JP4701947B2 - 操舵輪用ストラット式サスペンション - Google Patents

Description

本発明は、ストラットマウント部がショックアブソーバとコイルスプリングの入力を別々に受ける入力分離式の操舵輪用ストラット式サスペンションに関する。

従来から、車輪を回転可能に支持し、キングピン軸回りに転舵可能で且つ車体に対して上下方向に揺動可能に支持された車輪支持部材と、前記車輪支持部材と車体との間にストラット部材及びショックアブソーバの何れかを介して介挿されたバネ部材と、前記車輪支持部材の転舵動作を行うタイロッドとを備えた操舵輪用サスペンション装置において、前記タイロッドは、前記車輪支持部材側の取付点を、前記キングピン軸を中心として所定のナックルアーム半径で描いた円弧上の、当該円弧に対してタイロッドの車体側取付点から引いた接線の交点よりも内側に設け、且つ前記バネ部材のバネ反力によって前記車輪支持部材にキングピン軸回りのトーイン方向に回転させるモーメントが伝達されるように、前記キングピン軸とバネ軸線とがねじれの位置の直線に選定されていることを特徴とする操舵輪用サスペンション装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−４８７２８号公報

しかしながら、上述のような従来のストラット式サスペンションでは、標準的な車両状態、即ち舵角が中立位置にある車両停止状態においても、キングピン軸ＫＰまわりにモーメントが発生した状態が形成されるので、そのモーメントに左右差があると、常時車両の走行性に悪影響がでる可能性がある。即ち、バラツキ等の影響でねじれ関係に左右差が生じた場合には、左右のキングピン軸ＫＰまわりに異なるモーメントが常時発生し、車両偏向（車両流れ）の原因となるので、却って車両の安定性、直進性などが悪化する虞がある。

また、コイルスプリングのコイル反力線Ｘｓとキングピン軸ＫＰとのねじれ関係の設定方法の如何によっては、サスペンションの上下ストローク時にコイルスプリングのアッパスプリングシートが回転する際に、コイル反力線Ｘｓのキングピン軸ＫＰに対するねじれ関係が変化し、モーメントアーム長が変化する可能性がある。この際、左右輪で同じ巻き方向のコイルスプリングが設定されている場合、左右輪同相のストローク時にモーメントアーム長に左右差が生じ、左右輪共に同一方向（例えば右切り方向）にステアモーメントが発生することにより、車両流れの問題が生ずる。

そこで、本発明は、車両標準状態における車両偏向を防止でき、左右輪同相ストローク時のモーメントアーム長の左右差を少なくとも低減することができるストラット式サスペンションの提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明によれば、ストラットマウント部がショックアブソーバとコイルスプリングの入力を別々に受ける入力分離式の操舵輪用ストラット式サスペンションにおいて、
コイルスプリングの巻き方向が左右輪で同一であり、
所定重量の乗員が乗車し、舵角が中立位置にあり且つ車両が停止している車両標準状態において、左右輪の双方においてコイル反力線Ｘｓとキングピン軸ＫＰとが同一平面内にあり、且つ、コイル反力線Ｘｓの上端が、キングピン軸とアッパスプリングシートとの交点にあるストラットベアリングの回転中心に対して左右輪で左右非対称に配置されることを特徴とする操舵輪用ストラット式サスペンションが提供される。

本発明による操舵輪用ストラット式サスペンションは、好ましくは、車高が変化したときに左右輪でコイルスプリングの反力により大きさが略同一のモーメントがキングピン軸ＫＰまわりに発生するように構成される。

本発明によれば、車両標準状態における車両偏向を防止でき、左右輪同相ストローク時のモーメントアーム長の左右差を少なくとも低減することができるストラット式サスペンションを得ることができる。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。

