JP2013129222A

JP2013129222A - 自動車のフロントサブフレーム構造

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Publication number: JP2013129222A
Application number: JP2011278298A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Komiya; 勝行小宮; Masanobu Kobashi; 正信小橋; Manabu Yamamoto; 学山本; Jun Inoue; 潤井上; Satoshi Obata; 聡小畑
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2011-12-20
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2013-07-04
Anticipated expiration: 2031-12-20
Also published as: JP5974475B2; WO2013094190A1; US20140312654A1; DE112012005306T5; CN104010922A; US9010849B2; CN104010922B

Abstract

【課題】簡単かつコンパクトな構成でサスペンションアームから入力される横力を安定して支持できるとともに、自動車の衝突時に入力される衝突荷重に対する車体の剛性を充分に確保する。
【解決手段】左右一対のサイドメンバ５と、該左右のサイドメンバ５に設けられたアーム支持部材１２の設置部を連結するように車幅方向に略直線状に延びるクロスメンバ７とを有する自動車のフロントサブフレーム構造であって、上記クロスメンバ７の車幅方向中央部から車幅方向の外方側に傾斜しつつ車両の左右後方に向けて延びる傾斜メンバ８を備え、該傾斜メンバ８の後部には、上記サイドメンバ５の後部が接合されるとともに、フロアトンネル３２の下辺部に沿って設けられたトンネルロアフレーム３３に連結されるトンネルロアフレーム連結部２９と、フロアパネル３０に沿って車両の前後方向に延びるフロアフレーム３１に取り付けられるフロアフレーム取付部２５とが配設された。
【選択図】図５

Description

本発明は、車両の前後方向に延びる左右一対のサイドメンバと、該左右のサイドフレームを連結するように車幅方向に延びるクロスメンバとを有する自動車のフロントサブフレーム構造に関するものである。

従来、下記特許文献１に示されるように、平面視Ｕ字状をなす一本のパイプ材と、該Ｕ字状パイプ材の左右側辺部を連結する連結部材（クロスメンバ）と、上記Ｕ字状パイプ材に対してハの字状に配置された二本のパイプ材からなる伝達手段とを備えたフロントサブフレームが設けられた車体懸架装置おいて、サスペンションアームからフロントサブフレームに入力された外力を、上記伝達手段を介して車体側部材に設けられた取付部に伝達するように構成し、これによりサスペンションアームの取り付け剛性を高めるとともに、その捩り剛性を向上させることが行われている。

また、下記特許文献２に示されるように、車両の前方から入力される衝突荷重を後方側に伝達可能なフロントサブフレーム（サスペンションメンバ）を備えた車両の車体下部構造において、上記フロントサブフレームの後部を車体の左右一対のフロアフレーム（サイドメンバ）および左右一対のトンネルリインホースメントに車幅方向の４点で結合することにより、車両の前方から入力される前面衝突荷重が車幅方向の片側に集中する場合においても、その前面衝突荷重を車体下部の前後骨格部に的確に分散して伝達することが行われている。

さらに、下記特許文献３に示されるように、車体フレームの車両前方部の下方側に位置するとともに、前端部が該車体フレームの車両前方部における前端部近傍まで延設されたフロントサブフレームと、該車室の下方側周辺に形成されるフロアパネルとを備えるとともに、該フロアパネルには、その前部近傍において、該フロントサブフレームの後端部付近に設けられた左右の後端支持部と締結される左右一対の取付部と、該取付部より後方側で、上記フロアパネルより下方側に突出するストッパ部とが形成された車体の前部構造において、上記フロアパネルには、車両前後方向に延設されるフロアフレームと、該フロアフレームの前方部に位置する分岐部から車両内方側に分岐して後方側に延設される分岐フレームとを、それぞれ延設方向に亘って下方側に突出するように形成し、上記取付部を、該分岐部あるいはその近傍において、該取付部の下面の高さが取付部近傍のフロアフレームの下面の高さよりも高くなるよう形成し、上記ストッパ部を、該分岐部あるいはその近傍で、フロアフレームに隣接して形成することが行われている。

特開２００９−６２８７９号公報国際公開ＷＯ２００９／０７２６１４号特開２００５−２７１８１１号公報

上記特許文献１に開示された車体懸架装置では、自動車の走行時にサスペンションアームからフロントサブフレームに入力された横力等の外力を、剛性の高い車体側部材（フロアフレーム）に設けられた取付部に伝達するように構成したため、上記サスペンションアームからフロントサブフレームへと付与された外力を安定して支持することができるとともに、該フロントサブフレームに軸支されるフロントアームの取り付け剛性を向上させることができる。しかし、上記車両懸架装置の捩り剛性等を充分に確保するためには、上記フロントサブフレームの本体部を構成するＵ字状パイプ材の口径および管厚等を大きくする必要があり、該Ｕ字状パイプ材の後方部がフロアトンネルの前部下方に設置されることに起因してフロアトンネル内に設置される各部材のレイアウト性が阻害されるという問題がある。また、車両の衝突時に上記Ｕ字状パイプ材の前方部を容易に変形させることが困難であり、該Ｕ字状パイプ材の前方部を圧縮して変形させることによる衝突荷重の吸収作用を充分に発揮させることができなかった。

また、上記特許文献２に開示された車体下部構造では、車両の前面衝突時にパワープラントに入力された衝突荷重を、上記衝突荷重伝達部材に設けられた三点の荷重受点で受け止めることにより、パワープラントに不用意な回転力を発生させることなく、上記荷重を車体下部に設けられた複数本の前後骨格部に分散させて支持できるという利点がある。しかし、上記車体下部構造においても、車室の底部にフロアトンネルが形成された車両では、フロントサブフレームの後方部（後側クロスビーム）がフロアトンネルの前端部下方に設置されることに起因してフロアトンネル内における部材のレイアウト性が阻害されるとともに、車両の走行時に上記サスペンションアームから入力される横力等に対する車体の剛性を充分に確保することができず、この点で改良の余地があった。

さらに、上記特許文献３に開示された車両の前部構造では、車両の車体フレーム前端部よりも高さの低い障害物に車両が前方衝突した場合に、衝突荷重がフロントサブフレームから取付部に伝達されてストッパ部により支持され、その際に車両前後方向に延設された分岐フレームとフロアフレームとの分岐部またはその近傍に設けられた上記ストッパ部により上記衝突荷重を確実に受け止め、上記分岐フレームとフロアフレームとに分散させて支持しつつ、上記フロントサブフレームの後退を阻止できるという利点がある。

