JP2021004006A - サスペンションメンバ - Google Patents

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Abstract

【課題】サスペンションメンバの上曲部と下曲部を有するサイドレールにおいて、強度を確保する新たな構造を提案する。【解決手段】断面構造を有するサイドレール40は、車両前後方向に延び、クロスメンバに向けて下方に曲がる下曲部である部位P2と、上方に向けて曲がる上曲部である部位P4とを有する。サイドレール40は、アッパメンバ42と、ロアメンバ44と、両者の間に位置する補強メンバ46とを組み合わせて形成されている。アッパメンバ42と補強メンバ46は溶接により固定されて、アッパ中空部を有する閉断面を形成する。補強メンバ46とロアメンバ44は溶接により固定されて、ロア中空部を有する閉断面を形成する。アッパ中空部における上端から下端までの上下方向距離は、部位P2における方が部位P4におけるよりも長く、ロア中空部における上端から下端までの上下方向距離は、部位P4における方が部位P2におけるよりも長い。【選択図】図2

Description

本発明は、サイドレールを備えたサスペンションメンバに関する。
車両のサスペンションメンバとして、車幅方向に延びるクロスメンバに、車両前後方向に延びるサイドレール(サイドメンバと呼ばれることもある)を結合させた構造が知られている。サイドレールは、車両の衝突時などに、端部から入力される荷重をクロスメンバの側に伝達する。一般的に、サイドレールは、閉断面形状に形成される。
下記特許文献1には、フロントサスペンションメンバのサイドレールの内部に、折れ曲がりを規制する規制部材を設けた構造が開示されている。サイドレールには、許容値以上の荷重が車両前方から加わった場合に屈曲する屈曲部位が設けられている。規制部材は、屈曲部位をまたぐ位置において、サイドレールと並行に取り付けられる。サイドレールは、屈曲部位で屈曲した後に、規制部材との接触箇所で再度屈曲を起こす。
下記特許文献2には、リアサスペンションメンバのサイドレールの構造について記載されている。サイドレールは、水平部位の後方に、斜め上後方に延びる傾斜部位を備えている。サイドレールの内部には、補強部材がほぼ水平に設けられており、後端は傾斜部位に接続されている。車両の後突時には、車両後方からの荷重が補強部材の後端に入力されるよう設定されている。
下記特許文献3には、車両前部に設けられたサイドレールの内部に、強化部材を設けた構成が記載されている。強化部材は、前方の比較的脆弱な部位と、後方の比較的頑強な部位が結合されて形成されている。そして、比較的頑強な部位が、サイドレールにおけるエンジン、サスペンション等の支持部に位置するように配置されている。衝突時には、前方の比較的脆弱な部位が先に変形することで、後方の比較的頑強な部位の変形が抑制され、支持部が保護される。
特開2018−167671号公報 特開2010−18052号公報 特許第3357234号公報
サスペンションメンバに設けられたサイドレール(サイドメンバと呼ばれる場合もある)には、クロスメンバに向かって下方に曲がる下曲部と、上方に曲がる上曲部とを備えるものがある。サイドレールに前後方向の荷重が加わった場合に、下曲部と上曲部には応力の集中が起こるため、強度を確保することが求められる。
上記特許文献1〜3には、下曲部と上曲部の強度確保については記載されていない。
本発明の目的は、下曲部と上曲部を有するサイドレールにおいて、強度を確保する新たな構造を提案することにある。
本発明にかかるサスペンションメンバは、車両前後方向に延び、クロスメンバに向けて、下方に曲がる下曲部と、上方に向けて曲がる上曲部とを有するサイドレールを備え、前記サイドレールは、アッパメンバと、ロアメンバと、前記アッパメンバと前記ロアメンバの間に位置する補強メンバとを組み合わせて閉断面構造に形成され、前記アッパメンバと前記補強メンバは溶接により固定されて、アッパ中空部を有する閉断面を形成し、前記補強メンバと前記ロアメンバは溶接により固定されて、ロア中空部を有する閉断面を形成し、前記アッパ中空部における上端から下端までの上下方向距離は、前記下曲部における方が前記上曲部におけるよりも長く、前記ロア中空部における上端から下端までの上下方向距離は、前記上曲部における方が前記下曲部におけるよりも長い、ことを特徴とする。
