JP2006143145A - ストラット式サスペンション - Google Patents

Abstract

【課題】 設計自由度の高いストラット式サスペンションを提供することにある。
【解決手段】 本発明のストラット式サスペンションは、転舵輪が取り付けられる車輪保持部材と、転舵輪保持部材に下端部が取り付けられるストラット３と、転舵輪の転舵軸Ｓを中心にしてストラット３を円滑に回転させ、かつ、ストラット３を車体に取り付ける軸受部７ａと、ストラット３の車体に取り付ける取付部７ｃ，７ｄとを備えており、ストラット３の上端部が転舵軸Ｓ上でない位置で取付部７ｃ，７ｄに取り付けられている。また、この取付部７ｃ，７ｄは、少なくとも一つの軸受部７ｄを介して車体にストラット３を取り付けており、転舵軸Ｓを中心として回動可能な構造とされている。これにより、ストラットＳ上端の車体取付点Ｘを通るキングピン軸Ｋと転舵中心となる転舵軸Ｓとを別々に設定でき、設計自由度が向上する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ストラット式サスペンションに関する。

車両のサスペンション形式の一つである（マクファーソン）ストラット式サスペンションは部品点数が少なく軽量に構成できることからよく利用されている。ストラット式サスペンションとしては、下記［特許文献１］に記載のものなどが知られている。ストラット式サスペンションでは、図６に示されるように、ショックアブソーバ１０３ａとコイルスプリング１０３ｂとからなるストラット１０３の上端がストラットアッパーマウント１０７を介して車体に取り付けられ、ストラット１０３の下端がハブキャリア１０２に固定される。ストラット式サスペンションを転舵輪のサスペンション形式として用いる場合は、転舵に伴ってストラット１０３が回転しなくてはいけないため、車体へのマウント部に軸受（ベアリング）１０７ａが内蔵される。
特開平２００２−２８３８２０号公報

上述した従来のストラット式サスペンションでは、ストラット１０３上端の車体取付部とハブキャリア１０２に取り付けられたロアアーム１０４のボールジョイント１０６とを結んだ線が（仮想）キングピン軸Ｋとなる。そして、このキングピン軸Ｋを中心にストラット１０３及び転舵輪１０１が回動することとなり、キングピン軸＝転舵軸となって両者は一致している。ここで、キングピン軸Ｋ（＝転舵軸）が寝ていれば直進性（操舵フィーリング）が向上する傾向にあり、反対に、キングピン軸Ｋ（＝転舵軸）が立っていれば（即ち、ストラット１０３が立っていれば）路面からの振動・衝撃を吸収しやすくなるために乗り心地が向上する傾向にある。また、転舵軸（＝キングピン軸Ｋ）の傾きによって決まるキャスタートレールが大きければハンドルの戻り性が良くなり操舵感が向上するが操舵力は重くなる傾向にあり、反対に、キャスタートレールが小さければハンドルの戻り性は悪くなるが操舵力は軽くなる傾向にある。

従来のストラットサスペンションでは、サスペンションジオメトリを決定するキングピン軸Ｋと転舵輪やストラットの回動中心としての転舵軸とは一致するので、上述した様々な性能要件の設計自由度が互いに影響し合ってしまう。このため、最終的には様々な性能をバランスさせた位置にキングピン軸＝転舵軸を設定しており、設計自由度が制限されていた。そこで、上述した設計要件の設計自由度の向上が要望されており、本発明の目的は設計自由度の高いストラット式サスペンションを提供することにある。

請求項１に記載のストラット式サスペンションは、転舵輪が取り付けられる車輪保持部材と、転舵輪保持部材に下端部が取り付けられるストラットと、転舵輪の転舵軸を中心にしてストラットを円滑に回転させ、かつ、ストラットを車体に取り付ける軸受部と、ストラットの上端部を車体に取り付ける取付部とを備えており、ストラットの上端部が転舵軸上でない位置で取付部に取り付けられており、取付部が、少なくとも一つの軸受部を介して車体にストラットを取り付けており、転舵軸を中心として回動可能な構造とされていることを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のストラット式サスペンションにおいて、取付部は転舵軸と中心を一致させた円盤であり、この円盤はブッシュを介して車体に回転可能に保持されており、ストラットの上端部は円盤の中心ではない位置で円盤に固定されていることを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のストラット式サスペンションにおいて、ストラットの上端部が、操舵中立時に、転舵軸に対して車体の前方に位置されていることを特徴としている。

