JP2023043886A - 陥凹板ばねサスペンションシステム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、概して、車両用の板ばねサスペンションシステム（１０）に関し、より詳細には、凹部特徴を有する板ばね（５２）に関する。
【解決手段】車両用の板ばねサスペンションシステムは、車軸（１６）を含む。板ばねサスペンションシステムは、頂部側、底側、および側縁（７８）の対を有する板ばねを含み、側縁のうちの少なくとも１つは、側縁から内向きに延在する凹部（７０）の対を画定する。板ばねサスペンションシステムはまた、板ばねを車軸に作動的に連結するクランプアセンブリ（６０）を含み、クランプアセンブリはＵ字形バーの対を含み、Ｕ字形バーの一部は板ばねの凹部の対内に配置される。
【選択図】図２

Description

関連出願の参照
本出願は、２０２１年９月１６日に提出された米国特許仮出願連続番号第６３／２４４，７９３号に対する優先権の利益を主張し、その開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

発明の分野
本発明は、概して、車両用の板ばねサスペンションシステムに関し、より詳細には、凹部特徴を有する板ばねに関する。

背景
板ばねシステムは、長年にわたって、車輪付き車両のサスペンションに使用されてきた。車両用板ばねサスペンションシステムの中心要素は、略矩形断面を有する弧状長さのばね鋼として構成された「半楕円」ばねと呼ばれる。弧の中心には、車両の車軸に連結するための構成が設けられる。端部には、ばねを車体に取り付けるための連結孔が設けられている。重量の大きい車両の場合、板ばねは、異なる長さのばねの層を形成するために互いに積み重ねられる。板ばねは、依然として、重量の大きい市販の車両および鉄道車両に使用されている。非常に重量の大きい車両の場合、板ばねは、車両のシャーシのより広い領域にわたって荷重を分散させるという利点を提供する。一方、コイルばねは、荷重を単一点に伝達する。

周知のホチキス駆動は、それぞれの半楕円板ばねの中心にその端部で連結された中実の車軸を使用する。いくつかの構成要素を含むクランプアセンブリは、板ばねを車軸に取り付ける。クランプアセンブリは、典型的には、板ばねの縁部に沿って延在してアセンブリ全体を共に固定するＵボルトの対を含む。しかしながら、車両プログラムの設計変更などの何らかの理由でばね幅が増大した場合、車軸に溶接される車軸パーチを含むすべてのクランプアセンブリ構成要素が変更される必要がある場合がある。これらの変更は、様々なサスペンションプログラムについての時間、複雑さ、および場合によってはコストを増大させる大きな変更を伴う。

本開示の一局面によれば、車両用の板ばねサスペンションシステムは、車軸を含む。板ばねサスペンションシステムは、頂部側、底側、および側縁の対を有する板ばねを含み、側縁のうちの少なくとも１つは、側縁から内向きに延在する凹部の対を画定する。板ばねサスペンションシステムはまた、板ばねを車軸に作動的に連結するクランプアセンブリを含み、クランプアセンブリはＵ字形バーの対を含み、Ｕ字形バーの一部は板ばねの凹部の対内に配置される。

本開示の別の局面によれば、車両板ばねサスペンションのためのクランプアセンブリを設計する方法が提供される。この方法は、板ばねの幅および厚みを決定することを含む。本方法はまた、板ばねの側縁によって画定される凹部の形状および寸法を決定することを含み、凹部は、クランプバーの脚部の一部分をその中に受容するよう構成される。

これらおよび他の利点および特徴は、図面と併せて以下の説明からより明らかになるであろう。

図面の簡単な説明
本発明とみなされる主題は、明細書の終わりに特許請求の範囲において特に指摘され明確に請求される。本発明の前述および他の特徴ならびに利点は、添付の図面と併せて以下の詳細な説明から明らかである。

