JP2007302147A - 車両のサブフレーム構造 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の前部に配置されて車体部材に対して固定されるサブフレーム構造１として、軽量化と衝撃吸収性とを両立すべく、それを構成する各部の材料を最適化する。
【解決手段】サスペンション構成部品５１〜５３が取り付けられる軽金属製リヤメンバ２と、リヤメンバ２の２つの側辺部２１それぞれの前端部に接合されて車両前方に向かって延びる２つの鉄鋼製サイドメンバ３と、２つのサイドメンバ３同士を車幅方向に連結するフロントクロスメンバ４と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両のサブフレーム構造に関する。

車体部材としてのフロントサイドフレームに対して固定されると共に、サスペンションアームやスタビライザ等のサスペンション構成部品が取り付けられることによって、これらを支持するサブフレーム構造の一つとして、いわゆるペリメータフレーム構造が知られている（例えば特許文献１参照）。

このペリメータフレームは、車幅方向に所定間隔を空けて配置された２つの側辺部を含み平面視で略コ字形状を有するリヤメンバと、前記リヤメンバの２つの側辺部それぞれの前端部に接合されて車両前方に向かって延びる一対のサイドメンバと、各サイドメンバの前端部分においてサイドメンバ同士を車幅方向に連結するフロントクロスメンバと、を備え、全体として平面視で略ロ字形状を有する。

そして、前記特許文献に記載されたペリメータフレームでは、前側部分であるサイドメンバ及びフロントクロスメンバをアルミニウム製とする一方、その後側部分であるリヤメンバを鉄製としており、それによって前記ペリメータフレームは、軽量化と衝突時における衝撃吸収性との両立を図らんとしている。
特表２００５−５１０４０６号公報

前記特許文献では、ペリメータフレームにおける前側部分をアルミニウム製とすることによって衝撃吸収性を高めるとしているが、アルミニウム及びその合金は一般に脆弱であるため、例えば前面衝突時に、車両前後方向に延びるアルミニウム製サイドメンバに、その軸線方向の衝撃が入力されることによって破壊してしまい、衝撃を十分に吸収することができない虞がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、車両の前部に配置されて車体部材に対して固定されるサブフレーム構造として、軽量化と衝撃吸収性とを両立すべく、それを構成する各部の材料を最適化することにある。

本発明のサブフレーム構造は、車両の前部に配置されて車体部材に対し固定されるサブフレーム構造である。

このサブフレーム構造は、車幅方向に所定間隔を空けて配置された２つの側辺部を含み平面視で略コ字形状を有すると共に、サスペンション構成部品が取り付けられる軽金属製リヤメンバと、前記リヤメンバの２つの側辺部それぞれの前端部に接合されて車両前方に向かって延びる２つの鉄鋼製サイドメンバと、前記２つのサイドメンバそれぞれに対し接合され、それによって前記２つのサイドメンバ同士を車幅方向に連結するフロントクロスメンバと、を備えている。

この構成によると、サスペンション構成部品が取り付けられるリヤメンバよりも前側に位置しかつ、車両前後方向に延びるサイドメンバを伸び性の良い鉄鋼製とすることによって、前面衝突に伴う衝撃入力時には、このサイドメンバが潰れ変形して衝撃を効果的に吸収する。尚、鉄鋼には、炭素鋼及び、ステンレス鋼等の合金鋼が含まれる。

一方、サスペンション構成部品が取り付けられること等に起因して元々変形し難い部分であるリヤメンバは、軽金属製とすることによってサブフレームが軽量化する。尚、軽金属には、アルミニウム及びその合金、並びにマグネシウム及びその合金等が含まれる。

従って、前記の構成では、サブフレームの軽量化と高衝撃吸収性とが両立する。

ここで、前記フロントクロスメンバは、軽金属製である、としても良い。こうすることで、サブフレームのさらなる軽量化が図られる。

また、前記フロントクロスメンバは、押し出し成形品又はハイドロフォーム成形品である、としても良い。

こうすることで、フロントクロスメンバの伸び性が良くなり、衝撃入力時には、このフロントクロスメンバが、例えば曲げ変形をして衝撃を吸収する。従って、サブフレームの衝撃吸収性がさらに向上する。

前記フロントクロスメンバには、その両端部に、前記車体部材に対して取り付け固定される取付部が一体に成形され、前記各取付部が、前記各サイドメンバの前端部に接合されている、としても良い。

