JP2006143178A - フロントサイドメンバ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 衝突エネルギー吸収性能を確保すると共に、最大操舵時の前輪の切れ角をフロントサイドメンバの横断面積に影響されることなく設定できるフロントサイドメンバ構造を提供する。
【解決手段】 前輪３０の中心軸より上方に位置し、フロントピラーロア１０より車両前方に延びるアッパメンバ部２と、前輪３０の中心軸より下方で、フロア４の前端部より車両前方に延びるロアメンバ部３と、アッパメンバ部２とロアメンバ部３を、前輪３０より前で結合する結合部５と、結合部５より車両前方に延びるフロントメンバ部１とを備えるフロントサイドメンバ構造であって、アッパメンバ部２は、フロントメンバ部１より上方に配置し、且つ、ロアメンバ部３は、フロントメンバ部１より下方に配置することにより、前輪３０の最大操舵時に、前輪３０がフロントメンバ部１より、車幅方向内側へ侵入できる空間を形成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車のフロントサイドメンバ構造に関する。

自動車の車体前部の構造として、図５に示すように、車体前部に車体前後方向へフロントサイドメンバ５０を配置したものが知られている。図６に示すように左右のフロントサイドメンバ５０の車幅方向内側にはエンジン及びトランスミッション６０が配置される。フロントサイドメンバ５０にはステアリングハンドルを最大限に切った時（以下、最大操舵時）の前輪５１の位置を考え、前輪５１の最大操舵時の位置６１がフロントサイドメンバ５０と干渉するのを避けるために、フロントサイドメンバ５０の車体前後方向中間部の車幅方向外側に車幅方向内側へ向けて凹部６３が形成してある。

ところで、衝突時における自動車の衝突エネルギー吸収性能を高めるには、このフロントサイドメンバ５０の車幅方向での断面の面積（以下、横断面積）をできるだけ大きくするとともに、フロントサイドメンバ５０の車幅方向での断面の中心線（以下、断面中心線）が車体前後方向に直線をなす場合が最も効果的である。また、衝突時に衝突エネルギーの吸収量が最も高いフロントサイドメンバ５０の変形のしかたは、フロントサイドメンバ５０の前端部６２からフロントサイドメンバ５０の後端部６４へと順に軸圧潰していった場合である。

従来のフロントサイドメンバ構造のように、フロントサイドメンバ５０に凹部６３を設けた場合、フロントサイドメンバ５０の前端部６２の断面中心線と凹部６３での断面中心線が車幅方向にずれてしまう。また、フロントサイドメンバ５０の前端部６２の横断面積とフロントサイドメンバ５０の凹部６３の横断面積を比べると、フロントサイドメンバ５０の前端部６２の横断面積よりもフロントサイドメンバ５０の凹部６３での横断面積の方が小さくなっている。

このため、フロントサイドメンバ５０の凹部６３が脆弱部となり、フロントサイドメンバ５０の前端部６２の断面中心線に沿って作用する入力によって、フロントサイドメンバ５０の車体前後方向の中間部に車幅方向の曲げモーメントが発生しやすく、衝突時にはフロントサイドメンバ５０の前端部６２よりもフロントサイドメンバ５０の凹部６３が先に変形する可能性がある。

このように、衝突時にフロントサイドメンバ５０の凹部６３が前端部６２よりも先に変形するのを防止するために、従来からフロントサイドメンバ５０の板厚を厚くしたり、フロントサイドメンバ５０の凹部６３周辺に補強部材を別途追加したりすることで、フロントサイドメンバ５０の凹部６３の剛性を高めることが考えられている。しかし、これらの方法では車体重量および部品点数が増えてしまう。

そこで、フロントサイドメンバ５０の前端部６２を車幅方向内側へ突出するような形状とすることで、フロントサイドメンバ５０の前端部６２の断面中心線を、フロントサイドメンバ５０の凹部６３が形成されているフロントサイドメンバ５０の車体前後方向の中間部の断面中心線とほぼ一致させて、フロントサイドメンバ５０の凹部６３に発生する曲げモーメントを低減を図っている。このようなフロントサイドメンバ構造が下記特許文献１に開示されている。

