JP6479900B2 - トーションビーム式サスペンション構造および車両 - Google Patents

トーションビーム式サスペンション構造および車両 Download PDF

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Description

本発明は、車両に搭載されるトーションビーム式サスペンション構造に関する。
特許文献1には、車両に搭載されるトーションビーム式サスペンション構造において、両端部が左右一対のトレーリングアーム部にそれぞれ接合されたトーションビーム部の構造が記載されている。このような接合は、典型的には溶接によって実現される。
特開2016−101849号公報
ところで、車両の走行中に路面に段差があった場合には、上記サスペンション構造は、トーションビーム部の捻れによってタイヤをその段差に追従させ、タイヤを接地させる。この捻れは、トレーリングアーム部とトーションビーム部との接合を剥離させる荷重として作用する場合がある。
これに対して、トレーリングアーム部とトーションビーム部との接合部を補強材で補強することが考えられるが、このことは、サスペンション構造の重量の増大、コストの増大等の原因となる。また、この接合部の剛性が向上するようにサスペンション構造を設計するためには、サスペンション構造近傍の他の機構との相対位置をも考慮したレイアウト設計が求められる。
本発明は、比較的簡易な構成でトーションビーム部の各端部での剛性を向上させることを目的とする。
本発明の一つの側面は、車両用のトーションビーム式サスペンション構造であって、車幅方向に離間して配置された一対のトレーリングアーム部と、前記車幅方向に延在し、前記一対のトレーリングアーム部と接合されたトーションビーム部と、を備え、前記トーションビーム部は、U字状の断面形状を有しており、前記トーションビーム部の前記車幅方向の各端部は、前記車幅方向に互いにずれた位置に形成された凹部および凸部を有しており、前記一対のトレーリングアーム部のそれぞれは、アッパーハーフと、該アッパーハーフに接合されたロアハーフとを有し、前記ロアハーフは、前記トーションビーム部に向かって前記車幅方向に延びた延在部を有していることを特徴とする。
本発明によれば、トーションビーム部の各端部での剛性を、車幅方向に互いにずれた位置に形成された凹部および凸部によって向上させることができる。
車両(車体構造)の例を説明するための図である。 トーションビーム式サスペンション構造の例を説明するための斜視図である。 サスペンション構造の例を説明するための上面図である。 サスペンション構造の例を説明するための側面図である。 サスペンション構造の例を説明するための底面図である。 トレーリングアーム部の構造の例を説明するための底面側の斜視図である。 トーションビーム部の構造の例を説明するための図である。 トーションビーム部の構造の例を説明するための断面図である。 トーションビーム部の構造の例を説明するための断面図である。 トーションビーム部の構造の例を説明するための断面図である。
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。なお、各図は、実施形態の構造ないし構成を示す模式図であり、図示された各部材の寸法は必ずしも現実のものを反映するものではない。
(トーションビーム式サスペンション構造)
図1は、車両1の上面図である。本実施形態では、車両1は四輪車であり、図中には左右の後輪2L及び2Rのみを示す。車両1は、後輪2L及び2Rの間に配されたトーションビーム式サスペンション構造3を備える。
ここで、構造の理解を容易にするため、図中には、互いに直交するX軸、Y軸およびZ軸を示す(他の図においても同様とする。)。X方向は車両前後方向に対応し、Y方向は車幅方向に対応し、また、Z方向は車両上下方向に対応する。また、本明細書において、前、後、上、下等の表現は、相対的な位置関係を示す。例えば、「前」、「前方」等の表現は+X方向に対応し、「後」、「後方」等の表現は−X方向に対応する。また、「右」、「右側」等の表現は+Y方向に対応し、「左」、「左側」等の表現は−Y方向に対応する。また、「上」、「上方」等の表現は+Z方向に対応し、「下」、「下方」等の表現は−Z方向に対応する。
