JP2004034979A - トランスバース・リーフ・スプリングを持つ自動車用サスペンション装置 - Google Patents

トランスバース・リーフ・スプリングを持つ自動車用サスペンション装置 Download PDF

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Abstract

【課題】両端においてホイール・キャリアーにリンク結合されるトランスバース・リーフ・スプリング1を持つサスペンション装置における、車輪上下動時のトレッド幅の変化を最小にする。
【解決手段】車両の長手軸と対称に形成されるトランスバース・リーフ・スプリングが、曲線形状を持ち、その中央領域1aが車軸に平行にオフセットされる。トランスバース・リーフ・スプリングは、高い横剛性を持つ2つのトランスバース・リーフ・スプリング・ベアリング2により、車体に支持される。4つの弧状部1d, 1eを持つトランスバース・リーフ・スプリング1の湾曲形状により得られるものは、中央領域1aの曲げが、本質的にトレッド幅の変化なしに起こり得る、ということである。
【選択図】図２

Description

　本発明は、車両横断方向に配置され、車体に少なくとも１つのリーフ・スプリング・ベアリングを介して結合され、そして少なくとも１つのホイール・キャリアーにリンク結合されるトランスバース・リーフ・スプリングを持つ自動車用サスペンション装置、に関するものである。
　前述の形式のサスペンション装置は、特許文献１から公知であり、そこに開示のトランスバース・リーフ・スプリングは、車両の長手方向中央面に関して対称であり、両側において取り付けられ、そして両端においてスプリング・アームを介して支持される。この構成において、トランスバース・リーフ・スプリングは、通常のサスペンション装置にあるコイル・スプリング、そしてまたスタビライザー、さらにはリンク・アームの代わりとなるものである。
欧州特許出願公開第１０８０９５３号明細書
　しかしながら、上記のものや同様の取組みにおいて、鉛直方向に生じる車輪の上下運動がトレッド幅の大幅な変化につながり、結果として、トー・インの望ましくない変化を招く、という問題がある。
　さらにまた、公知のシステムにおいて、ロール速度に関していかなる不利もなしに、どのようにしてスタビライザー機能を完全に組み込みか、という点は、未解決である。
　上記の背景から、本発明の課題は、軽量で運動学及びロール速度の点で問題のない、スプリング、各種リンクそして好ましくはスタビライザー・システムを、一体化したサスペンション装置を提供することである。
　この課題は、請求項１の特徴をもつサスペンション装置により達成される。別の態様は、従属項に包含される。
　本発明による自動車用サスペンション装置は、本質的に車両の横断方向に配置され、少なくとも１つの対応するトランスバース・リーフ・スプリング・ベアリングを介して自動車の車体に結合され、そして少なくとも１つの車輪のホイール・キャリアー（ステアリング・ナックル）にリンク結合される、車輪懸架用トランスバース・リーフ・スプリングを持つ。このサスペンションは、トランスバース・リーフ・スプリングが弧状部を介して結合される（少なくとも）２つの本質的に直線状の部分を持つ点に特徴がある。この場合において、弧状部が約60°から120℃の角度で、比較的小径の湾曲部を持つのが好ましい。
　屈曲部又は曲線部を持つ形状とされたトランスバース・リーフ・スプリングにより、車輪の上下運動の間に生じるトランスバース・リーフ・スプリングの曲げが、トレッド幅の変化の縮小につながる。ホイールの横移動量の縮小により、サスペンション全体が高い横剛性を得るように、トランスバース・リーフ・スプリング・ベアリングを、より大きな横剛性を持つ構成とすることができる。
　好ましい態様によれば、トランスバース・リーフ・スプリングが、第１弧状部に加えて、それと反対に曲がる第２弧状部を持つ。２つの弧状部により、ステップ状のオフセット部を持つZ字状のトランスバース・リーフ・スプリングが得られる。この場合、トランスバース・リーフ・スプリングの互いにオフセットした平行部分は、具体的には、車両の長手軸を横断するように、配列され得る。
