JP2010264972A - セミ・アクティブ・トー力コンプライアンス制御機能を有するリヤサスペンション - Google Patents

Abstract

【課題】フェールセーフ及び制御ロジックに関する開発を重点的に行うことなく、且つ、制御力をそれほど必要とすることなく、車両の応答性を変化させることができるシステムを提供する。
【解決手段】多数の制御アームを有するサスペンションにおいて、特定のサスペンション制御アームは、横荷重を受けた車輪で起こるトー変化の範囲に対応する一定の範囲の軸方向剛性レベルを提供するように設計されている。詳しくは、セミ・アクティブ装置は、所定のサスペンション制御アームに配置されており、該装置は、横荷重を受けた際に所望の量のトー変化を起こすように剛性が変化する。このような構成のサスペンションを自動車の後方の車軸に適用した場合、最小の制御入力エネルギー及び堅牢なフェールセーフ動作で広範囲な動作状態においても、操作性及び安定性を向上させることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は車両のサスペンションに関する。

車両の運動性能に関する分野では、乗り心地と安定性との間等で多くの折り合いがなされた上でサスペンションシステムが設計及び規格される。加えて、荷重、車速、車両の状態等の各種の動作パラメータに関する車両の性能も考慮する必要がる。通常、サスペンションは、費用／重量の抑制のみならず性能を含めた多岐に渡る属性に関して妥協を重ねている。

近年、サスペンションシステムの設計及び製造において、制御可能なダンパ、制御可能なエアスプリング及びアクティブホイールトー変化装置等のアクティブシステムが普及している。アクティブホイールトー変化装置は、各種シャーシセンサ（横方向加速度、操舵角等）から得た制御信号を介して前輪又は後輪を操舵して横方向及びヨーの応答特性を変化させて所定の車両概念に対する特定の応答特性を提供したり安定性の向上を図るために使用される。これらのアクティブシステムは、純粋に受動的なサスペンションよりも費用が掛かり、起動時に際だった動力を必要とする。更に、このアクティブシステムは、シャーシの用途において安全性を高めるために高度に開発された欠陥リスク保護システム(fault risk protection systems)を要するフェールセーフ・リスク(failsafe risks)の影響を受けやすい。

フェールセーフ及び制御ロジックに関する開発を重点的に行うことなく、また、制御力をそれほど必要とすることなく、車両の応答性を同様に変化させることができるシステムが求められている。

サスペンションは、費用、重量、梱包及び荷重管理等の様々な束縛条件を考慮して設計される。所定の受動的なサスペンションを分析すると、（当業界では運動学的なトー変化として知られている）鉛直方向への車輪の移動が行われた際にトー変化を起こすか又はサスペンションに対して横荷重が掛かった際にトー変化（横力によるトー変化）を起こすという重要な特性があることが分かった。

本発明において、運動学的なトー変化による効果は無い。しかし、剛性特性を有するブッシュを介して車体とホイールキャリア（ハブ）とに連結されている制御アームの幾何学的な構成は、コーナーリングを行う際にタイヤによって発生する横力によって起こるトー変化の量を著しく変化させるような構成である。このような関係を利用するために特定のサスペンションのレイアウトが再設計されて最適化される。詳しくは、少ない箇所に設けられたブッシュの剛性の重要性を強調することによってサスペンションの最適化を図る。このブッシュの剛性が変化すると、タイヤの横方向の力による荷重によってサスペンションのトー特性は著しく変化する。

本発明の車両のサスペンションは、車両の車輪を支持するハブと、ハブと車両の車体とに固定されているトレーリングアームと、車両に対して車輪の回転軸の後方に位置している第１ラテラルアームと、車両に対して車輪の回転軸の上方且つ第１ラテラルアームの上方に位置している第２ラテラルアームと、を備えている。第１ラテラルアームは、ハブと車体とに固定されているとともに車両の長手軸を横断しており、第２ラテラルアームは、ハブと車体とに固定されているとともに車両の長手軸を横断している。

本発明の車両のサスペンションは、また、車両に対して車輪の回転軸の前方に位置している第３ラテラルアームを備えている。第３ラテラルアームは、トレーリングアームと車体とに固定されている。第３ラテラルアームは剛性可変アクチュエータを備えている。剛性可変アクチュエータは、電子的に制御されるオリフィスを備える油圧回路を有している。オリフィスが開いた状態のとき、剛性可変アクチュエータは、第３ラテラルアームが最小剛性状態となるような流体流動状態になることによって、車輪のトー特性に影響を与える。

