JP2012214098A - サスペンション構造、サスペンション特性調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】車高に比べてトレッドが狭い車両において、ジャッキダウン特性を得る。
【解決手段】車高に比べてトレッドが狭い車両で、車輪２を回転可能に支持するアップライト３と車体１とを、上側のアッパリンク４及び下側のロアリンク５によって揺動可能に連結する。そして、車両静止状態でロールセンタが地面よりも低くなるように設定してある場合には、旋回走行時に前記ロールセンタが旋回外側へ移動するように、アッパリンク４及びロアリンク５を配置する。また、アッパリンク４の長さをロアリンク５以下とし、アッパリンク４の長さ及びトレッドに応じて、ロアリンク５の長さを決定するか、又はロアリンク５の長さ及びトレッドに応じて、アッパリンク４の長さを決定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、サスペンション構造、及びサスペンション特性調整方法に関するものである。

特許文献１の従来技術では、車輪を回転可能に支持する支持部材と車体とを、上側のアッパリンク及び下側のロアリンクによって揺動可能に連結したダブルウィッシュボーン式のサスペンション構造を開示している。

米国特許第５６２０１９９号

一般に、ダブルウィッシュボーン式のサスペンション構造では、アッパリンクの取付け角によってロールセンタを低くすると、バンプ時の旋回外輪側で対地キャンバ角が大きくなり、コーナリングフォースが低下する可能性がある。一方、ロアリンクの取付け角によってはバンプ時のネガティブキャンバ傾向を達成できるが、ロールセンタが地面よりも高くなり、ジャッキアップを招く可能性がある。車高に比べてトレッドが狭い車両ほど、ロールオーバ限界が低く、旋回時の横転を招く可能性もあるため、旋回時にロールセンタを移動させて、ジャッキダウン特性を得ることが特に望まれる。
本発明の課題は、車高に比べてトレッドが狭い車両において、より旋回性能を高めることである。

上記の課題を解決するために、トレッドが車高よりも狭く、且つ車両静止状態でロールセンタが地面よりも低い場合には、旋回走行時にロールセンタを旋回外側へ移動させるアッパリンク及びロアリンクの配置に設定する。

本発明に係るサスペンション構造によれば、車両静止状態でロールセンタが地面よりも低い場合に、旋回走行時にロールセンタを旋回外側へ移動させることで、車高に比べてトレッドが狭い車両において、ジャッキダウン特性の向上によって、より旋回性能を高めることができる。

車高に比べて車幅が狭い車両の一例を示す図である。 車両を後方から見たサスペンション構造を示す概略図である。 トレッドに応じたアッパリンク長さとロアリンク長さの対応表である。 トレッドに応じた角度差と角度比の対応表である。 車両を後方から見た左旋回中のサスペンション構造を示す概略図である。 ロール角に対するジャッキ力を表す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
《第１実施形態》
《構成》
図１は、車高に比べて車幅が狭い車両の一例を示す図である。
車高に比べて車幅が狭い車両としては、例えばシティコミュータとして提案されているタンデム式の２シータ車両がある。このように、車両前面視で車高に比べて車幅が狭い車両ほど、スタティック・スタビリティ・ファクタ（ＳＳＦ：ここではトレッド幅の半分／重心高の比であり、静的安定限界を表す）が小さいので、ロールオーバ限界が低く、旋回時に横転する可能性が高くなる。そのため、このＳＳＦが小さい車両ほど、旋回時にロールセンタを移動させて、ジャッキダウン特性を得ることが特に望まれる。

図２は、車両を後方から見たサスペンション構造を示す概略図である。
左右輪のサスペンション構造は、左右対称の同一構造なので、右輪を基準として説明する。なお、左右輪を区別する際には、右輪に関わる符号に添え字“Ｒ”を付し、左輪に関わる符号に添え字“Ｌ”を付して説明する。
車体１は、ダブルウィッシュボーン式のサスペンション構造によって、車輪２に懸架してある。車輪２を回転自在に支持するアップライト３は、アッパリンク４及びロアリンク５を介して揺動可能な状態で車体１に連結してある。

