JP4207075B2

JP4207075B2 - インホイールモータ車

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Publication number: JP4207075B2
Application number: JP2006251707A
Authority: JP
Inventors: 一二山田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-09-15
Filing date: 2006-09-15
Publication date: 2009-01-14
Anticipated expiration: 2026-09-15
Also published as: US20080066976A1; DE102007043159A1; DE102007043159B4; CN100579805C; US7543825B2; JP2008068832A; CN101143553A

Description

本発明は、インホイールモータを前輪及び後輪に備えた４輪車両であって、前輪及び／又は後輪のキングピンオフセットが、車両の安定性が向上するように設定された４輪インホイールモータ車に関する。

従来から、駆動手段として電動モータを前輪及び後輪の各車輪に備えたインホイールモータ車が知られている。かかるインホイールモータ車において、各車輪がモータを備えることによりサスペンションのボールジョイントの位置も内方に押しやられ、キングピンオフセット量が大きくなり、ハンドル操作が重くなる弊害を防止するため、ホイールディスクをアクスルシャフトの内側方向に向かって凹形状とし、この凹形状により形成された空所にロアアームのボールジョイントを設けてその位置をホイールディスクに近付け、キングピンオフセット量を小さくした技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、同心で中空の第１モータと第２モータを備えインホイールモータにおいて、第１モータの内径よりも第２モータの外径を小径に設定して第１モータ内に第２モータの一部を入り込ませることにより、ロアジョイントをホイールのリムの内周面に隣接して配置し、キングピン軸を適切な位置並びに角度に設定できるようにした技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。

更に、インホイールモータのキングピン軸回りのジャイロモーメントとキングピンオフセット量に基づいて、ジャイロモーメントに起因する振動を抑制するようにインホイールモータの制駆動量を制御する技術が知られている（例えば、特許文献３参照）。
特開平５−１１６５４５号公報特開２００５−３２９８１７号公報特開２００６−６７６４６号公報

しかしながら、上述の特許文献１〜３に記載された内容では、車両の挙動を安定させるためにキングピンオフセットの設定をどのように行なうかについては、全く開示も示唆もなされていない。

ところで、キングピンオフセットの設定に関しては、従来のエンジンを駆動手段とした後輪駆動の４輪車両においては、図４（ａ）に示すように、車輪での駆動力と制動力の発生する力点は異なり、キングピン軸に対し、駆動力の作用点と制動力の作用点を反対側に設定することが可能であった。即ち、駆動力の発生する力点はドライブシャフトのある車輪の中心であり、制動力の発生する力点はタイヤの路面との接地面であって異なるため、キングピン軸（キングピン軸が無い場合は、仮想キングピン軸。以下、実際のキングピン軸と仮想キングピン軸の双方を含めて「キングピン軸」と呼ぶ。）をこの間に設定してネガティブオフセットとすることにより、制動時には、キングピン軸のまわりにモーメント力が生じてタイヤの方向をトーインに向かわせるような力が働くので、車両を安定に保つことができた。

しかしながら、インホイールモータ車の場合には、図４（ｂ）に示すように、駆動力と制動力の作用点がともにタイヤの路面との接地面となるため、従来のような駆動力の作用点と制動力の作用点の間にキングピン軸を設ける設定が出来ず、キングピンオフセットをゼロとする必要があるが、制動・駆動時の荷重移動によるバウンド・リバウンドの変化により、車両の挙動が不安定となる場合があった。

そこで、本発明では、４輪駆動のインホイールモータ車においても、車両の挙動が安定となるようなキングピンオフセットの設定がなされた車両を提案することを目的とする。

上記目的を達成するため、第１の発明に係る４輪車両は、インホイールモータを前輪及び後輪の各輪に備え、前記前輪の瞬間回転中心と接地面とのなす角と、前記後輪の瞬間回転中心と接地面とのなす角が略同一の４輪車両であって、
前記前輪及び／又は前記後輪のキングピンオフセットの変化とホイールストローク変化との関係は、前記前輪のホイールストローク変化に対するキングピンオフセット量の変化割合の、前記後輪の同変化割合に対する比率が、前記４輪車両の制動時の前記前輪の制動力配分比率よりも大きく設定されたものであることを特徴とする。これにより、制動時の４輪インホイールモータ車の車両の挙動を安定させることができる。

第２の発明に係る４輪車両は、インホイールモータを前輪及び後輪の各輪に備え、前記前輪の瞬間回転中心と接地面とのなす角と、前記後輪の瞬間回転中心と接地面とのなす角が略同一の４輪車両であって、
前記前輪及び／又は前記後輪のキングピンオフセットの変化とホイールストローク変化との関係は、前記後輪のホイールストローク変化に対するキングピンオフセット量の変化割合の、前記前輪の同変化割合に対する比率が、前記４輪車両の駆動時の前記前輪の駆動力配分比率よりも小さく設定されたものであることを特徴とする。これにより、駆動時の車両の挙動を安定させることができる。

