JP4831345B2 - サスペンション装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両のサスペンション装置及び車輪操向方法に関するもので、特に、ステアバイワイヤシステムを採用する車両のサスペンション装置に関する。

近年、ステアバイワイヤシステムを採用した車両が注目されている（例えば、特許文献１参照）。このステアバイワイヤシステムは、ステアリングホイールに連結される操舵軸と車輪を操向させる操向装置との機械的な連結が切離されることから、従来のリンク式のステアシステムと比較して車室の足元のスペースを広く取ることができると共に、各車輪を個別に制御することで車両の走行安定性能を向上させることができるメリットがある。
特開２００４−３５９２１０号公報

しかしながら、ステアバイワイヤシステムでは、設置スペースの制約から操向装置、特にアクチュエータを車輪近傍に配置するのが困難である。したがって、従来のステアバイワイヤシステムでは、アクチュエータを車輪から比較的離れた位置に配置して、その操向軸をリンク（タイロッド）を介してナックルに連結する等していた。これにより、アクチュエータの配置によっては、折角の車室の足元のスペースが犠牲になることがあり、操向装置の小型化が要望されていた。また、ステアバイワイヤシステムは、操向装置とサスペンション装置とが独立した構造であるため、車両への組付けが煩雑であり、組付け作業の効率化が求められていた。

そこで本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ステアバイワイヤシステムが採用される車両において、操向装置が小型化されると共に組付け作業が効率化されるサスペンション装置及び車輪操向方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載のサスペンション装置は、車体と車輪との間に設けられ、車輪の上下動に応じて軸方向へ相対変位される車体側部材と車輪側部材とから構成されるシリンダ装置と、シリンダ装置に設けられ、車輪側部材を車体に対して軸線回りに回転させて車輪を操向させるアクチュエータと、車輪側部材の周囲を覆う円筒状の部材で構成され、車輪側部材と軸方向に相対移動可能でかつ回転方向に回転不能に係合される回転部材と、を具備し、アクチュエータは、回転部材と車体との間に、回転部材と車体とを相対回転させるように設けられることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のサスペンション装置において、一端が車体に回動可能に取り付けられたアーム部材を設け、該アーム部材の他端側と車輪側部材との間にアーム部材と車輪側部材とを相対回転させるようにアクチュエータを設けたことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のサスペンション装置において、アクチュエータをケーシングと該ケーシングに対し回動する出力軸とから構成し、車輪側部材の端部に出力軸を固定し、ケーシングをアーム部材の他端側に取り付けたことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載のサスペンション装置において、車体側部材を車体に回転不能に取付け、該車体側部材と車輪側部材との間に、該車体側部材と車輪側部材とを相対回転させるようにアクチュエータを設けたことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のサスペンション装置において、車輪側部材と車体側部材とは一方が円筒部材で、他方が該円筒部材内に挿入される円形部を有する部材で構成され、車輪側部材または車体側部材の一方の部材に操向用コイルを設け、他方に操向用マグネットを設けることにより、アクチュエータを構成したことを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のサスペンション装置において、車輪側部材または車体側部材の一方の部材に減衰用コイルを設け、他方に減衰用マグネットを設けることにより、車輪側部材と車体側部材との軸方向の移動に対し減衰力を発生させたことを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項１に記載のサスペンション装置において、車輪側部材と軸方向に相対移動可能で車輪側部材の周囲を覆う円筒状のカバー部材を車体側に設け、車輪側部材またはカバー部材の一方の部材に操向用コイルを設け、他方に操向用マグネットを設けることにより、アクチュエータを構成したことを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項１、２、３、４、７のいずれかに記載のサスペンション装置において、車輪側部材と車体側部材とが油圧緩衝器のロッドとシリンダとで構成されるようにシリンダ装置を構成したことを特徴とする。

請求項１乃至８に記載のサスペンション装置に係る発明によれば、シリンダ装置に設けられたアクチュエータによってシリンダ装置の車輪側部材を車体側部材に対して軸線回りに回転させることにより、車輪が操向される。これにより、操向装置を簡易化、且つ小型化することができると共に組付け作業を効率化することができる。

