JP6662355B2 - 車両のサスペンション装置 - Google Patents
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Description
具体的には、トレッド部の円環剛性の向上やサイド構造剛性の低減により、惰行時におけるトレッド部の円環の変形を抑制して転がり抵抗を低減することができるが、それだけでは制駆動時や旋回時の垂直荷重増大に応じたタイヤの接地面積の増加が抑制されるので、制駆動・旋回性能が低下してしまう。そこで、トレッド部の面外曲げ剛性を低減し、制駆動時や旋回時の垂直荷重増大に応じてタイヤの接地幅が増大し易くすることにより、トレッド部の円環剛性を向上させたタイヤにおいても垂直荷重の増大に対して接地面積をリニアに増加させることができる。即ち、トレッド部の円環剛性を向上させると共に、タイヤの上下方向のばね定数(縦ばね定数)を低減することにより、タイヤの転がり抵抗低減による燃費性能の向上と、制駆動時や旋回時におけるタイヤの摩擦力増大による制駆動・旋回性能の向上とを両立することが可能になる。
しかしながら、上述したような従来技術では、車体やサスペンション装置の特性に適合するタイヤが選択され、あるいは車体やサスペンション装置の特性に合わせてタイヤの特性が決定されることを前提としている。したがって、縦ばね定数の低減と共に上下方向の減衰性能が低下した結果、車体及びサスペンション装置の特性に適合しないものとなったタイヤを使用した場合、タイヤの上下方向の減衰性能の低下に対応できず、従来技術において期待されている乗り心地や操安性の向上等の効果を十分に得ることができない。
つまり、燃費性能と制駆動・旋回性能との大幅向上を両立させるにはタイヤの上下方向のばね定数を大きく低減することが望ましいが、操安性能・乗心地性能の悪化が大きく従来の車体構造やサスペンション装置では採用することができなかった。
後輪のタイヤの縦ばね定数が213N/mm以下であるとき、リアサスペンションのスカッフ変化による見かけ上の減衰係数と臨界減衰係数との比ζ scuff の下限値は0.0299以上であり、スカッフ変化による見かけ上の減衰係数と臨界減衰係数との比ζ scuff の上限値は、0.042である。
このように構成された本発明においては、車両が平坦路を所定車速で直進している条件の下で、スカッフ変化による見かけ上の減衰係数と、サスペンションの臨界減衰係数との比が、所定の下限値以上且つ所定の上限値以下となるように、複数の連結部材が配置されており、車輪のタイヤの縦ばね定数が小さいほどスカッフ変化による見かけ上の減衰係数とサスペンションの臨界減衰係数との比の下限値が大きくなるように設定されているので、スカッフ変化による見かけ上の減衰係数とサスペンションの臨界減衰係数との比を上限値以下とすることで、車輪がストロークしたときのスカッフ変化による減衰力の割合が高くなり過ぎないようにしてサスペンションのスムーズなストロークを確保しつつ、スカッフ変化による見かけ上の減衰係数とサスペンションの臨界減衰係数との比を下限値以上とすることで、タイヤの縦ばね定数に応じて、タイヤとサスペンションとを合わせた上下方向の減衰力が不足しないように車輪がストロークしたときのスカッフ変化による減衰力の割合を設定することができ、タイヤの縦ばね定数に合わせて優れた操安性と良好な乗り心地とを得ることができる。
また、本発明においては、車両のトレッドをT、ロールセンター高さをh、等価コーナリングパワーをCp、所定車速をV、車輪に加わるばね上質量をM、車輪のストローク量をX、車輪のストローク速度をX’、イニシャルトー角をα、ロールステア係数をε、ホイールセンターばね定数をkとした場合、車輪軸の位置における見かけ上のばね定数Kは以下の式(1)により表され、見かけ上の減衰係数と臨界減衰係数との比ζ scuff は、以下の式(2)により表される。
