JP2004533355A - 車両サスペンションシステム用コントロールアーム - Google Patents
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Abstract
サスペンションリンクとして使用するコントロールアームは、2つの類似する部材を有する。各部材は、略W字形の断面及び円形の端板を有する。各端板は、圧縮可能な部材を含むブッシュにより相互に結合する。通常負荷時、このブッシュの設置により、2つの部材が離間した状態に維持される。これにより、各部材は、長手方向の力を受けたときに曲がることが可能となる。横方向の力が生ずると、2つの部材は、相手の部材に向かって変位し、最終的に当接する。この当接は、コントロールアームの強度を大幅に増大することになり、座屈することなく過酷な横方向の力に耐えることを可能とする。
Description
【0001】
[発明の分野]
本発明は、一般的には、ホイールハウジングに車両のフレーム若しくは構造部材を結合するリンク部材に係り、より詳細には、必要なときに十分なたわみ性を供する一方で、コントロールロッドの座屈の原因となりうる負荷中に適切で増大する支持機能を供する、独立懸架方式のサスペンションシステムにおけるコントロールロッドに関する。
【0002】
[関連技術の説明]
今日の大部分の車両において、構造的な基礎台は、従来的なフレーム、若しくは単体構造(モノコック構造)の部材である。大部分の他の構成要素は、この基礎台に結合され若しくは取り付けられる。単体構造の場合、サブフレーム部材が、しばしば追加的な支持及び取り付け位置を供するために追加される。例えば、車輪は、構造的な基礎台に可動支持体によって結合されている。この車輪は、ホイールドラムを介して、この可動支持体に取り付けることができる。多くの他の構成要素は、適切な取付構造を使用して同様に取り付けられる。或いは、この結合が、フレームの部材に直接的に接続されることも可能である。
【0003】
走行若しくは動作中、車両に種々の力が負荷されることになる。これらの力のすべては、最終的には、すべての関連部品を介してサブフレームに伝達される。車両のサスペンションシステムの場合、力は、可動支持部材を介して方向付けられることになり、多くの異なる応力及び荷重を発生させる。これらの力は、フレーム若しくは車体が、車両の前部及び後部間に延びるセンターライン(若しくは、中心軸)をもって略水平な位置となる箇所として、理解しやすい車両の方向を基準として言及される。
【0004】
車両に発生する大部分の通常的な力は、ホイールハウジングの単純な垂直変位である。かかる変位は、道路における種々の***や物体に車両が出会うことによって引き起こされる。これらの***若しくは物体は、予測されると共に、車両のサスペンションシステムによって対処されなければならない。車室にこの動きを伝えることは望ましくないので、種々のショックアブソーバ及びスプリングが装着され、これらの力を処理している。サブフレームとホイールドラムハウジングとの間のリンクは、この方向に自由に回動し、すべての垂直方向の力がショックアブソーバ及びスプリングによって対処されるようにする。
【0005】
長手方向の力も、車両が走行する際にホイールハウジングに負荷される。この結果、サスペンションのすべての構成要素に種々の力が付与される。また、引っ張り荷重は、ホイールが車両の中心線から離れる方向に引っ張られることによって力がホイールに負荷される際に、生じ、横方向の力(横力)は、ホイールが車両の中心線に向かって押されて、反対方向に生ずる。
【0006】
車両のサスペンションシステムにおいて、構成要素のすべては、これらの荷重のそれぞれを適切に伝播しなければならない。この荷重の対処要求は、ホイールを取り付けるという基本機能に付加されるものであり、車両が機能することを可能とする。従って、システムの各構成要素は、その特定の目的のために特別に設計されなければならず、且つ、他のすべての構成要素と協働しなければならない。
【0007】
独立懸架方式のリアサスペンションシステムにおいて、ホイールドラムハウジングをフレーム若しくはリアクレードルに結合する組立体は、多数のコントロールアームからなる。コントロールアームは、関連する車輪によって付与される上述の荷重のすべてを吸収するように要求される。鉛直方向の荷重は、一若しくはそれ以上のコントロールアームと協働するスプリング及び/又はショックアブソーバによって主に対処される。先に提案したように、コントロールアームは、鉛直方向で自由に変位できるようにヒンジ結合される。従って、すべての鉛直方向の荷重は、スプリング又はショックアブソーバに伝達される。
【0008】
車輪は、上述の如く、多種多様な長手方向、横方向、引っ張り方向の荷重を受ける。車輪に負荷される力の多種多様な合成が、コントロールアームに負荷されることになる。最終的には、コントロールアーム自体が、車輪に負荷されている力に起因した長手方向、横方向、引っ張り方向の荷重を受けることになる。車輪(及びホイールドラムハウジング)に負荷される力が、如何なる力であれ、如何なる力の合成であれども、各コントロールアームに負荷される結果としての力は、当該構成要素によって適切に対処されなければならない。かくして、各コントロールアーム及びそのエラストマーブッシュは、負荷される力を、その方向に依存して、対処するように構成される。長手方向、横方向、引っ張り方向でコントロールアームに負荷される、結果としての力が、コントロールアームが達成する種々の応答について議論される力であることを、理解されるべきである。
【0009】
