JP4037462B2 - 道路走行用車両の操縦性能を向上させるための装置及び当該装置を備えた車両 - Google Patents

Description

本発明は請求項１の前提文に基づく道路走行用車両の操縦性能を向上させるための装置及び当該装置を備えた車両に関する。
道路走行用の車両の操縦性能は路面に接触して回転する車輪、無限軌道、摺動ランナ（ｇｌｅｉｔｅｎｄｅ Ｋｕｆｅｎ）及びこれらのステアリングにより決定される側面がある。また一方で走行中の車体や、開放車両の場合においては搭乗者及び／または積み荷に対して空気の力が作用し、車両は空気抵抗により減速され、特に横風及び／または乱気流が存在する場合において操縦性能は低下する。こうした減速効果を低減するために道路走行用車両の構造部品は可能な限り流線形に構成され、断面積が小さくなるように形成される。長手方向の部分表面の中心は安定性を得るために車両の重心上または重心の後方に置かれる。
オートバイのような開放車両においては減速効果を低減させ、また、車両の移動に伴って搭乗者の周囲に発生する空気流を偏向させるフェアリングを使用して安定性を向上させることが試みられている。自動車のような２本の軌道を有する車両においては、車両の前端及び後端の少なくともいずれか一方において水平なガイド面（スポイラー）が配設され、これにより車両に対し空気の力が下向きに作用することでより大きな接地圧が生じ、車両のサスペンションに掛かる負荷が増大することでより大きな摩擦力が生じる。
更に、例として車体の後方に固定され車体の長手方向に延びる２個の垂直なガイドフィンとして構成された上述の様式の装置が知られている。このようなガイドフィンにより方向安定性を向上させる空気の力が車体に伝達され得るが、一方で車体の長手方向の断面積が増加することにより、横方向の安定性、すなわち横風のような横方向の力が作用する条件の下での操縦性能が低下する。
本発明の目的は、特にこうした点において更に改良され、従来の構造と比較して、特に横方向の力の作用によりもたらされる好ましくない操縦条件の下での操縦性能が改良され、同時に車両の横方向における安定性の向上を可能にする、上述の様式の装置を提供することにある。
この目的は本発明の請求項１にて記述される特徴に基づいて解決される。
本発明に基づいて構成された装置により、特定の時間においてガイドフィンに対し長手方向で横方向に作用する空気の力により、制御フィンに連動したガイドフィンの、第１の回動軸の周りの滑らかな調整動作が可能になり、同時に、偏向された制御フィンの位置と制御フィンに対して作用する横向きの力によって決定される、空気の力学上において効果的な操作位置にガイドフィンを自動的に配置させることが可能になる。したがって本発明に基づく構成により、固定されたガイドフィンを有する従来の構成と比較して、横風及び／または乱気流によりほとんど変化しない側面の空気の力を生じさせることが可能である。この結果、本装置により、ガイドフィンに対する制御フィンの偏向位置に応じて、変化する風の条件下でもほぼ均一な力が車両に対して作用する。本発明に基づく装置は単一軌道の車両及び多軌道の車両に好適である。単一軌道の車両においては、特に横風や乱気流が存在し高速走行で道路の摩擦係数が小さい場合のような好ましくない条件において操縦性能が大幅に向上している。複軌道の車両においては、コーナリング時に横向きの力が発生し、従来の構成と比較して大きいコーナリング速度が可能になり、カーブの外側に向かった車体の傾斜は小さくなる。
本発明の実施態様は従属請求項において説明される。
請求項１０は、本発明に基づく装置を備えた道路走行用車両に関する。
本発明を付属の図面にて概略的に示された実施態様に参照しながら説明する。
図１は、本発明に基づいて構成された車両の操縦性能を向上させるための装置を備えた道路走行用車両の側面図。
図２は、図１に示された装置の拡大部分断面図。
図３は、図１に示された装置の拡大平面図。
図１に示された道路走行用車両は、ステアリング装置５と閉鎖車体１２と両側に展開可能なアウトリガーローラ１３を備えたコクピットを有する単軌道キャビンオートバイ１１であり、特に車両を安定させ及び／または操舵するための、操縦性能を向上させるための装置２０を有する。装置２０は上方に突出したガイドフィン１を車両の後部領域に有し、ガイドフィン１は車両の長手方向に沿って配置され得る。装置２０はまたガイドフィン１の上に配置された上方に突出した制御フィン４を有し、制御フィン４も車両の長手方向に沿って配置され得る。ガイドフィン１は、車体部分３にほぼ直角な第１の回動軸２を中心として回動可能に車体１２に取り付けられている。制御フィン４は、ガイドフィン１の回動軸２に対して後方にずれた、ほぼ垂直な第２の回動軸１５を中心として回動可能にガイドフィン１に取り付けられている。制御フィン４はまた、第２の回動軸１５を中心としてガイドフィン１に対して偏向することが可能であり、角度βだけ偏向した少なくとも１箇所の位置において固定されることが可能であるように連結構成１４によりガイドフィン１に対して連結されている。したがってガイドフィン１は、走行中において、車両の長手方向の正中面L（図３）に対し第１の回動軸２の周りに、制御フィン４の回動位置により決定される迎え角αだけ回動することで自己制御される。
車両の移動に伴って生じる空気流及び／または気象条件により決定される空気の動きにより、空気流の方向に対する制御フィン４の位置に応じた空気の力が生じ、上述の制御フィン４の構成において作用する。この空気の力は第１の回動軸２の後方の第２の回動軸１５を介してガイドフィン１に伝達され、ガイドフィン１は空気流中で２個のフィン１と４との間の角度βにより決定される位置に動く。これにより特定の大きさの空気の力がガイドフィン１に作用し、第１の回動軸２を介して車体部分３に伝達され、車両の安定性及び／またはステアリングに対して直接的に効果が及ぼされる。
