WO2013073308A1 - 車輪の転舵装置 - Google Patents

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WO2013073308A1
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豊 又吉
森川 邦彦
咲子 鐸木
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日産自動車株式会社
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    • B60K2007/0092Disposition of motor in, or adjacent to, traction wheel the motor axle being coaxial to the wheel axle

Definitions

  • the present invention relates to a wheel turning device for turning a wheel around a kingpin axis, and particularly relates to an improvement proposal for facilitating large turning of the wheel over a large angle of, for example, 90 degrees.
  • the wheel steering device proposed in Patent Document 1 has a built-in in-wheel motor drive unit dedicated to an electric motor as a power source, and is individually provided by the dedicated in-wheel motor drive unit.
  • the in-wheel motor-driven wheel steering device is driven by connecting a tie rod to the knuckle arm of the wheel, and the steering force from the steering wheel via the tie rod and knuckle arm to the steering force around the kingpin axis of the wheel.
  • the in-wheel motor-driven wheels are steered.
  • a tie rod is present on the inner side in the vehicle width direction of the wheel, and a lower arm that is a lower suspension arm is present. And interfere with the lower arm.
  • the steering device when used for, for example, an in-wheel motor-driven electric vehicle, the in-wheel motor-driven wheel, which is characteristic of the in-wheel motor-driven electric vehicle, such as a lateral running by 90-degree steering, etc. Therefore, one of the features of an in-wheel motor-driven electric vehicle is spoiled.
  • the present invention is not limited to in-wheel motor-driven wheels, and is a steering device that can be applied to general wheels.
  • a tie rod that forms a wheel steering system on the inner side in the vehicle width direction of the wheels.
  • a wheel steering device without other parts such as a lower arm, which makes it possible to easily make a large steering for a side running by 90-degree steering of the wheel. The purpose is to solve the above problems.
  • the wheel steering device is based on the basic premise that the wheel steering device is a device for turning the wheel around the kingpin axis,
  • a steering mechanism that converts a steering force into a steering torque around the kingpin axis and imparts it to the wheel is disposed on the kingpin axis and at a location above the wheel. is there.
  • the steering mechanism is located on the kingpin axis and above the in-wheel motor drive wheel, Other parts that make up the wheel steering system do not need to be inside the vehicle width direction of the wheel, making it possible to easily make a large turning for a lateral running by turning the wheel 90 degrees, such a wheel Realization of a vehicle that requires large turning can be facilitated.
  • FIG. 1 is a front view showing an in-wheel motor-driven wheel provided with a steering device according to a first embodiment of the present invention, together with its suspension device and a steering system, as viewed from the rear of the vehicle.
  • FIG. 2 is a plan view showing an in-wheel motor-driven wheel provided with the steering device in FIG. 1 as viewed from above the vehicle.
  • FIG. 2 is an enlarged plan view showing the steering device in FIG. 1 as viewed from above the vehicle.
  • FIG. 4 is an enlarged longitudinal sectional side view of the steering device shown in cross-section on the line AA in FIG. 3 and viewed in the direction of the arrow.
  • FIG. 1 is a front view showing an in-wheel motor-driven wheel provided with a steering device according to a first embodiment of the present invention, together with its suspension device and a steering system, as viewed from the rear of the vehicle.
  • FIG. 2 is a plan view showing an in-wheel motor-driven wheel provided with the steering device in FIG. 1 as viewed from above the vehicle.
  • FIG. 5 is a plan view showing a steering apparatus according to a second embodiment of the present invention as viewed from above the vehicle.
  • FIG. 5 is an explanatory view showing a turning locus of a wheel driven by an in-wheel motor by the steering device of the first embodiment shown in FIGS.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing a turning trajectory of an in-wheel motor drive wheel by the steering apparatus of the second embodiment shown in FIG.
  • FIG. 6 is a plan view showing a steering device according to a third embodiment of the present invention as viewed from above the vehicle.
  • FIG. 6 is a front view showing an in-wheel motor drive unit and an upper and lower fixed seat of a steering apparatus according to a fourth embodiment of the present invention when viewed from the same direction as FIG. FIG.
  • FIG. 10 is a front view showing an in-wheel motor drive unit and an upper and lower fixed seat of a steering apparatus according to a fifth embodiment of the present invention when viewed from the same direction as FIG.
  • FIG. 10 is a front view showing an in-wheel motor drive unit and an upper and lower fixed seat of a steering apparatus according to a sixth embodiment of the present invention when viewed from the same direction as FIG.
  • FIG. 10 is a front view showing an in-wheel motor drive unit and an upper and lower fixed seat of a steering apparatus according to a seventh embodiment of the present invention when viewed from the same direction as FIG.
  • FIG. 1 and 2 show a wheel 1 having a steering device according to a first embodiment of the present invention together with its suspension device and a steering system
  • FIG. 1 is a front view showing the wheel 1 as seen from the rear of the vehicle.
  • FIG. 2 is a plan view showing the wheel 1 as viewed from above the vehicle.
  • the wheel 1 in the present embodiment is an in-wheel motor drive wheel that is provided with an integrated in-wheel motor drive unit 2 and is individually driven by the unit 2.
  • the wheel 1 may not be a driving wheel, and even if it is a driving wheel, the wheel 1 is not limited to an in-wheel motor driving wheel, and is a driving wheel in a vehicle of a type that drives a plurality of wheels by a common power source. Also good.
  • the in-wheel motor drive unit 2 that controls the drive of the wheel is in the unit case 3, and although not shown in FIGS.
  • a transmission (transmission) is built in, an electric motor is connected to the input shaft of the reduction gear, and a wheel hub 4 is connected to the output shaft of the reduction gear.