フロントクロスメンバと取付部とを一体成形することで、部品点数の削減と、接合工程の省略とが可能になり、生産性が向上する。例えばダイカスト等の鋳造によって、フロントクロスメンバと取付部とを一体成形しても良い。

前記リヤメンバは、中空鋳物部材である、としても良い。こうすることで、リヤメンバ、ひいてはサブフレームの軽量化が図られると共に、サスペンション構成部品を支持するリヤメンバの剛性が向上する。

前記軽金属製のリヤメンバには、その各側辺部の前端部に、該前端面から車両前方に突出して前記鉄鋼製のサイドメンバに接合される鉄鋼製の接合部材が鋳包まれている、としても良い。

こうすることで、軽金属製のリヤメンバは、鉄鋼製の接合部材を介して鉄鋼製の各サイドメンバに接合されるため、鉄鋼製の部材同士で接合を行うことになり、その接合強度が向上する。

以上説明したように、本発明のサブフレーム構造によると、サブフレームにおける前側位置に位置しかつ、車両前後方向に延びるサイドメンバを伸び性の良い鉄鋼製とする一方、サスペンション構成部品が取り付けられるリヤメンバを軽金属製とすることによって、サブフレームの軽量化と高衝撃吸収性とを両立することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態に係る車両のサブフレーム構造を示している。このサブフレームは、平面視で略ロ字形状を有する、いわゆるペリメータフレーム１である。このペリメータフレーム１は、車両の前部において、車幅方向に所定間隔を空けて配置されてそれぞれ車両前後方向に延びる一対のフロントサイドフレーム（図示省略）に対して取り付け固定される。

このペリメータフレーム１は、リヤメンバ２と、一対のサイドメンバ３，３と、フロントクロスメンバ４と、を備えている。

リヤメンバ２は、例えばアルミニウム合金やマグネシウム合金等の軽金属製であり、車幅方向に所定間隔を空けて配置された２つの側辺部２１，２１と、この２つの側辺部２１の後端部同士を車幅方向に互いに連結する後辺部２２と、を含む、平面視で略コ字形状を有している。

リヤメンバ２の車幅方向の両側部には、サスペンション構成部品としてのサスペンションアーム（フロントとリヤのロアアーム）５１，５２が取り付けられるアーム取付部２３，２３が形成されている。尚、図１では、車幅方向左側に配置されるロアアーム５１，５２のみ図示し、車幅方向右側に配置されるロアアームの図示を省略している。また、リヤメンバ２の下側には、車幅方向に延びて左右のサスペンション同士を互いに連結するスタビライザ（サスペンション構成部品）５３が配置されており、このスタビライザ５３は、図示は省略するが、スタビライザブラケットブッシュを介して前記リヤメンバ２の下面に対して取り付けられている。

尚、符号２４は、リヤメンバ２（ペリメータフレーム１）をフロントサイドフレームに取り付けるためのブッシュ（図示省略）が取り付けられるブッシュ取付部であり、符号２５は、車幅方向に延びて配設されるステアリングギヤボックス（図示省略）を固定する固定部である。

また、前記各側辺部２１には、断面矩形状の筒状接合部材２６が取り付けられており、この接合部材２６は、各側辺部２１の前端面から車両前方に突出している（図２参照）。尚、この接合部材２６は鉄鋼製である。

このリヤメンバ２は、中空鋳物部材であり、例えばダイカスト等によって成形すれば良い。ここで、リヤメンバ２を製造する鋳造工程においては、各側辺部２１の前端部に鉄鋼製の接合部材２６を鋳包むことによって、前記接合部材２６を各側辺部２１の前端部に取り付けるようにすれば良い。

前記各サイドメンバ３は、鉄鋼製の断面矩形状を有する中空部材であり、例えば鋼板を所定形状に成形したもの、又は鋼管を所定形状に成形したものとすることができる。各サイドメンバ３の前端部には、リヤメンバ２（ペリメータフレーム１）をフロントサイドフレームに取り付けるためのブッシュ８，８が取り付けられるブッシュ取付部３１，３１が一体に形成されている。

各サイドメンバ３は、図２に示すように、前記リヤメンバ２の接合部材２６に対して突き合わされて、アーク溶接（例えばＴＩＧ溶接）によって接合されている。こうして、互いに材料が異なる各サイドメンバ３とリヤメンバ２とを、鉄鋼製の部材同士の溶接によって互いに接合することで、その接合強度を向上させることができる。

