(57)【要約】      （修正有）【課題】アクティブ車輪サスペンションの振動低減により感知される水平運動に伴う二次的な力を軽減する車両サスペンションを提供する。【解決手段】車輪付き車両１０のバネ付きボディから車輪アッセンブリ１２，１４を吊るすためのアクティブ車輪サスペンションは、車輪アッセンブリの中心が、ジャウンス及びリバウンド移動によりバネ付きボディに対して移動することを可能にし、ボディに対する車輪中心軌跡経路を画定する。車輪サスペンションは、車輪アッセンブリ１２，１４及びバネ付きボディの両方に接続されるアクチュエータ１６を備え、該アクチュエータ１６は、該ボディと車輪アッセンブリとの間にアクティブ制御力を印加して車輪アッセンブリを移動させるように構成される。更に、車輪サスペンションは、車輪中心軌跡経路に対する接線が、公称の車高において、車輪中心を通過する垂直線に対して後方に傾斜されるように構成される。【選択図】図１
2006001544.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪付き車両のバネ付きボディから車輪アッセンブリを吊るすためのアクティブ車輪サスペンションであって、
前記車輪アッセンブリの中心が、ジャウンス及びリバウンド移動により前記バネ付きボディに対して移動することを可能にし、前記ボディに対する車輪中心軌跡経路を画定しており、
前記車輪サスペンションは、前記車輪アッセンブリ及び前記バネ付きボディの両方に接続されるアクチュエータを備え、該アクチュエータは、該ボディと前記車輪アッセンブリとの間にアクティブ制御力を印加して前記車輪アッセンブリを移動させるように構成され、
更に、前記車輪サスペンションは、前記車輪中心軌跡経路に対する接線が、公称の車高において、前記車輪中心を通過する垂直線に対して後方に傾斜されるように構成される、アクティブ車輪サスペンション。
【請求項２】
前記サスペンションは、ジャウンス及びリバウンドにより前記車輪中心が前記ボディに対して略直線経路に沿って移動するように構成され、該直線経路は、垂直に対して後方に傾斜されている、請求項１に記載のアクティブ車輪サスペンション。
【請求項３】
公称の車高において前記車輪中心を通過する前記車輪中心軌跡経路に対する接線は、前後平面で前記垂直線に対して後退角度を画定し、該後退角度は、約１度乃至約５度である、請求項１に記載のアクティブ車輪サスペンション。
【請求項４】
前記後退角度は、約２度乃至約４度である、請求項３に記載のアクティブ車輪サスペンション。
【請求項５】
前記後退角度は、約３度である、請求項４に記載のアクティブ車輪サスペンション。
【請求項６】
前記車輪中心軌跡経路に対する接線の後方傾斜を、車両速度の関数として変化させるように構成されたアクチュエータを更に備える、請求項１に記載のアクティブ車輪サスペンション。
【請求項７】
前記車輪中心軌跡経路に対する接線の後方傾斜の大きさは、車両速度に関して逆に変化するように構成されている、請求項６に記載のアクティブ車輪サスペンション。
【請求項８】
前記アクチュエータは、電磁アクチュエータを備える、請求項１に記載のアクティブ車輪サスペンション。
【請求項９】
前記アクチュエータは、リニアモーターを備える、請求項８に記載のアクティブ車輪サスペンション。
【請求項１０】
前記車輪サスペンションは、自動車の前輪サスペンションを備える、請求項１に記載のアクティブ車輪サスペンション。
【請求項１１】
前記アクチュエータは、支柱として配置されている、請求項１０に記載のアクティブ車輪サスペンション。
【請求項１２】
前記車輪サスペンションは、自動車の後輪サスペンションを備える、請求項１に記載のアクティブ車輪サスペンション。
【請求項１３】
前記車輪アッセンブリは、約１２０ポンドより大きい重量の水平方向にバネの付いていない質量を有する、請求項１に記載のアクティブ車輪サスペンション。
【請求項１４】
前記車輪アッセンブリは、該車輪アッセンブリに対して垂直方向のバネ付きのダンパー質量を有する、請求項１に記載のアクティブ車輪サスペンション。
【請求項１５】
前記車輪中心の軌跡経路に沿った少なくとも０．２メートルのアクティブ制御範囲に亘って前記ボディと前記車輪アッセンブリとの間にアクティブ制御力を生成するように構成された、請求項１に記載のアクティブ車輪サスペンション。
【請求項１６】
ジャウンス及びリバウンド移動を制限する機械的停止手段を更に備え、該機械的停止手段は、少なくとも約２．０インチ（５０ミリメートル）のジャウンス及び約２．０インチ（５０ミリメートル）のリバウンドを可能にするように配置されている、請求項１に記載のアクティブ車輪サスペンション。
【請求項１７】
前記ジャウンス及びリバウンドを通して、約５ミリメートルより小さい最大トレッド幅変化を生成するように選択された形状を画定する、請求項１に記載のアクティブ車輪サスペンション。
【請求項１８】
相対的回転中心を画定するため前記車輪アッセンブリに連結され、かつ、枢動部で前記バネ付きボディに回転可能に連結された、構造的リンクを更に備える、請求項１に記載のアクティブ車輪サスペンション。
【請求項１９】
前記構造的リンクは、第１の相対的回転中心を画定するため前記車輪アッセンブリに連結され、かつ、第１の枢動部で前記バネ付きボディに回転可能に連結された第１の構造的リンクであり、前記サスペンションは、更に、前記第１の相対的回転中心より上方にある第２の相対的回転中心を画定するため前記車輪アッセンブリに連結され、かつ、前記第１の枢動部よりも上方にある第２の枢動部で前記バネ付きボディに回転可能に連結された、第２の構造的リンクを更に備える、請求項１８に記載のアクティブ車輪サスペンション。
【請求項２０】
前記アクチュエータがそのアクティブ制御範囲を通して移動するとき、約４．０ミリメートルより小さい前記車輪アッセンブリの最大水平運動変位を生成するように選択された形状を画定する、請求項１に記載のアクティブ車輪サスペンション。
【請求項２１】
前記アクティブ制御範囲は、少なくとも０．２メートルの前記車輪アッセンブリの重心の垂直変位を網羅する、請求項２０に記載のアクティブ車輪サスペンション。
【請求項２２】
