JP7441679B2

JP7441679B2 - トーションビーム式サスペンション

Info

Publication number: JP7441679B2
Application number: JP2020037778A
Authority: JP
Inventors: 正幸佐々木; 圭古木; 遥高草木
Original assignee: FTECH CO., LTD.
Current assignee: FTECH CO., LTD.
Priority date: 2020-03-05
Filing date: 2020-03-05
Publication date: 2024-03-01
Anticipated expiration: 2040-03-05
Also published as: CN113352836B; JP2021138282A; CN113352836A

Description

本発明は、トーションビーム式サスペンションに関し、特に、四輪自動車等の車両に装着されるトーションビーム式サスペンションに関するものである。

近年、四輪自動車等の車両用サスペンション装置に対しては、部品点数が少なく、構造が比較的簡素で、スペース効率に優れるトーションビーム式サスペンションが、小排気量車等を中心に多く採用されてきている。

そのため、かかるトーションビーム式サスペンションに対しては、その生産性等を向上させながら、その強度や剛性をより増大させることが求められている。

かかる状況下で、特許文献１は、自動車用のツイストビームアクスルに関し、重量増加を抑えつつ捩率を調節可能なものとするために、トーション部の幅方向における中央部分では、その断面がオメガ形状である構成を開示している。

欧州特許出願公開第２０９８３９１号明細書

しかしながら、本発明者の検討によれば、特許文献１のツイストビームアクスルの構成においては、トーション部の幅方向における中央部分の断面形状をその他の部分のものとは異形のオメガ形状に設定しているものであるため、トーション部を捩るモーメントに対して応力が集中する傾向の高い幅方向における中央部分で、その必要な強度を確保しつつ所望の捩り特性を得ることが前提となっており、捩り特性の調節自由度は決して高いものとはいえず、多種多様な車両の仕様に適用すべく捩り特性の調整自由度を上げるという観点では改善の余地がある。

ここで、本発明者の更なる検討により、ツイストビームアクスルといった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ついて、それに支持される両輪への逆位相の上下荷重入力に起因する捩りモーメント印加時の応力解析を行ったところ、特許文献１が開示する構成とは異なる構成で、その応力集中を効果的に緩和しながら捩り特性の調整幅を拡大することができることを知見した。

本発明は、以上の検討を経てなされたもので、良好な生産性や高い強度を確保しながら捩り特性を高い自由度で調整することができるトーションビーム式サスペンションを提供することを目的とする。

以上の目的を達成すべく、本発明の第１の局面においては、一端側が車体に支持される一方で他端部に車輪を支持し前記車体の一対のトレーリングアームを連結して前記車体の幅方向に延在すると共に、前記幅方向における中央に配置されて前記幅方向に延在する中央部、前記中央部に接続し前記幅方向において前記中央部の一方の側に配置されて前記幅方向に延在する第１延在部、前記第１延在部を前記一対のトレーリングアームの一方に接続する第１接続部、前記中央部に接続し前記幅方向において前記中央部の他方の側に配置されて前記幅方向に延在する第２延在部、及び前記第２延在部を前記一対のトレーリングアームの他方に接続する第２接続部を有するトーションビームを備えるトーションビーム式サスペンションであって、前記第１接続部と前記第２接続部とにわたって、前記トーションビームの前記車体の上下方向における上方側を塞ぐ上壁、前記車体の前後方向の前方側で前記上壁から垂下する前壁、及び前記前後方向の後方側で前記上壁から垂下する後壁を備え、前記前後方向及び前記上下方向で規定される平面に平行な平面で前記トーションビームを切った断面で、前記第１延在部の断面積及び前記第２延在部の断面積よりも前記中央部の断面積の方が小さく設定され、前記第１延在部及び前記第２延在部における各々の前記前壁は、前記後方側に向かって陥設された前凹部を有すると共に、前記第１延在部及び前記第２延在部における各々の前記後壁は、前記前方側に向かって陥設された後凹部を有し、前記中央部における前記前壁には、前記前凹部が配置されず、前記中央部における前記後壁には、前記後凹部が配置されず、前記第１延在部及び前記第２延在部における各々の前記前壁は、前記中央部における前記前壁よりも前記前方側に向かって張り出して膨らんだ前膨出壁を有し、前記前凹部は、前記前膨出壁の前記上下方向における下方側であって、前記第１延在部及び前記第２延在部における各々の前記前壁の下端側に偏位して配置され、前記第１延在部及び前記第２延在部における各々の前記後壁は、前記中央部における前記後壁よりも前記後方側に向かって張り出して膨らんだ後膨出壁を有し、前記後凹部は、前記後膨出壁の前記下方側であって、前記第１延在部及び前記第２延在部における各々の前記後壁の下端側に偏位して配置される構成を有する。

