JP2007022288A - ストラット式フロントサスペンション装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の走行状態に合わせてホイールベースの変更とともにサスペンションジオメトリーも変更可能とすることで、車両の操縦安定性を向上させる。
【解決手段】車速センサ４０と、テンションロッド１０を車両前後方向の前方側に移動させてロアアーム６を介してアクスル部材２を車両前後方向の前方に移動可能とするアクチュエータ３０Ｌ，３０Ｒと、車速センサで検出した情報に基づいて移動量を演算し、この移動量に基づいてアクチュエータを駆動する制御装置４６とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両の走行状態に合わせてホイールベースを変更するようにしたストラット式フロントサスペンション装置に関する。

車両の走行状態に合わせてホイールベースを変更するサスペンション装置として、例えば特許文献１の装置が知られている。
この特許文献１の装置は、高速走行時には、後輪が後方移動するようにアクチュエータにより後車軸を後方移動させて後車軸及び前車軸の間のホイールベースを長くし、低速走行時には、後輪が前方移動するようにアクチュエータにより後車軸を前方移動させて後車軸及び前車軸の間のホイールベースを短くすることで、高速走行時には車両の直進性を向上させ、低速走行時には車両の旋回半径を小さくなるようにした装置である。
特開平１−１０６７１７号公報

ところで、上記特許文献１の装置は、車両の走行状態に応じてホイールベースが変更するが、車両が高速、或いは低速であってもサスペンションジオメトリーは略一定である。
車両の高速走行時や低速走行時におけるサスペンションジオメトリーの変化は、車両の操縦安定性を向上させる上で大きな影響を及ぼす。
本発明はこのような不都合を解消するためになされたものであり、車両の走行状態に合わせてホイールベースの変更とともにサスペンションジオメトリーも変更可能とすることで、車両の操縦安定性を向上させることができるストラット式フロントサスペンション装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明に係るストラット式フロントサスペンション装置は、左右の前輪を回転自在に支持しているアクスル部材と、これらアクスル部材から車幅方向の内側に延在し、車両前後方向に移動自在なスライド部材を介して車体側部材に連結しているロアアームと、車両前後方向に延在して前記ロアアーム及び前記車体側部材の間を連結しているテンションロッドと、車両上下方向に延在し、上端が前記車体側部材に連結し、下端が前記アクスル部材に連結しているストラットとを備えたストラット式フロントサスペンションにおいて、
車両の速度の増加に伴い、前記アクスル部材を車両前後方向の前方に移動させるとともに、前記アクスル部材に連結している前記ストラットの下端も車両前後方向の前方に移動させるホイールベース・ジオメトリ変更手段を設けたことを特徴とするストラット式フロントサスペンション装置である。

本発明のストラット式フロントサスペンション装置によると、車両の高速走行時にはホイールベースが長くなると同時に、アクスル部材に連結しているストラットの下端も車両前後方向の前方に移動することでキャスタートレールが大きくなり、前輪ＷＬ，ＷＲの復元モーメントが大きくなるので、高速走行時の直進安定性が向上するとともに、従来と比較して操縦安定性を向上させることができる。

また、車両の低速走行時には、車両の高速走行時より前記アクスル部材が車両前後方向の前方に移動しないので、ホイールベースが短くなると同時に、車両の高速走行時よりキャスタートレールが小さくなることで前輪ＷＬ，ＷＲの復元モーメントが小さくなるので、車両の旋回半径を小さくできる。これにより、ステアリングホイールの操作が軽くなるので、従来と比較して操縦安定性を向上させることができる。

以下、本発明に係るストラット式フロントサスペンション装置の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る１実施形態としてのストラット式フロントサスペンション装置を平面視で示した概略図であり、図２は、右側のストラット式フロントサスペンション装置を車幅方向の内側から示した図であり、図３及び図４は、サスペンション装置の要部を示す図である。

図１に示すように、本実施形態のストラット式フロントサスペンション装置は、左右の前輪ＷＬ，ＷＲをそれぞれ回転自在に支持している左右一対のアクスル部材２と、車両上下方向に延在して左右一対のアクスル部材２をそれぞれ支持している一対のストラット４と、車体側部材１２に連結して車幅方向の中央に配置したサスペンションメンバ１４と左右一対のアクスル部材２とに連結している左右のロアアーム６と、左右のアクスル部材２から車幅方向の内側にそれぞれ延在しているタイロッド８と、左右のロアアーム６にそれぞれ連結して車両前後方向の前方に延在し、ロアアーム６の車両前後方向の位置決めを行なっている左右一対のテンションロッド１０とを備えている。

