WO2021182006A1

WO2021182006A1 - インホイールモータ車両のサスペンションシステム

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Publication number: WO2021182006A1
Application number: PCT/JP2021/005174
Authority: WO
Inventors: 真也太向; 四郎田村
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2020-03-10
Filing date: 2021-02-12
Publication date: 2021-09-16
Anticipated expiration: 2022-09-10
Also published as: JP2021142773A

Abstract

サスペンションシステム（７）は、車幅方向に沿って互いに対面するように配置された少なくとも一対の車輪（９１Ｌ，９１Ｒ／９２Ｌ，９２Ｒ）に、インホイールモータ駆動装置（１）が搭載された、インホイールモータ車両（９）用のサスペンションシステムであり、各インホイールモータ駆動装置（１）と車体（９０）との間に設けられたエアサスペンション（５１ａ～５１ｄ）と、インホイールモータ駆動装置（１）が力行または回生する場合に、エアサスペンションを制御して、ばね定数および車高の少なくとも一方を変化させるサスペンション制御手段（７０）とを備える。

Description

インホイールモータ車両のサスペンションシステム

　本発明は、インホイールモータ車両のサスペンションシステムに関する。

　特開２０１５－２１４２７３号公報（特許文献１）には、モータおよび減速機を内包するハウジングを含み、車軸とモータ軸がオフセットした位置に配置されたインホイールモータユニットにおいて、ハウジングにサスペンションの連結部分（ボールジョイント）を固定することで、ホイール内に連結部分の配置を可能とすることが開示されている。

　特開２０１３－９５３０９号公報（特許文献２）には、インホイールモータ駆動装置のサスペンションとして、エアスプリング式のスペンションが適用可能であることが開示されている。

特開２０１５－２１４２７３号公報（特許第６３４７１４９号）特開２０１３－９５３０９号公報

　モータが車輪のホイール内に取り付けられたインホイールモータ車両においては、次のような課題がある。

　（１）ガソリン車をインホイールモータ車両にすると、エンジンやトランスミッションが足回りに取り付けられるため、オンボードモータ車両（モータが車体側に設置された車両）に比べて、ばね上の質量は軽くなり、ばね下の質量は重くなってしまう。そのため、インホイールモータ車両では、図１４（Ａ），（Ｂ）に示されるように、オンボード車両よりも、ばね下の共振周波数Ｆａが低くなり、ばね上の共振周波数Ｆｂが高くなってしまう。

　一般的なガソリン車においては、ばね上の共振周波数が１Ｈｚ、ばね下の共振周波数が１０Ｈｚである。図１４（Ｂ）に示されるように、ばね上とばね下の共振周波数が近づくと、共振点（周波数Ｆａ－Ｆｂ）間の振動が高くなり、インホイールモータ駆動装置の歯車の噛み合いまたはモータの強制振動の共振による振動が、サスペンションを介して車体に伝わりやすくなる。また、車両停車状態からの発進（加速）、極低速での走行、坂道での発進といった走行条件で、インホイールモータ駆動装置の歯車の噛み合いまたはモータの強制振動が増幅されるので、運転者が不快に感じる。

　（２）インホイールモータ駆動装置に連結されるサスペンションは、特許文献１に示されるように、コイルスプリング形式のものが一般的である。ところが、コイルスプリング形式のサスペンションの場合、図１５の模式図に示されるように、インホイールモータ駆動装置１００からの振動がスプリング１５０に伝わり、スプリング１５０の共振に伴って振動が増幅されるので、車体９０内（車室内）の騒音が悪化する恐れがある。

　（３）インホイールモータ車両では、車輪外周部のタイヤの接地点にモータの駆動力が伝わる。そのため、たとえば４輪駆動タイプのインホイールモータ車両では、図１６（Ａ）に示されるように、車輪（前輪および後輪）９１，９２に搭載されたインホイールモータ駆動装置（図示せず）が力行したとき、前輪９１の瞬間回転中心９１ｃに車体９０を下げる力が発生し、後輪９２の瞬間回転中心９２ｃに車体９０を持ち上げる力が発生する。そうすると、力行時には、車体９０の前方側が沈み込み、後方側が持ち上がる現象が発生する。逆に、図１６（Ｂ）に示されるように、車輪９１，９２に搭載されたインホイールモータ駆動装置が回生したとき、車体９０の前方側が持ち上がり、後方側が沈み込む現象が発生する。このように車体９０の姿勢が乱れると、運転者に不快感を与えてしまう可能性がある。

　また、インホイールモータ車両では、旋回時の回頭性をよくするために、図１７に示されるように、旋回外輪側（図１７では右側の車輪９１Ｒ，９２Ｒ）のインホイール駆動装置を力行、旋回内輪側（図１７では左側の車輪９１Ｌ，９２Ｌ）のインホイール駆動装置を回生とする左右独立制御を行っている。そのため、旋回時においてはロールが助長されるため、図１８に示されるように、車体９０が傾き、車両９の姿勢が乱れる可能性がある。

　これに対し、特許文献２のサスペンションシステムでは、上記課題（１）、（２）に示したようなインホイールモータ車両に特有の振動を低減可能にするために、エアスプリングなどの弾性係数を変更可能なサスペンションをインホイールモータ駆動装置に連結することとしている。しかしながら、特許文献２のサスペンションシステムでは、一定速度での直進時に弾性係数を変更しているため、上記課題（３）を解決することは困難である。つまり、インホイールモータ車両の姿勢の乱れを抑制することは困難である。

　本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、車室内の騒音を抑制するとともに、インホイールモータ車両の姿勢の乱れを抑制または防止することのできるサスペンションシステムを提供することである。