しかし、上記特許文献３に係る車体の前部構造では、平面視で車両の前後方向に真っ直ぐ延びるように設置されたサイドメンバの前方部と、その後方側において車幅方向の内方側へ向けて屈曲した屈曲部と、その後方側に配置されて前後方向延びるサイドメンバの後方部と、該サイドメンバの左右後方部を連結するように設置されたクロスメンバとを有するフロントサブフレームを、上側パネルと下側パネルとを重ね合わせたペリメータフレームにより形成するとともに、上記フロントサブフレームの屈曲部および後方部にサスペンションアーム（ロアアーム）の基端部を枢支しており、該サスペンションアームのアーム長を充分に確保してサスペンションジオメトリーを向上させるためには、上記屈曲部を車幅方向の内側へ大きく屈曲させる必要がある。したがって、上記サスペンションアームから入力された横力等と、上記サイドメンバの前端部から入力された衝突荷重との両方を上記屈曲部および後方部により安定して支持し得るように構成するには、上記フロントサブフレームを大形化してその剛性を充分に確保する必要があり、車体重量が増大するとともに、フロントサブフレームの表面積が大きくなって面振動に起因した騒音が発生し易い等の弊害がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、簡単かつコンパクトな構成でサスペンションアームから入力される横力等を安定して支持することができるとともに、自動車の衝突時に入力される衝突荷重に対する車体の剛性を充分に確保することができる自動車のフロントサブフレーム構造を提供することを目的としている。

請求項１に係る発明は、サスペンションアームの少なくとも前部を支持するアーム支持部材が設けられた左右一対のサイドメンバと、該左右のサイドメンバ間に配設されて上記アーム支持部材の設置部を連結するように車幅方向に略直線状に延びるクロスメンバとを有する自動車のフロントサブフレーム構造であって、上記クロスメンバの車幅方向中央部から車幅方向の外方側に傾斜しつつ車両の左右後方に向けて延びる傾斜メンバを備え、該傾斜メンバの後部には、上記サイドメンバの後端部が接合されるとともに、フロアパネルの車幅方向中間部位を上方に膨出させてなるフロアトンネルの下辺部に沿って設けられたトンネルロアフレームに連結されるトンネルロアフレーム連結部と、フロアパネルに沿って車両の前後方向に延びるフロアフレームに取り付けられるフロアフレーム取付部とが配設されたものである。

請求項２に係る発明は、上記請求項１に記載の自動車のフロントサブフレーム構造において、上記サイドメンバの前方部が、自動車の衝突時に変形することにより衝突荷重の吸収部として機能するように構成されたものである。

請求項３に係る発明は、上記請求項１または２に記載の自動車のフロントサブフレーム構造において、サスペンションアームの後側連結部を支持する後側アーム支持部材が、上記サイドメンバの後方部と傾斜メンバのフロアフレーム取付部とに跨るように架設されたものである。

請求項４に係る発明は、上記請求項１〜３のいずれか１項に記載の自動車のフロントサブフレーム構造において、左右傾斜メンバの後部を連結するように車幅方向に延設されたリヤクロスメンバを有し、該リヤクロスメンバの上下寸法が上記傾斜メンバの上下寸法よりも小さく設定されたものである。

請求項５に係る発明は、上記請求項１〜４のいずれか１項に記載の自動車のフロントサブフレーム構造において、車室の左右両側辺部に設置されたサイドシルの前部と上記フロアフレームの前部と連結するトルクボックスを備え、該トルクボックスには、上記フロアフレーム取付部の隣接部位から車幅方向の外方側に延びる縦面または稜線が設けられたものである。

請求項６に係る発明は、上記請求項１〜５のいずれか１項に記載の自動車のフロントサブフレーム構造において、上記サイドメンバおよび傾斜メンバがそれぞれパイプ状部材により形成されたものである。

請求項７に係る発明は、上記請求項１〜６のいずれか１項に記載の自動車のフロントサブフレーム構造において、上記傾斜メンバの後部に配設されたフロアフレーム取付部およびトンネルロアフレーム連結部を介して上記フロアフレームの前端部とトンネルロアフレームの前端部とが連結されるとともに、上記フロアフレーム取付部およびトンネルロアフレーム連結部とフロアパネルとの間に、上記フロアフレームおよびトンネルロアフレームの上下寸法に対応する開口部が形成されたものである。

請求項１に係る発明では、フロントサブフレームを構成するクロスメンバの車幅方向中央部から車幅方向の外方側に傾斜しつつ車両の左右後方に向けて延びる傾斜メンバを設け、該傾斜メンバの後部に、サイドメンバの後端部を接合するとともに、フロアトンネルの下辺部に沿って設けられたトンネルロアフレームに連結されるトンネルロアフレーム連結部と、フロアパネルに沿って車両の前後方向に延びるフロアフレームに取り付けられるフロアフレーム取付部とを配設したため、フロントサブフレームの左右に設けられた各サイドメンバの後端部をそれぞれ左右二個所で車体フレームに安定して固定することができる。したがって、自動車の走行時に、サスペンションアームから一方のサイドメンバに入力された横力等を、クロスメンバを介して他方のサイドメンバに伝達し、該サイドメンバを介してその後方側に位置するフロアフレームおよびトンネルロアフレームの両方に伝達して支持することができるため、上記フロントサブフレームを大型化することなく、上記横力等が作用することに起因したフロントサブフレームの変形を簡単な構成で充分に抑制し、自動車の走行安定性を効果的に向上させることができる。また、自動車の衝突時に、例えば車体の一方側に位置するサイドメンバの前端部に衝突荷重が入力された場合には、該衝突荷重を、その後方に位置する一方の傾斜メンバから、上記フロアフレーム取付部およびトンネルロアフレーム連結部を介してフロアフレームおよびトンネルロアフレームに伝達し、これらに分散させて支持することができるとともに、上記センタクロスメンバおよび他方の傾斜メンバから、その後方のフロアフレーム取付部およびトンネルロアフレーム連結部を介して車体の他方側に位置するフロアフレームおよびトンネルロアフレームに伝達することにより、上記衝突荷重を左右に分散させてそれぞれ効果的に支持できるという利点がある。

