JP2009023620A - 車両用副操舵輪のサスペンション装置 - Google Patents

Abstract

【課題】副操舵輪を転舵するアクチュエータの要求駆動力が小さなサスペンションジオメトリを持つ車両用副操舵輪のサスペンション装置を提供する。
【解決手段】車両側方から見て、第1ロアリンク部材3および第2ロアリンク部材4により提供される仮想ピボット点Oと、アッパーアーム部材のアクスル部材側取り付け点とを結ぶキングピン軸線Kpの接地点と、副操舵輪回転中心との間におけるキャスタートレールε_０が、常識的で一般的な走行条件や走行状態である場合において最も頻繁に発生する発生確率最大ニューマチックトレールと同じになるよう第1ロアリンク部材3および第2ロアリンク部材4を配置する。よって、ニューマチックトレールが発生確率最大ニューマチックトレールとなる最も頻繁に発生する走行状態や走行条件下において、キングピン軸線Kpが横力着力点を通過し、副操舵輪転舵アクチュエータの要求駆動力を小さくし得る。
【選択図】図４

Description

本発明は、副操舵輪を車体に対して上下方向変位可能（サスペンションストローク可能）に懸架するための車両用副操舵輪のサスペンション装置に関するものである。

車両の操舵応答性や、操縦安定性を高めたり、低車速時における車両の小回り性能を良くするために、主操舵輪である前輪の転舵時に後輪を同相方向や逆相方向に微少角度だけ転舵する技術が知られており、一部の車両に実用されている。
かように後輪をも操舵する4輪操舵車両にあって後輪（副操舵輪）を車体に懸架するためのサスペンション装置としては従来、例えば特許文献1に記載のようなリヤサスペンション装置が知られている。

この車両用副操舵輪のサスペンション装置は、多数のI型リンク部材を用いて後輪（副操舵輪）を車体に懸架することにより、後輪（副操舵輪）を転舵可能となすマルチリンク式サスペンション装置である。
特開２００５−０５９６５２号公報

しかし、上記に代表される従来の車両用副操舵輪のサスペンション装置は、副操舵輪を転舵する時に要求されるアクチュエータの駆動力に関しての考慮がなされておらず、以下のような問題を生じていた。

つまり、副操舵輪を転舵するアクチュエータの出力可能駆動力には、該アクチュエータの設置スペースに関する制約などから限界があり、アクチュエータの要求駆動力を低下させる考慮がなされていない従来の副操舵輪用サスペンション装置を用いた車両の場合、副操舵輪の転舵が要求されるすべての条件下で副操舵輪を要求通りに転舵することができないという問題を生ずる。

本発明は、上記の実情に鑑み、アクチュエータの限られた出力可能駆動力によっても、副操舵輪の転舵が要求されるすべての条件下で副操舵輪を要求通りに転舵し得るよう、アクチュエータの要求駆動力を低下させる工夫をなした副操舵輪用サスペンション装置を提案し、もって、前記従来装置の問題を解消することを目的とする。

この目的のため、本発明による車両用副操舵輪のサスペンション装置は、請求項１に記載のごとくに構成する。
まず本発明の前提となるサスペンション装置は、
副操舵輪を回転自在に支持する軸部を有したアクスル部材を、該アクスル部材から車幅方向内方へ延在する複数のリンクにより車両上下方向へ変位可能な態様で車体に懸架するものである。

本発明は、かかる車両用副操舵輪のサスペンション装置を成す前記複数のリンクとして、
前記アクスル部材の軸部よりも上方箇所および車体間に延在するアッパーアーム部材と、
前記アクスル部材の軸部よりも下方箇所および車体間に延在する3個の第1ロアリンク部材、第2ロアリンク部材および転舵用の第3ロアリンク部材とを設け、
車両側方から見て、第1ロアリンク部材および第2ロアリンク部材により提供される仮想ピボット点が、アッパーアーム部材のアクスル部材側取り付け点よりも車両後方に位置するよう第1ロアリンク部材および第2ロアリンク部材を配置し、且つ、
同じく車両側方から見て、前記仮想ピボット点とアッパーアーム部材のアクスル部材側取り付け点とを結ぶキングピン軸線の接地点と、副操舵輪回転中心との間におけるキャスタートレールが、副操舵輪のニューマチックトレールに関して発生確率密度の最も大きな発生確率最大ニューマチックトレールと同じになるよう第1ロアリンク部材および第2ロアリンク部材を配置した構成に特徴づけられる。

