JP6188045B2 - 自動車用サスペンション構造 - Google Patents

Description

この発明は、自動車用サスペンションの構造に関する。

さまざまなタイプの自動車用サスペンションが知られている。
ＪＰ２００７−１２６００５Ａにはダブルウィッシュボーンタイプのフロントサスペンションが記載されている。ダブルウィッシュボーンタイプでは、アッパーサスペンションアーム（以下適宜「アッパーアーム」と称す）及びロワサスペンションアーム（以下適宜「ロワアーム」と称す）がボールジョイントを介してナックル（車輪取付部材）を連結する。２つのボールジョイントを結んだキングピン軸が地面と交わる点とタイヤ接地中心との距離がスクラブ半径と呼ばれ（キングピンオフセットとも呼ばれる）、これが過大であると、ステアリング操舵荷重の増大、路面からのキックバックの増大といった問題が生ずる。

そこで通常は、スクラブ半径が過大にならないようにするためにボールジョイントができるだけタイヤ中心線に近づくようにサスペンションジオメトリーを設計する。ＪＰ２００７−１２６００５Ａでは、ロワボールジョイントをロードホイール内に配置することで、ボールジョイントができるだけタイヤ中心線に近づけている。

ところで発明者らは、超小型電気自動車を開発中である。そしてできるだけ広い室内空間を確保すべくインホイールモーターを使用することを検討している。

インホイールモーターを使用する場合でも、ＪＰ２００３−３００４２０ＡやＪＰ２００５−３３７３５５Ａに示されているように、ロワボールジョイントをロードホイール内に配置することでボールジョイントをできるだけタイヤ中心線に近づけることが広く行われている。

しかしながら、発明者らが開発中の超小型電気自動車は、タイヤのサイズも小さく、その一方でモーター出力を確保するためにモーターサイズの小形化には限界があり、通常の設計では、ボールショイントがタイヤ中心線から離れてしまってスクラブ半径を低減することが困難であり、またサスペンションアームが路面と干渉するおそれもあった。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされた。本発明の目的は、超小型自動車に好適な自動車用サスペンション構造を提供することである。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために明細書中に使用した符号を付するが、これに限定されるものではない。また符号を付して説明した構成は適宜代替しても改良してもよい。

本発明による第１の形態は、揺動中心となるピボット軸（２１）から車体の左右方向に延びるサスペンションアーム（２０）と、車輪が取り付けられてその車輪を駆動する車輪取付ユニット（３０）と、前記車輪取付ユニット（３０）によって駆動される車輪の回転中心線と交差する位置に配置され、前記サスペンションアーム（２０）に連結されるボールジョイント（２２）と、を有し、前記サスペンションアーム（２０）の揺動中心となるピボット軸（２１）は、ラダーサイドフレーム（１１０）の上方に位置する、自動車用サスペンション構造である。

本発明による第２の形態は、第１の形態において、車輪取付ユニット（３０）は、車体側に配置されたベアリング（３５１）及び外側に配置されたベアリング（３５２）の内輪に接して支持され、前記外側に配置されたベアリング（３５２）よりも外方に突出した部分に、車輪を取り付けるハブ（３２４）がスプライン嵌合してナット（３２５）で締結固定されるローター軸（３２２）を含み、そのローター軸（３２２）が回転することで、前記ハブ（３２４）に取り付けられた車輪を駆動する、自動車用サスペンション構造である。

本発明による第３の形態は、第１又は第２の形態において、前記ボールジョイント（２２）は、前記車輪取付ユニット（３０）によって駆動される車輪の回転中心線であるローター軸（３２２）の軸線と交差する位置に配置され、前記サスペンションアーム（２０）に連結されてキングピン軸を構成する、自動車用サスペンション構造である。

本発明による第４の形態は、第１から第３までのいずれかの形態において、前記車輪取付ユニット（３０）は、前記車輪のロードホイール（２１０）に配置されてその車輪を駆動するインホイールモーターで構成されている、自動車用サスペンション構造である。

