JP4021423B2 - 車両ホイール懸架装置 - Google Patents

Description

本発明は車両ホイールに内蔵される懸架装置に関する。

一般の車両ホイール懸架装置について、特許文献１の図２６に示す駆動輪の場合を例にとって説明すると、車両の回転駆動系にはユニバーサルジョイント等で出力シャフトが連結され、この出力シャフトの先端にホイールのディスクが固定されている。そして、この出力シャフトを回転可能に支持する軸受部材が、ホイールより車両側に配置されたサスペンション要素とサスペンションアームを介して支持されている。
上記構成では、サスペンション要素とサスペンションアームを配置するスペースを必要とし、車両設計の自由度を制限したり、車両幅の増大，車室の狭小を招いていた。

そこで、本出願人は、特許文献１の図１，図２に示す懸架装置を開発した。詳述すると、この懸架装置は複数例えば１２個の短いサスペンション要素を備えている。ホイールのディスクとリムとが独立した部品からなり、ディスクは回転駆動系に連結され、その周縁に短い支持筒部を有している。この支持筒部の外周とリムの内周との間に、上記サスペンション要素が周方向に等間隔をなして配置されている。

上記構成によれば、ディスクの回転は、１２個のサスペンション要素を介してリムおよびリムに装着されたタイヤに伝達される。また、路面凹凸によりタイヤが衝撃を受けた時には、これらサスペンション要素のうち特に起立状態にあるサスペンション要素の流体ダンパが働いて衝撃を吸収する。サスペンション要素はリムの径方向内側に配置されているので、サスペンション要素のための配置スペースを省くことができる。
特開平２００２−３７０５０３号公報（図１，図２，図２６）

上記公報の図１，図２の懸架装置では、車両重量によりディスクの中心はリムの中心より若干量下方に変位することを余儀なくされる。そのため、路面に凹凸が無くても、サスペンション要素の流体ダンパは車両走行中に車輪が１回転する度に収縮を繰り返すことになり、エネルギーロスが生じるばかりか、流体ダンパの短寿命化ををもたらすことになる。また、リムとディスクの支持筒部と間のサスペンション要素のストロークを長くできない欠点もあった。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その要旨は、
（イ）車体側に設けられホイールのリムの径方向内側まで延びる第１支持部材と、
（ロ）上記リムの径方向内側において上記ホイールにホイールの中心軸線を中心にして回転可能に連結された第２支持部材と、
（ハ）上記リムの径方向内側において上記第１支持部材と第２支持部材との間に起立状態で配置され、上下方向の振動や衝撃を吸収するサスペンション要素と、
を備えたことを特徴とする車両ホイール懸架装置にある。

上記構成によれば、サスペンション要素がホイールに内蔵されているため、ホイールの外のサスペンション要素の配置スペースを省略できる。また、常時起立状態にあるサスペンション要素により、路面の凹凸に起因する上下方向の振動や衝撃を吸収することができる。このサスペンション要素は車両ホイールの回転に伴う収縮がないので、エネルギーロスが小さくまたサスペンション機構の寿命を長くすることができる。さらにこのサスペンション要素はストロークを長くすることも可能である。

好ましくは、さらに、車体側に支持されて上記ホイールのリムの径方向内側に配置された回転部材と、上記リムの内周と上記回転部材の外周との間において周方向に等間隔をなして配置された複数のバネ要素を有するバネ機構と、を備える。これによれば、バネ機構により、上下方向，前後方向（車両の前後方向ないしは車両走行方向に沿う前後の方向、以下同じ）の衝撃の吸収，緩和を行なうことができる。

好ましくは、上記バネ機構が、上記リムの内周側に周方向に等間隔をなして複数設けられた第１バネ受部と、上記回転部材の外周側に周方向に等間隔をなして複数設けられた第２バネ受部と、第１，第２バネ受部間に配置された上記バネ要素としての圧縮コイルバネとを有する。これにより、簡単かつ安価なバネ機構を提供することができる。

好ましくは、上記圧縮コイルバネが５対で合計１０個装備され、各対の圧縮コイルバネが、上記リムの中心線を中心とする正５角形の辺にそれぞれ配置されている。これによれば、車両走行時のホイール回転に伴う圧縮コイルバネの車両への荷重変動を大幅に抑制することができる。また、圧縮コイルバネの数を荷重変動の抑制を担保しつつ最小限にして、回転部材と車両ホイール間の許容される相対変位量を比較的大きくすることができる。

