JP4276518B2 - サブフレームの取付構造 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンやサスペンション等が取り付けられるサブフレームの取付構造に関する。

従来、サブフレームは、エンジンやトランスミッション等が搭載される部分やサスペンションが取り付けられる部分等、自動車の車体において大きな外力が加わる部分に取り付けられる。例えば、車体の前部にエンジンやトランスミッションが横置きに並べて配置されるＦＦ車の場合には、サブフレームに対してエンジン等が搭載されるとともに、フロントサスペンション等が取り付けられる。
このようなサブフレームでは、ロードノイズ等によるこもり音の抑制を目的として、サブフレームと車体との締結部分に弾性部材を用いてフローティングするという取付構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、近年、自動車の衝突時の衝撃吸収性を考慮して、特に、オフセット衝突に対処するため、車体のフレーム等を左右非対称構造に設計する技術が採り入れられている。
特開平７−２７７００７号公報（段落００１０〜００１４、図１）

前記従来の車体のフレーム等を左右非対称構造とした車体において、サブフレームと車体との締結部分をフローティングさせた場合には、自動車の走行時に車輪から入力される振動が車体側に伝達されるのを抑制して優れた乗り心地や静粛性を得ることができるという利点を有する。しかしその反面、例えば、１Ｇ近くの大きな荷重が入力される高Ｇブレーキ時には、車輪からの反力がサスペンション装置に入力されることによって、走行安定性の維持に望ましくないホイールアライメントの変化を生じるおそれがあった。

一方、フローティングによるサブフレームと車体との締結は、リジットを用いた締結に比べて煩雑であるため、コストアップにつながるという問題を有している。しかし、これを解決するために、フローティングによる締結部分をリジットによる締結に単に変更するようにしただけでは、前記ホイールアライメントの変化をキャンセルすることができない。

そこで、本発明の課題は、大きな荷重が入力される高Ｇブレーキ時においても、ホイールアライメントの変化を生じることがなく走行安定性の向上に寄与するとともに、コストダウンを図ることができるサブフレームの取付構造を提供することを目的とする。

