JP2006524162A - 自動車の独立懸架装置 - Google Patents

Abstract

独立懸架装置は、第１、第２及び第３の棒状接続部材（１０、１１、１２）を備えている。各接続部材は、それぞれ、車輪担体（１）及び車両構造体に対する第１の関節連結点（２２、１３、１５）及び第２の関節連結点（２３、１４、１６）を有する。そして、各接続部材は、それ自体の関節連結点を実質的に通る軸（ｙ、ｙ１、ｙ２）に沿った１つの平行移動の自由度（ｔ、ｔ１、ｔ２）を制御するように配設されている。第１の接続部材（１０）はまた、それ自体の軸（ｙ）のまわりの回転の自由度（ｒ１）と、それ自体の軸（ｙ）と実質的に垂直な方向（ｚ）のまわりの回転の自由度（ｒ２）とを制御するように配設されている。

Description

本発明は、自動車用の独立懸架装置に関するものである。

自動車用の独立懸架装置に棒状の接続部材が用いられることは知られている。これらの接続部材は、それらの端部で車輪担体と車両構造体とに関節連結され、ただ１つの自由度、すなわち棒の軸に沿った平行移動の自由度を除去することができるようになっている。棒状接続部材の応用の典型例としては、多重連結懸架装置があげられる。この形式の懸架装置では、高い弾性動力学的性能は確実化されるものの、より単純な懸架構造に比べて製造コストがかなり高くつくといった欠点がある。

それゆえ、本発明の目的は、構造は単純であるのにもかかわらず高い弾性動力学的性能が確実化される自動車用の独立懸架装置を提供することである。

この目的は、本発明によれば、独立請求項１に記載された特徴を有する自動車用の独立懸架装置によって完全に達成される。この懸架装置のさらに有利な特徴は、従属請求項に記載されている。

要するに、本発明は、３つの棒状接続部材（rod-like connecting member）を備えている自動車用の独立懸架装置を設けるといった着想に基づいている。ここで、これらの接続部材の各々は、その１つの端部に、車輪担体（wheel carrier）に対する第１の単一の関節連結点（point of articulation）を有し、反対側の端部に車両構造体（vehicle structure）に対する第２の単一の関節連結点を有し、かつ、それ自体の軸に沿った１つの平行移動（translation）の自由度を制御する（control）ように配設されている（arranged）。この懸架装置は、棒状接続部材のうちの少なくとも１つのものにおいて、それ自体の軸についてのねじり剛性及びそれ自体の軸と実質的に垂直な方向についてのねじり剛性により、車輪担体の残りの２つの自由度を制御するように配設されている。

請求項２の対象となっている本発明の好ましい実施態様によれば、第１の棒状接続部材は、車輪担体の３つの自由度、すなわちそれ自体の軸に沿った平行移動の自由度と、それ自体の軸のまわり及びそれ自体の軸と垂直な方向のまわりについての２つの回転の自由度とを制御するように配設されている。一方、その他の２つの棒状接続部材は、それぞれ、それ自体の軸についての平行移動の自由度のみを制御するように配設されている。

以下、添付の図面を参照しつつ、純粋に非制限的な実施例により、本発明をより詳しく説明する。

本明細書及び請求の範囲において、「縦方向（longitudinal）」、「横方向（transverse）」、「鉛直方向（vertical）」、「水平方向（horizontal）」、「前方向（front）」及び「後方向（rear）」との語は、車両に搭載された状態においてのものであることが意図されている。さらに、「棒状接続部材の軸」との表現は、これらの接続部材の関節連結点を実質的に通る方向を意味することが意図されている。

まず、図１及び図２に示すように、自動車の車輪（ホイール）２、とくに非操舵車輪の車輪担体（ホイールキャリア）１を自動車構造体（図示せず）に接続するための独立懸架装置は、基本的には、それぞれ１０、１１、１２の参照番号が付けられた３つの棒状接続部材を備えている。３つの棒状接続部材１０、１１、１２の各々においては、その両端部に、それぞれ、車輪担体１及び車両構造体（車体）に対する第１及び第２の単一の関節連結点が設けられている。そして、各接続部材は、それ自体の軸に沿った、すなわちそれ自体の関節連結点を実質的に通る方向に沿った平行移動の自由度を制御するように配設されている。

