JP6918300B2 - トーションビーム式サスペンション及びそれに使用するリインフォースメントメンバ - Google Patents

Description

本発明は、トーションビーム式サスペンション及びそれに使用するリインフォースメントメンバ（補強材）に関する。

トーションビーム式サスペンションは主に前輪駆動車の後輪に用いられる。左右一対のトレーリングアームの間に長尺部材であるトーションビームが懸架される。トレーリングアームには車輪が支持されており、左右の車輪が路面の凹凸などによって独立して変位すると、トーションビームが捩じれたり撓んだりして弾性変形して左右の車輪とトレーリングアームとが独立して上下に変位するのを許容する。路面が平坦になるとトーションビームが元の形状に復帰してトレーリングアーム及び車輪を元の位置に復帰させる。一方、左右の車輪が同相で変位すると、左右の車輪とトレーリングアームが一体的に上下に揺動する。

特許文献１には、棒状のスタビライザーを内蔵するトーションビームとトレーリングアームとを備えるサスペンション構造が記載されている。トーションビームの末端には、傾斜斜面、第一凸部、第二凸部等を備えるブラケットが固定される。そしてこのブラケットの傾斜面及び第一凸部は、トーションビームの内壁に溶接によって固定され、このブラケットの第二凸部はトレーリングアームの外壁に溶接によって固定される。

特許文献２には、棒状のスタビライザーを内蔵するトーションビーム式サスペンション構造が記載されている。スタビライザーは、中空かつ大径のスタビライザーと、大径のスタビライザー内に貫通させた小径のスタビライザーとから構成される。大径のスタビライザーは、ガゼットの貫通孔に挿通された状態でガゼットと固定される。小径のスタビライザーは、トレーリングアームに設けた一対の貫通孔に挿通された状態でトレーリングアームと固定される。

特開２０１２−１１１４４０号公報 特開２００７−２４６０４３号公報

特許文献１のサスペンション構造では、第二凸部をトレーリングアームに対して溶接によって固定することによってブラケットとトレーリングアームとを連結する。第二凸部は、底面視において台形である。このため、トレーリングアームが車輪と一体に上下動した際に、第二凸部の角部分に応力が集中して、トレーリングアームがひび割れるなど破損する可能性がある。

特許文献２のトーションビーム式サスペンションでは、ガゼットをトレーリングアームに対して溶接することによって、両者を連結する。ガゼットは底面視において矩形である。このため、トレーリングアームが車輪と一体に上下動した際に、ガゼットの角部分に応力が集中して、トレーリングアームがひび割れるなど破損する可能性がある。

以上のような問題点に鑑みて、本発明では、トレーリングアームに力が作用した際に、トレーリングアームとリインフォースメントメンバとの接合部分において応力が集中することを防止することが可能なトーションビーム式サスペンション及びリインフォースメントメンバを提供することを目的とする。

左右で対であるトレーリングアームと、トレーリングアームにその両端部が固定された状態であるトーションビームと、その基端側がトレーリングアームに対して固定された状態であり、その先端側がトーションビームに対して固定された状態であるリインフォースメントメンバとを含むトーションビーム式サスペンションであって、リインフォースメントメンバは、その基端側に複数の突起を備えており、複数の突起は、底面視又は平面視において、リインフォースメンバの基端側に向かって先細りになる形状であって、複数の突起とトレーリングアームとが溶接された状態であるトーションビーム式サスペンションによって解決する。

トレーリングアームに固定するための基端側の取付部と、トーションビームに固定するための先端側の取付部とを有するトーションビーム式サスペンションのリインフォースメントメンバであって、リインフォースメントメンバは、その基端側の取付部に複数の突起を備えており、複数の突起は、底面視又は平面視において、その基端側に向かって先細りになる形状であるリインフォースメントメンバによって、上記の課題を解決する。

リインフォースメントメンバの基端側に先細り形状の複数の突起を設けることによって、トレーリングアームが上下に変位した際に、リインフォースメントメンバとトレーリングアームの接合部分に応力が集中することを防ぐことが可能になる。

複数の突起の先端部分は、平面視又は底面視において、円形状であることが好ましい。円形は、真円に限られない。突起の先端部分を円形状にすることによって、応力の集中をより効果的に防ぐことができる。

