JP4615650B2 - ホイールおよびホイールと一体のサスペンションを備えた組立体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は車両のサスペンションに関するものである。本発明はこの車両のシャシに対する車両ホイールの案内と、シャシに対するホイールの変位の制御との両者に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ホイールがハブに取付けられ、ハブがホイールの回転軸を規定するベアリングによってホイールキャリアに取付けられることは知られている。ホイールの案内はホイールキャリアを車両のサスペンションに十分な大きさで、車両に対して変位することを可能にすることからなる。さらに、ホイールの案内は車両の進路ができるだけ厳密に制御されるようにしなければならない。求められる変位移動量は垂直方向で大きい。前後方向にわずかに移動できるのが望ましいが、理想的には目的は全ての横方向の相対移動を抑制することにある。さらに、これら全ての移動を誘発する可能性がある操舵とキャンバの変化は厳密に抑制されなければならない。従って当業者が考慮に入れなければならない設計上の制約が生じる。
【０００３】
ホイールの回転軸に対して垂直な面で、ホイールの中央、より正確にはホイールに取付けられた空気タイヤまたは非空気圧タイヤ（以下一般に「タイヤ」と称する）の地面との接触領域の中心を通る面を、ホイール「面」と呼ぶことにすると、変位移動の制御は、案内装置がシャシに対してホイール面の厳密に制御された位置を保証しなければならないということと同じである。
ホイールの面の案内のアスペクトに加えて、サスペンションはさらに車両荷重をホイールへ伝達することおよび案内によって可能になる移動の大きさを制御することを保証しなければならない。これは一般にスプリングおよび衝撃吸収装置またはスプリング機能（柔軟性）と衝撃吸収機能（振動の持続を防止）とを組み合せた部材が果たす役目である。
【０００４】
現在使用されている車両の全てのサスペンションはいささか場所をとるいう点で共通している。サスペンションアームはその角度方向の動きに、例えば過剰な左右車輪間隔の変化（サスペンションダイアグラム）が伴わないように、ある程度の長さが必要である。マクファーソンストラット式でも（この方式はエンジンユニットを横置きできる大きい空間を得られることによって利用が増加していることで知られている）全高が高くなる等の欠点がもたらされる。
【０００５】
さらに、サスペンションの快適性と操縦性とのより良い妥協の追求により、現在エレクトロニクスの進歩によって制御が可能になったいわゆるアクティブまたはセミアクティブサスペンションが提供されている。一般に、この結果、スプリングおよび／または衝撃吸収装置の体積が増え、あるいはスプリングまたは衝撃吸収装置を形成する追加部材の追加することによって、サスペンションの車両への取付により大きい空間が必要となる。
【０００６】
【発明の解決しようとする課題】
本発明の目的は、車両と一体化することが容易で、さらに弾性および衝撃吸収特性が十分に制御できる完全なサスペンション組立体を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、自動車のサスペンション組立体を提供することにあり、この組立体はホイールを支持するためのハブを備え、この組立体は：
・ 支持部材であって車両のシャシに支持部材自体を取付けることができる取付手段を備え、シャシに対して垂直方向に変位しないよう固定される支持部材と、
・ 前記支持部材に対して垂直方向に変位しないよう固定された案内部材と、
・ 単一の細長いバーであってバー軸を有し、前記案内部材によって相対的に並進するよう案内されてこの案内部材の内部で摺動し、前記案内部材に対して相対的に回転しないよう取り付けられるバーと、
・ 前記バーの両端に取付けられたホイールキャリアであってこのホイールキャリアが前記ハブの回転軸を規定し、前記バーが前記ハブの回転軸に対してオフセットするように前記ホイールキャリアに対して配置されているホイールキャリアと、
