特許 7245077 操舵機能付ハブユニットおよびこれを備えた車両

(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】2023-03-14

(45)【発行日】2023-03-23

(54)【発明の名称】操舵機能付ハブユニットおよびこれを備えた車両

(51)【国際特許分類】

   B62D 9/00 20060101AFI20230315BHJP

   B62D 6/00 20060101ALI20230315BHJP

   B62D 17/00 20060101ALI20230315BHJP

【ＦＩ】

B62D9/00

B62D6/00

B62D17/00 C

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019040574

(22)【出願日】2019-03-06

(65)【公開番号】P2020142630

(43)【公開日】2020-09-10

【審査請求日】2021-09-22

(73)【特許権者】

【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】100154771

【弁理士】

【氏名又は名称】中田 健一

(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

(72)【発明者】

【氏名】宇都宮 聡

【審査官】神田 泰貴

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－００６２２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１１９５９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１２２８２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】独国特許出願公開第１０２０１２２０６３３７（ＤＥ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－２３２０３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１３５６４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１７３１９２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６２Ｄ １７／００

Ｂ６２Ｄ ５／００ － ５／３２

Ｂ６２Ｄ ７／００ － ７／２２

Ｂ６２Ｄ ６／００

Ｂ６０Ｇ ７／００

(57)【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と、このハブベアリングの外周から上下に突出するトラニオン軸状の転舵軸部と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の前記転舵軸部の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、回転駆動源と、この回転駆動源の回転出力を出力ロッドの直進運動に変換する直動機構とを有し、前記出力ロッドが進退することで、前記ハブユニット本体が前記転舵軸心回りに回転駆動される、操舵機能付ハブユニットであって、
前記直動機構は、前記出力ロッドの回り止めを行う回り止め部品が、前記出力ロッドに取付けられて前記直動機構の固定部分に摺動自在に接触し、且つ前記回り止め部品に位置センサ用測定ターゲットが設けられ、前記出力ロッドの移動量である前記位置センサ用測定ターゲットの変位を検出する位置センサが前記固定部分に設けられ、前記回り止め部品は、すべり軸受を介して、前記固定部分の案内面に摺動自在に接触する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、前記位置センサが磁気センサであり、前記位置センサ用測定ターゲットが永久磁石である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、前記ユニット支持部材に回転自在に支持されたナット部と、このナット部の雌ねじ部に噛み合う雄ねじ部が外周に設けられた前記出力ロッドとを有する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と、制御装置とを備え、前記制御装置は、上位制御部の指令信号および前記位置センサからの位置センサ出力を受け、前記回転駆動源となるモータに対する電流指令信号を出力する操舵制御部、および前記電流指令信号に応じた電流を出力して前記モータに印加し前記操舵用アクチュエータを駆動するアクチュエータ駆動制御部を有する操舵システム。

【請求項5】

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。

【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これを備えた車両に関し、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。

【0005】

そこで、本件出願人は、運転者のハンドル操作による操舵に付加して、走行状況に応じた車輪個別の補助的な操舵が行える操舵機能付ハブユニット（特許文献３）を提案している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】独国特許出願公開第１０２０１２２０６３３７号明細書

【文献】特開２０１４－０６１７４４号公報

【文献】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】

【0007】

特許文献１では、モータを２個使っているため、モータ個数の増大によるコスト増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。モータ等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。

【0008】

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。
また、キングピン軸と補助的な操舵機能を備えた機構の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）に配置されるために全体のサイズが大きくなり重くなる。

【0009】

操舵機能付ハブユニットは、モータと、このモータの回転出力を出力ロッドの直進運動に変換する直動機構とを有し、前記出力ロッドが進退することで、ハブユニット本体が転舵軸心回りに回転駆動される（特許文献３）。
前記直動機構は、その位置情報を制御部に入力してフィードバック制御を行うことで精度が確保される。前記モータの回転角度センサ出力を前記位置情報として利用することも可能であるが、直動機構の台形ねじのガタおよび弾性変形により、直動機構の実際の動きに対して誤差がある。直動機構の実際の動きを直接測定するセンサを別に設けるとスペースが必要となり、そのスペース分、ハブユニット全体が大型化してしまい、サスペンション等の他部品に干渉する可能性がある。

