KR101446855B1

KR101446855B1 - 차량 및 그 주행 장치

Info

Publication number: KR101446855B1
Application number: KR1020127033090A
Authority: KR
Inventors: 히로유키 마에야마; 히로미치 야마모토; 고우스케 가타히라
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2011-09-07
Publication date: 2014-10-01
Also published as: SG190676A1; US20130118375A1; US9346474B2; WO2012081286A1; KR20130031842A; JP2012126340A; JP5297443B2; CN103052550A

Abstract

주행륜 (3) 이 장착된 차축 (5) 을 지지하는 대차 프레임 (11) 과, 대차 프레임 (11) 을 기준으로 하여 차체 (1) 의 중앙측에 배치되어, 차체 (1) 로부터 하방으로 연장되는 수하부 (16) 를 갖는 현가 프레임 (15) 과, 수하부(16) 에 대하여, 대차 프레임 (11) 을 상하 방향으로 상대 변위 가능하게 양자를 연결하는 상부 링크 (14a) 및 하부 링크 (14b) 를 구비하고 있다. 하부 링크 (14b) 는, 하부 링크 (14b) 와 대차 프레임 (11) 이 핀 결합으로 연결되는 위치 (11b) 가, 하부 링크 (14b) 와 수하부 (16) 가 핀 결합으로 연결되는 위치 (15b) 보다 하방에 위치한다. 또, 상부 링크 (14a) 도, 상부 링크 (14a) 와 대차 프레임 (11) 이 핀 결합으로 연결되는 위치 (11a) 가, 하부 링크와 동일하게 상부 링크 (14a) 와 수하부 (16) 가 핀 결합으로 연결되는 위치 (15a) 보다 하방에 위치한다. 그리고, 하부 링크 (14b) 와 상부 링크 (14a) 는 서로 평행하게 형성되어 있다.

Description

차량 및 그 주행 장치{VEHICLE AND TRAVEL DEVICE FOR SAME}

본 발명은 차체 하부의 전측 및 후측에 각각 배치되어 있는 주행 장치 및 상기 주행 장치를 구비하고 있는 차량에 관한 것이다. 본원은 2010년 12월 17일에 일본에 출원된 일본 특허출원 2010-281732호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

최근, 버스나 철도 이외의 새로운 교통 수단으로서 신교통 시스템이 주목받고 있다. 이와 같은 신교통 시스템 (Automated People Mover, Automated Transit Systems) 의 일종으로는, 고무 타이어로 형성되는 주행륜을 갖는 차량을 궤도 상에서 주행시키는 교통 시스템이 알려져 있다.

고무 타이어로 형성되는 주행륜을 갖는 차량의 주행 장치는, 예를 들어 이하의 특허문헌 1 에 개시되어 있다. 이 특허문헌 1 에 기재된 차량의 주행 장치는, 1 쌍의 주행 타이어와, 이 1 쌍의 주행 타이어를 연결하는 차축과, 차축을 지지하는 차축 지지체와, 차축 지지체의 전측 또는 후측에 위치하여 하방으로 연장되는 수하부 (垂下部) 를 갖는 현가 (懸架) 프레임과, 현가 프레임의 수하부와 차축 지지체를 연결하는 상·하부 링크와, 차체와 차축 지지체 사이에 배치되어 있는 공기 스프링을 구비하고 있다.

상부 링크와 하부 링크는 서로 평행하게 수평 방향으로 연장되어 있으며, 각 링크의 일방의 단부가 현가 프레임의 수하부에 핀 결합으로 연결되고, 각 링크의 타방의 단부가 차축 지지체에 핀 결합으로 연결되어 있다.

상기 주행 장치에서는 현가 프레임의 수하부와 차축 지지체와 상부 링크와 하부 링크로 평행 4 링크 기구가 구성된다. 그리고, 이 평행 4 링크 기구에 의해, 현가 프레임 및 현가 프레임이 장착되어 있는 차체에 대하여, 차축 지지체가 상대적으로 상하동 가능하게 지지되어 있다. 또, 상기 주행 장치에서는, 주행 노면 R 의 요철에 의한 주행 타이어 및 차축의 상하동에 수반되는 차축 지지체의 상하동이 공기 스프링에 의해 흡수되고 있다.

또한, 상부 링크 및 하부 링크는, 승객이 없는 상태에서 차량이 정지하고 있을 때에는 모두 수평 방향으로 연장되어 있다. 한편, 주행 중 차량이 주행 노면 R 의 요철에 접어들면, 주행 타이어 및 차축의 상하동에 수반하여 차축 지지체가 상하동한다. 그 결과, 상부 링크 및 하부 링크는 수평 방향에 대하여 약간 기울어진다. 그러나, 그 경사각은 0.5 °정도로서, 실질적으로 수평 방향으로 연장되어 있는 상태라고 할 수 있다.

일본 공개특허공보 2010-188958호

일반적으로, 차량이 가감속할 때에는 가감속의 방향과 역방향의 관성력이 차체에 작용하고, 이 관성력에 의해 차 폭 방향으로 연장되는 축을 기준으로 하여 차체를 회전시키려고 하는 모멘트가 발생한다. 이 때문에, 차체는 가감속시에 전후 방향으로 기울어진다. 예를 들어, 상기 특허문헌 1 에 기재된 차량에서는, 가속시에는 차체의 전부 (前部) 가 떠오르고, 전측 주행 장치의 공기 스프링이 상하 방향으로 팽창하는 한편, 차체의 후부가 가라앉아 후측 주행 장치의 공기 스프링이 상하 방향으로 수축된다. 또 감속시에는, 가속시와는 반대로 차체의 전부가 가라앉고 차체의 후부가 떠오른다.

