JP2020131746A - 操舵機能付ハブユニットおよびこれを備えた車両 - Google Patents

Abstract

【課題】ハブユニット全体の剛性を高めると共に工数低減、コスト低減を図ることができる操舵機能付ハブユニットおよびこれを備えた車両を提供する。【解決手段】この操舵機能付ハブユニットは、ハブベアリング１５を有するハブユニット本体と、足回りフレーム部品に設けられ、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３と、ハブユニット本体を転舵軸心回りに回転駆動させる操舵用アクチュエータ５とを備える。ハブベアリング１５の外輪１９の外周面に、上下方向にそれぞれ突出して軸心が前記転舵軸心となる転舵軸部１６ｂ，１６ｂが一体に設けられ、前記ハブユニット本体は転舵軸部１６ｂ，１６ｂを介してユニット支持部材３に回転自在に支持される。【選択図】図６

Description

この発明は、操舵機能付ハブユニットおよびこれを備えた車両に関し、走行状況に合わせ左右の車輪を適切な操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。

また、従来の補助転舵機能付ハブユニットとして、凹球面座を有する回転側部品が、外輪の外周面に設けられ、前記凹球面座に任意方向に回転自在に嵌合する球面部を有する転舵軸部を備えた補助転舵機能付ハブユニット（特許文献４）が公開されている。

特開２００９−２２６９７２号公報 独国特許出願公開第１０２０１２２０６３３７号明細書 特開２０１４−０６１７４４号公報 特開２０１９−００６２２５号公報

特許文献１，２の提案によると、ステアリングジオメトリを変更させることができるが、次の課題がある。
特許文献１では、ナックルアームとジョイントとの位置を相対的に変化させてステアリングジオメトリを変化させているが、このような部分で車両のジオメトリを変化させるほどの大きな力を得るモータアクチュエータを備えることは、空間の制約上、非常に困難である。また、このナックルアームとジョイントとの位置での変化による車輪角の変化が小さく、大きな効果を得るためには、ナックルアームとジョイントとの位置を大きく変化させる、つまり大きく動かす必要がある。

特許文献２では、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３は、４輪独立転舵の車両にしか適用できず、また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、大きな動力が必要となる。このため、モータを大きくするが、モータを大きくす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またはキャンバー角を任意に変更することを目的としているため、モータおよび減速機構が複数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となり、剛性を確保するためには大型化する必要があり重くなる。
また、キングピン軸と補助的な操舵機能を備えた機構の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。

従来の補助転舵機能付ハブユニット（特許文献４）は、凹球面座を有する回転側部品が、外輪の外周面に設けられ、前記凹球面座に任意方向に回転自在に嵌合する球面部を有する転舵軸部を備えている。このような凹球面座および球面部を備えた球面滑り軸受では、製造が難しく製造コストが嵩むおそれがある。

ここで本件出願人は、図１２に示すように、ハブユニット本体２が、上下二箇所の転がり軸受４Ａ，４Ａを介してユニット支持部材３に支持される操舵機能付ハブユニットを提案している。
図１２および図１３に示すように、前記操舵機能付ハブユニットの補助操舵を成すハブベアリング１５Ａにおいては、製造の容易さの観点からは、転舵軸部１６ｂを有するアウターリング１６ａと、ハブベアリング１５Ａの軌道面を有する外輪１９は、それぞれ個別に製造し、アウターリング１６ａの内周面に外輪１９の外周面を圧入等にて嵌め合わせて固定することで組み立てることが好ましい。一方で、アウターリング１６ａおよび外輪１９をそれぞれ個別に製造し、組み立てることには以下の課題がある。

アウターリング１６ａの内周面に外輪１９の外周面を圧入等にて嵌め合わせて固定する場合、アウターリング１６ａと外輪１９の圧入の締め代を厳密に管理する必要がある。
圧入の締め代が過小であると、操舵機能付ハブユニットに路面から外力が作用した場合、アウターリング１６ａと外輪１９の嵌め合い面で変形が生じ、車輪の取付剛性が低下する可能性が考えられる。
一方、圧入の締め代が過大であると、外輪軌道溝（軌道面）の変形が大きくなり、ハブベアリング１５Ａの予圧調整においてバラツキを増大させ、調整を難しくする。ハブベアリング１５Ａの予圧量が過小となると、車輪の取付剛性が低下し、逆に予圧量が過大となると、短寿命の原因になる。

