JP2009226972A - Geometry varying device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車等の車両の車輪を操向するステアリング系のジオメトリを可変とするジオメトリ可変装置に関するものである。 The present invention relates to a geometry variable device that varies the geometry of a steering system that steers the wheels of a vehicle such as an automobile.
自動車等の車両の左右前輪を操向する操舵装置は、一般にステアリングホイールの回転をステアリングギアボックスで車幅方向の直線運動に変換し、タイロッドを介してハウジングのナックルアームを押し引きすることによって、車輪をキングピン軸回りに回転させて操舵を行う。
特許文献1には、このような操舵装置において、ナックルアーム長を可変とすることによって、大転舵かつサスペンションストローク時の車輪と車体との干渉を防止した舵角制御装置が記載されている。
Patent Document 1 describes a steering angle control device in which, in such a steering device, the knuckle arm length is made variable to prevent the wheel and the vehicle body from interfering with each other during a large turning and suspension stroke.
操舵装置に設定される各構成要素の幾何学的配置(ジオメトリ)の考え方として、左右輪の切れ角をほぼ同じとしたパラレルジオメトリ、及び、旋回内輪を旋回外輪よりも大きく切れるようにしたアッカーマンジオメトリが知られている。
アッカーマンジオメトリは、遠心力を無視できる程度のごく低い車速での旋回において、車輪に横滑りを発生させずスムースに旋回させることを狙いとして、各輪が共通の一点を中心として旋回するように左右舵角差を設定するものである。しかし、遠心力を無視できない程度の高速旋回においては、車輪は遠心力とつり合う方向にコーナリングフォースを発生させることが望ましく、アッカーマンジオメトリよりもパラレルジオメトリとすることが好ましい。
The parallel geometry with the left and right wheels having the same angle of cut and the Ackermann geometry that cuts the inner turning wheel larger than the turning outer wheel as the concept of the geometrical arrangement (geometry) of each component set in the steering device It has been known.
Ackerman Geometry is designed to turn right and left so that each wheel turns around a common point with the aim of turning smoothly without causing side slippage when turning at extremely low vehicle speeds where the centrifugal force can be ignored. The angle difference is set. However, in high-speed turning where the centrifugal force cannot be ignored, it is desirable for the wheels to generate a cornering force in a direction that balances the centrifugal force, and it is preferable to use a parallel geometry rather than an Ackermann geometry.
車両の操舵装置は、一般的には固定された単一のステアリングジオメトリしか取り得ないことから、アッカーマンジオメトリとパラレルジオメトリとの中間的なジオメトリに設定されることが多い。しかし、この場合、低速域では左右輪の舵角差が不足して外輪の舵角が過大となり、高速域では内輪の舵角が過大となる。このように内外輪のタイヤ横力配分に不要な偏りがあると、走行抵抗の悪化による燃費悪化及びタイヤの早期磨耗の原因となり、また内外輪を効率的に利用できないことによって、コーナリングのスムースさが損なわれる。
そこで、車速に応じてステアリングジオメトリを変更可能とし、低速ではアッカーマンジオメトリ寄りとし、高速ではパラレルジオメトリ寄りとすることができれば、走行抵抗を増大させることがなく、また低速でのスムースな旋回性と高速でのコーナリング性能とを両立させることができる。
これに対し、例えば左右の操舵輪を独立したアクチュエータによって操舵するタイプのステアバイワイヤ式操舵装置であれば、車速に応じて左右輪の舵角差を比較的自由に設定することは可能であるが、この場合、左右アクチュエータによって車輪をステアする必要があるため、出力及び応答性ともに優れたアクチュエータを用いることが要求され、制御も緻密に行う必要があることから、装置の複雑化、高コスト化が避けられない。
本発明の課題は、簡素な機構によって車速に応じた適切なステアリングジオメトリが得られるジオメトリ可変装置を提供することである。
Since a vehicle steering apparatus can generally only have a fixed single steering geometry, it is often set to an intermediate geometry between an Ackermann geometry and a parallel geometry. However, in this case, the difference in steering angle between the left and right wheels is insufficient in the low speed range, the steering angle of the outer wheel is excessive, and the steering angle of the inner wheel is excessive in the high speed range. If there is an unnecessary bias in the tire lateral force distribution between the inner and outer wheels in this way, it will cause deterioration of fuel consumption due to deterioration of running resistance and early tire wear, and the smooth use of cornering due to the inefficient use of inner and outer wheels. Is damaged.
