JP7095121B2 - サスペンションユニット及び車両 - Google Patents

Description

この発明は、サスペンションユニット及び車両に関する。

発明者らは、自動運転車両やカーシェアリングの普及を見据えて、極小スペースに効率よく駐車可能な車両を開発中である。そのような車両では、横方向に移動できたり、その場で回転できることが望ましい。特開２０１６－５５８０４号公報は、横方向移動や、その場回転を可能にする技術を開示する。

しかしながら、前述した従来の技術では、構造が複雑で、またサスペンションジオメトリーの自由度が制限され、適切なサスペンションジオメトリーを設定することが困難であった。

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、適切なサスペンションジオメトリーを設定しやすく、極小スペースに効率のよい駐車を可能にするサスペンションユニット及び車両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本発明の実施形態に対応する符号を付するが、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。

ひとつの態様は、天面（１１ａ）に直立する軸部（１１１）を備え、その軸部（１１１）が車台（５０）に組み込まれたベアリングの孔に挿入されて車台（５０）に取り付けられ、その軸部（１１１）の回転中心軸線がキングピン軸に相当してその軸部（１１１）を回動中心として回動自在な基部材（１１）と、前記基部材（１１）に揺動自在に取り付けられるサスペンションアーム（１２）と、車輪（２０）を取付可能であって前記サスペンションアーム（１２）に組み付けられる車輪取付体（１３）とを有し、前記軸部（１１１）は、前記基部材（１１）が前記車台（５０）へ取り付けられた状態で、正面視において鉛直線に対して傾斜している、サスペンションユニット（１０）である。

図１は、サスペンションユニットの一実施形態を示す斜視図である。 図２は、サスペンションユニットの（Ａ）正面図及び（Ｂ）側面図である。 図３は、サスペンションユニットを前輪用に使用して、車台フレームに組み付けた状態を示す斜視図である。 図４は、サスペンションユニットを車台フレームに組み付けた状態を示す（Ａ）正面図及び（Ｂ）側面図である。 図５は、サスペンションユニットを使用する車両を屋根が無い状態で上方から見るとともに車輪の向きがわかりやすいように車輪を重ねて示した図である。 図６は、サスペンションユニットを使用する車両を屋根が無い状態で上方から見るとともに車輪の向きがわかりやすいように車輪を重ねて示した図である。

本発明の実施形態、本発明の利点は、添付の図面が参照されて以下に詳細に説明される。

図１は、サスペンションユニットの一実施形態を示す斜視図である。

図１に例示されているサスペンションユニット１０は、ダブルウィッシュボーンタイプであり、主に、アップライト（upright）１１と、サスペンションアーム１２（アッパーサスペンションアーム１２１，ロワサスペンションアーム１２２）と、車輪取付体１３とを有する。なお以下では、アッパーサスペンションアームは、適宜「アッパーアーム」と称される。ロワサスペンションアームは、適宜「ロワアーム」と称される。

アップライト１１は、サスペンションアーム１２（アッパーアーム１２１，ロワアーム１２２）などを取り付ける基部材である。アップライト１１は、後述するように、車台に取り付けられる。アップライト１１の天面１１ａには、軸部１１１が直立するように固設されている。後述するように、この軸部１１１が車台の孔に挿入されて、アップライト１１が車台に取り付けられる。

アッパーアーム１２１は、互いに平行に配置された２本のアーム部と、両者の基端付近を連結する連結部とを有する略Ｕ状の部材である。アッパーアーム１２１のアーム部の基端付近には、ピボット軸１２１１を通すための孔が形成されている。アッパーアーム１２１のアーム部の先端付近には、ピボット軸１２１２を通すための孔が形成されている。アッパーアーム１２１は、ピボット軸１２１１を介してアップライト１１に支持される。この状態で、アッパーアーム１２１の連結部は、アップライト１１の裏側（車輪２０とは反対側）に位置する。

ロワアーム１２２は、２本のアーム部と、両者を連結する連結部とを有する基短先長の略Ｈ状の部材である。２本のアーム部は、車輪取付体１３とのクリアランスを確保するために、基端付近よりも先端付近が互いに離れるような形状にされている。連結部は、２本のアーム部の下方を連結している。ロワアーム１２２のアーム部の基端付近には、ピボット軸１２２１を通すための孔が形成されている。ロワアーム１２２のアーム部の先端付近には、ピボット軸１２２２を通すための孔が形成されている。ロワアーム１２２は、ピボット軸１２２１を介してアップライト１１に支持される。この状態で、ロワアーム１２２の連結部は、アップライト１１の表側（車輪２０と同じ側）に位置する。

