CN111497938A - 转向装置及具备该转向装置的车辆用车轮配设模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种转向装置及具备该转向装置的车辆用车轮配设模块，提高仅使配设于车辆的多个车轮中的1个转向的单轮转向装置的实用性。将转向装置(20)构成为具备：(a)转向节(16a)，将车轮(W)以能够旋转的方式保持；(b)分别固定于悬架臂(12)的电动机(26)及将该电动机的旋转减速的减速器(28)；及(c)接头(24)，使转向节以容许主销轴线(KP)的倾动的方式支撑于悬架臂，并且为了使转向节通过电动机的工作而绕着主销轴线转动而将减速器的输出轴与转向节连结。即使在车轮进行了缩弹/回弹动作时，通过上述接头的作用，也能够实现顺利的车轮的转向。

Description

转向装置及具备该转向装置的车辆用车轮配设模块

技术领域

本发明涉及使车轮转向的转向装置及具备该转向装置作为构成要素且用于向车辆配设车轮的车辆用车轮配设模块。

背景技术

仅使配设于车辆的多个车轮中的1个转向的转向装置(换言之，仅使左右的2个车轮中的一方转向的转向装置)也能够称作“单轮转向装置”，作为该单轮转向装置，例如，研究了如下述专利文献所记载的转向装置。在该转向装置中，使转向节经由用于传递转向力的减速器而支撑于悬架臂(详细而言，上臂)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2014-169745号公报

发明内容

发明所要解决的课题

如上所述的单轮转向装置还在开发的途中，存在各种问题。例如，若关于上述专利文献所记载的转向装置具体而言，则由于减速器的输出轴和转向节刚硬地连结，所以伴随于车轮的缩弹/回弹动作的主销轴线相对于上臂的倾动会对顺利的转向造成某种程度的影响。另外，由于减速器采用了由平面齿轮和小齿轮构成的减速机构，所以难以说效率充分良好。而且，为了得到高的减速比(输入轴的转速相对于输出轴的转速的比)，不得不将平面齿轮大径化，无法避免转向装置自身的大型化。虽然为了使平面齿轮旋转而使小齿轮旋转驱动，但不得不将该旋转驱动的驱动源(例如，电动机)配置于自身的轴线与主销轴线一致的平面齿轮的径向的外侧也会成为转向装置的大型化的一个原因。也就是说，会导致与主销轴线垂直的方向上的转向装置的尺寸变大。这里揭露的问题是一例，在单轮转向装置中大量地残留有改良的余地。并且，通过实施某些改良，能够使单轮转向装置的实用性提高。本发明鉴于这样的实情而完成，其课题在于提供实用性高的转向装置及通过采用这样的转向装置而提供实用性高的车辆用车轮配设模块。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明的转向装置具备：

转向节，将车轮以能够旋转的方式保持；

分别固定于悬架臂的电动机及将该电动机的旋转减速的减速器；及

接头，使所述转向节以容许主销轴线的倾动的方式支撑于所述悬架臂，并且为了使所述转向节通过所述电动机的工作而绕着主销轴线转动而将所述减速器的输出轴与所述转向节连结。

另外，本发明的车辆用车轮配设模块具备：

基体，安装于车身；

第一悬架臂，是基端部以能够摆动的方式支撑于所述基体的所述悬架臂；

所述本发明的转向装置；

第二悬架臂，基端部以能够摆动的方式支撑于所述基体，该第二悬架臂与所述转向节经由另1个接头而连结；

悬架弹簧及冲击吸收器，互相并列地配置，分别将所述第一悬架臂及所述第二悬架臂中的一方与所述基体连结；及

车轮驱动单元，配置于车轮的轮辋的内侧，壳体作为所述转向节发挥功能，该车轮驱动单元具有用于驱动该车轮的驱动电动机。

发明效果

在本发明的转向装置中，减速器的输出轴与转向节经由接头而连接，通过经由该接头而传递的减速器的输出轴的旋转力，转向节被转动，车轮被转向。减速器固定于悬架臂，减速器的输出轴相对于悬架臂的倾动被禁止。另一方面，在车轮进行了缩弹/回弹动作时，需要转向节相对于悬架臂倾动，但在本发明的转向装置中，该倾动由接头容许。因此，根据本发明，即使是具有固定于悬架臂的减速器的转向装置，也能够实现顺利的车轮的转向。其结果，能够实现实用性高的单轮转向装置。

