JP6787017B2 - トーションビームの構造及びトーションビーム式サスペンション - Google Patents

Description

本発明は、車両幅方向に沿って配置されるトーションビームの構造、及び該トーションビームを備えたトーションビーム式サスペンションに関する。

従来の車両の中には、車両の軽量化、省スペース化及び低コスト化を達成するため、車両幅方向に沿って配置されるトーションビームの左右端部に左右一対のトレリングアームが接合されたトーションビーム式サスペンションを採用しているものがある。
このようなトーションビーム式サスペンションのトーションビームに対しては、旋回時のロール荷重や路面の凹凸などに起因して左右の車輪相互間に生じる車両上下方向の相対変位を捩じれによって吸収し、捩じれ反力によって規制する必要があるため、トーションビームには適度な捩じり剛性が要求されている。

従来のトーションビームは、車両下側が開口した略Ｕ字型の断面形状を有しており、車両上下方向に延びる縦壁部は、車両前後の位置で対向して設けられている。これら縦壁部のうち、一方の縦壁部の板厚を他方の縦壁部よりも全体的に厚く形成して他方の縦壁部の剛性よりも高くなるように構成されている。これにより、少なくとも車両幅方向の中間部付近のトーションビームは、剛性の高い一方の縦壁部を突出させるように湾曲状に形成された湾曲部を有している（例えば、特許文献１参照）。

特許第５４６５７７６号公報

しかしながら、上述した従来のトーションビームにおいては、剛性の高い縦壁部と剛性の低い縦壁部との境目が板厚の差により段差となるため、その段差部分に応力が集中する懸念があった。一方、このような懸念を取り除くために、トーションビームの縦壁部全体の剛性を上げてしまうと、トーションビームの重量が増大するという問題があった。
また、剛性の高い縦壁部の板厚は一定に形成されているため、適度な値が要求される捩じり剛性の調整が困難であった。したがって、鋼板よりも強度の低いアルミニウム部材などを用いて、捩じり剛性の要求性能が低い軽自動車や小型車両のトーションビームに適用する場合に、鋼板と同等の強度を確保するため板厚を厚くしてしまうと、捩じり剛性が高くなり過ぎる可能性があった。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、トーションビームの重量を大幅に増大させることなく、耐久強度、静強度、及び剛性性能を効率的に向上させ、軽量化を実現することが可能なトーションビームの構造及び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。

上記従来技術の有する課題を解決するために、本発明は、車両幅方向に沿って配置され、車両下側が開口した断面略Ｕ字形状を有するトーションビームと、車両幅方向の左右両側部に配置されるトレリングアームとが接合されるトーションビーム式サスペンションにおいて、前記トーションビームの開口側の下端部は、車両前後方向で車両外側へ向けて折り曲げられ、前記トーションビームのうちで、車両後方側に位置する前記下端部が最も高い剛性を有し、前記トーションビーム及び前記トレリングアームには、前記トーションビーム及び前記トレリングアームの一部が接合される接合部を有し、前記トレリングアームの車両前方側に位置する前記接合部は、車両後方側に位置する前記接合部よりも高い剛性を有している。

