JP2010047193A

JP2010047193A - 転舵輪用の懸架装置

Info

Publication number: JP2010047193A
Application number: JP2008214815A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Sugitani; 伸夫杉谷
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2008-08-25
Filing date: 2008-08-25
Publication date: 2010-03-04

Abstract

【課題】低速時の転舵に必要な力を低減できる転舵輪用の懸架装置を提供する。
【解決手段】本発明は、キングピン軸Ａ_Kの下方向きの延長線と、転舵輪の接地面との交点Ｐ_Cが、前輪のタイヤのトレッド面よりも車両幅方向内側であり、ＫＰオフセットＬ_Offの値が従来よりも大きく設定されている。そして、キングピン軸Ａ_Kは、ほぼ鉛直方向であることが好ましい。このように前輪の懸架装置３０を設定することにより、据え切り等の低速時に操向ハンドルの操作をする場合、前輪はアクスル中心軸Ａ_XC周りに転がりながらほぼ鉛直のキングピン軸Ａ_Kを中心にして転舵されるので、転舵に必要な力が従来よりも小さくなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の転舵輪用の懸架装置に関する。

従来から、車両の転舵輪である前輪の懸架装置におけるキングピン軸は、非特許文献１に示すように、キングピン軸の上方側が、車両横方向（車両幅方向）に対して内側に傾けられるとともに、車両後方側にも傾けて設定されるのが普通である。
具体的に、図４、図５を参照しながらストラット式の懸架装置の例で説明する。図４は、従来の左前輪のストラット式の懸架装置を後方側から見た概要図である。
ストラット式の懸架装置３０Ａは、ストラットアセンブリ５１とロアアーム５３から構成されている。

車軸アセンブリやハブ３６を保持するステアリングナックル５５の、上部側のダンパ保持部５５ａが、ストラットアセンブリ５１のダンパ５１ａの下端と固定接合されている。そして、ステアリングナックル５５の下部側のナックルロアアーム部５５ｃの端部が、Ａ形のロアアーム５３の先端部分とでロアボールジョイント部３４を構成し、上下方向、後記するキングピン軸Ａ_K周りの方向に回動自在に接合されている。
ロアアーム５３の車体側の端部は、サスペンションメンバ３７と、ブッシュを用いて上下方向に回動可能に接続されている。サスペンションメンバ３７はボディ４０に取り付けられている。ちなみに、符号３８は前輪１Ｌのドライブシャフトを示しており、車軸アセンブリやハブ３６を介して、アクスル中心軸Ａ_XCを回転軸に前輪１Ｌを駆動する。

ストラットアセンブリ５１は、主に前記したダンパ５１ａ、コイルスプリング５１ｂ、マウント部５１ｄから構成され、マウント部５１ｄがボディ４０に、ボルト固定される。マウント部５１ｄには、ベアリング５１ｃが内蔵されている。
キングピン軸Ａ_Kは、図４に示すようにベアリング５１ｃの中心と前記ロアボールジョイント部３４の中心を結ぶ仮想的な軸であり、前輪の転舵の中心軸といえる。キングピン軸Ａ_Kの周りに、ストラットアセンブリ５１のダンパ５１ａ及びコイルスプリング５１ｂが、ステアリングナックル５５とともに一体に、回動可能になっている。
また、その端部にタイロッド９の端部がネジで接続されるステアリングナックルアーム５５ｂは、例えば、ダンパ保持部５５ａのキングピン軸Ａ_K近傍から後方内側に向けて短く延出している。

ちなみに、操向ハンドルが操作されると、例えば、ラックアンドピニオン式の操舵機構の場合、ピニオン軸が回転して、ステアリングギヤボックス内のラック軸を左右方向に移動させ、タイロッド９が、ステアリングナックルアーム５５ｂを介して、ナックルアーム５５、ダンパ５１ａ及びコイルスプリング５１ｂを一体に、キングピン軸Ａ_K周りに回動させ、前輪１Ｌを転舵させる。