  • the wheel hub 4 is connected to the wheel 1 and the brake disc 5, thereby allowing the vehicle to travel by transmitting the power from the electric motor to the wheel 1 under deceleration by the speed reducer.
  • the brake caliper 13 (see FIG. 2) attached to the in-wheel motor drive unit 2 is clamped from both sides in the axial direction so that the vehicle can be braked.
  • the suspension device is an upper arm 6 that is an upper suspension arm extending in the vehicle width direction above the unit case 4, and a lower suspension arm that extends in the vehicle width direction below the unit case 4.
  • the lower arm 7, the third link 8, and the shock absorber 9 are generally configured.
  • the upper arm 6 and the lower arm 7 are respectively supported at the base ends 6a and 7a on the left side (vehicle width direction inner side) in FIG.
  • the free end 6b on the opposite side of the upper arm 6 (the vehicle width direction outer side) is pivotally supported by the upper end of the third link 8 so as to be swingable in the vertical direction, and the lower end of the third link 8 is swung to the piston rod 9a of the shock absorber 9. Pivot to move.
  • the shock absorber 9 attaches the cylinder 9b to the vehicle body via the insulator 10.
  • the in-wheel motor drive unit case 4 is provided with an upper fixed seat 11 extending upward from the upper side surface and a lower fixed seat 12 extending downward from the lower side surface.
  • the upper end of the upper fixed seat 11 is attached so that it can swing around the kingpin axis Kp that is the turning axis of the wheel 1 in the vicinity of the upper end of the third link 8, and the lower end of the lower fixed seat 12 is attached to the vehicle of the lower arm 7.
  • the free end 7b on the outer side in the width direction is attached so as to be able to swing around the kingpin axis Kp.
  • the wheel 1 suspended on the vehicle body by the suspension device can be bounced and rebounded in the vertical direction together with the in-wheel motor drive unit 2, and the vertical vibration can be attenuated by the shock absorber 9 during this time.
  • the wheel 1 and the in-wheel motor drive unit 2 can be steered around the kingpin axis Kp, and can steer the vehicle.
  • a steering mechanism 21 for turning the wheel 1 and the in-wheel motor drive unit 2 around the kingpin axis (Kp) is attached to the third link 8 as shown in FIGS. And disposed above the in-wheel motor drive wheel 1.
  • the steered mechanism 21 is configured as clearly shown in FIGS. 3 and 4, FIG. 3 is a plan view showing the steered mechanism 21 as viewed from above, and FIG. 4 is a cross-section on the line AA in FIG. It is a detailed sectional view showing the direction of the arrow.
  • Reference numeral 22 denotes a casing, and an annular face gear 23 and a pinion gear 24 meshing with the casing 22 are housed in the casing 22.
  • the face gear 23 is engaged with a turning shaft 25 protruding from the upper end of the upper fixed seat 11 to provide a kingpin axis Kp as shown in FIG. 4 with a key 26 (or by a spline) so as to be axially displaceable. Together with the turning shaft 25, it can rotate around the kingpin axis Kp.
  • the pinion gear 24 is fixed so as to be integrally rotatable on an input shaft 27 that is rotatably mounted in the housing 22 so as to cross the kingpin axis Kp, and the fixed position is a position where the pinion gear 24 meshes with the face gear 23.
  • the input shaft 27 is mechanically connected to a steering wheel that is operated by the driver when steering the vehicle.
  • the steering force from the steering wheel reaches the turning shaft 25 from the input shaft 27 via the pinion gear 24 and the annular face gear 23, and connects the in-wheel motor drive unit 2 and the wheel 1 via the upper fixed seat 11 to the kingpin axis Kp. Can be steered around.
  • the face gear 23 engaged with the steered shaft 25 so as to be axially displaceable by a key 26 is urged toward the pinion gear 24 by a coil spring 28 wound around the steered shaft 25, and thereby, between the face gear 23 and the pinion gear 24.
  • the coil spring 28 constitutes an elastic means in the present invention.
  • the steering mechanism 21 is located on the kingpin axis Kp and above the in-wheel motor drive wheel 1, Other parts of the wheel steering system, including parts between the input shaft 27 of the steering mechanism 21 and the steering wheel, need not be present inside the vehicle width direction of the in-wheel motor drive wheel 1, and 90 It makes it possible to easily make large turnings for sideways running with degree turning. Therefore, the advantage of large wheel steering, which is one of the features of the in-wheel motor driven electric vehicle, can be prevented from being impaired.
  • the steering mechanism 21 is disposed above the wheel 1 on the kingpin axis Kp, and is mounted on the third link 8 which is one of the suspension members. It is easy to make the steering geometry as required while
  • the face gear 23 is urged toward the pinion gear 24 by the coil spring 28 to reduce backlash between the two, thereby avoiding problems such as abnormal noise in the turning mechanism 21 and poor meshing. Can do.
  • FIG. 5 is a plan view showing the steering mechanism 21 of the steering device according to the second embodiment of the present invention as viewed from above the vehicle.
  • the face gear 23 of the steering mechanism 21 is not a constant speed face gear as shown in FIGS.
  • the configuration including the suspension device is the same as that described above with reference to FIGS. 1 to 4, and the steering force from the steering wheel passes through the left and right steering mechanism connecting shaft 29 and the constant velocity universal joint 30 and the steering mechanism 21.
  • the same function as in the first embodiment can be achieved and the same effect can be obtained.
  • the in-wheel motor drive wheel 1 is appropriately designed by the inconstant speed face gear.
  • the steering angles ⁇ and ⁇ of the inner and outer wheels in the turning direction can be made different so that the turning center of the inner and outer wheels in the turning direction becomes the same O as shown in FIG.
  • the in-wheel motor drive wheel 1 does not slip between the road surface even during large turning, and it is possible to prevent tire wear and abnormal noise due to friction.