車両板ばねサスペンションシステムの一部の斜視図である。 車両板ばねサスペンションシステムのクランプアセンブリの斜視図である。 クランプアセンブリの分解斜視図である。 クランプアセンブリの一部を収容する凹部を示す、サスペンションシステムの板ばねの斜視図である。 角度をなす壁を有する板ばねの凹部の１つの拡大図である。 本開示の別の局面による湾曲壁を有する板ばねの凹部の斜視図である。 図５Ｂの板ばねの凹部の１つの拡大図である。 各板ばねの寸法関係を示す２つの板ばねの断面図である。 異なる寸法の板ばねの厚み比対幅比のプロットの図である。 楕円形に対する一般的な応力係数公式を示す図である。 楕円形状係数に対する応力係数のプロットの図である。 板ばねの陥凹領域における補強構造のための種々の連続繊維構成の図である。 板ばねの陥凹領域における補強構造のための種々の織製構造の図である。 板ばねの陥凹領域における補強構造のための編成布地の図である。 板ばねの陥凹領域における補強構造のための編成布地の図である。 板ばねの陥凹領域における補強構造のための編成布地の図である。 板ばねの陥凹領域における補強構造のための編成布地の図である。 板ばねの凹部領域における補強構造のためのオーゼティック布地の構成を示す図である。 繊維構成を示す。 繊維構成を示す。 繊維構成を示す。 繊維構成を示す。 繊維構成を示す。 繊維構成を示す。 繊維構成を示す。 繊維構成を示す。

詳細な説明
図１を参照すると、本明細書に開示される実施形態は、シャーシレール（図示せず）を有するシャーシを有する車両サスペンションシステム１０において利用される。シャーシレールは、１つ以上の筋かい（図示せず）によって互いに連結される。差動駆動装置１２は、シャーシに固定的に連結され、プロペラシャフト１４の回転運動を車軸１６における実質的に直交する回転運動に変換する。車軸１６は、差動駆動装置１２に対して近位側および遠位側に配置される、関連付けられるユニバーサルジョイントの対（具体的に指定されていない）を含む。したがって、車軸１６は、軸横断運動に適応する、関連付けられる長手方向軸を有する。車軸１６は、いくつかの実施形態では、半シャフトの対を指すことを理解されたい。半シャフトは、単一のスリーブ内に配置されてもよく、または覆われていなくてもよい。

車両サスペンションシステム１０は、板ばね構成５０を含む。板ばね構成５０は、いくつかの実施形態では単一の板ばねを指し、他の実施形態では複数の板ばねを指す。複数板ばね構成では、板ばねは積み重ねられ、互いに作動的に連結される。単一の板ばねが設けられるか、または複数の板ばねが存在するかにかかわらず、板ばね構成５０は、車軸１６に沿って位置し、それに連結される。

板ばねは、弧状長セグメントとして構成された「半楕円形」ばねと呼ぶことができる。板ばねは、金属代替物と比較してシステムの軽量化を達成するために複合材料で形成される。しかしながら、板ばねを形成するために他の材料が使用されることが考えられる。例えば、本明細書に開示される板ばねは、複合材料、１つ以上の金属、強化ポリマー、および他の複数材料の組み合わせから形成されてもよい。明確にするために、単一の板ばねが本明細書で詳細に説明され、符号５２で参照される。開示される実施形態は、複数ばね構成の複数の板ばねに適用可能であり得ることを理解されたい。

板ばね５２の第１の端部５４と第２の端部５６との間には、板ばね５２を車軸１６に作動的に連結するクランプアセンブリ６０が配置される。板ばね５２は、いくつかの実施形態では、端部５４、５６においてシャーシレールに作動的に連結される。特に、板ばね５２は、任意の適切な連結要素でシャーシレールに連結される。いくつかの実施形態では、板ばね５２は、その端部５４、５６において、アイスプリングブッシング構成５７を用いてシャーシレールに作動的に連結される。

ここで図２および図３を参照すると、クランプアセンブリ６０がより詳細に示されている。クランプアセンブリ６０は、図示の実施形態において同様に成形された実質的にＵ字形ロッドの対６２を含む。しかしながら、クランプアセンブリ構成要素の代替形状が企図されることを理解されたい。いくつかの実施形態では、クランプアセンブリ６０は、板ばね５２の長手方向中央部付近に配置される。板ばね５２の頂部側には、各Ｕ字形ロッド６２の湾曲部６５を収容する溝を含む頂部プレート６４が設けられている。各Ｕ字形ロッド６２の実質的に円柱形のセグメント６８は、湾曲部６５から下向きに延在する。各円柱形セグメント６８は、板ばね５２の片側または両側に画定された凹部７０内に、さらに下向きに座して、頂部プレート６４と、板ばね５２と、車軸１６の上方の中間構成要素と、アンカープレート７２とを一緒に挟む。本明細書で参照される中間構成要素は、板ばね５２の底部側と車軸１６の頂部との間に位置する１つ以上の構成要素を含んでもよい。図示の実施形態では、スペーサ７４および車軸パーチ７６が含まれるが、より多くのまたはより少ない構成要素が存在してもよいことを理解されたい。

