JP2006264365A - サスペンション装置 - Google Patents

Abstract

【課題】開断面構造のビームを用いてねじりを許容しつつ、当該ビームの曲げ剛性を高めることができるサスペンション装置を提供する。
【解決手段】車両前後方向に延在し、車輪を回転自在に支持する回転支持部材に後端部を連結し、車体に前端部を連結する左右一対のトレーリングアーム１と、車幅方向に延在し、車幅方向端部を夫々トレーリングアーム１に連結するトーションビーム３とを備え、トーションビーム３を、車幅方向端部を夫々トレーリングアーム１に連結する１又は２以上の開断面構造のメインビーム３１と、車幅方向端部を夫々トレーリングアーム１に連結し、メインビーム３１を補助する１又は２以上のサブビーム３２とから構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、連結部材によって車両左右のトレーリングアームが結合されたサスペンション装置に関するものである。

従来のサスペンション装置としては、車両の左右両側に配設されるトレーリングアームと、２つのトレーリングアームの車両前端部を結ぶ、断面が略Ｕ字形状のトーションビームとを備えるというものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
トーションビームは、左右のトレーリングアームが上下逆相に移動する場合（旋回時等）にねじりバネとして機能してねじりを許容しつつ、車輪に車両横方向の力が加わった場合に曲げ方向のバネとして機能するものである。
実公平７−４７２０６号公報

ところで、トーションビームの曲げ方向の剛性は、操縦安定性の要件から限りなく大きくしたいが、上記従来のサスペンション装置にあっては、トーションビームが開断面構造であるため、十分な曲げ剛性を得ることができないという未解決の課題がある。
トーションビームの曲げ剛性を高めるために、トーションビームの板厚を上げたり、トーションビームの断面を閉断面構造としたりすることにより断面２次モーメントを向上させる方法が考えられるが、この場合、ビームがねじりバネとして機能する際に、ビームとトレーリングアームとの結合部に生じる歪が逃げることができず、当該結合部にクラックが入るという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、開断面構造のビームを用いてねじりを許容しつつ、当該ビームの曲げ剛性を高めることができるサスペンション装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係るサスペンション装置は、車両前後方向に延在し、車輪を回転自在に支持する回転支持部材に後端部を連結し、車体に前端部を連結する左右一対のトレーリングアームと、車幅方向に延在し、車幅方向端部を夫々前記トレーリングアームに連結する連結部材とを備え、前記連結部材を、車幅方向端部を夫々前記トレーリングアームに連結する１又は２以上の開断面構造のメインビームと、車幅方向端部を夫々前記トレーリングアームに連結し、前記メインビームを補助する１又は２以上のサブビームとから構成する。

本発明によれば、メインビームを開断面構造とすることで、ねじり方向の入力による連結部材としてのトーションビームとトレーリングアームとの結合部のクラック発生を抑制することができると共に、サブビームとの組み合わせによってトーションビーム全体の剛性を高め、車両横方向の入力に対する曲げ剛性を向上して操縦安定性向上を良好に保つことができるという効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態におけるサスペンション装置を示す斜視図であり、左右一対のトレーリングアーム１が車幅方向に対向配置されて、夫々車両前後方向に延在している。トレーリングアーム１の各後端部は回転支持部材に連結されて図示しない車輪を回転自在に支持しており、各前端部はブラケット２を介して車体に連結されて遥動可能となっている。つまり、トレーリングアーム１とブラケット２とは回転自在に連結され、ブラケット２と車体とは回転不可に連結されている。

また、このトレーリングアーム１の各前端部は、車幅方向に延在する連結部材としてのトーションビーム３の車幅方向端部と剛に結合している。
このトーションビーム３は、図２にその軸直方向の断面形状を示すように、断面略Ｕ字形状の開断面構造のメインビーム３１と、メインビーム３１の近傍に配置されて当該メインビーム３１を補助するサブビーム３２とから構成される。そして、本実施形態では、メインビーム３１の開口を車両下方に向けて配置する。また、サブビーム３２は、メインビーム３１と同様の開断面構造とし、その開口を車両下方に向けてメインビーム３１の開断面内に配置する。

そして、メインビーム３１の車幅方向端部を夫々トレーリングアーム１に結合すると共に、サブビーム３２の車幅方向端部を夫々トレーリングアーム１に結合する。なお、メインビーム３１とサブビーム３２とは溶接等により結合しないものとする。
また、図中符号４はショックアブソーバであり、符号５は補強板である。この補強板５は、トレーリングアーム１の車幅方向の内側に配設され、その一部をメインビーム３１に接続することで、トレーリングアーム１とメインビーム３１との連結を補強している。