特許第２８９０９３８号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示のフロントサイドメンバ構造では、フロントサイドメンバ５０の前端部６２の断面中心線を、フロントサイドメンバ５０の凹部６３の断面中心線とほぼ一致させてはいるものの、フロントサイドメンバ５０の前端部の横断面積とフロントサイドメンバ５０の凹部６３の横断面積を比べた場合、フロントサイドメンバ５０の前端部６２の横断面積よりフロントサイドメンバ５０の凹部６３の横断面積の方が小さいということに変わりはない。

このため、横断面積の小さなフロントサイドメンバ５０の凹部６３が脆弱部となり、フロントサイドメンバ５０の車体前後方向の中間部に車幅方向の曲げモーメントが発生し易くなり、衝突時にはフロントサイドメンバ５０の前端部６２よりもフロントサイドメンバ５０の凹部６３が先に変形する可能性がある。

また、フロントサイドメンバ５０が前輪５１のほぼ中心と同じ高さの車幅方向内側に存在する以上、左右フロントサイドメンバ５０の車幅方向の厚さにより、最大操舵時の前輪の切れ角θ2の大きさが制限されることは避けられない。特にフロントエンジン・フロントドライブ車でよく用いられる横置きエンジンレイアウトの場合、フロントサイドメンバ５０の横断面積の大きさを必要最低限の衝突エネルギー吸収性能を満足するようにすると、前輪５１の切れ角を十分に確保することができない。逆に、前輪５１の切れ角をより大きくして車両の最小回転半径を小さくしたい場合には、必要最低限のフロントサイドメンバ５０の横断面積をも確保することができなくなる可能性がある。

これらのことから、本発明は、自動車の衝突時における衝突エネルギー吸収性能を確保すると共に、フロントサイドメンバが前輪とエンジン及びトランスミッションとの間を通らないようなレイアウトに変更することにより、最大操舵時の前輪の切れ角をフロントサイドメンバの横断面積に影響されることなく設定できるフロントサイドメンバ構造を提供することを目的とする。

上記の課題を解決する第１の発明（請求項１に対応）に係るフロントサイドメンバ構造は、前輪の中心軸より上方に位置し、フロントピラーロアより車両前方に延びるアッパメンバ部と、前記前輪の中心軸より下方に位置し、フロアの前端部より車両前方に延びるロアメンバ部と、前記アッパメンバ部と前記ロアメンバ部を、前記前輪より前方で結合する結合部と、前記結合部より車両前方に延びるフロントメンバ部とを備えるフロントサイドメンバ構造であって、前記アッパメンバ部は、前記フロントメンバ部より上方に配置し、且つ、前記ロアメンバ部は、前記フロントメンバ部より下方に配置することにより、前記前輪の最大操舵時に、前記前輪が前記フロントメンバ部より、車幅方向内側へ侵入できる空間を形成することを特徴とする。

上記の課題を解決する第２の発明（請求項２に対応）に係るフロントサイドメンバ構造は、第１の発明に係るフロントサイドメンバ構造において、前記アッパメンバ部はアッパフレームを兼ねることを特徴とする。

上記の課題を解決する第３の発明（請求項３に対応）に係るフロントサイドメンバ構造は、第１の発明又は第２の発明に係るフロントサイドメンバ構造において、前記ロアメンバ部はシャシメンバを兼ねることを特徴とする。

上記の課題を解決する第４の発明（請求項４に対応）に係るフロントサイドメンバ構造は、第１の発明乃至第３の発明のいずれかに係るフロントサイドメンバ構造において、前記結合部は車体上方から見てＹ字状であり、前記アッパメンバ部は、前記ロアメンバ部より車幅方向外側に配置することを特徴とする。

