WO2024070640A1 - アクチュエータ - Google Patents

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WO2024070640A1
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actuator
motor
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intermediate shaft
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徳幸 稲垣
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Denso Corp
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Definitions

  • This disclosure relates to actuators.
  • Actuators that apply a reaction force to an accelerator pedal are known.
  • a reaction force is applied to the accelerator pedal against the pressure applied to the accelerator pedal based on the monitoring results of a pedal monitoring device that monitors the operation status of the accelerator pedal.
  • the actuator of the present disclosure is capable of applying a reaction force to a pedal lever that can be depressed by the driver, and includes a motor, a reduction mechanism, an actuator lever, and an angle detection unit.
  • the reduction mechanism has a motor gear that rotates integrally with the motor, an output gear that rotates integrally with the output shaft, and an intermediate gear provided between the motor gear and the output gear.
  • the actuator lever is driven by the output shaft, and is provided so that it can abut against the pedal lever.
  • the angle detection unit detects the rotation angle of the intermediate gear.
  • the intermediate gear is integrally formed with a large tooth section that meshes with the motor gear side and a small tooth section that meshes with the output gear side.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an accelerator device according to a first embodiment
  • FIG. 2 is a plan view showing the actuator according to the first embodiment
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 2
  • FIG. 4 is a plan view showing the actuator according to the first embodiment with the cover removed
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line V-V of FIG.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing a state in which the accelerator device according to the first embodiment is mounted on a vehicle
  • FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a moment acting on a bearing of an output shaft in the first embodiment
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an accelerator device according to a first embodiment
  • FIG. 2 is a plan view showing the actuator according to the first embodiment
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 2
  • FIG. 4 is a plan view showing the actuator according to the first embodiment with the cover removed
  • FIG. 5 is a cross-
  • FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a moment acting on a bearing of an intermediate shaft in the first embodiment
  • FIG. 9 is a schematic diagram illustrating an external force acting on an intermediate shaft according to the first embodiment
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing an actuator according to a second embodiment
  • FIG. 11 is a schematic diagram illustrating an external force acting on an intermediate shaft according to a second embodiment
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing an actuator according to a third embodiment
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing an actuator according to a fourth embodiment
  • FIG. 14A is a schematic diagram showing a bearing of an intermediate shaft according to a reference example
  • FIG. 14B is a schematic diagram illustrating an external force acting on an intermediate shaft according to a reference example.
  • FIG. 1 An actuator according to a first embodiment is shown in Figures 1 to 9. As shown in Figure 1, an actuator 30 is applied to an accelerator device 1.
  • the accelerator device 1 includes a pedal lever 20, the actuator 30, an actuator controller 80, and the like.
  • the pedal lever 20 has a pad 21, an arm 23, a pedal 25, etc., and is driven as a unit by the driver's depressing operation, etc.
  • the pad 21 is provided so that it can be depressed by the driver.
  • the pad 21 is rotatably supported by a fulcrum member 22 provided on the housing H.
  • a so-called floor-standing type (organ type) in which the pad 21 is provided extending in a direction along one side of the housing H is shown, but a hanging type (pendant type) is also possible.
  • the parts of the housing that are not driven by the drive of the motor 31 or by depressing the pedal lever 20, such as the pedal housing and motor housing are collectively referred to as the "housing H.”
  • the arm 23 connects the pad 21 and the pedal 25.
  • One end of the pedal 25 is rotatably supported on the housing H by a fulcrum member 26, and the other end is connected to the arm 23.
  • the pad 21, arm 23 and pedal 25 are driven as a unit when the driver operates the pad 21.
  • a pedal opening sensor 29 that detects the pedal opening ⁇ p is provided on one end of the pedal 25.
  • the pedal biasing member 27 is a compression coil spring, one end of which is fixed to the pedal 25 and the other end of which is fixed to the housing H, and biases the pedal 25 in the accelerator closing direction.
  • the positions of the pad 21 when the accelerator is fully open and fully closed are appropriately indicated by two-dot chain lines.
  • the actuator 30 has a motor 31, which is a drive source, an actuator lever 35, a reduction mechanism 40, a housing 60, and a cover 65.
  • the motor 31 is, for example, a DC motor with brushes.
  • the driving force of the motor 31 is transmitted to the pedal lever 20 via the reduction mechanism 40 and the actuator lever 35. Details of the reduction mechanism 40 and the like will be described later.
  • the actuator lever 35 abuts against the pedal lever 20 at the tip 351.
  • the actuator lever 35 abuts against the pad 21, but it may be configured to abut against the arm 23 or the pedal 25.
  • the tip 351 is formed in a spherical shape.
  • the actuator lever 35 is biased in a reaction force application direction by an actuator lever biasing member 36.
  • the actuator lever biasing member 36 is, for example, a compression coil spring, and the spring force is set so that the actuator lever 35 is always in contact with the pedal lever 20.
  • the actuator controller 80 has a drive circuit 81 and a control unit 85.
  • the drive circuit 81 is configured, for example, with an H-bridge circuit, and has a switching element (not shown) for switching the current supply to the motor 31.
  • the control unit 85 is mainly composed of a microcomputer and includes a CPU, ROM, RAM, I/O, and bus lines connecting these components (none of which are shown in the figure). Each process in the control unit 85 may be software processing in which the CPU executes a program pre-stored in a physical memory device such as a ROM (i.e., a readable non-transitory tangible recording medium), or it may be hardware processing using dedicated electronic circuits.
  • a ROM i.e., a readable non-transitory tangible recording medium
  • the control unit 85 has a driving force calculation unit 86 as a functional block.
