JP2016222000A

JP2016222000A - サスペンションアーム

Info

Publication number: JP2016222000A
Application number: JP2015107382A
Authority: JP
Inventors: 得功鈴木; Narikatsu Suzuki; 大輔福森; Daisuke Fukumori
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-05-27
Filing date: 2015-05-27
Publication date: 2016-12-28
Also published as: DE102016207633A1; CN106183676A; US9731573B2; US20160347138A1

Abstract

【課題】長手方向に伸びたサスペンションアームにおいて、捩り変形を抑制する。
【解決手段】外形を規定する線Ｌａが長手方向に対して曲がり、断面がＩ型を成したサスペンションアーム１０において、複数の断面の各々におけるせん断中心点Ｓを通る線Ｌｃが力の伝達線Ｌｂにほぼ一致するように、連結部２４の一対のフランジ部２０，２２に対する位置を、力の伝達線Ｌｂ側にオフセットさせた。その結果、幅方向に大きくすることなく、サスペンションアーム１０の捩れ変形を抑制することができる。また、図心を力の伝達線Ｌｂに近づけることができるため、座屈強度の低下を抑制することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両の車体側部材と車輪側部材との間に設けられたサスペンションのサスペンションアームに関するものである。

特許文献１には、水平方向に伸びたアッパアームが記載されている。このアッパアームは、Ｈ型鋼から成るものであり、横ウェブの位置が力の入力点に近づけられた形状を成す。それにより、重量を軽減しつつ疲労強度を増大させることができる。特許文献２に記載のサスペンションアームは、Ｉ型鋼から成るものであり、上フランジの幅が下フランジの幅より大きくされる。それにより、重量を軽減しつつ疲労強度を増大させることができる。特許文献３に記載のサスペンションアームは、Ｉ型鋼から成るものであり、縦ウェブにリブ、ボス等が設けられる。それによって、剛性を高くすることができる。

実開平６−０７１２１７号公報実開平７−００４１１２号公報特開２０００−３３５２１６号公報

本発明の課題は、サスペンションアームの改良であり、例えば、捩り変形の抑制を図ることである。

課題を解決するための手段および効果

本発明に係るサスペンションアームは、それの外形を規定する線が力の伝達線と一致しないものであり、かつ、複数の断面の各々において、せん断中心点が力の作用点の近傍に位置する形状を成す。その結果、捩り変形の抑制を図ることができる。

