JP2008522893A - 台形断面のクロスメンバーを備えるフレキシブル車軸、該クロスメンバー、車両、および製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、２つの長手方向アーム（２）を接続するクロスメンバー（１）を備える、自動車用のフレキシブル車軸において、該クロスメンバー（１）は、閉じ断面を有し、該クロスメンバーは、少なくとも中心領域において顕著な台形の断面（１１）を有することを特徴とする自動車用のフレキシブル車軸に関する。

Description

本発明の分野は、自動車の分野である。さらに詳細には、本発明は、自動車用のフレキシブル車軸に関する。

いわゆる、フレキシブル車軸は、一般的に、２つの車輪間に捩じれ要素を形成するように設計された車軸を指すことを想起されたい。

古くから、フレキシブル車軸は、２つの長手方向アームを備え、これらのアームの各々が車両の取付け具を支持する。また、長手方向アームは、「クロスメンバー車軸」、「固定車軸」、または「異形軸」として知られる横断連結要素によって、互いに接続される。

車軸の設計中、車軸の特性量を評価するとき、とりわけ、２つの特性量、すなわち、曲げと捩じれが検討される。

フレキシブル車軸の原理によれば、曲げに対する高剛性を捩じれに対する相対的な柔軟性と調和させることが可能である。一般的に、曲げに対する剛性と捩じれに対する（相対的な）柔軟性との間に所望の両立性が得られるのは、クロスメンバーの断面の幾何学的形状、すなわち、その曲げおよび捩じれ慣性による。

鋼車軸（または他の等方性材料）の製造において選択される断面は、多くの場合、「Ｖ字形」、「Ｕ字形」、または「Ｌ字形」を有する。何故なら、これらの種類の幾何学的形状は、曲げと捩じれ慣性との間に興味深い関係をもたらすからである。

最近、フレキシブル車軸の技術が、その多くの利点、とりわけ、すぐれた運転デューティ／基本設計概念（architecture）の両立性が得られる利点、および原理的に機械的な溶接式組立を用いて経済的に実施することができる利点によって、短・中距離用の自動車構造の一部において、大規模に展開されている。

これらの利点によって、サスペンションの設計者は、さらに一層の改良に向けて継続的に技術を推し進めている。フレキシブル車軸は、実際、いくらかの制限事項、とりわけ、長手方向の剛性と横断方向の剛性との間の微妙な両立性、および大きな弾性変形を受ける両方の部品の持久力／挙動によって影響される耐久性に関する制限事項を受けがちである。

快適さと路面保持能力に対して継続的に高まっている要求によって、可撓性クロスメンバー車軸の設計は、以下の解決手法、すなわち、サスペンション列の大きな垂直方向のフレキシブル（可撓性）を維持しながら車両の傾きを制限し、シャシからの路面不備の影響を確実に除去することを意図して、一般的に「反横断バー」または「パンハード・ロッド（Panhard rod）」として知られる捩じれ剛性要素を２つのトレーリングアームの間に導入することからなる解決手法に向けられている。

しかし、乗り心地の特性を低下させることなく、フレキシブル車軸の技術を適用する範囲が高容量車両（大型のサルーンカー、ミニバン、ピープル・キャリア、および多用途車）に継続的に拡大されると、その結果として、部品は、それらの運転の絶対的な制限内において、偶発的な力に対する静抵抗かまたはサスペンション列の寿命に至るまでの金属疲労挙動のいずれかを受けて、動作することになる。

従って、連結要素、すなわち、クロスメンバーは、特に、耐久性と挙動の観点から、設計するのが最も困難な部品の１つである。

現在、フレキシブル（可撓性）クロスメンバー車軸に関して、長手方向アームを連結するクロスメンバーは、２つの異なる技術を用いて、製造される。

第１の技術では、クロスメンバーは、Ｕ字形、Ｖ字形、またはＬ字形の断面をもたらすように形成された曲げ部材（またはプレス加工された鋼）から製造される。これらのクロスメンバーには、一般的に、車軸に捩り剛性をもたらすために、反横転バーを付随させねばならない。

