JP2016064701A - サブフレーム締結構造 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、旋回時の操安性に優れる簡素な構成のサブフレーム締結構造を提供する。【解決手段】本発明のサブフレーム締結構造は、前部マウント４ａ及び後部マウント４ｂのそれぞれが、車体フレーム２側に締結される内筒部６と、サブフレーム３側に取り付けられる外筒部５と、内筒部６と外筒部５とを連結する弾性体７と、を備え、前部マウント４ａと後部マウント４ｂとは、内筒部６の車体フレーム２への締結点Ｐと、弾性体７の弾性中心Ｃとの距離Ｄ１，Ｄ２が、互いに異なっていることを特徴とする。【選択図】図４

Description

本発明は、車両のサブフレーム締結構造に関する。

従来、弾性ブッシュを介して車体フレームに取り付けられたサスペンションメンバ、サブフレーム等のサブメンバに、アッパアーム、ロアアーム等のアームを介して後輪を支持するリヤサスペンション装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このリヤサスペンション装置は、旋回時に後輪に横力が作用した際に、サスペンションメンバに上下方向の変位を生起させ、ジオメトリ変化量を増大させることによってトーイン方向のコンプライアンスステアを助長させて旋回時の操安性を向上させる構成となっている。

実開平２−１２９０６号公報

ところで、例えばサブメンバとしてのサブフレームを有する車両においては、サブフレームのマウント高さ（車体フレームに対するサブフレームの締結部の高さ）をロールセンタの高さに近付けるようにサブフレームを下げることで旋回時のロール角を低減して操安性を向上させることができると考えられる。しかしながら、このようなロール角の低減により旋回時の操安性を向上させようとすると、サブフレームの周辺部品（例えば、燃料タンク等）とのクリアランスの確保が必要なために、サブフレームの高さを充分に下げることができない課題がある。

そこで、車両の前後方向の両端部にマウントを有するサブフレームや車体フレームを上方に凸となるように屈曲させる構成が考えられる。これによれば、車体フレームに対するサブフレームの締結部の高さを下げることができるし、前記周辺部品とのクリアランスを確保することもできる。しかしながら、このサブフレームや車体フレームを屈曲させる構成では、これらの剛性確保（補強）が必要になって、車重が増すとともに車両の製造コストも増すという新たな課題が生じる。
したがって、車両の製造コスト等が増すことがないように簡素な構成で、旋回時の操安性を向上させることができるフレーム構造体が望まれている。

本発明の課題は、旋回時の操安性に優れる簡素な構成のサブフレーム締結構造を提供することにある。

前記課題を解決した本発明は、車両の後輪のサスペンションアームが枢着されるサブフレームを前記車両の車体フレームに締結するサブフレーム締結構造であって、前記サブフレームは、前記車両の前後方向に延びる左右の縦メンバを備え、前記縦メンバは、当該縦メンバの前端部に配置される前部マウントと、当該縦メンバの後端部に配置される後部マウントとにより前記車体フレームに対してフローティング支持され、前記前部マウント及び前記後部マウントのそれぞれは、前記車体フレーム側に締結される内筒部と、前記サブフレーム側に取り付けられる外筒部と、前記内筒部と前記外筒部とを連結する弾性体と、を備え、前記前部マウントと前記後部マウントとは、前記内筒部の前記車体フレームへの締結点と、前記弾性体の弾性中心との距離が互いに異なっていることを特徴とする。
このサブフレーム締結構造によれば、内筒部の車体フレームに対するマウントの締結点の高さを維持したままで、前部マウントと後部マウントの弾性中心のみを互いに独立に下方に変位させることができる。つまり、本発明のサブフレーム締結構造によれば、前部マウントと後部マウントの弾性中心のみを互いに独立して下方に変位させることによって、従来の技術においてサブフレームの車体フレームに対する締結点を下げたのと同様の効果を奏することができる。これにより本発明のサブフレーム締結構造は、車体フレームに対するマウントの締結点の高さを維持したままで、つまり車体フレーム等に補強等を施さずに簡素な構成のままで操安性を向上させることができる。