本発明は、操舵輪用ストラット式サスペンションに関する。以下では、フロントサスペンションに適用された例を説明する。

図１は、操舵輪用ストラット式サスペンションの基本構造を示す図である。アッパーサポート１０は、エンジンルーム内のサスペンションタワーに設けられ、車輪を懸架するストラットアセンブリ７０の上側を車体に支持する。アッパーサポート１０には、ストラットバーとして機能するショックアブソーバ３０のピストンロッド３２の上端部がゴム等の弾性体を介して支持されている。ショックアブソーバ３０のピストンシリンダ３４の下端には、ナックル等を介して車輪が接続される。

アッパーサポート１０の下側には、上側のアッパスプリングシート４２ａがストラットベアリング１２を介して回転可能に支持され、ショックアブソーバ３０のピストンシリンダ３４には、下側のロアスプリングシート４２ｂが固定される。上下のスプリングシート４２ａ、４２ｂの間には、ショックアブソーバ３０を取り巻くようにコイルスプリング４０が設けられる。コイルスプリング４０は、左右共用化によるコスト低減のため、左右同一、即ち左右輪で巻き方向が同一である。なお、コイルスプリング４０は、例えば、上端径と下端径が同一であるタイプであっても、上端径と下端径が異なる所謂ビックテールタイプや中間部が膨らむ樽型タイプ等であってもよい。ショックアブソーバ３０は、公知の如く、リンクの一部として上下方向の荷重を支えると共に、車輪の上下動（バウンド及びリバウンド）時にコイルスプリング４０のスプリング弾性を妨げる機能をする。なお、アッパーサポート１０は、コイルスプリング４０の反力（スプリング力）を直接車体で受け、ショックアブソーバ３０の力のみを受ける入力分離タイプである。

ストラットアセンブリ７０は、その他の通常的な構成要素を備えるものであってよく、例えば、図１に示す例では、ショックアブソーバ３０の外周部には、ダストブーツ一体式のアッパーインシュレータ３７が設けられ、ショックアブソーバ３０のピストンロッド３２には、ピストンシリンダ３４の上方向の移動を規制するバウンドストッパ３８が設けられてよい。

上述のような操舵輪用ストラット式サスペンションでは、バウンド及びリバウンド時、上下のスプリングシート４２ａ、４２ｂは、ショックアブソーバ３０の伸縮軸（＝アブソーバ軸又はストラット軸、以下、「ストラット軸」という）に沿って相対的に近接及び離間することになる。また、ステアリングハンドルが操作された時、車輪がキングピン軸ＫＰまわりに転舵されるが、この際、アッパスプリングシート４２ａは、ストラットベアリング１２の回転軸（＝ベアリング軸）を中心として回転し、ロアスプリングシート４２ｂは、キングピン軸ＫＰを中心として回転することになる。

以下、図２以降を参照して、本発明による操舵輪用ストラット式サスペンションの特徴的構成を説明する。

図２は、本発明による操舵輪用ストラット式サスペンションの実施例を左右輪双方について３面図で示しており、上側が平面視であり、その平面視の下側にそれぞれの背面視を示し、その背面視の左右横側にそれぞれの側面視を示している。即ち、左右輪の３面図を左右にそれぞれ示している。図中、Ｆｒは車両前側、ＬＨは左側、ＲＨは右側を意味する。図２では、本発明の理解を容易にするため、各構成要素は、図１に対応した参照符合を付すことで簡略化して示されている。

尚、本明細書及び添付の特許請求の範囲において用いる用語の定義として、キングピン軸ＫＰとは、ロアボールジョイント中心と、アッパーサポート１０の弾性体の回転中心（弾性中心）とを結んだ直線に対応する。また、コイル反力線Ｘｓとは、コイルスプリング４０が収縮した際の全体としての反力が作用する方向を示す線であり、ＦＥＭ（有限要素法）解析や試験等により導出可能である。但し、コイル反力線Ｘｓは、コイルスプリング４０の巻き径が一定（上端径と下端径が同一）であるときには、アッパスプリングシート４２ａの中心とロアスプリングシート４２ｂの中心とを結んだ直線に近似できる。また、添付の特許請求の範囲及び本明細書において、各軸ないし線の関係は、特に明示しない限り、車両標準状態、即ち所定重量の乗員が乗車し、舵角が中立にあり且つ車両が停止している状態における関係である。

