JP4846780B2 - 自動車用サスペンション - Google Patents
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Description
〔不静定力の算定〕
本発明の自動車用サスペンションについては図3の(a) に示される力学的モデルを想定できるが、横力が作用した場合の挙動を検討する場合にはクロスビームの中点Cで切断した図3の(b) に示されるモデルを考える必要がある。図3において、W、X、Yは不静定力としての剪断力、Q、R、Sは不静定力としてのねじりモ−メントである。
クロスビーム(AC): M=W・x
T=Q=P・L2−W・L2−R・sinθ−S
サイドビーム(AD): M=(W−P)・x/cosθ
+Q・cosθ−S・cosθ
T=R−W・L 1・cosθ
ベースビーム(DF): M=Y・x+R・cosθ
T=S+R・sinθ
とする。
次に、各ビームのたわみを求める。サイドビームADの剪断力Wによるたわみδ1は図4の(a) から、
δ1=(W−P)AD3 /3EI
で求められる。ここで、AD=L2/cosθ である。
δ2=Q×AD2 /2EI
で求められる。
δ3=S×AD2 /2EI
で求められる。
δ=δ1+δ2−δ3=6.87mm
となる。
d=L2・sinφ=8.60mm
となる。但し、φは、
φ=S・L3/(G・Jb)+R・sinθ・L3/(G・Jb)
=0.0172rad
である。ここで、Jbはベースビームの断面二次極モーメント=245624mm4 である。
h=2×(δ+d)×1400(トレッド)/L1=72.2mm
となる。これを車体のロール角度に換算すると、約3°に相当する。
次に、各ビームに作用する曲げモ−メントとねじりモ−メントから相当曲げモ−メント及び相当ねじりモ−メントを求め、最大曲げ応力および最大ねじり応力を確認すると、クロスビ−ムACは曲げ応力=17.6kgf/mm2 、ねじり応力=21.7kgf/mm2 となる。また、サイドビ−ムADは曲げ応力=14.9kgf/mm2 、ねじり応力=10.7kgf/mm2 となる。ベ−スビームDFは曲げ応力=13.2kgf/mm2 、ねじり応力=8.1kgf/mm2 となる。したがって、これらの各ビームには一般構造用鋼材でも十分に採用できることが分かる。
次に、本発明のサスペンションをリヤサスペンションに使用した場合のト−変化量を検討する。横力を受けた場合、図5で示されるサスペンションの変形モデルが想定される。各ビームの連結部又は結合部は剛結合(剛連結)されているので、実際には各ビームはたわみやねじれによって曲線的に変形するが、ここでは理解の容易化のために直線的に示す。
図6に示されるように、アクスルビ−ムを設け、クロスビ−ムの適当な2箇所(例えば、図6の(b) の点a,b)で両ビームを平面に垂直な軸(鉛直軸)廻りにそれぞれ回転可能に連結した場合(請求項2記載の発明)、傾斜した門形ラーメンの変形特性(A−a−b−B)から、さらに角度β分のト−角変化を得ることができる。
また、上記の説明ではサイドビ−ムADを角パイプ状としたが、必ずしも角パイプである必要はなく、丸パイプ等の閉断面形状であってもよく、又下向きに断面コ字状あるいは横向きに断面コ状の開断面形状でもよい。また、ベ−スビームDEを丸パイプ状としたが、丸パイプ状ではなく、角パイプその他の閉断面形状としてもよく、又ねじり剛性がある程度低くてもよい場合には開断面形状であってもよい。さらに、クロスビ−ムABはト−ションビ−ム式サスペンションにおいてよく知られている公知の断面形状、例えば開断面形状を採用できる。換言すれば、本発明のサスペンションの各ビ−ムには溶接やボルト締め等によって台形状のフレームを構成し、必要なロ−ル剛性や横剛性及び上述のたわみによるト−変化特性等を確保し、強度及び信頼性と両立する部材を使用すればよい。
1.構造・機能上の相違
力学的には、従来のト−ションビ−ム式サスペンションを接地点支持の門形ラ−メンとすれば、本例のサスペンションは結合部(連結部)に有限の剛性を持った接地点固定の台形ラ−メンとも言え、特に面外荷重を受けた時の挙動が異なることから、まったく別の構造体と言える。
一般的に、自動車の運動変数はベクトル量であって、座標成分によって表現される。自動車の質量をばね上質量とばね下質量とに分け、ばね上質量はばね下(質量を無視することが多い)に固定されている軸廻りにロールすると考えるとき、この軸をロール軸という。正面から見て、車体に対する車輪の瞬間中心とタイヤの接地中心とを結ぶ直線が縦中心面と交わる点をロールセンタという。旋回時の遠心力によるロール軸廻りのロールモーメントをそのときのロール角で割った値がロールレートで、ロール角や荷重移動を変化させる旋回性能の重要な因子であるが、「ロールレート」は「ロールしにくさ」という意味で「ロール剛性」とも表現されているので、本件明細書では「ロールレート」を「ロール剛性」の用語を用いて表現する。
本発明のサスペンションでは従来のト−ションビ−ム式サスペンションに比してベ−スビームADの分だけ重量増となるが、前述したように、横力を受けるラテラルロッドをなくした場合には相互に重量を相殺することができ、尚かつラテラルロッドを支持する車体側ブラケット(通常は可能な限りラテラルロッドを水平に保つために相当下方に張り出している)も節約できる。さらに、各ビームに充分なねじり剛性を持たせ、必要なロ−ル剛性を確保できれば、別置きのスタビライザ−が不要になる分、重量軽減と同時にコスト低減が図れる。この場合、ラテラルロッド及び別置きのスタビライザーの大部分はばね下重量になるのに対し、ベースビーム(DE)はばね上重量に相当し、ばね下重量の軽減効果によっても操縦安定性及び乗り心地向上につながる。
20 車輪取付け部
30 ショクアブソーバ及びコイルばね
40 サイドビーム
50 ベースビーム
60 サスペンションブッシュ
70 アクスルビーム
Claims (2)
- 自動車の非駆動側の車輪を車体に支持するサスペンションであって、
車幅方向に延びるクロスビーム(10)と、
後端が上記クロスビーム(10)に剛結合され、先端側に向けて相互の間隔が次第に大きくなるように前方に延びる左右のサイドビーム(40)と、
上記左右のサイドビーム(40)の先端部の間を剛連結し、該左右サイドビーム(40)の先端部間の間隔を一定に保持するベースビーム(50)と、
上記クロスビーム(10)の両端に設けられ、車輪が回転自在に取付けられる車輪取付け部(20)と、
上記クロスビーム(10)の両端部又はサイドビーム(40)の後端部と車体との間に設けられる左右のショックアブソーバ及びばね部材(30)と、
上記左右のサイドビーム(40)の先端部又は上記ベースビーム(50)の両端部を所定の前後剛性でもって車体に連結するサスペンションブッシュ(60)とを備え、
上記ベースビーム(50)、左右のサイドビーム(40)及びクロスビーム(10)が平面台形状をなし、自動車の旋回時に上記左右のサイドビーム(40)の先端部間の間隔がベースビーム(50)によって一定に保持されることにより上記左右のサイドビーム(40)の先端部に連続する部分が横力の作用する方向に変形するとともに上記クロスビーム(10)が傾斜するように変形し、旋回外輪側の車輪がトーインとなるように構成されていることを特徴とする自動車用サスペンション。 - 上記クロスビーム(10)が開断面形状をなし、上記サイドビーム(40)及びベースビーム(50)が閉断面形状又は開断面形状をなす請求項1記載の自動車用サスペンション。
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