前記ジャウンス及びリバウンド移動を通して約０．１度より小さい最大車輪トウ変化を生成するように選択された形状を画定する、請求項１に記載のアクティブ車輪サスペンション。
【請求項２３】
前記車輪アッセンブリと支持表面との間で画定されるタイヤパッチの横方向変位は、横方向タイヤ剛性により乗算されるとき、約５００ポンド（２２００ニュートン）より小さい最大積を与える、請求項１に記載のアクティブ車輪サスペンション。
【請求項２４】
前記ジャウンス及びリバウンド移動による垂直軸の周りの前記車輪アッセンブリの車輪リムの全体的な角度形成は、前記車輪アッセンブリのタイヤのコーナリング剛性により乗算されるとき、約３０ポンド（１３０ニュートン）より小さい積を与える、請求項１に記載のアクティブ車輪サスペンション。
【請求項２５】
前記車輪サスペンションは、後部車輪サスペンションを備え、該後部車輪サスペンションは、
上側相対的回転中心を画定するため前記車輪アッセンブリに連結され、かつ、上側枢動部で前記バネ付きボディに回転可能に連結された、上側構造部材と、
前記上側相対的回転中心とは反対側の前記車輪アッセンブリの重心の側に配置された下側相対的回転中心を画定するため前記車輪アッセンブリに連結され、かつ、下側枢動部で前記バネ付きボディに回転可能に連結された、下側構造部材と、
を備える、請求項１に記載のアクティブ車輪サスペンション。
【請求項２６】
車輪付き車両のバネ付きボディから車輪アッセンブリを吊るすためのアクティブ車輪サスペンションであって、
前記車輪アッセンブリの中心が、ジャウンス及びリバウンド移動により前記バネ付きボディに対して移動することを可能にし、前記ボディに対する車輪中心軌跡経路を画定しており、
前記車輪サスペンションは、前記車輪アッセンブリ及び前記バネ付きボディの両方に接続されるアクチュエータを備え、該アクチュエータは、該ボディと前記車輪アッセンブリとの間にアクティブ制御力を印加して前記車輪アッセンブリを移動させるように構成され、
更に、前記車輪サスペンションは、前記車輪中心軌跡経路に対する接線が、前後平面で垂直線に対して後退角度を画定するため後方に傾斜されるように構成され、該後退角度は、公称の車高において、前記車輪中心に関して約１度乃至約５度であり、
前記車輪サスペンションは、前記ボディに対して略直線経路に沿ったジャウンス及びリバウンドにより前記車輪中心を移動するように構成され、該直線経路は垂直線に対して後方に傾斜されている、アクティブ車輪サスペンション。
【請求項２７】
車輪付き車両のアクティブ車輪サスペンションを作動させる方法であって、
前記車輪アッセンブリを移動させるため、バネ付き車両ボディと車輪アッセンブリとの間にアクティブ制御力を印加する工程と、
前記バネ付きボディに対する車輪中心軌跡経路に沿ったジャウンス及びリバウンド移動を通して前記バネ付きボディに対し前記車輪アッセンブリの中心を移動させる工程であって、前記車輪中心軌跡経路に対する接線は、公称の車高において前記車輪中心を通過する垂直線に対して後方に傾斜されている、前記工程と、
を備える、方法。
【請求項２８】
前記ボディに対する略直線経路に沿ったジャウンス及びリバウンドを通して前記車輪アッセンブリの中心を移動させる工程を更に備える、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記車輪中心軌跡経路に対する接線の後方傾斜を車両速度の関数として変化させる工程を更に備える、請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
前記車輪中心軌跡経路に対する接線の後方傾斜の大きさは、車両速度に関して逆に変化するように構成される、請求項２９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車等の車輪付き車両のためのアクティブサスペンションに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両のサスペンションシステムの主要な目的は、シャシ乗員を道路の粗さから隔離し、タイヤを道路と接触した状態に維持し、これにより例えば車両の速度又は方向を変化させるためタイヤの底部からシャシへ力を伝達する経路を提供し、道路とシャシとの間で垂直方向のコンプライアンスを提供することである。幾つかの共通した独立サスペンションリンケージの例が、一般に、支柱及びリンク（マクパーソン支柱と称される）、二重Ａアーム（二重ウッシュボーン又はＳＬＡとも称される）、セミトレイリングアーム、及び、多重リンクとして知られている。
【０００３】
各々の車輪アッセンブリは、１つ以上のリンクによりシャシに接続されている。リンクは、特定の運動を生じさせることを可能にする各端部で１つ又は複数のジョイントを備えた略剛性の部材として定義されている。車輪が道路の出っ張り上で上下動するとき該車輪の運動（又は経路）を制御するのが、これらのリンクである。これらのリンクは、更に、タイヤと道路とのインターフェースでシャシに発生する力を伝達しなければならない。
【０００４】
アクティブサスペンションでは、制御された力は、例えば、液圧又は電子式のアクチュエータ等により、車両ボディ及びその乗員のバネのついている質量と、車両アッセンブリのバネの付いていない質量との間に導入される。バネの付いていない質量は、サスペンションシステムにより支持されていない車両の部品の運動により生成された慣性力を再生成する等価質量である。これは、主要には、車輪アッセンブリと、車輪アッセンブリに連係される質量ダンパーと、サスペンションリンクの質量の一部分と、を含んでいる。バネの付いている質量は、ボディを始めとする、サスペンションシステムにより支持された車両の部品の質量である。アクティブサスペンションシステムは、相対的な車輪運動と速度とから独立した力を導入することができるのが好ましい。
【０００５】
米国特許番号４，９８１，３０９号は、回転車両の各々の車輪アッセンブリで電子磁気アクチュエータを用いるアクティブサスペンションシステムを開示している。米国特許番号６，３６４，０７８号と、２０００年３月１日に公開された、ＥＰ公開番号０９８２１６２号とは、そのような電子磁気サスペンションアクチュエータで有用となり、車輪アッセンブリから独立に移動することができるが略垂直方向にのみ移動することができる質量ダンパーを共に開示している。他の全ての方向では、質量ダンパーの質量は、バネの付いていない質量の慣性に有効に追加されている。上記米国特許の全内容は、ここで参照したことで、あたかもそれらの全体がここに記載されているかのように、本願に組み込まれる。
