JP6791000B2 - サスペンションアーム - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載されるサスペンションアームに関する。

自動車などの車両において、車輪を支持するサスペンション装置を構成する部材としてサスペンションアームを備えるものがある。サスペンションアームは、例えば、前輪の動きをコントロールするためにサスペンション機構に備えられている。例えば、特許文献１には、サスペンション機構に備えられたサスペンションアームが記載されている。特許文献１に記載のサスペンションアームは、サスペンションメンバと連結されており、衝突によりサスペンションアームが所定の荷重を受けた場合にサスペンションメンバとの連結を解除するように構成されている。

特開２０１５−１５７５３９号公報

本発明者は、サスペンションアームについて以下の認識を得た。
車両衝突時におけるキャビン内の乗員を保護する観点から、スモールオーバーラップ衝突（微小ラップ衝突）の際に、車輪によるキャビンへの衝突荷重を低減することが望まれている。このために、衝突の際におけるタイヤとホイール（以下、車輪という。）の軌道をコントロールして、キャビンへのダメージを減らすことが考えられる。

車輪の軌道をコントロールするために、サスペンションメンバのサスペンションアームとの前方連結部に離脱用の構造部材を追加して、衝突の際にその前方連結部をサスペンションメンバから離脱させる構成が考えられる。しかし、この構成では、サスペンションメンバに離脱用の構造部材を追加して設けることとなり、追加する構造部材により車両重量が増加し、製造コストが上昇することが考えられる。また、衝突時の離脱荷重が必ずしも安定しないことも考えられる。
このことから、本発明者は、サスペンションアームには衝突の際に、前方連結部をより確実にサスペンションメンバから離脱させる観点から改善すべき課題があることを認識した。

本発明は、こうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、衝突の際に、前方連結部をより確実にサスペンションメンバから離脱させることが可能なサスペンションアームを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様のサスペンションアームは、車両の前輪を支持するナックルとサスペンションメンバとの間に介装されるサスペンションアームであって、ナックルと連結されるナックル連結部と、サスペンションメンバと連結される前方連結部および後方連結部と、を備える。前方連結部は、車両前後方向で後方連結部より前方に設けられ、前方連結部には、車両衝突時の衝突荷重が前輪に入力された際に当該前方連結部が破断するように脆弱部が設けられ、脆弱部は、前方連結部の円筒部の付け根近傍において、車両前後方向に沿って伸びると共に、車両上下方向に凹む形状をしており、円筒部の車両上下方向の中心位置を基準に車両上下方向のいずれか一方側に寄った位置に設けられており、車両上下方向で見たときに、ナックル連結部は、サスペンションアームのせん断力の中心を挟んで脆弱部と反対側に設けられる。

この態様によると、衝突時に前方連結部に設けた脆弱部に、破断方向へのモーメント荷重が作用するため、より確実に脆弱部にて破断させることが可能になる。

本発明によれば、衝突の際に、前方連結部をより確実にサスペンションメンバから離脱させることが可能なサスペンションアームを提供することができる。

実施形態に係るサスペンションアームを備えたサスペンション機構の背面図である。 図１のサスペンション機構の平面図である。 図１のサスペンションアームの平面図である。 図１のサスペンションアームの側面図である。 図１のサスペンションアームの脆弱部の周辺を示す側面図である。 図１のサスペンションアームのＡ−Ａ線に沿って切断した断面図である。 図１のサスペンションアームの衝突前の状態を説明する模式図である。 図１のサスペンションアームの衝突時の状態を説明する模式図である。 図１のサスペンションアームの脆弱部が破断した状態を説明する模式図である。

本発明者は、スモールオーバーラップ衝突（以下、単に衝突という。）の際の前輪のキャビンへ衝突荷重を低減する観点から考察し、以下のような知見を得た。
この衝突荷重を低減するために、サスペンションメンバのサスペンションアームとの連結部分の近傍に衝突荷重により容易に変形する脆弱部を設けることが考えられる。この場合、サスペンションメンバに脆弱部を有する場合、連結部分における車幅方向の剛性が低下する可能性がある。また、衝突荷重を低減するために、サスペンションメンバに衝突時に離脱するように構成された構造部材を設けることが考えられる。この場合、離脱用の構造部材が重量増加やコストアップを招くことが考えられる。また、衝突荷重を低減するために、サスペンションアームに、前輪に荷重を受けた際に塑性変形して解除される加締め部を設けることが考えられる。この場合、サスペンションアームに加締め部を形成するための作業工数の増加を招くことが考えられ、また離脱荷重が安定しない可能性がある。

