JP2000255450A - 自動車のフレーム構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 自動車のフレーム構造に関し、フレーム部材
に長手方向から衝撃が与えられるとこの衝撃を確実に且
つ効果的に吸収できるようにする。 【解決手段】 車両前後方向に延びるように配設される
メインフレーム２，３の前端部にサブフレーム５を設
け、このサブフレーム５の一端部をメインフレーム２，
３に結合し中間部をメインフレーム２，３に揺動自在に
支持し他端部をメインフレーム２，３の前端部と同一方
向に向いて配置して、サブフレーム５に前方から衝撃が
入力されると、サブフレーム５が揺動することにより発
生するモーメントによって、メインフレーム２，３をサ
ブフレーム５との結合部において屈曲させるように構成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車のフレーム
構造、特に、車両前後方向に延びるフレーム部材の衝撃
吸収構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、車両前方からの衝撃をフレー
ム構造によって吸収するための改良技術が開発され、例
えば実開平１ー３９１７７号公報や実開平７−３７８６
３号公報などに記載されている。前者の従来技術は、車
両の前後方向に延びるフレーム部材の前端部に、長手方
向に所定の間隔を保って複数の貫通孔と端面部に複数の
貫通孔の配設方向に向けて楔形の切欠溝とを形成し、楔
形の切欠溝に楔形部材を嵌合固着させるように構成した
ものであり、フレーム部材に長手方向から衝撃が与えら
れると、この衝撃により楔形部材が貫通孔間のフレーム
部材を引き裂き、上下方向に引き裂かれたフレーム部材
をより変形させることにより、フレーム部材に与えられ
る衝撃をより吸収するものである。

【０００３】後者の従来技術は、フレーム部材の長手方
向先端部に、座屈強度が低く長手方向からの衝撃により
座屈される脆弱部と、この衝撃によりフレーム部材を折
り曲げさせる折曲脆弱部とが形成された構成になってお
り、フレーム部材の長手方向から衝撃が与えられると、
脆弱部の座屈により衝撃を吸収するとともに、折曲脆弱
部においてフレーム部材をフレーム部材の長手方向と垂
直な方向へ折り曲げることにより衝撃を吸収するもので
ある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前者の従来技
術では、フレーム長手方向からの衝撃を、フレーム部材
の前端部における座屈のみによって吸収する構成である
ため、より大きな衝撃が与えられたときに、衝撃をより
吸収することができないといった課題がある。さらに、
座屈によってフレームが潰れる領域が設定量必要なた
め、車両前方に所定量のスペースを必要とする課題があ
る。

【０００５】また、後者の従来技術では、フレーム部材
の前端部における座屈とフレーム部材自体の屈曲とによ
り衝撃を吸収する構成であるが、フレーム部材自体が確
実に折曲されなかったり、前後方向の座屈強度が低い軸
方向脆弱部における座屈が十分に行なわれる前に屈曲脆
弱部においてフレーム部材が屈曲するなどして、フレー
ム部材の長手方向からの衝撃をより効率的には吸収でき
ないという課題がある。さらに、この場合においても、
座屈によってフレームが潰れる領域が設定量必要なた
め、車両前方に所定量のスペースを必要とする課題があ
る。

【０００６】本発明は上述の課題に着目して成されたも
ので、フレーム部材に長手方向から衝撃が与えられた場
合に、少ない車体変形量で乗員傷害値を軽減できるよう
にした、自動車のフレーム構造を提供することを目的と
している。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、車両前後方向に延びて、車両ボディ部材
を支持するフレーム部材を備えた自動車のフレーム構造
において、上記フレーム部材の前端部又は後端部に設け
られるサブフレームを有し、該サブフレームは、一端部
が上記フレーム部材に結合して、中間部が上記フレーム
部材に揺動自在に支持され、他端部が上記サブフレーム
が設けられる上記フレーム部材の前端部または後端部と
同一方向に向いて配置されるとともに、上記他端部に上
記サブフレームが設けられる上記フレーム部材の前端部
又は後端部側から衝撃が与えられると上記サブフレーム
が揺動して上記フレーム部材との結合部において上記フ
レームを屈曲させるように構成されていることを特徴と
する。

