JP4325530B2

JP4325530B2 - サスペンションメンバ

Info

Publication number: JP4325530B2
Application number: JP2004300106A
Authority: JP
Inventors: 裕之藤木; 孝広渡辺; 亮蔵池内
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-10-14
Filing date: 2004-10-14
Publication date: 2009-09-02
Anticipated expiration: 2024-10-14
Also published as: DE602005008714D1; JP2006111120A; CN1898119B; US7857349B2; KR20060105030A; CN1898119A; EP1718514A1; WO2006040741A1; EP1718514B1; US20080258450A1

Description

本発明は、自動車においてサスペンション装置を車体に連結するために用いられる、サスペンションメンバに関するものである。

従来、サスペンション装置を車体に連結するためのサスペンションメンバとしては、たとえば特許文献１に記載されているように（図５）、一対の車両前後方向に延在するサイドメンバ５１と、車幅方向に延びるとともに、当該一対のサイドメンバ５１を連結する車両前後方向に離隔して位置する二つのクロスメンバ５２、５３とを有し、全体としていわゆる井桁形状をなす形態のものが提案されている。サイドメンバ５１およびクロスメンバ５２、５３はそれぞれ平板をプレス成形することにより構成され、サスペンションメンバ５４は、サイドメンバ５１にクロスメンバ５２、５３を重ね継ぎ手溶接あるいはＴ字継ぎ手溶接により接合することにより、構成される。
実公昭６１−３９６５１号公報

ところが、このような形態のサスペンションメンバ５４においては、図６に示すように、梁状のサイドメンバ５１の側部に対してクロスメンバ５３の両端部にそれぞれ前記側部に対応する継ぎ手５３ａをプレス成形により形成して、サイドメンバ５１にクロスメンバ５３を、溶接により接合するため、クロスメンバ５３の継ぎ手５３ａがサイドメンバ５１にオーバーラップする部分が発生し、かつ、継ぎ手５３ａの内部に、サスペンションメンバとしての構造物として機能しないサイドメンバ５１を構成する部材５１ａが存在してしまうことにより、サスペンションメンバ５４の全体としての質量が増加してしまうという問題点が生じる。サイドメンバ５１の前端部と、クロスメンバ５２の後方側側面部との接合部にも同様の問題が生じる。

本発明の目的は、上述した課題を解決することであり、溶接部の、質量増加を防止することができる、主にフロント側に用いられる、サスペンションメンバを提供することにある。

請求項１に係るサスペンションメンバは、車幅方向中央に関して対称に位置する一対の車両前後方向に延在するサイドメンバと、車幅方向に延在するとともに、当該一対のサイドメンバを連結する車両前後方向に離隔して位置する複数のクロスメンバとを有してなる、車体とサスペンション装置を連結するサスペンションメンバであって、
平板形状のサイドメンバ部材とクロスメンバ部材を突合せ溶接した後にプレス成形して、アッパーパネルおよびロアパネルを構成した後に、当該アッパーパネルとロアパネルを溶接し、
サイドメンバ部材とクロスメンバ部材との溶接部のうち、車両後方側の溶接部の車両上方視における延在方向を、アッパーパネルとロアパネルとで相違させてなる。
また、請求項２に係わるサスペンションメンバは、請求項１のサスペンションメンバにおいて、アッパーパネルを構成するサイドメンバ部材を、その車両前後方向端部をそれぞれ車幅方向内側に突出させて、車両上方視において車幅方向内側に開口するコの字状に形成し、当該サイドメンバ部材の車両前後方向端部の車幅方向内側に突出させた部分を、アッパーパネルを構成するクロスメンバ部材に突合せ溶接してなる。

請求項１に係るサスペンションメンバによれば、従来構造のサスペンションメンバにおいて問題となった、あらかじめプレス成形したサイドメンバおよびクロスメンバを溶接により接合することにより、部材の重なりが生じて、サスペンションメンバ全体としての質量が増加してしまうことを、平板形状のサイドメンバ部材とクロスメンバ部材を突合せ溶接した後にプレス成型してアッパーパネルおよびロアパネルを構成することにより、部材が重なる部分を廃することにより抑制することができる。

また、従来技術においては、あらかじめプレス成形したサイドメンバに同じくあらかじめプレス成形したクロスメンバの継ぎ手部分を、溶接により接合しているため、サイドメンバに対するクロスメンバの溶接部近傍において応力集中が発生しやすいが、本発明に係わるサスペンションメンバによれば、プレス成形前に平板状の部材同士を突合せ溶接するために、そのような応力集中を緩和することができ、溶接部の疲労強度を高めて、サスペンションメンバの信頼性を高めることができる。

さらに、従来技術のように、あらかじめプレス成形したサイドメンバに同じくあらかじめプレス成形したクロスメンバを溶接しようとすると、サイドメンバの側面部とクロスメンバの端部とを連結した部分が、サスペンションメンバのコーナー部となり、サイドメンバとクロスメンバの溶接部近傍において応力集中が発生しやすい。このような場合、クロスメンバの端部に形成する継ぎ手部を大型化するなどして、溶接部の疲労強度を高め、サスペンションメンバの信頼性を向上させることが考えられるが、これによっては、サスペンションメンバの重量が増加するため好ましくない。

