JP2011116348A - ステアバイワイヤー装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、モータ容量およびサイズを最適化させ、ジオメトリー特性に差が発生することを防止するステアバイワイヤー装置を提供する。
【解決手段】本発明によるステアバイワイヤー装置は、車両の旋回走行時、車輪を左側または右側に回転させて操向操作を行うようにするステアバイワイヤー装置であって、一端が前記車輪のナックルにボールジョイントを通して連結されるタイロッドと、車体のサブフレームに回転可能に装着され、前記タイロッドの他端部に連結され、回転力方向を第１方向から第２方向に変換して前記タイロッドを移動させ、車輪の操向角を調節するカップリングユニットと、車両ＥＣＵの制御信号によって前記カップリングユニットに正方向または逆方向の回転力を提供するために前記サブフレームに装着されるモータユニットとを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、ステアバイワイヤー装置に係り、より詳しくは、モータ駆動による縦方向回転運動を横方向回転運動に変換させて操向角を調節するようにするステアバイワイヤー装置に関する。

一般に操向装置とは、車の進行方向を意図した通り進行するように調整する装置であって、自動車の進行方向を運転者がステアリングホイール（Ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｗｈｅｅｌ）を回転して自由に変更する装置であり、運転者にとっては最も重要な情報源であると共に制御手段となる。
このような操向装置は運転者が操向ホィールの角度を変化させて車輪に動力を伝達する器具で構成されている。

最近は操向ホィールと前輪操向装置との間で前輪を操向するシステムとして、ステアバイワイヤー（Ｓｔｅｅｒ ｂｙ Ｗｉｒｅ、ＳＢＷ）装置を適用している（特許文献１、２参照）。
このようなステアバイワイヤー装置は、運転者が操向のために直接操作するステアリングホイールと、ステアリングホイールの一側に設置されてステアリングホイールの回転による反力トルクを提供する反力モータと、タイロッドに連結されて操向操作を行うアクチュエータと、ステアリングホイールの回転によるトルク変化および操舵角、そして車速を検出するセンシング手段およびセンシング手段から印加される電気信号によってアクチュエータおよび反力モータを作動させるＥＣＵなどで構成される。

図５には、一般的なステアバイワイヤー装置の一例として、一点Ｐ１がピボット（Ｐｉｖｏｔ）されたＬ型レバー１をアクチュエータ（図示せず）で操作してタイロッド３の動作を実現するメカニズムを示した。
このようなメカニズムの作動原理は、Ｌ型レバー１の一側にアクチュエータで往復運動を入力したとき、ピボットを中心としてＬ型レバー１が回転し、タイロッドインナーポイント（Ｔ１；ｔｉｅ−ｒｏｄ ｉｎｎｅｒ ｐｏｉｎｔ）の左右方向運動を作って車輪Ｗの操向を作動するようになるものである。

しかし、このような従来のメカニズムでは、既存のラックアンドピニオンメカニズム（ｒａｃｋ ａｎｄ ｐｉｎｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）とは異なり、タイロッドインナーポイント（Ｔ１；ｔｉｅ−ｒｏｄ ｉｎｎｅｒ ｐｏｉｎｔ）が左右方向の動作を行う以外に、前後方向の動作が必然的に伴って、ジオメトリー特性に差が発生するという問題点がある。

また、車輪の操向時、アクチュエータの作動のみに頼ってＬ型レバー１とタイロッド３を駆動させることから、アクチュエータの要求性能が高まって費用が増加すること、及び車輪を通して外部から入力される外力がアクチュエータに伝達されて負荷および使用電流量が増加するという問題点も有している。

特開２００５−１９９８４９号公報 特開平１０−３１００６８号公報

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、モータ容量およびサイズを最適化させ、ジオメトリー特性に差が発生することを防止するステアバイワイヤー装置を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明のステアバイワイヤー装置は、車両の旋回走行時、車輪を左側または右側に回転させて操向操作を行うようにするステアバイワイヤー装置であって、一端が車輪のナックルにボールジョイントを通して連結されるタイロッドと、車体のサブフレームに回転可能に装着され、タイロッドの他端部に連結され、回転力方向を第１方向から第２方向に変換してタイロッドを移動させ、車輪の操向角を調節するカップリングユニットと、車両ＥＣＵの制御信号によってカップリングユニットに正方向または逆方向の回転力を提供するためにサブフレームに装着されるモータユニットとを含むことを特徴とする。

