド８６の先端部８６ａを押し戻す。回転部材８１が回転するにつれて、先端部８６ａは後退しつつ歯８２の歯先８２ａを乗り越え、その後に、次の歯８２の歯面８２ｃに沿って前進する。このように、回転部材８１の回転に従って、プランジャロッド８６の先端部８６ａが、後退と前進とを繰り返すことによって、回転トルクＴrが変動する。運転者は、このような回転トルクＴrの繰り返し変動（脈動）によっても、車両の走行状況の変化に伴う転舵異常の発生を、確実に知覚することができる（体感判断）。

以上の説明から明らかなように、舵角規制装置８０は、回転部材８１やステアリングホイール１１の回転を、物理的に完全固定するわけではない。意図しないハンドルロック現象は、発生しない。さらには、例え、係合部８６を駆動する励磁用コイル８７（駆動源８７）に一次失陥が発生した場合であっても、ハンドルロック現象は発生しない。従って、舵角規制装置８０にフェールセーフ機構は不要である。舵角規制装置８０のコストダウンを図ることができる。

上述のように、閾値Ｔthは、例えば各歯８２の全歯たけの大きさ、歯面８２ｃ，８２ｃの成す開き角αの大きさ、励磁用コイル８７への印可電圧の大きさを適宜決めることによって設定することができる。

一例として、励磁用コイル８７への印可電圧を微小にすることによって、閾値Ｔthを０Ｎ・ｍ近くまで下げることができる。その場合には、運転者は、回転トルクＴrの繰り返し変動や、異音の発生によってのみ、車両の走行状況の変化に伴う転舵異常の発生を知覚することができる。

また、閾値Ｔthを大きく設定した場合には、ステアリングホイール１１及び入力軸２１に、大きい知覚可能回転トルクＴovを加えないと、ステアリングホイール１１を切り増し操作できない。このため、運転者は、知覚可能回転トルクＴovが小さいうちに、車両の走行状況の変化に伴う転舵異常の発生を、より迅速に知覚することができる。

本発明者等が実施したベンチモニター試験によれば、閾値Ｔthは最大で２０Ｎ・ｍ以下が好ましい。２０Ｎ・ｍ以下であれば、強制解除までに転舵異常に気付くことができる人が多い。より好ましくは、閾値Ｔthは最大で３０Ｎ・ｍ以下が好ましい。３０Ｎ・ｍ以下であれば、強制解除までに転舵異常に気付くことができる人がより多い。さらに好ましくは、閾値Ｔthは最大で４０Ｎ・ｍ以下が好ましい。４０Ｎ・ｍ以下であれば、強制解除までに転舵異常に気付くことができる人が更に多い。

閾値Ｔth以上の回転トルクＴr（知覚可能回転トルクＴov）は、車両の走行中のときの値であり、停車中の回転トルクＴspよりも小さい。この停車中の回転トルクＴspは、停車中にステアリングホイール１１を操舵する、いわゆる据え切り操舵時のトルクであるから、知覚可能回転トルクＴovに比べて十分に大きい。運転者は、停車中の回転トルクＴspに比べて極めて小さい知覚可能回転トルクＴovによって、車両の走行状況の変化に伴う転舵異常の発生を知覚することができる。

また、車両の走行中に、ソレノイド８５の誤作動などの要因によって、被係合部８２（歯８２）と係合爪８６ａとが係合状態になっても、ステアリングホイール１１を操舵するのに必要な回転トルクＴrは、最大でも知覚可能回転トルクＴovですむ。つまり、回転トルクＴrは、通常の回転トルクＴnから知覚可能回転トルクＴovまで変化するだけであり、停車中の回転トルクＴspまで変化する場合に比べて、トルク変化量が少なくてすむ。

なお、実施例１では、歯８２に対するプランジャロッド８６の先端部８６ａの係合状態を解除する方向に付勢するための補助的な付勢部材を、ソレノイド８５の外部に設けることは任意である。

