JP2009248649A - サスペンション装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低速走行での転舵時における、ハンドル操作力を低減可能なサスペンション装置を提供する。
【解決手段】下部仮想ピボット点を規制する２本のロアリンク３，４のうち前側ロアリンク３を、リンク軸線方向に沿って伸縮可能な構成とする。その伸縮は、車輪のへの横力が小さいほど伸縮し易くなるように、シリンダ構造とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、少なくとも２本のロアリンクを備えるサスペンション装置に関する。

従来のサスペンション装置としては、例えば特許文献１に記載の装置がある。このサスペンション装置は、前後一対のロアリンクを備える。各ロアリンクは、個別に車体側部材と車輪支持部材とに連結する。そして、上面視における、２本のロアリンクのリンク軸線の交点で規定される下側仮想ピボット点によって、仮想キングピン軸の下側位置を規定する。
なお、仮想キングピン軸の上側位置は、例えばアッパリンクで規定する。
特開２００７−５５４４２号公報

上記従来技術のようなダブルピボット形式のフロントサスペンションは、各リンクのリンク軸などを個別に変更可能である。したがって、サスペンション静特性の設定自由度が高い。このため、横力コンプライアンスステアとサスペンション剛性とのトレードオフを解決しやすい傾向にある。
しかしながら、ハンドルを操舵して車輪を転舵した際に、２本のロアリンクのリンク軸線が揺動する。すなわち、転舵に伴い、２本のロアリンクで規定する下側仮想ピボット点が変化する。このため、仮想キングピン軸が振れ回る。

このことは、例えば、低速走行での操舵時にスクラブ半径が大きくなって、ハンドル操作力が大きくなる可能性がある。
ここで、上記下側仮想ピボット点は、通常、各ロアリンクにおける車輪支持体への取付け点よりも車幅方向外方に位置する。
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、低速走行での転舵時における、ハンドル操作力を低減可能なサスペンション装置を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために、本発明のサスペンション装置は、下部仮想ピボット点を規制する２本のロアリンクの一方を、リンク軸線方向に沿って伸縮可能な構成とし、且つ、車輪のへの横力が小さいほど若しくは所定車速以下では、伸縮し易くなっていることを特徴とする。

車速が小さいほど、車輪への横力が小さい。
そして、低速走行時や停車時での転舵の際には、一方のロアリンクは、転舵に伴って伸縮する。この結果、下側仮想ピボット点が他方のロアリンクの車輪側取付け点若しくはその近傍となる。すなわち、下側仮想ピボット点を車輪接地点に近づけることが可能となると共に、転舵に伴う当該下側仮想ピボット点の変動を低減可能となる。
この結果、低速走行での転舵時における、ハンドル操作力を低減可能となるとともに、そのハンドル操作力の変動を抑えることが可能となる。

次に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係るサスペンション装置のリンク構成を示す側面図である。図２は、その上面図である。図３は、模式的に記載したロアリンクの配置構成を示す平面図である。

（構成）
まず構成について説明する。
図１〜図３に示すように、アクスル１が、操舵輪２を回転自在に支持する。そのアクスル１と、そのアクスル１よりも車幅方向内側に位置する車体側部材６との間を、複数のリンク３〜５で連結する。その複数のリンク３〜５として、アクスル１の下部領域と車体側部材６とを連結する２本のロアリンク３，４と、アクスル１の上部領域と車体側部材６とを連結するアッパリンク５と、を備える。
ここで、ホイールセンタＷ／Ｃよりも下側が下部領域であり、ホイールセンタＷ／Ｃよりも上側が上部領域である。
本実施形態のアッパリンク５は、Ａアームで構成する。そのアッパリンク５の車輪側取付け部は、ボールジョイント７によってアクスル１に連結する。アッパリンク５の２つの車体側取付け部は、ブッシュ８によって車体側部材６に連結する。

