JP4853070B2 - ステアバイワイヤシステム - Google Patents

Description

本発明は、ステアリングホイールから転舵輪までを機械的に非連結にして、ステアリングホイールの操舵角を電気的に検出し、当該検出信号に基づいて制御装置により転舵輪の転舵角を算出し、転舵用アクチュエータの駆動力により転舵輪を転舵するステアバイワイヤシステムに関する。

ステアリングホイールから転舵輪までを機械的に連結しない、ステアバイワイヤ（ＳＢＷ）によるステアリングシステムが提案されている。

このステアリングシステムは、ステアリングホイールの操舵角を電気的に検出し、この検出信号に基づき制御装置（ＥＣＵ）が転舵輪の転舵角を算出し、ステアリングホイールとは機械的に独立したアクチュエータを駆動制御して、転舵輪を転舵駆動するものである。

このようなステアバイワイヤを採用した場合、ステアリングシステムを構成する各種装置の配置や設計自由度等が拡大し、全体的なステアリングシステムの小型化等を図り易くなる。

特許文献１では、ステアバイワイヤであって、ラックアンドピニオン式ステアリングにより、タイロッドを直動運動させて、左右独立に車輪を転舵するように構成してある。

特許文献２では、ステアバイワイヤであって、ボールねじ式により、タイロッドを直動運動させて、左右独立に車輪を転舵するように構成してある。

また、非特許文献１では、ピットマンアームを用いたいわゆるボールねじ式ステアリング機構も公知である。
特公平７−３３１４２号公報 特開２００１−３１０７５１号公報 自動車技術ハンドブック［（社）自動車技術会、１９９１年、２分冊，５２７頁、図８−１］

しかしながら、特許文献１及び２に於いて、タイロッドを直動運動させて転舵を行う方式では、アクチュエータが軸方向に長くなり、エンジンレイアウトなどほかの部品に制約を与えていた。

また、特許文献１及び２では、アクチュエータに万一異常があった場合には、正常に転舵ができない問題もあった。

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであって、左右輪を独立に転舵可能にして、車両の運動性能を向上し、同時に、コンパクトな転舵機構を提供して、エンジン部品等のレイアウト性を向上し、加えて、フェールセーフ機能を備えたステアバイワイヤシステムを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明に係るステアバイワイヤシステムは、入力装置から左右の転舵輪までを機械的に非連結にして、前記入力装置の入力に従って制御装置が転舵用アクチュエータを制御し、その駆動力により前記左右の転舵輪を転舵するステアバイワイヤシステムに於いて、
前記転舵用アクチュエータは、前記左右の転舵輪を独立して転舵可能に、前記左右の転舵輪に対応して一対備えられ、
前記転舵用アクチュエータは、回転モータと、
該回転モータの回転運動を減速し一回転以下の揺動回転運動を出力する回転型の減速機と、
該減速機の出力軸に設けられたピットマンアームと、を有し、
該ピットマンアームに連結されたタイロッドアームを介して前記転舵輪を転舵するものであることを特徴とする。

また、本発明に係るステアバイワイヤシステムは、入力装置から左右の転舵輪までを機械的に非連結にして、前記入力装置の入力に従って制御装置が転舵用アクチュエータを制御し、その駆動力により前記左右の転舵輪を転舵するステアバイワイヤシステムに於いて、
前記転舵用アクチュエータは、前記左右の転舵輪に対応して一対備えられ、
一方の前記転舵用アクチュエータの動きを他方の前記転舵用アクチュエータに伝える機械的連結手段を備え、
該連結手段は所定より小さな相対角度変化を伝達しない不感帯を持っており、
前記転舵用アクチュエータは、回転モータと、
該回転モータの回転運動を減速し一回転以下の揺動回転運動を出力する回転型の減速機と、
該減速機の出力軸に設けられたピットマンアームと、を有し、
該ピットマンアームに連結されたタイロッドアームを介して前記転舵輪を転舵するものであること特徴とする。

好適には、本発明に係るステアバイワイヤシステムは、前記転舵用アクチュエータのそれぞれが、前記回転モータの角度を検出する角度センサと、前記ピットマンアームの絶対角を検出する絶対角センサと、を備えている。

また、好適には、前記制御装置は、前記角度センサ及び前記絶対角センサの検出結果から各センサの異常を判断し、いずれか１つのセンサが異常であっても操舵を継続する機能を有する。

さらに、好適には、前記揺動回転運動を出力する揺動回転出力軸は、遊星歯車機構によって駆動され、
当該遊星歯車機構は、
ハウジングに固定された固定内歯歯車と、
出力軸を駆動する出力軸内歯歯車と、
固定内歯歯車と出力軸内歯歯車に噛み合い、一体となって公転および自転する公転歯車列と、
当該公転歯車列を公転させる入力キャリアと、
を具備する。

