JP6087696B2 - サスペンション装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車の後輪用のサスペンション装置に関し、特に旋回初期に発生する上下力コンプライアンスステアの影響を抑制又は相殺することが可能なものに関する。

自動車等の車両の後輪用サスペンション装置は、後輪を回転可能に支持するハブベアリングハウジングを、車体に対して搖動可能に取り付けられたサスペンションリンク（リンク）を介して、車体に対して上下方向にストローク可能に支持するものである。
このような後輪用サスペンション装置は、一例として、上下一対のラテラルリンクによって後輪のキャンバ方向の位置決めを行うとともに、下側のラテラルリンクを前後に離間して一対配置することによって、トー方向の位置決めを行っている。
このような後輪用のサスペンション装置の一例として、例えば特許文献１には、ハブベアリングハウジングを、車体後部床下に取り付けられるサブフレームに搖動可能に取り付けられた前後ラテラルリンク（ロワリンク）及びトレーリングリンクを用いて位置決めしたものが記載されている。

これらの各リンクの一方又は両方の端部は、防振用のゴムブッシュを介して車体又はハブベアリングハウジングに接続されている。
例えば車両の旋回時に横力が作用した場合、前後のラテラルリンクのゴムブッシュの変形量の違いに起因して、後輪がトーイン又はトーアウト方向にトー角変化する横力コンプライアンスステアが生じる。
一般に、車両の旋回時には、旋回外輪側がトーイン、旋回内輪側がトーアウト傾向となることが好ましいことから、前後ラテラルリンクのゴムブッシュの剛性を設定する場合には、横力に対する変位量が後側に対して前側で大きくなるように設定することが多い。

また、サスペンションを構成する各リンク類の幾何学的配置（ジオメトリー）も、旋回外輪側すなわちバンプ側（縮側）でトーイン傾向、旋回内輪側すなわちリバウンド側（伸側）でトーアウト傾向となるようなバンプステア特性を与えている場合が多い。

特開２０１１− ５７０２１号公報

しかし、上述したように旋回時の横力により外輪側でトーイン、内輪側でトーアウトとなるような横力コンプライアンスステアを示すサスペンションの場合、旋回初期には上下力に起因するコンプライアンスステア（上下力コンプライアンスステア）によって、外輪側でトーアウト、内輪側でトーインとなる傾向を示す場合がある。
その後、横力が増加しかつサスペンションのストロークが開始して横力コンプライアンスステア、バンプステアが生じると、最終的には外輪側でトーイン傾向、内輪側でトーアウト傾向となるものの、旋回初期に一時的に後輪が逆相にステアされることによって、操縦安定性が低下してしまう。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、旋回初期に発生する上下力コンプライアンスステアの影響を抑制又は相殺することが可能な後輪用サスペンション装置を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１に係る発明は、車両の後輪を車軸回りに回転可能に支持するハブベアリングハウジングと、両端部が車体及びハブベアリングにそれぞれ搖動可能に取り付けられ前記ハブベアリングハウジングを前記車体に対してストローク可能に支持するサスペンションリンクと、前記ハブベアリングハウジングの前記車体に対する上下方向の相対変位量に応じた反力を発生するサスペンションスプリングと、前記ハブベアリングハウジングの前記車体に対する上下方向の相対速度に応じた減衰力を発生するダンパとを備えるサスペンション装置であって、前記後輪の踏面に作用する上下力の増加によってトーイン側又はトーアウト側に前記後輪をステアする上下力コンプライアンスステア特性を有し、車両の旋回初期において一時的に前記上下力コンプライアンスステア特性に起因するトー変化を相殺又は抑制する方向のトー変化を発生させるトー変化発生手段を備え、前記トー変化発生手段は、前記ダンパの上端部と車体との間に設けられる可変剛性弾性体マウントの剛性を旋回初期に一時的に高くするマウント剛性制御手段を有することを特徴とするサスペンション装置である。
これによれば、旋回初期に可変剛性弾性体マウントの剛性を一時的に高くすることによって、ダンパへの初期入力を大きくし、ダンパのスティックを早期に解除してストロークを促進し、早期にバンプステア特性を発生させて上下力コンプライアンスステア特性による影響が表れる期間を短縮して操縦安定性を向上することができる。

