JP2020097255A - 操舵機能付ハブユニットおよび操舵システム並びにこれを備えた車両 - Google Patents

Abstract

【課題】通常の操舵に付加して、走行状況に合わせ左右の車輪を適切な転舵角に制御できるようにする。この場合に、コンパクトな構造で、直動機構の出力ロッドの移動量を正確に監視することができて、操舵を精度良く制御できるようにする。【解決手段】この操舵機能付ハブユニット１は、車輪支持用のハブベアリング１５を有するハブユニット本体２と、懸架装置のナックル６に設けられてハブユニット本体２を上下方向の転舵軸心回りに回転自在に支持するユニット支持部材３と、ハブユニット本体２を回転させる操舵用アクチュエータ５とを備える。操舵用アクチュエータ５は、直動機構２５の出力ロッド２５ａが進退することで転舵させる。この直動機構２５の出力ロッド２５ａの中空部内に、出力ロッド２５ａの移動量または進退位置を検出する位置センサ４４が配置される。【選択図】図２

Description

この発明は、ステアリング装置による操舵に付加して補助的な操舵を左右輪独立で行う機能を備えた操舵機能付ハブユニットおよび操舵システム並びにこれを備えた車両に係り、走行状況に合わせ左右の車輪を適切な転舵角に制御することで、燃費の改善および走行性の安定と安全性の向上を図る技術に関する。

一般的な自動車等の車両は、ハンドルとステアリング装置が機械的に接続され、また、ステアリング装置の両端はタイロッドによってそれぞれの左右輪につながっている。そのため、ハンドルの動きによる左右輪の切れ角度は初期の設定によって決まる。
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。

アッカーマンジオメトリは、車両に作用する遠心力を無視できるような低速域での旋回において、車両をスムーズに旋回させるために、各輪が共通の一点を中心として旋回するように左右輪の舵角差を設定している。しかし、遠心力を無視できない高速域の旋回においては、車輪は遠心力とつり合う方向にコーナリングフォースを発生させることが望ましいため、アッカーマンジオメトリよりもパラレルジオメトリとすることが好ましい。

前述したように一般的な車両の操舵装置は機械的に車輪と接続されているため、一般的には固定された単一のステアリングジオメトリしか取ることができず、アッカーマンジオメトリとパラレルジオメトリとの中間的なジオメトリに設定されることが多い。しかし、この場合、低速域では左右輪の舵角差が不足して外輪の舵角が過大となり、高速域では内輪の舵角が過大となる。このように内外輪の車輪横力配分に不要な偏りがあると、走行抵抗の悪化による燃費悪化及びタイヤの早期摩耗の原因となり、また内外輪を効率的に利用できないので、コーナリングのスムーズさが損なわれるといった課題がある。

独国特許出願公開第１０２０１２２０６３３７号明細書 特開２０１４−０６１７４４号公報

特許文献１に記載の技術は、モータを２個使っているため、モータ個数の増大によるコスト増が生じるだけでなく、制御が複雑になる。
特許文献２に記載の技術は、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、過大な走行Ｇの発生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、モータを含めてサイズが大きくなる。サイズが大きくなると車輪の内周部に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。

上記のように従来の補助的な操舵機能を備えた機構は、車両において車輪のトー角度やキャンバー角度を任意に変更することを目的としているため、モータ及び減速機構が複数個必要になり複雑な構成となっている。また、剛性を確保することが困難であり、剛性を確保するためには大型とする必要があり重くなる。
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。

走行中の車両において、車輪のトー角度とキャンバー角度を自由に変更するためには、複雑な構成が必要であり、構成部品が多くなり、巨大化する可能性がある。
操舵機能を備えた機構、例えば操舵機能付ハブユニット機構を車輪内の限られたスペースに収容するためには、小型化が必要であるが、センサ部品などが外径側につくことでサイズが大きくなる。

