JP2006517888A - 仮想ピボット点を有する車両に加わる側方引張力を補償する方法及びサスペンションシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、車両に加わる側方引張力を補償する方法に関する。車両のステアリングアクスルのためのサスペンションは、仮想ピボットを有する。この方法は、仮想ピボットのアーム（５ｇ，６ｇ）のうちの一方によってステアリングトルク（Ｃｇ）をホイールキャリヤ（２ｇ）に加える段階を有する。

Description

本発明は、車両の地面接触システム、特に、サスペンション装置に関し、特に、仮想ピボット点を有するステアリングアクスルのステアリングシステムのバランスに関する。

仮想ピボット点を有するステアリングアクスルは、本体上の互いに異なる箇所をキャリヤホイール上の互いに異なる箇所に連結する２つのアームにより形成された少なくとも１つの「三角形」を有するアクスルである。米国特許第４，８６３，１８８号明細書は、この種のステアリングシステムの一例を開示している。この特許明細書においては、例示のサスペンションシステムは、各々が仮想ピボット点を定める２つの三角形（下側及び上側）を有する。

米国特許第４，８６３，１８８号明細書 国際公開第ＷＯ０１／５６８１９号パンフレット

一般に、「側方引張力（side pull ）」という用語は、車両がハンドルの運転手による操作が行われない場合において直線走行状態から逸れる傾向を意味するものとして用いられている。側方引張力は、多くの互いに異なる原因を有し、これら原因は、互いに組み合わさっている場合が多い。例えば、側方引張力は、サスペンションの調節不良（トーイン、キャンバ、キャスタ、キャスタ角）、欠陥があったり種類が違っていたりインフレーション不良であったり或いは不適当であるタイヤ、ステアリングシステムのアンバランス、風又は道路の横方向傾斜に起因して生じる場合がある。

道路の傾斜と関連した側方引張力は、周知の問題である。一般的に言えば、道路は、水はけを容易にするようになったバンキング（banking）と呼ばれている横方向傾斜を有している。この傾斜は、車両をキャスタに起因して道路の最も下の側部、即ち道路の外部に向かってドリフトさせる傾向がある。キャスタは、ステアリングシステムを安定化するのに有用であるが、これによりステアリングシステムは車両に作用する横力の影響を受けやすくなる。このドリフト傾向は、運転手が直線走行を維持するために車両を舵取りする際に力を入れることを余儀なくされることを意味している。車両及びタイヤ製造業者は、車両を設計する際この傾向を考慮に入れている。これがこの傾向を補償できる非対称サスペンションの設計を行った理由である。これと同様に、或るタイヤアーキテクチャにより、僅かな側方引張力を発生させることができ、これは、バンキングにより引き起こされる方向とは逆の方向に向けられた場合、直線走行を維持するためにハンドルに要求される力を最小限に抑え又は打ち消すことができる。

大多数の車両が道路の右側を走行する（これは、「右側通行」と呼ばれている）よう設計されている欧州においては、これらのタイヤの設計及び（又は）選択は、道路の右側に向かう平均バンキングと関連した側方引張力を補償できるようなものである。しかしながら、この形態は、車両が道路の左側を通行する（これは、「左側通行」と呼ばれている）市場の地域（例えば英国）にとっては一般に再考されていない。この場合、道路のバンキングと関連した側方引張力の問題は、より深刻になる。というのは、右側に向かう側方引張力を補償するように行なわれる是正は、左側に向かう側方引張力を悪化させることが避けられないからである。この状況は、車両の直線走行を維持するために車両のハンドルの縁に一定の力を及ぼさなければならない運転手にとって不快である。それにもかかわらず、これらの市場規模が小さいので、基本的に異なる車両の特定の開発が引き合わない。これと同様に、タイヤ製造業者は、一方においては需要の低さにより、他方において商品の自由な流通が認められている欧州市場においては最終行き先を制御するのは困難なので逆の側方引張力を生じさせるタイヤを地域限定で市場に出すのは望んでいない。

例示として本明細書において説明した状況は、欧州の市場には限定されない。他の市場も同一の問題又は逆の問題をかかえている。他方、側方引張力を補償するよう設計されて装備された車両の場合（最も悪い場合）について本明細書に説明したことは、バンキングが設けられていない道路に関し、中立的な挙動が得られるようにするためのタイヤを装備して設計された車両の車両について当然同じことが当てはまり（程度は小さい場合があるが）、これは、右側走行又は左側走行の市場に合わせて改造されるべきである。

