JP2015098262A - 駆動転舵モジュールと、駆動転舵モジュールを備えた車両 - Google Patents

Abstract

【課題】インホイールモータの構造を、フレームへの取り付け汎用性が高い構造として共通化を図り、車両の製造コストの抑制を図る。【解決手段】車輪ｗを駆動するインホイールモータＭに設けられたモータハウジング６９と、モータハウジング６９の上端部に設けられた上側アーム取付け部７３と、モータハウジング６９の下端部に設けられた下側アーム取付け部７４と、上側アーム取付け部７３と、下側アーム取付け部７４とを含み、モータハウジング６９を車両の前後方向に２等分する鉛直面に対し、モータハウジング６９の前後にそれぞれ対称に設けられた、車輪ｗを転舵するタイロッド１２、２２を取り付けるタイロッド取付け部と、を備えた駆動転舵モジュールを構成する。対称形状として共通化を図ることにより、前後左右車輪ｗのいずれに対しても使用できるようになり、製造コストの抑制を図ることができる。【選択図】図１１

Description

この発明は、車輪を駆動及び転舵する駆動転舵モジュールと、この駆動転舵モジュールを備えた車両に関し、特に、その駆動にインホイールモータを採用したものに関する。

左右の車輪（以下、タイヤ、ホイール、ハブ、インホイールモータ等を含めて総合的に「車輪」と称する。）を結ぶステアリングリンク機構を用いて車輪を転舵するものに、アッカーマン・ジャントウ式と呼ばれる転舵機構がある。この転舵機構は、車両の旋回時に、左右の車輪が同一旋回中心をもつように、タイロッドとナックルアームを用いるものである。

上記のように同一旋回中心を保持したまま、車両の最小回転半径を小さくする手段として、例えば特許文献１に記載の転舵機構がある。この転舵機構は、前後輪の左右車輪間にそれぞれ配置され、軸心周りに回転可能で左右に２分割されたラックバーと、その２分割されたラックバー間に正逆切り替え手段とを備えている。この正逆切り替え手段は、分割されたラックバーの一方の回転を、他方に正逆方向へ切り替えて伝達する機構を備えている。この機構を備えた転舵機構を、インホイールモータを備えた車輪に適用すれば、この車輪を９０度転舵して横方向移動させる等の特殊走行モードでの運転が可能となる。

またフレームに、アームやサスペンションを介して車輪を連結する機構として、ダブルウィッシュボーン式やストラット式と呼ばれるリンク構造がある。

ダブルウィッシュボーン式は、車輪を回転させるための軸受を有するナックルアームを、上下一対の上側アームと下側アームにてフレームに連結し、さらにサスペンションを上側アーム、もしくは下側アームと連結することにより、フレームと車輪を連結する構成を採用する。前記アームは、Ａの字の形をしており、Ａの字の足にあたる部分は、ベアリング構造となっており、この上下アームが有する各２つのベアリングを軸に、上下アームが車両の上下方向に揺動可能に車輪をフレームに支持する。さらに、前記アームのＡの字の先端の部分は、ボールジョイントを介して前記ナックルアームと連結されており、この上下アームのボールジョイント中心を結ぶ軸（一般に、キングピン軸と呼ばれる）を中心として、ステアリング装置が有するラックバーと連結されたタイロッドにて、車輪を転舵することができる。

一方、ストラット式は、サスペンションがリンク機能も兼ねたものであり、ナックルアームと上側アームとが連結される位置に、サスペンションを配置する構成を採用しており、上側アームを省略することができるとともに、前記サスペンションにて、車輪をフレームに対して車両の上下方向に揺動可能に支持することができる。また、下側アームとナックルアームは、ダブルウィッシュボーン式と同様に、ボールジョイントにて連結されているため、前記タイロッドにて車輪を転舵することが可能である。

インホイールモータを有する車輪をフレームに搭載する手段として、例えば特許文献２に示す構成を採用することができる。

この特許文献２に示す構成では、サスペンションと下側アームを、インホイールモータのケース上下および車体側側面に取り付けられるよう取付け部を設けることにより、先に述べたストラット式に似た構造で、インホイールモータを有する車輪をフレームと連結することを可能としている。また、前記サスペンションの下端を、インホイールモータの車体側側面に取り付けることにより、車両全高が高くなることを防ぐ構造としている。

特開２００７−０２２１５９号公報 特許第４５１１９７６号公報

特許文献２に記載の技術では、車両の左右前後輪に対して、各車輪に適合した形状のインホイールモータおよびモータハウジングとする必要があり、部品としての汎用性が低下する。このため、車両全体のコストが増大する恐れがある。

そこで、この発明においては、インホイールモータの構造を、フレームへの取り付け汎用性が高い構造として、駆動転舵モジュールの共通化を図るとともに、この駆動転舵モジュールを採用した車両の製造コストの抑制を図ることを課題とする。

前記課題を解決するために、この発明では、車輪を駆動するインホイールモータに設けられたモータハウジングと、前記モータハウジングの上端部に設けられた上側アーム取付け部と、前記モータハウジングの下端部に設けられた下側アーム取付け部と、前記上側アーム取付け部と、前記下側アーム取付け部とを含み、前記モータハウジングを車両の前後方向に２等分する鉛直面に対し、前記モータハウジングの前後にそれぞれ対称に設けられた、前記車輪を転舵するタイロッドを取り付けるタイロッド取付け部と、を備えた駆動転舵モジュールを構成した。

このように、モータハウジングに、車両のフレーム側との接続部、すなわち、上側アーム取付け部、下側アーム取付け部、タイロッド取付け部を前記鉛直面に対して対称に設けることにより、車両の前後左右いずれの車輪に対しても、共通のモータハウジングを採用することができる。このため、前記接続部を車輪ごとに異なる位置に設ける場合と比較して、部品コストの低減を図ることができる。