【０００８】従って、フレーム部材に長手方向から衝撃
が与えられると、サブフレームによってフレーム部材が
屈曲して、このフレーム部材の屈曲により該衝撃が効果
的に吸収される。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。図１は、自
動車（車両）において、図示しないボディ部材を支持す
る車台フレーム１の車両左前部における斜視図である。
この車台フレーム１は、左右方向一対に設けられ車両前
後方向に延びるように配設されているフレーム部材とし
てのメインフレーム２と、メインフレーム２に対して垂
直に配設されてメインフレーム２とともに骨格状に形成
されるフレーム部材としてのクロスメンバ３，４などか
ら構成されている。なお、車両右前部については図示し
ないが、図１に示す左前部と左右対称に構成されてい
る。

【００１０】メインフレーム２の車両前後方向の前端部
に結合されているクロンメンバ（以下、ＮＯ．１クロス
メンバ）３の後方におけるメインフレーム２の車幅方向
外側（図１では左側）には、ＮＯ．１クロスメンバ３か
ら所定の間隔をあけて、サブフレーム５が配設される。
このサブフレーム５は、車両後方側端部がメインフレー
ム２の外速姪（ここでは、左側側面）にボルトやリベッ
トなどの結合部材６により固結されている。また、この
結合部材６によりメインフレーム２に結合されている後
端部よりも前方に配置されるサブフレーム５の中間部
が、メインフレーム２の上面及び下面に固着さている上
下一対のプレート７，７に上下方向に延びるように上端
及び下端がぞれぞれ支持されているピン８によって回動
可能に支持されている。

【００１１】また、サブフレーム５の中間部よりも前方
に配置される前端面には、間隔調整部材９が前方に突出
するように固着されている。即ち、この間隔調整部材９
を交換するなどして、間隔調整部材９の前後方向長さを
任意に設定することにより、サブフレーム５の前端とＮ
Ｏ．１クロスメンバ３との間隔を調整することができ、
サブフレーム５に衝撃が伝達され始めるタイミングを調
整することができる。

【００１２】次に、このように構成された本実施形態に
おける自動車のフレーム構造の作用について、図２乃至
図４を参照して説明する。上述したようなフレーム構造
を備えた車両が、図２に示すように、壁面Ｗに前面衝突
するなどして、フレーム構造に前方から過大な衝撃が与
えられると、ＮＯ．１クロスメンバ３に入力された衝撃
力が、まずメインフレーム２の前端部に集中伝達され
て、メインフレーム２の前端部が潰れていく。

【００１３】そして、図３に示すように、ＮＯ．１クロ
スメンバ３の後端面が間隔調整部材９の前端面に当接す
るまで、メインフレーム２の前端部が潰れると、ＮＯ．
１クロスメンバ３に前方から入力される衝撃力は、メイ
ンフレーム２のみでなくサブフレーム５にも伝達される
こととなる。そして、ＮＯ．１クロスメンバ３からサブ
フレーム５の前端部に衝撃が伝達されると、サブフレー
ム５には、間隔調整部材９に作用する前方からの衝撃力
により、ピン８を中心として図３における反時計方向周
りに回転しようとするモーメントが発生する。そして、
メインフレーム２には、サブフレーム５の後端部に左側
面で結合している結合部分に、サブフレーム５のモーメ
ントにより車幅方向内側への応力が作用することとな
る。

【００１４】メインフレーム２は、サブフレーム５から
車幅方向内側への応力を受けると、図４に示すように、
車幅方向内側へ突出するように屈曲される。つまり、メ
インフレーム２は、サブフレーム５に前方からの衝撃が
伝達されると、この衝撃力によってサブフレーム５との
結合部において車幅方向内側へ屈曲される。このように
メインフレーム５に前方から衝撃が伝達され、サブフレ
ーム５にも前方から衝撃が伝達されると、サブフレーム
５にモーメントが発生して、このモーメントによりメイ
ンフレーム２が屈曲されることとなる。なお、サブフレ
ーム５に伝達される衝撃力が大きいほど、発生するモー
メントも大きくなり、メインフレーム２を屈曲させる応
力も大きいものとなる。