本発明にかかるサスペンションメンバの一態様においては、前記アッパメンバの断面は逆U字型であり、前記ロアメンバの断面はU字型であり、前記補強メンバの断面はU字型または逆U字型であり、前記アッパメンバは補強メンバの側壁外面における上部に溶接され、前記ロアメンバは前記補強メンバの前記側壁外面における下部に溶接されていることを特徴とする。
本発明によれば、サイドレールの曲部形状に応じて、補強部材の位置を設定し、サイドレールを補強することが可能となる。
実施形態にかかるフロントサスペンションメンバの平面図である。 図1のA方向からみたサイドレールの部分的側面図である。 図2のBB線におけるサイドレールの断面図である。 図2のCC線におけるサイドレールの断面図である。 変形例にかかるサイドレールの部分的側面図である。 参考形態にかかるサイドレールの断面図である。
以下に、図面を参照しながら、実施形態について説明する。説明においては、理解を容易にするため、具体的な態様について示すが、これらは実施形態を例示するものであり、他にも様々な実施形態をとることが可能である。
図1は、実施形態にかかる車両のフロントサスペンションメンバ10の概略的な平面図である。図中の座標系におけるF軸は車両前方向、U軸は上方向、R軸は搭乗者の右手方向を示している(以下の図でも同様)。
フロントサスペンションメンバ10は、車幅方向に延びる構造部材であるクロスメンバ20と、クロスメンバ20の前部の両サイドに設けられた一対の構造部材であるサイドレール40とを備える。クロスメンバ20、サイドレール40は、ともに鋼板などの金属板を加工して作られた部材である。ここで構造部材とは、車両の重量、加減速、衝突などに伴う荷重の伝達を主として担う部材をいう。構造部材は、骨格部材、フレームなどとも呼ばれる。また、クロスメンバ20とサイドレール40との間付近には、上方かつ車幅方向外側に延びる一対のフロントボディマウント100が溶接等により取り付けられている。
クロスメンバ20は、アッパパネル22と、強化パネル24と、アッパパネルの下部にあって図示されないロアパネルとを溶接等により結合して、閉断面の形状に形成されている。閉断面とは、長手方向(クロスメンバ20の場合は車幅方向)に垂直な断面で切った場合に、周囲を部材で囲まれ、内部が中空に形成された形状をいう。クロスメンバ20の後部両サイドには、一対のリアボディマウント26が設けられている。リアボディマウント26は、フロントボディマウント100とともに、上部のボディを支持する。
クロスメンバ20の両サイドには、リアボディマウント26のやや前方に、ロアアーム第2取付部28が設けられている。ロアアーム第2取付部28は、クロスメンバ20におけるフロントボディマウント100下面付近に設けられるロアアーム第1取付部(図示せず)とともに、ロアアーム(図示せず)の取り付けが行われる。ロアアームは、クロスメンバ20の両サイドに配置される部材であり、前輪、サスペンションなど(図示せず)が取り付けられる。
また、クロスメンバ20は車両のエンジン(図示せず)を支持している。エンジンは、クロスメンバ20の中央前方側に配置されており、クロスメンバ20はエンジンの後下面側を支持する。ただし、実施形態にかかる車両は、エンジン駆動される車両である必要はなく、例えば、モータ駆動される電動車両であってもよい。
クロスメンバ20の前部両サイドには、フロントボディマウント100の前側に、ボディマウントブラケット30が溶接等により設けられている。ボディマウントブラケット30は、フロントボディマウント100の支持部となるとともに、サイドレール40の取付部ともなっている。
サイドレール40は、上面視した場合には、ほぼ直線状に形成された長形状の部材である。サイドレール40は、後端をクロスメンバ20のボディマウントブラケット30に溶接等により結合されており、やや車幅方向外側に向かいながら前方に延びている。サイドレール40の前端には、車両前部に設けられた板部材102が溶接等により結合されている。板部材102の前方にはクラッシュボックス(図示せず)が設けられ、クラッシュボックスの前方にはフロントバンパリインフォース(図示せず)などが設けられる。サイドレール40は、車両の前突時に、フロントバンパリインフォース、クラッシュボックス及び板部材102を介して前端から大きな荷重を入力し、クロスメンバ20に伝達する。サイドレール40は、非常に大きな荷重を受けた場合には、屈曲して、衝突荷重(エネルギの単位で言えば衝撃エネルギ)を吸収する。しかし、サイドレール40は、ある程度の荷重に対しては、屈曲せずに、あるいは屈曲を抑制して、形状を維持するように作られている。
