JP6893637B2 - 車両のトーションビーム構造 - Google Patents

Description

本発明は車両のトーションビーム構造に関する。

特許文献１，２には、車両のサスペンションの一形態であるトーションビーム式サスペンションが記載されている。このサスペンションは、車輪を支持する車体左右のトレーリングアームと、この両アームを連結するトーションビームとを備えている。トレーリングアームは、基端部が車体に回動自在に連結され、先端部に車輪が回転自在に取り付けられる。トーションビームの端部がトレーリングアームに結合される。トーションビームの端部とトレーリングアームとにスプリング受けが結合され、スプリング受けと車体との間にコイルスプリングが配設される。

トーションビームは、車両ロール時の姿勢制御等の観点から適性なねじり剛性をもつ必要がある。その一方、トーションビームは、その端部がトレーリングアーム及びスプリング受けに結合されるから、その結合強度を確保することが必要になる。特許文献１，２に記載されているサスペンションでは、閉断面構造のトーションビームが採用されている。このトーションビームは、ビーム中央部の断面形状を上壁及び下壁が共に上方へ凸になった略逆Ｖ形状にすることにより、捩じれ易くされている。また、ビーム中央部からビームの両端に近づくにつれて、上壁と下壁の間隔が漸次大きくなるように、つまり、断面積が漸次大きくなるように断面形状を変化させ、これにより、ビームの曲げ強度が高められている。

特開２０１３−０９１４３３号公報 特開２０１６−１９９２０９号公報

上述の如く、トーションビームにおいては、ねじり剛性の適性化と曲げ強度の確保の両立を図ることが求められる。従来は、周長が全長にわたって一定になった鋼管からプレス成形等によってトーションビームが得られているが、周長が一定であることが前提になっているから、断面形状の変化によって当該両立を図るといっても、その程度には自ずと限界があった。

本発明は、トーションビームに、適性なねじり剛性を与えながら、トレーリングアームが結合される強度部材として必要な強度を確保することを課題とする。

本発明は、上記課題を解決するために、トーションビームの両側部に周長がビーム端に向かって増大する周長増大部を設け、該周長増大部の車体前後方向の幅をビーム端に向かって漸増させるようにした。

ここに開示する車両のトーションビーム構造は、車体左右のトレーリングアームを連結する閉断面構造のトーションビームであって、
車体左右方向の中央部に位置するビーム中央部は、上壁及び下壁が共に上方へ凸になった断面略逆Ｖ形状に、又は上壁及び下壁が共に下方へ凸になった断面略Ｖ形状に形成されていて、
上記ビーム中央部の両側に、トーションビームの周方向の全長である周長が上記ビーム中央部よりも大きく且つビーム端に近くなるほど大きくなった周長増大部を備え、
上記周長増大部は、トーションビームの車体前後方向の幅であるビーム前後幅がビーム端に向かって漸増しており、且つビーム端に近くなるほど上記ビーム前後幅の漸増率が大きくなっていることを特徴とする。

これによれば、ビーム中央部を断面略逆Ｖ形状又は断面略Ｖ形状にするから、トーションビームを捩じれ易くして、車両のロール時の姿勢制御及び車両の操縦安定性の観点から適性なロール剛性を確保することが容易になる。一方、ビーム中央部両側の周長増大部は、トレーリングアームが結合されるビーム端に向かってビーム前後幅が漸増している。この漸増によって、ビーム端側の垂直軸回りの曲げ強度が大きくなるから、トレーリングアームの取付強度の確保に有利になる。

ここに、垂直軸回りの曲げ強度を大きくすべくビーム前後幅を漸増させても、その漸増に伴ってビーム高さ（ビームの上下方向の寸法）が低くなるのであれば、水平軸回りの曲げ強度が低下するから、所期のトレーリングアーム取付強度を確保することが難しい。

これに対して、上記トーションビーム構造では、上記ビーム前後幅が漸増する部分は、周長がビーム端に向かって増大する周長増大部である。従って、ビーム前後幅が漸増するにつれてビーム高さが低くなることを、当該周長の増大を利用して抑えることができる。すなわち、ビーム高さの低下を抑えて水平軸回りの曲げ強度を維持しながら、ビーム前後幅の漸増によって垂直軸回りの曲げ強度の増大を図ることができる。

