JP2855826B2 - 車両用キャスタ角制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、車両のサスペンションにおけるキャスタ角
の制御装置に関し、特に、車体に加わる横加速度や前後
加速度や上下加速度に応じて適宜車両性能を向上させる
ようにキャスタ角を制御しうる、車両用キャスタ角制御
装置に関する。

〔従来の技術〕

自動車において、サスペンションのアライメント調整
を行なうことにより、車両の走行特性等を変更できるこ
とが知られており、サスペンション要素の一つであるキ
ャスタ角（以下、単にキャスタともいう）を調整して、
車両の走行性能を向上させ手段も提案されている。

かかるキャスタについては、角度を大きくすると直進
安定性が向上し小さくすると操舵性能が向上するので、
例えば、車速の大きさに応じてキャスタが大きくなるよ
うに制御して直進性能を向上させることや、操舵角の大
きさに応じてキャスタが小さくなるように制御して操舵
性能を向上させることが提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、サスペンションの設定により車両の乗り心
地が大きく左右されるが、サスペンション要素の一つで
あるキャスタ角を調整することにより、車両の乗り心地
を向上させることも考えられる。

本発明は、このような課題に鑑みて案出されたもの
で、車両の乗り心地を常に良好なものに保てるように車
両の走行状態に応じて適宜キャスタ角を制御できるよう
にした、車両用キャスタ角制御装置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〕

このため、本発明の車両用キャスタ角制御装置は、車
両のストラット式フロントサスペンションにおいて、ス
トラットの車体側取り付け部を車両前後方向にのみ駆動
することによりキャスタ角を調整しうるキャスタ角調整
機構と、走行状態に最適のキャスタ角を設定するキャス
タ角設定手段と、車両のキャスタ角が該キャスタ角設定
手段で設定されたキャスタ角をとるように該キャスタ角
調整機構を制御する制御手段とをそなえるとともに、該
車両の速度を検出する車速検出手段と、該車両の操舵角
を検出する操舵角検出手段と、車体に加わる横加速度を
検出する横加速度検出手段と、車体に加わる前後加速度
を検出する前後加速度検出手段と、車体に加わる上下加
速度を検出する上下加速度検出手段とをそなえて、該キ
ャスタ角設定手段が、該車速検出手段及び該操舵角検出
手段からの検出情報に基づいて該車両の旋回に伴う横加
速度を算出し、該横加速度検出手段で検出された横加速
度情報から上記旋回横加速度を減じた値を横加速度とし
て設定するとともに、該横加速度が大きくなるのに対応
してキャスタ角が大きくなるように横加速度に関する補
正係数を設定し、上記の前後加速度検出手段及び上下加
速度検出手段からの検出情報に基づいて、前後加速度又
は上下加速度が大きくなるのに対応してキャスタ角が小
さくなるように前後加速度及び上下加速度に関する補正
係数をそれぞれ設定するように構成されていることを特
徴としている。

〔作 用〕

上述の本発明の車両用キャスタ角制御装置では、キャ
スタ角設定手段で、車速検出手段及び操舵角検出手段か
らの検出情報に基づいて車両の旋回に伴う横加速度を算
出し、横加速度検出手段で検出された横加速度情報から
上記旋回横加速度を減じた値を横加速度として設定する
とともに、横加速度が大きくなるのに対応してキャスタ
角が大きくなるように横加速度に関する補正係数を設定
する。

また、前後加速度検出手段及び上下加速度検出手段の
各検出情報に基づいて、前後加速度又は上下加速度が大
きくなるのに対応してキャスタ角が小さくなるように前
後加速度及び上下加速度に関する補正係数をそれぞれ設
定する。そして、制御手段の制御によって、キャスタ角
調整機構が、ストラットの車体側取り付け部を車両前後
方向に駆動しながら車両のキャスタ角をキャスタ角設定
手段で設定されたキャスタ角へと調整する。これによ
り、横加速度に対応する制御では直進安定性が向上し、
前後加速度や上下加速度に対する制御では車輪に生じる
キックバックの車体への影響が小さくなる。

〔実 施 例〕

以下、図面により本発明の一実施例としての車両用キ
ャスタ角制御装置について説明すると、第１図はそのキ
ャスタ角制御の内容を示すフローチャート、第２〜５図
はいずれもそのキャスタ角の設定にかかる係数の特性を
示すグラフ、第６図はそのキャスタ角調整機構を示す分
解斜視図、第７図はそのキャスタ角調整機構をそなえた
サスペンションを示す斜視図、第８図はそのアクチュエ
ータの油圧回路構成図である。