Therefore, if the steering geometry can be changed according to the vehicle speed, it can be closer to the Ackermann geometry at low speeds, and closer to parallel geometry at high speeds, without increasing driving resistance and smooth turning at low speeds and high speeds. It is possible to achieve both cornering performance at the same time.
On the other hand, for example, in a steer-by-wire type steering device that steers the left and right steered wheels by independent actuators, the steering angle difference between the left and right wheels can be set relatively freely according to the vehicle speed. In this case, since it is necessary to steer the wheels with the left and right actuators, it is required to use an actuator with excellent output and responsiveness, and it is necessary to perform precise control, so the device becomes complicated and expensive. Is inevitable.
An object of the present invention is to provide a geometry variable device capable of obtaining an appropriate steering geometry according to the vehicle speed by a simple mechanism.
本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項1の発明は、車体に対してキングピン軸回りに回転可能であり車輪を支持するハブベアリングが収容されるハウジングと、前記ハウジングに設けられたナックルアームと、一方の端部がステアリングギアボックスに接続されるとともに他方の端部が揺動可能なジョイントを介して前記ナックルアームに接続されたタイロッドと、前記ナックルアームと前記ジョイントとを相対変位させ車両前後方向から見たときの前記キングピン軸から前記ジョイントまでの距離を変化させることによりステアリングジオメトリをパラレルジオメトリ側とアッカーマンジオメトリ側との間で変化させるジョイント駆動機構と、車両の速度に応じて前記ジョイント駆動機構を駆動させ、速度増加に応じて前記ステアリングジオメトリを前記アッカーマンジオメトリ側から前記パラレルジオメトリ側へ変化させ、速度減少に応じて前記ステアリングジオメトリを前記パラレルジオメトリ側からアッカーマンジオメトリ側へ変化させる制御手段とを備えるジオメトリ可変装置である。
The present invention solves the above-described problems by the following means.
According to the first aspect of the present invention, there is provided a housing capable of rotating about a kingpin axis with respect to a vehicle body and housing a hub bearing for supporting a wheel, a knuckle arm provided in the housing, and one end portion of which is a steering gear box. A tie rod connected to the knuckle arm via a joint that is swingable at the other end, and the kingpin shaft when the knuckle arm and the joint are relatively displaced and viewed from the vehicle front-rear direction. The joint drive mechanism that changes the steering geometry between the parallel geometry side and the Ackermann geometry side by changing the distance from the joint to the joint, and the joint drive mechanism is driven according to the speed of the vehicle, and according to the speed increase The steering geometry to the Ackermanzi Is changed from cytometry side to the parallel geometry side, a geometry variable device and a control means for changing the Ackerman geometry side the steering geometry from the parallel geometry side in accordance with the speed reduced.
請求項2の発明は、前記ジョイント駆動機構は、サスペンションストローク時に前記タイロッドが揺動する際、前記ジョイントの軌跡の接線方向にほぼ沿って前記ジョイントを前記ナックルアームに対して相対変位させることを特徴とする請求項1に記載のジオメトリ可変装置である。
請求項3の発明は、前記ジョイント駆動機構は、前記ステアリングジオメトリの前記アッカーマンジオメトリ側から前記パラレルジオメトリ側への変化に伴い、サスペンションがバンプ側にストロークした際の車輪のトーアウト側へのステア量を増大させることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のジオメトリ可変装置である。
The invention according to claim 2 is characterized in that the joint drive mechanism relatively displaces the joint relative to the knuckle arm substantially along a tangential direction of the joint locus when the tie rod swings during a suspension stroke. The geometry variable device according to claim 1.
According to a third aspect of the present invention, the joint drive mechanism determines the amount of steering to the toe-out side of the wheel when the suspension strokes to the bump side as the steering geometry changes from the Ackermann geometry side to the parallel geometry side. The geometry variable device according to claim 1 or 2, wherein the geometry variable device is increased.
