JP4887235B2 - エアサスペンション用アクスルユニット構造 - Google Patents

Description

本発明は、バスや大型トラック等に使用される空気ばねを備えたエアサスペンション用アクスルユニット構造に関するものである。

図１１は、従来の４バックエアサスペンション用アクスルユニット構造を有する車体（シャシー）を示す斜視図である（特許文献１参照）。

図１１に示すように、車体９０は、車体９０の前後方向に延びる一対のサイドメンバ（車枠）９１と車幅方向に延びる後輪用の２本の車軸とを備える。各車軸（図示せず）は、車枠９１にトルクロッド９７により支持される車軸ケース９３内で回転自在に支持されている。車軸ケース９３の下側には、両端で空気ばね９４を保持するばね受け（ビーム）９５が設けられる。空気ばね（エアスプリング）９４は、ばね受け９５の両端上側に固定されると共に、その一部がそれぞれサイドメンバ９１にその下側で固定されている。

また、図１２は、特許文献２に開示される車両（バス）を示す平面図である。

図１２に示される車両１００は、前車軸側１０１が独立懸架式、後輪軸側が１軸の車軸懸架式（リジッド式）の空気ばね１０７を備える。後輪軸側の一対の空気ばね１０７は、一対のサイドメンバ１０２に掛かるクロスメンバ１０３に取り付けられると共に、車軸ケース１０４上のばね受け１０６上に固定され、後輪１０５の前後に配置されている。

図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に示される車両１１０が備える懸架装置は、板ばね１１７と空気ばね１１５とを併用したタイプのものである。板ばね１１７は、サイドメンバ１１１の車輪１１３の前後の位置にそれぞれ設けられた一対のブラケット１１８に両端が支持され、中央部が車軸ケース１１２に固定されている。空気ばね１１５は、板ばね１１７毎に１つ、サイドメンバ１１１と車輪１１３との間に設けられている。図中、１１４は空気ばね１１５の下部を車軸ケース１１２に固定する固定部材であり、１１６は空気ばね１１５の上部をサイドメンバ１１１に固定する固定部材である。

特許第３７２４１２０号公報 特開平１１−１２３９１９号公報 特開２００４−５８８５１号公報

しかしながら、図１１の車両９０は、空気ばね９４がサイドメンバ９１の下側に配置されている。図１１には示されていないが、大型トラック等の車両ではエアブレーキ作動用のブレーキ用チャンバがタイヤの近くに設けられるため、タイヤの近くにブレーキ用チャンバを設けるスペースを確保するべく、タイヤの前後に間隔を空けて一対の空気ばね９４を配置する必要がある。このため、空気ばね９４を搭載するばね受け９５の長さは長くなる。ばね受け９５の長さＬが長いと、ばね受け９５の両端に加わる曲げモーメントも大きくなり、ばね受け９５の強度を大きく、すなわち断面積を大きくする必要がある。これらのことから、空気ばね９４を支持するばね受け９５の重量が大きくなってしまう。

また、図１１の車両９０は、その左右のエアスプリング（空気ばね）９５中心間の距離が、一般のリーフサスペンション（板ばね）を備える車両と比べて小さい。左右のスプリング間の距離が小さいと、タイヤ幅の中心位置（トレッド、接地面）とスプリングとの距離が大きくなる。そのため、車軸ケースに掛かる荷重がリーフサスペンション備える車両と図１１の車両９０とで等しいとすると、図１１の車両９０の方が車軸ケース９３に掛かる曲げモーメントが大きくなる。この曲げモーメントは、車軸ケースとサスペンションとの接続点と、車軸ケースと車輪（トレッド）との接続点との間の距離Ｗが大きい程大きい。したがって、車軸ケース９３の強度を確保するべく、車軸ケース９３の断面の寸法や板厚を大きくする必要がある。

一方、積荷の保護のため、空気ばねを柔らかく、すなわち空気ばねのばね定数を小さくする方法がある。しかしながら、左右のスプリング９４間の距離が小さいと、ばね定数とスプリング中心間距離との積に比例するロールばね定数（左右回転に対するばね定数）はさらに小さくなり、車体が左右に傾きやすくなる。したがって、これを補うため高剛性を有するスタビライザ９９を一対のサイドメンバ９１間に取り付ける必要がある。