このようなサブフレーム締結構造においては、前記サブフレームの前記左右の縦メンバは、当該縦メンバの前記後端部が前記前端部よりも高くなるように湾曲しており、前記内筒部の前記車体フレームへの前記締結点と、前記弾性体の前記弾性中心との距離は、前記前部マウントよりも前記後部マウントの方が大きい構成とすることもできる。
このサブフレーム締結構造によれば、後部マウントと前部マウントとにおける弾性中心の高さの差を小さくすることができる。

本発明によれば、旋回時の操安性に優れる簡素な構成のサブフレーム締結構造を提供することができる。

本発明の実施形態に係るサブフレーム締結構造を含む車体後部構造の斜視図である。 図１に示す車体後部構造において、車体フレームからサブフレームを取り外した様子を示す底面図である。 本発明の実施形態に係るサブフレーム締結構造の側面図である。 （ａ）は、図３のIVａ−IVａ断面図、（ｂ）は、図３のIVｂ−IVｂ断面図である。 本発明の実施形態に係るサブフレーム締結構造を備える車両の動作説明図である。

以下、本発明の実施形態に係るサブフレーム締結構造について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るサブフレーム締結構造１を含む車体後部構造１０の斜視図である。図２は、車体フレーム２からサブフレーム３を取り外した様子を示す底面図である。

図１に示すように、本実施形態のサブフレーム締結構造１は、後に詳しく説明する弾性体７（図４（ａ）及び（ｂ）参照）を含む４つのマウント４（図２参照）を介して車体フレーム２にサブフレーム３が支持される、いわゆるフローティング支持構造を有している。なお、図２に示す符号４ａは、前部マウントを表し、符号４ｂは、後部マウントを表すが、これらを特に区別しない場合には、単にマウント４と称する。

本実施形態のサブフレーム締結構造１は、後記するように、４つのマウント４（図２参照）において、内筒部６（図４（ａ）及び（ｂ）参照）の上下高さがマウント４の弾性体７（図４（ａ）及び（ｂ）参照）の上下高さよりも高くなっていることを主な特徴とする。
以下では、サブフレーム締結構造１を含む車体後部構造１０の全体構成について説明した後にサブフレーム締結構造１について説明する。なお、本実施形態における前後左右上下の方向は、車両に着座したドライバから見た方向に一致させた図１の矢印に示す前後左右上下の方向を基準とする。

＜車体後部構造＞
図１及び図２に示すように、本実施形態に係る車体後部構造１０は、車体フレーム２と、この車体フレーム２の下側に配置されるサブフレーム３と、を備えている。
車体フレーム２は、左右のリヤサイドフレーム１１，１１と、これらのリヤサイドフレーム１１，１１間に渡し架けられているとともに車体前後方向に所定間隔で互いに離隔している前後のクロスメンバ１４，１５と、を備えている。
左右のリヤサイドフレーム１１，１１のそれぞれは、後記するように、サブフレーム３の上方で車両の前後方向にストレートな形状を維持している。

前クロスメンバ１４は、左右のリヤサイドフレーム１１，１１の前後方向の中央部よりも前方寄りで、これらのリヤサイドフレーム１１，１１同士に渡し架けるように配置される車幅方向（左右方向）に長い部材である。この前クロスメンバ１４の両端部１４ａ，１４ａは、左右のリヤサイドフレーム１１，１１のそれぞれに接続されている。
また、図１に示すように、前クロスメンバ１４は、リヤバルクヘッド２４の下部梁を構成する部材である。ちなみに、このリヤバルクヘッド２４は、右ホイールハウス２６の内側に接続されるとともに、作図の便宜上図示を省略した左ホイールハウスの内側に接続される。

後クロスメンバ１５は、図１及び図２に示すように、前クロスメンバ１４の後方で、左右のリヤサイドフレーム１１，１１同士に渡し架けるように配置される、下方に凸の弓形部材である。
この後クロスメンバ１５の両端部１５ａ，１５ａ（図１中、左側の端部１５ａは図示省略）は、左右のリヤサイドフレーム１１，１１のそれぞれに接続されている。
図２中、符号３４，３５は、次に説明するサブフレーム３がマウント４を介して締結される締結部である。符号３８は、サブフレーム３を車体フレーム２に締結するためのボルトである。