本発明によれば、以下の効果を得ることができる。
(1)ナックルアームとジョイントとを相対変化させてステアリングジオメトリを変化させることによって、ジョイント駆動機構は実質的に車輪を操舵する仕事をしなくてもよいため、出力の小さいアクチュエータを用いることができ、また、アクチュエータの小型化によってバネ下重量の増大も抑制することができる。
このようなジョイント駆動機構を車速に応じて制御することによって、例えばステアリング操作に応じて制御する場合のように高い応答性が要求されることがないため、アクチュエータ自体やその制御を簡素なものにすることができる。
そして、ステアリングジオメトリを高速側ではパラレルジオメトリ側に変化させ、低速側ではアッカーマンジオメトリ側に変化させることによって、タイヤの引きずりを低減して走行抵抗を減らし燃費の向上及びタイヤの磨耗低減を図ることができる。また、スムースな旋回を可能とするとともに、操舵応答性を向上することができる。
(2)サスペンションストローク時にタイロッドが揺動する際のジョイントの軌跡の接線方向にほぼ沿ってジョイントをナックルアームに対して相対変位させることによって、ジョイントの変位に伴う直進時のトー変化を防止し、直進安定性を確保できる。
(3)アッカーマンジオメトリ側からパラレルジオメトリ側へのジオメトリ変化に応じて、サスペンションがバンプ側にストロークした際の車輪のトーアウト側へのステア量を増大させることによって、高速走行時における車両の直進安定性を向上することができる。また、低速走行時にはバンプ時のトーアウト側へのステア量を減少させることによって、車両の操舵応答性をより高め挙動を機敏にすることができる。
According to the present invention, the following effects can be obtained.
(1) By changing the steering geometry by relatively changing the knuckle arm and the joint, the joint drive mechanism does not have to do the work of steering the wheel substantially, so an actuator with a small output can be used. In addition, an increase in unsprung weight can be suppressed by downsizing the actuator.
By controlling such a joint drive mechanism according to the vehicle speed, high responsiveness is not required as in the case of controlling according to a steering operation, for example, so that the actuator itself and its control can be simplified. can do.
By changing the steering geometry to the parallel geometry side on the high speed side and to the Ackermann geometry side on the low speed side, the tire drag can be reduced to reduce running resistance and improve fuel consumption and tire wear. it can. In addition, smooth turning is possible and steering response can be improved.
(2) By changing the joint relative to the knuckle arm substantially along the tangential direction of the joint trajectory when the tie rod swings during the suspension stroke, the toe change during straight travel accompanying the displacement of the joint is prevented, Straight running stability can be secured.
(3) Linear stability of the vehicle during high-speed driving by increasing the amount of steering to the toe-out side of the wheel when the suspension strokes to the bump side according to the geometric change from the Ackermann geometry side to the parallel geometry side Can be improved. Further, by reducing the amount of steering toward the toe-out side at the time of bumping during low speed running, the steering response of the vehicle can be further enhanced and the behavior can be made agile.
本発明は、簡素な機構によって車速に応じた適切なステアリングジオメトリが得られるジオメトリ可変装置を提供する課題を、タイロッドエンドのボールジョイントをナックルアームに対して昇降させるジョイント駆動装置を設け、車速の増加に応じてステアリングジオメトリをアッカーマンジオメトリ側からパラレルジオメトリ側へ変化させることによって解決した。 An object of the present invention is to provide a geometry variable device capable of obtaining an appropriate steering geometry according to the vehicle speed by a simple mechanism. The present invention provides a joint drive device that raises and lowers a ball joint of a tie rod end with respect to a knuckle arm to increase the vehicle speed. In response, the steering geometry was changed from the Ackermann geometry side to the parallel geometry side.
以下、本発明を適用したジオメトリ可変装置の実施例について説明する。
実施例のジオメトリ可変装置は、例えば、左右前輪を操舵する乗用車等の4輪の自動車におけるフロントサスペンションに設けられる。
図1は、実施例のジオメトリ可変装置を備えたフロントサスペンションを車両前方側の斜め下側から見た斜視図である。
フロントサスペンション1は、例えば、マクファーソンストラット式のものであって、ハウジング10、ロワアーム20、ストラット30等を備えている。また、フロントサスペンション1には、さらに、ブレーキロータ40、ドライブシャフト50、ステアリングギアボックス60(図1では図示しない。図4参照。)、タイロッド70、ジョイント駆動装置100等が設けられている。
Embodiments of the geometry variable device to which the present invention is applied will be described below.
The geometry variable device according to the embodiment is provided, for example, in a front suspension of a four-wheeled vehicle such as a passenger car that steers left and right front wheels.
FIG. 1 is a perspective view of a front suspension provided with a geometry variable device according to an embodiment as viewed from an obliquely lower side on the front side of a vehicle.