また、本発明は、かかる第１の局面に加え、前記第１延在部及び前記第２延在部の前記断面においては、各々、前記前後方向の長さと前記上下方向の長さとが異なるように設定されることを第２の局面とする。

また、本発明は、かかる第１の局面に加え、前記中央部の前記断面においては、前記前後方向の長さよりも前記上下方向の長さが長くなるように設定されることを第３の局面とする。

本発明の第１の局面における構成によれば、前後方向及び上下方向で規定される平面に平行な平面でトーションビームを切った断面で、第１延在部の断面積及び第２延在部の断面積よりも中央部の断面積の方が小さく設定され、第１延在部及び第２延在部における各々の前壁は、後方側に向かって陥設された前凹部を有すると共に、第１延在部及び第２延在部における各々の後壁は、前方側に向かって陥設された後凹部を有し、中央部における前壁には、前凹部が配置されず、中央部における後壁には、後凹部が配置されず、第１延在部及び第２延在部における各々の前壁が、中央部における前壁よりも前方側に向かって張り出して膨らんだ前膨出壁を有し、前凹部が、前膨出壁の上下方向における下方側であって、第１延在部及び第２延在部における各々の前壁の下端側に偏位して配置され、第１延在部及び第２延在部における各々の後壁が、中央部における後壁よりも後方側に向かって張り出して膨らんだ後膨出壁を有し、後凹部が、後膨出壁の下方側であって、第１延在部及び第２延在部における各々の後壁の下端側に偏位して配置される構成を有することにより、良好な生産性や高い強度を確保しながら捩り特性を高い自由度で調整することができる。

また、本発明の第２の局面における構成によれば、前後方向及び上下方向で規定される平面に平行な平面でトーションビームを切った断面で、第１延在部及び第２延在部が、各々、互いに異なる長さに設定された前後方向の長さと上下方向の長さとを有することにより、応力集中を緩和しながら捩り特性をより自由度高く調整することができる。

また、本発明の第３の局面における構成によれば、前後方向及び上下方向で規定される平面に平行な平面でトーションビームを切った断面で、中央部が、前後方向の長さよりも長く設定された上下方向の長さを有することにより、応力集中を緩和しながら捩り特性をより自由度高く調整することができる。

本発明の実施形態におけ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を示す平面図である。本実施形態におけ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を示す底面図である。本実施形態におけ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を示す前面図である。本実施形態におけ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を示す後面図である。図１のＡ－Ａ断面図である。図１のＢ－Ｂ断面図である。

以下、図１から図６を適宜参照して、本発明の実施形態におけ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につき詳細に説明する。なお、図中、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸は、３軸直交座標系を成す。また、ｘ軸の正方向が車体の右方向であり、ｙ軸の正方向が車体の前方向であり、かつ、ｚ軸の正方向が車体の上方向である。また、ｘ軸の方向を幅方向、ｙ軸の方向を長手方向、及びｚ軸の方向を上下方向と呼ぶことがある。

図１から図４は、本実施形態におけ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を示す平面図、底面図、前面図及び後面図である。また、図５は、図１のＡ－Ａ断面図であり、図６は、図１のＢ－Ｂ断面図である。なお、図６においては、便宜上、トーションビームの左側の構成要素の符号に加え、トーションビームの右側の構成要素の符号を括弧内に示している。

まず、本実施形態におけ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の全体構成について、図１を参照しながら、詳細に説明する。

