JP2014080127A - クロスメンバ - Google Patents

Abstract

【課題】簡単、かつ容易に取付部の脱落荷重が調整できるクロスメンバを提供する。
【解決手段】サスペンションクロスメンバ１０は、車幅方向に延設されるクロスメンバ本体部１４と、本体部１４に設けられ、サイドメンバ１２に連結される中空構造のクロスメンバ取付部１６とを備えている。更に、サスペンションクロスメンバ１０は、取付部１６をサイドメンバ１２に締結する取付用ボルト４８と、取付部１６内に設けられた筒体５６と、筒体５６が貫通する筒体孔５４を有し、筒体孔５４に筒体５６が貫通された状態で取付部１６内に取り付けられ、所定以上の荷重で破断する補強板５２と、を備えている。そして、補強板５２の設置枚数を調整し、取付部１６の脱落荷重が調整可能となっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、取付部の脱落荷重を調整可能としたクロスメンバに関する。

クロスメンバとして、例えば、車両のサスペンションクロスメンバが知られている。サスペンションクロスメンバは、懸架装置（サスペンション機構）を保持する部材で、サイドメンバにボルトの締結により固定されている。サイドメンバは、車両のフレームを構成する部材で、車両の下方に前後方向に沿って設けられており、エンジンや変速機等を搭載している。

車両は、通常、衝突したときに変形して衝突エネルギを吸収するクラッシュゾーンを備えている。又、サスペンションクロスメンバは、所定以上の衝突エネルギが加えられると、取付部が破損して、サイドメンバから脱落するように構成されている。

これにより、車両は、事故が万一発生したとしても、クラッシュゾーンが変形して、室内空間を確保し、乗員の損傷を防止し、又、軽減させるとともに、サスペンションクロスメンバまで破損がおよんだ場合は、サスペンションクロスメンバがサイドフレームから脱落し、サスペンションクロスメンバやエンジン等により室内空間が破損されることを防止している。

近年、エンジンのみで駆動するエンジン仕様の車両と、エンジンに加えモータでも走行可能なハイブリッド仕様の車両とを、同一の車体を用いて製造することがある。ハイブリッド仕様の車両は、モータや多くの電池を搭載するなど、エンジン仕様の車両より車重が重く、同一の衝突速度でも、車重が重い分、エンジン仕様の車両より衝突エネルギが大きくなる。

そのため、全く同じサスペンションクロスメンバを使用した場合、ハイブリッド仕様の車両ではサスペンションクロスメンバが早期に脱落してしまうため、衝突エネルギを十分に吸収できない場合がある。そこで、仕様にかかわらず、衝突時の速度が同一なら、破損が同程度となるよう、サスペンションクロスメンバの取付部における脱落荷重を調整してサスペンションクロスメンバが脱落するタイミングを調整する必要がある。

特開２００４−１４８９６０号公報 特開２００６−２８１９５３号公報 特開２００８−２９０５３９号公報

しかしながら、ガソリンエンジン仕様の車両とハイブリッド仕様の車両とでサスペンションクロスメンバの脱落荷重を異ならせるためには、サスペンションクロスメンバ全体の厚みを変えたり、取付部の周辺を補強部材で補強したり、あるいは、強度の異なる素材で製造するなどの対策が必要となる。そうすると、衝突要件以外に車両の操縦安定性や振動等の機能上の面にも影響が出るため再調整が必要となり、開発工数や製造コストが大きくなる。

又、素材の変更によりサスペンションクロスメンバ自体の強度が異なると、強度や剛性のバランスが崩れ、サスペンションクロスメンバの周辺の強度設定を変更させる必要が生じることがある。

本発明は、クロスメンバ全体の強度・剛性に影響を与えることが少なく、簡易な構成と低いコストで、取付部の脱落荷重を容易に調整できるクロスメンバを提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するため、車両のフレーム部材に取り付けられるクロスメンバを次のように構成した。クロスメンバは、車幅方向に延設されるクロスメンバ本体部と、クロスメンバ本体部に設けられ、フレーム部材に連結される中空構造のクロスメンバ取付部と、クロスメンバ取付部に設けられたボルト孔に挿通されて、クロスメンバ取付部をフレーム部材に締結する取付用ボルトと、クロスメンバ取付部内のボルト孔に対応する位置に設けられて、取付用ボルトが挿通される筒体と、筒体が貫通する筒体孔を有し、筒体孔に筒体が貫通された状態でクロスメンバ取付部内に取り付けられ、所定以上の荷重が作用した際に筒体孔が破断するよう設定された補強板と、を備えている。

