CN113195939A - 带有操舵功能的轮毂单元和具有它的车辆 - Google Patents

Abstract

本发明的带有操舵功能的轮毂单元(1)包括：轮毂单元主体(2)；单元支承部件(3)，该单元支承部件(3)设置于转向节(6)上，以围绕沿上下方向延伸的转舵轴心而自由旋转的方式支承轮毂单元主体(2)；操舵用促动器(5)，该操舵用促动器(5)使轮毂单元主体(2)围绕转舵轴心(A)而旋转。操舵用促动器(5)具有马达(26)和直线运动机构(25)，该直线运动机构(25)将马达(26)的旋转输出转换为直线运动，该直线运动机构(25)包含具有螺母部(36)和丝杠(36)的滑动丝杠式的进给丝杠机构(33)，在螺母部(35)和丝杠(36)的任意一者或两者的至少螺纹面上设置有表面硬化处理层。

Description

带有操舵功能的轮毂单元和具有它的车辆

相关申请

本申请要求申请日为2018年12月20日、申请号为JP特愿2018－237953号申请的优先权，通过参照其整体，将其作为本申请的一部分的内容而引用。

技术领域

本发明涉及带有操舵功能的轮毂单元以及具有该轮毂单元的车辆，本发明涉及通过对应行驶状况而将左右车轮(也称为左右轮)控制在适当的转舵角，谋求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

在一般的汽车等的车辆中，方向盘与操舵装置以机械方式连接，并且，操舵装置的左右两端通过系杆而与左右轮相连。因此，由方向盘的动作而引起的左右轮的转向角度由初始的设定而确定。

在车辆的几何中，已知有(1)左右轮的转向角度相同的“平行几何”；(2)为了使回转中心为一处而使转向内轮车轮角度比转向外轮车轮角度大而转向的“阿克曼几何”。

在阿克曼几何学中，在可以忽略作用于车辆的离心力的低速区域的回转中，为了使车辆平稳地转弯，以使各轮以共同的一点为中心而进行转弯的方式设定左右轮的转舵角差。但是，在不能忽略离心力的高速区域的转弯中，由于希望车轮在与离心力平衡的方向上产生转弯力，因此与阿克曼几何相比，优选平行几何。

一般的车辆的操舵装置如上述那样，以机械方式与车轮连接，只能取得固定的单一的操舵几何，因此多设定为阿克曼几何和平行几何的中间几何。但是，在该场合，在低速区域中左右轮的转舵角差不足，而外轮的转舵角过大，在高速区域中内轮的转舵角过大。如果象这样，内外轮(内轮和外轮)的车轮横向力分配存在不需要的偏差，则成为行驶阻力的增大所导致的燃料消耗率恶化及轮胎的早期磨损的原因，另外，由于无法有效地利用内外轮，因此存在损害转弯的顺畅性的课题。与此相对，根据在专利文献1、2、3中记载的机构，能够变更操舵几何。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开2009－226972号公报

专利文献2：DE102012206337A号专利文献

专利文献3：JP特开2014－061744号公报

发明内容

发明要解决的课题

在于专利文献1中记载的机构中，使转向节臂与接头的位置相对变化，使操舵几何变化，但在这样的部分中具有获得使车辆的几何变化那样大的力的马达促动器这一点在空间的制约方面是非常困难的。另外，由该转向节臂与接头的位置变化而引起的车轮角的变化小，为了得到大的效果，需要使转向节臂与接头的位置大幅变化，即需要大幅动作。

在于专利文献2中记载的机构中，由于使用两个马达，所以不仅产生马达个数的增加所导致的成本增加，而且控制变得复杂。

在专利文献3中记载的机构仅能够应用于四轮独立转向的车辆，并且相对于转舵轴而悬臂支承轮毂轴承，因此刚性降低，有可能由于过大的行驶G的产生而使操舵几何变化。

另外，在于转舵轴上设置减速器的场合，需要较大的动力。因此，虽然应该增大马达，但若增大马达，则难以在车轮的内周部配置马达的整体。进而，在设置减速比大的减速器的场合，响应性恶化。

由于像上述那样，现有的具有辅助操舵功能的机构的目的在于任意改变车辆中的车轮的前束角或外倾角，因此需要多个马达和减速器构，结构复杂。另外，为了确保刚性，需要大型化，会变重。