【０００６】
一般には、全ての運動学的に誘導された車輪力は、タイヤと道路との間の相互作用により形成された力か又はバネの付いていない質量の運動により発生された慣性力かのいずれかである。タイヤと道路との間に発生した力は、サスペンションシステムを介してボディへと輸送される。水平タイヤのパッチ力は、横方向（即ち、側部から側部へ）成分と、長さ方向（即ち、前後）成分と、の両方を含んでいる。滑らかな道路上では、長さ方向の成分は、主要には、道路表面に対する回転摩擦の結果であり、横方向の成分は、操舵の結果である。滑らかでない道路上では、車輪のボディに関する上下運動は、サスペンション形状の結果として、タイヤパッチにおいて他の横方向及び長さ方向の負荷を導入し得る。
【０００７】
シャシに対する車輪の特定の高さで測定された、車輪の静的トウ角度は、車両の中央長さ方向軸と、一つの車輪の中央平面が道路表面と交差するラインの間の角度である。車輪は、車輪の前方部が車両の中央長さ方向軸に向って回転されるとき、「トウイン」にあり、該軸から離れるように回転されるときは、「トウアウト」にある。静的トウ角度は、タイヤの磨耗や回転抵抗を減少させるため、車両が走っているときゼロ度に非常に近いのが望ましい。車両が静止しているとき通常設定されるトウ角度が、速度、ロール、ピッチ又は車輪ジャウンス、及び、リバウンドに関して変化するか否かに関する考察をなすことも重要である。ロールは、車両の長さ方向軸の周りの車両ボディの回転である。これは、例えば、鋭いコーナリングの間に、特に非常に柔らかいサスペンション率で誘起される。ピッチは、車両の横方向軸の周りのボディの回転であり、これは例えば重いブレーキ作用又は加速により誘起される。ジャウンスは、静止状態から上方にボディに向かう車輪の相対的変位であり、典型的には、サスペンションスプリングを圧縮させる。これに対して、リバウンドは、静止状態から下方にボディから離れる方に向かう車輪の相対的変位である。車輪がボディに対して上下動するとき、車輪の中心は、ボディに対して、「車輪中心軌跡」と称される経路に沿って移動する。この経路は、ほとんどの標準的サスペンションにおいて非直線的であり、サスペンションの形状によって、大方決定される。
【０００８】
アクティブサスペンションは、例えば、車輪が道路の出っ張りの上方を移動するとき車輪は上下動するが、車両ボディは、車の外側から眺めたとき、上下動しない態様で、ボディに対して車輪を能動的に運動させることによって、車輪からボディに伝達される垂直力を最小にするように用いることができる。そのような効果は、車輪とボディとの間の力をサスペンションアクチュエータを通して能動的に導入することを要求する。その結果、アクティブサスペンションでは、サスペンションがその移動端に到達したり、「底打ち」したりすることを回避するためダンパー及びスプリング力にのみ頼らなければならない典型的な受動サスペンションに比べて、車輪の中心は、より大きな全体距離（即ち、より意義のあるジャウンス及びリバウンド位置においてより多くの時間を費やす）に亘って、その軌跡経路に沿って移動しようとする。その結果、アクティブサスペンションの車両では、サスペンションが、ボディを定常に維持するように働くので、車輪の極端なジャウンスやリバウンドは、より頻繁に発生し得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特に、アクティブ制御により導入されるチャレンジ事項と、その結果として生じるジャウンス／リバウンドの強度とに鑑みて、アクティブサスペンションにおける改善が、必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
研究の途上において、ピッチ、ロール及び垂直ボディ運動並びに振動が、適切なバンド幅のアクティブサスペンションシステムにより、非常に減少されるか又は無くされるとき、小さい水平車輪運動に伴う２次的な力（他の車両ボディ運動により通常マスクされている）は、感知可能となり、主観的には非常に不快感をもよおすものとなる。
【００１１】
これらの力は、他のボディ運動の消滅の故のみならず、アクティブサスペンションシステムが、従来のサスペンションで生じるものよりも、より頻繁に、利用可能なサスペンション移動をより多く用いることにより、それらの効果を誇張する傾向にあるが故に、不快なものとなり得る。また、車輪アッセンブリにおける有意な減衰質量の組み込みは、水平車輪慣性を増大させ、誘起した負荷を更に誇張し得る。一般的なアナロジーとして、アクティブサスペンション制御の下では、車両ボディを、略直線経路（巡航ミサイルのような）に沿って速度を出して移動することを制御することができ、その一方で、車輪は、必要に応じて、道路表面の不規則性に亘って上下に活動的に移動される。理想的には、ボディそれ自身は、利用可能な車輪移動が、道路からの入力を適切に吸収するのに不十分であると決定されたときだけ、道路入力（例えば突起又はくぼみ）に応答して純粋に前方の直線方向とは異なる方向に移動される。これは、累進スプリング、バンパー及びダンパーが、車両ボディに対する車輪の位置及び速度に基づいて車両ボディに常に力を発揮するところの従来のサスペンションとは事実上異なっている。
【００１２】
幾つかの実施例は、車両サスペンションの特に低い水平運動変位を特徴としている。クォーター車モデル及び独立したサスペンションに関して幅広く定義されるとき、水平運動変位は、バネの付いていない質量の重心の水平変位により乗算された、（与えられた道路車輪上で作用し、これに連係した）バネ付質量に対するバネの付いていない質量の比率である。換言すれば、全体的な車両重量が４０００ポンド（１８キロニュートン）である場合、それが４車輪に亘って等しく分布されるとき、車輪の一つで働くバネの付いていない有効質量の重量は、２５０ポンド（１１００ニュートン）であり、バネの付いていない質量の重心が、車輪運動の連係した範囲を通して開始位置から最大１００ミリメートル移動し、最終的に当該車輪におけるサスペンションの最大水平運動変位は、（２５０／（４０００／４））＊１００、即ち２５ミリメートルである。車輪ハブの水平変位は、ほとんどの目的に対してバネの付いていない質量の重心の水平変位の良好な近似を与える。水平変位は、トラック幅又はホイールベースにおける変化に関連するか否かに依らず、道路表面に略水平の平面で生じる任意の変位を含むことが意図されている。多くの場合には、水平変位は、車両の移動方向に延びる軸に沿って測定された長さ方向成分と、車両の移動方向に垂直に延びる軸に沿って測定された横方向成分と、を含んでいる。