先細り形状の複数の突起の斜面と連続する曲線で構成される凹部を複数の突起の間に備えるようにすることが好ましい。これによって、応力の集中をより効果的に防ぐことができる。

リインフォースメントメンバは、平面視又は底面視において、先細り形状の突起の斜面からリインフォースメントメンバの先端側に向かって連続する傾斜部をリインフォースメントメンバとトレーリングアームとの接続部分に備えており、傾斜部によってリインフォースメントメンバの基端側からリインフォースメントメンバの先端側に向かってトレーリングアームへの取付部の幅が徐々に大きくなるように構成することが好ましい。傾斜部を設けることによって、トレーリングアームとリインフォースメントメンバとが接触する面積を増加させて、接合強度を高めると共に応力の集中を防ぐことができる。

リインフォースメントメンバは、板状の部材であって、その基端側に複数の突起を備えるトレーリングアームへの取付部を備えており、その先端側にトーションビームへの取付部を備えるものとすることが好ましい。これによって、リインフォースメントメンバの重量を小さく抑えながらも、トレーリングアームとトーションビームとをリインフォースメントメンバによって強固に補強することができる。

リインフォースメントメンバは、平面側又は底面側に折り曲げられた状態の折曲部を備えており、折曲部とトーションビームとを溶接によって固定することが好ましい。リインフォースメントメンバに折曲部を設けることによって、リインフォースメントメンバの剛性を高めることができる。また、折曲部を溶接代として利用することによって溶接作業を簡単かつ確実に行うことができる。

トレーリングアームに力が作用した際に、トレーリングアームとリインフォースメントメンバとの接合部分において応力が集中することを防止することが可能なトーションビーム式サスペンション及びリインフォースメントメンバを提供することができる。

トーションビーム式サスペンションの一実施形態を示す底面図である。 図１のトーションビーム式サスペンションの一部を拡大した拡大底面図である。 図１のトーションビーム式サスペンションの背面図である。 図１のトーションビーム式サスペンションを正面側から見た斜視図である。 図２のＡＡ部の端面図である。 図２のＢＢ部の端面図である。 図２のＣＣ部の端面図である。 図２のＤＤ部の端面図である。 ＣＡＥ解析を行ったトーションビーム式サスペンションの底面図である。 ＣＡＥ解析を行った比較例に係るトーションビーム式サスペンションの底面図である。

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態について説明する。以下に示す実施形態は本発明の実施形態の一例に過ぎない。

図１ないし図８に、本発明の実施形態の一例を示す。本実施形態のトーションビーム式サスペンション１は、左右一対のトレーリングアーム１１と、両端部がトレーリングアーム１１に対して固定された状態であるトーションビーム１２と、トレーリングアーム１１の底面側とトーションビーム１２の底面側とに固定される一対のリインフォースメントメンバ１３と、トレーリングアーム１１の平面側とトーションビーム１２の平面側に固定される第二リインフォースメントメンバ１４とを含む。

図１等に示したように、本実施形態では、トレーリングアーム１１の一端側に車輪の支持部材１６を備える。本実施形態では、支持部材１６は、エンドプレート１７と呼ばれる板材と車軸１５を含み、エンドプレート１７の中央部分から車軸１５が車両の左方向又は右方向に突出する。車輪側の軸孔を車軸１５に挿通した状態で車輪をエンドプレート１７に対して接面させて支持する。

図１等に示したように、トレーリングアーム１１の他端側には、車両に対する取付部材１８を備える。本実施形態では、車両に対する取付部材１８は、中空の菅状部材１９の中にゴムなどの弾性体から構成されるブッシュを内蔵して構成されている。そして、トレーリングアーム１１と中空の菅状部材１９とは、溶接によって接合されている。トーションビーム式サスペンション１を車体に取り付ける際には、ブッシュの穴に車両側の軸を挿通して、トレーリングアーム１１を車体に対して回動可能に支持する。車輪を介して負荷がトレーリングアーム１１に入力されると、ブッシュに通した車両側の軸を中心として、他端側に回転可能に支持した車輪と共にトレーリングアーム１１が車両の上下方向に対して変位する。

