WO2024048560A1 - 操舵機能付ハブユニット、操舵システムおよび車両 - Google Patents

Abstract

本発明の操舵機能付ハブユニット（１）は、ハブベアリング（１５）を有するハブユニット本体（２）と、ハブユニット本体（２）を上下方向に延びる転舵軸心（Ａ）回りに回転自在に支持するユニット支持部材（３）と、ハブユニット本体（２）を転舵軸心（Ａ）回りに回転駆動させる操舵用アクチュエータ（５）とを備える。操舵用アクチュエータ（５）は、モータ（２６）と、モータ（２６）の回転を減速する減速機（２７）と、減速機（２７）の回転出力を、回転支持部材（２８）を介して出力ロッド（２５ａ）の直進運動に変換する直動機構（２５）とを有する。減速機（２７）は、プーリ（２７ａ，２７ｂ）およびベルト（２７ｃ）による平行軸式の減速機であり、減速機に隣合う回転支持部材（２８）との間を封止する封止部材である第１のシール部材（５１）を備える。

Description

操舵機能付ハブユニット、操舵システムおよび車両 関連出願

　本出願は、２０２２年９月１日出願の特願２０２２－１３９４１１の優先権を主張するものであり、それらの全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。

　本発明は、操舵機能付ハブユニット、操舵システムおよび車両に関し、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安定性等の向上を図る技術に関する。

　車両において補助的な操舵機能を備えた技術（特許文献１，２）が提案されている。
　しかし特許文献１では、モータを２個使っているため、モータの数量増によるコストの上昇が生じるだけでなく、制御が複雑になる。
　特許文献２は、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、モータを含めてサイズが大きくなる。全体のサイズが大きくなると、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。

　特許文献３では、同文献３における図１および図２に操舵機能付ハブユニットを車両の前輪に適用した例が示されている。ハブベアリングを回転駆動させる操舵用アクチュエータは、ハブベアリングのインボード側面の隣接する位置に、車両の車幅方向内側に延伸する形で搭載されている。車両におけるホイールハウスおよび懸架装置は、前記操舵用アクチュエータとの干渉を避けるべく、空間を確保して設計する必要がある。前記ホイールハウスは車輪が収まる空間であり、前記懸架装置はサスペンションアーム、ばね、ショックアブソーバーおよびスタビライザ等を含む。

独国特許出願公開第１０２０１２２０６３３７号明細書 特開２０１４－６１７４４号公報 特開２０１９－５９３８５号公報

　図１４に示すように、操舵用アクチュエータ８０は、動力源となるモータ８１の回転を減速機８２にてトルク増幅し、さらに直動機構８３にて直進運動に変換し、ハブユニット本体８４のアーム部８５を押し引きする。これによりハブユニット本体８４を転舵軸心Ａ回りに操舵させる。減速機８２には、高い伝達精度、バックラッシの抑制および静音性から、歯付きのタイミングベルトが適している。

　しかし、タイミングベルトは主材料としてゴムを有するため、極低温下で使用した場合、ゴムが硬化した状態にて屈曲が繰り返され、タイミングベルトに異常が生じる懸念があった。この対策として、ベルトのゴム材を低温下にて柔軟性に優れるエチレン・プロピレン・ジエンゴム（ＥＰＤＭ）に変更することが考えられる。但し、ＥＰＤＭは低温下における柔軟性に優れる一方で、耐油性が他のゴム材に比べて大きく劣る。ＥＰＤＭから成るベルトに油分が付着すると、ゴム材が膨潤してゴム強度が大幅に低下する懸念があった。

　本発明の目的は、操舵用アクチュエータの減速機に用いるベルトの異常を防ぎ、耐久性および信頼性の向上を図ることができる操舵機能付ハブユニット、操舵システムおよび車両を提供することである。

　本発明の操舵機能付ハブユニットは、車輪を回転支持するハブベアリング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方向に延びる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、を備えた操舵機能付ハブユニットであって、
　前記操舵用アクチュエータは、モータと、このモータの回転を減速する減速機と、この減速機の回転出力を潤滑剤が含まれた回転支持部材を介して直動出力部の直進運動に変換する直動機構とを有し、前記減速機は、プーリおよびベルトによる平行軸式の減速機であり、前記減速機と前記減速機に隣合う前記回転支持部材との間を封止する封止部材を備えた。