請求項２に係る発明は、前記マウント剛性制御手段は、前記ダンパのストロークが所定値以上となるのに応じて前記可変剛性弾性体マウントの剛性を旋回開始前の状態に復帰させる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である。
これによれば、バンプステアや横力コンプライアンスステアによって外輪トーイン側、内輪トーアウト側への十分なトー変化が得られる場合に、過度なトー変化を防止して操縦安定性をより向上することができる。
また、旋回初期以外は旋回初期に対してマウントの剛性を相対的に低くすることによって、振動、乗り心地を改善することができる。

以上説明したように、本発明によれば、旋回初期に発生する上下力コンプライアンスステアの影響を抑制又は相殺することが可能な後輪用サスペンション装置を提供することができる。

本発明を適用したサスペンション装置の実施例１を前方側から見た斜視図である。 実施例１のサスペンション装置を後方側から見た斜視図である。 実施例１のサスペンション装置を正面から見た図である。 実施例１のサスペンション装置を後方から見た図である。 実施例１のサスペンション装置を上方から見た図である。 実施例１のサスペンション装置を下方から見た図である。 実施例１のサスペンション装置を側方から見た図である。 実施例１のサスペンション装置の制御システムの構成を示すブロック図である。 実施例１のサスペンション装置のトー角補正制御を示すフローチャートである。 実施例１のサスペンション装置における後輪トー角の推移の一例を模式的に示すグラフである。

本発明は、旋回初期に発生する上下力コンプライアンスステアの影響を抑制又は相殺することが可能な後輪用サスペンション装置を提供する課題を、操舵開始直後からサスペンションのストロークが所定値以上となるまでの間、ダンパのトップマウントのバネ定数を高めてダンパのストロークを促進し、早期にバンプステア等を発生させることによって解決した。

以下、本発明を適用したサスペンション装置の実施例１について説明する。
実施例のサスペンション装置は、例えば４輪の乗用車等の自動車の後輪用として設けられるダブルウィッシュボーン式のサスペンションである。
図１は、実施例１のサスペンション装置を前方側から見た斜視図である。
図２は、実施例１のサスペンション装置を後方側から見た斜視図である。
図３は、実施例１のサスペンション装置を正面から見た図である。
図４は、実施例１のサスペンション装置を後方から見た図である。
図５は、実施例１のサスペンション装置を上方から見た図である。
図６は、実施例１のサスペンション装置を下方から見た図である。
図７は、実施例１のサスペンション装置を側方から見た図である。

サスペンション装置１は、サブフレーム１０、ハウジング２０、フロントラテラルリンク３０、リアラテラルリンク４０、アッパリンク５０、トレーリングリンク６０、ダンパユニット７０、スタビライザ装置８０等を有して構成されている。

サブフレーム１０は、サスペンション装置１の各リンクが取り付けられる基部となる構造部材であって、図示しない車体の後部床下に、防振ゴムを有するサブフレームブッシュを介して取り付けられている。
サブフレーム１０は、フロントメンバ１１、リアメンバ１２、サイドメンバ１３等を有して構成されている。
フロントメンバ１１は、サブフレーム１０の前端部に設けられ、車幅方向にほぼ沿って配置された梁状の部材である。
フロントメンバ１１の両端部は、サブフレームブッシュを介して車体に取り付けられている。
リアメンバ１２は、サブフレーム１０の後端部に設けられ、車幅方向にほぼ沿って配置された梁状の部材である。
リアメンバ１２の両端部は、サブフレームブッシュを介して車体に取り付けられている。
サイドメンバ１３は、フロントメンバ１１の側端部近傍の部分と、リアメンバ１２の側端部近傍の部分とを車両前後方向にほぼ沿って連結する梁状の部材である。
サイドメンバ１３は、車幅方向に離間して左右一対設けられている。

ハウジング２０は、車輪が取り付けられるハブを回転可能に支持するハブベアリングを収容する部材である。
サスペンション装置１は、ハウジング２０をサブフレーム１０に対して、所定の軌跡に沿って上下方向にストローク可能に支持するものである。

