JP2020163959A - サブフレーム構造 - Google Patents

Abstract

【課題】荷重入力時に折り曲げられた脆弱部が地面に接触した場合であってもリヤメンバの上方への湾曲を阻止すると共に、リヤメンバに搭載される部材が車室側に接触することによる車室側の変形を防止すること。【解決手段】各エクステンションメンバ１４は、連結部２８の車両前方に位置し、荷重入力時に下方に向かって変形可能な第１脆弱部３２と、第１脆弱部より車両前方に位置し、荷重入力時に上方に向かって変形可能な第２脆弱部３４とを有し、第１脆弱部は、各エクステンションメンバの上面に設けられ、第２脆弱部は、各エクステンションメンバの下面に設けられ、第１脆弱部の軸直断面の高さ寸法（Ｈ１）は、第２脆弱部の軸直断面の高さ寸法（Ｈ２）よりも小さい（Ｈ１＜Ｈ２）。【選択図】図２

Description

本発明は、車両前部のパワープラント室の下方に設けられるサブフレームの構造に関する。

例えば、特許文献１には、フロントサイドメンバの下方で、且つ、フロントサスペンションメンバの前方に配置されるロアメンバに対して複数の脆弱部を設けた車体前部構造が開示されている。

特許文献１に開示された車体前部構造では、前方衝突における衝突荷重によって後方側の脆弱部から順に上方側と下方側へと交互に折れ曲げることで、前方衝突荷重を効率的に吸収することができる、としている。

特許第５４４０３１８号公報

ところで、特許文献１に開示された構造では、複数の脆弱部を有するロアメンバの剛性・強度が低いため、フロントサスペンションメンバを車体側部材から脱落させることが困難である。このため、特許文献１に開示された構造では、例えば、パワープラントの後方に配置される駆動装置（例えば、電動パワーステアリング装置のギヤボックスやスタビライザ等）が車室側に接触し、車室側が変形するおそれがある。

また、サブフレームに折れ点を設け、荷重入力時に折れ点を起点として折り曲げることでサブフレームを車体側部材から脱落させることが考えられる。しかしながら、荷重入力時に折れ点が地面に接触することで、サブフレームを構成するクロスメンバが上方に湾曲し、サブフレームのクロスメンバに搭載された部材が車室側に接触し、車室側が変形するおそれがある。

本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、荷重入力時に折り曲げられた脆弱部が地面に接触した場合であってもリヤメンバの上方への湾曲を阻止すると共に、リヤメンバに搭載される部材が車室側に接触することによる車室側の変形を防止す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、車両前部のパワープラント室の下方に設けられるサブフレームの構造であって、軸直断面が矩形状を呈し、車両前後方向に沿って延びる左右一対のエクステンションメンバと、前記各エクステンションメンバの車両後方端部と連結され、車幅方向に沿って延びるリヤメンバと、前記各エクステンションメンバの車両後方端部と前記リヤメンバの車両左右側前部とを連結する連結部と、を備え、前記各エクステンションメンバは、前記連結部の車両前方に位置し、荷重入力時に下方に向かって変形可能な第１脆弱部と、前記第１脆弱部より車両前方に位置し、荷重入力時に上方に向かって変形可能な第２脆弱部と、を有し、前記第１脆弱部は、前記各エクステンションメンバの上面に設けられ、前記第２脆弱部は、前記各エクステンションメンバの下面に設けられ、前記第１脆弱部の軸直断面の高さ寸法（Ｈ１）は、前記第２脆弱部の軸直断面の高さ寸法（Ｈ２）よりも小さい（Ｈ１＜Ｈ２）ことを特徴とする。

