JP2020050266A - 車両用サスペンションアーム - Google Patents

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Abstract

【課題】衝撃荷重の入力によって座屈する際に、座屈する方向をコントロールすることができる車両用サスペンションアームを提供する。【解決手段】ボールジョイント20(連結部材)を介して車輪WHを支持する車輪支持部13と、車体に設置される前側車体設置部14(車体設置部)と、車輪支持部13と前側車体設置部14(車体設置部)とを連結する車輪側部分1Aと、を備え、車輪側部分1Aには、重心C16が、ボールジョイント20(連結部材)と前側車体設置部14(車体設置部)とを結ぶ直線からオフセットしつつ、直線よりも上方、または下方に位置する断面形状を有するオフセット部16を設定する。【選択図】図6

Description

本発明は、車輪を車体に支持する車両用サスペンションアームに関する。
車輪を車体に支持する車両用サスペンションアームには、様々な構成の物が従来から提案されている。
たとえば、特許文献1の車両用サスペンションアームでは、断面形状が、本体部に沿いつつ、重心(断面中心)を通る軸線に対して線対称となるように設定されている。
そして、このような構成とすることで、サスペンションアームに作用する荷重の分力軸線が、重心に重なる構成となっている。
これにより、剛性に寄与しない無駄な部位を削除し、サスペンションアームの高剛性化と軽量化との両立を実現させている。
特開2004−262453号公報
ところで、車輪とサスペンションアームとは、自在継手であるボールジョイントを介して連結されている。ボールジョイントは、球頭軸がソケット内を転動自在に挿嵌されている。
また、車両用サスペンションアームに対して、衝突事故等で車幅方向へ過大な荷重が入力された場合には、サスペンションアームが座屈して衝撃を吸収することが求められる。
このため、たとえば、球頭軸がソケットから離間する方向(引き抜き方向)へサスペンションアームが座屈した際に、車輪が車体から脱落してしまうおそれが生じる。
車輪が車体から脱落した場合、牽引による車両の移動が困難になるため、衝突時には車輪が脱落しないことが望まれる。
しかしながら、特許文献1に提案されたサスペンションアームの構成では、座屈する際に、球頭軸とソケットとが近接(圧縮)、離間(引き抜き)のどちらになるか分からないため、衝突時に車輪が脱落する可能性が高いという問題を抱えている。
本発明は、前述の点に鑑みてなされたものであり、衝撃荷重の入力によって座屈する際に、所定の方向へ座屈させることができる車両用サスペンションアームを提供することを目的とする。
前記の目的を達成するために、本発明に係る車両用サスペンションアームは、連結部材を介して車輪を支持する車輪支持部と、車体に設置される車体設置部と、該車輪支持部と該車体設置部とを連結する車輪側部分と、を備える車両用サスペンションアームであって、該車両用サスペンションアームの該車輪側部分は、オフセット部を備え、該オフセット部は、車両側方から車輪に荷重が入力された際に車輪から車体へ作用する分力を示す荷重の軸線よりも、重心が上方、または下方にオフセットした断面形状を有することを特徴とする。
本発明によれば、衝撃荷重の入力によって座屈する際に、所定の方向へ座屈させることができる車両用サスペンションアームを提供することができる。
本実施形態の車両用サスペンションアームに係る懸架装置を示す平面図である。 本実施形態の車両用サスペンションアームに係る懸架装置を車両後方から前方に向かって見た図である。 図2のIII部を示す要部拡大断面図である。 本実施形態の車両用サスペンションアームを示す平面図である。 本実施形態の車両用サスペンションアームを車両後方から前方に向かって見た図であるとともに、図4のA-A線〜E-E線に沿った各断面に対応する位置を補助線SA〜SEで示した図である。 本実施形態の車両用サスペンションアームの断面図で、(a)はオフセット部中央の外側に位置するオフセット部としての図4のA-A線に沿った断面図、(b)はオフセット部中央付近としての図4のB-B線に沿った断面図、(c)はオフセット部中央付近としての図4のC-C線に沿った断面図、(d)はオフセット部中央の外側に位置するオフセット部として、図4のD-D線に沿った断面図、(e)はオフセット部以外の部位としての図4のE-E線に沿った断面図である。