【0010】

この発明の目的は、ハブユニット全体の小型化を図ると共に、直動機構の出力ロッドの移動量を正確に監視することができる操舵機能付ハブユニットおよびこれを備えた車両を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

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、回転駆動源と、この回転駆動源の回転出力を出力ロッドの直進運動に変換する直動機構とを有し、前記出力ロッドが進退することで、前記ハブユニット本体が前記転舵軸心回りに回転駆動される、操舵機能付ハブユニットであって、
前記直動機構は、前記出力ロッドの回り止めを行う回り止め部品が、前記出力ロッドに取付けられて前記直動機構の固定部分に摺動自在に接触し、且つ前記回り止め部品に位置センサ用測定ターゲットが設けられ、前記出力ロッドの移動量である前記位置センサ用測定ターゲットの変位を検出する位置センサが前記固定部分に設けられている。

【0012】

この構成によると、直動機構の出力ロッドが進退することで、ハブユニット本体が転舵軸心回りに回転駆動されることにより操舵される。このとき、出力ロッドの移動量を位置センサによってセンシングすることで、回転駆動源から直動機構に駆動力を伝達する経路中、および直動機構自体の遊びに影響されずに車輪の角度を適切にかつ精度良く管理する、または直動機構が指令値通りに動作しているかを確認することができる。また出力ロッドの回り止めを行う回り止め部品に、位置センサ用測定ターゲットが設けられているため、位置センサ用測定ターゲットを専用部品に別途設置するよりも、スペースを低減することができ、ハブユニット全体を小型化することができる。

【0013】

前記位置センサが磁気センサであり、前記位置センサ用測定ターゲットが永久磁石であってもよい。前記磁気センサの場合、光源等が不要で構成が簡素となり、また走行に伴い振動を受ける環境下での耐久性に優れる。また位置センサ用測定ターゲットが永久磁石であるため、永久磁石の磁場の変化を磁気センサが読み取り、出力ロッドの移動量を精度良く検出し得る。

【0014】

前記直動機構は、前記ユニット支持部材に回転自在に支持されたナット部と、このナット部の雌ねじ部に噛み合う雄ねじ部が外周に設けられた前記出力ロッドとを有してもよい。この場合、ナット部を回転させることで、回り止めされた出力ロッドを自由に進退することができる。

【0015】

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、制御装置とを備え、前記制御装置は、上位制御部の指令信号および前記位置センサからの位置センサ出力を受け、前記回転駆動源となるモータに対する電流指令信号を出力する操舵制御部、および前記電流指令信号に応じた電流を出力して前記モータに印加し前記操舵用アクチュエータを駆動する。
この構成によると、この発明の操舵機能付ハブユニットを簡単な構成で制御して、この操舵機能付ハブユニットの上記利点を効果的に得ることができる。

【0016】

この発明の車両は、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。
そのため、この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、操舵輪にこの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。また、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を図ることができる。

【発明の効果】

【0017】

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、回転駆動源と、この回転駆動源の回転出力を出力ロッドの直進運動に変換する直動機構とを有し、前記出力ロッドが進退することで、前記ハブユニット本体が前記転舵軸心回りに回転駆動される、操舵機能付ハブユニットであって、前記直動機構は、前記出力ロッドの回り止めを行う回り止め部品が、前記出力ロッドに取付けられて前記直動機構の固定部分に摺動自在に接触し、且つ前記回り止め部品に位置センサ用測定ターゲットが設けられ、前記出力ロッドの移動量である前記位置センサ用測定ターゲットの変位を検出する位置センサが前記固定部分に設けられている。このため、ハブユニット全体の小型化を図ると共に、直動機構の出力ロッドの移動量を正確に監視することができる。

【0018】

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、制御装置とを備え、前記制御装置は、上位制御部の指令信号および前記位置センサからの位置センサ出力を受け、前記回転駆動源となるモータに対する電流指令信号を出力する操舵制御部、および前記電流指令信号に応じた電流を出力して前記モータに印加し前記操舵用アクチュエータを駆動するため、ハブユニット全体の小型化を図ると共に、直動機構の出力ロッドの移動量を正確に監視することができる。