ストラット４は、ショックアブソーバの外周にコイルスプリングを配置した構造であり、図２に示すように、ストラット上端部４ａが車体側部材１２に揺動自在に連結され、下端部４ｂがアクスル部材２にボールジョイントを介して連結されている。そして、ストラット４のストラット上端部４ａと下端部４ｂとを結ぶ直線がキングピン軸Ｋであり、本実施形態では、車両上下方向の上方から下方に向かうに従い、車両前後方向の前方に向かって傾斜するようにキングピン軸Ｋが延在しており、キングピン軸Ｋの延長線が地面と交わる点Ｓ１と前輪ＷＲの接地点Ｓ２との距離が初期のキャスタートレールＣＴ₀として設定されている。

ロアアーム６は、図１に示すように、車輪側連結点６ａと、車体側連結点６ｂとを備えたＩ型形状の部材であり、ロアアーム６の車輪側連結点６ａは、車輪支持部材２の下部にボールジョイントを介して揺動自在に連結されている。ロアアーム６の車体側連結点６ｂは、サスペンションメンバ１４に配置したスライド部材１６を介して、車両前後方向に移動自在に且つ回転揺動自在に連結されている。

スライド部材１６は、図３及び図４に示すように、長手方向が車両前後方向に延在するようにサスペンションメンバ１４に設けた矩形状のスライド開口部１８内に配置され、スライド開口部１８内の長手方向に沿って配置したガイドレール２０に支持されて摺動することで車両前後方向に移動自在とされている。そして、スライド部材１６は、軸心が車両前後方向を向くロアアーム係合ピン１６ａを備えている。そして、ロアアーム６の車体側連結点６ｂには、挿通孔を設けた弾性体ブッシュ２３が設けられており、この弾性体ブッシュ２３の挿通孔にスライド部材１６のロアアーム係合ピン１６ａを挿通することで、ロアアーム６の車体側連結点６ｂがスライド部材１６を介してサスペンションメンバ１４に連結される。

これにより、ロアアーム６は、サスペンションメンバ１４に対して車両前後方向に移動自在に連結されているとともに、図４で示したように軸線が車両上下方向に揺動自在であり、図３で示したように軸線が車両前後方向に揺動自在となるように、スライド部材１６を介してサスペンションメンバ１４に連結されている。
左右のタイロッド８は、ロアアーム６の車輪側連結点６ａより車両後方側のアクスル部材２にボールジョイントを介して揺動自在に連結されている。これらタイロッド８の車幅方向内側の端部は、電動駆動式のパワーステアリング装置２２Ｌ，２２Ｒのラック２８に連結されている。この電動駆動式のパワーステアリング装置２２Ｌ，２２Ｒは、車体側部材１２に固定されているステッピングモータで構成したモータ２４と、このモータ２４のモータ軸に同時に固定されているピニオン２６と、このピニオン２６と噛み合って車幅方向に移動自在なラック２８とを備えている。

また、左右のテンションロッド１０には、テンションロッド１０を車両前後方向に変位させることでロアアーム６の車両前後方向の位置決めを変更するアクチュエータ３０Ｌ，３０Ｒが設けられている。これらアクチュエータ３０Ｌ，３０Ｒは、テンションロッド１０の前方端部に一体に設けたラック３２と、車体側部材１２に固定されているステッピングモータで構成したモータ３４と、このモータ３４のモータ軸に同時に固定され、ラック３２に噛み合っているピニオン３６とを備えている。

そして、ステアリング装置(図示せず)には運転者により操作されるステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサ３８が装着されており、この操舵角センサ３８で検出した情報は制御装置４６に出力されるとともに、例えば図示しない変速機の出力側に、その回転速度に応じた周波数の車速検出信号を出力する車速センサ４０が装着されており、この車速センサ４４で検出した情報も制御装置４６に出力される。

本実施形態の制御装置４６は、マイクロコンピュータ等の演算処理装置を備えた装置であり、車両走行時の操舵角センサ３８、車速センサ４０の検出信号に基づいてステアリング操作制御を行ない、その際に、ホイールベース変更制御及びトー角補正制御を行う。すなわち、制御装置４６は、車速センサ４０の検出信号に基づいてフロントサスペンションの左右の前輪ＷＬ，ＷＲを車両前後方向に移動することでホイールベースを変更する制御を行なうとともに、操舵角センサ３８の検出信号に基づいてトー角変化を打ち消す方向に左右の前輪ＷＬ，ＷＲの実舵角を設定する制御を行なう。