ホイールが駆動輪である場合には、上記回転部材が車両の回転駆動系に連結されて回転駆動され、上記バネ機構が上記回転部材の回転を上記ホイールに伝達する。これによれば、上下方向，前後方向の衝撃，振動を吸収，緩和しつつ、駆動トルクをホイールに伝達することができる。

好ましくは、上記第１支持部材が上記ホイールの中心軸線方向に延びて上記回転部材を貫通するシャフトと、このシャフトの先端部に設けられた第１ブラケットとを含み、上記第２支持部材が上記ホイールのディスクにホイールの中心軸線を中心にして回転可能に連結された第２ブラケットを含み、これら第１，第２ブラケットはホイールの中心部を挟んで互いに上下方向に対峙する受部を有し、上記サスペンション要素は、これら受部間に連結されるとともに、上記回転部材と上記ディスクとの間に配置されている。これにより、サスペンション要素をリムの内部空間に効率良く収容することができるとともに、回転部材とディスクとで保護することができる。

好ましくは、さらに、上記リムの径方向内側において、上記第１支持部材または回転部材のいずれか一方と上記ホイールまたは第２支持部材のいずれか一方との間に配置された横力支持機構を備え、この横力支持機構は、上記ホイールが車体に対してホイールの中心軸線と直交する面上を相対変位するのを許容し当該中心軸線方向の相対変位を禁じる。これによれば、ホイールの回転を安定して行なうことができる。

本発明によれば、サスペンション要素の配置スペースを省略できる。また、このサスペンション要素はホイールの回転に伴う収縮がないので、エネルギーロスが小さくまたサスペンション要素の寿命を長くすることができる。さらにこのサスペンション要素のストロークを長くすることが可能である。

以下、本発明の一実施形態をなす軽量電気自動車の車両ホイール懸架装置について、図面を参照しながら説明する。図１に示すように、ホイール１０のための懸架装置は、回転部材２０と、バネ機構３０と、横力支持機構４０（スラスト荷重支持機構）と、第１支持部材５０と、第２支持部材６０と、サスペンション要素７０とを備えている。

図１，図３に示すように、ホイール１０は、タイヤ（図示しない）を外周に装着するリム１１と、このリム１１の軸方向外側（車両の反対側）の縁に固定されたディスク１２とを有している。ディスク１２は中央に作業穴１２ａおよびその周囲に飾り穴１２ｂを有している。この作業穴１２ａの周縁には軸方向内側（車両側）に突出する短い支持筒部１２ｃが形成されている。

図２に示すように、上記回転部材２０は、環状をなして上記リム１１の径方向内側に配置されており、中央に穴２１ａを有するディスク部２１と、このディスク部２１の外周縁から軸方向内側に突出する短い支持筒部２２と、ディスク部２１から軸方向外側に突出する短い支持筒部２３とを有している。なお、支持筒部２３は支持筒部２２より小径をなしている。ディスク部２１は、ねじ２５により、電気モータを駆動源とする車両の回転駆動系の末端部材（図示しない）に固定されており、モータの回転に伴って回転するようになっている。

上記ホイール１０のリム１１の内周と回転部材２０の外周との間に、上記バネ機構３０と、横力支持機構４０が収容されている。バネ機構３０はリム１１において最も車両寄りに配置されており、横力支持機構４０はバネ機構３０の隣に配置されている。

図１，図２に示すように、バネ機構３０は、外側バネ受リング３１と、内側バネ受リング３２と、同一規格の１０個（複数個）の圧縮コイルバネ３５（バネ要素）とを有している。外側バネ受リング３１は、リム１１の内周面に固定され、径方向，内方向に突出する５つ（複数）のバネ受部３１ａ（第１バネ受部）を有している。これらバネ受部３１ａは周方向に等間隔で配置されている。バネ受部３１ａの周方向の両面には、座金３３が固定されている。また、内側バネ受リング３２は、回転部材２０の支持筒部２２の外周面に固定され、径方向，外方向に突出する５つ（複数）のバネ受部３２ａ（第２バネ受部）を有している。これらバネ受部３２ａも周方向に等間隔で配置されている。バネ受部３２ａの周方向の両面には、座金３４が固定されている。上記圧縮コイルバネ３５は、上記リム１１側のバネ受部３１ａの座金３３と、回転部材２０側のバネ受部３２ａの座金３４との間に介在されている。

