JP4980825B2 - ステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明はステアリング（操舵）装置に関し、特に転舵用アクチュエータにより複数の転舵輪を独立して転舵可能なステアバイワイヤシステムに関する。

従来、ステアリングホイール（ハンドル）から機械的に切り離された転舵用アクチュエータを備え、複数の転舵輪を独立して転舵可能ないわゆるステアバイワイヤのステアリング装置として、特許文献１、２に開示された装置がある。特許文献１の装置は、転舵用アクチュエータと車輪側部品（ハブキャリア等）との干渉を防止するため、転舵軸（キングピン軸）と略同軸上に、転舵用アクチュエータ（モータおよび減速機構）の回転軸を設けている。また、特許文献２の装置は、装置をコンパクト化してエンジン部品等のレイアウト性を向上するため、転舵用アクチュエータを車体側に固定し、この転舵用アクチュエータが揺動回転運動を出力することでタイロッドを移動させることとしている。
特開２００７−５５４０９号公報 特開２００７−０１５６４号公報

一般に、モータの回転を転舵用トルクに変換するためには、大幅な減速比を実現する減速機構を必要とする。逆に言えば、減速機構を小型化しようとすれば、大きなトルクを出力できる大型のモータが必要となる。例えば、ダイレクトドライブ方式のモータを用いて減速機構を省略しても、モータ自体が大型化する。このように、モータおよび減速機構からなる転舵用アクチュエータ全体としては、どうしても所定の大きさおよび重量が必要となる。

特許文献１の装置では、キングピン軸のロア側のピボット点を構成する、サスペンション装置のロアアームにおける車幅方向外側の先端部分に、転舵用アクチュエータ（モータおよび減速機構）を設置している。しかし、モータおよび減速機構が一体となった転舵用アクチュエータ（ダイレクトドライブ方式のモータを含む。以下同様）は、上記のように所定の大きさを必要とする。よって、サスペンションアームの先端位置に、キングピン軸と同軸上に、ハブキャリアやタイヤ等の車輪側部品との干渉を防止しつつ、上記のような転舵用アクチュエータを設置するのは、現実的には困難である。言い換えれば、十分な減速比および転舵トルクを確保しつつ、上記位置に転舵用アクチュエータを設置するのは困難である。

また、モータおよび減速機構が一体となった転舵用アクチュエータは、上記のように所定の重量を必要とするところ、ロアアームの車輪側取付位置に転舵用アクチュエータを設置すれば、車輪がその分だけ重くなるのと同様の結果になる。すなわち、ロアアームに作用する荷重のモーメントが大きくなって、車両のバネ下重量が大きくなり、乗心地性や操縦安定性能が悪化する。

一方、特許文献２の装置では、上記のような問題は生じないものの、転舵用アクチュエータを車体側に設けているため、以下のような別の問題がある。すなわち、モータおよび減速機構が一体となった転舵用アクチュエータは、上記のように所定の大きさを必要とするところ、これを（特許文献１の装置のようにロアアーム上ではなく）車体側に設けているため、転舵用アクチュエータとエンジン等の車体側部品との干渉が発生するおそれがある。このため、レイアウト性の向上には限界があった。

また、タイロッドが車体側（の転舵用アクチュエータ）に取り付けられているため、タイロッドとサスペンションアームとの位置関係（サスペンションジオメトリ）に応じてサスペンションストローク時にトー変化が発生することは、従来の装置と同様である。ここで、転舵用アクチュエータを制御することで上記トー変化を補正することは可能であるものの、そのためには新たな制御ロジックを設ける必要があり、装置が複雑化する。

本発明は上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、乗心地性を損なわずにレイアウト性および商品性を向上できるステアリング装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に係る発明のステアリング装置は、操舵入力装置に対して転舵輪が機械的に切り離されたステアバイワイヤシステムに用いられるステアリング装置であって、前記転舵輪が取り付けられたハブを回転自在に支持するアクスルハウジングと、一端で車体に対して揺動自在に軸支され、他端に設けられた転舵部で前記アクスルハウジングを旋回自在に支持するロアアームと、前記ロアアームに設置され、その駆動力により前記アクスルハウジングを旋回させるモータと、前記モータの回転を減速する減速機構と、を備え、前記モータの回転軸と前記アクスルハウジングの旋回軸とは互いにずらして配置され、前記減速機構は、前記ロアアーム上であって前記モータの回転軸と前記転舵部との間に設けられると共に、前記ロアアームを構成する第１ケースと第２ケースにより挟まれた空間内に収容されていることとした。

よって、モータがロアアーム上に設置されているため、転舵用アクチュエータとエンジン等の車体側部品との干渉が発生するおそれがなく、レイアウト性を向上できる。また、モータの回転軸が転舵軸（キングピン軸）に対してずれるように配置されている。このため、モータの回転軸と転舵軸との間に減速機構を設けることが可能であり、転舵用アクチュエータとハブキャリアやタイヤ等の車輪側部品との干渉を防止しつつ、十分な転舵トルクを確保できる。すなわち、商品性を確保できる。さらに、ロアアームに作用する荷重のモーメントを小さくできるため、車両のバネ下重量の増加を抑制でき、乗心地性や操縦安定性能を損なうこともない。

以下、本発明のステアリング装置を実現する最良の形態を、図面に基づき説明する。

本実施例１のステアリング装置１は、いわゆるステアバイワイヤシステム（以下、SBWシステムという）に適用されるものであり、サスペンション装置２に支持された転舵輪（前輪FL,FR）を、転舵用アクチュエータ（モータおよび減速機構）の駆動力により転舵する。

SBWシステムは、操舵入力装置（ステアリングホイールやハンドル）と、操舵入力装置に対して機械的に切り離された転舵輪（前輪FL,FR）と、操舵入力装置に入力される操舵角および操舵トルクを電気的に検出する操舵角センサおよび操舵トルクセンサと、その駆動力により各転舵輪（前輪FL,FR）を転舵させる転舵用アクチュエータ（以下、転舵アクチュエータという）と、操舵角センサ等の検出信号に基づき転舵輪の転舵角を算出し、各転舵アクチュエータの駆動を制御する操舵制御装置ECUと、を有している。なお、操舵入力装置は、操舵反力を発生させる反力アクチュエータに機械的に接続されている。