第３の発明に係る４輪車両は、インホイールモータを前輪及び後輪の各輪に備え、前記前輪の瞬間回転中心と接地面とのなす角と、前記後輪の瞬間回転中心と接地面とのなす角が異なる４輪車両であって、
前記前輪のホイールストローク変化に対するキングピンオフセット量の変化割合の、前記後輪の同変化割合に対する比率が、制動時の前記前輪のアンチダイブ力の、前記後輪のアンチリフト力に対する比率よりも大きく設定されたことを特徴とする。これにより、ロールセンタ高さが前輪と後輪で異なる車両についても、制動時の車両の挙動を安定させることができる。

第４の発明に係る４輪車両は、第３の発明に係る４輪車両において、
前記後輪のホイールストローク変化に対するキングピンオフセット量の変化割合の、前記前輪の同変化割合に対する比率が、駆動時の前記前輪のアンチリフト力の、前記後輪のアンチスクォート力に対する比率よりも小さく設定されたことを特徴とする。これにより、ロールセンタ高さが前輪と後輪で異なる車両について、駆動時の車両の挙動も安定させることができる。

第５の発明に係る４輪車両は、第１〜４のいずれかの発明に係る４輪車両において、
前記前輪及び前記後輪のキングピンオフセットが制動時にネガティブになるように設定されたことを特徴とする。これにより、４輪運ホイールモータ車の制動時の挙動を安定させることができる。

本発明によれば、制動時及び／又は駆動時の４輪インホイールモータ車の挙動を安定させることができる。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。

図１は、本実施例に係る４輪車両であるインホイールモータ車のキングピンオフセットの設定のための方法を説明するための図である。図１を用いて、まず前輪と後輪ロールセンタ高さが略同一の場合について説明する。

図１（ａ）は、従来のエンジンの駆動による後輪駆動の後輪のサスペンション特性の一例を示した図である。図１（ａ）において、縦軸はホイールストローク、横軸はキングピンオフセット量を示している。縦軸のホイールストロークは、ホイールの上下動の距離を示し、プラス側はサスペンションスプリングが縮んだ状態、即ちタイヤに荷重がかかっている状態を意味し、マイナス側はサスペンションスプリングが伸びた状態、即ちタイヤへの荷重が抜けている状態を意味している。一方、キングピンオフセットは、キングピン軸を延長した線が路面と交わる点とタイヤの接地面の中心間の距離を意味しており、図４（ａ）に示したように、キングピン軸を延長して路面と交わった点がタイヤの中心より外側にあればネガティブを意味する。逆に、キングピン軸を延長して路面と交わった点がタイヤの中心より内側にあればポジティブを意味し、図１（ａ）の横軸の大きさはその距離を示している。この図により、車両の走行中に変化するホイールの上下動距離の変化量に対し、キングピンオフセット量がどのように変化するかを示す。

図１（ａ）において、左肩下がり右肩上がりの直線が引かれているが、これは従来のリアサスペンションの一例を示すサスペンション特性である。このサスペンション特性は、キングピンピンオフセット量がなるべくネガティブになるように設定されており、リバウンド時の総てとバウンド時のある程度の所（Ａ点）まではネガティブとなるように設定されている。例えば、車両の制動時には、車両にかかる荷重は前輪の方が大きくなるので、後輪の方はリバウンドとなるが、その際にキングピンオフセットは確実にネガティブとなるように設定されている。一方、車両の駆動時には、車両にかかる荷重は後輪の方が大きくなるので、後輪の方はバウンドとなるが、バウンドのある程度の所（Ａ点）まではネガティブで、バウンド量がＡ点を超えたときに初めてポジティブとなるような設定となっている。これは、図４（ａ）で説明したように、従来の形態の車両では、駆動力の作用点がホイールの中心付近にあり、制動力の作用点がタイヤと路面の接地面にあるため、キングピンオフセットを基本的にネガティブとなるように設定することにより、ネガティブ時は常にホイールの方向が内側を向くようなモーメントが発生してトーイン傾向に力を働かせることができるからである。つまり、車両が制動時であっても駆動時であっても、ネガティブ・キングピンオフセットの設定とすることにより、車両の直進安定性が増し、弱アンダーステアリング傾向で車両が安定収束する方向に力を働かせることができたのである。従って、駆動輪である後輪に関して、図１（ａ）に示すサスペンション特性よりもなるべくネガティブな方向に持っていくように設定すれば、従来は基本的に安定なサスペンションの設定ができた。