かかる本発明の車両用副操舵輪のサスペンション装置においては、
アッパーアーム部材との共働でアクスル部材を車体に懸架する第1ロアリンク部材および第2ロアリンク部材を以下のように配置するため、
すなわち、車両側方から見て、第1ロアリンク部材および第2ロアリンク部材により提供される仮想ピボット点が、アッパーアーム部材のアクスル部材側取り付け点よりも車両後方に位置するよう第1ロアリンク部材および第2ロアリンク部材を配置し、且つ、
同じく車両側方から見て、前記仮想ピボット点とアッパーアーム部材のアクスル部材側取り付け点とを結ぶキングピン軸線の接地点と、副操舵輪回転中心との間におけるキャスタートレールが、副操舵輪のニューマチックトレールに関して発生確率密度の最も大きな発生確率最大ニューマチックトレールと同じになるよう第1ロアリンク部材および第2ロアリンク部材を配置するため、
副操舵輪のニューマチックトレールが発生確率最大ニューマチックトレールとなる最も頻繁に発生する走行状態や走行条件下において、副操舵輪のキングピン軸線が横力着力点を通過することとなり、副操舵輪の転舵に必要なアクチュエータの要求駆動力を小さくすることができる。

従って、アクチュエータの限られた出力可能駆動力によっても、副操舵輪の転舵が要求されるすべての条件下において副操舵輪を要求通りに転舵することができ、
副操舵輪の転舵による車両の操縦応答性の改善効果、および、操縦安定性の向上効果、並びに、低車速時における小回り性能の改善効果を常時狙い通りに達成することができる。

以下、本発明の実施例を、図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施例になる車両用副操舵輪のサスペンション装置を示し、W_Lは左副操舵輪（左後輪）、W_Rは右副操舵輪（右後輪）で、これら左右副操舵輪W_L, W_Rはそれぞれのアクスル部材1の軸部（図示せず）に回転自在に支持し、これら左右アクスル部材1から車幅方向内方へ延在する複数のリンクにより車体（図示せず）に対し、車両上下方向へ変位可能（サスペンションストローク可能）に懸架する。

以下に、上記複数のリンクを詳述すると共に、これらリンクによるアクスル部材1の懸架構造を詳述する。
上記複数のリンクは、アクスル部材1の前記副操舵輪支持軸部よりも上方箇所および車体間に延在するアッパーアーム部材2と、
アクスル部材1の前記副操舵輪支持軸部よりも下方箇所および車体間に延在する3個の第1ロアリンク部材3、第2ロアリンク部材4、および副操舵輪転舵用の第3ロアリンク部材5とから成るものとする。

アッパーアーム部材2はA型アームとし、二股基端2a,2bが車両前後方向に位置するよう、また、先端2cが車幅方向外方に指向するよう配置する。
アッパーアーム部材2の二股基端2a,2bはそれぞれ弾性ブッシュを介して車体に上下方向揺動可能に取り付け、アッパーアーム部材2の車体側取り付け点を提供するものとする。
アッパーアーム部材2の先端2cは、アクスル部材1から上方に延在させて設けたロッド6の上端にジョイントを介し連節し、これらアッパーアーム部材2の先端2cとロッド6の上端との間の連節点がアッパーアーム部材2のアクスル部材側取り付け点となる。

第1ロアリンク部材3は、前記したとおりアクスル部材1から車幅方向内方へ延在させるが、このとき車両前方へも延在するよう指向させる。
そして、第1ロアリンク部材3の延在方向先端3aは、弾性ブッシュを介して車体に対し上下方向揺動可能に取り付け、車体側取り付け点を提供するものとする。
第1ロアリンク部材3の反対側における端部3bは、アクスル部材1から下方に延在させて設けたロッド7の先端に弾性ブッシュを介し連節し、これら第1ロアリンク部材3の端部3bとロッド7の先端との間の連節点が第1ロアリンク部材3のアクスル部材側取り付け点となる。

