JP2017081226A - 車両用サブフレーム - Google Patents

Abstract

【課題】マウントされる機器の重量増加に対応することが可能なこと。
【解決手段】車両の前後方向に延在するレフトサイドメンバ１２及びライトサイドメンバ１３と、車幅方向に延在すると共に、レフトサイドメンバ１２及びライトサイドメンバ１３の車両前方及び車両後方をそれぞれ繋いで井桁構造を構成したフロントクロスメンバ１４及びリヤクロスメンバ１６とを備え、リヤサブフレーム１０は、井桁構造を構成するレフトサイドメンバ１２、ライトサイドメンバ１３、フロントクロスメンバ１４、及び、リヤクロスメンバ１６の全部にそれぞれ連結されるスティフナ１８を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両後部のエネルギ貯蔵手段の下方に取り付けられる車両用サブフレームに関する。

例えば、特許文献１には、Ｖ字状を呈する支柱によってリヤサブフレームを補強する構造が開示されている。この支柱の車両前端は、前輪と後輪との間で車幅方向に沿った両側のサイドフレームにそれぞれ締結されると共に、支柱の後方交差部が車体のリヤ中央部に固定されることで、Ｖ字状を構成している。

特開２００２−２４０７３７号公報

ところで、近年、自動車技術の発展に伴い、車載される機器類の個数や重量が増加し、リヤサブフレームに対してマウントされる機器の重量増加に対応したリヤサブフレームの剛性を確保する必要がある。

しかしながら、特許文献１に開示されたＶ字状の支柱による補強構造では、マウントされる機器の重量増加に対応してリヤサブフレームの所望の剛性を確保することができるかどうか懸念される。

本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、マウントされる機器の重量増加に対応することが可能な車両用サブフレームを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、車両のボディフレームと別体で構成され、車両後部のエネルギ源貯蔵手段の下方に取り付けられる車両用サブフレームであって、前記車両の前後方向に延在するレフトサイドメンバ及びライトサイドメンバと、前記車両の車幅方向に延在すると共に、前記レフトサイドメンバ及び前記ライトサイドメンバの車両前方及び車両後方をそれぞれ繋いで井桁構造を構成したフロントクロスメンバ及びリヤクロスメンバと、を備え、前記車両用サブフレームは、前記井桁構造を構成する前記レフトサイドメンバ、前記ライトサイドメンバ、前記フロントクロスメンバ、及び、前記リヤクロスメンバの全部にそれぞれ連結されるスティフナを備えることを特徴とする。

本発明によれば、井桁構造の車両サブフレームが備えるレフトサイドメンバ、ライトサイドメンバ、フロントクロスメンバ、及び、リヤクロスメンバの全てのメンバに対してスティフナを連結することで、各メンバは、各メンバ同士が連結されるだけでなく、さらにスティフナを介して連結される。これにより、本発明では、Ｖ字状の支柱によって補強される従来技術と比較して、車両サブフレームに対し外部荷重が入力された場合の剛性を向上させることができる。この結果、本発明では、マウントされる機器の重量増加に対応することが可能な車両用サブフレームを得ることができる。

また、本発明は、前記スティフナが、前記フロントクロスメンバよりも車両前方に向かって延在する前方延在部を備え、前記前方延在部の車両前方端部は、前記ボディフレームに連結されていることを特徴とする。

本発明によれば、スティフナを構成する前方延在部の車両前方端部が、ボディフレームに連結されることで、例えば、車両後方から外部荷重が入力された場合、ボディフレームに連結された前方延在部に圧縮力が付与される。これにより、車両フレーム用サブフレームよりも車両前方に位置する部分の剛性を向上させることができる。

さらに、本発明は、前記スティフナが、前記リヤクロスメンバよりも車両後方に向かって延在する後方延在部を備え、前記後方延在部は、前記車両を底面視した場合、車両後方で車幅方向に沿って延在するリヤボディクロスフレームよりも後方に延在し、前記後方延在部の車両後方に延びる車両後方端部は、水平方向から車両上方に向かって屈曲する屈曲部を備えることを特徴とする。

本発明によれば、リヤクロスメンバ及びリヤボディクロスフレームよりも車両後方に延在する後方延在部を備え、この後方延在部が車両後方端部及び屈曲部をさらに備えることで、車両の駐車場への入庫時に、例えば、縁石等に対して後輪よりも先に車両後方端部又は屈曲部を当接させることができる。この結果、本発明では、後方延在部が車両用サブフレームのリヤバンパとして機能し、車両用サブフレームを縁石等から好適に保護することができる。