操舵制御装置ECUは、転舵アクチュエータ（モータ５０）および反力アクチュエータと電気的に接続されている。操舵制御装置ECUは、車両制御装置とも電気的に接続されている。車両制御装置は、サスペンション装置２に設けられたサスペンションストロークセンサや、ハブHに設けられた車輪速センサ等からの信号の入力を受け、車速、車輪速、ヨーレートなどを制御する。また操舵制御装置ECUに車速等の車両情報や目標転舵角などの信号を送信する。

操舵制御装置ECUは、操舵角センサや操舵トルクセンサ等の検出信号および車両制御装置からの信号の入力を受け、転舵アクチュエータ（モータ５０）に制御信号を出力する。また、転舵アクチュエータ（モータ５０）の電流や回転角等および車両情報に基づき路面反力を算出し、反力アクチュエータに制御信号を出力する。

このようなSBWシステムを採用した場合、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が拡大し、システム全体としての小型化・コンパクト化を図りやすい。また、左右前輪FL,FRを独立に転舵可能なため、左右前輪FL,FRそれぞれのコーナリング力が最大となるように左右転舵角比率を能動的に変更する等により、車両の運動性能を向上できる。また、例えば前輪駆動車でトー変化を能動的に変更することで、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て、燃費を向上できる。

（ステアリング装置の構成）
以下、前輪駆動車に適用されたSBWシステムの一部を構成する、本実施例１のステアリング装置１を説明する。図１は、左前輪FL（転舵輪）におけるステアリング装置１を車両の正面から見た部分断面図を示す。

サスペンション装置２はいわゆるストラット式であり、コイルバネおよびショックアブソーバを備えて車両上下方向の衝撃を吸収するストラット１０と、車輪FLを車両上下方向揺動可能に車体に支持するロアアーム２０と、車軸（アクスルシャフトAS）を回転自在に支持するアクスルハウジング３０と、を有している。

ドライブシャフトDSの先端側には、ブーツに収容された等速ジョイントJを介して、アクスルシャフトASが設けられている。アクスルシャフトASの外周には、アクスルシャフトASと一体にハブHが結合されている。ハブHとアクスルハウジング３０との間にはホイールベアリング３１が介装されており、ハブHは、アクスルハウジング３０に回転自在に支持されている。ホイールベアリング３１よりも車幅方向外側で、ハブHには左前輪FLが取り付けられている。アクスルハウジング３０は、車両上方に向かって延びる第１アーム３２と、車両下方に向かって延びる第２アーム３３と、を有している。

ストラット１０の下端は、第１アーム３２に設置されている。ストラット１０の上端は、インシュレータを介して車体に設置されている。ストラット１０はストラット軸周りで回転可能に設けられており、転舵時に第１アーム３２（アクスルハウジング３０）の旋回に応じて軸回転する。

ロアアーム２０は、一般のストラット式フロントサスペンション装置に用いられるΓ型またはA型のロアアームであり、車体に形成された２箇所の支持部２１，２１の間で車体に軸支されている。各支持部２１は、一般の（転舵アクチュエータが設けられていないΓ型またはA型ロアアームの）支持部と同様の構造を有し、また同様の位置で車体側へ取り付けられている。本実施例１では、支持部２１は、外筒210および内筒211を有する円筒型の弾性ブッシュであり、ブッシュ軸が車両前後方向に設けられている。

外筒210はロアアーム２０（後述のアーム部２２）と一体に設けられている。外筒210の内周側には、ゴム212を介して内筒211が設けられている。内筒211は車体側に固定されている。２つの支持部２１，２１は車両前後方向で重なって（略同軸上に）設けられているため、図１では、手前の支持部２１のみ現れている。すなわち、２つの支持部２１，２１を結ぶ直線は、地面と略平行に設けられている。ロアアーム２０は、２つの支持部２１，２１を結ぶ直線（≒各支持部の軸）の周りで（車両上下方向に）揺動自在に車体に支持されている。

ロアアーム２０は、車体側の支持部２１，２１から車幅方向外側に向かって延びるアーム部２２と、ロアアーム２０の車幅方向外側の端に設けられた転舵部２３と、を有している。転舵部２３には、ユニバーサルジョイント４０を介して、アクスルハウジング３０の第２アーム３３が連結されている。本実施例１では、上記ユニバーサルジョイント４０としてフックジョイントを用いている。

アーム部２２の内部には、減速機構６０を構成する複数の歯車６１〜６３が設けられている。転舵部２３には、第３歯車６３の回転軸631が設けられている。第３歯車６３の上面側には、回転軸631と同軸方向に延びる駆動側ヨーク４１が、第３歯車６３と一体に形成されている。

一方、第２アーム３３の先端部には、被駆動側ヨーク４２が、第２アーム３３と一体に形成されている。駆動側ヨーク４１および被駆動側ヨーク４２は、十字軸（スパイダ４３）を介して連結されている。第３歯車６３と一体に駆動側ヨーク４１が回転すると、この回転がスパイダ４３を介して被駆動側ヨーク４２に伝達される。これにより、第２アーム３３が旋回する。すなわち、ロアアーム２０は、転舵部２３においてアクスルハウジング３０を旋回自在に支持しており、ユニバーサルジョイント４０の中心が左前輪FLのロア側アウタピボット点となっている。

よって、アッパ側アウタピボット点であるストラット１０の上端の車体側取付部と、上記ロア側アウタピボット点とを結ぶ直線が、左前輪FLの転舵軸（キングピン軸）となる。

なお、車両走行中に左前輪FLが路面凹凸を通過すると、ロアアーム２０が揺動し、左前輪FLが車体に対して上下動する。このときストラット１０により路面凹凸による衝撃が吸収される。また、ロアアーム２０の揺動に伴って、アクスルハウジング３０とロアアーム２０との間の角度が僅かに変化する。この角度の変化は、ユニバーサルジョイント４０により吸収される。

（転舵アクチュエータ）
ステアリング装置１の転舵アクチュエータは、モータ５０と減速機構６０とを有し、ロアアーム２０の上面ないしロアアーム２０の内部に設置されている。減速機構６０は、それぞれの回転軸が平行となるように設けられた第１〜第３歯車６１〜６３からなる平行歯車列を有している。第１〜第３歯車６１〜６３は平歯車であり、２段歯車機構を構成している。第1、第2歯車６１，６２は円形歯車であり、第3歯車６３はセクタ（扇形）歯車である。なお第１〜第３歯車６１〜６３として、はすば歯車を用いてもよい。