并且，在转向销与具有辅助的操舵功能的机构的转舵轴一致的场合，部件要素部件配置于轮毂单元的后方(车身侧)，因此机构的整体变大而变重。

此外，为了将带有操舵功能的机构收纳在车轮内的有限的空间内，需要使各部件小型化，但具有导致各部分的强度不足的担心。特别是，直接承受来自路面的较大的反作用力的梯形螺丝最容易产生异常。当梯形螺丝件发生异常时，在操舵用促动器中，难以将动力可靠地传递至轮毂轴承，并且可靠地防止来自轮胎的反作用力。

本发明的目的在于提供一种带有操舵功能的轮毂单元以及具有该轮毂单元的车辆，该轮毂单元能够将带有操舵功能的轮毂单元的一部分收纳于车轮内的有限空间中，并且能够确保直线运动机构的进给丝杠机构的耐久性、强度以及可靠性。

用于解决课题的技术方案

本发明的带有操舵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车轮的轮毂轴承；

单元支承部件，该单元支承部件设置于悬架装置的行走系统支架部件上，上述轮毂单元主体以围绕沿上下方向而延伸的转舵轴心而自由旋转的方式支承；

操舵用促动器，该操舵用促动器使上述轮毂单元主体围绕上述转舵轴心而旋转；

上述操舵用促动器具有旋转驱动源和直线运动机构，该直线运动机构将该旋转驱动源的旋转输出转换为直线运动，该直线运动机构包含具有螺母部和丝杠的滑动丝杠式的进给丝杠机构，在上述螺母部和丝杠中的任意一者或两者的至少螺纹面上设置有表面硬化处理层。

按照该结构，能够利用操舵用促动器使包含支承车轮的轮毂轴承的轮毂单元主体围绕转舵轴心而自由旋转。由此，除了转向轮的通常的操舵之外，还能够对转向轮或非转向轮进行微小角度的操舵。因此，在转弯行驶时，能够使操舵装置几何变化，由此能够实现车辆的行驶稳定性的提高。在直线行驶时，也对应于状况而调整束角的量，由此，在低速时降低行驶阻力，不会使燃料消耗率恶化，在高速时能够进行确保行驶稳定性等的调整。

为了像这样控制车辆的举动，必须要求正确地控制车轮的转舵角，按照可在车轮内的有限的空间中，配置带有操舵功能的轮毂单元的方式使该轮毂单元的小型化是必须要求的。

轮毂轴承通过操舵用促动器，围绕沿上下方向延伸的转舵轴心而旋转。操舵用促动器具有将旋转驱动源的旋转输出转换为直线运动的直线运动机构，该直线运动机构例如，使用梯形螺丝等的滑动丝杠式的进给丝杠机构。通过该直线运动机构，从轮毂轴承的转舵轴，沿半径方向离开的例如臂部等的端部成为工作点，对轮毂轴承进行操舵。

此时，为了使整体小型化，需要尽可能缩短从转舵轴到上述臂部的端部的距离，但是，若缩短该距离，则作用于操舵用促动器内的直线运动机构的进给丝杠机构的负载增加，因此，耐久性降低的危险性或者发生变形等的不良情况的危险性变高。

另外，在行驶中，由于对带操舵功能的轮毂单元反复输入由振动及回转而引起的来自轮胎的外力，因此对直线运动机构的进给丝杠机构也一并要求高疲劳强度。

如上述那样，直线运动机构的丝杠机构需要具有高耐久性和高疲劳强度。

在该结构中，尤其是在螺母部以及丝杠中的任意一者或两者的至少螺纹面上设置有表面硬化处理层，因此不会使进给丝杠机构大型化，谋求螺纹面的硬度的提高，谋求耐磨损性的提高。另外，通过使螺纹面表面硬化，除了作为疲劳龟裂的发生点的表面的强度上升以外，由于在表面产生大的压缩残余应力，所以能够谋求疲劳强度的提高。因此，可以兼具相对于路面上的障碍物等引起的来自轮胎的冲击外力的高耐冲击性、和相对于从轮胎反复输入的外力的高疲劳强度。

因此，可谋求带有操舵功能的轮毂单元的小型化，将带有操舵功能的轮毂单元的一部分收容于车轮内的有限空间中，并且可确保直线运动机构的进给丝杠机构的耐久性、强度以及可靠性。

上述螺母部和上述丝杠也可由0.35％～0.55％的钢的调质材料形成。通过使用这样的调质材料，谋求进给丝杠机构的耐久性的提高。另外，钢的调质材料通过调质，即淬火回火至少表面附近硬化，该硬化的部分不属于本发明中设于螺母部和丝杠的任何一方或两者的至少螺纹面上的上述表面硬化处理层。

