悬架技术的现状及今后的动向

1、悬架技术的现状及今后的动向Trends and Perspective of Suspension System川越 健次 Kenji Kawagoe State-of-the-art front and rear suspension systems and methodologies to develop suspension systems are analyzed in this paper.Furthermore,in-wheel-motor suspension is also researched form the point of view that EV era would

2、change vehicle platform and the structure of suspension.With consideration of these trends,the possibility of future suspension systems around 2015-2020 is forecasted.Key Word: Suspension System, Vehicle Dynamics, Technical Trend/Electric Vehicle(EV),Forecasting。1、 前言悬架有支持车辆、将力传递给轮胎、减轻行驶时的振动等作用，是决定汽

3、车运动性能的重要因素。本文将分析有关悬架系统的现行动向，来研究悬架将来的发展。第2、3章将介绍前悬、后悬的现状（1）（2），第4章将主要介绍悬架开发手法现状的最新动向。第5章将简单的说明轮内电机驱动的悬架开发状况。第6章将分析最近车的环境变化，来预测今后悬架的动向。2、前悬的现状2.1. 减震柱式独立悬挂及其派生FF车的前悬的约90%，FR车的约30%是MacPherson Strut式悬架，它有着零件数少，成本低，在小型车上装配简单的特征。Megane RS/Clio Sport（3）车分割了减震柱的车桥，使用主销轴（king pin）采用了新的悬架（图1）。这样减少了king pin of

4、fset，实现了negativescrub化，减低了驱动时扭力转向制动的steering特性。图1 Megane RS/Clio Sport的king pin独立前悬22.双叉臂式悬架及其派生双叉臂式悬架因其转向销特性、外倾角特性，使之在对位（alignment）上的设计自由度高，在FR车上大概占了6成（2）。407采用了在双叉臂式悬架的的桥（Axle）上装上一个独立转向轴的新的悬架（图2）。它让upper link 的out球窝街头和转向轴（king pin）独立，使upper link的配置自由度更高，有减低驱动时的扭力转向的效果。图2 407的king pin独立前悬2.3. 多连杆式悬

5、架的进化双接头（double joint）可以使转向轴在假想线上配置，提高了设计的自由度。Lexus LS采用了上下双接头（double joint）的多连杆式悬架（5）（图3）。转舵时，因为球窝接头的有效移动，增加了内轮的转向（king pin）倾角和外轮的主销内倾角（caster）提升了操舵力。图3 Lexus LS的双接头（double joint）的多连杆式悬架3.后悬的现状3.1.减震柱式悬架减震柱悬架因为容易在FF车、4WD车上共有floor，在1980年代用的很多。但是因为其roll center 高的变化大，要增加后悬的link，失去了在搭载上的优势。随着扭力梁式悬架的出现，现

6、在在FF车上只占10%以下。3.2. 扭力梁式悬架FF车也像小型车一样，扭力梁式悬架的比例在增加。不光成本低，还可以在轮胎中间设置备胎、油箱，很容易在小型车上搭载。在性能上，由于旋回时的roll center高、对地的外倾角变化小，所以在旋回性能上有优势。另一方面弹性中心在轮胎的前方，有横力柔性转向变为OS的课题，在从拖臂push的角度，谋求构造上的改善。3.3.Spherical Parabolic Spring Axle新的A-Class采用了Spherical Parabolic Spring Axle（6）（图4）。它是由支持左右轮的前方的拱型的桥和伸向斜后的link构成的。后方的li

7、nk装配点，由拥有在车辆中心的回转轴的部品来支持的。roll center高动的变化和前束变化的US化，提高了车高高的车的车辆操舵应答性·旋回安定性。图4 A-Class的Spherical Parabolic Spring Axle3.4. 双叉臂式悬架和其发展在FF小型车上上也采用了和Mini旧3系列（E36）同样构成的双叉臂式悬架（图5）。由托臂决定它的前束特性，由两根长的上下link决定前轮外倾和roll center高。 拖臂 螺旋弹簧 横摆稳定杆Upper link Lower link横摆稳定杆Upper link图5 Mini的双叉臂式悬架·后悬3.5.有H