トレーリングアーム１１は、２枚の曲げ加工した鋼板を溶接によって接合して構成され、平面視又は底面視において中央部が車両の中央方向に向かって弓なりに窪んだ湾曲形状となっている。このトレーリングアーム１１は、２枚の曲げ加工した鋼板から構成するため中空の部材となっており、図６に示したようにその断面形状はその一端から他端に至るまで略矩形となっており、トレーリングアームの一端側から他端側に至るまで中空となっている。車両右側のトレーリングアーム１１と車両左側のトレーリングアーム１１は、左右対称の形状となっている。トレーリングアーム１１は、中空に構成されているため、トーションビーム式サスペンション１を軽量化することができる。

トーションビーム１２は、図５に示したように、平面側の板材１２１と、車両の正面側の板材１２２と、車両の背面側の板材１２３と、正面側の板材１２２及び背面側の板材１２３のそれぞれの縁から正面側又は背面側に突出するフランジ１２４とを備えており、その断面はハット形状である。このトーションビーム１２の平面側の板材１２１、正面側の板材１２２、及び背面側の板材１２３のそれぞれの端部をトレーリングアーム１１の突部に当接させて、トーションビーム１２の底面側の開口が車両の底面側に向く状態として、溶接によってトレーリングアーム１１とトーションビーム１２とを固定している。

本実施形態では、トレーリングアーム１１の一端側の内側にダンパーの支持部２３が設けられている。ダンパーの支持部２３は、底面側の板材と左側の板材と右側の板材とから構成される溝であり、この溝が車両の正面側に向かって延びている。ダンパーの支持部２３は、ダンパーの端部に配される軸を支持するための貫通孔を左右の板材に計２つ備えており、ダンパーの端部を受け入れるためにその平面側が解放されている。

本実施形態では、ダンバーの支持部２３とトレーリングアーム１１の中央部に配される突部との間にコイルスプリングの支持部２５が設けられている。コイルスプリングの支持部２５は、底面側の板材とそこから平面側に隆起する板材とから構成されており、トレーリングアームの内側からトーションビーム１２の中央方向に向かって延びる皿状の部材である。

本実施形態では、トレーリングアーム１１とトーションビーム１２との接合部分にまたがるようにリインフォースメントメンバ１３と第二リインフォースメントメンバ１４とをそれぞれ固定している。本実施形態では、リインフォースメントメンバ１３の基端側はトレーリングアーム１１の底面側に固定され、その先端側はトーションビーム１２を構成する平面側の板材１２１の裏面に固定される。そして、図４に示したように、第二リインフォースメントメンバ１４の基端側はトレーリングアーム１１の平面側に溶接によって固定され、その先端側はトーションビーム１２を構成する平面側の板材１２１の表面に溶接によって固定される。

図１及び図２に示したように、リインフォースメントメンバ１３の基端側には複数の突起１３１が設けられる。突起１３１の形状は、底面視において、リインフォースメントメンバ１３の基端側に向かって突起１３１の幅が先細りとなる形状、すなわちテーパー形状となっている。そして、個々の突起１３１の先端部分の形状は、底面視において円形状となっている。

本実施形態では突起１３１の数は２つとしている。突起の数は、２つ以上とすることが好ましく、４つ以下とすることが好ましい。２つの先細り形状の突起１３１の間には、当該突起１３１の内側の斜面１３２と連続する曲線で構成される凹部１３３が設けられる。凹部１３３の形状は、２つの突起１３１の先端を基準としてリインフォースメントメンバ１３の先端側に向かって窪んだ形状となっている。凹部１３３は曲線で構成されているため角がない。

２つの先細り形状の突起１３１の外側の斜面１３２には、当該斜面１３２からリインフォースメントメンバの先端側に向かって連続する傾斜部１３４が、リインフォースメントメンバ１３とトレーリングアーム１１との接続部分に設けられる。傾斜部１３４は、車両の背面側と正面側との両方に設けられている。傾斜部１３４によって、リインフォースメントメンバ１３の基端側はその幅が全体的に先細りとなるテーパー形状となっている。傾斜部１３４を設けることによって、リインフォースメントメンバ１３とトレーリングアーム１１との接触する距離（面積）を増大させて、両者の接合強度を高めることができる。また、テーパー形状とすることによって両者の接合部分に応力が集中することを防ぐことができる。リインフォースメントメンバ１３とトレーリングアーム１１との接続部分を直線状にした場合は、上記の場合に比べて、接触面積が減少する。傾斜部１３４、突起１３１、斜面１３２、凹部１３３、斜面１３２、突起１３１、及び傾斜部１３４を結ぶ線は曲線となっており、角部がない。これによって、局所的な応力の集中を効果的に防ぐことができる。