図2は、サスペンション構造3の斜視図である。図3は、サスペンション構造3の上面図(−Z方向での平面視)である。図4は、サスペンション構造3の側面図(+Y方向での平面視)である。サスペンション構造3は、一対のトレーリングアーム部31L及び31Rと、トーションビーム部32とを備える。左側のトレーリングアーム部31Lと、右側のトレーリングアーム部31Rとは、Y方向に離間して左右対称に配置される。トーションビーム部32は、Y方向に延在し、これら一対のトレーリングアーム部31L及び31Rと接合される。
トレーリングアーム部31Lに着目すると、トレーリングアーム部31Lは、アッパーハーフ315と、アッパーハーフ315に接合されたロアハーフ316とを有する。トレーリングアーム部31Lの左側端部には、後輪2Lが配置される車輪配置部311が設けられる。また、トレーリングアーム部31Lの車輪配置部311より車内側には、スプリング(懸架用ばね)配置部312が設けられる。また、トレーリングアーム部31Lの後方端部には、ダンパ(ショックアブソーバー)配置部313が設けられる。また、トレーリングアーム部31Lの前方端部には、トレーリングアーム部31Lを車体に対して固定するためのブッシュ314が設けられる。トレーリングアーム部31Rは、トレーリングアーム部31Lと左右対称になるようにトレーリングアーム部31L同様に構成される。
上記サスペンション構造3は、いわゆるテーラードブランク製法で作製される。本実施形態において、トレーリングアーム部31L及び31Rのそれぞれとトーションビーム部32との接合、並びに、アッパーハーフ315とロアハーフ316との接合は、いずれも溶接により実現される。
トーションビーム部32は、下方が開放したU字状の断面形状(逆U字形状)を有している。本実施形態では、トーションビーム部32は、上壁32WUと、上壁32WUの前方側の側壁32WFと、上壁32WUの後方側の側壁32WBとを有する。トーションビーム部32は、U字状の断面形状であればよく、本実施形態の形状に限られるものではない。例えば、トーションビーム部32の断面形状は、円弧状であってもよいし、矩形状であってもよい。また、本実施形態ではトーションビーム部32の断面形状は下方が開放したU字状であるが、開放の向きはこれに限られるものではなく、他の実施形態として、開放の向きは、上方、前方あるいは後方でもよい。
詳細は後述とするが、図3に示されるように、トーションビーム部32は、両左右の端部32E、および、それらの内側の中央部32Cを有する。各端部32Eは、Y方向に互いにずれた位置に形成された凹部321および凸部322を有する。
また、図4に示されるように、トレーリングアーム部31Lにおいて、アッパーハーフ315とロアハーフ316とは、スタビライザバー317を挟持するように接合部J0で接合される。スタビライザバー317は、トレーリングアーム部31L内を挿通し、トーションビーム部32のU字状の断面形状の内側を通り、反対側のトレーリングアーム部31R内に至る。トレーリングアーム部31R側についてもトレーリングアーム部31L同様である。このような構成により、スタビライザバー317は、トレーリングアーム部31L及び31Rを連結する。
一例として、サスペンション構造3は次のような手順で作製可能である。先ず、トーションビーム部32とアッパーハーフ315とを溶接により接合する。次に、トーションビーム部32を上記U字状に成形する。その後、ロアハーフ316をトーションビーム部32とアッパーハーフ315とに溶接により接合する。これにより、サスペンション構造3が得られる。
図5は、サスペンション構造3のうち左側の部分、主にトレーリングアーム部31Lとトーションビーム部32との接合部近傍の構造を示す底面図(+Z方向での平面視)である。アッパーハーフ315とトーションビーム部32とは接合部J1で接合される。ロアハーフ316は、接合部J2及びJ3で、アッパーハーフ315に対して接合されると共にトーションビーム部32にも接合される。ここで、接合部J2及びJ3を、接合部J1を跨ぐように形成することで、接合部J1の接合強度を向上させることができる。
本実施形態では、ロアハーフ316は、トーションビーム部32に向かって延びた延在部3160を有する。延在部3160は、切欠き3161と、切欠き3161の前側に位置し車幅方向に延在する腕部3162と、切欠き3161の後側に位置し車幅方向に延在する腕部3163とを含む。本実施形態では、ロアハーフ316は、腕部3162において、接合部J2で、アッパーハーフ315の前方側の部位に接合されると共に、トーションビーム部32の凸部322にも腕部3162が凸部322に掛かるように接合される。また、ロアハーフ316は、腕部3163において、接合部J3で、アッパーハーフ315の後方側の部位に接合されると共に、トーションビーム部32の凹部321にも腕部3163が凹部321に掛かるように接合される。