The front suspension 1 is, for example, a McPherson strut type, and includes a
ハウジング10は、車両の車輪(操舵輪)W(図4参照)が取り付けられるハブを回転可能に支持するハブベアリングが収容される部分である。ハウジング10は、ナックルアーム11、ボールジョイント12等を備えている。
ナックルアーム11は、タイロッド70が揺動可能に接続される部分であって、ハウジング10の前方側に突き出して、ハウジング10本体と一体に形成されている。
ボールジョイント12は、ロワアーム20が揺動可能に接続される部分であって、ハウジング10の下端部に設けられている。
The
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The
ロワアーム20は、車体及びハウジング10に対してそれぞれ揺動可能に接続され、車幅方向にほぼ沿って配置されたサスペンションアームである。ロワアーム20の車体側の端部は、ほぼ前後方向に沿った回転軸回りに車体に対して揺動可能となっている。ロワアーム20のハウジング10側の端部は、ハウジング10のボールジョイント12に接続されている。
The
ストラット30は、車体のエンジンルーム側方上部に設けられたストラット固定部と、ハウジング10の上部とにわたして設けられている。ストラット30は、コイルバネであるサスペンションスプリング及びその内径側に挿入されるショックアブソーバとを備え、サスペンションのストロークに応じて伸縮する。ストラット30の上端部は、ストラットアッパマウント31(図4参照)を介して、車体に対して回転可能に支持されている。ストラット30の下端部は、ハウジング10の上端部にブラケット32を介して接続されている。
The
ブレーキロータ40は、ハブに固定されて車輪とともに回転する円盤状の部材である。ブレーキロータ40は、図示しないブレーキキャリパによってブレーキパッドで挟持されることによって制動力を発生するものである。
ドライブシャフト50は、図示しないディファレンシャルギア側からハブ側へ駆動力を伝達する回転軸であって、両端部に等速ジョイントが設けられ、サスペンションのストロークや転舵に応じて揺動可能となっている。
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ステアリングギアボックス60は、ステアリングホイール及びステアリングシャフトの回転運動を、ステアリングラックの車幅方向に沿った直線運動に変換するラックアンドピニオン機構を備えている。
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タイロッド70は、ステアリングギアボックス60と左右のハウジング10との間にそれぞれわたして設けられる軸状の部材である。タイロッド70のステアリングギアボックス側の端部は、ステアリングラックに接続される。また、タイロッド70のハウジング10側の端部は、ナックルアーム11にボールジョイント71を介して接続される。
The
ボールジョイント71は、ボールスタッド72、ソケット73(図2参照)等を備えている。
ボールスタッド72は、ボール74及びスタッド75を備えている。ボール74は、ソケット73に保持される球状の部分である。ソケット73は、タイロッド70の端部における上面部に設けられている。スタッド75は、ボール74から上方へ突き出して形成された円柱軸状の部分であって、外周面には雄の台形ネジ76が形成された台形ネジ軸となっている。また、スタッド75の反ボール側の端部には、スプライン軸部77(図2参照)が形成されている。
The ball joint 71 includes a
The
ジョイント駆動装置100は、ナックルアーム11の先端部に固定されるとともに、ボールジョイント71をナックルアーム11に対して上下方向に相対変位させるものである。なお、この相対変位方向は、サスペンションストローク時におけるタイロッド70のボールジョイント71の軌跡の接線方向にほぼ沿って、ほぼ上下方向に配置されている。
図2は、ジョイント駆動装置100とボールジョイント71との接続部における模式的断面図である。
図3は、ジョイント駆動装置100の制御系の構成を示すブロック図である。
ジョイント駆動装置100は、ケーシング110、モータ120(図1参照)、ウォームギア130、ウォームホイール140、車速センサ150、ジオメトリ設定部160、制御量設定部170、モータ制御部180等を備えている。
The
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a connection portion between the
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of a control system of the
The
ケーシング110は、ジョイント駆動装置100の各構成部材が収容され保持される部材である。また、ケーシング110には、ボールスタッド72のスタッド75が下方から鉛直軸にほぼ沿って挿入される開口111が形成されている。開口111の内周面には、スタッド75の台形ネジ76と組み合わされる雌の台形ネジ112が形成されている。
モータ120は、ジョイント駆動装置100の動力源となるアクチュエータであって、その回転軸をほぼ水平に配置されている。モータ120は、例えば供給されるパルス電力に同期して動作し、位置決め機能を有するステッピングモータ(同期電動機)である。
The
The
ウォームギア130は、モータ110の出力軸に接続されている。
ウォームホイール140は、ボールスタッド72のスタッド75の中心軸と同心に設けられた回転軸回りに回転可能に支持され、ウォームギア130によって駆動される。ウォームホイール140の中央部には、スプライン孔が形成されている。このスプライン孔には、ボールスタッド72のスプライン軸部77が挿入され、スプライン結合される。これによって、ボールスタッド72は、ウォームホイール140に対して、中心軸回りにおける相対回転は禁止されかつ中心軸方向に沿った相対変位は許容された状態となっている。
The
The
車速センサ150は、例えばハウジング10に設けられ、車輪速度に応じたパルス信号を出力するものである。
ジオメトリ設定部160は、車速センサ150の出力に基づいて、車両の走行速度を演算するとともに、演算された走行速度に基づいてステアリングジオメトリを設定するCPUを備えている。
制御量設定部170は、ジオメトリ設定部160が設定したジオメトリに基づいて、制御量であるモータ120の駆動量を設定するCPUを備えている。
モータ制御部180は、制御量設定部170が設定した駆動量に基づいて、モータ120に駆動用のパルス電力を供給してモータ120を駆動するドライブ回路を備えている。
なお、これらの各設定部等が行う制御については、後に詳しく説明する。
The
The
The control
The
The control performed by each of these setting units will be described in detail later.