そこで、本発明者は、衝突時にサスペンションアームのサスペンションメンバへの連結部が破断するように形成された脆弱部を設けるとともに、脆弱部に回転モーメントを加えて捻ることによって、より確実に脆弱部を破断させる構成を案出した。この場合、単に脆弱部を設けただけの構成に比べて、脆弱部に捻りを加えることで容易に破断させることができるので、非衝突時の脆弱部の剛性を高めに設定することも可能になる。
実施形態は、このような思索に基づいて案出されたもので、以下にその具体的な構成を説明する。

以下、本発明を好適な実施形態をもとに各図面を参照しながら説明する。実施形態および変形例では、同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。
また、第１、第２などの序数を含む用語は多様な構成要素を説明するために用いられるが、この用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ用いられ、この用語によって構成要素が限定されるものではない。

［実施形態］
実施形態に係るサスペンションアーム１０について、各図を参照して説明する。図１は、実施形態に係るサスペンションアーム１０を備えるサスペンション機構１００を模式的に示す背面図である。図２はサスペンション機構１００を模式的に示す平面図である。図１、図２では、実施形態を説明する上で重要ではない部材の記載を省略している。以下、ＸＹＺ直交座標系をもとに説明する。Ｘ軸方向は車両の前後方向に対応し、Ｙ軸方向は車両の左右の幅方向に対応し、Ｚ軸方向は車両の上下方向に対応する。Ｙ軸方向およびＺ軸方向はそれぞれＸ軸方向に直交する。

車両のサスペンション機構は、それぞれ左前輪と右前輪とを支持する左右対称に構成された機構を含む。サスペンション機構１００は左前輪を支持する機構である。サスペンション機構１００は、サスペンションアーム１０と、サスペンションメンバ３２と、ボールジョイント３４と、ナックル３６と、車軸３８と、ホイールハブ４０と、タイヤ４２と、ブレーキディスク４４と、ストラット機構４８と、を主に含む。ホイールハブ４０とタイヤ４２とは、互いに結合されて前輪２０を構成する。

サスペンションメンバ３２は、サスペンション機構１００のリンク類を支持する骨格である。サスペンションメンバは、サブフレームとも称されることがある。サスペンションメンバ３２は、サスペンションアーム１０の車両内側の前方連結部１４と後方連結部１６とを支持している。この構成により、サスペンションアーム１０のＸ軸方向外側の部分は、サスペンションメンバ３２に対してＺ軸方向に回動可能に支持されている。

ボールジョイント３４は、ボールスタッド（不図示）とそれに球面接触するソケット（不図示）から構成されている。ボールジョイント３４は、サスペンションアーム１０とナックル３６との間に介装され、ナックル３６をサスペンションアーム１０に連結している。ボールジョイント３４の下端側は、サスペンションアーム１０の車両外側の端部に設けられたナックル連結部１２に固定されている。ナックル３６は、ボールジョイント３４を介してサスペンションアーム１０とストラット機構４８との間に介装され、これらを連結している。ナックル３６は、ベアリング（不図示）を介して車軸３８を回転可能に支持している。

車軸３８には、ホイールハブ４０とタイヤ４２とが連結されている。ストラット機構４８の下端はナックル３６の上部に連結され、ストラット機構４８の上端は車体に連結されている。このように構成されたサスペンション機構１００は、他のリンク部材と共に前輪２０を車体に支持している。車両がスモールオーバーラップ衝突した場合、前輪２０には、前方から後方に向かって（図２において上方から下方に向かって）Ｘ軸方向の荷重が入力され、その荷重は車軸３８、ナックル３６およびボールジョイント３４を介してサスペンションアーム１０のナックル連結部１２に伝達される。つまり、サスペンションアーム１０のナックル連結部１２には、スモールオーバーラップ衝突した際に、Ｘ軸方向で前方から後方に向かう荷重が入力される。

