JP2007223553A - 車両用サスペンション装置 - Google Patents

Abstract

【課題】据え切り操舵時における操舵操作力を低減可能な車両用サスペンション装置を簡単かつ安価に構成する。
【解決手段】車両用サスペンション装置は、アクティブサスペンション機構１０，２０と、左右前輪をキングピン軸線ＫＰ回りに転舵可能に支持するステアリングナックル３１を備える。アクティブサスペンション機構１０は、電磁アブソーバ１１および電動モータ１１ａを備える。アクティブサスペンション機構２０は、アクティブスタビライザバー２１、電動モータ２２およびスタビリンク２３を備える。アクティブサスペンション機構１０，２０は、ステアリングナックル３１にキングピン軸線ＫＰ回りのモーメントを付与するように配置され、据え切り操舵時にステアリングナックル３１に左右前輪の転舵をアシストする向きのキングピン軸線ＫＰ回りのモーメントを付与すべく、作動を電気制御装置ＥＣＵにより制御される。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用サスペンション装置に係り、特に操舵操作力を低減可能な車両用サスペンション装置に関する。

この種の車両用サスペンション装置として、例えば下記特許文献１に記載されているように、アーム長が可変可能なサスペンションアームと、このアームのアーム長を可変させるアクチュエータを備えたものが知られている。この車両用サスペンション装置では、アクチュエータの作動により、サスペンションアームのアーム長が変更されて、サスペンション装置のアライメントが調整される。このとき、キャスタトレール量が小さくされるようにアライメントが調整されると、転舵輪の直進走行位置への復元トルクが小さくなって、据え切り操舵時における操舵操作力を減らすことが可能である。
特開平６−１２７２４４号公報

しかし、上記特許文献１に記載された車両用サスペンション装置では、操舵操作力を低減させるための構成として、アーム長が可変可能な特殊なサスペンションアームと、アーム長を可変させるアクチュエータとを用いることが必要であって、その構成が複雑かつ高価になるという問題があった。かかる問題は、アクティブサスペンション機構を備えた車両用サスペンション装置においても、同様に生じるものである。

本発明は、上記問題に対処するためになされたものであり、その目的は、アクティブサスペンション機構を備えた車両用サスペンション装置において、据え切り操舵時における操舵操作力を低減可能な車両用サスペンション装置を簡単かつ安価に構成することにある。

上記目的を達成するため、本発明においては、車両用サスペンション装置が、転舵輪をキングピン軸線回りに転舵可能に支持する転舵輪支持部材と、車体の上下振動や姿勢を能動的に制御可能なアクティブサスペンション機構とを備えていて、前記アクティブサスペンション機構は、前記転舵輪支持部材に前記キングピン軸線回りのモーメントを付与可能に配置され、据え切り操舵時に前記転舵輪支持部材に転舵輪の転舵をアシストする向きの前記キングピン軸線回りのモーメントを付与すべく作動を電気制御装置により制御されることに特徴がある。

この車両用サスペンション装置においては、アクティブサスペンション機構が転舵輪支持部材にキングピン軸線回りのモーメントを付与するように配置されている。そして、このアクティブサスペンション機構は、据え切り操舵時にて転舵輪支持部材に転舵輪の転舵をアシストする向きのキングピン軸線回りのモーメントを付与すべくその作動を制御される。このため、転舵輪の転舵がアシストされて、据え切り操舵時における操舵操作力を減らすことが可能である。

ところで、この車両用サスペンション装置では、既存のアクティブサスペンション機構を活用して、このアクティブサスペンション機構の配置およびその作動タイミングを適宜に設定するだけで操舵操作力を減らすことが可能であって、簡単かつ安価に構成することが可能である。

また、本発明では、操舵操作力を低減させることが可能であるため、パワーステアリング機構を備えた車両においては、パワーステアリング機構で得られるアシスト力を小さくすることが可能であって、パワーステアリング機構の小型化が可能である。

