JP2007106193A - 操舵輪用サスペンション装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タイロッドを車軸より前方に配置した場合であっても大転舵時に良好な復元性が得られる操舵輪用サスペンション装置を提供する。
【解決手段】操舵輪２の転舵に連動してキングピン軸Ｋ回りに回転しかつバネ下側に設けられた回転部１０，２１と、車軸中心よりも前方側に配置され、回転部１０，２１に操舵力を伝達するタイロッド４０と、回転部２１に固定されたスタビライザ取付部２１ｃと、弾性を有する材料によって形成され、その両端部が左右の回転部のスタビライザ取付部２１ｃに接続され、上下方向における左右の前記スタビライザ取付部２１ｃの変位の差に応じて反力を発生するスタビライザバー５１とを備える操舵輪用サスペンション装置１を、スタビライザ取付部２１ｃは、回転部１０，２１が内輪側、外輪側としてそれぞれ転舵される際の上下方向における変位が反対の方向となる位置に配置される構成とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、自動車等の車両の操舵輪に用いられるサスペンション装置に関するものである。

自動車等の車両は、ステアリングホイールと連動するステアリングギアボックスに接続されたタイロッドを含むリンク機構によって、操舵輪である前輪のハブベアリングを収容するハウジングをキングピン軸（操向の軸線）回りに回転（転舵）させることによって操舵を行う。
車両は、スムーズな走行を可能とするため、その転舵時に各車輪の中心軸が一点の旋回中心において交わるように、内輪の舵角を外輪の舵角よりも大きく設計したアッカーマン式ステアリングを備えたものが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。このようなステアリング系の幾何学的配置（ジオメトリ）は、アッカーマンジオメトリと通称されている。

しかし、ステアリング用のリンク機構は、通常台形リンク機構であり、アッカーマンジオメトリを正確に再現したものではなく、近似的に満足するものであるから、例えば大舵角時等に理想的なアッカーマンジオメトリとの乖離が生じる場合があった。
特に、ステアリングギアボックス及びタイロッドを車軸の前方側に配置した車両は、そのリンク配置上アッカーマンジオメトリを実現することが困難であり、大舵角時に内外輪の舵角差がアッカーマンジオメトリよりも小さくなる傾向が生じやすい（例えば、非特許文献１参照）。
特開平６−２１１１５４号公報 特開２００２−８７３１４号公報 出先 他３名「極低速大転舵時のステアリング系の復元力」社団法人自動車技術会刊「自動車技術」１９８２年３月号(Vol.36, No.3) 310乃至312ページ

車両は、アッカーマンジオメトリからの乖離が大きくなってパラレルステアリングジオメトリに近づくと、大舵角時におけるステアリング系の復元力（セルフアライニングトルク）が不足したり、さらにステアリングの巻き込みが発生するおそれがある。このような特性は、例えばパーキング時のような極低速の大転舵時に顕著となる。
これに対し、タイロッドエンドを車幅方向外側に押し出して配置することによって、アッカーマンジオメトリに近づけることも考えられるが、この場合、リムオフセット増大によるホイール質量の増加、スクラブ半径の増加による悪路キックバックの悪化、ブレーキロータ配置スペースの減少等の悪影響が生ずる場合がある。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、タイロッドを車軸より前方に配置した場合であっても大転舵時に良好な復元性が得られる操舵輪用サスペンション装置を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１の発明は、車両の左右にそれぞれ設けられ、操舵輪の転舵に連動してキングピン軸回りに回転しかつバネ下側に設けられた回転部と、前記回転部の前記操舵輪の車軸中心よりも前方側に配置されたタイロッド接続部に接続され、前記回転部に操舵力を伝達するタイロッドと、前記回転部に固定されたスタビライザ取付部と、弾性を有する材料によって形成され、その両端部が左右の前記回転部の前記スタビライザ取付部にスタビライザリンクを介して接続され、上下方向における左右の前記スタビライザ取付部の変位の差に応じて反力を発生するスタビライザバーとを備える操舵輪用サスペンション装置において、前記スタビライザ取付部は、前記回転部が内輪側、外輪側としてそれぞれ転舵される際の上下方向における変位が反対の方向となる位置に配置されることを特徴とする操舵輪用サスペンション装置である。

