JP2020050209A - サブフレーム構造 - Google Patents

Abstract

【課題】縦メンバとクロスメンバとの連結部における応力集中を抑制して、連結部の剛性・強度を向上させること。【解決手段】車両前後方向に延びる左右一対の縦メンバ１８、１８と、左右一対の縦メンバ１８、１８の間で車幅方向に沿って延びる前クロスメンバ２０とを有するリヤサブフレーム１０であって、各縦メンバ１８と前クロスメンバ２０とを連結する左右一対のガセット２３、２３を備え、各ガセット２３は、縦メンバ１８と前クロスメンバ２０との間で傾斜状に延びる傾斜面部６０を有し、前クロスメンバ２０は、ガセット２３の傾斜面部６０に連続する傾斜面部５６を有する。【選択図】図５

Description

本発明は、自動車等の車両に搭載されるサブフレーム構造に関する。

例えば、特許文献１には、左右一対のサイドメンバと、この左右一対のサイドメンバの間に配置されて車幅方向に沿って延びるセンタクロスメンバとを備えたサブフレーム構造が開示されている。左右一対のサイドメンバは、車両前方に向かって逆ハの字状に前広がりとなるように傾斜して配置されている。

特許文献１に開示されたサブフレーム構造では、左右一対のサイドメンバと、センタクロスメンバとの結合部に、左右一対の延長部がそれぞれ設けられている。この延長部は、左右一対のサイドメンバと連続するように車両前方に向かって前広がりとなるように傾斜して配置されている。

特許第５９５８００５号公報

特許文献１に開示されたサブフレーム構造では、左右一対のサイドメンバ及び延長部がそれぞれ連続して傾斜して配置されおり、サイドメンバからセンタクロスメンバへの荷重の伝達が、延長部を介して効率的に伝達することが可能である。

しかしながら、サブフレームが配置されるスペースのレイアウト等の関係で、サイドメンバとセンタクロスメンバとが直交又は略直交する位置に配置される場合がある。その際、特許文献１に示されるような延長部を設けた場合であっても、サイドメンバと延長部との間や、延長部とセンタクロスメンバとの間に応力集中が発生して変形の起点となるため、剛性・強度を高めることが求められる。

本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、縦メンバとクロスメンバとの連結部における応力集中を抑制して、連結部の剛性・強度を向上させることが可能なサブフレーム構造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、車両前後方向に延びる左右一対の縦メンバと、前記左右一対の縦メンバの間で車幅方向に沿って延びるクロスメンバとを有するサブフレームであって、前記各縦メンバと前記クロスメンバとを連結するガセットを備え、前記ガセットは、前記縦メンバと前記クロスメンバとの間で傾斜状に延びる第１傾斜面部を有し、前記クロスメンバは、前記第１傾斜面部に連続する第２傾斜面部を有することを特徴とする。

本発明では、縦メンバとクロスメンバとの連結部における応力集中を抑制して、連結部の剛性・強度を向上させることが可能なサブフレーム構造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車両後部を斜め上方からみた斜視図である。 図１に示すリヤサブフレームの平面図である。 図２に示す状態から第１〜第３防振装置を取り外した状態を示すリヤサブフレームの平面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った拡大縦断面図である。 （ａ）は、前クロスメンバに設けられた傾斜面部とガセットに設けられた傾斜面部とが連続する状態を示す平面図、（ｂ）は、（ａ）に示す前クロスメンバの傾斜面部とガセットの傾斜面部とを斜め上方から見た斜視図である。 図３のＶＩ−ＶＩ線に沿った拡大縦断面図である。 第１カラー部材及び第２カラー部材の取付状態を示す分解斜視図である。

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車両後部を斜め上方からみた斜視図、図２は、図１に示すリヤサブフレームの平面図、図３は、図２に示す状態から第１〜第３防振装置を取り外した状態を示すリヤサブフレームの平面図である。なお、各図中において、「前後」は、車両前後方向、「左右」は、車幅方向（左右方向）、「上下」は、車両上下方向（鉛直上下方向）を、それぞれ示している。