また、図１２の車両においては、前車軸１０１が独立懸架方式であるため、上記のロールばね定数は、左右のスプリング１０７の中心間距離と直接関係なく、ロールばね定数が低下する問題がない。また、前車軸１０１は操舵輪軸であるため、タイヤ１０１ａが動きやすいように一般のタイヤをシングル（車軸の両側に一本ずつ配置）で使用し、ダブルタイヤ（車軸の両側に二本ずつ配置）を装着する後車軸１０４に比べて軸重が小さい。そのため、前車軸１０１に設けられるエアスプリング１０１ｂは小型のものとなっている。したがって、前車軸１０１に設けられるエアスプリング１０１ｂの配置を、ダブルタイヤ（後輪１０５）が装着されるリジット型の後車軸１０４側にそのまま適用することは困難である。

他方、後車軸１０４側に設けられる空気ばね１０７は、後輪１０５の前後にそれぞれ配置されている。しかしながら、このような配置では、上述の車軸ケース１０４に作用する曲げモーメント及びロールばね定数を改善することができるが、空気ばね１０７を後輪１０５の前後に配置することから、空気ばね１０７の前後の間隔Ｌが大きくなってしまい、ばね受け１０６に作用する曲げモーメントが大きくなってしまう。よって、空気ばね１０７を支持するばね受け１０６の強度を大きくすべく、その重量が大きくなってしまう。

また、図１２の車両１００は後車軸１０４が１つの後１軸型であるが、この配置を後２軸型の車両に適用すると、２軸間の距離（車輪間の前後の距離）が大きくなってしまい、旋回時の路面抵抗増加に伴う騒音やタイヤの早期摩耗、燃費の悪化等の問題が発生する。

図１３に示される車両１１０のサスペンションは、板ばね１１７と空気ばね１１５とを併用したものであり、空気ばね１１５は板ばね１１７に掛かる荷重を補助する（一部請け負う）ためのものである。したがって、完全なエアサスペンションと比べて同一の性能を実現することは難しい。また、図１３の車両１１０において、板ばね１１７を省略して空気ばね１１５のみでサスペンションを構成することは、空気ばね１１５のサイズが非常に大きくなるので現実的でない。

すなわち、図１１〜図１３に示されるような、従来のサスペンションユニットの構造を備える車両では、ばね受け、車軸ケース及びスタビライザの強度を高くしなければならず、そのためこれら各部材が、重くかつコストのかかるものとなっていた。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、車軸ケース、ばね受け及びスタビライザを軽量かつ安価にすることができるエアサスペンション用アクスルユニット構造を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、車体の前後方向に延びる一対のサイドメンバを有する車枠と、車枠にトルクロッドを介して支持されリジッド式の車軸を収容する車軸ケースと、その車軸ケースと上記サイドメンバとの間に設けられ車軸ケースと車枠間の上下方向の衝撃を緩和するための空気ばねとを備えたエアサスペンション用アクスルユニット構造において、空気ばねを、サイドメンバの車幅方向外側、かつ車軸ケースを前後に近接して挟む位置に一対配置し、一対の空気ばねをサイドメンバの車幅方向外側面にそれぞれ固定し、他方、車軸ケースの上面に、前後に延びて上記一対の空気ばねを下方から受けるばね受けを設け、そのばね受けを介して上記一対の空気ばねを車軸ケースに連結したエアサスペンション用アクスルユニット構造である。

請求項２の発明は、車軸の両端に設けられる車輪はそれぞれダブルタイヤであり、車軸ケースが位置する一対のサイドメンバ間の間隔を狭く形成して、空気ばねを配置するためのスペースを形成した請求項１記載のエアサスペンション用アクスルユニット構造である。

請求項３の発明は、車軸の両端に設けられる車輪はそれぞれ、車輪の幅をダブルタイヤと同許容荷重を有する程度に広く、かつ空気ばねを配置するためのスペースを形成する程度に狭いシングルタイヤである請求項１記載のエアサスペンション用アクスルユニット構造である。

本発明によれば、軽量かつ安価な車軸ケース、ばね受けを使用することができ、スタビライザを省略或いは軽量かつ安価なものを使用することができるという優れた効果を発揮する。

以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１は本発明に係るエアサスペンション用アクスルユニット構造の好適な実施形態を示した斜視図、図２はその平面図、図３はその後方正面図である。

