JP2012017093A - 電気自動車 - Google Patents

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Abstract

【課題】インホイールモータ駆動装置及び独立操舵装置を備えた電気自動車において、車輪の定位置旋回に必要な最小限の円形のスペースから車体やボディの一部が突き出すことのない構造とすることにより、最小限の駐車スペースで定位置旋回ができるようにすることである。
【解決手段】車輪が、左右の前輪１７ａ、１７ｂと左右の後輪１７ｃ、１７ｄの４輪の場合、左右の前輪１７ａ、１７ｂのみ、左右の後輪１７ｃ、１７ｄのみ、又は全車輪１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄにインホイールモータ駆動装置２７を設け、各車輪１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄに独立操舵装置を搭載し、各車輪１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄのキングピンの軸線と路面との交点Ａを、車体１２の内側の円周上に位置させた構成とした。
【選択図】図１

Description

この発明は電気自動車に関し、特に、インホイールモータ駆動装置及び独立操舵装置を備えた電気自動車において、定位置旋回が容易な電気自動車に関するものである。
インホイールモータ駆動装置を備えた電気自動車、及びステアリング・バイ・ワイヤシステムによって構成された独立操舵装置を備えた電気自動車はそれぞれ従来から知られている（特許文献１、２）。
インホイールモータ駆動装置は、駆動力を発生させるモータ部と、モータ部の回転を減速して出力する減速部と、減速部からの出力を車輪に伝える車輪ハブを備える。減速部は、例えば遊星歯車機構によって構成される。前記のインホイールモータ駆動装置の回転速度、回転方向等は、車載されたモータ制御部によって電子制御される（特許文献１、２）。
また、ステアリング・バイ・ワイヤシステムによって構成された独立操舵装置は、各車輪に操舵アクチュエータを設け、運転者によるハンドルの操作角に応じて操舵角制御部において目標操舵角を演算し、前記の操舵アクチュエータを電子的に制御し、各車輪の操舵角を設定するようにしたものである（特許文献３）。
前記の独立操舵装置を備えた電気自動車において、一定場所で旋回するいわゆるその場旋回、即ち定位置旋回をする場合は、前輪をハの字形、後輪を逆ハの字形になるように操舵し、二輪駆動の場合は前輪又は後輪の左右の駆動車輪の回転方向が反対方向となるように制御する。四輪駆動の場合は、前後輪ともに左右逆回転、かつ前後で対応する左右の車輪が同方向回転となるように制御する。このように制御することにより定位置旋回が可能となる。
特開２００５−７９１４号公報 特開２００７−２１６９３０号公報（図１、図４） 特開２００９−２３５６１号公報（図１、図３）
しかしながら、従来の電気自動車においては、そのボディの平面視形状がエンジン自動車の形状に合わせ前後方向に長い縦長形状に形成されることが一般的であるため、車幅方向に十分なスペースがない場所で定位置旋回を行うと、隣の車両や建造物等に干渉するおそれがあった。
そこで、この発明は、インホイールモータ駆動装置及び独立操舵装置を備えた電気自動車において、車輪の定位置旋回に必要な最小限の円形のスペースから車体やボディの一部が突き出すことのない構造とすることにより、最小限の駐車スペースで定位置旋回ができるようにした電気自動車を提供することを課題とする。
前記の課題を解決するために、この発明は、車輪が、前輪と左右の後輪の３輪もしくは左右の前輪と後輪の３輪で、前輪のみ、後輪のみ、又は全車輪にインホイールモータ駆動装置を設けた電気自動車において、各車輪に独立操舵装置を搭載し、各車輪のキングピンの軸線と路面との交点を、車体の内側の円周上に位置させたものである。
また、車輪が、左右の前輪と左右の後輪の４輪で、左右の前輪のみ、左右の後輪のみ、又は全車輪にインホイールモータ駆動装置を設けた電気自動車において、各車輪に独立操舵装置を搭載し、各車輪のキングピンの軸線と路面との交点を、車体の内側の円周上に位置させたものである。
前記車体は、略円筒形の外形で、乗降口を前面に設けるとよい。