　この発明のある局面に従うサスペンションシステムは、車幅方向に沿って互いに対面するように配置された少なくとも一対の車輪に、インホイールモータ駆動装置が搭載された、インホイールモータ車両用のサスペンションシステムである。インホイールモータ駆動装置は、車輪を駆動するモータ部、車輪に取り付けられる車輪ハブ軸受部、および、モータ部の回転を減速して車輪ハブ軸受部に伝達する減速部を含む。このサスペンションシステムは、各インホイールモータ駆動装置と車体との間に設けられたエアサスペンションと、インホイールモータ駆動装置が力行または回生する場合に、エアサスペンションを制御して、ばね定数および車高の少なくとも一方を変化させるサスペンション制御手段とを備える。

　好ましくは、インホイールモータ駆動装置は、少なくとも前輪に搭載されている。

　この場合、サスペンションシステムは、車両の走行状態を検知する検知手段をさらに備え、サスペンション制御手段は、検知手段により旋回が検知された場合に、前輪に配置されたエアサスペンションのばね定数を基準レベルよりも高くすることが望ましい。

　また、サスペンション制御手段は、検知手段により直進が検知され、かつ、インホイールモータ駆動装置が力行または回生する場合には、前輪に配置されたエアサスペンションのばね定を基準レベルよりも高くすることが望ましい。

　インホイールモータ駆動装置は、後輪にも搭載されていてもよい。この場合、サスペンション制御手段は、検知手段により旋回が検知された場合、後輪に配置されたエアサスペンションのばね定数は基準レベルのまま維持することが望ましい。

　また、サスペンション制御手段は、検知手段により直進が検知され、かつ、インホイールモータ駆動装置が力行または回生する場合には、前輪および後輪の双方に配置されたエアサスペンションのばね定数を基準レベルよりも高くしてもよい。

　また/または、サスペンション制御手段は、検知手段により旋回が検知された場合に、旋回内輪側のエアサスペンションの車高を、旋回外輪側のエアサスペンションの車高よりも高くすることも望ましい。

　好ましくは、サスペンション制御手段は、検知手段により直進が検知され、かつ、インホイールモータ駆動装置が力行する場合に、前輪に配置されたエアサスペンションの車高を基準レベルよりも高くし、検知手段により直進が検知され、かつ、インホイールモータ駆動装置が回生する場合には、前輪に配置されたエアサスペンションの車高を基準レベルよりも低くする。

　インホイールモータ駆動装置が、後輪にも搭載されている場合、サスペンション制御手段は、検知手段により旋回が検知された場合に、後輪に配置されたエアサスペンションの車高は基準レベルのまま維持してもよい。

　サスペンション制御手段は、検知手段により直進が検知され、かつ、インホイールモータ駆動装置が力行する場合に、前輪に配置されたエアサスペンションの車高を、後輪に配置されたエアサスペンションの車高よりも高くし、検知手段により直進が検知され、かつ、インホイールモータ駆動装置が回生する場合に、前輪に配置されたエアサスペンションの車高を、後輪に配置されたエアサスペンションの車高よりも低くすることも望ましい。

　本発明によれば、車室内の騒音を抑制するとともに、インホイールモータ車両の姿勢の乱れを抑制または防止することができる。

本発明の実施の形態に係るインホイールモータ車両を模式的に示す図である。本発明の実施の形態に係るインホイールモータ車両に搭載されたインホイールモータ駆動装置の内部構造を模式的に示す展開断面図である。図２のＩＩＩ―ＩＩＩ線に沿うインホイールモータ駆動装置の断面図である。本発明の実施の形態におけるストラット式のエアサスペンションを車幅方向内側から見た模式図である。本発明の実施の形態におけるストラット式のエアサスペンションを前方または後方から見た模式図である。エアサスペンションの回路構成例を模式的に示す図である。本発明の実施の形態に係るインホイールモータ車両用のサスペンションシステムの機能構成を模式的に示すブロック図である。本発明の実施の形態におけるばね定数調整処理を示すフローチャートである。本発明の実施の形態における車高調整処理を示すフローチャートである。本実施の形態に係るインホイールモータ車両のばね上およびばね下の共振周波数を示すグラフである。（Ａ）～（Ｃ）は、本発明の実施の形態に係るインホイールモータ車両におけるエアサスペンションのコンプレッサの配置例を模式的に示す図である。ダブルウィッシュボーン式のエアサスペンションを車幅方向内側から見た模式図である。ダブルウィッシュボーン式のエアサスペンションを前方または後方から見た模式図である。インホイールモータ車両とオンボードモータ車両の共振周波数の違いを示すグラフである。コイルスプリング形式のサスペンションが適用された場合の問題点を概念的に示す模式図である。（Ａ），（Ｂ）は、インホイールモータ車両においてインホイールモータ駆動装置が力行・回生する際に車体に加わる力を概念的に示す模式図である。インホイールモータ車両が旋回する際に左右輪のインホイールモータ駆動装置が独立制御されることを概念的に示す模式図である。図１７のＸＶＩＩＩ方向から見た模式図であり、インホイールモータ車両が旋回する際に車体に加わる力を概念的に示す図である。

　本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

　図１を参照して、本実施の形態に係るインホイールモータ車両（以下、「車両」と略す場合がある）９は、たとえば４輪駆動車であり、前輪９１Ｌ，９１Ｒおよび後輪９２Ｌ，９２Ｒのそれぞれに、インホイールモータ駆動装置１が搭載されている。前輪９１Ｌ，９１Ｒは、車両９の前方側において対をなして配置される車輪であり、後輪９２Ｌ，９２Ｒは、車両９の後方側において対をなして配置される車輪である。前輪９１Ｌ，９１Ｒ、および、後輪９２Ｌ，９２Ｒは、それぞれ、車両９の車幅方向（左右方向）に沿って互いに対面するように配置されている。なお、図面上左側に位置する前輪９１Ｌおよび後輪９２Ｌは、車体９０の左側に配置され、図面上右側に位置する前輪９１Ｒおよび後輪９２Ｒは、車体９０の右側に配置されているものとする。