以上のように、アウターリングと外輪の分割構造では剛性を適正に保つには、圧入締め代の管理、およびハブベアリングの予圧管理などに多大な工数およびコストをかける必要があった。

この発明の目的は、ハブユニット全体の剛性を高めると共に工数低減、コスト低減を図ることができる操舵機能付ハブユニットおよび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、
前記ハブベアリングの外輪の外周面に、上下方向にそれぞれ突出して軸心が前記転舵軸心となる転舵軸部が一体に設けられ、前記ハブユニット本体は前記転舵軸部を介して前記ユニット支持部材に回転自在に支持される。
前記「一体に設けられ」とは、前記外輪と前記転舵軸部とが、複数の要素を結合したものではなく単一の材料から例えば鍛造、機械加工等により単独の物の一部として成形されたことを意味する。

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るが、車輪のアライメントを適正に保ち、操縦安定性および安全性、操舵フィーリングを向上させるには、車輪の取付剛性が重要である。
参考提案例の操舵機能付ハブユニットでは、補助操舵を成すハブベアリングにおいては、製造し易さを優先すると、転舵軸部を有するアウターリングと、ハブベアリングの軌道面を有する外輪をそれぞれ個別に製造し、それぞれ圧入で組み立てることが好ましかった。
ただし、アウターリングと外輪の分割構造では、車輪の取付剛性を高いレベルに保つには、圧入の締め代を厳格に管理する必要があり、多大な工数およびコストをかける必要があった。

この構成によると、ハブベアリングの外輪の外周面に、上下方向にそれぞれ突出して軸心が前記転舵軸心となる転舵軸部が一体に設けられている。換言すれば、ハブベアリングにおいて、転舵軸部を有するアウターリングと、ハブベアリングの軌道面を有する外輪を一体化し、アウターリングの内周面に直接ハブベアリングの軌道面を設けた。この構成により、アウターリングと外輪の圧入締め代による剛性のバラツキ要因を排除し、多大な工数をかけることなく高い剛性を維持し、正確なアライメントを制御可能としている。また、外輪の軌道面を直接加工することで、軌道径の精度管理を容易にし、予圧調整も容易になることから、結果として製造性も向上させることができる。また外輪の外周面に転舵軸部が一体に設けられているため、転舵軸部に球面滑り軸受を適用した従来技術よりも、製造を簡単化し製造コストの低減を図れる。このようにハブユニット全体の剛性を高めると共に工数低減、コスト低減を図ることができる。

前記外輪に前記操舵用アクチュエータの駆動力を伝えるアーム部が設けられ、このアーム部は、前記外輪の外周面に水平方向に突出するように前記外輪と一体に設けられてもよい。この場合、外輪とアーム部とを別部品とした構造よりも、部品点数の低減を図れ、ハブユニットの組立を簡単化することができ、またハブユニットの剛性をさらに高めることができる。

前記ハブベアリングに予圧を与える予圧付与手段を備え、この予圧付与手段は、前記ハブベアリングのアウトボード側のハブ輪部に対して、前記ハブベアリングの内輪部のインボード側端をナットによる締結で固定してもよい。この場合、内輪部のインボード側端をナットで締結することで、ハブベアリングに容易に予圧を与えることができる。これによりハブベアリングの剛性を高めることができる。

前記ハブベアリングに予圧を与える予圧付与手段を備え、この予圧付与手段は、前記ハブベアリングのアウトボード側のハブ輪部に対して、前記ハブベアリングの内輪部のインボード側端を揺動加締めにより固定してもよい。この場合、内輪部のインボード側端をナットで締結する構造よりも部品点数の低減を図れ、構造を簡単化することができる。