カップリングユニットは、サブフレーム上にベアリング手段を通して回転可能に装着され、モータユニットから回転力が伝達される第１方向回転軸と、第１方向回転軸と垂直に配置されてサブフレームにベアリング手段を通して装着され、タイロッドの他端部に連結される第２方向回転軸と、第１方向回転軸と第２方向回転軸を相互連結する複数個のカプラーとからなることを特徴とする。

第１方向回転軸は、円筒形状を有し、一面に複数個の第１挿入ホールが形成され、第２方向回転軸は、各第１挿入ホールに対向する一面に複数個の第２挿入ホールが形成されることを特徴とする。
各第１挿入ホールは、第１方向回転軸の一面に円周方向に沿って離隔して形成されることを特徴とする。
各第２挿入ホールは、各第１挿入ホールに対応する第２方向回転軸の一面に円周方向に沿って離隔して形成されることを特徴とする。
各カプラーは、一端が各第１挿入ホールにそれぞれスライド移動および回転可能に挿入され、他端は各第２挿入ホールにそれぞれスライド移動および回転可能に挿入されることを特徴とする。

各カプラーは、その形状が「Ｌ字型」形状からなり、各一端部が各第１挿入ホールに互いに異なる深さをもって挿入され、各他端部は各第１挿入ホールに挿入された各一端部と同様に各第２挿入ホールに互いに異なる深さをもって挿入されることを特徴とする。
各カプラーは、第１方向回転軸の回転方向に位置が移動する各第１挿入ホールによって一端部が位置移動しつつスライド移動する連携作動が行われ、他端部は各第２挿入ホールでスライド移動しつつ各第２挿入ホールを円周方向に位置移動させることによって、第２方向回転軸に第１方向回転軸の回転力を伝達することを特徴とする。
第２方向回転軸は、タイロッドとボールスクリューを通して連結されることを特徴とする。

モータユニットは、サブフレームに固定装着される駆動モータと、駆動モータの回転軸に装着される駆動プーリと、第１方向回転軸の他端部に装着される従動プーリと、駆動プーリと従動プーリを相互連結する駆動ベルトとからなることを特徴とする。
駆動モータは、車両ＥＣＵの制御信号によって回転数および回転方向の調節が可能なモータからなることを特徴とする。

本発明によれば、モータ駆動による縦方向回転運動を横方向回転運動に変換させるカップリングユニットを通して操向角を調節することによって、モータ容量およびサイズを最適化させ、ジオメトリー特性に差が発生することを防止することができる。

本発明の実施例によるステアバイワイヤー装置の斜視図である。 図１の部分拡大斜視図である。 図２の正面図である。 （ａ）本発明の実施例によるステアバイワイヤー装置の左旋回時の作動状態図である。（ｂ）本発明の実施例によるステアバイワイヤー装置の右旋回時の作動状態図である。 従来技術の問題点を説明するためにステアバイワイヤー装置のタイロッド動作カニズムを示した図面である。

以下、本発明の好ましい実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の実施例によるステアバイワイヤー装置の斜視図であり、図２は、図１の部分拡大図であって、本発明の実施例によるステアバイワイヤー装置の拡大斜視図である。図３は、図２の正面図であり、車体の後方から見た図を示した。

本発明の実施例によるステアバイワイヤー装置１００は、モータ駆動による縦方向回転運動を横方向回転運動に変換させるカップリングユニット２００を通して操向角を調節することによって、モータ容量およびサイズを最適化させ、ジオメトリー特性に差が発生することを防止する。
このために、本発明の実施例によるステアバイワイヤー装置１００は、車両の旋回走行時、車輪を左側または右側に回転させて操向操作を行うようにするもので、タイロッド１１０、カップリングユニット２００、およびモータユニット３００からなる。
図１に示すとおり、まず、タイロッド１１０は一端が車輪Ｗのナックル１０１にボールジョイント１０３を通して連結される。

