JP2022064725A

JP2022064725A - 車両のフレーム構造

Info

Publication number: JP2022064725A
Application number: JP2020173520A
Authority: JP
Inventors: 英一高山; Eiichi Takayama
Original assignee: Takayama Cars Co Ltd
Current assignee: Takayama Cars Co Ltd
Priority date: 2020-10-14
Filing date: 2020-10-14
Publication date: 2022-04-26
Also published as: JP2024042059A

Abstract

【課題】前方から衝突荷重が加えられても乗員空間へのキャビンフレームの侵入量を低減させることができる車両のフレーム構造を提供する。【解決手段】車両の乗員室の前方に配置されるキャビンフレーム１０と、前方キャビンフレーム１０の前方に取り付けられる左右一対のサイドフレーム２０と、を備えるフレーム構造１である。キャビンフレーム１０は、車両前後方向に延在する左右一対のサイドメンバ５０と、各サイドメンバ５０の前端付近から上方に延在する左右一対の縦メンバ１１と、車両幅方向に延在して縦メンバ１１の上端同士を連結する横メンバ１３と、縦メンバ１１とサイドフレーム２０とを連結する連結メンバ６０と、を有する。サイドフレーム２０を含む平面ＰFを、サイドメンバ５０を含む平面ＰMと略平行に配置した状態で、連結メンバ６０を介してサイドフレーム２０の後端を縦メンバ１１の上下方向略中央部に連結する。【選択図】図１

Description

特許法第３０条第２項適用申請有り令和１年１０月２４日～１１月４日に「第４６回東京モーターショー２０１９」にて発表

本発明は、車両のフレーム構造に関する。

従来より、車両の骨格（フレーム）構造に関する改良が種々提案され、実用化されている。例えば現在においては、前方からの衝突荷重に対して高い剛性・強度を有する車両の骨格構造が提案されている（特許文献１参照）。かかる技術によれば、ロッカ、フロアフレーム、フロア下クロスメンバ及びリアサイドメンバを同じ箇所で互いに結合することにより、いわゆる骨格部材であるフロアフレーム、ロッカ、フロア下クロスメンバ及びリアサイドメンバの結合力を上げ、これらの部材において強度及び剛性を向上させることができる、とされている。

特開２０１８－５２４９９号公報

ところで近年においては、二人乗りオープンスポーツカータイプの車両のフレーム構造の開発が進められている。かかる車両の従来のフレーム構造は、例えば図８～図１０に示すように、車両の乗員室の前方に配置されるキャビンフレーム１００と、キャビンフレーム１００の前方に取り付けられて車両前後方向に延在する左右一対のサイドフレーム２００と、を備えている。キャビンフレーム１００は、車両前後方向に延在する左右一対の下方サイドメンバ１１０と、各下方サイドメンバ１１０の前端付近から上方に延在する左右一対の第一の縦メンバ１２０と、各下方サイドメンバ１１０の前端よりも若干後方寄りの位置から上方に延在する左右一対の第二の縦メンバ１３０と、車両幅方向に延在して第一の縦メンバ１２０の上端同士を連結する第一の横メンバ１４０と、車両幅方向に延在して第二の縦メンバ１３０の上端同士を連結する第二の横メンバ１５０と、左右各々において第一の縦メンバ１２０の上端と第二の縦メンバ１３０の上端とを連結する上方サイドメンバ１６０と、を備えており、これら各メンバによって略直方体状の箱型に形成されている。

このような従来のフレーム構造においては、左右一対のサイドフレーム２００の前端側から衝突荷重が加えられると、図７に示すようにキャビンフレーム１００の上端位置（第二の縦メンバ１３０の上端と第二の横メンバ１５０と上方サイドメンバ１６０との接合位置付近）Ｐ_Jが大きく後退して、キャビンフレーム１００の一部が車両の乗員室の内部空間（乗員空間）Ｃに侵入してしまうという問題があった。このため、二人乗りオープンスポーツカータイプの車両において、前方から衝突荷重が加えられても乗員空間Ｃへのキャビンフレーム１００の侵入量を低減させることができるようなフレーム構造の開発が待望されていた。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、前方から衝突荷重が加えられても乗員空間へのキャビンフレームの侵入量を低減させることができる車両のフレーム構造を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明に係る車両のフレーム構造は、車両の乗員室の前方に配置される前方キャビンフレームと、前方キャビンフレームの前方に取り付けられて車両前後方向に延在する左右一対の前方サイドフレームと、を備えるものであって、前方キャビンフレームは、車両前後方向に延在する左右一対のサイドメンバと、各サイドメンバの前端付近から上方に延在するように各サイドメンバの前端に接合された左右一対の前方縦メンバと、車両幅方向に延在して前方縦メンバの上端同士を連結する前方横メンバと、前方縦メンバと前方サイドフレームとを連結する連結メンバと、を有し、前方サイドフレームは、その上下方向中央部を通る平面が、サイドメンバの下端を通る平面と略平行になるように配置された状態で、その後端が前方連結メンバを介して前方縦メンバの上下方向略中央部に連結されているものである。