このような構成より、走行中に車輪がバウンド又はリバウンドすると、トレーリングアーム１が回転軸Ｐを中心に遥動する。そして、旋回走行時等、左右のトレーリングアーム１が上下逆相に遥動する場合には、トーションビーム３が捩れてバネとして働くようになっている。また、車輪に車両横方向の力が加わった場合には、トーションビーム３は曲げ方向のバネとして機能するようになっている。
ところで、トーションビーム３の曲げ剛性は、操縦安定性の要件から限りなく大きくすることが求められる。例えば、旋回中横力が働くと、旋回外輪がトーアウトの傾向となり、車両としてオーバーステアの傾向が強くなるので、操縦安定性が低下してしまう。そのため、このような横力に対しては剛性を高くする必要がある。

しかしながら、従来のサスペンション装置では、１本のトーションビームにより左右一対のトレーリングアームを連結しており、このトーションビームが開断面構造となっているため、十分な曲げ剛性を得ることができないという問題があった。つまり、トーションビームの曲げ剛性を増加するためには、トーションビームの板厚を上げたり、断面構造を閉断面としたりして断面２次モーメントを向上する方法が最も簡易な方法であるが、前述したようにトーションビームがねじりバネとして機能する際に、トーションビームとトレーリングアームとの結合部に生じる歪が逃げることができず、当該結合部にクラックが入るという課題があり、実現困難であった。

これに対して、本実施形態では、トーションビーム３を開断面構造のメインビーム３１とメインビーム３１を補助するサブビーム３２とで構成するので、開断面構造のメインビーム３１によって従来装置と同様にねじりを許容することができると共に、サブビーム３１によってメインビーム３１が補強されることにより、従来装置と比較してトーションビーム３の曲げ剛性を向上することができる。

このように、上記第１の実施形態では、トーションビームをメインビームとサブビームとで構成し、メインビームを開断面構造とするので、ねじり方向の入力によるトーションビームとトレーリングアームとの結合部のクラック発生を防止することができると共に、メインビーム単独では限界がある剛性向上を、サブビームとの組み合わせによって実現することができ、車両横方向の入力に対する剛性が高められることで操縦安定性向上を良好に保つことができる。
さらに、サブビームもメインビームと同様に開断面構造とするので、ねじり方向の入力によるトーションビームとトレーリングアームとの結合部のクラック発生を確実に防止することができる。
また、サブビームをメインビームの開断面内に配置するので、トーションビームの省スペース化を実現することができる。

なお、上記第１の実施形態においては、各ビームの開断面が下開きである場合について説明したが、これに限定されるものではなく、前開きや後開きに設定するようにしてもよく、各ビームの開口面が同一方向でなくてもよい。
また、上記第１の実施形態においては、サブビームを開断面構造とする場合について説明したが、これに限定されるものではなく、閉断面構造（中空構造）や中実構造であってもよい。
さらに、上記第１の実施形態においては、サブビームをメインビームの開断面内に配置する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、メインビームの外側近傍に配置して当該メインビームを補助するようにしてもよい。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
この第２の実施形態は、前述した第１の実施形態において、トーションビームのねじりの弾性中心が、当該ビームの車両上下方向の中心位置に対して上方側に位置するようにしたものである。
すなわち、第２の実施形態におけるトーションビーム３の軸直方向の断面形状を図３に示すように、開口が車両下方に設定された開断面構造のメインビーム３１の開断面内に、開断面構造のサブビーム３２を、開断面の開口を車両下方に設定して配置する。そして、サブビーム３２の弾性中心位置がメインビーム３１の車両上下方向の中心位置に対して上方側となるように、各ビーム３１，３２を配置したことを除いては、図１に示す第１の実施形態と同様の構成を有するため、その詳細な説明は省略する。

メインビーム３１の弾性中心位置はＯ’であり、サブビーム３２の弾性中心位置はＯ”である。したがって、前述したように、メインビーム３１及びサブビーム３２の開口を共に車両下方に設定して配置し、サブビーム３２の弾性中心位置がメインビーム３１の車両上下方向の中心位置に対して上方側となるように各ビーム３１，３２を配置することにより、トーションビーム３全体としての弾性中心位置は、一点鎖線Ｃ１で示す当該トーションビーム３の車両上下方向の中心位置に対して上方側の位置Ｏとなる。