本発明による第５の形態は、第４の形態において、前記車輪取付ユニット（３０）は、前記車輪の回転中心線が通過する車体側の所定範囲（３１ｃ）が凹まされており、前記インホイールモーターに接続されるモーターケーブル（５０）の接続部（３６）が前記車輪取付ユニット（３０）の凹み箇所（３１ｃ）に設けられる、自動車用サスペンション構造である。

本発明による第６の形態は、第１から第４までのいずれかの形態において、前記車輪取付ユニット（３０）は、前記車輪の回転中心線が通過する車体側の所定範囲（３１ｃ）が凹まされており、前記ボールジョイント（２２）は、少なくとも一部が前記車輪取付ユニット（３０）の凹み箇所（３１ｃ）に配置される、自動車用サスペンション構造である。

本発明による第７の形態は、第１から第６までのいずれかの形態において、前記車輪取付ユニット（３０）には、前記ボールジョイント（２２）を、前記車輪の回転中心線と交差する位置に配置させるボールジョイント取付部（３１ｂ）が設けられている、自動車用サスペンション構造である。

本発明による第８の形態は、第２又は第３の形態において、前記ローター軸（３２２）は、複列ベアリング（３５２）及び単列ベアリング（３５１）で支持される、自動車用サスペンション構造である。

本発明による第９の形態は、第８の形態において、前記複列ベアリング（３５２）が外側に配置され、前記単列ベアリング（３５１）が車体側に配置

本発明による第１０の形態は、第８又は第９の形態において、前記複列ベアリング（３５２）はブレーキユニット（３４）の内側に配置される、自動車用サスペンション構造である。

本発明による第１１の形態は、第８から第１０までのいずれかの形態において、前記複列ベアリング（３５２）は、タイヤ中心線と交差するように配置される、自動車用サスペンション構造である。

本発明による第１２の形態は、第１から第１１までのいずれかの形態において、前記サスペンションアーム（２０）は、アッパーアーム（１０）及びロワアーム（２０）を含むサスペンションのロワアーム（２０）である、自動車用サスペンション構造である。

図１は、本発明による自動車用サスペンション構造の一実施形態を示すアイソメトリック図である。 図２は、実施形態における自動車用サスペンション構造の縦断面図である。 図３は、自動車用サスペンション構造の比較形態を示すアイソメトリック図である。 図４は、比較形態における自動車用サスペンション構造の縦断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明による自動車用サスペンション構造の一実施形態を示すアイソメトリック図である。

図１に例示されている自動車用サスペンション構造１は、ダブルウィッシュボーンタイプであり、アッパーアーム（アッパーサスペンションアーム）１０と、ロワアーム（ロワサスペンションアーム）２０と、車輪取付ユニット３０とを含む。

アッパーアーム１０は、図１に例示されているように略Ｕ状であり、ピボット軸１１を介してサスペンション取付部材１２０に揺動自在に取り付けられている。このサスペンション取付部材１２０は、車両前後方向（車両縦断方向）に延設された車体フレーム（ラダーサイドフレーム）１１０の上に固設されている。アッパーアーム１０は、揺動中心となるピボット軸１１から車体の左右方向に延びている。

ロワアーム２０は、図１に例示されているように略Ａ状であり、ピボット軸２１を介してサスペンション取付部材１２０に揺動自在に取り付けられている。ロワアーム２０は、揺動中心となるピボット軸２１から車体の左右方向に延びている。

車輪取付ユニット３０は、本実施形態では、インホイールモーターユニットであり、モーターハウジング３１の所定箇所に、アッパーボールジョイント１２を介してアッパーアーム１０が連結されるとともに、ロワボールジョイント２２を介してロワアーム２０が連結される。図１ではロードホイール２１０からモーターハウジング３１が出っ張っている様子が示されており、この出っ張り部分の外観は、略短軸肉厚円筒状である。

また車体１００とロワアーム２０との間には、路面からの衝撃を緩和すべくショックアブソーバー４０が配置されている。

続いて、図２に示されている自動車用サスペンション構造の縦断面図を参照して、自動車用サスペンション構造１についてさらに説明する。

上述したように、車両前後方向（車両縦断方向）には車体フレーム（ラダーサイドフレーム）１１０が延設されている。この車体フレーム１１０の上にサスペンション取付部材１２０が固設されている。