本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図1、図2に示すように、本実施形態では、懸架装置SUSを構成するロアアーム1として車両用サスペンションアームが用いられている。
本実施形態の懸架装置SSは、車両の進行方向を変える操舵輪(車輪WH)を車体に対して転舵可能に支持するもので、本実施形態ではストラット式サスペンションが採用されている。
そして、ストラット式サスペンションは、ナックルSS1、ストラット組立体SS2、ロアアーム1(車両用サスペンションアーム)、ボールジョイント20(連結部材)を備えている。
ナックルSS1は、車輪WHを転動可能な状態で支持する構成である(図1、図2参照)。
ナックルSS1は、ストラット組立体SS2とロアアーム1とを介して車体に支持されている。そして、ナックルSS1は、ストラット組立体SS2に対して一体に固定されている。また、ナックルSS1は、ボールジョイント20を介して、ロアアーム1に連結されている。
ストラット組立体SS2は、ナックルSS1を介して車輪WHを上方から車体に支持する構成である(図2参照)。
ストラット組立体SS2は、車体とナックルSS1との間に配置されており、車両走行中に路面の凹凸によって上下動する車輪WHから車体へ伝わる振動、衝撃を吸収、緩和する。
ストラット組立体SS2は、スプリングSS3、ショックアブソーバSS4を備えている。
ロアアーム1は、ナックルSS1を介して車輪WHを下方から車体に支持する構成である(図1、図2参照)。
ロアアーム1は、平面視で略L字形状を備え、転舵する車輪WHを避けつつ、ナックルSS1を支持する、いわゆるL形アームである。また、ロアアーム1は、アルミニウム合金等の鋳物材に鍛造加工を施すことによって、断面略H字形状に形成されている(図6参照)。
ロアアーム1は、アーム本体11、側壁12、車輪支持部13、前側車体設置部14(車体設置部)、後側車体設置部15を備えている(図4、図5参照)。
また、ロアアーム1は、一側から他側に沿って、長手方向に連続する車輪側部分1Aと車体側部分1Bとで構成されている。
つまり、車輪側部分1Aは、ロアアーム1における車輪支持部13から前側車体設置部14までの領域を構成し、車体側部分1Bは、前側車体設置部14から後側車体設置部15までの領域を構成している。
車輪側部分1Aは、ロアアーム1の車輪WH側(一側)の直線部分と、L字形状角部に相当する湾曲形状部分とを構成しており、車体側部分1Bは、ロアアーム1の車体側(他側)の直線部分を構成している。
車体側部分1Bは、車輪側部分1Aの湾曲した車体側端部に連結している。
車輪側部分1Aの直線部分と、車体側部分1Bとは、荷重の分力軸線LFに対して斜めに交差するように配置されている。
車輪側部分1Aに湾曲形状部分を設定することで、転舵する車輪WHの動きを妨げることなく、ロアアーム1が車輪WHを車体に支持することを可能にしている。
また、車輪側部分1Aは、車体側部分よりも幅広、且つ薄肉に設定されている。
そして、車輪側部分1Aには、オフセット部16が設定されている。
なお、オフセット部16については、後述する。
また、荷重の分力軸線LFは、車両側方から車輪WHに衝突荷重が入力された際に、車輪WH(ナックルSS1)から車体へ作用する分力を示している(図4参照)。
そして、荷重の分力軸線LFは、ボールジョイント20(連結部材)とロアアーム1との締結部分の中心と、前側車体設置部14(車体設置部)の中心とを結ぶ直線で示される。
アーム本体11は、平面視略L字形状を有する板状に形成されている(図4参照)。また、アーム本体11は、幅寸法W11、および板厚寸法T11が、部位毎に適宜設定されている。
側壁12は、アーム本体11の各幅方向端縁(側縁)に、アーム本体11の板面から車両上方と車両下方に向かって立設されている(図4、図6参照)。そして、アーム本体11と各側壁12とによって、ロアアーム1は、その断面形状が略H字形状に形成されている。
