JP2009120130A - セルフロック機構を備えた車両の後輪トー角可変制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トー角可変制御装置において、電動アクチュエータを大型化することなく、電動モータが非通電状態であっても、車輪側から入力した荷重による雄ねじの回転を防止する。
【解決手段】トー角を変化させる電動アクチュエータ１０を左右の後輪５にそれぞれ備えた自動車Ｖの後輪トー角可変制御装置１１において、電動アクチュエータ１０が、回転軸４２を有するＤＣモータ４１と、回転軸４２の回転運動を直線運動に変換する送りねじ機構６１とを備えており、送りねじ機構６１の摩擦力とＤＣモータ４１のコギングトルクに起因する抵抗力との合計を、各後輪５に作用する横力に起因して回転軸４２を回転させる力よりも大きくすべく、ＤＣモータ４１のティース４６に窪み４７を形成する。
【選択図】図５

Description

本発明は、左右後輪のトーを個々に変化させるための車両の後輪トー角可変制御装置に関し、特に、電動モータと送りねじ機構とを有するとともに、セルフロック機能を備えた後輪トー角可変制御装置に係る。

前後左右に４輪を備えた自動車では一般に、操縦安定性を確保するために前輪にトー角が設定されており、進行方向を変更する場合には左右の前輪を操舵する。近年では、制動時の安定性や加速時の応答性を高めるため、或いは、高速旋回走行時の斜め走りを防止し、低速旋回走行時に小回りできるように、後輪のトー角を制御可能なトー角可変制御装置を搭載した自動車が開発されている。

このようなトー角可変制御装置として、左右の後輪を支持する懸架装置におけるラテラルリンク、あるいはトレーリングリンクの車体との連結部に直線変位する電動アクチュエータを設け、これを伸縮駆動することにより、左右輪のトー角を個々に変化させることができるように構成したものが知られている（特許文献１参照）。

直線変位アクチュエータとしては、電動モータと送りねじ機構とを用いた直線変位アクチュエータが知られているが、この種の直線変位アクチュエータでは、電動モータの回転運度を直線運動に変化させることが可能である反面、電動モータが非通電状態にあるときに、直線駆動される雌ねじに外力が作用する（以下、「逆入力」と略称する）と、回転軸を回転させて雌ねじが移動してしまう虞がある。このような場合に、外力による逆入力トルクが電動モータに伝わらないようにした機構として、雌ねじと電動モータとの間に設けられた減速機構において、ウォームとウォームホイールとの噛み合わせによってセルフロック機能を発揮させたものを車両用ブレーキ装置に適用した提案がなされている（例えば、特許文献２,３参照）。
特開平９−３０４３８号公報 特開２００６−２７２９８３号公報 特開２００７−２３９９８８号公報

しかしながら、上記特許文献２，３に記載された機構では、セルフロック機能を発揮させるために所定値以上の摩擦力が必要であり、これに伴ってギヤ比等の設計事項に制限を受ける。また、ねじ部の面粗度等が加工法等により想定よりも低くなったり、使用を繰り返しているうちにねじ部の摩擦係数が低下したりすることにより、セルフロックが機能しなくなる虞があった。

本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、トー角可変制御装置において、電動アクチュエータを大型化することなく、電動モータが非通電状態であっても、車輪側から入力した荷重による雄ねじの回転を防止することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、トー角を変化させるアクチュエータを左右の後輪にそれぞれ備えた自動車のトー角可変制御装置において、前記アクチュエータを、回転軸を有する電動モータと、該回転軸の回転運動を直線運動に変換する送りねじ機構とを備えるように構成し、前記送りねじ機構の摩擦力と前記電動モータのコギングトルクに起因する抵抗力との合計が、前記各後輪に作用する横力に起因して前記回転軸を回転させる力よりも大きくなるようにした。この場合、前記電動モータを、ティースを備えたロータと、永久磁石を備えたステータヨークとを備えるように構成し、前記ティースとステータヨークとのいずれか一方に窪みを形成すると良い。或いは、前記電動モータを、永久磁石を備えたロータと、ティースを備えたステータヨークとを備えるように構成し、前記ステータヨークに窪みを形成すると良い。

本発明によれば、送りねじ機構の出力側に運動方向の外力が作用し、その外力が送りねじ機構の摩擦力を超えて電動モータの回転軸に回転トルクとなって伝達したとても、回転トルクは電動モータのコギングトルクによって打ち消されるため、モータ回転軸が回転して出力側の雌ねじが移動することはない。したがって、電動モータに電力が供給されていなくても、後輪のトー角が外力によって変化するのを防止することができる。