  • the turning angles ⁇ and ⁇ of the inner and outer wheels in the turning direction are the distance between the front and rear wheel shafts so that the turning centers of the inner and outer wheels in the turning direction are the same O.
  • FIG. 8 is a plan view similar to FIG. 5, showing the steering mechanism 21 of the steering device according to the third embodiment of the present invention as viewed from above the vehicle.
  • the face gear 23 of the steered mechanism 21 is configured with an inconstant speed face gear similar to that of the second embodiment described above with reference to FIG. 5, and the center axis of the pinion gear 24, and hence the input of the steered mechanism 21.
  • the shaft 27 is offset in the direction away from the shock absorber 9 with respect to the kingpin axis Kp, which is the rotation axis of the inconstant speed face gear 23.
  • the configuration including the suspension device is the same as that described above with reference to FIGS. 1 to 4, and the steering force from the steering wheel passes through the left and right steering mechanism connecting shaft 29 and the constant velocity universal joint 30 and the steering mechanism 21.
  • the same function as in the first and second embodiments can be achieved, and the same effect as in these embodiments can be obtained.
  • FIG. 9 is a front view showing the in-wheel motor drive unit 2 in the turning apparatus according to the fourth embodiment of the present invention as seen from the same direction as FIG. Also in this embodiment, the in-wheel motor drive unit 2 has an electric motor 2a and a reduction gear (transmission) 2b, which are not shown in FIGS. It is assumed that the electric motor 2a is coupled to the shaft, and the wheel hub 4 is coupled to the output shaft of the speed reducer 2b.
  • the upper fixed seat 11 at the upper part and the lower fixed seat 12 at the lower part of the in-wheel motor drive unit 2 are attached to the upper arm 6 (see FIGS. 1 and 2) and the lower arm 7 (see FIGS. 1 and 2), respectively.
  • the wheel motor drive unit 2 can be steered around the kingpin axis Kp together with the wheels 1 as in the first embodiment.
  • the case 3 of the in-wheel motor drive unit 2 is divided in the axial direction at the position of the speed reducer 2b, and among the divided case parts 3a, 3b, the case part 3b closer to the wheel 1 is divided.
  • the upper fixed seat 11 and the lower fixed seat 12 are integrally provided.
  • the following effects can be obtained in addition to the effects of the first, second, and third embodiments. That is, among the divided case portions 3a and 3b of the in-wheel motor drive unit case 3, the wheel-side case portion 3b is integrally provided with the upper fixed seat 11 and the lower fixed seat 12, respectively. Heavy members such as the speed reducer 6b, the upper fixed seat 11, and the lower fixed seat 12 are positioned near the wheel hub 4, and the pressure resistance of the hub bearing can be improved.
  • FIG. 10 is a front view showing the in-wheel motor drive unit 2 in the turning apparatus according to the fifth embodiment of the present invention when viewed from the same direction as FIG.
  • the electric motor 2a and the reduction gear (transmission) 2b are built in the case 3 of the in-wheel motor drive unit 2, but the output shaft of the reduction gear (transmission) 2b to which the wheel hub 4 is coupled. Is offset from the electric motor 2a.
  • the upper fixed seat 11 in the upper part and the lower fixed seat 12 in the lower part of the in-wheel motor drive unit 2 are attached to the upper arm 6 (see FIGS. 1 and 2) and the lower arm 7 (see FIGS. 1 and 2), respectively.
  • the wheel motor drive unit 2 and the wheel 1 can be steered around the kingpin axis Kp as in the first embodiment.
  • the case 3 of the in-wheel motor drive unit 2 is divided in the axial direction at the speed reducer 2b, and among the divided case portions 3a and 3b, the case portion 3a far from the wheel 1 is divided.
  • the upper fixing seat 11 is provided integrally, and the lower fixing seat 12 is provided integrally on the case portion 3b closer to the wheel 1.
  • the following effects can be obtained in addition to the effects of the first, second, and third embodiments. That is, of the divided case portions 3a and 3b of the in-wheel motor drive unit case 3, the upper fixing seat 11 is integrated with the vehicle body side case portion 3a, and the lower fixing seat 12 is integrated with the wheel side case portion 3b. Because it was provided When the output shaft of the speed reducer (transmission) 2b is offset from the electric motor 2a, the offset amount between the two can be increased, and the lower arm 7 (FIGS. 1 and 2) even if the vertical movement amount of the wheel 1 increases. Interference) can be prevented.
  • FIG. 11 is a front view showing the in-wheel motor drive unit 2 in the turning apparatus according to the sixth embodiment of the present invention as seen from the same direction as FIG.
  • an electric motor 2a and a reduction gear (transmission) 2b are coaxially built in the case 3 of the in-wheel motor drive unit 2, and the upper portion of the in-wheel motor drive unit 2 is
  • the upper fixed seat 11 and the lower fixed seat 12 at the lower part are attached to the upper arm 6 (see FIGS. 1 and 2) and the lower arm 7 (see FIGS. 1 and 2), respectively, and the in-wheel motor drive unit 2 together with the wheels 1 is kingpin axis Enable to steer around Kp.
  • the upper fixed seat 11 and the lower fixed seat 12 are integrally formed, and the case 3 of the in-wheel motor drive unit 2 is attached to the integrated upper fixed seat 11 and lower fixed seat 12. Install.
  • FIG. 12 is a front view showing the in-wheel motor drive unit 2 in the steering apparatus according to the seventh embodiment of the present invention when viewed from the same direction as FIG.
  • the electric motor 2a and the reduction gear (transmission) 2b are built in the case 3 of the in-wheel motor drive unit 2, but the output shaft of the reduction gear (transmission) 2b to which the wheel hub 4 is coupled. Is offset from the electric motor 2a.
