JP2004322802A

JP2004322802A - モータ駆動車両用サスペンション装置

Info

Publication number: JP2004322802A
Application number: JP2003119468A
Authority: JP
Inventors: Chikashi Kurata; 史倉田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-04-24
Filing date: 2003-04-24
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2023-04-24
Also published as: JP4168818B2

Abstract

【課題】モータ駆動車両において、車輪を駆動するモータの配設方式をこれまでにない新たな方式とし、車両性能を向上させる。
【解決手段】モータ１２のモータハウジング３０に連結部３２を設け、モータ１２がその連結部３２によって規定される軸線回りに回転可能なように、モータ１２と車体とを連結する。そして、モータ軸３４の先端部と車輪４０とを固定式の等速ジョイント２０を介して連結する。このようにモータ１２を配設することで、そのモータ１２自体をサスペンションアームとして機能させるサスペンション装置が得られる。このような構成のサスペンション装置では、車体と車輪４０との間にモータ１２が配設されることで車両のコンパクト化が図れ、また、ホイールインモータ方式と比較して、ばね下重量を小さくできる。また、サスペンションアームの数を減じることができるため、車両の軽量化が図れる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータ駆動車両のサスペンション装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車やハイブリッド自動車等のモータ駆動車両では、車輪の駆動源にモータが用いられる。そのモータ駆動車両において、車輪を駆動する駆動用モータの配設数，配設方法等は様々である。１つの車輪を１つのモータで駆動する方法は、トランスミッションやディファレンシャルギヤ等を介さずにモータの駆動力を車輪に伝達することができるため、駆動力の伝達ロスが少ないというメリットを有する。１つの車輪を１つのモータで駆動する場合、モータの配設方法として、これまでに、例えば、モータが車体に固定的に取り付けられる配設方法と、モータが車輪装置に固定的に取り付けられる配設方法がある。前者は、下記特許文献１に記載されているように、モータが車体に固定され、かつ、車輪装置がサスペンション装置によって支持された状態において、そのモータのモータ軸と車輪とが駆動軸および２つのジョイントを介して車輪に接続された構造のものが一般的である。また、後者は、ホイールインモータ方式とも呼ばれ、下記特許文献２に記載されているように、車輪とモータとを一体的に組み付けた車輪装置が、サスペンション装置によって支持される構造とされる。いずれの配設方法であっても、サスペンション装置の機構とは別にモータが配設されるのである。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−２５７２０７号公報
【特許文献２】
特開平８−２８９５０１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題，課題解決手段および効果】
上記のモータが車体に固定される配設方法では、モータを配設する空間が、車体自体に必要とされ、また、比較的長い駆動軸を必要とすることから、モータおよび駆動軸を含めた駆動装置が大型化するという欠点がある。一方、ホイールインモータ方式では、車体にモータを配設しなくてよく、比較的コンパクトな駆動装置が実現される。しかし、サスペンション機構に関して言えば、モータが車輪と一体的に上下動するため、いわゆる「ばね下重量」が増加するという欠点がある。本発明は、そのような実情を考慮し、モータ駆動車両において、車輪を駆動するモータの配設方式をこれまでにない新たな方式とし、車両性能を向上させることを課題としてなされたものである。
【０００５】
本発明のモータ駆動車両用サスペンション装置は、モータで駆動される車両に装備されるサスペンション装置であって、（ａ）車体に対して揺動可能に連結されたモータハウジングと、（ｂ）そのモータハウジングに回転可能かつ軸方向に移動不能に保持され、そのモータハウジングから伸び出す先端部が車輪軸にジョイントを介して連結されて車輪を回転させるモータ軸とを有するモータを備え、そのモータが、サスペンションアームを構成することを特徴とする。