ここで、上記ボールジョイント７位置が上側仮想ピボット点となる。また、上記アッパリンク５の車輪側取付け部は、２つの車体側取付け部を通過する揺動軸回りに、上下に揺動する構成となる。このため、上側仮想ピボット点は、転舵に伴う揺動は小さい。
２本のロアリンク３，４は、それぞれＩリンクからなる。その２本のロアリンク３，４を車両前後方向に並べて配置する。なお、２本のロアリンク３，４を区別する場合には、車両前後方向前側のロアリンク３を前側ロアリンク３と、車両前後方向後側のロアリンク４を後側ロアリンク４と呼ぶ。また、車輪側取付け点と車体側取付け部を通過する直線をリンク軸線Ｌ１，Ｌ２と呼ぶ。

上記各ロアリンク３，４の車輪側取付け部を、それぞれボールジョイント９，１０によってアクスル１に連結する。また、各ロアリンク３，４の車体側取付け部を、それぞれブッシュ１１，１２によって車体側部材６に連結する。
本実施形態では、図３に示すように、上面視において、後側ロアリンク４のリンク軸線Ｌ２の車幅方向に対する傾きを、前側ロアリンク３のリンク軸線Ｌ１の車幅方向に対する傾きよりも小さく設定する。すなわち、後側ロアリンク４の方が、前側ロアリンク３よりも、車輪に入力した横力を多く負担するサスペンション構造とする。
また、本実施形態では、図３に示すように、２本のロアリンク３，４の車輪側取付け点Ｐ１、Ｐ２を、ともにホイールセンタＷ／Ｃより車両前後方向前側に配置している。さらに、後側ロアリンク４の車輪側取付け点Ｐ２を、前側ロアリンク３の車輪側取付け点Ｐ１よりもホイールセンタＷ／Ｃに近づけて配置している。

後側ロアリンク４は、リンク軸線Ｌ２方向に沿って伸縮しない。一方、前側ロアリンク３は、リンク軸線Ｌ１方向に伸縮可能な構成となっている。
前側ロアリンク３は、図４に示すようなシリンダ構造となっていて、筒体１３、ピストン１４、及びピストンロッド１５を備える。
上記筒体１３内の中空部に、ピストン１４を配置する。ピストン１４は、上記中空部の内径面に案内を受けることで、前側ロアリンク３のリンク軸線Ｌ１に沿って進退可能となっている。また、ピストン１４は、上記中空部を、車幅方向外側の第１室１６と、車両方向内側の第２室１７とに区画する。そのピストン１４から、第２室１７側つまり車幅方向内方側に向けて、ピストンロッド１５が延在する。ピストンロッド１５は、上記筒体１３の車幅方向内側底部を貫通している。そのピストンロッド１５の先端部には、二股部材１８が固定してあり、その二股部材１８が、ブッシュ１１を介して車体側部材６に連結する。一方、上記筒体１３の車幅方向外側の底部は、ボールジョイント９を介してアクスル１に連結している。

また、上記ピストン１４は、図４及び図５に示すように、第１室１６と第２室１７とを連通するオリフィス１４ａを有する。オリフィス１４ａの流路抵抗によって、前側ロアリンク３の伸縮は、速度依存性を有する。すなわち、ピストン１４の移動速度が遅いほど、伸縮し易くなる。
また、ピストン１４のストローク量を規制するストローク量規制手段を備える。そのストローク量規制手段について説明する。上記ピストン１４を、中空部内におけるアクスル１側に寄せて配置する。すなわち、ピストン１４のアクスル１側へのストローク量を小さく設定する。また、第２室１７内に円板状の隔壁板２０を設ける。隔壁板２０とピストン１４との間のスパンは、ピストン１４と第１室１６の底面との間のスパンと同量若しくは略同量に設定してある。これによって、ピストン１４の車体側へのストローク量を、小さく規制する。そして、例えば、ピストン１４のストローク量を、操舵輪２を転舵させるタイロッド２３の進退量相当に設定する。

