JP2007203905A - サスペンション装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成により転舵軸の位置制御とともに転舵角の制御も可能なサスペンション装置を提供する。
【解決手段】サスペンション装置１０において、ナックル１４は、車輪１２を支持する。アッパーアーム１８は、ナックル１４を転舵方向に回動可能に支持するボールジョイント１６を介してナックル１４を車体に連結している。ロワーアーム２２は、ナックル１４を転舵方向に回動可能に支持するボールジョイント２０を介してナックル１４をアッパーアーム１８より下方にて車体に連結している。回動部材２４は、ボールジョイント２０が設けられており、ボールジョイント１６およびボールジョイント２０を結ぶキングピン軸Ｘをキングピン軸Ｘと異なる回動軸Ｙを中心に回動する。駆動部材２５は、回動部材２４を回動するための駆動力を発生する。ナックル１４は、キングピン軸Ｘの移動により転舵角が変化することが可能なように設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、車輪の方向を転舵することができるサスペンション装置に関する。

従来、運転者のハンドル操作をラックアンドピニオン機構により直線運動に変換し、車輪が連結された軸を車幅方向に移動させることで車輪の方向を転舵し、車両の進行方向を変える車両の転舵機構が知られている。このような転舵機構においては、車輪を転舵するにあたってラックアンドピニオンに連結されたタイロッドを車幅方向に移動させ、タイロッドの端部に回動自在に取り付けられたナックルを転舵軸を中心に回動させることでナックルと共に固定された車輪の転舵を行っている。

近年、車両操作性のさらなる向上が求められている。車両操作性を表す一つの指標として車両の小回り性能が挙げられる。一般的に車両の小回り性能を向上（最小回転半径を短縮）するためには、車輪の転舵角を大きくすることで可能であるが、単に転舵角度を大きくしすぎると車輪がタイヤハウスと干渉してしまうため限界がある。

特許文献１には、車両前後方向に配置した２本のアームにそれぞれアクチュエータを設け、アクチュエータの伸縮により一対の車輪転舵軸のうち一方を車幅方向外方へ変位させて他方の転舵軸の周りに車輪を転舵させる車輪の操舵装置が開示されている。
特開２００４−１６８０９２号公報

しかしながら、特許文献１における車輪の操舵装置では、アクチュエータを複数必要とするため、装置構成が複雑になるとともにコストが増大する。また、車輪の転舵とともに転舵軸の移動を同じアクチュエータで行わなければならないため、大きな出力を必要とし、アクチュエータの大型化を招く。また、ステアリング操作と転舵とが連動していないため、アクチュエータが故障した際のフェールセーフを担保することもできない。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、簡易な構成により転舵軸の位置制御とともに転舵角の制御も可能なサスペンション装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様のサスペンション装置は、車輪を支持するナックルと、前記ナックルを転舵方向に回動可能に支持する第一回動支持部を介して該ナックルを車体に連結している第一アームと、前記ナックルを転舵方向に回動可能に支持する第二回動支持部を介して該ナックルを前記第一アームより下方にて車体に連結している第二アームと、前記第一回動支持部および前記第二回動支持部の少なくとも一方が設けられている回動部材であって、前記第一回動支持部および前記第二回動支持部を結ぶ転舵軸を該転舵軸と異なる回動軸を中心に回動することが可能な回動部材と、前記回動部材を回動するための駆動力を発生する駆動部材と、を備える。前記ナックルは、前記転舵軸の移動により転舵角が変化することが可能なように設けられている。

この態様によると、車輪を支持するナックルは、第一回動支持部と第二回動支持部とにより支持されており、第一回動支持部と第二回動支持部とを結ぶ転舵軸を中心に回動する。第一回動支持部および第二回動支持部の少なくとも一方は回動部材に設けられており、回動部材が転舵軸と異なる回動軸を中心に回動することで、転舵軸を車幅方向に移動することができる。そのため、例えば、ＥＣＵ等の制御装置が、車速センサや加速度センサ、操舵装置に備えられた操舵角センサ等の種々のセンサからの情報に基づいて目標となる転舵角を算出し、その目標となる転舵角や車両状態に応じて駆動部材を回動するよう制御することで、転舵軸と異なる回動軸を中心に回動部材を回動させ、転舵軸の位置を制御することができる。また、ナックルは転舵軸の移動により転舵角が変化することが可能なように設けられているので、回動部材の回動により、転舵軸の位置制御とともに転舵角の制御も可能となる。つまり、一つの駆動部材により転舵軸の位置制御とともに転舵角の制御が可能となり、簡易な構成のサスペンション装置を提供することができる。