図に示されるように、ほぼ水平に配置されたバッフル１０をガイドフィン１の上端部に取り付けることが可能で、バッフル１０によりガイドフィン１と制御フィン４に対して作用する空気流を分離させることが可能である。したがってガイドフィン１により生じる空気の力は増大し、制御フィン４はガイドフィン１に対してより効果的に回動する。
図３に示されるように、ガイドフィン１は空気の力学的エーロフォイルプロフィルを有し、この構成により生じた空気の力は増大し、不連続性、特に空気流の分断が防止される。制御フィン４も同様な構成を有するか、図に示されるようにほぼ楔型形状を有する。平面状のガイドフィン及び／または制御フィンを有する実施態様も可能である。
特に図２より明らかであるが、ガイドフィン１はベアリングのような構成により取り付けられ、図においてはローラベアリング２２が用いられている。これによりガイドフィン１は車体に固定された支持チューブ２３の回動軸２を中心として自由回動可能になっている。連結構成１４は、ガイドフィン１に取り付けられた調整要素を有し、図においてはギア２４として示されている。ギア２４は、ガイドフィン１上に配置された制御フィン４に取り付けられたジャーナル２５と、車両のステアリング装置５により制御可能な制御装置２６とに連結されている。制御装置２６は、図においてサーボモータ６として示される位置決め要素を備える。サーボモータ６は車体１２において配置され、支持チューブ２３内に配置された制御シャフト２７と共通連結シャフト２８とを介してギア２４の調整シャフト２９に連結されている。サーボモータ６は制御ライン３０を介して制御ユニット３１に連結され、制御ユニット３１はステアリング装置５に連動している。サーボモータはまた、更なる制御ライン３２を介して少なくとも１個のセンサ３３に接続されることが可能で、センサ３３により、例えば、コース、側方への傾き、空気の流れ、速度、横方向への加速度、振動などの車両の安定性パラメータが測定され、これに応じた制御信号がサーボモータ６に送信される。
ガイドフィン１と制御フィン４とはギア２４により連結され、少なくとも２箇所の連結位置の間で可動になっている。ガイドフィン１が車両の長手方向に対して迎え角αだけ偏向される場合、一方の連結位置においては、迎え角αに対応した角度βの偏向が制御フィン４に伝達され、他方の連結位置においては、角度−βの反対方向への偏向が制御フィン４に伝達される（図３）。車両の後方にガイドファン１が配置された実施態様においては、図に示されるように、ガイドフィンの偏向により、車両の中央後方の長手方向断面積の増大に応じた「ウェザーベーン効果」の結果、ガイドフィンの垂直軸周辺に作用する空気の力のために車両が安定化する。反対方向へのガイドフィンの偏向により、横風の作用に拮抗する空気の力が生じ、車両は風向きと反対方向に、長手方向の中心軸に対して自動的に傾斜する。
制御フィン２によるガイドフィン１の偏向に要する時間は、装置の幾何学的関係、偏向角β、及び流体力学的な圧力といった条件に加え、第１の回動軸２を中心とした回動における慣性モーメントの大きさにより決定される。第１の回動軸２の前方の過剰な重量が回動を減衰させる効果を与え、回動軸２の後方の重量が回動を促進する効果を与えることにより、回動軸２の周りの質量分布を回動軸を中心とした回動の制御に利用することが可能である。
制御フィン４は、制御装置２６を介して車両のステアリング装置５により第２の回動軸１５を中心として回動を行うことが可能である。この回動に対応して制御フィン１が第１の回動軸２を中心として偏向することによって空気の力が生じ、この空気の力により図に示された単一軌道車両は長手方向の軸に対し、操舵方向に傾く。図示されてはいないが、多軌道車両においては同様な装置により空気の力が発生し、カーブを曲がる際にこの力は遠心力に拮抗し、車体を傾斜させ、より高速度でカーブを曲がることが可能になる。
位置決め要素６により、ステアリング装置５を介し及び／または少なくとも１個のセンサ３３からの制御信号に応じ、第２の回動軸１５を中心とした制御フィン４の変位が実施される。この変位により、例えば方向維持、水平維持、風に対する修正、振動の抑制などの測定値に基づいて適切な安定化効果がもたらされる。こうした構成においては、操舵及び空気の力を利用した安定性の向上にガイドフィン１を直接使用することが可能である。
ガイドフィン１と制御フィン４においては、これらのフィンに車両の移動に伴った風が直接作用するような場合、したがってフィンが乱気流の境界層、あるいは空気の滞留域の外側に配設され、車体構造の外側に突出しているような場合において最大の効果が得られる。衝突の際の衝撃によるダメージを最小限に留め、かつ道路走行用車両に関する法的規制に触れないためには、ガイドフィン１、制御フィン４、及びバッフルプレート１０は、それぞれ先端エッジ７、７ａ、７ｂを備えるように構成される。先端エッジは後方に傾斜し、及び／または弾性材料より形成される。またガイドフィン１、制御フィン４、及びバッフルプレート１０はそれぞれ対応する後部エッジ８、８ａ、８ｂを備えるように構成することも可能である。更に、制御シャフト２７、支持チューブ２３及び／またはジャーナル２５のような、回動軸２及び回動軸１５の周辺のベアリング構成の構成要素は、予め決定された衝撃力の作用に対して弾性を有する材料から形成されることが可能で、この構成により破断部分を予め決定しておくことが可能である。
ガイドフィン１と制御フィン４との間の偏向角βの標準的な設定は、調整手段により変更することが可能である。この調整手段は、連結構成４の内部に配置されており、図示されていないが、図の実施態様の位置決め要素６の内部あるいは上部に配設することも可能である。したがって例として車両の一端の荷重を補償するために、車両を小型化することが可能である。

