JP2019051846A - 補助転舵機能付ハブユニットおよびそれを備えた車両 - Google Patents

Abstract

【課題】走行状況に応じた補助的な転舵が左右輪独立で行えて、車両の運動性能を向上させ、走行の安定・安全性の向上と燃費の改善を図ることが可能となり、またハブベアリングの外輪の加工が容易でかつ安価に製作することができる補助転舵機能付ハブユニットおよびそれを備えた車両を提供する。【解決手段】内輪１２に車輪が取り付けられるハブベアリング３と、外輪１１を上下方向に延びる補助転舵軸心Ａ回りに回転自在なように上下２箇所でそれぞれ回転許容支持部品を介して支持する外輪支持部材とを備える。外輪１１は、内周に転動体の軌道溝１１ａが形成された円筒状の外輪本体６１と、この外輪本体６１の外周側にあって回転許容支持部品に補助転舵軸心Ａ回りに回転自在に支持される被支持部１９Ａ，１９Ｂが設けられた補助転舵部材６２とを有する。外輪本体６１と補助転舵部材６２は別部品であって互いに結合されている。【選択図】図８

Description

この発明は、ステアリング装置による転舵に付加する転舵や、後輪転舵等の補助的な転舵を行う機能を備えた補助転舵機能付ハブユニットおよび車両に関し、走行性の安定と安全性の向上の技術に係る。

一般的な自動車等の車両は、ハンドルとステアリング装置が機械的に接続され、また、ステアリング装置の両端はタイロッドによってそれぞれの左右輪につながっている。そのため、ハンドルの動きによる左右輪の切れ角度は初期の設定によって決まる。
車両のジオメトリには、(1) 左右輪の切れ角度が同じである「パラレルジオメトリ」、(2) 旋回中心を１か所にするために旋回内輪タイヤ角度を旋回外輪タイヤ角度よりも大きく切る「アッカーマンジオメトリ」が知られている。

車両のジオメトリは、走行性の安定と安全性に影響する。
走行状況に応じてステアリングジオメトリを可変とした機構に関しては、例えば特許文献１，２が提案されている。特許文献１では、ナックルアームとジョイント位置を相対的に変化させて、ステアリングジオメトリを変化させる。特許文献２では、モータ２個を使い、トー角とキャンバー角の両方を任意の角度に傾けることを可能にしている。また、４輪独立転舵の機構につき、特許文献３で提案されている。

特開２００９−２２６９７２号公報 独国特許出願公開第１０２０１２２０６３３７号明細書 特開２０１４−０６１７４４号公報

アッカーマンジオメトリは、車両に作用する遠心力を無視できるような低速域での旋回において、車輪にスムーズに旋回させるために、各輪が共通の一点を中心として旋回するように左右輪の舵角差を設定している。しかし、遠心力を無視できない高速域の旋回においては、車輪は遠心力とつり合う方向にコーナリングフォースを発生させることが望ましいため、アッカーマンジオメトリよりもパラレルジオメトリとすることが好ましい。

前述したように一般的な車両の操舵装置は機械的に車輪と接続されているため、一般的には固定された単一のステアリングジオメトリしか取ることができず、アッカーマンジオメトリとパラレルジオメトリとの中間的なジオメトリに設定されることが多い。しかし、この場合、低速域では左右輪の舵角差が不足して外輪の舵角が過大となり、高速域では内輪の舵角が過大となる。このように内外輪のタイヤ横力配分に不要な偏りがあると、走行抵抗の悪化による燃費悪化及びタイヤの早期摩耗の原因となり、また内外輪を効率的に利用できないことによって、コーナリングのスムーズさが損なわれるといった課題がある。

特許文献１，２の提案によると、ステアリングジオメトリを変更させることができるが次の課題がある。
特許文献１では、前述のようにナックルアームとジョイント位置を相対的に変化させてステアリングジオメトリを変化させているが、このような部分で車両のジオメトリを変化させるほどの大きな力を得るモータアクチュエータを備えることは、空間の制約上、非常に困難である。また、この位置での変化によるタイヤ角の変化が小さく、大きな効果を得るためには、大きく変化させる、つまり大きく動かす必要がある。

特許文献２では、モータを２個使っているため、モータ個数の増大によるコスト増が生じるうえ、制御が複雑になる。また、トー角とキャンバー角を持たせて車輪を支持するために等速ジョイントを使用したことにより、車輪を支持するハブユニットが径方向に大きくなる。

特許文献３は、４輪独立転舵の車両にしか適用出来ず、また転舵軸に対しハブベアリングを片持ち支持しているため、剛性が低下し、過大な走行Ｇの発生によってステアリングジオメトリが変化してしまう可能性がある。

また、転舵軸上に減速機を設けた場合、大きな動力が必要となる。このため、モータを大きくするが、モータを大きくすると車輪の内周部に全体を配置することが困難となる。
また、減速比の大きい減速機を設けた場合、応答性が悪化する。

これらの課題を解決するために、本件出願人は、以下の提案をした（特願２００７−１２２９９４、特願２００７−１２２９９５、特願２００７−１２２９９６、特願２００７−１２２９９７）。すなわち、自動車等の車輪を回転支持するハブユニットにおいて、ハブベアリングを上下方向に延びる補助転舵軸心回りに回転自在に支持し、このハブベアリングを補助転舵用アクチュエータにより前記補助転舵軸心回りに回転させる。これにより、ハブベアリングを補助転舵軸心回りに自由に回転させることができて、１輪の独立転舵が行え、また車両の走行状況に応じて、タイヤのトー角を任意に変更することができる。

