JP5510281B2 - トーションビーム式サスペンション - Google Patents

Description

本発明は、左右一対のトレーリングアーム間を車幅方向に伸びるトーションビームで連結して構成されるトーションビーム式サスペンションに関するものである。

車両に採用されるリヤサスペンションの一つに、一対のトレーリングアームとそれらを互いに連結するトーションビームとからなるトレーリング式のサスペンションがある。同サスペンションの多くは、車体の車幅方向両側に配置される左右一対のトレーリングアームの前部を車体に揺動可能に支持し、後部に後車輪を支持し、左右のトレーリングアーム間を車幅方向に伸びるトーションビームで連結し、これにより、トーションビームのねじれ剛性を利用して、アンチロール効果が得られるようにしている。

ところで、このようなトーションビーム式サスペンションにおいて用いられるトレーリングアームはその各部形状や断面形状が仕様に応じて剛性を確保したり、スプリングやショックアブソーバなどの緩衝用機器を取付けたり、車体構造に合わせてアーム支持位置や車輪支持位置を変えたりするために、かなり複雑な形状となっている。
このようなトーションビーム式サスペンションの一例が特許文献１（特開２００６−２８１９７３号公報）に開示される。ここでのトーションビームはその両端部がトレーリングアームの結合部の形状に合うよう、ビーム端を突き合わせるため、トレーリングアームの断面形状にならう形状に成形された上で一体結合されて、しかも、トーションビームの側壁にスプリングシートの延出片が直接溶着され、その延出片がスプリングシートからトーションビームに入力荷重を伝えている。

更に、特許文献２（特開２００６−２３２１８０号公報）に開示のトーションビーム式サスペンションでは、図９に示すように、トーションビーム１００とトレーリングアーム１１０とを突合わせ、一体結合した上で、これら結合部を覆うように前後方向に屈曲して伸びるガセット１２０を溶接してねじれ剛性の強化を図り、その上で、スプリングシート１３０の前結合部をガセット１２０に重ね、後結合部をトレーリングアーム１１０に重ね、相互に溶接している。

更に、特許文献３（特開２０００−５２７３３号公報）に開示のトーションビーム式サスペンションでは、トーションビームの両端部自体が平面視で鞍型形状とされたガセット相当部として形成され、そのガセット相当部がトレーリングアームと突合わせられ相互に溶着され、剛性強化を図っており、その溶着部の近傍のトレーリングアーム上の部位にスプリングシートが溶着されている。

特開２００６−２８１９７３号公報 特開２００６−２３２１８０号公報 特開２０００−５２７３３号公報

ところで、トーションビーム式サスペンションでは、トーションビームがねじれ力を受けて使用されるため、トーションビームの左右端部とトレーリングアームの突合せ結合部で応力集中が起こり易く、更に、トーションビームとスプリングシートとの結合部はスプリングシートからの入力によってその結合部で応力集中が起こり易く、それぞれ十分な結合剛性の確保が必要となる。
特許文献１のトーションビーム式サスペンションは、トーションビームとトレーリングアームとの突合せ溶着部や、トーションビームの側壁にスプリングシートの延出片が直接溶着された部位でそれぞれ応力集中が起こり易く、信頼性が低い。

特許文献２のトーションビーム式サスペンションでは、図９に示すように、ガセット１２０がトーションビーム１００とトレーリングアーム１１０との突合せ溶着部のねじれ剛性の強化を図ることができるが、前後方向に亘り屈曲して配備されるガセット１２０は構造上大型化するため、重量・コスト増加につながる。
更に、特許文献３のトーションビーム式サスペンションでは、スプリングシートがトレーリングアームの側部にのみ溶着した構成を採るため、前後方向の力に対して剛性が低く、操縦安定性が比較的低くなってしまう。