이와 같이, 가감속시에 차체가 기울어지면, 승객에게는 가속도 외에 중력의 분력 (分力) 도 작용한다. 그 때문에, 승객은 실제 가속도 이상의 가속도를 느끼게 되어, 승객 (특히 입석 승객) 에게 있어서 실제 이상으로 가감속시의 승차감을 나쁘게 느끼게 된다.

즉, 특허문헌 1 에 기재된 주행 장치에서는 가감속시에 차체가 전후 방향으로 기울어져 승차감이 그다지 좋지 않다는 문제점이 있다.

그래서, 본 발명은 가감속시의 차체의 기울어짐을 억제하여 가감속시의 승차감을 향상시킬 수 있는 차량 및 그 주행 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제 1 양태에 관련된 차량의 주행 장치는,

차체 하부의 전측 및 후측에 각각 배치되어 있는 차량의 주행 장치에 있어서,

주행륜이 장착된 차축을 지지하는 차축 지지체와, 상기 차축 지지체를 기준으로 하여 상기 차체의 중앙측에 배치되어, 상기 차체로부터 하방으로 연장되는 수하부와, 상기 수하부에 대하여 상기 차축 지지체를 상하 방향으로 상대 변위 가능하게 양자를 연결하는 링크를 구비한다.

상기 링크는, 상기 수하부 및 상기 차축 지지체의 각각에 핀 결합으로 연결되는 하부 링크와, 상기 하부 링크의 상방에 배치되어, 상기 수하부 및 상기 차축 지지체의 각각에 핀 결합으로 연결되는 상부 링크를 갖는다. 또, 상기 하부 링크가 상기 차축 지지체와 핀 결합으로 연결되는 위치는, 상하 방향에서 상기 현가 프레임의 상기 수하부와 핀 결합으로 연결되는 위치보다 하방에 위치한다. 또한, 상하 방향에서 상기 하부 링크가 상기 수하부와 핀 결합으로 연결되는 위치로부터 상기 하부 링크가 상기 차축 지지체와 핀 결합으로 연결되는 위치까지의 거리를 상하 간 거리로 했을 경우, 상기 상부 링크가 상기 차축 지지체와 핀 결합으로 연결되는 위치는, 상하 방향에서 상기 하부 링크가 상기 수하부와 핀 결합으로 연결되는 위치로부터 하측에 상기 상하 간 거리의 범위 내에 위치하고 있다.

이상과 같이 각 링크를 형성하면, 가감속시에 주행륜의 접지부에 작용하는 반력에 의해 각 링크에 작용하는 힘에 연직 방향의 분력이 발생한다. 이 분력은, 가감속시에 차체를 전후 방향으로 기울이려고 하는 관성 모멘트에 대하여 역방향의 모멘트로서 차체에 작용한다. 이 때문에, 상기 주행 장치에 의하면 가감속시에 있어서의 전후 방향의 차체의 기울어짐을 억제할 수 있다.

여기서, 본 발명의 제 1 양태에 관련된 차량의 주행 장치에 있어서, 상기 상부 링크가 상기 차축 지지체와 핀 결합으로 연결되는 위치는, 상하 방향에서 상기 현가 프레임의 상기 수하부와 핀 결합으로 연결되는 위치로부터 하측에 상기 상하 간 거리의 위치여도 된다. 또, 상기 차량의 주행 장치에 있어서, 상기 상부 링크가 상기 차축 지지체와 핀 결합으로 연결되는 위치는, 상하 방향에서 상기 현가 프레임의 상기 수하부와 핀 결합으로 연결되는 위치와 동일한 위치여도 된다.

또, 본 발명의 제 2 양태에 관련된 차량은,

상기 차체와, 상기 차체의 전측 하부에 배치되어 있는 상기 주행 장치와, 상기 차체의 후측 하부에 배치되어 있는 상기 주행 장치를 구비하고 있다.

본 발명에서는, 가감속시에 주행륜의 접지부에 작용하는 반력에 의해 각 링크에 작용하는 힘에 연직 방향의 분력이 발생한다. 이 분력은, 가감속시에 차체를 전후 방향으로 기울이려고 하는 관성 모멘트에 대하여 역방향의 모멘트로서 차체에 작용한다.

따라서, 본 발명에 관련된 차량에 의하면, 가감속시에 있어서의 전후 방향의 차체의 기울어짐을 억제할 수 있어 승차감을 향상시킬 수 있다.

도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 주행 장치의 측면도이다.
도 2 는 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 주행 장치의 평면도이다.
도 3a 는 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 차량의 가속시에 차량의 각 부에 작용하는 힘 및 모멘트를 나타내는 설명도이다.
도 3b 는 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 차량의 감속시에 차량의 각 부에 작용하는 힘 및 모멘트를 나타내는 설명도이다.
도 4a 는 종래의 차량의 가속시에 차량의 각 부에 작용하는 힘 및 모멘트를 나타내는 설명도이다.
도 4b 는 종래의 차량의 감속시에 차량의 각 부에 작용하는 힘 및 모멘트를 나타내는 설명도이다.
도 5a 는 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 차량의 가속시에 차량의 각 부에 작용하는 힘 및 모멘트를 나타내는 설명도이다.
도 5b 는 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 차량의 감속시에 차량의 각 부에 작용하는 힘 및 모멘트를 나타내는 설명도이다.

