JP4138977B2

JP4138977B2 - 二輪車の前輪懸架装置

Info

Publication number: JP4138977B2
Application number: JP34609798A
Authority: JP
Inventors: 俊之岩井; 貴紀秋鹿; 真二伊藤
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1998-12-04
Filing date: 1998-12-04
Publication date: 2008-08-27
Anticipated expiration: 2018-12-04
Also published as: US6336647B1; JP2000168666A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は懸架ばねの設計を容易にすることのできる前輪懸架装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
二輪車（特に自動二輪車）のフロントサスペンションは、現在テレスコピック式サスペンション又はボトムリンク式サスペンションが主流となっている。
テレスコピック式サスペンションは、文字通り望遠鏡のように伸縮する構造のものであり、キャスター角（鉛直線とフロントフォークとのなす角）の比較的小さいものに適している。
【０００３】
一方、いわゆるアメリカンバイクと称するキャスター角の大きな自動二輪車では、フロントフォークが寝ているためテレスコピック式サスペンションで前輪の上下移動量を吸収するには角度的に無理がある。ボトムリンク式サスペンションはキャスター角の影響を受けにくいので、キャスター角の大きな自動二輪車にはボトムリンク式サスペンションが適していると言える。
【０００４】
ボトムリンク式サスペンションに関する技術として、例えば実公昭６０−１５７４４号「二輪車の前車輪懸架装置」が提案されており、この懸架装置は同公報の第１図及び第２図に示されるとおり、平行リンク（符号３，８，６，Ｆからなる。）及び油圧ダンパ（図示せず）並びに懸架コイルばね（１４）で前輪（Ｗ）を懸架するというものである。なお、前記第１図は前輪（Ｗ）の車軸（５）が懸架装置より前にあるためリーディング式サスペンション、前記第２図は前輪（Ｗ）の車軸（５）が懸架装置より後にあるためトレーリング式サスペンションと呼ばれている。
【０００５】
上記第１図において、前輪にブレーキを掛けると車体フレームに対して相対的に前輪（Ｗ）が上昇し、又ジャンプすると相対的に前輪（Ｗ）は下降する。この様に懸架ストロークは大きなものとなる。図ではリーディングアーム（３）とリンク（８）とのなす角はほぼ９０°であり、前輪（Ｗ）が相対的に下降すると角度（図左側の角度。以下同様。）は９０°以上に拡大し、前輪（Ｗ）が相対的に上昇すると角度は９０°より小さくなる。上記第２図も同様にリーディングアーム（３）とリンク（８）とのなす角はほぼ９０°であり、この角度は９０°を挟んで増減すると考えられる。この変化を次図で再度説明する。
【０００６】
図７は従来の代表的なボトムリンク式サスペンションの原理図であり、前記公報の第２図を略図にしたものである。ただし、符号は新規に振り直した。また、トレーリングアームは前輪支持アームと言い直す。
フロントフォーク１０１の下端に第１ピン１０２を介して前輪支持アーム１０３の一端をスイング可能に取付け、この前輪支持アーム１０３の先端に前輪１０４の車軸１０５を取付け、前輪支持アーム１０３の途中に第２ピン１０６を介してプッシュロッド１０７の下端を止め、このプッシュロッド１０７を立て、一方、フロントフォーク１０１の上部から第３ピン１０８を介してアッパリンク１０９を延ばし、このアッパリンク１０９の途中に第４ピン１１０を介して前記プッシュロッド１０７の上端を連結し、アッパリンク１０９の先端を懸架ばね１１１の下端に連結することにより、前輪１０４を平行リンク構造で懸架したものである。
【０００７】