前記ナックルは、例えば、操舵角に応じて車幅方向に移動する軸部材に直接あるいはリンク部材を介して回動可能に連結されていてもよい。この態様によると、例えば、操舵が行われず操舵角が０度の場合であっても、回動部材の回動により転舵軸が移動すると軸部材あるいはリンク部材の動きが規制されているため、ナックルが転舵軸を回動中心として転舵することができる。

前記回動部材の回動軸は、前記転舵軸と前記車輪との間に設けられていてもよい。この態様によると、回動部材の回動により転舵軸を車幅方向外方に移動することができる。そのため、車輪とタイヤハウスとの距離が離れ転舵角をより大きくとることができる。その結果、車両の最小回転半径を短縮することができ、車両の操作性を向上することができる。

前記回動部材は、前記駆動部材の回動軸に設けられたウォームギアと噛み合うウォームホイールを有してもよい。この態様によると、車輪からの入力がナックルを介して回動部材に伝わっても駆動部材が逆回転しにくい。そのため、精度のよい位置制御が可能となる。

本発明によれば、簡易な構成により転舵軸の位置制御とともに転舵角の制御をすることができる。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係るサスペンション装置の要部を模式的に示す上面図である。図２は、図１に示されるＡ−Ａ断面を示す側面図である。

図１、図２に示すように、サスペンション装置１０は、車輪１２を支持するナックル１４と、ナックル１４を転舵方向に回動可能に支持する第一回動支持部としてのボールジョイント１６を介してナックル１４を車体に連結している第一アームとしてのアッパーアーム１８と、ナックル１４を転舵方向に回動可能に支持する第二回動支持部としてのボールジョイント２０を介してナックル１４をアッパーアーム１８より下方にて車体に連結している第二アームとしてのロワーアーム２２と、ボールジョイント２０が設けられておりボールジョイント１６およびボールジョイント２０を結ぶ転舵軸として機能するキングピン軸Ｘをキングピン軸Ｘと異なる回動軸Ｙを中心に回動することが可能な回動部材２４と、回動部材２４を回動するための駆動力を発生する駆動部材２５と、を備える。

なお、本実施形態では、回動部材２４に設けられたボールジョイント２０を移動することでキングピン軸Ｘを移動する構成について説明するが、キングピン軸Ｘを移動することができればこの構成に限られず、回動部材によりボールジョイント１６を移動させる構成としてもよいし、ボールジョイント１６およびボールジョイント２０の両方を同時に移動させてもよい。

ナックル１４は、車輪１２を支持しておりキングピン軸Ｘを回動軸として回動し車輪の転舵角を変化させる。また、ナックル１４のアーム１４ａは、ボールジョイント１６を介してアッパーアーム１８に回動可能に支持されており、ナックル１４のアーム１４ｂは、ボールジョイント２０および回動部材２４を介してロワーアーム２２に対して回動可能に支持されている。つまり、ナックル１４は、ボールジョイント１６とボールジョイント２０とにより支持されており、ボールジョイント１６とボールジョイント２０とを結ぶキングピン軸Ｘを中心に回動することで転舵角を変更することができる。

また、ナックル１４のアーム１４ｃは、ステアリングホイール等を備える車両操舵装置のギヤボックス２６に内在する不図示のラックバーに接続された軸部材としてのタイロッド２８の端部にリンク部材３０を介して連結されている。アーム１４ｃとリンク部材３０、リンク部材３０とタイロッド２８は、ボールジョイントやピンジョイント等の結合部材により相対的な回動運動が可能な状態で結合されている。

したがって、運転者によるステアリングホイールの回転運動は、ギヤボックス２６内に設けられたラックアンドピニオン機構により、ラックバーを車幅方向に移動させる直線運動に変換され、タイロッド２８を車幅方向に変位させる。そして、タイロッド２８がリンク部材３０を車幅方向に変位させ、リンク部材３０を介してアーム１４ｃをキングピン軸Ｘを中心に回動させることで転舵角を変化させ、車輪の転舵を行う。

アッパーアーム１８は、ブッシュ３２を介して車体に連結されている。また、ロワーアーム２２は、ブッシュ３４，３６を介して車体に連結されている。

回動部材２４は、扇形の弧の部分に平歯車２４ａが設けられている。また、回動部材２４は、ロワーアーム２２の下方から貫通するように上方に延在するピン３８が結合している。ピン３８は、ロワーアーム２２に対して回動可能に設けられており、回動部材２４はピン３８を回動軸Ｙとして回動する。

駆動部材２５は、モータ４０とその軸に固定されている平歯車４２とモータの回転角を検知する不図示のレゾルバとから構成される。ＥＣＵ４４は、例えば、車速センサや加速度センサ、操舵装置に備えられた操舵角センサ等の種々のセンサからの情報に基づいて目標となる転舵角を算出し、その目標となる転舵角や車両状態に応じてモータ４０を制御することで、駆動部材２５を必要に応じて駆動する。

