JP5711121B2 - サスペンション箱型モジュール、車両のパラメトリックシャーシシステム及び車両のボディシェル - Google Patents

Description

本発明は、車両用パラメトリックシャーシシステムに関する。

道路車両用パラメトリックシャーシシステムは箱型構造内に位置する水平トーションバーと被包同軸ダンパーユニットとを内蔵した四つのサスペンション要素を備え、その内部にバッテリや燃料電池などの重量物を格納可能である。サスペンション要素は長尺アームを用いて駆動力及び制動力を車輪に伝える。水平トーションバーと同軸ダンパーユニットとを内蔵するサスペンションモジュールは、アクティブアダプティブ機能及び非対称操舵機能を有するシャーシの構造部材として機能する。

従来は、そのようなサスペンションとシャーシの構成は発明されていなかった。近年、車室スペース及びハンドリング（アンダーステア）への考慮から、ホイールベースを拡張する傾向がある。ホイールベースの拡張により車両の重量は増す。車両重量はバッテリや燃料電池等の重量物を内蔵することによりさらに増加する。

以上のことから、同一サブシステムを複数用い、あらゆるホイールベースに対し高い構造剛性を与え、費用を抑え、コンパクトで軽い構造を有する本発明がなされるに到った。さらに、重量物を収容するベイはシャーシの設計に伴い必然的に形成されるものであり、あとから追加されたものではない。前側アームと後側アームを有する公知のサスペンションが、水平トーションバー及び被包同軸ダンパーユニットを用いて、新型ばねに連結されている。水平トーションバー及び被包同軸ダンパーユニットはアクティブアダプティブ方式で駆動可能である。上記のシャーシは、同一部品の量産の概念を取り入れ、四つの同一サスペンションモジュールをシャーシの各コーナーに配置することで高いコスト効率で製造が可能である。さらに、シャーシは前記モジュールを構造部材として用いることで、どのようなホイールベースに対しても高い構造剛性を実現する。これはホイールコンプライアンスを改善しつつフレームが（従来のマクファーソン連結や横アームを用いた場合に比較して）サスペンションアーム２本分短くなるためである。

サスペンションモジュールの断面図。水平トーションバー、被包同軸ダンパーユニット、これらのフレーム上での位置、サスペンションアーム、及び車輪が図示される。 サスペンションアームの別例の（ブラケットを使用した）位置決めシステムが図示される。 アクティブアダプティブ制御のリアクティブばねの位置決め機構が図示される。 トーションバーの（固定端の位置決め）の可変固定の別例が示される。 アームを介してベルトが設けられた動力伝達システムが図示される。 パネルを有さないサスペンションシステム、アーム、及び車輪ととともに、サスペンションモジュール及びシャーシの車輪間隔要素の断面が図示される。 パネル付きサスペンションアームにおけるヒンジ付上部の別例が示される。 中実上側部分及び第２内側部分を有するアームシステムが図示される。 シャーシの半分をその外部から図示している。片側には、サスペンションの一部とボディシェル前部外側上部に位置する補助部分の外側が図示される。 フロントアセンブリの別例の概略断面図が示される。ここで、サスペンションアームはヒンジにて支持されている。 サスペンションアームの別例と車輪が図示される。 サスペンションアームの別例、車輪、ダンパーの断面、及びトーションバーと車輪間隔要素が図示される。 ベルトを介したアームが設けられた動力伝達システムが図示される。 本発明に係るシステムの斜視図及び二つのモジュールの断面が図示される。 フレームの四分の一の斜視図であって、本発明の基本的な構成が図示される。すなわち、モータ、アームを介した伝達システム、非対称操舵システム、モジュールの断面、トーションバー、及びダンパーと車輪間隔要素の同軸システム。 フレームの四分の一を示す平面図が示される。 シャーシのシステムを示す平面図。シャーシは四分の一部分を四つ組み合わせることで得られる。

本発明は詳細な説明と図面とを参照して明らかとなる。詳細な説明では、産業上の利用可能性が明示される。
本発明によれば、予め作成されたサブシステム（１７）とパラメトリック部品（３８），（３９）とを用いて、安価に製造可能な車両のフレーム（４７）（シャーシ）が製造される。シャーシは単純で堅牢であり、サスペンションモジュール（１７）中のトーションバー（１）の内部固定部（１９）にアクティブアダプティブ技術を採用可能である（図６）。

