JPWO2014118915A1 - トーションビーム、トーションビーム組立体及びトーションビーム式サスペンション装置 - Google Patents
トーションビーム、トーションビーム組立体及びトーションビーム式サスペンション装置 Download PDFInfo
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Abstract
自動車の車体に揺動自在に連結され車輪を回転自在に取付けるようにした自動車の前後方向に延びる一対のアーム部材を備えた自動車のサスペンション装置で用いるトーションビームが開示される。トーションビームには長手方向に延びる凹所が形成されており、それによって、該トーションビームは、長手方向に垂直な平面において第1と第2の脚部を有して略V字形の断面形状を呈している。トーションビームは、該トーションビームの両端に設けられアーム部材に結合される接続部と、該トーションビームの長手方向の中央部に設けられた一定形状部と、該一定形状部と接続部との間に設けられた非対称形状部とを備えている。非対称形状部では、凹所の深さが接続部から一定形状部へ向けて次第に深くなり、かつ、第1の脚部が第2の脚部の幅寸法よりも大きな幅寸法を有しいる。
Description
本発明は、自動車用トーションビーム式サスペンション装置に関し、特に金属疲労を抑制可能なトーションビーム、該トーションビームを備えたトーションビーム組立体及びトーションビーム式サスペンション装置に関する。
周知のように、自動車の分野では、トーションビーム式サスペンション装置が広範に用いられている。トーションビーム式サスペンション装置は、左右一対のアーム部材と、該アーム部材を互いに連結するトーションビームとを備えている。アーム部材の各々は、基端部が車体に回転自在に連結され、先端部に車輪が回転自在に取り付けられる。アーム部材の各々と、車体との間にダンパーが取付けられる。トーションビームの各端部の近傍にはスプリング受部が設けられており、該スプリング受部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、車体が路面から外力を受けた場合にトーションビームの主に捻れ剛性により車体にロール剛性を与えるようになっている。トーションビームは、車体のロール剛性を考慮して適切な捻れ剛性を発揮するような断面形状を有しており、該断面形状は、一般的には車体の前後方向に対称に形成されている(例えば、特許文献1参照)。
路面から受ける外力により、トーションビームには複雑な応力分布が発生し、車両の使用状況によりトーションビームの金属疲労が進展し易くなる場合がある。
本発明は、こうした従来技術の問題を解決することを技術課題としており、自動車のサスペンションシステムとして用いられ、金属疲労を効率的に抑制可能なトーションビーム、該トーションビームを備えたトーションビーム組立体およびトーションビーム式サスペンション装置を提供することを目的とする。
本発明は、こうした従来技術の問題を解決することを技術課題としており、自動車のサスペンションシステムとして用いられ、金属疲労を効率的に抑制可能なトーションビーム、該トーションビームを備えたトーションビーム組立体およびトーションビーム式サスペンション装置を提供することを目的とする。
発明者らは、トーションビームの捻れ剛性と応力分布との関係につき鋭意研究した結果、トーションビームの長手方向に対して垂直な断面形状に関して、外壁部頂点と内壁部頂点の相対位置を制御することによって、トーションビームの捻れ剛性を一定に保ちながら、トーションビームに生じる応力分布を望ましく変更可能であることを見出した。
本発明によれば、一端において自動車の車体にピボット軸を中心に上下方向に揺動自在に連結され、前記自動車の車体に連結された端部とは反対側の端部に車輪を回転自在に取付けるようにした前記自動車の前後方向に延びる一対のアーム部材を備えた自動車のサスペンション装置で用いるトーションビームにおいて、前記トーションビームは長手方向に延びる凹所を有しており、それによって、該トーションビームは、前記長手方向に垂直な平面において第1と第2の脚部を有して略V字形または略U字形の断面形状を呈し、前記トーションビームは、該トーションビームの両端に設けられ前記アーム部材に結合される接続部と、該トーションビームの長手方向の中央部に設けられた一定形状部と、該一定形状部と前記接続部との間に設けられた非対称形状部とを備え、前記一定形状部では、前記凹所が一定の深さを有し、かつ、前記第1と第2の脚部が概ね同一の太さ或いは幅寸法を有しており、前記非対称形状部では、前記凹所の深さが前記接続部から前記一定形状部へ向けて次第に深くなり、かつ、前記第1の脚部が前記第2の脚部の幅寸法よりも大きな幅寸法を有して成るトーションビームが提供される。
本発明によるトーションビームによれば、トーションビームが、トーションビームに発生する最大主応力の値をトーションビームの捻れ剛性と独立して制御することにより、最大主応力の値とトーションビームの剛性とを効率的に設定することができる。その結果、所望のサスペンション性能を確保しつつトーションビームの最大主応力の値を小さくしてトーションビームに生じる金属疲労を効果的に低減することができる。