図6は、ロアハーフ316の切欠き3161が設けられた領域についての下面側からの斜視図である。切欠き3161は、スタビライザバー317に沿って形成される。これにより、スタビライザバー317の挿通を可能にする。延在部3160は、切欠き3161の縁に形成されたフランジFL1を更に含む。フランジFL1は、縁部がスタビライザバー317側に反り返るように成形された部分である。切欠き3161の縁にフランジFL1を形成することにより、ロアハーフ316の剛性を確保することができる。
(トーションビーム部の断面形状)
図7(A)は、サスペンション構造3の上面図であり、また、図7(B)は、サスペンション構造3の底面図である。ここでは説明のため、車両1の底部に配される排気管(エキゾーストパイプ)4を合わせて図示する。以下、図8〜10を参照しながら、切断線X1−X1、X2−X2及びX3−X3での断面構造を説明する。なお、X1−X1線、X2−X2線、X3−X3線の順に、トーションビーム部32の中央側に位置する(トレーリングアーム部31Rからの距離が大きくなる。)。
図8は、図7(A)のX1−X1線での断面構造を示す。X1−X1線では、トーションビーム部32に凹部321が形成されており、その直上には排気管4が通っている。凹部321は、トーションビーム部32の上壁32WUに形成され、Z方向に陥凹している。一般に、面に凹部を形状することでその面の剛性が向上するため、凹部321は、この部分での変形(捻れ)の抑制に寄与する。また、凹部321によれば、その直上を通る排気管4との距離を確保し、排気管4との干渉を防止することができる。
なお、トーションビーム部32は、前述のとおり下方が開放したU字状の断面形状であるが、本実施形態では、その縁にはフランジFL2が形成される。これにより、トーションビーム部32の剛性を確保することができる。
図9は、図7(A)のX2−X2線での断面構造を示す。X2−X2線では、トーションビーム部32に凸部322が形成されている。凸部322は、トーションビーム部32の前方側の側壁32WFに形成され、前方(+X方向)に向かって突出している。また、凸部322をトーションビーム部32の上壁32WUではなく、側壁32WFに形成することにより、排気管4との距離を確保し、干渉を防止することができる。
ここで、凹部321/凸部322による剛性の向上は、平坦部から形状が変化する部分近傍において特に大きくなりうる。即ち、凹部321の底部(凹部321における最も深い位置)よりも、その周辺部(凹部321と平坦部との境界部側)において、剛性が効果的に大きくなりうる。同様に、凸部322の頂部(凸部322における最も突出した位置)よりも、その周辺部(凸部322と平坦部との境界部側)において剛性が効果的に大きくなりうる。なお、ここでは便宜的に平坦部と表現したが、ここでいう平坦部は、凹部321及び凸部322に比べて曲率の小さい部分をいう。
図10は、図7(A)のX3−X3線での断面構造を示す。X3−X3線は、トーションビーム部32の中央部32Cに位置する。図10には、トーションビーム部32のX3−X3線での断面形状の他、凹部321を形成する上壁32WU(図8参照)と、凸部322を形成する側壁32WF(図9参照)とが示される。このように、トーションビーム部32は、凹部321が上壁32WUに形成され、かつ、凸部322が側壁32WFに形成されていることにより、トーションビーム部32上方を通る排気管4との干渉が回避可能に構成される。
本実施形態では、トーションビーム部32と排気管4との干渉を回避する構造を示したが、凹部321及び凸部322は、車両1の他の機構との干渉を回避するように形成されてもよい。例えば、凹部321及び凸部322による干渉の回避対象は、消音器(マフラー)であってもよいし、燃料管(フューエルパイプ)であってもよい。
車両1の走行中に路面の段差があった場合、サスペンション構造3は、トーションビーム部32の捻れにより、後輪2L及び2Rをその段差に追従させ、後輪2L及び2Rを接地させる。例えば、後輪2Lの高さが後輪2Rの高さより低くなった場合には、+Y方向を軸として、トレーリングアーム部31Lでは時計回りの回転が発生し、トレーリングアーム部31Rでは反時計回りの回転が発生し、その結果、トーションビーム部32が捻れる。本実施形態によると、トーションビーム部32の各端部32Eには凹部321および凸部322が形成されているため、端部32Eの剛性が向上する。これにより、トーションビーム部32で上記捻れが生じる場合に、端部32Eで生じうる変形が抑制される。
