JP2011088461A - Suspension structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、左右一対のトレーリングアームと、一対のトレーリングアームに亘って連結されたトーションビームとを備えた車両用のサスペンション構造に関する。 The present invention relates to a vehicle suspension structure including a pair of left and right trailing arms and a torsion beam coupled across the pair of trailing arms.
この種のサスペンション構造に関連する先行技術文献情報として下記に示す特許文献1がある。この特許文献1に記されたサスペンション構造では、トレーリングアームとトーションビームとの間に跨るガゼットが配置され、トレーリングアームとトーションビームとの双方に溶接されている。そのため、トレーリングアームとトーションビームの接続部に十分な強度を持たせることができ、同時に、ガゼットの配置箇所をガゼットの長手方向に沿って調整することで、トーションビームのねじり剛性を適用する車体に適した値に近づけることができるとされている。
As prior art document information related to this type of suspension structure, there is
しかし、特許文献1に記されたサスペンション構造では、トレーリングアームとトーションビームの他に補強用のガゼットを設けているために、生産性、コスト、部品点数の低減化、車両重量の軽量化などの点で不利であった。
However, in the suspension structure described in
そこで、本発明の目的は、上に例示した従来技術によるサスペンション構造が与える課題に鑑み、トレーリングアームとトーションビームの接続部に十分な強度を持たせることができ、且つ、生産性、コスト、部品点数の低減化、車両重量の軽量化などを確保し易いサスペンション構造を提供することにある。 Therefore, in view of the problems given by the suspension structure according to the prior art exemplified above, the object of the present invention is to provide sufficient strength to the connecting portion of the trailing arm and the torsion beam, and to improve productivity, cost, and parts. An object of the present invention is to provide a suspension structure that can easily secure a reduction in the number of points and a reduction in vehicle weight.
本発明によるサスペンション構造の第1の特徴構成は、
左右一対のトレーリングアームと、前記一対のトレーリングアームに亘って連結されたトーションビームとを備えたサスペンション構造であって、
前記トーションビームが、下方に延びた一対の脚部と前記一対の脚部を接続する円弧状の接続部とを含む下方に開放されたアーチ状の第1断面形状を備えた中央部位と、前記トレーリングアームに連結される端部を含み下方に開放された三角状の第2断面形状を備えた連結部位と、前記中央部位から前記連結部位に向かって前記第1断面形状から前記第2断面形状へと徐変する断面形状を備えた徐変部位とを有し、
前記徐変部位が前記トレーリングアームの近傍に配置されている点にある。
The first characteristic configuration of the suspension structure according to the present invention is:
A suspension structure comprising a pair of left and right trailing arms and a torsion beam connected across the pair of trailing arms,
The torsion beam has a central portion having a downwardly opened arch-like first cross-sectional shape including a pair of legs extending downward and an arc-shaped connecting part connecting the pair of legs, and the tray A connecting portion having a triangular second cross-sectional shape including an end portion connected to the ring arm and opened downward, and the second cross-sectional shape from the first cross-sectional shape toward the connecting portion from the central portion. Having a gradually changing portion with a cross-sectional shape gradually changing to
The gradual change site is located near the trailing arm.
車両が道路のコーナー部や急なカーブを走行する際などには、トーションビームに捻り応力が加えられ、一般に断面形状が長手方向において一定の場合には、捻れに対して最も弱い変曲点はトーションビームの断面の開口側端部に出現する。
しかし、第1の特徴構成によるサスペンション構造では、トーションビームの断面形状が長手方向において一定ではなく、その中央部位には互いに平行に延びた脚部を有しパイプ状に近いためにネジリ剛性が高いアーチ状の第1断面形状が採用され、他方、トレーリングアームとの連結部位には、ネジリ剛性は劣るが上下方向の十分な曲げ剛性を有する三角状の第2断面形状が採用され、中央部位と連結部位の間には断面形状が第1断面形状から第2断面形状に徐変する徐変部位が配置されている。これにより、捻れに対して最も弱い変曲点が、開口側端部からトーションビームの頂部側に移動する結果が得られたので、トーションビームの断面の開口側端部に捻れに基づく割れなどが生じ難くなる。また、同じ理由で、トーションビームの断面を下方に開口する逆U字状(∩字状)または逆V字状(∧字状)とした場合も、走行中に車輪によって跳ね上げられた石などの異物が衝突するトーションビームの断面の下端箇所が変曲点と一致しないため、トーションビームの耐久性が向上することになる。
Torsional stress is applied to the torsion beam when the vehicle travels on a corner of a road or a sharp curve. Generally, when the cross-sectional shape is constant in the longitudinal direction, the inflection point that is the weakest against torsion is the torsion beam. It appears at the opening side end of the cross section.
