JP3546564B2 - ツイストビーム式サスペンション - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等の車両のサスペンションに係り、更に詳細にはツイストビーム式サスペンションに係る。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等のサスペンションの一つとして、前端にて車体に枢支され後端にて車輪に回転可能に支持するトレーリングアームと、車両横方向に直線的に延在し両端にて一対のトレーリングアームに連結されたツイストビームとを有するツイストビーム式サスペンションが知られている。
【０００３】
トレーリングアーム前端のブッシュ部とアクスルセンタ（車輪支持部）とに対するツイストビームの剪断中心軸の前後方向の相対位置関係から、剪断中心軸がトレーリングアーム前端のブッシュ近傍に存在する所謂前端型、剪断中心軸がトレーリングアーム前端のブッシュとアクスルセンタの中間に存在する所謂中間型、剪断中心軸がアクスルセンタの近傍に存在する所謂後端型の三種類に分類され、前端型は同相（左右の車両が同方向にストローク）の場合、逆相（左右の車輪が逆方向にストローク）の場合共にフルトレーリングアーム式サスペンションと同様の挙動を示し、中間型は同相の場合にセミトレーリングアーム式サスペンション、逆相の場合に車軸式サスペンションと同様な挙動を示す。また、後端型は同相の場合、逆相の場合共に車軸式サスペンションと同様な挙動を示す。このようなツイストビーム式サスペンションに於いては、ツイストビームが車両の横方向に直線的に延在するため、ツイストビーム式サスペンションが四輪駆動車やフロントエンジンリヤドライブ車に適用される場合には、ツイストビームとプロペラシャフトの如き他の部材との干渉が問題になり易く、特にプロペラシャフトの場合、前端型及び中間型のツイストビームとの干渉が問題となる。
【０００４】
また、ツイストビーム式サスペンションに於いては、周知の如く、車輪はそれらが互いに逆相にてバウンド、リバウンドするときにはツイストビームの剪断中心軸と車両中心面との交点とトレーリングアームの前端の枢点とを結ぶ直線を仮想の揺動軸線として揺動し、また、ツイストビームがプロペラシャフトと干渉しないようにツイストビームの中央部が上方へ湾曲されていると、これに対してツイストビームの剪断中心も上方へ変位し、車輪の仮想の揺動軸線がアウトボードの方向に見て下方へ傾斜してしまい、そのため車輪がバウンド、リバウンドする場合に於けるサスペンションのアライメント変化特性も変化してしまう。
【０００５】
そこで、そのような問題点を解決するため、本願出願人と同一の出願人にかかる特開平４ー２８３１１４号において、アライメント変化特性に変更をきたすことなくツイストビームとプロペラシャフトの如き他の部材と干渉を回避するようにしたツイストビーム式サスペンションを開示している。
【０００６】
図５はこの改良したツイストビーム式サスペンションを示すもので、一対のトレーリングアーム３１Ｌ及び３１Ｒと、車両横方向に延在し両端にて一対のトレーリングアームに前端と後端との間にて連結されたツイストビーム３０とを有している。ツイストビーム３０は上向きの開口した断面形状を有し、その両端間の中央部にて上方へ湾曲されている。ツイストビーム３０の断面形状によりツイストビーム３０が上方へ湾曲されていてもツイストビーム３０の剪断中心が高くなりすぎることが回避されるものである。 なお、３２Ｌ，３２Ｒは車軸３３Ｌ、３３Ｒの周りに回転駆動される車輪であり、３４Ｌ，３４Ｒは車体（図示せず）がトレーリングアームを枢支するジョイントである。
【０００７】
ところで、車両が旋回するときに外輪に内輪よりかなり大きな横力が作用する。
図６は、上記図５のツイストビーム式サスペンションが適用された車両の右輪に横力ｆが加わった状態のツイストビームに作用する曲げモーメント線図を示すものである。
【０００８】
図６（ａ）は、平面視において、右輪に横力ｆが加わった状態を示し、図６（ｂ）は、この時のツイストビームに作用する曲げモーメント線図を示すものである。
ここで、左右のジョイント３４Ｒ，３４Ｌ間の距離をｄ、車軸からジョイント３４Ｒまでの距離をｌ_２ 、ツイストビーム３０の図心までの距離ｌ_１ ，右輪に作用する力をｆとするとき、ツイストビームの軸方向をｘ軸として車両中心を基準０としたときの車両両端及び車両中心での各モーメントＭは、
ｘ＝−ｄ／２のとき； Ｍ＝（ｌ_１ ／２）・ｆ
ｘ＝０のとき ； Ｍ＝−（１／２）・（ｌ_２ −ｌ_１ ）ｆ
ｘ＝ｄ／２のとき ； Ｍ＝−（１／２）・（２ｌ_２ −ｌ_１ ）ｆ