本実施形態では、ロアハーフ316の延在部3160において、腕部3162及び腕部3163が、それぞれ上記変形が抑制された凹部321および凸部322に掛かるように接合される。そのため、本実施形態によれば、トーションビーム部32の捻れに起因して上記接合に対して生じうる剥離作用が低減される。特に、腕部3163の接合位置は凹部321の底部よりも後方側にずれた位置であり、剛性が更に大きくなることにより剥離作用が適切に低減される。同様に、腕部3162の接合位置は凸部322の頂部よりも後方側にずれた位置であり、剛性が更に大きくなることにより剥離作用が適切に低減される。
また、凹部321と凸部322とは、Y方向において、互いにずれた位置に形成される。これにより、トーションビーム部32の捻れやすい位置を効果的に中央側にシフトさせることができる。また、端部32Eに凹部321と凸部322とを併存させると、上記捻れやすい位置が中央側にシフトするようにトーションビーム部32の構造を設計するのに、凹部321及び凸部322の一方のみを用いる場合に比べて容易になる。
また、凹部321と凸部322とは、X方向においても互いにずれた位置に形成される。これにより、凹部321および凸部322により端部32Eにおける剛性が大きくなる部分を増やすことができ、端部32Eが捻れにくくなり、よって、トーションビーム部32の捻れやすい位置を効果的に中央側にシフトさせることができる。
なお、本実施形態では、車両1方向側に他の機構を多く配置するため、凸部322は、トーションビーム部32の前方側の側壁32WFに形成されるが、凸部322の位置は本実施形態に限られない。例えば、凸部322は、トーションビーム部32の後方側の側壁32WBにおいて後方(−X方向)に向かって突出するように形成されてもよい。この場合、凹部321は、凸部322よりも前方に形成されればよい。
また、本実施形態では、排気管4を車外側に配置するため、凹部321は凸部322より外側に形成されているが、凹部321は凸部322より内側に形成されてもよい。なお、凹部321を凸部322より内側にした場合(凸部322を外側にした場合)、端部32Eの耐久性が向上する一方で剛性が低くなる(変形/捻れやすくなる)ことが、発明者による鋭意検討により分かっている。よって、上述の剥離作用を好適に低減するため、凹部321を凸部322より外側にすることが好ましい。
また、本実施形態では、トーションビーム部32に凹部321及び凸部322の双方を設けた構造を例示したが、本発明は、これに限られない。例えば、凹部321に替わって凸部を設け(即ち、凸部322を含む計2つの凸部を設け)、或いは、凸部322に替わって凹部を設け(即ち、凹部321を含む計2つの凹部を設け)ることによっても、端部32Eの剛性を向上させることができる。この観点で、各端部32Eには、車幅方向に互いにずれた位置に2以上の湾曲部が設けられればよい。この湾曲部は、陥凹する方向に湾曲していてもよいし(凹部)、突出する方向に湾曲していてもよい(凸部)。
仮に、凹部321に替わって凸部を設けた場合、排気管4等との干渉が生じる場合がある。一方、仮に、凸部322に替わって凹部を設けた場合、凹部での変形が抑制されるものの、それ以外の部分での剛性、例えばこれら2つの凹部の間における剛性が低下する可能性がある。よって、本実施形態では、凹部321及び凸部322の双方を使用することで、上記干渉の回避、及び、端部32Eの剛性の向上の双方を実現可能とした。
(実施形態のまとめ)
第1の態様は、車両用のトーションビーム式サスペンション構造(例えば3)であって、車幅方向(例えばY方向)に離間して配置された一対のトレーリングアーム部(例えば31L及び31R)と、前記車幅方向に延在し、前記一対のトレーリングアーム部と接合されたトーションビーム部(例えば32)と、を備え、前記トーションビーム部は、U字状の断面形状を有しており、前記トーションビーム部の前記車幅方向の各端部(例えば32E)は、前記車幅方向に互いにずれた位置に形成された凹部(例えば321)および凸部(例えば322)を有する。
第1の態様によれば、トーションビーム部の各端部に、車幅方向に互いにずれた位置に凹部および凸部を設けることによって各端部の剛性が向上する。これにより、各端部での変形(捻れ)が抑制され、各端部におけるトレーリングアーム部との接合に対する剥離作用を低減することができる。