回動部材２４は、駆動部材２５が駆動されモータ４０が回動すると、モータ４０の回動軸に固定された平歯車４２と回動部材２４の平歯車２４ａとが噛み合っているため、回動軸Ｙを中心に回動する。

次に、本実施形態に係るサスペンション装置１０の動作を説明する。図３は、操舵装置による操作だけで転舵を行った場合のサスペンション装置の動作を説明するための要部を示す模式図である。

前述のように運転者がステアリングホイールを操作し、ギヤボックス２６に内在するラックアンドピニオン機構によりラックバーの端部に設けられたタイロッド２８が図に示す矢印ｄ_１方向に変位すると、タイロッド２８とリンク部材３０との連結点を中心にリンク部材３０が車両後方に向かって回動する。なお、図３に示す矢印Ｆは、車両前方を示す。

車両後方に向かって回動するリンク部材３０は、連結されているナックル１４のアーム１４ｃを同じく車両後方へ変位させる。そのため、ナックル１４は、キングピン軸Ｘを中心として反時計回りに回動し、それに伴い支持されている車輪１２が車両前方に対して左方向へ転舵する。この場合、転舵角は、車輪１２がタイヤハウス等のサイドメンバー４６と干渉しない範囲で規制され、図３に示す転舵角θ１が最大転舵角となる。なお、点線で示した車輪１２は、転舵角０度の場合である。

次に、図４、図５を参照して、本実施形態に係るサスペンション装置１０においてキングピン軸Ｘの位置を制御する場合について説明する。図４、図５は、回動部材の回動と操舵装置による操作とを合わせて転舵を行った場合のサスペンション装置の動作を説明するための要部を示す模式図である。

前述のように運転者がステアリングホイールを操作し、ギヤボックス２６に内在するラックアンドピニオン機構によりラックバーの端部に設けられたタイロッド２８が図に示す矢印ｄ_１方向に変位すると、タイロッド２８とリンク部材３０との連結点を中心にリンク部材３０が車両後方に向かって回動する。この際、ＥＣＵ４４が算出した目標とする転舵角や車両状態の情報に基づいて駆動部材２５の駆動が必要と判断されると、モータ４０が回動されるとともにその軸に固定されている平歯車４２が時計回りに回動する。その結果、回動部材２４が回動軸Ｙを中心に反時計回りに回動するので、回動部材２４上に設けられたボールジョイント２０も移動する。この際、回動部材２４は、キングピン軸Ｘと異なる回動軸Ｙを中心に回動するので、キングピン軸Ｘを車幅方向に移動することができる。つまり、キングピン軸Ｘの位置を制御することができる。

本実施形態に係るサスペンション装置１０では、回動部材２４の回動軸Ｙは、キングピン軸Ｘと車輪１２との間に設けられている。そのため、回動部材２４の回動によりキングピン軸Ｘを車幅方向外方に移動することができる。そのため、図４に示すように車輪１２をサイドメンバー４６から距離Ｗだけ離すことができ、後述するように転舵角を大きくとることができる。

また、タイロッド２８が変位しない状態でキングピン軸Ｘが移動すると、アーム１４ｃの移動がリンク部材３０およびタイロッド２８により規制されているため、ナックル１４がキングピン軸Ｘを中心に回動し車輪１２が転舵することになる。つまり、本実施形態に係るサスペンション装置１０では、ナックル１４はキングピン軸Ｘの移動により転舵角が変化する。そのため、回動部材２４の回動によりキングピン軸Ｘの位置制御とともに転舵角の制御も可能となる。また、サスペンション装置１０は、一つの駆動部材２５によりキングピン軸Ｘの位置制御とともに転舵角の制御が可能となり簡易な構成となる。

このような状態で、さらに操舵装置による操舵を行うと、タイロッド２８が図に示す矢印ｄ_１方向に変位する。そして、タイロッド２８とリンク部材３０との連結点を中心にリンク部材３０が車両後方に向かって回動する。車両後方に向かって回動するリンク部材３０は、連結されているナックル１４のアーム１４ｃを同じく車両後方へ変位させる。そのため、ナックル１４は、キングピン軸Ｘを中心として反時計回りに回動し、それに伴い支持されている車輪１２が車両前方に対して左方向へ転舵する。この場合、転舵角は、車輪１２がタイヤハウス等のサイドメンバー４６と干渉しない範囲で規制され、図５に示す転舵角θ２が最大転舵角となる。なお、点線で示した車輪１２は、転舵角０度の場合の位置である。

図５に示す状態は、キングピン軸Ｘが車幅方向外方に移動しているため、車輪１２とサイドメンバー４６との距離が広くなっており、その状態で操舵装置による操舵を行うことでより大きな転舵が可能となる。つまり、本実施形態ではθ１＜θ２となる。そのため、車両の最小半径を短縮することができ、車両の操作性を向上することができる。