本実施例の操舵輪用ストラット式サスペンションは、図２に示すように、キングピン軸ＫＰが左右輪で左右対称である。図２に示す例では、左右輪のキングピン軸ＫＰは、背面視で、所望のキングピン角度でハの字型に傾斜しており、側面視でそれぞれ略鉛直方向に設定されている。尚、ストラット軸は、任意でよいが、例えば、一般的な構成として、側面視でキングピン軸ＫＰと一致するように設定され、背面視でコイル反力線Ｘｓと一致するように又は平行となるに設定されてよい。

また、本実施例の操舵輪用ストラット式サスペンションは、図２に示すように、左右輪の双方においてコイル反力線Ｘｓとキングピン軸ＫＰとが同一平面内にある。即ち、コイル反力線Ｘｓとキングピン軸ＫＰとがねじれ関係にない。具体的には、コイル反力線Ｘｓとキングピン軸ＫＰとが（一点で）交わる関係又は互いに平行な関係にある。尚、図２に示す例では、左輪については、側面視で、コイル反力線Ｘｓとキングピン軸ＫＰとが重なり、背面視で、コイル反力線Ｘｓとキングピン軸ＫＰとが交わり、空間的にコイル反力線Ｘｓとキングピン軸ＫＰとが交わる。また、右輪については、側面視で、コイル反力線Ｘｓとキングピン軸ＫＰとが重なり、背面視で、コイル反力線Ｘｓとキングピン軸ＫＰとが平行であり、空間的にコイル反力線Ｘｓとキングピン軸ＫＰと平行となる。

従って、本実施例の操舵輪用ストラット式サスペンションでは、車両標準状態において、コイル反力線Ｘｓとキングピン軸ＫＰとが交わる関係又は互いに平行な関係にあるので、車両標準状態においてコイル反力線Ｘｓとキングピン軸ＫＰとねじれ関係にある構成とは対照的に、車両標準状態においてコイルスプリング４０の反力によりキングピン軸ＫＰまわりにモーメントが発生することはない。これにより、車両標準状態におけるキングピン軸ＫＰまわりのモーメントの左右差が発生することがなく、通常的な直進走行における車両偏向（車両流れ）を防止することができる。

また、本実施例の操舵輪用ストラット式サスペンションは、図２に示すように、コイル反力線Ｘｓの上側の端末がストラットベアリング１２の回転中心Ｃｂ（以下、「ベアリング中心Ｃｂ」という。）に対して左右輪で左右非対称に配置される。尚、図２には、コイル反力線Ｘｓの上端（アッパスプリングシート４２ａの高さにおける点）が、中心点マークＣｓにて示されている。換言すると、本実施例では、コイル反力線Ｘｓの上端Ｃｓがベアリング中心Ｃｂに対してオフセット（偏心）したアッパスプリングシート４２ａが、左右非対称に車両に組み付けられている。

図２に示す例では、左右輪のコイルスプリング４０のコイル反力線Ｘｓは、側面視でキングピン軸ＫＰと一致するように設定される。背面視では、左輪のコイルスプリング４０のコイル反力線Ｘｓは、その下端がキングピン軸ＫＰに対して車両内側になり、且つ、その上端Ｃｓがベアリング中心Ｃｂよりも車両外側になるようにキングピン軸ＫＰに対して傾斜され、右輪のコイルスプリング４０のコイル反力線Ｘｓは、その下端がキングピン軸ＫＰに対して車両内側になり、且つ、その上端Ｃｓがベアリング中心Ｃｂよりも車両内側になるようにキングピン軸ＫＰに対して傾斜され、左輪のコイルスプリング４０のコイル反力線Ｘｓに対して車両中心に関して非対称に設定されている。