特許請求可能な発明

以下、本願において特許請求が可能と認識されている発明、あるいは、発明の特徴点について説明する。以下、(1)項〜(3)項が請求項１〜３に対応する。
（１）長手形状を成すサスペンションアームであって、
当該サスペンションアームが、それの外形を規定する線が力の伝達線と一致しないが、複数の断面の各々におけるせん断中心点を通る線が前記力の伝達線と一致する形状を成すことを特徴とするサスペンションアーム。
「力の伝達線」とは、サスペンションアームに加えられる外力の入力点を結ぶ直線、換言すれば、車輪側部材側の入力点と車体側部材側の入力点とを含む直線である。例えば、サスペンションアームの車輪側部材への取付部の中心点と車体側部材への取付部の中心点とを含む直線とすることができる。サスペンションアームの断面の各々における力の作用点は、力の伝達線上に位置する。
「サスペンションアームの外形を規定する線」とは、例えば、サスペンションアームの外縁に沿った線としたり、幅方向の中心点を通る線としたりすること等ができる。「サスペンションアームの外形を規定する線が力の伝達線（直線）と一致しない」場合には、サスペンションアームの外形を規定する線は曲がっていることが多い。
「一致する」とは「ほぼ一致する」の意味であり、「完全に一致する」の意味に限定されない。「ほぼ一致する」とは、「せん断中心点を通る線が力の伝達線で決まる第１設定範囲内にある」、「せん断中心点を通る線と力の伝達線との間の距離の最大値、あるいは、平均値が第１設定値以下である」ことをいう。第１設定範囲、第１設定値は、製造バラツキ、誤差等に基づいて決まる大きさとすることができる。
「一致しない」とは、「ほぼ一致するとはいえない」意味であり、「外形を規定する線が力の伝達線で決まる第２設定範囲の外にある」、「外形を規定する線と力の伝達線との間の距離の最大値、あるいは、平均値がと第２設定値より大きい」ことをいう。第２設定範囲、第２設定値は、それぞれ、第１設定範囲、第１設定値と同じ値としたり、それより大きい値としたりすること等ができる。
せん断中心点と力の作用点とが一致すれば、その力に起因する捩りは生じ難くなる。したがって、複数の断面の各々におけるせん断中心点を通る線が、力の伝達線にほぼ一致すれば、当該サスペンションアームの捩りを良好に抑制することができる。
本項に係るサスペンションアームにおいて、断面形状は限定しない。例えば、断面形状を、Ｉ型、Ｈ型、Ｔ型、Ｌ型、クランク型、溝型、Ｃ型、Γ型等とすることができる。
「断面」は、サスペンションアームの長手方向に交差する方向の断面（横断面と称することもできる）であり、「複数の断面」は、予め定められた複数の断面としたり、任意の複数の断面としたりすること等ができる。
（２）長手方向に曲がった形状を成すサスペンションアームであって、
長手方向に伸びた一対のフランジ部と、それら一対のフランジ部を連結する連結部とを含み、かつ、前記連結部が、前記一対のフランジ部の各々の幅方向の中心点より、力の作用点に近い側へオフセットして設けられたことを特徴とするサスペンションアーム。
「長手方向に曲がった形状」とは、長手方向に一直線状に伸びた形状でない形状であり、例えば、直線が折れ曲がった形状、曲線状に曲がった形状等が該当し、具体的には、クランク形状、Ｓ字形状、湾曲状等が該当する。
「長手方向」とは、サスペンションアームの車輪側部材に取り付けられた部分と車体側部材に取り付けられた部分とで決まる方向であり、長手方向の形状は、車輪側部材に取り付けられた部分と車体側部材に取り付けられた部分との間の部分の形状をいう。例えば、特許文献１に記載のＵ字型に湾曲したアッパアームは、一直線状に伸びた形状を成すものである。
サスペンションアームが長手方向に曲がった形状を成す場合には、力の伝達線がサスペンションアームから外れて通ることがある。それに対して、連結部を力の作用点に近い側にオフセットさせれば、せん断中心点をサスペンションアームから外れた位置に設定することができるのであり、力の作用点に近づけることができる。また、連結部を力の作用点に近い側にオフセットさせることにより、断面の図心を力の作用点に近づけることができる。その結果、サスペンションアームが長手方向に曲がった形状を成すものであっても、座屈強度の低下を抑制することができる。
（３）前記連結部が、当該サスペンションアームの複数の断面の各々におけるせん断中心点を通る線と、前記力の作用点を通る線とが一致する状態で設けられた (2)項に記載のサスペンションアーム。
（４）長手方向に曲がった形状を成すサスペンションアームであって、
当該サスペンションアームが、複数の断面の各々におけるせん断中心点を通る線が一直線状に伸びた形状を成すことを特徴とするサスペンションアーム。
サスペンションアームが長手方向に曲がった形状を成すものであっても、断面形状の工夫により、任意の断面の各々におけるせん断中心点がほぼ一直線上に位置するようにすることができる。
（５）長手方向に曲がった形状を成すサスペンションアームであって、
当該サスペンションアームが、複数の断面の各々における図心を通る線と力の作用点を通る線との間の距離が、幅方向の中心点を通る線と前記力の作用点を通る線との間の距離より小さい形状を成すことを特徴とするサスペンションアーム。
例えば、連結部が一対のフランジ部の中心点に設けられた場合と、その中心点より力の作用点に近い側にオフセットして設けられた場合とを比較すると、前者の場合より後者の場合の方が、図心を力の作用点に近づけることができる。
（６）当該サスペンションアームが、アーム本体と、長手方向の一端部に設けられた車体側部材への取付部と、前記長手方向の他端部に設けられた車輪側部材への取付部とを含む(1)項ないし(5)項のいずれかに記載のサスペンションアーム。
上記(1)項ないし(5)項のいずれかに記載の技術的特徴は、アーム本体に適用することができる。
なお、サスペンションアームについて、(1)項ないし(6)項のいずれかに記載の技術的特徴の２つ以上を組み合わせて適用することができる。

