(57)【要約】【課題】  乗員の快適性と車輌性能の最適化を実現するアクティブ懸架装置のリンク機構を設計する。【解決手段】  装輪車輌用のアクティブ懸架装置は、懸架装置がアクティブ制御下でバンプとリバウンドに亘って動く際の、車輪アッセンブリの最大水平方向運動学的変位が小さく、とりわけ水平方向の慣性及びタイヤ荷重が小さくなっており、乗員の快適さの改善にとって有利に構成されている。前輪懸架装置はストラット構造であり、ストラットの代わりにアクティブアクチュエータが装備され、後輪懸架装置はダブルウィッシュボーン構造となっている。【選択図】  図１
2004224333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装輪車輌のばね上車体から車輪アッセンブリを懸垂するための、そして機械的ストッパにより制限されたバンプ及びリバウンドの垂直方向行程に亘って、前記車輪アッセンブリが前記ばね上車体に対して運動できるようにしている車輪懸架装置において、
前記車輪アッセンブリに連結され上部相対回転中心を画定し、上部ピボットで前記ばね上車体に回転可能に連結されている上部構造部材と、
前記車輪アッセンブリに連結され、前記車輪アッセンブリの重心の、前記上部相対回転中心とは反対側に配置されている下部相対回転中心を画定し、下部ピボットで前記ばね上車体に回転可能に連結されている下部構造部材と、
前記車輪アッセンブリと前記ばね上車体の両方に接続され、前記車体と前記車輪アッセンブリの間にアクティブ制御力を働かせて、前記車輪アッセンブリの垂直方向行程の少なくとも８０パーセントから成る前記アクティブ制御範囲に亘って前記車輪アッセンブリを運動させるようになっているアクチュエータと、を備え、
前記上部及び下部のピボット及び相対回転中心は、アクチュエータがアクティブ制御範囲に亘って動く際に、前記車輪アッセンブリの最大水平方向運動学的変位が約４．０ミリメートル未満となるように位置決めされている車輪懸架装置。
【請求項２】
前記最大水平方向運動学的変位が、約１．５ミリメートル未満である、請求項１に記載の車輪懸架装置。
【請求項３】
前記最大水平方向運動学的変位が、約０．７５ミリメートル未満である、請求項１に記載の車輪懸架装置。
【請求項４】
前記最大水平方向運動学的変位が、約０．３０ミリメートル未満である、請求項１に記載の車輪懸架装置。
【請求項５】
車輌の進行方向に伸びる軸に沿って測定された水平方向運動学的変位が、約０．５ミリメートル未満である、請求項１に記載の車輪懸架装置。
【請求項６】
車輌の進行方向に対して垂直に伸びる軸に沿って測定された水平方向運動学的変位が、約３．５ミリメートル未満である、請求項１に記載の車輪懸架装置。
【請求項７】
前記車輪アッセンブリは自動車の後車輪アッセンブリである、請求項１に記載の車輪懸架装置。
【請求項８】
前記相対回転中心は、それらの各ピボットの後方且つ外側に配置されている、請求項７に記載の車輪懸架装置。
【請求項９】
前記車輪アッセンブリは、水平方向ばね下質量の重量が約１２０ポンド（５３０ニュートン）より重い、請求項７に記載の車輪懸架装置。
【請求項１０】
前記車輪アッセンブリは、前記車輪アッセンブリの残り部分に対して垂直方向に動く制振質量を含んでいる、請求項９に記載の車輪懸架装置。
【請求項１１】
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方向変位をカバーしている、請求項１に記載の車輪懸架装置。
【請求項１２】
前記アクチュエータは、前記車輪アッセンブリの重心が、その全垂直方向行程に亘って変位するに十分な作動ストロークを有している、請求項１に記載の車輪懸架装置。
【請求項１３】
前記垂直方向行程を通して最大車輪トー変化が約０．１度未満となるように選択されたジオメトリを画定している、請求項１に記載の車輪懸架装置。
【請求項１４】
前記垂直方向行程を通して最大車輪キャンバ変化が約３．０度未満となるように選択されたジオメトリを画定している、請求項１に記載の車輪懸架装置。
【請求項１５】
自動車がその設計重量まで積荷された静止状態において、前記上部相対回転中心及び前記上部ピボットが第１の略水平な線に沿って配置され、前記下部相対回転中心及び前記下部ピボットが第２の略水平な線に沿って配置されている、請求項１に記載の車輪懸架装置。
【請求項１６】
前記上部及び下部回転中心は、それらの各ピボットから異なるアーム長により離されている、請求項１５に記載の車輪懸架装置。
【請求項１７】
前記機械的ストッパは、少なくとも、約２．０インチ（５０ミリメートル）のバンプと約２．０インチ（５０ミリメートル）のリバウンドを許容するよう配置されている、請求項１に記載の車輪懸架装置。
【請求項１８】
前記機械的ストッパは、少なくともそれぞれ約３．０インチ（７５ミリメートル）のバンプとリバウンドを許容するよう配置されている、請求項１７に記載の車輪懸架装置。
【請求項１９】
前記機械的ストッパは、少なくともそれぞれ約４．０インチ（１００ミリメートル）のバンプとリバウンドを許容するよう配置されている、請求項１８に記載の車輪懸架装置。
【請求項２０】
前記ピボットは、それらの各相対回転中心の内側にある、請求項１に記載の車輪懸架装置。
【請求項２１】
前記車輪アッセンブリと支持面の間に形成されるタイヤ接地面の横方向変位に、横方向タイヤ剛性を掛けると、最大積が約５００ポンド（２２００ニュートン）未満となる、請求項１に記載の車輪懸架装置。
【請求項２２】
前記タイヤ接地面の横方向変位と横方向タイヤ剛性の最大積は、約１５０ポンド（６７０ニュートン）未満である、請求項２１に記載の車輪懸架装置。
【請求項２３】
前記垂直方向行程に亘る前記車輪アッセンブリの車輪リムの垂直軸周りの全角度変化に、前記車輪アッセンブリのタイヤのコーナリング剛性を掛けると、その積が約３０ポンド（１３０ニュートン）未満となる、請求項１に記載の車輪懸架装置。
【請求項２４】
前記垂直方向行程に亘る最大トレッド幅変化が約５ミリメートル未満となるように選択されたジオメトリを画定している、請求項１に記載の車輪懸架装置。
【請求項２５】
装輪車輌のばね上車体から車輪アッセンブリを懸垂するための、そして機械的ストッパにより制限されたバンプ及びリバウンドの垂直方向行程に亘って、前記車輪アッセンブリが前記ばね上車体に対して運動できるようにしている車輪懸架装置において、
前記車輪アッセンブリと前記ばね上車体の両方に接続され、前記車体と前記車輪アッセンブリの間にアクティブ制御力を働かせて、前記車輪アッセンブリが、その垂直方向の行程に沿いアクティブ制御範囲に亘って運動できるようにしているアクチュエータと、
前記車輪アッセンブリに連結され相対回転中心を画定し、ピボットで前記ばね上車体に回転可能に連結されている構造リンクと、を備え、
前記バンプ及びリバウンドの垂直方向行程に亘る前記車輪アッセンブリの重心の最大横方向変位が約２０ミリメートル未満となり、且つ前記バンプ及びリバウンドの垂直方向行程に亘る最大車輪キャンバ変化が約３．０度未満となるように選択されたジオメトリを形成している、懸架装置。
【請求項２６】
前記構造リンクは、前記車輪アッセンブリに連結されて第１相対回転中心を画定し、且つ第１ピボットで前記ばね上車体に回転可能に連結されている第１構造リンクであり、更に、前記車輪アッセンブリに連結されて前記第１相対回転中心の上方に第２相対回転中心を画定し、且つ前記第１ピボット上方の第２ピボットで前記ばね上車体に回転可能に連結されている第２構造リンクを備えている、請求項２５に記載の車輪懸架装置。
【請求項２７】
装輪車輌のばね上車体から後車輪を懸垂するための、そして最大縦方向変位が約４．０ミリメートル未満となるように選択されたジオメトリを画定している、請求項２５に記載の車輪懸架装置。
【請求項２８】
装輪車輌のばね上車体から前車輪を懸垂するための、そして最大縦方向変位が約５．０ミリメートル未満となるように選択されたジオメトリを画定している、請求項２５に記載の車輪懸架装置。
【請求項２９】
前記アクチュエータがそのアクティブ制御範囲に亘って動く際に、前記車輪アッセンブリの最大水平方向運動学的変位が約４．０ミリメートル未満となるように選択されたジオメトリを画定している、請求項２５に記載の車輪懸架装置。
