JP2006015809A - 車両用サスペンション装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アクチュエータを用いずに、車両のロールセンタを変化することができる車両用サスペンション装置を提供する。
【解決手段】車輪を回転自在に支持する車輪側部材（ナックル）３と、車体１と車輪側部材３とを揺動可能に連結する連結部材４及び５とを備える車両用サスペンション装置において、連結部材（サスペンションアッパアーム）５の車体側取付点に４節リンク６を備え、サスペンションストロークに伴う４節リンク６の配置の変化により、左右輪のサスペンション瞬間回転中心を変化させ、この左右輪のサスペンション瞬間回転中心によって決定されるロールセンタを移動する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、車体の姿勢を制御可能な車両用サスペンション装置に関するものである。

従来の車両用サスペンション装置としては、例えば横加速度等の車両の状態量に応じて、サスペンションアッパアームの車体側取付点をアクチュエータによって上下方向に移動して車体のロールセンタ位置を変化させることで、車体姿勢を制御するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平５−２１３０２７号公報（第３頁、図１）

しかしながら、上記従来の車両用サスペンション装置にあっては、前記車体側取付点をアクチュエータによって上下方向に移動することで車体のロールセンタ位置を変化させているので、車体姿勢を変えるためには車体側取付点を大幅に移動させる必要があり、高出力のアクチュエータが必要となる。そのため、車両レイアウト面で不利になるという未解決の課題がある。
また、旋回毎にアクチュエータを駆動制御する必要があり、エンジンやモータ等のエネルギー消費が嵩んで燃費が悪化するという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、アクチュエータを用いずに、車両のロールセンタを変化させることができる車両用サスペンション装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係る車両用サスペンション装置は、車輪を回転自在に支持する車輪側部材と、車体と前記車輪側部材とを揺動可能に連結する連結部材とを備え、前記連結部材は、前記車体との連結部及び前記車輪側部材との連結部の少なくとも１箇所に４節リンク機構を備える。

本発明によれば、車体と車輪側部材とを連結する連結部材に４節リンクを備えるので、サスペンションストロークに伴う４節リンクの配置の変化によってサスペンションの瞬間回転中心が大幅に変化し、車両のロールセンタ位置を大幅に変えることができるので、従来のようにアクチュエータを用いることなく比較的安価なシステムで車両のロールセンタを変化させて、旋回時の車体挙動を変化させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の実施形態における車両用サスペンション装置を適用した車両の概略構成図であり、車両を後方から見た図である。図中１は車体、２はタイヤ及びブレーキの回転体からなる車輪（後輪）である。
そして、この車両は、車輪側部材（ナックル）３によってこの車輪２を回転自在に支持している。また、車体１と車輪側部材３とを、連結部材４及び５によって揺動可能に連結している。この連結部材はダブルウィッシュボーン式のサスペンションアームによって構成されており、連結部材４はサスペンションのロアアーム、連結部材５はサスペンションのアッパアームである。

連結部材５における車体１との連結部には、４節リンク機構としての４節リンク６が設けられている。この４節リンク６は、図２に示すように、上下２本のリンクアームが連結ボルト２０によって、車体に取り付けられた４節リンク取付ブラケット１９と揺動可能に結合されていると共に、連結ボルト２１によって連結部材５と揺動可能に結合されている。なお、４節リンク６を構成する上下２本のリンクアームは、車両内部側を狭めるようにレイアウトしている。

この４節リンク６、連結部材５、４節リンク取付ブラケット１９の何れかには、サスペンションストロークに伴って４節リンク６が遥動可能となるように、硬質ゴム製のブッシュや金属製のすべり軸受けなどの回転運動を可能とする部品が取り付けられているものとする。
そして、これらの部品に例えば外力により変形可能なゴム製ブッシュを用いると、タイヤ横力によりブッシュが変形してトー角変化を伴うような設計にしたり、剛性の高い部品を用いることで所望のロールセンタ位置を満たすような設計にしたりすることも可能である。

なお、ここでは図２に示すように、車体側に４節リンク取付ブラケット１９を設けて４節リンク６を取り付ける場合について説明したが、これに限定されるものではなく、車体１に４節リンク６を直接取り付けるような構造として、４節リンク取付ブラケット１９を不要としてもよい。
また、図１において、連結部材４と車体１とを遥動可能に保持しているのが、バネ及び衝撃吸収部材であるショックアブソーバ７であり、このショックアブソーバ７によって車体１の姿勢を支えている。また、図中８は車体１の重心である。

