JP2022054931A - インホイールモータ駆動装置用サスペンション構造 - Google Patents

Abstract

【課題】電動車両の前方衝突時にインホイールモータ駆動装置の破損を防止する構造を提供する。【解決手段】インホイールモータ駆動装置用サスペンション構造は、車体側メンバに連結されるロアアームと、インホイールモータ駆動装置をロアアームに方向自在に連結するボールジョイント４９を備える。ボールジョイント４９のボール４９ｂを中心としてボールジョイント４９のスタッド部４９ｔがソケット４９ｓに対して車両前後方向に角度変更を許容される前側最大角度βｆと、車幅方向の最大角度を対比して、車幅方向の最大角度よりも前側最大角度βｆの方が狭い。【選択図】図７

Description

本発明は、電気自動車やハイブリッド車等の車体にインホイールモータ駆動装置を連結するサスペンション装置に関する。

車両を破壊する程度の異常な衝撃力が付与された場合の安全対策として、例えば特許第５６０５０２５号公報（特許文献１）に記載の構造が知られている。特許文献１記載の車両用サスペンションメンバ支持装置は、車両前後方向に延びるサイドメンバと、サスペンションリンク部材を支持するサスペンションメンバと、サイドメンバに対してサスペンションメンバを締結固定する締結ボルトとを備える。そして衝撃力の入力時、締結ボルトによる締結固定が解除されてサスペンションメンバが落下するというものである。

特許第５６０５０２５号公報

駆動輪の内部にインホイールモータ駆動装置を設け、当該インホイールモータ駆動装置と車体をサスペンション装置で連結する電動車両が知られている。かかる電動車両にあっては、インホイールモータ駆動装置特有の課題が生じる。すなわちインホイールモータ駆動装置には大電流が流れており、高電圧が印加されているので、電動車両を破壊する程度の異常な衝撃力が付与された場合の安全対策が重要になる。

特許文献１記載の構造では、衝撃入力時にサスペンションメンバを落下させて乗員を守る構造であるが、サスペンション装置が塑性変形した場合の他部品との干渉は考慮されていない。衝撃入力時にサスペンション部材（サスペンションアーム、サスペンションリンク、ロッド等）が塑性変形した場合、サスペンション部材がインホイールモータ駆動装置と干渉する可能性がある。この場合、インホイールモータ駆動装置のケーシングが破損してケーシング内部の高圧部品が露出し、漏電および感電する懸念がある。

特に、前方衝突時および段差乗り越え時などには車輪およびサスペンション部材等の足回り部材に大きな衝撃力が入る可能性がある。そのため、前後方向の衝撃力が足回り部材に入力してインホイールモータ駆動装置が塑性変形しても、塑性変形した足回り部材がインホイールモータ駆動装置と干渉しない構造とする必要がある。

本発明は、上述の実情に鑑み、電動車両の前方衝突時にインホイールモータ駆動装置の破損を防止する構造を提供することを目的とする。

この目的のため本発明によるインホイールモータ駆動装置用サスペンション構造は、車体側メンバに連結されるサスペンション部材と、インホイールモータ駆動装置をサスペンション部材に方向自在に連結するボールジョイントを備え、かかるボールジョイントのボールを中心としてボールジョイントのソケットおよびスタッドのいずれか一方が残る他方に対して、車両前後方向に角度変更を許容される車両前後方向可動範囲と、ボールを中心として一方が他方に対して車幅方向に角度変更を許容される車幅方向可動範囲を対比して、車幅方向可動範囲よりも車両前後方向可動範囲の方が小さい。

かかる本発明によれば、衝撃入力時に、方向自在に角度変化するボールジョイントの角度範囲が規制されることから、サスペンション部材が変形してもインホイールモータ駆動装置と接触しないようにすることができる。特にボールジョイントの前後方向の最大方向角が規制されるため、電動車両の前方衝突時にサスペンション部材が変形してもインホイールモータ駆動装置と干渉せず、インホイールモータ駆動装置のケーシングが破損する恐れがない。ケーシングの破損を防ぐことで内部部品の露出を防ぎ、感電を防止できる。車両前後方向可動範囲の規制は、スタッド部が通されるソケット部の開口形状によって行われる。あるいはサスペンション部材にストッパを設けることにより行われる。なおサスペンション部材は特に限定されない。サスペンション部材は例えばサスペンションアームであってもよいし、複数のリンクからなるリンク構造の１部材であってもよい。

