JP4494217B2 - 支持システム及びサスペンションシステム - Google Patents

Description

本発明は車両の路面接触システムに関し、より詳しくは、サスペンション要素に対するホイールキャンバの自由度を許容するサスペンションシステムおよびホイール支持システムに関する。用語「路面接触システム」とは、能動的なすなわち車両のボディと該車両が走行する路面との関係に影響を与える全ての要素および機能を含むものである。従って、路面接触システムの部品として、特に次の要素すなわち、タイヤ、ホイールベアリング、ホイール支持体、制動コンポーネンツ、サスペンション要素（アーム、ウィッシュボーン、ストラット等）、スプリング、ダンパ、ジョイント、防振コンポーネンツ、アンチロールシステム、アンチロックシステム、アンチスキッドシステム、ステアリング（操舵）システムおよび安定性制御システムがある。

国際特許公開ＷＯ０１／７２５７２号明細書（特許文献１）には、サスペンション要素に対するホイールキャンバ自由度を許容するホイール支持システムが開示されている。この自由度は、例えば、車両の走行パラメータの関数として、ジャッキにより能動的に制御されるか、接触領域内でホイールに加えられる力により受動的に制御される。
欧州特許出願ＥＰ１２３２８５２号明細書（特許文献２）もこのようなシステムに関するものであり、ホイールのキャンバ運動を案内するのに、ホイール支持体とサスペンション要素との間に関節連結された本質的に垂直な軸線の回りで枢動する要素を用いることを提案している。

欧州特許出願ＥＰ０２／０１３７９７．２号明細書（特許文献３）もこのようなシステムに関するもので、サスペンション要素に対するホイール支持体のキャンバ運動を案内するのに湾曲スライドを用いることを提案している。
これらのシステムの設計において遭遇する１つの困難性は、路面接触システム、より詳しくはタイヤ、ホイール支持体およびサスペンションを介して、路面からボディ（またはこの逆方向）に大きい力を伝達しなければならないという事実から生じる。これらの力により大きい機械的応力が発生され、これらの全ての結果が、その後のホイールの操舵精度およびシステムの信頼性に影響を与える。車両のボディから見て、路面から伝達される力は、一般に次のように表現されている。すなわち、横方向力（水平かつホイール平面に対して垂直な力）、長手方向力（水平かつホイール平面に対して平行な力）、垂直力、「スピン」トルクとして知られているトルク（ホイールの軸線の回りのトルク）、「オーバーターニング」トルクとして知られているトルク（長手方向軸線の回りのトルク）、および「セルフアライメント」トルクとして知られているトルク（垂直軸線の回りのトルク）である。路面から伝達されるこれらの力以外に、ホイールはまた、ホイールに加わる慣性力、特にカーブで作用する遠心力に起因する力をボディに伝達する。

上記特許文献に開示された支持システムおよびサスペンションシステムでは、従来のサスペンションシステムと比較して特別な自由度が付加され、ボディに対するホイールのキャンバ運動を許容する。この特別な移動度（モビリティ）は幾つかの異なる方法により得られるが、これらの全ての方法は、一般に、コンポーネンツおよびジョイントまたはピボットの数の増大を伴い、それにより、システムの剛性（rigidity）および／または頑丈さが全体として低下する傾向にある。また、一般に利用できるスペースは制限されるため、種々の要素の断面を増大させることによりこの剛性不足を補償することは困難である。実際に、このような可変キャンバサスペンションは、占有スペース（「パッケージング」という用語も使用される）に関連して確立される妥協を妨げないことが好ましい。

国際特許公開ＷＯ０１／７２５７２号明細書 欧州特許出願ＥＰ１２３２８５２号明細書 欧州特許出願ＥＰ０２／０１３７９７．２号明細書 欧州特許出願ＥＰ１２４７６６３号明細書

