JP2004533355A - 車両サスペンションシステム用コントロールアーム - Google Patents

Abstract

サスペンションリンクとして使用するコントロールアームは、２つの類似する部材を有する。各部材は、略Ｗ字形の断面及び円形の端板を有する。各端板は、圧縮可能な部材を含むブッシュにより相互に結合する。通常負荷時、このブッシュの設置により、２つの部材が離間した状態に維持される。これにより、各部材は、長手方向の力を受けたときに曲がることが可能となる。横方向の力が生ずると、２つの部材は、相手の部材に向かって変位し、最終的に当接する。この当接は、コントロールアームの強度を大幅に増大することになり、座屈することなく過酷な横方向の力に耐えることを可能とする。

Description

【０００１】
［発明の分野］
本発明は、一般的には、ホイールハウジングに車両のフレーム若しくは構造部材を結合するリンク部材に係り、より詳細には、必要なときに十分なたわみ性を供する一方で、コントロールロッドの座屈の原因となりうる負荷中に適切で増大する支持機能を供する、独立懸架方式のサスペンションシステムにおけるコントロールロッドに関する。
【０００２】
［関連技術の説明］
今日の大部分の車両において、構造的な基礎台は、従来的なフレーム、若しくは単体構造（モノコック構造）の部材である。大部分の他の構成要素は、この基礎台に結合され若しくは取り付けられる。単体構造の場合、サブフレーム部材が、しばしば追加的な支持及び取り付け位置を供するために追加される。例えば、車輪は、構造的な基礎台に可動支持体によって結合されている。この車輪は、ホイールドラムを介して、この可動支持体に取り付けることができる。多くの他の構成要素は、適切な取付構造を使用して同様に取り付けられる。或いは、この結合が、フレームの部材に直接的に接続されることも可能である。
【０００３】
走行若しくは動作中、車両に種々の力が負荷されることになる。これらの力のすべては、最終的には、すべての関連部品を介してサブフレームに伝達される。車両のサスペンションシステムの場合、力は、可動支持部材を介して方向付けられることになり、多くの異なる応力及び荷重を発生させる。これらの力は、フレーム若しくは車体が、車両の前部及び後部間に延びるセンターライン（若しくは、中心軸）をもって略水平な位置となる箇所として、理解しやすい車両の方向を基準として言及される。
【０００４】
車両に発生する大部分の通常的な力は、ホイールハウジングの単純な垂直変位である。かかる変位は、道路における種々の隆起や物体に車両が出会うことによって引き起こされる。これらの隆起若しくは物体は、予測されると共に、車両のサスペンションシステムによって対処されなければならない。車室にこの動きを伝えることは望ましくないので、種々のショックアブソーバ及びスプリングが装着され、これらの力を処理している。サブフレームとホイールドラムハウジングとの間のリンクは、この方向に自由に回動し、すべての垂直方向の力がショックアブソーバ及びスプリングによって対処されるようにする。
【０００５】
長手方向の力も、車両が走行する際にホイールハウジングに負荷される。この結果、サスペンションのすべての構成要素に種々の力が付与される。また、引っ張り荷重は、ホイールが車両の中心線から離れる方向に引っ張られることによって力がホイールに負荷される際に、生じ、横方向の力（横力）は、ホイールが車両の中心線に向かって押されて、反対方向に生ずる。
【０００６】
車両のサスペンションシステムにおいて、構成要素のすべては、これらの荷重のそれぞれを適切に伝播しなければならない。この荷重の対処要求は、ホイールを取り付けるという基本機能に付加されるものであり、車両が機能することを可能とする。従って、システムの各構成要素は、その特定の目的のために特別に設計されなければならず、且つ、他のすべての構成要素と協働しなければならない。
【０００７】
