JP2020083198A - Hub unit with steering function and vehicle having the same - Google Patents

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Abstract

To provide a hub unit with a steering function in which a part of the hub unit with the steering function can be accommodated in a limited space in a wheel, and can improve stiffness against large impact force from a road face or the like, and durability, and a vehicle having the hub unit with the steering function.SOLUTION: This hub unit 1 with a steering function comprises: a hub unit main body 2 having a hub bearing 15 for supporting a wheel 9, and turning shaft parts 16b, 16b vertically protruding from an external periphery of an outer ring 19 of the hub bearing 15; a unit support member 3 arranged at a knuckle 6 of a suspension device, and rotatably supporting the hub unit main body 2 around turning axial cores A of the vertical turning shaft parts 16b, 16b; and a steering actuator 5 for rotationally driving the hub unit main body 2 around the turning axial cores A. Surface-hardening treatment layers Sf are formed at least at root parts of external peripheries of the vertical turning shaft parts 16b, 16b.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この発明は、操舵機能付ハブユニットおよびこれを備えた車両に関し、走行状況に合わせ左右の車輪を適切な操舵角に制御することで、燃費の改善および走行性の安定と安全性の向上を図る技術に関する。 The present invention relates to a hub unit with a steering function and a vehicle equipped with the same, by controlling the left and right wheels to an appropriate steering angle according to the driving situation, thereby improving fuel efficiency and stability and safety of drivability. Regarding technology.

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車輪角度を旋回外輪車輪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。 In a general vehicle such as an automobile, a steering wheel and a steering device are mechanically connected, and both ends of the steering device are connected to left and right wheels by tie rods. Therefore, the turning angle of the left and right wheels due to the movement of the steering wheel is determined by the initial setting.
The vehicle geometry is (1) "parallel geometry" in which the left and right wheels have the same turning angle, and (2) the turning inner wheel wheel angle is cut larger than the turning outer wheel wheel angle in order to have one turning center. Ackermann geometry" is known.

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、車両を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。 Ackermann geometry is a steering angle difference between the left and right wheels so that each wheel turns around a common point in order to smoothly turn the vehicle when turning in a low speed range where centrifugal force acting on the vehicle can be ignored. Is set. However, in turning in a high speed range where the centrifugal force cannot be ignored, it is desirable that the wheels generate a cornering force in a direction in which the wheel balances with the centrifugal force. Therefore, the parallel geometry is preferable to the Ackermann geometry.

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車輪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ので、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。 As mentioned above, since the steering system of a general vehicle is mechanically connected to the wheels, it can generally take only a single fixed steering geometry, and the intermediate between Ackermann geometry and parallel geometry. Often set to geometrical geometry. However, in this case, the steering angle difference between the left and right wheels becomes insufficient in the low speed range, and the steering angle of the outer wheel becomes excessive, and the steering angle of the inner wheel becomes excessive in the high speed range. If there is an unnecessary bias in the wheel lateral force distribution between the inner and outer wheels in this way, it will cause fuel consumption deterioration due to deterioration of running resistance and early wear of the tires, and the inner and outer wheels cannot be used efficiently, resulting in smooth cornering. There is a problem of being damaged.

特開２００９−２２６９７２号公報JP, 2009-226972, A 独国特許出願公開第１０２０１２２０６３３７号明細書DE 102 01 2206337 specification 特開２０１４−０６１７４４号公報JP, 2014-061744, A

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、ナックルアームとジョイントとの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、このナックルアームとジョイントとの位置での変化による車輪角の変化が小さく、大きな効果を得るためには、ナックルアームとジョイントとの位置を大きく変化させる、つまり大きく動かす必要がある。 According to the proposals of Patent Documents 1 and 2, the steering geometry can be changed, but there are the following problems.
In Patent Document 1, the positions of the knuckle arm and the joint are relatively changed to change the steering geometry, but a motor actuator that obtains a large force to change the geometry of the vehicle in such a portion is provided. Is very difficult due to space constraints. Further, the change in the wheel angle due to the change in the position of the knuckle arm and the joint is small, and in order to obtain a large effect, it is necessary to greatly change the position of the knuckle arm and the joint, that is, move the position greatly.

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だけでなく、制御が複雑になる。
特許文献３は、４輪独立転舵の車両にしか適用できず、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。 In Patent Document 2, since two motors are used, not only the cost increases due to the increase in the number of motors but also the control becomes complicated.
Patent Document 3 can be applied only to a vehicle with four-wheel independent steering, and since the hub bearing is cantilevered with respect to the steering shaft, the rigidity is reduced and the steering geometry is reduced due to excessive travel G. It can change.
Moreover, when a reduction gear is provided on the steered shaft, a large amount of power is required. For this reason, although the motor is made large, if the motor is made large, it becomes difficult to dispose the entire body on the inner peripheral portion of the wheel. Further, when a speed reducer having a large reduction ratio is provided, responsiveness deteriorates.

上記のように従来の補助的な操舵機能を備えた機構は、車両において車輪のトー角またはキャンバー角を任意に変更することを目的としているため、モータおよび減速機構が複数必要になり複雑な構成となっている。また、剛性を確保することが困難となり、剛性を確保するためには大型化する必要があり重くなる。
また、キングピン軸と補助的な操舵機能を備えた機構の転舵軸が一致する場合は、構成要素部品がハブユニットの後方（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。 As described above, the conventional mechanism having the auxiliary steering function is intended to arbitrarily change the toe angle or the camber angle of the wheels in the vehicle, and therefore a plurality of motors and reduction gear mechanisms are required to complicate the structure. Has become. In addition, it becomes difficult to secure the rigidity, and in order to secure the rigidity, the size needs to be increased, and the weight becomes heavy.
Further, when the kingpin axis and the steered axis of the mechanism having the auxiliary steering function coincide with each other, the component parts are arranged behind the hub unit (on the vehicle body side), so that the entire size becomes large and heavy. ..

車両において、車輪のトー角またはキャンバー角を任意に変更するためには、複雑な構成が必要であり、構成部品が多くなり、巨大化する。
操舵機能を備えた機構を車輪内の限られたスペースに収容するためには、小型化が必要であるが、各部の強度が不足する懸念がある。特に、路面からの大きな衝撃力を受け止める転舵軸は最も影響を受けやすく、強度および信頼性の確保が難しい。 In the vehicle, in order to arbitrarily change the toe angle or the camber angle of the wheels, a complicated structure is required, the number of constituent parts increases, and the size becomes huge.
To accommodate a mechanism having a steering function in a limited space inside a wheel, downsizing is necessary, but there is a concern that the strength of each part will be insufficient. In particular, the steered shaft that receives a large impact force from the road surface is most affected, and it is difficult to secure strength and reliability.

この発明の目的は、操舵機能付ハブユニットの一部を車輪内の限られたスペースに収容することが可能となり、また路面等からの大きな衝撃力に対する強度および信頼性を向上させることができる操舵機能付ハブユニットおよびこれを備えた車両を提供することである。 An object of the present invention is to allow a part of a hub unit with a steering function to be housed in a limited space inside a wheel, and to improve strength and reliability against a large impact force from a road surface or the like. A hub unit with a function and a vehicle equipped with the hub unit.

この発明の操舵機能付ハブユニットは、車輪を支持するハブベアリングおよびこのハブベアリングの固定輪の外周から上下にそれぞれ突出する転舵軸部を有するハブユニット本体と、
懸架装置の足回りフレーム部品に設けられ、前記ハブユニット本体を上下の前記転舵軸部の転舵軸心回りに回転自在に支持するユニット支持部材と、
前記ハブユニット本体を前記転舵軸心回りに回転駆動させる操舵用アクチュエータと、を備え、
前記上下の前記転舵軸部の外周における少なくとも根元部に、表面硬化処理層が設けられている。 A hub unit with a steering function of the present invention includes a hub bearing that supports wheels, and a hub unit main body that has steering shaft portions that respectively project vertically from the outer periphery of a fixed wheel of the hub bearing,
A unit support member that is provided in a suspension frame component of a suspension device and that rotatably supports the hub unit main body around the turning axis of the upper and lower turning shaft portions;
A steering actuator that rotationally drives the hub unit main body around the turning axis,
A surface hardening treatment layer is provided on at least the root portion of the outer circumference of the upper and lower steering shaft portions.

