JP7364889B2 - トーションビーム - Google Patents

Description

本発明は、車両に取り付けられるトーションビームに関する。

前輪駆動する車両（例：自動車）において、左右の後輪を懸架するためにトーションビームが用いられる場合がある。トーションビームは長尺な部材であり、車両の幅方向（以下、「車幅方向」ともいう。）に沿って配置される。トーションビームの車幅方向の両端それぞれに、トレーリングアームが接合される。各トレーリングアームの前端が車体に取り付けられる。各トレーリングアームは各々の後端で後輪を支持する。

従来の設計において、トーションビームには、車両の高さ方向（以下、「車高方向」ともいう。）に沿った軸の回りの曲げに対して高い剛性が要求される。この曲げ剛性は、車両の前後方向（以下、「車長方向」ともいう。）の振幅に対する剛性である。さらに、トーションビームには、車長方向に沿った軸の回りの曲げに対して高い剛性が要求される。この曲げ剛性は、車高方向の振幅に対する剛性である。トーションビームにこのような高い曲げ剛性が要求されるのは、車両走行時に、後輪のタイヤ間の距離（すなわちトレッド）の変化を防止するためである。

また、トーションビームには、適度なねじり剛性が要求される。これは、車両走行時に、路面の凹凸等に起因して左右の後輪相互間に生じる車高方向の相対変位を吸収するためである。

高い曲げ剛性と適度なねじり剛性を有するトーションビームは、例えば、特開２００５－０２９１５５号公報（特許文献１）、特開２０１３－２５６１４２号公報（特許文献２）、特開２０１３－２５６２６０号公報（特許文献３）、及び特開２０１８－０５８５１３号公報（特許文献４）に記載されている。

特許文献１に記載のトーションビームは、Ｕ字形又はＶ字形の横断面プロファイルを有する。このトーションビームは、２つの脚と、該脚を結ぶ１つの弓形の嶺区分と、を備える。少なくとも１つの脚の自由な端部に、中空プロファイル状に湾曲した長さ区分が設けられている。該長さ区分がその端面の領域で、脚の内側の表面又はその外側の表面に接合されている。

特許文献２及び３に記載のトーションビームは、Ｕ字状の開断面形状を有する。特許文献２に記載のトーションビームでは、トーションビームの開放端縁に厚肉部が形成されている。特許文献３に記載のトーションビームでは、トーションビームの横断面における厚みが周方向に変化しており、厚肉部が部分的に形成されている。

特許文献４に記載のトーションビームは、車両下側に開口した略Ｕ字状の開断面形状を有する。このトーションビームでは、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ている。トーションビームのうちで、車両後方側に位置する上記の下端部が最も高い剛性を有している。

特開２００５－０２９１５５号公報 特開２０１３－２５６１４２号公報 特開２０１３－２５６２６０号公報 特開２０１８－０５８５１３号公報

上述のとおり、従来の設計では、曲げ剛性及びねじり剛性という特性が検討されて、トーションビームの形状が決定される。しかしながら、曲げ剛性及びねじり剛性の検討のみでは、操舵性や乗り心地が不十分となる事態が生じ得る。走行中の車両にロールが発生するときに、この事態は生じやすい。

本発明の目的は、曲げ剛性及びねじり剛性を確保しつつ、操舵性や乗り心地を向上できるトーションビームを提供することである。

本発明の実施形態によるトーションビームは、車両に取り付けられるトーションビームである。当該トーションビームは、車両の幅方向に延びる天板と、天板の前端縁に接続されて下方及び上記幅方向に延びる側板と、天板の後端縁に接続されて下方及び上記幅方向に延びる他の側板と、を備える。天板の車両の前後方向の長さがＬ１であり、天板の前端縁から当該前端縁に接続される側板の上端縁までの上記前後方向の長さがＬ２ｆであり、天板の後端縁から当該後端縁に接続される側板の上端縁までの上記前後方向の長さがＬ２ｒであるとき、Ｌ２ｆ／Ｌ１及びＬ２ｒ／Ｌ１は０．６０以下である。２つの側板のうち少なくとも一方の側板において、トーションビームの重心よりも下方に位置する下端部の上記前後方向の長さは、他の部分の上記前後方向の長さよりも長い。