請求項２に係る発明では、上記サイドメンバの前方部を、自動車の衝突時に変形させることにより衝突荷重の吸収部として機能させるように構成したため、自動車の衝突時に上記サイドメンバに入力される衝突荷重に応じ、サイドメンバ後方部が大きく変形して内倒れしたり、サイドメンバの後端部が車体フレームから離脱したりするのを防止しつつ、上記サイドメンバの前方部に衝突荷重を集中的に作用させて該サイドメンバの前方部を変形させることにより、上記衝突荷重を効果的に吸収してその影響がサイドメンバの後方部および車室内等に及ぶのを確実に抑制することができる。

請求項３に係る発明では、サスペンションアームの後側連結部を支持する後側アーム支持部材を、上記サイドメンバの後方部と傾斜メンバのフロアフレーム取付部とに跨るように架設したため、サイドメンバ後方部を補強する別体の補強部材を設けることなく、上記後側アーム支持部材を利用してサイドメンバ後方部を簡単な構成で効果的に補強することができる。したがって、該サイドメンバ後方部および傾斜メンバに入力された自動車の衝突荷重および走行時の横力等に対する車体の剛性を容易かつ充分に確保し、上記衝突荷重に応じてサイドメンバ後方部が内倒れすること等を効果的に防止できるとともに、自動車の走行時にサスペンションアームから入力される横力等によりフロントサブフレームが変形するのを抑制して自動車の走行安定性を効果的に向上できるという利点がある。

請求項４に係る発明では、左右傾斜メンバの後部を連結するようにリヤクロスメンバを車幅方向に延設し、該リヤクロスメンバの上下寸法を上記傾斜メンバの上下寸法よりも小さく設定したため、フロアトンネル内に設置されるプロペラシャフトまたは排気管等からなる各部材のレイアウト性が阻害されること等を抑制しつつ、自動車の走行時に上記サスペンションアームから上記フロントサブフレームを介してトンネルロアフレームに入力された横力等に応じてフロアトンネルが拡縮変形するのを効果的に防止することができ、走行時の横力等に対する車体の剛性を効果的に向上できるという利点がある。

請求項５に係る発明では、車室の左右両側辺部に設置されたサイドシルの前部と上記フロアフレームの前部と連結するトルクボックスを設けるとともに、該トルクボックスに、上記フロアフレーム取付部の隣接部位から車幅方向の外方側に延びる縦面または稜線を設けたため、上記傾斜メンバからフロアフレームに入力された自動車の衝突荷重および走行時の横力等を、上記トルクボックスの剛性部分を構成する縦面および稜線から上記サイドシルに伝達することにより効率よく分散させて支持することができ、上記衝突荷重および横力等に対する車体の剛性を、さらに効果的に向上させることができる。

請求項６に係る発明では、上記サイドメンバおよび傾斜メンバをそれぞれパイプ状部材により形成したため、上記フロントサブフレームを大型化することなく、自動車の衝突時にサイドメンバに入力された衝突荷重と、自動車の走行時に上記サスペンションアームからサブフレームに入力された横力等との両方をそれぞれ適正に支持できるという利点がある。

請求項７に係る発明では、上記傾斜メンバの後部に配設されたフロアフレーム取付部およびトンネルロアフレーム連結部を介して上記フロアフレームの前端部とトンネルロアフレームの前端部とを連結するとともに、上記フロアフレーム取付部およびトンネルロアフレーム連結部とフロアパネルとの間に、上記フロアフレームおよびトンネルロアフレームの上下寸法に対応する開口部を形成したため、上記フロアフレームとトンネルロアフレームとの間に沿って配策されたハーネス等を上記開口部からエンジンルーム内へ容易に導出させることができるとともに、上記フロアフレーム取付部およびトンネルロアフレーム連結部により、上記フロアフレームの前端部とトンネルロアフレームの前端部とを連結してこれらを効果的に補強することができ、上記傾斜メンバに入力された自動車の衝突荷重と走行時の横力等とを、上記フロアフレーム取付部およびトンネルロアフレーム連結部からフロアフレームおよびトンネルロアフレームにそれぞれ伝達して効果的に支持できるという利点がある。

本発明に係る自動車のフロントサブフレーム構造の実施形態を示す斜視図である。上記フロントサブフレーム構造を後部下方から見た状態を示す斜視図である。上記フロントサブフレーム構造の具体的構成を示す側面断面図である。上記フロントサブフレーム構造の具体的構成を示す平面図である。上記フロントサブフレーム構造の具体的構成を示す底面図である。上記フロントサブフレーム構造の具体的構成を示す分解斜視図である。本発明に係る自動車のフロントサブフレーム構造の別の実施形態を示す斜視図である。

図１〜図６は、本発明に係る自動車のフロントサブフレーム構造の実施形態を示している。該自動車は、車室の前面部に設置されたダッシュパネル１と、該ダッシュパネル１の下端部から車両の前方側に延びる左右一対のフロントサイドフレーム２とを有し、該フロントサイドフレーム２の下方には、フロントサスペンション装置用のロアアーム（サスペンションアーム）４等を支持するフロントサブフレーム３が配設されている。

上記フロントサイドフレーム２は、側面視で車両の前後方向に沿って略水平に延びる水平部２ａと、その後端部から上記ダッシュパネル１の下端部に沿って後下がりに傾斜しつつ車両の後方側に延びる傾斜部２ｂとを有し、該傾斜部２ｂの後端部には、後述のフロアフレーム３１が連設されている。また、上記フロントサイドフレーム２の前端部には、車両の前方側に向けて突出する金属製の筒状体等からなる図外のクラッシュカンが設けられるとともに、その前端面には、車幅方向に延びる図外のバンパレインフォースメントが取り付けられている。

上記フロントサブフレーム３は、フロントサイドフレーム２の下方において車両の前後方向に延びる左右一対のサイドメンバ５と、該左右サイドメンバ５の前端部を連結するように車幅方向に延設されたフロントクロスメンバ６と、左右サイドメンバ５の前後方向中間部を連結するように車幅方向に略直線状に延設されたセンタクロスメンバ７と、該センタクロスメンバ７の車幅方向中央部から平面視で車幅方向の外方側に傾斜しつつそれぞれ車体の左右後方に向けて延びる左右一対の傾斜メンバ８と、上記左右サイドメンバ５の後端部を連結するように車幅方向に延設されたリヤクロスメンバ９とを有している。