そして、クロスメンバ取付部は、複数枚の補強板を重ねて設置可能に構成してあり、補強板の設置枚数を調整することでフレーム部材に対するクロスメンバ取付部の脱落荷重を調整可能とした。

本発明にかかるクロスメンバは、クロスメンバ取付部に取り付ける補強板の枚数を適宜選択することにより、クロスメンバ取付部の脱落荷重を調整することができる。これにより、クロスメンバは、クロスメンバ本体部の強度や剛性を変更させることなく、簡易な構造で、クロスメンバ取付部の脱落荷重を所望の値に調整できる。

本発明にかかる一実施形態のサスペンションクロスメンバを備えた車両を示す側面図。 同サスペンションクロスメンバを示す平面図。 同サスペンションクロスメンバの取付部を示す側面図。 同サスペンションクロスメンバの取付部を示す斜視図。 同サスペンションクロスメンバの取付部を示す平面図。 同サスペンションクロスメンバを示す側面図。 同サスペンションクロスメンバの一部を示す斜視図。

以下、本発明にかかる一実施形態のクロスメンバについて説明する。図１は、本発明にかかる一実施形態のクロスメンバとしてのサスペンションクロスメンバ１０を備えた車両１００を示す側面図であり、図２は、サスペンションクロスメンバ１０を示す平面図であり、図３は、サスペンションクロスメンバ１０の取付部１６を示す側面図であり、図４は、サスペンションクロスメンバ１０の取付部１６を示す斜視図であり、図５は、サスペンションクロスメンバ１０の取付部１６を示す平面図であり、図６は、サスペンションクロスメンバ１０を示す側面図であり、図７は、サスペンションクロスメンバ１０の一部を示す斜視図である。

図１に、サスペンションクロスメンバ１０を備えた車両１００を示す。車両１００は、図１の矢印Ａの方向が前方であり、車両１００の前方には前輪１０２が、後方には後輪１０４が設けられている。以下、サスペンションクロスメンバ１０について、車両１００の前後方向を基準に左右を定め、重力の方向を下方、その逆を上方として説明する。

車両１００の下方には、フレーム部材としてのサイドメンバ１２が、車両１００の前後方向に沿って設けられている。サイドメンバ１２は、車両１００のほぼ前端から後端に至る長さを有し、車両１００の幅方向に並列に一対設けられている。サイドメンバ１２には、駆動機構であるエンジン１０６や変速機構であるトランスミッション１０８が搭載されている。サスペンションクロスメンバ１０は、車幅方向（左右方向）に延設されて図１、図６に示すようにサイドメンバ１２の下方に取り付けられている。

次に、サスペンションクロスメンバ１０について説明する。図２に、サスペンションクロスメンバ１０を示す。図２は、サスペンションクロスメンバ１０を上方から示している。サスペンションクロスメンバ１０は、車幅方向に延設されるクロスメンバ本体部１４（以下、「本体部１４」とする）と、本体部１４に設けられてサイドメンバ１２に連結されるクロスメンバ取付部１６（以下、「取付部１６」とする）とを備えている。

サスペンションクロスメンバ１０（本体部１４）は、左右側方に、前輪１０２の懸架装置２０が設けられている。懸架装置２０は、ロアアーム２２、スプリング、ダンパ、ナックル２４（左側のナックルを図２に示す）等から構成されている。ロアアーム２２は、サスペンションクロスメンバ１０に回動自在に取り付けられている。ロアアーム２２の端部にナックル２４が取り付けられている。スプリングとダンパとは、ダンパスプリング機構を構成し、車両１００とナックル２４との間を連結する。ナックル２４に、前輪１０２が取り付けられる。

サスペンションクロスメンバ１０は、図３にも示すように、上部に上半部材３０を、下部に下半部材３２とを有している。上半部材３０と下半部材３２とは、所定の厚みの金属板から形成されている。