另外，本发明的车辆用车轮配设模块是除了车轮旋转驱动装置、悬架装置之外连转向装置也模块化而得到的，通过安装于车身，能够容易地构建底盘。并且，根据本发明，能够实现也具有上述本发明的转向装置的优点也就是顺利的车轮的转向这一优点的车辆用车轮配设模块，也就是实用性高的车辆用车轮配设模块。

附图说明

图1是示出作为本发明的实施例的转向装置及构成为包括该转向装置的车辆用车轮配设模块的立体图。

图2是将图1所示的转向装置及车辆用车轮配设模块以来自车辆前方侧的视角示出的主视图。

图3是用于说明构成图1所示的转向装置的减速机构的图。

图4是用于说明构成图1所示的转向装置的三球销接头的图。

图5是用于说明在图1所示的转向装置中能够取代图3所示的减速机构而采用的减速机构的图。

具体实施方式

本发明的转向装置并不限定所采用的悬架装置的型式。换言之，本发明的转向装置中的“悬架臂”可以是构成任意型式的悬架装置的悬架臂。具体而言，例如，可以是构成麦弗逊型的悬架装置的下臂，也可以构成为双叉臂型或多连杆型的悬架装置的上臂或下臂。

本发明的转向装置中的“接头”能够广泛采用万向接头等柔性接头，但优选采用在输入轴和输出轴互相倾斜的情况下不会产生由旋转相位的变动引起的转矩变动的接头，也就是等速接头。通过采用等速接头，能够实现更顺利的转向。在采用等速接头的情况下，进一步优选采用三球销型等速接头。三球销型等速接头是所谓的滑动式的接头，因此具有某种程度的柔量，而且保证顺利的车轮的转向，并且确保悬架装置的顺利的动作。

本发明的转向装置中的“减速器”优选具有输出轴和输入轴同轴地配置且该输入轴的转速相对于该输出轴的转速的比即减速比成为50以上的“减速机构”，也就是“同轴高减速机构”。通过采用同轴高减速机构，能够实现电动机的小型化，另外，能够使悬架臂中的减速器的配设空间比较小。作为同轴高减速机构，例如可以采用摆线减速机构等内接齿轮式差动机构、被称作所谓的谐波驱动机构(注册商标)的谐波齿轮机构(柔轮减速机构)。需要说明的是，本发明的转向装置中的减速器也可以设为除了上述同轴高减速机构之外也包括齿轮系、皮带&滑轮等其他的减速机构的多级型减速器。

在本发明的转向装置中，减速器的输出轴和电动机的电动机轴(旋转轴)不是同轴的，例如，可以以互相平行的方式配置减速器和电动机。若设为这样的配置，则能够减小主销轴线的延伸方向(总体而言，上下方向)上的转向装置的尺寸。

本发明的车辆用车轮配设模块可以视为使车轮保持于车身并且使与该车轮相关联地需要的多个功能(具体而言是车轮旋转驱动功能、车轮转向功能、车身悬架功能)在1个单元中实现的模块。也就是说，车轮旋转驱动装置、车轮转向装置、悬架装置可以视为作为1个包而模块化后的装置。为了也实现车轮制动功能，优选将制动装置也模块化。

本发明的车辆用车轮配设模块例如是所谓的双叉臂型悬架装置模块化而成的，在这样的模块中，在下臂和上臂的一方固定上述电动机、上述减速器。在下臂和上臂的另一方也连结转向节，但该连结例如经由球接头等不需要动力传递的接头而进行即可。

本发明的车辆用车轮配设模块中的“车轮驱动单元”被称作所谓的轮毂电机，可以构成为包括电动机、减速器等。通过该车轮驱动单元的壳体作为转向节发挥功能，实现紧凑的车辆用车轮配设模块。