本発明によれば、転舵用アクチュエータは、揺動回転運動を出力し、タイロッドアームを移動して、転舵輪を転舵することから、車両の運動性能を向上することができ、また、コンパクトな転舵機構を提供してエンジン部品等のレイアウト性を向上することができる。

さらに、車両レイアウトの自由度を高めることができ、遊星歯車機構を用いた場合のバックラッシの低減を図り、騒音を低減しつつ、操縦性を向上することができる。

以下、本発明の実施の形態に係るステアバイワイヤシステムを図面を参照しつつ説明する。

（第１実施の形態）
図１は、本発明の第１実施の形態に係るステアバイワイヤシステムを搭載した車両の平面模式図である。

本実施の形態では、大略的には、直動式のアクチュエータを用いず、ピットマンアーム２を回転（揺動）させる転舵用アクチュエータ１（ロータリーアクチュエータ）を用いて、タイロッドアーム３やナックルアーム４を動かし、前輪（転舵輪）を転舵させる。また、転舵用アクチュエータ１を、一対用いることで、左右それぞれの前輪を転舵させる。

このように、転舵用アクチュエータ１を用いた転舵方式により、車両中央部分には、ステアリング機構はなくなるため、エンジンなど他部品のレイアウト性が向上する。

また、一対の転舵用アクチュエータ１によって、左右独立に操舵が可能となるため、左右それぞれのコーナリング力が最大に得られるように、タイヤ角度を変化させて操舵し、車両の運動性能を向上させることができる。

図２（ａ）は、ピットマンアームの角度と前輪の角度との関係を示す平面模式図である。

左右一対の転舵用アクチュエータ１を、同じ角度だけ回転させた時に、左右の車輪がアッカーマン条件（それぞれの車軸の延長線がある一点（車両の回転中心近傍）を通る条件）をおおよそ満たすように設計しておくと、制御が容易で安定した転舵ができる。

さらに、一方の転舵用アクチュエータ１の動きを、他方の転舵用アクチュエータ１に機械的に伝える構成とすることが望ましい。これにより、一つの転舵用アクチュエータ１が故障しても、転舵が可能なフェールセーフな特性とすることができる。

また、左右輪の独立操舵が可能なように、接続機構にある程度の不感帯（小さい角度変化は伝えない機構）を設けることも可能である。

図２（ｂ）は、変形例に係り、ピットマンアームと前輪の位置関係を示す平面模式図である。

図２（ｃ）は、他の変形例に係り、ピットマンアームと前輪の位置関係を示す正面模式図である。

転舵用アクチュエータ１の配置方法としては、図２（ａ）以外にも、図２（ｂ）のような方法があり、座席やエンジン、駆動系のレイアウトに合わせて、転舵用アクチュエータ１の配置の選択が可能である。

タイロッドアーム３が車軸より後方か前方か交互かの組み合わせがあり、また、転舵用アクチュエータ１がタイロッドアーム３より軸側か反軸側かの組み合わせがあり、さらに、図２（ｃ）に示すように、転舵用アクチュエータ１の立体配置の組み合わせがあり、その組み合わせは、多数（３２通り）が可能である。

また、左右独立に制御が可能なため、トーイン、トーアウト（ハの字もしくは逆ハの字に前輪が向くこと）や、左右転舵角比率をアクティブに変更することが可能である。

例えば、前輪駆動車では、駆動力とサスペンション弾性によって生じるトーインをアクティブ補正し、前輪の転がり抵抗を減らし、燃費を向上させることも可能である。

サスペンション・ストロークによって前輪の角度が変化してしまうバンプステアを補正することや、左右輪のコーナリング力に応じて転舵角比を変更して、旋回性能を向上することも可能である。

図３は、本発明の第１実施の形態に係るステアバイワイヤシステムの背面模式図である。図３は、前輪の操舵装置であり、後方から前方を見た図である。

操舵入力装置１０（ステアリングホイールやジョイスティック）と、転舵輪の転舵角を変える転舵用アクチュエータ１とは、電気的につながっているステアバイワイヤの構成となっている。右、左の転舵輪の角度を変えるために、それぞれ個別に、転舵用アクチュエータ（ロータリーアクチュエータ）が接続されている。

一対の転舵用アクチュエータ１は、操舵制御駆動装置２０によって、電気的に駆動され、操舵入力装置１０の入力角度、トルク信号および車速等の車両情報に従って制御される。

また、操舵制御駆動装置２０は、軸力センサ２１や転舵用アクチュエータ１の電流信号、角度信号から得られる路面反力情報を、車両情報を加味して、反カアクチュエータ１１にフィードバックし、運転者へ適切な情報を送る。

操舵制御駆動装置２０は、また、転舵用アクチュエータ１の摩擦や慣性を補償し、操舵系の見かけの慣性などインピーダンスを変更する制御を行い、運転者の操舵感や車両の運動性能を向上させる制御を行うこともできる。