前記構成においては、前記タイロッド取付け部と前記タイロッドに介在する連結部材をさらに備えた構成とすることができる。

上記のようにモータハウジングに設ける接続部の位置を共通化することによって、部品コストの低減を図ることが可能であるが、車両の構成によっては、例えば前後の車輪で接続部との接続態様（例えば接続角度等）が若干異なる場合もあり得る。そこで、その異なる接続態様に適合した形状の連結部材を用意し、タイロッド取付け部とタイロッドにこの連結部材を介在させることによって、任意の接続態様に対して共通化したモータハウジングをそのまま採用することができる。もちろん、前後左右の接続態様が同じであっても、この連結部材を使用することができる。

前記各構成においては、前記モータハウジングの車両中心側面上の前記鉛直面と交差する位置に、前記インホイールモータに電力を供給する電力供給部をさらに備えた構成とすることができる。

このように、電力供給部を、前記モータハウジングの車両中心側面上の前記鉛直面と交差する位置に設けることにより、この鉛直面を基準として電力供給部の設置位置に対称性が生じ、前後左右車輪のいずれについても、共通のモータハウジングを使用することが可能となる。この場合、電力供給部が、車輪を転舵するキングピン軸に近い位置に配置されることとなる。すると、この電力供給部に接続される電力ケーブルが、車輪の転舵の際にキングピン軸を中心として転舵とともに回転する（引き回される）が、その回転中心がキングピン軸とほぼ同軸であって回転半径がほとんど変わらないので、この回転に伴って電力ケーブルに張力が生じにくい。このため、転舵を繰り返すことに起因して、この電力ケーブルが劣化するのを極力防止することができる。

前記各構成においては、前記タイロッド取付け部に連結されたステアリング装置をさらに備え、このステアリング装置が、前記車輪の前記タイロッドにそれぞれ接続された対のラックバーと、前記対のラックバーにそれぞれ噛み合い、一方のラックバーのラックの歯の並列方向に対する一方向への動きを他方のラックバーの他方向への動きに変換する同期ギアと、前記対のラックバーをそれぞれのラックバーのラックの歯の並列方向に沿って、左右反対方向へ移動させることが可能なラックバー動作手段と、を備え、さらに、前記ラックバー動作手段が、前記一方のラックバーに噛み合う第一ピニオンギアと、前記他方のラックバーに噛み合う第二ピニオンギアと、前記第一及び第二ピニオンギアの回転軸を結合又は分離する連結機構と、を備えた構成とすることができる。

このステアリング装置は、前記連結機構を結合状態として、対のラックバーを同方向に同距離だけ移動することによって、左右車輪を同方向に転舵する通常モードを備えるとともに、前記連結機構を分離状態として、左右車輪を逆方向に同距離だけ移動することによって左右車輪を逆方向に転舵する、その場旋回モード、横方向移動モード、パーキングモード等の特殊走行モードを備える。このその場旋回モード、横方向移動モード、パーキングモード等の特殊走行モードは、通常の走行モードと比較して転舵角度が大きく、この特殊走行モードに切り替えることにより、車輪内側の電力供給部を作業が容易な位置まで移動させることができる。このため、十分な配線作業スペースを確保することができるとともに、作業者が電力供給部と電力ケーブルとの接続部を目視で確認することができ、モータ部への配線作業を安全かつスムーズに行うことができる。

さらに、前記各構成に記載の駆動転舵モジュールを取り付けた車両を構成することができる。

この駆動転舵モジュールは、車両のフレーム側との接続部の形状の共通化を高めたものであって、前後左右車輪のいずれにも使用することができる。このため、車輪ごとに異なる形状の駆動転舵モジュールを用意する必要がなく、車両の製造コストの低減を図ることができる。

モータハウジングに、車両のフレーム側との接続部、すなわち、上側アーム取付け部、下側アーム取付け部、タイロッド取付け部を前記鉛直面に対して対称に設けることにより、車両の前後左右いずれの車輪に対しても、共通のモータハウジングを採用できるようにした。これにより、車輪ごとに異なる形状のモータハウジングを用意する必要がなく、車両の製造コストの抑制を図ることができる。

この発明に係る駆動転舵モジュールを用いた車両のイメージ図 この発明に係る駆動転舵モジュールを用いた車両の平面図 図２の車両において通常走行モード（通常の転舵モード）を示す平面図 図２の車両において小回りモードを示す平面図 図２の車両においてその場旋回モードを示す平面図 図２の車両において横方向移動（平行移動）モードを示す平面図 （ａ）（ｂ）はステアリング装置の外観を示す斜視図 ステアリング装置の内部を示し、（ａ）は背面図、（ｂ）は平面図 ステアリング装置を示し、（ａ）は対のラックバーが近接した状態を示す背面図、（ｂ）は対のラックバーが開いた状態を示す正面図 ステアリング装置のラックバー動作手段の詳細を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図 インホイールモータの断面図 フレームに車輪を搭載した状態を示す斜視図 モータハウジングの斜視図 モータハウジングを車両の内側から見た側面図 本願発明に係る車両を示す斜視図であって、（ａ）は全体図、（ｂ）は要部 図１５に示す車両において、前輪を一般的な車両の最大転舵角度で転舵したときの状態を示す斜視図であって、（ａ）は全体図、（ｂ）は要部 図１５に示す車両において、横方向移動モードとした状態を示す斜視図であって、（ａ）は全体図、（ｂ）は要部

この発明に係る駆動転舵モジュール及びこの駆動転舵モジュールを備えた車両の実施形態を説明する。実施形態において、車両１の駆動輪のステアリング装置には、前後左右すべての車輪ｗのホイール内にインホイールモータＭを装着している。インホイールモータＭを備えたことにより、様々な走行パターンが可能となる。

図１は、この実施形態のステアリング装置を用いた車両１のイメージ図を示す。これは、２人乗車（横並び二人乗り）の超小型モビリティである。車両１はステアリング２の操作によって、ステアリングロッド３を介して車輪ｗを転舵できるようになっている。ただし、この発明は、超小型モビリティに限定されるものではなく、通常車両にも適応可能である。

図２は、第一実施形態の車両１の駆動系及び制御経路を示す平面略図である。この実施形態は、前輪の左右輪ＦＬ、ＦＲ及び後輪の左右輪ＲＬ、ＲＲにタイロッド１２、２２を介して、それぞれステアリング装置１０、２０を連結させたものである。