引っ張り荷重(フレームから離れる方向の荷重)は、典型的には、最小であり、個別に考慮される必要はなく、長手方向、横方向の荷重が、コントロールアームに対する最も考慮すべき事項である。長手方向の荷重(コントロールアームにトルクを発生させる)が負荷されている間、サスペンションリンクとして同様に称されるリアモスト(最も後方)のコントロールアームにおいて柔軟なねじれモードを有することが望ましい。換言すると、長手方向の荷重下での剛な反発は、この力が乗員によって体感されてしまうので、望ましくない。逆に、横方向の荷重(圧縮荷重)(フレームにコントロールアームを付勢する)は、非常に大きく、サスペンションリンクを座屈させうる。このことが、長手方向において適切にたわみ性を有し、且つ、横方向に十分な強度を有するサスペンションリンクを設計することを困難化している。
【0010】
走行中の車両によって負荷される長手方向の力を対処する、多種多様なサスペンションシステムが提案されている。例えば、1996年3月20日にKusama他に発行された米国特許第5,662,348号は、大部分の長手方向の応力に晒されるコントロールアームの部位が、各端部で曲げられ、より剛なフレームを付与する、一部材によるサスペンションアームを開示する。Kusama他は、より少ない材料を使用して、サスペンションアームを軽量化しつつ、長手方向の力に十分な抗力を付与している。更に、Kusama他は、負荷される比較的大きい横方向の荷重について言及していない。
【0011】
かくして、高い横方向の荷重に対して適切な支持を供しつつ柔軟なねじれモードを有したコントロールアームを提供する必要性がある。
【0012】
[発明の概要]
本発明は、特に独立懸架方式のリアサスペンションシステムにおける、サスペンションリンク用のツーピースのコントロールアームを提供する。本コントロールアームは、フロント及びリアの独立懸架方式のサスペンションシステムの双方における他のコントロールアーム位置においても適用可能である。好ましい実施例では、コントロールアームの各ピースは、略W字形の断面を大部分の長さにわたり有する。他の断面形状も、同一の結果を得るように付与されてよい。コントロールアームの各ピースの端部は、相互にメール/フィーメールの関係で嵌合するように構成されている。圧縮可能なブッシュ及び管状のインサートがこれらの各端部に設けられ、これらを固定距離で離間した状態に維持することにより、2つのピースのそれぞれのエッジ間に、発達したギャップ(ディベロップド・ギャップ)を形成するようにする。第2のピースの管状端部は、第1のピースの管状端部上にスライド嵌合される。双方は、その後膨張し、相互にロックされる。2つの端部間の摩擦による係合によって、2つのピースを相互にロックしつつ、離間状態にさせる。サスペンションリンクにより高いレベルの荷重が負荷される際、車両の動作中に2つのピースは曲がり始めて互いに変位する。荷重がなくなったとき、金属の弾性によって、2つのピースは元の位置に復帰し、ギャップを再び発生させる。
【0013】
使用時、ツーピースのコントロールアームは、発生する応力の種類に依存して、異なる態様で応答することができる。具体的には、当該部品は、ある応力に対しては比較的“強い”特性を有する一方で、他の応力に対しては比較的柔軟な特性を有する。
【0014】
ツーピースのコントロールアームの長手方向の(コントロールアームにトルクを発生させる)負荷の間、コントロールアームの各ピースは、離間した状態を維持し、負荷される応力に応じて、独立的に捩じれ若しくは変位する。ツーピースのコントロールアームの横方向の負荷の間、コントロールアームの各ピースは、相互に向かうように圧縮変形し、横方向の荷重が十分に大きくなると、互いに接触する。かかる接触は、中間の平らな部位と共に各エッジにも生じる。ツーピースのコントロールアームが一体となるので、コントロールアーム全体としては、実質的に強度を増し、非常に大きな横方向の荷重に耐えることができる。
【0015】
このツーピースのコントロールアームは、適切なレベルの支持機能をもって3方向すべての入力を対処することができる一方で、最も過酷な横方向の入力中に2倍以上の板厚のワンピースの打ち抜き加工品よりも大きな支持機能を供する点で、有用である。これによって、より少ない材料でコントロールアームを製造することが可能となり、相当なコスト低減を図ることができる。更に、使用される資材は、相当に薄くすることができ、より安価な資材を購入し利用することができる。より薄い材料の使用は、資材から各ピースを打ち抜くのに要する労力を低減する点で、製造負担を除去する。これらの低減にも拘らず、より強度のあるより適切なコントロールアームが製造される。
【0016】
例えば、従来的なワンピースのサスペンションリンクコントロールアームは、管状の資材から形成される。管状の資材は、一般的には、同一の材料のシート材若しくはブランク材に比して2倍から2倍半高価である。本工程では、単一のプレスストロークにより、コントロールアームの両ピースが形成される。逆に、管状の資材は、曲げ加工及び形状だしが必要となる。種々の取付機構が、これに結合されなければならない。管状の資材を曲げ加工及び形状だしすることが困難であり、時間がかかり高コストであることは、重大な課題である。結果として、材料の価格及び製造コストを考慮する場合に、従来的なコントロールアームは、ツーピースのコントロールアームに比して3倍ものコストがかかると共に、効果的に機能しないだろう。
【0017】
本発明の目的は、増大する横方向の力が負荷される際に強度が増すツーピースのコントロールアームを提供することにある。
【0018】