この発明に係る電気自動車は、旋回するためのスペースが十分にない場所においても、独立操舵装置によって車輪の向きを、定位置旋回が可能な方向に向けることができる。したがって、進入し得る幅さえあれば、それ以上に広いスペースがなくても周囲の物体に干渉することなく定位置旋回が可能となり、行き止まりの狭い駐車スペースに前進で進入した場合でも、定位置旋回を行うことにより、その駐車スペースから前進で抜け出すことができる。
また、インホイール駆動装置を設けたことにより、後輪駆動の場合はもちろん、前輪駆動又は全車輪駆動の場合であっても、左右の前輪ハウジングの間に十分スペースをとることができる。これにより、乗降口を車体の前面に設けることができ、狭い駐車スペースにおいても進入方向から乗り降りできる便利さがある。
さらに、乗降口を車体の前面に設けることにより、駐車時、自動車の左右に乗降のためのスペースを確保する必要がなく、狭い駐車スペースであっても定位置旋回が可能であることと相まって、駐車スペースの有効利用を図ることができる。
図１は、実施形態１の電気自動車の横断平面図である。 図２は、同上の斜視図である。 図３は、同上の制御ブロック図を併せて示した横断平面図である。 図４は、同上の小回り運転時の横断平面図である。 図５は、定位置旋回時の横断平面図である。 図６は、３輪の自動車に適用した実施形態の横断説明図である。
以下、この発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
[実施形態１]
図１に示したように、実施形態１の電気自動車は、その平面視形状において、車体１２の外周縁が半径Ｒ０の車体円Ｃ上にある。車体１２は、フレーム１３と、フレーム１３上に設置された床板１４等によって構成される。
車体１２のフレーム１３の平面形状は、その中心Ｏを含む四角形の中央部１５と、その中央部１５の前後に設けられた前端部１５ａ及び後端部１５ｂ、中央部１５の左右両側に設けられた左側部１５ｃ及び右側部１５ｄとからなる十字形のものである。前記各部１５ａ〜１５ｄは、前記車体円Ｃの半径Ｒ０と一致する曲率半径をもった円弧状のフレーム端縁１３ａと、左右のフレーム側縁１３ｂ、１３ｃによって３辺が囲まれる。
前記各部１５ａ〜１５ｄ相互間のフレーム側縁１３ｂと１３ｃの間にそれぞれ角形に凹入した車輪ハウジング１６が前後左右の４個所に設けられ、それぞれ左右の前輪１７ａ、１７ｂ及び左右の後輪１７ｃ、１７ｄが取り付けられる。
なお、各車輪１７ａ〜１７ｄのサスペンションは、この発明の内容に直接関係するものではないので、図示を省略している。
各車輪１７ａ〜１７ｄは、キングピンの軸線と路面との交点Ａが、車体１２の外周縁の円Ｃ以下の大きさの半径Ｒ１の車輪配置円Ｄ上にあり、かつ、車体１２の中心Ｏで直交する左右方向及び前後方向の基準線（Ｘ、Ｙ）に対して前後、左右対称の位置に配置される。
前記の車体１２のキャビン１９は、図２に示したように、全体としては円筒形をなすものであり、円筒部２０の外周面は前記の車体円Ｃの外周面に沿う。車体円Ｃの半径Ｒ０にキャビン１９の板厚を加えた円が半径Ｒ２の最大円Ｅである。ただし、キャビン１９の板厚は、車体円Ｃの径に比べて無視できる程度に小さいことから、最大円Ｅは実質的に車体円Ｃに等しいということができる。
前記のキャビン１９は、４個所の車輪ハウジング１６の部分においては、その形状に従って円筒部２０の外周面から凹入するように形成される（図２参照）。
前記の円筒部２０の上端面が円形の天板２１によって閉塞される。また円筒部２０の前面、即ち左右の車輪ハウジング１６の間に乗降口２２が設けられる。この乗降口２２は、ヒンジ式、スライド式のいずれでもよい。その他、円筒部２０には、窓２３が設けられる。また、円筒部２０の内部、即ち車内にハンドル２４を備えた運転席２５が設けられる。運転席２５には、後述のインホイールモータ駆動装置２７を操作するためのアクセルペダル２６（図１参照）、車輪１７ａ〜１７ｄを制動するためのブレーキペダル３０等が設けられる。
なお、図示の場合は、後輪１７ｃ、１７ｄにインホイールモータ駆動装置２７を設けた後輪駆動形式であるが、前輪駆動形式又は全車輪駆動形式の場合であっても、インホイールモータ駆動装置２７はそれぞれの車輪ハウジング１６内に収まるので、左右の車輪ハウジング１６の間に十分なスペースをとることができる。これにより、キャビン１９の前面に乗降口２２を設けることに支障とならない。
