JP6836304B2 - トーションビーム式サスペンション構造、トーションビームおよび車両 - Google Patents

トーションビーム式サスペンション構造、トーションビームおよび車両 Download PDF

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Description

本発明は、車両に搭載されるトーションビーム式サスペンション構造に関する。
車両用のトーションビーム式サスペンション構造は、一対のトレーリングアーム部と、トーションビーム部とを備える。一対のトレーリングアーム部は、車幅方向に離間して配置される。トーションビーム部は、車幅方向に延在し、左右の端部において一対のトレーリングアーム部にそれぞれ接続される。例えば車両の走行中に路面に段差があった場合、このサスペンション構造は、トーションビーム部の捻れによってタイヤをその段差に追従させ、タイヤを接地させる。
トーションビーム式サスペンション構造のなかには、トーションビーム部に、いわゆるクラッシュドパイプ式の構造が適用されたものがある。このような構造は、閉断面構造のパイプを車両前後方向の断面においてU字状になるように押し潰して成形することで得られる(特許文献1参照)。
特開2010−247694号公報
上記クラッシュドパイプ式の構造においては、トーションビーム本体の両端部付近、及び接合部などの接続部周辺に応力の集中しやすい部分が存在する場合がある。この応力集中に対応するために全体的に肉厚を大きくしてしまうと、トーションビーム自体が捩れにくくなってしまうため、乗り心地が悪化する。そのため、トーションビーム部両端部付近の耐久性を向上させつつ、捻れの特性を更に向上させる技術が求められる。
本発明は、クラッシュドパイプ式のトーションビーム部両端部付近の耐久性の向上および捻れ特性の向上を実現することを目的とする。
第1の発明は、車両用のトーションビーム式サスペンション構造であって、車幅方向に離間して配置された一対のトレーリングアーム部と、前記車幅方向に延在し、前記一対のトレーリングアーム部に接続されたトーションビーム部と、を備え、前記トーションビーム部は、前記車幅方向において中央部および端部を含み、且つ、少なくとも前記中央部では車両前後方向の断面においてU字状になるように押し潰された閉断面構造のパイプで構成され、前記車幅方向において、前記中央部における前記パイプの肉厚は前記端部における肉厚よりも薄く、前記U字状に押し潰された閉断面構造の前記パイプは、外側頂部と、内側頂部と、それらを接続する2つの折り曲げ部とを含み、前記2つの折り曲げ部のそれぞれの肉厚は、前記外側頂部の肉厚および前記内側頂部の肉厚の双方よりも薄く、前記内側頂部の肉厚は、前記外側頂部の肉厚よりも薄いことを特徴とする。
第1の発明によれば、トーションビーム部両端部付近の耐久性を向上させ且つ捻れ特性を向上させることができる。
車両の構造の例を説明するための図である。 トーションビーム式サスペンション構造の例を説明するための図である。 トーションビーム部の構造の例を説明するための図である。 トーションビーム部の形成方法の例を説明するための図である。 トーションビーム部の構造の例を説明するための図である。
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。なお、各図は、実施形態の構造ないし構成を示す模式図であり、図示された各部材の寸法は必ずしも現実のものを反映するものではない。
(第1実施形態)
図1は、車両1の上面図である。本実施形態では、車両1は四輪車であり、図中には左後輪2Lおよび右後輪2Rのみを示す。車両1は、後輪2L及び2Rの間に配されたトーションビーム式サスペンション構造3を備える。
構造の理解を容易にするため、図中には、互いに直交するX軸、Y軸およびZ軸を示す(他の図においても同様とする。)。X方向は車両前後方向に対応し、Y方向は車幅方向に対応し、また、Z方向は車両上下方向に対応する。また、本明細書において、前、後、上、下等の表現は、相対的な位置関係を示す。例えば、「前」、「前方」等の表現は+X方向に対応し、「後」、「後方」等の表現は−X方向に対応する。また、「右」、「右側」等の表現は+Y方向に対応し、「左」、「左側」等の表現は−Y方向に対応する。また、「上」、「上方」等の表現は+Z方向に対応し、「下」、「下方」等の表現は−Z方向に対応する。