そしてこのサスペンション取付部材１２０の下方部分に、ロワアーム２０が、ピボット軸２１を中心として揺動自在に取り付けられている。ロワアーム２０の先端は、ロワボールジョイント２２を介して、車輪取付ユニット３０（モーターハウジング３１）に連結されている。また、ロワアーム２０には、ショックアブソーバー４０が連結されている。このショックアブソーバー４０によって、路面からの衝撃が緩和される。

サスペンション取付部材１２０の上方部分には、アッパーアーム１０が、ピボット軸１１を中心として揺動自在に取り付けられている。そしてアッパーアーム１０の先端は、アッパーボールジョイント１２を介して、車輪取付ユニット３０（モーターハウジング３１）に連結されている。

車輪取付ユニット３０は、モーターハウジング３１と、ローター３２と、ステーター（ステーターコア）３３と、ブレーキユニット３４とを含む。

モーターハウジング３１は、ローター３２及びステーター３３を収装するケースである。モーターハウジング３１には、アッパーボールジョイント取付部３１ａ，ロワボールジョイント取付部３１ｂが取り付けられている。なおアッパーボールジョイント取付部３１ａ，ロワボールジョイント取付部３１ｂがモーターハウジング３１に一体形成されてもよい。

ローター３２は、ローターコア３２１と、ローター軸３２２と、結合部材３２３とを含む。ローターコア３２１は、短軸肉厚円筒状（ドーナツ状）であってモーターハウジング３１のすぐ内側に配置されている。ローター軸３２２は、単列ベアリング３５１及び複列ベアリング３５２を介してモーターハウジング３１に支持される。ローター軸３２２の先端はモーターハウジング３１から突出する。この部分に、ハブ３２４がスプライン嵌合してナット３２５で締結固定されている。このような構造であるので、ハブ３２４はローター軸３２２と一体回転する。ハブ３２４からはハブボルト３２６が突出する。このハブボルト３２６にロードホイール２１０がホイールナット３２７で締結される。結合部材３２３は、ローターコア３２１にボルト締結されるとともにローター軸３２２にスプライン嵌合している。以上のような構造であるので、ローターコア３２１が回転すると、ローター軸３２２が一体的に回転して、車輪を駆動する。

ステーター（ステーターコア）３３は、短軸肉厚円筒状（ドーナツ状）であってローターコア３２１のすぐ内側に配置されて、モーターハウジング３１に固定されている。

ブレーキユニット３４は、本実施形態ではドラムブレーキである。ブレーキユニット３４は、バックプレート３４１及びブレーキドラム３４２の中にブレーキシリンダー，ブレーキシューなどが収装されている。バックプレート３４１はモーターハウジング３１に固定されている。ブレーキドラム３４２はハブ３２４（ローター軸３２２）と一体回転する。ブレーキシリンダーの力によってブレーキシュー（ライニング）をブレーキドラム３４２の内周面に押しつけることで、ブレーキドラム３４２（ハブ３２４）の回転を制動する。

ここで本実施形態の理解を容易にするために、比較形態を参照して、本実施形態が解決しようとする課題について説明する。ここで図３は自動車用サスペンション構造の比較形態を示すアイソメトリック図、図４は比較形態の縦断面図である。なお前述と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。

発明者らは、超小型電気自動車を開発中である。そしてできるだけ広い室内空間を確保すべくインホイールモーターを使用することを検討している。制動時には荷重が前方に移動するので、エネルギーを効率よく回生には、後輪ではなく前輪にインホイールモーターを内蔵することが好ましい。

モーターの出力を確保するには、ローターやステーターをある程度以上の大きさにしなければならない。しかしながら、そのようにしては、インホイールモーターのサイズが大きくなる。

インホイールモーターのサイズが大きいと特に厚さが厚いと、図４から分かるように、サスペンションアーム１０，２０の連結場所であるボールジョイント１２，２２の位置がタイヤ中心から遠ざかる。すると、アッパーボールジョイント１２及びロワボールジョイント２２を結んだキングピン軸とタイヤ接地中心との距離であるスクラブ半径（キングピンオフセット）が大きくなる。その結果、ステアリング操舵荷重の増大、路面からのキックバックの増大という課題が発生する。