なお、転舵用アクチュエータ１は、車体５に固定してある。車両制御装置３０は、サスペンションセンサ３１やハブセンサ３２からの信号などを受け、車速、車輪速、ヨーレートなどを制御し、操舵制御駆動装置２０に、転舵角などの信号を送るようになっている。

転舵用アクチュエータ１によりピットマンアーム２は、図３のように、約±６０°回転し、その回転がボールジョイント結合されたタイロッドアーム３、ナックルアーム４のリンク機構を介して転舵輪に伝わり、転舵角度が約−４０°〜＋３３°変化する。なお、符号のプラスは、旋回における外側車輪の角度を意味する。

一対の転舵用アクチュエータ１は、同じ特性のものが左右に配され、リンクが左右対称に配されている。

前述の−４０〜＋３３°の角度は、左右の転舵用アクチュエータ１が同じ角度作動すると、アッカーマン条件をほぼ満たすように設計されたものであり、これにより、左右の転舵用アクチュエータ１を同じ角度回転させると、通常の転舵、旋回が可能となる。

なお、前述の−４０〜＋３３°の角度は、車両の最小回転半径や輪間距離で変わる設計パラメータであり、一例にすぎない。

図４は、本発明の第１実施の形態に係るステアバイワイヤシステムの操舵用アクチュエータ（ロータリーアクチュエータ）の断面図である。

ピットマンアームを回転させるためには、非常に大きなトルクが必要であるが、モータを小型にするため、１／２００程度の減速比で大きなトルクを得る必要がある。

本実施の形態では、通常の遊星減速機（２ＫＨ型）と３Ｋ型遊星減速機を組み合わせることにより、それをコンパクトな構成にて実現している。

減速部について説明する。電動モータ４０の出力は、通常の遊星減速機構である第一段部の入力太陽歯車４１に接続されて減速される。その出力が次段の３Ｋ型遊星減速部の太陽歯車４２に接続されている。なお、符号４３は、第一段遊星歯車であり、符号４４は、第１段出力キャリアである。

太陽歯車４２が回転すると、第１外輪歯車４５は、固定されているので、第１遊星歯車４６は、太陽歯車４２と第１外輪歯車４５の歯数比にしたがって自転しながら公転する。

第２遊星歯車４７は、弾性キー４８を介して第１遊星歯車４６と一体の運動をする。

第２遊星歯車４７の歯数は、第１遊星歯車４６の歯数と異なるため、第２遊星歯車４７に外接する第２外輪歯車４９が減速されて回転することとなり、第２外輪歯車４９に接続された出力軸５０が回転する。これにより、ピットマンアーム２を揺動回転運動することができる。

ここで、弾性キー４８は、複数の遊星歯車のうち、１つの歯車だけに大きな力がかからないようにするためのもので、さらにはバックラッシを低減若しくは除去するために用いている。

第１遊星歯車４６と第２遊星歯車４７の回転位相が弾性キー４８の弾性で捩れることが可能なため、円周上における複数の歯車の応力が平均化される。

第１遊星歯車４６と第２遊星歯車４７のある一対（もしくは複数の対）の回転位相を理想値よりも僅かにずらして、弾性キー４８で接続すると、バックラッシを低減・除去することが可能である。バックラッシを低減・除去を除去し、遊びをなくすことは、操舵安定性の向上と歯あたり音（ラトル音）の低減に有効である。

３Ｋ型の減速比は、後述する図５に示すように、歯数をＺ１（入力太陽歯車４１）、Ｚ２（第１遊星歯車４６）、Ｚ３（第１外輪歯車４５）、Ｚ４（第２遊星歯車４７）、Ｚ５（第２外輪歯車４９）とすると、
減速比＝ ２＊Ｚ２＊Ｚ５／（Ｚ２−Ｚ４）／Ｚ１
となる。Ｚ２とＺ４の差を小さくすると、非常に大きな減速比が得られる。本実施の形態では、減速比を、１段目で６．５、２段目の３Ｋ型で３７．１、総合で約２４０としている。

なお、符号５１は、ニードル軸受を示し、符号５２は、モーメントキャリアピンを示し、符号５３は、ニードル軸受を示し、符号５４は、電動モータの駆動軸を示し、符号５５は、ニードル軸受を示し、符号５６は、固定されるハウジングを示し、符号５７は、モーメントキャリアを示し、符号５８は、ボールジョイントを示している。また、フェールセーフ機構に関しては、後に詳述する。

以上のように、遊星歯車式減速機構を用いると、コンパクトで高減速が可能な減速装置が得られるため、転舵用アクチュエータ１の小型、軽量化が可能となる。

この減速機構は、３Ｋ型の遊星歯車減速機構と呼ばれ、公知（機械の研究（養研堂）ｖｏｌ４９，Ｎｏｌｌ，１１７９頁−１１８１頁）の構成ではあるが、考察すると、大きなトルクを受ける歯が外輪歯車（内歯車）との噛み合い部のみで歯面接触面圧および応力が小さくなるため、歯車の小型化が可能である。構成部品も通常の遊星歯車減速機構（２ＫＨ型の２段）より少ないことがわかる。