（第１の実施形態）
第１の実施形態を図１〜図３に基いて説明する。第１の実施形態のサスペンション装置１は、ステアバイワイヤシステムが構築される車両のサスペンション装置１であって、車両の前輪側の左右に設けられる。なお、後輪を操舵する車両（いわゆる４ＷＳ）においては、後輪の左右に設けてもよい。また、前輪は通常のステアリング装置とし、後輪側のみ本願発明のサスペンション装置を適用してもよい。
サスペンション装置１は、車体側部材と車輪側部材とからなるシリンダ装置２と、車輪側部材を車体側部材に対して軸線L0回りに回転させて車輪を操向させる操向装置と、によって構成される。車体側部材は、基端部が車体に固定されると共に先端部にピストン５が固定されたロッド４からなる。車輪側部材は、内周面にピストン５が摺接されるシリンダ内筒６と該シリンダ内筒６に対して同軸に設けられるシリンダ外筒７とを備え、該シリンダ外筒７の先端部外周面には、ナックルを介して車輪に接続されるブラケット８が設けられる。操向装置は、車体に固定されるマウント９（モータヨーク）と、該マウント９に収容されてロッド４の基端部に軸線L0回りに回転可能に支持される出力軸１０とからなるトルクモータ３（アクチュエータ）を備える。

サスペンション装置１は、円筒状に形成されてその内周面にシリンダ外筒７が摺動可能に嵌合されるカバー部材１１（回転部材)を備え、該カバー部材１１は、基端部がトルクモータ３に固定的に接続されると共に、軸方向（図２における上下方向）に延びて軸線L0回りに複数個（本実施形態では４個）で等配されるキー１２によって、シリンダ外筒７に対する軸線L0回りの相対回転が阻止される。これにより、車輪側部材は、カバー部材１１に対して、軸方向への相対移動（変位）が許容されると共に軸線L0回りの相対回転が阻止される構造になっている。

次に、第１の実施形態のサスペンション装置１の動作を説明する。車両が直進している場合、車輪は、トルクモータ３（アクチュエータ）によって、カバー部材１１、キー１２、シリンダ外筒７、ブラケット８、及びナックルを介して直進状態に保持される。そして、路面の凹凸等によって車輪が上下動した場合には、カバー部材１１と車輪側部材（シリンダ６，７）、及び車輪側部材（シリンダ６，７）と車体側部材（ロッド４）とが軸方向（図３における上下方向）に相対移動（変位）し、ピストン５に設けられたバルブが開閉することで減衰力を発生させる。

一方、運転者によってステアリングホイールが操舵された場合、マイクロコンピュータによって構成される操向制御装置からの制御信号に基いてトルクモータ３が作動（回転）する。これにより、トルクモータ３の出力軸１０に接続（固定）されたカバー部材１１が軸線L0回りに所定角度移動だけ回転する。そして、カバー部材１１に伝達された回転力は、キー１２、シリンダ外筒７、及びブラケット８を介して操向力としてナックルに伝達され、該操向力によってナックルが駆動されることにより車輪が操向される。なお、ステアリングホイールが操向された場合であっても、カバー１１と車輪側部材（シリンダ６，７）、及び車輪側部材（シリンダ６，７）と車体側部材（ロッド４）が軸方向（図２における上下方向）に相対移動（変位）するので減衰力を発生させることが可能であるため、車両の挙動が乱れることがない。

第１の実施形態では以下の効果を奏する。
サスペンション装置１によれば、操向装置のトルクモータ３（アクチュエータ）によってシリンダ装置２の車輪側部材（シリンダ６，７）を車体側部材（ロッド４）に対して軸線L0回りに回転させることにより車輪が操向されるので、車両の各車輪を個別に制御することが可能になり、車両の挙動をより細かくコントロールすることで走行安定性を向上させることができる。
また、サスペンション装置１によれば、シリンダ装置２に対して同軸に設けられたトルクモータ３（アクチュエータ）によって当該シリンダ装置２の車輪側部材（シリンダ６，７）を車体側部材（ロッド４）に対して軸線L0回りに回転させるので、トルクモータ３を含む操向装置をサスペンション装置１に一体で組み込むことができ、操向装置を含むサスペンション装置１を省スペース化することができると共に組付け作業を効率化することができる。
さらに、サスペンション装置１によれば、トルクモータ３（アクチュエータ）をマウント９の内部に設けることで、ばね下重量を軽量化することが可能になり、乗り心地の悪化を防ぐと共に走行性能を高めることができる。
なお、トルクモータ３（アクチュエータ）に減速機を設けてサスペンション装置１を構成してもよい。この場合、トルクモータ３を小型することが可能になり、サスペンション装置１をより省スペース化することができる。
なお、本実施の形態では、車輪側部材をシリンダ６，７とし、車体側部材をロッド４とした例を示したが、これに限らず、いわゆる倒立タイプの油圧緩衝器の場合、本サスペンション装置を上下逆転させ、車輪側部材をロッドとし、車体側部材をシリンダとしてもよい。
また、上記実施の形態では、カバー部材を円筒状の部材としたが、これに限らず、シリンダ７に対し、軸方向に相対移動可能でかつ回転不能に係合するものならば、どのような構成であってもよい。