【請求項３０】
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方向変位をカバーしている、請求項２９に記載の車輪懸架装置。
【請求項３１】
前記垂直方向行程に亘る最大車輪トー変化が約０．１度未満となるように選択されたジオメトリを画定している、請求項２５に記載の車輪懸架装置。
【請求項３２】
前記車輪アッセンブリと支持面の間に画定されるタイヤ接地面の横方向変位に、横方向タイヤ剛性を掛けると、最大積が約５００ポンド（２２００ニュートン）未満となる、請求項２５に記載の車輪懸架装置。
【請求項３３】
前記垂直方向行程に亘る前記車輪アッセンブリの車輪リムの垂直軸周りの全角度変化に、前記車輪アッセンブリのタイヤのコーナリング剛性を掛けると、その積が約３０ポンド（１３０ニュートン）未満となる、請求項２５に記載の車輪懸架装置。
【請求項３４】
前記垂直方向行程に亘る最大トレッド幅変化が約２０ミリメートル未満となるように選択されたジオメトリを画定している、請求項２５に記載の車輪懸架装置。
【請求項３５】
装輪車輌のばね上車体から車輪アッセンブリを懸垂するための、そして前記車輪アッセンブリが前記ばね上車体に対して垂直方向に運動できるようにしている車輪懸架装置において、
前記懸架装置は、前記車輪アッセンブリと前記ばね上車体の両方に接続され、前記車体と前記車輪アッセンブリの間にアクティブ制御力を働かせて、前記車輪アッセンブリを垂直方向の車輪変位のアクティブ制御範囲に亘って垂直方向に動かせるようになっているアクチュエータを含んでおり、
前記懸架装置は、前記車輪アッセンブリが前記垂直方向車輪変位の合計アクティブ制御範囲に亘って動く際に、前記車輪アッセンブリの最大水平方向運動学的変位が約３．０ミリメートル未満となるように選択されたジオメトリを形成している、車輪懸架装置。
【請求項３６】
前記最大水平方向運動学的変位が、約１．５ミリメートル未満である、請求項３５に記載の車輪懸架装置。
【請求項３７】
車輌の進行方向に伸びる軸に沿って測定した水平方向運動学的変位が、約０．５ミリメートル未満である、請求項３５に記載の車輪懸架装置。
【請求項３８】
車輌の進行方向に垂直に伸びる軸に沿って測定した水平方向運動学的変位が、約３．５ミリメートル未満である、請求項３５に記載の車輪懸架装置。
【請求項３９】
前記車輪アッセンブリは自動車の後車輪アッセンブリである、請求項３５に記載の車輪懸架装置。
【請求項４０】
前記相対回転中心は、それらの各ピボットの後方且つ外側に配置されている、請求項３９に記載の車輪懸架装置。
【請求項４１】
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方向変位をカバーしている、請求項３５に記載の車輪懸架装置。
【請求項４２】
前記垂直方向行程に亘る車輪トー変化が、約０．１度未満となるように選択されたジオメトリを画定している、請求項３５に記載の車輪懸架装置。
【請求項４３】
前記垂直方向行程に亘る車輪キャンバ変化が、約３．０度未満となるように選択されたジオメトリを画定している、請求項３５に記載の車輪懸架装置。
【請求項４４】
前記機械的ストッパは、少なくとも、２．０インチ（５０ミリメートル）のバンプと２．０インチ（５０ミリメートル）のリバウンドを許容するように位置決めされている、請求項３５に記載の車輪懸架装置。
【請求項４５】
前記車輪アッセンブリと支持面の間に形成されるタイヤ接地面の横方向変位に、横方向タイヤ剛性を掛けると、最大積が約５００ポンド（２２００ニュートン）未満となる、請求項３５に記載の車輪懸架装置。
【請求項４６】
前記垂直方向行程に亘る前記車輪アッセンブリの車輪リムの垂直軸周りの全角度変化に、前記車輪アッセンブリのタイヤのコーナリング剛性を掛けると、その積が約３０ポンド（１３０ニュートン）未満となる、請求項３５に記載の車輪懸架装置。
【請求項４７】
自動車のばね上車体から後車輪アッセンブリを懸垂するための、そして機械的ストッパにより制限された少なくとも合計２インチのバンプとリバウンドの垂直方向行程に亘って前記後車輪アッセンブリが前記ばね上車体に対して運動できるようにしている後車輪懸架装置において、
前記車輪アッセンブリに連結されて上部相対回転中心を画定し、上部ピボットで前記ばね上車体に回転可能に連結されている上部構造部材と、
前記車輪アッセンブリに連結され、前記車輪アッセンブリの重心の、前記上部相対回転中心とは反対側に配置されている下部相対回転中心を画定し、下部ピボットで前記ばね上車体に回転可能に連結されている下部構造部材と、を備え、
前記垂直方向行程に亘る前記車輪アッセンブリの重心の最大横方向変位が約１０ミリメートル未満となり、前記垂直方向行程に亘る最大車輪キャンバ変化が約３．０度未満となるように選択されたジオメトリを画定している後車輪懸架装置。
【請求項４８】
前記車輪アッセンブリと前記ばね上車体の両方に接続され、前記車体と前記車輪アッセンブリの間にアクティブ制御力を働かせて前記車輪アッセンブリをその垂直方向行程に沿って運動させるようになっているアクチュエータを更に備えている、請求項４７に記載の車輪懸架装置。
【請求項４９】
前記自動車がその設計重量まで積荷された静止状態において、前記上部相対回転中心及び前記上部ピボットが第１の略水平な線に沿って配置され、前記下部相対回転中心及び前記下部ピボットが第２の略水平な線に沿って配置されている、請求項４７に記載の車輪懸架装置。
【請求項５０】
前記車輪アッセンブリの重心の前記最大横方向変位は約５ミリメートル未満である、請求項４７に記載の車輪懸架装置。
【請求項５１】
前記垂直行程に亘る前記最大車輪キャンバ変化は約２．０度未満である、請求項４７に記載の車輪懸架装置。
【請求項５２】
装輪車輌のばね上車体から車輪アッセンブリを懸垂するための、そして機械的ストッパにより制限されたバンプ及びリバウンドの垂直方向行程に亘って、前記車輪アッセンブリが前記ばね上車体に対して運動できるようにしている車輪懸架装置において、
前記車輪アッセンブリに連結され、前記車輪アッセンブリの重心の、上部相対回転中心とは反対側に配置されている下部相対回転中心を画定し、下部ピボットで前記ばね上車体に回転可能に連結されている下部構造部材と、
前記車輪アッセンブリと前記ばね上車体の両方に接続されて上部回転中心を画定し、下部ピボットで前記ばね上車体に回転可能に連結されているアクチュエータであって、前記車体と前記車輪アッセンブリの間にアクティブ制御力を働かせて、前記車輪アッセンブリの垂直方向行程の少なくとも８０パーセントから成るアクティブ制御範囲に亘って前記車輪アッセンブリを運動させるようになっているアクチュエータと、を備え、
前記上部及び下部のピボット及び相対回転中心は、前記アクチュエータが前記アクティブ制御範囲に亘って動く際に、前記車輪アッセンブリの最大水平方向運動学的変位が約４．０ミリメートル未満となるように位置決めされている車輪懸架装置。
【請求項５３】
前記車輪アッセンブリは自動車の前車輪アッセンブリであり、車輌の進行方向に垂直に伸びる軸に沿って測定した水平方向運動学的変位は約２．０ミリメートル未満である、請求項５２に記載の車輪懸架装置。
【請求項５４】
前記垂直方向行程に亘る最大トレッド幅変化が約１０ミリメートル未満となるように選択されたジオメトリを画定している、請求項５２に記載の車輪懸架装置。
【請求項５５】
前記最大水平方向運動学的変位が約１．５ミリメートル未満である、請求項５２に記載の車輪懸架装置。
【請求項５６】
前記最大水平方向運動学的変位が約０．３０ミリメートル未満である、請求項５５に記載の車輪懸架装置。
【請求項５７】
前記車輪アッセンブリは、水平方向のばね下質量の重量が約１２０ポンド（５３０ニュートン）より重い、請求項５２に記載の車輪懸架装置。
【請求項５８】
前記車輪アッセンブリは、車輪アッセンブリの残り部分に対して垂直方向に動く制振質量を含んでいる、請求項５７に記載の車輪懸架装置。
【請求項５９】
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方向変位をカバーしている、請求項５２に記載の車輪懸架装置。
【請求項６０】
