特許 7143748 転舵機能付き車両駆動装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-09-20

(45)【発行日】2022-09-29

(54)【発明の名称】転舵機能付き車両駆動装置

(51)【国際特許分類】

   B62D 7/08 20060101AFI20220921BHJP

   B62D 5/04 20060101ALI20220921BHJP

【ＦＩ】

B62D7/08 Z

B62D5/04

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2018230012

(22)【出願日】2018-12-07

(65)【公開番号】P2020090245

(43)【公開日】2020-06-11

【審査請求日】2021-09-08

(73)【特許権者】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100079049

【弁理士】

【氏名又は名称】中島 淳

(74)【代理人】

【識別番号】100084995

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 和詳

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 篤史

(72)【発明者】

【氏名】日比野 良一

(72)【発明者】

【氏名】後藤 良次

(72)【発明者】

【氏名】天野 也寸志

(72)【発明者】

【氏名】嶋貫 研人

(72)【発明者】

【氏名】荒川 政司

【審査官】森本 康正

(56)【参考文献】

【文献】特開２００１－３１５６４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６２－１２８８３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１４５０７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０１３５２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第５２３９５８２（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特開２０１４－２０１２６３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６２Ｄ ５／００－１５／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

駆動用のモータと、
前記モータにより駆動される入力軸と、
前記入力軸と交差し、車輪が取り付けられる出力軸と、
前記入力軸に取り付けられた入力歯車と、
前記出力軸に取り付けられ前記入力歯車と噛み合い、前記入力歯車と共に第１の交差軸歯車を構成する出力歯車と、
前記出力軸を回転可能に支持すると共に、前記入力軸回りに回転可能に支持されたハウジングと、
前記出力軸の回転を制限可能な第１ブレーキと、
前記ハウジングの回転を制限可能な第２ブレーキと、
を有する転舵機能付き車両駆動装置。

【請求項2】

前記モータ、前記入力軸、前記出力軸、前記入力歯車、前記出力歯車、前記ハウジング、前記第１ブレーキ及び前記第２ブレーキは、車両における左右の車輪にそれぞれ設けられ、
左右の前記ハウジングは、タイロッドにより連結され、
転舵の条件に応じて、前記モータにより前記出力軸を回転させる駆動トルクと左右の前記モータにより前記ハウジングを回転させる転舵トルクとを調整可能とされた請求項１に記載の転舵機能付き車両駆動装置。

【請求項3】

前記モータと前記入力軸との間に、第２の交差軸歯車が設けられている請求項１又は請求項２に記載の転舵機能付き車両駆動装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、転舵機能付き車両駆動装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、転舵アクチュエータを用いて、アッパアームに設けた上下方向の転舵軸周りに車輪を回転させるインホイールモータ車用転舵装置が開示されている。

【0003】

特許文献２には、ハンドル軸とパワーアシスト装置から出力された操舵力により、一方の車輪と、該車輪にタイロッドを介して連結された他方の車輪とを操舵する構造が開示されている。

【0004】

特許文献３には、ハウジングに固定されるステータ及びステータに対して回転可能に支持されるロータを有する電動モータと、ロータの回転を車軸に伝達して車輪を回転駆動する車輪駆動ユニットと、車輪を操舵制動する舵角制御機構とを備えた車両駆動用アクチュエータが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１３－１１２１１２号公報

【文献】特許第６２７３４２７号公報

【文献】特許第５２３９５８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記した従来例では、何れも、車輪用の駆動モータとは別に、転舵用のアクチュエータを車輪付近に配置している。

【0007】

しかしながら、このようなアクチュエータを、例えば前輪駆動車における前輪のような駆動輪に設ける場合には、駆動トルクを伝達する車軸等との干渉により、該アクチュエータの配置が困難になると考えられる。また、特許文献３に記載の構成では、車輪内に複雑な遊星歯車機構とクラッチ類、モータが配置されているため、車輪の重量が増加し、ばね下重量の増加による乗り心地の悪化が懸念される。

【0008】

本発明は、車輪内の部品増や重量増を抑制しつつ、１つのモータを駆動源とする車輪の駆動と転舵の動作を実現することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

