JP7236850B2 - 操舵機能付ハブユニットおよびこれを備えた車両 - Google Patents

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性の安定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。

特開２００９－２２６９７２号公報 独国特許出願公開第１０２０１２２０６３３７号明細書 特開２０１４－０６１７４４号公報

特許文献１，２の提案によると、ステアリングジオメトリを変更させることができるが、次の課題がある。
特許文献１では、ナックルアームとジョイントとの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、このナックルアームとジョイントとの位置での変化による車輪角の変化が小さく、大きな効果を得るためには、ナックルアームとジョイントとの位置を大きく変化させる、つまり大きく動かす必要がある。

特許文献２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３は、４輪独立転舵の車両にしか適用できず、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。

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、剛性を確保することが困難となり、剛性を確保するためには大型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。

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ためには、複雑な構成が必要であり、構成部品が多くなり、巨大化する。
操舵機能を備えた機構を車輪内の限られたスペースに収容するためには、小型化が必要であるが、各部の強度が不足する懸念がある。特に、路面からの大きな衝撃力を受け止める転舵軸は最も影響を受けやすく、強度および信頼性の確保が難しい。

この発明の目的は、操舵機能付ハブユニットの一部を車輪内の限られたスペースに収容することが可能となり、また路面等からの大きな衝撃力に対する強度および信頼性を向上させ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、
前記上下の前記転舵軸部の外周における少なくとも根元部に、表面硬化処理層が設けられている。

車両の挙動を制御するためには、正確に車輪の舵角を制御する必要があり、車輪内の限られたスペースに配置できるように操舵機能付ハブユニットを小型化しつつ、ハブユニット全体の剛性を高めることが必要となる。しかし、ハブユニットの小型化によってハブベアリングの一部から上下にそれぞれ突出する転舵軸部が小径になるため、路面から衝撃的に過大な外力がハブユニットに作用した場合に前記転舵軸部に過大な力が作用し転舵機能に異常が発生する懸念がある。特に転舵軸の根元部等には大きな応力が集中し、変形等の恐れがある。

この構成によると、上下の前記転舵軸部の外周における少なくとも根元部に、表面硬化処理層が設けられているため、以下の作用効果を奏する。
転舵軸部の外周の表面硬化処理層が例えばマルテンサイトになっていることで耐摩耗性の向上を図り、転舵軸部の内部の層は硬化しないことからじん性を維持し得る。表面硬化処理層には高い圧縮残留応力が存在するため、同時に疲労強度の向上も図れる。

よって、路面からの衝撃的な外力に対する高い耐衝撃性と、路面から繰り返し入力される反力に対する高い疲労強度を、転舵軸部に兼ね備えることができる。材料を深部まで硬化させる芯なし焼入れいわゆるずぶ焼きでは、強度は向上するものの脆くなり、衝撃的な過大入力に対しては脆性破壊の危険が生じたため、転舵軸部の外周の表面のみ硬化処理を行うことで強度と耐衝撃性の両立を図ることが可能となる。
また、転舵軸部には主に曲げ方向の力が作用し、表層の応力がより高くなることから、表面を硬化処理することは疲労強度を高めることに有効である。
したがって、操舵機能付ハブユニットの小型化を図って操舵機能付ハブユニットの一部を車輪内の限られたスペースに収容することが可能となり、また路面等からの大きな衝撃力に対する強度および信頼性を向上させた操舵機能付ハブユニットを得ることができる。

前記転舵軸部は、基端が前記固定輪の外周面側に向かうに従って大径となるテーパ状に拡径した拡径部で構成され、前記根元部は、前記拡径部を含むものであってもよい。この拡径部に表面硬化処理層が設けられることで、転舵軸部に作用する曲げ方向の力に対する耐力をより一層高められる。

前記表面硬化処理層は、前記固定輪の外周面における前記転舵軸部の前記根元部の周辺部に渡って設けられていてもよい。表面硬化処理層を施す範囲は、転舵軸部の基端を基準として周囲に拡げることが強度上望ましい。この場合、固定輪の外周面における前記転舵軸部の前記根元部の周辺部に渡って表面硬化処理層が設けられているため、必要とされる耐衝撃性および耐疲労強度を確実に充足することが可能となる。

前記ハブユニット本体は、前記固定輪の外周面に設けられた円環部と、この円環部の外周から上下にそれぞれ突出する前記転舵軸部とを有するものであってもよい。円環部および転舵軸部と固定輪とは、同一材料から一体に形成されたものであってもよいし、別体に形成されたものであってもよい。

前記表面硬化処理層は、前記各転舵軸部の外周における先端部から前記根元部に渡って設けられていてもよい。この場合、路面等からの大きな衝撃力に対する強度および信頼性をさらに向上させることができる。