上述の如く、本発明に係るトーションビーム式サスペンションは、車両幅方向に沿って配置され、車両下側が開口した断面略Ｕ字形状を有するトーションビームと、車両幅方向の左右両側部に配置されるトレリングアームとが接合されるものであって、前記トーションビームの開口側の下端部は、車両前後方向で車両外側へ向けて折り曲げられ、前記トーションビームのうちで、車両後方側に位置する前記下端部が最も高い剛性を有し、前記トーションビーム及び前記トレリングアームには、前記トーションビーム及び前記トレリングアームの一部が接合される接合部を有し、前記トレリングアームの車両前方側に位置する前記接合部は、車両後方側に位置する前記接合部よりも高い剛性を有している。そのため、本発明のトーションビーム式サスペンションでは、トーションビームとトレリングアームとの接合部において、車両前方側の剛性を上げつつ、車両前方側及び車両後方側の剛性差を小さくすることができる。したがって、本発明のトーションビーム式サスペンションによれば、サスペンションが車両上下方向に曲げられた際に、当該接合部付近において車両前方側の壁部が外側へ膨らんで開くように変形するのを抑え、高い応力の発生を抑制することができる。
このような構成にした理由として、トーションビーム式サスペンションにおいて、トーションビームよりも車両後方側のトレリングアームの箇所には、スプリング取付部及びアブソーバ取付部が設けられているので、車両後方側の剛性は車両前方側の剛性よりも高い。また、本発明のトーションビームは、車両後方側の下端部が最も高い剛性を有しているので、車両後方側の剛性が高い。そのため、トーションビーム式サスペンションが車両上下方向に曲げられた場合、当該接合部付近においては、剛性の低い車両前方側の壁部が外側へ膨らんで開くように変形し、高い応力が発生することになるので、このような応力の発生を抑える必要性を有するからである。

本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションを示す分解斜視図である。 図１におけるＺ部の拡大図であって、トーションビームへの入力荷重を説明するための斜視図である。 本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションのトーションビーム及びトレリングアームを接合する前の状態で上方から見た斜視図である。 本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションのトーションビーム及びトレリングアームを接合した状態で上方から見た斜視図である。 図４におけるＡ−Ａ線断面図である。 図４におけるＢ−Ｂ線断面図である。

以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１〜図６は本発明の実施形態に係るトーションビームの構造及びトーションビーム式サスペンションを示すものである。なお、図において、矢印Ｆｒは車両前方、矢印Ｏは車両外側方向、矢印Ｕは車両上方をそれぞれ示している。また、図２において、矢印Ｆ１はタイヤ接地点Ｇの上下力（上下荷重）、矢印Ｆ２はタイヤ接地点Ｇの前後力（前後荷重）、矢印Ｆ３はタイヤ接地点Ｇの横力（横荷重）の方向をそれぞれ示している。

図１及び図２に示すように、本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンション１は、リヤサスペンションとして４輪タイプの自動車などに搭載されており、左右の車輪２は、トーションビーム式サスペンション１を介して車体(図示せず)にそれぞれ懸架されるようになっている。このようなトーションビーム式サスペンション１は、車両幅方向に沿って配置される長尺のトーションビーム３と、車両幅方向の左右両側部に配置され、トーションビーム３の左右両端部にそれぞれ連結される左右一対のトレリングアーム４を備えている。トレリングアーム４には、スプリング５及びショックアブソーバ６が取付けられ、車体に懸架されている。

本実施形態のトレリングアーム４は、図１〜図４に示すように、軽金属合金など非鉄合金を用いたアルミダイカスト製のものであり、開断面構造に形成されている。このトレリングアーム４の車両前後方向の車両内側中間部には、車両幅方向へ延びるビーム接合部４ａが設けられており、該ビーム接合部４ａの反対側には車両前後方向へ延びる前側アーム部４ｂと後側アーム部４ｃが設けられている。なお、トレリングアーム４は、ダイカスト製に限らず、鋳造製でも良い。また、アルミニウム板をプレス成形したもの、アルミニウム押出し材、アルミ鍛造製でもよく、これら製造方法のうちの２種類以上を用いて接合したものでも良い。トレリングアーム４の材質は、アルミニウムの限られず、マグネシウムなどの軽金属材料、樹脂材料でも良い。