本発明は、トーションビーム上向き壁面とトレーリングアーム上向き壁面に渡って重ねて溶着されるガゼットと、ガゼットの上面とトレーリングアームに溶着されるスプリングシートとを設けることで、トーションビームとトレーリングアームの結合部のねじれ剛性強化を図るとともに、トレーリングアームが受けた前後入力をガゼットによりトーションビームとトレーリングアームとに分散させて応力集中を避けることで、剛性が強化され、耐久性、信頼性のあるトーションビーム式サスペンションを提供することにある。

前記課題を達成するため、請求項１に係る発明は、一端が車体下部に枢支され他端が車輪を枢支する左右一対配備されたトレーリングアームと、車幅方向に延在され左右の端部が前記トレーリングアームの長手方向中間部の下向き壁に重ねて溶着されるトーションビームと、前記トーションビームの左右端近傍の上向き壁面に重なる車内側重合部と前記トレーリングアームの上向き壁面に重なる車外側重合部がそれぞれ溶接され車幅方向に伸びるガゼットと、前記車輪よりの路面反力を車体下部側に伝えるコイルスプリングのばね受け座と同ばね受け座の周縁部の一部より延出し前記トレーリングアームに延出端が溶接されるアーム側接合片とが形成されたスプリングシートと、を備え、前記ばね受け座の周縁部の他の一部より延出し延出端が前記ガゼットに溶接されるビーム側接合片を備え、前記ガゼットの車外側重合部がトレーリングアームの上向き壁面上に重なると共に前後方向に分岐して延出形成されたことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１記載のトーションビーム式サスペンションにおいて、前記ばね受け座のアーム側接合片は前記トレーリングアームの下壁に接合される下壁側接合片と車内側側壁に接合される側壁側接合片とで形成されたことを特徴とするトーションビーム式サスペンション。

請求項３に係る発明は、請求項２記載のトーションビーム式サスペンションにおいて、前記ばね受け座の周縁の他の部位にはダンパ取付け用のダンパブラケットが延出形成されたことを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項３記載のトーションビーム式サスペンションにおいて、
前記ばね受け座の側壁側接合片にはダンパ取付け用のダンパブラケットが一体結合された
ことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、スプリングシートのばね受け座から延出したビーム側接合片がガゼットの車内側半部の上面に溶接されるので、スプリングシートが受ける下向きのばね反力がビーム側接合片よりガゼットの車内側半部を経てトーションビームの端部近傍の上向き壁面に分散して伝えられるので応力集中を回避でき、ビーム側接合片からのばね反力がトーションビームの上向き壁面の一点に集中することで接合部が早期に変形し、疲労劣化が進むという事態の発生を防止することができる。
特に、スプリングシートのビーム側接合片がガゼットの車内側半部に立て掛ける状態で溶着されことより、そのビーム側接合片よりガゼットの車内側半部に前後方向の力が加わったとしてもガゼットの車内側半部よりトーションビームの上向き壁面やガゼットの車外側半部よりトレーリングアームの上向き壁面に分散して伝えられるので、前後方向の入力に対しても前後剛性を十分に強化でき、耐久性、信頼性を高めることができる。この際、ガゼットの車外側重合部が前後方向に分岐してトレーリングアームの上向き壁面上に重なるので、トーションビームとトレーリングアームの結合部のねじれ剛性をより強化できる。

請求項２の発明によれば、トレーリングアームの下壁面にアーム側延出片の下壁側延出片が接合され、車内側側壁に側壁側延出片が接合されるので、スプリングシートのトレーリングアームとの結合剛性をより強化できる。

請求項３の発明によれば、スプリングシートよりダンパブラケットを延出形成し、ダンパブラケットにダンパを取付けるので、コイルスプリングやダンパからの反力が過度にビーム側接合片に加わることを抑制できる。

請求項４の発明によれば、側壁側延出片にダンパ取付け用のダンパブラケットが一体結合されるので、側壁側延出片をダンパブラケットの取り付け用の基部として兼用でき、低コスト化、軽量化を図れる。

