JP2017065543A - トーションビーム式サスペンション及びそれに使用するリインフォースメントメンバ - Google Patents

Abstract

【課題】トーションビームにねじれや撓みが生じた際にリインフォースメントメンバの先端に応力が集中することを防止したトーションビーム式サスペンション及びリインフォースメントメンバを提供する。【解決手段】トレーリングアーム１１と、トーションビーム１２と、リインフォースメントメンバ１３とからなるトーションビーム式サスペンション１であって、リインフォースメントメンバ１３は、板状であって、先端側にテーパ部２２及び分割部２３を備えており、リインフォースメントメンバ１３の先端側の形状は、テーパ部２２によって基端側の幅に対して先端側の幅が徐々に小さくなる形状であり、分割部２３によって先端が複数の突起２４に分割された形状であり、突起２４の傾斜角がその途中で緩くなるように角度を変化させる変曲部２０を突起上に有するトーションビーム式サスペンション１である。【選択図】図１

Description

本発明は、トーションビーム式サスペンション及びそれに使用するリインフォースメントメンバ（補強材）に関する。

トーションビーム式サスペンションは前輪駆動車の後輪に用いられる。左右一対のトレーリングアームの間に長尺部材であるトーションビームを固定する。トレーリングアームには車輪が支持されている。車輪が路面の凹凸などによって変位すると、トーションビームが捩じれたり撓んだりして弾性変形しトレーリングアームが変位するのを許容する。路面が平坦になるとトーションビームが元の形状に復帰してトレーリングアーム及び車輪を元の位置に復帰させる。

特許文献１には、断面形状がＵ字状の低剛性部と、断面形状がコの字状の高弾性部とを有するトーションビームを備えるトーションビーム式サスペンションが開示されている。トーションビームには、高剛性部を避けるようにして、補強材が接合される。

特許文献２には、トーションビームの中央部付近の断面形状をＵ字状にし、トーションビームの端部側の断面形状をＶ字状にしたトーションビーム式サスペンションが開示されている。２本のレインフォースでトーションビームを底面側から支え、平面側から１本のレインフォースでトーションビームを挟むようにして支えることが記載されている。

特開２０１５−１３１５９８号公報 特開２００１−３９１３５号公報

特許文献１のトーションビーム式サスペンションでは、側板（符号６４）及び基板（符号６２）の縁を溶接して、補強材及びトーションビームを接合する。側板及び基板はトーションビームのねじれや撓みに追従し難く、トーションビームにねじれや撓みが生じた際に溶接部分においてトーションビーム及び補強材が分離しやすい。特許文献２のトーションビーム式サスペンションでは、トーションビームにねじれや撓みが生じるとレインフォースの先端に応力が集中してトーションビームに割れが生じるおそれがある。

トーションビームにねじれや撓みが生じた際にリインフォースメントメンバの先端に応力が集中することを防止したトーションビーム式サスペンション及びリインフォースメントメンバを提供することを目的とする。

左右で対であるトレーリングアームと、一端側及び他端側をトレーリングアームに固定したトーションビームと、基端側がトレーリングアームに対して固定された状態であり先端側がトーションビームに固定された状態であるリインフォースメントメンバとからなるトーションビーム式サスペンションであって、リインフォースメントメンバは、板状であって、先端側にテーパ部及び分割部を備えており、リインフォースメントメンバの先端側の形状は、テーパ部によって基端側の幅に対して先端側の幅が徐々に小さくなる形状であり、分割部によって先端が複数の突起に分割された形状であり、突起の傾斜角がその途中で緩くなるように角度を変化させる変曲部を突起上に有するトーションビーム式サスペンションによって、上記の課題を解決する。

トレーリングアームに固定するための基端部と、トーションビームに固定するための先端部と有するトーションビーム式サスペンション用のリインフォースメントメンバであって、リインフォースメントメンバの先端側の形状は、テーパ部によって基端側の幅に対して先端側の幅が徐々に小さくなる形状であり、分割部によって先端部が複数の突起に分割された形状であり、突起の傾斜角がその途中で緩くなるように角度を変化させる変曲部を突起上に有するリインフォースメントメンバによって上記の課題を解決する。

