JP4395066B2 - 車両のための懸架装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両車軸懸架装置に関する。

車両のための懸架装置は、周知であり、ばねおよびダンパを含むシャシまたはボデーへの車輪の取付のための手段を備える。装置は、車両ボデーおよびその内容物、そして必要な場合、車両を操縦するために車輪の向きを変えるための手段に対して最小限の外乱を生じるためなどに、例えば隆起を乗り越える間に、車輪のほぼ垂直な変位を可能にする。

従来、隆起や曲路を通り抜ける際に道路との最大限のタイヤ接触を保持し、車両のハンドリングに悪影響を与え得る垂直軸および水平軸回りでの変位の制御を維持するために、垂直平面における個々の車輪の独立した動きを許すために種々の手段が使用されてきた。例えば、マクファーソンストラット、ロワーリンク、トーションバー（ｔｏｒｓｉｏｎ ｂａｒｓ、ねじり棒）、ダブルウィッシュボーン、ラジアルアーム、トレーリングアームおよびビームアクスルの組合せは、そうしたシステムの典型的な周知の実例である。

また、オートバイの前輪用といったシングルトラック（ｓｉｎｇｌｅ−ｔｒａｃｋ；単線；単一軌道）車両のための懸架装置も周知であり、例えばノートン（Ｎｏｒｔｏｎ）社の“ロード・ホルダ（Ｒｏａｄ Ｈｏｌｄｅｒ）”、テレスコピックフォーク、ヴィンセント（Ｖｉｎｃｅｎｔ）社の“ガードロリック（Ｇｉｒｄｒａｕｌｉｃ）”、オーリン（Ｏｈｌｉｎ）社の“アップサイド・ダウン（Ｕｐｓｉｄｅ−ｄｏｗｎ）”テレスコピックフォーク、ＢＭＷ社の“テレレバー（Ｔｅｌｅｌｅｖｅｒ）”フォーク、アールズ（Ｅａｒｌｓ）社のリーディングリンクフォーク、アリエル（Ａｒｉｅｌ）社のトレーリングリンクフォーク等といった登録商標を有する種々の設計で売られている。

懸架装置の設計には解決するべき多くの課題があり、前述の形式は、それぞれのキャスタ、レーキ（ｒａｋｅ）、トレール（ｔｒａｉｌ）、キャンバ（ｃａｍｂｅｒ）、トーイン（ｔｏｅ−ｉｎ）またはトーアウト（ｔｏｅ−ｏｕｔ）設定と組み合わせて、ハンドリングおよび制御に関して許容できる妥協に達し得ている。

より詳細には、外乱を吸収し満足な乗り心地を生じるために十分に柔軟な懸架装置は、車両の減速または加速時のダイブおよびスクワットに対処する問題を抱えている。ブレーキの手荒な使用は、荷重移動（ｗｅｉｇｈｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ；ウェイトトランスファ；重量移動）による前端部の激しいダイブをもたらし、ばねにおいて高予荷重によりバンプを吸収するためにごくわずかな行程しか残さない。これは、懸架の特性の変化に起因する乗客への相当の不快を一時的に生じる。従って、アンチダイブおよびアンチスクワットシステムが望ましい機能であるかもしれないが、それらは乗り心地を損ない、製造コストを増大させ得る。

現代の車両およびタイヤの性能の向上した水準は、それらの問題をより深刻にさせ、オートバイといったシングルトラック車両の場合、バイクは遠心力に対抗するためにカーブを通り抜ける際に傾斜させなければならないので、なおさらそうである。傾斜角は速度またはカーブ半径とともに増加し、隆起を通り抜ける際に、車輪およびシャシのたわみやねじれが起こり得て、それは車両のハンドリングおよび制御を狂わせる。高速コーナリングの間、車輪およびエンジンフライホイールといった回転部品は、個別のジャイロスコープの歳差運動をもたらし、それはハンドリングに悪影響を与え、特に、前輪／フォークの突然のたわみが深刻なふらつきを誘発する一連の平坦でないカーブを通って方向を変える際に乗り手に制御を失わせ得る。

