JP2020138691A - Hub unit with steering function and vehicle having the same - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention aims to improve fuel efficiency, stabilize driving performance, and improve safety by controlling the left and right wheels to appropriate steering angles according to the driving conditions with respect to a hub unit with a steering function and a vehicle equipped with the hub unit. Regarding technology.
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。
In a vehicle such as a general automobile, the steering wheel and the steering device are mechanically connected, and both ends of the steering device are connected to the left and right wheels by tie rods. Therefore, the cutting angle of the left and right wheels due to the movement of the steering wheel is determined by the initial setting.
The geometry of the vehicle is (1) "parallel geometry" where the left and right wheels have the same cutting angle, and (2) the turning inner wheel wheel angle is cut larger than the turning outer wheel angle in order to have one turning center. Ackermann geometry is known.
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。 Ackerman Geometry has a difference in steering angle between the left and right wheels so that each wheel turns around a common point in order to turn the vehicle smoothly when turning in a low speed range where the centrifugal force acting on the vehicle can be ignored. Is set. However, in high-speed turning where centrifugal force cannot be ignored, it is desirable that the wheels generate cornering force in a direction that balances with centrifugal force, so parallel geometry is preferable to Ackermann geometry.
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。 As mentioned above, a typical vehicle steering device is mechanically connected to the wheels, so it can generally only take a single fixed steering geometry, somewhere between the Ackermann geometry and the parallel geometry. Often set to a typical geometry. However, in this case, the difference between the steering angles of the left and right wheels is insufficient in the low speed range, the steering angle of the outer wheels becomes excessive, and the steering angle of the inner wheels becomes excessive in the high speed range. If there is an unnecessary bias in the wheel lateral force distribution of the inner and outer wheels in this way, it causes deterioration of fuel efficiency due to deterioration of running resistance and premature wear of the tires, and the inner and outer wheels cannot be used efficiently, so that cornering smoothness is improved. There is a problem that it is damaged.
そこで、本件出願人は、運転者のハンドル操作による操舵に付加して、走行状況に応じた車輪個別の補助的な操舵が行える補助転舵機能付ハブユニット(特許文献4)を提案している。 Therefore, the applicant has proposed a hub unit with an auxiliary steering function (Patent Document 4) that can perform auxiliary steering for each wheel according to the driving situation in addition to steering by operating the steering wheel of the driver. ..
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。
According to the proposals of
In
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、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。モータ等の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。
In
In
Further, when the reduction gear is provided on the steering shaft, the size including the motor becomes large. As the size of the motor or the like increases, it becomes difficult to arrange the entire motor on the inner peripheral portion of the wheel. Further, when a speed reducer having a large reduction ratio is provided, the responsiveness deteriorates.
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。
As described above, the conventional mechanism provided with the auxiliary steering function is intended to arbitrarily change the toe angle or camber angle of the wheels in the vehicle, so that a plurality of motors and reduction mechanisms are required, which is a complicated configuration. It has become. In addition, it becomes difficult to secure the rigidity, and in order to secure the rigidity, it is necessary to increase the size and become heavy.
In addition, when the kingpin axis and the steering axis of the mechanism having the auxiliary steering function match, the overall size becomes large and heavy because the component parts are arranged behind the hub unit (on the vehicle body side). ..
従来、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ためには、複雑な構成が必要であり、構成部品が多くなる。
補助的な操舵機能を備えた機構を車輪内の限られたスペース内に収容するためには小型化が必要であり、全体構成を小型化した構造(特許文献4)が提案されている。
この構造において補助的な操舵を行うにあたり、ハブベアリングから突出するアーム部をアクチュエータの直動機構で押し引きすることで、ハブベアリングを転舵軸心回りに操舵する。この構造では、アクチュエータの直動機構が直進運動するのに対して、アーム部は転舵軸心回りに回転運動するため、操舵角が増すにつれて、アーム部の連結点が直動機構の直進運動上よりずれる。
Conventionally, in order to arbitrarily change the toe angle or camber angle of a wheel in a vehicle, a complicated configuration is required and the number of components is increased.
In order to accommodate a mechanism having an auxiliary steering function in a limited space in a wheel, miniaturization is required, and a structure in which the overall configuration is miniaturized (Patent Document 4) has been proposed.
In performing auxiliary steering in this structure, the hub bearing is steered around the steering axis by pushing and pulling the arm portion protruding from the hub bearing with the linear motion mechanism of the actuator. In this structure, the linear motion mechanism of the actuator moves linearly, whereas the arm portion rotates around the steering axis. Therefore, as the steering angle increases, the connection point of the arm portion moves linearly in the linear motion mechanism. It shifts from the top.
したがって、操舵機能付ハブユニットにおいて、アクチュエータの直動機構とハブベアリングから突出するアーム部の連結点における、前記直進運動と前記回転運動の軌跡のズレを吸収し、スムーズに直進運動を回転運動に変換できる簡易的で安価な連結構造が求められている。 Therefore, in the hub unit with a steering function, the deviation between the linear motion and the locus of the rotary motion at the connection point between the linear motion mechanism of the actuator and the arm portion protruding from the hub bearing is absorbed, and the linear motion is smoothly converted into the rotary motion. There is a demand for a simple and inexpensive connection structure that can be converted.