以下、ロアアーム２０の面とは、ロアアーム２０を車両上下方向から見たときに現れるロアアーム２０の面を指す。また上面および下面とは、ロアアーム２０を車両上方および下方から見たときにそれぞれ現れる面を指す。

ロアアーム２０は、ロアアーム２０の下面を構成する第１ケース201と、ロアアーム２０の上面を構成する第２ケース202と、を有している。第1ケース201および第2ケース202は、減速機構６０のケースを構成しており、第１ケース201と第２ケース202により挟まれた空間R内には減速機構６０が収容されている。

モータ５０はDCブラシレスモータである。モータ５０には、モータ５０に流される電流を検出する電流センサ、およびモータ回転角を検出するモータ回転センサが設けられ、配線を介して操舵制御装置ECUに接続されている。なお、モータ５０のユニットとして、例えば電動パワーステアリング装置において従来使用されているユニットを流用することができる。

モータ５０は、第１ケース202の上面に嵌合して設置されている。モータ５０は、車両上方から見たとき、ドライブシャフトDSと重なることがないように設けられている。よって、サスペンションストローク時、ロアアーム２０が揺動してもモータ５０とドライブシャフトDSとが接触することはない。モータ５０の出力軸５１は、ロアアーム２０の面（ロアアーム２０の揺動軸心Aと、ロアアーム２０の車幅方向外側の端Bとを通る面）と直交するように、空間R内に突出している。出力軸５１の先端には、出力軸５１と一体に第１歯車６１が設けられている。

空間R内には、モータ５０に対して車幅方向外側に、第２歯車６２が設置されている。第２歯車６２は、第１ケース201に設けられたベアリングBRG1と第２ケース202に設けられたベアリングBRG2により軸支されており、その回転軸はモータ５０の出力軸と平行に設けられている。第２歯車６２の回転軸上には、大径歯車621と小径歯車622が２段に設けられている。小径歯車622に対して車両下方に設けられた大径歯車621は、第1歯車６１と噛合っている。

第３歯車６３は、第2歯車６２に対して車幅方向外側の空間R内に設置されている。第３歯車６３は、第１ケース201に設けられたベアリングBRG3と第２ケース202に設けられたベアリングBRG4により軸支されており、その回転軸は第２歯車６２の回転軸と平行に設けられている。セクタ歯車である第３歯車６３の歯は、第２歯車６２の小径歯車622と噛合っている。第３歯車６３の上面側には、第３歯車６３の回転軸に沿って、第３歯車６３と一体に駆動側ヨーク４１が形成されている。駆動側ヨーク４１は、第２ケース202に形成された貫通孔207を通ってロアアーム２０の上面側に突出するように設けられている。

なお、第1ケース201および第2ケース202から構成されるケースには、第３歯車６３がいずれかの回転方向に所定角度以上回転しようとしたときに、扇形である第３歯車６３の２本の半径部分と当接して、その回転を規制するストッパ機構が設けられている。上記所定角度は、転舵限界時における第３歯車６３の回転角と一致するように設定されている。なお、第3歯車６３をセクタ歯車とすることで、ロアアーム２０の車両幅方向および車両前後方向の寸法を短くすることが可能である。これによりモータ回転を十分に減速しつつ、ロアアーム２０が必要以上に長くなることを抑制し、装置をコンパクト化できる。

モータ５０（出力軸５１）の回転数は、第1歯車６１の回転数と等しい。第1歯車６１と第2歯車６２の大径歯車621との歯数の比だけ、モータ回転が減速されて第2歯車６２に伝達される。また、第2歯車６２の小径歯車622と（円形歯車に換算した後の）第３歯車６３との歯数の比だけ、第2歯車６２の回転が減速されて第３歯車６３に伝達される。第３歯車６３は、転舵角の範囲内で回転すればよく、３６０°回転する必要がないため、扇型のセクタ歯車が用いられている。

このようにモータ５０の回転は、第1〜第3歯車６１〜６３からなる減速機構６０により減速されて駆動側ヨーク４１の回転に変換される。このとき、モータ５０の出力トルクは、減速機構６０の減速比に比例して増幅され、駆動側ヨーク４１へ出力される。駆動側ヨーク４１の回転およびトルクは、スパイダ４３を介して被駆動側ヨーク４２に伝達され、アクスルハウジング３０（左前輪FL）をキングピン軸周りに旋回させる。すなわち、ロアアーム２０に設置されたモータ５０の駆動力により、アクスルハウジング３０（左前輪FL）が旋回する。

なお、ロアアーム２０には、モータ５０を制御する操舵制御装置ECUが、モータ５０に隣接して搭載されている。

右前輪FR（転舵輪）についても、上記左前輪FLと同様に設けられている。すなわち、ステアリング装置１の転舵アクチュエータ（モータ５０および減速機構６０）は、車両の左右の前輪FL,FRごとに別々に設けられ、SBWシステムの一部を構成している。

［実施例１の作用効果］
以下、本実施例１から把握される本発明のステアリング装置１の作用効果を列挙する。

（１）車輪FLが取り付けられたハブHを回転自在に支持するアクスルハウジング３０と、一端（支持部２１）で車体に対して揺動自在に軸支され、他端に設けられた転舵部２３でアクスルハウジング３０を旋回自在に支持するロアアーム２０と、ロアアーム２０に設置され、その駆動力によりアクスルハウジング３０を旋回させるモータ５０と、を備え、モータ５０の回転軸とアクスルハウジング３０の旋回軸（キングピン軸）とを互いにずらして配置した。

よって、SBWシステムを構成するステアリング装置１において、モータ５０が車体側ではなくロアアーム２０上に設置されているため、転舵アクチュエータ（モータ５０等）と車体側の部品（エンジン等）との干渉が発生するおそれがなく、レイアウト性を向上できる。また、サスペンションストローク時にトー変化が発生せず、トー変化を補正する新たな制御ロジックを設ける必要がないため、操舵制御装置ECUが複雑化しない。
また、モータ５０の回転軸が、アクスルハウジング３０の旋回軸、すなわち転舵軸（キングピン軸）に対してずれるように配置されている。このため、第1に、モータ５０の回転軸とキングピン軸との間に減速機構６０を設けることが可能である。よって、転舵アクチュエータ（モータ５０等）と車輪側の部品（ハブHや車輪FL等）との干渉を防止しつつ、十分な転舵トルクを確保できるため、商品性を確保できる。第2に、ロアアーム２０に作用するモータ荷重のモーメントを小さくできるため、車両のバネ下重量の増加を抑制でき、乗心地性や操縦安定性能を損なうこともない、という効果を有する。