【００１３】
本発明の様々な態様は、車輪付き車両のバネ付きボディから車輪アッセンブリを吊るすためのアクティブ車輪サスペンションであって、車輪アッセンブリの中心が、ジャウンス及びリバウンド移動によりバネ付きボディに対して移動することを可能にするように構成され、ボディに対する車輪中心軌跡経路を画定する、アクティブ車輪サスペンションを特徴としている。
【００１４】
本発明の一態様によれば、サスペンションは、車輪アッセンブリ及びバネ付きボディの両方に接続されるアクチュエータを備え、該アクチュエータは、該ボディと車輪アッセンブリとの間にアクティブ制御力を印加して車輪アッセンブリを移動させるように構成されている。更に、車輪サスペンションは、車輪中心軌跡経路に対する接線が、公称の車高において、前記車輪中心を通過する垂直線に対して後方に傾斜されるように構成される。
【００１５】
「アクティブ制御力」とは、制御アクチュエータによりサスペンションに導入される力を意味している、そのような力は、相対的車輪運動と速度とから独立となり得る。
幾つかの実施例では、アクティブ車輪サスペンションは、ボディに対して略直線経路に沿ってジャウンス及びリバウンドを通して車輪中心を移動させるように構成され、該直線  経路は、垂直線に対して後方に傾斜されている。
【００１６】
様々な実施例において、車輪中心軌跡経路に対する接線は、前後平面内で垂直線に対して後退角度を画定し、該後退角度は、約１乃至約５度である。他の実施例では、後退角度は、約２度乃至約４度である。一つの好ましい実施例では、後退角度は、約３度である。
【００１７】
一つの用途では、アクティブ車輪サスペンションは、車両速度の関数として車輪中心軌跡経路に対する接線の後方傾斜を変化させるように構成された傾斜アクチュエータを備えている。幾つかの構成では、車輪中心軌跡経路に対する接線の後方傾斜の大きさは、車両速度に関して逆に変化するように構成されている。
【００１８】
幾つかの場合には、アクチュエータは、電磁アクチュエータであり、例えばリニアモーターである。
一つの用途では、アクティブ車輪サスペンションは、自動車の前輪サスペンションとして構成されている。幾つかの場合には、アクチュエータは、支柱として配置される。更に他の用途では、アクティブ車輪サスペンションは、自動車の後輪サスペンションとして構成されている。
【００１９】
一例では、車輪アッセンブリは、約１２０ポンドよりも大きい、水平方向にバネが付いていない質量を有する。別の例では、車輪アッセンブリは、車輪アッセンブリに対して垂直方向にバネが付いたダンパー質量を有する。
【００２０】
一実施例では、アクティブ車輪サスペンションは、車輪中心軌跡経路に沿って少なくとも０．２ｍのアクティブ制御範囲に亘って、ボディと車輪アッセンブリとの間でアクティブ制御力を生成するように構成される。
【００２１】
一つの場合には、アクティブ車輪サスペンションは、少なくとも約２．０インチ（５０ミリメートル）のジャウンスと約２．０インチ（５０ミリメートル）のリバウンドとを可能にするように配置された機械式停止部を備えている。アクティブ車輪サスペンションは、ジャウンス及びリバウンドを通して約５ミリメートルより小さい最大トレッド幅変化を生成するように選択された形状を画定することができる。
【００２２】
アクティブ車輪アッセンブリは、一実施例では、相対的回転中心を画定するため車輪アッセンブリに連結され、かつ、枢動部でバネ付きボディに回転可能に連結された構造的リンクを備えている。一例では、構造的リンクは、第１の相対的回転中心を画定するため車輪アッセンブリに連結され、かつ、第１の枢動部でバネ付きボディに回転可能に連結された第１の構造的リンクであり、サスペンションは、更に、第１の相対的回転中心より上方にある第２の相対的回転中心を画定するため車輪アッセンブリに連結され、かつ、第１の枢動部よりも上方にある第２の枢動部でバネ付きボディに回転可能に連結された、第２の構造的リンクを更に備える。
【００２３】
幾つかの他の用途では、アクティブ車輪サスペンションは、アクチュエータがそのアクティブ制御範囲を通して移動するとき、約４．０ミリメートルより小さい車輪アッセンブリの最大水平運動変位を生成するように選択された形状を画定する。一例では、アクティブ制御範囲は、少なくとも０．２メートルの車輪アッセンブリの重心の垂直変位を網羅する。
【００２４】
別の場合には、アクティブ車輪サスペンションは、ジャウンス及びリバウンド移動を通して約０．１度より小さい最大車輪トウ変化を生成するように選択された形状を画定する。
【００２５】
アクティブ車輪サスペンションの別の例では、車輪アッセンブリと支持表面との間で画定されるタイヤパッチの横方向変位は、横方向タイヤ剛性により乗算されるとき、約５００ポンド（２２００ニュートン）より小さい最大積を与える。
【００２６】
アクティブ車輪サスペンションの他の用途では、ジャウンス及びリバウンド移動による垂直軸の周りの車輪アッセンブリの車輪リムの全体的な角度形成は、車輪アッセンブリのタイヤのコーナリング剛性により乗算されるとき、約３０ポンド（１３０ニュートン）より小さい積を与える。
【００２７】
一例では、車輪サスペンションは、後部車輪サスペンションを備えるように構成され、該後部車輪サスペンションは、上側相対的回転中心を画定するため車輪アッセンブリに連結され、かつ、上側枢動部でバネ付きボディに回転可能に連結された、上側構造部材と、上側相対的回転中心とは反対側の車輪アッセンブリの重心の側に配置された下側相対的回転中心を画定するため車輪アッセンブリに連結され、かつ、下側枢動部でバネ付きボディに回転可能に連結された、下側構造部材と、を備える。