次に、上述したフロントサスペンション1のステアリングジオメトリについて説明する。
図4は、フロントサスペンションのステアリングジオメトリを示す模式図であって、図4(a)は車両を上方から見た平面図であり、図4(b)は、車両後方側から見た後面図(図4(a)のb−b部矢視図)である。
車輪Wの操向軸線であるキングピン軸は、本実施例のようなマクファーソンストラット式サスペンションの場合には、ストラットアッパマウント31の回転中心と、ハウジング10下端のボールジョイント12の回転中心とを結んだ直線となる。
Next, the steering geometry of the above-described front suspension 1 will be described.
4A and 4B are schematic views showing the steering geometry of the front suspension. FIG. 4A is a plan view of the vehicle as viewed from above, and FIG. 4B is a rear view of the vehicle as viewed from the rear side. It is a bb part arrow line view of Fig.4 (a).
In the case of the McPherson strut suspension as in the present embodiment, the kingpin shaft that is the steering axis of the wheel W connects the rotation center of the strut
キングピン軸には、キングピン傾斜角及びキャスタ角が付与され、傾斜して配置されている。
キングピン傾斜角は、ストラットアッパマウント31がボールジョイント12よりも車幅方向内側となるように設定された内傾角である。
キャスタ角は、ストラットアッパマウント31がボールジョイント12よりも車両後方側となるように設定された後傾角である。
The kingpin shaft is provided with a kingpin inclination angle and a caster angle and is inclined.
The kingpin inclination angle is an inward inclination angle that is set such that the strut
The caster angle is a rearward tilt angle set so that the strut
ステアリングジオメトリは、ボールジョイント71の回転中心が、キングピン軸及びキングピン軸と交わりかつ車両前後方向に延びた直線を含む平面上にあるとき(車両後方視においてキングピン軸とボールジョイント71とが重なっているとき)には、内外輪の舵角が一致するパラレルジオメトリとなる。
また、本実施例のようにキングピン軸に対してタイロッド70が車両前方側に配置されている場合には、上述した平面に対して、ボールジョイント71を車幅方向外側に配置(車両後方視においてキングピン軸よりもボールジョイント71を外側に配置)すると、この平面からの距離に応じて内輪舵角(トーアウト)が外輪舵角(トーイン)よりも大きくなり、所定の距離となったときにアッカーマンジオメトリとなる。
従って、本実施例のジョイント駆動装置100においては、ナックルアーム11に対してボールスタッド72を上方へ変位させるとアッカーマンジオメトリに近づき、下方へ変位させるとパラレルジオメトリに近づくことになる。
The steering geometry is when the rotation center of the ball joint 71 is on a plane that intersects the kingpin axis and the kingpin axis and includes a straight line extending in the vehicle front-rear direction (the kingpin axis and the ball joint 71 overlap in the vehicle rear view). )), The parallel geometry has the same steering angle of the inner and outer wheels.
Further, when the
Therefore, in the
図5は、実施例のジオメトリ可変装置における制御を示すフローチャートである。以下、ステップ毎に順を追って説明する。
<ステップS01:ジオメトリ設定>
ジオメトリ設定装置160は、ボールスタッド72の繰出し駆動量を算出することによってジオメトリを設定し、ステップS02に進む。このボールスタッド繰出し駆動量は、車速センサ150が検出する車両の走行速度に応じて設定される。
図6は、車速とボールスタッド繰出し駆動量との相関を示すグラフである。図6において、横軸は車速(右側が高速)、縦軸はボールスタッド繰出し駆動量(上側ほど繰出し量大=ボールスタッド下降)を示している。
FIG. 5 is a flowchart illustrating control in the geometry variable device according to the embodiment. Hereinafter, the steps will be described step by step.
<Step S01: Geometry setting>
The
FIG. 6 is a graph showing the correlation between the vehicle speed and the ball stud payout driving amount. In FIG. 6, the horizontal axis indicates the vehicle speed (the right side is high speed), and the vertical axis indicates the ball stud payout driving amount (the payout amount increases toward the upper side = the ball stud descends).
