JP7110603B2

JP7110603B2 - 転舵装置

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Publication number: JP7110603B2
Application number: JP2018011386A
Authority: JP
Inventors: 泰昭鶴見
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-01-26
Filing date: 2018-01-26
Publication date: 2022-08-02
Anticipated expiration: 2038-01-26
Also published as: JP2019127208A

Description

本発明は、車輪を独立して転舵可能な転舵装置に関するものである。

特許文献１に記載の転舵装置は、インホイールモータを有していない車輪を転舵するものであり、車輪を保持するハブキャリアとロアアームとの間に設けられた転舵用モータを含む。転舵用モータは、本体が、ハブキャリアとロアアームとのいずれか一方に固定され、出力軸が、ハブキャリアとロアアームとの他方に一体的に回転可能に、かつ、キングピン軸と同軸上に設けられる。

特開2007-55409号公報

本発明の課題は、車両を駆動する駆動用モータであるインホイールモータを有する車輪を転舵する転舵装置を良好に設けることである。

課題を解決するための手段および効果

本発明に係る転舵装置は、インホイールモータを有する車輪を転舵するものであり、(i)車輪を回転軸線回りに回転可能に保持するキャリアを、キングピン軸回りに回動可能に支持する回動支持部材と、(ii)車輪を含み、車輪とともにキングピン軸回りに回動させられる車輪側部材とのいずれか一方に固定された本体と、キングピン軸から離れた位置に、キングピン軸と平行に伸びて設けられた出力軸とを含む転舵用モータと、出力軸と、回動支持部材と車輪側部材との他方とを連結する連結機構とを含むものとされる。このように、出力軸がキングピン軸から離れて位置するため、転舵用モータをインホイールモータと干渉することなく設けることができる。また、出力軸をキングピン軸と同軸上に設ける必要がないため、その分、転舵用モータの設置の自由度を向上させることができる。

本発明の実施例１に係る転舵装置によって転舵されるホイール（転舵装置は省略した）の断面図である。上記ホイールを回転軸線回りに回転可能に支持するキャリアと回動支持部材との連結部を示す分解斜視図である。上記転舵装置および支持装置を示す斜視図である。上記転舵装置の作動状態を示す斜視図である。図４とは別の作動状態を示す斜視図である。上記転舵装置のリンク機構を概念的に示す図である。本発明の実施例２に係る転舵装置によって転舵されるホイール（転舵装置は省略した）の断面図である。上記転舵装置を示す斜視図である。上記転舵装置の作動状態を示す斜視図である。図９とは別の作動状態を示す斜視図である。上記転舵装置のリンク機構を概念的に示す図である。上記ホイールの要部の分解斜視図である。上記ホイールとは別のホイールの要部の分解斜視図である。

以下、本発明の一実施形態に係る車両の転舵装置を図面に基づいて詳細に説明する。

図１には、本実施例に係る転舵装置８（図３等参照）によって転舵されるホイール１０を示す。ホイール１０は、ディスク部１０ａとリム部１０ｂとを含み、ディスク部１０ａにおいて、ハブ１２に、複数対のハブボルト１２ａ、ハブナット１２ｂによって取り付けられる。ハブ１２は、ベアリング部１３を介してキャリア１４に回転軸線Ｐの回りに回転可能に保持される。

ホイール１０には、車両を駆動する駆動用モータとしてのインホイールモータ２０が設けられる。本実施例において、インホイールモータ２０は、減速機付きモータであり、電動モータ２２と減速機２４とを含む。インホイールモータ２０において、電動モータ２２の回転速度が減速機２４によって減速されて、出力軸２０ｓが回転させられ、それにより、ハブ１２（ホイール１０）が回転させられる。インホイールモータ２０は、ホイール１０の内部（リム１０ｂの内周側の空間）において、キャリア１４に保持される。キャリア１４には、インホイールモータ２０が保持されるとともに、ハブ１２を介してホイール１０が回転軸線Ｐの回りに回転可能に保持される。キャリア１４は、ホイール１０の幅方向の中心付近に配設され、支持装置２８を介して車体側部材Ｂに支持される。