また、ピストン１４の位置を初期位置に付勢するバネ部材２１，２２を備える。そのバネ部材２１，２２は、第１室１６及び第２室１７に配置する。具体的には、第１のバネ部材２１を第１室１６に配置し、第２のバネ部材２２を第２室１７に配置する。第１のバネ部材２１は、コイルスプリングからなり、１端部を第１室１６の底面に着座させると共に他端部をピストン１４に着座させる。第２のバネ部材２２は、コイルスプリングからなり、１端部を上記隔壁板２０に着座させると共に他端部をピストン１４に着座させる。
また、図５に示すように、ピストン１４の周面に、案内溝１４ｂを形成する。案内溝１４ｂを、ピストン１４の軸に対称な位置に設ける。各案内溝１４ｂはピストン１４の軸方向に延びる。筒体１３内周面には、上記各案内溝１４ｂと径方向で対向するキー１３ａを有する。キー１３ａも、軸方向に延びる。この案内溝１４ｂ及びキー１３ａによって、ピストン１４は、筒体１３に対し、回転変位が規制された状態でストローク可能となる。

上記構成によって、前側ロアリンク３は、図６のような横力−ストローク速度特性を備える。なお、筒体１３内に収容する流体は、空気でも良いし、作動油でも良い。気体とした方が軽量化を図ることが出来る。
また、図２に示すように、上記アクスル１には車両前後前方に延びるアームを備える。そのアームの先端部に対し、タイロッド２３の先端部がボールジョイントによって連結する。
上記タイロッド２３の車幅方向内側の端部は、ステアリング装置２４のラック部に連結する。そして、ハンドル２５の操舵に応じて、タイロッド２３の車幅方向内側の端部が車幅方向に変位することで、車輪支持部材、及びその車輪支持部材が支持する車輪を転舵する。
ここで、前側ロアリンク３が第１ロアリンクを構成する。アクスル１が車輪支持部材を構成する。

（作用）
「中高速走行時」
車両が中高速の速度で走行中に、ハンドル２５を切って操舵輪２が転舵して旋回している場合には、車輪２に大きな横力が入力する。そして、その横力を２本のロアリンク３，４が負担する。
このとき、中高速走行時の旋回では、各ロアリンク３，４に入力する横力が大きいことから、オリフィス１４ａによる流体抵抗によってピストン１４の移動速度が遅い。つまり、前側ロアリンク３の伸縮量が小さい。
この結果、前側ロアリンク３を伸縮可能な構成としても、前側ロアリンク３の横剛性を高く設定することが出来る。

「低速走行時若しくは停車時」
ここで、低速時とは、例えば時速２０ｋｍ以下である。
車両の速度が低い状態では、ハンドル２５を切って、操舵輪２が転舵する際には、車輪に入力する横力は、小さいか無い状態である。このため、タイロッド２３の車幅方向への移動によってアクスル１が転舵することで、ゆっくりとした軸方向力が前側ロアリンク３に作用し、もって前側ロアリンク３が伸縮する。なお、ラック移動速度は低速域範囲である。
例えば、旋回内輪側では、操舵輪２はトーアウト方向に転舵することとなるので、前側ロアリンク３は、転舵に伴って伸展する。

このため、アクスル１の下部領域は、転舵に伴い、後側ロアリンク４の車輪側連結点Ｐ２若しくはその近傍を中心に回転する。即ち、２本のロアリンク３，４で規定する下側仮想ピボット点ＰＬが、後側ロアリンク４の車輪側連結点Ｐ２若しくはその近傍に移動する。
これによって、例えば、下側仮想ピボット点ＰＬが車輪接地点に近づく。
また、横力の負担は、伸縮しない後側ロアリンク４の方が多く負担する。このため、転舵に伴う後側ロアリンク４の車輪側連結点の揺動が小さい。つまり、上記後側ロアリンク４の車輪側連結点若しくはその近傍に移動した下側仮想ピボット点ＰＬの変動が小さくなる。

ここで、図７に前側ロアリンク３が伸縮しない場合の転舵時の挙動を示す。また、図８に、前側ロアリンク３が伸縮する場合の旋回内輪側の転舵時の挙動を示す。図７（ｂ）と図８との比較から分かるように、前側ロアリンク３が伸縮することで、転舵時に、後側ロアリンク４をその分車両前後方向に揺動することが小さくなる。
この結果、低速走行での転舵時における、ハンドル２５操作力を低減可能となるとともに、そのハンドル操作力の変動を抑えることが可能となる。
このことは、例えば、低速走行での操舵時にスクラブ半径が小さくなって、ハンドル操作力を小さくすることに繋がる。
また、転舵した車輪を戻すことで、前側ロアリンク３の長さは、初期状態に向けて変化する。
なお、完全に初期状態の長さとなっていなくても、直進走行中にバネ部材２１，２２によって初期状態に復帰する。