トレリングアーム４のビーム接合部４ａは、突き合わせられるトーションビーム３との接合部分であって、トーションビーム３の板厚に相当する厚さ分の段差が設けられている。そして、ビーム接合部４ａの断面外周形状は、図６に示すように、トーションビーム３の断面内周形状とほぼ同一であり、車両側方視で車両下側が開口した垂直断面略Ｕ字形状に形成されている。すなわち、トレリングアーム４のビーム接合部４ａは、車両前側の壁部４１、車両後側の壁部４２及び車両上部４３を有している。しかも、ビーム接合部４ａの車両内側に位置する先端部側は、トーションビーム３の左右両端部３ａが車両上方から重ねられるようになっている。ビーム接合部４ａの断面積は、車両中央側へ向かうに従って小さくなっている。このため、トーションビーム３の端部３ａとトレリングアーム４のビーム接合部４ａとを重ね合わせた状態では、トーションビーム３の外周部とトレリングアーム４の外周部とが略平坦（面一）になるように構成されている。

また、トレリングアーム４の前側アーム部４ｂには、図１及び図２に示すように、弾性部材である円筒状ブッシュ４４が圧入され、このブッシュ４４を介してトレリングアーム４と車体フレーム（図示せず）とをボルトにて締結し、該ボルトを中心軸として揺動運動するように構成されている。さらに、トレリングアーム４の後側アーム部４ｃには、ハブ取付部４５、スプリング取付部４６及びアブソーバ取付部４７が設けられている。ハブ取付部４５には、ハブ７及びブレーキドラム８が取付けられ、車輪２を回転可能に支持している。また、スプリング取付部４６は、上端が車体フレーム（図示せず）に取付けられたスプリング５の下端を支持するものであり、トレリングアーム４の車両幅方向の内側に配置されている。そして、アブソーバ取付部４７は、スプリング取付部４６の車両後方に位置し、ショックアブソーバ６をボルトにて締結することにより、該ボルトを中心軸として揺動運動するように構成されている。ショックアブソーバ６の上端は、車体フレーム（図示せず）に支持されている。

本実施形態のトーションビーム式サスペンション１において、トーションビーム３に入力される荷重は、タイヤ接地点Ｇに対して、図２の矢印Ｆ１、Ｆ２及びＦ３で示す上下力、前後力、横力に加え、左右の車輪２へ車両上下方向で逆位相の変位を与えるロール荷重がある。また、トーションビーム式サスペンション１の車体に対する上下位置は、トーションビーム３の車両前方側に配置されたブッシュ４４によって回転自由で拘束され、スプリング５及びショックアブソーバ６によって決められている。
トーションビーム３は、トレリングアーム４に入力される横力、前後力、上下力に対して高い剛性を有しているが、ロール荷重（左右の車輪２が上下逆位相でストロークした場合）の時は、トーションビーム３を捩じりながらストロークするため、適度な剛性が要求されている。主に、横力、前後力、上下力に対する剛性はトレリングアーム４部の剛性が支配し、ロール荷重に対する剛性はトーションビーム３部の剛性が支配している。それに加えて、トーションビーム３には、繰り返し荷重に対する耐久強度と大荷重に対する静強度も要求されている。

本実施形態のトーションビーム３は、図３〜図６に示すように、所定の板厚ｔの板状部材を湾曲して折り曲げることにより、車両側方視で車両下側が開口した垂直断面略Ｕ字形状を有する長尺の成形品である。トーションビーム３は、トレリングアーム４の板厚よりも薄い板厚を有しており、車両幅方向の左右両端部は、突き合わせられるトレリングアーム４との接合部分であるアーム接合部３ａとしてそれぞれ形成されている。そして、アーム接合部３ａを有するトーションビーム３は、トレリングアーム４のビーム接合部４ａと対応する垂直断面略Ｕ字形状に形成されている。すなわち、トーションビーム３は、車両前側の壁部３１、車両後側の壁部３２及び車両上部３３を有している。
このようなトーションビーム３は、アルミニウム押出し材に限られず、ダイカスト製、鋳造製でも良い。しかも、トーションビーム３の材質は、トレリングアーム４と同様、アルミニウムに限られず、マグネシウムなどの軽金属材料、樹脂材料でも良い。
なお、本発明における「折り曲げ」とは、外側に向かって折り曲げられているような状態の形状のことを指すのであって、必ずしも折り曲げる工程は必要無いものと理解されたい。すなわち、プレス等の加工によって折り曲げられた後の部材の形状を指しても良いし、押出し成形、ダイカスト、鋳造により当初より折り曲げられている部材の形状を指しても良い。