かかる構成を採用すると、前方サイドフレームの上下方向中央部を通る平面が、サイドメンバの下端を通る平面と略平行になるように配置された状態で、前方サイドフレームの後端が連結メンバを介して前方縦メンバの上下方向略中央部に連結されている。このため、前方サイドフレームに対して前方からの衝撃荷重が加えられた場合に、前方キャビンフレームの前方縦メンバの上下方向略中央部に当該衝撃荷重を伝達し、前方縦メンバの上下方向略中央部を後方に変形させて衝撃を効率良く吸収することができる。従って、前方サイドフレームに対して前方からの衝撃荷重が加えられた場合に前方キャビンフレームの上部が後方に湾曲して乗員空間に侵入することを抑制することができ、乗員の安全を確保することができる。

本発明に係る車両のフレーム構造において、前方サイドフレームの後端を、連結メンバを介して、前方縦メンバの上下方向略中央部よりも下方の位置であってサイドメンバに接合されていない位置に連結する（前方縦メンバとサイドメンバとの接合位置には連結しない）ことができる。

かかる構成を採用すると、前方サイドフレームの後端を、連結メンバを介して、前方縦メンバの上下方向略中央部よりも下方の位置であってサイドメンバに接合されていない位置に連結する（前方縦メンバとサイドメンバとの接合位置には連結しない）ため、前方サイドフレームに加えられた前方からの衝撃荷重は、連結メンバを介して、サイドメンバではなく前方縦メンバの下部に伝達される。従って、前方縦メンバを変形させて前方衝撃荷重を効率良く吸収することができる。

本発明に係る車両のフレーム構造において、乗員室の後方に配置される後方キャビンフレームと、後方キャビンフレームの後方に取り付けられて車両前後方向に延在する左右一対の後方サイドフレームと、をさらに備えることができ、後方キャビンフレームは、サイドメンバと、各サイドメンバの後端付近から上方に延在するように各サイドメンバの後端に接合された左右一対の後方縦メンバと、車両幅方向に延在して前記後方縦メンバの上端同士を連結する後方横メンバと、を有することができる。かかる場合において、後方サイドフレームの上下方向中央部を通る平面が、サイドメンバの下端を通る平面と略平行になるように後方サイドフレームを配置した状態で、後方サイドフレームの前端を後方横メンバに接合することができる。また、サイドメンバの下端を通る平面から後方サイドフレームの上下方向中央部を通る平面までの距離を、サイドメンバの下端を通る平面から前方サイドフレームの上下方向中央部を通る平面までの距離と略同一とすることができる。

かかる構成を採用すると、サイドメンバの下端を通る平面から後方サイドフレームの上下方向中央部を通る平面までの距離を、サイドメンバの下端を通る平面から前方サイドフレームの上下方向中央部を通る平面までの距離と略同一とすることができる。すなわち、後方サイドフレームを、前方サイドフレームと略同一面内（前方キャビンフレームの上下方向略中央位置）に配置し、サイドフレームを前方から後方まで側面視で直線的に配置しているため、前方サイドフレームに対して前方から加えられた衝撃荷重をより効率良く吸収することができる。

本発明に係る車両のフレーム構造において、既に述べたサイドメンバを、乗員室の下方に配置される下方サイドメンバとし、既に述べた前方縦メンバを第一の前方縦メンバとし、既に述べた前方横メンバを第一の前方横メンバとすることができる。かかる場合において、前方キャビンフレームは、各下方サイドメンバの前端よりも若干後方寄りの位置から上方に延在するように各下方サイドメンバの当該位置に接合された左右一対の第二の前方縦メンバと、車両幅方向に延在して第二の前方縦メンバの上端同士を連結する第二の前方横メンバと、左右各々において第一の前方縦メンバの上端と第二の前方縦メンバの上端とを連結する上方サイドメンバと、を有することができる。