サブフレーム３は、図２に示すように、平面視で弓形に形成された左右のサブサイドメンバ５１，５１と、左右のサブサイドメンバ５１，５１同士の間に渡し架けられた前後のサブクロスメンバ５２，５３とを備えている。これらのサブサイドメンバ５１，５１は、特許請求の範囲にいう「縦メンバ」に相当する。ちなみに、左右のサブサイドメンバ５１，５１のそれぞれは、車幅方向（左右方向）の内側に弓形の凸部側が互いに向き合うように配置されている。

左右のサブサイドメンバ５１，５１は、後記するように、側面視で後端部が前端部よりも高くなるように湾曲している。
このような左右のサブサイドメンバ５１，５１における前後両端部には、後に詳しく説明するマウント４（前部マウント４ａ，４ａ及び後部マウント４ｂ，４ｂ）が配置されることとなる。

左右のリヤサスペンション１８，１８のそれぞれは、アッパアーム１８ａと、２本のロアアーム１８ｂ，１８ｂと、コントロールアーム１８ｃと、からなるサスペンションアームを有するマルチリンクタイプのダブルウイッシュボーン型サスペンションを構成している。これらのサスペンションアーム１８ａ，１８ｂ，１８ｃの一端は、左右のサブサイドメンバ５１，５１のそれぞれに枢着され、それらの他端は、左右のナックル５４，５４のそれぞれに枢着されている。

＜サブフレーム締結構造＞
次に、本実施形態に係るサブフレーム締結構造１について説明する。
図３は、本実施形態に係るサブフレーム締結構造の側面図であり、図１の符号IIIで示めされる矢印の方向にてサブフレーム締結構造を見た様子を示す側面図である。
図３に示すように、本実施形態に係るサブフレーム締結構造１においては、前記したように、車体フレーム２に対してサブフレーム３が前部マウント４ａ及び後部マウント４ｂを介して締結されている。

サブフレーム３のサブサイドメンバ５１は、前記したように、側面視で後端部が前端部よりも高くなるように湾曲している。具体的には、側面視でのサブサイドメンバ５１は、間延びした略Ｓ字形状となるように湾曲している。そして、サブサイドメンバ５１の両端部のそれぞれは略水平方向に延在している。

サブサイドメンバ５１の両端部のそれぞれには、円筒形状のマウントホルダ５１ａが設けられている。マウントホルダ５１ａは、その中心軸が上下方向に向くようにサブサイドメンバ５１の両端部のそれぞれに固定されている。
前端部のマウントホルダ５１ａには、次に説明するように、前部マウント４ａが取り付けられ、後端部のマウントホルダ５１ａには、後部マウント４ｂが取り付けられる。

ちなみに、このようなサブサイドメンバ５１が締結される車体フレーム２のリヤサイドフレーム１１は、サブサイドメンバ５１の上方で車両の前後方向にストレートな形状を維持するようにストレート区間Ｓを有している。

次に参照する図４（ａ）は、後部マウント４ｂの断面を表す図３のIVａ−IVａ断面図、図４（ｂ）は、前部マウント４ａの断面を表す図３のIVｂ−IVｂ断面図である。
ここでは後部マウント４ｂについて説明した後に、前部マウント４ａについて説明する。

図４（ａ）に示すように、後部マウント４ｂは、ボルト３８の挿通孔６ａを有する略円筒形状を呈しており、前記した円筒形状のマウントホルダ５１ａの内側に配置されている。
後部マウント４ｂは、外筒部５と、この外筒部５の内側で同心に配置される内筒部６と、外筒部５の内側に配置されてこの外筒部５と内筒部６とを連結する円筒形状の弾性体７と、を備えている。

外筒部５の下端には、その外径側に延出するようにフランジ５ａが形成されている。このフランジ５ａは、マウントホルダ５１ａの下端と当接することで、外筒部５がマウントホルダ５１ａの下寄りに配置されるように位置決めしている。この外筒部５の材質としては、所定の機械的強度を有するものであれば特に制限はないが、通常は金属等を好適に使用することができる。