以下で詳しく説明するように、図１及び図２に示す実施の形態においては、第１の棒状接続部材１０は、車輪担体１の３つの自由度（平行移動の自由度と、さらに２つの回転の自由度）を制御するように配設されている。他方、第２及び第３の棒状接続部材１１、１２は、それぞれ、それ自体の軸に沿った平行移動の自由度のみを制御する単純な接続棒（connecting rod）として機能するように配設されている。ここで、「自由度を制御する」との表現は、制御される自由度の方向に許容される移動が、その他の方向に許容される移動に比べてかなり小さくなるのに十分な程度の高剛性を与えるという意味であることが意図されている。

図１及び図２に示す懸架装置においては、第２の棒状接続部材１１は、その１つの端部において第１の点１４で車輪担体１に関節連結され、反対側の端部において第２の点１５で車両構造体に関節連結され、縦棒（longitudinal rod）として機能する。第３の棒状接続部材１２は、その１つの端部において第１の点１６で車輪担体１に関節連結され、反対側の端部において第２の点１７で車両構造体に関節連結され、キャンバ制御棒（camber control rod）として機能する。第１の棒状接続部材１０は、縦棒１１とともに用いられ、車輪担体１の下部を規制する（restrain）。他方、キャンバ制御棒１２は、車輪担体１の上部に関節連結されている。さらに、構造的な機能を有しない衝撃吸収ばね組立体２０（spring-damper assembly）が車輪担体１と車両構造体との間に介設されている。

図６には、第１の棒状接続部材１０が詳細に示されている。この接続部材は、例えば円柱形の管状構造を備えた細長い剛体である中央本体部２１を備えている。この中央本体部２１の内側の端部及び外側の端部に、例えば溶接により円柱形の座部２２、２３が取り付けられている。両座部２２、２３は、それぞれ、車輪担体１及び車両構造体に関節連結するための筒部材（bush）を受け入れることが意図されている。第１の実施の形態（図６）においては、外側の座部２２は、車輪担体１と関節連結するための１対の第１の筒部材２４を、第１の軸ｘ１方向に受け入れる。他方、内側の座部２３は、車両構造体と関節連結するための１対の第２の筒部材２５を第２の軸ｘ２方向に受け入れる。好ましく、ただし排他的ではないが、両軸ｘ１、ｘ２は、ｙで示す本体部１１の軸と垂直な平面上に配置され、これにより接続部材１０は、平面視では２重Ｔ字形の形状を有している。接続部材の縦方向の寸法（すなわち、本体部２１の軸ｙの方向に沿った方向の寸法）と横方向の寸法（すなわち、両軸ｘ１、ｘ２の方向に沿った方向）の比は、少なくとも３であるのが有利である。

図７に構造を示す変形例によれば、第１の棒状接続部材１０の１対の筒部材２４、２５は、それぞれ、１つの細長い筒部材に置き換えられている。しかしながら、接続部材１０の座部２２、２３に受け入れられる筒部材の数をより多くすることも可能であるということは明らかである。

前記のとおり、第１の棒状接続部材１０は、それ自体の軸ｙ（この場合は、それ自体の本体部２１の幾何学軸（geometrical axis）に対応する）に沿った平行移動の自由度ｔに加えて、軸ｙのまわりの第１の回転の自由度ｒ１（ねじれ）を制御することができる。なぜなら、両軸ｘ１、ｘ２の方向と垂直な方向に関して車輪にかけられるトルク（例えば、制動力の結果として）は、円柱形の座部２２、２３によって、ねじり応力の形で本体部２１に伝達されるからである。ここで、本体部２１は、それ自体のねじり剛性により、これに抵抗することができる。棒状接続部材１０はまた、それ自体の曲げ剛性により、軸ｙと実質的に垂直な方向ｚまわりの第２の回転の自由度ｒ２も制御することができる。

