JP2016190532A - 車両のサスペンション装置 - Google Patents

Abstract

【課題】徒にマウント部材の剛性を上げることなく微小横力入力時のロールを抑制し、操縦安定性の向上と、制振・騒音抑制性能の向上とを両立させる。
【解決手段】ロワアーム１０とフロントクロスメンバ３０とのブッシュ１２を介した連結位置をロワアーム１０とアクスルハウジング３との連結位置よりも高い位置となるように傾角をつけて配置すると共に、ブッシュ１２の上下方向及び左右方向の弾性特性を最適化し、左右のブッシュ１２の弾性中心が車両の慣性主軸の近傍となるように設定する。これにより、ブッシュ１２の剛性を徒に大きくすることなく微小入力時のロールを抑制し、操縦安定性の向上と制振・騒音抑制性能の向上とを両立させることができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、車輪を回転自在に支持する車輪支持部材に連結されるリンク部材が弾性部材を介して車体に連結される車両のサスペンション装置に関する。

従来から、車両のサスペンション装置として、車輪を回転自在に支持する車輪支持部材をリンク部材やダンパを介して車体に連結する形式のものがある。このようなサスペンション装置では、一般的に、リンク部材やダンパをゴムブッシュ等のマウント部材を介してコンプライアンスステア可能に車体に連結しており、車両に横力が入力されると、幾何学的に定まるロール中心を軸としてリンク部材やダンパが変位して車体がロールする。

このような横力による車体ロールは、過度に発生すると操縦安定性の低下に繋がるため、例えば、特許文献１には、車輪を回転自在に支持する車輪支持部材を上下方向に揺動可能に支持するサスペンションメンバ（リンク部材）が車両の前方と後方とに間隔をあけて配設される懸架装置において、弾性的に支持されるサスペンションメンバに想定される仮想ロール軸をサスペンションジオメトリの中で適切に配置することにより、車両の操縦安定性を向上させる技術が提案されている。

特開平６−６４４２１号公報

しかしながら、実際の車両においては、リンク部材の連結部やダンパの作動部にはフリクションが存在するため、直進時や微小操舵時等のように小さな横力が入力された場合には、リンク部材やダンパはほとんど動かず、主としてゴムブッシュ等のマウント部材が変位して車体がロールする。

従来、ゴムブッシュ等のマウント部材の剛性は、操縦安定性と振動伝達特性との兼ね合いから決定しており、小さな横力入力時のロールを抑制するため、マウント部材の剛性を上げると、車体の動きが抑制されて操縦安定性が向上する反面、制振・騒音抑制性能は低下してしまう。逆に、マウント部材の剛性を下げると、制振・騒音抑制性能は向上するが、操縦安定性が低下してしまい、操縦安定性と制振・騒音抑制性能とが背反する。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、徒にマウント部材の剛性を上げることなく微小横力入力時のロールを抑制し、操縦安定性の向上と、制振・騒音抑制性能の向上とを両立させることのできる車両のサスペンション装置を提供することを目的としている。

本発明の一態様による車両のサスペンション装置は、車輪を回転自在に支持する車輪支持部材に連結されるリンク部材がマウント部材を介して車体に弾性的に連結される車両のサスペンション装置であって、車幅方向の左右の前記マウント部材の前記車体への連結位置を前記リンク部材への連結位置よりも上方に設定すると共に、前記マウント部材の上下方向及び左右方向の弾性特性を最適化して、左右の前記マウント部材の弾性中心を車両の慣性主軸近傍に配置したものである。

本発明によれば、徒にマウント部材の剛性を上げることなくマウント部材の剛性を最適化して微小横力入力時のロールを抑制することができ、操縦安定性の向上と、制振・騒音抑制性能の向上とを両立させることができる。

車両のサスペンション装置を示す説明図 トランスバースリンクの外観図 ブッシュの断面図 ブッシュの配置と弾性中心との関係を示す説明図

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１において、符号１は車両のサスペンション装置を示し、本実施の形態においては、車体の前部に配設されるストラット式サスペンション装置を示している。

このサスペンション装置１は、車両前後方向に延びる中心線に対して車幅方向に左右対称の構造を有しており、図示しないハブを介して操舵輪である車輪（前輪）２を回転自在に支持する車輪支持部材としてのアクスルハウジング３に、ストラットユニット５とトランスバースリンク１０とが連結されている。尚、図１において、Ｆ，Ｒは車両前後方向、Ｕ，Ｄは車両上下方向を示している。

ストラットユニット５は、ショックアブソーバ６とサスペンションスプリング７とを一体的にユニット化して構成されており、サスペンションスプリング７側の上端部が車体フレームに取り付けられ、ショックアブソーバ６側の下端部がアクスルハウジング２の上部に結合されている。このストラットユニット５は、前輪２の転舵時にアクスルハウジング２と共に転舵軸回りに回転し、また、サスペンション装置１のストロークに応じて伸縮する。

