JP2536123B2

JP2536123B2 - ストラット式サスペンション

Info

Publication number: JP2536123B2
Application number: JP1027589A
Authority: JP
Inventors: 利泰三戸
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1989-02-08
Filing date: 1989-02-08
Publication date: 1996-09-18
Anticipated expiration: 2011-09-18
Also published as: JPH02208106A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、車体のストラット式サスペンションに関
し、特に、前輪懸架に用いられ、ステアリング装置に連
結されるサスペンションに関する。

（従来技術）ストラット式サスペンションは、ストラット上部と該
ストラット上部に対して相対活動可能なストラット下部
とを有するストラットの前記ストラット上部を車体に揺
動可能に連結し、前記ストラット下部を車体の横方向へ
伸びるサスペンションアームに揺動可能に連結して構成
される（たとえば、特開昭56−82613号公報、特開昭63
−28707号公報）。

このサスペンションは、車体との取付け点の数が少な
いこと、横方向部材がサスペンションアームのみである
こと等の特長を備えるため、車体への入力が小さい上、
サスペンションジオメトリに及ぼす工作精度の影響が少
なく、横方向のスペース的制約が少ないなどの長所を有
する。反面、バウンド時、タイヤのキャンバ変化が少な
いため、旋回外輪の対地キャンバがポジティブ側に大き
くなってしまう、という短所がある。

ところで、たとえば高出力エンジンを搭載した前輪駆
動車に対応するには、急加速や急減速時、前輪がキング
ピン軸線回りに回転しようとするのを極力抑え、操縦安
定性を確保する必要がある。

前輪は、タイヤの接地面の中央に働く制動力によっ
て、キングピン軸線の回りを後向きに回転しようとし、
またタイヤの接地面の中央を通る仮想垂直面がタイヤの
回転軸線を交差する点に働く駆動力によって、キングピ
ン軸線の回りを前向きに回転しようとする。前者の回転
の程度は、キングピン軸線の接地面との交点からタイヤ
の接地面の中央に至る距離で与えられるキングピンオフ
セットの大小によって、また後者の回転の程度は、タイ
ヤの接地面の中央を通る仮想垂直面とタイヤの回転軸線
との交点からキングピン軸線に至る距離、いわゆるIK間
距離の大小によって異なり、前輪がキングピン軸線回り
に回転しようとするのを極力抑えるためには、キングピ
ンオフセットおよびIK間距離をゼロ、あるいは可及的ゼ
ロに近づけなければならない。

別途提案されたストラット式サスペンション（特願昭
63−220409号）は、ストラット上部と該ストラット上部
に対して相対滑動可能なストラット下部とを有するスト
ラットの前記ストラット上部が車体に揺動可能に連結さ
れ、前記ストラット下部が、車体の横方向へ伸びるサス
ペンションアームに揺動可能に連結されるストラット式
サスペンションであって、車輪の回転軸線より上方とな
る部分および下方となる部分を有し、上方部分がボール
ジョイントを介して前記ストラット下部に揺動可能に連
結されるホイールキャリアと、一方の端部で前記サスペ
ンションアームに揺動可能に連結され、他方の端部でボ
ールジョイントを介して前記ホイールキャリアの下方部
分に揺動可能に連結されるコントロールリンクとを含
む。該コントロールリンクと前記サスペンションアーム
との連結点は、前記サスペンションアームが基準状態か
らバウンド方向に揺動するにつれ、車体の横方向の外方
へ向けて変位する位置に設けられている。

前記サスペンションはキャンバ変化を大きくできるも
のであって、キングピンオフセットを実質的にゼロに
し、IK間距離を可及的小さくできる。

（発明が解決しようとする課題）前記提案に係るサスペンションを走行状況の下で検討
すると、次のような問題がある。すなわち、旋回時に外
輪がトーイン方向にステア変化し、バウンド状態になっ
たとき、車体のローリングに対して対地キャンバ角を適
正に保つには、キャンバ角をネガティブに設定し、バウ
ンドに伴い大きなキャンバ変化をさせる必要がある。と
ころが、直進時にステア変化なしでバウンド状態になっ
たとき、キャンバスラストによる直進性の低下を抑える
には、キャンバ変化は小さくなければならない。