側方引張力の補正というこの同一の問題を取り扱う国際公開第ＷＯ０１／５６８１９号パンフレットは、マクファーソンステアリングアクスルを装備した車両について解決策を提案している。この特許文献において提案された解決策は、マクファーレン型サスペンションシステム以外のサスペンションシステムには適用できない。

本発明の目的は、仮想ピボット点を備えたステアリングアクスルの場合に適用できる解決策を提供することにある。しかしながら、これらアクスルは、マクファーソンストラットを用いたものであってもよい。

本発明は、車両に加わる側方引張力を補償する方法であって、上記車両のステアリングアクスルのサスペンションは、仮想ピボット点を有し、上記方法は、ステアリングトルクを上記仮想ピボット点のアームのうちの一方によってホイールキャリヤに加える段階を有することを特徴とする方法に関する。

好ましくは、ステアリングトルクをアームがホイールキャリヤに関節連結された箇所に作用するステアリング力の形態でホイールキャリヤに加える。
好ましくは、このステアリング力をアームに作用する横力により発生させる。

一実施形態によれば、横方向力を実質的に水平なばねによってアームに伝達する。
別の実施形態によれば、横方向力をばねとショックアブソーバの組合せユニットによりアームに伝達する。
変形例として、ステアリング力をアームに作用するトルクにより発生させる。

本発明の方法は、ステアリングトルクをステアリングアクスルのホイールキャリヤにそれぞれ加える段階を更に有し、２つのステアリングトルクは好ましくは、同一方向に作用する。

本発明は又、仮想ピボット点を有するステアリングアクスル用のサスペンションシステムであって、上記仮想ピボット点のアームのうち少なくとも１つは、サスペンションの中央位置のホイールキャリヤに、上記ステアリングアクスルの反対側のホイールキャリヤに加えられたステアリングトルクとは異なるステアリングトルクを加えることを特徴とするサスペンションシステムに関する。

本発明の種々の原理は、以下の図面の参照により明らかになろう。

図１は、仮想ピボット点を備えたステアリングシステムを有する車両の部分平面図である。図２は、同一車両の断面背面図である。左ホイール（又は左車輪）１ｇ及び右ホイール（又は右車輪）１ｄは、車両の案内フロントホイール（前輪）である。各ホイールは、それぞれのホイールキャリヤ、即ち左ホイールキャリヤ２ｇ及び右ホイールキャリヤ２ｄによって支持されている。各ホイールキャリヤは、サスペンション要素によって本体３に連結されている。この例では、下ウイッシュボーン（図２には見える左側の４ｇ及び右側の４ｄ）、２つの上アーム（それぞれ、左側の５ｇ，６ｇ及び右側の５ｄ，６ｄ）及びステアリング連結ロッド（左側の７ｇ及び右側の７ｄ）を有するサスペンションシステムが示されている。ハンドル９によって制御されるステアリングラック８が、２つのホイールのステアリング運動を同期させる。

この種のステアリングシステムがどのように動作するかを正確に説明するために、以下の説明を主としてアクスル及び車両の左側部分について行う。
ホイール１ｇのステアリングの自由度は、ホイールキャリヤ２ｇの下側部分が一方においては下ボールジョイント１０ｇにより下ウイッシュボーン４ｇに連結されると共に他方において上ボールジョイント（１１ｇ，１２ｇ）により上アーム（５ｇ，６ｇ）に連結されている。この種のシステムでは、ホイールのピボット軸線（ＡＰ）は、下ボールジョイント１０ｇの中心及び上アームの作用線が交差する点（ＣＩＲｇ）を通る軸線（この場合、実質的に垂直である）である。これは、仮想ピボット点と呼ばれている。というのは、点ＣＩＲｇは、例えば下ピボット点（下ボールジョイント１０ｇ）の場合と同様、関節連結部として具体的な形態を取っていないからである。さらに、ピボット軸線の位置は可変である。というのは、上アームにより形成される三角形は、ステアリング運動中に実質的に変形するからである。

ピボット軸線ＡＰ回りのホイールキャリヤのステアリング運動は、ステアリングロッド７ｇによって制御される。本発明によれば、ボールジョイント１１ｇ，１２ｇがピボット軸線（ＡＰ）からゼロではない距離（ｄ）のところに位置するという事実が利用される。これにより、ホイールを所望の方向に舵取りする傾向があるトルクＣｇを上アームによりホイールキャリヤ２ｇに伝達できる。例えば、リヤ上アーム５ｇがアームに垂直な水平方向力Ｆをホイールキャリヤに及ぼした場合、この力は、Ｃｇ＝｜Ｆ｜・ｄであるようにステアリングトルクＣｇを発生させるという効果を有することになる。力Ｆは、以下において理解されるように、異なる始点を有するのがよい。ステアリング力Ｆの方向及び大きさを制御することにより、しかも距離ｄの関数として、ステアリングトルクＣｇを制御することが可能である。