　トランスバース・リーフ・スプリングが１本のアクスルの２つの車輪を結合し、この目的のために、ホイール・キャリアーの２つの端部のそれぞれにリンク結合される場合には、特に好ましい。この場合、トランスバース・リーフ・スプリングは、一方の車輪の上下運動を他方の車輪に伝達するものとされるスタビライザーの機能を引き受けることができる。この種のトランスバース・リーフ・スプリングは、それの中心点又は車両の中央に対称の形状とされるのが好ましい。
　本発明の態様によれば、トランスバース・リーフ・スプリグは、その全体に亘り一様に構成されることなく、領域により異なる特性を持つ。具体的には、この場合に、トランスバース・リーフ・スプリングの中央領域が平坦な構成を持つことができ（例えば、平坦な長方形断面を持つ）、一方、トランスバース・リーフ・スプリングの少なくとも車輪側端部領域は、小型の、好ましくは正方形又は円形断面を持つ。中央領域は、一方向に高い柔軟性を持ち、それで、スプリングとスタビライザーの機能を有効に受け持つことができる。対照的に、端部領域は、制動力と横力を吸収することができるように、全ての荷重方向に剛性を持つように設計することができる。しかしながら、それはまた、ねじり応力の対象となり得、それでスタビライザーの機能を受け持つ。
　トランスバース・リーフ・スプリングを作るために、対応する弾性と耐久性を持つ全ての材料を選択することができる。トランスバース・リーフ・スプリングは、エポキシ樹脂に埋め込まれたグラス・ファイバーから作られるのが好ましい。
　ねじり応力の対象となる特定の領域におけるトランスバース・リーフ・スプリングの特定の部分を、曲げ部においてコアの周りに巻かれたファイバーにより有利な態様で補強することができる。
　本発明のサスペンションの態様によれば、トランスバース・リーフ・スプリングの車輪側端部が、自動車の車体に取り付けられる少なくとも一方の長手リンクに結合されるのが好ましい。長手リングにより、力の伝達が、車輪と車体との間で車両の長手方向に起こる。
　さらにまた、ホイール・キャリアーは、少なくとも１つのA型フレーム・アーム及び／又はダンパー・ストラットを介して、自動車車体へ取り付けられ得る。これらの取付部は、車輪と車体との間に鉛直に作用する荷重の伝達のために、機能する。
　本発明のさらに別の観点は、本発明によるサスペンションだけでなく、他の形式のサスペンション（トランスバース・リーフ・スプリングの有無に関わらない）にも有利に用いることができる、トランスバース・リーフ・スプリング・ベアリングの態様に関する。本発明によるトランスバース・リーフ・スプリング・ベアリングは、それを取り囲む肉厚部を持ち、その肉厚部の（トランスバース・リーフ・スプリングの軸に関しての）軸端部が本質的に平坦な表面部からなる。上記表面部は、この場合、トランスバース・リーフ・スプリングに対して比較的急な角度（典型的には45°から90°）で傾斜している。それにより、トランスバース・リーフ・スプリング・ベアリングの高い横剛性が得られる。軸に垂直な位置に対しての表面部分の僅かな傾きが、この場合に、ベアリングの組立てに関して有利になる。
　上述の肉厚部は、好ましくは、対応する安定性を持つ樹脂からなるのが好ましい。有利なことに、肉厚部は、不明確な結合部、材料的に一体の結合部及び／又は明確な結合部により、トランスバース・リーフ・スプリングに結合され得る。
　本発明のトランスバース・リーフ・スプリングの態様によれば、上記肉厚部が例えばゴムである弾性材料からなるケーシングにより囲まれ、そのケーシングはそして、ハウジング・シェルにより囲まれる。好ましくは金属からなるハウジング・シェルは、車体に強固に結合され得て、それの弾性のために、ハウジング・シェルと肉厚部との間に位置するラバーが、トランスバース・リーフ・スプリング・ベアリングの所望の柔軟性を確実なものとする。この柔軟性の程度は、材料と寸法の選択により、要求通りに設定することができる。