本発明の実施形態によるトーションビームは、曲げ剛性及びねじり剛性を確保しつつ、操舵性や乗り心地を向上できる。

図１は、トーションビームの全体構成を模式的に示す斜視図である。 図２は、ロールに関係する要素を示す模式図である。 図３は、第１実施形態のトーションビームの全体構成を模式的に示す斜視図である。 図４は、第１実施形態のトーションビームの横断面形状の一例を示す模式図である。 図５は、第２実施形態のトーションビームの全体構成を模式的に示す斜視図である。 図６は、第２実施形態のトーションビームの横断面形状の一例を示す模式図である。 図７は、第３実施形態のトーションビームの全体構成を模式的に示す斜視図である。 図８は、第３実施形態のトーションビームの横断面形状の一例を示す模式図である。 図９は、第４実施形態のトーションビームの全体構成を模式的に示す斜視図である。 図１０は、第４実施形態のトーションビームの横断面形状の一例を示す模式図である。 図１１は、変形例１のトーションビームの全体構成を模式的に示す斜視図である。 図１２は、変形例１のトーションビームの縦断面形状を示す模式図である。 図１３は、変形例２のトーションビームの全体構成を模式的に示す斜視図である。 図１４は、変形例２のトーションビームの縦断面形状を示す模式図である。 図１５は、変形例３のトーションビームの横断面形状を示す模式図である。 図１６は、変形例４のトーションビームの横断面形状を示す模式図である。 図１７は、実施例１において検討した溝形の横断面形状を示す図である。 図１８は、実施例１において検討した比較のためのＶ字形の横断面形状を示す図である。 図１９は、実施例１の結果として、横断面形状が溝形である場合のせん断中心位置を示す図である。 図２０は、実施例１の結果として、横断面形状が溝形である場合の車高方向ＤＨの曲げ剛性を示す図である。 図２１は、実施例１の結果として、横断面形状が溝形である場合の車長方向ＤＬの曲げ剛性を示す図である。 図２２は、実施例１の結果として、横断面形状が溝形である場合のねじり剛性を示す図である。 図２３は、実施例１の結果として、横断面形状がＶ字形である場合のせん断中心位置を示す図である。 図２４は、実施例１の結果として、横断面形状がＶ字形である場合の車高方向ＤＨの曲げ剛性を示す図である。 図２５は、実施例１の結果として、横断面形状がＶ字形である場合の車長方向ＤＬの曲げ剛性を示す図である。 図２６は、実施例１の結果として、横断面形状がＶ字形である場合のねじり剛性を示す図である。 図２７は、実施例２において検討した溝形の横断面形状を示す図である。 図２８は、実施例２の結果を示す。

以下、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明では、本発明の実施形態について例を挙げて説明するが、本発明は以下で説明する例に限定されない。以下の説明において特定の数値や特定の材料を例示する場合があるが、本発明はそれらの例示に限定されない。

上記の課題を解決するため、本発明者は、ロールが発生するときの状況を詳細に検討した。その結果、下記の知見を得た。

［トーションビームの概要］
図１は、トーションビーム１の全体構成を模式的に示す斜視図である。図１には、左右の後輪Ｗｒｉ、Ｗｌｅが想像線で示されている。図１を参照して、トーションビーム１は長尺な部材である。トーションビーム１は車幅方向ＤＷに沿って配置される。別の観点では、トーションビーム１は車幅方向ＤＷに延びる。つまり、トーションビーム１の長手方向は、車幅方向ＤＷと一致する。

本明細書において、トーションビーム１及びそれを構成する部材の方向について言及するときは、特に記載がない限り、トーションビーム１を車両に搭載して使用時の向きに配置した状態における方向を意味する。例えば、車幅方向（車両の幅方向）ＤＷは、トーションビーム１の長手方向に対応する。この車幅方向ＤＷは、車両の左右方向と一致する。車高方向（車両の高さ方向）ＤＨは、トーションビーム１の上下方向に対応する。車長方向（車両の前後方向）ＤＬは、トーションビーム１の前後方向に対応する。

トーションビーム１には、車幅方向ＤＷの両端である右端１ｒｉ及び左端１ｌｅのそれぞれに、トレーリングアーム１０ｒｉ、１０ｌｅが接合される。各トレーリングアーム１０ｒｉ、１０ｌｅは剛体であり、概ね車長方向ＤＬに延びる。トレーリングアーム１０ｒｉ、１０ｌｅそれぞれの前端１０ｒｉａ、１０ｌｅａが車体に取り付けられる。これにより、トーションビーム１が車体に取り付けられる。トレーリングアーム１０ｒｉ、１０ｌｅは、それぞれの後端１０ｒｉｂ、１０ｌｅｂで後輪Ｗｒｉ、Ｗｌｅを支持する。各トレーリングアーム１０ｒｉ、１０ｌｅには、サスペンション装置を構成するスプリングやショックアブソーバ、及びブレーキ装置等も取り付けられる。

［ロールに関係する要素］
図２は、ロールに関係する要素を示す模式図である。図２には、トーションビーム１、左右のトレーリングアーム１０ｒｉ、１０ｌｅ、及び左右の後輪Ｗｒｉ、Ｗｌｅが示される。

車両がコーナリングするとき、車体が遠心力を受けるとともに、タイヤ（後輪Ｗｒｉ、Ｗｌｅ）が路面から横力を受ける。これらの遠心力及び横力に伴うモーメントによって、ロールが発生する。ロールは、車長方向の軸を中心とする車体の回転であり、路面に対する車体の左右への傾きとして現れる。ロールの回転中心はロールセンタＲｃと称される。

ロールが過度に大きい場合、乗員が不快に感じたり、操舵が不安定になったりする。一方、ロールが過度に小さい場合、加速感及び減速感が乏しくなる。そのため、ロールには適量が存在する。サスペンションのジオメトリによって、ロールの度合いをある程度制御することができる。そのため、ロールを適量に設定できるようにサスペンションの設計自由度は高い方がよい。

ロールは、路面に対するロールセンタＲｃ回りの車体の傾きである。このため、ロールには、路面に対する後輪Ｗｒｉ、Ｗｌｅの左右への傾き、及び車体に対する後輪Ｗｒｉ、Ｗｌｅの左右への傾きが影響する。ここで、路面に対する後輪Ｗｒｉ、Ｗｌｅの傾きの回転中心は、後輪Ｗｒｉ、Ｗｌｅの接地点Ｔｒｉ、Ｔｌｅである。車体に対する後輪Ｗｒｉ、Ｗｌｅの傾きの回転中心は、瞬間回転中心Ｃｒｉ、Ｃｌｅである。

