JP2007099234A - ロール抑制装置 - Google Patents

Abstract

【課題】転舵時の応答性を向上しつつサスペンションのバネを小さく設定可能とすることを課題としている。
【解決手段】車輪２を回転自在に支持するアクスル３と、車幅方向に延在してアクスル３を上下揺動可能に車体１に連結するサスペンションアーム６とを備えた車両に設けられる。上記サスペンションアーム６と上下方向にオフセットした位置で車幅方向に延び、車体１のロールに伴い車幅方向における車体１とアクスル３との距離が所定以上接近若しくは離隔すると、当該車体１とアクスル３の車幅方向への相対変位を抑制する反力を発生することで車体１のロール方向変位を抑制するロール抑制装置７を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車体のロール方向の抑制を行う技術に関する。

車両のロール剛性を変更可能な装置としては、例えば特許文献１に記載のものがある。この技術では、ステアリングホイールの操舵角が大きくなる程、ショックアブソーバの剛性が大きくなるように制御することで、操舵角が大きい場合にロール剛性を大きくするものである。
特開平８-５３００７号公報

ここで、軸を上下に向けて車輪と車体との間に配置されるショックアブソーバ及びサスペンションスプリングを備えたサスペンションを考えた場合、サスペンションスプリング及びショックアブソーバの剛性と減衰力は、乗り心地のためには小さく設定することが望ましいが、一方で、転舵時の応答性（ステアリングホイールを切った後に、実際に回頭が始まるまでの応答時間）を早くするためには、上記剛性及び減衰力を大きく設定する（これによりロール剛性が大きくなる。）ことが望ましく、両者はトレードオフの関係があると、従来、認識されている。

そして、上記従来の構成では、ロール剛性を大きくするためのショックアブソーバの剛性を大きくすることは、乗り心地に影響が出て、やはり上記トレードオフの関係を有する。
さらに、特許文献１の技術では、ロール剛性を調整するために、コントローラやセンサ、駆動装置を必要とするものである。
本発明は、このような点に着目してなされたもので、転舵時の応答性を向上しつつサスペンションのバネを小さく設定可能とすることを課題としている。

発明者らが鋭意検討した所、転舵時の応答性悪化の主要因は、転舵時の車体のロール方向変位が、車体の車両横方向の運動エネルギーを消費して、ヨーイングに関係するＺ軸（上下軸）周りの慣性モーメントに影響が生じるためであることを発見した。
そして、上記特許文献１においては、転舵角度が小さい場合にはロール剛性は小さい。しかし、例えば、転舵角度が小さくても車速が高い場合には、車両横加速度が大きいため、車体のロール方向変位が大きく、特許文献１では転舵時の応答性が悪化する。

そのようなことを考慮し、本発明は、車輪を回転自在に支持する車輪支持部材と、車幅方向に延在して車輪支持部材を上下揺動可能に車体に連結する１又は２以上のサスペンションアームとを備えたサスペンションを備える車両に対し、
車体が所定以上ロールすると、車体と車輪との間の車幅方向への相対変位を抑制する反力を発生することで車体のロール方向変位を抑制するロール抑制装置を設けたものである。

本発明によれば、サスペンションを構成するショックアブソーバやサスペンションスプリングとは別に、車体のロール方向変位を抑制することで転舵時の応答性の向上を実現できる。
この結果、サスペンションスプリングやショックアブソーバの剛性・減衰性の適切な設計とは別に転舵時の応答性を向上させ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つつ説明する。
図１は、本実施形態の車両構成を示す車両前方からみた概要構成図である。符号１は車体を示し、符号２は車輪を示す。なお、ロール抑制装置が設置されるのは、前輪側でも良いし、後輪側でも良く、前後４輪側の全部に対して設けても良い。
左右の車輪２は、車輪支持部材であるアクスル３に回転自在に支持されている。そのアクスル３は、車幅方向に延びるロアリンクからなるサスペンションアーム６で車体１に連結されて、車体１に対し上下方向に揺動可能となっている。

また、上記アクスル３に下端部を連結したショックアブソーバ４が、上方に延び、その上端部を車体１に連結している。符号５はサスペンションスプリングである。このショックアブソーバ４及びサスペンションスプリング５の下部は、サスペンションアーム６に連結しても良い。
また、上記サスペンションアーム６と上下にオフセットした位置に、ロール抑制装置７が配置されている。図１では、サスペンションアーム６の上方に配置した場合を例示している。