【００１５】そして、サブフレーム５に衝撃が伝達され
て、メインフレーム２が屈曲した状態において、さらな
る衝撃がメインフレーム２の前端部及びサブフレーム５
の前端部に伝達されると、各前端部がさらに潰れて該衝
撃が吸収されるとともに、サブフレーム５にさらに発生
するモーメントによってメインフレーム２がさらに屈曲
されることとなる。

【００１６】よって、前方からの衝撃は、サブフレーム
５に衝撃が伝達されるまでは、メインフレーム２の前端
部が座曲することにより衝撃を吸収し、さらに衝撃が大
きくサブフレーム５にも衝撃力が伝達されると、サブフ
レーム５が揺動して、メインフレーム２を屈曲させるよ
うなモーメントが発生して、このモーメントによりメイ
ンフレーム２が屈曲される。つまりメインフレーム２が
屈曲されることにより衝撃力を効果的に吸収することと
なる。

【００１７】このように構成されるフレーム構造を有す
る車両の衝突時におけるボデーＧの変化状態を、図５に
実線で示す。なお、この図５における破線は、従来の乗
用車（従来構造）におけるボデーＧの変化状態を示して
いる。ここで、正突などに対応した車両前方におけるフ
レーム構造の設定方法について説明する。例えば、乗用
車やキャブオーバータイプの自動車のように、各車種に
よってクラッシュストローク（以下、ボデー変形量）が
設定される。このボデー変形量は、前席乗員の着座位置
から前方側への一定空間の乗員生存空間や該乗員生存空
間よりも前方側の空間や乗員が一般的に耐えられる減速
度に基づく乗員傷害値などによって設定される。なお、
これらの乗員生存空間や乗員傷害値は、車種に関係なく
略一定である。したがって、キャブオーバータイプの自
動車などのように、運転席から車両前端部までの長さが
短い車両であるほど、ボデー変形量は短いものとされ
る。

【００１８】次に、乗員傷害値によって、ボデー変形量
に対する乗員拘束開始位置、つまり、乗員がシートベル
トなどによって車両に拘束され始める位置が決定され
る。これは、車両が正突するなどして車両が変形し始め
て減速していても、シートベルトなどが作動して乗員の
拘束が開始されるまでにタイムラグがあり、車両が衝撃
により減速していても乗員はすぐには減速されないため
である。

【００１９】この乗員拘束開始位置から、シートベルト
などにより乗員が拘束され始めると車両が停止するなど
してボデー変形が終了するまでに、乗員には減速Ｇ（以
下、胸Ｇ）が作用する。この胸Ｇは、車両のボデー減速
度（以下、ボデーＧ）に応じて増大していく。つまり、
乗員拘束開始位置以降において、ボデーＧが大きい場合
には、胸Ｇの増加率が大きくなる。また、乗員拘束開始
位置以降におけるボデー変形量が大きいほど、つまり変
形時間が長いほど胸Ｇの増大量も大きくなる。

【００２０】そして、乗員拘束開始位置以降の胸Ｇの大
きさ及び増加率の大きさが大きいほど乗員傷害値は大き
くなる。よって、乗員拘束開始位置から変形終了までの
変形量が長いほど、つまりボデー変形量に対する乗員拘
束開始位置が早いほど、また乗員拘束開始位置以降のボ
デーＧが小さいほど、乗員傷害値は小さいものとなる。

【００２１】次に、ボデーＧの変化状態が図５に破線で
示す従来の乗用車（従来構造）では、ボデー変形量が大
きく、乗員の拘束開始位置は遅いので、乗員拘束開始位
置まで変形するまでの間にボデーが吸収した衝撃（エネ
ルギ）、つまりボデーＧの変形量に対する積算値が大き
いために、乗員拘束開始位置以降のボデー変形量が少な
くボデーＧも小さいものとなる。よって、乗員拘束開始
位置以降にボデーが吸収する衝撃は少なく、乗員の胸Ｇ
は徐々に増加していくこととなり、胸Ｇの変形量に対す
る積算値である乗員傷害値は小さいものとなる。