本発明によるトーションビーム、トーションビーム組立体及びトーションビーム式サスペンション装置によれば、トーションビームに発生する最大主応力の値をトーションビームの剛性と独立して制御することができ、最大主応力の値とトーションビームの剛性とを効率的に設定することができる。その結果、トーションビームの金属疲労に対する強度が向上して耐久性を向上することができる。
以下、添付図面を参照して、本発明の複数の実施形態を説明する。なお、図に示した符号F、Rは、トーションビームを自動車の車体に取り付けたときに車両の前方および後方を示している。
先ず、図1から図7を参照して本発明の第1の実施形態について説明する。
図1において、トーションビーム式リアサスペンション装置1は、トーションビーム組立体10、トーションビーム組立体10と車体との間に配設されたスプリング20およびダンパー30を備える。トーションビーム組立体10は、図1、2に示すように、車体に取り付けたときに、自動車の前後方向に延設された左右一対のアーム部材としてのトレーリングアーム11L、11Rと、該トレーリングアーム11L、11Rを互いに連結するトーションビーム12とを具備している。トーションビーム組立体10は、更に、スプリング20の下端部を支持する左右一対のスプリング受部16L、16R、および、ダンパー30の下端部を支持するダンパー受部(図示せず)を備えている。トレーリングアーム11L、11Rは、基端部がピボット軸JL、JRを中心として上下方向に或いは鉛直面内で揺動自在に車体に連結されている。基端部とは反対側のトレーリングアーム11L、11Rの先端部には、車輪WL、WRが回転自在に取り付けられるようになっている。
先ず、図1から図7を参照して本発明の第1の実施形態について説明する。
図1において、トーションビーム式リアサスペンション装置1は、トーションビーム組立体10、トーションビーム組立体10と車体との間に配設されたスプリング20およびダンパー30を備える。トーションビーム組立体10は、図1、2に示すように、車体に取り付けたときに、自動車の前後方向に延設された左右一対のアーム部材としてのトレーリングアーム11L、11Rと、該トレーリングアーム11L、11Rを互いに連結するトーションビーム12とを具備している。トーションビーム組立体10は、更に、スプリング20の下端部を支持する左右一対のスプリング受部16L、16R、および、ダンパー30の下端部を支持するダンパー受部(図示せず)を備えている。トレーリングアーム11L、11Rは、基端部がピボット軸JL、JRを中心として上下方向に或いは鉛直面内で揺動自在に車体に連結されている。基端部とは反対側のトレーリングアーム11L、11Rの先端部には、車輪WL、WRが回転自在に取り付けられるようになっている。
トーションビーム12は、該トレーリングアーム11L、11R間で自動車の左右方向つまり幅方向に延設された中空部材よりなる。スプリング受部16L、16Rは、トーションビーム12に関してピボット軸JL、JRの反対側、本実施形態では自動車の後方側で、かつ、トレーリングアーム11L、11Rとトーションビーム12との間に形成されており、ダンパー受部(図示せず)は、トレーリングアーム11L、11R上においてスプリング受部16L、16Rの近傍に設けられている。
第1の実施形態によるトーションビーム12は、その長手方向の略中央に設けられた一定形状部13、両端部に設けられトレーリングアーム11L、11Rに結合される第1と第2の接続部15a、15b、一定形状部13と第1と第2の接続部15a、15bとの間に設けられた第1と第2の非対称形状部14a、14bを備えている。トーションビーム12は、図3、図4、図5A〜図5Dに示すように、車体に取り付けたときにピボット軸JL、JRに近い側に配置される第1の脚部18aと、ピボット軸JL、JRから遠い側に配置される第2の脚部18bとを有する概ね倒立VまたはU字形の断面を有している。第1と第2の脚部18a、18bの間に、トーションビーム12の長手方向に延びる凹所17が形成される。凹所17は、第1と第2の接続部15a、15bから一定形状部13へ向けて、第1と第2の非対称形状部14a、14bを通じて深さが次第に深くなり、一定形状部13では深さが略一定となる。
一定形状部13は、トーションビーム12の長手方向に対して垂直な断面形状が、トーションビーム12の長手方向に略変化しなくなる領域である。
第1と第2の接続部15a、15bは、トーションビーム12をトレーリングアーム11L、11Rに結合するのに適した形状を有している。また、第1と第2の接続部15a、15bには、第1と第2の非対称形状部14a、14bに隣接した領域にのみ浅い凹所17(図5D)が形成されている。本実施形態では、凹所17は、トレーリングアーム11L、11Rに結合されるトーションビーム12の先端および該先端に隣接した部分には形成されていない。或いは、第1と第2の接続部15a、15bに凹所17を設けなくともよい。第1と第2の接続部15a、15bは、トーションビーム12の先端から該第1と第2の接続部15a、15bの相当直径に略等しい長さの領域とすることができる。
第1と第2の接続部15a、15bは、トーションビーム12をトレーリングアーム11L、11Rに結合するのに適した形状を有している。また、第1と第2の接続部15a、15bには、第1と第2の非対称形状部14a、14bに隣接した領域にのみ浅い凹所17(図5D)が形成されている。本実施形態では、凹所17は、トレーリングアーム11L、11Rに結合されるトーションビーム12の先端および該先端に隣接した部分には形成されていない。或いは、第1と第2の接続部15a、15bに凹所17を設けなくともよい。第1と第2の接続部15a、15bは、トーションビーム12の先端から該第1と第2の接続部15a、15bの相当直径に略等しい長さの領域とすることができる。