前記外輪は高炭素鋼から成り、この外輪の軌道面に、高周波焼入れによる表面硬化処理層が設けられていてもよい。この場合、外輪の軌道面が表面硬化処理層になっていることで耐摩耗性の向上を図り、外輪の内部の層は硬化しないことからじん性を維持し得る。表面硬化処理層には高い圧縮残留応力が存在するため、同時に疲労強度の向上も図れる。また前記高周波焼入れにより、外輪の軌道面その他必要な箇所のみに表面硬化処理層を容易に設けることができる。

前記外輪は肌焼鋼から成り、この外輪の全面に、浸炭焼入れによる表面硬化処理層が設けられていてもよい。この場合、外輪の一部のみに表面硬化処理層を設けるよりも製造を容易化しコスト低減を図れる。

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、この操舵機能付ハブユニットの操舵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操舵制御部と、この操舵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操舵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。

この構成によると、操舵制御部は、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。アクチュエータ駆動制御部は、操舵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操舵用アクチュエータを駆動制御する。したがって、運転者のハンドル操作による操舵に付加して車輪角度を任意に変更することができる。

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を用いて前輪および後輪のいずれか一方または両方が支持される。
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、前記ハブベアリングの外輪の外周面に、上下方向にそれぞれ突出して軸心が前記転舵軸心となる転舵軸部が一体に設けられ、前記ハブユニット本体は前記転舵軸部を介して前記ユニット支持部材に回転自在に支持される。このため、ハブユニット全体の剛性を高めると共に工数低減、コスト低減を図ることができる。

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、この操舵機能付ハブユニットの操舵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操舵制御部と、この操舵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操舵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。このため、ハブユニット全体の剛性を高めると共に工数低減、コスト低減を図ることができる。

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を用いて前輪および後輪のいずれか一方または両方が支持されるため、ハブユニット全体の剛性を高めると共に工数低減、コスト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。 同ハブユニットにおけるハブベアリングの外輪等の拡大断面図である。 同ハブベアリングの部品構成を表す分解斜視図である。 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。 いずれかの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。 いずれかの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。 参考提案例の操舵機能付ハブユニットの縦断面図である。 参考提案例のハブベアリングの部品構成を表す分解斜視図である。

［第１の実施形態］
この発明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９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９に示すように、車両１０の前輪９Ｆのステアリング装置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２および図９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。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、後述する外輪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４）に取付けられる。

＜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、このハブベアリング１５に予圧を与える予圧付与手段Ｙｍと、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、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と重なり状態でボルト固定されている。内輪１８は、回転軸心Ｏ回りに回転する。

図６および図８に示すように、外輪１９の外周面に、上下方向にそれぞれ突出して軸心が前記転舵軸心Ａとなる転舵軸部１６ｂ，１６ｂが設けられている。上下の取付軸部である転舵軸部１６ｂ，１６ｂは、外輪１９の外周面にトラニオン軸状に且つ前記外輪１９に一体に設けられている。上下の転舵軸部１６ｂ，１６ｂは、それぞれ後述する回転許容支持部品４，４を介して、ユニット支持部材３に支持されている。前記「一体に設けられ」とは、外輪１９と各転舵軸部１６ｂとが、複数の要素を結合したものではなく単一の材料から例えば鍛造、機械加工等により単独の物の一部として成形されたことを意味する。

図１２，図１３に示す参考提案例では、アウターリング１６ａおよびハブベアリング１５Ａの外輪１９の製造性を優先し、それぞれを別々に製造して圧入で組み合わせる構造を採用していたが、ハブベアリングの剛性を高いレベルで保つには、厳密な圧入締め代の管理が必要であり、多大な工数およびコストがかかっていた。

一方、本実施形態の図６および図８では、外輪１９の外周面に、直接、上下の転舵軸部１６ｂ，１６ｂが設けられている。換言すれば、ハブベアリング１５において、転舵軸部１６ｂ，１６ｂを有するアウターリングと、軌道面１９ａを有する外輪１９を一体化することで、圧入締め代に起因する車輪取付剛性のバラツキ要因を排除し、圧入締め代の管理工数を掛けることなく、車輪取付剛性を高いレベルに安定して維持できる。前記バラツキ要因は、圧入嵌め合い面での変形、および外輪変形によるハブベアリング１５の予圧調整のバラツキである。