上半部材３０は、本体上半部材３４と取付上半部材３６とを有し、サスペンションクロスメンバ１０の上半部を構成している。下半部材３２は、本体下半部材３８と取付下半部材４０とを有し、サスペンションクロスメンバ１０の下半部を構成している。サスペンションクロスメンバ１０は、上半部材３０と下半部材３２とを上下に重ね合わせ、両者の突き合わせ部に溶接を施して中空構造に形成されている。本体部１４は、本体上半部材３４と本体下半部材３８とにより、又、取付部１６は、取付上半部材３６と取付下半部材４０とにより形成されている。

取付部１６は、図２に示すように本体部１４の後部に左右一対で設けられている。取付部１６は、本体部１４から車幅方向外側向かって延設され、図３に示すように取付用ボルト４８でサイドメンバ１２に締結される。取付部１６は、図３に示すように上部に上壁３７、下部に下壁３９、前方側面に前側壁４１、後方側面に後側壁４３とを備え、断面がほぼ矩形に形成されている。特許請求の範囲でいう側壁とは、前側壁４１と後側壁４３とをいう。

上壁３７と、前側壁４１及び後側壁４３の一部は、取付上半部材３６により、下壁３９と、前側壁４１及び後側壁４３の一部は、取付下半部材４０により形成されている。又、取付部１６は、図５にも示すように、前側壁４１と後側壁４３とが車幅方向外側に向かうにしたがって互いの間隔が狭くなるよう形成されている。つまり、取付部１６は、本体部１４から先端側に向かうにしたがって次第に先細となるよう形成されている。

上壁３７には、図２、図３に示すように上ボルト孔４２が、又、下壁３９には、下ボルト孔４４が設けられている。上ボルト孔４２と下ボルト孔４４とは、特許請求の範囲でいうボルト孔であり、取付用ボルト４８が通る径で、互いに対向した位置に設けられている。

取付部１６の内側には、図３、図４に示すように、上ボルト孔４２と下ボルト孔４４に対応する位置に筒体５６が設けられている。筒体５６は、円筒状で、上壁３７と下壁３９との間隔にほぼ等しい長さを有し、内側に取付用ボルト４８が通る径の内孔５７を備えている。筒体５６は、内孔５７が上ボルト孔４２と下ボルト孔４４に一致するように配置され、取付部１６の上壁３７と下壁３９の間に挟まれた状態で取付用ボルト４８が挿通される。筒体５６は、所定の肉厚を有し、後述する補強板５２より高い強度に形成されている。

次に、補強板５２について説明する。取付部１６の内側には、図４、図５に示すように筒体５６の周囲を囲むように補強板５２が設置されている。補強板５２は、所定の厚みを有する金属製板材で、所定の強度を有し、取付部１６の内側に複数枚重ねて設置可能とされている。補強板５２は、図５に示すように平面視でほぼ台形に形成され、取付部１６に組み付けると、前後の側面５３が、取付部１６の前側壁４１と後側壁４３に密着する。すなわち、補強板５２の前後両側面５３は、取付部１６の前側壁４１と後側壁４３の傾斜に沿って当接するように形成されている。

補強板５２の前後の側面５３は、取付部１６の内側に、溶接により固定されている。又、補強板５２は、四隅が円弧状に形成され、補強板５２の前後両側面５３は、連続した円弧で取付部１６の内壁に接している。このように、補強板５２は、取付部１６の内側に、いわば、角を丸く形成した、くさびが嵌るように取り付けられている。

更に、補強板５２は、ほぼ中央に筒体孔５４を有している。筒体孔５４は、円形で、内径が筒体５６の外径とほぼ等しく形成されている。筒体孔５４には、筒体５６が、基本的に、筒体孔５４に固着されることなく、かつ筒体孔５４と筒体５６との間に大きな隙間が発生することなく通されている。筒体孔５４は、筒体孔５４に筒体５６を通すと、筒体５６の内孔５７が上ボルト孔４２及び下ボルト孔４４の位置に一致するように形成されている。尚、補強板５２は、筒体５６から所定以上の荷重が作用されると筒体孔５４が破断するよう設定されている。