上記サイドメンバ５は、図４および図５に示すように、後述する前側アーム支持部材１２の設置部から車両の後方側に延設されたサイドメンバ５の後方部（以下、単にサイドメンバ後方部という）１０と、該サイドメンバ後方部１０の前端に連設されたサイドメンバ前方部（以下、単にサイドメンバ前方部という）１１とを有している。上記サイドメンバ後方部１０は、側面視おいて略水平に設置され、上記サイドメンバ前方部１１は、前上がりの傾斜状態で設置されている（図３参照）。

上記サイドメンバ後方部１０は、所定径の丸パイプ状部材からなり、図４に示すように、平面視で車幅方向の内方側に傾斜しつつ車両の後方側に延びる後側部分１０ａと、その前端部から車両の前方側に向けて略真っ直ぐに延びるように設置された前側部分１０ｂとを有している。該前側部分１０ｂの車幅方向外側面には、上記ロアアーム（サスペンションアーム）４の基端部に設けられた後述の前側連結部４３を支持する前側アーム支持部材１２が取り付けられている。また、上記後側部分１１ａの後方延長線上には、後述のトンネルロアフレーム連結部２９が配設されている。

上記サイドメンバ前方部１１は、平面視で上記サイドメンバ後方部１０の前端から車幅方向の外方側に傾斜しつつ、車両の前方側に延びるように設置された後側部分１１ａと、その前端部から車両の前方側に向けて略真っ直ぐに延設された前側部分１１ｂとを有している。上記サイドメンバ前方部１１の後側部分１１ａおよび前側部分１１ｂは、サイドメンバ後方部１０と一体に設けられた所定径の丸パイプ状部材をハイドロフォーム加工することによりそれぞれ角パイプ状に形成されている。また、上記サイドメンバ前方部１１の前側部分１１ｂは、後側部分１１ａよりも大径に形成され、その車幅方向内側面および下面には、フロントクロスメンバ６の側端部が接合されるとともに、上記前側部分１１ｂの上面には、フロントサイドフレーム２の前部に締結ボルトにより締結される第１連結部材１５が立設されている。

上記サイドメンバ後方部１０のセンタクロスメンバ７が連結された部位（前側部分１０ｂ）の車幅方向外側面には、上記前側アーム支持部材１２を構成するブラケット材が、上記サイドメンバ５の外方に突出した状態で取り付けられている。また、該ブラケット材の上部には、フロントサイドフレーム２に連結される第２連結部材１６が一体に設けられ、該第２連結部材１６が締結ボルトによりフロントサイドフレーム２の前後方向中間部下面に締結されるように構成されている。

上記のようにサイドメンバ前方部１１にハイドロフォーム加工を施した場合には、加工硬化が生じることにより、該サイドメンバ前方部１１の強度がサイドメンバ後方部１０に比べて増大する傾向がある。しかし、上記サイドメンバ後方部１０の前側部分１０ｂには、上記センタクロスメンバ７の側端部が連結されるとともに前側アーム支持部材１２が取り付けられることにより補強され、かつ上記サイドメンバ後方部１０の後端部が傾斜メンバ８に接続されるとともに両者の間に後述の後側アーム支持部材２６が取り付けられることによりそれぞれ補強されている。このため、上記サイドメンバ後方部１０の強度、具体的には軸方向の耐力がサイドメンバ前方部１１よりも高くなり、自動車の衝突時に、サイドメンバ５の前端部から入力される衝突荷重に応じて上記サイドメンバ後方部１０が変形することが抑制されるとともに、上記サイドメンバ前方部１１が圧縮されて変形することが促進され、該サイドメンバ前方部１１が衝突荷重の吸収部として機能するようになっている。

上記センタクロスメンバ７は、図３に示すように、鋼板材等からなるアッパパネル７ａとロアパネル７ｂとにより車幅方向に略直線状に延びる所定幅の閉断面形状に形成されている。そして、上記センタクロスメンバ７の左右両側端部がサイドメンバ後方部１０の前側部分１０ｂの車幅方向内側面に溶接され、左右サイドメンバ５の車幅方向外側面にそれぞれ取り付けられた両前側アーム支持部材１２の設置部（前側部分１０ｂ）が上記センタクロスメンバ７により互いに連結されている。また、上記センタクロスメンバ７の前面には、自動車用エンジン等からなるパワープラント１８（図４参照）の後面中央部に設けられた後部マウント１９を、上記センタクロスメンバ７の車幅方向中央部に設けられたパワープラント取付部２０に導入するための開口部２１が形成されている。

上記センタクロスメンバ７の車幅方向中央部には、その後面から車両の後方側に突出する上下一対の傾斜メンバ取付部２２が設けられている。そして、該上下の傾斜メンバ取付部２２に上記左右傾斜メンバ８の前端部が取り付けられることにより、該左右の傾斜メンバ８と上記センタクロスメンバ７とが一体に接合されるとともに、平面視でセンタクロスメンバ７の車幅方向中央部から車両の後方側に向けて上記左右の傾斜メンバ８がハの字状に突設されている。すなわち、丸パイプ材を折り曲げることにより、上記左右傾斜メンバ８の前端部同士を連結する連結部２３が一体に形成され、該連結部２３が上記上下の傾斜メンバ取付部２２により挟持された状態で溶接されることにより、左右の傾斜メンバ８と上記センタクロスメンバ７とが一体に接合されるようになっている。

また、上記両傾斜メンバ８の後端部が車幅方向の外方側に延びるように折り曲げられるとともに、その端部が偏平形状に押し潰される等により、上記傾斜メンバ８の後端部にフロアフレーム取付部２５が形成されている。上記傾斜メンバ８の後部前面、つまり傾斜メンバ８の後部における車幅方向外側面には、上記サイドメンバ５の後端部が溶接されることにより、これらが一体に連結されている。さらに、上記傾斜メンバ８の後部後面（車幅方向内側面）には、上記リヤクロスメンバ９の左右両側端部が溶接され、該リヤクロスメンバ９を介して左右傾斜メンバ８の後部が互いに連結されている。

