(57)【要約】【課題】容易にブレーキ鳴きを低減できるステアリングナックルの設計方法を提供する。【解決手段】ステアリングナックル１０の基本設計を行い、接続するキャリパマウント１４の振動特性を取得し、ステアリングナックル１０にキャリパマウント１４を固定した固定体１８を形成し、キャリパマウント１４をその振動特性に基づき振動させた時の固定体１８全体の振動特性をシミュレーションする。このシミュレーション結果に基づき、固定体１８の振動特性のピーク値を抑制するようにステアリングナックル１０の形状変更を行い、ステアリングナックル１０をキャリパマウント１４に対しダイナミックダンパとして機能させる。形状変更後の固定体の振動特性をシミュレーションと形状変更を繰り返し行うことにより、ブレーキ鳴きが低減されるまで固定体１８を所望の振動特性に落とし込む。【選択図】図１
2005306146.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングナックルの基本設計を行うステップと、
前記ステアリングナックルに接続するキャリパマウントの振動特性を取得するステップと、
前記ステアリングナックルに前記キャリパマウントを固定した固定体を形成し、キャリパマウントを前記振動特性に基づき振動させた時の前記固定体全体の振動特性をシミュレーションするステップと、
前記固定体の振動特性に基づき、その振動特性のピーク値を抑制するためにステアリングナックルの形状変更を行いステアリングナックルをキャリパマウントに対しダイナミックダンパとして機能させるステップと、
形状変更後の固定体の振動特性のシミュレーションと形状変更を繰り返し、固定体を所望の振動特性に落とし込むステップと、
を含むことを特徴とするステアリングナックルの設計方法。
【請求項２】
前記ステアリングナックルの形状変更は、肉盛りまたは肉削ぎにより行うことを特徴とする請求項１記載のステアリングナックルの設計方法。
【請求項３】
前記ステアリングナックルは、前記肉盛りまたは肉削ぎにより、当該ステアリングナックルの突起部の振動状態を変更することを特徴とする請求項２記載のステアリングナックルの設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステアリングナックルの設計方法、特に、キャリパマウントを接続した時に当該キャリパマウント内のブレーキの鳴きを抑制することのできるステアリングナックルの設計方法の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両の制動装置として用いられているディスクブレーキは、車軸と共に回転するディスクロータと、当該ディスクロータに押しつけるパッドを支持するキャリパとで構成されている。このキャリパは、キャリパマウントとしてステアリングナックルに固定されている。また、このステアリングナックルには、車軸を受ける部分、ロアアームやショックアブソーバ、タイロッド等が接続され部分が形成されている。
【０００３】
ところで、車両が制動を行う場合、油圧によりパッドをディスクロータに押しつけるが、この時、パッドの状態やディスクロータの状態等により、キャリパが振動し異音、すなわち、「ブレーキ鳴き」を発生する。このブレーキ鳴きは運転者に違和感、不快感を与えるため、ブレーキ鳴きを抑制するために従来から様々な対策が講じられてきた。例えば、キャリパを支持するキャリパマウントの形状変更を行ったり、質量付加を行う等して振動抑制を行うことが考えられる。また、例えば、キャリパマウントを支持するステアリングナックル側の取付部の捻り剛性を向上させることによりブレーキ鳴きを低減する構成が提案されている。具体的には、ステアリングナックル側の複数の取付部同士を直結する補強連結部を設けることにより、ステアリングナックル側の剛性を向上させて、キャリパマウント側の振動抑制を行おうとするものである（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−１６１９３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、キャリパマウントの形状変更や付加物の取り付けによりブレーキ鳴きを抑制しようとする場合、大きな剛性の確保が必要になる。すなわち、キャリパマウントの大きな形状変更や大きな付加物の取り付けを伴い、各部材の大型化を招く。通常、ステアリングナックルの周囲はスペース的な余裕が少なく、上述のような、キャリパマウントの形状変更や付加物の取り付けによる振動抑制は好ましくない。同様に、ステアリングナックルに補強連結部材を付加することもスペース的に好ましくない。さらに、このような形状変更や付加部材の取り付けは、キャリパマウントやステアリングナックルの設計に多くの制限を与え、設計自由度を低下させる原因になっていた。