まず、本装置を装備する車両のサスペンションについ
て説明すると、この実施例のサスペンションは、第６図
に示すように、乗用車用のストラット式のフロントサス
ペンションであって、左右のストラット1,1は、いずれ
も周知のようにショックアブソーバ２にコイルスプリン
グ３を組合わせて構成され、各ストラット1,1の部分が
車体４側に固定されている。各ストラット1,1の下端部
には、ナックル５およびハブ６を介して前輪７が回転自
在に装着されている。

また、ストラット１の下端部は、ロアアーム８を介し
て、サブフレームを兼ねるように前輪間に設けられたク
ロスメンバー９に連結され、ショックアブソーバ２を懸
架リンクの一部として利用したサスペンションを構成し
ている。

なお、10は、クロスメンバー９に設けたセンターメン
バ、11はディスクブレーキである。

そして、こうしたストラット1,1の頭部1A,1Aの取付部
に、この頭部1A,1Aをそれぞれ車体４の前後方向にスラ
イドさせることでキャスタ角を自在に調整しうるキャス
タ角調整機構（スライド機構）12,12が設けられてい
る。

なお、第６図において、27は駆動シャフト、28はスタ
ビライザーである。

このキャスタ角調整機構12,12はいずれも同様に構成
されており、第７図に示すように、ストラットタワーの
上面の車体４側に取り着けられたスライドベース14と、
ストラット１の上端に取り付けられてスライドベース14
に対してスライドしうるスライド板13とをそなえてい
る。

スライドベース14は、例えば長手側を車体前後方向に
向けた板部材15の中央に、車体前後方向と平行な略長方
形状の貫通孔16を設けられた構造になっており、貫通孔
16の車幅方向側と対応する二辺の全体に、断面がほぼ三
角形状の壁で構成される一対のレール部17,17を並行に
立設されている。このレール部17,17はいずれも内向き
に配置されており、これらの対向するレール部17,17間
及び貫通孔16の内部を、ストラット１の頭部1Aが貫通す
るようになっている。なお、17aはレール部17を支える
ためのリブである。

一方、スライダ板13は、スライドベース14のレール部
17,17間の距離に対応した寸法を持つ略長方形の板部材1
8と、この板部材18のレール部側の平行な二辺の全体に
設けられ上記のレール部17,17と嵌挿自在な楔形状をも
つ摺動壁部19,19とをそなえている。

摺動壁部19,19は、楔状の断面を有し、例えば板部材1
8の辺を頂部とした対称な三角形の壁を板部材18の側部
に一体に設けられたもので、上記のレール部17,17にガ
タ付くことなく摺接しており、これにより、スライド板
13がレール部17,17間でこのレール部17,17に案内されて
一定方向にスライドしうるようになっている。

なお、各摺動壁部19とこれに対応するレール部17との
間には、例えばローラベアリングを複数並設してなるニ
ードルローラベアリング20がスライド方向沿いに介在さ
れ、スライド板13を車体前後方向に沿って安定、スムー
ズにスライドできるようにしている。第７図中、21は摺
動壁部19の各四つの外側面に設けられたベアリング転動
面であり、長方形の凹部よりなっている。

そして、ストラット１の上端は、スライドベース14を
貫通してこのスライド板13の中央に設けられた円形の開
口13aに嵌挿されている。また、開口13aの前後に固定孔
22,22が設けられる一方ストラット１の頭部1Aの例えば
インシュレータ部分1aに一対（二本）の取付ボルト23,2
3が突設されて、固定孔22,22にこれらの取付ボルト23,2
3が締結されることにより、ストラット１の頭部1Aがス
ライド板13と一体化されている。これによって、スライ
ダ板13を前後方向にスライドさせることでフロントサス
ペンションのキャスタを可変にできるようにしている。
なお、24はストラット頭部を締結するためのナットを示
す。

そして、こうしたスライド機構12,12の各スライド板1
3には、ストラット頭部を車体前後方向に移動させるた
めのアクチュエータ（駆動装置）25がダイレクトに連結
されている。このアクチュエータ25としては、例えば図
示するように油圧シリンダ25Bを電磁弁等の油圧切替弁
を有する油圧給排系25Aを通じて駆動するようにした油
圧式のものが考えられる。

この場合、例えば第８図に示すような油圧回路構成が
考えられる。第８図において、25aは作動油の貯蔵され
るタンク、25bはポンプ、25cはポンプアキュムレータ、
25d,25eはメインアキュムレータ、25fはフィルタ、25g
はリリーフバルブ、25hはチェックバルブ、25i,25j,25
k,25lはコントロールバルブ、25m,25nはポジションセン
サであり、他の符号は前述と同様なものである。