本実施例で、カップリングユニット２００は、車体のサブフレーム１０５に回転可能に装着されてタイロッド１１０の他端部に連結され、回転力方向を縦から横に変換してタイロッド１１０を移動させることによって、車輪Ｗの操向角を調節する。
ここで、カップリングユニット２００は、図２と図３に示すとおり、縦方向回転軸２１０、横方向回転軸２２０、およびカプラー２３０から構成される。以下でこれを各構成別により詳しく説明する。

本実施例で、縦方向回転軸２１０は、サブフレーム１０５上にベアリング手段１２０を通して回転可能に装着され、モータユニット３００から回転力が伝達される。
横方向回転軸２２０は、縦方向回転軸２１０と垂直に配置されてサブフレーム１０５にベアリング手段１２０を通して装着され、タイロッド１１０の他端部に連結される。
円筒形状を有する横方向回転軸２２０の一平面には、タイロッド１１０がボールスクリュー１１１を介して連結される。
ここで、縦方向回転軸２１０は、円筒形状を有し、その一面に複数個の第１挿入ホール２１１が形成される。横方向回転軸２２０は、タイロッド１１０が連結された面に対向する一面には各第１挿入ホール２１１に対向する複数個の第２挿入ホール２２１が形成される。
このような各第１挿入ホール２１１は、縦方向回転軸２１０の一面に円周方向に沿って離隔して形成され、各第２挿入ホール２２１は、各第１挿入ホール２１１に対応する横方向回転軸２２０の一面に円周方向に沿って離隔して形成される。

本実施例で、各第１、第２挿入ホール２１１、２２１は、縦方向回転軸２１０と横方向回転軸２２０のそれぞれの軸方向に沿って互いに９０°角度を持ってそれぞれ４つが形成されることが好ましい。
一方、ベアリング手段１２０は、サブフレーム１０５上に装着される装着ブロック１２１とベアリング１２３からなる。
そして、カプラー２３０は、複数個が構成されて縦方向回転軸２１０と横方向回転軸２２０を相互連結する。
ここで、各カプラー２３０は、一端が各第１挿入ホール２１１にそれぞれスライド移動および回転可能に挿入され、他端は各第２挿入ホール２２１にそれぞれスライド移動および回転可能に挿入される。
このような各カプラー２３０は、その形状が「Ｌ字型」形状からなり、各一端部が各第１挿入ホール２１１に互いに異なる深さをもって挿入される。そして、各他端部は各第１挿入ホール２１１に挿入された各一端部と同様に各第２挿入ホール２２１に互いに異なる深さをもって挿入される。

本実施例で、各カプラー２３０は、縦方向回転軸２１０の回転方向に位置が移動する各第１挿入ホール２１１によって一端部が位置移動しつつスライド移動する連携作動が行なわれる。
これによって、各カプラー２３０の他端部は、各第２挿入ホール２２１でスライド移動しつつ各第２挿入ホール２２１を円周方向に位置移動させることによって、横方向回転軸２２０に縦方向回転軸２１０の回転力を伝達する。
そして、モータユニット３００は、車両ＥＣＵ１０７の制御信号によってカップリングユニット２００に正方向または逆方向の回転力を提供するためにサブフレーム１０５に装着される。

このようなモータユニット３００は、駆動モータ３１０、駆動プーリ３２０、従動プーリ３３０、および駆動ベルト３４０からなる。
まず、駆動モータ３１０は、サブフレーム１０５に固定装着される。
ここで、駆動モータ３１０は、車両ＥＣＵ１０７の制御信号によって回転数および回転方向の調節が可能なモータからなることが好ましい。
本実施例で、駆動プーリ３２０は、駆動モータ３１０の回転軸３１１に装着され、従動プーリ３３０は、縦方向回転軸２１０の他端部に装着される。
そして、駆動ベルト３４０は、駆動プーリ３２０と従動プーリ３３０を相互連結する。
つまり、モータユニット３００は、車両ＥＣＵ１０７の制御信号によって駆動モータ３１０が作動して駆動プーリ３２０を回転させると、駆動プーリ３２０の回転力が駆動ベルト３４０を通して従動プーリ３３０に伝達されて縦方向回転軸２１０を回転させる。