車両の挙動を制御するためには、正確に車輪の舵角を制御する必要があり、車輪内の限られたスペースに配置できるように操舵機能付ハブユニットを小型化しつつ、ハブユニット全体の剛性を高めることが必要となる。しかし、ハブユニットの小型化によってハブベアリングの一部から上下にそれぞれ突出する転舵軸部が小径になるため、路面から衝撃的に過大な外力がハブユニットに作用した場合に前記転舵軸部に過大な力が作用し転舵機能に異常が発生する懸念がある。特に転舵軸の根元部等には大きな応力が集中し、変形等の恐れがある。 In order to control the behavior of the vehicle, it is necessary to control the steering angle of the wheels accurately, and while reducing the size of the hub unit with steering function so that it can be placed in a limited space within the wheel, the rigidity of the entire hub unit Will be required. However, due to the downsizing of the hub unit, the turning shafts protruding upward and downward from a part of the hub bearing have a small diameter, so that when the excessive external force shockingly acts on the hub unit from the road surface, There is a concern that excessive force may be applied to the steering wheel and the steering function may become abnormal. In particular, large stress concentrates on the root portion of the steered shaft, which may cause deformation.

この構成によると、上下の前記転舵軸部の外周における少なくとも根元部に、表面硬化処理層が設けられているため、以下の作用効果を奏する。
転舵軸部の外周の表面硬化処理層が例えばマルテンサイトになっていることで耐摩耗性の向上を図り、転舵軸部の内部の層は硬化しないことからじん性を維持し得る。表面硬化処理層には高い圧縮残留応力が存在するため、同時に疲労強度の向上も図れる。 According to this configuration, since the surface hardening treatment layer is provided at least at the root portion in the outer circumference of the upper and lower steering shaft portions, the following operational effects are obtained.
The surface hardening treatment layer on the outer periphery of the turning shaft portion is made of martensite, for example, to improve wear resistance, and the layer inside the turning shaft portion is not hardened, so that the toughness can be maintained. Since the surface hardened layer has a high compressive residual stress, the fatigue strength can be improved at the same time.

よって、路面からの衝撃的な外力に対する高い耐衝撃性と、路面から繰り返し入力される反力に対する高い疲労強度を、転舵軸部に兼ね備えることができる。材料を深部まで硬化させる芯なし焼入れいわゆるずぶ焼きでは、強度は向上するものの脆くなり、衝撃的な過大入力に対しては脆性破壊の危険が生じたため、転舵軸部の外周の表面のみ硬化処理を行うことで強度と耐衝撃性の両立を図ることが可能となる。
また、転舵軸部には主に曲げ方向の力が作用し、表層の応力がより高くなることから、表面を硬化処理することは疲労強度を高めることに有効である。
したがって、操舵機能付ハブユニットの小型化を図って操舵機能付ハブユニットの一部を車輪内の限られたスペースに収容することが可能となり、また路面等からの大きな衝撃力に対する強度および信頼性を向上させた操舵機能付ハブユニットを得ることができる。 Therefore, the steered shaft portion can have both high impact resistance against an impactive external force from the road surface and high fatigue strength against a reaction force repeatedly input from the road surface. Coreless quenching, which hardens the material to a deeper part, so-called soaking increases the strength, but it becomes brittle, and there is a risk of brittle fracture in the event of excessive shock input.Therefore, only the outer peripheral surface of the steering shaft is hardened. By doing so, it is possible to achieve both strength and impact resistance.
Further, since a force mainly in the bending direction acts on the steered shaft portion to increase the stress in the surface layer, hardening the surface is effective in increasing fatigue strength.
Therefore, it is possible to reduce the size of the hub unit with a steering function and accommodate a part of the hub unit with a steering function in a limited space in the wheel, and also the strength and reliability against a large impact force from the road surface or the like. It is possible to obtain a hub unit with a steering function that has improved.

前記転舵軸部は、基端が前記固定輪の外周面側に向かうに従って大径となるテーパ状に拡径した拡径部で構成され、前記根元部は、前記拡径部を含むものであってもよい。この拡径部に表面硬化処理層が設けられることで、転舵軸部に作用する曲げ方向の力に対する耐力をより一層高められる。 The steered shaft portion is configured by a diameter-expanded portion in which the base end is increased in diameter so as to become larger in diameter toward the outer peripheral surface side of the fixed wheel, and the root portion includes the diameter-enlarged portion. It may be. By providing the surface hardening treatment layer on the enlarged diameter portion, the proof stress against the bending force acting on the steered shaft portion can be further increased.

前記表面硬化処理層は、前記固定輪の外周面における前記転舵軸部の前記根元部の周辺部に渡って設けられていてもよい。表面硬化処理層を施す範囲は、転舵軸部の基端を基準として周囲に拡げることが強度上望ましい。この場合、固定輪の外周面における前記転舵軸部の前記根元部の周辺部に渡って表面硬化処理層が設けられているため、必要とされる耐衝撃性および耐疲労強度を確実に充足することが可能となる。 The surface hardening treatment layer may be provided over a peripheral portion of the root portion of the steered shaft portion on the outer peripheral surface of the fixed wheel. From the viewpoint of strength, it is desirable to expand the range in which the surface hardening treatment layer is applied to the periphery with the base end of the steering shaft portion as a reference. In this case, since the surface hardening treatment layer is provided over the peripheral portion of the root portion of the steered shaft portion on the outer peripheral surface of the fixed wheel, the required impact resistance and fatigue resistance strength are surely satisfied. It becomes possible to do.

前記ハブユニット本体は、前記固定輪の外周面に設けられた円環部と、この円環部の外周から上下にそれぞれ突出する前記転舵軸部とを有するものであってもよい。円環部および転舵軸部と固定輪とは、同一材料から一体に形成されたものであってもよいし、別体に形成されたものであってもよい。 The hub unit main body may have an annular portion provided on the outer peripheral surface of the fixed wheel and the steered shaft portions that respectively project vertically from the outer periphery of the annular portion. The annular portion, the steered shaft portion, and the fixed wheel may be integrally formed of the same material, or may be separately formed.

前記表面硬化処理層は、前記各転舵軸部の外周における先端部から前記根元部に渡って設けられていてもよい。この場合、路面等からの大きな衝撃力に対する強度および信頼性をさらに向上させることができる。 The surface hardening treatment layer may be provided from the tip end portion on the outer circumference of each of the steered shaft portions to the root portion. In this case, the strength and reliability against a large impact force from the road surface or the like can be further improved.

前記表面硬化処理層は、前記各転舵軸部の外周に浸炭焼入れが施された層であってもよい。この場合、表面硬化処理を施す転舵軸部の材質として、浸炭鋼が適用される。各転舵軸部の外周に浸炭焼入れが施されると、外表面における浸炭層がマルテンサイトになることで耐摩耗性の向上を図り、内部の層は硬化しないことからじん性を維持し得る。浸炭層には高い圧縮残留応力が存在するため、同時に疲労強度の向上も図れる。 The surface hardening treatment layer may be a layer in which the outer circumference of each of the steered shaft portions is carburized and quenched. In this case, carburized steel is applied as the material of the steered shaft portion to which the surface hardening treatment is applied. When carburizing and quenching is applied to the outer circumference of each turning shaft, the carburized layer on the outer surface becomes martensite to improve wear resistance, and the internal layer does not harden, so toughness can be maintained. .. Since the carburized layer has high compressive residual stress, the fatigue strength can be improved at the same time.

前記表面硬化処理層は、前記各転舵軸部の外周における定められた箇所に高周波焼入れが施された層であってもよい。
この場合、表面硬化処理を施す転舵軸部の材質として、高炭素鋼が適用される。また前記高周波焼入れにより、転舵軸部の外周における一部分のみに表面硬化処理層を容易に設けることができる。 The surface-hardened layer may be a layer in which induction hardening is performed at a predetermined location on the outer circumference of each of the steered shaft portions.
In this case, high carbon steel is used as the material of the steered shaft portion to be surface hardened. Further, the induction hardening allows the surface hardening layer to be easily provided only on a part of the outer circumference of the steered shaft portion.

前記表面硬化処理層は、前記各転舵軸部の外周における定められた箇所にレーザー焼入れが施された層であってもよい。
この場合、表面硬化処理を施す転舵軸部の材質として、高炭素鋼が適用される。また前記レーザー焼入れにより、転舵軸部の外周における一部分のみに表面硬化処理層を容易に設けることができる。 The surface-hardened layer may be a layer in which laser hardening is performed at a predetermined location on the outer circumference of each of the steered shaft portions.
In this case, high carbon steel is used as the material of the steered shaft portion to be surface hardened. Further, the surface hardening treatment layer can be easily provided only on a part of the outer circumference of the steered shaft portion by the laser hardening.

前記表面硬化処理層は、前記各転舵軸部の外周にガス軟窒化処理または塩浴軟窒化処理が施された層であってもよい。 The surface hardening treatment layer may be a layer obtained by subjecting the outer circumference of each of the steering shaft portions to gas nitrocarburizing treatment or salt bath nitrocarburizing treatment.