次に、図２及び図４を参照しつつ、操作範囲限界規定装置９０について説明する。操作範囲限界規定装置９０は、主回転体９１と従回転体９２と当接部９３と第１規制部９４と第２規制部９５とによって構成されている。主回転体９１と従回転体９２とは、平行軸の歯車である。

主回転体９１は、ステアリングホイール１１（図１参照）によって回転可能であり、例えばステアリング軸２１（より具体的には第３軸２１ｃ）に取り付けられた外歯歯車によって構成されている。

従回転体９２は、外歯歯車（主回転体９１）に噛み合い可能な環状の内歯歯車によって構成されており、ハウジング６１に軸受９６によって回転可能に支持されている。従回転体９２は、ステアリング軸２１の中心線ＣＬ１に対して径方向にオフセットした回転中心線ＣＬ２を有しており、主回転体９１により所定の回転比（減速比）を有して連続して駆動することが可能である。外歯歯車の歯数に対して内歯歯車の歯数は多い。この結果、従回転体９２の角速度は、主回転体９１の角速度よりも低速である。

ステアリング軸２１の中心線ＣＬ１は、主回転体９１の回転中心線ＣＬ１でもある。以下、ステアリング軸２１の中心線ＣＬ１のことを、適宜「主回転中心線ＣＬ１」と言い換えることにする。また、従回転体９２の回転中心線ＣＬ２のことを、適宜「副回転中心線ＣＬ２」と言い換える。

当接部９３は、従回転体９２の側面９２ａからハウジング６１の内壁面６１ａへ向かって突出している。第１規制部９４と第２規制部９５は、ハウジング６１の内壁面６１ａから従回転体９２の側面９２ａへ向かって突出している。第１規制部９４と第２規制部９５の位置は、副回転中心線ＣＬ２を基準とした当接部９３の回転軌跡上に位置している。

図４に示されるように、操作範囲限界規定装置９０をステアリング軸２１の軸方向から見て、主回転中心線ＣＬ１と副回転中心線ＣＬ２とを通る直線Ｌｓのことを、「基準線Ｌｓ」という。従回転体９２に対する当接部９３の中立位置Ｐｎは、ステアリングホイール１１（図１参照）の中立位置に対応している。第１規制部９４は、当接部９３の一方への回転角の範囲を規制する位置に設定されている。第２規制部９５は、当接部９３の他方への回転角の範囲を規制する位置に設定されている。

ステアリングホイール１１を中立位置から右へ最大操舵角まで切り増し操作したときに、当接部９３は中立位置Ｐｎから右方向（矢印Ｒ１方向）へ右規制位置Ｐ１まで最大角θ１だけ回り、第１規制部９４によって、それ以上の回転を規制される。一方、ステアリングホイール１１を中立位置から左へ最大操舵角まで切り増し操作したときに、当接部９３は中立位置Ｐｎから左方向（矢印Ｒ２方向）へ左規制位置Ｐ２まで最大角θ２まで回り、第２規制部９５によって、それ以上の回転を規制される。

＜実施例２＞
図５及び図６を参照しつつ、実施例２の車両用ステアリング装置１０Ａを説明する。図５は上記図３に対応させて表してある。実施例２の車両用ステアリング装置１０Ａは、図１〜図３に示される上記実施例１の車両用ステアリング装置１０の舵角規制装置８０を、図５及び図６に示される舵角規制装置１００に変更したことを特徴とし、他の構成は実施例１と同じなので、説明を省略する。

なお、実施例２では、１つの回転部材１０１と２つの係合部１１１，１１１とを有している舵角規制装置１００について説明する。しかし、これに限定されるものではなく、１つの回転部材１０１と１つの係合部１１１との組み合わせ構造であってもよい。

実施例２の舵角規制装置１００（任意操作範囲規制装置１００）は、運転者のステアリング操作に応じて回転する入力軸２１（ステアリング軸２１）と、この入力軸２１と一体回転可能な１つの回転部材１０１と、２つの係合部１１１，１１１と、を有している。以下、舵角規制装置１００について詳しく説明する。