【０００６】
本サスペンション装置によれば、モータ自体がサスペンションアームとして機能する。つまり、モータは、モータハウジングと車体とが連結された箇所を中心にして、車輪の上下動に合わせて揺動するように配設される。モータが車輪と一体的な状態とされておらず、モータの重量の一部を車体が負担するため、ホイールインモータ方式と比較して、ばね下重量が小さくなる。また、モータをサスペンションアームとして機能させているため、モータを車体と車輪との間に配設することができ、車体にモータを固定する空間を必要とせず、また、モータと車輪とを繋ぐ駆動軸等を必要としないことから、軽量，コンパクトな車両構造が実現される。さらに、サスペンションアームの１つをモータに置き換えることが可能であり、その点においても、車両の軽量化が図れる。
【０００７】
本サスペンション装置は、前輪側に用いてもよいし、後輪側に用いてもよい。また、操舵輪のサスペンション装置とすることも、また、非操舵輪のサスペンション装置とすることも可能である。本サスペンション装置は、その形式が限定されるものではなく、例えば、ダブルウィッシュボーン式（コンベンショナルなものとマルチリンク式との両者を含む）、ストラット式（マクファーソン式）等、種々の形式のものとすることができる。本サスペンション装置をダブルウィッシュボーン式のものとする場合には、モータがアッパアームとなるようにサスペンション装置が構成されてもよいし、ロアアームとなるようにサスペンション装置が構成されてもよい。また、モータをサスペンションアームとして機能させる場合、通常のサスペンション装置における種々の形状のアームとして機能させることが可能である。具体的に言えば、Ａアーム，Ｉアーム，Ｈアーム等の様々なサスペンションアームして機能させることができるのである。なお、ジョイントには、例えば、ツェッパ型ジョイント，固定式トリポード型ジョイント等の固定式の等速ジョイント等を用いることができる。
【０００８】
本発明のモータ駆動車両用サスペンション装置においては、前記モータハウジングが、前記モータ軸の先端部とは反対側に位置する端部において、車体に連結された態様で実施することが可能である。モータは、モータハウジングのいずれの部分でも車体と連結させることが可能であるが、本態様によれば、車体と車輪との間にモータの全体を位置させることができることから、コンパクトな車両が実現される。
【０００９】
本発明のモータ駆動車両用サスペンション装置は、前記モータハウジングが、前記モータの軸方向の中間位置となる部分において、車体に連結された態様で実施することが可能である。本態様によれば、ばね下重量に及ぼすモータの影響が小さくなるような状態で、モータを配置することが可能である。例えば、車体と連結する位置を、モータの重心位置付近を支持するような位置とすることもでき、また、サスペンション装置全体としてばね下重量が小さくなるような位置（例えば、モータの一部を車輪に対するカウンタウェイトとするような態様）とすることもできる。
【００１０】
本発明のモータ駆動車両用サスペンション装置は、少なくともロアアームとアッパアームとの２つのサスペンションアームを備える場合に、前記モータが、前記アッパアームを構成する態様で実施することが可能である。例えば、ダブルウィシュボーン式のサスペンション装置等では、車両の旋回時等においてアッパアームに作用する力（例えば、横力等）はロアアームに作用する力よりも小さいため、モータをアッパアームとしてサスペンション装置を構成すれば、モータ、ジョイント等にかかる負荷を小さくすることが可能である。本発明のモータ駆動車両用サスペンション装置をマルチリンク式ものとする場合、モータは、ロアアームを除くサスペンションアームであれば、どのサスペンションアームとして機能させることもできる。その場合、上記モータ等へ作用する力ができるだけ小さいサスペンションアームとして機能させれば、モータ等の負担を可及的に軽減することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明のいくつかの実施形態およびそれらの変形態様を、図を参照しつつ詳しく説明する。なお、本発明は、下記実施形態に限られるものではなく、それらの実施形態の他、前記〔発明が解決しようとする課題，課題解決手段および効果〕の項に記載された態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができるのである。
【００１２】
＜第１実施形態＞