前記提案に係るサスペンションでは、キャンバ変化が
大きく、後者の要求を満たさない。そこで、キャスタ角
を大きく設定し、これによる直進性の向上により、キャ
ンバ変化が大きくなったことに伴う直進性低下を補うこ
とが考えられる。しかし、キャスタ角を大きく設定する
と、特にFF車の場合、駆動時の直進安定性が損なわれ
る。

本発明の目的は、バウンド時にキャンバ変化を大きく
し、同時にキャスタ角を大きくすることの可能なストラ
ット式サスペンションを提供することにある。

（課題を解決するための手段）本発明に係るストラット式サスペンションは、車体に
揺動可能に連結されるストラット上部と該ストラット上
部に対して相対滑動可能かつ前記ストラット上部の軸線
の回りを回転可能なストラット下部とを有するストラッ
トと、該ストラットの前記ストラット下部がボールジョ
イントを介して揺動可能に連結される、車体の横方向へ
伸びるサスペンションアームと、車輪の回転軸線より上
方となる部分および下方となる部分を有し、上方部分が
ボールジョイントを介して前記ストラット下部に揺動可
能に連結されるホイールキャリアと、一方の端部で前記
サスペンションアームに揺動可能に連結され、他方の端
部でボールジョイントを介して前記ホイールキャリアの
下方部分に揺動可能に連結される第１のコントロールリ
ンクであって前記サスペンションアームとの連結点が、
前記サスペンションアームが基準状態からバウンド方向
に揺動するにつれ、車体の横方向の外方へ向けて変位す
る位置に設けられた第１のコントロールリンクと、一方
の端部で前記ストラット下部に、他方の端部で前記サス
ペンションアームまたは車体にボールジョイントを介し
て揺動可能に連結される第２のコントロールリンクであ
ってバウンド時に、前記ホイールキャリアの上方部分に
ある前記ボールジョイントを車体の後方へ移動させる位
置に設けられた第２のコントロールリンクとを含む。

２つの好ましい態様が与えられる。１つの態様では、
第１のコントロールリンクは一方の端部、すなわち内方
の端部でサスペンションアームと回り対偶をなし、外方
の端部でホイールキャリアと球面対偶をなす。この態様
では、キングピン軸線はホイールキャリアの上方および
下方に配置されたボールジョイントのそれぞれの中心を
結ぶ線として与えられる。

別の態様では、第１のコントロールリンクは２本のロ
ッドからなる。各ロッドは内方の端部でサスペンション
アームと球面対偶をなし、外方の端部でホイールキャリ
アと球面対偶をなす。この態様では、キングピン軸線は
ホイールキャリアの上方に配置されたボールジョイント
の中心と、２本のロッドの軸線の延長線の交点とを結ぶ
線として与えられ、いわば仮想キングピン軸線である。

（作用および効果）タイヤがバウンド状態になり、サスペンションアーム
が揺動すると、ストラットが揺動し、同時に第１のコン
トロールリンクがホイールキャリアの下方部分を車体の
横方向の外方へ押し出す。第１のコントロールリンクに
よる外方への押出しにより、ホイールキャリアは上方の
ボールジョイントを中心として揺動するが、ホイールキ
ャリアにはストラットの揺動も付加されることから、全
体の揺動角度が大きくなり、タイヤは大幅にキャンバ変
化をする。

サスペンションアームが揺動すると、ストラット下部
が第２のコントロールリンクに拘束され、ストラット上
部の軸線回りを回転する。ストラット下部の回転によ
り、ホイールキャリアの上方にあるボールジョイントが
後方へ変位し、キャスタ角が大きくなる。

タイヤのバウンドストロークに伴い、キャスタ角が増
加するため、バウンド状態でステア変化が生じたとき、
キャンバ角はネガティブ側に増加する。したがって、旋
回外輪のように、トーイン方向へのステア変化とバウン
ドストロークとが同時に起こる状況では、キャンバ角は
ネガティブ側に大きくなり、対地キャンバ角を適正に保
つ。