瞬間回転中心Ｃｒｉ、Ｃｌｅは、トーションビーム１の車体への取付点Ｐｒｉ、Ｐｌｅと、トーションビーム１のせん断中心位置Ｓｃによって決まる。取付点Ｐｒｉ、Ｐｌｅは、トレーリングアーム１０ｒｉ、１０ｌｅの前端１０ｒｉａ、１０ｌｅａの位置に相当する。

ここで、右側の瞬間回転中心Ｃｒｉは以下のように定められる。トーションビーム１の左側の取付点Ｐｌｅと、トーションビーム１のせん断中心位置Ｓｃと、を結ぶ仮想の直線ｌ１ｒｉを描く。左右の後輪Ｗｒｉ、Ｗｌｅの接地点Ｔｒｉ、Ｔｌｅを含み、かつ路面に垂直な仮想の面Ａを描く。直線ｌ１ｒｉの延長線と面Ａとの交点が右側の瞬間回転中心Ｃｒｉとなる。これと同じように、左側の瞬間回転中心Ｃｌｅが定められる。具体的には、トーションビーム１の右側の取付点Ｐｒｉと、トーションビーム１のせん断中心位置Ｓｃと、を結ぶ仮想の直線ｌ１ｌｅを描く。直線ｌ１ｌｅの延長線と面Ａとの交点が左側の瞬間回転中心Ｃｌｅとなる。

そして、ロールセンタＲｃは以下のように定められる。右側の瞬間回転中心Ｃｒｉと左側の後輪Ｗｌｅの接地点Ｔｌｅとを結ぶ仮想の直線ｌ２ｒｉを描く。同じように、左側の瞬間回転中心Ｃｌｅと右側の後輪Ｗｒｉの接地点Ｔｒｉとを結ぶ仮想の直線ｌ２ｌｅを描く。直線ｌ２ｒｉと直線ｌ２ｌｅとの交点がロールセンタＲｃとなる。

したがって、ロールセンタＲｃの位置は、トーションビーム１のせん断中心位置Ｓｃに依存する。トーションビーム１のせん断中心位置Ｓｃが高くなれば、それに追従して瞬間回転中心Ｃｒｉ、Ｃｌｅが高くなる。その結果、ロールセンタＲｃの位置も高くなる。

車体の重心Ｇの位置は、ロールセンタＲｃの位置よりも高い。このため、ロールセンタＲｃの位置が高くなれば、ロールセンタＲｃと車体の重心Ｇとの距離Ｈが短くなる。この距離Ｈはロールモーメントアームと称される。ロールモーメントアームＨが短くなれば、ロール角が小さくなる。

上記より、トーションビーム１のせん断中心位置Ｓｃを自在に制御できれば、ロール角を適量に設定することが可能になると言える。特に、ロール角が小さければ、操舵性や乗り心地が向上する。このため、トーションビーム１の特性として、ロールモーメントアームＨが短くなるように、せん断中心位置Ｓｃが高いことが望ましい。せん断中心とは、梁のような長尺な部材に曲げ変形を与えたときに、せん断応力によるモーメントが生じない点を意味する。せん断中心は、部材の横断面形状によって定まる。

上記の知見をもとにして、本発明者は、板で構成したトーションビームの横断面形状を詳細に検討した。その結果、トーションビームの横断面形状が車高方向の下側に開口した開断面であって、トーションビームの重心よりも下方の領域の体積（質量に対応）が増加した形状であれば、トーションビームのせん断中心位置が高いことが分かった。特に、従来のようなＵ字形及びＶ字形の横断面形状よりも、溝形（コの字形）の横断面形状の場合に、せん断中心位置の上昇が著しいことが分かった。また、このような独特な横断面形状であっても、トーションビームに必要な特性（曲げ剛性及びねじり剛性）も確保できることが分かった。

本発明は上記の知見に基づいて完成されたものである。

本発明の実施形態によるトーションビームは、車両に取り付けられるトーションビームである。当該トーションビームは、車両の幅方向に延びる天板と、天板の前端縁に接続されて下方及び上記幅方向に延びる側板と、天板の後端縁に接続されて下方及び上記幅方向に延びる他の側板と、を備える。天板の車両の前後方向の長さがＬ１であり、天板の前端縁から当該前端縁に接続される側板の上端縁までの上記前後方向の長さがＬ２ｆであり、天板の後端縁から当該後端縁に接続される側板の上端縁までの上記前後方向の長さがＬ２ｒであるとき、Ｌ２ｆ／Ｌ１及びＬ２ｒ／Ｌ１は０．６０以下である。２つの側板のうち少なくとも一方の側板において、トーションビームの重心よりも下方に位置する下端部の上記前後方向の長さは、他の部分の上記前後方向の長さよりも長い（第１の構成）。

第１の構成のトーションビームによれば、２つの側板が互いに向かい合い、トーションビームの横断面形状は車高方向の下側に開口した溝形の開断面となる。しかも、トーションビームの重心よりも下方の領域の体積が増加したものとなる。これにより、トーションビームのせん断中心位置は高い。したがって、操舵性や乗り心地を向上することができる。また、曲げ剛性及びねじり剛性も確保できる。

