JP2018058461A - 懸架装置及びキャンバー制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カーブの際の走行安定性と高い安全性を提供する。
【解決手段】ナックル１１０の上突起１１２は、ボールジョイント１５１によって回転可能に前部ブロック１２１に支持されている。ナックル１１０の下突起１１３は、ボールジョイント１５２によって回転可能にロアリンク１４０に支持されている。ナックルアーム１１１と連結されたタイロッドを通じて操舵力が伝達されると、ナックル１１０は、回転軸Ａ１に関して回転する。回転軸Ａ１は、前方且つ上方から後方且つ下方に向かうように傾斜していると共に、車輪１の中心（車軸の中心）より後方において地面と交差すると共に、ボールジョイント１５２のボール中心において３本の通り線がＹの字型となって交差する。
【選択図】図１

Description

本発明は、懸架装置及びキャンバー制御装置に関する。

特許文献１のように、従来の自動車等においては、主に、キャスター角が正の値を取るプラスキャスターが採用されている。

特開２０１６−０１０９９６号公報（図３）

プラスキャスターの設定では、カーブの際、自動車等の内側前輪が車体を持ち上げるように機能する。したがって、遠心力に対抗しにくく、カーブの際の走行安定性が損なわれやすい。

本発明の目的は、カーブの際の走行安定性を損ないにくい懸架装置及びこれを備えたキャンバー制御装置を提供することにある。

本発明の第１の観点による懸架装置は、第１回転軸に関して回転可能であるとともに車輪と連結された車輪連結部材を備えており、前記車輪連結部材を前記第１回転軸に関して回転させることで操舵がなされ、前記第１回転軸が、前方且つ上方から後方且つ下方に向かうように傾斜しているとともに、車輪の中心より後方において地面と交差する。なお、本発明の懸架装置には、ストラット方式、ダブルウィッシュボーン方式、リジッドアクスル方式、又は、ターンテーブル方式が採用されていてもよい。

本発明の懸架装置によると、操舵に係る第１回転軸が前方且つ上方から後方且つ下方に向かうように傾斜している。つまり、マイナスキャスターが採用されている。したがって、カーブの際、外側前輪が車体を持ち上げるように機能する。よって、カーブの際の走行安定性を損ないにくい。なお、本発明は、車高の高い車両、例えば、バス、トラック、トレーラ等のカーブ時の安全限界が小さい車両に特に適しているが、これらの用途に特定されない。つまり、本発明は、軽自動車から重ダンプトラックまであらゆる自動車に適用され得る他、各種作業用車両、スノーモービル、水上バイク、ソリ、ラジオコントロールカー、スケートボード、ローラースケート等の懸架装置に適用可能である。また、三輪自動車や鉄道車両にも適用され得る。

また、本発明の第２の観点によるキャンバー制御装置は、第１の観点による懸架装置と、前記車輪連結部材をボールジョイントによって回転可能に上下において支持する上部支持部材及び下部支持部材と、前記第１回転軸とは異なる第２回転軸に関して前記上部支持部材を回転させる回転駆動手段と、前記回転駆動手段による前記上部支持部材の回転を制御することによりキャンバーを制御するコントローラとを備えており、前記第２回転軸が、後方且つ上方から前方且つ下方に向かって斜めに傾斜しているとともに、前記下部支持部材による前記車輪連結部材の支持位置を通っており、前記第１回転軸、前記第２回転軸及び車輪の中心を通る鉛直線の３本の通り線がＹの字型となって、前記下部支持部材側のボールジョイントのボール中心において交差する。

本発明のキャンバー制御装置によると、回転駆動手段によって車輪のキャンバーを変化させることが可能である。コントローラは、走行状態、例えば、直進中であるか否か、旋回中であるか否か、速度等に応じ、車輪のキャンバーを自在に変更することができる。