（第２の実施形態）
第２の実施形態を図４〜図６に基いて説明する。なお、第１の実施形態のサスペンション装置１と同一又は相当する構成には、同一の名称及び符号を付与すると共にその詳細な説明を省略する。第２の実施形態のサスペンション装置２１は、ロッド４（車体側部材）、ピストン５、シリンダ６，７（車輪側部材）、ブラケット８、トルクモータ３（アクチュエータ）、ナックル２２、並びにロアアーム２３（アーム部材）によって構成される。ナックル２２は、シリンダ外筒７に接合されたブラケット８に固定的に接続される。また、ナックル２２は、ジョイント２４を介してロアアーム２３に、当該ジョイント２４に形成された軸部２５の回りに回転可能に接続される。なお、ジョイント２４は、ピン２６を介してロアアーム２３に、当該ピン２６の回りに回転可能に接続される。

トルクモータ３は、リンク部材２７のアーム部２９を介してロアアーム２３に接続される。リンク部材２７は、リング部２８がトルクモータ３のケーシング３０の外周面に固定され、アーム部２９がロアアーム２３に、当該アーム部２９の端部に形成された平行穴を貫通するピン２６を介して、ピン２６の回りに回転可能に接続される。また、トルクモータ３は、出力軸１０がシリンダ６，７（車輪側部材）に接続される。

次に、第２の実施形態のサスペンション装置２１の動作を説明する。車両が直進している場合、車輪は、操向装置のトルクモータ３（アクチュエータ）によって、車輪側部材（シリンダ６，７）、ブラケット８、及びナックルを介して直進状態に保持される。そして、路面の凹凸等によって車輪が上下動した場合には、車体側部材（ロッド４）と車輪側部材（シリンダ６，７）とが軸線L0に沿って相対移動（変位）することでピストン５に設けられたバルブが開閉して減衰力を発生させる。このとき、ロアアーム２３の先端のピン２６の軌跡が軸線L０とほぼ平行となるように設計されているので、前記相対移動（変位）による車輪側部材の回転は最小限に抑えられる。

一方、運転者によってステアリングホイールが操舵された場合、マイクロコンピュータによって構成される操向制御装置からの制御信号に基いてトルクモータ３が作動（回転）する。これにより、トルクモータ３の出力軸１０に接続（固定）された車輪側部材（シリンダ６，７）が軸線L0回りに所定角度移動だけ回転する。そして、車輪側部材（シリンダ６，７）に伝達された回転力は、ブラケット８を介して操向力としてナックル２２に伝達され、該操向力によってナックル２２が駆動されることにより車輪が操向される。なお、ステアリングホイールが操向された場合であっても、車体側部材（ロッド４）と車輪側部材（シリンダ６，７）とが軸線L0に沿って相対移動（変位）することで減衰力を発生することが可能であるため、車両の挙動が乱れることがない。このように、サスペンション装置２１によれば、第１の実施形態と同等の効果を得ることができる。ただし、サスペンション装置２１では、トルクモータ３（アクチュエータ）が車輪と車輪側部材との間に配置されるため、サスペンション装置１と比較してばね下重量が増える。
なお、トルクモータ３（アクチュエータ）に減速機を設けてサスペンション装置２１を構成してもよい。この場合、トルクモータ３を小型することが可能になり、サスペンション装置２１をより省スペース化することができる。
なお、本第２の実施の形態にあっても、第１の実施の形態と同様に倒立式油圧緩衝器に用いることもできる。
また、前記ロアアーム２３は、ストラットサスペンションに必須となるロアアーム（リンク）と兼ねることが望ましい。

（第３の実施形態）
第３の実施形態を図７に基いて説明する。なお、第１及び第２の実施形態のサスペンション装置１，２１と同一又は相当する構成には、同一の名称及び符号を付与すると共にその詳細な説明を省略する。
車輪側部材は、内周面にピストン５が摺接されると共に外周面にブラケット８が接合されるシリンダ３２からなる。アクチュエータは、ロッド４（車体側部材）とシリンダ３２（車輪側部材）との間に配設されたトルクモータ３（操向用モータ）と減衰用リニアモータ３３（減衰用モータ）とによって構成される。減衰用リニアモータ３３は、シリンダ３２の内周面に設けられて軸方向の磁力を有する減衰用マグネット３４と、ロッド４の先端部に設けられる減衰用コイル３５（電磁石）とからなる。また、減衰用リニアモータ３３は、リング状の減衰用マグネット３４が軸方向（図７における上下方向）に所定間隔で積層配置され、減衰用コイル３５が減衰用マグネット３４に対向配置される。