そしてこの車両は、４節リンク６と連結部材４との位置関係により、車両旋回時の車体姿勢が変化するように構成されている。
ここで、先ず、従来のロールセンタ制御サスペンションの構造について、図９をもとに説明する。図９は、車両を後方（又は前方）から見た図であり、図中１０１は車体、１０２はタイヤ及びブレーキの回転体からなる車輪である。

そして、車輪側部材（ナックル）１０３によってこの車輪１０２を回転自在に支持している。また、車体１０１と車輪側部材１０３とを、連結部材１０４及び１０５によって揺動可能に連結している。この連結部材はダブルウィッシュボーン式のサスペンションによって構成されており、連結部材１０４はサスペンションのロアアーム、連結部材１０５はサスペンションのアッパアームである。

また、連結部材１０４と車体１０１とを遥動可能に保持しているのが、バネ及び衝撃吸収部材であるショックアブソーバ１０７であり、このショックアブソーバ１０７によって車体１０１の姿勢を支えている。
車体１０１と連結部材１０５との取付点には、アクチュエータ１０９が取り付けられており、アクチュエータドライバ１１０から出力されるアクチュエータ移動量の指令値に基づいて稼動されることにより、連結部材の遥動中心を任意の位置に変化させるように構成されている。

この車両には、ヨーレート、横加速度、操舵角、操舵角速度等の車両の状態量を計測するセンサ１１２が備えられ、このセンサ１１２による検出信号は制御演算器１１１に出力される。そして、この制御演算器１１１によって、アクチュエータの移動量が算出されると共に、前記アクチュエータ移動量の指令値がアクチュエータドライバ１１０に出力される。

このように、従来の方式は、車両の状態量をフィードバックすることで、走行状態に応じたより緻密なロールセンタ制御が可能であったが、各輪に新たにアクチュエータを備える必要があり、レイアウトやコストの面で不利となると共に、アクチュエータによってエンジンやモータ等の出力源が発生するエネルギーを消費し、燃費が悪化する等の問題があった。

そこで、本発明では、従来のようにアクチュエータ等により連結部材の遥動中心を変化させてロールセンタを移動させるのではなく、アクチュエータ等を用いずにロールセンタを移動するようにする。そして、アクチュエータを用いないことで当該アクチュエータ等によるエネルギーロスをなくし、安価なシステムでロールセンタを大幅に移動するようにする。

次に、従来装置におけるロールセンタの導出について、図１０に示す従来装置の右輪を車両後方から見た図をもとに説明する。ロールセンタとは、左右両輪のサスペンションジオメトリにより決定するが、ここでは右輪を用いて説明する。
図１０において、点１１６がロールセンタに相当する。このロールセンタ１１６は、右輪サスペンション回転中心１１３と右車輪１０２の接地中心１２３とを結ぶ直線１１４と、左輪サスペンション回転中心（図示せず）と左車輪の接地中心（図示せず）とを結ぶ直線１１５との交点であり、左右輪のサスペンション回転中心と接地中心とによって決定される。

車輪のサスペンション回転中心は、一般に、サスペンションのアッパアームとロアアームとの車両背面図（又は、車両正面図）における延長線の交点である。右輪のサスペンション回転中心１１３は、車輪側部材１０３と車体１０１とを連結する連結部材１０４及び１０５において、連結部材１０４の両端の遥動中心１０４ａと１０４ｂとを結んだ直線と、連結部材１０５の両端の遥動中心１０５ａと１０５ｂとを結んだ直線との交点で求められる。

この従来装置では、連結部材１０５の車体側取付点である車体側遥動中心１０５ａをアクチュエータ１０９により上下に移動させることで、右輪のサスペンション回転中心１１３を移動させる。例えば、車体側遥動中心１０５ａを１０５ａ’に移動させると、連結部材４と５との延長線の交点である右輪のサスペンション回転中心１１３は、１１３’へ移動する。同様に左輪のサスペンション回転中心も移動可能であり、このようにして左右輪のサスペンション回転中心を移動させることにより、ロールセンタ１６を移動させている。
これに対して本発明では、連結部材５の車体側の取付部に４節リンク６を組み込むことにより、従来装置におけるアクチュエータ１０９を用いることなく、ロールセンタを大幅に移動させることが可能となる。

本発明のサスペンション装置におけるロールセンタは、図３に示すような形で導出される。図３は、右輪を車両後方から見た図であり、ロールセンタは点１６に相当する。このロールセンタ１６は、右輪サスペンション回転中心１３と右車輪２の接地中心２３とを結ぶ直線１４と、左輪サスペンション回転中心（図示せず）と左車輪の接地中心（図示せず）とを結ぶ直線１５との交点であり、左右輪のサスペンション回転中心と接地中心とによって決定される。