かかる構成を採用すると、前方キャビンフレームが、下方サイドメンバと、上方サイドメンバと、第一の前方縦メンバと、第二の前方縦メンバと、第一の前方横メンバと、第二の前方横メンバと、を有する略箱型形状を呈するため、前方サイドフレームに対して前方から加えられた衝撃荷重を、略箱型形状を呈する前方キャビンフレームによって一層効率良く吸収することができる。

本発明に係る車両のフレーム構造において、１．５～１．７ｍｍの範囲内に設定された特定の肉厚を有する金属板を管状にして構成したものを、前方サイドフレームとして採用することができる。

かかる構成を採用すると、特定の肉厚（１．５～１．７ｍｍの範囲内）を有する金属板を管状にして前方サイドフレームを構成しているため、前方サイドフレームが変形し易くなる。従って、前方サイドフレームに対して前方から加えられた衝撃荷重をさらに効率良く吸収することができる。

本発明によれば、前方から衝突荷重が加えられても乗員空間へのキャビンフレームの侵入量を低減させることができる車両のフレーム構造を提供することが可能となる。

本発明の実施形態に係る車両のフレーム構造の斜視図である。本発明の実施形態に係る車両のフレーム構造の上面図である。本発明の実施形態に係る車両のフレーム構造の側面図である。本発明の実施形態に係る車両のフレーム構造の正面図である。本発明の実施形態に係る車両のフレーム構造の背面図である。本発明の実施形態に係る車両のフレーム構造に前方衝突荷重が作用した場合における変形シミュレーション結果を示す図である。従来の車両のフレーム構造に前方衝突荷重が作用した場合における変形シミュレーション結果を示す図である。従来の車両のフレーム構造の斜視図である。従来の車両のフレーム構造の上面図である。従来の車両のフレーム構造の側面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態はあくまでも好適な適用例であって、本発明の適用範囲がこれに限定されるものではない。

まず、図１～図５を用いて、本発明の実施形態に係る車両のフレーム構造１の構成について説明する。

本実施形態に係る車両のフレーム構造１は、二人乗りオープンスポーツカータイプの車両に適用されるものであって、車両の乗員室の前方に配置される前方キャビンフレーム１０と、前方キャビンフレーム１０の前方に取り付けられて車両前後方向に延在する左右一対の前方サイドフレーム２０と、乗員室の後方に配置される後方キャビンフレーム３０と、後方キャビンフレーム３０の後方に取り付けられて車両前後方向に延在する左右一対の後方サイドフレーム４０と、を備えている。

前方キャビンフレーム１０は、左右一対の下方サイドメンバ５０と、左右一対の第一の前方縦メンバ１１と、左右一対の第二の前方縦メンバ１２と、第一の前方横メンバ１３と、第二の前方横メンバ１４と、上方サイドメンバ１５と、連結メンバ６０と、を有している。前方キャビンフレーム１０は、下方サイドメンバ５０、上方サイドメンバ１５、第一の前方縦メンバ１１、第二の前方縦メンバ１２、第一の前方横メンバ１３及び第二の前方横メンバ１４によって略直方体状の箱型に形成されている。

下方サイドメンバ５０は、乗員室の下方に配置されて車両前後方向に延在する比較的長尺の部材であって、後述するように後方キャビンフレーム３０の一部をも構成するものである。下方サイドメンバ５０の長さは、車両の長さに対応させて適宜（例えば１４００～１５００ｍｍ程度に）設定することができる。本実施形態における下方サイドメンバ５０は、所定の肉厚（例えば１．６ｍｍ）を有する金属板を、断面矩形状を呈する管状にして構成したものである。下方サイドメンバ５０を構成する金属としては、例えば鉄等を採用することができる。

第一の前方縦メンバ１１は、各下方サイドメンバ５０の前端付近から上方へと、各下方サイドメンバ５０に対して略直角に延在するように各下方サイドメンバ５０の前端に接合された部材であり、第二の前方縦メンバ１２は、各下方サイドメンバ５０の前端よりも若干後方寄りの位置から上方へと、各下方サイドメンバ５０に対して略直角に延在するように各下方サイドメンバ５０の当該位置に接合された部材である。これら前方縦メンバ１１、１２の長さは、車両の高さに対応させて適宜（例えば６５０～７００ｍｍ程度に）設定することができる。前方縦メンバ１１、１２は何れも、所定の肉厚（例えば１．６ｍｍ）を有する金属板を、断面矩形状を呈する管状にして構成したものである。前方縦メンバ１１、１２を構成する金属としては、例えば鉄等を採用することができる。

