JP2007253810A - サスペンション装置、その調整方法、及び自動車 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】左右の車輪を転舵するステアリング装置として、ステアリングホイールの操舵に応じて車幅方向に移動するステアリングラックと、そのステアリングラックと左右のナックルを連結する左右のタイロッドと、を備える。更に、ロアアームが外端部をナックルに連結すると共に内端部が車両前後方向に離れた2つのブッシュを介して車体に連結される。上記2つのブッシュの剛性の異方性によって、ロアアームの外端部は、車輪に入力される横力によって車両前後方向後方に変位する
【選択図】 図8
Description
このアッカーマンジオメトリを前提とした技術として、特許文献1がある。この特許文献1には、ステアリングホイールの操舵角を検出する舵角センサ、車両の走行速度を検出する車速センサ、前記舵角センサ及び前記車速センサからの検出信号に基づいて回転半径を求め、車輪の切れ角を演算してステアリングストローク装置により左右輪の舵角を制御する方法が開示されている。この方法によれば、左右輪の舵角は、前記アッカーマンジオメトリに従うことなく、回転半径(車両の旋回半径)や走行速度に応じて適切な左右輪の舵角を決定することができる。
しかし、アクチュエータで、左右輪の舵角を独立に制御したり、ステアリングラックを前後に移動させたり、あるいは、モータで駆動した歯車でラック端部を移動させるなど、ジオメトリを調整するためにアクチュエータが必要である。このため、その分だけ、コストがかかるだけでなく、重量が増加する。
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、アクチュエータなどの駆動装置を使用することなく、タイヤ横力を利用して左右輪のタイヤ舵角を自動的に調整可能とすることを課題としている。
上記複数の車体側取付け部の剛性は異方性を有し、その異方性は、サスペンションアームの外端部が、車輪に入力される横力によって車両前後方向後方に変位するように設定されていることを特徴とするサスペンション装置を提供するものである。
次に、第2の発明は、左右の車輪を回転自在に支持する左右の車輪支持部材に連結して当該左右の車輪を転舵するステアリング装置として、ステアリングホイールの操舵に応じて車幅方向に移動するステアリングラックと、そのステアリングラックと左右の車輪支持部材とを連結する左右のタイロッドと、を備える車両に採用され、外端部を上記車輪支持部に連結すると共に内端部が車体に連結されるサスペンションアームを備え、
サスペンションアームの剛性及びサスペンションアームの車体側取付け部の剛性の少なくとも一方の剛性によって、サスペンションアームの車輪側取付け部は、車輪に入力される横力によって、左右の車輪がパラレルジオメトリに近づく方向に変位することを特徴とするサスペンション装置の調整方法を提供するものである。
(第1実施形態)
次に、第1実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図2は、本実施形態の車両、及びその車両に装備するステアリング装置及びサスペンション装置の関係を模式的に示す車両概要図である。
本実施形態に係る車両は、アッカーマンジオメトリが採用されている。そのアッカーマンジオメトリについて説明する。
図1は、車両諸元とアッカーマンジオメトリの関係を示した図である。アッカーマンジオメトリにおける車両諸元と操舵輪である前輪左右の転舵角は、タイヤが横滑りすることなく走行できるための条件から、以下の関係で示される。
即ち、図1における、三角形FL-RL-O、及びFR-RR-Oにおいて、
tan(θin) = L / ( R − 2/D ) ・・・ (1)
tan(θout) = L / ( R + 2/D ) ・・・ (2)
と記載できる。
cot (θout) - cot (θin) = D / L ・・・ (3)
また、(1)、(2)を辺々引き算すると、次の(4)式を得る。
tan(θin) - tan(θout) = D / ( R − 2/D ) ( R + 2/D ) ・・・ (4)
ここで、
θout : 旋回外輪転舵角
θin : 旋回内輪転舵角
R : 旋回半径
L : ホイールベース
である。