図６および図７に示すように、上下の転舵軸部１６ｂ，１６ｂを備えた外輪１９は、例えば、Ｓ４５ＣまたはＳ５３Ｃなどの高炭素鋼で熱間鍛造により成形され、この外輪１９の軌道面１９ａ，１９ａおよび各転舵軸部１６ｂに、高周波焼入れによる表面硬化処理層Ｓｆが設けられている。表面硬化処理層Ｓｆの硬化層深さは、外輪１９および各転舵軸部１６ｂに加わる衝撃力および繰返し荷重の大きさに応じて、必要とされる耐衝撃性および疲労強度に鑑み、適宜設定されることが望ましい。また、別の手法としては、上下の転舵軸部１６ｂ，１６ｂを備えた外輪１９を、例えばＳＣＭ４１５またはＳＣｒ４２０などの肌焼鋼で冷間鍛造により成形し、外輪１９の全面に浸炭焼入れによる表面硬化処理層Ｓｆが設けられるものであってもよい。

図２および図８に示すように、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、外輪１９の外周面に水平方向に突出するように外輪１９と一体に設けられている。前記「一体に設けられ」とは、外輪１９とアーム部１７とが、複数の要素を結合したものではなく単一の材料から例えば鍛造、機械加工等により単独の物の一部として成形されたことを意味する。このアーム部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。

＜予圧付与手段Ｙｍについて＞
図６および図８に示すように、予圧付与手段Ｙｍは、ハブベアリング１５のアウトボード側のハブ輪部１８ａに対して、内輪部１８ｂのインボード側端をナットＮｔによる締結で固定する。具体的には、内輪部１８ｂのインボード側端に、有底略円筒状の押圧部材２８の底部を介在させ、ハブ輪部１８ａのインボード側の雄ねじ部１８ａｂに螺合するナットＮｔにより、内輪部１８ｂのインボード側端面に押圧力を付与することで、ハブベアリング１５に所望の予圧を与えている。これによりハブベアリング１５の剛性を高め得る。
なお予圧付与手段Ｙｍは、ハブ輪部１８ａに対して、内輪部１８ｂのインボード側端を揺動加締めによる塑性変形にて固定してもよい。この場合、加締め部Ｋｍ（図７）によりハブベアリング１５に所望の予圧を与えることができる。

＜回転許容支持部品およびユニット支持部材について＞
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、テーパ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。

ユニット支持部材３は、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を一点鎖線で表す。

図６に示すように、各転舵軸部１６ｂには、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。これにより各回転許容支持部品４の剛性を高め得る。

図１に示すように、各回転許容支持部品４は車輪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。なお、回転許容支持部品４の転がり軸受は、テーパ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を用いてもよい。その場合も、上記と同様に予圧を与えることができる。

＜ハブユニット１に作用する力について＞
車両走行時において、旋回力Ｆ２または路面からの反力Ｆ３がハブユニット１に様々な方向から常用的に繰り返し入力される。特に、縁石への乗り上げ等のようにタイヤ９ｂまたはホイール９ａが路面上の障害物へ衝突した際、または過度な急旋回を行った際には、タイヤ９ｂの接地面に車両進行方向に対して横方向に大きな力が作用し、ハブユニット１に大きなモーメント力Ｆ１として伝達される。
ハブユニット１に力が作用した場合においても、タイヤ９ｂのアライメントを正常に保持し、操縦性および安定性を保つためには、タイヤ９ｂを支持するハブユニット１の剛性が重要であり、より高剛性な特性が求められる。

＜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、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。

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。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。

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、直動出力部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。

＜作用効果＞
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、アクチュエータ本体７の駆動により、転舵軸心Ａ回りに自由に回転させることができる。つまり、ハブユニット本体２は、操舵用アクチュエータ５の直動出力部２５ａをモータ２６の駆動により進退させることで、直動出力部２５ａに連結されたアーム部１７を介して回転させられる。