前記第１ピン１０２と第２ピン１０６とを通る軸線を第１軸線１０３Ａ、第２ピン１０６と第４ピン１１０とを通る軸線を第２軸線１０７Ａとし、第１軸線１０３Ａと第２軸線１０７Ａとのなす角のうち、フロントフォーク１０１寄りの角度をψとすると、前輪１０４の上昇，下降により、角度ψは増減する。即ち、車軸１０５が▲１▼から▲２▼へ移動するときにはψは大きくなり、▲１▼から▲３▼へ移動するときは小さくなる。図から明らかなように角度ψはほぼ９０°を挟んで７０〜１１０°の範囲で変化することが多い。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前記第４ピン１１０の上への鉛直移動に注目すると、角度ψが９０°未満の領域では角度ψが９０°に近づくほど第４ピン１１０の上への変化量が増大し、角度ψが９０°を超えた領域では角度ψが９０°から離れるほど第４ピン１１０の上への変化量が減少する。すなわち、正弦曲線の如く角度９０°をピークにその前後で第４ピン１１０の上への変化量が減少する。
【０００９】
上記現象を具体例で説明する。
図８は図７における第１軸線及び第２軸線を写した原理図であり、第１ピン１０２を通る水平軸Ｈａから第４ピン１１０までの距離をＨ、水平軸Ｈａから第２ピン１０６までの距離をｈ、第１軸線１０３Ａの長さをｒ、同傾斜角をψ２、第２軸線１０７Ａの長さをＲ、同傾斜角をψ１、ただしψ１＋ψ２＝ψ、としたとき、次の式が成立する。
【００１０】
【数１】

【００１１】
すなわち、Ｈは▲４▼式のとおり、Ｒ，ｒ，ψ１及びψ２の関数となる。
このＨの変化率を求めるには、微分すればよく、微分したものを▲５▼式に示す。また、ｓｉｎψ２は式▲６▼のように書き直すことができる。
上述したとおり従来の角度ψはほぼ９０°であるから、角度ψ＝９０°と仮定して整理すれば、Ｈ’は近似的に式▲７▼となり、Ｈ’はＲ，ｒ及びψ１の関数となる。
【００１２】
図９は正弦曲線と余弦曲線を示すグラフであり、横軸は角度ψ１とし、正弦曲線であるＲｓｉｎψ１、余弦曲線であるｒｃｏｓψ１をグラフ化したものである。
角度ψ１は（ψ−ψ２）となり、ψの概ね１／２、すなわち４５°付近を変化するものと考えられる。
一方、正弦曲線と余弦曲線は０〜９０°の間で必ず交わり、この交点をＭとすれば、交点Ｍより９０°側の領域では、Ｒｓｉｎψ１＞ｒｃｏｓψ１となるから、上記式▲７▼は−（マイナス）となり、逆に交点Ｍより０側の領域では、Ｒｓｉｎψ１＜ｒｃｏｓψ１となるから、上記式▲７▼は＋（プラス）となる。
従って角度ψが９０°近傍であれば、Ｈ’が＋であれば第４ピン１１０は加速しつつ上昇し、−であれば減速しつつ上昇することになる。（後述の図５（ｂ）も参照）
【００１３】
このように、前輪の昇降ストロークの途中で、変化量のピークがある若しくは加速と減速の変化点が存在すると、いわゆる違和感の有るクッションフィーリングとなる。
そこで、従来はこの違和感を懸架ばねで吸収させるようにしている。
しかし、そのためには懸架ばねを圧縮量に応じてばね係数が変化する特殊なばね（例えば、線径を場所によって変えたばね。多段ばね。）としなければならず、懸架ばねのコストアップに繋がる。
そこで、本発明の目的はプッシュロッドの上端の変位割合にピークを含まないような前輪懸架装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、フロントフォークの下端部に第１ピンを介して後方へ延びた前輪支持アームをスイング可能に取付け、この前輪支持アームの後端部に前輪の車軸を取付け、前輪支持アームの途中に第２ピンを介してプッシュロッドの下端を取付け、このプッシュロッドを上へ延ばし、このプッシュロッドの上端を、ボトムブリッジに第３ピンを介してスイング可能に取付けたアッパリンクに第４ピンを介して取付け、このアッパリンクを第５ピンを介して緩衝器の下端に連結したボトムリンク式前輪懸架装置において、前記前輪支持アームは、車体を側面から見たときに上に開いているＶ字状に形成され、前記第２ピンはＶ字の屈曲部分に備えられ、前記フロントフォーク側の第１ピンと前輪支持アーム途中の第２ピンとを結んだ軸線を第１軸線とし、前輪支持アーム途中の第２ピンとアッパリンク側の第４ピンとを結ぶ軸線を第２軸線とし、前記第１軸線と第２軸線とのなす角のうち小さい方の角度をθとしたときに、この角度θを前輪の懸架ストローク全域にわたって９０°を超えない範囲に保つようにリンクを構成したことを特徴とする。