また、本実施形態のトーションビーム３においては、図５及び図６に示すように、開口側の前後両側に位置する壁部３１，３２の下端部３１ａ，３２ａが車両前後方向で車両外側へ向けて折り曲げられてフランジ状に形成されている。しかも、車両後方側に位置する壁部３２の下端部３２ａは、トーションビーム３のうちで、最も高い剛性を有している。
そのため、車両後方側に位置する壁部３２の下端部３２ａには、厚肉部３２Ａが設けられており、該厚肉部３２Ａは、トーションビーム３のうちで、板厚ｔが最も厚く形成され、板厚ｔ_１を有している。しかも、トーションビーム３のうちで、車両上部３３の板厚ｔ_２が最も薄く形成されている。そして、トーションビーム３の板厚ｔは、図５の矢印で示すように、最も薄い板厚ｔ_２の車両上部３３から車両前方側及び車両後方側に位置する壁部３１，３２の下端部３１ａ，３２ａに向かって徐々に増加するように形成されている。

一方、本実施形態のトーションビーム式サスペンション１において、トレリングアーム４のビーム接合部４ａのうちで、トレリングアーム４の車両前方側に位置する壁部４１のビーム接合部４ａ１は、トレリングアーム４の車両後方側に位置する壁部４２のビーム接合部４ａ２よりも高い剛性を有している。そのため、トレリングアーム４のビーム接合部４ａにおいて、車両上部４３から壁部４１，４２の下端部４１ａ，４２ａまでの車両上下方向の長さは、図６に示すように、車両前方側と車両後方側とで異なる寸法を有しており、車両前方側に位置する壁部４１のビーム接合部４ａ１の車両上下方向の長さＬ１は、車両後方側に位置する壁部４２のビーム接合部４ａ２の車両上下方向の長さＬ２よりも大きく形成され、車両上下方向の寸法が長くなるように設定されている（Ｌ１＞Ｌ２）。
また、トーションビーム３の車両前方側に位置する壁部３１の下端部３１ａ及びトレリングアーム４の車両前方側に位置する壁部４１の下端部４１ａは、車両上下方向の高さが略同一に位置している。

このように構成された本発明の実施形態に係るトーションビーム３の構造、及び該トーションビーム３を備えたトーションビーム式サスペンション１の作用及び効果について説明する。
本実施形態のトーションビーム３の構造は、車両幅方向に沿って配置され、車両下側が開口した断面略Ｕ字形状を有しており、トーションビーム３の開口側の壁部３１，３２の下端部３１ａ，３２ａが、車両前後方向で車両外側へ向けてそれぞれ折り曲げられ、トーションビーム３のうちで、車両後方側に位置する壁部３２の下端部３２ａが最も高い剛性を有している。具体的には、トーションビーム３の車両後方側に位置する壁部３２の下端部３２ａには厚肉部３２Ａが設けられており、この厚肉部３２Ａの板厚ｔ_１は、トーションビーム３の板厚ｔのうちで、最も厚く形成されている。
したがって、本実施形態のトーションビーム３の構造によれば、タイヤ２から大きな力がトーションビーム３に加わった際に、最初に塑性変形する車両後方側の壁部３２の静強度を効率良く向上させることができる。その理由として、トーションビーム３を備えたトーションビーム式サスペンション１においては、トーションビーム３よりも車両前方側に車体締結部が設けられ、トーションビーム３よりも車両後方側にタイヤ締結部が設けられているので、タイヤ２からの入力により、トーションビーム３が車両上下方向及び車両前後方向へ曲げ変形しようとする。しかし、トーションビーム３の車両後方側に位置する壁部３２の下端部３２ａに設けられた厚肉部３２Ａが、車両上下方向及び車両前後方向に対するトーションビーム３の曲げ変形を抑えるため、トーションビーム３の静強度を高めることができるからである。
しかも、トーションビーム３の前後両側の壁部３１，３２には、板厚ｔの差による段差が存在していないので、トーションビーム３の板厚ｔの差による応力集中を無くすことができ、さらに板厚ｔの変化による捩じり剛性を容易に調整することができる。