第2ロアリンク部材4は第1ロアリンク部材3よりも車両後方に配置する。
そして第2ロアリンク部材4を、前記したとおりアクスル部材1から車幅方向内方へ延在させるが、その延在方向先端4aは、弾性ブッシュを介して車体に対し上下方向揺動可能に取り付け、車体側取り付け点を提供するものとする。
第2ロアリンク部材4の反対側における端部4bは、アクスル部材1から下方に延在させて設けたロッド8の先端に弾性ブッシュを介し連節し、これら第2ロアリンク部材4の端部4bとロッド8の先端との連節点が第2ロアリンク部材4のアクスル部材側取り付け点となる。

副操舵輪転舵用の第3ロアリンク部材5を、前記したとおりアクスル部材1から車幅方向内方へ延在させるが、その延在方向先端5aは、後輪転舵アクチュエータ11のピニオン11aに噛合したラックなど操舵メンバ（図示せず）の両端にブッシュを介して連結し、該操舵メンバを介して車体に対し上下方向揺動可能に取り付ける。
従って第3ロアリンク部材5の先端5aは、第3ロアリンク部材5の車体側取り付け点となる。
第3ロアリンク部材5の反対側における端部5bは、アクスル部材1から車両後方に延在させて設けたロッド9の先端にブッシュを介し連節し、これら第3ロアリンク部材5の端部5bとロッド9の先端との連節点が第3ロアリンク部材5のアクスル部材側取り付け点となる。

かくして、アクチュエータ11を作動させてピニオン11aを回転させるとき、このピニオン11aに噛合するラックなどの操舵メンバの車幅方向ストロークにより、第3ロアリンク部材5およびロッド9を介して左右副操舵輪（左右後輪を）同じ方向へ転舵することができる。

上記のサスペンションリンク構造によりアクスル部材1は、これらに回転自在に支持した左右副操舵輪と共に車両上下方向へストローク可能に懸架され、当該ストローク方向におけるアクスル部材1（左右副操舵輪）の上下振動を減衰させるためのショックアブソーバ10を、車体とサスペンションリンク構造との間に架設する。

ところで本実施例においては図2に示すごとく、第1ロアリンク部材3をアクスル部材1から車幅方向内方および車両前方へ延在させ、第2ロアリンク部材4をアクスル部材1から車幅方向内方および車両後方へ延在させるが、この際、第1ロアリンク部材3および第2ロアリンク部材4により図3,4に示すごとくに提供されるロアリンク機構の仮想ピボット点Oが、車両側方から見て図4に示すごとく、アッパーアーム部材2のアクスル部材側取り付け点2cよりも車両後方に位置するよう第1ロアリンク部材3および第2ロアリンク部材4を配置し、
これにより、図3,4に示すごとく仮想ピボット点Oとアッパーアーム部材2のアクスル部材側取り付け点2cとを通るよう設定されるキングピン軸線Kpが、車両側方から見て図4に示すごとく、副操舵輪W_Lの回転中心を通る鉛直線の接地点よりも車両後方において接地するようになす。

そして、図4のごとく車両側方から見て、キングピン軸線Kpの接地点と、副操舵輪W_Lの回転中心を通る鉛直線の接地点との間の距離であるキャスタートレールε₀が以下のようなものとなるよう、第1ロアリンク部材3および第2ロアリンク部材4を以下の特殊な配置とする。

車両走行中における副操舵輪の横力着力点は、副操舵輪の回転中心を通る鉛直線の接地点から車両後方へ移動し、その移動量は車速などの車両走行状態や、タイヤ空気圧などの車両走行条件によって様々に変化し、従って、副操舵輪の回転中心を通る鉛直線の接地点から副操舵輪の横力着力点までの車両前後方向における距離であるニューマチックトレールεは、車速などの車両走行状態や、タイヤ空気圧などの車両走行条件によって異なる。

しかし、タイヤ空気圧が設計基準値であり、車両走行状態も常用域内のものである場合に限れば、つまり、常識的で一般的な走行条件や走行状態である場合に限れば、ニューマチックトレールεは例えば図5に示すような発生確率密度分布を持ち、或るニューマチックトレールεmaxにおいて最も発生確率が高くなり、εmaxから乖離したニューマチックトレールεほど発生確率が低くなる傾向にある。
このことは、ニューマチックトレールεが発生確率最大ニューマチックトレールεmaxとなるような走行をしていることが最も多いことを意味する。