　この構成によると、プーリおよびベルトを有する減速機と、この減速機に隣合う回転支持部材との間に、封止部材を備えたため、減速機と回転支持部材との間の空間を隔離し（仕切り）得る。これにより、回転支持部材の潤滑剤がベルトに付着することによる同ベルトの強度低下を懸念することなく、低温下において柔軟性に優れる材料をベルトに適用することが可能となる。したがって、減速機に用いるベルトの異常を防ぎ、操舵機能付ハブユニットの耐久性および信頼性の向上を図ることができる。

　前記封止部材を、前記直動機構の前記回転支持部材内に備えてもよい。この場合、操舵用アクチュエータの内部がコンパクトに設計できるだけでなく、組立工数の低減および封止部材の取付精度の向上も期待できる。

　前記封止部材は、リップを有する接触式のシールであってもよい。この場合、減速機と回転支持部材との間の空間を、非接触式のシールを用いるよりも、密封性よく隔てる（仕切る）ことができる。また回転支持部材に封入された潤滑剤が、回転、振動および温度等の環境因子によって回転支持部材の外部に流れ出たとしても、ベルトの空間は前記接触式のシールによって堰き止められるため、ベルトに潤滑剤が付着することを防止できる。
　そのため、ベルトのゴム材の膨潤による強度低下の懸念が無くなり、低温での柔軟性に優れる材料から成るベルトを適用することが可能となる。前記接触式のシールを設けることで、ゴム材と潤滑剤との相性を懸念する必要が無くなり、潤滑剤の選定の自由度も増す。さらに回転支持部材とベルトとの間の空間を隔てることで、長期の使用に伴うベルト表面の摩耗粉が、回転支持部材内の潤滑剤へ混入することを防ぐ。

　前記封止部材は、非接触式のラビリンスシールであってもよい。この場合、接触式のシールに比べて封止効果は劣るが、シールの抵抗は略零であり、エネルギーロスを低減することができる。回転支持部材の回転が比較的遅い、環境温度が比較的低い等、回転支持部材内の潤滑剤が流れ出し難い環境であれば、非接触式シールでも適用でき、使用環境に応じて非接触式シールを選択可能である。

　前記直動機構は送りねじ機構を有してもよい。この送りねじ機構として、台形ねじの滑りねじまたはボールねじを適用し得る。台形ねじの滑りねじの送りねじ機構を適用した場合、タイヤからの逆入力の防止効果を高めることができる。ボールねじの送りねじ機構を適用した場合、台形ねじの滑りねじよりも作動抵抗を低減しモータの小型化等を図れる。

　前記送りねじ機構は、前記回転支持部材により回転自在なナット部および進退可能なねじ軸を含み、前記減速機は、前記回転支持部材よりも車両の車幅方向外側に配置され、前記ナット部の外周のうち前記減速機よりも車幅方向外側に前記封止部材が設けられていてもよい。この場合、ナット部を回転支持する回転支持部材よりも車両の車幅方向外側に減速機が配置されているため、モータをより車両の車幅方向外側へ配置することができる。これにより、モータを含む操舵用アクチュエータの性能を落とすことなく、モータの車両の車幅方向内側への張り出しを最小限に抑えることができる。したがって、操舵用アクチュエータの小型化を図れる。またナット部の外周のうち減速機よりも車幅方向外側にシール部材が設けられるため、操舵用アクチュエータ内に異物が侵入することを抑えることができる。

　前記回転支持部材は、一対の円すいころ軸受またはアンギュラ玉軸受を背面合わせとしたものでもよい。この場合、正面合わせの場合よりも作用点間の距離が拡がり、アキシアル荷重に対する剛性に加えて、モーメント荷重に対する剛性を向上させることができる。例えば、操舵角度が増大すると、ハブユニット本体から直動機構に加わる荷重が、直動機構の直進方向に対して斜めにずれる。このため、モーメント荷重に対する剛性が高いと、路面から外力が作用した際の操舵角度を正確に保つうえで有利である。操舵の負荷が小さい小型車両では、操舵用アクチュエータの推進力も比較的小さいため、回転支持部材として一対のアンギュラ玉軸受を適用し得る。

　前記回転支持部材は、複列式の転がり軸受であってもよい。この場合、回転支持部材の軸方向のスペースをよりコンパクトにできるうえに、軸受単体の精度管理により予圧調整が可能となることから、組立性の向上が期待できる。

