JP7320468B2 - 操舵機能付ハブユニットおよびこれを備えた車両 - Google Patents
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Description
一般的な自動車等の車両は、ハンドルと操舵装置が機械的に接続され、また、操舵装置の両端はタイロッドによってそれぞれ左右輪につながっている。そのため、ハンドルの動きにより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箇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」
(3)高速時のコーナリング性能を重視した「逆アッカーマンジオメトリ」(旋回外輪車輪角度を旋回内輪車輪角度よりも大きく切る)
が知られている。
特許文献1では、片輪でモータを2個使っているため、モータ個数の増大によるコスト増、重量増が生じるだけでなく、制御も複雑になる。
一般的な後輪操舵機構を搭載した車両のリヤサスペンションは、独立懸架方式を採用している。これは、前輪のマニュアルステアリングと同様にナックルを押引きすることで後輪を操舵している。しかし、独立懸架方式を採ることで、足回りが複雑になり、コストが上がると共に室内空間の確保が難しくなるといった課題がある。
特許文献2は、電動車両に適用されている。駆動モータの動力を分配し、回転運動を直動運動に変換しトーションビームに外力を与えているため、室内空間を広くとることができない。
また、異常等で点検もしくは交換が必要な場合もアッセンブリとして作業を行わなければならない。この場合、配線等も全て外す必要があり作業性が悪かった。
内外輪およびこれら内外輪間に介在した複列の転動体を有し、且つ上下方向に延びる転舵軸を有する転舵軸付ハブベアリングと、
この転舵軸付ハブベアリングを前記転舵軸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、
前記転舵軸付ハブベアリング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、
前記ユニット支持部材および前記操舵用アクチュエータがそれぞれ車両の足回りフレーム部品に着脱可能に固定される固定部を有する。
車両の走行条件に応じて、左右の車輪のトー角をそれぞれ独立して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。また、適切な車輪角度を左右輪それぞれで設定することでコーナリングドラッグを抑え、燃費を改善することも可能となる。その他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。
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5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、転舵軸付ハブベアリング15と、ユニット支持部材3と、操舵用アクチュエータ5とを備える。図3および図4に示すように、車両の足回りフレーム部品であるナックル6に、ユニット支持部材3および操舵用アクチュエータ5がそれぞれ着脱可能に固定されている。
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5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(約±5deg)を操舵させる機構として、前輪9Fの懸架装置12のナックル6に搭載される。但し、操舵機能付ハブユニット1において、車両制御の要求によっては、前記微小な角度に限らず例えば10°~20°等の比較的大きな角度を左右輪個別に採ることもある。
図1に示すように、転舵軸付ハブベアリング15は、車体側の部材と車輪9とを繋ぎ、車輪9を滑らかに回転させる。図2に示すように、転舵軸付ハブベアリング15は、内外輪18,19およびこれら内外輪18,19間に介在したボール等の転動体20を有し、且つ上下方向に延びる転舵軸16b,16bを有する。さらに転舵軸付ハブベアリング15は、図4に示すように、転舵軸16b(図2)に直交する方向に突き出したアーム部(後述する)17を有する。
図2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、円すいころ軸受が適用されている。転がり軸受は、転舵軸16bの外周に嵌合された内輪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。上下の転がり軸受はホイール9a(図1)内に位置するように設けられている。ユニット支持部材3の上下の部分3A,3Bには、それぞれ嵌合孔が形成され、各嵌合孔に外輪4bが嵌合固定されている。前記各嵌合孔は、転舵軸心Aに同軸に設けられる。
操舵用アクチュエータ5は、回転駆動源であるモータ26と、このモータ26の回転を減速する図示外の減速機と、この減速機の正逆の回転出力を出力ロッド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。前記減速機は、例えば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る。
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を支持する転舵軸付ハブベアリング15を、操舵用アクチュエータ5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。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K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。
さらに、左右の操舵輪の操舵角度を適切に変えることで、旋回走行における車両10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、それぞれの場面に合わせて左右輪のトー角の量を調整することで、直線走行時には走行安定性を、旋回時にはコーナリングドラックを抑えた効率的な走行が可能である。
ナックル6に対し、車両10の車幅方向の外側にユニット支持部材3が取り付けられ、且つ車両10の車幅方向の内側に操舵用アクチュエータ5が取り付けられている。この場合、操舵用アクチュエータを足回りフレーム部品の車幅方向の外側に取り付けるよりも、操舵用アクチュエータ5の動力線、センサー線等の配線類を車体側に引き込む経路を短縮できるうえ、前記配線類が屈曲しないように取り回すことができる。したがって、配線類の取り回しがし易くなり、作業性の向上を図れる。
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。
図8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の足回りフレーム部品6Rに、操舵機能付ハブユニット1を固定してもよい。後輪9に適用した操舵機能付ハブユニット1において、車両制御の要求によっては、前述の微小な操舵角度に限らず例えば10°~20°等の比較的大きな角度を左右輪個別に採ることもある。
懸架装置12Rとして、前述の各種サスペンション機構を適用可能である。懸架装置12Rとして、例えば、トーションビーム式サスペンションが適用される場合、このトーションビーム式サスペンションのビーム33の左右両端部に設けられた取付部に、それぞれ操舵機能付ハブユニット1が固定される。前記各取付部に、ユニット支持部材3の固定部であるフランジ部3a(図3参照)および操舵用アクチュエータ5の固定部である端部25Aa(図3参照)がそれぞれ着脱可能に固定される。
操舵用アクチュエータ5およびアーム部17は車軸から見て後方に設けられるだけでなく、前方に設けられてもよい。
図4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(指令信号)に応じた電流指令信号を出力する。
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。
Claims (6)
- 車輪を操舵する操舵機能付ハブユニットであって、
内外輪およびこれら内外輪間に介在した複列の転動体を有し、且つ上下方向に延びる転舵軸を有する転舵軸付ハブベアリングと、
この転舵軸付ハブベアリングを前記転舵軸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、
前記転舵軸付ハブベアリング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、
前記ユニット支持部材および前記操舵用アクチュエータがそれぞれ車両の足回りフレーム部品に着脱可能に固定される固定部を有する操舵機能付ハブユニット。 - 請求項1に記載の操舵機能付ハブユニットにおいて、前記操舵用アクチュエータと前記ユニット支持部材とが互いの間に前記足回りフレーム部品を挟み込むように取り付けられる操舵機能付ハブユニット。
- 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、前記足回りフレーム部品に対し、前記車両の車幅方向の外側に前記ユニット支持部材が取り付けられ、且つ前記車両の車幅方向の内側に前記操舵用アクチュエータが取り付けられる操舵機能付ハブユニット。
- 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、前記ユニット支持部材は、前記転舵軸付ハブベアリングにおける車輪取付け部分とは車輪軸方向の逆側となる部分に、前記ユニット支持部材の固定部として、前記足回りフレーム部品と重なり状態で固定されるフランジ部を備えた操舵機能付ハブユニット。
- 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、前記操舵用アクチュエータは、直動機構本体と、この直動機構本体から出退可能で前記転舵軸付ハブベアリングの前記外輪に操舵力を与える直動出力部とを有し、前記直動機構本体の前記直動出力部が突出する端部を前記操舵用アクチュエータの固定部とし、前記直動機構本体の前記端部が前記足回りフレーム部品と重なり状態で固定される操舵機能付ハブユニット。
- 請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の操舵機能付ハブユニットを搭載した車両。
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