本発明の一実施形態のトーションビーム式サスペンションで用いるフレームの全体斜視図である。 図１のトーションビーム式サスペンションで用いるフレームの上下反転した状態での全体斜視図である。 図１のトーションビーム式サスペンションで用いるフレームの左右一側の拡大切欠斜視図である。 図１のトーションビーム式サスペンションで用いるフレームの左右一側の拡大切欠後面図である。 図３中のＡ−Ａ線断面図である。 図３のＢ−Ｂ線拡大断面説明図である。 図１のトーションビーム式サスペンションで用いるフレーム右端結合部の拡大平面図である。 本発明の他の実施形態で用いるフレームの一側端部の拡大切欠平面図である。 従来装置の切欠平面図である。

以下、本発明の第１の実施の形態である車両の後輪用のトーションビーム式サスペンションについて説明する。
図１は、乗用車（車両）のトーションビーム式サスペンションのフレームアッセンブリー（以後単にフレームと記す）１の全体構成を示し、図２はその上下反転した状態での全体構成を示している。

フレーム１は、左右一対のトレーリングアーム２と、左右のトレーリングアーム２を互いに結合する車幅方向Ｙに長いトーションビーム１１と、トーションビーム１１の左右端と左右のトレーリングアーム２とが接合する部位に付加され溶着されるスプリングシート７と、車幅方向Ｙに長くトーションビーム１１とトレーリングアーム２に亘って重ねて溶着される長片状のガゼット１２と、スプリングシート７の周縁４に溶着されるダンパブラケット５とを備える。ここでスプリングシート７と不図示の車体下壁との間には図３に示すようなスプリング１４が圧縮状態で配設され、ダンパブラケット５と不図示の車体下壁との間には路面反力を吸収するダンパ１５が配設され、これらと上述のフレーム１とによりトーションビーム式サスペンションが形成されている。

左右のトレーリングアーム２は車幅方向Ｙにおいて互いに所定量離れて対向配備され、車体前後方向Ｘに伸びる中心線Ｌ０に対し左右対称の形状を成すよう形成される。更に、左右のトレーリングアーム２は、車体前方側での左右の車幅方向ＹのスパンＬｆが、車体後方側での左右のスパンＬｒより狭く、中間が車幅方向内側へ大きな円弧で湾曲して形成される。
トレーリングアーム２は車体前後方向Ｘに伸びる主部であるアーム部３を有している。アーム部３は剛性の確保や緩衝用機器の設置や支持位置の設定などから湾曲した筒形部材により形成される。このアーム部３はその全体が中空金属パイプを用い、湾曲及び膨出加工して断面形状が異形な円弧状部品として形成されている。

このアーム部３の車体前部側の前端部分は、やや絞られて、ここには車体の下壁側（図示しない）に枢支中心線Ｌｐ回りに揺動自在に支持される筒形の前端支持部６が一体結合される。

一方、アーム部３の車体後部側には縦方向に配置されるスピンドル支持プレート９が一体結合され、そのスピンドル支持プレート９にはスピンドル基板１３１を介して車輪Ｗを軸支するスピンドル１３が突設されている。なお、スピンドル基板１３１の外側面には、車輪Ｗに付設されるブレーキ関連のドラムブレーキ用バックプレート（不図示）が重合、配置される。
図１、図２において、符号１１はトーションビームを示す。
トーションビーム１１は、例えば車幅方向Ｙに伸びる部材、例えば下部が開放（図２の符号ｍ参照）され、断面逆Ｕ字状の直状溝形鋼材が用いてある。このトーションビーム１１の左右端（車幅方向Ｙでの両端）はアーム部３の中間部分３ａ（支持部６とブラケット９間の部分）に接合（連結）されている。