上記ブッシュ14F、14Rの基本構造は、図5(前側を代表して図示している。)に示すように、外筒15F、15R内に同軸に軸心部材16が配置され、外筒15F、15Rと軸心部材16との間に弾性体17が圧入などによって介挿(充填)されて構成される。上記軸心部材16は、外筒15F、15Rよりも軸が長くその両端部に雄ねじが刻設されている。上記外筒15F、15Rはロアアーム10と一体になっている。
その異方性を持たせる構造としては、例えば、図6に示すように、車両前後方向前側のブラケット18aと外筒15F、15Rとの間隙に円環状のシム板20が配置して、当該ブラケット18と外筒15F、15Rとの間隙をゼロ若しくは小さく設定する。シム板20は、金属材料、ゴム材料、硬質プラスチック材料などの各種材料を用いることができ、外筒15F、15Rとブラケット18の間隙を減少若しくは間隙が小さくなることを抑制可能であれば特に限定されるものではない。ゴム材料で構成すると、外筒15F、15Rとシム板20との当接時の異音防止が大きい。
ここで、別の実施例では、上記のようにシム板20を介挿する代わりに、図7に示すように、外筒15F、15Rを車両前後方向前側のブラケット18aに近づくように軸方向に偏らせて配置することで、相対的に車両前後方向後方への揺動量を大きくして、車両前後方向における前方への剛性が後方への剛性よりも高くなるように異方性を持たせる。なお、外筒15F、15Rと車両前後方向前側のブラケット18aとは、無負荷状態で接触している必要はない。
さらに、本実施形態では、図8に示すように、前後のブッシュ14F、14Rの配置について、車両前後方向前側のブッシュ14Fよりも車両前後方向後側のブッシュ14Rを車幅方向内側に配置している。
例えば、図8に示すように、車両100が右旋回する場合を考える。なお、ステアリングラック6がホイールセンタよりも後方に配置されているとする。
旋回外輪となる左輪には、図8の右方向つまり車幅方向内方に向かう横力F1が発生する。この横力F1は、ロアアーム10に伝達されて、車体への横入力F2となる。前後のブッシュ14F、14Rは、前側が後側よりも車幅方向外側に配置されているため、これらを結ぶ軸線L1は、車両前後方向車体前方が車体外側へ開くようになっている。このため、車体へ伝達された横力F2は、軸線L1に沿った分力F2yと、軸線L1を横切る軸直方向の分力F2xに分解される。このうち、軸線L1に沿った方向の分力F2yは、前後のブッシュ14F、14Rの外筒15F、15Rを軸方向へ移動させる力として作用し、前後ブッシュ14F、14Rとも車両前後方向後方且つ車幅方向内方に移動する結果、ロアアーム10は分力F2yの方向(軸方向後方)へ移動することで、ロアアーム10の外端部10aは車両前後方向後方へ移動する。これにより、ナックルアーム4aとボールジョイント30を介して接続されたタイロッド7は、後方へ圧縮するように変形する。タイロッド7は、ボールジョイント31を介して実質的に車体前後方向へ移動しないステアリングラック6に接続されているため、ボールジョイント30が折れ曲がるように変形する。このため、ナックルアーム4aは、ナックル4FL、4FRを、ステアリングラック6が車幅方向左方へ移動したことと同じ方向に回転させ、タイヤ11、すなわち旋回外輪を車体トーイン側へ転舵する方向に変位させる。
つまり、車輪から車体に伝達される横方向力を、車体と車輪の連結構造部材のいずれかによって車体前後方向力へ変換する剛性設定であれば、本実施形態のサスペンション機構に限定されるものではなく、下記のような本発明の効果を導くことが可能である。
図9は、第1実施形態の作用を示したものである。旋回外輪は、タイヤ横力、すなわち車幅方向内向きの横力F1によって車体トーイン側への転舵角が増加する。しかし、旋回内輪では、タイヤ横力F1、すなわち車幅方向外向きの横力が入力されても転舵角の変化が抑制される。上記傾向は、横力F1が大きい程大きくなる。その内輪転舵角と外輪転舵角の関係を、右グラフの矢印501の方向に変化させることができる。
図10は、運転者のステアリングホイール5の操作に対して、常に内輪転舵角が大きくなるアッカーマンジオメトリの例である。アッカーマンジオメトリでは、内輪転舵角が外輪転舵角よりも大きい。今、左右輪の軸間距離、すなわち、前輪トレッドが旋回半径に対して十分小さいと仮定すると、左右のタイヤ位置における速度の方向は略一致する。そのため、車体に対する転舵角が大きい内輪では、速度の方向とタイヤの方向のずれ角、すなわちタイヤスリップ角は常に大きくなる。