【实施例】

以下，参照附图对作为本发明的实施例的转向装置及包括该转向装置的车辆用车轮配设模块进行详细说明。需要说明的是，本发明除了下述实施例之外，能够以所述〔用于实施发明的方式〕一项所记载的方式为首，以基于本领域技术人员的知识实施各种变更、改良后的各种方式来实施。

如图1、图2所示，实施例的车辆用车轮配设模块构成为包括：基体10，背面安装于车身B(在图2中由双点划线表示)；作为第一悬架臂的下臂12，在基端部处以能够摆动的方式支撑于基体10的下端部；作为第二悬架臂的上臂14，在基端部处以能够摆动的方式支撑于基体10的上端部；车轮驱动单元16，在下臂12的顶端部与上臂14的顶端部之间以能够转动的方式被保持，自身的壳体作为转向节发挥功能，并且使自身保持的车轮W(在图2中由双点划线表示)旋转驱动；弹簧/吸收器组件18，以将基体10与下臂12的中间部相连的方式配设；及作为实施例的转向装置20，通过使车轮驱动单元16转动来使车轮转向。需要说明的是，虽然图示省略，但车轮驱动单元16的壳体也保持制动钳，另外，与车轮一起保持制动盘，由此，实施例的车辆用车轮配设模块构成为也包括盘式制动装置。

从上述结构可知，实施例的车辆用车轮配设模块将车轮旋转驱动功能、车轮转向功能、车身悬架功能、车轮制动功能作为1个单元而实现，可以视为车轮旋转驱动装置、车轮转向装置、悬架装置、制动装置模块化成1个而得到的模块。因此，实施例的车辆用车轮配设模块是仅通过安装就能够简便地构建底盘的优异的模块。需要说明的是，悬架装置是所谓的双叉臂型的悬架装置。

下臂12被划分成2个臂部12a和将2个臂部12a在顶端部处相连的连结部12b。后面说明的转向装置20的减速机构(详细而言是其壳体)作为连结部12b发挥功能。2个臂部12a的各自的顶端部与连结部12b通过螺栓而紧固连结，2个臂部12a与连结部12b一体化。换言之，上述减速机构通过螺栓而固定于2个臂部12a的各自的顶端部。2个臂部12a的各自的基端部经由衬套而分别枢轴支撑于在基体10的下端部设置的1对托架10a，2个臂部12a即下臂12能够摆动。

上臂14呈2个臂部14a在顶端部处互相一体化的形状。换言之，呈以形成2个臂部14a的方式在基端部侧处分支成2个的形状。通过2个臂部14a的基端部经由衬套而枢轴支撑于基体10的上端部，上臂14能够摆动。

车轮驱动单元16在壳体16a内内置有作为电动机的车轮驱动电动机和将该电动机的旋转减速的减速器，具有经由轴承而支撑于壳体16a的轴毂16b。在轴毂16b上连结有减速器的输出轴，车轮W通过毂螺栓而与构成制动装置的制动盘一起安装于该轴毂16b。也就是说，车轮驱动单元16的壳体16a将车轮W以能够旋转的方式保持。

壳体16a具有向上部突出的托架16c，在该托架16c的上端处经由球接头22而连结于上臂14的顶端部。另一方面，壳体16a在下部处经由作为等速接头的三球销接头24而连结于下臂12的顶端部即连结部12b，即作为该连结部12b发挥功能的上述的减速机构。将球接头22、三球销接头24的各自的中心连结的线成为主销轴线KP，车轮驱动单元16的壳体16a绕着主销轴线KP转动，作为转向节发挥功能。

简单来说，弹簧/吸收器组件18是作为悬架弹簧的空气弹簧18a与液压式的冲击吸收器18b单元化而得到的，上端经由支座橡胶而支撑于作为支座部发挥功能的基体10的上端部，下端经由轭18c而连结于下臂12，详细而言，经由衬套而连结于2个臂部12a的各自的长度方向上的中间部。弹簧/吸收器组件18经由空气弹簧18a而支撑车身B的分担载荷。另外，伴随于车轮W的缩弹/回弹动作，下臂12、上臂14摆动，伴随于下臂12的摆动，弹簧/吸收器组件18伸缩。冲击吸收器18b产生相对于该伸缩的衰减力，即相对于车轮W的缩弹/回弹动作的衰减力。

