JP6212961B2 - 車両の後輪操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の後輪を支持するサスペンション機構に介装し当該後輪を操舵する車両の後輪操舵装置に関する。

近時、車両の四輪操舵システム（４ＷＳ）の一部を構成する後輪操舵装置として、種々の態様の装置が知られているが、基本的な構成は、下記の特許文献１に記載のような「車両の後輪に連結されるロッドと、ロッドを支持するとともに車両のシャシーに固定されるハウジングと、ハウジングに収容されるとともに前記後輪を操舵すべく前記ロッドを駆動するモータ」から成る。また、車両の後輪を支持するサスペンション機構も種々の態様があり、これに装着される後輪操舵装置も多様なものとなる。例えば、下記の特許文献２に記載の装置は特許文献１に記載の装置と基本構成が異なるだけでなく、電気モータからプッシュロッドへの駆動力の伝達を断続するブロッキング装置も備えており、電気モータ及びその回転運動をプッシュロッドの並進運動に変換するためのトランスミッションと共に、モジュールハウジングに支持されている。そして、これらを制御する制御ユニットについても言及されている。

特許第５０９８２４２号公報 特表２０１２−５１１４６５号公報

上記特許文献２に記載の装置は、電気モータ、トランスミッション及びブロッキング装置がモジュールハウジングに支持される構成であるので組み付けが困難であるだけでなく、ハウジングに対し高強度が要求されることになるので小型化が困難である。また、特許文献２においては、その段落〔００４５〕に「制御ユニット２０の回路基板の一部を形成する電気インターフェース６５」と記載され、更に「ブレーキ制御ユニット又は車両のＣＡＮの母線に延びる送出ケーブル３２との外部電気インターフェース２」と記載されており、その図７の開示から明らかなように、外部電気インターフェース２はカバー２に接合された状態で、制御ユニット２０に接続されている。従って、モジュールハウジングとカバーとの間を防水接合構造とすると共に、カバーと外部電気インターフェースとの間も防水接合構造とする必要があり、更に、ケーブルとの接合に防水コネクタが必要となる。一方、特許文献１には明示されていないが、モータ等を駆動制御するコントローラ（制御ユニット）は、一般的にケース内に配設されて上記のハウジングに装着されるので、ケースとハウジングとの間は防水接合構造とされ、電力線及び信号線を含むケーブルとの接合には大型で高価な防水コネクタが用いられる。また、防水構造が必要とされる接続部の位置に制限が加わるので、コントローラを構成する回路の設計自由度が制限される。

そこで、本発明は、車両の後輪を支持するサスペンション機構に介装し当該後輪を操舵する車両の後輪操舵装置において、コントローラを適切且つ容易に収容し得るハウジング構造とし、小型軽量化を可能とする後輪操舵装置を提供することを課題とする。

上記の課題を達成するため、本発明は、車両の後輪を支持するサスペンション機構に介装し当該後輪を操舵する車両の後輪操舵装置において、前記サスペンション機構に第１の連結部材及び第２の連結部材を介して連結するハウジングと、該ハウジングを構成する筒体内に収容する電動モータと、前記筒体内に収容し前記電動モータの出力を減速する減速機構と、該減速機構に連結して回転するナット部材及び該ナット部材に螺合すると共に前記第２の連結部材に連結するロッドを有し、前記ナット部材の回転運動を前記ロッドの直線運動に変換する直動機構と、前記ハウジングを構成し、前記筒体から延出する前記ロッドを囲繞するように配置して前記筒体に固定する筐体であって、前記ロッドに平行に開口する少なくとも一つの開口部を有すると共に、該開口部とは別に連通孔を有する筐体と、該筐体の前記開口部を密閉するように接合する蓋体と、前記筐体内に収容され前記電動モータを駆動制御するコントローラと、該コントローラに電気的に接続する電力線及び信号線と、該電力線及び信号線を囲繞して保持するグロメットと、該グロメットが装着される支持ブラケットとを備え、当該電力線及び信号線が前記筐体内で前記コントローラに接続されると共に、前記連通孔を介して外部に導出され、前記支持ブラケットが前記筐体に固定されている構成としたものである。

