JP2014213641A - トーションビーム式サスペンション - Google Patents

Abstract

【課題】重量増加をより確実に回避し、トレーリングアームとトーションビームとの継手部分における応力集中を緩和し、容易に位置決め可能な生産性の高いトーションビーム式サスペンションを提供する。
【解決手段】トーションビーム式サスペンション２は、一方向へ開いた開放形状を呈する板状の長尺なトーションビーム５と、トーションビーム５の両端に連結される一対のトレーリングアーム６と、を備える。トレーリングアーム６はトーションビーム５に突き合わせて接合される中空構造のビーム接合部１３を備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、トーションビーム式サスペンションに関する。

自動車の燃費を向上させるために、車両の軽量化が求められている。そこで、足回り部品では、アルミニウム合金の適用が進められている。足回り部品であるトーションビーム式サスペンションは、トーションビームと、トーションビームのそれぞれの端部に溶接で接合される一対のトレーリングアームと、を備える。それぞれのトレーレリングアームは車両に負荷される横力、前後力、および上下力に対して高い剛性を要求される一方で、トーションビームは左右の車輪が上下逆位相で変位する際の捻り荷重を支えるための適度な剛性を要求される。

そこで、重量増加を回避しながらトーションビームのエッジ部に発生する応力を緩和したトーションビーム式サスペンションが知られている。この従来のトーションビーム式サスペンションは、トレーリングアームに差し込まれたトーションビームを備える（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１２−１４００３１号公報

従来のトーションビーム式サスペンションでは、トレーリングアームにトーションビームを差し込む構造上、トレーリングアームとトーションビームとの重なり部分が生じる。この重なり部分は、トレーリングアームまたはトーションビームにとって余分な重量増加となる。

また、トレーリングアームとトーションビームとの径寸法が必然的に異なるため、重なり部分には段差が生じる。この段差は、応力集中によって強度上の不利益を招く。

さらに、トレーリングアームとトーションビームとエッジ部に未溶接部分があるため、溶接部分と未溶接部分との境目は、応力集中によって強度上の不利益を招く。未溶接部分は、微小な往復すべり運動によってフレッティング疲労にも晒される。

しかも、トレーリングアームとトーションビームとを溶接する際、トーションビームの長さ方向における位置決め精度を高め難い。

そこで、本発明は、重量増加をより確実に回避し、トレーリングアームとトーションビームとの継手部分における応力集中を緩和し、容易に位置決め可能な生産性の高いトーションビーム式サスペンションを提供することを目的とする。

前記の課題を解決するため本発明に係るトーションビーム式サスペンションは、一方向へ開いた開放形状を呈する板状、または一方向へ開いた開放形状を呈する管状の長尺なトーションビームと、前記トーションビームの両端に連結される一対のトレーリングアームと、を備え、前記トレーリングアームは前記トーションビームに突き合わせて接合される中空構造のビーム接合部を備える。

本発明によれば、重量増加をより確実に回避し、トレーリングアームとトーションビームとの継手部分における応力集中を緩和し、容易に位置決め可能な生産性の高いトーションビーム式サスペンションを提供できる。

本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションを適用する車両を示す斜視図。 本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションを示す斜視図。 本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションを示す分解斜視図。 本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションに作用する荷重を示す図。 本発明の実施形態に係るトーションビームの一例を示す横断面図。 本発明の実施形態に係るトーションビームの一例を示す横断面図。 本発明の実施形態に係るトーションビームの一例を示す横断面図。 本発明の実施形態に係るトーションビームの一例を示す横断面図。 本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションを基準線に沿って示す断面図。 本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションを示す断面図。 本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションを示す断面図。 本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションを示す断面図。 本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションを示す断面図。 本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションのトレーリングアームを示す斜視図。 本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションの他の例を基準線に沿って示す断面図。 本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションを示す断面図。 本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションを示す断面図。 本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションを示す断面図。 本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションを示す断面図。 本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションを示す断面図。 本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションのトレーリングアームを示す斜視図。 本発明の実施形態に係るトレーリングアームの一例を示す横断面図。 本発明の実施形態に係るトレーリングアームの一例を示す横断面図。 本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションの他の例を基準線に沿って示す断面図。 本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションの他の例を基準線に沿って示す断面図。

本発明に係るトーションビーム式サスペンションの実施形態について図１から図２５を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションを適用する車両を示す斜視図である。

図１に示すとおり、本実施形態に係る車両としての自動車１は、リアサスペンションとしてトーションビーム式サスペンション２（以下、単に「サスペンション２」と呼ぶ。）を備える。サスペンション２は左右一対の車輪３を支持する。