【００２２】このようにボデー変形量が大きく設定され
る乗用車に対して、キャブオーバータイプの自動車など
においては、図５に実線で示すように、ボデー変形量が
小さく設定される。しかし、乗員傷害値は予め規定され
ているので、この乗員傷害値を満足するためには、乗員
拘束開始位置から変形終了までの間におけるボデー変形
量を大きくするとともに、ボデーＧを小さくすればよ
い。

【００２３】よって、衝突開始時点、即ち車両変形開始
時点から、乗員が乗員拘束開始位置に到達するまでの間
において、効果的に衝撃を吸収させて、乗員拘束開始位
置以降におけるボデーＧを小さくしてやることにより、
乗員拘束開始以降における胸Ｇの増加が緩やかになり、
乗員傷害値を小さいものとすることが出来る。また、キ
ャブオーバータイプの自動車のようにボデー変形量が小
さい車両においては、乗員拘束開始位置を車両変形開始
位置（ボデー変形量がゼロの位置）側に近接させて、乗
員拘束開始位置から変形終了までの間におけるボデー変
形量が大きくなるようにして、乗員拘束開始位置以降に
おけるボデーＧを小さくするようにすることにより、乗
員拘束開始位置以降における胸Ｇの増加をより緩やかに
することができ、乗員傷害値をより小さくすることがで
きる。

【００２４】上述したように、本実施形態においては、
メインフレーム２にサブフレーム５が設けられて、サブ
フレーム５に入力される衝撃力によってメインフレーム
２を屈曲させるように構成されているので、ボデーＧ
が、図５に実線で示すように変化する。詳しくは、車両
が正突するなどして、図２乃至図４に示すようにメイン
フレーム２の前端部に衝撃が入力されると、メインフレ
ーム２の前端部が座屈するなどして衝撃を吸収してい
き、ボデーＧがゼロから実線のａ点に向かうように上昇
していき、その後低下するように変化していく。これ
は、上述したように、メインフレーム２の前端部が、補
強構造が採られて衝撃が吸収されにくい構成とされてい
るためであり、ボデーＧが従来の乗用車におけるボデー
Ｇの増加よりも格段に増加していく。

【００２５】その後、ＮＯ．１クロスメンバ３が、サブ
フレーム５の前端部（間隔調整部材９）に当接して、サ
ブフレーム５にも衝撃が伝達されると、ボデーＧは再び
増加していく。そして上述したように、サブフレーム５
に衝撃が伝達されると、サブフレーム５にモーメントが
発生して、このモーメントによってメインフレーム２が
屈曲される。このサブフレーム５に衝撃が伝達されてか
らメインフレーム２が屈曲されるまでは、ボデー変形量
に応じてボデーＧがｂ点からｃ点へとなるまで増加して
いく。

【００２６】そして、サブフレーム５に発生するモーメ
ントによってメインフレーム２が屈曲されると、メイン
フレーム２が屈曲することによりメインフレーム２に入
力される衝撃を吸収することとなる。このメインフレー
ム２の屈曲による衝撃吸収は、メインフレーム２の前端
部が潰れることによる衝撃吸収よりも、より効果的なも
のであるため、メインフレーム５が屈曲し始めると、ボ
デーＧはｃ点より低下していく。

【００２７】さらに、前方からの衝撃によりボデー変形
量が増加していき、ボデー変形量が乗員拘束開始位置ま
で達するとボデーＧはｄ点まで減少され、その後もメイ
ンフレーム２が屈曲していくことにより、衝撃が吸収さ
れながらボデーは変形していく。このときのボデーＧ
は、メインフレーム２におけるスポットが外れたりする
ことにより、増加及び減少を繰り返していくこととな
り、ボデー変形量が所定の変形量に達するまでに、衝撃
を全て吸収してボデー変形が終了することとなる。

【００２８】そして、図６はボデー変形量に対するボデ
ーＧ及び胸Ｇの変化状態を模式的に示す図であり、図６
において、実線はボデーＧが図５に実線で示す変化状態
となるように構成された本実施形態のフレーム構造の場
合を示し、破線は従来の乗用車（従来構造）の場合を示
している。まず、従来の乗用車においては、破線で示す
ように、メインフレーム２の前端部が座屈するなどして
衝撃が吸収されていき、メインフレーム２の前端部にお
ける衝撃吸収が終了すると、車両全体の衝撃吸収が悪く
なり、ボデーＧが大きくなり、乗員拘束が開始される。
この乗員拘束開始位置からのボデー変形量は大きく設定
されているので、乗員拘束開始位置以降におけるボデー
Ｇが小さくなるように構成されており、乗員の胸Ｇは緩
やかに増加していき、乗員傷害値は小さいものとなる。