（本実施形態の効果）
（１）前側ロアリンク３を伸縮可能とし、且つ横力が小さいほど伸縮し易く構成する。これによって、横力が作用する中高速走行時における転舵の際には、所定の横剛性を発揮できる。また、低速時の転舵の際には、下側仮想ピボット点ＰＬが、後側ロアリンク４の車輪側連結点Ｐ２若しくはその近傍に移動することで、低速走行での操舵時にスクラブ半径が小さくなって、ハンドル２５操作力を小さくすることに繋がる。
（２）さらに、後側ロアリンク４側で横力を主として負担することで、低速時の転舵の際における後側ロアリンク４の車輪側連結点Ｐ２の揺動が小さく抑えることができる。これによって、その分、ロアリンク３，４で決定する下側仮想ピボット点ＰＬの変化を抑えることが可能となる。低速時の転舵によるスクラブ半径の変化を抑えることが出来る。
（３）また、前側ロアリンク３を、後側ロアリンク４よりも車幅方向に対する車両前後方向の傾斜角を大きくなるように設定することで、後側ロアリンク４側の横力の負担を、伸縮可能な前側ロアリンク３よりも大きくすることが出来る。

（４）上面視において、後側ロアリンク４の車輪側取付け点Ｐ２を、前側ロアリンク３の車輪側取付け点Ｐ１よりも、ホイールセンタＷ／Ｃに近づけて配置する。このように配置すると、更に、後側ロアリンク４の横力負担割合を増加させることが出来る。
また、後側ロアリンク４の車輪側取付け点Ｐ２をホイールセンタＷ／Ｃに近づけるほど、低速走行時での転舵時における、後側ロアリンク４の車両前後方向への揺動を小さく抑えることが出来る。
（５）前側ロアリンク３が転舵によって初期状態から伸縮しても、バネ部材２１，２２によって初期状態に戻り易くなる。
（６）また、前側ロアリンク３の伸縮量（ピストン１４のストローク量）を小さく規制することで、前側ロアリンク３が大きく変化することが防止できる。
なお、ストローク量を小さくすることに伴い、バネ部材２１，２２の軸方向長さを短く設定出来る。つまり、バネ部材２１，２２のバネ力を強く設定することが可能となる。

（変形例）
（１）上記実施形態では、アッパリンク５をＡアームとして、転舵時における上側仮想ピボット点の揺動を抑えている。アッパリンク５はＡアームでなくても良い。転舵時における上側仮想ピボット点が揺動する場合であっても、下側仮想ピボット点ＰＬの揺動が小さくなることで、上記作用効果を得ることは出来る。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、上記実施形態と同様な部品などについては同一の符号を付して説明する。
本実施形態の基本構成は、上記第１実施形態と同様である。
但し、図８に示すように、伸縮可能な前側ロアリンク３の構成が異なる。
即ち、第１実施形態の前側ロアリンク３では、図４に示すように、オリフィス１４ａによって、中高速走行時と、低速走行若しくは停車時の伸縮の挙動を調整している。これに対して、本第２実施形態では、電磁弁３１によって第１室１６と第２室１７の連通を制御する。

次に、本実施形態の前側ロアリンク３の構成を、図８に基づき説明する。
上記第１実施形態と同様に、筒体１３内の中空部をピストン１４で区画する。但し、ピストン１４にはオリフィス１４ａを設けない。なお、上記第１実施形態と同様なバネ部材２１，２２及び隔壁板２０を設けておく。
上記第１室１６と第２室１７を連通するバイパス管路３０を設ける。そのバイパス管路３０の途中に電磁弁３１を設ける。電磁弁３１は、リンク用コントローラ３２からの指令によって開閉が制御される。なお、電磁弁３１の初期値を閉状態としておく。
リンク用コントローラ３２は、図１０に示すように、車輪速センサ３３からの速度Ｖに応じた速度信号を入力する。また、操舵角センサ３４から、ハンドル２５の操舵角θに応じた舵角信号を入力する。