右輪のサスペンション回転中心１３は、車輪側部材３と車体１とを連結する連結部材４及び５において、連結部材４の両端の遥動中心４ａと４ｂとを結んだ直線と、連結部材５の車輪側接合点である遥動中心５ｂと点１７とを結んだ直線との交点で求められる。ここで、点１７は４節リンクのリンクアームの車両内部側延長線の交点であり、４節リンク６の遥動中心６ａと６ｂとを結んだ直線と、遥動中心６ｃと６ｄとを結んだ直線との交点に相当する。
そして、例えば車両の旋回時において、車輪が定常状態からバウンド状態又はリバウンド状態に移行することにより、４節リンク６の交点１７の位置が移動し、その結果、ロールセンタ１６が移動される。

図４は、車輪の各状態における４節リンク６及び連結部材５を示しており、図４（ａ）は定常状態、図４（ｂ）は車輪が定常状態から上方へ移動するバウンド状態、図４（ｃ）は車輪が定常状態から下方へ移動するリバウンド状態である。
４節リンク６の配置によって決定される４節リンク６の交点１７は、サスペンションストロークに伴って、例えば、車輪が定常状態からバウンド状態に移行すると点１７から点１７’へ下がる。このとき、車体１は下がる。また、車輪が定常状態からリバウンド状態に移行すると点１７から点１７”へ上がる。このとき、車体１は上がる。つまり、４節リンク６の交点１７は、サスペンションストロークに伴う４節リンク６の配置の変化によって、上下方向へ大幅に移動する。
これにより、４節リンク６の交点１７と連結部材５の車輪側接合点５ｂとを結ぶ直線が大幅に変化し、右輪サスペンション回転中心１３が大幅に移動するので、ロールセンタ１６の位置が大幅に移動される。

本発明と同等の効果を従来のロールセンタ制御方式のように、連結部材の車体側取付点を上下させる方式で得ようとした場合、図５に示すようになる。
つまり従来装置に置き換えると、定常状態では、図５（ａ）に示すように、点１７が図１０における遥動中心１０５ａに相当し、点５ｂが遥動中心１０５ｂに相当し、点１７と点５ｂとを結ぶ直線に相当する連結部材１０５を設けることと同等である。
また、バウンド状態では、図５（ｂ）に示すように、点１７’が図１０における遥動中心１０５ａに相当し、点５ｂが遥動中心１０５ｂに相当し、点１７’と点５ｂとを結ぶ直線に相当する連結部材１０５を設けることと同等である。

さらに、リバウンド状態では、図５（ｃ）に示すように、点１７”が図１０における遥動中心１０５ａに相当し、点５ｂが遥動中心１０５ｂに相当し、点１７”と点５ｂとを結ぶ直線に相当する連結部材１０５を設けることと同等である。
そして、これらの点１７、点１７’、点１７”をアクチュエータ１０９によって上下に移動させることになる。そのため、本発明のように、ロールセンタを大幅に移動させようとすると、アクチュエータ１０９による移動量は大きいものとなり、連結部材自体も長い物となってしまう。
したがって、サスペンションのレイアウトの制約を考慮すると、本発明の有効性は明らかである。

次に、本発明の実施形態における動作について説明する。
今、車両が直進走行中であるものとする。この場合には、左右輪は定常状態を維持しており、ロールセンタは図６に示す点１６となる。図６は、車両を後方から見た図であり、直進走行中における状態を示している。そして、右輪のサスペンションジオメトリにより決定される右輪サスペンション回転中心１３’と右輪接地中心２３’とを結ぶ直線と、左輪のサスペンションジオメトリにより決定される左輪サスペンション回転中心１３”と左輪接地中心２３”とを結ぶ直線との交点により、ロールセンタ１６が決定することになる。

このように、車両が直進走行している場合には、車幅方向中心に対して左右対称となる位置に左右輪のサスペンション回転中心が存在し、ロールセンタ１６は、車幅方向中心に存在することになる。したがって、左右輪の輪荷重は等しく、車体１が傾くことなく安定した直進走行を継続する。
この状態から、車両が右旋回を行うものとする。この場合には、サスペンションストロークが生じ、その結果、旋回内輪である右輪は定常状態からリバウンド状態に移行し、旋回外輪である左輪は定常状態からバウンド状態に移行する。そのため、連結部材４、５及び４節リンク６における各アームの遥動中心の作用によって、ロールセンタは図７に示す点１６’へ移動する。