オートバイに適格な設計の大多数において、フォークの下部部品、ばね、ダンパ、ブレーキキャリパおよび車輪はすべて同じ速度で移動し、このばね下質量は、車両が高速で隆起を走行している場合、相対的に大きいモーメントを有する。発生する力は深刻な応力および制御の困難さを生じ得るので、懸架特性の慎重な選定が必要であり、ばね下重量の低減は、それらがフォークの強度または剛性を損なわない限り有益であることは周知である。

多くの設計において、耐用年数は滑り面の早期摩耗によって影響され、それは制動荷重の下で増大し、露出した嵌合要素に付着するほこりによって加速される。

上述の要因は、摺動要素間の隙間がそれらの剛性を低下させ、摩擦力が不均等になり得るので、直線運動の間に車輪アライメントを維持するテレスコピックフォークの能力に影響を及ぼす。従って、フォーク、車軸およびその締結装置の強度および剛性は、摺動部品の非同期運動を防止するために増大されなければならず、これは必然的にばね下重量を増す。

同様に、リーディングまたはトレーリングリンクフォークは、車輪アライメントを維持する強度を付与するためにループまたはブリッジ要素を必要とする。これがばね下重量を増し、これらは一般に車輪と同じ速度で動くので、モーメントも同様である。

ガーダーフォークもこれに関して難点があり、荷重の印加点から比較的長距離である、それらの取付軸受において高応力を誘起するという付加的な問題を有する。フォーク自体は比較的強いが、横向きのたわみは取付軸受における摩耗により容易に起こる。

本発明によれば、互いにずらされ、第１の間隔だけ分離された上部および下部シャシ取付点において一端でシャシまたはボデーに回転可能に取付けられた等しい旋回長の上リンクおよび下リンクと、
一端で車輪車軸を位置決めし、その他方端で第２の間隔だけ分離された取付点によって前記上リンクおよび下リンクの反対端に取付けられた車軸支持リンクと
を備え、
第１の間隔は第２の間隔の２倍であり、
車軸とリンク取付点との間の中心距離は、前記上リンクおよび前記下リンクの旋回長と同じであり、
当該装置の幾何学的配置は、車軸／車輪の移動をシャシ取付点間で直線状に拘束し、前記車軸支持リンクの角変位は、車輪の移動に対して９０°でわずかな直線変位を呈する軸または中心点に集中する、車両の車輪のための懸架装置が提供される。

本発明の特定の実施形態は、車軸支持リンクの固定軸または焦点にその回転中心を備え、付加的な横方向安定性を付与するために車軸に連結されている、横トーションバーを配置している。ディスクブレーキキャリパがダイブを制限するために車軸支持リンクに配置されており、トーションバーの回りで作用する小型なばねおよびダンパシステムがばね下重量を最小限にする。トーションバーはまた、車両の対向側の車輪間で連絡しており、ロールを制限する。

例えばオートバイまたは自転車といったシングルトラック車両の場合、調和して動作するリンク、トーションバー、懸架装置およびダンパの組合せは、特に高速で曲路を通り抜ける際に、車軸／車輪のたわみに抵抗するための極めて剛直かつ相対的に軽量な解決策を提供し、それにより隆起に出会った時の安定性および制御を改善する。

さらなる利点は以下を含む。シングルトラック車両において使用されるフォークおよび支持要素の剛性および強度は、テレスコピックフォークにより可能であるよりも重量に関して大きな重要性があり、ほこりを寄せ付けず交換が経済的である、ピボットにおける専用のシール軸受の使用によって可動部品の摩耗が著しく排除されるので、荷重下での摺動摩擦が低減される。

以下に本発明を添付図面によって説明する。

図１に言及する。リンク１および２は、車両ボデーまたはシャシに配置された実質的に剛性の取付具３および４に、図示せぬ専用の軸受を用いて連結されており、そしてその反対端５および６において類似手段によって三角リンク７に連結されている。車輪の車軸８は、リンク７の反対端に位置し、リンク１、２および７の関節接合の軌跡９によって示されるほぼ直線運動を描く。軌跡９上の種々の位置から車軸８を通って引かれ点５および６の間で等距離の中心線は、延長すると点１０で交わる。後者は、文字“Ａ”によって指定され、車輪の車軸８のそれに９０度の比較的短い直線運動を呈し、中央位置でのリンク機構により含まれる角度θはすべて等しい。