【００２８】
本発明の別の態様によれば、本発明は、車輪付き車両のバネ付きボディから車輪アッセンブリを吊るすためのアクティブ車輪サスペンションであって、車輪アッセンブリの中心が、ジャウンス及びリバウンド移動によりバネ付きボディに対して移動することを可能にし、ボディに対する車輪中心軌跡経路を画定するように構成された、アクティブ車輪サスペンションを特徴とする。この車輪サスペンションは、車輪アッセンブリ及びバネ付きボディの両方に接続されるアクチュエータを備え、該アクチュエータは、該ボディと車輪アッセンブリとの間にアクティブ制御力を印加して車輪アッセンブリを移動させるように構成される。更に車輪サスペンションは、車輪中心軌跡経路に対する接線が、前後平面で垂直線に対して後退角度を画定するため後方に傾斜されるように構成され、該後退角度は、公称の車高において、車輪中心に関して約１度乃至約５度である。車輪サスペンションは、ボディに対して略直線経路に沿ったジャウンス及びリバウンドにより車輪中心を移動するように構成され、該直線経路は垂直線に対して後方に傾斜されている。
【００２９】
本発明の別の態様によれば、本発明は、車輪付き車両のアクティブ車輪サスペンションを作動させる方法であって、車輪アッセンブリを移動させるため、バネ付き車両ボディと車輪アッセンブリとの間にアクティブ制御力を印加する工程と、バネ付きボディに対する車輪中心軌跡経路に沿ったジャウンス及びリバウンド移動を通してバネ付きボディに対し車輪アッセンブリの中心を移動させる工程であって、車輪中心軌跡経路に対する接線は、公称の車高において車輪中心を通過する垂直線に対して後方に傾斜されている、前記工程と、を備える、方法を特徴とする。
【００３０】
一つの用途では、本方法は、ボディに対する略直線経路に沿ったジャウンス及びリバウンドを通して車輪アッセンブリの中心を移動させる工程を更に備える。
一つの例では、本方法は、車輪中心軌跡経路に対する接線の後方傾斜を車両速度の関数として変化させる工程を更に備える。別の例では、車輪中心軌跡経路に対する接線の後方傾斜の大きさは、車両速度に関して逆に変化するように構成される。
【００３１】
本発明の様々な態様は、特に完全アクティブ乗員車両サスペンションの場合において、特に快適な乗車特性を提供する。多くの場合には、本発明は、従来のサスペンション構成では以前には許容できないと考えられたサスペンションパラメータの組み合わせを特徴としている。
【００３２】
本発明の１つ以上の実施例の詳細は、添付図面及び次の説明に記載されている。本発明の他の特徴、目的及び利点は、説明、図面及び請求の範囲から明らかである。
【実施例】
【００３３】
先ず、図１を参照すると、乗員車両１０のサスペンションは、２つの独立した前輪サスペンションアッセンブリ１２と、２つの独立した後輪アッセンブリ１４とを備え、各々は、対応する車輪アッセンブリをボディに接続する電磁アクチュエータ１６を備えている。この図示のシステムでは、前部サスペンションにおいてアクチュエータ１６が配置されている。この配置された位置では、該アクチュエータ１６の機能が受動ダンパーの機能とはかなり異なっているものの、従来のサスペンションでは受動ダンパー（例えば、ショックアブソーバー又は支柱）が見出されると予想されるところである。前部サスペンション１２の他の主要な構成部品は、下側ボールジョイント２０で前輪アッセンブリに枢動的に接続され、下側アームブッシュ２２ａ及び２２ｂで吊るされたボディに枢動的に接続されている下側制御アーム１８と、前輪アッセンブリの操舵ナックル及び接続操舵リンケージ（図示せず）に枢動的に接続されている調整可能なタイロッド２４と、吊るされたボディを下側制御アームに接続し、静的車両負荷により引き起こされたサスペンションの逸れに耐えるように配列された、制御アームを所望のニュートラル位置に偏倚させるトーションスプリング２６と、を備える。後部サスペンション１４の主要な部品は、下側ボールジョイント３０で後輪アッセンブリに枢動的に接続され、下側アームブッシュ３２ａ及び３２ｂで吊るされたボディに枢動的に接続された下側制御アーム２９と、上側ボールジョイント３６で前輪アッセンブリに枢動的に接続され、上側アームブッシュ３８ａ及び３８ｂで吊るされたボディに枢動的に接続された上側制御アーム３４と、静的後部トウ角度を設定するため、後輪アッセンブリと、吊るされたボディとを枢動的に接続する調整可能なトウリンク４０と、前部サスペンションと同様の目的のトーションスプリング２６と、を備えている。全ての制御アームブッシュ軸は、車両の前後中心線に略平行に延在する。回転可能な枢動部の間に延在するリンクは、摺動式ジャーナル等を通って延在するリンクとは反対に、引っ張り負荷及び圧縮負荷を支持するように構成され、取り付けられることだけが必要であり、実質的なモーメントや曲げ負荷に耐える必要はなく、リンクの要求された重量及びサイズを減少させる。
【００３４】
前輪及び後輪アッセンブリの各々は、米国特許番号６，３６４，０７８号に開示されているような車輪のハブ内に包装された質量ダンパーアッセンブリ４２を備えている。調整された質量ダンパー４２は、各々のスプリング及びダンパー（図示せず）により車輪アッセンブリの残りの部分に接続され、略垂直方向にのみ車輪アッセンブリに対して移動できるように拘束されている本質的に実質的な応答質量である。
【００３５】
次に、図２を参照すると、アクチュエータ１６は、相対的な車輪／ボディの運動学的及び動的パラメータ（例えば、負荷、変位及びそれらの率）を様々なシステム入力の関数として能動的に制御する、一体化されたアクティブ車両サスペンション制御システムの一部を形成する。本システムは、格納バッテリー４４、又は、車両推進システム（図示せず）と連係された発電機４６により充電された他の電気貯蔵装置からパワーを受け取る。中央サスペンション制御モジュール（ＳＣＵ）４８は、バッテリー４４からの電気的エネルギーが各々の車輪アクチュエータ１６内のコイルに如何に印加されるかを制御し、前部増幅器５０及び後部増幅器５２に信号を送りながら前輪及び後輪のアッセンブリのアクチュエータを各々駆動して所望の車両−ボディ力又は撓み応答を引き起こす。ＳＣＵは、垂直方向のボディ加速を検知するため上側アクチュエータ接続の各々に隣接して各々の車輪アッセンブリに配置された個々の加速度計を形成し、ハンドル位置センサー５４からの追加の入力を受信することができる。他の又は追加のセンサーは、必要時に用いることができる。各々のアクチュエータ１６を制御することに加えて、ＳＣＵ４８は、静的な車両車高及び姿勢における変化から、全体的なサスペンションパワー消費を減少するため、必要に応じて負荷均一化システム５８を制御することもできる。車両の幾つかのセンサーからデータを収集するＳＣＵは、最も快適な乗り心地を提供するため必要となるアクチュエータ力を計算する。ＳＣＵは、車輪を道路の突起の上で上下に移動することを可能にしつつ、特に車両ボディをなおも垂直に維持するため又は所望の態様で移動させるため計算された力を発生させるように各々のアクチュエータを指令する。