이하, 본 발명에 관련된 차량의 주행 장치의 각종 실시형태에 대해 도면을 사용하여 설명한다.

「제 1 실시형태」

먼저, 본 발명에 관련된 차량의 주행 장치의 제 1 실시형태에 대해 도 1 ∼ 도 4b 를 사용하여 설명한다.

본 실시형태의 차량은 측방 안내 궤도식의 신교통 시스템 차량이다. 이 차량은 차체 (1) 와 주행 장치를 구비하고 있다. 주행 장치는, 도 1 및 도 2 에 나타내는 바와 같이, 좌우 1 쌍의 주행 타이어 (3) 와, 이 1 쌍의 주행 타이어 (주행륜) (3) 를 연결하는 차축 (5) 과, 차축 (5) 및 1 쌍의 주행 타이어 (3) 를 지지하는 현가 장치 (10) 와, 차량의 양측에 설치되어 있는 측방 안내 궤도 G 를 따른 방향으로 주행 타이어 (3) 를 향하게 하는 조타 (操舵) 안내 장치 (20) 를 구비하고 있다.

현가 장치 (10) 는, 차축 (5) 을 지지하는 대차 프레임 (차축 지지체) (11) 과, 대차 프레임 (11) 과 차체 (1) 사이에 배치되어 있는 좌우 1 쌍의 공기 스프링 (19) 과, 대차 프레임 (11) 을 상하 방향으로 변위 가능하게 지지하는 복수의 링크 (14a, 14b) 및 좌우 1 쌍의 현가 프레임 (15) 을 구비하고 있다.

대차 프레임 (11) 은, 평면에서 보았을 때 U 자형을 이루는 본체 (12) 를 갖고 있다. 본체 (12) 의 양 아암 부분의 각각으로부터 하방으로 수하되어 있는 수하부는 차 베어링 (13) 을 형성한다. 차축 (5) 은 이 대차 프레임 (11) 의 차 베어링 (13) 에 장착되어 있다. 좌우 1 쌍의 현가 프레임 (15) 은 각각 차 베어링 (13) 의 후측에 형성되며, 하방으로 연장되는 수하부 (16) 와, 수하부 (16) 의 상단으로부터 차량의 전방으로 연장되는 부착부 (17) 를 갖고 있다.

현가 프레임 (15) 의 수하부 (16) 와, 대차 프레임 본체 (12) 및 차 베어링 (13) 은, 상하로 나열되어 서로 평행한 상부 링크 (14a) 및 하부 링크 (14b) 에 의해 연결되어 있다. 이들 링크 (14a, 14b) 의 일방의 단부는 현가 프레임 (15) 의 수하부 (16) 와 핀 결합으로 연결되고, 이들 링크 (14a, 14b) 의 타방의 단부는 대차 프레임 본체 (12) 및 차 베어링 (13) 과 핀 결합으로 연결되어 있다.

하부 링크 (14b) 와 차 베어링 (13) 이 핀 결합으로 연결되는 위치 (11b) 는, 상하 방향에 관하여 하부 링크 (14b) 와 현가 프레임 (15) 의 수하부 (16) 가 핀 결합으로 연결되는 위치 (15b) 보다 하방에 위치하고 있다. 여기서, 상하 방향에 관하여, 하부 링크 (14b) 와 차 베어링 (13) 이 핀 결합으로 연결되는 위치 (11b) 로부터 하부 링크 (14b) 와 수하부 (16) 가 핀 결합으로 연결되는 위치 (15b) 까지의 거리를 상하 간 거리 d 로 한다. 이 경우, 상부 링크 (14a) 와 대차 프레임 본체 (12) 가 핀 결합으로 연결되는 위치 (11a) 는, 상하 방향에 관하여 상부 링크 (14a) 와 수하부 (16) 가 핀 결합으로 연결되는 위치 (15a) 로부터 하측에, 상하 간 거리 d 의 위치에 위치하고 있다.

즉, 상부 링크 (14a) 및 하부 링크 (14b) 는 모두 상부 링크 (14a) 와 대차 프레임 본체 (12) 가 핀 결합으로 연결되는 위치 (11a) 가, 상부 링크 (14a) 와 현가 프레임 (15) 의 수하부 (16) 가 핀 결합으로 연결되는 위치 (15a) 보다 하측에 위치하고, 하부 링크 (14b) 와 차 베어링 (13) 이 핀 결합으로 연결되는 위치 (11b) 가, 하부 링크 (14b) 와 현가 프레임 (15) 의 수하부 (16) 가 핀 결합으로 연결되는 위치 (15b) 보다 하측에 위치하며, 전후 방향에 관하여 기울어지고, 서로 평행하게 형성되어 있다.

본 실시형태에 있어서, 현가 프레임 (15) 의 수하부 (16) 와, 대차 프레임 본체 (12) 및 차 베어링 (13) 과, 2 개의 링크 (14a, 14b) 는 평행 4 링크 기구를 구성하고 있다. 이 때문에, 대차 프레임 본체 (12) 및 차 베어링 (13) 은 현가 프레임 (15) 의 수하부 (16) 에 대한 방향을 바꾸지 않고 상하로 움직일 수 있다. 또, 2 개의 링크 (14a, 14b) 는, 주행 타이어 (3) 의 구동력이나 감속력을 차체 (1) 에 전달하기 위한 견인 로드로서의 역할도 담당하고 있다.