ここで、上記実施形態では、サスペンションアームをAアームとして一枚の場合を例に説明している。別の実施形態では、2本のサスペンションリンクから本実施形態のサスペンションアームを構成する。
ここで、ロアアーム10が、サスペンションアームを、ブッシュ14F、14Rが車体側取付け部材を、ナックル4FL、4FRが車輪支持部材をそれぞれ構成する。
(1)アッカーマンジオメトリによって、低速でのスムーズな旋回性を有する。
さらに、左右の車輪を回転自在に支持する左右の車輪支持部材に連結して当該左右の車輪を転舵するステアリング装置として、ステアリングホイールの操舵に応じて車幅方向に移動するステアリングラックと、そのステアリングラックと左右の車輪支持部材とを連結する左右のタイロッドと、を備え、且つ、外端部を上記車輪支持部材に連結すると共に内端部が車両前後方向に離れた複数の車体側取付け部を介して車体に連結されるサスペンションアームを備えることを前提として、上記複数の車体側取付け部の剛性は異方性を有し、その異方性は、サスペンションアームの外端部が、車輪に入力される横力によって車両前後方向後方に変位するように設定されているため、旋回時において高速あるいは横Gが大きいほど、タイヤ横力によるコンプライアンスステアによって、上記異方性が旋回外輪側に適用されている場合には旋回外輪では舵角が切り増しされ、また上記異方性が旋回内輪側に適用されている場合には当該旋回内輪で舵角が切り戻される。このため、旋回時に高速若しくは高横Gとなるほど、内輪舵角が外輪舵角よりも大きくなっているアッカーマンジオメトリと比較して内外輪の舵角差が小さくなって、パラレル傾向を強めることが可能となる。パラレル傾向が強まるほど、内輪のスリップ角と外輪のスリップ角の差が小さなり、内外輪のタイヤ横力和が大きくなって、高速での走行安定性が向上する。
つまり、タイヤ横力によるコンプライアンスステアにより、サスペンションを車体後方へ変位させることは、サスペンションのタイヤ取り付け部が、ナックルアームをタイロッド側へ圧縮するため、ナックルアームとタイロッドのなす角が変化してタイヤを車体トーイン側へ転舵することになる。
次に、第2実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、上記第1実施形態と同様な部材などについて同一の符号を付して説明する。
(構成)
本実施形態の基本構成は上記第1実施形態と同様である。
ただし、ロアアーム10の車体側取付け部の配置が異なるだけである。すなわち、図12に示すように、車両前後方向に離れて配置される二つのブッシュ14F、14Rについて、車両前後方向前側よりも後側を車幅方向外側に配置したものである。
その他の構成などについて上記第1実施形態と同様である。
例えば、図12に示すように、車両100が右旋回する場合を考える。なお、ステアリングラック6がホイールセンタよりも後方に配置されているとする。
旋回内輪となる右輪は、図12の右方向つまり車幅方向外方に向かうタイヤ横力F1を発生する。このタイヤ横力F1は、ロアアーム10に伝達されて、車体への横入力F2となる。二つのブッシュ14F、14Rは、前側が後側よりも車幅方向内側に配置されているため、これらを結ぶ軸線L2は、車体後方が車体外側へ開くようになっている。このため、車体へ伝達された横力F2は、軸線L2に沿った分力F2yと、軸線L2を横切る軸直方向の分力F2xに分解される。このうち、軸線L2に沿った方向の分力F2yは、各ブッシュ14F、14Rの外筒15F、15Rを分力F2yの方向つまり車両前後方向後方へ移動させるため、ロアアーム10の外端部10a、つまりナックル4FRは車両前後方向後方へ移動し、ナックルアーム4aと、ボールジョイント30を介して接続されたタイロッド7を後方へ圧縮するように変形させる。タイロッド7は、ボールジョイント31を介して実質的に車体前後方向へ移動しないステアリングラック6に接続されているため、ボールジョイント30が折れ曲がるように変形する。このため、ナックルアーム4aは、ナックル4FRを、ステアリングラック6が車体右方向へ移動したことと同じ方向に回転させ、旋回内輪の舵角を車体トーイン側へ向かう方向へ変位させる、つまり切り戻す方向に作用する。