図４に示すように車両の前後方向から見たときのキングピン軸Ａ_Kの車両幅方向内側への傾きを「キングピン角」と呼ぶ。従来、キングピン角θ_KPが所定角度を有し、角度が付いたキングピン軸Ａ_Kを中心に前輪が転舵されるので、直進状態から操向ハンドルを切ったときに片側の前輪位置が下がる（実際には反力で車体片側が上がる）動きとなる。この片側の車体を持ち上げたときの重みが、前輪を直進状態に戻そうとする復元力になる。

また、図４に示すようにキングピン角θ_KPは、路面とキングピン軸Ａ_Kの下方向き延長線との交点（以下、「キングピン軸延長点」と称する）Ｐ_Cと、タイヤのトレッド面の接地面中心（以下、「タイヤ接地点」と称する）Ｐ_Wの差Ｌ_Offを決定する。この差Ｌ_Offは、「スクラブ半径」又は「キングピンオフセット」と呼ばれるが、以下では、「ＫＰオフセット」と称する。
キングピン軸延長点Ｐ_Cが、タイヤ接地点Ｐ_Wの内側にある場合を「ポジティブスクラブ」、逆にタイヤ接地点Ｐ_Wの外側にある場合を「ネガティブスクラブ」と言い、タイヤ接地点Ｐ_Wと重なる場合を「ゼロスクラブ」と言う。
ネガティブスクラブでは、抵抗の大きい側の前輪にヨーイングモーメントを打ち消そうとするモーメントが発生するため、車体の向きを保ち易いという特徴がある。

また、操向ハンドルを切ると、キングピン軸延長点Ｐ_Cを中心に前輪が回転するので、タイヤ接地点Ｐ_Wは路面に円弧を描くように回転する。ＫＰオフセットＬ_Offを小さくするとこの円弧の半径が小さくなり、タイヤを引きずる量を少なくでき、特に、据え切り等、低速時の操向ハンドルの操作が軽くなる。

図５は、従来の左前輪のストラット式の懸架装置を左外側からみた概要図である。図５に示すように、キングピン軸Ａ_Kの後ろ方向への倒れ角を「キャスター角」と言い、キャスター角θ_Cが所定の角度を有すると、タイヤ接地点Ｐ_Wの前方側にキングピン軸延長点Ｐ_Cがあり、その前後距離Ｌ_Tを「トレール」と言う。キングピン軸延長点Ｐ_Cの後方側にタイヤ接地点Ｐ_Wが位置すると、走行中の前輪の転がり抵抗で車輪が後ろに引かれ、自然に車輪の向きが進行方向に向くようになる。

キャスター角θ_Cを大きくとれば直進性が向上するが同時にトレールＬ_Tも大きくなる。トレールＬ_Tを大きくとると、操舵が重くなったり、路面外乱によるキックバックが強くなったりする。
このように、前輪の懸架装置は、車両の直進安定性、低速時の転舵のし易さ、キックバックタフネス、操向ハンドルの手放し時の戻り方等、総合的に鑑みた上で、サスペンションジオメトリが設定されている。
ＫＰオフセットＬ_Offを決めているキングピン角θ_KPは、キャスター角θ_Cを保ったままある程度自由に設定できるため、近年の車両は、ＫＰオフセットＬ_Offを比較的小さくとることが多くなっている。
「自動車のメカはどうなっているかシャシー／ボディ系」１９９２年１２月１９日初版発行、発行所：株式会社グランプリ出版（４９頁〜５２頁参照）

しかしながら、ＫＰオフセットＬ_Offをゼロにしても、操向ハンドルで据え切り操作をする場合、タイヤ接地点Ｐ_Wを中心にタイヤを捩じるという動作は変わらないため、例えば、ラックアンドピニオン式の操舵機構のピニオン軸に掛かる力はそれ程低減できない。
本発明は、前記した従来の課題を解決するものであり、低速時の転舵に必要な力を低減できる転舵輪用の懸架装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、ラックアンドピニオン式の操舵機構によって転舵される転舵輪用の懸架装置であって、キングピン軸の下方向きの延長線と、転舵輪の接地面との交点が、転舵輪のタイヤのトレッド面よりも車両幅方向内側であることを特徴とする。