【0019】

この発明の車両は、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ため、ハブユニット全体の小型化を図ると共に、直動機構の出力ロッドの移動量を正確に監視することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【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。 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側面図である。

【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】同操舵機能付ハブユニットの出力ロッドの回り止め部品等を部分的に示す側面図である。

【図8】図２の一部を拡大して示す拡大断面図である。

【図9】同操舵機能付ハブユニットに用いた位置センサの概念構成の説明図である。

【図10】同操舵機能付ハブユニットを備えた車両の一例の模式平面図である。

【図11】いずれか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。

【図12】いずれかの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】

【0021】

［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１０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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

＜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。但し、操舵輪の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。後述する図１２に示す操舵機能付ハブユニット１についても同様である。

【0025】

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。

【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、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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

＜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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

図６に示すように、各転舵軸部１６ｂは、中空軸とされて内周孔内に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。すなわち、車両の重量などの外力がハブユニット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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

＜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、回転駆動源としてのモータ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。

【0037】

＜減速機２７＞
減速機２７は、ベルト伝達機構等の巻き掛け式伝達機構またはギヤ列等を用いることができ、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のモータ軸にドライブプーリ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、前記モータ軸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。前記各ドライブプーリ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。

【0038】

＜直動機構２５について＞
図２および図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。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、回り止め部品４３、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。

【0039】

送りねじ機構３３は、ナット部３５と、ねじ軸である前記出力ロッド２５ａと、すべり軸受３７とを有する。出力ロッド２５ａは、後述する回り止め部品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が設けられている。出力ロッド２５ａの外周には、ナット部３５の前記雌ねじ部３５ａに噛み合う雄ねじ部２５ａａが設けられている。

【0040】

ナット部３５の軸方向両端には、出力ロッド２５ａが摺動可能に貫通するすべり軸受３７，３７が設けられている。各すべり軸受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。

【0041】

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、ドリブンプーリ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より、正面合わせの配置が好ましい。

【0042】

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。アウトボード側の回転支持軸受２８の外輪２８ａは、ケース６ｂの嵌合孔に嵌合固定され、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。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。

【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。この回り止め部品４３は、出力ロッド２５ａのインボード側端部において、上下方向および出力ロッド２５ａの軸方向にそれぞれ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は、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、下側のすべり軸受４９ｂに対向する部分には、前記すべり軸受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に前記すべり軸受４９ｂの一端面が当接されると共に、下側の前記すべり軸受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の上下方向の位置が所望の位置に規制される。なお前記ボルト５１には、後述する位置センサ用測定ターゲットＴｇが埋め込まれている。

【0045】

アクチュエータケース３４内には、各すべり軸受４９ａ，４９ｂの外周面をそれぞれ案内する案内面５２ａ，５２ｂを含む略直方体状の案内溝５２が形成されている。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。よって回り止め部品４３を、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。また回り止め部品４３をすべり軸受４９ａ，４９ｂを介して摺動させるため、少なくとも前記案内面５２ａ，５２ｂに例えば摩耗防止処理が施されている。各すべり軸受４９ａ，４９ｂ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。

【0046】

図２に示すように、直動機構２５は、前記台形ねじの滑りねじを用いた送りねじ機構を備えるため、タイヤ９ｂからの逆入力の防止効果を高め得る。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、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。なおモータ２６の駆動力を、減速機を介さず直接に直動機構２５へ伝達する機構も可能である。

【0047】

＜位置センサ等について＞
図７および図８に示すように、操舵用アクチュエータ５は位置センサ４４を備え、位置センサ４４は出力ロッド２５ａの軸方向の移動量を監視する。この位置センサ４４は、直動機構２５の固定部分であるアクチュエータケース３４に設けられている。アクチュエータケース３４内に固定された基板５３に、位置センサ４４が固定され、位置センサ４４は、後述する位置センサ用測定ターゲットＴｇが進退する経路に対向する。また出力ロッド２５ａが定められた軸方向位置（進退位置）のとき、前記位置センサ４４と位置センサ用測定ターゲットＴｇとが定められたギャップＧｐを隔てて互いに対向する。前記定められた軸方向位置、前記定められたギャップＧｐは、それぞれ設計等によって任意に定める軸方向位置、ギャップであって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方等により適切な軸方向位置、ギャップを求めて定められる。