上述の通り、リインフォースメントメンバ１３の基端側はトレーリングアーム１１に対する取付部１３５となっている。基端側の取付部１３５は、図２においてバツ印で示したように、トレーリングアーム１１とリインフォースメントメンバ１３とを突き合わせた状態で、背面側の傾斜部１３４、背面側の突起１３１、凹部１３３、正面側の突起１３１、及び正面側の傾斜部１３４を結ぶように、トレーリングアーム１１の底面側とリインフォースメントメンバ１３とを連続的に溶接することによって、トレーリングアーム１１とリインフォースメントメンバ１３とが固定されている。

リインフォースメントメンバ１３の先端側は、図２に示したように、トーションビーム１２に対する取付部１３６となっている。先端側の取付部１３６は、先端側に行くにつれてその幅が先細りとなる形となっており、複数の突起１３７と当該突起１３７の間に配され当該突起１３７と連続する分割部１３８を備える。本実施形態では複数の突起１３７は一対であり、突起１３７に変曲点１４３を設けることによってトーションビーム１２に捩じれや撓みが生じた際にリインフォースメントメンバ１３の先端側とトーションビーム１２との接合部分に応力が集中することを防止することができる。図２及び図８に示したように、リインフォースメントメンバ１３の先端側の幅が先細りになり始める位置から突起１３７の中ほどに至るまでの範囲においてリインフォースメントメンバ１３の左右の縁部は底面側に折り曲げられている。この先端側に位置する折曲部１４２によって先端側におけるリインフォースメントメンバ１３の剛性が高められている。また、この折曲部１４２によって、溶接を簡単かつ確実に行うことが可能になる。

リインフォースメントメンバ１３は、リインフォースメントメンバ１３の基端側の取付部１３５及びその先端側の取付部１３６が中間部１３９と連続する一枚ものの鋼板である。図６に示したように、トレーリングアーム１１の底面側の方がトーションビーム１２を構成する平面側の板材１２１よりもより低い位置ある。このため、リインフォースメントメンバ１３は、その側面視においてトレーリングアーム１１の底面側から平面側の板材１２１に向けて徐々に上昇する傾斜面を備える板状の部材となっている。そして、図２及び図７に示したように、リインフォースメントメンバ１３の左右の縁部は基端側の取付部１３５から中間部１３９の範囲において平面側に折り曲げられている。この基端側から中間部１３９に位置する折曲部１４１によって基端側から中間部１３９におけるリインフォースメントメンバ１３の剛性が高められている。

リインフォースメントメンバ１３の中間部１３９は、底面視において、トーションビーム１２の開口の幅と同程度の幅を有しており、その幅の大きさがビームの長手方向に連続する直線形状である。このため、トレーリングアーム１１にリインフォースメントメンバ１３の基端側の取付部１３５を固定し、トーションビーム１２にリインフォースメントメンバ１３の先端側の取付部１３６を固定した状態において、リインフォースメントメンバ１３の中間部１３９と先端側の取付部１３６とは、図１、図２、図５、及び図８に示したように、トーションビーム１２の凹溝の中に収まる。

中間部１３９においては、図２及び図７においてバツ印で示したように、トーションビーム１２の正面側の板材１２２又は背面側の板材１２３とリインフォースメントメンバ１３の正面側の折曲部１４１又は背面側の折曲部１４１とが溶接によって固定される。折曲部１４１を溶接代として利用することで、リインフォースメントメンバの剛性を向上させるだけでなく、溶接を簡単かつ確実に行うことが可能になる。