第一の前方横メンバ１３は、車両幅方向に延在して第一の前方縦メンバ１１の上端同士を連結する部材であり、第二の前方横メンバ１４は、車両幅方向に延在して第二の前方縦メンバ１２の上端同士を連結する部材である。これら前方横メンバ１３、１４の長さは、前方縦メンバ１１・１２の間隔に対応させて適宜（例えば１４００～１５００ｍｍ程度に）設定することができる。前方横メンバ１３、１４は何れも、所定の肉厚（例えば１．６ｍｍ）を有する金属板を、断面矩形状を呈する管状にして構成したものである。前方横メンバ１３、１４を構成する金属としては、例えば鉄等を採用することができる。

上方サイドメンバ１５は、左右各々において第一の前方縦メンバ１１の上端と第二の前方縦メンバ１２の上端とを連結する比較的短尺の部材である。上方サイドメンバ１５の長さは、車両の長さに対応させて適宜（例えば２５０～３００ｍｍ程度に）設定することができる。上方サイドメンバ１５は、所定の肉厚（例えば１．６ｍｍ）を有する金属板を、断面矩形状を呈する管状にして構成したものである。上方サイドメンバ１５を構成する金属としては、例えば鉄等を採用することができる。

連結メンバ６０は、第一の前方縦メンバ１１と前方サイドフレーム２０とを連結するものであり、複数の部材から構成されている。具体的には、連結メンバ６０は、第一の前方横メンバ１３の長さ方向（車両の幅方向）中央付近の位置から下方へと、第一の前方横メンバ１３に対して略直角に延在するように第一の前方横メンバ１３に接合された左右一対の上方縦連結メンバ６１と、第一の前方横メンバ１３と略平行に延在して上方縦連結メンバ６１と第一の前方縦メンバ１１とを連結する左右一対の上方横連結メンバ６２と、を有しており、図１に示すように、左右の上方横連結メンバ６２の前面の長さ方向略中央部に、左右の前方サイドフレーム２０の後端が各々剛に接合されている。また、連結メンバ６０は、各上方横連結メンバ６２と各前方サイドフレーム２０との間に斜めに掛け渡された状態で両者に接合された上方斜連結メンバ６３を有している。上方斜連結メンバ６３は、上方横連結メンバ６２と前方サイドフレーム２０との間の接合状態を補強するためのものである。

また、連結メンバ６０は、左右の上方横連結メンバ６２から下方へと各々延在するように各上方横連結メンバ６２に接合された左右一対の下方縦連結メンバ６４と、左右の下方縦連結メンバ６４と第一の前方縦メンバ１１との双方に接合され上方横連結メンバ６２と略平行に延在する左右一対の下方横連結メンバ６５と、を有している。下方横連結メンバ６５の一端は、図１に示すように第一の前方縦メンバ１１に接合されているが、その接合位置は、第一の前方縦メンバ１１の下端（下方サイドメンバ５０との接合位置）よりも若干上方に位置している。このため、前方サイドフレーム２０に前方から加えられた衝撃荷重は、上方横連結メンバ６２と下方縦連結メンバ６４と下方横連結メンバ６５とを介して、第一の前方縦メンバ１１の下端（下方サイドメンバ５０との接合位置）ではなく、下端よりも若干上方の位置に伝達されることとなる。また、連結メンバ６０は、各下方横連結メンバ６５と各前方サイドフレーム２０との間に斜めに掛け渡された状態で両者に接合された下方斜連結メンバ６６を有している。下方斜連結メンバ６６は、下方横連結メンバ６５と前方サイドフレーム２０との間の連結状態を補強するためのものである。

連結メンバ６０を構成する各部材は、所定の肉厚（例えば１．６ｍｍ）を有する金属板を、断面矩形状を呈する管状にして構成したものであり、その長さは、車両のサイズに対応させて適宜設定することができる。連結メンバ６０を構成する金属としては、例えば鉄等を採用することができる。