공기 스프링 (19) 은 대차 프레임 본체 (12) 와 차체 (1) 사이에 형성되어 있다. 이 공기 스프링 (19) 이 형성됨으로써, 차체 (1) 에 대한 주행 타이어 (3) 및 차축 (5) 의 상대적인 상하 진동이 완화된다.

조타 안내 장치 (20) 는, 주행 타이어 (3) 의 조타축을 구성하는 킹핀 (도시 생략) 과, 이 킹핀을 기준으로 하여 주행 타이어 (3) 와 일체적으로 요동하는 스티어링 아암 (28) 과, 차체 (1) 의 폭 방향으로 연장되어 현가 장치 (10) 의 후측에 배치되어 있는 안내 가로빔 (21) 과, 안내 가로빔 (21) 의 양 단부에 형성되어 있는 안내륜 (22) 과, 안내 가로빔 (21) 을 차체 (1) 의 폭 방향으로 변위 가능하게 대차 프레임 (11) 의 본체 (12) 에 연결하는 전후진 전환 장치 (23) 및 회동 (回動) 아암 (24) 과, 좌우 1 쌍의 주행 타이어 (3) 중 일방의 주행 타이어 (3) 의 스티어링 아암 (28) 의 일방의 단부와 전후진 전환 장치 (23) 를 연결하는 연결 로드 (25) 와, 일방의 주행 타이어 (3) 의 스티어링 아암 (28) 의 타방의 단부와 타방의 주행 타이어 (3) 의 스티어링 아암 (28) 의 단부를 연결하는 타이로드 (26) 를 구비하고 있다.

연결 로드 (25) 의 일방의 단부는 전후진 전환 장치 (23) 와 핀 결합으로 연결되고, 연결 로드 (25) 의 타방의 단부는 좌우 1 쌍의 주행 타이어 (3) 중 일방의 주행 타이어 (3) 의 스티어링 아암 (28) 의 일방의 단부와 핀 결합으로 연결되어 있다. 또, 타이로드 (26) 의 양 단부는, 각각 1 쌍의 주행 타이어 (3) 의 각 스티어링 아암 (28) 의 단부와 핀 결합으로 연결되어 있다.

조타 안내 장치 (20) 의 안내륜 (22) 이 측방 안내 궤도 G 에 접하여, 이 측방 안내 궤도 G 로부터 가로 방향의 하중을 받으면, 안내 로드 (22) 가 차체 (1) 의 차 폭 방향으로 변위된다. 이 안내 가로빔 (21) 의 차폭 방향의 변위는, 전후진 전환 장치 (23) 및 연결 로드 (25) 를 개재하여 일방의 주행 타이어 (3) 의 스티어링 아암 (28) 으로 전달된다. 그리고, 이 일방의 주행 타이어 (3) 및 스티어링 아암 (28) 은 킹핀을 기준으로 하여 요동한다. 또, 이 일방의 주행 타이어 (3) 의 스티어링 아암 (28) 의 요동은, 타이로드 (26) 를 개재하여 타방의 주행 타이어 (3) 의 스티어링 아암 (28) 으로 전달된다. 그리고, 이 타방의 주행 타이어 (3) 및 스티어링 아암 (28) 도 일방의 주행 타이어 (3) 와 동일하게 킹핀을 기준으로 하여 요동한다.

또한, 도 1 및 도 2 는 모두 차량 전측의 주행 장치를 나타내고 있으며, 차량 후측의 주행 장치는, 도 3a 및 도 3b 에 나타내는 바와 같이 전측의 주행 장치에 대하여 전후 방향이 반대로 되어 있다.

이 때문에, 차량 전측의 주행 장치에서는, 예를 들어 대차 프레임 (11) 의 차 베어링 (13) 의 후측에 현가 프레임의 수하부 (16) 가 위치하고 있지만, 후측의 주행 장치에서는 대차 프레임 (11) 의 차 베어링 (13) 의 전측에 현가 프레임 (15) 의 수하부 (16) 가 위치하고 있다. 또, 전측의 주행 장치에서는, 상부 링크 (14a) 및 하부 링크 (14b) 는 모두 전측의 핀 결합 위치 (11a, 11b) 가 후측의 핀 결합 위치 (15a, 15b) 보다 하측에 위치하고 있지만, 후측의 주행 장치에서는, 상부 링크 및 하부 링크는 모두 후측의 핀 결합 위치 (11a, 11b) 가 전측의 핀 결합 위치 (15a, 15b) 보다 하측에 위치하고 있다.

따라서, 본 실시형태에서는, 전측의 주행 장치에서나 후측의 주행 장치에서도, 상부 링크 (14a) 는 상부 링크 (14a) 와 대차 프레임 본체 (12) 가 핀 결합으로 연결되는 위치 (11a) 가 상부 링크 (14a) 와 현가 프레임 (15) 이 핀 결합으로 연결되는 위치 (15a) 보다 낮아지도록 경사각 θ 로 기울어져 있다. 또, 하부 링크 (14b) 도, 하부 링크 (14b) 와 차 베어링 (13) 이 핀 결합으로 연결되는 위치 (11b) 가 하부 링크 (14b) 와 현가 프레임 (15) 이 핀 결합으로 연결되는 위치 (15b) 보다 낮아지도록 경사각 θ 로 기울어져 있다. 또한, 상부 링크 (14a) 및 하부 링크 (14b) 의 경사각은 모두 승객이 없는 상태에서 정지하고 있을 때의 값이다.