本発明の上記及びその他の特徴及び効果は、以下の好適な実施例の説明、添付の図面及び特許請求の範囲に記載されている。

車両のリヤサスペンションの一部の概略図。 車両のリヤサスペンションの一部内におけるコンプライアンス可変アクチュエータの斜視図。 コンプライアンス可変アクチュエータの斜視図。 コンプライアンス可変アクチュエータの断面図。

図１は、後方車輪に設けられたトレーリングアーム・リヤサスペンションの構成の概略を示している。このリヤサスペンションは、２つのラテラル支持リンクと長手方向に取り付けられたトレーリングアームとを備えている。（点Ａ及びＢで示された左側に位置する）ばねとして示されたラテラルリンクは、固いリンクと該リンクの両端又は一端に設けられたゴムブッシュ等のコンプライアンス源との組み合わせから成る。ラテラルリンクは、右側のホイールキャリアと（点Ａ、Ｂで示される）車体又はサブフレーム取り付け部とを繋いでいる。

ホイールキャリアの中心付近で横方向に掛かる力（図では内側方向に掛かる力として図示）であるタイヤサイドフォースに応じてホイールキャリアが移動する動作に上記のリヤサスペンションの構成は関係している。後方下部ラテラルリンクよりも前方下部ラテラルリンクを横方向ハブ軸に近づけるように配置させて、後方下部ラテラルリンクのばね係数よりも低いばね係数を前方下部ラテラルリンクに与えることによって、タイヤの横力はホイールキャリアを所定量だけトーイン（δ_Ｂよりも大きい量δ_Ａで示される傾斜）の状態にさせる。ばね定数及び距離ＬＡ、ＬＢは、横荷重の変化に対応する所望のトー変化を得るための堅牢な機構を提供するように、実験を通じて決定される。トレーリングアームは、ホイールキャリアに固く取り付けられるか、ホイールキャリアとの境界部にジョイントを有するか、或いは、トレーリングアームに対してナックルが多少相対移動する連結部をゴムブッシュを介して有するようにしてもよい。また、ホイールキャリアとトレーリングアームアセンブリとを組み合わせた装置の移動を制限しないように、横方向及び長手方向の移動速度が比較的低いブッシュを介してトレーリングアームの前端部を車体に取り付けるようにしてもよい。

所定の横荷重を受けた際にホイールキャリアが所望の量だけトー変化するように、前方及び後方アームであるラテラルアームのばね定数は適宜に選択される。また、後方ラテラルアームの効果的なアーム剛性（arm stiffness）が前方ラテラルアームよりも高い（即ち、Ｋ_ＬＢ＞Ｋ_ＬＡ）とよい。このことと、長手方向の距離ＬＡ、ＬＢの差とによって、横荷重で所望のトー変化が起こるようにするための堅牢な機構が形成される。

図２は、車両の運転席側の後輪に設けられたサスペンション装置１０を示す。サスペンション装置１０は、３つの支持ラテラル制御アーム１２、１４、２０を備える多数リンク構造から成る。長手方向トレーリングアーム１３は点Ａで示される箇所にて車体に取り付けられており、点Ａには、横方向の移動速度が低いブッシュ１５が設けられているので、ボルト締めされたナックル／アームアセンブリ１７は、サスペンションの横荷重によって、横方向に移動することができる。トレーリングアーム１３は車両の長手軸に平行となっている。

（鉛直スプリングからの負荷を支える）後方下部ラテラル制御アーム１２は、タイヤ２１のコンタクトパッチの横方向の剛性を高い状態で維持するために、横方向に剛性を有するように設計されている。これは、動的な車輪荷重の変化を支えるとともに、運転中に迅速に応答する横力を発生させることが求められている。後方下部ラテラル制御アーム１２は、ホイールハブ２３から延びている横方向ハブ軸Ｂ−Ｂの後方に位置しており、後方下部ラテラル制御アーム１２の位置は、図１で概略が示されているサスペンションの後方横方向リンクの位置に対応する。上部ラテラル支持アーム１４は、サスペンションのキャンバー剛性が維持されるような剛性のあるラテラル支持部材となるために、ボールジョイント１６を一端に備えるとともに剛性ブッシュ１８を他端に備え、タイヤのコンタクトパッチに迅速な側方の力を発生させる。上部アーム１４及び下部アーム１２は、ハブ２３の横方向軸Ｂ−Ｂから鉛直方向に距離を空けて配置されている。