よって、トレーリングアームの取付強度を向上によるサスペンションの瞬間中心の変位抑制に有利になる。

また、ビーム前後幅をビーム中央部からビーム端に向かって一定の漸増率で増大させるケースでは、ビーム端でのビーム前後幅を大きくしようとすると、ビーム中央部とビーム前後幅が漸増する部分との境界において形状の不連続が顕著になる。

これに対して、上記トーションビーム構造では、ビーム前後幅の漸増率は一定ではなく、ビーム端に近づくほど漸増率が大きくなっている。従って、ビーム前後幅の急変（形状の不連続）が抑えられ、応力集中が避けられる。

ここに、上記周長増大部の周長については、該周長増大部の全長にわたってビーム端に向かって漸増するようにしても、周長が漸増する部分と周長が一定になった部分とを交互に有する構成としてもよい。周長が周長増大部の全長にわたってビーム端に向かって漸増するケースでは、周長が一定の漸増率で増大する構成であっても、ビーム端に近くなるほどその漸増率が大きくなる構成であってもよい。

発明を限定する趣旨ではないが、トーションビーム全長の例えば５％以上２０％以下の範囲を周長が一定のビーム中央部とし、その両側のビーム両端に至る部分を周長が漸増する周長増大部とすることができる。或いは、ビーム端からトーションビーム全長の３％以上１０％以下を周長が一定で且つビーム中央部よりも大きい周長大端部とし、ビーム中央部と周長大端部の間を周長が漸増する周長増大部とすることができる。

一実施形態では、上記周長増大部は、ビーム内部の空洞部を含む断面積がビーム端に向かって漸増しており、ビーム端に近くなるほど上記断面積の漸増率が大きくなっている。

これによれば、応力集中を避けながら、トーションビームのトレーリングアーム取付強度を大きくすることができ、サスペンションの瞬間中心の変位抑制にさらに有利になる。

一実施形態では、上記周長増大部の板厚が上記ビーム中央部の板厚と略等しい。これにより、上記ビーム前後幅の漸増によるトレーリングアーム取付強度の確保に有利になる。

上記周長増大部のビーム前後幅については、ビーム中央部からビーム端に向かってなだらか増大するようにしてもよいが、一実施形態では次のようになっている。

すなわち、上記周長増大部は、各々上記ビーム前後幅がビーム端に向かって漸増する複数の車体左右方向に並ぶ領域を有し、ビーム端に近い領域ほど上記ビーム前後幅の漸増率が大きくなっている。この場合でも、周長増大部をビーム前後幅の漸増率が異なる複数の領域に分けるから、ビーム中央部と周長増大部の間や、相隣る領域間において、ビーム前後幅が急変すること（応力集中を生ずること）は避けられる。

発明を限定する趣旨ではないが、上記周長増大部を上記ビーム中央部に続く第１領域と、この第１領域に続く第２領域とで構成する場合、周長増大部の全長の４０％以上６０％以下の範囲を第１領域とし、残りの範囲を第２領域とすればよい。第１領域及び第２領域各々は、周長がビーム端に向かって漸増する構成とすることができ、各領域の周長の漸増率は、限定する趣旨ではないが、車体左右方向の長さ１００ｍｍ当たり、例えば、５ｍｍ以上２５ｍｍ以下とすればよい。

この場合、ビーム前後幅については、例えば、第１領域のビーム前後幅の漸増率を、車体左右方向の長さ１００ｍｍ当たり８ｍｍ以上１２ｍｍ以下とし、第２領域のビーム前後幅の漸増率を、車体左右方向の長さ１００ｍｍ当たり１２ｍｍ以上３０ｍｍ以下とし、且つ第２領域のビーム前後幅の漸増率を第１領域のビーム前後幅の漸増率の１．５倍以上３倍以下とすることが好ましい。

上記ビーム内部の空洞部を含む断面積に関し、一実施形態では、上記周長増大部の車体左右方向に並ぶ上記複数の領域各々は、上記断面積がビーム端に向かって漸増しており、ビーム端に近い領域ほど上記断面積の漸増率が大きくなっている。この場合でも、周長増大部を断面積の漸増率が異なる複数の領域に分けるから、相隣る領域間において断面積が急変すること（応力集中を生ずること）は避けられる。

一実施形態では、上記ビーム中央部は、一定の上記断面略逆Ｖ字形状又は上記断面略Ｖ字形状で車体左右方向に延び、
上記周長増大部は、上記複数の領域として、上記ビーム中央部に続く第１領域と該第１領域に続く第２領域を備え、
上記第１領域は、上記ビーム中央部と同様の上記断面略逆Ｖ形状又は上記断面略Ｖ形状に形成されていて、且つその突端の車体前後方向に広がる突端幅が上記第２領域に向かって漸増している。

