JP2024051380A - サブフレーム構造 - Google Patents

Abstract

【課題】従来技術におけるステアリングラックの締結・固定部位に対する応力集中を回避することが可能なサブフレーム構造を提供すること。【解決手段】車体に固定される複数の固定部を有するサブフレーム構造体１０と、ステアリングラック機構１４とを備え、ステアリングラック機構１４は、車幅方向に沿って延びる外筒部３２を有し、サブフレーム本体１２と、外筒部３２とは、一体成形されている。【選択図】図２

Description

本発明は、車体に固定される複数の固定部を有するサブフレームと、ステアリングラック機構とを備えた車両のサブフレーム構造に関する。

例えば、特許文献１には、サブフレームに対して別体で構成されたステアリングラックを、２つの中間ブラケットを介して、ボルト等の締結・固定手段で締結・固定する構造が開示されている。

また、サブフレームに対するステアリングラックの締結・固定手段としては、例えば、スティフナ等の補強部材が必要となる場合がある。

さらに、近年、交通参加者の中でも高齢者や子供といった脆弱な立場にある人々にも配慮した持続可能な輸送システムへのアクセスを提供する取り組みが活発化している。この実現に向けて衝突安全性能に関する研究開発を通じて交通の安全性や利便性をより一層改善する研究開発に注力している。

特許第４２３１４７３号公報

ところで、タイロッドからの入力に対するステアリングラックの剛性・強度の観点では、例えば、ボルト等の締結・固定部位に応力が集中し易くなり、所望の剛性・強度を確保することが難しい場合がある。

また、サブフレームやボディへ入力荷重を伝達するために、例えば、ボルト締結されたスティフナ等を追加配置する等、別途補強部材が必要となり、車体重量が増加するおそれがある。さらに、衝突安全性能の観点においては、所望の剛性・強度を確保する必要がある。

本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、従来技術におけるステアリングラックの締結・固定部位に対する応力集中を回避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。そして、延いては、持続可能な輸送システムの発展に寄与するものである。

前記の目的を達成するために、本発明は、車体に固定される複数の固定部を有するサブフレームと、ステアリングラック機構とを備えた車両において、前記ステアリングラック機構は、車幅方向に沿って延びる外筒部を有し、前記サブフレームと、前記外筒部とは、一体成形されていることを特徴とする。

本発明では、従来技術におけるステアリングラックの締結・固定部位を不要として、従来技術における締結・固定部位に対する応力集中を軽減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サブフレーム構造体を車両後方の左斜め方向からみた斜視図である。 図１に示すサブフレーム構造体を車両前方の右斜め方向からみた斜視図である。 図１に示すサブフレーム構造体の平面図である。 図１に示すサブフレーム構造体の一部拡大斜視図である。 図１のＶ－Ｖ線に沿った端面図である。 下部リブの下端部がジャッキ部材に連結された状態を示す断面図である。 タイロッド入力Ｆ１の伝達経路を示す正面図である。 タイロッド入力Ｆ１及び駆動反力Ｆ２の伝達経路を示す平面図である。

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及び図２に示されるように、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サブフレーム構造体１０は、サブフレーム本体１２と、ステアリングラック機構１４と、サブフレーム本体１２を図示しない車体側部材に対して固定する複数の固定部とを備えて構成されている。

サブフレーム本体１２は、車両前方に臨む前壁１６と、車両後方に臨む後壁１８とを有する。前壁１６の車両上端部と後壁１８の車両上端部とは、サブフレーム本体１２の上部に搭載された後記する外筒部３２を介して、それぞれ一体的に構成されている。サブフレーム本体１２の車両前方の車幅方向に沿った両側には、該サブフレーム本体１２から車幅方向外側に向かって延びる前側左固定部２２ａと、前側右固定部２２ｂとがそれぞれ配置されている。サブフレーム本体１２の車両後方の車幅方向に沿った両側には、該サブフレーム本体１２から車幅方向外側に向かって延びる後側左固定部２４ａと、後側右固定部２４ｂとがそれぞれ配置されている。

サブフレーム構造体１０は、前側左固定部２２ａ、前側右固定部２２ｂ、後側左固定部２４ａ、及び、後側右固定部２４ｂからなる複数の固定部を介して、図示しない車体側部材に固定されている。例えば、サブフレーム構造体１０は、複数の固定部を介して、車両前後に沿って延び、車幅方向両側にそれぞれ配置された図示しない左右一対のフロントサイドフレームの間に懸架されるように取り付けられる。サブフレーム本体１２の各固定部には、上下方向に沿って貫通するボルト挿通孔２６が設けられ、図示しないボルトをボルト挿通孔２６に挿通して図示しないナットによって締結固定される。