また、本発明の実施に際して、前記アクティブサスペンション機構は、前記キングピン軸線を挟んで二つ対向配置されていて、その一つのアクティブサスペンション機構は、据え切り操舵時に前記転舵輪支持部材に上方向の荷重を付与して同転舵輪支持部材に転舵輪の転舵をアシストする向きの前記キングピン軸線回りのモーメントを付与すべく作動を前記電気制御装置により制御され、他の一つのアクティブサスペンション機構は、据え切り操舵時に前記転舵輪支持部材に下方向の荷重を付与して同転舵輪支持部材に転舵輪の転舵をアシストする向きの前記キングピン軸線回りのモーメントを付与すべく作動を前記電気制御装置により制御されることも可能である。

この場合には、アクティブサスペンション機構の一つが、転舵輪支持部材に上方向の荷重を付与して転舵輪の転舵をアシストするのに対して、アクティブサスペンション機構の他の一つが、転舵輪支持部材に下方向の荷重を付与して転舵輪の転舵をアシストするから、転舵輪支持部材に付与される上下方向の荷重が打ち消し合うこととなり、車高の変化を抑制した状態で操舵操作力を減らすことが可能である。

以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図１および図２は、本発明による車両用サスペンション装置の右前輪側を概略的に示していて、この車両用サスペンション装置は、電気制御装置ＥＣＵにより作動を制御される二つのアクティブサスペンション機構１０，２０と、転舵輪支持部材としてのステアリングナックル３１、ロアアーム３２などを備えている。なお、車両用サスペンション装置は、左右で同様の構成とされているため、以下の構成の説明については右前輪側を代表して説明することとし、左前輪側についての説明は省略する。

アクティブサスペンション機構１０は、電磁アブソーバ１１およびコイルスプリング１２を備えている。電磁アブソーバ１１は、それ自体公知のものであり、ボールねじ機構および電動モータ１１ａを備えている。この電磁アブソーバ１１は、ボールねじ機構のねじ軸をその軸回りに回転可能に支持する筒状のロッド１１ｂの上端にて車体４０に組み付けられ、このロッド１１ｂに軸方向に移動可能に設けられるアウターシェル１１ｃの下端にてステアリングナックル３１に連結されている。電動モータ１１ａは、その作動を電気制御装置ＥＣＵにより制御され、例えば車体４０の上下振動を抑制したり、路面の凹凸に応じて車高を変更するために電磁アブソーバ１１を伸長または収縮させる。コイルスプリング１２は、電磁アブソーバ１１と並列に設けられていて、車体４０を弾性的に支持している。

アクティブサスペンション機構２０は、アクティブスタビライザバー２１、電動モータ２２およびスタビリンク２３を備えている。アクティブスタビライザバー２１は、それ自体公知のものであり、二つに分割された略Ｌ字状の軸部材の内側部にて車体４０に軸線回りに回動可能に組み付けられ、各軸部材の外側端にてスタビリンク２３を介して電磁アブソーバ１１のアウターシェル１１ｃに連結されている。電動モータ２２は、アクティブスタビライザバー２１の各軸部材間に減速機（図示省略）と共に介装されていて、その作動を電気制御装置ＥＣＵにより制御され、例えば車体４０に発生したロールモーメントと逆向きの捩りモーメントを発生させるために軸部材の一方を他方に対して軸線回りに回転させる。

スタビリンク２３は、上下方向に配置されており、その下端にてボールジョイント２４を介してアクティブスタビライザバー２１の外側端に回転可能に連結され、その上端にてボールジョイント２５を介して電磁アブソーバ１１のアウターシェル１１ｃに回転可能に連結されている。

ステアリングナックル３１は、その上部にて電磁アブソーバ１１のアウターシェル１１ｃに固定されていて、一方のアームにてロアアーム３２にボールジョイント３３を介して回転可能に連結され、他方のアームにてタイロッドエンド３４にボールジョイント３５を介して回転可能に連結されている。また、ステアリングナックル３１は、中央部にてアクスルハブ３６およびディスクロータ３７を介して右前輪５０を回転可能に支持している。

ロアアーム３２は、その内側端にて図示を省略するサスペンションメンバに車両の略前後方向の軸線回りに揺動可能に組み付けられている。タイロッドエンド３４は、その内側端にてタイロッド３８にねじ結合され、タイロッド３８、ラックバー、ピニオン、ステアリングシャフト（図示省略）などを介して操舵ハンドルに連結されている。ラックバーには、操舵操作力をアシスト可能なパワーステアリング機構が組み付けられている。このパワーステアリング機構は、電動モータを備えたものであり、その詳細な構成は公知であるため、その説明は省略する。