前記表面硬化処理層は、前記各転舵軸部の外周にショットピーニングが施された層を含むものであってもよい。この場合、ショットピーニングにより、転舵軸部の外表面に物理的に圧縮残留応力を付与することで、特に疲労強度の向上が期待できる。また前述のいずれかの熱処理を行った後に、さらに前記ショットピーニングを施す等の複合的な処理を行うと、更なる強度向上の効果が期待できる。 The surface hardening treatment layer may include a layer in which shot peening is performed on the outer circumference of each of the steered shaft portions. In this case, the improvement of fatigue strength can be expected especially by physically applying compressive residual stress to the outer surface of the steered shaft portion by shot peening. In addition, after performing any one of the heat treatments described above, if a combined treatment such as the shot peening is further performed, the effect of further improving the strength can be expected.

この発明の車両は、この発明の上記いずれかの構成の操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、この発明の操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。前輪は一般的に操舵輪とされるが、操舵輪にこの発明の操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、後輪は一般的に非操舵輪とされるが、非操舵輪に適用した場合は、非操舵輪の若干の操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。 In the vehicle of the present invention, one or both of the front wheels and the rear wheels are supported by using the hub unit with a steering function having any one of the above configurations of the present invention.
Therefore, the above-described effects of the hub unit with a steering function of the present invention can be obtained. The front wheels are generally steered wheels, but when the hub unit with a steering function of the present invention is applied to the steered wheels, it is effective for adjusting the toe angle during traveling. Although the rear wheels are generally non-steered wheels, when applied to the non-steered wheels, the minimum turning radius during low-speed traveling can be reduced by slightly steering the non-steered wheels.

この発明の操舵機能付ハブユニットは、車輪を支持するハブベアリングおよびこのハブベアリングの固定輪の外周から上下にそれぞれ突出する転舵軸部を有するハブユニット本体と、懸架装置の足回りフレーム部品に設けられ、前記ハブユニット本体を上下の前記転舵軸部の転舵軸心回りに回転自在に支持するユニット支持部材と、前記ハブユニット本体を前記転舵軸心回りに回転駆動させる操舵用アクチュエータと、を備え、前記上下の前記転舵軸部の外周における少なくとも根元部に、表面硬化処理層が設けられている。このため、操舵機能付ハブユニットの一部を車輪内の限られたスペースに収容することが可能となり、また路面等からの大きな衝撃力に対する強度および信頼性を向上させることができる。 A hub unit with a steering function of the present invention includes a hub bearing for supporting a wheel, a hub unit main body having steering shafts vertically projecting from the outer periphery of a fixed wheel of the hub bearing, and a suspension frame part of a suspension device. A unit support member that is provided to rotatably support the hub unit main body around the turning axis of the upper and lower turning shafts, and a steering actuator that rotationally drives the hub unit main body around the turning axis. And a surface hardening treatment layer is provided at least at the root portion on the outer circumference of the upper and lower steering shaft portions. Therefore, a part of the hub unit with a steering function can be housed in a limited space inside the wheel, and the strength and reliability against a large impact force from the road surface or the like can be improved.

この発明の車両は、この発明の上記いずれかの構成の操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ため、操舵機能付ハブユニットの一部を車輪内の限られたスペースに収容することが可能となり、また路面等からの大きな衝撃力に対する強度および信頼性を向上させることができる。 In the vehicle of the present invention, one or both of the front wheels and the rear wheels are supported by using the hub unit with a steering function of any of the above configurations of the present invention. Can be accommodated in a limited space, and the strength and reliability against a large impact force from the road surface can be improved.

この発明の第１の実施形態に係る操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。FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing a configuration of a hub unit with a steering function and its periphery according to a first embodiment of the present invention. 同操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。FIG. 3 is a horizontal sectional view showing the configuration of the hub unit with a steering function and its periphery. 同操舵機能付ハブユニットの外観を示す斜視図である。It is a perspective view showing the appearance of the hub unit with a steering function. 同操舵機能付ハブユニットの側面図である。It is a side view of the hub unit with the same steering function. 同操舵機能付ハブユニットの平面図である。It is a top view of the hub unit with the same steering function. 図４のVI - VI線断面図である。FIG. 6 is a sectional view taken along line VI-VI of FIG. 4. 同操舵機能付ハブユニットの転舵軸部等の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of a steered shaft part etc. of the hub unit with the same steering function. 同操舵機能付ハブユニットを備えた車両の一例の模式平面図である。It is a schematic plan view of an example of a vehicle including the hub unit with a steering function. いずれかの操舵機能付ハブユニットを備えた車両の他の例の模式平面図である。FIG. 11 is a schematic plan view of another example of a vehicle including any hub unit with a steering function. いずれかの操舵機能付ハブユニットを備えた車両のその他の例の模式平面図である。FIG. 11 is a schematic plan view of another example of the vehicle including any hub unit with a steering function.

［第１の実施形態］
この発明の実施形態に係る操舵機能付ハブユニットを図１ないし図８と共に説明する。
＜操舵機能付ハブユニットの概略構造＞
図１に示すように、この操舵機能付ハブユニット１は、ハブユニット本体２と、ユニット支持部材３と、回転許容支持部品４と、操舵用アクチュエータ５とを備える。足回りフレーム部品であるナックル６に一体にユニット支持部材３が設けられている。このユニット支持部材３のインボード側に、操舵用アクチュエータ５のアクチュエータ本体７が設けられ、ユニット支持部材３のアウトボード側に、ハブユニット本体２が設けられる。操舵機能付ハブユニット１を車両に搭載した状態で、車両の車幅方向外側をアウトボード側といい、車両の車幅方向中央側をインボード側という。なお、操舵機能付ハブユニット１を単に、ハブユニット１と言う場合がある。 [First Embodiment]
A hub unit with a steering function according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 8.
<Schematic structure of hub unit with steering function>
As shown in FIG. 1, the hub unit 1 with a steering function includes a hub unit main body 2, a unit support member 3, a rotation permitting support component 4, and a steering actuator 5. The unit support member 3 is provided integrally with the knuckle 6 which is a suspension frame component. The actuator body 7 of the steering actuator 5 is provided on the inboard side of the unit support member 3, and the hub unit body 2 is provided on the outboard side of the unit support member 3. With the hub unit 1 with a steering function mounted on a vehicle, the outside in the vehicle width direction of the vehicle is called the outboard side, and the center side in the vehicle width direction of the vehicle is called the inboard side. The hub unit 1 with a steering function may be simply referred to as the hub unit 1.

図２および図３に示すように、ハブユニット本体２とアクチュエータ本体７とはジョイント部８により連結されている。通常、このジョイント部８は、防水、防塵のために図示外のブーツが取り付けられている。 As shown in FIGS. 2 and 3, the hub unit body 2 and the actuator body 7 are connected by a joint portion 8. Normally, a boot (not shown) is attached to the joint portion 8 for waterproofing and dustproofing.

図１に示すように、ハブユニット本体２は、上下方向に延びる転舵軸心Ａ回りに回転自在なように、上下二箇所で回転許容支持部品４，４を介してユニット支持部材３に支持されている。転舵軸心Ａは、車輪９の回転軸心Ｏとは異なる軸心であり、主な操舵を行うキングピン軸とも異なっている。通常の車両は、車両走行の直進安定性の向上を目的としてキングピン角度が１０〜２０度で設定されているが、この実施形態の操舵機能付ハブユニット１は、前記キングピン角度とは別の角度（軸）の転舵軸を有する。車輪９は、ホイール９ａとタイヤ９ｂとを備える。 As shown in FIG. 1, the hub unit main body 2 is supported by the unit support member 3 at two upper and lower positions via the rotation permitting support parts 4 and 4 so that the hub unit main body 2 is rotatable about a steering axis A extending in the vertical direction. Has been done. The steered shaft center A is different from the rotating shaft center O of the wheel 9, and is also different from the kingpin shaft that mainly performs steering. In a normal vehicle, the kingpin angle is set to 10 to 20 degrees for the purpose of improving straight running stability of the vehicle, but the hub unit with a steering function 1 of this embodiment has an angle different from the kingpin angle. It has a steering axis of (axis). The wheel 9 includes a wheel 9a and a tire 9b.

＜操舵機能付ハブユニット１の設置箇所＞
この操舵機能付ハブユニット１は、この実施形態では操舵輪、具体的には図８に示すように、車両１０の前輪９Ｆのステアリング装置１１による操舵に付加して左右輪個別に微小な角度を操舵させる機構として、懸架装置１２のナックル６に一体に設けられる。 <Installation location of hub unit 1 with steering function>
In this embodiment, the hub unit with a steering function 1 is added to the steering of the front wheels 9F of the vehicle 10 by the steering device 11 as shown in FIG. As a mechanism for steering, it is provided integrally with the knuckle 6 of the suspension device 12.