また、ティースを備えたロータと、永久磁石を備えたステータヨークとから電動モータを構成し、前記ティースとステータヨークとのいずれか一方に窪みを形成することにより、ロータ回転時の磁束変化量を増大させ、大きなコギングトルクを発生させて外力による回転トルクを打ち消すことができるＤＣブラシ付きモータを備えたトー角可変制御装置を実現できる。或いは、永久磁石を備えたロータと、ティースを備えたステータヨークとから電動モータを構成し、前記ステータヨークに窪みを形成することにより、ロータ回転時の磁束変化量を増大させ、大きなコギングトルクを発生させて外力による回転トルクを打ち消すことができるＤＣブラシレスモータまたは交流モータを備えたトー角可変制御装置を実現できる。また、これらは構成が簡単であるので製造が容易である。

≪実施形態の構成≫
以下、図面を参照して、本発明に係るトー角可変制御装置の一実施形態について詳細に説明する。説明にあたり、車輪やそれらに対して配置された部材、すなわち、タイヤや電動アクチュエータ等については、それぞれ数字の符号に左右を示す添字ＬまたはＲを付して、例えば、後輪５Ｌ（左）、後輪５Ｒ（右）と記すとともに、総称する場合には、例えば、後輪５と記す。

図１は実施形態に係るトー角可変制御装置１１を適用した自動車の概略構成図である。自動車Ｖは、タイヤ２Ｌ，２Ｒが装着された前輪３Ｌ・３Ｒと、タイヤ４Ｌ，４Ｒが装着された後輪５Ｌ，５Ｒとを備えており、これら前輪３Ｌ，３Ｒおよび後輪５Ｌ，５Ｒが、左右のフロントサスペンション６Ｌ，６Ｒおよびリヤサスペンション７Ｌ，７Ｒによってそれぞれ車体１に懸架されている。

また、自動車Ｖは、ステアリングホイール８の操舵によって左右の前輪３Ｌ，３Ｒを直接転舵する前輪操舵装置９と、左右のリヤサスペンション７Ｌ，７Ｒに対して設けられた左右の電動アクチュエータ１０Ｌ，１０Ｒを伸縮駆動することにより、後輪５Ｌ，５Ｒのトー角を個別に変化させる後輪トー角可変制御装置１１とを備えている。

自動車Ｖには、各種システムを統括制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）１２の他、車速センサ１３や、操舵角センサ１４、ヨーレイトセンサ１５、横加速度センサ１６等が車体１に設置されている。また、これら以外にも、自動車Ｖには図示しない種々のセンサが設置されており、各センサの検出信号はＥＣＵ１２に入力して車両の制御に供される。

ＥＣＵ１２は、マイクロコンピュータやＲＯＭ、ＲＡＭ、周辺回路、入出力インタフェース、各種ドライバ等から構成されており、通信回線を介して各センサ１３〜１６等や電動アクチュエータ１０を駆動制御するＭＣＵ（Motor Control Unit）１７と接続されている。ＥＣＵ１２は、各センサ１３〜１６等の検出結果に基づいて後輪トー角を算出し、各電動アクチュエータ１０Ｌ，１０Ｒの変位量を決定した上でＭＣＵ１９に対して制御信号を出力して後輪５のトー角を制御する。

各電動アクチュエータ１０Ｌ，１０Ｒには、出力ロッドのストローク位置を検出するストロークセンサ１８Ｌ，１８Ｒがそれぞれ設置されている。ストロークセンサ１８Ｌ，１８Ｒの信号がＭＣＵ１９に入力することで、ＭＣＵ１９による電動アクチュエータ１０Ｌ，１０Ｒのフィードバック制御が行われる。これにより、各電動アクチュエータ１０Ｌ，１０Ｒが正確に所定量だけ伸縮し、後輪５Ｌ，５Ｒが所望のトー角に変化する。

このように構成された自動車Ｖによれば、左右の電動アクチュエータ１０Ｌ，１０Ｒを同時に対称的に変位させることにより、両後輪５Ｌ，５Ｒのトーイン／トーアウトを適宜な条件の下に自由に制御することができる他、左右の電動アクチュエータ１０Ｌ，１０Ｒの一方を伸ばして他方を縮めれば、両後輪５Ｌ，５Ｒを左右に転舵することも可能である。例えば、自動車Ｖは、各種センサによって把握される車両の運動状態に基づき、加速時に後輪５をトーアウトに、制動時に後輪５をトーインに変化させ、高速旋回走行時に後輪５を前輪舵角と同相に、低速旋回走行時に後輪５を前輪舵角と逆相にトー角制御して、操縦性を高めるべく後輪トー角制御を行う。