次に、制御装置４６の制御処理について、図５のフローチャート及び図６〜図８を参照しながら説明する。なお、図５で示すフローチャートの処理は、例えば１０msec程度に設定された所定サンプリング時間ΔＴ毎にタイマ割込によって実行される。なお、このフローチャートでは、特に通信のためのステップを設けていないが、演算処理によって得られた結果が随時記憶装置に更新記憶されるとともに、必要な情報やプログラムは随時記憶装置から読み込まれる。

図５の処理フローは、先ずステップＳ２において、車速Ｖ、操舵角θを読み込む。
次にステップＳ４に移行し、車速Ｖが「０」（ゼロ）であるか否かを判定し、車速Ｖが「０」（ゼロ）である（Ｖ＝０である）場合にはステップＳ３０に移行し、車速Ｖが「０」（ゼロ）でない（Ｖ≠０である）場合には、ステップＳ６に移行する。
ステップＳ６では、図６のグラフに対応するマップに基づいて、車速Ｖに対応したホイールベースＬを演算する。

次いでステップＳ８に移行し、図７のグラフに対応するマップに基づいて、ステップＳ６で演算したホイールベースＬに対応したトー角補正量Ｔｓを演算する。
次いでステップＳ１０に移行し、図８のグラフに対応するマップに基づいて、操舵角θに対応した実舵角（前輪の切れ角）ψを演算する。
次いでステップＳ１２に移行し、操舵角θの絶対値が「０」（ゼロ）を上回っているか否かを判定し、操舵角θの絶対値が「０」（ゼロ）を上回っている（｜θ｜＞０である）場合にはステップＳ１４に移行し、操舵角θの絶対値が「０」（ゼロ）を上回っていない（｜θ｜＝０である）場合には、ステップＳ３２に移行する。

ステップＳ１４では、操舵角θ、実舵角ψに基づいて、旋回内輪の実舵角ψin、旋回外輪の実舵角ψoutを演算する。
次いでステップＳ１６に移行し、演算した旋回内輪の実舵角ψin及び旋回外輪の実舵角ψoutとトー角補正量Ｔｓに基づいて、補正した旋回実舵角ψin'、ψout'を演算する。
次いでステップＳ１８に移行し、補正した旋回実舵角ψin'、ψout'に対応したモータステップ量ＳＬ１，ＳＲ１を演算する。

次いでステップＳ２０に移行し、ホイールベースＬに対応するアクスル部材２の車両前後方向の移動量Ｄを演算する。
次いでステップＳ２２に移行し、アクスル部材２の車両前後方向の移動量Ｄに対応したモータステップ量ＳＬ２，ＳＲ２を演算する。
次いでステップＳ２４に移行し、モータステップ量ＳＬ１，ＳＲ１をパワーステアリング装置２２Ｌ，２２Ｒのモータ２４に出力する。

次いでステップＳ２６に移行し、モータステップ量ＳＬ２，ＳＲ２をアクチュエータ３０Ｌ，３０Ｒのモータ３６に出力してからメインプログラムに復帰する。
ここで、ステップＳ４において車速Ｖが「０」（ゼロ）である（Ｖ＝０である）場合に移行するステップＳ３２では、初期値のホイールベース（イニシャルホイールベースＬ０：図６参照）をホイールベースＬとする。このステップＳ３２からステップＳ３４に移行し、初期のトー角（イニシャルトー角Ｔｓ０となるモータステップ量ＳＬ１，ＳＲ１を演算する。そして、ステップＳ３４からステップＳ２０に移行する。

また、ステップＳ１２において、操舵角θの絶対値が「０」（ゼロ）を上回っていない（｜θ｜＝０である）場合に移行するステップＳ３６では、ステップＳ６で演算したトー角補正量Ｔｓを「０」（ゼロ）とするモータステップ量ＳＬ１，ＳＲ１を演算し、それからステップＳ２０に移行する。
したがって、今、車両が高速（図６のＶＨ）で走行しているものとすると、図５の制御処理では、車速ＶＨに応じたホイールベースＬ１の長い値を演算し（ステップＳ６）、このホイールベースＬ１に応じたアクスル部材２の車両前後方向の前方側への移動量Ｄを演算する（ステップＳ２２）。そして、移動量Ｄに基づいて演算したモータステップ量ＳＬ２，ＳＲ２を、アクチュエータ３０Ｌ，３０Ｒのモータ３６に出力する（ステップＳ２６）。