第1と第2の非対称形状部14a、14bは、図5A、5Bに示すように、第1の脚部18aが第2の脚部18bよりも太くなるように、該第1と第2の非対称形状部14a、14bの断面が前後方向に非対称に形成された領域である。
ここで、図2の矢視線B−Bに沿う断面(図5B)の拡大図である図6を参照すると、トーションビーム12は、外壁部19aと内壁部19bとから成り、両者間に内部空間が形成される。外壁部19aは第1の脚部18aの先端点P1から頂点P4を経て第2の脚部18bの先端点P2へ至る壁部分である。内壁部19bは、第1の脚部18aの先端点P1からから凹所17の頂点P3を経て第2の脚部18bの先端点P2へ至る壁部分である。軸線OVは、第1と第2の脚部18a、18bの先端点P1、P2の間の中央を線分P1P2に関して垂直に通過する軸線である。第1の実施形態によるトーションビーム12では、外壁部19aの頂点P4は、軸線OV上に配置されているが、内壁部19bの頂点P3は、非対称形状部14a、14bでは、軸線OVから後方に、つまりピボット軸JL、JRから離反する方向にオフセットされている。
また、図6において、直線L1は、第1と第2の脚部18a、18b双方の先端点P1、P2に接する共通の接線である。直線L2は、直線L1に平行でかつ凹所17の頂点P3に接する直線である。直線L3は、直線L1、L2に平行で、かつ、直線L1、L2から等距離にある直線である。非対称形状部14a、14bでは、第1と第2の脚部18a、18bが直線L3と交差する部分において、第1の脚部18aの太さ或いは幅寸法が、第2の脚部18bの太さ或いは幅寸法よりも大きくなっている。第1の脚部18aの太さ或いは幅寸法は、第1の脚部18aにおいて外壁部19aと内壁部19bの間の中間面IPaと直線L3との交点C1を通過する外壁部19aと内壁部18bとの間の距離LFとすることができる。同様に、第2の脚部18bの太さ或いは幅寸法は、第2の脚部18bにおいて外壁部19aと内壁部19bの間の中間面IPbと直線L3との交点C2における外壁部19aと内壁部18bとの間の距離LRで定義される。
第1と第2の非対称形状部14a、14bにおいて、第1と第2の脚部18a、18bの太さ或いは幅寸法の比α=LF/LRはトーションビーム12の長手方向に変化するが、第1の実施形態では、最大でαmax=1.8となっている。本発明の発明者らは、トーションビーム12の数値解析から以下の事実を発見した。
(1)αの値が大きいほど、第1の脚部18aにおいて凹所17を形成する内壁部19bに生じる引張応力S1が低減される。
(2)αの値が大きいほど、第2の脚部18bにおいて凹所17を形成する内壁部19bに生じる引張応力S2が増加する。
(1)αの値が大きいほど、第1の脚部18aにおいて凹所17を形成する内壁部19bに生じる引張応力S1が低減される。
(2)αの値が大きいほど、第2の脚部18bにおいて凹所17を形成する内壁部19bに生じる引張応力S2が増加する。
上記の理由(1)(2)から、第1と第2の非対称形状部14a、14bにおける第1と第2の脚部18a、18bの太さ或いは幅寸法の比であるαの値には適切な範囲が存在し、数値解析からは1.1≦α≦2.5とすることが好ましいことが分かった。また、αの値が必要以上に大きいと、トーションビーム12を金属管部材からプレス成形するときの成形性が低下する。更に、数値解析から、十分な応力緩和の効果を得るためには、第1と第2の非対称形状部14a、14bの長手方向の寸法は互いに等しくし、かつ、トーションビーム12の長さの5%以上とすることが好ましいことが分かった。更に、第1と第2の非対称形状部14a、14bの長手方向の寸法は、トーションビーム12の長さの40%以下とすることが好ましい。なお、第1の実施形態では、第1と第2の非対称形状部14a、14bの長さはトーションビーム12の長さの20%である。
次に、再び図4を参照しつつ、第1の実施形態によるトーションビーム12の作用を説明する。
左右一対のトレーリングアーム11R、11Lの一方が、ピボット軸JR、JLを中心として揺動すると、他方のトレーリングアームは相対的に反対側に揺動する。例えば、トーションビーム式リアサスペンション装置1に取り付けた右車輪が上向きの力を受けると、右側のトレーリングアーム11Rがピボット軸JRを中心として上方に揺動し、左側のトレーリングアーム11Lは右側のトレーリングアーム11Rに対して相対的に下方に揺動することとなる。これによって、図4に示すように、トーションビーム12の右半分において第1の脚部18aの内壁部18bに方向F1に大きな引張応力S1が生じ、左半分では第2の脚部18bの内壁部19bに方向F2にS1よりも小さい引張応力S2が生じる。反対に、トーションビーム12の右半分において第2の脚部18bの内壁部19bに圧縮応力P1が生じ、左半分では第1の脚部18aの内壁部18bに圧縮応力P2が生じる。また、左車輪が上向きの力を受け、左側のトレーリングアーム11Lが上方に揺動する場合は、上記の作用とは反対に作用することは理解されよう。