本発明の一実施形態に係るサスペンションアームの正面図である。 (a)上記サスペンションアームの平面図である。(b)図２(a)のＩ−Ｉ断面図である。(c)図２(a)のII−II断面図である。(d)図２(a)のIII−III断面図である。上記サスペンションアームの複数の断面の各々のせん断中心点、図心を説明するための図である。 (a)上記サスペンションアームが車両に取り付けられた状態の一例を示す図である。(b)図４(a)のIV−IV断面図である。(c)図４(a)のV−V断面図である。(d)図４(a)のVI−VI断面図である。 (a)上記サスペンションアームに作用する上下方向力、モーメント、せん断力を示す図である。(b)上記サスペンションアームに作用する圧縮力を示す図である。

発明の実施形態

以下、本発明の一実施形態であるサスペンションアームについて図面に基づいて詳細に説明する。本発明は、下記の実施例に限らず、当業者の知識に基づき、種々の変更、改良を施した態様で実施することができる。

本実施例に係るサスペンションアーム１０は、図１，２に示すように、長手方向に伸びた部材であり、アーム本体１２と、一端部に設けられた１つの貫通穴１４を備えた取付部１５と、他端部に設けられた２つの貫通穴１６，１７を備えた取付部１８とを含む。アーム本体１２は、断面がＩ型形状を成し、図２(b)〜(d)に示すように、長手方向に伸びた一対のフランジ部２０，２２と、これら一対のフランジ部２０，２２を連結する連結部（縦ウェブと称することもできる）２４とを含む。
なお、図１，２において、サスペンションアーム１０の長手方向をｘ方向、高さ方向（連結部２４が伸びる方向）をｚ方向とする。またｘ方向、ｚ方向に直交する方向をｙ方向とする。

サスペンションアーム１０は、長手方向に一直線状に伸びたものではなく、本実施例においてはクランク状に曲がったものである。サスペンションアーム１０の外形を規定する線、例えば、フランジ部２０またはフランジ部２２の幅方向の中心点（図２(b)の点Ｒ）を結ぶ線（以下、外形を規定する線と称する場合がある）Ｌａがｘｙ面視において一直線状に伸びたものではなく、クランク状に曲がっていることが明らかである。また、外形を規定する線Ｌａは、後述する力の伝達線Ｌｂと一致しないことも明らかである。
なお、外形を規定する線は、サスペンションアーム１０の外縁に沿った線Ｌａ′、Ｌａ″とすることもできる。

アーム本体１２は、連結部２４の一対のフランジ部２０，２２に対する相対位置（連結位置）が、長手方向に対して変化する形状を成す。連結部２４の連結位置が変わると、図２(b)〜(d)に示すように、せん断中心点Ｓがｙ方向において変化する。本実施例においては、断面の各々において、連結部２４のフランジ部２０，２２に対する相対位置が、せん断中心点Ｓが力の作用点Ｐと一致するように設計される。なお、断面は、外形を規定する線Ｌａに直交する面をいう。

断面の各々におけるせん断中心点Ｓは、その断面の形状に基づいて決まる。図３に示すように、一対のフランジ部Ｋと連結部Ｊとから構成されるＩ型断面において、フランジ部Ｋの幅がｂ、連結部Ｊの長さがｈとされ、連結部Ｊがフランジ部Ｋの一端部（図３のＹ０）から長さｂ_１の位置に設けられた場合には、せん断中心点Ｓと連結部Ｊとの間の距離ｅは下式に示す長さとなる。
ｅ＝３ｂ（ｂ_１−ｂ_２）／（６ｂ＋ｈ）
上式において、ｂ_１、ｂ_２の和はフランジ部Ｋの長さｂ（ｂ_１＋ｂ_２＝ｂ）となることから、上式は、
ｅ＝３ｂ（２ｂ_１−ｂ）／（６ｂ＋ｈ）
と、書き直すことができる。