次にリヤサスペンションについて図２および図３を参照して説明する。図２は左側リヤサスペンション７Ｌの斜視図であり、図３は左側リヤサスペンション７Ｌの背面図である。ダブルウィッシュボーン式のリヤサスペンション７は、後輪５を回転自在に支持するナックル２１と、ナックル２１を上下動可能に車体１に連結するアッパアーム２２およびロアアーム２３と、後輪５のトー角を変化させるべくナックル２１と車体１とに連結された電動アクチュエータ１０と、後輪５Ｌの上下動を緩衝する懸架スプリング付きダンパ２４等で構成されている。

アッパアーム２２およびロアアーム２３は、基端がそれぞれゴムブッシュジョイント２５，２６を介して車体１に連結され、先端がそれぞれボールジョイント２７，２８を介してナックル２１の上部および下部に連結されている。電動アクチュエータ１０は、基端がゴムブッシュジョイント２９を介して車体１に連結され、先端がゴムブッシュジョイント３０を介してナックル２１の後部に連結されている。懸架スプリング付きダンパ２４は、上端が車体１に固定され、下端がゴムブッシュジョイント３１を介してナックル２１の上部に連結されている。

このような構成を採ることにより、電動アクチュエータ１０Ｌが伸長駆動されると、ナックル２１は、その後部が車幅方向外側に回動して後輪５Ｌのトー角を車両進行方向内側（トーイン側）に変化させ、電動アクチュエータ１０Ｌが収縮駆動されると、ナックル２１は、その後部が車幅方向内側に回動して後輪５Ｌのトー角を車両進行方向外側（トーアウト側）に変化させる。このように、左右の電動アクチュエータ１０Ｌ，１０Ｒが伸縮駆動されることにより、左右の後輪５Ｌ，５Ｒのトー角制御が行われる。

次に、図４を参照して電動アクチュエータ１０について説明する。図４は電動アクチュエータ１０の縦断面図である。電動アクチュエータ１０は、車体１側のゴムブッシュジョイント２９が形成された第１ハウジング３２と、複数のボルト３３で第１ハウジング３２に締結された第２ハウジング３４と、第２ハウジング３４に伸縮自在に支持され、ナックル２１側のゴムブッシュジョイント３０が形成された出力ロッド３５とを備えている。第１ハウジング３２の内部には駆動源であるブラシ付きのＤＣモータ４１が収容され、ボルト３６で第１ハウジング３２に締結されている。第２ハウジング３４の内部には遊星歯車式の減速機５１と、弾性を有するカップリング５６と、台形ねじを用いた送りねじ機構６１とが収容されている。

減速機５１は、第１遊星歯車機構５２と第２遊星歯車機構５３との２段が結合して構成されており、ブラシ付きＤＣモータ４１の回転軸４２の回転を２段階に減速して出力部材であるキャリヤ５４に伝達する。キャリヤ５４は、カップリング５６を介して送りねじ機構６１の入力部材である入力フランジ６２に接続される。カップリング５６は、２枚の外側弾性ブッシュや、内側弾性ブッシュ等を備えており、キャリヤ５４と入力フランジ６２との微小な軸線のずれを吸収する自動調芯機能を発揮するとともに、トルクの急変を吸収してスムーズな動力伝達を可能にしている。

出力ロッド３５は、第２ハウジング３４の内周面に固定された２つのスライドベアリング６３によって摺動可能に支持されている。出力ロッド３５の中空内周面に形成された雌ねじ６４が入力フランジ６２に締結された雄ねじ部材６５の雄ねじ６６に螺合することで送りねじ機構６１を構成している。出力ロッド３５は、入力フランジ６２の回転運動が送りねじ機構６１によってスラスト運動に変換されることにより直線駆動される。

雄ねじ部材６５の先端にはスラストベアリング６７が設けられており、スラストベアリング６７に当接するばね座６８ａと出力ロッド３５の先端に設けられたばね座６８ｂとの間に縮設されたコイルばね６９により、出力ロッド３５の雌ねじ６４のねじ山が雄ねじ６６のねじ山に弾発的に当接している。これにより、出力ロッド３５と雄ねじ部材６５との間に摩擦力を発生させ、後輪５から出力ロッド３５に大きな荷重が入力したときに、或いは振動的な荷重が入力したときに、雄ねじ部材６５が回転して後輪５のトー角が変化するのを防止するセルフロック機能が働く。