フロントラテラルリンク３０、リアラテラルリンク４０は、サイドメンバ１３の下部とハウジング２０の下部との間にわたして設けられている。
フロントラテラルリンク３０、リアラテラルリンク４０は、車幅方向にほぼ沿いかつ車両の前後方向に離間して配置されている。
フロントラテラルリンク３０、リアラテラルリンク４０の両端部は、それぞれ防振用のゴムブッシュを介して、サイドメンバ１３及びハウジング２０に対して揺動可能に接続されている。

アッパリンク５０は、サイドメンバ１３の上部とハウジング２０の上部との間にわたして設けられている。
アッパリンク５０は、車幅方向にほぼ沿って配置されている。
アッパリンク５０の両端部は、それぞれ防振用のゴムブッシュ及びボールジョイントを介して、サイドメンバ１３及びハウジング２０に対して揺動可能に接続されている。

トレーリングリンク６０は、フロントメンバ１１の側端部近傍と、ハウジング２０の下部との間にわたして設けられている。
トレーリングリンク６０は、車両前後方向にほぼ沿って配置されている。
トレーリングリンク６０の両端部は、それぞれ防振用のゴムブッシュを介して、フロントメンバ１１及びハウジング２０に対して揺動可能に接続されている。

ダンパユニット７０は、伸縮速度に応じた減衰力を発生するダンパ、及び、伸縮量に応じたバネ反力を発生するコイルスプリングをユニット化したものである。
ダンパユニット７０の上端部は、防振ゴムを有するトップマウントを介して図示しない車体に取り付けられている。
このトップマウントは、例えば、磁場を印加することによって粘弾性特性が変化するＭＲ流体を封入して構成され、バネ定数が可変となっている。
ダンパユニット７０の下端部は、リアラテラルリンク４０に取り付けられている。

スタビライザ装置８０は、サスペンション装置１の左右で逆方向（逆位相）のストロークが生じた場合に、左右のストローク差を軽減する方向へのバネ反力を発生するアンチロール装置である。
スタビライザ装置８０は、バネ鋼によって形成され中間部が車幅方向にほぼ沿って配置されたスタビライザバーの両端を、リンクを介して左右のリアラテラルリンク４０に接続されている。

上述したサスペンション装置１においては、旋回による横力に起因するフロントラテラルリンク３０、リアラテラルリンク４０のブッシュの弾性変形により、旋回外輪側でトーイン、旋回内輪側でトーアウト傾向となる横力コンプライアンスステア特性となるよう、各ブッシュの剛性を設定している。
具体的には、フロントラテラルリンク３０のゴムブッシュの横方向の剛性を、リアラテラルリンク４０のゴムブッシュの横方向の剛性に対して低くしている。

また、サスペンション装置１には、各リンク類のジオメトリに起因して、後輪が車体に対して上昇する方向（バンプ側）にストロークした場合にはトーイン側にステアされ、後輪が車体に対して下降する方向（リバウンド側）にストロークした場合にはトーアウト側にステアするバンプステア特性を有する。
上述した横力コンプライアンスステア特性、バンプステア特性により、車両が定常旋回中においては、外輪がトーイン、内輪がトーアウト側にステアされるようになっている。

また、サスペンション装置１は、旋回時の車両の安定性を確保するため、後輪への制動力付与時に、後輪がトーイン方向へステアする、いわゆる後引きトーイン特性を有する。

一方、フロントラテラルリンク３０、リアラテラルリンク４０には、後輪の接地荷重に起因して、車両の直進状態においては引張荷重が負荷されている。
車両の旋回初期においては、車体をロールさせるモーメントが発生するが、ダンパのスティック等に起因してサスペンションのストロークが開始しない領域が存在する。
このような領域においては、横力コンプライアンスステア、バンプステアの影響は実質的に発生しないが、旋回外輪側で接地荷重が増大し、旋回内輪側で接地荷重が減少する。
このため、フロントラテラルリンク３０、リアラテラルリンク４０に作用する引張荷重は、旋回外輪側で増大し、旋回内輪側で減少するようになる。
フロントラテラルリンク３０、リアラテラルリンク４０のゴムブッシュの横剛性は、上述したようにフロントラテラルリンク３０側のほうが低いため、このような引張荷重の変化によるハウジング２０の変位量は、前側において後側よりも大きくなる。
このため、旋回外輪はトーアウト側にステアし、旋回内輪はトーイン側にステアする上下力コンプライアンスステア特性が発生する。