・ 前記支持部材によってホイールキャリアに伝達された車両の重量を支持する手段であって、スプリングを備え、このバネは一方がホイールキャリアと一体で他方が案内部材と一体の２つのスプリング応力印加点の間で作用する荷重を支持する手段と、
・ ハブの回転軸に同軸に配置された、機械的伝達シャフト（９７）への連結手段であってトルクをハブに印加することができる機械的伝達シャフトへの連結手段と
を備える。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明はこのようにして好ましい実施例でホイールの変位に必要な案内一体化することができる組立体と、ホイール内で必要な柔軟性および変位の制御を保証することができる要素を提供する。従って、サスペンションの主要な機能（ホイール面の案内、望ましい方向での変位の自由度および変位の動きの制御）は、ホイールの内部の空間で一体化することができる。従ってこの組立体を任意の適当な方法で極めて容易に車両シャシに取り付け、特に固定して取り付けることができる。後者の場合は、案内部材がサスペンションを支持する役目をし、シャシと一体であり、従って極めて単純に実施可能である。支持部材はシャシに対して垂直方向に変位しないで固定されるようになっており、案内部材は支持部材に対して垂直方向に変位しないで固定されて取り付けられているので、案内部材はシャシに対して垂直方向に変位しないで固定されている。
好ましくは、徹底的に占有空間を減らすために、本発明はできるだけ多くのサスペンション用部品をホイール内の利用可能な空間に、すなわちホイールディスクの片側でホイール内に放射状に取付ることを目的とする。
【０００９】
現在使用可能な電子的自動制御手段は液圧または空気圧部材に比べて電気モータをより迅速且つ直接的に操作することができる。これが、特に有利な変形例では、本発明はホイールの変位移動を制御するためのリニアモータまたは回転式電気モータの使用を提案する理由である。従って本発明によって、ほぼホイールの内部空間の境界内にこのモータを組立体に収容することができる構成が提供される。本発明は特にサスペンション特性のアクティブ制御、特に、サスペンション特性の直接電気制御に適しているという利点を有する。
【００１０】
バーの並進移動案内が「摩擦のない」場合、すなわち可能な限り低い摩擦しかない場合、大きさが変化しやすい寄生摩擦によってバーが変形されないため、変位移動の制御が容易になることは注目できる。ローラ案内はきわめて適している。バー上に配置されたローラ軌道と協働するローラを使用することができ、ローラは案内部材に回転可能に取り付けられている。適正な処理が行われる限り、あるいは十分に潤滑される限り、互いに相対摺動する接触面も考えられる。例えば、流体ベアリングを使用することができる。この変形例は、そのための電気機械装置を主に用いて変位を制御するのに特に適している。なぜなら境界摩擦がないためにその動作が単純化され、全体の性能を向上させるからである。
【００１１】
本発明は操舵輪および駆動輪、並びに同時に操舵および駆動するホイールの全てに適用される。それによりピボットを設けて操舵角制御ポイントを設置することができる。操舵輪の場合は、ホイールのピボット軸を上記ホイール面の直径上に配置することができる。すなわち、いわゆる「ピボット−イン−アクシス（pivot-in-axis）」解決策、すなわちホイールの操舵の中心軸がホイールの回転軸に対して直角である構成を採用することができ、組立体は上記のホイールの操舵の中心軸がタイヤ接地面の中央部でこのタイヤ接地面と交差するになるように配置される。従って、極めて有利な設計の変形例では、バーの軸およびハブキャリアのピボット軸はオフセットされ、ピボット軸はバーの軸に対して横方向に配置された複数のピボット点によって規定され、すなわち、バーの軸に対してオフセットし、ピボット軸と回転軸とは交差する。これによって、機械的伝達を通すための十分な空間を中心に解放して、いわゆるピボット−イン−アクシス」構成を採用することができる。
【００１２】
ハブはホイールの回転軸と同軸に配置された機械的伝達シャフトへの連結手段を備え、この手段はホイールの中心で直接係合してトルクをハブに印加することができる。組立体が固定されている車両のシャシに対してホイールが変位しているので、ホイールのピボット軸と回転軸との正に交差点に伝達シャフト継手、好ましくは等速継手を設けるのが望ましい。