【００１５】
第１軸線と第２軸線とのなす角のうち小さい方の角度をθとしたときに、この角度θを前輪の懸架ストローク全域にわたって９０°を超えない範囲に保つことで、第４ピンの上下変化量をほぼ直線的に変化させることができる。
もし、第４ピンの変化量にピークを含むと特殊な懸架ばねを採用しなければならない。この点、請求項１では第４ピンの変化量をほぼ直線的に変化させたことにより、変化量にピークを含めないようにし、この結果、安価な懸架ばねの採用が可能となった。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図面に基づいて以下に説明する。なお、「前」、「後」、「左」、「右」、「上」、「下」は運転者から見た方向に従う。また、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る自動二輪車の前半部の側面図である。
自動二輪車１は、車体フレーム２のヘッドパイプ３に縦向きのステアリングステム４を左右回転可能に取付け、このステアリングステム４の上部に後述するトップブリッジ１１を取付け、このトップブリッジ１１にバーハンドル５を取付け、さらに、ステアリングステム４にボトムリンク式の前輪懸架装置１０を取付けたものである。
自動二輪車１のフロントブレーキ５０は、前輪３２の側部に取付けたブレーキディスク５１と、ブレーキディスク５１を制動制御するためのキャリパ５６とからなる、液圧式ディスクブレーキである。６１はヘッドランプ、６２はフロントフェンダである。
【００１７】
図２は本発明に係る前輪懸架装置の側面図である。
前輪懸架装置１０は、ステアリングステム４の上部に取付けたトップブリッジ１１と、ステアリングステム４の下部に取付けたボトムブリッジ１２と、これらのトップ・ボトムブリッジ１１，１２に上端部を取付けたフロントフォーク１３と、前下方へ延びたフロントフォーク１３の下端部に前端部を上下スイング可能に連結した前輪支持アーム１４と、後下方へ延びた前輪支持アーム１４の途中に下端部を前後スイング可能に連結したプッシュロッド１５と、上方へ延びたプッシュロッド１５の上端部をロッドハンガ１６を介して連結するべく、ボトムブリッジ１２から前方へ上下スイング可能に延びたアッパリンク１７と、アッパリンク１７に下端部を連結した緩衝器１８と、上方へ延びた緩衝器１８の上端部を連結するべく、フロントフォーク１３の上部に取付けたアッパブラケット１９とからなる、トレーリングアーム方式の懸架装置である。
【００１８】
図中、２１は第１ピンであり、フロントフォーク１３に前輪支持アーム１４をスイング可能に止めるピンである。
２２は第２ピンであり、前輪支持アーム１４の途中にプッシュロッド１５の下端をスイング可能に止めるピンである。
２３は第３ピンであり、ボトムブリッジ１２の連結部１２ａにアッパリンク１７の後部を連結するピンである。
２４は第４ピンであり、アッパリンク１７の前部にプッシュロッド１５の上端、詳しくはロッドハンガ１６の上端を連結するピンである。
２５は第５ピンであり、緩衝器１８の下端部にアッパリンク１７の前部を連結するピンである。
【００１９】
そして、第１ピン２１と第２ピン２２とを結んだ軸線を第１軸線１４Ａと呼び、第２ピン２２と第４ピン２４とを結んだ軸線を第２軸線１５Ａと呼び、第１軸線１４Ａと第２軸線１５Ａとのなす二つ角のうち、小さい方の角度をθと定義する。
【００２０】
トレーリングアーム方式なので、前輪支持アーム１４の後端部に前輪用車軸３１を取付け、この車軸３１に前輪３２を回転可能に取付けることになる。
【００２１】
上記前輪懸架装置１０は、（１）側面視で、ステアリングステム４の前方にフロントフォーク１３を配置するとともに、ステアリングステム４の傾斜角よりもフロントフォーク１３の傾斜角を緩く設定したこと、及び、（２）側面視で、フロントフォーク１３の中心Ｏ₁に緩衝器１８の中心Ｏ₂をほぼ一致させたことを特徴とする。
緩衝器１８は、油圧式ダンパ４１とダンパ４１の周囲に巻いた懸架ばね４２とからなる、ばね外装式緩衝器である。この図２から明らかなように、緩衝器１８の最大径である懸架ばね４２の外径は、フロントフォーク１３の径と概ね等しい。
