JP2008296714A - サスペンション設計支援装置およびサスペンション設計方法 - Google Patents

Abstract

【課題】好適にサスペンションモデルにおけるパラメータを設定する。
【解決手段】サスペンション設計支援装置１０は、記憶部２０に格納されたサスペンションモデルに対して所定のパラメータを規定することにより、所定のサスペンション特性を有するサスペンションモデルを構築する。ベアリング剛性演算部１２は、サスペンションモデルにおけるベアリング剛性を調整することにより、トー剛性およびキャンバ変化が所定の特性となるよう演算する。車軸方向演算部１８は、ベアリング剛性演算部１２による演算の後に、サスペンションモデルにおける車軸の方向を調整することにより、イニシャルトーおよびイニシャルキャンバが所定の特性となるよう演算する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両のサスペンションを設計する際に用いるサスペンション設計支援装置およびサスペンション設計方法に関する。

従来より、車両のサスペンションにおける部品を有限要素法などを用いてシミュレーションすることにより設計する技術が知られている。たとえば、特許文献１には、高い安全性を確保しながら軽量化を図ることができる自動車用サスペンション部品の設計方法が開示されている。
特開２００５−１４７４４号公報

しかしながら、特許文献１のようにサスペンションの部品ごとに所望の特性となるように設計する技術はあるが、サスペンション全体として要求された特性を実現するように、ベアリング剛性やコイルスプリングのばね定数などのサスペンションにおけるパラメータを設定することは困難であった。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、好適にサスペンションにおけるパラメータを設定してサスペンションモデルを構築できる技術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設計支援装置は、記憶部に格納されたサスペンションモデルに対して所定のパラメータを規定することにより、所定のサスペンション特性を有するサスペンションモデルを構築するサスペンション設計支援装置であって、サスペンションモデルにおけるベアリング剛性を調整することにより、トー剛性およびキャンバ変化が所定の特性となるよう演算するベアリング剛性演算部と、ベアリング剛性演算部による演算の後に、サスペンションモデルにおける車軸の方向を調整することにより、イニシャルトーおよびイニシャルキャンバが所定の特性となるよう演算する車軸方向演算部と、を備える。

この態様によると、イニシャルトーおよびイニシャルキャンバに影響を与えるベアリング剛性を先に決めておき、その後にイニシャルトーおよびイニシャルキャンバを規定する車軸の方向を決めるため、演算のやり直しが起こらず、サスペンションモデルにおけるパラメータをスムーズに設定することができる。その結果、効率的にサスペンションモデルが構築でき、サスペンション設計の効率を向上できる。

車軸方向演算部による演算の前に、サスペンションモデルにおけるコイルスプリングのばね定数を調整することによりホイールレートが所定の特性となるよう演算するとともに、コイルスプリングの取付長さを調整することにより接地荷重が所定の特性となるよう演算するコイルスプリング特性演算部をさらに備えてもよい。コイルスプリングのばね定数および取付長さは、イニシャルトーおよびイニシャルキャンバに影響を与える。従って、車軸方向演算部による演算よりも先に、コイルスプリングのばね定数および取付長さを定めることにより、パラメータをスムーズに設定できる。

コイルスプリング特性演算部による演算の後に、サスペンションモデルにおけるスタビライザのばね定数を調整することにより、ロール剛性が所定の特性となるよう演算するスタビライザ特性演算部をさらに備えてもよい。コイルスプリングの特性は、ロール剛性に影響を与える。従って、コイルスプリング特性演算部による演算の後に、ロール剛性を規定するスタビライザのばね定数を定めることにより、パラメータをスムーズに設定できる。

本発明の別の態様は、サスペンション設計方法である。この方法は、記憶部に格納されたサスペンションモデルに対して所定のパラメータを規定することにより、所定のサスペンション特性を有するサスペンションモデルを構築するサスペンション設計方法であって、サスペンションモデルにおけるベアリング剛性を調整することにより、トー剛性およびキャンバ変化が所定の特性となるよう演算する第１ステップと、第１ステップの後に、サスペンションモデルにおける車軸の方向を調整することにより、イニシャルトーおよびイニシャルキャンバが所定の特性となるよう演算する第２ステップと、を備える。