トルクモータ３は、シリンダ３２の内周面に設けられて周方向の磁力を有するトルク用マグネット３６と、ロッド４の先端部に設けられるトルク用コイル３７（電磁石）とからなる。また、トルクモータ３は、リング状のトルク用マグネット３６が軸方向（図７における上下方向）に減衰用マグネット３４と交互に積層配置され、トルク用コイル３７がトルク用マグネット３６に対向配置される。

次に、第３の実施形態のサスペンション装置３１の動作を説明する。車両が直進している場合、トルクモータ３（アクチュエータ）によってロッド４（車体側部材）とシリンダ３２（車輪側部材）との軸線L0回りの相対移動（回転）を阻止することにより、車輪が直進状態に保持される。そして、路面の凹凸等によって車輪が上下動した場合には、減衰用リニアモータ３３による減衰力を、サスペンション装置３２のストローク速度やストローク位置に応じて可変制御したり、制御対象となる振動を抑制するようにリアルタイムに可変制御したりすることができる。

一方、運転者によってステアリングホイールが操舵された場合、マイクロコンピュータによって構成される操向制御装置からの制御信号に基いてトルクモータ３が作動（回転）する。これにより、シリンダ３２（車輪側部材）がロッド４（車体側部材）に対して軸線L0回りに所定角度移動だけ回転する。シリンダ３２の回転力は、ブラケット８を介して操向力としてナックルに伝達され、該操向力によってナックルが駆動されることにより車輪が操向される。なお、ステアリングホイールが操向された場合であっても、減衰用リニアモータ３３によって減衰力を発生させることが可能であるため、車両の挙動が乱れることがない。第３の実施形態によれば、第１及び第２の実施形態が奏する効果に加え、車輪の操向と発生させる減衰力とを統合制御することができ、車両の操縦安定性を高めることが可能になる。
なお、本第３の実施の形態にあっても、第１の実施の形態と同様に倒立させて用いることもできる。
また、本第３の実施の形態にあっては、ロッド側に磁石を、シリンダ側にコイルを設けた例を示したが、これに限らず、ロッド側にコイル、シリンダ側に磁石を設けてもよい。

（第４の実施形態）
第４の実施形態を図８に基いて説明する。なお、第１〜第３の実施形態のサスペンション装置１，２１，３１と同一又は相当する構成には、同一の名称及び符号を付与すると共にその詳細な説明を省略する。第４の実施形態のサスペンション装置４１は、ロッド４（車体側部材）、ピストン５、シリンダ６，７（車輪側部材）、ブラケット８、並びにトルクモータ３（アクチュエータ）によって構成される。トルクモータ３は、円筒状に形成されるカバー４２と、シリンダ外筒７の外周面に設けられて周方向の磁力を有するマグネット４３と、カバー４２の内周面に配設されるコイル４４（電磁石）とからなる。また、トルクモータ３は、リング状のマグネット４３が軸方向（図７における上下方向）に積層配置され、コイル４４がマグネット４３に対向配置される。

次に、第４の実施形態のサスペンション装置４１の動作を説明する。車両が直進している場合、トルクモータ３（アクチュエータ）によって、カバー４２とシリンダ６，７（車輪側部材）との軸線L0回りの相対移動（回転）、延いてはロッド４（車体側部材）に対するシリンダ６，７（車輪側部材）の軸線L0回りの相対移動（回転）が阻止されて、車輪が直進状態に保持される。そして、路面の凹凸等によって車輪が上下動した場合には、車輪側部材（シリンダ６，７）と車体側部材（ロッド４）とを軸方向（図８における上下方向）へ相対移動（変位）することでピストン５に設けられたバルブが開閉して減衰力を発生させる。