ここで、フレーム１は左右対称の形状を成すよう形成されることより、ここでは右側の端部接合構造を主に説明する。右の端部接合構造の詳細を図３〜図６に示した。
図６に示すように、トーションビーム１１はその端部１１１の上向き壁面１１ｆがトレーリングアーム２の長手方向中間部の下向き壁ｗｄと重ね合わされるような凹壁面として予め形成される。その上で、端部１１１にトレーリングアーム２の長手方向中間部の下向き壁ｗｄが重ねられ相互に溶着され、一体化される。ここでトレーリングアーム２の長手方向中間部の上向き壁面ｗｕは端部１１１より上方に突き出すよう形成されている。

更に、トーションビーム１１の端部１１１近傍の上向き壁面１１ｆとトレーリングアーム２の上向き壁面ｗｕとに亘り、車幅方向Ｙに長いガゼット１２が重ねられ、相互に溶着されている。
図５、６、７に示すように、車幅方向Ｙに長いガゼット１２は、トーションビーム１１の端部１１１近傍の上向き壁面１１ｆと重なる車内側重合部１２１とトレーリングアーム２の上向き壁面ｗｕに重なる車外側重合部１２２とを備え、車幅方向Ｙに長く連続形成されている。
ここで、車内側重合部１２１及び車外側重合部１２２はその周縁にフランジ１２３が形成され、同フランジ１２３が上向き壁面１１ｆや上向き壁面ｗｕに接合し、互いに溶着される。

図７に示すように、車幅方向Ｙに長いガゼット１２はその車内側重合部１２１及び車外側重合部１２２の各前後方向Ｘの幅Ｂｉ，Ｂｏがトーションビーム１１の前後幅Ｂｔより狭く形成され、平面視で端部１１１の上向き壁面１１ｆの内側に配備され、しかも、車外側重合部１２２の車外側先端部はアーム部３の上向き壁面ｗｕの内側に配備される。このため、ガゼット１２は比較的小型化され、装着容易化を図れる。

このように、トーションビーム１１の右側端部には下側となり凹壁面である上向き壁面１１ｆを有する端部１１１と、上側となるガゼット１２の車外側重合部１２２とにより二股状部が形成され、この二股状部によりトレーリングアーム２の長手方向中間部を上下より挟持した上で相互に一体的に溶着されている。このため、トーションビーム１１の右側端部はその結合剛性を高く保持でき、しかも、トーションビーム１１のねじれ力をトレーリングアーム２の長手方向中間部の上下部位に的確に伝達できるので、ねじれ力に対する耐久性を向上させることができる。

図１、３に示すように、トーションビーム１１の右側の端部１１１とトレーリングアーム２の長手方向中間部３ａの後方部とに対向する空間には、懸架ばねであるコイルスプリング１４の下端を支持するスプリングシート７が配備される。

スプリングシート７は、車輪Ｗよりの路面反力Ｒｆを車体下部側に伝えるコイルスプリング１４の下側のばね受け座７０１と、同ばね受け座７０１の周縁部４の一部であって、トレーリングアーム２との対向部より延出しトレーリングアーム２に溶接される分岐したアーム側接合片４０１、４０３と、周縁部４の他の一部であるトーションビーム１１との対向部より延出する延出端部ｐａがガゼット１２の上面１２ｆに伸びた上で互いに溶接されるビーム側接合片４０２とを有する。
このうち、分岐したアーム側接合片はトレーリングアーム２の下壁に接合される下壁側接合片４０１と車内側側壁に接合される側壁側接合片４０３とで形成され、これらによりトレーリングアーム２との結合剛性を保持している。

ビーム側接合片４０２は周縁部４のうちでトーションビーム１１との対向部より延出し、延出端部ｐａがガゼット１２の上面１２ｆに伸びた上で互いに溶接され、これによりトーションビーム１１との結合剛性を保持している。
なお、ばね受け座７０１の周縁部４を成すビーム側接合片４０２とその隣の異物侵入防止屈曲片４０４とその隣のアーム側接合片４０１、４０３はそれぞれ上向きに屈曲することで小石等の侵入を防止するとともにコイルスプリング１４の下側部のずれを阻止する機能も備える。