前記課題を解決した本発明のうち請求項１に係るサブフレームの取付構造は、少なくとも車体の幅方向に配置され、その幅方向における両端部にそれぞれ設けられた複数の車体取付点で前記車体に取り付けられるとともに、左右車輪のサスペンションを支持するサブフレームの取付構造であって、前記車体は、前記サブフレームの前部上面に動力源収容室を有して、動力源およびトランスミッションが前記車体の幅方向に並べられてなるパワーユニットを収容可能であり、前記動力源側の車体剛性が前記トランスミッション側の車体剛性よりも低くされており、前記サブフレームは、前記複数の車体取付点が、前記車体の幅方向中心に対して非対称の位置に設けられているとともに、前記車体の幅方向中心から一側側にある前記複数の車体取付点間のスパンが、他側側にある前記複数の車体取付点間のスパンよりも大きくされて前記車体に取り付けられており、このスパンの大きくされた前記一側側に前記動力源が支持されるとともに、前記他側側に前記トランスミッションが支持されることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、複数の車体取付点が、車体の幅方向中心に対して非対称の位置に設けられているので、次のような作用効果が得られる。
例えば、車体のフレーム等が左右非対称構造とされた車体においては、大きな荷重が入力される高Ｇブレーキ時等に、車体の左右で変形差が大きく現れる取付点がある。そこで、このような場合に、複数の車体取付点を、車体の幅方向中心に対して非対称の位置に設けることにより、その生じてくる変形差を偏倚された車体取付点によってうまく吸収することができるようになり、変形差をキャンセルすることが可能となる。
これにより、ホイールアライメントの左右対称化（左右均一化）を図ることができるようになる。
また、サブフレームは、車体の幅方向中心から一側側にある複数の車体取付点間のスパンが、他側側にある複数の車体取付点間のスパンよりも大きくされて車体に取り付けられているので、一側側における剛性が他側側に比べて高められたものとなっている。
ここで、車体は、サブフレームの前部上面に動力源収容室を有して、動力源およびトランスミッションが車体の幅方向に並べられてなるパワーユニットを収容可能であり、動力源側の車体剛性がトランスミッション側の車体剛性よりも低くされているので、動力源側において衝突荷重を吸収するために車体剛性を低下させながら、サブフレームで一側側（動力源側）の剛性を上げることができ、大きな荷重が入力される高Ｇブレーキ時においても、ホイールアライメントの変化を生じることがなく走行安定性の向上に寄与するサブフレームの取付構造が得られる。
ここで、非対称とする車体取付点の選定は、車体の変形モードに照らし合わせたときにどの車体取付点を選択すれば好適かということをシミュレーション等により判断して最適なものを得ることにより行う。この場合、車体取付点の選定は、複数箇所に及ぶことがある。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のサブフレームの取付構造において、前記サスペンションの一部は、前記車体に前記サブフレームを介さずに支持されることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、サスペンションの一部が車体にサブフレームを介さずに支持されているので、例えば、大きな荷重が入力される高Ｇブレーキ時等にサスペンションを介して車体側に荷重を入力させると、車体のフレーム等が左右非対称であることのホイールアライメントに与える影響がより顕著となるが、前記請求項１による構成と相俟ってより効果的に変形差を吸収することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のサブフレームの取付構造において、前記左右車輪には、前記車体の幅方向中心に対して非対称となる位置で前記サブフレームに固定される操舵装置が連結されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、左右車輪に連結される操舵装置が、サブフレームに固定されているので、左右の車輪からの入力は、ホイールアライメントの変化を助長してしまう方向に作用することとなるが、操舵装置は、車体の幅方向中心に対して非対称となる位置でサブフレームに固定されているので、これをうまく吸収することができるようになり、変形差をキャンセルすることができるようになる。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のサブフレームの取付構造において、前記左右車輪は、前輪であるとともに、前記車体は、前記左右車輪間に前記動力源収容室を備えていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明によれば、動力源および該動力源の一側に設けられるトランスミッションからなるパワーユニットは、動力源収容室に対して幅方向に収容されることとなる。この場合、左右の重量バランスや左右の設置スペースには差が生じることとなり、例えば、オフセット衝突に対処するため車体のフレームを左右非対称構造に設計すると、大きな荷重が入力される高Ｇブレーキ時等には、車体の左右で変形差が大きく現れ易くなって、ホイールアライメントの左右非対称化が生じ易くなる。このような車体において、前記のように複数の車体取付点を、車体の幅方向中心に対して非対称の位置に設けることにより、生じてくる変形差をうまく吸収することができるようになり、変形差を効果的にキャンセルすることが可能となる。

本発明によれば、大きな荷重が入力される高Ｇブレーキ時においても、ホイールアライメントの変化を生じることがなく走行安定性の向上に寄与するとともに、コストダウンを図ることができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るサブフレームの取付構造の詳細について説明する。また、本実施形態では、自動車のフロント側に設けられるサブフレームの取付構造について説明する。

参照する図面において、図１は、本発明の一実施の形態に係るサブフレームの取付構造を説明するための車体前部の模式平面図、図２（ａ）は、同じく車体底面側から見たサブフレームを示す模式図、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるｂ−ｂ端面図、図２（ｃ）は、図２（ａ）におけるｃ−ｃ端面図である。図３は、同じく車体側方から見たサブフレームを示す模式図である。

図１〜図３に示すように、自動車の車体１０の前方に延びる左右一対のフロントサイドフレーム１，１（図３は片側のみ図示）の下面には、サブフレームＳが、その左右両端部Ｓ１，Ｓ１に設けられた計４つの取付部（車体取付点）Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにより固定される。サブフレームＳの前部上面には、エンジンルーム（動力源収容室）Ｒが形成され、このエンジンルームＲに横置きした動力源としてのエンジンＥおよびトランスミッションＴのそれぞれの後部が支持される。また、サブフレームＳの左右両端部Ｓ１，Ｓ１の近傍部位には、前輪（車輪）Ｗｆ，Ｗｆの懸架装置（サスペンション）２，２が配設される。この懸架装置２，２は、いわゆるストラット形式を採用しており、基端をサブフレームＳの左右両端部Ｓ１，Ｓ１に上下揺動可能に枢支された平面視略Ａ型のロアアーム３，３と、前輪Ｗｆ，Ｗｆを回転自在に支持するナックル５，５と、このナックル５，５の上端に取り付けられる、フロントサイドフレーム１，１（車体１０）に回動自在に連結されたダンパ４，４とを有している。