これらの２つの自由度ｒ１、ｒ２は、厳密に運動学的な自由度というよりも、むしろ「弾力性（elastic）」であることが意図されている。なぜなら、それらは、軸ｙに沿った平行移動の自由度ｔとは対照的に、幾何学的な制約によって規制されるのではなく接続部材１０の弾性的な特性によって規制されるからである。

縦棒１１は、関節連結点１４、１５を結ぶそれ自体の軸ｙ１の方向に沿った平行移動の自由度ｔ１を制御する。他方、キャンバ制御棒１２は、関節連結点１６、１７を結ぶそれ自体の軸ｙ２の方向に沿った平行移動の自由度ｔ２を制御する。

それゆえ、上記の形式の懸架構造は、従来の多重連結システムで必要とされる５つの部材に代えて、３つの棒状接続部材を用いるだけで、５つの自由度をともに制御することができる。

本発明に係る棒状接続部材の使用はまた、制御された前後衝撃吸収能力（compliance）を伴った懸架システム、すなわち異なる複数の点にかかり、異なる方向に作用する力に対してとくに耐えることができるシステムを構築することも可能にする。本発明のこの局面についての理解をより深めるために、図３〜図５を参照しつつ、剪断軸（shear axis）の概念を紹介する。一般的な衝撃吸収システム（compliant system）の剪断軸は、そのまわりに該システムがねじり剛性を有する軸として定義することができる。ここで、上記ねじり剛性は、上記軸と垂直なその他の方向についてのねじり剛性に比べて非常に小さい。かくして、剪断軸は、該軸と垂直な方向にかけられる力に関して最大平行移動剛性点の軌跡（the locus of the points of greatest translational stiffness）とみなすことができる。

図３に、理論的な場合における、懸架装置の剪断軸ｓの幾何学的な構成を示す。ここで、棒状接続部材１０は、それ自体の軸ｙのまわりのねじれに対して無限の剛性をもつ。３つの棒状接続部材１０、１１、１２の平行移動に対する剛性の結果、剪断軸ｓは、接続部材１２の軸ｙ２に加えて、それぞれ、接続部材１０、１１の軸ｙ、ｙ１と交差しなければならない。さらに、第１の棒状接続部材１０のねじり剛性の結果として、剪断軸ｓは軸ｙに垂直でなければならない。剪断軸ｓについての移動は、第１の接続部材１０の剛性によって、上記自由度ｒ２に対応する方向について制御される。

実際には、第１の接続部材１０はねじれに対して無限の剛性を有するわけではないので、剪断軸ｓは、軸ｙ（図４）に対して垂直ではなく傾斜している。ただし、それは、上記軸ｙに加えてキャンバ制御棒１２の軸ｙ２及び縦棒１１の軸ｙ１と交差しなければならない。剪断軸ｓの傾斜は、接続部材１０のねじり剛性を適切に設定することにより設計段階で決定することができる。

最後に、図５は、上記の懸架装置を介して車両構造体に接続された車輪２に作用する力学系を模式的に示している。この懸架装置は、第１の接続部材１０の軸ｙに対して傾斜した剪断軸ｓを有している。剪断軸ｓについての操舵力Ｆｃ、制動力Ｆｂ及び慣性前進力Ｆｉ（impact force）のレバーアーム（lever arm）は、それぞれ、ｂ１、ｂ２及びｂ３で示されている。３つの力がすべて、剪断軸ｓを通らない方向に沿って作用する。それゆえ、懸架装置は、これらの力に関してむしろ柔軟な挙動（soft behavior）を有する。しかしながら、剪断軸の向きを変えることにより、要求される設計仕様に合致する異なる弾性的挙動を有する懸架装置を得ることが可能である。

変更されないままである本発明の理論、実施の形態及び製造の詳細は、請求の範囲に記載された本発明の範囲から逸脱することなく、純粋に非制限的な実施例として記載及び図示されたものから広く変更することができるのは当然のことである。

例えば、懸架装置を形成している３つの棒状接続部材を、それらのうちの１つだけではなく、それらのうちの２つ又は全てのものが車輪担体の残りの２つの自由度を制御するのに寄与するといった仕様に構成することが可能である。これは、各接続部材が、それ自体の軸及びそれ自体の軸と実質的に垂直な方向についてねじり剛性を有する結果によるものである。