第2の態様では、前記凹部および前記凸部は、各端部において、車両前後方向(例えばX方向)にも互いにずれて形成されている。
第2の態様によれば、凹部および凸部を車幅方向および車両前後方向の双方においてずれた位置にすることで、剛性が大きくなる部分を増やすことができ、各端部の剛性を更に向上させることができる。
第3の態様では、前記一対のトレーリングアーム部のそれぞれは、アッパーハーフ(例えば315)と、該アッパーハーフに接合されたロアハーフ(例えば316)とを有し、前記ロアハーフは、前記トーションビーム部(例えば32)に向かって前記車幅方向(例えばY方向)に延びた延在部(例えば3160)を有している。
第3の態様によれば、一対のトレーリングアーム部のそれぞれとトーションビーム部とを接合して比較的簡便な構成でサスペンション構造を形成することができる。
第4の態様では、前記一対のトレーリングアーム部(例えば31L及び31R)を連結するスタビライザバー(例えば317)をさらに備え、前記延在部は、前記スタビライザバーに沿って形成された切欠き(例えば3161)と、前記切欠きの縁に形成されたフランジ(例えばFL1)とを含む。
第4の態様によれば、ロアハーフに切欠きを設けることによりスタビライザバーとの干渉を回避すると共に、切欠きの縁にフランジが形成されていることによりロアハーフの剛性を向上させることができる。
第5の態様では、前記延在部(例えば3160)は、車両前後方向(例えばX方向)における前記切欠き(例えば3161)の前側に位置し、前記車幅方向(例えばY方向)に延在する第1の腕部(例えば3162)と、前記車両前後方向における前記切欠きの後側に位置し、前記車幅方向に延在する第2の腕部(例えば3163)と、を含み、前記第1の腕部および前記第2の腕部のうち、一方は前記凹部に掛かるように接合されており、他方は前記凸部に掛かるように接合されている。
第5の態様によれば、ロアハーフの延在部の第1〜2の腕部の一方および他方を、捻れが抑制される凹部および凸部に掛かるようにそれぞれ接合するため、上述の剥離作用を低減することができる。
第6の態様では、前記凹部(例えば321)は、車両前後方向(例えばX方向)において前記凸部(例えば322)よりも後側に位置する。
第6の態様によれば、凹部を後方にし、凸部を前方にすることにより、車両の他の機構(例えば、排気管、消音器等の排気機構)が多く配置された後方における干渉を回避可能にする。
第7の態様では、前記凹部(例えば321)は、前記車幅方向(例えばY方向)において前記凸部(例えば322)よりも外側に位置する。
第7の態様によれば、凹部を外側にすることにより、排気管を車幅方向外側に配置することができ、内側に他の機構を配置することが可能になる。また、第5の態様によれば、凹部を凸部より内側にした場合に比べて端部の剛性が向上しうる。
第8の態様では、前記トーションビーム部(例えば32)において、前記凸部(例えば322)は車両前後方向(例えばX方向)に突出している。
第8の態様によれば、トーションビーム部上方の他の機構の配置スペースを確保して該他の機構との干渉を防止しながら、トーションビーム部の各端部の剛性を向上させることができる。
第9の態様では、前記凹部(例えば321)は、車両上下方向(例えばZ方向)に陥凹している。
第9の態様によれば、トーションビーム部上方の他の機構の配置スペースを確保して該他の機構との干渉を防止しながら、トーションビーム部の各端部の剛性を向上させることができる。
第10の態様では、前記車両の排気管(例えば4)は前記凹部(例えば321)の上を通るように配されている。
第10の態様によれば、車両の底部に配される排気管を、凹部の上を通るように配置することにより、この排気管とトーションビーム部との干渉を回避可能にする。
第11の態様は、車両用のトーションビーム式サスペンション構造(例えば3)であって、車幅方向(例えばY方向)に離間して配置された一対のトレーリングアーム部(例えば31L及び31R)と、前記車幅方向に延在し、前記一対のトレーリングアーム部と接合されたトーションビーム部(例えば32)と、を備え、前記トーションビーム部は、U字状の断面形状を有しており、前記トーションビーム部の前記車幅方向の各端部(例えば32E)は、前記車幅方向に互いにずれた位置に形成された2以上の湾曲部(例えば321及び322)を有する。