本減速機構を特に小型化、コンパクト化が必要なステアリング装置に適用する効果は大きい。

また、ステアリングに用いる場合には、車両の自己操舵安定性（直進方向への復元特性）のために、逆作動（タイロッドアーム３からの軸力の入力に対してピットマンアーム２が回転すること）の逆作動効率がよいことが望ましいが、本減速機構は、適切に設計することで、このような条件も満たすことができる。

図５は、本発明の第１実施の形態に係り、３Ｋ型と通常型（２ＫＨ型）の遊星歯車減速機の釣り合いを説明する模式図である。

本実施の形態では、３Ｋ型減速機を用いて小型化を図っている。その点について説明する。図５は、減速機における力の釣り合いを考え、ギアおよびキャリアが受ける反力をあらわした図である。

通常の遊星減速機（２ＫＨ型）では、出力ギアＺ３が受ける接線力Ｆｏｕｔ と入力ギアＺ１が受ける接線力Ｆｉｎは、同一である（トルクは、減速比倍されるが）。

この場合、入力ギアＺ１の歯面応力が大きくなるため、減速比を小さくしてＺ１の直径を大きくするか、装置を大型にする（Ｚ３を大きくするか、軸方向に長くする）必要がある。

さらには、キャリアがうける反力は、Ｆｏｕｔの２倍であるため、キャリアも、高強度のものを用意する必要があるので、装置の小型化が難しい。

それに対し、３Ｋ型のギアが受ける力では、出力段の接線力Ｆｏｕｔに対し、ギアＺ２の接線力Ｆｒｃ、入力ギアの接線力Ｆｉｎは、次式のように小さくなる。

Ｆｒｃ＝（Ｚ２＋Ｚ４）÷（２×Ｚ２）×Ｆｏｕｔ
Ｆｉｎ＝（Ｚ２−Ｚ４）÷（２×Ｚ２）×Ｆｏｕｔ
式からもわかるように、入力ギアの接線力は、Ｆｏｕｔの１／２以下となり、Ｚ２とＺ４の差によっては、非常に小さな値になる。

大きな力のかかるＦｒｅ部とＦｏｕｔ部は、内歯歯車と外歯車とのかみ合いなので、かみ合い率も大きく、歯元曲げ応力や歯面面圧も小さくなり、小型化には有利である。

キャリアには、ＦｏｕｔとＲｒｃが軸方向にずれていることによるモーメント荷重Ｆｍｌ，Ｆｍ２（軸方向距離に依存する値）が発生するが、値が小さいため、キャリアも小型化できる。

３Ｋ型は、高減速比が得られる上、応力の面から見ても非常に有利である。

ただし、３Ｋ型では、あまり減速比を大きくすると、大きな力を受ける歯面が高速でかみ合うことになるため、効率が悪くなる欠点がある。

そこで、本実施の形態では、１段目に通常の遊星減速機（２ＫＨ型）を用いて減速を行ってから、３Ｋ型を用いて減速を行っている。

図６は、一対の歯車の効率を９８％としてエネルギバランスより減速機の効率を求めた結果である。

本装置の歯車は、平歯車で、一般に適切に設計を行うと、一対の歯車の効率を、９８〜９９％にすることが可能である。

正効率とは、通常の減速機の効率、逆効率とは、減速機を増速機として使用した場合の効率である。

３Ｋ型のみの構成では、シンプルでコンパクトな減速機とすることができるが、高減速比では、効率が低く、特に、減速比１４０以上では、逆効率が０つまり逆作動が不可能でステアリング機構には使用不能である。

これに対して、本実施の形態の３Ｋ型＋通常の遊星減速機（２ＫＨ型）の構成では、多段の２ＫＨ型遊星減速機よりは若干効率は劣るものの、ほとんど同等の効率が達成できる上、減速機の質量を約半分に抑えることができる。

図７は、本発明の第１実施の形態に係り、フェールセーフ機構を示す平面模式図である。

左右の転舵用アクチュエータ１は、フェールセーフワイヤ６０によって接続されている。

フェールセーフワイヤ６０は、自転車のブレーキワイヤのように、ケーブルスリーブ６１の中にワイヤ６２が通っているボーデンケーブルであり、右回転、左回転で、それぞれ引っ張り力を伝達する２本のワイヤ６２で接続されている。

これにより、一方の転舵用アクチュエータ１が故障して出力トルクを発生しない場合でも、他方のアクチュエータの動きが伝わり、左右輪が正常に転舵されるフェールセーフな構成となっている。

フェールセーフワイヤ６０は、転舵用アクチュエータ１が正常に作動しているとき、僅かに遊びがあるよう調整されていて、左右の転舵用アクチュエータ１は、ある程度の独立した出力が可能となっている。