　本発明のサスペンション装置においては、スプリングの機能、スタビライザーの機能、そしてラテラル・ホイール・サポートの機能を柔軟なトランスバース・キャリアー・スプリングに一体することを、運動学及び弾性学的に不利な点なしに、行うことができる。
　図１及び２は、前輪を例にとった、本発明によるサスペンション装置を示している。しかしながら、このサスペンション装置は、後輪についても同様に実施することもできる。
　サスペンションの中心要素は、トランスバース・リーフ・スプリング1であり、それは、２つの車輪6の間において、x方向を向く車両長手軸Lを横断して延び、そしてそれの端部においてホイール・キャリアー7にリンク結合される。図１の正面図から判るように、トランスバース・リーフ・スプリング1は、路面に平行な面において僅かに上向きの曲線を描いて延びている。
　図２の上面図によれば、トランスバース・リーフ・スプリング1の格別な特徴は、中央領域1aの両側において、中央領域1aを車両軸Lの方向に延びるねじれ部分1bに結合する約90°の曲げ部1dを持つ、ということである。ねじれ部分1bは、次に、それぞれの場合において、約90°の第２曲げ部1eを介して、トランスバース・リーフ・スプリングの端部1cに結合され、それで、端部1cが再び本質的に車両長手軸Lを横断する方向に向き、結果として中央部分1aに平行になる。車両の中央面に対称に設計されたトランスバース・リーフ・スプリング1は、車軸に平行にオフセットされた中央領域1aにより特徴付けられる。
　トランスバース・リーフ・スプリング1は、2つのトランスバース・リーフ・スプリング・メンバー2を介して、クロスメンバー（不図示）に、結果として車体に結合される。
　2つの車輪6が同方向に上下運動する（つまり、鉛直z方向に移動させられる）とき、トランスバース・リーフ・スプリング1は特にそれの中央領域1aにおいて曲げ応力を受け、結果として鉛直スプリングと同じ作用をする。２つの車輪6が反対方向に上下運動するとき、トランスバース・リーフ・スプリング1は曲げとねじり応力を受け、結果として、2つの車輪6を互いに結合するスタビライザーの機能を受け持つ。
　１つの車輪から他方へ本質的に直線状に延びる通常のトランスバース・リーフ・スプリングにおいては、車輪6の鉛直移動がトレッド幅の比較的大きな変化につながることが知られている。これは、トランスバース・リーフ・スプリングが曲がるとき、中央領域において必要な長さの変化が、端部が内側に引かれることにより確保される、という事実の結果である。トランスバース・リーフ・スプリングを車輪へ直接結合することは、通常の直線状トランスバース・リーフ・スプリングの場合に、トレッド幅の上記変化につながり、結果としてトー・イン量の望ましくない変化につながる。
　トランスバース・リーフ・スプリング1を本発明の形状とすることにより、上記の作用が回避される。弧状部1d, 1eによりオフセットされたトランスバース・リーフ・スプリングの中央領域1aは、それが曲がる際に、隣接するねじれ部分1bを内側に引き込み得る。しかし、この内向きの移動は必ずしもトランスバース・リーフ・スプリングの端部1cに伝達されない。正確に言うと、端部1cの移動量が最小化されるように、中央領域1aにおいて必要な伸びは、弧状部1d, 1eの広がりにより提供され得る。トレッド幅とトー・インへの影響は対応して、通常のサスペンション（トランスバース・リーフ・スプリングを持たないもの）による程度まで、減少される。それで、これは、トランスバース・リーフ・スプリング・ベアリング2が非常に高い横剛性を持ち得て、その結果、サスペンション装置全体の所望の高い横剛性が得られる、ということを意味する。
　トランスバース・リーフ・スプリング1の湾曲形状のさらなる利点は、それがフロント・アクスルに用いられるとき、エンジン、変速機、ステアリング・ロッド等を収容する空間が得られる、ということである。