車輪取付体１３は、車軸を介して車輪２０を取り付ける部材である。車輪取付体１３は、アッパーアーム１２１及びロワアーム１２２の先端付近に、ピボット軸１２１２及びピボット軸１２２２を介して取り付けられる。図１に例示される車輪取付体１３は、車輪２０を駆動するモーターであり、ハウジング１３１がアッパーアーム１２１及びロワアーム１２２に取り付けられている。

続いて、図２Ａに示されているサスペンションユニットの正面図及び図２Ｂに示されているサスペンションユニットの側面図を参照して、サスペンションユニット１０の構造についてさらに説明する。

図２Ａに示されているように、アップライト１１の下端には、ロワアーム１２２を取り付けるための孔が形成されている。この孔にロワアーム１２２のアーム部の基端付近の孔が合わされて、ピボット軸１２２１が挿入されることで、ロワアーム１２２がアップライト１１に揺動自在に取り付けられる。

また、ピボット軸１２２１が挿入される孔の真上にアッパーアーム１２１を取り付けるための孔が形成されている。この孔にアッパーアーム１２１のアーム部の基端付近の孔が合わされて、ピボット軸１２１１が挿入されることで、アッパーアーム１２１がアップライト１１に揺動自在に取り付けられる。

さらに、図２Ａに示されているように、ロワアーム１２２は、アッパーアーム１２１よりも長い。アッパーアーム１２１及びロワアーム１２２がアップライト１１に取り付けられた状態で、正面視において、アッパーアーム１２１の先端は、車輪２０に達していないが、ロワアーム１２２の先端は、車輪２０に達している。すなわち、正面視において、ロワアーム１２２の先端は、アッパーアーム１２１の先端よりも外側に位置している。

さらにまた、図２Ａに示されているように、ロワアーム１２２のアーム部は、基端付近から先端側に進むにつれて下方に向かい、途中から上方に向かうように延設された形状である。このような形状であるので、ロワアーム１２２と車輪取付体１３とのクリアランスが確保される。

また、図２Ａに示されているように、ショックアブソーバー３０が、車輪取付体１３の背面とアップライト１１とに連結されている。このショックアブソーバー３０によって、路面からの衝撃が緩和される。

（サスペンションユニットの車台への第１組付態様）
図３は、上述のサスペンションユニットを前輪用に使用して、車台フレームに組み付けた状態を示す斜視図である。

車台フレーム５０の左右両端付近には、孔が形成されており、この孔にベアリングが嵌合されている。このベアリングの内側を貫通するようにアップライト１１の軸部１１１が挿入されることで、アップライト１１が軸部１１１を回動中心として回動自在に車台フレーム５０に組み付けられている。また軸部１１１の先端にはレバー４０が固設されている。

車台フレーム５０には、ステアリングギアボックス６０が組み付けられている。レバー４０には、ステアリングギアボックス６０から延びるタイロッド６１が接続されており、ドライバーのステアリングホイール操作に応じて、レバー４０が動かされる。すると、軸部１１１を回動中心として、アップライト１１が回動する。

図４Ａは、サスペンションユニットを車台フレームに組み付けた状態を示す正面図であり、図４Ｂは、サスペンションユニットを車台フレームに組み付けた状態を示す側面図である。

上述したように、アップライト１１は、ドライバーのステアリングホイール操作に応じて、軸部１１１を回動中心として回動する。すなわち、軸部１１１の回転中心軸線がキングピン軸に相当する。

図４Ａに示されているように、アップライト１１の天面（車台フレーム５０への組付面）１１ａは、水平面に対して傾斜している。そして、上述のように、この天面１１ａに、軸部１１１が直立するように固設されている。すなわち、軸部１１１は、鉛直線に対して傾斜している。この軸部１１１の回転中心軸線がキングピン軸に相当する。したがって、軸部１１１の傾斜角度（天面１１ａの傾斜角度）を変更するだけで、キングピン傾角やキャンバー角を容易に変更することが可能である。

また、図４Ｂに示されているように、アップライト１１の天面（車台フレーム５０への組付面）１１ａは、水平に対して傾斜している。この天面１１ａに、軸部１１１が直立するように固設されている。軸部１１１の回転中心軸線がキングピン軸に相当する。したがって、天面１１ａの傾斜角度を変更するだけで、キャスター角を容易に変更することが可能である。