一方、運転者によってステアリングホイールが操舵された場合、マイクロコンピュータによって構成される操向制御装置からの制御信号に基いてトルクモータ３が作動（回転）する。これにより、シリンダ６，７（車輪側部材）がカバー４２に対して軸線L0回りに相対移動、延いてはシリンダ６，７がロッド４（車体側部材）に対して軸線L0回りに所定角度移動だけ回転する。シリンダ６，７の回転力は、ブラケット８を介して操向力としてナックルに伝達され、該操向力によってナックルが駆動されることにより車輪が操向される。なお、ステアリングホイールが操向された場合であっても、車体側部材（ロッド４）と車輪側部材（シリンダ６，７）とを軸線L0に沿って相対移動（変位）させて減衰力を発生させることが可能であるため、車両の挙動が乱れることがない。
なお、トルクモータ３（アクチュエータ）に減速機を設けてサスペンション装置４１を構成してもよい。この場合、トルクモータ３を小型することが可能になり、サスペンション装置４１をより省スペース化することができる。
なお、本第４の実施の形態にあっても、第１の実施の形態と同様に倒立式油圧緩衝器に用いることもできる。
また、本第３の実施の形態にあっては、ロッド側に磁石を、シリンダ側にコイルを設けた例を示したが、これに限らず、ロッド側にコイル、シリンダ側に磁石を設けてもよい。

第１の実施形態のサスペンション装置の正面図である。 図１における断面Ａ−Ａ図である。 図１のサスペンション装置の軸断面図である。 第２の実施形態のサスペンション装置の説明図であって、車体内側からの視線で見た図である。 図４におけるＢ−Ｂ矢視図である。 第２の実施形態のサスペンション装置の正面図である。 第３の実施形態のサスペンション装置の正面視の軸断面図である。 第４の実施形態のサスペンション装置の正面視の軸断面図である。

符号の説明

１ サスペンション装置、２ シリンダ装置（車輪側部材）、３ トルクモータ（アクチュエータ）、４ ロッド（車体側部材）、８ ブラケット

Claims (8)

1. 車体と車輪との間に設けられ、車輪の上下動に応じて軸方向へ相対変位される車体側部材と車輪側部材とから構成されるシリンダ装置と、
   前記シリンダ装置に設けられ、前記車輪側部材を前記車体に対して軸線回りに回転させて車輪を操向させるアクチュエータと、
   前記車輪側部材の周囲を覆う円筒状の部材で構成され、前記車輪側部材と軸方向に相対移動可能でかつ回転方向に回転不能に係合される回転部材と、
   を具備し、
   前記アクチュエータは、前記回転部材と前記車体との間に、前記回転部材と前記車体とを相対回転させるように設けられることを特徴とするサスペンション装置。
2. 一端が前記車体に回動可能に取り付けられたアーム部材を設け、該アーム部材の他端側と前記車輪側部材との間に前記アーム部材と前記車輪側部材とを相対回転させるように前記アクチュエータを設けたことを特徴とする請求項１に記載のサスペンション装置。
3. 前記アクチュエータをケーシングと該ケーシングに対し回動する出力軸とから構成し、前記車輪側部材の端部に前記出力軸を固定し、前記ケーシングを前記アーム部材の他端側に取り付けたことを特徴とする請求項２に記載のサスペンション装置。
4. 前記車体側部材を前記車体に回転不能に取付け、該車体側部材と前記車輪側部材との間に、該車体側部材と前記車輪側部材とを相対回転させるように前記アクチュエータを設けたことを特徴とする請求項１に記載のサスペンション装置。
5. 前記車輪側部材と前記車体側部材とは一方が円筒部材で、他方が該円筒部材内に挿入される円形部を有する部材で構成され、前記車輪側部材または前記車体側部材の一方の部材に操向用コイルを設け、他方に操向用マグネットを設けることにより、前記アクチュエータを構成したことを特徴とする請求項４に記載のサスペンション装置。
6. 前記車輪側部材または前記車体側部材の一方の部材に減衰用コイルを設け、他方に減衰用マグネットを設けることにより、前記車輪側部材と前記車体側部材との軸方向の移動に対し減衰力を発生させたことを特徴とする請求項５に記載のサスペンション装置。
7. 前記車輪側部材と軸方向に相対移動可能で前記車輪側部材の周囲を覆う円筒状のカバー部材を前記車体側に設け、前記車輪側部材または前記カバー部材の一方の部材に操向用コイルを設け、他方に操向用マグネットを設けることにより、前記アクチュエータを構成したことを特徴とする請求項１に記載のサスペンション装置。
8. 前記車輪側部材と前記車体側部材とが油圧緩衝器のロッドとシリンダとで構成されるように前記シリンダ装置を構成したことを特徴とする請求項１、２、３、４、７のいずれかに記載のサスペンション装置。

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