図１に示されるように、車両の後方には、本発明の実施形態に係るリヤサブフレーム（サブフレーム）１０が配置されている。このリヤサブフレーム１０は、車両前後方向に沿って延びる左右一対のリヤサイドフレーム（図示せず）の下方側に取り付けられている。また、リヤサブフレーム１０は、図示しない後輪用懸架装置を支持すると共に、後記する第１〜第３防振装置１２、１４、１６を介してパワーユニット（モータやエンジン等の駆動源）Ｐを支持している。

図２及び図３に示されるように、リヤサブフレーム１０は、車両前後方向に沿って延びる左右一対の縦メンバ１８、１８と、左右一対の縦メンバ１８、１８の間で車幅方向に沿って延びるクロスメンバとを備えて構成されている。クロスメンバは、左右一対の縦メンバ１８、１８の車両前方側に固定される前クロスメンバ（クロスメンバ）２０と、左右一対の縦メンバ１８、１８の車両後方側に固定される後クロスメンバ２２とを有する。

図１及び図２に示されるように、左右一対の縦メンバ１８、１８と前クロスメンバ２０との結合部位（連結部）には、各縦メンバ１８と前クロスメンバ２０とを連結する左右一対のガセット２３、２３が設けられている。各ガセット２３は、縦メンバ１８と前クロスメンバ２０とが連結される部位において、前クロスメンバ２０の車両後方側で縦メンバ１８の車幅方向内側に配置されている。各ガセット２３については、後記で詳細に説明する。

前クロスメンバ２０の車幅方向に沿った左右両側には、所定間隔離間して第１防振装置１２及び第２防振装置１４がそれぞれ配置されている。また、後クロスメンバ２２の車幅方向に沿った略中央には、第３防振装置１６が配置されている。パワーユニットＰは、前クロスメンバ２０及び後クロスメンバ２２にそれぞれ配置された第１〜第３防振装置１２、１４、１６を介して、３点でフローティング可能に支持されている。

各防振装置１２（１４、１６）は、複数の脚部（本実施形態では３つの脚部）によって構成されたマウント部２４を有する。各防振装置１２（１４、１６）は、このマウント部２４に締結されるボルトＢ及びナットＮを介して、前クロスメンバ２０及び後クロスメンバ２２に対して取り付けられて固定される（後記する図７参照）。

なお、このマウント部２４は、「クロスメンバに取り付けられるパワーユニット用マウント」として機能するものである。各防振装置１２（１４、１６）は、それぞれ略同一構成からなり、図示しない駆動部で加振することによって、防振すべき振動対象に対して積極的又は相殺的な防振効果を発揮する能動型防振装置として構成されている。

図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った拡大縦断面図、図７は、第１カラー部材及び第２カラー部材の取付状態を示す分解斜視図である。

図４に示されるように、前クロスメンバ２０は、軸直断面が略コ字状に形成された上壁２０ａと、軸直断面がコ字状に形成された下壁２０ｂとを有し、上壁２０ａの左右下端部と下壁２０ｂの左右上端部とがそれぞれ一体的に結合されて構成されている。上壁２０ａと下壁２０ｂとの間には、閉断面を有する閉断面部２６が設けられている。後クロスメンバ２２は、前クロスメンバ２０と同様に、上壁２２ａと下壁２２ｂとによって閉断面を有する図示しない閉断面部が設けられている。

前クロスメンバ２０において、第１防振装置１２及び第２防振装置１４のそれぞれマウント部２４、２４と、前クロスメンバ２０との間には、左右一対のブラケット２８、２８がそれぞれ介装されている。各ブラケット２８は、それぞれ左右対称に構成されている。

