JP2020179754A - 自動車用サスペンションアーム - Google Patents

Abstract

【課題】車輪に対して車体の後方に向けて大きな荷重が入力された際に、ボールジョイントを補強することなくサスペンションアームが車体の斜め後方に傾くように座屈変形することを防止したサスペンションアームを提供する。【解決手段】金属板を曲げて成形された形状を有するサスペンションアームであり、前記サスペンションアームは、一端部の幅に比して、他端部の幅が小さい形状である腕部と、前記腕部の前記一端部に配され、車体の前後方向に離隔した位置に配される車体に対する取付部と、前記腕部の前記他端部に配される車輪の支持部材の取付部とを備えており、前記腕部には、車体の前方側に配され、前記腕部の延在方向に沿って延びる第１ビードと、車体の後方側に配され、前記腕部の延在方向に交差する方向に延びており、その基端部が前記第１ビードに接する形状である前記第２ビードと、が配された自動車用サスペンションアームである。【選択図】図１

Description

本発明は、自動車用のサスペンションアームに関する。

特許文献１に示したように、車体の内側に車両の前後方向に離隔した２か所に設けられた車体取付部において車体に組付けられ、車体の外側に設けられた車輪側取付部にて車輪を支持するサスペンションアームが知られている。車輪側取付部には、ボールジョイントを介して、車輪が固定されるとされている。

特許文献１のサスペンションアームには、内側端から外側端へと延びる複数の谷部が設けられている。これによって、車体の前後方向に大きな衝撃力が作用すると、サスペンションアームを構成する上下部材が変形して、衝撃力を吸収するとされている。

特開平８−６７１２０号公報

引用文献１のようなサスペンションアームを使用した車両では、例えば、車輪が縁石に衝突するなどして、車体の後方に向けて大きな荷重が入力されると、後述する図１２に示したように、サスペンションアームが、車体の斜め後方に傾くように座屈変形し、車体取付部に設けられたカップに摺動可能な状態で収容されたボールジョイントが脱落する場合があった。

ボールジョイントがカップから脱落すると、車両を自走させることが難しくなるし、車輪が脱落したり、懸架装置を構成する部品が大きく損傷したりすることがあるため、ボールジョイントの補強が必要となる。

上記のような問題に鑑みて、本発明は、車輪に対して車体の後方に向けて大きな荷重が入力された際に、ボールジョイントを補強することなくサスペンションアームが車体の斜め後方に傾くように座屈変形することを防止したサスペンションアームを提供することを目的とする。

金属板を曲げて成形された形状を有するサスペンションアームであり、前記サスペンションアームは、一端部の幅に比して、他端部の幅が小さい形状である腕部と、前記腕部の前記一端部に配され、車体の前後方向に離隔した位置に配される車体に対する取付部と、前記腕部の前記他端部に配される車輪の支持部材の取付部とを備えており、前記腕部には、車体の前方側に配され、前記腕部の延在方向に沿って延びる第１ビードと、車体の後方側に配され、前記腕部の延在方向に交差する方向に延びており、その基端部が前記第１ビードに接する形状である前記第２ビードと、が配された自動車用サスペンションアーム（以下、単に「サスペンションアーム」ということがある。）により、上記の課題を解決する。

上記のサスペンションアームでは、車輪に対して車体の後方に向けて大きな荷重が入力されると、車体の第２ビードが設けられている部分を起点として、サスペンションアームが車体の斜め前方に傾くように変形する。これによって、前記車輪の支持部材の取付部に設けられたカップに摺動可能な状態で支持されたボールジョイントが脱落することを防ぐことができる。

上記のサスペンションアームにおいて、前記腕部の延在方向における、前記第２ビードの長さは、前記第１ビードの長さに比して小さい形状とすることが好ましい。これによって、より確実に、サスペンションアームを車体の斜め前方に傾くように変形させることができる。

上記のサスペンションアームにおいて、前記腕部は、前記他端部と第１ビード及び第２ビードとの間に、前記腕部の延在方向に交差する方向に延びる第３ビードをさらに備える構成とすることが好ましい。これによって、サスペンションアームの静的な強度を向上させることができる。

上記のサスペンションアームにおいて、前記腕部は、前記第１ビードと第３ビードとの間に、前記第１ビードの表面及び前記第３ビードの表面を基準として、窪んだ凹部をさらに備える構成とすることが好ましい。これによって、サスペンションアームの静的な強度を向上させることができる。

上記のサスペンションアームにおいて、前記腕部は、その延在方向に沿って延びる縁部に沿って配置される突条をさらに備える構成とすることが好ましい。これによって、サスペンションアームの静的な強度を向上させることができる。