制御装置４６からモータステップ量ＳＬ２，ＳＲ２が入力したアクチュエータ３０Ｌ，３０Ｒのモータ３６は、モータステップ量ＳＬ２，ＳＲ２に応じた回転をピニオン３６に伝達し、この回転がラック３２に直線運動として伝達され、テンションロッド１０が車両前後方向の前方側に移動する。
そして、テンションロッド１０に連結しているロアアーム６も、車幅方向内側のスライド部材１６がサスペンションメンバ１４に支持されながら車両前後方向の前方側へ移動していくとともに、ロアアーム６に支持されている左右のアクスル部材２も車両前後方向の前方側に移動する。これにより、図９に示すように、高速走行時には、ホイールベースが長く設定される。

また、左右のアクスル部材２が車両前後方向の前方側に移動すると、左右のアクスル部材２にそれぞれ連結しているストラット４の下端部４ｂも車両前後方向の前方側に移動していく。このように、車両の高速走行時には、キングピン軸Ｋの傾斜角度が大きくなっていき（図２の破線で示すキングピン軸Ｋ１）、初期のキャスタートレールＣＴ₀と比較して大きなキャスタートレールＣＴが設定される。

ここで、左右のアクスル部材２が車両前後方向の前方側に移動すると、図５の制御処理では、ホイールベースＬに対応したトー角補正量Ｔｓを演算し（ステップＳ８）、演算したトー角補正量Ｔｓを「０」（ゼロ）とするモータステップ量ＳＬ１，ＳＲ１を演算し（ステップＳ３６）、そのモータステップ量ＳＬ１，ＳＲ１をパワーステアリング装置２２Ｌ，２２Ｒのモータ２４に出力する。

トー角補正量Ｔｓを「０」（ゼロ）とするモータステップ量ＳＬ１，ＳＲ１が入力したパワーステアリング装置２２Ｌ，２２Ｒのモータ２４は、モータステップ量ＳＬ１，ＳＲ１に応じた回転をピニオン２８に伝達し、この回転がラック２８に直線運動として伝達されるので、左右のタイロッド８は、左右の前輪ＷＬ，ＷＲのトー角が変化しないように車幅方向に移動する。

一方、車両が低速（図６のＶＬ）で旋回走行する場合には、図５の制御処理では、車速ＶＬに応じたホイールベースＬ２の短い値を演算し（ステップＳ６）、ホイールベースＬ２に対応したトー角補正量Ｔｓを演算し（ステップＳ８）、操舵角θに対応した実舵角（前輪の切れ角）ψを演算する（ステップＳ１０）。それから、旋回内輪、旋回外輪の実際の舵角を演算し（ステップＳ１４，ステップＳ１６）、その実際の舵角に応じたモータステップ量ＳＬ１，ＳＲ１を演算し（ステップＳ１８）、ホイールベースＬ２に応じたアクスル部材２の車両前後方向の前方側への移動量Ｄを演算する（ステップＳ２０）。そして、実際の舵角に応じたモータステップ量ＳＬ１，ＳＲ１をパワーステアリング装置２２Ｌ，２２Ｒのモータ２４に出力し（ステップＳ２４）、移動量Ｄに基づいて演算したモータステップ量ＳＬ２，ＳＲ２を、アクチュエータ３０Ｌ，３０Ｒのモータ３６に出力し（ステップＳ２５）。

これにより、制御装置４６からモータステップ量ＳＬ２，ＳＲ２が入力したアクチュエータ３０Ｌ，３０Ｒのモータ３６は、モータステップ量ＳＬ２，ＳＲ２に応じた回転をピニオン３６に伝達し、この回転がラック３２に直線運動として伝達され、テンションロッド１０が、車両の高速走行の場合よりも短い距離で車両前後方向の前方側に移動する。
そして、テンションロッド１０に連結しているロアアーム６は、車両の高速走行の場合よりも短い距離で車両前後方向の前方側へ移動していくとともに、ロアアーム６に支持されている左右のアクスル部材２も車両前後方向の前方側に移動する。これにより、図９に示すように、低速の直進走行時には、ホイールベースが短く設定される。

ここで、車両の低速走行の場合には、車両の高速走行の場合よりストラット４の下端部４ｂの車両前後方向の前方側への移動量が小さくなるので、車両が高速のときの大きなキャスタートレールＣＴと比較して小さなキャスタートレールＣＴとなる。
したがって、本実施形態のサスペンション装置は、車両の高速走行時にはホイールベースが長くなると同時に、キャスタートレールが大きくなって前輪ＷＬ，ＷＲの復元モーメントが大きくなり、しかも左右の前輪ＷＬ，ＷＲのトー角が変化しないので、高速走行時の直進安定性が向上するとともに、従来と比較して操縦安定性を向上させることができる。