操舵機能を備えた機構を車輪内の限られたスペースに収容するため、操舵機能を備えた機構は、全体構成を小型化する必要があり、各部の強度が不足する懸念がある。さらに、路面からの大きな衝撃力を直接受け止める、直動機構とアーム部との連結部は、影響を受けやすく、強度および信頼性の確保が課題となる。
また、前記連結部は常に微動作を続けるため潤滑性が低下し、早期摩耗または過度の昇温等が発生し、操舵機能付ハブユニットの機能の低下または異常の原因となることが懸念される。
In order to accommodate the mechanism having the steering function in the limited space in the wheel, it is necessary to reduce the overall configuration of the mechanism having the steering function, and there is a concern that the strength of each part may be insufficient. Further, the connecting portion between the linear motion mechanism and the arm portion, which directly receives a large impact force from the road surface, is easily affected, and ensuring strength and reliability is an issue.
Further, since the connecting portion always keeps fine operation, the lubricity is lowered, and there is a concern that premature wear or excessive temperature rise may occur, which may cause deterioration or abnormality of the function of the hub unit with steering function. ..
この発明の目的は、ハブユニット全体の小型化を図ると共に、直動機構とアーム部との連結部の強度および信頼性を確保す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。 An object of the present invention is to provide a hub unit with a steering function capable of reducing the size of the entire hub unit and ensuring the strength and reliability of the connecting portion between the linear motion mechanism and the arm portion, and a vehicle provided with the hub unit. It is to be.
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運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、モータと、前記ハブユニット本体に設けられたアーム部に連結され前記モータの回転出力を直進運動に変換する直動機構とを有し、
前記直動機構と前記アーム部とがジョイント部を介して連結され、
前記直動機構の先端部および前記ジョイント部のいずれか一方に前記転舵軸心と平行に設けられて前記直動機構の先端部と前記ジョイント部とを互いに前記転舵軸心と平行な軸心回りに回転可能とする第1の連結ピンと、
前記ジョイント部および前記アーム部のいずれか一方に前記転舵軸心と平行に設けられて前記ジョイント部と前記アーム部とを互いに前記転舵軸心と平行な軸心回りに回転可能とする第2の連結ピンと、を備え、
前記直動機構の先端部、前記ジョイント部、前記第1,第2の連結ピンおよび前記アーム部に摩耗防止手段が設けられている。
The hub unit with steering function of the present invention includes a hub unit body having a hub bearing that supports wheels, and a hub unit body.
A unit support member provided on the suspension frame component of the suspension device and rotatably supporting the hub unit body around the steering axis extending in the vertical direction.
A steering actuator for rotating the hub unit body around the center of the steering axis is provided.
The steering actuator has a motor and a linear motion mechanism that is connected to an arm portion provided on the hub unit main body and converts the rotational output of the motor into linear motion.
The linear motion mechanism and the arm portion are connected via a joint portion,
One of the tip portion and the joint portion of the linear motion mechanism is provided parallel to the steering axis, and the tip portion of the linear motion mechanism and the joint portion are axes parallel to the steering axis. The first connecting pin that can rotate around the center and
The joint portion and the arm portion are provided in parallel with the steering axis so that the joint portion and the arm portion can rotate around the axis parallel to the steering axis. With 2 connecting pins,
Wear prevention means are provided at the tip of the linear motion mechanism, the joint, the first and second connecting pins, and the arm.
この構成によると、操舵用アクチュエータの直動機構がハブユニット本体のアーム部を押し引きすることで操舵される。このとき、直動機構の先端部とジョイント部、およびジョイント部とアーム部は、それぞれ転舵軸心と平行に設けられた第1,第2の連結ピンで回転可能であり、それぞれの連結部は互いに屈曲可能となっている。二箇所の屈曲点があることで、操舵用アクチュエータの直進運動とハブユニット本体の回転運動の軌跡のずれを吸収することが可能となる。これにより、操舵用アクチュエータの直進運動をハブユニット本体の回転運動にスムーズに変換することが可能となる。操舵用アクチュエータから操舵までの動力伝達がスムーズになると、モータの省電力化および小型化、直動機構の負荷トルク低減および小型化が可能となり、ハブユニット全体の小型化、軽量化および省エネルギー化が期待できる。 According to this configuration, the linear motion mechanism of the steering actuator is steered by pushing and pulling the arm portion of the hub unit main body. At this time, the tip portion and the joint portion of the linear motion mechanism, and the joint portion and the arm portion can be rotated by the first and second connecting pins provided parallel to the steering axis, respectively, and the respective connecting portions. Are bendable to each other. By having two bending points, it is possible to absorb the deviation of the locus between the linear motion of the steering actuator and the rotational motion of the hub unit body. This makes it possible to smoothly convert the linear motion of the steering actuator into the rotary motion of the hub unit body. When the power transmission from the steering actuator to the steering becomes smooth, it becomes possible to reduce the power and size of the motor, reduce the load torque of the linear motion mechanism, and reduce the size of the entire hub unit, resulting in miniaturization, weight reduction, and energy saving of the entire hub unit. You can expect it.