図6に示すように、車速がゼロからV1未満の低速域においては、ボールスタッド繰出し駆動量はゼロとされ、ボールスタッド72は所定の初期位置に保持される。このとき、ステアリングジオメトリは、アッカーマンジオメトリとなっている。
車速がV1以上V2未満の中速域においては、車速の増加に応じて、ボールスタッド繰出し駆動量はリニアに増大し、このときステアリングジオメトリは、アッカーマンジオメトリ側からパラレルジオメトリ側へ連続的に変化する。
車速がV2以上の高速域においては、ボールスタッド繰出し駆動量は再び一定値とされ、このときステアリングジオメトリは、パラレルジオメトリとなっている。
As shown in FIG. 6, in a low speed range where the vehicle speed is from zero to less than V1, the ball stud payout driving amount is zero, and the
In a medium speed range where the vehicle speed is V1 or more and less than V2, the ball stud payout driving amount increases linearly as the vehicle speed increases, and at this time, the steering geometry continuously changes from the Ackermann geometry side to the parallel geometry side. .
In a high speed range where the vehicle speed is V2 or higher, the ball stud payout driving amount is again set to a constant value, and at this time, the steering geometry is a parallel geometry.
<ステップS02:制御量設定>
制御量設定部170は、ステップS01においてジオメトリ設定部160が求めたボールスタッド繰出し駆動量に基づいて、制御量であるモータ120の目標駆動量を算出し、モータ制御部180に伝達し、ステップS03に進む。
<ステップS03:モータ制御>
モータ制御部180は、制御量設定部170から提供されたモータ120の目標駆動量に基づいて、所定のパルス電力を出力してモータ120に供給し、モータ120を制御して処理を終了する。これによって、ウォームギア130がウォームホイール140を駆動し、スプライン係合されたボールスタッド72をその中心軸回りに回転させる。ボールスタッド72が回転すると、台形ネジが発生する推力によってボールスタッド72はその中心軸方向に沿ってケーシング110及びナックルアーム11に対して相対変位する。
<Step S02: Control amount setting>
The control
<Step S03: Motor control>
The
図7は、本実施例における内外輪舵角を示すグラフである。図7において、横軸は旋回内輪のトーイン側への舵角を示し、縦軸は旋回外輪のトーアウト側への舵角を示している。
図7に示すように、パラレルジオメトリでは内外輪舵角は等しくなっている。また、アッカーマンジオメトリでは内輪舵角のほうが外輪舵角よりも大きく、この舵角差は舵角の増大に応じて増大している。
そして、本実施例では、車速がV1を超えかつV2未満の領域では、ステアリングジオメトリはパラレルジオメトリとアッカーマンジオメトリとの中間に設定されるとともに、車速の増大に応じてパラレルジオメトリ側に近づき、車速の減少に応じてアッカーマンジオメトリ側に近づくようになっている。
FIG. 7 is a graph showing the inner and outer wheel steering angles in the present embodiment. In FIG. 7, the horizontal axis indicates the steering angle of the turning inner wheel toward the toe-in side, and the vertical axis indicates the steering angle of the turning outer wheel toward the toe-out side.
As shown in FIG. 7, the inner and outer wheel steering angles are equal in the parallel geometry. In the Ackermann geometry, the inner wheel rudder angle is larger than the outer wheel rudder angle, and the rudder angle difference increases as the rudder angle increases.
In the present embodiment, in the region where the vehicle speed exceeds V1 and less than V2, the steering geometry is set between the parallel geometry and the Ackermann geometry, and approaches the parallel geometry as the vehicle speed increases. As it decreases, it approaches the Ackerman geometry side.
次に、本実施例のサスペンション装置におけるストローク時のトー変化(バンプステア)特性について説明する。
図8は、サスペンションストロークとトー変化角との相関を示すグラフである。図8において、横軸はサスペンションストローク(右側が縮み(バンプ)側、左側が伸び(リバウンド)側)を示し、縦軸はトー変化量(上側がトーイン、下側がトーアウト)を示している。
図8に示すように、本実施例では、車速の変化(ステアリングジオメトリの変化)に応じてバンプステア特性が変化し、高速になるほど縮み側ストロークに応じたトーアウト量(バンプトーアウト)が増大している。バンプトーアウト量は車速の低下に応じて減少してV1〜V2間の所定の速度においてゼロとなり、さらに低速側ではバンプトーインが発生する。
Next, toe change (bump steer) characteristics during a stroke in the suspension device of the present embodiment will be described.