本発明のいくつかの実施例によれば、フレームシステムはシャーシタイプであり（図９）、一対の完成トレーリングアーム（５）を後部サスペンション用に用いている。
サブフレームは二枚の対向するパネル（２０）で形成され、（ばね用）バー（１）／ダンパー（９）を箱型モジュール中に予め作成する横置きシステムであり、基部（４）を介して、サスペンションアーム（５）をバー（１）に接続する。

車両の（リア）車輪間隔はその中央部：要素（３８）（図６）により決定される。
同一のシステムは反対向きに配置されるとフロントサスペンションとして機能する。違いはアーム（５）がその端部において、車輪（６）のベアリングに着実に固定されるかわりに、シャンク（４４）（図１１）を貫通する軸を中心に車輪（６）の回動を許容することである。

フロントとリアのサスペンションは、サブフレーム及びフレーム全体で見た場合、連続した繰り返し（重複）構造にその特徴がある。フレームはホイールベース（３９）の複数部分を使用して形成される。ホイールベース（３９）にはアクティブサスペンション（２７，２８，３１及び５７）／ダンパー（９，１４，５６）及びバッテリ又は代替燃料（４６）収容用パネルのすべてが含まれる（図９）。このアセンブリは、完全アクティブ／アダプティブモードにおいて、高さ制御、ロール制御、及び車輪の垂直状態を常に所望の角度に保つダイナミックハンドリング制御を可能にする。

パッシブモードでは、本発明のシステムはトレーリング／リーディング（後側／前側）アーム（バンプステアやロールステアのために必要な介入とともに）駆動特性（利点及び欠点）を有する。これは、シャンク（４４）（図１２）の設計と組み合わせて、サスペンション（図４，５，１１）の外部支持ベアリング（２９）の外形を調整することで達成される。上記においては、本発明を単純な形態として実施している。

本発明の究極的な形態は四つの同一サブシステムの使用であり、サブシステムは車輪用のアクティブ／アダプティブサスペンション、動力伝達／制動及び操舵機能を備える。この形態はパネル（２０）に埋め込まれモータ（４８）に接続された箱型モジュール（１７）内の水平トーションバー（１）（ばね）とダンパー（９）、トランスミッションアセンブリ（５４）、伝達リング（３３）、伝達ホイール（３５）、サスペンションアーム（５）、（一つ又は二つの電気／油圧或いは同等の機構（５５）からなる）操舵システム、ダンパー液圧の制御アセンブリ（５６）、及びトーションバーのリアクティブばね制御アセンブリを有するシステムに基づいている。このシステムは非対称ステアリングを実行する。非対称操舵とは外側（フロントとリア）の車輪に内側の車輪より大きな操舵角を与えることと定義する。

車両がカーブするとき、重量移動により各車軸の外側にある車輪にかかる負荷が増大する。外側車輪と内側車輪とにかかる負荷の違いに基づいて、外側の車輪はより大きな操舵角で操舵され、内側の車輪はより小さな角度で操舵されつつ、回転を完了する。（車両速度が非常に低い）準静的な動的条件下では、フロントとリアの外側車輪が回転し操舵されるのに対し、内側車輪はより少なく操舵される。これにより、アッカーマンによる水平滑り（横滑り）角の生成原理に反することなく、回転速度を変更できる。

本発明のシステム（図９）によれば、（フロント及びリア）サスペンション用に堅牢なサブフレーム全体が形成され、中央に重いバッテリや燃料電池用の収容エリア（４６）を形成できる。該エリア（４６）はスロット（４９）を通じて外部からアクセス可能である。これにより、（フロント及びリア）ボディシェル（４５）との組み合わせで、補助的に自己運搬機能を有するボディシェル全体の製造が可能になる。これらは、衝撃エネルギの吸収を主要な設計基準とし、その他の設計事項を考慮せずに、調整技術により設計可能である（図９）。