図2は、図1におけるA方向から左サイドのサイドレール40を図示した部分的な側面図である。サイドレール40は、形状的な特徴から、前から後ろに向けて順に部位P1、P2、P3、P4,P5に分類できる。部位P1は、サイドレール40の最前部に位置しており、ほぼ水平に延びている。部位P1の前端には、板部材102が溶接等により固定されている。部位P2は、ある程度大きな曲率を有し、後方に向けて下向きに曲がった下曲部である。部位P3は、後方に向けて下向きに傾斜しているがほとんど曲がっていない。すなわち、部位P3は曲率がほぼゼロである。部位P4は、曲率を有しており、後方のクロスメンバ20に向けて相対的に上向きに曲がった上曲部である。部位P5は、ほぼ水平に延びている。部位P5よりも後方の部位も、部位P5と同様に水平に形成されており、後端はボディマウントブラケット30を介してクロスメンバ20に結合されている。また、上下方向の厚みをみた場合には、わずかな差ではあるが、部位P1、P2は比較的薄く、部位P3、P4、P5は比較的厚く作られていることがわかる。
サイドレール40には、車両の前突時に、板部材102を通じて後ろ向きの荷重が入力される。このとき、水平に形成された部位P1、P5と、斜めであるがほぼ直線状に形成された部位P3では、全周的に一様な応力が作用する。
これに対し、下曲部である部位P2と上曲部である部位P4では、応力が一様には作用しない。部位P2の下面である圧縮域Q1は大きな圧縮応力を受け、部位P2の上面付近は相対的に伸長される応力を受ける。また、部位P4の上面である圧縮域Q2は大きな圧縮応力を受け、部位P4の下面付近は相対的に伸長される応力を受ける。
サイドレール40は、鋼板等で形成された長形状の3つの部材を組み合わせることで、圧縮域Q1、Q2における応力に対抗できるように作られている。アッパメンバ42は、サイドレール40の上部を構成する部材であり、ロアメンバ44は、サイドレール40の下部を構成する部材である。補強メンバ46は、アッパメンバ42とロアメンバ44の間に設けられた部材である。
図2に示すように、側面視した場合、アッパメンバ42の高さ(前後方向の各位置における上端と下端の距離)は、部位P1〜P5を通じて、ほぼ同じ程度の高さに形成されている。ロアメンバ44は、部位P1では比較的高さが低く、部位P2からP4に向けて次第に高さが高くなり、部位P5では最も高さが高くなっている。また、補強メンバ46は、図2の破線で明らかなように、ロアメンバ44とは逆に、部位P1で比較的高さが高く、部位P2からP4に向けて次第に高さが低くなり、部位P5では最も高さが低くなっている。
ここで、図3及び図4を参照して、サイドレール40における断面形状について説明する。図3は、図2におけるBB線(すなわち下曲部である部位P2に設定されている)に沿ったサイドレール40の断面図であり、図4は図2におけるCC線(すなわち上曲部である部位P4に設定されている)に沿ったサイドレール40の断面図である。
図3に示すように、下曲部であるBB断面では、サイドレール40は、逆U字型に形成されたアッパメンバ42と、U字型の形状に形成されたロアメンバ44の間に、U字型に形成された補強メンバ46が挟まれたように組み合わされている。ここで、U字型とは、ほぼ水平な下壁と、下壁の両サイドから上向きにほぼ垂直に延びる側壁を有する形状をいう。下壁と側壁は、平面であってもよいが、曲面であってもよい。また、逆U字型とは、U字を紙面内で180度回転させた形状をいう。実施形態では、アッパメンバ42、ロアメンバ44、補強メンバ46は、鋼板等の一枚の金属板をプレス加工して形成されている。