更に、図１、３に示すように、スプリングシート７の周縁部４であって側壁側接合片４０３の後方側対向壁面には車体の上下変位を吸収するショックアブソーバ１５（ここでは単にダンパと記す）の下側の取り付けブラケット５が一体的に溶着される。このダンパ取り付けブラケット５はそのトレーリングアーム２側との対向壁よりダンパ補強片５０１を延出し、その先端をトレーリングアーム２の側壁面に溶着している。これによりダンパ取り付けブラケット５に加わるダンパからの反力を周縁部４とトレーリングアーム２の中間部３ａとに伝達でき、この点でスプリングシート７とトレーリングアーム２の結合剛性を強化できる。

このように、スプリングシート７はそのばね受け座７０１の外周部を屈曲して周縁部４を形成し、その周縁部の周方向における複数箇所から、下壁側接合片４０１と、側壁側接合片４０３と、ビーム側接合片４０２と、ダンパ取り付けブラケット５と一体のダンパ補強片５０１とを延出し、トーションビーム１１とトレーリングアーム２とに連結し、これらとスプリングシート７との結合剛性を十分に強化して荷重伝達効率を頗る良好に保持でき、各溶接部の荷重負担が軽減され、その耐久性向上や強度アップを図るようにしている。

特に、走行中の車両が路面段差を超える場合には、まず後輪には車両後方向と車両上方向に力が入るが、ここではスプリングシートがガゼット１２及びトーションビーム１１の後側面に立て掛ける状態で溶着される。このため、トレーリングアーム２が受ける前後入力と上下入力とが、トレーリングアーム２だけでなくガゼット１２とトーションビーム１１とに分散して入力されることとなり、応力集中を避け、耐久性、信頼性を高めることができる。

上述のところではトーションビーム式サスペンションのフレーム１の右側の結合構造を説明したが、フレーム１の左側の結合構造も左右対称であり、左右のトレーリングアーム間を車幅方向に伸びるトーションビーム１１のねじれ方向が逆に働くことで生じるねじれ剛性を利用して、アンチロール効果が得られ、その際フレーム１の左側の結合構造部も右側と同様の効果が得られる。

上述のように、図1の第1実施形態の車両のトーションビーム式サスペンションでは、図６に示すように、スプリングシートがガゼット１２に立て掛ける状態で上方より後方に連続して溶着されることより、トレーリングアームが受ける前後入力を確実に受け取るので、前後剛性を十分に強化でき、耐久性、信頼性を高めることができる。
しかも、スプリングシート７に加わる荷重のうち、延出端部ｐａに伝わる上下方向の荷重ｆｂは車内側重合部１２１の上面１２ｆを下方に押圧し、延出端部ｐａに伝わる前後方向Ｘの荷重ｆｖは車内側重合部１２１の上面１２ｆを前後方向に加圧し、延出端部ｐａに伝わるいずれの方向の荷重も車内側重合部１２１と車外側重合部１２２に分散してトーションビーム１１とトレーリングアーム２とに伝えられるので、トーションビーム１１の上向き壁面１１ｆが延出端部ｐａにより変形することを防止でき、耐久性がより向上する。

更に、ここでのガゼット１２は上述したようにトーションビーム１１の端部とトレーリングアーム２の結合剛性を高く保持してトレーリングアーム２のねじれ力をトレーリングアーム２に耐久性よく的確に伝達できる上に、トーションビーム１１の上向き壁面１１ｆが延出端部ｐａにより変形することを防止でき、しかもガゼット１２自体を比較的小型化できるという利点がある。
上述のところにおいて、図７に示すガゼット１２の車外側重合部１２２は前後方向Ｘの幅Ｂｏが内側重合部１２１の幅Ｂｉとほぼ同等となるように形成されていたが、これに代えて、図８に示すように形成してもよい。
ここでの第２実施形態としてのトーションビーム式サスペンションのフレーム１ａはガゼット１２ａの構成のみが相違し、その他の部位は図１のフレーム１と同一であり、重複説明を略す。