図２および図８に示すように、ステアリング装置１１は、車体に取り付けられ、運転者のハンドル１１ａの操作、または図示外の自動運転装置、運転支援装置の指令等によって動作し、その進退するタイロッド１４が、ユニット支持部材３のステアリング結合部６ｄ（後述する）に連結されている。ステアリング装置１１は、ラック・ピニオン式等とされるが、どのタイプのステアリング装置でも構わない。懸架装置１２は、例えば、ショックアブソーバーをナックル６に直接固定するストラット式サスペンション機構を適用しているが、マルチリンク式サスペンション機構、その他のサスペンション機構を適用してもよい。 As shown in FIGS. 2 and 8, the steering device 11 is attached to a vehicle body, operates by a driver's operation of the steering wheel 11a, or operates an automatic driving device (not shown), a command from a driving support device, or the like, and moves back and forth. 14 is connected to a steering coupling portion 6d (described later) of the unit support member 3. The steering device 11 is of a rack and pinion type or the like, but any type of steering device may be used. For the suspension device 12, for example, a strut type suspension mechanism for directly fixing the shock absorber to the knuckle 6 is applied, but a multi-link type suspension mechanism or another suspension mechanism may be applied.

＜ハブユニット本体２について＞
図１に示すように、ハブユニット本体２は、車輪９の支持用のハブベアリング１５と、アウターリング１６と、後述の操舵力受け部であるアーム部１７（図３）とを備える。
図６に示すように、ハブベアリング１５は、内輪１８と、外輪１９と、これら内外輪１８，１９間に介在したボール等の転動体２０とを有し、車体側の部材と車輪９（図１）とを繋ぐ役目をしている。 <About the hub unit body 2>
As shown in FIG. 1, the hub unit main body 2 includes a hub bearing 15 for supporting the wheels 9, an outer ring 16, and an arm portion 17 (FIG. 3) which is a steering force receiving portion described later.
As shown in FIG. 6, the hub bearing 15 has an inner ring 18, an outer ring 19, and rolling elements 20 such as balls interposed between the inner and outer rings 18 and 19, and the members on the vehicle body side and the wheels 9 (FIG. 1) It has a role of connecting with.

このハブベアリング１５は、図示の例では、外輪１９が固定輪、内輪１８が回転輪となり、転動体２０が複列とされたアンギュラ玉軸受とされている。内輪１８は、ハブフランジ１８ａａを有しアウトボード側の軌道面を構成するハブ輪部１８ａと、インボード側の軌道面を構成する内輪部１８ｂとを有する。図１に示すように、ハブフランジ１８ａａに、車輪９のホイール９ａがブレーキロータ２１ａと重なり状態でボルト固定されている。内輪１８は、回転軸心Ｏ回りに回転する。 In the illustrated example, the hub bearing 15 is an angular ball bearing in which the outer ring 19 is a fixed ring, the inner ring 18 is a rotating ring, and the rolling elements 20 are double rows. The inner ring 18 has a hub ring portion 18a having a hub flange 18aa and forming a raceway surface on the outboard side, and an inner ring portion 18b forming a raceway surface on the inboard side. As shown in FIG. 1, the wheel 9a of the wheel 9 is bolted to the hub flange 18aa so as to overlap the brake rotor 21a. The inner ring 18 rotates around the rotation axis O.

図６および図７に示すように、アウターリング１６は、外輪１９の外周面に嵌合された円環部１６ａと、この円環部１６ａの外周から上下に突出して設けられたトラニオン軸状の転舵軸部１６ｂ，１６ｂとを有する。上下の取付軸部である各転舵軸部１６ｂは、転舵軸心Ａに同軸に設けられる。各転舵軸部１６ｂは、基端が外輪１９の外周面に向かうに従って大径となるテーパ状に拡径した拡径部１６ｂｂと、この拡径部１６ｂｂよりも先端側の部分である同一寸法の外径となる一定径部１６ｂａとで構成されている。拡径部１６ｂｂの外径側縁部が円環部１６ａに一体に繋がるように形成されている。 As shown in FIGS. 6 and 7, the outer ring 16 includes an annular portion 16a fitted to the outer peripheral surface of the outer ring 19 and a trunnion shaft-like member provided so as to vertically project from the outer periphery of the annular portion 16a. It has steering shaft portions 16b and 16b. The respective turning shaft portions 16b, which are the upper and lower mounting shaft portions, are provided coaxially with the turning axis A. Each of the steered shaft portions 16b has a taper-shaped enlarged diameter portion 16bb whose base end has a larger diameter toward the outer peripheral surface of the outer ring 19, and a portion which is closer to the tip end than the enlarged diameter portion 16bb and has the same size. It has a constant diameter portion 16ba having an outer diameter of. The outer diameter side edge portion of the enlarged diameter portion 16bb is formed so as to be integrally connected to the annular portion 16a.

図２に示すように、ブレーキ２１は、ブレーキロータ２１ａと、ブレーキキャリパ２１ｂとを有する。ブレーキキャリパ２１ｂは、外輪１９に一体にアーム状に突出して形成された上下二箇所のブレーキキャリパ取付部２２（図４）に取付けられる。 As shown in FIG. 2, the brake 21 has a brake rotor 21a and a brake caliper 21b. The brake caliper 21b is attached to two upper and lower brake caliper mounting portions 22 (FIG. 4) formed integrally with the outer ring 19 so as to project like an arm.

＜回転許容支持部品およびユニット支持部材について＞
図６および図７に示すように、各回転許容支持部品４は転がり軸受から成る。この例では、転がり軸受として、テーパころ軸受が適用されている。転がり軸受は、転舵軸部１６ｂの外周における一定径部１６ｂａに嵌合された内輪４ａと、ユニット支持部材３に嵌合された外輪４ｂと、内外輪４ａ，４ｂ間に介在する複数の転動体４ｃとを有する。 <Regarding rotation-allowable support parts and unit support members>
As shown in FIGS. 6 and 7, each rotation-allowable support component 4 is a rolling bearing. In this example, a tapered roller bearing is applied as the rolling bearing. The rolling bearing includes an inner ring 4a fitted to the constant diameter part 16ba on the outer circumference of the steered shaft part 16b, an outer ring 4b fitted to the unit support member 3, and a plurality of rolling members interposed between the inner and outer rings 4a and 4b. And a moving body 4c.

ユニット支持部材３は、ユニット支持部材本体３Ａと、ユニット支持部材結合体３Ｂとを有する。ユニット支持部材本体３Ａのアウトボード側端に、略リング形状のユニット支持部材結合体３Ｂが着脱自在に固定されている。ユニット支持部材結合体３Ｂのインボード側側面のうち上下の部分には、部分的な凹球面状の嵌合孔形成部３Ｂａがそれぞれ形成されている。 The unit support member 3 has a unit support member main body 3A and a unit support member combination 3B. A substantially ring-shaped unit support member assembly 3B is detachably fixed to the end of the unit support member body 3A on the outboard side. Partial concave spherical fitting hole forming portions 3Ba are formed in the upper and lower portions of the inboard side surface of the unit support member combination 3B.

図５および図６に示すように、ユニット支持部材本体３Ａのアウトボード側端のうち上下の部分には、部分的な凹球面状の嵌合孔形成部３Ａａがそれぞれ形成されている。ユニット支持部材本体３Ａのアウトボード側端にユニット支持部材結合体３Ｂが固定され、各上下の部分につき、嵌合孔形成部３Ａａ，３Ｂａが互いに組み合わされることにより、全周に連なる嵌合孔が形成される。この嵌合孔に外輪４ｂが嵌合されている。なお図３において、ユニット支持部材３を一点鎖線で表す。 As shown in FIGS. 5 and 6, a partially concave spherical fitting hole forming portion 3Aa is formed in the upper and lower portions of the outboard side end of the unit supporting member main body 3A. The unit support member combined body 3B is fixed to the end of the unit support member main body 3A on the outboard side, and the fitting hole forming portions 3Aa and 3Ba are combined with each other in the upper and lower portions, so that a fitting hole continuous to the entire circumference is formed. It is formed. The outer ring 4b is fitted in this fitting hole. In addition, in FIG. 3, the unit support member 3 is represented by a one-dot chain line.

図６および図７に示すように、各取付軸部１６ｂには、雌ねじ部が径方向に延びるように形成され、この雌ねじ部に螺合するボルト２３が設けられている。内輪４ａの端面に円板状の押圧部材２４を介在させ、前記雌ねじ部に螺合するボルト２３により、内輪４ａの端面に押圧力を付与することで、各回転許容支持部品４にそれぞれ予圧を与えている。これにより各回転許容支持部品４の剛性を高め得る。なお、回転許容支持部品４の転がり軸受は、テーパころ軸受に代えてアンギュラ玉軸受または四点接触玉軸受を用いてもよい。その場合も、上記と同様に予圧を与えることができる。 As shown in FIGS. 6 and 7, a female screw portion is formed on each of the mounting shaft portions 16b so as to extend in the radial direction, and a bolt 23 that is screwed into the female screw portion is provided. A disc-shaped pressing member 24 is interposed on the end surface of the inner ring 4a, and a pressing force is applied to the end surface of the inner ring 4a by a bolt 23 that is screwed into the female screw portion, whereby pre-load is applied to each rotation-allowable support component 4. I'm giving. This can increase the rigidity of each rotation-allowable support component 4. As the rolling bearing of the rotation-allowable support component 4, an angular contact ball bearing or a four-point contact ball bearing may be used instead of the tapered roller bearing. Even in that case, the preload can be applied in the same manner as described above.