本発明の一局面としてサスペンション部材は、インホイールモータ駆動装置の車輪ハブの軸線よりも下方に配置されるアームである。かかるアームとして、ストラット式サスペンション装置あるいはダブルウィッシュボーン式サスペンション装置のロアアームが挙げられる。他の局面としてサスペンション部材は、インホイールモータ駆動装置の車輪ハブの軸線よりも上方に配置されるアームである。

本発明の一局面としてインホイールモータ駆動装置は、ボールジョイントよりも車両前方および／または車両後方の位置で、下方に突出する凸部を有する。かかる局面によれば、アームと凸部の干渉を防止することができる。

このように本発明によれば、異常な衝撃力が電動車両に付与されてサスペンション部材が塑性変形する場合であっても、サスペンション部材がインホイールモータ駆動装置と干渉する危険性を低減することができ、安全性が向上する。

本発明の一実施形態になるインホイールモータ駆動装置用サスペンション構造を示す正面図である。 同実施形態を示す平面図である。 同実施形態を示す側面図である。 同実施形態のボールジョイントを示す拡大断面図である。 同実施形態のボールジョイントを示す拡大断面図である。 同実施形態のボールジョイントのスタッドからボール側をみた状態を示す拡大図である。 本実施形態のボールジョイントが角度変化を許容される範囲を示す拡大断面図である。 対比例のボールジョイントが角度変化を許容される範囲を示す拡大断面図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態になるインホイールモータ駆動装置用サスペンション構造を示す正面図であって、車両前後方向にみた状態を表す。図２は同実施形態を示す平面図であって、図面の理解を容易にするためストラットが図略されている。図３は同実施形態を示す側面図であって、車幅方向内側からみた状態を表す。なお図３では、インホイールモータ駆動装置の輪郭を表し、ボールジョイント以外のサスペンション部材が図略される。

本実施形態は、車輪と、インホイールモータ駆動装置１０と、サブフレーム３０と、サスペンション装置４０を具備する。車輪は、ロードホイールＷおよびタイヤＴで構成される。タイヤＴはロードホイールＷの外周に嵌合する。ロードホイールＷおよびブレーキロータＢＤは、インホイールモータ駆動装置１０の車輪ハブ１４に結合される。

インホイールモータ駆動装置１０は、車輪ハブ１４を回転自在に支持する車輪ハブ軸受部１１と、モータ部１２と、モータ部１２の回転を減速して車輪ハブ１４に伝達する減速部１３と、キャリア１５を有する。軸線Ｏは車輪ハブ１４の中心線、つまり車軸を表す。軸線Ｏ方向位置に関し、車輪ハブ１４を含む車輪ハブ軸受部１１は軸線Ｏ方向一方に配置され、モータ部１２は軸線Ｏ方向他方に配置され、減速部１３は軸線Ｏ方向中央に配置される。またモータ部１２は、軸線Ｏからオフセット配置される。

図３に示すように本実施形態のモータ部１２は、軸線Ｏから車両前方へずらして配置される。インホイールモータ駆動装置１０は、軸線Ｏ方向一方を車幅方向外側（アウトボード側ともいう）とし、軸線Ｏ方向他方を車幅方向内側（インボード側ともいう）として、電動車両の車幅方向両側にそれぞれ配置される。図１に示すように各インホイールモータ駆動装置１０は、サスペンション装置４０でサブフレーム３０に連結される。

