JP2019166945A - 車両用クロスメンバ - Google Patents

Abstract

【課題】強度を担保しつつ、駆動ユニットの搭載性を向上させることができる車両用クロスメンバを提供する。【解決手段】上部フランジ５ａ、下部フランジ５ｂ、ウェブ５ｃからなるサイドフレーム５を連結する車両用クロスメンバで、サイドフレームのウェブに接続する第１プレート３０ａと下部フランジに接続する第２プレート３０ｂからなる端部、一対の端部を連結し端部の車高位置よりも高い車高位置に配置される中央部２９ａからなるプレート状の下部ガセット２９、サイドフレームのウェブと上部フランジにそれぞれ接続するプレート状の上部ガセット２５、下部ガセットと上部ガセットの間において保持され下部ガセットの上面に延在するクロスメンバ本体部３１を含み、クロスメンバ本体部の下方端面は、下部ガセットの第１プレート、第２プレート、上面に連続して溶接される。【選択図】図１

Description

本発明は、車両の一対のサイドフレームを連結する車両用フレームに関する。

近年、車両の電動化に伴い、リアアクスルに一体的に、電気モータおよび減速機からなる駆動ユニットを備えた車両が検討されている（例えば特許文献１を参照）。

特開２０１６−１８０４２４号公報

ラダーフレームを備える商用車において、このような駆動ユニットをリアアクスルに搭載する場合、駆動ユニットを備えるリアアクスルは、走行時に車高方向において振動することから、クロスメンバと当該駆動ユニットとの干渉を避けるべく、クロスメンバと駆動ユニット間に十分なクリアランスを設ける必要が生じる。

しかしながら、クリアランスの距離を十分に設けた場合、駆動ユニットを搭載するのに十分な空間を確保することが困難となり、駆動ユニットの搭載性が悪化する。
駆動ユニットとの干渉を避けるべく、中央部分の厚みが両端部分よりも薄い構造のクロスメンバも考えられるが、この場合、クロスメンバの強度を担保することが課題となる。

そこで、本発明の目的は、強度を担保しつつ、駆動ユニットの搭載性を向上させることができる車両用クロスメンバを提供することにある。

本発明は、以下の適用例として実現することができる。本適用例に係る車両用クロスメンバは、上部フランジ、下部フランジ、および上部フランジと下部フランジとを連結するウェブからなる一対のサイドフレームを連結する車両用クロスメンバであって、サイドフレームのウェブに接続する第１プレートと下部フランジに接続する第２プレートからなる端部と、一対の端部を連結し、端部の車高位置よりも高い車高位置に配置される中央部とからなるプレート状の下部ガセットと、一対のサイドフレームのウェブと上部フランジにそれぞれ接続する一対のプレート状の上部ガセットと、下部ガセットと上部ガセットとの間において保持され、下部ガセットの上面に沿って延在するクロスメンバ本体部とを含み、クロスメンバ本体部の下方端面は、下部ガセットの第１プレート、第２プレート、および上面に連続して溶接されるものとした。

すなわち、車両用クロスメンバは、中央部が端部よりも車高位置を高くした下部ガセットに、下部ガセットの上面を延在するクロスメンバ本体部を配置し、下部ガセットの端部をなす第１プレート、第２プレート、下部ガセットの上面に連続して渡り溶接して剛性強度を確保し、クロスメンバ本体部に一対の上部ガセットを組み合わせた構造である。

これにより、車両用クロスメンバの中央部の厚みの薄い部分を利用して、同クロスメンバと駆動ユニットとの間において十分なクリアランスを確保することができ、駆動ユニットを搭載するのに十分な空間を確保したり、車両走行時に振動する駆動ユニットとの干渉を避けたりすることができる。
しかも、車両用クロスメンバは、サイドフレーム間に渡る下部ガセットと、同上面を延在するクロスメンバ本体部とを溶接により結合する構造、さらには下部ガセットの端部の第１プレート、第２プレートまでも溶接により結合する構造により、十分な強度が確保でき、中央部が両端部よりも薄いクロスメンバでも、求められる強度は十分に担保できる。