上述したように、旋回初期においては上下力コンプライアンスステアの影響が強く表れる一方、横力コンプライアンスステア及びバンプステアの影響はほとんど表れないため、旋回外輪はトーアウト側、旋回内輪はトーイン側へステアされる。
その後、ダンパユニット７０がストロークを開始し、フロントラテラルリンク３０、リアラテラルリンク４０に横力が作用し始めると、横力コンプライアンスステア、バンプステアの影響が強くなって旋回外輪はトーイン側、旋回内輪はトーアウト側に切戻される。
このように、旋回初期と定常旋回時とで後輪が逆方向にステアされると、車両の操縦安定性に悪影響が発生する場合がある。
そこで、実施例１においては、旋回初期の上下力コンプライアンスステアを軽減又は相殺する方向のトー変化を生成するトー補正制御を行っている。
この点について以下説明する。

図８は、実施例１のサスペンション装置の制御システムの構成を示すブロック図である。
サスペンション制御システム１００は、電動パワーステアリング（ＥＰＳ）制御ユニット１１０、挙動制御ユニット１２０、駆動制御ユニット１３０、トー補正制御ユニット１４０等を有して構成されている。
これらは例えば車載ＬＡＮの一種であるＣＡＮ通信システム１５０を介して相互に通信可能となっている。

ＥＰＳ制御ユニット１１０は、ドライバからの入力トルクに応じて操舵アシストトルクを発生する電動パワーステアリング装置を制御するものである。
ＥＰＳ制御ユニット１１０には、舵角センサ１１１、トルクセンサ１１２が接続されている。
舵角センサ１１１は、ステアリング系の現在の操舵角（ハンドル角）を検出するものである。
トルクセンサ１１２は、ドライバからステアリング系に入力されている入力トルクを検出するものである。

挙動制御ユニット１２０は、車両にオーバーステア、アンダーステア等の挙動が発生した場合に、左右輪の制動力差を発生させてこれらの挙動を抑制する方向のモーメントを発生させるものである。
挙動制御ユニット１２０は、ＬＨブレーキ１２１、ＲＨブレーキ１２２に供給されるブレーキ液圧を個別に制御可能なハイドロリックコントロールユニット（ＨＣＵ）１２３を制御する。
また、挙動制御ユニット１２０には、車輪の回転速度に応じたパルス信号を出力する車速センサ１２４が接続され、車速を取得することが可能となっている。

トップマウント制御ユニット１３０は、ダンパユニット７０のトップマウントのバネ定数を制御するものである。

トー補正制御ユニット１４０は、ＥＰＳ制御ユニット１１０等からの情報によって旋回開始を検出した場合に、上述した上下力コンプライアンスステアを抑制又は相殺する方向へのトー変化を一時的に発生させるトー補正制御を行うものである。
トー補正制御ユニット１４０には、ストロークセンサ１４１、トップマウント荷重センサ１４２が接続されている。
ストロークセンサ１４１は、左右のダンパユニット７０のダンパのストロークをそれぞれ検出するものである。
トップマウント荷重センサ１４２は、左右のダンパユニット７０の上端部に設けられるトップマウントに作用する上下方向荷重をそれぞれ検出するものである。

図９は、実施例１のサスペンション装置のトー角補正制御を示すフローチャートである。
以下、ステップ毎に順を追って説明する。

＜ステップＳ０１：ハンドル角θｓ取得＞
トー補正制御ユニット１４０は、ＥＰＳ制御ユニット１１０からハンドル角θｓを取得する。
その後、ステップＳ０２に進む。

＜ステップＳ０２：操舵速度θｓ´算出＞
トー補正制御ユニット１４０は、ステップＳ０１において取得したハンドル角θｓを時間微分して操舵速度θｓ´を算出する。
その後、ステップＳ０３に進む。