アクスルの２つのホイールのステアリングは、ステアリングラック８により同期されるので、側方引張力に対するステアリングトルクＣｇの効果は、トルクＣｄの効果と組み合わされ、このトルクＣｄは、この種のステアリングトルクＣｄも又発生させる場合、右側のホイール１ｄに同時に加えられる。かくして、側方引張力に対する影響を定めるのは、車両の各側で生じるトルク相互間の差である。

図１及び図２は、側方引張力の効果を補償し又は制限するよう伝達手段によりハンドルに及ぼされる永続的な力と等価な力を仮想ピボット点を定めるアームのうちの一方によりホイールキャリヤに伝達する本発明の原理を示している。ステアリングに対する影響は、ステアリングアクスルのサスペンションシステムのうち一方又は他方、或いは一度に両方に作用する力に起因する場合がある。

図３は、本発明の第１の実施形態を示している。この図は、図１と類似しているが、異なる点は、サスペンションシステムの左側部分だけが示されているということである。この実施形態では、ステアリング力Ｆは、実質的に垂直方向軸線回りに本体によって上アーム５０に加えられたトルクＣｃに由来している。この種のトルクは、例えば関節連結部１３ｇがその垂直方向軸線回りのあらかじめ張力が加えられた捩じりにより取り付けられたエラストマージョイントである場合に達成できる。また、関節連結部とは無関係に適当なばねを用いることによりトルクＣｃを発生させることができる。トルクＣｃは、これがアーム５ｇの長さの関数として所望の力Ｆに一致するようなものでなければならない。図示の例では、結果的に得られるステアリングトルクＣｇは、ホイール１ｇを車両の内部に向かって（右側に向かって）舵取りする傾向がある。

図４に示す実施形態は、力Ｆｒをアーム５ｇに及ぼすばね（この場合、引張ばね１４）を利用している。また、力Ｆｒの方向及び（又は）大きさを加減し、それ故ホイールキャリヤ２ｇに伝達されるステアリング力Ｆを加減することができる調節手段１５（複数の取り付け箇所の形態をしている）が示されている。また、別のばねを選択することによりステアリング力を加減できることはいうまでもない。また、この実施形態を既存の車両にレトロフィットさせることができる。アームに合わせて形作られたカラーの形態をしているばね及び固定手段を、側方引張力の修正が望ましい市場又は市場の部分に提供するのがよい。この図示の例では、結果的に得られるトルクＣｇは、車両１ｇを車両の外部に向かって（左側に向かって）舵取りする傾向がある。かくして、これは、図３に示す例とは逆である。

本発明のこれら２つの実施形態のうち、図４の実施形態は、車両が稼働された後、機械工により修正が容易であるという追加の利点を有している。図３及び図４は、リヤアーム５ｇにより伝達されるステアリング力の場合を示しているが、同じ原理は、力がフロントアーム６ｇによりホイールキャリヤに加えられる場合にも当てはまる。

図５及び図６は、下仮想ピボット点を備えたサスペンションシステムを利用する実施形態を示しており、荷重は、ばねとショックアブソーバユニットの組合せにより吸収され、後者は、仮想ピボット点を定める下アームのうちの一方に当接している。図示の例では、上ピボット点も又、仮想である（図１及び図２のピボット点と同一である）が、これはこの実施形態の機能にとって必要な条件ではない。図６では、組合せユニット１７ｇは、下リヤアーム１６ｇに当接しているように見える。組合せユニットは、傾斜しているので、水平及び垂直成分を持つ力（Ｆｒ′）をアーム１６ｇに及ぼす。この力は、ホイールキャリヤ２ｇに伝達されるステアリング力Ｆを生じさせる。組合せユニットの向きを変え、かくして力Ｆｒ′の向きを変えることによりステアリング力を変化させることができることはいうまでもない。これを行なうため、組合せユニットが本体３に取り付けられた上方の点及び（又は）組合せユニットがアーム１６ｇに取り付けられた下方の点をずらすことができる。図示の例では、結果的に得られるステアリング力Ｃｇ′は、ホイール１ｇを車両の内部に向かって（右側に向かって）舵取りする傾向がある。