従来のストラット式サスペンションではキングピン軸＝転舵軸であったが、本発明では、サスペンションジオメトリを決定するキングピン軸（ハブキャリア−ロアアームの接続部であるボールジョイントとストラット上端とを結ぶ軸）と転舵軸（転舵輪やストラットの回動中心軸）とが分離して設定される。以下、このように、サスペンションジオメトリを決定する軸をキングピン軸と呼び、転舵輪の回動中心を転舵軸と呼んで両者を区別して説明する。

請求項１に記載のストラット式サスペンションによれば、車体保持部材に保持されている転舵輪とストラットとは軸受部によって転舵軸を中心にして回動するが、ストラットの上端はこの転舵軸上に位置していない。このため、ストラットの上端を通るサスペンションジオメトリを決定するキングピン軸が転舵軸と分離され、設計自由度が向上する。なお、ストラット上端が取り付けられる取付部が転舵軸を中心に回動するため、転舵が阻害されることはない。

請求項２に記載のストラット式サスペンションによれば、円盤の中心以外の場所にストラット上端の取付部を配置させると共に、この円盤の中心を転舵軸と一致させることで、転舵に伴って円盤を回転させて取付部を転舵軸を中心として容易に回動させることができる。また、円盤をブッシュを介して回転可能に車体に取り付けることで、サスペンションストロークや転舵に伴うストラットの傾きを吸収することができ、また、ストラットを介して車体に伝達される振動・衝撃を容易に緩和することもできる。

請求項３に記載のストラット式サスペンションによれば、ストラット上端が転舵軸よりも前方に位置されている。このため、転舵軸をより寝かすことで直進性を向上させつつ、キングピン軸（ストラット）を立てて路面からの振動・衝撃を効果的に吸収して乗り心地を向上させることができる。

本発明の車両に搭載されたストラット式サスペンションの一実施形態について以下に説明する。図１は本実施形態のストラット式サスペンションの構成を示す構成図であり、図２はストラットアッパーマウントを含むストラット上部周辺の拡大断面図である。図１に示される車輪１は、転舵輪となる前輪（右輪又は左輪）である。

車輪１には、車輪１は、ハブキャリア（車輪支持部材）２に取り付けられており、このハブキャリア２はストラット３及びロアアーム４によって車体に支持されている。また、車輪１には、ハブキャリア２を介して、エンジンによって出力される駆動力を伝達するドライブシャフト５が連結されている。なお、ハブキャリア２にはステアリング機構のロッド（図示せず）が取り付けられている。運転者のハンドル操作がこのロッドを介してハブキャリア２に伝達され、車輪１が転舵される。

ハブキャリア２とロアアーム４との接続部はボールジョイント６とされている。ストラット３は、主としてショックアブソーバ３ａとコイルスプリング３ｂとからなる従来のストラットと同様のものである。ただし、その車体取付部となるアッパーマウント７の構造が従来のものと異なる。図２に示されるように、コイルスプリング３ｂは、ロアシート３ｃとアッパーシート３ｄとによって保持されている。コイルスプリング３ｂ下端とロアシート３ｃとの間にはゴム製のロアインシュレータ３ｅが配設されている。ロアシート３ｃはショックアブソーバ３ａの外筒に固定されている。

コイルスプリング３ｂ上端とアッパーシート３ｄとの間には、蛇腹状のブーツと一体となったゴム製のアッパーインシュレータ３ｆが配設されている。アッパーシート３ｄは、コイルスプリング３ｂの弾性復元力によって、車体８に取り付けられた環状のボールベアリング（軸受部）７ａに押しつけられている。ボールベアリング７ａは、転舵時のストラットの回動を円滑に行わせると共に、コイルスプリング３ｂの伸縮時にコイルスプリング３ｂの上下端の間に生じるねじれを吸収するために設けられている。また、ベアリング７ａは、ストラット３を車体に取り付ける役目もある。さらに、ショックアブソーバ３ａのピストンロッド３ｈ上端部には、バンプストッパ３ｇが挿通されている。