また、トランスバースリンク１０は、アクスルハウジング３を車体に連結するリンク部材であり、本実施の形態においては、図２に示すように、略Ｌ字形状に形成されたロワアームとして構成されている。このトランスバースリンク（以下、「ロワアーム」と記載）１０は、アクスルハウジング３の下部に連結されると共に、車体側に２箇所で弾性的に支持されており、車両の静止時に車両の前方側から見たとき、車幅方向外側のアクスルハウジング３との連結位置よりも車幅方向内側の車体側との連結位置が上方となるように所定の傾角をつけて配置されている。

詳細には、ロワアーム１０は、一端がボールジョイント１１を介してアクスルハウジング３の下部に連結されており、ロワアーム１０に対してアクスルハウジング３がボールジョイント１１の中心点回りに揺動（回転）が可能となっている。また、ロワアーム１０は、車両の前後方向に離間して配置された２箇所の連結部において車体に連結され、サスペンション装置のストロークに応じて、この２箇所の連結部を結んだ直線である揺動中心軸回りに揺動（回転）可能となっている。

ロワアーム１０の車体への前側の連結部は、車両前部の車体下部で車幅方向に延在する梁状の部材であるフロントクロスメンバ３０の側端部にマウント部材であるブッシュ１２を介して連結されている。また、ロワアーム１０の後側の連結部は、フロントクロスメンバ３０が懸架されるクレードル構造のサポートメンバ３１に結合されるサポートプレート３２に、ブッシュ１３を介して連結されている。ブッシュ１２，１３は、本実施の形態においては、円筒状の外筒と内筒との間に防振機能を有するゴム系材料を充填し、外筒と内筒とをゴムの加硫接着等により接合したゴムブッシュである。

ロワアーム１０には、前後のブッシュ１２，１３の外筒がそれぞれ圧入される円筒部１０ａ，１０ｂが設けられている。前側の円筒部１０ａは、その軸方向を車両の前後方向とほぼ一致させて配置され、後側の円筒部１０ｂは、その軸方向がほぼ上下方向に配置されている。各ブッシュ１２，１３は、外筒を円筒部１０ａ，１０ｂに圧入されるとともに、その内筒内に挿入されるボルトによってフロントクロスメンバ３０、サポートプレート３２に連結されている。

また、左右のロワアーム１０の前縁部には、車幅方向に延在するスタビライザ２０がリンク２１を介して連結されている。スタビライザ２０は、例えば車両のロール時等のように左右のサスペンションが逆相方向に相対変位した際に、中間部分が捻られてバネ反力を発生することにより復元力を発生するものである。

尚、フロントクロスメンバ３０内には、図示しないステアリングホイールの操作に応じて前輪２を操舵するためのステアリングシステム４０が配置されている。ステアリングシステム４０は、ステアリングギアボックス４１、タイロッド４２を備えている。

ステアリングギアボックス４１は、例えばラックアンドピニオン機構を備えて構成され、ステアリングホイールに接続されたステアリングシャフト４３の回転運動を車幅方向の直進運動に変換する。また、タイロッド４２は、ステアリングギアボックス４１とアクスルハウジング３の前端部とを連結するロッド状の部材であり、ステアリングラックの動きをアクスルハウジング３に伝達し、アクスルハウジング３の操向を行う。

以上の構成を有するサスペンション装置１は、車両の旋回時等に横方向の力が入力されると、ストラットユニット５とロワアーム１０とから幾何学的に定まるロール軸を中心としてストラットユニット５及びロワアーム１０が変位する。その結果、ロール軸と車両の重心を通る慣性主軸との間に回転モーメントが発生し、車体がロールする。

一方、直進時や微小操舵時等のように入力が極めて小さいときには、ストラットユニット５及びロワアーム１０にはフリクションが存在するため、このフリクションによってストラットユニット５及びロワアーム１０はほとんど動かない。微小横力入力時には、主としてブッシュ１２が変位して、左右のブッシュ１２の弾性中心と慣性主軸との間に発生するモーメントによって車体がロールする。

この微小横力入力時の車体ロールを抑制して操縦安定性を高めるには、ブッシュ１２の剛性を高くすれば良いが、ブッシュ１２の剛性を高くすると、振動吸収性能が低下してしまう。このため、本実施の形態においては、ロワアーム１０とフロントクロスメンバ３０とのブッシュ１２を介した連結位置を、ロワアーム１０とアクスルハウジング３との連結位置よりも高い位置となるように傾角をつけて配置すると共に、ブッシュ１２の上下方向及び左右方向（車幅方向）の弾性特性を最適化し、左右のブッシュ１２の弾性中心が慣性主軸Ｌの近傍となるように設定する（図４参照）。