このロール抑制装置７は、図２に示すように、連結部材１１が車幅方向に延在し、その内端部が車体１に対し第１連結部１４を介して上下に揺動可能に連結すると共に、外端部が第２連結部１５を介してアクスル３に連結している。
上記連結部材１１は、軸を車幅方向に向けるシリンダ装置８を本体とし、そのシリンダ装置８を構成するシリンダチューブ８ａの底部が第１連結部１４であるボールジョイントを介して車体１に連結している。シリンダチューブ８ａは車幅方向外方に延び、そのシリンダチューブ８ａの前端部から、ピストンロッド８ｂが車幅方向外方に向けて突出している。そのピストンロッド８ｂの先端部には、ボールジョイントからなる中間連結部１３を介して、第１延長リンク９の内端部が連結している。すなわち、ピストンロッド８ｂと第１延長リンク９とは、中間連結部１３によって少なくとも上下方向に屈曲自在に連結される。

その第１延長リンク９の外端部は、軸方向つまり車幅方向にのみ所定のガタを許容した状態で第２延長リンク１０に連結している。上記ガタの許容がガタ手段である。図２では、第２延長リンク１０の内端部に軸を車幅方向に向けた円筒状の空洞部１０ａを形成し、その空洞部１０ａ内にピストンロッド８ｂ先端部に形成した円筒状の大径部９ａを差し込んでガタ手段を形成した場合を例示している。そして、車両が停止した中立状態では、空洞部１０ａと大径部９ａとは車幅方向の両側に所定の間隙を有する。その間隙で形成される上記軸方向のガタの量は、車体１がロールを生じていない状態において、車輪２がバウンド・リバウンドすることでロール抑制装置７の設置位置間における車体１に対する車輪２の車幅方向への相対変位量を吸収できるだけの隙間に設定されている。

また、上該第２延長リンク１０は、アクスル３に対し、上下方向にスライド可能に連結している。そのスライド機構は、アクスル３に対し、上下に延びる棒体などからなる案内部１２が設けられ、上記第２延長リンク１０の外端部（軸を上下に向けた筒部）は、その案内部１２に沿って上下方向にのみ移動可能に当該案内部１２に支持されている。
ここで、上記シリンダ装置８、第１及び第２延長リンク９，１０が連結部材１１を構成し、上記第２延長リンク１０の外端部側及び案内部１２によって第２連結部１５が構成されている。上記構成の第２連結部１５によって、連結部材１１は、少なくとも上下方向には揺動が不能な状態となっている。なお、上記第２連結部１５について、案内部１２材を円柱状とし、第２延長リンク１０の外端部を円筒状部材として左右方向への揺動が可能となっていても良い。

次に、上記構成の動作及び作用・効果について説明する。
上記構成では、路面からの上下方向入力に対しては、サスペンションを構成するショックアブソーバ４及びサスペンションスプリング５で受け、旋回時における車体１のロール方向の抑制は、バネ下になるアクスル３と車体１との間に設けた上記ロール抑制装置７のシリンダ装置８（減衰手段）によって行われる。

次に、上記ロール抑制装置７の動作を説明する。
車両が直進走行時に、路面凹凸による上下入力が作用して、車輪２が上下方向にバウンド・リバウンドすると、そのバウンド・リバウンドに伴い第２延長リンク１０が案内部１２に沿って移動することで、上下方向の移動に対して抵抗しない。また、バウンド・リバウンドに伴い、ロール抑制装置７の設置位置における第１連結部１４と第２連結部１５との間の車幅方向距離が若干変動するが、上記ガタ部分で吸収されてシリンダ装置８に軸方向の力が入力されない。この結果、ロール抑制装置７は、サスペンションの上下方向の剛性及び減衰力には、なんら抵抗も反力も発生しないか、その抵抗及び反力は大幅に小さい。

一方、ステアリングホイールが操舵されて車両旋回によって車体１がロールすると、旋回外輪側にあっては、図４のように、車輪２がバウンドしつつ、車体１がアクスル３に接近することで、図３のように、上記ガタが詰められて第２延長リンク１０から第１延長リンク９に直接力が伝達可能な状態となって力がシリンダ装置８に伝達可能となり、さらに車体１がアクスル３に接近しようとすると、その接近に対して反力を発生してそれ以上の接近を抑制することで車体１のロール方向変位が抑制される。ロール方向変位が抑制されることで、転舵時の車体１のロール方向変位に伴う、車両横方向の運動エネルギーが抑えられる結果、転舵時の応答性を向上させることが出来る。

ここで、旋回外輪側の荷重の方が大きいため、旋回外輪側のロール抑制装置７で、車体１のロール方向変位の抑制が主として行われるが、旋回内輪においても、車輪２がリバウンドしつつ、車体１のロールでアクスル３に対して車体１が離れる方向に移動することで、ピストンロッド８ｂが伸長する方向の軸力が、シリンダ装置８に掛かる結果、ロール方向変位を抑制する。