図４に示されるように、ブラケット２８と前クロスメンバ２０との間には、第１カラー部材３８が設けられている。すなわち、ブラケット２８の下面と前クロスメンバ２０の上面との間には、円環状を呈する第１カラー部材３８が介装されている。第１カラー部材３８は、軸直断面が略円形状で内部に貫通孔４０を有する円盤部４２と、円盤部４２の上部側に設けられ、半径外方向に向かって拡径する上部側フランジ部４４とを備えて構成されている。第１カラー部材３８は、金属材料で形成され、高い剛性・強度を有している。

前クロスメンバ２０の閉断面部２６内には、閉断面内を上限に連結する第２カラー部材（カラー部材）４６が設けられている。この第２カラー部材４６は、第１カラー部材３８と同軸状に上下方向に沿って配置されている。第１カラー部材３８の下端面は、前クロスメンバ２０の上壁２０ａの上面に当接していると共に、第２カラー部材４６の上端面は、前クロスメンバ２０の上壁２０ａの下面に当接している。第２カラー部材４６は、金属材料で形成され、高い剛性・強度を有している。また、第２カラー部材４６の軸心は、マウント部２４が前クロスメンバ２０に対して取り付けられる取付点と上下方向において重畳する位置に設けられている。

第２カラー部材４６は、内部に貫通孔４８が形成された円筒部５０と、拡径フランジ部５２とを有する。第１カラー部材３８の貫通孔４０と第２カラー部材４６の貫通孔４８とは、それぞれ連通している。第２カラー部材４６の円筒部５０の下端部は、下壁２０ｂを貫通して外部にその一部が露出している。拡径フランジ部５２は、円筒部５０の上端に設けられ、円筒部５０の他の部位と比較して半径外方向に向かって拡径している。

第１、第２防振装置１２、１４のマウント部２４、２４、ブラケット２８、２８、及び、前クロスメンバ２０に対して締結されるボルトＢが各貫通孔４０、４８を挿通することで、第１カラー部材３８及び第２カラー部材４６が前クロスメンバ２０に対してそれぞれ装着されている。換言すると、第１カラー部材３８及び第２カラー部材４６は、ボルトＢ及びナットＮを介して、マウント部２４、ブラケット２８及び前クロスメンバ２０と共に共締めされている（図４、図７参照）

図５（ａ）は、前クロスメンバに設けられた傾斜面部とガセットに設けられた傾斜面部とが連続する状態を示す平面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す前クロスメンバの傾斜面部とガセットの傾斜面部とを斜め上方から見た斜視図である。

図５（ａ）及び図５（ｂ）に示されるように、前クロスメンバ２０の車両後方側は、車幅方向の中央部で下方に向かって窪む凹部５４を有する。この凹部５４の車幅方向に沿った左右両側には、傾斜面部（第２傾斜面部）５６が設けられている。この傾斜面部５６は、平面視して、凹部５４中央の底面部５５から車幅方向外側に向かうにつれて車両後方に向かって傾斜する傾斜面５８を有する。

左右一対のガセット２３、２３は、平面視して略三角形状を呈し、互いに左右対称に配置されている。各ガセット２３は、縦メンバ１８と前クロスメンバ２０との間で傾斜状に延びる傾斜面部（第１傾斜面部）６０を有する。この傾斜面部６０は、前クロスメンバ２０の車両後方壁６２から縦メンバ１８の車幅方向内側壁６４に向かうにつれて車両後方に向かって傾斜する傾斜面６６を有する。また、前クロスメンバ２０の傾斜面部６０は、凹部５４中央の底面部５５から各ガセット２３の傾斜面部６０の一端に向けて延出している。

前クロスメンバ２０の傾斜面部５６と、ガセット２３の傾斜面部６０とは、リヤサブフレーム１０の内側の面において略面一でそれぞれ連続するように形成されている。また、閉断面部２６内を上下に連結する第２カラー部材４６は、前クロスメンバ２０の傾斜面部５６とガセット２３の傾斜面部６０との間に配置されている（図５（ａ）、図５（ｂ）参照）。