本発明の一実施形態に係る懸架装置の右側面図である。 図１の懸架装置の正面図である。 図３（ａ）〜図３（ｅ）は、図１の懸架装置を用いて左右前輪のキャンバーをさまざまに変化させた状態の左右前輪の正面図である。 本発明の別の一実施形態に係る懸架装置の斜視図である。 本発明のさらに別の一実施形態に係る懸架装置の一部断面を含む背面図である。 図５の懸架装置の一部断面を含む右側面図である。 本発明のさらに別の一実施形態に係る懸架装置の一部断面を含む右側面図である。 図７の懸架装置の変形例に係る一部断面を含む右側面図である。

本発明の一実施形態に係る懸架装置１００、２００、３００、４００及び５００のそれぞれについて以下、説明する。なお、懸架装置１００〜３００は、アッカーマン・ジャントー機構を備えた自動車等の車両に適用される。懸架装置４００及び５００はターンテーブル方式の懸架装置を備えた運動用具に適用される他、車両等にも適用され得る。

［ストラット方式］
懸架装置１００は、本発明をストラット方式の懸架装置に適用したものであり、自動車等の車両の左右前輪に採用される。懸架装置１００は、図１及び図２に示すように、車輪１と連結されたナックル１１０（車輪連結部材）と、ナックル１１０を上方から支持する上部支持アーム１２０（上部支持部材）と、上部支持アーム１２０を支持するストラット１３０と、ナックル１１０を下方から支持するロアリンク１４０（下部支持部材）とを備えている。ナックル１１０は、車輪１の内側において車輪１と連結されている。ナックル１１０は、ナックルアーム１１１、上突起１１２及び下突起１１３を有している。ナックルアーム１１１は、ナックル１１０の本体から後方に向かって延びている。ナックルアーム１１１の後端部は図示しないタイロッドと連結されている。上突起１１２は、ナックル１１０の本体上部のやや前寄り部分から上方且つ前方に向かって斜めに延びている。下突起１１３は、ナックル１１０の本体下部から下方に向かって延びている。

ロアリンク１４０は、図２に示すように、車両の中央側から車輪１に向かって延びている。ロアリンク１４０の先端部は、ナックル１１０の下突起１１３の下端部を支持している。ロアリンク１４０の先端部とナックル１１０の下突起１１３とはボールジョイント１５２によって、互いに対して複数の回転軸に関して回転可能に接続されている。ボールジョイント１５２のボール中心は車輪１の中心（車軸の中心）の鉛直下方に配置されている。

上部支持アーム１２０は、前部ブロック１２１と、後部ブロック１２２と、前部ブロック１２１及び後部ブロック１２２を互いに前後方向に連結する連結アーム１２３とを含んでいる。前部ブロック１２１は、ナックル１１０の上突起１１２の上端部を支持している。前部ブロック１２１と上突起１１２の上端部とは、ボールジョイント１５１によって、互いに対して複数の回転軸に関して回転可能に接続されている。上部支持アーム１２０の後部ブロック１２２は、ストラット１３０の下部に支持されている。

ナックル１１０は、上記の通り、上突起１１２が上方から上部支持アーム１２０の前部ブロック１２１に回転可能に支持され、下突起１１３が下方からロアリンク１４０の先端部によって回転可能に支持されている。これにより、ナックル１１０全体が、ボールジョイント１５１のボール中心とボールジョイント１５２のボール中心とを通る回転軸Ａ１（第１回転軸）に関して回転可能である。回転軸Ａ１は、図１及び図２に示すように、前方且つ上方から後方且つ下方に向かうように傾斜している。ナックルアーム１１１と連結されたタイロッドを通じてステアリングホイールからの操舵力が伝達されると、ナックル１１０は、回転軸Ａ１に関して回転する。これによって、ナックル１１０と連結した車輪１が回転することにより、車両が操舵される。このように、回転軸Ａ１は、車輪１の操舵に係る回転軸である。図１に示すように、回転軸Ａ１は、車輪１の中心（車軸の中心）より後方において地面と交差する。つまり、回転軸Ａ１は、キャスター角が負の値を取るマイナスキャスターとなるように設定されている。