本発明の他の目的は、長手方向の力が負荷される際に柔軟なねじれモードを有するツーピースのコントロールアームを提供することにある。
【0019】
本発明の更なる他の目的は、十分な横方向の力が負荷され相互に接触するまではツーピースが独立に機能する、ツーピースのコントロールアームを提供することにある。
【0020】
本発明の更なる他の目的は、横方向の力がコントロールアームに負荷される際に強度を増すと共に、長手方向の力がコントロールアームに負荷される際に柔軟なねじれモードを呈するツーピースのコントロールアームを利用した、リアサスペンションシステムにおけるサスペンションリンクを提供することにある。
【0021】
[好ましい実施例の詳細な説明]
図1を参照するに、本発明のツーピース(2部材構成)のコントロールアーム20が、独立懸架方式のリアサスペンションシステム8の構成で示されている。リアクレードル10は、車両のフレームの部位を形成する。ホイールドラムハウジング12は、ブレーキ装置及び車輪を支持する。ホイールドラムハウジング12は、リアクレードル10に取り付けられ、リアアクスルライン16にアラインメントされる。図示のように、3つのコントロールアーム、即ち、リアコントロールアーム20(サスペンションリンク20)、アッパーコントロールアーム22及びフロントコントロールアーム23は、ホイールドラムハウジング12をリアクレードル10に接続する。スプリング14及びショックアブソーバ(図示せず)は、ホイールドラムハウジング12の垂直変位を吸収するためフロントコントロールアーム23に結合するが、サスペンションリンク20及びアッパーコントロールアーム22は、この方向に回動自在である。車両の前部(フロント)は、図示の通りである。サスペンションリンク20は、図示される3つの異なる力を対処するように設計されなければならない。ホイールドラムハウジング12の車両の中心線に沿った(リアクレードル10を基準とした)移動は、矢印Lによって図示される長手方向の力を生む。ホイールドラムハウジング12の車両の中心線から離れる移動は、矢印Teによって図示される引っ張り方向の荷重を生む。また、ホイールドラムハウジング12の車両の中心線に向かう移動は、矢印Tによって図示される横方向の力を生む。一般的に、長手方向、横方向、及び引っ張り方向の力は、過多の外部ファクターに起因した多様な結合で、ホイールドラムハウジング12に負荷されることになる。これらの力が負荷されると、ホイールドラムハウジング12に、リアクレードル10を基準とした変位が引き起こされる。この変位は、サスペンションリンク20を含むすべての構成要素に力を負荷する。このようにして、コントロールリンク20は、リアクレードル10を基準としたホイールドラムハウジング12の変位に起因して、長手方向、横方向、及び引っ張り方向の力を独立的に受ける。ホイールドラムハウジング12に負荷される力の大きさ及び方向に拘わらず、ここで対象となるのは、結果としてサスペンションリンク20に負荷される力である。
【0022】
図示のように、サスペンションリンク20は、ツーピース構造を利用した簡易なコントロールアームである。サスペンションリンク20は、この構成から大部分の恩恵を受ける、というのは、長手方向の負荷を受けたとき柔軟なねじりモードを有すべきである一方で、横方向の負荷の下では非常の剛であり且つ構造的に堅固であるべきであるためである。更に、アッパーコントロールアーム22は、図中では単に管状の部材として示されているが、ツーピース構造を利用することも可能である。アッパーコントロールアーム22に対してツーピース構造を利用することは、十分安価な故に効果的であるだろう。最後に、多くのサスペンションシステムは、3つ以上のコントロールアームを利用し、追加のツーピースのコントロールアームを使用することができる。一般的に、フロントコントロールアーム23は、非常に剛のままであり、非常に厚みのあるワンピースの部材であるだろう。これは、フロントコントロールアーム23は、使用するショック若しくはサスペンションを支持するために、非常に剛性があり且つ強度を有している必要があるためである。このようにして、これは、残りのコントロールアームよりも重量が大きくなる。
【0023】
図2を参照するに、ツーピースのコントロールアーム20が、細長い第1のコントロールアーム24と略同様の細長い第2のコントロールアーム26とを有して、示されている。各部材24,26は、円形の端部断面36で終端する。部材24,26は、第1のブッシュ28及び第2のブッシュ30で相互結合する。
【0024】
図3を参照するに、第2のブッシュ30がライン3−3で切られた断面で示されている。内側のシリンダ31は、第1の部材24及び第2の部材26に挿通される。圧縮可能な部材38は、内側のシリンダ31を包囲し、ゴムのような適切な材料により形成される。第1の部材24の管状の内側のシェル46(以下、「管状インナシェル46」という)は、圧縮可能な部位38を包囲する。第2の部材26の管状の外側のシェル48(以下、「管状アウタシェル48」という)は、管状インナシェル46を包囲する。管状インナシェル46は、外方向に反り返され、管状インナシェル46及び管状アウタシェル48が確実に当接しあい、効果的に互いをロックするようにする。図2を参照するに、部材24,26は、相互に対して離間しており、発達したギャップ32が残存する。コントロールアーム20に負荷される横方向の力は、部材24,26を僅かに曲げ、それらが相互に向かって変位すると共に当接することを可能として、発達したギャップ32を小さくし若しくはなくす。
【0025】