図１に示すように、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１は、図示を省略する四輪自動車等の車両のリアサスペンションに適用され、トーションビーム１の幅方向の両端に左右で一対のトレーリングアームＴＡを装着する。

一対のトレーリングアームＴＡは、各々、それらの後方の部分で車輪を支持しながらそれらの前方の部分でブッシュ部材等を介してリヤサイドフレーム等の車体に回動自在に装着され、それらの長手方向の中間部分にトーションビーム１が接続するものであり、典型的には、鋼材等の金属製の板部材やパイプ部材から成る筒状部材であって、トーションビーム１とアーク溶接等で溶接されるものである。

また、トーションビーム１は、上方側に凸の形状を呈しその下方側が開放された鋼板等の金属板から成るプレス成形板部材であって、幅方向に延在しながら、その幅方向の両端で一対のトレーリングアームＴＡの長手方向における中間部分を各々連結するものである。

次に、トーションビーム１の構成につき、更に図２から図６をも参照しながら、より詳細に説明する。

トーションビーム１は、その幅方向における中央に配置されると共に幅方向に延在する中央部２、中央部２に接続し幅方向において中央部２の左方側に配置されると共に幅方向に延在する左延在部４、左延在部４を左側のトレーリングアームＴＡに接続する左接続部２４、中央部２に接続し幅方向において中央部２の右方側に配置されると共に幅方向に延在する右延在部６、及び右延在部６を右側のトレーリングアームＴＡに接続する右接続部２６を有する。

ここで、トーションビーム式サスペンションは、トーションビーム１の幅方向の中央、つまり中央部２の幅方向における中央でｙ－ｚ平面に平行な平面に対して左右対称であり、図５が示す図１のＡ－Ａ断面図は、中央部２の幅方向おける中央をｙ－ｚ平面に平行な平面で切った縦断面を示し、図６が示す図１のＢ－Ｂ断面図は、左延在部４をｙ－ｚ平面に平行な平面で切ってその幅方向おける代表的な縦断面を示すと共に、かかる図６が示す図１のＢ－Ｂ断面図は、右延在部６の幅方向おける代表的な縦断面と同一である。

左延在部４は、左側のトレーリングアームＴＡと溶接される際にそのトレーリングアームＴＡの対応部分の形状に整合するように切り欠かれた左切欠部２５を有し、左切欠部２５が左側のトレーリングアームＴＡに当接した状態で、左延在部４のかかる当接部がそのトレーリングアームＴＡに溶接されることにより、左延在部４が左接続部２４で左側のトレーリングアームＴＡに接続されることになる。同様に、右延在部６は、右側のトレーリングアームＴＡと溶接される際にそのトレーリングアームＴＡの対応部分の形状に整合するように切り欠かれた右切欠部２７を有し、右切欠部２７が右側のトレーリングアームＴＡに当接した状態で、右延在部６のかかる当接部がそのトレーリングアームＴＡに溶接されることにより、右延在部６が右接続部２６で右側のトレーリングアームＴＡに接続されることになる。

詳しくは、左接続部２４と右接続部２６とにわたって、つまりトーションビーム１の幅方向における全体にわたって、中央部２、左延在部４及び右延在部６は、それらの上方側を塞ぐ上壁２２、上壁２２の前端部から下方側に向かって垂下する前壁１２、及び上壁２２の後端部から下方側に向かって垂下する後壁１６を備える。典型的には、上壁２２は、ｘ－ｙ平面に平行な平坦面部から成り、前壁１２及び後壁１６は、ｘ－ｚ平面に平行な平坦面部から成って、前壁１２と後壁１６とは、前後方向で対向して配設されることになる。なお、トーションビーム１における強度や捩り特性を設定する際の必要に応じて、前壁１２の下端から前方向に延在する前フランジ１３及び後壁１６の下端から後方向に延在する後フランジ１７を設けてもよい。また、トーションビーム１は、上壁２２が上下方向に直交する姿勢のみならず、必要に応じて、上壁２２が上下方向に斜めに交差するような姿勢をとるものであってもよい。

