JP2017514741A - 自動車用統合操舵駆動軸及び電気自動車 - Google Patents

Abstract

本発明である自動車及び電気自動車用の統合操舵駆動軸は、自動車の横方向に沿って２つのホイール間に延びて配置されたアクスルビームと、アクスルビームに搭載された２つのモーター駆動システムと、を備える。各モーター駆動システムは、２つのホイールのうち対応する１つを回転させ操舵させるよう独立して駆動すると共に、対応するホイールから分離されて配置された第一駆動電気モーターと、第一駆動電気モーターと対応するホイールとの間に配置され第一駆動電気モーターの出力パワーを対応するホイールを回転させるよう駆動するために伝達する第一トランスミッション機構と、対応するホイールを操舵させるために必要な操舵パワーを供給する第二駆動電気モーターと、を備える。本発明によると、相互に反対側に配置された対応するホイールを独立して駆動する２つのモーター駆動システムが、統合操舵駆動軸に搭載されているため、自動車の制御柔軟性を改善でき、独立したホイールの駆動と操舵を実現できる。【選択図】図１

Description

本発明は電気自動車分野に関し、特に統合操舵駆動軸及び電気自動車に関する。

現存する電気自動車は、一般的に２つの駆動軸を有しており、各駆動軸は、自動車の両端に配置された一対のホイールを駆動するために用いられる。各駆動軸は、自動車の前方または後方に配置される駆動電気モーターによって供給される駆動力を受ける。駆動電気モーターによって駆動される駆動軸の位置や数によって、電気自動車は、前輪駆動、後輪駆動、あるいは、四輪駆動を実現している。

大きな輸送容量を有する自動車、例えば、大型旅客バスやトラックは、車体が、例えば４軸、６軸、８軸というように、一般的により多くの駆動軸を備えることとなる。このような自動車の駆動機構は複雑であるため、８輪駆動、１２輪駆動、１６輪駆動への対応を実現することは、より困難となる。

既存の電気自動車の蓄電技術の制約のため、必要パワー要求や走行耐久性を考慮する場合には、電気自動車のような駆動電気モーターによる駆動に代わって、通常、自動車の直接の動力源として、燃料エンジンが使用される。

出願人による中国特許出願No.201310467918.2では、シリーズハイブリッド電気自動車の動力システムを記載している。この動力システムは、従来のガソリン又はディーゼルを用いる代わりに、低いエネルギー密度の別の燃料を用いることとしている。また、オイル消費と排出物が極めて少ない作動条件範囲で機能する補助動力ユニットのエンジンを用いることとしている。それによって、効果的に排出物を削減でき、燃費効率を改善でき、さらには、シリーズハイブリッド電気自動車の動力システムのエネルギー変換効率が比較的低い、という問題を補填している。

さらに、動力システムは、要求に応じて組み合わせて用いられる適切な数のエンジンを備えている。従って、十分な数のエンジンを共同使用することで、例えば、トラックといった大きな輸送容量の自動車の要求を満たす十分な電気パワーが、少ない燃料によって供給される。これにより、自動車の電気駆動モードに対する可能性を与えている。

駆動電気モーターを使用する従来の電気自動車にとって、１つの駆動軸の両端のホイールは、通常、１つの駆動電気モーターによって駆動されるが、これは、電気自動車の制御の柔軟性には貢献しない。従来の電気自動車における別の解決方法として、ホイール内モーターを用いることであるが、コストが高く、また、供給される動力の制限から、ファミリーカーのような小さな輸送量の自動車には滅多に適用されない。

本発明の１つの目的は、例えば大型旅客バスやトラックのような大きな輸送容量の自動車に適用可能な、統合操舵駆動軸を提供することにある。また、本発明の他の目的は、駆動軸と共に回転する電気モーターを組み込んだモジュール組み立てアセンブリを提供することにある。さらに、本発明の目的は、上記統合操舵駆動軸を備えた電気自動車を提供することにある。