アッパメンバ42は、水平な上壁42aと、上壁42aの両端から下向きに延びる側壁42bを有している。ロアメンバ44は、水平な下壁44aと、下壁44aの両端から上向きに延びる側壁44bを有している。補強メンバ46は、水平な下壁46aと、下壁46aの両端から上向きに延びる側壁46bを有している。側壁42bの高さ(側壁42bの上端と下端の距離をいう)と側壁44bの高さはほぼ同じであり、側壁46bの高さは側壁42bの高さに比べて高い。図3の例では、側壁46bの高さは、側壁42bの高さの2倍以上である。
アッパメンバ42の側壁42bにおける下端付近の内面は、補強メンバ46の側壁46bにおける上端付近の外面と接しており、側壁42bの下端において溶接60で結合されている。この結果、アッパメンバ42と補強メンバ46はアッパ中空部50を有する閉断面を形成している。
ロアメンバ44の側壁44bにおける上端付近の内面は、補強メンバ46の側壁46bにおける下端付近の外面と接しており、側壁44bの上端において溶接62で結合されている。この結果、ロアメンバ44と補強メンバ46はロア中空部52を有する閉断面を形成している。溶接62の位置は、溶接60の位置に対し、相対的に下部に設定されている。このため、図2に示したように、サイドレール40を側面視した場合には、上側から下側にかけて順に、アッパメンバ42、補強メンバ46、ロアメンバ44が並ぶことになる。
アッパ中空部50における断面の高さHU1(アッパ中空部50における上端である上壁42aの下面と、アッパ中空部50における下端である下壁46aの上面との上下方向の距離をいう)は、ロア中空部52における断面の高さHL1(ロア中空部52における上端である下壁46aの下面と、ロア中空部52における下端である下壁44aの上面との上下方向の距離をいう)に比べて高い。図3の例では、HU1はHL1の約9倍の高さである。補強メンバ46の下壁46aは、ロアメンバ44の下壁44aの近傍にあり、アッパメンバ42の上壁42aからは(図3の例では約9倍)離れた位置にある。このことは、図3に示した部位P2のBB断面では、圧縮域Q1の側に補強メンバ46の下壁46aが配置されており、圧縮域Q1は下壁44aと下壁46aの二つの水平方向に拡がる壁によって強化されていることを意味している。他方、圧縮域Q1とは反対側に位置するアッパメンバ42の上壁42a付近では、水平に拡がる壁は上壁42aのみであるが、特段強化をする必要がないため、問題は生じない。部位P2では、圧縮域Q1に必要な強度を確保できるように、補強メンバ46の配置を設定している。
図4に示した上曲部であるCC断面では、基本点な構成は図3のBB断面と同じである。すなわち、サイドレール40は、逆U字型に形成されたアッパメンバ42と、U字型の形状に形成されたロアメンバ44の間に、U字型に形成された補強メンバ46が挟まれている。アッパメンバ42は上壁42aと側壁42bを有しており、ロアメンバ44は下壁44aと側壁44bを有しており、補強メンバ46は下壁46aと側壁46bを有している。アッパメンバ42の側壁42bの内面は、補強メンバ46の側壁46bの外面に溶接60で結合されており、アッパメンバ42と補強メンバ46はアッパ中空部50を有する閉断面を形成している。また、ロアメンバ44の側壁44bの内面は、補強メンバ46の側壁46bの外面に溶接62で結合されており、ロアメンバ44と補強メンバ46はロア中空部52を有する閉断面を形成している。
アッパメンバ42の側壁42bの高さは最も低く、次いで、補強メンバ46の側壁46bの高さが低く、ロアメンバ44の側壁44bの高さは最も高い。図4の例では、側壁46bの高さは側壁42bの高さの約2倍であり、側壁44bの高さは側壁46bの高さの約2.5倍である。そして、アッパ中空部50の断面の高さHU2(アッパ中空部50における上端である上壁42aの下面と、アッパ中空部50における下端である下壁46aの上面との上下方向の距離をいう)は、ロア中空部52の断面の高さHL2(ロア中空部52における上端である下壁46aの下面と、ロア中空部52における下端である下壁44aの上面との上下方向の距離をいう)とほぼ同程度である。