前記コントローラは、前記電動モータを駆動制御する複数の素子が実装された電子回路基板と、該電子回路基板を所定の間隙を以って支持すると共に前記筐体に固定する支持基板とを備えたものとし、前記筐体内で前記電力線及び信号線が前記電子回路基板に接合される構成とするとよい。

本発明は上述のように構成されているので以下の効果を奏する。即ち、本発明の後輪操舵装置においては、筒体内に収容する電動モータと、筒体内に収容し電動モータの出力を減速する減速機構と、該減速機構に連結して回転するナット部材及び該ナット部材に螺合すると共に第２の連結部材に連結するロッドを有し、ナット部材の回転運動をロッドの直線運動に変換する直動機構と、筒体から延出するロッドを囲繞するように配置して筒体に固定する筐体であって、ロッドに平行に開口する少なくとも一つの開口部を有すると共に、この開口部とは別に連通孔を有する筐体と、該筐体の開口部を密閉するように接合する蓋体と、筐体内に収容され電動モータを駆動制御するコントローラと、該コントローラに電気的に接続する電力線及び信号線と、該電力線及び信号線を囲繞して保持するグロメットと、該グロメットが装着される支持ブラケットとを備え、当該電力線及び信号線が筐体内でコントローラに接続されると共に、連通孔を介して外部に導出され、支持ブラケットが筐体に固定されているので、ハウジング内にコントローラを適切且つ容易に収容し得るだけでなく、防水構造が必要とされる接続部の位置に制限されることなく回路設計を行うことができ、従前の防水コネクタを必要とすることなく、組み付けが容易で確実な防水構造とすることができる。しかも、コントローラが収容される筐体は高強度とする必要はないので、小型、軽量で安価な装置とすることができる。

特に、コントローラが、電動モータを駆動制御する複数の素子が実装された電子回路基板と、該電子回路基板を所定の間隙を以って支持すると共に筐体に固定する支持基板とを備えたものとし、筐体内で電力線及び信号線が電子回路基板に接合されように構成すれば、支持基板に適切に支持された電子回路基板に対し、電力線及び信号線を容易且つ確実に接合することができる。

本発明の一実施形態に係る後輪操舵装置の全体構成を示す横断面図である。 本発明の一実施形態におけるアクチュエータ部分を拡大して示す横断面図である。 本発明の一実施形態におけるコントローラ部分を拡大して示す横断面図である。 本発明の一実施形態におけるコントローラ部分を拡大して示す縦断面図である。 本発明の一実施形態におけるコントローラ部分の蓋体を破断して示す平面図である。

以下、本発明の望ましい実施形態について図面を参照して説明する。本発明の一実施形態に係る後輪操舵装置の全体構成を図１に示す。本実施形態の後輪操舵装置は四輪操舵システム（４ＷＳ）の一部を構成するものであるが、前輪操舵装置は従前と同様であるので省略している。また、車両の後輪を支持するサスペンション機構には種々の態様があるが、本実施形態では、図１に二点鎖線で示すように構成されており、車両の後輪ＲＬ、ＲＲを支持するリヤアクスルＲＡへの支持部ＲＳと、リヤアクスルＲＡに軸支され揺動中心Ｃを中心に揺動するリンクＬＳとの間に、本実施形態の後輪操舵装置を構成するアクチュエータユニットＡＵが介装され、これによって支持部ＲＳとリンクＬＳとの間が伸縮駆動され、リンクＬＳの揺動に応じてタイロッドＴＲ、ＴＲを介して後輪ＲＬ、ＲＲが操舵される。