第11の態様によれば、トーションビーム部の各端部に、車幅方向に互いにずれた位置に2以上の湾曲部を設けることによって各端部の剛性が向上し、上記第1の態様同様の効果が得られる。なお、湾曲部は、陥凹する方向に湾曲していてもよいし、突出する方向に湾曲していてもよい。
第12の態様は、上述のサスペンション構造(例えば3)を具備する車両(例えば1)である。
第12の態様によれば、上述のサスペンション構造は一般的な車両に適用可能であり、トーションビーム部の各端部の剛性が向上した車両を実現可能となる。
(その他)
以上、いくつかの好適な態様を例示したが、本発明はこれらの例に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、その一部が変更されてもよい。また、本明細書に記載された個々の用語は、本発明を説明する目的で用いられたものに過ぎず、本発明は、その用語の厳密な意味に限定されるものでないことは言うまでもなく、その均等物をも含みうる。
3:トーションビーム式サスペンション構造、31L及び31R:トレーリングアーム部、32:トーションビーム部、321:凹部、322:凸部。

Claims (9)

  1. 車両用のトーションビーム式サスペンション構造であって、
    車幅方向に離間して配置された一対のトレーリングアーム部と、
    前記車幅方向に延在し、前記一対のトレーリングアーム部と接合されたトーションビーム部と、を備え、
    前記トーションビーム部は、U字状の断面形状を有しており、
    前記トーションビーム部の前記車幅方向の各端部は、前記車幅方向に互いにずれた位置に形成された凹部および凸部を有しており、
    前記一対のトレーリングアーム部のそれぞれは、アッパーハーフと、該アッパーハーフに接合されたロアハーフとを有し、
    前記ロアハーフは、前記トーションビーム部に向かって前記車幅方向に延びた延在部を有している
    ことを特徴とするサスペンション構造。
  2. 前記一対のトレーリングアーム部を連結するスタビライザバーをさらに備え、
    前記延在部は、前記スタビライザバーに沿って形成された切欠きと、前記切欠きの縁に形成されたフランジとを含む
    ことを特徴とする請求項1に記載のサスペンション構造。
  3. 前記延在部は、
    車両前後方向における前記切欠きの前側に位置し、前記車幅方向に延在する第1の腕部と、
    前記車両前後方向における前記切欠きの後側に位置し、前記車幅方向に延在する第2の腕部と、
    を含み、
    前記第1の腕部および前記第2の腕部のうち、一方は前記凹部に掛かるように接合されており、他方は前記凸部に掛かるように接合されている
    ことを特徴とする請求項2に記載のサスペンション構造。
  4. 車両用のトーションビーム式サスペンション構造であって、
    車幅方向に離間して配置された一対のトレーリングアーム部と、
    前記車幅方向に延在し、前記一対のトレーリングアーム部と接合されたトーションビーム部と、を備え、
    前記トーションビーム部は、U字状の断面形状を有しており、
    前記トーションビーム部の前記車幅方向の各端部は、前記車幅方向に互いにずれた位置に形成された凹部および凸部を有しており、
    前記凹部は車両上下方向に陥凹しており、前記車両の排気管は前記凹部の上を通るように配された
    ことを特徴とするサスペンション構造。
  5. 前記凹部および前記凸部は、各端部において、車両前後方向にも互いにずれて形成されている
    ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のサスペンション構造。
  6. 前記凹部は、車両前後方向において前記凸部よりも後側に位置する
    ことを特徴とする請求項から請求項5のいずれか1項に記載のサスペンション構造。
  7. 前記凹部は、前記車幅方向において前記凸部よりも外側に位置する
    ことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のサスペンション構造。
  8. 前記トーションビーム部において、前記凸部は車両前後方向に突出している
    ことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載のサスペンション構造。
  9. 請求項1から請求項のいずれか1項に記載のサスペンション構造を具備する
    ことを特徴とする車両。
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