サブフレーム構造体１０の車幅方向に沿った一側（Ｌハンドル又はＲハンドルに対応してそれぞれ右側又は左側）には、ステアリングラック機構１４が配置されている。

このステアリングラック機構１４は、図示しないステアリングハンドルの回転運動を、ステアリングラック２８の水平方向の動作に変換して左右のタイヤに伝達するものである。

ステアリングラック機構１４は、例えば、図示しないステアリングハンドルと、ステアリングハンドルの中心に連結されて該ステアリングハンドルと一体的に回動する図示しないステアリングシャフトと、ステアリングシャフトの下端に設けられる図示しないラック＆ピニオン（ステアリングラック２８（図５参照）＆ピニオンシャフト）とを含む。

さらに、ステアリングラック機構１４は、内部にステアリングラック２８が車幅方向に沿って変位可能に収納された貫通孔３０を有する外筒部３２と、蛇腹状を呈しステアリングラック２８の左右両端部をそれぞれ被覆する左右一対のステアリングブーツ３４と、ステアリングラック２８の両端部にそれぞれ連結される左右一対のタイロッド３６とを備えて構成される。

本実施形態において、サブフレーム構造体１０は、サブフレーム本体１２の上部に搭載されて車幅方向に沿って延びる外筒部３２が、サブフレーム本体１２と一体成形されている。外筒部３２は、車両上下方向において、頂部２０とサブフレーム本体１２との間に位置している（図１、図２参照）。

図５に示されるように、この外筒部３２は、最も上方に位置し、車幅方向に沿って部分的に直線状に延びる稜線を有する頂部２０と、内部に軸直断面が略円形状を呈し、車幅方向に沿って延びてステアリングラック２８が収納される貫通孔３０を有する環状体３３と、この環状体３３の車両前方側から立ち下がって前壁１６に連続する車両前方袖部３５ａと、環状体３３の車両後方側から立ち下がって後壁１８に連続する車両後方袖部３５ｂと、環状体３３の下部から下方に向かって延びる後記する下部リブ５０とを有する。環状体３３の車幅方向に沿った両端部には、ステアリングラック２８の図示しない挿通ポートがそれぞれ設けられている。

外筒部３２の車幅方向に沿った一側の部位には、ピニオンシャフト挿通部３８と、モータ軸挿通部４０とがそれぞれ設けられている。ピニオンシャフト挿通部３８は、外筒部３２の上端から車両上方に向かって突出する円筒体からなり、図示しないピニオンシャフトの下端部が挿通されるピニオンシャフト挿通孔４２を有する。モータ軸挿通部４０は、外筒部３２の上部から車両後方に向けて突出する円筒体からなり、図示しないモータのモータ軸が挿通されるモータ軸挿通孔４４を有する。

ここで、複数の固定部と外筒部３２との位置関係について説明する。先ず、複数の固定部のうち、少なくとも、対角線上に位置する２つの固定部を結んだ仮想線を想定する。例えば、図３に示されるように、サブフレーム本体１２の前側左固定部２２ａの中心と後側右固定部２４ｂの中心とを結んで第１仮想線Ｌ１を構成する。また、サブフレーム本体１２の前側右固定部２２ｂの中心と後側左固定部２４ａの中心とを結んで第２仮想線Ｌ２を構成する。車幅方向に沿って直線状に延在する外筒部３２は、第１仮想線Ｌ１及び第２仮想線Ｌ２とそれぞれ交差するように配置されている。

また、サブフレーム構造体１０は、外筒部３２の車幅方向端部から対角線（第１仮想線Ｌ１及び第２仮想線Ｌ２）に沿って連続し、前側左固定部２２ａ及び前側右固定部２２ｂまでそれぞれ延出する左右一対の延出部４６ａ、４６ｂを有する（図３参照）。左延出部４６ａは、平面視して、外筒部３２の車幅方向左端部の前部から第１仮想線Ｌ１に沿って連続するように配置されている。右延出部４６ｂは、平面視して、外筒部３２の車幅方向右端部の前部から第２仮想線Ｌ２に沿って連続するように配置されている。

さらに、サブフレーム構造体１０は、前側各固定部と、外筒部３２とを繋ぐ上部リブ４８が設けられている。この上部リブ４８は、前側左固定部２２ａと、外筒部３２の車幅方向に沿った車幅方向左側端部とを繋ぐ左上部リブ４８ａと、前側右固定部２２ｂと、外筒部３２の車幅方向に沿った車幅方向右側端部とを繋ぐ右上部リブ４８ｂとから構成されている。この左上部リブ４８ａ及び右上部リブ４８ｂは、それぞれ、車幅方向に沿って延びる２つの突条部によって構成されている（図１～図４参照）。この２つの突条部の間には、車両下方に向かって窪む凹部が設けられている。左上部リブ４８ａ及び右上部リブ４８ｂは、外筒部３２と前側各固定部とを繋ぐことで、サブフレーム構造体１０の剛性・強度を向上させるものである。