独立懸架方式のリアサスペンションシステムにおいて、ホイールドラムハウジングをフレーム若しくはリアクレードルに結合する組立体は、多数のコントロールアームからなる。コントロールアームは、関連する車輪によって付与される上述の荷重のすべてを吸収するように要求される。鉛直方向の荷重は、一若しくはそれ以上のコントロールアームと協働するスプリング及び／又はショックアブソーバによって主に対処される。先に提案したように、コントロールアームは、鉛直方向で自由に変位できるようにヒンジ結合される。従って、すべての鉛直方向の荷重は、スプリング又はショックアブソーバに伝達される。
【０００８】
車輪は、上述の如く、多種多様な長手方向、横方向、引っ張り方向の荷重を受ける。車輪に負荷される力の多種多様な合成が、コントロールアームに負荷されることになる。最終的には、コントロールアーム自体が、車輪に負荷されている力に起因した長手方向、横方向、引っ張り方向の荷重を受けることになる。車輪（及びホイールドラムハウジング）に負荷される力が、如何なる力であれ、如何なる力の合成であれども、各コントロールアームに負荷される結果としての力は、当該構成要素によって適切に対処されなければならない。かくして、各コントロールアーム及びそのエラストマーブッシュは、負荷される力を、その方向に依存して、対処するように構成される。長手方向、横方向、引っ張り方向でコントロールアームに負荷される、結果としての力が、コントロールアームが達成する種々の応答について議論される力であることを、理解されるべきである。
【０００９】
引っ張り荷重（フレームから離れる方向の荷重）は、典型的には、最小であり、個別に考慮される必要はなく、長手方向、横方向の荷重が、コントロールアームに対する最も考慮すべき事項である。長手方向の荷重（コントロールアームにトルクを発生させる）が負荷されている間、サスペンションリンクとして同様に称されるリアモスト（最も後方）のコントロールアームにおいて柔軟なねじれモードを有することが望ましい。換言すると、長手方向の荷重下での剛な反発は、この力が乗員によって体感されてしまうので、望ましくない。逆に、横方向の荷重（圧縮荷重）（フレームにコントロールアームを付勢する）は、非常に大きく、サスペンションリンクを座屈させうる。このことが、長手方向において適切にたわみ性を有し、且つ、横方向に十分な強度を有するサスペンションリンクを設計することを困難化している。
【００１０】
走行中の車両によって負荷される長手方向の力を対処する、多種多様なサスペンションシステムが提案されている。例えば、１９９６年３月２０日にＫｕｓａｍａ他に発行された米国特許第５，６６２，３４８号は、大部分の長手方向の応力に晒されるコントロールアームの部位が、各端部で曲げられ、より剛なフレームを付与する、一部材によるサスペンションアームを開示する。Ｋｕｓａｍａ他は、より少ない材料を使用して、サスペンションアームを軽量化しつつ、長手方向の力に十分な抗力を付与している。更に、Ｋｕｓａｍａ他は、負荷される比較的大きい横方向の荷重について言及していない。
【００１１】
かくして、高い横方向の荷重に対して適切な支持を供しつつ柔軟なねじれモードを有したコントロールアームを提供する必要性がある。
【００１２】
［発明の概要］
本発明は、特に独立懸架方式のリアサスペンションシステムにおける、サスペンションリンク用のツーピースのコントロールアームを提供する。本コントロールアームは、フロント及びリアの独立懸架方式のサスペンションシステムの双方における他のコントロールアーム位置においても適用可能である。好ましい実施例では、コントロールアームの各ピースは、略Ｗ字形の断面を大部分の長さにわたり有する。他の断面形状も、同一の結果を得るように付与されてよい。コントロールアームの各ピースの端部は、相互にメール／フィーメールの関係で嵌合するように構成されている。圧縮可能なブッシュ及び管状のインサートがこれらの各端部に設けられ、これらを固定距離で離間した状態に維持することにより、２つのピースのそれぞれのエッジ間に、発達したギャップ（ディベロップド・ギャップ）を形成するようにする。第２のピースの管状端部は、第１のピースの管状端部上にスライド嵌合される。双方は、その後膨張し、相互にロックされる。２つの端部間の摩擦による係合によって、２つのピースを相互にロックしつつ、離間状態にさせる。サスペンションリンクにより高いレベルの荷重が負荷される際、車両の動作中に２つのピースは曲がり始めて互いに変位する。荷重がなくなったとき、金属の弾性によって、２つのピースは元の位置に復帰し、ギャップを再び発生させる。
