CN112714734A - 带有转向功能的轮毂单元以及具有该轮毂单元的车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种带有转向功能的轮毂单元(1)，其具有对后轮进行转向的功能，该带有转向功能的轮毂单元(1)包括：轮毂单元主体(2)，该轮毂单元主体(2)具有支承后轮(9R)的轮毂轴承(15)；单元支承部件(3)，该单元支承部件(3)设置于后轮悬架(Rs)上，以绕沿上下方向延伸的转舵轴心(A)而自由旋转的方式支承轮毂单元主体(2)；转向用促动器(5)，该转向用促动器(5)使轮毂单元主体(2)绕转舵轴心(A)旋转。

Description

带有转向功能的轮毂单元以及具有该轮毂单元的车辆
相关申请
本申请要求申请日为2018年9月28日、申请号为JP特愿2018－183189的申请的优先权，通过参照其整体，将其作为构成本申请的一部分的内容而进行引用。
技术领域
本发明涉及具有对左右后轮各轮独立地进行转向的功能的带有转向功能的轮毂单元以及具备该轮毂单元的车辆，本发明涉及通过与行驶状况相匹配地将左右后轮控制为适当的转向角，来实现燃料消耗率的改善以及行驶的稳定性与安全性的提高的技术。
背景技术
本发明涉及汽车等的车辆的悬架形式大致分为独立悬架和车轴悬架(也称为刚性轴，包括扭梁式)，搭载有一般的后轮转向机构的车辆的后悬架采用独立悬架，与前轮的手动转向同样地通过推拉转向节来使后轮转向。但是，由于采用独立悬架，存在行走部分变得复杂、成本上升并且难以确保室内空间的问题。因此，在专利文献1、2中提出了适用于独立悬架以外的例如扭梁式悬架的后轮转向机构的例子。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2013－39842号公报
专利文献2：JP特开2005－178653号公报
发明内容
发明要解决的课题
在具有扭梁式悬架的车辆中，从沿车宽方向延伸的扭梁的左右两端而向前方延伸的车身安装部安装在车身上，在从扭梁的左右两端向后方延伸的安装部上，通过螺栓而紧固有左右的轮毂轴承。
在专利文献1、2中记载的后轮转向机构中，通过向整个扭梁施加外力，使扭梁的车体安装部(悬架臂部的前端部)的橡胶衬套变形，从而对后轮进行转向。但是，不能独立地控制左右轮，另外，由于由橡胶衬套的弹性变形的界限而决定最大转向角度，因此转向角度微小，不能采用最佳的转向角度。
另外，在于专利文献1中记载的后轮转向机构中，通过分配传动轴的动力，以齿条齿轮方式对扭梁施加外力。该后轮转向机构不能适用于没有传动轴的FF车等。而且，机构复杂且尺寸变大，无法确保较大的室内空间。
另一方面，在专利文献2中记载的后轮转向机构应用于电动车辆，对后轮驱动用的马达的动力进行分配，将旋转运动变换为直线运动，对扭梁施加外力。在于该专利文献2中记载的后轮转向机构中，也与在专利文献1中记载的后轮转向机构同样地，尺寸大而无法确保较大的室内空间。
本发明的目的在于，提供一种不依赖于后轮的悬架方式，能够确保室内空间，并且能够左右独立地对后轮的转向角进行最佳控制的带有转向功能的轮毂单元以及具有该轮毂单元的车辆。
用于解决课题的技术方案
本发明的第一方案涉及一种对后轮进行转向的带有转向功能的轮毂单元，该带有转向功能的轮毂单元包括：
轮毂单元主体，该轮毂单元主体具有支承上述后轮的轮毂轴承；
单元支承部件，该单元支承部件设置于后轮悬架上，将上述轮毂单元主体以绕沿上下方向延伸的转舵轴心而自由旋转的方式支承；
转向用促动器，该转向用促动器使上述轮毂单元主体绕上述转舵轴心旋转。