さらにまた、本発明は、前記スティフナが、前記井桁構造の四隅角部と車両上下方向において重畳しないことを特徴とする。

本発明によれば、スティフナが、井桁構造の四隅角部と車両上下方向において重畳しないように配置することで、スティフナを、車両用サブフレームの下方位置でその四隅角部を除いた角部間の中間位置で連結することができる。これにより、井桁構造を呈する車両用サブフレームとスティフナとをバランスよく連結することができ、より一層剛性を向上させることができる。

本発明では、マウントされる機器の重量増加に対応することが可能な車両用サブフレームを得ることができる。

本発明の実施形態に係るリヤサブフレームが組み込まれた燃料電池車の車両後部の概略構成側面図である。 図１に示す燃料電池車の車両後部の一部透過斜視図である。 図２に示すリヤサブフレームの拡大斜視図である。 車両底面側からみたスティフナの斜視図である。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るリヤサブフレームが組み込まれた燃料電池車の車両後部の概略構成側面図、図２は、図１に示す燃料電池車の車両後部の一部透過斜視図、図３は、図２に示すリヤサブフレームの拡大斜視図である。

なお、各図中において、「前後」は、車両前後方向、「左右」は、車両左右方向（車幅方向）、「上下」は、車両上下方向を、それぞれ示している。

図１に示されるように、燃料電池車（Fuel Cell Vehicle；ＦＣＶ）は、車両前部に配置される図示しない走行用モータと、図示しない燃料電池スタックと、燃料電池スタックで発生した電力が充電されるバッテリ２と、図示しない燃料電池スタックのアノードに対して水素（燃料ガス、反応ガス）を供給する大小２つの水素タンク４、６とを備える。

大小２つの水素タンク４、６は、それぞれ車幅方向に沿って並設され、小さい水素タンク４が車両前後方向の前側に配置され、大きい水素タンク６が車両前後方向の後側に配置されている。大きい水素タンク６は、エネルギ源貯蔵手段として機能するものであり、図示しない一組の支持帯を介して後記するリヤサブフレーム１０に支持されている。

図１及び図２に示されるように、燃料電池車ＦＣＶの車両後部には、リヤサブフレーム１０（車両用サブフレーム）が配置されている。リヤサブフレーム１０は、燃料電池車ＦＣＶの車幅方向の両端部の左側及び右側にそれぞれ配置され、車両前後方向に延在するレフトサイドメンバ１２及びライトサイドメンバ１３と、燃料電池車ＦＣＶの車幅方向に沿って延在すると共に、レフトサイドメンバ１２及びライドサイドメンバ１３の前部を繋ぐフロントクロスメンバ１４と、燃料電池車ＦＣＶの車幅方向に沿って延在すると共に、レフトサイドメンバ１２及びライドサイドメンバ１３の後部を繋ぐリヤクロスメンバ１６とを備えている。

図３に示されるように、リヤサブフレーム１０は、前記の４つのメンバ（レフトサイドメンバ１２、ライトサイドメンバ１３、フロントクロスメンバ１４、リヤクロスメンバ１６）によって、平面視して井桁構造に連結されている。また、リヤサブフレーム１０は、車両のボディフレームと別体で構成され、車両後部に配置された大きい水素タンク６の下方に取り付けられている。

さらに、リヤサブフレーム１０は、井桁構造を構成するレフトサイドメンバ１２、ライトサイドメンバ１３、フロントクロスメンバ１４、及び、リヤクロスメンバ１６の全部にそれぞれ連結されるスティフナ１８を備えている。

レフトサイドメンバ１２、ライトサイドメンバ１３、フロントクロスメンバ１４、及び、リヤクロスメンバ１６は、閉断面を有する中空部材であり、例えば、アルミニウム等の軽金属からなる上側部材及び下側部材を、上側部材側から摩擦撹拌接合することによって一体的に結合されている。なお、異種金属同士を一体的に結合してもよいし、又は、同種の金属同士を一体的に結合するようにしてもよい。レフトサイドメンバ１２とライトサイドメンバ１３とは、左側と右側とにおいて相互に対称形状（ミラー形状）となるように形成されている。

燃料電池車ＦＣＶの車幅方向の端部の両側で、レフトサイドメンバ１２及びライトサイドメンバ１３の上方には、ボディフレームを構成する左右のリヤサイドフレーム２０、２０が設けられている。この左右のリヤサイドフレーム２０、２０は、フロントサイドメンバ１２及びリヤサイドメンバ１３と略平行に車両前後方向に沿って延在するように設けられている。

リヤクロスメンバ１６の車両後方には、図２に示されるように、リヤクロスメンバ１６と略平行に延在して左右のリヤサイドフレーム２０、２０同士を連結するリヤボディクロスフレーム２１が配置されている。リヤボディクロスフレーム２１は、ボディフレームを構成するものである。