【００３６】
次に、図３を参照すると、例えば、図２のアクティブ前部サスペンション１２及び／又はアクティブ後部サスペンション１４等のアクティブ車輪サスペンションは、車輪アクチュエータの中心がジャウンス及びリバウンド移動を通して及びボディに対して車輪中心軌跡経路Ｌを画定しつつ、バネの付いたボディに対して移動することを可能にするように構成されている。車輪サスペンションは、車輪中心軌跡経路に対する接線Ｔが、公称の車高において車輪中心を通る垂直線に対して後方に傾斜されており、車ボディに伝達される長さ方向の力を減少させ、これにより乗車の過酷さを改善する。アクティブサスペンションは、車輪アッセンブリの中心Ｃが、ジャウンス及びリバウンドの移動によりバネ付きバディに対して移動することを可能にし、車輪中心軌跡経路Ｌをボディに対して画定するように構成されている。一例では、サスペンションは、車輪アッセンブリ及びバネ付きボディの両方に接続され、車輪アッセンブリを移動させるためボディと車輪アッセンブリとの間に能動制御力を適応するように構成されている。車輪中心軌跡経路Ｌに対する接線が、公称の車高で、車輪中心を通る垂直線に対して後方に傾斜されているように車輪サスペンションを構成することができる。
【００３７】
車輪アッセンブリの中心は、軌跡経路Ｌに沿ってバネ付きボディに対して移動する。車ボディに伝達された結果としての長さ方向の力が指向性を持ち、軌跡経路Ｌに対する接線方向を傾斜させるので、道路からの伝達力の合成方向に実質的に整列する垂直軸Ｖからの後退角度θは、車ボディに伝達された長さ方向の力を減少させる。後退角度θは、少なくとも車両速度の関数として変化する。一実施例では、後退角度は、約１度から約５度である。別の実施例では、後退角度は、約２度から約４度である。更に別の実施例では、後退角度は、約３度である。
【００３８】
引き続いて図３を参照すると、別の実施例では、アクティブ制御システムは、車両速度に関して後退角度θを変化させるように構成された傾斜アクチュエータを備えることができる。一例では、後退角度θの大きさは、動的に変化し、車両速度の関数として逆方向に変化する。低い車両速度（４０から６０ｋｍ／時）に対しては、道路表面力伝達角度の合成力に合致する後方の後退角度θは、道路表面から車両ボディに伝達される長さ方向の力を減少させる。より高い車両速度に対しては、後方後退角度θは、０度又は垂直方向に向かって移動する。一実施例では、サスペンションシステム及びシャシを接続する個々のサブフレームを、車両速度に基づいて所望の後方後退角度を提供するため、変位させることができる。後部サスペンション、又は、後部及び前部サスペンションの両方は、所望の後退角度を提供するため調整することができる。例えばボールスクリューアクチュエータ等の傾斜アクチュエータは、車両速度の関数としてシャシに対するサブフレームの変位を変更するため使用することができる。
【００３９】
図４は、静止した車両の前部又は後部から見たときの、一つの独立した後部サスペンション１４を概略的に示している。上側制御アーム３４が水平であり、この状態では、その外側ボールジョイント３６及び内側ブッシュ３８は、道路表面に平行に、単一の平面Ｐ1内に全て配置されている。下側制御アーム２８は、その外側ボールジョイント３０及び内側ブッシュ３２は全て、平面Ｐ1に平行な単一平面Ｐ2内に略収まっている。アクチュエータ１６は、下側枢動部６０において車輪アッセンブリに枢動的に接続され、上側枢動部６２でボディに接続されている。幾何学的な車輪中心６４と、後部駆動車軸ＣＶジョイント６６の中心とが、更に有効なバネ付き質量の重心６８であるように、図示されている。車両ボディに関する車輪アッセンブリのジャウンス運動は、機械的停止手段７０により制限され、この停止手段は、アクチュエータ１６のハウジング内に機能的に配置されていてもよい。車輪アッセンブリのリバウンド運動は、機械的停止手段（図示せず）により同様に制限され、これは、当該技術分野で知られているように構成され、配置され又はアクチュエータ１６のハウジング内に配置されてもよい。
【００４０】
図５に示されるように、後部サスペンションの上側及び下側制御アームは、車輪アッセンブリがそのアクティブ移動経路を端から端まで横断するとき、一定の運動範囲を通して移動し、該運動範囲に亘って、アクティブサスペンションシステムは、制御された力を車輪アッセンブリに提供する。好ましくは、そのような移動のアクティブ範囲は、機械的停止部の間で可能となる移動の全範囲のうち少なくとも８０％を覆い（より好ましくは、固定した停止部の間の全移動範囲を覆う）、ほとんどの乗員車両用途に対して少なくとも０．２ｍを覆う。図示のために、制御アーム、ボディ及び車輪輪郭は、ジャウンス状態（ボディ７２が道路表面に対してその最下位置にある）、リバウンド状態（ボディ７２が道路表面に対してその最上位置にある）、及び、静止状態で示されている。様々なサスペンションリンクの幾何学は、ボディが図示の垂直経路に沿って移動するとき、車輪アッセンブリに印加され、サスペンションを介して車両ボディに印加された横方向タイヤパッチ力を最小にするため、タイヤ及び道路の間の接触中心７４が車輪運動の活動的範囲を通して横方向にほとんど変位しないように選択されるのが好ましい。これは、リンクを長く、水平かつ平行に作ることにより、少なくとも部分的に回避することができる。これは、通常では、ロール中心を低すぎる状態に配置することを抑えるために通常回避されよう。アクティブサスペンションがローリングを回避するので、より低いロール中心の幾何学的配置が許容可能となる。低い横方向タイヤパッチ変位は、高いバンド幅のアクティブサスペンションで特に有効となる。該アクティブサスペンションは、速度を出したときの道路の攪乱に起因した望ましくない垂直加速を事実上無くす上で有効である。例えば、攪乱は消滅される。乗車に誘因するタイヤパッチ運動により誘導された横方向加速は、より顕著となり、好ましいものとはならない。