図13は、第2実施形態の作用を示したものである。旋回内輪は、タイヤ横力、すなわち車幅方向内向きの横力F1によって車体トーイン側への転舵角が増加する。しかし、旋回外輪では、タイヤ横力F1、すなわち車幅方向外向きの横力F1が入力されても転舵角の変化が抑制される。上記傾向は、横力F1が大きい程大きくなる。その内輪転舵角と外輪転舵角の関係を、右グラフの矢印501の方向に変化させることができる。
(1)上記複数の車体側取付け部を、相対的に、車両前後方向前側の車体側取付け部よりも後側の車体側取付け部が車幅方向外側に配置すると、車体取り付け部から車体に伝達されるタイヤ横力は、外輪ではサスペンションを車体前方へ変位させる分力を生じ、内輪ではサスペンションを車体後方へ変位させる分力を生じる。このとき、サスペンションアームの車体取り付け部の前方への剛性が相対的に高いので、前方への分力を受けた旋回外輪側のサスペンションの変位が小さくなる。このため、旋回内輪側のサスペンションの後方変位が大きくなり、旋回内輪のみの切り戻し効果をより大きくすることが可能となる。
次に、第3実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、上記各実施形態と同様な部品などは同一の符号を付して説明する。
(構成)
本実施形態の基本構成は、上記各実施形態と同様である。ただし、ブッシュ14F、14Rの配置及び構造が異なる。
すなわち、図14に示すように、前後に並ぶブッシュ14F、14Rは、前側のブッシュ14Fにおける車幅方向内方への剛性が後側のブッシュ14Rにおける車幅方向内方への剛性よりも高く、且つ、前側のブッシュ14Fにおける車幅方向外方への剛性が、後側のブッシュ14Rにおける車幅方向外方への剛性よりも低くなるように剛性に異方性が設定されている。
例えば、図14に示すように、車両100が右旋回する場合を考える。なお、ラックがホイールセンタよりも後方に配置されているとする。
旋回外輪となる左輪は、図の右方向つまり車幅方向内向きのタイヤ横力F1を発生する。このタイヤ横力F1は、ロアアーム10に伝達されて、車体への入力F2となる。前後のブッシュ14F、14Rの外筒15F、15Rは、前側15Fが相対的に車体内側への変位を拘束されていることで車幅方向内側への変位が小さく、後側15Rが前側よりも車幅方向内側に変位することにより、ロアアーム10は、前側のブッシュ14F若しくはその近傍を中心に後方に回転してロアアーム10の外端部10aが後方へ移動し、上述と同様に、旋回外輪である左輪にトーイン方向の舵角変化が発生する。
図20は、第3実施形態の作用を示したものである。旋回外輪は、タイヤ横力F1、すなわち車幅方向内向き力によって車体トーイン側へ転舵されるとともに、旋回内輪も、タイヤ横力F1、すなわち車幅方向外向き力によって車体トーイン側へ転舵される。このようにすると、内輪転舵角と外輪転舵角の関係を、右グラフの矢印の方向に変化させることができる。
上記実施形態では、前後に並ぶブッシュ14F、14Rは、前側のブッシュ14Fにおける車幅方向内方への剛性が後側のブッシュ14Rにおける車幅方向内方への剛性よりも高く、且つ、前側のブッシュ14Fにおける車幅方向外方への剛性が、後側のブッシュ14Rにおける車幅方向外方への剛性よりも低くなるように剛性に異方性が設定されている。
なお、他の例としては、ロアアーム10自体の剛性に異方性を持たせる。上記と同じ動作や作用を奏するように揺動可能となる。
(1)上記複数の車体側取付け部を、車両前後方向の所定の位置を境として、前側の車体側取付け部の組と後側の車体側取付け部の組に区分けされ、前側の車体側取付け部の組の車幅方向内方への剛性を、後側の車体側取付け部の組の車幅方向内方への剛性よりも高く設定する、及び、前側の車体側取付け部の組の車幅方向外方への剛性を、後側の車体側取付け部の組の車幅方向外方への剛性よりも低く設定する、上記2つの剛性設定のうち、少なくとも一方の剛性設定がなされていると、外輪横力、すなわち車体内向きに作用した横力は、サスペンションアームにより伝達されて、前後の車体取り付け部材に対し車体内向き力となる。しかし、前側の車体内側方向剛性が後側の車体内側方向剛性よりも高くなっているため、サスペンションの前後の取り付け部材を結ぶ軸線は車体後方側が車体内側になり、タイヤ取り付け部は後方へ移動する。
4FL、4FR ナックル(車輪支持部材)
5 ステアリングホイール
6 ステアリングラック
7 タイロッド
9 サブメンバ