リインフォースメンバは突起の上に変曲部を備える。これにより、トーションビームにねじれや撓みが生じた際にリインフォースメンバの先端側とトーションビームの接点に掛かる応力を分散させてトーションビームが割れるなど損傷することを防止することができる。

リインフォースメントメンバは、突起の付根部分に肉抜孔を備えることが好ましい。テーパ部の付根部分に肉抜き穴を配することで、トーションビームにねじれや撓みが生じた際に突起の付根付近の部材に応力が集中することを防止することができる。

突起は、リインフォースメントメンバの基端側に対して細幅となる方向に傾斜するテーパ部と、変曲部と、先端部とからなるものであることが好ましい。トーションビームにねじれや撓みが生じた際に、変曲部によって先端部に掛かる応力を分散させて低減することができる。

インフォースメントメンバの先端側がトーションビームに接面する基端側の点からリインフォースメントメンバの先端までの長さをＬ１とし、前記接面する点から変曲部までの長さをＬ２としたときに、Ｌ１／Ｌ２が１．４以上となる範囲に変曲部を配することが好ましい。当該比率を１．４以上とすることで、リインフォースメントメンバの先端に掛かる応力をより低減させることができる。

トーションビームは平坦面を有しており、リインフォースメントメンバの先端側が平坦面に当接した状態で固定されることが好ましい。リインフォースメントメンバの先端側とトーションビームとを面で固定することによって、固定部分から破断することを防止することができる。

リインフォースメンバ及びトーションビームは、先端部、変曲部、及びテーパ部の外側並びに分割部の基端側において相互に溶接された状態であることが好ましい。これにより、リインフォースメントメンバの先端に係る応力をより低減させることができる。

トーションビームにねじれや撓みが生じた際にリインフォースメントメンバの先端に応力が集中することを防止したトーションビーム式サスペンション及びリインフォースメントメンバを提供することができる。

トーションビーム式サスペンションの一実施形態の底面図である。 図１のトーションビーム式サスペンションの一部を拡大した底面図である。黒く塗りつぶした部分はトーションビームとリインフォースメントメンバが接面する領域である（図８から図１３において同じ）。 図１のトーションビーム式サスペンションの平面側を示す斜視図である。 図２のＡＡ部分の端面図である。 図２のＢＢ部分の端面図である。 図２のＣＣ部分の端面図である。 図２のＤＤ部分の端面図である。 実施例１に係るトーションビーム式サスペンションの底面を拡大した拡大図である。 実施例２に係るトーションビーム式サスペンションの底面を拡大した拡大図である。 実施例３に係るトーションビーム式サスペンションの底面を拡大した拡大図である。 比較例１に係るトーションビーム式サスペンションの底面を拡大した拡大図である。 比較例２に係るトーションビーム式サスペンションの底面を拡大した拡大図である。 実施例４に係るトーションビーム式サスペンションの底面を拡大した拡大図である。

図面を参照して、本発明を実施するための形態について説明する。

図１ないし図７にトーションビーム式サスペンションの一例を示す。このトーションビーム式サスペンション１は、左右一対のトレーリングアーム１１と、一端及び他端がトレーリングアーム１１に固定されるトーションビーム１２と、トレーリングアーム１１及びトーションビーム１２の底面側に固定される一対のリインフォースメントメンバ１３と、トレーリングアーム１１及びトーションビーム１２の平面側に固定される第２リインフォースメントメンバ１４からなる。

トレーリングアーム１１は、図１及び図２に示したように、車両前方側の端部の外側に配されるブッシュ１５と、車両後方側の端部の外側に配される車輪支持部１６と、サスペンションコイル（図示略）の下端を受けるブラケット１７とを備える。トーションビーム式サスペンション１はブッシュ１７を介して車両側の部材に上下方向に対して揺動可能に取り付けられる。本実施形態ではトレーリングアーム１１は、２枚の曲げ加工した鋼板を溶接によって接合して、平面視において中央部が窪んだ湾曲形状としている。このためトレーリングアーム１１は中空の部材となっている。