ストラット１３０は、ショックアブソーバー１３１、スプリング１３２及びショックアブソーバー１３１の下端に固定されたアーム支持部１３３を含んでいる。ストラット１３０の上端部は車体に支持されている。ショックアブソーバー１３１は、外筒１３５及び外筒１３５に挿入されたシリンダ１３６を有している。外筒１３５には、ショックアブソーバー１３１の長さ方向に延びる貫通孔１３５ａが形成されている。シリンダ１３６の表面には、爪状突起１３６ａが形成されており、この爪状突起１３６ａが貫通孔１３５ａを通じて外筒１３５の外部へと突出している。爪状突起１３６ａは、シリンダ１３６のスライド移動に追従して貫通孔１３５ａの延びる方向に沿ってスライド移動する。シリンダ１３６の下端にはアーム支持部１３３が固定されている。アーム支持部１３３は、その下端に、上部支持アーム１２０の後部ブロック１２１を回転可能に支持している。アーム支持部１３３内には油圧モータ１３４（回転駆動手段）が収容されている。油圧モータ１３４の出力軸は後部ブロック１２１と連結されている。これにより、油圧モータ１３４は、後部ブロック１２１を、ストラット１３０の中心軸Ａ２を回転軸（以下、回転軸Ａ２とする。）として、図２の矢印Ｒ１に示すように回転させる。回転軸Ａ２（第２回転軸）は、図１及び図２に示すように、後方且つ上方から前方且つ下方に向かうように傾斜している。回転軸Ａ２は、ボールジョイント１５２のボール中心を通るように設定されている。図１に示すように、回転軸Ａ２は、車輪１の中心（車軸の中心）より前方において地面と交差する。つまり、回転軸Ａ２は、プラスキャスタートレールを取るように設定されている。油圧モータ１３４の駆動はコントローラ１６０によって制御される。なお、油圧モータ１３４の代わりに電動モータが用いられてもよい。

コントローラ１６０の制御に従って油圧モータ１３４が後部ブロック１２１を回転させると、連結アーム１２３によって後部ブロック１２１と連結された後部ブロック１２２も回転軸Ａ２に関して回転する。これによって、ナックル１１０及び車輪１も回転軸Ａ２に関して回転する。このように、懸架装置１００は、回転軸Ａ２に関する回転方向について車輪１の向きを変えることが可能である。つまり、懸架装置１００は、車輪１のキャンバー角を変化させることが可能である。コントローラ１６０は、図３（ａ）〜図３（ｅ）に示す５通りの状態を選択的に左右前輪に取らせる。例えば、コントローラ１６０は、車両の速度変化に応じた所望のグリップ力を確保するため、車両の速度の測定結果に基づいて、低速時には左右前輪を図３（ａ）、図３（ｂ）又は図３（ｄ）に示す状態とし、高速時には左右前輪を図３（ｃ）の状態とする。また、例えば、コントローラ１６０は、直進時に左右前輪を図３（ｅ）の状態とする。これにより、タイヤの偏摩耗が抑制される。懸架装置１００及び懸架装置１００を制御するコントローラ１６０の両方を組み合わせた構成は、本発明のキャンバー制御装置の構成に対応する。なお、ショックアブソーバー１３１に設けられた爪状突起１３６ａは、シリンダ１３６が軸Ａ２に関して回転しようとすると、貫通孔１３５ａの開口縁に引っかかる。これにより、シリンダ１３６は、軸Ａ２に関する回転移動が規制されている。したがって、例えば操舵時に、軸Ａ２に関するシリンダ１３６の回転によって車輪１のキャンバーが勝手に変動することが防止される。