中央部２でトーションビーム１の捩り特性の基本特性を規定する観点から、中央部２をｙ－ｚ平面に平行な平面で切った縦断面の断面積は、左延在部４をｙ－ｚ平面に平行な平面で切った縦断面の断面積及び右延在部６をｙ－ｚ平面に平行な平面で切った縦断面の断面積よりも小さく設定されていることが好ましい。

図５及び図６に代表して示すように、一対のトレーリングアームＴＡの各々の車輪支持部に典型的には逆相の上下荷重入力を与えた場合のモーメントＭにより、トーションビーム１の各部位には応力が生じるが、かかる場合のトーションビーム１への応力集中を緩和する観点から、左延在部４及び右延在部６における各々の前壁１２は、後方側に向かって陥設された所謂インバース形状の前左凹部３２及び前右凹部３４を有すると共に、左延在部４及び右延在部６における各々の後壁１６は、前方側に向かって陥設された所謂インバース形状の後左凹部３６及び後右凹部３８を有する。また、中央部２における前壁１２には、前左凹部３２及び前右凹部３４のような前凹部が一切配置されず、中央部２における後壁１６には、後左凹部３６及び後右凹部３８のような後凹部が一切配置されない。つまり、図３に代表して示すように、前左凹部３２及び前右凹部３４間の幅方向における距離Ｌ０は、前左凹部３２の右端部と前右凹部３４の左端部との間が中央部２で途切れて互いに接続されないように、中央部２の幅方向における長さ（ゼロより長い所定長さ）以上に設定されている。また、一対のトレーリングアームＴＡとトーションビーム１との溶接性を確保できる場合には、前左凹部３２及び左接続部２４の左切欠部２５間の幅方向における距離Ｌ１は、前左凹部３２の左端部を左切欠部２５まで延ばすこともできるため、かかる場合には、距離Ｌ１は、ゼロに設定されてもかまわない。かかる構成は、後左凹部３６及び後右凹部３８においても同様である。

また、トーションビーム１の強度や捩り特性を設定する際の煩雑さを回避してかかる設定を簡素化し、更にそのプレス成形性を向上する観点からは、前左凹部３２及び前右凹部３４、並びに後左凹部３６及び後右凹部３８は、中央部２の幅方向における中央でｙ－ｚ平面に平行な平面に対して左右対称に配置されていることに加え、それらをｙ－ｚ平面に平行な平面で切った縦断面で典型的には同一の大きさの円弧状である。なお、トーションビーム１の応力集中を緩和しながらそれを所望の捩り特性に調整する際の確実性やそれを成形する際のいわゆる形状凍結性を向上する観点からは、前左凹部３２及び前右凹部３４、並びに後左凹部３６及び後右凹部３８は、円弧状壁から成るのではなく直状壁から成るものであってもよい。

トーションビーム１の捩り特性を高い自由度で調整する観点からは、中央部２をｙ－ｚ平面に平行な平面で切った縦断面の形状においては、上下方向の長さが前後方向の長さよりも長く設定されていることが好ましい。つまり、図５に代表的に示すように、中央部２において、前壁１２の上下方向における長さ（図５のように、前フランジ１３が設けられる場合には、前フランジ１３を含む長さ）Ｈ０は、上壁２２の前後方向における長さＷ０よりも長く設定されている。また、トーションビーム１の応力集中を緩和しながらトーションビーム１の捩り特性を高い自由度で調整することを可能とする観点からは、左延在部４をｙ－ｚ平面に平行な平面で切った縦断面の形状、及び右延在部６をｙ－ｚ平面に平行な平面で切った縦断面の形状においては、上下方向の長さと前後方向の長さとは、互いに等しい長さに設定するのではなくて、互いに異なる長さに設定することが好ましい。つまり、図６に一例として示すように、左延在部４及びそれと左右対称な右延在部６において、前壁１２の上下方向における長さ（図６のように、前フランジ１３が設けられる場合には、前フランジ１３を含む長さ）Ｈ１は、上壁２２の前後方向における長さＷ１よりも長く設定されているが、周辺部品等のレイアウト等の拘束条件を満足するように、長さＨ１よりも長さＷ１が長く設定されることも可能である。

