JP2014218154A - 操舵輪用懸架装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 車両の操舵輪に設けられる操舵輪用懸架装置において、アームレイアウトやラックストロークに制約を設けることなく操舵時のラック軸力を低減するのに有効な技術を提供する。
【解決手段】 本発明に係る操舵輪用懸架装置１０は、操舵輪を回転可能に支持する支持部材としてのナックルと、ナックルの下部に設けられた２つの下部連結点としてのジョイント２１，２２にそれぞれ独立して連結された２つのロアアーム３１，３２と、ナックルの上部に設けられた２つの上部連結点としてのジョイント２３，２４にそれぞれ独立して連結された２つのアッパアーム４１，４２と、を備え、２つのロアアーム３１，３２及び２つのアッパアーム４１，４２は、２つのジョイント２１，２２を直線状に結ぶ第１延在線ＡＰ１よりも２つのジョイント２３，２４を直線状に結ぶ第２延在線ＡＰ２の方が車両前方に向かうにつれて車両内側に向かう量が大きくなるように、ナックルとの連結位置が設定されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、車両の操舵輪に設けられる操舵輪用懸架装置に関する。

下記の特許文献１には、車両の操舵輪に設けられる操舵輪用懸架装置が開示されている。この懸架装置は、アッパアーム及びロアアームを共にダブルジョイント化したものであり、制動時のアンダステア特性を得るために、旋回状態で旋回特性を支配する外輪のスクラブ半径を負から正に切換える構造を有する。

特開平５−２７０２２４号公報

ところで、アッパアーム及びロアアームを共にダブルジョイント化したこの種の操舵輪用懸架装置では、操舵輪を転舵させる際に必要なパワーステアリングギア等の推力であるラック軸力を低減したいという要請がある。この要請に対して特許文献１に開示の懸架装置を採用した場合、車両旋回時に荷重のかかる旋回外輪において、仮想キングピン軸とタイヤ接地点との距離が大きくなるためラック軸力が増加する。そこで、この要請に対しては、アームの車体側への取付け点を変更するという第１の対策、ステアリングホイールのラックストロークを短縮化するという第２の対策、パワーステアリング側の出力を上昇させるという第３の対策等が考えられる。しかしながら、第１の対策を採用した場合、アームレイアウトに対する大きな制約となり設計の自由度が低下するという問題が生じる。また、第２の対策を採用した場合、タイヤの切れ角が減少し、車両の最小回転半径を小さくできないという問題が生じる。また、第３の対策を採用した場合、アシストに必要なエネルギーが増加して燃費が低下するという問題が生じる。従って、この種の操舵輪用懸架装置の設計に際してラック軸力を低減する場合には、上記の問題点を解消することができる新たな対策が望まれていた。

そこで、本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的の１つは、車両の操舵輪に設けられる操舵輪用懸架装置において、アームレイアウトやラックストロークに制約を設けることなく操舵時のラック軸力を低減するのに有効な技術を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明に係る操舵輪用懸架装置は、車両の操舵輪に設けられ、支持部材、２つのロアアーム、２つのアッパアームを備える。支持部材は操舵輪を回転可能に支持する。２つのロアアームは、支持部材の下部に設けられた２つの下部連結点にそれぞれ独立して連結される。２つのアッパアームは、支持部材の上部に設けられた２つの上部連結点にそれぞれ独立して連結される。これら２つのロアアーム及び２つのアッパアームは、２つの下部連結点を直線状に結ぶ第１延在線よりも２つの上部連結点を直線状に結ぶ第２延在線の方が車両前方に向かうにつれて車両内側に向かう量が大きくなるように、支持部材との連結位置が設定されている。この場合、２つのロアアームの各軸線を結ぶ仮想交点が操舵輪の転舵時に移動する移動軌跡と、２つのアッパアームの各軸線を結ぶ仮想交点が操舵輪の転舵時に移動する移動軌跡とを互いに近づけることができる。従って、２つの仮想交点を通る仮想キングピン軸の傾きを抑えることができ、その結果、仮想キングピン軸と接地面との交点とタイヤ接地点との距離を小さくすることができる。これによりタイヤ引きずり量が抑えられてラック軸力の低減が図られる。特に、アームレイアウトやラックストロークに制約を設けることなく、操舵輪を回転可能に支持する支持部材（ナックル）側の前後ポイントのみの変更によってラック軸力を下げることができる。