一方で、ニューマチックトレールεは図6に示すごとく、路面から副操舵輪の横力着力点に作用する横力（コーナリングフォース）Fのアーム長となり、副操舵輪W_L,W_Rを非転舵中立位置に戻すセルフアライニングトルクMを発生することから、これら三者間には次式の関係が成立する。
M=ε・F
このセルフアライニングトルクMは、副操舵輪W_L,W_Rの転舵に逆らうように作用し、この転舵を前記したごとくに司る転舵アクチュエータ11の要求駆動力を大きくする。

従って、転舵アクチュエータ11の要求駆動力を小さくするという本発明の目的を達成するには、セルフアライニングトルクMを０にする必要があるが、横力Fは操舵特性上小さくすることができないことから、結局はニューマチックトレールεを小さくするしかない。
ところで、図4につき前述したキャスタートレールε_０が副操舵輪の動的なタイヤ接地点を表すことから、このキャスタートレールε_０がニューマチックトレールεと同じになるようなサスペンションジオメトリであれば、セルフアライニングトルクMを０にして、副操舵輪の転舵アクチュエータ11に要求される駆動力を最小にすることができる。

しかしニューマチックトレールεは前記したごとく、走行状態や走行条件に応じ様々に変化して固定値たり得ない。
そこで本実施例においては、常識的で一般的な走行条件や走行状態である場合において最も頻繁に発生する発生確率最大ニューマチックトレールεmaxをニューマチックトレールεとして用い、
キャスタートレールε_０が発生確率最大ニューマチックトレールεmaxと同じになるよう第1ロアリンク部材3および第2ロアリンク部材4を配置する。

以上の構成になる本実施例の副操舵輪のサスペンション装置によれば、図4に明示するごとく、
車両側方から見て、第1ロアリンク部材3および第2ロアリンク部材4により提供される仮想ピボット点Oが、アッパーアーム部材2のアクスル部材側取り付け点2cよりも車両後方に位置するよう第1ロアリンク部材および第2ロアリンク部材を配置し、且つ、
同じく車両側方から見て、仮想ピボット点Oとアッパーアーム部材2のアクスル部材側取り付け点2cとを結ぶキングピン軸線Kpの接地点と、副操舵輪回転中心との間におけるキャスタートレールε_０が、常識的で一般的な走行条件や走行状態である場合において最も頻繁に発生する発生確率最大ニューマチックトレールεmaxと同じになるよう第1ロアリンク部材3および第2ロアリンク部材4を配置するため、
副操舵輪のニューマチックトレールεが発生確率最大ニューマチックトレールεmaxとなる最も頻繁に発生する走行状態や走行条件下において、副操舵輪のキングピン軸線Kpが横力着力点を通過することとなり、副操舵輪の転舵に必要な転舵アクチュエータ11の要求駆動力を小さくすることができる。

従って、転舵アクチュエータ11の限られた出力可能駆動力によっても、副操舵輪の転舵が要求されるすべての条件下において副操舵輪を要求通りに転舵することができ、
副操舵輪の転舵による車両の操縦応答性の改善効果、および、操縦安定性の向上効果、並びに、低車速時における小回り性能の改善効果を常時狙い通りに達成することができる。

なお、図4に示すごとく車両側方から見て、仮想ピボット点Oはアッパーアーム部材2のアクスル部材側取り付け点2cよりも車両後方に位置させるだけでなく、副操舵輪（後輪）回転中心の直下に位置させるのがよい。
かかる仮想ピボット点Oの配置によれば、副操舵輪の転舵時におけるアクチュエータ11の要求駆動力を低下させ得るという上記の作用効果に加えて、「横力コンプライアンスステア量の確保」および「横剛性の向上」という2つの性能を高次元で両立させることができる。