また、中央部２に加え、左延在部４及び右延在部６で少なくとも前左凹部３２、前右凹部３４、後左凹部３６及び後右凹部３８が設けられている部分では、強度や捩り特性を設定する際の煩雑さを回避する観点からは、前壁１２及び後壁１６は、上壁２２の前後方向における中央でｘ－ｚ平面に平行な平面に対して前後対称であることが好ましいため、かかる場合、中央部２における後壁１６の上下方向における長さ（後フランジ１７が設けられる場合には、後フランジ１７を含む長さ）はＨ０であり、左延在部４及びそれと左右対称な右延在部６における後壁１６の上下方向における長さ（後フランジ１７が設けられる場合には、後フランジ１７を含む長さ）はＨ１である。

左延在部４及び右延在部６の各々の縦断面を大きく確保する観点からは、左延在部４及び右延在部６における各々の前壁１２は、中央部２における前壁１２よりも前方側に向かって張り出して膨らんだ前左膨出壁１４及び前右膨出壁１５となり、左延在部４及び右延在部６における各々の後壁１６は、中央部２における後壁１６よりも後方側に向かって張り出して膨らんだ後左膨出壁１８及び後右膨出壁１９となることが好ましい。また、プレス成形性を向上する観点からは、前左凹部３２及び前右凹部３４、並びに後左凹部３６及び後右凹部３８がそれらをｙ－ｚ平面に平行な平面で切った縦断面で同一の大きさの円弧状を有していることに加えて、前左膨出壁１４、前右膨出壁１５、後左膨出壁１８及び後右膨出壁１９は、直状壁であることが好ましい。

また、トーションビーム１の曲げや捩りに対する剛性を向上する観点からは、前左凹部３２及び前右凹部３４は、左延在部４及び右延在部６における各々の前壁１２の下端側に向けて偏位して配置（前フランジ１３が設けられる場合には、前フランジ１３と連なるように）され、後左膨出壁１８及び後右膨出壁１９との両立を図る観点からは、後左凹部３６及び後右凹部３８は、左延在部４及び右延在部６における各々の後壁１６の下端側に向けて偏位して配置（後フランジ１７が設けられる場合には、後フランジ１７と連なるように）されることが好ましい。図６に一例としてに示すように、左延在部４及びそれと左右対称な右延在部６において、前左凹部３２及び前右凹部３４の上下方向における長さＨ１１は、前左膨出壁１４及び前右膨出壁１５の上下方向における長さＨ１２よりも短く設定されているが、必要に応じて、長さＨ１１が長さＨ１２よりも長く設定されていてもよい。また、かかる事情は、左延在部４及びそれと左右対称な右延在部６における後左凹部３６及び後右凹部３８において、同様である。

また、図示を省略するスプリング載置部材の支持強度を確保しながらトーションビーム１と一対のトレーリングアームＴＡとの接合強度を各々増強する観点からは、左延在部４の左接続部２４側における左切欠部２５の後部及び右延在部６の右接続部２６における右切欠部２７の後部は、各々後方側に向かって偏位した形状を有することが好ましい。

以上の本実施形態のトーションビーム式サスペンションにおいては、前後方向及び上下方向で規定される平面に平行な平面でトーションビーム１を切った断面で、第１延在部４の断面積及び第２延在部６の断面積よりも中央部２の断面積の方が小さく設定され、第１延在部４及び第２延在部６における各々の前壁１２は、後方側に向かって陥設された前凹部３２、３４を有すると共に、第１延在部４及び第２延在部６における各々の後壁１６は、前方側に向かって陥設された後凹部３６、３８を有し、中央部２における前壁１２には、前凹部が配置されず、中央部２における後壁１６には、後凹部が配置されない構成を有することにより、良好な生産性や高い強度を確保しながら捩り特性を高い自由度で調整することができる。

また、本実施形態のトーションビーム式サスペンションにおいては、前後方向及び上下方向で規定される平面に平行な平面でトーションビーム１を切った断面で、第１延在部４及び第２延在部６が、各々、互いに異なる長さに設定された前後方向の長さＷ１と上下方向の長さＨ１とを有することにより、応力集中を緩和しながら捩り特性をより自由度高く調整することができる。

