JP2015205537A - サスペンションフレームの構造 - Google Patents

Abstract

【課題】クロスメンバの車両幅方向の左右両端に固定されるＬ字型ブラケットのみの板厚を変えて厚くすることにより、車体取付部及び連結部の強度及び剛性を向上させ、クロスメンバの薄肉化により重量増加を抑えて軽量化を図り、周辺部品とのレイアウトの自由度を高めることにある。
【解決手段】車両前方側に車両幅方向へ延在するクロスメンバ３が配置されているサスペンションフレーム２の構造であって、クロスメンバ３は前側パネル３１と後側パネル３２とを接合した中空構造体に構成され、クロスメンバ３の車両幅方向の左右両端には、車両上方へ向かって延びる柱状の連結部３３が形成されているとともに、連結部３３の先端上部には、前部車体取付部５が形成されており、連結部３３の先端側方には、車両幅方向へ向いた略垂直な開口部３４が形成され、クロスメンバ３の車両幅方向の左右両端には、車両上方に平面部を有するＬ字型ブラケット３５が開口部３４を塞ぐように固定されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、車体骨格に取付けられる車両のサスペンションフレームの構造に関する。

従来から、４輪自動車等の車両においては、車体骨格を構成する部品として、車両前後方向に沿って延在するフロントサイドメンバ、エプロンサイドメンバ及びフロアサイドメンバを含む左右一対のサイドメンバが車両幅方向に間隔を空けて配置されている。これら左右一対のサイドメンバの周辺箇所には、サスペンション機構を構成するロアアームが設けられており、車両走行時において、前輪タイヤなどからの荷重及び振動が当該ロアアームを経由して車体に入力されるようになっている。このような荷重及び振動は、車両の走行安定性を低減させ、かつ車室内に振動及び騒音を発生させる要因となる可能性を有しているため、左右一対のサイドメンバ及びロアアームの間には、サスペンションフレームが懸架されており、このサスペンションフレームによって、当該荷重及び振動を受けるとともに、車体の剛性を高めるようにしている（例えば、特許文献１参照）。

このようなサスペンションフレームは、一般的には車体骨格よりも車両下方に配置されるサスペンションのロアアームやステアリングギヤボックスを強固に車体骨格へ固定し、サスペンションに必要な支持剛性を与えている。サスペンションフレームの基本構造は、ロアアームを取付けた枠型あるいは箱型の骨格から柱型の構造が車両上方へ延びて、車体骨格と締結される構造である。すなわち、サスペンションフレームを車体に取付けるための車体取付部及び該車体取付部へ延びる柱型構造は、サスペンションの支持剛性に強く影響し、かつ当該支持剛性が車両の操縦安定性や乗り心地に影響を与えるものであるため、従来から様々な案の構造が提供されている。

例えば、図８及び図９に示すようなサスペンションフレーム５１の構造が提案されている。このサスペンションフレーム５１の構造では、該サスペンションフレーム５１を構成するクロスメンバ５２の車両幅方向の左右両端に車両上方へ向かって延在すべく配置される２枚のメンバ５３，５４が設けられている。これらメンバ５３，５４は、断面コ字状にプレス加工され、上下部に車体取付孔５３ａ，５４ａとロアアーム取付孔５３ｂ，５４ｂが設けられており、２枚重ね合わせることによって車体取付構造として構成されている。このサスペンションフレーム５１の構造では、メンバ５３，５４に設けられた車体取付孔５３ａ，５４ａとロアアーム取付孔５３ｂ，５４ｂとの間に溶接による継ぎ目が存在せず、溶接による強度低下を生じないという利点がある。
また、図１０及び図１１に示すような他のサスペンションフレーム６１の構造が提案されている。このサスペンションフレーム６１の構造では、該サスペンションフレーム６１を構成するクロスメンバ６２の車両幅方向の左右両端に車両上方へ向かって延在すべく配置される柱型の車体取付部６３が設けられている。この車体取付部６３は、２枚のブラケットの周辺部を重ねて合わせて接合した中空構造体として構成されており、ロアアーム取付部６４の後壁面側に配置されている。このサスペンションフレーム６１の構造では、ロアアーム取付部６４を形成するブラケットの片面が中空閉断面の車体取付部６３を兼ねているため、ロアアーム６５を強固に締結できるという利点がある。