本発明によれば、車輪に対して車体の後方に向けて大きな荷重が入力された際に、サスペンションアームが車体の斜め後方に傾くように座屈変形することを防止したサスペンションアームを提供することができる。

サスペンションアームの一実施形態の表側を示す斜視図である。 図１のサスペンションアームの裏側を示す斜視図である。 図１のＡＡ部における端面図である。 図１のＢＢ部における端面図である。 図１のＣＣ部における端面図である。 図１のＤＤ部における端面図である。 比較例に係るサスペンペンションアームの表側を示す斜視図である。 図７のＥＥ部における断面図である。 図１のサスペンションアームを車体に取り付けた状態を車体の後方視点から示した模式図である。 図１のサスペンションアームを車体に取り付けた状態を車体の側方視点から示した模式図である。図１０においては、破線で車輪を示した（図１１及び図１２においても同様とする。）。 図１０に示した懸架装置に支持された車輪に対して矢印で示した車体の後方に荷重Ｆが作用した状態を示す模式図である。 比較例に係るサスペンションアームを備える懸架装置において、車輪に対して矢印で示した車体の後方に荷重Ｆが作用した状態を示す模式図である。

以下、図面を参照して、本発明の自動車用サスペンションアーム（以下、単に「サスペンションアーム」と称する。）の一実施形態について説明する。図１ないし図６に、サスペンションアームの一実施形態を示す。図７及び図８には、比較のために用意したサスペンションアームを示す。図９ないし図１２に、前記サスペンションアームを有する懸架装置を車体に対して取り付けた状態の一例を模式的に示す。

図１ないし図６に示したように、本実施形態のサスペンションアーム１は、金属板を曲げて成形された形状を有する。サスペンションアーム１では、一枚の鋼板を上型と下型を使用したプレス成型により曲げて後述する第１ビード等を含む凹凸部分を形成し、次いで、この金属板の縁部を曲げ加工して成形されている。サスペンションアームの加工方法は、特に限定されず、例えば、プレス成型のみによって成形してもよい。

サスペンションアーム１は、図１及び図２に示したように、一端部の幅に比して他端部の幅が小さい形状である腕部１１を有する。腕部１１の一端部には、車体の前後方向に離隔した位置に配される車体に対する取付部が配される。一方、腕部１１の他端部には、車輪の支持部材の取付部が配される。

本実施形態のサスペンションアーム１では、車体に対する取付部は、ブッシュを内嵌することができる一対の貫通孔１２から構成される。貫通孔１２は、車体の上下方向に貫通する円形の孔からなる。車体に対する取付部は、車体に対して、サスペンションアームを、車体の上下方向に対して、取り付けることができる形状であればよい。例えば、車体に対する取付部は、車体の前後方向に貫通する円筒状の管から構成してもよい。

本実施形態のサスペンションアーム１では、車輪の支持部材の取付部は、図１及び図２並びに図９に示したように、車輪の支持部材に連結されるボールジョイント９２のボール９２１を収納するカップ９３を固定するための貫通孔１３から構成される。貫通孔１３は、車体の上下方向に貫通する円形の孔からなる。車輪の支持部材の取付部は、貫通孔１３に限定されず、例えば、腕部の他端部に設けられており、ボールジョイントのカップを固定するための螺子孔、凹穴、カップとサスペンションアームの他端部との溶接構造等の構成にしてもよい。カップの構成は、ボールジョイントのボール部分を摺動可能な状態で支持することができるものであればよい。カップは、例えば、ボールと当接する合成樹脂製のライニングと、ライニングを内蔵する金属製部材とで構成することができる。

サスペンションアーム１では、腕部１１の一端部に車体に対する取付部が車体の前後方向に離隔した状態で配置され、腕部１１の他端部に車輪の支持部材に対する取付部が配置される。腕部１１は、図１に示したように、一対の車体に対する取付部と車輪の支持部材の取付部とを連結する形状であり、その一端部の車体の前後方向における幅に比して、その他端部の車体の前後方向における幅が小さくなる形状となっている。より具体的には、腕部１１の一端部から他端部に向けて、車体の前後方向における幅が徐々に小さくなるように車体の前側の縁部１１１及び後側の縁部１１２にテーパー状部が配置された形状である。車体の前側の縁部１１１及び車体の後側の縁部１１２には、図２に示したように、それぞれ補強部１１３が配される。補強部１１３は、腕部１１を構成する金属板の縁を、車体の下方及びサスペンションアーム１の内側へ計２回折り曲げた形状とされている。