サスペンションは、特定のアーム、即ち、前方下部サスペンションアーム２０の剛性の変化に対してのナックルでのトー変化の感度を高くするように、設計されている。前方下部サスペンションアーム２０は、横方向ハブ軸Ｂ−Ｂの前方の位置（図１に概略が示されている前方ラテラルリンクに類似した位置）に配置されている。この配置は、アームの剛性を変える機能と組み合わせて、横力に対するコンプライアンス・トー変化の所望の値に強く関係している。詳しくは、アームの剛性と該アームに対応する端部にあるブッシュの剛性の範囲によって、車両の運動性能に関する従来技術において際だった変化をもたらす。

図２及び図３を参照すると、前方下部ラテラルアーム２０は、コンプライアンス可変特性を備えるアームである。該アーム２０は、中央にコンプライアンス可変アクチュエータ２２を備え、両端にブッシュを含んでいるマウント２４、２６を備えている。点２６で示された箇所にある車体内部マウントは車体自体又はシャーシサブフレーム構造体に取り付けられており、点２４で示された箇所にある車体外部マウントはトレーリングアーム（又はナックル自体）に取り付けられている。前方下部ラテラルアーム２０のコンプライアンス可変アクチュエータ２２は、基礎剛性（下端値）と高剛性（上端値）とを提供できる。このように剛性を変えることができる機構は、コンプライアンス可変アクチュエータ２２内の異なるチャンバー間における油圧流体をスロットリング（調整）する機構である。小型のローパワーバルブ２８は、該バルブのオリフィスを全開する（装置内の小型ピストンの一方の側から他方の側まで流体を自由に移動させる）状態か、又は、該弁が全閉した（ピストンの一方の側から他方の側への流体の移動を禁止する）状態になることができる。ローパワーバルブ２８が開いている状態のとき、アームの基礎剛性は、剛性可変装置の内部の機械的な要素（ばね定数）と、剛性可変制御アーム２０の両端にあるマウント２４、２６のブッシュのブッシュレート(bushing rate)の選択と、によって決定される。ローパワーバルブ２８が全閉状態のとき、バルブの油圧ロックがあり、これによって、コンプライアンス可変アクチュエータ２２の全体の剛性が高くなって、前方下部ラテラルアーム２０の全体の剛性が高くなる。油圧ロック状態における高剛性は、バルブが閉じた状態における装置のシール及び内部油圧回路のコンプライアンスと、マウント２４、２６のブッシュのブッシュレートの剛性と、によって決定される。

電気的な制御によってバルブを起動させることによって２つの状態（開状態と油圧ロック状態）を切り換えることによって、軟状態（全開）と硬状態（油圧ロック状態）との間で変化する剛性を提供する。電子制御器（図示せず）は、電子制御信号を電子制御油圧バルブ２８に与えることによって、バルブの状態を変化させるために使用される。剛性可変制御アーム２０の中央にあるコンプライアンス可変アクチュエータ２２の全体の油圧路特性と、開状態における制御アーム２０の中央にあるコンプライアンスアクチュエータ（及びその周辺構造）の基礎剛性と、マウント２４、２６のブッシュとは、タイヤのコンタクトパッチの単位当たりの横力に対して一定の範囲のトー変化を得るように選択される。横力に対するトーコンプライアンスレートは、最小値（固い状態）と高い値（軟らかい状態）との間で変化し、この変化は、車速及び負荷の全領域における車両の旋回動作を変えるのには十分である。ブッシュの剛性は車両の組み立て時に選択される。

セミ・アクティブコンプライアンスアーム２０の所望の剛性を決定する制御パラメータは、横滑り防止装置(ESC(Electronic Stability Control))、アンチロックブレーキングシステム(ABS(Anti-lock Braking System))等の既存のシャーシ制御ユニットから入手可能な既存のセンサのデータから得られる。加えて、高さセンサ、又は、車両の負荷状態を予測できるアルゴリズムを使用して、車両の予測された負荷状態に従ってトーのコンプライアンス状態を変化させる。

図４は、図３に全体が示されたコンプライアンス可変アクチュエータ２２の断面を概略的に示している。この構成要素は、チューブ形状の部品であり、該部品は、該構成要素に取り付けられる部品を締め付けるためのマウントを備えている。この構成要素に関係するマウント２４、２６は、取り付け穴と、挿入された弾性スリーブブッシュと、を備える。マウントのスリーブブッシュは、該部品に締め付けられる少なくとも１つの金属製の内側ピースと、該内側ピースを覆うとともに該内側ピースに加流によって固定されている１つの弾性ベアリング本体と、を備える。