アッパリンク４の車体側取付け点４１及びアップライト側取付け点４２の夫々は、ゴムブッシュを介して車体１及びアップライト３に連結してあり、ロアリンク５の車体側取付け点５１及びアップライト側取付け点５２の夫々は、ゴムブッシュを介して車体１及びアップライト３に連結してある。
右輪においては、アッパリンク４の軸線を車体内側へと延長した延長線４３と、ロアリンク５の軸線を車体内側へと延長した延長線５３と、の交点が瞬間回転中心６Ｒとなり、瞬間回転中心６Ｒとタイヤ接地中心６１とを結ぶ線分がスイングリンク６２Ｒとなる。同様に、左輪においても、瞬間回転中心６Ｌとスイングリンク６２Ｌとが決まる。そして、右輪のスイングリンク６２Ｒと、左輪のスイングリンク６２Ｌとの交点が、ロールセンタ７となる。

平坦路を直進走行しているなどして車両がロールしていない状態も含め、車両静止状態（定常状態）では、車幅方向を中心にして左右対称となる位置に左右輪の瞬間回転中心６Ｒ及び６Ｌが存在するので、ロールセンタ７の左右位置は車体中心となる。また、ロールセンタ７の高さが、地面よりも低くなるようにサスペンションジオメトリを設定してある。

次に、アッパリンク４とロアリンク５のレイアウトについて説明する。
アッパリンク４とロアリンク５とは、旋回走行時にロールセンタ７が旋回外側へ移動するようにレイアウトしてある。
先ずは、長さについて説明する。
ここでは、アッパリンク４の長さをロアリンク５以下とする。具体的には、アッパリンク４の長さ及びトレッドに応じて、ロアリンク５の長さを決定するか、又はロアリンク５の長さ及びトレッドに応じて、アッパリンク４の長さを決定する。

図３は、トレッド(□の中の数字)に応じたアッパリンク長さとロアリンク長さの対応表である。
先ず、アッパリンク４の長さ及びトレッドに応じて、ロアリンク５の長さを決定する場合、アッパリンク４が長いほど、且つトレッドが広いほど、ロアリンク５の長さを大きくする。例えば、アッパリンク４の長さが１００ｍｍ程度で、トレッドが１０００ｍｍ程度のときには、ロアリンク５の長さを１２０ｍｍ程度とし、アッパリンク４の長さが１００ｍｍ程度で、トレッドが８００ｍｍ程度のときには、ロアリンク５の長さを１００ｍｍ程度とする。

次に、角度について説明する。
ここでは、車両静止状態で、水平面に対するアッパリンク４の取付け角度（下反角）が、水平面に対するロアリンク５の取付け角度（下反角）よりも大きくなり、且つアッパリンク４の取付け角度をロアリンク５の取付け角度で割った角度比が１よりも大きくなるように、アッパリンク４及びロアリンク５を配置している。具体的には、トレッドに応じて、アッパリンク４の取付け角度とロアリンク５の取付け角度との角度差（＝アッパリンク取付け角度−ロアリンク取付け角度）、及び角度比（＝アッパリンク取付け角度／ロアリンク取付け角度）を決定する。

図４は、トレッドに応じた角度差と角度比の対応表である。
先ず、トレッドが広いほど単調増加関数的に角度差を大きくする。例えば、トレッドが６５０ｍｍ程度のときには、角度差を４°程度とし、トレッドが１３００ｍｍ程度のときには、角度差を１０°程度とする。
また、トレッドに応じて角度比を単調増加関数的に変化させる。例えば、トレッドが６５０ｍｍ程度のときには、角度比を１．１５程度とし、トレッドが１３００ｍｍ程度のときには、角度比を１.７程度とする。

次に、仮想リンク長さについて説明する。
車両静止状態で、アッパリンク４における車輪側（アップライト側）の取付け点から瞬間回転中心までの距離を仮想アッパリンクとし、ロアリンク５における車輪側（アップライト側）の取付け点から瞬間回転中心までの距離を仮想ロアリンクとする。そして、仮想アッパリンクの長さを仮想ロアリンクよりも短くする。
なお、サスペンションストロークに伴うアッパリンク４の揺動角を、仮想アッパリンクの長さと、アッパリンク４及びロアリンク５における夫々の車輪側（アップライト側）の取付け点間距離と、サスペンションストロークに伴うロアリンク５の揺動角に応じて決定する。

《作用》
一般に、ダブルウィッシュボーン式のサスペンション構造では、車両を後方から見て、アッパリンクを車体側が高くなるように配置すると、ロールセンタを低くすることができるが、車輪の瞬間回転中心が車輪よりも外側に位置することになる。そのため、バンプ時にキャンバ角がポジティブ方向に変化するので、旋回外輪側で対地キャンバ角が大きくなることで、コーナリングフォースが低下する可能性がある。