このように構成された本発明においては、タイヤの特性やサスペンションのジオメトリ等に基づいて、スカッフ変化による見かけ上の減衰係数とサスペンションの臨界減衰係数との比ζ scuff を容易に求めることができ、その減衰比ζ scuff が下限値以上上限値以下であるか否かを確実に判断することができる。
また、本発明においては、後輪のタイヤの縦ばね定数が213N/mm以下であるとき、リアサスペンションのスカッフ変化による見かけ上の減衰係数と臨界減衰係数との比ζ scuff の下限値は0.0299以上である。
このように構成された本発明においては、従来のタイヤと比較して縦ばね定数を大幅に低減したタイヤを装着している場合であっても、タイヤとサスペンションとを合わせた上下方向の減衰力が不足しないように、車輪がストロークしたときのスカッフ変化による減衰力の割合を設定することができ、タイヤの縦ばね定数に合わせて優れた操安性と良好な乗り心地とを得ることができる。
また、本発明においては、スカッフ変化による見かけ上の減衰係数と臨界減衰係数との比ζ scuff の上限値は、0.042である。
このように構成された本発明においては、車輪がストロークしたときのスカッフ変化による減衰力の割合が高くなり過ぎないようにして、サスペンションがスムーズにストロークする良好な乗り心地を実現することができる。
前輪のタイヤの縦ばね定数が213N/mm以下であるとき、フロントサスペンションのスカッフ変化による見かけ上の減衰係数と臨界減衰係数との比ζ scuff の下限値は0.0034以上であり、スカッフ変化による見かけ上の減衰係数と臨界減衰係数との比ζ scuff の上限値は、0.042である。
このように構成された本発明においては、車両が平坦路を所定車速で直進している条件の下で、スカッフ変化による見かけ上の減衰係数と、サスペンションの臨界減衰係数との比が、所定の下限値以上且つ所定の上限値以下となるように、複数の連結部材が配置されており、車輪のタイヤの縦ばね定数が小さいほどスカッフ変化による見かけ上の減衰係数とサスペンションの臨界減衰係数との比の下限値が大きくなるように設定されているので、スカッフ変化による見かけ上の減衰係数とサスペンションの臨界減衰係数との比を上限値以下とすることで、車輪がストロークしたときのスカッフ変化による減衰力の割合が高くなり過ぎないようにしてサスペンションのスムーズなストロークを確保しつつ、スカッフ変化による見かけ上の減衰係数とサスペンションの臨界減衰係数との比を下限値以上とすることで、タイヤの縦ばね定数に応じて、タイヤとサスペンションとを合わせた上下方向の減衰力が不足しないように車輪がストロークしたときのスカッフ変化による減衰力の割合を設定することができ、タイヤの縦ばね定数に合わせて優れた操安性と良好な乗り心地とを得ることができる。
また、本発明においては、車両のトレッドをT、ロールセンター高さをh、等価コーナリングパワーをCp、所定車速をV、車輪に加わるばね上質量をM、車輪のストローク量をX、車輪のストローク速度をX’、イニシャルトー角をα、ロールステア係数をε、ホイールセンターばね定数をkとした場合、車輪軸の位置における見かけ上のばね定数Kは以下の式(1)により表され、見かけ上の減衰係数と臨界減衰係数との比ζ scuff は、以下の式(2)により表される。
このように構成された本発明においては、タイヤの特性やサスペンションのジオメトリ等に基づいて、スカッフ変化による見かけ上の減衰係数とサスペンションの臨界減衰係数との比ζ scuff を容易に求めることができ、その減衰比ζ scuff が下限値以上上限値以下であるか否かを確実に判断することができる。
また、本発明においては、前輪のタイヤの縦ばね定数が213N/mm以下であるとき、フロントサスペンションのスカッフ変化による見かけ上の減衰係数と臨界減衰係数との比ζ scuff の下限値は0.0034以上である。