各提案の補助転舵機能付ハブユニットは、ハブベアリングを補助転舵軸心回りに回転させる機能を持たせたことにより、ハブベアリング、特に外輪が複雑な形状となった。具体的には、一般的な自動車等の車両のハブベアリング３および外輪１１が図１４、図１５に示す形状であるのに対し、提案のハブベアリング３および外輪１１は図１６、図１７に示す形状である。なお、図１４、図１６では、転動体の図示が省略されている。
図１６、図１７において、外輪１１は、外周に、共に外径側へ突出する被支持部１９、補助転舵力受け部１８、およびブレーキキャリパ取付部３６を有している。被支持部１９は、外輪１１の外周の上下２箇所に設けられ、車体に懸架装置を介して設置された外輪支持部材（図示せず）に回転自在に支持される。補助転舵力受け部１８は、補助転舵用アクチュエータの力を受ける部位である。ブレーキキャリパ取付部３６は、内輪１２に設けられたブレーキロータに接触させるブレーキキャリパが取り付けられる。

このようにハブベアリング３の外輪１１が複雑な形状であると、外輪１１を回転させながら内周に転動体の軌道溝１１ａを加工する際に回転が不安定となり、軌道溝１１ａの精度を確保するのが難しい。また、精度が要求される軌道溝１１ａを有する外輪１１の材料としては、ＳＵ材やＳ５３Ｃ等の比較的高価な材料を使用する必要がある。外輪全体にこのような高価な材料を使用すると、材料費が高くつく。

この発明の目的は、走行状況に応じた補助的な転舵が左右輪独立で行えて、車両の運動性能を向上させ、走行の安定・安全性の向上と燃費の改善を図ることが可能となり、またハブベアリングの外輪の加工が容易でかつ安価に製作することができる補助転舵機能付ハブユニットおよびそれを備えた車両を提供することである。

この発明の補助転舵機能付ハブユニットは、回転輪である内輪に車輪が取り付けられるハブベアリングと、車体に懸架装置を介して設置されて前記ハブベアリングの固定輪である外輪を上下方向に延びる補助転舵軸心回りに回転自在に上下２箇所でそれぞれ回転許容支持部品を介して支持する外輪支持部材とを備え、
前記ハブベアリングの外輪は、内周に転動体の軌道溝が形成された円筒状の外輪本体と、この外輪本体の外周側にあって前記回転許容支持部品に前記補助転舵軸心回りに回転自在に支持される被支持部が設けられた補助転舵部材とを有し、これら外輪本体と補助転舵部材は別部品であって互いに結合されていることを特徴とする。

この構成によると、車輪を支持するハブベアリングを補助転舵軸心回りに自由に回転させることができるため、ハブベアリングの外輪に補助転舵軸心回りの回転力を与えることにより、１輪の独立転舵が行えると共に、車両の走行状況に応じてタイヤのトー角を任意に変更することができる。この補助転舵機能付ハブユニットは、前輪等の転舵輪および後輪等の非転舵輪のいずれに用いてもよい。
転舵輪に用いる場合は、ステアリング装置により方向が変化させられる部材に設置されることにより、運転者のハンドル操作による転舵に付加して、左右の車輪個別の、または左右輪連動したタイヤの微小な角度変化を行わせる機構となる。
走行中に、左右輪独立してタイヤ角度を任意に変更することができるため、車両の運動性能を向上させ、安定・安全に走行することが可能となる。例えば高速域の旋回においてはパラレルジオメトリとし、低速域ではアッカーマンジオメトリとするなど、走行中にステアリングジオメトリを変化させることができる。また、適切なタイヤ角度を設定することで燃費を改善することも可能となる。
この補助転舵機能付ハブユニットを非転舵輪となる後輪に用いた場合は、低速走行時における最小回転半径の低減を図ることができる。
また、この補助転舵機能付ハブユニットは、補助転舵軸心回りの回転自在な支持を上下２箇所でそれぞれ回転許容支持部品により行うため、両端支持となって剛性が確保され、構成の簡単である。
このように、走行状況に応じた補助的な転舵が左右輪独立して行えて、車両の運動性能を向上させ、走行の安定・安全性の向上と燃費の改善が可能となり、また簡素でかつ堅固な構成となる。

ハブベアリングの外輪が外輪本体と補助転舵部材に分割されているため、ハブベアリングの組立性が良い。また、外輪本体が円筒状であるため、重心が軸心上または軸心付近に位置する。このため、外輪本体を回転させながら内周に軌道溝を加工する際に外輪本体の回転が安定し、軌道溝を精度良く加工することができる。軌道溝の精度が要求される外輪本体についてはＳＵＪ２材やＳ５３Ｃ等の比較的高価な材料を使用する必要があるが、外輪本体に比べて精度が要求されない補助転舵部材については比較的安価な材料を使用することができ、それによりコストの削減を図ることができる。

この発明の補助転舵機能付ハブユニットにおいて、前記補助転舵軸心は、鉛直方向に延びていてもよい。
補助転舵軸心は、上下方向に延びた軸心であればよく、多少は傾斜していてもよいが、鉛直方向であると、補助転舵によるキャンパー角の変化をより良好に抑え、走行抵抗の増大をさらに抑えることができる。また、鉛直方向であると、限られたタイヤハウスの空間等において、外輪支持部材の配置領域を確保しやすい。