上ボルト孔４２と下ボルト孔４４とに通した取付用ボルト４８は、取付部１６をほぼ垂直に貫通し、サイドメンバ１２に設けられた雌ねじ部５０に螺合して締結される。このようにして、取付部１６は、上ボルト孔４２、筒体５６、下ボルト孔４４とに通した取付用ボルト４８によりサイドメンバ１２に固定されている。図６、図７に、サイドメンバ１２にサスペンションクロスメンバ１０が取り付けられた状態を示す。図７は、車両１００の下側からサスペンションクロスメンバ１０を示す図である。

サスペンションクロスメンバ１０は、例えば次のようにして形成する。所定の枚数、（本実施形態では２枚）の補強板５２を取付上半部材３６に溶接する。補強板５２を取付上半部材３６に溶接した状態を図４に示す。補強板５２を溶接した後、筒体孔５４に筒体５６を通し、上半部材３０に下半部材３２を重ね合わせて、上半部材３０と下半部材３２とを突き合わせ部に沿って溶接する。これにより、サスペンションクロスメンバ１０は、取付部１６に予め設定された所定枚数の補強板５２が取り付けられる。

サスペンションクロスメンバ１０は、サスペンションクロスメンバ１０の周囲に懸架装置２０を組み付けた後、サイドメンバ１２に連結される。具体的には、サスペンションクロスメンバ１０の下半部材３２の下ボルト孔４４に取付用ボルト４８を差し入れ、筒体５６の内部を貫通させ、上半部材３０に設けられた上ボルト孔４２から突出させてサイドメンバ１２の雌ねじ部５０にねじ止めする。

更に、サスペンションクロスメンバ１０の他の取付部を、ボルトでサイドメンバ１２に固定し、サスペンションクロスメンバ１０をサイドメンバ１２に取り付ける。懸架装置２０を車両１００に組み付け、組み付けられた懸架装置に前輪１０２を取り付ける。その他の組み付け作業を行い車両１００を完成させる。

尚、取付部１６は、補強板５２を複数枚重ねて設置可能であり、補強板５２の設置枚数を調整することで、取付部１６のサイドメンバ１２に対する脱落荷重を調整することができるようになっている。

これにより、車両１００には、取付部１６が補強板５２により所望の脱落荷重に設定されたサスペンションクロスメンバ１０が、取付用ボルト４８によりサイドメンバ１２に固定される。

次に、サスペンションクロスメンバ１０の作用、効果について説明する。例えば、車両１００が、正面から障害物に衝突したとする。衝突速度が遅い場合は、車両１００のサイドメンバ１２等、車両１００のクラッシャブルゾーンが変形して、衝突エネルギが吸収される。衝突エネルギが小さい場合は、サイドメンバ１２の変形は大きくなく、サスペンションクロスメンバ１０にほとんど影響を及ぼさない。

一方、衝突速度が速い場合は、サイドメンバ１２の変形が増え、サスペンションクロスメンバ１０が後方に押され、取付部１６に力が加えられる。

サスペンションクロスメンバ１０が衝突エネルギを吸収しつつ後方に移動されると、取付部１６が取付用ボルト４８を中心にして後方側に回動するように変形される。つまり取付部１６の先端側が前方側を向いた状態となる。更に、サスペンションクロスメンバ１０が後方へ移動されて変形が進むと、取付部１６の上壁３７や下壁３９が取付用ボルト４８によって、相対的に車両前方側に引っ張られた状態となり、上壁３７の上ボルト孔４２と下壁３９の下ボルト孔４４とに亀裂が発生する。又、同時に補強板５２が筒体５６によって相対的に車両前方側にて引っ張られ、例えば、図５の点線Ｈで示すように亀裂が発生して破断が発生する。

上ボルト孔４２や下ボルト孔４４の亀裂が拡大するとともに補強板５２が破断すると、取付用ボルト４８と筒体５６を残して取付部１６が取付用ボルト４８から抜け出る。すると、サイドメンバ１２からサスペンションクロスメンバ１０が下方に脱落する。これにより、エンジン１０６やトランスミッション１０８が落下し、衝突時に、エンジン１０６やサスペンションクロスメンバ１０等が車両１００の車室内側に侵入してくることを防止できる。