在未设置上述表面硬化处理层的状态下的上述钢的调质材料的硬度(以下，也可称之为钢的调质材料的母材强度)也可为HRC20～30(HRC20以上且30以下)。对钢的调质材料的母材硬度的不同所致的耐久性进行试验，在钢的调质材料的母材硬度为HRC20～30的场合，得到所希望的耐久性。

上述表面硬化处理层也可是对上述螺纹面实施了氮化处理或者盐浴软氮化处理的层。此时，由于螺纹面的表层硬度，氮化物的耐磨损性提高。另外，氮化品与表面高频淬火品等相比，处理温度低，因此热膨胀量的绝对值小，不伴随钢的相变而变形量小。因此，螺纹面的尺寸精度保持得较高。

上述表面硬化处理层也可是对上述螺纹面实施了无电解镀镍而得到的层。在此场合，由于在螺纹面上，无电解镀镍的膜层均匀地设置，故较高地保持螺纹面的尺寸精度。

上述表面硬化处理层还可是对上述螺纹面实施了磷酸盐覆膜的层。在此场合，由于能够通过原材料自身的反应，形成覆盖膜，因此能够较高地保持螺纹面的尺寸精度。而且，因该磷酸盐膜，螺纹表面的润滑性的提高。

在上述螺母部和上述丝杠中的至少一者的上述螺纹面上设置有上述表面硬化处理层，上述表面硬化处理层的表面硬度为Hv700～900(Hv700以上且900以下)。在此场合，在螺母部分的螺纹表面和螺杆轴的螺纹表面之间产生适当的硬度差，从而可靠地谋求进给丝杠机构的耐用性的提高。

本发明的车辆使用本发明的上述任意一者的结构的带有操舵功能的轮毂单元，支承前轮和后轮中的任意一者或者两者。

因此，本发明的带有操舵功能的轮毂单元能够获得上述的各项效果。前轮一般为转向轮，但在转向轮中应用本发明的带有操舵功能的轮毂单元的场合，对行驶中的前束角调整有效。另外，后轮一般是非转向轮，但在应用于非转向轮的场合，通过非转向轮的若干操舵，可谋求低速行驶时的最小旋转半径的降低。

权利要求书和/或说明书和/或附图中公开的至少2个方案中的任意的组合均包含在本发明中。特别是，权利要求书中的各项权利要求的2个以上的任意的组合也包含在本发明中。

附图说明

根据参照附图的下面的优选的实施形式的说明，会更清楚地理解本发明。但是，实施形式和附图用于单纯的图示和说明，不应用于确定本发明的范围。本发明的范围由后附的权利要求书确定。在附图中，多个附图中的同一部件标号表示同一或相应部分。

图1为表示本发明的第1实施方式的带有操舵功能的轮毂单元以及其周边的结构的主视剖视图；

图2为表示该带有操舵功能的轮毂单元及其周边的结构的俯视剖视图；

图3为表示该带有操舵功能的轮毂单元的外观的立体图；

图4为该带有操舵功能的轮毂单元的侧视图；

图5为该带有操舵功能的轮毂单元的俯视图；

图6为沿图4中的VI－VI线的剖视图；

图7为沿图5中的VII－VII线的剖视图；

图8为该带有操舵功能的轮毂单元的直线运动机构的主视剖视图；

图9为表示母材硬度与耐久性的关系的图；

图10a为该直线运动机构的主要部分工作时的放大剖视图；

图10b为该直线运动机构的主要部分的反输入时的放大剖视图；

图11为具有该带有操舵功能的轮毂单元的车辆的一个例子的示意俯视图；

图12为具有该带有操舵功能的轮毂单元的车辆的其他例子的示意俯视图；

图13为具有带有操舵功能的轮毂单元的车辆的又一例子的示意俯视图。

具体实施方式

(第1实施方式)

结合图1～图11，对本发明的第1实施方式的带有操舵功能的轮毂单元进行说明。

＜带操舵功能的轮毂单元1的大致构造＞

如图1所示的那样，该带有操舵功能的轮毂单元1具有轮毂单元主体2、单元支承部件3、旋转容许支承部件4以及操舵用促动器5。在作为行走系统支架部件的转向节6上一体地设有单元支承部件3。在该单元支承部件3的内侧设置有转舵用促动器5，在单元支承部件3的外侧设置有轮毂单元主体2。另外，在将带有操舵功能的轮毂单元1搭载于车辆上的状态下，将车辆的车宽方向外侧称为外侧，将车辆的车宽方向中央侧称为内侧。