前記垂直方向行程に亘る車輪トー変化が約０．１度未満になるように選択されたジオメトリを画定している、請求項５２に記載の車輪懸架装置。
【請求項６１】
前記機械的ストッパは、少なくとも、２．０インチ（５０ミリメートル）のバンプと約２．０インチ（５０ミリメートル）のリバウンドを許容するように位置決めされている、請求項５２に記載の車輪懸架装置。
【請求項６２】
前記車輪アッセンブリとサポート面の間に形成されるタイヤ接地面の横方向変位に、横方向タイヤ剛性を掛けると、最大積が約５００ポンド（２２００ニュートン）未満となる、請求項５２に記載の車輪懸架装置。
【請求項６３】
前記垂直方向行程に亘る前記車輪アッセンブリの車輪リムの垂直軸周りの全角度変化に、前記車輪アッセンブリのタイヤのコーナリング剛性を掛けると、その積が約３０ポンド（１３０ニュートン）未満となる、請求項５２に記載の車輪懸架装置。
【請求項６４】
前記垂直方向行程に亘る最大トレッド幅変化が約２０ミリメートル未満となるように選択されたジオメトリを画定している、請求項５２に記載の車輪懸架装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の装輪車用の懸架装置（サスペンション）に、特にアクティブ懸架装置（アクティブサスペンション）に関する。
【背景技術】
【０００２】
車輌懸架装置システムの主要な目的は、シャシ乗員を路面の粗さから切り離し且つタイヤと路面の接触を維持し、もってタイヤの底部からシャシへ力を伝達するための経路を形成して、例えば車輌の速度や方向を変化させることができるようにするために、路面とシャシの間に垂直方向のコンプライアンスを設けすることである。普及している独立懸架装置リンク機構の例としては、一般的にストラット・アンド・リンク（マクファーソン・ストラットとも呼ばれる）、ダブルＡアーム（ダブル・ウイッシュボーン又はＳＬＡとも呼ばれる）、セミトレーリング・アーム、及びマルチリンクなどが挙げられる。
【０００３】
各車輪アッセンブリは、１つ又は複数のリンクによりシャシに接続されている。リンクとは、各端に取り付けられた単数又は複数のジョイントによって特定の運動ができるようになっている実質的に剛体の部材と定義される。路面の凹凸により車輪が上下動する際にこの車輪の運動（又は経路）を制御するのはこれらのリンクである。これらのリンクは、更に、タイヤと路面の境界面に発生した力をシャシに伝えねばならない。通常、リンクの端部にはラバーブッシュを使用して、シャシへの振動の伝達を低減する。都合の悪いことに、ブッシュを使用すれば、リンク機構にコンプライアンスが生じ、車輪の運動を正確に制御するのに望ましくない影響を及ぼすことにもなる。
【０００４】
アクティブ懸架装置では、制御された力が、油圧又は電気アクチュエータなどにより、車体と乗員から成るばね上質量と車輪アッセンブリのばね下質量の間で、懸架装置に導入される。ばね下質量は、懸架装置システムにより支えられていない車両部品の運動により発生する慣性力を再現する等価質量である。これは、主に車輪アッセンブリと、車輪アッセンブリに付帯する質量ダンパと、懸架装置リンク質量の一部を含んでいる。ばね上質量は、車体を含め、懸架装置システムに支えられている車輌部品の質量である。アクティブ懸架装置システムは、好適にも、相対的な車輪運動と速度から独立した力を導入することができる。
【０００５】
米国特許第４，９８１，３０９号には、走行車輌の各車輪アッセンブリに電磁アクチュエータを採用したアクティブ懸架装置システムが開示されている。米国特許第６，３６４，０７８号、及び２０００年３月１日発行のＥＰ公報０９８２１６２号には共に、そのような電磁懸架装置アクチュエータに使用でき、車輪アッセンブリとは独立して、但し実質的に垂直方向にだけ動くことができる質量ダンパが開示されている。その他の方向については、質量ダンパの質量は、ばね下質量の慣性に効果的に加えられる。上記米国特許の全内容を、全て説明したものとして、ここに参考文献として援用する。
【０００６】
一般的に、全ての運動学的に発生した車輪の力は、タイヤと路面の間の相互作用により作り出された力か、ばね下質量の運動により作り出された慣性力の何れかである。タイヤと路面の間に生じる力は、車体の懸架装置システムを介して伝達される。車輪アッセンブリが、滑らかな路面に対する水平位置又は角度方位を変えない限り、実質的に横方向又は縦方向のタイヤ力（摩擦を無視）は発生しない。不都合なことに、大部分の実際の独立懸架装置リンク機構は、純粋に垂直方向の車輪運動を作り出さず、従ってタイヤが幾分水平方向の運動をするのは避けられない。
【０００７】
運転者からの操舵入力がないのに操舵ヨー運動が発生するのを感じるとびっくりし当惑する。これは一般的に自己操舵と呼ばれているが、これが車輌の後部、つまり乗客が座っている後方で発生すると特に好ましくない。車輪がシャシに対して或る特定の高さにある状態で測定する車輪の静的トー角は、車輌の中心縦軸と１つの車輪の中心面が路面と交差する線との間の角度である。車輪は、車輪の前方部分が車輌の中心縦軸に向っていれば「トーイン」状態にあり、離れる方向に向かっていれば「トーアウト」状態にある。静的トー角は、走行時、タイヤの磨耗と転がり抵抗を低減するためゼロに非常に近いのが望ましい。通常は車輌が静止している状態で設定されるトー角が、速度、ロール、ピッチ、又は車輪のバンプ／リバウンドによって変化するか否かも、操縦性を考察する上で重要である。ロールは、車輌縦軸周りの車体の回転で、例えば、シャープなコーナリング時、特に懸架装置ばねレートが非常に柔らかな車のシャープなコーナリング時に発生する。ピッチは、車輌横軸周りの車体の回転であり、例えば、強い制動又は加速により発生する。バンプは、静止状態から上向きに車体方向へ向かう車輪の相対移動であり、通常は懸架装置ばねを圧縮している状態であり、一方リバウンドとは、静止状態から下向きに車体から遠ざかる方向へ向う車輪の相対移動である。
【０００８】
懸架装置リンク機構の幾何学的配置（ジオメトリ）によって、車輪の静的トー角と、車輪のトラベル（行程）によってトー角がどのように変化するかが決まる。トー制御リンクの長さと位置は、「トー角対車輪行程」曲線の最終的な形状に最も大きく影響する。なお、一般的に、意図的なトー変化を車輪行程の関数として組み込むと、他の乗車により生じる操縦性への影響を相殺できることが分かっている。例えば、多くの後輪懸架装置では、旋回時、外側の車輪はバンプし、横方向のコーナリングフォースにより押されてトーアウト状態になりがちである。その結果、車輌後部が当惑するほどの、そして場合によっては危険な過剰揺動に繋がりかねないオーバーステア効果が発生する。この効果を補償するためには、トー制御リンクを装着し、（旋回時の外輪に発生するような）バンプ時にトーインとなるようにすればよい。基準値として、１９９４年型ＬＥＸＵＳ  ＬＳ４００の後輪懸架装置は、バンプ量約８０ミリメートルでトーインが約０．６度となるように構成されていると考えられる。
【０００９】
前輪懸架装置では、コーナリングフォースは、一般に、カーブの外側の内向きに操舵された車輪を直進方向に戻す傾向があり、操舵入力を僅かに相殺して、安全で予測可能なアンダーステア状態を作り出す。バンプ時の幾何学的トーアウトを導入すると、前輪懸架装置のアンダーステア特性を増す傾向になる。
【００１０】
所与の一対の車輪のトレッド幅は、タイヤ中心が路面と接触する点の間の横方向距離として定義される。殆どの乗用車の実際の独立懸架装置では、車輪がバンプ／リバウンドするとトレッド幅が変化する。一体車軸式懸架装置（乗り心地と重量的問題から一般には好ましくない）と、フルトレーリング・アーム式懸架装置（一般的には、ドラッグレースのような直線レース用車輌の後輪懸架装置としてのみ考慮される）では、トレッド幅変化の影響を殆ど受けない。ストラット及びＳＬＡ懸架装置のような好適な乗用車の独立懸架装置では、どちらかというと短い懸架装置リンクが、車輪アッセンブリ内側の車体上の固定点又は軸周りを旋回する。従って、（車輪アッセンブリに取り付けられた）リンクの外側の端部は、車輌の何れかの端部から見て、車体に対して実質的に円形の経路上を動くよう拘束される。このリンク運動により、タイヤ底部の車体に対する位置が変化し、全体的トレッド幅が変化する。