  • the driving force calculation unit 86 calculates a target torque T * so that a reaction force corresponding to a target reaction force F * obtained from a higher-level ECU (not shown) is output.
  • the control unit 85 controls the drive of the motor 31 by controlling the drive circuit 81 with a duty corresponding to the target torque T * .
  • the driving force calculation unit 86 calculates the target torque T * by using the actuator angle ⁇ a based on the detection value of the actuator sensor 70.
  • the pedal opening ⁇ p based on the detection value of the pedal opening sensor 29 may be used instead of the actuator angle ⁇ a.
  • the pedal opening ⁇ p may be obtained directly from the pedal opening sensor 29, or may be obtained from a higher-level ECU via communication or the like.
  • the control unit 85 learns the detection value of the actuator sensor 70 when the pedal lever 20 is fully closed as a reference position, and can convert the actuator angle ⁇ a to the pedal opening ⁇ p by converting using the gear ratio, lever length ratio, etc.
  • a starter switch such as an ignition switch
  • the pedal lever 20 is considered to be fully closed, and the detection value of the actuator sensor 70 at this time is learned as the reference position.
  • calibration may be performed by comparing the detection value of the pedal opening sensor 29 with the detection value of the actuator sensor 70, for example, while driving.
  • the motor torque is corrected using the actuator angle ⁇ a so that the reaction force Foff applied at the reaction force off point Poff becomes the target reaction force F * regardless of the pedal opening degree ⁇ p. This makes it possible to appropriately control the applied reaction force.
  • the motor 31 is housed in the housing 60 and a flange 63 is provided. Holes 631 are formed in the flange 63, and the housing 60 is attached to the vehicle body B (see Figure 6) by bolts (not shown) that are inserted into the holes 631.
  • a connector 66 is provided on the cover 65, and is fixed to the housing 60 by bolts 68.
  • the reduction gear mechanism 40 has a motor gear 41, an intermediate gear 45, and an output gear 50, and is housed in the space formed by the housing 60 and the cover 65. There is play between the members that make up the reduction gear mechanism 40, and hereinafter, the play between the members will be referred to as "backlash" as appropriate.
  • the motor gear 41 is arranged so that it can rotate integrally with the motor shaft 311.
  • the intermediate gear 45 has a large tooth portion 451 and a small tooth portion 453, and is integrally formed, for example, from resin.
  • the large tooth portion 451 is formed with a larger diameter than the motor gear 41 and the small tooth portion 453, and meshes with the motor gear 41.
  • the small tooth portion 453 is provided on the opposite side of the large tooth portion 451 from the cover 65, and meshes with the output gear 50.
  • the intermediate shaft 47 is insert molded into the intermediate gear 45, and the other end protrudes from the small tooth portion 453.
  • the intermediate shaft 47 is rotatably supported on the housing 60 by a bearing member 48 on the side opposite the cover 65. This allows the intermediate gear 45 to be rotatably supported on the housing 60.
  • the bearing member 48 is two ball bearings 481, 482, and is housed in a bearing housing portion 61 formed in the housing 60. There may be three or more ball bearings.
  • the output gear 50 has a gear portion 501 that meshes with the small tooth portion 453 of the intermediate gear 45, and a shaft portion 502, and is formed integrally from, for example, metal.
  • One end of the output shaft 55 is pressed into the shaft portion 502 at two flats.
  • the other end of the output shaft 55 is provided so as to protrude from the housing 60, and the actuator lever 35 is pressed into the shaft portion 502 at two flats.
  • the output shaft 55 is rotatably supported in the housing 60 by a bearing member 56.
  • the bearing member 56 is two ball bearings, and is accommodated in a bearing accommodating portion 62 formed in the housing 60.
  • a torsion spring 58 is provided radially outside the bearing housing 62. One end of the torsion spring 58 is fixed to the housing 60, and the other end is fixed to the output gear 50. As a result, by biasing the output gear 50, the backlash between the intermediate gear 45 and the output gear 50 can be eliminated when a load is output, and the rotation angle of the output shaft 55 can be calculated from the rotation angle of the intermediate gear 45.
  • the actuator sensor 70 has a sensor unit 71, a magnet 72, and a magnetic yoke 73.
  • the sensor unit 71 is, for example, a Hall IC, and is held by a protrusion 651 that protrudes from the cover 65, and is positioned radially inside the magnetic yoke 73 so as to be able to detect the magnetic flux of the magnetic circuit formed by the magnet 72 and the magnetic yoke 73. This allows the sensor unit 71 to detect the rotation of the intermediate gear 45.
  • the magnet 72 and magnetic yoke 73 are fixed to a magnetic circuit housing 455 formed in the intermediate gear 45 and rotate integrally with the intermediate gear 45.
  • the magnetic yoke 73 is formed in a roughly annular shape and holds the magnet 72 at a predetermined interval (e.g., 180°).
  • the actuator sensor 70 is configured to detect the rotation of the intermediate gear 45. This allows the area around the output shaft 55 to be made smaller than when it is configured to detect the rotation of the output gear 50. As shown in Figure 6, by making the area around the output shaft smaller, interference with the range of movement of the driver's toe Ft, indicated by the two-dot chain line Lf, can be avoided, improving mountability. Note that in Figure 6, the actuator 30 is shown with the cover 65 removed.
  • the output shaft 55 has a relatively small operating angle of about 30° to 50°.
  • the intermediate shaft 47 has a wider operating angle than the output shaft 55, so its rotational position can be detected with relatively high accuracy.
  • the gear ratio is set so that the rotational angle of the intermediate shaft 47 is less than 360°.