  • the upper fixed seat 11 in the upper part of the in-wheel motor drive unit 2 and the lower fixed seat 12 in the lower part are attached to the upper arm 6 (see FIGS. 1 and 2) and the lower arm 7 (see FIGS. 1 and 2), respectively.
  • the wheel motor drive unit 2 can be steered around the kingpin axis Kp together with the wheel 1 as in the first embodiment.
  • the upper fixed seat 11 and the lower fixed seat 12 are integrally formed, and the case 3 of the in-wheel motor drive unit 2 is attached to the integrated upper fixed seat 11 and lower fixed seat 12. Install.
  • the wheel 1 is an in-wheel motor drive wheel.
  • the idea of the present invention is that the wheel 1 is a general wheel other than the in-wheel motor drive wheel, that is, a common wheel.
  • the present invention can be similarly applied to a drive wheel and a non-drive wheel (driven wheel) in a vehicle of a type that drives a plurality of wheels with a simple power source. In this case, the same effect as described above can be obtained. Of course.

Abstract

車輪1は、専用のインホイールモータユニット2により駆動する。車輪1の懸架は、アッパーアーム6と、ロアアーム7と、サードリンク8と、ショックアブソーバ9とによりユニット2のケース4を介して行う。アーム6, 7の車幅方向内側基端6a,7aを車体に上下方向揺動可能に支持する。アーム6の遊端6bは、リンク8の上端に上下方向揺動可能に枢支し、リンク8の下端は、ショックアブソーバ9のピストンロッド9aに揺動可能に枢支する。ケース4の上側固定座11をリンク8に対しキングピン軸線Kpの周りに揺動し得るよう取り付け、ケース4の下側固定座12をロアアーム7の遊端7bに対しキングピン軸線Kpの周りに揺動し得るよう取り付ける。車輪1および駆動ユニット2をキングピン軸線(Kp)周りに転舵させるための転舵機構21を、キングピン軸線Kp上であって車輪1よりも上方箇所に配置し、サードリンク8に取着して設ける。

Description

車輪の転舵装置
 本発明は、車輪をキングピン軸線周りに転舵するための車輪の転舵装置に関し、特に、車輪の、例えば90度もの大角度に亘る大転舵を容易にする改良提案に関わる。
 かように車輪の大転舵を容易にする転舵機構としては従来、例えば特許文献1に記載のようなものが一般的に知られている。
 この特許文献1で提案されている車輪の転舵装置は、電動モータを動力源とする専用のインホイールモータ駆動ユニットを内蔵して一体的に具え、該専用のインホイールモータ駆動ユニットにより個々に駆動されるインホイールモータ駆動車輪の転舵装置であるが、当該車輪のナックルアームにタイロッドを連結し、これらタイロッドおよびナックルアームを介しステアリングホイールからの操舵力を車輪のキングピン軸線周りにおける転舵力に変換して、インホイールモータ駆動車輪の転舵を行うようにしたものである。
特開2006-062388号公報
 しかし、かかるインホイールモータ駆動車輪の転舵装置にあっては、車輪の車幅方向内側にタイロッドが存在すると共に、下側のサスペンションアームであるロアアームが存在し、車輪が大きな転舵時にこれらタイロッドおよびロアアームと干渉する。
 従って、インホイールモータ駆動車輪の最大転舵角を設定するに際しては、当該タイロッドおよびロアアームの移動範囲を避けて設定せざるを得ず、車輪の最大転舵角がタイロッドおよびロアアームの存在による制約を受ける。
 このため、転舵装置を例えばインホイールモータ駆動式の電気自動車に用いる場合、このインホイールモータ駆動式電気自動車に特長的な、インホイールモータ駆動車輪の例えば90度転舵による横走り走行などのための大転舵が困難であり、インホイールモータ駆動式電気自動車の特長の1つがスポイルされるという問題を生ずる。
 本発明は、インホイールモータ駆動車輪に限られず、一般的な車輪にも適用可能な転舵装置であり、とにかく上述の問題に鑑み、車輪の車幅方向内側に、車輪転舵系を成すタイロッドやロアアームのような他部品が存在することのない車輪の転舵装置を提供し、これにより当該車輪の90度転舵による横走り走行などのための大転舵を容易に可能ならしめるようにして上記の問題を解消することを目的とする。
 この目的のため、本発明による車輪の転舵装置は、車輪をキングピン軸線の周りに転舵するための装置であることを要旨構成の基礎前提とし、
 操舵力を上記キングピン軸線周りの転舵トルクに変換して上記車輪に付与する転舵機構を、該キングピン軸線上であって、前記車輪よりも上方の箇所に配置したことを特徴とするものである。