直進時のように、ステア変化を伴わないバウンドスト
ロークでは、キャスタ角が大きくなって直進性が向上
し、キャンバ変化が大きくなることによる直進性の低下
を補う。

タイヤがバウンド状態となり、サスペンションアーム
が揺動すると、第１のコントロールリンクが横方向の外
方へ押し出されるため、第１のコントロールリンクとホ
イールキャリアとの結合部にあるボールジョイントがほ
ぼ横方向へ変位することとなり、ボールジョイントの揺
動角度が小さい。これは、ホイールブレーキ装置と干渉
することなく、当該ボールジョイントを車体の横方向の
可及的外方に配置することができることに外ならない。
従って、キングピンオフセットをゼロにし、IK間距離を
可及的短くすることが可能である。これによって、前輪
が制動力や駆動力を受けたとき、キングピン軸線回りに
回転しようとするのを抑えることができ、高性能化を図
りつつ、操縦安定性を高めることができる。

キングピン軸線を独立に設定できるため、サスペンシ
ョンジオメトリの設計の自由度が増加する。

（実施例）本発明に係るストラット式サスペンションは、基本的
には第１図に示すように構成される。このサスペンショ
ンにおいて、ストラット10はそれ自体公知の構造のショ
ックアブソーバからなり、ストラット上部11と、ストラ
ット上部11に対してすべり対偶および回り対偶をなすス
トラット下部12とを有する。ストラット上部11とストラ
ット下部12との間に図示しないコイルばねが配置され
る。

サスペンションアーム14、ストラット下部12、ストラ
ット上部11および車体16は第１の４節リンクを構成す
る。この４節リンクにおいて、サスペンションアーム14
と車体16とは軸18で回り対偶をなし、サスペンションア
ーム14とストラット下部12とはボールジョイント20で球
面対偶をなす。そして、ストラット上部11と車体16とは
サポート22で球面対偶をなす。

サスペンションアーム14、コントロールリンク24、ホ
イールキャリア26およびストラット下部12は第２の４節
リンクを構成する。この４節リンクにおいて、サスペン
ションアーム14とコントロールリンク24とは軸28に関し
て回り対偶をなす。

ホイールキャリア26は、タイヤ30の回転軸32の上方と
なる部分33および下方となる部分34を有する。キングピ
ン軸線は、ホイールキャリアの上方部分33とストラット
下部12とが球面対偶をなすボールジョイント36の中心
と、ホイールキャリアの下方部分34とコントロールリン
ク24とが球面対偶をなすボールジョイント38の中心とを
結ぶ線として与えられる。

第２のコントロールリンク40とストラット下部12と
は、ボールジョイント42によって球面対偶をなし、コン
トロールリンク40とサスペンションアーム14とはボール
ジョイント44によって球面対偶をなす。

第２図は第１図のサスペンションを実施状態としたも
のである。このサスペンションにおいて第１図と実質的
に同じ構成については、説明を省略する。

サスペンションアーム14は二又に分岐され、分岐され
た２つの端部14a、14bにゴムのブッシュ（図示せず）が
配置され、サスペンションアーム14はこれらブッシュを
貫通する軸18によって車体16に揺動可能に連結されてい
る。サスペンションアーム14と車体16との軸18に関する
回り対偶は、サスペンションアーム14を実質的に真直ぐ
なロッドで形成する一方、ホイールキャリア26に車体の
前後方向の動きを規制するためのストラットバーを連結
することによっても確保することができる。

ボールジョイント20より車体の横方向の内方となるサ
スペンションアーム14の部位に、下方へ突出するブラケ
ット15が設けられている。軸28はブラケット15に支持さ
れている。他方、コントロールリンク24は二又に分岐さ
れ、分岐された２つの端部24a、24bにゴムのブッシュ
（図示せず）が配置される。コントロールリンク24はこ
れらブッシュを貫通する軸28によってブラケット15、従
ってサスペンションアーム14に揺動可能に連結されてい
る。これによって、サスペンションアーム14とコントロ
ールリンク24との軸28に関する回り対偶が確保されてい
る。