However, in the suspension structure according to the first characteristic configuration, the cross-sectional shape of the torsion beam is not constant in the longitudinal direction, and the arch has high torsional rigidity because the central portion has legs extending parallel to each other and is close to a pipe shape. On the other hand, a triangular second cross-sectional shape having a sufficient bending rigidity in the vertical direction is employed for the connecting portion with the trailing arm, but the twisting rigidity is inferior, Between the connecting portions, a gradually changing portion whose sectional shape gradually changes from the first sectional shape to the second sectional shape is disposed. As a result, the inflection point that is the weakest against twisting is moved from the opening side end to the top side of the torsion beam, so that cracking due to twisting is hardly generated at the opening side end of the torsion beam cross section. Become. For the same reason, when the cross-section of the torsion beam has an inverted U-shape (∩-shape) or an inverted V-shape (∧-shape) that opens downward, a stone or the like that is flipped up by a wheel during traveling Since the lower end portion of the cross section of the torsion beam with which the foreign object collides does not coincide with the inflection point, the durability of the torsion beam is improved.
本発明の第2の特徴構成は、前記トーションビームの断面での周長は、前記トーションビームの長手方向での各断面において一定とされている点にある。 The second characteristic configuration of the present invention is that the circumference of the torsion beam in the cross section is constant in each cross section in the longitudinal direction of the torsion beam.
このような構成であれば、必然的に第2断面形状には第1断面形状よりも上下方向の寸法を大きく確保でき易いので、連結部位にはトレーリングアームとの溶接を行うための切り欠きが余裕をもって得られ、ガゼットなどの補助部材を用いずに両部材どうしの間に強固な連結構造が確保される。その結果、車両の組み立て時の生産性、コスト、部品点数の低減化、車両重量の軽量化などを向上させ易い。 In such a configuration, the second cross-sectional shape inevitably has a larger vertical dimension than the first cross-sectional shape, so a cutout for welding with the trailing arm is provided at the connection portion. Is obtained with a margin, and a strong connection structure is secured between the two members without using an auxiliary member such as a gusset. As a result, it is easy to improve productivity at the time of assembling the vehicle, cost, reduction of the number of parts, weight reduction of the vehicle weight, and the like.
また、このような構成であれば、平坦な鋼板から前述の断面形状を得るためのプレス加工において、その長手方向に沿って幅が一定の単純形状の矩形鋼板を出発材料として用いればよいので、生産性が高く、また、加工時の歩留まりも良いという効果が得られる。 In addition, in such a configuration, in the press work for obtaining the above-described cross-sectional shape from a flat steel plate, a simple shape rectangular steel plate having a constant width along the longitudinal direction may be used as a starting material. The productivity is high and the yield is good when processing.
以下に本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。
図1は本発明によるサスペンション構造を適用した車両の後部を概略的に示す。
このサスペンション構造は、左右一対のトレーリングアーム2と、一対のトレーリングアーム2に亘って連結されたトーションビーム7とを備えている。
EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, the form for implementing this invention is demonstrated, referring drawings.
FIG. 1 schematically shows a rear portion of a vehicle to which a suspension structure according to the present invention is applied.