本発明では、荷重入力時に折り曲げられた脆弱部が地面に接触した場合であってもリヤメンバの上方への湾曲を阻止すると共に、リヤメンバに搭載される部材が車室側に接触することによる車室側の変形を防止す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サブフレーム構造が適用されたフロントサブフレームを車両前方側の下方から見た斜視図である。 図１に示すフロントサブフレームの左側面図である。 エクステンションメンバを下方から見た斜視図である。 図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った端面図である。 図２のＶ−Ｖ線に沿った端面図である。 図２のＶＩ−ＶＩ線に沿った端面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、前突荷重が入力された際、第１脆弱部及び第２脆弱部を介してエクステンションメンバが変形する状態を示す説明図である。

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。
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。

車両前部には、本発明の実施形態に係るサブフレーム構造が適用されたフロントサブフレーム１０（以下、単に、サブフレーム１０という）が配置されている。図１に示されるように、このサブフレーム１０は、車両前部のパワープラント室１２の下方に配置されている。

サブフレーム１０は、図示しない前輪用懸架装置を支持すると共に、図示しないマウント機構を介してパワープラントＰ（例えば、モータやエンジン等の駆動源のユニット）を支持している。

図１に示されるように、サブフレーム１０は、左右一対のエクステンションメンバ１４、１４と、リヤメンバ１６と、補強部材１８とを備えて構成されている。

サブフレーム１０は、ボルト及びナットを介して、複数の車体側部材とそれぞれ連結される複数の車体連結部が設けられている。複数の車体連結部は、左右一対の前側車体連結部（第１車体連結部）２０、２０と、左右一対の中央車体連結部（第２車体連結部）２２、２２と、左右一対の後側車体連結部２４、２４とから構成されている。

前側車体連結部２０は、サブフレーム１０の車両前方側を図示しないフロントバルクヘッド（車体側部材）に連結している。中央車体連結部２２は、サブフレーム１０の車両前後方向に沿った中央部を図示しないフロントサイドフレーム（他の車体側部材）に連結している。後側車体連結部２４は、サブフレーム１０の車両後方側を、例えば、図示しないアウトリガに連結している。

左右一対のエクステンションメンバ１４、１４は、平面視して、概ね車両前後方向に沿って延び、車両前方に向かって僅かに拡開するように配置されている。各エクステンションメンバ１４は、断面コ字状を呈する上壁部１４ａと、下壁部１４ｂとがフランジを介して一体的に結合されている。各エクステンションメンバ１４の軸直方向の断面（軸直断面）は、矩形状を呈する閉断面で構成されている（図４及び図５参照）。また、各エクステンションメンバ１４は、例えば、鉄鋼材料で形成されている。

図１に示されるように、サブフレーム１０は、各エクステンションメンバ１４の各車両後方端部とリヤメンバ１６の左右の車両前方端部（車両左右側前部）とがそれぞれ連結される左右一対の連結部２８、２８を有する。各連結部２８は、車幅方向外側に位置し、ボルト及びナットで連結される外側連結部２８ａと、パワープラントＰが配置されたパワープラント室１２側に臨む車幅方向内側に位置し、ボルト及びナットで連結される内側連結部２８ｂとから構成されている。なお、本実施形態では、各エクステンションメンバ１４の各車両後方端部とリヤメンバ１６の左右の車両前方端部（車両左右側前部）とが、ボルト及びナットで連結される場合をその一例として挙げているがこれに限定されるものではない。例えば、各エクステンションメンバ１４とリヤメンバ１６とを溶接等の接合手段を介して一体的に連結（接合）するようにしてもよい。

図２に示されるように、各エクステンションメンバ１４は、後側の第１脆弱部３２と、前側の第２脆弱部３４とを有する。第１脆弱部３２は、連結部２８の車両前方に位置し、荷重入力時に下方に向かって変形可能に設けられている。第１脆弱部３２は、各エクステンションメンバ１４の上面に設けられている。第１脆弱部３２は、各エクステンションメンバ１４の上面において、車両前方側から車両後方側に向かって緩やかに下る緩傾斜面３６と、後記する傾斜面部３８の急峻な傾斜面４０とが交差する窪み部４２によって構成されている。この窪み部４２は、エクステンションメンバ１４の上面において車幅方向に沿って延出している。