この発明の補助転舵機能付ハブユニットにおいて、前記外輪支持部材に設置されて前記ハブベアリングを前記補助転舵軸心回りに回転させる補助転舵用アクチュエータを備える場合、前記補助転舵部材は、外周に前記補助転舵用アクチュエータの力を受ける補助転舵力受け部が一体に設けられていてもよい。
補助転舵部材に補助転舵力受け部が一体に設けられていると、補助転舵力受け部が補助転舵部材と別部品である場合と比べて、部品点数を減らすことができる。

この発明の補助転舵機能付ハブユニットにおいて、前記内輪に設けられたブレーキロータと前記外輪に設けられたブレーキキャリパを接触させることで前記内輪の回転を制動するブレーキを備える場合、前記ハブベアリングの外輪は、前記外輪本体および前記補助転舵部材の他に、前記外輪本体の外周側にあって外周に前記ブレーキキャリパが取り付けられるブレーキキャリパ取付部材とを有し、これら外輪本体、補助転舵部材、およびブレーキキャリパ取付部材が互いに結合されていてもよい。
このように、ハブベアリングの外輪が外輪本体と補助転舵部材とブレーキキャリパ取付部材とに分割されていると、外輪本体と補助転舵部材とに分割されている場合よりも、さらに組立性が向上する。また、ブレーキキャリパ取付部材も比較的安価な材料を使用することができため、コストの削減を図ることができる。

この発明の車両は、この発明の前記いずれかの構成の補助転舵機能付ハブユニットを用いて前輪および後輪のいずれか一方または両方が支持される。
そのため、この発明の補助転舵機能付ハブユニットにつき前述した各効果が得られる。前輪は一般的に転舵輪とされるが、転舵輪にこの発明の補助転舵機能付ハブユニットを適用した場合は、走行中におけるトー角調整に効果的である。また、後輪は一般的に非転舵輪とされるが、非転舵輪に適用した場合は、非転舵輪の若干の転舵によって低速走行時における最小回転半径の低減を図ることができる。

この発明の補助転舵機能付ハブユニットは、回転輪である内輪に車輪が取り付けられるハブベアリングと、車体に懸架装置を介して設置されて前記ハブベアリングの固定輪である外輪を上下方向に延びる補助転舵軸心回りに回転自在に上下２箇所でそれぞれ回転許容支持部品を介して支持する外輪支持部材とを備え、前記ハブベアリングの外輪は、内周に転動体の軌道溝が形成された円筒状の外輪本体と、この外輪本体の外周側にあって前記回転許容支持部品に前記補助転舵軸心回りに回転自在に支持される被支持部が設けられた補助転舵部材とを有し、これら外輪本体と補助転舵部材は別部品であって互いに結合されているため、走行状況に応じた補助的な転舵が左右輪独立で行えて、車両の運動性能を向上させ、走行の安定・安全性の向上と燃費の改善を図ることが可能となり、またハブベアリングの外輪の加工が容易でかつ安価に製作することができる。

この発明の車両は、補助転舵機能付ハブユニットを用いて前輪および後輪のいずれか一方または両方が支持されたため、走行状況に応じた補助的な転舵が左右輪独立で行えて、運動性能に優れ、走行の安定・安全性の向上と燃費の改善が可能で、また補助転舵機能付ハブユニットにつき簡素でかつ堅固な構成となる。

この発明の一実施形態に係る補助転舵機能付ハブユニットおよびその周辺の構成を示す縦断面図である。 同補助転舵機能付ハブユニットおよびその周辺の構成を示す水平断面図である。 同補助転舵機能付ハブユニットの縦断面図である。 同補助転舵機能付ハブユニットの外観斜視図である。 同補助転舵機能付ハブユニットの左側面図である。 同補助転舵機能付ハブユニットのハブベアリングを、転動体を省略して表した斜視図である。 同ハブベアリングの外輪の斜視図である。 同外輪の組立分解図である。 同補助転舵機能付ハブユニットの主転舵中立状態を示す水平断面図である。 同補助転舵機能付ハブユニットの主転舵非中立状態を示す水平断面図である。 補助転舵用アクチュエータの具体例を示す水平断面図である。 補助転舵用アクチュエータの他の例を示す水平断面図である。 補助転舵機能付ハブユニットが適用される車両の一例の模式平面図である。 一般的な車両のステアリングハブを、転動体を省略して表した斜視図である。 同ステアリングハブの外輪の斜視図である。 提案のステアリングハブを、転動体を省略して表した斜視図である。 同ステアリングハブの外輪の斜視図である。

この発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１はこの発明の一実施形態に係る補助転舵機能付ハブユニットおよびその周辺の構成を示す縦断面図、図２は同水平断面図である。図１、図２において、この補助転舵機能付ハブユニット１は、車輪２の支持用のハブベアリング３と、外輪支持部材５と、補助転舵用アクチュエータ６と、ブレーキ１４（図２）とを備える。