操舵機能付ハブユニットにおいて、転舵角を細密に制御するためには、台形ねじ等による直動機構の出力ロッドの移動量を適切に監視する必要がある。位置センサを前記直動機構の外部に配置すると操舵機能付ハブユニットが大きくなり、サスペンション等の他部品に干渉する可能性がある。モータに備えられたレゾルバなどの回転センサを用いて直動機構のナット部の回転量を算出し、この値から直動機構の出力ロッドの移動量を算出することも可能であるが、直動機構の遊びにより正確な移動量を求めることは困難である。
インクリメンタル式の回転センサでは、移動量は検出できるが、電源投入時の絶対位置の検出が行えない。アブソリュート式の回転センサによると、絶対位置の検出が可能であるが、回転センサが大型化し、またコスト高となる。

この発明の目的は、通常のステアリング装置による操舵に付加して補助的な操舵を左右輪独立で行う機能を備え、走行状況に合わせ左右の車輪を適切な転舵角に制御することで、燃費の改善および走行性の安定と安全性の向上を図れ、かつタイヤハウス内に収まるコンパクトな構造で、直動機構の出力ロッドの移動量を正確に監視することができて、補助的な操舵を精度良く制御できる操舵機能付ハブユニット、および操舵システム、並びにこれを備えた車両を提供することである。

この発明の操舵機能付ハブユニットは、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操舵用アクチュエータと、を備え、
前記操舵用アクチュエータは、出力ロッドが進退する直動機構とを有し、
前記直動機構の前記出力ロッドの中空部内に、前記出力ロッドの移動量または進退位置を検出する位置センサが配置されている。

この構成を操舵輪である前輪に適用した場合、通常のステアリング装置により運転者のハンドル操作で、車輪はナックルおよびユニット支持部とともに操舵されるが、この操舵に付加する形で、この操舵機能付ハブユニットにおける転舵軸心回りに僅かな角度の補助的な操舵を車輪毎に独立して行える。
また、この構成を非転舵輪である後輪に適用した場合は、操舵機能付ハブユニットの全体は転舵しないが、補助操舵機能により、前輪と同様に僅かな角度の転舵を車輪毎に独立して行える。
前記操舵用アクチュエータにより、ハブベアリングを有するハブユニット本体を転舵軸心回りに一定の範囲で自由に回転させることができ、車両の走行状況に応じて、例えば車輪のトー角を任意に変更することができる。
また、旋回走行時に、走行速度に応じて左右輪の舵角差を変えることができる。例えば高速域の旋回走行においてはパラレルジオメトリとし、低速域の旋回走行においてはアッカーマンジオメトリとする等、走行中にステアリングジオメトリを変化させることができる。このように走行中に車輪角度を自由に変更することができるため、車両の運動性能を向上させ、安定・安全に走行することが可能となる。さらに、左右の車輪の操舵角度を適切に変えることで、旋回走行における車両の旋回半径を小さくし、小回り性能を向上させることもできる。

さらに直線走行時にも、それぞれの場面に合わせてトー角度の量を調整することで、低速時にはタイヤをまっすぐに向け抵抗を小さくし燃費を悪化させることなく、高速時にはタイヤ角度をトーインとし走行安定性を確保するなど調整が可能である。
後輪に適用した場合は、舵角を前輪と同じ位相にすると、転舵時に発生するヨーを抑え、車両の安定性を高めることができる。さらに、直線走行時にも左右独立でトー角度を調整することで、走行安定性を確保することができる。
このように車両の挙動を制御するためには、正確に車輪の舵角を制御する必要があり、この発明では、直動機構の出力ロッドの移動量を監視する位置センサを、直動機構の出力ロッドの中空部内に配置している。この出力ロッドの中空部内に位置センサを配置する構成を採用することで、操舵機能付ハブユニットを小型化することができ、タイヤハウス内に収まるようにできる。また、アッベの原理からの乖離が小さくなるため、位置の測定誤差が小さくなる。
この操舵機能付ハブユニットは、このように通常のステアリング装置による操舵に付加して補助的な操舵を左右輪独立で行う機能を備え、走行状況に合わせ左右の車輪を適切な転舵角に制御することで、燃費の改善および走行性の安定と安全性の向上を図れ、かつタイヤハウス内に収まるコンパクトな構造で、直動機構の出力ロッドの移動量を正確に監視することができて、補助的な操舵を精度良く制御できる。