다음으로, 가감속시에 차체에 작용하는 관성 모멘트에 대해 설명한다.

먼저, 참고예로서 상부 링크 (14a) 와 하부 링크 (14b) 가 서로 평행하고, 모두 수평 방향으로 연장되어 형성되어 있는 종래의 주행 장치로서, 차체에 작용하는 관성 모멘트에 대해 도 4a 및 도 4b 를 사용하여 설명한다. 또한, 도 4a 는 가속시의 상태를 나타내고, 도 4b 는 감속시의 상태를 나타낸다.

차량이 전방으로 가속도 α 로 가속하고 있을 때의 차체 (1) 에 작용하는 관성력 I 는 이하의 식으로 나타낼 수 있다.

I ＝ -α·Ws

Ws : 차체 중량 (주행 장치를 포함하지 않는다)

또, 이 때에 주행 타이어 (3) 의 접지부에 작용하는 반력 P 는 이하의 식으로 나타낼 수 있다.

P ＝ α·Wo (1 축 구동의 경우)

P ＝ α·Wo/2 (2 축 구동의 경우)

또, 주행 타이어 (3) 의 접지부에 반력 P 가 작용할 때, 상부 링크 (14a) 에 작용하는 힘 F2 는 하부 링크 (14b) 와 차 베어링 (13) 이 핀 결합으로 연결되는 위치 (11b) 를 기준으로 했을 때의 반력 P 와의 모멘트의 균형으로부터 이하의 식으로 나타낼 수 있다.

F2 ＝ -P·c/b (∵ c·P ＝ -F2·b)

b : 상부 링크와 대차 프레임 본체가 핀 결합으로 연결되는 위치와, 하부 링크와 차 베어링이 핀 결합으로 연결되는 위치 사이의 거리, c : 하부 링크와 차 베어링이 핀 결합으로 연결되는 위치와 접지면 사이의 거리

또한, 주행 타이어 (3) 의 접지부에 반력 P 가 작용할 때, 하부 링크 (14b) 에 작용하는 힘 F1 은, 이 힘 F1 과 상부 링크 (14a) 에 작용하는 힘 F2 와 반력 P 의 균형으로부터 이하의 식으로 나타낼 수 있다.

F1 ＝ P·a/b

(∵ P ＝ F1 ＋ F2, F1 ＝ -F2 ＋ P ＝ P·c/b ＋ P·b/b ＝ P·(c ＋ b)/b)

a : 상부 링크와 대차 프레임 본체가 핀 결합으로 연결되는 위치와 접지면 사이의 거리

또, 차체 (1) 에 작용하는 관성력 I 에 의해 발생하는 관성 모멘트 Ma 는 이하의 식으로 나타낼 수 있다.

Ma ＝ I·h ＝ (-α·Ws)·h

＝ -α·h·Ws

h : 공기 스프링의 중간점과 차체 중심 사이의 상하 방향의 거리

차량이 전방으로 가속하고 있을 때에는, 이상의 식에 나타내는 관성 모멘트 Ma (＝ -α·h·Ws), 요컨대 도 4a 에서의 시계 회전 방향의 관성 모멘트 Ma 가 차체 (1) 에 작용한다. 그 결과, 차체 (1) 의 전부가 떠오르고 차체 (1) 의 후부가 가라앉는다.

또, 차량이 전방으로 가속도 α 로 감속하고 있을 때, 요컨대 전방으로 가속도 -α 로 가속하고 있을 때의 차체 (1) 에 작용하는 관성력 I 는 이하의 식으로 나타낼 수 있다.

I ＝ α·Ws

P ＝ -α·Wo (1 축 구동의 경우)

P ＝ -α·Wo/2 (2 축 구동의 경우)

또, 주행 타이어 (3) 의 접지부에 반력 P 가 작용할 때, 상부 링크 (14a) 에 작용하는 힘 F2 는 이하의 식으로 나타낼 수 있다.

F2 ＝ P·c/b

또한, 주행 타이어 (3) 의 접지부에 반력 P 가 작용할 때, 하부 링크 (14b) 에 작용하는 힘 F1 은 이하의 식으로 나타낼 수 있다.

F1 ＝ -P·a/b

Ma ＝ I·h ＝ (α·Ws)·h

＝ α·h·Ws

차량이 전방으로 감속하고 있을 때에는, 이상의 식에 나타내는 관성 모멘트 Ma (＝α·h·Ws), 요컨대 도 4b 에서의 시계 회전 반대 방향의 관성 모멘트 Ma 가 차체 (1) 에 작용한다. 그 결과, 차체 (1) 의 전부가 가라앉고 차체 (1) 의 후부가 떠오른다.

다음으로, 본 실시형태의 주행 장치에서 차체에 작용하는 관성 모멘트에 대해 도 3a 및 도 3b 를 사용하여 설명한다. 또한, 도 3a 는 가속시의 상태를 나타내고, 도 3b 는 감속시의 상태를 나타낸다.

차량이 전방으로 가속도 α 로 가속하고 있을 때에, 수평 방향에 대하여 경사각 θ 로 기울어져 있는 상부 링크 (14a) 에 작용하는 힘의 수평 방향의 분력은, 전술한 종래의 주행 장치에 있어서의 상부 링크 (14a) 에 작용하는 힘 F2 와 동일하기 때문에, 이 상부 링크 (14a) 에 작용하는 힘의 연직 방향의 분력 F2t 는 이하의 식으로 나타낼 수 있다.