なお、略L字状に湾曲するアーム本体11の車輪側部分1Aにおける内側(内側縁)の側壁12を内側壁12a、円弧の外側(外側縁)の側壁12を外側壁12b、と称する。
また、アーム本体11から車両上方に立する内側壁12aを上方内側壁12a1、アーム本体11から車両下方に立する内側壁12aを下方内側壁12a2、とそれぞれ称する。
そして、アーム本体11から車両上方に立する外側壁12bを上方外側壁12b1、アーム本体11から車両下方に立する外側壁12bを下方外側壁12b2、と称する。
各側壁12は、幅寸法W12、および高さ寸法H12が、部位毎に適宜設定されている。
また、アーム本体11の形状は、運転者による転舵操作(操舵)によって、車輪WHが左右に転舵した際に、車輪側部分1Aの内側縁が、外側縁よりも車輪WHに近接するように、設定されている。
車輪支持部13は、車輪側部分1Aの車輪側端部(アーム本体11の一側端部)に開口する3つの貫通孔を備えている(図4参照)。そして、車輪支持部13には、ボールジョイント20を構成するソケット22が、3本のボルトBTによって締結される。
前側車体設置部14は、車輪側部分1Aと車体側部分1Bとの連続部(アーム本体11の長手方向中間部)に位置する外側壁12bの外側に配置されている(図4参照)。また、前側車体設置部14は、車輪支持部13と前側車体設置部14とを結ぶ直線(荷重の分力軸線LF)が前側車体設置部14の中心軸に対して斜めに交差する位置に配置されている。
つまり、前側車体設置部14は、荷重の分力軸線LFが車幅方向に対して斜めになる位置に配置されている。
前側車体設置部14は、車両前後方向に面して開口する円筒状の部材で構成されており、円筒状の筒内には、前側カラーが嵌挿される。
また、前側カラーには、車両前後方向に沿って車体から延びる前側支持軸が嵌挿される。
そして、前側車体設置部14が前側カラーを介して前側支持軸の周りを回動自在に車体に支持されることで、車輪WHは、上下動が許容されつつ、車体に支持される。
後側車体設置部15は、車体側部分1Bの車体側端部(アーム本体11の他側端部)に形成されている(図4参照)。
後側車体設置部15は、車両上下方向に面して開口する円筒状の部材で構成されており、円筒状の筒内には、後側ブッシュが配置される。
また、後側ブッシュには、車両上下方向に沿って車体から延びる後側支持軸が嵌挿される。
そして、後側車体設置部15が後側ブッシュを介して車体に支持されることで、車輪WHは車両走行中に発生する車両前後方向、および車幅方向への振動が吸収されつつ、車体に支持される。
次に、ボールジョイント20(連結部材)について説明する(図3参照)。
ボールジョイント20は、ナックルSS1とロアアーム1とを連結する自在継手であり、ボール軸21、ソケット22、ブーツ23を備えている。
ボール軸21は、軸部24、球頭部25を備えている。
軸部24は、雄ネジ24a、フランジ24bを備えている。
軸部24は、雄ネジ24aをナックルSS1を貫通させつつ、フランジ24bをナックルSS1に突き当てた状態で、雄ネジ24aにナットNTを螺着することで、ナックルSS1に締結されている。
球頭部25は、その中心が軸部24の中心軸AX24上に位置する球形状を備えている。
ソケット22は、球頭部25と同一径の球状凹部22aを備えている。
ソケット22は、ロアアーム1を構成する車輪支持部13の上面側に重ねて配置されている。また、ソケット22は、3つの貫通孔22bを備え、車輪支持部13と3本のボルトBTによって締結されている。
ブーツ23は、ゴム材のように柔軟性と弾力性とを備えた素材を略円筒形状に成形したものであり、ボール軸21とソケット22との連結部分をカバー、保護する構成である。
ブーツ23は、軸部24とソケット22との挿嵌部分を覆った状態で、その一端側がフランジ24bに嵌合、密着し、他端側がソケット22に嵌合、密着している。そして、ブーツ23の筒内部には、グリス等の潤滑剤が充填、密封されている。
前述のように構成されたボールジョイント20は、ボール軸21の球頭部25と、ソケット22の球状凹部22aとが、球面接触した状態で挿嵌、自在連結されている。
これによって、ボール軸21とソケット22とは、互いに揺動可能、且つ軸周りに回転可能に連結されている。