これに対して、ロアリンクを上方に向けて、車輪の瞬間回転中心を車体側に設けると、バンプ時にネガティブキャンバ傾向になるが、ロールセンタが地面よりも高くなるため、旋回外輪のコーナリングフォースが上向きの荷重となり、ジャッキアップを招く可能性がある。
車高に比べてトレッドが狭い車両ほど、スタティック・スタビリティ・ファクタ（ＳＳＦ：トレッドの半分／重心高の比であり、静的安定限界を表す）が小さいので、ロールオーバ限界が低く、旋回時の横転を招く可能性もある。そのため、このＳＳＦが小さい車両ほど、旋回時にロールセンタを移動させて、ジャッキダウン特性を得ることが特に望まれる。

次に、本実施形態の作用について説明する。
先ず、車両が直進走行している場合は、車幅方向中心に対して左右対称となる位置に、左右輪の瞬間回転中心６Ｒ及び６Ｌが存在し、ロールセンタ７は車両中心に位置する。
この状態から、車両が例えば左旋回を行うと、左右輪にサスペンションストロークが生じ、旋回内輪である左輪はリバウンドストロークし、旋回外輪である右輪はバウンドストロークとする。

図５（ａ）は、車両を後方から見た左旋回中のサスペンション構造を示す概略図である。
このとき、アッパリンク４及びロアリンク５の夫々の揺動（変位）によって、ロールセンタ７は、旋回外側（右輪側）へ移動する。
バウンドストロークする旋回外輪（右輪）では、車体１の旋回外側が下方に下がることで、アッパリンク４の車体側取付け点４１、及びロアリンク５の車体側取付け点５１が下方に下がり、仮想リンクの旋回内側が下方に下がってゆく。すなわち、旋回外輪の瞬間回転中心６Ｒが下方に変位してゆく。

一方、リバウンドストロークする旋回内輪（左輪）では、車体１の旋回内側が上方に上がることで、アッパリンク４の車体側取付け点４１、及びロアリンク５の車体側取付け点５１が上方に上がり、仮想リンクの旋回外側が上方に上がってゆく。すなわち、旋回内輪の瞬間回転中心６Ｌが上方に変位してゆく。
そして、左右輪で、瞬間回転中心と接地点を結んだ直線の交点を求めると、ある旋回における瞬間のロールセンタ７が求まり、結果として、ロールセンタ７は旋回外側へと移動する。

図５（ｂ）に示すように、ロールセンタが地面より上にある車において、通常、車両が旋回走行している際にはタイヤでは横力Ｆｙ_in及びＦｙ_outが発生している。この横力Ｆｙ_in及びＦｙ_outは、車体１に作用する横加速度（遠心力）によって生じる慣性力と釣り合うように前後の左右輪で発生する力である。瞬間のロールセンタ７では、この横力と、ロールセンタ７から左右輪の接地点まで結んだ仮想リンクが、地面となす角度θ_in及びθ_outのタンジェント成分の積が上下方向に作用している。この上下方向の力の和をジャッキ力（Ｆｊ＝Ｆｙ_outｔａｎθ_out−Ｆｙ_inｔａｎθ_in）として定義しているが、左右の上下力が釣り合っているときは、ジャッキ力が働かない状態であり、重心点を上下方向に移動させる力は働かないため、重心高の変化は生じない。

一般的には、旋回時に横力が旋回内側よりも旋回外側に作用する力が増すため、この仮想リンクの角度の大きさによって、ロールセンタ７に働くジャッキ力が変化することになる。すなわち、図５（ｂ）に示すような一般的な車両では旋回外輪側の角度を減らし、旋回内輪側の角度を増やすことで、よりジャッキダウン力を働かせる方向とすることができる。

本実施形態にあっては、ロールセンタが地面より下方にあるため、上記と逆の関係になる。
すなわち、ロールセンタ７が地面より下方にあり、旋回時に旋回外側に移動するよう設定してあると、旋回外輪の上下力は下向きに作用し、旋回内輪の上下力は、旋回内輪の角度を増やすことで、よりジャッキダウン力を働かせる方向とするため、重心点を鉛直下方へ引き下げる力が発生する。つまり、ロールセンタ７の位置が旋回外側に移動することで上記Ｆｊ＝Ｆｙ_inｔａｎθ_in−Ｆｙ_outｔａｎθ_outのＦｙ_outｔａｎθ_out項を大きくすることができ、ジャッキダウン力を増加させることができる。
このようにすることで、より高い横加速度での旋回であっても横転限界が向上し、車体の安定性を上げることが可能となる。

