JP2009101825A - 車体下部の補強構造 - Google Patents

Abstract

【課題】車体下部の捩じれ剛性を強化し、かつ良好な乗り心地性能を発揮させること。
【解決手段】車室フロアＦの左右の両側縁に沿って設置されたロッカー３と、車室フロアＦから延出する左右のサイドメンバ１，１の延出部１ａ，１ａ間に架設されたクロスメンバ２の車幅方向中央部とを、長手方向中間位置がほぼ水平に緩やかな鈍角状に屈曲して同一方向へ向けて開いたほぼく字形をなす左右のブレース５ａ，５ｂで連結する。そして両ブレース５ａ，５ｂの長手方向中間の屈曲部５１，５１間にこれらを水平に方向に沿って連結するダンパー（緩衝部材）６を架設し、両ブレース５ａ，５ｂとダンパー６との組み合わせにより車体の捩じれを抑制するとともに振動を減衰させて良好な乗り心地を実現する。
【選択図】 図１

Description

本発明は自動車の車体下部の補強構造、特に車体の捩じれ剛性を強化する補強構造に関する。

自動車、例えば固定ルーフ部の無いオープンカーは車体の捩じれ剛性が充分とは言えず、車両走行時にサスペンションからの入力等で車体が捩じれ振動しやすいといった不具合がある。そこで従来のオープンカーでは、車室フロアの前部の左右両側位置と、車室フロアから前方へ延出する左右のフロントサイドメンバの延出部間を架け渡すクロスメンバ(フロントサスペンションクロスメンバ)とをブレースで連結することが行なわれている（例えば、特許文献１参照。）。

図５、図６はこの種の補強構造の従来の代表例を示し、車両前後方向に平行に延びる左右のフロントサイドメンバ１，１は、前半が車室フロアＦの前縁から前方のエンジンルーム側に延出され、延出部１ａ，１ａは、車室フロアＦの前縁からキックアップしつつ車室フロアＦよりも一段高い位置に設けられる。そして両延出部１ａ，１ａの下面間にはこれらよりも一段低い位置で車幅方向に延びるサスペンションクロスメンバ２が設けられている。

そして、上記サスペンションクロスメンバ２の車幅方向中央部と車室フロアＦ下面側の左右のフロントサイドメンバ１，１の基端部とを金属製の棒材またはパイプ材からなる左右一対のブレース５，５で水平方向かつ平面視ほぼＶ字形に連結することが行なわれている。図中３は、車室フロアＦの左右両側のロッカーを表す。
これによれば、車両走行時にフロントサスペンションからの入力などにより左右のフロントサイドメンバ１，１の延出部１ａ，１ａがこれらの車幅方向の中央位置Ｔを中心に上下逆方向に変位 (矢印Ｒ)し、これに連動してサスペンションクロスメンバ２の中央部が車幅方向左右に揺動(矢印Ｓ)しようとするが、左右のブレース５，５を設けたことでクロスメンバ２の揺動が抑制され、これに伴いフロントサイドメンバ１，１の延出部１ａ，１ａの上下逆方向の変位が抑えられ、車体の捩じれ振動が抑制される。

ところで、直線状の棒材やパイプ材からなるブレース５，５ではフロントサスペンションからの入力による衝撃がそのまま車室フロア側に伝わって、走行時に乗員にゴツゴツ感を与えるため、ブレースを若干細くするなどして突っ張り力が発揮される範囲で剛性を低くし、下記特許文献２に開示されたように、左右の各ブレースと平行に、ブレースの一方の端末のクロスメンバとの結合部、および他方の端末の車室フロア側との結合部間に緩衝部材(減衰力発生手段)を設けることが提案されている。
また、ブレースと緩衝部材を併用して、車体の捩れに対する剛性強化と乗り心地性能を向上する他の従来構造として、下記特許文献３に左右のブレースの車室フロア側への結合部間に、車幅方向に緩衝部材(車体用補強装置)を架設することが提案されている。
特開平５−１１６６４８号公報 国際公開第２００５／０７７７３８号パンフレット 国際公開第２００６／０９０５８６号パンフレット

