JP2019171912A - 操舵機能付ハブユニット、操舵システム、および操舵機能付ハブユニットを備えた車両 - Google Patents
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Abstract
Description
車両のジオメトリには、(1) 左右輪の切れ角度が同じである「パラレルジオメトリ」、(2) 旋回中心を1か所にするために旋回内輪車輪角度を旋回外輪車輪角度よりも大きく切る「アッカーマンジオメトリ」が知られている。
特許文献1などに代表されるステアバイワイヤシステム(装置)は、ハンドルの舵角を検出するための舵角センサと、ステアリングシャフトに実際にかかる操舵反力を検出するためのトルクセンサとが備えられており、これらのセンサ信号を利用してステアリング装置のアクチュエータを操作し、左右の車輪を1つのステアリング装置で操舵させている。この場合、シャーシのフロント部に配置されるステアリング装置には、大きなモータが組み込まれ、システム全体が大きくなる。シャーシのフロント部はエンジン・トランスミッションなどの他の機構部が多く、スペースには限りがある。
前輪または後輪系統の各輪を独立に操舵可能なステアリングアクチュエータを作動させるステアリングシステムであるが、このステアリングアクチュエータはシャーシに固定されており、特許文献1と同様にスペースの確保が難しい。また、運転条件に合わせて、左右を独立して別々に車輪角度を自由に制御できるが、ステアリングアクチュエータがシャーシに固定されているうえに、ステアリングアクチュエータと車輪を連結しているタイロッドの長さが一定であるため、コーナリング時など車両がタイヤに対して沈み込むような状況、もしくは浮き上がるような状況では、車輪角度が大きく変化し、所定の角度に調整することは難しい。
転舵軸に対しハブベアリングを片持ち支持しているため、剛性が低下し、走行Gによってステアリングジオメトリが変化してしまう可能性がある。
また、転舵軸上に減速機を設けた場合、モータを含めて機構全体のサイズが大きくなる。機構全体のサイズが大きくなると車輪の内周部に機構全体を配置することが困難となる。また、減速比の大きい減速機を設けた場合、応答性が悪化する。
また、キングピン軸と転舵軸が一致する場合は、構成要素部品がハブユニットの後方(車体側)に配置されるために全体のサイズが大きくなり重くなる。
これらのアクチュエータは走行中には車輪から常に荷重を受ける必要があり、ウォームなど歯車を使った構造の場合、車輪側から逆入力される荷重はこの歯車部で受けることとなる。路面状況が悪い場合には急激な衝撃荷重を車輪が受けることがあり、これらの荷重を受けている歯車に異常が生じる恐れがある。
また、ハンドルからステアリング装置および車輪が機械的に連結されていると、砂利道または石畳など、悪路を走行した場合にタイヤが受けた振動が運転者にとって不快な振動として伝達される。
前記車輪を支持するハブベアリングを有するハブユニット本体と、
懸架装置の足回りフレーム部品に設けられ、前記ハブユニット本体を上下方向に延びる転舵軸心回りに回転自在に支持するユニット支持部材と、
前記ハブユニット本体を前記転舵軸心回りに回転駆動させる前記操舵用アクチュエータと、を備え、
前記ハブユニット本体は、予圧を与えられた転がり軸受を介して前記ユニット支持部材に支持された。
前記予圧は、例えば、車両の重量がハブユニットに作用した場合でも初期予圧が抜けないように設定されている。
ハブユニット本体が、予圧を与えられた転がり軸受を介してユニット支持部材に支持されたため、この操舵機能付きハブユニットはステアリング装置としての剛性を確保することができる。
前輪操舵付きの車両において、この構成を後輪に適用することができ、その場合、この後輪の操舵機能により、車両の回転半径を小さくし小回り性能を向上することが可能となる。後輪の操舵角を大きく確保する必要はないため、操舵用アクチュエータを小型化することができる。