これによれば、ビーム中央部に続く周長増大部の第１領域は、その突端幅の漸増により、垂直軸回りの曲げ強度がビーム中央部よりも高くなり、ねじり剛性もビーム中央部よりも高くなる。

その結果、トーションビームのねじり剛性は、一定の断面形状で車体左右方向に延びるねじれ易いビーム中央部のねじり特性で基本的には決まることになる。その一方、周長増大部の第１領域は、曲げ強度及びねじり剛性がビーム中央部から離れるに従って次第に大きくなるから、ビーム中央部と周長増大部の境界付近に大きな応力集中を招くことが避けられ、また、ビーム端側の曲げ強度を高めることができる。

一実施形態では、上記第１領域は、ビーム上下方向の寸法であるビーム高さが、上記ビーム中央部のビーム高さと略同じであるか、又は上記ビーム中央部から上記第２領域に向かって漸増している。これは、すなわち、第１領域について、ビーム高さを減ずることなく、上記突端幅を漸増しているということである。

ビーム高さはトーションビームと直交する水平軸回りの曲げ強度に影響するところ、第１領域のビーム高さが、ビーム中央部のビーム高さと略同じか又はビーム中央部から漸増しているということは、ビーム中央部から離れても、上記水平軸回りの曲げ強度についてはビーム中央部と同等以上の強度が確保されているということである。よって、ビーム中央部でねじり剛性の適性化を図りながら、トレーリングアームが結合されるビーム両端部の強度を高める上で有利になる。

一実施形態では、上記第２領域は、その上壁と下壁が上記両端に近づくにしたがって上下方向に漸次離れて、ビーム内部の空洞部を含む断面積がビーム端に向かって漸増している。これにより、トレーリングアームが結合されるビーム両端部の強度を高めることが容易になる。

一実施形態では、上記ビーム中央部の上記周長を基準とする、上記周長増大部の上記周長の最大増大率（ビーム中央部の周長をＬｃとし、周長増大部の周長が最も大きくなった部位の周長をＬmaxとしたときの、（Ｌmax−Ｌｃ）×１００÷Ｌｃ）が１０％以上である。これにより、上記ビーム前後幅の漸増によるトレーリングアームが結合されるビーム両端部の強度向上が容易になる。

上記周長の最大増大率は、トーションビームの重量増を抑制する観点から３０％以下であることが好ましい。

本発明によれば、ビーム中央部の両側に周長がビーム端に近づくほど大きくなった周長増大部を設け、ビーム中央部を断面略逆Ｖ形状又は断面略Ｖ形状に形成し、周長増大部のビーム前後幅をビーム端に向かって漸増させるとともに、ビーム端に近くなるほどビーム前後幅の漸増率が大きくなるようにしたから、応力集中を招くことなく、所期のサスペンション特性のためのねじり剛性の適性化と、トレーリングアームの取付強度の確保を両立させることが容易になる。

実施形態に係るトーションビーム式サスペンションの平面図。 トーションビーム素材である金属管の断面図。 同金属管を成形する素材である金属板の平面図。 同金属板から同金属管を得るまでの形状変化を示す断面図。 トーションビームの一部を示す正面図。 トーションビームのビーム中央部２箇所の切断端面図。 トーションビームの周長拡大部の第１領域５箇所の切断端面図。 トーションビームの周長拡大部の第２領域５箇所の切断端面図。 トーションビームの周長の変化を示すグラフ図。 トーションビームの前後幅比率の変化を示すグラフ図。 トーションビームのＩyの変化を示すグラフ図。 トーションビームのＩy'の変化を示すグラフ図。 トーションビームのＩzの変化を示すグラフ図。 トーションビームのＩz'の変化を示すグラフ図。 トーションビームのＩz''の変化を示すグラフ図。 トーションビームのＩpの変化を示すグラフ図。 トーションビームのＩp'の変化を示すグラフ図。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

＜トーションビーム式サスペンション＞
図１（平面図）に示す車両のトーションビーム式リヤサスペンションは、車輪を支持する車体左右のトレーリングアーム１と、この両アーム１，１を連結して車体左右方向に延びる閉断面構造のトーションビーム２とを備えている。