サスペンション２は、自動車１の上下方向へ揺動する。サスペンション２は、長尺なトーションビーム５と、トーションビーム５の両端に連結される一対のトレーリングアーム６と、を備える。

トーションビーム５は自動車１の左右方向（車幅方向）に延びる。

トレーリングアーム６は、トーションビーム５に連接して車幅方向へ延びつつ二股に分かれる。それぞれの分岐は車両の前方および後方へ延びる。

サスペンションスプリング７およびショックアブソーバ８は、サスペンション２に負荷される自動車１の上下方向の力を支える。

図２は、本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションを示す斜視図である。

図３は、本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションを示す分解斜視図である。

図２および図３に示すように、本実施形態に係るサスペンション２は、車体に設けられるブラケット９によって揺動可能に支持される。また、サスペンション２は、ハブ１１を介して車輪３を支える。ハブ１１と車輪３との間にはブレーキドラム１２が挟み込まれている。

トレーリングアーム６はアルミニウム合金など非鉄合金の鋳物製である。トーションビーム５はアルミニウム合金または鉄合金の押出材または板材の成形品である。

トレーリングアーム６はトーションビーム５に突き合わせて接合されるビーム接合部１３を備える。トレーリングアーム６は、ビーム接合部１３から二股に分かれる。それぞれの分岐はビーム接合部１３から連続する円弧形状Ｒを呈する。この円弧は、曲率が小さい（曲率半径が大きい）ほど好ましい。ここで、車両の前方へ延びる一方の分岐を前アーム１５と呼び、車両の後方へ延びる他方の分岐を後ろアーム１６と呼ぶ。

前アーム１５はブッシュ圧入部１７を備える。ブッシュ圧入部１７には、弾性のある管状のブッシュ１８が圧入される。ブッシュ１８はボルト２１でブラケット９に揺動自在に支持される。ブラケット９、ブッシュ１８、ブッシュ圧入部１７は、サスペンション２のスイング軸である。

後ろアーム１６は、アブソーバ取付部２２と、スプリングシート２３と、キャリア２５と、を備える。

アブソーバ取付部２２は、後ろアーム１６のうちトーションビーム５を臨む面、つまり自動車１の車幅方向に見て内側に設けられる。アブソーバ取付部２２は、ショックアブソーバ８の下方側の端部を揺動可能に支える。ショックアブソーバ８はボルト２６でアブソーバ取付部２２に揺動自在に支持される。

スプリングシート２３は、ビーム接合部１３から後ろアーム１６に渡って延びる。スプリングシート２３も自動車１の車幅方向に見て内側に設けられる。スプリングシート２３はサスペンションスプリング７の下方側の端部に当てられる。なお、サスペンションスプリング７の上方側の端部は自動車１の車体フレームに当てられて、これを支える。

キャリア２５は、トーションビーム５を臨む面の反対側の面、つまり、自動車１の車幅方向に見て外側を臨む面に設けられる。キャリア２５はハブ１１を介して車輪３を支持する。

トレーリングアーム６とトーションビーム５との継手部分２７は、トーションビーム５の長手方向に延びる基準線Ｂに対して傾斜している。

図４は、本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションに作用する荷重を示す図である。

図４に示すように、本実施形態に係るサスペンション２は、ブラケット９によって自動車１の上下方向へ揺動可能に支持される。また、サスペンション２は、サスペンションスプリング７およびショックアブソーバ８によって自動車１の上下方向に位置決めされる。

そして、トーションビーム５には、車輪３の設置点から作用する横力、前後力、および上下力と、左右一対の車輪３が上下方向に逆位相で変位することで作用するロール荷重とが作用する。

図５は、本発明の実施形態に係るトーションビームの一例を示す横断面図である。

図６は、本発明の実施形態に係るトーションビームの一例を示す横断面図である。

図７は、本発明の実施形態に係るトーションビームの一例を示す横断面図である。

図５から図７に示すように、本実施形態に係るサスペンション２のトレーリングアーム６は、横断面形状、つまり基準線Ｂに直交する方向の断面形状において、一方向へ開いた開放形状を呈する板状の梁である。具体的には、トレーリングアーム６は、Ｕ字形状（図５）、Ｖ字形状（図６）、Ｃ字形状（図７）の断面形状を呈する。

図８は、本発明の実施形態に係るトーションビームの一例を示す横断面図である。

図８に示すように、トレーリングアーム６は、横断面形状、つまり基準線Ｂに直交する方向の断面形状において、一方向へ開いた開放形状を呈する管状の梁であっても良い。具体的には、トレーリングアーム６は、例えば横断面形状が円形の管を押し潰すなどの塑性加工によってＵ字形状の断面形状を呈する。