フロントサイドフレーム１，１は、図２に示すように、自動車の衝突時の衝撃吸収性を考慮して、特に、オフセット衝突に対処するために左右非対称形状となっており、左右で剛性が異なったものとなっている。
サブフレームＳは、プレス加工された鋼板を溶接によって組み立てたもので、基本的にアッパーメンバ２１とロアメンバ２２とから構成される。サブフレームＳは、前記のように、計４つの取付部Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにおいてフロントサイドフレーム１，１に固定されるようになっており、その結合は、後記するリジットによる結合（以下リジットと称す）３０で行われるようになっている。すなわち、本実施形態では、取付部Ａ〜Ｄに対して弾性部材を用いたフローティングによる結合を一切行っていない。

サブフレームＳの取付部Ａ〜Ｄのうち、取付部Ａは、図２（ａ）に示すように、車体１０の幅方向中心（中心線Ｏ）に対して、反対側に設けられている取付部Ｃと非対称となる位置に設けられている。すなわち、本実施形態では、取付部Ａが、取付部Ｃの形成位置に比べて車体１０の前方方向へ幾分偏倚されて設けられており、これにより、車体１０の幅方向中心（中心線Ｏ）に対して非対称の位置となっている。

各取付部Ａ〜Ｄにおける車体１０との取り付けは、前記のようにリジット３０で行われており、これを図４を参照して取付部Ａを例にして説明すると、リジット３０は、内筒３１と、この内筒３１に挿通されるボルト３２とから構成されるシンプルな構造となっている。このようなリジットによるサブフレームＳの取り付けは、リジット３０の内筒３１にボルト３２を挿通して、このボルト３２をフロントサイドフレーム１に螺着することにより、簡単に行うことができる。

なお、本実施形態では、取付部Ａを車体１０の幅方向中心（中心線Ｏ）に対して非対称となる位置に設けたが、車体１０の変形モードに照らし合わせたときにどれを選択すれば好適かということをシミュレーション等により判断して最適となる取付部Ａ〜Ｄを非対称となる位置に設ける。
この場合、シミュレーション等により、取付部Ａ〜Ｄのうち複数箇所の取付部Ａ〜Ｄにおいて、非対称となる位置に設けることが最適であると判断されれば、この判断に基づいた位置に設けることも可能である。これにより、４つの取付部Ａ〜Ｄの位置関係がすべて非対称となる位置に設けられることもある。

図１を参照して、サブフレームＳの中央よりも車体１０の幅方向右寄りの位置には、図示しない貫通孔が形成されており、この貫通孔から後上方に延出するステアリングシャフト６の上端にステアリグホイール７が設けられる。
図２（ｂ）（ｃ）に示すように、サブフレームＳの下面には左右方向に延びる凹部８が形成されており、この凹部８に、前記ステアリングシャフト６の下端に接続されたステアリングギア（操舵装置）９が収納される。ステアリングギア９の左右両端から延出するタイロッド１３，１３は、ナックル５，５に接続されている。

図２（ａ）に示すように、ステアリングギア９は、取付部材９ａと、フランジ部９ｂ，９ｃと、取付ボルト９ｄとナット９ｅ（図２（ｂ）（ｃ）参照）によりサブフレームＳに固定されている。取付部材９ａは、図２（ｂ）に示すように、その内側にステアリングギア９の外周に弾接するゴム部材を有しており、前輪Ｗｆ，Ｗｆからのステアリングギア９への入力や走行時の振動を緩和することが可能な構成となっている。
フランジ部９ｂは、フランジ部９ｃに対して、車体１０の中心線Ｏ寄りに位置が偏倚されて設けられており、車体１０の幅方向中心（中心線Ｏ）に対して前記取付部材９ａと左右非対称となる位置に設けられている。これにより、ステアリングギア９は、中心線Ｏに対して左右非対称となる位置で、サブフレームＳに固定される。