図１に、本実施形態のモータ駆動車両用サスペンション装置（以後、サスペンション装置と略記する）の斜視図を示し、図２に、そのサスペンション装置にタイヤ，ホイール，ディスクロータ等が取り付けられていない状態の平面図を示す。図に示すサスペンション装置は、操舵輪である右前輪のものであり、モータ１２，ロアアーム１４，ショックアブソーバＡＳＳＹ１６，ステアリングナックル１８，等速ジョイント２０，タイロッド２２を含んで構成されている。
【００１３】
モータ１２は、モータハウジング３０に、ステータ，ロータ，モータ軸３４等が組み込まれた構造をなしており、モータハウジング３０の一端部からモータ軸３４の一部が延び出すような形状とされている。また、モータハウジング３０の他端部には、２つの連結部３２が、両者を結ぶ線が概ね水平となる位置に設けられている。モータ１２は、それら２つの連結部３２において図示を省略する車両の車体と連結され、それら２つの連結部３２に共通する軸線である軸線Ｂを中心に、回動可能つまり揺動可能とされている。詳細は後述するが、モータ軸３４の一端部は、等速ジョイント２０に連結され、モータ１２は、その等速ジョイント２０を介して車輪４０に回転駆動力を伝達する。等速ジョイント２０は、固定式の等速ジョイントであるツェッパ型等速ジョイント（図３参照）であり、モータ軸３４の軸線と車輪４０の回転軸線とがなす角度の変化（傾動）は許容しているが、両者のそれら軸線方向における変位は許容していない。そのため、モータ１２は、車輪４０の車体に対する相対移動の一部を規制する機能を有しており、サスペンションアームとして機能するのである。
【００１４】
ロアアーム１４は、いわゆるＡアームであり、４つの連結部５０，５２，５４，５６を有している。ロアアーム１４は、２つの車体側連結部５０，５２において、それらによって規定された軸線を中心に回動可能な状態で車体と連結されており、車体に対する連結部５４，５６の相対移動が概ね上下の方向にだけ許容されている（正確には連結部５０，５２の軸線を中心とする円周上である）。ロアアーム１４は、対アブソーバ連結部５４において、ショックアブソーバＡＳＳＹ１６と連結している。ショックアブソーバＡＳＳＹ１６の下部は、概してコの字形状をなしており、ショックアブソーバＡＳＳＹ１６がモータ軸３４およびモータハウジング３０と干渉しないようにされている。ショックアブソーバＡＳＳＹ１６は、コの字形状をなした部分のさらに下部に逆Ｕ字形状の対アーム連結部６６を有しており、その対アーム連結部６６と対アブソーバ連結部５４とが、ロアアーム１４の上記回動を許容する状態で係合しているのである。また、ショックアブソーバＡＳＳＹ１６の上部は、図示を省略するが車体に連結されており、車輪４０の上下動に伴いショックアブソーバＡＳＳＹ１６が伸縮する。
【００１５】
ステアリングナックル１８は、ナックル本体８０，ロアアーム連結部材８４等を含んで構成されている。ナックル本体８０は、ブレーキ装置支持部９０，ナックルアーム部９２を有しており、ブレーキ装置支持部９０にディスクブレーキ装置９４が取り付けられ、ナックルアーム部９２にタイロッド２２がボールジョイントを介して連結させられている。ナックル本体８０は、それ自身の下部に２つの連結部材取付部９６を有しており、それら２つの取付部９６の下端に、ロアアーム連結部材８４がその両端部を固定された状態で取り付けられている。図３に、ステアリングナックル１８，等速ジョイント２０，モータ１２等を車両の前方から見た断面図を示す。ロアアーム連結部材８４は、それ自身の中央において、ロアアーム１４の連結部５６とボールジョイント１００を介して連結させられている。ナックル本体８０は、中央に車輪４０の回転軸線と平行な貫通穴１０１を有しており、その貫通穴１０１の内面には、鍔の部分においてナックル本体８０に固定された鍔付円筒部材１０２を介して、軸受１０４が保持された構造とされている。車輪４０を支持するハブ１１２は、上記軸受１０４に嵌挿されることで、ステアリングナックル１８に回転可能に保持されている。
【００１６】
等速ジョイント２０は、外輪１０８と一体的に形成された車輪側軸１１０を有し、車輪側軸１１０は、ハブ１１２に嵌挿され、それらは軸方向に相対移動不能かつ相対回転不能な状態とされている。また、等速ジョイント２０は、内輪１１４に、モータ軸３４の端部を嵌入させており、内輪１１４とモータ軸３４とは互いに相対回転不能かつ軸方向に相対移動不能な状態とされる。等速ジョイント２０は、モータ軸３４と車輪側軸１１０との傾動を許容しつつ、モータ軸３４と車輪側軸１１０との間の回転伝達を可能な構造とされており、車輪４０が車体に対して相対変位した状態であっても、車輪４０はモータ１２により回転駆動される。
【００１７】