前輪用のステアリング装置１０には、ステアリング２の操作によって通常転舵をさせ、後輪用のステアリング装置２０は、モータ等のアクチュエータによって走行モードに応じた転舵を可能とする４輪転舵機構を備えている。

ただし、この発明に係るステアリング装置を、前輪又は後輪のどちらかのみに装備する車両も採用可能であるし、あるいは、このステアリング装置を後輪のみに装備し、前輪には通常の一般的なステアリング装置を装備する車両も採用可能である。

前輪と後輪の各ステアリング装置１０、２０には、左右の車輪ｗを転舵するために２つのラックバーが備えられている。以下、前輪及び後輪共に、車両の前後方向に対して左側の車輪ｗに接続されるラックバーを第一ラックバー５３と、右側の車輪ｗに接続されるラックバーを第二ラックバー５４と称する。なお、図２において紙面左側の矢印が示している方向が車両の前方方向になる。図３から図６においても同様である。

前輪又は後輪の左右車輪ｗには、それぞれタイロッド１２、２２を介して各ラックバー５３、５４の接続用部材１１、２１が接続されている。タイロッド１２、２２と車輪ｗとの間には、適宜ナックルアーム等の各種部材が介在する。

第一ラックバー５３と第二ラックバー５４は、図７に示すように、各ステアリング装置１０、２０において、車両の直進方向（前後方向）に対して左右方向に伸びるラックケース（ステアリングシリンダ）５０内に収容されている。ラックケース５０は車両１の図示しないフレーム（シャーシ）に支持されている。

なお、ラックケース５０は、例えば、ラックケース５０に設けられたフランジ部５０ａを介して、車両１のフレームに直接又は間接的にネジ固定とすることができる。

第一ラックバー５３と第二ラックバー５４は、ラックケース５０内を車両の直進方向に対して左右方向へ同方向に同距離だけ移動可能である。この動作は、運転者が行うステアリング２の操作に基づき、通常転舵用アクチュエータ３１の動作によって行われる。この動作により、通常走行時、左右車輪を左右同方向に転舵させることができる。

また、ステアリング装置１０、２０は、図８に示すように、それぞれラックバー動作手段６０を備えている。ラックバー動作手段６０は、車両の直進方向に対する左右方向、すなわち、ラックの伸縮する方向（ラックの歯の並列する方向）に沿って、第一ラックバー５３と第二ラックバー５４を互いに反対方向（相反する方向）へ同距離移動させる機能を有する。

ラックバー動作手段６０は、図８（ａ）に示すように、対のラックバーの互いに対向するラックギア、すなわち、第一ラックバー５３の同期用ラックギア５３ａと第二ラックバー５４の同期用ラックギア５４ａにそれぞれ噛み合う第一同期ギア５５を備える。

第一同期ギア５５は、ラックバー５３、５４のラックの歯の並列方向に沿って一定の間隔で並列する三つのギア５５ａ、５５ｂ、５５ｃからなる。第一ラックバー５３がラックバー動作手段６０から入力された駆動力によって、そのラックの歯の並列方向に対して一方向へ動けば、その動きが第二ラックバー５４の他方向への動きに変換される。また、第二ラックバー５４の前記他方向への移動量を、第一ラックバー５３の前記一方向への移動量と同じとすることができる。

なお、図８（ａ）（ｂ）に示すように、第一同期ギア５５の隣り合うギア５５ａ、５５ｂ間、ギア５５ｂ、５５ｃ間には、それぞれ、第二同期ギア５６を構成するギア５６ａ、５６ｂが配置されている。第二同期ギア５６は、第一ラックバー５３の同期用ラックギア５３ａや第二ラックバー５４の同期用ラックギア５４ａには噛み合わず、第一同期ギア５５にのみ噛み合っている。第二同期ギア５６は、第一同期ギア５５の３つのギア５５ａ、５５ｂ、５５ｃを、同方向に同角度だけ動かすためのものである。この第二同期ギア５６によって、第一ラックバー５３と第二ラックバー５４を、スムーズに相対移動することが可能となる。

また、第一ラックバー５３と第二ラックバー５４は、同期用ラックギア５３ａ、５４ａとは別に、それぞれ転舵用ラックギア５３ｂ、５４ｂを備えている。

第一ラックバー５３と第二ラックバー５４は、それぞれ、別体で形成された同期用ラックギア５３ａ、５４ａと前記転舵用ラックギア５３ｂ、５４ｂを、ボルト軸等の固定手段で一体に固定したものとしてよい。

転舵用ラックギア５３ｂ、５４ｂは、各ラックバー５３、５４を、車両１のフレームに対して、前記ラックの歯の並列方向に沿って移動させるための駆動力の入力手段として機能する。

ラックバー動作手段６０からの駆動力の入力により、第一ラックバー５３が、図９（ａ）に示す状態から、図９（ｂ）に示す状態へと移動すると、第二ラックバー５４には、第一同期ギア５５を介してその力が伝達され、第二ラックバー５４は、同じく図９（ａ）に示す状態から、図９（ｂ）に示す状態へと移動する。なお、図９（ｂ）は図９（ａ）を反対側からみたものである。

次に、ラックバー動作手段６０の作用について説明する。

前輪のステアリング装置１０のラックバー動作手段６０は、図１に示すように、運転者が行うステアリング２の回転動作に連動して動作するモード切替用アクチュエータ３２の駆動力によって、又は、車両１が備えるモード切替手段４２の操作に連動して動作するモード切替用アクチュエータ３２の駆動力によって、図１０に示すように、回転する第一回転軸６１と、その第一回転軸６１に一体回転可能に取り付けられる第一ピニオンギア６２とを備える。モード切替用アクチュエータ３２の動作軸からステアリングシャフト３を介して、第一回転軸６１側へ回転が伝達されるようになっている。

後輪のステアリング装置２０のラックバー動作手段６０は、同じく、運転者が行うステアリング２の回転動作に連動して動作するモード切替用アクチュエータ３２の駆動力によって、又は、車両１が備えるモード切替手段４２の操作に連動して動作するモード切替用アクチュエータ３２の駆動力によって回転する第一回転軸６１と、その第一回転軸６１に一体回転可能に取り付けられる第一ピニオンギア６２とを備える。モード切替用アクチュエータ３２の動作軸から、第一回転軸６１側へ回転が伝達されるようになっている（図１０参照）。