また、本実施形態のトーションビーム式サスペンションにおいては、前後方向及び上下方向で規定される平面に平行な平面でトーションビーム１を切った断面で、中央部２が、前後方向の長さＷ０よりも長く設定された上下方向の長さＨ０を有することにより、応力集中を緩和しながら捩り特性をより自由度高く調整することができる。

なお、本発明は、部材の種類、形状、配置、個数等は前述の実施形態に限定されるものではなく、その構成要素を同等の作用効果を奏するものに適宜置換する等、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることはもちろんである。

以上のように、本発明においては、良好な生産性や高い強度を確保しながら捩り特性を高い自由度で調整することができるトーションビーム式サスペンションを提供することができるものであるため、その汎用普遍的な性格から広範に車両等の移動体のトーションビーム式サスペンションの分野に適用され得るものと期待される。

１…トーションビーム
２…中央部
４…左延在部
６…右延在部
１２…前壁
１３…前フランジ
１４…前左膨出壁
１５…前右膨出壁
１６…後壁
１７…後フランジ
１８…後左膨出壁
１９…後右膨出壁
２２…上壁
２４…左接続部
２５…左切欠部
２６…右接続部
２７…右切欠部
３２…前左凹部
３４…前右凹部
３６…後左凹部
３８…後右凹部
ＴＡ…トレーリングアーム

Claims

一端側が車体に支持される一方で他端部に車輪を支持し前記車体の一対のトレーリングアームを連結して前記車体の幅方向に延在すると共に、前記幅方向における中央に配置されて前記幅方向に延在する中央部、前記中央部に接続し前記幅方向において前記中央部の一方の側に配置されて前記幅方向に延在する第１延在部、前記第１延在部を前記一対のトレーリングアームの一方に接続する第１接続部、前記中央部に接続し前記幅方向において前記中央部の他方の側に配置されて前記幅方向に延在する第２延在部、及び前記第２延在部を前記一対のトレーリングアームの他方に接続する第２接続部を有するトーションビームを備えるトーションビーム式サスペンションであって、
前記第１接続部と前記第２接続部とにわたって、前記トーションビームの前記車体の上下方向における上方側を塞ぐ上壁、前記車体の前後方向の前方側で前記上壁から垂下する前壁、及び前記前後方向の後方側で前記上壁から垂下する後壁を備え、
前記前後方向及び前記上下方向で規定される平面に平行な平面で前記トーションビームを切った断面で、前記第１延在部の断面積及び前記第２延在部の断面積よりも前記中央部の断面積の方が小さく設定され、
前記第１延在部及び前記第２延在部における各々の前記前壁は、前記後方側に向かって陥設された前凹部を有すると共に、前記第１延在部及び前記第２延在部における各々の前記後壁は、前記前方側に向かって陥設された後凹部を有し、
前記中央部における前記前壁には、前記前凹部が配置されず、前記中央部における前記後壁には、前記後凹部が配置されず、
前記第１延在部及び前記第２延在部における各々の前記前壁は、前記中央部における前記前壁よりも前記前方側に向かって張り出して膨らんだ前膨出壁を有し、前記前凹部は、前記前膨出壁の前記上下方向における下方側であって、前記第１延在部及び前記第２延在部における各々の前記前壁の下端側に偏位して配置され、
前記第１延在部及び前記第２延在部における各々の前記後壁は、前記中央部における前記後壁よりも前記後方側に向かって張り出して膨らんだ後膨出壁を有し、前記後凹部は、前記後膨出壁の前記下方側であって、前記第１延在部及び前記第２延在部における各々の前記後壁の下端側に偏位して配置されるトーションビーム式サスペンション。
前記第１延在部及び前記第２延在部の前記断面においては、各々、前記前後方向の長さと前記上下方向の長さとが異なるように設定される請求項１に記載のトーションビーム式サスペンション。
前記中央部の前記断面においては、前記前後方向の長さよりも前記上下方向の長さが長くなるように設定される請求項１又は２に記載のトーションビーム式サスペンション。