以上の説明から解るように、ステアリングナックル１８は、ロアアーム１４とのボールジョイント１００を介した連結と、モータ１２との等速ジョイント２０を介した連結とにより、上下の移動と操舵のための回動とが許容される。車輪の操舵は、ステアリングホイールに繋がるタイロッド２２によってなされ、ボールジョイント１００の中心と等速ジョイント２０の中心とを結ぶ線が、その操舵における回動軸線である仮想キングピン軸線となる。
【００１８】
モータハウジング３０には、ベアリング１４０，１４２を介して、モータ軸３４が回転可能に支持されている。モータ軸３４は大径部１４４を有し、その大径部１４４がベアリング１４０，１４２に挟まれ、モータハウジング３０に対するモータ軸３４の軸方向への相対移動が規制される。大径部１４４には、ロータ１５０が相対移動不能かつ相対回転不能に設けられており、モータハウジング３０の内壁面には、ステータ１５２が固定的に設けられている。モータ１２は、いわゆる交流同期電動機とされており、ステータ１５２が有するコイルに三相交流が供給されることで、永久磁石を保持したロータ１５０が回転させられ、モータ軸３４が回転させられる。
【００１９】
モータハウジング３０には車体と連結するための連結部３２が２つ設けられており、それら２つの連結部３２は同軸的に位置し、それらの共通軸線である軸線Ｂは、モータ軸３４の軸線Ｍと直交し、車両の前後方向に概ね平行とされている。それら２つの連結部３２は、それぞれが防振ゴムを含んで構成されるブシュ１６０を有しており、それらブシュ１６０を介して車体側の連結部材と係合するようにされている。
【００２０】
以上のように構成された本実施形態のサスペンション装置において、モータ１２は、２つの連結部３２および等速ジョイント２０の中心がそれぞれ連結部となるところの、いわゆるＡアームとして機能する。そして、モータ１２は、ロアアーム１４に対するアッパーアームとして機能し、本サスペンション装置は、トラディショナルなダブルウィッシュボーン式のものに相当する装置とされているのである。
【００２１】
＜第２実施形態＞
図４に、本実施形態のサスペンション装置の斜視図を示す。本実施形態のサスペンション装置は、サスペンションの形式で言えば、ダブルウィシュボーン式の一種であるマルチリンク式のサスペンション装置として構成されている。上記実施形態においては、モータハウジング３０の端部に２つの連結部３２が設けられていたが、本実施形態ではモータ軸３４の軸線上に連結部が１つだけ設けられている。本実施形態は、上記実施形態と同様な箇所が多いため、異なる部分を中心に説明する。モータハウジング３０のモータ軸３４とは反対側の端部に１つの連結部２００が設けられており、その連結部２００はブシュ２０２を有している。そのブシュ２０２の軸線Ｂは、上記実施形態と同様に、モータ軸３４の軸線Ｍと直交し、車両の前後方向に概ね平行とされている。
【００２２】
ステアリングナックル２１０は上方に伸びるアーム連結部２１２を有しており、そのアーム連結部２１２とアーム２１４とがボールジョイント２１６を介して連結させられている。アーム２１４は、それ自身の車体側の端部にブシュ２１８を備えており、そのブシュ２１８を介して車体と連結される。本実施形態では、アーム２１４とモータ１２との両者が、それぞれアッパアームの１つとして機能する。形状的な分類で言えば、両者とも、いわゆるＩアームとして用いられている。なお、アーム連結部２１２とアーム２１４とを連結させるボールジョイント２１６の中心，等速ジョイント２０の中心，および，ロアアーム連結部材９６が有するボールジョイント１００の中心が、概ね一直線上に並ぶようにされており、その一直線が仮想キングピン軸線とされ、操舵においては、その軸線を中心に車輪４０が回動する。
【００２３】
＜第３実施形態＞
図５に、本実施形態のサスペンション装置の斜視図を示す。上記２つの実施形態のサスペンション装置は、操舵輪用のサスペンション装置であるが、本実施形態のサスペンション装置は、非操舵輪用のサスペンション装置である。本実施形態のサスペンション装置は、第１実施形態のサスペンション装置と多くの部分が同じであるため、異なる部分を中心に説明する。
【００２４】
本実施形態において、図５に示すように、ロアアーム２５０は補助アーム２５２を備えており、いわゆるＨアームとして構成されている。ロアアーム２５０は連結部２５４，２５６を有し、連結部２５４は、ブシュを介して、車輪を回転可能に支持する車輪支持部材２６０と連結させられている。また、連結部２５６には補助アーム２５２の一端部が連結させられ、その補助アーム２５２の他端部が車輪支持部材２６０のアーム部２５８と連結させられている。この補助アーム２５２によって、上下方向の軸線を中心とする車輪４０の回動が規制される。
【００２５】