図４に戻って、フェールセーフワイヤ６０について説明する。

フェールセーフワイヤ６０は、ケーブルスリーブ６１の中にワイヤ６２が通っており、引っ張り力を伝達することができるボーデンワイヤであり、ケーブルスリーブ６１の一端が転舵用アクチュエータ１の側方に取り付けられている。

ワイヤ６２は、３Ｋ型減速部のモーメントキャリアの外周に形成されたプーリーに巻きつけられている。図示例では、モーメントキャリア兼ワイヤープーリー６３に巻回してある。

ワイヤ６２は、右回転、左回転のそれぞれに張力が発生するように、図７のように、一対、出力されている。

ケーブルスリーブ６１の反対端は、反対側の転舵用アクチュエータ１に、右回転、左回転の関係を逆にして、同様に取り付けられている。

通常、モーメントキャリア（６３）は、第１及び第２遊星歯車４６，４７の公転と共に回転して、モーメントによる歯車の傾きをなくすことを目的としている。

ところが、モーメントキャリア（６３）を回転させれば、出力軸５０を回転させることも可能であるため、これをフェールセーフワイヤ６０に利用している。余分な部品を付加せずフェールセーフ機構の提供することができる。

モーメントキャリア（６３）の回転は、３Ｋ型の減速機では、
キャリア対出力軸減速比＝Ｚ２×Ｚ５／（Ｚ２−Ｚ４）／（Ｚ１＋Ｚ２）
の減速比で減速出力される。

この減速比とピットマンアーム２の旋回半径、プーリー半径の関係より、ピットマンアーム推力に対するワイヤの発生張力が定まる。

本実施の形態では、ピットマンアーム推力に対するワイヤ張力の比率（張力比）は、２／５程度となっている。

ワイヤ張力は、小さいほど、ケーブルスリーブ６１を細くできるが、あまり張力比を小さくすると、ワイヤ長が長くなり、プーリーが大型化（軸長が増大）するので、張力比は、１／２〜１／５程度が望ましい。

また、ワイヤ６２のたるみを調整するためケーブルアジャスター６４が設けられている。本実施の形態では、ケーブルアジャスター６４をねじ込むと、ワイヤがたるむ仕組みになっている。左右独立制御のために、ある程度（ピットマンアーム角度で１〜５度程度）のたるみを設けておくことが望ましい。

以上のように、一対の転舵用アクチュエータ１を機械的接続機構（フェールセーフ機構）によって接続している。

これにより、万一、一方の転舵用アクチュエータ１が故障して、出力が不能となっても、他方の転舵用アクチュエータ１の動きが伝わるため、操舵不能といった重大な事態を招くことがなく、フェールセーフな構成とすることができる。

さらに、機械的な接続機構としては、従来のピットマンアーム方式のステアリングのように、リレーロッドを用いてもよいが、ワイヤ（ボーデンケーブル）や油圧を用いることが望ましく、これにより、他部品のレイアウト性をほとんど犠牲にすることなく、一対の転舵用アクチュエータ１の接続が可能となる。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されず、種々変形可能である。

上述した実施の形態に於いて、電動モータ４０は、ＤＣブラシレスモータであり、モータ内部には、レゾルバ式の角度センサが内蔵されており、操舵制御駆動装置３０より、トルクや速度、位置の制御がなされる。また、電流を検知して、ピットマンアーム２のトルクの推定も行われる。

減速装置によって大きく減速されているため、電動モータ４０の出力トルクは、比較的少なくすみ、２Ｎ．ｍ程度の出力トルクで、ピットマンアーム２で、４００Ｎ．ｍの大トルクを出力することができる。１．５ｔｏｎ程度の乗用車に適用できる。

出力軸５０には、ピットマンアーム２がタイロッドアーム３からうける大きな反力を支えるため、ニードル軸受５５と玉軸受５９が使用され、ギアには余分な力が働かないよう設計されている。

次に、図８は、本発明の第１実施の形態の変形例に係るステアバイワイヤシステムの操舵用アクチュエータ（ロータリーアクチュエータ）の断面図である。

本変形例は、ハウジング５６に、複数の歪ゲージ７０を貼り、軸カセンサ２１（図３）の代替としたものである。

上述した図３の軸カセンサ２１は、可動部であるタイロッドアーム３に取り付けられており、配線が切れないよう注意する必要がある。ハウジング５６にセンサ（歪ゲージ７０）を取り付けると、センサ（歪ゲージ７０）は動かないため、そのような心配はなく、信頼性の高い荷重測定ができる。