この発明において、前記位置センサが磁気センサであってもよい。
磁気センサであると、光源が不要で構成が簡素となり、また走行に伴い振動を受ける環境下での耐久性に優れる。

磁気センサとする場合に、前記出力ロッドにセンサターゲットとなる磁石が固定され、前記位置センサは、前記ユニット支持部材に固定されて前記出力ロッドの前記進退運動により前記中空部内で相対的に進退するセンサ支持部材に取付けられた構成としてもよい。 これにより、出力ロッド内に位置センサを設ける構成が簡素に実現できる。

この発明の操舵システムは、この発明の上記いずれかの構成の操舵機能付ハブユニットと、制御装置とを備え、前記制御装置は、上位制御部の指令信号を受け、前記直動機構の駆動源となるモータに対する電流指令信号を出力する操舵制御部、および前記電流指令信号に応じた電流を出力して前記モータに印加し前記操舵用アクチュエータを駆動するアクチュエータ駆動制御部を有する。
この構成の操舵システムによると、この発明の操舵機能付ハブユニットを簡単な構成で制御して、この操舵機能付ハブユニットの上記利点を効果的に得ることができる。

この発明の第１の車両は、この発明の上記いずれかの構成の操舵機能付ハブユニット、またはこの発明の操舵システムを備え、前記操舵機能付ハブユニットを、左右の前輪に装備する。
この構成の車両によると、この発明の操舵機能付ハブユニットを前輪に装備した場合の前記各効果を得ることができる。

この発明の他の車両は、この発明の上記いずれかの構成の操舵機能付ハブユニット、またはこの発明の操舵システムを備え、前記操舵機能付ハブユニットを、左右の後輪に装備する。
この構成の車両によると、この発明の操舵機能付ハブユニットを効率に装備した場合の前記各効果を得ることができる。

この発明の操舵機能付ハブユニットは、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操舵用アクチュエータと、を備え、前記操舵用アクチュエータは、出力ロッドが進退する直動機構とを有し、前記直動機構の前記出力ロッドの中空部内に、前記出力ロッドの移動量または進退位置を検出する位置センサが配置されているため、通常のステアリング装置による操舵に付加して補助的な操舵を左右輪独立で行う機能を備え、走行状況に合わせ左右の車輪を適切な転舵角に制御することで、燃費の改善および走行性の安定と安全性の向上を図れ、かつタイヤハウス内に収まるコンパクトな構造で、直動機構の出力ロッドの移動量を正確に監視することができて、前記補助的な操舵を精度良く制御することができる。

この発明の操舵システムは、この発明の上記いずれかの構成の操舵機能付ハブユニットと、制御装置とを備え、前記制御装置は、上位制御部の指令信号を受け、前記直動機構の駆動源となるモータに対する電流指令信号を出力する操舵制御部、および前記電流指令信号に応じた電流を出力して前記モータに印加し前記操舵用アクチュエータを駆動するアクチュエータ駆動制御部を有するため、この発明の操舵機能付ハブユニットを簡単な構成で制御して、この発明の操舵機能付ハブユニットの上記利点を効果的に得ることができる。

この発明の車両は、この発明の上記いずれかの構成の操舵機能付ハブユニット、またはこの発明の操舵システムを備え、前記操舵機能付ハブユニットを、左右の前輪または後輪に装備するため、この発明の操舵機能付ハブユニットを前輪または後輪に装備した場合の前記各効果を得ることができる。

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およびその周辺の構成を示す縦断面図である。 同操舵機能付ハブユニットおよびその周辺の構成を示す水平断面図である。 同操舵機能付ハブユニットの外観を示す斜視図である。 同操舵機能付ハブユニットの側面図である。 同操舵機能付ハブユニットの平面図である。 図４のVI - VI 線断面図である。 同操舵機能付ハブユニットにおける操舵用アクチュエータの拡大破断側面図である。 同操舵機能付ハブユニットを備えた車両の一例の模式平面図である。 同操舵機能付ハブユニットを備えた車両の他の例の模式平面図である。 同操舵機能付ハブユニットを備えた車両のその他の例の模式平面図である。