 かかる本発明による車輪の転舵装置にあっては、転舵機構を、キングピン軸線上であって、インホイールモータ駆動車輪よりも上方の箇所に配置したため、
 車輪転舵系を成す他部品が、車輪の車幅方向内側に存在させる必要がなくなり、当該車輪の90度転舵による横走り走行などのための大転舵を容易に可能ならしめ、かかる車輪大転舵が必要な車両の実現を容易にすることができる。
本発明の第1実施例になる転舵装置を具えたインホイールモータ駆動車輪を、そのサスペンション装置および転舵システムと共に、車両後方から見て示す正面図である。 図1における転舵装置を具えたインホイールモータ駆動車輪を車両上方から見て示す平面図である。 図1における転舵装置を車両上方から見て示す拡大平面図である。 図3のA-A線上で断面とし、矢の方向に見て示す転舵装置の拡大縦断側面図である。 本発明の第2実施例になる転舵装置を、車両上方から見て示す平面図である。 図1~4に示した第1実施例の転舵装置によるインホイールモータ駆動車輪の旋回軌跡を示す説明図である。 図5に示した第2実施例の転舵装置によるインホイールモータ駆動車輪の旋回軌跡を示す説明図である。 本発明の第3実施例になる転舵装置を、車両上方から見て示す平面図である。 本発明の第4実施例になる転舵装置のインホイールモータ駆動ユニットおよび上下固定座を、図1と同じ方向から見て示す正面図である。 本発明の第5実施例になる転舵装置のインホイールモータ駆動ユニットおよび上下固定座を、図1と同じ方向から見て示す正面図である。 本発明の第6実施例になる転舵装置のインホイールモータ駆動ユニットおよび上下固定座を、図1と同じ方向から見て示す正面図である。 本発明の第7実施例になる転舵装置のインホイールモータ駆動ユニットおよび上下固定座を、図1と同じ方向から見て示す正面図である。
 1 インホイールモータ駆動車輪(車輪)
 2 インホイールモータ駆動ユニット
 2a 電動モータ(動力源)
 2b 減速機(変速機)
 3 ユニットケース
 3a,3b ケース部分
 4 ホイールハブ
 5 ブレーキディスク
 6 アッパーアーム(上側サスペンションアーム)
 7 ロアアーム(下側サスペンションアーム)
 8 サードリンク
 9 ショックアブソーバ
 10 インシュレータ
 11 上側固定座
 12 下側固定座
 13 ブレーキキャリパ
 Kp キングピン軸線
 21 転舵機構
 22 筐体
 23 フェースギヤ
 24 ピニオンギヤ
 25 転舵軸
 26 キー
 27 入力軸
 28 コイルバネ(弾性手段)
 29 左右転舵機構連結軸
 30 等速自在継手
 以下、この発明の実施例を添付の図面に基づいて説明する。
<構成>
 図1,2は、本発明の第1実施例になる転舵装置を具えた車輪1を、そのサスペンション装置および転舵システムと共に示し、図1は、車輪1を車両後方から見て示す正面図、図2は、車輪1を車両上方から見て示す平面図である。
 なお本実施例における車輪1は、個々のインホイールモータ駆動ユニット2を一体化して具え、このユニット2により個別に駆動されるインホイールモータ駆動車輪とする。
 ただし車輪1は、駆動車輪でなくてもよいし、駆動車輪であったとしても、インホイールモータ駆動車輪に限られず、共通な動力源により複数車輪を駆動する型式の車両における駆動車輪であってもよい。
 図示例のように車輪1がインホイールモータ駆動車輪である場合、当該車輪の駆動を司るインホイールモータ駆動ユニット2はユニットケース3内に、図1,2では図示していないが電動モータおよび減速機(変速機)を内蔵し、減速機の入力軸に電動モータを結合し、減速機の出力軸にホイールハブ4を結合する。
 ホイールハブ4には車輪1を結合すると共にブレーキディスク5を結合し、これにより電動モータからの動力を減速機による減速下で車輪1へ伝達することで車両を走行可能にし、ブレーキディスク5を、インホイールモータ駆動ユニット2に取着したブレーキキャリパ13(図2参照)により軸線方向両側から挟圧することで車両を制動可能にする。
 車輪1を車体に懸架するに当たっては、インホイールモータ駆動ユニット2のケース4を介して、以下のサスペンション装置により車輪1を懸架する。
 サスペンション装置は図1に明示するごとく、ユニットケース4の上方において車幅方向へ延在する上側サスペンションアームであるアッパーアーム6と、ユニットケース4の下方において車幅方向へ延在する下側サスペンションアームであるロアアーム7と、サードリンク8と、ショックアブソーバ9(サスペンションスプリングを含む)とで概ね構成する。
 アッパーアーム6およびロアアーム7はそれぞれ、図1の左側(車幅方向内側)の基端6a,7aにおいて、車体に対し上下方向揺動可能に支持する。
 アッパーアーム6の反対側(車幅方向外側)における遊端6bは、サードリンク8の上端に上下方向揺動可能に枢支し、サードリンク8の下端は、ショックアブソーバ9のピストンロッド9aに揺動可能に枢支する。
 なおショックアブソーバ9は、インシュレータ10を介してシリンダ9bを車体に取り付ける。
 そして、インホイールモータ駆動ユニットケース4には、その上側面から上方へ延在する上側固定座11を突設すると共に、下側面から下方へ延在する下側固定座12を突設する。
 上側固定座11の上端を、サードリンク8の上端近傍において、車輪1の転舵軸線であるキングピン軸線Kpの周りに揺動し得るよう取り付け、下側固定座12の下端を、ロアアーム7の車幅方向外側における遊端7bにおいて、上記キングピン軸線Kpの周りに揺動し得るよう取り付ける。
 上記のサスペンション装置により車体に懸架された車輪1は、インホイールモータ駆動ユニット2と共に、上下方向へバウンド、リバウンド可能であると共に、この間ショックアブソーバ9により上下振動を減衰され得る。
 そして車輪1およびインホイールモータ駆動ユニット2は、キングピン軸線Kpの周りに転舵可能であり、車両の操向を行うことができる。
<転舵装置>