図５に示されるように、外筒部３２の下面部には、車両上下方向の下方に向かって延びる下部リブ５０が、該外筒部３２と一体的に設けられている。この下部リブ５０は、外筒部３２の車幅方向左側端部から車幅方向右側端部まで車幅方向に沿って連続して延びている。図６に示されるように、この下部リブ５０の下端部５６の一部は、ジャッキアップポイント５２を有するジャッキ部材５４に連結されている。なお、図６において、参照符号５５ａ、５５ｂは、下部リブ５０の下端部５６と、ジャッキ部材５４との接合部を示している。ジャッキ部材５４に連結された一部を除いた下部リブ５０の下端部５６の残部は、自由端となっている。

さらにまた、サブフレーム本体１２の左右両側には、図示しないブッシュを介してサスペンションロアアーム（図示せず）の一端部が締結されるロアアーム締結部５８がそれぞれ設けられている（図２参照）。また、左右のロアアーム締結部５８の略中央には、トルクロッド６０を締結するためのトルクロッド締結部６２が設けられている。

本実施形態に係るサブフレーム構造が適用されたサブフレーム構造体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。

本実施形態において、ステアリングラック機構１４は、車幅方向に沿って延びる外筒部３２を有し、サブフレーム本体１２と、外筒部３２とが、一体成形されている。

これにより、本実施形態では、従来技術において設けられていたステアリングラックの締結・固定部位を不要として、従来発生していた締結・固定部位における応力集中を軽減することができる。この結果、ステアリングラック２８の剛性・強度を向上させることができる。

図７は、本実施形態に係るサブフレーム構造体において、タイロッド入力の伝達経路を示す正面図、図８は、タイロッド入力及び駆動反力の伝達経路を示す平面図である。

従来技術では、ステアリングラックの締結・固定部位において、タイロッド入力が断絶されて応力が集中する要因となっていた。これに対し、図７に示されるように、本実施形態では、サブフレーム本体１２と外筒部３２とを一体成形することで、従来設けられていたステアリングラックの締結・固定部位を不要とし、タイロッド入力Ｆ１の力の伝達を円滑に遂行することができる（図７に示す白抜き矢印参照）。

さらに、図８に示されるように、本実施形態では、タイロッド入力Ｆ１に対してトルクロッド６０から入力される駆動反力Ｆ２を加算（Ｆ１＋Ｆ２）して力の伝達を円滑に遂行することができる（図８に示す白抜き矢印参照）。なお、それぞれ加算されたタイロッド入力Ｆ１及び駆動反力Ｆ２（Ｆ１＋Ｆ２）は、固定部を介して図示しない車体側部材へ伝達される。

また、本実施形態では、サブフレーム本体１２と外筒部３２とを一体成形することで、部品点数を削減して製造コストの低減と軽量化を達成することができる。さらに、軸直断面円形状を呈する外筒部３２の環状体３３（図５参照）がサブフレームとして機能するため、サブフレーム構造体１０の剛性・強度が向上する。さらにまた、各固定部を介して、サブフレーム構造体１０が車体側部材に固定される各固定点における取付誤差等が生じないため、ステアリングラック２８とサブフレーム構造体１０との位置関係が担保され、サブフレーム構造体１０としての製品の品質を向上させることができる。

また、本実施形態において、複数の固定部のうち、少なくとも、対角線上に位置する２つの固定部を結んだ第１仮想線Ｌ１（前側左固定部２２ａの中心と後側右固定部２４ｂの中心とを結んだ仮想線）及び第２仮想線Ｌ２（前側右固定部２２ｂの中心と後側左固定部２４ａの中心とを結んだ仮想線）を設定し、外筒部３２は、第１仮想線Ｌ１及び第２仮想線Ｌ２と交差するように配置されている（図３参照）。

本実施形態では、サブフレーム本体１２と一体成形された外筒部３２が、各固定部の対角線上に位置することで、従来ステアリングラックを避けるために減少していたサブフレーム本体１２の厚さ寸法を外筒部３２によって増大させることができる。この結果、本実施形態では、サブフレーム構造体１０の捩れ剛性・捩れ強度を向上させることができる。

さらに、本実施形態において、サブフレーム構造体１０は、外筒部３２から対角線（第１仮想線Ｌ１及び第２仮想線Ｌ２）に沿って連続し、前側左固定部２２ａ及び前側右固定部２２ｂまで延出する左右一対の延出部４６ａ、４６ｂを有している。