第１の構成では、側板の上端縁は、天板の前端縁と直接接続されていてもよい。側板の上端縁は、天板の前端縁と間接的に接続されていてもよい。後者の場合、側板は別の板材を介して天板と接続される。この場合、その別の板材は側板と天板をつなぐコーナを形成する。このコーナ板の横断面形状は、円弧形であってもよいし、直線形であってもよい。このような天板の前端縁に対する側板の接続形態は、天板の後端縁に対する側板の接続形態にも適用される。

Ｌ２ｆ／Ｌ１及びＬ２ｒ／Ｌ１の下限は特に限定されず、０（ゼロ）であってもよい。Ｌ２ｆ／Ｌ１が０である場合、側板の上端縁が天板の前端縁と直接接続される。この場合、側板の上端縁と天板の前端縁との間に上記のコーナ板は存在しない。これと同様に、Ｌ２ｒ／Ｌ１が０である場合、側板の上端縁が天板の後端縁と直接接続される。この場合、側板の上端縁と天板の後端縁との間に上記のコーナ板は存在しない。

Ｌ２ｆ／Ｌ１及びＬ２ｒ／Ｌ１は０．６０以下であれば特に限定されない。トーションビームのせん断中心位置を効果的に高める観点から、Ｌ２ｆ／Ｌ１及びＬ２ｒ／Ｌ１の上限は、０．５０であることが好ましく、より好ましくは０．４０である。Ｌ２ｆ／Ｌ１及びＬ２ｒ／Ｌ１が０．６０を超えれば、トーションビームの横断面形状が従来のようなＵ字形に近づく。

典型的な例では、天板は平坦である。ただし、天板は、厳密に平坦なもののみならず、僅かに起伏したものも含む。

天板の前端縁に対する側板の接続形態、配置、及び形状等は、天板の後端縁に対する側板の接続形態、配置、及び形状等と同じ対称であってもよいし、それとは異なる非対称であってもよい。

２つの側板のうちの両方の側板において、上記下端部の上記前後方向の長さが、上記他の部分の上記前後方向の長さよりも長いことが好ましい。効果的にトーションビームのせん断中心位置を高くすることができるからである。

ただし、２つの側板のうちの一方の側板は、上記下端部の上記前後方向の長さが、上記他の部分の上記前後方向の長さよりも長く、他方の側板は、全域にわたって板厚が一定の単なる板であってもよい。例えば、天板の前端縁に接続する側板は、上記下端部の上記前後方向の長さが、上記他の部分の上記前後方向の長さよりも長く、天板の後端縁に接続する側板は、全域にわたって板厚が一定の単なる板であってもよい。この場合、トーションビームのせん断中心位置が車両の前方に寄り、その結果ロールセンタを高くすることができる。

第１の構成において、典型的な例では、上記一方の側板のうち、上記下端部は、上記幅方向に延びる筒状である（第２の構成）。第２の構成の場合、筒状の下端部によって、トーションビームの重心よりも下方の領域の体積が増加したものとなる。筒状の下端部の横断面形状は特に限定されない。例えば、その横断面形状は、多角形（例：三角形、四角形、五角形）であってもよいし、円形や楕円形であってもよい。

第１の構成において、別の典型的な例では、上記一方の側板のうち、上記下端部の板厚は、上記他の部分の板厚よりも厚い（第３の構成）。第３の構成の場合、板厚の増加した下端部によって、トーションビームの重心よりも下方の領域の体積が増加したものとなる。

第１の構成において、トーションビームを横断面で見たとき、上記一方の側板の上記下端部は、内側と外側に交互に突出するような波形であってもよい。また、トーションビームを横断面で見たとき、上記一方の側板の上記下端部は、その先端が内側又は外側に突出するようなＬ字形であってもよいし、内側及び外側の両方に突出するようなＴ字形であってもよい。本明細書において、内側とは、当該側板とは異なる他方の側板に近づく方向を意味し、外側とは、当該側板とは異なる他方の側板から遠ざかる方向を意味する。別の観点では、内側とは、天板と２つの側板によって囲まれた空間の内部側を意味し、外側とは、その空間の外部側を意味する。これらの場合であっても、トーションビームの重心よりも下方の領域の体積が増加したものとなる。

第１～第３の構成において、互いに向かい合う２つの側板は、天板から遠ざかるとともに互いの間隔が広がるように傾斜していてもよい。別の観点では、側板は外側に傾斜していてもよい。さらに別の観点では、トーションビームを横断面で見たとき、側板と天板とのなす角度が鈍角であってもよい。

さらに、側板は、天板に対して垂直に配置されていてもよい。別の観点では、トーションビームを横断面で見たとき、側板と天板とのなす角度が９０°であってもよい。

第１～第３の構成において、Ｌ２ｆがＬ２ｒよりも大きくてもよい（第４の構成）。第４の構成の場合、トーションビーム１のせん断中心位置Ｓｃが車両の前方に寄り、その結果ロールセンタＲｃを高くすることができる。

以下に、図面を参照しながら、本実施形態のトーションビームについてその具体例を説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［第１実施形態］
図３は、第１実施形態のトーションビーム１の全体構成を模式的に示す斜視図である。図４は、第１実施形態のトーションビーム１の横断面形状の一例を示す模式図である。図３を参照して、トーションビーム１は長尺な部材である。トーションビーム１は車幅方向ＤＷに沿って配置される。別の観点では、トーションビーム１は車幅方向ＤＷに延びる。つまり、トーションビーム１の長手方向は、車幅方向ＤＷと一致する。