前方サイドフレーム２０は、前方キャビンフレーム１０の前方に取り付けられて車両前後方向に延在する比較的長尺の部材である。前方サイドフレーム２０の長さは、車両の長さに対応させて適宜（例えば１０００～１０５０ｍｍ程度に）設定することができる。本実施形態における前方サイドフレーム２０は、特定の肉厚を有する金属板を、断面矩形状を呈する管状にして構成した汎用型角パイプである。本実施形態においては、前方サイドフレーム２０を構成する金属板として、肉厚１．６ｍｍの金属板を採用している。前方サイドフレーム２０を構成する金属としては、例えば鉄等を採用することができる。

本実施形態における前方サイドフレーム２０は、図３に示すように、前方サイドフレーム２０の上下方向中央部を通る平面Ｐ_Fが、下方サイドメンバ５０の下端を通る平面Ｐ_Mと略平行になるように配置された状態で、その後端が連結メンバ６０を介して第一の前方縦メンバ１１に連結されている。すなわち、前方サイドフレーム２０の後端は、連結メンバ６０の上方横連結メンバ６２を介して、第一の前方縦メンバ１１の上下方向略中央部（例えば第一の前方縦メンバ１１の長さが７００ｍｍである場合は、第一の前方縦メンバ１１の下端から３００～３５０ｍｍ程度の位置）に連結されている。また、前方サイドフレーム２０の後端は、上方横連結メンバ６２と下方縦連結メンバ６４と下方横連結メンバ６５とを介して、第一の前方縦メンバ１１の上下方向略中央部よりも若干下方の位置（例えば第一の前方縦メンバ１１の長さが７００ｍｍである場合は、第一の前方縦メンバ１１の下端から１５０～２００ｍｍ程度の位置）に連結されている。なお、前方サイドフレーム２０の後端は、上方横連結メンバ６２及び上方縦連結メンバ６１を介して、第一の前方横メンバ１３にも連結されている。

後方キャビンフレーム３０は、左右一対の下方サイドメンバ５０と、左右一対の後方縦メンバ３１と、後方横メンバ３２と、左右一対の後方斜メンバ３３と、左右一対の補強メンバ３４と、を有している。下方サイドメンバ５０は、既に述べたとおり、乗員室の下方に配置されて車両前後方向に延在する比較的長尺の部材であって、前方キャビンフレーム１０の一部をも構成するものである。

後方縦メンバ３１は、各下方サイドメンバ５０の後端付近から上方へと各下方サイドメンバ５０に対して略直角に延在するように、各下方サイドメンバ５０の後端に接合された部材である。後方縦メンバ３１の長さは、車両の高さに対応させて適宜（例えば３３０～３５０ｍｍ程度に）設定することができる。後方縦メンバ３１は、所定の肉厚（例えば１．６ｍｍ）を有する金属板を、断面矩形状を呈する管状にして構成したものである。後方縦メンバ３１を構成する金属としては、例えば鉄等を採用することができる。

後方横メンバ３２は、車両幅方向に延在して後方縦メンバ３１の上端同士を連結する部材である。後方横メンバ３２の長さは、車両の幅に対応させて適宜（例えば１４００～１５００ｍｍ程度に）設定することができる。後方横メンバ３２は、所定の肉厚（例えば１．６ｍｍ）を有する金属板を、断面矩形状を呈する管状にして構成したものである。後方横メンバ３２を構成する金属としては、例えば鉄等を採用することができる。後方横メンバ３２の後面の長さ方向（車両の幅方向）両端付近には、図１～図３に示すように、左右一対の後方サイドフレーム４０の前端が剛に接合されている。

後方斜メンバ３３は、各下方サイドメンバ５０と各後方縦メンバ３１との間に斜めに掛け渡された状態で両者に接合された部材であり、下方サイドメンバ５０に対する後方縦メンバ３１の接合状態を補強するものである。後方斜メンバ３３は、所定の肉厚（例えば１．６ｍｍ）を有する金属板を、断面矩形状を呈する管状にして構成したものであり、その長さは、車両のサイズに対応させて適宜設定することができる。後方斜メンバ３３を構成する金属としては、例えば鉄等を採用することができる。

補強メンバ３４は、後方横メンバ３２と各後方サイドフレーム４０との間に斜めに掛け渡された状態で両者に接合された部材であり、後方横メンバ３２に対する各後方サイドフレーム４０の接合状態を補強するものである。補強メンバ３４は、左右両方から各後方サイドフレーム４０を補強するように、各後方サイドフレーム４０に対して２本ずつ採用されている。補強メンバ３４は、所定の肉厚（例えば１．６ｍｍ）を有する金属板を、断面矩形状を呈する管状にして構成したものであり、その長さは、車両のサイズに対応させて適宜設定することができる。補強メンバ３４を構成する金属としては、例えば鉄等を採用することができる。