　各車輪に搭載されたインホイールモータ駆動装置１は、エアスプリング形式のサスペンション（懸架装置）を介して車体９０と連結されている。具体的には、前輪９１Ｌ，９１Ｒのそれぞれにエアサスペンション５１ａ，５１ｂが設けられ、後輪９２Ｌ，９２Ｒのそれぞれにエアサスペンション５１ｃ，５１ｄが設けられている。

　以下の説明において、前輪９１Ｌ，９１Ｒの左右を区別する必要がない場合には、これらを前輪９１と称し、後輪９２Ｌ，９２Ｒの左右を区別する必要がない場合には、これらを後輪９２と称する。また、前輪９１および後輪９２を区別する必要がない場合には、これらを車輪９１と称する。同様に、４つのエアサスペンション５１ａ～５１ｄを区別する必要がない場合には、これらをエアサスペンション５１と称する。

　（インホイール駆動装置の基本構成例について）
　図２～図３を参照して、本発明の実施の形態に係るインホイールモータ駆動装置１の基本構成例について説明する。図２は、本発明の実施の形態に係るインホイールモータ駆動装置１を示す展開断面図である。図２において、紙面右側は車幅方向内側（インボード側）を表し、紙面左側は車幅方向外側（アウトボード側）を表す。なお図２で表される断面は、図３に示す軸線Ｍおよび軸線Ｎを含む平面と、軸線Ｎおよび軸線Ｏを含む平面を、この順序で接続した展開平面である。

　図３はインホイールモータ駆動装置１の内部を示す模式的な断面図であり、図２中ＩＩＩ―ＩＩＩでインホイールモータ駆動装置１を切断し、断面を矢の方向にみた状態を表す。図面の煩雑さを回避にするため図３では、各歯車を歯先円で表す。図３において、紙面右側は車両前方を表し、紙面左側は車両後方を表し、紙面上側は車両上方を表し、紙面下側は車両下方を表す。図３では、軸線Ｏ方向に車幅方向外側から車幅方向内側をみている。

　インホイールモータ駆動装置１は、車輪９１の中心に設けられる車輪ハブ軸受部１１と、車輪９１を駆動するモータ部２１と、モータ部２１の回転を減速して車輪ハブ軸受部１１に伝達する減速部３１とを備える。モータ部２１および減速部３１は、車輪ハブ軸受部１１の軸線Ｏからオフセットして配置される。軸線Ｏは車幅方向に延び、車軸に一致する。軸線Ｏ方向位置に関し、車輪ハブ軸受部１１はインホイールモータ駆動装置１の軸線方向一方（アウトボード側）に配置され、モータ部２１はインホイールモータ駆動装置１の軸線方向他方（インボード側）に配置され、減速部３１はモータ部２１よりも軸線方向一方に配置され、減速部３１の軸線方向位置が車輪ハブ軸受部１１の軸線方向位置と重なる。

　図３に示されるように、インホイールモータ駆動装置１は車輪９１のホイールＷの内空領域に収容される。ただしモータ部２１はホイールＷの内空領域から車幅方向内側へはみ出していてもよい。

　車輪ハブ軸受部１１は、たとえば回転内輪・固定外輪とされ、車輪９１のホイールＷと結合する回転輪（ハブ輪）としての内輪１２と、内輪１２の外径側に同軸に配置される固定輪としての外輪１３と、内輪１２と外輪１３との間の環状空間に配置される複数の転動体１４を有する。

　図２を参照して、外輪１３は本体ケーシング３９の正面部分３９ｆに形成される開口３９ｐを貫通する。本体ケーシング３９とは、減速部３１の外郭を含むケーシングをいい、減速部３１の回転要素を収容する。正面部分３９ｆは、本体ケーシング３９のうち減速部３１の軸線Ｏ方向一方端を覆うケーシング壁部である。

　外輪１３は、ハブアタッチメント４２を介して本体ケーシング３９の正面部分３９ｆに固定されている。外輪１３は、径方向に突出する突出部１３ｇを有しており、この突出部１３ｇが第１ボルト４３によってハブアタッチメント４２に取付固定されている。ハブアタッチメント４２は、第２ボルト４４によって本体ケーシング３９に取付固定されている。

　内輪１２は、外輪１３よりも長い筒状体であり、外輪１３の中心孔に通される。外輪１３からインホイールモータ駆動装置１の外部へ突出する内輪１２の軸線Ｏ方向一方端部には、ハブフランジ１２ｆが形成される。内輪１２は、ハブフランジ１２ｆでホイールＷと結合し、車輪９１と一体回転する。

　内輪１２および外輪１３間の環状空間には、複数列の転動体１４が配置される。内輪１２の軸線Ｏ方向中央部の外周面は、第１列に配置される複数の転動体１４の内側軌道面を構成する。内輪１２の軸線Ｏ方向他方端部外周には内側軌道輪１２ｒが嵌合する。内側軌道輪１２ｒの外周面は、第２列に配置される複数の転動体１４の内側軌道面を構成する。外輪１３の軸線Ｏ方向一方端部の内周面は、第１列の転動体１４の外側軌道面を構成する。外輪１３の軸線Ｏ方向他方端部の内周面は、第２列の転動体１４の外側軌道面を構成する。内輪１２および外輪１３間の環状空間には、シール材１６がさらに介在する。シール材１６は環状空間の両端を封止して、塵埃および異物の侵入を阻止する。内輪１２の軸線Ｏ方向他方端の中心孔には減速部３１の出力軸３８が差し込まれて嵌合する。かかる嵌合は、スプライン嵌合あるいはセレーション嵌合である。

　図２に示すようにモータ部２１は、モータ回転軸２２、ロータ２３、ステータ２４、およびモータケーシング２９を有し、この順序でモータ部２１の軸線Ｍから外径側へ順次配置される。モータ部２１は、インナロータ、アウタステータ形式のラジアルギャップモータであるが、他の形式の電動モータであってもよい。モータケーシング２９はステータ２４の外周を包囲する。モータケーシング２９の軸線Ｍ方向一方端は本体ケーシング３９の背面部分３９ｂと結合する。モータケーシング２９の軸線Ｍ方向他方端は、板状のモータケーシングカバー（以下「リヤカバー」という）２９ｖで封止される。背面部分３９ｂは、本体ケーシング３９のうち減速部３１の軸線Ｍ方向（軸線Ｏ方向）他方端を覆うケーシング壁部である。