【００１１】
トレッド幅の変化により、横力が発生し、ロール抵抗が上がり、車輌の方向安定性が悪化する。従来の乗用車では、通常、トレッド幅は、バンプ行程で広くなりリバウンドで狭くなる。独立した車軸の両タイヤが路面凹凸によって同時に圧縮されると、一方の車輪の横移動により車体にかかる横力は、他方の車輪からの横力と釣り合うことになる。不都合なことに、路面凹凸によって、車輌の両側で等しいバンプとリバウンドが生じることは稀であり、両車輪の等しくない運動により、結果的にトレッド幅の変化による正味横力が車体に掛かることになる。基準値として、一本の１７５／６５Ｒ１４ラジアルタイヤは、時速８０キロ（ｋｐｈ）でトレッド幅の変化１ミリメートルにつき約３０ニュートンの横力を発生させると考えらる。
【００１２】
トレッド幅変化を幾何学的に排除するように従来型懸架装置を構成すると、前後の懸架装置の理論上の「ロール中心」の位置によって、コーナリング時に許容できない程のロールが生じることになり、トレッド幅の変化と同じように望ましくないことになる。過剰なロールは運転者と乗客にとって不快であり、タイヤグリップに悪影響を及ぼし、凹凸路コーナーで懸架装置のボトミングを回避するのに必要な大切な懸架装置の行程を使い切ることになる。懸架装置のロール中心は、遠心力を受けたときに車体が回転する、（前から見て）車輌の中心に、（側部から見て）車軸の中心にある理論上の点である。これは、横力が、懸架装置によってばね上車体質量に効果的に掛かるように見える点でもある。従って、車体のロールし易さは、ロール中心と車体重心の間の距離に比例し、ロールを最小に抑えるロール中心の最適位置は、ばね上質量の重心の高さにある。しかしながら、ロール中心が高くなるほど、トレッド幅変化が大きくなる。ロール中心が地面より上にあると、トレッド幅は、バンプ時には広くなりリバウンド時には狭くなる。なお、ロール中心の位置は懸架装置の位置と共に常時変化する。
【００１３】
車輪のキャンバは、車輌懸架装置の特性を調整するためのもう１つの変数である。キャンバは、車輪中心面と路面に対する垂線の間の角度である。キャンバは、タイヤの頂点が車輌の中心から離れるように外向きに傾斜している場合が正で、内向きに傾斜している場合は負である。車輌にその設計重量まで積荷したとき、キャンバ値が、例えば０．１度のように僅かに正の値であるのが、中高の路面上で可能な限りタイヤを垂直に維持し、転がり抵抗を下げ均一にタイヤを磨耗させるためには理想的であると考えられている。多くの乗用車懸架装置は、静的キャンバを約ゼロとマイナス１．３度の間に設定し、選択的な懸架装置のコンプライアンスを介して動的キャンバ変化を起こし、負の静的キャンバを相殺してコーナリング時の外側タイヤをゼロに近いキャンバにしようとしている。全ての状態でキャンバを略ゼロに維持することが現代の懸架装置システムの本来の目的であると説く人もいるが、それは、多分タイヤは全て、特定のキャンバ角において最適のグリップで作動するように設計されており、その角度から少しでも逸れるとタイヤのグリップ能力が低下しかねないためである。
【００１４】
独立懸架装置を装備した車輌がコーナリングする際、車輪は車体と共に傾斜することになる。従って、車体がカーブの外側に向ってロールすると、外側車輪は路面に対して正キャンバ状態になり、横方向のグリップが減じる。この影響に立ち向かうために、多くの懸架装置リンク機構は、幾何学的に、バンプ時に負のキャンバを、リバウンド時には正のキャンバを誘起するよう設計されているが、そのような幾何学的キャンバ調整は、コーナリング時と同じく凹凸路走行時にもキャンバ変化を起こしてしまう。
【００１５】
比較的柔らかい懸架装置を装備した車は、制動時及び加速時にピッチングする傾向があり、急制動時には前部が沈み後部が持ち上がり、急な加速ではその反対のことが起きる。このピッチング運動によって、車輌乗員の頸部筋肉に、このような車体回転のない単純な線形の加速時及び減速時より大きな緊張が掛かることになる。また、ピッチング運動は、多くの乗客が不快であると感じている。多くの懸架装置は、この影響を低減するために、アンチダイブ（制動時の前方ピッチングを低減するため）とアンチスクワット（加速時の後方ピッチングを低減するため）構造を組み込んでいる。
【００１６】
単純なアンチダイブ設計の一例は、前輪懸架装置にリーディング・アームを、後輪懸架装置にトレーリング・アームを使用するものである。リーディング・アームを装備すると、車体側の有効アーム・ピボットが、車輪の有効アーム・ピボットの後方となる。有効ピボットの相対位置は、トレーリング・アームでは逆になる。制動時、キャリパーには車輪と共に回転する方向に力が加わり、車体の前部では上向きの反力を発生させ後部では下向きの力を発生させ、アンチダイブ効果を作り出す。従来の懸架装置リンク機構では、ダブルウイッシュボーンの様に、ウィッシュボーンのピボット軸を傾斜させて有効リーディング・アーム長を与えるように設計することができる。しかしながら、このような配置は、バンプとリバウンドの間に望ましくない車輪のキャスター角度変化を引き起こす傾向にある。従って、製造業者の中には、ブレーキダイブの百分率（代表的には、約５０パーセント）だけを修正することにより妥協するものもある。更に、特定の前／後制動力配分に整合するよう注意深く計算されたアンチダイブ・ジオメトリで、アンチスクワットを完全に補正できることは殆どない。
【００１７】
懸架装置の構造の改良は、一般的に必要とされており、とりわけ懸架装置の制御手段で使用する際には必要である。
【００１８】
【特許文献１】米国特許第４，９８１，３０９号
【特許文献２】米国特許第６，３６４，０７８号
【特許文献３】ＥＰ広報第０９８２１６２号
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１９】
研究の過程で、アクティブ懸架装置付き車輌の懸架装置リンク機構の設計は、乗員の快適性と車輌性能の最適化を目指せば、従来の受動懸架装置車輌とはかなり異なるものとすべきことを発見した。とりわけ、ピッチ、ロール、及び垂直方向の車体の運動と振動が、適当な帯域幅のアクティブ懸架装置システムにより大幅に低減又は排除されると、小さな水平方向の車輪の運動（通常は他の車体運動によりマスキングされている）に伴う二次的な力が感知され主観的には非常に不快となることを発見した。
【００２０】
これらの力は、他の車体運動がなくなったせいだけで不快となるわけではなく、アクティブ懸架装置システムが、従来の懸架装置に比べて、利用可能な懸架装置の行程を増し、より頻繁に使用することによりその影響が強調されるからでもある。また、車輪アッセンブリに相当な制振質量を組み入れていることで、水平方向の車輪慣性が増し、発生した負荷が更に強調される。一般的類推として、アクティブ懸架装置制御下では、車体は（巡行ミサイルのように）実質的に線形の経路に沿って或る速度で移動するように制御され、一方、車輪は必要に応じて不規則な路面上を上下に能動的に動く。理想的には、車体自体は、（凹凸やポットホールのような）路面入力に応答して、利用可能な車輪行程がそのような入力を的確に吸収するには不十分と判断されたときだけ、純粋に前向きの直線方向以外の方向に動く。これは、段階的なばね、バンパ及びダンパが、車輪の車体に対する位置及び速度に基づいて車体に常に力を及ぼす点で従来の懸架装置とは大幅に異なっている。
【００２１】
本発明の態様の幾つかは、車両懸架装置の水平方向の運動学的変位が非常に少ないことを特徴としている。４／１車輌モデル及び独立懸架装置に関して広く定義されているように、水平方向の運動学的変位は、（所与の車輪に作用しこれに関係付けられた）ばね下質量対ばね上質量の比に、ばね下質量の重心の水平方向の変位を掛けたものである。換言すれば、車輌総重量が４０００ポンド（１８キロニュートン）で４つの車輪に等しく分配されており、車輪の１つに作用する有効ばね下質量が２５０ポンド（１１００ニュートン）で、そのばね下質量の重心が、始動位置から関係する車輪運動の範囲を通って水平方向に最大１００ミリメートル移動する場合、その車輪位置における懸架装置の最大水平方向運動学的変位は（２５０／（４０００／４））＊１００、即ち２５ミリメートルとなる。なお、殆どの用途で、車輪ハブの水平方向変位でばね下質量の重心の水平方向変位を近似することができると理解されたい。水平方向変位とは、トラック幅即ちホイールベースの変化に関係していようがいまいが、路面に概ね平行な平面内で生じるあらゆる変位を含むものである。多くの場合、水平方向変位は、車輌の進行方向に伸びる軸に沿って測定した縦成分と、車輌の進行方向に垂直に伸びる軸に沿って測定した横成分とを含んでいる。