この態様によると、イニシャルトーおよびイニシャルキャンバの特性に影響を与えるベアリング剛性を先に決めておき、その後にイニシャルトーおよびイニシャルキャンバを規定する車軸の方向を決めるため、演算のやり直しが起こらず、サスペンションモデルにおけるパラメータをスムーズに設定することができる。その結果、効率的にサスペンションモデルが構築でき、サスペンション設計の効率を向上できる。

本発明によれば、好適にサスペンションにおけるパラメータを設定してサスペンションモデルを構築できる。

図１は、本発明の実施の形態に係るサスペンション設計支援装置１０の構成を示すブロック図である。図１に示すように、サスペンション設計支援装置１０は、ベアリング剛性演算部１２と、コイルスプリング特性演算部１４と、スタビライザ特性演算部１６と、車軸方向演算部１８と、記憶部２０を備える。

サスペンション設計支援装置１０は、記憶部２０に格納されたサスペンションモデルに対して所定のパラメータを規定することにより、所定のサスペンション特性を有するサスペンションモデルを構築するものである。ユーザは、たとえば、実際のサスペンションの特性に合うようにパラメータを設定してサスペンションモデルを構築し、サスペンションの挙動についてシミュレーションすることができる。

本実施の形態において、所定のパラメータとは、具体的には、ベアリング剛性、コイルスプリングのバネ定数、コイルスプリングの取付長さ、スタビライザのばね定数、車軸の方向である。また、所定のサスペンション特性とは、具体的には、トー剛性、キャンバ変化、ホイールレート、接地荷重、ロール剛性、イニシャルトー、イニシャルキャンバである。なお、本実施の形態では、トー剛性およびキャンバ変化によりベアリング剛性を求めているが、トーの角度変化およびキャンバ剛性によってベアリング剛性を求めてもよい。

なお、図１に示す各ブロックは、ハードウェア的には、コンピュータのＣＰＵやメモリをはじめとする素子や機械装置で実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラム等によって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックとして描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。

図２は、記憶部２０に格納されたサスペンションモデルを示す図である。図２に示すサスペンションモデル１００は、車両のフロントサスペンションをモデル化したものである。図２に示すように、サスペンションモデル１００は、右前輪３０Ｒ、左前輪３０Ｌ、右前輪用サスペンション５０Ｒ、左前輪用サスペンション５０Ｌ、スタビライザ３６を含む。初期状態において、このサスペンションモデル１００のパラメータには、それぞれ所定の初期値が設定されている。サスペンションモデル１００は、予め作成しておいてもよいし、サスペンションの設計を行う度毎に作成してもよい。

図３は、ベアリング剛性演算部１２について説明するための図である。ベアリング剛性演算部１２は、サスペンションモデルにおけるベアリングモデル１０２のベアリング剛性（車両上下軸周りのベアリング剛性Ｋｔｂ１、車両前後軸周りのベアリング剛性Ｋｔｂ２）を調整することにより、トー剛性Ｋｔｔおよびキャンバ変化θｔが所定の特性（所定値）となるよう演算する。そして、トー剛性Ｋｔｔおよびキャンバ変化θｔが所定の特性となるときのベアリング剛性を求める。ここで、所定の特性とは、実際のサスペンションにおいて実測した特性であってもよいし、設計上目標とする特性であってもよい。以下の記載においても同様である。