上記の操舵輪用懸架装置では、第１延在線は、車両中心を車両前後方向に延在する車両基準線に対して車両前方に向かうにつれて当該基準線から離間するように傾斜しているのが好ましい。この場合、２つのロアアームの各軸線を結ぶ仮想交点が操舵輪の転舵時に移動する移動軌跡と、２つのアッパアームの各軸線を結ぶ仮想交点が操舵輪の転舵時に移動する移動軌跡とを互いに近づけ、且つ平行に近い状態に相対配置することができる。その結果、操舵輪が旋回内輪となる方向に転舵する際のタイヤ引きずり量が更に抑えられ、ラック軸力の更なる低減が図られる。

以上のように、本発明によれば、車両の操舵輪に設けられる操舵輪用懸架装置において、アームレイアウトやラックストロークに制約を設けることなく操舵時のラック軸力を低減することが可能になった。

本実施の形態の操舵輪用懸架装置１０の右前輪構成部２０を車両後方の斜め上方側から視た状態を模式的に示す図である。 図１中の右前輪構成部２０のラック軸力低減構造を平面視にて模式的に示す図である。 図２において前後一対のロアアーム３１，３２の仮想交点Ｍの移動軌跡Ｍ１，Ｍ２を示す図である。 図２において前後一対のアッパアーム４１，４２の仮想交点Ｎの移動軌跡Ｎ１，Ｎ２を示す図である。 仮想キングピン軸と接地面との交点ＫＰの移動軌跡、及び交点ＫＰとタイヤ接地点Ｊとの間の距離Ｄを示す図である。

以下、本発明の「操舵輪用懸架装置」の一例である操舵輪用懸架装置１０について図面を参照しながら説明する。この操舵輪用懸架装置１０は車両の操舵輪に設けられる。

図１には、操舵輪用懸架装置１０の右前輪構成部２０を車両後方の斜め上方側から視た状態が模式的に示されている。この図１及びその他の図面において、矢印「Ｆｒ」が車両前方向を示し、矢印「ＲＨ」が車両右方向を示している。右前輪構成部２０は、操舵輪である右前輪を回転可能に支持する支持部材としてのナックル２０ａを備えている。このナックル２０ａは、ロアアーム部３０、アッパアーム部４０及びタイロッド５０のそれぞれを介して車体６０に連結されている。このナックル２０ａが本発明の「支持部材」に相当する。左前輪に対応した懸架構造は右前輪に対応した懸架構造と同様であるため、ここでは右前輪に対応した懸架構造のみについて説明するものとし、左前輪に対応した懸架構造についての説明は省略する。

ロアアーム部３０は、いずれも車幅方向（車両の左右方向）に長尺状に延在する前後一対（２つ）のロアアーム３１，３２を備えている。車両前方側のロアアーム３１（以下、「フロントロアアーム」ともいう）は、車両内側の一端部３１ａがブッシュ６１を介して車体６０側に連結され、車両外側の他端部３１ｂが下部連結点であるジョイント２１を介してナックル２０ａの下部領域に連結されている。同様に、車両後方側のロアアーム３２（以下、「リアロアアーム」ともいう）は、車両内側の一端部３２ａがブッシュ６２を介して車体６０側に連結され、車両外側の他端部３２ｂが下部連結点であるジョイント２２を介してナックル２０ａの下部領域に連結されている。フロントロアアーム３１及びリアロアアーム３２の各軸線は仮想交点Ｍにて互いに交差する。これらフロントロアアーム３１及びリアロアアーム３２が本発明の「２つのロアアーム」に相当する。