第２脆弱部３４は、第１脆弱部３２より車両前方に位置し、荷重入力時に上方に向かって変形可能に設けられている。第２脆弱部３４は、各エクステンションメンバ１４の下面に設けられている。

第２脆弱部３４は、エクステンションメンバ１４の下面に設けられた緩傾斜面４８の車両後方位置で、しかも、中央車体連結部２２の下面から車両前方に向かって延出する平板部５０（後記する）の車両前方端部よりも車両前方位置で上方に向かって窪む窪み部５２によって構成されている。この窪み部５２は、エクステンションメンバ１４の下面において、車幅方向に沿って延出している。

図４及び図５に示されるように、第１脆弱部３２の軸直断面の高さ寸法（Ｈ１）は、第２脆弱部３４の軸直断面の高さ寸法（Ｈ２）よりも小さくなっている（Ｈ１＜Ｈ２）。各エクステンションメンバ１４において幅寸法が概略同じであるとして、第２脆弱部３４の軸直断面の高さ寸法（Ｈ２）が、第１脆弱部３２の軸直断面の高さ寸法（Ｈ１）よりも大きく設定することで、第２脆弱部３４の閉断面の面積Ｓ２（図５参照）を第１脆弱部３２の閉断面の面積Ｓ１（図４参照）よりも大きくすることができる（Ｓ１＜Ｓ２）。これにより、第２脆弱部３４の剛性・強度を、第１脆弱部３２の剛性・強度よりも高くすることができる。換言すると、エクステンションメンバ１４に対して車両前方側から車両後方側に向かって荷重が入力された際、第２脆弱部３４は、第１脆弱部３２よりも変形しにくくなっている。第２脆弱部３４と比較して第１脆弱部３２の方が先に変形し易くなっている。

なお、第１脆弱部３２の軸直断面の高さ寸法（Ｈ１）とは、軸直断面が略矩形状を呈する第１脆弱部３２の上面部４４ａと下面部４４ｂとの間の上下方向の最大離間寸法をいう。また、第２脆弱部３４の軸直断面の高さ寸法（Ｈ２）とは、軸直断面が略矩形状を呈する第２脆弱部３４の上面部４６ａと下面部４６ｂとの間の上下方向の最大離間寸法をいう。

各エクステンションメンバ１４の車両前方側には、図示しないフロントバルクヘッドに連結される前側車体連結部２０が設けられている。第２脆弱部３４は、前側車体連結部２０と第１脆弱部３２との間の略中央位置に配置されている。

各エクステンションメンバ１４の上面には、第１脆弱部３２から連結部２８まで上方に向かって立ち上がる傾斜面４０を有する傾斜面部３８が設けられている。この傾斜面部３８は、第１脆弱部３２よりも車両前方に位置する緩傾斜面３６と比較して傾斜角度が大きい急峻な傾斜面４０となっている。

各エクステンションメンバ１４の車両後方端よりも車両後方側には、図示しないフロントサイドフレームに連結される中央車体連結部２２が設けられている。各エクステンションメンバ１４の下部には、中央車体連結部２２から車両前方の第２脆弱部３４まで略平板状に一体的に延出する平板部５０が設けられている。この平板部５０は、エクステンションメンバ１４の車両後部側とリヤメンバ１６の車両前部側との両者にわたって、その下部側を一体的に繋いでいる。

図２及び図３に示されるように、平板部５０は、第１脆弱部３２の下方側に位置し、エクステンションメンバ１４の上壁部１４ａ及び下壁部１４ｂと別体で構成されている。平板部５０を別体で構成することで、エクステンションメンバ１４の上壁部１４ａ及び下壁部１４ｂのサイズを小さくすることができる。これにより、製造時に大型機械の使用が不要となり、コストの低減化を達成することができる。