本実施形態では、左右一対の延出部４６ａ、４６ｂを設けることで、この延出部４６ａ、４６ｂによってサブフレーム構造体１０に入力される捩れ応力を受容することができる。この結果、本実施形態では、応力集中を軽減すると共に、サブフレーム構造体１０の捩れ剛性・捩れ強度をより一層向上させることができる。

さらにまた、本実施形態において、サブフレーム構造体１０は、前側左固定部２２ａ及び前側右固定部２２ｂと、外筒部３２の車幅方向に沿った車幅方向端部とをそれぞれ繋ぐ上部リブ４８が設けられている。

本実施形態では、上部リブ４８を設けることで、操舵によって外筒部３２に発生する入力荷重を上部リブ４８を介して前側左固定部２２ａ及び前側右固定部２２ｂへそれぞれ伝達することができる。この結果、本実施形態では、ステアリングラック機構１４の剛性・強度を向上させることができる。また、外筒部３２の車幅方向に沿った車幅方向端部が対角線上に位置することで、上部リブ４８も対角線上に配置することが可能となり、サブフレーム構造体１０の捩れ剛性・捩れ強度を向上させることができる。さらに、上部リブ４８は、例えば、上部リブ４８の下方に配置されたタイロッド３６やステアリングブーツ３４等のステアリング部品に対する遮熱部材として機能し、周辺部品の熱から好適に保護することができる。

さらにまた、本実施形態において、外筒部３２の下面部には、車両上下方向の下方に向かって延びる下部リブ５０が設けられている。

これにより、本実施形態では、下部リブ５０を設けることで、外筒部３２、及び、該外筒部３２内に収納されたステアリングラック２８の剛性・強度を向上させることができる。

さらにまた、本実施形態において、前記した下部リブ５０の下端部５６は、ジャッキアップポイント５２を有するジャッキ部材５４に連結されている。

これにより、本実施形態では、剛性・強度が高い下部リブ５０のある部分にジャッキアップポイント５２を配置することが可能となり、ジャッキ部材５４の十分な剛性・強度を確保することができる。

１０ サブフレーム構造体
１２ サブフレーム本体
１４ ステアリングラック機構
２２ａ 前側左固定部
２２ｂ 前側右固定部
２４ａ 後側左固定部
２４ｂ 後側右固定部
２８ ステアリングラック
３２ 外筒部
４６ａ 左延出部
４６ｂ 右延出部
４８ 上部リブ
５０ 下部リブ
５２ ジャッキアップポイント
５４ ジャッキ部材
５６ （下部リブの）下端部
Ｌ１ 第１仮想線
Ｌ２ 第２仮想線

Claims (9)

1. 車体に固定される複数の固定部を有するサブフレームと、ステアリングラック機構とを備えた車両において、
   前記ステアリングラック機構は、車幅方向に沿って延びる外筒部を有し、
   前記サブフレームと、前記外筒部とは、一体成形されてい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、
   前記複数の固定部のうち、少なくとも、対角線上に位置する２つの前記固定部を結んだ仮想線を設け、
   前記外筒部は、前記仮想線と交差するよう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２記載のサブフレーム構造において、
   前記サブフレームは、前記外筒部から前記対角線に沿って連続し、前記固定部まで延出する左右一対の延出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又は請求項２記載のサブフレーム構造において、
   前記サブフレームは、少なくとも１つの前記固定部と、前記外筒部の車幅方向に沿った車幅方向端部とを繋ぐ上部リブが設けられていることを特徴とするサブフレーム構造。
5. 請求項３記載のサブフレーム構造において、
   前記サブフレームは、少なくとも１つの前記固定部と、前記外筒部の車幅方向に沿った車幅方向端部とを繋ぐ上部リブが設けられていることを特徴とするサブフレーム構造。
6. 請求項１記載のサブフレーム構造において、
   前記外筒部の下面部には、車両上下方向の下方に向かって延びる下部リブが設けられていることを特徴とするサブフレーム構造。
7. 請求項３記載のサブフレーム構造において、
   前記外筒部の下面部には、車両上下方向の下方に向かって延びる下部リブが設けられていることを特徴とするサブフレーム構造。
8. 請求項６記載のサブフレーム構造において、
   前記下部リブの下端部は、ジャッキアップポイントを有するジャッキ部材に連結されていることを特徴とするサブフレーム構造。
9. 請求項７記載のサブフレーム構造において、
   前記下部リブの下端部は、ジャッキアップポイントを有するジャッキ部材に連結されていることを特徴とするサブフレーム構造。

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