特開 2024-110813 操舵システムおよびそれを備えた車両

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024110813

(43)【公開日】2024-08-16

(54)【発明の名称】操舵システムおよびそれを備えた車両

(51)【国際特許分類】

   B62D 7/08 20060101AFI20240808BHJP

   B62D 7/14 20060101ALI20240808BHJP

   B62D 5/04 20060101ALI20240808BHJP

【ＦＩ】

B62D7/08 Z

B62D7/14 Z

B62D5/04

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023015638

(22)【出願日】2023-02-03

(71)【出願人】

【識別番号】000102692

【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087941

【弁理士】

【氏名又は名称】杉本 修司

(74)【代理人】

【識別番号】100112829

【弁理士】

【氏名又は名称】堤 健郎

(74)【代理人】

【識別番号】100155963

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 大輔

(74)【代理人】

【識別番号】100150566

【弁理士】

【氏名又は名称】谷口 洋樹

(74)【代理人】

【識別番号】100142608

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 由佳

(74)【代理人】

【識別番号】100213470

【弁理士】

【氏名又は名称】中尾 真二

(72)【発明者】

【氏名】石原 教雄

【テーマコード（参考）】

3D034

3D333

【Ｆターム（参考）】

3D034BA02

3D034BA04

3D034BC04

3D034BC25

3D034BC26

3D034BC28

3D034CA02

3D034CA03

3D034CC09

3D034CE05

3D333CB02

3D333CB37

3D333CC15

3D333CC18

3D333CE04

3D333CE47

3D333CE48

3D333CE55

(57)【要約】

【課題】モータを小形化、高出力化して消費電力を抑えることができる操舵システムおよびこれを備えた車両を提供する。
【解決手段】本発明の操舵システムＳＹは、操舵機能付きのハブユニット１と、これを制御する制御装置２９とを備えている。ハブユニット１は、車輪９を回転支持するハブベアリング１５を含み上下方向に延びる転舵軸心Ａを有するハブベアリング本体２と、転舵軸心Ａ回りにハブベアリング本体２を回転させる操舵用アクチュエータ５とを有している。制御装置２９は、操舵用アクチュエータ５を制御する。操舵用アクチュエータ５はモータ２６を有し、入力された電圧を昇圧してモータ制御部３４に出力する昇圧装置３２が設けられている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

車輪を回転支持するハブベアリングを含み上下方向に延びる転舵軸心を有するハブベアリング本体、および前記転舵軸心回りに前記ハブベアリング本体を回転させる操舵用アクチュエータを備えたハブユニットと、
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
前記操舵用アクチュエータはモータを有し、
前記制御装置は、前記モータを制御するモータ制御部を有し、
さらに、入力された電圧を昇圧して前記モータ制御部に出力する昇圧装置を備えた操舵システム。

【請求項2】

請求項１に記載の操舵システムにおいて、前記昇圧装置がＤＣ－ＤＣコンバータを有する操舵システム。

【請求項3】

請求項１または２に記載の操舵システムにおいて、前記モータ制御部は、上位制御部の指令信号に基づいて電流指令信号を出力する制御部と、前記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する電源部とを有している操舵システム。

【請求項4】

請求項１または２に記載の操舵システムが左右の前輪に装備された車両。

【請求項5】

請求項１または２に記載の操舵システムが左右の後輪に装備された車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車両の転舵を左右輪独立で行う機能を備えた操舵システムおよび車両に関する。

【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、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左右輪につながっている（例えば、特許文献１、２）。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。

【0003】

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箇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。

【0004】

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。しかしながら、遠心力を無視できない高速域の旋回においては、車輪は遠心力と釣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ので、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。

【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２０１９－００６２２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

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ので、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。しかしながら、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およびタイヤの早期摩耗の原因となる。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。

【0007】

特許文献１，２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以下の課題がある。

【0008】

特許文献１では、モータを２個使ってタイヤのトー角とキャンバー角を制御している。このため構造および制御が複雑になるうえに、エネルギー消費が大きい。転舵軸上に減速機を設けた場合、モータを含んだサイズが大きくなる。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。