図１〜図３に示すように、本実施の形態に係るエアサスペンションアクスルユニット構造は、車体１０の前後方向に延びる一対のサイドメンバ１２を有する車枠１１と、車枠１１にトルクロッド２４、２６を介して支持されリジッド式の車軸を収容する車軸ケース１５と、その車軸ケース１５とサイドメンバ１２との間に設けられ車軸ケース１５と車枠１１間の上下方向の衝撃を緩和するための空気ばね１８とを備える。

車枠１１は、車体１０の前後方向（進行方向）に延び、断面コ字状の一対のサイドメンバ１２と、一対のサイドメンバ１２間に介設され車幅方向に延びるクロスメンバ１３とから構成される。

クロスメンバ１３の両端部がサイドメンバ１２と交差する交差部には、Ｖ字状のトルクロッド（Ｖロッド）２４の両基端がそれぞれブラケット２２を介して取り付けられる。また、Ｖロッド２４は、その先端が、車軸ケース１５の中央部に形成されたハウジング１５ａの上部でブラケット２３を介して取り付けられ、回動自在に軸支される。クロスメンバ１３が設けられる位置において、サイドメンバ１２の車幅方向外側面には、下方に延びるブラケット２５が設けられ、ブラケット２５の下端にトルクロッド（サイドトルクロッド）２６の一端が回動自在に連結される。トルクロッド２５の他端は車軸ケース１５に対して回動自在なリンク部材３５を介して車軸ケース１５に連結される。Ｖロッド２４及びトルクロッド２６が車軸ケース１５を上下方向のみに移動可能に支持している。また、車軸ケース１５近傍には、車軸ケース１５に並行してスタビライザ２９が一対のサイドメンバ１２に掛け渡されている。

さて、本実施形態のエアサスペンション用アクスルユニット構造は、空気ばね１８を、サイドメンバ１２の車幅方向外側、かつ車軸ケース１５を前後に近接して挟む位置に一対配置し、一対の空気ばね１８をサイドメンバ１２の車幅方向外側面にそれぞれ固定し、他方、車軸ケース１５の上面に、前後に延びて一対の空気ばね１８を下方から受けるばね受け１９を設け、そのばね受け１９を介して一対の空気ばね１８を車軸ケースに連結した。

具体的には、サイドメンバ１２の外側において、車軸ケース１５の上部に車体前後方向に長尺なばね受け１９をその中央部で固定し、そのばね受け１９の両端の上側にそれぞれ空気ばね１８を固定している。各空気ばね１８は、円筒形で上下に伸縮するものである。一対の空気ばね１８は、その圧縮時の大きさ（高さ）がサイドメンバ１２の高さ（上下方向の幅）より小さいものであり、その上部が空気ばね固定部材２０を介してサイドメンバの１２外側面に固定されている。すなわち、空気ばね１８は、車幅方向において車輪１７とサイドメンバ１２との間に位置し、車体上下方向においてサイドメンバ１２の上面と車軸ケース１５との間に位置する。

また、本実施形態では、車軸ケース１５が位置する一対のサイドメンバ１２間の間隔を狭く形成して、空気ばね１８を配置するためのスペースを形成している。具体的には、一対のサイドメンバ１２間の後部３４の間隔をその前部３３の間隔より狭くしている。ここでいう後部３４とは後輪用の２本の車軸（後２軸）が設けられる部分であり、前部３４とは、前輪用の車軸が設けられる部分である。サイドメンバ１２の後部３４の間隔を前部３４の間隔より狭くすることで、左右の車輪１７の間隔を変えることなく、空気ばね１８を車幅方向において車輪１７とサイドメンバ１２との間に配設している。

本実施形態では、各車軸の両端に設けられる車輪１７は、車軸の両端にそれぞれ２つのタイヤを取り付けたダブルタイヤとした。

図４〜図６は、図１〜図３の車体１０において、それぞれ車輪１７を省略した図であり、図４はその斜視図、図５はその平面図、図６はその側面図である。ただし、一対のサイドメンバ１２の間隔は一様となっている。

図４〜図６に示すように、車軸ケース１５の車輪近傍かつサイドメンバ１２の車幅方向外側には、ウェッジブレーキ３１が設けられ、車軸後方かつサイドメンバ１２の下面には、ウェッジブレーキ３１のアクチュエータとなるブレーキ用チャンバ（エアチャンバ）３２が設けられる。