特開２０１３−１１２２１２号公報

しかしながら、上述した従来のサスペンションフレーム５１の構造では、車両幅方向の中間部分に位置するクロスメンバ５２と、車両幅方向の左右両端に位置する車体取付構造部のメンバ５３，５４とが分割されており、クロスメンバ５２から車体取付構造部への形状も急激に変化しているので、外部荷重などが加わった場合に、これらクロスメンバ５２及び車体取付構造部の間が応力集中を起こしやすいという問題があった。しかも、車体取付構造部を構成するメンバ５３，５４が、開口断面となっているので、十分な剛性を確保することが難しいという問題があった。
また、上述した他の従来のサスペンションフレーム６１の構造において、車体取付面の円筒型カラー６３ａ及び柱型構造体の車体取付部６３の間と、クロスメンバ６２及び柱型構造体の車体取付部６３の間が溶接によって接合され、クロスメンバ６２から車体取付部６３への形状も急激に変化しているので、上記従来技術と同様、外部荷重などが加わった場合に、これらクロスメンバ６２及び車体取付部６３の間が応力集中を起こしやすいという問題があった。それに加えて、柱型構造体の車体取付部６３は、ロアアーム取付部６４の後壁面までオフセットして配置されているので、車両前後方向のスペースが広く取られることになり、周辺部品とのレイアウトの自由度に制限が生じるという問題があった。

本発明はこのような実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、クロスメンバの車両幅方向の左右両端に固定されるＬ字型ブラケットのみの板厚を変えて厚くすることにより、車体取付部及び連結部の強度及び剛性を向上させ、クロスメンバの薄肉化により重量増加を抑えて軽量化を図り、周辺部品とのレイアウトの自由度を高めることが可能なサスペンションフレームの構造を提供することにある。

上記従来技術の有する課題を解決するために、本発明は、車両前方側に車両幅方向へ延在するクロスメンバが配置されているサスペンションフレームの構造であって、前記クロスメンバは前側パネルと後側パネルとを接合した中空構造体に構成され、前記クロスメンバの車両幅方向の左右両端には、車両上方へ向かって延びる柱状の連結部が形成されているとともに、前記連結部の先端上部には、車体取付部が形成されているサスペンションフレームの構造において、前記連結部の先端側方には、車両幅方向へ向いた略垂直な開口部が形成され、前記クロスメンバの車両幅方向の左右両端には、車両上方に平面部を有するＬ字型ブラケットが前記開口部を塞ぐように固定されている。

また、本発明において、前記中空構造体のクロスメンバを構成する前記前側パネル及び前記後側パネルの少なくとも一方は、前記Ｌ字型ブラケットの車両上方まで延長され、前記車体取付部として形成されており、前記Ｌ字型ブラケットと車体とによって前記延長されたパネル部分を挟み込んだ状態で、前記クロスメンバが車体に取付けられている。

さらに、本発明において、前記中空構造体のクロスメンバを構成する前記前側パネルは、前記Ｌ字型ブラケットの車両上方まで延長されており、前記前側パネルによって前記Ｌ字型ブラケットのクロスメンバ接続面の高さの上側から半分以上を覆うように形成されている。