［第１の実施形態］
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８と共に説明する。 ＜操舵機能付ハブユニットの概略構造＞
図１に示すように、この操舵機能付ハブユニット１は、ハブベアリング１５を有するハブユニット本体２と、ユニット支持部材３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に一体に前記ユニット支持部材３が設けられている。このユニット支持部材３のインボード側に、操舵用アクチュエータ５のアクチュエータ本体７が設けられ、ユニット支持部材３のアウトボード側に、ハブユニット本体２が設けられる。操舵機能付ハブユニット１を車両に搭載した状態で、車両の車幅方向外側をアウトボード側といい、車両の車幅方向中央側をインボード側という。なお、操舵機能付ハブユニット１を単に、ハブユニット１と言う場合がある。

図２および図３に示すように、ハブユニット本体２とアクチュエータ本体７とはジョイント部８により連結されている。通常、このジョイント部８は、防水、防塵のために図示外のブーツが取り付けられている。

図１に示すように、ハブユニット本体２は、上下方向に延びる転舵軸心Ａ回りに回転自在なように、上下二箇所で回転許容支持部品４，４を介してユニット支持部材３に支持されている。転舵軸心Ａは、車輪９の回転軸心Ｏとは異なる軸心であり、主な操舵を行うキングピン軸とも異なっている。通常の車両は、車両走行の直進安定性の向上を目的としてキングピン角度が１０〜２０度で設定されているが、この実施形態の操舵機能付ハブユニット１は、前記キングピン角度とは別の角度（軸）の転舵軸心を有する。車輪９は、ホイール９ａとタイヤ９ｂとを備える。

＜操舵機能付ハブユニット１の設置箇所＞
この操舵機能付ハブユニット１は、この実施形態では操舵輪、具体的には図８に示すように、車両１０の前輪９Ｆの通常の操舵を行うステアリング装置１１による操舵に付加して左右輪個別に微小な角度（約±５ｄｅｇ）を操舵させる機構として、懸架装置１２のナックル６に一体に設けられる。

図８に示すように、ステアリング装置１１は、車体に取り付けられ、運転者のハンドル１１ａの操作、または図示外の自動運転装置、運転支援装置の指令等によって動作し、その進退するタイロッド１４が、ユニット支持部材３（図２参照）のステアリング結合部６ｄ（後述する）に連結されている。ステアリング装置１１は、ラック・ピニオン式等とされるが、どのタイプのステアリング装置でも構わない。懸架装置１２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。

＜ハブユニット本体２について＞
図１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、このアウターリング１６に設けられた後述の補助操舵用の操舵力受け部であるアーム部１７（図３）とを備える。
図６に示すように、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（図１）とを繋ぐ役目をしている。

このハブベアリング１５は、図示の例では、外輪１９が固定輪、内輪１８が回転輪となり、転動体２０が複列とされたアンギュラ玉軸受とされている。内輪１８は、ハブフランジ１８ａａを有しアウトボード側の軌道面を構成するハブ輪部１８ａと、このハブ輪部１８ａの外周に嵌合して固定されてインボード側の軌道面を構成する内輪部１８ｂとを有する。図１に示すように、ハブフランジ１８ａａに、車輪９のホイール９ａがブレーキロータ２１ａと重なり状態で、ハブボルト４１により固定されている。内輪１８は、回転軸心Ｏ回りに回転する。

図６に示すように、アウターリング１６は、ハブベアリング１５の外輪１９の外周面に嵌合された円環部１６ａと、この円環部１６ａの外周から上下に突出して設けられた転舵中心部であるトラニオン軸状の転舵軸部１６ｂ，１６ｂとを有する。上下の取付軸部である各転舵軸部１６ｂは、転舵軸心Ａに同軸に設けられる。各転舵軸部１６ｂは、基端が外輪１９の外周面に向かうに従って大径となるテーパ状に拡径した拡径部１６ｂｂと、この拡径部１６ｂｂよりも先端側の部分である一定の外径の一定径部１６ｂａとで構成されている。拡径部１６ｂｂの外径側縁部が円環部１６ａに一体に繋がるように形成されている。

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、ハブユニット本体２の前記アウターリング１６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４）に取付けられる。