図３に示すように左右輪逆相に車両上下軸周りのねじりトルクＴを負荷したとき、トー剛性Ｋｔｔと車両上下軸周りのベアリング剛性Ｋｔｂ１との間には、以下の（１）式のような関係がある。
１／Ｋｔｔ＝１／Ｋｔ０＋１／Ｋｔｂ１ ・・・（１）
ここで、Ｋｔ０はベアリングを剛体としたときのねじり剛性である。（１）式において、車両上下軸周りのベアリング剛性Ｋｔｂ１の値を変化させていき、トー剛性Ｋｔｔが所定値に近づくよう収束計算を行う。収束計算は、たとえば、トー剛性の所定値との差が５％以下となったら終了する。ベアリング剛性演算部１２は、収束計算が終了したときの車両上下軸周りのベアリング剛性Ｋｔｂ１を保持する。

図３に示すように左右輪逆相に車輪接地点Ｐに横力Ｆを負荷したとき、キャンバ変化θｔと車両前後軸周りのベアリング剛性Ｋｔｂ２の間には、以下の（２）式のような関係がある。
θｔ＝θ０＋Ｆ×Ｒ／Ｋｔｂ２ ・・・（２）
ここで、θ０はベアリングを剛体としたときの横力Ｆによるキャンバ変化、Ｒはタイヤ半径を表す。（２）式において、車両前後軸周りのベアリング剛性Ｋｔｂ２を変化させていき、キャンバ変化θｔが所定値に近づくよう収束計算を行う。収束計算は、たとえば、キャンバ変化の所定値との差が５％以下となったら終了する。ベアリング剛性演算部１２は、収束計算が終了したときの車両前後軸周りのベアリング剛性Ｋｔｂ２を保持する。

ベアリング剛性演算部１２は、上記のようにして求めた車両上下軸周りのベアリング剛性（Ｋｔｂ１およびＫｔｂ２）を、記憶部２０に格納されたサスペンションモデルのパラメータに反映させ、サスペンションモデルを変換する。

図４は、コイルスプリング特性演算部１４について説明するための図である。コイルスプリング特性演算部１４は、サスペンションモデルにおけるコイルスプリング３２のばね定数Ｋｃを調整することによりホイールレートＫｔが所定の特性（所定値）となるよう演算するとともに、コイルスプリング３２の取付長さＬを調整することにより接地荷重Ｗｔが所定の特性（所定値）となるよう演算する。コイルスプリング３２の取付長さＬは、コイルスプリング３２をサスペンションに取り付けた状態におけるコイルスプリング３２の長さである。

図４に示すように車輪接地点Ｐを左右輪同相に上下ストロークさせたとき、ホイールレートＫｔとコイルスプリング３２のばね定数Ｋｃの間には、以下の（３）式のような関係がある。
Ｋｔ＝Ｋ０＋α^２×Ｋｃ ・・・（３）
ここで、Ｋ０はホイールレートの初期値（コイルスプリング３２がない状態でのホイールレート）、αはレバー比を表す。（３）式において、ばね定数Ｋｃを変化させていき、ホイールレートＫｔが所定値に近づくよう収束計算を行う。収束計算は、たとえば、ホイールレートの所定値との差が５％以下となったら終了する。コイルスプリング特性演算部１４は、収束計算が終了したときのコイルスプリング３２のばね定数Ｋｃを保持する。

また、接地荷重Ｗｔとコイルスプリング３２の取付長さＬとの間には、以下の（４）式のような関係がある。
Ｗｔ＝Ｗ０＋α×（Ｌ−Ｌ０）×Ｋｃ ・・・（４）
ここで、Ｗ０は初期の接地荷重、Ｌ０は初期のコイルスプリングの長さを表す。（４）式において、取付長さＬを変化させていき、接地荷重Ｗｔが所定値に近づくよう収束計算を行う。収束計算は、たとえば、接地荷重の所定値との差が５％以下となったら終了する。コイルスプリング特性演算部１４は、収束計算が終了したときのコイルスプリング３２の取付長さＬを保持する。

コイルスプリング特性演算部１４は、上記のようにして求めたコイルスプリング３２のばね定数Ｋｃおよび取付長さＬを、記憶部２０に格納されたサスペンションモデルに反映させ、サスペンションモデルを変換する。