【０００５】
そこで、本発明は、キャリパマウント側の形状変更を伴うことなく、また、ステアリングナックル側の大きな形状変更を伴うことなく、ブレーキ鳴きを低減させることのできるステアリングナックルの設計方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、ステアリングナックルの基本設計を行うステップと、前記ステアリングナックルに接続するキャリパマウントの振動特性を取得するステップと、前記ステアリングナックルに前記キャリパマウントを固定した固定体を形成し、キャリパマウントを前記振動特性に基づき振動させた時の前記固定体全体の振動特性をシミュレーションするステップと、前記固定体の振動特性に基づき、その振動特性のピーク値を抑制するためにステアリングナックルの形状変更を行いステアリングナックルをキャリパマウントに対しダイナミックダンパとして機能させるステップと、形状変更後の固定体の振動特性のシミュレーションと形状変更を繰り返し、固定体を所望の振動特性に落とし込むステップと、を含むことを特徴とする。
【０００７】
ここで、キャリパマウントとは、キャリパの本体とマウント本体を含むものとする。また、ステアリングナックルの基本設計とは、所定の車両に要求されるステアリングナックルの形状、強度、重量等の設計を各設計条件に従って行うものとする。
【０００８】
この構成によれば、ステアリングナックル側のみの形状変更を行うことにより、当該ステアリングナックルを積極的に振動させる。つまり、一体化されたキャリパマウント側の振動特性にステアリングナックル側の振動特性を略一致させて、ステアリングナックルをキャリパマウントに対するダイナミックダンパとして機能させる。その結果、ステアリングナックルとキャリパマウントとで構成される固定体が一体的に振動し、キャリパマウント単体での振動が抑制され、ブレーキ鳴きが低減される。
【０００９】
また、上記構成において、前記ステアリングナックルの形状変更は、肉盛りまたは肉削ぎにより行うことを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、ステアリングナックル全体を用いて、振動特性の調整を僅かな肉盛り、または肉削ぎにより行うことができる。
【００１１】
また、上記構成において、前記ステアリングナックルは、前記肉盛りまたは肉削ぎにより、当該ステアリングナックルの突起部の振動状態を変更することを特徴とする。
【００１２】
通常、ステアリングナックルには、例えばショックアブソーバ等を接続するための突起部が形成されている。この突起部の例えば根元部分の肉盛りや肉削ぎを行うことにより、僅かな形状変更により突起部の振動状態を大きく変更することが可能になり、振動特性を効率的に調整することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ステアリングナックルをキャリパマウントに対しダイナミックダンパとして機能させ、キャリパマウントの振動を抑制しブレーキ鳴きの低減を容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１は、本実施形態のステアリングナックル１０およびディスクブレーキの一部を構成するキャリパ１２を含むキャリパマウント１４の概略構成図である。なお、図１は、一例としてストラット式サスペンションに使用するステアリングナックル１０の概念形状を示している。ステアリングナックル１０は、金属製の剛体であり、略中央に車軸を受け入れる開口部１０ａが形成され、開口部１０ａの上方にショックアブソーバを接続する突起部１０ｂ、図中右側方には、タイロッドを接続する突起部１０ｃ、下方側には、ロアアームを接続する突起部１０ｄ、左側方には、キャリパ１２を含むキャリパマウント１４を固定する突起部１０ｅ，１０ｆが形成されている。なお、ショックアブソーバ、タイロッド、ロアアームと各突起部１０ｂ，１０ｃ，１０ｄとの間には、例えばゴム製のブッシュが介在され、各接続部材に対してステアリングナックル１０はフリーの状態で支持固定されるようになっている。一方、キャリパマウント１４はキャリパ１２とマウント本体１４ａとで構成され、相互に強固に固定され、さらに、マウント本体１４ａは介在物を介さず、ステアリングナックル１０に強固に固定されている。
【００１６】
キャリパ１２の内部には、シリンダとピストンがあり、油圧でパッドをホイールと共に回転するディスクロータ（不図示）に押さえつけることにより制動力を発生している。この制動動作の時に、パッドが振動し、さらにキャリパ１２が振動することによりブレーキ鳴きが発生する。一般にブレーキ鳴きの周波数は、２〜１５ｋＨｚであるが、キャリパ１２やこのキャリパ１２が固定されるステアリングナックル１０の形状や構成によって異なる。従って、車両の構成によって、発生しやすいブレーキ鳴きの周波数帯が存在し、この周波数帯の音を抑制するような対策を施すことが望まれる。