それ故、車両用クロスメンバは、強度を担保しつつ、駆動ユニットの搭載性を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る態様となる車両用クロスメンバを、電動式の駆動ユニットが組み付くラダーフレームと共に示す斜視図。 図１中のＡ矢視方向から見たラダーフレームの断面図。 クロスメンバの各部の構造を示す斜視図。

以下、本発明を図１〜図３に示す一実施形態にもとづいて説明する。
図１は商用車、例えば電動トラックのラダーフレーム１（本願のフレームに相当）を示し、図２は同ラダーフレーム１のクロスメンバ７を示し、図３（ａ）は同クロスメンバ７を分解した主な部品を示し、図３（ｂ）は同部品とされる構造体の各部を分解したものを示している。なお、図１中の矢印（前・後、左・右）は、車両前後方向、車両左右（幅）方向を示している。

すなわち、図１に示されるように電動トラックのラダーフレーム１は、車両の前後方向に延びる一対のサイドフレーム５と、同サイドフレーム５間に掛け渡した複数本のクロスメンバ７とから構成される。図１にはクロスメンバ７は、リア側の一本しか図示していない。

サイドフレーム５は、ラダーフレーム１の内方に向く上部フランジ５ａと、上部フランジ５ａと平行な下部フランジ５ｂと，上部フランジ５ａと下部フランジ５ｂとの間を連結するウェブ５ｃとを有して構成される。クロスメンバ７については後述する。

ラダーフレーム１の前部には、キャブやフロントサスペンション（いずれも図示しない）が組み付く。また図１に示されるようにラダーフレーム１の後部には、荷台（図示しない）や電動式の駆動ユニット６やリーフスプリング式のリアサスペンション８が組み付く。

このうち電動式の駆動ユニット６は、車幅方向に延びる一対のリアアクスル９に、駆動源となる電動モータ１１や減速機１３やディファレンシャル１５を一体的に組み付けて構成される。そして、一対のリアアクスル９が、リアサスペンション８を構成する一対のリーフスプリング８ａやショックアブソーバ（図示しない）を介して、それぞれサイドフレーム５に懸架される（図１、図２）。このリアアクスル９端に、ドラム式のブレーキ１７を介して、後輪１９（図２のみ図示）が設けられる。

また駆動ユニット６の電動モータ１１側ハウジングは、ブラケット部２１を介して、リア側、すなわち電動モータ１１の直上に配置されるクロスメンバ７に弾性変位可能に支持される。つまり、電動モータ１１から発生する駆動力が、減速機１３、ディファレンシャル１５、リアアクスル９を経て、後輪１９（図２）へ伝わり、電動トラックは走行する。

この電動モータ１１直上に配置されるクロスメンバ７には、駆動ユニット６に影響を与えずに、駆動ユニット６の搭載が行えることが求められる。
そのためクロスメンバ７には、十分な強度を確保しながら、駆動ユニット６の搭載が行われたり、駆動ユニット６との干渉が避けたりする工夫が施されている。

このクロスメンバ７は、図２および図３（ａ）に示されるように一対のサイドフレーム５に組み付く左右一対の上部ガセット２５と、中央部の厚みが端部よりも薄い外形をもつ梁状の構造体２７といった三部品を組み合わせた構造が用いられている。

上部ガセット２５は、いずれも図３（ａ）に示されるようにプレート状部材を曲成して構成される。具体的には上部ガセット２５は、プレート部材をＬ形に曲成して、一対のサイドフレーム５の上部フランジ５ａの内面と接続可能な横座面部２５ａと、同上部フランジ５ａの近傍のウェブ５ｃ部分と接続可能な縦座面部２５ｂとが形成されてなる。

また構造体２７は、図３（ｂ）に示されるようにサイドフレーム５間を橋渡しする中央下部が凹形となった下部ガセット２９と、この下部ガセット２９の上面と上記上部ガセット２５の下面との間に保持されて下部ガセット２９上を延在するクロスメンバ本体部３１とを有して構成される。