図2は、サスペンション構造3の斜視図である。サスペンション構造3は、一対のトレーリングアーム部31L及び31Rと、トーションビーム部32とを備える。左側のトレーリングアーム部31Lと、右側のトレーリングアーム部31Rとは、Y方向に離間して左右対称に配置される。トーションビーム部32は、Y方向に延在し、左右の端部においてトレーリングアーム部31L及び31Rとそれぞれ接続される。これらの接続は、一般には溶接により実現される。
トレーリングアーム部31Lの左側端部には、後輪2Lが配置される車輪配置部311が設けられる。また、トレーリングアーム部31Lの車輪配置部311より車内側には、スプリング(懸架用ばね)配置部312が設けられる。また、トレーリングアーム部31Lの後方端部には、ダンパ(ショックアブソーバー)配置部313が設けられる。また、トレーリングアーム部31Lの前方端部には、トレーリングアーム部31Lを車体に対して固定するためのブッシュ314が設けられる。トレーリングアーム部31Rは、トレーリングアーム部31Lと左右対称になるようにトレーリングアーム部31L同様に構成される。以下において、トレーリングアーム部31L及び31Rを特に区別しない場合には単に「トレーリングアーム部31」と表現する。
図3(A)〜3(F)は、トーションビーム部32の構造を説明するための模式図である。トーションビーム部32は、いわゆるクラッシュドパイプ式であり、即ち、閉断面構造を有するパイプ(円筒形のパイプ)320が押し潰された形状である。
図3(A)は、トーションビーム部32の上面図である。トーションビーム部32は、左右対称に設けられ、本実施形態では、中央部321、2つの端部322、及び、2つの徐変部323を含む。中央部321は、トーションビーム部32のうち車幅方向内側に設けられた部分である。端部322は、トーションビーム部32のうち車幅方向外側の部分であり、トレーリングアーム部31との接続部およびその近傍部分である。徐変部323は、詳細については後述とするが、トーションビーム部32のうち中央部321と端部322との間に設けられた部分である。
本実施形態では、トーションビーム部32の一端から他端まで(例えば、トレーリングアーム部31L側の端からトレーリングアーム部31R側の端まで)の距離は、1260mmである。そして、端部322は、各端から300mmまでの領域に設けられる。また、中央部321は、一端から350mmの位置から、一端から910mm(他端から350mm)の位置まで、の領域に設けられる。なお、ここで例示されたトーションビーム部32の各部分321等の距離(Y方向の長さ)は一例であり、この数値に限られるものではない。
図3(B)は、X方向に沿った端部322の切断線B−Bでの端面図を示す。図3(C)は、X方向に沿った徐変部323の切断線C−Cでの端面図を示す。図3(D)は、X方向に沿った中央部321の切断線D−Dでの端面図を示す。図3(E)は、X方向に沿った中央部321の切断線E−Eでの端面図を示す。図3(F)は、Y方向に沿った切断線F−Fでの端面図を示す。
トーションビーム部32の中央部321では、パイプ320は押し潰され、U字状の断面形状になっている。例えば図3(D)〜3(E)を参照すると、中央部321では、パイプ320が押し潰されてパイプ320の内壁同士が近接し又は接触し、U字状の断面形状になっている。一方、端部322では、例えば図3(B)を参照すると、パイプ320は中央部321に比べて押し潰されておらず、パイプ320の内壁同士が接触しない程度にU字状の断面形状になっている。
なお、本明細書において、U字状とは、外形が頂部を有し且つその頂部とは反対側が開放された形状をいう。よって、本明細書において、U字状の概念には、頂部の形状が比較的尖った形状(V字状)、頂部の形状が比較的平らな形状(コの字状)、外形全体が比較的丸みを帯びた形状(C字状)等も包含される。
本実施形態では、トーションビーム部32は頂部が上方側かつ開放側が下方側となるように設けられるが、トーションビーム部32の車体に対する向きは、車体底部に配置される他の機構との関係で決定されればよい。例えば、他の実施形態として、頂部が下方側かつ開放側が上方側となってもよいし、頂部が前方側かつ開放側が後方側となってもよいし、或いは、頂部が後方側かつ開放側が前方側となってもよい。なお、車体底部に配置される他の機構の例としては、消音器(マフラー)、排気管(エキゾーストパイプ)、燃料管(フューエルパイプ)、プロペラシャフト等が挙げられる。