後方サイドフレーム４０は、後方キャビンフレーム３０の後方に取り付けられて車両前後方向に延在する比較的長尺の部材である。後方サイドフレーム４０の長さは、車両の長さに対応させて適宜（例えば７００～８００ｍｍ程度に）設定することができる。本実施形態における後方サイドフレーム４０は、特定の肉厚を有する金属板を、断面矩形状を呈する管状にして構成した汎用型角パイプである。本実施形態においては、後方サイドフレーム２０を構成する金属板として、肉厚１．６ｍｍの金属板を採用している。後方サイドフレーム４０を構成する金属としては、例えば鉄等を採用することができる。

本実施形態における後方サイドフレーム４０は、図３に示すように、後方サイドフレーム４０の上下方向中央部を通る平面Ｐ_Rが、下方サイドメンバ５０の下端を通る平面Ｐ_Mと略平行になるように配置された状態で、その前端が後方キャビンフレーム３０の後方横メンバ３２に接合されている。そして、下方サイドメンバ５０の下端を通る平面Ｐ_Mから後方サイドフレーム４０の上下方向中央部を通る平面Ｐ_Rまでの距離Ｄ_Rは、下方サイドメンバ５０の下端を通る平面Ｐ_Mから前方サイドフレーム２０の上下方向中央部を通る平面Ｐ_Fまでの距離Ｄ_Fと略同一とされている。ここで、「略同一」とは、距離Ｄ_Rと距離Ｄ_Fとの差の絶対値が５０ｍｍ未満となることを意味する。例えば、距離Ｄ_Rが３４０ｍｍであり、距離Ｄ_Fが３００ｍｍである場合は、両者の差の絶対値は４０ｍｍであるため、両者は略同一とされる。

次に、図６等を用いて、本実施形態に係る車両のフレーム構造１に対して前方から衝撃荷重が作用した場合の変形シミュレーション結果について説明する。

まず比較対象として、図７に示すように、従来の車両のフレーム構造の後方キャビンフレーム３００を拘束した状態で、左右のサイドフレーム２００の各々に２４０ｋＮの前方衝撃荷重を加えた場合における、キャビンフレーム１００の上端位置（第二の縦メンバ１３０の上端と第二の横メンバ１５０と上方サイドメンバ１６０との接合箇所）Ｐ_Jの後方への移動距離を算出したところ、１０７．５ｍｍであった。このとき、第一の前方縦メンバ１２０の長さは６２０ｍｍ、第一の前方縦メンバ１２０の下端（＝下方サイドメンバ５０の下端）からサイドフレーム２００の上下方向中央部を通る平面Ｐ_Fまでの距離Ｄ_Fは２００ｍｍ、サイドフレーム２００を構成する金属板の肉厚は２．３ｍｍであった。このように、従来の車両のフレーム構造においては、肉厚２．３ｍｍの金属板から構成した非汎用型角パイプを用いているものの、５５ｋｍ／ｈ衝突時の前方衝撃荷重（２４０ｋＮ）をうまく吸収しきれず、キャビンフレーム１００の上端位置Ｐ_Jが乗員空間Ｃに大きく侵入してしまうことが明らかとなった。図７において斜線を施した箇所は、基準値を超える衝撃荷重が加えられた箇所を示している。従来の車両のフレーム構造では、図７に示すように、サイドフレーム２００のほぼ全長にわたって基準値を超える衝撃荷重が加えられており、さらに、下方サイドメンバ１１０の前半分、第一の前方縦メンバ１２０、上方サイドメンバ１６０及び第二の縦メンバ１３０にも基準値を超える衝撃荷重が加えられていることがわかる。