ところで、上記した電磁アブソーバ１１およびステアリングナックル３１は、操舵ハンドルの操舵によるタイロッド３８およびタイロッドエンド３４の車両幅方向の変位に応じて、キングピン軸線ＫＰ回りに回転変位する。ここで、キングピン軸線ＫＰは、電磁アブソーバ１１と車体４０との連結中心と、ステアリングナックル３１とロアアーム３２とを連結するボールジョイント３３の回転中心とを結んだ線であって、その上端すなわち電磁アブソーバ１１と車体４０との連結中心が、その下端すなわちボールジョイント３３の回転中心に対して車両後方かつ車両幅方向外方に位置するように傾斜している。

この場合、電磁アブソーバ１１は、図１の側面視にて、その荷重軸線である中心軸線Ｃ１がキングピン軸線ＫＰよりも車両後方に位置するように配置され、かつ同キングピン軸線ＫＰと略平行となるように配置されている。また、電磁アブソーバ１１は、図２の背面視にて、その荷重軸線である中心軸線Ｃ１が車両の略鉛直方向に延在するように配置され、キングピン軸線ＫＰに対してねじれの位置関係となるように配置されている。

したがって、電磁アブソーバ１１は、ステアリングナックル３１を押し下げる方向の荷重を付与されたとき、右前輪５０を右に転舵させるようにキングピン軸線ＫＰ回りに回動する。これとは逆に、電磁アブソーバ１１は、ステアリングナックル３１を引き上げる方向の荷重を付与されたとき、右前輪５０を左に転舵させるようにキングピン軸線ＫＰ回りに回動する。

同様にして、左前輪側の電磁アブソーバ１１は、左前輪側のステアリングナックル３１を押し下げる方向の荷重を付与されたとき、左前輪を左に転舵させるようにキングピン軸線ＫＰ回りに回動し、左前輪側のステアリングナックル３１を引き上げる方向の荷重を付与されたとき、左前輪を右に転舵させるようにキングピン軸線ＫＰ回りに回動する。

一方、スタビリンク２３は、図１の側面視にて、その荷重軸線である中心軸線Ｃ２がキングピン軸線ＫＰよりも車両前方に位置するように配置され、かつ電磁アブソーバ１１の中心軸線Ｃ１に比して下端側が車両前方に位置するように傾斜している。また、スタビリンク２３は、図２の背面視にて、その荷重軸線である中心軸線Ｃ２が車両の略鉛直方向に延在するように配置され、キングピン軸線ＫＰに対してねじれの位置関係となるように配置され、かつ電磁アブソーバ１１の中心軸線Ｃ１に比して下端側が車両幅方向内方に位置するように傾斜している。

したがって、スタビリンク２３は、アクティブスタビライザバー２１からステアリングナックル３１を引き下げる方向の荷重を付与されたとき、右前輪５０を左に転舵させるようにキングピン軸線ＫＰ回りに回動する。これとは逆に、スタビリンク２３は、アクティブスタビライザバー２１からステアリングナックル３１を押し上げる方向の荷重を付与されたとき、右前輪５０を右に転舵させるようにキングピン軸線ＫＰ回りに回動する。

同様にして、左前輪側のスタビリンク２３は、アクティブスタビライザバー２１から左前輪側のステアリングナックル３１を引き下げる方向の荷重を付与されたとき、左前輪を右に転舵させるようにキングピン軸線ＫＰ回りに回動し、アクティブスタビライザバー２１から左前輪側のステアリングナックル３１を押し上げる方向の荷重を付与されたとき、左前輪を左に転舵させるようにキングピン軸線ＫＰ回りに回動する。

次に、電動モータ１１ａ，２２の作動を制御する電気制御装置ＥＣＵについて説明する。この電気制御装置ＥＣＵは、車速センサ６１、操舵角センサ６２およびトルクセンサ６３を備えている。車速センサ６１は、車速Ｖを検出して出力する。操舵角センサ６２は、ステアリングシャフトに組み付けられていて、操舵ハンドルの操舵角θを検出して出力する。なお、この操舵角θは正負の値により操舵ハンドルの左方向および右方向の操舵時の操舵角を表す。トルクセンサ６３は、ステアリングシャフト（トーションバー）に組み付けられていて、ハンドル操舵による操舵トルクＴを検出して出力する。