ラックバー動作手段６０は、第一回転軸６１と同一直線上に配置される第二回転軸６４と、その第二回転軸６４に一体回転可能に取り付けられた第二ピニオンギア６５を備える。

図７（ａ）（ｂ）は、ステアリング装置１０、２０の全体図である。前部カバー５２と後部カバー５１との間に、第一ラックバー５３や第二ラックバー５４が収容されている。なお、図示されていないが、タイロッド１２、２２からラックケース５０にかけて、可動部への異物の侵入を防止するためのブーツが備えられている。第一回転軸６１（ピニオン軸）は、モード切替用アクチュエータ３２の動作軸に、ステアリングジョイントを介して接続される。

第一ピニオンギア６２は、図１０に示すように、第一ラックバー５３の転舵用ラックギア５３ｂに噛み合い、第二ピニオンギア６５は第二ラックバー５４の転舵用ラックギア５４ｂに噛み合うようになっている。

さらに、第一ピニオンギア６２と第二ピニオンギア６５との間に、互いに結合及び分離が可能な連結機構６３を備えている。連結機構６３は、第一回転軸６１と第二回転軸６４とを相対回転可能な状態（分離状態）と相対回転不能な状態（結合状態）とに切り替える機能を有する。

連結機構６３は、図１０に示すように、第二回転軸６４と、第一回転軸６１側の移動部６３ａを備える。移動部６３ａは、図示しないバネ等の弾性部材によって固定部６３ｂ側へ押し付けられ、連結機構６３の固定部６３ｂ側の凹部６３ｄに、移動部６３ａ側の凸部６３ｃが結合することで、両回転軸６１、６４が一体で回転可能となっている。なお、凹凸の形成部位を反対にして、固定部６３ｂ側に凸部６３ｃを、移動部６３ａ側に凹部６３ｄを設けてもよい。

図示しないプッシュソレノイドなどの駆動源からの外部入力によって、連結機構６３の固定部６３ｂに対して、移動部６３ａを軸方向に移動させることで、固定部６３ｂと移動部６３ａとの連結を分離し、第一回転軸６１と第二回転軸６４とは独立して回転可能な状態となる。すなわち、第一ピニオンギア６２と第二ピニオンギア６５は、それぞれが独立して回転可能となる（前記分離状態）。図１０は、その分離状態を示している。

このとき、第一ピニオンギア６２は第一ラックバー５３に噛合しており、第二ピニオンギア６５は第二ラックバー５４に噛合している。さらに、第一ラックバー５３と第二ラックバー５４は、第一同期ギア５５によって噛合されている。このため、第一ピニオンギア６２に入力された回転で、第一ラックバー５３がラックの歯の並列方向、すなわち、車両の左右方向に沿って横方向（一方向）へ移動する。第一ラックバー５３が横方向に移動することで、第一同期ギア５５が回転し、第二ラックバー５４が第一ラックバー５３と反対方向（他方向）へ同距離だけ移動する。このとき第二ピニオンギア６５は第二ラックバー５４の移動により自由に回転している。

このように、第一ピニオンギア６２と第二ピニオンギア６５とを結合状態と分離状態に切り替えることで、対のラックバー５３、５４が一体に左右同方向に同距離だけ動く状態と、反対方向へ同距離だけ動く状態との切り替えが容易に可能となる。

すなわち、連結機構６３が、第一ピニオンギア６２と第二ピニオンギア６５を介して、第一ラックバー５３と第二ラックバー５４を結合した状態で、運転者が行うステアリング２の回転動作に連動して動作する通常転舵用アクチュエータ３１の駆動力によって、第一ラックバー５３と第二ラックバー５４を車両の直進方向に対して左右方向へそれぞれ同方向に同距離だけ動かすことにより、左右車輪ｗをキングピン軸Ｐ（図１１参照）周りに同方向へ転舵させることができる。このとき第一ラックバー５３と第二ラックバー５４が同方向に同距離だけ動くことにより、第一同期ギア５５は回転していない。

また、連結機構６３が、第一ピニオンギア６２と第二ピニオンギア６５を分離した状態で、第一ラックバー５３と第二ラックバー５４を車両の直進方向に対して左右方向へそれぞれ反対方向に動かすことにより、左右車輪をキングピン軸Ｐ（図１１参照）周りに逆方向へ、すなわち、互いに相反する方向へ転舵させることができる。

すなわち、この実施形態では、通常運転時のステアリング２の操作による回転が、ステアリングシャフト３の回転を通じて第一回転軸６１に入力されるようになっている。ラックバー動作手段６０は、通常運転時に、第一ラックバー５３と第二ラックバー５４を同方向に同距離だけ移動させる手段としても機能している。

また、モード切替時には、モード切替用アクチュエータ３２の駆動力が、ピニオンギア６２、６５の回転を通じてそれぞれのラックバー５３、５４に入力されるようになっている。なお、モード切替用アクチュエータ３２の駆動力がピニオンギア６２の回転を通じてそれぞれのラックバー５３、５４に入力される際は、そのステアリングシャフト３の回転がステアリング２に伝達されないようにしてもよいし、その伝達を許容するようにしてもよい。

さらに、モード切替用アクチュエータ３２の役割を、通常転舵用アクチュエータ３１が兼ねることも可能である。すなわち、通常転舵用アクチュエータ３１が、モード切替時において、ステアリングシャフト３を介して第一回転軸６１に回転を入力するようにしてもよい。

また、図１１に示すように、キングピン軸Ｐ（操舵の回転軸）の地上との接点をＰ’とタイヤＴの接地中心をＴ’としたときに、両者の位置が一致していないこと（スクラブ半径Ｓ≠０であること）を条件として、インホイールモータＭの駆動力でタイヤＴを回転させて、車輪ｗのキングピン軸Ｐ周りの転舵をアシストすることにより、その転舵をよりスムーズに行うことができる。