【００１３】
スプリングを形成する要素として、渦巻きスプリングを用いる。渦巻きスプリングの内側の巻き線は案内部材（シャシに結合された基準を与える）と一体であり、上記渦巻きスプリングの外側の巻き線はホイールキャリアに連結されたベルト（ホイールの変位に正確に従う）と一体である。
本発明は添付図面を参照した下記の説明からより明らかに理解されよう。本発明は下記実施例に限定されるものではない。
【００１４】
【実施例】
各図はリム１０に取り付けられたタイヤ１を示している。リム１０は軸方向に分離可能な２つの部品１１および１２から作られ、可能な方法の１つによってタイヤ１をリムに取り付けることができる。当然他の解決策、例えばリムに永久に固定されたタイヤ、または空気を注入しないまたは空気圧を使用しないタイヤを採用することができ、本発明は路面と確実に接触する手段自体には関与しない。
【００１５】
リム１０はホイールディスク１３に連結される。リム１０およびディスク１３はホイール１４を形成する。このホイール１４は植込みボルト（図示せず）によってハブ１５に取り付けられる。ブレーキディスク１７はハブ１５と一体に形成されている。ホイールおよびブレーキディスクのハブへの取付の詳細は当業者によく知られているので、これ以上の包括的な説明は必要としない。上記の部分組立体は本発明の組立体の回転部分を形成する。回転軸は軸ＸＸ’である。この回転部分はベアリング２によってホイールキャリア３に取り付けられる。
【００１６】
ホイールキャリア３は、またブラケット４６によってバー４と一体になっている。バー４は縦方向軸ＣＣ'を有する。さらに、ここでは、バー４には正方形断面が選択される。他の可能なものの中でも、この型の断面は、軸ＣＣ'を中心とするバー４の回転を防止することができる。従ってバー４は４つの案内軌道４１，４２，４３，４４（図２）を有する。ホイールキャリア３およびバー４はバー４の軸ＣＣ'がホイール１４の回転の軸ＸＸ'に対して垂直であるが交差しないよう互いに配置され取り付けられる。バー４およびホイールキャリア３は通常、非懸架部材と称され、回転しない。
【００１７】
バー４は案内軌道４１，４２，４３，４４と協働するローラ組立体６４と当接する。このローラはバー４が軸ＣＣ'に沿って並進移動できるように案内部材６に回転するように取り付けられている。案内部材６はバー４を取り囲み、ホイールキャリア３はバーの両端に取り付けられることは注目してよい。バー、ホイールキャリア３および案内部材６は、基準径φ_Rによって直径方向に、ホイールディスクによって一方の側を軸方向に制限されたケーシング内に収容される。特に、タイヤの実施例がいかなるものであっても、バー、ホイールキャリア３および案内部材６は、ホイールディスクによって一方の側を、上記ホイールのディスクによって設定された境界から、ホイールおよびそのタイヤの幅に必要な空間に相当する基準幅 L_R にほぼ相当する幅によって軸方向に制限されたケーシング内に収容される。
【００１８】
バー４および案内部材６は摺動軌道を形成する。バー４は案内部材６とは独立に軸ＣＣ'を中心に回転できないことは注目してよい。ホイールキャリア３はブラケット４６の両端に配置されたピボット５６にいよってバー４にピボット式に取り付けられている。この場合、案内部材６に対するホイールキャリア３のピボットの自由度が存在する。バーの縦方向軸はホイールの中心からオフセットしているが、（ホイールの操舵の中心の）ピボット軸はホイールの中心を通っている。
【００１９】
従って案内部材６とホイールキャリア３との間には、唯一の自由度が存在する：軸ＣＣ'に沿った相対並進移動。この並進移動は上下方向に動く。従って伸長および圧縮の点で十分なサスペンションストロークを有することができる。
【００２０】
さらに、レバーアーム６１（図１）はホイールキャリア３と一体であることも注目してよい。このレバー６１は駆動ロッド(図示せず)に連結されることができ、この駆動ロッドはホイールの変位によって誘発されるホイールの操舵を防止または許容値に制限するように設計および／または取付けられるのが好ましい（コンプライアンスステア）。非操舵ホイールでは、バー４をブラケット４６に固定して取り付けたり、レバー６１に操舵タイロッドを適切に取付ることによって軸ＣＣ'を中心とする回転の自由度を固定することができる。