以上の構成を有する懸架装置１００は、回転軸Ａ１がマイナスキャスターを取ることにより、カーブの際の外側前輪が車両を持ち上げるように機能する。これは、プラスキャスターにおいてカーブの際の内側前輪が車両を持ち上げる機能とは逆である。これにより、懸架装置１００は、カーブの遠心力に対抗する姿勢を車両に取らせることができるため、カーブの走行安定性が向上する。また、回転軸Ａ２がプラスキャスタートレールを取るので、自然直進性も備えている。懸架装置１００において、回転軸Ａ１及びＡ２、並びに、車輪１の中心から鉛直下方へと地面まで延びる線分は、全体としてＹ字型を呈すると共に、これら３本の通り線がボールジョイント１５２のボール中心において交差する。これらの軸がこのようなＹ字型を呈するように配置されていることが懸架装置１００の構成上の大きな特徴である。なお、懸架装置１００は、軽自動車から重ダンプトラックまであらゆる自動車に適用され得る他、航空機の操舵輪にも適用され得る。

［ダブルウィッシュボーン方式］
懸架装置２００は、本発明をダブルウィッシュボーン方式の懸架装置に適用したものであり、自動車等の車両の左右前輪に採用される。懸架装置２００は、図４に示すように、車輪１と連結されたナックル２１０（車輪連結部材）と、ナックル２１０を上下から支持する上部支持アーム２５１（上部支持部材）及びロアリンク２４０（下部支持部材）と、上部支持アーム２５１が支持軸２３１によって接続されたアッパーリンク２３０と、上部支持アーム２５１を駆動する油圧モータ２５２（回転駆動手段）とを備えている。ナックル２１０は、上方且つ前方に向かって延びた上突起２１２の上端部が、ボールジョイント２５３によって上部支持アーム２５１の前端部と接続されている。これにより、上突起２１２の上端部が上部支持アーム２５１の前端部に対して複数の回転軸に関して回転可能である。ナックル２１０は、下方に向かって延びた下突起２１３の下端部が、ボールジョイント２５４によってロアリンク２４０と接続されている。これにより、下突起２１３の下端部がロアリンク２４０に対して複数の回転軸に関して回転可能である。ボールジョイント２５４のボール中心は車輪１の中心（車軸の中心）の鉛直下方に配置されている。

ナックル２１０から後方に延びたナックルアーム２１１は図示しないタイロッドと連結されている。ナックルアーム２１１と連結されたタイロッドを通じてステアリングホイールからの操舵力が伝達されると、ナックル２１０は、ボールジョイント２５３及び２５４のボール中心を通る回転軸Ａ４（第１回転軸）に関して回転する。これによって、ナックル２１０と連結した車輪１が回転することにより、車両が操舵される。回転軸Ａ４は、車輪１の中心（車軸の中心）より後方において地面と交差する。つまり、回転軸Ａ４はマイナスキャスターとなるように設定されている。これにより、懸架装置２００を備えた車両は、懸架装置１００と同様、カーブの走行安定性が向上する。

上部支持アーム２５１は、支持軸２３１を回転軸としてアッパーリンク２３０に対して回転可能である。支持軸２３１は、ボールジョイント２５４のボール中心を通る軸Ａ３（第２回転軸）に沿っている。油圧モータ２５２は、アッパーリンク２３０から後方に突出したモータ支持体２３０ａによって支持されている。油圧モータ２５２の出力軸は上部支持アーム２５１の後端部と接続されている。油圧モータ２５２は、回転軸Ａ３に関して、図４の矢印Ｒ２に示すように上部支持アーム２５１を回転させる。これにより、懸架装置２００は、車輪１のキャンバー角を変化させることが可能である。このキャンバー角の変化は、図示しないコントローラによって、懸架装置１００と同様に制御される。回転軸Ａ３及びＡ４、並びに、車輪１の中心から鉛直下方へと地面まで延びる線分が、全体としてＹ字型を呈すると共に、これら３本の通り線がボールジョイント２５４のボール中心において交差する。これらの軸がこのようなＹ字型を呈するように配置されていることが懸架装置２００の構成上の大きな特徴である。なお、懸架装置２００は、軽自動車から重ダンプトラックまであらゆる自動車に適用され得る他、ラジオコントロールカーにも適用され得る。