F2t ＝ F2·tanθ ＝ (-P·c/b)·tanθ

또, 이 때, 수평 방향에 대하여 경사각 θ 로 기울어져 있는 하부 링크 (14b) 에 작용하는 힘의 수평 방향의 분력은, 전술한 종래의 주행 장치에 있어서의 하부 링크 (14b) 에 작용하는 힘 F1 과 동일하기 때문에, 이 하부 링크 (14b) 에 작용하는 연직 방향의 분력 F1t 는 이하의 식으로 나타낼 수 있다.

F1t ＝ F1·tanθ ＝ (P·a/b)·tanθ

각 링크 (14a, 14b) 에 작용하는 힘의 연직 방향의 분력 F1t, F2t 는 모두 차체 (1) 에 모멘트로서 작용한다. 이 모멘트, 요컨대 타이어 반력 모멘트 (Mt) 는 이하의 식으로 나타낼 수 있다.

Mt ＝ (F1t ＋ F2t)·B

＝ [(P·a/b)·tanθ ＋ (-P·c/b)·tanθ]·B

＝ [(a － c)/b]·P·B·tanθ

＝ P·B·tanθ (∵ b ＝ a － c)

B : 전측 주행 장치의 현가 프레임의 수하부와 후측 주행 장치의 현가 프레임의 수하부 사이의 거리

따라서, 본 실시형태에서는 차량이 가속하고 있을 때에 차체 (1) 를 전후 방향에서 기울이려고 하는 시계 회전 방향의 관성 모멘트 Ma (＝ -α·h·Ws) 를 없애는 방향인 시계 회전 반대 방향으로 타이어 반력 모멘트 Mt (＝ P·B·tanθ) 가 작용하기 때문에, 가속시에 있어서의 차체 (1) 의 기울어짐을 억제할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에서는 가속시의 승차감을 향상시킬 수 있다.

또, 차량이 전방으로 가속도 α 로 감속하고 있을 때에, 수평 방향에 대하여 경사각 θ 로 기울어져 있는 상부 링크 (14a) 에 작용하는 힘의 수평 방향의 분력은, 전술한 종래의 주행 장치에 있어서의 상부 링크 (14a) 에 작용하는 힘 F2 와 동일하기 때문에, 이 상부 링크 (14a) 에 작용하는 힘의 연직 방향의 분력 F2t 는 이하의 식 (3) 으로 나타낼 수 있다.

F2t ＝ F2·tanθ ＝ (P·c/b)·tanθ

F1t ＝ F1·tanθ ＝ (-P·a/b)·tanθ

각 링크 (14a, 14b) 에 작용하는 힘의 연직 방향의 분력 F1t, F2t 는, 가속시와 동일하게 모두 차체 (1) 에 모멘트로서 작용한다. 이 모멘트, 요컨대 타이어 반력 모멘트 Mt 는 이하의 식으로 나타낼 수 있다.

Mt ＝ (F1t ＋ F2t)·B

＝ [(-P·a/b)·tanθ ＋ (P·c/b)·tanθ]·B

＝ [(-a ＋ c)/b]P·B·tanθ

＝ -P·B·tanθ (∵ b ＝ a － c)

따라서, 본 실시형태에서는, 차량이 감속하고 있을 때에 차체 (1) 를 전후 방향에서 기울이려고 하는 시계 회전 반대 방향의 관성 모멘트 Ma (＝ α·h·Ws) 를 없애는 방향인 시계 회전 방향으로 타이어 반력 모멘트 Mt (＝ -P·B·tanθ) 가 작용한다. 그 때문에, 감속시에 있어서의 차체 (1) 의 기울어짐을 억제할 수 있다.

이상, 본 실시형태에서는, 차량의 가감속시에 차체 (1) 를 전후 방향에서 기울이려고 하는 관성 모멘트 Ma 와 함께, 이 관성 모멘트 Ma 를 없애는 방향의 타이어 반력 모멘트 Mt 도 차체 (1) 에 작용하기 때문에, 차량의 가감속시에 있어서의 차체 (1) 의 기울어짐을 억제할 수 있다.

구체적으로, 가속도 α 로 가속했을 때에, 링크의 경사각 θ 가 0 °인 주행 장치, 요컨대 종래의 주행 장치에서 차체 (1) 의 전부의 떠오름 양이 10 ㎜ 인 경우, 링크의 경사각 θ 가 10 °로 설정된 본 실시형태의 주행 장치에서는, 1 축 구동의 경우에서도 차체 (1) 의 전부의 떠오름 양은 5 ㎜ 이하로 반감되고, 2 축 구동의 경우에서는 차체 (1) 의 전부의 떠오름 양이 더욱 작아져, 차체 (1) 의 경사를 대폭적으로 억제할 수 있다.

또한, 수평 방향에 대한 상부 링크 (14a) 및 하부 링크 (14b) 의 경사각 θ 는 구체적으로는 이하에 나타내는 바와 같이 5 °이상 15 °이하인 것이 바람직하다.

5 °≤ θ ≤15 °

경사각 θ 가 5 °미만에서는, 타이어 반력 모멘트 Mt 가 작아 관성 모멘트 Ma 를 없애는 효과를 그다지 기대할 수 없다. 그 때문에, 경사각 θ 는 5 °이상인 것이 바람직하다. 또, 경사각 θ 가 15 °를 초과하면, 현가 프레임 (15) 에 대하여 상대적인 주행 타이어 (3), 차축 및 대차 프레임의 상하 방향의 이동에 수반하는 전후 방향의 이동량이 커져, 각 링크 (14a, 14b) 가 핀 결합으로 연결되는 위치에 작용하는 불필요한 하중이 커진다. 그 때문에, 경사각 θ 는 15 °이하인 것이 바람직하다.