 車輪1およびインホイールモータ駆動ユニット2をキングピン軸線(Kp)周りに転舵させるための転舵機構21を、図1,2に示すごとくサードリンク8に取着して設けるが、キングピン軸線Kp上に配置して、インホイールモータ駆動車輪1よりも上方の箇所に配設する。
 この転舵機構21は図3,4に明示するような構成とし、図3は、転舵機構21を上方から見て示す平面図、図4は、図3のA-A線上で断面とし、矢の方向見て示す詳細断面図である。
 これら図3,4に基づき転舵機構21を詳述するに、22は筐体を示し、この筐体22内に円環状のフェースギヤ23およびこれに噛合するピニオンギヤ24を収納して設ける。
 フェースギヤ23は、上側固定座11の上端から図4のごとくにキングピン軸線Kpを提供するよう突設した転舵軸25にキー26で(またはスプラインで)軸線方向変位可能に係着し、この転舵軸25と共にキングピン軸線Kpの周りに回転自在となす。
 ピニオンギヤ24は、キングピン軸線Kpを横切るよう筐体22内に回転自在に横架した入力軸27上に一体回転可能に固着し、その固着位置は、ピニオンギヤ24がフェースギヤ23に噛合する位置とする。
 入力軸27は図示しなかったが、運転者が車両の操向に当たって操作するステアリングホイールに機械的に連結する。
 かくしてステアリングホイールからの操舵力は、入力軸27からピニオンギヤ24および円環状フェースギヤ23を経て転舵軸25に達し、上側固定座11を介してインホイールモータ駆動ユニット2および車輪1をキングピン軸線Kpの周りに転舵することができる。
 転舵軸25にキー26で軸線方向変位可能に係着したフェースギヤ23は、転舵軸25に巻装したコイルバネ28によりピニオンギヤ24に向け附勢し、これによりこれらフェースギヤ23およびピニオンギヤ24間の噛合部におけるバックラッシュを減ずる。
 従ってコイルバネ28は、本発明における弾性手段を構成する。
<効果>
 上記した転舵機構21を具える本実施例の転舵装置によれば、転舵機構21を、キングピン軸線Kp上であって、インホイールモータ駆動車輪1よりも上方の箇所に配置したため、
 転舵機構21の入力軸27とステアリングホイールとの間における部品を含む、車輪転舵系の他部品を、インホイールモータ駆動車輪1の車幅方向内側に存在させる必要がなくなり、当該車輪の90度転舵による横走り走行などのための大転舵を容易に可能ならしめる。
 よって、インホイールモータ駆動式電気自動車の特長の1つである車輪大転舵の利点が損なわれることがないようにし得る。
 なお従来の一般的な考え方によれば、転舵機構で車輪を転舵する場合は当該転舵機構を車体に取着し、転舵機構の出力メンバを車輪のナックルに連結するのが普通であり、そのため車両の走りを満足させながら転舵ジオメトリを要求通りのものにするのが困難であった。
 而して本実施例では、転舵機構21を車輪1よりも上方位置でキングピン軸線Kp上に配置し、サスペンションメンバの1つであるサードリンク8上に取着するため、車両の走りを満足させながら転舵ジオメトリを要求通りのものにするのが容易である。
 また、フェースギヤ23をコイルバネ28によりピニオンギヤ24に向け附勢して両者間のバックラッシュを減らす工夫をしたため、転舵機構21が異音を生じたり、噛み合い不良を生ずるなどの問題を回避することができる。
<構成>
 図5は、本発明の第2実施例に成る転舵装置の転舵機構21を車両上方から見て示す平面図で、
 本実施例においては転舵機構21のフェースギヤ23を、図3,4に示すような等速フェースギヤではなく、不等速フェースギヤで構成したものである。
 それ以外は、サスペンション装置を含めて図1~4につき前述したと同様な構成とし、ステアリングホイールからの操舵力が、左右転舵機構連結軸29および等速自在継手30を経て転舵機構21の入力軸27に伝達されることで、第1実施例と同様に機能して、同様な効果を奏し得る。
<効果>
 図5に示した本実施例による転舵装置のそれ以外の効果を、図6,7に基づき以下に説明する。
 転舵機構21のフェースギヤ23を図3,4に示すような等速フェースギヤで構成した場合、インホイールモータ駆動車輪1の転舵時に図6に示すごとく旋回方向内外輪とも同じ舵角α=βだけ転舵されることになるため、旋回方向内外輪の旋回中心がOi,Ooのように異なる。
 このため特に大転舵時に、インホイールモータ駆動輪1が路面との間で大きくスリップして、摩擦によるタイヤ摩耗や異音を発生する。
 しかし本実施例においては、転舵機構21のフェースギヤ23を図5に示すような不等速フェースギヤで構成するため、当該不等速フェースギヤの適切な設計によって、インホイールモータ駆動車輪1の転舵時に図7に示すごとく旋回方向内外輪の旋回中心が同じOとなるよう、旋回方向内外輪の舵角α,βを異ならせることができる。
 このため本実施例においては、大転舵時においてもインホイールモータ駆動輪1が路面との間でスリップすることがなく、摩擦によるタイヤ摩耗や異音の発生を防止することができる。
 なお、インホイールモータ駆動車輪1の転舵時に図7に示すごとく旋回方向内外輪の旋回中心が同じOとなるようにするための旋回方向内外輪の舵角α,βは、前後輪軸間距離(ホイールベース)をLとし、左右輪間隔(トレッド)をWとすると、次式を満足するような舵角である。
 W/L=cotβ-cotα
 従って本実施例においては、ホイールベースLおよびトレッドWから上式の演算により求めた旋回方向内外輪の舵角α,βが得られるよう、左右インホイールモータ駆動車輪1に係わる転舵機構21の不等速フェースギヤ23を設計することは言うまでもない。
<構成>
 図8は、本発明の第3実施例に成る転舵装置の転舵機構21を車両上方から見て示す、図5と同様な平面図で、
 本実施例においては、転舵機構21のフェースギヤ23を図5につき上述した第2実施例と同様な不等速フェースギヤで構成するほか、ピニオンギヤ24の中心軸線、従って転舵機構21の入力軸27を不等速フェースギヤ23の回転軸線であるキングピン軸線Kpに対し、ショックアブソーバ9から遠ざかる方向へオフセットさせたものである。