車軸ケース１５上方のサイドメンバ１２の内側には、ダンパー２８が取り付けられ、ダンパー２８は、車軸ケース１５とも固定されている。

次に、本実施の形態の作用について説明する。

本実施形態のエアサスペンション用アクスルユニット構造は、空気ばね１８を、サイドメンバ１２の車幅方向外側、かつ車軸ケース１５を前後に近接して挟む位置に一対配置することにより、一対の空気ばね１８間の距離を小さくしている。ばね受け１９は、その両端（入力点）で空気ばね１８から掛かる衝撃を受け、車軸ケース１５との連結部（支持点）で支持されているので、ばね受け１９の車体前後方向の長さが長い程、すなわち入力点と支持点との距離が長い程ばね受け１９の強度（耐衝撃）は大きくしなければならない。本実施形態では、入力点と支持点との距離Ｌ１を小さく、すなわち、空気ばね１８を搭載するばね受け１９の長さＬ１を従来より小さくしている。したがって、ばね受け１９に掛かる曲げモーメントは小さくなり、その曲げモーメントに耐えうる強度を有するべくばね受け１９の断面積を大きくする必要がなくなる。よって、ばね受け１９の長さ及び断面積を小さくすることができ、軽量で安価なばけ受け１９を使用することができる。

次に、他の実施形態のエアサスペンション用アクスルユニット構造について説明する。

図７〜図９に示すように、本実施形態のエアサスペンション用アクスルユニット構造の基本的な構成部分は、上述した図１〜図３のアサスペンション用アクスルユニット構造とほぼ同様であり、同一構成部分には、図１〜図３と同一の符号を付してあるが、車枠４１を構成する一対のサイドメンバ４２の間隔を、前部と後部で変えることなく一様にすると共に、車輪４３の幅をダブルタイヤと同許容荷重を有する程度に広く、かつ空気ばね１８を配置するためのスペースを形成する程度に狭いシングルタイヤとした点において前実施形態と異なる。

本実施形態では、一対のサイドメンバ４２間の間隔を前後で変えずに、かつ車輪４３をシングルタイヤとすることにより、車幅（左右の車輪外側の間隔）を維持すると共に、空気ばね１８を、車幅方向において車輪４３とサイドメンバ４２との間、車体上下方向においてサイドメンバ４２の上面と車軸ケース１５との間に配置している。

ただし、図１０（ａ）に示すように、本実施形態のシングルタイヤは、前実施形態の車輪１７であるダブルタイヤの幅（２本のタイヤの合計）とくらべてその幅は狭いものであるが、ダブルタイヤと同許容荷重を有する程度に広幅のシングルタイヤである。なお、図１０（ｂ）は前実施の形態のものであり、車輪の幅の比較のため並記した（図１０（ｂ）中、Ｗ１は車輪１７の幅の中心位置と空気ばね１８の車幅方向中心位置との距離）。

本実施形態では、前実施形態と同様、軽量で安価なばね受け１９を使用することができる効果に加えて、同一許容荷重・同径のシングルタイヤを用いることにより、車輪４３の幅の中心位置と空気ばね１８の車幅方向中心位置との距離Ｗ２を従来よりも小さくすることができる。よって、従来と同一荷重が作用したとすると、車輪４３の幅の中心位置と空気ばね１８の車幅方向中心位置との距離Ｗ２が小さい本実施形態は、車軸ケース１５に作用する曲げモーメントをより小さくすることができる。すなわち、より軽量・安価な車軸ケース１５を使用することができる。

例えば、軸重７．５トンの車軸に２６５／７０Ｒ１９．５のタイヤ２本を車軸の一方に取り付けるダブルタイヤ構造ではタイヤ２本の合計幅が約５７５ｍｍである。これに対し、４４５／４５Ｒ１９．５のタイヤ一本を車軸の一方に取り付けるシングルタイヤ構造とする場合、タイヤの幅は４４５ｍｍとなり、ダブルタイヤ構造に比べて車輪４３の幅が約１３０ｍｍ小さくなる。左右の車輪外側の間隔（車幅）を同一とすれば、本実施形態では、車輪４３の中心間距離は約１３０ｍｍ大きくなるが、サイドメンバ４２の間隔を変えることなく空気ばね１８をサイドメンバ１２の車幅方向外側面に配置しているため、左右の空気ばね１８の中心間の距離Ｗ３が約３００ｍｍ大きくなる。したがって、トレッドと空気ばね中心間との距離Ｗ２は（３００−１３０）÷２＝８５ｍｍ小さくなり、車軸ケース１５に作用する曲げモーメントを約２０％低減することができる。