如图2以及图3所示的那样，轮毂单元主体2与操舵用促动器5通过接头部8而连接。通常，在该连接部8上安装有用于防水、防尘的在图中未示出的保护罩。

如图1所示的那样，轮毂单元主体2以围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，经由旋转容许支承部件4、4而支承于单元支承部件3上。转舵轴心A是与车轮9的旋转轴心O不同的轴心，与进行主要转向的转向销的轴心也不同。通常的车辆以提高车辆行驶的直进稳定性为目的而将转向销角度设定为10～20度，但该实施方式的带有操舵功能的轮毂单元1具有转舵轴，该转舵轴具有与上述转向销角度不同的倾斜角。车轮9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＞

本实施方式的带有操舵功能的轮毂单元1作为除了转向轮的操舵之外，具体而言，如图11所示的那样，除了车辆10的前轮9F的基于操舵装置11的操舵之外，还对左右轮分别以微小的角度(约±5deg)进行操舵的机构，与悬架装置12的转向节6一体地设置。

如图2以及图11所示的那样，操舵装置11安装于车体上，根据驾驶员对方向盘11a的操作或者在图中未示出的自动驾驶装置、驾驶辅助装置的指令等而动作，操舵装置11进退的系杆14与单元支承部件3的操舵连接部6d(后述)连接。操舵装置11为齿条齿轮式等，但可以是任意类型的操舵装置。作为悬架装置12，例如，使用将减震器直接固定于转向节6上的支柱式悬架机构，但也可以使用双横臂式悬架机构、多连杆式悬架机构、其他悬架机构。

＜轮毂单元主体2＞

如图1所示的那样，轮毂单元主体2具有车轮9的支承用的轮毂轴承15、外环16、作为后述的操舵力承受部的臂部17(图3)。

如图6所示的那样，轮毂轴承15具有内圈18、外圈19、以及介于内圈18与外圈19之间的滚珠等的滚动体20，起到将车身侧的部件与车轮9(图1)相连的作用。

在图示的例子中，该轮毂轴承15是外圈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。如图1所示的那样，车轮9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上。内圈18绕旋转轴心O而旋转。

如图6所示的那样，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的外周上下突出地设置的耳轴状的转舵轴部16b、16b。作为上下的安装轴部的各转舵轴部16b与转舵轴心A同轴地设置。

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安装在与外圈19一体地突出而形成臂状的上下两处的制动卡钳安装部22(图4)上。

＜旋转容许支承部件4以及单元支承部件3＞

如图6所示的那样，各旋转容许支承部件4由滚动轴承部件。在该例子中，作为滚动轴承，应用圆锥滚子轴承。滚动轴承具有：与转轴部16b的外周嵌合的内圈4a、与单元支承部件3嵌合的外圈4b、以及介于内圈4a与外圈4b之间的多个滚动体4c。

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。在组件支承部件主体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的内侧表面的上部和下部中，形成具有部分圆筒内表面形状的装配孔形成部分3Ba。

如图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，也分别形成有部分的圆筒内表面状的嵌合孔形成部3Aa。在单元支承部件主体3A的外侧端，固定单元支承部件连接体3B，通过组合单元支承部件主体3A的嵌合孔形成部3Aa和单元支承部件连接体3B的嵌合孔形成部3Ba，在各上下部分形成整周相连续的嵌合孔。在该嵌合孔中嵌合有外圈4b。另外，在图3中，用点划线表示单元支承部件3。

如图6所示的那样，在各转舵轴部16b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的端面介设圆板状的按压部件24，通过与上述内螺纹部螺合的螺栓23，对内圈4a的端面施加按压力，由此对各旋转容许支承部件4施加预压。由此能够提高各旋转容许支承部件4的刚性。另外，旋转容许支承部件4的滚动轴承也可以使用角接触球轴承或四点接触球轴承来代替圆锥滚子轴承。在该场合，也能够与上述同样地施加预压。

如图1所示的那样，上下的转舵轴部16b、16b分别经由旋转容许支承部件4而支承于单元支承部件3上，各旋转容许支承部件4位于车轮9的车轮9a内。在该例子中，各旋转容许支承部件4在轮9a内配置在该轮9a的宽度方向中间附近。

如图2所示的那样，臂部17是成为对轮毂轴承15的外圈19施加辅助的操舵力的作用点的部位，与外环16的外周的一部分成为一体而突出。臂部17经由接头部8而自由旋转地连接于操舵用促动器5的直动输出部25a。由此，通过操舵用促动器5的直动输出部25A的进退，轮毂单元主体2绕转舵轴心A而旋转，即进行辅助操舵。

＜操舵用促动器5＞

图3所示的操舵用促动器5使轮毂单元主体2围绕转舵轴心A(图1)而旋转。

如图2所示的那样，操舵促动器5包括：作为旋转驱动源的马达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线性运动输出部25a的往复线性运动的线性运动机构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。