 それ以外は、サスペンション装置を含めて図1~4につき前述したと同様な構成とし、ステアリングホイールからの操舵力が、左右転舵機構連結軸29および等速自在継手30を経て転舵機構21の入力軸27に伝達されることで、第1,2実施例と同様に機能して、これら実施例におけると同様な効果を奏し得る。
<効果>
 図8に示した本実施例による転舵装置にあっては、第1,2実施例による効果以外に以下の効果をも奏することができる。
 つまり、転舵機構21の入力軸27(ピニオンギヤ24の中心軸線)を不等速フェースギヤ23の回転軸線(キングピン軸線Kp)からオフセットさせたため、転舵機構21の入力軸27は勿論のこと、これに等速自在継手30を介して駆動結合した左右転舵機構連結軸29がショックアブソーバ9から遠ざかって、これらのレイアウトに関する設計の自由度を高めることができる。
<構成>
 図9は、本発明の第4実施例に成る転舵装置におけるインホイールモータ駆動ユニット2を、図1と同じ方向から見て示す正面図である。
 本実施例においてもインホイールモータ駆動ユニット2は、ユニットケース3内に、図1,2では図示を省略した電動モータ2aおよび減速機(変速機)2bを同軸に内蔵し、減速機2bの入力軸に電動モータ2aを結合し、減速機2bの出力軸にホイールハブ4を結合したものとする。
 また、インホイールモータ駆動ユニット2の上部における上側固定座11および下部における下側固定座12をそれぞれアッパーアーム6(図1,2参照)およびロアアーム7(図1,2参照)に取り付けて、インホイールモータ駆動ユニット2を車輪1と共にキングピン軸線Kpの周りに転舵可能にすることも第1実施例と同様である。
 ところで本実施例においては、インホイールモータ駆動ユニット2のケース3を減速機2bの箇所で軸線方向に分割し、当該分割したケース部分3a,3bのうち、車輪1に近い方のケース部分3bに上側固定座11および下側固定座12をそれぞれ一体的に設ける。
<効果>
 図9に示した本実施例による転舵装置にあっては、第1,2,3実施例による効果以外に以下の効果をも奏することができる。
 つまり、インホイールモータ駆動ユニットケース3の上記分割したケース部分3a,3bのうち、車輪側ケース部分3bに上側固定座11および下側固定座12をそれぞれ一体的に設けたため、
 減速機6b、上側固定座11および下側固定座12のような重い部材をホイールハブ4の近くに位置させることになり、ハブベアリングの耐圧性を向上させることができる。
<構成>
 図10は、本発明の第5実施例に成る転舵装置におけるインホイールモータ駆動ユニット2を、図1と同じ方向から見て示す正面図である。
 本実施例においては、インホイールモータ駆動ユニット2のケース3内に、電動モータ2aおよび減速機(変速機)2bを内蔵するが、ホイールハブ4を結合する減速機(変速機)2bの出力軸を電動モータ2aからオフセットさせる。
 なお、インホイールモータ駆動ユニット2の上部における上側固定座11および下部における下側固定座12をそれぞれアッパーアーム6(図1,2参照)およびロアアーム7(図1,2参照)に取り付けて、インホイールモータ駆動ユニット2を車輪1と共にキングピン軸線Kpの周りに転舵可能にすることは第1実施例と同様である。
 ところで本実施例においては、インホイールモータ駆動ユニット2のケース3を減速機2bの箇所で軸線方向に分割し、当該分割したケース部分3a,3bのうち、車輪1から遠い方のケース部分3aに上側固定座11を一体的に設け、車輪1に近い方のケース部分3bに下側固定座12を一体的に設ける。
<効果>
 図10に示した本実施例による転舵装置にあっては、第1,2,3実施例による効果以外に以下の効果をも奏することができる。
 つまり、インホイールモータ駆動ユニットケース3の上記分割したケース部分3a,3bのうち、車体側ケース部分3aに上側固定座11を一体的に、また車輪側ケース部分3bに下側固定座12を一体的に設けたため、
 減速機(変速機)2bの出力軸を電動モータ2aからオフセットさせる場合において、両者間のオフセット量を大きくとることができ、車輪1の上下移動量が大きくなってもロアアーム7(図1,2参照)の干渉を防止することができる。
<構成>
 図11は、本発明の第6実施例に成る転舵装置におけるインホイールモータ駆動ユニット2を、図1と同じ方向から見て示す正面図である。
 本実施例においては第1実施例と同様、インホイールモータ駆動ユニット2のケース3内に、電動モータ2aおよび減速機(変速機)2bを同軸に内蔵し、インホイールモータ駆動ユニット2の上部における上側固定座11および下部における下側固定座12をそれぞれアッパーアーム6(図1,2参照)およびロアアーム7(図1,2参照)に取り付けて、インホイールモータ駆動ユニット2を車輪1と共にキングピン軸線Kpの周りに転舵可能にする。
 ところで本実施例においては、上側固定座11および下側固定座12を一体的に構成し、これら一体化した上側固定座11および下側固定座12に対しインホイールモータ駆動ユニット2のケース3を取り付ける。
<効果>
 図11に示した本実施例による転舵装置にあっては、第1,2,3実施例による効果以外に以下の効果をも奏することができる。
 つまり、上側固定座11および下側固定座12を一体的に構成して、両者の一体化ユニットに対しインホイールモータ駆動ユニットケース3を取り付けるため、
 上側固定座11および下側固定座12で構成される車輪転舵用のナックルメンバと、インホイールモータ駆動ユニット2とが別部品として構成されることとなり、これらを他の車両にも共用することが容易となってコスト上有利である。
<構成>
 図12は、本発明の第7実施例に成る転舵装置におけるインホイールモータ駆動ユニット2を、図1と同じ方向から見て示す正面図である。