どちらの場合においても、前記操舵用アクチュエータにより、ハブユニット本体を転舵軸心回りに自由に回転させることができるため、車両の走行状況に応じて、例えば車輪のトー角を自由に左右独立して変更することができる。操舵機構をハブユニットに備えるため、シャーシフロント部の空間に余裕ができる。
また、ハンドルなどの操舵入力部と車輪とが機械的に連結されていないため、砂利道または石畳などを走行する場合など、運転者にとって不快な振動を遮断することができる。運転者にとって必要な情報のみを操舵入力部の例えば反力アクチュエータなどから運転者に伝達することも可能である。
この発明における第2の発明の車両は、この発明の前記構成の操舵機能付ハブユニットを左右の後輪に装備したものである。
この発明における第3の発明の車両は、この発明の前記構成の操舵機能付ハブユニットを左右の前輪および左右の後輪に装備したものである。
そのため、この発明の操舵機能付ハブユニットにつき前述した各効果が得られる。前輪は一般的に操舵輪とされるが、操舵輪にこの発明の操舵機能付ハブユニットを適用した場合は、走行中におけるトー角調整に効果的である。また、後輪は一般的に非操舵輪とされるが、非操舵輪に適用した場合は、非操舵輪の若干の操舵によって低速走行時における最小回転半径の低減を図ることができる。この操舵機能付ハブユニットを前後輪に適用した場合は、走行中におけるトー角調整に効果的であり、また低速走行時における最小回転半径の低減を図ることができる。
この発明の第1の実施形態に係る操舵機能付ハブユニットを図1ないし図10と共に説明する。この操舵機能付ハブユニットは、ハンドルである操舵入力部と車輪とが機械的に分離され、且つ前記車輪を操舵させるステアバイワイヤシステムに適用する。
図1に示すように、この操舵機能付ハブユニット1は、ハブユニット本体2と、ユニット支持部材3と、回転許容支持部品である転がり軸受4と、操舵用アクチュエータ5とを備える。足回りフレーム部品であるナックル6に一体にユニット支持部材3が設けられている。この例のナックル6は、操舵方向には回転しないよう固定されており、通常の懸架装置12に取り付けられている。したがって、この操舵機能付ハブユニット1を装備した車両の車輪9の操舵は、操舵用アクチュエータ5の動作のみで決定される。この操舵機能付ハブユニット1は、ハンドル操作により車輪9の操舵に加えて、左右の車輪9の角度を、独立して変化させるのに使用される。
図3および図10に示すように、操舵機能付ハブユニット1は、懸架装置12(図1)のナックル6に一体に設けられ、且つ、車両10における操舵輪である左右の前輪9F,9Fにそれぞれ装備されている。懸架装置12(図1)は、例えば、ショックアブソーバーをナックル6に直接固定するストラット式サスペンション機構を適用しているが、マルチリンク式サスペンション機構、その他のサスペンション機構を適用してもよい。
図1および図7に示すように、ハブユニット本体2は、車輪9の支持用のハブベアリング15と、アウターリング16と、後述の操舵力受け部であるアーム部17(図3)とを備える。ハブベアリング15は、内輪18と、外輪19と、これら内外輪18,19間に介在したボール等の転動体20とを有し、車体側の部材と車輪9とを繋ぐ役目をしている。
図2に示すように、ブレーキ21は、ブレーキロータ21aと、ブレーキキャリパ21bとを有する。ブレーキキャリパ21bは、外輪19に一体にアーム状に突出して形成された上下二箇所のブレーキキャリパ取付部22(図5)に取付けられる。
図7に示すように、各回転許容支持部品である転がり軸受4として、テーパころ軸受が適用されている。この例では、転がり軸受4としてテーパころ軸受が適用されている。転がり軸受4は、取付軸部16bの外周に嵌合された内輪4aと、ユニット支持部材3に嵌合された外輪4bと、内外輪4a,4b間に介在する複数の転動体4cとを有する。