上記傾斜メンバ８の後部には、サイドメンバ後方部１０の後端部が接合されるとともに、該サイドメンバ後方部１０と、上記傾斜メンバ８の後端部に形成されたフロアフレーム取付部２５との間に跨るように、上下一対のプレート材からなる後側アーム支持部材２６が架設されている。そして、上記ロアアーム４の基端部に設けられた後述の後側連結部４４が上記後側アーム支持部材２６により支持されるように構成されている。

上記リヤクロスメンバ９は、鋼板材等からなるアッパパネル９ａとロアパネル９ｂとにより車幅方向に延びる所定幅の閉断面形状に形成され、その左右両側端部には、その車幅方向中央部に比べて幅広に形成されたトンネルロアフレーム連結部２９が設けられている。上記リヤクロスメンバ９の前後寸法は、センタクロスメンバ７の前後寸法よりも小さく設定され（図４参照）、かつ上記リヤクロスメンバ９の上下寸法は、傾斜メンバ８の上下寸法よりも小さく設定されている（図３参照）。

車室の底面部を構成するフロアパネル３０の下面には、図５に示すように、下記トンネルロアフレーム３３よりも車幅方向外側に配設されるとともに、上記フロントサイドフレーム２の後端部に連続して車両の後方側に延びるフロアフレーム３１が設置されている。また、上記フロアパネル３０の車幅方向中央部には、車室内側（上方側）に膨出するフロアトンネル３２が車両の前後方向に延びるように設置されるとともに、該フロアトンネル３２の下辺部に沿って左右一対のトンネルロアフレーム３３が車両の前後方向に延びるように設置されている。

そして、上記傾斜メンバ８の後端部に設けられたフロアフレーム取付部２５が、上記フロアフレーム３１の前端部に締結ボルトを介して締結されるとともに、上記リヤクロスメンバ９の側端部に設けられたトンネルロアフレーム連結部２９が、上記トンネルロアフレーム３３の前端部に締結ボルトを介して締結されることにより、上記両サイドメンバ５の後部がそれぞれ左右二個所において車体フレームに固定されている。

また、上記フロアパネル３０の左右両側辺部には、サイドシル３４が車両の前後方向に延びるように設置され、かつ該サイドシル３４の前部と上記フロアフレーム３１の前部とを連結するトルクボックス３５が設置されている（図１および図５参照）。該トルクボックス３５は、車室の前部に配設されたダッシュパネル１の下方部に沿って車幅方向に延びる前面板３５ａからなる縦面と、その下端部から車両の後方側に延びる底面板３５ｂとを有し、上記前面板３５ａおよびその下端部に設けられた稜線３５ｃが、上記フロアフレーム取付部２５の配設部位に隣接した位置から車幅方向の外方側に向けて延設されている。

上記ロアアーム４は、図１および図４等に示すように、その先端部がボールジョイント４２を介して図外の車輪支持部材（アクスルハウジング）に連結されるととともに、その車幅方向内側部（基端部）に前後一対の連結部４３，４４が設けられた所謂Ａ型アームからなっている。上記ロアアーム４の前側連結部４３および後側連結部４４は、上記フロントサブフレーム３に設けられた前側アーム支持部材１２および後側アーム支持部材２６により、それぞれ揺動可能かつ弾性変位可能に支持されている。

上記ロアアーム４の前側連結部４３には、車両の前後方向に延びる図示を省略した支持軸と、該支持軸を抱持する図示を省略したゴムブッシュとが設けられている。上記支持軸の前後両端部４５，４６が、サイドメンバ後方部１０に設けられた前側アーム支持部材１２に取り付けられることにより、上記前側連結部４３が支持軸を支点にして回動可能に支持されるとともに、上記ゴムブッシュが有する弾力性に応じて弾性変位可能に支持されている。上記支持軸の後端部４６は、サイドメンバ後方部１０の前側部分１０ｂにおいて上記センタクロスメンバ７の側端部が連結された部位に対応する位置に取り付けられている。

また、上記ロアアーム４の後側連結部４４には、上下方向に延びる図示を省略した支持軸と、該支持軸を抱持する図示を省略したゴムブッシュとが設けられている。上記支持軸の上下両端部が、サイドメンバ後方部１０と傾斜メンバ８のフロアフレーム取付部２５とに跨るように設置された後側アーム支持部材２６に取り付けられることにより、上記後側連結部４４が支持軸を支点にして回動可能に支持されるとともに、上記ゴムブッシュが有する弾力性に応じて弾性変位可能に支持されている。

上記フロントサブフレーム３は、ロアアーム４を有するフロントサスペンション装置等がサブアッシーされた状態で自動車の組立ラインに搬入され、上記フロントサイドフレーム２の下方から自動車のエンジンルーム内に導入される。そして、上記サイドメンバ５に設けられた第１，第２連結部材１５，１６の上端部がフロントサイドフレーム２の下面に連結されることにより、サイドメンバ５の前端部および前後方向中央部がそれぞれフロントサイドフレーム２に取り付けられるようになっている。

また、上記傾斜メンバ８の後端部に形成されたフロアフレーム取付部２５が、フロアパネル３０の下面に設置されたフロアフレーム３１の前端部にボルト止めされるとともに、上記リヤクロスメンバ９の左右両端部に設けられたトンネルロアフレーム連結部２９がフロアトンネル３２の下端部に沿って設置されたトンネルロアフレーム３３の前端部にボルト止めされることにより、上記フロントサブフレーム３の左右に設けられた各サイドメンバ５の後端部が、それぞれ左右二個所で車体フレームに固定されている。

このように上記傾斜メンバ８の後部に配設されたフロアフレーム取付部２５およびトンネルロアフレーム連結部２９が、フロアフレーム３１の前端部およびトンネルロアフレーム３３の前端部に固定されることにより、フロアパネル３０の前端部下面側において、上記フロアフレーム取付部２５とトンネルロアフレーム連結部２９とがフロアフレーム取付部２５およびトンネルロアフレーム連結部２９を介して互いに連結されるとともに、これらとフロアパネル３０との間に、上記フロアフレーム３１およびトンネルロアフレーム３３の上下寸法に対応する開口部４７が形成されている。