リインフォースメントメンバ１３の先端側においては、図２及び図５に示したように、トーションビーム１２の平面側の板材１２１の裏面とリインフォースメントメンバ１３の突起１３７とが溶接によって固定される。トーションビーム１２の正面側の板材１２２と平面側の板材１２１との接合部分は、角のないラウンド形状となっている。同様にトーションビーム１２の背面側の板材１２３と平面側の板材１２１との接合部分は、角のないラウンド形状となっている。このため、図２、図５、及び図８に示したように、連続的な溶接によってリインフォースメントメンバ１３の中間部１３９からその先端側の取付部１３６に至るまでの領域を正面側の板材１２２又は背面側の板材１２３から平面側の板材１２１にかけて連続的に固定することができる。これによって、高い接合強度を得ることが可能になる。

中間部１３９とリインフォースメントメンバ１３の基端側も、図２においてバツ印で示したように、連続的に溶接することができる。これによって、トーションビーム１２、リインフォースメントメンバ１３、及びトレーリングアーム１１の計３点の部材を相互に確実に固定することができる。例えば、トーションビーム１２が捩じれたり撓んだりした際やトレーリングアーム１１が上下方向に変位した場合に、トーションビーム１２、リインフォースメントメンバ１３、及びトレーリングアーム１１が溶接部分から分離することを防ぐことができる。

図１、図２、及び図７に示したように、リインフォースメントメンバ１３の基端側には、リインフォースメントメンバ１３の基端側の取付部１３５と中間部１３９とに連続するように、底面側に向かって膨らむビード１４０を設けている。これによって、トレーリングアーム１１とトーションビーム１２との接合部分の強度を高めている。例えば、トーションビーム１２が捩じれたり撓んだりした際やトレーリングアーム１１が上下方向に変位した場合に、トーションビーム１２とトレーリングアーム１１の接合部分から座屈するような変形が生じることを防ぐことができる。

第二リインフォースメントメンバ１４は、リインフォースメントメンバ１３に比べて、長手方向に対して短く、基端側の取付部及び先端側の取付部にそれぞれ溶接代を備える。この溶接代には、リインフォースメントメンバ１３とは異なり、突起は設けられていない。

上記の実施形態のトーションビーム式サスペンション１では、複数の突起１３１を溶接代として利用して、トレーリングアーム１１とリインフォースメントメンバ１３とを相互に溶接によって固定している。このため、車輪から荷重が入力されるなどしてトレーリングアーム１１が上下に変位した際に、複数の突起１３１を利用してリインフォースメントメンバ１３とトレーリングアーム１１の接合部分に掛かる応力を分散させて、応力が特定の箇所に集中することを防止することができる。また、突起１３１の先端部分の形状を円形状にしたり、曲線で構成される凹部１３３を突起１３１の間に配したり、傾斜部１３４をリインフォースメントメンバ１３とトレーリングアーム１１との接続部分に配しているため上記のように変位等した際に特定の箇所に応力が集中することをより効果的に防止することができる。これによって、トレーリングアーム１１とリインフォースメントメンバ１３との接合部分等に繰り返し応力が作用することに起因して接合部分等に割れが生じることを防ぐことができる。

上記の実施形態では、トーションビーム式サスペンション１の底面側にリインフォースメントメンバ１３を設けて、その平面側に第二リインフォースメントメンバ１４を設けて、開口を備えるトーションビーム１２の底面側をトーションビーム式サスペンション１の底面側に向けた状態でトーションビーム１２とトレーリングアーム１１とを固定している。これを以下のように変更してもよい。すなわち、トーションビーム式サスペンションの平面側にリインフォースメントメンバを設けて、その底面側に第二リインフォースメントメンバを設けて、開口を備えるトーションビーム底面側をトーションビーム式サスペンションの平面側に向けた状態でトーションビームとトレーリングアームを固定する。

図９及び図１０に示した構造を備えるトーションビーム式サスペンションにおいて、左右のコイルスプリングの支持部及びダンパーの支持部のそれぞれに対して複数回にわたって同相で荷重を掛けた際に、図９及び図１０におけるＡ位置及びＢ位置に掛かる応力をＣＡＥ解析によって求めた。図９のトーションビーム式サスペンションは、図１ないし図８に示した実施形態と同様の構成を備えるものであり、以下ではこれを実施例と称する。図１０は、リインフォースメントメンバ１３０の基端側の取付部の形状のみが図９に示した実施例とは異なり、以下ではこれを比較例と称する。