従って、このようなシステムの１つの問題は、特に、長手方向力、セルフアライメントトルクおよびスピントルクに対するシステムの剛性を完全なものとすることにある。
特に欧州特許出願ＥＰ１２３２８５２号明細書（特許文献２）に開示されたシステムに生じる他の問題は、或るタイプの力が、キャンバ、特にホイール平面の操舵に与える好ましくない影響である。
本発明の目的は、上記欠点の少なくとも幾つかを解決することにある。

上記目的は、車両のホイールをサスペンション要素に連結するように設計された支持システムであって、サスペンション要素に対する一定のキャンバ自由度をホイール支持体に付与するキャンバ手段を有する支持システムにおいて、少なくとも３つの本質的に長手方向の軸線に従って作動するトリプルヒンジを有し、該トリプルヒンジは、一方ではホイール支持体に連結されかつ他方ではサスペンション要素に連結されている構成の支持システムにより達成される。
本発明はまた、本発明による支持システムを備えたサスペンションおよび車両に関する。

本発明は、添付図面に関連して述べる以下の詳細な説明からより良く理解されるであろう。
種々の図面において、同一または同類の要素は、同じ参照番号で示されている。これらの要素の説明は系統的に反復されるものではない。
図１は、本発明によるサスペンションシステムを示す（部分）図である。本発明をより良く示すため、ホイール自体は示されていない。ブレーキディスク２２は、種々のコンポーネンツの位置が見られるようにしている。中間支持体４は、既知の図示しない態様で他のサスペンション要素に連結されるように設計されている。本発明によれば、中間支持体４には、実質的に独立した２つの機能を確保できる手段により、ホイール支持体３が連結されている。これらの機能のうちの第一機能は、「トリプルヒンジ」５により遂行される（平面的）連結である。トリプルヒンジ５は、３つの軸線すなわち、内側フランジ５３を中間支持体４に連結する内側軸線２３と、外側フランジ５２をホイール支持体３に連結する外側軸線２５と、内側フランジ５３および外側フランジ５２を相互連結する中心軸線２４とに沿って関節連結される。これらの軸線は本質的に長手方向、すなわち水平かつホイール平面に対して平行である。この連結により、ホイール支持体３は、中間支持体４に対してキャンバ平面内で移動することができる一方、垂直軸線および水平軸線の回りの相対回転は効果的に防止される。第二機能は、サスペンション要素に対するホイール支持体の移動をキャンバ平面内に制御することである。この例では、この第二機能は、これもホイール支持体３と中間支持体４との間に配置された湾曲スライド６により確保される。長手方向力、セルフアライメントトルクおよびスピントルクは、大部分がトリプルヒンジ５により受止められるので、スライド６により伝達される応力は、例えば欧州特許出願ＥＰ０２／０１３７９７．２号明細書（特許文献３）に開示されたシステムにおけるものより小さい。これにより、同時に、前記スライドをより簡単かつ軽量な設計にできると同時に、特に、セルフアライメントトルクおよびスピントルクに対するシステムの剛性を全体的に向上させることができる。中間支持体４に対するホイールのキャンバ運動は、スライド６のジオメトリにより定められる位置の軸線回りで起こる。スライドは、欧州特許出願ＥＰ０２／０１３７９７．２号明細書（特許文献３）に開示されているように、異なる形状のスライドを使用できる。もちろん、スライドにより定められる回転軸線は、トリプルヒンジ５の軸線の方向と適合しなければならない。例えば、この適合は、トリプルヒンジの軸線およびスライドにより定められる軸線の全てが互いに平行であるときに確保される。

図２は、本発明の好ましい一実施形態の一部を示す。この実施形態は、図１のトリプルヒンジ５について説明した第一連結機能を遂行し、更に、キャンバを案内する第二機能をも遂行するトリプルヒンジ５１であるが、第二機能は、図１のスライド（６）により別個に受持たれる機能である。この実施形態では、トリプルヒンジ５１は、その中心軸線２４が頂部に位置するように配置されている（これに対し、図１の装置では、中心軸線２４は底部に位置している）。キャンバ平面内での案内機能はレバー５４、５５により行われ、該レバー５４、５５は、それぞれ、トリプルヒンジ５１のフランジ５３、５２に取付けられている。ロッド５６、５７が設けられており、該ロッド５６、５７は、レバー５４、５５の上端部を、一方ではホイール支持体に、他方では中間支持体に連結する（図２には、ホイール支持体および中間支持体のいずれも示されていない）。かくして、図２に示す装置の上端部は、キャンバ運動案内機能に関する限り、図１のシステムのスライド６に代わるものである。トリプルヒンジ５１およびそのレバー５４、５５は、ホイール支持体とサスペンション要素との間に介在される１対のはさみのように動作する。