このように構成された本発明においては、従来のタイヤと比較して縦ばね定数を大幅に低減したタイヤを装着している場合であっても、タイヤとサスペンションとを合わせた上下方向の減衰力が不足しないように、車輪がストロークしたときのスカッフ変化による減衰力の割合を設定することができ、タイヤの縦ばね定数に合わせて優れた操安性と良好な乗り心地とを得ることができる。
また、本発明においては、スカッフ変化による見かけ上の減衰係数と臨界減衰係数との比ζ scuff の上限値は、0.042である。
このように構成された本発明においては、車輪がストロークしたときのスカッフ変化による減衰力の割合が高くなり過ぎないようにして、サスペンションがスムーズにストロークする良好な乗り心地を実現することができる。
上記のサスペンションを備えた車両が平坦な路面を車速V[m/s]で直進している状況の下で、車輪6のストロークを時間tの関数X(t)[m]で表した場合、車輪6の接地点の車幅方向移動量(スカッフ変化)Y[m]は以下の式で表される。
したがって、スカッフ変化を時間微分したスカッフ変化速度dY/dt[m/s]は以下の式で表される。
この横力Fy(scuff)を、仮想スイングアームに沿った方向の成分と車輪6の上下方向の成分とに分けた場合、上下方向成分の力(即ちスカッフ変化により生じる上下力)FV(scuff)[N]は、以下のようになる。
また、サスペンションの単位ストローク量当たりの車輪6のトー角変化量を示すロールステア係数をε[rad/m]とすると、ストロークX(t)[m]が生じた場合の実舵角αrs[rad]は以下のとおりである。
この実舵角αrsに応じて車輪6に発生する横力Fy(rs)[N]は、上述した等価Cpを用いて以下のように表される。
この横力Fy(rs)を、仮想スイングアームに沿った方向の成分と車輪6の上下方向の成分とに分けた場合、上下方向成分の力(即ちロールステアにより生じる上下力)FV(rs)[N]は、以下のようになる。
また、ストロークX(t)[m]に応じてサスペンションが発生させる上下方向の弾性力FV(spg)[N]は、下記式により表される。
また、イニシャルトー角がα[rad]である場合、このイニシャルトー角により車輪6に発生する横力Fy(toe)[N]は、上述した等価Cpを用いて以下のように表される。
この横力Fy(toe)を、仮想スイングアームに沿った方向の成分と車輪6の上下方向の成分とに分けた場合、上下方向成分の力(即ちイニシャルトー角により生じる上下力)FV(toe)[N]は、以下のようになる。
以上のとおり、車輪6のストロークがX(t)[m]であるとき、コイルばね10や図示しないスタビライザーが生じさせる弾性力に、車輪6に働く横力の上下方向成分を加えた上下方向の力FV=FV(scuff)+FV(rs)+FV(spg)+FV(toe)が作用する。この上下方向の力FVをストロークX(t)で除算することにより、車輪6のストロークがX(t)[m]であるときの車輪軸の位置における見かけ上のばね定数K[N/m]を求めることができる。
ここで、車輪軸の位置における見かけ上のサスペンションの臨界減衰係数CCは、車輪6に加わるばね上質量をM[kg]とした場合、CC=2√MKとして得ることができる。
図4はロールセンター高さhとスカッフ減衰比ζscuffとの関係を示したグラフであり、前輪の軸重が850kg、後輪の軸重が600kg、前後のトレッドが1.6mの車両が50km/hの速度で直進している状況の下で、車輪6が上方に0.003mストロークしており、そのときのストローク速度が0.01m/sである場合のサスペンションのスカッフ減衰比ζscuffを、ロールセンター高さhとの関係で示している。この図4において横軸はリアサスペンションのロールセンター高さhを示し、縦軸はスカッフ減衰比ζscuffを示している。