左右一対のトレーリングアーム11R、11Lの一方が、ピボット軸JR、JLを中心として揺動すると、他方のトレーリングアームは相対的に反対側に揺動する。例えば、トーションビーム式リアサスペンション装置1に取り付けた右車輪が上向きの力を受けると、右側のトレーリングアーム11Rがピボット軸JRを中心として上方に揺動し、左側のトレーリングアーム11Lは右側のトレーリングアーム11Rに対して相対的に下方に揺動することとなる。これによって、図4に示すように、トーションビーム12の右半分において第1の脚部18aの内壁部18bに方向F1に大きな引張応力S1が生じ、左半分では第2の脚部18bの内壁部19bに方向F2にS1よりも小さい引張応力S2が生じる。反対に、トーションビーム12の右半分において第2の脚部18bの内壁部19bに圧縮応力P1が生じ、左半分では第1の脚部18aの内壁部18bに圧縮応力P2が生じる。また、左車輪が上向きの力を受け、左側のトレーリングアーム11Lが上方に揺動する場合は、上記の作用とは反対に作用することは理解されよう。
第1の実施形態によるトーションビーム12によれば、トーションビーム12の第1と第2の非対称形状部14a、14bにおいて第1の脚部18aの内壁部18bに生じる方向F1への引張応力S1を大幅に低減することができる。これは、トーションビーム12の非対称形状部14a、14bにおいて第1の脚部18aを太く、つまり外壁部19aと内壁部18bとの間の距離LFを大きくすることによって、非対称形状部14a、14bにおいて第1の脚部18aの断面剛性が高くなり、引張応力が低減されるためである。一方、トーションビーム12の非対称形状部14a、14bにおいて第2の脚部18bでは、外壁部19aと内壁部19bとの間の距離LRが、第1の脚部18aの外壁部19aと内壁部18bとの間の距離LFよりも小さいので、断面剛性が低下する。そのため、トーションビーム12の非対称形状部14a、14bにおいて第2の脚部18bの内壁部19bに生じる引張応力S2は増大するが、非対称形状部14a、14bにおけるαの値を適正にとることで、引張応力S2を引張応力S1より小さくすることが可能となる。
第1の実施形態によるトーションビーム12、トーションビーム組立体10及びトーションビーム式リアサスペンション装置1によれば、トーションビーム12が、外壁部19aと内壁部19bの車両前後方向における間隔LF、LRが非対称に形成された第1と第2の非対称形状部14a、14bを備えているので、トーションビーム12に発生する応力をトーションビーム12の剛性と独立して制御することができ、トーションビーム12の捻れ剛性と最大主応力の値とを容易かつ適切に設定することができる。
また、第1の実施形態によるトーションビーム12は、外壁部19aを従来のトーションビームと同様に軸線OVに関して前後方向に対称な断面形状とすることにより、従来のトーションビーム式リアサスペンションに容易に置換可能である。本実施形態によるトーションビーム12によれば、所望のサスペンション性能を維持しつつトーションビーム12の最大主応力の値を小さくしてトーションビーム12に生じる金属疲労を効果的に低減することができる。
次に、図8A〜図8Dを参照して、本発明の第2の実施形態を説明する。図8A〜図8Dにおいて、図5A〜図5Dに示した実施形態と同様の構成要素には同じ参照番号が付されている。
第2の実施形態によるトーションビーム42も、第1の実施形態によるトーションビーム12と同様に、一定形状部(図8A)、非対称形状部14a、14b(図8B、8C)および接続部(図8D)を備えており、非対称形状部14a、14bにおいて第1の脚部18aが第2の脚部18bよりも太く形成されている。然しながら、第2の実施形態は、外壁部19aの頂点P4が、軸線OVから後方に、つまりピボット軸JL、JRから離反する方向にオフセットされている点で第1の実施形態とは異なっている。内壁部19bの頂点P3もまた軸線OVから後方にオフセットされている。
第2の実施形態によるトーションビーム42によれば、外壁部49aの頂点P4の位置を軸線OV上に拘束されないので、一定形状部および非対称形状部14a、14bの断面形状を第1の実施形態と比較して一層自由に選択可能であり、第1の実施形態によるトーションビーム12と比べて、トーションビーム42の捻れ剛性を一層抑制しながら引張応力を低減可能となる。
次に、図9A〜図9Dを参照して、本発明の第3の実施形態を説明する。図9A〜図9Dでも、図5A〜図5Dに示した実施形態と同様の構成要素には同じ参照番号が付されている。
第3の実施形態によるトーションビーム52も、第1の実施形態によるトーションビーム12と同様に、一定形状部(図9A)、非対称形状部14a、14b(図9B、9C)および接続部(図9D)を備えており、非対称形状部14a、14bにおいて第1の脚部18aが第2の脚部18bよりも太く形成されている。然しながら、第3の実施形態は、外壁部19aの頂点P4が、一定形状部では軸線OV上に配置されているが、非対称形状部14a、14bおよび接続部では軸線OVから前方に、つまりピボット軸JL、JRに接近する方向にオフセットされている点で第1の実施形態とは異なっている。また、第3の実施形態では、内壁部19bの頂点P3が、一定形状部では軸線OV上に配置されているが、非対称形状部14a、14bおよび接続部では軸線OVから後方にオフセットされている点でも第1の実施形態とは異なっている。