また、自動車用エンジン等からなるパワープラント１８が左右のフロントサイドフレーム２の間に設置され、かつ上記パワープラント１８の後部マウント１９がセンタクロスメンバ７の前面に形成された開口部２１からパワープラント取付部２０に導入されて取り付けられることにより、パワープラント１８の後部がフロントサブフレーム３に支持されるように構成されている。

上記のようにロアアーム４からなるサスペンションアームの少なくとも前側連結部４３を支持する前側アーム支持部材１２が設けられた左右一対のサイドメンバ５と、該左右のサイドメンバ５の間に配設されて上記前側アーム支持部材１２の設置部を連結するように車幅方向に略直線状に延びるセンタクロスメンバ７とを有する自動車のフロントサブフレーム構造であって、上記センタクロスメンバ７の車幅方向中央部から車幅方向の外方側に傾斜しつつ車両の左右後方に向けて延びる傾斜メンバ８を備え、該傾斜メンバ８に上記サイドメンバ５の後部を接合するとともに、フロアトンネル３２の下辺部に沿って設けられたトンネルロアフレーム３３に連結されるトンネルロアフレーム連結部２９と、フロアパネル３０に沿って車両の前後方向に延びるフロアフレーム３１に連結されるフロアフレーム取付部２５とを設けたため、簡単かつコンパクトな構成でロアアーム４から入力される横力等を安定して支持することができるとともに、自動車の衝突時に入力される衝突荷重に対する車体の剛性を充分に確保できるという利点がある。

すなわち、上記実施形態では、フロントサブフレーム３を構成するサイドメンバ５の後端部を、センタクロスメンバ７の車幅方向中央部から車幅方向の外方側に傾斜しつつ車両の後方側に延びるように設けられた左右一対の傾斜メンバ８に接合し、該傾斜メンバ８の後部に設けられたフロアフレーム取付部２５を、フロアパネル３０の下面に沿って車両の前後方向に延びるように設置されたフロアフレーム３１に取り付けるとともに、上記傾斜メンバ８の後部に配設されたフロアフレーム取付部、具体的には傾斜メンバ８の後部に接続されたリヤクロスメンバ９の側端部に設けられたフロアフレーム取付部２５を、フロアフレーム３１の前部下面およびトンネルロアフレーム３３の前部下面にボルト止めするように構成したため、フロントサブフレーム３の左右に設けられた各サイドメンバ５の後端部をそれぞれ左右二個所で車体フレームに安定して固定することができる。

したがって、自動車の走行時に、例えば図４および図５の矢印Ｃに示すように、車体の一方（右側）に位置するロアアーム４から左側のサイドメンバ５に設けられた前側アーム支持部材１２に入力された横力等を、矢印Ｄに示すように、上記センタクロスメンバ７から他方（左側）のサイドメンバ５に伝達し、該他方のサイドメンバ５からその後方側に位置するフロアフレーム３１およびトンネルロアフレーム３３等に伝達して支持することができる。このため、上記フロントサブフレーム３を大型化することなく、簡単な構成で車体の変形を効果的に抑制して、自動車の走行安定性を向上させることができる。

しかも、例えば図４および図５の矢印Ａに示すように、自動車の衝突時に車体の左側に位置するサイドメンバ前方部１１に衝突荷重が入力された場合には、該衝突荷重を、矢印Ｂ，Ｅに示すように、車体の左側に位置する傾斜メンバ８の後部に配設された上記フロアフレーム取付部２５およびトンネルロアフレーム連結部２９から車体左側のフロアフレーム３１およびトンネルロアフレーム３３にそれぞれ伝達し、これらに分散させて支持することができる。さらに、上記衝突荷重を、図４および図５の矢印Ｆ，Ｇ，Ｈに示すように、センタクロスメンバ７および右側の傾斜メンバ８からフロアフレーム取付部２５およびトンネルロアフレーム連結部２９を介して車体の右側に位置するフロアフレーム３１およびトンネルロアフレーム３３に伝達し、これらにも分散させてそれぞれ支持することができる。したがって、上記衝突荷重に応じてサイドメンバ後方部１０が内倒れすること等を効果的に抑制しつつ、上記サイドメンバ前方部１１に衝突荷重を集中的に作用させてこれを例えば蛇腹状等に圧縮変形させることにより、自動車の衝突時に入力される衝突荷重を効率よく吸収することができる。

また、上記実施形態では、サイドメンバ後方部１０の前側部分１０ｂの車幅方向内側面に上記センタクロスメンバ７の側端部を連結するとともに、上記前側部分１０ｂの車幅方向外側面に前側アーム支持部材１２を取り付け、かつ上記サイドメンバ後方部１０の後端部と傾斜メンバ８との接合部に後側アーム支持部材２６を設けて上記サイドメンバ後方部１０を補強することにより、該サイドメンバ後方部１０の強度（軸方向の耐力）をサイドメンバ前方部１１よりも高く設定している。これにより、自動車の衝突時に上記サイドメンバ５の前端部に衝突荷重が入力された場合には、上記サイドメンバ後方部１０が変形するのを効果的に抑制しつつ、上記サイドメンバ前方部１１に衝突荷重を集中させて該サイドメンバ前方部１１を積極的に変形させることにより、上記衝突荷重の吸機能を効果的に発揮させることができる。したがって、自動車の衝突時に上記サイドメンバ５に入力される衝突荷重に応じ、サイドメンバ後方部１０が大きく変形して内倒れしたり、サイドメンバ５の後端部が車体フレームから離脱したりするのを防止しつつ、上記サイドメンバ前方部１１に衝突荷重を集中的に作用させて該サイドメンバ前方部１１を変形させることができ、上記衝突荷重を効果的に吸収してその影響がサイドメンバ後方部１０および車室内等に及ぶのを確実に防止することができる。

さらに、上記実施形態に示すように、ロアアーム４からなるサスペンションアームの後側連結部４４を支持する後側アーム支持部材２６を、サイドメンバ後方部１０と傾斜メンバ８に設けられたフロアフレーム取付部２５とに跨るように架設した場合には、サイドメンバ後方部１０を補強する別体の補強部材を設けることなく、上記後側アーム支持部材２６を利用してサイドメンバ後方部１０を簡単な構成で効果的に補強することができる。したがって、上記サイドメンバ後方部１０および傾斜メンバ８に入力された自動車の衝突荷重および走行時の横力等に対する車体の剛性を容易かつ充分に確保し、上記衝突荷重に応じてサイドメンバ後方部１０が内倒れすること等を効果的に防止できるとともに、自動車の走行時にロアアーム４から入力される横力等によりフロントサブフレーム３が変形することを抑制して自動車の走行安定性を効果的に向上できるという利点がある。