次に、本発明の実施形態における作用について説明する。
図１に示すように、サブフレームＳの中央部上面には、図示しないエンジンマウントブラケットを介してエンジンＥおよびトランスミッションＴからの荷重が入力され、また、サブフレームＳの左右両端部Ｓ１，Ｓ１には、懸架装置２，２のロアアーム３，３を介して路面からの荷重が入力される。

ここで、例えば、高Ｇブレーキ時のように、１Ｇ近くの大きな荷重が入力されると、前輪Ｗｆ，Ｗｆにブレーキ力ＦＢ、ＦＢおよびブレーキモーメントＭ１，Ｍ２が発生する。これらは懸架装置２，２のロアアーム３，３を介してサブフレームＳに対して荷重Ｆ１〜Ｆ４として入力される。これとともに、ダンパ４，４を介してフロントサイドフレーム１，１に荷重Ｆ５，Ｆ６として入力される。
ここで、フロントサイドフレーム１，１（車体１０）は、左右非対称形状に形成されているとともに、サブフレームＳには、前記のようにエンジンＥおよびトランスミッションＴの荷重が入力されているので、高Ｇブレーキ時には、フロントサイドフレーム１，１（車体１０）の左右で変形差が大きく現れることとなる。

このような状態において、サブフレームＳは、取付部Ａが、車体１０の幅方向中心（中心線Ｏ）に対して非対称となる位置（車体１０の前方方向へ偏倚された位置）に設けられており、取付部Ａ，Ｂのスパンは、図１，図２（ａ）からも明らかなように、反対側の取付部Ｃ，Ｄにおけるスパンよりも長くなっているので、結果として、取付部Ａ，Ｂ側におけるサブフレームＳの剛性が高められたものとなっている。
通常、この取付部Ａ，Ｂ側は、図１に示すように、重量を備えスペースを広く要するエンジンＥが支持される側であり、衝突時等には、このエンジンＥが壁となって衝突荷重が吸収されるように作用する側である。このため、反対側の取付部Ｃ，Ｄ（トランスミッションＴ側）よりも、車体の剛性は低く設定されている。したがって、そのままの状態では、高Ｇブレーキ時にホイールアライメントに変化が生じやすい状況にある。
これに対し、本実施形態では、取付部Ａが車体１０の幅方向中心（中心線Ｏ）に対して非対称となる位置に設けられており、取付部Ａ，Ｂ側の剛性は高められたものとなっているので、高Ｇブレーキ時に生じる変形差がこの取付部Ａによってうまく吸収されるようになり、その変形差をキャンセルすることができるようになる。
これにより、ホイールアライメントに変化が生じるのを防止することができ、ホイールアライメントの左右対称化（均一化）を図ることができる。

以上説明したサブフレームＳの取付構造によれば、複数の取付部Ａ〜Ｄのうち、変形差を吸収するために最適となる取付部Ａが、車体１０の幅方向中心（中心線Ｏ）に対して非対称となる位置に設けられているので、大きな荷重が入力される高Ｇブレーキ時等において、車体１０の左右で生じる変形差をうまく吸収することができるようになり、これによって変形差をキャンセルすることができるようになる。
これにより、ホイールアライメントの左右対称化（均一化）を図ることができるようになる。

また、懸架装置２，２の一部を構成しているダンパ４，４は、フロントサイドフレーム１，１（車体１０）側に対して支持されているので、例えば、大きな荷重が入力される高Ｇブレーキ時等には、ダンパ４，４を伝わって車体１０側への入力により、車体１０のフレーム（フロントサイドフレーム１，１）が左右非対称であることのホイールアライメントに与える影響がより顕著に現れるが、前記サブフレームＳの取付構造と相俟ってより効率的に変形差を吸収することができる。