【0009】

上述のように、従来の補助的な転舵機能を備えた機構は、車両において車輪のトー角度やキャンバー角度を任意に変更することを目的としている。このため、モータおよび減速機構が複数必要になり構成が複雑となる。また、剛性を確保することが困難であり、剛性を確保するためには大形化する必要があり高重量化する。キングピン軸と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）に配置されるので、全体のサイズが大きくなり重くなる。

【0010】

特許文献２は、タイヤからの逆入力を防止することを目的として、セルフロック機能のある台形ねじを使用している。しかしながら、台形ねじは、ねじ効率が低いので、出力が大きなモータが必要となり、消費電力（エネルギー消費）が大きくなると共に、モータサイズも大きくなってユニット全体が大形化、高重量化する。

【0011】

本発明は、モータを小形化、高出力化して消費電力を抑えることができる操舵システムおよびこれを備えた車両を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明の操舵システムは、操舵機能付きのハブユニットと、これを制御する制御装置とを備えている。ハブユニットは、車輪を回転支持するハブベアリングを含み上下方向に延びる転舵軸心を有するハブベアリング本体と、転舵軸心回りに前記ハブベアリング本体を回転させる操舵用アクチュエータとを有している。前記制御装置は、操舵用アクチュエータを制御する。前記操舵用アクチュエータはモータを有し、前記制御装置は、前記モータを制御するモータ制御部を有している。入力された電圧を昇圧して前記モータ制御部に出力する昇圧装置が設けられている。前記昇圧装置は、例えば、ＤＣ－ＤＣコンバータである。

【0013】

この構成によれば、ハブユニット内にキングピン軸とは異なる転舵軸心を持ち、ハブベアリング本体は上下両端部で転舵軸心回りに回転可能に保持されている。また、ハブユニット内に配置される操舵用アクチュエータによって、この転舵軸心を中心としてハブベアリング本体を回転作動させることが可能である。これによって、簡単な構造で、ハブユニットに取り付けられた車輪のトー角度を走行中に自由に変更することができる。

【0014】

一般に、車両に搭載されるバッテリの電圧は１２Ｖであり、操舵システムのモータの電圧は１２Ｖよりも高圧（例えば、２４Ｖ）であることが多い。そのため、従来は、車両に搭載されるバッテリ以外に２４Ｖのバッテリを別途設ける必要があった。この構成によれば、バッテリから供給される入力電圧を昇圧する昇圧装置を採用することで、別途バッテリを設ける必要がない。これにより、モータを小形化しつつ高出力化することが可能となり、システムの消費電力を抑えることができるうえに、ばね下荷重の増加を抑えて乗り心地の悪化を防ぐことができる。

【0015】

本発明において、前記モータ制御部は、上位制御部の指令信号に基づいて電流指令信号を出力する制御部と、前記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する電源部とを有ししてもよい。

【0016】

本発明の車両は、本発明の操舵システムが左右の前輪に装備されていてもよく、左右の後輪に装備されていてもよい。この構成によれば、車両の走行条件に応じ、左右の車輪を独立して角度を任意に変更することができる。そのため、適切にタイヤ角度を補正転舵することで車両の運動性能を向上させ、安定したに走行を実現できる。また、適切な車輪角度を設定することで燃費を改善することも可能となる。

【発明の効果】

【0017】

本発明の操舵システムおよび車両によれば、バッテリを含んだモータを小形化しつつ高出力化することが可能となり、システムの消費電力を抑えることができるうえに、ばね下荷重の増加を抑えて乗り心地の悪化を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る操舵システムを備えた操舵機能付の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】同ハブユニットの水平断面図および制御系のブロック図である。

【図3】同ハブユニットの外観を示す斜視図である。

【図4】同ハブユニットの側面図である。

【図5】同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】同ハブユニットの直動機構の側面図である。

【図8】図２の一部を拡大して示す部分拡大図である。

【図9】同操舵システムの制御装置の構成図である。

【図10】同操舵システムのモータの回転速度と電圧関係を示すグラフである。

【図11】同操舵システムを備えた車両の一例の模式平面図である。

【図12】同操舵システムを備えた車両の別の例の模式平面図である。

【図13】同操舵システムを備えた車両のさらに別の例の模式平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態に係る操舵システムＳＹを図１ないし図１０と共に説明する。操舵システムＳＹは、操舵機能付のハブユニット１と、このハブユニット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の詳細は後述する。本実施形態の操舵システムＳＹは車両に搭載されている。以下の説明において、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。