本実施形態での弾性体７は、外筒部５の上下高さ（長さ）と略同じ高さに設定されている。この弾性体７は、例えば合成ゴム等の弾性材料で形成することができる。
内筒部６は、その上下高さ（長さ）が外筒部５及び弾性体７の高さよりも高く（長く）なるように設定されている。内筒部６は、外筒部５の内側に弾性体７を介して連結される連結部分６１と、この連結部分６１からさらに上方に向けて延出する延出部分６２とを有している。ちなみに、本実施形態の後部マウント４ｂにおける内筒部６の上下高さ（長さ）は、弾性体７の上下高さ（長さ）の略２倍程度に設定されている。言い換えれば、内筒部６の連結部分６１の上下高さ（長さ）と、延出部分６２の上下高さ（長さ）とは略同じになるように設定されている。

内筒部６の材質としては、所定の機械的強度を有するものであれば特に制限はないが、通常は金属等を好適に使用することができる。
なお、図４（ａ）中、符号８は、マウントホルダ５１ａの上部開口に圧入されるストッパであり、符号９は、後部マウント４ｂの下端に当接するプレートである。ちなみに、プレート９の中央部には、ボルト３８の挿通孔が形成されている。

以上のような後部マウント４ｂは、前記したように、リヤサイドフレーム１１の締結部３５にボルト３８にて締結される。
具体的には、図４（ａ）に示すように、リヤサイドフレーム１１の締結部３５の下面には、ボルト３８の挿通孔３５ａが形成されており、締結部３５の中空部には、ボルト３８と螺合するナット３９が配置される。

後部マウント４ｂの下端に配置されたプレート９を介してボルト３８が内筒部６の挿通孔６ａ及び締結部３５の挿通孔３５ａに挿通され、ボルト３８の先端はナット３９に螺合する。これによりサブサイドメンバ５１（サブフレーム３）は、内筒部６の上端でリヤサイドフレーム１１の締結部３５と当接する後部マウント４ｂを介して、ボルト３８にてこのリヤサイドフレーム１１（車体フレーム２）に締結されることとなる。

次に、主に図４（ｂ）を参照しながら前部マウント４ａ（図３参照）について説明する。
前部マウント４ａは、前記したように、サブサイドメンバ５１（図３参照）の前端部に設けられたマウントホルダ５１ａに取り付けられる。
この前部マウント４ａは、後部マウント４ｂ（図４（ａ）参照）の内筒部６の上下高さ（長さ）よりも低い（短い）内筒部６（図４（ｂ）参照）を有しているほかは、後部マウント４ｂと同様に構成されている。この前部マウント４ａは、前記したように、リヤサイドフレーム１１の締結部３４にボルト３８にて締結される。図４（ｂ）中、符号３４ａは、締結部３４に形成されたボルト３８の挿通孔である。

本実施形態の前部マウント４ａにおける内筒部６の延出部分６２の上下高さ（長さ）は、連結部分６１の上下高さ（長さ）の略半分程度に設定されている。
なお、図４（ｂ）中、符号５ａは、外筒部５のフランジであり、符号６ａは、前部マウント４ａのボルト３８の挿通孔であり、符号７は、弾性体であり、符号８は、ストッパであり、符号９はプレートであり、符号３９は、ナットである。

図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、このような前部マウント４ａ及び後部マウント４ｂにおける弾性体７の弾性中心Ｃは、弾性体７の軸心上で、上下高さ（長さ）の中央位置に定められる。また、本実施形態では、リヤサイドフレーム１１（車体フレーム２）に対する内筒部６の接触面１１ａと、内筒部６の軸心との交点を締結点Ｐと規定する。そうすると前部マウント４ａと後部マウント４ｂとは、締結点Ｐと弾性体７の弾性中心Ｃとの距離が互いに異なっている。

具体的には、後部マウント４ｂにおける締結点Ｐと弾性中心Ｃとの距離Ｄ１（図４（ａ）参照）と、前部マウント４ａにおける締結点Ｐと弾性中心Ｃとの距離Ｄ２（図４（ｂ）参照）との関係は、Ｄ１＞Ｄ２となっている。