以下、上記のように構成される本発明の実施例によるステアバイワイヤー装置の作動および作用を詳しく説明する。
図４は、本発明の実施例によるステアバイワイヤー装置の段階別作動状態図である。
まず、車両が左側に旋回する場合、図４（ａ）のように、車両ＥＣＵ１０７の制御信号によって駆動モータ３１０は図示上部から見て反時計回りに回転する。
そうすると、駆動プーリ３２０は駆動モータ３１０の回転力を駆動ベルト３４０を通して従動プーリ３３０に伝達して縦方向回転軸２１０を図示上部から見て反時計回りに回転させる。

ここで、縦方向回転軸２１０が反時計回りに回転すると、各第１挿入ホール２１１が反時計回りに回転し、各カプラー２３０は一端部が各第１挿入ホール２１１によって回転方向に位置移動しつつ、各第１挿入ホール２１１でスライド移動する連携作動が行なわれる。
これと同時に、各カプラー２３０の他端部は、各第２挿入ホール２２１を図示右側から見て反時計回りに位置移動させつつ、各第２挿入ホール２２１でスライド移動する連携作動が行なわれる。
このような連携作動を通して横方向回転軸２２０は縦方向回転軸２１０の回転方向と同一な反時計回りに回転する。
この時、タイロッド１１０は、ボールスクリュー１１１によって横方向回転軸２２０から車輪Ｗの外側に移動して、全体の長さが増加して車輪Ｗを左側に旋回させる。

反対に、車両が右側に旋回する場合、図４（ｂ）のように、車両ＥＣＵ１０７の制御信号によって駆動モータ３１０は図示上部から見て時計回りに回転する。
そうすると、駆動プーリ３２０は駆動モータ３１０の回転力を駆動ベルト３４０を通して従動プーリ３３０に伝達して縦方向回転軸２１０を図示上部から見て時計回りに回転させる。
ここで、縦方向回転軸２１０が時計回りに回転すると、各第１挿入ホール２１１が時計回りに回転し、各カプラー２３０は一端部が各第１挿入ホール２１１によって回転方向に位置移動しつつ、各第１挿入ホール２１１でスライド移動する連携作動が行なわれる。
これと同時に、各カプラー２３０の他端部は、各第２挿入ホール２２１を図示右側から見て時計回りに位置移動させつつ、各第２挿入ホール２２１でスライド移動する連携作動が行なわれる。

このような連携作動を通して横方向回転軸２２０は縦方向回転軸２１０の回転方向と同一な時計回りに回転し、タイロッド１１０はボールスクリュー１１１によって横方向回転軸２２０から車輪Ｗの内側に移動して、全体の長さが縮小されて車輪Ｗを右側に旋回させる。
つまり、カップリングユニット２００は、縦方向回転軸２１０と横方向回転軸２２０の間で各カプラー２３０の一端部と他端部が回転方向に位置移動しつつスライド移動する連携作動によって、縦方向回転軸２１０の回転力を横方向回転軸２２０に伝達する。

このような作動によって、タイロッド１１０はモータユニット３００の回転力が伝達されて横方向回転軸２２０から延出されたり挿入されたりしてその全体の長さが変化することになり、これによって車輪Ｗの操向角を変化させる。
したがって、上記のように構成される本発明の実施例によるステアバイワイヤー装置１００を適用することにより、モータ駆動による横方向回転運動を縦方向回転運動に変換させるカップリングユニット２００を通して操向角を調節することができる。モータ容量およびサイズを最適化させることにより、ジオメトリー特性に差が発生することを防止することができる。
また、従来に比べて簡単な構造を有し、モータの回転力を利用して操向角を調節することができるため、費用を節減させ、外力による負荷を駆動ベルトを通して相殺させることにより、モータに負荷がかかることを防止することができる。

以上、本発明に関する好ましい実施例について説明したが、本発明は上記実施例に限定されず、本発明の属する技術的範囲を逸脱しない範囲での全ての変更が含まれる。

Ｐ１：ピボット
Ｔ１：タイロッドインナーポイント
Ｗ：車輪
１：Ｌ型レバー
３：タイロッド
１００：ステアバイワイヤー装置
１０１：ナックル
１０３：ボールジョイント
１０５：サブフレーム
１０７：ＥＣＵ
１１０：タイロッド
１１１：ボールスクリュー
１２０：ベアリング手段
１２１：装着ブロック
１２３：ベアリング
２００：カップリングユニット
２１０：縦方向回転軸
２１１：第１挿入ホール
２２０：横方向回転軸
２２１：第２挿入ホール
２３０：カプラー
３００：モータユニット
３１０：駆動モータ
３１１：回転軸
３２０：駆動プーリ
３３０：従動プーリ
３４０：駆動ベルト