上記コイルバネ３５の配置について詳述する。リム１１側の５つのバネ受部３１ａは、リム１１の中心線を中心とする正５角形（図２において符号３９で示す）の角部に配置されており、周方向に隣合う２つのバネ受部３１ａ間に内側バネ受リング３２側の１つのバネ受部３２ａが配置されており、これらバネ受部３１ａ，３２ａ間に介在された２本のコイルバネ３５が一直線上に配置されて対をなしている。各対のコイルバネ３５は、上記正５角形３９の各辺上に配置されることになる。

横力支持機構４０は、単列５つのボール４３（複列も可能）を備えており、リム１１と回転部材２０とを軸方向相対変位不能で、径方向，周方向に相対変位可能に連結しており、これにより、ホイール１０は、車体に対して、ホイール１０の中心軸線と直交する垂直面上を相対変位するのを許容され、当該中心軸線方向の相対変位を禁じられている。ホイール１０からの横力は回転部材２０で受け止めることができる。

図１，図３に示すように、上記第１支持部材５０は、車体側から延出されたシャフト５１と、ブラケット５２（第１ブラケット）とからなる。このシャフト５１は、ホイール１０の中心軸線に沿って回転部材２０を通り、その先端がリム１１の幅方向のほぼ中央に位置している。ブラケット５２は、その下端部がシャフト５１の先端にねじ５５により回動不能に固定され、上方に延びている。ブラケット５２の幅広の上端部には軸方向外側（車両の反対側）に突出する円弧形状のボス部５２ａ（受部）が形成されている。

他方、第２支持部材６０は１つのブラケット（第２ブラケット）として構成され、リング形状をなし、その内周とホイール１０のディスク１２の支持筒部１２ｃ外周との間には、ラジアルベアリング８０（回転支持手段）が介在しており、これにより第２支持部材６０はホイール１０に、ホイール１０の中心軸線を中心にして回転可能に連結されている。第２支持部材６０の下側には左右に離れた一対の脚部６１が形成されている。この脚部６１の下端には、軸方向内側（車両側）に突出するボス部６１ａ（受部）が形成されている。

図１，図３に示すように、上記第１支持部材５０と第２支持部材６０との間には、２本の起立状態のサスペンション要素７０が上方に向かって互いの距離を狭めるように傾斜して連結されている。すなわち、２本のサスペンション要素７０は、垂直線に対して前後異なる方向に傾斜している。より詳しくは、前方のサスペンション要素７０は、垂直線に対して後方に傾斜しており、後方のサスペンション要素７０は前方に傾斜している。サスペンション要素７０は、流体ダンパ７１（ダンパ，ショックアブソーバ）と、復帰バネとしての圧縮コイルバネ７６とからなる。流体ダンパ７１は、オイル等の流体を収容したシリンダ７２と、シリンダ７２内に軸方向移動可能に収容されオリフィスを有するピストン（図示しない）と、基端がピストンに固定され先端がシリンダ７２から突出して上方に延びるロッド７３とを有している。シリンダ７２の下端がラバーブッシュ７４等を介して第２支持部材６０の脚部６１のボス部６１ａに回動可能に連結されており、ロッド７３の先端がラバーブッシュ７５等を介して第１支持部材５０のボス部５２ａの左右両端部に回動可能に連結されている。

上記ラバーブッシュ７５の下面には、筒形状のバネ受部材７７が固定されている。なお、バネ受部材７７はシリンダ７２の上端部を被っているが、両者は軸方向に相対変位可能である。また、シリンダ７２の下部外周にも環状のバネ受部材７８が固定されている。そして両バネ受部材７７，７８間に圧縮コイルバネ７６が介在されている。

懸架装置は、第１支持部材５０のシャフト５１を除いてホイール１０に予め組み込まれる。そして、ホイール１０と内蔵された懸架装置からなるホイール組立体は、最終的に第１支持部材５０のブラケット５２をシャフト５１の先端部にねじ５５で固定することにより、車体に装着されるようになっている。

上記車両ホイール組立体では、サスペンション要素７０およびこれに付属するバネ機構３０，横力支持機構４０をリム１１の径方向内側に内蔵しており、外部にサスペンション要素７０のためのスペースを必要としない。

次に、上記構成をなす懸架装置の作用について説明する。車両の重量は第１支持部材５０，サスペンション要素７０の圧縮コイルバネ７６，第２支持部材６０、ラジアルベアリング８０，ディスク１２を介して、ホイール１０のリム１１に装着されたタイヤで支持される。