【００２９】これに対して、本実施形態におけるフレー
ム構造では、上述したように、サブフレーム５がメイン
フレーム２を屈曲させるまでは、メインフレーム２の補
強された前端部にて衝撃が吸収されるために、ボデーＧ
が大きくなり、ボデーＧが大きい状態でボデー変形して
いく。そして、サブフレーム５に衝撃力が伝達されて、
メインフレーム２がサブフレーム５からのモーメントに
よって屈曲されて、メインフレーム２が屈曲することに
より衝撃が吸収されていくと、ボデーＧが減少した状態
でボデー変形していくこととなる。

【００３０】また、メインフレーム２が屈曲し始めて、
ボデーＧが減少した状態で変形していくときが乗員拘束
開始位置とされているので、この乗員拘束開始位置以降
においては、ボデーＧが小さい状態で変形して胸Ｇの増
加率も小さいものとなり、胸Ｇは徐々に増加していくこ
ととなる。さらに、乗員拘束開始位置までは高いボデー
Ｇによって変形していく構成であるために、乗員拘束開
始位置までの間により多くの衝撃エネルギをフレーム構
造によって吸収することができ、乗員拘束開始位置以降
のボデー変形量をより大きくするとともにボデーＧを小
さくすることができるので、乗員拘束開始位置以降にお
ける乗員の胸Ｇをより緩やかに増加させることができ、
乗員傷害値の許容値までは増加しないように構成するこ
とができる。

【００３１】本実施形態におけるフレーム構造におい
て、メインフレーム２の前端面とサブフレーム５の前端
面、つまり間隔調整部材９の前端面との間隔は、ボデー
変形が開始されてから乗員拘束開始位置までの間により
多くの衝撃エネルギがフレーム構造によって吸収される
位置となるように設置されている。また、間隔調整部材
９によって、サブフレーム５に衝撃が入力されるタイミ
ングを調整することにより、各車両に応じて衝突時のボ
デーＧを調整することができ、乗員に与える乗員傷害値
を抑制することができる。なお、間隔調整部材９以外の
部材を共用化することも可能となる。

【００３２】なお、図６に一点鎖線で示すボデーＧと胸
Ｇと関係は、本実施形態のフレーム構造において、サブ
フレームを備えずに、メインフレーム２の前端部に補強
構造を施しただけのフレーム構造におけるものである。
メインフレーム２の前端部を補強したのみであるため
に、乗員拘束開始位置となってもボデーＧは減少するこ
となく、メインフレーム２の前端部における衝撃吸収が
終了したために上昇する。このため、乗員拘束が開始さ
れると、胸Ｇは本実施形態や従来の乗用車における胸Ｇ
の増加よりも、急激に増加していき、変形が終了したと
きの胸Ｇは、二点鎖線で示す乗員傷害値の許容値をオー
バーしており、衝撃がフレーム構造によって効果的に吸
収されないものとなる。

【００３３】以上のように、本発明の車両のフレーム構
造によれば、メインフレーム２に揺動可能に設けられた
サブフレーム５に衝撃が入力されると、サブフレーム５
にメインフレーム２を屈曲させるようなモーメントが発
生して、メインフレーム２がこのモーメントにより確実
に屈曲されることにより、衝撃を効果的に吸収すること
ができる。

【００３４】また、メインフレーム２に衝撃が入力され
てから乗員の拘束が開始されるまでの間に、より多くの
衝撃エネルギが吸収され、乗員の拘束が開始されてから
のボデーＧが小さくなるように、サブフレーム５がメイ
ンフレーム２に揺動可能に配設される構成であるため
に、乗員拘束開始からの乗員の胸Ｇを緩やかに増加させ
ることができ、乗員に与えられる衝撃値を抑制すること
ができる。