【００１３】
使用時、ツーピースのコントロールアームは、発生する応力の種類に依存して、異なる態様で応答することができる。具体的には、当該部品は、ある応力に対しては比較的“強い”特性を有する一方で、他の応力に対しては比較的柔軟な特性を有する。
【００１４】
ツーピースのコントロールアームの長手方向の（コントロールアームにトルクを発生させる）負荷の間、コントロールアームの各ピースは、離間した状態を維持し、負荷される応力に応じて、独立的に捩じれ若しくは変位する。ツーピースのコントロールアームの横方向の負荷の間、コントロールアームの各ピースは、相互に向かうように圧縮変形し、横方向の荷重が十分に大きくなると、互いに接触する。かかる接触は、中間の平らな部位と共に各エッジにも生じる。ツーピースのコントロールアームが一体となるので、コントロールアーム全体としては、実質的に強度を増し、非常に大きな横方向の荷重に耐えることができる。
【００１５】
このツーピースのコントロールアームは、適切なレベルの支持機能をもって３方向すべての入力を対処することができる一方で、最も過酷な横方向の入力中に２倍以上の板厚のワンピースの打ち抜き加工品よりも大きな支持機能を供する点で、有用である。これによって、より少ない材料でコントロールアームを製造することが可能となり、相当なコスト低減を図ることができる。更に、使用される資材は、相当に薄くすることができ、より安価な資材を購入し利用することができる。より薄い材料の使用は、資材から各ピースを打ち抜くのに要する労力を低減する点で、製造負担を除去する。これらの低減にも拘らず、より強度のあるより適切なコントロールアームが製造される。
【００１６】
例えば、従来的なワンピースのサスペンションリンクコントロールアームは、管状の資材から形成される。管状の資材は、一般的には、同一の材料のシート材若しくはブランク材に比して２倍から２倍半高価である。本工程では、単一のプレスストロークにより、コントロールアームの両ピースが形成される。逆に、管状の資材は、曲げ加工及び形状だしが必要となる。種々の取付機構が、これに結合されなければならない。管状の資材を曲げ加工及び形状だしすることが困難であり、時間がかかり高コストであることは、重大な課題である。結果として、材料の価格及び製造コストを考慮する場合に、従来的なコントロールアームは、ツーピースのコントロールアームに比して３倍ものコストがかかると共に、効果的に機能しないだろう。
【００１７】
本発明の目的は、増大する横方向の力が負荷される際に強度が増すツーピースのコントロールアームを提供することにある。
【００１８】
本発明の他の目的は、長手方向の力が負荷される際に柔軟なねじれモードを有するツーピースのコントロールアームを提供することにある。
【００１９】
本発明の更なる他の目的は、十分な横方向の力が負荷され相互に接触するまではツーピースが独立に機能する、ツーピースのコントロールアームを提供することにある。
【００２０】
本発明の更なる他の目的は、横方向の力がコントロールアームに負荷される際に強度を増すと共に、長手方向の力がコントロールアームに負荷される際に柔軟なねじれモードを呈するツーピースのコントロールアームを利用した、リアサスペンションシステムにおけるサスペンションリンクを提供することにある。
【００２１】
［好ましい実施例の詳細な説明］