これに対し、図６に示すように、本実施形態に係る車両のフレーム構造１の後方キャビンフレーム３０を拘束した状態で、左右の前方サイドフレーム２０の各々に２４０ｋＮの前方衝撃荷重を加えた場合における、前方キャビンフレーム１０の上端位置（第二の縦メンバ１２の上端と第二の横メンバ１３と上方サイドメンバ１５との接合箇所）Ｐ_Jの後方への移動距離を算出したところ、１６．３ｍｍであった。このとき、第一の前方縦メンバ１１の長さは６９０ｍｍ、第一の前方縦メンバ１１の下端（＝下方サイドメンバ５０の下端）から前方サイドフレーム２０の上下方向中央部を通る平面Ｐ_Fまでの距離Ｄ_Fは３４０ｍｍ、前方サイドフレーム１０を構成する金属板の肉厚は１．６ｍｍであった。なお、第一の前方縦メンバ１１の下端（＝下方サイドメンバ５０の下端＝後方縦メンバ３１の下端）から後方サイドフレーム４０の上下方向中央部を通る平面Ｐ_Rまでの距離Ｄ_Rは３８０ｍｍであった。このように、本実施形態に係る車両のフレーム構造１を採用すると、肉厚１．６ｍｍの金属板から構成した汎用型角パイプを用いて、５５ｋｍ／ｈ衝突時の前方衝撃荷重を効率良く吸収することができ、前方キャビンフレーム１０の上端位置Ｐ_Jの乗員空間Ｃへの侵入量を大幅に抑制することができることが明らかとなった。本実施形態に係る車両のフレーム構造１では、図６に斜線で示すように、サイドフレーム２００の一部（及びその周辺部材）にのみ基準値を超える衝撃荷重が加えられており、下方サイドメンバ５０、第一の前方縦メンバ１１、上方サイドメンバ１５、第二の縦メンバ１２等には基準値を超える衝撃荷重が加えられていないことがわかる。

以上説明した実施形態に係るフレーム構造１においては、前方サイドフレーム２０の上下方向中央部を通る平面Ｐ_Fが、下方サイドメンバ５０の下端を通る平面Ｐ_Mと略平行になるように配置された状態で、前方サイドフレーム２０の後端が連結メンバ６０を介して第一の前方縦メンバ１１の上下方向略中央部に連結されている。このため、前方サイドフレーム２０に対して前方からの衝撃荷重が加えられた場合に、前方キャビンフレーム１０の第一の前方縦メンバ１１の上下方向略中央部に当該衝撃荷重を伝達し、第一の前方縦メンバ１１の上下方向略中央部を後方に変形させて衝撃を効率良く吸収することができる。従って、前方サイドフレーム２０に対して前方からの衝撃荷重が加えられた場合に前方キャビンフレーム１０の上部が後方に移動して乗員室側に侵入することを抑制することができ、乗員の安全を確保することができる。

また、以上説明した実施形態に係るフレーム構造１においては、前方サイドフレーム２０の後端を、連結メンバ６０を介して、第一の前方縦メンバ１１の上下方向略中央部よりも下方の位置であって下方サイドメンバ５０に接合されていない位置に連結する（第一の前方縦メンバ１１と下方サイドメンバ５０との接合位置には連結しない）ため、前方サイドフレーム２０に加えられた前方からの衝撃荷重は、連結メンバ６０を介して、下方サイドメンバ５０ではなく第一の前方縦メンバ１１の下部に伝達される。従って、第一の前方縦メンバ１１を変形させて前方衝撃荷重を効率良く吸収することができる。

また、以上説明した実施形態に係るフレーム構造１においては、下方サイドメンバ５０の下端を通る平面Ｐ_Mから後方サイドフレーム４０の上下方向中央部を通る平面Ｐ_Rまでの距離Ｄ_Rを、下方サイドメンバ５０の下端を通る平面Ｐ_Mから前方サイドフレーム２０の上下方向中央部を通る平面Ｐ_Fまでの距離と略同一とすることができる。すなわち、後方サイドフレーム４０を、前方サイドフレーム２０と略同一面内（前方キャビンフレーム１０の上下方向略中央位置）に配置し、サイドフレーム２０・４０を前方から後方まで側面視で直線的に配置しているため、前方サイドフレーム２０に対して前方から加えられた衝撃荷重をより効率良く吸収することができる。

また、以上説明した実施形態に係るフレーム構造１においては、前方キャビンフレーム１０が、下方サイドメンバ５０と、上方サイドメンバ１５と、第一の前方縦メンバ１１と、第二の前方縦メンバ１２と、第一の前方横メンバ１３と、第二の前方横メンバ１４と、を有する略箱型形状を呈するため、前方サイドフレーム２０に対して前方から加えられた衝撃荷重を、略箱型形状を呈する前方キャビンフレーム１０によって一層効率良く吸収することができる。