そのリンク用コントローラ３２の処理について、図１１を参照しつつ説明する。
このリンク用コントローラ３２の処理は、所定サンプリング周期毎に作動する。
まず、ステップＳ１０にて、車輪速センサ３３からの信号に基づき現在の車速Ｖを算出してステップＳ２０に移行する。
ステップＳ２０では、現在の車速Ｖが低速走行時と判定する第１車速Ｖ１（例えば２０ｋｍ／ｈ）以下かどうか判定する。第１車速Ｖ１以下と判定した場合には、ステップＳ３０に移行する。現在の車速Ｖが第１車速Ｖ１よりも速い場合にはステップＳ４０に移行する。
ステップＳ３０では、電磁弁３１に開指令を出力して、復帰する。
ステップＳ４０では、電磁弁３１が開状態か否かを判定する。開状態と判定するとステップＳ５０に移行する。電磁弁３１が閉状態と判定した場合には、復帰する。

ステップＳ５０では、現在の車速Ｖが、第１車速Ｖ１よりも大きい車速値である第２車速Ｖ２（例えば２５ｋｍ／ｈ）以上か否かを判定する。現在の車速Ｖが第２車速Ｖ２以上と判定した場合にはステップＳ６０に移行する。一方、現在の車速Ｖが第２車速Ｖ２未満の場合には、そのまま復帰する。
ここで、上記第２車速Ｖ２は第１車速Ｖ１と同じ値でも良いが、ハンチングを抑えるために第１車速Ｖ１よりも若干大きな値に設定している。
ステップＳ６０では、操舵角θセンサからの信号に基づき、実質的に車両が直進状態か否かを判定する。例えば、操舵角θが所定値未満（例えば５度未満）か否かを判定する。
直進状態と判定した場合にはステップＳ７０に移行し、直進状態でないと判定した場合には、そのまま復帰する。

（動作）
現在の車速Ｖが第１車速Ｖ１以上では、電磁弁３１が閉状態を維持することで前側ロアリンク３が伸縮しないので、所要の横剛性を有する。
一方、車速Ｖが第１車速Ｖ１以下となると、電磁弁３１が開状態となって第１室１６と第２室１７が連通して前側ロアリンク３が伸縮可能となる。
これによって、操舵輪２の転舵に伴い、前側ロアリンク３が伸縮する。この結果、アクスル１の下部領域は、転舵に伴い、後側ロアリンク４の車輪側連結点若しくはその近傍を中心に回転する。即ち、２本のロアリンク３，４で規定する下側仮想ピボット点ＰＬが、後側ロアリンク４の車輪側連結点Ｐ２若しくはその近傍に移動する。

旋回内輪側を例として説明する。
車速が第１車速Ｖ１以下の低速走行中は、上述のように電磁弁３１が開状態となって、転舵に伴い前側ロアリンク３は伸展する。
また、ハンドル２５を中立位置に向けて戻すことで転舵角が小さくなるにつれて、前側ロアリンク３は初期状態の長さに向けて縮んでいく。
この状態から車速が増加して第２車速Ｖ２を越えると電磁弁３１が閉じて前側ロアリンク３は伸縮しない。つまり横剛性が高くなる。

一方、低速状態から転舵したまま車速が増加して第２車速Ｖ２を越えた時には、直進状態となるまで電磁弁３１を閉じることを遅らせることで、前側ロアリンク３が伸展したまま固定されることを回避する。なお、バネ部材２１，２２による初期値への付勢をより確実するために、直進状態となってから所定時間例えば３秒程度待ってから電磁弁３１を閉めるようにしても良い。
なお、現在の車速が第２車速Ｖ２以上であって電磁弁３１が開状態のときに、前側ロアリンク３の現在の長さ推定若しくは実測して、初期値若しくはほぼ初期値にもどったときに電磁弁３１を閉状態としても良い。