請求項１に記載の発明よれば、キングピン軸の下方向きの延長線と、転舵輪の接地面との交点が、転舵輪のタイヤのトレッド面よりも車両幅方向内側に位置するので、ＫＰオフセットを従来に比較して大きくとることができ、キングピン軸を中心に転舵輪の向きを変えたとき、転舵輪が転がり運動をするので、据え切り等の低速時の転舵に必要な力を大幅に低減できる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明の構成に加えて、キングピン軸は、ほぼ鉛直方向であることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、キングピン角をゼロにして、キャスター角をほぼゼロ近くに、つまり、キングピン軸を、ほぼ鉛直方向にすると、転舵時の片側の車体の持ち上がり量も小さくなるので、更に転舵に必要な力を低減できる。

請求項３に記載の発明は、キングピン軸の下方向きの延長線と、転舵輪の接地面との交点が、転舵輪のタイヤのトレッド面よりも車両幅方向内側であり、キングピン軸が、ほぼ鉛直方向であることを特徴とする。

請求項３に記載の発明よれば、キングピン軸の下方向きの延長線と、転舵輪の接地面との交点が、転舵輪のタイヤのトレッド面よりも車両幅方向内側に位置し、キングピン軸がほぼ鉛直方向なので、ＫＰオフセットを従来に比較して大きくとることができ、キングピン軸を中心に転舵輪の向きを変えたとき、転舵輪が転がり運動をするので、据え切り等の低速時の転舵に必要な力を大幅に低減できるとともに、転舵時の片側の車体の持ち上がり量も小さくなるので、更に転舵に必要な力を低減できる。

本発明によれば、低速時の転舵に必要な力を低減できる転舵輪用の懸架装置を提供することができる。
この結果、例えば、電動パワーステアリング装置の電動機を小型化でき、燃費の向上やコスト低減に寄与することができる。

以下に、本発明の実施形態に係る転舵輪用の懸架装置について図１から図３を参照しながら詳細に説明する。
図１は、左前輪のストラット式の懸架装置を後方側から見た概要図であり、図２は、左前輪のストラット式の懸架装置を左外側から見た概要図である。図３は、左前輪のストラット式の懸架装置の模式図であり、（ａ）は、後方側から見た模式図であり、（ｂ）は、上方から見た模式図である。
以下では、左側の前輪（転舵輪）１Ｌの懸架装置３０を例に説明するが、右側の前輪（転舵輪）の懸架装置は、左側の前輪１Ｌの懸架装置３０の左右対称に構成される。

ストラット式の懸架装置３０は、ストラットアセンブリ３１とロアアーム３３から構成されている。
車軸アセンブリやハブ３６を保持するステアリングナックル３５の、上部側のダンパ保持部３５ａが、ストラットアセンブリ３１のダンパ３１ａの下端と固定接合されている。そして、ステアリングナックル３５の下部側のナックルロアアーム部３５ｃは、従来と異なり、前輪１Ｌの幅よりも更に車両幅方向内側にまで延伸され、その端部がＡ形のロアアーム３３の先端部分とでロアボールジョイント部３４を構成し、上下方向、後記するキングピン軸Ａ_K回りの方向に回動自在に接合されている。
ロアアーム３３の車体側の端部は、サスペンションメンバ３７と、ブッシュを用いて上下方向に回動可能に接続されている。サスペンションメンバ３７はボディ４０に取り付けられている。ちなみに、符号３８は前輪１Ｌのドライブシャフトを示しており、車軸アセンブリやハブ３６を介して、アクスル中心軸Ａ_XCを回転軸に前輪１Ｌを駆動する。

ストラットアセンブリ３１は、主に前記したダンパ３１ａ、コイルスプリング３１ｂ、マウント部３１ｄから構成され、マウント部３１ｄがボディ４０に、ボルト固定される。マウント部３１ｄには、ベアリング３１ｃが内蔵されている。ベアリング３１ｃの中心と前記ロアボールジョイント部３４の中心を図１に示すように結ぶキングピン軸Ａ_K周りに、ストラットアセンブリ３１のダンパ３１ａ及びコイルスプリング３１ｂが、ステアリングナックル３５とともに一体に、回動可能になっている。