第3の実施形態によるトーションビーム52も、第1の実施形態によるトーションビーム12と同様に、一定形状部(図9A)、非対称形状部14a、14b(図9B、9C)および接続部(図9D)を備えており、非対称形状部14a、14bにおいて第1の脚部18aが第2の脚部18bよりも太く形成されている。然しながら、第3の実施形態は、外壁部19aの頂点P4が、一定形状部では軸線OV上に配置されているが、非対称形状部14a、14bおよび接続部では軸線OVから前方に、つまりピボット軸JL、JRに接近する方向にオフセットされている点で第1の実施形態とは異なっている。また、第3の実施形態では、内壁部19bの頂点P3が、一定形状部では軸線OV上に配置されているが、非対称形状部14a、14bおよび接続部では軸線OVから後方にオフセットされている点でも第1の実施形態とは異なっている。
第3の実施形態によるトーションビーム52によれば、第1の実施形態に比べ内壁部19bの断面形状が小さい範囲で変化しても、第1の実施形態と同等の応力低減ができるので成形性に優れる点で有利である。
次に、図10A〜図10Dを参照して、本発明の第4の実施形態について説明する。図10A〜図10Dでも、図5A〜図5Dに示した実施形態と同様の構成要素には同じ参照番号が付されている。
第4の実施形態によるトーションビーム62も、第1の実施形態によるトーションビーム12と同様に、一定形状部(図10A)、非対称形状部14a、14b(図10B、10C)および接続部(図10D)を備えており、非対称形状部14a、14bにおいて第1の脚部18aが第2の脚部18bよりも太く形成されている。然しながら、第4の実施形態は、外壁部19aの頂点P4が、一定形状部では軸線OV上に配置されているが、非対称形状部14a、14bおよび接続部では軸線OVから前方つまりピボット軸JL、JRに接近する方向にオフセットされている点で第1の実施形態とは異なっている。また、第4の実施形態では、内壁部19bの頂点P3は、凹所17の全長に亘って軸線OV上に配置されている。
第4の実施形態によるトーションビーム62も、第1の実施形態によるトーションビーム12と同様に、一定形状部(図10A)、非対称形状部14a、14b(図10B、10C)および接続部(図10D)を備えており、非対称形状部14a、14bにおいて第1の脚部18aが第2の脚部18bよりも太く形成されている。然しながら、第4の実施形態は、外壁部19aの頂点P4が、一定形状部では軸線OV上に配置されているが、非対称形状部14a、14bおよび接続部では軸線OVから前方つまりピボット軸JL、JRに接近する方向にオフセットされている点で第1の実施形態とは異なっている。また、第4の実施形態では、内壁部19bの頂点P3は、凹所17の全長に亘って軸線OV上に配置されている。
第4の実施形態によるトーションビーム62によれば、外壁部19aの形状の選択の範囲が広くなるため、第1の実施形態に比べて非対称形状部14a、14bにおいてαの値を大きくすることができ、小さな非対称形状部14a、14bであっても同等の効果を得ることが可能になる。
次に、図11A〜図11Dを参照して、本発明の第5の実施形態について説明する。図11A〜図11Dでも、図5A〜図5Dに示した実施形態と同様の構成要素には同じ参照番号が付されている。
第5の実施形態によるトーションビーム72も、第1の実施形態によるトーションビーム12と同様に、一定形状部(図11A)、非対称形状部14a、14b(図11B、11C)および接続部(図11D)を備えており、非対称形状部14a、14bにおいて第1の脚部18aが第2の脚部18bよりも太く形成されている。然しながら、第5の実施形態は、外壁部19aおよび内壁部19bの双方の頂点P4、P3が、軸線OV上に配置されている点で第1の実施形態とは異なっている。
第5の実施形態によるトーションビーム72も、第1の実施形態によるトーションビーム12と同様に、一定形状部(図11A)、非対称形状部14a、14b(図11B、11C)および接続部(図11D)を備えており、非対称形状部14a、14bにおいて第1の脚部18aが第2の脚部18bよりも太く形成されている。然しながら、第5の実施形態は、外壁部19aおよび内壁部19bの双方の頂点P4、P3が、軸線OV上に配置されている点で第1の実施形態とは異なっている。
第5の実施形態によるトーションビーム72によれば、非対称形状部14a、14bにおけるR値を大きくすることができ、第1の実施形態に比べて非対称形状部14a、14bが小さくとも同等の効果を得るとともに、外壁部19aと内壁部19bの頂点P4、P3が軸線OV上にある、つまりトーションビーム12の幅方向中心に位置することから第1の実施形態に比べて成形性が良好になる。
次に、図12A〜図12Dを参照して、本発明の第6の実施形態について説明する。図12A〜図12Dでも、図5A〜図5Dに示した実施形態と同様の構成要素には同じ参照番号が付されている。
第6の実施形態によるトーションビーム82も、第1の実施形態によるトーションビーム12と同様に、一定形状部(図12A)、非対称形状部14a、14b(図12B、12C)および接続部(図12D)を備えており、非対称形状部14a、14bにおいて第1の脚部18aが第2の脚部18bよりも太く形成されている。然しながら、第6の実施形態は、外壁部19aおよび内壁部19bの双方の頂点P4、P3が軸線OV上に配置されている点で、第1の実施形態とは異なっている。更に、凹所17が軸線OVに関して自動車の前後方向に対称形状となっている。