図５は、スタビライザ特性演算部１６について説明するための図である。スタビライザ特性演算部１６は、サスペンションモデルにおけるスタビライザ３６のばね定数Ｋｓｔｂを調整することにより、ロール剛性Ｋｒが所定の特性（所定値）となるよう演算する。ここで、スタビライザ３６のばね定数Ｋｓｔｂとスタビライザによる逆相ホイールレートＫｓとの間には、
Ｋｓ＝Ｋｓｔｂ×α^２ ・・・（５）
の関係があることから、本実施の形態では、スタビライザによる逆相ホイールレートＫｓを調整することにより、ロール剛性Ｋｒが所定の特性となるよう演算する。

図５に示すように車輪接地点を左右輪で逆相に上下ストロークさせたとき、ロール剛性Ｋｒとスタビライザによる逆相ホイールレートＫｓの間には、以下の（６）式のような関係がある。
Ｋｒ＝｛Ｋｒ０＋（Ｋｓ−Ｋｓ０）｝×Ｔ^２／２ ・・・（６）
ここで、Ｋｒ０は逆相ホイールレートの初期値、Ｋｓ０はスタビライザによる逆相ホイールレートの初期値、Ｔはトレッドである。（６）式において、スタビライザによる逆相ホイールレートＫｓを変化させていき、ロール剛性Ｋｒが所定値に近づくよう収束計算を行う。スタビライザ特性演算部１６は、収束計算が終了したときのスタビライザによる逆相ホイールレートＫｓを保持する。そして、このスタビライザによる逆相ホイールレートＫｓから、（５）式を用いてスタビライザ３６のばね定数Ｋｓｔｂを求める。なお、本実施の形態では、スタビライザによる逆相ホイールレートの初期値Ｋｓ０を考慮しているが、考慮しなくても演算可能である。

スタビライザ特性演算部１６は、上記のようにして求めたスタビライザ３６のばね定数Ｋｓｔｂを、記憶部２０に格納されたサスペンションモデルに反映させ、サスペンションモデルを変換する。

車軸方向演算部１８は、サスペンションモデルにおける車軸の方向を調整することにより、イニシャルトーおよびイニシャルキャンバが所定の特性（所定値）となるよう演算する。そして、イニシャルトーおよびイニシャルキャンバが所定の特性となるときの車軸の方向を保持する。

ここで、サスペンションモデルに設定するイニシャルトーφｔ０は、ばね上重量を負荷していないときのイニシャルトーなので、サスペンションモデルにばね上重量を負荷したときにイニシャルトーが変化する。そこで、以下の（７）式のように、ばね上重量を負荷したときのイニシャルトーの変化量φｔ１を計算し、イニシャルトーの所定値φｔからφｔ１を引いた値を、サスペンションモデルに設定するイニシャルトーφｔ０とする。
φｔ０＝φｔ−φｔ１ ・・・（７）

同じように、サスペンションモデルに設定するイニシャルキャンバφｃ０は、ばね上重量を負荷していないときのイニシャルキャンバなので、サスペンションモデルにばね上重量を負荷したときにイニシャルキャンバが変化する。そこで、以下の（８）式のように、ばね上重量を負荷したときのイニシャルキャンバの変化量φｃ１を計算し、イニシャルキャンバの所定値φｃからφｃ１を引いた値を、サスペンションモデルに設定するイニシャルキャンバφｃ０とする。
φｃ０＝φｃ−φｃ１ ・・・（８）

車軸方向演算部１８は、車軸の方向を変化させていき、イニシャルトー、イニシャルキャンバが、それぞれφｔ１、φｃ１となるときの車軸の方向を求める。そして、求めた車軸の方向を記憶部２０に格納されたサスペンションモデルに反映させ、サスペンションモデルを変換する。