回転部材１０１は、ステアリングホイール１１（図１参照）によって回転可能な円盤状の部材であって、ステアリング軸２１（より具体的には第３軸２１ｃ）に取り付けられている。この回転部材１０１は、外周の周方向に沿って突出する複数の被係合部１０２（歯１０２）を備える。複数の歯１０２は、回転部材１０１の外周面に対し、回転方向に配列されている。例えば、複数の歯１０２のピッチは３０°である。複数の歯１０２は、例えば円盤状の回転部材１０１の外周面から放射状に延びている。

２つの係合部１１１，１１１は、回転部材１０１に係合することによって、この回転部材１０１の回転範囲を規制することが可能であり、回転部材１０１に対して係合可能にスイングするレバー式ストッパによって構成されている。２つの係合部１１１，１１１のなかの、一方の係合部１１１を「第１係合部１１１Ａ」または「第１レバー式ストッパ１１１Ａ」といい、他方の係合部１１１を「第２係合部１１１Ｂ」または「第２レバー式ストッパ１１１Ｂ」という。

第１レバー式ストッパ１１１Ａは、ステアリングホイール１１が一方（右への操舵方向）へ回転する場合に、回転部材１０１に係合可能である。第２レバー式ストッパ１１１Ｂは、ステアリングホイール１１が他方（左への操舵方向）へ回転する場合に、回転部材１０１に係合可能である。

図５に示されるように、ステアリング軸２１を軸方向から見て、第１レバー式ストッパ１１１Ａに対し、第２レバー式ストッパ１１１Ｂは逆向きに配置されている。例えば、第１レバー式ストッパ１１１Ａと第２レバー式ストッパ１１１Ｂとは、ステアリング軸２１の中心線ＣＬ１に交差する直線１０４に対して、互いに対称形である他には同じ構成である。

各レバー式ストッパ１１１Ａ，１１１Ｂは、それぞれ中央部をハウジング６１に支持軸１１２，１１２によってスイング可能に支持された概ねバー状の部材である。この各レバー式ストッパ１１１Ａ，１１１Ｂは、各一端（第１端）に係合爪１１３，１１３を有し、各他端（第２端）に被駆動レバー１１４，１１４を有している。つまり、係合部１１１，１１１は、被係合部１０２にそれぞれ係脱可能な係合爪１１３，１１３を備える。各係合爪１１３，１１３は、回転部材１０１の複数の歯１０２に係合するフック状の部分であって、歯溝１０５（各歯１０２，１０２の間）に対して出没することが可能である。各被駆動レバー１１４，１１４は、それぞれアクチュエータ１２０，１２０によって個別にスイング駆動される。

このアクチュエータ１２０，１２０は、ハウジング６１に取り付けられており、例えば進退可能なプランジャロッド１２１，１２１を有したソレノイドによって構成される。このソレノイド１２０，１２０（アクチュエータ１２０，１２０）は、励磁用コイル１２２，１２２の励磁によってプランジャロッド１２１，１２１を後退させるプル型ソレノイドによって構成されている。

プランジャロッド１２１，１２１は、ハウジング１２３，１２３に内蔵している付勢部材１２４，１２４によって、前進方向（ハウジング１２３，１２３から外方へ伸びる方向）へ常に付勢されている。付勢部材１２４，１２４は、例えば「圧縮コイルばね」によって構成される。プランジャロッド１２１，１２１によって被駆動レバー１１４，１１４を引くことにより、レバー式ストッパ１１１Ａ，１１１Ｂの係合爪１１３，１１３を回転部材１０１の各歯１０２に係合することができる。

このプランジャロッド１２１，１２１は、レバー式ストッパ１１１Ａ，１１１Ｂの被駆動レバー１１４，１１４に連結されている。なお、プランジャロッド１２１，１２１と被駆動レバー１１４，１１４とは、必ずしも連結した構成に限定する必要はない。例えば、プランジャロッド１２１，１２１によって被駆動レバー１１４，１１４を押すことにより、レバー式ストッパ１１１Ａ，１１１Ｂを回転部材１０１の複数の歯１０２に係合する構成としてもよい。以下、第１レバー式ストッパ１１１Ａを駆動するソレノイド１２０のことを「第１ソレノイド１２０Ａ」という。第２レバー式ストッパ１１１Ｂを駆動するソレノイド１２０のことを「第２ソレノイド１２０Ｂ」という。