この補助転舵機能付ハブユニット１は、この実施形態では転舵輪、具体的には図１３に示すように、車両１０の前輪２_Ｆのステアリング装置２５による転舵に付加して左右輪個別に微小角転舵させる機構としてナックル２２に設置される。ステアリング装置２５は、ハンドル（図示せず）の操作に応じて前輪２_Ｆ，２_Ｆを転舵させる装置である。この補助転舵機能付ハブユニット１は、この他に、前輪転舵に対する補助として後輪２_Ｒの転舵を行う機構として用いてもよい。

図１において、ハブベアリング３は、外輪固定・内輪回転であって、外輪１１が外輪支持部材５に支持され、内輪１２に車輪２が取り付けられる。車輪２は、ホイール８とタイヤ９とでなる。ハブベアリング３は、上下方向に延びる補助転舵軸心Ａ回りに回転自在なように、上下２箇所で回転許容支持部品７，７を介して外輪支持部材５に支持されている。補助転舵軸心Ａは、車輪２の回転軸心Ｏとは異なる軸心であり、主な転舵を行うキングピン軸Ｋとも異なっている。

前記補助転舵軸心Ａは、上下方向に延びるが、キングピン軸Ｋとは異なる方向であり、例えば鉛直方向である。この実施形態では、補助転舵軸心Ａは、キングピン軸Ｋの延長線と路面Ｓとの交点位置Ｐ_Ｋと、補助転舵軸心Ａの延長線と路面Ｓとの交点位置Ｐ_Ａが、共にタイヤ接地面９ａ内に位置するように設計されている。さらに、これらの交点位置Ｐ_Ｋ，Ｐ_Ａは、互いに一致していることが、タイヤ９のすべりを最小となるため最適である。なお、前記「タイヤ接地面」は、運転席に１名（５５ｋｇ相当）が乗車した状態において、タイヤ９が路面Ｓに接地している場所を言う。

外輪支持部材５は、車体１０Ａ（図１３参照）に設置された懸架装置２１のナックル２２に取付けられている。外輪支持部材５は、ナックル２２と一体として、つまりナックル２２の一部として設けられていてもよい。懸架装置２１は、この例ではダブルウイッシュボーン式であり、ショックアブソーバ（図示せず）を介して接続されたアッパーアーム２３とロアアーム２４とを有し、これらアッパーアーム２３とロアアーム２４の先端間で傾斜したキングピン軸Ｋ回りに回動自在なように前記ナックル２２が設置されている。懸架装置２１は、この他に独立懸架式など、他の種々の形式が採用できる。ナックル２２は、図２に示すようにアーム状に突出したステアリング装置連結部２２ａが、ステアリング装置２５のタイロッド２６に回転可能に連結されている。

図３は補助転舵機能付ハブユニットの縦断面図、図４は同補助転舵機能付ハブユニットの外観斜視図、図５は同補助転舵機能付ハブユニットの左側面図である。
図３に示すように、ハブベアリング３は、内輪１２と外輪１１とこれら内外輪間に介在したボール等の転動体１３とで構成されており、車体側の部材と車輪２とを繋ぐ役目をしている。ハブベアリング３は、図示の例では、転動体１３が複列とされたアンギュラ玉軸受とされている。

内輪１２は、外周に転動体１３の軌道溝１２ａが２列形成され、アウトボード側端にハブフランジ１２ｂを有する。図２のように、ハブフランジ１２ｂに、車輪２のホイール８が、後述するブレーキロータ１４ａと重なり状態でボルト固定されている。内輪１２は、回転軸心Ｏ回りに回転する。

ブレーキ１４は、内輪１２のハブフランジ１２ｂに設けられた前記ブレーキロータ１４ａにブレーキキャリパ１４ｂを接触させることで、内輪１２および車輪２の回転を制動する。ブレーキキャリパ１４は、外輪１１に設けられた後記ブレーキキャリパ取付部３６に取り付けられる。

図６はハブベアリングを、転動体を省略して表した斜視図、図７は同ハブベアリングの外輪の斜視図である。
図３、図６、図７に示すように、外輪１１は、前記回転許容支持部品７，７に補助転舵軸心Ａ回りに回転自在に支持される上下２箇所の被支持部１９Ａ，１９Ｂを外周に有する。この実施形態の被支持部１９Ａ，１９Ｂは、外径側に突出するトラニオン軸状である。上側の被支持部１９Ａは、先端に雄ねじ部１９ａが形成されている。下側の被支持部１９Ｂは、先端面に軸方向に沿って延びるねじ孔１９ｂ（図３）が形成されている。

図３において、各回転許容支持部品７は、テーパころ軸受からなり、その内輪１５が前記被支持部１９Ａ（または１９Ｂ）の外周に嵌合し、外輪１６が外輪支持部材５に設けられた嵌合孔３８内に嵌合している。上側の回転許容支持部品７については、前記被支持部１９Ａの雄ねじ部１９ａに螺合するナット３９により、前記内輪１５が軸方向に押し付けられている。下側の回転許容支持部品７については、外輪支持部材５の嵌合孔３８に押さえ部材４１が嵌合し、前記被支持部１９Ｂのねじ孔１９ｂに螺合するボルト４２により、外輪１６の端面を押し付けている。

前記ナット３９およびボルト４２による押し付けにより、テーパころ軸受からなる上下の回転許容支持部品７にそれぞれ予圧を与えている。外輪支持部材５は、一つの外輪支持部材主部材５ａと、各回転許容支持部品７，７に対して設けられた外輪支持部材分割体５ｂとに分割され、ボルト４４で相互に結合されている。

