(57)【要約】【課題】操舵輪の通常の操舵に加えて、操舵輪または非操舵輪に微小な角度の操舵が行えて、燃費の改善および走行安定性の向上等が図れると共に、操舵用アクチュエータをコンパクトにすることができる操舵機能付ハブユニットおよび操舵システムを提供する。【解決手段】この操舵機能付ハブユニットは、車輪９を支持するハブベアリング１５を有するハブユニット本体２と、ナックル６に設けられ、ハブユニット本体２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３と、ハブユニット本体２を転舵軸心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の回転出力を直進運動に変換する直動機構２５とを有し、減速機２７に歯車を適用した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪を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、
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直進運動に変換する直動機構とを有し、前記減速機に歯車を適用した操舵機能付ハブユニット。
【請求項２】
請求項１に記載の操舵機能付ハブユニットにおいて、前記モータのモータ軸と、前記直動機構の直動出力部の進退方向とが平行に配置された操舵機能付ハブユニット。
【請求項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、前記直動機構は、回転自在なナット部および進退可能なねじ軸を含む滑りねじ式の送りねじ機構を有し、前記ナット部の外周に、前記減速機を構成する歯車列におけるドリブンギヤが設けられた操舵機能付ハブユニット。
【請求項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、前記歯車が樹脂から成る操舵機能付ハブユニット。
【請求項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、前記歯車がはすば歯車である操舵機能付ハブユニット。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５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、前記ユニット支持部材に対し、前記ハブユニット本体の前記転舵軸心回りの回転を許容する回転許容支持部品を備え、前記車輪のホイール内に前記回転許容支持部品が配置された操舵機能付ハブユニット。
【請求項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と、この操舵機能付ハブユニットの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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、操舵機能付ハブユニットおよび操舵システムに関し、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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２０１２２０６３３７号明細書
【特許文献２】特開２０１４−０６１７４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では、アクチュエータを２個使っているため、アクチュエ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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
操舵機能付ハブユニットにおいて、アクチュエータのサイズが大きいと、車両のサスペンション部品等の足回り部品に干渉する。足回り部品は、車両挙動の特性および安全上変更することが難しいため、操舵機能付ハブユニットは限られたスペース内に収まらなければならない。
【０００９】
この発明の目的は、操舵輪の通常の操舵に加えて、操舵輪または非操舵輪に微小な角度の操舵が行えて、燃費の改善および走行安定性の向上等が図れると共に、操舵用アクチュエータをコンパクトにすることができる操舵機能付ハブユニットおよび操舵システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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、
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直進運動に変換する直動機構とを有し、前記減速機に歯車を適用したものである。
【００１１】
この構成によると、車輪を支持するハブベアリングを含むハブユニット本体を、操舵用アクチュエータの駆動により、転舵軸心回りに自由に回転させることができる。これにより操舵輪の通常の操舵に加えて、操舵輪または非操舵輪に微小な角度の操舵が行える。このため、旋回走行時にステアリングジオメトリを変化させることができ、これにより車両の走行安定性の向上を図れる。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することで、低速時には走行抵抗を下げ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など調整が可能である。
【００１２】
操舵用アクチュエータにおいて、減速機はモータの回転を減速し、直動機構は減速機の回転出力を直進運動に変換することで、ハブユニット本体を任意に回転させ得る。
特に、減速機に歯車を適用したため、温度変化による寸法変化が小さく、経年劣化に強い高剛性のため信頼性を高めることができる。また歯車を採用することにより、減速機としてベルト伝達機構等を適用するよりも、減速機の幅方向寸法いわゆる歯幅を短くすることができる。このため、操舵用アクチュエータ自体をコンパクトにすることができる。したがって、操舵機能付ハブユニットを、車両の限られたスペース内に収めることができる。