図１に示すように、上下の転舵軸部１６ｂ，１６ｂは、それぞれ回転許容支持部品４，４を介してユニット支持部材３に支持され、各回転許容支持部品４が車輪９のホイール９ａ内に位置する。この例では、各回転許容支持部品４が、ホイール９ａ内でこのホイール９ａの幅方向中間付近に配置される。 As shown in FIG. 1, the upper and lower steered shaft portions 16b and 16b are supported by the unit support member 3 via the rotation allowance support parts 4 and 4, respectively, and each rotation allowance support part 4 is inside the wheel 9a of the wheel 9. Located in. In this example, each rotation-allowable support component 4 is arranged in the wheel 9a near the middle of the wheel 9a in the width direction.

図２に示すように、アーム部１７は、ハブベアリング１５の外輪１９に補助的な操舵力を与える作用点となる部位であり、アウターリング１６または外輪１９の外周の一部に一体に突出する。アーム部１７は、ジョイント部８を介して、操舵用アクチュエータ５の直動出力部２５ａに回転自在に連結されている。これにより、操舵用アクチュエータ５の直動出力部２５ａが進退することで、ハブユニット本体２が転舵軸心Ａ（図１）回りに回転、つまり補助操舵させられる。 As shown in FIG. 2, the arm portion 17 is a portion serving as a point of action for applying an auxiliary steering force to the outer ring 19 of the hub bearing 15, and integrally projects with a part of the outer ring 16 or the outer periphery of the outer ring 19. .. The arm portion 17 is rotatably connected to the linear motion output portion 25 a of the steering actuator 5 via the joint portion 8. As a result, the direct-acting output portion 25a of the steering actuator 5 advances and retreats, so that the hub unit main body 2 rotates around the turning axis A (FIG. 1), that is, auxiliary steering is performed.

＜ハブユニット１に作用する力について＞
図１に示すように、車両の通常走行時の縁石への乗り上げ等、タイヤ９ｂまたはホイール９ａが路面上の障害物へ衝突した際、または過度な急旋回時に過大な衝撃力Ｆが発生する。この衝撃力Ｆのうち、特に、タイヤ９ｂの接地面に車両進行方向に対して横方向に作用する力は、車両の緩衝装置が吸収できないため、ハブユニット１に大きなモーメント力Ｆ１として伝達される。また、通常の走行時においても、旋回力Ｆ２または路面からの反力Ｆ３がハブユニット１に様々な方向から常用的に繰り返し入力される。 <About the force acting on the hub unit 1>
As shown in FIG. 1, an excessive impact force F is generated when the tire 9b or the wheel 9a collides with an obstacle on the road surface, such as when the vehicle runs on a curb during normal traveling, or when the vehicle turns excessively suddenly. Of the impact force F, particularly the force acting on the ground contact surface of the tire 9b laterally with respect to the traveling direction of the vehicle cannot be absorbed by the vehicle shock absorber, and thus is transmitted to the hub unit 1 as a large moment force F1. .. Further, during normal traveling, the turning force F2 or the reaction force F3 from the road surface is regularly input to the hub unit 1 from various directions.

車両の挙動を制御するためには、正確に車輪の舵角を制御する必要があり、車輪内の限られたスペースに配置できるように操舵機能付ハブユニットを小型化しつつ、ハブユニット全体の剛性を高めることが必要となる。しかし、ハブユニットの小型化によってハブベアリングの一部から上下にそれぞれ突出する転舵軸部が小径になるため、路面から衝撃的に過大な外力がハブユニットに作用した場合に前記転舵軸部に過大な力が作用し操舵機能に異常が発生する懸念がある。特に転舵軸の根元部等には大きな応力が集中し、変形等の恐れがある。 In order to control the behavior of the vehicle, it is necessary to control the steering angle of the wheels accurately, and while reducing the size of the hub unit with steering function so that it can be placed in a limited space within the wheel, the rigidity of the entire hub unit Will be required. However, due to the downsizing of the hub unit, the turning shafts protruding upward and downward from a part of the hub bearing have a small diameter, so that when the excessive external force shockingly acts on the hub unit from the road surface, There is a concern that an excessive force may be applied to the steering wheel and the steering function may become abnormal. In particular, large stress concentrates on the root portion of the steered shaft, which may cause deformation.

＜表面硬化処理について＞
そこで、図７（図１のVII部の拡大図）に示すように、転舵軸部１６ｂの外周における一定径部１６ｂａ、拡径部１６ｂｂ、および円環部１６ａの外周面における根元部Ｎｍの周辺部Ｐｒに渡って、表面硬化処理層Ｓｆを設けている。根元部Ｎｍは、転舵軸部１６ｂの拡径部１６ｂｂと、この拡径部１６ｂｂに繋がる一定径部１６ｂａにおける基端から先端側に定められた距離離れた範囲を含む。前記周辺部Ｐｒは、具体的には、拡径部１６ｂｂの外径側縁部から、円環部１６ａにおける外周面のＯリング溝２８の直前までの範囲である。 <Surface hardening treatment>
Therefore, as shown in FIG. 7 (enlarged view of VII portion in FIG. 1), a constant diameter portion 16ba, an enlarged diameter portion 16bb on the outer circumference of the steered shaft portion 16b, and a root portion Nm on the outer peripheral surface of the annular portion 16a. The surface hardening treatment layer Sf is provided over the peripheral portion Pr. The root portion Nm includes an enlarged diameter portion 16bb of the steered shaft portion 16b and a range separated from the base end of the constant diameter portion 16ba connected to the enlarged diameter portion 16bb to the tip end side. Specifically, the peripheral portion Pr is a range from the outer diameter side edge portion of the enlarged diameter portion 16bb to just before the O-ring groove 28 on the outer peripheral surface of the annular portion 16a.

転舵軸部１６ｂに曲げ力が作用した場合、特に根元部Ｎｍには大きな応力が作用するため、表面硬化処理層Ｓｆを施す範囲は、転舵軸部１６ｂの基端を基準として周囲に拡げることが望ましい。よって、拡径部１６ｂｂの範囲および円環部１６ａの一部に渡って表面硬化処理が施されている。この表面硬化処理が施される転舵軸軸方向の範囲は、このハブユニットにモーメント力、旋回力および路面からの反力が入力されても転舵軸部１６ｂに変形等が起こらず、操舵機能が正常に維持されることを条件として適宜に設定される。例えば、前記範囲は、設計等によって任意に定められ、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方等により適切な範囲を求めて定められる。 When a bending force acts on the steered shaft portion 16b, a large stress particularly acts on the root portion Nm, so that the range in which the surface hardening treatment layer Sf is applied expands around the base end of the steered shaft portion 16b. Is desirable. Therefore, the surface hardening treatment is performed over the range of the enlarged diameter portion 16bb and a part of the annular portion 16a. The range of the steering shaft axial direction in which the surface hardening treatment is performed is such that the steering shaft portion 16b is not deformed even when a moment force, a turning force, and a reaction force from the road surface are input to the hub unit, and the steering is performed. It is appropriately set on condition that the function is normally maintained. For example, the range is arbitrarily determined by design or the like, and is determined by determining an appropriate range by one or both of a test and a simulation, for example.

表面硬化処理の方法としては、浸炭焼入れ、高周波焼入れ、レーザー焼入れ、ガス軟窒化処理または塩浴軟窒化処理等が挙げられる。ここで、表面硬化処理を施すアウターリング１６の材質には、表面硬化処理の種類に応じて、例えば、浸炭焼入れの場合、ＳＣＭ４１５またはＳＣＲ４２０等に代表される浸炭鋼が適用され、高周波焼入れ、レーザー焼入れの場合、Ｓ４５ＣまたはＳ５５Ｃ等に代表される高炭素鋼が適用される。表面硬化処理層の硬化層深さは、転舵軸部１６ｂに加わる衝撃力および繰返し荷重の大きさに応じて、必要とされる耐衝撃性および疲労強度に鑑み、適宜設定されることが望ましい。 Examples of the surface hardening method include carburizing quenching, induction hardening, laser quenching, gas soft nitriding treatment, salt bath soft nitriding treatment and the like. Here, according to the type of the surface hardening treatment, for example, in the case of carburizing and hardening, a carburized steel typified by SCM415 or SCR420 is applied to the material of the outer ring 16 which is subjected to the surface hardening treatment. In the case of quenching, high carbon steel represented by S45C or S55C is applied. The depth of the hardened layer of the surface-hardened layer is preferably set appropriately according to the impact force applied to the steered shaft portion 16b and the magnitude of the repeated load in view of the required impact resistance and fatigue strength. ..