なお、以下の説明は、断面Ｕ字形状のトレーリングアーム６で代表する。

図９は、本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションを基準線に沿って示す断面図である。

図１０は、図９のＸ−Ｘ線において、本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションを示す断面図である。

図１１は、図９のＸＩ−ＸＩ線において、本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションを示す断面図である。

図１２は、図９のＸＩＩ−ＸＩＩ線において、本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションを示す断面図である。

図１３は、図９のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線において、本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションを示す断面図である。

図１４は、本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションのトレーリングアームを示す斜視図である。

図９から図１３に示すように、本実施形態に係るサスペンション２のビーム接合部１３は略一様な肉厚の中空構造であり、閉断面形状を呈する
他方、サスペンション２のトーションビーム５は一方向へ開いた開放形状を呈する板状の梁である。トーションビーム５の開放方向は、自動車１の下方、つまり路面方向を向く。

また、トーションビーム５の端面は、基準線Ｂに直交する面に対して車両中央側へ傾く。

継手部分２７の傾斜は、トーションビーム５の開放形状における開放側Ｏよりも非開放側Ｃのほうがトーションビーム５の長手方向における中央側（図４における左より）にある。換言すると、トーションビーム５の端部は、開放形状における非開放側Ｃから開放側Ｏへ向かって先細る。他方、ビーム接合部１３の端部は、トーションビーム５の非開放側Ｃに対応する位置からトーションビーム５の開放側Ｏに対応する位置へ向かって太くなる。ビーム接合部１３の端部は、トーションビーム５の端部形状に倣って傾斜している傾斜面２８を備える。

ビーム接合部１３の端部には、トーションビーム５の端部を嵌め込む凸部２９が設けられる。凸部２９はビーム接合部１３とトーションビーム５との位置決めと、接合に要する最低限度の突出量があれば良い。そして、トーションビーム５を凸部２９に嵌合させた状態では、トーションビーム５の端面がビーム接合部１３の端部に突き合わさる一方、トーションビーム５およびビーム接合部１３の外表面がほぼ面一になる。この継手部分２７は、溶接や摩擦攪拌接合によって全周に渡って接合され、トーションビーム５とトレーリングアーム６とを一体化させる。

このような構成のサスペンション２は、開放断面形状であり比較的に剛性が低いトーションビーム５から閉断面形状であり比較的に剛性が高いトレーリングアーム６（詳しくはビーム接合部１３）側へ向かって、トレーリングアーム６の断面積が徐々に大きくなり、トーションビーム５とトレーリングアーム６との継手部分２７における急激な剛性変化を抑制できる。

次に、実施形態に係るサスペンション２の他の例を説明する。なお、各例で説明するサスペンション２Ａ、２Ｂおよび２Ｃにおいてサスペンション２と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１５は、本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションの他の例を基準線に沿って示す断面図である。

図１６は、図１５のＸＶＩ−ＸＶＩ線において、本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションを示す断面図である。

図１７は、図１５のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線において、本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションを示す断面図である。

図１８は、図１５のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線において、本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションを示す断面図である。

図１９は、図１５のＸＩＸ−ＸＩＸ線において、本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションを示す断面図である。

図２０は、図１５のＸＸ−ＸＸ線において、本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションを示す断面図である。

図２１は、本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションのトレーリングアームを示す斜視図である。

図１４から図２１に示すように、本実施形態に係るサスペンション２Ａは、ビーム接合部１３の傾斜面２８に窪んだ凹部３１を備える。

凹部３１は、トーションビーム５の長手方向に見て、トーションビーム５から最も遠方にある縁部Ｐからトーションビーム５の先端Ｑまで窪みの深さｈ１を徐々に増大させる形状を呈し、トーションビーム５の先端Ｑからビーム接合部１３の先端Ｒまで窪みの深さｈ２を徐々に減少させる形状を呈する。

また、凹部３１は、基準線Ｂに直交する断面において、円弧形状を呈する。

図２２は、本発明の実施形態に係るトレーリングアームの一例を示す横断面図である。

図２３は、本発明の実施形態に係るトレーリングアームの一例を示す横断面図である。

図２２および図２３に示すように、本実施形態に係るサスペンション２Ａの凹部３１は、横断面形状、つまり基準線Ｂに直交する方向の断面形状において、円弧形状の他に、矩形状（図２２）またはＶ字形状（図２３）の断面形状を呈するものであっても良い。