第２の技術は、反横転機能をクロスメンバーそのものに一体化させることから構成される。

この場合、クロスメンバーは、一般的に円形断面を有する管から製造される。この管の少なくとも中心部分に対して、所望の捩じれ剛性と曲げ剛性をもたらすために、壁の一部を他の部分に向かって内方に押し潰す変形加工が施される（例えば、図１に示されるプジョー８０６（登録商標）、または図２に示されるオペル・ザフィーラ（登録商標））。

反横転剛性の機能に対する多様な要求事項は、クロスメンバーの断面を改良することによって、確実に得られる。

本発明は、この第２の技術によって製造される、現在、「閉じ（閉鎖）異形車軸」または「閉じ断面車軸」の用語で呼ばれる車軸クロスメンバーに適用される。

一般的には、本発明は、Ｕ字またはＶ字形の断面の窪みを中央領域に有する管から構成されるクロスメンバーを用いる全てのフレキシブル車軸に適用される。

クロスメンバーの管は、捩じれを低減させるために、横断方向の一部のみが、押し潰され、溶接によるサスペンションアームへの接続を容易にするために、両端の円形断面は、維持される。

さらに、これらの車軸のクロスメンバーは、２つの端を連結する縦断面において少なくとも１つの直線状の母線を有する。

閉じ断面を有するクロスメンバーのこの従来の設計によれば、その幾何学的形状によって、中央断面の捩じれの中心が、管の元の軸から著しく大きく離れることができない。その軸を中心とするクロスメンバーの回転によって、捩じれの中心位置を角度的に変更させることしかできない。

しかし、車両製造業者の車軸の挙動に関する一部の要件は、車軸の捩じれ中心とその両端の円形断面の中心からなる管の軸との間の小さいずれと適合しない。

実際、回転運動によって引き起こされる動きは、中心断面の著しい垂直方向の並進運動を必要とする大きさである。

さらに、この不適合性は、基本設計概念における制約事項を考慮した場合、さらに際立つことになる。実際、これらの制約事項によって、クロスメンバーによって占有される空間を排気管と関連させて再検討しなければならない場合もある。

本発明は、とりわけ、先行技術のこれらの欠点を解消することを目的とする。

さらに詳細には、本発明は、先行技術の解決手法と比べて車軸の剛性を著しく増大させることを可能にする閉じ断面を有するクロスメンバーを備えるフレキシブル車軸を提供することを目的とする。

本発明は、同様に、特に排気管の位置付けに関して、新しい基本設計概念に適合することが可能である車軸を提供することを目的とする。

また、本発明は、このような車軸のクロスメンバーの製造方法（手順）を提供することを目的とする。

これらの目的、および以下に述べる他の目的は、本発明によって、達成される。本発明の対象は、２つの長手方向アームを連結するクロスメンバーを備える、自動車用のフレキシブル車軸において、前記クロスメンバーは、閉じ断面を有し、前記クロスメンバーは、少なくとも１つの中心領域において台形の断面を有することを特徴とする自動車用のフレキシブル車軸である。

このように、本発明者らによれば、車軸の捩じれの中心が、その変形前の管の軸に対応する軸に対して、著しく片寄っている。

従って、車軸の挙動が、これに対応して、著しく改良される。

好ましい一実施形態によれば、前記クロスメンバーは、曲げ断面を有する。前記クロスメンバーは、好ましくは、その両端の各々において、円形断面を有する。

好ましい一実施形態によれば、前記クロスメンバーの中心断面の慣性中心は、前記クロスメンバーの両端の断面の慣性中心を通る直線から離れている。

このように、クロスメンバーに対して曲げ加工が施され、この曲げ効果がクロスメンバーの中心領域が台形断面を有する効果と組み合わされることによって、捩じれの中心の片寄りが大きくなり、その結果、車軸の剛性が大きくなる。

さらに、クロスメンバーの端断面を、基本設計概念において、排気管の下方に配置することができる。これによって、排気管の経路は、車両の左側のクロスメンバーの端の断面の上側を抜けてクロスメンバーの上を通過する。

本発明は、同様に、自動車のフレキシブル車軸における２つの長手方向アームを連結するためのクロスメンバーにおいて、閉じ断面を有し、少なくとも１つの中心領域において顕著な台形の断面を有することを特徴とするクロスメンバーに関する。

また、本発明は、２つの長手方向アームを連結するクロスメンバーを備える、自動車用のフレキシブル車軸が装備された車両において、前記クロスメンバーは、閉じ断面を有し、前記クロスメンバーは、少なくとも１つの中心領域において顕著な台形の断面を有することを特徴とする車両に関する。