次に、ロアアーム1の車輪側部分1Aに設定されたオフセット部16について説明する(図4〜図6参照)。
本実施形態におけるオフセット部16とは、車輪支持部13と前側車体設置部14(車体設置部)とを結ぶ直線(荷重の分力軸線LF)よりも重心C16(断面中心)が上方にオフセットした部位を指している。
なお、重心C16とは、任意の断面における断面積と断面1次モーメントとから求められる、断面上の点である。
任意の断面として、車輪側部分1Aにおける5箇所の断面形状(断面A〜E)について説明する(図4、図6参照)。なお、断面A〜Eは、ロアアーム1を鉛直方向と車両前後方向とに沿った平面による断面である。
図6(a)は、オフセット部16中央の外側に位置するオフセット部16の断面図、(b)、(c)は、オフセット部16中央付近における断面図である。また、図6(d)は、オフセット部16中央の外側に位置するオフセット部16の断面図、(e)は、車輪側部分1Aにおけるオフセット部16以外の部位の断面図である。
オフセット部16は、車輪側部分1Aにおけるボールジョイント20(連結部材)と前側車体設置部14(車体設置部)とから略等距離に位置する領域に設定されている(図4参照)。
オフセット部16では、薄板状のアーム本体11は、長手方向の両端部分の高さが低く、オフセット部16の中央部分が頂部となるように、車両上方に向かって凸の山形(山折り)になるように設定されている。
つまり、オフセット部16中央が、アーム本体11の下面側の最深部となるように、上面側の形状に倣って、窪みが形成されている。この窪みは、オフセット部16におけるアーム本体11の下面が、荷重の分力軸線LFに対して、相対的に上昇していることで示されている(図6参照)。
さらに、本実施形態のオフセット部16では、内側壁12aと外側壁12bについて、互いにバランスを取りつつ、幅寸法W12a、W12b、および高さ寸法H12a、H12bが適宜設定されている。
たとえば、内側壁12aでは、オフセットした方向と反対の方向に向かって立設する側壁である下方内側壁12a2(逆側壁)の幅寸法W12a2が、オフセット部16以外の部位よりも大きくなるように設定されている。
また、オフセットした方向に向かって立設する側壁である上方内側壁12a1(順側壁)の高さ寸法H12a1が、車輪側部分1Aにおけるオフセット部16以外の部位(たとえば、図6(e))よりも低くなるように設定されている。
また、外側壁12bでは、上方に向かって立設する側壁である上方外側壁12b1の幅寸法W12b1、および下方に向かって立設する側壁である下方外側壁12b2の幅寸法W12b2が、オフセット部16以外の部位と同様に設定されている。
さらに、上方外側壁12b1の高さ寸法H12b1が、オフセット部16以外の部位よりも高く設定されている。
加えて、下方外側壁12b2の高さ寸法H12b2が、オフセット部16以外の部位よりも低く設定されている。
以上のアーム本体11、内側壁12a、外側壁12bの構成によって、荷重の分力軸線LFに沿って、オフセット部16の中央に近づくに従ってオフセット量D16を徐々に大きくしている。
これによって、上下方向のたわみ剛性を低下させることなく、車両上方へのより大きなオフセット量D16を設定することができる。
なお、本実施形態では、荷重の分力軸線LFに対して、重心C16が車両上方へオフセットしているだけでなく、車両前方へもオフセットしている。
このため、ロアアーム1の各断面について、車幅方向外側から内側への過大な荷重が車輪WHに入力された際には、荷重の分力軸線LFから重心C16に向かって前斜め上方向へ応力が作用する(図6参照)。
ところが、車輪側部分1Aは、前後方向の寸法W1Aが、車両上下方向の寸法H1Aよりも充分に大きく設定されている。
このため、車幅方向外側から内側への過大な荷重が車輪WHに入力された際には、車輪側部分1Aは車両前方へ座屈するよりも先に、車両上方へ山形(山折り)に座屈する。
つまり、車両上方へのオフセット量D16が大きくなるほど、車幅方向外側から内側への過大な荷重が車輪WHに入力された際、オフセット部16での山形(山折り)の座屈がより確実になる。
次に、車幅方向外側から内側への過大な荷重が車輪WHに入力された場合の動きについて説明する(図5参照)。