次に、本実施形態に係るサブフレーム締結構造１の作用効果について説明する。
図５は、本実施形態に係るサブフレーム締結構造１を備えた車両Ｖの動作説明図であり、左ハンドル車が右旋回する際の様子を車両Ｖの後方から見た模式図である。
図５に示すように、本実施形態に係るサブフレーム締結構造１では、後輪Ｔ，Ｔがサスペンションアーム（図示省略）を介してサブフレーム３に支持され、サブフレーム３は、マウント４により車体フレーム２に対してフローティング支持されている。つまり、マウント４は、車体フレーム２とサブフレーム３との間で弾性体７（図４（ａ）及び（ｂ）参照）に基づくばね性を発揮する。

本実施形態に係るサブフレーム締結構造１を備えた車両Ｖにおいては、ハンドルＨを右に切って車両Ｖが右旋回する際に、後輪Ｔ，Ｔには、旋回中心（図示省略）に向く横力Ｆｔ，Ｆｔが発生する。その結果、ロールセンタＲには、旋回中心に向くモーメントＭが生起する。このモーメントＭに基づいて、左側のマウント４の弾性中心には下向きの分力Ｆｄが生じ、右側のマウント４には上向きの分力Ｆｕが生じる。そして、これらの分力Ｆｕ，Ｆｄが大きくなるほど車両Ｖのロール角は大きくなって、旋回時における操安性は悪くなる傾向にある。

ところで、車体フレーム２に対するサブフレーム３の締結高さ、つまり車体フレーム２に対するマウント４の締結高さＨ１を、ロールセンタＲの高さＨ２に近付けるようにサブフレーム３を下げることで、ロール角は低減できる。

これに対して、前記した従来の技術（「発明が解決しようとする課題」の欄参照）では、サブフレームの周辺部品（例えば、燃料タンク等）とのクリアランスの確保のため、これらの周辺部品に対して車体フレームやサブフレームが干渉しないように、これらの車体フレーム等を凸形状に屈曲させる必要があった。そのため、従来の技術では、車体フレーム等の剛性確保（補強）が必要になって、車重が増すとともに車両の製造コストも増すこととなった。

一方、本実施形態に係るサブフレーム締結構造１では、外筒部５及び弾性体７から内筒部６が車体フレーム２側に向けて突出しているので（図４（ａ）及び（ｂ）参照）、内筒部６の車体フレーム２に対する締結点Ｐの高さは維持したままで、マウント４（図４（ａ）の後部マウント４ｂ、図４（ｂ）の前部マウント４ａ）の弾性中心Ｃ（図４（ａ）及び（ｂ）参照）のみを下方に変位させることができる。

これによりサブフレーム締結構造１は、車体フレーム２の直線性を維持したままで（図３のストレート区間Ｓ参照）、マウント４の弾性中心ＣのみをロールセンタＲに近付けることができる。したがって、本実施形態に係るサブフレーム締結構造１によれば、車体フレーム２等に剛性確保のための補強を要しないので、車重や製造コストが増加することも避けられ、簡素な構成で、旋回時の操安性を向上させることができる。

また、本実施形態に係るサブフレーム締結構造１によれば、ばね定数の小さい弾性体７を使用することでＮＶ性能をも向上させることができる。ちなみに、一般には操安性を追求すると、リジッドやばね定数の大きい弾性体が望ましいと考えられ、ＮＶ性能と操安性とは二律背反の関係にあるとされる。しかしながら、本実施形態によれば、弾性中心Ｃが下方にシフトすることで操安性が向上するので、この二律背反は解消される。

また、本実施形態に係るサブフレーム締結構造１によれば、マウント４の延出部分６２の長さを変えることで、マウント４の弾性中心Ｃの位置を変えることができる。

また、本実施形態に係るサブフレーム締結構造１では、内筒部６の車体フレーム２への締結点Ｐと、弾性体７の弾性中心Ｃとの距離（Ｄ１，Ｄ２）を、互いに異なるように設定することができる。このようなサブフレーム締結構造１によれば、前部マウント４ａにおける弾性中心Ｃの位置と、後部マウント４ｂにおける弾性中心Ｃの位置とを上下方向に個別に変位させることができる。したがって、このサブフレーム締結構造１によれば、ジオメトリによりロール角の改善を行う際の設計の自由度が増す。