ここで、キングピン軸Ａ_Kのキングピン角は、ゼロに設定され、図２に示すように、キャスター角もほぼゼロに設定される。つまり、キングピン軸Ａ_Kは、ほぼ鉛直に設定されている。その結果、ストラット軸とキングピン軸Ａ_Kがほぼ一致し、ダンパ３１ａの荷重入力軸もストラット軸とほぼ一致する。

このとき、キングピン軸Ａ_Kは、前輪１Ｌの幅よりも車両幅方向内側でほぼ鉛直であり、キングピン軸延長点Ｐ_Cとタイヤ接地点Ｐ_Wとの差（距離）であるＫＰオフセットＬ_Offは、従来の高々数ｃｍ以下のものが、例えば、数十ｃｍ程度となり、トレールは図２に示すようにほぼゼロとなる。

なお、図１に示すように、その端部にタイロッド９の端部がネジで接続されるステアリングナックルアーム３５ｂは、例えば、ダンパ保持部３５ａのキングピン軸Ａ_K近傍から後方内側に向けて短く延出している。

操向ハンドルが操作されると、例えば、ラックアンドピニオン式の操舵機構の場合、ピニオン軸が回転して、ステアリングギヤボックス内のラック軸を左右方向に移動させ、タイロッド９が、ステアリングナックルアーム３５ｂを介して、ナックルアーム３５、ダンパ３１ａ及びコイルスプリング３１ｂを一体に、キングピン軸Ａ_K周りに回動させ（キングピン軸Ａ_K周りに公転し）、前輪１Ｌを転舵させる。

図３の（ａ），（ｂ）で説明すると、前輪１Ｌが転舵されるとき、ほぼ鉛直のキングピン軸Ａ_Kを中心にして前輪１Ｌが回動される（公転させられる）ことになり、ＫＰオフセットＬ_Offが数十ｃｍと大きいので、前輪１Ｌがアクスル中心軸Ａ_XCを中心に路面上を転がりながら（自転しながら）転舵することになり、従来のように据え切り操舵時に、タイヤ接地点Ｐ_Wを中心にタイヤを捩じるときに生じるような大きな抵抗を生じることなく、極めて小さな抵抗に抑制できる。

また、本実施形態では、キングピン角がゼロ、キャスター角がほぼゼロとしているので前輪を転舵させるときに、車体の片側が持ち上げられる量が極めて少ない。その結果、転舵時に必要な力も小さくなる。
なお、キャスター角がほぼゼロの小さな値でも、車両が走行時には１〜４ｃｍ程度のニューマチックトレールがタイヤに生じるので、直進性の復元性はある程度確保される。

また、本実施形態の懸架装置３０におけるストラットアセンブリ３１では、ストラット軸と荷重入力軸がほぼ一致するため、ストラットアセンブリ３１に曲げモーメントがほとんど発生しない。その結果、ダンパ３１ａの摺動時のコジリが抑制され、フリクションが少なくスムーズに作動し、従来の懸架装置３０Ａ（図４、図５参照）よりも乗り心地が良くなる。
ストラットアセンブリ３１に掛かる曲げモーメントが少ないので、マウント部３１ｄに掛かる負荷が、従来の懸架装置３０Ａのストラットアセンブリ５１のマウント部５１ｄにおいて掛かる負荷より少なくなる。
従来の懸架装置３０Ａにおけるストラットアセンブリ５１に曲げモーメントが発生することに対する改善策として、コイルスプリング５１ｂをストラット軸とオフセットさせて取り付け、曲げモーメントをキャンセルする手法が用いられているが、このような対策が不要になり、ストラットアセンブリ３１の設計が従来よりも単純になり、ストラットアセンブリ３１の製造コスト低減に寄与する。