前記フロントクロスメンバ４は、例えばアルミニウム合金やマグネシウム合金等の軽金属製の部材であり、ハイドロフォーム成形又は押し出し成形によって、断面矩形状の管状に成形されている。フロントクロスメンバ４は、その各端部が前記各サイドメンバ３の取付部に対して接合され、それによって前記両サイドメンバ３，３を車幅方向に互いに連結している。尚、フロントクロスメンバ４と各サイドメンバ３との接合方法は特に限定されるものではない。例えば一例として、ボルトやカシメ等による機械的な接合を採用しても良いし、接着等を採用しても良い。また、フロントクロスメンバ４の各端部に鉄鋼製の接合部材を取り付け、その接合部材を、溶接によって、鉄鋼製のサイドメンバ３に接合しても良い。

以上説明したように、このペリメータフレーム１は、サスペンション構成部品５１〜５３等が取り付けられるリヤメンバ２よりも前側に位置すると共に、車両前後方向に延びる各サイドメンバ３を、伸び性の良い鉄鋼製としている。これによって、前面衝突に伴う衝撃入力時には、このサイドメンバ３が潰れ変形して衝撃を効果的に吸収する。

一方、サスペンション構成部品５１〜５３が取り付けられること等に起因して元々変形し難い部分であるリヤメンバ２は、軽金属製とすることによってサブフレームが軽量化する。

その結果、ペリメータフレーム１の軽量化と高衝撃吸収性とが両立する。

また、前記各サイドメンバ３を鉄鋼製とすることによって、横断面積が比較的小さくても所望の強度が得られる。つまり、例えば各サイドメンバ３をアルミニウム合金製とした場合に比べて、その横断面積は小さくなる。その分エンジンルームの拡大化が図られ、エンジンルーム内のレイアウトの点で有利になる。

さらに、前記リヤメンバ２を中空鋳物部材とすることで、リヤメンバ２、ひいてはペリメータフレーム１がさらに軽量化すると共に、サスペンション構成部品５１〜５３等を支持するリヤメンバ２の剛性が向上する。

加えて、フロントクロスメンバ４を、軽金属製の押し出し成形品又はハイドロフォーム成形品とすることによって、ペリメータフレーム１のさらなる軽量化が図られると共に、フロントクロスメンバ４の伸び性が高くなり、衝撃入力時には、このフロントクロスメンバ４が例えば曲げ変形して衝撃を吸収する。従って、ペリメータフレーム１の衝撃吸収性もさらに向上する。

尚、フロントクロスメンバ４は、軽金属製の鋳造品としてもよく、その場合には、例えば前記リアメンバ２において採用しているように、フロントクロスメンバ４の両端部に鉄鋼製の接合部材を鋳包むようにしてもよい。そうすることで、各サイドメンバ３とフロントクロスメンバ４とを、鉄鋼製の部材同士の溶接によって互いに接合することができ、その接合強度を向上させることができる。

（実施形態２）
前記実施形態では、各サイドメンバ３と接合部材２６との溶接方法として、アーク溶接を採用しているが、例えば図３に示すように、接合部材２６の前端縁にフランジ２６ａを設けると共に、サイドメンバ３の後端縁にもフランジ３ａを設けて、そのフランジ２６ａ，３ａ同士をスポット溶接によって接合することで、各サイドメンバ３と接合部材２６（リヤメンバ２）とを互いに接合しても良い。

（実施形態３）
前記実施形態では、鉄鋼製の各サイドメンバ３の前端部にブッシュ取付部３１を一体に形成していたが、例えば図４に示すように、ブッシュ取付部６，６を、各サイドメンバ３とは別体にしても良い。

この構成においては、ブッシュ取付部６，６を例えば軽金属製の鋳物としても良く、その場合、例えば図５に示すように、当該ブッシュ取付部６の鋳造時に、前記鉄鋼製のサイドメンバ３の前端部を鋳包むことで、ブッシュ取付部６とサイドメンバ３とを互いに接合すれば良い。また、押し出し成形品又はハイドロフォーム成形品であるフロントクロスメンバ４は、その端部を鋳包むことによりブッシュ取付部６に接合しても良いし、例えば溶接等によってブッシュ取付部６に接合しても良い。