なお、回動部材２４の回動と操舵装置による操作とを合わせて転舵を行う場合、回動部材２４が回動し始めるタイミングは、上述の実施形態に限られるものではなく、操舵装置による転舵と同時に、またはある程度操舵装置による転舵が行われてから開始してもよい。

（第２の実施形態）
本実施形態では、操舵が行われない状態で回動部材の回動のみにより転舵角を制御するサスペンション装置の動作を説明する。

図６は、回動部材の回動のみで転舵を行った場合のサスペンション装置の動作を説明するための要部を示す模式図である。本実施形態に係るサスペンション装置１０では、高速走行時等において、操舵が行われず操舵角が０度の場合であっても、回動部材２４の回動により転舵を行うことができる。

操舵が行われていない状態であっても、ＥＣＵ４４が車両が備える各種のセンサ等が検出した車両状態の情報に基づいて駆動部材２５の駆動が必要と判断すると、ＥＣＵ４４は、モータ４０を回動し、その軸に固定されている平歯車４２を時計回りに回動する。その結果、回動部材２４が回動軸Ｙを中心に反時計回りに回動するので、回動部材２４上に設けられたボールジョイント２０も移動する。この際、回動部材２４は、キングピン軸Ｘと異なる回動軸Ｙを中心に回動するので、キングピン軸Ｘを車幅方向に移動することができる。つまり、キングピン軸Ｘの位置を制御することができる。

また、操舵が行われていないためタイロッド２８の変位はなく、タイロッド２８とリンク部材の動きが規制されているため、ナックル１４がキングピン軸Ｘを回動中心として時計回りに転舵する（転舵各θ３）。

このように本実施形態に係るサスペンション装置では、操舵を行っていない状態でも転舵を行うことができ、車両走行安定性の更なる向上を図ることができる。

以上、本発明を各実施形態をもとに説明した。これらの実施形態は例示であり、各構成要素およびプロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、そのような変形例を述べる。

上述の各実施形態における回動部材２４および駆動部材２５には、それぞれ平歯車を用いている。そこで、平歯車に換えてウォームギアとウォームホイールの組み合わせにより駆動部材の駆動力を回動部材に伝達してもよい。ここで、回動部材は、駆動部材の回動軸に設けられたウォームギアと噛み合うウォームホイールを有している。この態様によると、車輪からの入力がナックルを介して回動部材に伝わっても駆動部材が逆回転しにくい。そのため、精度のよい位置制御が可能となる。

本実施形態に係るサスペンション装置の要部を模式的に示す上面図である。 図１に示されるＡ−Ａ断面を示す側面図である。 操舵装置による操作だけで転舵を行った場合のサスペンション装置の動作を説明するための要部を示す模式図である。 回動部材の回動と操舵装置による操作とを合わせて転舵を行った場合のサスペンション装置の動作を説明するための要部を示す模式図である。 回動部材の回動と操舵装置による操作とを合わせて転舵を行った場合のサスペンション装置の動作を説明するための要部を示す模式図である。 回動部材の回動のみで転舵を行った場合のサスペンション装置の動作を説明するための要部を示す模式図である。

符号の説明

１０ サスペンション装置、 １２ 車輪、 １４ ナックル、 １６ ボールジョイント、 １８ アッパーアーム、 ２０ ボールジョイント、 ２２ ロワーアーム、 ２４ 回動部材、 ２４ａ 平歯車、 ２５ 駆動部材、 ２６ ギヤボックス、 ２８ タイロッド、 ３０ リンク部材、 ３８ ピン、 ４０ モータ、 ４２ 平歯車、 ４４ ＥＣＵ、 ４６ サイドメンバー。

Claims (3)

1. 車輪を支持するナックルと、
   前記ナックルを転舵方向に回動可能に支持する第一回動支持部を介して該ナックルを車体に連結している第一アームと、
   前記ナックルを転舵方向に回動可能に支持する第二回動支持部を介して該ナックルを前記第一アームより下方にて車体に連結している第二アームと、
   前記第一回動支持部および前記第二回動支持部の少なくとも一方が設けられている回動部材であって、前記第一回動支持部および前記第二回動支持部を結ぶ転舵軸を該転舵軸と異なる回動軸を中心に回動することが可能な回動部材と、
   前記回動部材を回動するための駆動力を発生する駆動部材と、を備え、
   前記ナックルは、前記転舵軸の移動により転舵角が変化することが可能なように設けられていることを特徴とするサスペンション装置。
2. 前記回動部材の回動軸は、前記転舵軸と前記車輪との間に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のサスペンション装置。
3. 前記回動部材は、前記駆動部材の回動軸に設けられたウォームギアと噛み合うウォームホイールを有することを特徴とする請求項１または２に記載のサスペンション装置。

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