トーションビーム１２は、図４及び図７に示したように、平坦面１８と平坦面１８から車両の下方に突出する一対のフランジ３８からなる略Ｕ字状の断面であり、各フランジ３８の端部は外側に向けて折り曲げられており、この断面形状が長手方向に連続する。トーションビーム１２の一端及び他端は、図１に示したように、それぞれ右側及び左側のトレーリングアーム１１の中央部に溶接によって固定される。

リインフォースメントメンバ１３は、基端がトレーリングアーム１１の底面側に固定され、先端がトーションビーム１２の底面側に固定される。リインフォースメントメンバー１３は、図５に示したように、基端側から先端側に向けて傾斜する板状の部材であり、基端部はトレーリングアーム１１の中央部の底面側に溶接によって固定される。先端部はトーションビーム１２の底面側の平坦面１８に溶接によって固定される。リインフォースメントメンバ１３の先端側は、図２において塗りつぶして示したように、後述する先端部１９、変曲部２０、及びテーパ部２２の先端側の部分がトーションビーム１２の平坦面１８の底面側に接面する。そして、図２において×印で示したように、先端部１９、変曲部２０、及びテーパ部２２の先端側の部分の外側を溶接している。先端部１９、変曲部２０、及びテーパ部２２の先端側の部分は奥まった位置にないので溶接作業を容易に行うことができる。また、別の実施形態として、図１３に示したように、先端部１９、変曲部２０、及びテーパ部２２の先端側の部分に加えて、分割部２３の基端側の円弧の部分も溶接によって固定すると、リインフォースメントメンバの先端に掛かる応力をより低減することが可能になる。

リインフォースメントメンバ１３は、先端側にテーパ部２２及び分割部２３を備えている。テーパ部２２によって基端側の幅に対して先端側の幅が徐々に小さくなる形状となっている。先端側の形状は分割部２３によって一対で２本の突起２４に分割された形状となっている。本実施形態では突起２４の数は２本であるが、例えば、分割部の数を２として突起の数を２対で４本としてもよい。分割部２３の形状は、基端側に近づくにつれて拡径し末端は円弧となる滴形（ティアドロップ形状）となっている。このため突起２４の幅は、平面視において、突起の基端側と先端側でほぼ変化なく連続する。これにより、トーションビーム１２が捩じれたり撓んだりしたときに突起２４の基端側と先端側をねじれや撓みに追従させるように弾性変形させてトーションビーム１２及びリインフォースメントメンバ１３に掛かる応力を分散させることが可能になる。

リインフォースメントメンバ１３は、分割部２３によって２本の突起２２に分割されている。このためトーションビーム１２が捩じれたり撓んだりしたときに、個々の突起２４が独立に弾性変形してトーションビーム１２のねじれや撓みに追従してトーションビーム１２及びリインフォースメントメンバ１３に掛かる応力を分散させることが可能になる。

リインフォースメントメンバ１３は、テーパ部２２における突起２４の傾斜角がその途中で緩くなるように角度が変化させる変曲部２０を突起上に有する。本実施形態では、変曲部２０は分割部２３の基端と突起２４の先端との間に位置する。突起２４は、突起の基端側から順にテーパ部２２、変曲部２０、先端部１９となっている。本実施形態では、テーパ部２２の傾斜角はトーションビーム１２の延在方向に平行な線を０°としたときに２０°、−２０°であり、変曲部２０において傾斜角が０°になりそのまま延在方向に平行な先端部１９に連続する。変曲部２０を設けることにより、トーションビーム１２が捩じれたり撓んだりしたときに突起２４の先端に掛かる応力を分散させて応力値を小さくすることができる。変曲部は、例えば、テーパ部及び先端部の角度を５〜７０°若しくは−５〜−７０°変化させるものであることが好ましく、１０〜４０°若しくは−１０〜−４０°変化させるものであることがより好ましい。