図７は、車両を後方から見た図であり、右旋回中における状態を示している。右旋回状態において、右輪は定常状態からリバウンド状態に移行するため、図４（ｃ）からも明らかなように、右輪サスペンション回転中心１３’は直進状態と比較して旋回外側上方に移動する。また、左輪は定常状態からバウンド状態に移行するため、図４（ｂ）からも明らかなように、左輪サスペンション回転中心１３”は直進状態と比較して旋回内側下方に移動する。

その結果、右輪サスペンション回転中心１３’と右輪接地中心２３’とを結ぶ直線と、左輪サスペンション回転中心１３”と左輪接地中心２３”とを結ぶ直線との交点であるロールセンタは、直進状態における点１６から点１６’へ移動する。即ち、右旋回状態において、ロールセンタは直進状態と比較して旋回内側上方へ移動する。
通常、車両が旋回走行すると、車体には遠心力が作用するが、ロールセンタは一般にこの遠心力が作用する車両重心よりも下方に位置するため、上記遠心力は、車両重心と前後輪のロールセンタを結ぶロール軸との間の距離をレバー長とするロールモーメントとして車体に作用する。その結果、車両の旋回円外側部分をバンプ（外側バンプ）させるように、すなわち旋回外輪を車体に対して上昇させるように運動することとなる。

しかしながら、本発明では旋回状態において、ロールセンタを直進状態と比較して旋回内側上方へ移動する。ロールセンタが上方に移動することにより、車両重心８と前後輪のロールセンタを結ぶロール軸との距離が縮まるので、ロール軸回りに作用するロールモーメントは小さくなり、ロール量は低減される。
また、旋回状態に応じてロールセンタが旋回内側に移動されることで、内輪に働くジャッキダウン力が増加し、外輪に働くジャッキアップ力が減少するので、車両のジャッキアップは軽減される。旋回時、つまり車体を中心に左右輪へ逆方向の横力が加わる時、外輪には上下の分力が車体を持ち上げる力(ジャッキアップ力)として作用し、内輪では車体を押し下げる力(ジャッキダウン力)として作用するが、上記のように、内輪のジャッキダウン力が増加し、外輪のジャッキアップ力が減少することで、車両は安定して旋回走行することが可能となる。

ところで、従来装置においては、実際のピボット位置をアクチュエータにより上下に移動させているので、車体のレイアウト上、ロールセンタを車体重心付近にまで移動させることはできない。
これに対して、本発明では、４節リンクにより仮想のピボット位置を設けることが可能である。そして、この仮想のピボット位置は、４節リンクにおける上下のアームの長さを変えたり、車両の直進状態におけるアームの配置角度を変えたりすることによって、所望の位置に設けることができる。

そのため、車両旋回時に、ロールセンタを車体重心点に近づけるようなサスペンションレイアウトを実現することができる。さらに、このような４節リンクを用いることにより、車両旋回時に、ロールセンタを車体重心点より上方に移動させるようなサスペンションレイアウトを実現することもできる。
このように、上記実施形態においては、車体と車輪側部材とを連結する連結部材に４節リンクを備えることで、サスペンションストロークに伴い、車体と連結部材との取付点の瞬間回転中心を大幅に変化させ、サスペンションの瞬間回転中心も大幅に変化させるので、車両のロールセンタ位置を大幅に変えることができる。

これにより、サスペンションストロークに伴って、車両重心点と車両のロールセンタの位置とを相対変化させることができるので、旋回走行時における車体挙動を変化させて、安定した走行を確保することができる。さらに、キャンバ角及びスカッフ変化等のアライメント変化の効果をより一層高めるようなサスペンションジオメトリにすることができる。

また、車体と車輪側部材とを連結する連結部材に４節リンクを備えることで、従来のようにアクチュエータを用いることなくロールセンタ位置を変化させることができるので、旋回毎にアクチュエータを駆動制御してロールセンタ位置を変化させる必要がなくなり、アクチュエータによって車両のエンジンやモータといった出力源が発生するエネルギーを消費してしまうことに起因する燃費の悪化、さらには排出ガスの増加等の悪影響を防止することができる。