同様に、本発明は、自動車のフレキシブル車軸の２つの長手方向アームを交差連結するためのクロスメンバーを製造する方法（手順）において、閉じ断面を有するクロスメンバーを、前記クロスメンバーを、少なくとも１つの中心領域において顕著な台形の断面を有するように、変形させることからなる製造ステップを有することを特徴とする方法に関する。

好ましくは、この方法（手順）は、その中心領域とその２つの端断面との間に曲げ断面をもたらすようになされる前記クロスメンバーの変形過程（部分）を含む。

有利な一実施形態によれば、前記変形過程は、２つのステップ、すなわち、前記中心領域と両端の少なくとも１つに近い円形断面の領域との間の少なくとも１つの遷移区域において予変形を行なうことからなる１つのステップと、最終的な形状をもたらすために、前記中心領域における変形を継続することからなる他のステップとによって、実施される。

有利には、前記変形過程は、加圧によって実施される。

好ましくは、この方法（手順）は、前記クロスメンバーの中心断面の慣性中心が前記クロスメンバーの両端の断面の慣性中心を通る直線から離れるように、前記クロスメンバーを曲げることからなるステップを含む。

本発明の他の特性および利点は、例示的で非制限的な例と関連する図面によってここに示される本発明を実施する好ましい態様に基づく以下の説明を読めば、さらに明らかになる。

前述したように、本発明の原理は、クロスメンバーであって、その閉じ断面が少なくとも中心領域において顕著な台形の断面であるクロスメンバーを用いて、フレキシブル車軸を製造することである。

「中心領域」という用語は、クロスメンバーの２つの端間の中心付近でいくらか延在するクロスメンバーの長さの一部を意味する。

この中心領域は、前述したように２つの長手方向アーム２を連結するクロスメンバーを備えるこのようなフレキシブル車軸を示す図３に、例示されている。

車軸は、長手方向アーム２に支持される連結式ブッシュ付きリンク２１を介して、車両の本体に接続され、これらの長手方向アーム２は、各々、それらの端に、ブッシュ２１と、回転部分を支持するための車軸ヘッド２２とを有する、ことに留意されたい。

図５に示されるように、本発明の実施形態によれば、各車軸ヘッド２２は、バネシート２２１と、 パンハードバー（Panhard bar）（登録商標）を固定するＵ字形金具２２２と、 バネシート用のスラスト片２２３と、を有する中実体とされている。

各車軸ヘッド２２は、ショックアブソーバを車軸に取り付けるための固定手段２２３も有している。

各アーム２は、ボルトによって車軸ヘッド２２に固定される前部（軸受ブッシュ２１）を備える、ことにも留意されたい。

図４を参照すると、本発明による車軸のクロスメンバーは、（図４において暗線で示される）台形断面１１の中心部分を有している。

さらに、クロスメンバーの断面は、中心部の台形から両端の円形１２に徐々に変化するように、形成されている。

さらに、クロス部材１は、湾曲形状を有している。換言すれば、クロスメンバーは、その中央高さの部分の慣性中心が、両端の円形断面１２の中心を繋ぐ直線に対して片寄るように生じた長手方向の変形を受けている。

従って、このようなクロスメンバーでは、中心断面とその中心断面に繋がる全ての変形断面の捩じれ中心は、捩じれの等価中心を可能な限り高くするように、可能な限り上方に片寄っている。

「クロスメンバーの捩じれの等価中心」という用語は、クロスメンバーの全ての断面の捩じれの位置の全ての位置を意味している。

図４に示されるようなクロスメンバーは、曲率半径を可能な限り大きく保つと共に中心断面の片寄りを最大限にするように、方法手順を自在に調整しながらクロスメンバーに金属変形を施すことによって、製造される。

図６は、端断面１２に対する車軸の中央面（Ｙ＝０）における台形断面１１の位置付けを断面で示している。

この図では、以下の要素、すなわち、車軸の中央断面の捩じれ中心を表すＩｏ、車軸の中央断面の慣性中心を現すＧｏ、端断面１２の慣性中心を表すＧｉ、が示されている。

図から明らかなように、点Ｉｏ，Ｇｏ，Ｇｉが一直線に並んでいる、ことに留意されたい。

さらに、Ｚ方向における金属変形加工によって、Ｚ方向におけるＩｏの位置を最適化するように、すなわち、距離ｄを最大にするように決定される（ＧｏとＧｉとの間の）辺Ｈおよび（ＩｏとＧｉとの間の）辺ｄが定められる。

