JP6990078B2 - 転舵機能付ハブユニットおよびこれを備えた車両 - Google Patents
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Description
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タイヤ角度を旋回外輪タイヤ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。
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1,2が提案されている。特許文献1では、ナックルアームとジョイント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る。特許文献2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輪独立転舵の機構につき、特許文献3で提案されている。
特許文献1では、前述のようにナックルアームとジョイント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、この位置での変化によるタイヤ角の変化が小さく、大きな効果を得るためには、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3は、4輪独立転舵の車両にしか適用出来ず、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。
ケースと、
車輪支持用のハブベアリングを有し、前記ナックルに上下二箇所の回転許容支持部品を介して上下方向に延びる転舵軸心回りに回転自在に設置されるハブユニット本体と、
前記ナックルに設置されて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アクチュエータ本体と、を備え、
前記ケースは、前記アクチュエータ本体の一部または全体を覆い、前記ナックルの一部として前記ナックルの他の部分と一体に形成されている。
前記「一体」とは、ケースと、ナックルの他の部分とが同一の材料で鋳造、鍛造、または機械加工等により形成されていることを言う。
そのため、前輪等の転舵輪および後輪等の非転舵輪のいずれに用いてもよい。転舵輪に用いる場合は、ステアリング装置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転舵に付加して、左右の車輪個別の、または左右輪連動したタイヤの微小な角度変化を行わせる機構となる。
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。
前記定められたR形状は、設計等によって任意に定めるR形状であって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方等により適切なR形状を求めて定められる。
この場合、ケースの外表面部とショックアブソーバ取り付け部の付け根との間、またはケースの外表面部とステアリング装置結合部の基端部との間の応力集中部を緩和することができる。これにより、ナックル全体の剛性を変化させることなくケースの薄肉化が可能となる。
前記軽材料をアルミニウム合金としてもよい。
そのため、この発明の転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。前輪は一般的に転舵輪とされるが、転舵輪にこの発明の転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、後輪は一般的に非転舵輪とされるが、非転舵輪に適用した場合は、非転舵輪の若干の転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。
この発明の第1の実施形態に係る転舵機能付ハブユニットを図1ないし図11と共に説明する。
<転舵機能付ハブユニットの概略構造>
図1に示すように、この転舵機能付ハブユニット(補助転舵機能付ハブユニット)1は、ナックル6と、ケース6bと、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、補助転舵用アクチュエータ5とを備える。図4および図5に示すように、ナックル6のインボード側に、補助転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、ナックル6のアウトボード側に、ハブユニット本体2が設けられる。
この補助転舵機能付ハブユニット1は、この実施形態では転舵輪、具体的には図14に示すように、車両10の前輪9Fのステアリング装置11による転舵に付加して左右輪個別に微小な角度(約±5deg)を転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、後述の補助転舵力受け部17(図3,図5参照)とを備える。
図8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。
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6)に取付けられる。
図8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、取付軸部16bの外周に嵌合された内輪4aと、ユニット支持部材3およびナックル6に後述するように嵌合された外輪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5に示すように、ナックル6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3が着脱自在に固定されている。ユニット支持部材3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3aがそれぞれ形成されている。
図3~図5に示すように、補助転舵用アクチュエータ5は、ハブユニット本体2を補助転舵軸心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。
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。
図5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。
アルミニウム合金は、展伸材用合金(1000系から7000系)と鋳物用合金(AC材、ADC材)などがあるが、ケース6b付きのナックル6の材料として好ましいのは、鍛造で使用するアルミニウム合金5000系と6000系、また鋳造で使用するアルミニウム合金ADC12とAC4Aなどが例示できる。
以上説明した補助転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、補助転舵軸心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、補助転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に連結された補助転舵力受け部17を介して回転させられる。
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。
また、車両が走行中に、本実施形態の補助転舵機能付ハブユニット1の電源等の機能に異常が発生した場合でも、ハンドル操作によって安全な場所まで車両を寄せることができ、安全が確保される。
ナックル6は、鉄よりも密度が低い軽材料から成るため、ナックル6と一体に形成されているケース6bの重量を低減することができる。このため、補助転舵機能付ハブユニット1のばね下荷重を低減させ、車両の運動性能の低下を抑えることができる。
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1の実施形態では、アクチュエータ本体7の略全体がケース6bに覆われているが、この例に限定されるものではない。図12および図13に示すように、例えば、アクチュエータ本体7のうちモータ26が、ケース6bから露出して同ケース6bの外表面に取り付けられる構造(所謂外付け構造)であってもよい。この場合、既製品のモータ26を用いることができるうえ、モータ26を容易に交換することができる等、メンテナンス性を高めることが可能となる。
Claims (5)
- 懸架装置のナックルと、
ケースと、
車輪支持用のハブベアリングを有し、前記ナックルに上下二箇所の回転許容支持部品を介して上下方向に延びる転舵軸心回りに回転自在に設置されるハブユニット本体と、
前記ナックルに設置されて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アクチュエータ本体と、を備え、
前記アクチュエータ本体は、モータおよび直動機構を備えた準組立品として組み立てられて前記ケースに着脱自在に取り付けられ、
前記ケースは、有底筒状に形成され、前記モータを支持するモータ収容部と、前記直動機構を支持する直動機構収容部とが設けられ、前記アクチュエータ本体の一部または全体を覆い、前記ナックルの一部として前記ナックルの他の部分と一体に形成されている転舵機能付ハブユニット。 - 請求項1に記載の転舵機能付ハブユニットにおいて、前記ナックルは、ショックアブソーバ取り付け部およびステアリング装置結合部を有し、前記ケースの外表面部と前記ショックアブソーバ取り付け部の付け根との間、または、前記ケースの外表面部と前記ステアリング装置結合部の基端部との間を定められたR形状で繋いだ転舵機能付ハブユニット。
- 請求項1または請求項2に記載の転舵機能付ハブユニットにおいて、前記ナックルは、鉄よりも密度が低い軽材料から成る転舵機能付ハブユニット。
- 請求項3に記載の転舵機能付ハブユニットにおいて、前記軽材料をアルミニウム合金とする転舵機能付ハブユニット。
- 請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の転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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