　本体ケーシング３９およびモータケーシング２９は、インホイールモータ駆動装置１の外郭をなすケーシング１０を構成する。以下の説明において本体ケーシング３９およびモータケーシング２９を区別する必要がない場合には、単にケーシング１０という。

　ステータ２４は円筒形状のステータコア２５と、該ステータコア２５に巻回されたコイル２６を含む。ステータコア２５はリング状の鋼板を軸線Ｍ方向に積層してなる。

　モータ回転軸２２の両端部は、転がり軸受２７，２８を介して、本体ケーシング３９の背面部分３９ｂと、モータ部２１のリヤカバー２９ｖに回転自在に支持される。モータ回転軸２２のうち軸線方向一方端部２２ｅを除いた大部分は、モータケーシング２９内に配置される。軸線方向一方端部２２ｅは本体ケーシング３９内に配置される。つまりモータ回転軸２２はインホイールモータ駆動装置１のケーシング１０に収容される。

　モータ回転軸２２およびロータ２３の回転中心になる軸線Ｍは、車輪ハブ軸受部１１の軸線Ｏと平行に延びる。具体的にはモータ部２１は、車輪ハブ軸受部１１の軸線Ｏから車両前方側に離れるようオフセットして配置される。

　減速部３１は、モータ部２１のモータ回転軸２２と同軸に結合する入力軸３２と、入力軸３２の外周面に同軸に設けられる入力歯車３３と、複数の中間歯車３４，３６と、これら中間歯車３４，３６の中心と結合する中間軸３５と、車輪ハブ軸受部１１の内輪１２に連結される出力軸３８と、出力軸３８の外周面に同軸に設けられる出力歯車３７と、これら複数の歯車および回転軸を収容する本体ケーシング３９を有する。本体ケーシング３９は減速部３１の外郭をなすことから減速部ケーシングともいう。

　入力歯車３３は外歯のはすば歯車である。入力軸３２は中空構造であり、この中空孔３２ｈにモータ回転軸２２の軸線方向一方端部２２ｅが差し込まれて相対回転不可能にスプライン嵌合またはセレーション嵌合する。入力軸３２は入力歯車３３の両端側で、転がり軸受３２ａ，３２ｂを介して、本体ケーシング３９の正面部分３９ｆおよび背面部分３９ｂに回転自在に支持される。

　減速部３１の中間軸３５の回転中心になる軸線Ｎは軸線Ｏと平行に延びる。中間軸３５の両端は、転がり軸受３５ａ，３５ｂを介して、本体ケーシング３９の正面部分３９ｆおよび背面部分３９ｂに回転自在に支持される。中間軸３５の軸線Ｎ方向他方端部には、第１中間歯車３４が同軸に設けられる。中間軸３５の軸線Ｎ方向中央領域には、第２中間歯車３６が同軸に設けられる。

　第１中間歯車３４および第２中間歯車３６は、外歯のはすば歯車であり、第１中間歯車３４の径が第２中間歯車３６の径よりも大きい。大径の第１中間歯車３４は、第２中間歯車３６よりも軸線Ｎ方向他方側に配置されて、小径の入力歯車３３と噛合する。小径の第２中間歯車３６は、第１中間歯車３４よりも軸線Ｎ方向一方側に配置されて、大径の出力歯車３７と噛合する。

　中間軸３５の軸線Ｎは、図３に示すように、軸線Ｏおよび軸線Ｍよりも上方に配置される。また中間軸３５の軸線Ｎは、軸線Ｏよりも車両前方、軸線Ｍよりも車両後方に配置される。減速部３１は、車両前後方向に間隔を空けて配置されて互いに平行に延びる軸線Ｏ，Ｎ，Ｍを有する３軸の平行軸歯車減速機であり、２段変速とされる。

　出力歯車３７は外歯のはすば歯車であり、出力軸３８の軸線Ｏ中央部に同軸に設けられる。出力軸３８は軸線Ｏに沿って延びる。出力軸３８の軸線Ｏ方向一方端部は、内輪１２の中心孔に差し込まれて相対回転不可能に嵌合する。出力軸３８の軸線Ｏ方向中央部は、転がり軸受３８ａを介して、本体ケーシング３９の正面部分３９ｆに回転自在に支持される。出力軸３８の軸線Ｏ方向他方端部は、転がり軸受３８ｂを介して、本体ケーシング３９の背面部分３９ｂに回転自在に支持される。

　図２に示すように減速部３１は、小径の駆動歯車と大径の従動歯車の噛合、即ち入力歯車３３と第１中間歯車３４の噛合、また第２中間歯車３６と出力歯車３７の噛合、により入力軸３２の回転を減速して出力軸３８に伝達する。減速部３１の入力軸３２から出力軸３８までの回転要素は、モータ部２１の回転を内輪１２に伝達する駆動伝達経路を構成する。

　本体ケーシング３９は、上述の正面部分３９ｆおよび背面部分３９ｂの他、筒状部分を含む。当該筒状部分は、互いに平行に延びる軸線Ｏ、Ｎ、Ｍを取り囲むように減速部３１の内部部品を覆う。板状の正面部分３９ｆは、減速部３１の内部部品を軸線方向一方側から覆い、筒状部分の一方端と結合する。板状の背面部分３９ｂは、減速部３１の内部部品を軸線方向他方側から覆い、筒状部分の他方端と結合する。本体ケーシング３９の背面部分３９ｂは、モータケーシング２９と結合し、減速部３１の内部空間およびモータ部２１の内部空間を仕切る隔壁でもある。モータケーシング２９は本体ケーシング３９に支持されて、本体ケーシング３９から軸線方向他方側（車幅方向内側）へ突出する。