トーションビーム１は、平坦な天板２と、２つの側板３及び４と、を含む。天板２は車幅方向ＤＷに延びる。各側板３、４は車幅方向ＤＷに延びる。側板３及び４はそれぞれ天板２の前方と後方に配置されている。前側の側板３の上端縁３ａが天板２の前端縁２ａと直接接続されている。後側の側板４の上端縁４ａが天板２の後端縁２ｂと直接接続されている。天板２、前側の側板３及び後側の側板４の車幅方向ＤＷの長さは同じである。

図４を参照して、前側の側板３は、天板２に対して垂直に配置されている。後側の側板４も、天板２に対して垂直に配置されている。

トーションビーム１の横断面形状は、車高方向ＤＨの下側に開口した開断面となる。この開断面形状は、溝形である。換言すれば、この開断面形状は、従来のようなＵ字形やＶ字形ではない。

ここで、天板２の車長方向ＤＬの長さがＬ１である。天板２の前端縁２ａから前側の側板３の上端縁３ａまでの車長方向ＤＬの長さがＬ２ｆである。天板２の後端縁２ｂから後側の側板４の上端縁４ａまでの車長方向ＤＬの長さがＬ２ｒである。第１実施形態の場合、各側板３及び４が天板２と直接接続されている。このため、Ｌ２ｆ及びＬ２ｒはいずれも０（ゼロ）である。つまり、Ｌ２ｆ／Ｌ１及びＬ２ｒ／Ｌ１はいずれも０（ゼロ）である。

本明細書において、Ｌ１、Ｌ２ｆ及びＬ２ｒを算出するときの標点は、天板２、前側の側板３、及び後側の側板４のそれぞれの内面側にある。

第１実施形態のトーションビーム１では、前側の側板３の下端部３ｂは、車幅方向ＤＷに延びる筒状である。筒状の下端部３ｂの横断面形状は四角形である。前側の側板３において、その下端部３ｂを除く他の部分３ｃは単なる板である。本明細書では、この部分３ｃを上側部３ｃと称する場合がある。

これと同様に、後側の側板４の下端部４ｂは、車幅方向ＤＷに延びる筒状である。筒状の下端部４ｂの横断面形状は四角形である。後側の側板４において、その下端部４ｂを除く他の部分４ｃは単なる板である。本明細書では、この部分４ｃを上側部４ｃと称する場合がある。

各側板３及び４の下端部３ｂ及び４ｂは、トーションビーム１の重心Ｇｖよりも下方に位置している。前側の側板３において、下端部３ｂの車長方向ＤＬの長さ３ｂｔは、上側部３ｃの車長方向ＤＬの長さ３ｃｔよりも長い。上側部３ｃの車長方向ＤＬの長さ３ｃｔは上側部３ｃの板厚と読み替えることもできる。筒状の下端部３ｂの板厚は、上側部３ｃの板厚と同じである。

これと同様に、後側の側板４において、下端部４ｂの車長方向ＤＬの長さ４ｂｔは、上側部４ｃの車長方向ＤＬの長さ４ｃｔよりも長い。上側部４ｃの車長方向ＤＬの長さ４ｃｔは上側部４ｃの厚みと読み替えることもできる。筒状の下端部４ｂの板厚は、上側部４ｃの板厚と同じである。

このような構成により、トーションビーム１の重心Ｇｖよりも下方の領域の体積（質量）が増加したものとなる。これにより、トーションビーム１のせん断中心位置Ｓｃは高い。したがって、操舵性や乗り心地を向上することができる。また、曲げ剛性及びねじり剛性も確保できる。

前側の側板３についてその下端部３ｂが筒状であり、後側の側板４については全域にわたって板厚が一定の単なる板であってもよい。これとは逆に、後側の側板４についてその下端部４ｂが筒状であり、前側の側板３については全域にわたって板厚が一定の単なる板であってもよい。

［第２実施形態］
図５は、第２実施形態のトーションビーム１の全体構成を模式的に示す斜視図である。図６は、第２実施形態のトーションビーム１の横断面形状の一例を示す模式図である。図５及び図６を参照して、第２実施形態の場合、前側の側板３の上端縁３ａが天板２の前端縁２ａとコーナ板５を介して接続されている。後側の側板４の上端縁４ａが天板２の後端縁２ｂとコーナ板６を介して接続されている。天板２、前側の側板３及び後側の側板４、並びにコーナ板５及び６の車幅方向ＤＷの長さは同じである。コーナ板５及び６の横断面形状は円弧形である。

第２実施形態の場合、各側板３及び４が天板２と間接的に接続されている。つまり、各側板３及び４がコーナ板５及び６を介して天板２と接続されている。コーナ板５及び６の存在により、Ｌ２ｆ／Ｌ１及びＬ２ｒ／Ｌ１はいずれも０（ゼロ）を超える。また、Ｌ２ｆ／Ｌ１及びＬ２ｒ／Ｌ１はいずれも０．６０以下である。このようなトーションビーム１の横断面形状も、溝形である。

第２実施形態のトーションビーム１も、第１実施形態と同様に、トーションビーム１の重心Ｇｖよりも下方の領域の体積が増加したものとなることに変わりはない。したがって、第２実施形態のトーションビーム１も、第１実施形態と同様の効果を奏する。

［第３実施形態］
図７は、第３実施形態のトーションビーム１の全体構成を模式的に示す斜視図である。図８は、第３実施形態のトーションビーム１の横断面形状の一例を示す模式図である。図７及び図８を参照して、第３実施形態の場合、コーナ板５及び６の横断面形状は直線形である。