一方、図１（ｂ）は、本実施例に係る４輪インホイールモータ車のサスペンションの特性の設定の一例を示した図である。４輪インホイールモータ車では、従来行なってきた設定では、図４（ｂ）において説明したように、駆動力と制動力の作用点が一致してしまうので、単純に常にネガティブとなるような設定とすると、上述のようなモーメントがうまく発生しない場合が出てくる。よって、図１（ｂ）のような設定とするが、以下この内容を説明する。

図１（ｂ）の右側の図は、後輪のホイールストロークとキングピンオフセットとの関係を示し、図１（ｂ）の左側の図は、前輪のホイールストロークとキングピンオフセットとの関係を示している。図１（ｂ）の右側の後輪のホイールストロークとキングピンオフセットとの関係を示す図は、図１（ａ）に示す特性と同様に左肩下がり右肩上がりの直線となっており、ホイールストロークがゼロとなる点が、キングピンオフセットがゼロになるように設定されている点で異なっている。一方、図１（ｂ）の左側の前輪のホイールストロークとキングピンオフセットとの関係を示す図は、後輪とは逆に左肩上がり右肩下がりの特性を示している。ホイールストロークがゼロとなる点でキングピンオフセットもゼロとなるように設定されていることは後輪と同様である。

まず、車両の制動時の挙動を考える。車両の制動時には、荷重が走行時よりも前方に移動し、後輪よりも前輪の方に大きく荷重がかかる。即ち、前輪はバウンドとなり、後輪はリバウンドとなる。このとき、タイヤは荷重依存性を持ち、より荷重がかかる程摩擦力が大きくなりタイヤのグリップ性能が発揮されるので、前輪の方が後輪よりも大きく制動力が働き、制動力配分が大きくなる。

ここで、この状態は、図１（ｂ）においては、前輪はａ領域の状態、後輪はｂ領域の状態にあることを意味する。この状態は、前輪のａ領域及び後輪のｂ領域の双方ともキングピンオフセットはネガティブとなるように設定され、車両が安定になるように収束する方向に設定されているが、前輪の方が大きな制動力がかかっているので、前輪の方のキングピンオフセットのネガティブ度合いを強め、後輪よりも前輪にトーイン方向の力がより大きく働くようにすれば、車両の挙動をより安定させることができる。そのためには、ホイールストロークの変化に対するキングピンオフセット量の変化の割合を、前輪の方が後輪よりも大きくなるように設定することが必要であるから、図１（ｂ）において、ａ領域のサスペンション特性を示す直線の傾きの大きさが、ｂ領域のサスペンション特性を示す直線の傾きの大きさよりも小さくなるように設定することがまず必要である。更に、その度合いの比は、前輪と後輪の制動力の配分比率よりも大きい方が、制動力に比例した十分な効果が得られることから、ａ領域のサスペンション特性を示す直線のホイールストロークの変化に対するキングピンオフセット量の変化割合の、ｂ領域の同特性を示す直線の同変化割合に対する比率が、前輪の後輪に対する制動力配分比率よりも大きくなるようにすれば、好ましい設定となる。これを式で表すと、同じ量のホイールストロークに対して、傾きが小さい方がキングピンオフセットの変化量は大きくなる関係にあるので、ａの領域の傾き／ｂの領域の傾き＜前輪の制動力配分比率、という関係になる。

図２は、上述の制動時の本実施例に係る４輪インホイールモータ車のキングピンオフセット設定の内容について、車両に働く力の関係を示した図である。

図２（ａ）は、車両の制動時に働く力を示した図である。車両の重心には、進行方向と同じ方向に慣性力Ｆが働き、車両の前輪と後輪にはそれぞれ進行方向と逆向きに制動力ＢＦとＢＲが働く。慣性力により、車両の荷重は前方に移動し、荷重の大きい前輪に制動力が大きく働くので、例えば、前輪：後輪の制動力の比率が、略７：３となった場合を考える。

図２（ｂ）は、前輪：後輪の制動力の比率が略７：３となったときの、ホイールストロークとキングピンオフセット量との関係を示した図である。前輪と後輪の制動力の配分比率に合わせて、後輪のｂ領域のサスペンション特性を示す直線の傾きを１としたときに、前輪のａ領域の同直線の傾きを３／７より小さくしたものである。これは、あくまで前輪と後輪とのバランスで考える特性であるから、後輪のサスペンション特性を示す直線の傾きを７とし、前輪の同直線の傾きを３より小さくなるように設定してもよい。また、本実施例においては、理解の容易を図るために直線を用いているが、前輪と後輪のホイールストロークの変化に対するキングピンオフセット量の変化の割合の関係の比率が、上述のような関係を満たしていれば、曲線であっても構わない。更に、サスペンション特性はホイールストロークがゼロのときにキングピンオフセットもゼロとなるように必ずしもする必要はなく、種々の条件を考慮して任意に設定してよい。