转向装置20构成为包括电动机26、减速器28及作为电动机26的控制器的电子控制单元(以下，有时称作“ECU”)30。电动机26是无刷DC电动机，电动机轴26b从电动机主体26a朝向大体下方延伸出。电动机26通过省略图示的固定构件而固定于下臂12。ECU30通过安装托架32而安装于电动机主体26a，构成为包括计算机和作为电动机26的驱动器的变换器。减速器28构成为包括2个减速机构即第一减速机构34和第二减速机构36。

第一减速机构34是与下臂12相关的上述说明中的减速机构，如先前说明那样，壳体作为下臂12的连结部12b发挥功能。如作为剖视图的图3(a)、作为仰视图的图3(b)所示，第一减速机构34是谐波齿轮机构(也可以称作“谐波驱动机构(注册商标)”)。第一减速机构34具有构成为包括基部34a和罩34b的壳体34c，若关于先前的说明严格来说，则基部34a作为下臂12的连结部12b发挥功能。

谐波齿轮机构是熟知的构造，因此关于第一减速机构34的说明简单进行。在供输入轴34d插入且与输入轴34d一起旋转的主轴34e上外嵌有外周呈椭圆形状的旋转板34f。第一减速机构34在罩34b的内部具有比较薄且实质上具有挠性的杯形状的柔性构件34g，在该柔性构件34g的底部中央部也就是上端部附设有圆板状的输出轴34h。在旋转板34f的外周嵌合有具有挠性的径向轴承34i，而且在径向轴承34i的外周外嵌有柔性构件34g的边沿。在基部34a的孔的内周形成有细的内齿齿轮34j，比该内齿齿轮34j的齿数少2齿的齿数的外齿齿轮34k形成于柔性构件34g的边沿的外周。这些内齿齿轮34j与外齿齿轮34k互相啮合，但由于旋转板34f是椭圆形状，所以仅在周向上离开180°的2部位处啮合。若使输入轴34d旋转，则输入轴34d每旋转1圈，内齿齿轮34j与外齿齿轮34k的啮合位置迁移2齿，柔性构件34g根据该啮合位置的迁移而旋转。

若将输入轴34d的转速相对于输出轴34h的转速的比设为减速比，则该减速比被设为50以上。由于输入轴34d与输出轴34h同轴，且减速比大，所以第一减速机构34被设为同轴高减速机构。若换种措辞来说明，则在第一减速机构34中，形成有内齿齿轮34j的基部34a的部分作为刚轮发挥功能，形成有外齿齿轮34k的柔性构件34g的部分作为柔轮发挥功能，椭圆形状的旋转板34f、径向轴承34i、主轴34e的组合作为波发生器发挥功能。顺便一提，在输出轴34h上连结后面说明的三球销接头24的轴体的凸缘部。需要说明的是，在此，为了说明的简化而省略了第一减速机构34中的用于支撑推力载荷的轴承构造，但实际上第一减速机构34具备该构造。

第二减速机构36是用于将电动机26的电动机轴26b的旋转减速并向第一减速机构34的输入轴34d传递的机构。电动机26及第一减速机构34以使电动机轴26b与输入轴34d互相平行的方式配置。如图2所示，第二减速机构36具有支撑于电动机主体26a的罩36a。如卸下了罩36a的图1所示，第二减速机构36具有由安装于电动机轴26b的输入侧齿轮36b、安装于第一减速机构34的输入轴34d的输出侧齿轮36c及支撑于罩36a且与这些输入侧齿轮36b、输出侧齿轮36c的两者啮合的中间齿轮36d构成的齿轮系。该第二减速机构的减速比即电动机26的电动机轴26b的转速相对于第一减速机构34的输入轴34d的转速的比被设为3左右。