図４は、第２の実施形態におけるサスペンション装置の正面図である。左右の車輪６が共にバウンド（又はリバウンド）し、左右のトレーリングアーム１が上下同相に移動する場合は、トーションビーム３がねじりバネとして機能することがないので、図４（ａ）の二点鎖線に示すように、サスペンションストローク時のトーションビーム３の形状変化はほとんどない。

一方、旋回走行時等、左右のトレーリングアーム１が上下逆相に移動する場合は、トーションビーム３がねじりバネとして機能する。このとき、トーションビーム３のねじりの弾性中心が車両上方の位置Ｏにあるため、図４（ｂ）の二点鎖線に示すように、サスペンションストローク時のトーションビーム３には下反角がつけられることになる。
トーションビーム３に下反角をつける、即ちトレーリングアーム１の回転軸に下反角をつけると、車輪のトー変化がバウンド側でトーイン、リバウンド側でトーアウトとなる。そのため、ロールステアを旋回外輪・トーインとして、コーナリングパワーを向上することができる。

このように、上記第２の実施形態では、トーションビームのねじりの弾性中心位置を、当該トーションビームの車両上下方向の中心位置に対して上方側に設定するので、サスペンションストローク時に適切なロールステアを得ることができる。
また、サブビームを開断面構造とし、メインビームとサブビームとの開断面を共に下開きとし、さらにサブビームのねじりの弾性中心位置がメインビームの車両上下方向の中心位置に対して上方側となるように配置するので、確実にトーションビームのねじりの弾性中心位置を、当該トーションビームの車両上下方向の中心位置に対して上方側に設定することができる。

なお、上記第２の実施形態においては、トーションビームのねじりの弾性中心位置が、当該トーションビームの車両上下方向の中心位置に対して上方側に設定されていればよい。
つまり、サブビームは閉断面構造であっても中実構造であってもよく、メインビームは前開きであっても後開きであってもよく、この場合、サブビームのねじりの弾性中心位置を、メインビームのねじりの弾性中心位置に対して車両上方側に設定すれば、トーションビーム全体としてのねじりの弾性中心位置を当該トーションビームの中心位置に対して上方側に設定することができるので、図３に示す構造のトーションビームと同様の効果を得ることができる。

また、サブビームはメインビームの外側近傍に配置するようにしてもよく、この場合、サブビームをメインビームの車両上方側に配置すれば、トーションビーム全体としてのねじりの弾性中心位置を当該ビームの中心位置に対して上方側に設定することができるので、図３に示す構造のトーションビームと同様の効果を得ることができる。

次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
この第３の実施形態は、前述した第１の実施形態において、トーションビームのねじりの弾性中心が、当該ビームの車両前後方向の中心位置に対して後方側に位置するようにしたものである。
すなわち、第３の実施形態におけるトーションビーム３の軸直方向の断面形状を図５に示すように、開口が車両下方に設定された開断面構造のメインビーム３１の開断面内に、開断面構造のサブビーム３２を、開断面の開口を車両前方に設定して配置する。そして、サブビーム３２の弾性中心位置がメインビーム３１の車両前後方向の中心位置に対して後方側となるように、各ビーム３１，３２を配置したことを除いては、図１に示す第１の実施形態と同様の構成を有するため、その詳細な説明は省略する。

メインビーム３１の弾性中心位置はＯ’であり、サブビーム３２の弾性中心位置はＯ”である。したがって、前述したように、メインビーム３１の開口を車両下方に設定すると共にサブビーム３２の開口を車両前方に設定して配置し、サブビーム３２の弾性中心位置がメインビーム３１の車両前後方向の中心位置に対して後方側となるように各ビーム３１，３２を配置することにより、トーションビーム３全体としての弾性中心位置は、一点鎖線Ｃ２で示す当該トーションビーム３の車両前後方向の中心位置に対して後方側の位置Ｏとなる。

図６は、第３の実施形態におけるサスペンション装置の平面図である。左右の車輪６が共にバウンド（又はリバウンド）し、左右のトレーリングアーム１が上下同相に移動する場合は、トーションビーム３がねじりバネとして機能することがないので、図６（ａ）の二点鎖線に示すように、サスペンションストローク時のトーションビーム３の形状変化はほとんどない。