請求項２の発明は、請求項１に記載の操舵輪用サスペンション装置において、前記スタビライザ取付部は、前記回転部が内輪側、外輪側としてそれぞれ転舵される際の上下方向における変位量の差が、前記操舵輪の最大舵角時において最大となる位置に配置されることを特徴とする操舵輪用サスペンション装置である。
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の操舵輪用サスペンション装置において、前記回転部は、前記操舵輪のハブベアリングを収容するハウジングに固定されたストラットの一部であることを特徴とする操舵輪用サスペンション装置である。
請求項４の発明は、請求項１又は請求項２に記載の操舵輪用サスペンション装置において、前記回転部は、前記操舵輪のハブベアリングを収容するハウジングであることを特徴とする操舵輪用サスペンション装置である。
請求項５の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の操舵輪用サスペンション装置において、前記スタビライザリンクが前記スタビライザ取付部に対して揺動する支点は、ステアリング系が中立のときに、前記キングピン軸と直交する平面上にあって車両の上方から見てキングピン軸と直交しかつ前方に延在する直線上又はこの直線に隣接して配置されることを特徴とする操舵輪用サスペンション装置である。

本発明によれば、操舵輪の転舵時に、左右の回転部に固定されたスタビライザ取付部が上下方向において反対側に変位することによって、スタビライザバーが捻られて反力を発生する。そして、この反力はステアリング系を中立状態側に復元させる復元力として作用するから、タイロッドが車軸に対して前方側に配置され、アッカーマンジオメトリが得にくい車両であっても、大転舵時におけるセルフアライニングトルクの減少やステアリング系の巻き込みが防止され、良好な復元性を得ることができる。

本発明は、タイロッドを車軸よりも前方に配置した場合であっても大転舵時に良好な復元性が得られる操舵輪用サスペンション装置を提供するという課題を、マクファーソンストラット式サスペンションにおけるストラットシェルケースの外周面部であって、内輪側、外輪側それぞれの転舵時に上下方向に逆に変位する位置にスタビライザを連結し、転舵時にスタビライザバーが捩れて反力を発生するようにしたことによって解決する。

以下、本発明の操舵輪用サスペンション装置の実施例であるフロントサスペンションについて説明する。
このフロントサスペンションは、例えば乗用車等の自動車に備えられるマクファーソンストラット式のものである。
図１は、本実施例のフロントサスペンションの斜視図である。図２、図３は、図１のフロントサスペンションをそれぞれ側方及び車両後方から見た状態を示す図である。図４は、フロントサスペンションを上方から見た場合の構成を示す模式図である。

フロントサスペンション１は、図示しない運転者のステアリング操作に応じて操向される操舵輪であるフロントホイール２を車体に対して支持するものであって、ハウジング１０、ストラット２０、ロワアーム３０、タイロッド４０、スタビライザ５０を備え、さらに、ハウジング１０にはドライブシャフト６０が接続されている。

ハウジング（ナックル）１０は、フロントホイール２が固定されるハブＨ（図２、図３参照）をその車軸回りに回転可能に支持する図示しないハブベアリングを収容するものであって、フロントサスペンション１のストローク時や転舵時に、フロントホイール２の動きに追従して車体に対して相対変位するものである。
ハウジング１０は、その前方側に突き出して一体に形成され、後述するタイロッド４０が接続されるナックルアーム１１を備えている。

ストラット２０は、ショックアブソーバ２１、スプリング２２、アッパマウント２３を備えている。
ショックアブソーバ２１は、油圧式の緩衝装置（ダンパ）であって、そのロッドの軸線方向は、下端部に対して上端部が車幅方向内側でありかつ後方側となるように傾斜して配置されている。

ショックアブソーバ２１は、シェルケース２１ａ、ハウジングブラケット２１ｂ、スタビライザブラケット２１ｃ、スプリングシート２１ｄを備えている。
シェルケース２１は、ショックアブソーバ２１のバネ下側に設けられる外筒であって、転舵時にハウジング１０と連動してキングピン軸Ｋ回りに回転する回転部である。ここで、本明細書において「バネ下側」とは、フロントサスペンション１のストローク（ショックアブソーバ２１及びスプリング２２の伸縮）に応じてフロントホイール２と連動して車体に対して相対変位する部分を指すものとする。
ハウジングブラケット２１ｂは、シェルケース２１ａの下端部に固定され、シェルケース２１ａとハウジング１０とを固定するものである。
スタビライザブラケット２１ｃは、スタビライザ５０が接続されるスタビライザ取付部であって、シェルケース２１ａの外周面のうち車両前方側の部分から外径側に突き出して形成されている。このスタビライザブラケット２１ｃの配置については、後に詳しく説明する。
スプリングシート２１ｄは、スプリング２２の下端部と当接するものであって、シェルケース２１ａの上端部側の外周面から外径側につば状に張り出して形成されている。