図３は、図２のシステムの運動学的原理を、例えばダブルウィッシュボーンサスペンションが設けられた車両に適用したところを概略的に示すものである。前述のように、レバー５４、５５により延長されたトリプルヒンジ５１は、ホイール支持体３を、ロッド５６、５７を介して中間支持体４に連結する。図面から、トリプルヒンジ５１やレバー５４、５５を含む組立体は、１対のはさみのような態様で作動することにより、中間支持体４に対するホイール支持体３およびホイール２の運動学を決定することは明白である。中間支持体４は、本質的に垂直なサスペンション運動ができるように、既知の態様で他のサスペンション要素（アーム、ウィッシュボーン、スプリング）に連結されている。

キャンバ平面内での中間支持体４に対するホイール２の瞬間回転中心（CIR r/s）の位置は、次のようにして決定される。すなわち、最初に、トリプルヒンジ５１の方向に一致する線Ａと、外側ロッド５６の方向に一致する線Ｂとの交点Ｇを決定する。次に、トリプルヒンジ５１の内側フランジ５３の方向に一致する線Ｃと、内側ロッド５７の方向に一致する線Ｄとの交点Ｈを決定する。次に、線Ｃと線Ｄとの交点（すなわち点Ｈ）とホイール支持体３上への外側フランジ５２のピボット（外側軸線２５）とを結ぶ線Ｅと、線Ａ、Ｂの交点（すなわち点Ｇ）と中間支持体４上への内側フランジ５３のピボット（内側軸線２３）とを結ぶ線Ｆとを作図すれば、中間支持体４に対するホイール２のキャンバ運動の瞬間回転中心（CIR r/s）は、両線Ｅ、Ｆの交点となる。瞬間回転中心の位置が、システムの多くのコンポーネントの幾何学的な特徴の組み合わせによるものであることが理解できる。この特定例において、図示の垂直ホイール位置では、瞬間回転中心は路面レベルより下に位置し、このことは、横方向力により制御される受動的作動が可能であることを意味する。また、ホイールの平均位置では、瞬間回転中心はホイール平面内に本質的に配置され、これが本発明の好ましい実施形態である。瞬間回転中心の位置の効果についての詳細は、国際特許公開ＷＯ０１／７２５７２号明細書（特許文献１）を参照されたい。
ホイールの平均位置とは、サスペンションシステムが車両の定格荷重を支持しておりかつホイールのキャンバ角が直線上を転がる場合に一致している場合をいう。一般に、このキャンバ角は非常に小さいため、ゼロキャンバ（すなわち完全に垂直なホイール）に等しいと考えられる。

図４は、特に図２に示したシステムを組込んだ本発明のサスペンションシステムの一実施形態を示すものである。この例では、サスペンションシステムは、既知のマクファーソンサスペンションに基いている。フォースストラット４１は、そのアッパーアタッチメント（図示せず）、ロワウィッシュボーン７１およびステアリングロッド７２により、車両のボディに対して案内される。この例では、フォースストラット４１の下端部は、これまでの図面における中間支持体４の役割を果たすものである。本発明によれば、長手方向力、セルフアライメントトルクおよびスピントルクは、トリプルヒンジ５１により受持たれる。レバー５４、５５により伝達される応力は小さい。なぜならば、これらのレバー５４、５５は、キャンバトルクおよび僅かな部分の横方向力に関係するに過ぎないからである。ここに説明する構造と、国際特許公開ＷＯ０１／７２５７２号明細書（特許文献１）の図２に示す構造とを比較すれば、スチフネス（stiffness）に関する本発明の寄与を理解することは容易である。また、以下の説明から理解されようが、本発明のシステムは、大きい設計自由度およびキャンバ平面内の運動の運動学的制限の調節が可能である。