図１を参照するに、本発明のツーピース（２部材構成）のコントロールアーム２０が、独立懸架方式のリアサスペンションシステム８の構成で示されている。リアクレードル１０は、車両のフレームの部位を形成する。ホイールドラムハウジング１２は、ブレーキ装置及び車輪を支持する。ホイールドラムハウジング１２は、リアクレードル１０に取り付けられ、リアアクスルライン１６にアラインメントされる。図示のように、３つのコントロールアーム、即ち、リアコントロールアーム２０（サスペンションリンク２０）、アッパーコントロールアーム２２及びフロントコントロールアーム２３は、ホイールドラムハウジング１２をリアクレードル１０に接続する。スプリング１４及びショックアブソーバ（図示せず）は、ホイールドラムハウジング１２の垂直変位を吸収するためフロントコントロールアーム２３に結合するが、サスペンションリンク２０及びアッパーコントロールアーム２２は、この方向に回動自在である。車両の前部（フロント）は、図示の通りである。サスペンションリンク２０は、図示される３つの異なる力を対処するように設計されなければならない。ホイールドラムハウジング１２の車両の中心線に沿った（リアクレードル１０を基準とした）移動は、矢印Ｌによって図示される長手方向の力を生む。ホイールドラムハウジング１２の車両の中心線から離れる移動は、矢印Ｔｅによって図示される引っ張り方向の荷重を生む。また、ホイールドラムハウジング１２の車両の中心線に向かう移動は、矢印Ｔによって図示される横方向の力を生む。一般的に、長手方向、横方向、及び引っ張り方向の力は、過多の外部ファクターに起因した多様な結合で、ホイールドラムハウジング１２に負荷されることになる。これらの力が負荷されると、ホイールドラムハウジング１２に、リアクレードル１０を基準とした変位が引き起こされる。この変位は、サスペンションリンク２０を含むすべての構成要素に力を負荷する。このようにして、コントロールリンク２０は、リアクレードル１０を基準としたホイールドラムハウジング１２の変位に起因して、長手方向、横方向、及び引っ張り方向の力を独立的に受ける。ホイールドラムハウジング１２に負荷される力の大きさ及び方向に拘わらず、ここで対象となるのは、結果としてサスペンションリンク２０に負荷される力である。
【００２２】
図示のように、サスペンションリンク２０は、ツーピース構造を利用した簡易なコントロールアームである。サスペンションリンク２０は、この構成から大部分の恩恵を受ける、というのは、長手方向の負荷を受けたとき柔軟なねじりモードを有すべきである一方で、横方向の負荷の下では非常の剛であり且つ構造的に堅固であるべきであるためである。更に、アッパーコントロールアーム２２は、図中では単に管状の部材として示されているが、ツーピース構造を利用することも可能である。アッパーコントロールアーム２２に対してツーピース構造を利用することは、十分安価な故に効果的であるだろう。最後に、多くのサスペンションシステムは、３つ以上のコントロールアームを利用し、追加のツーピースのコントロールアームを使用することができる。一般的に、フロントコントロールアーム２３は、非常に剛のままであり、非常に厚みのあるワンピースの部材であるだろう。これは、フロントコントロールアーム２３は、使用するショック若しくはサスペンションを支持するために、非常に剛性があり且つ強度を有している必要があるためである。このようにして、これは、残りのコントロールアームよりも重量が大きくなる。
【００２３】
図２を参照するに、ツーピースのコントロールアーム２０が、細長い第１のコントロールアーム２４と略同様の細長い第２のコントロールアーム２６とを有して、示されている。各部材２４，２６は、円形の端部断面３６で終端する。部材２４，２６は、第１のブッシュ２８及び第２のブッシュ３０で相互結合する。
【００２４】