ところで車両の通常走行時の縁石への乗り上げ等、タイヤまたはホイールが路面上の障害物へ衝突した際、または過度な急旋回時に、ハブユニットに大きな衝撃力が作用する。特に、タイヤの接地面に車両進行方向に対して横方向の力が作用した場合は、この力を直動機構とアーム部との連結部が支える必要がある。また、通常の走行時においても、旋回力または路面からの反力がハブユニットに様々な方向から常用的に繰り返し入力される。
そうすると、前記の構成により操舵用アクチュエータから操舵までの動力伝達がスムーズになるとハブユニット全体の小型化等を図れるものの、ハブユニットに作用する力によりすべり軸受部等の滑り接触部分の面圧が増加するため、滑り接触部分の耐衝撃性と疲労強度を確保することが肝要である。
By the way, when a tire or a wheel collides with an obstacle on the road surface such as riding on a curb during normal running of a vehicle, or when an excessively sharp turn occurs, a large impact force acts on the hub unit. In particular, when a lateral force acts on the ground contact surface of the tire with respect to the vehicle traveling direction, it is necessary for the connecting portion between the linear motion mechanism and the arm portion to support this force. Further, even during normal traveling, a turning force or a reaction force from the road surface is regularly and repeatedly input to the hub unit from various directions.
Then, if the power transmission from the steering actuator to the steering becomes smooth due to the above configuration, the entire hub unit can be miniaturized, but the surface pressure of the sliding contact portion such as the slide bearing portion increases due to the force acting on the hub unit. Therefore, it is important to ensure the impact resistance and fatigue strength of the sliding contact portion.
この構成によると、直動機構の先端部、前記ジョイント部、前記第1,第2の連結ピンおよび前記アーム部に摩耗防止手段が設けられているため、複雑な連結構造を用意することなく耐摩耗性の向上を図れると共に疲労強度の向上も図れることが可能となる。また直動機構とアーム部との連結部に転がり軸受等を採用する構造に比べて、ハブユニット全体の小型化および軽量化を図ることができる。 According to this configuration, since the tip portion of the linear motion mechanism, the joint portion, the first and second connecting pins, and the arm portion are provided with anti-wear means, they can withstand without preparing a complicated connecting structure. It is possible to improve the wear resistance and the fatigue strength. Further, as compared with a structure in which a rolling bearing or the like is used for the connecting portion between the linear motion mechanism and the arm portion, the size and weight of the entire hub unit can be reduced.
前記摩耗防止手段は、前記直動機構の先端部、前記ジョイント部、前記第1,第2の連結ピンおよび前記アーム部の少なくとも滑り接触部分に施された表面硬化処理層であってもよい。
この場合に、前記滑り接触部分は、表面硬度がHv550以上で、かつ、芯部硬度がHv300以下であってもよい。
The wear prevention means may be a surface hardening treatment layer applied to at least a sliding contact portion of the tip portion of the linear motion mechanism, the joint portion, the first and second connecting pins, and the arm portion.
In this case, the surface hardness of the slip contact portion may be Hv550 or more and the core hardness may be Hv300 or less.
この構成によると、直動機構の先端部、ジョイント部、第1,第2の連結ピンおよびアーム部の少なくとも滑り接触部分は、表面硬度がビッカース硬さでHv(Hv:Vickers hardness)550以上としたため、衝撃荷重に耐えることができ耐摩耗性の向上を図れる。さらに前記滑り接触部分の芯部硬度をHv300以下としたため、滑り接触部分の表層には高い圧縮残留応力が存在し、そのため、疲労強度の向上も図れる。また直動機構とアーム部との連結部に滑り接触部分を採用したため、転がり軸受等を採用する構造に比べて、ハブユニット全体の小型化および軽量化を図ることができる。このようにハブユニット全体の小型化を図ると共に、直動機構とアーム部との連結部の強度および信頼性を確保することができる。 According to this configuration, at least the sliding contact portion of the tip portion, the joint portion, the first and second connecting pins and the arm portion of the linear motion mechanism has a surface hardness of Vickers hardness of Hv (Hv: Vickers hardness) of 550 or more. Therefore, it can withstand an impact load and improve wear resistance. Further, since the core hardness of the sliding contact portion is set to Hv300 or less, a high compressive residual stress exists on the surface layer of the sliding contact portion, and therefore, the fatigue strength can be improved. Further, since a sliding contact portion is adopted for the connecting portion between the linear motion mechanism and the arm portion, it is possible to reduce the size and weight of the entire hub unit as compared with the structure using a rolling bearing or the like. In this way, it is possible to reduce the size of the entire hub unit and secure the strength and reliability of the connecting portion between the linear motion mechanism and the arm portion.
前記摩耗防止手段は、前記ジョイント部または前記アーム部における、前記滑り接触部分に連通する孔部に設けられた、グリースを溜めるグリース溜まりを含むものであってもよい。この場合、グリース溜まりに保持されたグリースが滑り接触部分に供給されるため、直動機構とアーム部との連結部の耐久性を確保することができる。前記グリース溜まりとは、グリースを溜めるために拡げた空間である。 The wear preventing means may include a grease reservoir for accumulating grease provided in a hole communicating with the sliding contact portion in the joint portion or the arm portion. In this case, since the grease held in the grease pool is supplied to the sliding contact portion, the durability of the connecting portion between the linear motion mechanism and the arm portion can be ensured. The grease pool is a space expanded to store grease.
前記ジョイント部または前記アーム部の前記孔部が、前記直動機構の直進方向および前記転舵軸心にそれぞれ直交する方向に延びる長孔形状に形成され、この長孔形状となる部分を前記グリース溜まりとしてもよい。この場合、長孔形状となる部分をグリース溜まりとして兼用することで構造を簡略化し、コスト低減を図れる。 The hole portion of the joint portion or the arm portion is formed in an elongated hole shape extending in a straight direction of the linear motion mechanism and in a direction orthogonal to the steering axis, respectively, and the portion having the elongated hole shape is the grease. It may be a puddle. In this case, the structure can be simplified and the cost can be reduced by using the elongated hole-shaped portion as a grease reservoir.