キャンバ運動の範囲を制限するのに、キャンバ衝合体５８、５９を使用できる。この好ましい例では、内側レバー５４とフォースストラット４１との間にキャンバ衝合体５８が配置され、かつ内側レバー５４とホイール支持体３との間にキャンバ衝合体５９が配置される。キャンバ衝合体の運動制限機能以外に、キャンバ衝合体は、システムの受動的動作に有効な態様で影響を与えることができる。実際に、キャンバ衝合体の形状および寸法には、キャンバの撓みに関連して変化するスチフネスおよびダンピングを導入できる。これらのキャンバ衝合体は、ゴムのようなエラストマー材料で作るのが好ましい。
ロッド５６、５７には、例えば図３で説明した運動学的制限の調整を可能にすべく、ロッドの長さを変える手段を設けることができる。
本発明による支持装置の受動的挙動に影響を与える付加手段を設けるため、例えばキャンバダンパ７０（該ダンパの軸端のみが図示されている）を、ストラット４１とホイール支持体との間に配置できる。或いは、ジャッキ（例えば油圧、空気圧または電気により駆動されるジャッキ）のような能動的要素により、キャンバの能動的制御を行うことができる。

図５は、図４のシステムを異なる方向から見たものである。この図面では、明瞭化のために、ホイール、ロワウィッシュボーン、ストラットの上部、トラックロッドおよびキャンバダンパは省略されている。従って、特に、トリプルヒンジ５１の軸線２３、２４、２５、キャンバ衝合体５８、５９、およびダンパまたはキャンバアクチュエータを受入れるように設計された（ホイール支持体上の）ブラケット７、および（フォースストラット上の）ブラケット８を容易に見ることができる。

図６および図７は、特に、車両の駆動アクスル好ましくはリアアクスルのサスペンションとして設計された、本発明による支持システムの他の実施形態を示すものである。この実施形態と、図２、図４および図５の実施形態との主な相違点は、特別な構成により伝動装置（それ自体はこれらの図面に示されていない）を通すことができることである。中間支持体４（図６参照。図７には示されていない）およびホイール支持体３（図７参照）には中空部が設けられている。これと同じ目的で、レバー５４、５５はオフセットされている（図７参照）。この例では、中間支持体４は、１対のウィッシュボーンおよびトラック−ロッド（ボールジョイント７３を介して連結されている）により、車両ボディに連結されるように設計されている。

図８は、本発明による支持システムの他の実施形態を示すものである。その主な特徴は、支持システムが、いかなる中間支持体または内側ロッドをも使用することなく（図６中の参照番号４、５７を参照）、サスペンションアームおよび／またはウィッシュボーンに直接連結されていることである。かくして、長所は、部品およびリンクを少数にできることである。ロワアーム７４およびアッパーアーム７５またはウィッシュボーンの相対垂直移動度を使用して、本発明の支持システムの内側フランジ５３への下方取付け位置と、外側フランジ５２から延びているレバー５４へのアッパーアームとの間の距離変化を補償できるため、この簡単化は可能である。アッパーウィッシュボーン７５を内側ロッド（図３の参照番号５７参照）と置換したものと考えれば、キャンバ運動の瞬間回転中心の位置は図３で説明した方法で定められる。ロワウィッシュボーン７４に当接するように、サスペンションスプリング（図示せず）を設けるのが好ましい。