本実施形態では、端部322におけるパイプ320の肉厚(厚さ)T322は、2.3mmである。一方、中央部321におけるパイプ320の肉厚T321は、2.0mmであり、端部322における肉厚T322より薄い。徐変部323におけるパイプ320の肉厚T323は、T321以上かつT322以下の範囲内で徐々に(緩やかに)変化し、中央部321に近いほど薄く、端部322に近いほど厚い(T321≦T323≦T322)。なお、肉厚とは、パイプ320の内壁から外壁までの距離を示す。ここで例示されたトーションビーム部32の各部分321等の肉厚は一例であり、この数値に限られるものではない。
クラッシュドパイプ式のトーションビームは、典型的には、金属板を成形して、ビーム軸を中心に金属板を丸めてパイプを形成し、その後、このパイプの少なくとも中央部を押し潰すことで得られる。以下、図4(A)〜4(C)を参照しながら、トーションビーム部32の形成方法を説明する。
まず、図4(A)の工程では、金属板320Aを準備する。この金属板320Aは、いわゆる差厚鋼板であり、本実施形態では長手方向において板厚が異なっている。本実施形態では、中央部321に対応する部分320A1の板厚は、端部322に対応する部分320A2の板厚よりも薄い。また、部分320A1と部分320A2との間の部分320A3は徐変部323に対応し、部分320A3では、板厚が緩やかに変化する。部分320A3の上面は、部分320A1の上面と部分320A2の上面とを接続する傾斜面を形成する。このような構造は、例えば、均一な板厚を有する金属板の上面に対してローラー等を用いた加工処理を行うことにより得られる。
次に、図4(B)の工程では、長手方向を軸として金属板320Aを丸めながら、金属板320Aの互いに対向する辺部E1および辺部E2を溶接により接合させる。これにより、金属板320Aをパイプ状に成形することができる。この工程で得られた構造をパイプ320とする。図中には、構造の理解のため、パイプ320の内壁を破線で示す。なお、本実施形態では、パイプ320は、外径が一定で且つ内径が変化する構造(内壁が段差を有する構造)としたが、他の実施形態として、内径が一定で且つ外径が変化する構造(外壁が段差を有する構造)としてもよい。
その後、図4(C)の工程では、パイプ320の中央部を押し潰す成形処理を行う。その後、ショットブラスト、レーザートリム等の処理を行うことで、図3(A)〜3(F)を参照しながら述べたトーションビーム部32が得られる。トーションビーム部32は、その後、トレーリングアーム部31L及び32Rに溶接により接合される。
以上の手順により、サスペンション構造3が製造される。なお、上述の各工程の間では必要に応じて熱処理(焼き鈍し)や洗浄処理等が適宜なされる。
サスペンション構造3は、例えば車両の走行中に路面に段差等があった場合、トーションビーム部32が捻れることでタイヤをその段差に追従させて接地させることを可能にする。この捻れに起因して過度な応力を発生すると、例えばトーションビーム部32とトレーリングアーム部31との接合部周辺の損傷発生や剥離等の原因となる場合がある。
そこで本実施形態では、中央部321におけるパイプ320の肉厚T321を、端部322における肉厚T322よりも薄くしている。これにより、トーションビーム部32の捻れやすさを中央部321側に寄せることが可能となる。これにより、比較的簡素な構成で、端部322の耐久性(捻れに対する耐性ないし強度)を向上させることができ、例えばトーションビーム部32とトレーリングアーム部31との接合部周辺の損傷発生や剥離等を防ぐことが可能となる。また、中央部321が捻れやすいので、トーションビーム部の捻れ特性そのものを向上させることも可能となる。よって、本実施形態によれば、走行中のトーションビーム部32の捻れが発生した際のトーションビーム部32とトレーリングアームとの接合部周辺の耐久性が向上すると共に捻れ特性が向上する。