このような構成のサスペンション２Ａは、トレーリングアーム６の傾斜面２８に凹部３１を備えることによって、サスペンション２に比べてトーションビーム５からトレーリングアーム６（詳しくはビーム接合部１３）側へ向かうトレーリングアーム６の断面積増加量、断面積変化量をより鈍く、緩やかにして、トーションビーム５とトレーリングアーム６との継手部分２７における急激な剛性変化をより抑制できる。

図２４は、本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションの他の例を基準線に沿って示す断面図である。

図２４に示すように、本実施形態に係るサスペンション２Ｂのビーム接合部１３の肉厚は、トーションビーム５から遠ざかるほど徐々に、または段階的に厚くなる。ビーム接合部１３の肉厚は、先端Ｒで最も薄く、トーションビーム５から最も遠方にある凹部３１の縁部Ｐまで徐々に、または段階的に厚くなり、トレーリングアーム６の他の部分と同程度の厚みに到達する。

なお、サスペンション２Ｂはサスペンション２Ａと同様に凹部３１を備えているが、サスペンション２のように平坦な傾斜面２８を備えていても良い。

このような構成のサスペンション２Ｂは、ビーム接合部１３の肉厚をトーションビーム５から遠ざかるほど徐々に、または段階的に厚くすることによって、サスペンション２、２Ａに比べてトーションビーム５からトレーリングアーム６（詳しくはビーム接合部１３）側へ向かうトレーリングアーム６の断面積増加量、断面積変化量をさらに鈍く、緩やかにして、トーションビーム５とトレーリングアーム６との継手部分２７における急激な剛性変化をさらに抑制できる。

図２５は、本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションの他の例を基準線に沿って示す断面図である。

図２５に示すように、本実施形態に係るサスペンション２Ｃのビーム接合部１３の肉厚は、トーションビーム５の長手方向において、トレーリングアーム６とトーションビーム５との継手部分２７に対応する第一領域Ａ１と、第一領域Ａ１外であって凹部３１に対応する第二領域Ａ２と、第一領域Ａ１および第二領域Ａ２以外の第三領域Ａ３との間で異なる。

第一領域Ａ１はビーム接合部１３の先端Ｒからトーションビーム５の先端Ｑまでの区間であり、第二領域Ａ２は、トーションビーム５の先端Ｑから凹部３１のうちトーションビーム５から最も遠方にある縁部Ｐまでの区間であり、第三領域Ａ３は縁部Ｐよりも車幅方向外側の区間であってビーム接合部１３の根元部分である。

第一領域Ａ１の肉厚が最も薄く、第三領域Ａ３の肉厚が最も厚い。第一領域Ａ１および第三領域Ａ３は略一様な厚みを呈する。

第二領域Ａ２の肉厚は第一領域Ａ１の肉厚と第三領域Ａ３の肉厚との差分内で徐々に、または段階的に変化している。

このような構成のサスペンション２Ｃは、肉厚の変化、ひいては剛性の変化をともなう第二領域Ａ２を備えることによって、トレーリングアーム６とトーションビーム５との継手部分２７、つまり第一領域Ａ１に生じる応力を第二領域Ａ２に分担させ、ひいては応力集中部Ｓを第二領域Ａ２に移動させてトレーリングアーム６とトーションビーム５との継手部分２７の荷重負担を低減させる（図２５中、二点鎖線Ｓ１から二点破線Ｓ２へ移動させる。）。特に、第三領域Ａ３に近い部分で第二領域Ａ２の肉厚を急激に変化させると、この効果は顕著になる。

本実施形態に係るサスペンション２、２Ａ、２Ｂおよび２Ｃは、トレーリングアーム６にトーションビーム５を突き合わせて接合するため、従来のサスペンションよりも確実に軽量化でき、容易に位置決めできる。

また、本実施形態に係るサスペンション２、２Ａ、２Ｂおよび２Ｃは、継手部分２７を傾斜させたことによって、継手部分２７における剛性変化を緩やかに抑え、応力集中を緩和できる。

さらに、本実施形態に係るサスペンション２、２Ａ、２Ｂおよび２Ｃは、継手部分２７を全周に渡って接合するため、溶接部と未溶接部の境目がなく、応力集中が抑制され、フレッティング疲労が回避される。

さらにまた、本実施形態に係るサスペンション２、２Ａ、２Ｂおよび２Ｃは、継手部分２７の外表面がほぼ面一なため、外表面付近での応力集中を緩和できる。なお、トーションビーム５の内表面とトレーリングアーム６の傾斜面２８との間には段差を生じるが、外表面側よりも応力値が低く、問題にはならない。