前記ジョイント部または前記アーム部の前記孔部が、前記直進運動と前記回転運動の軌跡に生じるずれを許容してもよい。この場合、連結ピンが、長孔形状となる孔部内を移動することで、直進運動と回転運動の軌跡のずれを吸収することができる。よって、簡素な構造で直進運動と回転運動の軌跡のずれを吸収し、直進運動を回転運動にスムーズに変換する機能が実現できる。 The gap between the joint portion or the hole portion of the arm portion may be allowed to occur in the locus of the linear motion and the rotational motion. In this case, the connecting pin can absorb the deviation of the locus of the straight motion and the rotary motion by moving in the hole portion having the elongated hole shape. Therefore, it is possible to realize a function of absorbing the deviation between the trajectories of the straight motion and the rotary motion with a simple structure and smoothly converting the linear motion into the rotary motion.
この発明の転舵システムは、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。 The steering system of the present invention is a steering system including a hub unit with a steering function having any of the above configurations of the present invention and a control device for controlling a steering actuator of the hub unit with a steering function. The control device drives the steering actuator by outputting a steering control unit that outputs a current command signal corresponding to a given steering angle command signal and a current corresponding to the current command signal input from the steering control unit. It has an actuator drive control unit to control.
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。 According to this configuration, the steering control unit outputs a current command signal corresponding to a given steering angle command signal. The actuator drive control unit drives and controls the steering actuator by outputting a current corresponding to the current command signal input from the steering control unit. Therefore, the wheel angle can be arbitrarily changed in addition to the steering by the driver's steering wheel operation.
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。
In the vehicle of the present invention, one or both of the front wheels and the rear wheels are supported by using the hub unit with a steering function having any of the above configurations of the present invention.
Therefore, the above-mentioned effects can be obtained for the hub unit with steering function of the present invention. The front wheels are generally regarded as steering wheels, but when the hub unit with a steering function of the present invention is applied to the steering wheels, it is effective for adjusting the toe angle during traveling. Further, the rear wheels are generally regarded as non-steering wheels, but when applied to non-steering wheels, the minimum turning radius at low speed can be reduced by slightly steering the non-steering wheels.
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運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、モータと、前記ハブユニット本体に設けられたアーム部に連結され前記モータの回転出力を直進運動に変換する直動機構とを有し、前記直動機構と前記アーム部とがジョイント部を介して連結され、前記直動機構の先端部および前記ジョイント部のいずれか一方に前記転舵軸心と平行に設けられて前記直動機構の先端部と前記ジョイント部とを互いに前記転舵軸心と平行な軸心回りに回転可能とする第1の連結ピンと、前記ジョイント部および前記アーム部のいずれか一方に前記転舵軸心と平行に設けられて前記ジョイント部と前記アーム部とを互いに前記転舵軸心と平行な軸心回りに回転可能とする第2の連結ピンと、を備え、
前記直動機構の先端部、前記ジョイント部、前記第1,第2の連結ピンおよび前記アーム部に摩耗防止手段が設けられている。このため、ハブユニット全体の小型化を図ると共に、直動機構とアーム部との連結部の強度および信頼性を確保することができる。
The hub unit with a steering function of the present invention is provided on a hub unit main body having a hub bearing for supporting wheels and an undercarriage frame component of a suspension device, and rotates the hub unit main body around a steering axis extending in the vertical direction. A unit support member that freely supports the hub unit body and a steering actuator that rotates the hub unit body around the steering axis center are provided. The steering actuator includes a motor and an arm provided on the hub unit body. It has a linear motion mechanism that is connected to a portion and converts the rotational output of the motor into a linear motion, and the linear motion mechanism and the arm portion are connected via a joint portion, and the tip portion of the linear motion mechanism and the said A first joint portion is provided parallel to the steering axis so that the tip of the linear motion mechanism and the joint can rotate around an axis parallel to the steering axis. The connecting pin and either the joint portion or the arm portion are provided in parallel with the steering axis, and the joint portion and the arm portion rotate about an axis parallel to the steering axis. With a second connecting pin, which enables
Wear prevention means are provided at the tip of the linear motion mechanism, the joint, the first and second connecting pins, and the arm. Therefore, it is possible to reduce the size of the entire hub unit and secure the strength and reliability of the connecting portion between the linear motion mechanism and the arm portion.
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小型化を図ると共に、直動機構とアーム部との連結部の強度および信頼性を確保することができる。 The steering system of the present invention is a steering system including a hub unit with a steering function having any of the above configurations of the present invention and a control device for controlling a steering actuator of the hub unit with a steering function. The device drives and controls the steering actuator by outputting a steering control unit that outputs a current command signal corresponding to a given steering angle command signal and a current corresponding to the current command signal input from the steering control unit. It has an actuator drive control unit. Therefore, it is possible to reduce the size of the entire hub unit and secure the strength and reliability of the connecting portion between the linear motion mechanism and the arm portion.
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小型化を図ると共に、直動機構とアーム部との連結部の強度および信頼性を確保することができる。 In the vehicle of the present invention, one or both of the front wheels and the rear wheels are supported by using the hub unit with a steering function having any of the above configurations of the present invention, so that the entire hub unit can be miniaturized and directly. The strength and reliability of the connecting portion between the moving mechanism and the arm portion can be ensured.
[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12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。
[First Embodiment]
A hub unit with a steering function according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 12.