以上、サスペンション設計支援装置１０の各構成要素について説明したが、本実施の形態に係るサスペンション設計支援装置１０は、各演算部の演算を、所定の順番で行うことを特徴とする。以下、演算を行う順番について説明する。

まず、サスペンション設計支援装置１０では、ベアリング剛性演算部１２による演算を、車軸方向演算部１８による演算の前に行う。ベアリング剛性演算部１２により求めるベアリング剛性は、車軸方向演算部１８により求める車軸の方向に影響を与える。そのため、仮に車軸の方向をベアリング剛性よりも先に決めてしまうと、後でベアリング剛性を決めたときに、決定したはずの車軸の方向も変わってしまう。このような事態を回避するために、サスペンション設計支援装置１０では、ベアリング剛性演算部１２による演算を、車軸方向演算部１８による演算の前に行う。

また、サスペンション設計支援装置１０では、コイルスプリング特性演算部１４による演算も、車軸方向演算部１８による演算の前に行う。コイルスプリング特性演算部１４により求めるコイルスプリングの特性は、車軸方向演算部１８により求める車軸の方向に影響を与える。そのため、仮に車軸の方向をコイルスプリングの特性よりも先に決めてしまうと、後でコイルスプリングの特性を決めたときに、決定したはずの車軸の方向も変わってしまう。このような事態を回避するために、サスペンション設計支援装置１０では、コイルスプリング特性演算部１４による演算を車軸方向演算部１８による演算の前に行う。

さらに、サスペンション設計支援装置１０では、スタビライザ特性演算部１６による演算を、コイルスプリング特性演算部１４による演算の後に行う。仮にスタビライザ特性演算部１６によりスタビライザのばね定数を決定した後に、コイルスプリング特性演算部１４によりコイルスプリングのばね定数を決定すると、スタビライザのばね定数が決定した値とずれてきてしまう。このような事態を回避するために、サスペンション設計支援装置１０では、スタビライザ特性演算部１６による演算を、コイルスプリング特性演算部１４による演算の後に行う。

以上のように、各演算部が演算を行う順番を規定することにより、演算のやり直しが起こらず、サスペンションモデルにおけるパラメータをスムーズに設定することができる。その結果、効率的にサスペンションモデルが構築でき、サスペンション設計の効率を向上できる。

図６は、サスペンション設計支援装置１０の動作を説明するためのフローチャートである。まず、記憶部２０に格納する基本となるサスペンションモデルを作成する（Ｓ１０）。予めサスペンションモデルが記憶部２０に用意されている場合は、このステップは省略してもよい。

次に、ベアリング剛性演算部１２は、ベアリング剛性を調整することにより、トー剛性およびキャンバ変化が所定の特性となるよう演算し、その所定の特性となるときのベアリング剛性を求める。そして、記憶部２０に格納されたサスペンションモデルに、求めたベアリング剛性を反映させる（Ｓ１２）。

続いて、コイルスプリング特性演算部１４は、コイルスプリングのばね定数を調整することにより、ホイールレートが所定の特性となるよう演算し、その所定の特性となるときのコイルスプリングのばね定数を求める。また、コイルスプリング特性演算部１４は、コイルスプリングの取付長さを調整することにより、接地荷重が所定の特性となるよう演算し、その所定の特性となるときのコイルスプリングの取付長さを求める。そして、記憶部２０に格納されたサスペンションモデルに、求めたコイルスプリングの特性を反映させる（Ｓ１４）。

ステップ１２の後、スタビライザ特性演算部１６は、スタビライザのばね定数を調整することにより、ロール剛性が所定の特性となるよう演算し、その所定の特性となるときのスタビライザのばね定数を求める。そして、記憶部２０に格納されたサスペンションモデルに、求めたスタビライザのばね定数を反映させる（Ｓ１６）。

最後に、車軸方向演算部１８は、車軸の方向を調整することにより、イニシャルトーおよびイニシャルキャンバが所定の特性となるよう演算し、所定の特性となるときの車軸の方向を求める。そして、記憶部２０に格納されたサスペンションモデルに、求めた車軸の方向を反映させる（Ｓ１８）。