【0048】

この位置センサ４４は、図９に概念的に示すように、位置の変化を検出する半導体素子４５を、一つのパッケージ４６に二個有し、各半導体素子４５の出力をパッケージ４６の外部に出力する出力端子４７，４７を個別に有している。位置センサ４４は、磁気式、光学式、静電容量式等の各種のセンサを用いることができるが、この実施形態では、磁気センサが用いられ、前記各半導体素子４５にはホール素子が用いられている。

【0049】

図８に示すように、回り止め部品４３には、位置センサ用測定ターゲットＴｇとなる永久磁石４８が設けられている。具体的には、回り止め部品４３に軸方向端部に螺合されたボルト５１の頭部に永久磁石４８が埋め込まれている。またボルト５１は、例えば、樹脂、ステンレス鋼等の非磁性材料から成る。樹脂製のボルト５１の場合、永久磁石４８は例えば前記樹脂製のボルト５１内に一体成形される。ボルト５１がステンレス鋼等の非磁性金属材料から成る場合、例えば、ボルト５１の頭部表面に図示外の凹み部が形成され、この凹み部に永久磁石４８が設けられ、且つ接着剤等で前記凹み部を覆うことにより、前記頭部に永久磁石４８が埋め込まれる。したがって、位置センサ４４は、出力ロッド２５ａの進退に伴う永久磁石４８の磁場の変化を前記各半導体素子４５が読み取り、出力ロッド２５ａの進退位置を検出する。なお前記ボルトを省略して回り止め部品４３に直接永久磁石４８を埋め込んでもよい。

【0050】

＜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。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、および出力ロッド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】

直動機構２５の出力ロッド２５ａが進退することで、ハブユニット本体２が転舵軸心Ａ回りに回転駆動されることにより操舵される。このとき、出力ロッド２５ａの移動量を位置センサ４４によってセンシングすることで、モータ２６から直動機構２５に駆動力を伝達する経路中、および直動機構２５自体の遊びに影響されずに車輪９の角度を適切にかつ精度良く管理する、または直動機構２５が指令値通りに動作しているかを確認することができる。また出力ロッド２５ａの回り止めを行う回り止め部品４３に、位置センサ用測定ターゲットＴｇが設けられているため、位置センサ用測定ターゲットＴｇを専用部品に別途設置するよりも、スペースを低減することができ、ハブユニット全体を小型化することができる。

【0057】

位置センサ４４が磁気センサである場合、光源等が不要で構成が簡素となり、また走行に伴い振動を受ける環境下での耐久性に優れる。この場合に位置センサ用測定ターゲットＴｇが永久磁石４８であるため、永久磁石４８の磁場の変化を磁気センサが読み取り、出力ロッド２５ａの移動量を精度良く検出し得る。

【0058】

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

【0059】

＜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。非操舵輪の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。
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。

【0060】

＜操舵システムについて＞
図２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（指令信号）に応じた電流指令信号を出力する。このとき操舵制御部３０は、位置センサ４４から出力ロッド２５ａの進退位置情報である位置センサ出力を用いてフィードバック制御を行うことで、車輪９の角度を適切にかつ精度良く管理し得る。

【0061】

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。

【0062】

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】

【0063】

１…操舵機能付ハブユニット、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、１５…ハブベアリング、２５…直動機構、２５ａ…出力ロッド、２５ａａ…雄ねじ部、２６…モータ（回転駆動源）、２９…制御装置、３０…操舵制御部、３１…アクチュエータ駆動制御部、３２…上位制御部、３４…アクチュエータケース（固定部分）、３５…ナット部、３５ａ…雌ねじ部、４３…回り止め部品、４４…位置センサ、４８…永久磁石

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】