This suspension structure includes a pair of left and right trailing
図2に示すように、各トレーリングアーム2は概略的には断面の丸いパイプ状を呈し、車体の前後に延出している。各トレーリングアーム2の前部には車体フレームの軸心X回りで揺動可能に支持するための環状のブッシュ3が設けられている。他方、トレーリングアーム2の後部には、車輪20のスピンドル4aを連結するためのエンドプレート4と、スプリング21を取り付けるバネ受け部材5と、ショックアブソーバ22に連結される支持ブラケット6とが設けられている。
As shown in FIG. 2, each
トーションビーム7は、曲げ剛性やネジリ剛性を得るために、略矩形の鋼板をプレス機によって長手方向に沿って曲げ加工することで、下方に開放された断面形状を与えられている。
図3及び図4に例示するように、トーションビーム7の両端には円弧状の切り欠き7Rが形成されており、この切り欠き7Rにトレーリングアーム2の中間部位を係入させた状態で、両部材7,2が溶接されている。
The
As illustrated in FIG. 3 and FIG. 4, arc-
トーションビーム7の断面形状はトーションビーム7の長手方向に沿って一定ではなく、その長手方向の一部に断面形状が変化する部位を含んでいる。
より具体的には、トーションビーム7は、その断面形状の特徴から、車体の左右の中央に位置する中央部位7Mと、トレーリングアームに連結される連結部位7Cと、中央部位7Mと連結部位7Cとの間に位置する徐変部位7Gとに分けられる。
The cross-sectional shape of the
More specifically, the
図4及び図5に示すように、中央部位7Mは、下方に延びた一対の脚部と、一対の脚部を接続する円弧状の接続部とを含む下方に開放された概して∩字状(アーチ状の一例)の第1断面形状S1を備えている。より厳密には、図5(a)に示すように、中央部位7Mの第1断面形状S1は、比較的大径の円弧状の接続部d1と、接続部d1の両端から斜め下向きに直線状に延びた一対の中間部d2と、中間部d2の各端部から真下に平行に延びた一対の脚部d3とで構成されている。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
連結部位7Cは、下方に開放された概して∧字状(三角状の一例)の第2断面形状S2を備えている。より厳密には、図5(b)に示すように、連結部位7Cも第2断面形状S2は、比較的小径の円弧状の接続部f1と、接続部f1の両端からハの字状に延びた一対の脚部f2とで構成されている。尚、第1断面形状S1の接続部d1を構成する円弧の半径R1は、第2断面形状S2の接続部f1を構成する円弧の半径R2の約2〜3倍とされている。
7C of connection parts are provided with 2nd cross-sectional shape S2 of the generally scissors shape (an example of a triangular shape) open | released below. More precisely, as shown in FIG. 5B, the second cross-sectional shape S2 of the connecting
徐変部位7Gは、第1断面形状S1から第2断面形状S2へと概して連続的に変化する徐変断面形状Sgを備えている。
徐変断面形状Sgは、図4に示すように、円弧状の接続部e1と、接続部e1の両端から斜め下方に直線状に延びる一対の中間部e2と、中間部e2の両端から下方に延びる一対の脚部e3とで構成されている。中央部位7Mとの境界から連結部位7Cとの境界に向かって、円弧状の接続部e1は次第に小径となっており、中間部e2は次第に短くなっており、脚部e3は次第に長くなっている。また、脚部e3の延出角度は、中央部位7Mとの境界における真下向きから、連結部位7Cとの境界における開脚角度(40°〜45°の範囲内にある所定角度)に向かって徐変している。
The gradually changing
As shown in FIG. 4, the gradually changing cross-sectional shape Sg includes an arc-shaped connection part e1, a pair of intermediate parts e2 extending linearly diagonally downward from both ends of the connection part e1, and downward from both ends of the intermediate part e2. It is comprised with a pair of leg part e3 extended. From the boundary with the
徐変部位7Gはトレーリングアーム2の近傍に配置されており、トーションビーム7の長手方向の中点CPから左右のいずれか一方に延びた部分について、中央部位7M、徐変部位7G、連結部位7Cの各長さを比で表すと、(7M:7G:7C=50〜70:15〜25:15〜25)の関係が成り立ち、特に好適な比率は一例として(7M:7G:7C=60:20:20)である。
The gradually changing
但し、連結部位7Cの長さを限りなくゼロに近づけて、トーションビーム7が長さ的には実質的に中央部位7Mと徐変部位7Gとだけで構成され、(7M:7G=70〜80::20〜30)または(7M:7G=75:25)となるように構成しても良い。
However, the length of the connecting