以上のような順番で、サスペンションモデルにおけるパラメータを定めていくことにより、スムーズに所望のサスペンション特性を実現するサスペンションモデルを構築することができる。

以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。これらの実施形態は例示であり、各構成要素や各処理プロセスの組合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。

たとえば、図６のフローチャートでは、スタビライザ特性演算部１６による演算（Ｓ１６）を、車軸方向演算部１８による演算（Ｓ１８）よりも先に行っているが、スタビライザ特性演算部１６による演算は、コイルスプリング特性演算部１４による演算（Ｓ１４）より後に行われていればよく、たとえば車軸方向演算部１８による演算の後に行ってもよい。

また、コイルスプリング特性演算部１４による演算（Ｓ１４）は、車軸方向演算部１８による演算（Ｓ１８）よりも先に行われればよく、たとえばベアリング剛性演算部１２による演算（Ｓ１２）よりも先に行ってもよい。

また、上述のサスペンション設計支援装置１０では、ベアリング剛性演算部１２、コイルスプリング特性演算部１４、スタビライザ特性演算部１６および車軸方向演算部１８の４つの演算部により演算を行う構成としたが、すべての演算部を備える必要はなく、少なくともベアリング剛性演算部１２と車軸方向演算部１８を備えていればよい。

本発明の実施の形態に係るサスペンション設計支援装置の構成を示すブロック図である。 記憶部に格納されたサスペンションモデルを示す図である。 ベアリング剛性演算部について説明するための図である。 コイルスプリング特性演算部について説明するための図である。 スタビライザ特性演算部について説明するための図である。 サスペンション設計支援装置の動作を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１０ サスペンション設計支援装置、 １２ ベアリング剛性演算部、 １４ コイルスプリング特性演算部、 １６ スタビライザ特性演算部、 １８ 車軸方向演算部、 ２０ 記憶部、 ３２ コイルスプリング、 ３６ スタビライザ、 １００ サスペンションモデル。

Claims (4)

1. 記憶部に格納されたサスペンションモデルに対して所定のパラメータを規定することにより、所定のサスペンション特性を有するサスペンションモデルを構築するサスペンション設計支援装置であって、
   サスペンションモデルにおけるベアリング剛性を調整することにより、トー剛性およびキャンバ変化が所定の特性となるよう演算するベアリング剛性演算部と、
   前記ベアリング剛性演算部による演算の後に、サスペンションモデルにおける車軸の方向を調整することにより、イニシャルトーおよびイニシャルキャンバが所定の特性となるよう演算する車軸方向演算部と、
   を備えることを特徴とするサスペンション設計支援装置。
2. 前記車軸方向演算部による演算の前に、サスペンションモデルにおけるコイルスプリングのばね定数を調整することによりホイールレートが所定の特性となるよう演算するとともに、コイルスプリングの取付長さを調整することにより接地荷重が所定の特性となるよう演算するコイルスプリング特性演算部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のサスペンション設計支援装置。
3. 前記コイルスプリング特性演算部による演算の後に、サスペンションモデルにおけるスタビライザのばね定数を調整することにより、ロール剛性が所定の特性となるよう演算するスタビライザ特性演算部をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載のサスペンション設計支援装置。
4. 記憶部に格納されたサスペンションモデルに対して所定のパラメータを規定することにより、所定のサスペンション特性を有するサスペンションモデルを構築するサスペンション設計方法であって、
   サスペンションモデルにおけるベアリング剛性を調整することにより、トー剛性およびキャンバ変化が所定の特性となるよう演算する第１ステップと、
   前記第１ステップの後に、サスペンションモデルにおける車軸の方向を調整することにより、イニシャルトーおよびイニシャルキャンバが所定の特性となるよう演算する第２ステップと、
   を備えることを特徴とするサスペンション設計方法。

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