この回転は、運転者のハンドル操作による操舵に付加して、すなわちステアリング装置１１によるキングピン軸回りのナックル６の回転に付加して、補助的な操舵として行われ、また１輪の独立操舵が行える。左右の車輪９，９の補助操舵の角度を異ならせることで、左右の車輪９，９間のトー角を任意に変更することができる。

そのため、操舵機能付ハブユニット１を前輪等の操舵輪および後輪等の非操舵輪のいずれに用いてもよい。操舵輪に用いる場合は、ステアリング装置１１により方向が変化させられる部材に設置されることにより、運転者のハンドル操作による操舵に付加して、左右の車輪個別の、または左右輪に連動した車輪９の微小な角度変化を行わせる機構となる。補助操舵の角度については、車両の運動性能の向上、走行の安定・安全性向上を図るにつき、僅かな角度で足り、補助操舵可能角度が±５度以下であっても十分に足りる。補助操舵の角度は操舵用アクチュエータ５の制御により行う。

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など、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任意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。旋回走行時における左右の操舵輪の操舵角度を適切に変えることで、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、走行抵抗を下げ燃費を悪化させることなく、走行安定性を確保するなど調整が可能である。

このように車両の挙動を制御するためには、正確に車輪９の舵角を制御する必要があるが、車輪９のアライメントを適正に保ち、操縦安定性および安全性、操舵フィーリングを向上させるには、車輪９の取付剛性が重要である。
参考提案例の操舵機能付ハブユニットでは、補助操舵を成すハブベアリングにおいては、製造し易さを優先すると、転舵軸部を有するアウターリングと、ハブベアリングの軌道面を有する外輪をそれぞれ個別に製造し、それぞれ圧入で組み立てることが好ましかった。
ただし、アウターリングと外輪の分割構造では、車輪の取付剛性を高いレベルに保つには、圧入の締め代を厳格に管理する必要があり、多大な工数およびコストをかける必要があった。

そこで、本実施形態では、ハブベアリング１５の外輪１９の外周面に、上下の転舵軸部１６ｂ，１６ｂを一体に設けた。換言すれば、ハブベアリング１５において、転舵軸部１６ｂを有するアウターリングと、ハブベアリング１５の軌道面１９ａを有する外輪１９を一体化し、アウターリングの内周面に直接ハブベアリング１５の軌道面を設けた。この構成により、アウターリングと外輪の圧入締め代に影響を受ける両者の境界面における変形を排除し、圧入締め代の管理工数を削減しつつ、車輪の取付剛性を高いレベルに保つことが可能となる。

また、前記構成により、アウターリングと外輪の圧入締め代に影響を受ける外輪軌道面の変形を排除し、圧入締め代の管理工数を削減しつつ、ハブベアリング１５の予圧調整を容易にし、車輪の取付剛性を高いレベルに保つことが可能となる。
また、アウターリングと外輪１９を一体化し、アウターリングの内周面に直接ハブベアリング１５の軌道面を設ければ、軌道面の寸法精度が圧入による影響を受けることもなく、接触角および真円度などの精度を向上させることができる。また外輪１９の外周面に、上下の転舵軸部１６ｂ，１６ｂを一体に設けたため、転舵軸部に球面滑り軸受を適用した従来技術よりも、製造を簡単化し製造コストの低減を図れる。
このようにハブユニット全体の剛性を高めると共に工数低減、コスト低減を図ることができる。

アーム部１７が外輪１９と一体に設けられているため、外輪とアーム部とを別部品とした構造よりも、部品点数の低減を図れ、ハブユニット１の組立を簡単化することができ、またハブユニット１の剛性をさらに高めることができる。

予圧付与手段Ｙｍとして、ハブベアリング１５の内輪部１８ｂのインボード側端をナットＮｔによる締結で固定する構成を採用する場合、ハブベアリング１５に容易に予圧を与えることができる。これによりハブベアリング１５の剛性を高めることができる。ハブ輪部１８ａに対して、内輪部１８ｂのインボード側端を揺動加締めにより固定する予圧付与手段Ｙｍを採用する場合、予圧によりハブベアリング１５の剛性を高めることができるうえ、内輪部１８ｂのインボード側端をナットＮｔで締結する構造よりも部品点数の低減を図れ、構造を簡単化することができる。