「제 2 실시형태」

다음으로, 본 발명에 관련된 차량의 주행 장치의 제 2 실시형태에 대해 도 5a 및 도 5b 를 사용하여 설명한다.

또한, 도 5a 는 가속시의 상태를 나타내고, 도 5b 는 감속시의 상태를 나타낸다.

본 실시형태의 주행 장치는, 제 1 실시형태의 주행 장치에 대하여 상부 링크 (14a) 가 핀 결합으로 연결되는 위치가 상이한 점을 제외하고, 기본적으로 동일 구성이다. 따라서, 이하에서는 제 1 실시형태와 상이한 점에 대해 주로 설명한다.

본 실시형태의 하부 링크 (14b) 는, 제 1 실시형태와 동일하게 하부 링크 (14b) 와 대차 프레임 (11) 이 핀 결합으로 연결되는 위치 (11b) 가 하부 링크 (14b) 와 현가 프레임 (15) 의 수하부 (16) 가 핀 결합으로 연결되는 위치 (15b) 보다 상하 방향에서 하방에 위치하고, 수평 방향에 대하여 경사각 θ 로 기울어져 형성되어 있다. 한편, 본 실시형태의 상부 링크 (14a) 는, 상부 링크 (14a) 와 대차 프레임 (11) 이 핀 결합으로 연결되는 위치 (11a) 가, 상부 링크 (14a) 와 수하부 (16) 가 핀 결합으로 연결되는 위치 (15a) 와 상하 방향에서 동일한 위치이다. 즉, 상부 링크 (14a) 는 수평 방향으로 연장되어 경사각이 0 °로 형성되어 있다. 또한, 상부 링크 (14a) 의 경사각 (단, 0°) 및 하부 링크 (14b) 의 경사각 θ 는 모두 승객이 없는 상태에서 정지하고 있을 때의 값이다.

다음으로, 본 실시형태의 주행 장치에서 차체에 작용하는 관성 모멘트에 대해 설명한다.

차량이 전방으로 가속도 α 로 가속하고 있을 때에, 수평 방향으로 연장되어 있는 상부 링크 (14a) 에 작용하는 힘의 연직 방향의 분력 F2t 는 0 이다.

또, 이 때, 수평 방향에 대하여 경사각 θ 로 기울어져 있는 하부 링크 (14b) 에 작용하는 힘의 연직 방향의 분력 F1t 는, 제 1 실시형태와 동일하게 이하의 식으로 나타낼 수 있다.

F1t ＝ F1·tanθ ＝ (P·a/b)·tanθ

하부 링크 (14b) 에 작용하는 힘의 연직 방향의 분력 F1t 는 차체 (1) 에 모멘트로서 작용한다. 이 모멘트, 요컨대 타이어 반력 모멘트 Mt 는 이하의 식으로 나타낼 수 있다.

Mt ＝ F1t·B

＝ [(P·a/b)·tanθ]·B

＝ (a/b)·P·B·tanθ

따라서, 본 실시형태에서는, 차량이 가속하고 있을 때에 차체 (1) 를 전후 방향에서 기울이려고 하는 시계 회전 방향의 관성 모멘트 Ma (＝ -α·h·Ws) 를 없애는 방향인 시계 회전 반대 방향으로 타이어 반력 모멘트 Mt (＝ (a/b)·P·B·tanθ) 가 작용하기 때문에, 가속시에 있어서의 차체 (1) 의 기울어짐을 억제할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에서도 가속시의 승차감을 향상시킬 수 있다.

차량이 전방으로 가속도 α 로 감속하고 있을 때에 수평 방향으로 연장되어 있는 상부 링크 (14a) 에 작용하는 연직 방향의 분력 F2t 는, 가속시와 동일하게 0 이다.

F1t ＝ F1·tanθ ＝ (-P·a/b)·tanθ

하부 링크 (14b) 에 작용하는 힘의 연직 방향의 분력 F1t 는, 가속시와 동일하게 차체 (1) 에 모멘트로서 작용한다. 이 모멘트, 요컨대 타이어 반력 모멘트 Mt 는 이하의 식으로 나타낼 수 있다.

Mt ＝ F1t·B

＝ [(-P·a/b)·tanθ]·B

＝ -(a/b)·P·B·tanθ

따라서, 본 실시형태에서는, 차량이 감속하고 있을 때에 차체 (1) 를 전후 방향에서 기울이려고 하는 시계 회전 반대 방향의 관성 모멘트 Ma (＝ α·h·Ws) 를 없애는 방향인 시계 회전 방향으로 타이어 반력 모멘트 Mt (＝ -(a/b)·P·B·tanθ) 가 작용하기 때문에, 감속시에 있어서의 차체 (1) 의 기울어짐을 억제할 수 있다.