図２に言及する。これは、車両の前輪に応用された本発明の特定の実施形態を示している。リンク７は、車軸８の中心から所定の半径に配置かれたブレーキキャリパ１１とともに図示されている。ブレーキの適用時に、車軸回りのＭ１によるモーメントは、車両を減速するための路面における減速力Ｆｌおよび、距離Ｃを増大させ車両の前端部を持ち上げようとするリンク機構による力Ｆ２を生じる。減速に抵抗する車両の慣性は、前輪１２への荷重移動ΔＷをもたらすその重心を通じて作用する。この付加的な荷重は、減速の度合い、重心の高さおよび前後車輪間のその位置に相当し、上方かつ反対の反力Ｆ３ｒを生じる。慣性はまた、取付点３および４の各々において０．５Ｆ１に等しい水平の対向する反力および、車軸８ならびに、車軸８を軌跡９の中央位置に向けて移動させるリンク１および２による水平方向での反力Ｆ１ｒも生じる。組合せ反力Ｆ３ｒおよびＦ１ｒはＦ２に対抗し、それらの力は懸架装置の中央行程で釣り合った状態になる傾向がある。軌跡９に沿った車輪行程の最適な幾何学的配置の選定は、正しいリンクプロポーションおよび焦点１０に対するブレーキキャリパの位置と一緒に、この例では品目２４および２５によってリンク７に適用される懸架特性Ｓ３を損なうことなく減速状態の下で車両乗車高の所望の制御を生じる。

図３に言及する。図は、中央行程における典型的な車両後輪アセンブリのものであり、リンク１および２が、枢転可能なシャシ取付点３および４で車両ボデーまたはシャシに回転可能に取付けられており、他方端でリンク７に枢転可能なリンク取付点５および６で同様に取付けられている。シャシ取付点３および４がリンク取付点５および６から水平方向にオフセットされて、リンク１および２が水平方向にオフセットされた枢転中心を有する。スタブ車軸８がリンク７の反対端に取付けられ、それにはディスクブレーキキャリパ１１が配置されている。トーションバー１４のリンク１３が車軸８の近傍でリンク７に服従的に（ｃｏｍｐｌｉａｎｔｌｙ、従順に、準拠して）取付けられ、付加的な横方向剛性を付与し、車輪が軌跡９に沿って移動する際にリンク７とトーションバー１４との間の径方向変位のわずかな変動を可能にする。トーションバー１４は、図１において説明した一致中心点１０に配置されている。レバーアーム１５がストラット（ｓｔｒｕｔ、支柱、突っ張り）１６の一端に作用し、ストラットの反対端は１７でボデーに取付けられている。アセンブリは、例えば自動車の反対側において複製され得るし、サブフレーム（図示せず）に取付けられて車両の後輪の懸架装置および車軸装置を形成し得る。

図４に言及する。これは、オートバイの前輪に適した装置を示している。レッグ１８は、図示せぬオートバイのシャシの一部であるステアリングヘッドチューブ２２に配置された軸受２１を貫通する柱２０にヨーク１９によって結合されている。ヨーク２３は枢転連結部と車両へのフォークの取付を完成し、軸は傾けられて車両を操縦するために適したトレールＸおよびレーキθ _２ を付与する。フォークレッグ１８は取付点３および４を備えており、トレーリングリンク１および２がそれらに回転可能に連結され、それぞれの反対端で、図示せぬ専用の軸受およびシールを用いてリーディングリンク７に同様に連結されている。リーディングリンクは、前輪１２の車軸８に横方向支持を付与するようにしてレッグ１８内の溝穴またはレッグ１８の周囲を通過してもよく、リンク７はそれにブレーキキャリパ１１が付加されているとしてよい。品目２４は、点２５でリンク７に、そしてその反対端で、図示せぬがレッグ１８にまたはその内部に配置された双方向ダンパとともにばねに枢転（ｐｉｒｏｔａｌｌｙ、施回、回転）可能に連結されている。装置は、付加的な支持／制御のために車輪およびステアリングヘッドのもう一方側に複製され得る。