サスペンションクロスメンバ１０は、取付部１６に補強板５２が２枚設けられているので、取付部１６の脱落荷重が、２枚の補強板５２の強度分向上されている。したがって、車両１００は、補強板５２を設けない場合のサスペンションクロスメンバ１０を組み付けた場合と比較して、より大きな衝突エルネギを受けるまでサスペンションクロスメンバ１０がサイドメンバ１２から脱落しない。このように、サスペンションクロスメンバ１０は、サスペンションクロスメンバ１０の本体部１４を変更することなく、取付部１６の脱落荷重を容易に変更することができる。

次に、サスペンションクロスメンバ１０の具体的な用い方について説明する。例えば、同一の車種で、ガソリンエンジン仕様と、ハイブリッド仕様の車両があるとする。ハイブリッド仕様の車両は、モータや電池を搭載しているため、ガソリンエンジン仕様の車両より重量が重くなる。すると、同一の速度で、障害物に衝突したときでも、重量の大きいハイブリッド仕様の車両の方が、クラッシャブルゾーンに生じる衝突エネルギが大きくなる。

つまり、ガソリンエンジン仕様の車両とハイブリッド仕様の車両で全く同じサスペンションクロスメンバ１０を用いた場合、ガソリンエンジン仕様に比べて、ハイブリッド仕様のサスペンションクロスメンバ１０の方が早いタイミングで脱落することになる。

ここで、補強板５２を用いないで形成したサスペンションクロスメンバ１０の脱落荷重が、ガソリンエンジン仕様の車両に適合するよう設定されていると仮定し、かかるサスペンションクロスメンバ１０をガソリンエンジン仕様の車両に組み付けた場合と、取付部１６に２枚の補強板５２を重ねて取り付けたサスペンションクロスメンバ１０をハイブリッド仕様の車両に組み付けた場合とを比較する。

２枚の補強板５２は、ハイブリッド仕様の車両の重量増加分に適合した脱落荷重となるよう厚みや重ねる枚数が設定されているので、ハイブリッド仕様の車両のサスペンションクロスメンバ１０は、ハイブリッド仕様の車両の重量増加分、補強板５２により取付部１６の脱落荷重が向上される。そして、ガソリンエンジン仕様の車両と同一の速度条件で、ハイブリッド仕様の車両を衝突させた場合、ガソリンエンジン仕様の車両の場合とほぼ同様のタイミングで取付部１６が破断し、サスペンションクロスメンバ１０がサイドメンバ１２から脱落する。

以上述べたように、本実施形態にかかるサスペンションクロスメンバ１０は、取付部１６に必要枚数の補強板５２を設けるだけで、簡易に取付部１６の脱落荷重を所定の値に調整することができる。本体部１４には、変更を加えないので、サスペンションクロスメンバ１０の走行安定性や振動等の他の機能面でのセッティングを再調整する必要がなく開発工数やコストの上昇を抑制することができる。補強板５２は、板材を加工して製造できるので、安価に製造できる。補強板５２は、上半部材３０と下半部材３２とを接合する前に取り付けられるので、サスペンションクロスメンバ１０の製造に大きな変更を加えることがない。

本体部１４の強度や剛性が変更されないので、走行安定性や振動等の他の機能に対する影響が最小限に抑えられ、サスペンションクロスメンバ１０が取り付けられる周辺部材の強度の変更等の再調整を必要としない。補強板５２は、くさびが嵌るように取付部１６に取り付けられているので、取付部１６に確実に、かつ所定の強度をもたらすように取り付けられる。

補強板５２は、側面どおしの交差部分である角が円弧状に形成され、取付部１６の前側壁４１や後側壁４３に補強板５２の角が接しないので、角が接することによる応力の集中が発生せず、取付部１６の強度が安定する。補強板５２と筒体５６とが、ほとんど隙間がなく嵌合し、しかも両者が固着していないので、衝突した際にだけ、サスペンションクロスメンバ１０に生じた力が、筒体５６から補強板５２に筒体５６と補強板５２とが接した個所で直接伝達され、他機能に影響を与えず、安定した強度が得られる。