  • the output shaft 55 is journaled between the output gear 50 and the actuator lever 35. Therefore, the moment Mout due to the external gear force on the output shaft 55 is given by equation (1).
  • the moment due to the force F3 applied from the small tooth portion 453 of the intermediate gear 45 and the moment due to the force F4 applied from the actuator lever 35 are in the same direction (clockwise on the page) relative to the journal, so the moment Mout becomes larger and the amount of deformation of the end becomes larger.
  • the motor gear 41 side of the axis of the small tooth portion 453 is omitted.
  • the actuator sensor 70 is disposed on the intermediate gear 45, and the intermediate shaft 47 is supported on the side opposite the actuator sensor 70. From the cover 65 side, the actuator sensor 70, the large tooth portion 451, the small tooth portion 453, and the bearing member 48 are arranged in this order.
  • the moment Mmid due to the external gear force on the intermediate shaft 47 is expressed by equation (2).
  • the moment due to the force F1 applied from the motor gear 41 and the moment due to the force F2 applied from the output gear 50 are in opposite directions relative to the bearing, so the moment Mmid is smaller and the deformation of the end is smaller.
  • the intermediate shaft 47 has a smaller external force in the shaft tilt direction compared to the output shaft 55, and is therefore advantageous in terms of detection accuracy.
  • Mout F3 x L3 + F4 x L4 ...
  • Mmid -F1 x L1 + F2 x L2 ...
  • L1 is the distance between the bearing member 48 and the meshing position between the motor gear 41 and the large tooth portion 451
  • L2 is the distance between the bearing member 48 and the meshing position between the small tooth portion 453 and the output gear 50
  • L3 is the distance between the bearing member 56 and the meshing position between the small tooth portion 453 and the output gear 50
  • L4 is the distance between the engagement point between the actuator lever 35 and the output shaft 55 and the bearing member 56.
  • the intermediate shaft 47 is rotatably supported by the housing 60 in a so-called “cantilever” state by the bearing member 48.
  • the intermediate shaft 47 tilts (arrow Fi) even if the internal gap is negative, as shown by arrow Fe in FIG. 14B.
  • the actuator sensor 70 is provided on the intermediate gear 45, the detection accuracy deteriorates when the intermediate shaft 47 tilts.
  • the bearing member 48 is made up of two ball bearings 481, 482, and the intermediate shaft 47, which has an inner ring, is press-fitted tightly against the outer ring provided in the housing 60 while pressing the balls, thereby making the internal gap between the ball bearings 481, 482 zero or less.
  • This makes it possible to suppress the inclination of the intermediate shaft 47 due to the external force of the gear, as shown by the arrow Fb in FIG. 9.
  • the external force applied to the intermediate shaft 47 is smaller before deceleration, which is advantageous.
  • the actuator 30 of this embodiment is capable of applying a reaction force to the pedal lever 20 that can be depressed by the driver, and includes a motor 31, a speed reduction mechanism 40, an actuator lever 35, and an actuator sensor 70.
  • the speed reduction mechanism 40 has a motor gear 41 that rotates integrally with the motor 31, an output gear 50 that rotates integrally with the output shaft 55, and an intermediate gear 45 provided between the motor gear 41 and the output gear 50.
  • the actuator lever 35 is driven by the output shaft 55 and is arranged to be able to abut against the pedal lever 20.
  • the actuator sensor 70 which serves as an angle detection unit, detects the actuator angle ⁇ a, which is the rotation angle of the intermediate gear 45.
  • the intermediate gear 45 is integrally formed with a large tooth portion 451 that meshes with the motor gear 41 side and a small tooth portion 453 that meshes with the output gear 50 side.
  • the actuator angle ⁇ a in the drive control calculation, the drive of the actuator 30 can be appropriately controlled.
  • output control and fault diagnosis according to the actuator angle ⁇ a can be performed.
  • the applied reaction force can be precisely controlled.
  • integrally forming the large tooth portion 451 and the small tooth portion 453 load can be transmitted without any backlash between the gears, improving responsiveness.
  • the intermediate gear 45 is rotatably supported by a bearing member 48. This makes it possible to suppress vibration of the intermediate gear 45 caused by backlash in the reduction mechanism 40, and improves the detection accuracy of the actuator sensor 70.
  • the actuator sensor 70, the large tooth portion 451, the small tooth portion 453, and the bearing member 48 are arranged in this order from one side.
  • the moment due to an external force applied to the large tooth portion 451 and the moment due to an external force applied to the small tooth portion 453 are opposed to each other, so that it is possible to suppress the movement of the intermediate shaft 47, and therefore it is possible to further improve the detection accuracy of the actuator sensor 70.
  • the intermediate gear 45 in a so-called "cantilever" state, it contributes to the miniaturization of the actuator 30 compared to when bearings are provided in two or more places.
  • the intermediate gear 45 is arranged so as to be rotatable together with the intermediate shaft 47.
  • the intermediate shaft 47 is rotatably supported in the housing 60 by a plurality of ball bearings 481, 482, which are the bearing member 48.
  • the bearing member 48 supports the intermediate shaft 47 with an internal gap of 0 or less. This makes it possible to suppress the inclination of the intermediate shaft 47 and the durability fluctuation of the backlash of the reduction mechanism 40, thereby further improving the detection accuracy of the actuator sensor 70. In addition, it is possible to suppress torque fluctuations and operation noise when operating the pedal.
  • FIG. 10 The second embodiment is shown in Figures 10 and 11.
  • the second to fourth embodiments are different from the above-mentioned embodiments in the bearing structure of the intermediate shaft, and this point will be mainly described.