ここで図４および図５を参照すると、クランプアセンブリ６０を収容する板ばね５２の領域がより詳細に示され、明確にするために様々な構成要素が省略されている。特に、板ばね５２の凹部７０がより詳細に示されている。上述のように、これらの凹部７０は、従来技術の設計において必要とされるように、板ばねの実質的に平面の縁部に近接して配置されるロッド６２とは対照的に、Ｕ字形ロッド６２をその中に収容するよう構成される。凹部７０の存在は、クランプアセンブリ６０の構成要素の完全な再構築の必要性を回避しながら、板ばね５２のいくつかまたはすべてが設計において（車両交差方向に）広げられることを可能にする。板ばね５２の拡幅は、クランプアセンブリ６０の場所に局在化されるか、または全体的であるかにかかわらず、設計幅の柔軟性を提供するが、所望のばね特性を維持し、凹部７０における許容できない応力集中を回避することを指す。

凹部７０（図５Ａおよび図５Ｃの拡大図には、１つのみが示されている）は、板ばね５２の頂部側から板ばね５２の底部側まで完全に延在し、板ばね５２の側縁７８から内方に突出する。凹部７０は、楕円形状によって特徴付けられる幾何学的プロファイルを有する凹部壁８０によって画定される。しかしながら、他の実施形態では、円形の幾何学形状が利用されてもよいことが検討される。凹部７０の上部領域に近接して、凹部壁８０は、図５Ｂおよび図５Ｃに示すように、凹部壁８０から離れる曲率を有する壁によって画定される「スカラップ」形状の壁８２に移行する。スカラップ形状の壁８２は、図示の実施形態ではわずかな曲率を有する。しかしながら、図５Ａに示されるように、いくつかの実施形態では、実質的に平面の角度が存在し得ることを理解されたい。

上述のように、凹部７０は、板ばね５２の拡幅が望まれるときにＵ字形ロッド６２をその中に収容する。図６を参照すると、２つの例示的な板ばねの幅が示され、ｂ１およびｂ２で表され、各板ばねの厚みが示され、ｔ１およびｔ２で表されている。これらの寸法は、クランプアセンブリ６０の位置に対応する板ばね５２の領域に位置する。この位置での断面積（ｂ１×ｔ１およびｂ２×ｔ２）は、様々な設計にわたって一定のままである。したがって、ばねの厚みは、図示のように、ばねの幅が増加するにつれて減少する。図７は、幅比に対してプロットされた厚み比を示す。

図８は、楕円の場合の一般的な応力式を示す。上述のように、凹部７０は、いくつかの実施形態では楕円形状を有する。応力係数は、楕円の長径および短径の関数として計算することができる。図８は、短径／長径係数に対する応力係数（Ｋ_ｓ）のプロットである。

凹部７０のスカラップ形状の壁８２領域を補強し、応力集中を低減するために、異なる繊維構成をスカラップ形状の壁８２領域に利用してもよい。いくつかの実施形態では、強化繊維構成は、スカラップ形状の壁および凹部壁８０の全部もしくは一部に配置されてもよい。言い換えれば、補強構造は、凹部７０および関連付けられるスカラップを画定する構造壁に沿って部分的であってもよく、または完全であってもよい。例えば、２Ｄおよび３Ｄレベルで、織製された、様々な方向において捲縮されていない、網目状の粗紡および編成布地が提供されてもよい（図１０）。非捲縮布地構成の場合、異なる縫製幾何学形状が採用されてもよい（図１１）。加えて、異なる粗紡を伴う調整された繊維配置技術を使用することによって、完全な予成形品を製造することができる。同様に、この戦略において使用される繊維の性質は、強度要件に応じて、ガラス、炭素、アラミド、セラミック、または金属のいずれかであり得る。繊維の繊維構成および性質は、同じ構成要素における異なる体積分率で、ならびに繊維と応力領域との間の異なる角度で、使用されてもよい（図１２Ａ～図１２Ｄ）。構成要素製造中、モールド内プロセスの一部として特定の曲率（頂部および底部）ならびに完全な補強領域（頂部－中央－底部）を補強することによって、前述の構成を使用することができる（図１３）。この幾何学的形状の製造プロセスは、圧縮成形、フィラメントワインディング成形、樹脂トランスファー成形および射出成形であり得る。最後に、これらの材料は、製造プロセス技術に応じてモールド内処理および成形後処理することができる。上記で論じたプロセスは、依拠されてもよい構造の単なる例である。図１４Ａ～図１４Ｄおよび図１５Ａ～図１５Ｄは、本明細書で企図される実施形態による繊維構成の２つの群を示す。