<Outline structure of hub unit with steering function>
As shown in FIG. 1, the
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。
As shown in FIGS. 2 and 3, the hub unit
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。
As shown in FIG. 1, the hub unit
<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12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(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。
<Installation location of
In this embodiment, the
図2および図12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、ダブルウィッシュボーン式サスペンション機構、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。
As shown in FIGS. 2 and 12, the
<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、後述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。
<About
As shown in FIG. 1, the hub unit
As shown in FIG. 6, the hub bearing 15 has an
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。
In the illustrated example, the hub bearing 15 is an angular contact ball bearing in which the
図6に示すように、アウターリング16は、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。
As shown in FIG. 6, the
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4)に取付けられる。
As shown in FIG. 2, the
<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、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。
<Rotation allowable support parts and unit support members>
As shown in FIG. 6, each rotation
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。
The
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。
As shown in FIGS. 5 and 6, partial concave spherical fitting hole forming portions 3Aa are formed at the upper and lower portions of the outboard side ends of the unit support member
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。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。
As shown in FIG. 6, each steering
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。
As shown in FIG. 1, the upper and lower
図2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、アウターリング16または外輪19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(直進運動)することで、ハブユニット本体2が転舵軸心A回りに回転、つまり補助操舵させられる。
As shown in FIG. 2, the
<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、転舵軸心A回りに回転駆動させる回転駆動源としてのモータ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(つまり往復の直進運動)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。
<
As shown in FIG. 3, the
As shown in FIG. 2, the actuator
<減速機27>
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。
<
As the
<直動機構25について>
図2および図8に示すように、直動機構25は、台形ねじまたは三角ねじ等の滑りねじ式の送りねじ機構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33が用いられている。この直動機構25は、送りねじ機構33、回転支持軸受28、回転固定部材43(図7)、およびこれらの構成部品を覆うカバーであるアクチュエータケース34を備える。
<About the
As shown in FIGS. 2 and 8, the
送りねじ機構33は、ドリブンプーリ27bの内周に設けられたナット部35と、このナット部35の内周に螺合状態に配置されたねじ軸36と、すべり軸受37とを有する。滑りねじ内部には、グリースが封入されている。ナット部35およびねじ軸36は、前記台形ねじのねじ部38を構成するねじ溝およびねじ山を有するため、タイヤからの逆入力の防止効果を高め得る。ナット部35の軸方向一端には、ねじ軸36が摺動可能に貫通するすべり軸受37が設けられている。すべり軸受37は、ねじ軸36の軸方向の移動をガイドすると共に、タイヤ側からの外力がねじ軸36に入力された場合に、ねじ部38にラジアル方向の力が負荷されることを防止する。
The
回転支持軸受28は送りねじ機構33を回転支持する。この回転支持軸受28として、この例では、二個の円すいころ軸受が、ドリブンプーリ27bを介して、正面合わせで組み合わされている。これらの回転支持軸受28,28の配置は、背面合わせ、正面合わせのどちらでもよいが、組付け性やシム等による予圧調整の容易さより、正面合わせの配置が好ましい。
The rotary support bearing 28 rotationally supports the
各回転支持軸受28は、固定輪である外輪28aと、回転輪である内輪28bと、内外輪28b,28a間に介在する複数の転動体28cと、これら転動体28cを保持する保持器28dとを有する。各内輪28bは、ナット部35の外周面に嵌合固定され、止め輪39,39により軸方向に規制されている。図8右側(アウトボード側)の回転支持軸受28の外輪28aは、ケース6b内の嵌合孔6bbに嵌合固定され、図8左側(インボード側)の回転支持軸受28の外輪28aは、アクチュエータケース34のアウトボード側の内周面に嵌合固定されている。これらの回転支持軸受28,28により、ドリブンプーリ27bとナット部35とが一体に回転自在である。なお、回転支持軸受28をアンギュラ玉軸受としてもよい。この場合にも、回転支持軸受28,28の配置は、背面合わせ、正面合わせのどちらでもよい。