トレーリングアーム１は、後端部が上下に揺動するように、前端部がピボットとゴムブッシュとからなるジョイント３によって車体のリヤサイドフレームに枢支されている。トレーリングアーム１の後端部にはキャリア４が設けられている。このキャリア４が、ドライブシャフトにより回転駆動される車輪を回転自在に支持している。

符号５はトレーリングアーム１の後部内側部分とトーションビーム２の端部後側部分と跨がるように設けられたガセットを示す。このガセット５にスプリング受け６が設けられている。スプリング受け６とその上方の車体の間に、車両の振動吸収機構を構成する圧縮コイルスプリングが介装される。

＜トーションビーム素材＞
本実施形態では、トーションビーム２は、図２に示す金属管（鋼管）１１を成形して得ている。

金属管１１は、断面円形の管であって、一定の管径で長手方向に延びる中央の定径部１１ａと、該定径部１１ａに続いて管径が管端に向かって漸増した両側の拡径部１１ｂとを備えている。拡径部１１ｂは管径が中央の定径部１１ａよりも大きな両端定径部１１ｃに続いている。金属管１１は、その全長にわたって板厚が略一定になっている。

金属管１１は、図３に示す金属板１２からＵＯ成形（Ｕ曲げ工程とＯ曲げ工程の組み合わせによる成形）によって得ることができる。金属板１２は、金属管１１の中央定径部１１ａを形成するための板幅が一定になった中央の定幅部１２ａと、該定幅部１２ａの両側に続く、金属管１１の拡径部１１ｂを形成するための板幅が漸増する拡幅部１２ｂと、該拡幅部１２ｂに続く、金属管１１の両端の定径部１１ｃを形成するための板幅が略一定になった両端定幅部１２ｃを備えている。

図４に示すように、金属板１２から、Ｕ曲げ工程Ａ、予備成形工程Ｂ及びＯ曲げ工程Ｃを順に行なうことによって金属管１１を得ることができる。

Ｕ曲げ工程Ａでは、金属板１２からパンチとダイによって断面Ｕ字状の金属板１３を成形する。得られた金属板１３は、スプリングバックにより、相対する側壁１４の間隔が端部に行くほど広くなった拡開形状になっている。

予備成形工程Ｂでは、金属板１３の拡開形状になっている相対する側壁１４を互いに内側に傾斜させるとともに、部分的に内側への倒れが大きくなった内倒れ部１５を形成する。金属板１２がＵＯ成形によって金属管１１になるときには、金属板１２の拡幅部１２ｂと定幅部１２ｃとの境界に余肉部（図３にハッチキングを付けた部分）１２ｄを生ずるから、この余肉部１２ｄに対応する箇所を内倒れ部１５として、金属管１１に歪を生ずることを避けるものである。

Ｏ曲げ工程Ｃでは、予備成形工程Ｂを経た金属板１３の底部を、相対する半円弧状成形面を有する一対の割型の一方で受けた状態で、両割型を合わせる。これにより、上記Ｕ字状金属板１３が断面Ｏ字状にプレス成形されて金属管１１が得られる。

＜トーションビームの構成＞
本実施形態に係るトーションビーム２は、上述の管径が管端に向かって漸増した拡径部１１ｂを有する金属管１１から、機械プレス、液圧プレス、ハイドロフォーム等によって成形することができる。

図５はトーションビーム２の一部（中央部から一方の端部にわたる部分）を示す側面図である。図６〜図８は図５のＡ−ＡからＬ−Ｌの各ラインで切断したトーションビーム２の横断面（垂直断面）を示す。Ａ−ＡはＢＬ座標（車両を正面より見て中心線を０として車体左右方向の位置を指定するｍｍ単位の座標）が０の位置である。Ｂ−ＢからＫ−Ｋの各ラインはＢＬ座標上で５０ｍｍ刻みでとった各位置を示し、Ｌ−ＬはＫ−Ｋからビーム端に向かってさらに１０ｍｍ離れた位置（ＢＬ＝５１０）である。

トーションビーム２の板厚はその全長にわたって略一定である。

以下、トーションビーム２の構成を具体的に説明する。

［トーションビームの周長Ｌについて］
図９にトーションビーム２のＡ−ＡからＬ−Ｌの各位置の周長Ｌ（ビーム外周の周方向の全長）を示す。ＢＬ＝０（Ａ−Ａ位置）及びＢＬ＝５０（Ｂ−Ｂ位置）の周長Ｌは同じである。トーションビーム２はＢＬ＝０に関して左右対称であり、ＢＬ＝−５０の位置の周長ＬもＢＬ＝０位置と同じである。すなわち、トーションビーム２のビーム中央部２１であるＢＬ＝−５０からＢＬ＝５０の範囲は周長Ｌが一定である。