＜操舵用アクチュエータ５＞
図３に示すように、操舵用アクチュエータ５は、ハブユニット本体２を転舵軸心Ａ（図１）回りに回転駆動させるアクチュエータ本体７を有する。
図２に示すように、アクチュエータ本体７は、モータ２６と、モータ２６の回転を減速する減速機２７と、この減速機２７の正逆の回転出力を直動出力部２５ａの往復直線動作に変換する直動機構２５とを備える。モータ２６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。 <Steering actuator 5>
As shown in FIG. 3, the steering actuator 5 has an actuator main body 7 that rotationally drives the hub unit main body 2 around the steered axis A (FIG. 1).
As shown in FIG. 2, the actuator body 7 converts the motor 26, the speed reducer 27 that reduces the rotation of the motor 26, and the forward/reverse rotation output of the speed reducer 27 into the reciprocating linear motion of the linear motion output unit 25a. And a direct-acting mechanism 25. The motor 26 is, for example, a permanent magnet type synchronous motor, but may be a DC motor or an induction motor.

減速機２７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。減速機２７は、ドライブプーリ２７ａ，ドリブンプーリ２７ｂと、ベルト２７ｃとを有する。モータ２６のモータ軸にドライブプーリ２７ａが結合され、直動機構２５にドリブンプーリ２７ｂが設けられている。このドリブンプーリ２７ｂは、前記モータ軸に平行に配置されている。モータ２６の駆動力は、ドライブプーリ２７ａからベルト２７ｃを介してドリブンプーリ２７ｂに伝達される。前記各ドライブプーリ２７ａ，ドリブンプーリ２７ｂとベルト２７ｃとで、巻き掛け式の減速機２７が構成される。 The speed reducer 27 can use a winding type transmission mechanism such as a belt transmission mechanism or a gear train, and the belt transmission mechanism is used in the example of FIG. The speed reducer 27 has a drive pulley 27a, a driven pulley 27b, and a belt 27c. A drive pulley 27a is coupled to the motor shaft of the motor 26, and a driven pulley 27b is provided in the linear motion mechanism 25. The driven pulley 27b is arranged parallel to the motor shaft. The driving force of the motor 26 is transmitted from the drive pulley 27a to the driven pulley 27b via the belt 27c. The drive pulley 27a, the driven pulley 27b and the belt 27c constitute a winding type speed reducer 27.

直動機構２５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・ピニオン機構等を用いることができ、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。直動機構２５は、前記台形ねじの滑りねじを用いた送りねじ機構を備えるため、タイヤ９ｂからの逆入力の防止効果を高め得る。モータ２６、減速機２７および直動機構２５を備えたアクチュエータ本体７は、準組立品として組み立てられてケース６ｂにボルト等により着脱自在に取り付けられる。なおモータ２６の駆動力を、減速機を介さず直接直動機構２５へ伝達する機構も可能である。 A feed screw mechanism such as a slide screw or a ball screw, or a rack and pinion mechanism can be used as the linear motion mechanism 25, and in this example, a feed screw mechanism using a trapezoidal screw is used. Since the linear motion mechanism 25 includes a feed screw mechanism that uses the sliding screw of the trapezoidal screw, the effect of preventing reverse input from the tire 9b can be enhanced. The actuator body 7 including the motor 26, the speed reducer 27, and the linear motion mechanism 25 is assembled as a subassembly and is detachably attached to the case 6b with bolts or the like. A mechanism that directly transmits the driving force of the motor 26 to the linear motion mechanism 25 without using a speed reducer is also possible.

ケース６ｂは、ユニット支持部材３の一部として、ユニット支持部材本体３Ａに一体に形成されている。ケース６ｂは、有底筒状に形成され、モータ２６を支持するモータ収容部と、直動機構２５を支持する直動機構収容部が設けられている。前記モータ収容部には、モータ２６をケース内所定位置に支持する嵌合孔が形成されている。前記直動機構収容部には、直動機構２５をケース内所定位置に支持する嵌合孔、および、直動出力部２５ａの進退を許す貫通孔等が形成されている。 The case 6b is formed integrally with the unit support member main body 3A as a part of the unit support member 3. The case 6b is formed in a cylindrical shape with a bottom, and is provided with a motor housing portion that supports the motor 26 and a linear motion mechanism housing portion that supports the linear motion mechanism 25. A fitting hole for supporting the motor 26 at a predetermined position in the case is formed in the motor housing portion. The linear motion mechanism accommodating portion is formed with a fitting hole for supporting the linear motion mechanism 25 at a predetermined position in the case, a through hole for allowing the linear motion output portion 25a to move forward and backward, and the like.

図３に示すように、ユニット支持部材本体３Ａは、前記ケース６ｂ、ショックアブソーバの取り付け部となるショックアブソーバ取り付け部６ｃ、およびステアリング装置１１（図２）の結合部となるステアリング装置結合部６ｄを有する。これらショックアブソーバ取り付け部６ｃおよびステアリング装置結合部６ｄも、ユニット支持部材本体３Ａに一体に形成されている。ユニット支持部材本体３Ａの外表面部における上部に、ショックアブソーバ取り付け部６ｃが突出するように形成されている。ユニット支持部材本体３Ａの外表面部における側面部には、ステアリング装置結合部６ｄが突出するように形成されている。 As shown in FIG. 3, the unit support member main body 3A includes the case 6b, the shock absorber mounting portion 6c which is a mounting portion of the shock absorber, and the steering device coupling portion 6d which is a coupling portion of the steering device 11 (FIG. 2). Have. The shock absorber mounting portion 6c and the steering device coupling portion 6d are also integrally formed on the unit support member main body 3A. A shock absorber mounting portion 6c is formed so as to project on the upper portion of the outer surface portion of the unit support member main body 3A. A steering device coupling portion 6d is formed so as to project on a side surface portion of the outer surface portion of the unit support member main body 3A.

＜作用効果＞
以上説明した操舵機能付ハブユニット１によれば、車輪９を支持するハブベアリング１５を含むハブユニット本体２を、アクチュエータ本体７の駆動により、転舵軸心Ａ回りに自由に回転させることができる。つまり、ハブユニット本体２は、操舵用アクチュエータ５の直動出力部２５ａをモータ２６の駆動により進退させることで、直動出力部２５ａに連結されたアーム部１７を介して回転させられる。 <Effect>
According to the hub unit 1 with a steering function described above, the hub unit main body 2 including the hub bearing 15 that supports the wheels 9 can be freely rotated about the steered axis A by driving the actuator main body 7. .. That is, the hub unit main body 2 is rotated via the arm portion 17 connected to the linear motion output portion 25a by advancing and retracting the linear motion output portion 25a of the steering actuator 5 by driving the motor 26.

この回転は、運転者のハンドル操作による操舵に付加して、すなわちステアリング装置１１によるキングピン軸回りのナックル６の回転に付加して、補助的な操舵として行われ、また１輪の独立操舵が行える。左右の車輪９，９の補助操舵の角度を異ならせることで、左右の車輪９，９間のトー角を任意に変更することができる。 This rotation is performed as auxiliary steering in addition to the steering operation by the driver's steering wheel operation, that is, in addition to the rotation of the knuckle 6 around the kingpin axis by the steering device 11, and one-wheel independent steering can be performed. .. The toe angle between the left and right wheels 9 and 9 can be arbitrarily changed by making the angles of the auxiliary steering of the left and right wheels 9 and 9 different from each other.

そのため、操舵機能付ハブユニット１を前輪等の操舵輪および後輪等の非操舵輪のいずれに用いてもよい。操舵輪に用いる場合は、ステアリング装置１１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操舵に付加して、左右の車輪個別の、または左右輪に連動した車輪９の微小な角度変化を行わせる機構となる。補助操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、補助操舵可能角度が±５度以下であっても十分に足りる。補助操舵の角度は操舵用アクチュエータ５の制御により行う。 Therefore, the hub unit 1 with a steering function may be used for both steered wheels such as front wheels and non-steered wheels such as rear wheels. When used as a steered wheel, the wheel 9 is installed on a member whose direction can be changed by the steering device 11 so as to be added to the steering by the driver's steering wheel operation, and the wheel 9 can be individually operated on the left and right wheels or the wheels 9 interlocked with the left and right wheels. It becomes a mechanism to make a minute angle change. Regarding the angle of the auxiliary steering, a small angle is sufficient to improve the kinetic performance of the vehicle and the stability and safety of driving, and it is sufficient even if the auxiliary steering possible angle is ±5 degrees or less. The angle of the auxiliary steering is controlled by the steering actuator 5.