フロントクロスメンバ１４の車幅方向に沿った両端部、及び、リヤクロスメンバ１６の車幅方向に沿った両端部には、ボルト及びナットを介して、左右のリヤサイドフレーム２０、２０にそれぞれ連結される一組のフレーム連結部２２、２２が設けられている。また、レフトサイドメンバ１２及びライトサイドメンバ１３の車両前後方向に沿った両端部には、フレーム連結部２２、２２よりも下方に位置し、ボルト及びナットを介して、左右のリヤサイドフレーム２０、２０にそれぞれ連結される一組のフレーム連結部２４、２４が設けられている。

井桁構造を呈するリヤサブフレーム１０の車両上下方向に沿った下方には、リヤサブフレームを補強するスティフナ１８が配置されている。このスティフナ１８は、鋼板等の金属材料で閉断面構造を有する中空部材で構成されている。

スティフナ１８は、平面視して略菱形形状を呈し内部に開口２５を有するスティフナ本体２６と、スティフナ本体２６の車両前方に配置され、フロントクロスメンバ１４よりも車両前方に延在する前方延在部２８と、スティフナ本体２６の車両後方に配置され、リヤクロスメンバ１６よりも車両後方に延在する後方延在部３０とを備えている。これらスティフナ本体２６、前方延在部２８、及び、後方延在部３０は、一体的に結合されて全体としてスティフナ１８を構成している。

スティフナ本体２６は、フロントクロスメンバ１４の中央の下方位置から車幅方向のレフトサイドメンバ１２及びライトサイドメンバ１３の両方へ向かって斜めに延在する第１懸架部３２と、リヤクロスメンバ１６の中央の下方領域から車幅方向のレフトサイドメンバ１２及びライトサイドメンバ１３の両方へ向かって斜めに延在する第２懸架部３４とを有する。第１懸架部３２の車両後方端部と第２懸架部３４の車両前方端部との境界には、溶接等の結合手段によって強固に結合された結合部位３６が設けられる。

スティフナ本体２６は、井桁構造を呈するリヤサブフレーム１０の４つのメンバにそれぞれ固定されている。すなわち、スティフナ本体２６は、第１ブラケット４０を介してフロントクロスメンバ１４の下面に接合されていると共に、一組の第２ブラケット４２、４２を介してレフトサイドメンバ１２及びライトサイドメンバ１３の下面に接合されている。また、スティフナ本体２６の車両後方は、所定間隔離間し鉤部４４を有する一組の挟持構造部４６を介してリヤクロスメンバ１６に対して挟持されている。一組の挟持構造部４６は、図示しないボルトによってリヤクロスメンバ１６に締結されている。

図４は、車両底面側からみたスティフナの斜視図である。

図２及び図４に示されるように、前方延在部２８は、フロントクロスメンバ１４よりも車両前方に延在し、フロントクロスメンバ１４の中央位置からハの字に拡開する。ハの字状に格開した前方延在部２８の車両前方端部２９は、ボルト及びナットを介して左右のリヤサイドフレーム２０、２０にそれぞれ連結される。

図４に示されるように、後方延在部３０は、車両後方に沿って延在する帯状の一組のプレート体によって構成され、車幅方向に沿って延在するリヤボディクロスフレーム２１よりも後方に位置する。後方延在部３０は、最も車両後方に位置する車両後方端部３１を有する。車両後方端部３１は、何ら固定されていない自由端からなり、水平方向から車両上方に向かって屈曲する屈曲部３３を有する。

図２に示されるように、スティフナ１８は、井桁構造を呈するリヤサブフレーム１０の四隅角部４８ａ〜４８ｄと車両上下方向において重畳しないように設けられている。すなわち、スティフナ１８は、リヤサブフレーム１０の下方位置でその四隅角部４８ａ〜４８ｄを除いた角部間の中間位置でリヤサブフレーム１０と連結されている。

本実施形態に係るリヤサブフレーム１０は、基本的に以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について説明する。

本実施形態では、井桁構造のリヤサブフレーム１０が備えるレフトサイドメンバ１２、ライトサイドメンバ１３、フロントクロスメンバ１４、及び、リヤクロスメンバ１６の全てのメンバに対してスティフナ１８を連結することで、各メンバは、各メンバ同士が連結されるだけでなく、さらにスティフナ１８を介して連結される。これにより、本実施形態では、特許文献１に開示される従来技術と比較して、リヤサブフレーム１０に対し外部荷重が入力された場合の剛性を向上させることができる。この結果、リヤサブフレーム１０にマウントされる水素タンク６の重量が増加した場合であっても、好適に対応することができる。