図３を参照するに、第２のブッシュ３０がライン３−３で切られた断面で示されている。内側のシリンダ３１は、第１の部材２４及び第２の部材２６に挿通される。圧縮可能な部材３８は、内側のシリンダ３１を包囲し、ゴムのような適切な材料により形成される。第１の部材２４の管状の内側のシェル４６（以下、「管状インナシェル４６」という）は、圧縮可能な部位３８を包囲する。第２の部材２６の管状の外側のシェル４８（以下、「管状アウタシェル４８」という）は、管状インナシェル４６を包囲する。管状インナシェル４６は、外方向に反り返され、管状インナシェル４６及び管状アウタシェル４８が確実に当接しあい、効果的に互いをロックするようにする。図２を参照するに、部材２４，２６は、相互に対して離間しており、発達したギャップ３２が残存する。コントロールアーム２０に負荷される横方向の力は、部材２４，２６を僅かに曲げ、それらが相互に向かって変位すると共に当接することを可能として、発達したギャップ３２を小さくし若しくはなくす。
【００２５】
図４は、図２のライン４−４による断面図であり、第１の部材２４及び第２の部材２６のそれぞれが、図示する好ましい実施例における略Ｗ字形の断面を如何にして有するかを示す。他の断面形状も、同一の結果を達成するように選択することが可能である。各部材２４，２６は、第１のエッジ４０及び第２のエッジ４２で終端し、それらの間には中央のウェブ４４が中間に形成されている。ブッシュ２８，３０は、第１の部材２４及び第２の部材２６を図４に示すような実質的に離間した状態に維持し、各部材２４，２６の第１のエッジ４０、第２のエッジ４２及び中央のウェブ４４の各々が通常時に相互に接触しないようにする。
【００２６】
図５は、コントロールアーム２０の上部斜視図を示す。図からわかるように、第１の部材２４は、各端部３６から突出する管状インナシェル４６を有する。対応して、第２の部材２６は、円形の部位３６内で各端部に位置する管状アウタシェル４８を有する。管状インナシェル４６は、管状アウタシェル４８内に緊密に嵌合するように構成される。管状インナシェル４６は、このようにして一度配置されると、当該位置に管状インナシェル４６及び管状アウタシェル４８を相互にロックするために、反り返される。
【００２７】
図６は、力が一切負荷されていない状態のコントロールアーム２０の断面図を示す。図示のように、第１の部材２４は、発達したギャップ３２をもって最大限に第２の部材２６から離間している。図示のように、第１のエッジ４０、第２のエッジ４２及び接触領域４４は、第１の部材２４と第２の部材２６間におけるそれらの相手部位にそれぞれ接触していない。
【００２８】
図７は、コントロールアーム２０に時計回りのトルクを発生させる長手方向の力が負荷されたときのコントロールアーム２０を示す。図示のように、第１の部材２４及び第２の部材２６は、相互に独立して回転することができ、これにより、長手方向の力を吸収する。第１の部材２４は、第２の部材２６から依然として離間しているので、柔軟なねじりモードが付与され、これにより、サスペンションシステムにおける十分なたわみ性を可能とする。図８は、長手方向の力が反時計回りに負荷されたコントロールアーム２０を簡易的に示す。
【００２９】
図９に示すように、コントロールアーム２０は、横方向の力を受けている。初期的には、圧縮可能な部材３８がこれらの力を吸収する。これらの力が増大すると、横方向の力が部材２４，２６を座屈させるほどの大きさ、より正確には曲げるほどの大きさとなった際に、第１の部材２４は、第２の部材２６に向かって変位することになる。第１の部材２４及び第２の部材２６の第１のエッジ４０、第２のエッジ４２及び中央のウェブ４４の各々は、相互に向かって変位する。十分な横方向の力が負荷されたとき、図１０に示すように、第１のエッジ４０、第２のエッジ４２及び中央のウェブ４４は、相互に当接することになる。これにより、第１の部材２４及び第２の部材２６が一体のコントロールアーム２０を形成することになり、図１０に示すようにコントロールアーム２０の強度が、第１の部材２４若しくは第２の部材２６単体よりも実質的に増大し、コントロールアーム２２が破壊することが防止される。横方向の荷重がなくなると、部材２４，２６の弾性によって、コントロールアーム２０は、元の形状に復帰する。
【００３０】