また、旋回走行時に、走行速度に応じて左右輪の舵角差を変えることができる。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、低速域の旋回走行において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。このように走行中に車輪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。旋回走行時における左右の操舵輪の操舵角度を適切に変えることで、車両の旋回半径を小さくし、小回り性能を向上させることもできる。
さらに直線走行時にも、それぞれの場面に合わせてトー角度の量を調整することで、走行抵抗を下げ燃費を悪化させることなく、走行安定性を確保するなど調整が可能である。 Further, when turning, it is possible to change the steering angle difference between the left and right wheels according to the traveling speed. For example, the steering geometry can be changed during traveling, such as parallel geometry for turning in the high speed range and Ackermann geometry for turning in the low speed range. As described above, the wheel angle can be arbitrarily changed during traveling, so that it becomes possible to improve the kinetic performance of the vehicle and to travel stably and safely. By appropriately changing the steering angles of the left and right steered wheels during turning, it is possible to reduce the turning radius of the vehicle and improve the small turning performance.
Furthermore, even when driving straight, by adjusting the amount of the toe angle according to each situation, it is possible to make adjustments such as ensuring running stability without lowering running resistance and reducing fuel consumption.

このように車両の挙動を制御するためには、正確に車輪９の舵角を制御する必要があり、車輪内の限られたスペースに配置できるように操舵機能付ハブユニット１を小型化しつつ、ハブユニット全体の剛性を高めることが必要となる。 In order to control the behavior of the vehicle as described above, it is necessary to accurately control the steering angle of the wheels 9, and the hub unit 1 with a steering function is downsized so that it can be arranged in a limited space inside the wheels. It is necessary to increase the rigidity of the entire hub unit.

この操舵機能付ハブユニット１では、特に、各転舵軸部１６ｂの外周における一定径部１６ｂａ、拡径部１６ｂｂおよび周辺部Ｐｒに渡って、表面硬化処理層Ｓｆが設けられているため、以下の作用効果を奏する。
転舵軸部１６ｂの外周の表面硬化処理層Ｓｆが例えばマルテンサイトになっていることで耐摩耗性の向上を図り、転舵軸部１６ｂの内部の層は硬化しないことからじん性を維持し得る。表面硬化処理層Ｓｆには高い圧縮残留応力が存在するため、同時に疲労強度の向上も図れる。 In the hub unit 1 with a steering function, since the surface hardening treatment layer Sf is provided especially over the constant diameter portion 16ba, the enlarged diameter portion 16bb and the peripheral portion Pr on the outer circumference of each turning shaft portion 16b, Produces the effect of.
The surface hardening treatment layer Sf on the outer circumference of the steered shaft portion 16b is made of, for example, martensite to improve wear resistance, and the layer inside the steered shaft portion 16b does not harden to maintain toughness. obtain. Since the surface hardening treatment layer Sf has a high compressive residual stress, the fatigue strength can be improved at the same time.

よって、路面からの衝撃的な外力に対する高い耐衝撃性と、路面から繰り返し入力される反力に対する高い疲労強度を、転舵軸部１６ｂに兼ね備えることができる。材料を深部まで硬化させる芯なし焼入れいわゆるずぶ焼きでは、強度は向上するものの脆くなり、衝撃的な過大入力に対しては脆性破壊の危険が生じたため、転舵軸部１６ｂの外周の表面のみ硬化処理を行うことで強度と耐衝撃性の両立を図ることが可能となる。
また、転舵軸部１６ｂには主に曲げ方向の力が作用し、表層の応力がより高くなることから、表面を硬化処理することは疲労強度を高めることに有効である。
したがって、操舵機能付ハブユニット１の小型化を図って操舵機能付ハブユニット１の一部を車輪９内の限られたスペースに収容することが可能となり、また路面等からの大きな衝撃力に対する強度および信頼性を向上させた操舵機能付ハブユニット１を得ることができる。 Therefore, the steered shaft portion 16b can have both high shock resistance against an impact external force from the road surface and high fatigue strength against a reaction force repeatedly input from the road surface. Coreless quenching, which hardens the material to a deeper part, so-called sobuki increases the strength but makes it brittle, and there is a risk of brittle fracture in the event of excessive shock input, so only the outer peripheral surface of the steered shaft 16b is hardened. By performing the treatment, it becomes possible to achieve both strength and impact resistance.
Further, since the force in the bending direction mainly acts on the steered shaft portion 16b and the stress in the surface layer becomes higher, the surface hardening treatment is effective for increasing the fatigue strength.
Therefore, it is possible to reduce the size of the hub unit with a steering function 1 and to accommodate a part of the hub unit with a steering function 1 in a limited space in the wheel 9, and the strength against a large impact force from the road surface or the like. Further, it is possible to obtain the hub unit 1 with a steering function having improved reliability.

＜他の実施形態について＞
以下の説明においては、各実施の形態で先行して説明している事項に対応している部分には同一の参照符号を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、特に記載のない限り先行して説明している形態と同様とする。同一の構成から同一の作用効果を奏する。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。 <About other embodiments>
In the following description, the parts corresponding to the items previously described in the respective embodiments will be designated by the same reference numerals, and overlapping description will be omitted. When only a part of the structure is described, the other parts of the structure are the same as those described above unless otherwise specified. The same function and effect are obtained from the same configuration. Not only the combination of the parts specifically described in each of the embodiments, but also the embodiments may be partially combined with each other as long as the combination does not cause any problems.

表面硬化処理層Ｓｆは、各転舵軸部１６ｂの外周にショットピーニングが施されたものであってもよい。この場合、ショットピーニングにより、転舵軸部１６ｂの外表面に物理的に圧縮残留応力を付与することで、特に疲労強度の向上が期待できる。また前述のいずれかの熱処理を行った後に、さらに前記ショットピーニングを施す等の複合的な処理を行うと、更なる強度向上の効果が期待できる。 The surface hardening treatment layer Sf may be one in which the outer circumference of each of the steered shaft portions 16b is shot peened. In this case, the improvement of fatigue strength can be particularly expected by physically applying compressive residual stress to the outer surface of the steered shaft portion 16b by shot peening. In addition, after performing any one of the heat treatments described above, if a combined treatment such as the shot peening is further performed, the effect of further improving the strength can be expected.

転舵軸部１６ｂの根元部Ｎｍのみに表面硬化処理層Ｓｆが設けられてもよい。この場合、高周波焼入れまたはレーザー焼入れにより、転舵軸部１６ｂの根元部Ｎｍのみに表面硬化処理層Ｓｆを容易に設けることができる。
円環部１６ａと外輪１９とが同一材料から一体に形成されたものであってもよい。この場合、外輪１９に対する表面硬化処理と共に、転舵軸部１６ｂの表面硬化処理を同時に行うことができるため、作業工数の低減を図れる。
ユニット支持部材３を、足回りフレーム部品に別体に構成し、この足回りフレーム部品にユニット支持部材３を着脱自在に設けてもよい。 The surface hardening treatment layer Sf may be provided only on the root portion Nm of the steered shaft portion 16b. In this case, the surface hardening treatment layer Sf can be easily provided only on the root portion Nm of the steered shaft portion 16b by induction hardening or laser hardening.
The annular portion 16a and the outer ring 19 may be integrally formed of the same material. In this case, the surface hardening process for the steered shaft portion 16b can be performed at the same time as the surface hardening process for the outer wheel 19, so that the number of working steps can be reduced.
The unit support member 3 may be configured separately from the undercarriage frame component, and the unit support member 3 may be detachably provided on the undercarriage frame component.

＜非操舵輪への適用について＞
操舵機能付ハブユニット１は、非操舵輪に対して用いてもよい。例えば、図９に示すように、前輪操舵の車両において、後輪９Ｒを支持する懸架装置１２Ｒの車輪用軸受設置部となる足回りフレーム部品６Ｒに設定し、後輪操舵に用いてもよい。
その他図１０に示すように、操舵機能付ハブユニット１を、操舵輪である左右の前輪９Ｆ，９Ｆおよび非操舵輪である左右の後輪９Ｒ，９Ｒにそれぞれ用いてもよい。 <Application to non-steering wheels>
The hub unit with a steering function 1 may be used for non-steering wheels. For example, as shown in FIG. 9, in a vehicle with front-wheel steering, the suspension frame part 6R, which serves as a wheel bearing installation portion of the suspension device 12R that supports the rear wheels 9R, may be set for rear-wheel steering.
In addition, as shown in FIG. 10, the hub unit with steering function 1 may be used for the left and right front wheels 9F, 9F that are steered wheels and the left and right rear wheels 9R, 9R that are non-steered wheels, respectively.