Each rotary support bearing 28 includes an
図7および図8に示すように、回転固定部材43は、ねじ軸36を回り止めする。ねじ軸36の後端であるインボード側端には、このねじ軸36と同軸に出力ロッド40が連結されている。出力ロッド40は、ねじ軸36のインボード側端を覆う有底略円筒状のねじ軸支持部材40aを有する。このねじ軸支持部材40aは、アクチュエータケース34に対して、径方向に複数(この例では三つ)伸びる軸状の回転固定部材43によって、ねじ軸36と共に回り止めされている。これら回転固定部材43は、放射状に延び且つ円周等配に配置される。各回転固定部材43として例えばピン等が適用される。
As shown in FIGS. 7 and 8, the
各回転固定部材43の外周にすべり軸受46がそれぞれ嵌合されている。アクチュエータケース34の内周面には、各すべり軸受46を案内する軸方向に延びる案内溝34aがそれぞれ形成されている。よって回転固定部材43を、すべり軸受46を介してアクチュエータケース34の案内溝34aに沿って摺動させることで、滑りねじのねじ軸36を軸方向に往復運動させ得る。また回転固定部材43をすべり軸受46を介して摺動させるため、案内溝34aの摺動面の摩耗防止を行っている。すべり軸受46は、銅合金または多孔質の焼結合金等の金属製の他、フッ素樹脂等の樹脂製のものも適用できる。
A
<直動機構とアーム部との連結部の構造について>
図8および図9に示すように、ねじ軸36の先端の直動出力部25aには、前記アーム部17がジョイント部8を介して連結されている。直動出力部25aとジョイント部8とは、第1の連結ピンPaにより、転舵軸心A(図1)と平行な軸心回りに回転可能である。ジョイント部8とアーム部17とは、第2の連結ピンPbにより、転舵軸心A(図1)と平行な軸心回りに回転可能である。第1,第2の連結ピンPa,Pbは、それぞれ転舵軸心A(図1)と平行である。
<About the structure of the connecting part between the linear motion mechanism and the arm part>
As shown in FIGS. 8 and 9, the
図9および図10に示すように、ジョイント部8は、それぞれ円筒形状の大径部8aと、この大径部8aの軸方向一端に同軸に繋がり前記大径部8aよりも小径に形成された小径部8bとを有し、これらは一体に成形されている。大径部8aには、直動出力部25aの先端部がこの大径部8aの軸方向他端からすきま嵌めで嵌まり込む嵌合孔8aaが形成されている。大径部8aの貫通孔8abに、第1の連結ピンPaが転舵軸と平行に支持されている。大径部8aと第1の連結ピンPaとの結合部は、すべり軸受B1を構成する。貫通孔8ab、および第1の連結ピンPaの外周面における、貫通孔8abに支持される部分Paaが、前記すべり軸受B1の滑り接触部分に相当する。
As shown in FIGS. 9 and 10, the
第1の連結ピンPaに、嵌合孔8aaに嵌まり込む直動出力部25aの先端部が連結されている。これら第1の連結ピンPaと直動出力部25aの先端部との結合部は、すべり軸受B2を構成する。直動出力部25aの先端部における、第1の連結ピンPaの外周面が嵌まり込む嵌合孔h1、および第1の連結ピンPaの外周面における、前記嵌合孔h1に支持される部分Pabが、前記すべり軸受B2の滑り接触部分に相当する。なお大径部8aの前記貫通孔8abにおける軸方向両端に、第1の連結ピンPaの抜け止め用の止め輪Twがそれぞれ設けられている。
The tip of the linear
アーム部17には、ジョイント部8の小径部8bがすきま嵌めで嵌合される貫通孔17aが形成されている。またアーム部17の貫通孔17bに、第2の連結ピンPbが転舵軸と平行に支持されている。アーム部17と第2の連結ピンPbとの結合部は、すべり軸受B3を構成する。貫通孔17b、および第2の連結ピンPbの外周面における、貫通孔17bに支持される部分Pbaが、前記すべり軸受B3の滑り接触部分に相当する。
The
第2の連結ピンPbに、貫通孔17aに嵌まり込む小径部8bが連結されている。これら第2の連結ピンPbと小径部8bとの結合部は、すべり軸受B4を構成する。小径部8bにおける、第2の連結ピンPbの外周面が嵌まり込む嵌合孔h2、および第2の連結ピンPbの外周面における、前記嵌合孔h2に支持される部分Pbbが、前記すべり軸受B4の滑り接触部分に相当する。なお小径部8bの前記貫通孔17bにおける軸方向両端に、第2の連結ピンPbの抜け止め用の止め輪Twがそれぞれ設けられている。第1,第2の連結ピンPa,Pbは、互いに連結する二つの部材に対して、いずれか一方または両方をすきま嵌めとし、それぞれの連結部が互いに屈曲可能(回転可能)となっている。
A
よって、ジョイント部8は、すきま嵌めの範囲内において直動出力部25aに対し、転舵軸心と平行な軸心回りに回転可能に構成される。アーム部17は、すきま嵌めの範囲内において小径部8bに対し、転舵軸心と平行な軸心回りに回転可能に構成される。またジョイント部8の嵌合孔8aaおよびアーム部17の貫通孔17aが、直動機構25(図2)の直進運動とハブユニット本体2(図2)の回転運動の軌跡に生じるずれを許容する。なお各連結ピンPa,Pbの抜け止めとして、止め輪Twに代えて、第1,第2の連結ピンPa,Pbといずれか一方の連結部材を圧入して抜け止めしてもよい。
Therefore, the
<ハブユニット1に作用する力について>
図2に示すように、車両の通常走行時の縁石への乗り上げ等、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時に、ハブユニット1に大きな衝撃力が作用する。特に、タイヤ9bの接地面に車両進行方向に対して横方向の力(荷重F)が作用した場合は、この力を直動機構25とアーム部17との連結部が支える必要がある。また、通常の走行時においても、旋回力または路面からの反力がハブユニット1に様々な方向から常用的に繰り返し入力される。そうすると、ハブユニット1に作用する力により前述の滑り接触部分の面圧が増加するため、滑り接触部分の耐衝撃性と疲労強度を確保することが肝要である。
<About the force acting on the
As shown in FIG. 2, when the
<表面硬化処理等について>
そこで、図10に示すように、直動出力部25aの先端部、ジョイント部8、第1,第2の連結ピンPa,Pbおよびアーム部17に摩耗防止手段Mbが設けられている。摩耗防止手段Mbとして、表面硬化処理層Sfおよび後述するグリース溜まりGdを備える。直動出力部25aの先端部、ジョイント部8、第1,第2の連結ピンPa,Pbおよびアーム部17の少なくとも滑り接触部分は、表面硬度がビッカース硬さでHv(Hv:Vickers hardness)550以上800以下とし、さらに前記滑り接触部分の芯部硬度を230以上Hv300以下とした。前記直動出力部25aの先端部とは、直動出力部25aのうち嵌合孔8aaに嵌まり込む部分を指す。
<About surface hardening treatment, etc.>
Therefore, as shown in FIG. 10, wear prevention means Mb is provided on the tip portion of the linear
具体的には、直動出力部25aの先端部、ジョイント部8、第1,第2の連結ピンPa,Pb、アーム部17は、それぞれ高炭素鋼または肌焼鋼等から成り、それぞれ表面硬化処理による表面硬化処理層Sfが施されている。前記表面硬化処理により、滑り接触部分の表面硬度、芯部硬度をそれぞれ所望のビッカース硬さに収めている。前記表面硬化処理として、高周波熱処理、浸炭焼入れ、ガス軟窒化、塩浴軟窒化処理等を採用し得る。前記高周波熱処理を採用する場合、直動出力部25aの先端部、ジョイント部8、第1,第2の連結ピンPa,Pbおよびアーム部17の滑り接触部分のみに表面硬化処理を施すことが可能である。