また、平板部５０の車両前方端部５０ａが第２脆弱部３４の手前まで延出している。図６に示されるように、平板部５０は、左右のフランジ部５０ｂ、５０ｂを介して下壁部１４ｂの側面に接合されている。平板部５０を備えた第２脆弱部３４の手前の部位は、空隙を介して２重構造となっており、平板部５０を備えていない他の部位と比較して剛性・強度が向上している。この結果、平板部５０が連結された部分と、平板部５０が連結されていない第２脆弱部３４との間で剛性差・強度差が発生し、この剛性差・強度差に起因して第２脆弱部３４を確実に上方に向かって掘り曲げることができる。

リヤメンバ１６は、左右一対のエクステンションメンバ１４、１４の車両後方に配置され、車幅方向に沿って延在している。リヤメンバ１６の上面には、例えば、電動パワーステアリング装置５４（図１参照）等が搭載されている。また、リヤメンバ１６は、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金等の軽金属で形成されている。リヤメンバ１６の下面側には、複数の接続点を介して補強部材１８が配置されている。この補強部材１８は、軽金属で形成されたリヤメンバ１６の剛性・強度を補強するものである。

本実施形態に係るサブフレーム構造が適用されたフロントサブフレーム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。

図７（ａ）〜図７（ｄ）は、前突荷重が入力された際、第１脆弱部及び第２脆弱部を介してエクステンションメンバが変形する状態を示す説明図である。なお、図７（ａ）〜図７（ｄ）において、参照符号１００は、フロントサイドフレーム、参照符号１１０は、アッパメンバ、参照符号１２０は、フロントバルクヘッドをそれぞれ示している。

車両前部から前突荷重（オフセット荷重を含む）が入力された際、サブフレーム１０は、その剛性・強度が第２脆弱部３４よりも低い第１脆弱部３２が下方（地面Ｇ）に向かって略く字状に折れ曲がる（図７（ａ）→図７（ｂ）参照）。略く字状に折れ曲がった第１脆弱部３２の折曲部５６は地面Ｇに接地され、第１脆弱部３２は、地面Ｇから上方向の反力を受容する。この地面Ｇから付与される反力によって、さらに、第２脆弱部３４が上方に向かって折れ曲がる（図７（ｂ）→図７（ｃ）参照）。

さらに、前突荷重が増大することで、第２脆弱部３４の折り曲げ変形が増大すると共に、車体側部材に連結されていた後側車体連結部２４のボルトが締結点から抜脱して、リヤメンバ１６が車体側部材から脱落する（図７（ｃ）→図７（ｄ）参照）。このように、本実施形態では、地面Ｇからの反力を利用してエクステンションメンバ１４の第２脆弱部３４及び第１脆弱部３２を上下方向にそれぞれ折り曲げ、側面視してＺ字状に変形させることができると共に、車体側部材に締結されていた後側車体連結部２４のボルトを車体側部材から抜脱することができる。

本実施形態では、各エクステンションメンバ１４に第１脆弱部３２及び第２脆弱部３４をそれぞれ設けることで、衝突荷重の入力時にエクステンションメンバ１４を側面視してＺ字状に変形させることができる。これにより、本実施形態では、エクステンションメンバ１４の折曲部５６が地面Ｇと接触した場合であっても、後側車体連結部２４のボルトを車体側部材から抜脱することで第１脆弱部３２からリヤメンバ１６を含む車両後方部位が上方に向かって湾曲することを防止することができる。この結果、本実施形態では、前突荷重の入力時に、リヤメンバ１６に搭載される部材が車室側に接触して車室側が変形することを防止することができる。