車輪支持部材２６０は、それ自身の下部に２つのロアアーム取付部２６２を有しており、それらの間にロアアーム２５０の連結部２５４が取り付けられている。２つの取付部２６２には、それぞれ同軸的な貫通穴が設けられており、それらの貫通穴に軸部材が挿通されており、連結部２５４がブシュを介してその軸に支持されることで、ロアアーム２５０と車輪支持部材２６０との相対的な回動が許容されている。
【００２６】
本実施形態のサスペンション装置では、上記第１実施形態のものと同様、モータ１２は、Ａアームとして機能し、また、ロアアーム２５０に対するアッパーアームとして機能している。本実施形態のサスペンション装置も、ダブルウィッシュボーン式のサスペンション装置の一態様である。
【００２７】
＜第４実施形態＞
上記実施形態においては、モータ１２が車体と連結されるための連結部３２が、モータハウジング３０のモータ軸３４とは反対側の端部に設けられていたが、本実施形態のサスペンション装置では、図６に示すように、連結部３００が、モータハウジング３０の両側のそれぞれに設けられている。その他は第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。それら２つの連結部は同軸的に設けられており、それらの共通軸線である軸線Ｂは、モータ軸３４の軸線Ｍと直交し、車両の前後方向に概ね平行とされている。モータ１２は、その軸線Ｂを中心に揺動可能とされているのである。本実施形態においては、モータ１２の重心が概ね軸線Ｂ上に位置するようにされている。そのため、モータハウジング３０の端部において車体と連結されるよりも、ばね下重量が小さくなっている。本実施形態のサスペンション装置は、モータハウジング３０が、モータの軸方向の中間位置となる部分において、車体に連結されたサスペンション装置の一態様である。
【００２８】
＜変形態様＞
上記いずれの実施形態においても、モータ１２のアームとしての長さ（具体的には、等速ジョイント２０の中心点と連結部３２によって規定されるモータ１２の揺動軸線との距離）を任意に設定してサスペンション装置を構成することが可能である。また、上記実施形態のいずれも、モータ１２の揺動軸線である軸線Ｂと、モータ１２の軸線である軸線Ｍとが、同一平面上に位置するようにされているが、このことは必須ではない。また、上記実施形態のいずれも、軸線Ｂと軸線Ｍとが直角に交差するようされているが、このことも必須ではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態であるサスペンション装置を示す斜視図である。
【図２】図１に示すサスペンション装置から車輪やディスクロータ等を外した状態を示す平面図である。
【図３】図１に示すサスペンション装置の一部を車両の前方から見た場合の断面を示す図である。
【図４】上記とは別の実施形態であるサスペンション装置を示す斜視図である。
【図５】さらに別の実施形態であるサスペンション装置を示す斜視図である。
【図６】さらに別の実施形態であるサスペンション装置を示す平面図である。
【符号の説明】
１２：モータ１４：ロアアーム１６：ショックアブソーバＡＳＳＹ１８：ステアリングナックル２０：等速ジョイント２２：タイロッド３０：モータハウジング３２：連結部３４：モータ軸４０：車輪１１２：ハブ１６０：ブシュ２００：連結部２０２：ブシュ２１０：ステアリングナックル２１２：アーム連結部２１４：アーム２５０：ロアアーム２５２：補助アーム２５４，２５６：連結部２６０：車輪支持部材３００：連結部

Claims

モータで駆動される車両に装備されるサスペンション装置であって、
（ａ）車体に対して揺動可能に連結されたモータハウジングと、（ｂ）そのモータハウジングに回転可能かつ軸方向に移動不能に保持され、そのモータハウジングから伸び出す先端部が車輪軸にジョイントを介して連結されて車輪を回転させるモータ軸とを有するモータを備え、そのモータが、サスペンションアームを構成することを特徴とするモータ駆動車両用サスペンション装置。
前記モータハウジングが、前記モータ軸の先端部とは反対側に位置する端部において、車体に連結された請求項１に記載のモータ駆動車両用サスペンション装置。
前記モータハウジングが、前記モータの軸方向の中間位置となる部分において、車体に連結された請求項１に記載のモータ駆動車両用サスペンション装置。
当該サスペンション装置が、少なくともロアアームとアッパアームとの２つのサスペンションアームを備え、前記モータが、前記アッパアームを構成する請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のモータ駆動車両用サスペンション装置。