第6の実施形態によるトーションビーム82も、第1の実施形態によるトーションビーム12と同様に、一定形状部(図12A)、非対称形状部14a、14b(図12B、12C)および接続部(図12D)を備えており、非対称形状部14a、14bにおいて第1の脚部18aが第2の脚部18bよりも太く形成されている。然しながら、第6の実施形態は、外壁部19aおよび内壁部19bの双方の頂点P4、P3が軸線OV上に配置されている点で、第1の実施形態とは異なっている。更に、凹所17が軸線OVに関して自動車の前後方向に対称形状となっている。
第6の実施形態によるトーションビーム82によれば、非対称形状部14a、14bにおけるRの値を大きくすることができ、第1の実施形態に比べて非対称形状部14a、14bが小さくても同等の効果を得ることができる。更に、第6の実施形態によるトーションビーム82では、外壁部19aと内壁部19bの頂点P4、P3がトーションビーム82の軸線OV上にあるため、第1の実施形態に比べて成形性が良好になる。
次に、図13を参照して、本発明の第7の実施形態について説明する。図13A〜図13Dでも、図5A〜図5Dに示した実施形態と同様の構成要素には同じ参照番号が付されている。
第7の実施形態によるトーションビーム92も、第1の実施形態によるトーションビーム12と同様に、一定形状部(図13A)、非対称形状部14a、14b(図13B、13C)および接続部(図13D)を備えており、非対称形状部14a、14bにおいて第1の脚部18aが第2の脚部18bよりも太く形成されている。然しながら、第7の実施形態は、外壁部19aおよび内壁部19bの双方の頂点P4、P3が軸線OV上に、すなわち、トーションビームの幅方向の中央に配置されている点で、第1の実施形態とは異なっている。更に、凹所17が軸線OVに関して自動車の前後方向に対称形状となっている。
第7の実施形態によるトーションビーム92も、第1の実施形態によるトーションビーム12と同様に、一定形状部(図13A)、非対称形状部14a、14b(図13B、13C)および接続部(図13D)を備えており、非対称形状部14a、14bにおいて第1の脚部18aが第2の脚部18bよりも太く形成されている。然しながら、第7の実施形態は、外壁部19aおよび内壁部19bの双方の頂点P4、P3が軸線OV上に、すなわち、トーションビームの幅方向の中央に配置されている点で、第1の実施形態とは異なっている。更に、凹所17が軸線OVに関して自動車の前後方向に対称形状となっている。
第7の実施形態によるトーションビーム72によれば、非対称形状部14a、14bにおけるαの値を大きくすることができ、第1の実施形態に比べて非対称形状部14a、14bが狭くても同等の効果を得るとともに、外壁部19aと内壁部19bの頂点がトーションビーム幅方向中心に位置することから第1の実施形態に比べて成形性を向上させることが可能になる。
<実施例>
次に、本発明の実施例について説明する。
上方に頂点が形成された略∨字またはU字形のトーションビームを用いたシミュレーション結果を表1に示す。なお、表1では、各実施例のシミュレーション結果は、従来のトーションビームである比較例に対する比で示されている。シミュレーションで用いたトーションビームの概寸は、長手方向長さ1000mm、長手方向中心における幅95mm、長手方向中心における高さ55mmである。また、シミュレーションは、左右の車輪に5000Nの反対向きの外力を印加して、左右の車輪の高さ差が140mmとなるように変位を与えて行った。
次に、本発明の実施例について説明する。
上方に頂点が形成された略∨字またはU字形のトーションビームを用いたシミュレーション結果を表1に示す。なお、表1では、各実施例のシミュレーション結果は、従来のトーションビームである比較例に対する比で示されている。シミュレーションで用いたトーションビームの概寸は、長手方向長さ1000mm、長手方向中心における幅95mm、長手方向中心における高さ55mmである。また、シミュレーションは、左右の車輪に5000Nの反対向きの外力を印加して、左右の車輪の高さ差が140mmとなるように変位を与えて行った。
比較例としてのトーションビームは、非対称形状部を備えておらず、トーションビームの全長に亘って前後方向に対称に形成されている。
実施例1は、第1の実施形態によるトーションビームであって、非対称形状部14a、14bがトーションビーム長手方向に片側200mmに亘って延在し、非対称形状部14a、14bにおけるαの最大値が1.8のトーションビームである。
実施例1は、第1の実施形態によるトーションビームであって、非対称形状部14a、14bがトーションビーム長手方向に片側200mmに亘って延在し、非対称形状部14a、14bにおけるαの最大値が1.8のトーションビームである。
実施例2は第2の実施形態によるトーションビームであって、非対称形状部14a、14bがトーションビーム長手方向に片側400mmに亘って延在し、非対称形状部14a、14bにおけるαの最大値が1.8のトーションビームによるものである。
実施例3は第3の実施形態によるトーションビームであって、非対称形状部14a、14bがトーションビーム長手方向に片側200mmに亘って延在し、非対称形状部14a、14bにおけるαの最大値が1.8のトーションビームによるものである。