［リジッドアクスル方式］
懸架装置３００は、本発明をリジッドアクスル方式の懸架装置に適用したものであり、自動車等の車両の左右前輪に採用される。懸架装置３００は、図５及び図６に示すように、スピンドル３１１を支持したナックル支持部３１０と、ナックル支持部３１０に支持されたナックル３１２（車輪連結部材）と、キングピン３２０及びボールジョイント３４１を介してナックル３１２と接続されたアクスル３３０とを備えている。スピンドル３１１に車輪が回転可能に支持されることにより、ナックル支持部３１０及びナックル３１２と車輪とが連結される。キングピン３２０は、アクスル３３０の先端部３３１に固定されており、その上端部から斜め上方に向かって延びている。ナックル３１２には、キングピン３２０が挿入される挿入孔３１２ａと、先端部３３１が挿入される挿入孔３１２ｂとが形成されている。ナックル３１２の下部には、ボール中心が車輪の中心（車軸の中心）の鉛直下方に配置されるようにボールジョイント３４１が挿入される挿入孔３１２ｃが形成されている。ナックル３１２と先端部３３１とは、挿入孔３１２ａに挿入されたキングピン３２０及び挿入孔３１２ｃに挿入されたボールジョイント３４１によって互いに接続されている。これにより、ナックル３１２と先端部３３１とは、互いに対して回転軸Ａ５（第１回転軸）に関して回転可能である。回転軸Ａ５は、キングピン３２０の中心軸に沿っているとともにボールジョイント３４１のボール中心を通る。回転軸Ａ５は、図６に示すように前方且つ上方から後方且つ下方に向かうように傾斜している。回転軸Ａ５は、車輪の中心（スピンドル３１１の中心）より後方において地面と交差する。つまり、回転軸Ａ５はマイナスキャスターとなるように設定されている。これにより、懸架装置３００を備えた車両は、懸架装置１００と同様、カーブの走行安定性が向上する。また、ボールジョイント３４１のボール中心とスタッドの中心軸とを通る軸Ａ８は、後方且つ上方から前方且つ下方に向かうように傾斜している。回転軸Ａ８は、車輪の中心（スピンドル３１１の中心）より前方において地面と交差する。つまり、回転軸Ａ８は、プラスキャスタートレールを取るように設定されている。

［ターンテーブル方式］
懸架装置４００は、本発明をターンテーブル方式の懸架装置に適用したものであり、スケートボードやローラースケート等の運動用具の左右前輪に採用される。懸架装置４００は、図７に示すように、スピンドル４１１を支持した車輪支持部４１０（車輪連結部）と、車輪支持部４１０をピン４２０及びボール状支持部４４１を介して支持したベースプレート４３０とを備えている。スピンドル４１１は、車輪支持部４１０から左右方向に延びており、車輪（前輪）を回転可能に支持している。ベースプレート４３０の前端部４３１は、ベースプレート４３０の本体の前端から前方に向かって斜め上方に延びている。前端部４３１の上部にはピン４２０が挿入される挿入凹部４３１ａが形成されている。また、前端部４３１の下部にはボール状支持部４４１の受け部４３１ｂが形成されている。ベースプレート４３０は、架台４４０によって上方の足置きプレートに支持されている。車輪支持部４１０にはピン４２０が挿入される挿入孔４１０ａが形成されている。車輪支持部４１０の前部には、ベースプレート４３０の前方の領域を通って下方に延びたアーム４１２が設けられている。アーム４１２の下端部には後方に突出した突起部４１２ａが形成されている。突起部４１２ａは、前方から受け部４３１ｂに挿入されつつ、その先端においてボール状支持部４４１を、その中心がスピンドル４１１の鉛直下方に配置されるように受け部４３１ｂ内で支持している。これにより、車輪支持部４１０と前端部４３１とは、互いに対して回転軸Ａ６に関して回転可能である。回転軸Ａ６は、ピン４２０の中心軸に沿っているとともにボール状支持部４４１の中心を通る。回転軸Ａ６は、前方且つ上方から後方且つ下方に向かうように傾斜している。回転軸Ａ６は、車輪の中心（スピンドル４１１の中心）より後方において地面と交差する。つまり、回転軸Ａ６はマイナスキャスターとなるように設定されている。これにより、懸架装置４００を備えた運動用具は、懸架装置１００と同様、カーブの走行安定性が向上する。