前記表面硬化処理層は、前記各転舵軸部の外周に浸炭焼入れが施された層であってもよい。この場合、表面硬化処理を施す転舵軸部の材質として、浸炭鋼が適用される。各転舵軸部の外周に浸炭焼入れが施されると、外表面における浸炭層がマルテンサイトになることで耐摩耗性の向上を図り、内部の層は硬化しないことからじん性を維持し得る。浸炭層には高い圧縮残留応力が存在するため、同時に疲労強度の向上も図れる。

前記表面硬化処理層は、前記各転舵軸部の外周における定められた箇所に高周波焼入れが施された層であってもよい。
この場合、表面硬化処理を施す転舵軸部の材質として、高炭素鋼が適用される。また前記高周波焼入れにより、転舵軸部の外周における一部分のみに表面硬化処理層を容易に設けることができる。

前記表面硬化処理層は、前記各転舵軸部の外周における定められた箇所にレーザー焼入れが施された層であってもよい。
この場合、表面硬化処理を施す転舵軸部の材質として、高炭素鋼が適用される。また前記レーザー焼入れにより、転舵軸部の外周における一部分のみに表面硬化処理層を容易に設けることができる。

前記表面硬化処理層は、前記各転舵軸部の外周にガス軟窒化処理または塩浴軟窒化処理が施された層であってもよい。

前記表面硬化処理層は、前記各転舵軸部の外周にショットピーニングが施された層を含むものであってもよい。この場合、ショットピーニングにより、転舵軸部の外表面に物理的に圧縮残留応力を付与することで、特に疲労強度の向上が期待できる。また前述のいずれかの熱処理を行った後に、さらに前記ショットピーニングを施す等の複合的な処理を行うと、更なる強度向上の効果が期待できる。

この発明の車両は、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および後輪のいずれか一方または両方が支持される。
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。また、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、前記上下の前記転舵軸部の外周における少なくとも根元部に、表面硬化処理層が設けられている。このため、操舵機能付ハブユニットの一部を車輪内の限られたスペースに収容することが可能となり、また路面等からの大きな衝撃力に対する強度および信頼性を向上させることができる。

この発明の車両は、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および後輪のいずれか一方または両方が支持されるため、操舵機能付ハブユニットの一部を車輪内の限られたスペースに収容することが可能となり、また路面等からの大きな衝撃力に対する強度および信頼性を向上させることができる。

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転舵軸部等の拡大断面図である。 同操舵機能付ハブユニットを備えた車両の一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。

［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８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、上下二箇所で回転許容支持部品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、具体的には図８に示すように、車両１０の前輪９Ｆのステアリング装置１１による操舵に付加して左右輪個別に微小な角度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。

図２および図８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（後述する）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ーをナックル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、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および図７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。各転舵軸部１６ｂは、基端が外輪１９の外周面に向かうに従って大径となるテーパ状に拡径した拡径部１６ｂｂと、この拡径部１６ｂｂよりも先端側の部分である同一寸法の外径となる一定径部１６ｂａとで構成されている。拡径部１６ｂｂの外径側縁部が円環部１６ａに一体に繋がるように形成されている。

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４）に取付けられる。

＜回転許容支持部品およびユニット支持部材について＞
図６および図７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、転舵軸部１６ｂの外周における一定径部１６ｂａ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。

ユニット支持部材３は、ユニット支持部材本体３Ａと、ユニット支持部材結合体３Ｂとを有する。ユニット支持部材本体３Ａ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結合体３Ｂが着脱自在に固定されている。ユニット支持部材結合体３Ｂ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３Ｂａがそれぞれ形成されている。

図５および図６に示すように、ユニット支持部材本体３Ａのアウトボード側端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３Ａａがそれぞれ形成されている。ユニット支持部材本体３Ａのアウトボード側端にユニット支持部材結合体３Ｂが固定され、各上下の部分につき、嵌合孔形成部３Ａａ，３Ｂａ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。この嵌合孔に外輪４ｂが嵌合されている。なお図３において、ユニット支持部材３を一点鎖線で表す。

図６および図７に示すように、各取付軸部１６ｂには、雌ねじ部が径方向に延びるように形成され、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、各回転許容支持部品４にそれぞれ予圧を与えている。これにより各回転許容支持部品４の剛性を高め得る。なお、回転許容支持部品４の転がり軸受は、テーパころ軸受に代えてアンギュラ玉軸受または四点接触玉軸受を用いてもよい。その場合も、上記と同様に予圧を与えることができる。