　本発明の操舵システムは、本発明の上記いずれかの構成の操舵機能付ハブユニットと、この操舵機能付ハブユニットの前記操舵用アクチュエータを制御する制御装置とを備えた操舵システムであって、前記制御装置は、与えられた操舵角指令信号に応じた電流指令信号を出力する操舵制御部と、この操舵制御部から入力された電流指令信号に応じた電流を出力して前記操舵用アクチュエータを駆動制御するアクチュエータ駆動制御部とを有する。

　この構成によると、操舵制御部は、与えられた操舵角指令信号に応じた電流指令信号を出力する。アクチュエータ駆動制御部は、操舵制御部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を駆動制御する。したがって、運転者のハンドル操作による操舵に付加して車輪角度を任意に変更することができる。

　本発明の車両は、本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。このため、本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、本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。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および高速走行時における車両安定性の向上を図ることができる。

　請求の範囲および／または明細書および／または図面に開示された少なくとも２つの構成のどのような組合せも、本発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の２つ以上のどのような組合せも、本発明に含まれる。

　この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明からより明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきでない。この発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の部品番号は、同一部分を示す。
本発明の第１の実施形態に係る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３のV-V線断面図である。 同操舵機能付ハブユニットの操舵用アクチュエータの内部構造を詳細に示す拡大断面図である。 図６ＡのVIB部の部分拡大図である。 本発明の第２の実施形態に係る操舵機能付ハブユニットの操舵用アクチュエータの内部構造を詳細に示す拡大断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る操舵機能付ハブユニットの操舵用アクチュエータの内部構造を詳細に示す拡大断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る操舵機能付ハブユニットの操舵用アクチュエータの内部構造を詳細に示す拡大断面図である。 本発明の第５の実施形態に係る操舵機能付ハブユニット等の水平断面図である。 本発明のいずれかの実施形態の操舵機能付ハブユニットを備えた車両の模式平面図である。 本発明のいずれかの実施形態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。 本発明のいずれかの実施形態の操舵機能付ハブユニットを備えた車両のさらなる他の例の模式平面図である。 従来例の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。

　［第１の実施形態］
　本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６Ｂおよび図１１と共に説明する。
　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、操舵用アクチュエータ５とを備える。図１１に示すように、本実施形態では、操舵機能付ハブユニット１は、トーションビーム式の懸架装置１２Ｒで支持される左右の後輪９Ｒ，９Ｒを各輪独立して操舵する機能を有し、前輪操舵付きの車両１０の後輪９Ｒ，９Ｒに適用される。懸架装置は、トーションビーム式のサスペンションに限定されるものではなく、マルチリンク式サスペンション等他のサスペンションを適用可能である。

　操舵機能付ハブユニット１は、ハンドル１１ａの操作等による左右の前輪９Ｆ，９Ｆの操舵と共に、左右の後輪９Ｒ，９Ｒを微小な角度（約±５ｄｅｇ）独立して操舵可能である。但し、操舵機能付ハブユニット１において、車両制御の要求によっては、前記微小な角度に限らず例えば１０°～２０°等の比較的大きな角度を左右輪個別に採ることもある。

　懸架装置１２Ｒの左右両側部には、図１に示すユニット支持部材３がそれぞれ取り付けられている。図２に示すように、ユニット支持部材３は、例えば、平板状の部材から成る。ユニット支持部材３のインボード側ＩＳに、操舵用アクチュエータ５が設けられ、ユニット支持部材３のアウトボード側ＯＳ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ＯＳといい、車両の車幅方向中央側をインボード側ＩＳ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。

　ハブユニット本体２と操舵用アクチュエータ５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、防塵のためにブーツ８ａが取り付けられている。
　図５に示すように、ハブユニット本体２は、車輪の回転軸心Ｏに直交し且つ上下方向に延びる転舵軸心Ａ回りに回転自在なように、上下二箇所で支持軸受４，４を介してユニット支持部材３に支持されている。図２に示すように、車輪９は、ホイール９ａとタイヤ９ｂとを備える。

　＜ハブユニット本体２について＞
　ハブユニット本体２は、車輪９を回転支持するハブベアリング１５と、図５に示す上下の転舵軸部１６ｂ，１６ｂと、図２に示す操舵力受け部であるアーム部１７とを備える。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、転動体２０を保持する保持器とを有し、車体側の部材と車輪９とを繋ぎ、車輪９を滑らかに回転させる。