（サスペンションアーム）
図３は、実施形態に係るサスペンションアーム１０の平面図である。図４は、サスペンションアーム１０の側面図である。図５は、サスペンションアーム１０の脆弱部１０ｍの周辺を示す側面図である。サスペンションアーム１０は、サスペンション機構１００において、前輪２０を支持するナックル３６とサスペンションメンバ３２との間に介装される。サスペンションアーム１０は、前輪２０を上下に回動可能に支持するように構成される。サスペンションアームはロアアームと称されることがある。

本例のサスペンションアーム１０は、第１アーム部１０ａと、第２アーム部１０ｂと、ナックル連結部１２と、前方連結部１４と、後方連結部１６と、を主に含む。前方連結部１４には脆弱部１０ｍが設けられる。第１アーム部１０ａは、車両前後方向であるＸ軸方向に沿って延在するアームである。第２アーム部１０ｂは、車両幅方向であるＹ軸方向に沿って延在するアームである。本例のサスペンションアーム１０は、第１アーム部１０ａと、第２アーム部１０ｂとを含むことにより、平面視で略Ｌ字状を呈する。

サスペンションアーム１０は、図４に示すように、側面視でＹ軸方向に細長い帯状の輪郭を有する。サスペンションアーム１０は、所望の剛性や重量を実現可能なものであれば素材や形成方法に特別な制限はない。本例のサスペンションアーム１０は、鋼板からプレス加工によって形成されている。

本例の前方連結部１４は、後方連結部１６の前方側においてサスペンションメンバ３２に連結される（図２も参照）。前方連結部１４は、例えばゴム製の円柱状のブッシュ（不図示）によってサスペンションメンバ３２に連結されてもよい。前方連結部１４は、第２アーム部１０ｂのＹ軸方向で車両内側に設けられた円筒部１４ｂを含んでもよい。円筒部１４ｂはＸ軸方向の両側に開口が設けられた管形状を有する。前方連結部１４は、円筒部１４ｂに挿入された円柱部材（不図示）によってサスペンションメンバ３２に連結されてもよい。この円柱部材は、例えばゴムなどの弾性を有する材料で形成されてもよい。

本例の後方連結部１６は、前方連結部１４の後方側においてサスペンションメンバ３２に連結される（図２も参照）。後方連結部１６は、第１アーム部１０ａの後方側の端部に形成された結合孔部１６ｂを含む。結合孔部１６ｂは、上下に貫通する平面視で円形の孔であってもよい。後方連結部１６は、結合孔部１６ｂに嵌め込まれた、例えばゴム製のブッシュ（不図示）を介して締結部材（不図示）によってサスペンションメンバ３２に連結されてもよい。前方連結部１４および後方連結部１６は、サスペンションメンバ３２に連結された状態で、ナックル連結部１２が上下に回動する際の回動支点となるように構成されている。

脆弱部１０ｍは、前輪２０を経由してサスペンションアーム１０に作用する衝突荷重により容易に変形する部分である。脆弱部１０ｍは、前方連結部１４においてサスペンションアーム１０をサスペンションメンバ３２から離脱させるために設けられる。脆弱部１０ｍは、第２アーム部１０ｂのＹ軸方向で車両内方で前方連結部１４の円筒部１４ｂの付け根近傍に設けられてもよい。本例の脆弱部１０ｍは、図５に示すように、円筒部１４ｂの付け根近傍においてＺ軸方向に凹む形状を有している。

サスペンションアーム１０の脆弱部１０ｍは、ナックル連結部１２などを経由して入力された衝突荷重によって容易に変形するように構成されている。サスペンションアーム１０は、脆弱部１０ｍが破断すると、前方連結部１４の円筒部１４ｂが第２アーム部１０ｂから離脱するように構成されている。脆弱部１０ｍの窪みの寸法Ｈおよび形状寸法は、所望の変形荷重に対応してシミュレーションにより設定することができる。