しかしながら、特許文献２、３に記載の構造では、左右のフロントサイドメンバの上下の変位量に対して、緩衝部材を架設したブレースの両端間の距離、左右のブレースの車室フロア側との結合部間の距離の変化量が小さく、これらの小さい変化を緩衝部材で抑制することは困難で、車体の捩じれに対する剛性の強化と、良好な乗り心地性能の向上とを両立することが難しいといった問題があった。小さい変化量に対して感度よく作用する専用の緩衝部材を用いることも考えられるが、この種の緩衝部材は高価なものとなり、実用的とは言えないし、またフロントサイドメンバの変位量に対して伸縮量の変化が小さい部材に緩衝部材を設けて、これによりフロントサイドメンバの変位を抑制することは効果的な方法とは言えない。
そこで本発明は、車体の捩じれに対する剛性を確保でき、かつ良好な乗り心地性能を発揮させることができる車体下部の補強構造を提供することを課題としてなされたものである。

本発明は、自動車の車室フロアの端部から延出して車室フロアよりも一段高く形成された左右のサイドメンバの延出部を、これら延出部よりも一段低い位置でサスペンションクロスメンバにより車幅方向につなぎ、該サスペンションクロスメンバの車幅方向中央部と、車室フロア下面側の左右両側位置とを左右一対のブレースでほぼ水平にかつ平面視ほぼＶ字形に連結した車体下部の補強構造において、上記両ブレースを、その長手方向中間位置でほぼ水平に緩やかな鈍角状に屈曲して同一方向へ向けて開き形状をなすほぼく字形に形成する。上記両ブレースの基端をそれぞれ車室フロアの左右の両側縁に沿って設置されたロッカーに連結し、先端を上記クロスメンバの中央部に連結し、上記両ブレースの中間の屈曲部間に緩衝部材を水平方向に架設する（請求項１）。
左右のブレースをく字形に形成して直線状のブレースに比べて曲げ剛性を低くしたから、その分サイドメンバへの入力による車体の捩れに対する剛性は若干低くなるが、入力時の衝撃は緩和され、かつ両ブレース間に緩衝部材を設けたから衝撃による振動は減衰され良好な乗り心地が確保される。そしてこの場合、両ブレースを同方向に屈曲するく字形として対向させたから、サイドメンバが上下に変位したとき、両ブレースの長さ方向の伸縮量やクロスメンバの左右の揺動変位量よりも左右のブレースの屈曲部間の間隔の変化が大きく現れるから、両屈曲部間に緩衝部材を架設することで、両ブレースの動きは効果的に減衰され、これによりクロスメンバおよびサイドメンバの振動も減衰される。

上記左右のロッカーの前端付近と、左右のフロントサイドメンバの車室フロアから前方へ延出する延出部間に架設されたフロントサスペンションクロスメンバの車幅方向中央部とを、上記ブレースで連結する（請求項２）。
上記左右のロッカーの後端付近と、左右のリヤサイドメンバの車室フロアから後方へ延出する延出部間に架設されたリヤサスペンションクロスメンバの車幅方向中央部とを、上記ブレースで連結する（請求項３）。
本発明は車体のフロント側およびリヤ側の補強に適用され得る。

上記左右のブレースは屈曲部の屈曲角度を、平面視で１度ないし１０度の範囲に設定する（請求項４）。
両ブレースの屈曲角度は、これが大きすぎるとブレースの曲げ剛性が低くなり、車体の捩れ防止効果が発揮されない。逆に、これが小さくブレースが直線に近づきすぎると衝撃が大きくなる。屈曲角度は平面視で１度ないし１０度の範囲内とするのが適当である。

上記緩衝部材として液圧式ダンパー装置で構成する（請求項５）。
緩衝部材として液圧式ダンパー装置を好適に用いることができる。

本発明を適用して車体前側の下部を好適に補強する実施形態を説明する。図１、図２に示すように、車体前側の下部には左右両側に前後方向に、延びる一対のフロントサイドメンバ１，１がほぼ平行に設けてある。左右のフロントサイドメンバ１，１の基端部１ｃ，１ｃは、車室フロアＦの下面にこれに沿って結合され、車室フロアＦの前端からエンジンルーム側へ延出する演出部１ａ，１ａはその後端を傾斜部１ｂ，１ｂを介して基端部１ｃ，１ｃに至り、延出部１ａ，１ａは車室フロアＦよりも一段高い位置となっている。

左右のフロントサイドメンバ１，１には延出部１ａ，１ａには傾斜部１ｂ，１ｂとの境の下方位置に、車幅方向にフロントサスペンションクロスメンバ（以下、単にフロントクロスメンバという）２が架設してある。フロントクロスメンバ２は、中央に開口部を有する略枠状に形成してある。