支持装置２８は、回動支持部材３０と、サスペンションアーム３２，３４とを含む。回動支持部材３０は、キャリア１４を相対回動可能に支持するものであり、回動支持部材３０がサスペンションアーム３２，３４を介して車体側部材Ｂに支持される。
回動支持部材３０は、概して枠状を成した部材であり、第１～第４支持部３０ａ～３０ｄ等により構成される。第１支持部３０ａ、第２支持部３０ｂは、上下方向に離間して位置し、それぞれ、図２に示すように、第１連結部４２、第２連結部４４においてキャリア１４に連結される。第１連結部４２、第２連結部４４は、キャリア１４の互いに鉛直方向に隔たった位置に設けられる。第１連結部４２、第２連結部４４は、それぞれ、ベアリング４６を含み、第１支持部３０ａ、第２支持部３０ｂとキャリア１４とを、互いに鉛直軸線回りに相対回動可能に連結する。第１連結部４２と、第２連結部４４とを通る線がキングピン軸Ｋであり、キャリア１４は、鉛直方向に伸びたキングピン軸の回りに相対回動可能に回動支持部材３０の第１支持部３０ａ、第２支持部３０ｂに支持される。

また、第１支持部３０ａの他端部、第２支持部３０ｂの他端部は、図３～５に示すように、それぞれ、分岐させられ、分岐させられた部分である分岐他端部同士が、それぞれ、第３支持部３０ｃ、第４支持部３０ｄによって連結される。具体的には、第１支持部３０ａの分岐他端部３０ｐ、３０ｑの一方である分岐他端部３０ｐと、第２支持部３０ｂの分岐他端部３０ｒ、３０ｓの一方である分岐他端部３０ｒとが、第３支持部３０ｃによって固定的に連結され、第１支持部３０ａの他方の分岐他端部３０ｑと第２支持部３０ｂの他方の分岐他端部３０ｓとが、第４支持部３０ｄによって固定的に連結される。

さらに、分岐他端部３０ｐ、３０ｑの間、分岐他端部３０ｒ、３０ｓの間には、それぞれ、連結部３６、３８が設けられ、連結部３６、３８において、それぞれ、サスペンションアームであるアッパアーム３２、ロアアーム３４が揺動可能に連結される。

転舵装置８は、転舵用モータ５０、連結機構５１等を含む。転舵用モータ５０は減速機付きモータであり、電動モータ５８と減速機５９とを含む。電動モータ５８の回転速度が減速機５９によって減速されて、出力軸（回転軸と称することもできる）６０が回転させられる。本実施例においては、転舵用モータ５０の本体５２が、車輪側部材としてのキャリア１４にブラケット５４を介して固定的に支持されるともに、インホイールモータ２０の本体２０ｈに爪部５６を介して係合させられる。ブラケット５４は、アーム部と円環部とを備えた形状を成し、アーム部においてキャリア１４に固定され、円環部において転舵用モータ５０の本体５２に嵌合されて固定される。車輪側部材とは、ホイール１０を含み、ホイール１０と一体的にキングピン軸回りに回動可能な部材である。

出力軸６０は、図３に示すように、キングピン軸Ｋから離れた位置において、出力軸６０を通る軸線Ｍがキングピン軸Ｋと平行に伸びて設けられる。出力軸６０は、回動支持部材３０の第３支持部３０ｃに連結機構５１を介して連結される。

連結機構５１は、２つのリンク部材７０，７２等を含む。また、図６に示すように、連結機構５１の２つのリンク部材７０，７２と、第１支持部３０ａおよび第３支持部３０ｃと、転舵用モータ５０の本体５２，ブラケット５４およびキャリア１４とにより、４節のリンク機構７４が構成される。上述の転舵用モータ５０の本体５２，ブラケット５４およびキャリア１４から構成されるリンク部材をリンク部材７６とし、第１支持部３０ａおよび第３支持部３０ｃから構成されるリンク部材をリンク部材７８とした。