　このハブベアリング１５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。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５に示す上下の転舵軸部１６ｂ，１６ｂは、外輪１９の外周から上下に突出して設けられたトラニオン軸状である。この例では、上下の転舵軸部１６ｂ，１６ｂは、外輪１９に一体に形成されている。前記「一体に形成されている」とは、各転舵軸部１６ｂと外輪１９とが、複数の要素を結合したものではなく単一の材料から例えば鍛造、機械加工等により単独の物の一部として成形されたことを意味する。
　なお外輪１９の外周面に嵌合された円環部を備え、この円環部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であってもよい。

　図２に示すように、ブレーキ２１は、ブレーキロータ２１ａと、図示外のブレーキキャリパとを有する。前記ブレーキキャリパは上下二箇所のブレーキキャリパ取付部２２（図３）に取付けられる。上下二箇所のブレーキキャリパ取付部２２は、外輪１９の外周面におけるインボード側端部からアーム状に突出して設けられている。よってハブベアリング１５とブレーキキャリパ取付部２２は、一体に操舵する。

　＜支持軸受等＞
　図５に示すように、各支持軸受４は転がり軸受であり、この例では、転がり軸受として、円すいころ軸受が適用されている。転がり軸受は、転舵軸部１６ｂの外周に嵌合された内輪４ａと、保持部材Ｂｈ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。

　上下の転舵軸部１６ｂ，１６ｂは、それぞれユニット支持部材３に設けられた上下の保持部材Ｂｈ，Ｂｈの軸受嵌合凹部１３，１３にそれぞれ嵌合する上下一対の支持軸受４，４を介して、ユニット支持部材３に支持されている。各保持部材Ｂｈは、外輪４ｂの外周面が嵌合される略円筒形状の保持部材本体部Ｂｂを有する。

　図１に示すように、上下の保持部材Ｂｈ，Ｂｈには、上下の保持部材本体部Ｂｂ，Ｂｂ同士を互いに連結する一対のビームＢｍ，Ｂｍが設けられている。各ビームＢｍは上下方向に延び、図４に示す長手方向上端部が上側の保持部材本体部Ｂｂのねじ部にボルト３３で締結され、図１に示す長手方向下端部が下側の保持部材本体部Ｂｂのねじ部にボルト３３で締結される。これにより転舵軸部１６ｂ（図５）の剛性をより高め得る。
　各支持軸受４は車輪９のホイール９ａ（図２）内に位置する。この例では、各支持軸受４が、ホイール９ａ（図２）内でこのホイール９ａ（図２）内の幅方向中間付近に配置される。

　図５に示すように、各転舵軸部１６ｂには、転舵軸心Ａに沿って延びる雌ねじ部が形成され、この雌ねじ部に螺合するボルト２３が設けられている。ボルト２３は、フランジ付きのボルト２３であって、内輪４ａの端面に前記フランジを当接させた状態で前記雌ねじ部に螺合することで内輪４ａの端面に押圧力を付与し得る。これにより各支持軸受４に予圧を与えることで各支持軸受４の剛性を高め得る。車両の重量がこのハブユニット１に作用した場合でも初期予圧が抜けないように設定される。

　支持軸受４は、円すいころ軸受に限るものではなく、最大負荷等の使用条件によってはアンギュラ玉軸受、球面滑り軸受等の他の形式の軸受を用いることも可能である。その場合も、上記と同様に予圧を与えることができる。なお、フランジ無しのボルトの頭部と内輪４ａの端面との間に円板状の押圧部材（図示せず）を介在させ、前記雌ねじ部に螺合するボルトにより、内輪４ａの端面に押圧力を付与することで、各支持軸受４に予圧を与えてもよい。

　＜操舵用アクチュエータ５＞
　図２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回りに回転駆動させる機能を有する。操舵用アクチュエータ５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である出力ロッド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。なお操舵用アクチュエータ５を、単に、アクチュエータという場合がある。

　＜減速機２７＞
　減速機２７としては、ベルト伝達機構等の巻き掛け式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、これらプーリ２７ａ，２７ｂに掛け渡されたベルト２７ｃとを有する平行軸式の減速機である。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のナット部（後述する）２５ｃ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。