　トランスバース・リーフ・スプリング1は、特に、エポキシ樹脂中のグラス・ファイバーから製造することができる。この場合に、トランスバース・リーフ・スプリング1の断面積は、それが連続一方向性繊維束から製造される場合には、本質的に一定である。このような状態の下で、トランスバース・リーフ・スプリングに沿っての曲げ剛性を局部的に変えるために、異なる断面形状、具体的には異なる縦横比を設定することができる。
　トランスバース・リーフ・スプリングへスタビライザー機能を組み込むために、トランスバース・リーフ・スプリングの中央部分1aが端部よりもかなり低いz方向の曲げ剛性を持つことが必要である。これが理由で、中央領域1aは、高さを（路面に垂直なz方向で計測して）小さくそして幅を（x方向に計測して）大きく設計され、一方、ねじれ部1bと端部1cは、本質的に正方形の断面（図４を参照）を持つ。この場合に、ねじれ部1bは、一方向コアの周りに一定の角度で巻かれたファイバーにより、補強することができる。
　図２から判るように、スラスト・ロッド3が、それに一体化されたクランプを用いて、トランスバース・リーフ・スプリング1の端部に長手リンクとして接続される。車輪6の前側の取付点を持つサスペンション装置に関して、対応するロッドはテンション・ロッドである。これは、後輪用サスペンションへの典型的な適用であるとともに、特定の前輪用サスペンションへも適用され得る。
　スラスト・ロッド3は、クロスメンバー4に取り付けられるベアリング・スリーブを持つ。スラスト・ロッド3及びベアリング・スリーブは、長手方向に向く車輪荷重を吸収する機能、長手方向のサスペンション装置の弾性を制御する機能、及びサスペンション装置の運動を制御する（アンチ・ダイブ）機能、を受け持つ。さらにまた、スラスト・ロッド3がホイール・キャリアー（ホイール・ナックル）に結合され得るように、ボール・ジョイントがスラスト・ロッド3に組み込まれる。
　車輪の支持はその他に、図１に示されるダンパー・ストラット5により行われる。ダンパー・ストラットは、その上端で車体にリンク結合される。しかしながら、代わりに、本発明によるトランスバース・リーフ・スプリング1を、例えばダブルAアームを持つサスペンション装置において用いることもできる。
　図３及び図４は、それを用いてトランスバース・リーフ・スプリング1が車体に支持されるトランスバース・リーフ・スプリング・ベアリング2の互いに垂直な2つの断面を示している。ベアリングはマルチ・シェル（multi shell）構造を持つ。そのコアは、この領域で正方断面を持つトランスバース・リーフ・スプリング1を取り囲む肉厚部11により形成される。肉厚部11は、２つの鏡面対称部品からなり、それらは、好ましくは材料的に一体の結合（例えば射出成形又は一体鋳造）により、トランスバース・リーフ・スプリング1へ結合される。肉厚部11は、作用する垂直荷重と横荷重を吸収するのに充分強い樹脂からなるものとすることができる。肉厚部11の半分はそれぞれ、長手断面（図３）及び横断面（図４）の両方で台形状であり、そして、肉厚部11の軸端は、トランスバース・リーフ・スプリング1の軸に対して傾斜した表面部分Fにより形成される。この形の表面部の横（ｙ方向）支持は、例えば球状肉厚部の場合よりも大きい。それにより、肉厚部11の台形形状は、トランスバース・リーフ・スプリング1の上下移動全体に亘り、横支持が得られるということを、確実なものとする。
　さらに、樹脂肉厚部11は、上下のハウジング・シェル9に固着されるラバー・ケーシング8により取り囲まれる。2つのシェル9は、それらの間にラバー8を保持し、そして車体のクロスメンバー10に固定される。
　肉厚部11の台形形状はさらに、ラバー8がその場所により有効に保持される、ということに寄与する。肉厚部11とラバー8との間の滑り運動及び、ラバー8とハウジング・シェル9との間の滑り運動が防止される。肉厚部11とラバー・ケーシング8の台形形状に代えて、これらの部品の形状として長方形を選択することもできる。しかしながら、この場合に、図３及び図４に示される肉厚部11の側壁Fのトランスバース・リーフ・スプリング1の鉛直に対する角度が小さくなるので、ベアリングを取り付けることがより困難になる。