アッパメンバ42の側壁42bの高さは、図3のアッパメンバ42の側壁42bとほぼ同じである。補強メンバ46の側壁46bの高さは、図3の補強メンバ46の側壁46bの高さの0.6倍程度である。ロアメンバ44の側壁44bの高さは、図3のロアメンバ44の側壁44bの高さの2.5倍程度である。また、図4に示した上曲部に設けられたアッパ中空部50の断面の高さHU2は、図3に示した下曲部のアッパ中空部50の断面の高さHU1の0.6倍程度の高さ(長さ)である。他方、図4に示した上曲部に設けられたロア中空部52の断面の高さHL2は、図3に示した下曲部のロア中空部52の断面の高さHL2の5倍程度の高さ(長さ)である。そして、アッパ中空部50の断面の高さHU2とロア中空部52の断面の高さHL2の和は、図3に示したアッパ中空部50の断面の高さHU1とロア中空部52の断面の高さHL1の和よりも1.1倍程度大きく、断面積が増えている。
図4に示したサイドレール40では、部位P4に含まれるCC断面では、補強メンバ46の下壁46aは、アッパメンバ42の上壁42aとロアメンバ44の下壁44aからほぼ等距離の位置にある。したがって、圧縮域Q2に属すアッパメンバ42の側と、反対側に位置するロアメンバの側は、同程度の強度に作られていることがわかる。部位P4は、部位P2に比べてサイドレール40の断面積が増えていることもあり、全体として強度が増している。したがって、圧縮域Q2では、補強メンバ46の下壁46aからは距離が離れているが、十分な強度を確保することができている。ただし、圧縮域Q2付近が図3に示すような構成であったならば、圧縮域Q2では補強メンバ46による補強の効果を全く受けられず、必要な強度が確保できない。部位P4では、圧縮域Q2に必要な強度を確保できる位置に補強メンバ46を配置している。
このように、実施形態では、図2に示すように3つの部材であるアッパメンバ42、ロアメンバ44、補強メンバ46の高さ及び配置を前後方向の各位置に応じて適宜変更する調整を行っている。特に、下曲部における圧縮域Q1と上曲部における圧縮域Q2では、補強の必要性が高いため、周囲に比べて補強メンバ46を圧縮域Q1,Q2の側に近づけるように設定がなされている。これにより、サイドレール40では、各位置における必要強度を確保することができている。
なお、図3及び図4に示した例では、補強メンバ46は、ロアメンバ44と同じU字型であるとした。しかし、補強メンバ46を、アッパメンバ42と同じ逆U字型にすることも可能である。また、補強メンバ46を、閉断面形状(例えば角パイプ)、あるいは、H型形状とすることも可能である。補強メンバ46は、略水平な壁面と、その両端に設けられた略垂直な側壁を有する形状であればよい。
図2に示した態様では、サイドレール40は、全長にわたって、アッパメンバ42、ロアメンバ44、補強メンバ46の3つの部材から構成されるものとした。しかし、アッパメンバ42、ロアメンバ44、補強メンバ46は、必ずしも、サイドレール40の全長にわたって設ける必要はない。この点について、図5を参照して説明する。
図5は、図2に対応する図であり、別の実施形態にかかるサイドレール340の側面を示している。図5に示したサイドレール340では、基本的な形状は、図2に示したサイドレール40と同様である。すなわち、サイドレール340は、板部材102の側から順次、水平の部位P1、下曲部の部位P2、下向きに傾斜の部位P3、上曲部の部位P4,水平の部位P5からなる。部位P2の下部は圧縮域Q1であり、部位P4の上部は圧縮域Q2である。
サイドレール340では、アッパメンバ342、ロアメンバ344、補強メンバ346を用いて形成されている。そして、部位P2から部位P5にかけては、図2から図4に示した構造と同様に形成されている。他方、部位P1では、サイドレール340は、ロアメンバ344が先端まで至ることなく短く形成されている。そして、アッパメンバ342は、先端側ほど側壁の高さが高くなっている。補強メンバ346の形状は部位P1を通じてほぼ一様である。すなわち、部位P1の前部では、ロアメンバ344を設けない代わりに、アッパメンバ342によってその強度を補っている。部位P1では、圧縮域が存在しないため、アッパメンバ342と補強メンバ346とによって形成される閉断面形状によって、十分な強度が確保できている。