　この例の減速機２７は、後述する回転支持部材２８よりも車両の車幅方向外側に配置されている。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＞
　図６Ａは、操舵用アクチュエータ５の内部構造を詳細に示す拡大断面図、図６Ｂは図６ＡのVIB部の部分拡大図である。
　図６Ａに示すように、直動機構２５は、滑りねじ等の送りねじ機構を用いることができ、この例では図６Ｂに示す台形ねじ３８ａの滑りねじ式の送りねじ機構３８が用いられている。この図６Ａの直動機構２５は、送りねじ機構３８、回転支持部材２８、回転固定部材４３、予圧付与手段４５およびこれらの構成部品を覆うカバーであるアクチュエータケース４６を備える。

　送りねじ機構３８は、ドリブンプーリ２７ｂが締結されたナット部２５ｃと、このナット部２５ｃの内周に螺合状態に配置されたねじ軸である出力ロッド２５ａと、すべり軸受４７とを有する。ナット部２５ｃは、回転支持部材２８により回転自在に設けられている。滑りねじ内部には、潤滑剤であるグリースが封入されている。ナット部２５ｃおよび出力ロッド２５ａは、前記台形ねじ３８ａ（図６Ｂ）を構成するねじ溝およびねじ山を有するため、タイヤ９ｂ（図２）からの逆入力の防止効果を高め得る。

　ナット部２５ｃの軸方向一端には、出力ロッド２５ａのアウトボード側端部を摺動可能に支持する前記すべり軸受４７が設けられている。すべり軸受４７は、出力ロッド２５ａの軸方向の移動を案内すると共に、タイヤ側からの外力が出力ロッド２５ａに入力された場合に、前記滑りねじにラジアル方向およびモーメント方向の力が負荷されることを防止する。

　ナット部２５ｃの外周には、アウトボード側からインボード側に向けて順次、小径部、大径部、中径部および雄ねじ部が形成されている。前記小径部に段差部を介して大径部が繋がり、この大径部のインボート側に段差部を介して中径部が繋がっている。

　ナット部２５ｃの大径部にドリブンプーリ２７ｂが例えば嵌合により固定され、ナット部２５ｃの中径部に、ナット部２５ｃを回転支持する後述の回転支持部材２８が嵌合固定されている。ナット部２５ｃは、回転支持部材２８によって操舵用アクチュエータ５の推力の反力を受けつつ、アクチュエータケース４６に対して回転支持される。回転支持部材２８は、ドリブンプーリ２７ｂに対し所定間隔を隔てて隣り合う。また回転支持部材２８は、ドリブンプーリ２７ｂを含む減速機２７に対し、インボード側に配置されている。換言すれば、減速機２７は、回転支持部材２８よりも車両の車幅方向外側に配置されている。

　回転支持部材２８として、この例では、一対の円すいころ軸受２８ａ，２８ａが背面合わせで組み合わされている。なおナット部２５ｃの大径部に、図示外のキーを介してドリブンプーリ２７ｂの内周面を固定してもよい。ナット部２５ｃの雄ねじ部には、ナット４９が螺合されている。各円すいころ軸受２８ａは、固定輪である外輪と、回転輪である内輪と、内外輪間に介在する複数の転動体と、これら転動体を保持する保持器とを有する。各円すいころ軸受２８ａには、内部の摩耗を抑制し、円滑な回転を維持するように、グリース等の潤滑剤が封入されている。ナット部２５ｃの中径部に前記各内輪が嵌合固定されると共に、前記中径部における、内輪間に間座５０が配置されている。アクチュエータケース４６に、前記各外輪が嵌合固定されている。

　予圧付与手段４５は、前記内輪間に配置される間座５０と、前記雄ねじ部に螺合されるナット４９とを備え、回転支持部材２８に予圧を付与する。間座５０の厚みつまり軸方向寸法を調整することで適正な予圧が掛けられる。アウトボード側の前記内輪におけるアウトボード側端面がナット部２５ｃの段差部に当接され、インボード側の内輪におけるインボード側端面がナット４９に当接された状態でこのナット４９が前記雄ねじ部に締め込まれることで回転支持部材２８に予圧が付与される。

　回転固定部材４３は、出力ロッド２５ａをユニット支持部材３に対して回り止めする軸状部材である。この回転固定部材４３は、出力ロッド２５ａのインボード側端部において、出力ロッド２５ａの軸方向に直交する方向に延びるように、出力ロッド２５ａに貫通状に嵌合固定されている。回転固定部材４３の外周における軸方向両端部には、例えば、すべり軸受（図示せず）が嵌合されている。