　本体ケーシング３９は、減速部３１の内部空間を区画し、減速部３１の全ての回転要素（回転軸および歯車）を内部空間に収容する。本体ケーシング３９の内部空間の下部を占めるオイル貯留部３０には、モータ部２１および減速部３１を潤滑する潤滑油が貯留する。

　インホイールモータ駆動装置１外部から上述したコイル２６に電力が供給されると、モータ部２１のロータ２３が回転し、モータ回転軸２２から減速部３１に回転を出力する。減速部３１はモータ部２１から入力軸３２に入力された回転を減速し、出力軸３８から車輪ハブ軸受部１１へ出力する。車輪ハブ軸受部１１の内輪１２は、出力軸３８と同じ回転数で回転し、内輪１２に取付固定される車輪９１を駆動する。

　上記のような構成のインホイールモータ駆動装置１が、図１に示した車両９の各車輪９１に搭載される。インホイールモータ駆動装置１の内部構成も、前輪９１および後輪９２で共通であり、典型的には、モータ部２１の出力特性および減速部３１の減速比が、前輪９１および後輪９２に関わらず同一である。

　なお、本実施の形態では、減速部３１が、互いに平行に延びる軸線Ｏ，Ｎ，Ｍを有する平行３軸式歯車減速機である例を示したが、互いに噛合する複数の歯車を備えた平行軸式歯車減速機であれば、２軸または４軸以上であってもよい。あるいは、減速部３１は平行軸式歯車減速機以外の減速機で構成されてもよい。

　（エアサスペンションについて）
　図４および図５は、インホイールモータ駆動装置１に連結されたエアサスペンション５１を模式的に示す図である。図４には、車輪（前輪）９１を車幅方向内側から見た状態が示され、図５には、車輪（前輪）９１を車両後方から見た状態が示されている。

　本実施の形態に係るエアサスペンション５１は、たとえばマクファーソンストラット式のサスペンションであり、上下方向に延びるダンパー５２、エアスプリング５３、車幅方向に延びるロアアーム５４、および、タイロッド５５を含む。

　エアサスペンション５１はたとえば懸架ブラケット４１を介してインホイールモータ駆動装置１に固定されている。懸架ブラケット４１は、ケーシング１０の車幅方向内側端面のうち、モータ部２１（モータケーシング２９）よりも後方に位置する領域に取り付けられている。懸架ブラケット４１は、ボルト４５によって本体ケーシング３９に固定された本体部４１ｄと、ダンパー５２の下端部に連結されるダンパー連結部４１ａと、ロアアーム５４の車幅方向外側端部に連結されるロアアーム連結部（図示せず）と、タイロッド５５の車幅方向外側端部に連結されるタイロッド連結部４１ｃとを一体的に含む。

　図６は、エアサスペンション５１の回路構成例を模式的に示す図である。エアサスペンション５１は、ゴム製のダイヤフラムとローリングガイドで形成されたエア室６１を有しており、ここに空気を充填する構造となっている。エア室６１はダンパー５２のロッド６２の周りに設けられており、エアスプリング５３を構成する。エアスプリング５３の弾性はゴムと空気で実現されるため、エアスプリング５３はコイルスプリングに比べて固有振動が減る。したがって、車両９においては、スプリング経由の振動が抑えられ、車内騒音を低減できる効果がある。

　また、コイルスプリングを適用した車両においては、インホイールモータ駆動装置から車体に延びる電気ケーブルを、コイルスプリングに挟まれないようにレイアウトする必要があるのに対し、車両９においては、図５において想像線で示すように、インホイールモータ駆動装置１から延びる電気ケーブル（動力線または信号線）８１をダンパー５２およびエアスプリング５３に這わして車体９０側に導くことができる。

　再び図６を参照して、モータ６３で駆動されるコンプレッサ６４で圧縮された空気は、サプライバルブ６５に導かれる。サプライバルブ６５を開閉することで、エア室６１の容量を一定としたままでエア室６１内の空気量が調整される。これにより、車高を可変とすることができる。具体的には、車高を上げるときには、エア室６１に空気を供給してエアボリュームを大きくし、車高を下げるときには、エア室６１から空気を抜いてエアボリュームを小さくする制御が行われる。

　エア室６１には、別置きのサブタンク６６が接続されており、カットバルブ６７の開閉により、空気の容量（エア室の大きさ）が調整される。これにより、ばね定数を可変とすることができる。具体的には、ばね定数を低く（ソフトに）するときは、カットバルブ６７を開状態としてエアスプリング５３のボリュームを大きくし、ばね定数を高く（ハードに）するときには、カットバルブ６７を閉状態としてエアスプリング５３のボリュームを小さくする制御が行われる。

　このようなエアサスペンション５１が、各車輪９１に搭載されたインホイールモータ駆動装置１と車体９０との間に設けられている。各エアサスペンション５１は、図１に示されるように、車体９０側に設けられた制御装置（サスペンション制御手段）７０によって制御される。制御装置７０は、車輪９１に搭載されたインホイールモータ駆動装置１が力行または回生する際に、エアサスペンション５１を制御して、ばね定数および車高の少なくとも一方を変化させる。なお、「力行」とは、車両９の加速時など、速度とトルクが同符号の状態でモータ部２１が駆動される状態をいい、「回生」とは、車両９の減速（制動）時など、速度とトルクが逆符号の状態でモータ部２１が駆動される状態をいう。車両走行中において、どちらでもない状態を、「惰行」という。

　図７は、インホイールモータ車両９用のサスペンションシステム７の機能構成を模式的に示すブロック図である。サスペンションシステム７は、上述の制御装置７０と、エアサスペンション５１ａ～５１ｄと、車両９の走行状態を検知する走行状態検知部（検知手段）７１とを備えている。