このアクチュエータ25には、制御手段としてのコント
ローラ（マイクロコンピュータおよびその周辺回路から
なるもの）26が接続されていて、コントローラ26に取り
込まれる各種センサ（例えば、車速センサや操舵角セン
サや横加速度センサや前後加速度センサや上下加速度セ
ンサ）29からの情報に基づいて、車速Ｖや操舵角θや横
加速度gyや前後加速度gxや上下加速度gzの大きさに応じ
てキャスターの角度を調整できるようにしている。

特に、コントローラ26には、各センサからの検出情報
に基づいて最適のキャスタ角を設定するキャスタ角設定
部と、このキャスタ角設定部で設定されたキャスタ角を
とるようにキャスタ角調整機構を制御する制御部とをそ
なえている。

キャスタ角設定部では、以下のようにして、キャスタ
値Ｃを設定するようになっている。

つまり、キャスタ角の値Ｃは、 Ｃ＝C₀＋ΔＣ ・・・・・・（１） ただし、C₀＝キャスタ補助設定値 ΔC:補正補助設定値 と設定できる。

キャスタ補助設定値C₀については、第５図に示すよう
に、車速Ｖに対応して車速Ｖが大きいほど補助設定値C₀
を大きな値に設定するようになっている。したがって、
車速センサで検出された車速Ｖをこのようなマップ（第
５図）に対応させることで、キャスタ補助設定値C₀を設
定することができる。

また、補正補助設定値ΔＣは、直進走行時には、 ΔＣ＝Kgx・Kgy・Kgz・Ｃ′ ・・・（２） となり、 旋回走行時には、 ΔＣ＝Kgx・Kgy・Kgz・Ｃ″ ・・・（３） となる。

ただし、Kgx:前後加速度補正係数 Kgy:横加速度補正係数 Kgz:上下加速度補正係数 Ｃ′,C″：補正補助定数 なお、前後加速度補正係数Kgxは、第２図に示すよう
に前後加速度の大きさ|gx|が大きくなるほど減少する係
数であり、横加速度補正係数Kgyは、第３図に示すよう
に横加速度の大きさ|gy|が大きくなるほど増加する係数
であり、上下加速度補正係数Kgzは、第２図に示すよう
に上下加速度の大きさ|gz|が大きくなるほど減少する係
数である。

したがって、前後加速度センサ，横加速度センサ及び
上下加速度センサで検出された前後加速度gx,横加速度g
y及び上下加速度gzをこのようなマップ（第2,3,4図）に
対応させることで、前後加速度補正係数Kgx,横加速度補
正係数Kgy及び上下加速度補正係数Kgzを設定することが
できる。

ただし、旋回時には、旋回に伴う遠心力が車両に横方
向加速度として加わるので、横加速度gxについては横加
速度センサの検出値をこの遠心力の分だけ補正する必要
がある。すなわち、本発明は、路面の凹凸や横風等の外
乱要因により生じる横方向の加速度に応じてキャスタ角
を変更して直進性を向上させるものであり、旋回時に
は、遠心力により生じる横加速度を除外するようにして
いるのである。

遠心力について考えると、 ma＝mv²/r よって、 ａ＝v²/r＝v²/kθ＝Ｋ・v²/θ ・・・（４） ただし、r:旋回半径 a:旋回横加速度（＝gy′） θ：操舵角 k,K:定数 したがって、旋回時には、その横加速度ｇｙについて
は、横加速度センサで検出された横加速度gyからこの旋
回横加速度ａ（＝gy′）を引き算する（gy＝gy−gy′）
ことで得られ、この補正を施された横加速度ｇｙをマッ
プ（第３図）に対応させることで、横加速度補正係数Kg
yを設定するようにしている。

本発明の一実施例としての車両用キャスタ角制御装置
は、上述のごとく構成されているので、第１図に示すよ
うにキャスタ角制御が行なわれる。

つまり、まず、自動車のイグニッションスイッチのオ
ン直後等に、制御に関するパラメータを初期設定し（ス
テップS1）、車速V,操舵角θ及び横加速度gyを各センサ
から読込む（ステップS2）。

そして、続くステップS3で、ブレーキスイッチがオン
状態となっているかどうかを判断する。ブレーキスイッ
チがオン状態となっていれば（つまり、ブレーキが踏み
込まれていれば）、本キャスタ制御（車体に加わる加速
度に対応した制御）は行なわず、キャスタ角Ｃを一定に
保つか、又は、キャスタ角ＣをＣ＝C₀として、車速のみ
に応じた制御を行なう。