本発明の一形態である自動車の統合操舵駆動軸は、両端にそれぞれ２つのホイールを搭載し、回転し操舵するよう前記ホイールを駆動するために用いられる。統合操舵駆動軸は、自動車の横方向に沿って２つの前記ホイール間に延びて配置されたアクスルビームと、前記アクスルビームに搭載された２つのモーター駆動システムと、を備える。そして、各前記モーター駆動システムは、２つの前記ホイールのうち対応する１つを回転させ操舵させるよう独立して駆動すると共に、対応する前記ホイールから分離されて配置された第一駆動電気モーターと、前記第一駆動電気モーターと対応する前記ホイールとの間に配置され、前記第一駆動電気モーターの出力パワーを、対応する前記ホイールを回転させるよう駆動するために伝達する第一トランスミッション機構と、対応する前記ホイールを操舵させるために必要な操舵パワーを供給する第二駆動電気モーターと、を備える。

さらに、前記第一トランスミッション機構は、前記第一駆動電気モーターの出力パワーを変換して、前記第一駆動電気モーターの回転シャフトの回転速度と比較して回転速度を減速して出力する減速装置を備える。

さらに、前記第一駆動電気モーターは、当該第一駆動電気モーターの回転シャフトの回転軸が自動車の横方向に沿って延びるよう配置されている。

さらに、自動車の前記第一トランスミッション機構は、対応する前記ホイールに前記第一駆動電気モーターの出力パワーを伝達するハーフシャフトを備え、前記ホイール又は前記ハーフシャフトの一部は、前記ホイールの操舵と共に揺動可能なよう構成されている。

さらに、前記ハーフシャフトは、ユニバーサルジョイントによって伝達接続された第一パートと第二パートとを備え、前記第一パートは、前記ホイールの操舵と共に揺動可能なよう構成されており、前記第二パートは、前記第一駆動電気モーターの回転シャフトによって形成されている。

さらに、各前記モーター駆動システムは、前記アクスルビームに搭載された第二トランスミッション機構を備え、前記第二トランスミッション機構は、前記第二駆動電気モーターと対応する前記ホイールとの間に配置され、前記第二駆動電気モーターの出力パワーを、対応する前記ホイールを操舵させるよう駆動するために伝達する。

さらに、前記アクスルビームは、中空車軸ハウジングの形状に形成されており、当該中空車軸ハウジング内に前記第一駆動電気モーターが配置され、選択的に、前記第二駆動電気モーターも前記中空車軸ハウジング内に配置されていてもよく、さらに選択的に、前記第一トランスミッション機構の少なくとも一部も、前記中空車軸ハウジング内に配置されていてもよい。

本発明の他の形態では、さらに電気自動車も提供している。電気自動車は、複数の車軸を備えており、当該複数の車軸の少なくとも１つは、上述した統合操舵駆動軸である。
さらに、前記複数の車軸のそれぞれに、前記統合操舵駆動軸が採用されている。
さらに、前記複数の車軸は、少なくとも３軸で構成されており、選択的に、前記複数の車軸は、少なくとも４軸で構成されていてもよい。

本発明によると、相互に反対側に配置された対応するホイールを独立して駆動する２つのモーター駆動システムのそれぞれが、統合操舵駆動軸に搭載され、対応するホイールの回転と操舵を制御するために用いられる。これによって、自動車の制御柔軟性を改善でき、独立したホイールの駆動と操舵を実現できる。

本発明の統合操舵駆動軸は、特に、例えば、大型旅客バスやトラックといった大型運搬車量に利用することに適している。本発明の実施形態では、統合操舵駆動軸は、さらに、燃料エンジンパワー利用の既存の車軸からモーター駆動車軸への変更に適している。

さらに、対応するホイールを駆動するモーター駆動システムは、車両に容易かつ簡単に車軸を搭載するために、事前組み立ての方法によって車軸を有するモジュール構造を構成している。

以下の本発明の具体的な実施形態の詳細な説明と添付の図面により、本発明の上記およびその他の目的、効果、および特徴は、当業者により良く理解されるであろう。

以下、本発明の実施形態のいくつかについて、図面を参照して詳細に説明する。これらは一例であり、本発明はこれに限定されない。図面全体を通して、同一または類似の部品または部分は同一の符号で示す。これらの添付図面が必ずしも正確な縮尺率でないことは、当業者には理解される。
本発明の一実施形態における統合操舵駆動軸の概略図である。 本発明の一実施形態における統合操舵駆動軸の概略図であり、車軸が中空ハウジングである場合を示す。 本発明の一実施形態における統合操舵駆動軸の概略図であり、第一駆動電気モーターと第一トランスミッションシステムとが中空車軸ハウジングであるアクスルビーム内に組み込まれていることを示す図である。 本発明の一実施形態における統合操舵駆動軸の概略図であり、モーター駆動システムが中空ではないアクスルビームに組み込まれていることを示す図である。 本発明の一実施形態における概略図であり、第一駆動電機モーターの回転シャフトのトルク方向が対応するホイールの回転方向と一致することを示す図である。