さらに、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を生じる。これに対して、本実施形態の構造によれば、天面１１ａを変更するだけで、キングピン軸が地面と交わる点を変更できるので、スクラブ半径の変更も容易である。スクラブ半径をゼロにしたり、図４Ａに示されるように、スクラブ半径をマイナスにすることも容易である。

したがって、アップライト１１の形状（特に、天面１１ａの傾斜角度や寸法等）を変更するだけで、キングピン傾角，キャンバー角，キャスター角，スクラブ半径といったサスペンションジオメトリーを自由に設定でき、適切なサスペンションジオメトリーとすることが容易である。

後輪用のサスペンションユニットは、車台フレーム５０に固設して組み付けるとよい。このようにすれば、通常の前輪操舵タイプの車両とすることができる。なお、この場合、後輪用のサスペンションユニットは回動しないので、ベアリングを介することなく、車台フレーム５０に直接組み付けてよい。

後輪用のサスペンションユニットの車輪取付体１３として、前輪用と同様に、車輪２０を駆動するモーターを使用すれば、全輪駆動タイプの車両とすることができる。また、前輪用とは異なって、車輪２０を駆動するモーターを使用しなければ、前輪駆動タイプの車両とすることができる。この場合、車輪取付体１３としては、たとえば、ハウジング１３１に車軸が組み付けられているだけのものを使用すればよい。

前輪にインホイールモーターを採用する場合、従来構造ではキングピン軸を形成するボールジョイントのポイントにインホイールモーターが存在してしまうこととなってしまい、キングピン軸の適切な設定が困難であった。

これに対して、本実施形態によれば、サスペンションアームを揺動自在に取り付ける基部材（アップライト１１）が設けられている。そして、この基部材が、ドライバーのステアリングホイール操作に応じて回動する構造とされている。このような構造が採用されることで、キングピン軸の設定に自由度が生まれ、キングピン傾角，キャンバー角，キャスター角といったサスペンションジオメトリーの自由な設定が可能になった。すなわち、サスペンションジオメトリーの適切な設定が容易にできるようになったのである。
また、サスペンションユニットが一体的に回動させられるので、サスペンションアームが他部品と干渉しない。したがって、舵角が制限されない。
サスペンションアーム等の部品は、専用品を用いることなく従来品を流用でき、製造コストを安価に抑えることができる。
またモーターサイズやブレーキサイズの変更も自在である。

（サスペンションユニットの車台への第２組付態様）
図５は、サスペンションユニットを使用する車両を屋根が無い状態で上方から見るとともに車輪の向きがわかりやすいように車輪を重ねて示した図である。

上述した第１組付態様では、前輪用のサスペンションユニットは、軸部１１１を回動中心として回動する要に取り付けられるとともに、後輪用のサスペンションユニットは、車台フレーム５０に固設して組み付けられていた。

これに対して、この第２組付態様では、後輪用のサスペンションユニットにおいても、前輪用と同様に、図３及び図４の構造を採用して、車台フレーム５０に対して回動自在に組み付けられる。

上述したように、サスペンションユニットは一体的に回動させられるので、サスペンションアームが他部品と干渉しない。したがって、舵角が制限されない。アップライト１１の軸部１１１を回動中心として９０度回動することも可能である。したがって、この第２組付態様によれば、図５に示すように、前輪及び後輪を真横に向けることもできる。

そして、前輪用のサスペンションユニットの車輪取付体１３にも、後輪用のサスペンションユニットの車輪取付体１３にも、車輪２０を駆動するモーターを使用する全輪駆動タイプの車両としておけば、車輪を真横に向けた状態で各輪を駆動して走行することで、横方向に移動できる。よって、極小スペースに効率よく駐車可能な車両を実現することができる。

また、前輪用の左右のいずれか一方（たとえば左前輪）のサスペンションユニットの車輪取付体１３に車輪２０を駆動するモーターを使用するとともに、他方（たとえば右前輪）の車輪取付体１３にはモーターを使用しない。そして後輪用の左右のいずれか他方（たとえば右後輪）のサスペンションユニットの車輪取付体１３に車輪２０を駆動するモーターを使用するとともに、一方（たとえば左後輪）の車輪取付体１３にはモーターを使用しない。このように、対角に配置されるサスペンションユニットの車輪取付体１３にのみ車輪２０を駆動するモーターを使用してもよい。このようにしても、図５に示すように、輪を真横に向けた状態で対角の駆動輪を駆動することで、横方向移動が可能になる。二輪駆動タイプの車両であるので、全輪駆動タイプの車両よりも安価でありながら、極小スペースに効率よく駐車可能な車両を実現できる。