第１の態様に係る転舵機能付き車両駆動装置は、駆動用のモータと、前記モータにより駆動される入力軸と、前記入力軸と交差し、車輪が取り付けられる出力軸と、前記入力軸に取り付けられた入力歯車と、前記出力軸に取り付けられ前記入力歯車と噛み合い、前記入力歯車と共に第１の交差軸歯車を構成する出力歯車と、前記出力軸を回転可能に支持すると共に、前記入力軸回りに回転可能に支持されたハウジングと、前記出力軸の回転を制限可能な第１ブレーキと、前記ハウジングの回転を制限可能な第２ブレーキと、を有する。

【0010】

この転舵機能付き車両駆動装置では、入力歯車が取り付けられた入力軸と、出力歯車が取り付けられた出力軸が交差しており、入力歯車と出力歯車とが噛み合っている。つまり、入力歯車と出力歯車とが第１の交差軸歯車を構成している。第２ブレーキを使用することで、ハウジングの回転を抑制することができ、第１ブレーキを使用することで、出力軸の回転を抑制することができる。

【0011】

ここで、第２ブレーキを使用し、第１ブレーキを使用しない状態でモータを作動させて入力歯車を回転させると、入力歯車から出力歯車に回転が伝達され、出力軸が回転する。このときハウジングの回転は抑制されている。したがって、第２ブレーキを使用し、第１ブレーキを使用しない状態では、モータの動力を主として車輪の駆動トルクに配分することができる。

【0012】

一方、第２ブレーキを使用せず、第１ブレーキを使用した状態でモータを作動させて入力歯車を回転させると、出力歯車の回転が抑制されているため、車輪の回転駆動が抑制される。しかしながら、入力歯車と出力歯車とが噛み合っているため、出力歯車、出力軸及びハウジングが、入力軸回りに回転し、結果として車輪が転舵される。したがって、第２ブレーキを使用せず、第１ブレーキを使用した状態では、モータの動力を主として車輪の転舵トルクに配分することができる。

【0013】

第２ブレーキの制動力と第１ブレーキの制動力を制御することにより、モータの動力を車輪の駆動トルクと転舵トルクの配分を任意に変更することができ、駆動トルクと転舵トルクのいずれかに１００％配分することもできる。

【0014】

第２の態様は、第１の態様に係る転舵機能付き車両駆動装置において、前記モータ、前記入力軸、前記出力軸、前記入力歯車、前記出力歯車、前記ハウジング、前記第１ブレーキ及び前記第２ブレーキは、車両における左右の車輪にそれぞれ設けられ、左右の前記ハウジングは、タイロッドにより連結され、転舵の条件に応じて、前記モータにより前記出力軸を回転させる駆動トルクと左右の前記モータにより前記ハウジングを回転させる転舵トルクとを調整可能とされている。

【0015】

この転舵機能付き車両駆動装置では、左右の車輪がタイロッドにより連結されているので、一方の車輪を転舵させると、他方の車輪も連動して転舵される。左右どちらかのモータが故障した場合でも、もう一つのモータで車輪の駆動及び転舵が可能であり、退避場までの回避運転に対応可能である。

【0016】

第３の態様は、第１の態様又は第２の態様に係る転舵機能付き車両駆動装置において、前記モータと前記入力軸との間に、第２の交差軸歯車が設けられている。

【0017】

この転舵機能付き車両駆動装置では、入力歯車と出力歯車で構成される第１の交差軸歯車に加え、モータと入力軸との間に第２の交差軸歯車が設けられているので、モータの配置の自由度を高めることができる。

【発明の効果】

【0018】

本発明に係る転舵機能付き車両駆動装置によれば、車輪内の部品増や重量増を抑制しつつ、１つのモータを駆動源とする車輪の駆動と転舵の動作を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本実施形態に係る転舵機能付き車両駆動装置を車両の前輪に適用した例を示す平面図である。

【図2】本実施形態に係る転舵機能付き車両駆動装置を車両の前輪に適用した例を示す断面図である。

【図3】本実施形態に係る転舵機能付き車両駆動装置を示す断面図である。

【図4】（Ａ）は、本実施形態に係る転舵機能付き車両駆動装置において、車輪が駆動される状態を示す部分断面平面図である。（Ｂ）は、本実施形態に係る転舵機能付き車両駆動装置において、車輪が転舵される状態を示す部分断面平面図である。

【図5】（Ａ）は、車両が直進する状態を模式的に示す平面図である。（Ｂ）は、大きい操舵入力により車両が左折する状態を模式的に示す平面図である。（Ｃ）は、小さい操舵入力により車両が左旋回する状態を模式的に示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づき説明する。図面において、矢印ＦＲは車両前方を示し、矢印ＵＰは車両上方を示し、矢印ＬＨは車両左方向を示している。

