JP2021098395A - 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コンパクト化および軽量化を図りつつ、足回りフレーム部品に設けられるユニット支持部材の剛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。【解決手段】操舵機能付ハブユニットは、ハブユニット本体２と、ハブユニット本体２を回転自在に支持するユニット支持部材３と、操舵用アクチュエータ５とを備える。上下の転舵軸部は、ユニット支持部材３に設けられた上下の内周円筒面形状の軸受嵌合凹部１３にそれぞれ嵌合する一対の軸受を介してユニット支持部材３に支持される。ユニット支持部材３は、軸受嵌合凹部１３の外周壁部３４の全周のうち転舵軸部が径方向に挿入可能な側面開口３４ａａを有するＣ形の範囲を構成する壁部３４ａが設けられたユニット支持部材本体３Ａと、外周壁部３４の残り部分を構成しユニット支持部材本体３Ａに取付けられる軸受ホルダ３Ｂとを有する。【選択図】図３

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安定性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。

走行状況に応じてステアリングジオメトリを可変とした機構に関しては、例えば特許文献１が提案されている。この特許文献１では、モータ２個を使い、トー角とキャンバー角の両方を任意の角度に傾けることを可能にしている。また、４輪独立操舵の機構につき、特許文献２で提案されている。

また本件出願人は、ハブユニット全体をコンパクト化した操舵機能付ハブユニットを提案している（特許文献３）。この特許文献３の操舵機能付ハブユニットは、図１６に示すように、ユニット支持部材５３にハブユニット本体５４が転舵軸心回りに回転自在に支持される。ハブユニット本体５４は、ハブベアリング５２およびこのハブベアリング５２の外輪の外周から上下にトラニオン状に突出する転舵軸部５５を有する。

図１７に示すように、ユニット支持部材５３は、ユニット支持部材本体５０と、ユニット支持部材結合体５１とを有する。ユニット支持部材本体５０のアウトボード側端のうち上下の部分に、部分的な半凹球面状の嵌合孔形成部５０ａがそれぞれ形成されている。略リング状のユニット支持部材結合体５１のインボード側側面のうち上下の部分には、部分的な半凹球面状の嵌合孔形成部５１ａがそれぞれ形成されている。図１６および図１７に示すように、ユニット支持部材本体５０のアウトボード側端に、ユニット支持部材結合体５１が複数のボルトにより結合され、各上下の部分につき、半凹球面状の嵌合孔形成部５０ａ，５１ａ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。この嵌合孔に転舵軸部５５を支持する軸受が嵌合されている。

独国特許出願公開第１０２０１２２０６３３７号明細書 特開２０１４−０６１７４４号公報 特開２０１９−１７１９１１号公報

特許文献１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２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。

特許文献３では、車両走行時に、横力を受けるキャンバー方向の荷重、または段差を乗り越える時の車両前後荷重、車両上下荷重および前述の複合した荷重を転舵軸支持部（転舵軸部および軸受）が受ける。特許文献３では、半凹球面状の嵌合孔形成部５０ａ，５１ａが互いに組み合わされボルトにより結合されているため、前記転舵軸支持部をユニット支持部材結合体５１のボルトの締結力のみで保持している。このため、ユニット支持部材結合体５１がユニット支持部材本体５０から離脱しないように、ユニット支持部材の剛性および強度に留意することが肝要である。

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、剛性および強度を確保するためには大形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。

転舵軸および転舵軸支持軸受は、車輪からの様々な方向からの荷重を支えるため、剛性、強度を高くする必要があるが、剛性確保のために単純に転舵軸および転舵軸支持軸受のサイズを大きくすると重量が増加し、車両の運動性能が低下する。また、転舵軸をタイヤホイール外に配置すると、転舵軸の中心から車輪の接地面中心までの距離が長くなり、車輪を操舵させる力が大きく必要になる。そのため操舵用アクチュエータが大きくなり、ひいてはハブユニット全体の重量が増加する。
ハブユニットを小形化するためには、転舵軸をタイヤホイール内に収める必要があるが、単純に小形化すると、転舵軸部の剛性・強度は低下してしまう。

この発明の目的は、ハブユニット全体のコンパクト化および軽量化を図りつつ、足回りフレーム部品に設けられるユニット支持部材の剛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。