図１乃至図５に、本発明である統合操舵駆動軸１００のいくつかの実施形態の概略図を示す。本発明における統合操舵駆動軸１００は、一般的に回転したり操舵される２つのホイール１３０を、その両端に搭載するために用いられる。図示するホイール１３０は、その中核部分のみを示している。統合操舵駆動軸１００は、アクスルビーム１２０を備えていてもよい。アクスルビーム１２０は、車両の横方向に沿って２つのホイール１３０の間に延びて配置されてもよい。

２つのモーター駆動システム１１０は、上記アクスルビーム１２０に搭載されており、各モーター駆動システム１１０は、回転したり操舵される２つのホイール１３０のうち、対応する１つのホイール１３０を独立して駆動してもよい。各モーター駆動システム１１０は、対応するホイール１３０に隣接して配置されており、第一駆動電気モーター１５０と、第一トランスミッション機構１６０と、第二駆動電気モーター１７０と、を含んでいてもよい。

第一駆動電気モーター１５０は、対応するホイールから離れて配置されている。すなわち、第一駆動電気モーター１５０のいずれの部品も、ホイール１３０に属していない。このため、第一駆動電気モーター１５０は従来のモーターの形態であってもよい。

第一トランスミッション機構１６０は、第一駆動電気モーター１５０と対応するホイール１３０との間に配置されてもよい。そして、第一トランスミッション機構１６０は、対応するホイール１３０を駆動して、車両を前進あるいは後進させるよう、第一駆動電気モーター１５０の出力パワーを、対応するホイール１３０に伝達するために用いられる。

第二駆動電気モーター１７０は、車両を進行方向から曲げるよう対応するホイール１３０を駆動するために、当該対応するホイール１３０を操舵させる必要な操舵パワーを提供するよう用いられる。統合操舵駆動軸１００では、２つのモーター駆動システム１１０が、２つの対応するホイール１３０をそれぞれ操舵させ回転させるよう１つの車軸に統合されている。２つのモーター駆動システム１１０は、２つのホイール１３０が個々に独立して回転及び操舵可能なよう、２つの対応するホイール１３０を独立して制御するために相互に独立して作動可能である。

第一トランスミッション機構１６０は、さらに、第一駆動電気モーター１５０の出力パワーを伝達する減速装置１６３を含んでもよい。減速装置１６３は、回転速度は減速するが、トルクが増加するように、第一駆動電気モーター１５０の回転シャフト１５１の回転速度と比較して、減速された回転速度を実現することができる。

本実施形態では、図１、図４、図５に示すように、第一駆動電気モーター１５０は、その回転シャフト１５１の回転軸が車両の横方向に沿って延びるよう、つまり、基本的にはアクスルビーム１２０に平行となるよう、配置されている。この構造では、第一駆動電気モーター１５０の回転シャフト１５１のトルク方向を変えること無く、減速装置１６３によって対応するホイールにパワーを伝達でき、第一駆動電気モーター１５０の回転シャフト１５１のトルク出力方向は、対応するホイール１３０を回転させるよう駆動するために必要なトルク方向と同じである。このように、減速装置１６３は回転速度を減速させる役割だけを果たし、このことは、複数の平行ギヤからなる減速ギヤセットによって簡単に実現される。第一駆動電気モーター１５０は、このようにして統合操舵駆動軸１００の横方向サイズ全体を短くするように配置されている。

本実施形態では、図１及び図４に示すように、第一駆動電気モーター１５０の回転シャフト１５１は、後述するハーフシャフト１６１と同軸上に配置されている。そして、本実施形態では、図５に示すように、第一駆動電気モーター１５０の回転シャフト１５１は、ハーフシャフト１６１からオフセットされているが、平行に配置されており、それらの間の減速装置１６３は、トルクを伝達するために用いられる。