また、電気制御装置ＥＣＵは、車速センサ６１、操舵角センサ６２およびトルクセンサ６３に接続されたサスペンション電子制御ユニット（以下、単にサスペンションＥＣＵという）６４を備えている。サスペンションＥＣＵ６４は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭなどからなるマイクロコンピュータを主要構成部品としている。

このサスペンションＥＣＵ６４は、据え切り操舵時に、駆動回路６５を介して電動モータ１１ａを駆動制御するとともに、駆動回路６６を介して電動モータ２２を駆動制御する。なお、サスペンションＥＣＵ６４は、据え切り操舵時以外には従来技術と同様、走行状況に応じてアクティブサスペンション機構１０，２０を制御する。

駆動回路６５，６６は、例えば図５に示すように、操舵トルクＴが増加するに従って電磁アブソーバ１１がステアリングナックル３１に付与する荷重が増加するように、サスペンションＥＣＵ６４によって指定される駆動電流を電動モータ１１ａに流し、操舵トルクＴが増加するに従ってスタビリンク２３がステアリングナックル３１に付与する荷重が増加するように、サスペンションＥＣＵ６４によって指定される駆動電流を電動モータ２２に流す。このとき、電磁アブソーバ１１がステアリングナックル３１に付与する荷重と、スタビリンク２３がステアリングナックル３１に付与する荷重とは、互いに上下逆向きで、鉛直方向の成分がほぼ同じ大きさとなるように設定されている。

次に、上記のように構成した実施形態の作動について説明する。サスペンションＥＣＵ６４は、車速センサ６１により検出された車速Ｖおよび操舵角センサ６２により検出された操舵ハンドルの操舵角θに基づいて、据え切り操舵されているか否かを判定する。そして、サスペンションＥＣＵ６４は、検出された車速Ｖがゼロであり、検出された操舵角θが設定値以上であるとき、据え切り操舵されていると判定して、トルクセンサ６３により検出された操舵トルクＴに応じて、左右のステアリングナックル３１に左右前輪の転舵をアシストする向きのキングピン軸線ＫＰ回りのモーメントが付与されるように、電動モータ１１ａ，２２を駆動制御する。

すなわち、左への据え切り操舵時においては、図３にて右前輪５０を代表して示すように、ステアリングナックル３１を引き上げるために、電動モータ１１ａの作動により電磁アブソーバ１１が縮められる。これと同時に、ステアリングナックル３１を引き下げるために、電動モータ２２の作動によりアクティブスタビライザバー２１の右外側端およびスタビリンク２３が下方へ移動される。

そして、上記したように、電磁アブソーバ１１の中心軸線Ｃ１とスタビリンク２３の中心軸線Ｃ２とが、キングピン軸線ＫＰに対してそれぞれねじれの位置に配置され、電磁アブソーバ１１の中心軸線Ｃ１がキングピン軸線ＫＰの後方に配置され、スタビリンク２３の中心軸線Ｃ２がキングピン軸線ＫＰの前方に配置されている。このため、電磁アブソーバ１１がステアリングナックル３１を引き上げる荷重Ｆａｌと、スタビリンク２３がステアリングナックル３１を引き下げる荷重Ｆｓｌの水平成分を受けて、ステアリングナックル３１にはキングピン軸線ＫＰ回りに左へ回動する向きのモーメントが付与される。

一方、左前輪側では、左前輪側のステアリングナックル３１を押し下げるために、左前輪側の電動モータ１１ａの作動により左前輪側の電磁アブソーバ１１が伸ばされる。また、アクティブスタビライザバー２１における力のつり合いにより、左前輪側のスタビリンク２３は、左前輪側のステアリングナックル３１を押し上げるように機能する。したがって、左前輪側のステアリングナックル３１にはキングピン軸線ＫＰ回りに左へ回動する向きのモーメントが付与される。