この発明の操舵機能付ハブユニットは、車輪を回転支持するハブベアリング、およびこのハブベアリングの固定輪またはこの固定輪に設けられた円環部の外周から上下にそれぞれ突出する転舵軸部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の前記転舵軸部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、を備えた操舵機能付ハブユニットであって、
上下の前記転舵軸部は、前記ユニット支持部材に設けられた上下の内周円筒面形状の軸受嵌合凹部にそれぞれ嵌合する一対の軸受を介して前記ユニット支持部材に支持され、
前記ユニット支持部材は、前記軸受嵌合凹部の外周壁部の全周のうち、前記転舵軸部が径方向に挿入可能な側面開口を有するＣ形の範囲を構成する壁部が設けられたユニット支持部材本体と、前記外周壁部の残り部分を構成し前記ユニット支持部材本体に取り付けられる軸受ホルダとを有する。

この構成によると、軸受嵌合凹部の外周壁部の全周のうち、Ｃ形の範囲を構成する壁部がユニット支持部材本体に設けられ、軸受および転舵軸部は、前記Ｃ形の範囲の壁部に支持されると共に、外周壁部の残り部分を構成する軸受ホルダで支持される。したがって、車両走行時に、キャンバー方向の荷重、車両前後方向の荷重、車両上下方向の荷重およびこれら複合した荷重を、剛性、強度の高いＣ形の範囲を構成する壁部のユニット支持部材本体を主体として支持することができる。転舵軸支持部をユニット支持部材結合体のボルト締結力のみで保持する従来構造では、複合荷重が転舵軸支持部に作用するのに起因してボルトに引張力およびせん断力が作用するのに対し、この発明の構成ではＣ形の範囲を構成する壁部のユニット支持部材本体を主体として複合荷重を受けることができる。このため、軸受ホルダをユニット支持部材本体に取り付ける部分に作用する荷重が低減し、例えば、軸受ホルダを固定するボルト等の取付用の部材に大きなせん断力が作用しないようにすることが可能となる。軸受ホルダをユニット支持部材本体に取り付ける部分に作用する荷重としては、前記壁部の側面開口が広がる方向の荷重が挙げられる。よって、ユニット支持部材全体の剛性、強度を高めることができる。車両が受ける様々な方向の荷重を、ユニット支持部材本体で受けることが可能となるため、ハブユニット全体のコンパクト化および軽量化を図ることができる。

前記軸受ホルダは、前記転舵軸心および前記車輪の回転軸にそれぞれ直交する方向から前記ユニット支持部材本体に取り付けられていてもよい。この場合、軸受ホルダとブレーキディスク等とが干渉し難くなるため、ユニット支持部材本体の径方向および上下方向の肉厚を大きく確保することが可能となる。これによりユニット支持部材の剛性、強度を高めることができる。また、軸受ホルダが前記のようにユニット支持部材本体に取り付けられている場合、作業スペースを確保できてハブユニット本体の組立性が良くなる。

前記軸受ホルダは、車両の左右方向から前記ユニット支持部材本体に取り付けられていてもよい。この場合、転舵軸支持部をユニット支持部材結合体のボルト締結力のみで保持する構造よりも、ユニット支持部材全体の剛性、強度を高めることができる。

前記各軸受が前記車輪のホイール内に位置してもよい。この場合、転舵軸部がタイヤホイール外に配置される従来構造よりも、転舵軸部の中心から車輪の接地面中心までの距離を確実に短縮でき、車輪を操舵させる力を低減することができる。したがって、操舵用アクチュエータの小形化を図りハブユニット全体のコンパクト化および重量低減を図ることができる。これにより車両の運動性能を高めることができる。

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。

第１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。

第２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後輪が支持される。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。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、車輪を回転支持するハブベアリング、およびこのハブベアリングの固定輪またはこの固定輪に設けられた円環部の外周から上下にそれぞれ突出する転舵軸部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の前記転舵軸部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、を備えた操舵機能付ハブユニットであって、上下の前記転舵軸部は、前記ユニット支持部材に設けられた上下の内周円筒面形状の軸受嵌合凹部にそれぞれ嵌合する一対の軸受を介して前記ユニット支持部材に支持され、前記ユニット支持部材は、前記軸受嵌合凹部の外周壁部の全周のうち、前記転舵軸部が径方向に挿入可能な側面開口を有するＣ形の範囲を構成する壁部が設けられたユニット支持部材本体と、前記外周壁部の残り部分を構成し前記ユニット支持部材本体に取り付けられる軸受ホルダとを有する。このため、ハブユニット全体のコンパクト化および軽量化を図りつつ、足回りフレーム部品に設けられるユニット支持部材の剛性を確保することができる。