また、第1ロアリンク部材3および第2ロアリンク部材4の上記配置に当たっては、図2に明示するごとく車両上方から見て、第1ロアリンク部材3のアクスル部材側取り付け点3bおよび第2ロアリンク部材4のアクスル部材側取り付け点4aが、設計上可能な限り接近するようよう第1ロアリンク部材3および第2ロアリンク部材4を配置するのがよい。
この場合、転舵アクチュエータ11による第3ロアリンク部材5を介した副操舵輪（後輪）の転舵時に、第1ロアリンク部材3および第2ロアリンク部材4のアクスル部材側取り付け点3b,4bにおける弾性ブッシュがこじれるのを最小にして、当該弾性ブッシュのこじれによる副操舵輪（後輪）転舵力の増大を回避することができ、上記の作用効果を更に顕著なものにすることができる。

第1ロアリンク部材3および第2ロアリンク部材4の上記配置に当たっては、図2に明示するごとく車両上方から見て、第1ロアリンク部材3が第2ロアリンク部材4よりも、アクスル部材1の副操舵輪支持軸部に対して大きく傾斜するよう第1ロアリンク部材3および第2ロアリンク部材4を配置するのがよい。
この場合、上記の傾斜角が大きな第1ロアリンク部材3よりも、上記の傾斜角が小さな第2ロアリンク部材4の方で大きく横力に対する剛性分担を受け持つこととなり、従って接地点横剛性の確保を第2ロアリンク部材4に割り当てることができ、また、
上記の傾斜角が小さな第2ロアリンク部材4よりも、上記の傾斜角が大きな第1ロアリンク部材3の方で大きく横力コンプライアンスステアの確保を受け持つこととなり、横力コンプライアンスステアの確保を第1ロアリンク部材3に割り当てることができ、
トレードオフの関係にある接地点横剛性の確保と横力コンプライアンスステアの確保とを共に実現することができる。

ここで第3ロアリンク部材5は、図3,4に示すごとくアクスル部材側取り付け点5bが、車体側取り付け点5aよりも車両上方に位置するよう配置する。
かかる第3ロアリンク部材5の配置によれば、サスペンション装置の旋回時ロールステア特性を適正なものにすることができる。

また同じく図3,4に示すごとく、第1ロアリンク部材3および第2ロアリンク部材4の配置に当たっては、
第2ロアリンク部材4のアクスル部材側取り付け点4bが、第1ロアリンク部材3のアクスル部材側取り付け点3bよりも車両上方に位置するよう第1ロアリンク部材3および第2ロアリンク部材4を配置する。
かかる第1ロアリンク部材3および第2ロアリンク部材4の配置によれば、旋回時ロールセンター高と、副操舵輪の回転中心軌跡とを適正なものにすることができる。

また第1ロアリンク部材3および第2ロアリンク部材4の配置に当たっては、図2に示すごとく車両上方から見て、第1ロアリンク部材3が第2ロアリンク部材4よりも、アクスル部材1の副操舵輪支持軸部に対して大きく傾斜するよう第1ロアリンク部材3および第2ロアリンク部材4を配置する。
かかる第1ロアリンク部材3および第2ロアリンク部材4の配置によれば、車両の制動時における後部上昇量を抑制するアンチリフト角を大きくして、制動時の車体姿勢変化を小さくすることができる。

なおアッパーアーム部材2は、図1〜4に示すごとくA型アームとし、該A型アームの二股基端2a,2bを車体側に取り付け、先端2cにアクスル部材1を取り付ける。
かかるA型アッパーアーム部材2を用いることにより、アッパーアーム部材2をプレス部品で構成し得てコスト的に有利であるとともに、サスペンション装置の前後剛性が増して好適である。

本発明の一実施例になる車両用副操舵輪のサスペンション装置を、左副操舵輪の上方から見て示す全体斜視図である。 同実施例になる車両用副操舵輪のサスペンション装置を、左副操舵輪に関し車両の上方から見て示す平面図である。 同実施例になる車両用副操舵輪のサスペンション装置を、左副操舵輪に関し車両の前方から見て示す正面図である。 同実施例になる車両用副操舵輪のサスペンション装置を、車両の左側方から見て示す側面図である。 副操舵輪のニューマチックトレールに関する発生確率密度分布を例示する分布図である。 副操舵輪のニューマチックトレールと、横力と、セルフアライニングトルクとの関係を示す説明図である。