本実施形態によれば、キングピン角がゼロであり、キャスター角がほぼゼロで、キングピン軸Ａ_Kをほぼ鉛直に設定し、ＫＰオフセットＬ_Offが、従来よりもきわめて大きいので、（１）転舵輪の据え切り等低走行状態での転舵操作時に、前輪の転がりが利用でき、転舵に必要な力を大幅に低減でき、（２）転舵操作時の車体の片側が持ち上げられる量が極めて少ないので、それによっても転舵に必要な力を低減できる。つまり、例えば、ラックアンドピニオン式の操舵機構の場合、操向ハンドル軸につながるラック軸を左右方向に駆動するピニオン軸にかける軸力を低減できる。
その結果、電動パワーステアリング装置の電動機の駆動力も従来に比して小さいもので済むことになり、小型化でき、ひいては、車両の軽量化に寄与し、燃費低減や車両のコスト低減に寄与する。

また、前輪の懸架装置が、ストラット式の懸架装置３０の場合、前記したように、ストラットアセンブリ３１に曲げモーメントがほとんど掛からないので、コイルスプリング３１ｂをストラット軸とオフセットさせる必要が無く、従来のストラットアセンブリ５１より単純なストラットアセンブリ３１とすることができ、製造コストが低減でき、乗り心地も良くなる。

本実施形態では、転舵輪用の懸架装置としてストラット式の懸架装置３０を例に説明したが、それに限定されるものではなく、ダブルウイッシュボーン式やマルチリンク式の懸架装置にも適用可能である。
また、本実施形態では、転舵輪用の操舵機構としてラックアンドピニオン式を例に説明したが、それに限定されるものではない。例えば、ステアバイワイヤ式のラックアンドピニオン機構を用いない転舵輪用の操舵機構を採用した転舵輪にも適用可能である。

ちなみに、車両を停車させてエンジンを停止し、キーロックし、サイドブレーキを掛けた状態では、後輪だけがロックされ、前輪がロックされていないので、万一サイドブレーキが何かの理由で緩んで、車両が自然に動き出したとき、路面からの反力で前輪が容易に転舵され易くなるが、操向ハンドルもキーロックされる構造であれば、車両が思わぬ方向に動き出すことが防止できる。

左前輪のストラット式の懸架装置を後方側から見た概要図である。左前輪のストラット式の懸架装置を左外側から見た概要図である。左前輪のストラット式の懸架装置の模式図であり、（ａ）は、後方側から見た模式図であり、（ｂ）は、上方から見た模式図である。従来の左前輪のストラット式の懸架装置を後方側から見た概要図である。従来の左前輪のストラット式の懸架装置を左外側からみた概要図である。

符号の説明

１Ｌ前輪（転舵輪）
９タイロッド
３０懸架装置
３１ストラットアセンブリ
３１ａダンパ
３１ｂコイルスプリング
３１ｃベアリング
３１ｄマウント部
３３ロアアーム
３４ロアボールジョイント部
３５ステアリングナックル
３５ａダンパ保持部
３５ｂステアリングナックルアーム
３５ｃナックルロアアーム部
３６ハブ
３７サスペンションメンバ
３８ドライブシャフト
４０ボディ
Ａ_K キングピン軸
Ａ_XC アクスル中心軸
Ｌ_T トレール
Ｌ_Off ＫＰオフセット
Ｐ_W タイヤ接地点
Ｐ_C キングピン軸延長点
θ_C キャスター角
θ_KP キングピン角

Claims

ラックアンドピニオン式の操舵機構によって転舵される転舵輪用の懸架装置であって、
キングピン軸の下方向きの延長線と、前記転舵輪の接地面との交点が、前記転舵輪のタイヤのトレッド面よりも車両幅方向内側であることを特徴とする転舵輪用の懸架装置。
前記キングピン軸が、ほぼ鉛直方向であることを特徴とする請求項１に記載の転舵輪用の懸架装置。
キングピン軸の下方向きの延長線と、転舵輪の接地面との交点が、前記転舵輪のタイヤのトレッド面よりも車両幅方向内側であり、
前記キングピン軸が、ほぼ鉛直方向であることを特徴とする転舵輪用の懸架装置。