図4は、図2のライン4−4による断面図であり、第1の部材24及び第2の部材26のそれぞれが、図示する好ましい実施例における略W字形の断面を如何にして有するかを示す。他の断面形状も、同一の結果を達成するように選択することが可能である。各部材24,26は、第1のエッジ40及び第2のエッジ42で終端し、それらの間には中央のウェブ44が中間に形成されている。ブッシュ28,30は、第1の部材24及び第2の部材26を図4に示すような実質的に離間した状態に維持し、各部材24,26の第1のエッジ40、第2のエッジ42及び中央のウェブ44の各々が通常時に相互に接触しないようにする。
【0026】
図5は、コントロールアーム20の上部斜視図を示す。図からわかるように、第1の部材24は、各端部36から突出する管状インナシェル46を有する。対応して、第2の部材26は、円形の部位36内で各端部に位置する管状アウタシェル48を有する。管状インナシェル46は、管状アウタシェル48内に緊密に嵌合するように構成される。管状インナシェル46は、このようにして一度配置されると、当該位置に管状インナシェル46及び管状アウタシェル48を相互にロックするために、反り返される。
【0027】
図6は、力が一切負荷されていない状態のコントロールアーム20の断面図を示す。図示のように、第1の部材24は、発達したギャップ32をもって最大限に第2の部材26から離間している。図示のように、第1のエッジ40、第2のエッジ42及び接触領域44は、第1の部材24と第2の部材26間におけるそれらの相手部位にそれぞれ接触していない。
【0028】
図7は、コントロールアーム20に時計回りのトルクを発生させる長手方向の力が負荷されたときのコントロールアーム20を示す。図示のように、第1の部材24及び第2の部材26は、相互に独立して回転することができ、これにより、長手方向の力を吸収する。第1の部材24は、第2の部材26から依然として離間しているので、柔軟なねじりモードが付与され、これにより、サスペンションシステムにおける十分なたわみ性を可能とする。図8は、長手方向の力が反時計回りに負荷されたコントロールアーム20を簡易的に示す。
【0029】
図9に示すように、コントロールアーム20は、横方向の力を受けている。初期的には、圧縮可能な部材38がこれらの力を吸収する。これらの力が増大すると、横方向の力が部材24,26を座屈させるほどの大きさ、より正確には曲げるほどの大きさとなった際に、第1の部材24は、第2の部材26に向かって変位することになる。第1の部材24及び第2の部材26の第1のエッジ40、第2のエッジ42及び中央のウェブ44の各々は、相互に向かって変位する。十分な横方向の力が負荷されたとき、図10に示すように、第1のエッジ40、第2のエッジ42及び中央のウェブ44は、相互に当接することになる。これにより、第1の部材24及び第2の部材26が一体のコントロールアーム20を形成することになり、図10に示すようにコントロールアーム20の強度が、第1の部材24若しくは第2の部材26単体よりも実質的に増大し、コントロールアーム22が破壊することが防止される。横方向の荷重がなくなると、部材24,26の弾性によって、コントロールアーム20は、元の形状に復帰する。
【0030】
当業者であれば、本発明は、その精神及び中心的な特質を逸脱することなく、他の特別な構成で具現化されてよいことを、更に認識するだろう。本発明の上記説明においては、例示的な実施形態のみが開示されているが、他の異形態が本発明の精神の範囲内で推考されることを理解されるべきである。従って、本発明は、詳細に説明された特定の実施形態に限定されることはない。むしろ、参照は、本発明の精神及び内容の示すものとして掲げた請求の範囲に対してなされるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図1】
複数のコントロールアームによってホイールドラム(若しくは、ディスク)ハウジングが取り付けられたリアクレードルの斜視図である。
【図2】
本発明のツーピースのコントロールアームの側部斜視図である。
【図3】
ライン3−3に関するコントロールアーム内のブッシュの断面図である。
【図4】
ライン4−4に関するツーピースのコントロールアームの断面図である。
【図5】
本発明のツーピースのコントロールアームの上部斜視図である。
【図6】
無負荷状態における、ライン4−4に関するツーピースのコントロールアームの断面図である。
【図7】
時計回り方向のねじれ状態における、ライン4−4に関するツーピースのコントロールアームの断面図である。
【図8】
反時計回り方向のねじれ状態における、ライン4−4に関するツーピースのコントロールアームの断面図である。
【図9】
増大した横方向の負荷状態における、ライン4−4に関するツーピースのコントロールアームの断面図である。
【図10】
横方向の高負荷状態における、ライン4−4に関するツーピースのコントロールアームの断面図である。
[発明の分野]
本発明は、一般的には、ホイールハウジングに車両のフレーム若しくは構造部材を結合するリンク部材に係り、より詳細には、必要なときに十分なたわみ性を供する一方で、コントロールロッドの座屈の原因となりうる負荷中に適切で増大する支持機能を供する、独立懸架方式のサスペンションシステムにおけるコントロールロッドに関する。
【0002】
[関連技術の説明]
今日の大部分の車両において、構造的な基礎台は、従来的なフレーム、若しくは単体構造(モノコック構造)の部材である。大部分の他の構成要素は、この基礎台に結合され若しくは取り付けられる。単体構造の場合、サブフレーム部材が、しばしば追加的な支持及び取り付け位置を供するために追加される。例えば、車輪は、構造的な基礎台に可動支持体によって結合されている。この車輪は、ホイールドラムを介して、この可動支持体に取り付けることができる。多くの他の構成要素は、適切な取付構造を使用して同様に取り付けられる。或いは、この結合が、フレームの部材に直接的に接続されることも可能である。