【００１７】
所定の周波数帯の音を発生させないようにするためには、音の発生源の振動を抑制することが考えられるが、前述したように、振動を抑制するために、振動部（すなわちキャリパマウント１４）や振動体の支持部（すなわち、ステアリングナックル１０）の剛性を向上させようとすると、部品の大型化や重量化等を伴い、今日のように小型化や軽量化が要求される車両部品においては好ましくない。
【００１８】
そこで、本実施形態では、ステアリングナックル１０に対し、肉盛りや肉削ぎを行うことにより、ステアリングナックル１０の振動特性を意図的に変化させ、ステアリングナックル１０を積極的に振動させ、当該ステアリングナックル１０をダイナミックダンパとして機能させている。ステアリングナックル１０をダイナミックダンパとして機能させることにより、キャリパマウント１４の振動を抑制し、結果的にブレーキ鳴きを低減させている。
【００１９】
ステアリングナックル１０の場合、前述したように、種々の部材を接続するために、複数の突起部１０ｂ〜１０ｆが形成されている。この突起部１０ｂ〜１０ｆは、所定の部材（ショックアブソーバ等）との接続が十分に行えればよいため、その形状の自由度は大きく、所定の強度と大きさ（所定のスペースに収まる大きさ）を有していればよい。また、各部材に対しては、ブッシュを介してフリーの状態で接続されているので、ブレーキ鳴きが発生する２〜１５ｋＨｚ程度の周波数でステアリングナックル１０を振動させても、その周波数は車両搭乗者の乗り心地に影響を及ぼす数十〜数百Ｈｚの周波数とは大きく離れているので、振動として認識されることはほとんどない。
【００２０】
従って、本実施形態においては、図１に示すように、例えば、ショックアブソーバを接続する突起部１０ｂを積極的に振動させるように、肉盛りや肉削ぎ（ハッチング部１６で示す）を行う。なお、一般的には、肉削ぎはステアリングナックル１０の強度低下につながるおそれがあるので、ステアリングナックル１０の基本形状に対しては、肉盛りで対応することが望ましい。
【００２１】
図１に示すように例えば、ステアリングナックル１０の突起部１０ｂの根元に肉盛りを施した結果、突起部１０ｂが曲がり始めたとすると、その反力により例えば突起部１０ｄが曲がり、ステアリングナックル１０が曲げモードに移行しステアリングナックル１０全体が振動を始める。このとき、例えば、ステアリングナックル１０の曲げ・捻り共振をキャリパマウント１４の捻り共振周波数と同じにするようにステアリングナックル１０の肉盛りや肉削ぎ（形状変更）を行うことにより、ステアリングナックル１０をダイナミックダンパとして機能させ、キャリパマウント１４の振動を抑制することが可能になり、キャリパマウント１４の振動に起因するブレーキ鳴きを低減、防止することができる。
【００２２】
なお、上述のように突起部１０ｂ等の根元部分の肉盛りや肉削ぎを行うことにより、僅かな形状変更により突起部１０ｂ等の振動状態を大きく変更することが可能になり、振動特性を効率的に調整することができる。
【００２３】
以下、図２のフローチャートを用いて、具体的なステアリングナックル１０の設計方法を説明する。なお、本実施形態では、ステアリングナックル１０の設計をコンピュータ上で３Ｄモデルとしてコンピュータ支援エンジニアリング（ＣＡＥ）による例を説明する。
【００２４】
設計者は、まず、ステアリングナックル１０の基本設計を行う（Ｓ１００）。ここで、ステアリングナックル１０の基本設計とは、ステアリングナックル１０の形状、強度、重量等の決定を、所定の車両に搭載するための設計条件に基づいて行う。続いて、基本設計を完了したステアリングナックル１０に適応するキャリパマウント１４（キャリパ１２を含む）の形状等のデータを取得すると共に（Ｓ１０１）、その振動特性を取得する（Ｓ１０２）。キャリパ１２は使用するディスクブレーキ等の種類に応じて形状等が異なる。従って、キャリパ１２を含むキャリパマウント１４の振動特性も個々に異なる。そのため、キャリパ１２を含むキャリパマウント１４の形状データ、振動特性等は、予めデータ作成や振動解析を行っておき、それを読み込んでもよいし、この場で作成、解析を行ってもよい。なお、振動の解析には、例えば有限要素法を用いた解析手法等を用いることができる。
【００２５】
次に、基本設計を行ったステアリングナックル１０にキャリパ１２を含むキャリパマウント１４を固定した固定体１８（図１参照）を３Ｄ画面上で形成する（Ｓ１０３）。続いて、ステップ（Ｓ１０２）で取得したキャリパマウント１４の振動特性データに基づいて、固定体１８を構成するキャリパマウント１４を振動させ、固定体１８全体としての振動特性のシミュレーションを行う（Ｓ１０４）。この場合、例えば、図３（ａ）に示すような共振波形の分布が得られる。図３（ａ）においては、ピーク値Ｐの周波数において、ブレーキ鳴きが最も顕著に現れることになる（Ｓ１０５）。