（２）モータ５０の回転軸は転舵部２３よりも車体寄りに位置することとした。言い換えれば、モータ５０をアクスルハウジング３０の旋回軸（キングピン軸）よりも車体近傍に設けた。

よって、転舵アクチュエータ（モータ５０等）と車輪側の部品（ハブHや車輪FL等）との干渉を確実に防止できる。また、モータ５０の設置位置とロアアーム２０の揺動軸（支持部２１，２１を結ぶ直線）との距離が短くなるため、ロアアーム２０に作用するモータ荷重のモーメントを小さくでき、車両のバネ下重量の増加を確実に抑制できる、という効果を有する。

（３）モータ５０の回転を減速する減速機構６０を備え、減速機構６０は、ロアアーム２０上であってモータ５０（の回転軸）と転舵部２３との間に設けられていることとした。言い換えれば、車体側からモータ５０、減速機構６０の順番に転舵アクチュエータを配置した。

よって、減速機構６０をモータ５０（の回転軸）と同軸に、言い換えればモータ５０と一体に設けた場合に比べ、モータ５０を小型化できる。すなわち、モータ５０と転舵部２３との間の十分なスペースにおいて減速機構６０を設けることができるため、モータ５０を小型化しても、減速機構６０により十分な減速比すなわち転舵トルクを得ることができる。また、ロアアーム２０上に、モータ５０および減速機構６０がロアアーム２０と一体に設けられている。すなわち、ロアアーム２０を構成する第1、第2ケース201,202内に減速機構６０が収容されるとともに、第1ケース201上にモータ５０が設置されている。このため、ロアアーム２０と転舵アクチュエータ（モータ５０、減速機構６０）とをまとめて一部品として取り扱うことが可能となり、商品性を向上できる、という効果を有する。

（４）モータ５０の回転を減速する波動歯車装置を備えることとしてもよい。

すなわち、ウェーブジェネレータ、フレクスプライン、およびサーキュラスプラインを一段同軸上に備えた周知の波動歯車装置は、比較的高い減速比を実現し、装置がコンパクトであり回転精度も高い。この波動歯車装置を、例えばモータ５０の回転軸と同軸に（言い換えればモータ５０と一体に）備えた場合、モータ出力軸５１の回転を波動歯車装置により減速できる。また、モータ５０の回転軸がキングピン軸に対してずれるように配置されているため、モータ５０の回転軸とキングピン軸との間にさらに別の減速機構６０を設けることが可能である。よって、波動歯車装置により減速されたモータ５０の出力回転をさらに減速することが可能である。したがって、この場合、モータ５０の回転軸とキングピン軸との間に設ける上記減速機構６０の構成を簡素化しつつ、高い減速比すなわち転舵トルクを得ることができる。
一方、波動歯車装置の軸を、モータ５０の回転軸とずらして（言い換えればモータ５０と一体でなく）設けた場合、モータ５０をさらに小型化できる、という効果を有する。

（５）転舵部２３はユニバーサルジョイント４０を介してアクスルハウジング３０に連結されていることとした。

すなわち、ユニバーサルジョイント４０は、転舵アクチュエータ（転舵部２３の駆動側ヨーク４１）からアクスルハウジング３０（第2アーム３３の被駆動側ヨーク４２）へ転舵トルクを伝達しつつ、アクスルハウジング３０をロアアーム２０に対して旋回可能に連結することで、ステアリング機能を実現させる。すなわち、ユニバーサルジョイント４０は、車輪FLのロア側アウタピボット点となる。また、ユニバーサルジョイント４０は、車輪FLが車体に対して車両上下方向で揺動可能なように、アクスルハウジング３０とロアアーム２０とを連結することで、サスペンション機能を実現させる。よって、１つのユニバーサルジョイント４０という簡素な構成でこれら両機能を円滑に実現できる、という効果を有する。

（６）モータ５０はロアアーム２０の上面に取り付けられていることとした。

よって、ロアアーム２０の下面に取り付けた場合と異なり、路面（の障害物）と転舵アクチュエータ（モータ５０）との干渉を確実に排除しつつ、電子制御される精密機器であるモータ５０に対する路面からの影響を防止できる、という効果を有する。なお、モータ５０と切り離された減速機構６０を別途設けることでモータ５０の小型化が可能である。このため、前輪駆動車において、ロアアーム２０の上面にモータ５０を取り付けた場合でも、ドライブシャフトDSとモータ５０が干渉することを防止できる。

（７）モータ５０および減速機構６０は操舵輪＝転舵輪（前輪FL,FR）毎に設けられていることとした。

よって、転舵アクチュエータが転舵輪（前輪FL,FR）毎に設けられることで、ステアリングシステムを構成する各種装置のレイアウトや設計の自由度が拡大し、システム全体としての小型化・コンパクト化を図りやすい。また、左右前輪FL,FRを独立に転舵可能なため、車両の運動性能等を向上できる。さらに、転舵輪（前輪FL,FR）毎に、サスペンション装置２の構成部材（ロアアーム２０）とステアリング装置１の構成部材（転舵アクチュエータ）とをまとめて一部品・一ユニットとして取り扱うことが可能となり、商品性を向上できる、という効果を有する。

なお、各転舵輪（前輪FL,FR）の転舵アクチュエータをケーブル等により機械的に接続したフェイルセーフ機構を設けることとしてもよい。この場合、一方の転舵アクチュエータが失陥したときは他方の転舵アクチュエータの動作を機械的に伝達することで、各転舵輪（前輪FL,FR）の正常な転舵が可能となる。

（８）ロアアーム２０にモータ５０を制御する操舵制御装置ECUを搭載することとした。

よって、ロアアーム２０と転舵アクチュエータ（モータ５０等）と操舵制御装置ECUとをまとめて一部品・一ユニットとして取り扱うことが可能となり、商品性を向上できる、という効果を有する。