【００１３】
前記モータのモータ軸と、前記直動機構の直動出力部の進退方向とが平行に配置されてもよい。この場合、減速機として平行軸式の歯車機構を採用することができるため、交差軸式の歯車機構等を採用するよりも径方向のサイズを小さくし得る。したがって、操舵用アクチュエータのコンパクト化を図れる。
【００１４】
前記直動機構は、回転自在なナット部および進退可能なねじ軸を含む滑りねじ式の送りねじ機構を有し、前記ナット部の外周に、前記減速機を構成する歯車列におけるドリブンギヤが設けられてもよい。この場合、モータの駆動力がドリブンギヤに伝達され、このドリブンギヤとナット部とが共に回転することで、ねじ軸を軸方向に往復運動させ得る。これによりハブユニット本体を転舵軸心回りに回転駆動させることができる。
【００１５】
前記歯車列は、前記モータのモータ軸に設けられたドライブギヤと、前記ドリブンギヤと、これらドライブギヤおよびドリブンギヤに噛み合うアイドラギヤとを有するものであってもよい。
減速機として、二組の歯車で対応しようとすると、歯車の外径が大きくなり、操舵用アクチュエータの径方向のサイズが大きくなる。
これに対して、アイドラギヤを含む歯車列とすると、各ギヤの軸間距離を最適化することが容易になる。その結果、操舵用アクチュエータの径方向のサイズを小さくすることができる。
【００１６】
前記歯車が樹脂から成るものであってもよい。この場合、金属から成る歯車よりも歯打ち音等の異音を抑え静粛性を高めることができ、したがって車両の乗員の快適性を高め得る。
【００１７】
前記歯車がはすば歯車であってもよい。このはすば歯車は、歯すじが斜めのため、かみあい率が大きく、振動および騒音を少なくすることができる。また平歯車等よりも強度を高めることができる。
【００１８】
前記ユニット支持部材に対し、前記ハブユニット本体の前記転舵軸心回りの回転を許容する回転許容支持部品を備え、前記車輪のホイール内に前記回転許容支持部品が配置されてもよい。この場合、転舵軸心と車輪の接地面との距離を短縮または零にすることができるため、ハブユニット本体を回転駆動させる力を過剰に必要とせず、操舵用アクチュエータの小型化を図ることが可能となる。したがって、ハブユニット全体の重量を確実に低減することができる。
【００１９】
この発明の操舵システムは、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と、この操舵機能付ハブユニットの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。
【００２０】
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。
【発明の効果】
【００２１】
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、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直進運動に変換する直動機構とを有し、前記減速機に歯車を適用した。このため、操舵輪の通常の操舵に加えて、操舵輪または非操舵輪に微小な角度の操舵が行えて、燃費の改善および走行安定性の向上等が図れると共に、操舵用アクチュエータをコンパクトにすることができる。
【００２２】
この発明の操舵システムは、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と、この操舵機能付ハブユニットの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。このため、操舵輪の通常の操舵に加えて、操舵輪または非操舵輪に微小な角度の操舵が行えて、燃費の改善および走行安定性の向上等が図れると共に、操舵用アクチュエータをコンパクトにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】同操舵機能付ハブユニットの外観を示す斜視図である。
【図４】同操舵機能付ハブユニットの正面図である。
【図５】同操舵機能付ハブユニットの平面図である。
【図６】図４のVI - VI線断面図である。
【図７】図５のVII - VII線断面図である。
【図８】同操舵機能付ハブユニットの操舵用アクチュエータの拡大断面図である。
【図９】図８のIX - IX線断面図である。
【図１０】同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。
【図１１】同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。
【図１２】同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。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
［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９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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
＜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１０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（約±５ｄｅｇ）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。
【００２８】
図２および図１０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、ダブルウィッシュボーン式サスペンション機構、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。
【００２９】
＜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。