上述の如く、本発明に係るサスペンションフレームの構造は、車両前方側に車両幅方向へ延在するクロスメンバが配置されているものであって、前記クロスメンバは前側パネルと後側パネルとを接合した中空構造体に構成され、前記クロスメンバの車両幅方向の左右両端には、車両上方へ向かって延びる柱状の連結部が形成されているとともに、前記連結部の先端上部には、車体取付部が形成されており、前記連結部の先端側方には、車両幅方向へ向いた略垂直な開口部が形成され、前記クロスメンバの車両幅方向の左右両端には、車両上方に平面部を有するＬ字型ブラケットが前記開口部を塞ぐように固定されているので、クロスメンバと別部材であるＬ字型ブラケットのみの板厚を変えることが可能となり、Ｌ字型ブラケットの板厚を厚くすることによって車体取付部及び連結部の強度及び剛性を向上させることができるとともに、クロスメンバの薄肉化によりクロスメンバ自体の重量を最低限に抑えて軽量化を図ることができる。そして、本発明のサスペンションフレームの構造では、連結部の先端側方の開口部が剛性を有するＬ字型ブラケットによって塞がれているので、連結部の左右両側の剛性を高めることができ、車体取付部の剛性を効果的に向上させることができる。しかも、剛性が高められた車体取付部にはボスを設ける必要がなくなるので、車体への固定用ボルトの長さを短くでき、より一層の軽量化を図ることができる。
また、本発明のサスペンションフレームの構造では、車体取付部及び柱状の連結部の直下にロアアーム取付部が位置しているので、これら車体取付部、連結部及びロアアーム取付部の車両前後方向のスペースが最小限となる。このため、車体取付部、連結部及びロアアーム取付部の車両前後には、ドライブシャフトとステアリングギヤが配置されていても、ドライブシャフトやタイロッドの揺動エリアを広く確保することができ、周辺部品とのレイアウトの自由度を増大させることができる。

また、本発明において、前記中空構造体のクロスメンバを構成する前記前側パネル及び前記後側パネルの少なくとも一方は、前記Ｌ字型ブラケットの車両上方まで延長され、前記車体取付部として形成されており、前記Ｌ字型ブラケットと車体とによって前記延長されたパネル部分を挟み込んだ状態で、前記クロスメンバが車体に取付けられているので、サスペンションフレームと車体との左右取付部を一体のクロスメンバで連結することが可能となり、サスペンションアームからの車両上下方向及び車両幅方向の入力に対する剛性を効果的に確保することができ、サスペンションアームの脱落を防ぐことができる。

さらに、本発明において、前記中空構造体のクロスメンバを構成する前記前側パネルは、前記Ｌ字型ブラケットの車両上方まで延長されており、前記前側パネルによって前記Ｌ字型ブラケットのクロスメンバ接続面の高さの上側から半分以上を覆うように形成されているので、前側パネルのフランジ効果とクロスメンバの筋交い及び支柱の効果によって、Ｌ字型ブラケットと車体取付部の上下左右方向への変形とねじれ変形に対する強度及び剛性を高めることができる。しかも、Ｌ字型ブラケットの前面を覆うような形状に前側パネルを形成することによって、Ｌ字型ブラケットとクロスメンバとの接合部への車両走行時の被水や跳ね石の当たりを防ぐことができ、当該接合部の離脱などの不具合の発生を低減させることができる。

本発明の実施形態に係るサスペンションフレームの構造を車両前方の斜め上方から見た斜視図である。 本発明の実施形態に係るサスペンションフレームのクロスメンバの右側端部付近を示す斜視図である。 図２におけるクロスメンバを分解して示す斜視図である。 図２におけるＸ部を車両外側から見た斜視図である。 図２におけるＸ部を車両後方から見た斜視図である。 図２におけるＸ部を車両前方から見た正面図である。 図２におけるクロスメンバを車両外側から見た側面図である。 従来のサスペンションフレームの車体取付部付近を示す斜視図である。 図８におけるサスペンションフレームの車体取付部付近を別方向から見た斜視図である。 他の従来のサスペンションフレームの車体取付部付近を示す斜視図である。 図１０におけるサスペンションフレームの車体取付部付近を車両外側から見た側面図である。

以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１〜図７は本発明の実施形態に係るサスペンションフレームの構造を示すものである。なお、図１〜図３において、矢印Ｆｒ方向は車両前方を示し、矢印Ｏ方向は車両外側を示している。

本発明の実施形態に係る車両は、４輪タイプの自動車であり、このタイプの車体前部には、車体骨格を構成する部品として、車両前後方向に沿って延在するフロントサイドメンバ、エプロンサイドメンバ及びフロアサイドメンバを含む左右一対のサイドメンバ（図示せず）が車両幅方向に間隔を空けて配置されている。また、車体前部には、図１に示すように、サスペンション機構を構成する左右一対のロアアーム１が設けられている。これらロアアーム１は、サイドメンバの下方側において、エプロンサイドメンバを車両前後方向で跨ぐように配置されており、車両走行時において、前輪タイヤなどからの荷重及び振動が当該ロアアーム１を経由して車体に入力されるようになっている。また、車体前部において、車両前方側に位置する左右一対のサイドメンバ間には、これらサイドメンバを連結するサスペンションフレーム２が車両幅方向に沿って配置されている。