次に、図４および図５を参照してＤＣモータ４１について説明する。図５は図４中のＶ−Ｖ断面図である。ＤＣモータ４１は、カップ状に形成されたステータヨーク４３と、ステータヨーク４３の内周面に等間隔に配置され、複数磁極をなす２つのマグネット４４と、マグネット４４の内周側に近接して設けられたロータ４５と、ロータ４５の中心に一体に設けられた回転軸４２とを備えている。

ステータヨーク４３は、フランジ部４３ａが複数のボルト３６でベアリングホルダ３７と共に第１ハウジング３２に締結されることにより、円筒状の外面が第１ハウジング３２の内周面との間に空隙を形成した状態で固定されている。回転軸４２は、一端がステータヨーク４３の底部に設けられたボールベアリング３８に回転自在に支持され、他端がベアリングホルダ３７に保持されたボールベアリング３９に回転自在に支持されている。ベアリングホルダ３７には、回転軸４２の外周に設けたコミュテータ４８に摺接するブラシ４９が保持されている。ブラシ４９に接続された導線５０は第１ハウジング３２に設けられたグロメット４０を介して電動アクチュエータ１０の外部に引き出されている。

図５に示すように、ロータ４５は、回転軸４２から等間隔に放射状に設けられた複数のティース４６と、ティース４６に巻装された複数の電機子コイル（図示せず）とにより構成される。複数の電機子コイルの各端末はコミュテータ４８にそれぞれ接続される。ティース４６は、ロータ４５から放射状に伸びるコア部４６ａと、コア部４６ａの先端からマグネット４４に沿って円弧状に張り出した張り出し部４６ｂとからなっている。

複数のティース４６の一部（本実施形態では２つ）には、コア部４６ａに窪み４７が形成されている。２つの窪み４７は回転対称とならない位置に設けられる。なお、窪み４７を１つとする場合には、窪み４７をいずれのティース４６に設けてもよい。これにより、コア部４６ａとマグネット４４との磁気吸引力によって、電機子コイルに電流が流れていないときでもＤＣモータ４１にコギングトルクが発生する。

そして、送りねじ機構６１の摩擦力とＤＣモータ４１のコギングトルクに起因する抵抗力との合計が、各後輪５に作用する横力に起因してＤＣモータ４１の回転軸４２を回転させる力よりも大きくなるように設定されている。

≪実施形態の作用効果≫
後輪トー角可変制御装置１１を備えた自動車Ｖの運転を開始すると、各車輪３，５にはあらゆる方向から荷重が入力し、後輪５に入力した横方向荷重の一部は、出力ロッド３５を伸縮させる荷重となって電動アクチュエータ１０に作用する。特に、高速旋回走行時には、大きな横方向荷重が出力ロッド３５に入力する。走行時に路面から各後輪５に入力する荷重の上限は、自動車Ｖの重量や、後輪５に装着されたタイヤ４の性能、路面状態等から求められる。上記したように、電動アクチュエータ１０のねじ送り機構６１には、逆入力に対するセルフロック機能が備わっているが、製造時における面粗度の不均一や、長年の使用によるねじ山表面が平滑化、コイルばね６９の弾発力の低下等により、上限に近い荷重が後輪５に作用したときに、ねじ送り機構６１のセルフロック機能が働かなくなる虞がある。

このような場合、出力ロッド３５に入力した横方向荷重は、送りねじ機構６１の雄ねじ部６４を回転させることによって回転トルクに変換され、減速機５１によってトルクが低減されてＤＣモータ４１の回転軸４２に伝達する。しかしながら、上記の如く構成された後輪トー角可変制御装置１１によれば、ティース４６を備えたロータ４５と、マグネット４４を備えたステータヨーク４３とからＤＣモータ４１を構成し、ティース４６のコア部４６ａに窪み４７を回転非対象に設けたことにより、ロータ４５回転時の磁束変化量を増大させ、ＤＣモータ４１に大きなコギングトルクを発生させる。

したがって、出力ロッド３５に入力した横方向荷重のうち、送りねじ機構６１および減速機５１の摩擦力を超えて回転軸４２に伝達した回転トルクは、ＤＣモータ４１のコギングトルクによって打ち消される。そのため、ＤＣ４１の非通電時に出力ロッド３５に上限値の横方向荷重が入力しても、回転軸４２が回転して出力ロッド３５が移動することはなく、後輪トー角が外力によって変化することを防止できる。したがって、後輪トー各を変化させないときにはＤＣモータ４１に電流を流す必要がなく、バッテリ電力の消費を抑制することができる。

≪第１変形実施形態≫
次に、図６を参照して第１変形実施形態について説明する。図６は第１変形実施形態による後輪トー角可変制御装置１１を構成するＤＣモータ７１の断面図である。なお、以下の変形実施形態においては、上記実施形態と同じ構成および効果を有する部材については同一符号を使用し、それらについては説明を省略する。