ショックアブソーバ３ａの外筒の下端（即ち、ストラット３の下端）は、上述したハブキャリア２に結合されている。また、ショックアブソーバ３ａのピストンロッド３ｈ（即ち、ストラット３の上端）は、ストラットアッパーマウント７を介して車体８に取り付けられている。ストラットアッパーマウント７は、主として、上述したベアリング７ａ、ブッシュ７ｂ、ブッシュ７ｂに埋め込まれた環状レール７ｃ、及び、この環状レール７ｃに回転可能にはめ込まれた円盤７ｄとからなる。特に、環状レール７ｃ及び円盤７ｄとでストラット３上端の取付部を構成している。ストラットアッパーマウント７を上部から見た図を図３に示す（マウント７上部のプレート９ａを外した状態として示す）。

環状レール７ｃは、断面コ字状の金属又は樹脂の部材で、コ字状断面によって形成される溝内に円盤７ｄの周縁部が回転可能にはめ込まれている。環状レール７ｃは、ゴム製のブッシュ７ｂの成形時にインサート成形されてブッシュ７ｂと一体化されている。この環状レール７ｃも軸受部である。ブッシュ７ｂは、プレート９ａ，９ｂ挟み込まれており、プレート９ａ，９ｂごと車体８に固定されている。なお、ピストンロッド３ｈを挿通させたり、ピストンロッド３ｈ上端に円盤７ｄへの固定用ナットを取り付けるための孔が形成されている。

円盤７ｄには、ショックアブソーバ３ａのピストンロッド３ｈ上端が固定されている。そして、ピストンロッド３ｈの軸は、円盤７ｄの中心に対して偏心されている。このため、円盤７ｄが環状レール７ｃ内で回転すると、ピストンロッド３ｈの上端（図２中の点Ｘ）は、円盤７ｄの中心の周りを回転することとなる。ピストンロッド３ｈの上端（図２中の点Ｘ）と上述したボールジョイント６とを結んだ軸がキングピン軸Ｋとなり、このキングピン軸Ｋがキングピン角やキャスター角などのサスペンションジオメトリを決定する要因となる。

円盤７ｄの中心と上述したボールジョイント６とを結んだ軸が転舵軸Ｓとなる。上述したベアリング７ａの中心もこの転舵軸Ｓ上に位置している。このため、転舵が行われると、車輪１とストラット３とはこの転舵軸Ｓを中心にして回動され、この回動がベアリング７ａによって円滑に補助される。また、このとき、ストラット３の回動に伴ってピストンロッド３ｈの上端（図２中の点Ｘ）も転舵軸Ｓ周りに回動する（図３中の点線の軌跡）が、この回動は円盤７ｄが環状レール７ｃの内部で回転することで円滑に行われる。また、転舵に伴って点Ｘが移動することで、転舵によって上述したキングピン軸Ｋの位置が変化することとなる。なお、ブッシュ７ｂは、円盤７ｄを介して、サスペンションストロークや転舵に伴うストラット３の傾き変化を吸収するとともに、路面から車体８に伝達される振動・衝撃を緩和する役割がある。

上述した構成であると、路面からの振動や衝撃は、コイルスプリング３ｂ及びベアリング７ａを介する経路とショックアブソーバ３ａのピストンロッド３ｈや円盤７ｄ及びブッシュ７ｂを介して経路とで車体に入力される。即ち、本実施形態のストラットアッパーマウント７は、いわゆる入力分離型ストラットマウントとして構築されている。上述したように、ショックアブソーバ３ａからの入力とコイルスプリング３ｂやバンプストッパ３ｇからの入力とを切り離し、２系統で入力を受ける。大きな荷重が作用するベアリング７ａ側は、強度的に強固に構築される。一方、ロードノイズなどの発生源となる高周波振動の入力を抑えるために、ブッシュ７ｂは柔らかめにセッティングされる。このように、マウント強度や耐久性と共に乗り心地やロードノイズの改善も同時に行える構造とされている。さらに、転舵軸Ｓとコイルスプリング３ｂの中心軸が分離されていることで、転舵軸Ｓと関係なく路面からの入力に対してコイルスプリング３ｂ方向設定を行うことができる。