当業者であれば、本発明は、その精神及び中心的な特質を逸脱することなく、他の特別な構成で具現化されてよいことを、更に認識するだろう。本発明の上記説明においては、例示的な実施形態のみが開示されているが、他の異形態が本発明の精神の範囲内で推考されることを理解されるべきである。従って、本発明は、詳細に説明された特定の実施形態に限定されることはない。むしろ、参照は、本発明の精神及び内容の示すものとして掲げた請求の範囲に対してなされるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
複数のコントロールアームによってホイールドラム（若しくは、ディスク）ハウジングが取り付けられたリアクレードルの斜視図である。
【図２】
本発明のツーピースのコントロールアームの側部斜視図である。
【図３】
ライン３−３に関するコントロールアーム内のブッシュの断面図である。
【図４】
ライン４−４に関するツーピースのコントロールアームの断面図である。
【図５】
本発明のツーピースのコントロールアームの上部斜視図である。
【図６】
無負荷状態における、ライン４−４に関するツーピースのコントロールアームの断面図である。
【図７】
時計回り方向のねじれ状態における、ライン４−４に関するツーピースのコントロールアームの断面図である。
【図８】
反時計回り方向のねじれ状態における、ライン４−４に関するツーピースのコントロールアームの断面図である。
【図９】
増大した横方向の負荷状態における、ライン４−４に関するツーピースのコントロールアームの断面図である。
【図１０】
横方向の高負荷状態における、ライン４−４に関するツーピースのコントロールアームの断面図である。

Claims (7)

1. 第１の端部及び第２の端部を細長い部位を介して有した第１の部材と、
   第１の端部及び第２の端部を細長い部位を介して有した第２の部材とを含む、サスペンションシステム用コントロールアームであって、
   上記第１の部材と上記第２の部材との間に間隙が発達し維持されるように、上記第１の部材の第１の端部は、上記第２の部材の第１の端部に結合可能であり、且つ、上記第１の部材の第２の端部は、上記第２の部材の第２の端部に結合可能であり、
   上記第１の部材及び上記第２の部材を相互に向かって曲げるほどの力が、横方向に負荷されている間のみ、上記第１の部材が、上記第２の部材に当接し、発達した間隙をなくすことができ、
   力が除去されたときに、上記第１の部材及び上記第２の部材が、上記第１の部材及び上記第２の部材の弾性に起因して、相互から離れる、コントロールアーム。
2. 上記第１の部材と上記第２の部材との間の結合手段が、ブッシュである、請求項１記載のコントロールアーム。
3. 上記ブッシュが、
   上記第１の部材の上記第１の端部に設けられ、第１の圧縮可能な部材を包囲する第１の内側の管状のシェルと、
   上記第１の部材の上記第２の端部に設けられ、第２の圧縮可能な部材を包囲する第２の内側の管状のシェルと、
   上記第２の部材の上記第１の端部に設けられ、上記第１の内側の管状のシェルを包囲する第１の外側の管状のシェルと、
   上記第２の部材の上記第２の端部に設けられ、上記第２の内側の管状のシェルを包囲する第２の外側の管状のシェルとを含む、請求項２記載のコントロールアーム。
4. 上記第１の部材及び上記第２の部材のそれぞれが、上記細長い部位にわたりＷ字形の断面を有する、請求項１記載のコントロールアーム。
5. 上記Ｗ字形の断面は、上記第１及び第２の部材のそれぞれにおいて、第１のエッジ、第２のエッジ、及び中央のウェブを形成する、請求項４記載のコントロールアーム。
6. 横方向に十分な荷重が負荷されたときに、上記第１の部材の上記第１のエッジ、第２のエッジ及び中央のウェブは、上記間隙がなくなるように、上記第２の部材の上記第１のエッジ、第２のエッジ、及び中央のウェブのそれぞれに接触する、請求項５記載のコントロールアーム。
7. 上記第１の部材及び上記第２の部材は、長手方向の荷重が生じたときに、相対的に一時的に捩れることができる、請求項１記載のコントロールアーム。

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