マウント２４、２６の間にある領域内において、コンプライアンス可変アクチュエータ２２はピストンシリンダシステム３６を備えている。ピストンシリンダシステム３６のシリンダ３８の内側には、少なくとも２つのチャンバ４０があり、この少なくとも２つのチャンバ４０は、油圧流体又は空気圧流体を収容しているとともに、ピストン４１によって互いに離されている。２つのチャンバ４０は、チャネル即ち接続通路４２によって互いに連結されている。接続通路４２には、制御可能なバルブ２８が備えられている。バルブ２８の起動に従って、前方下部ラテラルアーム２０は剛性状態となる。バルブ２８が閉じているときに最大剛性の状態となり、この最大剛性は、弾性ブッシュに対するマウント２４、２６の剛性によってほとんど排他的に決まり、その剛性は、ピストンシリンダシステム３６のチャンバ４０同士の間にある接続通路４２内にあるバルブ２８を部分的に開くことによって、低減される。

ピストンシリンダシステム３６のシリンダ３８内の油圧流体又は空気圧流体の２つのチャンバ４０は、外部接続通路４２によって、連結されている。バルブ２８は、チャンバ４０の近傍にてシリンダ壁を通り抜ける接続通路４２内に挿入されている。チャンバ４０同士の間にある接続通路４２は、バルブ２８を介して、開閉する、即ち、流体媒体は連続的に変化する。必要に応じて、バルブ２８は、開状態と閉状態との間で流体の連続的に規制できるバルブであってもよい。この場合、例えば、加速度センサの信号を評価及び使用して弁を制御する。

ピストンロッド４４を介して、ピストン４１はピストンシリンダシステム３６内を案内される。１本のピストンロッド４４が第１マウント２４に直接的又は間接的に連結されている。

カップスプリング４６は各チャンバ４０内に配置されている。コンプライアンス可変アクチュエータ２０の剛性が最大剛性と比較して低い場合、全体の剛性はカップスプリング４６の影響を受ける。各カップスプリング４６は、チャンバの境界を形成する表面にピストン４１が弾性的に設置されるように、該ピストン４１に触れている。これによって、車輪を介して高い振動数の振幅が発生した際でも、ピストンがチャンバ壁に激しく当たるのを回避することができる。

使用の際、車速が低速度の場合、制御アームの剛性は、車両のゲイン及び応答性を高めるために、固く設定される。内／外輪（共通の車軸上にある左又は右車輪）のタイミング及び起動は応答性を最適にするために非対称である。車速が上がると、アクチュエータは、名目上、開状態即ち軟らかい状態に向かい、該軟らかい状態のアクチュエータは、横力によるトーインを可能にすることによって、車両のゲインを低くし（故に後方の車軸においてアンダーステアとなり）、且つ、高速での安定性及び制御に対する余裕を提供する。

トレーリングアームは、１つの部品からなる場合とは異なり、多数のアームで構成されている。該トレーリングアームは、いかなる形態でも、車両の長手軸に対して平行から３０度まで傾斜させてもよい。スリーブブッシュとして説明した取り付け部２４、２６は、ボールジョイント又はピロージョイントに換えてもよい。

上記の好適な実施例を参照して本発明を説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されない。特許請求の範囲に記載された本願発明の範囲内であれば、本願発明の方法及び構成の各種組み合わせの小規模な変形及び相違点は当業者には可能である。

１０ 車両のサスペンション
１２ 第１ラテラルアーム
１３ トレーリングアーム
１４ 第２ラテラルアーム
２０ 第３ラテラルアーム
２２ 剛性可変アクチュエータ
２３ ハブ

Claims (15)