（サスペンションユニットの車台への第３組付態様）
図６は、サスペンションユニットを使用する車両を屋根が無い状態で上方から見るとともに車輪の向きがわかりやすいように車輪を重ねて示した図である。

上述においては、アップライト１１の軸部１１１の先端にレバー４０が固設されて、このレバー４０がステアリングギアボックス６０のタイロッド６１によって回動させられる構造であった。しかしながら、軸部１１１を回動させる構造は、このような構造に限られない。たとえば、アップライト１１の軸部１１１にモーター等のアクチュエーターを組み付けて、軸部１１１を回動させるようにしてもよい。このようにすれば、左右の車輪の向きをそれぞれ自由に変えることができる。したがって、各輪を図６に示されるような向きにすることも可能である。すると、図６に矢印に示すような動き、すなわちその場旋回が可能になり、これによっても、極小スペースに効率よく駐車可能な車両を実現することができる。この場合も、すべてのサスペンションユニットの車輪取付体１３に車輪２０を駆動するモーターを使用しても、対角に配置されるサスペンションユニットの車輪取付体１３にのみ車輪２０を駆動するモーターを使用してもよい。

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、上記説明においては、ダブルウィッシュボーンタイプのサスペンション形式を例示した。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適用してもよい。

また図面に示される各部の具体的な形状やサイズ等は、一例に過ぎない。適宜変更可能である。

上記実施形態は、適宜組み合わせ可能である。

本願は２０１９年１月８日に日本国特許庁に出願された特願２０１９－９２３に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (8)

1. 天面に直立する軸部を備え、その軸部が車台に組み込まれたベアリングの孔に挿入されて車台に取り付けられ、その軸部の回転中心軸線がキングピン軸に相当してその軸部を回動中心として回動自在な基部材と、
   前記基部材に揺動自在に取り付けられるサスペンションアームと、
   車輪を取付可能であって前記サスペンションアームに組み付けられる車輪取付体と、
   を有し、
   前記軸部は、前記基部材が前記車台へ取り付けられた状態で、正面視において鉛直線に対して傾斜している、
   サスペンションユニット。
2. 請求項１に記載のサスペンションユニットにおいて、
   前記車輪取付体は、前記車輪を駆動するモーターであり、ハウジングが前記サスペンションアームに組み付けられる、
   サスペンションユニット。
3. 請求項１又は請求項２に記載のサスペンションユニットにおいて、
   前記軸部に固設され、ステアリングギアボックスから延びるタイロッドに接続されるレバーを有し、
   前記基部材は、前記タイロッドの動きに応じて回動する、
   サスペンションユニット。
4. 請求項１又は請求項２に記載のサスペンションユニットにおいて、
   前記軸部に組み付けられるアクチュエーターを有し、
   前記基部材は、前記アクチュエーターによって回動させられる、
   サスペンションユニット。
5. 前記車台に回動自在に取り付けられ、右前輪を組み付ける請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のサスペンションユニットと、
   前記車台に回動自在に取り付けられ、左前輪を組み付ける請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のサスペンションユニットと、
   を有する車両。
6. 前記車台に回動自在に取り付けられ、右前輪を組み付ける請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のサスペンションユニットと、
   前記車台に回動自在に取り付けられ、左前輪を組み付ける請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のサスペンションユニットと、
   前記車台に回動自在に取り付けられ、右後輪を組み付ける請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のサスペンションユニットと、
   前記車台に回動自在に取り付けられ、左後輪を組み付ける請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のサスペンションユニットと、
   を有する車両。
7. 請求項６に記載の車両において、
   前記右前輪を組み付けるサスペンションユニット，前記左前輪を組み付けるサスペンションユニット，前記右後輪を組み付けるサスペンションユニット及び前記左後輪を組み付けるサスペンションユニットのうち、少なくとも、平面視において対角に配置されるサスペンションユニットの車輪取付体は、車輪を駆動するモーターである、
   車両。
8. 請求項６に記載の車両において、
   前記右前輪を組み付けるサスペンションユニット，前記左前輪を組み付けるサスペンションユニット，前記右後輪を組み付けるサスペンションユニット及び前記左後輪を組み付けるサスペンションユニットのすべてのサスペンションユニットの車輪取付体は、車輪を駆動するモーターである、
   車両。

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