　走行状態検知部７１は、たとえば、運転者のハンドル操作、ペダル操作を検知することで、走行状態を検知する。走行状態は、少なくとも直進状態および旋回状態を含む。

　制御装置７０は、サスペンション制御手段として機能し、走行状態検知部７１による検知結果に応じて、エアサスペンション５１ａ～５１ｄを制御する。制御装置７０は、メモリおよびプロセッサを含むコンピュータにより実現される。制御装置７０によるエアサスペンション５１ａ～５１ｄの制御方法については、後に詳述する。

　（サスペンションシステムの動作について）
　図８～図９を参照して、サスペンションシステム７の動作について説明する。図８は、本実施の形態におけるばね定数調整処理を示すフローチャートである。図９は、本実施の形態における車高調整処理を示すフローチャートである。これらの処理は、制御装置７０によって実行される。なお、ばね定数調整処理および車高調整処理は、並行して（同時に）行われてもよいし、一方だけが行われてもよい。後者の場合、ユーザが選択したモードに応じて、ばね定数調整処理および車高調整処理のうちの一方が行われてもよい。この場合、サスペンションシステム７は、ばね定数調整モードおよび車高調整モードのいずれかをユーザに選択させるための操作部（図示せず）をさらに備える。

　・ばね定数調整処理
　図８に示すばね定数調整処理は、車両９が走行可能状態になった場合（電源を入れた場合）に開始される。本実施の形態において、ばね定数は少なくとも低レベルおよび高レベルの２段階変更可能である。本処理の開始時において、全ての車輪（前輪９１および後輪９２）のばね定数は低レベル（ソフト）に設定されている。つまり、ばね定数の基準レベルは低レベルである。ばね定数が基準レベルのとき、各エアサスペンション５１のカットバルブ６７は開状態であり、エアスプリング５３の容量が大きく設定されている。

　図８を参照して、制御装置７０は、走行状態検知部７１により検知された車両９の走行状態を判定する（ステップＳ１１）。車両９が直進していれば、走行状態は直進状態と判定され、ステップＳ１３に進む。車両９が旋回していれば、走行状態は旋回状態と判定され、ステップＳ１９に進む。

　ステップＳ１３において制御装置７０は、車両９の走行状態がさらに惰行状態であるか否かを判断する。つまり、車両９が一定速度で直進しているか否かが判断される。車両９の走行状態が直進かつ惰行状態であれば、すなわちインホイールモータ駆動装置１が力行または回生状態でなければ（ステップＳ１３にてＹＥＳ）、前輪９１および後輪９２の全てのばね定数を基準レベル（低レベル）とする（ステップＳ１５）。つまり、全てのエアサスペンション５１ａ～５１ｄのばね定数が基準レベルとなるように制御される。

　一方、車両９の走行状態が惰行状態ではない場合、すなわちインホイールモータ駆動装置１が力行または回生状態である場合（ステップＳ１３にてＮＯ）、前輪９１および後輪９２の全てのばね定数を基準レベルよりも高くする（ステップＳ１７）。つまり、ばね定数を低レベルから高レベルに変更する。より具体的には、制御装置７０は、各エアサスペンション５１のカットバルブ６７を閉状態とし、エアスプリング５３の容量を小さくする制御を行う。これにより、前輪９１および後輪９２双方において、エアスプリング５３がハード状態となるため、図１６（Ａ），（Ｂ）に示したような車体９０の前後方向の傾きを抑制することができる。その結果、運転者の不快感を低減することができる。

　ステップＳ１９において制御装置７０は、車両９の旋回方向に関わらず、前輪９１のばね定数のみを、基準レベルよりも高くする。つまり、後輪９２のばね定数は変更せず、基準レベルのままとする。この場合、制御装置７０は、前輪９１に配置されたエアサスペンション５１ａ，５１ｂのカットバルブ６７を閉状態とし、エアスプリング５３の容量を小さくする制御を行う。これにより、前輪９１のエアサスペンション５１ａ，５１ｂのエアスプリング５３がハード状態となるため、図１８に示したような車体９０の左右方向の傾きを抑制することができる。

　なお、本実施の形態では、車両９の旋回時に（ステップＳ１９において）、後輪９２のばね定数を変更しないこととしたが、限定的ではなく、後輪９２のばね定数が前輪９１のばね定数よりも低ければよい。

　上述のように、車両９の走行状態に応じて、エアサスペンション５１ａ～５１ｄのうち、ばね定数を変化させるエアスプリングを選択することにより、車体９０の姿勢の乱れを抑制または防止することができる。

　また、車両９の停車時には、コイルスプリングよりも全てのエアサスペンション５１のばね定数を低く設定しておくことにより、図１０のグラフに概念的に示されるように、ばね上の共振周波数（Ｆａ´）を、コイルスプリング形式のサスペンションが適用されたインホイールモータ車両の共振周波数Ｆａよりも低くできる。つまり、ばね上とばね下の共振周波数を離すことができる。そして、車両停止状態からの加速、極低速での走行、坂道での発進といった走行条件において、ばね定数を低レベルから高レベルに変更する（ばね定数が徐々に高くなる）ため、減速部３１を構成する歯車の噛み合いまたはモータ部２１の強制振動成分とばね下の共振周波数との重なりをずらすことができるため、不快な振動を低減できる。したがって、車室内の騒音を抑制することができる。

　なお、直進状態での力行時には、車両９の走行速度に応じて、ばね定数のレベルを細かく変更してもよい。

　・車高調整処理
　図９に示す車高調整処理もまた、車両９が走行可能状態になった場合（電源を入れた場合）に開始される。本実施の形態において、車高は少なくとも低レベル、中レベル、および高レベルの３段階変更可能である。本処理の開始時において、全ての車輪（前輪９１および後輪９２）の車高は中レベルに設定されている。つまり、車高の基準レベルは中レベルである。

　図９を参照して、制御装置７０は、走行状態検知部７１により検知された車両９の走行状態を判定する（ステップＳ２１）。車両９が直進していれば、走行状態は直進状態と判定され、ステップＳ２３に進む。