図２（ｃ）は、インホイールモータにおいて、制動時にキングピンオフセットをネガティブにした場合のタイヤに働く力を示した図である。図２（ｃ）右図は、タイヤを後正面から見た図であるが、図示するように、キングピンオフセットがネガティブのときはホイールがトーインとなる方向にモーメントが働くので、車両を安定に収束させる力が働く。この変化量を、前輪と後輪の制動力の配分比率に応じて調整して設定することにより、インホイールモータ車における制動時の車両の挙動を安定させることができる。

次に、図１に戻り、車両の駆動時の挙動を考える。車両の駆動時には、荷重が静止時よりも後方に移動し、前輪よりも後輪の方に大きく荷重がかかる。即ち、後輪はバウンドとなり、前輪はリバウンドとなる。このとき、上述のタイヤの加重依存性により、より荷重の多くかかる後輪の方のタイヤのグリップ力の方が前輪よりも強く働き、後輪の方が前輪よりも大きく駆動力が配分され、駆動力配分が大きくなる。逆に言えば、前輪の駆動力配分が小さくなる。

この状態は、図１（ｂ）においては、前輪はｃ領域の状態、後輪はｄ領域の状態にあることを意味する。この状態は、前輪及び後輪の双方ともポジティブキングピンオフセットの状態にあることを意味するが、車両の駆動時には、キングピンオフセットが大きいとそのまわりにモーメント力が発生してしまい、駆動力を妨げる余分な力として働くおそれがあるので、安定した駆動力を発生させる観点から、キングピンオフセットはなるべくゼロに近い状態の方が好ましい。従って、より大きな駆動力が配分されている後輪の方のホイールストロークに対するキングピンオフセット量の変化割合が、前輪の同変化割合よりも小さくなるような設定にすることが望ましい。このためには、図１（ｂ）において、ｄの領域のサスペンション特性を示す直線の傾きが、ｃの領域の同特性を示す直線の傾きよりも大きく設定する必要がある。更に、その変化割合の比率も考慮すれば、後輪のホイールストロークの変化に対するキングピンオフセット量の変化割合の、前輪の同変化割合に対する比率は、駆動力が大きくなるにつれて小さくすることが好ましいので、前輪の駆動力配分比率よりも小さな設定とすることが望ましい。これを式で表すと、ｃの領域の傾き／ｄの領域の傾き＜前輪の駆動力配分比率、となる。

図３は、上述の車両の駆動時の本実施例に係る４輪インホイールモータ車のキングピンオフセット設定の内容について、車両に働く力の関係を示した図である。

図３（ａ）は、車両の駆動時に働く力を示した図である。図２（ａ）の制動時において説明した場合と逆向きに力は働き、重心には進行方向と逆向きに慣性力Ｆが働く。この慣性力により、後輪への荷重移動を生じ、前輪よりも後輪への荷重の方が大きくなる。この荷重の差により、前輪と後輪の駆動力ＭＦとＭＲの駆動力配分にも差が生じる。本実施例では、例えば、前輪：後輪の駆動力配分が３：７である場合について考える。

図３（ｂ）は、駆動時の前輪及び後輪のホイールストロークの変化に対するキングピンオフセット量の変化のサスペンション特性を示した図である。大きな駆動力がかかる後輪の方のキングピンオフセットをなるべく小さくした方がよいので、ｄの領域のサスペンション特性を示す直線の傾きを大きくし、前輪のｃの領域の同直線の傾きを１とすると、ｄの領域の同直線の傾きが７／３より大きくなるように設定する。図２（ｂ）の制動時の説明と同様に、駆動時においても、前輪と後輪の駆動力の配分バランス自体が重要なので、駆動力の配分比が本実施例の設定方法の範囲内にありさえすればよく、例えばｃ領域の傾きを３とし、ｄ領域の傾きを７より大きく設定したり、また曲線でサスペンション特性を設定してもよい。また、必ずしもホイールストロークがゼロのときにキングピンオフセットがゼロである必要がないことも、制動時の説明と同様である。