図６は、ロール角に対するジャッキ力を表す図である。
ここで、ジャッキ力の負値がジャッキダウン力を表す。このように、ロール角が予め定められた範囲内（例えば０〜４.５程度の範囲）で大きくなるほど、ジャッキダウン特性を得ることができる。
上記のように、車体１とアップライト３とを連結するアッパリンク４及びロアリンク５の長さと角度が、サスペンションストロークに伴う揺動変化によってサスペンションの瞬間回転中心の移動を改善するよう設定してあり、左右輪での瞬間回転中心の移動を、横加速度変化に対応して旋回外側へと移動させることでロールセンタ位置を旋回外側に移動ができる。これは、バンプ時にネガティブキャンバとなるように設定したとしても、ジャッキダウン特性を得ることができる。つまり、ネガティブキャンバとジャッキダウン特性とを両立させることができるので、走行安定性の面で、従来技術よりも有利である。

車両旋回（背面視）に伴って、左右輪のサスペンションが旋回外輪でバウンド、旋回内輪でリバウンドストロークする時、左右輪夫々の上下サスペンションリンクの延長線の交点である瞬間回転中心と、タイヤの接地点を結んだ仮想リンクの、夫々の交点であるロールセンタを、旋回外側に移動させて、ジャッキダウン力を発生させることで重心点を鉛直下向きに引き下げる効果が生じるので、重心点を引き下げることで、幅が車高に比べて小さく横転限界が低い車両の旋回時の安定性を高めることができる。

また、アッパリンク４がロアリンク５以下で、且つロアリンク５の長さがトレッド幅の大きさに応じて決められているため、サスペンョンストロークにおける、リンク揺動角の大きさがロアリンク５側で大きくなる。そのため、旋回外輪側（バウンド側）の瞬間回転中心が、下方且つ旋回外側に移動し、旋回内輪側（リバウンド側）の瞬間回転中心が、上方且つ旋回外側に移動するため、ロールセンタ７がジャッキダウン力を生じるように旋回外側へ移動することができる。

また、アッパリンク４の取付け角度が、ロアリンク５の取付け角度よりも大きくなるように配置し、且つアッパリンク４とロアリンク５との角度差が、トレッドが小さくなるほど、角度差を大きくするようにしている。これにより、車輪側から見て車体側に位置するよう配置した瞬間回転中心が、旋回外輪側（バウンド側）では旋回外側且つ下方へ移動し、旋回内輪側（リバウンド側）では旋回外側且つ上方へ移動するようになる。したがって、ロールセンタ７を旋回外側に移動させることができる。
さらに、アッパリンク４及びロアリンク５の角度比を1よりも大きく、且つトレッド幅に応じて変えることとしたことで、幅方向の大きさに合わせて角度を設定することができるため、ジャッキダウン力を得られる。
以上より、アップライト３が「支持部材」に対応している。

《効果》
（１）このサスペンション構造では、車両静止状態でロールセンタが地面よりも低くなるように設定してある場合には、旋回走行時に前記ロールセンタが旋回外側へ移動するように、アッパリンク４及びロアリンク５を配置する。
このように、車両静止状態でロールセンタが地面よりも低くなるように設定してある場合に、旋回走行時にロールセンタが旋回外側へ移動するようにアッパリンク及びロアリンクを配置することで、車高に比べてトレッドが狭い車両において、ジャッキダウン特性を得ることができる。

（２）このサスペンション構造では、アッパリンク４の長さをロアリンク５以下とする。そして、アッパリンク４の長さ及びトレッドに応じて、ロアリンク５の長さを決定するか、又はロアリンク５の長さ及びトレッドに応じて、アッパリンク４の長さを決定する。
このように、アッパリンク４の長さをロアリンク５以下としたことで、ロアリンク５の揺動角の方が大きくなり、旋回外輪側（バウンド側）の瞬間回転中心を下方に、且つ旋回外側へと移動させやすくなり、上記の効果を得ることができる。

（３）このサスペンション構造では、水平面に対するアッパリンク４の取付け角度が、水平面に対するロアリンク５の取付け角度よりも大きくなるように設定する。さらに、アッパリンク４の取付け角度をロアリンク５の取付け角度で割った角度比が１よりも大きくなるように設定する。そして、トレッドに応じて、アッパリンク４の取付け角度とロアリンク５の取付け角度との角度差、及び角度比を決定する。
このように、アッパリンク４の取付け角度をロアリンク５の取付け角度よりも大きくすることで、旋回外輪（バウンド側）の瞬間回転中心を下方に、且つ旋回外側へと移動させやすくなり、上記の効果を得ることができる。