図９および図１０は、図８の支持システムと同様な支持システムの一実施形態を示すものである。運動学的原理は同じであり、１対のはさみ６０、６１が、サスペンション要素７４、７５、７６に対するホイール支持体３のキャンバ運動を案内する。アッパー要素（ウィッシュボーン７５およびロッド７６）が、内側ロッド（図３に参照番号５７で示す）を置換したものであると考えれば、キャンバ運動の瞬間回転中心の位置は、図３と同様にして定められる。
しかしながら、この実施形態では、スピン力すなわちセルフアライメント力がはさみの下部（すなわちトリプルヒンジ）のみによって受持たれるものではない。なぜならば、この実施形態では、トリプルヒンジは、その１つの横方向軸線（図７の内側軸線２３）の代わりの点連結を有するからである。かくして、大部分の力は、外側フレーム６０（これははさみの一方の枝部を構成する）により、ホイール支持体３の下部から直接的にアッパーアームおよび／またはウィッシュボーン７５、７６に伝達される。内側フレーム６１（これははさみの他方の枝部を構成する）は、ロワアームすなわちウィッシュボーン（ここではロワウィッシュボーン７４）を、前と同様に、ロッド５６を介してホイール支持体３の上部に連結する。アーム７６は、ステアリングアクスルの場合にはステアリングロッドとなり、多アーム非ステアリングアクスルの場合にはトラック−ロッドとなる。非ステアリングアクスルでは、台形フレームを、ウィッシュボーン７５およびロッド７６の組立体に置換することもできる。装置の中央に伝動装置のシャフトを通すこともできる。
この実施形態の長所は、操舵力（セルフアライメントトルクからの操舵力）が、図８の例における２つの軸線または図１〜図７の例における３つの軸線により伝達されるのではなく、単一軸線（外側軸線２５）により伝達されることにある。

図１１は、図１の実施形態との比較が容易な他の実施形態を示すものである。この実施形態では、キャンバ運動の案内機能は、図１の実施形態におけるように湾曲スライドにより遂行されるのではなく、ロッド７９によるトリプルヒンジ５の運動にリンクして運動する第二ヒンジ７７、７８により遂行される。種々の要素の寸法および位置が、キャンバの運動学、より詳しくは瞬間回転中心の（可変）位置を決定することは明白である。負荷ロッドは、特に、ホイール支持体３の垂直力を中間支持体４に向かわせることを確保する。

図１２は、本発明による支持システムの他の実施形態を示す。この例では、図１に示したようなトリプルヒンジ５（但し、反転されている）が、キャンバ運動を案内する他の特殊手段と組合されている。実際に、キャンバ運動は、本質的に垂直な第二トリプルヒンジにより案内される。この第二ヒンジの３つの軸線（Ｋ、Ｌ、Ｍ）は、協働して瞬間回転中心（CIR r/s）を形成する。本質的に垂直な軸線の回りの中間要素の回転によるこのキャンバ案内原理は、欧州特許出願ＥＰ１２４７６６３号明細書（特許文献４）に開示された原理から得ることができる。
中間支持体４は、既知の態様で、ロワウィッシュボーン７４およびアッパーウィッシュボーン７５およびトラックロッドすなわちステアリングロッド７６を介して車両(図示せず)に連結される。第一垂直フランジ８１が、本質的に垂直な軸線Ｋに沿って、中間支持体４に対して関節連結されている。第二垂直フランジ８２が、これも本質的に垂直な軸線Ｍに沿って第一垂直フランジ８１に対して関節連結されている。ホイール支持体３は、これも本質的に垂直な軸線Ｌに沿って第二垂直フランジ８２に対して関節連結されている。ホイール支持体３は、この軸線Ｐ上にホイールを支持するように設計されている。３つの軸線Ｋ、Ｌ、Ｍは、組合されて、キャンバ運動の瞬間回転中心（CIR r/s）を形成するのが好ましい。この実施形態の長所は、キャンバ運動中に位置が変化しない瞬間回転中心を形成できることである。