在独立悬架的悬架中，由于具有转向主销，因此通过设置能够对使后轮绕转向主销转动的部件进行推拉的转向用促动器，能够左右独立地对后轮进行转向。但是，在扭梁式悬架中，由于左右轮毂轴承通过螺栓紧固在扭梁的左右两端，没有相当于转向销的轴，因此，不能独立地对左右后轮进行转向。
与此相对，根据上述第一方案，能够利用转向用促动器而使具有支承后轮的轮毂轴承的轮毂单元主体绕转舵轴心自由旋转，能够对左右的后轮独立地进行微小角度的转向。另外，由于将自由旋转地支承轮毂单元主体的单元支承部件设置于后轮悬架上，因此与分配传动轴或者后轮驱动用的马达的动力的现有技术相比，能够使构造简单化，能够确保车辆的室内空间较大。
另外，按照该第一方案，利用转向用促动器，能够在一定的范围内自由地变更轮毂单元主体的绕转舵轴心的转向角，因此能够根据车辆的行驶状况，任意地对后轮的转向角进行补偿。例如，如果使后轮的转向角与前轮为相同相位，则能够抑制转向时车辆产生的横摆，提高行驶的稳定性。进而，在直线行驶时，也能够通过左右独立地调整后轮的操纵角度，确保行驶的稳定性。
上述转向促动器可以包括马达、用于使马达的旋转减速的减速器、以及用于将减速器的旋转输出转换成直线运动的直线运动机构。在该场合，通过在马达与直线运动机构之间设置减速器，能够谋求向直线运动机构的旋转输入的高转矩化，并且能够谋求马达的小型化。
上述直线移动运动机构也可以是使用梯形螺纹的进给丝杠机构。
在上述的现有技术中，由于没有设置针对来自轮胎的反输入而维持转向角度的锁定机构等，因此为了维持转向角度，需要始终保持动力。
与此相对，若直线运动机构为使用了梯形螺纹的进给螺纹机构，则能够提高防止来自轮胎的反输入的效果。因此，不需要为了维持转向角度而使转向用促动器始终产生驱动力，因此能够谋求电力经济性指标或燃料经济性的提高。
上述单元支承部件可以在上下两处经由滚动轴承而支承于上述轮毂单元主体上，并且上述滚动轴承可以位于后轮的车轮内。在该场合，能够容易地将高刚性且小型的带有转向功能的轮毂单元装备于车辆上。因此，能够容易地装备于现有的车辆，故能够提高带转向功能的轮毂单元的通用性。
本发明的第二方案涉及一种转向系统，该转向系统包括：
上述第一方案的带有转向功能的轮毂单元、以及控制上述转向操作用促动器的控制装置，上述控制装置具有：
转向控制部，该转向控制部输出与所提供的转向角指令信号对应的电流指令信号；
促动器驱动控制部，该促动器驱动控制部输出与从该转向控制部而输入的电流指令信号所对应的电流，对上述转向用促动器进行驱动控制。
按照该第二方案，转向控制部输出与所提供的转向角指令信号相应的电流指令信号，促动器驱动控制部输出与从转向控制部而输入的电流指令信号相应的电流，对转向用促动器进行驱动控制。因此，能够附加于基于驾驶员的转向输入部的操作的前轮的转向而任意地改变后轮的转向角度。
本发明的第三方案涉及使用上述第一方案的带转向功能的轮毂单元而支承上述后轮的车辆，上述后轮悬架是刚性车轴悬架。
按照该第三方案，能够实现对现有的后轮的刚性车轴悬架不进行大规模的结构变更而设置有带转向功能的轮毂单元的车辆。
在权利要求书和/或说明书和/或附图中公开的至少两个方案的任何组合都包括在本发明中。特别是，权利要求书的各项权利要求的两个以上的任意组合也包含在本发明中。
附图说明
本发明将从以下参考附图对优选实施例的描述中更清楚地理解。然而，实施方式和附图仅是为了图示和说明，而不是为了限制本发明的范围。本发明的范围由权利要求书来确定。在附图中，多个附图中的相同的部件标号表示相同或相当的部分。
图1为表示本发明的第一实施方式的带有转向操纵功能的轮毂单元以及其周边的结构的纵向剖视图；
图2为表示该带有转向功能的轮毂单元及其周边的构成的水平剖视图；
图3为表示该带有转向功能的轮毂单元的外观的立体图；