作为等速接头的三球销接头24是熟知的构造，因此，这里的说明参照以包含轴线的平面切断后的截面即图4(a)、与轴线垂直的截面即图4(b)来简单进行。三球销接头24构成为包括供车轮驱动单元16安装的座体24a、内置于座体24a的具有杯形状的外壳24b、从外壳24b的内部向下方延伸出的轴体24c及在外壳24b的内部安装于轴体24c的上端部的辊组件24d。如先前说明那样，轴体24c的下端部被设为凸缘部24e(参照图2)，该凸缘部24e连结于第一减速机构34的输出轴34h。

辊组件24d构成为包括在周围具有3个耳轴24f且外嵌于轴体24c的三球销构件24g和分别支撑于3个耳轴24f且分别由内辊24h、外辊24i构成的3个双重辊组。在外壳24b的内部与外壳24b的轴线平行地形成有3个引导槽24j，3个双重辊组在各组的外辊24i所对应的引导槽24j的壁面上滚动，在3个引导槽24j中分别滑动。因此，即使外壳24b的轴线与轴体24c的轴线互相倾斜，也能够顺利且等速度地传递旋转。并且，即使这些轴线的倾斜角变化，也能够保持旋转传递的等速性、顺利性。

在本实施例的车辆用车轮配设模块(以下，有时简称作“模块”)即本实施例的转向装置20中，通过利用ECU30的控制使电动机26旋转，经由减速器28、三球销接头24而作为转向节发挥功能的车轮驱动单元16转动，通过该转动，车轮W被转向。在本实施例的模块中，如图2示意性地所示，在车轮W进行了缩弹/回弹动作的情况下，车轮驱动单元16与下臂12的相对倾斜角θ变化。也就是说，主销轴线KP相对于下臂12倾动。在本实施例的模块即本实施例的转向装置20中，由于通过上述三球销接头24而车轮驱动单元16与减速器28的输出轴即第一减速机构34的输出轴34h连结，所以即使相对于车轮W的缩弹/回弹动作，也能够确保顺利的车轮W的转向。

另外，在本实施例的模块即本实施例的转向装置20中，减速器28构成为包括同轴高减速机构即第一减速机构34。因而，转向装置20尽管在悬架臂即下臂12固定有电动机26、减速器28，却比较紧凑。因此，能够收纳于车轮W的轮辋内部的空间。

【变形例】

在上述实施例的转向装置20中，采用了作为同轴高减速机构的第一减速机构34，但例如作为相同的同轴高减速机构，也可以采用图5所示的减速机构40。在图5(a)中示出包含轴线的截面的减速机构40构成为包括：壳体40c，作为下臂12的连结部12b发挥功能，构成为包括大体圆环状的基部40a和罩40b；主轴40d，经由径向轴承而支撑于基部40a且供输入轴34d嵌入；行星齿轮体40e，经由径向轴承而支撑于主轴40d；输出轴40f，经由滚子而支撑于主轴40d；及齿圈体40g，固定于基部40a。

若参照来自轴线方向的视角下的示意图即图5(b)、图5(c)进行说明，则在齿圈体40g形成有第一内齿齿轮40h，在行星齿轮体40e的外周部形成有在自身的一部分处与该第一内齿齿轮40h的一部分啮合的第一外齿齿轮40i。另外，在行星齿轮体40e的外周部以与第一外齿齿轮40i在轴线方向上并列的方式形成有第二内齿齿轮40j，在自身的一部处与第二内齿齿轮40j的一部分啮合的第二外齿齿轮40k形成于输出轴40f的凸缘部40l的外周部。

支撑行星齿轮体40e的主轴40d的部分被设为以从轴线L偏离的偏心轴线L’为中心的偏心部，第一内齿齿轮40h的中心存在于轴线L上，第一外齿齿轮40i的中心存在于偏心轴线L’上，第二内齿齿轮40j的中心存在于偏心轴线L’上，第二外齿齿轮40k的中心存在于轴线L上。第一内齿齿轮40h与第一外齿齿轮40i的啮合部位相对于第二内齿齿轮40j与第二外齿齿轮40k的啮合部位夹着轴线L或偏心轴线L’而成为相反侧，即在周向上错开了180°的位置(相位)。也就是说，减速机构40被设为包括由第一内齿齿轮40h和与该第一内齿齿轮40h内接并啮合的第一外齿齿轮40i构成的第一内接式行星齿轮机构和由第二内齿齿轮40j和与该第二内齿齿轮40j内接并啮合的第二外齿齿轮40k构成的第二内接式行星齿轮机构的内接齿轮式差动机构。