【００３５】本発明におけるフレーム構造は、上述した
実施形態における構成に限定されるものではなく、サブ
フレーム５が、メインフレーム２の前端部において、後
端部がメインフレーム２に結合されるとともに、中間部
が揺動可能に支持されて、サブフレーム５の前端部に衝
撃が入力されると、メインフレーム２との結合部におい
てメインフレーム２を屈曲させるようなモーメントを発
生するように揺動するように構成されていればよい。

【００３６】また、サブフレーム５がメインフレーム２
の側面に結合支持される構成であるが、メインフレーム
２の下面や上面においてメインフレーム２を屈曲させる
ことが可能であれば何処でもよい。なお、上述した実施
形態において、メインフレーム２の前端部がある程度座
曲した後に、サブフレーム５に衝撃が入力される構成で
あったが、これに限定されることはなく、メインフレー
ム２に衝撃が入力されるのと同時にサブフレーム５にも
衝撃が入力されるように構成してもよい。

【００３７】また、サブフレーム５の前端部に、座曲部
を設け、この座曲部によってある程度の衝撃を吸収した
後に、揺動を開始して、メインフレーム２の屈曲させる
ようなモーメントが発生するように構成してもよい。上
述した実施形態において、サブフレーム５がＮＯ．１ク
ロスメンバ３を介して衝撃が入力される構成であった
が、これに限定されるものではなく、実施形態における
壁などから直接サブフレーム５に衝撃が入力されるよう
に構成してもよい。

【００３８】また、上述した実施形態においては、車両
前方に位置するメインフレーム２の前端部における例に
ついて説明したが、これに限定されることなく、車両後
方に位置するメインフレーム２の後端部に同様のフレー
ム構造を用いてもよい。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、車両前後方向に延び
て、車両ボディ部材を支持するフレーム部材を備えた自
動車のフレーム構造において、上記フレーム部材の前端
部又は後端部に設けられるサブフレームを有し、該サブ
フレームは、一端部が上記フレーム部材に結合して、中
間部が上記フレーム部材に揺動自在に支持され、他端部
が上記サブフレームが設けられる上記フレーム部材の前
端部または後端部と同一方向に向いて配置されるととも
に、上記他端部に上記サブフレームが設けられる上記フ
レーム部材の前端部又は後端部側から衝撃が与えられる
と上記サブフレームが揺動して上記フレーム部材との結
合部において上記フレームを屈曲させるように構成され
ているので、フレーム部材がサブフレームによって確実
に屈曲されて、フレーム部材が屈曲することにより、衝
撃をより効果的に吸収することができ、乗員に与える衝
撃をより緩和させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態によるフレーム構造におけ
る要部斜視図である。

【図２】本発明の一実施形態によるフレーム構造におけ
る上面視図である。

【図３】本発明の一実施形態によるフレーム構造におけ
る上面視図である。

【図４】本発明の一実施形態によるフレーム構造におけ
る上面視図である。

【図５】本発明の一実施形態によるフレーム構造のボデ
ー変形量とボデー減速度との関係を示す図である。

【図６】本発明の一実施形態によるフレーム構造のボデ
ー変形量とボデー減速度と乗員減速度（胸Ｇ）との関係
を模式的に示す図である。

【符号の説明】

１ フレーム構造 ２ メインフレーム（フレーム部材） ３ ＮＯ．１クロスメンバ（フレーム部材） ５ サブフレーム ９ 間隔調整部材

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両前後方向に延びて、車両ボディ部材
   を支持するフレーム部材を備えた自動車のフレーム構造
   において、 上記フレーム部材の前端部又は後端部に設けられるサブ
   フレームを有し、 該サブフレームは、一端部が上記フレーム部材に結合し
   て、中間部が上記フレーム部材に揺動自在に支持され、
   他端部が上記サブフレームが設けられる上記フレーム部
   材の前端部または後端部と同一方向に向いて配置される
   とともに、上記他端部に上記サブフレームが設けられる
   上記フレーム部材の前端部又は後端部側から衝撃が与え
   られると上記サブフレームが揺動して上記フレーム部材
   との結合部において上記フレームを屈曲させるように構
   成されていることを特徴とする自動車のフレーム構造。