本実施形態では、図２及び図３に示すように、第一駆動電気モーター１５０は、その回転シャフト１５１の回転軸が車両の縦方向に沿って延びるように配置されている。このことは、既存の車両パワートレインにおいて、従来型縦方向トランミッションシャフトの配置と同様である。このとき、減速装置１６３は、例えば、互いに垂直に配置された円錐歯車対によって構成される既存の減速装置と同様の構造を採用してもよい。このようにして、減速装置１６３は、第一駆動電気モーター１５０の回転シャフト１５１のトルクを、当該トルクの方向を変えた上で、直接伝達する。このように配置された第一駆動電気モーター１５０は、既存の車軸の変更に都合がよい。

第一トランスミッション機構１６０は、第一駆動電気モーター１５０の出力パワーを、対応するホイール１３０に伝達するハーフシャフト１６１をさらに含んでもよい。ハーフシャフト１６１は、基本的に既存車両のハーフシャフトの構造と類似する構造であってもよい。但し、本発明では、従来技術のように１つのトランスミッションシャフトによって駆動される２つの向かい合ったハーフシャフトに代わって、各ハーフシャフト１６１は近くに配置された１つの第一駆動電気モーター１５０によって直接駆動されることが明らかである。このため、第一駆動電気モーター１５０が対応するホイール１３０により近く配置されている場合には、ハーフシャフト１６１の長さは、既存のハーフシャフトの長さよりも短く構成されている。

ホイール１３０を回転させ操舵させるために、ホイール又はハーフシャフト１６１の一部は、対応するホイール１３０の回転又は操舵と共に揺動するよう構成されている。図１乃至図５に示すように、ハーフシャフト１６１は、ユニバーサルジョイント１６２（通常、等速ユニバーサルジョイント）を介して伝達接続されている第一パートと第二パートを含んでもよい。第一パート及び第二パートは、それぞれ、上記ユニバーサルジョイント１６２によって区分けされた、ハーフシャフト１６１の左セグメントと右セグメントとである。

ハーフシャフト１６１の第一パートは、対応するホイール１３０の操舵と共に揺動可能なよう構成されており、ハーフシャフト１６１の第二パートは、回転だけ可能となっていてもよい。具体的なハーフシャフト構造として、従来技術における燃料パワーによる操舵駆動軸のハーフシャフト構造に構成されていてもよい。

以上のように、図１と図４に示す本実施形態では、第一駆動電気モーター１５０の回転シャフト１５１は、後述するようにハーフシャフト１６１と一緒に同軸上に配置されている。このような場合、図示していないが、第一駆動電気モーター１５０の回転シャフト１５１がユニバーサルジョイント１６２に向かってさらに延びていることはあり得る。そして、第一駆動電気モーター１５０の回転シャフト１５１は、ハーフシャフト１６１の第二パートを直接形成していてもよく、あるいは、第二パートとして用いられてもよい。この場合、ハーフシャフト１６１は、ユニバーサルジョイント１６２の左側に位置するパートのみによって形成されていると見なされてもよい。つまり、ハーフシャフト１６１全体が、対応するホイール１３０の操舵と共に揺動可能に構成されていてもよい。

図１乃至図５において、モーター駆動システム１１０は、アクスルビーム１２０に搭載された第二トラスミッション機構１８０をさらに含んでいてもよい。第二トラスミッション機構１８０は、第二駆動電気モーター１７０と対応するホイール１３０との間に配置されており、対応するホイール１３０を駆動して向きを変えるようステアリングナックル１４０を駆動するために、第二駆動電気モーター１７０の出力パワーを、対応するホイール１３０に伝達するよう用いられる。

第二トラスミッション機構１８０は、ステアリングギア１８２とステアリングレバー１８１とを含んでいてもよい。ステアリングギア１８２は、対応するホイール１３０に位置するステアリングナックル１４０のプルロッドアーム１４１を引くため、及び、対応するホイール１３０の回転と操舵を行うために、第二駆動電気モーター１７０の回転シャフト１７１の回転を、ステアリングレバー１８１の直線運動に変換してもよい。