【００２２】
車軸３１は、この車軸３１に直交するブラケット５２を上下スイング可能に取付けたものである。ブラケット５２は、車軸３１に取付ける第１ブラケット５３と、第１ブラケット５３の先端に取付ける第２ブラケット５４とからなる。第２ブラケット５４は、その先端側をトルク伝達リンク５５を介して、フロントフォーク１３の長手途中の中間部に連結するとともに、キャリパ５６並びにフロントフェンダ６２を取付ける部材である。トルク伝達リンク５５は、その両端を連結ピン５７，５８にて上下スイング可能に連結した、リンク部材、例えばブラケット５２の回転止めをなす回転止めリンクである。
【００２３】
図３は本発明に係る前輪懸架装置の分解側面図であり、前輪懸架装置１０における各部材の連結関係を示す。
この図は、特に、ボトムブリッジ１２の下端に連結部１２ａを設け、この連結部１２ａにアッパリンク１７（「クランク」とも言う。）の後端連結部１７ａを上下スイング可能に連結し、アッパリンク１７の前端連結部１７ｂに緩衝器１８の下端部１８ａを上下スイング可能に連結し、アッパリンク１７の中間連結部１７ｃにロッドハンガ１６の上部連結部１６ｂを上下スイング可能に連結したことを示す。中間連結部１７ｃは、アッパリンク１７の長手方向途中に且つ前端連結部１７ｂより上位に設けたものである。
【００２４】
以上に述べた前輪懸架装置の作用を次に説明する。
図４は本発明に係る二輪車の前輪懸架装置の作用説明図であり、図中「Ｄ」は前輪３２が相対的に下限位置にあるときのリンクの位置、「Ｕ」は相対的に上限位置にあるときのリンクの位置を示すシンボルである。
前輪懸架装置１０では、想像線で示した第１軸線１４Ａが実線で示した第１軸線１４Ａまで、第１ピン２１を中心に図反時計方向に廻り、前輪３２の相対的昇降動作を吸収する。すなわち、前輪支持アーム１４が矢印の通りに上昇（回転）すると、プッシュロッド１５が上昇し、アッパリンク１７は時計方向に廻り、油圧ダンパ４１並びに懸架ばね４２が縮むことで、衝撃エネルギー等を吸収する。
このときに、第４ピン２４の上下移動に注目すると、角度θの変化と第４ピン２４の上下移動とに関係があることが分かる。
【００２５】
図５（ａ）は本発明に係る前輪懸架装置の第４ピンの変化量を調べたグラフであり、図５（ｂ）は比較例を示すグラフである。なお、横軸は角度θ、縦軸はθの１度当りに対する第４ピンの変化量を示す。
【００２６】
（ａ）は本実施例に係り、角度θを９０°を超えぬようにしたため、第４ピンの変化量は上り勾配の曲線（ほぼ直線若しくは緩く湾曲した二次曲線）となる。第４ピンに懸架ばねの下端が連結されているとし、懸架ばねがばね係数一定の単純ばねであれば、角度θの増加に伴なって、懸架ばねの反発力はほぼ直線的若しくは二次曲線的に増加することになり、この現象はプログレシブリンク作用（車輪が上昇するほど懸架力を強める作用）に合致するものであり、好ましいことである。
即ち、本実施例によれば、懸架ばねに極く単純なばねを採用することができる。
なお、角度θは前輪ストロークの全域に亘って、０〜９０°の範囲から逸脱しなければよいが、組付け誤差等を考慮して９０°側に５°程度の余裕を持たせ、リンクの実用的構成を維持するために３０°よりは大きくしておきたいので、３０°〜８５°の範囲に収めることが望ましい。
【００２７】
（ｂ）は比較例に係り、上述したとおり従来は、角度θは多くは９０°を挟んで変化し、９０°若しくはその近傍にピークが存在し、このピークの前後における曲線の勾配がプラスマイナス逆転することを示す。この様に勾配の符号が変化するときには、懸架ばねは圧縮量に応じてばね係数が変化するような特殊なばねを採用せざるを得ない。特殊ばねは設計が面倒で高価なものとなり、前輪懸架装置のコストアップに繋がる。
【００２８】
図６は図４の変更実施例を示す図であり、図４に対してプッシュロッド１５のみを変更したものである。すなわち、本例のプッシュロッド１５は湾曲部を含むロッドであり、この様なロッドを採用したことにより、フロントフォーク１３との間に適度なスペースＳを確保することができ、このスペースＳに適宜前輪廻りの機器、部品を配置することが可能となる。