中央部位7Mに割り当てられた、∩字状(アーチ状)の第1断面形状S1は、鋼板を下方に開放された形状に折り曲げて得られる単純な断面形状の中でも、上下及び左右方向の十分な曲げ剛性を保有するだけでなく、ネジリ剛性の高い形状として採用されている。これは、左右のトレーリングアーム2どうしの捻れを抑制するというトーションビーム本来の目的を果たすためである。中央部位7Mは、長手方向に沿って一定の断面形状を有するだけでなく、上下方向と前後方向の寸法も長手方向に沿って略一定である。
The first cross-sectional shape S1 assigned to the
次に、連結部位7Cに割り当てられた、下方に開放された∧字状(三角状)の第2断面形状S2は、第1断面形状に比してネジリ剛性は劣るが、上下方向の十分な曲げ剛性を保有し、且つ、第1断面形状S1よりも上下方向の寸法を大きく確保し易い形状として採用されている。この上下方向の大きめの寸法は、トレーリングアーム2との溶接を行うための切り欠き7Rが余裕をもって形成されることで、ガゼットなどの補助部材を用いることなく両部材どうしの十分強固な連結構造を確保する役目を果たす。
Next, the second cross-sectional shape S2 that is assigned to the connecting
徐変部位7Gに割り当てられた、第1断面形状S1から第2断面形状S2へと徐変する徐変断面形状Sgは、中央部位7Mと連結部位7Cの間に断面形状が急激に変化する部位が形成されないことを意図した構成である。
中央部位7Mと連結部位7Cの間に徐変部位7Gを設けてある別の意図は、トーションビーム7の耐久性を向上させるためである。
The gradually changing cross-sectional shape Sg, which is assigned to the gradually changing
Another intention of providing the
すなわち、車両が道路のコーナー部や急なカーブを走行する際などには、トレーリングアーム2からトーションビーム7に捻り応力が加えられる。トーションビーム7の一方に開いた断面形状を長手方向に沿って一定としている場合には、この捻り応力による変曲点(最大応力箇所)は、一般にトーションビーム7の断面の開口側端部(断面が∩字状または∧字状であれば下端部)に出現すると考えられている。
That is, torsional stress is applied from the trailing
したがって、本実施形態のように、トーションビーム7の断面形状を下方に開いた∧字状または∩字状とした場合、断面形状の下端部は走行中に車輪によって跳ね上げられた小石や瓦礫などの異物が衝突する箇所となるため、捻り応力による変曲点が下端部に出現することは、トーションビーム7の耐久面からみて不利である。
Therefore, as in this embodiment, when the cross-sectional shape of the
しかし、出願人は、プレスによってトーションビーム用の鋼板を一方に開いた断面形状に加工する際に、前述した徐変部位7Gが長手方向の両端付近に生じるように加工すれば、図3及び図4に示すように、変曲点Tが徐変部位7Gにおけるトーションビームの断面の端部から内方に(図5に示された断面における下端部から上方に)移動するという興味深い現象が見られることを、構造解析による応力分布の推定によって確認するに至った。
However, when the applicant processes the steel plate for torsion beam into a cross-sectional shape opened to one side by pressing, if the processing is performed so that the above-described
すなわち、本発明によるサスペンション装置では、この新たに得られた知見を適用し、トーションビーム7の中央部位7Mと連結部位7Cの間に徐変部位7Gを設けたことで、図4に例示するように、捻り応力による変曲点Tがビーム状断面の端部から内方に移動(断面が∩字状または∧字状であれば上方に移動)しているので、走行中に小石や瓦礫などの異物が衝突する箇所と変曲点とが一致せず、結果的にトーションビーム7の耐久性が向上するという効果が得られる。
That is, in the suspension device according to the present invention, the newly obtained knowledge is applied, and the gradually changing
さらに、下方に開放された断面形状を備えたトーションビーム7のせん断中心は断面の上端から上方に幾らか離間した位置に存在するが、本発明によれば変曲点Tがトーションビーム7の断面の端部(下端)から内方に移動して、せん断中心に近付くため、その理由からもトーションビーム7の下端にねじれによる割れが発生し難くなっている。
Furthermore, although the shear center of the
尚、トーションビーム7の断面を構成する∧字または∩字の線長、言い換えれば断面の周長が長手方向の各断面において一定とされている。そのため、プレス加工では、その長手方向に沿って幅が一定の矩形鋼板を出発材料として用いればよいので、形状が単純な矩形鋼板を出発材料とすれば良いことから、生産性が高く、また、加工時の歩留まりもよくなる。
Note that the cross section of the
また、車両が道路のコーナー部や急なカーブを走行する際などには、トーションビーム7に対して路面と平行な向きの曲げ応力も加えられるが、本構成では、図6に誇張した例を示すように、トーションビーム7の曲げは、トレーリングアーム2に近い徐変部位7Gの外側に位置する左右の変曲点Tを不動点として発生するという知見が構造解析によって得られたので、トーションビーム7の振れ幅を可及的に大きく確保することが可能となり、且つ、トーションビーム7とトレーリングアーム2の接合部に大荷重が伝達され難くなったので、車両の乗り心地が大幅に改善された。