図１乃至図３、及び、図５では、第二駆動電気モーター１７０の回転シャフト１７１は、基本的にアクスルビーム１２０又はステアリングレバー１８１に平行な方向に沿って延びている。図４では、第二駆動電気モーター１７０の回転シャフト１７１は、アクスルビーム１２０又はステアリングレバー１８１に対して垂直方向に延びている。ステアリングギア１８２の特別な構造は、第二駆動電気モーター１７０の配置方向によって、既存技術の適切なステアリングギアの構成を採用してもよい。特に図４の例のように、ステアリングギア１８２は従来技術のラックアンドピニオン式のステアリングギアの構造を採用してもよい。第二駆動電気モーター１７０の出力回転速度を減速させる必要がある場合には、ステアリングギア１８２はさらに、減速ギアセットのような減速機構を追加して設けてもよい。

図２及び図３に示すように、アクスルビーム１２０は、統合操舵駆動軸１００の中にいくつかの構成を配置するために、中空車軸ハウジングとして形成することができる。本実施形態では、図２に示すように、２つのモーター駆動システム１１０の両方が、中空車軸ハウジングで形成されたアクスルビーム１２０内に搭載されている。第一駆動電気モーター１５０と、第一トランスミッション機構１６０と、第二駆動電気モーター１７０と、第二トランスミッション機構１８０とは、アクスルビーム１２０内に搭載される前に組み付けられてもよい。

本実施形態では、図３に示すように、第一駆動電気モーター１５０と第一トランスミッション機構１６０とが、アクスルビームとしての中空車軸ハウジング内に搭載されている。例えば、第二駆動電気モーター１７０、ステアリングギア１８２のようなアクスルビーム１２０内に搭載されていない他の構成要素は、アクスルビーム１２０の外側に固定されたマウントフレーム１７２（図では概略的に点線で示す）に搭載されてもよい。

マウントフレーム１７２は、基本的には囲まれたハウジング形態で形成されている。上述した組み付けによって、操舵駆動軸１００全体は、組み立て済みのモジュール構造で構成することに適している。組み付けの際には、統合操舵駆動軸１００は、まとめて車両に搭載されてもよい。図２及び図３に、中空車軸ハウジングとしてのアクスルビーム１２０のいくつかの形状を示したが、これらは一例にすぎない。実際には、中空車軸ハウジングの具体的な形状は、その中の構成要素の形状と配置によって設計されてもよい。例えば、車軸ハウジングの表面は、小型車軸ハウジングを形成するために全ての構成要素の外形全体に合わせて設計されてもよい。

本実施形態では、図１、図４及び図５に示すように、２つのモーター駆動システム１１０が、中実のアクスルビーム１２０の外側に、固定されて搭載されてもよい。図４及び図５に示すように、構成要素は、アクスルビーム１２０の外側に固定されたマウントフレーム１７２（図では概略的に点線で示す）に搭載され、マウントフレーム１７２によって保持されている。マウントフレーム１７２は、２つのモーター駆動システム１１０を包囲するために、基本的には囲まれたハウジング形状に形成されている。

他の実施形態における本発明は、さらに、少なくとも１つが上述した統合操舵駆動軸１００である複数の車軸を含んだ電気自動車を提供している。さらに、電気自動車の車軸のそれぞれに、総合操舵駆動軸１００が採用されてもよい。本発明における総合操舵駆動軸１００は、例えば、大型の旅客バスやトラックのような大容量車両に使用されることに特に適している。この例では、電気自動車は、例えば、少なくとも３つや４つ以上の車軸というように、いくつかの車軸を有していてよい。そして、各車軸は、本発明における統合操舵駆動軸１００を採用していてもよい。

１つの例では、電気自動車のフロント、ミドル、リヤに３つの軸はそれぞれ、統合操舵駆動軸１００を採用してもよい。また、２つの隣接した統合操舵駆動軸間の軸は、例えば、現存する自動車の他の軸機構を採用してもよい。

本発明における統合操舵駆動軸１００は、燃料エンジンによって駆動される既存の統合操舵駆動軸を変形して構成されてもよい。ホイール回転操舵機構は、既存の自動車における構造を直接採用してもよく、既存の自動車において、トランスミッションシャフトと操舵モーターは、対応する第一駆動電気モーター１５０と第二駆動電気モーター１７０とによって置き換えられてもよい。加えて、対応するホイールが第一駆動電気モーター１５０と第二駆動電気モーター１７０とによって独立に制御された後に、既存の自動車における車軸に用いられるディファレンシャルが取り除かれる。