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、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コンパクト化および軽量化を図りつつ、足回りフレーム部品に設けられるユニット支持部材の剛性を確保することができる。

第１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が支持されたため、ハブユニット全体のコンパクト化および軽量化を図りつつ、足回りフレーム部品に設けられるユニット支持部材の剛性を確保することができる。

第２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後輪が支持されたため、ハブユニット全体のコンパクト化および軽量化を図りつつ、足回りフレーム部品に設けられるユニット支持部材の剛性を確保することができる。

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のユニット支持部材等を示す斜視図である。 同ユニット支持部材をユニット支持部材本体と軸受ホルダに分解して示す斜視図である。 同操舵機能付ハブユニットのハブベアリングに作用する荷重方向を示す斜視図である。 同ユニット支持部材本体および軸受ホルダの平面図である。 この発明の他の実施形態に係る操舵機能付ハブユニットのユニット支持部材等を示す斜視図である。 同ユニット支持部材の平面図である。 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。 従来の操舵機能付ハブユニットの一部を分解して示す断面図である。 従来の操舵機能付ハブユニットの分割構造を説明する図である。

［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１０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、回転許容支持部品である軸受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、上下二箇所で軸受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である左右の前輪に装備されている。図１３に示すように、操舵機能付ハブユニット１は、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。但し、操舵輪の操舵機能付ハブユニット１において、車両制御の要求によっては、前記微小な角度に限らず例えば１０°〜２０°等の比較的大きな角度を左右輪個別に採ることもある。後述する図１４、図１５に示す操舵機能付ハブユニット１についても同様である。

図２および図１３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、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、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。

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。ここで、アウターリング１６は外輪１９と一体に形成されてもよい。この場合、上下の転舵軸部１６ｂ，１６ｂは、外輪１９の外周から上下に突出して設けられる。前記「一体に形成され」とは、アウターリング１６と外輪１９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。

＜軸受およびユニット支持部材について＞
図５および図６に示すように、各軸受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。

図１に示すように、上下の転舵軸部１６ｂ，１６ｂは、それぞれユニット支持部材３に設けられた上下の内周円筒面形状の軸受嵌合凹部１３，１３にそれぞれ嵌合する一対の前記軸受４，４を介して、ユニット支持部材３に支持されている。各軸受４は車輪９のホイール９ａ内に位置する。この例では、各軸受４が、ホイール９ａ内でこのホイール９ａ内の幅方向中間付近に配置される。

＜ユニット支持部材３の分割構造等について＞
図７および図８に示すように、ユニット支持部材３は、ユニット支持部材本体３Ａと、軸受ホルダ３Ｂとを有する。なお図７〜図１０では、操舵用アクチュエータが省略されている。ユニット支持部材本体３Ａは、軸受嵌合凹部１３の外周壁部３４の全周のうち、転舵軸部１６ｂが径方向に挿入および離脱可能な側面開口３４ａａを有するＣ形の範囲を構成する壁部３４ａが設けられている。このユニット支持部材本体３Ａが、ナックル６に一体に設けられている。

図８、９および図１０に示すように、軸受ホルダ３Ｂは、前記外周壁部３４の残り部分を構成しユニット支持部材本体３Ａに取り付けられる。軸受ホルダ３Ｂは、転舵軸心Ａ（この例では車両上下方向Ａ１）および車輪の回転軸つまり回転軸心Ｏにそれぞれ直交する方向（この例では車両前後方向Ａ２）からユニット支持部材本体３Ａに取り付けられて前記側面開口３４ａａを閉塞する。この例では、ユニット支持部材本体３Ａの車両前後方向Ａ２における一端に、上下の軸受ホルダ３Ｂ，３Ｂがそれぞれ複数のボルト３３により着脱自在に結合される。ここでは、ユニット支持部材本体３Ａと各軸受ホルダ３Ｂは、分解性を考慮してボルト締結としているが、例えば、加締め、溶接等他の固定方法でもよい。上下の軸受ホルダ３Ｂ，３Ｂは、同一形状であり部品の兼用性を高め得るが、他の構成部品との干渉等を考慮して互いの形状を変更してもよい。