アクチュエータユニットＡＵは、ハウジング１にロッド２が軸方向移動（直線運動）可能に支持され、その一端部がボールジョイントＪＬを介してリンクＬＳに連結され、ハウジング１がボールジョイントＪＡを介して支持部ＲＳに連結されており、アクチュエータ３によってロッド２が駆動され、リヤアクスルＲＡの支持部ＲＳとリンクＬＳとの間が伸縮駆動されるように構成されている。具体的には、アクチュエータ３を構成する電動モータ３ａはコントローラ４によって制御され、電動モータ３ａの回転出力が減速機構３ｂによって減速された後、直動機構３ｃを介してロッド２の直線運動に変換されるように構成されている。尚、本実施形態では電動モータ３ａはブラシレスモータで構成されている。

本実施形態においては、ハウジング１は主としてアクチュエータ３の構成部品（電動モータ３ａ等）を内蔵するハウジング１ａと、主としてコントローラ４の構成部品（電子回路基板４０等）を内蔵するハウジング１ｂに大別され、ハウジング１ａを構成する筒体１０に連結カバー１１が接合されると共に、ハウジング１ｂを構成し上下及び軸方向に開口部を有する筐体１２が接合され、この筐体１２の（ロッド２に平行に開口する）上下の開口部１２ｘ、１２ｙに、シール部材としてＯリング（代表してＯＲで表す）を介して蓋体１５及び１６が接合されるように構成されている。本実施形態のハウジング１は金属製で、連結カバー１１及び筐体１２はアルミニウム製で、筒体１０並びに蓋体１５及び１６は鉄製である。

アクチュエータ３は、図２に拡大して示すように構成され、ステータ２４にコイル２３が巻装された状態で、筒体１０内に圧入固定されている。電動モータ３ａの出力軸は中空回転軸２０で構成され、この中空回転軸２０は、筒体１０内に挿入される環状のモータカバー２５の内径部２５ａと、筐体１２に形成される環状溝１２ａに対し、夫々軸受２５ｂ及び１２ｂを介して回転可能に支持されている。中空回転軸２０の軸方向中間部には、電動モータ３ａのロータを構成するコア２１が圧入固定され、このコア２１の円周方向に均等に永久磁石２２が配設されている。

更に、中空回転軸２０内には、ロッド２が同軸に配置され、ハウジング１に対し軸方向移動（直線運動）可能に支持されると共に、ハウジング１に対し回転不能に支持されるが、この支持構造については後述する。尚、ロッド２と筐体１２の支持部との間にはブッシュ２ａ及び２ｂが介装されているが、これらはロッド２の軸方向移動を円滑に行うために摺動抵抗を低減するものである。即ち、本実施形態は言わば片持支持の伸縮機構であるので、ブッシュ２ａ及び２ｂには両端支持の軸方向移動機構における軸受としての機能は要求されない。

本実施形態の減速機構３ｂは遊星歯車機構３０で構成され、外歯歯車のサンギヤ３１が中空回転軸２０と一体的に結合され、中空回転軸２０と共に回転可能に支持されている。また、内歯歯車のリングギヤ３３が筒状保持部材のホルダ３４に固定されており、外歯歯車のプラネタリギヤ３２がサンギヤ３１及びリングギヤ３３に噛合しサンギヤ３１回りを回転するように配設されている。そして、このプラネタリギヤ３２を、ピン３５を介して回転可能に支持するキャリアとして、ナット部材３６がホルダ３４に対し軸受３７を介して回転可能に支持されている。軸受３７はボールベアリングで、その内輪３７ａがナット部材３６に嵌合されると共に、その外輪３７ｂがホルダ３４に嵌合され、Ｃ字状のスペーサ３７ｃによってナット部材３６に保持されている。