図3(D)〜3(E)から分かるように、中央部321では、パイプ320は、その内壁が接触するようにU字状に押し潰されている。よって、中央部321が捻れやすく、トーションビーム部32の捻れ特性が更に向上する。一方、図3(B)から分かるように、端部322では、パイプ320は、その内壁が接触しない程度にU字状に押し潰されている。そのため、端部322は捻れにくく、端部322の耐久性が更に向上する。
また、本実施形態では、中央部321と端部322との間には、パイプ320の肉厚が緩やかに変化する徐変部323が設けられている。これにより、トーションビーム部32が捻れる際に生じうる応力が局所的に集中することを防ぐことができ、トーションビーム部32の耐久性を向上させることができる。なお、本実施形態では、徐変部323における肉厚T323は、中央部321と徐変部323との境界からの距離(又は、端部322と徐変部323との境界からの距離)に対して線形に変化する(換言すると、肉厚T323は、上記距離を変数とする一次関数である。)。よって、徐変部323は容易に形成可能である。
トーションビーム部32の一端から他端までの長さをLとする。この場合、徐変部323は、トーションビーム部32の一端から0.2L〜0.4Lの範囲内と、他端から0.2L〜0.4Lの範囲内(一端から0.6L〜0.8Lの範囲内)と、にそれぞれ設けられるとよい。この構造によれば、トーションビーム部32を捻れやすくするための中央部321の長さを確保しつつ、端部322の耐久性を向上させることができる。本実施形態では、L=1260mmであり、中央部321の長さを560mmで設計し、各端部322の長さを350mmで設計し、各徐変部323の長さを50mmで設計したが、この値に限られるものではない。
(第2実施形態)
前述の第1実施形態では、パイプ320の肉厚はX−Z平面(周方向)において均一であるものとしたが、第2実施形態は、パイプ320が、X−Z平面において肉厚が互いに異なる部分を有する、という点で第1実施形態と異なる。本実施形態においても、前述の第1実施形態同様の効果が得られる。
図5(A)〜(E)は、本実施形態に係るトーションビーム部32の構造を示す模式図である。図5(A)は、トーションビーム部32の上面図である。図5(B)は、端部322の切断線B−Bでの端面図を示す。図5(C)は、徐変部323の切断線C−Cでの端面図を示す。図5(D)は、中央部321の切断線D−Dでの端面図を示す。図5(E)は、中央部321の切断線E−Eでの端面図を示す。
本実施形態では、説明のため、U字状に押し潰された閉断面構造のパイプ320の各部分を区別する。即ち、パイプ320は、外側頂部3201、内側頂部3202、および、2つの折り曲げ部3203を含む。U字状の頂部は、パイプ320における2つの部分が、それらの一方が他方を覆う形で同方向に湾曲することで形成され、外側頂部3201はこの一方に対応し、内側頂部3202は他方に対応する。2つの折り曲げ部3203のそれぞれは、外側頂部3201と内側頂部3202とを接続する。
本実施形態では、図5(B)〜5(E)から分かるように、2つの折り曲げ部3203のそれぞれの肉厚は、外側頂部3201の肉厚および内側頂部3202の肉厚の双方より薄い。前述のとおり(図4(A)〜4(C)参照)、トーションビーム部32は、金属板320Aをパイプ状に成形してパイプ320にした後このパイプ320を押し潰すことで得られる。本実施形態では、折り曲げ部3203の肉厚を外側頂部3201の肉厚および内側頂部3202の肉厚より薄くすることにより、折り曲げ部3203が外側頂部3201および内側頂部3202よりも曲がりやすい。よって、本実施形態によれば、パイプ320をクラッシュドパイプ式の構造に成形しやすくなり、製造面の観点から第1実施形態に対して更に有利である。
なお、本実施形態では、図4(A)の工程において、金属板320Aを準備した後、更に、各部分320A1〜320A3の上面に、折り曲げ部3203を形成するための切欠きを長手方向に沿って形成すればよい。或いは、図4(A)の工程で、この切欠きを各部分320A1〜320A3と共に一度に形成することも可能である。
本実施形態では、外側頂部3201の肉厚と、内側頂部3202の肉厚とは互いに等しいものとするが、これらは互いに異なっていてもよい。他の実施形態として、内側頂部3202の肉厚は、外側頂部3201の肉厚よりも薄くするとよい。図5(D)〜5(E)からも分かるように、一般に、内側頂部3202の曲率(曲率半径の逆数)は、外側頂部3201の曲率より大きくなると考えられる。そのため、内側頂部3202の肉厚を外側頂部3201の肉厚より薄くすることにより、内側頂部3202を曲げやすくすることができ、パイプ320を更に容易に成形可能となる。