インホイールモータ駆動装置１０はロードホイールＷの内空領域に収容される。内空領域は、ロードホイールＷのリム部Ｗｒの内周面とスポーク部Ｗｓの軸線Ｏ方向内側面で区画される。ただしモータ部１２の一部が内空領域から車幅方向内側に突出してもよい。キャリア１５は、上下方向に延び、中央領域がインホイールモータ駆動装置１０の表面に取付固定され、上下端がそれぞれインホイールモータ駆動装置の減速部１３から突出する。なおキャリア１５は、その上端がロードホイールＷの内空領域から突出する。またキャリア１５の中央領域のうちの一部が、ロードホイールＷの内空領域から突出する。

サスペンション装置４０は、ストラット式サスペンション装置であって、ストラット４１およびロアアーム４８を有する。ストラット４１は軸線Ｏよりも上方で上下方向に伸縮可能に延びるサスペンション部材であり、ストラット４１の下端がキャリア１５の上端と結合する。ストラット４１は例えばコイルスプリングと、このコイルスプリングの中に挿通されるダンパを含むショックアブソーバである。ストラット４１の図示しない上端は、電動車両の車体に連結されて当該車体を支持する。なお説明される部材（例えばサスペンション装置４０）からみて、車体側の部材、例えばサブフレーム３０、を車体側メンバという。

ロアアーム４８は、車幅方向に延びるサスペンション部材であり、ストラット４１および軸線Ｏよりも下方に配置される。ロアアーム４８の車幅方向外側端４８ｐはボールジョイント４９を介してキャリア１５の下端に連結される。図４に示すようにボールジョイント４９はボール部４９ｂ、スタッド部４９ｔ、ソケット４９ｓ、およびボールシート４９ｗを有する。

本実施形態のボールジョイント４９のソケット４９ｓはインホイールモータ駆動装置１０のキャリア１５に固定され、具体的にはキャリア１５の下端部に形成される受入穴に嵌合する。またソケット４９ｓはボール部４９ｂを収容する。ボール部４９ｂはソケット４９ｓ内でユニバーサルな方向に回動可能である。ボール部４９ｂとソケット４９ｓの間には、ボールシート４９ｗが介在する。ボールシート４９ｗはソケット側の部材であって、ボール部４９ｂの摺動抵抗を低減するすべり軸受の役割を果たす。スタッド部４９ｔは、ソケット４９ｓに収容されるボール部４９ｂから延出し、ロアアーム４８の車幅方向外側端４８ｐにボルト締結される。ボールジョイント４９のボール中心Ｃｂは、車幅方向外側端４８ｐよりも上側（インホイールモータ駆動装置１０に近い側）に配置される。

図３を参照して、減速部１３の下部にはオイルタンク１３ｔが付設される。オイルタンク１３ｔは減速部１３から突出する凸部である。本実施形態のオイルタンク１３ｔは、キャリア１５の下端よりもさらに下方へ突出する。またオイルタンク１３ｔは、ボールジョイント４９から車両前後方向にずらして配置される。本実施形態のオイルタンク１３ｔは、ボールジョイント４９よりも車両前方に配置される。オイルタンク１３ｔ内には、減速部１３内部を潤滑する潤滑油が貯留する。

説明を図１および図２に戻すと、ロアアーム４８の車幅方向内側端４８ｑ，４８ｒはサブフレーム３０に回動可能に連結される。かくしてロアアーム４８は、車幅方向外側端４８ｐを遊端とし、車幅方向内側端４８ｑ，４８ｒを基端として、上下方向に揺動可能とされる。ボールジョイント４９のボール中心Ｃｂは、減速部１３の真下に配置される。つまり軸線Ｏに関し、減速部１３の軸線Ｏ方向位置はボールジョイント４９の軸線Ｏ方向位置と重なる。

次に、ボールジョイントについて詳細に説明する。

図４は本実施形態のボールジョイント４９を示す拡大断面図であり、図２中、車幅方向および上下方向に広がる平面ＩＶ―ＩＶでボールジョイント４９を切断し、断面を矢の方向（車両前後方向）にみた状態を表す。図５は本実施形態のボールジョイント４９を示す拡大断面図であり、図２中、車両前後方向および上下方向に広がる平面Ｖ―Ｖでボールジョイント４９を切断し、断面を矢の方向（車幅方向）にみた状態を表す。図６は同実施形態のボールジョイントのスタッド部からボール側をみた状態を示す拡大図であり、図５中、車両前後方向および車幅方向に広がる平坦面ＶＩ―ＶＩでスタッド部を切断し、上下方向にみた状態を表す。