なお、歪ゲージ７０の貼り付け位置は、高精度の測定を行うため、図８に図示したような応力が大きくなる部分を適当に選定する。

また、タイロッドアーム３の軸力と歪ゲージ７０の歪量の関係は、ピットマンアーム２の角度に依存して変化するが、あらかじめ関係を把握しておき演算により算出してもよい。

次いで、図９は、本発明の第１実施の形態の他の変形例に係るステアバイワイヤシステムの操舵用アクチュエータ（ロータリーアクチュエータ）の断面図である。

本変形例は、１段目の減速機に、歯車機構ではなく、トラクションドライブ減速機８０（例えば、遊星ローラ減速機）を用いている。

転舵用アクチュエータ１の減速比は、２４０と大きいため、一段目の入力軸回転速度は、３０００〜５０００ｍｉｎ^−１と高速になる。このため、歯車を使用すると騒音が問題となる。

上述した図４では、これに対応するため１段目のみ歯面の研磨を行ったり、樹脂のギアを用いる工夫をしている。

しかし、より高い静粛性を求められる場合には、本変形例のように、１段目をトラクションドライブ減速機８０（例えば、遊星ローラ減速機）とする。かみ合いがなく、転がり接触のため、高い静粛性が得られる。

図９では、トラクションドライブ減速機８０として、遊星ローラ減速機を用いている。他に、くさび効果を用いたトラクションドライブ減速機も使用可能である。

さらに、出力軸５０には、回転角センサとしてレゾルバ９０（出力軸角センサ）を用いている。

本レゾルバ９０は、いわゆる３Ｘのレゾルバであり、１２０°範囲で絶対角度を検出できる。士６０°のピットマンアーム２の絶対角度位置を知ることができ、制御の信頼性が上がる。

本変形例では、トラクションドライブ減速機８０が使用されており、トラクションドライブの減速比の変動（すべりや温度による寸法変化による変動）があっても、本レゾルバ９０によって、それを補正することが可能である。

また、このような構成した場合、一対の転舵用アクチュエータ１について考えると、角度センサ（電動モータ４０の内部の角度センサ（レゾルバ）と出力角センサ）が合計４個となる。

これにより、多数決論理によるセンサの異常判定ができ、センサのいずれか１つが故障しても操舵が可能なフェールセーフの構成とすることもできる。

（第２実施の形態）
図１２は、従来例に係るステアバイワイヤシステムのピットマンアーム式操舵用アクチュエータ（ロータリーアクチュエータ）の断面図である。

図１２の従来例では、電動モータ２０１の回転を、波動歯車減速装置２０３によって減速し、ピットマンアーム２０９で揺動回転出力を得る。電動モータ２０１の駆動軸２０２と出力軸２０７が同軸上にあり、出力軸２０７には、角度センサ２０８（レゾルバ）もあるため、軸方向に長い構成となっている。軸方向に長いと、車両に搭載する上で、エンジンや駆動部品との干渉で問題が生じていた。なお、符号２０４は、ウェーブジェネレータであり、符号２０５は、サーキュラスプラインであり、符号２０６は、フレックススプラインである。

また、ピットマンアーム式アクチュエータは、大トルクを得るため、減速比が大きく、電動モータは、高速回転するが、その際、ギアの噛み合い音が発生する問題もあった。

図１２の従来例では、バックラッシのない波動歯車減速装置２０３を用いている。バックラッシの問題はないが、衝撃荷重に対する歯飛び（ラチェッテイング現象）が起きる場合があり、一度歯飛びを起こすと、耐荷重性が落ち安定した走行が不可能になる問題もある。

一方、上述した第１実施の形態（図４）の遊星歯車機構では、歯飛びもしくは歯の欠損といった現象は発生しないが、バックラッシを低減するのが難しかった。

すなわち、上述した第１実施の形態（図４）の遊星歯車機構では、相関のある３つの噛み合い（入力の太陽歯車４２と第一段遊星歯車４３の噛み合い、第一段遊星歯車４３と第１外輪歯車４５との噛み合い、第２遊星歯車４７と出力軸５０の第２外輪歯車４９の噛み合い）を同時に調整して、バックラッシを減少させる必要があり、バックラッシの低減が困難であった。

これらに対して、本実施の形態では、大略的には、ウォーム減速機構を用いて電動モータと出力軸を直交させ、アクチュエークが縦長になるのを防ぐ。また、ウォーム減速機構は、すべり接触を基本とするため、歯車機構のような噛み合い音がしないため、騒音の面で有利となる。ウォーム減速機構は、電動パワーステアリング装置でも広く使用されており、高効率（８０％以上）で、高減速比（１：２０程度）を得ることができる。

また、本実施の形態に係る遊星歯車機構では、上述した第１実施の形態（図４）の遊星歯車機構に対し、入力の太陽歯車をなくし、遊星歯車の公転を入力とすることで、歯車のバックラッシの発生個所を３箇所から２箇所にし、バックラッシ調整を容易にしている。

図１０（ａ）は、本発明の第２実施の形態に係るステアバイワイヤシステムの操舵用アクチュエータ（ロータリーアクチュエータ）の断面図であり、（ｂ）は、操舵用アクチュエータ（ロータリーアクチュエータ）の断面を含む斜視図である。なお、図１０（ｂ）では、出力軸は、断面化してあり、ハウジングや細かい部品は描かれていない。