＜减速器27＞

作为减速器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的例子中使用带传递机构。减速器27具有驱动带轮27a、从动带轮27b以及带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与上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而传递至从动带轮27b。通过上述驱动带轮27a、从动带轮27b和带27c，构成卷绕式减速器27。

＜直线运动机构25＞

如图2及图8所示的那样，直线运动机构25可使用梯形螺丝或三角螺纹等的滑动丝杠式的进给丝杠机构，在该例子中，使用了采用梯形螺丝的滑动丝杠的进给丝杠机构33。该直线运动机构25具有进给丝杠机构33、旋转支承轴承28、旋转固定部件43(图7)以及作为覆盖这些部件部件的罩的促动器壳体34。

进给丝杠机构33具有设置在从动带轮27b的内周的螺母部35、以螺合状态配置在该螺母部35的内周的丝杠36、滑动轴承37。在滑动丝杠件内部封入有润滑脂。螺母部35以及丝杠36具有构成上述梯形螺丝的螺纹部38的螺纹槽以及螺纹牙，因此能够防止来自轮胎的外力反向输入至带有操舵功能的轮毂单元1的情况，从而能够维持操舵角度。在螺母部35的轴向一端设置有供丝杠36可滑动地贯通的滑动轴承37。滑动轴承37引导丝杠36的轴向的移动，并且在来自轮胎的外力输入到丝杠36的场合，防止对螺纹部38施加径向的力。

旋转支承轴承28旋转支承进给丝杠机构33。作为该旋转支承轴承28，在该例子中，两个圆锥滚子轴承经由从动带轮27b以正面组合的方式组合。这些旋转支承轴承28、28的配置可以是背对背组合、正面对正面组合中的任一种，但考虑到组装性、垫片等带来的预压调整的容易性，优选为正面对正面组合。

各旋转支承轴承28具有作为固定圈的外圈28a、作为旋转圈的内圈28b、介于内圈28b和外圈28a之间的多个滚动体28c、保持这些滚动体28c的保持器28d。各内圈28b嵌合固定于螺母部35的外周面，并通过止动圈39、39而在轴向上限制。图8右侧(外侧)的旋转支承轴承28的外圈28a嵌合固定于壳体6b内的嵌合孔6bb中，图8左侧(内侧)的旋转支撑轴承28的外圈28a嵌合固定于驱动器壳体34的外侧的内周面上。通过这些旋转支承轴承28、28，从动带轮27b和螺母部35成为一体而自由旋转。另外，也可以将旋转支承轴承28设为角接触球轴承。在该场合，旋转支承轴承28、28的配置也可以是背对背组合、正面对正面组合中的任意一者。

如图7和图8所示的那样，旋转固定部件43阻止丝杠36旋转。在作为丝杠36的后端的内侧端，与该丝杠36同轴地连接有输出杆40。输出杆40具有覆盖丝杠36的内侧端的有底大致圆筒状的丝杠支承部件40a。该丝杠支承部件40a通过沿径向延伸的多个(在该例子中，为三个)轴状的旋转固定部件43而相对于促动器壳体34与丝杠36一起地止转。这些旋转固定部件43呈放射状延伸，且在圆周方向上等间隔地配置。作为各旋转固定部件43，例如，可应用销等。

在各旋转固定部件43的外周上嵌合有滑动轴承46。在促动器壳体34的内周面上形成有沿引导各滑动轴承46的轴向延伸的导向槽34a。因此，通过使旋转固定部件43经由滑动轴承46，沿着驱动器壳体34的引导槽34a而滑动，能够使滑动丝杠的丝杠36在轴向上往复运动。另外，由于使旋转固定部件43经由滑动轴承46而滑动，因此防止引导槽34a的滑动面的磨损。滑动轴承46除了铜合金或多孔质的烧结合金等的金属制之外，也可以是氟树脂等的树脂制。

如图2所示的那样，在丝杠36的前端的直线运动输出部25a上，经由连接部8而连接有上述臂部17。接头部8通过两个销41、42，分别自由旋转地连接于臂部17以及直线运动输出部25a上。因此，通过丝杠36的前后移动，轮毂单元主体2(图1)的整体能够相对于转向节6以辅助转舵轴心A(图1)为中心而旋转。

＜作用于带有操舵功能的轮毂单元1上的力＞

在车辆驶上路缘石等的图2所示的轮胎9b或者车轮9a与路面上的障碍物碰撞时，或者过度的急转弯时，过大的冲击力作用于带有操舵功能的轮毂单元1。特别是，在作用箭头F方向的载荷的场合，需要梯形螺丝而支承该力。另外，在通常的行驶时，也从各个方向对带有操舵功能的轮毂单元1反复输入由振动以及回转引起的来自轮胎9b的外力。