图4为该带有转向功能的轮毂单元的侧视图；
图5为该带有转向功能的轮毂单元的俯视图；
图6为图4的VI-VI线的剖视图；
图7为表示在扭梁搭载有该带转向功能的轮毂单元的例子的俯视图；
图8为表示在扭梁搭载有该带转向功能的轮毂单元的例子的立体图；
图9为具有该带有转向功能的轮毂单元的车辆的示意俯视图。
具体实施方式
[第1实施方式]
根据图1～图9，对本发明的第1实施方式的带有转向功能的轮毂单元进行说明。
第1实施方式的带有转向功能的轮毂单元1具有使左右后轮各轮独立地转向的功能，如图9所示的那样，应用于前轮转向的车辆(汽车)10的后轮9R、9R。
<带转向功能的轮毂单元1的概略结构>
像图1所示的那样，带有转向操纵功能的轮毂单元1具有轮毂单元主体(也称为带旋转轴的轮毂轴承)2、单元支承部件3、作为旋转允许支承部件的滚动轴承4以及转向用促动器5。在后述的后轮悬架上设置有单元支承部件3。具有该带有转向功能的轮毂单元1的车辆能够通过方向盘操作等使左右前轮9F、9F(图9)转向，并且能够使左右后轮9R、9R(图9)以微小的角度(约±5度)独立地转向。
在单元支承部件3的内侧设置有转向用促动器5，在单元支承部件3的外侧设置有轮毂单元主体2。另外，在将带有转向功能的轮毂单元1搭载于车辆10(图9)的状态下，将车辆10(图9)的车宽方向外侧称为外侧，将车辆10(图9)的车宽方向中央侧称为内侧。
像图2以及图3所示的那样，轮毂单元主体2与转向用促动器5通过接头部8连接。通常，在该连接部8上安装有在图中未示的保护罩，以便进行防水、防尘。
如图1所示的那样，轮毂单元主体2以能够绕沿上下方向延伸的转舵轴心A而自由旋转的方式在上下两处经由滚动轴承4、4支承于单元支承部件3上。转舵轴心A是与后轮9R的旋转轴心O不同的轴心。后轮9R具有车轮9a和轮胎9b。
<带转向功能的轮毂单元1的设置部位>
像图7～图9所示的那样，带有转向功能的轮毂单元1固定在车辆10中的后轮悬架即刚性车轴悬架Rs上。在该例子中，在刚性车轴悬架Rs中应用扭梁式悬架。在扭梁式悬架中的俯视呈H状的扭梁33的左右两端，设有沿车辆的前后方向延伸的纵臂部。而且，在设置于拖曳臂部的后端部的轮毂单元安装部34、34，分别固定有带有转向功能的轮毂单元1的单元支承部件3(图3)。另一方面，在设置于悬架臂部的前端部的车身安装部35、35处，扭梁33安装在车身上。虽然在图中未示出，但也可以将带有转向功能的轮毂单元1固定于独立悬架所包含的多连杆式悬架等的其他方式的后轮悬架。
<轮毂单元主体2>
像图1以及图6所示的那样，轮毂单元主体2具有支承后轮9R的轮毂轴承15、外环16、以及作为后述的转向操作力承受部的臂部17(图3)。轮毂轴承15具有内圈18、外圈19、和介于内圈18与外圈19之间的滚珠等的滚动体20，起到连接车身侧的部件与后轮9R的作用。
在图示的例子中，该轮毂轴承15为外圈19为固定圈、内圈18为旋转圈、滚动体20为多列的角接触球轴承。内圈18包括轮毂圈部18a和内圈部18b，该轮毂圈部18a具有轮毂法兰18aa，构成外侧的轨道面，该内圈部18b构成内侧的轨道面。后轮9R的轮9a以与制动盘21a重叠的状态通过螺栓而固定于轮毂凸缘18aa。内圈18绕旋转轴心O旋转。
外环16具有嵌合于外圈19的外周面的圆环部16a、和从该圆环部16a的外周上下突出设置的耳轴状的安装轴部16b、16b。各安装轴部16b与转舵轴心A同轴地设置，构成转舵轴。
如图2所示的那样，制动器21具有制动转子21a和制动钳21b。制动卡钳21b安装在与外轮19一体地突出形成臂状的上下两处的制动卡钳安装部22(图4)上。
<转动容许支承部件以及单元支承部件>