図９に示すように、トーションビーム２のＢＬ＝５０（Ｂ−Ｂ位置）からＢＬ＝５１０（Ｌ−Ｌ位置）までは周長Ｌが車体左右方向の両端に向かって増大している。このＢＬ＝５０（Ｂ−Ｂ位置）からＢＬ＝５１０（Ｌ−Ｌ位置）の範囲が周長増大部２２を構成している。トーションビーム２はＢＬ＝０に関して左右対称であるから、周長増大部２２はビーム中央部２１の両側に設けられている。

トーションビーム素材である図２に示す金属管１１の中央の定径部１１ａがトーションビーム２のビーム中央部２１を形成し、金属管１１の拡径部１１ｂがトーションビーム２の周長増大部２２を形成し、金属管１１の両端定径部１１ｃがトーションビーム２の周長大端部２３を形成している。

本実施形態では、周長増大部２２の周長Ｌは、ビーム中央部２１からビーム端に向かって略一定の比率（ＢＬ座標１００ｍｍ当たり約１８ｍｍ）で増大している。ビーム中央部２１の周長Ｌを基準とする、周長増大部２２の周長Ｌの最大増大率は３０％弱である。

［トーションビームの前後幅の概略説明］
トーションビーム２の車体前後方向の幅であるビーム前後幅ＢＷについて説明する。図１０は、ＢＬ＝０（Ａ−Ａ位置）でのビーム前後幅ＢＷを１００とするＢＬ座標の各位置のビーム前後幅ＢＷの比率を示す。

同図から明らかなように、ビーム中央部２１（ＢＬ＝−５０から＋５０）のビーム前後幅ＢＷは略一定である。

周長増大部２２（ＢＬ＝５０からＢＬ＝５１０）では、ビーム前後幅ＢＷがビーム端に向かって漸増しており、且つビーム端に近くなるほど上記ビーム前後幅ＢＷの漸増率が大きくなっている。

すなわち、ＢＬ＝５０（Ｂ−Ｂ位置）からＢＬ＝３００（Ｇ−Ｇ位置）の間、並びにＢＬ＝３５０（Ｈ−Ｈ位置）からＢＬ＝５００（Ｋ−Ｋ位置）間各々のビーム前後幅ＢＷの漸増率は略一定であるが、ＢＬ＝３００からＢＬ＝３５０の間で当該漸増率が変化し、ＢＬ＝３５０からＢＬ＝５００間の漸増率が、ＢＬ＝５０からＢＬ＝３００間の漸増率よりも大きくなっている。

このように、周長増大部２２は、ビーム中央部２１に続くＢＬ＝５０から上記漸増率の変化点（ＢＬ＝３００とＢＬ＝３５０の間）に至る漸増率が相対的に小さい第１領域と、この第１領域に続く当該変化点からＢＬ＝５１０に至る漸増率が相対的に大きい第２領域を備え、第１領域と第２領域が車体左右方向に並んでいる。

［トーションビームの断面形状について］
−ビーム中央部２１−
図６は、トーションビーム２のＡ−Ａ位置（ＢＬ＝０）及びＢ−Ｂ位置（ＢＬ＝５０）の断面形状、すなわち、ビーム中央部２１の断面形状を示す。同図から明らかなように、ビーム中央部２１では、該ビーム中央部２１の全長にわたって、上壁２１ａ及び下壁２１ｂが共に上方へ凸になった同一の断面略逆Ｖ形状に形成されている。

上壁２１ａ及び下壁２１ｂは、互いの突端部からその両側傾斜部の中間に至る上部において互いに重なり、両側傾斜部各々の中間部から湾曲した折返し部に至る下部において離れている。

このように、ビーム中央部２１は、断面円形の金属管１１を断面略逆Ｖ字形状になるようプレスで押し潰してなるから、円管に比べてねじり易くなり、車両の姿勢制御に適したねじり剛性を発揮することになる。

−周長増大部２２の第１領域−
図７は、トーションビーム２のＣ−Ｃ位置（ＢＬ＝１００）からＧ−Ｇ位置（ＢＬ＝３００）の断面形状、すなわち、周長増大部２２の第１領域の断面形状を示す。