이상, 본 실시형태에서도, 차량의 가감속시에 차체 (1) 를 전후 방향에서 기울이려고 하는 관성 모멘트 Ma 와 함께, 이 관성 모멘트 Ma 를 없애는 방향의 타이어 반력 모멘트 Mt 도 차체 (1) 에 작용한다. 그 때문에, 차량의 가감속시에 있어서의 차체 (1) 의 기울어짐을 억제할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 경사각 θ 가 제 1 실시형태와 동일하다고 하면, 타이어 반력 모멘트 Mt (＝ (a/b)·P·B·tanθ (a/b ＞ 1)) 가 제 1 실시형태의 타이어 반력 모멘트 Mt (＝ P·B·tanθ) 보다 커지기 때문에, 가속시에 있어서의 차체 (1) 의 기울어짐을 보다 억제할 수 있다.

단, 본 실시형태에 있어서, 하부 링크 (14b) 의 경사각 θ 는 이하에 나타내는 바와 같이 3 °이상 10 °이하인 것이 바람직하다.

경사각 θ 가 3 °미만에서는, 타이어 반력 모멘트 Mt 가 작아 관성 모멘트 Ma 를 없애는 효과를 그다지 기대할 수 없다. 그 때문에, 경사각 θ 는 3 °이상인 것이 바람직하다. 또, 경사각 θ 가 10 °를 초과하면 대차 프레임 (11) 이 경사진다. 그 때문에, 경사각 θ 는 10 °이하인 것이 바람직하다. 이것은, 현가 프레임 (15) 에 대하여 주행 타이어 (3), 차축 (5) 및 대차 프레임 (11) 이 상하 방향으로 상대 이동했을 때에, 기울어져 있는 하부 링크 (14b) 와 핀 결합으로 연결되어 있는 대차 프레임 (11) 의 하부에 있어서의 전후 방향의 상대 이동량이, 수평 방향으로 연장되어 있는 상부 링크 (14a) 에 핀 결합으로 연결되어 있는 대차 프레임 (11) 의 상부에 있어서의 전후 방향의 상대 이동량보다 커지기 때문이다.

또한, 본 실시형태는 상부 링크 (14a) 를 기울이고 있지 않지만, 하부 링크 (14b) 의 경사각 θ 의 범위 내에서 기울여도 된다. 바꾸어 말하면, 상부 링크 (14a) 는, 상부 링크 (14a) 와 대차 프레임 (11) 이 핀 결합으로 연결되는 위치 (11a) 가 상부 링크 (14a) 와 현가 프레임 (15) 의 수하부 (16) 가 핀 결합으로 연결되는 위치 (15a) 로부터 상하 방향에서 하측에 전술한 상하 간 거리 d 의 범위 내가 되도록 기울여도 된다.

또, 이상의 각 실시형태는 모두 측방 안내 궤도식 신교통 시스템 차량에 본 발명을 적용한 예이지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 이상의 각 실시형태는, 예를 들어 중앙 안내 궤도식 신교통 시스템 차량에 적용해도 되고, 또한 다른 차량에 적용해도 된다.

산업상 이용가능성

본 발명에 의하면, 가감속시에 있어서의 전후 방향의 차체의 기울어짐을 억제할 수 있어 승차감을 향상시킬 수 있다.

1 : 차체
3 : 주행 타이어 (주행륜)
5 : 차축
10 : 현가 장치
11 : 대차 프레임 (차축 지지체)
13 : (차축 지지체의) 차 베어링
14a : 상부 링크
14b : 하부 링크
15 : 현가 프레임
16 : (현가 프레임의) 수하부
17 : (현가 프레임의) 부착부
19 : 공기 스프링
11a : (대차 프레임과 상부 링크의) 핀 결합 위치
11b : (대차 프레임과 하부 링크의) 핀 결합 위치
15a : (현가 프레임의 수하부와 상부 링크의) 핀 결합 위치
15b : (현가 프레임의 수하부와 하부 링크의) 핀 결합 위치
20 : 조타 안내 장치

Claims

차체의 하부로서, 상기 차체의 전측 및 후측에 각각 배치되어 있는 차량의 주행 장치에 있어서,
주행륜이 장착된 차축을 지지하는 차축 지지체와,
상기 차축 지지체를 기준으로 하여 상기 차체의 중앙측에 배치되어, 상기 차체로부터 하방으로 연장되는 수하부를 갖는 현가 프레임과,
상기 수하부에 대하여 상기 차축 지지체를 상하 방향으로 상대 변위 가능하게 양자를 연결하는 링크를 구비하고,
상기 링크는, 상기 수하부 및 상기 차축 지지체의 각각에 핀 결합으로 연결되는 하부 링크와, 상기 하부 링크의 상방에 배치되어, 상기 수하부 및 상기 차축 지지체의 각각에 핀 결합으로 연결되는 상부 링크를 갖고,
상기 하부 링크는, 상기 하부 링크와 상기 차축 지지체의 핀 결합 위치가, 상기 하부 링크와 상기 현가 프레임의 상기 수하부의 핀 결합하는 위치보다 상하 방향에서 하방에 위치하고,
상하 방향에서 상기 하부 링크가 상기 수하부와 핀 결합하는 위치로부터 그 하부 링크가 상기 차축 지지체와 핀 결합하는 위치까지의 거리를 상하 간 거리로 했을 경우, 상기 상부 링크는 그 차축 지지체와 핀 결합하는 위치는, 상하 방향에서 상기 현가 프레임의 상기 수하부와 핀 결합하는 위치로부터 하측에 상기 상하 간 거리의 위치에 위치하고 있음과 함께,
수평 방향에 대한 상기 상부 링크 및 상기 하부 링크의 경사각이 5 ° 이상 15 ° 이하인 것을 특징으로 하는 차량의 주행 장치.
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제 1 항에 기재된 주행 장치를 구비하고 있는 차량.