サスペンションアーム14とコントロールリンク24との
連結点は、サスペンションアーム14が標準積載時のバウ
ンド、リバウンドをしていない状態のような基準状態か
らバウンド方向に揺動するにつれ、車体の横方向の外方
へ向けて変位する位置に設けられる。

図示の実施例では、サスペンションアーム14からブラ
ケット15を下方へ向けて突出し、このブラケット15に軸
28を介してコントロールリンク24を連結することによっ
て前記構成が確保されている。この場合、軸28の軸線が
連結点となる。

ホーイルキャリア26はステアリングナックルであり、
上方部分33にナックルアーム46が設けられている。ナッ
クルアーム46はボールジョイント48を介してタイロッド
50に連結され、タイロッド50はボールジョイント52を介
して図示しないステアリング装置のラックバーのような
部材に連結される。

サスペンションアーム14の中間部位にブラケット54が
設けられ、ボールジョイント44がブラケット54に支持さ
れている。他方、ストラット下部12にブラケット56が設
けられ、ボールジョイント42がブラケット56に支持され
ている。コントロールリンク40はこれらボールジョイン
トを介して、ストラット下部12とサスペンションアーム
14とに連結されている。

ボールジョイント44とコントロールリンク40とは、タ
イヤ30がバウンドストロークするとき、ボールジョイン
ト36が車両の後方へ移動し、キャスタ角を増加するよう
に配置される。

第６図に示す実施例では、ボールジョイント44は、ボ
ールジョイント20の中心とサポート22の中心とを結ぶ直
線に対して垂直でかつボールジョイント20の中心を通る
直線ａより上方となるように配置されている。また、コ
ントロールリンク40は、ボールジョイント20の中心から
軸18に下ろした垂線と、サポート22の中心とを含む面に
対し、車両の後方（図では手前側）に位置するように配
置されている。

第７図に示す実施例では、ボールジョイント44が直線
ａより下方に位置する。そして、コントロールリンク40
は、ボールジョイント20から軸線18に下ろした垂線とサ
ポート22の中心とを含む面に対して車両の前方に配置さ
れている。

ストラット式サスペンションの別の実施例を示す第３
図において、第２図に示したサスペンションと異なる構
成について説明する。

第１のコントロールリンク70は第１のロッド71と、第
２のロッド72とからなる。両ロッド71、72は背面視にお
いて実質的に同一レベルに配置され、１本のコントロー
ルリンクと等価である。サスペンションアーム14、コン
トロールリンク70、ホイールキャリア26およびストラッ
ト下部12は第２の４節リンクを構成する。

サスペンションアーム14、第１のロッド71、ホイール
キャリア26および第２のロッド72は第３の４節リンクを
構成する。具体的には、サスペンションアーム14から、
下方へ向けて２つの前後に間隔をおいたアーム部分が突
出され、後方のアーム部分がボールジョイント74を介し
て第１のロッド71に、また前方のアーム部分がボールジ
ョイント78を介して第２のロッド72に連結されている。

ホイールキャリア26の下方部分34は二又に分岐され、
分岐された一方の端部がボールジョイント76を介して第
１のロッド71に、また他方の端部がボールジョイント80
を介して第２のロッド72に連結されている。

第１のロッド71とサスペンションアーム14とが球面対
偶をなすボールジョイント74の中心と第１のロッド71と
ホイールキャリア26の下方部分34とが球面対偶をなすボ
ールジョイント76の中心とを結ぶ直線と、第２のロッド
72とサスペンションアーム14とが球面対偶をなすボール
ジョイント78の中心と第２のロッド72とホイールキャリ
ア26の下方部分34とが球面対偶をなすボールジョイント
80の中心とを結ぶ直線との交点は仮想回転中心Ｐであ
る。仮想回転中心Ｐは背面視においてボールジョイント
76、80より車体の横方向の外方に位置するように定めら
れる。