また、本実施形態に係るサスペンション２、２Ａ、２Ｂおよび２Ｃは、ビーム接合部１３と前アーム１５との間、およびビーム接合部１３と後ろアーム１６との間が、それぞれ円弧形状を呈しているため、ブッシュ圧入部１７、アブソーバ取付部２２、スプリングシート２３、およびキャリア２５からトーションビーム５へ荷重を円滑に伝達させて、応力集中を緩和できる。

さらに、本実施形態に係るサスペンション２、２Ａ、２Ｂおよび２Ｃは、一方向へ開いた開放形状のトーションビーム５を備えるため、ねじり剛性をそれ程必要とされない車種に適用できる。

さらにまた、本実施形態に係るサスペンション２Ｃは、継手部分２７がアルミニウム合金の溶接構造になる場合、材料強度が低下しやすいアルミニウム合金の継手部分２７と応力集中部分とを離間させて、継手部分２７での応力集中を緩和できる。

したがって、本実施形態に係るサスペンション２、２Ａ、２Ｂおよび２Ｃによれば、重量増加をより確実に回避し、トレーリングアーム６とトーションビーム５との継手部分２７における応力集中を緩和し、容易に位置決め可能になる。

１ 自動車
２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ トーションビーム式サスペンション
３ 車輪
５ トーションビーム
６ トレーリングアーム
７ サスペンションスプリング
８ ショックアブソーバ
９ ブラケット
１１ ハブ
１２ ブレーキドラム
１３ ビーム接合部
１５ 前アーム
１６ 後ろアーム
１７ ブッシュ圧入部
１８ ブッシュ
２１ ボルト
２２ アブソーバ取付部
２３ スプリングシート
２５ キャリア
２６ ボルト
２７ 継手部分
２８ 傾斜面
２９ 凸部
３１ 凹部

Claims (12)

1. 一方向へ開いた開放形状を呈する板状、または一方向へ開いた開放形状を呈する管状の長尺なトーションビームと、
   前記トーションビームの両端に連結される一対のトレーリングアームと、を備え、
   前記トレーリングアームは前記トーションビームに突き合わせて接合される中空構造のビーム接合部を備えるトーションビーム式サスペンション。
2. 前記トレーリングアームと前記トーションビームとの継手部分は、前記トーションビームの長手方向に延びる基準線に対して傾斜している請求項１に記載のトーションビーム式サスペンション。
3. 前記傾斜は、前記開放形状における開放側よりも非開放側のほうが前記トーションビームの長手方向における中央側にある請求項２に記載のトーションビーム式サスペンション。
4. 前記トーションビームの端部は、前記開放形状における非開放側から開放側へ向かって細くなり、
   前記ビーム接合部の端部は、前記トーションビームの端部形状に倣って傾斜している傾斜面を備える請求項２または３に記載のトーションビーム式サスペンション。
5. 前記傾斜面に窪んだ凹部を備える請求項４に記載のトーションビーム式サスペンション。
6. 前記ビーム接合部の肉厚は、前記トーションビームから遠ざかるほど徐々に、または段階的に厚い請求項１から５のいずれか１項に記載のトーションビーム式サスペンション。
7. 前記ビーム接合部の肉厚は、前記トーションビームの長手方向において、前記トレーリングアームと前記トーションビームとの継手部分に対応する第一領域と、前記第一領域外であって前記凹部に対応する第二領域と、前記第一領域および前記第二領域以外の第三領域との間で異なり、前記第一領域の肉厚が最も薄く、前記第三領域の肉厚が最も厚く、前記第二領域の肉厚は前記第一領域の肉厚と前記第三領域の肉厚との差分内で徐々に、または段階的に変化している請求項５に記載のトーションビーム式サスペンション。
8. 前記凹部は矩形状の横断面形状を呈する請求項５に記載のトーションビーム式サスペンション。
9. 前記凹部はＶ字形状の横断面形状を呈する請求項５に記載のトーションビーム式サスペンション。
10. 前記ビーム接合部は、閉断面形状を呈する請求項１から９のいずれか１項に記載のトーションビーム式サスペンション。
11. 前記トレーリングアームは、前記ビーム接合部から二股に分かれ、それぞれの分岐は前記ビーム接合部から連続する円弧形状を呈する請求項１から１０のいずれか１項に記載のトーションビーム式サスペンション。
12. 前記トレーリングアームは非鉄合金の鋳物製であり、
    前記トーションビームはアルミニウム合金または鉄合金の押出材または板材の成形品である請求項１から１１のいずれか１項に記載のトーションビーム式サスペンション。

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