詳細には、図4における白抜きのバーはリアサスペンションの各ロールセンター高さhに対応するリアサスペンションのスカッフ減衰比ζscuffを示す。また、斜線のバーは、フロントサスペンションのロールセンター高さを設定した場合の、フロントサスペンションのスカッフ減衰比ζscuffを示している。
上記のとおり、スカッフ減衰比ζscuffはロールセンター高さhの関数として表すことができ、図4に示すように、ロールセンター高さhが大きいほどスカッフ減衰比ζscuffは増大する。また、フロントサスペンションのスカッフ減衰比ζscuffはリアサスペンションのスカッフ減衰比ζscuffよりも小さくなっている。
例えば、図4の例では、リアサスペンションのロールセンター高さhを0.18m以下とすれば、フロントサスペンション及びリアサスペンションのスカッフ減衰比ζscuffを0.042(図4において点線で示す)以下に抑えることができる。
図5及び図6は、タイヤの縦ばね定数を変化させた場合に、タイヤとサスペンションとを合わせた上下方向の減衰力が不足することなく良好な乗り心地や応答性を維持するために必要となるスカッフ減衰比ζscuffの下限値を、車両重量やトレッドの異なる数種類の車両を用いて官能評価を行うことによりプロットした図であり、図5は前輪のタイヤ(フロントタイヤ)の縦ばね定数KtFrを変化させた場合のフロントサスペンションのスカッフ減衰比ζscuffの下限値をプロットしたもの、図6は後輪のタイヤ(リアタイヤ)の縦ばね定数KtRrを変化させた場合のリアサスペンションのスカッフ減衰比ζscuffの下限値をプロットしたものである。
この図5に示したプロットから、縦ばね定数KtFrが230[N/mm]の場合のスカッフ減衰比ζscuffの下限値0.0009と、縦ばね定数KtFrが213[N/mm]の場合のスカッフ減衰比ζscuffの下限値0.0034とを結ぶ直線(図5において点線により示す)を、フロントタイヤの縦ばね定数KtFrに応じたフロントサスペンションのスカッフ減衰比ζscuffの下限ラインとし、フロントサスペンションのスカッフ減衰比ζscuffがこの下限ラインよりも上側となるように設定することにより、タイヤとサスペンションとを合わせた上下方向の減衰力が不足することなく良好な乗り心地や応答性を維持することが可能となる。図5に示すように、フロントサスペンションのスカッフ減衰比ζscuffの下限ラインは、タイヤの縦ばね定数が小さいほどスカッフ減衰比ζscuffの下限値が大きくなるように設定されている。この下限ラインは、フロントタイヤの縦ばね定数KtFrの一次関数ζscuff=−0.0001×KtFr+0.0351により表される。
この図6に示したプロットから、縦ばね定数KtRrが230[N/mm]の場合のスカッフ減衰比ζscuffの下限値0.0255と、縦ばね定数KtRrが213[N/mm]の場合のスカッフ減衰比ζscuffの下限値0.0299とを結ぶ直線(図6において点線により示す)を、リアタイヤの縦ばね定数KtRrに応じたリアサスペンションのスカッフ減衰比ζscuffの下限ラインとし、リアサスペンションのスカッフ減衰比ζscuffがこの下限ラインよりも上側となるように設定することにより、タイヤとサスペンションとを合わせた上下方向の減衰力が不足することなく良好な乗り心地や応答性を維持することが可能となる。図6に示すように、リアサスペンションのスカッフ減衰比ζscuffの下限ラインは、タイヤの縦ばね定数が小さいほどスカッフ減衰比ζscuffの下限値が大きくなるように設定されている。この下限ラインは、リアタイヤの縦ばね定数KtRrの一次関数ζscuff=−0.0003×KtRr+0.0886により表される。
まず、上述した実施形態においては、ダブルウィッシュボーン式のサスペンションを例として説明したが、ストロークに応じてトレッドが変化する他の形式(例えばマルチリンク式、セミトレーリングアーム式、ストラット式等)のサスペンションにも本発明を適用することができる。
2 アッパアーム
4 ロワアーム
6 車輪