像图6所示的那样，作为各旋转允许支承部件即滚动轴承4，适用圆锥滚子轴承。滚动轴承4具有：嵌合在安装轴部16b的外周的内圈4a，嵌合在单元支承部件3上的外圈4b，以及介于内圈4a和外圈4b之间的多个滚动体4c。如图1所示的那样，上下滚动轴承4、4以位于轮9a内的方式设置。
单元支承部件3具有单元支承部件主体3A和单元支承部件连接体3B。如图6所示的那样，在单元支承部件主体3A的外侧端自由装卸地固定有大致环形的单元支承部件连接体3B。在单元支承部件连接体3B的内侧侧面中的上下部分，分别形成有局部的圆筒内面状的嵌合孔形成部。
像图5和图6所示的那样，在单元支承部件主体3A的外侧端中的上下部分，也分别形成有局部的圆筒内面状的嵌合孔形成部。单元支承部件连接体3B固定到单元支承部件主体3A的外侧端，关于各上下部分，单元支承部件主体3A的安装孔形成部分和单元支承部件连接体3B的安装孔形成部分相互组合，从而形成在整个圆周上连续的安装孔。在该嵌合孔中嵌合有外圈4b。
像图6所示的那样，在外圈16的各安装轴部16b上，以沿径向延伸的方式形成有内螺纹部，并设置有与该内螺纹部螺合的螺栓23。在内圈4a的端面上夹设圆板状的推压部件24，通过与上述内螺纹部螺合的螺栓23而对内圈4a的端面施加推压力，由此对各滚动轴承4施加预压。由此能够提高各滚动轴承4的刚性。即使在车辆的重量作用于该轮毂单元的情况下，初始预负荷也不会消失(不会抵消)，因此在该带有转向功能的轮毂单元1中，能够确保作为转向操作装置的刚性。另外，滚动轴承4不限于圆锥滚子轴承，根据最大负载等使用条件也可以使用角接触球轴承。同样在该场合，也能够与上述同样地施加预压。
像图2所示的那样，臂部17是构成对轮毂轴承15的外圈19施加操纵力的作用点的部位，与外圈19的外周的一部分成为一体而突出。该臂部17经由接头部8自由旋转地连接于转向用促动器5的直线运动输出部25a。由此，通过转向用促动器5的直线运动输出部25a进退，轮毂单元主体2绕转舵轴心A(图1)旋转，即转向。
<转向用促动器5>
图3所示的转向用促动器5使轮毂单元主体2绕转舵轴心A(图1)旋转。
像图2所示的那样，转向促动器5包括马达26、使马达26的旋转减速的减速器27、以及将减速器27的正向和反向旋转输出转换成直线运动输出部25a的往复线性运动的直线运动机构25。马达26例如是永磁铁式同步马达，但也可以是直流马达，也可以是感应马达。
作为减速机27，可以使用带传递机构等的卷挂式传递机构或齿轮系等，在图2的例子中使用皮带传递机构。减速器27具有驱动带轮27a、从动带轮27b以及皮带27c。驱动带轮27a与马达26的马达轴结合，从动带轮27b设置在直线运动机构25上。该从动皮带轮27b与前述马达轴平行地配置。马达26的驱动力从驱动带轮27a经由带27c传递至从动带轮27b。由所述驱动带轮27a、从动带轮27b和带27c构成卷绕式减速机27。
作为直线运动机构25，能够使用滑动螺纹或滚珠丝杠等的进给丝杠机构、或者齿条齿轮机构等，在该例子中，使用了使用梯形螺纹的滑动螺纹的进给丝杠机构25b。由于直线运动机构25是使用梯形螺纹的滑动螺纹的进给丝杠机构，因此能够提高防止来自轮胎9b的反输入的效果。具有马达26、减速器27以及直线运动机构25的转向用促动器5作为准组装品而组装，并通过螺栓等可自由装卸地安装在壳体6b上。另外，将马达26的驱动力不经由减速器而直接向直线运动机构25传递的机构也能够应用于转向用促动器。
壳体6b作为单元支承部件3的一部分，与单元支承部件主体3A一体地形成。壳体6b形成为有底筒状，设置有支承马达26的马达收纳部和支承直线运动机构25的直线运动机构收纳部。在马达收容部形成有将马达26支承在壳体内规定位置的嵌合孔。在直线运动机构容纳部中形成有将直线运动机构25支承在壳体内的预定位置处的装配孔、允许直线运动输出部25a前后移动的通孔等。