リンク機構７４において、リンク部材７８が固定リンク部材であり、リンク部材７８に、リンク部材７２であるサブリンク部材が第３支持部３０ｃに設けられた固定連結部８２を介して連結され、リンク部材７６であるサブリンク部材がキャリア１４に設けられた連結部４２である固定連結部を介して連結される。また、リンク部材７０である中間リンク部材は、リンク部材７２とリンク部材７６とに、それぞれ、可動連結部８６，８８を介して連結される。可動連結部８８は、転舵用モータ５０の出力軸６０に設けられ、リンク部材７０を出力軸６０と一体的に回転可能に連結する。本実施例において、転舵用モータ５０はキャリア１４に保持されるため、キングピン軸Ｋの回りに回動させられるものである。そのため、出力軸６０に設けられた連結部が可動連結部８８とされるのである。

また、本実施例において、固定連結部８２の軸線８２ｐ（図４参照）、可動連結部８６の軸線８６ｐは鉛直軸線と平行に伸び、固定連結部８２、可動連結部８６は、鉛直軸線回りに、２つのリンク部材を相対回動可能に連結する。換言すれば、固定連結部８２、連結部４２、可動連結部８６，８８は、それぞれ、互いに平行な軸線（鉛直軸線であるキングピン軸と平行な軸線）回りに２つのリンク部材を相対回動可能に連結するものである。

以上のように構成された転舵装置８において、車両が直進状態にあり、ホイール１０の転舵角度が０である場合には、リンク機構７４は、図３に示す状態、図６の実線が示す状態にある。この状態から出力軸６０が本体５２に対して矢印Ｘ０方向に回転させられると、リンク機構７４は、図４に示す状態、図６の一点鎖線が示す状態となる。出力軸６０の矢印Ｘ０方向の回転によりリンク部材７６が矢印Ｘ１方向に回動させられ、キャリア１４、すなわち、ホイール１０がＸ１方向にキングピン軸回りに転舵される。それに対して、出力軸６０が矢印Ｙ０方向に回転させられると、リンク機構７４は、図５に示す状態、図６の破線が示す状態となる。リンク部材７６が矢印Ｙ１方向に回動させられ、キャリア１４、すなわち、車輪がＹ１方向にキングピン軸回りに転舵される。

リンク機構７４において、出力軸６０の回転角度と、キャリア１４の回動角度、すなわち、ホイール１０の転舵角度とは１対１に対応する。そのため、出力軸６０の回転角度の制御により、ホイール１０の転舵角度が制御される。

このように、本実施例に係る転舵装置８は、インホイールモータ２０を有するホイール１０を転舵するものであるが、転舵装置８において、車輪側部材（ホイール１０、キャリア１４、インホイールモータ２０等、ホイール１０とともに一体的にキングピン軸Ｋの回りに回動可能な部材をいう）であるキャリア１４に転舵用モータ５０の本体５２が固定され、回動支持部材３０の第３支持部３０ｃに出力軸６０が連結機構５１を介して連結される。そのため、出力軸６０の転舵用モータ５０の本体５２に対する相対回転により、ホイール１０と支持装置２８との間にキングピン軸Ｋの回りの相対回転が生じさせられ、それにより、ホイール１０がキングピン軸回りに転舵されるのである。また、出力軸６０が第３支持部３０ｃに連結機構５１を介して連結されるため、出力軸６０をキングピン軸Ｋから離すことができる。

本実施例１においては、ホイール１０の内部においてインホイールモータ２０がキャリア１４に保持され、キャリア１４がホイール１０の内部においてキングピン軸Ｋの回りに相対回動可能に支持装置２８に支持される。そのため、特許文献１に記載の転舵装置におけるように、転舵用モータを、出力軸がキングピン軸と同軸上に位置する状態で設けることは困難である。
一方、例えば、インホイールモータがキャリアに支持され、キャリアが、キャリアのアーム部において、ホイールの外部においてキングピン軸の回りに相対回動可能に支持装置に支持される場合には、転舵用モータを、出力軸がキングピン軸と同軸上に位置する状態で設けることもできるが、転舵用モータが高い位置に設けられることになり、不都合が生じる場合がある。