次に、回転部材１０１と第１レバー式ストッパ１１１Ａとの関係について、図６（ａ）及び図６（ｂ）を参照しつつ詳しく説明する。なお、回転部材１０１と第２レバー式ストッパ１１１Ｂとの関係は、回転部材１０１と第１レバー式ストッパ１１１Ａとの関係に対して逆向きである他には、同じなので、説明を省略する。

図６（ａ）は、図５に示された回転部材１０１が右方向（矢印Ｒ１方向）に回転する状態を表している。ステアリングホイール１１（図１参照）を右へ操舵した場合に、回転部材１０１は右方向へ回転する。

第１レバー式ストッパ１１１Ａの係合爪１１３は、第１係合面１１３ａと第２係合面１１３ｂとを有する。第１係合面１１３ａに対し、第２係合面１１３ｂは第１レバー式ストッパ１１１Ａのスイング中心１１５（支持軸１１２のスイング中心１１５）寄りに位置している。

ここで、説明の理解を容易にするために、係合爪１１３が回転部材１０１の歯溝１０５に入り込んだ状態において、複数の歯１０２のなかの、第１係合面１１３ａに向かい合う歯１０２のことを「第１歯１０２Ａ」といい、第２係合面１１３ｂに向かい合う歯１０２のことを「第２歯１０２Ｂ」ということにする。

係合爪１１３が回転部材１０１の歯溝１０５に入り込んだ状態において、係合爪１１３の第１係合面１１３ａは、回転部材１０１の第１歯１０２Ａの一方の歯面１０２ａ（第１歯面１０２ａ）に対して傾斜しつつ向いている斜面である。回転部材１０１が右方向Ｒ１へ回転すると、第１歯１０２Ａの第１歯面１０２ａの先端と歯先面１０２ｃとの角Ｐ１１（歯先の回転方向の角Ｐ１１）は、係合爪１１３の第１係合面１１３ａに当たる。この角Ｐ１１のことを「第１当接点Ｐ１１」という。第１当接点Ｐ１１が第１係合面１１３ａに当たる力によって、係合爪１１３は第１歯１０２Ａから外れる方向にスイングすることが可能である。つまり第１係合面１１３ａは、回転部材１０１の回転力を、第１レバー式ストッパ１１１Ａの係合状態を強制的に解除する力（第１解除力）に転換する。

図６（ｂ）は、図６（ａ）に示された回転部材１０１が左方向に回転した状態を表している。ステアリングホイール１１（図１参照）を左へ操舵した場合に、回転部材１０１は左方向（矢印Ｒ２方向）へ回転する。

係合爪１１３が回転部材１０１の歯溝１０５に入り込んだ状態において、係合爪１１３の第２係合面１１３ｂは、回転部材１０１の第２歯１０２Ｂの他方の歯面１０２ｂ（第２歯面１０２ｂ）に対して傾斜しつつ向いている斜面である。係合爪１１３が回転部材１０１の歯溝１０５に入り込んだ状態において、回転部材１０１が左方向Ｒ２へ回転すると、第２歯１０２Ｂの第２歯面１０２ｂの先端と歯先面１０２ｃとの角Ｐ１２（歯先の回転方向の角Ｐ１２）は、係合爪１１３の第２係合面１１３ｂに当たる。この角Ｐ１２のことを「第２当接点Ｐ１２」という。第２当接点Ｐ１２が第２係合面１１３ｂに当たる力によって、係合爪１１３は第２歯１０２Ｂから外れる方向にスイングすることが可能である。つまり第２係合面１１３ｂは、回転部材１０１の回転力を、第１レバー式ストッパ１１１Ａの係合状態を強制的に解除する力（第２解除力）に転換する。