下部ガセット２９は、横向き姿勢でサイドフレーム５間を延在するプレート状部材から構成される。すなわち下部ガセット２９は、サイドフレーム５間に水平向きで配置されるプレート部材を曲成、具体的にはプレート部材の中央部２９ａの車高位置が両端部２９ｂよりも高い位置となるよう上側へ張り出す曲成を施して形成される。

さらに述べるとプレート部材の両端側は、サイドフレーム５の下部フランジ５ｂの内面および下部フランジ５ｂの近傍のウェブ５ｃ部分に合わせてＬ形に曲成され、サイドフレーム５のウェブ５ｃと下部フランジ５ｂとに連続して接続可能な端部２９ｂを形成している。すなわち端部２９ｂは、ウェブ５ｃ部分と接続可能な縦プレート部分３０ａ（本願の第１プレートに相当）と、下部フランジ５ｂと接続可能な横プレート部分３０ｂ（本願の第２プレートに相当）とを有して形成される。

つまり下部ガセット２９は、両端側にサイドフレーム５に接続可能な端部２９ｂを有し、端部２９ｂ間に端部２９ｂの車高位置よりも高い位置に配置される中央部２９ａを有して構成される。

クロスメンバ本体部３１は、上部に横壁３１ａを有し、同横壁３１ａの前側の端部から下方へ延びる縦壁３１ｂを有したＬ形断面のプレート部材から構成される。このクロスメンバ本体部３１は、下部ガセット２９の端部間を橋渡しする長さをもつ。

縦壁３１ｂの下部は、下部ガセット２９の中央部２９ａおよび端部２９ｂの形状にならって凹形に形成される。この縦壁３１ｂの下端全体は、下部ガセット２９の両端側の横プレート部分３０ｂの上面および中央部２９ａの上面に渡り配置される。さらに縦壁３１ｂの両端は、下部ガセット２９の縦プレート部分３０ａの内面と突き当たり、クロスメンバ本体部３１全体を下部ガセット２９の上面に沿って車幅方向へ連続して配置させている。

このクロスメンバ本体部３１の下方端面をなす、縦壁３１ｂの下端全体（凹形部分を含む）は、溶接により、端部２９ｂの縦プレート部分３０ａ、横プレート部分３０ｂおよび下部ガセット２９の上面となる中央部２９ａの上面に渡り連続して取着される。図２中の太線Ｘは、その溶接部分を示す。

こうしたＬ形断面のクロスメンバ本体部３１と下部ガセット２９との組み合わせから、サイドフレーム５に作用する曲げなどの応力に十分に耐える高い剛性強度を有するＣ形断面の構造体２７を構成している。

このクロスメンバ本体部３１の両端部をなす、横壁３１ａの両端部に、上記一対の上部ガセット２５が取着される。具体的には上部ガセット２５の横座面部２５ａの基端側が、クロスメンバ本体部３１の横壁３１ａの端部上面と重なり、リベット３２で取着され(図１および図３に図示)、高い剛性強度を有するクロスメンバ７を構成している。
なお、クロスメンバ本体部３１の縦壁３１ｂの両端のうち、上部ガセット２５、下部ガセット２９と接合される領域以外は、配管や配線を挿通させるため切り欠いてある。図１〜３中の符号３３は、その切欠部を示している。

このように構成されたクロスメンバ７のうち上部ガセット２５が、サイドフレーム５の上部フランジ５ａ，同上部フランジ５ａ近傍のウェブ５ｃ部分にリベット止めされ、下部ガセット２９が、サイドフレーム５の下部フランジ５ｂ、同下部フランジ５ｂ近傍のウェブ５ｃ部分にリベット止めされ、クロスメンバ７全体をサイドフレーム５間に組み付けている。