上記の課題を解決する第５の発明（請求項５に対応）に係るフロントサイドメンバ構造は、第１の発明乃至第４の発明のいずれかに係るフロントサイドメンバ構造において、前記フロントメンバ部の車両前方にクラッシュボックスを配置することを特徴とする。

第１の発明によれば、前輪の中心軸より上方に位置し、フロントピラーロアより車両前方に延びるアッパメンバ部と、前輪の中心軸より下方に位置し、フロアの前端部より車両前方に延びるロアメンバ部と、アッパメンバ部とロアメンバ部を、前輪より前方で結合する結合部と、結合部より車両前方に延びるフロントメンバ部とを備えるフロントサイドメンバ構造であって、アッパメンバ部は、フロントメンバ部より上方に配置し、且つ、ロアメンバ部は、フロントメンバ部より下方に配置することにより、前輪の最大操舵時に、前輪がフロントメンバ部より、車幅方向内側へ侵入できる空間を形成することにより、フロントメンバ部が前輪の中心軸とエンジン及びトランスミッションとの間を通らないレイアウトに変更することができる。これにより、自動車の衝突時における衝突エネルギー吸収性能を確保すると共に、最大操舵時の前輪の切れ角をフロントメンバ部の横断面積に影響されることなく設定することができる。

また、本発明に係るフロントサイドメンバ構造における最大操舵時の前輪の切れ角θ1と、従来のフロントサイドメンバ構造における最大操舵時の前輪の切れ角θ2とを比較するとθ1＞θ2となり、本発明に係るフロントサイドメンバ構造における前輪の最大切れ角の方が、従来のフロントサイドメンバ構造における前輪の最大切れ角よりもより大きくなる。これにより、前輪の径が同じ場合には、本発明に係るフロントサイドメンバ構造を利用した車両の方が、従来のフロントサイドメンバ構造を利用した車両よりも最小回転半径を小さくすることができる。

また、本発明に係るフロントサイドメンバ構造を利用した自動車は、従来のフロントサイドメンバ構造を利用した自動車と比べた場合、径の大きなタイヤを装備しても、切れ角を大きくすることによって最小回転半径を極力小さくすることができる。これにより、今後のタイヤ径の大径化の動向にも対応することができる。

第２の発明によれば、アッパメンバ部はアッパフレームを兼ねることにより、従来のフロントサイドメンバ構造にもともと存在するアッパフレームをアッパメンバ部としてそのまま利用することができる。

このように、従来のフロントサイドメンバ構造でフロントサイドメンバが果たしていた役割をアッパフレームが代わりに果たすことができるで、従来のフロントサイドメンバ構造の大幅な変更や、エンジンルーム内のエンジン及びトランスミッションの配置レイアウトの変更を必要としないため、生産コストの増加を抑制することができる。

第３の発明によれば、ロアメンバ部はシャシメンバを兼ねることにより、従来のフロントサイドメンバ構造にもともと存在するシャシメンバをロアメンバ部としてそのまま利用することができる。

このように、従来のフロントサイドメンバ構造でフロントサイドメンバが果たしていた役割をシャシメンバが代わりに果たすことができるので、従来のフロントサイドメンバ構造の大幅な変更や、エンジンルーム内のエンジン及びトランスミッションの配置レイアウトの変更を必要としないため、生産コストの増加を抑制することができる。

第４の発明によれば、結合部は車体上方から見てＹ字状であり、アッパメンバ部は、ロアメンバ部より車幅方向外側に配置することにより、車幅方向に断面中心線がずれているアッパメンバ部の前端部とロアメンバ部の前端部とを結合することができるため、自動車に要求される衝突時の衝突エネルギー吸収性能を確保することができる。