【００４１】
図５は、車輪アッセンブリがそのアクティブなジャウンス及びリバウンドの移動を通して移動するとき、バネの付いていない質量の有効重力中心６８が水平運動を有するということを更に示している。図６に最も良く示されるように（図示のため変位が誇張されている）、この水平変位δは、２つの構成要素、即ち前後方向成分δx及び横方向成分δyから構成されるものとみなすことができる。筆者は、実質的により低い水平方向の運動学的変位の制限でより大きな利点がある場合でさえも、アクティブサスペンション、特に速度を出したときの垂直加速における明白な減少を示すアクティブサスペンションの主観的な乗り心地は、後部サスペンションを、各後部車輪アッセンブリの水平方向の全体に亘る運動変位（バネ付きの質量に対するバネの付いていない質量の比率、水平車輪アッセンブリの変位δの回数）を少なくとも４．０ｍｍより下方に維持するように後部サスペンションを構成することにより改善されることを見出した。垂直加速成分が存在しない状態で不快感をもよおし得るサスペンションへの横方向の力及び加速を発生させる横方向成分δｙは、横方向に測定されたときの水平運動変位（即ち、車両移動の方向に垂直に延在する軸に沿った変位）が約３．５ミリメートルより小さくなるのに十分に低く維持されるのが好ましい。以下に概観される例により説明されるように、低い水平運動車輪変位は、二重Ａアーム及び半軌跡アームサスペンション構成が制御アームボールジョイント３６及び３０をそれらの各々の内側制御アームブッシュ３８及び３２のかなり外側に配置させた場合でさえも達成可能である。半軌跡アーム構成の場合には、ボールジョイントは、それらの各々の制御アームブッシュのかなり後方に配置されてもよい。様々な装置が、ボディを上下に運動させることにより、水平サスペンション及び車輪変位を測定するため市販されている。そのような装置には、例えば、ＵＫ、ウィルトシャー州、エーボンのブラッドフォード市の、アンソニーベストダイナミックス社から市販されている、サスペンションパラメータ測定装置ＳＰＭＭ４０００等がある。
【００４２】
多数のサスペンション設計者は、車両の操作挙動に影響を及ぼすため幾何学的なトウ変更を組み込んでいるが、筆者は、非常に緩和された垂直加速成分を備えるアクティブサスペンションの場合には、ジャウンス及びリバウンド（図６でτで示される）の間の有意なトウ変化は、乗員の快適さ、並びに、感知される安全性及び制御の両方の観点で、個人的には、反対するべきものであることを見出した。アクティブサスペンション制御は、ボディのロールを無くすので、トウ変化は、多くのものが、自己操舵又は逸脱として特徴付けるものを引き起こし得る。この効果は、アクティブサスペンションで極端な車輪移動を大きく使用することにより、激化される。筆者は、トウ変化τが、アクティブ制御範囲に亘って約０．１度より小さい状態に維持される場合（好ましくは、停止部の間の移動の全範囲に亘って０．０８３度以下）には、自己操舵効果は事実上、減少されることを見出した。理想的には、トウ変化は、車輪が圧縮したり又はリバウンドしたりするときには発生するべきではない。動的なトウ変化を、適切なサスペンション形状及び弾性軸受け効果の適切な選択により制御することができることが理解されよう。トウ変化は、準静的条件の下で垂直移動の間に垂直軸の周りの車輪リムの角度形成としておおよそ測定することができる。
【００４３】
図５に戻って参照すると、事実上ボディロールが存在しないときのアクティブサスペンションの場合には、アクティブ垂直車輪運動を通して、プラスマイナス約３．０度より小さい角度に全体的な勾配変化γを維持することが同様に有利となることが理解できる。タイヤを事実上垂直に維持することにより、利用可能となるタイヤのコーナリング力は最大となり、横方向のバネの付いていない質量慣性力も回避される。しかし、小さい勾配変化の中には、必要ならば、トレッド幅変化（後述される）を減少させるように適合できるものもある。例えば、後述される後部サスペンション用途において、±２．０度の勾配変化が、トレッド幅変化を、約２．５ミリメートル以下に維持するように組み込まれた。好ましくは、タイヤは、概して勾配変化に鈍感であるように選択される。この目的のために、ラジアルタイヤが好ましい。
【００４４】
図７は、ジャウンス及びリバウンドを介した前部サスペンション１２の運動の活動範囲を概略的に示している。アクチュエータ１６は、タイヤパッチにおいてゼロのスクラブ半径に対する位置に示されている。図示のように、垂直サスペンション運動は、ボディ７２が純粋に垂直経路に沿って移動するとき、タイヤ接触パッチ中心７６の小さい横方向の変位Δを生じさせる。変位Δは、トレッド幅変化としても知られている。前輪車軸が乗員者室の前方にある限り、かなりの大きさの前部サスペンショントレッド幅変化Δが許容できる。しかし、乗員の背後の車軸は、極端に小さいトレッド変化に限定されなければならず、そうでなければ、その結果生じた横方向の力は、何者かが車両の後部を側部から側部にかけて押しているという不快な感覚を形成する。前部サスペンションにおけるトレッド幅変化Δは、約３５ミリメートルより小さいのが好ましく、約２０ミリメートルより小さいのがより好ましい。後部サスペンションにおけるトレッド幅変化は、より顕著で、対抗するべきものである。私見では、後部トレッド幅変化を１０ミリメートルより小さく維持するのが好ましく、５ミリメートルよりも小さくするのがより好ましいと思われる。
【００４５】