パネル（２０）内のサスペンション箱型モジュール（１７）（図１）はサスペンションを取り囲む。サスペンションの「ばね」を構成するトーションバー（１）は、固定部（１９）の内側固定点内のフレーム（２０）のパネルに固定されている。トーションバー（１）は、その長さに関連して異なる断面を有する。突部（２４）はフレーム（２３）上の位置を固定する。バー（１）の外側端上において、ダンパー（９）の翼部（１０）は、セクション（１１，１２）を介してバー上に固定されている。サスペンション運動中、バー（１）は（その長さの関数として）軸（２）の回りで差動式に回転され、翼部（１０）を回転させる。ダンパー（９）のケーシングは、箱型モジュールのケーシング（１７）上に固定されている。バー（１）の外側に固定されるとともに、ケーシング（９）に連結されたより小型の固定翼部に固定された翼部の相対回転運動を通じて、或いは任意の他のアセンブリを通じて減衰が行われる。ダンパー（９）内に収容された液体は、フランジ（１３）によってシールされ、供給／制御用バルブ（１４）及び同等のアセンブリ（５６）を通じてアクティブ減衰が行われる。また、補助的な減衰が公知の流線形の面（５０）を通じて行われる（図１０）。サスペンション（１７）の箱型モジュールが配置され、面（２１）で支持され、それは、パネル（２２）上の箱型モジュール用の固定部を介してフレーム（２０）のパネル上に固定される。

バー（１）は、セクション（７，８）（図１）を介してサスペンションアーム（５）に連結及び固定される。バー（１）を介するアーム（５）は、ブラケット（２５）を介してフレームに支持されてもよく、それは締結部材（２６）（図２，６，７）を介して固定される。アクティブモードにあるサスペンションアームは、シャンク（２８）（図３）を介して端部（２７）に作用する。或いは、見かけ上一定（ねじれ剛性）であるトーションバーは、スライド機構（３１，３２）及び同等のアセンブリ（図４）を用いて、固定点の移動を通じて変化する。

バー（１）はサスペンション及びフレームの固定要素を構成し、動力伝達リング（３３）（図５，１５，１６）を用いて動力伝達／制動を可能とする（図５）。サスペンションアームの配置は、内側ベアリング（３０）（図４）によって行われる。

或いは、アーム（５）は、ベアリング（２９）を介してサスペンションの箱型モジュール上に外部に配置され、サスペンションに対する受動的動作の間に運動学的特徴を提供する（図４，５，１１）。

ホイール（３５）及びベルト（３４）を介したアーム（５）は、運動（動力及び制動）を駆動輪（６）へ伝達する（図５，１３，１５，１６）。
シャーシ（４７）（図１４）及び（５３）（図１７）は、パネル（２０）内に四つのモジュール（１７）を反復して挿入することによって形成され、それらモジュール（１７）はトラック（３８）及びホールベース（３９）（図６）のセクションの形成を通じて接続される。従来の（例えば、ベルトの無い）トランスミッションシステムを用いて、駆動アセンブリは、トラック（３８）のセクションを通じて伝達する。

或いは、車輪（６）は、ヒンジアーム（４２，４３）（図７，１０）を介して、又はセクション（４０，４１）（図８）を有するアーム（５）の強固な部分を介してパネル（２０）上に懸架される。アーム（５，４０，４１，４２，４３）の形態は、運動中に生じる負荷の運動学的分析／動的分析に依存する。

本発明のフレームのシステムは、他の設計案に注意を払うことなく主にその衝撃吸収に基づき設計されたボディシェル（４５）（前側及び後側）の補助的な外部の上部セクションへの接続を許容する。これらセクション（４５）は、抑制された歪み領域を構成する（図９）。