第５の発明によれば、フロントメンバ部の車両前方にクラッシュボックスを配置することにより、自動車が低速度で衝突した場合、クラッシュボックスが積極的に軸圧潰することで、衝突のエネルギーを吸収してクラッシュボックスより後方の車体骨格部材が損傷することを防ぐことができ、車体を修理する際にクラッシュボックスのみを交換すればよいため、車体の修理にかかる労力やコストを低減することができる。

以下、本発明の一実施形態に係るフロントサイドメンバ構造について図１から図６を用いて説明する。図１は本発明の一実施形態に係るフロントサイドメンバ構造を示す斜視図、図２は本発明の一実施形態に係るフロントサイドメンバ構造を示す平面図、図３は本発明の一実施形態に係るフロントサイドメンバ構造を示す側面図、図４は図３に示すＡ−Ａ断面での断面図、図５は従来のフロントサイドメンバ構造を示す側面図、図６は図５に示すＢ−Ｂ断面での断面図である。なお、図中Ｆｒは車体前方を、Ｉｎは車幅方向内側を、Ｕｐは車体上方を示す。

図１に示すように左右のフロントピラーロア１０の間には上部にカウルトップ１１、中部にダッシュクロスメンバアッパ１６、下部にダッシュクロスメンバロア１５がある。フロントピラーロア１０下部からは、車体後方に向けサイドシル１７が延びている。

図３に示すように、前輪３０の中心軸より上方に左右のフロントピラーロア１０から車体前方に向けフロントサイドメンバアッパ２が延びている。本実施形態では、フロントサイドメンバアッパ２が課題を解決するための手段に記載するアッパメンバ部である。

図３に示すように、フロントサイドメンバアッパ２と前輪の頭頂部３１はほぼ同じ高さに位置するが、最大操舵時に干渉する虞のある前輪３０の前部内側３２もしくは前輪３０の後部内側３３はフロントサイドメンバアッパ２よりも低い位置にあるため、図４に示す本実施形態に係るフロントサイドメンバ構造における最大操舵時の前輪４０の切れ角θ1と、図６に示す従来のフロントサイドメンバ構造における最大操舵時の前輪６１の切れ角θ2とをθ1＞θ2とした場合でも、フロントサイドメンバアッパ２と前輪３０の前部内側３２又は後部内側３３とが干渉することはない。

図５に示すように、従来のフロントサイドメンバ構造では前輪の頭頂部とほぼ同じ高さに位置するアッパフレーム５２が配置されていたが、本実施形態に係るフロントサイドメンバ構造では、このアッパフレーム５２にフロントサイドメンバ５０の機能も持たせるために、従来のフロントサイドメンバ構造のアッパフレーム５２よりも横断面積を大きくして、図３に示すように、フロントサイドメンバアッパ２とした。

前輪３０の中心軸より下方でフロア４とほぼ同じ高さにダッシュクロスメンバロア１５の両端近傍から車体前方に向けフロントサイドメンバロア３が延びている。本実施形態では、フロントサイドメンバロア３が課題を解決するための手段に記載するロアメンバ部である。

図５に示すように、従来のフロントサイドメンバ構造ではフロアとほぼ同じ高さに位置するシャシメンバ５３が配置されていたが、本実施形態に係るフロントサイドメンバ構造では、このシャシメンバ５３にフロントサイドメンバ５０の機能も持たせるため、従来のフロントサイドメンバ構造のシャシメンバ５３よりも横断面積を大きくし、図３に示すように、フロントサイドメンバロア３とした。

これらフロントサイドメンバアッパ２とフロントサイドメンバロア３とにより、図４に示すように、本実施形態に係るフロントサイドメンバ構造ではフロントサイドメンバが前輪３０の中心領域とエンジン及びトランスミッション４１との間を通らないようなレイアウトにすることができる。

図１に示すように、フロントサイドメンバアッパ２とフロントサイドメンバロア３とを結合部５でボルト締め又は溶接により結合する。図２に示すように、結合部５を車体上方から見た場合、結合部５の形状はＹ字状になっている。