また、車両の低速走行時には、ホイールベースが短くなると同時に、車両の高速走行時よりキャスタートレールが小さくなることで前輪ＷＬ，ＷＲの復元モーメントが小さくなるので、車両の旋回半径を小さくできるとともに、ステアリングホイールの操作が軽くなるので、従来と比較して操縦安定性を向上させることができる。
しかも、車両の旋回時には、操舵角θに対応した実際の実舵角（前輪の切れ角）ψを演算し、これに基づいて最適な旋回内輪側の値（旋回実舵角ψin'）、旋回外輪側の値（ψout'）を演算してパワーステアリング装置２２Ｌ，２２Ｒのモータ２４に出力しているので、旋回内輪及び旋回外輪の回転数差を考慮しながら左右の前輪ＷＬ，ＷＲの高精度のトー角コントロールを行なうことができる。

本発明のストラット式スロントサスペンション装置を示す概略平面図である。 本発明を車幅方向から右側の前輪に向けて見た図である。 本発明のロアアームが車体側部材に連結している状態を平面で示した図である。 本発明のロアアームが車体側部材に連結している状態を車両前後方向の後方から示した図である。。 本発明の制御装置が処理を行なうフローチャートを示す図である。 本発明の制御装置が処理を行なう際に使用する車速とホイールベースのデータマップである。 本発明の制御装置が処理を行なう際に使用するホイールベースとトー角補正量のデータマップである。 本発明の制御装置が処理を行なう際に使用する操舵角と実舵角のデータマップである。 ホイールベースを変化させた状態を示す車両のモデル図である。

符号の説明

２ アクスル部材
４ ストラット
６ ロアアーム
８ タイロッド
１０ テンションロッド
１２ 車体側部材
１４ サスペンションメンバ
１６ スライド部材
２２ パワーステアリング装置
２３ 弾性体ブッシュ
２４，３４ モータ
２６、３６ ピニオン
２８，３２ ラック
３０ アクチュエータ
３８ 操舵角センサ
４０ 車速センサ
４６ 制御装置
Ｔｓ０ イニシャルトー角
ＣＴ キャスタートレール
ＣＴＯ イニシャルキャスタートレース
Ｌ０ イニシャルホイールベース
ＷＬ，ＷＲ 前輪

Claims (3)

1. 左右の前輪を回転自在に支持しているアクスル部材と、これらアクスル部材から車幅方向の内側に延在し、車両前後方向に移動自在なスライド部材を介して車体側部材に連結しているロアアームと、車両前後方向に延在して前記ロアアーム及び前記車体側部材の間を連結しているテンションロッドと、車両上下方向に延在し、上端が前記車体側部材に連結し、下端が前記アクスル部材に連結しているストラットとを備えたストラット式フロントサスペンションにおいて、
   車両の速度の増加に伴い、前記アクスル部材を車両前後方向の前方に移動させるとともに、前記アクスル部材に連結している前記ストラットの下端も車両前後方向の前方に移動させるホイールベース・ジオメトリ変更手段を設けたことを特徴とするストラット式フロントサスペンション装置。
2. 前記ホイールベース・ジオメトリ調整手段は、車両の走行速度を検出する車速センサと、
   前記テンションロッドを車両前後方向の前方側に移動させることで前記ロアアームを介して前記アクスル部材を車両前後方向の前方に移動可能とするアクチュエータと、前記車速センサで検出した情報に基づいて移動量を演算し、この移動量に基づいて前記アクチュエータを駆動する制御装置とを備えていることを特徴とする請求項１記載のストラット式フロントサスペンション。
3. 前記ホイールベース・ジオメトリ調整手段は、ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサと、左右の前記アクスル部材からそれぞれ車幅方向の内側に延在しているタイロッドに連結している独立制御形式のパワーステアリング装置を備えており、
   前記制御装置は、前記操舵角センサで検出した情報に基づき、車両が直進走行しているときには、左右の前輪のトー角が変化しないように前記パワーステアリング装置を駆動するとともに、車両が旋回走行しているときには、旋回内輪及び旋回外輪の回転数差を考慮しながら左右の前輪のトー角を設定する制御を行なうことを特徴とする請求項２記載のストラット式フロントサスペンション装置。

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