(その他)
以上、いくつかの好適な態様を例示したが、本発明はこれらの例に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、その一部が変更されてもよい。また、本明細書に記載された個々の用語は、本発明を説明する目的で用いられたものに過ぎず、本発明は、その用語の厳密な意味に限定されるものでないことは言うまでもなく、その均等物をも含みうる。
(実施形態のまとめ)
本発明の第1の態様は、車両用のトーションビーム式サスペンション構造(例えば3)であって、車幅方向(例えばY方向)に離間して配置された一対のトレーリングアーム部(例えば31L、31R)と、前記車幅方向に延在し、前記一対のトレーリングアーム部に接続されたトーションビーム部(例えば32)と、を備え、前記トーションビーム部は、前記車幅方向において中央部(例えば321)および端部(例えば322)を含み、且つ、少なくとも前記中央部では車両前後方向(例えばX方向)の断面においてU字状になるように押し潰された閉断面構造のパイプ(例えば320)で構成され、前記車幅方向において、前記中央部における前記パイプの肉厚(例えばT321)は前記端部における肉厚(例えばT322)よりも薄い。
第1の態様によれば、クラッシュドパイプ式の構造を有するトーションビーム部において、中央部の肉厚を端部の肉厚より薄くすることで、端部の耐久性を向上させながら中央部を捻れやすくする。これにより、走行中のトーションビーム部の捻れが発生した際のトーションビーム部の耐久性が向上すると共に捻れ特性が向上する。
第2の態様では、前記トーションビーム部は、前記中央部と前記端部との間に、前記パイプの肉厚が緩やかに変化する徐変部(例えば323)を更に含む。
第2の態様によれば、徐変部を設けたことによって、トーションビーム部が捻れる際に生じうる応力が局所的に集中することを防ぐことができ、トーションビーム部の耐久性を向上させることができる。
第3の態様では、前記車幅方向において、前記一対のトレーリングアーム部の一方(例えば31L)に接続された側の前記トーションビーム部の一端から、前記一対のトレーリングアーム部の他方(例えば31R)に接続された側の前記トーションビーム部の他端まで、の距離をLとした場合に、前記徐変部は、前記一端から0.2L〜0.4Lの範囲内と、前記他端から0.2L〜0.4Lの範囲内と、にそれぞれ設けられる。
第3の態様によれば、中央部の捻れやすさの向上と、端部の耐久性の向上とを両立させるのに特に好適である。例えば、L=1260mmの場合、徐変部は、一端から300〜350mmの間と、他端から300〜350mmの間と、にそれぞれ設けられるとよい。
第4の態様では、前記車両前後方向の断面において、前記中央部では、前記パイプは、その内壁が接触するようにU字状に押し潰されている。
第4の態様によれば、中央部において内壁が接触する程度にU字状に成形されているため、中央部で捻れやすくなり、よって、トーションビーム部の捻れ特性が更に向上する。
第5の態様では、前記車両前後方向の断面において、前記端部では、前記パイプは、その内壁が接触しない程度にU字状に押し潰されている。
第5の態様によれば、端部において内壁が接触しない程度のU字状に成形されているため、端部では捻れにくく、よって、トーションビーム部の端部の耐久性が更に向上する。
第6の態様では、前記U字状に押し潰された閉断面構造の前記パイプは、外側頂部(例えば3201)と、内側頂部(例えば3202)と、それらを接続する2つの折り曲げ部(例えば3203)とを含み、前記2つの折り曲げ部のそれぞれの肉厚は、前記外側頂部の肉厚および前記内側頂部の肉厚の双方よりも薄い。
第6の態様によれば、パイプをクラッシュドパイプ式の構造に容易に成形することが可能となる。
第7の態様では、前記内側頂部の肉厚は、前記外側頂部の肉厚よりも薄い。
一般に、パイプをクラッシュドパイプ式の構造に成形する際には、内側頂部の方が外側頂部よりも曲率が大きくなるため、第7の態様によれば、パイプの成形が更に容易になる。