スプリング２２は、バネ鋼によって形成されたコイルスプリングであって、その内径側にショックアブソーバ２１の上端部が偏心した状態で挿入されている。
スプリング２２は、上端部がアッパマウント２３に設けられたスプリングシート２３ａと当接し、下端部が上述したショックアブソーバ２１のスプリングシート２１ｄと当接して配置されている。

アッパマウント２３は、ショックアブソーバ２１の上端部と車体との間に設けられ、ショックアブソーバ２１及びスプリング２２を、フロントホイール２の転舵時に車体に対してキングピン軸Ｋ回りに回転可能に支持する図示しないベアリングを備えている。

ロワアーム３０（図１では図示しない。図２乃至図４参照。）は、ハウジング１０の下端部と車体側との間にわたして設けられたサスペンションリンクである。ロワアーム３０は、ハウジング１０側の端部３１が図示しない１つのボールジョイントを介し、ハウジング１０に対して揺動可能に接続され、車体側は、図４に示すように、車両の前後方向に配列された１対のゴムブッシュＢ１，Ｂ２を介し、車体に対して揺動可能に接続されている。

ここで、本実施例のようなマクファーソンストラット式サスペンションの場合、キングピン軸Ｋは、ストラット２０のアッパマウント２３の軸受部の中心と、ロワアーム３０とハウジング１０とを接続するボールジョイントの中心とを結ぶ直線となる。
車幅方向から見たキングピン軸Ｋの後傾角であるキャスタ角Ｃ（図２参照）は、例えば約６°に設定されている。
また、車両の前後方向から見たキングピン軸Ｋの内傾角であるキングピン傾斜角ＫＩ（図３参照）は、例えば約１４°に設定されている。

タイロッド４０は、図示しないステアリングギアボックスとハウジング１０との間にわたして設けられ、ハウジング１０に対して操舵力を伝達するとともに、ハウジング１０のトー方向における位置決めを行うものである。
タイロッド４０は、ステアリングギアボックスとともに車軸（ハブＨの回転中心軸）に対して車両前方側に配置され、その車幅方向外側の端部（タイロッドエンド）は、ハウジング１０のナックルアーム１１に対してボールジョイントを介して揺動可能に接続され、このナックルアーム１１とともに台形リンクを構成している。タイロッド４０は、運転者による図示しないステアリングホイールの操作に応じて、ステアリングギアボックスによって車幅方向に移動し、フロントホイール２の操向を行うようになっている。
また、タイロッド４０は、ロワアーム３０の上方側に配置されている。

スタビライザ５０は、スタビライザバー５１、ブラケット５２、スタビライザリンク５３を備えている。
スタビライザバー（アンチロールバー）５１は、例えばバネ鋼等の弾性を有する材料によって形成された棒状又は筒状の部材であって、左右のフロントサスペンション１が逆位相にストロークしてロール方向の姿勢変化が生じた際に、捻られて反力を発生し、ロール剛性を向上させるものである。スタビライザバー５１は、その長手方向における中間部が略車幅方向に延在し、車軸に対して後方側に配置されている。また、スタビライザバー５１の中間部を挟んだ両側に設けられる側部は、車両前方側に向けて屈曲させて連続的に形成され、ドライブシャフト６０の上方側を通り、その突端部は、ショックアブソーバ２１のシェルケース２１ａに対して車幅方向内側でありかつ前方側に配置されている。
また、スタビライザバー５１の側部は、図２に示すように、車幅方向から見たときに上側が凸となるように湾曲して形成され、ドライブシャフト６０との干渉を防止するようになっている。

ブラケット５２は、スタビライザバー５１を車体側に固定するものであって、スタビライザバー５１の中間部に、車幅方向に離間して例えば１対が設けられている。ブラケット５２は、ゴムブッシュを介してスタビライザバー５１をその中心軸回りに回転可能に支持するものである。