また、本実施形態でのサブフレーム締結構造１では、サブフレーム３のサブサイドメンバ５１（縦メンバ）は、その後端部が前端部よりも高くなっている（図３参照）。一方、後部マウント４ｂにおける締結点Ｐと弾性中心Ｃとの距離Ｄ１（図４（ａ）参照）が、前部マウント４ａにおける締結点Ｐと弾性中心Ｃとの距離Ｄ２（図４（ｂ）参照）よりも大きくなるように設定されているので（Ｄ１＞Ｄ２）、後部マウント４ｂと前部マウント４ａとにおける弾性中心Ｃの高さの差を小さくすることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、種々の形態で実施することができる。
前記実施形態では、後部マウント４ｂにおける内筒部６の延出部分６２の上下高さ（長さ）と、連結部分６１の上下高さ（長さ）と、が略同じになるように設定され、前部マウント４ａにおける内筒部６の延出部分６２の上下高さ（長さ）とが、連結部分６１の上下高さ（長さ）の略半分程度に設定されている。しかしながら、本発明でのこれら延出部分６２と連結部分６１の上下高さ（長さ）の比は、適宜に設定することができる。

また、前記実施形態では、前部マウント４ａと後部マウント４ｂの両方の内筒部６に延出部分６２を設けることを想定しているが、本発明は、前部マウント４ａと後部マウント４ｂとのいずれか一方のみ延出部分６２を設ける構成とすることもできる。

また、前記実施形態では、前部マウント４ａと後部マウント４ｂの両方において、同じサイズ・形状の弾性体７を使用することを想定しているが、本発明では前部マウント４ａと後部マウント４ｂとで互いに異なるサイズ・形状の弾性体７を使用する構成とすることもできる。

１ サブフレーム締結構造
２ 車体フレーム
３ サブフレーム
４ マウント
４ａ 前部マウント
４ｂ 後部マウント
５ 外筒部
６ 内筒部
７ 弾性体
１０ 車体後部構造
１１ リヤサイドフレーム
１４ 前クロスメンバ
１５ 後クロスメンバ
１８ リヤサスペンション
１８ａ アッパアーム（サスペンションアーム）
１８ｂ ロアアーム（サスペンションアーム）
１８ｃ コントロールアーム（サスペンションアーム）
３４ 締結部
３５ 締結部
３８ ボルト
３９ ナット
５１ サブサイドメンバ（縦メンバ）
５２ サブクロスメンバ
５４ ナックル
Ｃ 弾性中心
Ｄ１ 距離
Ｄ２ 距離
Ｆｔ 横力
Ｐ 締結点
Ｒ ロールセンタ

Claims (2)

1. 車両の後輪のサスペンションアームが枢着されるサブフレームを前記車両の車体フレームに締結するサブフレーム締結構造であって、
   前記サブフレームは、前記車両の前後方向に延びる左右の縦メンバを備え、
   前記縦メンバは、当該縦メンバの前端部に配置される前部マウントと、当該縦メンバの後端部に配置される後部マウントとにより前記車体フレームに対してフローティング支持され、
   前記前部マウント及び前記後部マウントのそれぞれは、前記車体フレーム側に締結される内筒部と、
   前記サブフレーム側に取り付けられる外筒部と、
   前記内筒部と前記外筒部とを連結する弾性体と、を備え、
   前記前部マウントと前記後部マウントとは、
   前記内筒部の前記車体フレームへの締結点と、前記弾性体の弾性中心との距離が、互いに異なっていることを特徴とするサブフレーム締結構造。
2. 前記サブフレームの前記左右の縦メンバは、当該縦メンバの前記後端部が前記前端部よりも高くなるように湾曲しており、
   前記内筒部の前記車体フレームへの前記締結点と、前記弾性体の前記弾性中心との距離は、前記前部マウントよりも前記後部マウントの方が大きいことを特徴とする請求項１に記載のサブフレーム締結構造。

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