本実施形態においては、ホルダ３４及びピン３５は金属製（例えば鉄製）であるが、サンギヤ３１、プラネタリギヤ３２及びリングギヤ３３が合成樹脂製であり、サンギヤ３１は金属製の中空回転軸２０に一体成形されている。そして、リングギヤ３３はホルダ３４に対し回転不能に支持され、ホルダ３４は筒体１０に対して回転不能に支持されている。即ち、図２に示すように、筒体１０内に形成された環状溝１０ａにスナップリング１４が保持され、このスナップリング１４の環状側面と連結カバー１１の環状開口端面との間に、軸受３７の外輪３７ｂ及びホルダ３４が挟持された状態で、筒体１０の減速機構３ｂ側（図２の左側）の開口端に形成された螺子部に環状のロックナット１３が螺合され、筒体１０と連結カバー１１が締結される。而して、ロックナット１３の螺合に伴って生ずる軸方向の押圧力によって、軸受３７の外輪３７ｂ及びホルダ３４はスナップリング１４と連結カバー１１との間に強固に挟持され、この結果、ホルダ３４は筒体１０に対して回転不能に保持される。

そして、ロッド２の一端部の外周面に所定の軸方向長さに亘って台形螺子が形成された雄螺子部２ｃとナット部材３６の内周面に形成された雌螺子部３６ｃが螺合するように配置されており、これらナット部材３６とロッド２によって直動機構３ｃが構成されている。尚、ロッド２の脱落防止用に、雄螺子部２ｃの先端にはナット２ｄが螺着されている。ロッド２は、前述のように支持されているので、ロッド２に付与され得る軸方向の荷重は、ナット部材３６、軸受３７、ホルダ３４及びスナップリング１４を介して、筒体１０及び連結カバー１１で吸収される。

一方、図３に示すように、コントローラ４として、電子制御装置（図示せず）を構成する電子回路基板４０及び変位検知装置５を構成する磁石ブロック５０がハウジング１ｂ内に収容されている。変位検知装置５は、例えば磁気ベクトルセンサで構成される変位センサ５ａと例えばネオジウム磁石で構成される永久磁石５ｂを備え、変位センサ５ａは電子回路基板４０に支持され、永久磁石５ｂは磁石ブロック５０内に保持されている。この磁石ブロック５０は、ロッド２の直線運動時の軸方向変位を検出する機能を有する共に、前述のロッド２の回転を阻止する機能を有している。尚、電子回路基板４０には、電動モータ３ａを駆動制御する複数の素子（図示省略）が実装されており、図４に示すように、電子回路基板４０は所定の間隙を以って支持基板６０に支持され、支持基板６０が筐体１２に螺子固定されている。

図３及び図４に示すように、ロッド２の両側面には、軸方向に長尺となる長溝（略矩形の凹部）２ｒ、２ｓが形成されており、一方の長溝２ｒに磁石ブロック５０が配置され、反対側の長溝２ｓからボルト５１が挿通され、ロッド２に固定されている。磁石ブロック５０は合成樹脂で形成され、図３に示すように、永久磁石５ｂを収容する保持部５２と、その両端に一対の脚部５３、５３が延出形成されると共に、両脚部５３、５３間に金属製のナット５４がインサート成形されている。一方、図４に示すように、筐体１２の内部には支持部１２ｓが形成されており、ロッド２の軸に平行に一対の立壁部１２ｗ、１２ｗが形成されている。そして、保持部５２が一対の立壁部１２ｗ、１２ｗ間に保持されるように組付けられ、ロッド２の貫通孔２ｈにボルト５１が挿通されナット５４に螺合される。この結果、磁石ブロック５０によって、ロッド２が筐体１２の立壁部１２ｗ、１２ｗひいてはハウジング１に対し回転不能に支持される。尚、図４では、電子回路基板４０が装着された蓋体１６側の空間のみを示しており、蓋体１５側の空間内の構成は省略している。

而して、本実施形態のアクチュエータ３においては、電動モータ３ａによって中空回転軸２０が回転駆動されると、その回転出力が遊星歯車機構３０の減速機構３ｂによって減速されてナット部材３６が回転駆動され、更に、直動機構３ｃによって、ナット部材３６の回転運動がロッド２の直線運動に変換される。これにより、前述のようにリヤアクスルＲＡの支持部ＲＳとリンクＬＳとの間が伸縮駆動されて、後輪の舵角が調整される。