【００２２】
本発明の各種態様は、車輪アッセンブリを装輪車輌のばね上車体から懸垂するための車輪懸架装置であって、車輪アッセンブリが、ばね上車体に対して、バンプ及びリバウンドの垂直方向行程に亘り機械的ストッパで制限される範囲で移動できるようになっている懸架装置を特徴としている。
【００２３】
本発明の或る態様によれば、懸架装置は、上部及び下部構造部材とアクチュエータを含んでいる。上部構造部材は、車輪アッセンブリに連結され、上部相対回転中心を画定し、上部ピボットでばね上車体に回転可能に連結されている。下部構造部材は、車輪アッセンブリに連結され、車輪アッセンブリの重心の上部相対回転中心と反対側に位置する下部相対回転中心を画定し、下部ピボットでばね上車体に回転可能に連結されている。アクチュエータは、車輪アッセンブリとばね上車体の両方に接続され、車体と車輪アッセンブリの間にアクティブ制御力を働かせて、車輪アッセンブリの垂直方向行程の少なくとも８０パーセントのアクティブ制御範囲に亘って、車輪アッセンブリを運動させるようになっている。上下のピボットと相対回転中心は、アクチュエータがアクティブ制御範囲に亘って動く際に、約４．０ミリメートル未満の車輪アッセンブリの最大水平方向運動学的変位を生成するように位置決めされている。
【００２４】
「アクティブ制御力」とは、制御されたアクチュエータにより懸架装置に導入される力を意味する。このような力は、相対車輪運動及び速度とは独立している。
最大水平方向運動学的変位の段階的に好適な限界値は、１．５ミリメートル、０．７５ミリメートル、及び０．３０ミリメートルである。
【００２５】
多くの用途に対して、車輌の進行方向に伸びる軸に沿って測定された水平方向運動学的変位は、約０．５ミリメートル未満であるのが望ましい。車輌の進行方向に対して垂直に伸びる軸に沿って測定された水平方向運動学的変位は、約３．５ミリメートル未満であるのが望ましい。
【００２６】
或る実施形態では、車輪アッセンブリは、自動車の後車輪アッセンブリである。或る構成では、相対回転中心は、各ピボットの後方且つ外側に配置されている。
車輪アッセンブリは、或る実施形態では、水平方向ばね下質量の重量が約１２０ポンド（５３０ニュートン）より重く、車輪アッセンブリの残り部分に対して垂直方向に動く制振質量を含んでいる。「残り部分」とは、それに対して制振質量が動くことになる、車輪アッセンブリの全部分を含んでいる。
【００２７】
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方向変位をカバーしているのが望ましい。アクチュエータは、車輪アッセンブリの重心がその垂直方向行程に亘って変位するに十分な作動ストロークを有しているのが望ましい。
【００２８】
ある好適な構成では、車輪懸架装置は、その垂直方向行程に亘る最大車輪トー変化が、約０．１度未満となるように選択されたジオメトリを画定している。
車輪懸架装置は、その垂直方向行程に亘る最大車輪キャンバ変化が、約３．０度未満となるように選択されたジオメトリを画定しているのが好ましい。
【００２９】
ある場合には、自動車がその設計重量まで積荷された静止状態において、上部相対回転中心と上部ピボットは、第１の概ね水平な線に沿って配置され、下部相対回転中心と下部ピボットは、第２の概ね水平な線に沿って配置されている。上下の回転中心は、異なるアーム長により各ピボットから離されているのが望ましい。「設計重量」という用語は、ＩＳＯ／ＩＳ２９５８に準拠しており、乗用車の積載重量を座席数の関数として規定したものである。通常、懸架装置は、静止時設計重量状態で垂直方向行程の大体中心にある。
【００３０】
機械的ストッパは、少なくとも約２．０インチ（５０ミリメートル）のバンプと約２．０インチ（５０ミリメートル）のリバウンド、より好適には少なくとも約３．０インチ（７５ミリメートル）のバンプとリバウンド、更に好適には少なくとも４．０インチ（１００ミリメートル）のバンプとリバウンドを許容するように配置されているのが望ましい。
【００３１】
ある装置では、ピボットは相対回転中心の内側に配置されている。
車輪懸架装置は、横方向タイヤ剛性と、タイヤ接地面の車輪アッセンブリと支持面の間の横方向変位との最大積が約５００ポンド（２２００ニュートン）未満、より好適には約１５０ポンド（６５０ニュートン）未満となるように構成、配置されるのが望ましい。
【００３２】
車輪懸架装置は、更に、垂直方向行程に亘る垂直軸周りの車輪アッセンブリの車輪リムの角度変化（即ち、懸架装置の全行程に亘るトー変化）と、車輪アッセンブリのタイヤのコーナリング剛性（即ち、スリップ角の関数としての横力曲線のスリップ角ゼロ度における傾斜）との最大積が約３０ポンド（１３０ニュートン）未満となるように構成、配置されるのが望ましい。
【００３３】
車輪懸架装置は、垂直方向行程に亘る最大トレッド幅変化が、約５．０ミリメートル未満となるように選択されたジオメトリを画定しているのが望ましい。
ある実施形態では、アクチュエータは、電力を受けてアクティブ制御力を作り出す電気モーターを含んでいる。
【００３４】
本発明の別の態様によれば、懸架装置は、車輪アッセンブリとばね上車体の両方に接続され、車体と車輪アッセンブリの間にアクティブ制御力を働かせて、アクティブ制御範囲に亘ってその垂直方向行程に沿い車輪アッセンブリを運動させるようになっているアクチュエータと、車輪アッセンブリに連結され相対回転中心を画定し、且つピボットでばね上車体に回転可能に連結されている構造リンクを含んでいる。この懸架装置は、バンプ及びリバウンドの垂直方向行程に亘る車輪アッセンブリの重心の最大横方向変位が、約２０ミリメートル未満となるように、且つバンプ及びリバウンドの垂直方向行程に亘る最大車輪キャンバ変化が約３．０度未満となるように選択されたジオメトリを形成している。
【００３５】
ある構成では、構造リンクは、車輪アッセンブリに連結され、第１相対回転中心を画定し、第１ピボットでばね上車体に回転可能に連結されている第１構造リンクであって、この懸架装置は、更に、車輪アッセンブリに連結され、第１相対回転中心の上方に第２相対回転中心を画定し、第１ピボット上方の第２ピボットでばね上車体に回転可能に連結されている第２構造リンクを含んでいる。
【００３６】
或る適用例では、車輪懸架装置は、装輪車輌のばね上車体から後車輪アッセンブリを懸垂し、最大縦方向変位が約４．０ミリメートル未満となるように選択されたジオメトリを画定している。
【００３７】
或る別の適用例では、車輪懸架装置は、装輪車輌のばね上車体から前車輪アッセンブリを懸垂し、最大縦方向変位が約５．０ミリメートル未満となるように選択されたジオメトリを画定している。
【００３８】
車輪懸架装置は、アクチュエータがその垂直方向行程に亘りアクティブ制御範囲を通して動く際に、車輪アッセンブリの最大水平方向運動学的変位が約４．０ミリメートル未満となるように選択されたジオメトリを画定するのが望ましい。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方向変位をカバーしているのが望ましい。
【００３９】
ある好適な実施例では、懸架装置は、その垂直方向行程に亘る車輪トー変化が約０．１度未満となるように選択されたジオメトリを画定し、横方向タイヤ剛性と、車輪アッセンブリと支持面の間に形成されたタイヤ接地面の横方向変位の最大積が約５００ポンド（２２００ニュートン）未満となるように構成、配置され、車輪アッセンブリの車輪リムの垂直方向行程に亘る垂直軸周りの角度変化と、車輪アッセンブリのタイヤのコーナリング剛性との最大積が約３０ポンド（１３０ニュートン）未満となるように構成、配置されている。
【００４０】
懸架装置は、更に、その垂直方向行程に亘る最大トレッド幅変化が約２０ミリメートル未満となるように選択されたジオメトリを画定していることが望ましい。