キングピン軸線は、ホイールキャリアの上方部分33と
ストラット下部12とが球面対偶をなすボールジョイント
36の中心と、仮想回転中心Ｐとを結ぶ線として与えられ
る。

第４図および第５図はストラット式サスペンションの
さらに別の実施例であって、第４図は第２図のものの一
部に、また第５図は第３図のものの一部に変更を施して
ある。すなわち、両実施例において、第２のコントロー
ルリンク40は、ボールジョイント44を介して車体16に揺
動可能に連結されている。

第８図に示す実施例では、ボールジョイント44は、ス
トラット下部12と車体との瞬間中心ｂとボールジョイン
ト42とを結ぶ直線ｃの上方で、直線ｃに垂直なボールジ
ョイント42の中心を通る直線ｄより、車両の横方向の内
方に配置されている。他方、コントロールリンク40は、
ボールジョイント20から軸線18に下ろした垂線とサポー
ト22の中心とを含む面に対し、車両の前方に位置する。

第９図に示す実施例では、ボールジョイント44は直線
ｃより下方かつ直線ｄより内方に位置し、コントロール
リンク40は、ボールジョイント20から軸線18に下ろした
垂線とサポート22の中心とを含む面に対し、車両の後方
に位置する。

（実施例の作用）キャスタ角の増加：第２のコントロールリンク40がサスペンションアーム
14に連結された態様の作用を、背面視の第６図を参照し
て説明する。図中、実線は基準状態を、破線はバウンド
状態を示す。

サスペンションアーム14が基準状態からバウンド状態
に移動すると、ボールジョイント44はボールジョイント
20を中心に反時計方向に回転する。このとき、ボールジ
ョイント42とボールジョイント44とがコントロールリン
ク40によって連結され、その距離が規制されているた
め、ストラット下部12はボールジョイント20とサポート
22とを結ぶ直線を中心として回転する。ストラット下部
12の回転により、ボールジョイント36は車両後方（図の
手前側）に変位する。その結果、側面視において、ボー
ルジョイント36とボールジョイント20とを結ぶ直線と鉛
直線とのなす角、すなわちキャスタ角が増加する。

第２のコントロールリンク40が車体に連結された態様
の作用を、背面視の第８図を参照して説明する。

ボールジョイント42は、バウンドストロークすると
き、コントロールリンク40があるため、車体に対してボ
ールジョイント44を中心に動く。この動きをベクトルｑ
で表わしてある。コントロールリンク40による拘束がな
く、従って、ストラット下部12がボールジョイント20と
サポート22とを結ぶ直線を中心として回転しないと仮定
した場合、ボールジョイント42は車体に対して瞬間中心
ｂを中心に動く。この動きをベクトルｒで表わしてあ
る。ベクトルｑとベクトルｒとの差は、ストラット下部
12がボールジョイント20とサポート22とを結ぶ直線を中
心に回転することにより吸収される。ストラット下部12
の回転により、ボールジョイント36は車両後方に変位す
る。

キャンバ角の変化：第２図に示した実施例の作用を、背面視の第10図およ
びストラット下部を基準とした各構成部品の動きを示す
第11図を参照して次に説明する。第10図および第11図に
おいて、実線は基準状態を示し、破線はバウンドした状
態を示す。

バウンドに伴い、ストラット上部11がボールジョイン
ト22を中心に基準状態から時計方向にθ_１回転すると、
サスペンションアーム14がストラット下部12に対し、ボ
ールジョイント20を中心に基準状態から反時計方向にθ
_２回転する。そして、軸28がストラット下部12に対し、
ボールジョイント20を中心に反時計方向にθ_２回転し、
コントロールリンク24を介してボールジョイント38を右
方向へ動かすため、ホイールキャリア26がストラット下
部12に対し、ボールジョイント36を中心に基準状態から
時計方向にθ_３回転する。さらに、タイヤ30が基準状態
から時計方向にθ_４回転する。