　トランスバース・リーフ・スプリング・ベアリング2の挙動は、肉厚部11の大きさと形状により、そしてラバー8の特性により、設定することができる。ラバー8内の空孔を用いて、非線形挙動を得ることができる。ベアリングへの荷重により、耐久性のある構造を得るのに必要なラバー8の量が決まる。
　車体と路面との間の静止荷重の経路がトランスバース・リーフ・ベアリング2を通るので、トランスバース・リーフ・ベアリング2には一定の圧縮応力が作用する。これが理由で、トランスバース・リーフ・スプリングの上側に下側より多くのラバー8が設けられるのが好ましい。
　上述のベアリング2は勿論、トランスバース・リーフ・スプリング1に代えて、他のリンク等を受け留めるのにも適している。
本発明による自動車の前輪用サスペンション装置の正面図である。 図１のサスペンション装置の平面図である。 本発明によるトランスバース・リーフ・スプリング・ベアリングの、それの長手方向（図４の線III-III）における断面図である。 図３によるベアリングの、トランスバース・リーフ・スプリングの横断方向（図３の線IV-IV）における断面図である。
符号の説明
　1 トランスバース・リーフ・スプリング
　1a　中央領域
　1b　ねじり部分
　1d　弧状部
　1e　第2弧状部
　2 トランスバース・リーフ・スプリング・ベアリング
　3 長手リンク
　7 ホイール・キャリアー
　8 ケーシング
　9 ハウジング・シェル
　11　肉厚部

Claims (10)

  1. 　車両横断方向に配置され、車体に少なくとも１つのトランスバース・リーフ・スプリング・ベアリング（2）を介して結合され、そして少なくとも１つのホイール・キャリアー（7）にリンク結合されるトランスバース・リーフ・スプリング（1）を持つ自動車用サスペンション装置において、
    　上記トランスバース・リーフ・スプリング（1）が、弧状部（1d）を介して接続される２つの部分（1a, 1b）を持つ、自動車用サスペンション装置。
  2. 　上記トランスバース・リーフ・スプリング（1）が、上記弧状部（1d）とは反対方向に曲がった第２弧状部（1e）を持つ、請求項１に記載のサスペンション装置。
  3. 　上記トランスバース・リーフ・スプリング（1）が、２つの端部のそれぞれにおいて、ホイール・キャリアー（7）にリンク結合され、好ましくは車両中心に対称に構成される、請求項１に記載のサスペンション装置。
  4. 　上記トランスバース・リーフ・スプリング（1）が、中央領域（1a）において平板状断面を持ち、車輪側端部領域（1b, 1c）において、小型で好ましくは正方形又は円形の断面、を持つ、請求項１〜３のいずれかに記載のサスペンション装置。
  5. 　上記トランスバース・リーフ・スプリング（1）が、エポキシ樹脂中に埋め込まれたグラスファイバーからなる、請求項１〜４のいずれかに記載のサスペンション装置。
  6. 　上記トランスバース・リーフ・スプリング（1）の少なくとも一部（1b）が、コアの周りに巻かれたファイバーを用いて補強される、請求項１〜５のいずれかに記載のサスペンション装置。
  7. 　上記トランスバース・リーフ・スプリングの端部が、上記車体に取り付けられた長手リンク（3）に結合される、請求項１〜６のいずれかに記載のサスペンション装置。
  8. 　上記ホイール・キャリアー（7）が、少なくとも１つのAフレーム・アーム及び／又はダンパー・ストラット（5）を介して車体に取り付けられる、請求項1〜７のいずれかに記載のサスペンション装置。
  9. 　上記トランスバース・リーフ・スプリング・ベアリング（2）が、上記トランスバース・リーフ・スプリング（1）を取り囲み、それの軸端が平坦表面部（F）からなる肉厚部（11）を持つ、請求項１〜８のいずれかに記載のサスペンション装置。
  10. 　上記肉厚部（11）が弾性材料、好ましくはゴムからなるケーシング（8）により取り囲まれ、該ケーシング（8）がハウジング・シェル（9）に取り囲まれる、請求項９に記載のサスペンション装置。
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