一方、ブレーキスイッチがオン状態となっていなけれ
ば（つまり、ブレーキが踏み込まれていなければ）、ス
テップS4へ進む。

なお、制動中に加速度に対応した制御を行なわないよ
うにしているが、制動時は制動安定上キャスタが大きい
ことが望ましいとされているのに対して、旋回制動時な
どにはキャスタを大きくするとコースアウトを助長する
畏れも考えられ、制御結果が不明確なところがあるた
め、制動中に制御を除外しているのである。

ステップS4では、操舵角θが０又はほぼ０となってい
るかどうかを判断する。操舵角θが０又はほぼ０となっ
ている場合には、直進中と判断して、ステップS5に進
み、操舵角θが０又はほぼ０となっていない場合には、
旋回中と判断して、ステップS6に進む。

ステップS5では、前後加速度センサ，横加速度センサ
及び上下加速度センサ検出された前後加速度gx,横加速
度gy及び上下加速度gzに対応して（第2,3,4図参照）設
定された前後加速度補正係数Kgx,横加速度補正係数Kgy
及び上下加速度補正係数Kgzを、前述の式（２）に代入
するようにして補正補助設定値ΔＣを設定する。

一方、ステップS6では、車速センサで検出された車速
Ｖと操舵角センサで検出された操舵角θとから、式
（４）（即ち、gy′＝Ｋ・v²/θ）に基づいて、補正の
ための旋回横加速度gy′を算出する。

次のステップS7で、横加速度センサで検出された横加
速度gyからこの旋回横加速度gy′を引き算（gy＝gy−g
y′）する。

そして、ステップS8で、前後加速度センサ上下加速度
センサ検出された前後加速度gx及び上下加速度gzとステ
ップS7で得られた補正済みの横加速度gyとに対応して
（第2,3,4図参照）前後加速度補正係数Kgx,横加速度補
正係数Kgy及び上下加速度補正係数Kgzを設定し、これら
の係数を前述の式（２）に代入するようにしてよって補
正補助設定値ΔＣを設定する。

このようにして、それぞれ補正補助設定値ΔＣから得
られたら、ステップS9へ進んで、前述の式（１）からキ
ャスタを算出する。つまり、キャスタ補助設定値C₀をマ
ップ（第５図）から車速Ｖに対応して設定し、この補助
設定値C₀に補正補助設定値ΔＣを加算する。

そして、上述のようにそれぞれ設定されたキャスタ角
をとるように、コントローラ26の制御部がキャスタ角調
整機構12のアクチュエータ25の作動を制御する。

この結果、横加速度に対してはその大きさに応じてキ
ャスタが大きくなるので、直進安定性が向上する利点が
あり、前後加速度や上下加速度に対してはその大きさに
応じてキャスタが小さくなるので、車輪に生じるキック
バックの車体への影響を小さくでき、乗り心地を向上さ
せることができる利点がある。

また、本発明では、検出された横加速度から遠心力に
より生じる横加速度を除外しているため、路面の凹凸や
横風等の外乱要因により生じる横方向の加速度に応じて
キャスタ角を変更できるという利点がある。

なお、本キャスタ角制御装置の適用は、この実施例の
ような構成のサスペンションやキャスタ角調整機構（ス
ライド機構）12に限るものではなく、上述のようなキャ
スタ角外力補正をしうるものであれば、他の構成のもの
にも広く適用可能であり、キャスタ制御の応答性調整
は、本実施例のようなキャスタ制御に限らず、従来から
提案されている車速対応制御や操舵角対応制御のみのキ
ャスタ制御等にも適用でき、運転フィーリングを良好に
できる効果がある。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明の車両用キャスタ角制御
装置によれば、車両のストラット式フロントサスペンシ
ョンにおいて、ストラットの車体側取り付け部を車両前
後方向にのみ駆動することによりキャスタ角を調整しう
るキャスタ角調整機構と、走行状態に最適のキャスタ角
を設定するキャスタ角設定手段と、車両のキャスタ角が
該キャスタ角設定手段で設定されたキャスタ角をとるよ
うに該キャスタ角調整機構を制御する制御手段をそなえ
るとともに、該車両の速度を検出する車速検出手段と、
該車両の操舵角を検出する操舵角検出手段と、車体に加
わる横加速度を検出する横加速度検出手段と、車体に加
わる前後加速度を検出する前後加速度検出手段と、車体
に加わる上下加速度を検出する上下加速度検出手段とを
そなえて、該キャスタ角設定手段が、該車速検出手段及
び該操舵角検出手段からの検出情報に基づいて該車両の
旋回に伴う横加速度を算出し、該横加速度検出手段で検
出された横加速度情報から上記旋回横加速度を減じた値
を横加速度として設定するとともに、該横加速度が大き
くなるのに対応してキャスタ角が大きくなるように横加
速度に関する補正係数を設定し、上記の前後加速度検出
手段及び上下加速度検出手段からの検出情報に基づい
て、前後加速度又は上下加速度が大きくなるのに対応し
てキャスタ角が小さくなるように前後加速度及び上下加
速度に関する補正係数をそれぞれ設定するように構成さ
れているので、直進安定性が向上する利点や、車輪に生
じるキックバックの車体への影響を小さくでき、車両の
乗り心地が向上するという利点がある。