組合せユニットのスラスト軸線の傾きは、偏心連結部品の使用に起因している場合がある。また、同一又は別の偏心連結部品を非対称の向きで反対側のホイールのサスペンションに取り付けてもよく、したがってステアリングアクスルの各ホイールが非対称であり、かくして同一方向に作用する（右側又は左側に向かって）是正効果を受けるようになっている。５〜１０ｍｍ大の偏心率は一般に、所望の効果を達成できるようにする。

図示のばねとショックアブソーバの組合せユニットにより、図面を簡単にしたままにすることができる。しかしながら、同じ効果は、これがばねのみ又は疑似組合せユニット、換言すると、ばねがその端部のうちの一方だけで組合せユニットに当接し、他端部が本体に直接当接する組合せユニットであっても得られる。ばねだけ又は疑似組合せユニットの場合、伝達される力の向きはロッドの向きとは別であり、所望の水平方向力Ｆｒ′を発生させることができるのは、ばねにより伝達される力の位置及び向きであることを考慮することが重要である。この場合、効果は、簡単な仕方で、例えば、スペーサをばねと本体との間に配置して本体がばねに加わる水平方向成分Ｆｒ′の形態を取る横方向に差し向けられた軸線回りのトルクをばねに伝達するようにすることによって達成できる。

これと同様に、組合せユニット、疑似組合せユニット又はばねは、同等な効果を与えるようフロントアーム（１８ｇ）又は上アームに当接することができる（この上アームが、上仮想ピボット点の一部であることを条件とする）。

側方引張力を補償するためにばね（又は組合せユニット）により伝達される力の傾きをこの力の通常の傾きに追加するのがよい。これが意味することは、組合せユニットが例えば占有されるスペースの理由で傾けられる場合があるということであるが、この場合、傾きは車両の２つの側部に関して対称なので、これにより側方引張力に対する効果はない。

図７は、図５及び図６の実施形態の変形例を示しており、この変形例では、組合せユニット１８ｇがトルクＣｂを下アームに伝達する。本体によりこれに伝達されたこのトルクは、アーム１６ｇの端部のところに力（Ｆ及び−Ｆ）を発生させる。これにより、ホイールキャリヤ（図示せず）に加わるステアリングトルクＣｇ′が生じ、このステアリングトルクＣｇ′は、この例では、ホイール１ｇを車両の内側に向かって（右側に向かって）舵取りする傾向がある。トルクＣｂは、組合せユニット１８ｇ又は垂直荷重を伝達する場合にねじ込み効果を有する連結部（アーム又は本体、或いは組合せユニット内部の連結部）のあらかじめ張力が加えられた捩じり力に由来する場合がある。

図８は、側方引張力を補償する別の方法を示しており、この方法は、例えばステアリングラック（８）又はステアリング連結ロッド（７ｇ）のところでステアリングシステムに直接作用するばね１９を用いることから成る。側方引張力を補償するこの方法は更に、サスペンションシステムの任意のタイプに適用でき、かかるサスペンションシステムとしては、仮想ピボット点を持たないサスペンションシステムが挙げられる。このシステムは、レトロフィット可能である。

図９、図１０及び図１１は、図３に示されたシステムの変形例を示しており、この変形例では、アームのうちの一方は、長手方向軸線に沿って設けられたエラストマージョイント２０ｇにより本体に連結されている。本体３によりアーム５ｇに伝達されるトルクＣｃは、ジョイント２０ｇの円錐変形予備引張応力に由来している。図１０は、ジョイント２０ｇが張力下に無いときのジョイント２０ｇの形状を示している。図１１は、ジョイント２０ｇが逆のトルクＣｃを図９に示すアームに対する逆のトルクＣｃを発生させるために図１０の向きとは逆の向きでアーム５ｇ内に設けられた場合を示している。この実施形態は、例えば、車両内にもともと取り付けられた中立ジョイントにとって代わるようレトロフィットできる。

これらの図は、本発明の数種類の実施形態を示しているが、他の多くの変形例を想到でき、特に、下アームについて記載された内容は、上アームにそのまま適用でき、又この逆の関係が成り立つ。

上述したことから理解されるように、本発明は、アクスルの各側に同時に適用できるが、ステアリングシステムの所望の全体的挙動を達成するためにホイールのうちの一方又は両方の下ピボット点及び上ピボット点に同時に適用できる。