上記実施形態では、左右傾斜メンバ８の後部を連結するように車幅方向に延びるリヤクロスメンバ９を設け、図３に示すように、該リヤクロスメンバ９の上下寸法を上記傾斜メンバ８の上下寸法よりも小さく設定したため、上記フロアトンネル３２の前部下方に厚肉のリヤクロスメンバ等を設けた場合のように、上記フロアトンネル３２内に設置されるプロペラシャフトまたは排気管等からなる各部材のレイアウト性が阻害されること等を抑制しつつ、自動車の走行時に上記フロントサブフレーム５の傾斜メンバ８からトンネルロアフレーム３３に入力された横力等に応じてフロアトンネル３２が拡縮変形するのを効果的に防止することができる。これにより、上記傾斜メンバ８からトンネルロアフレーム３３に入力された自動車の衝突荷重および走行時の横力等に対する車体の剛性を、簡単かつ軽量な構成で効果的に向上できるという利点がある。

また、上記のように車室の前部下面に設置されたサイドシル３４の前部と上記フロアフレーム３１の前部と連結するトルクボックス３５をダッシュパネル１の下部側方に設けるとともに、該トルクボックス３５に、上記フロアフレーム取付部２５の隣接部位から車幅方向の外方側に延びる前面板３５ａからなる縦面、またはその下端部に設けられた稜線３５ｃを設けた構造とした場合には、上記傾斜メンバ８からフロアフレーム３１に入力された自動車の衝突荷重および走行時の横力等を、上記トルクボックス３５の剛性部分を構成する前面板３５ａおよび稜線３５ｃから上記サイドシル３４に伝達することにより、効率よく分散させて支持することができるため、上記衝突荷重および横力等に対する車体の剛性を、さらに効果的に向上させることができる。

なお、上記フロントサブフレーム３のサイドメンバ５および傾斜メンバ８をパイプ状部材により形成してなる上記実施形態に代え、上記特許文献３に開示された車体の前部構造のように、上側パネルと下側パネルとを重ね合わせたペリメータフレームにより上記サブフレームを形成することも可能である。しかし、該ペリメータフレームからなるフロントサブフレームを用いた場合には、その表面積を大きくする等により剛性を確保する必要があり、車体重量が増大するするとともに、自動車の走行時に面振動が生じて騒音が発生し易いという問題がある。

これに対して上記実施形態に示すように、フロントサブフレーム３を構成するサイドメンバ５および傾斜メンバ８を、それぞれ軽量で高剛性を有するパイプ状部材により形成した場合には、上記フロントサブフレーム３を大型化することなく、自動車の衝突時に上記サイドメンバ５に入力された衝突荷重と、自動車の走行時に上記ロアアーム４から入力された横力等との両方を充分に支持することができる。したがって、車体重量が増大するのを抑制しつつ、フロントサブフレーム３の表面積が大きくなることに起因した面振動を抑制して騒音が発生するのを効果的に防止するためには、上記実施形態に示すように、サイドメンバ５および傾斜メンバ８をパイプ状部材により形成することが望ましい。

上記実施形態では、図２に示すように、傾斜メンバ８の後部に配設されたフロアフレーム取付部２５およびトンネルロアフレーム連結部２９により、上記フロアフレーム３１の前端部とトンネルロアフレーム３３の前端部とを車幅方向に連結するとともに、上記フロアフレーム取付部２５およびトンネルロアフレーム連結部２９とフロアパネル３０との間に、上記フロアフレーム３１およびトンネルロアフレーム３３の上下寸法に対応する開口部４７を形成したため、上記フロアフレーム３１とトンネルロアフレーム３３との間に沿って配策されたハーネス等を上記開口部４７からエンジンルーム内へ容易に導出させることができる。

したがって、フロアフレーム３１の前端部とトンネルロアフレーム３３の前端部とを連結する分岐フレームを設けた場合（特許文献３参照）のように、上記フロアフレーム３１とトンネルロアフレーム３３との間に沿って配策されたハーネスをエンジンルーム内へ導出させる際に上記分岐フレームが邪魔になる等の弊害を生じることなく、フロアフレーム取付部２５およびトンネルロアフレーム連結部２９により、上記フロアフレーム３１の前端部とトンネルロアフレーム３３の前端部とを連結して、これらを充分に補強することができ、上記傾斜メンバ８に入力された自動車の衝突荷重と走行時の横力等とを、上記フロアフレーム取付部２５およびトンネルロアフレーム連結部２９からフロアフレーム３１およびトンネルロアフレーム３３にそれぞれ伝達して効果的に支持することができる。

さらに、上記実施形態では、サイドメンバ前方部１１を平面視で車幅方向の外方側に傾斜させつつ車両の前方側に延びるように設置することにより、該サイドメンバ前方部１１の長さを充分に確保してその全体を衝突荷重の吸収部として機能させるように構成し、かつ上記サイドメンバ前方部１１の後方側において車幅方向の内側寄りに配設されたサイドメンバ後方部１０の前側部分１０ｂの車幅方向内側面に、上記センタクロスメンバ７の側端部を連結するとともに、上記前側部分１０ｂの車幅方向外側面に前側アーム支持部材１２を設けた構造としたため、該前側アーム支持部材１２を車幅方向の内方側に位置させることによりロアアーム４からなるサスペンションアームのアーム長（車幅方向寸法）を充分に確保して、サスペンションジオメトリーを効果的に向上させることができる。

しかも、上記サイドメンバ後方部１０の前側部分１０ｂを車幅方向内側に位置させるとともに、その車幅方向外側面から上記前側アーム支持部材１２をサイドメンバ５の外方に突出させた状態で取り付けたため、該前側アーム支持部材１２に対するロアアーム４の取付作業等を容易に行うことができる。さらに、上記前側アーム支持部材１２によりサイドメンバ後方部１０を効果的に補強してその剛性を向上させることができるため、簡単かつ軽量な構成で、自動車の衝突時に上記サイドメンバ前方部１１に衝突荷重を集中的に作用させることにより、該サイドメンバ前方部１１を衝突荷重の吸収部として効率よく機能させることができるという利点がある。