それに対して、本実施例１に係る転舵装置８においては、転舵用モータ５０の出力軸６０がキングピン軸Ｋから離れて設けられるため、ホイール１０の内部においてインホイールモータ２０がキャリア１４に支持され、キャリア１４がホイール１０の内部を通るキングピン軸Ｋの回りに相対回動可能に回動支持部材３０によって支持される場合であっても、転舵用モータ５０を低い位置に良好に設けることができる。また、出力軸６０がキングピン軸Ｋから離れて設けられるため、特許文献１に記載の転舵装置における場合と比較して、転舵用モータ５０の設置の自由度を向上させることができる。

なお、出力軸６０は、回動支持部材３０の第３支持部３０ｃ以外の部分（例えば、第１支持部３０ａ、第２支持部３０ｂ、第４支持部３０ｄ）に連結機構を介して連結されるようにすることもできる。

図７は、転舵装置９８によって転舵されるホイール１０を示す。また、ホイール１０は、キャリア１００に回転軸線Ｐの回りに回転可能に保持され、キャリア１００にインホイールモータ２０が保持される。また、キャリア１００は支持装置１１０によってキングピン軸Ｋの回りに相対回動可能に車体側部材Ｂに支持される。以下、実施例１におけるホイールの構成部材と同様の作用を成す構成部材においては同じ符号を付して説明を省略する。

キャリア１００は、円盤部１００ｖと、円盤部１００ｖの上下方向に隔たった部分に固定された第１アーム部１０２および第２アーム部１０４とを含む。第１アーム部１０２、第２アーム部１０４は、先端部において回動支持部材１０１によって回動可能に支持され、回動支持部材１０１がサスペンションアーム１０５ａ，１０５ｂを介して車体側部材Ｂに支持される。本実施例において、回動支持部材１０１、サスペンションアーム１０５ａ，１０５ｂ等により支持装置１１０が構成される。

回動支持部材１０１は、第５支持部１１２ａ、第６支持部１１２ｂ等を含む。第５支持部１１２ａは、第１アーム部１０２、第２アーム部１０４の先端部同士を、連結部１０６，１０８を介して連結する。連結部１０６，１０８は、実施例１の連結部４２，４４と同様にベアリング４６を含むものであるが、互いに鉛直方向に対してずれた位置に設けられる。そのため、連結部１０６，１０８を通るキングピン軸Ｋは鉛直方向に対して傾斜して伸びる。本実施例においては、キャリア１００が、第１アーム部１０２、第２アーム部１０４において、第５支持部１１２ａによって、鉛直方向に対して傾斜して伸びたキングピン軸Ｋの回りに相対回動可能に連結されるのである。また、第５支持部１１２ａには、第６支持部１１２ｂが固定的に取り付けられ、第５支持部１１２ａの第６支持部１１２ｂの取付け部近傍に設けられた連結部１１４，１１５においてサスペンションアーム１０５ａ、１０５ｂが揺動可能に連結される。

図８～１０に示すように、転舵装置９８は、転舵用モータ１２０と連結機構１２１とを含む。転舵用モータ１２０は、実施例１における場合と同様に、減速機付きのモータであり、電動モータ１２０ｍと減速機１２０ｄとを含む。本実施例においては、転舵用モータ１２０の本体１２０ｍが回動支持部材１０１の第５支持部１１２ａにブラケット１２４（図１１参照）を介して固定される。転舵用モータ１２０の出力軸１３０は、キングピン軸Ｋから離れた位置において、出力軸１３０を通る軸線Ｍがキングピン軸Ｋと平行に伸びて設けられ、連結機構１２１によって、キャリア１００の第１アーム部１０２に連結される。連結機構１２１は、２つのリンク部材１３２，１３４等を含む。

図１１に示すように、連結機構１２１（リンク部材１３２，１３４）と、第１アーム部１０２と、転舵用モータ１２０の本体１２０ｍ，ブラケット１２４および第５支持部１１２ａとによって４節のリンク機構１４０が構成される。転舵用モータ１２０の本体１２０ｍ、ブラケット１２４および第５支持部１１２ａをリンク部材（固定リンク部材）１４１とした。また、リンク部材１４１に、固定連結部１４２を介してリンク部材１３２であるサブリンク部材が連結され、固定連結部である連結部１０６を介してサブリンク部材である第１アーム部１０２が連結される。固定連結部１４２は出力軸１３０に設けられるが、本実施例において、転舵用モータ１２０は、回動支持部材１０１の構成部材に固定され、移動しないものである。そのため、出力軸１３０に設けられた連結部１４２は固定連結部とされる。また、リンク部材１３４である中間リンク部材は、リンク部材１３２と、第１アーム部１０２とに可動連結部１４６，１４８を介して連結される。可動連結部１４８は第１アーム部１０２に設けられる。