本実施形態のサスペンションフレーム２は、図１に示すように、車両前方側に配置され、車両幅方向へ延在するクロスメンバ３と、該クロスメンバ３の左右両側下部に車両後方側から連結され、平面視で略Ｕ字状に屈曲されたサスペンションフレームパイプ４とを備えており、これらクロスメンバ３とサスペンションフレームパイプ４とによって平面視で略四角形状の枠型に形成されている。そして、クロスメンバ３の車両幅方向の左右両端の上部には、サスペンションフレーム２を車体（図示せず）に取付ける前部車体取付部５が設けられており、クロスメンバ３の車両幅方向の左右両端の下部には、ロアアーム１の前部を取付ける前部アーム取付部６が設けられている。一方、サスペンションフレームパイプ４の車両幅方向の左右両端の上部には、ブラケット７ａなどを介してサスペンションフレーム２を車体（図示せず）に取付ける後部車体取付部７が設けられており、サスペンションフレームパイプ４の車両幅方向の左右両端の下部には、ブラケット８ａなどを介してロアアーム１の後部を取付ける後部アーム取付部８が設けられている。

本実施形態のクロスメンバ３は、図１〜図７に示すように、前側パネル３１のフランジ部３１ａと後側パネル３２のフランジ部３２ａとを互いに重ね合わせて、所謂モナカ合わせに接合した中空構造体に構成されている。クロスメンバ３の車両幅方向の左右両端には、前側パネル３１及び後側パネル３２の左右両側壁部を車両上方へ向かって斜めに折り曲げることにより、滑らかな円弧を描いて車両上方に延びる柱状の連結部３３が一体に形成されており、該連結部３３は、柱型構造体として構成される閉断面となっている。このように、クロスメンバ３の車両幅方向の左右両端に連結部３３を一体に形成するのは、クロスメンバ３と前部車体取付部５との間に急激な形状変化が存在せず、かつ接合部を設ける必要がなくなり、クロスメンバ３の強度及び剛性に有利な形状が得られ、その結果、クロスメンバ３を構成する前側パネル３１及び後側パネル３２の全体の板厚を削減して軽量化が実現可能となるからである。
連結部３３の先端上部には、前側パネル３１によって略水平面状の前部車体取付部５が形成されており、前部車体取付部５には、図示しない車体側へ締結ボルト９の軸部を挿入する車体取付孔５ａが設けられている。また、前側パネル３１の左右両側の下部には、前部アーム取付部６を構成するアーム取付孔６ａが設けられている。これにより、左右の前部車体取付部５及び前部アーム取付部６は、溶接を介さずに１つの部品の前側パネル３１内に存在し、車輪を懸架するロアアーム１が溶接によることなく車体に連結されることになる。一般的に、溶接部は疲労強度が低下すること、腐食による溶接剥がれ、破断の可能性があることから、本実施形態のクロスメンバ３においては、溶接を介さずにロアアーム１を車体に連結することにより、このような懸念が取り除かれている。

また、本実施形態のクロスメンバ３において、左右両端に位置する連結部３３の車両幅方向の先端側方には、図３及び図７に示すように、車両幅方向へ向いた略垂直な開口部３４が形成されており、該開口部３４は、接合された前側パネル３１及び後側パネル３２によって画成され、車両側面視で略四角形に形成されている。しかも、クロスメンバ３の車両幅方向の左右両端には、クロスメンバ３と別部材であるＬ字型ブラケット３５が開口部３４を塞ぐように固定されている。このＬ字型ブラケット３５は、車両上方に位置し、水平方向外側へ延びる平面部を有する上部ブラケット片３５Ａと、車両側方に位置し、垂直方向下側へ延びる平面部を有する側部ブラケット片３５Ｂとを備えており、上部ブラケット片３５Ａを前部車体取付部５の下面に重ね合わせて溶接で接合し、側部ブラケット片３５Ｂを連結部３３の先端に重ね合わせて溶接で接合することによって、クロスメンバ３の連結部３３の左右両端に固定されている。
上部ブラケット片３５Ａの平面部には、締結ボルト９の軸部を挿入するボルト孔３５ａが設けられており、前部車体取付部５及び上部ブラケット片３５Ａが締結ボルト９で車体に共締めされるようになっている。また、側部ブラケット片３５Ｂの連結部３３との溶接接合部Ｗは、接合強度を高めるため、開口部３４の周囲を囲むように設けられている。