  • Figures 10, 12, and 13 are cross-sectional views corresponding to Figure 5 of the first embodiment.
  • the bearing member 91 of this embodiment is composed of a needle bearing.
  • a C-ring 92 that receives a load in the thrust direction is provided on the opposite side of the bearing member 91 from the intermediate gear 45.
  • bearing member 91 is configured as a needle bearing and the internal gap is set to 0, tilt caused by external gear forces can be suppressed, just as in the case where it is configured with two ball bearings.
  • the intermediate shaft 47 is rotatably supported in the housing 60 by a needle bearing, which is the bearing member 91.
  • a needle bearing which is the bearing member 91.
  • the bearing member 91 is configured as a needle bearing, it can be used with zero internal clearance, so as in the case of using a ball bearing, it is possible to suppress the inclination of the intermediate shaft 47 and the durability fluctuation of the backlash of the reduction mechanism 40. This makes it possible to further improve the detection accuracy of the actuator sensor 70. It also provides the same effects as the above embodiment.
  • one end of an intermediate shaft 49 is press-fitted into a housing 60, and the other end protrudes from the housing 60.
  • An intermediate gear 45 is provided on the radially outer side of the other end of the intermediate shaft 49.
  • a bearing member 95 is provided on the radially inner side of the intermediate gear 45, between the intermediate gear 45 and the intermediate shaft 49, and holds the intermediate gear 45 rotatable relative to the intermediate shaft 49.
  • the bearing member 95 may be a ball bearing or a needle bearing.
  • the bearing member 95 is provided between the intermediate shaft 49 fixed to the housing 60 and the intermediate gear 45, and supports the intermediate gear 45 so that it can rotate relative to the intermediate shaft 49. This configuration also provides the same effects as the above embodiment.
  • the actuator lever is constantly in contact with the pedal lever by the elastic member.
  • the actuator lever and the pedal lever may be driven as a unit using something other than an elastic member, or the elastic member may be omitted.
  • a locking mechanism using a plunger mechanism or the like may be added to the intermediate gear.
  • the accelerator device can be used as a footrest, for example, during autonomous driving.
  • the reduction mechanism is made up of three gears: a motor gear, an intermediate gear, and an output gear, and has two reduction stages.
  • the number of reduction stages may be three or more.
  • the large tooth portion and the small tooth portion of the intermediate gear may be separate.
  • the drive source is a brushed DC motor.
  • a motor other than a brushed DC motor may be used as the drive source.