＜操舵システムについて＞
図３に示すように、この操舵システムは、いずれかの実施形態に係る操舵機能付ハブユニット１と、この操舵機能付ハブユニット１の操舵用アクチュエータ５を制御する制御装置２９とを備える。制御装置２９は、操舵制御部３０と、アクチュエータ駆動制御部３１とを有する。操舵制御部３０は、上位制御部３２から与えられた補助操舵角指令信号（操舵角指令信号）に応じた電流指令信号を出力する。 <About steering system>
As shown in FIG. 3, the steering system includes a hub unit 1 with a steering function according to any one of the embodiments, and a control device 29 that controls a steering actuator 5 of the hub unit 1 with a steering function. The controller 29 has a steering controller 30 and an actuator drive controller 31. The steering control unit 30 outputs a current command signal according to the auxiliary steering angle command signal (steering angle command signal) given from the upper control unit 32.

上位制御部３２は操舵制御部３０の上位の制御手段であり、この上位制御部３２として、例えば、車両全般を制御する電気制御ユニット（Vehicle Control Unit,略称ＶＣＵ）が適用される。アクチュエータ駆動制御部３１は、操舵制御部３０から入力された電流指令信号に応じた電流を出力して操舵用アクチュエータ５を駆動制御する。アクチュエータ駆動制御部３１は、モータ２６のコイルに供給する電力を制御する。このアクチュエータ駆動制御部３１は、例えば、図示外のスイッチ素子を用いたハーフブリッジ回路を構成し、前記スイッチ素子のＯＮ−ＯＦＦデューティ比によりモータ印加電圧を決定するＰＷＭ制御を行う。これにより、運転者のハンドル操作による操舵に付加して、車輪を微小に角度変化することができる。直線走行時にも、それぞれの場面に合わせてトー角の量を調整し得る。 The upper control unit 32 is a control unit higher than the steering control unit 30, and as the upper control unit 32, for example, an electric control unit (VCU) for controlling the entire vehicle is applied. The actuator drive control unit 31 outputs a current according to the current command signal input from the steering control unit 30 to drive and control the steering actuator 5. The actuator drive controller 31 controls electric power supplied to the coil of the motor 26. The actuator drive control unit 31 constitutes, for example, a half bridge circuit using a switch element (not shown), and performs PWM control for determining the motor applied voltage based on the ON-OFF duty ratio of the switch element. As a result, the angle of the wheel can be slightly changed in addition to the steering operation by the driver's steering wheel operation. Even when driving straight, the amount of toe angle can be adjusted to suit each scene.

操舵システムは、運転者のハンドル操作に代えて、図示外の自動運転装置、運転支援装置の指令等によって操舵用アクチュエータ５，５を動作させてもよい。
以上、実施形態に基づいてこの発明を実施するための形態を説明したが、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。この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。 The steering system may operate the steering actuators 5 and 5 by a command from an automatic driving device (not shown), a driving support device, or the like, instead of the steering wheel operation by the driver.
The embodiments for carrying out the present invention have been described above based on the embodiments, but the embodiments disclosed this time are exemplifications in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description but by the scope of the claims, and is intended to include meanings equivalent to the scope of the claims and all modifications within the scope.

２…ハブユニット本体、３…ユニット支持部材、５…操舵用アクチュエータ、６…ナックル（足回りフレーム部品）、９…車輪、１２，１２Ｒ…懸架装置、１５…ハブベアリング、１６ａ…円環部、１６ｂ…転舵軸部、１６ｂｂ…拡径部、１９…外輪（固定輪）、Ｎｍ…根元部、Ｓｆ…表面硬化処理層、Ｐｒ…周辺部
2... Hub unit main body, 3... Unit support member, 5... Steering actuator, 6... Knuckle (underbody frame component), 9... Wheels, 12, 12R... Suspension device, 15... Hub bearing, 16a... Annular portion, 16b... Steering shaft part, 16bb... Expanded part, 19... Outer ring (fixed ring), Nm... Root part, Sf... Surface hardening treatment layer, Pr... Peripheral part

Claims (10)

車輪を支持するハブベアリングおよびこのハブベアリングの固定輪の外周から上下にそれぞれ突出する転舵軸部を有するハブユニット本体と、
懸架装置の足回りフレーム部品に設けられ、前記ハブユニット本体を上下の前記転舵軸部の転舵軸心回りに回転自在に支持するユニット支持部材と、
前記ハブユニット本体を前記転舵軸心回りに回転駆動させる操舵用アクチュエータと、を備え、
前記上下の前記転舵軸部の外周における少なくとも根元部に、表面硬化処理層が設けられている操舵機能付ハブユニット。 A hub unit main body having a hub bearing that supports the wheels and steering shaft portions that respectively project vertically from the outer periphery of the fixed wheel of the hub bearing,
A unit support member that is provided in a suspension frame component of a suspension device and that rotatably supports the hub unit main body around the steering axis of the upper and lower steering shafts;
A steering actuator that rotationally drives the hub unit main body around the turning axis,
A hub unit with a steering function, wherein a surface hardening treatment layer is provided on at least a root portion of an outer periphery of the upper and lower steering shaft portions. 請求項１に記載の操舵機能付ハブユニットにおいて、前記転舵軸部は、基端が前記固定輪の外周面側に向かうに従って大径となるテーパ状に拡径した拡径部で構成され、前記根元部は、前記拡径部を含む操舵機能付ハブユニット。 The hub unit with a steering function according to claim 1, wherein the steered shaft portion is formed by a diameter-expanded portion in which the base end has a diameter that increases toward the outer peripheral surface side of the fixed wheel. The root portion is a hub unit with a steering function including the enlarged diameter portion. 請求項１または請求項２に記載の操舵機能付ハブユニットにおいて、前記表面硬化処理層は、前記固定輪の外周面における前記転舵軸部の前記根元部の周辺部に渡って設けられている操舵機能付ハブユニット。 The hub unit with a steering function according to claim 1 or 2, wherein the surface hardening treatment layer is provided over a peripheral portion of the root portion of the steered shaft portion on an outer peripheral surface of the fixed wheel. Hub unit with steering function. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の操舵機能付ハブユニットにおいて、前記ハブユニット本体は、前記固定輪の外周面に設けられた円環部と、この円環部の外周から上下にそれぞれ突出する前記転舵軸部とを有する操舵機能付ハブユニット。 The hub unit with a steering function according to any one of claims 1 to 3, wherein the hub unit body includes an annular portion provided on an outer peripheral surface of the fixed ring, and an outer periphery of the annular portion. A hub unit with a steering function, which has the above-mentioned steered shaft portions that respectively project vertically. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の操舵機能付ハブユニットにおいて、前記表面硬化処理層は、前記各転舵軸部の外周に浸炭焼入れが施された層である操舵機能付ハブユニット。 The hub unit with a steering function according to any one of claims 1 to 4, wherein the surface-hardened layer is a layer in which carburizing and quenching is applied to the outer periphery of each of the steered shaft portions. Hub unit. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の操舵機能付ハブユニットにおいて、前記表面硬化処理層は、前記各転舵軸部の外周における定められた箇所に高周波焼入れが施された層である操舵機能付ハブユニット。 The hub unit with a steering function according to any one of claims 1 to 4, wherein the surface-hardened layer is a layer in which induction hardening is performed at a predetermined location on the outer circumference of each of the steered shaft portions. Hub unit with steering function. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の操舵機能付ハブユニットにおいて、前記表面硬化処理層は、前記各転舵軸部の外周における定められた箇所にレーザー焼入れが施された層である操舵機能付ハブユニット。 The hub unit with a steering function according to any one of claims 1 to 4, wherein the surface-hardened layer is a layer in which laser hardening is performed at a predetermined location on the outer circumference of each of the turning shaft portions. Hub unit with steering function. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の操舵機能付ハブユニットにおいて、前記表面硬化処理層は、前記各転舵軸部の外周にガス軟窒化処理または塩浴軟窒化処理が施された層である操舵機能付ハブユニット。 The hub unit with a steering function according to any one of claims 1 to 4, wherein the surface-hardened layer is subjected to a gas nitrocarburizing treatment or a salt bath nitrocarburizing treatment on an outer periphery of each of the steered shaft portions. A hub unit with a steering function that is a special layer. 請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の操舵機能付ハブユニットにおいて、前記表面硬化処理層は、前記各転舵軸部の外周にショットピーニングが施された層を含む操舵機能付ハブユニット。 The hub unit with a steering function according to any one of claims 1 to 8, wherein the surface-hardened layer includes a layer having a shot peened outer periphery of each of the turning shaft portions. Hub unit. 請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の操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。 A vehicle in which one or both of front wheels and rear wheels are supported by using the hub unit with a steering function according to any one of claims 1 to 9.
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