＜ステップＳ０３：車速判断＞
トー補正制御ユニット１４０は、挙動制御ユニット１２０から車速Ｖを取得する。
そして、現在の車速Ｖが予め設定された上限車速Ｖｍａｘ以下でありかつ下限速度Ｖｍｉｎ以上である場合には、トー補正制御を実行すべき車速範囲内であると判断し、ステップＳ０４に進む。
その他の場合には、トー補正制御を実行すべきでない車速範囲内であると判断し、一連の処理を終了（リターン）する。

＜ステップＳ０４：操舵開始判断フラグ判断＞
トー補正制御ユニット１４０は、操舵開始判断フラグのフラグ値が０である場合には、操舵開始の有無を判別するためステップＳ０５に進む。
操舵開始判断フラグの値が１である場合には、既に操舵が開始されているものとして、ステップＳ０９に進む。

＜ステップＳ０５：外乱判断＞
トー補正制御ユニット１４０は、ステップＳ０１において取得したハンドル角θｓと、ＥＰＳ制御ユニット１１０から取得したドライバ入力トルクＴｓとの積が所定の閾値以上である場合には、ドライバによる意図的な操舵操作があったものとしてステップＳ０６に進む。
その他の場合には、ハンドル角θｓ等に変化があったとしても外乱によるものであると判断し、一連の処理を終了（リターン）する。

＜ステップＳ０６：操舵速度絶対値判断＞
トー補正制御ユニット１４０は、ステップＳ０２において算出した操舵速度θｓ´の絶対値を予め設定された閾値と比較する。
操舵速度θｓ´の絶対値が閾値以上である場合は、ステップＳ０７に進み、その他の場合には一連の処理を終了（リターン）する。

＜ステップＳ０７：切り増し・切り戻し判断＞
トー補正制御ユニット１４０は、ステップＳ０１において取得したハンドル角θｓと、ステップＳ０２において算出した操舵速度θｓ´との積が正（０より大きい）場合には、ドライバ操作によって舵角が増加している切り増し中であると判断してステップＳ０８に進む。
一方、その他の場合には、舵角が減少している切り戻し中であると判断して一連の処理を終了する。

＜ステップＳ０８：操舵開始判断フラグセット＞
トー補正制御ユニット１４０は、操舵開始判断フラグのフラグ値を０から１にして、フラグをセットする。
その後、ステップＳ０９に進む。

＜ステップＳ０９：トップマウントバネ定数補正制御＞
トー補正制御ユニット１４０は、トップマウント剛性制御ユニット１３０に指令を出して、トップマウントバネ定数補正制御を行なわせる。
トップマウントバネ定数補正制御は、旋回外輪側及び内輪側のダンパのトップマウントのバネ定数を一時的に高くして、ダンパへの入力荷重の立ち上がりを早めてストロークを促進し、早期にバンプステアを発生させて外輪をトーイン方向、内輪をトーアウト方向へステアさせるものである。
その後、ステップＳ１０に進む。

＜ステップＳ１０：ストローク変化検出＞
トー補正制御ユニット１４０は、ストロークセンサ１４１を用いて左右のダンパユニット７０のストロークを検出する。
その後、ステップＳ１１に進む。

＜ステップＳ１１：外輪側ストローク判断＞
トー補正制御ユニット１４０は、旋回外輪側のダンパユニット７０の直進時からのストローク変化量が、予め設定された閾値以上である場合は、横力コンプライアンスステア特性、バンプステア特性によって外輪ではトーイン、内輪ではトーアウトへのトー変化が十分に発生しているものと判断して、ステップＳ１２に進む。
その他の場合には、トー補正制御の継続が必要であると判断して一連の処理を終了（リターン）する。