このように、本実施形態では上述したキングピン軸Ｋと転舵軸Ｓとを分離して設定出来るため、設計自由度が向上する。図１及び図２には、キングピン軸Ｋに対して転舵軸Ｓを車両外側（図１及び図２において、車両外側は右側）に配置した例が示されているが、車両内側に配置することもできる。また、キングピン軸Ｋに対して転舵軸Ｓを車両前方側に配置することもできるし、車両後方側に配置することもできる。さらに、キングピン軸Ｋに対して転舵軸Ｓを車両内側に配置することもできるし、車両外側に配置することもできる。その配置の仕方によって上述したような設計要件（操舵フィーリングや乗り心地など）を様々に設定出来る。以下に、具体例を説明する。

図４に、キングピン軸Ｋを転舵軸Ｓに対して前方に位置させた場合を模式的に表現した図を示す。図４では、操舵中立位置で、キングピン軸Ｋ（即ち、ストラット３上端）を転舵軸Ｓに対して車両前方外側に配置させた例である。なお、図には、右前輪に関してのみ示してあるが、左前輪に関しては右側と対称に、キングピン軸Ｋが転舵軸Ｓに対して車両前方外側に配置される。この配置では、転舵軸Ｓに対してキングピン軸Ｋを車両前方に立たせることになり、即ち、ショックアブソーバ３ａを立たせることになり、路面からの振動・衝撃を吸収しやすくでき、乗り心地を向上させることができる。それと同時に、キングピン軸Ｋに対して転舵軸Ｓを寝かせることになる。転舵軸Ｓが寝るため、直進安定性がよくなるとともに、ハンドルの戻り性もよくなり、操舵フィーリングが向上する。なお、直進安定性に関しては、ストラット３の実際の車体取付点Ｘによって決まるキングピン軸Ｋの傾きも影響を与えるが、ここでは転舵軸Ｓが寝かされるためにステアリング中立付近の舵が安定して直進安定性が向上する。

また、図４に示されるように、キングピン軸Ｋの位置は転舵に伴って移動する（Ｋ→Ｋ’）。図４の場合で左旋回を行った場合を例にして、キングピン軸Ｋの移動によるサスペンションジオメトリなどの変化について説明する。なお、図４で左旋回を行った場合、図示されている左前輪は旋回外側輪となる。旋回内側輪については、旋回外側輪と異なる傾向となる場合もあり、最終的な車両全体としてのサスペンションジオメトリの変化は旋回内外輪についてのジオメトリ変化を合成したものとなる。

図４の場合、旋回外側輪に関してはキングピン軸Ｋの中立位置での関係から、キングピン傾角は増加し、キャスター角は減り、キャンバ角はネガティブ側に変化し、ロールセンター高は低くなり、トレッドは僅かではあるが増え、ジャッキダウン力が僅かに減る。このような転舵に伴うサスペンションジオメトリ変化を積極的に利用して走行性能や乗り心地を向上させることができる。たとえば、上述した図４の場合は、転舵輪が旋回外側となる場合には、キャンバがネガティブ側に変化するため、タイヤの接地性を向上させて車両旋回性能を向上させることができる。また、この場合は、ステアリングの中立付近でのキャスター角を左右輪で比較的大きく設定することができ、ステアリング中立付近での手ごたえ感を向上させることができる。

図５に、キングピン軸Ｋを転舵軸Ｓに対して後方に位置させた場合を模式的に表現した図を示す。図５では、操舵中立位置で、キングピン軸Ｋ（即ち、ストラット３上端）を転舵軸Ｓに対して車両後方内側に配置させた例である。なお、図には、右前輪に関してのみ示してあるが、左前輪に関しては右側と対称にキングピン軸Ｋが転舵軸Ｓに対して車両後方内側に配置される。この配置では、転舵軸Ｓに対してキングピン軸Ｋを車両後方で寝かせることになり、ストラット３の車体取付位置の高さを低くすることができる。これによって、ボンネット高を低くでき、デザイン的な設計自由度を向上させることが可能となる。