このように、サイドレール340は、強度が最も必要となる圧縮域Q1、Q2において、アッパメンバ342、ロアメンバ344、補強メンバ346の3つの部材を用い、かつ、補強メンバ346の位置を相対的に変化させて形成されていればよい。強度が確保できている他の部位では、アッパメンバ342、ロアメンバ344、補強メンバ346のうちの一つを省略することが可能であるし、また、省略はしないが1つ以上の部材の形状を小さくして重量低減を図ることも可能である。もちろん、サイドレール340に対しては、例えば他部材との連結を図るなどの目的で、さらに他の長手形状のメンバを結合することも可能である。
サイドレール40は、製造工程における組み付け性の高い点でも優れている。例えば、図3に示したように、サイドレール40では、補強メンバ46の側壁46bの外面に、アッパメンバ42の側壁42bとの溶接60とロアメンバ44の側壁44bとの溶接62を行っている。この溶接60、62は、同時に実施可能である。したがって、溶接時の入熱により、アッパメンバ42、ロアメンバ44、補強メンバ46が大きく変形する前に、あるいは、同程度に熱変形した状態で、溶接を行うことができる。この結果、溶接の実施が容易化されるとともに、溶接の確実性、安定性あるいは強度を高め、品質向上を図ることが可能となっている。
図6は参考形態にかかるサイドレール440についての断面図である。サイドレール440では、アッパメンバ442とロアメンバ444とが閉断面を形成しており、その内部に補強メンバ446が設けられている。このため製造時には、まず、ロアメンバ444の側壁内面に補強メンバ446の溶接460を行い、次に、ロアメンバ444の側壁外面にアッパメンバ442の溶接462を行う。この工程では、溶接460、462を同時に行うことは困難である。そして、最初の溶接460を行った後には、補強メンバ446及びロアメンバ444は加熱され熱変形を起こす。その後、熱変形したロアメンバ444と熱変形していないアッパメンバ442とを結合する溶接462を行うため、一般に溶接は困難を伴う。
以上の説明では、フロントサスペンションメンバを例にあげて説明を行った。しかし、実施形態は、リアサスペンションメンバに対しても同様に適用可能である。リアサスペンションメンバでは、クロスメンバの後部両サイドにおいて、車両後方に延びるサイドレールが設けられる。
10 フロントサスペンションメンバ、20 クロスメンバ、22 アッパパネル、24 強化パネル、26 リアボディマウント、28 ロアアーム第2取付部、30 ボディマウントブラケット、40 サイドレール、42 アッパメンバ、42a 上壁、42b 側壁、44 ロアメンバ、44a 下壁、44b 側壁、46 補強メンバ、46a 下壁、46b 側壁、50 アッパ中空部、52 ロア中空部、60、62 溶接、100 フロントボディマウント、102 板部材、340 サイドレール、342 アッパメンバ、344 ロアメンバ、346 補強メンバ、440 サイドレール、442 アッパメンバ、444 ロアメンバ、446 補強メンバ、460、462 溶接。

Claims (2)

  1. 車両前後方向に延び、クロスメンバに向けて、下方に曲がる下曲部と、上方に向けて曲がる上曲部とを有するサイドレールを備え、
    前記サイドレールは、アッパメンバと、ロアメンバと、前記アッパメンバと前記ロアメンバの間に位置する補強メンバとを組み合わせて閉断面構造に形成され、
    前記アッパメンバと前記補強メンバは溶接により固定されて、アッパ中空部を有する閉断面を形成し、
    前記補強メンバと前記ロアメンバは溶接により固定されて、ロア中空部を有する閉断面を形成し、
    前記アッパ中空部における上端から下端までの上下方向距離は、前記下曲部における方が前記上曲部におけるよりも長く、
    前記ロア中空部における上端から下端までの上下方向距離は、前記上曲部における方が前記下曲部におけるよりも長い、
    ことを特徴とするサスペンションメンバ。
  2. 請求項1に記載のサスペンションメンバにおいて、
    前記アッパメンバの断面は逆U字型であり、
    前記ロアメンバの断面はU字型であり、
    前記補強メンバの断面はU字型または逆U字型であり、
    前記アッパメンバは補強メンバの側壁外面における上部に溶接され、
    前記ロアメンバは前記補強メンバの前記側壁外面における下部に溶接されていることを特徴とするサスペンションメンバ。
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