なお、上下の回転許容支持部品７，７の外輪支持部材５に対する取り付け構造は互いに同じ構成でよい。例えば、図３における上側の回転許容支持部品７の外輪支持部材５およびハブベアリング３の外輪１１に対する固定の構造を下側の回転許容支持部品７に対して適用しても、また下側の回転許容支持部品７の固定の構造を上側の回転許容支持部品７の固定に適用してもよい。

また、外輪１１は、図２、図６、図７に示すように、前記補助転舵用アクチュエータ６の力を受ける補助転舵力受け部１８と、前記ブレーキキャリパ１４が取り付けられるブレーキキャリパ取付部３６とを、外周に有する。

補助転舵力受け部１８は、ハブベアリング３の外輪１１に補助転舵力を与える作用点となる部位であり、外輪１１の外周の一部に一体に突出したアーム部として設けられている。補助転舵力受け部１８は、後に図１１と共に説明するようにジョイント５７を介して前記補助転舵用アクチュエータ６の直動出力部６ａに回転自在に連結されている。これにより、補助転舵用アクチュエータ６の直動出力部６ａが進退することで、ハブベアリング３が前記補助軸心Ａ回りに回転、つまり補助転舵させられる。

図２に示すように、補助転舵用アクチュエータ６は、モータ２７と、このモータ２７の回転を減速する減速機２８と、この減速機２８の正逆の回転出力を前記直動出力部６ａの往復直線動作に変換する直動機構２９とで構成される。モータ２７は、例えば永久磁石型同期モータとされるが、直流モータであっても、誘導モータであってもよい。
減速機２８は、ベルト伝達機構等の巻き掛け式伝達機構またはギヤ列等を用いることができ、図２の例ではベルト伝達機構が用いられている。
直動機構２９は、滑りねじまたはボールねじ等の送りねじ機構、またはラック・ピニオン機構等用いることができ、この例では台形ねじの滑りねじを用いた送りねじ機構が用いられている。
モータ２７の駆動力を、減速機を介さず直接直動機構２９へ伝達する機構も可能である。

前記ハブベアリング３のナックル２２に対する補助転舵の角度θ（図９、図１０参照）は、ストッパ３５により規制される。図９は、主な転舵が直進状態で補助転舵が内側に行われた状態を示し、図１０は主な転舵が左側を向き、かつ補助転舵が内側に行われた状態を示す。ストッパ３５は、例えば、外輪支持部材５におけるハブベアリング３と軸方向に対向する面、例えば、ハブベアリング３の外輪１１の端面に対向する面に設けられ、その外輪１１の端面が当接することで、ハブベアリング３の補助転舵の角度θが規制される。ハブベアリング３の補助転舵可能角度の許容範囲は、僅かな角度でよく、ストッパ３５による補助転舵可能角度の許容範囲は、例えば±５度以下とされる。

図８の組立分解図に示すように、ハブベアリング３の外輪１１は、外輪本体６１と、補助転舵部材６２と、ブレーキキャリパ取付部材６３とで構成される。

外輪本体６１は、内周に前記軌道溝１１ａが形成された部材であり、概略円筒状である。外輪本体６１の外周面は、軸方向の大半部分を占める大径外周面部６１ａと、一方の軸方向端に位置する小径外周面部６１ｂとからなる。そして、大径外周面部６１ａの複数箇所（例えば４箇所）に、円周方向に等配で結合用突起６１ｃが設けられている。結合用突起６１ｃは、軸方向に貫通するボルト挿通孔６１ｄを有する。

外輪本体６１は円筒状であり、また複数の結合用突起６１ｃが等配位置にあるため、重心が軸心上または軸心付近に位置する。このため、外輪本体６１を回転させながら内周に軌道溝１１ａを加工する際に外輪本体６１の回転が安定し、軌道溝１１ａを精度良く加工することができる。外輪本体６１は、軌道溝１１ａの精度が要求されるため、ＳＵ材やＳ５３Ｃ等の比較的高価な材料が使用される。

補助転舵部材６２は、外輪本体６１の大径外周面部６１ａに嵌合する環状の部材であって、外周面の上下２箇所にトラニオン軸状の前記被支持部１９Ａ，１９Ｂが設けられ、かつ外周面の片方の側部にアーム状の前記補助転舵力受け部１８が一体に設けられている。また、補助転舵部材６２の軸方向の一端側には、外輪本体６１の前記結合用突起６１ｃが嵌まり込み可能な複数の切欠き部６２ａが設けられている。この切欠き部６２ａに対して軸方向に隣接する部分は外径側に突出した凸部６２ｂとされ、この凸部６２ｂには軸方向のねじ孔６２ｃが設けられている。補助転舵部材６２は、外輪本体６１に比べて精度が要求されないため、比較的安価な材料が使用される。

ブレーキキャリパ取付部材６３は、外輪本体６１の小径外周面部６１ｂに嵌合する環状の部材であって、外周の一側面に前記ブレーキキャリパ取付部材３６を有する。ブレーキキャリパ取付部材６３における外輪本体６１のボルト挿通孔６１ｄと対応する複数箇所に、軸方向に貫通するボルト挿通孔６３ａが形成されている。ブレーキキャリパ取付部材６３も、補助転舵部材６２と同様に、外輪本体６１に比べて精度が要求されないため、比較的安価な材料を使用することができる。