符号の説明

W_L 左副操舵輪
W_R 右副操舵輪
１ アクスル部材
２ アッパーアーム部材
2a,2b 車体側取り付け点
2c アクスル部材側取り付け点
３ 第1ロアリンク部材
3a 車体側取り付け点
3b アクスル部材側取り付け点
４ 第2ロアリンク部材
4a 車体側取り付け点
4b アクスル部材側取り付け点
５ 転舵用第3ロアリンク部材
5a 車体側取り付け点
5b アクスル部材側取り付け点
６ アッパーアーム部材連節ロッド
７ 第1ロアリンク部材連節ロッド
８ 第２ロアリンク部材連節ロッド
９ 第３ロアリンク部材連節ロッド
10 ショックアブソーバ
11 転舵アクチュエータ

Claims (7)

1. 副操舵輪を回転自在に支持する軸部を有したアクスル部材を、該アクスル部材から車幅方向内方へ延在する複数のリンクにより、車両上下方向へ変位可能な態様で車体に懸架した車両用副操舵輪のサスペンション装置において、
   前記複数のリンクとして、
   前記アクスル部材の軸部よりも上方箇所および車体間に延在するアッパーアーム部材と、
   前記アクスル部材の軸部よりも下方箇所および車体間に延在する3個の第1ロアリンク部材、第2ロアリンク部材および転舵用の第3ロアリンク部材とを設け、
   車両側方から見て、第1ロアリンク部材および第2ロアリンク部材により提供される仮想ピボット点が、アッパーアーム部材のアクスル部材側取り付け点よりも車両後方に位置するよう第1ロアリンク部材および第2ロアリンク部材を配置し、且つ、
   同じく車両側方から見て、前記仮想ピボット点とアッパーアーム部材のアクスル部材側取り付け点とを結ぶキングピン軸線の接地点と、副操舵輪回転中心との間におけるキャスタートレールが、副操舵輪のニューマチックトレールに関して発生確率密度の最も大きな発生確率最大ニューマチックトレールと同じになるよう第1ロアリンク部材および第2ロアリンク部材を配置したことを特徴とする車両用副操舵輪のサスペンション装置。
2. 請求項1に記載の車両用副操舵輪のサスペンション装置において、
   車両上方から見て、第1ロアリンク部材のアクスル部材側取り付け点および第2ロアリンク部材のアクスル部材側取り付け点が可能な限り接近するようよう第1ロアリンク部材および第2ロアリンク部材を配置したことを特徴とする車両用副操舵輪のサスペンション装置。
3. 請求項1または２に記載の車両用副操舵輪のサスペンション装置において、
   車両上方から見て、第1ロアリンク部材が第2ロアリンク部材よりも、アクスル部材の前記軸部に対して大きく傾斜するよう第1ロアリンク部材および第2ロアリンク部材を配置したことを特徴とする車両用副操舵輪のサスペンション装置。
4. 請求項1〜３のいずれか1項に記載の車両用副操舵輪のサスペンション装置において、
   第3ロアリンク部材のアクスル部材側取り付け点が、車体側取り付け点である操舵アクチュエータに対する連結点よりも上方に位置するよう第3ロアリンク部材を配置したことを特徴とする車両用副操舵輪のサスペンション装置。
5. 請求項1〜４のいずれか1項に記載の車両用副操舵輪のサスペンション装置において、
   第2ロアリンク部材のアクスル部材側取り付け点が、第1ロアリンク部材のアクスル部材側取り付け点よりも車両上方に位置するよう第1ロアリンク部材および第2ロアリンク部材を配置したことを特徴とする車両用副操舵輪のサスペンション装置。
6. 請求項1〜５のいずれか1項に記載の車両用副操舵輪のサスペンション装置において、
   車両上方から見て、第1ロアリンク部材が第2ロアリンク部材よりも、アクスル部材の前記軸部に対して大きく傾斜するよう第1ロアリンク部材および第2ロアリンク部材を配置したことを特徴とする車両用副操舵輪のサスペンション装置。
7. 請求項1〜６のいずれか1項に記載の車両用副操舵輪のサスペンション装置において、
   前記アッパーアーム部材をA型アームとし、該A型アームの二股基端を車体側に取り付け、先端にアクスル部材を取り付けたものであることを特徴とする車両用副操舵輪のサスペンション装置。

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