フロントクロスメンバ２は、左右両端の前部２５を左右のフロントサイドメンバ１，１の延出部１ａ，１ａの下面後端にボルト締め固定し、左右両端の後部２６を左右の傾斜部１ｂ，１ｂの下面中間位置にボルト締め固定してある。フロントクロスメンバ２は、その下面の高さ位置がフロントサイドメンバ１，１の基端部１ｃ，１ｃとほぼ同じか若干低い位置に配設してある。

車室フロアＦの左右の両側縁にはこれらに沿ってロッカー３，３が設けてある。左右のロッカー３，３はフロントサイドメンバ１，１の基端部１ｃ，１ｃとほぼ同じ高さ位置に設置され、前端がそれぞれ車室フロアＦの左右の前縁に沿って車幅方向に延びるフロアクロスメンバ４０，４０により左右のフロントサイドメンバ１，１の基端部１ｃ，１ｃの前端と連結してある。また左右のロッカー３，３の中間位置には、車室フロアＦの上面に沿って車幅方向にこれらを架けわたすフロアクロスメンバ４が設置してあり、フロアクロスメンバ４が左右のフロントサイドメンバ１，１の基端部１ｃと交差するように設けてある。図２のＤは車室フロアＦの前縁から起立するダッシュパネルを示す。

左右のロッカー３，３とフロントクロスメンバ２の幅方向中央部とは、左右一対のブレース５ａ，５ｂでＶ字形に連結してある。左右のブレース５ａ，５ｂは、金属製の丸パイプ材からなり、長手方向の中間部が緩やかな鈍角状にほぼ水平方向に屈曲して横方向へ向けて開き形状をなすほぼく字形に形成してある。ブレース５ａ，５ｂの中間の屈曲部５１，５１はその屈曲角度が約３度に設定してある。ブレース５ａ，５ｂの基端５０，５０および先端５２，５２はパイプ材を上下に押し潰して平板状にし、ボルト貫通孔を設けた取付部が形成してある。

左右のブレース５ａ，５ｂは屈曲部５１，５１の屈曲方向を同一として、各基端５０，５０の取付部をそれぞれ左右のロッカー３，３の前端寄りの下面に重ね合わせてボルト締め連結してあり、両者５ａ，５ｂの各先端５２，５２の取付部を上下に重ね合わせてフロントクロスメンバ２の車幅方向中央部の前部下面にボルト締めして連結してある。尚、左右のブレース５ａ，５ｂの先端５２，５２はフロントクロスメンバ２の車幅方向中央部付近に車幅方向に隣り合わせて連結してもよい。

左右のブレース５ａ，５ｂの両屈曲部５１，５１間には車幅方行ほぼ水平に緩衝部材たるダンパー６が架設してある。ダンパー６は周知の液圧式ダンパーで、シリンダ６１と、シリンダ６１に対して伸縮作動可能に組み付けたピストンロッド６２とで構成してある。シリンダ６１内はその一端から摺動自在に嵌入したピストンロッド６２のピストンにより第１油室と第２油室との２室に仕切られ、上記両油室にはオイルが充填してある。上記ピストンには第１油室と第２油室との間をオイルが行き来可能な複数のオリフイス（小穴）が設けてあり、ダンパー６はピストンロッドの移動で各オリフイスをオイルが流通し、オイルの流動抵抗によりピストンロッドの移動を減衰させるものである。

ダンパー６は、シリンダ６１の他端に設けたリング状の取付部を支軸により一方のブレース５ａの屈曲部５１に揺動自在に連結し、ピストンロッド６２の端末の取付部を他方のブレース５ｂの屈曲部５１に揺動自在に連結して両ブレース５ａ，５ｂ間に架け渡してある。

車両走行時、フロントサスペンション等からの入力により左右のフロントサイドメンバ１，１の延出部１ａ，１ａが、上下逆相に変位して捩じれ振動が発生することとなる。これに連動してフロントクロスメンバ２の中央部が車幅方向左右に揺動変位しようとするが、ブレース５ａ，５ｂによりフロントクロスメンバ２とともにフロントサイドメンバ１，１にも変位抑制力が作用する。この場合、本実施形態では両ブレース５ａ，５ｂを緩やかにく字形に屈曲する形状とし、長手方向に伸縮性をもたせたから、直線状のブレースに比べてサスペンション等からの入力時に僅かに捩れ振動の発生を許容するが衝撃は緩和される。