また、本実施形態では、一対のサイドメンバ１２間の間隔を狭く形成して、空気ばね１８を配置するためのスペースを形成するのではなく、車輪４３の幅を狭く形成して空気ばね１８を配置するためのスペースを形成しているので、従来の車枠を使用することができ、低コスト化が図れる。

さらに、本実施形態では、サイドメンバ４２間の間隔を変えずに、空気ばね１８を完全にサイドメンバ１２の外側（車幅方向において車輪４３とサイドメンバ４２との間）に配置しているので、左右の空気ばね１８間の距離を前実施形態に対して約４０％大きくすることができる。したがって、左右の空気ばね１８間の距離とばね定数の積に比例するロールばね定数も大きくなり、スタビライザ２９を省略或いは小型（軽量・安価）化することができる。

また、各車輪４３を１本のシングルタイヤで構成することにより、車輪４３の重量及びコストを低減することができる。また、各車輪４３を１本の広幅のシングルタイヤで構成することで車輪全体の幅が小さくなり、走行時の転がり摩擦損失を低減でき、ひいてはタイヤ音（騒音）の低減、燃費の向上が図れる。

以上、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではない。

本発明に係るエアサスペンション用アクスルユニット構造の好適な一実施形態を示す斜視図である。 図１のエアサスペンション用アクスルユニット構造を示す平面図である。 図１のエアサスペンション用アクスルユニット構造を示す後方正面図である。 図１の車輪を省略した斜視図である。 図２の車輪を省略した平面図である。 図１のエアサスペンション用アクスルユニット構造の、車輪を省略した側面図である。 エアサスペンション用アクスルユニット構造の好適な他の一実施形態を示す斜視図である。 図７のエアサスペンション用アクスルユニット構造を示す平面図である。 図７のエアサスペンション用アクスルユニット構造を示す後方正面図である。 図１０（ａ）は図３の、図１０（ｂ）は図９のエアサスペンション用アクスルユニット構造をそれぞれ示す後方正面図である。 従来のアクスルユニットの一例を示す斜視図である。 従来のアクスルユニットの他の例を示す平面図である。 従来のアクスルユニットのさらに他の例を示す図であり、図１３（ａ）はその後方正面図、図１３（ｂ）はその側面図である。

符号の説明

１０ 車体
１１ 車枠
１２ サイドメンバ
１５ 車軸ケース
１７ 車輪
１８ 空気ばね
１９ ばね受け
２４、２６ トルクロッド
４１ 車枠
４２ サイドメンバ
４３ 車輪

Claims (3)

1. 車体の前後方向に延びる一対のサイドメンバを有する車枠と、車枠にトルクロッドを介して支持されリジッド式の車軸を収容する車軸ケースと、その車軸ケースと上記サイドメンバとの間に設けられ車軸ケースと車枠間の上下方向の衝撃を緩和するための空気ばねとを備えたエアサスペンション用アクスルユニット構造において、
   上記空気ばねを、上記サイドメンバの車幅方向外側、かつ上記車軸ケースを前後に近接して挟む位置に一対配置し、
   上記一対の空気ばねを上記サイドメンバの車幅方向外側面にそれぞれ固定し、他方、上記車軸ケースの上面に、前後に延びて上記一対の空気ばねを下方から受けるばね受けを設け、そのばね受けを介して上記一対の空気ばねを車軸ケースに連結したことを特徴とするエアサスペンション用アクスルユニット構造。
2. 上記車軸の両端に設けられる車輪はそれぞれダブルタイヤであり、車軸ケースが位置する一対のサイドメンバ間の間隔を狭く形成して、上記空気ばねを配置するためのスペースを形成した請求項１記載のエアサスペンション用アクスルユニット構造。
3. 上記車軸の両端に設けられる車輪はそれぞれ、車輪の幅をダブルタイヤと同許容荷重を有する程度に広く、かつ上記空気ばねを配置するためのスペースを形成する程度に狭いシングルタイヤである請求項１記載のエアサスペンション用アクスルユニット構造。

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