一方、旋回走行時等、左右のトレーリングアーム１が上下逆相に移動する場合は、トーションビーム３がねじりバネとして機能する。このとき、トーションビーム３のねじりの弾性中心が車両後方の位置Ｏにあるため、図６（ｂ）の二点鎖線に示すように、サスペンションストローク時のトーションビーム３には後退角がつけられることになる。
トーションビーム３に後退角をつける、即ちトレーリングアーム１の回転軸に後退角をつけると、サスペンションがストロークする際、バウンド側でネガティブ・キャンバ、リバウンド側でポジティブ・キャンバがつく。そのため、旋回時に対地キャンバを直立に近づけて操縦安定性を向上することができる。

このように、上記第３の実施形態では、トーションビームのねじりの弾性中心位置を、当該トーションビームの車両前後方向の中心位置に対して後方側に設定するので、サスペンションストローク時にキャンバ特性を向上することができ、操縦安定性を向上させることができる。
また、サブビームを開断面構造とし、メインビームの開断面を下開き、サブビームの開断面を前開きに設定し、さらにサブビームのねじりの弾性中心位置がメインビームの車両前後方向の中心位置に対して後方側となるように配置するので、確実にトーションビームのねじりの弾性中心位置を、当該トーションビームの車両前後方向の中心位置に対して後方側に設定することができる。

なお、上記第３の実施形態においては、トーションビームのねじりの弾性中心位置が、当該トーションビームの車両前後方向の中心位置に対して後方側に設定されていればよい。
つまり、サブビームは閉断面構造であっても中実構造であってもよく、メインビームは前開きであっても後開きであってもよく、この場合、サブビームのねじりの弾性中心位置を、メインビームのねじりの弾性中心位置に対して車両後方側に設定すれば、トーションビーム全体としてのねじりの弾性中心位置を当該トーションビームの中心位置に対して後方側に設定することができるので、図５に示す構造のトーションビームと同様の効果を得ることができる。

また、サブビームはメインビームの外側近傍に配置するようにしてもよく、この場合、サブビームをメインビームの車両後方側に配置すれば、トーションビーム全体としてのねじりの弾性中心位置を当該ビームの中心位置に対して後方側に設定することができるので、図５に示す構造のトーションビームと同様の効果を得ることができる。
また、上記第３の実施形態においては、前述した第２の実施形態と組み合わせることで、トーションビームのねじりの弾性中心位置を、当該トーションビームの中心位置に対して車両上方且つ車両後方に設定するようにしてもよい。

次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
この第４の実施形態は、前述した第１の実施形態において、メインビーム及びサブビームの開断面の開口方向を、タイヤ接地点から入力される力と車輪側部材の質量中心点から入力される力とに対する横剛性を考慮して設定するようにしたものである。
すなわち、第４の実施形態におけるトーションビーム３の軸直方向の断面形状及び車輪６との位置関係を図７に示すように、トーションビーム３を、開断面構造のメインビーム３１と開断面構造のサブビーム３２とから構成し、メインビーム３１の開断面内にサブビーム３２を配置する。

そして、メインビーム３１の開断面の開口を、車両側面視において車輪側部材の質量中心αとメインビーム３１の中心Ａとを結ぶ直線ａに対して直角の方向に設定して配置し、サブビーム３２の開断面の開口を、車両側面視においてタイヤ接地点βとサブビーム３２の中心Ｂとを結ぶ直線ｂに対して直角の方向に設定して配置したことを除いては、図１に示す第１の実施形態と同様の構成を有するため、その詳細な説明は省略する。

車輪に車両横方向の力が加わったとき、トーションビーム３は曲げ方向のバネとして機能し、前述したように、トーションビーム３の曲げ剛性は、操縦安定性の要件から大きくすることが求められる。
車輪に加わる車両横方向の力は、タイヤ接地点から入力される。そのため、このタイヤ接地点での横剛性を確保することにより、車輪に車両横方向の力が加わったときのトーションビーム３の曲げ剛性を高めることができる。
また、車両横方向の振動現象に対しては、車輪側部材の質量中心位置から力が働くため、この質量中心点での横剛性を確保することも重要である。
さらに、開断面構造のトーションビームの断面２次モーメントは、開口面が荷重入力点の向きにあるときが最も大きくなることが知られている。