実施例4は第4の実施形態によるトーションビームであって、非対称形状部14a、14bがトーションビーム長手方向に片側150mmに亘って延在し、非対称形状部14a、14bにおけるαの最大値が1.8のトーションビームによるものである。
実施例5は第5の実施形態によるトーションビームであって、非対称形状部14a、14bがトーションビーム長手方向に片側150mmに亘って延在し、非対称形状部14a、14bにおけるαの最大値が1.8のトーションビームによるものである。
実施例6は第6の実施形態によるトーションビームであって、非対称形状部14a、14bがトーションビーム長手方向に片側150mmに亘って延在し、非対称形状部14a、14bにおけるαの最大値が1.8のトーションビームによるものである。
実施例7は第7の実施形態によるトーションビームであって、非対称形状部14a、14bがトーションビーム長手方向に片側150mmに亘って延在し、非対称形状部14a、14bにおけるαの最大値が1.8のトーションビームによるものである。
なお、表1において、成形性は、FEMによる成形解析結果による外壁部19aと内壁部19bの頂点の幅方向および高さ方向の位置精度で判断するものとし、外壁部19aと内壁部19bの頂点の幅方向および高さ方向の位置精度が、設定に対して2mmを超える場合を△、1mmを超え2mm以下である場合を○、1mm以下である場合を◎とした。
表1から理解されるように、実施例2では、最大主応力の値が10%低減され、捻れ剛性がほぼ同等であった。また、実施例7では、成形性は従来トーションビームと同等で、最大主応力の値が6%低減され、捻れ剛性がほぼ同等であった。最大主応力の値が6%低減されるとトーションビームの疲労耐久性は約1.5倍となり、最大主応力の値が10%低減されるとトーションビームの疲労耐久性は約2倍となるので、本発明によれば、捻れ剛性を一定に保ちながら、トーションビームの疲労耐久性向上させるとの効果が得られることが理解されよう。
なお、本発明は、既述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の精神と範囲とを逸脱すること無く、種々の変形と改良が可能である。
例えば、既述の実施の形態では、下方に開口し頂点が上側に形成された略V字形または略U字形のトーションビーム12、42、52、62、72、82、92について説明したが、上方に開口し頂点が下側に形成された構成としてもよい。
例えば、既述の実施の形態では、下方に開口し頂点が上側に形成された略V字形または略U字形のトーションビーム12、42、52、62、72、82、92について説明したが、上方に開口し頂点が下側に形成された構成としてもよい。
また、既述の実施の形態では、非対称形状部14a、14bが、一定形状部13と接続部15a、15bの間に形成され、一定形状部13から接続部15a、15bに漸次変形される場合について説明したが、非対称形状部14a、14bをトーションビーム長手方向におけるどの位置に配置するか、又一定形状部13及び接続部15a、15bに対してどのように変形させるかは、任意に設定することができる。
また、トーションビーム12、42、52、62、72、82、92の長手方向と直交する断面の頂点を上方と下方のいずれに配置するか、又頂点を車両の前後方向及び上下方向のいずれの方向にどれだけ変位させるかは任意に選択することができる。
また、既述の実施の形態では、トーションビーム式サスペンション装置がトーションビーム式リアサスペンション装置1である場合について説明したが、例えば、リーディングアーム式サスペンション装置に本発明を適用してもよい。
トーションビーム式サスペンション装置を構成するトーションビームの金属疲労が抑制されて、トーションビーム式サスペンション装置の疲労強度が向上されるので、産業上利用可能である。
1 トーションビーム式リアサスペンション装置
10 トーションビーム組立体
11L トレーリングアーム
11R トレーリングアーム
12 トーションビーム
13 一定形状部
14a 第1の非対称形状部
14b 第2の非対称形状部
15a 第1の接続部
15b 第2の接続部
16L スプリング受部
16R スプリング受部
17 凹所
18a 第1の脚部
18b 第2の脚部
19a 外壁部
19b 内壁部
20 スプリング
30 ダンパー
42 トーションビーム
52 トーションビーム
62 トーションビーム
72 トーションビーム
82 トーションビーム
92 トーションビーム
JL ピボット軸
JR ピボット軸
WL 車輪
WR 車輪
10 トーションビーム組立体
11L トレーリングアーム
11R トレーリングアーム
12 トーションビーム
13 一定形状部
14a 第1の非対称形状部
14b 第2の非対称形状部
15a 第1の接続部
15b 第2の接続部
16L スプリング受部
16R スプリング受部
17 凹所
18a 第1の脚部
18b 第2の脚部
19a 外壁部
19b 内壁部
20 スプリング
30 ダンパー
42 トーションビーム
52 トーションビーム
62 トーションビーム
72 トーションビーム
82 トーションビーム
92 トーションビーム
JL ピボット軸
JR ピボット軸
WL 車輪
WR 車輪
Claims (19)