図5では、過大な荷重によって、車輪側部分1Aの座屈する様子が点線を使って模式的に表わされている。
車幅方向外側から内側へ荷重が入力された場合、車輪WH(ナックルSS1)がP1からP2へ移動する。
そして、車輪WHの移動に伴い、車輪側部分1Aは、状態S1からオフセット部16中央が上昇しつつ撓み、状態S2となる。
そしてさらに、荷重が入力されると、オフセット部16が弾性限界を超えて座屈する。
次に、本実施形態に係る車両用サスペンションアーム(ロアアーム1)の作用効果について説明する。
本実施形態のロアアーム1(車両用サスペンションアーム)には、重心C16(断面中心)が荷重の分力軸線LFからオフセットしつつ、荷重の分力軸線LFよりも上方に位置するオフセット部16が設定されている。
このため、車幅方向外側から内側への過大な荷重が車輪WHに入力された際には、ロアアーム1がオフセット部16で山形(山折り)に座屈する。
つまり、ロアアーム1は、ボールジョイント20を構成するボール軸21とソケット22とが、過大な荷重が入力された際に、より接近する方向(所定の方向)へ座屈するように構成されている。
これによって、過大な荷重によるボール軸21とソケット22との分離が抑制され、車体からの車輪WHの脱落が抑制される。さらにこのことから、側面から衝突された場合であっても、車輪WHを使用し、車両を牽引、移動させることができる。
また、ボール軸21とソケット22との分離が抑制されることで、座屈する方向を制御するために、ボールジョイント20の大容量化を行なう必要がなくなる。
これによって、ボールジョイント20の大容量化に伴う重量増を抑止することができる。
本実施形態のロアアーム1(車両用サスペンションアーム)では、オフセット部16が、車輪側部分1Aにおけるボールジョイント20(連結部材)と前側車体設置部14(車体設置部)とのほぼ中間(略等距離)に位置する領域に設定されている。
つまり、車幅方向外側から内側に向かって荷重を受けた際に、曲げ応力がかかりやすい領域に、オフセット部16が設定されている。
これによって、車幅方向外側から内側に向かって荷重を受けた際に、オフセット部16でロアアーム1をより確実に意図したように座屈させることができる。
本実施形態のロアアーム1(車両用サスペンションアーム)では、車輪支持部13と前側車体設置部14(車体設置部)とからオフセット部16中央に近づくに従って、オフセット量D16が徐々に大きくなるように設定されている。
つまり、車幅方向外側から内側に向かって荷重を受けた際に、曲げ応力がかかりやすい部位が、より深く窪むようにオフセット部16は設定されている。
これによって、車幅方向外側から内側に向かって荷重を受けた際に、オフセット部16でロアアーム1をさらに確実に意図したように座屈させることができる。
本実施形態のロアアーム1(車両用サスペンションアーム)では、運転者による操舵によって、車輪WHが左右に転舵した際に、車輪側部分1Aの内側縁が、外側縁よりも車輪WHに近接するように、形状が設定されている。
また、ロアアーム1は、車輪側部分1Aの内側縁に、オフセットした方向(車両上方)と反対の方向(車両下方)に向かって立設する下方内側壁12a2(逆側壁)が形成されている。
さらに、ロアアーム1は、車輪側部分1Aの内側縁に、オフセットした方向(車両上方)に向かって立設する上方内側壁12a1(順側壁)が形成されている。
そして、オフセット部16の上方内側壁12a1の高さ寸法H12a1は、車輪側部分1Aにおけるオフセット部16以外の部位よりも低くなるように設定されている。
これによって、ロアアーム1は、充分な強度を保ちつつ、オフセット部16の上方内側壁12a1の高さ寸法H12a1が小さな外形形状を得ることができる。
そして、上方内側壁12a1の高さ寸法H12a1を小さくできることで、オフセット部16での座屈がより確実になる上に、車輪WHの転舵動作を妨げることがない。
なお、本実施形態のロアアーム1(車両用サスペンションアーム)は、アルミニウム合金等の鋳物材に鍛造加工を施すことによって形成されているが、このような形態に限定するものではない。
たとえば、鋼板のような板状の金属材にプレス加工を施し、アーム本体11、側壁12を形成する製造方法を用いることが可能である。