図１に示すように、上下の転舵軸部１６ｂ，１６ｂは、それぞれ回転許容支持部品４，４を介してユニット支持部材３に支持され、各回転許容支持部品４が車輪９のホイール９ａ内に位置する。この例では、各回転許容支持部品４が、ホイール９ａ内でこのホイール９ａの幅方向中間付近に配置される。

図２に示すように、アーム部１７は、ハブベアリング１５の外輪１９に補助的な操舵力を与える作用点となる部位であり、アウターリング１６または外輪１９の外周の一部に一体に突出する。アーム部１７は、ジョイント部８を介して、操舵用アクチュエータ５の直動出力部２５ａに回転自在に連結されている。これにより、操舵用アクチュエータ５の直動出力部２５ａが進退することで、ハブユニット本体２が転舵軸心Ａ（図１）回りに回転、つまり補助操舵させられる。

＜ハブユニット１に作用する力について＞
図１に示すように、車両の通常走行時の縁石への乗り上げ等、タイヤ９ｂまたはホイール９ａが路面上の障害物へ衝突した際、または過度な急旋回時に過大な衝撃力Ｆが発生する。この衝撃力Ｆのうち、特に、タイヤ９ｂの接地面に車両進行方向に対して横方向に作用する力は、車両の緩衝装置が吸収できないため、ハブユニット１に大きなモーメント力Ｆ１として伝達される。また、通常の走行時においても、旋回力Ｆ２または路面からの反力Ｆ３がハブユニット１に様々な方向から常用的に繰り返し入力される。

車両の挙動を制御するためには、正確に車輪の舵角を制御する必要があり、車輪内の限られたスペースに配置できるように操舵機能付ハブユニットを小型化しつつ、ハブユニット全体の剛性を高めることが必要となる。しかし、ハブユニットの小型化によってハブベアリングの一部から上下にそれぞれ突出する転舵軸部が小径になるため、路面から衝撃的に過大な外力がハブユニットに作用した場合に前記転舵軸部に過大な力が作用し操舵機能に異常が発生する懸念がある。特に転舵軸の根元部等には大きな応力が集中し、変形等の恐れがある。

＜表面硬化処理について＞
そこで、図７（図１のVII部の拡大図）に示すように、転舵軸部１６ｂの外周における一定径部１６ｂａ、拡径部１６ｂｂ、および円環部１６ａの外周面における根元部Ｎｍの周辺部Ｐｒに渡って、表面硬化処理層Ｓｆを設けている。根元部Ｎｍは、転舵軸部１６ｂの拡径部１６ｂｂと、この拡径部１６ｂｂに繋がる一定径部１６ｂａにおける基端から先端側に定められた距離離れた範囲を含む。前記周辺部Ｐｒは、具体的には、拡径部１６ｂｂの外径側縁部から、円環部１６ａにおける外周面のＯリング溝２８の直前までの範囲である。

転舵軸部１６ｂに曲げ力が作用した場合、特に根元部Ｎｍには大きな応力が作用するため、表面硬化処理層Ｓｆを施す範囲は、転舵軸部１６ｂの基端を基準として周囲に拡げることが望ましい。よって、拡径部１６ｂｂの範囲および円環部１６ａの一部に渡って表面硬化処理が施されている。この表面硬化処理が施される転舵軸軸方向の範囲は、このハブユニットにモーメント力、旋回力および路面からの反力が入力されても転舵軸部１６ｂに変形等が起こらず、操舵機能が正常に維持されることを条件として適宜に設定される。例えば、前記範囲は、設計等によって任意に定められ、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範囲を求めて定められる。

表面硬化処理の方法としては、浸炭焼入れ、高周波焼入れ、レーザー焼入れ、ガス軟窒化処理または塩浴軟窒化処理等が挙げられる。ここで、表面硬化処理を施すアウターリング１６の材質には、表面硬化処理の種類に応じて、例えば、浸炭焼入れの場合、ＳＣＭ４１５またはＳＣＲ４２０等に代表される浸炭鋼が適用され、高周波焼入れ、レーザー焼入れの場合、Ｓ４５ＣまたはＳ５５Ｃ等に代表される高炭素鋼が適用される。表面硬化処理層の硬化層深さは、転舵軸部１６ｂに加わる衝撃力および繰返し荷重の大きさに応じて、必要とされる耐衝撃性および疲労強度に鑑み、適宜設定されることが望ましい。

＜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（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。

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。

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、直動出力部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など、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など調整が可能である。

このように車両の挙動を制御するためには、正確に車輪９の舵角を制御する必要があり、車輪内の限られたスペースに配置できるように操舵機能付ハブユニット１を小型化しつつ、ハブユニット全体の剛性を高めることが必要となる。