第３実施形態の場合も、第２実施形態と同様に、Ｌ２ｆ／Ｌ１及びＬ２ｒ／Ｌ１はいずれも０（ゼロ）を超え、０．６０以下である。このようなトーションビーム１の横断面形状も、溝形である。

第３実施形態のトーションビーム１も、第１実施形態と同様に、トーションビーム１の重心Ｇｖよりも下方の領域の体積が増加したものとなることに変わりはない。したがって、第３実施形態のトーションビーム１も、第１実施形態と同様の効果を奏する。

［第４実施形態］
図９は、第４実施形態のトーションビーム１の全体構成を模式的に示す斜視図である。図１０は、第４実施形態のトーションビーム１の横断面形状の一例を示す模式図である。第４実施形態のトーションビーム１は、第１実施形態のトーションビーム１を変形したものである。

図９及び図１０を参照して、第４実施形態のトーションビーム１では、前側の側板３の下端部３ｂは、上側部３ｃと同様に単なる板である。ただし、下端部３ｂの板厚は、上側部３ｃの板厚よりも厚い。つまり、前側の側板３において、下端部３ｂの車長方向ＤＬの長さ３ｂｔは、上側部３ｃの車長方向ＤＬの長さ３ｃｔよりも長い。

これと同様に、後側の側板４の下端部４ｂは、上側部４ｃと同様に単なる板である。ただし、下端部４ｂの板厚は、上側部４ｃの板厚よりも厚い。つまり、後側の側板４において、下端部４ｂの車長方向ＤＬの長さ４ｂｔは、上側部４ｃの車長方向ＤＬの長さ４ｃｔよりも長い。

第４実施形態のトーションビーム１も、第１実施形態と同様に、トーションビーム１の重心Ｇｖよりも下方の領域の体積が増加したものとなることに変わりはない。したがって、第４実施形態のトーションビーム１も、第１実施形態と同様の効果を奏する。

前側の側板３についてその下端部３ｂの板厚を増加させ、後側の側板４については全域にわたって板厚が一定の単なる板であってもよい。これとは逆に、後側の側板４についてその下端部４ｂの板厚を増加させ、前側の側板３については全域にわたって板厚が一定の単なる板であってもよい。

第４実施形態のように各側板３及び４において下端部３ｂ及び４ｂの板厚を増加させる形態は、第２及び第３実施形態に適用してもよい。前側の側板３についてその下端部３ｂの板厚を増加させる第４実施形態を適用し、後側の側板４についてはその下端部４ｂを筒状にする第１～第３実施形態を適用してもよい。これとは逆に、後側の側板４についてその下端部４ｂの板厚を増加させる第４実施形態を適用し、前側の側板３についてはその下端部３ｂを筒状にする第１～第３実施形態を適用してもよい。

以下に他の変形例を示す。

［変形例１］
図１１は、変形例１のトーションビーム１の全体構成を模式的に示す斜視図である。図１２は、変形例１のトーションビーム１の縦断面形状を示す模式図である。変形例１のトーションビーム１は、一例として、第４実施形態のトーションビーム１を変形したものである。

図１１及び図１２を参照して、変形例１のトーションビーム１は、中板７ｒｉ及び７ｌｅを備える。中板７ｒｉ及び７ｌｅは、トーションビーム１の右端１ｒｉ及び左端１ｌｅそれぞれの近傍に設けられる。中板７ｒｉ及び７ｌｅは、天板２と２つの側板３及び４によって囲まれた空間の内部に設けられる。トーションビーム１を横断面で見たとき、天板２、２つの側板３及び４、及び中板７ｒｉ及び７ｌｅによって、閉断面が形成される。中板７ｒｉ及び７ｌｅによって、トーションビーム１の右端１ｒｉ及び左端１ｌｅそれぞれの近傍のみが補強される。

［変形例２］
図１３は、変形例２のトーションビーム１の全体構成を模式的に示す斜視図である。図１４は、変形例２のトーションビーム１の縦断面形状を示す模式図である。変形例２のトーションビーム１は、一例として、第４実施形態のトーションビーム１を変形したものである。

図１３及び図１４を参照して、変形例２のトーションビーム１は、棒８を備える。棒８は、天板２と２つの側板３及び４によって囲まれた空間の内部に設けられる。棒８は、トーションビーム１の長手方向（車幅方向ＤＷ）の全域にわたって延在する。棒８によって、トーションビーム１全体が補強される。

［変形例３］
図１５は、変形例３のトーションビーム１の横断面形状を示す模式図である。変形例３のトーションビーム１は、一例として、第４実施形態のトーションビーム１を変形したものである。

図１５を参照して、変形例３のトーションビーム１では、前側の側板３の下端部３ｂは、上側部３ｃと同様に単なる板である。ただし、下端部３ｂの板厚は、上側部３ｃの板厚よりも厚い。これに対して、後側の側板４は、全域にわたって板厚が一定の単なる板である。つまり、下端部４ｂの板厚は、上側部４ｃの板厚と同じである。この場合、トーションビーム１のせん断中心位置Ｓｃが車両の前方に寄り、その結果ロールセンタＲｃを高くすることができる。

［変形例４］
図１６は、変形例４のトーションビーム１の横断面形状を示す模式図である。変形例４のトーションビーム１は、一例として、第３実施形態のトーションビーム１と第４実施形態のトーションビーム１を組み合わせたものである。