【0003】
走行若しくは動作中、車両に種々の力が負荷されることになる。これらの力のすべては、最終的には、すべての関連部品を介してサブフレームに伝達される。車両のサスペンションシステムの場合、力は、可動支持部材を介して方向付けられることになり、多くの異なる応力及び荷重を発生させる。これらの力は、フレーム若しくは車体が、車両の前部及び後部間に延びるセンターライン(若しくは、中心軸)をもって略水平な位置となる箇所として、理解しやすい車両の方向を基準として言及される。
【0004】
車両に発生する大部分の通常的な力は、ホイールハウジングの単純な垂直変位である。かかる変位は、道路における種々の***や物体に車両が出会うことによって引き起こされる。これらの***若しくは物体は、予測されると共に、車両のサスペンションシステムによって対処されなければならない。車室にこの動きを伝えることは望ましくないので、種々のショックアブソーバ及びスプリングが装着され、これらの力を処理している。サブフレームとホイールドラムハウジングとの間のリンクは、この方向に自由に回動し、すべての垂直方向の力がショックアブソーバ及びスプリングによって対処されるようにする。
【0005】
長手方向の力も、車両が走行する際にホイールハウジングに負荷される。この結果、サスペンションのすべての構成要素に種々の力が付与される。また、引っ張り荷重は、ホイールが車両の中心線から離れる方向に引っ張られることによって力がホイールに負荷される際に、生じ、横方向の力(横力)は、ホイールが車両の中心線に向かって押されて、反対方向に生ずる。
【0006】
車両のサスペンションシステムにおいて、構成要素のすべては、これらの荷重のそれぞれを適切に伝播しなければならない。この荷重の対処要求は、ホイールを取り付けるという基本機能に付加されるものであり、車両が機能することを可能とする。従って、システムの各構成要素は、その特定の目的のために特別に設計されなければならず、且つ、他のすべての構成要素と協働しなければならない。
【0007】
独立懸架方式のリアサスペンションシステムにおいて、ホイールドラムハウジングをフレーム若しくはリアクレードルに結合する組立体は、多数のコントロールアームからなる。コントロールアームは、関連する車輪によって付与される上述の荷重のすべてを吸収するように要求される。鉛直方向の荷重は、一若しくはそれ以上のコントロールアームと協働するスプリング及び/又はショックアブソーバによって主に対処される。先に提案したように、コントロールアームは、鉛直方向で自由に変位できるようにヒンジ結合される。従って、すべての鉛直方向の荷重は、スプリング又はショックアブソーバに伝達される。
【0008】
車輪は、上述の如く、多種多様な長手方向、横方向、引っ張り方向の荷重を受ける。車輪に負荷される力の多種多様な合成が、コントロールアームに負荷されることになる。最終的には、コントロールアーム自体が、車輪に負荷されている力に起因した長手方向、横方向、引っ張り方向の荷重を受けることになる。車輪(及びホイールドラムハウジング)に負荷される力が、如何なる力であれ、如何なる力の合成であれども、各コントロールアームに負荷される結果としての力は、当該構成要素によって適切に対処されなければならない。かくして、各コントロールアーム及びそのエラストマーブッシュは、負荷される力を、その方向に依存して、対処するように構成される。長手方向、横方向、引っ張り方向でコントロールアームに負荷される、結果としての力が、コントロールアームが達成する種々の応答について議論される力であることを、理解されるべきである。
【0009】
引っ張り荷重(フレームから離れる方向の荷重)は、典型的には、最小であり、個別に考慮される必要はなく、長手方向、横方向の荷重が、コントロールアームに対する最も考慮すべき事項である。長手方向の荷重(コントロールアームにトルクを発生させる)が負荷されている間、サスペンションリンクとして同様に称されるリアモスト(最も後方)のコントロールアームにおいて柔軟なねじれモードを有することが望ましい。換言すると、長手方向の荷重下での剛な反発は、この力が乗員によって体感されてしまうので、望ましくない。逆に、横方向の荷重(圧縮荷重)(フレームにコントロールアームを付勢する)は、非常に大きく、サスペンションリンクを座屈させうる。このことが、長手方向において適切にたわみ性を有し、且つ、横方向に十分な強度を有するサスペンションリンクを設計することを困難化している。
【0010】
走行中の車両によって負荷される長手方向の力を対処する、多種多様なサスペンションシステムが提案されている。例えば、1996年3月20日にKusama他に発行された米国特許第5,662,348号は、大部分の長手方向の応力に晒されるコントロールアームの部位が、各端部で曲げられ、より剛なフレームを付与する、一部材によるサスペンションアームを開示する。Kusama他は、より少ない材料を使用して、サスペンションアームを軽量化しつつ、長手方向の力に十分な抗力を付与している。更に、Kusama他は、負荷される比較的大きい横方向の荷重について言及していない。
【0011】
かくして、高い横方向の荷重に対して適切な支持を供しつつ柔軟なねじれモードを有したコントロールアームを提供する必要性がある。
【0012】
[発明の概要]