断面の各々における力の作用点Ｐは、サスペンションアーム１０における力の伝達線Ｌｂ上に位置する。力の伝達線Ｌｂは、本実施例においては、サスペンションアーム１０における力の入力点を結ぶ線である。サスペンションアーム１０は、一端部の取付部１５において車体側部材に取り付けられ、他端部の取付部１８において車輪側部材に取り付けられるため、図２(a)に示すように、貫通穴１４の中心点Ａと、２つの貫通穴１６，１８の各々の中心点Ｂ１，Ｂ２同士の中心点Ｂとが、それぞれ、力の入力点に対応し、これら入力点（中心点Ａ，Ｂ）を結んだ直線が力の伝達線Ｌｂに対応する。
このように、力の伝達線Ｌｂが決まれば、各々の断面における作用点Ｐの位置（例えば、一端部Ｙ０からの長さｙ_Ｐ）が決まるため、サスペンションアーム１０の各々の断面において、せん断中心点Ｓが力の作用点Ｐに一致するように（ｙ_Ｐ＝ｅ＋ｂ_１）、長さｂ_１を求めることが可能であり、連結部Ｊの一対のフランジ部Ｋに対する位置を決めることができる。

なお、図３に示す断面形状は、実際のサスペンションアーム１０の断面形状とは異なるため、実際のサスペンションアーム１０のせん断中心点Ｓの位置が上式に基づいて決まるとは限らない。しかし、実際のサスペンションアーム１０についても、同様にして、複数の断面の各々において、せん断中心点Ｓと力の作用点Ｐとが一致するように、連結部２４の一対のフランジ部２０，２２に対する位置を求めることができる。
本実施例に係る実際のサスペンションアーム１０の複数の断面の各々におけるせん断中心点Ｓを、図２(a)〜(d)において▲で示す。図２(a)に示すように、複数の断面の各々におけるせん断中心点Ｓを通る線Ｌｃは力の伝達線Ｌｂとほぼ一致することが明らかである。

また、図３に示すＩ型断面において、図心Ｇの一端部Ｙ０からの距離ｙ_Ｇは、下式に示す長さとなる。
ｙ_Ｇ＝（ｂ／２）−｛ｈ（ｂ−２ｂ_１）／２（２ｂ＋ｈ）｝
上式から、長さｂ_１がｂ／２より大きい場合は距離ｙ_Ｇはｂ／２より大きくなり、長さｂ_１がｂ／２より小さい場合は距離ｙ_Ｇはｂ／２より小さくなることが明らかである。換言すれば、連結部２４がフランジ部２０，２２の中心点Ｒに対してオフセットされた場合には、同じ側に、図心Ｇもオフセットされる。
そして、本実施例に係る実際のサスペンションアーム１０の複数の断面の各々における図心Ｇを、図２(a)において〇で示す。図２(a)に示すように、サスペンションアーム１０の幅方向の中心点Ｒ（外形を規定する線Ｌａ上の点）と力の作用点（力の伝達線Ｌｂ上の点）との間の距離ｄａより図心Ｇと力の作用点との間の距離ｄｇの方が小さい（ｄｇ＜ｄａ）ことが明らかである。

本実施例に係るサスペンションアーム１０は、例えば、図４に示すように、リジッド式のサスペンションのリーディングアームとして用いることができる。サスペンションアーム１０は、車輪５０に相対回転可能、一体的に移動可能に支持された車輪側部材としてのアクスルハウジング５２と、車体側部材としてのフレーム５４との間に、長手方向が概して車両の前後方向に伸び、幅方向が概して車両の幅方向、高さ方向が対して車両の上下方向に伸びた状態で設けられる。
サスペンションアーム１０の一端部は、取付部１５においてフレーム５４に、貫通穴１４に嵌合されたゴムブッシュ５６を介してボルト５８およびナット５９によって、ほぼ車両の幅方向に伸びる軸線回りに揺動可能に取り付けられる。取付部１５の中心点Ａは、図４(d)に示すように、ボルト５８の中心軸線上に位置する。同様に、サスペンションアーム１０の他端部は、取付部１８においてアクスルハウジング５２に、貫通穴１６，１７にそれぞれ嵌合されたゴムブッシュ６２，６３を介して、それぞれ、ボルト６４，６５およびナット６６，６７によってほぼ幅方向に伸びる軸線回りに揺動可能に取り付けられる。取付部１８の中心点Ｂは、ボルト６４，６５の中心軸線上に位置する中心点Ｂ１，Ｂ２｛図４(b)、(c)に示す｝同士の中心点である。