図６は、図３のＶＩ−ＶＩ線に沿った縦断面図である。

図６に示されるように、各ガセット２３は、上下方向に沿った断面がコ字状を呈するコ字状断面部６８を有する。このコ字状断面部６８は、略Ｌ字状断面を有する上ガセット７０と、略Ｌ字状断面を有する下ガセット７２とが一体的に接合されて構成されている。上ガセット７０の上部稜線には、ガセット２３の内部に向けて断面円弧状に窪む窪み部７４が形成されている。この窪み部７４は、パワーユニットＰとの干渉を回避するための逃げとして機能するものである。

本実施形態に係るリヤサブフレーム１０が組み込まれた車両後部は、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、左右一対の縦メンバ１８、１８と前クロスメンバ２０とを連結する左右一対のガセット２３、２３を備えていることで、縦メンバ１８と前クロスメンバ２０との間の荷重伝達効率を向上させることができる。すなわち、本実施形態において、各ガセット２３は、各縦メンバ１８と前クロスメンバ２０との間で傾斜状に延びる傾斜面部６０を有し、前クロスメンバ２０は、ガセット２３の傾斜面部６０に連続する傾斜面部５６を有している。これにより、本実施形態では、ガセット２３の傾斜面部６０と前クロスメンバ２０の傾斜面部５６とを連続させることで、ガセット２３から前クロスメンバ２０への荷重伝達効率を高めることができる。この結果、本実施形態では、縦メンバ１８と前クロスメンバ２０との連結部における応力集中を抑制して、連結部の剛性・強度を向上させることができる。

換言すると、本実施形態では、ガセット２３に対して傾斜面部６０を設けているだけでなく、前クロスメンバ２０の凹部５４に対しても傾斜面部５６を設けている。さらに、本実施形態では、ガセット２３の傾斜面部６０と前クロスメンバ２０の傾斜面部５６とがそれぞれ連続するように構成している。これにより、本実施形態では、縦メンバ１８と前クロスメンバ２０との連結部における応力集中を抑制して、連結部の剛性・強度を向上させることができる。この結果、本実施形態では、リヤサブフレーム１０が配置されるスペースのレイアウト等の関係で、仮に、縦メンバ１８と前クロスメンバ２０とが直交又は略直交する位置に配置される場合であっても、リヤサブフレーム１０の剛性・強度を向上させることができる。

また、本実施形態では、前クロスメンバ２０に、車両前後方向に沿って延在し、且つ、下方に向かって窪む凹部５４が形成されている。前クロスメンバ２０の傾斜面部５６は、凹部５４の底面部５５からガセット２３の傾斜面部６０の車両前方端部に向けて延出している。これにより、本実施形態では、凹部５４によってパワーユニットＰとの干渉を回避することができる効果と、ガセット２３から前クロスメンバ２０への荷重伝達効率を向上させることができる効果との両方の効果を併存（両立）させて調和することができる。

さらに、本実施形態では、ガセット２３に、上下方向に沿った断面がコ字状からなるコ字状断面部６８を設けている。これにより、本実施形態では、ガセット２３単体の剛性・強度を向上させ、荷重伝達効率をより一層向上させることができる。

さらにまた、本実施形態では、ガセット２３が、それぞれ略Ｌ字状断面を有する上ガセット７０及び下ガセット７２を備え、コ字状断面部６８は、上ガセット７０及び下ガセット７２によって形成されている。これにより、本実施形態では、ガセット２３を上ガセット７０及び下ガセット７２に分割構成することで、ガセット２３の形状自由度が高まり、コ字状断面部６８の断面高さ寸法を高くすることができる。この結果、本実施形態では、ガセット２３の成形性を向上させると共に、ガセット２３の剛性・強度の向上とを調和させて両立させることができる。