8、臂的多连杆悬架FF的D区格的车采用多连杆悬架的比率很高。因为会影响悬架的size、形状、振动、音振、乘坐舒适性的平衡，各公司在车体装配点以及link的配置方面下了很大的功夫。A4的Trapezoidal-link Rear Suspension是由H臂和2个link构成的（图6）。前束特性由lower link和H臂的后方球状接头决定，旋回时，确保制动时的车辆前束的安定性。另一方面，弹簧、减震器装在axle 上，同时也和axle 分离，实现了低底盘化。7系列也用了H臂，由3根构成，H臂的利用，使悬架的形状单纯化，使悬架更低。 （7）（9）。图6 A4的Trapezoidal-link Rear

9、 Suspension3.64连杆或者5连杆的多连杆式悬架在FR车上，多连杆式悬架的比率大概为50%。5连杆的多连杆式悬架在1982年首次在190E(W201)上搭载，从新3系列（E90）开始，各厂家开始大量的搭载。Skyline的upper由A臂，4link构成，在后排为了扩大行李箱的容积，将弹簧装配在lower link，（图7）。GT-R重视减低高G时的alignment的变化，SUSPENSION MBR由6点固定。而且前后的pipe分成上下2段，使之闭断面化，在刚性，精度方面比一般的车大幅度提高了（图8）。 (9)（8）图7，Skyline的多连杆式悬架·后悬 cross

10、member（后侧）Main pipe（上侧）cross member（前侧）Main pipe（下侧）图8 GT-R的后悬大梁4.悬架开发的最新技术4.1.悬架的设计以及性能预测悬架是由一个相当于假想link的摇动轴（正确的说是screw轴）和king pin轴来决定它的特征的（图9）（12）。决定了这两个轴，在几何学上就可以决定5个link。根据轴的布置方法不同，可以减少轴的数目。而且想象成弹性轴还可以进行满足复数弹性目标值的设计（13）。 根据ADAMS、FEM的解析，已经开发出来了只做一次的试制，差不多就可以满足目标的系统。图9 代表悬架特性的两个瞬间中心轴4.2.Real World

11、实车评价一方面，有关车的感觉，不能说在纸面上的性能预测能力已经很充足，有很多工作还是需要在Real World走行。欧洲的一些生产厂家使用公共道路，进行这方面的评价，在日本具有和Real World相近的复合条件（车速、路面不整、路面R、路面角度等的组合）的场地的重要性越来越大。4.3评价指标的多样化有关车感觉的评价的定量化是一个重要的课题，有很多的组合。比如说，通过标准化操舵力入力，制定评价指标来提高操舵力感（14）。将旋回时的roll和pitch的统合作为目标，提高“roll 感”，像（15）（16）这样的活动都加入到了悬架设计中了。近年来，走行时的四轮定位·6分力测定机，自动s

12、teering输入装置，GPS等测量手段（图10）有很大的发展，我们期待着能有更深层次的研究进展。图10 自动操舵输入的四轮定位变化，轮胎6分力测量实验5. In wheel motor悬架5.1.EV化随着人们越来越关注环境问题，可以预测今后HEV、EV等motor驱动车会增加。所以人们在认为之前的悬架是合理的同时，也在考虑符合motor驱动特征的悬架的设计。5.2. In wheel motor悬架In wheel motor悬架有提高车辆布局自由度的优势，在检讨inner rotor型以及设置在悬架、刹车的外周的motor的out rotor型两种（图11）。out rotor型需要悬架