例えば、路面入力等に起因して車輪５０に上下方向の外力が加えられた場合には、図５(a)に示すように、サスペンションアーム１０には、上下方向の力Ｆａが作用し、それに起因して、曲げモーメントＭが生じるとともに、せん断力Ｖが作用する。それに対して、本実施例に係るサスペンションアーム１０においては、複数の断面の各々のせん断中心点Ｓを通る線Ｌｃが力の伝達線Ｌｂとほぼ一致する。その結果、せん断力Ｖによって捩りが生じ難くされるのであり、曲げは許容されても、捩り変形が抑制される。
また、車輪５０に前後方向の力が加えられ、図５(b)に示すように、サスペンションアーム１０には長手方向に圧縮力Ｆｂが作用する場合がある。それに対して、本実施例に係るサスペンションアーム１０において、図心Ｇが力の伝達線Ｌｂに近い側にオフセットされている。その結果、連結部２４がフランジ部１０，１２の中心点に設けられる場合に比較して、圧縮力による曲げモーメントを小さくすることができ、座屈強度を大きくすることができる。

サスペンションアームの設置スペース、取付位置（向き）等の制約により、サスペンションアームを長手方向に曲げる必要があり、しかも、幅方向に大きくできない場合がある。一方、サスペンションアームを長手方向に曲がった形状を成すものとすると、曲げ強度や座屈強度が低下することがある。そのため、通常は、サスペンションアームの肉厚を大きくする等により、曲げ強度の低下や座屈強度の低下が図られる。しかし、その場合には、サスペンションアームの重量が大きくなるという別の問題が生じる。それに対して、本サスペンションアーム１０においては、幅方向に大きくすることなく、複数の断面の各々において、せん断中心点Ｓが力の伝達線Ｌｂ上に位置するように、断面形状が設計された。その結果、重量を増加させたり、幅方向に大きくしたりすることなく、捩り変形を抑制し、座屈強度の低下を抑制することが可能となった。また、サスペンションアーム１０が長手方向に曲がった形状を成すため、力の作用点が、サスペンションアーム１０の外縁から外れる場合があるが、その場合であっても、断面形状の設計により、せん断中心点Ｓを、サスペンションアーム１０の外縁の外側の力の伝達線Ｌｂに近づけることができるのであり、サスペンションアーム１０を幅方向に大きくすることなく、捩り変形を抑制することができる。

なお、本サスペンションアーム１０の長手方向の形状、断面形状は、上記実施例に限定されない。例えば、長手方向において、一直線状に伸びた形状、屈曲した形状、円弧状に伸びた形状等とすることもできる。また、断面形状について、Ｌ型、Ｃ型、Ｔ型等とすることができる。
また、本サスペンションアーム１０は、どのような姿勢で取り付けることもできる。例えば、概して車両の前後方向に伸びる軸線回りに揺動可能に取り付けたり、概して上下方向に伸びる軸線回りに揺動可能に取り付けたり、幅方向、前後方向、上下方向に対して傾斜した軸線回りに揺動可能に取り付けたりすること等ができる。どのような姿勢で取り付けられても、力の伝達線Ｌｂと直交する方向に作用する力に起因する捩り変形を抑制することができ、長手方向の圧縮力に対する座屈強度の低下を抑制することができる。
さらに、ゴムブッシュでなく、ベアリング、ボールジョイントを介して取り付けられた場合にも、同様に、捩り変形を抑制したり、座屈強度の低下を抑制したりすることができる。また、車輪側部材への取付部の貫通穴は１つでもよい。

１０：サスペンションアーム１２：アーム本体１４，１６，１８：取付部２０，２２：フランジ２４：連結部５２：アクスルハウジング５４：フレーム

Claims

長手形状を成すサスペンションアームであって、
当該サスペンションアームが、それの外形を規定する線が力の伝達線と一致しないが、複数の断面の各々におけるせん断中心点を通る線が前記力の伝達線と一致する形状を成すことを特徴とするサスペンションアーム。
長手方向に曲がった形状を成すサスペンションアームであって、
長手方向に伸びた一対のフランジ部と、それら一対のフランジ部を連結する連結部とを含み、かつ、前記連結部が、前記一対のフランジ部の幅方向の中心点より、力の作用点に近い側へオフセットして設けられたことを特徴とするサスペンションアーム。
前記連結部が、当該サスペンションアームの複数の断面の各々におけるせん断中心点を通る線と、前記力の作用点を通る線とが一致する状態で設けられた請求項２に記載のサスペンションアーム。