本発明の別の態様によれば、懸架装置は、車輪アッセンブリとばね上車体の両方に接続され、車体と車輪アッセンブリの間にアクティブ制御力を働かせて、垂直方向車輪変位の全アクティブ制御範囲に亘って車輪アッセンブリを垂直方向に運動させるようになっているアクチュエータを含んでいる。この懸架装置は、車輪アッセンブリが、垂直方向車輪変位の全アクティブ制御範囲に亘って動く際に、車輪アッセンブリの最大水平方向運動学的変位が約３．０ミリメートル未満となるように選択されたジオメトリを形成している。
【００４１】
本発明の更に別の態様によれば、懸架装置は、上部及び下部の構造部材を含んでおり、後車輪アッセンブリが、ばね上車体に対して、機械的ストッパで制限されたバンプ及びリバウンドの垂直方向行程に亘り少なくとも２インチ移動できるようになっている。上部構造部材は、車輪アッセンブリに連結され、上部相対回転中心を画定し、上部ピボットでばね上車体に回転可能に連結されている。下部構造部材は、車輪アッセンブリに連結され、車輪アッセンブリの重心の、上部相対回転中心とは反対側に配置されている下部相対回転中心を画定し、下部ピボットでばね上車体に回転可能に連結されている。この懸架装置は、車輪アッセンブリの重心の垂直方向行程に亘る最大横方向変位が約１０ミリメートル未満となり、垂直方向行程に亘る最大車輪キャンバ変化が約３．０度未満となるように選択されたジオメトリを画定している。
【００４２】
或る好適な実施形態では、懸架装置は、更に、車輪アッセンブリとばね上車体の両方に接続され、車体と車輪アッセンブリの間にアクティブ制御力を働かせて車輪アッセンブリをその垂直方向行程に沿って運動させるようになっているアクチュエータを含んでいる。
【００４３】
或る事例では、自動車が設計重量まで積載された静止状態で、上部相対回転中心と上部ピボットは第１の略水平な線に沿って配置され、下部相対回転中心と下部ピボットは第２の略水平な線に沿って配置されている。
【００４４】
車輪アッセンブリの重心の最大横方向変位は約５ミリメートル未満であり、垂直方向行程に亘る最大車輪キャンバ変化は約２．０度未満であるのが望ましい。
本発明の別の態様によれば、懸架装置は、車輪アッセンブリに連結され、車輪アッセンブリの重心の、上部相対回転中心とは反対側に配置されている下部相対回転中心を画定し、下部ピボットでばね上車体に回転可能に連結されている下部構造部材と、車輪アッセンブリとばね上車体の両方に接続され、上部相対回転中心を画定し、上部ピボットでばね上車体に回転可能に連結されているアクチュエータを含んでいる。アクチュエータは、車体と車輪アッセンブリの間にアクティブ制御力を働かせて、車輪アッセンブリを、その垂直方向行程の少なくとも８０パーセントから成るアクティブ制御範囲に亘って運動させるようになっている。上下のピボット及び相対回転中心は、アクチュエータがアクティブ制御範囲に亘って動く際に、車輪アッセンブリの最大水平方向運動学的変位が約４．０ミリメートル未満となるように配置されている。
【００４５】
或る事例では、車輪アッセンブリは自動車の前車輪アッセンブリであり、車輌進行方向に対して垂直に伸びる軸に沿って測定した水平方向運動学的変位は約２．０ミリメートル未満である。
【００４６】
懸架装置は、垂直方向行程に亘る最大トレッド幅変化が約１０ミリメートル未満となるように選択されたジオメトリを画定しているのが望ましい。
ある適用例では、車輪アッセンブリは、水平方向ばね下質量の重量が約１２０ポンド（５３０ニュートン）よりも重くなっている。車輪アッセンブリは、例えば、車輪アッセンブリの残り部分に関して垂直方向に動く制振質量を含んでいる。
【００４７】
本発明の別の態様によれば、懸架装置は、上部及び下部の構造部材とアクチュエータを含んでいる。上部構造部材は、車輪アッセンブリに連結されて上部相対回転中心を画定し、上部ピボットでばね上車体に回転可能に連結されている。下部構造部材は、車輪アッセンブリに連結され、車輪アッセンブリの重心の、上部相対回転中心とは反対側に配置されている下部相対回転中心を画定し、下部ピボットでばね上車体に回転可能に連結されている。アクチュエータは、車輪アッセンブリとばね上車体の両方に接続され、車体と車輪アッセンブリの間にアクティブ制御力を働かせて、車輪アッセンブリの垂直方向行程の少なくとも８０パーセントから成るアクティブ制御範囲に亘って車輪アッセンブリを運動させるようになっている。懸架装置は、垂直方向行程に亘る最大トレッド幅変化が約１０ミリメートル未満になるように選択されたジオメトリを画定している。
【００４８】
本発明の別の態様によれば、車輪アッセンブリを装輪車輌のばね上車体から懸垂するための、そして車輪アッセンブリを、ばね上車体に対してバンプとリバウンドの垂直方向行程に亘って運動させるようになっている車輪懸架装置は、上部及び下部の構造部材とアクチュエータを含んでいる。上部構造部材は、車輪アッセンブリに連結されて上部相対回転中心を画定し、上部ピボットでばね上車体に回転可能に連結されている。下部構造部材は、車輪アッセンブリに連結され、車輪アッセンブリの重心の、上部相対回転中心とは反対側に配置されている下部相対回転中心を画定し、下部ピボットでばね上車体に回転可能に連結されている。アクチュエータは、車輪アッセンブリとばね上車体の両方に接続され、車体と車輪アッセンブリの間にアクティブ制御力を掛け、車輪アッセンブリを、アクチュエータ内に配置された機械的ストッパの間のアクティブ制御範囲に亘って運動させるようになっている。
【００４９】
本発明の各種態様は、特に乗用車のフルアクティブ懸架装置という意味で、非常に快適な乗車特性を提供している。多くの場合、本発明は、従来の懸架装置構成においてこれまで許容できないと考えられてきた懸架装置パラメータの組合わせを特徴としている。
【００５０】
本発明の１つ又は複数の実施形態の詳細については、添付図面と以下の記述に説明している。本発明のこの他の特徴、目的及び利点については、以下の記述内容と図面、並びに特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
図面中、類似する符合は同様の構成要素を表している。
先ず図１に示すように、乗用車の懸架装置１０は、２つの独立した前輪懸架装置アッセンブリ１２と２つの独立した後輪懸架装置アッセンブリ１４を含んでおり、各懸架装置アッセンブリは、対応する車輪アッセンブリを車体に接続する高速電磁アクチュエータ１６を有している。図示のシステムでは、前輪懸架装置のアクチュエータ１６は、従来型懸架装置では受動ダンパ（例えば、緩衝装置又はストラット）が配置される部位に略相当する位置に配置されているが、アクチュエータ１６の機能は受動ダンパとは大きく異なっている。前輪懸架装置１２の他の主要構成要素としては、下部ボールジョイント２０で前車輪アッセンブリに、そして下部アームブッシュ２２ａと２２ｂで車体側に回転可能に接続されている下部制御アーム１８と、前車輪アッセンブリの操舵ナックル及び接続操舵リンク機構（図示せず）と回転可能に接続されている調整式タイロッド２４と、車体側を下部制御アームに接続し、静的車輌荷重により生じる懸架装置の変位に抗するように設けられ、制御アームを所望の中立位置に付勢するねじりばね２６とが挙げられる。後輪懸架装置１４の主要構成要素としては、下部ボールジョイント３０で後車輪アッセンブリに、そして下部アームブッシュ３２ａと３２ｂで車体側に回転可能に接続されている下部制御アーム２８と、上部ボールジョイント３６で後車輪アッセンブリに、そして上部アームブッシュ３８ａと３８ｂで車体側に回転可能に接続されている上部制御アーム３４と、静的後輪トー角を設定するために後車輪アッセンブリと車体側を回転可能に接続している調整式トーリンク４０と、前輪懸架装置と同様の目的のねじりばね２６とが挙げられる。全ての制御アームブッシング軸は、車輌の前後中心線に略平行に伸びている。回転可能なピボットの間に伸張しているリンクは、滑動ジャーナルなどを通って伸張するリンクとは違って、引張り圧縮荷重を支えるために構造化し装着する必要があるだけで、相当なモーメント又は曲げ荷重に抗する必要はないので、リンクの必要重量及び寸法が小さくなる。
【００５２】