懸架装置４００と同様に本発明がターンテーブル方式に適用された懸架装置として、図８に示す懸架装置５００が用いられてもよい。懸架装置５００は、スピンドル５１５を支持した車輪支持部５１０（車輪連結部）と、車輪支持部５１０をピン５２０及びボール状支持部５４１を介して支持したベースプレート５３０とを備えている。車輪支持部５１０は、前方且つ下方に向かって突出したアーム部５１１及び５１２を有している。ベースプレート５３０は、その前端部から後方且つ上方に向かって突出したアーム部５３１及び５３２を有している。アーム部５１１及び５１２と、アーム部５３１及び５３２とは、互い違いに組み合わされているとともに、これらの全体にピン５２０が挿し通されている。また、車輪支持部５１０は、その下端部から前方且つ下方に向かって延びたアーム５１３を有している。ベースプレート５３０には受け部５３０ａが形成されている。この受け部５３０ａ内において、アーム５１３の先端がボール状支持部５４１を、その中心がスピンドル５１５の中心に配置されるように支持している。これにより、車輪支持部５１０は、ベースプレート５３０に対して回転軸Ａ７（第１回転軸）に関して回転可能である。回転軸Ａ７は、ピン５２０の中心軸に沿っているとともにボール状支持部５４１の中心を通る。回転軸Ａ７は、前方且つ上方から後方且つ下方に向かうように傾斜している。回転軸Ａ７は、車輪の中心（スピンドル５１５の中心）より後方において地面と交差する。つまり、回転軸Ａ７はマイナスキャスターとなるように設定されている。これにより、懸架装置５００を備えた運動用具は、懸架装置４００と同様、カーブの走行安定性が向上する。ターンテーブル方式が採用された懸架装置４００及び５００は、運動用具の他、三輪自動車や鉄道車両、スノーモービル、水上バイク、ソリ、ラジオコントロールカーにも適用可能である。

１ 車輪、１１０・２１０・３１２ ナックル、１２０ 上部支持アーム、１３０ ストラット、１３４ 油圧モータ、１４０ ロアリンク、１５１〜１５２・２５３〜２５４・３４１ ボールジョイント、１６０ コントローラ、１００〜５００ 懸架装置、２４０ ロアリンク、２５１ 上部支持アーム、２５２ 油圧モータ、４１０〜５１０ 車輪支持部、Ａ１〜Ａ７ 回転軸

Claims (3)

1. 第１回転軸に関して回転可能であるとともに車輪と連結された車輪連結部材を備えており、
   前記車輪連結部材を前記第１回転軸に関して回転させることで操舵がなされ、
   前記第１回転軸が、前方且つ上方から後方且つ下方に向かうように傾斜しているとともに、車輪の中心より後方において地面と交差することを特徴とする懸架装置。
2. ストラット方式、ダブルウィッシュボーン方式、リジッドアクスル方式、又は、ターンテーブル方式が採用されていることを特徴とする請求項１に記載の懸架装置。
3. 請求項１又は２に記載の懸架装置と、
   前記車輪連結部材をボールジョイントによって回転可能に上下において支持する上部支持部材及び下部支持部材と、
   前記第１回転軸とは異なる第２回転軸に関して前記上部支持部材を回転させる回転駆動手段と、
   前記回転駆動手段による前記上部支持部材の回転を制御することによりキャンバーを制御するコントローラとを備えており、
   前記第２回転軸が、後方且つ上方から前方且つ下方に向かって斜めに傾斜しているとともに、前記下部支持部材による前記車輪連結部材の支持位置を通っており、
   前記第１回転軸、前記第２回転軸及び車輪の中心を通る鉛直線の３本の通り線がＹの字型となって、前記下部支持部材側のボールジョイントのボール中心において交差することを特徴とするキャンバー制御装置。

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