結合部５がＹ字状になっているのは、車幅方向に断面中心線がずれているフロントサイドメンバアッパ２の前端部とフロントサイドメンバロア３の前端部とを結合するためである。このようにしてフロントサイドメンバアッパ２とフロントサイドメンバロア３とを結合したことにより、自動車に要求される衝突時の衝突エネルギー吸収性能を確保することができる。

結合部５から車体前方に向けフロントサイドメンバ１が延びている。結合部５の前端部にはフランジ２０を設け、フロントサイドメンバ１の後端部にはフランジ２１を設け、これらフランジ２０とフランジ２１とをボルト締め又は溶接により結合する。本実施形態では、フロントサイドメンバ１が課題を解決するための手段に記載するフロントメンバ部である。

フロントサイドメンバ１から車体前方に向けクラッシュボックス１３が延びている。フロントサイドメンバ１の前端部にはフランジ２２を設け、クラッシュボックス１３の後端部にはフランジ２３を設け、これらフランジ２２とフランジ２３とをボルト締め又は溶接により結合する。クラッシュボックス１３は車両が低速度で衝突した際に積極的に軸圧潰することで、衝突のエネルギーを吸収してクラッシュボックス１３より後方の部分が損傷することを防ぐことができる。

左右のクラッシュボックス１３の前端部に車幅方向に延びるフロントバンパービーム１２を設ける。フロントバンパービーム１２は左右のクラッシュボックス１３や更にその後方にある左右の車体骨格部材に衝突のエネルギーを振り分ける役割を果たす。

図２に示すように、前輪３０は矢印Ｃで示す破線の位置に設置する。図４に示すように、前輪３０は最大操舵時の位置４０がフロントサイドメンバアッパ２又はフロントサイドメンバロア３と干渉しない範囲内で、且つ、エンジンルーム内のエンジン及びトランスミッション４１とも干渉しない範囲内で切れ角θ1を設定する。前輪３０はロアサスペンションアームやアッパサスペンションアーム等（図示省略）により支持する。

本実施形態に係るフロントサイドメンバ構造によれば、フロントサイドメンバ１が前輪３０の中心軸とエンジン及びトランスミッション４１との間を通らないレイアウトに変更することができる。これにより、自動車の衝突時における衝突エネルギー吸収性能を確保すると共に、最大操舵時の前輪３０の切れ角をフロントサイドメンバ１の横断面積に影響されることなく設定することができる。

また、図４に示す本実施形態に係るフロントサイドメンバ構造における最大操舵時の前輪４０の切れ角θ1と、図６に示す従来のフロントサイドメンバ構造における最大操舵時の前輪６１の切れ角θ2とを比較するとθ1＞θ2となる。よって、本実施形態に係るフロントサイドメンバ構造における前輪３０の最大切れ角の方が、図６に示す従来のフロントサイドメンバ構造における前輪５１の最大切れ角よりもより大きくなる。これにより、前輪の径が同じ場合には、本実施形態に係るフロントサイドメンバ構造を利用した車両の方が、従来のフロントサイドメンバ構造を利用した車両よりも最小回転半径を小さくすることができる。

また、本発明のフロントサイドメンバ構造を利用した自動車は、従来のフロントサイドメンバ構造を利用した自動車と比べた場合、径の大きなタイヤを装備しても、切れ角を大きくすることによって最小回転半径を極力小さくすることができる。これにより、今後のタイヤ径の大径化の動向にも対応することができる。

また、フロントサイドメンバアッパ２はアッパフレームを兼ねることにより、従来のフロントサイドメンバ構造にもともと存在するアッパフレームをフロントサイドメンバアッパ２としてそのまま利用することができる。

このように、従来のフロントサイドメンバ構造でフロントサイドメンバが果たしていた役割をアッパフレームが代わりに果たすことができるで、従来のフロントサイドメンバ構造の大幅な変更や、エンジンルーム内のエンジン及びトランスミッションの配置レイアウトの変更を必要としないため、生産コストの増加を抑制することができる。