【００２９】
ここで、重要なことは、第２ピン２２から第４ピン２４に向う第２軸線１５Ａは、図４と同じ、即ちプッシュロッド１５の形状に無関係であることである。
この結果、角度θを９０°以内に保ちつつ、プッシュロッド１５の形状を自由に設定でき、操舵フィーリングを高めることができるようにプッシュロッド１５の形状を決定したり、前記スペースＳを確保するためにプッシュロッド１５の形状を決定することができ、前輪懸架装置の設計の自由度を高めることができる。
【００３０】
尚、本発明の前輪懸架装置は、自動二輪車に好適であるが、エンジンを搭載しない二輪車（自転車）に採用することもできる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１では、前輪支持アームは、車体を側面から見たときに上に開いているＶ字状に形成され、第２ピンはＶ字の屈曲部分に備えられ、第１軸線と第２軸線とのなす角のうち小さい方の角度をθとしたときに、この角度θを前輪の懸架ストローク全域にわたって９０°を超えない範囲に保つことで、第４ピンの上下変化量をほぼ直線的に変化させることができる。
もし、第４ピンの変化量にピークを含むと特殊な懸架ばねを採用しなければならない。この点、請求項１では第４ピンの変化量をほぼ直線的に変化させたことにより、変化量にピークを含めないようにし、この結果、安価な懸架ばねの採用が可能となり、懸架ばね並びに前輪懸架装置の設計工数とコスト削減とが図れる。
また、角度θを９０°を超えぬようにしたため、第４ピンの変化量は上り勾配の曲線（ほぼ直線若しくは緩く湾曲した二次曲線）となる。第４ピンに懸架ばねの下端が連結されているとし、懸架ばねがばね係数一定の単純ばねであれば、角度θの増加に伴なって、懸架ばねの反発力はほぼ直線的若しくは二次曲線的に増加することになり、この現象はプログレシブリンク作用（車輪が上昇するほど懸架力を強める作用）に合致するものであり、好ましいことである。
即ち、懸架ばねに極く単純なばねを採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る自動二輪車の前半部の側面図
【図２】本発明に係る前輪懸架装置の側面図
【図３】本発明に係る前輪懸架装置の分解側面図
【図４】本発明に係る二輪車の前輪懸架装置の作用説明図
【図５】本発明に係る前輪懸架装置の第４ピンの変化量を調べたグラフ
【図６】図４の変更実施例を示す図
【図７】従来の代表的なボトムリンク式サスペンションの原理図
【図８】図７における第１軸線及び第２軸線を写した原理図
【図９】正弦曲線と余弦曲線を示すグラフ
【符号の説明】
１…二輪車（自動二輪車）、１０…前輪懸架装置、１２…ボトムブリッジ、１３…フロントフォーク、１４…前輪支持アーム、１４Ａ…第１軸線、１５…プッシュロッド、１５Ａ…第２軸線、１７…アッパリンク、２１…第１ピン、２２…第２ピン、２３…第３ピン、２４…第４ピン、２５…第５ピン、３１…車軸（前輪用車軸）、３２…前輪、４２…懸架ばね、θ…第１軸線１４Ａと第２軸線１５Ａのなす角。

Claims

フロントフォークの下端部に第１ピンを介して後方へ延びた前輪支持アームをスイング可能に取付け、この前輪支持アームの後端部に前輪の車軸を取付け、前輪支持アームの途中に第２ピンを介してプッシュロッドの下端を取付け、このプッシュロッドを上へ延ばし、このプッシュロッドの上端を、ボトムブリッジに第３ピンを介してスイング可能に取付けたアッパリンクに第４ピンを介して取付け、このアッパリンクを第５ピンを介して緩衝器の下端に連結したボトムリンク式前輪懸架装置において、
前記前輪支持アームは、車体を側面から見たときに上に開いているＶ字状に形成され、前記第２ピンはＶ字の屈曲部分に備えられ、
前記フロントフォーク側の第１ピンと前輪支持アーム途中の第２ピンとを結んだ軸線を第１軸線とし、前輪支持アーム途中の第２ピンとアッパリンク側の第４ピンとを結ぶ軸線を第２軸線とし、前記第１軸線と第２軸線とのなす角のうち小さい方の角度をθとしたときに、この角度θを前輪の懸架ストローク全域にわたって９０°を超えない範囲に保つようにリンクを構成したことを特徴とする二輪車の前輪懸架装置。