ハブベアリング３の外輪１１は、次のように組み立てられる。
外輪本体６１の大径外周面部６１ａに補助転舵部材６２を嵌合させる。その際、補助転舵部材６２の切欠き部６２ａに外輪本体６１の結合用突起６１ｃを嵌め込ませて、外輪本体６１と補助転舵部材６２とを円周方向に位置決めする。
また、補助転舵部材６２に対し軸方向の反対側から、ブレーキキャリパ取付部材６３を外輪本体６１の小径外周面部６１ｂに嵌合させる。その際、外輪本体６１およびブレーキキャリパ取付部材６３の各ボルト挿通孔６１ｄ，６３ａの軸心を一致させる。ブレーキキャリパ取付部材６３は、外輪本体６１の結合用突起６１ｃおよび補助転舵部材６２の端面に当接する。

この状態で、結合用ボルト６４をブレーキキャリパ取付部材６３のボルト挿通孔６３ａ、外輪本体６１のボルト挿通孔６１ｄの順に挿入し、そのねじ部６４ａを補助転舵部材６２のねじ孔６２ｃに螺合させる。これにより、外輪本体６１、補助転舵部材６２、およびブレーキキャリパ取付部材６３が結合されて互いに一体化される。

［動作および作用］
上記構成の補助転舵機能付ハブユニット１の動作および作用を説明する。
図１、図２において、この補助転舵機能付ハブユニット１は、ハブベアリング３がナックル２２（図１）に設けられた外輪支持部材５に対し補助転舵軸心Ａを中心として回転自在であり、作用点となるアーム状の補助転舵力受け部１８（図２）に力を与えることで、ハブベアリング３が回転可能である。ハブベアリング３は、外輪支持部材５に設置された補助転舵用アクチュエータ６の直動出力部６ａ（図２）をモータ２７の駆動により進退させることで、直動出力部６ａに連結された補助転舵力受け部１８を介して回転させられる。

上記ハブベアリング３の回転は、運転者のハンドル操作による転舵に付加して、すなわちステアリング装置２５（図１３参照）によるキングピン軸Ｋ（図１）回りのナックル２２の回転に付加して、補助的な転舵として行われ、また１輪の独立転舵が行える。左右の車輪２，２の補助転舵の角度を異ならせることで、左右の車輪２，２間のトー角を任意に変更することができる。

図１３において、車両１０の走行条件に応じて、走行中に左右輪独立してタイヤ角度を任意に変更することができるため、車両１０の運動性能を向上させ、安定・安全に走行することが可能となる。また、適切なタイヤ角度を設定することで燃費を改善することも可能となる。
この補助転舵機能付ハブユニット１を非転舵輪となる後輪２_Ｒに用いた場合は、低速走行時における最小回転半径の低減を図ることができる。

図１、図２において、この補助転舵機能付ハブユニット１は、補助転舵軸心Ａ回りの回転自在な支持を上下２箇所でそれぞれ回転許容支持部品７，７により行うため、両端支持となって剛性が確保され、かつ構成が簡単である。
このように、剛性を確保したまま、簡単な構造で、走行状況に応じた補助的な転舵が左右輪独立して行えて、車輪２のトー角を任意に変更することができ、ステアリングジオメトリを変更することができるため、車両１０の運動性能を向上させ、走行の安定・安全性の向上と燃費の改善が可能となる。

上記の走行速度に応じた左右輪の舵角差の制御例につき説明する。上記のように、一般的な車両の操舵装置は機械的に車輪と接続されているため、固定された単一のステアリングジオメトリしか取ることができず、アッカーマンジオメトリとパラレルジオメトリとの中間的なジオメトリに設定されることが多い。しかし、この場合、低速域では左右輪の舵角差が不足して外輪の舵角が過大となり、高速域では内輪の舵角が過大となる。このような舵角課題等により内外輪のタイヤ横力配分に不要な偏りが生じると、走行抵抗の悪化による燃費悪化及びタイヤの早期摩耗の原因となり、また内外輪を効率的に利用できないことによって、コーナリングのスムーズさが損なわれる。

この実施形態の補助転舵機能付ハブユニット１は、左右の車輪２を個別に制御できるため、車速や旋回Ｇに応じて車輪２の転舵角、いわゆる切れ角を変更し、低速域ではアッカーマンジオメトリ（各輪が共通の一点を中心として旋回するように左右輪の舵角差を設定）を、高速域ではパラレルジオメトリ（左右輪の転舵角が同じ）を任意に選択することで、走行抵抗を増大させることがなく、また低速でのスムーズな旋回性と高速でのコーナリング性能とを両立させることが可能となる。

前記補助転舵軸心Ａは、上下方向に延びた軸心であればよく、多少は傾斜していてもよいが、この実施形態では鉛直方向であり、補助転舵によるキャンパー角の変化をより良好に抑え、走行抵抗の増大をさらに抑えることができる。キングピン軸Ｋと補助転舵軸心Ａとが一致している場合、キングピン軸Ｋでハブベアリング３を補助転舵させるとキャンパー角が大きく変化し、走行抵抗が増す。しかし、補助転舵軸心Ａをキングピン軸Ｋと別に設定することで、この補助転舵によるキャンパー角の変化を抑え、走行抵抗の増大を抑えることができる。
また、キングピン軸Ｋと補助転舵軸心Ａが一致する場合は、構成要素部品がハブベアリング３の車体側に配置されるために全体のサイズが大きくなり重くなるが、補助転舵軸心Ａが懸架装置２１のキングピン軸Ｋと異なる方向であると、装置全体のサイズを抑え、軽量化することができる。