【００２１】
本発明の提供するサスペンションの動きは、バー４と案内部材６との間で可能な相対並進移動によって保証されることがわかる。さらに、ホイール１４の操舵を可能にする方法もわかる。案内部材６は取付手段６‘を介して車両のシャシに固定することができ、これには振動防止ゴム部品を使用することを妨げない。
【００２２】
以下の明細書ではホイールの回転および変位の動きを制御するための手段をサスペンション組立体と一体化することができる方法について述べる。
サスペンションの動き（ホイールの変位）を始めに考える。本発明の実施例の独特な特徴によれば、荷重を支持する役目をするスプリングはバーの軸に対してオフセットされた２つの印加点の間で作用し、それによって車両の荷重を支持するためにスプリングが発生する応力はバーの軸に対して平行に向けられ、バーの軸に対してオフセットされた点に作用する。本発明の実施例では、案内部材に対するバーの変位を制御するための手段は以下に示すよう設けられている。渦巻きスプリング８０が、ホイールとシャシとの間で作用して車両の荷重を支持する。
【００２３】
本発明の実施例では、渦巻きスプリングは渦巻き線に沿ってむくの鋼のワッシャを切断することによって得られ、このむくの鋼のワッシャは渦巻きスプリングに望ましい厚さを有し、直径方向外側円筒面および直径方向内側円筒面を有する。渦巻き切断は内側円筒面にも外側円筒面にも達しない。このようにして渦巻きスプリング自体と一方が内側で他方が外側の２つの円筒スリーブとが単一部品で得られ、渦巻きスプリングはこの要素に連結され、この要素の間で作用しなければならない。
【００２４】
渦巻きスプリング８０の内側巻線８１の延長にある内側スリーブは案内部材６の延長にあるクイル６８に取り付けられる。内側巻線はこのようにして案内部材６と一体化され、サスペンションの変位の動きの制御に関する限り、車両のシャシと一体化される。渦巻きスプリング８０の外側巻線８４の延長にある外側スリーブはベアリング６９によってクイル６８に対して同軸に配置された回転式円筒ケーシング８３と一体である。ベアリングの軸はバーの軸に対して直角である。ベルト８２が上記円筒ケーシング８３に取り付けられる。ベルト８２はこのようにして外側巻線８４に機能的に連結され、この外側巻線に規則的な回転を伝える。すなわち、外側巻線８４を内側巻線８１に対してオフセットすることはできない。さらに、ベルト８２はブラケット４６の一方に、従ってバー４に取り付けられる。ベルト８２はこのようにして、サスペンションの変位の動きの制御に関する限り、ホイールキャリア３と一体化される。ベルト８２は渦巻きスプリング８０を収容する円筒ケーシングの周りに巻き付けられる。従って、ベルト８２はホイールの垂直方向の動きを渦巻きスプリング８０の外側巻線８４に伝達する一方で、ホイールの変位の直線運動を回転運動に変換して渦巻きスプリング８０にモーメントを印加する。
【００２５】
既に述べたようにバー４の軸に対してオフセットしているスプリング８０の応力の支持点は、一方では、上側ブラケット４６上のベルト８２の取り付け点８２０および回転式ケーシング８３上のベルト８２の接点８２１である。
スプリングに関する限り、この部分は基準径φ_Rによって直径方向に、ホイールディスクによって一方の側を軸方向に制限されたケーシングに収容されることがわかる。特に、スプリングは片側では上記ディスクのホイールによって規定された限界によって、反対側ではホイールに接した仮想面によって上述のように規定されたケーシング内に収容される。
【００２６】
ここで、スプリング８０の振動の持続を防止することができる方法を考える。
バー４はラック４５を備える。ピニオン８５は上記ラックと係合している。ピニオン８５はその回転運動を電気機械装置８７のロータ８６に伝達し、この電気機械装置のステータ８８は案内部材６と一体に形成されている。図２からよくわかるように、回転電気機械装置８７のロータ８６のシャフトは上記渦巻きスプリングの内側巻線を貫通している。電気機械装置８７および渦巻きスプリング８０は近接して並んで配置され、従って上記の全てのサスペンション機能部品の取付けは非常にコンパクトになっている。