また、本実施形態では、スティフナ１８を構成する一組の前方延在部２８、２８の車両前方端部２９、２９が、左右のリヤサイドフレーム２０、２０にそれぞれ連結されている。このようにすることで、例えば、車両後方から外部荷重が入力された場合、左右のリヤサイドフレーム２０、２０に連結された前方延在部２８、２８に圧縮力がそれぞれ付与される。これにより、車両後方から外部荷重が入力された場合、リヤサブフレーム１０よりも車両前方に位置する部分の剛性を向上させることができる。換言すると、リヤサブフレーム１０の上方には、大きな水素タンク６が配置されているため、例えば、大きな水素タンク６よりも前方に位置する小さな水素タンク４の部位における剛性を向上させることができる。

さらに、本実施形態では、リヤクロスメンバ１６及びリヤボディクロスフレーム２１よりも車両後方に延在する後方延在部３０を備えている。本実施形態では、この後方延在部３０が車両後方端部３１及び屈曲部３３をさらに備えることで、燃料電池車ＦＣＶの駐車場への入庫時に、例えば、縁石等に対して後輪よりも先に車両後方端部３１又は屈曲部３３を当接させることができる。この結果、本実施形態では、後方延在部３０がリヤサブフレーム１０のリヤバンパとして機能し、リヤサブフレーム１０を縁石等から好適に保護することができる。

さらにまた、本実施形態では、スティフナ１８が、井桁構造の四隅角部４８ａ〜４８ｄと車両上下方向において重畳しないように配置することで、スティフナ１８を、リヤサブフレーム１０の下方位置でその四隅角部４８ａ〜４８ｄを除いた角部間の中間位置で連結することができる。これにより、本実施形態では、井桁構造を呈するリヤサブフレーム１０とスティフナ１８とをバランスよく連結することができ、より一層剛性を向上させることができる。

さらにまた、本実施形態では、スティフナ１８を構成する前方延在部２８及び第２懸架部３４の板厚が、前方延在部２８と第２懸架部３４の間に介装された第１懸架部３２の板厚よりも大きくなっている。これにより、本実施形態では、例えば、図示しないリヤサスペンション装置を介してリヤサブフレーム１０に振動が入力された場合、この振動を板厚の変化によって抑制することができる。

６ 水素タンク（エネルギ源貯蔵手段）
１０ リヤサブフレーム（車両用サブフレーム）
１２ レフトサイドメンバ
１３ ライトサイドメンバ
１４ フロントクロスメンバ
１６ リヤクロスメンバ
１８ スティフナ
２０ リヤサイドフレーム（ボディフレーム）
２１ リヤボディクロスフレーム（ボディフレーム）
２８ 前方延在部
２９ 車両前方端部
３０ 後方延在部
３１ 車両後方端部
３３ 屈曲部
４８ａ〜４８ｄ 四隅角部
ＦＣＶ 燃料電池車（車両）

Claims (4)

1. 車両のボディフレームと別体で構成され、車両後部のエネルギ源貯蔵手段の下方に取り付けられる車両用サブフレームであって、
   前記車両の前後方向に延在するレフトサイドメンバ及びライトサイドメンバと、
   前記車両の車幅方向に延在すると共に、前記レフトサイドメンバ及び前記ライトサイドメンバの車両前方及び車両後方をそれぞれ繋いで井桁構造を構成したフロントクロスメンバ及びリヤクロスメンバと、
   を備え、
   前記車両用サブフレームは、
   前記井桁構造を構成する前記レフトサイドメンバ、前記ライトサイドメンバ、前記フロントクロスメンバ、及び、前記リヤクロスメンバの全部にそれぞれ連結されるスティフナを備えることを特徴とする車両用サブフレーム。
2. 請求項１記載の車両用サブフレームにおいて、
   前記スティフナは、
   前記フロントクロスメンバよりも車両前方に向かって延在する前方延在部を備え、
   前記前方延在部の車両前方端部は、前記ボディフレームに連結されていることを特徴とする車両用サブフレーム。
3. 請求項１又は請求項２記載の車両用サブフレームにおいて、
   前記スティフナは、
   前記リヤクロスメンバよりも車両後方に向かって延在する後方延在部を備え、
   前記後方延在部は、前記車両を底面視した場合、車両後方で車幅方向に沿って延在するリヤボディクロスフレームよりも後方に延在し、
   前記後方延在部の車両後方に延びる車両後方端部は、水平方向から車両上方に向かって屈曲する屈曲部を備えることを特徴とする車両用サブフレーム。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の車両用サブフレームにおいて、
   前記スティフナは、前記井桁構造の四隅角部と車両上下方向において重畳しないことを特徴とする車両用サブフレーム。

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