本実施例２のステアリング装置１は、実施例１と同様のSBWシステムに適用され、サスペンション装置２に支持された転舵輪（左前輪FL）を、転舵アクチュエータ（モータ５０、減速機構７０、リンク機構８０）の駆動力により転舵する。

（ステアリング装置の構成）
以下、本実施例２のステアリング装置１を、図２および図３に基づき説明する。実施例１と同様の構成については実施例１（図１）と同じ符号を付して説明を省略する。図２は、左前輪FL（転舵輪）におけるステアリング装置１を車両の正面から見た部分断面図であり、図３のC-C線近傍で切った断面を示す。図３は、図２のステアリング装置１を車両上方から見た部分断面図である。なお、図２ではリンク機構８０を省略し、図３ではドライブシャフトDS等を省略して描いている。

ストラット式のフロントサスペンション装置２の構成は、実施例1と同様である。

ロアアーム２０は、一般のストラット式サスペンション装置に用いられるΓ型のロアアームであり、車体に形成された２箇所の支持部21ａ,21bの間で車体に軸支されている（図３参照）。各支持部21ａ,21bの構成は実施例１と同様である。

ロアアーム２０の転舵部２３は、車両前後方向において、アクスルシャフトAS（左前輪FLの中心）と略同位置に設けられ、また、車両後方の支持部21bよりも車両前方の支持部21ａのほうに近い位置に設けられている。転舵部２３には、ボールジョイント９０を介して、アクスルハウジング３０の第２アーム３３が連結されている。ボールジョイント９０は、一般の（転舵アクチュエータが設けられていない）ロアアームの車輪側支持部と同様の構造を有し、また同様の位置で車輪側（アクスルハウジング３０）へ取り付けられている。ボールジョイント９０のボールスタッド９１の軸は、略車両上下方向に設けられている。ボールジョイント９０は、ロアアーム２０の揺動に伴うアクスルハウジング３０とロアアーム２０との間の角度変化を吸収する。

ロアアーム２０の車幅方向内側には、アーム部２２の内部に、減速機構７０を構成する複数の歯車７１〜７３が設けられている。ロアアーム２０の車幅方向外側には、アーム部２２の外部に、リンク機構８０を構成する複数のアームおよびロッドが設けられている（図３参照）。リンク機構８０は、減速機構７０により減速された回転およびトルクを伝達し、転舵部２３においてアクスルハウジング３０（第２アーム３３）を旋回させる。

すなわち、ロアアーム２０は、転舵部２３においてアクスルハウジング３０を旋回自在に支持しており、ボールジョイント９０が左前輪FLのロア側アウタピボット点となっている。アッパ側アウタピボット点であるストラット１０の上端の車体側取付部と、上記ロア側アウタピボット点とを結ぶ直線が、左前輪FLの転舵軸（キングピン軸）となる。

（転舵アクチュエータ）
実施例２の転舵アクチュエータは、モータ５０と減速機構７０とリンク機構８０とを有しており、ロアアーム２０の上面ないし側面およびロアアーム２０の内部に設置されている。なお、実施例1と同様、ロアアーム２０に（例えばモータ５０と隣接して）モータ５０を制御する操舵制御装置ECUを搭載することとしてもよい。

ロアアーム２０は、ロアアーム２０の下面を構成する第１ケース221と、第１ケース221の上面に取り付けられる第2ケース222と、第2ケース222の上面に取り付けられる第３、第4ケース223,224と、を有している。これらの第1〜第4ケース221〜224は、減速機構７０を収容するケースを構成している。

減速機構７０は、ウォームギア機構を用いた２段歯車機構から成っている。第１歯車７１はウォームギアである。第2歯車７２はウォームホイール（大径歯車721）を有している。第3歯車６３はセクタ歯車である。

モータ５０は、実施例1と同様のDCブラシレスモータである。モータ５０の回転軸心は、ロアアーム２０を揺動自在に支持する軸心に沿って、車両前後方向に配置されている。すなわち、２箇所の支持部21ａ,21bを結ぶ直線とモータ５０の出力軸５１とが略平行になり、かつ上記直線と出力軸５１との距離が小さくなるように、ロアアーム揺動軸の近傍にモータ５０が設置されている。モータ５０は、支持部21ａ,21bの間における車両後方側（支持部21ｂ寄り）の位置で、第1ケース221の上面に設置されている。

モータ５０の出力軸５１は、第3ケース223内に収容されている。出力軸５１の先端には、出力軸５１と一体に第１歯車７１が設けられている。第3ケース223内には、出力軸５１に対して車幅方向外側に、第２歯車７２が設置されている。第２歯車７２は、第２ケース222に設けられたベアリングBRG11と第１ケース221に設けられたベアリングBRG12とにより軸支されている。第２歯車７２の回転軸720は、モータ５０の出力軸５１に対して車幅方向外側で、ロアアーム２０の面と直交するように、車両上下方向に設けられている。回転軸720上には、ウォームホイールである大径歯車721と平歯車である小径歯車722が２段に設けられている。大径歯車721は第1歯車７１（ウォームギア）と噛合っている。

第３歯車７３は、第2歯車７２に対して車幅方向外側に設置されている。第３歯車７３は、第１ケース221に設けられたベアリングBRG13と第４ケース224に設けられたベアリングBRG14とにより軸支されており、その回転軸730は第２歯車７２の回転軸720と平行に設けられている。セクタ歯車である第３歯車７３の歯は、第２歯車７２の小径歯車722と噛合っている。第３歯車７３の回転軸730は車両上方に延び、第２ケース222および第4ケース224を貫通して、ロアアーム２０の上面側に突出するように設けられている。

第1ケース221における第３歯車７３の収容部225も扇形に形成されており、その２本の半径部分S1,S2は、第３歯車７３がいずれかの回転方向に所定角度だけ回転したときに、第３歯車７３の２本の半径部分731,732とそれぞれ当接する。これにより、それ以上の回転を規制する。なお、図３では転舵角が０のときの第３歯車７３の中立位置を示す。このように収容部225は、第３歯車７３が所定角度以上回転することを規制するストッパ機構（半径部分S1,S2）を有している。上記所定角度は、転舵限界時における第３歯車７３の回転角と一致するように設定されている。