Further, when the vehicle travels on a corner of a road or a sharp curve, bending stress in a direction parallel to the road surface is also applied to the
徐変部位7Gの左右端部付近の上端には一対のプレス基準孔PHが設けられている。このプレス基準孔PHは、金型(不図示)の一部から突出した2本のピン(不図示)と各々係合することで、プレス加工の初期段階から最終段階まで素材の矩形鋼板が金型に対して移動することを阻止する役目を果たす。
A pair of press reference holes PH is provided at the upper end in the vicinity of the left and right end portions of the gradually changing
〔別実施形態〕
〈1〉図7に例示するように、連結部位7Cの断面形状を、小さな円弧状の接続部f1と、接続部f1の両端から斜め下方に延びた一対の第1脚部f2と、第1脚部f2の各端部から真下に平行に延びた一対の第2脚部f3とで構成される形態としてもよい。但し、この場合、第2脚部f3の長さはトーションビーム7の長手方向に沿って次第に減少する形態とすることが好適である。この場合、徐変部位7Gの断面については、中央部位7Mとの境界から連結部位7Cとの境界に向かって、脚部e3は長さが次第に短くなるが角度は真下向きのまま一定とし、中間部e2は長さが次第に長くなると同時に傾斜角度が次第に急になる構成とすればよい。
[Another embodiment]
<1> As illustrated in FIG. 7, the cross-sectional shape of the connecting
〈2〉図4に示されるトーションビーム7の頭頂部、すなわち接続部d1、接続部e1、接続部f1の全体または一部を曲面ではなく、水平な平面で構成してもよい。
<2> The top of the
左右一対のトレーリングアームとトーションビームの間の接続強度が十分で、且つ、生産性、コスト、部品点数の低減化などを確保し易い車両用のサスペンション構造として、乗用車および商用車、並びに、トラックおよびバスに利用可能である。 As suspension structures for vehicles that have sufficient connection strength between a pair of left and right trailing arms and a torsion beam, and that are easy to ensure productivity, cost, reduction in the number of parts, etc., passenger cars and commercial vehicles, trucks, and Available for buses.
2 トレーリングアーム
7 トーションビーム
7C 連結部位
7G 徐変部位
7M 中央部位
7R 切り欠き
S1 第1断面形状
S2 第2断面形状
Sg 徐変断面形状
T 変曲点(最大応力箇所)
2 Trailing
Claims (2)
前記トーションビームが、下方に延びた一対の脚部と前記一対の脚部を接続する円弧状の接続部とを含む下方に開放されたアーチ状の第1断面形状を備えた中央部位と、前記トレーリングアームに連結される端部を含み下方に開放された三角状の第2断面形状を備えた連結部位と、前記中央部位から前記連結部位に向かって前記第1断面形状から前記第2断面形状へと徐変する断面形状を備えた徐変部位とを有し、
前記徐変部位が前記トレーリングアームの近傍に配置されているサスペンション構造。 A suspension structure comprising a pair of left and right trailing arms and a torsion beam connected across the pair of trailing arms,
The torsion beam has a central portion having a downwardly opened arch-like first cross-sectional shape including a pair of legs extending downward and an arc-shaped connecting part connecting the pair of legs, and the tray A connecting portion having a triangular second cross-sectional shape including an end portion connected to the ring arm and opened downward, and the second cross-sectional shape from the first cross-sectional shape toward the connecting portion from the central portion. Having a gradually changing portion with a cross-sectional shape gradually changing to
A suspension structure in which the gradually changing portion is disposed in the vicinity of the trailing arm.
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