【００３０】
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。
【００３１】
図６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。
【００３２】
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。
【００３３】
＜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、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、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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
図６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、円すい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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
＜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のモータ軸と、直動機構２５の直動出力部２５ａの進退方向とが平行に配置されている。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。
【００４０】
＜減速機２７＞
図８は図２の要部の部分拡大図であり、図９は図８のIX - IX線断面図である。図８および図９に示すように、減速機２７は、平行軸式の歯車列が適用され、ドライブギヤ２７ａと、ドリブンギヤ２７ｂと、アイドラギヤ２７ｃとを有する歯車列Ｇｒを備える。歯車列Ｇｒはグリース潤滑またはオイル潤滑を選択可能である。ドライブギヤ２７ａ、ドリブンギヤ２７ｂおよびアイドラギヤ２７ｃの各ギヤを、総称して「歯車」と称す。
【００４１】
モータ２６のモータ軸にドライブギヤ２７ａが結合され、直動機構２５に出力ギヤであるドリブンギヤ２７ｂが設けられている。アイドラギヤ２７ｃは、ケース６ｂに支持された支持軸Ｓｈに、転がり軸受４４，４４を介して回転自在に支持され、ドライブギヤ２７ａおよびドリブンギヤ２７ｂに噛み合う。アイドラギヤ２７ｃを回転支持する各転がり軸受４４としては、この例では深溝玉軸受が適用されているが、針状ころ軸受、アンギュラ玉軸受等の転がり軸受４４を適用してもよい。またドリブンギヤ２７ｂの軸心は、前記支持軸Ｓｈに平行で且つ前記モータ軸に平行となるように配置されている。モータ２６の駆動力は、ドライブギヤ２７ａからアイドラギヤ２７ｃを介してドリブンギヤ２７ｂに伝達される。
【００４２】
歯車として、例えば、鋳鉄、鋳鋼または機械構造用炭素鋼等から成るはすば歯車が適用される。その他歯車に使用できる材質として、例えば、ポリアミド、ポリオキシメチレン、ポリカーボネート等の樹脂を適用可能である。また前記はすば歯車に代えて平歯車を適用することも可能である。
【００４３】
＜直動機構２５について＞
図８に示すように、直動機構２５は、台形ねじまたは三角ねじ等の滑りねじ式の送りねじ機構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３３が用いられている。この直動機構２５は、送りねじ機構３３、回転支持軸受２８、回転固定部材４３（図７）、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３４を備える。
【００４４】
送りねじ機構３３は、ドリブンギヤ２７ｂの内周に設けられたナット部３５と、このナット部３５の内周に螺合状態に配置されたねじ軸３６と、すべり軸受３７とを有する。滑りねじ内部には、グリースが封入されている。ナット部３５およびねじ軸３６は、前記台形ねじのねじ部３８を構成するねじ溝およびねじ山を有するため、タイヤからの逆入力の防止効果を高め得る。ナット部３５のアウトボード側端部には、ねじ軸３６が摺動自在に貫通するすべり軸受３７が設けられている。
【００４５】
回転支持軸受２８は送りねじ機構３３を回転支持する。この回転支持軸受２８として、この例では、二個の円すいころ軸受が、ドリブンギヤ２７ｂを介して、正面合わせで組み合わされている。これらの回転支持軸受２８，２８の配置は、背面合わせ、正面合わせのどちらでもよいが、組付け性やシム等による予圧調整の容易さにより、正面合わせの配置が好ましい。
【００４６】
各回転支持軸受２８は、固定輪である外輪２８ａと、回転輪である内輪２８ｂと、内外輪２８ｂ，２８ａ間に介在する複数の転動体２８ｃと、これら転動体２８ｃを保持する保持器２８ｄとを有する。各内輪２８ｂは、ナット部３５の外周面に嵌合固定され、止め輪３９，３９により軸方向に規制されている。図８右側（アウトボード側）の回転支持軸受２８の外輪２８ａは、ケース６ｂ内の嵌合孔６ｂｂに嵌合固定され、図８左側（インボード側）の回転支持軸受２８の外輪２８ａは、アクチュエータケース３４のアウトボード側の内周面に嵌合固定されている。これらの回転支持軸受２８，２８により、ドリブンギヤ２７ｂとナット部３５とが一体に回転自在である。なお、回転支持軸受２８をアンギュラ玉軸受としてもよい。この場合にも、回転支持軸受２８，２８の配置は、背面合わせ、正面合わせのどちらでもよい。
【００４７】
図７および図８に示すように、回転固定部材４３は、ねじ軸３６を回り止めする。ねじ軸３６の後端であるインボード側端には、このねじ軸３６と同軸に出力ロッド４０が連結されている。出力ロッド４０は、ねじ軸３６のインボード側端を覆う有底略円筒状のねじ軸支持部材４０ａを有する。このねじ軸支持部材４０ａは、アクチュエータケース３４に対して、径方向に複数（この例では三つ）伸びる軸状の回転固定部材４３によって、ねじ軸３６と共に回り止めされている。これら回転固定部材４３は、放射状に延び且つ円周等配に配置される。各回転固定部材４３として例えばピン等が適用される。