図１６を参照して、変形例４のトーションビーム１では、前側の側板３の上端縁３ａが天板２の前端縁２ａとコーナ板５を介して接続されている。一方、後側の側板４の上端縁４ａが天板２の後端縁２ｂと直接接続されている。変形例４の場合、Ｌ２ｆがＬ２ｒよりも大きい。この場合、トーションビーム１のせん断中心位置Ｓｃが車両の前方に寄り、その結果ロールセンタＲｃを高くすることができる。

変形例１～変形例４は相互に組み合わせることができる。

実施例１では、溝形の横断面形状を有するトーションビームの有効性を調査した。図１７は、実施例１において検討した溝形の横断面形状を示す図である。図１８は、実施例１において検討した比較のためのＶ字形の横断面形状を示す図である。図１７に示す溝形の横断面形状、及び図１８に示すＶ字形の横断面形状のそれぞれについて、数値解析により、せん断中心位置Ｓｃ、車高方向ＤＨの曲げ剛性、車長方向ＤＬの曲げ剛性、及びねじり剛性を調査した。図１７及び図１８には、参考のため、各横断面形状のトーションビーム１におけるせん断中心位置Ｓｃと重心Ｇｖを示している。

図１７を参照して、溝形の横断面形状は、天板２、２つの側板３及び４、並びに２つのコーナ板５及び６によって形成した。各側板３及び４の下端から天板２までの高さ（車高方向ＤＨの長さ）は８０ｍｍであった。側板３及び４同士の間隔（車長方向ＤＬの長さ）は８０ｍｍであった。コーナ板５及び６の横断面形状は円弧形であり、その曲率半径は１０ｍｍであった。つまり、Ｌ２ｆ及びＬ２ｒはそれぞれ１０ｍｍであった。これらの寸法関係から、各側板３及び４の高さ（車高方向ＤＨの長さ）は７０ｍｍであった。天板２の幅（車長方向ＤＬの長さ）は６０ｍｍであった。つまり、Ｌ１は６０ｍｍであった。

天板２を車長方向ＤＬに沿って３つの領域に均等に区分した。それらの領域を前方から順に、前方領域（ii）、中央領域（i）及び後方領域（ii）とした。各コーナ板５及び６の領域をコーナ域（iii）とした。各側板３及び４を車高方向ＤＨに沿って３つの領域に均等に区分した。それらの領域を上方から順に上方領域（iv）、中間領域（v）及び下方領域（vi）とした。少なくとも下方領域（vi）は、トーションビームの重心Ｇｖより下方に位置していた。

図１８を参照して、Ｖ字形の横断面形状は、嶺板１０１、並びに２つの傾斜板１０２及び１０３によって形成した。各傾斜板１０２及び１０３の下端から嶺板１０１までの高さ（車高方向ＤＨの長さ）は８０ｍｍであった。傾斜板１０２及び１０３同士のなす角度は６０°であり、傾斜板１０２及び１０３の下端同士の間隔（車長方向ＤＬの長さ）は８０ｍｍであった。嶺板１０１の横断面形状は円弧形であり、その曲率半径は１４ｍｍであった。

嶺板１０１の領域を嶺域（i）とした。各傾斜板１０２及び１０３を傾斜面に沿って３つの領域に均等に区分した。それらの領域を上方から順に上方領域（ii）、中間領域（iii）及び下方領域（iv）とした。少なくとも下方領域（iv）は、トーションビーム１の重心Ｇｖより下方に位置していた。

溝形の横断面形状及びＶ字形の横断面形状のそれぞれにおいて、各領域（i）～（vi）の基本となる板厚ｔを４ｍｍとした。そして、各領域（i）～（vi）の板厚を基本板厚ｔから種々変更した。板厚の変化量は、「＋０．５ｍｍ」及び「＋１．０ｍｍ」とした。

図１９～図２２は、横断面形状が溝形である場合の結果を示す。図２３～図２６は、横断面形状がＶ字形である場合の結果を示す。これらの図のうち、図１９及び図２３はせん断中心位置を示す。図２０及び図２４は車高方向ＤＨの曲げ剛性（上下曲げ剛性）を示す。図２１及び図２５は車長方向ＤＬの曲げ剛性（前後曲げ剛性）を示す。図２２及び図２６はねじり剛性を示す。図１９～図２６のいずれにも、板厚が基準板厚ｔであるときの結果に対する変化が示される。

図１９～図２６に示される結果から下記のことが言える。溝形の横断面形状及びＶ字形の横断面形状のいずれも開断面である。図１９に示すように、横断面形状が溝形である場合、各側板３及び４の下方領域（vi）の板厚が増加すれば、せん断中心位置Ｓｃが高くなる。図２３に示すように、横断面形状がＶ字形である場合でも、各傾斜板１０２及び１０３の下方領域（iv）の板厚が増加すれば、せん断中心位置Ｓｃが高くなる。つまり、トーションビーム１の重心Ｇｖよりも下方の領域の体積（質量）が増加すれば、せん断中心位置Ｓｃが高くなる。ただし、Ｖ字形の横断面形状よりも、溝形の横断面形状の場合に、せん断中心位置Ｓｃの上昇が著しい。したがって、横断面形状を溝形とし、トーションビーム１の重心Ｇｖよりも下方の領域の体積を増加させることは、せん断中心位置Ｓｃの上昇に有効である。