さらに、左右前輪Ｗｆ，Ｗｆには、車体１０の幅方向中心に対して左右非対称となる位置でサブフレームＳに固定されるステアリングギア９が連結されているので、前輪Ｗｆ，Ｗｆからの入力は、ホイールアライメントの変化を助長してしまう方向に作用することとなるが、ステアリングギア９は、車体１０の中心線Ｏに対して左右非対称となる位置でサブフレームＳに固定されているので、これをうまく吸収することができるようになり、変形差をキャンセルすることができるようになる。

また、エンジンＥおよびトランスミッションＴからなるパワーユニットは、エンジンルームＲに対して幅方向に収容されることとなり、左右の重量バランスや設置スペースに差が生じることによって、大きな荷重が入力される高Ｇブレーキ時等に、車体１０の左右で変形差が大きく現れ易くなる。このため、ホイールアライメントの左右非対称化が生じ易くなる。これに対し、本実施形態のサブフレームＳの取付構造においては、取付部Ａ〜Ｄ（本実施形態では取付部Ａ）が車体１０の幅方向中心（中心線Ｏ）に対して非対称となる位置に設けられているので、変形差をうまく吸収することができるようになり、効果的に変形差をキャンセルすることができる。

以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されず、発明の主旨に応じた適宜の変更実施が可能であることはいうまでもない。例えば、サブフレームＳはフロント側に設けられるものについて説明したが、これに限られるものではなく、リアサイドフレーム側に取り付けられるサブフレームについても適用可能である。また、サブフレームＳの形状は車体の形状等に合わせて任意とすることができる。

本発明の一実施の形態に係るサブフレームの取付構造を説明するための車体前部の模式平面図である。 （ａ）は、同じく車体底面側から見たサブフレームを示す模式図、（ｂ）は、図２（ａ）におけるｂ−ｂ端面図、（ｃ）は、図２（ａ）におけるｃ−ｃ端面図である。 同じく車体側方から見たサブフレームを示す模式図である。 サブフレームと車体との結合部分を示す部分拡大断面図である。

符号の説明

１ フロントサイドフレーム
２ 懸架装置（サスペンション）
３ ロアアーム
４ ダンパ
７ ステアリグホイール
８ 凹部
９ ステアリングギア（操舵装置）
１０ 車体
３０ リジット
Ａ〜Ｄ 取付部（車体取付点）
Ｅ エンジン
Ｏ 中心線
Ｒ エンジンルーム
Ｓ サブフレーム
Ｔ トランスミッション
Ｗｆ 前輪（車輪）

Claims (4)

1. 少なくとも車体の幅方向に配置され、その幅方向における両端部にそれぞれ設けられた複数の車体取付点で前記車体に取り付けられるとともに、左右車輪のサスペンションを支持するサブフレームの取付構造であって、
   前記車体は、前記サブフレームの前部上面に動力源収容室を有して、動力源およびトランスミッションが前記車体の幅方向に並べられてなるパワーユニットを収容可能であり、前記動力源側の車体剛性が前記トランスミッション側の車体剛性よりも低くされており、
   前記サブフレームは、
   前記複数の車体取付点が、前記車体の幅方向中心に対して非対称の位置に設けられているとともに、
   前記車体の幅方向中心から一側側にある前記複数の車体取付点間のスパンが、他側側にある前記複数の車体取付点間のスパンよりも大きくされて前記車体に取り付けられており、
   このスパンの大きくされた前記一側側に前記動力源が支持されるとともに、前記他側側に前記トランスミッションが支持されることを特徴とするサブフレームの取付構造。
2. 前記サスペンションの一部は、前記車体に前記サブフレームを介さずに支持されることを特徴とする請求項１に記載のサブフレームの取付構造。
3. 前記左右車輪には、前記車体の幅方向中心に対して非対称となる位置で前記サブフレームに固定される操舵装置が連結されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のサブフレームの取付構造。
4. 前記左右車輪は、前輪であるとともに、前記車体は、前記左右車輪間に前記動力源収容室を備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のサブフレームの取付構造。

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