また、右への据え切り操舵時においては、図４にて右前輪５０を代表して示すように、ステアリングナックル３１を押し下げるために、電動モータ１１ａの作動により電磁アブソーバ１１が伸ばされる。これと同時に、ステアリングナックル３１を押し上げるために、電動モータ２２の作動によりアクティブスタビライザバー２１の右外側端およびスタビリンク２３が上方へ移動される。このとき、電磁アブソーバ１１がステアリングナックル３１を押し下げる荷重Ｆａｒと、スタビリンク２３がステアリングナックル３１を押し上げる荷重Ｆｓｒとは、図６に示すように、互いに上下逆向きで、鉛直方向の成分がほぼ同じ大きさとなるように設定されている。荷重Ｆａｒ，Ｆｓｒの水平成分を受けて、ステアリングナックル３１にはキングピン軸線ＫＰ回りに右へ回動する向きのモーメントが付与される。

一方、左前輪側では、左前輪側のステアリングナックル３１を引き上げるために、左前輪側の電動モータ１１ａの作動により左前輪側の電磁アブソーバ１１が縮められる。また、アクティブスタビライザバー２１における力のつり合いにより、左前輪側のスタビリンク２３は、左前輪側のステアリングナックル３１を引き下げるように機能する。したがって、左前輪側のステアリングナックル３１にはキングピン軸線ＫＰ回りに右へ回動する向きのモーメントが付与される。

これにより、左右何れの方向の据え切り操舵時においても、図７に示すように、左右の電磁アブソーバ１１およびアクティブスタビライザバー２１により得られるアシスト力が、パワーステアリング機構により得られるアシスト力に付加されるようになる。その結果、パワーステアリング機構で得られるアシスト力を小さくすることが可能であって、パワーステアリング機構の小型化が可能である。

ところで、この実施形態では、既存のアクティブサスペンション機構１０，２０を活用して、アクティブサスペンション機構１０，２０の配置を上記のように設定し、またアクティブサスペンション機構１０，２０の作動タイミングを据え切り操舵時に設定するだけで操舵操作力を減らすことができ、簡単かつ安価に構成することができる。

また、上記実施形態では、左への据え切り操舵時、例えば右前輪５０にて電磁アブソーバ１１がステアリングナックル３１を引き上げる荷重Ｆａｌと、スタビリンク２３がステアリングナックル３１を引き下げる荷重Ｆｓｌ（図３参照）とが、図５に示すように、互いに上下逆向きで鉛直方向の成分がほぼ同じ大きさとなるように設定されていた。また、右への据え切り操舵時、例えば右前輪５０にて電磁アブソーバ１１がステアリングナックル３１を押し下げる荷重Ｆａｒと、スタビリンク２３がステアリングナックル３１を押し上げる荷重Ｆｓｒ（図４参照）とが、図６に示すように、互いに上下逆向きで鉛直方向の成分がほぼ同じ大きさとなるように設定されていた。

これにより、左右何れの方向の据え切り操舵時においても、各ステアリングナックル３１に付与される上下方向の荷重（鉛直方向の成分）が打ち消し合うこととなり、車高の変化を抑制した状態で操舵操作力を減らすことが可能である。

なお、アクティブサスペンション機構１０，２０を備えた車両用サスペンション装置において、アクティブサスペンション機構１０，２０が当初からステアリングナックル３１にキングピン軸線ＫＰ回りのモーメントを付与し得る配置とされている場合には、アクティブサスペンション機構１０，２０の配置は代えずに、据え切り操舵時にアクティブサスペンション機構１０，２０を作動させるように作動タイミングを新たに設定するだけで本発明を実施することができ、より一層安価に構成することが可能である。

また、上記各実施形態等においては、検出された操舵トルクＴに応じて、電磁アブソーバ１１およびアクティブスタビライザバー２１がステアリングナックル３１に付与する荷重が変化するように、作動を電気制御装置ＥＣＵにより制御されるように実施したので、操舵フィーリングの向上を図ることができた。しかし、これに限らず、例えばトルクセンサを省略して、ハンドル操作されている間は、電磁アブソーバ１１およびアクティブスタビライザバー２１がステアリングナックル３１に付与する荷重が一定となるように、作動を電気制御装置ＥＣＵにより制御されるように実施することも可能である。