図６は、サスペンションアーム１０のＡ−Ａ線に沿って鉛直面によって切断した縦断面図である。この図は、第２アーム部１０ｂをその長手方向であるＹ軸方向に視た縦断面を示している。サスペンションアーム１０の縦断面は、上向きに***した一対の***部１０ｆと、一対の***部１０ｆの間に下向きに凹んだ凹部１０ｄと、を含む。各***部１０ｆは、外端から上向きに延びる縁部１０ｅと、縁部の上部から内向きに延びる弧状部と、を含む。凹部１０ｄは、略平坦に横向きに延びる中央部分と、中央部分の両端から上向きに延びて各***部１０ｆの内側に繋がる部分と、を含む。凹部１０ｄのＸ軸方向の幅は、各***部１０ｆのＸ軸方向の幅の約２倍に設定されている。一方の***部１０ｆと、凹部１０ｄと、他方の***部１０ｆと、は略同じ厚みの鋼板から一体に連続して形成されている。したがって、各***部１０ｆの下面は上向に凹む凹形状を有し、凹部１０ｄの下面は下向に突き出る突出形状を有する。

脆弱部１０ｍは、前方連結部１４の車両上下方向（Ｚ軸方向）のいずれか一方側に寄って設けられている。本例では、図４、図５に示すように前方連結部１４のＺ軸方向で下向きに寄って設けられている。荷重の入力点であるナックル連結部１２は、サスペンションアーム１０のせん断力の中心Ｑを挟んで脆弱部１０ｍと反対側に設けられる。なお、せん断力の中心とは、どのような向きの荷重が作用しても、断面にねじれが生じない特定の点である。本例のサスペンションアーム１０では、図６に示すように、第２アーム部１０ｂの断面において、Ｘ軸方向およびＺ軸方向の略中央部に設定されている。せん断力の中心Ｑの位置は、シミュレーションによって取得することができる。本例では、図６に示すように、サスペンションアーム１０のＡ−Ａ断面において、せん断力の中心Ｑは、荷重の入力点であるナックル連結部１２からの荷重入力中心Ｐから下側にオフセットした位置に配置されている。

このように構成されたサスペンションアーム１０では、前輪に入力された衝突荷重により、ナックル連結部１２に図３で矢印に示すような入力荷重Ｆが加わる。この入力荷重Ｆと第２アーム部１０ｂの実効長さＬとに応じて脆弱部１０ｍに、平面視で反時計回りのモーメント荷重が加わる。

また、入力荷重Ｆが加わることにより、図６に示すように、側面視で時計回りの回転モーメントＭが脆弱部１０ｍに加えられる。このように、脆弱部１０ｍには、衝突荷重により、二方向のモーメント荷重が集中的に加えられるから、脆弱部１０ｍは、より確実に破断することになる。

次に、このように構成されたサスペンションアーム１０について、図７〜図９を参照して、衝突荷重が入力されて脆弱部１０ｍが破断した際の前輪２０の挙動を説明する。図７は、サスペンションアーム１０の衝突前の状態を説明する模式図である。図８は、サスペンションアーム１０の衝突時の状態を説明する模式図である。図９は、サスペンションアーム１０の脆弱部１０ｍが破断した状態を説明する模式図である。

図７の状態において、前輪２０に衝撃荷重が入力されると、図８に示すように、サスペンションアーム１０の第２アーム部１０ｂの途中が変形し始め、それとともに脆弱部１０ｍには、衝突荷重により、モーメント荷重が集中的に加えられる。モーメント荷重が脆弱部１０ｍに集中的に加えられることにより、脆弱部１０ｍが破断すると、図９に示すように、サスペンションアーム１０の前方連結部１４がサスペンションメンバ３２から離脱する。前方連結部１４が離脱すると、図９の矢印Ｇおよび矢印Ｅに示すように、前輪２０は後方連結部１６を支点にして大きく外転して衝突時のエネルギーを吸収するとともに、前輪２０は安定して横向きに傾斜した状態でロッカー４６に衝突する。または、大きく外転させることにより、ブレーキディスク４４などを車両外側へ掃き出す。この場合、前輪２０が縦向きに衝突する場合に比べてキャビンへのダメージを抑制することができる。