如图2及图8所示的那样，马达26的驱动力经由减速器27而传递到梯形螺丝的旋转部件，即螺母部35。当螺母部35旋转时，梯形螺丝的直线运动部，即丝杠36因通过旋转固定部件43而抑制旋转，所以例如向外侧(在图10a中为向右)进行直线运动。

另外，在输入来自轮胎的外力的场合，荷载从轮毂单元主体2的臂部17，经由接头部8传递到丝杠36，丝杠36例如拉向外侧(在图10b中是向右)，通过丝杠36的螺纹面38a和螺母部35的摩擦，抑制螺母部35的旋转。因此，直线运动机构25的丝杠机构33需要具有高的耐久性和高的疲劳强度。

＜表面硬化处理等＞

因此，梯形螺丝的丝杠36及螺母部35由含碳0.35％～0.55％的钢(S35C材～S55C材)的调质材料部件构成，在丝杠36及螺母部35中的任意一者的至少螺纹面38a上设有表面硬化处理层Sf。钢的调质材料的母材硬度(在未设置通过调质处理的硬化层以外的表面硬化处理层的状态下的钢的调质材料的硬度)在HRC20～30的范围内。

在该例子中，作为丝杠36、螺母部35的材料，使用对高碳钢即S45C进行了调质处理的调质材料，在丝杠36的螺纹面38a上设置有实施了氮化处理或盐浴软氮化处理的层即表面硬化处理层Sf。该表面硬化处理层Sf的表面硬度为Hv700以上900以下。表面硬化处理层Sf的硬化层深度最好根据施加在梯形螺丝上的冲击力及反复载荷的大小，并鉴于必要的耐冲击性及疲劳强度而适当设定。另外，可以仅在螺纹面38a上设置表面硬化处理层Sf，也可以在包括螺纹面Sf的整个丝杠36上设置表面硬化处理层Sf。

图9是使用对S45C进行了调质处理的调质材料作为梯形螺丝的螺母部和丝杠的材料，对因母材硬度的不同而产生的耐久性(重复次数)进行耐久试验的结果。对丝杠整体实施盐浴软氮化处理(表面硬度Hv800)。对丝杠沿轴向施加负载，使螺母部以规定的负载扭矩旋转，使丝杠沿轴向反复往复运动，按母材硬度对在梯形螺丝的螺纹面产生异常时的往复运动的次数(反复次数)进行了绘制。通过目视或负载转矩值的增加的监视等方式而确认在螺纹面上是否产生异常。

根据该耐久试验结果，在钢的调质材料的母材硬度为HRC20以上30以下的情况下，重复次数高于目标次数。上述目标次数根据进给丝杠机构的使用条件等而任意地确定。

如图2所示的那样，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，并通过螺栓等自由装卸地安装于壳体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操舵用促动器。

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呈有底筒状，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。在上述马达收容部中，形成有将马达26支承在壳体内规定位置的嵌合孔。在上述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。

如图3所示的那样，单元支承部件主体3A具有上述壳体6b、作为减震器的安装部的减震器安装部6c、以及作为操舵装置11(图2)的连接部的操舵装置连接部6d。这些减震器安装部6c及操舵装置结合部6d也与单元支承部件主体3A一体地形成。减震器安装部6c以突出的方式形成在单元支承部件主体3A的外表面部的上部。操舵装置连接部分6d以从单元支承部件主体3A的外表面部分的侧表面部分而突出的方式形成。

＜作用效果＞

按照以上说明的带有操舵功能的轮毂单元1，能够利用操舵用促动器5，使包含支承车轮9的轮毂轴承15的轮毂单元主体2绕转舵轴心A自由地旋转。该旋转附加于基于驾驶员的方向盘操作的转向，即附加于基于操舵装置11的转向节6围绕转向销的旋转，作为辅助的操舵而进行，另外也作为1个轮的独立操舵而进行。通过使左右车轮9、9的辅助操舵的角度不同，能够分别任意地变更左右车轮9、9的束角。

因此，也可以将带有操舵功能的轮毂单元1用于前轮等的转向轮以及后轮等的非转向轮的任意一者。在用于转向轮的情况下，通过设置在方向因操舵装置11而变化的部件上，成为除了基于驾驶员的方向盘操作的操舵以外，还进行左右车轮各自或与左右轮连动的微小的角度变化的机构。关于辅助转向的角度，为了实现车辆的运动性能的提高、行驶的稳定性、安全性的提高，微小的角度就足够，即使辅助可操舵角度为±5度以下也足够。辅助操舵的角度控制通过操舵用促动器5的控制来进行。