Specifically, the tip portion of the linear
表面硬化処理層Sfの硬化層深さは、ハブユニット1(図2)に作用する衝撃力および繰り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。各部品において、表面硬化処理層Sfよりも内部の層を芯部と言い、この芯部における硬度を芯部硬度と称している。例えば、連結ピンの芯部硬度を検証する場合、表面硬化処理後の試験片をその軸方向に垂直な平面で切断し、切断面に現れる芯部について硬度測定(例えば、ビッカース硬さ試験)を行う。その他の部品についても同様に切断面に現れる芯部について硬度測定(例えば、ビッカース硬さ試験)を行い芯部硬度を検証する。 The depth of the cured layer of the surface-hardened layer Sf is appropriately set in consideration of the required impact resistance and fatigue strength according to the impact force acting on the hub unit 1 (FIG. 2) and the magnitude of the repeated load. Is desirable. In each component, the layer inside the surface hardening treatment layer Sf is referred to as the core portion, and the hardness in this core portion is referred to as the core portion hardness. For example, when verifying the core hardness of a connecting pin, the test piece after the surface hardening treatment is cut in a plane perpendicular to the axial direction, and the hardness of the core appearing on the cut surface is measured (for example, Vickers hardness test). Do. Similarly, for other parts, hardness measurement (for example, Vickers hardness test) is performed on the core portion appearing on the cut surface to verify the core hardness.
<グリース溜まり等について>
図11に示すように、ジョイント部8の大径部8aにおいて、直動出力部25aの先端部が嵌まり込む嵌合孔8aaは、ジョイント部8における滑り接触部分に連通する孔部である。この嵌合孔8aaは、直動機構25(図2)の直進方向および転舵軸心A(図1)にそれぞれ直交する方向に延びる長孔形状に形成され、この長孔形状となる部分をグリース溜まりGdとしている。このグリース溜まりGdにグリースが溜められている。
<About grease pool, etc.>
As shown in FIG. 11, in the
直動出力部25aの先端部の上下面は、第1の連結ピンPaの軸心方向に直交するいわゆる二面幅に形成されている。嵌合孔8aaにおける、前記上下面に近接する各部分は、前記二面幅に略平行に形成されて、直動出力部25aの先端部に対するジョイント部8の上下方向の移動を抑制する。このようにジョイント部8の内径部である嵌合孔8aaを、前記のような長孔形状とすることで、ジョイント部8の上下方向の移動を抑制すると共に、グリース溜まりGdを兼ねた形状とすることができる。図10に示すように、アーム部17においても、この滑り接触部分に連通する貫通孔(孔部)17aに、グリースを溜めるグリース溜まりGdが設けられている。前記貫通孔17aを、ジョイント部8と同様の長孔形状とすることで、長孔形状となる部分をグリース溜まりGdとし得る。
The upper and lower surfaces of the tip end portion of the linear
図2に示すように、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。
As shown in FIG. 2, the actuator
The
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。
As shown in FIG. 3, the unit support member
<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。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。
<Action effect>
According to the
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。
Therefore, the
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の量を調整することで、低速時には走行抵抗を下げ燃費を悪化させることなく、高速時には走行安定性を確保するなど調整が可能である。
In addition, the difference in steering angle between the left and right wheels can be changed according to the traveling speed during turning. For example, the steering geometry can be changed during running, for example, the parallel geometry is used for turning in the high-speed range, and the Ackermann geometry is used for turning in the low-speed range. Since the wheel angle can be arbitrarily changed during traveling in this way, it is possible to improve the kinetic performance of the vehicle and to travel stably and safely. By appropriately changing the steering angles of the left and right steering wheels during turning, the turning radius of the vehicle can be reduced and the turning performance can be improved.
Furthermore, even during straight-line driving, by adjusting the amount of toe angle according to each situation, it is possible to make adjustments such as ensuring running stability at high speeds without lowering running resistance at low speeds and deteriorating fuel efficiency.