第１領域は、Ｃ−Ｃ位置（ＢＬ＝１００）では、ビーム中央部２１と同じく、断面略逆Ｖ字形状であるが、その逆Ｖの突端部の車体前後方向に広がる突端幅ＴＷがＢ−Ｂ位置（ＢＬ＝５０）の突端幅ＴＷよりも大きくなっている。なお、ここでは、「突端幅ＴＷ」は、突端部両側の略直線状に下る傾斜部の上端間の距離としている。

図７に示すＣ−ＣからＧ−Ｇの各断面形状から明らかなように、第１領域のＢ−Ｂ位置（ＢＬ＝５０）からＧ−Ｇ位置（ＢＬ＝３００）までは、上記突端幅ＴＷがビーム端に向かって漸増している。その結果、ビーム前後幅ＢＷがビーム端に向かって漸増している。その漸増率は、図１０から明らかなように、略一定（ＢＬ座標１００ｍｍ当たり約１０ｍｍ）である。

一方、トーションビーム２のＡ−Ａ位置からＧ−Ｇ位置までのビーム高さＢＨは略一定である。すなわち、第１領域では、Ｂ−Ｂ位置から漸増する周長Ｌの増大分でビーム前後幅ＢＷを漸増（突端幅ＴＷを漸増）させることにより、当該ビーム高さＢＨが略一定になるようにしている。

ここに、第１領域におけるトーションビーム２の頂点の高さは第１領域の全長にわたって一定であり、且つこの第１領域の頂点の高さはビーム中央部２１の当該頂点の高さと同じである。

第１領域では、周長増大部２２の下壁２２ｂの突端が上壁２２ａの突端に接触しているが、ビーム前後幅ＢＷの漸増に伴って、ビーム内部の空洞部を含む断面積がビーム端に向かって漸増している。

図１１はトーションビーム２のｙ軸（トーションビームに直交する水平軸）に関する断面二次モーメントＩyのＢＬ座標上での変化を示し、図１２はＢＬ座標の距離でのＩyの１階微分Ｉy'を示す。図１１によれば、第１領域では、断面二次モーメントＩyの低下がない（僅かに漸増している）。このことから、第１領域は、ビーム高さＢＨが略一定であることにより、水平軸回りの曲げ（縦曲げ）強度が維持されていることがわかる。

図１３はトーションビーム２のｚ軸（垂直軸）に関する断面二次モーメントＩzのＢＬ座標上での変化を示し、図１４はＢＬ座標の距離でのＩzの１階微分Ｉz'を示し、図１５はＢＬ座標の距離でのＩzの２階微分Ｉz''を示す。図１３によれば、周長増大部２２の第１領域では、断面二次モーメントＩzが略一定の比率で漸増している。これは、ビーム前後幅ＢＷ及び断面積がビーム端に向かって漸増していることによる。

以上のように、周長増大部２２の第１領域では、ビーム高さＢＨが略一定のままでビーム前後幅ＢＷがビーム端に向かって漸増させていることにより、水平軸回りの曲げ強度が維持された状態で、垂直軸回りの曲げ（横曲げ）強度がビーム端に向かって漸増している。

−周長増大部２２の第２領域−
図８は、トーションビーム２のＨ−Ｈ位置（ＢＬ＝３５０）からＬ−Ｌ位置（ＢＬ＝５１０）の断面形状、すなわち、周長増大部２２の第２領域の断面形状を示す。

第２領域のＨ−Ｈ位置（ＢＬ＝３５０）では、断面の基本的形状は第１領域と同じく逆Ｖ字形状であるが、第１領域とは違って、下壁２２ｂの突端が上壁２２ａの突端から離れ、且つ上壁２２ａの突端の湾曲が緩やかになっている。その結果、ビーム前後幅ＢＷが第１領域よりも拡大し、ビーム高さＢＨも大きくなっている。この傾向は、Ｉ−Ｉ位置（ＢＬ＝４００）、Ｊ−Ｊ位置（ＢＬ＝４５０）、Ｋ−Ｋ位置（ＢＬ＝５００）と続き、Ｌ−Ｌ位置（ＢＬ＝５１０）では、下壁２２ｂは略平坦になるまで形状が変化している。

すなわち、第２領域では、ビーム前後幅ＢＷがビーム端に向かって漸増しているとともに、ビーム高さＢＨがビーム端に向かって漸増している。その結果、ビーム内部の空洞部を含む断面積がビーム端に向かって漸増している。