　ステップＳ２３において制御装置７０は、車両９の走行状態がさらに惰行状態であるか否かを判断する。つまり、車両９が一定速度で直進しているか否かが判断される。車両９の走行状態が直進かつ惰行状態であれば、すなわちインホイールモータ駆動装置１が力行または回生状態でなければ（ステップＳ２３にてＹＥＳ）、前輪９１および後輪９２の全ての車高を基準レベル（中レベル）とする（ステップＳ２５）。つまり、全てのエアサスペンション５１ａ～５１ｄは、車高が基準レベルとなるように制御される。

　一方、車両９の走行状態が直進状態であり、かつ、インホイールモータ駆動装置１が力行状態である場合（ステップＳ２３にてＮＯ）、前輪９１の車高を、中レベル（基準レベル）から高レベルに変更するとともに、後輪９２の車高を、中レベル（基準レベル）から低レベルに変更する（ステップＳ２６）。具体的には、制御装置７０は、一対の前輪９１のそれぞれに設けられたエアサスペンション５１ａ，５１ｂのサプライバルブ６５の開度を大きくし、各々のエアスプリング５３の空気量を増やす制御を行う。また、一対の後輪９２のそれぞれに設けられたエアサスペンション５１ｃ，５１ｄのサプライバルブ６５の開度を小さくし、各々のエアスプリング５３の空気量を減らす制御を行う。これにより、図１６（Ａ）に示したように、前輪９１の瞬間回転中心９１ｃに下向きの力が発生し、後輪９２の瞬間回転中心９２ｃに上向きの力が発生したとしても、車体９０が前後方向に傾くことを抑制することができる。

　車両９の走行状態が直進状態であり、かつ、インホイールモータ駆動装置１が回生状態である場合（ステップＳ２３にてＮＯ）、力行の場合と逆の制御を行う。すなわち、前輪９１の車高を、中レベル（基準レベル）から低レベルに変更するとともに、後輪９２の車高を、中レベル（基準レベル）から高レベルに変更する（ステップＳ２７）。これにより、図１６（Ｂ）に示したように、前輪９１の瞬間回転中心９１ｃに上向きの力が発生し、後輪９２の瞬間回転中心９２ｃに下向きの力が発生したとしても、車体９０が前後方向に傾くことを抑制することができる。

　なお、本実施の形態では、ステップＳ２６において、前輪９１の車高を中レベルから高レベルに変更するとともに、後輪９２の車高を中レベルから低レベルに変更することとしたが、限定的ではなく、前輪９１の車高が後輪９２の車高よりも高くなればよい。同様に、ステップＳ２７において、前輪９１の車高を中レベルから低レベルに変更するとともに、後輪９２の車高を中レベルから高レベルに変更することとしたが、限定的ではなく、後輪９２の車高が前輪９１の車高よりも高くなればよい。

　ステップＳ２１での走行状態の判定の結果、車両９の走行状態が旋回状態であると判定された場合、旋回の方向が「左旋回」であればステップＳ２８に進み、旋回の方向が「右旋回」であればステップＳ２９に進む。

　ステップＳ２８では、制御装置７０は、後輪９２の車高は基準レベルに維持したまま、左前輪９１Ｌの車高を基準レベルから低レベルに変更し、右前輪９１Ｒの車高を基準レベルから高レベルに変更する。具体的には、エアサスペンション５１ａのサプライバルブ６５の開度を小さくしてエアスプリング５３の空気量を減らすとともに、エアサスペンション５１ｂのサプライバルブ６５の開度を大きくしてエアスプリング５３の空気量を増やす制御を行う。

　ステップＳ２９では、制御装置７０は、後輪９２の車高は基準レベルに維持したまま、左前輪９１Ｌの車高を基準レベルから高レベルに変更し、右前輪９１Ｒの車高を基準レベルから低レベルに変更する。具体的には、エアサスペンション５１ａのサプライバルブ６５の開度を大きくしてエアスプリング５３の空気量を増やすとともに、エアサスペンション５１ｂのサプライバルブ６５の開度を小さくしてエアスプリング５３の空気量を減らす制御を行う。

　このように、車両９が左または右に旋回する場合には、旋回内輪側の車高が旋回外周側の車高よりも高くなるように、前輪９１のエアサスペンション５１ａ，５１ｂが制御される。つまり、旋回時に回生運転されるインホイールモータ駆動装置１が搭載された車輪（一対の前輪９１の一方）の車高が、力行運転されるインホイールモータ駆動装置１が搭載された車輪（一対の前輪９１の他方）の車高よりも高くなるように調整される。これにより、図１８に示したような車体９０の左右方向の傾きを抑制することができる。

　なお、本実施の形態では、車両９の旋回時に（ステップＳ２８，Ｓ２９において）、後輪９２の車高を変更しないこととしたが、限定的ではなく、後輪９２の車高が、前輪９１の一方の車高と前輪９１の他方の車高との間であればよい。

　上述のように、車両９の走行状態に応じて、車輪９１の車高を前後方向に異ならせたり左右方向に異ならせたりすることにより、車体９０の姿勢の乱れを抑制または防止することができる。特に、車両９の旋回時には左右の車高を積極的に異ならせることにより、インホイールモータ車両９に特有のロールを効果的に防止できる。したがって、車両９の横転を防止できる。

　ところで、エアサスペンション５１のコンプレッサ６４（およびモータ６３）は、典型的には、図１１（Ａ）に示されるように、エアサスペンション５１ごとに設けられる。なお、図１１（Ｂ）に示されるように、前輪９１Ｌ，９１Ｒのエアサスペンション５１ａ，５１ｂに共通のコンプレッサ６４と、後輪９２Ｌ，９２Ｒのエアサスペンション５１ｃ，５１ｄに共通のコンプレッサ６４とが設けられてもよい。この場合、コンプレッサ６４と左右のエアサスペンション５１ａ，５１ｂ（または５１ｃ，５１ｄ）のサプライバルブ６５とが圧力配管６４Ｋにより接続される。あるいは、図１１（Ｃ）に示されるように、エアサスペンション５１ａ～５１ｃの全てに共通のコンプレッサ６４が１つだけ設けられてもよい。