腕部１１の車体の前方側には、腕部１１の延在方向に沿って延びる第１ビード１１４が配される。ビードは、金属板から構成されるサスペンションアームに形成された細長い突起、すなわち突条のことである。第１ビード１１４は、図１に示したように、腕部１１に設けられた基部１１５を基準として、車体の上側に突出する突条から構成される。基部１１５は、車体前側と車体後側の車体に対する取付部の中間であり、かつ、後述する突条１１６の内側に配される部分である。

腕部１１の車体の後方側には、腕部１１の延在方向に交差する方向に延びる第２ビード１１７が配される。第２ビード１１７の基端部は、第１ビード１１４に接する形状とされている。第２ビード１１７の先端部は、腕部の縁部に達するまで延在する形状とされている。第２ビード１１７は、図１に示したように、腕部１１に設けられた基部１１５を基準として、車体の上側に突出する突条から構成される。

本実施形態のサスペンションアーム１は、図９に示したように、ストラット式サスペンションのロアアームとして、好適に使用することができる。サスペンションアーム１は、前輪側の懸架装置に使用してもよいし、後輪側の懸架装置に使用してもよい。図９の懸架装置９では、ロアアームとして使用されるサスペンションアーム１の一端部は、ブッシュ（図示略）を介して、車体（図示略）に取り付けられる。サスペンションアーム１の他端部は、ボールジョイント９２及びそれを摺動可能に収納するカップ９３を介して、車輪の支持部材を構成するナックル９１と連結される。ナックル９１の上端部には、コイルスプリング９４の端部が固定されたダンパー９５の下端部が接続される。ダンパー９５の上端部は、車体に対して固定される。ナックル９１には、ハブを介して車輪９６が回転可能に支持される。なお、サスペンションアーム１は、図１に示した表側が車体の上方を向くようにして、車体に対して固定される。

図７に示した比較例に係るサスペンションアーム５では、図１２に示したように車輪が縁石に衝突するなどして車輪９６に車体の後方に向けて大きな荷重が入力されると、サスペンションアーム５の腕部５１が、車体の斜め後方に傾くように座屈変形しやすかった。腕部５１にこのような座屈変形が生じると、図１２に示したように、サスペンションアーム５が車輪の支持部材であるナックルから離れる方向に変位し、サスペンションアーム５の他端部において、ボールジョイント９２がカップ９３から脱落して、車輪が外れるなどの問題が生じるため、ボールジョイントの補強が必要となることがあった。

本実施形態のサスペンションアーム１では、図１１に示したように、車輪９６に対して車輪の後方に向けて大きな荷重が入力されると、図１１に示したように、腕部１１に設けられた第２ビード１１７を起点として、腕部が車体の前方に対して斜めに傾くように変形する。このような変形が生じた場合は、サスペンションアーム１が車両の支持部材に対して接近する方向に変位し、ボールジョイント９２がカップ９３から脱落することが防止される。これにより、車輪９６が脱落したり、車両が自走不能となるような致命的な損傷が生じる可能性を減じることができ、ボールジョイントの補強が不要になる。

本実施形態のサスペンションアーム１では、図１に示したように、腕部１１の延在方向における第２ビード１１７の長さは、腕部１１の延在方向における第１ビード１１４の長さに比して、小さい形状とされている。これによって、第２ビード１１７を起点として、サスペンションアーム１がより車体の斜め前方に傾きやすくなる。これにより、ボールジョイント９２がカップから脱落することをより確実に防止することが可能になる。

本実施形態のサスペンションアーム１では、図１に示したように、第２ビード１１７は、車体に対する取付部を構成する車体前方の貫通孔１２と、車輪の支持部材に対する取付部を構成する貫通孔１３とを結ぶ線の真ん中を基準として、車輪の支持部材の取付部を構成する貫通孔１３に寄った位置に設けられている。

本実施形態のサスペンションアーム１では、図１及び図５に示したように第１ビード１１４及び第２ビード１１７と、車輪の支持部材の取付部が配される前記他端部との間に、第３ビード１１８を備える。図１に示したように、第３ビード１１８は、前記基部１１５を基準として、車体の上方に突出する突条から構成され、腕部１１の延在方向に対して交差する方向に延びる形状である。第３ビード１１８を設けることにより、サスペンションアーム１の曲げ強度、又は引張強度などの静的な強度を向上させている。