さらに、本実施形態のクロスメンバ３において、車両幅方向の左右両端の裏面側下部には、図２、図３及び図７に示すように、ロアアーム締結用の溶接ナット１０を固着したサスペンションアームブラケット１１が取付けられている。このサスペンションアームブラケット１１は、断面略コ字状に形成されており、サスペンションフレームパイプ４の車両外側位置で、車両後方から後側パネル３２及び前側パネル３１の下部などに接合されている。この構成により、車両側方から見たときに、前部車体取付部５、柱状の連結部３３及び前部アーム取付部６（サスペンションアームブラケット１１を含む）の３部位が、図７の軸線Ｃに示すように、車両上下方向でほぼ一直線に並び、車両前後方向のスペースが最小限となるレイアウトに配置されることになる。

本実施形態のクロスメンバ３を構成する前側パネル３１の車両幅方向の左右両端は、図２、図４及び図５に示すように、開口部３４を塞ぐＬ字型ブラケット３５の車両上方に位置する上部ブラケット片３５Ａまで延長されている。この延長されたパネル部分は、前部車体取付部５として構成され、該前部車体取付部５は、前側パネル３１に一体的に形成されていることになる。すなわち、Ｌ字型ブラケット３５の上部ブラケット片３５Ａと車体（図示せず）とによって、延長されたパネル部分の前部車体取付部５が挟み込まれた状態で、クロスメンバ３が図示しない車体に取付けられるようになっている。これにより、サスペンションフレーム２と車体との左右取付部が一体型のクロスメンバ３で連結されることになり、サスペンションアームであるロアアーム１からの車両上下方向及び車両幅方向の荷重に対して、必要な剛性が確保された構造となっている。

さらに、中空構造体のクロスメンバ３を構成する前側パネル３１の左右両端は、図２及び図４〜図７に示すように、Ｌ字型ブラケット３５の車両上方に位置する上部ブラケット片３５Ａまで延長されているとともに、Ｌ字型ブラケット３５の側部ブラケット片３５Ｂの側部車両前方側で下方へ向かって延長されている。すなわち、前側パネル３１の高さＨ１は、Ｌ字型ブラケット３５のクロスメンバ接続面である上部ブラケット片３５Ａの高さＨの上側から半分以上（Ｈ１≧１／２×Ｈ）を覆うように形成されている。これにより、前側パネル３１のフランジ効果とクロスメンバ３の筋交い及び支柱の効果が得られ、Ｌ字型ブラケット３５と前部車体取付部５の上下左右方向への変形やねじれ変形が抑えられるようになっている。また、Ｌ字型ブラケット３５の前面を覆うような形状に前側パネル３１が形成されているため、Ｌ字型ブラケット３５とクロスメンバ３との溶接接合部Ｗに車両走行時の被水や跳ね石が当たり、損傷を与えるようなことが低減されるようになっている。

このように、本発明の実施形態に係るサスペンションフレーム２の構造は、車両前方側に車両幅方向へ延在して配置されるクロスメンバ３が前側パネル３１と後側パネル３２とを接合した中空構造体に構成され、クロスメンバ３の車両幅方向の左右両端に、車両上方へ向かって延びる柱状の連結部３３が形成され、連結部３３の先端上部に前部車体取付部５が形成され、連結部３３の先端側方に車両幅方向へ向いた略垂直な開口部３４が形成されているとともに、クロスメンバ３の車両幅方向の左右両端に、車両上方に平面部の上部ブラケット片３５Ａを有するＬ字型ブラケット３５が開口部３４を塞ぐように固定されているので、クロスメンバ３と別部材であるＬ字型ブラケット３５のみの板厚を変えることができる。したがって、本実施形態のサスペンションフレーム２の構造においては、Ｌ字型ブラケット３５の板厚を前側パネル３１及び後側パネル３２の板厚よりも厚くすることによって、前部車体取付部５及び連結部３３の強度及び剛性の向上を図り、薄肉のクロスメンバ３を用いてクロスメンバ３自体の重量を抑え、軽量化を実現することができる。