以上のような減速機構７０により、実施例1と同様、モータ５０の回転が減速されて第３歯車７３に伝達される。このとき、モータ５０の出力トルクは、減速機構７０の減速比に比例して増幅され、第３歯車７３へ出力される。第３歯車７３の回転およびトルクは、リンク機構８０を介して第2アーム３３に伝達され、アクスルハウジング３０（左前輪FL）をキングピン軸周りに旋回させる。すなわち、ロアアーム２０に設置されたモータ５０の駆動力により、アクスルハウジング３０（左前輪FL）が旋回する。

なお、第3歯車７３をセクタ歯車とすることで、ロアアーム２０における第3歯車７３の収容部225も扇形とすることができ、よってロアアーム２０の車両幅方向および車両前後方向の寸法を短くすることが可能である。これによりモータ回転を十分に減速しつつ、ロアアーム２０が必要以上に長くなることを抑制し、装置をコンパクト化できる。

また、モータ５０は、車両前後方向から見たときの正面投影面積が最小となるように、第1ケース221の上面に設置されている。よって、モータ５０とエンジン等の車体側部品との干渉によるレイアウト性の低下のおそれが少ない。さらにモータ５０は、ロアアーム２０の支持部21ａ,21bの間における車両後方側（支持部21ｂ寄り）の位置に設置されており、車両上方から見たとき、ドライブシャフトDSと重なることがない。よって、サスペンションストローク時、ロアアーム２０が揺動してもモータ５０とドライブシャフトDSとが接触することはない。

また、図2に示すように、車両上下方向でロアアーム２０の最上面に位置する第3ケース223と、サスペンションのフルリバウンド時におけるドライブシャフトDSの下端との間には、隙間αができるように設けられている。よって、サスペンションストローク時、ロアアーム２０が揺動しても、ロアアーム２０の上端（第3ケース223）とドライブシャフトDSとが接触することはない。

また、車両上下方向でロアアーム２０の最下面に位置する第１ケース221（の車幅方向内側）と、転舵部２３の最下端を通る水平面との間には、隙間βができるように設けられている。すなわち、ロアアーム２０の下端面は必要以上に車両下方に突出せず、ロアアーム２０と路面（の障害物）とが干渉するおそれは少ない。

次に、リンク機構８０について説明する。リンク機構８０は、一般の（SBWシステムでない、例えばラック＆ピニオン式の）ステアリング装置に用いられるリンク機構と同様のものであり、ピットマンアーム８１とタイロッド８２とナックルアーム８３とを有している。リンク機構８０は、減速機構７０により減速された（第３歯車７３の）回転運動を、転舵部２３におけるアクスルハウジング３０の旋回運動に変換する。

ロアアーム２０の上面側に突出した第３歯車７３の回転軸730の先端には、ピットマンアーム８１の一端81aが一体に結合されている。図3に示すように、ピットマンアーム８１は、転舵角ゼロの中立状態では車両前後方向に沿って設置されており、一端81aを中心に回転可能に設けられている。ピットマンアーム８１の他端81bは、ボールジョイントを介してタイロッド８２の一端82aと連結されている。

タイロッド８２は車幅方向に沿って設置されている。タイロッド８２の他端82bは、ボールジョイントを介してナックルアーム８３の一端83aと連結されている。

ナックルアーム８３は、転舵角ゼロの中立状態では車両前後方向に沿って設置されている。ナックルアーム８３の他端83bはアクスルハウジング３０の第2アーム３３に一体に結合されている。

ナックルアーム８３の長さはピットマンアーム８１の長さと略同じに設けられている。ピットマンアーム８１の一端81aとナックルアーム８３の他端83bとは、車両前後方向で略同位置に設けられている。また、タイロッド８２（他端82b）とナックルアーム８３（一端83a）の連結部（ボールジョイントの回転中心D）と、ロアアーム２０（転舵部２３）とアクスルハウジング３０（第2アーム３３）の連結部（ボールジョイント９０の回転中心E）とを結ぶ直線Lは、転舵角ゼロの中立状態では、ロアアーム２０の揺動軸と略平行に設けられている。

次に、リンク機構８０の作用について説明する。ピットマンアーム８１は、第３歯車７３の回転に応じて揺動回転する。タイロッド８２は、ピットマンアーム８１の揺動回転に応じて車体幅方向に移動する。ナックルアーム８３は、タイロッド８２の移動に応じて揺動回転する。ナックルアーム８３と一体に設けられたアクスルハウジング３０（第2アーム３３）は、ナックルアーム８３の揺動回転に応じて、ボールジョイント９０を中心として（ロアアーム２０に対して）旋回する。なお、この旋回の角度、すなわち転舵角の最大値（限界値）は、図3に示すように、中立状態に対して約４０°となるように設定されている。

右前輪FR（転舵輪）についても、上記左前輪FLと同様に設けられている。すなわち、ステアリング装置１の転舵アクチュエータ（モータ５０、減速機構７０、リンク機構８０）は、車両の左右の前輪FL,FRごとに別々に設けられ、SBWシステムの一部を構成している。

［実施例２の作用効果］
以下、本実施例２から把握される本発明のステアリング装置１の作用効果を列挙する。

実施例２のステアリング装置１は、実施例１の上記（１）（２）（３）（６）（７）と同様の構成および作用効果を有している。

（９）ロアアーム２０は車体に形成された２箇所の支持部21a,21bの間で車体に軸支されているとともに、モータ５０は支持部21a,21bの間に配置されていることとした。

このように、転舵アクチュエータにおける主要な重量物であるモータ５０をロアアーム２０の揺動軸（支持部21a,21bを結ぶ直線）の近傍に設けることで、モータ５０の設置位置とロアアーム２０の揺動軸との距離が極めて短くなる。よって、ロアアーム２０に作用するモータ荷重のモーメントを大幅に小さく（ほとんどゼロに）でき、車両のバネ下重量の増加を確実に抑制できる、という効果を有する。

（１０）モータ５０の回転軸心（出力軸５１）はロアアーム２０を揺動自在に支持する軸心に沿って配置され、減速機構７０はウォーム（第1歯車７１）とウォームホイール（第2歯車７２）を有していることとした。