図３（ｃ）は、本実施例に係る設定により、駆動時のタイヤにかかる力を示した図であり、図３（ｃ）右図は車両の後正面からタイヤを見た図である。図３（ｂ）で示したように、前輪及び後輪ともキングピンオフセットはポジティブに設定され、タイヤには進行方向の駆動力がかかるので、この場合もトーイン方向の安定なモーメントがかかるように設定されている。そして、上述のように、このキングピンオフセットはなるべく小さくなるように設定され、特に後輪では、前輪のホイールストローク変化に対するキングピンオフセット量の変化の割合に対する同比率が、前輪の駆動力の配分比率よりも小さくなるように設定され、例えばこの例では３／７よりも小さくなるように設定される。

図１〜３において説明したように、本実施例によれば、インホイールモータを用いた４輪車両において、制動時と駆動時の荷重移動による前輪と後輪との制動力配分及び駆動力配分に基づいて前輪及び／又は後輪のホイールストロークの変化とキングピンオフセット量の変化の関係を設定することにより、車両の挙動を制動時も駆動時も安定に、アンダーステア傾向に収束するように設定できる。

次に、本実施例に係る４輪インホイールモータ車のロールセンタ高さが前輪と後輪で異なる場合について説明する。ロールセンタ高さが異なると、サスペンションジオメトリーにより制動時には前輪アンチダイブ力と後輪アンチリフト力、駆動時には前輪アンチリフト力と後輪アンチスクォート力を発生させている場合が多いので、制動力と駆動力の配分比だけでなく、それらの力も考慮して、前輪及び／又は後輪のホイールストローク変化とキングピンオフセット量の変化との関係を設定する必要が出てくる。以下、そのような場合について説明する。

図５は、前輪と後輪のロールセンタ高さが異なるインホイールモータの４輪車両において、制動時の前輪アンチダイブ力と後輪アンチリフト力も考慮して本実施例を適用する場合を説明するための図である。

図５（ａ）は、車両に全体でＦの制動力が働いている場合の車両に働く合力の関係を示している。ここで、前輪にかかる制動力をβＦとすると、後輪にかかる制動力は（１−β）Ｆとなる。また、車両全体にかかる慣性力は、進行方向にＦとなる。この力を、上下方向の前輪アンチダイブ力と慣性力と後輪アンチリフト力に分けると、それぞれ図５（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）のように表せる。

図５（ｂ）は、前輪アンチダイブ力を示した図である。瞬間回転中心をＣ_１とし、接地面とＣ_１とのなす角をθ_１とすると、前輪アンチダイブ力は、上向きにβ・Ｆ・ｔａｎθ_１と表せる。

図５（ｃ）は、前輪及び後輪に働く上下方向の慣性力を示した図である。重心の高さをＨ、ホイールベースの長さをＬとすると、前輪には荷重移動によりＦ×Ｈ／Ｌの下向きの慣性力が加わる。また、後輪には、同じ大きさＦ×Ｈ／Ｌの上向きの慣性力が加わる。

図５（ｄ）は、後輪アンチリフト力を表した図である。後輪の瞬間回転中心をＣ_２とし、Ｃ_２と接地面とのなす角をθ_２とすると、後輪アンチリフト力は下向きに（１−β）・Ｆ・ｔａｎθ_２と表せる。

ここで、下向きの前輪アンチダイブ力と上向きの前輪の慣性力が釣り合えば前輪のダイブ力はゼロになるので、β・Ｆ・ｔａｎθ_１＝Ｆ×Ｈ／Ｌ、となるときに前輪ダイブ力はゼロとなる。また、同様に、下向きの後輪アンチリフト力と上向きの慣性力が釣り合えば後輪のリフト力はゼロとなるので、（１−β）・Ｆ・ｔａｎθ_２＝Ｆ×Ｈ／Ｌとなるときに後輪リフト力はゼロとなる。

ここで、車両の挙動を安定させるためには、制動時には前輪アンチダイブ力の方が、後輪アンチリフト力よりも大きな比重を占めるので、前輪アンチダイブ力が働く前輪の方によりキングピンオフセットのトーイン傾向を持たせる方が好ましい。よって、本実施例においては、前輪のホイールストローク変化に対するキングピンオフセット量の変化割合の、後輪の同変化割合に対する比率が、前輪アンチダイブ力の後輪アンチリフト力に対する比率よりも大きくなるように、サスペンション特性を設定することが望ましい。

このように、ロールセンタ高さが前輪と後輪で異なる車両においては、前輪及び後輪の瞬間回転中心θ_１とθ_２とが異なる値となるので、その点を考慮して前輪及び／又は後輪のサスペンション特性を設定する必要がある。この点において、本実施例は図１〜３に説明した実施例と異なる。なお、図１〜３において説明した実施例は、本実施例においてθ_１とθ_２が等しい場合と考えてもよい。