次に、前記車輪１７ａ〜１７ｄの制御装置を図３に基づいて説明する。前記のインホイールモータ駆動装置２７は、周知のように、駆動力を発生させるモータ部と、モータ部の回転を減速して出力する減速部と、減速部からの出力を車輪に伝える車輪ハブを備える。減速部は、例えば遊星歯車機構によって構成される。インホイールモータ駆動装置２７は、車体１２に搭載されたモータ制御ユニット２８によって制御され、これにより後輪１７ｃ、１７ｄの回転速度、回転方向等が設定される。
また、前記の各車輪１７ａ〜１７ｄを操舵するための独立操舵装置２９が車体１２に搭載される。独立操舵装置２９は、次に説明するステアリング・バイ・ワイヤシステムによって構成される。
即ち、各車輪１７ａ〜１７ｄにそれぞれ操舵アクチュエータ３１が付設される。操舵アクチュエータ３１は、図３に示したようにモータ３２とこれによって駆動される直動機構３３とによって構成される。直動機構３３は、モータ３２の駆動軸に取り付けられたナット３４と、そのナット３４にねじ結合されたねじ棒３５とにより構成される。ナット３４とねじ棒３５は、通常、ボールねじが用いられる。モータ３２が駆動されると、ナット３４が定位置で回転し、ねじ棒３５がその長さ方向に進退する。
前記ねじ棒３５はＬ形のナックルアーム３６の一端部に連結される。ナックルアーム３６は、コーナピン３７によって平面内で揺動可能に取り付けられ、他端部に車輪ハブに連結されたナックル３８の一端部に連結される。モータ３２の回転によりナックルアーム３６の一端部が前後方向に作動されるとともに、他端のナックル３８が円周方向に回転し、車輪１７ａ〜１７ｄの操舵角θ（図４参照）を設定する。
前記の操舵アクチュエータ３１を制御する操舵角制御ユニット３９が車体１２に搭載される。車体１２には、前記のハンドル２４の操作量を検知するハンドル操作量センサー４０が設けられ、その検知信号が前記の操舵角制御ユニット３９に入力される。操舵角制御ユニット３９は、前記の操作量の検知信号に基づき目標となる操舵角θを演算し、前記操舵アクチュエータ３１を制御する。
また、運転席２５には、狭路への旋回のような切り返しが必要な場面、Ｕターン等の際に操作される小回り運転スイッチ４１、狭い駐車位置で定位置旋回を行う場合に操作される定位置旋回スイッチ４２が設けられる。小回り運転スイッチ４１が操作されると、小回り信号が操舵角制御ユニット３９に入力される。また、定位置旋回スイッチ４２が操作されると、定位置旋回信号がモータ制御ユニット２８と操舵角制御ユニット３９に対し入力される。定位置旋回スイッチ４２は、左旋回と右旋回の区別ができるようになっている。尚、小回りする際には、スイッチによるＯＮ／ＯＦＦの切り替えの他、ステアリング転舵角と車速から自動で使用を判断する方法も使用できる。
実施形態１の自動車は以上のようなものであり、次にその作用について説明する。
[直進運転]
図３は直進運転時を示す。運転の開始に際し、ハンドル操作量センサー４０からの信号に基づき、操舵角制御ユニット３９において操舵角（＝０°）を演算し、操舵アクチュエータ３１を制御して車輪１７ａ〜１７ｄを前記の操舵角に設定する。運転席２５のアクセルペダル２６を操作することにより、モータ制御ユニット２８を経て、インホイールモータ駆動装置２７によって後輪１７ｃ、１７ｄを駆動し直進させる。前進、後退の切り替えは図示省略のレバー等の操作によって行う。
[小回り運転]
図４に示したように、レーン変更、Ｕターン等の方向転換に際しては、通常、前輪１７ａ、１７ｂのみを操舵する。狭路への旋回のような切り返しが必要な場面、Ｕターンを行う場合は、運転席２５の小回り運転スイッチ４１を操作する。小回り信号が操舵角制御ユニット３９に入力され、同ユニット３９によって後輪１４ｃ、１４ｄの操舵アクチュエータ３１が制御され、当該後輪１７ｃ、１７ｄが前後で対応する前輪１７ａ、１７ｂの操舵角θ、δと反対方向へ向きを変えた操舵角−θ’、−δ’を持つように設定される。
これにより、いわゆる内輪差が解消され、小回りの効く方向転換が可能となる。ただし、車体１２の安定を保つために、一定以下の低速で操舵する必要がある。なお、後退時に小回りする場合も同様の制御が行われる。
[定位置旋回]