また、本実施形態では、第２脆弱部３４の変形によって衝突荷重を吸収することができるため、車体側に入力される荷重を抑制することができる。

さらに、本実施形態では、第１脆弱部３２よりも第２脆弱部３４の方がエクステンションメンバ１４の太さが太いため（図４と図５とを比較参照）、衝突荷重が入力される際、第２脆弱部３４が第１脆弱部３２よりも早く変形が開始することを防止することができる。

さらにまた、本実施形態では、リヤメンバ１６の後側車体連結部２４まで衝突荷重が伝達されることで、車体側部材から後側車体連結部２４のボルトを下方に向かって脱落させることができる。

また、本実施形態では、前側車体連結部２０と第１脆弱部３２との間の略中央位置に第２脆弱部３４を設けることで、第２脆弱部３４による変形のストロークを確保することができ、衝突荷重を好適に吸収することができると共に、リヤメンバ１６の上方への湾曲変形を回避することができる。

さらに、本実施形態では、エクステンションメンバ１４の下部に、中央車体連結部２２から第２脆弱部３４まで延びる平板部５０を設けることで、第２脆弱部３４と平板部５０との間で剛性差・強度差を確保することができ、第１脆弱部３２が地面Ｇに接地したときに受ける反力を利用して第２脆弱部３４を上方に向かって確実に変形させることができる。

さらにまた、本実施形態では、エクステンションメンバ１４の上面に第１脆弱部３２からリヤメンバ１６まで延びる傾斜面部３８を設けることで、第１脆弱部３２と傾斜面部３８との間で剛性差・強度差を確保することができ、第１脆弱部３２を下方に向かって確実に変形させることができる。

１０ フロントサブフレーム
１２ パワープラント室
１４ エクステンションメンバ
１６ リヤメンバ
２０ 前側車体連結部（第１車体連結部）
２２ 中央車体連結部（第２車体連結部）
２８ 連結部
３２ 第１脆弱部
３４ 第２脆弱部
３８ 傾斜面部
４０ 傾斜面
５０ 平板部
Ｈ１ 第１脆弱部の軸直断面の高さ寸法
Ｈ２ 第２脆弱部の軸直断面の高さ寸法
Ｐ パワープラント

Claims (4)

1. 車両前部のパワープラント室の下方に設けられるサブフレームの構造であって、
   軸直断面が矩形状を呈し、車両前後方向に沿って延びる左右一対のエクステンションメンバと、
   前記各エクステンションメンバの車両後方端部と連結され、車幅方向に沿って延びるリヤメンバと、
   前記各エクステンションメンバの車両後方端部と前記リヤメンバの車両左右側前部とを連結する連結部と、
   を備え、
   前記各エクステンションメンバは、
   前記連結部の車両前方に位置し、荷重入力時に下方に向かって変形可能な第１脆弱部と、
   前記第１脆弱部より車両前方に位置し、荷重入力時に上方に向かって変形可能な第２脆弱部と、
   を有し、
   前記第１脆弱部は、前記各エクステンションメンバの上面に設けられ、
   前記第２脆弱部は、前記各エクステンションメンバの下面に設けられ、
   前記第１脆弱部の軸直断面の高さ寸法（Ｈ１）は、前記第２脆弱部の軸直断面の高さ寸法（Ｈ２）よりも小さい（Ｈ１＜Ｈ２）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、
   前記各エクステンションメンバの車両前方側で車体側部材に連結される第１車体連結部を有し、
   前記第２脆弱部は、前記第１車体連結部と前記第１脆弱部との間の略中央位置に配置され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記載のサブフレーム構造において、
   前記各エクステンションメンバよりも車両後方側で他の車体側部材に連結される第２車体連結部を有し、
   前記各エクステンションメンバは、前記第２車体連結部から前記第２脆弱部まで略平板状に延出する平板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１乃至３のいずれか１項記載のサブフレーム構造において、
   前記各エクステンションメンバは、前記第１脆弱部から前記連結部まで上方に向かって立ち上がる傾斜面を有する傾斜面部が設けられていることを特徴とするサブフレーム構造。

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