ここで、第２係合面１１３ｂによって転換される第２解除力は、第１係合面１１３ａによって転換される第１解除力に対して、小さく設定されてもよい。具体的には、図６（ａ）に示された第１当接点Ｐ１１における、第１歯１０２Ａの第１歯面１０２ａに対する第１係合面１１３ａの傾斜角に対し、図６（ｂ）に示された第２当接点Ｐ１２における、第２歯１０２Ｂの第２歯面１０２ｂに対する第２係合面１１３ｂの傾斜角は、大きく設定される。

このように、第２係合面１１３ｂの傾斜角を設定する理由は、次の通りである。例えば、運転者がステアリングホイール１１（図１参照）を切り増し操作から切り戻し操作へ、急激に切り替えた場合を想定する。つまり、運転者がステアリングホイール１１の切り増し操作をしている途中に、第１係合部１１１Ａが回転部材１０１に係合し、その直後に、運転者がステアリングホイール１１の切り戻し操作を素早く行った場合である。この場合には、図６（ｂ）に示されるように、第２係合面１１３ｂは、回転部材１０１に対する第１係合部１１１Ａの係合状態を、小さい第２解除力によって強制的に解除する。このため、切り増し操作から切り戻し操作へ、速やかに且つ円滑に移行することができる。車両用ステアリング装置１０Ａの操縦性を高めることができる。

上記実施例１の関係式「Ｔn＜Ｔth≦Ｔov＜Ｔsp」の関係については、実施例２でも同じである。つまり、被係合部１０２と係合爪１１３（より具体的には、第１係合面１１３ａ）との係合状態は、入力軸２１に対して所定の閾値Ｔth以上の回転トルクＴovが付加されたときに、強制的に解除される構成である。従って、実施例２の舵角規制装置１００は、上記実施例１の舵角規制装置８０と同様の効果を発揮する。
しかも、実施例２では、係合爪１１３（より具体的には、第１係合面１１３ａ）に対して複数の被係合部１０２が個別に当たるたびに衝突音、いわゆるラチェット音のような異音が発生する。運転者は、この異音を知覚することによっても、車両の走行状況の変化に伴う転舵異常の発生を、確実に知覚することができる（体感判断）。従って、例えばステアリングホイールの切り増し操作を速やかに中止することができる。

なお、実施例２の舵角規制装置１００は、図５に想像線によって示されるように、補助的な付勢部材１２６，１２６を設けてもよい。この補助的な付勢部材１２６，１２６は、係合爪１１３，１１３が複数の歯１０２から外れる方向（外れ方向）へ、各レバー式ストッパ１１１Ａ，１１１Ｂを付勢する。この結果、各レバー式ストッパ１１１Ａ，１１１Ｂが外れ方向にスイングする動作を、より円滑にすることができる。補助的な付勢部材１２６，１２６は、例えば「ねじりコイルばね」や「圧縮コイルばね」によって構成される。

さらに、上述のように、実施例２の舵角規制装置１００は、回転部材１０１と第１レバー式ストッパ１１１Ａと第１ソレノイド１２０Ａとの組み合わせ構造と、回転部材１０１と第２レバー式ストッパ１１１Ｂと第２ソレノイド１２０Ｂとの組み合わせ構造の、いずれか一方のみを有した構成であってもよい。その場合には、図６（ａ）〜（ｂ）に示される、第２係合面１１３ｂによって転換される第２解除力は、第１係合面１１３ａによって転換される第１解除力と同一に設定してもよい。

＜実施例３＞
図７及び図８を参照しつつ、実施例３の車両用ステアリング装置１０Ｂを説明する。
図７（ａ）は、車両用ステアリング装置１０Ｂの舵角規制装置２００をステアリング軸２１の軸方向から見て、回転部材１０１の被係合部１０２と係合部２１１の係合爪２１３との「非係合状態」を説明する断面図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示される舵角規制装置２００を矢視線ｂ方向から見た図である。

図８（ａ）は、車両用ステアリング装置１０Ｂの舵角規制装置２００をステアリング軸２１の軸方向から見て、回転部材１０１の被係合部１０２に係合部２１１の係合爪２１３が「係合した状態」を説明する断面図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）に示される舵角規制装置２００を矢視線ｂ方向から見た図である。