第２領域のビーム前後幅ＢＷの漸増率は、略一定であって、且つ第１領域の当該漸増率よりも大きく、すなわち、ＢＬ座標１００ｍｍ当たり約２０ｍｍである。

第２領域の断面積の漸増率も、略一定であって、第１領域の断面積の漸増率よりも大きくなっている。

ここに、第２領域におけるトーションビーム２の頂点の高さは第２領域の全長にわたって一定であり、且つこの第２領域の頂点の高さはビーム中央部２１及び第１領域の当該頂点の高さと同じである。

図１１によれば、第２領域では、ｙ軸（トーションビームに直交する水平軸）に関する断面二次モーメントＩyがビーム端に向かって大きく増大している。これは、ビーム高さＢＨ及び断面積の漸増によるものである。また、図１３によれば、第２領域では、ｚ軸（垂直軸）に関する断面二次モーメントＩzが第１領域よりも大きな漸増率で増大している。これは、ビーム前後幅ＢＷ及び断面積の漸増によるものである。

以上のように、周長増大部２２の第２領域では、ビーム前後幅ＢＷ、ビーム高さＢＨ及び断面積がビーム端に向かって漸増させていることにより、水平軸回りの曲げ（縦曲げ）強度及び垂直軸回りの曲げ（横曲げ）強度がビーム端に向かって漸増している。

−ねじり特性について−
図１６はトーションビーム２のｙ軸（トーションビームに直交する水平軸）に関する断面二次極モーメントＩpのＢＬ座標上での変化を示し、図１７はＢＬ座標の距離でのＩpの１階微分Ｉp'を示す。断面二次極モーメントＩpはねじりにくさを表し、Ｉp＝Ｉy＋Ｉz である。

図１１のＩyのＢＬ座標における変化特性と図１３のＩzのＢＬ座標における変化特性からも明らかなように、ビーム中央部２１（ＢＬ＝−５０から＋５０の範囲）のＩpは略一定であり、周長拡大部２２の第１領域ではＩpが漸増し、第２領域では第１領域よりも大きな漸増率でＩpが増大している。

Ｚ軸に関する断面二次モーメントＩz に係る図１４の１階微分Ｉz'及び図１５の２階微分Ｉz''によれば、ビーム中央部２１と周長増大部２２の境界付近（ＢＬ＝５０からＢＬ＝１００の範囲）でＩzが増大方向に大きく変動している。これに対応して、図１６のＩp'特性にみられるように、Ｉpが増大方向に大きく変動している。

これは、Ｉpが略一定のビーム中央部２１ではトーションビーム２が角度一定でねじれ、周長増大部２２になる急にねじれにくくなっていることを意味する。すなわち、トーションビーム２のねじれ変形の殆どはビーム中央部２１の変形であり、トーションビーム２のねじり剛性はビーム中央部２１のねじり剛性でほぼ決まることを意味する。

従って、上記トーションビームの構成によれば、ビーム中央部２１と周長増大部２２の長さの比率を変えることによって、サスペンション特性を調整することができる。例えば、ビーム中央部２１を長めにすると、軟らかめのサスペンション特性となって車両の乗り心地を向上し、ビーム中央部２１を短めにすると、硬めのサスペンション特性となって車両の操縦安定性が向上することになる。

＜むすび＞
断面形状が一定のビーム中央部２１の両側にビーム端に向かって周長Ｌが漸増する周長増大部２２を設けたことにより、次の作用効果が得られる。

ビーム中央部２１の両側において、ビーム高さＢＨを減少させることなく、ビーム前後幅ＢＷをビーム端に向かって漸増させることができる。よって、ビーム端におけるトレーリングアーム１の取付強度の確保が容易になる。

また、ビーム中央部２１のＩpを略一定とし、その両側においてＩpをビーム端に向かって漸増させることができる。よって、ビーム中央部２１の断面形状及び長さの調整によって、トーションビーム２のねじり剛性を調整することができ、所期のサスペンション特性のためのねじり剛性の適性化と、トレーリングアームの取付強度の確保を両立させることが容易になる。

ビーム中央部２１の両側を車体左右方向において複数の領域に分け、ビーム端に近くなるほどビーム前後幅ＢＷの漸増率を大きくすることが容易になる。

そうして、上記実施形態のように、ビーム中央部２１の両側の周長増大部２２を第１領域と第２領域に分けるようにすれば、ビーム前後幅ＢＷを第１領域と第２領域の２段階に分けて漸増させることができる。