アッパアーム部４０は、いずれも車幅方向（車両の左右方向）に長尺状に延在する前後一対（２つ）のアッパアーム４１，４２を備えている。車両前方側のアッパアーム４１（以下、「フロントアッパアーム」ともいう）は、車両内側の一端部４１ａがブッシュ６３を介して車体６０側に連結され、車両外側の他端部４１ｂが上部連結点であるジョイント２３を介してナックル２０ａの上部領域に連結されている。同様に、車両後方側のアッパアーム４２（以下、「リアアッパアーム」ともいう）は、車両内側の一端部４２ａがブッシュ６４を介して車体６０側に連結され、車両外側の他端部４２ｂが上部連結点であるジョイント２４を介してナックル２０ａの上部領域に連結されている。フロントアッパアーム４１及びリアアッパアーム４２の各軸線は仮想交点Ｎにて互いに交差する。この仮想交点Ｎと前述の仮想交点Ｍとを直線的に結ぶ線によって仮想キングピン軸が形成される。これらフロントアッパアーム４１及びリアアッパアーム４２が本発明の「２つのアッパアーム」に相当する。

タイロッド５０は、車幅方向（車両の左右方向）に延在する長尺状の部材であり、車両内側の一端部５０ａがラック軸（図示省略）に連結され、車両外側の他端部５０ｂがジョイント２５を介してナックル２０ａに連結されている。このラック軸は、運転者がステアリングホイールを操作したときに生じるピニオンシャフト（図示省略）の回転に応じて車幅方向に移動する。この場合、ラック軸に作用するラック軸力は操舵輪である右前輪を転舵させる際に必要なパワーステアリングギアのアシスト力と運転者のステアリングホイールの操作力とを合わせた推力であり、タイロッド５０及びナックル２０ａを介して右前輪に作用する。このラック軸力は、右前輪を転舵させる際に必要な転舵力としても定義される。

ところで、仮想キングピン軸と接地面との交点をＫＰとし、右前輪のタイヤ接地点をＪとした場合、転舵時には交点ＫＰ周りにタイヤ接地点Ｊが回転するため、交点ＫＰとタイヤ接地点Ｊとの間の距離Ｄ（「スクラブ半径」ともいう）が長いほど右前輪が同じタイヤ切れ角になるまで操舵されたときのタイヤ引きずり量が多くなる。即ち、このタイヤ引きずり量は、距離Ｄとタイヤ切れ角との積の積分に概ね合致する。そして、このタイヤ引きずり量の増加によって前述のラック軸力が増加することが知られている。そこで、本実施の形態の右前輪構成部２０では、タイヤ引きずり量の増減に関与する仮想キングピン軸の動き方をコントロールすることによってラック軸力の低減を図るラック軸力低減構造を特徴としており、このラック軸力低減構造の具体例について図２〜図５を参照しつつ説明する。

図２に示すように、仮想キングピン軸は、ロアアーム部３０における仮想交点Ｍとアッパアーム部４０における仮想交点Ｎとを結ぶ直線である。従って、これら仮想交点Ｍ，Ｎの動き方をコントロールすることによって仮想キングピン軸の動き方をコントロールすることができる。この目的のために、本実施の形態のラック軸力低減構造は、ロアアーム部３０のナックル２０ａ側の前後ポイントである２つのジョイント２１，２２を直線的に結ぶ第１延在線をＡＰ１とし、アッパアーム部４０のナックル２０ａ側の前後ポイントである２つのジョイント２３，２４を直線的に結ぶ第２延在線をＡＰ２との相対的な配置に関し特徴を有する。