実施例３の車両用ステアリング装置１０Ｂは、図５に示される上記実施例２の車両用ステアリング装置１０Ａの舵角規制装置１００を、図７及び図８に示される舵角規制装置２００に変更したことを特徴とし、他の構成は実施例１及び実施例２と同じなので、説明を省略する。

実施例３の舵角規制装置２００（任意操作範囲規制装置２００）は、運転者のステアリング操作に応じて回転する入力軸２１と、この入力軸２１（ステアリング軸２１）と一体回転可能な１つの回転部材１０１と、１つの係合部１１１と、を有している。以下、舵角規制装置２００について詳しく説明する。

舵角規制装置２００の回転部材１０１は、図５に示される実施例２の回転部材１０１と同じ構成である。上述のように、ステアリングホイール１１（図１参照）を右へ操舵した場合に、回転部材１０１は右方向（矢印Ｒ１方向）へ回転する。ステアリングホイール１１を左へ操舵した場合に、回転部材１０１は左方向（矢印Ｒ２方向）へ回転する。

舵角規制装置２００の係合部２１１は、一端部をハウジング６１に支持軸２１２によってスイング可能に支持されたレバー式ストッパであり、回転部材１０１に係合することによって、この回転部材１０１の回転範囲を規制することが可能である。以下、係合部２１１のことを、適宜「レバー式ストッパ２１１」と言い換える。

このレバー式ストッパ２１１は、他端に係合爪２１３を有している。この係合爪２１３は、回転部材１０１の被係合部１０２（歯１０２）に係合するフック状の部分であって、歯溝１０５に対して出没することが可能である。係合爪２１３は、被係合部１０２に対して個別に係合可能な、第１係合面２１３ａと第２係合面２１３ｂとを有する。第１係合面２１３ａに対し、第２係合面２１３ｂはレバー式ストッパ１１１のスイング中心２１５（支持軸２１２のスイング中心２１５）寄りに位置している。

さらに、レバー式ストッパ２１１は、係合爪１１３が複数の歯１０２に係合する方向（係合方向）へ、付勢部材２２６によって付勢されている。この付勢部材２２６は、例えば「ねじりコイルばね」や「圧縮コイルばね」によって構成される。

レバー式ストッパ２１１は、ソレノイド１２０によって駆動される。このソレノイド１２０は、図５に示される実施例２のソレノイド１２０（アクチュエータ１２０）と同じ構成である。このソレノイド１２０のプランジャロッド１２１は、レバー式ストッパ２１１の係合爪２１３を、回転部材１０１の歯溝１０５に対して出没可能に駆動する。

より具体的に述べると、プランジャロッド１２１は、支持軸２１２に対して平行（略平行を含む）に位置しており、この支持軸２１２に沿う方向に進退可能である。図７（ａ）〜（ｂ）に示されるように、プランジャロッド１２１が前進して、回転部材１０１と係合爪２１３（例えば第２係合面２１３ｂ）との間に入り込むことにより、係合爪２１３は被係合部１０２（歯１０２）から外れる。なお、プランジャロッド１２１の先端面１２１ａは、前進したときに第２係合面２１３ｂを回転部材１０１から離れる方向へ押し開くように斜面に構成されている。

その後、図８（ａ）〜（ｂ）に示されるように、プランジャロッド１２１が後退して、回転部材１０１と係合爪２１３（例えば第２係合面２１３ｂ）との間から離れることにより、係合爪２１３は被係合部１０２（歯１０２）に係合する。

ここで、説明の理解を容易にするために、図８（ａ）に示されるように、係合爪２１３が回転部材１０１の歯溝１０５に入り込んだ状態において、複数の歯１０２のなかの、第１係合面２１３ａに向かい合う歯１０２のことを「第１歯１０２Ａ」といい、第２係合面２１３ｂに向かい合う歯１０２のことを「第２歯１０２Ｂ」ということにする。