＜ステップＳ１２：操舵開始判断フラグクリア＞
トー補正制御ユニット１４０は、操舵開始判断フラグのフラグ値を０としてクリアし、ステップＳ１３に進む。

＜ステップＳ１３：トップマウントバネ定数補正終了＞
トー補正制御ユニット１４０は、トップマウントバネ定数補正を終了し、一連の処理を終了する。

図１０は、実施例１のサスペンション装置における後輪トー角の推移の一例を模式的に示すグラフである。
縦軸は旋回外輪のトー角を示し、上方がトーイン側を示している。
横軸は、操舵開始からの時間を示している。
また、トップマウントバネ定数補正制御を行なわない場合の履歴を破線で示し、トップマウントバネ定数補正制御を行なった場合の履歴を実線で示している。
なお、旋回内輪側においても、トーイン、トーアウトが反転するが、実質的に同様の履歴を示す。

トップマウントバネ定数補正制御を行なわない場合には、後輪のトー角は上下力コンプライアンスステア特性によってまずトーアウト方向へ変化し、その後サスペンションのストローク変化や横力が発生すると、バンプステア特性及び横力コンプライアンスステア特性によってトーイン側へ変化する。
これに対し、実施例１においては、上述したトップマウントのバネ定数補正制御を行なうことによって、ダンパユニット７０への初期入力を大きくし、ダンパユニット７０のスティックを早期に解除して初期ストロークを促進し、早期にバンプステア特性を発生させて上下力コンプライアンスステア特性による影響が表れる期間を短縮して操縦安定性を向上することができる。

（変形例）
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
（１）サスペンション装置の構成は上述した実施例に限らず、適宜変更することができる。例えば、サスペンション装置の形式は、実施例のようなダブルウィッシュボーン式に限らず、ストラット式、マルチリンク式、トレーリングアーム式などの他の形式であってもよい。また、制御システムの構成も特に限定されない。
（２）各実施例は、ダンパストローク、トップマウント荷重等に基づいてトー補正制御を終了しているが、これに限らず、他の手法によってトー補正制御を終了してもよい。例えば、旋回開始後所定時間で制御を終了するようにしてもよい。また、制御量を徐変させる場合の手法も特に限定されない。

１ サスペンション装置 １０ サブフレーム
１１ フロントメンバ １２ リアメンバ
１３ サイドメンバ ２０ ハウジング
３０ フロントラテラルリンク ４０ リアラテラルリンク
５０ アッパリンク ６０ トレーリングリンク
７０ ダンパユニット ８０ スタビライザ装置
１００ サスペンション制御システム
１１０ 電動パワーステアリング（ＥＰＳ）制御ユニット
１１１ 舵角センサ １１２ トルクセンサ
１２０ 挙動制御ユニット １２１ ＬＨブレーキ
１２２ ＲＨブレーキ
１２３ ハイドロリックコントロールユニット
１２４ 車速センサ
１３０ トップマウント剛性制御ユニット
１４０ トー補正制御ユニット １４１ ストロークセンサ
１４２ トップマウント荷重センサ １５０ ＣＡＮ通信システム

Claims (2)

1. 車両の後輪を車軸回りに回転可能に支持するハブベアリングハウジングと、
   両端部が車体及びハブベアリングにそれぞれ搖動可能に取り付けられ前記ハブベアリングハウジングを前記車体に対してストローク可能に支持するサスペンションリンクと、
   前記ハブベアリングハウジングの前記車体に対する上下方向の相対変位量に応じた反力を発生するサスペンションスプリングと、
   前記ハブベアリングハウジングの前記車体に対する上下方向の相対速度に応じた減衰力を発生するダンパと
   を備えるサスペンション装置であって、
   前記後輪の踏面に作用する上下力の増加によってトーイン側又はトーアウト側に前記後輪をステアする上下力コンプライアンスステア特性を有し、
   車両の旋回初期において一時的に前記上下力コンプライアンスステア特性に起因するトー変化を相殺又は抑制する方向のトー変化を発生させるトー変化発生手段を備え、
   前記トー変化発生手段は、前記ダンパの上端部と車体との間に設けられる可変剛性弾性体マウントの剛性を旋回初期に一時的に高くするマウント剛性制御手段を有すること
   を特徴とするサスペンション装置。
2. 前記マウント剛性制御手段は、前記ダンパのストロークが所定値以上となるのに応じて前記可変剛性弾性体マウントの剛性を旋回開始前の状態に復帰させること
   を特徴とする請求項１に記載のサスペンション装置。

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