またインホイールモーターのサイズが大きいと特に直径が大きいと、図３及び図４から分かるように、ロワアーム２０の連結場所であるロワボールジョイント２２の位置が低くなってしまう。その結果、ロードクリアランスが小さくなってしまい、ロワアーム２０が路面に干渉するおそれが生ずる。

そこで上述の課題を解決すべく、発明者らは以下のような自動車用サスペンション構造を提案する。これについて再び図２を参照して説明する。

まず車輪の回転中心線となるローター軸３２２の長さを短縮し、ローター軸（回転中心線）３２２を軸方向から透視したときに、そのローター軸（回転中心線）３２２と重なる位置にロワボールジョイント２２が配置されるようにした。換言すれば、ローター軸３２２の長さを短縮し、ローター軸３２２の延長上にロワボールジョイント２２が位置するようにしたのである。このようにすることで、ロワアーム２０が高い位置に配置されることとなって、ロードクリアランスを拡大することができ、ロワアーム２０が路面と干渉しにくくなる。

またローター軸３２２の長さを短縮するのに合わせて、モーターハウジング３１の裏側の所定範囲（ローター軸３２２の奥に位置しロワボールジョイント２２を配置することが可能な範囲）３１ｃを凹ませたのである。そして、ロワボールジョイント２２の少なくとも一部がこの凹み箇所３１ｃに位置するように、すなわちロワボールジョイント２２の位置ができる限り車体外方になるようにしたのである。このようにすることで、図２に示されているように、スクラブ半径を小さくすることができ、路面からのキックバックやステアリング操舵荷重を減少できたのである。またインホイールモーターに接続されるモーターケーブル５０の接続部３６を、この凹み箇所３１ｃに配置したのである。駆動輪は石・砂利・泥水などを掻き上げるが、本実施形態では、モーターケーブル５０の接続部３６がモーターハウジング３１の凹み箇所３１ｃの奥まった場所に位置するので、駆動輪が掻き上げた石・砂利・泥水などが接続部３６に当たりにくく、接続部３６が保護される。

またローター軸３２２の長さを短縮することで、ローター軸３２２を支持するピッチも小さくなり、単列ベアリング３５１及び複列ベアリング３５２でローター軸３２２を支持することが可能になる。特に実施形態では、複列ベアリング３５２ができる限り外側に位置するようにブレーキユニット３４の内側に配置している。このようにすることで、複列ベアリング３５２がタイヤ中心線と交差するようになる。このようにすることで、路面からの入力に対して強くなり、インホイールモーターの耐久性能を向上させることができる。

さらにロワアーム２０の揺動中心となるピボット軸２１は、車体フレーム（ラダーサイドフレーム）１１０の上方に位置するので、ロワアーム２０が高い位置に配置されても、ロワアーム２０が十分ストローク可能である。またピボット軸２１が車体フレーム（ラダーサイドフレーム）１１０の上方に位置するということは、換言すれば、車体フレーム（ラダーサイドフレーム）１１０がピボット軸２１よりも下方に位置するということである。このようにすることで、フロアを低くすることができ、車内空間を広くすることができるのである。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

たとえば、車輪の回転中心線を軸方向から透視したときに、その回転中心線と重なる位置にロワボールジョイント２２の少なくとも一部を配置するというアイデアは、上述したタイプ以外のインホイールモーターにも適用することができる。すなわち、上記説明においては、アウターに配置されたローターコア３２１と、センターに配置されたローター軸（車輪の回転中心線）３２２とを結合部材３２３で連結し、ローター軸３２２にハブ３２４を介してロードホイール２１０を取り付けるタイプのインホイールモーターを例示した。しかしながら、このようなインホイールモーターに限らず、アウターローターに直接ロードホイール２１０を接続するタイプのインホイールモーターにも適用することができる。このようなタイプのインホイールモーターにはローター軸が無いが、車輪の回転中心線と交差する位置にロワボールジョイント２２を配置することで、ロワアーム２０が高い位置に配置されることとなって、ロードクリアランスを拡大することができ、ロワアーム２０が路面と干渉しにくくなる。またモーターハウジング３１の裏側の所定範囲（車輪の回転中心線の奥であってロワボールジョイント２２を配置することが可能な範囲）３１ｃを凹ませて、この凹み箇所３１ｃにロワボールジョイント２２の少なくとも一部を配置するようにすれば、スクラブ半径を小さくすることができ、路面からのキックバックやステアリング操舵荷重を減少できる。