また、上記実施形態においては、アクティブサスペンション機構１０の電磁アブソーバ１１が、ボールねじ機構および電動モータ１１ａを備えていたが、これに限らず、例えばリニアモータを備えたものを用いてもよい。

また、上記実施形態等においては、アクティブサスペンション機構１０が電磁アブソーバ１１を備えていたが、この電磁アブソーバ１１に代えて、油圧式のアクティブサスペンション（例えば、油圧シリンダ）または空圧式のアクティブサスペンション（例えば、エアサスペンション）を用いて実施してもよい。

また、上記実施形態等においては、二つのアクティブサスペンション機構１０，２０を備えた車両用サスペンション装置に本発明を適用したが、車高の変化が問題にならない場合には、アクティブサスペンション機構を一つだけ備えた車両用サスペンション装置に本発明を適用することも可能である。

また、上記各実施形態等においては、パワーステアリング機構を備えた車両に本発明を適用したが、パワーステアリング機構を備えていない車両に本発明を適用しても、据え切り操舵時における操舵操作力の低減化を図ることが可能である。

また、上記各実施形態等においては、転舵輪が二つである車両に本発明を適用したが、例えば転舵輪が一つである車両に本発明を適用することも可能である。

また、上記各実施形態等においては、ストラットタイプの車両用サスペンション装置に本発明を適用したが、例えばダブルウィッシュボーンタイプの車両用サスペンション装置に本発明を適用することも可能である。

本発明による車両用サスペンション装置の一実施形態における右前輪側を示した内側からの側面図である。 図１に示した車両用サスペンション装置の右前輪側の背面図である。 図１に示した車両用サスペンション装置の右前輪側において、左への据え切り操舵時にステアリングナックルに作用する荷重を示した説明図である。 図１に示した車両用サスペンション装置の右前輪側において、右への据え切り操舵時にステアリングナックルに作用する荷重を示した説明図である。 図３に示した右前輪側のステアリングナックルに作用する二つの上下方向荷重を示した説明図である。 図４に示した右前輪側のステアリングナックルに作用する二つの上下方向荷重を示した説明図である。 図１に示した車両用サスペンション装置において、据え切り操舵時に得られる各アシスト力を示した説明図である。

符号の説明

１０，２０…アクティブサスペンション機構、１１…電磁アブソーバ、１１ａ…電動モータ、１２…コイルスプリング、２１…アクティブスタビライザバー、２２…電動モータ、２３…スタビリンク、３１…ステアリングナックル（転舵輪支持部材）、４０…車体、５０…右前輪、ＥＣＵ…電気制御装置、６１…車速センサ、６２…操舵角センサ、６３…トルクセンサ、６４…サスペンション電子制御ユニット、６５，６６…駆動回路、ＫＰ…キングピン軸線、Ｃ１…電磁アブソーバ１１の中心軸線、Ｃ２…スタビリンク２３の中心軸線

Claims (2)

1. 転舵輪をキングピン軸線回りに転舵可能に支持する転舵輪支持部材と、車体の上下振動や姿勢を能動的に制御可能なアクティブサスペンション機構とを備えていて、
   前記アクティブサスペンション機構は、前記転舵輪支持部材に前記キングピン軸線回りのモーメントを付与可能に配置され、据え切り操舵時に前記転舵輪支持部材に転舵輪の転舵をアシストする向きの前記キングピン軸線回りのモーメントを付与すべく作動を電気制御装置により制御されることを特徴とする車両用サスペンション装置。
2. 請求項１に記載した車両用サスペンション装置において、
   前記アクティブサスペンション機構は、前記キングピン軸線を挟んで二つ対向配置されていて、その一つのアクティブサスペンション機構は、据え切り操舵時に前記転舵輪支持部材に上方向の荷重を付与して同転舵輪支持部材に転舵輪の転舵をアシストする向きの前記キングピン軸線回りのモーメントを付与すべく作動を前記電気制御装置により制御され、他の一つのアクティブサスペンション機構は、据え切り操舵時に前記転舵輪支持部材に下方向の荷重を付与して同転舵輪支持部材に転舵輪の転舵をアシストする向きの前記キングピン軸線回りのモーメントを付与すべく作動を前記電気制御装置により制御されることを特徴とする車両用サスペンション装置。
   

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