ここで、ロール抑制装置７をロアアームであるサスペンションアーム６よりも下方に配置する等、上記ロール抑制装置７の取付け位置によっては、旋回外輪側で連結部材１１が伸長する方向の力が作用する可能性があるが、上述のような作用で、車体１のロール方向変位を抑制する。
なお、本実施形態のロール抑制装置７は、上記車輪２が操向輪の場合には、車輪２の転舵に伴いピストンロッド８ｂと第１延長リンク９との中間連結部１３が追従して前後方向に折れ曲がることで、無用な負荷がロール抑制装置７に掛かることが回避されている。もっとも、中間連結部１３を上下方向にのみ屈曲可能として、他の部分で転舵に伴う変動を吸収するようにしても良い。

以上のように、上記ロール抑制装置７は、車体１のロール方向変位の抑制以外には反力も抵抗も発生しないので、例えば、サスペンションの剛性及び減衰力を弱く設定して乗り心地を確保しつつ、上記ロール抑制装置７で車体１のロール方向変位を抑制して転舵時の応答性向上を図ることが出来る。
ここで、連結部材１１のアクスル３と連結する第２連結部１５を上下にスライド可能なスライド機構を設けているが、当該スライダ機構は無くても良い。スライダ機構を設けた方が、車輪２がバウンド・リバウンドしても、その上下入力が連結部材１１に作用することを低減することができる。また、車輪２がバウンド・リバウンドした際に、連結部材１１の外端部の上下変位量を小さく設定できることから、上記ガタ手段のガタ量を小さく設定できる。また、車体１のロール時における車輪２のバウンド・リバウンドによる上下入力への抵抗を小さくする役割も有する。

また、本実施形態では、第２連結部１５を上下への揺動が不能な状態にしているので、車体１のロール時における旋回外輪側では、連結点が下側に曲がり、反力を発生するシリンダ装置８の軸の上下方向への傾斜が車体１のロールに応じて強くなり、より有効にロール方向変位への抑制のための反力を発生するが可能となる。
ここで、第１連結部１４側を上下方向に揺動不能な構成とし、第２連結部１５側を上下方向に揺動可能な構成としても良い。例えば図５のように、上記連結部材１１の配置を反転させて、シリンダチューブ８ａ側をアクスル３にボールジョイントを介して揺動自在に連結し、第２延長リンク１０側を車体１に上下方向への揺動不能な状態で連結してもよい。ただし、質量が大きいシリンダ装置８は、変位が小さな車体１側に設ける方が望ましい。上下変位が大きなアクスル３側にシリンダ装置８を配置すると、バネ下重量が増加し、慣性力によってサスペンションの路面追従性が悪化する。図５では、スライダ機構がない場合を例示しているが、第２延長リンク１０と車体１と間、若しくはシリンダチューブ８ａとアクスル３との間の一方に上記スライダ機構を設けても良い。

また、上記シリンダ装置８の替わりに、車幅方向に延びる剛体である棒体を配置しても良い。もっとも、剛体でロール方向変位を抑制する場合よりも、減衰による方が位相が進んでいるために、ロール方向変位入力に対する応答が早いので、上記シリンダ装置８などの減衰手段を構成するダンパーを採用した方が好ましい。

ここで、図６のように、スライダ機構及び軸方向途中位置の中間連結部１３を省略して、連結部材１１と車体１、及び連結部材１１とアクスル３とを共にボールジョイント２０，２１で連結しても良い。ただし、上記実施形態のように軸方向途中位置を少なくとも上下方向に屈曲する構成にした方が、旋回外輪側において、車幅方向内側（中心側）に向けて下方から上方に向かう軸力を反力として作用できて、有効にロール方向変位を抑えることができる。さらに上述のように、第１連結部１４及び第２連結部１５の一方を上下方向に揺動不能な連結構造とすることで、車体１に対する反力を、より有効にロール方向変位を抑える力として作用することができる。すなわち、途中位置を上下に屈曲自在な構成で、第１連結部１４及び第２連結部１５を共にボールジョイント構造とすると、車体１に作用する軸力が小さくなる。

ここで、上記実施形態では、ストラット型のサスペンションタイプで、サスペンションアーム６がロアアームだけの場合を例示しているが、アッパアームがあっても良い。この場合に、上記ロール抑制装置７は、ロアアーム及びアッパアームの両方と上下にオフセットした位置に配置する。また、サスペンションタイプは、ストラット型に限定されず、マルチリンクタイプなどであっても良い。