また、以上説明した実施形態に係るフレーム構造１においては、特定の肉厚（１．５～１．７ｍｍの範囲内）を有する金属板を管状にして前方サイドフレーム２０を構成しているため、前方サイドフレーム２０が変形し易くなる。従って、前方サイドフレーム２０に対して前方から加えられた衝撃荷重をさらに効率良く吸収することができる。

本発明は、以上の実施形態に限定されるものではなく、かかる実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。すなわち、前記実施形態が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前記実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

１…車両のフレーム構造
１０…前方キャビンフレーム
１１…第一の前方縦メンバ
１２…第二の前方縦メンバ
１３…第一の前方横メンバ
１４…第二の前方横メンバ
１５…上方サイドメンバ
２０…前方サイドフレーム
３０…後方キャビンフレーム
３１…後方縦メンバ
３２…後方横メンバ
４０…後方サイドフレーム
５０…下方サイドメンバ
６０…連結メンバ
Ｄ_F…下方サイドメンバの下端を通る平面から前方サイドフレームの上下方向中央部を通る平面までの距離
Ｄ_R…下方サイドメンバの下端を通る平面から後方サイドフレームの上下方向中央部を通る平面までの距離
Ｐ_F…前方サイドフレームの上下方向中央部を通る平面
Ｐ_M…下方サイドメンバの下端を通る平面
Ｐ_R…後方サイドフレームの上下方向中央部を通る平面

Claims

車両の乗員室の前方に配置される前方キャビンフレームと、前記前方キャビンフレームの前方に取り付けられて車両前後方向に延在する左右一対の前方サイドフレームと、を備える車両のフレーム構造であって、
前記前方キャビンフレームは、車両前後方向に延在する左右一対のサイドメンバと、前記各サイドメンバの前端付近から上方に延在するように前記各サイドメンバの前端に接合された左右一対の前方縦メンバと、車両幅方向に延在して前記前方縦メンバの上端同士を連結する前方横メンバと、前記前方縦メンバと前記前方サイドフレームとを連結する連結メンバと、を有し、
前記前方サイドフレームは、その上下方向中央部を通る平面が、前記サイドメンバの下端を通る平面と略平行になるように配置された状態で、その後端が前記前方連結メンバを介して前記前方縦メンバの上下方向略中央部に連結されている、車両のフレーム構造。
前記前方サイドフレームの後端は、前記連結メンバを介して、前記前方縦メンバの上下方向略中央部よりも下方の位置であって前記サイドメンバに接合されていない位置に連結されており、前記前方縦メンバと前記サイドメンバとの接合位置には連結されていない、請求項１に記載の車両のフレーム構造。
前記乗員室の後方に配置される後方キャビンフレームと、
前記後方キャビンフレームの後方に取り付けられて車両前後方向に延在する左右一対の後方サイドフレームと、をさらに備え、
前記後方キャビンフレームは、前記サイドメンバと、前記各サイドメンバの後端付近から上方に延在するように前記各サイドメンバの後端に接合された左右一対の後方縦メンバと、車両幅方向に延在して前記後方縦メンバの上端同士を連結する後方横メンバと、を有し、
前記後方サイドフレームは、その上下方向中央部を通る平面が、前記サイドメンバの下端を通る平面と略平行になるように配置された状態で、その前端が前記後方横メンバに接合されており、
前記サイドメンバの下端を通る平面から前記後方サイドフレームの上下方向中央部を通る平面までの距離は、前記サイドメンバの下端を通る平面から前記前方サイドフレームの上下方向中央部を通る平面までの距離と略同一とされている、請求項１又は２に記載の車両のフレーム構造。
前記サイドメンバは、前記乗員室の下方に配置される下方サイドメンバであり、
前記前方縦メンバは、第一の前方縦メンバであり、
前記前方横メンバは、第一の前方横メンバであり、
前記前方キャビンフレームは、前記各下方サイドメンバの前記前端よりも若干後方寄りの位置から上方に延在するように前記各下方サイドメンバの前記位置に接合された左右一対の第二の前方縦メンバと、車両幅方向に延在して前記第二の前方縦メンバの上端同士を連結する第二の前方横メンバと、左右各々において前記第一の前方縦メンバの上端と前記第二の前方縦メンバの上端とを連結する上方サイドメンバと、を有する、請求項１から３の何れか一項に記載の車両のフレーム構造。
前記前方サイドフレームは、１．５～１．７ｍｍの範囲内に設定された特定の肉厚を有する金属板を管状にして構成したものである、請求項１から４の何れか一項に記載の車両のフレーム構造。