図８及び９に示したように、リインフォースメントメンバ１３の先端側がトーションビーム１２に接面する基端側の点からリインフォースメントメンバ１３の先端までの長さをＬ１とし、前記接面する点から変曲部２０までの長さをＬ２としたときに、Ｌ１／Ｌ２が１．４以上となる範囲に変曲部２０を配することが好ましい。当該比率を１．４以上とすることでトーションビーム１２が捩じれたり撓んだりしたときに突起２４の先端に掛かる応力を分散させて応力値をより小さくすることができる。当該比率が過度に大きいと先端部１９の長さが過度に大きくなり溶接が煩雑になるため、上限は１０とすることが好ましく、上限は５とすることがより好ましい。Ｌ２は特に限定されないが、例えば２０〜１００ｍｍであることが好ましい。

リインフォースメントメンバ１３は、図６に示したように、補強用の膨出部２５をトレーリングアームに接続する基端側に備えており、例えば、プレス加工や曲げ加工によって膨出部２５を形成する。膨出部２５によってリインフォースメントメンバ１３の基端側の剛性を向上させることができる。同様にプレス加工や曲げ加工によって、図６に示したように、基端側から先端側に向けて徐々に下降する形状に加工する。リインフォースメントメンバ１３の先端側には、プレス加工や折り曲げ加工によってリブ２６を設けており、先端側においてリインフォースメントメンバ１３が適度な剛性を発揮するようにしてある。リブ２６はテーパ部２２の始端から変曲部２０に至るまでリインフォースメントメンバ１３の縁に沿って配される。

第２リインフォースメントメンバ１４は、基端側がトレーリングアーム１１の平面側に溶接によって固定され、先端側がトーションビーム１２の平面側に固定される。第２リインフォースメントメンバ１４は、リインフォースメントメンバ１３に比べて、延在方向に対して短く、平面側からトレーリングアーム１１及びトーションビーム１２の接合部分を補強する。

上記のトーションビーム式サスペンション１は一例に過ぎない。例えば、図１０に示した実施形態も挙げられる。図１０は、トーションビーム式サスペンションにおけるリインフォースメントメンバ２７の先端部とトーションビーム１２の底面を拡大して示した底面図である。このリインフォースメントメンバ２７は、突起２８の付根部分に肉抜孔２９を備える点で上記のトーションビーム式サスペンション１と異なる。付根部分は、テーパ部２２がトーションビームに接面する領域の基端側に位置し、トーションビーム１２とは接面しない。肉抜孔２９を設けることで、トーションビーム１２が捩じれたり撓んだりした際に、付根部分を変形しやすくしてテーパ部２２がトーションビーム１２に接面する領域（図１０のａ及びｄ）における応力を低減することができる。

図８、図９、図１０、図１１、図１２、及び図１３に示したトーションビーム式サスペンションにおいて、強制的に逆相で変位を与えた際の各図のａ、ｂ、ｃ、ｄの各位置における応力をシュミレーションした。図８、図９、図１０、図１１、図１２及び図１３に示したトーションビーム式サスペンションを以下ではそれぞれ実施例１、実施例２、実施例３、比較例１、比較例２、及び実施例４とする。実施例１ではＬ１／Ｌ２＝１．７であり、実施例２ではＬ１／Ｌ２＝１．３である。図８のリインフォースメントメンバ１３は、図１及び図２に示したリインフォースメントメンバ１３と同様の構成であり、図２において×印を付した個所を溶接した点も同様である。図９のリインフォースメントメンバ３０は、Ｌ１の長さが短い突起３１を備える点で図８のリインフォースメントメンバ１３と異なり、その他の点では図８のリインフォースメントメンバ１３と同様である。図１１のリインフォースメントメンバ３２は、突起３４上に変曲部を備えない点、テーパ部３３が先端に至るまで連続する点、突起３４は分割部を備えてない点で図８のリインフォースメントメンバ１３と異なる。溶接は黒く塗りつぶした領域の外側のテーパ部に沿って溶接した。図１２のリインフォースメントメンバ３５は、テーパ部３７が先端に至るまで連続する点、突起３６上に変曲部を備えない点で図８のリインフォースメントメンバと異なる。溶接は図８の場合と同様である。図１３のリインフォースメントメンバ３９は、図８のリインフォースメンバの構成と基本的に同様であるが、分割部基端側の円弧の部分の内側も溶接した点で図８のものと相違する。なお、図８ないし図１３で図示を省略したトーションビーム、トレーリングアーム、第２リインフォースメントメンバ等の構成は図１及び図２のものであり、各実施例及び比較例で共通する。