＜回転許容支持部品４およびユニット支持部材３について＞
図６に示すように、各回転許容支持部品４は転がり軸受から成る。この例では、転がり軸受として、円すいころ軸受が適用されている。転がり軸受は、転舵軸部１６ｂの外周における一定径部１６ｂａに嵌合した内輪４ａと、ユニット支持部材３に嵌合した外輪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。

ユニット支持部材３は、ナックル６と一体のユニット支持部材本体３Ａと、ユニット支持部材結合体３Ｂとを有する。ユニット支持部材本体３Ａのアウトボード側端に、略半割りリング形状のユニット支持部材結合体３Ｂが着脱自在に固定されている。ユニット支持部材結合体３Ｂのインボード側側面のうち上下の部分には、部分的な凹球面状の嵌合孔形成部３Ｂａがそれぞれ形成されている。

図５および図６に示すように、ユニット支持部材本体３Ａのアウトボード側端のうち上下の部分には、部分的な凹球面状の嵌合孔形成部３Ａａがそれぞれ形成されている。ユニット支持部材本体３Ａのアウトボード側端にユニット支持部材結合体３Ｂが固定され、各上下の部分につき、嵌合孔形成部３Ａａ，３Ｂａが互いに組み合わされることにより、全周に連なる嵌合孔が形成される。この嵌合孔に外輪４ｂが嵌合されている。なお図３において、ユニット支持部材３を、一点鎖線のハッチングを付して表す。

図６に示すように、各取付軸部１６ｂは、中空軸とされて内周孔内に雌ねじ部が径方向に延びるように形成され、この雌ねじ部に螺合するボルト２３が設けられている。内輪４ａの端面に円板状の押圧部材２４を介在させ、前記雌ねじ部に螺合するボルト２３により、内輪４ａの端面に押圧力を付与することで、各回転許容支持部品４にそれぞれ予圧を与えている。すなわち、車両の重量などの外力がハブユニットに作用した場合でも予圧が抜けないように初期予圧が設定されている。これにより各回転許容支持部品４の剛性を高め得る。なお、回転許容支持部品４の転がり軸受は、円すいころ軸受に代えてアンギュラ玉軸受または四点接触玉軸受など、他の形式の軸受を用いることも可能であるが、予圧を与えることができる軸受が好ましい。

図１に示すように、上下の転舵軸部１６ｂ，１６ｂは、それぞれ回転許容支持部品４，４を介してユニット支持部材３に支持され、各回転許容支持部品４が車輪９のホイール９ａ内に位置する。この例では、各回転許容支持部品４が、ホイール９ａ内でこのホイール９ａの幅方向中間付近に配置される。

図２に示すように、ハブユニット本体２のアーム部１７は、ハブベアリング１５の外輪１９に補助的な操舵力を与える作用点となる部位であり、アウターリング１６の外周の一部に一体に突出する。アーム部１７は、ジョイント部８を介して、操舵用アクチュエータ５の直動出力部２５ａに回転自在に連結されている。これにより、操舵用アクチュエータ５の直動出力部２５ａが進退することで、ハブユニット本体２が転舵軸心Ａ（図１）回りに回転、つまり補助操舵させられる。

＜操舵用アクチュエータ５＞
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、駆動源であるモータ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である出力ロッド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。

減速機２７は、ベルト伝達機構等の巻き掛け式伝達機構またはギヤ列等を用いることができ、図２の例ではベルト伝達機構が用いられている。減速機２７は、ドライブプーリ２７ａ，ドリブンプーリ２７ｂと、ベルト２７ｃとを有する。モータ２６のモータ軸にドライブプーリ２７ａが結合され、直動機構２５に、後述のようにドリブンプーリ２７ｂが設けられている。このドリブンプーリ２７ｂは、前記モータ軸に平行に配置されている。モータ２６の駆動力は、ドライブプーリ２７ａからベルト２７ｃを介してドリブンプーリ２７ｂに伝達される。前記各ドライブプーリ２７ａ，ドリブンプーリ２７ｂとベルト２７ｃとで、巻き掛け式の減速機２７が構成される。