これにより、第１領域にはねじり剛性と曲げ強度（縦曲げ及び横曲げ）を確保する機能を与え、第２領域には曲げ強度を更に高める機能を与えて、ねじり剛性の適性化と曲げ強度の確保の両立を図ることができる。しかも、第１領域と第２領域の境界でビーム前後幅が急変することを抑制して、応力集中を避けることができる。すなわち、応力集中を避けながら、トレーリングアーム１の取付強度を確保することができる。

なお、上記実施形態では、ビーム中央部２１の断面形状が略逆Ｖ字形であるが、その断面形状は略Ｖ字形にしてもよい。

上記実施形態では、周長増大部２２が第１と第２の領域で構成されているが、領域数は３以上にすることもできる。

１ トレーリングアーム
２ トーションビーム
５ ガセット
６ スプリング受け
２１ ビーム中央部
２２ 周長増大部

Claims (11)

1. 車体左右のトレーリングアームを連結する閉断面構造のトーションビームであって、
   車体左右方向の中央部に位置するビーム中央部は、上壁及び下壁が共に上方へ凸になった断面略逆Ｖ形状に、又は上壁及び下壁が共に下方へ凸になった断面略Ｖ形状に形成されていて、
   上記ビーム中央部の両側に、トーションビームの周方向の全長である周長が上記ビーム中央部よりも大きく且つビーム端に近くなるほど大きくなった周長増大部を備え、
   上記周長増大部は、トーションビームの車体前後方向の幅であるビーム前後幅がビーム端に向かって漸増しており、且つビーム端に近くなるほど上記ビーム前後幅の漸増率が大きくなっていることを特徴とする車両のトーションビーム構造。
2. 請求項１において、
   上記周長増大部は、ビーム内部の空洞部を含む断面積がビーム端に向かって漸増しており、且つビーム端に近くなるほど上記断面積の漸増率が大きくなっていること特徴とする車両のトーションビーム構造。
3. 請求項１又は請求項２において、
   上記周長増大部の板厚が上記ビーム中央部の板厚と略等しいことを特徴とする車両のトーションビーム構造。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
   上記周長増大部は、各々上記ビーム前後幅がビーム端に向かって漸増する複数の車体左右方向に並ぶ領域を有し、ビーム端に近い領域ほど上記ビーム前後幅の漸増率が大きくなっていることを特徴とする車両のトーションビーム構造。
5. 請求項４において、
   上記複数の領域各々は、その周長がビーム端に向かって漸増していることを特徴とする車両のトーションビーム構造。
6. 請求項４又は請求項５において、
   上記周長増大部の車体左右方向に並ぶ上記複数の領域各々は、上記断面積がビーム端に向かって漸増しており、ビーム端に近い領域ほど上記断面積の漸増率が大きくなっていることを特徴とする車両のトーションビーム構造。
7. 請求項４乃至請求項６のいずれか一において、
   上記ビーム中央部は、一定の上記断面略逆Ｖ字形状又は上記断面略Ｖ字形状で車体左右方向に延び、
   上記周長増大部は、上記複数の領域として、上記ビーム中央部に続く第１領域と該第１領域に続く第２領域を備え、
   上記第１領域は、上記ビーム中央部と同様の上記断面略逆Ｖ形状又は上記断面略Ｖ形状に形成されていて、且つその突端の車体前後方向に広がる突端幅が上記第２領域に向かって漸増していることを特徴とする車両のトーションビーム構造。
8. 請求項７において、
   上記第１領域は、ビーム上下方向の寸法であるビーム高さが、上記ビーム中央部のビーム高さと略同じであるか、又は上記ビーム中央部から上記第２領域に向かって漸増していることを特徴とする車両のトーションビーム構造。
9. 請求項７又は請求項８において、
   上記第２領域は、その上壁と下壁がビーム端に近づくにしたがって上下方向に漸次離れて、ビーム内部の空洞部を含む断面積がビーム端に向かって漸増していることを特徴とする車両のトーションビーム構造。
10. 請求項１乃至請求項９のいずれか一において、
    上記ビーム中央部の上記周長を基準とする、上記周長増大部の上記周長の最大増大率が１０％以上であることを特徴とする車両のトーションビーム構造。
11. 請求項１乃至請求項１０のいずれか一において、
    上記ビーム中央部の上記周長を基準とする、上記周長増大部の上記周長の最大増大率が３０％以下であることを特徴とする車両のトーションビーム構造。

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