図５は、ハウジング１ｂを構成する筐体１２内の、（図４では省略された）蓋体１５側の空間内の構成を明らかにすべく、蓋体１５の中央部を破断して示すもので、コントローラ４を構成する電子回路基板４０に対し、電力線８０ａ、８０ｂ並びに三本の信号線（代表して９０で表す）が電気的に接続されている。具体的には、電力線８０ａ、８０ｂは、各々の先端に設けられた接続端子８１ａ、８１ｂが螺子Ｓによって直接接続され、三本の信号線９０はコネクタ９１を介して電子回路基板４０に接続されている。この場合において、前述のように電子回路基板４０は所定の間隙を以って支持基板６０に支持され、この支持基板６０が筐体１２に螺子固定されているので、電力線８０ａ、８０ｂ並びに三本の信号線９０を容易且つ確実に接合することができる。尚、コネクタ９１は筐体１２内に配置され、防水構造とする必要はないので、小型で安価なコネクタが用いられている。

一方、筐体１２には、開口部１２ｘ、１２ｙとは別に、図５に破線で示す連通孔Ｈが形成されており、この連通孔Ｈに、電力線８０ａ、８０ｂ並びに三本の信号線９０を囲繞して保持するシール材料のグロメット１００が支持ブラケット１１０に装着され、この支持ブラケット１１０が筐体１２にボルト結合される。而して、電力線８０ａ、８０ｂ並びに三本の信号線９０は筐体１２の連通孔Ｈに液密的に支持されている。尚、電力線及び信号線の本数は上記に限らず、一本でも複数本でもよい。

上記の構成になるアクチュエータユニットＡＵの製造方法を説明すると、先ず、コイル２３が巻装されたステータ２４が、圧入装置（図示せず）によって筒体１０内に圧入され、図２に示す所定の位置で固定される。また、モータカバー２５が筒体１０内に挿入され、スナップリング１４が筒体１０内の環状溝１０ａに固定される。これとは別に、サンギヤ３１が一体成形された中空回転軸２０に、軸受２５ｂが圧入された後、永久磁石２２を保持するための樹脂製の押え部材２２ａが圧入されると共に、コア２１が圧入固定される。そして、コア２１内に永久磁石２２が収容され、更に押え部材２２ｂが圧入されたサブアセンブリの状態で、永久磁石２２が着磁される。

次に、上記の中空回転軸２０がステータ２４の中空部内に挿入され、軸受２５ｂがモータカバー２５の中空部に嵌合した状態で保持される。更に、磁極センサ６用のプラスチックマグネット６ｂが固着された支持部材２６が中空回転軸２０の端部に圧入され、プラスチックマグネット６ｂが着磁された後、筐体１２が筒体１０の電動モータ３ａ側（図２の右側）の開口に接合され、ボルト結合される。尚、筐体１２の環状溝１２ａには軸受１２ｂの外輪が圧入されており、筒体１０に筐体１２を接合すると軸受１２ｂの内輪が中空回転軸２０に嵌合する。

一方、軸受３７の内輪３７ａがナット部材３６に嵌合され、スペーサ３７ｃによって保持され、軸受３７の外輪３７ｂがホルダ３４に嵌合される。次に、リングギヤ３３がホルダ３４に装着され、ピン３５によってプラネタリギヤ３２がナット部材３６に支持され、ピン３５に係止部材３８が係止される。そして、ナット部材３６の雌螺子部３６ｃにロッド２の雄螺子部２ｃが螺合され、雄螺子部２ｃの先端にナット２ｄが螺着されてサブアセンブリが構成される。

上記サブアセンブリのロッド２が図１乃至図３に示す中空回転軸２０内に挿通され、サンギヤ３１がプラネタリギヤ３２及びリングギヤ３３に噛合するように組み付けられ、ホルダ３４の軸方向端面がスナップリング１４の側端面に当接するまで押し込まれる。続いて、連結カバー１１が装着され、筒体１０にロックナット１３が螺合される。これにより、軸受３７の外輪３７ｂ及びホルダ３４がスナップリング１４と連結カバー１１との間に強固に挟持される。このとき、ロッド２は、筐体１２に配設されたブッシュ２ａ及び２ｂ内を挿通し、筐体１２の外部まで延出している。