  • the configuration of the power transmission mechanism and the arrangement of parts may be different from those in the above embodiment.
  • the angle detection unit may be a resolver, an encoder, or another unit different from those in the above embodiment.

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Abstract

アクチュエータ（３０）は、運転者が踏み込み可能なペダルレバー（２０）に反力を付与可能であって、モータ（３１）と、減速機構（４０）と、アクチュエータレバー（３５）と、角度検出部（７０）と、を備える。減速機構（４０）は、モータ（３１）と一体に回転するモータギア（４１）、出力軸（５５）と一体に回転する出力ギア（５０）、および、モータギア（４１）と出力ギア（５０）との間に設けられる中間ギア（４５）を有する。アクチュエータレバー（３５）は、出力軸（５５）により駆動され、ペダルレバー（２０）に当接可能に設けられている。角度検出部（７０）は、中間ギア（４５）の回転角を検出する。中間ギア（４５）は、モータギア（４１）側に噛み合う大歯部（４５１）と、出力ギア（５０）側に噛み合う小歯部（４５３）とが一体に形成されている。

Description

アクチュエータ 関連出願の相互参照
　本出願は、２０２２年９月３０日に出願された特許出願番号２０２２－１５９０８３号に基づくものであり、ここにその記載内容を援用する。
　本開示は、アクチュエータに関する。
　従来、アクセルペダルに反力を付与するアクチュエータが知られている。例えば特許文献１では、アクセルペダルの操作状況を監視するペダル監視装置の監視結果に基づいて、アクセルペダルの踏力に抗するようにアクセルペダルに反力を付与する。
特許第６０３８７６８号公報
　特許文献１のように、回転するレバーによりアクセルペダルに反力を付与する場合、同一のトルクを出力しても、レバーの開度によって接触角度が変わるため、出力荷重が開度により変動する。本開示の目的は、駆動を適切に制御可能なアクチュエータを提供することにある。
　本開示のアクチュエータは、運転者が踏み込み可能なペダルレバーに反力を付与可能であって、モータと、減速機構と、アクチュエータレバーと、角度検出部と、を備える。減速機構は、モータと一体に回転するモータギア、出力軸と一体に回転する出力ギア、および、モータギアと出力ギアとの間に設けられる中間ギアを有する。アクチュエータレバーは、出力軸により駆動され、ペダルレバーに当接可能に設けられている。角度検出部は、中間ギアの回転角を検出する。
　中間ギアは、モータギア側に噛み合う大歯部と、出力ギア側に噛み合う小歯部とが一体に形成されている。角度検出部の検出値を駆動制御演算に用いることで、アクチュエータの駆動を適切に制御可能である。
　本開示についての上記目的及びその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図１は、第１実施形態によるアクセル装置を示す模式図であり、 図２は、第１実施形態によるアクチュエータを示す平面図であり、 図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図であり、 図４は、第１実施形態によるカバーを外した状態のアクチュエータを示す平面図であり、 図５は、図４のＶ－Ｖ線断面図であり、 図６は、第１実施形態によるアクセル装置の車両搭載状態を示す模式図であり、 図７は、第１実施形態において、出力軸の軸受にかかるモーメントを説明する模式図であり、 図８は、第１実施形態において、中間軸の軸受にかかるモーメントを説明する模式図であり、 図９は、第１実施形態による中間軸にかかる外力を説明する模式図であり、 図１０は、第２実施形態によるアクチュエータを示す断面図であり、 図１１は、第２実施形態による中間軸に係る外力を説明する模式図であり、 図１２は、第３実施形態によるアクチュエータを示す断面図であり、 図１３は、第４実施形態によるアクチュエータを示す断面図であり、 図１４Ａは、参考例による中間軸の軸受を示す模式図であり、 図１４Ｂは、参考例による中間軸にかかる外力を説明する模式図である。
　以下、本開示によるアクチュエータを図面に基づいて説明する。以下、複数の実施形態において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
　　　（第１実施形態）
　第１実施形態によるアクチュエータを図１～図９に示す。図１に示すように、アクチュエータ３０は、アクセル装置１に適用される。アクセル装置１は、ペダルレバー２０、アクチュエータ３０、および、アクチュエータコントローラ８０等を備える。
　ペダルレバー２０は、パッド２１、アーム２３、および、ペダル２５等を有し、ドライバの踏込操作等により一体に駆動される。パッド２１は、ドライバにより踏込操作可能に設けられる。パッド２１は、ハウジングＨに設けられる支点部材２２により回転可能に支持されている。図１では、パッド２１がハウジングＨの一面に沿う方向に延びて設けられる、いわゆる床置き型（オルガン型）を示しているが、吊り下げ型（ペンダント型）であってもよい。図１では、ペダルハウジングやモータハウジング等、モータ３１の駆動およびペダルレバー２０の踏込操作等により駆動されない筐体部分を、まとめて「ハウジングＨ」とする。
　アーム２３は、パッド２１とペダル２５とを連結する。ペダル２５は、一端が支点部材２６によりハウジングＨに回転可能に支持され、他端がアーム２３と連結される。これにより、ドライバによるパッド２１の操作により、パッド２１、アーム２３およびペダル２５が一体となって駆動される。ペダル２５の一端側には、ペダル開度θｐを検出するペダル開度センサ２９が設けられている。
　ペダル付勢部材２７は、圧縮コイルばねであって、一端がペダル２５に固定され、他端がハウジングＨに固定され、ペダル２５をアクセル閉方向に付勢する。図１等では、適宜、アクセル全開時および全閉時のパッド２１の位置を二点鎖線で示した。