以下、これらの各構成からなるステアリング装置を、車両に装着した場合のいくつかの走行モードについて説明する。

（通常走行モード）
図２に示す直進状態の車輪位置で、前輪のステアリング装置１０の第一ラックバー５３と第二ラックバー５４を同方向に同距離だけ移動可能な状態、つまり図１０の連結機構６３が結合した状態とする。ステアリング装置１０のラックケース５０全体が、車両１のフレームに取り付けられた保持ケース内を、左右方向に移動する。

ステアリング装置１０が、通常転舵用アクチュエータ３１の駆動力又はステアリング２の操作によって、直進方向に対して左右方向に動くことで、第一ラックバー５３と第二ラックバー５４も左右同方向に同距離だけ動いて、図３に示すように、前輪の左右車輪ｗを所定の角度に車輪を転舵する。図３は、右に転舵した場合を示す。すなわち、２つのラックバー５３、５４を左右同方向に同距離だけ動かすことで、通常の車両と同等の走行が可能となる。通常走行モードでは、運転者のステアリング２の操作により、前輪のステアリング装置１０を通じて、直進、右折、左折、その他、各場面に応じた必要な転舵が可能である。

（小回りモード）
小回りモードを図４に示す。図３に示す前輪のステアリング装置１０の動作に加え、後輪のステアリング装置２０の第一ラックバー５３と第二ラックバー５４を同方向に同距離だけ移動可能な状態、つまり図１０の連結機構６３が結合した状態とする。前輪と同じく、ステアリング装置２０が、車両１のフレームに取り付けられた保持ケース内を、左右方向に移動する。

後輪のステアリング装置２０が、通常転舵用アクチュエータ３１の駆動力によって、直進方向に対して左右方向に動くことで、第一ラックバー５３と第二ラックバー５４も左右同方向に同距離だけ動いて、図４に示すように、後輪の左右車輪ｗを所定の角度に転舵する。このとき、後輪と前輪とは逆位相に転舵しており（図中において、前輪が右転舵、後輪は左転舵）、通常走行モード時よりもより回転半径の小さい小回りが可能となる。なお、図４では、後輪と前輪とが逆位相に同角度分だけ転舵した状態を示しているが、前後で転舵角度を相違させてもよい。

（その場旋回モード）
その場旋回モードを図５に示す。連結機構６３（図１０参照）が分離されることで、第一ラックバー５３と第二ラックバー５４は別々に動作可能となる。このとき、モード切替用アクチュエータ３２から第一ピニオンギア６２の入力によって、第一ラックバー５３と第二ラックバー５４は互いに相反する方向に同距離移動する。すなわち、第一ラックバー５３と第二ラックバー５４との間に第一同期ギア５５が介在することによって、第一ラックバー５３が左右方向一方向へ動けば、第二ラックバー５４は他方向へ移動する。

第一ラックバー５３と第二ラックバー５４を互いに逆方向に移動させ、図５に示すように、前後４つの車輪ｗすべての中心軸がほぼ車両中心を向く位置で、連結機構６３を結合固定させる。４つの車輪ｗすべての中心軸がほぼ車両中心を向いているため、それぞれの車輪ｗに備えられたインホイールモータＭの駆動力によって、車両中心がその場所で一定の状態（又はほぼ移動しない状態）を維持しながら向きを変える、いわゆるその場旋回が可能となる。

図５では、それぞれの車輪ｗにインホイールモータＭを装備しているが、少なくとも１つの車輪ｗにインホイールモータＭが装備され、その一つのインホイールモータＭが作動すれば、その場旋回が可能である。

（横方向移動モード）
横方向移動モードを図６に示す。その場旋回モードと同様に、連結機構６３を分離し（図１０参照）、前後４つの車輪ｗすべてが直進方向に対して９０度の方向（車両の直進方向に対する左右方向）へ向くように、モード切替用アクチュエータ３２から第一ピニオンギア６２への回転の入力によって、ステアリング装置１０、２０内の第一ラックバー５３と第二ラックバー５４を反対方向へ移動させる。そして、車輪ｗが前記９０度となった位置で連結機構６３（図１０参照）を結合させて、対のラックバー５３、５４を固定する。

このとき、微調整機能として、ステアリング装置１０、２０内の第一ラックバー５３と第二ラックバー５４を、通常転舵用アクチュエータ３１の駆動力又はステアリング２の操作によって、直進方向に対して同距離だけ左右同方向へ移動させることで、車輪ｗの向き（タイヤ角度）を微調整することが可能となる。

図６は、横方向移動モードでの前後輪のステアリング装置１０、２０の位置関係と、車輪ｗの向きを示す。その場旋回モード時に比べて、さらに、対のラックバー５３、５４が外側に張り出しており、タイロッド１２、２２の車輪ｗへの接続部が、車両の幅方向に対して最も外側に位置する走行モードである。この横方向移動モードにおいても、通常転舵用アクチュエータ３１の駆動力又はステアリング２の操作によって、車輪ｗの向き（タイヤ角度）を微調整することが可能である。

（その他の走行モード）
その他の走行モードとして、例えば、電子制御ユニット（ＥＣＵ）４０が、車両１が高速走行中であることを認識した時は、ＥＣＵ４０の出力に基づき、アクチュエータドライバ３０が、後輪のモード切替用アクチュエータ３２に指令して、後輪の左右輪ｗ（ＲＬ、ＲＲ）を、平行状態よりも前方側がわずかに閉じた状態（トーイン状態）に設定する。これにより、安定した高速走行が可能となる。

このトー調整は、ＥＣＵ４０による車速や車軸にかかる荷重などの走行状態の判断に基づき自動的に行われるようにしてもよいし、運転室に設けられたモード切替手段４２からの入力に基づいて行われるようにしてもよい。モード切替手段４２を運転者が操作することで、走行モードの切り替えを行うことができる。モード切替手段４２は、例えば、運転者が操作できるスイッチ、レバー、ジョイスティック等であってもよい。

（モードの切り替え）
なお、前述の各走行モードの切り替え時についても、適宜、このモード切替手段４２を使用する。車室内にあるモード切替手段４２を操作することで、通常走行モード、その場旋回モード、横方向移動モード、小回りモード等を選択することができる。スイッチ操作等で切り替えが可能とすれば、より安全な操作が可能である。