外輪１９が高炭素鋼から成り、少なくとも外輪１９の軌道面１９ａに高周波焼入れが施されている場合、外輪１９の軌道面１９ａが表面硬化処理層Ｓｆになっていることで耐摩耗性の向上を図り、外輪１９の内部の層は硬化しないことからじん性を維持し得る。表面硬化処理層Ｓｆには高い圧縮残留応力が存在するため、同時に疲労強度の向上も図れる。
外輪１９が肌焼鋼から成り、この外輪１９の全面に、浸炭焼入れによる表面硬化処理層Ｓｆが設けられている場合、外輪１９の一部のみに表面硬化処理層を設けるよりも製造を容易化しコスト低減を図れる。

＜他の実施形態について＞
以下の説明においては、各実施の形態で先行して説明している事項に対応している部分には同一の参照符号を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、特に記載のない限り先行して説明している形態と同様とする。同一の構成から同一の作用効果を奏する。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。

各転舵軸部１６ｂに加わる衝撃力および繰返し荷重の大きさによっては、各転舵軸部１６ｂへの表面硬化処理を省略することも可能である。
ユニット支持部材３を、足回りフレーム部品に別体に構成し、この足回りフレーム部品にユニット支持部材３を着脱自在に設けてもよい。

＜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１０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１１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。

＜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、いずれか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出力して操舵用アクチュエータ５を駆動制御する。アクチュエータ駆動制御部３１は、モータ２６のコイルに供給する電力を制御する。この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。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。

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。
以上、実施形態に基づいてこの発明を実施するための形態を説明したが、今回開示され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。この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。

１…操舵機能付ハブユニット、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、９Ｆ…前輪、９Ｒ…後輪、１２，１２Ｒ…懸架装置、１５…ハブベアリング、１６ｂ…転舵軸部、１７…アーム部、１８ａ…ハブ輪部、１８ｂ…内輪部、１９…外輪、２９…制御装置、３０…操舵制御部、３１…アクチュエータ駆動制御部、Ｓｆ…表面硬化処理層、Ｙｍ…予圧付与手段

Claims (8)

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、
   前記ハブベアリングの外輪の外周面に、上下方向にそれぞれ突出して軸心が前記転舵軸心となる転舵軸部が一体に設けられ、前記ハブユニット本体は前記転舵軸部を介して前記ユニット支持部材に回転自在に支持される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、前記外輪に前記操舵用アクチュエータの駆動力を伝えるアーム部が設けられ、このアーム部は、前記外輪の外周面に水平方向に突出するように前記外輪と一体に設けられている操舵機能付ハブユニット。
3. 請求項１または請求項２に記載の操舵機能付ハブユニットにおいて、前記ハブベアリングに予圧を与える予圧付与手段を備え、この予圧付与手段は、前記ハブベアリングのアウトボード側のハブ輪部に対して、前記ハブベアリングの内輪部のインボード側端をナットによる締結で固定する操舵機能付ハブユニット。
4. 請求項１または請求項２に記載の操舵機能付ハブユニットにおいて、前記ハブベアリングに予圧を与える予圧付与手段を備え、この予圧付与手段は、前記ハブベアリングのアウトボード側のハブ輪部に対して、前記ハブベアリングの内輪部のインボード側端を揺動加締めにより固定する操舵機能付ハブユニット。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の操舵機能付ハブユニットにおいて、前記外輪は高炭素鋼から成り、この外輪の軌道面に、高周波焼入れによる表面硬化処理層が設けられている操舵機能付ハブユニット。
6. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の操舵機能付ハブユニットにおいて、前記外輪は肌焼鋼から成り、この外輪の全面に、浸炭焼入れによる表面硬化処理層が設けられている操舵機能付ハブユニット。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の操舵機能付ハブユニットと、この操舵機能付ハブユニットの操舵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操舵制御部と、この操舵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操舵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。
8. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の操舵機能付ハブユニットを用いて前輪および後輪のいずれか一方または両方が支持された車両。
   

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