本発明は、特に独立懸架方式のリアサスペンションシステムにおける、サスペンションリンク用のツーピースのコントロールアームを提供する。本コントロールアームは、フロント及びリアの独立懸架方式のサスペンションシステムの双方における他のコントロールアーム位置においても適用可能である。好ましい実施例では、コントロールアームの各ピースは、略W字形の断面を大部分の長さにわたり有する。他の断面形状も、同一の結果を得るように付与されてよい。コントロールアームの各ピースの端部は、相互にメール/フィーメールの関係で嵌合するように構成されている。圧縮可能なブッシュ及び管状のインサートがこれらの各端部に設けられ、これらを固定距離で離間した状態に維持することにより、2つのピースのそれぞれのエッジ間に、発達したギャップ(ディベロップド・ギャップ)を形成するようにする。第2のピースの管状端部は、第1のピースの管状端部上にスライド嵌合される。双方は、その後膨張し、相互にロックされる。2つの端部間の摩擦による係合によって、2つのピースを相互にロックしつつ、離間状態にさせる。サスペンションリンクにより高いレベルの荷重が負荷される際、車両の動作中に2つのピースは曲がり始めて互いに変位する。荷重がなくなったとき、金属の弾性によって、2つのピースは元の位置に復帰し、ギャップを再び発生させる。
【0013】
使用時、ツーピースのコントロールアームは、発生する応力の種類に依存して、異なる態様で応答することができる。具体的には、当該部品は、ある応力に対しては比較的“強い”特性を有する一方で、他の応力に対しては比較的柔軟な特性を有する。
【0014】
ツーピースのコントロールアームの長手方向の(コントロールアームにトルクを発生させる)負荷の間、コントロールアームの各ピースは、離間した状態を維持し、負荷される応力に応じて、独立的に捩じれ若しくは変位する。ツーピースのコントロールアームの横方向の負荷の間、コントロールアームの各ピースは、相互に向かうように圧縮変形し、横方向の荷重が十分に大きくなると、互いに接触する。かかる接触は、中間の平らな部位と共に各エッジにも生じる。ツーピースのコントロールアームが一体となるので、コントロールアーム全体としては、実質的に強度を増し、非常に大きな横方向の荷重に耐えることができる。
【0015】
このツーピースのコントロールアームは、適切なレベルの支持機能をもって3方向すべての入力を対処することができる一方で、最も過酷な横方向の入力中に2倍以上の板厚のワンピースの打ち抜き加工品よりも大きな支持機能を供する点で、有用である。これによって、より少ない材料でコントロールアームを製造することが可能となり、相当なコスト低減を図ることができる。更に、使用される資材は、相当に薄くすることができ、より安価な資材を購入し利用することができる。より薄い材料の使用は、資材から各ピースを打ち抜くのに要する労力を低減する点で、製造負担を除去する。これらの低減にも拘らず、より強度のあるより適切なコントロールアームが製造される。
【0016】
例えば、従来的なワンピースのサスペンションリンクコントロールアームは、管状の資材から形成される。管状の資材は、一般的には、同一の材料のシート材若しくはブランク材に比して2倍から2倍半高価である。本工程では、単一のプレスストロークにより、コントロールアームの両ピースが形成される。逆に、管状の資材は、曲げ加工及び形状だしが必要となる。種々の取付機構が、これに結合されなければならない。管状の資材を曲げ加工及び形状だしすることが困難であり、時間がかかり高コストであることは、重大な課題である。結果として、材料の価格及び製造コストを考慮する場合に、従来的なコントロールアームは、ツーピースのコントロールアームに比して3倍ものコストがかかると共に、効果的に機能しないだろう。
【0017】
本発明の目的は、増大する横方向の力が負荷される際に強度が増すツーピースのコントロールアームを提供することにある。
【0018】
本発明の他の目的は、長手方向の力が負荷される際に柔軟なねじれモードを有するツーピースのコントロールアームを提供することにある。
【0019】
本発明の更なる他の目的は、十分な横方向の力が負荷され相互に接触するまではツーピースが独立に機能する、ツーピースのコントロールアームを提供することにある。
【0020】
本発明の更なる他の目的は、横方向の力がコントロールアームに負荷される際に強度を増すと共に、長手方向の力がコントロールアームに負荷される際に柔軟なねじれモードを呈するツーピースのコントロールアームを利用した、リアサスペンションシステムにおけるサスペンションリンクを提供することにある。
【0021】
[好ましい実施例の詳細な説明]
図1を参照するに、本発明のツーピース(2部材構成)のコントロールアーム20が、独立懸架方式のリアサスペンションシステム8の構成で示されている。リアクレードル10は、車両のフレームの部位を形成する。ホイールドラムハウジング12は、ブレーキ装置及び車輪を支持する。ホイールドラムハウジング12は、リアクレードル10に取り付けられ、リアアクスルライン16にアラインメントされる。図示のように、3つのコントロールアーム、即ち、リアコントロールアーム20(サスペンションリンク20)、アッパーコントロールアーム22及びフロントコントロールアーム23は、ホイールドラムハウジング12をリアクレードル10に接続する。スプリング14及びショックアブソーバ(図示せず)は、ホイールドラムハウジング12の垂直変位を吸収するためフロントコントロールアーム23に結合するが、サスペンションリンク20及びアッパーコントロールアーム22は、この方向に回動自在である。車両の前部(フロント)は、図示の通りである。