通常走行モードにおいて、前輪のステアリング装置１０では、ステアリング２の回転操作に伴うセンサ４１からの情報に基づき、ＥＣＵ４０が各ラックバー５３、５４の左右方向への必要な動作量を算出し出力する。その出力に基づき、前輪の通常転舵用アクチュエータ３１に指令して、各ラックバー５３、５４を収容するラックケース５０を左右方向へ移動させ、左右車輪ｗを必要方向へ必要角度だけ転舵する。

例えば、モード切替手段４２を操作し、その場旋回モードを選択すれば、車両１の中心部に回転中心を持つように、前後輪のステアリング装置１０、２０を通じて４輪ｗを転舵させることができる。この操作は、車両１の停車中のみ許可される。このとき、２つのラックバー５３、５４の左右方向への相対移動量は、ＥＣＵ４０が算出し出力する。その出力に基づき、アクチュエータドライバ３０が前後輪のモード切替用アクチュエータ３２に指令して転舵が行われる。

また、モード切替手段４２を操作し、横方向移動モードを選択すれば、４輪ｗの舵角が９０度になるように、前後輪のステアリング装置１０、２０を通じて４輪ｗを転舵させることができる。このとき、２つのラックバー５３、５４の左右方向への相対移動量は、同じく、ＥＣＵ４０が算出し出力する。その出力に基づき、アクチュエータドライバ３０が前後輪のモード切替用アクチュエータ３２に指令して転舵が行われる。このとき、通常転舵用アクチュエータ３１は、必要に応じて動作しない状態に設定してもよいし、通常転舵用アクチュエータ３１の動作を許可することで、その動作により転舵角の微調整も可能である。

さらに、モード切替手段４２を操作し、小回りモードを選択すれば、前輪と後輪は逆位相に転舵され、小回りが可能となるように設定できる。このとき、後輪のステアリング装置２０において、対のラックバー５３、５４を収容したラックケース５０の左右方向への移動量は、ステアリング２の操作等に基づいて、ＥＣＵ４０が算出し出力する。その出力に基づき、アクチュエータドライバ３０が前後輪の通常転舵用アクチュエータ３１、モード切替用アクチュエータ３２に指令して転舵が行われる。前輪のステアリング装置１０の制御は、通常走行モードと同じである。

このように、前後輪のステアリング装置１０、２０では、運転席のステアリング２の操舵角、若しくは、操舵トルク等を検出するセンサ４１からの情報や、モード切替手段４２からの入力に基づき、ＥＣＵ４０がラックバー５３、５４の左右方向への必要な動作量を出力する。あるいは、ＥＣＵ４０自身による走行状態の判断に基づき、対のラックバー５３、５４の必要な移動量を出力する。その出力に基づき、アクチュエータドライバ３０が、通常転舵用アクチュエータ３１やモード切替用アクチュエータ３２を通じて前後輪を所定の向きに転舵することができる。

この実施形態では、後輪のステアリング装置２０の制御は、運転者が行うステアリング操作やモード切替の操作を電気信号に置き換えて転舵するステアバイワイヤ方式を採用している。

前輪のステアリング装置１０として、後輪と同様、通常転舵用アクチュエータ３１、モード切替用アクチュエータ３２を用いたステアバイワイヤ方式としてもよいが、特に、通常転舵用アクチュエータ３１として、運転者が操作するステアリング２、又は、ステアリングシャフト３に連結されたモータ等を備え、そのモータ等が、ステアリングシャフト３の回転によるラックバー５３、５４の左右方向の移動に必要なトルクを算出する構成としてもよい。このとき、モード切替用アクチュエータ３２については後輪と同様である。

なお、前輪のステアリング装置１０の通常走行モードにおける転舵に使用する機構として、機械的なラックピニオン機構等を用いた一般的なステアリング装置を採用してもよい。

上記に記載した種々の走行モードは例であり、それ以外にも、これらの機構を用いた様々な制御が可能となる。

この発明では、通常の走行モードにおいては、従来のステアリング操作と違和感なく作動し、且つ、その場旋回、横方向移動、小回り等、さまざまな走行モードをも可能とする。これにより、複雑な機構を用いず、低コストで、横方向移動、小回り等が可能となる。

以下において、この発明に係る駆動転舵モジュールについて説明する。

図１１は、車両１に備えられた本発明のインホイールモータＭの構造を示した断面図であり、図１２は、インホイールモータＭを有する車輪ｗのフレーム６６への搭載方法を示した図である。図１１および図１２を用いて、インホイールモータＭの構造および車両１への搭載方法を説明する。

図１１は、上側アーム６７および下側アーム６８に取り付けられたインホイールモータＭを車両前方から見たときの断面図である。ここでは、車両進行方向の左車輪にインホイールモータＭを取り付けたときを例として説明する。

インホイールモータＭは、モータハウジング６９内にモータ部１０１および減速部１０２を備え、モータ部１０１および減速部１０２より発生した駆動力は、出力軸１０３と連結されたハブ軸受７０を介して、車輪ｗに伝達され、車輪ｗを回転させることにより車両１を駆動することができる。

また、ハブ軸受７０には、ブレーキディスク７１も連結されており、このブレーキディスク７１も車輪ｗとともに回転する。ブレーキディスク７１の外周部を、その回転軸線方向両側からブレーキユニット７２（図１５参照）にて挟持することにより、車両１を制動することができる。

インホイールモータＭを有する車輪ｗは、アームと呼ばれる連結部材を介してフレーム６６に取り付けられる。この実施形態において説明する車両１は、先に述べたダブルウィッシュボーン式に相当する構造で車輪ｗをフレーム６６に取り付けており、上側アーム６７および下側アーム６８を介して車輪ｗをフレーム６６と連結し、さらに上側アーム６７を、サスペンション（図示せず）を介してフレーム６６と連結することにより、車輪ｗを上下方向に揺動可能に車両１に搭載している。

さらに、ステアリング装置１０、２０が有するラックバー５３、５４を、タイロッド１２、２２を介して車輪ｗと連結することにより、車輪ｗをトー方向（車両幅方向）に転舵することが可能である。