各前及び後車輪アッセンブリは、米国特許第６，３６４，０７８号に開示されているように車輪のハブ内に組み込まれた質量ダンパアッセンブリ４２を有している。調整された質量ダンパ４２は、各ばね及びダンパ（図示せず）により車輪アッセンブリの残り部分に接続され、車輪アッセンブリに対して実質的に垂直方向にのみ動くように制約された、本質的に独立した反動質量である。
【００５３】
次に、図２に示すように、アクチュエータ１６は、相対的な車輪／車体の運動学上の動的パラメータ（例えば、荷重、変位及びその速度）を各種システム入力の関数としてアクティブに制御する一体型のアクティブ車輌懸架装置制御システムの構成部分である。本システムには、車輌推進システム（図示せず）に取り付けられた発電器４６によって充電されるバッテリ４４又は他の蓄電装置から電力が供給される。中央懸架装置制御モジュール（ＳＣＵ）４８は、バッテリ４４から各車輪アクチュエータ１６内のコイルに電力がどのように印加され、所望の車輪／車体力又は変位応答を発生させるかを制御し、それぞれ前及び後車輪アッセンブリのアクチュエータを駆動する前輪増幅器５０と後輪増幅器５２に信号を送る。ＳＣＵは、垂直方向車体加速度を感知するために各上部アクチュエータ接続部に隣接し各車輪アッセンブリの箇所に配置されている個々の加速度計５６からの入力を受信し、更にハンドル位置センサ５４からの入力も受信する。他の又は付加的センサを必要に応じて採用してもよい。各アクチュエータ１６の制御に加えて、ＳＣＵ４８は、静的車輌乗車高と姿勢の変化による懸架装置全体の電力消費量を低減するために、必要に応じて荷重レベリングシステム５８も制御する。ＳＣＵは、車輌上の幾つかのセンサからデータを収集し、最も快適な乗り心地を提供するのに必要なアクチュエータ力を計算する。ＳＣＵは、次いで、車体を実質的に静穏に維持するように、又は所望の様式で動かすようにすると同時に、車輪が路面の凹凸上を上下に動けるように、厳密に計算された力を生成するよう各アクチュエータに命令する。
【００５４】
図３は、静止状態の車輌を前方又は後方から見た、或る独立後輪懸架装置１４を概略的に示している。上部制御アーム３４は水平で、その外側ボールジョイント３６及び内側ブッシュ３８と共に、全て路面に平行な１つの面Ｐ１内に配置されている。下部制御アーム２８は実質的に水平で、その外側ボールジョイント３０と内側ブッシュ３２と共に、全てほぼ面Ｐ１に平行な１つの面Ｐ２内にある。アクチュエータ１６は下部ピボット６０で車輪アッセンブリに、そして上部ピボット６２で車体に回転可能に接続されている。幾何学上の車輪中心６４と後輪駆動軸ＣＶジョイント６６の中心、並びに有効ばね下質量の重心６８も示している。車輪アッセンブリの車体に対するバンプ運動は機械的ストッパ７０により制限されており、このストッパは機能上アクチュエータ１６のハウジング内に配置してもよい。車輪アッセンブリのリバウンド運動は、同様に機械的ストッパ（図示せず）により制限されるが、これは当技術分野で一般的に知られているように構造化し、配置してもよいし、アクチュエータ１６のハウジング内に配置してもよい。
【００５５】
図４に示すように、後輪懸架装置の上部及び下部制御アームは、アクティブ懸架装置システムが制御された力を車輪アッセンブリに加える全アクティブ行程に亘って車輪アッセンブリが動くにつれ、運動の範囲を通して動く。このようなアクティブ行程範囲は、機械的ストッパの間で可能な行程の全範囲の少なくとも８０パーセントをカバーしていることが望ましく（固定ストッパの間の全行程範囲をカバーしているのがより望ましい）、殆どの乗用車で少なくとも０．２メートルとなる。説明上、制御アーム、車体及び車輪の概要を、バンプ時（車体７２が路面に対して最も低い位置にある状態）と、リバウンド時（車体７２が路面に対して最も高い位置ある状態）と、静止時について示している。各種懸架装置リンクのジオメトリは、車体が図示の垂直方向の経路に沿って移動する際に、タイヤと路面の間の接点７４の中心の、車輪運動の作動範囲に亘る横方向変位が非常に僅かとなり、車輪アッセンブリに、そして懸架装置を介して車体に掛る横方向のタイヤ接地面力が最小となるように選択されるのが望ましい。これは、リンクを長くして、水平且つ平行に配置すれば少なくとも部分的には達成できるが、ロール中心の位置が低くなりすぎることから通常は回避される。アクティブ懸架装置は、ローリングを回避するので、ロール中心の低いジオメトリでも許容可能である。横方向タイヤ接地面変位が少ないのは、走行時の路面外乱による望ましくない垂直方向の加速度を実質的に取り除くのに効果的である高帯域幅アクティブ懸架装置に取り分け有益であり、それは、このような外乱がなくなると、乗車により生じる横方向のタイヤ接地面運動により誘起される横方向の加速度が目立ち不快となるからである。
【００５６】
図４は、車輪アッセンブリがそのバンプとリバウンドの作動行程に亘って動く際に、ばね下質量の有効重心６８が水平方向に運動することを示している。図５を見るとよく分かるように（分かり易くするため変位を誇張している）、水平方向の変位δは、２つの成分、即ち前後成分δｘと横方向成分δｙで構成されていると考えられる。アクティブ懸架装置で問題となる乗り心地、特に走行時の垂直方向加速度が著しく低下している状態での乗り心地は、後輪懸架装置を、各後車輪アッセンブリの全体的な水平方向運動学的変位（ばね下対ばね上質量の比率に水平方向車輪アッセンブリ変位δを掛けたもの）を４．０ミリメートル未満に、更に効果的にするには水平方向運動学的変位を限界にまで低く維持するよう構成することにより大幅に改善されることが分かった。横方向成分δｙは、垂直方向加速度成分が無い場合には不快となる懸架装置への横力と横加速度を作り出すが、これは、横方向に（即ち、車輌進行方向に対し垂直に伸びる軸に沿って）測定された水平方向運動学的変位が約３．５ミリメートル未満となる程度に低く維持するのが望ましい。前後成分δｘは、局所的な前後力と前後加速度を作り出すが、これは、前後方向に（即ち、車輌進行方向に対し垂直に伸びる軸に沿って）測定された水平方向の運動学的変位が約０．５ミリメートル未満となる程度に低く維持するのが望ましい。後に概説する実例で実証されるように、水平方向の運動学的車輪変位を小さくするのは、制御アームボールジョイント３６と３０が、それぞれの内側制御アームブッシュ３８と３２から相当外側に配置されたダブルＡアーム及びセミトレーリング・アームの懸架装置構造においても実現可能である。セミトレーリング・アーム構造の場合には、ボールジョイントは各制御アームブッシュの相当後方に配置するのがよい。車体を上下に動かして、水平方向の懸架装置と車輪の変位を測定するには、各種機械が利用可能であり、例えば英国、ウィルシャー、Ｂｒａｄｏｆｏｒｄ−ｏｎ−ＡｖｏｎのＡｎｔｈｏｎｙ  Ｂｅｓｔ  Ｄｙｎａｍｉｃｓ社から市販されている懸架装置パラメータ測定機械ＳＰＭＭ４０００などがある。
【００５７】
多くの懸架装置設計者は、車輌の操縦性挙動に影響を与えるため幾何学的トー変化を組み込んでいるが、垂直方向の加速度成分を大幅に軽減したアクティブ懸架装置では、バンプ・リバウンド時の大きなトー変化（図５に符合τで標示）は、乗客の快適性と知覚される安全性及び制御の両方の点で主観的に不快なものとなりうることが分かっている。アクティブ懸架装置制御は車体のロールを無くすので、トー変化は、自己操舵又はワンダリングとして特徴付けられる現象を生じさせる。この影響は、アクティブ懸架装置で極度な車輪行程を多用することで更に悪化する。トー変化τが、アクティブ制御範囲に亘って約０．１度未満に（望ましくは、ストッパ間の全行程範囲に亘って０．０８３度未満）に維持される場合は、自己操舵効果は実質的に低減されることが分かっている。理想的には、車輪がバンプ・リバウンドする際にトー変化は起こるべきではない。なお、動的なトー変化は、適切な懸架装置のジオメトリ及び弾性ブッシュ特性を正しく選択することにより制御することができる。トー変化は、疑似静的状況下での垂直方向の行程の間に垂直軸周りの車輪リムの角度変化として近似的に測定することができる。
【００５８】