【0020】

＜操舵機能付のハブユニットの概略構造＞
図１に示すように、本実施形態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。ユニット支持部材３は、足回りフレーム部品であるナックル６に一体に設けられている。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が設けられている。また、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が設けられている。

【0021】

図２に示すように、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（図示しない）が取り付けられている。

【0022】

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、本実施形態のハブユニット１は、この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。

【0023】

＜ハブユニット１の設置箇所＞
操舵機能付のハブユニット１は、本実施形態では操舵輪、具体的には図１１に示すように、車両１０の前輪９Ｆの懸架装置１２のナックル６に一体に設けられている。図１１の例では、ハブユニット１は、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。ただし、操舵角度の範囲は、これに限定されず、例えば１０°～２０°等の比較的大きな角度であってもよい。後述する図１３に示すハブユニット１についても同様である。

【0024】

図１１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、または自動運転装置、運転支援装置等（図示せず）の指令によって動作する。ステアリング装置１１は、該指令により進退動作するタイロッド１４を有し、このタイロッド１４が図２のユニット支持部材３のステアリング結合部６ｄに連結されている。ステアリング装置１１は、例えば、ラック・ピニオン式であるが、これに限定されず、任意のタイプのステアリング装置を用いることができる。

【0025】

図１１の懸架装置１２は、例えば、ショックアブソーバをナックル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。ただし、懸架装置１２は、これに限定されず、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等のその他のサスペンション機構を適用してもよい。

【0026】

＜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、転舵軸部付き円環部であるアウターリング１６と、操舵力受け部であるアーム部１７（図３）とを備えている。

【0027】

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、内外輪１８，１９間に介在された転動体２０とを有し、車体側の部材と車輪９（図１）とを連結している。本実施形態では、転動体２０はボールであるが、これに限定されない。

【0028】

ハブベアリング１５は、図１の例では、外輪１９が固定輪、内輪１８が回転輪で、転動体２０が複列のアンギュラ玉軸受である。内輪１８は、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とを有している。ハブ輪部１８ａは、ハブフランジ１８ａａを有している。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と重なった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。

【0029】

図６に示すように、アウターリング（転舵軸部付き円環部）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に同軸に設けられている。

【0030】

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）に取り付けられている。

【0031】

＜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は転がり軸受を有している。本実施形態では、転がり軸受として、円すいころ軸受が用いられている。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間に介在された複数の転動体４ｃとを有する。

【0032】

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、部分的な円筒状の嵌合孔形成部３Ｂａが形成されている。

【0033】

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、部分的な円筒状の嵌合孔形成部３Ａａが形成されている。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。図３では、ユニット支持部材３が一点鎖線で表されている。

【0034】

図６に示すように、各転舵軸部１６ｂは、中空軸であり、中空孔の内周面に雌ねじ部が形成されている。この雌ねじ部に、ボルト２３が螺合する。内輪４ａの端面に環状の押圧部材２４が介在され、雌ねじ部に螺合するボルト２３により、内輪４ａの端面に押圧力が付与されている。これにより、各回転許容支持部品４に予圧が与えられている。すなわち、車両の重量などの外力がハブユニット１に作用した場合でも、予圧が抜けないように初期予圧が設定されている。これにより各回転許容支持部品４の剛性を高めることができる。なお、回転許容支持部品４の転がり軸受は、円すいころ軸受に限定されず、例えば、アンギュラ玉軸受、四点接触玉軸受等を用いてもよい。その場合も、上記と同様に予圧を与えることができる。

【0035】

図１に示すように、上下の転舵軸部１６ｂ，１６ｂは、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。本実施形態では、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ている。