さらに、懸架装置２１のキングピン軸Ｋの延長線と路面Ｓとの交点位置Ｐ_Ｋと、補助転舵軸心Ａの延長線と路面との交点位置Ｐ_Ａが、共にタイヤ接地面９ａ内に位置するため、主な転舵および補助転舵が共に安定して効率よく行える。
キングピン軸Ｋと補助転舵軸心Ａが異なる場合に、両方の軸の延長上とタイヤ９の接地位置が異なっていると、両方が同時に動く場合に滑りが生じ、非効率であるとともに、車両挙動が乱れる恐れがある。そのため、キングピン軸Ｋの延長線と路面Ｓとの交点位置Ｐ_Ｋと、補助転舵軸心Ａの延長線と路面Ｓとの交点位置Ｐ_Ａとが互いに近傍に配置されることが望ましい。理想的には上記２点Ｐ_Ａ、Ｐ_Ｋは一致することが好ましく、これにより、主な転舵と補助転舵とが同時に行われても、滑りが生じず効率的に主な転舵および補助転舵が行え、安定して車両を操作することができる。

補助転舵の角度については、車両の運動性能の向上、走行の安定・安全性向上を図るにつき、僅かな角度で足り、補助転舵可能角度が±５度以下であっても十分に足りる。補助転舵の角度は補助転舵用アクチュエータ６の制御により行うが、ストッパ３５を設けて規制しているため、万一、この補助転舵機能付ハブユニット１が電源系の失陥等で故障した場合にも、大きな影響が生じることが防止される。そのため、ハンドル操作によって安全な場所まで車両を寄せることができる。

回転許容支持部品７がテーパころ軸受からなるため、取り付け時の締め付け等によって内輪１５と外輪１６の間に予圧を付与し、剛性を高めることが可能となる。なお、回転許容支持部品７は、テーパころ軸受に代えてアンギュラ玉軸受または４点接触玉軸受を用いてもよい。また、回転許容支持部品７は、球面ブッシュ、ピボット軸受等の球面滑り軸受であってもよい。その場合も、上記と同様に予圧を与えることができる。

ハブベアリング３の外輪１１が外輪本体６１と補助転舵部材６２とブレーキキャリパ取付部材６３とに分割されているため、ハブベアリング３の組立性が良い。また、外輪本体６１が円筒状であり、複数の結合用突起６１ｃが等配位置にあるため、外輪本体６１を回転させながら内周に軌道溝１１ａを加工する際に外輪本体６１の回転が安定し、軌道溝１１ａを精度良く加工することができる。

軌道溝１１ａの精度が要求される外輪本体６１についてはＳＵＪ２材やＳ５３Ｃ等の比較的高価な材料を使用する必要があるが、外輪本体６１に比べて精度が要求されない補助転舵部材６２やブレーキキャリパ取付部材６３については比較的安価な材料を使用することができ、それによりコストの削減を図ることができる。

この実施形態では、補助転舵力受け部１８が補助転舵部材６２と一体に設けられているが、補助転舵用アクチュエータ６の力を補助転舵部材６２に伝達することが可能であれば、補助転舵力受け部１８が補助転舵部材６２と別部材であってもよい。また、この実施形態では、外輪１１が外輪本体６１と補助転舵部材６２とブレーキキャリパ取付部材６３とに分割されているが、補助転舵部材６２とブレーキキャリパ取付部材６３とが一体になっていてもよい。

［補助転舵用アクチュエータの例］
図１１は補助転舵用アクチュエータ６の具体例を示す。モータ２７の駆動力は、モータ軸２７ａに結合されたドライブプーリ５１に伝達され、モータ軸２７ａと平行に配置されたドリブンプーリ５２へベルト５３によって伝達される。前記各プーリ５１，５２とベルト５３とで、巻き掛け式の減速機２８が構成される。

ドリブンプーリ５２の内周のナット５５に、送りねじ機構からなる直動機構２９におけるねじ軸５４が螺合状態に配置されている。これらナット５５およびねじ軸５４は、滑りねじ、具体的にはセルフロック機能を持つ台形ねじのねじ部５８を構成するねじ溝およびねじ山を有している。ドリブンプーリ５２と一体に回転するナット５５が回転することで、ねじ軸５４が回り止め部５６で回り止めされているため、ねじ軸５４が前後に直動運動する。

ねじ軸５４の先端の直動出力部６ａには、ハブベアリング３の外輪１１に設けられたアーム状の補助転舵力被伝達部１８が、ジョイント５７を介して連結されている。ジョイント５７は、２本のピン５７ａで、補助転舵力被伝達部１８および直動出力部６ａにそれぞれ回転自在に連結されている。このため、ねじ軸５４の前後移動によって、外輪支持部材５に対して、ハブベアリング３が補助転舵軸心Ａを中心に回転することができる。
なお、この実施形態では、ドリブンプーリ５２と直動機構２９のナット５５とは、別体として製作されたものを結合しているが、これらドリブンプーリ５２とナット５５とは、互いに一体に製作された部品の一部であってもよい。