トレッド幅変化をこの低さに維持することは、サスペンションロール中心を地面に近くところに維持することを提案する傾向をもたらす。例えば、道路表面の上方のロール中心位置は、トレッド幅変化、対、車輪移動曲線から、当該曲線上の接線に垂直なラインと車両の横方向中心線を表すラインとの交差点を調べることにより、直接推定することができる。道路情報の交差点の高さは、略、道路中心高さ（ＲＣＨ）となる。しかし、アクティブサスペンション制御が、ボディロールを有効に消去することができるので、理想的に調整されたアクティブサスペンション車両におけるロールの量は、下側ロール中心に関しては変化しない。多くの用途では、トレッド幅変化を制限することにより得られる快適さの改善は、ロールに対抗するため必要となる増大したアクチュエータ力に値するものとなる。多くの用途では、利用可能となる十分なアクチュエータ力に関して、ロール中心の高さは、最小のトレッド幅変化のために適したものとなるべきである。トレッド幅変化の中には、より低いアクチュエータ力及びシステムのパワー要求のため許容できるものがある。好ましくは、最大のトレッド変化は、前部サスペンションで約２０ミリメートルよりも小さく、後部サスペンションで約５ミリメートルよりも小さい。前部及び後部の間の好ましい範囲における相違点は、乗員が乗員の後部から発する横方向の力によって主観的により大きく攪乱される傾向にあるプロトタイプのアクティブ車両に関する我々の観察結果からくるものである。好ましくは、前部ＲＣＨは、前部静的トレッド幅の約５パーセント以下であるべきであり、後部ＲＣＨは、後部静的トレッド幅の約１．２５パーセント以下であるべきである。
【００４６】
好ましくは、横方向のタイヤパッチ変位Δと、非回転横方向タイヤ剛性との積は、約２２７ｋｇ（約５００ポンド）より小さく維持され、好ましくは、約６８ｋｇ（約１５０ポンド）より小さい。トレッド幅変化は、車両ボディが、そのジャウンス及びリバウンド運動を通してゆっくりと上下に移動されるときパッドの横方向変位を測定することにより、車輪整列装置上で用いられるもの等の横方向ベアリングパッドを使用してガレージ内で測定されてもよい。このとき、各車輪の横方向変位は、対称的なサスペンション特性を仮定して全体的な車両トラック幅の半分であるとされる。横方向のタイヤ剛性は、横方向のタイヤパッチ変位の最初の約１０ミリメートルに亘る平均的なタイヤ剛性として測定するべきである。
【００４７】
一例では、ストック１９９４のレクサスＬＳ４００は、概略図１に示されるような前部及び後部サスペンションを備えるように変更された。このとき、機能的なサスペンションリンクポイントは、以下の表に従って配置されている。ここで、Ｘ座標は、車両の前後軸に沿って測定されたときの車輪中心からミリメートル単位での距離を示している。Ｙ座標は、前後方向に対して横方向及び垂直に測定されたときの車両の前後中心線からミリメートル単位での距離を指し示す。Ｚ座標は、車輪中心からのミリメートル谷の垂直距離を示す。表の左欄は、図面中の参照番号に対応している。これらの値は、車両の一方の側部だけに対して与えられており、車両の他方の側部上のサスペンションポイントの位置は、車両の前後中心平面の周りで鏡に映し出すことにより導き出される。
【００４８】
【表１】
2006001544.tif 000003
【００４９】
【表２】
2006001544.tif 000004
【００５０】
上記応用では、後部アクチュエータは、２００ミリメートルを越える総合したアクティブ範囲に対して、ジャウンスで１０８ミリメートル及びリバウンドで１０８ミリメートルのアクティブ移動範囲を有していた。前部アクチュエータは、ジャウンスで１０８ミリメートル及びリバウンドで１０８ミリメートルのアクティブ移動範囲を有していた。
【００５１】
上記アクティブ式レクサスの前部は、８７ミリメートルの静的ロール中心高さ（ＲＣＨ）を持っていた（サスペンション移動のおおよそ中心にあるアクティブサスペンション車高で計算された）。これは、約３５ミリメートルのトレッド幅変化を生じさせた。この値は、筆者が好ましいと考える値よりも大きい。レクサスの後部は、０ミリメートルのＲＣＨと、たった２．３ミリメートルだけの最大後部トレッド変化と、を持っていた。
【００５２】
本発明の多数の実施例が説明された。しかし、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、様々な変更をなすことができることが理解されよう。従って、他の実施例は、添付した請求の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】図１は、アクティブ乗員車両サスペンションシステムの斜視図である。
【図２】図２は、主要な構成部品を示す、サスペンションシステムの全体に亘る電気的概略図である。
【図３】図３は、アクティブ乗員車両サスペンションシステムの一例としての実施例の概略図である。
【図４】図４は、車両の前部又は後部から見たときの、後部サスペンションの概略図である。
【図５】図５は、後部サスペンションのジャウンス及びリバウンド運動を示す。
【図６】図６は、上方から見たときの、後部サスペンションの概略図である。
【図７】図７は、車両の前部又は後部から見たときの、前部サスペンションの概略図である。
【図１】
2006001544.tif 000005
【図２】
2006001544.tif 000006
【図３】
2006001544.tif 000007
【図４】
2006001544.tif 000008
【図５】
2006001544.tif 000009
【図６】
2006001544.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成17年10月12日(2005.10.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
【図１】図１は、アクティブ乗員車両サスペンションシステムの斜視図である。
【図２】図２は、主要な構成部品を示す、サスペンションシステムの全体に亘る電気的概略図である。
【図３】図３は、アクティブ乗員車両サスペンションシステムの一例としての実施例の概略図である。
【図４】図４は、車両の前部又は後部から見たときの、後部サスペンションの概略図である。
【図５】図５は、後部サスペンションのジャウンス及びリバウンド運動を示す。
【図６】図６は、上方から見たときの、後部サスペンションの概略図である。
【外国語明細書】
2006001544000001.pdf