図８に示すように、ここでのフレーム１ａが用いるガゼット１２ａは、車内側重合部１２１が図７に示すガゼット１２と同様に形成される。
一方、車外側重合部１２２の前後方向Ｘの幅Ｂｏ’（＞Ｂｉ）が比較的大きく形成される。この場合も、車外側重合部１２２の車外側先端部はアーム部３の上向き壁面ｗｕの内側に配備されるが、前後方向Ｘの幅Ｂｏ’のみが比較的大きく形成される。

これにより、トーションビーム１１の右側端部がガゼット１２と協同して二股状を成してトレーリングアーム２の長手方向中間部の上下部位を挟持し一体結合された上で、ねじれ方向中心線Ｌｔより比較的大きく離れた車外側重合部１２２の前後端部ｅ１，ｅ２がより適確にねじれ力をトレーリングアーム２の中間部３０ａ側に伝達できる。このようにねじれ方向中心線Ｌｔより車外側重合部１２２の前後端部ｅ１，ｅ２までのスパンが比較的大きく設定されるため、トーションビーム１１の端部とトレーリングアーム２の結合部におけるねじれ力に対する耐久性がより向上する。

１ フレーム（フレームアッセンブリー）
２ トレーリングアーム
３ アーム部
４ 周縁部
４０１ 下側接合片（アーム側接合片）
４０２ ビーム側接合片
４０３ 側壁側接合片（アーム側接合片）
５ ダンパブラケット
６ 前端支持部
７ スプリングシート
７０１ ばね受け座
９ 後端
１１ トーションビーム
１１１ 端部
１１ｆ 上向き壁面
１２ ガゼット
１２ｆ ガゼットの上面
１２１ 車内側重合部
１２２ 車外側重合部
１４ コイルスプリング
ｐａ 延出端
ｗｄ 下向き壁
ｗｕ 上向き壁面
Ｒｆ 路面反力
Ｗ 車輪
Ｙ 車幅方向

Claims (4)

1. 一端が車体下部に枢支され他端が車輪を枢支する左右一対配備されたトレーリングアームと、車幅方向に延在され左右の端部が前記トレーリングアームの長手方向中間部の下向き壁に重ねて溶着されるトーションビームと、前記トーションビームの左右端近傍の上向き壁面に重なる車内側重合部と前記トレーリングアームの上向き壁面に重なる車外側重合部がそれぞれ溶接され車幅方向に伸びるガゼットと、前記車輪よりの路面反力を車体下部側に伝えるコイルスプリングのばね受け座と同ばね受け座の周縁部の一部より延出し前記トレーリングアームに延出端が溶接されるアーム側接合片とが形成されたスプリングシートと、を備え、前記ばね受け座の周縁部の他の一部より延出し延出端が前記ガゼットに溶接されるビーム側接合片を備え、
   前記ガゼットの車外側重合部がトレーリングアームの上向き壁面上に重なると共に前後方向に分岐して延出形成されたことを特徴とするトーションビーム式サスペンション。
2. 請求項１記載のトーションビーム式サスペンションにおいて、前記ばね受け座のアーム側接合片は前記トレーリングアームの下壁に接合される下壁側接合片と車内側側壁に接合される側壁側接合片とで形成されたことを特徴とするトーションビーム式サスペンション。
3. 請求項２記載のトーションビーム式サスペンションにおいて、前記ばね受け座の周縁の他の部位にはダンパ取付け用のダンパブラケットが延出形成されたことを特徴とするトーションビーム式サスペンション。
4. 請求項３記載のトーションビーム式サスペンションにおいて、前記ばね受け座の側壁側接合片にはダンパ取付け用のダンパブラケットが一体結合されたことを特徴とするトーションビーム式サスペンション。

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