Claims (11)

1. 車両の長手方向に沿って配置可能に車体（１２）に取り付けられ、垂直な第１の回動軸（２）を中心として自由回動可能な少なくとも１個のガイドフィン（１）と、前記ガイドフィン（１）の上に設けられ、上方に突出し、垂直な第２の回動軸（１５）を中心として自由回動可能な少なくとも１個の制御フィン（４）とを有し、前記制御フィン（４）は、連結構成（１４）により前記ガイドフィン（１）に対して第２の回動軸（１５）を中心として偏向可能となるように前記ガイドフィン（１）に連結される道路走行用車両の操縦性能を向上させるための装置において、
   前記ガイドフィン（１）は、前記車体（１２）の長手方向の一部分において上方に突出して回動可能に前記車体（１２）に連結され、
   前記制御フィン（４）は、回動可能に前記ガイドフィン（１）に連結され、
   前記連結構成（１４）は、前記ガイドフィン（１）内部に設けられ、制御フィン（４）を少なくとも１箇所の偏向された位置において固定する位置決め要素（６）を含むことを特徴とする道路走行用車両の操縦性能を向上させるための装置。
2. 前記制御フィン（４）の第２の回転軸（１５）は、ガイドフィン（１）の第１の回転軸（２）に対して後方にずれたことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 少なくともガイドフィン（１）が空気の力学的エーロフォイルプロファイルを有するように形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. ガイドフィン（１）と制御フィン（４）とに連結され、少なくとも２箇所の連結位置に向けて調整可能であり、ガイドフィン（１）が車両の長手方向に沿った標準位置に対して迎い角（α）だけ偏向する場合、一方の連結位置において、ガイドフィン（１）に対して偏向角（β）の偏向が制御フィン（４）に伝達され、他方の連結位置において、ガイドフィン（１）に対して偏向角（β）の反対方向の偏向が制御フィン（４）に伝達される少なくとも１個の調整要素（２４）を連結構成（１４）が有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装置。
5. 制御フィン（４）に連結されることが可能であり、車両のステアリング装置（５）から制御されることが可能であり、第２の回動軸（１５）を中心として制御フィン（４）を回動させるための位置決め要素（６）を有する制御装置（２６）を連結構成（１４）が有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の装置。
6. 車体の側方への傾斜、コース、衝突する空気流、速度、振動のような安定性パラメータを少なくとも１つ測定することを目的とし、これに対応した制御信号を位置決め要素（６）に伝達することを目的とした少なくとも１個のセンサ（３３）を制御装置（２６）が有することを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. ガイドフィン（１）及び制御フィン（４）の少なくともいずれか一方が、丸みを付けられ及び／または後方に傾斜している先端エッジ７，７ａ，７ｂをそれぞれ有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の装置。
8. 例えば先端エッジ（７または７ａ）及び／または後部エッジ（８または８ａ）のようなガイドフィン（１）の少なくとも一部分及び／または制御フィン（４）の少なくとも一部分及び／または回動軸（２または１５）のいずれかに配置されたベアリング構成の少なくとも一部分が予め決定された衝撃力の作用に対して弾性を有する材料から形成されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の装置。
9. ガイドフィン（１）と制御フィン（４）との間にほぼ水平に延びたバッフルプレート（１０）が配置されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の装置。
10. ガイドフィン（１）と制御フィン（４）との間の連結構成（１４）が、ガイドフィン（１）に対する制御フィン（４）の標準位置を変更するための調整手段を有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の装置。
11. 少なくとも１個の安定化装置及び／または制御装置を備えた請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の道路走行用車両。

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