車両走行の際には、車両のモータからの回転トルクが、車両内の回転駆動系を経て回転部材２２に伝達される。そして、回転部材２２の回転が圧縮コイルバネ３５を経てホイール１０に伝達される。第１支持部材５０，第２支持部材６０、サスペンション要素７０は回転せず、サスペンション要素７０の起立姿勢は変わらない。ホイール１０と第２支持部材６０との間のラジアルベアリング８０により、ホイール１０の回転を許容する。

車両が凹凸のある路面を走行する際には、タイヤを介してホイール１０に上下方向，前後の衝撃荷重が加わる。この際、横力支持機構４０は、シャフト５１，回転部材２０に対するホイール１０の上下方向，前後方向の相対変位を許容する。上下方向の衝撃荷重はラジアルベアリング８０，第２支持部材６０を介してサスペンション要素７０の圧縮コイルバネ７６及び流体ダンパ７２で吸収され、第１支持部材５０を経て車体に伝達される衝撃，振動を大幅に緩和することができる。また、サスペンション要素７０は前後方向に傾斜しているので、前後方向の衝撃，振動も吸収し緩和することができる。

また、回転部材２０とホイール１０との間にはバネ機構３０が介在されており、バネ機構３０の１０個のコイルバネ３５の軸がそれぞれ上下方向，前後方向，傾斜方向に配置されているので、ホイール１０から回転部材２０への上下方向、前後方向の衝撃、振動も吸収，緩和することができる。

本実施形態の車両ホイール懸架装置では、サスペンション要素７０はバネ機構３０から独立しており、その圧縮コイルバネ７６及び流体ダンパ７１はほぼ起立状態で配置され、その姿勢を維持しながらタイヤからの衝撃荷重だけを吸収するようになっている。圧縮コイルバネ７６及びダンパ７１は先行技術のようにホイール１１の回転に伴って伸縮を繰り返すことがないので、その寿命を延ばすことができる。

ところで、車両重量に起因して、ホイール１０の中心線に対して回転部材２０の回転中心は若干量下に位置する。そのため車両走行中、たとえ路面が平らであっても、ホイール１０の回転に伴ってバネ機構３０のバネ受部３１ａとバネ受部３２ａの相対的位置が変化し、コイルバネ３５が伸縮を繰り返す。その結果、コイルバネ３５は車両に対して垂直方向の変動荷重を与えることになる。しかし、本実施形態では、対をなすコイルバネ３５が正５角形の辺上に配置されているため、図４（Ｃ）に示すように荷重変動が極めて小さい。これに比べて、図４（Ａ）に示すようにコイルバネ３５が合計６個用いられ対をなすコイルバネ３５が正３角形の各辺に位置する場合、図４（Ｂ）に示すようにコイルバネ３５が合計８個用いられ対をなすコイルバネ３５が正方形の各辺に位置する場合、図４（Ｄ）に示すようにコイルバネ３５が合計１２個用いられ対をなすコイルバネ３５が正６角形の各辺に位置する場合には、大きな荷重変動が生じてしまう。なお、コイルバネ３５が合計１４個用いられ対をなすコイルバネ３５が正７角形の各辺に位置する場合や、図４（Ｅ）に示すようにコイルバネ３５が合計１６個用いられ対をなすコイルバネ３５が正８角形の各辺に位置する場合には、荷重変動が抑制されるが、本実施形態より多くのコイルバネ３５を必要とし、回転部材２０とリム１１との間の相対変位の許容量が小さくなる。

本発明は上記実施形態に制約されず、種々の態様が可能である。例えば、バネ機構は２組例えば横力支持機構の両側に配置してもよい。この場合には、両バネ機構のバネ受部を周方向にずらすことにより、たとえコイルバネが４対，６対であっても荷重変動を抑えることができる。
バネ機構の対をなすコイルバネは、一直線に配置しなくてもよい。

上記実施形態は、ホイール１０が軽量電気自動車における駆動輪の場合の実施形態であるが、通常のエンジン自動車の駆動輪にも適用できる。又、本発明はホイールが従動輪の場合にも適用できる。この場合、回転部材２０は、シャフト５１にベアリングを介して回転可能に支持される（車両側に支持される）。また、回転部材２０は、ブレーキ機構を内蔵したブレーキドラムであってもよい。この場合、ブレーキが非作動の時にはブレーキドラムはシャフト５１に回転可能に支持され、ブレーキ作動時にはシャフト５１に固定される。