となる。
【０００９】
横力は左輪にも同様に加わるため、ツイストビームに作用する最大曲げモーメントの分布は図４（ｃ）に示すように、
ｘ＝−ｄ／２のとき； Ｍ＝−（１／２）・（２ｌ_２ −ｌ_１ ）ｆ
ｘ＝０のとき ； Ｍ＝−（１／２）・（ｌ_２ −ｌ_１ ）ｆ
ｘ＝ｄ／２のとき ； Ｍ＝−（１／２）・（２ｌ_２ −ｌ_１ ）ｆ
となる。
【００１０】
車輪に加わる横力に対して、オーバーステア側にステア角が変化することは操安性に悪影響を及ぼすため、ツイストビームの剛性は、上記図６（ｃ）に示す曲げモーメントに対して十分の剛性が必要になる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記図５に示すツイストビームを後方より見るとそのスケルトンは図７に示すようになる。
ツイストビームはプロペラシャフトを避けるため上方に湾曲させたものであるため、○印Ａ，Ｂで示す如く、左右対称に比較的小さい曲率半径Ｒの曲げ部分が存在している。
【００１２】
一般に、断面形状が同じであっても、長手方向で曲がり部分が存在していれば、その部分で断面崩れが発生し、剛性が低くなる。
図５に示される構造のもにあっては、図６（ｃ）で示されるように，車輪に横力が加わった場合の最大曲げモーメントの分布は、車両中心から離れるにしたがって大きくなっており、したがって、上記曲げ部Ａ，Ｂは、曲げモーメントが中心位置より大きな部位に存在していることとなる。従って、これらの部分により、剛性が低下し、横力に対してオーバーステア側のステア角度変化が大きくなり操安性の観点からは不利ということとなる。
【００１３】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、ツイストビーム式サスペンションにおけるツイストビームをビームの中央部を凸とする一つの曲線形状とすることにより、ツイストビームの剛性を向上するとともに、横力に対するオーバーステア側のステア角変化を低減することを目的とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は
前端にて車体に枢支され後端にて車輪を回転可能に支持する一対のトレーリングアームと、実質的に車両横方向に延在し、前記トレーリングアームに連結されると共に両端に補強部材を備えるツイストビームとを有するツイストビーム式サスペンションにおいて、
前記ツイストビームは、中央部分を上方に凸とする１つの曲線形状部を有し、その両端部に前記中央部分に曲率半径が連続して変化する曲線部を介してスムーズに連続して繋がる直線形状部を有することを有することを特徴とする。
【００１５】
請求項２の発明は、請求項１の発明のツイストビーム式サスペンションにおいて、曲線形状部の曲率半径を、両端に向かうに従って大きくしたことを特徴とする。
【００１６】
請求項１記載の発明によれば、ツイストビーム式サスペンションにおけるツイストビームの上方向の曲げ構造を、曲げモーメントが小さい車両の中心付近で曲線形状とすることができ、かつ、曲率半径を大きくすることができるようになり、その結果、ツイストビームの剛性が向上する。また、大きな曲げモーメントが作用するツイストビームの両端部を直線形状とすることにより、その直線部で補強部材を溶接することが可能となり、溶接の質が向上し、剛性が向上する。
【００１７】
請求項２記載の発明によれば、ツイストビームの曲線形状の曲率半径を車両中心から離れる程大きくし、車両中心から離れる程大きくなる曲げモーメントに対して剛性を向上することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明によるツイストビーム式サスペンションの一つの実施例を示すもので、斜め前方より見た斜視図、図２（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図１に示された実施例の平面図及び背視図、図２（ｃ）は図２（ｂ）のＡーＡ断面図である。
【００１９】
図１において、１はツイストビーム式サスペンションを構成するツイストビームを、２Ｌ，２Ｒはそれぞれ左右一対のトレーリングアームを、また、３はツイストビーム１とトレーリングアーム２Ｌ，２Ｒとの連結部を補強するためのガセットである。
【００２０】
両前後方向に延在する左右一対のトレーリングアーム２Ｌ，２Ｒは、図１及び図２（ａ）に見られるように、その前端部は直線部２ｓを有する形状とされている。トレーリングアーム２Ｌ，２Ｒは、その前端において車両方向に延在する枢軸とゴムブッシュを含むジョイント５Ｌ，５Ｒを介して車体（図示せず）により枢支され、後端においてそれぞれ車輪４Ｌ，４Ｒを回転可能に支持している。