つまり、オフセット部16の設定が可能な製造方法、およびロアアーム1(車両用サスペンションアーム)の形態であれば、採用が可能であり、本実施形態と同様の作用効果が得られる。
また、本実施形態では、ロアアーム1(車両用サスペンションアーム)が、ストラット式サスペンションのロアアーム1に採用されているが、これに限定するものではない。
たとえば、ダブルウィッシュボーン式サスペンションを構成するアッパーアーム(図示せず)に採用することが可能である。
アッパーアームにオフセット部16を設定する場合には、重心C16(断面中心)が荷重の分力軸線LFよりも下方に位置するように各部を設定する。
そして、車輪WHに対して、車幅方向外側から内側へ過大な荷重が入力された場合に、オフセット部16で谷形(谷折り)に座屈させる。アッパーアームが谷形(谷折り)に座屈することで、球頭部25とソケット22とが互いに接近する方向へ変位する。
つまり、適用する部材に応じて、座屈する方向を適宜設定することができ、同様の作用効果が得られる。
さらに、本実施形態のロアアーム1は、アーム本体11が略L字形状を備えているが、これに限定するものではない。
たとえば、本実施形態の車輪側部分1A、および前側車体設置部14に相当する部材のみで、車体側部分1B、後側車体設置部15を省略し、直線的な形状のロアアームを構成することも可能である。
このような構成の場合には、ロアアームが車輪を1箇所で支持し、車体に1箇所で支持される形態となる。
また、車輪側部分に相当する部材が略V字形状を備えた形状のロアアームを構成することも可能である。
このような構成の場合には、ロアアームが車輪を1箇所で支持し、車体に2箇所で支持される形態となる。
1 ロアアーム(車両用サスペンションアーム)
1A 車輪側部分
12a1 上方内側壁(順側壁)
H12a1 上方内側壁(順側壁)の高さ寸法
12a2 下方内側壁(逆側壁)
W12a2 下方内側壁(逆側壁)の幅寸法
13 車輪支持部
14 前側車体設置部(車体設置部)
16 オフセット部
D16 オフセット量
C16 重心
20 ボールジョイント(連結部材)
WH 車輪
LF 分力軸線(ボールジョイント(連結部材)と前側車体設置部(車体設置部)とを結ぶ直線)

Claims (4)

  1. 連結部材を介して車輪を支持する車輪支持部と、
    車体に設置される車体設置部と、
    該車輪支持部と該車体設置部とを連結する車輪側部分と、
    を備える車両用サスペンションアームであって、
    該車両用サスペンションアームの該車輪側部分は、オフセット部を備え、
    該オフセット部は、車両側方から車輪に荷重が入力された際に車輪から車体へ作用する分力を示す荷重の軸線よりも、重心が上方、または下方にオフセットした断面形状を有する
    ことを特徴とする車両用サスペンションアーム。
  2. 請求項1に記載の車両用サスペンションアームにおいて、
    前記オフセット部は、
    前記連結部材と前記車体設置部とから略等距離に位置する前記車輪側部分上の領域に設定された
    ことを特徴とする車両用サスペンションアーム。
  3. 請求項1、または請求項2に記載の車両用サスペンションアームにおいて、
    前記オフセット部のオフセット量は、
    前記車輪支持部、または前記車体設置部から前記オフセット部の中央に近づくに従って大きくなるように設定された
    ことを特徴とする車両用サスペンションアーム。
  4. 請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の車両用サスペンションアームにおいて、
    前記車輪側部分には、
    運転者による操舵によって前記車輪が左右に転舵した際に、より該車輪に近接する側の側縁に、
    オフセットした方向と反対の方向に向かって立設する逆側壁と、
    オフセットした方向に向かって立設する順側壁と、
    を備え、
    該オフセット部の該順側壁の高さ寸法が、該オフセット部では該オフセット部以外の部位よりも低くなるように設定された
    ことを特徴とする車両用サスペンションアーム。
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