サスペンションリンク20は、図示される3つの異なる力を対処するように設計されなければならない。ホイールドラムハウジング12の車両の中心線に沿った(リアクレードル10を基準とした)移動は、矢印Lによって図示される長手方向の力を生む。ホイールドラムハウジング12の車両の中心線から離れる移動は、矢印Teによって図示される引っ張り方向の荷重を生む。また、ホイールドラムハウジング12の車両の中心線に向かう移動は、矢印Tによって図示される横方向の力を生む。一般的に、長手方向、横方向、及び引っ張り方向の力は、過多の外部ファクターに起因した多様な結合で、ホイールドラムハウジング12に負荷されることになる。これらの力が負荷されると、ホイールドラムハウジング12に、リアクレードル10を基準とした変位が引き起こされる。この変位は、サスペンションリンク20を含むすべての構成要素に力を負荷する。このようにして、コントロールリンク20は、リアクレードル10を基準としたホイールドラムハウジング12の変位に起因して、長手方向、横方向、及び引っ張り方向の力を独立的に受ける。ホイールドラムハウジング12に負荷される力の大きさ及び方向に拘わらず、ここで対象となるのは、結果としてサスペンションリンク20に負荷される力である。
【0022】
図示のように、サスペンションリンク20は、ツーピース構造を利用した簡易なコントロールアームである。サスペンションリンク20は、この構成から大部分の恩恵を受ける、というのは、長手方向の負荷を受けたとき柔軟なねじりモードを有すべきである一方で、横方向の負荷の下では非常の剛であり且つ構造的に堅固であるべきであるためである。更に、アッパーコントロールアーム22は、図中では単に管状の部材として示されているが、ツーピース構造を利用することも可能である。アッパーコントロールアーム22に対してツーピース構造を利用することは、十分安価な故に効果的であるだろう。最後に、多くのサスペンションシステムは、3つ以上のコントロールアームを利用し、追加のツーピースのコントロールアームを使用することができる。一般的に、フロントコントロールアーム23は、非常に剛のままであり、非常に厚みのあるワンピースの部材であるだろう。これは、フロントコントロールアーム23は、使用するショック若しくはサスペンションを支持するために、非常に剛性があり且つ強度を有している必要があるためである。このようにして、これは、残りのコントロールアームよりも重量が大きくなる。
【0023】
図2を参照するに、ツーピースのコントロールアーム20が、細長い第1のコントロールアーム24と略同様の細長い第2のコントロールアーム26とを有して、示されている。各部材24,26は、円形の端部断面36で終端する。部材24,26は、第1のブッシュ28及び第2のブッシュ30で相互結合する。
【0024】
図3を参照するに、第2のブッシュ30がライン3−3で切られた断面で示されている。内側のシリンダ31は、第1の部材24及び第2の部材26に挿通される。圧縮可能な部材38は、内側のシリンダ31を包囲し、ゴムのような適切な材料により形成される。第1の部材24の管状の内側のシェル46(以下、「管状インナシェル46」という)は、圧縮可能な部位38を包囲する。第2の部材26の管状の外側のシェル48(以下、「管状アウタシェル48」という)は、管状インナシェル46を包囲する。管状インナシェル46は、外方向に反り返され、管状インナシェル46及び管状アウタシェル48が確実に当接しあい、効果的に互いをロックするようにする。図2を参照するに、部材24,26は、相互に対して離間しており、発達したギャップ32が残存する。コントロールアーム20に負荷される横方向の力は、部材24,26を僅かに曲げ、それらが相互に向かって変位すると共に当接することを可能として、発達したギャップ32を小さくし若しくはなくす。
【0025】
図4は、図2のライン4−4による断面図であり、第1の部材24及び第2の部材26のそれぞれが、図示する好ましい実施例における略W字形の断面を如何にして有するかを示す。他の断面形状も、同一の結果を達成するように選択することが可能である。各部材24,26は、第1のエッジ40及び第2のエッジ42で終端し、それらの間には中央のウェブ44が中間に形成されている。ブッシュ28,30は、第1の部材24及び第2の部材26を図4に示すような実質的に離間した状態に維持し、各部材24,26の第1のエッジ40、第2のエッジ42及び中央のウェブ44の各々が通常時に相互に接触しないようにする。
【0026】
図5は、コントロールアーム20の上部斜視図を示す。図からわかるように、第1の部材24は、各端部36から突出する管状インナシェル46を有する。対応して、第2の部材26は、円形の部位36内で各端部に位置する管状アウタシェル48を有する。管状インナシェル46は、管状アウタシェル48内に緊密に嵌合するように構成される。管状インナシェル46は、このようにして一度配置されると、当該位置に管状インナシェル46及び管状アウタシェル48を相互にロックするために、反り返される。
【0027】
図6は、力が一切負荷されていない状態のコントロールアーム20の断面図を示す。図示のように、第1の部材24は、発達したギャップ32をもって最大限に第2の部材26から離間している。図示のように、第1のエッジ40、第2のエッジ42及び接触領域44は、第1の部材24と第2の部材26間におけるそれらの相手部位にそれぞれ接触していない。
【0028】