以上、本発明の複数の実施形態を例示的かつ詳細に説明したが、本発明の原理と一致する他の変形または変更が、本発明の精神および範囲を逸脱することなく、本発明から直接的に決定される、または派生されることは、当業者に認識されるであろう。したがって、本発明の範囲は他のあらゆる変形または変更を含むと理解され、認識される。

Claims (10)

1. 両端にそれぞれ２つのホイールを搭載し、回転し操舵するよう前記ホイールを駆動するために用いられる自動車の統合操舵駆動軸であって、
   自動車の横方向に沿って２つの前記ホイール間に延びて配置されたアクスルビームと、
   前記アクスルビームに搭載された２つのモーター駆動システムと、を備え、
   各前記モーター駆動システムは、
   ２つの前記ホイールのうち対応する１つを回転させ操舵させるよう独立して駆動すると共に、
   対応する前記ホイールから分離されて配置された第一駆動電気モーターと、
   前記第一駆動電気モーターと対応する前記ホイールとの間に配置され、前記第一駆動電気モーターの出力パワーを、対応する前記ホイールを回転させるよう駆動するために伝達する第一トランスミッション機構と、
   対応する前記ホイールを操舵させるために必要な操舵パワーを供給する第二駆動電気モーターと、
   を備えた、
   統合操舵駆動軸。
2. 請求項１に記載の統合操舵駆動軸であって、
   前記第一トランスミッション機構は、前記第一駆動電気モーターの出力パワーを変換して、前記第一駆動電気モーターの回転シャフトの回転速度と比較して回転速度を減速して出力する減速装置を備えた、
   統合操舵駆動軸。
3. 請求項１又は２に記載の統合操舵駆動軸であって、
   前記第一駆動電気モーターは、当該第一駆動電気モーターの回転シャフトの回転軸が自動車の横方向に沿って延びるよう配置されている、
   統合操舵駆動軸。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の統合操舵駆動軸であって、
   前記第一トランスミッション機構は、対応する前記ホイールに前記第一駆動電気モーターの出力パワーを伝達するハーフシャフトを備え、
   前記ホイール又は前記ハーフシャフトの一部は、前記ホイールの操舵と共に揺動可能なよう構成されている、
   統合操舵駆動軸。
5. 請求項４に記載の統合操舵駆動軸であって、
   前記ハーフシャフトは、ユニバーサルジョイントによって伝達接続された第一パートと第二パートとを備え、
   前記第一パートは、前記ホイールの操舵と共に揺動可能なよう構成されており、
   前記第二パートは、前記第一駆動電気モーターの回転シャフトによって形成されている、
   統合操舵駆動軸。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の統合操舵駆動軸であって、
   各前記モーター駆動システムは、さらに、
   前記アクスルビームに搭載された第二トランスミッション機構を備え、
   前記第二トランスミッション機構は、前記第二駆動電気モーターと対応する前記ホイールとの間に配置され、前記第二駆動電気モーターの出力パワーを、対応する前記ホイールを操舵させるよう駆動するために伝達する、
   統合操舵駆動軸。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の統合操舵駆動軸であって、
   前記アクスルビームは、中空車軸ハウジングの形状に形成されており、当該中空車軸ハウジング内に前記第一駆動電気モーターが配置され、
   前記第二駆動電気モーターも前記中空車軸ハウジング内に配置されており、
   さらに、前記第一トランスミッション機構の少なくとも一部も、前記中空車軸ハウジング内に配置されている、
   統合操舵駆動軸。
8. 複数の車軸を備えた電気自動車であって、
   前記複数の車軸の少なくとも１つは、請求項１乃至７のいずれかに記載の前記統合操舵駆動軸である、
   電気自動車。
9. 請求項８に記載の電気自動車であって、
   前記複数の車軸のそれぞれに、前記統合操舵駆動軸が採用されている、
   電気自動車。
10. 請求項８又は９に記載の電気自動車であって、
    前記複数の車軸は、少なくとも３軸で構成されており、特に、前記複数の車軸は、少なくとも４軸で構成されている、
    電気自動車。