また、ロアメンバ部はシャシメンバを兼ねることにより、従来のフロントサイドメンバ構造にもともと存在するシャシメンバをフロントサイドメンバロアとしてそのまま利用することができる。

このように、従来のフロントサイドメンバ構造でフロントサイドメンバが果たしていた役割をシャシメンバが代わりに果たすことができるので、従来のフロントサイドメンバ構造の大幅な変更や、エンジンルーム内のエンジン及びトランスミッション４１の配置レイアウトの変更を必要としないため、生産コストの増加を抑制することができる。

また、結合部５は車体上方から見てＹ字状であり、フロントサイドメンバアッパ２は、フロントサイドメンバロア３より車幅方向外側に配置することにより、車幅方向に断面中心線がずれているフロントサイドメンバアッパ２の前端部とフロントサイドメンバロア３の前端部とを結合することができるため、自動車に要求される衝突時の衝突エネルギー吸収性能を確保することができる。

また、フロントサイドメンバ１の車両前方にクラッシュボックス１３を配置することにより、自動車が低速度で衝突した場合、クラッシュボックス１３が積極的に軸圧潰することで、衝突のエネルギーを吸収してクラッシュボックス１３より後方の車体骨格部材が損傷することを防ぐことができ、車体を修理する際にクラッシュボックス１３のみを交換すればよいため、車体の修理にかかる労力やコストを低減することができる。

本発明の一実施形態に係るフロントサイドメンバ構造を示す斜視図 本発明の一実施形態に係るフロントサイドメンバ構造を示す平面図 本発明の一実施形態に係るフロントサイドメンバ構造を示す側面図 図３に示すＡ−Ａ断面での断面図 従来のフロントサイドメンバ構造を示す側面図 図５に示すＢ−Ｂ断面での断面図

符号の説明

１ フロントサイドメンバ（フロントメンバ部）
２ フロントサイドメンバアッパ（アッパメンバ部）
３ フロントサイドメンバロア（ロアメンバ部）
４ フロア
５ 結合部
１０ フロントピラーロア
１３ クラッシュボックス
３０ 前輪
５２ アッパフレーム
５３ シャシメンバ

Claims (5)

1. 前輪の中心軸より上方に位置し、フロントピラーロアより車両前方に延びるアッパメンバ部と、
   前記前輪の中心軸より下方に位置し、フロアの前端部より車両前方に延びるロアメンバ部と、
   前記アッパメンバ部と前記ロアメンバ部を、前記前輪より前方で結合する結合部と、
   前記結合部より車両前方に延びるフロントメンバ部とを備えるフロントサイドメンバ構造であって、
   前記アッパメンバ部は、前記フロントメンバ部より上方に配置し、且つ、前記ロアメンバ部は、前記フロントメンバ部より下方に配置することにより、前記前輪の最大操舵時に、前記前輪が前記フロントメンバ部より、車幅方向内側へ侵入できる空間を形成する
   ことを特徴とする自動車のフロントサイドメンバ構造。
2. 請求項１に記載するフロントサイドメンバ構造において、
   前記アッパメンバ部はアッパフレームを兼ねる
   ことを特徴とする自動車のフロントサイドメンバ構造。
3. 請求項１又は請求項2に記載するフロントサイドメンバ構造において、
   前記ロアメンバ部はシャシメンバを兼ねる
   ことを特徴とする自動車のフロントサイドメンバ構造。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のフロントサイドメンバ構造において、
   前記結合部は車体上方から見てＹ字状であり、
   前記アッパメンバ部は、前記ロアメンバ部より車幅方向外側に配置する
   ことを特徴とする自動車のフロントサイドメンバ構造。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のフロントサイドメンバ構造において、
   前記フロントメンバ部の車両前方にクラッシュボックスを配置する
   ことを特徴とする自動車のフロントサイドメンバ構造。

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