ここで、図１３と図１４を用いて車輪ｗが有するモータハウジング６９と各アームおよびタイロッド１２、２２との連結方法の詳細について説明する。図１３は、インホイールモータＭが有するモータハウジング６９の斜視図であり、図１４は、モータハウジング６９を車両１の内側から見た、各連結部の配置位置を示した側面図である。

車輪ｗが有するモータハウジング６９は、上側アーム取付け部７３および下側アーム取付け部７４をその鉛直方向に延びる中心線上の上下に有しており、上側アーム６７は、その先端に有する上側ボールジョイント６７Ａとボルトを介して、上側アーム取付け部７３に取り付けられる。下側アーム６８も同様に、その先端に有する下側ボールジョイント６８Ａとボルトを介して、下側アーム取付け部７４に取り付けられる。

一般に、上側ボールジョイント６７Ａと下側ボールジョイント６８Ａの中心を結んでできる軸線は、キングピン軸Ｐと呼ばれ、車輪ｗはこのキングピン軸Ｐを中心としてトー方向（車両幅方向）に回転することが可能である。

また、モータハウジング６９は、水平方向左右にタイロッド取付け部７５を有しており、タイロッド１２、２２は、その先端に有するボールジョイント（図示せず）とボルトを介して、タイロッド取付け部７５に取り付けられる。

一般的に、ラックバー５３、５４の車輪側端部に設けられたタイロッド１１、１２は、車両１を上側から見たときの前後方向に延びる中心線に対して左右対称に配置されることが多い。

よって、モータハウジング６９が有するタイロッド取付け部７５（左車輪用タイロッド取付け部７５Ｌ、右車輪用タイロッド取付け部７５Ｒ）を、上側アーム取付け部７３と、下側アーム取付け部７４とを含み、モータハウジング６９を車両１の前後方向に２等分する鉛直面に対し、モータハウジング６９の前後にそれぞれ対称に設けることにより、左右車輪ｗとも共通のモータハウジング６９にて、タイロッド１２、２２と連結することが可能である。先に述べたとおり、ここでは車両進行方向側の左車輪を例としているため、図１３に示すように、左車輪用タイロッド取付け部７５Ｌに、連結部材７６を介してタイロッド１２、２２を取り付けることにより、キングピン軸Ｐを中心に、車輪ｗを転舵することができる。

ここでは、連結部材７６を左車輪用タイロッド取付け部７５Ｌに取り付けることにより、車輪ｗとタイロッド１２、２２を連結したが、この連結部材７６を右車輪用タイロッド取付け部７５Ｒに取り付けることにより、同様に車両進行方向側の右車輪もタイロッド１２、２２と連結することができ、ステアリング装置１０、２０にて転舵することが可能である。

また、図１３に示す構造では、連結部材７６を介してタイロッド１２、２２とモータハウジング６９とを連結しているが、モータハウジング６９が有するタイロッド取付け部７５に、直接タイロッド１２、２２を取り付け可能な構造にして、モータハウジング６９とタイロッド１２、２２を連結してもよい。

さらには、上側アーム６７および下側アーム６８は、モータハウジング６９が有する上側アーム取付け部７３および下側アーム取付け部７４に直接取り付けられる構造としたが、前記タイロッド１２、２２の連結構造と同様に、連結部材（図示せず）を介して、各アーム６７、６８とモータハウジング６９とを連結する構造としてもよい。

また、モータハウジング６９の背面に、ブレーキユニット７２を搭載するためのブレーキユニット取付け部７７を設けてもよい。さらに、ブレーキユニット取付け部７７を、上側アーム取付け部７３と、下側アーム取付け部７４とを含み、モータハウジング６９を車両１の前後方向に２等分する鉛直面を基準として、左右対称の位置にそれぞれ設けることにより、左右車輪ｗに共通のモータハウジング６９を取り付けることが可能である。

次に、インホイールモータＭが有するモータ部１０１の動力である三相交流の供給方法について説明する。

図１１に示す通り、インホイールモータＭは、モータ部１０１が有する固定子に三相交流を流すことによって発生する回転磁界と、可動子が有する磁石との磁気吸引力によって駆動力を得ている。モータ部１０１および減速部１０２は、モータハウジング６９内に設けられ、モータハウジングカバー７８にて覆われている。

このモータ部１０１への電力供給手段として、図１３に示す通り、モータハウジングカバー７８に電力供給部７９を設けることにより、バッテリー（図示せず）からの電力を、この電力供給部７９に接続した電力ケーブル８１を介してモータ部１０１に供給することが可能である。このとき、電力ケーブル８１がタイロッド１２、２２などと干渉しないように、また、車輪ｗの振動や操舵による電力ケーブル８１の断線の発生率を低減するために、モータハウジングカバー７８に、この電力ケーブル８１を所定の配線状態で保持するクランプ部８０を設けてもよい。

車輪ｗは、上側ボールジョイント６７Ａと下側ボールジョイント６８Ａの中心を結んでできるキングピン軸Ｐを中心として転舵されるため、図１４に示す通り、モータハウジング６９の車両中心側面上の鉛直面と交差する位置に、インホイールモータＭに電力を供給する電力供給部７９を設けることにより、電力供給部７９も同様にキングピン軸Ｐを中心として回転することが可能である。

このとき、インホイールモータＭの電力供給部７９に接続した電力ケーブル８１も、キングピン軸Ｐを中心として転舵とともに回転する（引き回される）が、その回転中心がキングピン軸Ｐとほぼ同軸であって回転半径がほとんど変わらないので、この回転に伴って電力ケーブル８１に張力が生じにくい。このため、転舵を繰り返すことに起因して、この電力ケーブル８１が劣化するのを極力防止することができる。

モータハウジング６９およびモータハウジングカバー７８には、モータハウジング６９の鉛直方向に延びる中心線を基準として、上側アーム取付け部７３、下側アーム取付け部７４、タイロッド取付け部７５、ブレーキユニット取付け部７７、および電力供給部７９が対称に配置されているため、車両進行方向の左右車輪ｗとも共通のインホイールモータＭを搭載することが可能である。