出力軸１１０と、電動モータ１００の駆動軸（ウォーム１０１）とは、ウォーム減速機構を介して略直交してある。

遊星歯車機構は、ハウジング１２０に固定された固定内歯歯車１０５と、出力軸１１０を駆動する出力軸内歯歯車１０８と、固定内歯歯車１０５と出力軸内歯歯車１０８に噛み合い、一体となって公転および自転する公転歯車列（第１遊星歯車１０６及び第２遊星歯車１０７）と、これら公転歯車列（第１遊星歯車１０６及び第２遊星歯車１０７）を公転させる入力キャリア１０２（ウォームホイール）と、を具備している。

電動モータ１００は、ウォーム減速機構を介して、出力軸１１０に直交方向に配置されている。このようなレイアウトであると、車両の横（幅）方向に電動モータ１００が配置され、従来のラックアンドピニオン方式に近いレイアウトとなり、エンジンレイアウト等、他の部品と干渉することが少ない。

電動モータ１００の回転は、ウォーム１０１で減速され、ウォームホイール１０２に伝えられる。ウォームホイール１０２に取付けられたキャリアピン１０３によって、第１遊星歯車１０６及び第２遊星歯車１０７は、公転する。第１遊星歯車１０６及び第２遊星歯車１０７は、キー１０４で結合されている。

第２遊星歯車１０７は、ハウジング１２０に固定された固定内歯歯車１０５に噛み合っているので、キャリアピン１０３で第２遊星歯車１０７が公転運動すると、第２遊星歯車１０７は、固定内歯歯車１０５との歯数比にしたがって自転する。

第１遊星歯車１０６は、自転も公転も、第２遊星歯車１０７と同じ回転を行うので、出力軸内歯歯車１０８は、その自転と公転に見合うような回転をして、減速される。

この機構は、上述した第１実施の形態（図４）の遊星歯車機構にくらべ、入力である中央のピニオン（太陽歯車）がない構成である。ピニオン部でのバックラッシ発生がないため、バックラッシ調整の必要個所が、３箇所から２箇所（第２遊星歯車１０７と固定内歯歯車１０５、及び、第１遊星歯車１０６と出力軸内歯歯車１０８）と少なくなる。歯車の噛み合いも、内歯歯車と外歯歯車の噛み合いのみであるので、従来機構に対して、さちに応力が小さく、小型化も可能となる。

以上から、本実施の形態によれば、車両レイアウトの自由度を高めることができ、遊星歯車機構を用いた場合のバックラッシの低減を図り、騒音を低減しつつ、操縦性を向上することができる。

図１１は、バックラッシ調整機構を説明するための模式図である。

本実施の形態では、バックラッシ調整機構として、以下のような方法を採っている。

図１１のように、キャリア１０９の弾性変形により、第１及び第２遊星歯車１０６，１０７のＰＣＤが可変となるキャリアとし、第１及び第２遊星歯車１０６，１０７を内歯歯車（固定内歯歯車１０５、出力軸内歯歯車１０８）に押し当てる構造をとしている。

ピニオン歯車を設けない構成のため、このようなバックラッシの除去が可能となる。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されず、種々変形可能である。

本発明の第１実施の形態に係るステアバイワイヤシステムを搭載した車両の平面模式図である。 （ａ）は、ピットマンアームの角度と前輪の角度との関係を示す平面模式図である。（ｂ）は、変形例に係り、ピットマンアームと前輪の位置関係を示す平面模式図である。（ｃ）は、他の変形例に係り、ピットマンアームと前輪の位置関係を示す正面模式図である。 本発明の第１実施の形態に係るステアバイワイヤシステムの背面模式図である。 本発明の第１実施の形態に係るステアバイワイヤシステムの操舵用アクチュエータ（ロータリーアクチュエータ）の断面図である。 本発明の第１実施の形態に係り、３Ｋ型と通常型（２ＫＨ型）の遊星歯車減速機の釣り合いを説明する模式図である。 一対の歯車の効率を９８％としてエネルギバランスより減速機の効率を求めた結果である。 本発明の第１実施の形態に係り、フェールセーフ機構を示す平面模式図である。 本発明の第１実施の形態の変形例に係るステアバイワイヤシステムの操舵用アクチュエータ（ロータリーアクチュエータ）の断面図である。 本発明の第１実施の形態の他の変形例に係るステアバイワイヤシステムの操舵用アクチュエータ（ロータリーアクチュエータ）の断面図である。 （ａ）は、本発明の第２実施の形態に係るステアバイワイヤシステムの操舵用アクチュエータ（ロータリーアクチュエータ）の断面図であり、（ｂ）は、操舵用アクチュエータ（ロータリーアクチュエータ）の断面を含む斜視図である。 バックラッシ調整機構を説明するための模式図である。 従来例に係るステアバイワイヤシステムのピットマンアーム式操舵用アクチュエータ（ロータリーアクチュエータ）の断面図である。