【００２６】
もし、ブレーキ鳴きが存在する場合（Ｓ１０５のＹ）、その周波数のピーク値をステアリングナックル１０全体をダイナミックダンパとして機能させて、ブレーキ鳴きを低減するために、ステアリングナックル１０の形状変更を行う。具体的には、図１に示すように突起部１０ｂ等の周辺に肉盛り（必要に応じて肉削ぎ）を行う（Ｓ１０６）。ステアリングナックル１０の振動状態は、その形状によって変化するため、ステップ（Ｓ１０４）に移行し、形状変更後の固定体１８の振動特性のシミュレーションを再度行う。
【００２７】
もし、ステアリングナックル１０の形状変更により、キャリパマウント１４の捻り共振周波数とステアリングナックル１０の捻り共振周波数とが一致した場合、キャリパマウント１４とステアリングナックル１０とが一体として振動を開始する。つまり、ステアリングナックル１０がキャリパマウント１４に対してダイナミックダンパとして機能し始め、キャリパマウント１４単独の振動が停止しブレーキ鳴きの抑制が可能となる。図３（ｂ）には、ステアリングナックル１０をダイナミックダンパとして機能させた結果、ピーク値Ｐにおける周波数が低下し、その周波数におけるブレーキ鳴きが抑制される状態が視されている。もし、ステアリングナックル１０の形状変更を行ってもキャリパマウント１４の捻り共振周波数とステアリングナックル１０の捻り共振周波数とが一致せず、特定周波数のピークが顕著に存在する場合、つまりブレーキ鳴きがなおも存在する場合（Ｓ１０５のＹ）再度、ステップ（Ｓ１０６）及びそれ以降のステップを繰り返す。
【００２８】
このように、所望の周波数のブレーキ鳴きが抑制された場合（Ｓ１０５のＮ）、ステアリングナックル１０の形状を確定し（Ｓ１０７）、一連のステアリングナックル１０の設計を終了する。
【００２９】
このようなステアリングナックル１０の設計方法を採用することにより、ステアリングナックル１０をキャリパマウント１４に対しダイナミックダンパとして機能させ、キャリパマウント１４の振動を抑制しブレーキ鳴きを効果的かつ容易に低減することができる。
【００３０】
なお、ブレーキ鳴きは、一般に、パッドとディスクローターの当たり具合、使用状況等により発生する周波数が異なるが、キャリパマウント１４とステアリングナックル１０との組み合わせにより最も発生しやすいブレーキ鳴きの周波数は特定できる。そのため、本実施形態のステアリングナックル１０の設計手法を用いることにより、最も顕著に発生しているブレーキ鳴きの抑制を行うことが可能となる。
【００３１】
本実施形態においては、ステアリングナックル１０の一例として、ストラット式サスペンションに使用するステアリングナックルを示したが、ステアリングナックルの形状変更を行い、その捻り共振周波数を取り付けるキャリパマウントの捻り共振周波数と一致させことにより、ステアリングナックルをダイナミックダンパとして使用するものであれば、ステアリングナックルの形状や、その形状変更を行う部分、形状変更の方法等は任意であり、本実施形態と同様な効果を得ることができる。また、ダブルダブルウィッシュボーン式のサスペンションに使用するステアリングナックルの場合も、本実施形態と同様に、ステアリングナックルがダイナミックダンパとなるように形状変更を行うことにより同様な効果を得ることができる。
【００３２】
また、ステアリングナックルの形状変更は、肉盛り、肉削ぎに限定されることなく、例えば曲げ等により行うこともできる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本実施形態に係るステアリングナックルの設計方法により設計するステアリングナックルを含む固定体を説明する説明図である。
【図２】本実施形態に係るステアリングナックルの設計方法の手順を説明するフローチャートである。
【図３】本実施形態に係るステアリングナックルの設計方法によるステアリングナックルの形状変更前後の固定体の振動特性を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０  ステアリングナックル、１０ａ  開口部、１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ  突起部、１２  キャリパ、１４  キャリパマウント、１４ａ  マウント本体、１６  ハッチング部、１８  固定体、Ｐ  ピーク値。
【図１】
2005306146.tif 000003
【図２】
2005306146.tif 000004
【図３】
2005306146.tif 000005