　図１～図５に示すように、アクチュエータ３０は、駆動源であるモータ３１、アクチュエータレバー３５、減速機構４０、ハウジング６０、および、カバー６５等を有する。モータ３１は、例えばブラシ付きのＤＣモータである。モータ３１の駆動力は、減速機構４０およびアクチュエータレバー３５を介してペダルレバー２０に伝達される。減速機構４０等の詳細は後述する。
　アクチュエータレバー３５は、先端部３５１にてペダルレバー２０と当接する。図１では、アクチュエータレバー３５がパッド２１に当接しているが、アーム２３またはペダル２５に当接するように構成してもよい。先端部３５１は、球面状に形成されている。
　図１に示すように、アクチュエータレバー３５は、アクチュエータレバー付勢部材３６により、反力付与方向に付勢されている。アクチュエータレバー付勢部材３６は、例えば圧縮コイルばねであって、アクチュエータレバー３５がペダルレバー２０に常時当接するように、ばね力が設定されている。
　アクチュエータコントローラ８０は、駆動回路８１および制御部８５を有する。駆動回路８１は、例えばＨブリッジ回路により構成され、モータ３１への通電切り替えに係る図示しないスイッチング素子を有する。
　制御部８５は、マイコン等を主体として構成され、内部にはいずれも図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、及び、これらの構成を接続するバスライン等を備えている。制御部８５における各処理は、ＲＯＭ等の実体的なメモリ装置（すなわち、読み出し可能非一時的有形記録媒体）に予め記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理であってもよいし、専用の電子回路によるハードウェア処理であってもよい。
　制御部８５は、機能ブロックとして、駆動力演算部８６を有する。駆動力演算部８６は、図示しない上位ＥＣＵから取得される目標反力Ｆ*に応じた反力が出力されるように、目標トルクＴ*を演算する。制御部８５は、目標トルクＴ*に応じたデューティで駆動回路８１を制御することで、モータ３１の駆動を制御する。
　駆動力演算部８６は、アクチュエータセンサ７０の検出値に基づくアクチュエータ角度θａを用いて、目標トルクＴ*を演算する。アクチュエータ角度θａに替えて、ペダル開度センサ２９の検出値に基づくペダル開度θｐを用いてもよい。ペダル開度θｐは、ペダル開度センサ２９から直接的に取得してもよいし、通信等により上位ＥＣＵから取得してもよい。
　制御部８５は、ペダルレバー２０が全閉状態であるときのアクチュエータセンサ７０の検出値を基準位置として学習し、ギア比およびレバー長比等で換算することで、アクチュエータ角度θａをペダル開度θｐに換算可能である。本実施形態では、イグニッションスイッチ等である始動スイッチがオンされたとき、ペダルレバー２０が全閉であるものとし、このときのアクチュエータセンサ７０の検出値を基準位置として学習する。また、例えば走行中等にペダル開度センサ２９の検出値とアクチュエータセンサ７０の検出値とを突き合わせることで、校正取りを行ってもよい。
　ペダルレバー２０が踏み込まれると、ペダルレバー２０とアクチュエータレバー３５との当接点であるペダル当接点Ｐｃの位置や当接角度がずれる。そのため、ドライバの足が当接する代表点を反力オフ点Ｐｏｆｆとすると、一定のモータトルクＴａｃｔを出力した場合、ペダル開度θｐにより、反力オフ点Ｐｏｆｆに印加される反力Ｆｏｆｆが変わる。
　そこで本実施形態では、ペダル開度θｐによらず、反力オフ点Ｐｏｆｆに印加される反力Ｆｏｆｆが目標反力Ｆ*となるように、アクチュエータ角度θａを用いてモータトルクを補正する。これにより、付与反力を適切に制御することができる。
　図２～図５に示すように、ハウジング６０には、モータ３１が収容され、フランジ６３が設けられる。フランジ６３には孔部６３１が形成されており、孔部６３１に挿通される図示しないボルト等により、車体Ｂ（図６参照）に取り付けられる。カバー６５には、コネクタ６６が設けられており、ボルト６８にてハウジング６０に固定されている。
　減速機構４０は、モータギア４１、中間ギア４５および出力ギア５０を有し、ハウジング６０とカバー６５とで形成される空間に収容される。減速機構４０を構成する部材間には、遊びが存在しており、以下適宜、各部材間の遊びを「ガタ」とする。モータギア４１は、モータ軸３１１と一体回転可能に設けられている。
　中間ギア４５は、大歯部４５１および小歯部４５３を有し、例えば樹脂等にて一体に形成されている。大歯部４５１は、モータギア４１および小歯部４５３より大径に形成されており、モータギア４１と噛み合う。小歯部４５３は、大歯部４５１のカバー６５と反対側に設けられ、出力ギア５０と噛み合う。
　中間軸４７は、一端側が中間ギア４５にインサート成形され、他端が小歯部４５３側から突出して設けられている。中間軸４７は、カバー６５とは反対側にて軸受部材４８によりハウジング６０に回転可能に支持されている。これにより、中間ギア４５は、ハウジング６０に回転可能に支持される。本実施形態では、軸受部材４８は、２つのボールベアリング４８１、４８２であって、ハウジング６０に形成される軸受収容部６１に収容されている。ボールベアリングは３つ以上であってもよい。
　出力ギア５０は、中間ギア４５の小歯部４５３と噛み合うギア部５０１、および、軸部５０２を有し、例えば金属等にて一体に形成される。軸部５０２には、出力軸５５の一端側が二面幅にて圧入されている。出力軸５５の他端側は、ハウジング６０から突出して設けられ、アクチュエータレバー３５が二面幅にて圧入されている。
　出力軸５５は、軸受部材５６によりハウジング６０に回転可能に支持される。本実施形態の軸受部材５６は、２つのボールベアリングであって、ハウジング６０に形成される軸受収容部６２に収容されている。
　軸受収容部６２の径方向外側には、トーションスプリング５８が設けられている。トーションスプリング５８は、一端がハウジング６０に固定され、他端が出力ギア５０に固定される。これにより、出力ギア５０を付勢することで、荷重出力時に中間ギア４５と出力ギア５０とのバックラッシを詰めることができるので、中間ギア４５の回転角から出力軸５５の回転角を演算可能である。
　アクチュエータセンサ７０は、センサ部７１、マグネット７２、および、磁気ヨーク７３を有する。センサ部７１は、例えばホールＩＣ等であって、カバー６５から突出する突出部６５１に保持され、マグネット７２および磁気ヨーク７３で形成される磁気回路の磁束を検出可能なように、磁気ヨーク７３の径方向内側に配置されている。これにより、センサ部７１は、中間ギア４５の回転を検出可能である。