　また、インホイールモータ駆動装置１がパークロック機構（図示せず）を備える形態においては、コンプレッサ６４がパークロックを作動するためのコンプレッサを兼ねていてもよい。あるいは、コンプレッサ６４がブレーキを作動させるためのコンプレッサを兼ねていてもよい。

　（変形例）
　本実施の形態では、エアサスペンション５１がマクファーソンストラット式のサスペンションであることとしたが、限定的ではない。たとえば図１２および図１３に示すように、エアサスペンション５１Ａはダブルウィッシュボーン式のサスペンションであってもよい。この場合、エアサスペンション５１Ａは、ダンパー５２、エアスプリング５３、ロアアーム５４、および、タイロッド５５に加え、アッパーアーム５６を含む。

　また、前輪９１のエアサスペンションの形式と後輪９２のエアサスペンションの形式とが異なっていてもよい。

　また、本実施の形態では、インホイールモータ車両９が４輪駆動車であることとしたが、前輪９１にのみインホイールモータ駆動装置１が搭載された前輪駆動車であってもよい。この場合、サスペンション制御手段としての制御装置は、４輪駆動車の前輪９１側のサスペンション５１ａ，５１ｂに対する制御と同じ制御を行えばよい。逆に、後輪９２にのみインホイールモータ駆動装置１が搭載された後輪駆動車であれば、サスペンション制御手段としての制御装置は、４輪駆動車の後輪９２側のサスペンション５１ｃ，５１ｄに対する制御と同じ制御を行えばよい。

　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と考えられるべきである。本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。

　１　インホイールモータ駆動装置、７　サスペンションシステム、９　インホイールモータ車両、１１　車輪ハブ軸受部、２１　モータ部、３１　減速部、５１，５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ，５１Ａ　エアサスペンション、５３　エアスプリング、７０　制御装置、７１　走行状態検知部、９０　車体、９１，９２　車輪。

Claims

　車幅方向に沿って互いに対面するように配置された少なくとも一対の車輪に、前記車輪を駆動するモータ部、前記車輪に取り付けられる車輪ハブ軸受部、および、前記モータ部の回転を減速して前記車輪ハブ軸受部に伝達する減速部を含むインホイールモータ駆動装置が搭載された、インホイールモータ車両用のサスペンションシステムであって、
　前記各インホイールモータ駆動装置と車体との間に設けられたエアサスペンションと、
　前記インホイールモータ駆動装置が力行または回生する場合に、前記エアサスペンションを制御して、ばね定数および車高の少なくとも一方を変化させるサスペンション制御手段とを備える、インホイールモータ車両用のサスペンションシステム。
　前記インホイールモータ駆動装置は、少なくとも前輪に搭載されており、
　車両の走行状態を検知する検知手段をさらに備え、
　前記サスペンション制御手段は、前記検知手段により旋回が検知された場合に、前輪に配置された前記エアサスペンションのばね定数を基準レベルよりも高くする、請求項１に記載のインホイールモータ車両用のサスペンションシステム。
　前記サスペンション制御手段は、前記検知手段により直進が検知され、かつ、前記インホイールモータ駆動装置が力行または回生する場合には、前輪に配置された前記エアサスペンションのばね定を基準レベルよりも高くする、請求項２に記載のインホイールモータ車両用のサスペンションシステム。
　前記インホイールモータ駆動装置は、後輪にも搭載されており、
　前記サスペンション制御手段は、前記検知手段により旋回が検知された場合、後輪に配置された前記エアサスペンションのばね定数は前記基準レベルのまま維持する、請求項２または３に記載のインホイールモータ車両用のサスペンションシステム。
　前記サスペンション制御手段は、前記検知手段により直進が検知され、かつ、前記インホイールモータ駆動装置が力行または回生する場合には、前輪および後輪の双方に配置された前記エアサスペンションのばね定数を基準レベルよりも高くする、請求項４に記載のインホイールモータ車両用のサスペンションシステム。
　前記インホイールモータ駆動装置は、少なくとも前輪に搭載されており、
　車両の走行状態を検知する検知手段をさらに備え、
　前記サスペンション制御手段は、前記検知手段により旋回が検知された場合に、旋回内輪側の前記エアサスペンションの車高を、旋回外輪側の前記エアサスペンションの車高よりも高くする、請求項１に記載のインホイールモータ車両用のサスペンションシステム。
　前記サスペンション制御手段は、前記検知手段により直進が検知され、かつ、前記インホイールモータ駆動装置が力行する場合に、前輪に配置された前記エアサスペンションの車高を基準レベルよりも高くし、前記検知手段により直進が検知され、かつ、前記インホイールモータ駆動装置が回生する場合には、前輪に配置された前記エアサスペンションの車高を基準レベルよりも低くする、請求項６に記載のインホイールモータ車両用のサスペンションシステム。
　前記インホイールモータ駆動装置は、後輪にも搭載されており、
　前記サスペンション制御手段は、前記検知手段により旋回が検知された場合に、後輪に配置された前記エアサスペンションの車高は基準レベルのまま維持する、請求項６または７に記載のインホイールモータ車両用のサスペンションシステム。
　前記サスペンション制御手段は、前記検知手段により直進が検知され、かつ、前記インホイールモータ駆動装置が力行する場合に、前輪に配置された前記エアサスペンションの車高を、後輪に配置された前記エアサスペンションの車高よりも高くし、前記検知手段により直進が検知され、かつ、前記インホイールモータ駆動装置が回生する場合に、前輪に配置された前記エアサスペンションの車高を、後輪に配置された前記エアサスペンションの車高よりも低くする、請求項８に記載のインホイールモータ車両用のサスペンションシステム。