よって、ウォーム減速機構により大きな減速比を得ることができるとともに、モータ５０の回転軸心をロアアーム２０の揺動軸に沿って配置することで、モータ５０の正面投影面積が最小となり、モータ５０とエンジン等の車体側部品との干渉によるレイアウト性の低下を防止できる。また、ウォームホイール（第2歯車７２）を水平面に対して平行に設けることができ、このためロアアーム２０の車両上下方向寸法が長くなることを抑制できる。よって、例えば、ロアアーム２０の第3ケース223と、サスペンションのフルリバウンド時におけるドライブシャフトDSの下端との間に隙間αを設け、ロアアーム２０の上端（第3ケース223）とドライブシャフトDSとの接触を防止できる。また、ロアアーム２０の第１ケース221と、転舵部２３の最下端を通る水平面との間に隙間βを設け、ロアアーム２０の下端と路面（の障害物）との接触を防止できる。したがって、上記（９）の効果に加え、大きな減速比を得つつ、従来通りのサスペンション機能を得ることができる、という効果を有する。

（１１）減速機構７０はケース（第１〜第4ケース221〜224）内に収容されるとともに、セクタ歯車（第3歯車７３）を有し、セクタ歯車（第3歯車７３）が所定以上回動したときにセクタ歯車（第3歯車７３）と当接するストッパ機構（S1,S2）をケース（第1ケース221）に設けた。

よって、減速機構７０に用いる第3歯車７３をセクタ歯車とすることで、ロアアーム２０の収容部225も扇形とすることができ、ロアアーム２０の車幅方向および車両前後方向の寸法を短くすることが可能である。これによりモータ回転を十分に減速しつつ、ロアアーム２０が必要以上に長くなることを抑制し、装置全体をコンパクト化できる。また、第1ケース221の収容部225に、第３歯車７３が所定角度以上回転することを規制するストッパ機構（半径部分S1,S2）を設けた。上記所定角度は、転舵限界時における第３歯車７３の回転角と一致するように設定されている。よって、減速機構７０が、減速機能の他に、転舵角の限界を機械的に設定するストッパ機能を有することとなる。したがって、ストッパ装置を別途設ける必要がないため、部品点数を削減しつつステアリング装置のフェイルセーフ機能を向上できる、という効果を有する。

なお、本実施例２の減速機構７０において、第2歯車７２を省略し、第3歯車７３（セクタ歯車）をウォームセクタとして設け、この第3歯車７３を直接に第1歯車７１（ウォームギア）に噛合わせることとしてもよい。この場合、部品点数を削減しつつ、上記と同様の効果を得ることができる。

（１２）モータ５０の回転に応じて車体幅方向に移動可能なタイロッド８２と、アクスルハウジング３０と一体に設けられ、タイロッド８２に連結されたナックルアーム８３と、を備え、タイロッド８２とナックルアーム８３の連結部（ボールジョイントの回転中心D）と、ロアアーム２０とアクスルハウジング３０の連結部（ボールジョイント９０の回転中心E）とを結ぶ直線Lは、ロアアーム２０の揺動軸と略平行であることとした。

このように、タイロッド８２とナックルアーム８３とを有するリンク機構８０を備えることで、ロアアーム２０の車幅方向外側に減速機構７０を設ける必要がない。言い換えれば、ロアアーム２０の揺動軸と減速機構７０との距離を小さくできるため、ロアアーム２０に作用する減速機構７０の荷重のモーメントを小さくでき、車両のバネ下重量の増加を抑制できる。
また、転舵角ゼロの中立位置では、タイロッド８２とナックルアーム８３とがなす角度が略直角となる。このため、タイロッド８２が中立状態からいずれの方向に移動するときにも、タイロッド８２からナックルアーム８３に入力される力のモーメントが最大となる。また、タイロッド８２の所定移動量に対するナックルアーム８３の回転量が、タイロッド８２の移動方向によって偏ることもない。よって、減速機構７０からアクスルハウジング３０へ効率的にトルクを伝達できるとともに、転舵角を安定的に制御できる。よって、モータ５０や減速機構７０の小型化を図ることができるとともに、操舵制御ロジックを簡略化できる、という効果を有する。
なお、タイロッド８２の車幅方向内側での取り付け位置は、ロアアーム２０上（に設けられたピットマンアーム８１）であるため、上記（１）に記載のように、サスペンションストローク時にトー変化が発生しない。よって、上記（１２）のような構成としても不都合は生じない。

（１３）実施例１と同様に、実施例２のステアリング装置１においても、モータ５０の回転を減速する波動歯車装置を備えることとしてもよい。

この場合、第1、第2歯車７１，７２からなるウォームギア機構を省略し、装置を簡略化することも可能である。例えば、波動歯車装置をモータ５０の回転軸と同軸に（言い換えればモータ５０と一体に）設け、その出力軸が第2歯車の回転軸722の位置と一致するようにモータ５０をロアアーム２０の上面に設置し、上記出力軸に設けたギアが第3歯車７３と噛合うように構成してもよい（リンク機構８０を除けば、実施例１と同様の構成となる）。この場合、モータ５０の設置位置を車両前後方向で適宜調整することで、ドライブシャフトDSとモータ５０との干渉を回避できる。また、後輪駆動車の前輪に適用すれば、ドライブシャフトDSとの干渉を考慮せずにモータ５０の設置位置を最適化できる。

［他の実施例］
以上、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１、２に基づいて説明してきたが、本発明の具体的な構成は実施例１、２に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。

例えば、実施例１では、本発明のステアリング装置１をストラット式のサスペンション装置２に適用することとしたが、ダブルウィッシュボーン式その他の、ロアアームを有するサスペンション装置に適用することとしてもよい。

実施例１では、ロアアーム２０の転舵部２３に用いるユニバーサルジョイント４０としてフックジョイントを用いたが、等速ジョイントその他のジョイントを用いることとしてもよい。

実施例２では、タイロッド８２（リンク機構８０）をロアアーム２０に対して車両前方側に設けたが、ロアアーム２０に対して車両後方側にタイロッド８２（リンク機構８０）を設けることとしてもよい。なお、車両上下方向でのタイロッド８２とロアアーム２０との位置関係は、適宜設定できる。

実施例１のステアリング装置（左前輪FL）を車両正面から見た部分断面図。 実施例２のステアリング装置（左前輪FL）を車両正面から見た部分断面図（図３のC-C断面）。 実施例２のステアリング装置（左前輪FL）を車両上方から見た部分断面図。