ユニット支持部材本体３Ａの側面開口３４ａａは、転舵軸部１６ｂの直径Ｄ１より幅広で且つ軸受嵌合凹部１３の外周壁部３４の全周のうち、円周方向で１／２未満の範囲に形成されている。この実施形態の側面開口３４ａａは、ユニット支持部材本体３Ａの剛性、強度、転舵軸部１６ｂの組立性等を考慮して、転舵軸部１６ｂの直径Ｄ１における寸法公差の上限値よりも例えば数ｍｍ程度大きい開口幅に形成されている。但し、側面開口３４ａａは、このような開口幅に限定されるものではなく、転舵軸部１６ｂが径方向に挿入可能な側面開口３４ａａを有するＣ形の範囲を構成する壁部３４ａが設けられていれば足りる。

ユニット支持部材本体３Ａの車両前後方向における一端に、上下の軸受ホルダ３Ｂ，３Ｂがそれぞれ結合され、各上下の部分につき、前記Ｃ形の範囲を構成する壁部３４ａと外周壁部３４の残り部分とが互いに組み合わされることにより、上下の内周円筒面形状の軸受嵌合凹部１３，１３が形成される。各軸受嵌合凹部１３に軸受４の外輪４ｂが嵌合されている。

図６および図８に示すように、各転舵軸部１６ｂには、転舵軸心Ａに沿って延びる雌ねじ部がそれぞれ形成され、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、各軸受４にそれぞれ予圧を与えている。これにより各軸受４の剛性を高め得る。車両の重量がこのハブユニット１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る。なお、軸受４は、円すいころ軸受に限るものではなく、最大負荷等の使用条件によってはアンギュラ玉軸受を用いることも可能である。その場合も、上記と同様に予圧を与えることができる。

＜組立＞
ユニット支持部材３およびハブユニット本体２を組立てる際、先ず、上下の転舵軸部１６ｂ，１６ｂを、ユニット支持部材本体３Ａの各側面開口３４ａａから各軸受嵌合凹部内に挿入し、各軸受ホルダ３Ｂをそれぞれユニット支持部材本体３Ａに締結する。その後、各軸受嵌合凹部１３に軸受４の外輪外周面を嵌合し、押圧部材２４およびボルト２３を組付ける。

＜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。

＜その他の機構的構成＞
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。

＜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の出力ロッド２５ａをモータ２６の駆動により進退させることで、出力ロッド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等調整が可能である。

軸受４および転舵軸部１６ｂは、軸受嵌合凹部１３の外周壁部３４の全周のうち、Ｃ形の範囲を構成する壁部３４ａに支持されると共に、外周壁部３４の残り部分を構成する軸受ホルダ３Ｂで支持される。したがって、車両走行時に、キャンバー方向Ａ３の荷重、車両前後方向Ａ２の荷重、車両上下方向Ａ１の荷重およびこれら複合した荷重の大部分を、剛性、強度の高いＣ形の範囲を構成する壁部３４ａのユニット支持部材本体３Ａを主体として支持することができる。転舵軸支持部をユニット支持部材結合体のボルト締結力のみで保持する従来構造では、複合荷重が転舵軸支持部に作用するのに起因してボルトに引張力およびせん断力が作用するのに対し、この発明の構成ではＣ形の範囲を構成する壁部３４ａのユニット支持部材本体３Ａを主体として複合荷重を受けることができる。このため、軸受ホルダ３Ｂをユニット支持部材本体３Ａに取り付ける部分に作用する荷重が低減し、軸受ホルダ３Ｂを固定する締結ボルト３３に大きなせん断力が作用しないようにすることが可能となる。軸受ホルダ３Ｂをユニット支持部材本体３Ａに取り付ける部分に作用する荷重としては、いわゆる切欠き部である側面開口３４ａａが広がる方向の荷重が挙げられる。よって、ユニット支持部材全体の剛性、強度を高めることができる。車両上下方向Ａ１、車両前後方向Ａ２、およびキャンバー方向Ａ３の荷重は、ユニット支持部材本体３Ａが受け、いわゆる切欠き部である側面開口３４ａａが広がる方向の荷重を、軸受ホルダ３Ｂの締結ボルト３３が受け止めることが可能となるため、ハブユニット全体のコンパクト化および軽量化を図ることができる。