また上記説明においては、ダブルウィッシュボーンタイプの自動車用サスペンション構造１を例示した。しかしながら、本発明の技術的範囲をダブルウィッシュボーンタイプに限定する趣旨ではない。たとえばストラットタイプ，マルチリンクタイプなどにも適用することができる。

さらに上記説明においては、ブレーキユニットとしてドラムブレーキを例示したが、ディスクブレーキであってもよい。

上記実施形態は、適宜組み合わせ可能である。

Claims (12)

1. 揺動中心となるピボット軸から車体の左右方向に延びるサスペンションアームと、
   車輪が取り付けられてその車輪を駆動する車輪取付ユニットと、
   前記車輪取付ユニットによって駆動される車輪の回転中心線と交差する位置に配置され、前記サスペンションアームに連結されるボールジョイントと、
   を有し、
   前記サスペンションアームの揺動中心となるピボット軸は、ラダーサイドフレームの上方に位置する、
   自動車用サスペンション構造。
2. 請求項１に記載の自動車用サスペンション構造において、
   前記車輪取付ユニットは、車体側に配置されたベアリング及び外側に配置されたベアリングの内輪に接して支持され、前記外側に配置されたベアリングよりも外方に突出した部分に、車輪を取り付けるハブがスプライン嵌合してナットで締結固定されるローター軸を含み、そのローター軸が回転することで、前記ハブに取り付けられた車輪を駆動する、
   自動車用サスペンション構造。
3. 請求項１又は請求項２に記載の自動車用サスペンション構造において、
   前記ボールジョイントは、前記車輪取付ユニットによって駆動される車輪の回転中心線であるローター軸の軸線と交差する位置に配置され、前記サスペンションアームに連結されてキングピン軸を構成する、
   自動車用サスペンション構造。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の自動車用サスペンション構造において、
   前記車輪取付ユニットは、前記車輪のロードホイールに配置されてその車輪を駆動するインホイールモーターで構成されている、
   自動車用サスペンション構造。
5. 請求項４に記載の自動車用サスペンション構造において、
   前記車輪取付ユニットは、前記車輪の回転中心線が通過する車体側の所定範囲が凹まされており、
   前記インホイールモーターに接続されるモーターケーブルの接続部が前記車輪取付ユニットの凹み箇所に設けられる、
   自動車用サスペンション構造。
6. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の自動車用サスペンション構造において、
   前記車輪取付ユニットは、前記車輪の回転中心線が通過する車体側の所定範囲が凹まされており、
   前記ボールジョイントは、少なくとも一部が前記車輪取付ユニットの凹み箇所に配置される、
   自動車用サスペンション構造。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の自動車用サスペンション構造において、
   前記車輪取付ユニットには、前記ボールジョイントを、前記車輪の回転中心線と交差する位置に配置させるボールジョイント取付部が設けられている、
   自動車用サスペンション構造。
8. 請求項２又は請求項３に記載の自動車用サスペンション構造において、
   前記ローター軸は、複列ベアリング及び単列ベアリングで支持される、
   自動車用サスペンション構造。
9. 請求項８に記載の自動車用サスペンション構造において、
   前記複列ベアリングが外側に配置され、前記単列ベアリングが車体側に配置される、
   自動車用サスペンション構造。
10. 請求項８又は請求項９に記載の自動車用サスペンション構造において、
    前記複列ベアリングはブレーキユニットの内側に配置される、
    自動車用サスペンション構造。
11. 請求項８から請求項１０までのいずれか１項に記載の自動車用サスペンション構造において、
    前記複列ベアリングは、タイヤ中心線と交差するように配置される、
    自動車用サスペンション構造。
12. 請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載の自動車用サスペンション構造において、
    前記サスペンションアームは、アッパーアーム及びロワアームを含むサスペンションのロワアームである、
    自動車用サスペンション構造。

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