さらに、図２０～図２２に示すように、横断面形状が溝形である場合、各側板３及び４の下方領域（vi）の板厚が増加すれば、曲げ剛性及びねじり剛性も高くなる。したがって、横断面形状を溝形とし、トーションビーム１の重心Ｇｖよりも下方の領域の体積を増加させることは、曲げ剛性及びねじり剛性の確保にも有効である。

実施例２では、溝形の横断面形状を有するトーションビームにおいて、Ｌ２ｆ／Ｌ１及びＬ２ｒ／Ｌ１がせん断中心位置に与える影響を調査した。図２７は、実施例２において検討した溝形の横断面形状を示す図である。図２７に示す溝形の横断面形状について、数値解析により、せん断中心位置Ｓｃを調査した。図２７には、参考のため、トーションビーム１におけるせん断中心位置Ｓｃと重心Ｇｖを示している。

図２７を参照して、溝形の横断面形状は、天板２、２つの側板３及び４、並びに２つのコーナ板５及び６によって形成した。コーナ板５及び６の横断面形状は直線形であった。各側板３及び４の下端から天板２までの高さ（車高方向ＤＨの長さ）は８０ｍｍであった。側板３及び４同士の間隔（車長方向ＤＬの長さ）は８０ｍｍであった。

天板２の車長方向ＤＬの長さＬ１、天板２の前端縁２ａから前側の側板３の上端縁３ａまでの車長方向ＤＬの長さＬ２ｆ、及び天板２の後端縁２ｂから後側の側板４の上端縁４ａまでの車長方向ＤＬの長さＬ２ｒを種々変更した。長さＬ２ｆと長さＬ２ｒは同じであった。なお、板厚は４ｍｍで一定とした。

図２８は、実施例２の結果を示す。図２８には、Ｌ２ｆ及びＬ２ｒが０（ゼロ）であるときの結果に対する比率が示される。

図２８に示す結果から下記のことが言える。Ｌ２ｆ／Ｌ１及びＬ２ｒ／Ｌ１が０．６０以下であれば、せん断中心位置Ｓｃが高まる。Ｌ２ｆ／Ｌ１及びＬ２ｒ／Ｌ１が０．５０以下であれば、せん断中心位置Ｓｃが効果的に高まる。Ｌ２ｆ／Ｌ１及びＬ２ｒ／Ｌ１が０．４０以下であれば、せん断中心位置Ｓｃがより効果的に高まる。

以上、本発明の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。

１：トーションビーム
２：天板
２ａ：天板の前端縁
２ｂ：天板の後端縁
３、４：側板
３ａ、４ａ：側板の上端縁
３ｂ、４ｂ：側板の下端部
３ｃ、４ｃ：側板の上側部
５、６：コーナ板
３ｂｔ、３ｃｔ、４ｂｔ、４ｃｔ：長さ
Ｓｃ：トーションビームのせん断中心位置
Ｇｖ：トーションビームの重心
ＤＷ：車幅方向
ＤＨ：車高方向
ＤＬ：車長方向

Claims (5)

1. 車両に取り付けられるトーションビームであって、
   前記車両の幅方向に延びる天板と、
   前記天板の前端縁に接続されて下方及び前記幅方向に延びる側板と、
   前記天板の後端縁に接続されて下方及び前記幅方向に延びる他の側板と、を備え、
   前記天板の前記車両の前後方向の長さがＬ１であり、前記天板の前記前端縁から前記前端縁に接続される前記側板の上端縁までの前記前後方向の長さがＬ２ｆであり、前記天板の前記後端縁から前記後端縁に接続される前記側板の上端縁までの前記前後方向の長さがＬ２ｒであるとき、Ｌ２ｆ／Ｌ１及びＬ２ｒ／Ｌ１は０．６０以下であり、
   ２つの前記側板のうち、前記天板の前記前端縁に接続される一方の前記側板において、前記トーションビームの重心よりも下方に位置する下端部の前記前後方向の長さは、他の部分の前記前後方向の長さよりも長い、トーションビーム。
2. 車両に取り付けられるトーションビームであって、
   前記車両の幅方向に延びる天板と、
   前記天板の前端縁に接続されて下方及び前記幅方向に延びる側板と、
   前記天板の後端縁に接続されて下方及び前記幅方向に延びる他の側板と、を備え、
   前記天板の前記車両の前後方向の長さがＬ１であり、前記天板の前記前端縁から前記前端縁に接続される前記側板の上端縁までの前記前後方向の長さがＬ２ｆであり、前記天板の前記後端縁から前記後端縁に接続される前記側板の上端縁までの前記前後方向の長さがＬ２ｒであるとき、Ｌ２ｆ／Ｌ１及びＬ２ｒ／Ｌ１は０．６０以下であり、
   ２つの前記側板のうち少なくとも一方の前記側板において、前記トーションビームの重心よりも下方に位置する下端部の前記前後方向の長さは、他の部分の前記前後方向の長さよりも長く、
   Ｌ２ｆがＬ２ｒよりも大きい、トーションビーム。
3. 請求項１に記載のトーションビームであって、
   Ｌ２ｆがＬ２ｒよりも大きい、トーションビーム。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のトーションビームであって、
   前記一方の側板のうち、前記下端部は、前記幅方向に延びる筒状である、トーションビーム。
5. 請求項１から３のいずれか１項に記載のトーションビームであって、
   前記一方の側板のうち、前記下端部の板厚は、前記他の部分の板厚よりも厚い、トーションビーム。

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