あるいは、ボンネット表面とストラット３の上端との間にスペースを確保して、このスペースを歩行者との事故時などのエネルギー吸収ゾーンとして機能させて傷害軽減のための設計自由度の向上に利用してもよい。なお、上述したように、直進安定性に関しては、ストラット３の実際の車体取付点Ｘによって決まるキングピン軸Ｋの傾きも影響を与える。ここではキングピン軸Ｋが寝かされるために路面からの入力に対する舵が不安定とならずに安定して直進安定性が向上する。

また、図５に示されるように、キングピン軸Ｋの位置は転舵に伴って移動する（Ｋ→Ｋ’）。図５の場合で左旋回を行った場合を例にして、キングピン軸Ｋの移動によるサスペンションジオメトリなどの変化について説明する。なお、図５で左旋回を行った場合、図示されている左前輪は旋回外側輪となる。最終的な車両全体としてのサスペンションジオメトリの変化は旋回内外輪についてのジオメトリ変化を合成したものとなるのは上述した通りである。

図５の場合、旋回外側輪に関してはキングピン軸Ｋの中立位置での関係から、キングピン傾角は減少し、キャスター角は増え、キャンバ角はポジティブ側に変化し、ロールセンター高は高くなり、トレッドは僅かではあるが減り、ジャッキアップ力が僅かに増える。このような転舵に伴うサスペンションジオメトリ変化を積極的に利用して走行性能や乗り心地を向上させることができる。

なお、本発明のストラット式サスペンションは、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態におけるストラットは、ショックアブソーバの外側にコイルスプリングを取り付けたものであったが、ショックアブソーバやコイルスプリングに代えて、エアサスペンションや油圧サスペンション、あるいは、リニアモータなどを用いてサスペンションストロークを制御するようなストラット式サスペンションに適用されてもよい。また、上述した軸受部はボールベアリングであったが、他の形式の軸受（例えば樹脂軸受など）であっても良い。

本発明のストラット式サスペンションの一実施形態を示す概略図である。 図１のサスペンションのストラット上部を示す断面図である。 図１のサスペンションの車体マウント部の平面図である。 本発明のサスペンションの設計例を示す模式図である。 本発明のサスペンションの他の設計例を示す模式図である。 従来のストラット式サスペンションを示す概略図である。

符号の説明

１…車輪、２…ハブキャリア（車輪支持部材）、３…ストラット、３ａ…ショックアブソーバ、３ｂ…コイルスプリング、４…ロアアーム、６…ボールジョイント、７…ストラットアッパーマウント、７ａ…ベアリング（軸受部）、７ｂ…ブッシュ、７ｃ…環状レール、７ｄ…円盤、８…車体、Ｋ…キングピン軸、Ｓ…転舵軸、Ｘ…（ストラット上端の）車体取付点。

Claims (3)

1. 転舵輪が取り付けられる車輪保持部材と、
   前記転舵輪保持部材に下端部が取り付けられるストラットと、
   前記転舵輪の転舵軸を中心にして前記ストラットを円滑に回転させ、かつ、前記ストラットを車体に取り付ける軸受部と、
   前記ストラットの上端部を車体に取り付ける取付部とを備えたストラット式サスペンションにおいて、
   前記ストラットの上端部が前記転舵軸上でない位置で前記取付部に取り付けられており、前記取付部が、少なくとも一つの軸受部を介して前記車体に前記ストラットを取り付けており、前記転舵軸を中心として回動可能な構造とされていることを特徴とするストラット式サスペンション。
2. 前記取付部は前記転舵軸と中心を一致させた円盤であり、前記円盤はブッシュを介して車体に回転可能に保持されており、前記ストラットの上端部は前記円盤の中心ではない位置で前記円盤に固定されていることを特徴とする請求項１に記載のストラット式サスペンション。
3. 前記ストラットの上端部が、操舵中立位置において、前記転舵軸に対して前記車体の前方に位置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のストラット式サスペンション。

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