另外，在转弯行驶时，能够根据行驶速度而改变左右轮的转舵角差。例如，在高速区域的转弯行驶中为平行几何，在低速区域的转弯行驶中为阿克曼几何等，能够在行驶中使操舵几何变化。由于能够象这样，在行驶中任意地改变车轮角度，因此能够提高车辆的运动性能，稳定且安全地行驶。通过适当地改变转弯行驶时的左右转向轮的操舵角度，能够减小车辆的转弯半径，提高小转弯性能。

进而，在直线行驶时，也根据状况调整束角的量，由此，能够进行在低速时降低行驶阻力而不使燃料消耗率恶化、在高速时确保行驶稳定性等的调整。

若将带有操舵功能的轮毂单元1应用于后轮9R，即非转向轮，在转弯行驶时，使操舵角与前轮9F为相同相位，则能够抑制转向时产生的横摆，从而能够提高车辆的稳定性。在直线行驶时，也能够通过左右独立地调整束角，确保行驶稳定性。

为了通过象这样，使车轮的角度变化来控制车辆的举动，需要正确地控制车轮角度，需要以能够配置于车轮内的有限空间的方式实现小型化，并且进一步提高带有操舵功能的轮毂单元1整体的刚性。但是，通过小型化，从转舵轴心A到接头部的安装的距离变短，在作用有来自轮胎的冲击性较大的外力的情况下，梯形螺丝的负载增大。

另外，在通常的行驶时，由于振动及旋转而产生的来自轮胎的外力反复输入梯形螺丝，因此，存在梯形螺丝产生异常的担忧。

因此，在本实施方式的带有操舵功能的轮毂单元1中，如上所述，梯形螺丝的丝杠36以及螺母部35由碳含量为0.35％～0.55％的钢的调质材料构成，在丝杠36以及螺母部35中的任意一者的至少螺纹面38a上设置有表面硬化处理层Sf。因此，不会使进给丝杠机构33大型化，能够提高螺纹面38a的硬度，谋求耐磨损性的提高。另外，通过使螺纹面38a表面硬化，除了作为疲劳龟裂的发生点的表面的强度上升以外，由于在表面产生大的压缩残余应力，所以谋求疲劳强度的提高。因此，可以兼具相对于路面上的障碍物等引起的来自轮胎的冲击外力的高耐冲击性、和相对于从轮胎反复输入的外力的高疲劳强度。

因此，可谋求带有操舵功能的轮毂单元1的小型化，将带有操舵功能的轮毂单元1的一部分收容于车轮内的有限空间，并且能够确保直线运动机构25的进给丝杠机构33的耐久性、强度以及可靠性。

表面硬化处理层Sf是对上述螺纹面38a实施了氮化处理或盐浴软氮化处理而成的层，因此，通过螺纹面38a的表层硬度，提高氮化品的耐磨损性。另外，氮化品与表面高频淬火品等相比，处理温度低，因此热膨胀量的绝对值小，不伴随钢的相变而变形量小。因此，能够较高地保持螺纹面38a的尺寸精度。而且，由于至少在螺母部35和丝杠36中的任意一者的螺纹面38a上设有表面硬化处理层Sf，该表面硬化处理层Sf的表面硬度为Hv700以上900以下，因此，在螺母部的螺纹面与丝杠的螺纹面之间产生适当的硬度差，能够可靠地谋求进给丝杠机构的耐久性的提高。

另外，由于旋转容许支承部件4位于车轮9的车轮9a内，因此能够缩短转舵轴心A与车轮9的接地面中心部的距离或者使其为零。由此，不需要使轮毂单元主体2旋转的力过大，谋求操舵用促动器5的小型化。因此，能够可靠地降低带有操舵功能的轮毂单元1整体的重量。

另外，在本实施方式的带有操舵功能的轮毂单元1中，表面固化处理层Sf也可以是对上述螺纹面38a实施了非电解镀镍而得到的层。在该场合，由于在螺纹面38a上无电解镀镍的膜厚均匀，因此能够较高地保持螺纹面38a的尺寸精度。

此外，表面硬化处理层Sf也可以是在上述螺纹面38a上施加有磷酸盐被膜的层。在该场合，由于涂层能够通过材料本身的反应而形成，因此螺纹表面38a的尺寸精度能够保持得较高，并且由于磷酸盐膜的存在，螺纹表面38a的润滑性提高。