　アクチュエータケース４６内には、前記すべり軸受の外周面を、出力ロッド２５ａの軸方向に沿ってそれぞれ案内する案内溝が形成されている。つまり、回転固定部材４３は、前記すべり軸受を介して、直動機構２５の固定部分であるアクチュエータケース４６の前記案内溝に摺動自在に接触する。よって回転固定部材４３を、前記すべり軸受を介してアクチュエータケース４６の前記案内溝に沿って摺動させることで、出力ロッド２５ａを軸方向に往復運動させ得る。

　＜シール部材について＞
　操舵機能付ハブユニット１は、封止部材である第１のシール部材５１と、第２のシール部材５２と、直動用の第３のシール部材５３とを有する。
　第１のシール部材５１は、アウトボード側の円すいころ軸受２８ａと、減速機２７との間を封止する。第１のシール部材５１は、回転支持部材２８と減速機２７との間の空間を隔てている。具体的には、第１のシール部材５１は、リップ５１ａを有する接触式のシールである。さらにアクチュエータケース４６における外輪嵌合面４６ａに、第１のシール部材５１の基端部が嵌合固定され、ナット部２５ｃの大径部にリップ５１ａが接触するように配置される。

　第２のシール部材５２は、ナット部２５ｃの外周のうち減速機２７よりも車幅方向外側に設けられている。第２のシール部材５２は、リップ５２ａを有する接触式のシールである。アクチュエータケース４６のうち、ナット部２５ｃの前記小径部の半径方向外方に位置する内周面４６ｂに、第２のシール部材５２の基端部が嵌合固定され、ナット部２５ｃの小径部にリップ５２ａが接触するように配置されている。

　第３のシール部材５３は、出力ロッド２５ａのアウトボード側端部とナット部２５ｃとの間に設けられている。第３のシール部材５３は、リップ５３ａを有する接触式のシールである。ナット部２５ｃのアウトボード側端の内周面に、第３のシール部材５３の基端部が嵌合固定され、出力ロッド２５ａのアウトボード側端部における外周面に、リップ５３ａが接触するように配置されている。

　モータ２６（図２）、減速機２７および直動機構２５を備えた操舵用アクチュエータ５は、準組立品として組み立てられユニット支持部材３にボルト等により着脱自在に取り付けられる。ユニット支持部材３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、出力ロッド２５ａの進退を許す貫通孔ｈａ等が形成されている。なお直動機構２５には台形ねじ３８ａの滑りねじを用いた送りねじ機構３８を示したが、ボールねじ（図示せず）を用いた直動機構としてもよい。

　＜作用効果＞
　以上説明した図２に示す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、操舵用アクチュエータ５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。ハブユニット本体２は、操舵用アクチュエータ５の出力ロッド２５ａをモータ２６の駆動により進退させることで、出力ロッド２５ａに連結されたアーム部１７を介して回転させられる。

　操舵用アクチュエータ５によりハブベアリング１５を転舵軸心Ａ回りに一定の範囲で自由に回転させることができ、車両の走行状況に応じて、例えば、車輪９のトー角を任意に変更することができる。
　この操舵機能付ハブユニット１の構成を前輪に適用した場合、図１２のステアリング装置１１により運転者のハンドル１１ａの操作で、図２に示す車輪９はナックル６（図１２）およびユニット支持部材３と共に操舵されるが、この操舵に付加する形で転舵軸心Ａ回
りに僅かな角度の補助操舵を車輪毎に独立して行える。補助操舵の角度については、車両の運動性能の向上、走行の安定性等の向上を図るにつき、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。補助操舵の角度の変更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、高速域の旋回走行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等、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、安定してに走行することが可能となる。さらに、左右輪の操舵角度を適切に変えることで、旋回走行における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を調整することで、低速時には燃費を悪化させることなく、高速時には走行安定性を確保する等調整が可能である。

　この操舵機能付ハブユニット１の構成を後輪に適用した場合は、ハブユニット全体は操舵しないが、操舵機能により、前輪と同様に僅かな角度の操舵を車輪毎に独立して行える。後輪の舵角を前輪と同じ位相にすると、操舵時に発生するヨーを抑え、車両の安定性を高めることができる。さらに直線走行時にも左右独立でトー角を調整することで、燃費の向上および走行安定性を確保することができる。