13、系统的变更少，但是有road wheel大型化的课题。另一方面，inner rotor对悬架的配置有很大的制约，在现时点两个都有可能性。Version IIIVersion II （参考）inner rotor motor图11 抑制弹簧下振动型In wheel motor悬架 out rotor motor5.3.弹簧下质量增加的乘坐舒适性补偿弹簧下质量增加是In wheel motor的一个课题。这会使得弹簧下的共振频率降低，振动上升，从而影响乘坐舒适性。针对此，有人提案（17）介入一个motor，作为对wheel的弹性支持，构成dynamic damper,使之成为一个能改善乘坐舒适性的

14、In wheel motor（图11）。5.4.只有motor驱动才有的机能追加搭载在研究车辆Concept上的Active Wheel（18）具有wheel内上下行程机能，带来了托臂上旋回时逆roll的机能。（图12）。Motor的小型化是以后发展的关键，显示出了创出附加价值的可能性。为了In wheel motor的实用化，需要更多的研究。图12 搭载在研究车辆Concept上的Active Wheel（18）6.将来展望6.1.市场的改变（简单化、低成本化）自动车市场在渐渐的从美国、欧洲、日本转向以BRICs为首的发展中国家。所以它要求机能最小化、低成本化，可以现地生产。将来，在短开发周

15、期中的复杂的设计性能、制造预测技术等将会变得更加重要。6.2.和控制系统的融合一直以来在悬架的设计上，都是注重各性能的平衡来设计的，今后，如果以统合控制、XBW,ITS等控制系统为前提的话，在控制上补充回舵、高速时的操舵力、减速时的安定性等也渐渐被人们注意。以必要的性能为基础，提高车辆的整体性能的考虑方法变得越来越重要。6.3.环境对应In wheel motor很老，在1900年的巴黎万博会上，搭载在Porsche的EV车上。100年间，光芒隐藏在内燃机关后，没有成为主流，但是现在随着电动要素的技术革新，再一度登上了舞台，如果能和动力源一起让自动车的布局一新的话，自动车有大的变革的可能性。也

16、是探讨悬架新的可能性的大好时机。6.4.新流动性自动车用途的扩大也是未来趋势的一种。人们会追求能带到居住空间里去的新的流动性功能，这是在之前的车上没有的性能。比如说追求在有段差有楼梯的地方也可以移动，以及像人一样能够全方向的。关于跨越段差，有人提案移动（holonomic运动）的功能（图13）用让自由度冗长的悬架根据状况来变化（19）。而且在竞技用机器人上安装一种叫全方向的车轮，已经可以实现全方向移动。但是在乘用车上的应用的话，就不能无视构造的复杂化、维持走行、车辆姿势上需要的多余的能量等缺点。要想新流动性变成现实，还需要在研究机关实施的机器人研究和自动车研究开发融合起来。图13 移动型机器人

17、 Halluc II（19）参考文献（1）川边喜裕：悬架的现状和未来，自动车技术，Vol.56,No1(2002)（2）小国康夫：底盘·车辆控制装置，自动车技术这10年，p.138-144(2007)（3）Renault new Clio Sport Press Information（4）Peugeot 407 Press Information（5）中村大助：雷克萨斯LS的底盘和运动性能，Toyota technical review，Vol.222,p.72-77(2006)（6）Die neue Mercedes-Benz A-Klasse,ATZ(2004)（7）Die n

18、eue BMW-Mini,ATZ(2002)（8）R.Hudler,et al.:The new Audi A4s Axles, ATZ MTZ extra,58922(2007)（9）日产Skyline，Press Information（10）日产GT-R, Press Information（11）最新悬架大图鉴，Motor fan illustrated，Vol.3,p14-79(2007)（12）M.B.Gerrard:Kinematic Suspension Linkages-A model for Their Behaviour and a Procedure for Desire Design,SAE Paper 2002-01-0281（13）中村和浩等：基于弹性主轴理论的悬架设计技术的开发，Toyota technical review，Vol.222,p.32-35（2006）（14）久代育生等：低频率的操舵扭矩入力的车辆运动特性，自动车技术会2006春季大会前刷集，No.200605089（2006）（15）川越健次：为了提高roll感的悬架技术，自动车技术，Vol.51,No.11,p,20-