此外，丝杠36和螺母部35都可以设置有表面硬化处理层Sf。

<非转向轮的适用>

带有操舵功能的轮毂单元1也可以用于非转向轮。例如，如图12所示的那样，在前轮操舵的车辆10中，也可以设置于成为支承后轮9R的悬架装置12R的车轮用轴承设置部的行走系统支架部件6R，用于后轮操舵。

另外，如图13所示的那样，也可以将带有操舵功能的轮毂单元1分别用于作为转向轮的左右前轮9F、9F以及作为非转向轮的左右后轮9R、9R。

＜操舵系统＞

如图3所示的那样，包含第1实施方式的带有操舵功能的轮毂单元1的操舵系统具有控制装置29，该控制装置29对该带有操舵功能的轮毂单元1的操舵用促动器5进行控制。控制装置29具有操舵控制部30和促动器驱动控制部31。操舵控制部30输出与从上位控制部32而提供的辅助转舵角指令信号相对应的电流指令信号。

上级控制部32是操舵控制部30的上级控制单元，作为该上级控制部32，例如，应用控制整个车辆的电子控制单元(Vehicle Control Unit，简称VCU)。促动器驱动控制部31输出与从操舵控制部30而输入的电流指令信号相对应的电流，控制操舵用促动器5。具体而言，促动器驱动控制部31为了控制向马达26的线圈供给的电力，例如，作为使用了在图中未示出的开关元件的半桥电路而构成，进行根据上述开关元件的ON-OFF占空比来决定马达施加电压的PWM控制。由此，能够附加于基于驾驶员的方向盘操作的操舵，使车轮微小地进行角度变化。即使在直线行驶时，也能够根据速度等的状况，调整束角的量。

在该操舵系统中，代替驾驶员的方向盘操作，可以接受来自未示出的自动驾驶设备和驾驶辅助设备的指令等，控制操舵促动器5、5。

如上所述，一边参照附图，一边对优选的实施方式进行了说明，但是，作为本领域普通技术人员，在阅读本件说明书后，在显而易见的范围内可容易想到种种变更和修改。于是，这样的变更和修改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表示带有操舵功能的轮毂单元；

标号2表示轮毂单元主体；

标号3表示单元支承部件；

标号5表示操舵用促动器；

标号6表示转向节(行走系统支架部件)；

标号9表示车轮；

标号10表示车辆；

标号12、12R表示悬架装置；

标号15表示轮毂轴承；

标号25表示直线运动机构；

标号26表示马达(旋转驱动源)；

标号33表示进给丝杠机构；

标号35表示螺母部；

标号36表示丝杠；

标号38a表示螺纹面；

符号Sf表示表面硬化处理层。

Claims (8)

1.一种带有操舵功能的轮毂单元，该带有操舵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车轮的轮毂轴承；

单元支承部件，该单元支承部件设置于悬架装置的行走系统支架部件上，上述轮毂单元主体以围绕沿上下方向延伸的转舵轴心而自由旋转的方式支承；

操舵用促动器，该操舵用促动器使上述轮毂单元主体围绕上述转舵轴心而旋转；

上述操舵用促动器具有旋转驱动源和直线运动机构，该直线运动机构将该旋转驱动源的旋转输出转换为直线运动，该直线运动机构包含具有螺母部和丝杠的滑动丝杠式的进给丝杠机构，在上述螺母部和丝杠中的任意一者或两者的至少螺纹面上设置有表面硬化处理层。

2.根据权利要求1所述的带有操舵功能的轮毂单元，其中，上述螺母部和上述丝杠由碳含量为0.35％～0.55％的钢的调质材料形成。

3.根据权利要求2所述的带有操舵功能的轮毂单元，其中，在未设置上述表面硬化处理层的状态下的上述钢的调质材料的硬度为HRC20～30。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的带有操舵功能的轮毂单元，其中，上述表面硬化处理层是对上述螺纹面实施了氮化处理或者盐浴软氮化处理的层。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的带有操舵功能的轮毂单元，其中，上述表面硬化处理层是对上述螺纹面实施了无电解镀镍而得到的层。

6.根据权利要求1～3中任一项所述的带有操舵功能的轮毂单元，其中，上述表面硬化处理层是对上述螺纹面实施了磷酸盐覆膜的层。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的带有操舵功能的轮毂单元，其中，在上述螺母部和上述丝杠中的至少一者的上述螺纹面上设置有上述表面硬化处理层，上述表面硬化处理层的表面硬度为Hv700～900。

8.一种车辆，该车辆使用权利要求1～7中任一项所述的带有操舵功能的轮毂单元，支承前轮和后轮中的任意一者或者两者。

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