　図６Ａに示すように、減速機２７と回転支持部材２８との間の空間を第１のシール部材５１により隔離し得るため、円すいころ軸受２８ａ内に封入されたグリースが、回転、振動および温度等の環境因子によって軸受外に流れ出たとしても、ベルト２７ｃの空間は第１のシール部材５１によって堰き止められるため、ベルト２７ｃにグリースが付着することを防止できる。

　そのため、ベルト２７ｃのゴム材の膨潤による強度低下の懸念が無くなり、低温での柔軟性に優れる材料から成るベルト２７ｃを適用することが可能となる。前記接触式のシールを設けることで、ゴム材とグリースとの相性を懸念する必要が無くなり、グリースの選定の自由度も増す。さらに回転支持部材２８とベルト２７ｃとの間の空間を隔てることで、長期の使用に伴うベルト表面の摩耗粉が、回転支持部材２８内のグリースへ混入することを防ぎ、軸受の円滑な回転を長期に保つ効果も期待できる。また第２および第３のシール部材５２，５３により、アクチュエータ内への泥水および粉塵等の侵入を抑え、信頼性を高め得る。したがって、減速機２７に用いるベルト２７ｃの異常を防ぎ、操舵機能付ハブユニット１の耐久性および信頼性の向上を図ることができる。

　回転支持部材２８は、一対の円すいころ軸受２８ａ，２８ａを背面合わせとしたため、正面合わせの場合よりも作用点間の距離が拡がり、アキシアル荷重に対する剛性に加えて、モーメント荷重に対する剛性を向上させることができる。例えば、操舵角度が増大すると、ハブユニット本体２から直動機構２５に加わる荷重が、直動機構２５の直進方向に対して斜めにずれる。このため、モーメント荷重に対する剛性が高いと、路面から外力が作用した際の操舵角度を正確に保つうえで有利である。回転支持部材２８は、一対のアンギュラ玉軸受を背面合わせとしてもよい。

　＜他の実施形態について＞
　以下の説明においては、各実施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実施形態と同様とする。同一の構成は同一の作用効果を奏する。各実施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、実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。

　［第２の実施形態：シール付きの円すいころ軸受、背面合わせ］
　図７に示すように、封止部材である第１のシール部材５１を、円すいころ軸受２８ｂ内に一体に備えてもよい。この場合の円すいころ軸受２８ｂは、前述の円すいころ軸受２８ａ（図６Ａ）よりも幅広の内外輪が適用され、且つ、内外輪の幅広となる部分に、リップを有する接触式の第１のシール部材５１が設けられている。この場合、操舵用アクチュエータ５の内部がコンパクトに設計できるだけでなく、組立工数の低減および第１のシール部材５１の取付精度の向上も期待できる。

　［第３の実施形態：シール付き、複列式の転がり軸受］
　図８に示すように、回転支持部材は、複列式の転がり軸受２８ｃであってもよい。この例では、転がり軸受２８ｃの形式を複列式のアンギュラ玉軸受としたが、複列式の円すいころ軸受でもよく、アクチュエータ５の推力の大きさに応じて選択すればよい。さらにリップを有する接触式の第１のシール部材５１を、複列式の転がり軸受２８ｃ内部に一体に備えている。これにより、軸方向に最大限にコンパクトな設計が可能となるだけでなく、転がり軸受２８ｃの支持剛性を高めるために与える予圧の管理が容易になる効果も得られる。
　なお回転支持部材は、複列式の円すいころ軸受とし、封止部材である第１のシール部材５１を円すいころ軸受内に一体に備えてもよい。

　［第４の実施形態：ラビリンスシール］
　図９に示すように、封止部材である第１のシール部材を、非接触式のラビリンスシール５１Ａとしてもよい。このラビリンスシール５１Ａは、固定側シール部５１Ａａおよび回転側シール部５１Ａｂを有する。固定側シール部５１Ａａは、アクチュエータケース４６における外輪嵌合面４６ａに嵌合固定され、回転側シール部５１Ａｂは、ナット部２５ｃの大径部に嵌合固定され固定側シール部５１Ａａに対向する。固定側シール部５１Ａａと回転側シール部５１Ａｂとの間に、ラビリンス隙間が形成されている。

　このラビリンスシール５１Ａを備えた構成によると、接触式のシールに比べて、封止効果は劣るがシールの抵抗は略零であり、エネルギーロスを最小限にできる。回転支持部材２８の回転が比較的遅い、環境温度が比較的低い等、転がり軸受内のグリースが流れ出し難い環境であれば、封止部材として非接触シールでも適用でき、使用環境に応じて選択可能である。