また、本実施形態の構造を有するトーションビーム３は、開口側の前後両側に位置する壁部３１，３２の下端部３１ａ，３２ａが車両前後方向で車両外側へ向けて折り曲げられてフランジ状に形成されているので、断面二次モーメントが大きく、高い剛性を有することになり、曲げ変形をより一層抑制することができる。それに加えて、トーションビーム３とトレリングアーム４とを接合する際には、トーションビーム３のアーム接合部３ａにトレリングアーム４のビーム接合部４ａを挿入する必要があるが、厚肉部３２Ａは、車両後方側に位置する壁部３２の下端部３２ａの車両外側に設けられ、厚肉部３２Ａが邪魔になることは無くなるため、接合作業を容易に行うことができ、トーションビーム式サスペンション１の生産性の向上を図ることができる。

さらに、本実施形態のトーションビーム３の構造においては、トーションビーム３の板厚ｔのうちで、車両上部３３の板厚ｔ_２が最も薄く形成されているので、トーションビーム３の軽量化を実現することができる。なお、トーションビーム３の車両上部３３は、静強度及びロール剛性への寄与度が小さい部分であることから、薄く形成しても問題とならない。
また、車両後方からの衝突の場合、トーションビーム３が車両上部３３で潰れる変形を生じやすくなるため、強度的に弱い接合部が車両前後方向に折れるように破損するのを防ぎ、さらに破損部の破面が車両前方に位置する燃料タンクに接触するのを防ぐことができる。しかも、トーションビーム３とトレリングアーム４とを溶接で接合する際に溶接の開始点が車両上部３３である場合、作業性の観点から車両上側から車両前側及び車両後側に２パスで溶接を行うことになる。その際、トーションビーム３の車両上部３３の板厚ｔ_２を最も薄くすることで、トーションビーム３とトレリングアーム４との間の隙間を車両上部３３以外の部分よりも大きくすることが可能になるため、溶接時に発生するガスを逃がしやすくすることができる。

また、トーションビーム３の板厚ｔは、最も薄い板厚ｔ_２の車両上部３３から車両前側の壁部３１及び車両後側の壁部３２の下端部３１ａ，３２ａに向かって徐々に増加するように形成されているので、トーションビーム３の板厚ｔの差による応力集中を確実に無くすことができる。それに加えて、トーションビーム３の板厚ｔを自由に変えられるため、ロール剛性（捩じり剛性）の調整を容易に行うことができる。

一方、本実施形態のトーションビーム式サスペンション１は、車両幅方向に沿って配置され、車両下側が開口した断面略Ｕ字形状を有するトーションビーム３と、車両幅方向の左右両側部に配置されるトレリングアーム４とが接合されるものであり、トーションビーム３の開口側に位置する壁部３１，３２の下端部３１ａ，３２ａが、車両前後方向で車両外側へ向けて折り曲げられ、トーションビーム３のうちで、車両後方側に位置する壁部３２の下端部３２ａが最も高い剛性を有している。また、トーションビーム３及びトレリングアーム４には、互いに接合されるアーム接合部３ａ及びビーム接合部４ａを有し、トレリングアーム４の車両前方側に位置する壁部４１のビーム接合部４ａ１は、車両後方側に位置する壁部４２のビーム接合部４ａ２よりも高い剛性を有している。具体的には、トレリングアーム４のビーム接合部４ａにおいて、車両前方側に位置する壁部４１のビーム接合部４ａ１の車両上下方向の長さＬ１が、車両後方側に位置する壁部４２のビーム接合部４ａ２の車両上下方向の長さＬ２よりも大きく形成されている。
これにより、本実施形態のトーションビーム式サスペンション１では、トーションビーム３とトレリングアーム４との接合部であるアーム接合部３ａ及びビーム接合部４ａにおいて、車両前方側の剛性を上げつつ、車両前方側及び車両後方側の剛性差を小さくすることができる。その結果、本実施形態のトーションビーム式サスペンション１によれば、サスペンションが車両上下方向に曲げられた際に、当該接合部３ａ，４ａの付近において車両前方側の壁部３１，４１が外側へ膨らんで開くような変形を抑え、高い応力の発生を抑制することができる。