狭い駐車スペース等において定位置旋回を行う場合は、運転席２５の定位置旋回スイッチ４２を操作する。定位置旋回信号が操舵角制御ユニット３９に入力されると、同ユニット３９は各車輪１７ａ〜１７ｄの操舵アクチュエータ３１を制御して、図５に示したように、各車輪１７ａ〜１７ｄの車軸１８がすべて車輪配置円Ｄの半径方向となるようにその操舵角を設定する。これによって、前輪１７ａ、１７ｂがハの字形になり、後輪１７ｃ、１７ｄが逆ハの字形になる。
これと同時に、モータ制御ユニット２８に定位置旋回信号（例えば右旋回、図５の矢印Ｂ参照）が入力されると、図５に示したように、左後輪１７ｃが前進方向に回転し、右後輪１７ｄが後退方向に回転する、即ち、左右逆方向に回転するように回転方向が設定される。左右の前輪１７ａ、１７ｂは前記後輪１７ｃ、１７ｄの回転に従動して、同様に、左前輪１７ａが前進方向、右前輪１７ｂが後退方向に回転する。
四輪駆動の場合は、前後輪ともに左右逆回転（左前輪１７ａが前進、右前輪１７ｂが後退方向。左後輪１７ｃが前進、右後輪１７ｄが後退方向）で、かつ前後で対応する左右の車輪が同方向の回転方向、即ち、左前輪１７ａ、左後輪１７ｃがともに前進、右前輪１７ｂ、右後輪１７ｄがともに後退方向となるように設定する。その結果、車体１２及びボディ１９は中心Ｏを中心として、最大円Ｅ、実質的に車体円Ｃ以内で回転する。
前記の定位置旋回時において、旋回に必要な最小限のスペースは、実質的に車体円Ｃのスペースであり、車輪配置円Ｄ及びボディ１９はその車体円Ｃ以内に存在するので、前記スペースの外部に突き出す部分が存在しない。このため、その周辺に存在する物体に干渉することがない。
なお、図５に示したように、定位置旋回時において、車輪１７ａ〜１７ｄの一部が車体円Ｃから突き出しているが、この程度は駐車スペースのゆとりの範囲に吸収されるので、実質的な影響をもたらすものではない。
このような特性を有することから、この自動車を運転する場合は、狭い駐車スペースに前進で進入したのち、その駐車スペースから進入の方向へ抜け出す場合、通常は後退によって行うが、この自動車の場合は定位置旋回することにより、前進で抜け出すことができる。
また、車体１２の前部は、前輪駆動の場合であっても、インホイールモータ駆動装置２７を用いているので十分なスペースをとることができる。これにより、前述のように、ボディ１９の前部に乗降口２２を設けることができ、降車時も広い視野を得ることができ安全に乗降できる。また、駐車スペースの左右に乗降のためのスペースを必要としない。さらに、行き止まりの狭い駐車スペースに前進で進入した場合においても、定位置旋回することにより、進入方向から乗り降りすることができる。
以上、４輪の自動車について説明したが、この発明は、図６に示すように、３輪の自動車にも適用することができる。図６の実施形態では、左右の後輪１７ｃ、１７ｄにインホイールモータ駆動装置２７を設けているが、インホイールモータ駆動装置２７を、前輪１７ａのみに、また全輪に設けるようにしてもよい。
Ａ キングピンの軸線と路面との交点
１２ 車体
１３ フレーム
１３ａ フレーム端縁
１３ｂ、１３ｃ フレーム側縁
１４ 床板
１５ 中央部
１５ａ 前端部
１５ｂ 後端部
１５ｃ 左側部
１５ｄ 右側部
１６ 車輪ハウジング
１７ａ〜１７ｄ 車輪
１８ 車軸
１９ キャビン
２０ 円筒部
２１ 天板
２２ 乗降口
２３ 窓
２４ ハンドル
２５ 運転席
２６ アクセルペダル
２７ インホイールモータ駆動装置
２８ モータ制御ユニット
２９ 独立操舵装置
３０ ブレーキペダル
３１ 操舵アクチュエータ
３２ モータ
３３ 直動機構
３４ ナット
３５ ねじ棒
３６ ナックルアーム
３７ コーナピン
３８ ナックル
３９ 操舵角制御ユニット
４０ ハンドル操作量センサー
４１ 小回り運転スイッチ
４２ 定位置旋回スイッチ
また、運転席２５には、狭路への旋回のような切り返しが必要な場合、Ｕターン等の場合に操作される小回り運転スイッチ４１、狭い駐車位置で定位置旋回を行う場合に操作される定位置旋回スイッチ４２が設けられる。小回り運転スイッチ４１が操作されると、小回り信号が操舵角制御ユニット３９に入力される。また、定位置旋回スイッチ４２が操作されると、定位置旋回信号がモータ制御ユニット２８と操舵角制御ユニット３９に対し入力される。定位置旋回スイッチ４２は、左旋回と右旋回の区別ができるようになっている。尚、小回りする際には、スイッチによるＯＮ／ＯＦＦの切り替えの他、ステアリング転舵角と車速から自動で使用を判断する方法も使用できる。