（本実施形態の効果）
（１）本実施形態では、第１速度よりも速い場合、つまり中高速走行時は、前側ロアリンク３の軸方向剛性が高くなって、旋回などによって車輪に横方向入力があっても横剛性をしっかりと受けることが可能となる。
一方、第１速度以下の場合、つまり低速走行時若しくは停車時の状態で転舵する場合には、前側ロアリンク３が転舵に伴い伸縮することで、下側仮想ピボット点ＰＬの揺動が小さくなって安定したハンドル操作が可能となる。
（２）また、一旦、電磁弁３１が開状態となって容易に伸縮可能となった状態で、車速Ｖが第１車速Ｖ１よりも速くなっても、前側ロアリンク３の長さが初期値若しくは略初期値となってから電磁弁３１を閉じることで、中高速走行時の前側ロアリンク３の長さが一定若しくはほぼ一定にすることが出来る。
（３）その他の作用効果は上記第１実施形態と同様である。

本発明に基づく第１実施形態に係るリンク構成を説明する側面図である。 本発明に基づく第１実施形態に係るリンク構成を説明する上面図である。 本発明に基づく第１実施形態に係るロアリンクの配置を示す平面図である。 本発明に基づく第１実施形態に係る前側ロアリンクを示す断面図である。 図４におけるＡ−Ａ断面図である。 前側ロアリンクの伸縮特性を示す図である。 前側ロアリンクが伸縮しない場合の転舵時の挙動を説明する図である。 前側ロアリンクが伸縮する場合の転舵時の挙動を説明する図である。 本発明に基づく第２実施形態に係る前側ロアリンクを示す断面図である。 本発明に基づく第２実施形態に係る車両の構成を示す概要図である。 本発明に基づく第２実施形態に係るリンク用コントローラの処理を説明する図である。

符号の説明

１ アクスル（車輪支持部材）
２ 操舵輪
３ 前側ロアリンク（第１ロアリンク）
４ 後側ロアリンク（第２ロアリンク）
５ アッパリンク
６ 車体側部材
１３ 筒体
１４ ピストン
１４ａ オリフィス
１４ｂ 案内溝
１５ ピストンロッド
１６ 第１室
１７ 第２室
２０ 隔壁板
２１，２２ バネ部材
２３ タイロッド
３０ バイパス管路
３１ 電磁弁
３２ リンク用コントローラ
３３ 車輪速センサ
３４ 操舵角センサ
Ｌ２ リンク軸線
ＰＬ 下側仮想ピボット点
Ｗ／Ｃ ホイールセンタ
Ｖ 車速
Ｖ１ 第１車速
Ｖ２ 第２車速
θ 操舵角

Claims (6)

1. 操舵輪を回転自在に支持する車輪支持部材の下部領域と車体側部材との間を連結して車輪横力を受ける２本のロアリンクを備えるサスペンション装置において、
   各ロアリンクにおける、車輪支持部材への取付け点と車体側部材への取付け点を通過する直線をリンク軸線と定義し、上記２本のロアリンクの一方を第１ロアリンクと、他方を第２ロアリンクと定義したときに、
   上記第１ロアリンクを、リンク軸線方向に沿って伸縮可能な構成とし、車輪横力が小さいほど、伸縮し易いことを特徴とするサスペンション装置。
2. 操舵輪を回転自在に支持する車輪支持部材の下部領域と車体側部材との間を連結して車輪横力を受ける２本のロアリンクを備えるサスペンション装置において、
   各ロアリンクにおける、車輪支持部材への取付け点と車体側部材への取付け点を通過する直線をリンク軸線と定義し、上記２本のロアリンクの一方を第１ロアリンクと、他方を第２ロアリンクと定義したときに、
   上記第１ロアリンクを、リンク軸線方向に沿って伸縮可能な構成とし、所定車速以下の場合に伸縮し易く構成することを特徴とするサスペンション装置。
3. 上記第１ロアリンクは、第２ロアリンクよりも、上記車輪横力の負担割合が小さいことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載したサスペンション装置。
4. 上面視において、上記第１ロアリンクは、第２ロアリンクよりも、車幅方向に対する車両前後方向の傾斜角が大きいことを特徴とする請求項３に記載したサスペンション装置。
5. 上面視において、第２ロアリンクの車輪支持部材への取付け点を、第１ロアリンクの車輪支持部材への取付け点よりも、ホイールセンタに近づけて配置することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載したサスペンション装置。
6. 上記第１ロアリンクの長さを初期位置に付勢するバネ部材を備えることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載したサスペンション装置。

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