シュミレーションの結果、実施例１及び３については、ｂ位置及びｃ位置で比較例１に比べて応力が１２〜１６％程度低減された。比較例２と比較すると、実施例１及び３のｂ位置及びｃ位置では、比較例２のｂ位置及びｃ位置に比べて応力が１８〜２２％程度低減された。実施例２では、ｂ位置及びｃ位置で比較例１に比べて応力が１０〜１１％程度低減された。比較例２と比較すると、実施例２のｂ位置及びｃ位置では、比較例２のｂ位置及びｃ位置に比べて応力が１５〜１７％程度低減された。実施例３では、ａ位置及びｄ位置で、実施例１に比べて応力が８〜１０％程度低減された。実施例４については、ｂ位置及びｃ位置で比較例１に比べて応力が１４〜１８％程度低減された。比較例２と比較すると、実施例１及び３のｂ位置及びｃ位置では、比較例２のｂ位置及びｃ位置に比べて応力が２０〜２４％程度低減された。

実施例１、比較例１及び比較例２の構成を備えるトーションビーム式サスペンションを作製して、強制的に逆相で変位を繰り返し与える試験を実際に行った。そうしたところ、比較例１が最も少ない回数でトーションビームに割れが生じ、次に比較例２のトーションビームに割れが生じた。実施例１では、試験で試した回数ではトーションビームに割れは生じなかった。

１ トーションビーム式サスペンション
１１ トレーリングアーム
１２ トーションビーム
１３ リインフォースメントメンバ
１８ 平坦面
１９ 先端部
２０ 変曲部
２２ テーパ部
２３ 分割部
２４ 突起
２９ 肉抜孔

Claims (7)

1. 左右で対であるトレーリングアームと、
   一端側及び他端側をトレーリングアームに固定したトーションビームと、
   基端側がトレーリングアームに対して固定された状態であり先端側がトーションビームに固定された状態であるリインフォースメントメンバとからなるトーションビーム式サスペンションであって、
   リインフォースメントメンバは、
   板状であって、先端側にテーパ部及び分割部を備えており、
   リインフォースメントメンバの先端側の形状は、テーパ部によって基端側の幅に対して先端側の幅が徐々に小さくなる形状であり、分割部によって先端が複数の突起に分割された形状であり、突起の傾斜角がその途中で緩くなるように角度を変化させる変曲部を突起上に有するトーションビーム式サスペンション。
2. リインフォースメントメンバは、突起の付根部分に肉抜孔を備える請求項１に記載のトーションビーム式サスペンション。
3. 突起は、リインフォースメントメンバの基端側に対して細幅となる方向に傾斜するテーパ部と、変曲部と、先端部とからなる請求項１又は２に記載のトーションビーム式サスペンション。
4. リインフォースメントメンバの先端側がトーションビームに接面する基端側の点からリインフォースメントメンバの先端までの長さをＬ１とし、前記接面する点から変曲部までの長さをＬ２としたときに、
   Ｌ１／Ｌ２が１．４以上となる範囲に変曲部が配された請求項１ないし３のいずれかに記載のトーションビーム式サスペンション。
5. トーションビームは平坦面を有しており、リインフォースメントメンバの先端側が平坦面に当接した状態で固定されている請求項１ないし４のいずれかに記載のトーションビーム式サスペンション。
6. リインフォースメンバ及びトーションビームは、先端部、変曲部、及びテーパ部の外側並びに分割部の基端側において相互に溶接された状態である請求項５に記載のトーションビーム式サスペンション。
7. トレーリングアームに固定するための基端部と、トーションビームに固定するための先端部と有するトーションビーム式サスペンションのリインフォースメントメンバであって、
   リインフォースメントメンバの先端側の形状は、テーパ部によって基端側の幅に対して先端側の幅が徐々に小さくなる形状であり、分割部によって先端部が複数の突起に分割された形状であり、突起の傾斜角がその途中で緩くなるように角度を変化させる変曲部を突起上に有するリインフォースメントメンバ。

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