そして、筐体１２内で、ロッド２の長溝２ｒに磁石ブロック５０が配置され、その保持部５２が立壁部１２ｗ、１２ｗ間に保持されるように組付けられる。而して、ロッド２の貫通孔２ｈにボルト５１が挿通されナット５４に螺合されると、ロッド２はハウジング１に対し回転不能に支持される。

更に、変位センサ５ａが装着された電子回路基板４０及びこれを支持する支持基板６０が、筐体１２内に収容され、変位センサ５ａが永久磁石５ｂと対向する位置で固定される。そして、電力線８０ａ、８０ｂ並びに三本の信号線９０が電子回路基板４０に接続され、グロメット１００及び支持ブラケット１１０を介して外部に導出されて連通孔Ｈに液密的に支持された後、蓋体１５及び１６がシール部材のＯリングＯＲを介して筐体１２にボルト結合されると、筐体１２内が液密空間となる。以上のように組付けられた後、ロッド２の先端にボールジョイントＪＬが連結され、ラバーブーツＢＴが装着される。

而して、筐体１２内が上記のように構成されているので、筐体１２内にコントローラ４を適切且つ容易に収容し得るだけでなく、コントローラ４が収容される筐体１２は高強度とする必要はないので、小型で軽量な装置とすることができる。しかも、従前の大型の防水コネクタを必要とすることなく確実に防水することができる。

１ ハウジング
２ ロッド
３ アクチュエータ
３ａ 電動モータ
３ｂ 減速機構
３ｃ 直動機構
４ コントローラ
５ 変位検知装置
１０ 筒体
１１ 連結カバー
１２ 筐体
１３ ロックナット
１４ スナップリング
１５、１６ 蓋体
２０ 中空回転軸
２５ モータカバー
３０ 遊星歯車機構
３４ ホルダ（筒状保持部材）
３６ ナット部材
３７ 軸受
４０ 電子回路基板
５０ 磁石ブロック
６０ 支持基板
８０ａ，８０ｂ 電力線
９０ 信号線
１００ グロメット
１１０ 支持ブラケット

Claims (2)

1. 車両の後輪を支持するサスペンション機構に介装し当該後輪を操舵する車両の後輪操舵装置において、前記サスペンション機構に第１の連結部材及び第２の連結部材を介して連結するハウジングと、該ハウジングを構成する筒体内に収容する電動モータと、前記筒体内に収容し前記電動モータの出力を減速する減速機構と、該減速機構に連結して回転するナット部材及び該ナット部材に螺合すると共に前記第２の連結部材に連結するロッドを有し、前記ナット部材の回転運動を前記ロッドの直線運動に変換する直動機構と、前記ハウジングを構成し、前記筒体から延出する前記ロッドを囲繞するように配置して前記筒体に固定する筐体であって、前記ロッドに平行に開口する少なくとも一つの開口部を有すると共に、該開口部とは別に連通孔を有する筐体と、該筐体の前記開口部を密閉するように接合する蓋体と、前記筐体内に収容され前記電動モータを駆動制御するコントローラと、該コントローラに電気的に接続する電力線及び信号線と、該電力線及び信号線を囲繞して保持するグロメットと、該グロメットが装着される支持ブラケットとを備え、当該電力線及び信号線が前記筐体内で前記コントローラに接続されると共に、前記連通孔を介して外部に導出され、前記支持ブラケットが前記筐体に固定されていることを特徴とする車両の後輪操舵装置。
2. 前記コントローラが、前記電動モータを駆動制御する複数の素子が実装された電子回路基板と、該電子回路基板を所定の間隙を以って支持すると共に前記筐体に固定する支持基板とを備え、前記筐体内で前記電力線及び信号線が前記電子回路基板に接合されていることを特徴とする請求項１記載の車両の後輪操舵装置。

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