本実施例により、ロールセンタ高さが前輪と後輪で異なる４輪車両のインホイールモータ車についても、制動時の車両挙動を安定させることができる。

次に、図６を用いて、ロースセンタ高さが前輪と後輪で異なる場合の駆動時を考慮したサスペンション特性の設定について説明する。図６は、駆動時の前輪アンチリフト力と後輪アンチスクォート力を考慮した車両の挙動及び車両に働く力の関係を示した図である。なお、車両は図５で説明した車両と同一の車両を例に挙げて説明する。

図６（ａ）は、駆動時の４輪インホイールモータ車の車両に働く力の合力を示した図である。図６（ａ）において、駆動力全体をＦとし、前輪：後輪の駆動力の配分比をγ：１−γとすると、車両全体には重心に進行方向と逆向きの慣性力Ｆが作用し、また前輪にかかる駆動力はγＦ、後輪にかかる駆動力は（１−γ）Ｆとなる。この力を、車両の上下方向に働く前輪アンチリフト力と慣性力とアンチスクォート力に分解すると、それぞれ図６（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）のように表せる。

図６（ｂ）は、前輪アンチリフト力を示した図である。前輪アンチリフト力は、前輪の瞬間回転中心をＣ₁とし、Ｃ₁と前輪接地面とのなす角をθ₁とすると、下向きにγ・Ｆ・ｔａｎθ₁となる。これは、図５（ａ）において説明した制動時の前輪アンチダイブ力と反対の対応関係となり、力の向きは下向きで逆であり、瞬間回転中心に依存するｔａｎθ₁は同じになる。４輪インホイールモータ車では、駆動力もタイヤの接地面に働き、制動力と同じ作用点に力が働くので、制動力と反対に考えることができるからである。

図６（ｃ）は、前輪及び後輪に働く上下方向の慣性力を示した図である。慣性力Ｆにより、静止状態よりも荷重が後輪の方に移動するので、重心の高さをＨ、ホイールベースの長さをＬとすると、前輪には上向きにＦ×Ｈ／Ｌの力が働き、後輪には下向きにＦ×Ｈ／Ｌの力が働くことになる。

図６（ｄ）は、後輪のアンチスクォート力を示した図である。後輪の瞬間回転中心は、制動時のときと同じＣ_２となるので、Ｃ_２と接地面とのなす角も制動時と同様にθ_２となる。よって、後輪のアンチスクォート力は、上向きに（１−γ）・Ｆ・ｔａｎθ_２となる。これも、制動時の前輪アンチダイブ力と駆動時の前輪アンチリフト力との関係と同様に、制動時の後輪アンチリフト力と反対の対応関係となり、力の向きは下向きで逆となり、制動力の配分比βと駆動力の配分比γが等しいときには、その力の大きさも等しくなる関係にある。

ここで、前輪アンチリフト力γ・Ｆ・ｔａｎθ₁と前輪に働く上向きの慣性力Ｆ×Ｈ／Ｌが等しいときに前輪リフトがゼロとなり、後輪のアンチスクォート力（１−γ）・Ｆ・ｔａｎθ_２が後輪に働く下向きの慣性力Ｆ×Ｈ／Ｌが等しいときが後輪のスクォートがゼロとなる。

ここで、駆動時においては、慣性力により後輪の方に荷重移動がなされ、後輪の方が重要な役割と果たす場合が多いので、後輪のホイールストロークの変化に対するキングピンオフセット量の変化割合の、前輪の同変化割合に対する比率が、前輪アンチリフト力の後輪アンチクォート力に対する比率よりも小さく設定することが望ましいので、そのような設定を行なう。即ち、後輪のホイールストロークの変化に対するキングピンオフセットの変化割合／前輪の同変化割合＜前輪アンチリフト力γ・Ｆ・ｔａｎθ₁／後輪のアンチスクォート力（１−γ）・Ｆ・ｔａｎθ_２、となるような設定とすればよい。

本実施例により、前輪と後輪のロールセンタ高さが異なる４輪インホイールモータ車において、駆動時の車両の挙動を安定させることができる。

次に、上述の制約条件を考慮して、前輪及び後輪のサスペンションを設定した場合の実施例を説明する。図７は、前輪及び後輪のホイールストロークの変化に対するキングピンオフセット量の変化の関係を示す図である。

図７（ａ）は、前輪のホイールストロークの変化とキングピンオフセット量の変化の関係を示す図であり、図７（ｂ）は後輪の同関係を示す図である。制動時は、前輪がバウンド、後輪がリバウンドとなるので、前輪のバウンド領域ではキングピンオフセットが大きくネガティブであり、後輪のリバウンド領域ではキングピンオフセットが小さくネガティブであるような設定が望ましい。図７（ａ）の第２象限及び図７（ｂ）の第３象限がこれに該当するが、図７（ａ）の第２象限のサスペンション特性を示す曲線の変化割合が図７（ｂ）の第３象限のサスペンション特性を示す曲線の変化割合よりも確かに大きくなっているので、本実施例の制約条件を満たすように設定がなされている。