1. 車両のサスペンションであって、
   前記車両の車輪を支持するハブと、
   前記ハブと前記車両の車体とに固定されているトレーリングアームと、
   前記車輪の回転軸の後方に位置している第１ラテラルアームと、
   前記車輪の前記回転軸の上方且つ前記第１ラテラルアームの上方に位置している第２ラテラルアームと、
   前記車輪の前記回転軸の前方に位置している第３ラテラルアームと、
   を備えており、
   前記第１ラテラルアームは、前記ハブと前記車体とに固定されているとともに前記車両の長手軸を横断しており、
   前記第２ラテラルアームは、前記ハブと前記車体とに固定されているとともに前記車両の前記長手軸を横断しており、
   前記第３ラテラルアームは、前記トレーリングアームと前記車体とに固定されており、
   前記第３ラテラルアームは、剛性可変アクチュエータを備えており、
   前記剛性可変アクチュエータは、電子的に制御されるオリフィスを備える油圧回路を有しており、
   前記オリフィスが開いた状態のとき、前記剛性可変アクチュエータは、前記第３ラテラルアームが最小剛性状態となるような流体流動状態になることによって、前記車輪のトー特性に影響を与えることを特徴とする車両のサスペンション。
2. 前記剛性可変アクチュエータの前記オリフィスが閉じた状態のとき、前記剛性可変アクチュエータは、前記第３ラテラルアームが最大剛性状態になるような流体流動状態になる請求項１に記載の車両のサスペンション。
3. 前記コンプライアンス可変アームはピストン・シリンダシステムである請求項１に記載の車両のサスペンション。
4. 前記車両のサスペンションは、更に、前記剛性可変アクチュエータのピストンの両側の間にある流体通路内に位置する油圧弁を電子制御することによって、前記オリフィスの閉度を変化させる手段を備えている請求項３に記載の車両のサスペンション。
5. 前記車両のサスペンションは、更に、車輪荷重及び車速用センサと、車輪荷重及び車速に基づいて前記剛性可変アクチュエータの流体流動状態を変化させる制御器と、を備えている請求項１に記載の車両のサスペンション。
6. 前記トレーリングアームは、前記車両の前記長手軸に平行である請求項１に記載の車両のサスペンション。
7. 前記第２ラテラルアームの一端にはボールジョイントが設けられており、前記第２ラテラルアームの他端には剛性ブッシュが設けられている請求項１に記載の車両のサスペンション。
8. 前記コンプライアンス可変アームの両端には剛性ブッシュマウントが設けられている請求項１に記載の車両のサスペンション。
9. 前記ピストン・シリンダシステムのシリンダには少なくとも２つのチャンバが設けられており、前記少なくとも２つのチャンバは、油圧流体又は空気圧流体を収容するとともに、前記ピストン・シリンダシステムのピストンによって互いに離されている請求項３に記載の車両のサスペンション。
10. 前記コンプライアンス可変アームは、前記少なくとも２つのチャンバの境界となっている表面に前記ピストンを設置するカップスプリングを備えている請求項９に記載の車両のサスペンション。
11. 前記車両のサスペンションは、更に、前記剛性可変アクチュエータの前記オリフィスを開く動作を制御する車両加速度センサを備えている請求項１に記載の車両のサスペンション。
12. 車両のサスペンションを制御する方法であって、
    前記方法は、
    前記車両の車輪を支持するハブと、
    前記ハブと前記車両の車体とに固定されているトレーリングアームと、
    前記車輪の回転軸の前方に位置しており、前記ハブと前記車体とに固定されており、前記トレーリングアームを横断している第１ラテラルアームと、
    前記車輪の前記回転軸の上方且つ前記第１ラテラルアームの上方に位置しており、前記ハブと前記車体とに固定されており、前記トレーリングアームを横断する第２ラテラルアームと、
    前記車輪の前記回転軸の前方に位置しており、前記ハブと前記車体とに固定されており、剛性可変アクチュエータを備えている第３ラテラルアームと、
    を提供するステップと、
    前記剛性可変アクチュエータ内のオリフィスを電子的に制御して、油圧回路を全開にするステップと、
    を含み、
    前記オリフィス及び前記油圧回路が開いた状態のとき、前記剛性可変アクチュエータは、前記第３ラテラルアームが最小剛性状態となるような流体流動状態になることを特徴とする方法。
13. 前記剛性可変アクチュエータの前記オリフィスが閉じている状態のとき、前記剛性可変アクチュエータは、前記第３ラテラルアームが剛性状態になるような流体流動状態になる請求項１２に記載の方法。
14. 前記車両の速度が上がるにつれて前記オリフィスの開度も大きくなることによって、前記剛性可変アクチュエータが軟らかい状態になるとともに前記車輪がトーインする請求項１３に記載の方法。
15. 前記方法は、更に、電子機器を介して前記オリフィスの閉度を変化させる手段を提供する請求項１２に記載の方法。

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