さらに、キングピン軸Ｐは、モータハウジング６９の鉛直方向に延びる中心線と同じ鉛直平面上に配置されているため、モータハウジング６９およびモータハウジングカバー７８に設けた上側アーム取付け部７３、下側アーム取付け部７４、タイロッド取付け部７５、ブレーキユニット取付け部７７、および電力供給部７９は、キングピン軸Ｐを中心としてトー方向に回転可能なため、左右前輪だけではなく、左右後輪にも、共通のインホイールモータＭを搭載することが可能である。

上記のようにモータハウジング６９およびモータハウジングカバー７８に上側アーム取付け部７３等を対称に設けたことにより、このインホイールモータＭの汎用性が高まり、全ての車輪ｗ（前後左右車輪）に共通のインホイールモータＭを搭載することが可能となる。

次に電力供給部７９への電力ケーブル８１の配線方法について、図１５〜図１７を用いて説明する。

図１５は、先に述べた前記モータハウジング６９の構造を有するインホイールモータＭと、ステアリング装置１０、２０を有する車両１を、車両外側から見た斜視図である。

この図１５は、通常の走行モードにおける直進状態を示しており、車両１の進行方向と平行に車輪ｗは配置されている。このとき、インホイールモータＭに電力を供給する電力供給部７９はモータハウジングカバー７８の内側（フレーム６６側）に設けられているため、車両外側から電力供給部７９と電力ケーブル８１との接続状態を目視で直接確認することはできない。

図１６に、一般的な車両の最大転舵角（およそ３５度）にて車両進行方向前方側の車輪ｗを転舵したときの状態を示す。

ステアリング装置１０、２０が有する対のラックバー５３、５４を、車両１の進行方向に対して左右方向へそれぞれ同方向に一体に動かし、前記左右車輪を前記キングピン軸Ｐ周りに同方向へ、一般的な車両の最大転舵角程度まで転舵させた場合、電力供給部７９を車両の外側から直接目視することができる。しかし、電力供給部７９への配線作業を車両外側から行おうとした場合、作業スペースが確保できず、車輪ｗや車両１のボディを取り外さなければ、その電力ケーブル８１の配線作業を行うことは困難である。

そこで図１７に示す通り、一対のラックバー５３、５４を、車両１の直進方向に対して左右方向へそれぞれ反対方向に動かし、左右車輪をキングピン軸Ｐ周りに逆方向へ転舵させることにより、電力供給部７９を車両外側から直接目視できる位置まで車輪ｗを転舵することができる。さらに、電力供給部７９への電力ケーブル８１の配線作業に必要な作業スペースを十分確保できる位置まで、車輪ｗを転舵することにより、車輪ｗや車両１のボディを外すことなく、その配線作業を安全に行うことが可能である。

図１７に示す例では、車輪ｗの転舵角度を横方向移動が可能な位置まで転舵させたが、それに限るものではなく、電力供給部７９が車両外側から直接目視することが可能であり、かつ十分な作業スペースを確保できる位置まで車輪ｗを転舵すればよい。

さらに、車輪ｗは汎用性の高いモータハウジング６９を有するインホイールモータＭを備えているため、全ての車輪（左右前後車輪とも）について同様の位置で-、その配線作業をすることが可能である。

上記に記載した駆動転舵モジュールは例であり、各部の形状等の仕様は、本願発明の目的を達成できる限りにおいて適宜変更することができる。

１ 車両
１０、２０ ステアリング装置
１２、２２ タイロッド
５３、５４ ラックバー
６０ ラックバー動作手段
６２ 第一ピニオンギア
６３ 連結機構
６５ 第二ピニオンギア
６９ モータハウジング
７３ 上側アーム取付け部
７４ 下側アーム取付け部
７５ タイロッド取付け部
７６ 連結部材
７９ 電力供給部
ｗ 車輪
Ｍ インホイールモータ

Claims (5)

1. 車輪（ｗ）を駆動するインホイールモータ（Ｍ）に設けられたモータハウジング（６９）と、
   前記モータハウジング（６９）の上端部に設けられた上側アーム取付け部（７３）と、
   前記モータハウジング（６９）の下端部に設けられた下側アーム取付け部（７４）と、
   前記上側アーム取付け部（７３）と、前記下側アーム取付け部（７４）とを含み、前記モータハウジング（６９）を車両（１）の前後方向に２等分する鉛直面に対し、前記モータハウジング（６９）の前後にそれぞれ対称に設けられた、前記車輪（ｗ）を転舵するタイロッド（１２、２２）を取り付けるタイロッド取付け部（７５）と、
   を備えた駆動転舵モジュール。
2. 前記タイロッド取付け部（７５）と前記タイロッド（１２、２２）に介在する連結部材（７６）をさらに備えた請求項１に記載の駆動転舵モジュール。
3. 前記モータハウジング（６９）の車両中心側面上の前記鉛直面と交差する位置に、前記インホイールモータ（Ｍ）に電力を供給する電力供給部（７９）をさらに備えた請求項１又は２に記載の駆動転舵モジュール。
4. 前記タイロッド取付け部（７５）に連結されたステアリング装置（１０、２０）をさらに備え、このステアリング装置（１０、２０）が、
   前記車輪（ｗ）の前記タイロッド（１２、２２）にそれぞれ接続された対のラックバー（５３、５４）と、
   前記対のラックバー（５３、５４）にそれぞれ噛み合い、一方のラックバー（５３）のラックの歯の並列方向に対する一方向への動きを他方のラックバー（５４）の他方向への動きに変換する同期ギア（５５）と、
   前記対のラックバー（５３、５４）をそれぞれのラックバー（５３、５４）のラックの歯の並列方向に沿って、左右反対方向へ移動させることが可能なラックバー動作手段（６０）と、
   を備え、さらに、前記ラックバー動作手段（６０）が、
   前記一方のラックバー（５３）に噛み合う第一ピニオンギア（６２）と、
   前記他方のラックバー（５４）に噛み合う第二ピニオンギア（６５）と、
   前記第一及び第二ピニオンギア（６２、６５）の回転軸を結合又は分離する連結機構（６３）と、
   を備えた請求項１〜３のいずれか一項に記載の駆動転舵モジュール。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の駆動転舵モジュールを取り付けた車両。

Images