スタビライザリンク５３は、スタビライザバー５１の両端部とショックアブソーバ２１のスタビライザブラケット２１ｃとを接続するものであって、ロッド状に形成され、その両端部にボールジョイント５３ａ，５３ｂがそれぞれ固定されている。
ボールジョイント５３ａは、スタビライザリンク５３とスタビライザブラケット２１ｃとを相互に揺動可能に接続するものである。
ボールジョイント５３ｂは、スタビライザリンク５３とスタビライザバー５１の両端部とを相互に揺動可能に接続するものである。
ボールジョイント５３ａは、ステアリング系が中立状態であるときに、ボールジョイント５３ｂに対して上方側に配置されている。

ここで、上述したスタビライザブラケット２１ｃは、図４に示すように、ステアリング系が中立状態であるときのボールジョイント５３ａの回転中心が、キングピン軸Ｋと略直交する平面上でありかつ車両の上方から見たときにキングピン軸と直交する直線Ｌ上となるように配置されている。このため、スタビライザブラケット２１ｃは、その上下方向における位置が、キングピン軸Ｋの傾斜に起因してストラット２０が内輪側として転舵される際は上側へ変位し、外輪側として転舵される際は下側へ変位するようになっており、この変位量は、舵角の増加に応じて連続的に増加するようになっている。

ドライブシャフト６０は、図示しないフロントディファレンシャルから左右のフロントホイール２に駆動力を伝達する回転軸部であって、その両端部にフロントサスペンション１のストロークや転舵に追従して揺動する等速ジョイントを備えている。

次に、本実施例のフロントサスペンション１の転舵時における動作について説明する。
図５は、フロントサスペンション１の中立時、転舵時における状態を示す模式図であって、車両の前方側から見た状態を示している。図５において、左右それぞれに設けられる部分には、その符号にＬ（左側）、Ｒ（右側）を付して図示している。

図５（ａ）は、ステアリング系が中立である状態を示す図である。この中立状態においては、車両にロール方向の姿勢変化がない場合には、ストラット２０のスタビライザブラケット２１ｃは、その上下方向における位置が左右とも略同じであり、このため、スタビライザバー５１は捻りを受けず、反力を発生しない。

図５（ｂ）は、ステアリング系をその最大舵角まで左側に転舵した状態を示す図である。この転舵状態においては、外輪側となる右側のスタビライザブラケット２１ｃＲは、ストラット２０ＲのキングピンＫＲ回りの回転によって、車幅方向内側に移動するとともに、キングピンＫＲの傾斜に起因して上下方向における位置が下がり、スタビライザリンク５３Ｒを介してスタビライザバー５１の端部を押し下げる。
一方、内輪側となる左側のスタビライザブラケット２１ｃＬは、ストラット２０ＬのキングピンＫＬ回りの回転によって、車幅方向外側に移動するとともに、キングピンＫＬの傾斜に起因して上下方向における位置が上がり、スタビライザリンク５３Ｌを介してスタビライザバー５１を引き上げる。

スタビライザバー５１は、上述した左右のスタビライザブラケット２１ｃＲ，２１ｃＬの上下方向の変位の差に起因してその中間部が捻られて弾性変形し、これに対する反力を発生する。この反力は、ステアリング系の舵角を小さくして中立状態側に近づく側に付勢する復元力として作用する。
また、このようなスタビライザブラケット２１ｃＲ，２１ｃＬ及びこれらに接続されるボールジョイント５３ａの上下方向の変位の差は、中立状態からの舵角が増加するにつれて増加し、最大舵角時において最大となるように設定されている。
図６は、ボールジョイント５３ａの上下方向の変位量と舵角との関係を示すグラフである。ボールジョイント５３ａの変位量は、左右いずれかの一方のボールジョイント５３ａが外輪側最大舵角、他方のボールジョイント５３ａが内輪側最大舵角となったときに最大となることがわかる。

以上のように、本実施例によれば、フロントホイール２の転舵時に、左右のストラット２１のシェルケース２１ａに固定されたスタビライザブラケット２１ｃが上下方向において反対側に変位することによって、スタビライザバー５１が捻られて反力を発生し、この反力がステアリング系を中立状態側に復元させる復元力として作用するから、ステアリングギアボックス及びタイロッド４０が車軸に対して前方側に配置され、アッカーマンジオメトリが得にくい車両であっても、大転舵時におけるセルフアライニングトルクの減少やステアリング系の巻き込みが防止され、良好な復元性を得ることができる。
また、この復元力は舵角の増大とともに連続的に増加するから、運転者が体感するステアリング系の反力感が自然であり、操作性を向上することができる。
さらに、このような復元力の発生機構を、ロール剛性をチューニングするために用いられるスタビライザ装置と兼用することによって、部品点数の増加や構造の複雑化を防止することができる。