【００２７】
従って、バー４の直線運動は回転運動に変換され、この回転運動に対して、サスペンションに必要な衝撃吸収機能またはサスペンションにアクティブ特性を与えることを目的としたさらに別の任意の複雑な機能が電気機械装置８７の適切な制御によって機能する。この複雑な機能の設計は本発明の一部ではなく、本発明の目的はこれを可能にする機械的および電気機械的手段を提供することである。衝撃吸収を保証する単純な手段として、電気機械装置を抵抗負荷に連結してロータの回転運動を、高速道路車両、例えば大型バスに備えられて知られている電気的リターダと同じ原理で制動する方法を簡単に追加することができる。
【００２８】
以上、スプリングおよび衝撃吸収機能またはこれと同等の機能を検証したので、ブレーキ手段の取付を見てみよう。ブレーキディスク１７はハブ１５と一体である。ブレーキ力はホイールキャリア３と一体なブレーキキャリパ９０によってブレーキディスク１７に印加される。ブレーキキャリパ９０はバー４の軸ＣＣ'に対してオフセットしているので、キャリパをホイール１４内の利用可能な空間内に収容することができる。ブレーキキャリパ９０によって、必要に応じて、ブレーキディスク１７を適当な制御、例えば液圧または電気的な制御によって締め付けることができるが、この制御自体は本発明の一部をなさない。当然、この型のブレーキ、ディスクブレーキは変形例の１つでしかなく、より一般的にいえば、本発明は少なくとも１本のブレーキ軌道を有する回転部分を含むブレーキ手段を用いることができ、上記回転部分は上記組立体に属し、ハブと一体であり、上記組立体は摩擦材料を上記軌道に押圧するブレーキ部材を有し、上記ブレーキ部材はホイールキャリアと一体で、上記ブレーキ部材および上記スプリングはバーのそれぞれの側に取り付けられる。
【００２９】
本発明を駆動輪に使用する場合を説明する。伝達シャフト９７はピボット軸に配置された等速継手９８を介してハブ１５にトルクを印加する。スプリング８０を収容する円筒ケーシング８３および電気機械装置８７はホイールの操舵の動きにもサスペンションの変位の動きにも追従しないことは注目してよい。伝達シャフト９７に関しては、等速継手９８がピボット軸上に正確にセンタリングされるので伝達シャフト９７は操舵時に上記空間で動かないが、サスペンションが変位する間はこの空間を走査する。スプリングのために提案された構成によって、渦巻きスプリング８０および電気機械装置８７が占める空間は極めてコンパクトになり、動力伝達を通すことを妨げることがない。
【００３０】
本発明は組立体がハブと一体なギアホイールを備える場合にも及び、この場合、上記ギアホイールはホイールキャリア上に回転式に取り付けられたピニオンと係合し、上記ピニオンの移動は駆動モータによって制御され、駆動モータのステータはホイールキャリアと一体であり、駆動モータのロータは直接連結によって上記ピニオンを駆動し、トルクをギアホイールによって上記ハブに印加することができるようになっている。実際には、同心のギアホイールをブレーキディスク１７の直近でハブ１５に追加することもでき、これによって１つまたは複数の電気モータを容易に追加することができ、従ってこの電気モータはシャフト９７による機械的伝達と同時に作用する。この構成はパラレルハイブリッド車両に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図２のI-Iによる部分断面図。
【図２】 図１のII-IIによる部分断面図。
【図３】 図１のIII-IIIによる断面図。
【符号の説明】
３ ホイールキャリア
４ バー
６ 案内部材
１５ ハブキャリア
４１、４２、４３、４４ 案内軌道
４５ ラック
６４ ローラ
８０ スプリング
８１ 内側巻線
８２ ベルト
８３ 円筒ケーシング
８４ 外側巻線
８５ ピニオン
８７ 電気機械装置
９７ 機械的伝達シャフト

Claims (10)

1. ホイールを支持するためのハブ（１５）を備えた、自動車のサスペンション組立体であって、