【００４８】
各回転固定部材４３の外周にすべり軸受４６がそれぞれ嵌合されている。アクチュエータケース３４の内周面には、各すべり軸受４６を案内する軸方向に延びる案内溝３４ａがそれぞれ形成されている。よって回転固定部材４３を、すべり軸受４６を介してアクチュエータケース３４の案内溝３４ａに沿って摺動させることで、滑りねじのねじ軸３６を軸方向に往復運動させ得る。また回転固定部材４３をすべり軸受４６を介して摺動させるため、案内溝３４ａの摺動面の摩耗防止を行っている。すべり軸受４６は、銅合金または多孔質の焼結合金等の金属製の他、フッ素樹脂等の樹脂製のものも適用できる。
【００４９】
図２に示すように、ねじ軸３６の先端の直動出力部２５ａには、前記アーム部１７がジョイント部８を介して連結されている。ジョイント部８は、二本のピン４１，４２でアーム部１７および直動出力部２５ａにそれぞれ回転自在に連結されている。このため、ねじ軸３６の前後移動によって、ナックル６に対して、ハブユニット本体２（図１）の全体が補助転舵軸心Ａ（図１）を中心に回転し得る。
【００５０】
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。
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。
【００５１】
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。
【００５２】
＜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。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。
【００５３】
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。
【００５４】
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の量を調整することで、低速時には走行抵抗を下げ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など調整が可能である。
【００５５】
操舵機能付ハブユニット１を後輪９Ｒである非操舵輪に適用した場合は、旋回走行時に、舵角を前輪９Ｆ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。直線走行時にも左右独立でトー角を調整することで、走行安定性を確保することができる。
【００５６】
操舵用アクチュエータ５において、減速機２７はモータ２６の回転を減速し、直動機構２５は減速機２７の回転出力を直進運動に変換することで、ハブユニット本体２を任意に回転させ得る。
特に、減速機２７に歯車を適用したため、温度変化による寸法変化が小さく、経年劣化に強い高剛性のため信頼性を高めることができる。また歯車を採用することにより、減速機としてベルト伝達機構等を適用するよりも、減速機２７の幅方向寸法いわゆる歯幅を短くすることができる。このため、操舵用アクチュエータ自体をコンパクトにすることができる。したがって、操舵機能付ハブユニット１を、車両の限られたスペース内に収めることができる。
【００５７】
歯車列Ｇｒは、モータ軸に設けられたドライブギヤ２７ａと、ドリブンギヤ２７ｂと、これらドライブギヤ２７ａおよびドリブンギヤ２７ｂに噛み合うアイドラギヤ２７ｃとを有する。
減速機として、例えば、二組の歯車で対応しようとすると、歯車の外径が大きくなり、操舵用アクチュエータの径方向のサイズが大きくなる。
これに対して、アイドラギヤ２７ｃを含む歯車列Ｇｒとすると、各ギヤの軸間距離を最適化することが容易になる。その結果、操舵用アクチュエータ５の径方向のサイズを小さくすることができる。
【００５８】
前記歯車が樹脂から成る場合、金属から成る歯車よりも歯打ち音等の異音を抑え静粛性を高めることができ、したがって車両の乗員の快適性を高め得る。
前記歯車としてはすば歯車を適用すると、はすば歯車は、歯すじが斜めのため、かみあい率が大きく、振動および騒音を少なくすることができる。また平歯車等よりも強度を高めることができる。
【００５９】
回転許容支持部品４が車輪９のホイール９ａ内に位置するため、転舵軸心Ａと車輪９の接地面との距離を短縮または零にすることができる。これにより、ハブユニット本体２を
回転駆動させる力を過剰に必要とせず、操舵用アクチュエータ５の小型化を図ることが可能となる。したがって、ハブユニット全体の重量を確実に低減することができる。
【００６０】
＜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１１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１２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。
【００６１】
＜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、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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【符号の説明】
【００６４】
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、４…回転許容支持部品、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、９ａ…ホイール、１２，１２Ｒ…懸架装置、１５…ハブベアリング、２５…直動機構、２５ａ…直動出力部、２６…モータ、減速機２７、２７ｂ…ドリブンギヤ、２９…制御装置、３０…操舵制御部、３１…アクチュエータ駆動制御部、３３…送りねじ機構、３５…ナット部、３６…ねじ軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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