図４に戻るが、車体ロールが殆ど無いアクティブ懸架装置では、全体的キャンバ変化γを、アクティブな垂直方向車輪運動を通して約プラスマイナス３．０度未満に維持することは、同様に有用である。タイヤを実質的に垂直に維持することにより、利用可能なタイヤのコーナリングフォースが最大化すると同時に、横方向のばね下質量慣性力も回避される。しかしながら、トレッド幅変化を小さくする必要がある場合には、ある程度の僅かなキャンバ変化は許容される（後に論じる）。例えば、以下に詳細に説明する後輪懸架装置の適用例では、トレッド幅変化を約２．５ミリメートル未満に維持するために＋／−２．０度のキャンバ変化が組み込まれた。望ましくは、タイヤは、キャンバ変化にあまり敏感でないように選択するのが望ましい。このためには、ラジアルタイヤが望ましい。
【００５９】
図６は、前輪懸架装置１２の運動のバンプとリバウンドに亘る作動範囲を概略的に示している。アクチュエータ１６は、タイヤ接地面位置でのスクラブラジアスがゼロになるように配置されている。図示のように、垂直方向の懸架装置の運動により、車体７２は純粋に垂直な経路に沿ってが移動するので、タイヤ接触接地面中心７６は僅かに水平方向変位Δを生じることになる。変位Δは、トレッド幅変化としても知られている。前車軸が客室の前方にある限り、前輪懸架装置トレッド幅変化Δは、相当大きくても許容できる。しかしながら、車軸が乗員の後方にある場合は、トレッド変化は極めて小さい値に制限しなければならず、そうしないと、発生する横力によって誰かが車輌の後部を左右に押しているような不快な感じが生じる。前輪懸架装置のトレッド幅変化Δは、約３５ミリメートル未満であるのが望ましく、約２０ミリメートル未満であればより望ましい。後輪懸架装置のトレッド幅変化は、より目立ち易く不快で、後輪のトレッド幅変化は１０ミリメートル未満に、更に望ましくは５ミリメートル未満に維持する方が好ましい。
【００６０】
トレッド幅変化をこのように小さく保つということは、懸架装置のロール中心を地面近くに維持することを示唆している。例えば、路面上方のロール中心位置は、トレッド幅変化対車輪行程曲線から、同曲線の接線に垂直な線と車輌の横方向中心線を表す線との交点を見れば直接推定することができる。この交点の路面上の高さが、概略ロール中心高（ＲＣＨ）である。しかしながら、アクティブ懸架装置制御は、車体ロールを効果的に排除することができるので、理想的に調整されたアクティブ懸架装置車輌のロール量はロール中心が低くなっても変化しない。多くの適用例で、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、ロールを抑えるのに必要なアクチュエータ力をいくらか高めるだけの価値がある。多くの場合、利用可能なアクチュエータ力が十分なときには、ロール中心高は、トレッド幅変化を最小にするのに最適なように設定してもよい。アクチュエータ力とシステム出力要件が低い場合には、幾分かのトレッド幅変化は許容される。最大トレッド変化は、前輪懸架装置では約２０ミリメートル未満、後輪懸架装置では約５ミリメートル未満であるのが望ましい。前輪と後輪の好適な範囲の差は、車輌後部から発生する横力により乗客は主観的により悩まされる傾向にあるという、プロトタイプのアクティブ懸架装置車輌に対する観察から我々が求めたものである。前輪ＲＣＨは前輪の静的トレッド幅の約５パーセントより大きくなければよく、後輪ＲＣＨは後輪の静的トレッド幅の約１．２５パーセントより大きくなければよい。
【００６１】
横方向タイヤ接地面変位Δと回転していないタイヤの横剛性との積は、約５００ポンド未満に維持するのが望ましく、約１５０ポンド未満が更に望ましい。トレッド幅変化は、車輪アライメント機に採用されているような横方向ベアリングパッドを使用して、懸架装置特性が対称であると仮定し、各車輪の横方向変位が合計車輌トラック幅変化の半分として、車体がバンプ・リバウンド運動に亘ってゆっくりと上下に動く際のパッドの横方向変位を測定することにより、車庫で測定することができる。横方向タイヤ剛性は、横方向タイヤ接地面変位の最初の約１０ミリメートルについての平均タイヤ剛性として測定する。
【００６２】
１９９４年型ＬＥＸＵＳ  ＬＳ４００は、概略的に図１に示す前輪及び後輪懸架装置を有するように修正され、関数的懸架装置リンク支点は、下表に基づいて位置決めされている。Ｘ座標は、車輌の前後軸に沿って測定した車輪中心からのミリメートル単位の距離を示す。Ｙ座標は、横方向に、且つ前後方向に垂直に測定された、車輌の前後中心線からのミリメートル単位の距離を示している。Ｚ座標は、車輪中心からのミリメートル単位の垂直方向距離を示している。表の左欄は、図面内の符合に対応している。値は、車輌の一方の側についてのみ表示しているが、車輌の他方の側の懸架装置支点の位置は、車輌の前後中心面に関して対称なものとして導き出すことができる。
【００６３】
【表１】
2004224333.tif 000003
【００６４】
この適用例では、後輪アクチュエータは、バンプ方向の作動行程範囲が１０２ミリメートル、リバウンド方向の作動行程範囲が１０８ミリメートル、合計作動範囲は２００ミリメートル以上であった。前輪アクチュエータは、バンプ方向の作動行程範囲が１０８ミリメートル、リバウンド方向の作動行程範囲は９０ミリメートルであった。
【００６５】
このアクティブ懸架装置付きＬｅｘｕｓの前輪の静的ロール中心高（ＲＣＨ）は、１１９ミリメートルであった（懸架装置行程の略中心である、アクティブ懸架装置乗車高で計算）。その結果トレッド幅変化は約３３ミリメートルとなり、期待値より良い。Ｌｅｘｕｓの後輪のＲＣＨはゼロミリメートルで、最大後輪トレッド変化は２．５ミリメートルしかなかった。
【００６６】
許容可能な前輪懸架装置構成の別の例を挙げると、１９９５年型ＣＨＥＶＲＯＬＥＴ  ＢＬＡＺＥＲは、以下の前輪懸架装置支点のアクティブ懸架装置を装備していた。
【００６７】
【表２】
2004224333.tif 000004
【００６８】
ＢＬＡＺＥＲの前輪懸架装置では、アクチュエータは、バンプとリバウンドの両方向で作動行程範囲が１０８ミリメートルで、合計作動範囲は約２１６ミリメートルであった。
Ｂｌａｚｅｒでは、前輪ＲＣＨは１１ミリメートルに設定され、結果的に前輪トレッド幅変化は１７ミリメートルとなった。
【００６９】
以上、本発明の数多くの実施形態について説明してきた。しかしながら、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、様々な修正を施すことができるものと理解頂きたい。従って、他の実施形態は、特許請求の範囲に述べる範囲内に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】乗用車のアクティブ懸架装置システムの斜視図である。
【図２】懸架装置システムの主要要素を示す全体的電気配線概略図である。
【図３】車輌の前方又は後方から見た後輪懸架装置の概略図である。
【図４】後輪懸架装置のバンプ及びリバウンド運動を示す図である。
【図５】上方から見た後輪懸架装置の概略図である。
【図６】車輌の前方及び後方から見た前輪懸架装置の概略図である。
【符号の説明】
【００７１】
１２          前車輪懸架装置アッセンブリ
１４          後車輪懸架装置アッセンブリ
１６          アクチュエータ
１８、２８    下部制御アーム
２０、３０    下部ボールジョイント
２２、３２    下部アームブッシュ
３４          上部制御アーム
３６          上部ボールジョイント
３８          上部アームブッシュ
４２          質量ダンパアッセンブリ
４８          懸架装置制御モジュール
５８          荷重レベリングシステム
６０          下部ピボット
６２          上部ピボット
６４          車輪中心
６８          重心
７０          機械的ストッパ
７２          車体
７６          タイヤ接地面中心
【図１】
2004224333.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004224333.tif 000009
【図６】
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