【0036】

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から径方向外側に突出する。本実施形態では、アーム部１７は、アウターリング１６または外輪１９の外周の一部に一体に形成されている。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の直動出力部となる出力ロッド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の出力ロッド２５ａが進退（直進運動）することで、ハブユニット本体２が転舵軸心Ａ回りに回転、つまり補助操舵させられる。

【0037】

＜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、左右輪である各車輪９を独立して操舵するための一対の操舵用アクチュエータを有する。左右一対の操舵用アクチュエータ５は同一構造である。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回転駆動源としてのモータ２６と、このモータ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出力ロッド２５ａの往復直線動作（直進運動）に変換する直動機構２５とを備える。本実施形態では、モータ２６は永久磁石型同期モータであるが、これに限定されず、例えば、直流モータ、誘導モータ等であってもよい。

【0038】

＜減速機２７＞
減速機２７は、例えば、ベルト伝達機構等の巻き掛け式伝達機構、ギヤ列等であり、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のロータ軸２６ｂにドライブプーリ２７ａが結合され、直動機構２５の回転自在なナット部３５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、ロータ軸２６ｂ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。ドライブプーリ２７ａ，ドリブンプーリ２７ｂおよびベルト２７ｃで、巻き掛け式の減速機２７が構成されている。

【0039】

＜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、本実施形態では、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。滑りねじの内部には、グリースが封入されている。この直動機構２５は、送りねじ機構３３、回転支持軸受２８と、回り止め部品４３、およびこれらの構成部品を覆うアクチュエータケース３４を有する。

【0040】

送りねじ機構３３は、ナット部３５と、ねじ軸である出力ロッド２５ａと、すべり軸受３７とを有する。出力ロッド２５ａは、回り止め部品４３によってユニット支持部材３に対して回り止めされている。ナット部３５は、この外周部の軸方向中間部にドリブンプーリ２７ｂが設けられて軸方向両側の回転支持軸受２８，２８（図２）によりユニット支持部材３に回転自在に支持されている。このナット部３５の内周に雌ねじ部３５ａが形成されている。出力ロッド２５ａの外周に雄ねじ部２５ａａが設けられており、ナット部３５の雌ねじ部３５ａに噛み合っている。

【0041】

ナット部３５の軸方向両端にすべり軸受３７，３７が設けられており、出力ロッド２５ａがすべり軸受３７，３７に摺動可能に挿通されている。すべり軸受３７は、出力ロッド２５ａの軸方向の移動をガイドすると共に、タイヤ側からの外力が出力ロッド２５ａに入力された場合、出力ロッド２５ａにラジアル方向の力が負荷されることを防止する。

【0042】

本実施形態では、回転支持軸受２８は、２個の円すいころ軸受がドリブンプーリ２７ｂを介して正面合わせで組み合わされている。２つの回転支持軸受２８，２８（図２）の配置は、背面合わせ、正面合わせのどちらでもよい。ただし、組付け性やシム等による予圧調整の容易さから、正面合わせの配置が好ましい。なお、回転支持軸受２８は、アンギュラ玉軸受であってもよい。この場合にも、回転支持軸受２８，２８（図２）の配置は、背面合わせ、正面合わせのどちらでもよい。

【0043】

図７および図８に示すように、回り止め部品４３は、出力ロッド２５ａの後端部であるインボード側端部に設けられた軸状部材である。回り止め部品４３は、出力ロッド２５ａのインボード側端部において、例えば、上下方向と出力ロッド２５ａの軸方向の両方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。回り止め部品４３の外周における軸方向両端部に、環状のすべり軸受４９ａ，４９ｂが嵌合されている。

【0044】

出力ロッド２５ａのインボード側端部のうち、一方のすべり軸受４９ｂに対向する部分に、すべり軸受４９ｂの一端面に平行な平坦面（いわゆるＤカット面）５０が形成されている。この出力ロッド２５ａの平坦面５０にすべり軸受４９ｂの一端面が当接されると共に、すべり軸受４９ｂの他端面を押えるボルト５１が回り止め部品４３に螺合されている。これにより、アクチュエータケース３４に対して、回り止め部品４３、ボルト５１およびすべり軸受４９ａ，４９ｂの位置（図２における上下方向の位置）が所望の位置に規制される。