一方、駆動時には後輪がバウンド、前輪がリバウンドとなるので、後輪のバウンド領域でのキングピンオフセットの変化割合が、前輪のリバウンド領域でのキングピンオフセットの変化割合よりも小さくなるような設定が望ましい。図７（ａ）の第４象限及び図７（ｂ）の第１、第２象限がこれに該当する。図７（ａ）の第４象限のサスペンション特性は、ポジティブキングピンオフセットの設定であるが、そのキングピンオフセット量の変化は、比較的小さく設定されている。一方、図７（ｂ）の後輪のバウンド状態におけるキングピンオフセットの設定は、ホイールストロークを示す軸上にあり、ホイールストロークの大きさが変化しても、キングピンオフセットはゼロに保たれるように設定してある。これは、後輪の特性が理想的な状態を示した場合の例であり、後輪のホイールストロークに対するキングピンオフセットの変化量が最小のゼロに設定されているので、前輪の同変化量より必ず小さくなるように設定されている。

次に、本実施例に係る４輪インホイールモータ車のキングピンオフセットの具体的な設定手段の例について、図８を用いて説明する。図８は、車両のサスペンション装置におけるアーム及びアームを含むサスペンション装置を示した図である。

図８（ａ）は、サスペンションに用いられるアーム１０を示した図である。アーム１０は、ブッシュ１１と、ボールネジ１２と、ブッシュ３０と、アクチュエータ１４により構成される。ブッシュ１１は、車体側に取り付けられ、ブッシュ１３は車輪側に取り付けられる。ボールネジ１２により、アーム１０の長さを調整することが可能になっており、アクチュエータ１４により、ネジシャフト１５を回転させてボールネジ１２によりアーム１０の長さを調整できる。

図８（ｂ）は、ストラット式のサスペンション機構を示している。このロアアーム２０に、上述の伸縮可能なアーム１０を適用し、ロアアーム２０を伸縮させることにより、タイヤのトレッドを変化させ、キングピンオフセット量を調整することができる。

図８（ｃ）は、ダブルウィシュボーン式のサスペンション機構を示している。この方式は、アッパーアーム３０及びロアアーム４０の双方のアームの長さや角度の関係により、タイヤのトレッドを変化させ、キングピンオフセット量を調整することができる。この場合においても、アーム１０をアッパーアーム３０とロアアーム４０のいずれか又は双方に適用し、アームを伸縮させることにより、キングピンオフセットの調整が可能である。

また、図示しないが、ロアアーム２０、アッパーアーム３０、ロアアーム４０の車体側取付点の偏心カムでキングピンオフセットを調整してもよい。

本実施例では、上述のような所望のサスペンション特性を示すようにキングピンオフセット量を調整できればよいので、その設定方法や手段の種類や形式は問わずに何でも好適に適用可能である。また、サスペンションの形式も、マルチリンク式等他の形式にも好適に適用可能である。

なお、サスペンションジオメトリーの設定に制限があり、キングピンオフセットの設定時に、上述のような設定ができない場合には、アクティブサスペンションにより前輪と後輪のキングピンオフセット量の大小を調整してもよい。

図９は、ホイールストロークの変化とキングピンオフセット量の変化との関係が、ホイールストロークのイニシャルポイントでキングピンオフセットが極値を持つ場合を示している。このような場合には、その極値が明確にイニシャルポイントとなるように車高をアクティブに調整することにより、前輪と後輪のキングピンオフセット量の大小を定めることができる。なお、車高を調整する手段の例としては、例えば電磁サスペンションを利用してもよく、具体的には、ショックアブソーバ先端にアクチュエータを設けて車高を調整したり、アームのブッシュ部にアクチュエータを設け、アームを回転させて車高を調整するようにしてもよい。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。特に、本実施例では、制動力及び／又は駆動力の前輪と後輪との配分比と、前輪及び後輪の中心回転角をパラメータとしたが、他のサスペンションに関連する要素も考慮して本発明を適用することが可能である。例えば、コーナリングパワーや、タイヤのよじれ等も考慮するようにしてよく、本発明に基づいて、種々の応用的適用が可能である。