前記した方向に向くときの各角度を正とすると、θ_４
＝θ_１＋θ_３の関係が成り立ち、このθ_４は本発明によ
って得られるキャンバ変化である。従来のストラット式
サスペンションでは、θ_１のキャンバ変化が得られるに
留まっていたが、本発明によれば、角度θ_３の補正角を
加えたキャンバ変化が得られる。この場合の補正角θ_３
は、ボールジョイント20に対する軸28の位置関係、換言
すると、ボールジョイント20から軸28に至る距離Ｌと、
ボールジョイント20および軸28を結ぶ直線が垂直線とな
す角度θ_５とによって大きく影響される。

次に、バウンドに伴うボールジョイント38の揺動角
は、従来のストラット式サスペンションでは、第11図に
示すように、サスペンションアーム14の揺動角とほぼ等
しい揺動角となるところ、本発明では、従来のものに比
べて小さくなっている。これにより、ボールジョイント
38を車体の横方向の可及的外方に配置することが可能と
なり、キングピンオフセットをゼロとした状態で、キン
グピン傾角を所要の限度で小さくすることができる。こ
れはIK間距離L₂を小さくできることを意味する。

第３図に示したストラット式サスペンションのキング
ピン軸線と、従来のストラット式サスペンションのキン
グピン軸線とを比較した第12図において、本実施例に係
るものでは、キングピン軸線K₁は、ホイールキャリアの
上方のボールジョイント36の中心と仮想回転中心Ｐとを
結ぶ線で与えられる。これに対し、従来のものでは、キ
ングピン軸線K₂は、サポート22の中心と、サスペンショ
ンアーム14とホイールキャリア26の下方部分との連結部
に配置されるボールジョイント90の中心とを結ぶ線で与
えられる。この図から明らかであるように、第３図の実
施例では、キングピンオフセットがゼロとなっている
が、従来のものではL₁である。また、第３図の実施例の
IK間距離L₂に対し、従来のものはL₂より大きいL₃となっ
ている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るストラット式サスペンションの基
本構成を示す模式図、第２図は第１図のものを実施状態
にした模式図、第３図ないし第５図はストラット式サス
ペンションの別の実施例の模式図、第６図は第２図の実
施例のキャスタ角の変化を示す背面図、第７図は第２の
コントロールリンクの配置を示す模式図、第８図および
第９図は第４図の実施例のキャスタ角の変化を示す背面
図、第10図および第11図は第２図の実施例のキャンバ角
の変化を示す背面図、第12図は第３図の実施例のキング
ピン軸を示す背面図である。 10:ストラット、 11:ストラット上部、 12:ストラット下部、 14:サスペンションアーム 24:第１のコントロールリンク、 26:ホイールキャリア、 40:第２のコントロールリンク、 20、22、36、38、42、44:ボールジョイント。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】車体に揺動可能に連結されるストラット上
部と該ストラット上部に対して相対滑動可能かつ前記ス
トラット上部の軸線の回りを回転可能なストラット下部
とを有するストラットと、該ストラットの前記ストラッ
ト下部がボールジョイントを介して揺動可能に連結され
る、車体の横方向へ伸びるサスペンションアームと、車
輪の回転軸線より上方となる部分および下方となる部分
を有し、上方部分がボールジョイントを介して前記スト
ラット下部に揺動可能に連結されるホイールキャリア
と、一方の端部で前記サスペンションアームに揺動可能
に連結され、他方の端部でボールジョイントを介して前
記ホイールキャリアの下方部分に揺動可能に連結される
第１のコントロールリンクであって前記サスペンション
アームとの連結点が、前記サスペンションアームが基準
状態からバウンド方向に揺動するにつれ、車体の横方向
の外方へ向けて変位する位置に設けられた第１のコント
ロールリンクと、一方の端部で前記ストラット下部に、
他方の端部で前記サスペンションアームまたは車体にボ
ールジョイントを介して揺動可能に連結される第２のコ
ントロールリンクであってバウンド時に、前記ホイール
キャリアの上方部分にある前記ボールジョイントを車体
の後方へ移動させる位置に設けられた第２のコントロー
ルリンクとを含む、ストラット式サスペンション。