本実施形態のＤＣモータ７１は、ブラシ付きＤＣモータであって、上記実施形態と同様の構成、すなわち、第１ハウジング３２の内側に設けられたステータヨーク７３と、ステータヨーク７３の内周面に等間隔に配置された２つのマグネット４４と、マグネット４４の内周側に近接して設けられたロータ７５と、ロータ７５の中心に一体に設けられた回転軸４２とを備え、ロータ７５は回転軸４２から等間隔に放射状に設けられた複数のティース７６を備えた構成を採っている。

上記実施形態と異なる点は、窪み７７がティース７６ではなく、ステータヨーク７３の外周面に１つ設けられていることである。窪み７７は２つのマグネット４４が取り付けられた位置の中間に配置されている。このような構成を採ることにより、ロータ７５が回転したときに、２つのマグネット４４から出る磁力線が窪み７７の形成された位置のステータヨーク７３内で磁束変化するための抵抗として、ＤＣモータ７１にコギングトルクが生じる。この場合も窪み７７は回転対称とならない位置に設けられる。これにより、ＤＣモータ７１の非通電時に出力ロッド３５に上限値の横方向荷重が入力しても、後輪トー角が外力によって変化することが防止される。

≪第２変形実施形態≫
次に、図７を参照して第２変形実施形態について説明する。図７は第２変形実施形態による後輪トー角可変制御装置１１を構成するＤＣモータ８１の断面図である。本実施形態のＤＣモータ８１は、ブラシレスＤＣモータである。ＤＣモータ８１は、第１ハウジング３２の内側に設けられたステータヨーク８３と、ステータヨーク８３の内側に回転軸４２と一体に設けられ、マグネット８４を備えたロータ８５とから構成されている。ステータヨーク８３の内周面には、複数のティース８６が等間隔に突設しており、ティース８６には複数の電機子コイル（図示せず）が巻装されている。

ステータヨーク８３の外周面には、窪み８７が設けられている。窪み８７は２つのティース８６の中間位置に配置されている。窪み８７は複数設けられてもよく、この場合にも窪み８７は回転対称とならない位置に配置される。このような構成を採ることにより、ステータヨーク８３とマグネット８４との磁気吸引力によって、電機子コイルに電流が流れていないときでもＤＣモータ８１にコギングトルクが発生する。これにより、ＤＣモータ８１の非通電時に出力ロッド３５に上限値の横方向荷重が入力しても、後輪トー角が外力によって変化することが防止される。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態では、電動モータとして複数のＤＣモータの例を挙げているが、永久磁石を用いたものであればＡＣモータを用いて電動アクチュエータを構成してもよい。また、上記実施形態ではティースのコア部に窪みを設けているが、ティースの張り出し部に窪みを設けてよい。更にこれら変更の他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

後輪トー角可変制御装置を適用した自動車の概略構成図 リヤサスペンションの斜視図 リヤサスペンションの背面図 電動アクチュエータの縦断面図 図４中のＶ−Ｖ断面図 第１変形実施形態によるＤＣモータの断面図 第２変形実施形態によるＤＣモータの断面図

符号の説明

Ｖ 自動車
５ 後輪
７ リヤサスペンション
１０ 電動アクチュエータ
１１ 後輪トー角可変制御装置
３５ 出力ロッド
４１，７１，８１ ＤＣモータ
４２ 回転軸
４３，７３，８３ ステータヨーク
４４，８４ マグネット
４５，７５，８５ ロータ
４６，７６，８６ ティース
４７，７７ 窪み
６５ 雄ねじ部材

Claims (3)

1. トー角を変化させるアクチュエータを左右の後輪にそれぞれ備えた自動車のトー角可変制御装置であって、
   前記アクチュエータは、回転軸を有する電動モータと、該回転軸の回転運動を直線運動に変換する送りねじ機構とを備えており、
   前記送りねじ機構の摩擦力と前記電動モータのコギングトルクに起因する抵抗力との合計を、前記各後輪に作用する横力に起因して前記回転軸を回転させる力よりも大きくしたことを特徴とするトー角可変制御装置。
2. 前記電動モータは、ティースを備えたロータと、永久磁石を備えたステータヨークとを有し、前記ティースとステータヨークとのいずれか一方に窪みが形成されたことを特徴とする、請求項１に記載のトー角可変制御装置。
3. 前記電動モータは、永久磁石を備えたロータと、ティースを備えたステータヨークとを有し、前記ステータヨークに窪みが形成されたことを特徴とする、請求項１に記載のトー角可変制御装置。

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