FIG. 8 is a graph showing the correlation between the suspension stroke and the toe change angle. In FIG. 8, the horizontal axis represents the suspension stroke (the right side is the contraction (bump) side, the left side is the expansion (rebound) side), and the vertical axis represents the toe change amount (the upper side is the toe-in and the lower side is the toe-out).
As shown in FIG. 8, in the present embodiment, the bump steer characteristic changes according to the change in the vehicle speed (change in the steering geometry), and the toe-out amount (bump to-out) corresponding to the contraction side stroke increases as the speed increases. . The bump toe-out amount decreases as the vehicle speed decreases, and becomes zero at a predetermined speed between V1 and V2. Further, bump toe-in occurs on the low speed side.
以上説明した実施例によると、以下の効果を得ることができる。
(1)ナックルアーム11に対してボールジョイント71のボールスタッド72を相対的に昇降変位させてステアリングジオメトリを変化させることによって、ジョイント駆動装置100の機構部分は実質的に車輪W自体を操舵する仕事をしなくてもよいため、出力の小さいモータ120を用いることができ、減速機構の構造も簡素化できる。また、モータ120及び減速機構の小型化によって、車両の操縦安定性や乗り心地に影響するバネ下重量の増大も抑制することができる。
(2)ジョイント駆動装置100を車速に応じて制御することによって、例えばステアリング操作に応じてタイロッドの繰出し量、引き込み量を制御する場合のように高い応答性が要求されることがないため、機構部分の構成やその制御を簡素なものにすることができる。
(3)ステアリングジオメトリを高速側ではパラレルジオメトリ側に変化させ、低速側ではアッカーマンジオメトリ側に変化させることによって、タイヤの引きずりを低減して走行抵抗を減らし、燃費の向上及びタイヤの磨耗低減を図ることができる。また、スムースな旋回を可能にするとともに、操舵応答性を向上することができる。
(4)サスペンションストローク時にタイロッド70が揺動する際のボールジョイント71の軌跡の接線方向にほぼ沿ってボールスタッド72をナックルアーム11に対して相対変位させることによって、ボールジョイント71の変位に伴う直進時のトー変化を防止することができ、車両の直進安定性等に悪影響を及ぼすことがない。
(5)アッカーマンジオメトリ側からパラレルジオメトリ側へのジオメトリ変化に応じて、サスペンションがバンプ側にストロークした際の車輪Wのトーアウト側へのステア量を増大させることによって、高速走行時における車両の直進安定性を向上することができる。また、低速走行時にはバンプ時のトーアウト側へのステア量を減少させ、また、バンプトーイン特性とすることによって、車両の操舵応答性をより高め挙動を機敏にすることができる。
According to the embodiment described above, the following effects can be obtained.
(1) By moving the
(2) By controlling the
(3) By changing the steering geometry to the parallel geometry side on the high speed side and to the Ackermann geometry side on the low speed side, the tire drag is reduced to reduce running resistance, thereby improving fuel consumption and tire wear. be able to. In addition, smooth turning can be achieved and steering response can be improved.
(4) By moving the
(5) By increasing the steering amount of the wheels W to the toe-out side when the suspension strokes to the bump side in accordance with the geometric change from the Ackermann geometry side to the parallel geometry side, the straight running stability of the vehicle during high speed running Can be improved. Further, when the vehicle is traveling at a low speed, the amount of steering toward the toe-out side at the time of bumping is reduced, and by adopting the bump toe-in characteristic, the steering response of the vehicle can be further enhanced and the behavior can be made agile.
(変形例)
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
(1)ジョイント駆動機構の構成は、上述した実施例の構成に限らず、適宜変更することができる。例えば、台形ネジに代えてボールスプラインを用いたり、他の機構を用いるようにしてもよい。また、アクチュエータもステッピングモータに限らず、非同期モータ及び位置センサを用いてフィードバック制御するようにしてもよい。
(2)実施例のサスペンション装置は、キングピン軸に対してタイロッドを前方側に配置しているが、本発明はキングピン軸に対してタイロッドを後方側に配置したサスペンション装置にも適用することができる。この場合、車両後方視におけるキングピン軸よりもジョイントを車幅方向内側に変位させることによって、アッカーマンジオメトリが得られる。
(3)本発明が適用されるサスペンション装置の構成は、実施例の形式に限らず適宜変更することができる。例えば、マクファーソンストラット式のサスペンションにおいて、ロワアームを複数のリンクから構成したものや、ダブルウィッシュボーン式、マルチリンク式等のサスペンションにも本発明を適用することができる。
(4)実施例では、ステアリングジオメトリは完全なアッカーマンジオメトリや完全なパラレルジオメトリまで変化する構成としているが、ステアリングジオメトリの可変範囲をこれよりも狭くし、アッカーマンジオメトリとパラレルジオメトリとの中間域内で可変させるようにしてもよい。
(Modification)
The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications and changes are possible, and these are also within the technical scope of the present invention.