図４および図５の断面図は、ボール部４９ｂのボール中心Ｃｂを含む。ソケット４９ｓの開口４９ｃにはスタッド部４９ｔが通される。スタッド部４９ｔはインホイールモータ駆動装置１０から離れるように下方へ延び、開口４９ｃもインホイールモータ駆動装置とは反対側の下方へ指向する。スタッド部４９ｔの中央部分および開口４９ｃは、環状のブーツ４９ｄで覆われる。ブーツ４９ｄの両端は、ソケット４９ｓおよび車幅方向外側端４８ｐに隙間なく接続される。これにより開口４９ｃに異物が侵入することを防止される。ブーツ４９ｄは、方向自在に角度を変更するボールジョイント４９に追従して、弾性変形する。

スタッド部４９ｔはソケット４９ｓに対して方向自在に向きを変えることができるが、その可動範囲はソケット４９ｓの開口４９ｃの大きさによって規定される。図４の断面において、ソケット４９ｓに対するスタッド部４９ｔの直立方向を基準線Ｘｂとし、スタッド部４９ｔが車幅方向最も外側へ向かう角度を外側最大角度αｏとし、スタッド部４９ｔが車幅方向最も内側へ向かう角度を内側最大角度αｉとする。また図５の断面において、基準線Ｘｂに対し、スタッド部４９ｔが最も車両前側へ向かう角度を前側最大角度βｆとし、スタッド部４９ｔが最も車両後側へ向かう角度を後側最大角度βｒとする。

図６に示すように、開口４９ｃの形状は半径の円形ではなく、長孔である。具体的には開口４９ｃの車幅方向寸法が大きく、開口４９ｃの車両前後方向寸法が小さい。本実施形態では、外側最大角度αｏと内側最大角度αｉが等しいが、図示しない変形例として互いに異なっていてもよい。また前側最大角度βｆと後側最大角度βｒは等しいが、図示しない変形例として互いに異なっていてもよい。

本実施形態では、長孔の開口４９ｃによって、ソケット４９ｓおよびスタッド部４９ｔの一方が他方に対し車幅方向に角度変更を許容される範囲である車幅方向可動範囲（αｏ＋αｉ）が規定される。また長孔の開口４９ｃによって、ソケット４９ｓおよびスタッド部４９ｔのいずれか一方が残る他方に対し車両前後方向に角度変更を許容される範囲である車両前後方向可動範囲（βｆ＋βｒ）が規定される。

そして車両前後方向可動範囲（βｆ＋βｒ）が車幅方向可動範囲（αｏ＋αｉ）よりも小さくされる。具体的には前側最大角度βｆ（図５、図７）が外側最大角度αｏ（図４）よりも小さい。また後側最大角度βｒ（図５）が内側最大角度αｉ（図４）よりも小さい。

ここで附言すると、本実施形態の前側最大角度βｆおよび後側最大角度βｒはそれぞれ１２°である。また本実施形態の外側最大角度αｏおよび内側最大角度αｉはそれぞれ２１°である。これらの角度は実施形態に応じて適宜、変更可能である。

図７は本実施形態のボールジョイントの可動範囲を示す拡大断面図であり、図５に対応する。スタッド部４９ｔがソケット４９ｓに対して前側最大角度βｆにされるときであっても、スタッド部４９ｔと結合する車幅方向外側端４８ｐと、インホイールモータ駆動装置１０のオイルタンク１３ｔの間には隙間が確保される。したがって車幅方向外側端４８ｐはオイルタンク１３ｔと干渉しない。

本実施形態によれば、車両前後方向可動範囲（βｆ＋βｒ）と車幅方向可動範囲（αｏ＋αｉ）が異なることから、ロアアーム４８等のサスペンションアームが異常な衝撃力を受けて塑性変形しても、ロアアーム４８がインホイールモータ駆動装置１０に干渉する可能性を低減できる。