さらにまた、本実施形態では、前クロスメンバ２０の閉断面部２６内を上下に連結する第２カラー部材４６を備え、この第２カラー部材４６は、前クロスメンバ２０の傾斜面部５６とガセット２３の傾斜面部６０との間に配置されている（図５（ａ）、図５（ｂ）参照）。本実施形態では、荷重伝達経路中において比較的に応力が集中し易い前クロスメンバ２０の傾斜面部５６とガセット２３の傾斜面部６０との間の部位を、高い剛性・強度を有する第２カラー部材４６によって補強することができる。これにより、本実施形態では、荷重伝達効率をより一層向上させると共に、リヤサブフレーム１０の剛性・強度をより一層向上させることができる。

さらにまた、本実施形態では、前クロスメンバ２０に取り付けられるマウント部２４を備え、このマウント部２４が前クロスメンバ２０に対して取り付けられる取付点Ａは、第２カラー部材４６の軸線と上下方向で重畳する位置に設けられている（図７、図５（ａ）参照）。本実施形態では、荷重伝達経路中において比較的に応力が集中し易い前クロスメンバ２０の傾斜面部５６とガセット２３の傾斜面部６０との間の部位を、マウント部２４の取付点Ａによって補強している。これにより、本実施形態では、荷重伝達効率をより一層向上させると共に、リヤサブフレーム１０の剛性・強度をより一層向上させることができる。

１０ リヤサブフレーム（サブフレーム）
１８ 縦メンバ
２０ 前クロスメンバ（クロスメンバ）
２３ ガセット
２４ マウント部（パワーユニット用マウント）
２６ 閉断面部
４６ 第２カラー部材（カラー部材）
５４ 凹部
５５ 底面部
５６ 傾斜面部（第２傾斜面部）
６０ 傾斜面部（第１傾斜面部）
６８ コ字状断面部
７０ 上ガセット
７２ 下ガセット
Ｐ パワーユニット
Ａ 取付点

Claims (6)

1. 車両前後方向に延びる左右一対の縦メンバと、前記左右一対の縦メンバの間で車幅方向に沿って延びるクロスメンバとを有するサブフレーム構造であって、
   前記各縦メンバと前記クロスメンバとを連結するガセットを備え、
   前記ガセットは、前記縦メンバと前記クロスメンバとの間で傾斜状に延びる第１傾斜面部を有し、
   前記クロスメンバは、前記第１傾斜面部に連続する第２傾斜面部を有することを特徴とするサブフレーム構造。
2. 請求項１記載のサブフレーム構造において、
   前記クロスメンバには、車両前後方向に沿って延在し、且つ、下方に向かって窪む凹部が形成され、
   前記第２傾斜面部は、前記凹部の底面部から前記第１傾斜面部の車両前方端部に向けて延出していることを特徴とするサブフレーム構造。
3. 請求項１又は請求項２に記載のサブフレーム構造において、
   前記ガセットは、上下方向に沿った断面がコ字状からなるコ字状断面部を有することを特徴とするサブフレーム構造。
4. 請求項３記載のサブフレーム構造において、
   前記ガセットは、それぞれ略Ｌ字状断面を有する上ガセット及び下ガセットを備え、
   前記コ字状断面部は、前記上ガセット及び前記下ガセットによって形成されることを特徴とするサブフレーム構造。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のサブフレーム構造において、
   前記クロスメンバの閉断面内を上下に連結するカラー部材を備え、
   前記カラー部材は、前記クロスメンバの前記閉断面内における前記第１傾斜面部と前記第２傾斜面部との間に配置されていることを特徴とするサブフレーム構造。
6. 請求項５記載のサブフレーム構造において、
   前記クロスメンバに取り付けられるパワーユニット用マウントを備え、
   前記パワーユニット用マウントが前記クロスメンバに対して取り付けられる取付点は、前記カラー部材と上下方向で重畳する位置に設けられることを特徴とするサブフレーム構造。

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