１…サスペンションバー、２…サスペンション中心軸、３…固定端（パッシブ端又はアクティブ端）、４…端部接続ベース（サスペンション接続）、５…サスペンションアーム、６…車輪、７…アームをトーションバーに固定する締結部材、８…トーションバーに固定されたサスペンションアームの接続ユニット、９…ダンパー（アクティブ状態或いは非アクティブ状態）、１０…ダンパーの翼部、１１…（ダンパーの）翼部の基部、１２…トーションバーにおけるダンパー翼部への接続部、１３…ダンパーフランジ（シール）、１４…ダンパー液の供給制御弁、１５…（サスペンションの）支持ベアリング、１６…（サスペンション支持用）内部ベアリング、１７…水平トーションバーと被包同軸ダンパーユニットとを備えるサスペンション箱型モジュール、１８…ダンパーの箱型モジュールへの固定部、１９…トーションバーの固定ポイント、２０…サスペンションケーシングの位置に相当するスリーブ及びサスペンションパネル、２１…フレームのパネル内にあるサスペンションモジュールの支持ガイド、２２…パネル上にある箱型モジュールの固定部、２３…シャーシ上にあるロッドの固定部、２４…バー上の固定用突部、２５…シャーシ上にあるアームの外部支持ブラケット、２６…アームをシャーシに接続するための外部締結部材、２７…固定部のアクティブ端、２８…リアクション機構の接続端に設けられたシャンク、２９…（アームの）外部支持ベアリング、３０…アームの内部支持ベアリング、３１…固定部のスライド機構、３２…トーションバーのスライド溝、３３…（バーと同軸の）動力伝達リング、３４…伝達ベルト、３５…伝達ホイール（又はプーリ）、３６…支持ベアリング、３７…伝達ベルトの弾性カバー、３８…車輪間隔要素又は部材（パネル）、３９…ホイールベース要素又は部材（パネル）、４０…サスペンションアームの中実上側部分、４１…サスペンションアームの第２内側部分、４２…サスペンションアームのヒンジ付上側部分、４３…サスペンションアームのヒンジ付下側部分、４４…被操舵輪のシャンク（ステアリングのキングピンスピンドル又はスイベル）、４５…ボディシェルの外側上部に位置する補助部分（前部と後部）、４６…代替燃料或いはバッテリ用の収容ベイ、４７…車両のフレームの全体（シャーシ）、４８…（動力伝達及び制動用の）電気モータ、４９…収容領域に通じるスロット、５０…アームの空力表面、５１…自在継ぎ手（等速ジョイント）、５２…サブシステムの全体（図１６）、５３…四つのサブシステムからなる車両（図１７）、５４…動力伝達のアセンブリ（駆動ユニット）、５５…操舵入力アセンブリ（被操舵輪）、５６…ダンパー液圧制御アセンブリ、５７…（アクティブばねモード中の）トーションバーの反力を制御するアセンブリ。

Claims (14)