図３はフロントサイドメンバの変位に伴うフロントクロスメンバ２の中央部およびブレース５ａ，５ｂの動きを示すものである。フロントクロスメンバ２の中央部が白矢印方向(右方向)へ変位すると、一方(左側)のブレース５ａはその基端５０とロッカー３との結合部と、先端５２とフロントクロスメンバ２との結合部との距離が広がり、これに伴って長手方向に引っ張られて伸び、屈曲部５１が車外側(左側)へ変位する。これに対して他方(右側)のブレース５ｂはその基端５０とロッカー３との結合部と、先端５２とフロントクロスメンバ２との結合部との距離が狭まり、長手方向に圧縮されて屈曲部５１は更に屈曲して車外側(右側)へ変位する。よって両ブレース５ａ，５ｂの屈曲部５１，５１間の距離は広がる。

逆にフロントクロスメンバ２の中央部が黒矢印方向(左方向)へ変位すると、一方のブレース５ａは圧縮され屈曲部５１は車内側(右側)へ変位する。他方のブレース５ｂは伸長され屈曲部５１は車内側(左側)へ変位する。よって両ブレース５ａ，５ｂの屈曲部５１，５１間の距離は狭くなる。そして屈曲部５１，５１間の距離の変化量はフロントクロスメンバ２の中央部の変位量やブレース５ａ，５ｂ伸縮量よりも大きく現れる。

しかして本実施形態では、伸縮変位が大きく現れる両ブレース５ａ，５ｂの屈曲部５１，５１間にダンパー６を架設したから、ダンパー６の振動減衰作用が有効に発揮され、その振動減衰作用はブレース５ａ，５ｂおよびフロントクロスメンバ２を介してフロントサイドメンバ１，１に作用し、フロントサイドメンバ１，１の上下動による車体の捩れ振動が減衰され、これにより乗員の良好な乗り心地が確保される。
本実施形態では変位による伸縮量が増幅される場所でダンパー６を設置するから、特別に感度のよい精密なダンパーを用いなくてすむ。かつダンパーは１本でよいから経済的である。

左右のブレース５ａ，５ｂの屈曲角度は、これが大きすぎるとブレース５ａ，５ｂの曲げ剛性が不足してブレース５ａ，５ｂを設置した本来の目的である車体の捩れ振動抑制効果が発揮されない。一方、屈曲角度が小さすぎて直線に近づくと、ブレース５ａ，５ｂの突っ張り力が強くなって入力時の衝撃が大きくなる。屈曲角度は平面視で１度ないし１０度(屈曲内角１７９度ないし１７０度)の範囲で、フロントサイドメンバ１，１およびフロントクロスメンバ２を主体とする車体前部の全体剛性およびブレース５ａ，５ｂの太さや材質に応じて設定される。
またブレース５ａ，５ｂの屈曲方向は、図例の方向にかぎらず、両ブレース５ａ，５ｂが同一方向の開き形状であれば左右いずれの方向でも良い。

本実施形態によれば、ブレース５ａ，５ｂを設けることで車体の捩れ振動を抑制しつつ、ブレース５ａ，５ｂをく字形の屈曲形状とし、屈曲部５１，５１間にダンパー６を架設したことでフロントサイドメンバ１，１への入力時の衝撃を緩和するとともに振動を減衰させることで乗員の乗り心地を良好にすることができる。

上述の実施形態では車体の前側下部を補強したが、本発明は車体の後側下部の補強にも適用され得る。以下、図４に基づいて本発明を用いた車体後側下部を補強する実施形態を説明する。尚、本実施形態の基本構造は先の実施形態のそれとほぼ同じで、同一部材は同一符号で表しそれらの詳細説明は省略する。

左右のロッカー３，３の後端にはそれぞれ、これらの車内側面から後方へ延びる左右のリヤサイドメンバ７，７が連結してある。左右のリヤサイドメンバ７，７は、ロッカー３，３後端の連結部から斜めに後方かつ車内側へ向かう傾斜部７ｂと、その後端から屈曲して後方へ延びる延出部７ａ，７ａとを備えている。またリヤサイドメンバ７，７はロッカー３，３後端の連結部から後端にかけて、上方へキックアップするアーチ状に形成してある。

左右のリヤサイドメンバ７，７間には枠状のリヤサスペンションクロスメンバ（以下、単にリヤクロスメンバという）８が設けてある。リヤクロスメンバ８の左右両端の前部および後部はそれぞれ左右のリヤサイドメンバ７，７の傾斜部７ｂ，７ｂの下面および延出部７ａ，７ａの下面にボルト締め固定してある。リヤクロスメンバ８の後枠部８２は下面がロッカー３の下面とほぼ同じ高さ位置に配設してある。