<作用效果>
按照以上说明的带有转向功能的轮毂单元1，能够利用转向操作用促动器5使具有支承后轮9R的轮毂轴承的轮毂单元主体2绕转舵轴心A自由地旋转，能够对左右的后轮9R、9R独立地进行微小角度的转向操作。另外，由于将自由旋转地支承轮毂单元主体2的单元支承部件3设置于后轮悬架上，因此与分配传动轴或者后轮驱动用的马达的动力的现有技术相比，能够使构造简单化，能够确保车辆10的室内空间较大。
另外，按照该带有转向功能的轮毂单元1，利用转向操作用促动器5，能够在一定的范围内自由地变更轮毂单元主体2的绕转舵轴心A的转向角，因此能够根据车辆10的行驶状况，任意地对后轮9R的转向角进行补偿。例如，如果使后轮9R的转向角与前轮9F为相同相位，则能够抑制转向时车辆10产生的横摆，提高车辆10的曲线行驶的稳定性。进而，在直线行驶时，通过左右独立地调整后轮9R的操纵角度，也能够确保车辆10的行驶的稳定性。另外，通过与当时的行驶条件相匹配地适当设定后轮9R的转向角度，也能够改善燃料消耗率。
<转向系统>
像图3所示的那样，转向系统具有第1实施方式的带有转向功能的轮毂单元1、以及控制上述转向用促动器5的控制装置29。控制装置29具有转向控制部30和促动器驱动控制部31。驾驶员通过方向盘而操作前轮的舵角，但在高级控制部32中，根据方向盘即转向输入部11a(图9)的操作角，输出进一步考虑车辆10(图9)的状况等而计算出的左右后轮9R、9R(图9)的转向角指令信号。转向控制部30输出与从高级控制部32而提供的转向角指令信号对应的电流指令信号。
高级控制部32是转向控制部30的高级控制单元，作为高级控制部32，例如，应用控制整个车辆的电子控制单元(车辆控制单元(Vehicle Control Unit)，简称VCU)。促动器驱动控制部31输出与从转向控制部30而输入的电流指令信号相应的电流，对转向用促动器5进行驱动控制。即，促动器驱动控制部31控制向马达26的线圈供给的电力。该促动器驱动控制部31例如，由使用了未图示的开关元件的半车轴电路构成，进行根据开关元件的ON-OFF占空比而决定马达施加电压的PWM控制。由此，能够使轮毂单元主体2相对于单元支承部件3的角度变化，任意地变更后轮的转向角。这样，能够根据车辆的行驶条件来变更后轮的转向角，因此能够提高车辆的运动性能，能够稳定且安全地行驶。
在转向系统中，代替驾驶员的方向盘操作，可以通过来自未示出的自动驾驶设备或驾驶辅助设备的指令等来操作转向用促动器5、5。
如上所述，参照附图说明了优选的实施方式，但作为本领域普通技术人员，在阅读了本申请说明书后会在显然的范围内做出各种变更和修正。因此，该变更和修正应被解释为属于权利要求书所规定的本发明的范围内。
标号的说明：
标号1表示带转向功能的轮毂单元；
标号2表示轮毂单元主体；
标号3表示单元支承部件；
标号4表示滚动轴承；
标号5表示转向用促动器；
标号9a表示车轮；
标号9R表示后轮；
标号10表示车辆；
标号15表示轮毂轴承；
标号25表示直线运动机构；
标号25b表示进给丝杠机构；
标号26表示马达；
标号27表示减速器；
标号29表示控制装置；
标号30表示转向控制部；
标号31表示促动器驱动控制部；
符号Rs表示刚性车轴悬架(后轮悬架)。

Claims (17)

1.一种带有转向功能的轮毂单元，该带有转向功能的轮毂单元对后轮进行转向，该带有转向功能的轮毂单元包括：
轮毂单元主体，该轮毂单元主体具有支承上述后轮的轮毂轴承；