図7は、コントロールアーム20に時計回りのトルクを発生させる長手方向の力が負荷されたときのコントロールアーム20を示す。図示のように、第1の部材24及び第2の部材26は、相互に独立して回転することができ、これにより、長手方向の力を吸収する。第1の部材24は、第2の部材26から依然として離間しているので、柔軟なねじりモードが付与され、これにより、サスペンションシステムにおける十分なたわみ性を可能とする。図8は、長手方向の力が反時計回りに負荷されたコントロールアーム20を簡易的に示す。
【0029】
図9に示すように、コントロールアーム20は、横方向の力を受けている。初期的には、圧縮可能な部材38がこれらの力を吸収する。これらの力が増大すると、横方向の力が部材24,26を座屈させるほどの大きさ、より正確には曲げるほどの大きさとなった際に、第1の部材24は、第2の部材26に向かって変位することになる。第1の部材24及び第2の部材26の第1のエッジ40、第2のエッジ42及び中央のウェブ44の各々は、相互に向かって変位する。十分な横方向の力が負荷されたとき、図10に示すように、第1のエッジ40、第2のエッジ42及び中央のウェブ44は、相互に当接することになる。これにより、第1の部材24及び第2の部材26が一体のコントロールアーム20を形成することになり、図10に示すようにコントロールアーム20の強度が、第1の部材24若しくは第2の部材26単体よりも実質的に増大し、コントロールアーム22が破壊することが防止される。横方向の荷重がなくなると、部材24,26の弾性によって、コントロールアーム20は、元の形状に復帰する。
【0030】
当業者であれば、本発明は、その精神及び中心的な特質を逸脱することなく、他の特別な構成で具現化されてよいことを、更に認識するだろう。本発明の上記説明においては、例示的な実施形態のみが開示されているが、他の異形態が本発明の精神の範囲内で推考されることを理解されるべきである。従って、本発明は、詳細に説明された特定の実施形態に限定されることはない。むしろ、参照は、本発明の精神及び内容の示すものとして掲げた請求の範囲に対してなされるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図1】
複数のコントロールアームによってホイールドラム(若しくは、ディスク)ハウジングが取り付けられたリアクレードルの斜視図である。
【図2】
本発明のツーピースのコントロールアームの側部斜視図である。
【図3】
ライン3−3に関するコントロールアーム内のブッシュの断面図である。
【図4】
ライン4−4に関するツーピースのコントロールアームの断面図である。
【図5】
本発明のツーピースのコントロールアームの上部斜視図である。
【図6】
無負荷状態における、ライン4−4に関するツーピースのコントロールアームの断面図である。
【図7】
時計回り方向のねじれ状態における、ライン4−4に関するツーピースのコントロールアームの断面図である。
【図8】
反時計回り方向のねじれ状態における、ライン4−4に関するツーピースのコントロールアームの断面図である。
【図9】
増大した横方向の負荷状態における、ライン4−4に関するツーピースのコントロールアームの断面図である。
【図10】
横方向の高負荷状態における、ライン4−4に関するツーピースのコントロールアームの断面図である。
Claims (7)
- 第1の端部及び第2の端部を細長い部位を介して有した第1の部材と、
第1の端部及び第2の端部を細長い部位を介して有した第2の部材とを含む、サスペンションシステム用コントロールアームであって、
上記第1の部材と上記第2の部材との間に間隙が発達し維持されるように、上記第1の部材の第1の端部は、上記第2の部材の第1の端部に結合可能であり、且つ、上記第1の部材の第2の端部は、上記第2の部材の第2の端部に結合可能であり、
上記第1の部材及び上記第2の部材を相互に向かって曲げるほどの力が、横方向に負荷されている間のみ、上記第1の部材が、上記第2の部材に当接し、発達した間隙をなくすことができ、
力が除去されたときに、上記第1の部材及び上記第2の部材が、上記第1の部材及び上記第2の部材の弾性に起因して、相互から離れる、コントロールアーム。 - 上記第1の部材と上記第2の部材との間の結合手段が、ブッシュである、請求項1記載のコントロールアーム。
- 上記ブッシュが、
上記第1の部材の上記第1の端部に設けられ、第1の圧縮可能な部材を包囲する第1の内側の管状のシェルと、
上記第1の部材の上記第2の端部に設けられ、第2の圧縮可能な部材を包囲する第2の内側の管状のシェルと、
上記第2の部材の上記第1の端部に設けられ、上記第1の内側の管状のシェルを包囲する第1の外側の管状のシェルと、
上記第2の部材の上記第2の端部に設けられ、上記第2の内側の管状のシェルを包囲する第2の外側の管状のシェルとを含む、請求項2記載のコントロールアーム。 - 上記第1の部材及び上記第2の部材のそれぞれが、上記細長い部位にわたりW字形の断面を有する、請求項1記載のコントロールアーム。
- 上記W字形の断面は、上記第1及び第2の部材のそれぞれにおいて、第1のエッジ、第2のエッジ、及び中央のウェブを形成する、請求項4記載のコントロールアーム。
- 横方向に十分な荷重が負荷されたときに、上記第1の部材の上記第1のエッジ、第2のエッジ及び中央のウェブは、上記間隙がなくなるように、上記第2の部材の上記第1のエッジ、第2のエッジ、及び中央のウェブのそれぞれに接触する、請求項5記載のコントロールアーム。
- 上記第1の部材及び上記第2の部材は、長手方向の荷重が生じたときに、相対的に一時的に捩れることができる、請求項1記載のコントロールアーム。
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