左右のロッカー３，３の後端とリヤクロスメンバ８の車幅方向中央部の後縁側とが、水平に同一方向へほぼく字形に屈曲した左右のブレース５ａ，５ｂにより平面視、ほぼＶ字形に連結してある。両ブレース５ａ，５ｂは基端５０，５０をそれぞれ左右のロッカー３，３の後端下面にボルト締めして連結してあり、各先端５２，５２の取付部をそれぞれリヤクロスメンバ８の下面の車幅方向中央部付近に隣り合わせてボルト締めして連結してある。

そして、左右のブレース５ａ，５ｂの中間の屈曲部５１，５１間には、車幅方向にほぼ水平にダンパー６が架設してある。
本実施形態によれば、先の実施形態と同様の作用効果が得られ、ブレース５ａ，５ｂとダンパー６の組み合わせにより車体の捩じれ振動の抑制と、良好な乗り心地性能を両立させることができる。

尚、上述の複数の実施形態はいずれも例示であって本発明の範囲を限定するものではなく、本発明は上述の実施形態を様々に変形、変更したものも含まれる。例えば、上述の実施形態ではいずれも、ブレースにより車室フロア側と、フロントまたはリヤのサスペンションクロスメンバとを連結したが、サスペンションクロスメンバに限らず、他の目的でフロントまたはリヤサイドメンバ間に架設したクロスメンバを用いてもよい。ブレースはパイプ材に限らず棒材としてもよい。またダンパーは液圧式のものに限らず、粘弾性ゴムを２枚の金属板で挟み込み、一方の金属板の端末を一方のブレースの屈曲部に連結するとともに、他方の金属板の端末を他方のブレースの屈曲部に連結する構造としてもよい。

本発明の補強構造を車体の前側の下部に適用した実施形態を示す概略平面図である。 上記実施形態の概略側面図である。 フロントサスペンションクロスメンバの中央部の変位と左右のブレースの屈曲部の移動の関係を示す図である。 本発明の補強構造を車体の後側の下部に適用した実施形態を示す概略平面図である。 従来の車体の下部補強構造を示す概略平面図である。 上記従来構造の概略正面図で、フロントサイドメンバとフロントサスペンションクロスメンバの変位の関係を示すものである。

符号の説明

Ｆ 車室フロア
１ フロントサイドメンバ（サイドメンバ）
１ａ 延出部
２ フロントサスペンションクロスメンバ（クロスメンバ）
３ ロッカー
５ａ，５ｂ ブレース
５１ 屈曲部
５０ 基端
５２ 先端
６ ダンパー（緩衝部材）
７ リヤサイドメンバ（サイドメンバ）
７ａ 延出部
８ リヤサスペンションクロスメンバ（クロスメンバ）

Claims (5)

1. 自動車の車室フロアの端部から延出して車室フロアよりも一段高く形成された左右のサイドメンバの延出部を、これら延出部よりも一段低い位置でサスペンションクロスメンバにより車幅方向につなぎ、該サスペンションクロスメンバの車幅方向中央部と、車室フロア下面側の左右両側位置とを左右一対のブレースでほぼ水平にかつ平面視ほぼＶ字形に連結した車体下部の補強構造において、
   上記両ブレースを、その長手方向中間位置でほぼ水平に緩やかな鈍角状に屈曲して同一方向へ向けて開き形状をなすほぼく字形に形成し、
   上記両ブレースの基端をそれぞれ車室フロアの左右の両側縁に沿って設置されたロッカーに連結し、先端を上記クロスメンバの中央部に連結し、
   上記両ブレースの中間の屈曲部間に緩衝部材を水平方向に架設したことを特徴とする車体下部の補強構造。
2. 請求項1に記載の車体下部の補強構造において、
   上記左右のロッカーの前端付近と、左右のフロントサイドメンバの車室フロアから前方へ延出する延出部間に架設されたフロントサスペンションクロスメンバの車幅方向中央部とを、上記ブレースで連結した車体下部の補強構造。
3. 請求項1に記載の車体下部の補強構造において、
   上記左右のロッカーの後端付近と、左右のリヤサイドメンバの車室フロアから後方へ延出する延出部間に架設されたリヤサスペンションクロスメンバの車幅方向中央部とを、上記ブレースで連結した車体下部の補強構造。
4. 請求項１ないし３に記載の車体下部の補強構造において、
   上記左右のブレースは屈曲部の屈曲角度を、平面視で１度ないし１０度の範囲に設定した車体下部の補強構造。
5. 請求項１ないし４に記載の車体下部の補強構造において、
   上記緩衝部材として液圧式ダンパー装置で構成した車体下部の補強構造。
   
   

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