【0045】

アクチュエータケース３４内に、略直方体状の案内溝５２が形成されている。案内溝５２は、各すべり軸受４９ａ，４９ｂの外周面を案内する案内面５２ａ，５２ｂを含む。換言すれば、回り止め部品４３は、すべり軸受４９ａ，４９ｂ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３４の案内面５２ａ，５２ｂに摺動自在に接触する。回り止め部品４３がすべり軸受４９ａ，４９ｂを介してアクチュエータケース３４の案内溝５２に沿って摺動することで、出力ロッド２５ａが軸方向に往復運動できる。

【0046】

図２に示すように、直動機構２５は、台形ねじの滑りねじを用いた送りねじ機構を備えるので、タイヤ９ｂからの逆入力の防止効果を高めることができる。モータ２６、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、サブアセンブリ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。本実施形態の操舵用アクチュエータ５は、モータ２６、減速機２７および直動機構２５を備えているが、減速機が省略される場合もある。つまり、モータ２６の駆動力が、減速機を介さず直接的に直動機構２５へ伝達する機構も可能である。また、直動機構２５には、本実施形態に示す台形ねじの他、ボールねじまたはラックアンドピニオン機構等のような回転運動を直動運動に変換可能な機構が使用できる。

【0047】

＜その他の機構的構成＞
図２に示すように、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。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。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、および出力ロッド２５ａの進退を許す貫通孔等が形成されている。

【0048】

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。

【0049】

＜制御系について＞
図２に示すように、制御装置２９は、操舵制御部３０と、電源部３１とを有する。これら操舵制御部３０と電源部３１により、モータ２６を制御するモータ制御部３４が構成されている。制御装置２９は、左右輪を独立に操舵制御する機能を有する。また、本実施形態では、左右輪用の一対のアクチュエータ５、つまり全てのアクチュエータ５を制御可能とする１つの制御装置２９が適用されている。但し、制御装置２９は、各アクチュエータ５に対応して複数設けられてもよい。

【0050】

操舵制御部３０および電源部３１は、開示された機能を実行するよう構成またはプログラムされた汎用プロセッサ、専用プロセッサ、集積回路、ASIC（Application Specific Integrated Circuits）、従来の回路、および／または、それらの組み合わせを含む回路または処理回路である。プロセッサは、トラジスタやその他の回路を含むため、処理回路または回路とみなされる。つまり、操舵制御部３０および電源部３１は、列挙された機能を実行するハードウェアであるか、または、列挙された機能を実行するようにプログラムされたハードウェアである。ハードウェアがプロセッサである場合、操舵制御部３０および電源部３１はハードウェアとソフトウェアの組み合わせであり、ソフトウェアはハードウェアおよび／またはプロセッサの構成に使用される。

【0051】

図９に示す上位制御部３２は操舵制御部３０の上位の制御手段である。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が適用される。

【0052】

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（指令信号）に応じた電流指令信号を出力する。

【0053】

電源部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。詳細には、電源部３１は、モータ２６のコイルに供給する電力を制御する。電源部３１は、例えば、スイッチ素子を用いたハーフブリッジ回路を有し、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９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できる。

【0054】

操舵システムＳＹは、さらに、昇圧装置３６を備えている。昇圧装置３６は、入力された電圧を昇圧して操舵制御部３０および電源部３１に出力する。昇圧装置３６は、例えば、ＤＣ－ＤＣコンバータである。ただし、昇圧装置３６は、これに限定されない。本実施形態では、昇圧装置３６は制御装置２９に設けられている。ただし、昇圧装置３６は、制御装置２９以外に設けられてもよい。

【0055】

車両に搭載されるバッテリ３８から供給される入力電圧Ｖ１（例えば１２Ｖ）が、昇圧装置３８により昇圧される。昇圧された電圧Ｖ２の値（例えば２４Ｖ）により操舵制御部３０がモータ２６の出力を演算し、電流指令信号が決定され、電源部３０を介してモータ２６に駆動電流Ｃが供給される。