また、本実施形態に係るサスペンションフレーム２の構造では、クロスメンバ３における連結部３３の先端側方の開口部３４が高剛性のＬ字型ブラケット３５の側部ブラケット片３５Ｂによって塞がれているので、連結部３３の左右両側部分の剛性を確実に高めることができる。それに加えて、前部車体取付部５は、締結ボルト９でＬ字型ブラケット３５の上部ブラケット片３５Ａと一緒に車体（図示せず）に共締めされているので、前部車体取付部５の剛性も効果的に向上させることができる。
さらに、本実施形態のサスペンションフレーム２の構造では、前部車体取付部５及び柱状の連結部３３の直下にロアアーム１の前部アーム取付部６が位置し、車両側方から見たときに、前部車体取付部５、柱状の連結部３３及び前部アーム取付部６（サスペンションアームブラケット１１を含む）の３部位が、車両上下方向でほぼ一直線に並んでレイアウトされているので、これら前部車体取付部５、連結部３３及び前部アーム取付部６の車両前後方向のスペースを最小限に設定することが可能となり、ドライブシャフトやタイロッドの揺動エリアを広く確保した状態で、ドライブシャフト、ステアリングギヤを配置することができ、周辺部品とのレイアウトの自由度を増大させることができる。

以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は既述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。
例えば、既述の実施の形態では、クロスメンバ３の前側パネル３１をＬ字型ブラケット３５の車両上方に位置する上部ブラケット片３５Ａまで延長しているが、適用車種などに対応して、後側パネル３２のみ、あるいは前側パネル３１及び後側パネル３２をＬ字型ブラケット３５の車両上方に位置する上部ブラケット片３５Ａまで延長しても良い。

１ ロアアーム
２ サスペンションフレーム
３ クロスメンバ
４ サスペンションフレームパイプ
５ 前部車体取付部
５ａ 車体取付孔
６ 前部アーム取付部
６ａ アーム取付孔
７ 後部車体取付部
８ 後部アーム取付部
９ 締結ボルト
１０ 溶接ナット
１１ サスペンションアームブラケット
３１ 前側パネル
３２ 後側パネル
３３ 連結部
３４ 開口部
３５ Ｌ字型ブラケット
３５Ａ 上部ブラケット片
３５ａ ボルト孔
３５Ｂ 側部ブラケット片
Ｗ 溶接接合部

Claims (3)

1. 車両前方側に車両幅方向へ延在するクロスメンバが配置されているサスペンションフレームの構造であって、前記クロスメンバは前側パネルと後側パネルとを接合した中空構造体に構成され、前記クロスメンバの車両幅方向の左右両端には、車両上方へ向かって延びる柱状の連結部が形成されているとともに、前記連結部の先端上部には、車体取付部が形成されているサスペンションフレームの構造において、
   前記連結部の先端側方には、車両幅方向へ向いた略垂直な開口部が形成され、
   前記クロスメンバの車両幅方向の左右両端には、車両上方に平面部を有するＬ字型ブラケットが前記開口部を塞ぐように固定されていることを特徴とするサスペンションフレームの構造。
2. 前記中空構造体のクロスメンバを構成する前記前側パネル及び前記後側パネルの少なくとも一方は、前記Ｌ字型ブラケットの車両上方まで延長され、前記車体取付部として形成されており、前記Ｌ字型ブラケットと車体とによって前記延長されたパネル部分を挟み込んだ状態で、前記クロスメンバが車体に取付けられていることを特徴とする請求項１に記載のサスペンションフレームの構造。
3. 前記中空構造体のクロスメンバを構成する前記前側パネルは、前記Ｌ字型ブラケットの車両上方まで延長されており、前記前側パネルによって前記Ｌ字型ブラケットのクロスメンバ接続面の高さの上側から半分以上を覆うように形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のサスペンションフレームの構造。

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