10 ロアアーム(サスペンションアーム)
10a 外端部
10b 内端部
14F、14R ブッシュ(車体側取付け部材)
15F、15R 外筒
20 シム板
100 車両
F1 横力
41 ストッパー
Claims (8)
- 左右の車輪を回転自在に支持する左右の車輪支持部材に連結して当該左右の車輪を転舵するステアリング装置として、ステアリングホイールの操舵に応じて車幅方向に移動するステアリングラックと、そのステアリングラックと左右の車輪支持部材とを連結する左右のタイロッドと、を備える車両に採用され、外端部を上記車輪支持部材に連結すると共に内端部が車両前後方向に離れた複数の車体側取付け部を介して車体に連結されるサスペンションアームを備え、
上記複数の車体側取付け部の剛性は異方性を有し、その異方性は、サスペンションアームの外端部が、車輪に入力される横力によって車両前後方向後方に変位するように設定されていることを特徴とするサスペンション装置。 - 上記複数の車体側取付け部は、車両前後方向前方への剛性よりも車両前後方向後方への剛性の方が低いことを特徴とする請求項1に記載したサスペンション装置。
- 上記複数の車体側取付け部は、相対的に、車両前後方向前側の車体側取付け部よりも後側の車体側取付け部が車幅方向内側に配置されることを特徴とする請求項2に記載したサスペンション装置。
- 上記複数の車体側取付け部は、相対的に、車両前後方向前側の車体側取付け部よりも後側の車体側取付け部が車幅方向外側に配置されることを特徴とする請求項2に記載したサスペンション装置。
- 上記複数の車体側取付け部は、車両前後方向の所定の位置を境として、前側の車体側取付け部の組と後側の車体側取付け部の組に区分けされ、前側の車体側取付け部の組の車幅方向内方への剛性を、後側の車体側取付け部の組の車幅方向内方への剛性よりも高く設定する、及び、前側の車体側取付け部の組の車幅方向外方への剛性を、後側の車体側取付け部の組の車幅方向外方への剛性よりも低く設定する、上記2つの剛性設定のうち、少なくとも一方の剛性設定がなされていることを特徴とする請求項1に記載したサスペンション装置。
- 左右の車輪を回転自在に支持する左右の車輪支持部材に連結して当該左右の車輪を転舵するステアリング装置として、ステアリングホイールの操舵に応じて車幅方向に移動するステアリングラックと、そのステアリングラックと左右の車輪支持部材とを連結する左右のタイロッドと、を備える車両に採用され、外端部を上記車輪支持部材に連結すると共に内端部が車体に連結されるサスペンションアームを備え、
サスペンションアームの剛性及びサスペンションアームの取付け剛性の少なくとも一方の剛性は、左右の車輪に入力される横力に応じて、左右の車輪をパラレルジオメトリに近づける方向に車輪のトー角が変化するように設定されていることを特徴とするサスペンション装置。 - 左右の車輪を回転自在に支持する左右の車輪支持部材に連結して当該左右の車輪を転舵するステアリング装置として、ステアリングホイールの操舵に応じて車幅方向に移動するステアリングラックと、そのステアリングラックと左右の車輪支持部材とを連結する左右のタイロッドと、を備える車両に採用され、外端部を上記車輪支持部に連結すると共に内端部が車体に連結されるサスペンションアームを備え、
サスペンションアームの剛性及びサスペンションアームの車体側取付け部の剛性の少なくとも一方の剛性によって、サスペンションアームの車輪側取付け部は、車輪に入力される横力によって、左右の車輪がパラレルジオメトリに近づく方向に変位することを特徴とするサスペンション装置の調整方法。 - 左右の車輪を回転自在に支持する左右の車輪支持部材に連結して当該左右の車輪を転舵するステアリング装置として、ステアリングホイールの操舵に応じて車幅方向に移動するステアリングラックと、そのステアリングラックと左右の車輪支持部材とを連結する左右のタイロッドと、を備え、外端部を上記車輪支持部材に連結すると共に内端部が車体に連結されるサスペンションアームを有し、サスペンションアームの剛性及びサスペンションアームの取付け剛性の少なくとも一方の剛性は、左右の車輪に入力される横力に応じて、左右の車輪をパラレルジオメトリに近づける方向に車輪のトー角が変化するように設定されていることを特徴とする自動車。
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