符号の説明

１ ステアリング装置
２ サスペンション装置
２０ ロアアーム
２１ 支持部
２１ａ 支持部
２１ｂ 支持部
２３ 転舵部
３０ アクスルハウジング
４０ ユニバーサルジョイント
５０ モータ
５１ 出力軸
６０ 減速機構
７０ 減速機構
７１ 第1歯車（ウォーム）
７２ 第2歯車（ウォームホイール）
７３ 第3歯車（セクタ歯車）
８０ リンク機構
８２ タイロッド
８３ ナックルアーム
９０ ボールジョイント
２０１ 第1ケース
２０２ 第2ケース
２２１ 第1ケース
２２２ 第２ケース
２２３ 第３ケース
２２４ 第４ケース
Ｈ ハブ
ＥＣＵ 操舵制御装置
Ｓ１，Ｓ２ ストッパ機構

Claims (18)

1. 操舵入力装置に対して転舵輪が機械的に切り離されたステアバイワイヤシステムに用いられるステアリング装置であって、
   前記転舵輪が取り付けられたハブを回転自在に支持するアクスルハウジングと、
   一端で車体に対して揺動自在に軸支され、他端に設けられた転舵部で前記アクスルハウジングを旋回自在に支持するロアアームと、
   前記ロアアームに設置され、その駆動力により前記アクスルハウジングを旋回させるモータと、
   前記モータの回転を減速する減速機構と、を備え、
   前記モータの回転軸と前記アクスルハウジングの旋回軸とは互いにずらして配置され、
   前記減速機構は、前記ロアアーム上であって前記モータの回転軸と前記転舵部との間に設けられると共に、前記ロアアームを構成する第１ケースと第２ケースにより挟まれた空間内に収容されている
   ことを特徴とするステアリング装置。
2. 前記モータの回転軸は前記転舵部よりも車体寄りに位置することを特徴とする請求項１に記載のステアリング装置。
3. 前記モータの回転を減速する波動歯車装置を備えていることを特徴とする請求項２に記載のステアリング装置。
4. 前記転舵部はユニバーサルジョイントを介して前記アクスルハウジングに連結されていることを特徴とする請求項１に記載のステアリング装置。
5. 前記モータは前記ロアアームの上面に取り付けられていることを特徴とする請求項２に記載のステアリング装置。
6. 前記モータの回転軸心は前記ロアアームを揺動自在に支持する軸心に沿って配置され、
   前記減速機構はウォームとウォームホイールを有していることを特徴とする請求項１に記載のステアリング装置。
7. 前記減速機構はセクタ歯車を有し、
   前記セクタ歯車が所定以上回動したときに前記セクタ歯車と当接するストッパ機構を前記ケースに設けたことを特徴とする請求項６に記載のステアリング装置。
8. 前記モータは前記ロアアームの上面に取り付けられていることを特徴とする請求項６に記載のステアリング装置。
9. 前記ロアアームは車体に形成された２箇所の支持部の間で車体に軸支されているとともに、前記モータは前記２箇所の支持部の間に配置されていることを特徴とする請求項８に記載のステアリング装置。
10. 前記モータの回転に応じて車体幅方向に移動可能なタイロッドと、
    前記アクスルハウジングと一体に設けられ、前記タイロッドに連結されたナックルアームと、を備え、
    前記タイロッドと前記ナックルアームの連結部と、前記ロアアームと前記アクスルハウジングの連結部とを結ぶ直線は、前記ロアアームの揺動軸と略平行であることを特徴とする請求項８に記載のステアリング装置。
11. 前記モータおよび前記減速機構は操舵輪毎に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のステアリング装置。
12. 操舵入力装置に対して転舵輪が機械的に切り離されたステアバイワイヤシステムに用いられるステアリング装置であって、
    前記転舵輪が取り付けられたハブを回転自在に支持するアクスルハウジングと、
    一端で車体に対して揺動自在に軸支され、他端に設けられた転舵部で前記アクスルハウジングを旋回自在に支持するロアアームと、
    前記ロアアームに設置され、その駆動力により前記アクスルハウジングを旋回させるモータと、
    前記モータの回転を減速する減速機構と、を備え、
    前記モータは前記アクスルハウジングの旋回軸よりも車体近傍に設けられ、
    前記減速機構は、前記モータの回転軸と前記転舵部との間で前記ロアアームを構成する第１ケースと第２ケースにより挟まれた空間内に収容されている
    ことを特徴とするステアリング装置。
13. 前記モータの回転を減速する波動歯車装置を備えていることを特徴とする請求項１２に記載のステアリング装置。
14. 前記モータは前記ロアアームの上面に取り付けられていることを特徴とする請求項１２に記載のステアリング装置。
15. 前記モータおよび前記減速機構は操舵輪毎に設けられていることを特徴とする請求項１２に記載のステアリング装置。
16. 操舵入力装置に対して転舵輪が機械的に切り離されたステアバイワイヤシステムに用いられるステアリング装置であって、
    前記転舵輪が取り付けられたハブを回転自在に支持するアクスルハウジングと、
    一端で車体に対して揺動自在に軸支され、他端で前記アクスルハウジングを旋回自在に軸支するロアアームと、
    前記ロアアームに設置され、その駆動力により前記アクスルハウジングを旋回させるモータと、
    前記モータの回転を減速する減速機構と、を備え、
    車体側から前記モータ、前記減速機構の順番に配置され、
    前記減速機構は、前記ロアアーム内に形成された空間に収容されている
    ことを特徴とするステアリング装置。
17. 前記モータは前記ロアアームの上面に取り付けられていることを特徴とする請求項１６に記載のステアリング装置。
18. 操舵入力装置に対して転舵輪が機械的に切り離されたステアバイワイヤシステムに用いられるステアリング装置であって、
    前記転舵輪が取り付けられたハブを回転自在に支持するアクスルハウジングと、
    一端で車体に対して揺動自在に軸支されると共に、他端に、前記アクスルハウジングの旋回軸上に設けられて軸回転することで前記アクスルハウジングを旋回駆動する駆動軸を備えたロアアームと、
    前記ロアアームに設置され、その駆動力により前記駆動軸を前記ロアアームに対して軸回転させるモータと、
    前記ロアアーム上であって前記モータの回転軸と前記駆動軸との間に設けられ、前記モータの回転を減速して前記駆動軸に伝達する減速機構と、備え、
    前記ロアアームは、前記減速機構を収容する空間を構成する第１ケースと第２ケースを備えた
    ことを特徴とするステアリング装置。

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