本明細書に開示される実施形態は、車両ハードウェアの修正を排除または低減しながら、車両がより幅広の板ばねを使用することを可能にする。これは、現在のプラットフォームと新たなプラットフォームとの間の車両構成要素の持ち越しを促進し、現在の車両アーキテクチャに適合することによって新たなサスペンション開発サイクルを低減する。実施形態は、持ち越し構成要素によるサブシステムおよび車両評価の単純化を可能にする。実施形態は、車軸パーチにおいてＯＥ幅を維持することによるクランプ群重量（アセンブリおよび構成要素）の増加を回避する。

本発明は、特定の実施形態および用途に関して説明されているが、当業者は、本教示に照らして、本明細書に説明される本発明の範囲を超えることなく、またはその精神から逸脱することなく、追加の実施形態を生成してもよい。したがって、本開示における図面および説明は、本発明の理解を容易にするために提供され、本発明の範囲を限定すると解釈されるべきではないことを理解されたい。

１０ 車両用の板ばねサスペンションシステム、１６ 車軸、５２ 板ばね、６０ クランプアセンブリ、７０ 凹部、７８ 側縁。

Claims (15)

1. 車両用板ばねサスペンションシステムであって、
   車軸と、
   頂部側と、底部側と、側縁の対とを有する板ばねとを備え、前記側縁の少なくとも１つは、前記側縁から内方に延びる凹部の対を画定し、前記車両用板ばねサスペンションシステムはさらに、
   前記板ばねを前記車軸に作動的に連結するクランプアセンブリを備え、前記クランプアセンブリはＵ字形バーの対を含み、前記Ｕ字形バーの一部は前記板ばねの前記凹部の対内に配置される、車両用板ばねサスペンションシステム。
2. 前記凹部の対は、楕円形の幾何学的断面を含む、請求項１に記載の板ばねサスペンションシステム。
3. 前記凹部の対は、円形の幾何学的断面を含む、請求項１に記載の板ばねサスペンションシステム。
4. 前記凹部の対は、凹部壁によって画定され、前記凹部の頂部領域は、前記凹部壁から離れるように延在するスカラップ形状の壁によって画定される、請求項１に記載の板ばねサスペンションシステム。
5. 前記頂部領域における前記スカラップ形状の壁は、前記凹部壁を前記板ばねの前記頂部側に接続する湾曲セグメントである、請求項４に記載の板ばねサスペンションシステム。
6. 前記頂部領域における前記スカラップ形状の壁は、前記凹部壁を前記板ばねの前記頂部側に接続する、平面の、角度をなすセグメントである、請求項４に記載の板ばねサスペンションシステム。
7. 前記凹部の底部領域は、前記凹部壁から離れるように延在するスカラップ形状の壁によって画定される、請求項４に記載の板ばねサスペンションシステム。
8. 前記底部領域における前記スカラップ形状の壁は、前記凹部壁を前記板ばねの前記底部側に接続する湾曲セグメントである、請求項７に記載の板ばねサスペンションシステム。
9. 前記底部領域における前記スカラップ形状の壁は、前記凹部壁を前記板ばねの前記底部側に接続する、平面の、角度をなすセグメントである、請求項７に記載の板ばねサスペンションシステム。
10. 前記板ばねは複合材料で形成される、請求項１に記載の板ばねサスペンションシステム。
11. 前記板ばねは、金属、強化ポリマー、および他の組み合わせ材料のうちの少なくとも１つから形成される、請求項１に記載の板ばねサスペンションシステム。
12. 前記板ばねは、複合材料で形成され、前記板ばねの強度は、前記凹部の少なくとも一部内に配置された調整された繊維配置構成によって増加されるよう構成される、請求項２に記載の板ばねサスペンションシステム。
13. 車両板ばねサスペンションのためのクランプアセンブリを設計する方法であって、
    板ばねの幅および厚みを決定することと、
    前記板ばねの側縁によって画定される凹部の形状および寸法を決定することとを含み、前記凹部は、クランプバーの脚部の一部をその中に受容するよう構成される、方法。
14. 前記板ばねの前記幅および前記厚みを決定することは、前記板ばねの断面係数に基づく、請求項１３に記載の方法。
15. 前記凹部の前記形状および前記寸法を決定することは、材料応力限界計算に基づく、請求項１３に記載の方法。
    

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