なお、可動連結部１４６，１４８の軸線１４６ｐ、１４８ｐは、キングピン軸Ｋと平行に延び、可動連結部１４６，１４８の軸線１４６ｐ、１４８ｐ、固定連結部１０６、１４２の軸線は、互いに平行（鉛直軸線に対して傾斜したキングピン軸と平行）とされ、これらは２つのリンク部材を互いに平行な軸線回りに相対回転可能に連結する。

以上のように構成された転舵装置において、直進状態において、リンク機構１４０は、図８に示す状態、図１１の実線に示す状態にある。出力軸１３０をＸ方向に回転させることにより、リンク機構１４０は、図９、図１１の一点鎖線が示す状態となる。第１アーム部１０２は固定連結部１０６の回りにＸ方向に回動させられ、ホイール１０がキングピン軸回りに転舵される。また、出力軸１３０をＹ方向に回転させることにより、リンク機構１４０は、図１０に示す状態、図１１の破線が示す状態となる。第１アーム部１０２は、固定連結部１０６の回りにＹ方向に回動させられ、ホイール１０がＹ方向にキングピン軸回りに転舵される。

実施例２においても、実施例１における場合と同様に、リンク機構１４０において、出力軸１３０の回転角度とホイール１０の転舵角度とは１対１に対応し、転舵用モータ１２０の制御によりホイール１０の転舵角が制御される。

なお、転舵用モータ１２０の本体１２０ｍは、第６支持部１１２に固定的に設けられるようにすることもでき、出力軸１３０は、ホイール１０、キャリア１００の円盤部１００ｖ，第２アーム部１０４、インホイールモータ２０等の車輪側部材のいずれかに連結機構を介して連結されるようにすることもできる。

また、車輪保持部材としてのキャリアの形状は、上記実施例１，２に記載のキャリア１４，１００に限らない。
例えば、実施例１においては、キャリア１４にインホイールモータ２０が保持されるが、図１２に示すように、キャリア１４と、インホイールモータ２０の本体２０ｈの一部である蓋部２０２（詳細には、減速機２４の蓋部）とが別部材とされていた。一方、キャリア１００は支持装置２８によって車体側部材Ｂに支持されるため、キャリア１４に作用する力は車体側部材Ｂによって受けられ、インホイールモータ２０に作用する力はインホイールモータ２０の本体２０ｈによって受けられる。そのため、インホイールモータ２０の本体２０ｈの強度を大きくする必要があった。

それに対して、本実施例においては、図１３に示すように、キャリアと蓋部とが一体化され、蓋部付きキャリア２１０とされる。そして、蓋付きキャリア２１０が、図示しない支持装置により車体側部材Ｂに支持されるため、蓋部付きキャリア２１０に作用する力は良好に車体側部材Ｂによって受けられる。すなわち、インホイールモータ２０に作用する力も車体側部材Ｂによって受けられる。その結果、インホイールモータ２０の本体２０ｈの蓋部（２０２）を除く部分２０ｍの強度を小さくすることができ、軽量化を図ることができる。

その他、本発明は、上記実施例の他、当業者の知識に基づいて、種々の態様で実施することができる。

１０：ホイール１４，１００：キャリア２０：インホイールモータ２８，１１１：支持装置３０，１０１:回動支持部材３２：アッパアーム３４：ロアアーム３０ｃ：第３支持部３０ｄ：第４支持部４２：第１連結部４４：第２連結部５０，１２０：転舵用モータ５１，１２１：連結機構５２，１２０ｍ：本体５４，１２４：ブラケット６０，１３０：出力軸７０，７２，７６，７８：リンク部材８２，８６，８８：連結部７４，１４０：リンク機構１０２：第１アーム部１０６，１０８：連結部１１２ａ：第５支持部１１２ｂ：第６支持部１３２，１３４，１４１：リンク部材１４２，１４６，１４８：連結部