このように直動機構２９にセルフロック機能を備える滑りねじを使用した場合、タイヤからの逆入力が防止され、モータ２７が失陥した場合も、セルフロック機能があることでタイヤ９がふらつくことなく、ハンドル操作によって安全な場所まで車両を寄せることができ、安全性が確保される。また、直動機構２９にセルフロック機能があると、補助転舵を行わない場合や高速走行時等において、一定の補助転舵の角度を持ち続けることができ、一定角を維持するためのモータ２７の駆動が不要で、モータ電力を削減できる。

［補助転舵用アクチュエータの他の例］
図１２は、前記補助転舵用アクチュエータ６の他の具体例を示す。モータ２７の駆動力は、モータ軸２７ａに結合されたドライブギヤ５９に伝達され、モータ軸２７ａと平行に配置されたドリブンギヤ６０へ伝達される。前記各ドライブギヤ５９とドリブンギヤ６０とで、前記減速機２８となるギヤ列が構成される。

ドリブンギヤ６０の中心に設けられたナット５５Ａに、送りねじ機構からなる直動機構２９におけるねじ軸５４が螺合状態に配置されている。直動機構２９の構成、およびこの直動機構２９とハブベアリング３との連結については、図１１に示す例と同様である。すなわち、前記ナット５５Ａおよびねじ軸５４のねじ部５８は滑りねじであり、具体的にはセルフロック機能を持つ台形ねじとされている。ドリブンプーリ５２と一体に回転するナット５５Ａが回転することで、ねじ軸５４が回り止め部５６で回り止めされているため、ねじ軸５４が前後に直動運動する。

ねじ軸５４の先端の直動出力部６ａには、ハブベアリング３の外輪１１に設けられたアーム状の補助転舵力被伝達部１８が、ジョイント５７を介して連結されている。ジョイント５７は、２本のピン５７ａで、補助転舵力被伝達部１８および直動出力部６ａにそれぞれ回転自在に連結されている。このため、ねじ軸５４の前後移動によって、外輪支持部材５に対して、ハブベアリング３が補助転舵軸心Ａを回りに回転することができる。
なお、この実施形態では、ドリブンギヤ６０と直動機構２９のナット５５Ａとは、一体に製作されたものとしているが、これらドリブンギヤ６０とナット５５Ａとは、互いに一体に製作されて相互に結合されたものであってもよい。

この実施形態の場合も、図１１の実施形態と同様に、直動機構２９にセルフロック機能を備える滑りねじが使用されているため、そのセルフロック機能による前述の各効果が得られる。また、この実施形態の場合、減速機２８がギヤ列からなるため、剛性が高く、応答性の高い駆動伝達が可能となる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１…補助転舵機能付ハブユニット
２…車輪
３…ハブベアリング
５…外輪支持部材
６…補助転舵用アクチュエータ
７…回転許容支持部品
１０…車両
１０Ａ…車体
１１…外輪
１１ａ…軌道溝
１２…内輪
１３…転動体
１４…ブレーキ
１４ａ…ブレーキロータ
１４ｂ…ブレーキキャリパ
１８…補助転舵力受け部
１９Ａ，１９Ｂ…被支持部
２１…懸架装置
３６…ブレーキキャリパ取付部
６１…外輪本体
６２…補助転舵部材
６３…ブレーキキャリパ取付部材
Ａ…補助転舵軸心

Claims (5)

1. 回転輪である内輪に車輪が取り付けられるハブベアリングと、車体に懸架装置を介して設置されて前記ハブベアリングの固定輪である外輪を上下方向に延びる補助転舵軸心回りに回転自在に上下２箇所でそれぞれ回転許容支持部品を介して支持する外輪支持部材とを備え、
   前記ハブベアリングの外輪は、内周に転動体の軌道溝が形成された円筒状の外輪本体と、この外輪本体の外周側にあって前記回転許容支持部品に前記補助転舵軸心回りに回転自在に支持される被支持部が設けられた補助転舵部材とを有し、これら外輪本体と補助転舵部材は別部品であって互いに結合されていることを特徴とする補助転舵機能付ハブユニット。
2. 請求項１に記載の補助転舵機能付ハブユニットにおいて、前記補助転舵軸心が鉛直方向に延びる補助転舵機能付ハブユニット。
3. 請求項１または請求項２に記載の補助転舵機能付ハブユニットにおいて、前記外輪支持部材に設置されて前記ハブベアリングを前記補助転舵軸心回りに回転させる補助転舵用アクチュエータを備え、
   前記補助転舵部材は、外周に前記補助転舵用アクチュエータの力を受ける補助転舵力受け部が一体に設けられた補助転舵部材補助転舵機能付ハブユニット。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の補助転舵機能付ハブユニットにおいて、前記内輪に設けられたブレーキロータと前記外輪に設けられたブレーキキャリパを接触させることで前記内輪の回転を制動するブレーキを備え、
   前記ハブベアリングの外輪は、前記外輪本体および前記補助転舵部材の他に、前記外輪本体の外周側にあって外周に前記ブレーキキャリパが取り付けられるブレーキキャリパ取付部材とを有し、これら外輪本体、補助転舵部材、およびブレーキキャリパ取付部材が互いに結合されている補助転舵機能付ハブユニット。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の補助転舵機能付ハブユニットを用いて前輪および後輪のいずれか一方または両方が支持された車両。

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