另外，在第一内齿齿轮40h采用了圆弧齿形，在第一外齿齿轮40i采用了长短辐圆外旋轮线平行曲线齿形，同样，在第二内齿齿轮40j采用了圆弧齿形，在第二外齿齿轮40k采用了长短辐圆外旋轮线平行曲线齿形。因此，减速机构40构成为摆线减速器。在本减速机构40中，第一内齿齿轮40h的齿数与第一外齿齿轮40i的齿数仅相差1齿，另外，第二内齿齿轮40j的齿数与第二外齿齿轮40k的齿数仅相差1齿，因此，其结果，本减速机构40被设为高减速的减速机构。顺便一提，减速比与先前说明的第一减速机构34同样，被设为50以上。需要说明的是，关于摆线减速机构、内接齿轮式差动机构，由于是一般的构造的机构，所以在此为了说明的简化而省略了本减速机构40中的用于支撑推力载荷的轴承构造，但实际上本减速机构40具备该构造。

在上述实施例的模块中，实施例的转向装置20设置于下臂12，但本发明的转向装置也可以设置于上臂14。具体而言，也可以构成为，电动机、减速器固定于上臂14，该减速器的输出轴经由与三球销接头24同样的接头而与转向节即车轮驱动单元16的壳体16a连结。另外，上述实施例的模块构成为包括双叉臂型的悬架装置，但本发明的模块例如也可以构成为包括本发明的转向装置设置于下臂的麦弗逊型的悬架装置。也就是说，本发明的转向装置能够以双叉臂型、麦弗逊型为首，对各种型式的悬架装置应用。

标号说明

10：基体 12：下臂〔第一悬架臂〕 14：上臂〔第二悬架臂〕 16：车轮驱动单元 16a：壳体〔转向节〕 18：弹簧/吸收器组件 20：转向装置 22：球接头 24：三球销接头〔等速接头〕26：电动机 26b：电动机轴 28：减速器 30：电子控制单元(ECU) 34：第一减速机构〔谐波齿轮机构〕 34c：壳体 34d：输入轴 34h：输出轴 36：第二减速机构 40：减速机构〔内接齿轮式差动机构〕 40f：输出轴 W：车轮 B：车身 KP：主销轴线 θ：相对倾斜角。

Claims (6)

1.一种转向装置，具备：

转向节，将车轮以能够旋转的方式保持；

分别固定于悬架臂的电动机及将该电动机的旋转减速的减速器；及

接头，使所述转向节以容许主销轴线的倾动的方式支撑于所述悬架臂，并且为了使所述转向节通过所述电动机的工作而绕着主销轴线转动而将所述减速器的输出轴与所述转向节连结。

2.根据权利要求1所述的转向装置，

所述接头是等速接头。

3.根据权利要求2所述的转向装置，

所述等速接头是三球销型等速接头。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的转向装置，

所述减速器包括减速机构，

在所述减速机构中，所述输出轴与输入轴同轴地配置，该输入轴的转速相对于该输出轴的转速的比即减速比为50以上。

5.根据权利要求4所述的转向装置，

所述减速机构是内接齿轮式差动机构和谐波齿轮机构的一方。

6.一种车辆用车轮配设模块，具备：

基体，安装于车身；

权利要求1～5中任一项所述的转向装置；

第一悬架臂，是基端部以能够摆动的方式支撑于所述基体的所述悬架臂；

第二悬架臂，基端部以能够摆动的方式支撑于所述基体，该第二悬架臂与所述转向节经由另1个接头而连结；

悬架弹簧及冲击吸收器，互相并列地配置，分别将所述第一悬架臂及所述第二悬架臂中的一方与所述基体连结；及

车轮驱动单元，配置于车轮的轮辋的内侧，壳体作为所述转向节发挥功能，该车轮驱动单元具有用于驱动该车轮的驱动电动机。

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