（４）このサスペンション構造では、仮想アッパリンクの長さを仮想ロアリンクよりも短くする。そして、サスペンションストロークに伴うアッパリンク４の揺動角を、仮想アッパリンクの長さと、アッパリンク４及びロアリンク５における夫々のアップライト３側の取付け点間距離と、サスペンションストロークに伴うロアリンク５の揺動角に応じて決定する。
このように、仮想アッパリンクの長さを仮想ロアリンクよりも短くしたことで、仮想ロアリンクの揺動角の方が大きくなり、旋回外輪側（バウンド側）の瞬間回転中心を下方に、且つ旋回外側へと移動させやすくなり、上記の効果を得ることができる。

（５）このサスペンション特性調整方法では、車両静止状態のロールセンタを地面よりも低くなるように設定してある場合には、旋回走行時に前記ロールセンタを旋回外側へ移動させるアッパリンク４及びロアリンク５の配置に設定する。
このように、車両静止状態でロールセンタが地面よりも低くなるように設定してある場合に、旋回走行時にロールセンタが旋回外側へ移動するようにアッパリンク及びロアリンクを配置することで、車高に比べてトレッドが狭い車両において、ジャッキダウン特性を得ることができる。

１ 車体
２ 車輪
３ アップライト
４ アッパリンク
５ ロアリンク
６Ｌ 瞬間回転中心
６Ｒ 瞬間回転中心
７ ロールセンタ
４１ 車体側取付け点
４２ アップライト側取付け点
４３ 延長線
５１ 車体側取付け点
５２ アップライト側取付け点
５３ 延長線
６１ タイヤ接地中心
６２Ｌ スイングリンク
６２Ｒ スイングリンク

Claims (5)

1. 車輪を回転可能に支持する支持部材と車体とを、揺動可能に連結する上側のアッパリンク及び下側のロアリンクを有し、
   前記アッパリンク及び前記ロアリンクは、トレッドを車高よりも狭くした状態で前記支持部材と前記車体とを連結し、車両静止状態でロールセンタを地面よりも低く設定した場合には、旋回走行時に前記ロールセンタを旋回外側へ移動させる前記アッパリンク及び前記ロアリンクの配置に設定することを特徴とするサスペンション構造。
2. 前記アッパリンクの長さを前記ロアリンク以下とし、
   前記アッパリンクの長さ及びトレッドに応じて、前記ロアリンクの長さを決定するか、又は前記ロアリンクの長さ及びトレッドに応じて、前記アッパリンクの長さを決定することを特徴とする請求項１に記載のサスペンション構造。
3. 車両静止状態で、水平面に対する前記アッパリンクの取付け角度を、水平面に対する前記ロアリンクの取付け角度よりも大きくし、且つ前記アッパリンクの取付け角度を前記ロアリンクの取付け角度で割った角度比を１よりも大きくする前記アッパリンク及び前記ロアリンクを配置し、
   トレッドに応じて、前記アッパリンクの取付け角度と前記ロアリンクの取付け角度との角度差、及び前記角度比を決定することを特徴とする請求項１又は２に記載のサスペンション構造。
4. 車両静止状態で、前記アッパリンクにおける前記支持部材側の取付け点から瞬間回転中心までの距離を仮想アッパリンクとし、前記ロアリンクにおける前記支持部材側の取付け点から瞬間回転中心までの距離を仮想ロアリンクとし、前記仮想アッパリンクの長さを前記仮想ロアリンクよりも短くし、
   サスペンションストロークに伴う前記アッパリンクの揺動角を、前記仮想アッパリンクの長さと、前記アッパリンク及び前記ロアリンクにおける夫々の前記支持部材側の取付け点間距離と、サスペンションストロークに伴う前記ロアリンクの揺動角に応じて決定することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のサスペンション構造。
5. 車輪を回転可能に支持する支持部材と車体とを、上側のアッパリンク及び下側のロアリンクを介して揺動可能に連結し、前記アッパリンク及び前記ロアリンクによって、トレッドを車高よりも狭くした状態で前記支持部材と前記車体とを連結し、車両静止状態でロールセンタを地面よりも低く設定した場合には、旋回走行時に前記ロールセンタを旋回外側へ移動させる前記アッパリンク及び前記ロアリンクの配置に設定することを特徴とするサスペンション特性調整方法。

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