【0021】

図１、図２、図５において、本実施形態に係る転舵機能付き車両駆動装置１０は、車輪の一例としての車両１２の左前輪１４及び右前輪２４に対してそれぞれ設けられている。この転舵機能付き車両駆動装置１０は、駆動用のモータ１６と、入力軸１８と、出力軸２０と、入力歯車２８と、出力歯車３０と、ハウジング２２と、第１ブレーキ３１と、第２ブレーキ３２とを有している。入力歯車２８と出力歯車３０は、第１の交差軸歯車４１を構成している。

【0022】

入力軸１８は、モータ１６により駆動される回転軸である。図２、図３に示されるように、入力軸は、任意の数の軸受３４により、その軸方向が車両上下方向となるように支持されている。軸受３４は、支持部３６に設けられている。支持部３６は、例えば車体４０に設けられている。モータ１６と入力軸１８との間には、第２の交差軸歯車４２が設けられている。

【0023】

モータ１６は、その出力軸４６の軸方向が水平方向となるように、例えば車体４０に取り付けられている。出力軸４６には、小歯車４８が取り付けられている。また、入力軸１８の上端には、大歯車５０が取り付けられている。この小歯車４８と大歯車５０により、第２の交差軸歯車４２が構成されている。図示の例では、小歯車４８が取り付けられた出力軸４６と、大歯車５０が取り付けられた入力軸１８とが直交しており、歯車軸の交差角度が９０°である。したがって、第２の交差軸歯車４２は、直交軸歯車である。また、第２の交差軸歯車４２は減速歯車機構であり、大歯車５０の歯数は小歯車４８の歯数より多く設定されている。

【0024】

図３において、大歯車５０は、ハウジング５２に軸受５４を介して回転可能に支持されている。またモータ１６の出力軸４６は、ハウジング５２に軸受５６を介して回転可能に支持されている。なお、ハウジング５２は車体４０に設けられているが、図１、図２ではハウジング５２の図示を省略している。

【0025】

出力軸２０は、入力軸１８と交差している。出力軸２０には、車輪の一例としての左前輪１４が取り付けられている。入力歯車２８は、入力軸１８の例えば下端に取り付けられている。出力歯車３０は、出力軸２０に取り付けられ、入力歯車２８と噛み合い、入力歯車２８と共に第１の交差軸歯車４１を構成している。図示の例では、入力歯車２８が取り付けられた入力軸１８と、出力歯車３０が取り付けられた出力軸２０とが直交しており、歯車軸の交差角度が９０°である。したがって、第１の交差軸歯車４１は直交軸歯車である。また、第１の交差軸歯車４１は減速歯車機構であり、出力歯車３０の歯数は入力歯車２８の歯数より多く設定されている。

【0026】

ハウジング２２は、出力軸２０を回転可能に支持すると共に、入力軸１８回りに回転可能に支持されている。図示の例では、出力軸２０に取り付けられた出力歯車３０が、ハウジング２２に軸受５８を介して回転可能に支持されている。このハウジング２２は、車体４０側のハウジング５２に、軸受６０を介して、入力軸１８と同軸に回転可能に支持されている。また、ハウジング２２は、軸受６２を介して入力軸１８を回転可能に支持している。つまり、入力軸１８は、上下に配置された軸受３４，６２により二点で回転支持されている。

【0027】

第１ブレーキ３１は、例えばハウジングに設けられ、出力歯車３０に対して制動力を与えることで、出力軸２０の回転を制限可能とされている。第２ブレーキ３２は、例えば車体４０側のハウジング５２に設けられ、ハウジング２２に対して制動力を与えることで、ハウジング２２の回転を制限可能とされている。

【0028】

第１ブレーキ３１及び第２ブレーキ３２の構成は任意であるが、摩擦力を用いて制動力を生じさせる機械的ブレーキ、電気エネルギを消費させて制動力を生じさせる電気的ブレーキ、流体抵抗を用いて制動力を生じさせる流体ブレーキ等の構成を用いることができる。

【0029】

転舵機能付き車両駆動装置１０におけるモータ１６、入力軸１８、出力軸２０、入力歯車２８、出力歯車３０、ハウジング２２、第１ブレーキ３１及び第２ブレーキ３２等の要素は、車両１２における左前輪１４及び右前輪２４にそれぞれ設けられている。そして、左右のハウジング２２は、タイロッド４４により連結されている。具体的には、タイロッド４４は、両端のタイロッドエンド４４Ａにおいて、左右のハウジング２２にそれぞれ結合されている。タイロッドエンド４４Ａは、例えばボールジョイントである。