ここで、車高が変化したとき（即ち車輪上下動時）に生ずる本実施例による操舵輪用ストラット式サスペンションのステア特性について説明する。

図３（Ａ）は、コイルスプリング４０の標準状態を示し、図３（Ｂ）は、車両標準から車高が下がるとき、即ち車輪が上に持ち上げられたときのコイルスプリング４０の状態を示す。バウンド時には、図３（Ｂ）に示すように、コイルスプリング４０が収縮するが、その際のコイルスプリング４０の変位は、一般的な構成と同様、アッパスプリングシート４２ａの回転により吸収される（尚、コイルスプリング４０のアッパスプリングシート４２ａ及びロアスプリングシート４２ｂに対する摩擦係数が大きいため、コイルスプリング４０はアッパスプリングシート４２ａ及びロアスプリングシート４２ｂに対して実質的に回転変位しない）。尚、図示しないが、リバウンド時には、コイルスプリング４０が伸張するが、その際のコイルスプリング４０の変位は、同様にアッパスプリングシート４２ａの逆回りの回転により吸収される。

図４には、点線により、バウンド時のコイル反力線Ｘｓ及びアッパスプリングシート４２ａの状態、即ち、図３（Ｂ）に示すコイルスプリング４０の状態に対応したコイル反力線Ｘｓ及びアッパスプリングシート４２ａの状態が示されている。

本実施例では、上述の如く、コイル反力線Ｘｓの上端Ｃｓがベアリング中心Ｃｂに対してオフセットしているので、バウンド時にアッパスプリングシート４２ａが回転すると、図４にて矢印で示すように、コイル反力線Ｘｓの上端Ｃｓは、ベアリング中心Ｃｂを中心として公転する。このコイル反力線Ｘｓの上端Ｃｓの移動に伴い、図４にて破線で示すように、コイル反力線Ｘｓが変化する。そして、コイル反力線Ｘｓが変化することで、コイル反力線Ｘｓとキングピン軸ＫＰとの関係が変化して、コイル反力線Ｘｓとキングピン軸ＫＰとがねじれ関係となり、コイルスプリング４０の反力によるモーメントがキングピン軸ＫＰまわりに発生する。

このように本実施例によれば、車両標準状態では、キングピン軸ＫＰまわりにモーメントが発生しない状態が形成されるので、車両の偏向の原因となるモーメントの左右差が発生するのを防止することができる一方で、車高が変化した状態（バウンド／リバウンド状態）では、キングピン軸ＫＰまわりにモーメントが発生した状態が形成されるので、当該モーメントによる減衰作用により操舵応答性等の車両走行性能を高めることができる。

また、本実施例では、上述の如く、コイル反力線Ｘｓの上端Ｃｓのベアリング中心Ｃｂに対するオフセット方向が左右非対称であるので、車高が変化した時に、左右非対称の方向でキングピン軸ＫＰまわりにモーメントが発生する。即ち、コイル反力線Ｘｓがキングピン軸ＫＰに対する左右非対称性を維持しつつ、コイル反力線Ｘｓの上端Ｃｓが、左右同一方向にベアリング中心Ｃｂを中心として公転して、左右輪でそれぞれ逆方向のモーメントがキングピン軸ＫＰまわりに発生する。図示の例では、右巻きのコイルスプリング４０であり、コイル反力線Ｘｓの上端Ｃｓが時計回りに公転し、コイル反力線Ｘｓの下端が背面視でキングピン軸ＫＰに対して車両内側に維持されるので、左右輪でそれぞれにおいて、車輪をトーイン方向に向ける方向のモーメントがキングピン軸ＫＰまわりに発生する。

このように本実施例によれば、車高変化に伴って発生するキングピン軸ＫＰまわりのモーメントを左右輪で逆方向にすることができ（左右輪で打ち消しあう方向のモーメントを発生させることができ）、車高変化に伴う車両偏向（車両流れ）を防止して車両の安定性、直進性を高めることができる。