- 一端において自動車の車体にピボット軸を中心に上下方向に揺動自在に連結され、前記自動車の車体に連結された端部とは反対側の端部に車輪を回転自在に取付けるようにした前記自動車の前後方向に延びる一対のアーム部材を備えた自動車のサスペンション装置で用いるトーションビームにおいて、
前記トーションビームは長手方向に延びる凹所を有しており、それによって、該トーションビームは、前記長手方向に垂直な平面において第1と第2の脚部を有して略V字形または略U字形の断面形状を呈し、
前記トーションビームは、
該トーションビームの両端に設けられ前記アーム部材に結合される接続部と、
該トーションビームの長手方向の中央部に設けられた一定形状部と、
該一定形状部と前記接続部との間に設けられた非対称形状部とを備え、
前記一定形状部では、前記凹所が一定の深さを有し、かつ、前記第1と第2の脚部が概ね同一の太さ或いは幅寸法を有しており、
前記非対称形状部では、前記凹所の深さが前記接続部から前記一定形状部へ向けて次第に深くなり、かつ、前記第1の脚部が前記第2の脚部の幅寸法よりも大きな幅寸法を有して成るトーションビーム。 - 前記第1の脚部は、前記トーションビームを組込んだサスペンション装置を自動車の車体に取り付けたときに、前記第2の脚部よりも前記ピボット軸の近くに配置される請求項1に記載のトーションビーム。
- 前記接続部が、該トーションビームの端部から該接続部の相当直径に等しい長さを以って該トーションビームの長手方向に延設されている請求項1に記載のトーションビーム。
- 前記非対称形状部の各々は、該トーションビームの長さの5%以上かつ40%以下の長さを有している請求項1に記載のトーションビーム。
- 前記第1の脚部は前記第2の脚部の幅寸法の1.1倍以上かつ2.5倍以下の幅寸法を有している請求項1に記載のトーションビーム。
- 前記第1と第2の脚部の各々は先端点を有しており、該トーションビームは前記第1と第2の脚部の先端点の間で前記凹所を形成する内壁部と、それ以外の外壁部とから成り、前記非対称形状部において、前記外壁部の頂点が、前記非対称形状部において、前記第1と第2の脚部の先端点の中間で該先端点を通過する直線に対して垂直な軸線上に配置されている請求項1に記載のトーションビーム。
- 前記内壁部の頂点が、前記非対称形状部において、前記軸線上に配置されている請求項6に記載のトーションビーム。
- 前記内壁部の頂点が、前記非対称形状部において、前記軸線から前記第1の脚部側にオフセットされている請求項6に記載のトーションビーム。
- 前記内壁部の頂点が、前記非対称形状部において、前記軸線から前記第2の脚部側にオフセットされている請求項6に記載のトーションビーム。
- 前記第1と第2の脚部の各々は先端点を有しており、該トーションビームは前記第1と第2の脚部の先端点の間で前記凹所を形成する内壁部と、それ以外の外壁部とから成り、前記非対称形状部において、前記外壁部の頂点が、前記非対称形状部において、前記第1と第2の脚部の先端点の中間で該先端点を通過する直線に対して垂直な軸線から前記第1の脚部側にオフセットされている請求項1に記載のトーションビーム。
- 前記内壁部の頂点が、前記非対称形状部において、前記軸線上に配置されている請求項10に記載のトーションビーム。
- 前記内壁部の頂点が、前記非対称形状部において、前記軸線から前記第1の脚部側にオフセットされている請求項10に記載のトーションビーム。
- 前記内壁部の頂点が、前記非対称形状部において、前記軸線から前記第2の脚部側にオフセットされている請求項10に記載のトーションビーム。
- 前記第1と第2の脚部の各々は先端点を有しており、該トーションビームは前記第1と第2の脚部の先端点の間で前記凹所を形成する内壁部と、それ以外の外壁部とから成り、前記非対称形状部において、前記外壁部の頂点が、前記非対称形状部において、前記第1と第2の脚部の先端点の中間で該先端点を通過する直線に対して垂直な軸線から前記第2の脚部側にオフセットされている請求項1に記載のトーションビーム。
- 前記内壁部の頂点が、前記非対称形状部において、前記軸線上に配置されている請求項14に記載のトーションビーム。
- 前記内壁部の頂点が、前記非対称形状部において、前記軸線から前記第1の脚部側にオフセットされている請求項14に記載のトーションビーム。
- 前記内壁部の頂点が、前記非対称形状部において、前記軸線から前記第2の脚部側にオフセットされている請求項14に記載のトーションビーム。
- 一端において自動車の車体にピボット軸を中心に上下方向に揺動自在に連結され、前記自動車の車体に連結された端部とは反対側の端部に車輪を回転自在に取付けるようにした前記自動車の前後方向に延びる一対のアーム部材と、
請求項1〜17の何れか1項に記載のトーションビームとを具備するトーションビーム組立体。 - 一端において自動車の車体にピボット軸を中心に上下方向に揺動自在に連結され、前記自動車の車体に連結された端部とは反対側の端部に車輪を回転自在に取付けるようにした前記自動車の前後方向に延びる一対のアーム部材と、
前記車体と前記アーム部材との間に配置されたコイルスプリングと、
前記車体と前記アーム部材との配置されたダンパーと、
請求項1〜18の何れか1項に記載のトーションビームとを具備するトーションビーム式サスペンション装置。
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