【００２１】
また、トレーリングアーム２Ｌ，２Ｒには車体との間に介装されるサスペンションスプリングとしての圧縮スプリング６Ｌ，６Ｒが装着され、更に、その後端において車体に固定されたショックアブソーバ７Ｌ，７Ｒを支持している。
左右のトレーリングアーム２Ｌ，２Ｒには、それらの前端と後端の間にてツイストビーム１が連結固定されており、これらの連結部はガセット３Ｌ，３Ｒにより補強されている。ガセット３Ｌ，３Ｒは、ツイストビーム１の両端においてツイストビーム１及びトレーリングアーム２Ｌ，２Ｒとに溶接８_１ 、８_２ により固定される。
【００２２】
ツイストビーム１は図２（ｃ）に示すように前方が開放したＵ字状の断面形状をしている。また、ツイストビーム１が下方に変位してもツイストビーム１の下方に存在するプロペラシャフト（図示せず）に干渉しないように図２（ｂ）に見られる如く、車軸中央の一箇所で上方に凸状に湾曲する曲線部１ｒを有している。そして、曲線部１ｒの両側は略直線状となるように直線部１ｓが形成されている。
【００２３】
曲線部１ｒの湾曲形状は、曲率半径が車両中心において最も小さく、車両中心から離れるにしたがい大きくしており、両側の直線部１ｓにスムーズに連続するようにしてある。
このように本実施例においては、ツイストビーム１の上方向への湾曲構造を、車両中心部において湾曲部を１つ設ける構造としたため、図３及び図５に示した従来のツイストビーム式サスペンションのものに比較して、湾曲部の曲率半径を大きくとることができる。また、図４により説明したように、曲げモーメントが最も小さくなるのは車両中心部であり、本実施例のものではその車両中心部に曲げ部が形成されるものであるから、これによりツイストビームの剛性が向上する。
【００２４】
ツイストビーム１とトレーリングアーム２Ｌ，２Ｒとの連結部には前述のように補強部材であるところのガセット３が溶接により固定され剛性を高めているが、ガセット３は、ツイストビーム１にはその直線部１ｓに、また、トレーリングアーム２Ｌ，２Ｒにはそれらの直線部２ｓにおいて溶接固定されている。このようにガセット３はツイストビーム１と各トレーリングアーム２Ｌ，２Ｒに直線部分において溶接されるため、溶接の質が向上して剛性が高められる。
【００２５】
また、曲げモーメントは、車両中心から離れるほど大きくなり、したがって、ツイストビーム１、トレーリングアーム２Ｌ，２Ｒ及びガセット３の結合部には大きな曲げモーメントが作用することとなるが、ツイストビーム１とトレーリングアーム２Ｌ，２Ｒの直線部でガセット３を溶接することによって、溶接品質が向上しているためサスペンションの耐久性も向上する。
【００２６】
また、本実施例においては、ツイストビーム１とトレーリングアーム２Ｌ，２Ｒとの結合部は、図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、トレーリングアーム２Ｌ，２Ｒの中心線がツイストビーム１の中心面内にあるようにして連結している。このように配置するとにより、ツイストビーム１、トレーリングアーム２Ｌ，２Ｒ及びガセット３はツイストビーム１の中心面に対して対称となる。その結果、各部材は上下左右対称となり、左右共通の部品として使用可能となって部品の種類を低減することができる。
【００２７】
図３は、本発明によるツイストビーム式サスペンションの他の実施例を示し、ツイストビームとトレーリングアームとの連結部の背面視を示すものである。 本実施例によるツイストビーム式サスペンションは、図１、２に示したものと基本的に同構造のものであるが、ツイストビームとトレーリングアームとの連結部を補強する補強部材であるところのガセットの取付け構造が、図１、２に示したものと異なるものである。
【００２８】
ツイストビーム１１とトレーリングアーム１２との連結部はガセット１３が溶接により固定されている。ガセット１３のツイストビーム１１に結合される先端部１３ａは先細形状となっており、その先細形状の先端部１３ａの縁に沿ってツイストビーム１１に溶接される。その際、ガセット１３は、その先端部１３ａの中心線１３ｃがツイストビーム１１の中心線１１ｃより間隔Ａだけ下方に位置するように配置され溶接されている。
【００２９】
本実施例のようなツイストビーム式サスペンションでは、旋回時等に働く横力をジョイント５で受ける。しかしながら、横力が実際に働く力は４Ｒ，４Ｌの接地点であるため、構造上その接地点と左右の各ジョイント５を含む平面内にサスペンションのリンク部材（ツイストビーム１１、トレーリングアーム１２）を配置するのが最適である。また、リンク部材をこの平面内に近づけるほど発生する応力は小さくなる。