係合爪２１３が回転部材１０１の歯溝１０５に入り込んだ状態において、係合爪２１３の第１係合面２１３ａは、回転部材１０１の第１歯１０２Ａの第１歯面１０２ａに対して傾斜しつつ向いている斜面である。回転部材１０１が右方向（矢印Ｒ１方向）に回転したときに、第１歯１０２Ａの角が第１係合面２１３ａに当たる力によって、係合爪２１３は第１歯１０２Ａから外れる方向にスイングすることが可能である。つまり第１係合面２１３ａは、回転部材１０１の回転力を、レバー式ストッパ２１１の係合状態を強制的に解除する力（第１解除力）に転換する。

また、係合爪２１３の第２係合面２１３ａは、回転部材１０１の第２歯１０２Ｂの第２歯面１０２ｂに対して傾斜しつつ向いている斜面である。回転部材１０１が左方向（矢印Ｒ２方向）に回転したときに、第２歯１０２Ｂの角が第２係合面２１３ｂに当たる力によって、係合爪２１３は第２歯１０２Ｂから外れる方向にスイングすることが可能である。つまり第２係合面２１３ｂは、回転部材１０１の回転力を、レバー式ストッパ２１１の係合状態を強制的に解除する力（第２解除力）に転換する。

第２係合面２１３ｂによって転換される第２解除力は、第１係合面２１３ａによって転換される第１解除力と同一に設定されている。

上記実施例１の関係式「Ｔn＜Ｔth≦Ｔov＜Ｔsp」の関係については、実施例３でも同じである。つまり、被係合部１０２と係合爪２１３（より具体的には、第１係合面２１３ａ及び第２係合面２１３ｂ）との係合状態は、入力軸２１に対して所定の閾値Ｔth以上の回転トルクＴovが付加されたときに、強制的に解除される構成である。従って、実施例３の舵角規制装置２００は、上記実施例１の舵角規制装置８０と同様の効果を発揮する。
しかも、実施例３では、係合爪２１３（より具体的には、第１係合面２１３ａ及び第２係合面２１３ｂ）に対して複数の被係合部１０２が個別に当たるたびに衝突音、いわゆるラチェット音のような異音が発生する。運転者は、この異音を知覚することによっても、車両の走行状況の変化に伴う転舵異常の発生を、確実に知覚することができる（体感判断）。従って、例えばステアリングホイールの切り増し操作を速やかに中止することができる。

なお、本発明による車両用ステアリング装置１０，１０Ａ，１０Ｂは、本発明の作用及び効果を奏する限りにおいて、実施例に限定されるものではない。
例えば、回転部材８１，１０１は、ウォームホイール２４ｂや主回転体９１に一体に設けられた構成であってもよい。

本発明の車両用ステアリング装置１０，１０Ａ，１０Ｂは、自動車に搭載するのに好適である。

１０，１０Ａ，１０Ｂ 車両用ステアリング装置
１１ ステアリングホイール
１６ 制御部
２１ 入力軸
８０ 舵角規制装置
８１ 回転部材
８２ 被係合部
８５ ソレノイド
８６ 係合部（ソレノイドのプランジャロッド）
８６ａ 係合爪（プランジャロッドの先端部）
１００ 舵角規制装置
１０１ 回転部材
１０２ 被係合部
１１１ 係合部
１１３ 係合爪
１２０ ソレノイド
２００ 舵角規制装置
２１１ 係合部
２１３ 係合爪
Ｔth 閾値
Ｔov 閾値以上の回転トルク
Ｔsp 停車中の回転トルク

Claims (3)

1. 運転者のステアリング操作に応じて回転する入力軸と、
   前記入力軸と一体回転可能であり、外周の周方向に沿って突出する複数の被係合部を備える回転部材と、
   前記被係合部に係脱可能な係合爪を備える係合部と、
   を有している舵角規制装置であって、
   前記被係合部と前記係合爪との係合状態は、前記入力軸に対して所定の閾値以上の回転トルクが付加されたときに、強制的に解除される構成であることを特徴とする舵角規制装置。
2. 前記閾値は、０〜４０Ｎ・ｍの値に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の舵角規制装置。
3. 前記閾値以上の前記回転トルクは、車両の走行中のときの値であり、停車中の回転トルクよりも小さい、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の舵角規制装置。

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