本実施形態のサスペンションアーム１では、図１及び図５に示したように、第１ビード１１４の表面及び第３ビード１１８の表面に比して、車体の底面側に窪んだ凹部を備える。凹部は、図１及び図５において、符号Ｆを付した破線で囲まれた領域に設けられる。凹部Ｆの底部分は、図１及び図４において符号Ｇを付した破線で囲まれた領域に設けられる第２ビード１１７の隣接部分に比して車体の上方側に位置する。すなわち、凹部Ｆを形成する窪みの深さは、隣接部分Ｇの窪みの深さに比して、浅く構成されている。前記隣接部位Ｇは、第２ビード１１７に隣接する部分であり、腕部１１の他端部寄りの部分に位置する。凹部Ｆを配することにより、サスペンションアームの曲げ強度、又は引張強度などの静的な強度を向上させている。

本実施形態のサスペンションアーム１では、図１及び３に示したように、腕部の延在方向に沿って延びる縁部に沿って配置される補強用の突条１１６を備える。補強用の突条１１６は、図３に示したように、上述の基部１１５を基準として、第１ビード１１４及び第３ビード１１８に比して、車体の上方へより大きく突出するように構成されている。補強用の突条１１６を設けることにより、サスペンションアームの曲げ強度、又は引張強度などの静的な強度を向上させている。

図６に示したように、第２ビード１１７の延在方向に沿う面で切断したＤＤ断面を基準とし、腕部１１の下端部の位置と第１ビート１１４の表面との直線距離をＨ１と規定し、腕部１１の下端部の位置と第２ビード１１７の表面との直線距離をＨ２と規定したときに、Ｈ２の値は、Ｈ１の値の０．５倍から２倍の値になるようにすることが好ましく、０．８倍から１．５倍の値になるようにすることが好ましい。本実施形態のサスペンションアームでは、Ｈ２の値は、Ｈ１の１倍とされている。

次に、幾何学的非線形解析によって、図１ないし図６に示したサスペンションアーム１と、図７及び図８に示した第１ビードも第２ビードも備えていないサスペンションアーム５について、車輪９６に対して車体の後方へ向かう大きな荷重Ｆが入力された場合に、腕部がどのように変形するか解析した。合わせて、それぞれのサスペンションアームについて、座屈変形によりサスペンションアームが破壊に至る荷重の値について解析した。

解析の結果、図１ないし図６に示したサスペンションアーム１では、車体の斜め前方に傾くようにサスペンションアーム１の腕部が変形した。一方、図７に示したサスペンションアーム１では、車体の斜め後方に傾くようにサスペンションアーム５の腕部５１が変形した。サスペンションアーム１の実物及びサスペンションアーム５の実物を用いた試験においても、同様の結果が得られた。

サスペンションアーム１が斜め前方に座屈変形した際の荷重の値と、サスペンションアーム５が斜め後方に座屈変形した際の荷重の値とを比較すると、後者の値に比して、前者の値が１５．１％大きかった。

１ サスペンションアーム
１１ 腕部
１２ 貫通孔（車体に対する取付部）
１３ 貫通孔（車輪の支持部材の取付部）
１１４ 第１ビード
１１７ 第２ビード
１１８ 第３ビード
Ｆ 凹部
１１６ 突条

Claims (5)

1. 金属板を曲げて成形された形状を有するサスペンションアームであり、
   前記サスペンションアームは、
   一端部の幅に比して、他端部の幅が小さい形状である腕部と、
   前記腕部の前記一端部に配され、車体の前後方向に離隔した位置に配される車体に対する取付部と、
   前記腕部の前記他端部に配される車輪の支持部材の取付部とを備えており、
   前記腕部には、
   車体の前方側に配され、前記腕部の延在方向に沿って延びる第１ビードと、
   車体の後方側に配され、前記腕部の延在方向に交差する方向に延びており、その基端部が前記第１ビードに接する形状である前記第２ビードと、が配された自動車用サスペンションアーム。
2. 前記腕部の延在方向における、前記第２ビードの長さは、前記第１ビードの長さに比して小さい形状である請求項1に記載の自動車用サスペンションアーム。
3. 前記腕部は、前記他端部と第１ビード及び第２ビードとの間に、前記腕部の延在方向に交差する方向に延びる第３ビードをさらに備える請求項１又は２に記載の自動車用サスペンションアーム。
4. 前記腕部は、前記第１ビードと第３ビードとの間に、前記第１ビードの表面及び前記第３ビードの表面を基準として、窪んだ凹部をさらに備える請求項３に記載の自動車用サスペンションアーム。
5. 前記腕部は、その延在方向に沿って延びる縁部に沿って配置される突条をさらに備える請求項１ないし４のいずれかに記載の自動車用サスペンションアーム。

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