【００３０】
但し、実際は製作上の制約から、リンク部材は前記平面よりも上方に配置されているため、リンク部材全体を前記平面に近づけることは不可能である。
従って、応力低減効果が大きいと思われるガセット１３の先端部１３ａをこの平面に近づけたものがこの実施例である。この際、先端部１３ａを極端に下方へ位置させると、サスペンション特性に影響を及ぼすツイストビームの剪断中心線が大きく変化することになるため、図３のような位置となるように先端部１３ａの中心線１３ｃを配置する必要がある。
【００３１】
このようにして、ガセット１３とツイストビーム１１との結合部（溶接部分とその周辺部）に発生する応力を小さくすることができ、したがって、サスペンションの耐久性が向上する。
図４は本発明によるツイストビーム式サスペンションを採用した場合の、ツイストビームサスペンションとその周辺部品との関係を示す一実施形態を示す。
【００３２】
図４に示されるツイストビームサスペンションは中間ビーム式リヤサスペンションで、（ａ）は側面視図、（ｂ）は背面視図である。
ツイストビーム２１は、前端をアームブラケット２７により車体フレームを構成するクロスメンバ２５及びサイドメンバ２６に枢支され、後端において車輪２４を軸支するトレーリングアーム２２の中間位置に連結されている。ツイストビーム２１は中央部で上方に湾曲されているが、この湾曲したツイスツビーム２１の前方に、略同じ高さの位置にクロスメンバ２５が位置するように配置されている。
【００３３】
ツイストビーム２１と他の部品との配置関係を上記のようにすることにより、前方からの飛石等に対して、クロスメンバ２５がツイストビーム２１を保護することとなり、ビームが損傷することを少なくすることができる。したがって、サスペンションの耐久性が向上させることができる。
【００３４】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、ツイストビーム式サスペンションにおけるツイストビームの上方向の曲げ構造を、曲げモーメントが小さい車両の中心付近で曲線形状とすることができ、かつ、曲率半径を大きくすることができるようになり、その結果、ツイストビームの剛性を向上することができる。また、大きな曲げモーメントが作用するツイストビームの両端部を直線形状とすることにより、その直線部で補強部材を溶接することが可能となり、溶接の質が向上し、剛性が向上すると共に耐久性が向上する。
【００３５】
請求項２記載の発明によれば、ツイストビームの曲線形状の曲率半径を車両中心から離れる程大きくし、車両中心から離れる程大きくなる曲げモーメントに対して剛性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるツイストビーム式サスペンションの一実施例を示す構成図である。
【図２】図１の実施例の（ａ）平面図、（ｂ）背面視図及び（ｃ）Ａ−Ａ断面図を示す図である。
【図３】本発明によるツイストビーム式サスペンションの他の実施例を示す図である。
【図４】本発明によるツイストビーム式サスペンションと他の部品との配置関係の一実施形態を示す図である。（ａ）は側面視図、（ｂ）は背面視図である。
【図５】従来のツイストビーム式サスペンションを示す図である。
【図６】ツイストビームに作用する曲げモーメントの分布図である。
【図７】図５のツイストビームの背面からみたスケルトンを示す図である。
【符号の説明】
１、１１、２１ ツイストビーム
２、１２、２２ トレーリングアーム
３、１３、ガセット
４、２４ 車輪
５ ジョイント
６ 圧縮スプリング
７ ショックアブソーバ

Claims (2)

1. 前端にて車体に枢支され後端にて車輪を回転可能に支持する一対のトレーリングアームと、実質的に車両横方向に延在し、前記トレーリングアームに連結されると共に両端に補強部材を備えるツイストビームとを有するツイストビーム式サスペンションにおいて、
   前記ツイストビームは、中央部分を上方に凸とする１つの曲線形状部を有し、その両端部に前記中央部分に曲率半径が連続して変化する曲線部を介してスムーズに連続して繋がる直線形状部を有することを特徴とするツイストビーム式サスペンション。
2. 曲線形状部の曲率半径を、両端に向かうに従って大きくしたことを特徴とする請求項１記載のツイストビーム式サスペンション。

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