   この組立体が下記（ａ）〜（ｆ）：
   （ａ）車両のシャシに対して垂直方向に変位しないよう固定された、シャシに取付けるための取付手段を備えた支持部材と、
   （ｂ）上記支持部材に対して垂直方向に変位しないよう固定された案内部材（６）と、
   （ｃ）上記案内部材（６）によって相対並進運動するよう案内され、この案内部材（６）の内部を摺動し、案内部材に対して相対回転しないように取り付けられた、バー軸線を有する単一の細長いバー（４）と、
   （ｄ）上記バー（４）の両端に取付けられた、上記ハブの回転軸線を規定するホイールキャリア（３）であって、上記バーは上記バー軸線が前記ハブ（１５）の回転軸線に対してオフセットするようにこのホイールキャリア（３）に対して配置されるホイールキャリア（３）、
   （ｅ）一端がホイールキャリア（３）と一体で、他端が案内部材（６）と一体であるスプリング（８０）を備えた、２つのスプリング応力印加点の間で作用する、上記ホイールキャリア（３）に伝達された車両の重量を支持する手段と、
   （ｆ）上記ハブ（１５）の回転軸線と同軸に配置された、上記ハブ（１５）にトルクを加えることができる、機械的伝達シャフト（９７）への連結手段と、
   を備え、上記バー（４）の軸線とホイールキャリア（３）のピボット軸線とは互いにオフセットされ、上記ピボット軸線はバーの軸線に対して横方向に配置された複数のピボット点によって規定され、上記ピボット軸線と上記回転軸線とが交差する、ことを特徴とする組立体。
2. 上記スプリングが渦巻きスプリング（８０）である請求項１に記載の組立体。
3. 渦巻きスプリング（８０）の内側巻線（８１）が案内部材（６）と一体であり、渦巻きスプリング（８０）の外側巻線（８４）が渦巻きスプリング（８０）を収容する回転式の円筒ケーシング（８３）と一体であり、この円筒ケーシングにはベルト（８２）が取り付けられ、その周りに巻き付けられている請求項２に記載の組立体。
4. 上記スプリングがバーの軸線に対してオフセットされた２つの印加点の間で作用し、車両の荷重を支持するためにスプリングに生じる応力がバーの軸線に対して平行に加わり、バーの軸線に対してオフセットされた点に作用する請求項１〜３のいずれか一項に記載の組立体。
5. 上記案内部材（６）によるバーの並進移動が実質的に摩擦のない案内運動であり、前記組立体がバーのこの並進移動運動を制御する手段をさらに有し、この手段はバー（４）上に配置されたラック（４５）を有し、このラック（４５）は案内部材（６）上に回転自在に取付けられたピニオン（８５）と係合し、このピニオンの回転が回転電気機械装置（８７）によって制御される請求項２又は請求項３に記載の組立体。
6. 上記回転電気機械装置（８７）のシャフトが上記渦巻きスプリングの内側巻線（８１）を貫通し、上記回転電気機械装置（８７）と渦巻きスプリング（８０）とが互いに並んで配置されている請求項５に記載の組立体。
7. 案内部材（６）上に回転自在に取付けられたローラ（６４）が上記バー（４）上に配置されたローラ軌道（４１，４２，４３，４４）と協働してバー（４）の並進移動運動を荷重摩擦のない状態で案内する請求項１に記載の組立体。
8. ホイールキャリア（３）とバー（４）と案内部材（６）とが、直径方向がホイールのリム（１０）によって規定され、軸方向の一方の側がホイールのディスク（１３）によって設定される境界によって規定されるケーシングの内部に収容される請求項１に記載の組立体。
9. 上記ケーシングは、軸方向の他方の側が、上記ホイールのディスク（１３）とは反対側のホイールの端部に接する仮想面によって設定される境界でさらに規定され、
   上記スプリング（８０）が上記ケーシングの内部に収容される請求項８に記載の組立体。
10. ハブがブレーキ手段を支持し、このブレーキ手段は少なくとも１つのブレーキ軌道を備えた回転部分を有し、この回転部分はハブと一体であり、上記組立体は上記ブレーキ軌道に摩擦材料を押圧するブレーキ部材をさらに有し、このブレーキ部材がホイールキャリア（３）と一体である請求項１〜９のいずれか一項に記載の組立体。

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