また、例えば図６に示すように、フロントクロスメンバ４とその両端のブッシュ取付部６．６とを、鋳造（例えば真空ダイカスト又は重力鋳造）によって一体成形品７にすると共に、その鋳造時に、前記鉄鋼製のサイドメンバ３の前端部を鋳包むようにしても良い。このようにフロントクロスメンバ４とブッシュ取付部６とを一体成形品７とした場合は、部品点数の低減化と共に、フロントクロスメンバ４とブッシュ取付部６（サイドメンバ３）との接合工程を省略することができ、生産性が向上する。

（実施形態４）
前記実施形態では、フロントクロスメンバ４は、各サイドメンバ３の前端部に配置されたブッシュ取付部３１，３１を互いに連結することで、各サイドメンバ３の前端部同士を互いに連結していたが、例えば図７に示すように、各ブッシュ取付部３１よりも前方に突出する突出部３２を設けて、それによってフロントクロスメンバ４が各サイドメンバ３の中間部同士を互いに連結する構成としても良い。尚、図７では、図１同様、車幅方向左側に配置されるロアアーム５１，５２のみ図示し、車幅方向右側に配置されるロアアームの図示を省略している。この構成では、突出部３２の存在により、衝撃入力時の潰れ量がさらに確保され、その吸収性を高めることができる。

尚、前記実施形態１〜４は適宜組み合わせることが可能である。

また、フロントクロスメンバ４は軽金属製に限るものではなく、例えば樹脂材料や、繊維強化樹脂複合材料等、その材料は適宜選択することが可能である。

以上説明したように、本発明は、車両の前部に配置されて車体部材に対し固定されるサブフレームの軽量化と高衝撃吸収性とが両立するから、特に乗用車のサブフレーム構造として有用である。

実施形態１に係るサブフレーム構造の斜視図である。 リヤメンバとサイドメンバとの接合部分を拡大して示す分解斜視図である。 実施形態２に係るリヤメンバとサイドメンバとの接合部分を拡大して示す分解斜視図である。 実施形態３に係るフロントクロスメンバを示す斜視図である。 実施形態３に係るブッシュ取付部近傍を拡大して示す平面図である。 図５とは異なる構成のブッシュ取付部近傍を拡大して示す平面図である。 実施形態４に係るサブフレーム構造の斜視図である。

符号の説明

１ ペリメータフレーム（サブフレーム）
２ リヤメンバ
２１ 側辺部
２６ 接合部材
３ サイドメンバ
３１，６ ブッシュ取付部（取付部）
４ フロントクロスメンバ
５１ フロントロアアーム（サスペンション構成部品）
５２ リヤロアアーム（サスペンション構成部品）
５３ スタビライザ（サスペンション構成部品）

Claims (6)

1. 車両の前部に配置されて車体部材に対し固定されるサブフレーム構造において、
   車幅方向に所定間隔を空けて配置された２つの側辺部を含み平面視で略コ字形状を有すると共に、サスペンション構成部品が取り付けられる軽金属製リヤメンバと、
   前記リヤメンバの２つの側辺部それぞれの前端部に接合されて車両前方に向かって延びる２つの鉄鋼製サイドメンバと、
   前記２つのサイドメンバそれぞれに対し接合され、それによって前記２つのサイドメンバ同士を車幅方向に連結するフロントクロスメンバと、を備えているサブフレーム構造。
2. 請求項１に記載のサブフレーム構造において、
   前記フロントクロスメンバは、軽金属製であるサブフレーム構造。
3. 請求項２に記載のサブフレーム構造において、
   前記フロントクロスメンバは、押し出し成形品又はハイドロフォーム成形品であるサブフレーム構造。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のサブフレーム構造において、
   前記フロントクロスメンバには、その両端部に、前記車体部材に対して取り付け固定される取付部が一体に成形され、
   前記各取付部が、前記各サイドメンバの前端部に接合されているサブフレーム構造。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のサブフレーム構造において、
   前記リヤメンバは、中空鋳物部材であるサブフレーム構造。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のサブフレーム構造において、
   前記軽金属製リヤメンバには、その各側辺部の前端部に、該前端面から車両前方に突出して前記鉄鋼製サイドメンバに接合される鉄鋼製の接合部材が鋳包まれているサブフレーム構造。

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