操舵機能付ハブユニット1を後輪9Rである非操舵輪に適用した場合は、旋回走行時に、舵角を前輪9Fと同じ位相にすると、操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。直線走行時にも左右独立でトー角を調整することで、走行安定性を確保することができる。
When the
直動機構25の先端部とジョイント部8、およびジョイント部8とアーム部17は、それぞれ転舵軸心Aと平行に設けられた第1,第2の連結ピンPa,Pbで回転可能であり、それぞれの連結部は互いに屈曲可能となっている。二箇所の屈曲点があることで、操舵用アクチュエータ5の直進運動とハブユニット本体2の回転運動の軌跡のずれを吸収することが可能となる。これにより、操舵用アクチュエータ5の直進運動をハブユニット本体2の回転運動にスムーズに変換することが可能となる。操舵用アクチュエータ5から操舵までの動力伝達がスムーズになると、モータ26の省電力化および小型化、直動機構25の負荷トルク低減および小型化が可能となり、ハブユニット全体の小型化、軽量化および省エネルギー化が期待できる。
The tip portion and
直動機構25の先端部、ジョイント部8、第1,第2の連結ピンPa,Pbおよびアーム部17の少なくとも滑り接触部分は、表面硬度がHv550以上としたため、衝撃荷重に耐えることができ耐摩耗性の向上を図れる。さらに前記滑り接触部分の芯部硬度をHv300以下としたため、滑り接触部分の表層には高い圧縮残留応力が存在するため、疲労強度の向上も図れる。また直動機構25とアーム部17との連結部に滑り接触部分を採用したため、転がり軸受等を採用する構造に比べて、ハブユニット全体の小型化および軽量化を図ることができる。このようにハブユニット全体の小型化を図ると共に、直動機構25とアーム部17との連結部の強度および信頼性を確保することができる。
Since the surface hardness of at least the sliding contact portion of the tip portion of the
またジョイント部8およびアーム部17における、滑り接触部分に連通する孔部に、グリースを溜めるグリース溜まりGdが設けられているため、グリース溜まりGdに保持されたグリースが滑り接触部分に供給されるため、直動機構25とアーム部17との連結部の耐久性を確保することができる。
Further, since the grease sump Gd for storing grease is provided in the holes communicating with the slip contact portion in the
<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。
<About other embodiments>
In the following description, the same reference numerals will be given to the parts corresponding to the matters previously described in each embodiment, and duplicate description will be omitted. When only a part of the configuration is described, the other parts of the configuration are the same as those described above unless otherwise specified. It has the same effect from the same configuration. In addition to the combination of the parts specifically described in each embodiment, it is also possible to partially combine the embodiments as long as the combination does not cause any trouble.
<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13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14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。
<Application to non-steering wheels>
The
Others As shown in FIG. 14, the
<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。
<About the steering system>
As shown in FIG. 3, this steering system includes a
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。
The
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。
ジョイント部8およびアーム部17における、前記滑り接触部分の潤滑剤はグリースに限定されるものではなく、前記グリース溜まりGd等に設けられた固体潤滑剤であってもよい。
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。
The steering system may operate the
The lubricant for the sliding contact portion of the
Although the embodiments for carrying out the present invention have been described above based on the embodiments, the embodiments disclosed this time are exemplary in all respects and are not limiting. The scope of the present invention is shown by the scope of claims rather than the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
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)、8…ジョイント部、9…車輪、9F…前輪、9R…後輪、12,12R…懸架装置、15…ハブベアリング、17…アーム部、25…直動機構、26…モータ、29…制御装置、30…操舵制御部、31…アクチュエータ駆動制御部、Gd…グリース溜まり、Mb…摩耗防止手段、Pa,Pb…第1,第2の連結ピン
1 ... Hub unit with steering function, 2 ... Hub unit body, 3 ... Unit support member, 5 ... Steering actuator, 6 ... Knuckle (suspension frame parts), 8 ... Joint part, 9 ... Wheels, 9F ... Front wheels, 9R ... Rear wheel, 12, 12R ... Suspension device, 15 ... Hub bearing, 17 ... Arm part, 25 ... Linear mechanism, 26 ... Motor, 29 ... Control device, 30 ... Steering control unit, 31 ... Actuator drive control unit, Gd ... Grease pool, Mb ... Wear prevention means, Pa, Pb ... 1st and 2nd connecting pins
Claims (8)
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運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、モータと、前記ハブユニット本体に設けられたアーム部に連結され前記モータの回転出力を直進運動に変換する直動機構とを有し、
前記直動機構と前記アーム部とがジョイント部を介して連結され、
前記直動機構の先端部および前記ジョイント部のいずれか一方に前記転舵軸心と平行に設けられて前記直動機構の先端部と前記ジョイント部とを互いに前記転舵軸心と平行な軸心回りに回転可能とする第1の連結ピンと、
前記ジョイント部および前記アーム部のいずれか一方に前記転舵軸心と平行に設けられて前記ジョイント部と前記アーム部とを互いに前記転舵軸心と平行な軸心回りに回転可能とする第2の連結ピンと、を備え、
前記直動機構の先端部、前記ジョイント部、前記第1,第2の連結ピンおよび前記アーム部に摩耗防止手段が設けられている操舵機能付ハブユニット。 A hub unit body with hub bearings that support the wheels,
A unit support member provided on the suspension frame component of the suspension device and rotatably supporting the hub unit body around the steering axis extending in the vertical direction.
A steering actuator for rotating the hub unit body around the center of the steering axis is provided.
The steering actuator has a motor and a linear motion mechanism that is connected to an arm portion provided on the hub unit main body and converts the rotational output of the motor into linear motion.
The linear motion mechanism and the arm portion are connected via a joint portion,
One of the tip portion and the joint portion of the linear motion mechanism is provided parallel to the steering axis, and the tip portion of the linear motion mechanism and the joint portion are axes parallel to the steering axis. The first connecting pin that can rotate around the center and
The joint portion and the arm portion are provided in parallel with the steering axis so that the joint portion and the arm portion can rotate around the axis parallel to the steering axis. With 2 connecting pins,
A hub unit with a steering function provided with wear prevention means at the tip of the linear motion mechanism, the joint, the first and second connecting pins, and the arm.
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