(1) The configuration of the joint drive mechanism is not limited to the configuration of the embodiment described above, and can be changed as appropriate. For example, a ball spline may be used instead of the trapezoidal screw, or another mechanism may be used. Further, the actuator is not limited to the stepping motor, and feedback control may be performed using an asynchronous motor and a position sensor.
(2) Although the suspension device of the embodiment has the tie rod disposed on the front side with respect to the kingpin shaft, the present invention can also be applied to a suspension device in which the tie rod is disposed on the rear side with respect to the kingpin shaft. . In this case, the Ackermann geometry is obtained by displacing the joint inward in the vehicle width direction with respect to the kingpin axis in the vehicle rear view.
(3) The configuration of the suspension device to which the present invention is applied is not limited to the form of the embodiment and can be changed as appropriate. For example, in the McPherson strut suspension, the present invention can be applied to suspensions in which the lower arm is composed of a plurality of links, double wishbone suspension, multilink suspension, and the like.
(4) In the embodiment, the steering geometry is changed to a complete Ackerman geometry or a complete parallel geometry. However, the variable range of the steering geometry is narrower than this, and can be varied within the intermediate range between the Ackermann geometry and the parallel geometry. You may make it make it.
1 フロントサスペンション 10 ハウジング
11 ナックルアーム 12 ボールジョイント
20 ロワアーム 30 ストラット
31 ストラットアッパマウント 32 ブラケット
40 ブレーキロータ 50 ドライブシャフト
60 ステアリングギアボックス 70 タイロッド
71 ボールジョイント 72 ボールスタッド
73 ソケット 74 ボール
75 スタッド 76 台形ネジ
77 スプライン軸部
100 ジョイント駆動装置 110 ケーシング
111 開口 112 台形ネジ
120 モータ 130 ウォームギア
140 ウォームホイール 150 車速センサ
160 ジオメトリ設定部 170 制御量設定部
180 モータ制御部
W 車輪
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (3)
前記ハウジングに設けられたナックルアームと、
一方の端部がステアリングギアボックスに接続されるとともに他方の端部が揺動可能なジョイントを介して前記ナックルアームに接続されたタイロッドと、
前記ナックルアームと前記ジョイントとを相対変位させ車両前後方向から見たときの前記キングピン軸から前記ジョイントまでの距離を変化させることによりステアリングジオメトリをパラレルジオメトリ側とアッカーマンジオメトリ側との間で変化させるジョイント駆動機構と、
車両の速度に応じて前記ジョイント駆動機構を駆動させ、速度増加に応じて前記ステアリングジオメトリを前記アッカーマンジオメトリ側から前記パラレルジオメトリ側へ変化させ、速度減少に応じて前記ステアリングジオメトリを前記パラレルジオメトリ側からアッカーマンジオメトリ側へ変化させる制御手段と
を備えるジオメトリ可変装置。 A housing capable of rotating about a kingpin axis relative to the vehicle body and containing a hub bearing that supports a wheel;
A knuckle arm provided in the housing;
A tie rod having one end connected to the steering gear box and the other end connected to the knuckle arm via a swingable joint;
A joint that changes the steering geometry between the parallel geometry side and the Ackermann geometry side by changing the distance from the kingpin axis to the joint when the knuckle arm and the joint are relatively displaced and viewed from the front-rear direction of the vehicle. A drive mechanism;
The joint drive mechanism is driven according to the speed of the vehicle, the steering geometry is changed from the Ackermann geometry side to the parallel geometry side as the speed increases, and the steering geometry is changed from the parallel geometry side as the speed decreases. A geometry variable device comprising: control means for changing to the Ackermann geometry side.
を特徴とする請求項1に記載のジオメトリ可変装置。 The joint drive mechanism is configured to displace the joint relative to the knuckle arm substantially along a tangential direction of a locus of the joint when the tie rod swings during a suspension stroke. Geometry variable device.
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載のジオメトリ可変装置。 The joint drive mechanism increases the amount of steering to the toe-out side of the wheel when the suspension strokes to the bump side in accordance with the change of the steering geometry from the Ackermann geometry side to the parallel geometry side. The geometry variable device according to claim 1 or 2.
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