サスペンションクロスメンバ１０は、上半部材３０の上ボルト孔４２の強度及び下半部材３２の下ボルト孔４４の強度がそれぞれ判明しており、又、補強板５２は簡易な形状で、強度が算定しやすいので、取付部１６の強度を正確に設定できる。補強板５２は、厚みの異なるものを予め用意しておき、それらから所定の厚みを有する補強板５２を選択して取付部１６に取り付けたり、補強板５２の取り付け枚数を変更させたりすることにより、所望の強度に設定できる。

尚、取付部１６は、引っ張り力のみでなく、ねじりや回転の力を受けて取付用ボルト４８から外されるため、サスペンションクロスメンバ１０の取付部１６の強度は、補強板５２が設けられていない取付部１６の取付用ボルト４８に対する強度と、補強板５２の筒体５６に対する強度とを単に加算した数値にならない場合もあるが、それらは、適宜修正可能である。

以上説明したように、本発明によれば、取付部１６に補強板５２を設けることにより、サスペンションクロスメンバ１０の取付強度を、容易に、かつ簡易な構成で、所定の値に調整できる。尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、適宜変更して利用できるものである。例えば、本発明は、サスペンションクロスメンバに限らず、その他のサイドメンバに取り付けられたクロスメンバにも適用できる。

本発明は、車両のサスペンションクロスメンバに利用できる。

１０…サスペンションクロスメンバ、１２…サイドメンバ、１４…クロスメンバ本体部（本体部）、１６…クロスメンバ取付部（取付部）、２０…懸架装置、２２…ロアアーム、２４…ナックル、３０…上半部材、３２…下半部材、３４…本体上半部材、３６…取付上半部材、３７…上壁、３８…本体下半部材、３９…下壁、４０…取付下半部材、４１…前側壁、４２…上ボルト孔、４３…後側壁、４４…下ボルト孔、４８…取付用ボルト、５２…補強板、５３…側面、５４…筒体孔、５６…筒体、５７…内孔、１００…車両、１０２…前輪、１０４…後輪、１０６…エンジン、１０８…トランスミッション。

Claims (6)

1. 車両のフレーム部材に取り付けられるクロスメンバであって、
   車幅方向に延設されるクロスメンバ本体部と、
   前記クロスメンバ本体部に設けられ、前記フレーム部材に連結される中空構造のクロスメンバ取付部と、
   前記クロスメンバ取付部に設けられたボルト孔に挿通されて、前記クロスメンバ取付部を前記フレーム部材に締結する取付用ボルトと、
   前記クロスメンバ取付部内の前記ボルト孔に対応する位置に設けられて、前記取付用ボルトが挿通される筒体と、
   前記筒体が貫通する筒体孔を有し、前記筒体孔に前記筒体が貫通された状態で前記クロスメンバ取付部内に取り付けられ、所定以上の荷重が作用した際に前記筒体孔が破断するよう設定された補強板と、を備え、
   前記クロスメンバ取付部は、複数枚の前記補強板を重ねて設置可能に構成され、前記補強板の設置枚数を調整することで前記フレーム部材に対する前記クロスメンバ取付部の脱落荷重を調整可能としたことを特徴とするクロスメンバ。
2. 前記クロスメンバ本体部及び前記クロスメンバ取付部は、前記クロスメンバ本体部及び前記クロスメンバ取付部の上半部を形成する上半部材と、前記上半部材と重ね合わせられる、前記クロスメンバ本体部及び前記クロスメンバ取付部の下半部とを形成する下半部材と、からなり、
   前記補強板は、前記上半部材と下半部材の少なくともいずれかに溶接により固着されていることを特徴とする請求項１に記載のクロスメンバ。
3. 前記クロスメンバ取付部は、側壁の間隔が、前記クロスメンバ本体部から先端側に向かうにしたがい先細となるよう形成されており、前記補強板は、その側面が前記クロスメンバ取付部の前記側壁に沿うよう当接されていることを特徴とする請求項１または２に記載のクロスメンバ。
4. 前記補強板の、前記クロスメンバ取付部の前記側壁に接する側面と前記側壁に接していない側面との交差部分は、円弧状に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のクロスメンバ。
5. 前記筒体孔は、前記筒体の外径とほぼ等しい内径を有し、かつ、前記筒体は、前記筒体孔の内面に固着していないことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のクロスメンバ。
6. 前記クロスメンバは、車両の懸架装置を組み付けるサスペンションクロスメンバであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のクロスメンバ。

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