図５に言及する。これは、１つのフォークレッグの断面立面図である。品目２４が点２５でリーディングリンク７に枢転可能に連結され、レッグ１８内部を同軸に通っており、そこでそれは往復動部材２６と回転可能に連結されており、部材は、図示せぬが、ヨーク１９内に収容され一方端で軸受によって位置決めされたトーションバー２８と噛合するギヤラック２７を有する。同一のフォークレッグ（図示せず）が、車軸８がリンクの類似装置によって取付けられて、車輪１２の他方側で、レッグ１８と平行にヨーク１９および２３によって配置されている。ヨーク１９および２３は、車両を操縦するための手段を付与するために、図示せぬ柱２０および軸受２１によって車両に連結され得る。隆起を走行している時に車輪１２が上下に動くと、車軸８の軸およびトーションバー２８は、ギヤラックおよびトーションバーによって互いに平行のままであるように強いられ、車輪をそらせようとするあらゆる横荷重は強力に抵抗される。

図６は、図５のそれに類似の装置の上部を示しており、２つのギヤ付きトーションバー２８および２９が部材２６と噛合して付加的な拘束を付与し車軸／車輪アライメントを維持する。

図７に言及する。これは、図４、５および６において説明したものに類似の懸架装置を表現する図であるがこれらに限定されない。それは、ヨーク１９および２３によって固定されたフォークレッグ１８内に取付けられた油圧ストラット１６を含み、その結果、アセンブリは、操縦のための図示せぬ軸受２１に取付けられた柱２０の回りで枢転することができる。ストラット１６は、５０：５０フローディバイダ／リコンバイナ（５０：５０
ｆｌｏｗ ｄｉｖｉｄｅｒ／ｒｅ−ｃｏｍｂｉｎｅｒ；等分分流／集流装置）３１を介して気体／油加圧アキュムレータ３０および、調整可能バンプ・リバウンドダンパ３２に接続されている。この構成において、ストラット１６は、品目３１および／または品目３２および３５によるそれらへの荷重または圧力に関わらず調和して働くように拘束される。アキュムレータ３０は、手動によってかまたは、図示せぬ荷重センサ、ＣＰＵ３３およびポンプ３４を用いて自動的に行い得る、圧力の調整によってばね定格を変更するために使用され得る。バンプ・リバウンド制動もまた、制動および／または流量を相応に調整するサーボモータ３６を制御するためにＣＰＵ３３によるフィードバックを伴い品目２６の運動を監視するために速度／位置センサ３５を用いて、手動または自動的にかいずれかで、独立して調整可能なダンパ３２を用いて外部から調整され得る。

図８に言及する。これは、品目３１および３２が１つのユニットに組合わされている図７のそれに類似の装置を示している。

リンクの幾何学的配置および運動の軌跡を示す簡略化した図面である。 車両の減速の間における典型的な反力を伴う装置を示す。 中央行程における車両の後輪懸架装置の典型的装置である。 オートバイのフロントフォークおよび前輪の側面立面図である。 フロントフォーク内のギヤ付きトーションバーを示す側面立面図である。 制御された油圧懸架装置を備える図式的な装置である。

Claims (12)