1. サスペンション箱型モジュール（１７）であって、
   水平トーションバー（１）と、
   前記水平トーションバー（１）と同軸をなすダンパーユニット（９）と、
   操舵アセンブリ（５５）を有するサスペンションアーム（５）に接続されるとともに、前記水平トーションバー（１）及び前記ダンパーユニットと同軸をなす伝達リング（３３）と、
   前記トーションバー（１）を前記サスペンション箱型モジュール（１７）に対して支持するベアリング（１５，１６）と、を備え、
   前記トーションバー（１）は、内側固定端（３）と、接続基部（４）を介してサスペンションアーム（５）に接続される外側端とを有し、トーションバー（１）の中央部の形状及び断面は、長さの関数として変化し、前記トーションバー（１）がサスペンション箱型モジュール（１７）の構造部材であり、
   前記トーションバー（１）上の突部（２４）は前記トーションバー（１）を前記サスペンション箱型モジュール（１７）上に位置決めし、
   前記トーションバー（１）は、ダンパーユニット（９）の翼部（１０）の基部（１１）及びコネクタ（１２）に接続され、固定部（１８）を介して前記サスペンション箱型モジュール（１７）に固定された前記ダンパーユニットのダンパー液はシール（１３）によりシールされ、
   前記サスペンションアーム（５）は、前記サスペンション箱型モジュール（１７）の外側においてシャーシ（４７）上に位置するブラケット（２５）によって支持されるとともに、前記接続基部（４）の一端において締結部材（２６）によってトーションバー（１）に接続され、
   前記トーションバー（１）は、接続部（２７）を介して固定端（３）においてシャンク（２８）に接続され、
   前記トーションバー（１）は、支持ベアリング（３６）を介して前記伝達リング（３３）に接続され、前記伝達リング（３３）は動力及び制動をベルト（３４）を介して車輪（６）に伝達し、
   前記サスペンションアーム（５）は、車輪（６）を位置決めするとともに、伝達ホイール（３５）、前記操舵アセンブリ（５５）、及び前記車輪（６）用の自在継ぎ手（５１）を収容する、サスペンション箱型モジュール。
2. 前記ダンパーユニット（９）の前記翼部（１０）は、前記ダンパーユニット（９）の前記基部（１１）及び前記コネクタ（１２）に接続される、請求項１に記載のサスペンション箱型モジュール。
3. 前記トーションバー（１）は前記サスペンションアーム（５）に固定されている、請求項１又は２に記載のサスペンション箱型モジュール。
4. 前記トーションバー（１）の固定点をスライドさせることにより、トーションバー（１）の捩れ剛性を変更するスライド機構（３１，３２）を更に備える請求項１〜３の何れか一項に記載のサスペンション箱型モジュール。
5. 前記サスペンションアーム（５）を前記サスペンション箱型モジュール（１７）に対して支持する外部支持ベアリング（２９）は、曲線デザインを有する請求項１〜４の何れか一項に記載のサスペンション箱型モジュール。
6. 前記サスペンション箱型モジュール（１７）はパラメトリックシャーシ（４７）の箱型パネル（２０）によって包囲されるとともに、前記箱型パネル（２０）において支持ガイド（２１）及び固定部（２２，２３）を介して配置される、請求項１〜５の何れか一項に記載のサスペンション箱型モジュール。
7. 車両のパラメトリックシャーシシステムであって、
   一対のトレーリングアーム（５）に接続された二つの予め作成されたサスペンション箱型モジュール（１７）を包囲する対向する一対の二つの箱型パネル（２０）によって形成されるリアサブフレームであって、リアサスペンションについて、各サスペンション箱型モジュール（１７）は、水平トーションバー（１）と被包ダンパーユニット（９）とを備えるとともに、基部を介して二つのトレーリングアーム（５）を位置決めすることにより、二つの対向するサスペンション箱型モジュール（１７）を接続するスペーサとして使用されるトラックパネルのサイズによって前記リアサブフレームのトラックが画定される、リアサブフレームと、
   フロントサブフレームであって、前記リアサブフレームの逆向きに対応し、前記フロントサブフレームによって配置される二つのリーディングアーム（５）は車輪（６）を位置決めするとともに、二つの回し継ぎ手（４４）を介してステアリングを支持する、フロントサブフレームと、
   前記車両のホイールベースを画定するとともに、前記リアサブフレーム及び前記フロントサブフレームを接続する二つの長尺パネル（３９）とを備え、
   前記フロントサブフレーム及び前記リアサブフレームの四つのサスペンション箱型モジュール（１７）は、完全なアクティブ／アダプティブモードにおいて非対称操舵特性の特徴を有するとともに、前記車両の各コーナーに配置された同一構成のサスペンション箱型モジュール（１７）であり、機械的な接続を伴わない電子制御を特徴とし、車輪（６）の垂直状態を常に所望の角度に保つことにより、前記車両の車高制御、ボディロール制御、及び動的ハンドリング制御を提供する、車両のパラメトリックシャーシシステム。
8. 前記各サスペンション箱型モジュール（１７）が請求項１〜６の何れか一項に記載のサスペンション箱型モジュールである、請求項７に記載の車両のパラメトリックシャーシシステム。
9. 前記車両のバッテリ又は燃料電池を格納するための格納ベイ（４６）のパネルを更に備え、前記格納ベイ（４６）はスロット（４９）を通じて外部からアクセス可能である、請求項７又は８に記載の車両のパラメトリックシャーシシステム。
10. 前記各サスペンション箱型モジュール（１７）は、前記リアサブフレーム及び前記フロントサブフレームの前記箱型パネル（２０）の一つに内側固定点にて固定され、前記各サスペンション箱型モジュール（１７）の前記トーションバー（１）上の突部（２４）が対応する前記リアサブフレーム又は前記フロントサブフレームに対して前記トーションバー（１）を位置決めする、請求項７〜９の何れか一項に記載の車両のパラメトリックシャーシシステム。
11. 前記トレーリングアーム（５）と、前記リアサブフレームの前記サスペンション箱型モジュール（１７）の前記トーションバー（１）とがブラケット（２５）を介して前記リアサブフレーム上に配置され、前記リーディングアーム（５）と、前記フロントサブフレームの前記サスペンション箱型モジュール（１７）の前記トーションバー（１）とがブラケット（２５）を介して前記フロントサブフレーム上に配置される、請求項７〜１０の何れか一項に記載の車両のパラメトリックシャーシシステム。
12. 前記リアサブフレーム及び前記フロントサブフレームの前記トレーリングアーム（５）並びに前記リーディングアーム（５）は、対応するサスペンション箱型モジュールの外側でベアリング（２９）上に支持される、請求項７〜１１の何れか一項に記載の車両のパラメトリックシャーシシステム。
13. 前記各サスペンション箱型モジュール（１７）は、前記箱型パネル（２０）の一つにおいて支持面（２１）で支持されるとともに、固定部（２２）を介して対応する箱型パネル（２０）上に固定される、請求項７〜１２の何れか一項に記載の車両のパラメトリックシャーシシステム。
14. 車両のボディシェルであって、
    請求項７〜１３の何れか一項に記載のパラメトリックシャーシシステム（４７）と、
    外部ボディシェル部材（４５）と、を備える、車両のボディシェル。

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