そこで、本実施形態のように、メインビーム３１の開口を車輪側部材の質量中心点αとトーションビーム３の中心点Ｐとを結ぶ直線に対して直角の方向且つ荷重入力点の方向に設定することにより、車輪側部材の質量中心点での横剛性を十分に確保することができると共に、サブビーム３２の開口をタイヤ接地点βとトーションビーム３の中心点Ｐとを結ぶ直線に対して直角の方向且つ荷重入力点の方向に設定することにより、タイヤ接地点での横剛性を十分に確保することができる。

このように、上記第４の実施形態では、メインビームの開口面を車輪側部材の質量中心点とトーションビームの中心点とを結ぶ直線に対して直角の方向に設定して配置し、サブビームの開口面をタイヤ接地点とトーションビームの中心点とを結ぶ直線に対して直角の方向に設定して配置するので、２つの車両横方向の力に対して夫々トーションビームの曲げ剛性を十分に高めることができ、より操縦安定性を向上することができる。

なお、上記第４の実施形態においては、サブビームの開口面を車輪側部材の質量中心点とトーションビームの中心点とを結ぶ直線に対して直角の方向に設定して配置し、メインビームの開口面をタイヤ接地点とトーションビームの中心点とを結ぶ直線に対して直角の方向に設定して配置するようにしてもよい。
また、上記第４の実施形態においては、サブビームをメインビームの開断面内に配置する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、メインビームの外側近傍に配置するようにしてもよい。

さらに、上記第４の実施形態においては、各ビームの開断面の開口を図７の直線ａ又はｂに対して直角の方向に設定する場合について説明したが、略直角の方向であればよい。
なお、上記各実施形態においては、メインビームとサブビームとを夫々１つずつ設ける場合について説明したが、これに限定されるものではなく、各ビームを２つ以上設けるようにしてもよい。

さらに、上記各実施形態においては、トレーリングアーム１の前端部をトーションビーム３で結合するピボットビーム式の構造に本発明を適用する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、トレーリングアーム１の中央部をトーションビーム３で結合するカップルドビーム式の構造や、トレーリングアーム１の後端部をトーションビーム３で結合するアクスルビーム式の構造に本発明を適用するようにしてもよい。

本発明の実施形態を示す概略構成図である。 第１の実施形態におけるトーションビームの断面形状を示す図である。 第２の実施形態におけるトーションビームの断面形状を示す図である。 第２の実施形態の動作を説明する図である。 第３の実施形態におけるトーションビームの断面形状を示す図である。 第３の実施形態の動作を説明する図である。 第４の実施形態におけるトーションビームの断面形状を示す図である。

符号の説明

１ トレーリングアーム
２ ブラケット
３ トーションビーム
３１ メインビーム
３２ サブビーム
４ ショックアブソーバ
５ 補強板
６ 車輪

Claims (6)

1. 車両前後方向に延在し、車輪を回転自在に支持する回転支持部材に後端部を連結し、車体に前端部を連結する左右一対のトレーリングアームと、車幅方向に延在し、車幅方向端部を夫々前記トレーリングアームに連結する連結部材とを備えるサスペンション装置において、
   前記連結部材は、車幅方向端部を夫々前記トレーリングアームに連結する１又は２以上の開断面構造のメインビームと、車幅方向端部を夫々前記トレーリングアームに連結し、前記メインビームを補助する１又は２以上のサブビームとから構成されていることを特徴とするサスペンション装置。
2. 前記サブビームは、前記メインビームの開断面内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のサスペンション装置。
3. 前記連結部材のねじりの弾性中心位置が、当該連結部材の車両上下方向の中心位置に対して上方側に位置するように、前記メインビーム及び前記サブビームを配置することを特徴とする請求項１又は２に記載のサスペンション装置。
4. 前記連結部材のねじりの弾性中心位置が、当該連結部材の車両前後方向の中心位置に対して後方側に位置するように、前記メインビーム及び前記サブビームを配置することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のサスペンション装置。
5. 前記サブビームは、開断面構造であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のサスペンション装置。
6. 前記メインビーム及び前記サブビームのうち何れか一方のビームの開断面の開口が、車両側面視でのタイヤ接地点と当該ビームの中心とを結ぶ直線に直角又は略直角の方向となるように配置され、他方のビームの開断面の開口が、車両側面視での車輪側部材の質量中心と当該ビームの中心とを結ぶ直線に直角又は略直角の方向となるように配置されていることを特徴とする請求項５に記載のサスペンション装置。

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