单元支承部件，该单元支承部件设置于后轮悬架上，将上述轮毂单元主体以绕沿上下方向延伸的转舵轴心而自由旋转的方式支承；
转向用促动器，该转向用促动器使上述轮毂单元主体绕上述转舵轴心旋转。
2.根据权利要求1所述的带有转向功能的轮毂单元，其中，上述转向用促动器具有：马达；减速器，该减速器对该马达的旋转进行减速；直线运动机构，该直线运动机构将该减速器的旋转输出转换成直线运动。
3.根据权利要求2所述的带有转向功能的轮毂组件，其中，上述直线运动机构是使用梯形螺纹的进给丝杠机构。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的带有转向功能的轮毂单元，其中，上述轮毂单元主体在上下两处经由滚动轴承支承于上述单元支承部件上，上述滚动轴承位于所述后轮的轮内。
5.一种转向系统，该转向系统具有权利要求1～4中任一项所述的带有转向功能的轮毂单元、以及控制所述转向用促动器的控制装置，
其中，上述控制装置具有：转向控制部，该转向控制部输出与所提供的转向角指令信号对应的电流指令信号；以及促动器驱动控制部，该促动器驱动控制部输出与从该转向控制部输入的电流指令信号所对应的电流，对上述转向用促动器进行驱动控制。
6.一种车辆，其使用权利要求1～4中任一项所述的带转向功能的轮毂单元来支承上述后轮，
其中，上述后轮悬架是刚性车轴悬架。
7.一种后轮用的带转舵轴的轮毂轴承，该后轮用的带转舵轴的轮毂轴承安装于后轮悬架上，并对后轮进行旋转支承，上述带转舵轴的轮毂轴承具有内圈、外圈以及介于上述内圈与上述外圈之间的滚动体，上述带转舵轴的轮毂轴承以绕沿上下方向延伸的转舵轴心而自由旋转的方式在上下两个位置经由滚动轴承而支承于单元支承部件上，上述滚动轴承位于上述后轮的车轮内。
8.根据权利要求7所述的带转舵轴的轮毂轴承，其中，上述后轮悬架为刚性车轴悬架。
9.根据权利要求8所述的带转舵轴的轮毂轴承，其中，上述刚性车轴悬架是扭梁式悬架。
10.根据权利要求7～9中任一项所述的带转舵轴的轮毂轴承，其中，具有用于使该带转舵轴的轮毂轴承绕上述转舵轴心旋转的作用点。
11.一种车辆，该车辆使用权利要求7～10中任一项所述的带转舵轴的轮毂轴承来支承上述后轮。
12.一种独立地对车辆的左右后轮进行转向的后轮用转向系统，该车辆具有将左右后轮安装在车体上的后轮悬架，该后轮用转向系统包括：
左右的轮毂轴承，该左右的轮毂轴承分别具有转舵轴，能够绕各转舵轴的转舵轴心而旋转，且安装于上述后轮悬架中的上述车辆的左右；
使这些轮毂轴承绕各转舵轴心旋转的左右的转向用促动器；
独立地控制这些转向用促动器的控制装置；
该控制装置将下述电流分别输出到左右上述转向用促动器，使上述轮毂轴承独立地旋转，该电流与从高级控制部考虑上述车辆的状况而计算并输出的左右后轮的转向角指令信号相对应。
13.根据权利要求12所述的后轮用转向系统，其中，上述后轮悬架是刚性车轴悬架。
14.根据权利要求13所述的后轮用转向系统，其中，上述刚性车轴悬架是扭梁式悬架。
15.根据权利要求12～14中任一项所述的后轮用转向系统，其中，上述轮毂轴承包含于带转舵轴的轮毂轴承中，该带转舵轴的轮毂轴承具有用于使该轮毂轴承绕上述转舵轴心而旋转的作用点。
16.根据权利要求12～15中任一项所述的后轮用转向系统，其中，上述控制装置具有：转向控制部，其输出与所提供的转向角指令信号对应的电流指令信号；促动器驱动控制部，其输出与从该转向控制部而输入的电流指令信号对应的电流，对上述转向用促动器进行驱动控制。
17.一种车辆，该车辆具有权利要求12～16中任一项所述的后轮用转向系统。
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