【0030】

転舵機能付き車両駆動装置１０では、転舵の条件に応じて、図４（Ａ）に示す状態のモータ１６により出力軸２０を回転させる駆動トルクと、図４（Ｂ）に示すモータ１６によりハウジング２２を回転させる転舵トルクとを調整可能とされている。

【0031】

（作用）
本実施形態は、上記のように構成されており、以下その作用について説明する。図３において、本実施形態に係る転舵機能付き車両駆動装置１０では、入力歯車２８が取り付けられた入力軸１８と、出力歯車３０が取り付けられた出力軸２０が交差しており、入力歯車２８と出力歯車３０とが噛み合っている。つまり、入力歯車２８と出力歯車３０とが第１の交差軸歯車４１を構成している。第２ブレーキ３２を使用することで、ハウジング２２の回転、つまり車輪の転舵を抑制することができる。また、第１ブレーキ３１を使用することで、出力軸２０の回転、つまり車輪の駆動を抑制することができる。

【0032】

また入力歯車２８と出力歯車３０で構成される第１の交差軸歯車４１に加え、モータ１６と入力歯車２８との間に第２の交差軸歯車４２が設けられているので、モータ１６の配置の自由度を高めることができる。

【0033】

ここで、第２ブレーキ３２を使用し、第１ブレーキ３１を使用しない状態でモータ１６を作動させて入力歯車２８を回転させると、図５（Ａ）に示されるように、入力歯車２８から出力歯車３０に回転が伝達され、出力軸２０が回転する。このときハウジング２２の回転は抑制されている。したがって、第２ブレーキ３２を使用し、第１ブレーキ３１を使用しない状態では、モータ１６の動力を主として例えば左前輪１４（車輪）の駆動トルクに配分することができる。

【0034】

一方、第２ブレーキ３２を使用せず、第１ブレーキ３１を使用した状態でモータ１６を作動させて入力歯車２８を回転させると、図５（Ｂ）に示されるように、出力歯車３０の回転が抑制されているため、例えば左前輪１４（車輪）の回転駆動が抑制される。しかしながら、入力歯車２８と出力歯車３０とが噛み合っているため、出力歯車３０、出力軸２０及びハウジング２２が、入力軸１８回りに回転し、結果として左前輪１４（車輪）が転舵される（角度θ）。したがって、第２ブレーキ３２を使用せず、第１ブレーキ３１を使用した状態では、モータ１６の動力を主として車輪の一例としての左前輪１４の転舵トルクに配分することができる。

【0035】

また、第２ブレーキ３２の制動力と第１ブレーキ３１の制動力を制御することにより、モータ１６の動力を車輪の一例としての左前輪１４の駆動トルクと転舵トルクの配分を任意に変更することができ、駆動トルクと転舵トルクのいずれかに１００％配分することもできる。換言すれば、二自由度（車輪の駆動と転舵）の動作を実現できる。

【0036】

更に、図１に示されるように、本実施形態では、左右の車輪の一例としての左前輪１４がタイロッド４４により連結されているので、一方の車輪である右前輪２４を転舵させると、他方の車輪である左前輪１４も連動して転舵される。左右どちらかのモータ１６が故障した場合でも、もう一つのモータ１６で車輪の駆動及び転舵が可能であり、退避場までの回避運転に対応可能である。

【0037】

このように、本実施形態によれば、車輪内の部品増や重量増を抑制しつつ、１つのモータ１６を駆動源とする車輪の駆動と転舵の動作を実現することができる。

【0038】

（車両の動作）
ここで、車両１２の基本動作の例について、図５を用いて説明する。車両１２は前輪駆動であり、左前輪１４と右前輪２４に転舵機能付き車両駆動装置１０がそれぞれ適用されている。動作条件は、表１に示されるとおりである。表１において、「ＯＮ」は作動を意味し、「ＮＥ」は必要に応じた作動を意味し、「ＯＦＦ」は非作動を意味する。モータの「力行」は、電力をモータの出力軸の回転に変換して出力している状態を意味し、「回生」はモータの出力軸の回転を電力に変換している状態を示す。