　マグネット７２および磁気ヨーク７３は、中間ギア４５に形成される磁気回路収容部４５５に固定され、中間ギア４５と一体に回転する。磁気ヨーク７３は、略円環状に形成されており、所定の間隔（例えば１８０°）にてマグネット７２を挟持している。
　本実施形態では、アクチュエータセンサ７０は、中間ギア４５の回転を検出可能に設けられている。これにより、出力ギア５０の回転を検出するように構成する場合と比較し、出力軸５５の周りを小型化することができる。図６に示すように、出力軸周りを小型化することで、二点鎖線Ｌｆで示すドライバのつま先Ｆｔの移動範囲と干渉を避けることができ、搭載性が向上する。なお図６では、アクチュエータ３０はカバー６５を外した状態にて記載した。
　出力軸５５は、作動角度が３０°～５０°程度と比較的小さい。一方、中間軸４７は、出力軸５５と比較して作動角度が広いため、比較的精度よく回転位置を検出可能である。なお、中間軸４７の回転角が３６０°未満となるように、ギア比が設定される。
　図７に示すように、出力軸５５は、出力ギア５０とアクチュエータレバー３５との間で軸受されている。そのため、出力軸５５に対するギア外力によるモーメントＭｏｕｔは、式（１）となる。ここで、中間ギア４５の小歯部４５３からかかる力Ｆ３によるモーメントと、アクチュエータレバー３５からかかる力Ｆ４によるモーメントとは、軸受に対して同じ方向（紙面時計回り方向）となるため、モーメントＭｏｕｔが大きくなり、端部の変形量が大きくなる。図７では、小歯部４５３の軸線よりもモータギア４１側は省略した。
　本実施形態では、中間ギア４５にアクチュエータセンサ７０を配置し、アクチュエータセンサ７０と反対側にて中間軸４７を軸受しており、カバー６５側から、アクチュエータセンサ７０、大歯部４５１、小歯部４５３、軸受部材４８の順に配列されている。
　図８に示すように、中間軸４７に対するギア外力によるモーメントＭｍｉｄは、式（２）となる。ここで、モータギア４１からかかる力Ｆ１によるモーメントと、出力ギア５０からかかる力Ｆ２によるモーメントとは、軸受に対して反対方向となるため、モーメントＭｍｉｄが小さくなり、端部の変形量が小さくなる。すなわち、軸受剛性が同等の場合、出力軸５５と比較し、中間軸４７の方が、シャフト倒れ方向の外力が小さく、検出精度の点で有利である。
　　Ｍｏｕｔ＝　Ｆ３×Ｌ３＋Ｆ４×Ｌ４　　・・・（１）
　　Ｍｍｉｄ＝－Ｆ１×Ｌ１＋Ｆ２×Ｌ２　　・・・（２）
　なお、式中のＬ１はモータギア４１と大歯部４５１との噛み合い位置と軸受部材４８との距離、Ｌ２は小歯部４５３と出力ギア５０との噛み合い位置と軸受部材４８との距離、Ｌ３は小歯部４５３と出力ギア５０との噛み合い位置と軸受部材５６との距離、Ｌ４はアクチュエータレバー３５と出力軸５５との嵌合箇所と軸受部材５６との距離である。
　上述の通り、本実施形態では、中間軸４７は、軸受部材４８にて、いわゆる「片持ち」の状態にてハウジング６０に回転可能に支持されている。ここで、図１４Ａに示すように、１つのボールベアリング４８９にて軸受されている参考例では、図１４Ｂに矢印Ｆｅで示すように、ギア外力がかかると、内部隙間が負でも中間軸４７が傾く（矢印Ｆｉ）。アクチュエータセンサ７０が中間ギア４５に設けられている場合、中間軸４７が傾くと、検出精度が悪化する。
　そこで本実施形態では、軸受部材４８を２つのボールベアリング４８１、４８２により構成し、ハウジング６０に設けられた外輪に対して、ボールを押付ながら内輪が設けられた中間軸４７を締まり嵌め圧入することにより、ボールベアリング４８１、４８２の内部隙間を０以下の状態とする。これにより、図９に矢印Ｆｂで示すように、ギア外力による中間軸４７の傾きを抑制可能である。また、出力軸５５と比較し、減速前であるので、中間軸４７に加わる外力自体も小さく有利である。
　中間軸４７を２つのボールベアリング４８１、４８２で軸受することで、軸ガタが小さくなるため、噛み合い率やバックラッシ変動を抑制することができる。これにより、ペダル操作時の踏力振動によるトルク変動や、操作音を抑制することができる。
　以上説明したように、本実施形態のアクチュエータ３０は、運転者が踏み込み可能なペダルレバー２０に反力を付与可能であって、モータ３１と、減速機構４０と、アクチュエータレバー３５と、アクチュエータセンサ７０と、を備える。減速機構４０は、モータ３１と一体に回転するモータギア４１、出力軸５５と一体に回転する出力ギア５０、および、モータギア４１と出力ギア５０との間に設けられる中間ギア４５を有する。
　アクチュエータレバー３５は、出力軸５５により駆動され、ペダルレバー２０に当接可能に設けられている。角度検出部としてのアクチュエータセンサ７０は、中間ギア４５の回転角であるアクチュエータ角度θａを検出する。
　中間ギア４５は、モータギア４１側に噛み合う大歯部４５１と、出力ギア５０側に噛み合う小歯部４５３とが一体に形成されている。アクチュエータ角度θａを駆動制御演算に用いることで、アクチュエータ３０の駆動を適切に制御することができる。詳細には、アクチュエータ角度θａに応じた出力制御や故障診断等を行うことができる。アクチュエータ角度θａに応じた出力制御を行うことで、付与反力を精度よく制御することができる。また、大歯部４５１と小歯部４５３とを一体に形成することで、ギア間のガタがなく荷重伝達が可能であるので、応答性が向上する。
　中間ギア４５は、軸受部材４８により回転可能に支持されている。これにより、減速機構４０のガタによる中間ギア４５の振れを抑制でき、アクチュエータセンサ７０の検出精度を向上可能である。
　中間ギア４５の軸方向において、一方側から、アクチュエータセンサ７０、大歯部４５１、小歯部４５３、軸受部材４８の順に配列されている。これにより、大歯部４５１に加わる外力によるモーメントと、小歯部４５３に加わる外力によるモーメントとが対向するため、中間軸４７の変動を抑制可能であるので、アクチュエータセンサ７０の検出精度をより向上可能である。また、中間ギア４５を所謂「片持ち」の状態で保持することで、軸受を２箇所以上に設ける場合と比較し、アクチュエータ３０の小型化に寄与する。
　中間ギア４５は、中間軸４７と一体回転可能に設けられている。中間軸４７は、軸受部材４８である複数のボールベアリング４８１、４８２によりハウジング６０に回転可能に支持されている。本実施形態では、軸受部材４８は、内部隙間が０以下の状態で中間軸４７を支持している。これにより、中間軸４７の傾きや、減速機構４０のガタの耐久変動を抑制することができるので、アクチュエータセンサ７０の検出精度をより向上可能である。また、ペダル操作時のトルク変動や操作音を抑制することができる。