8 ホイールサポート
10 コイルばね
12 緩衝装置
B 車体
Oi 瞬間回転中心
O ロールセンター
Claims (2)
- ストロークによりスカッフ変化を生じさせる車両のサスペンション装置であって、
上下方向に揺動可能に車体に連結された複数の連結部材と、
前記複数の連結部材に連結され車輪を回転可能に支持する車輪支持部材と、
車体上下方向に延び上端が車体に取り付けられると共に下端が前記連結部材又は前記車輪支持部材に取り付けられた緩衝装置と、を備え、
車両が平坦路を所定車速で直進している条件の下で、車体に対する車輪のストロークに伴って車輪が車幅方向に移動することにより車輪の接地面に生じる車幅方向の力の上下方向成分を、車輪のストローク速度で除算することにより得られる、スカッフ変化による見かけ上の減衰係数と、前記サスペンションの臨界減衰係数との比ζscuffが、所定の下限値以上且つ所定の上限値以下となるように、前記複数の連結部材が配置されており、
車輪のタイヤの縦ばね定数が小さいほど前記下限値が大きくなるように、前記下限値が設定されており、
車両のトレッドをT、ロールセンター高さをh、等価コーナリングパワーをCp、前記所定車速をV、車輪に加わるばね上質量をM、車輪のストローク量をX、車輪のストローク速度をX’、イニシャルトー角をα、ロールステア係数をε、ホイールセンターばね定数をkとした場合、車輪軸の位置における見かけ上のばね定数Kは以下の式(1)により表され、前記スカッフ変化による見かけ上の減衰係数と前記臨界減衰係数との比ζscuffは、以下の式(2)により表され、
後輪のタイヤの縦ばね定数が213N/mm以下であるとき、リアサスペンションの前記スカッフ変化による見かけ上の減衰係数と前記臨界減衰係数との比ζscuffの前記下限値は0.0299以上であり、
前記スカッフ変化による見かけ上の減衰係数と前記臨界減衰係数との比ζscuffの前記上限値は、0.042である、車両のサスペンション装置。 - ストロークによりスカッフ変化を生じさせる車両のサスペンション装置であって、
上下方向に揺動可能に車体に連結された複数の連結部材と、
前記複数の連結部材に連結され車輪を回転可能に支持する車輪支持部材と、
車体上下方向に延び上端が車体に取り付けられると共に下端が前記連結部材又は前記車輪支持部材に取り付けられた緩衝装置と、を備え、
車両が平坦路を所定車速で直進している条件の下で、車体に対する車輪のストロークに伴って車輪が車幅方向に移動することにより車輪の接地面に生じる車幅方向の力の上下方向成分を、車輪のストローク速度で除算することにより得られる、スカッフ変化による見かけ上の減衰係数と、前記サスペンションの臨界減衰係数との比ζscuffが、所定の下限値以上且つ所定の上限値以下となるように、前記複数の連結部材が配置されており、
車輪のタイヤの縦ばね定数が小さいほど前記下限値が大きくなるように、前記下限値が設定されており、
車両のトレッドをT、ロールセンター高さをh、等価コーナリングパワーをCp、前記所定車速をV、車輪に加わるばね上質量をM、車輪のストローク量をX、車輪のストローク速度をX’、イニシャルトー角をα、ロールステア係数をε、ホイールセンターばね定数をkとした場合、車輪軸の位置における見かけ上のばね定数Kは以下の式(1)により表され、前記スカッフ変化による見かけ上の減衰係数と前記臨界減衰係数との比ζscuffは、以下の式(2)により表され、
前輪のタイヤの縦ばね定数が213N/mm以下であるとき、フロントサスペンションの前記スカッフ変化による見かけ上の減衰係数と前記臨界減衰係数との比ζscuffの前記下限値は0.0034以上であり、
前記スカッフ変化による見かけ上の減衰係数と前記臨界減衰係数との比ζscuffの前記上限値は、0.042である、車両のサスペンション装置。
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