【0039】

（ａ）直進モード
車両が直進する場合、左前輪及び右前輪においてそれぞれ第２ブレーキが作動するので、該左前輪及び右前輪は転舵されない。加速時には左前輪及び右前輪に対して、モータによりそれぞれ同等の駆動トルクが付与される。また、減速時には、左前輪及び右前輪に対して、第１ブレーキによる制動力が作用する。また、左前輪及び右前輪には、減速時のモータの回生による制動力も作用する。

【0040】

（ｂ）右左折モード
車両のステアリング操作等により、大きい操舵角が左折方向に入力されたとき、右前輪の第１ブレーキが作動することで、該右前輪の駆動が抑制され、該右前輪が左に転舵される。この動きは、タイロッドを介して左前輪にも伝達されるので、該左前輪も左に転舵される。このとき、左前輪のモータ及び第２ブレーキは作動しない。左前輪の第１ブレーキは作動してもよいし、作動しなくてもよい。一方、右折の場合には、左前輪の第１ブレーキが作動することで、該左前輪の駆動が抑制され、該左前輪が右に転舵される。この動きは、タイロッドを介して右前輪にも伝達されるので、該右前輪も右に転舵される。このとき、右前輪のモータ及び第２ブレーキは作動しない。右前輪の第１ブレーキは作動してもよいし、作動しなくてもよい。このように、左折及び右折の場合には、転回中心から見て外側の車輪のモータを駆動し、内側の車輪のモータは駆動しない。内側の車輪については、必要に応じて制動してもよく、また制動しなくてもよい。

【0041】

（ｃ）旋回モード
車両のステアリング操作等により、小さい操舵角が左折方向に入力されたときは、旋回モード（トルクベクタリングモード）となる。具体的には、左前輪と右前輪において第２ブレーキがそれぞれ作動するので、該左前輪及び右前輪は何れも転舵されない。そして、右前輪と左前輪との間で、モータの駆動トルクに差を付与する。具体的には、右前輪の駆動トルクを左前輪の駆動トルクよりも大きくする。この駆動トルクの差によって、車両平面視で左回りの旋回トルクＴ（ヨー）が発生することで、車両が左に曲がる。

【0042】

一方、小さい操舵角が右折方向に入力されたときは、左前輪の駆動トルクを右前輪の駆動トルクよりも大きくする。この駆動トルクの差によって、車両平面視で右回りの旋回トルク（ヨー）が発生することで、車両が右に曲がる。この旋回モードでは、第２ブレーキをＯＮにしない（作動させない）場合も同様の動作が可能である。すなわち、右左折モードで使った転舵を左右輪のトルク差によって追加することができる。

【0043】

この旋回モードは、高速走行時の進路変更時等、操舵角が例えば３°未満でよいときに好適である。（ｂ）、（ｃ）のモード切替は、操舵角、車速、アクセルペダル及びブレーキペダルからの入力に基づき行われる。

【0044】

なお、図５の例では、車両１２が前輪駆動で前輪転舵の構成を有する場合について説明したが、産業車両のように後輪駆動、後輪転舵の車両（図示せず）にも、本実施形態を適用することができる。また、四輪駆動の車両（図示せず）にも、本実施形態を適用することができる。

【0045】

【表1】

【0046】

［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態の一例について説明したが、本発明の実施形態は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

【0047】

転舵機能付き車両駆動装置１０は、四輪車における左右の車輪に設けられるものに限られず、三輪車の前輪のように、１つの車輪に設けられるものであってもよい。

【0048】

また、モータ１６と入力軸１８との間に第２の交差軸歯車４２が設けられるものとしたが、第２の交差軸歯車４２を省略した構成であってもよい。また、モータ１６と入力軸１８との間に、他の減速歯車機構が設けられていてもよい。更には、モータ１６が入力軸１８に直結されていてもよい。

【0049】

第１の交差軸歯車４１及び第２の交差軸歯車４２は、何れも直交軸歯車には限られず、例えば歯車軸の交差角度が９０±１０°であってもよい。

【符号の説明】

【0050】

１０ 転舵機能付き車両駆動装置
１２ 車両
１４ 左前輪（車輪）
１６ モータ
１８ 入力軸
２０ 出力軸
２２ ハウジング
２４ 右前輪（車輪）
２８ 入力歯車
３０ 出力歯車
３１ 第１ブレーキ
３２ 第２ブレーキ
４１ 第１の交差軸歯車
４２ 第２の交差軸歯車
４４ タイロッド

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】