＜直動機構２５＞
直動機構２５は、滑りねじまたはボールねじ等の送りねじ機構、またはラック・ピニオン機構等を用いることができ、この例では台形ねじの滑りねじを用いた送りねじ機構が用いられている。この直動機構２５は、具体的には、外周部に前記ドリブンプーリ２７ｂが設けられて軸方向両側の軸受４２，４２によりユニット支持部材３に回転自在に設置されたナット部材２５ｂと、このナット部材２５ｂに噛み合う雄ねじ部２５ａａが外周に設けられた直動出力部である出力ロッド２５ａとでなる。出力ロッド２５ａは、ピン状の回り止め部材４０（図７参照）によってユニット支持部材３に対して回り止めされている。
直動機構２５は、前記台形ねじの滑りねじを用いた送りねじ機構を備えるため、タイヤ９ｂからの逆入力の防止効果を高め得る。モータ２６、減速機２７および直動機構２５を備えたアクチュエータ本体７は、準組立品として組み立てられてケース６ｂにボルト等により着脱自在に取り付けられる。なおモータ２６の駆動力を、減速機を介さず直接直動機構２５へ伝達する機構も可能である。

＜位置センサ４４＞
図６に拡大して示すように、出力ロッド２５ａは、断面形状が円形の中空軸であって、その内径孔における後部が、前部よりも大径の中空部２５ａａとされている。前記出力ロッド２５ａの中空部２５ａａ内に、この出力ロッド２５ａの移動量または進退位置を検出する位置センサ４４が配置されている。位置センサ４４は、各種の形式の位置センサを用いることができるが、この例では磁気センサが用いられている。

位置センサ４４は、ユニット支持部材３に取付けられたセンサ取付部材４５の軸状支持部材４５ｂの先端に設置されている。センサ取付部材４５は、出力ロッド２５ａの後退端の後方に位置してユニット支持部材３に取付けられた基板４５ａと、この基板４５ａから垂直に突出するように基端で基板４５ａに取付けられて出力ロッド２５ａの前記中空部２５ａａに進入した前記軸状支持部材４５ａとでなる。
出力ロッド２５ａにはセンサターゲットとなる２個の永久磁石４６，４７が、互いに出力ロッド２５ａの軸方向に離れて固定されている。前記位置センサ４４は、出力ロッド２５ａの進退運動によりその中空部２５ａａ内で相対的に前後に進退することで、前記永久磁石４６，４７の移動による磁場の変化を読み取る。位置センサ４４は、例えばアナログ式の磁気センサであり、出力ロッド２５ａの進退により例えば正弦波状の検出信号を出力する。
なお、前記２個の永久磁石４６，４７は、具体的には、出力ロッド２５ａの中空部２５ａａに嵌合した有底筒状の磁石取り付け部材４７の内周に開口する取付孔に込め込まれ、スリーブ４８によって脱出防止されることにより、出力ロッド２５ａに取付けられている。
位置センサ４４およびセンサ取付部材４５は、センサハウジング４９によって覆われている。

＜その他の機構的構成＞
図２において、前記ケース６ｂは、ユニット支持部材３の一部として、ユニット支持部材本体３Ａに一体に形成されている。ケース６ｂは、有底筒状に形成され、モータ２６を支持するモータ収容部と、直動機構２５を支持する直動機構収容部が設けられている。前記モータ収容部には、モータ２６をケース内所定位置に支持する嵌合孔が形成されている。前記直動機構収容部には、直動機構２５をケース内所定位置に支持する嵌合孔、および、出力ロッド２５ａの進退を許す貫通孔等が形成されている。

図３に示すように、ユニット支持部材本体３Ａは、前記ケース６ｂ、ショックアブソーバの取り付け部となるショックアブソーバ取り付け部６ｃ、およびステアリング装置１１（図２）の結合部となるステアリング装置結合部６ｄを有する。これらショックアブソーバ取り付け部６ｃおよびステアリング装置結合部６ｄも、ユニット支持部材本体３Ａに一体に形成されている。ユニット支持部材本体３Ａの外表面部における上部に、ショックアブソーバ取り付け部６ｃが突出するように形成されている。ユニット支持部材本体３Ａの外表面部における側面部には、ステアリング装置結合部６ｄが突出するように形成されている。