ラック軸力低減構造の第１の特徴として、第１延在線ＡＰ１よりも第２延在線ＡＰ２の方が車両前方に向かうにつれて車両内側に向かう量が大きくなるように、ナックル２０ａに対する２つのロアアーム３１，３２及び２つのアッパアーム４１，４２の連結位置が設定されている。即ち、図２において第１延在線ＡＰ１及び第２延在線ＡＰ２は、車両前方に向かうにつれて互いに離間するように前開き状に延在しており、且つ車両中心を車両前後方向に延在する車両基準線Ｌに対する傾斜角度は第１延在線ＡＰ１よりも第２延在線ＡＰ２の方が大きい。この場合、第２延在線ＡＰ２は図２に示すように第１延在線ＡＰ１よりも車両内側に配置されてもよいし、或いは第１延在線ＡＰ１よりも車両外側に配置されてもよい。またラック軸力低減構造の更なる第２の特徴として、第１延在線ＡＰ１は、車両基準線Ｌに対して車両前方に向かうにつれて当該車両基準線Ｌから離間するように傾斜している。この場合、第１延在線ＡＰ１は、フロントロアアーム３１の他端部３１ｂとリアロアアーム３２の他端部３２ｂとを直線的に結ぶ線（ナックル２０ａ側の前後ポイントを結ぶ線）でもある。また、第２延在線ＡＰ２は、フロントアッパアーム４１の他端部４１ｂとリアアッパアーム４２の他端部４２ｂとを直線的に結ぶ線（ナックル２０ａ側の前後ポイントを結ぶ線）でもある。

第１延在線ＡＰ１の上記の配置を実現するためには、図３が参照されるように、ジョイント２１の位置を図中の矢印で示すようにフロントロアアーム３１の軸線上で仮想交点Ｍ側へと移動させ、且つジョイント２２の位置を図中の矢印で示すようにリアロアアーム３２の軸線上で仮想交点Ｍとは反対側へと移動させる。この場合、右前輪が右方向である第１方向Ａ１及び左方向である第２方向Ａ２に操舵されるときの仮想交点Ｍの移動軌跡は、ジョイント２１，２２の位置変更によってＭ１からＭ２へと左側に傾斜移動している。第１方向Ａ１は右前輪が旋回内輪となる方向であり、第２方向Ａ２は右前輪が旋回外輪となる方向である。

第２延在線ＡＰ２の上記の配置を実現するためには、図４が参照されるように、ジョイント２３の位置を図中の矢印で示すようにフロントアッパアーム４１の軸線上で仮想交点Ｎとは反対側へと移動させ、且つジョイント２４の位置を図中の矢印で示すようにリアアッパアーム４２の軸線上で仮想交点Ｎ側へと移動させる。この場合、右前輪が右方向である第１方向Ａ１及び左方向である第２方向Ａ２に操舵されるときの仮想交点Ｎの移動軌跡は、ジョイント２３，２４の位置変更によってＮ１からＮ２へと右側に傾斜移動している。

ジョイント２１，２２の位置変更によって仮想交点Ｍの移動軌跡を左回り方向に回転させ、且つジョイント２３，２４の位置変更によって仮想交点Ｎの移動軌跡を右回り方向に回転させることにより、移動軌跡Ｍ２及び移動軌跡Ｎ２を互いに近づけることができ、特に移動軌跡Ｍ２及び移動軌跡Ｎ２を平行に近い状態に相対配置することができる。この場合、図５が参照されるように、仮想交点Ｍと仮想交点Ｎとを直線的に結ぶ仮想キングピン軸と接地面との交点ＫＰに関し、右前輪が第１方向Ａ１及び第２方向Ａ２に操舵されるときの交点ＫＰの移動軌跡は、二点鎖線で示すＫＰ１から実線で示すＫＰ２に変化する。移動軌跡ＫＰ１は、仮想交点Ｍの移動軌跡がＭ１であり、且つ仮想交点Ｎの移動軌跡がＮ１である場合に対応しており、移動軌跡ＫＰ２は、仮想交点Ｍの移動軌跡がＭ２であり、且つ仮想交点Ｎの移動軌跡がＮ２である場合に対応している。この場合、交点ＫＰの移動軌跡はＫＰ１からＫＰ２へと左側に傾斜移動している。