また本実施形態によれば、インホイールモータ駆動装置の一部であるオイルタンク１３ｔがボールジョイント４９に隣り合って配置され、当該隣り合う方向の最大角度（前側最大角度βｆ）が他の方向の最大角度（後側最大角度βｒ、外側最大角度αｏ、および内側最大角度αｉ）よりも小さくなるよう規定されることから、ロアアーム４８がインホイールモータ駆動装置１０に干渉する可能性を低減できる。

本実施形態の理解のため、対比例につき説明する。図８は、対比例のボールジョイントが角度変化を許容される範囲を示す拡大断面図であり、前述した図７に対応する。図８に示す前側最大角度βｆ´は、図７の前側最大角度βｆよりも大きく、ロアアーム４８がインホイールモータ駆動装置１０に干渉してしまう。またロアアーム４８が異常な衝撃力を受けて塑性変形すると、ロアアーム４８がインホイールモータ駆動装置１０に衝突し、インホイールモータ駆動装置１０が破損する懸念がある。

以上、図面を参照して本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、図示した実施の形態のものに限定されない。図示した実施の形態に対して、本発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

車幅方向あるいは車両前後方向の可動範囲は、上述した実施得形態のように開口４９ｃの形状によって規制される他、図７に仮想線で示すようにストッパ４９ｕを設けてもよい。ストッパ４９ｕは、車幅方向外側端４８ｐに立設され、インホイールモータ駆動装置１０に向かって突出する。またストッパ４９ｕは、スタッド部４９ｔからみて車両前方および車両後方にそれぞれ配置される。ストッパ４９ｕは、キャリア１５の下端部に当接して、ボールジョイント４９の車両前後方向の方向変化を規制する。

本実施形態の前側最大角度βｆは、外側最大角度αｏおよび内側最大角度αのいずれよりも小さくされる。また後側最大角度βｒも、外側最大角度αｏおよび内側最大角度αのいずれよりも小さくされる。

本発明は、電気自動車およびハイブリッド車両において有利に利用される。

１０ インホイールモータ駆動装置、 １１ 車輪ハブ軸受部、
１２ モータ部、 １３ 減速部、 １３ｔ オイルタンク、
１４ 車輪ハブ、 １５ キャリア、 ３０ サブフレーム（車体側メンバ）
４０ サスペンション装置、 ４１ ストラット、
４８ ロアアーム（サスペンション部材）、 ４８ｐ 車幅方向外側端、
４８ｑ，４８ｒ 車幅方向内側端、 ４９ ボールジョイント、
４９ｂ ボール部、 ４９ｃ 開口、 ４９ｓ ソケット、
４９ｔ スタッド部、 ４９ｗ ボールシート、 ４９ｕ ストッパ、
Ｃｂ ボール中心、 Ｏ 軸線、 Ｔ タイヤ、 Ｗ ロードホイール。

Claims (3)

1. 車体側メンバに連結されるサスペンション部材と、
   インホイールモータ駆動装置を前記サスペンション部材に方向自在に連結するボールジョイントを備え、
   前記ボールジョイントのボールを中心として前記ボールジョイントのソケットおよびスタッドのいずれか一方が残る他方に対して車両前後方向に角度変更を許容される車両前後方向可動範囲と、前記ボールを中心として前記一方が前記他方に対して車幅方向に角度変更を許容される車幅方向可動範囲を対比して、前記車幅方向可動範囲よりも前記車両前後方向可動範囲の方が小さい、インホイールモータ駆動装置用サスペンション構造。
2. 前記サスペンション部材は、前記インホイールモータ駆動装置の車輪ハブの軸線よりも下方に配置されるアームである、請求項１に記載のインホイールモータ駆動装置用サスペンション構造。
3. 前記インホイールモータ駆動装置は、前記ボールジョイントよりも車両前方および／または車両後方の位置で、下方に突出する凸部を有する、請求項２に記載のインホイールモータ駆動装置用サスペンション構造。
   
   

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