図8、図9に、それぞれ左旋回時、右旋回時の右車輪9の様子を示す。後述する操舵用アクチュエータ5の直動機構25をモータ26によって前後することで車輪9の操舵角を変更している。
図3に示すように、操舵用アクチュエータ5は、ハブユニット本体2を転舵軸心A(図1)回りに回転駆動させるアクチュエータ本体7を有する。
図2に示すように、アクチュエータ本体7は、モータ26と、モータ26の回転を減速する減速機27と、この減速機27の正逆の回転出力を直動出力部25aの往復直線動作に変換する直動機構25とを備える。モータ26は、例えば永久磁石型同期モータとされるが、直流モータであっても、誘導モータであってもよい。
以上説明した操舵機能付ハブユニット1によれば、車輪9を支持するハブベアリング15を含むハブユニット本体2を、操舵用アクチュエータ5の駆動により、前記転舵軸心A回りに自由に回転させることができる。このため、車輪毎に独立して操舵が行え、また車両10の走行状況に応じて、車輪9のトー角を任意に変更することができる。
ハブユニット本体2が、予圧を与えられた転がり軸受4,4を介してユニット支持部材3に支持されたため、この操舵機能付きハブユニット1はステアリング装置としての剛性を確保することができる。
前輪操舵付きの車両において、この構成を後輪9R(図11)に適用することができ、その場合、この後輪9R(図11)の操舵機能により、車両の回転半径を小さくし小回り性能を向上することが可能となる。後輪9R(図11)の操舵角を大きく確保する必要はないため、操舵用アクチュエータを小型化することができる。
また、ハンドルなどの操舵入力部11aと車輪9とが機械的に連結されていないため、砂利道または石畳などを走行する場合など、運転者にとって不快な振動を遮断することができる。運転者にとって必要な情報のみを操舵入力部11aの例えば反力アクチュエータHaなどから運転者に伝達することも可能である。
図3に示すように、この操舵システムは、いずれか実施形態に係る操舵機能付ハブユニット1と、この操舵機能付ハブユニット1の操舵用アクチュエータ5を制御する制御装置29とを備える。制御装置29は、制御部30と、アクチュエータ駆動制御部31とを有する。運転者はハンドルによって車輪の舵角を操作するが、上位制御部32ではハンドルの操作角に応じ、さらに車両の状況などを加味して算出した左右輪の操舵角指令信号を出力する。制御部30は、上位制御部32から与えられた操舵角指令信号に応じた電流指令信号を出力する。
Claims (5)
- 操舵入力部と車輪とが機械的に分離され且つ前記車輪を操舵させるステアバイワイヤシステムに用いる操舵機能付きハブユニットにおいて、
前記車輪を支持するハブベアリングを有するハブユニット本体と、
懸架装置の足回りフレーム部品に設けられ、前記ハブユニット本体を上下方向に延びる転舵軸心回りに回転自在に支持するユニット支持部材と、
前記ハブユニット本体を前記転舵軸心回りに回転駆動させる前記操舵用アクチュエータと、を備え、
前記ハブユニット本体は、予圧を与えられた転がり軸受を介して前記ユニット支持部材に支持された操舵機能付きハブユニット。 - 請求項1に記載の操舵機能付きハブユニットと、この操舵機能付ハブユニットの転動用アクチュエータを制御する制御装置とを備えた操舵システムであって、前記制御装置は、与えられた操舵角指令信号に応じた電流指令信号を出力する制御部と、この制御部から入力された電流指令信号に応じた電流を出力して前記転動用アクチュエータを駆動制御するアクチュエータ駆動制御部とを有する操舵システム。
- 請求項1に記載の操舵機能付ハブユニットを左右の前輪に装備した車両。
- 請求項1に記載の操舵機能付ハブユニットを左右の後輪に装備した車両。
- 請求項1に記載の操舵機能付ハブユニットを左右の前輪および左右の後輪に装備した車両。
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