【0056】

図１０は、本実施形態の操舵システムの昇圧条件を示す。通常、モータ２６は電圧値Ｖ（例えば、１２Ｖ）で駆動しているが、モータ２６の回転速度が足りない（必要なモータ回転数がＲよりも速い）と操舵制御部３０が判断した場合、必要なモータ回転数となるように、昇圧装置３６を制御し、モータ２６に供給する電圧を昇圧する。

【0057】

このとき、モータ２６の出力が同じである場合、入力電圧Ｖ２の値が高いほど、モータ２６に流れる駆動電流Ｃが減少し、消費電力を抑えることができる。

【0058】

また、モータ２６に流れる駆動電流Ｃが少ない場合、小形のモータ２６を採用できる。さらに、駆動電流Ｃを抑えることで、電源部３１も小形化できるので、機械体に制御システムを実装する機電一体が可能となる。

【0059】

＜作用効果＞
上記構成によれば、図１に示す車輪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。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（図２）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、且つ、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、車両の走行状況に応じて、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。

【0060】

そのため、操舵機能付ハブユニット１を操舵輪（例えば、前輪）および非操舵輪（例えば、後輪）のいずれにも用いることができる。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。

【0061】

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、安定して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。

【0062】

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、低速時にはタイヤを進行方向に真っ直ぐに向け走行抵抗を下げ燃費を悪化させることなく、高速時にはタイヤ角度をトーインとし走行安定性を確保するなど調整が可能である。

【0063】

操舵機能付ハブユニット１を後輪９Ｒ（図１２）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（図１２）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。また、この構成を後輪に適用した場合は、ハブユニット全体は転舵しないが、転舵機能により、前輪と同様に僅かな角度の転舵を車輪毎に独立して行える。

【0064】

このように車両の挙動を制御するためには、モータ２６を高出力化して応答性を向上させることで、正確に車輪９の舵角を制御する必要がある。上記構成では、バッテリ３８から供給される入力電圧Ｖ１を昇圧する昇圧装置３６が設けられている。これにより、モータ２６を小形化かつ高出力化すると共に、消費電力を抑えることが可能となる。その結果、本実施形態の操舵システムＳＹは、省エネルギー化を実現しつつ、ばね下荷重の増加を抑えて乗り心地の悪化を防ぐことができる。

【0065】

一般に、車両に搭載されるバッテリ３８の電圧は１２Ｖであるが、条件によってはモータの回転速度が不足する場合がある。そのため、従来は、車両に搭載されるバッテリ３８以外に１２Ｖより電圧の高いバッテリを別途設けたり、モータを大形化したりする必要があった。上記構成では、バッテリ３８から供給される入力電圧Ｖ１を昇圧する昇圧装置３６が設けられているので、別途バッテリを設けたり、モータを大形化したりする必要がない。これにより、モータ２６を小形化しつつ高出力化することが可能となり、システムの消費電力を抑えることができるうえに、ばね下荷重の増加を抑えて乗り心地の悪化を防ぐことができる。

【0066】

＜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。

【0067】

＜非操舵輪への適用について＞
操舵機能付のハブユニット１は、非操舵輪に適用してもよい。例えば、図１２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。非操舵輪のハブユニット１において、車両制御の要求によっては、前述の微小な操舵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。

【0068】

また、図１３に示すように、操舵機能付のハブユニット１は、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の両方に適用してもよい。
さらに、左右の車輪を上下方向に延びる転舵軸心回りに回転駆動させる一対の操舵用アクチュエータ５，５を設け、各操舵用アクチュエータ５，５を独立に制御する車両に、本実施形態の操舵システムＳＹの昇圧装置３６を適用することも可能である。

【0069】

本発明は、以上の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。

【符号の説明】

【0070】

１ ハブユニット
２ ハブベアリング本体
５ 操舵用アクチュエータ
９ 車輪
１５ ハブベアリング
２６ モータ
３０ 操舵制御部（制御部）
３１ 電源部
３２ 上位制御部
３４ モータ制御部
３６ 昇圧装置（ＤＣ－ＤＣコンバータ）
Ａ 転舵軸心
ＳＹ 操舵システム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】