例えば、上記特許文献３に開示されているように、ロアアームからなるサスペンションアームのアーム長を充分に確保するために、ペリメータフレームからなるフロントサブフレームの前後方向中央部（屈曲部）の側面にロアアームの前側連結部が導入される所定の大きさの開口部を形成し、該開口部からフロントサブフレームのサイドメンバ内に上記ロアアームの前側連結部を導入して支持させるように構成した場合には、上記開口部からフロントサブフレームのサイドメンバ内に上記ロアアームの前側連結部を導入して支持させる作業が繁雑であるとともに、上記開口部がサイドメンバに形成されることにより該サイドメンバの剛性が低下するために、上記ロアアームの支持部に補強プレートを設けてサイドメンバを補強する等の手段を講じなければならず、構造が複雑になるとともに、車体重量が増大する等の弊害がある。

一方、上記実施形態に示すように、サイドメンバ後方部１０の前側部分１０ｂを車幅方向内側に位置させるとともに、その車幅方向外側面から上記前側アーム支持部材１２をサイドメンバ５の外方に突出させた状態で取り付けた場合には、上記弊害の発生を防止して前側アーム支持部材１２に対するロアアーム４の取付作業等を容易に行うことができるとともに、サイドメンバ後方部１０の剛性を簡単な構成で充分に確保できるという利点がある。しかも、上記サイドメンバ後方部１０の前側部分１０ｂを車幅方向の内方側に位置させるとともに、その内方側に上記パワープラント１８を配設することにより、自動車の衝突時に入力される衝突荷重に応じて上記サイドメンバ後方部１０の前側部分１０ｂが内倒れするように変形するのを、上記パワープラント１８によって効果的に規制できるという利点もある。

なお、上記実施形態では、サイドメンバ後方部１０とサイドメンバ前方部１１とを一本のパイプ状部材により形成した例について説明したが、別体に形成されたサイドメンバ後方部１０とサイドメンバ前方部１１とを一体に溶接する等により上記サイドメンバ５を構成してもよい。この場合、上記サイドメンバ前方部１１を、サイドメンバ後方部１０に比べて軸方向の耐力が低い素材で形成し、あるいはサイドメンバ前方部１１の板厚を、サイドメンバ後方部１０に比べて大きく設定することにより、上記サイドメンバ５の前方部を、自動車の衝突時に変形させて衝突荷重を効果的に吸収することができる。

さらに、上記実施形態では、左右傾斜メンバ８の前端部に設けられた連結部２３をセンタクロスメンバ７の傾斜メンバ取付部２２に取り付けることにより、該左右の傾斜メンバ８とセンタクロスメンバ７と一体に連結した例について説明したが、図７に示すように、左右の傾斜メンバ８ａを別体の丸パイプ材等で形成するとともに、各傾斜メンバ８ａの前端部を、センタクロスメンバ７の後部に設けられた取付孔部２２ａに挿入して、それぞれ個別に取り付けるように構成してもよい。

２フロントサイドフレーム
３フロントサブフレーム
４ロアアーム（サスペンションアーム）
５サイドメンバ
７センタクロスメンバ
８傾斜メンバ
１０サイドメンバの後方部
１１サイドメンバの前方部
１２前側アーム支持部材
２５フロアフレーム取付部
２６後側アーム支持部材
２９トンネルロアフレーム連結部
３０フロアパネル
３１フロアフレーム
３２フロアトンネル
３３トンネルロアフレーム
３５トルクボックス
３５ａ前面板（縦面）
３５ｃ稜線
４４後側連結部
４７開口部

Claims

サスペンションアームの少なくとも前部を支持するアーム支持部材が設けられた左右一対のサイドメンバと、該左右のサイドメンバ間に配設されて上記アーム支持部材の設置部を連結するように車幅方向に略直線状に延びるクロスメンバとを有する自動車のフロントサブフレーム構造であって、上記クロスメンバの車幅方向中央部から車幅方向の外方側に傾斜しつつ車両の左右後方に向けて延びる傾斜メンバを備え、該傾斜メンバの後部には、上記サイドメンバの後端部が接合されるとともに、フロアパネルの車幅方向中間部位を上方に膨出させてなるフロアトンネルの下辺部に沿って設けられたトンネルロアフレームに連結されるトンネルロアフレーム連結部と、フロアパネルに沿って車両の前後方向に延びるフロアフレームに取り付けられるフロアフレーム取付部とが配設されたことを特徴とする自動車のフロントサブフレーム構造。
上記サイドメンバの前方部が、自動車の衝突時に変形することにより衝突荷重の吸収部として機能するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の自動車のフロントサブフレーム構造。
サスペンションアームの後側連結部を支持する後側アーム支持部材が、上記サイドメンバの後方部と傾斜メンバのフロアフレーム取付部とに跨るように架設されたことを特徴とする請求項１または２に記載の自動車のフロントサブフレーム構造。
左右傾斜メンバの後部を連結するように車幅方向に延設されたリヤクロスメンバを有し、該リヤクロスメンバの上下寸法が上記傾斜メンバの上下寸法よりも小さく設定されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の自動車のフロントサブフレーム構造。
車室の左右両側辺部に設置されたサイドシルの前部と上記フロアフレームの前部と連結するトルクボックスを備え、該トルクボックスには、上記フロアフレーム取付部の隣接部位から車幅方向の外方側に延びる縦面または稜線が設けられたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の自動車のフロントサブフレーム構造。
上記サイドメンバおよび傾斜メンバがそれぞれパイプ状部材により形成されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の自動車のフロントサブフレーム構造。
上記傾斜メンバの後部に配設されたフロアフレーム取付部およびトンネルロアフレーム連結部を介して上記フロアフレームの前端部とトンネルロアフレームの前端部とが連結されるとともに、上記フロアフレーム取付部およびトンネルロアフレーム連結部とフロアパネルとの間に、上記フロアフレームおよびトンネルロアフレームの上下寸法に対応する開口部が形成されたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の自動車のフロントサブフレーム構造。