 本実施例においては、インホイールモータ駆動ユニット2のケース3内に、電動モータ2aおよび減速機(変速機)2bを内蔵するが、ホイールハブ4を結合する減速機(変速機)2bの出力軸を電動モータ2aからオフセットさせる。
 なお、インホイールモータ駆動ユニット2の上部における上側固定座11および下部における下側固定座12をそれぞれアッパーアーム6(図1,2参照)およびロアアーム7(図1,2参照)に取り付けて、インホイールモータ駆動ユニット2を車輪1と共にキングピン軸線Kpの周りに転舵可能にすることは第1実施例と同様である。
 ところで本実施例においては、上側固定座11および下側固定座12を一体的に構成し、これら一体化した上側固定座11および下側固定座12に対しインホイールモータ駆動ユニット2のケース3を取り付ける。
<効果>
 図12に示した本実施例による転舵装置にあっては、第1,2,3実施例による効果以外に以下の効果をも奏することができる。
 つまり、上側固定座11および下側固定座12を一体的に構成して、両者の一体化ユニットに対しインホイールモータ駆動ユニットケース3を取り付けるため、
 上側固定座11および下側固定座12で構成される車輪転舵用のナックルメンバと、インホイールモータ駆動ユニット2とが別部品として構成されることとなり、これらを他の車両にも共用することが容易となってコスト上有利である。
その他の実施例
 上記した各実施例ではいずれも、車輪1がインホイールモータ駆動車輪である場合について説明したが、本発明の前記した着想は、車輪1がインホイールモータ駆動車輪以外の一般的な車輪、つまり共通な動力源で複数車輪を駆動するような型式の車両における駆動車輪や、非駆動車輪(従動車輪)に対しても同様に適用可能であり、この場合も前記したと同様な作用効果を奏し得ること勿論である。

Claims (10)

  1.  車輪をキングピン軸線の周りに転舵するための装置において、
     操舵力を前記キングピン軸線周りの転舵トルクに変換して前記車輪に付与する転舵機構を、該キングピン軸線上であって、前記車輪よりも上方の箇所に配置したことを特徴とする車輪の転舵装置。
  2.  請求項1に記載された、車輪の転舵装置において、
     前記転舵機構は、前記操舵力を入力されるピニオンギヤと、該ピニオンギヤに噛合して操舵力を前記キングピン軸線周りの転舵トルクに変換する不等速フェースギヤとから成るものであることを特徴とする車輪の転舵装置。
  3.  請求項2に記載された、車輪の転舵装置において、
     前記転舵機構は、前記不等速フェースギヤを前記ピニオンギヤに向け附勢してバックラッシュを減ずる弾性手段を具えたものであることを特徴とする車輪の転舵装置。
  4.  請求項2または3に記載された、車輪の転舵装置において、
     前記転舵機構は、前記ピニオンギヤの中心軸線を前記不等速フェースギヤの回転軸線に対しオフセットさせたものであることを特徴とする車輪の転舵装置。
  5.  請求項1~4のいずれか1項に記載された、車輪の転舵装置において、
     前記転舵機構は、前記車輪を車体に対して上下方向変位可能に懸架するためのサスペンションアーム上に配置したことを特徴とする車輪の転舵装置。
  6.  請求項1~5のいずれか1項に記載された、車輪の転舵装置において、
     前記車輪は、電動モータを動力源とする専用のインホイールモータ駆動ユニットを一体的に具え、該専用のインホイールモータ駆動ユニットにより個々に駆動されるインホイールモータ駆動車輪であることを特徴とする車輪の転舵装置。
  7.  前記車輪を駆動するインホイールモータ駆動ユニットが、前記電動モータからの回転を変速して前記車輪の駆動に供する変速機をも内包するものであり、該インホイールモータ駆動ユニットの上部における上側固定座および下部における下側固定座をそれぞれ上下のサスペンションアームに取り付けて前記車輪をキングピン軸線の周りに転舵可能となした、請求項6に記載された、車輪の転舵装置において、
     前記インホイールモータ駆動ユニットのケースを前記変速機の箇所で軸線方向に分割し、該分割したケース部分のうち、前記車輪に近い方のケース部分に前記上側固定座および下側固定座をそれぞれ一体的に設けたことを特徴とする車輪の転舵装置。
  8.  前記車輪を駆動するインホイールモータ駆動ユニットが、前記電動モータからの回転を変速して前記車輪の駆動に供する変速機をも内包し、これら電動モータおよび変速機の中心軸線を相互にオフセットさせたものであり、該インホイールモータ駆動ユニットの上部における上側固定座および下部における下側固定座をそれぞれ上下のサスペンションアームに取り付けて前記車輪をキングピン軸線の周りに転舵可能となした、請求項6に記載された、車輪の転舵装置において、
     前記インホイールモータ駆動ユニットのケースを前記変速機の箇所で軸線方向に分割し、該分割したケース部分のうち、前記車輪に近い方のケース部分に前記下側固定座を、また前記車輪から遠い方のケース部分に前記上側固定座をそれぞれ一体的に設けたことを特徴とする車輪の転舵装置。
  9.  前記車輪を駆動するインホイールモータ駆動ユニットが、該インホイールモータ駆動ユニットの上部における上側固定座および下部における下側固定座をそれぞれ上下のサスペンションアームに取り付けて前記車輪をキングピン軸線の周りに転舵可能となした、請求項6に記載された、車輪の転舵装置において、
     前記上側固定座および下側固定座を一体的に構成し、これら一体化した上側固定座および下側固定座に対し前記インホイールモータ駆動ユニットのケースを取り付けたことを特徴とする車輪の転舵装置。
  10.  請求項1~9のいずれか1項に記載された、車輪の転舵装置において、
     前記キングピン軸線を、鉛直線に対し傾斜させたことを特徴とする車輪の転舵装置。
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