第8の態様は、上述のサスペンション構造を具備する車両(例えば1)である。
第8の態様によれば、上述のサスペンション構造は、四輪車等の一般的な車両に適用可能である。
第9の態様は、車両用サスペンション構造を構成するトーションビーム(例えば32)であって、その延在方向(Y方向)において中央部(例えば321)および端部(例えば322)を含み、且つ、少なくとも前記中央部では前記延在方向と交差する方向(例えばX方向)の断面においてU字状になるように押し潰された閉断面構造のパイプ(例えば320)で構成され、前記延在方向において、前記中央部における前記パイプの肉厚(例えばT321)は前記端部における肉厚(例えばT322)よりも薄い。
第9の態様によれば、第1の態様同様、クラッシュドパイプ式のトーションビームにおいて、耐久性および捻れ特性を向上させることができる。
1:車両、3:トーションビーム式サスペンション構造、31(31L、31R):トレーリングアーム部、32:トーションビーム部、320:パイプ、321:中央部、322:端部。

Claims (7)

  1. 車両用のトーションビーム式サスペンション構造であって、
    車幅方向に離間して配置された一対のトレーリングアーム部と、
    前記車幅方向に延在し、前記一対のトレーリングアーム部に接続されたトーションビーム部と、を備え、
    前記トーションビーム部は、前記車幅方向において中央部および端部を含み、且つ、少なくとも前記中央部では車両前後方向の断面においてU字状になるように押し潰された閉断面構造のパイプで構成され、
    前記車幅方向において、前記中央部における前記パイプの肉厚は前記端部における肉厚よりも薄く、
    前記U字状に押し潰された閉断面構造の前記パイプは、外側頂部と、内側頂部と、それらを接続する2つの折り曲げ部とを含み、
    前記2つの折り曲げ部のそれぞれの肉厚は、前記外側頂部の肉厚および前記内側頂部の肉厚の双方よりも薄く、
    前記内側頂部の肉厚は、前記外側頂部の肉厚よりも薄
    ことを特徴とするサスペンション構造。
  2. 前記トーションビーム部は、前記中央部と前記端部との間に、前記パイプの肉厚が緩やかに変化する徐変部を更に含む
    ことを特徴とする請求項1に記載のサスペンション構造。
  3. 前記車幅方向において、前記一対のトレーリングアーム部の一方に接続された側の前記トーションビーム部の一端から、前記一対のトレーリングアーム部の他方に接続された側の前記トーションビーム部の他端まで、の距離をLとした場合に、
    前記徐変部は、前記一端から0.2L〜0.4Lの範囲内と、前記他端から0.2L〜0.4Lの範囲内と、にそれぞれ設けられる
    ことを特徴とする請求項2に記載のサスペンション構造。
  4. 前記車両前後方向の断面において、前記中央部では、前記パイプは、その内壁が接触するようにU字状に押し潰されている
    ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のサスペンション構造。
  5. 前記車両前後方向の断面において、前記端部では、前記パイプは、その内壁が接触しない程度にU字状に押し潰されている
    ことを特徴とする請求項4に記載のサスペンション構造。
  6. 請求項1から請求項のいずれか1項に記載のサスペンション構造を具備する
    ことを特徴とする車両。
  7. 車両用サスペンション構造を構成するトーションビームであって、
    その延在方向において中央部および端部を含み、且つ、少なくとも前記中央部では前記延在方向と交差する方向の断面においてU字状になるように押し潰された閉断面構造のパイプで構成され、
    前記延在方向において、前記中央部における前記パイプの肉厚は前記端部における肉厚よりも薄く、
    前記U字状に押し潰された閉断面構造の前記パイプは、外側頂部と、内側頂部と、それらを接続する2つの折り曲げ部とを含み、
    前記2つの折り曲げ部のそれぞれの肉厚は、前記外側頂部の肉厚および前記内側頂部の肉厚の双方よりも薄く、
    前記内側頂部の肉厚は、前記外側頂部の肉厚よりも薄
    ことを特徴とするトーションビーム。
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