本発明に係る自動車用の独立懸架装置の斜視図である。 図１に示す懸架装置の平面図である。 図１に示す懸架装置の斜視図であり、懸架装置の弾性動力学的挙動を示している。 図１に示す懸架装置の斜視図であり、懸架装置の弾性動力学的挙動を示している。 図１に示す懸架装置の斜視図であり、懸架装置の弾性動力学的挙動を示している。 図１に示す懸架装置のための棒状接続部材の分解平面図である。 図６に示す棒状接続部材の構造上の変形例の分解平面図である。

符号の説明

１ 車輪担体、２ 車輪、１０ 第１の棒状接続部材、１１ 第２の棒状接続部材、１２ 第３の棒状接続部材、１３ 第１の関節連結点、１４ 関節連結点、１５ 関節連結点、２１ 細長い中央本体部、２２ 第１の関節連結点、２３ 第２の座部、２４ 第１の筒部材、２５ 第２の筒部材。

Claims (9)

1. 自動車の車輪（２）の車輪担体（１）を車両構造体に接続するための自動車用の独立懸架装置であって、
   第１、第２及び第３の棒状接続部材（１０、１１、１２）を備えていて、
   上記棒状接続部材の各々が、その１つの端部に車輪担体（１）に対する第１の関節連結点（２２、１３、１５）を有し、その反対側の端部に車両構造体に対する第２の関節連結点（２３、１４、１６）を有し、かつ、それ自体の関節連結点を実質的に通る軸（ｙ、ｙ１、ｙ２）に沿った１つの平行移動の自由度（ｔ、ｔ１、ｔ２）を制御するように配設され、
   かつ、棒状接続部材（１０、１１、１２）のうちの少なくとも１つのもの（１０）において、それ自体の軸（ｙ）についてのねじり剛性及びそれ自体の軸と実質的に垂直な方向（ｚ）についてのねじり剛性により、車輪担体（１）の残りの２つの自由度を制御するように配設されている独立懸架装置。
2. 第１の棒状接続部材（１０）が、それ自体の軸（ｙ）についての回転の第２の自由度（ｒ１）と、それ自体の軸（ｙ）と実質的に垂直な方向（ｚ）についての回転の第３の自由度（ｒ２）とを制御するように配設されている、請求項１に記載の独立懸架装置。
3. 上記第１の棒状接続部材（１０）が、細長い中央本体部（２１）を備えていて、該本体部がその両端部に、車輪担体（１）との関節連結のための少なくとも１つの第１の筒部材（２４）のための第１の座部（２２）と、車両構造体との関節連結のための少なくとも１つの第２の筒部材（２５）のための第２の座部（２３）とを担持している、請求項２に記載の独立懸架装置。
4. 第１の棒状接続部材（１０）の上記第１及び第２の座部（２２、２３）の各々が、各関節連結点の軸（ｘ１、ｘ２）を定める１対の筒部材（２４、２５）を担持している、請求項３に記載の独立懸架装置。
5. 第１の棒状接続部材（１０）の上記第１及び第２の座部（２２、２３）の各々が、各関節連結点の軸（ｘ１、ｘ２）を定める唯一の筒部材（２４、２５）を担持している、請求項３に記載の独立懸架装置。
6. 第１の棒状接続部材（１０）の関節連結点の軸（ｘ１、ｘ２）が該接続部材の軸（ｙ）に実質的に垂直である、請求項４又は５に記載の独立懸架装置。
7. 第１の棒状接続部材（１０）の関節連結点の軸（ｘ１、ｘ２）が互いに実質的に平行である、請求項４〜６のいずれか１つに記載の独立懸架装置。
8. 第１の棒状接続部材（１０）の中央本体部（２１）が円柱形の管状構造を備えている、請求項３に記載の独立懸架装置。
9. 第１の棒状接続部材（１０）における縦方向の寸法と横方向の寸法の比が少なくとも３である、請求項３に記載の独立懸架装置。

Images