図５は、本実施例によるサスペンションの特性を示すグラフであり、車高変化に伴って発生する左右のモーメントアーム長の変化態様の計算結果を示す。図５において、横軸は、ホイールストローク（即ち車高変化量）を示し、マイナス側がリバウンド側を表す。縦軸は、モーメントアーム長を示し、マイナス側がトーアウト側を表す。左輪側でのモーメントアーム長の変化態様を丸印のプロット線で示し、右輪側でのモーメントアーム長の変化態様を四角印のプロット線で示している。尚、モーメントアーム長とは、キングピン軸ＫＰとコイル反力線ＸｓとのオフセットＡ（双方のねじれ直線間の距離）、及び、キングピン軸ＫＰとコイル反力線Ｘｓとのなす角度αを用いて、モーメントアーム長＝Ａ×ｓｉｎα≒Ａ×αとして与えられる。このとき、キングピン軸ＫＰまわりに発生するモーメントＭは、コイルスプリング４０の反力をＦとして、Ｍ＝Ｆ×Ａ・αである。

図５において、ホイールストロークがゼロの車両標準状態では、上述の如く、コイル反力線Ｘｓとキングピン軸ＫＰとが交わる関係又は互いに平行な関係にあるので、モーメントアーム長がゼロ、即ちキングピン軸ＫＰまわりのモーメントはゼロである。

図５から分かるように、本実施例では、車高が変化したときのモーメントアーム長の変化態様が左右輪で略同一であるので、車高が変化したときに上述の如く発生するキングピン軸ＫＰまわりのモーメントが、左右輪で略同一の大きさとなる。このように車高変化に伴うモーメントアーム長の変化態様を左右輪で略同一に設定することで、車高変化に伴って発生するキングピン軸ＫＰまわりのモーメントを左右輪で略完全に打ち消し合わせることができるので、左右輪同相ストローク時の車高変化に伴う車両偏向（車両流れ）を略完全に防止して車両の安定性、直進性を高めることができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上述した実施例では、コイル反力線Ｘｓとキングピン軸ＫＰとのねじれ関係は、キングピン軸ＫＰまわりにトーイン方向のモーメントが発生するように設定されているが、キングピン軸ＫＰまわりにトーアウト方向のモーメントが発生するように設定されてもよい。

操舵輪用ストラット式サスペンションの基本構造を示す図である。 本発明による操舵輪用ストラット式サスペンションの実施例を示す３面図である。 図３（Ａ）は、コイルスプリング４０の標準状態を示し、図３（Ｂ）は、バウンド時のコイルスプリング４０の状態を示す。 図２の標準状態（実線）に対してバウンド時の状態を破線で示す３面図である。 車高変化に伴って発生する左右のモーメントアーム長の変化態様を示すグラフである。

符号の説明

１０ アッパーサポート
１２ ストラットベアリング
３０ ショックアブソーバ
３２ ピストンロッド
３４ ピストンシリンダ
４０ コイルスプリング
４２ａ アッパスプリングシート
４２ｂ ロアスプリングシート

Claims (2)

1. ストラットマウント部がショックアブソーバとコイルスプリングの入力を別々に受ける入力分離式の操舵輪用ストラット式サスペンションにおいて、
   コイルスプリングの巻き方向が左右輪で同一であり、
   所定重量の乗員が乗車し、舵角が中立位置にあり且つ車両が停止している車両標準状態において、左右輪の双方においてコイル反力線とキングピン軸とが同一平面内にあり、且つ、コイル反力線の上端が、キングピン軸とアッパスプリングシートとの交点にあるストラットベアリングの回転中心に対して左右輪で左右非対称に配置されることを特徴とする操舵輪用ストラット式サスペンション。
2. 車高が変化したときに左右輪でコイルスプリングの反力により大きさが略同一のモーメントがキングピン軸まわりに発生するように構成されることを特徴とする、請求項１に記載の操舵輪用ストラット式サスペンション。

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