ここで、図５が参照されるように、右前輪の仮想キングピン軸と接地面との交点ＫＰは、右方向である第１方向Ａ１への操舵時にとりわけ大きく変位するため、交点ＫＰとタイヤ接地点Ｊとの間の距離Ｄは第１方向Ａ１への操舵時に大きくなる。そこで、本実施の形態では、右方向である第１方向Ａ１への操舵時に交点ＫＰがより車両内側へと動くように、即ち仮想キングピン軸が車両外側へ倒れ込むのを防止するように、仮想交点Ｍ，Ｎの移動軌跡を設定している。その結果、交点ＫＰとタイヤ接地点Ｊとの間の距離Ｄを抑えることによってラック軸力を低減させることができる。また、ジョイント２１，２２の位置変更によって仮想交点Ｍ及びブッシュ６１，６２の位置は変化せず、ジョイント２３，２４の位置変更によって仮想交点Ｎ及びブッシュ６３，６４の位置は変化しない。従って、２つのロアアーム３１，３２及び２つのアッパアーム４１，４２のアームレイアウトやラックストロークに制約を設けることなく、ナックル２０ａ側の前後ポイントのみの変更によってラック軸力を下げることができる。

本発明は、上記の典型的な実施形態のみに限定されるものではなく、種々の応用や変形が考えられる。例えば、上記実施の形態を応用した次の各形態を実施することもできる。

上記実施の形態のラック軸力低減構造は、第１延在線ＡＰ１よりも第２延在線ＡＰ２の方が車両前方に向かうにつれて車両内側に向かう量が大きくなるという第１の特徴と、第１延在線ＡＰ１は、車両中心を車両前後方向に延在する車両基準線Ｌに対して車両前方に向かうにつれて当該車両基準線Ｌから離間するように傾斜しているという第２の特徴とを兼ね備える場合について記載したが、本発明ではラック軸力低減構造が少なくとも第１の特徴を備えていれば足りる。従って、例えば図２において第１延在線ＡＰ１を右上がり直線から左上がり直線に変更することもできる。ラック軸力低減構造が第１の特徴及び第２の特徴の双方を備える場合は、第１の特徴のみを備える場合に比べて２つのロアアーム３１，３２に係る仮想交点Ｍの移動軌跡と２つのアッパアーム４１，４２に係る仮想交点Ｎの移動軌跡とを平行に近づけることができ、その結果、ラック軸力の低減効果を高めることができる。

１０…操舵輪用懸架装置、２０…右前輪構成部、２０ａ…ナックル、２１，２２，２３，２４，２５…ジョイント、３０…ロアアーム部、３１…（フロント）ロアアーム、３１ａ…一端部、３１ｂ…他端部、３２…（リア）ロアアーム、３２ａ…一端部、３２ｂ…他端部、４０…アッパアーム部、４１…（フロント）アッパアーム、４１ａ…一端部、４１ｂ…他端部、４２…（リア）アッパアーム、４２ａ…一端部、４２ｂ…他端部、５０…タイロッド、５０ａ…一端部、５０ｂ…他端部、６０…車体、６１，６２，６３，６４…ブッシュ、ＡＰ１…第１延在線、ＡＰ２…第２延在線、Ｄ…距離、Ｊ…タイヤ接地点、ＫＰ…仮想キングピン軸と接地面との交点、ＫＰ１，ＫＰ２…移動軌跡、Ｌ…車両基準線、Ｍ，Ｎ…仮想交点、Ｍ１，Ｍ２…移動軌跡、Ｎ１，Ｎ２…移動軌跡

Claims (2)

1. 車両の操舵輪に設けられる操舵輪用懸架装置であって、
   前記操舵輪を回転可能に支持する支持部材と、前記支持部材の下部に設けられた２つの下部連結点にそれぞれ独立して連結された２つのロアアームと、前記支持部材の上部に設けられた２つの上部連結点にそれぞれ独立して連結された２つのアッパアームと、を備え、
   前記２つのロアアーム及び前記２つのアッパアームは、前記２つの下部連結点を直線状に結ぶ第１延在線よりも前記２つの上部連結点を直線状に結ぶ第２延在線の方が車両前方に向かうにつれて車両内側に向かう量が大きくなるように、前記支持部材との連結位置が設定されている、操舵輪懸架装置。
2. 請求項１に記載の操舵輪懸架装置であって、
   前記第１延在線は、車両中心を車両前後方向に延在する車両基準線に対して車両前方に向かうにつれて当該基準線から離間するように傾斜している、操舵輪懸架装置。

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