＜操舵システムについて＞
図３に示すように、この操舵システムは、第１の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、操舵制御部３０と、アクチュエータ駆動制御部３１とを有する。

操舵制御部３０は、上位制御部３２から与えられた補助操舵角指令信号（操舵角指令信号）に応じた電流指令信号を出力する。
上位制御部３２は操舵制御部３０の上位の制御手段であり、この上位制御部３２として、例えば、車両全般を制御する電気制御ユニット（Vehicle Control Unit, 略称ＶＣＵ）が適用される。

アクチュエータ駆動制御部３１は、操舵制御部３０から入力された電流指令信号に応じた電流をモータ２６に出力して操舵用アクチュエータ５の出力ロッド２５ａの進退位置を駆動制御し、転舵軸心Ａ（図１参照）回りのハブユニット本体２の転舵角度を制御する。これにより、運転者のハンドル操作による操舵に付加して、車輪を微小に角度変化することができる。直線走行時にも、それぞれの場面に合わせてトー角の量を調整し得る。
アクチュエータ駆動制御部３１は、例えば、図示外のスイッチ素子を用いたハーフブリッジ回路を構成し、前記スイッチ素子のＯＮ−ＯＦＦデューティ比によりモータ印加電圧を決定するＰＷＭ制御を行う。
また、アクチュエータ駆動制御部３１は、前記位置センサ４４（図７参照）により検出される出力ロッド２５ａの進退位置の進退位置を用いてフィードバック制御を行う。

操舵システムは、運転者のハンドル操作に代えて、図示外の自動運転装置、運転支援装置の指令等によって操舵用アクチュエータ５，５を動作させてもよい。

＜非操舵輪への適用について＞
操舵機能付ハブユニット１は、非操舵輪に対して用いてもよい。例えば、図９に示すように、前輪操舵の車両において、後輪９Ｒを支持する懸架装置１２Ｒの車輪用軸受設置部となる足回りフレーム部品６Ｒに設定し、後輪操舵に用いてもよい。
その他図１０に示すように、操舵機能付ハブユニット１を、操舵輪である左右の前輪９Ｆ，９Ｆおよび非操舵輪である左右の後輪９Ｒ，９Ｒにそれぞれ用いてもよい。

＜作用効果＞
上記構成の操舵機能付ハブユニット１によれば、通常の操舵を行うステアリング装置１１（図８参照）のキングピン軸とは異なる転舵軸心Ａを持ち、ハブベアリング１５を有するハブユニット本体２が前記転舵軸心Ａ回りに上下両端部で回転可能に保持されている。また、ハブユニット１内に配置される操舵用アクチュエータ５によって、ハブユニット本体２を転舵軸心Ａを中心として回転作動させることが可能である。これによって、簡単な構造でハブユニット本体２に取り付けられた車輪９のトー角度を走行中に自由に変更することができる。

車両の走行条件に応じ、左右の車輪９，９（９Ｆ，９Ｆ）を独立して角度を任意に変更することができるため、適切にタイヤ角度を補正転舵することで、車両１０の運動性能を向上させ、安定・安全に走行することが可能となる。また、適切な車輪角度を設定することで燃費を改善することも可能となる。
具体例を挙げると、高速域の旋回走行においてはパラレルジオメトリとし、低速域の旋回走行においてはアッカーマンジオメトリとする等、走行中にステアリングジオメトリを変化させることができる。このように走行中に車輪角度を自由に変更することができるため、車両１０の運動性能を向上させ、安定・安全に走行することが可能となる。さらに、左右の操舵輪の転舵角度を適切に変えることで、旋回走行における車両１０の旋回半径を小さくし、小回り性能を向上させることもできる。直線走行時にも、それぞれの場面に合わせてトー角度の量を調整することで、低速時にはタイヤをまっすぐに向け抵抗を小さくし燃費を悪化させることなく、高速時にはタイヤ角度をトーインとし走行安定性を確保するなど調整が可能である。