（変形例）
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
（１）実施例の操舵輪用サスペンション装置は、ストラット式のものであったが、本発明はこれに限らず、例えばダブルウィッシュボーン式、マルチリンク式等の他のサスペンション形式のものにも適用することができる。この場合、スタビライザ取付部は、例えばハウジングに固定するとよい。なお、ストラット式サスペンションの場合であっても、スタビライザ取付部をストラットではなくハウジングに固定した構成としてもよい。
（２）例えばアッパリンク、ロワリンクの少なくとも一方を複数のサスペンションリンクによって構成したマルチリンク式サスペンションのように、舵角に応じてキングピン軸の位置が逐次変化するサスペンション形式であっても、転舵時に内輪側、外輪側のスタビライザ取付部の上下方向の変位が逆となるように構成すれば、本発明の効果を得ることができる。
（３）実施例は、スタビライザ取付部をキングピン軸に対して車両前方側に配置しているが、これに限らず、キングピン軸の後方側や側方側に配置した場合であっても、転舵時におけるスタビライザ取付部の上下方向の変位が上述した関係を満たす限り本発明の効果を得ることができる。

本発明を適用した操舵輪用サスペンション装置の実施例であるフロントサスペンションの斜視図である。 図１のフロントサスペンションを側方から見た状態を示す図である。 図１のフロントサスペンションを車両後方から見た状態を示す図である。 図１のフロントサスペンションを上方から見た場合の構成を示す模式図である。 図１のフロントサスペンションの中立時、転舵時における状態を示す模式図である。 図１のフロントサスペンションにおけるスタビライザリンクの上側ボールジョイントの変位量と舵角との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ フロントサスペンション
２ フロントホイール
１０ ハウジング
２０ ストラット
２１ ショックアブソーバ
２１ａ シェルケース
２１ｂ ハウジングブラケット
２１ｃ スタビライザブラケット
２１ｄ スプリングシート
２２ スプリング
２３ アッパマウント
２３ａ スプリングシート
３０ ロワアーム
４０ タイロッド
５０ スタビライザ
５１ スラビライザバー
５２ ブラケット
５３ スタビライザリンク
６０ ドライブシャフト
Ｋ キングピン軸
Ｃ キャスタ角
ＫＩ キングピン傾斜角

Claims (5)

1. 車両の左右にそれぞれ設けられ、操舵輪の転舵に連動してキングピン軸回りに回転しかつバネ下側に設けられた回転部と、
   前記回転部の前記操舵輪の車軸中心よりも前方側に配置されたタイロッド接続部に接続され、前記回転部に操舵力を伝達するタイロッドと、
   前記回転部に固定されたスタビライザ取付部と、
   弾性を有する材料によって形成され、その両端部が左右の前記回転部の前記スタビライザ取付部にスタビライザリンクを介して接続され、上下方向における左右の前記スタビライザ取付部の変位の差に応じて反力を発生するスタビライザバーと
   を備える操舵輪用サスペンション装置において、
   前記スタビライザ取付部は、前記回転部が内輪側、外輪側としてそれぞれ転舵される際の上下方向における変位が反対の方向となる位置に配置されること
   を特徴とする操舵輪用サスペンション装置。
2. 請求項１に記載の操舵輪用サスペンション装置において、
   前記スタビライザ取付部は、前記回転部が内輪側、外輪側としてそれぞれ転舵される際の上下方向における変位量の差が、前記操舵輪の最大舵角時において最大となる位置に配置されること
   を特徴とする操舵輪用サスペンション装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の操舵輪用サスペンション装置において、
   前記回転部は、前記操舵輪のハブベアリングを収容するハウジングに固定されたストラットの一部であること
   を特徴とする操舵輪用サスペンション装置。
4. 請求項１又は請求項２に記載の操舵輪用サスペンション装置において、
   前記回転部は、前記操舵輪のハブベアリングを収容するハウジングであること
   を特徴とする操舵輪用サスペンション装置。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の操舵輪用サスペンション装置において、
   前記スタビライザリンクが前記スタビライザ取付部に対して揺動する支点は、ステアリング系が中立のときに、前記キングピン軸と直交する平面上にあって車両の上方から見てキングピン軸と直交しかつ前方に延在する直線上又はこの直線に隣接して配置されることを特徴とする操舵輪用サスペンション装置。
   
   

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