解析の結果、実施例に係るトーションビーム式サスペンションでは、比較例に係るトーションビーム式サスペンションと比較して、Ａ位置における応力が１８％ほど低減されていた。また、Ｂ位置においても、実施例は、比較例と比較して応力が３０％ほど低減されていた。さらに、実施例に係るトーションビーム式サスペンションでは、比較例に係るトーションビーム式サスペンションと比較して、Ａ位置及びＢ位置以外の領域にいても全体的に応力値が低減されていることが確認された。

実施例と比較例の構成を備えるトーションビーム式サスペンションそれぞれを作製して、左右のコイルスプリングの支持部及びダンパーの支持部のそれぞれに同相で強制的に繰り返し荷重を加える試験を行った。そうしたところ、比較例のトーションビーム式サスペンションでは、実施例に係るトーションビーム式サスペンションよりも少ない回数でトレーリングアームに割れが生じてしまった。

１ トーションビーム式サスペンション
１１ トレーリングアーム
１２ トーションビーム
１３ リインフォースメントメンバ
１３１ 突起
１３２ 突起の斜面
１３３ 凹部
１３４ 傾斜部

Claims (8)

1. 左右で対であるトレーリングアームと、
   前記トレーリングアームに対してその両端部が固定された状態であるトーションビームと、
   その基端側が前記トレーリングアームに対して固定された状態であり、その先端側が前記トーションビームに対して固定された状態であるリインフォースメントメンバとを含むトーションビーム式サスペンションであって、
   前記リインフォースメントメンバは、その基端側に複数の突起を備えており、
   前記複数の突起は、底面視又は平面視において、前記リインフォースメンバの基端側に向かって先細りになる形状であって、
   前記複数の突起は、傾斜部を備えており、前記傾斜部によりリインフォースメントメンバの基端側はその幅が基端側に向けて全体的に先細りとなるテーパー形状とされ、
   前記複数の突起と前記トレーリングアームとが溶接された状態であり、
   前記リインフォースメントメンバは、その先端側に一対の突起を備えており、
   前記一対の突起は、底面視又は平面視において、先端側に向かって先細りになる形状であるトーションビーム式サスペンション。
2. 前記一対の突起は、延設方向が変わる変曲点を備える請求項１に記載のトーションビーム式サスペンション。
3. 前記複数の突起の先端部分は、平面視又は底面視において、円形状である請求項１又は２に記載のトーションビーム式サスペンション。
4. 前記複数の突起の斜面と連続する曲線で構成される凹部を前記複数の突起の間に備える請求項１ないし３に記載のトーションビーム式サスペンション。
5. 前記リインフォースメントメンバは、板状の部材であって、
   その基端側に複数の突起を備える前記トレーリングアームへの取付部を備えており、その先端側に前記トーションビームへの取付部を備える請求項１ないし４のいずれかに記載のトーションビーム式サスペンション。
6. 前記リインフォースメントメンバは、平面視又は底面視において、前記複数の突起の斜面から前記リインフォースメントメンバの先端側に向かって連続する傾斜部を前記リインフォースメントメンバと前記トレーリングアームとの接続部分に備えており、
   前記傾斜部によって前記リインフォースメントメンバの基端側から前記リインフォースメントメンバの先端側に向かって前記トレーリングアームへの取付部の幅が徐々に大きくなる請求項１ないし５のいずれかに記載のトーションビーム式サスペンション。
7. 前記リインフォースメントメンバは、平面側又は底面側に折り曲げられた状態の折曲部を備えており、
   前記折曲部と前記トーションビームとが溶接された状態である請求項１ないし６のいずれかに記載のトーションビーム式サスペンション
8. トレーリングアームに固定するための基端側の取付部と、前記トーションビームに固定するための先端側の取付部とを有するトーションビーム式サスペンションのリインフォースメントメンバであって、
   前記リインフォースメントメンバは、その基端側の取付部に複数の突起を備えており、
   前記複数の突起は、傾斜部を備えており、前記傾斜部によりリインフォースメントメンバの基端側はその幅が全体的に先細りとなるテーパー形状とされ、
   前記複数の突起は、底面視又は平面視において、その基端側に向かって先細りになる形状であり、
   前記リインフォースメントメンバは、その先端側に一対の突起を備えており、
   前記一対の突起は、底面視又は平面視において、先端側に向かって先細りになる形状であるリインフォースメントメンバ。
   

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