Claims (11)

1. 車両の旋回走行時、車輪を左側または右側に回転させて操向操作を行うようにするステアバイワイヤー装置であって、
   一端が前記車輪のナックルにボールジョイントを通して連結されるタイロッドと、
   車体のサブフレームに回転可能に装着され、前記タイロッドの他端部に連結され、回転力方向を第１方向から第２方向に変換して前記タイロッドを移動させ、前記車輪の操向角を調節するカップリングユニットと、
   車両ＥＣＵの制御信号によって前記カップリングユニットに正方向または逆方向の回転力を提供するために前記サブフレームに装着されるモータユニットとを含むことを特徴とするステアバイワイヤー装置。
2. 前記カップリングユニットは、
   前記サブフレーム上にベアリング手段を通して回転可能に装着され、前記モータユニットから回転力が伝達される第１方向回転軸と、
   前記第１方向回転軸と垂直に配置されて前記サブフレームにベアリング手段を通して装着され、前記タイロッドの他端部に連結される第２方向回転軸と、
   前記第１方向回転軸と前記第２方向回転軸を相互連結する複数個のカプラーと、
   からなることを特徴とする請求項１に記載のステアバイワイヤー装置。
3. 前記第１方向回転軸は、円筒形状を有し、一面に複数個の第１挿入ホールが形成され、前記第２方向回転軸は、前記各第１挿入ホールに対向する一面に複数個の第２挿入ホールが形成されることを特徴とする請求項２に記載のステアバイワイヤー装置。
4. 前記各第１挿入ホールは、前記第１方向回転軸の一面に円周方向に沿って離隔して形成されることを特徴とする請求項３に記載のステアバイワイヤー装置。
5. 前記各第２挿入ホールは、前記各第１挿入ホールに対応する前記第２方向回転軸の一面に円周方向に沿って離隔して形成されることを特徴とする請求項３に記載のステアバイワイヤー装置。
6. 前記各カプラーは、一端が前記各第１挿入ホールにそれぞれスライド移動および回転可能に挿入され、他端は前記各第２挿入ホールにそれぞれスライド移動および回転可能に挿入されることを特徴とする請求項３に記載のステアバイワイヤー装置。
7. 前記各カプラーは、その形状が「Ｌ字型」形状からなり、各一端部が前記各第１挿入ホールに互いに異なる深さをもって挿入され、各他端部は前記各第１挿入ホールに挿入された各一端部と同様に前記各第２挿入ホールに互いに異なる深さをもって挿入されることを特徴とする請求項３に記載のステアバイワイヤー装置。
8. 前記各カプラーは、
   前記第１方向回転軸の回転方向に位置が移動する各第１挿入ホールによって一端部が位置移動しつつスライド移動する連携作動が行われ、
   他端部は前記各第２挿入ホールでスライド移動しつつ前記各第２挿入ホールを円周方向に位置移動させることによって、前記第２方向回転軸に前記第１方向回転軸の回転力を伝達することを特徴とする請求項３に記載のステアバイワイヤー装置。
9. 前記第２方向回転軸は、前記タイロッドとボールスクリューを通して連結されることを特徴とする請求項２に記載のステアバイワイヤー装置。
10. 前記モータユニットは、
    前記サブフレームに固定装着される駆動モータと、
    前記駆動モータの回転軸に装着される駆動プーリと、
    前記第１方向回転軸の他端部に装着される従動プーリと、
    前記駆動プーリと前記従動プーリを相互連結する駆動ベルトと、
    からなることを特徴とする請求項２に記載のステアバイワイヤー装置。
11. 前記駆動モータは、前記車両ＥＣＵの制御信号によって回転数および回転方向の調節が可能なモータからなることを特徴とする請求項１０に記載のステアバイワイヤー装置。
    

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