本願で使用する用語「トリプルヒンジ」は、少なくとも３つの本質的に平行な回転軸線と、少なくとも２つのフランジとを有し、該フランジが、２つのコンポーネンツ（ホイール支持体および垂直サスペンション）を連結できかつこれらの２つのコンポーネンツの間で本質的に平面的な相対運動（すなわち並進）を可能にする機械的構成を意味する。キャンバ平面内での案内がトリプルヒンジにより行われない実施形態（図１、図１１および図１２参照）では、システムの作動を顕著に変更することなく、３より多い軸線をもつトリプルヒンジを使用できる。これは、占有スペースの観点からも有利である。これに対し、案内がはさみの原理（すなわち、図２〜図１０に示すようなトリプルヒンジ）により行われる場合には、最小数３を超える付加軸線が運動学的定義に影響を与えることは明らかである。
また、トリプルヒンジの連結機能を可能にするには、トリプルヒンジの軸線は、互いに本質的に平行（ほぼ平行）でかつ長手方向に配置されなくてはならないことも理解されよう。キャンバの案内に使用される手段によっては、この平行度は重要でないこともあるし、より正確でなくてはならないこともある。軸線が正確に平行でない場合には、キャンバ運動が操舵運動またはスピニング運動と組合されることがあり、この組合せが重要なこともある。

本発明による支持システムの一実施形態を示す斜視図である。 本発明によるシステムのトリプルヒンジの一実施形態を示す斜視図である。 本発明による車両を示す概略平面図である。 本発明によるサスペンションシステムの一実施形態を示す斜視図である。 図４の実施形態の一部を示す斜視図である。 本発明によるシステムの他の実施形態を示す斜視図である。 本発明によるシステムの他の実施形態を示す斜視図である。 本発明による支持システムの他の実施形態を示す斜視図である。 本発明によるシステムの他の実施形態を示す斜視図である。 本発明によるシステムの他の実施形態を示す斜視図である。 本発明による支持システムの他の実施形態を示す斜視図である。 本発明による支持システムの他の実施形態を示す斜視図である。

Claims (9)

1. 車両のホイール（２）をサスペンション要素（４、４１、７４、７５、７６）に連結するように設計され、上記サスペンション要素に対するキャンバ自由度をホイール支持体（３）に付与するキャンバ手段を有する支持システム（３、５）であって、少なくとも３つのほぼ車両長さ方向の軸線をもつトリプルヒンジを有し、該トリプルヒンジは、一方では上記ホイール支持体（３）に連結されかつ他方では上記サスペンション要素に連結されることを特徴とする支持システム。
2. 上記トリプルヒンジ（５）は３つの軸線に従って作動することを特徴とする請求項１記載の支持システム。
3. 上記３つの軸線は平行であることを特徴とする請求項２記載の支持システム。
4. 上記トリプルヒンジ（５１）は２つのフランジ（５２、５３）と、該２つのフランジのそれぞれに取付けられた２つのレバー（５４、５５）とを有し、キャンバ運動はレバーの運動により制御されることを特徴とする請求項２または請求項３記載の支持システム。
5. 上記ホイール支持体（３）と中間支持体（４、４１）との間で作用するキャンバダンパ（７０）を更に有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の支持システム。
6. キャンバ運動案内手段（６、６５、５５、５６、５７、７７、７８、７９、８１、８２）を更に有し、該手段は、上記サスペンション要素に対する上記ホイール支持体（３）の運動が、路面より下に位置する平均位置回りの瞬間回転中心（CIR r/s）をもつように構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の支持システム。
7. 上記キャンバ運動案内手段（６、５４、５５、５６、５７、７７、７８、７９、８１、８２）は、上記ホイールがその中心位置にあるときに、瞬間回転中心（CIR r/s）が上記ホイール平面内に位置するように構成されていることを特徴とする請求項６記載の支持システム。
8. 請求項１〜７のいずれか１項記載の支持システムを有することを特徴とするサスペンションシステム。
9. 請求項４記載の支持システムを有し、少なくとも１つのアッパーアーム（７５）および１つのロワアーム（７４）を更に有し、ロワアームは、トリプルヒンジの内側フランジ（５３）に直接連結され、アッパーアームは、トリプルヒンジの外側フランジ（５２）に取付けられたレバーに直接連結されることを特徴とする請求項８記載のサスペンションシステム。

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