この操舵機能付ハブユニット１では、特に、各転舵軸部１６ｂの外周における一定径部１６ｂａ、拡径部１６ｂｂおよび周辺部Ｐｒに渡って、表面硬化処理層Ｓｆが設けられているため、以下の作用効果を奏する。
転舵軸部１６ｂの外周の表面硬化処理層Ｓｆが例えばマルテンサイトになっていることで耐摩耗性の向上を図り、転舵軸部１６ｂの内部の層は硬化しないことからじん性を維持し得る。表面硬化処理層Ｓｆには高い圧縮残留応力が存在するため、同時に疲労強度の向上も図れる。

よって、路面からの衝撃的な外力に対する高い耐衝撃性と、路面から繰り返し入力される反力に対する高い疲労強度を、転舵軸部１６ｂに兼ね備えることができる。材料を深部まで硬化させる芯なし焼入れいわゆるずぶ焼きでは、強度は向上するものの脆くなり、衝撃的な過大入力に対しては脆性破壊の危険が生じたため、転舵軸部１６ｂの外周の表面のみ硬化処理を行うことで強度と耐衝撃性の両立を図ることが可能となる。
また、転舵軸部１６ｂには主に曲げ方向の力が作用し、表層の応力がより高くなることから、表面を硬化処理することは疲労強度を高めることに有効である。
したがって、操舵機能付ハブユニット１の小型化を図って操舵機能付ハブユニット１の一部を車輪９内の限られたスペースに収容することが可能となり、また路面等からの大きな衝撃力に対する強度および信頼性を向上させた操舵機能付ハブユニット１を得ることができる。

＜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。

表面硬化処理層Ｓｆは、各転舵軸部１６ｂの外周にショットピーニングが施されたものであってもよい。この場合、ショットピーニングにより、転舵軸部１６ｂの外表面に物理的に圧縮残留応力を付与することで、特に疲労強度の向上が期待できる。また前述のいずれかの熱処理を行った後に、さらに前記ショットピーニングを施す等の複合的な処理を行うと、更なる強度向上の効果が期待できる。

転舵軸部１６ｂの根元部Ｎｍのみに表面硬化処理層Ｓｆが設けられてもよい。この場合、高周波焼入れまたはレーザー焼入れにより、転舵軸部１６ｂの根元部Ｎｍのみに表面硬化処理層Ｓｆを容易に設けることができる。
円環部１６ａと外輪１９とが同一材料から一体に形成されたものであってもよい。この場合、外輪１９に対する表面硬化処理と共に、転舵軸部１６ｂの表面硬化処理を同時に行うことができるため、作業工数の低減を図れる。
ユニット支持部材３を、足回りフレーム部品に別体に構成し、この足回りフレーム部品にユニット支持部材３を着脱自在に設けてもよい。

＜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、非操舵輪に対して用いてもよい。例えば、図９に示すように、前輪操舵の車両において、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に設定し、後輪操舵に用いてもよい。
その他図１０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、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）、９…車輪、１２，１２Ｒ…懸架装置、１５…ハブベアリング、１６ａ…円環部、１６ｂ…転舵軸部、１６ｂｂ…拡径部、１９…外輪（固定輪）、Ｎｍ…根元部、Ｓｆ…表面硬化処理層、Ｐｒ…周辺部

Claims (9)

1. 車輪を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、
   前記上下の前記転舵軸部の外周における少なくとも根元部に、表面硬化処理層が設けられ、前記転舵軸部は、基端が前記固定輪の外周面側に向かうに従って大径となるテーパ状に拡径した拡径部で構成され、前記根元部は、前記拡径部を含む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、前記表面硬化処理層は、前記固定輪の外周面における前記転舵軸部の前記根元部の周辺部に渡って設けられている操舵機能付ハブユニット。
3. 請求項１または請求項２に記載の操舵機能付ハブユニットにおいて、前記ハブユニット本体は、前記固定輪の外周面に設けられた円環部と、この円環部の外周から上下にそれぞれ突出する前記転舵軸部とを有す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、前記表面硬化処理層は、前記各転舵軸部の外周に浸炭焼入れが施された層である操舵機能付ハブユニット。
5. 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、前記表面硬化処理層は、前記各転舵軸部の外周における定められた箇所に高周波焼入れが施された層である操舵機能付ハブユニット。
6. 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、前記表面硬化処理層は、前記各転舵軸部の外周における定められた箇所にレーザー焼入れが施された層である操舵機能付ハブユニット。
7. 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、前記表面硬化処理層は、前記各転舵軸部の外周にガス軟窒化処理または塩浴軟窒化処理が施された層である操舵機能付ハブユニット。
8. 請求項１ないし請求項７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、前記表面硬化処理層は、前記各転舵軸部の外周にショットピーニングが施された層を含む操舵機能付ハブユニット。
9. 請求項１ないし請求項８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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