さらに、アクチュエータを用いることなくロールセンタ位置を大幅に変化させることができるので、車体側取付点に高出力のアクチュエータを設ける必要がなくなり、安価なシステムで大幅にロールセンタ位置を変化させることができると共に、レイアウト面でも有利となる。
また、アクチュエータを用いることなくロールセンタ位置を変化させることができるので、アクチュエータ等を持たないパッシブなサスペンション装置においても本発明を適用することができ、旋回時のロール角を低減させて、乗員に違和感のない旋回走行を行うことができる。

さらにまた、図５に示すように、連結部材の回転中心１７を４節リンクによって導出することにより、連結部材の長さを仮想的に任意の長さにすることができる。これにより、車体のレイアウト上、連結部材（サスペンションアーム）を長くできない場合であっても、所望のサスペンションアーム長さを仮想的に実現することができると共に、短い４節リンクを用いることで連結部材の軽量化を実現することができる。

さらに、車両旋回時において、左右輪のサスペンションの瞬間回転中心を変化させてロールセンタを旋回内側へ移動するので、車両のジャッキアップを低減し、車両をジャッキダウンさせることができるので、乗員に違和感のない安定した旋回走行を行うことができる。
また、車両旋回時において、左右輪のサスペンションの瞬間回転中心を変化させてロールセンタを車両重心に近づけるので、車体ロール運動のモーメントの腕を短くし、車体のロール量（ロール角度）を小さくすることができる。

さらにまた、車両旋回時において、左右輪のサスペンションの瞬間回転中心を変化させてロールセンタを車両重心より上方に移動するので、車体を旋回内側に向かってロールさせることができる。つまり、横加速度の作用する車体の重心点がロールセンタより下方であるので、車体の下部が旋回外側に振り出されるように回転し、車体自体は旋回内側にロールするのである。

元来、人間の官能として、横加速度を生じる旋回運動時には、身体を旋回内側に傾けることが望ましいとされているので、車体を旋回内側にロールさせることができれば、人間の官能に適合したロール運動を達成することができる。したがって、車体を船体内側にろるさせることで、乗員は旋回方向に向かって体を傾けることで安心して旋回することができると共に、乗員の感覚に合った旋回走行を行うことができる。

なお、上記実施形態においては、サスペンションのアッパアームにおける車体側取付点に４節リンクを備える場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、４節リンクを前後輪のロアアームにおける車体側取付点に設けるようにしてもよく、さらに後輪に対しては、図８（ｂ）に示すように、車輪側（ナックル側）取付点に設けるようにしてもよい。ここで、図８（ａ）は４節リンクを前輪に適用した場合の例、図８（ｂ）は後輪に適用した場合の例を示している。

また、上記実施形態においては、ショックアブソーバをサスペンションのロアアームと車体とに取り付ける場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図８（ｂ）に示すように、ショックアブソーバをサスペンションのアッパアームに取り付けるようにしてもよく、さらにはナックルに取り付けるようにしてもよい。

本発明の実施形態における車両の概略構成図である。 ４節リンク機構の詳細図である。 本発明のロールセンタの導出について説明する図である。 車輪の状態変化に伴うロールセンタの移動を説明する図である。 本発明のロールセンタ制御を従来のサスペンション装置に置き換えた場合の図である。 車両直進時におけるロールセンタ位置を説明する図である。 車両右旋回時におけるロールセンタ位置を説明する図である。 ４節リンク機構を別部位に適用した場合の図である。 従来のサスペンション装置の概略構成図である。 従来装置におけるロールセンタの導出について説明する図である。

符号の説明

１ 車体
２ 車輪
３ 車輪側部材（ナックル）
４ 連結部材（ロアアーム）
５ 連結部材（アッパアーム）
６ ４節リンク機構
７ ショックアブソーバ
８ 車両重心
１３ 車輪サスペンション回転中心
１６ ロールセンタ

Claims (5)

1. 車輪を回転自在に支持する車輪側部材と、車体と前記車輪側部材とを揺動可能に連結する連結部材とを備え、前記連結部材は、前記車体との連結部及び前記車輪側部材との連結部の少なくとも１箇所に４節リンク機構を備えることを特徴とする車両用サスペンション装置。
2. 前記４節リンク機構は、車両が旋回しているとき、車両のロールセンタを車幅方向中心に対して旋回内側に移動するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用サスペンション装置。
3. 前記４節リンク機構は、車両が旋回しているとき、車両のロールセンタを車体重心点に近づけるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用サスペンション装置。
4. 前記４節リンク機構は、車両が旋回しているとき、車両のロールセンタを車体重心点より上方へ移動するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用サスペンション装置。
5. 前記連結部材は、ダブルウィッシュボーン式のサスペンションアームにより構成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の車両用サスペンション装置。

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