具体的には、ブッシュ１２の弾性特性は、例えば、図３に示すように、ロワアーム１０の円筒部１０ａに圧入・固定される外筒１２ａと、内筒１２ｂとの間に配設される防振ゴムからなるゴム部１２ｃにおいて、上下の径方向の対向する位置に、すぐり（中空部若しくは凹部）１２ｄを設けて変位に異方性を持たせ、上下方向のバネ定数と左右方向のバネ定数を異なる特性に設定している。尚、ブッシュ１２の変位に異方性を持たせるには、すぐり１２ｄを形成する他、例えば、中間板（インターリーフ）等の硬質部材を埋設するようにしても良く、また、これら複数の手段を組み合わせて用いても良い。

すなわち、ロワアーム１０を車体側に連結するブッシュ１２の位置を、ロワアーム１０のアクスルハウジング３側との連結位置よりも高い位置となるように傾角をつけて配置すると共に、例えば、ブッシュ１２の左右方向のバネ定数を上下方向のバネ定数よりも相対的に大きくなる特性に設定する等して最適化し、左右のブッシュ１２の横方向の変位を抑えつつ弾性中心を上方に移動させる。これにより、ブッシュ１２の剛性を徒に大きくすることなく、微小入力時のロールを抑制し、操縦安定性の向上と、制振・騒音抑制性能の向上とを両立させることができる。

ここで、図４に示すように、左右のブッシュ１２の間の片側のスパンをｂ、ブッシュ１２と弾性中心Ｐとの間の上下方向の距離をｈ、ロワアーム１０の傾角をαとし、ブッシュ１２の傾角方向のバネ定数をＫｑ、傾角方向と直交する方向のバネ定数をＫｐとすると、これらの間には、以下の（１）式で示す関係が成り立つ。
Ｋｐ／Ｋｑ＝(ｈ・ｃｏｓ²α＋ｂ・ｓｉｎα・ｃｏｓα)／(ｂ・ｓｉｎα・ｃｏｓα−ｈ・ｓｉｎ²α) …（１）

（１）式において、スパンｂ、傾角αは、サスペンションジオメトリーに応じた既知の値である。一方、ブッシュ１２から慣性主軸までの上下方向の距離ＨＧは、車両諸元に基づいて算出することができる。従って、例えば、ブッシュ１２のバネ定数Ｋｑを車両特性に対応して予め設定しておき、（１）式に既知のスパンｂ、傾角αを適用すると共に距離ｈをＨＧとしてバネ定数比Ｋｐ／Ｋｑを求め、求めたバネ定数比Ｋｐ／Ｋｑからバネ定数Ｋｐを決定することにより、ブッシュ１２の弾性中心Ｐを慣性主軸Ｌに一致させることが可能となる。

このように本実施の形態においては、ブッシュのバネ定数を最適化して弾性中心を慣性主軸近傍に設定することで、徒にブッシュの硬度を高くせずとも、直進時や微小操舵時等の横方向の微小入力に対する車両のロールを減少させ、見かけ上、重心位置での左右方向の変位を減少させることができる。これにより、操縦安定性の向上と、制振性能・騒音抑制性能の向上とを両立させることができ、特に、操舵輪側のブッシュの弾性中心を慣性主軸の近傍とすることで、フリクションによってストラットユニット５及びロワアーム１０がほとんど動かない微小操舵時の安定性及び応答性を向上することができる。

１ サスペンション装置
２ 車輪
３ アクスルハウジング
５ ストラットユニット
１０ トランスバースリンク（ロワアーム）
１２ ブッシュ
１２ｃ ゴム部
３０ フロントクロスメンバ
４０ ステアリングシステム
Ｐ 弾性中心
Ｌ 慣性主軸

Claims (3)

1. 車輪を回転自在に支持する車輪支持部材に連結されるリンク部材がマウント部材を介して車体に弾性的に連結される車両のサスペンション装置であって、
   車幅方向の左右の前記マウント部材の前記車体への連結位置を前記リンク部材への連結位置よりも上方に設定すると共に、前記マウント部材の上下方向及び左右方向の弾性特性を最適化して、左右の前記マウント部材の弾性中心を車両の慣性主軸近傍に配置したことを特徴とする車両のサスペンション装置。
2. 前記マウント部材は、防振ゴムを有するブッシュであることを特徴とする請求項１記載の車両のサスペンション装置。
3. 前記車輪支持部材は、操舵輪の支持部材であることを特徴とする請求項１又は２記載の車両のサスペンション装置。

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