請求可能な発明

以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明について説明する。

（１）車両を駆動する駆動用のモータであるインホイールモータを有する車輪を、キングピン軸回りに転舵する転舵装置であって、
前記キングピン軸から離れた位置において、前記キングピン軸と平行に伸びた出力軸を備えた転舵用モータを含むことを特徴とする転舵装置。

（２）前記転舵用モータの本体が、前記車輪を回転可能に保持するキャリアをキングピン軸回りに相対回転可能に支持する回動支持部材と、前記車輪を含み、前記車輪とともに前記キングピン軸回りに回動させられる部材である車輪側部材とのいずれか一方に固定的に設けられ、
当該転舵装置が、前記回動支持部材と前記車輪側部材との他方と前記転舵用モータの出力軸とを連結する連結機構を含む(1)項に記載の転舵装置。
車輪は、回動支持部材に連結されたサスペンション部材を介して車体側部材に支持されるのであり、回動支持部材およびサスペンション部材等によって車輪をキングピン軸回りに回動可能に支持する支持装置が構成される。
車輪側部材には、車輪、車輪を保持する車輪保持部材としてのキャリア、キャリアに保持されたインホイールモータ等が該当する。転舵用モータの本体と出力軸とのいずれか一方は、これら車輪側部材のいずれかに固定または連結される。

（３）前記連結機構が、前記出力軸と前記他方とを連結する２本以上のリンク部材を含む(1)項または(2)項に記載の転舵装置。
転舵装置は、２本以上のリンク部材を構成要素とする４節のリンク機構を含むものとすることができる。

（４）前記インホイールモータが前記キャリアに保持され、前記キャリアが前記車輪側部材の構成要素の１つであり、
前記転舵用モータの本体と前記出力軸とのいずれか一方が、前記キャリアに固定または連結された(1)項ないし(3)項のいずれか１つに記載の転舵装置。

（５）前記インホイールモータが前記キャリアに保持され、
前記キャリアが、前記インホイールモータのハウジングの一部と一体的に形成された(1)項ないし(4)項のいずれか１つに記載の転舵装置。

（６）車両を駆動する駆動用のモータであるインホイールモータを有する車輪を転舵する転舵装置であって、
前記車輪を回転可能に保持するキャリアをキングピン軸回りに相対回転可能に支持する回動支持部材と、前記車輪を含み、前記車輪とともに前記キングピン軸回りに回動させられる車輪側部材との一方に、本体が固定された転舵用モータと、
前記回動支持部材と前記車輪側部材との他方と前記転舵用モータの出力軸とを連結する連結機構と
を含むことを特徴とする転舵装置。
本項の転舵装置には、(1)項ないし(5)項のいずれか１つに記載の技術的特徴を採用することができる。

Claims

車両を駆動する駆動用のモータであるインホイールモータを有する車輪を転舵する転舵装置であって、
(i)前記車輪を前記車輪の回転軸線の回りに回転可能に保持するキャリアを、キングピン軸回りに相対回動可能に支持する回動支持部材と、前記車輪を含み、前記車輪とともに前記キングピン軸回りに回動させられる部材である車輪側部材との一方に設けられた本体と、(ii)前記キングピン軸から離れた位置に、前記キングピン軸と平行に伸びた出力軸とを有する転舵用モータと、
前記回動支持部材と前記車輪側部材との他方と、前記出力軸とを連結する連結機構とを含み、
前記連結機構が、前記出力軸と前記他方とを連結する２本以上のリンク部材を含み、
前記インホイールモータが前記キャリアに保持され、
前記キャリアが前記車輪側部材の構成要素であり、
前記転舵用モータの本体が、前記キャリアに設けられ、
前記連結機構が、前記出力軸と前記回動支持部材とを連結する転舵装置。
前記回動支持部材が、前記車両の車体側部材にサスペンションアームを介して連結されるとともに、概して長手形状を成す第１支持部および第２支持部を備え、
前記第１支持部および前記第２支持部が、それぞれ、一端部において、上下方向に隔たって、前記キャリアに前記キングピン軸回りに相対回動可能に連結され、他端部において、互いに連結された請求項１に記載の転舵装置。