本実施例に係る４輪インホイールモータ車のキングピンオフセットの設定の方法を説明するための図である。図１（ａ）は、従来の後輪駆動の後輪のサスペンション特性の例を示した図である。図１（ｂ）は、本実施例に係る４輪インホイールモータ車のサスペンション特性を説明するための図である。制動時の本実施例に係る４輪インホイールモータ車の車両に働く力の関係を示した図である。図２（ａ）は、車両の制動時に働く力を示した図である。図２（ｂ）は、制動時のサスペンション特性の具体的な例を示した図である。図２（ｃ）は、制動時のタイヤに働く力を示した図である。駆動時の本実施例に係る４輪インホイールモータ車の車両に働く力の関係を示した図である。図３（ａ）は、車両の駆動時に働く力を示した図である。図３（ｂ）は、駆動時のサスペンション特性の具体的な例を示した図である。図３（ｃ）は、駆動時のタイヤに働く力を示した図である。従来技術とインホイールモータとの比較を示す図である。図４（ａ）は、従来技術を示す図である。図４（ｂ）は、インホイールモータのタイヤに働く力を示した図である。図１〜３で説明した実施例と前提条件が異なる車両に本実施例を適用する場合を説明するための図である。図５（ａ）は、車両に働く合力の関係を示した図である。図５（ｂ）は、前輪アンチダイブ力を示した図である。図５（ｃ）は、前輪及び後輪に働く上下方向の慣性力を示した図である。図５（ｄ）は、後輪アンチリフト力を表した図である。駆動時のアンチスクォート力を考慮した車両の挙動及び車両に働く力の関係を示した図である。図６（ａ）は、駆動時の車両に働く力の合力を示した図である。図６（ｂ）は、前輪アンチリフト力を示した図である。図６（ｃ）は、前輪及び後輪に働く上下方向の慣性力を示した図である。図６（ｄ）は、後輪のアンチスクォート力を示した図である。前輪及び後輪のホイールストロークの変化に対するキングピンオフセット量の変化の関係を示す図である。図７（ａ）は、前輪のホイールストロークの変化とキングピンオフセット量の変化の関係を示す図である。図７（ｂ）は後輪の同関係を示す図である。車両のサスペンション装置におけるアーム及びアームを含むサスペンション装置を示した図である。図８（ａ）は、サスペンションに用いられるアーム１０を示した図である。図８（ｂ）は、ストラット式のサスペンション機構を示した図である。図８（ｃ）は、ダブルウィシュボーン式のサスペンション機構を示した図である。本実施例に係るサスペンション特性の一例を示した図である。

符号の説明

１０アーム
１１、１３ブッシュ
１２ボールネジ
１４アクチュエータ
２０、４０ロアアーム
３０アッパーアーム

Claims

インホイールモータを前輪及び後輪の各輪に備え、前記前輪の瞬間回転中心と接地面とのなす角と、前記後輪の瞬間回転中心と接地面とのなす角が略同一の４輪車両であって、
前記前輪及び／又は前記後輪のキングピンオフセットの変化とホイールストローク変化との関係は、前記前輪のホイールストローク変化に対するキングピンオフセット量の変化割合の、前記後輪の同変化割合に対する比率が、前記４輪車両の制動時の前記前輪の制動力配分比率よりも大きく設定されたものであることを特徴とする４輪車両。
インホイールモータを前輪及び後輪の各輪に備え、前記前輪の瞬間回転中心と接地面とのなす角と、前記後輪の瞬間回転中心と接地面とのなす角が略同一の４輪車両であって、
前記前輪及び／又は前記後輪のキングピンオフセットの変化とホイールストローク変化との関係は、前記後輪のホイールストローク変化に対するキングピンオフセット量の変化割合の、前記前輪の同変化割合に対する比率が、前記４輪車両の駆動時の前記前輪の駆動力配分比率よりも小さく設定されたものであることを特徴とする４輪車両。
インホイールモータを前輪及び後輪の各輪に備え、前記前輪の瞬間回転中心と接地面とのなす角と、前記後輪の瞬間回転中心と接地面とのなす角が異なる４輪車両であって、
前記前輪のホイールストローク変化に対するキングピンオフセット量の変化割合の、前記後輪の同変化割合に対する比率が、制動時の前記前輪のアンチダイブ力の、前記後輪のアンチリフト力に対する比率よりも大きく設定されたことを特徴とする４輪車両。
前記４輪車両において、
前記後輪のホイールストローク変化に対するキングピンオフセット量の変化割合の、前記前輪の同変化割合に対する比率が、駆動時の前記前輪のアンチリフト力の、前記後輪のアンチスクォート力に対する比率よりも小さく設定されたことを特徴とする請求項３に記載の４輪車両。
前記前輪及び前記後輪のキングピンオフセットが制動時にネガティブになるように設定されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の４輪車両。