また、本実施形態のトーションビーム式サスペンション１において、トーションビーム３及びトレリングアーム４の車両前方側の壁部３１，４１の下端部３１ａ，４１ａは、車両上下方向の高さが略同一に位置しているので、高さが同一でない場合と比べて応力の発生を抑制できる。
さらに、車両前方側の壁部３１，４１の下端部３１ａ，４１ａの高さが同一であると、高さが同一でない場合と比べ、ロール剛性をより適切にでき、車両走行中の空気抵抗を減らし、騒音を抑制することができる。

以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は既述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。
例えば、既述の実施の形態では、トーションビーム式サスペンション１にスタビライザが取付けられていない構造となっているが、スタビライザが取付られている構造に適用しても良い。

１ トーションビーム式サスペンション
２ 車輪
３ トーションビーム
３ａ アーム接合部
４ トレリングアーム
４ａ ビーム接合部
３１ 車両前側の壁部
３１ａ 下端部
３２ 車両後側の壁部
３２ａ 下端部
３２Ａ 厚肉部
３３ 車両上部
４１ 車両前側の壁部
４１ａ 下端部
４２ 車両後側の壁部
４２ａ 下端部
４３ 車両上部
ｔ_１ 厚肉部の板厚
ｔ_２ 車両上部の板厚

Claims (7)

1. 車両幅方向に沿って配置され、車両下側が開口した断面略Ｕ字形状を有するトーションビームと、車両幅方向の左右両側部に配置されるトレリングアームとが接合されるトーションビーム式サスペンションにおいて、
   前記トーションビームの開口側の下端部は、車両前後方向で車両外側へ向けて折り曲げられ、前記トーションビームのうちで、車両後方側に位置する前記下端部が最も高い剛性を有し、
   前記トーションビーム及び前記トレリングアームには、前記トーションビーム及び前記トレリングアームの一部が接合される接合部を有し、
   前記トレリングアームの車両前方側に位置する前記接合部は、車両後方側に位置する前記接合部よりも高い剛性を有していることを特徴とする、トーションビーム式サスペンション。
2. 前記トレリングアームの車両前方側に位置する前記接合部の車両上下方向の長さは、車両後方側に位置する前記接合部の車両上下方向の長さよりも大きく形成されていることを特徴とする、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. 前記トーションビーム及び前記トレリングアームの車両前方側の下端部は、車両上下方向の高さが略同一に位置していることを特徴とする、請求項１または２に記載のトーションビーム式サスペンション。
4. 前記トーションビームの車両後方側に位置する下端部には厚肉部が設けられ、該厚肉部は、前記トーションビームのうちで、板厚が最も厚く形成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のトーションビーム式サスペンション。
5. 前記トーションビームのうちで、車両上部の板厚が最も薄く形成されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のトーションビーム式サスペンション。
6. 前記トーションビームの板厚は、前記車両上部から車両前方側及び車両後方側の前記下端部に向かって徐々に増加するように形成されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のトーションビーム式サスペンション。
7. 前記トーションビームは、軽合金製又は樹脂製のトーションビームであることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のトーションビーム式サスペンション。

Images