また、検出された横加速度から遠心力により生じる横
加速度を除外しているため、路面の凹凸や横風等の外乱
要因により生じる横方向の加速度に応じてキャスタ角を
変更できるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１〜８図は本発明の一実施例としての車両用キャスタ
角制御装置を示すもので、第１図はそのキャスタ角制御
の内容を示すフローチャート、第２〜５図はいずれもそ
のキャスタ角の設定にかかる係数の特性を示すグラフ、
第６図はそのキャスタ角調整機構を示す分解斜視図、第
７図はそのキャスタ角調整機構をそなえたサスペンショ
ンを示す斜視図、第８図はそのアクチュエータの油圧回
路構成図である。 １……ストラット、1A……ストラット１の頭部、1a……
インシュレータ部分、２……ショックアブソーバ、３…
…コイルスプリング、４……車体、５……ナックル、６
……ハブ、７……前輪、８……ロアアーム、９……クロ
スメンバー、10……センターメンバ、11……ディスクブ
レーキ、12……キャスタ角調整機構（スライド機構）、
13……スライド板、13a……開口、14……スライドベー
ス、15……板部材、16……貫通孔、17……レール部、17
a……レール部、18……板部材、19……摺動壁部、20…
…ニードルローラベアリング、22……固定孔、23……取
付ボルト、24……ナット、25……アクチュエータ（駆動
装置）、25A……油圧給排系、25B……油圧シリンダ、25
a……タンク、25b……ポンプ、25c……ポンプアキュム
レータ、25d,25e……メインアキュムレータ、25f……フ
ィルタ、25g……リリーフバルブ、25h……チェックバル
ブ、25i,25j,25k,25l……コントロールバルブ、25m,25n
……ポジションセンサ、26……コントローラ、27……駆
動シャフト、28……スタビライザー、29……各種センサ
（車速センサや操舵角センサや横加速度センサや前後加
速度センサや上下加速度センサなど）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森田 隆夫 東京都港区芝５丁目33番８号 三菱自動 車工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−53416（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−151181（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−46702（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−78705（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−3979（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車両のストラット式フロントサスペンショ
   ンにおいて、 ストラットの車体側取り付け部を車両前後方向にのみ駆
   動することによりキャスタ角を調整しうるキャスタ角調
   整機構と、 走行状態に最適のキャスタ角を設定するキャスタ角設定
   手段と、 車両のキャスタ角が該キャスタ角設定手段で設定された
   キャスタ角をとるように該キャスタ角調整機構を制御す
   る制御手段とをそなえるとともに、 該車両の速度を検出する車速検出手段と、 該車両の操舵角を検出する操舵角検出手段と、 車体に加わる横加速度を検出する横加速度検出手段と、 車体に加わる前後加速度を検出する前後加速度検出手段
   と、 車体に加わる上下加速度を検出する上下加速度検出手段
   とをそなえて、 該キャスタ角設定手段が、 該車速検出手段及び該操舵角検出手段からの検出情報に
   基づいて該車両の旋回に伴う横加速度を算出し、該横加
   速度検出手段で検出された横加速度情報から上記旋回横
   加速度を減じた値を横加速度として設定するとともに、
   該横加速度が大きくなるのに対応してキャスタ角が大き
   くなるように横加速度に関する補正係数を設定し、 上記の前後加速度検出手段及び上下加速度検出手段から
   の検出情報に基づいて、前後加速度又は上下加速度が大
   きくなるのに対応してキャスタ角が小さくなるように前
   後加速度及び上下加速度に関する補正係数をそれぞれ設
   定するように構成されていることを特徴とする、車両用
   キャスタ角制御装置。