符号の説明

１ 転舵用アクチュエータ（ロータリーアクチュエータ）
２ ピットマンアーム
３ タイロッドアーム
４ ナックルアーム
５ 車体
１０ 操舵入力装置（ステアリングホイール）
１１ 反力アクチュエータ
２０ 操舵制御駆動装置
２１ 軸力センサ
３０ 車両制御装置
３１ サスペンションセンサ
３２ ハブセンサ
４０ 電動モータ
４１ 第一段入力太陽歯車
４２ 太陽歯車
４３ 第一段遊星歯車
４４ 第一段出力キャリア
４５ 第１外輪歯車
４６ 第１遊星歯車
４７ 第２遊星歯車
４８ 弾性キー
４９ 第２外輪歯車
５０ 出力軸
５１ ニードル軸受
５２ モーメントキャリアピン
５３ ニードル軸受
５４ 駆動軸
５５ ニードル軸受
５６ ハウジング
５７ モーメントキャリア
５８ ボールジョイント
５９ 玉軸受
６０ フェールセーフワイヤ
６１ ケーブルスリーブ
６２ ワイヤ
６３ モーメントキャリア兼ワイヤープーリー
６４ ケーブルアジャスター
７０ 歪ゲージ
８０ トラクションドライブ減速機（例えば、遊星ローラ減速機）
９０ レゾルバ（出力軸角センサ）
１００ 電動モータ
１０１ ウォーム
１０２ 入力キャリア（ウォームホイール）
１０３ キャリアピン
１０４ キー
１０５ 固定内歯歯車
１０６ 第１遊星歯車
１０７ 第２遊星歯車
１０８ 出力軸内歯歯車
１０９ キャリア
１１０ 出力軸
１１１ ピットマンアーム
１２０ ハウジング
２０１ 電動モータ
２０２ 駆動軸
２０３ 波動歯車減速装置
２０４ ウェーブジェネレータ
２０５ サーキュラスプライン
２０６ フレックススプライン
２０７ 出力軸
２０８ 角度センサ（レゾルバ）
２０９ ピットマンアーム

Claims (5)

1. 入力装置から左右の転舵輪までを機械的に非連結にして、前記入力装置の入力に従って制御装置が転舵用アクチュエータを制御し、その駆動力により前記左右の転舵輪を転舵するステアバイワイヤシステムに於いて、
   前記転舵用アクチュエータは、前記左右の転舵輪を独立して転舵可能に、前記左右の転舵輪に対応して一対備えられ、
   前記転舵用アクチュエータは、回転モータと、
   該回転モータの回転運動を減速し一回転以下の揺動回転運動を出力する回転型の減速機と、
   該減速機の出力軸に設けられたピットマンアームと、を有し、
   該ピットマンアームに連結されたタイロッドアームを介して前記転舵輪を転舵するものであることを特徴とするステアバイワイヤシステム。
2. 入力装置から左右の転舵輪までを機械的に非連結にして、前記入力装置の入力に従って制御装置が転舵用アクチュエータを制御し、その駆動力により前記左右の転舵輪を転舵するステアバイワイヤシステムに於いて、
   前記転舵用アクチュエータは、前記左右の転舵輪に対応して一対備えられ、
   一方の前記転舵用アクチュエータの動きを他方の前記転舵用アクチュエータに伝える機械的連結手段を備え、
   該連結手段は所定より小さな相対角度変化を伝達しない不感帯を持っており、
   前記転舵用アクチュエータは、回転モータと、
   該回転モータの回転運動を減速し一回転以下の揺動回転運動を出力する回転型の減速機と、
   該減速機の出力軸に設けられたピットマンアームと、を有し、
   該ピットマンアームに連結されたタイロッドアームを介して前記転舵輪を転舵するものであること特徴とするステアバイワイヤシステム。
3. 前記転舵用アクチュエータのそれぞれが、前記回転モータの角度を検出する角度センサと、
   前記ピットマンアームの絶対角を検出する絶対角センサと、を備えたことを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載のステアバイワイヤシステム。
4. 前記制御装置は、前記角度センサ及び前記絶対角センサの検出結果から各センサの異常を判断し、いずれか１つのセンサが異常であっても操舵を継続する機能を有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システム。
5. 前記揺動回転運動を出力する揺動回転出力軸は、遊星歯車機構によって駆動され、
   当該遊星歯車機構は、
   ハウジングに固定された固定内歯歯車と、
   出力軸を駆動する出力軸内歯歯車と、
   固定内歯歯車と出力軸内歯歯車に噛み合い、一体となって公転および自転する公転歯車列と、
   当該公転歯車列を公転させる入力キャリアと、
   を具備することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のステアバイワイヤシステム。

Images