軸受ホルダ３Ｂは、転舵軸心Ａおよび車輪９の回転軸にそれぞれ直交する方向からユニット支持部材本体３Ａに取り付けられている。この場合、軸受ホルダ３Ｂおよびその締結ボルト３３とブレーキロータ２１ａ等とが干渉し難くなるため、ユニット支持部材本体３Ａの径方向および上下方向の肉厚を大きく確保することが可能となる。これによりユニット支持部材３の剛性、強度を高めることができる。また、軸受ホルダ３Ｂが前記のようにユニット支持部材本体３Ａに取り付けられている場合、作業スペースを確保できてハブユニット本体２の組立性が良くなる。

上下の転舵軸部１６ｂ，１６ｂを支持する各軸受４が車輪９のホイール９ａ内に位置するため、転舵軸部がタイヤホイール外に配置される従来構造よりも、転舵軸部１６ｂの中心から車輪９の接地面中心までの距離を確実に短縮でき、車輪９を操舵させる力を低減することができる。したがって、操舵用アクチュエータ５の小形化を図りハブユニット全体のコンパクト化および重量低減を図ることができる。これにより車両の運動性能を高めることができる。

＜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。

［第２の実施形態］
第２の実施形態に係る操舵機能付ハブユニット１を図１１および図１２と共に説明する。この操舵機能付ハブユニット１は、軸受ホルダ３Ｂが、車両左右方向Ａ４からユニット支持部材本体３Ａに取り付けられて側面開口３４ａａを閉塞する。この例では、ユニット支持部材本体３Ａのアウトボード側端に、上下の軸受ホルダ３Ｂ，３Ｂがそれぞれ複数のボルト３３により着脱自在に結合されている。その他前述の実施形態と同様の構成となっている。この場合にも、転舵軸支持部をユニット支持部材結合体のボルト締結力のみで保持する従来構造よりも、ユニット支持部材全体の剛性、強度を高めることができる。その他前述の実施形態に対し組立性はやや劣るものの同様の作用効果を奏する。

＜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、非総舵輪に対して用いてもよい。例えば、図１４に示すように、前輪操舵の車両において、操舵機能付ハブユニット１は、非操舵輪である左右の後輪に装備されている。前記車両において、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、操舵機能付ハブユニット１のユニット支持部材が設置され、後輪操舵に用いられる。
その他図１５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。

２…ハブユニット本体、３…ユニット支持部材、３Ａ…ユニット支持部材本体、３Ｂ…軸受ホルダ、４…軸受、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）、６Ｒ…足回りフレーム部品、９…車輪、９ａ…ホイール、９Ｆ…前輪、９Ｒ…後輪、１２，１２Ｒ…懸架装置、１３…軸受嵌合凹部、１５…ハブベアリング、１６ａ…円環部、１６ｂ…転舵軸部、１９…外輪（固定輪）、２９…制御装置、３０…操舵制御部、３１…アクチュエータ駆動制御部、３４…外周壁部、３４ａ…壁部、３４ａａ…側面開口

Claims (7)

1. 車輪を回転支持するハブベアリング、およびこのハブベアリングの固定輪またはこの固定輪に設けられた円環部の外周から上下にそれぞれ突出する転舵軸部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の前記転舵軸部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、を備えた操舵機能付ハブユニットであって、
   上下の前記転舵軸部は、前記ユニット支持部材に設けられた上下の内周円筒面形状の軸受嵌合凹部にそれぞれ嵌合する一対の軸受を介して前記ユニット支持部材に支持され、
   前記ユニット支持部材は、前記軸受嵌合凹部の外周壁部の全周のうち、前記転舵軸部が径方向に挿入可能な側面開口を有するＣ形の範囲を構成する壁部が設けられたユニット支持部材本体と、前記外周壁部の残り部分を構成し前記ユニット支持部材本体に取り付けられる軸受ホルダとを有する、
   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、前記軸受ホルダは、前記転舵軸心および前記車輪の回転軸にそれぞれ直交する方向から前記ユニット支持部材本体に取り付けられている操舵機能付ハブユニット。
3. 請求項１に記載の操舵機能付ハブユニットにおいて、前記軸受ホルダは、車両の左右方向から前記ユニット支持部材本体に取り付けられている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において、前記各軸受が前記車輪のホイール内に位置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。
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を用いて前輪が支持された車両。
7. 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を用いて後輪が支持された車両。
   

Images