以上のように構成された本発明の実施形態に係るサスペンションアーム１０の作用・効果を説明する。

実施形態に係るサスペンションアーム１０は、車両の前輪２０を支持するナックル３６とサスペンションメンバ３２との間に介装されるサスペンションアーム１０であって、ナックル３６と連結されるナックル連結部１２と、サスペンションメンバ３２と連結される前方連結部１４および後方連結部１６と、を備え、前方連結部１４は、車両前後方向で後方連結部１６より前方に設けられ、前方連結部１４には、車両衝突時の衝突荷重が前輪に入力された際に、当該前方連結部１４が破断するように形成された脆弱部１０ｍが設けられ、脆弱部１０ｍは、前方連結部１４の車両上下方向のいずれか一方側に寄って設けられており、ナックル連結部１２は、サスペンションアーム１０のせん断力の中心を挟んで脆弱部１０ｍと反対側に設けられている。

この構成によれば、衝突時に、前方連結部１４の脆弱部１０ｍに、破断方向のモーメント荷重を作用させることができるので、このモーメント荷重が作用しない場合に比べて、脆弱部１０ｍを容易に破断させることができる。脆弱部１０ｍを破断させることによって、スモールオーバーラップ衝突時にサスペンションアーム１０を、後方連結部１６を中心に外転させてキャビンへの衝突荷重を低減させることができる。つまり、衝突エネルギーをサスペンションアームの回転運動に変換して吸収し、キャビンに作用する衝突荷重を減らすことが可能になる。

以上、本発明の実施形態をもとに説明した。これらの実施形態は例示であり、いろいろな変形および変更が本発明の特許請求の範囲内で可能なこと、またそうした変形例および変更も本発明の特許請求の範囲にあることは当業者に理解されるところである。従って、本明細書での記述および図面は限定的ではなく例証的に扱われるべきものである。

以下、変形例について説明する。変形例の図面および説明では、実施形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。実施形態と重複する説明を適宜省略し、実施形態と相違する構成について重点的に説明する。

（第１変形例）
実施形態では、サスペンションアーム１０が鋼板からプレス加工によって形成される例について説明したが、これに限られない。サスペンションアーム１０は、例えば、アルミニウム合金など別の材料から別の工程により形成されてもよい。この場合、サスペンションアームを軽量化することができる。

（第２変形例）
実施形態では、サスペンションアーム１０が平面視でＬ字形状を有する例について説明したが、これに限られない。本発明は、例えば、略Ａ字形状、略Ｈ字形状、略Ｉ字形状などＬ字形状以外の形状を有するサスペンションアームに適用されてもよい。

（第３変形例）
実施形態では、サスペンションアーム１０がいわゆるストラット形式のサスペンション機構を構成する例について説明したが、これに限られない。本発明は、例えば、マルチリンク形式のサスペンション機構などストラット形式以外のサスペンション機構を構成するサスペンションアームに適用されてもよい。

上述の変形例によれば、各実施形態と同様の作用・効果を奏する。

上述した各実施形態同士および各実施形態と変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施形態は、組み合わされる実施形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。

１０・・サスペンションアーム、 １０ａ・・第１アーム部、 １０ｂ・・第２アーム部、 １２・・ナックル連結部、 １４・・前方連結部、 １６・・後方連結部、 ２０・・前輪、 ３２・・サスペンションメンバ、 ３４・・ボールジョイント、 ３６・・ナックル、 １００・・サスペンション機構。

Claims (1)

1. 車両の前輪を支持するナックルとサスペンションメンバとの間に介装されるサスペンションアームであって、
   前記ナックルと連結されるナックル連結部と、前記サスペンションメンバと連結される前方連結部および後方連結部と、を備え、
   前記前方連結部は、車両前後方向で前記後方連結部より前方に設けられ、
   前記前方連結部には、車両衝突時の衝突荷重が前記前輪に入力された際に当該前方連結部が破断するように脆弱部が設けられ、
   前記脆弱部は、前記前方連結部の円筒部の付け根近傍において、車両前後方向に沿って伸びると共に、車両上下方向に凹む形状をしており、前記円筒部の車両上下方向の中心位置を基準に車両上下方向のいずれか一方側に寄った位置に設けられており、
   車両上下方向で見たときに、前記ナックル連結部は、前記サスペンションアームのせん断力の中心を挟んで前記脆弱部と反対側に設けられることを特徴とするサスペンションアーム。

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