駆動ユニット６は、このクロスメンバ７の縦壁３１ｂにブラケット部２１を介して支持される。これにより、駆動ユニット６が、ラダ―フレーム１の下側、すなわちクロスメンバ７の直下に、十分なクリアランスＣを確保しつつ搭載される。

以上、本実施形態のクロスメンバ７のように、中央部２９ａを端部２９ｂよりも車高位置を高くした下部ガセット２９に、下部ガセット２９の上面に沿って延在するクロスメンバ本体部３１を配置し、同クロスメンバ本体部３１の下端部を、下部ガセット２９の端部２９ｂをなす縦プレート部分３０ａ、横プレート部分３０ｂや下部ガセット２９の上面に渡り連続して溶接して剛性強度を確保し、このクロスメンバ本体部３１に一対の上部ガセット２５の組み合わせた構造とすることにより、クロスメンバ７の中央部２９ａの厚みの薄い部分を利用して、駆動ユニット６は、十分な空間、すなわちクリアランスＣ（図２）を確保しながら搭載できる。

それ故、駆動ユニット６を搭載するのに十分な空間が確保でき、駆動ユニット６の搭載性が高められるだけでなく、図２に示されるように駆動ユニットは、クロスメンバ７との間で十分にクリアランスＣが確保されるため、車両走行時に矢印方向αのように上下に振動しても、クロスメンバ７との干渉を避けることができる。

特にクロスメンバ７は、クロスメンバ本体部３１を下部ガセット２９の各部に溶接、すなわち下部ガセット２９の端部をなす縦プレート部分３０ａ、横プレート部分３０ｂや下部ガセット２９の上面に渡り連続して溶接することによって、Ｃ形断面の構造体２７とＬ形の端部構造とが組み合わさる構造となるので、十分な強度が確保でき、中央部２９ａが端部２９ｂよりも薄いクロスメンバ７でも、求められる強度は十分に担保できる。

しかも、溶接によりクロスメンバ本体部３１を下部ガセット２９の上面に取着する構造は、リベットなど締結具を用いた構造とは異なり、下部ガセット２９の下面にはリベット端など突出部分が無くてすむので、無用にクロスメンバ７の車高高さを大きくしなくとも十分にクリアランスＣが確保できる。

よって、本実施形態によれば、クロスメンバ７の強度を担保しつつ、駆動ユニット６の搭載性を向上させることができる。しかも、クロスメンバ７は、溶接により、一対の上部ガセット２５、溶接により下部ガセット２９とクロスメンバ本体部３１とが一体となった構造体２７との三部品ですみ、部品点数は少なくてすむ。
なお、本発明は、上述した一実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々可変して実施しても構わない。

１ ラダーフレーム
５ サイドフレーム
５ａ 上部フランジ
５ｂ 下部フランジ
６ 駆動ユニット
７ クロスメンバ
２５ 上部ガセット
２９ 下部ガセット
２９ａ 中央部
２９ｂ 端部
３０ａ 縦プレート部分（第１プレート）
３０ｂ 横プレート部分（第２プレート）
３１ クロスメンバ本体部

Claims (1)

1. 上部フランジ、下部フランジ、および前記上部フランジと前記下部フランジとを連結するウェブからなる一対のサイドフレームを連結する車両用クロスメンバであって、
   前記サイドフレームの前記ウェブに接続する第１プレートと前記下部フランジに接続する第２プレートからなる端部と、一対の前記端部を連結し、前記端部の車高位置よりも高い車高位置に配置される中央部と、からなるプレート状の下部ガセットと、
   前記一対のサイドフレームの前記ウェブと前記上部フランジにそれぞれ接続する一対のプレート状の上部ガセットと、
   前記下部ガセットと前記上部ガセットとの間において保持され、前記下部ガセットの上面に沿って延在するクロスメンバ本体部と、
   を含み、
   前記クロスメンバ本体部の下方端面は、前記下部ガセットの前記第１プレート、前記第２プレート、および前記上面に連続して溶接されることを特徴とする車両用クロスメンバ。

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