挙動が知られている車両を改造する場合、必要な非対称性を生じさせるために車両の一方の側部のみを改造することも可能である。他方、非対称性（それ故、側方引張力の是正）は、同一要素を車両の各側に用いることにより達成でき、各々は、同一方向にステアリングトルクを発生させ（それ故、車両に対して非対称である）、これら２つのトルクは協働して、側方引張力を補償する。

必要なステアリングトルクの大きさの程度は、平均車両に関し、車両の種類及びタイヤの取り付け方に応じて、各ホイールについて２〜１０Ｎｍまで様々であってよい。この是正は、直線の場合、即ち、車輪を舵取りにより方向転換せず又は僅かな程度しか方向転換しない場合及びサスペンションがその中立位置にある場合にのみ有効である。本発明のシステムの機能を点検する一方法は、車両の前輪をステアリング連結ロッドを切り離した状態でボールプレート上に配置し、直線に対応するその中央位置周りの各ホイールの静的復元トルクを測定することである。

右側通行していると共に対称サスペンションシステムを有している場合、換言すると、サスペンションシステムがステアリングトルクを全体として発生させていない場合、中立挙動が得られるよう設計された車両の例を考察してみる。この車両は、例えばタイヤを選択する特定の仕方により右側通行するようになっている。この車両は、そのサスペンションシステムのうちいずれか一方又は両方を改造することにより本発明の原理に従って右側通行するよう改造可能である。両方の側部を改造する場合、同一の非対称要素を車両の各側に用いるのがよい。全体として、この場合この車両は２つの別々の組をなす部品を必要とし、したがってこれを２つの通行形式に合わせて改造できるようになる。例えば、スペア部品市場のロジスティクス（人員、機材等の配備）に鑑みて、単一市場又は市場の単一の部分に１種類の部品しか用いないことが好ましく、１組の部品を変更することにより左側通行に合わせて車両を改造することは、この利点を奏する。

仮想ピボット点を有するサスペンションを装備した車両の平面図である。 仮想ピボット点を有するサスペンションを装備した車両の背面図である。 本発明の第１の実施形態の平面図である。 本発明の第２の実施形態の平面図である。 本発明の第３の実施形態の背面図である。 本発明の第３の実施形態の平面図である。 本発明の第３の実施形態の変形例の平面図である。 本発明の第４の実施形態の平面図である。 本発明の第１の実施形態の変形例の略図である。 本発明の第１の実施形態の変形例の略図である。 本発明の第１の実施形態の変形例の略図である。

Claims (9)

1. 車両に加わる側方引張力を補償する方法であって、前記車両のステアリングアクスルのサスペンションは、仮想ピボット点を有し、前記方法は、ステアリングトルク（Ｃｇ）を前記仮想ピボット点のアーム（５ｇ，６ｇ）のうちの一方によってホイールキャリヤ（２ｇ）に加える段階を有することを特徴とする方法。
2. ステアリングトルク（Ｃｇ）をアーム（５０）がホイールキャリヤ（２ｇ）に関節連結された箇所に作用するステアリング力（Ｆ）の形態でホイールキャリヤ（２ｇ）に加えることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. ステアリング力（Ｆ，Ｆ′）をアーム（５ｇ）に作用する横力（Ｆｒ，Ｆｒ′）により発生させることを特徴とする請求項２記載の方法。
4. 横力（Ｆｒ）を実質的に水平なばね（１４）によってアーム（５ｇ）に伝達することを特徴とする請求項３記載の方法。
5. 横力（Ｆｒ′）をばねとショックアブソーバの組合せユニット（１７ｇ）によりアーム（５ｇ）に伝達することを特徴とする請求項３記載の方法。
6. ステアリング力（Ｆ，Ｆ′）をアーム（５ｇ、１６ｇ）に作用するトルク（Ｃｃ，Ｃｂ）により発生させることを特徴とする請求項２記載の方法。
7. ステアリングトルク（Ｃｇ，Ｃｄ）をステアリングアクスルのホイールキャリヤ（２ｇ，２ｄ）にそれぞれ加える段階を更に有し、２つのステアリングトルクは好ましくは、同一方向に作用することを特徴とする請求項１記載の方法。
8. 仮想ピボット点を有するステアリングアクスル用のサスペンションシステムであって、前記仮想ピボット点のアームのうち少なくとも１つは、サスペンションの中央位置のホイールキャリヤ（２ｇ）に、前記ステアリングアクスルの反対側のホイールキャリヤ（２ｄ）に加えられたステアリングトルクとは異なるステアリングトルク（Ｃｇ）を加えることを特徴とするサスペンションシステム。
9. 請求項８に記載のサスペンションシステムを有する自動車。

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