車軸を前記したように製造するために、円形断面の管を所定長さに切断するステップと、このようにして得られた管の長さ部分を、その２つの端を固定し、プレスによって、力を管状断面の軸と実質的に直交して加えることによって、曲げ加工するステップと、曲げ断面を、その曲げ断面がその中心部に顕著な台形の弓状断面を有するように、変形させるステップと、が実施される。

上記の変形過程は、２つのステップ、すなわち、クロスメンバーの最終的な中心領域と両端に近い円形断面（すなわち、変形過程の終端時における非変形領域）との間に遷移区域を準備する１つのステップと、クロスメンバーの中心断面に所望の台形をもたらすように、予変形されたクロスメンバーを加圧する他のステップと、によって、実施されることに留意されたい。

先行技術による閉じ断面を有するクロスメンバーを備える車軸を示す図である。 先行技術による閉じ断面を有するクロスメンバーを備える車軸を示す図である。 本発明によるフレキシブル車軸の斜視図である。 本発明によるフレキシブル車軸のクロスメンバーの斜視図である。 図３に示されるような本発明による車軸の部分図である。 本発明による車軸のクロスメンバーの２つの横断面を示す図である。

Claims (11)

1. ２つの長手方向アーム（２）を連結するクロスメンバー（１）を備える、自動車用のフレキシブル車軸において、
   前記クロスメンバー（１）は、閉じ断面を有し、前記クロスメンバーは、少なくとも中心領域において顕著な台形の断面（１１）を有する、
   ことを特徴とするフレキシブル車軸。
2. クロスメンバー（１）は、曲げ断面を有することを特徴とする請求項１に記載のフレキシブル車軸。
3. 前記クロスメンバー（１）は、その両端の各々において円形断面（１２）を有することを特徴とする請求項１または２に記載のフレキシブル車軸。
4. 前記クロスメンバーの前記中心断面の慣性中心（Ｇｏ）は、前記クロスメンバー（１）の前記端断面（１２）の慣性中心（Ｇｉ）を通る直線から離れていることを特徴とする請求項２または３に記載のフレキシブル車軸。
5. 自動車のフレキシブル車軸の２つの長手方向アームを連結するための車軸クロスメンバーにおいて、閉じ断面を含み、少なくとも１つの中心領域において顕著な台形の断面（１１）を有することを特徴とする車軸クロスメンバー。
6. ２つの長手方向アーム（２）を連結するクロスメンバー（１）を備える、自動車用のフレキシブル車軸が装備された車両において、前記クロスメンバーは、閉じ断面を有し、前記クロスメンバーは、少なくとも中心領域において顕著な台形の断面（１１）を有することを特徴とする車両。
7. 自動車のフレキシブル車軸の２つの長手方向アーム（２）を連結するためのクロスメンバー（１）を製造する方法において、閉じ断面を有する前記クロスメンバーを、前記クロスメンバーが少なくとも１つの中心領域において顕著な台形の断面（１１）を有するように、変形させることからなるステップを含むことを特徴とする方法。
8. 前記クロスメンバーの中心領域と２つの端断面との間に曲げ断面を形成するように実施される前記クロスメンバーの変形過程を含むことを特徴とする請求項７に記載の製造方法。
9. 前記変形過程は、２つのステップ、すなわち、前記中心領域と前記両端の少なくとも１つの領域における円形断面領域との間の少なくとも１つの遷移区域において、予変形を行なうことからなる１つのステップと、最終的な形状をもたらすために、前記中心領域における変形を継続することからなる他のステップと、によって実施されることを特徴とする請求項８に記載の製造方法。
10. 前記変形過程は、加圧によって実施されることを特徴とする請求項８または９に記載の製造方法。
11. 前記クロスメンバーの中心断面の慣性中心が、前記クロスメンバーの前記端断面の慣性中心を通る直線から離れるように、前記クロスメンバーを曲げることからなるステップを含むことを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の製造方法。

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