上記の制御を精度良く行うには、タイヤの角度をより正確に把握することが必要であり、そのためには、できる限りタイヤ側の構成部品の動作量を把握する必要がある。この実施形態では、車輪９の角度を適切に管理するために、または、指令値通りに動作しているかを確認するために、台形ねじの直動機構２５の出力ロッド２５ａの移動量を位置センサ４４によってセンシングするとともに、位置センサ４４を直動機構２５の出力ロッド２５ａの中空部２５ａａに配置している。
このように直線方向の移動量または進退位置を検出する位置センサ４４を用いるため、モータ回転位置を検出する回転センサと異なり、直動機構２５の遊びによる誤差を伴わずに直接に検出できて、精度良く検出することができる。また、アブソリュート式の回転センサに比べ、コンパクトな構成で絶対位置を検出することができる。しかも、位置センサ４４は直動機構２５の出力ロッド２５ａの中空部２５ａａに配置しているため、出力ロッド２５ａの中空部２５ａａを効果的に利用し、別途に設置場所を要することなく位置センサ４４が設置でき、操舵機能付ハブユニット１を小型化することができる。

また、この操舵機能付ハブユニット１を備えた操舵システムによると、運転者はハンドル１１ａによって車輪９の舵角を操作するが、車両１０の上位制御部３２では車両１０の状況に合わせて左右輪の補助転舵角の指令信号を出力し、操舵制御部３０は入力された（舵角指令信号）に応じて電流指令信号を出力する。電流指令信号を受けたアクチュエータ駆動制御部３１は、指令信号に応じてモータ駆動電流を左右の操舵用アクチュエータ５のモータに出力することにより、ユニット支持部材３に対するハブベアリング１５を有するハブユニット本体２の角度を微小に変化させる。これにより、運動性能および燃費向上を図ることができる。

なお、図示はしないが位置センサを図７のように後方から入れるのではなく、出力ロッド２５ａに軸方向に延びるスリットを設けることで、位置センサ４４を横方向から取り付けてもよい。この場合、位置センサ４４を取り付けた基板は片持ちではなく、両持ちで固定できるため、振動など外乱が多き場合でも安定してセンシングすることが可能となる。

以上、実施形態に基づいて本発明を実施するための形態を説明したが、ここで開示した実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

２…ハブユニット本体、３…ユニット支持部材、５…操舵用アクチュエータ、６…ナックル（足回りフレーム部品）、９…車輪、１２，１２Ｒ…懸架装置、１５…ハブベアリング、１６ａ…円環部、１６ｂ…転舵軸部（転舵中心部）、２５…直動機構、２５ａ…出力ロッド、２５ａａ…中空部、４４…位置センサ、４５…センサ取り付け部材

Claims (6)

1. 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操舵用アクチュエータと、を備え、
   前記操舵用アクチュエータは、出力ロッドが進退する直動機構とを有し、
   前記直動機構の前記出力ロッドの中空部内に、前記出力ロッドの移動量または進退位置を検出する位置センサが配置された操舵機能付ハブユニット。
2. 請求項１に記載の操舵機能付ハブユニットにおいて、前記位置センサが磁気センサである操舵機能付ハブユニット。
3. 請求項２に記載の操舵機能付ハブユニットにおいて、前記出力ロッドにセンサターゲットとなる磁石が固定され、前記位置センサは、前記ユニット支持部材に固定されて前記出力ロッドの前記進退運動により前記中空部内で相対的に進退するセンサ支持部材に取付けられた操舵機能付ハブユニット。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の操舵機能付ハブユニットと、制御装置とを備え、前記制御装置は、上位制御部の指令信号を受け、前記直動機構の駆動源となるモータに対する電流指令信号を出力する操舵制御部、および前記電流指令信号に応じた電流を出力して前記モータに印加し前記操舵用アクチュエータを駆動するアクチュエータ駆動制御部を有する操舵システム。
5. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の操舵機能付ハブユニット、または請求項４に記載の操舵システムを備え、前記操舵機能付ハブユニットを、左右の前輪に装備した車両。
6. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の操舵機能付ハブユニット、または請求項４に記載の操舵システムを備え、前記操舵機能付ハブユニットを、左右の後輪に装備した車両。

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