また、１個の車輪２に対して、上記ロール抑制装置７は、２台以上あっても良い。例えば、車両前後方向に並んで２台設けても良い。
また、減衰手段は、シリンダ装置に限定されず、アキュムレータなどであっても良い。
また、図７のように、図６のボールジョイント２１を省略して、第２延長リンク１０を直接アクスル３に固定して、図６の大径部９ａの替わりに、少なくとも上下方向に屈曲自在にピストンロッド８ｂと第２延長リンク１０とを連結する連結部材２２を配置しても、図６と同じ効果を得ることが出来る。

また、図８のように、図６の第２延長リンク１０を省略して、ピストンロッド８ｂとアクスル３とをボールジョイント２１を介して直接連結し、さらに、シリンダ装置８及びピストンロッド８ｂとで発生する減衰力の特性を、図９に示すようにシリンダ装置８とピストンロッド８ｂとの相対速度が小さい場合に減衰力を小さく設定しても、図６と同じ効果を得ることが出来る。一般的に、車両が直進走行時に、路面凹凸による上下入力が作用して、車輪が上下方向にバウンド・リバウンドすると、そのバウンド・リバウンドに伴いシリンダ装置８とピストンロッド８ｂとの相対速度が発生するが、この相対速度は、転舵時に発生する相対速度に対して小さい。図８の実施形態は、図９に示すように、シリンダ装置８とピストンロッド８ｂとの相対速度が小さいときには減衰力が小さくなるようにしているため、直進走行時のバウンド・リバウンドの動きに対して抵抗せずに、転舵時には減衰力を発生することが可能となり、図６と同じ効果を得ることが出来る。

本発明に基づく実施形態に係る車両前方からみた概要構成図である。 本発明に基づく実施形態に係るロール抑制装置を示す図である。 車体のロール時の状態を示す旋回外輪側の図である。 車体のロール時の状態を示す概念図である。 ロール抑制装置の別の例を示す図である。 ロール抑制装置の別の例を示す図である。 ロール抑制装置の別の例を示す図である。 ロール抑制装置の別の例を示す図である。 図８のロール抑制装置が発生する減衰力の特定を示す図である。

符号の説明

１ 車体
２ 車輪
３ アクスル（車輪支持部材）
４ ショックアブソーバ
５ サスペンションスプリング
６ サスペンションアーム
７ ロール抑制装置
８ シリンダ装置
８ｂ ピストンロッド
９ 第１延長リンク
９a 大径部（ガタ手段）
１０ 第２延長リンク
１０a 空洞部（ガタ手段）
１１ 連結部材
１２ 案内部
１５ 第２連結部

Claims (9)

1. 車輪を回転自在に支持する車輪支持部材と、車幅方向に延在して車輪支持部材を上下揺動可能に車体に連結する１又は２以上のサスペンションアームとを備えたサスペンションを備える車両に設けられて、
   車体が所定以上ロールすると、車体と車輪との間の車幅方向への相対変位を抑制する反力を発生することで車体のロール方向変位を抑制するロール抑制装置。
2. 上記反力は、減衰手段で発生することを特徴とする請求項１に記載したロール抑制装置。
3. 車輪を回転自在に支持する車輪支持部材と、車幅方向に延在して車輪支持部材を上下揺動可能に車体に連結する１又は２以上のサスペンションアームとを備えたサスペンションを備える車両に設けられて、
   上記サスペンションアームと上下方向にオフセットした位置で車幅方向に延び、車体ロールに伴い車幅方向における車体と車輪支持部材との距離が所定以上接近若しくは離隔すると、当該車体と車輪支持部材の車幅方向への相対変位を抑制する反力を発生することで車体のロール方向変位を抑制するロール抑制装置。
4. 車幅方向に伸縮する減衰手段を備え、その減衰手段で上記反力を発生することを特徴とする請求項３に記載したロール抑制装置。
5. 上記ロール抑制装置は、車幅方向に延びて車体と車輪支持部材とに連結する連結部材と、その連結部材を軸方向に所定長さだけ無負荷での伸縮を許容するガタ手段と、を備えることを特徴とする請求項３に記載したロール抑制装置。
6. 上記連結部材の少なくとも一部は、車幅方向に伸縮するシリンダ装置で構成されることを特徴とする請求項５に記載したロール抑制装置。
7. 上記連結部材は、軸方向途中位置が少なくとも上下方向に屈曲自在になっていることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載したロール抑制装置。
8. 上記車体と連結部材、若しくは車輪支持部材と連結部材の一方の連結は、少なくとも上下方向への揺動が不能な状態で連結されることを特徴とする請求項７に記載したロール抑制装置。
9. 上記連結部材は、車輪支持部材に対して上下方向にスライド可能な状態で連結していることを特徴とする請求項５〜請求項８のいずれか１項に記載したロール抑制装置。

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