1. 車両の車輪のための懸架装置であって、
   互いにずらされ、第１の間隔だけ分離された上部および下部のシャシ取付点（３、４）において一端で前記車両のシャシまたはボデーに回転可能に取付けられた等しい旋回長の上リンク（１）および下リンク（２）と、
   一端で車輪の車軸（８）を位置決めし、その他方端で第２の間隔だけ分離されたリンク取付点（５、６）によって前記上リンクおよび下リンクの反対端に取付けられた車軸支持リンク（７）と
   を備え、
   第１の間隔は第２の間隔の２倍であり、
   前記車軸と前記リンク取付点との間の中心距離は、前記上リンクおよび前記下リンクの旋回長と同じであり、
   使用中に、当該懸架装置の配置は、前記車軸の移動を前記シャシ取付点間で直線状に拘束し、前記車軸の移動に対して９０°にわずかな直線変位（Ａ）を呈する中心点（１０）の回りに前記車軸支持リンクが連節する、前記懸架装置。
2. 前記上部及び下部のシャシ取付点（３、４）が前記リンク取付点（５、６）から水平方向にオフセットされて、前記上リンク（１）および下リンク（２）が水平方向にオフセットされた枢転中心（３、４）を有し、
   前記車軸は、前記車軸支持リンクの一方側かつその端から突出するスタブ車軸（８）を備え、
   前記懸架装置は、車軸中心線と同心な一端で前記車軸支持リンクの他方側に服従的に取付けられ、前記上リンクおよび下リンクの取付間を通り反対端で、軸が前記中心点（１０）と一致するトーションバーまたはチューブに取り付けられる付加的なリンクをさらに備える、請求項１記載の懸架装置。
3. リンクは溝穴を経てレッグ（１８）を貫通しており、
   前記上リンク（１）および下リンク（２）は、溝穴のいずれか一方側で前記レッグに取付けられており、
   溝穴の側面は、リンク（１、２）およびそれに取付けられる車輪（１２）に付加的な横方向安定性および案内を付与しており、
   前記レッグは、レーキおよびトレールを付与するために垂直線から傾けられており、前記車両を操縦するためにレッグの各端で枢転連結部（２１）によってシャシに取付けられている、請求項１記載の懸架装置。
4. レッグ（１８）は、前記上リンク（１）の上方に延出しており、及び、操縦を行うために上方に前輪を被うように配置された枢転連結部（２１）を介してシングルトラック車両のシャシへの取付のための上部および下部ヨーク（２３、１９）が設けられている、請求項１に記載の懸架装置。
5. 前記上リンク、前記下リンク、前記車軸支持リンク及び前記レッグの構成は、前記車輪の一方側に配置され、
   前記懸架装置は、前記車輪の他方側に配置され、付加的な安定性を付与するための対称な上部ヨーク（２３）および下部ヨーク（１９）を用いてシングルトラック車両のシャシに取り付けられた、上リンク、下リンク、車軸支持リンク及び第２レッグの、前記構成と同一な第２の構成をさらに備える、
   請求項４に記載の懸架装置。
6. ディスクブレーキをさらに備え、
   前記ディスクブレーキのキャリパ（１１）は前記車軸支持リンク（７）に固定され、車両の減速時の反力はほぼ釣り合い、ばね下重量のモーメントは最小限にされるように配置される、請求項１乃至５のいずれかに記載の懸架装置。
7. ギヤ付きの単数または複数のトーションバー（２８、２９）が下部ヨーク（１９）に回転可能に取付けられ、
   ギヤは前記レッグ（１８）内に配置された往復動部材（２６）に刻設された嵌合ラック（２７）と噛合し、
   前記往復動部材（２６）は、下端で枢転連結部（２５）を介して車軸支持リンク（７）に取付けられて懸架装置を提供する、請求項４又は５記載の懸架装置。
8. 速度によって変化して抵抗を変化させ、取付けられた車輪のバンプ・リバウンド運動を制御する、独立したばねおよび／または制動手段（３２）
   を含む、請求項１乃至７のいずれかに記載の懸架装置。
9. 車軸（８）の同時かつ平行な移動を維持するために荷重および圧力に関わらず機能する既知の設計の５０：５０フローディバイダ又はリコンバイナ（３１）を介して、共通の気体又は油アキュムレータ（３０）に結合された油圧シリンダ（１６）
   を含む、上記請求項１乃至８のいずれかに記載の懸架装置。
10. アライメントを維持するためにダンパ内の流体の流れを制御および変化させる手段（３４）を有するＣＰＵ（３３）に接続された、速度及び／又は位置センサ（３５）を備える独立した前記ダンパ（３３）
    を含む、上記請求項１乃至９のいずれかに記載の懸架装置。
11. ５０：５０フローディバイダ又はリコンバイナ（３１）と統合された独立して調整可能なダンパ
    をさらに含む、請求項１乃至１０のいずれかに記載の懸架装置。
12. ばね定格、バンプ・リバウンド制動特性の独立した調整のための外部手段（３３、３４、３５）
    をさらに含む、上記請求項１乃至１１のいずれかに記載の懸架装置。

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