[小回り運転]
図４に示したように、レーン変更、Ｕターン等の方向転換に際しては、通常、前輪１７ａ、１７ｂのみを操舵する。狭路への旋回のような切り返しが必要な場合、Ｕターンを行う場合は、運転席２５の小回り運転スイッチ４１を操作する。小回り信号が操舵角制御ユニット３９に入力され、同ユニット３９によって後輪１４ｃ、１４ｄの操舵アクチュエータ３１が制御され、当該後輪１７ｃ、１７ｄが前後で対応する前輪１７ａ、１７ｂの操舵角θ、δと反対方向へ向きを変えた操舵角−θ’、−δ’を持つように設定される。

Claims (10)

  1. 車輪が、左右の前輪と左右の後輪の４輪で、左右の前輪のみ、左右の後輪のみ、又は全車輪にインホイールモータ駆動装置を設けた電気自動車において、各車輪に独立操舵装置を搭載し、各車輪のキングピンの軸線と路面との交点を、車体の内側の円周上に位置させたことを特徴とする電気自動車。
  2. 車輪が、前輪と左右の後輪の３輪もしくは左右の前輪と後輪の３輪で、前輪のみ、後輪のみ、又は全車輪にインホイールモータ駆動装置を設けた電気自動車において、各車輪に独立操舵装置を搭載し、各車輪のキングピンの軸線と路面との交点を、車体の内側の円周上に位置させたことを特徴とする電気自動車。
  3. 全車輪が、前後方向の基準線に対して９０度以上の角度まで操舵可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気自動車。
  4. 前記車体のキャビンが略円筒形の外形をしている請求項１から３のいずれかに記載の電気自動車。
  5. 前記車体のキャビンの前面に乗降口が設けられたことを特徴とする請求項４に記載の電気自動車。
  6. 前記独立操舵装置が、ハンドル操作量センサーと、そのハンドル操作量センサーによって検知されたハンドル操作量信号に基づき各車輪の操舵角を演算制御する操舵角制御ユニットと、前記操舵角制御ユニットによって制御される操舵アクチュエータと、前記操舵アクチュエータに連結されたナックルアームとからなるステアリング・バイ・ワイヤシステムによって構成され、前記ナックルアームが車輪側のナックルに連結されたことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の電気自動車。
  7. 前記操舵アクチュエータが、モータと、そのモータによって駆動される直動機構とからなり、前記直動機構によってＬ形のナックルアームの一端部を自動車の前後方向へ作動させると同時に、前記ナックルアームの他端部を車幅方向へ作動させるようにしたことを特徴とする請求項６に記載の電気自動車。
  8. 前記直動機構が、前記モータによって一定位置で回転されるナットと、そのナットにねじ結合され前記ナックルアームに連結されたねじ棒とからなることを特徴とする請求項７に記載の電気自動車。
  9. 前記車体内部の運転席に小回り運転スイッチが設けられ、前記小回り運転スイッチが操作されることによって小回り信号が前記操舵角制御ユニットに入力され、前記操舵角制御ユニットにおいて前記小回り信号に基づき各操舵アクチュエータを制御して、当該左右の後輪に対応した左右の前輪の操舵角と反対側へ向きを変えた操舵角を持つように当該左右の後輪の操舵角を設定することを特徴とする請求項６から８のいずれかに記載の電気自動車。
  10. 前記車体内部の運転席に定位置旋回スイッチが設けられ、前記定位置旋回スイッチが操作されることによって定位置旋回信号が前記操舵角制御ユニットとモータ制御ユニットに入力され、前記操舵角制御ユニットにおいては前記定位置旋回信号に基づき各操舵アクチュエータを制御して各車輪が車体内側円の径方向に向くように操舵角を設定し、前記モータ制御ユニットにおいては前記定位置旋回信号に基づき前記インホイールモータ駆動装置を制御して、二輪駆動の場合は各駆動車輪の回転方向が反対方向となるように設定し、四輪駆動の場合は前後輪ともに左右逆回転、かつ前後で対応する左右の車輪が同方向回転となるように設定することを特徴とする請求項６から９のいずれかに記載の電気自動車。
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