　　　（第２実施形態）
　第２実施形態を図１０および図１１に示す。第２実施形態～第４実施形態は、中間軸の軸受構造が上記実施形態と異なるため、この点を中心に説明する。図１０、図１２および図１３は、第１実施形態の図５に対応する断面図である。
　図１０に示すように、本実施形態の軸受部材９１は、ニードルベアリングにより構成されている。また、軸受部材９１の中間ギア４５と反対側には、スラスト方向の荷重を受けるＣリング９２が設けられている。
　図１１に示すように、軸受部材９１をニードルベアリングで構成した場合、内部隙間を０とすれば、ボールベアリング２つで構成した場合と同様、ギア外力による傾きを抑制可能である。
　本実施形態では、中間軸４７は、軸受部材９１であるニードルベアリングによりハウジング６０に回転可能に支持されている。軸受部材９１をニードルベアリングにより構成した場合も、内部隙間０の状態で用いることができるので、ボールベアリングを用いる場合と同様、中間軸４７の傾きや、減速機構４０のガタの耐久変動を抑制することができる。これにより、アクチュエータセンサ７０の検出精度をより向上可能である。また上記実施形態と同様の効果を奏する。
　　　（第３実施形態）
　図１２に示すように、第３実施形態では、中間軸４９は、一端がハウジング６０に圧入固定されており、他端がハウジング６０から突出している。中間軸４９の他端側の径方向外側には中間ギア４５が設けられる。軸受部材９５は、中間ギア４５の径方向内側であって、中間ギア４５と中間軸４９との間に設けられており、中間ギア４５を中間軸４９に対して相対回転可能に保持している。軸受部材９５は、ボールベアリングであってもニードルベアリングであってもよい。
　本実施形態では、軸受部材９５は、ハウジング６０に固定される中間軸４９と中間ギア４５との間に設けられており、中間ギア４５を中間軸４９に対して回転可能に支持している。このように構成しても上記実施形態と同様の効果を奏する。
　　　（第４実施形態）
　図１３に示すように、第４実施形態では、第３実施形態と同様、中間軸４９は、一端側がハウジング６０に圧入固定されており、他端側がハウジング６０から突出している。中間軸４９の他端側の径方向外側には、中間ギア４５が回転可能に保持されている。本実施形態では、軸受部材が別途に設けられていない。このように構成しても上記実施形態と同様の効果を奏する。
　　　（他の実施形態）
　上記実施形態では、アクチュエータレバーは、弾性部材によりペダルレバーに常時当接している。他の実施形態では、弾性部材以外を用いて、アクチュエータレバーとペダルレバーとが一体となって駆動されるようにしてもよいし、弾性部材を省略してもよい。
　また、他の実施形態では、中間ギアにプランジャ機構等を用いたロック機構を追加してもよい。ロック機構を設けることで、例えば自動運転時等にアクセル装置をフットレスト化することができる。上記実施形態では、減速機構は、モータギア、中間ギア、出力ギアの３つからなり、減速段は２段である。他の実施形態では、減速段数は３段以上であってもよい。また、中間ギアの大歯部と小歯部とは、別体であってもよい。
　上記実施形態では、駆動源は、ブラシ付きＤＣモータである。他の実施形態では、駆動源としてブラシ付きＤＣモータ以外のモータを用いてもよい。また、動力伝達機構の構成や部品配置等は上記実施形態と異なっていてもよい。また、角度検出部は、レゾルバやエンコーダ等、上記実施形態と異なるものであってもよい。
　以上、本開示は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
　本開示は実施形態に準拠して記述された。しかしながら、本開示は当該実施形態および構造に限定されるものではない。本開示は、様々な変形例および均等の範囲内の変形をも包含する。また、様々な組み合わせおよび形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせおよび形態も、本開示の範疇および思想範囲に入るものである。

Claims (8)

  1. 　運転者が踏み込み可能なペダルレバー（２０）に反力を付与可能なアクチュエータであって、
    　モータ（３１）と、
    　前記モータと一体に回転するモータギア（４１）、出力軸（５５）と一体に回転する出力ギア（５０）、および、前記モータギアと前記出力ギアとの間に設けられる中間ギア（４５）を有する減速機構（４０）と、
    　前記出力軸により駆動され、前記ペダルレバーに当接可能に設けられているアクチュエータレバー（３５）と、
    　前記中間ギアの回転角を検出する角度検出部（７０）と、
    　を備え、
    　前記中間ギアは、前記モータギア側に噛み合う大歯部（４５１）と、前記出力ギア側に噛み合う小歯部（４５３）とが一体に形成されているアクチュエータ。
  2. 　前記中間ギアは、軸受部材（４８、９１、９５）により回転可能に支持されている請求項１に記載のアクチュエータ。
  3. 　前記中間ギアの軸方向において、一方側から、前記角度検出部、前記大歯部、前記小歯部、前記軸受部材の順に配置されている請求項２に記載のアクチュエータ。
  4. 　前記中間ギアは、中間軸（４７）と一体回転可能に設けられており、
    　前記中間軸は、前記軸受部材（４８）である複数のボールベアリング（４８１、４８２）によりハウジング（６０）に回転可能に支持されている請求項２または３に記載のアクチュエータ。
  5. 　前記軸受部材は、内部隙間が０以下の状態で前記中間軸を支持している請求項４に記載のアクチュエータ。
  6. 　前記中間ギアは、中間軸（４７）と一体回転可能に設けられており、
    　前記中間軸は、前記軸受部材（９１）であるニードルベアリングによりハウジング（６０）に回転可能に支持されている請求項２または３に記載のアクチュエータ。
  7. 　前記軸受部材は、内部隙間が０の状態で前記中間軸を支持している請求項６に記載のアクチュエータ。
  8. 　前記軸受部材（９５）は、ハウジング（６０）に固定される中間軸（４９）と前記中間ギアとの間に設けられており、前記中間ギアを前記中間軸に対して回転可能に支持している請求項２に記載のアクチュエータ。
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