　［第５の実施形態：別の台形ねじの回転支持構造］
　図１０に示すように、台形ねじ３８ａのナット部２５ｃは、ドリブンプーリ２７ｂを挟んで軸方向両端が円すいころ軸受２８ｂで支持されている。本構造においても、ドリブンプーリ２７ｂと各円すいころ軸受２８ｂとの間を封止部材である第１のシール部材５１で隔離する。これにより円すいころ軸受２８ｂ内のグリースがベルト２７ｃに付着することを防ぐことができる。この例では、円すいころ軸受２８ｂ内に一体にシール部材５１を設けたが、図６Ａのように、第１のシール部材５１と転がり軸受は別体としても同様の効果は得られ、レイアウトの制約に応じて、適宜選択すればよい。
　一対の円すいころ軸受またはアンギュラ玉軸受を正面合わせに配置することも可能である。

　図１２に示すように、前輪操舵の車両において、操舵機能付ハブユニット１は、操舵輪である左右の前輪９Ｆに装備されてもよい。この場合、ユニット支持部材３（図１）が、懸架装置１２のナックル（足回りフレーム部品）６に一体または別体に設けられる。前記操舵機能付ハブユニット１の転舵軸心Ａは、主な操舵を行うキングピン軸とは異なっている。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。

　その他、図１３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１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させることができる。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。

　以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施例を説明したが、当業者であれば、本件明細書を見て、自明な範囲内で種々の変更および修正を容易に想定するであろう。したがって、そのような変更および修正は、添付の請求の範囲から定まるこの発明の範囲内のものと解釈される。

　１…操舵機能付ハブユニット、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、９Ｆ…前輪、９Ｒ…後輪、１０…車両、１２，１２Ｒ…懸架装置、１５…ハブベアリング、２５…直動機構、２５ａ…出力ロッド（直動出力部、ねじ軸）、２５ｃ…ナット部、２６…モータ、２７…減速機、２７ａ…ドライブプーリ（プーリ）、２７ｂ…ドリブンプーリ、２７ｃ…ベルト、２８…回転支持部材、２９…制御装置、３０…操舵制御部、３１…アクチュエータ駆動制御部、３８…送りねじ機構、５１…第１のシール部材（封止部材）、５１ａ…リップ、５１Ａ…ラビリンスシール、５２…第２のシール部材

Claims (10)

1. 　車輪を回転支持するハブベアリング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方向に延びる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、を備えた操舵機能付ハブユニットであって、
   　前記操舵用アクチュエータは、モータと、このモータの回転を減速する減速機と、この減速機の回転出力を潤滑剤が含まれた回転支持部材を介して直動出力部の直進運動に変換する直動機構とを有し、前記減速機は、プーリおよびベルトによる平行軸式の減速機であり、前記減速機と前記減速機に隣合う前記回転支持部材との間を封止する封止部材を備えた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、前記封止部材を、前記直動機構の前記回転支持部材内に備えた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、前記封止部材は、リップを有する接触式のシールである操舵機能付ハブユニット。
4. 　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、前記封止部材は、非接触式のラビリンスシール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４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、前記直動機構は送りねじ機構を有する操舵機能付ハブユニット。
6. 　請求項５に記載の操舵機能付ハブユニットにおいて、前記送りねじ機構は、前記回転支持部材により回転自在なナット部および進退可能なねじ軸を含み、前記減速機は、前記回転支持部材よりも車両の車幅方向外側に配置され、前記ナット部の外周のうち前記減速機よりも車幅方向外側に前記封止部材が設けられている操舵機能付ハブユニット。
7. 　請求項１ないし請求項６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、前記回転支持部材は、一対の円すいころ軸受またはアンギュラ玉軸受を背面合わせとした操舵機能付ハブユニット。
8. 　請求項１ないし請求項６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、前記回転支持部材は、複列式の転がり軸受である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と、この操舵機能付ハブユニットの前記操舵用アクチュエータを制御する制御装置とを備えた操舵システムであって、前記制御装置は、与えられた操舵角指令信号に応じた電流指令信号を出力する操舵制御部と、この操舵制御部から入力された電流指令信号に応じた電流を出力して前記操舵用アクチュエータを駆動制御するアクチュエータ駆動制御部とを有する操舵システム。
10. 　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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