上記実施形態では、２本のサスペンション要素を用いたが、垂直をなす１本のサスペンション要素を用いてもよい。

横力支持機構は、ホイールの車体に対する上下方向，前後方向の移動を許容し，ホイールの軸方向移動を禁じるものであれば、どのような構造，配置であってもよい。例えば、リムと第１支持部材との間に設けてもよいし、第１支持部材と第２支持部材との間に設けてもよい。第１，第２支持部材間に設ける場合には、横力支持機構は、リンク機構にすることができる。例えば、このリンク機構は、第１，第２リンクと、第１リンクを第１支持部材に連結するアンギュラーベアリングと、第２リンクを第２支持部材に連結するアンギュラーベアリングと、第１，第２リンクを連結するアンギュラーベアリングとを有する。なお、これらアンギュラーベアリングの代わりにラバーブッシュを用いることもできる。

本発明の一実施形態に係わる車両ホイール懸架装置の縦断面図である。 同懸架措置を図１においてII方向、すなわち軸方向内側から見た図である。 同懸架装置を図１においてIII方向、すなわち軸方向外側から見た図である。 同懸架装置においてバネ機構のコイルバネによる垂直方向の変動荷重を示すグラフであり、（Ａ）〜（Ｅ）はそれぞれ異なる数のコイルバネを用いた場合について示す。

符号の説明

１０ ホイール
１１ リム
１２ ディスク
２０ 回転部材
３０ バネ機構
３１ａ，３２ａ バネ受部
３５ 圧縮コイルバネ（バネ要素）
４０ 横力支持機構
５０ 第１支持部材
５１ シャフト
５２ 第１ブラケット
６０ 第２支持部材（第２ブラケット）
７０ サスペンション要素
７１ 流体ダンパ（ダンパ，ショックアブソーバ）
７６ 圧縮コイルバネ（復帰バネ）

Claims (6)

1. （イ）車体側に設けられホイールのリムの径方向内側まで延びる第１支持部材と、
   （ロ）上記リムの径方向内側において上記ホイールにホイールの中心軸線を中心にして回転可能に連結された第２支持部材と、
   （ハ）上記リムの径方向内側において上記第１支持部材と第２支持部材との間に起立状態で配置され、上下方向の振動や衝撃を吸収するサスペンション要素と、
   （ニ）車体側に支持されて上記ホイールのリムの径方向内側に配置された回転部材と、
   （ホ）上記リムの内周と上記回転部材の外周との間において周方向に間隔をおいて配置された複数のバネ要素を有するバネ機構とを備え、
   （へ）上記ホイールを上記第１支持部材および上記回転部材に対して上下方向、前後方向に変位可能にしたことを特徴とする車両ホイール懸架装置。
2. 上記バネ機構が、上記リムの内周側に周方向に等間隔をなして複数設けられた第１バネ受部と、上記回転部材の外周側に周方向に等間隔をなして複数設けられた第２バネ受部と、第１，第２バネ受部間に配置された上記バネ要素としての圧縮コイルバネとを有することを特徴とする請求項１に記載の車両ホイール懸架装置。
3. 上記圧縮コイルバネが５対で合計１０個装備され、各対の圧縮コイルバネが、上記リムの中心線を中心とする正５角形の辺にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項２に記載の車両ホイール懸架装置。
4. 上記回転部材が車両の回転駆動系に連結されて回転駆動され、上記バネ機構が上記回転部材の回転を上記ホイールに伝達することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の車両ホイール懸架装置。
5. 上記第１支持部材が上記ホイールの中心軸線方向に延びて上記回転部材を貫通するシャフトと、このシャフトの先端部に設けられた第１ブラケットとを含み、上記第２支持部材が上記ホイールのディスクにホイールの中心軸線を中心として回転可能に連結された第２ブラケットを含み、これら第１，第２ブラケットはホイールの中心部を挟んで互いに上下方向に対峙する受部を有し、上記サスペンション要素は、これら受部間に連結されるとともに、上記回転部材と上記ディスクとの間に配置されていることを特徴とする請求項１〜４に記載の懸架装置。
6. さらに、上記リムの径方向内側において、上記第１支持部材または回転部材のいずれか一方と上記ホイールまたは第２支持部材のいずれか一方との間に配置された横力支持機構を備え、この横力支持機構は、上記ホイールが車体に対してホイールの中心軸線と直交する面上を相対変位するのを許容し当該中心軸線方向の相対変位を禁じることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の車両ホイール懸架装置。

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