これに対し、本発明に係わるサスペンションメンバにおいては、請求項２に記載したように、アッパーパネルを構成するサイドメンバ部材を、その車両前後方向端部をそれぞれ車幅方向内側に突出させて、車両上方視において車幅方向内側に開口するコの字状に形成し、当該サイドメンバ部材の車両前後方向端部の車幅方向内側に突出させた部分を、アッパーパネルを構成するクロスメンバ部材に突合せ溶接することにより、井桁形状のサスペンションメンバのコーナー部分を避けて溶接部を設定することができるので、応力が集中しやすいコーナー部分に溶接部が位置することを避けて、サスペンションメンバの信頼性を高めることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係るサスペンションメンバの一実施形態を、斜め上方から見て示す、模式図であり、図２は、サスペンションメンバを構成するアッパーパネルおよびロアパネルを上方から見て示す模式平面図であり、図３は、アッパーパネルを構成するサイドメンバ部材とクロスメンバ部材およびロアパネルを構成するサイドメンバ部材とクロスメンバ部材のプレス成形前の態様を斜め上方から見て示す模式図である。

このサスペンションメンバ１は、図１（ａ）に示すように、車幅方向中央に関して対称に位置する一対の車両前後方向に延在するサイドメンバ２と、車幅方向に延在するとともに、当該一対のサイドメンバを連結する車両前後方向に離隔して位置する二つのクロスメンバ３、４とを有してなる、図示しない車体と図示しないサスペンション装置を連結するサスペンションメンバであって、
図３（ａ）に示す、平板形状かつ車両前後方向端部が車幅方向内側に突出したコの字状のサイドメンバ部材５ａ、６ａとフロント側およびリア側のクロスメンバ部材７ａ、８ａを二重線で示す溶接部ｗ１〜ｗ４にて突合せ溶接した後にプレス成形して、図２（ａ）に示すような、アッパーパネル９を構成し、図３（ｂ）に示す、平板形状のサイドメンバ部材５ｂ、６ｂとフロント側およびリア側のクロスメンバ部材７ｂ、８ｂを二重線で示す溶接部ｗ５〜ｗ８にて突合せ溶接した後にプレス成形して、図２（ｂ）に示すような、ロアパネル１０を構成した後に、図１（ｂ）に示すように、それぞれ井桁形状をなすアッパーパネル９とロアパネル１０を、それぞれの内周縁および外周縁において、相互に溶接してなる（請求項１および２に相当）ものであって、全体として井桁形状をなし、四隅のコーナー部分には図示しない車体への連結点となる、マウント１１、１２、１３、１４が設けられる。
請求項１および２に相当する構成による作用効果は、段落番号［０００６］〜［０００９］において説明したので割愛する。

ここでは、アッパーパネル９を構成するクロスメンバ部材７ａ、８ａを、アッパーパネル９を構成するサイドメンバ部材５ａ、６ａよりも薄肉、つまり、クロスメンバ部材７ａ、８ａの板厚を、サイドメンバ部材５ａ、６ａの板厚よりも薄くしている。（請求項３に相当）
これによれば、一般に、車両が前面衝突した場合の反力を得るために、サイドメンバはより強度を高くする必要があることを考慮して、サイドメンバ部材５ａ、６ａを肉厚とし、クロスメンバ部材７ａ、８ａをそれより薄肉として、サイドメンバ２およびクロスメンバ３、４のそれぞれを、それぞれにおいて必要十分な肉厚とすることができ、余計な重量増加を抑制することができる。

加えて、アッパーパネル９を下方に開口するコの字状の横断面を有する形状とし、ロアパネル１０を平板形状としている。（請求項４に相当）ここで横断面とは、アッパーパネル９のサイドメンバ２をなす部分もしくはクロスメンバ３、４をなす部分の延在方向に垂直な断面を言うものとする。
このような構造において、車両が前面衝突した場合には、サイドメンバ２が車幅方向から見て下方に座屈したＶ字状に変形するようにサイドメンバ２を形成するようにする。この場合、衝突時に必要な反力は、主に、下方に開口したコの字状の横断面を有する形状のアッパーパネル９のサイドメンバ部材５ａ、６ａの側面部５ａｓ、６ａｓが受け持つので、その分、ロアパネル１０の分担する反力を小さくでき、これによって、ロアパネル１０の肉厚を薄くして、ロアパネル１０を軽量化することができる。

さらに、ロアパネル１０を構成するクロスメンバ部材７ｂ、８ｂとサイドメンバ部材５ｂ、６ｂとの、図２（ｂ）中二重線で示す、車両前方側の溶接部の車両上方視における延在方向Ｃ１と、同じく図２（ｂ）中二重線で示す、車両後方側の溶接部の車両上方視における延在方向Ｃ２とを、相違させる。（請求項５に相当）
これによれば、ロアパネル１０は車両が前面衝突した場合に負担する反力が小さいことを考慮して、図３（ｂ）に示すように、車両後方側の溶接部を、プレス成形後にロアパネル１０がアッパーパネル９と溶接により接合されて、サイドメンバをなす部分に位置させて、図３（ａ）に示す、プレス成形後にアッパーパネルをなすサイドメンバ部材５ａ、６ａに比して、サイドメンバ部材５ｂ、６ｂを小さなものとすることができる。これにより、プレス成形後にアッパーパネルをなすサイドメンバ部材５ａ、６ａ、クロスメンバ部材７ａ、８ａの相互間の大小の違いよりも、ロアパネルをなすサイドメンバ部材５ｂ、６ｂ、クロスメンバ部材７ｂ、８ｂ相互間の大小の違いを小さなものとして、サイドメンバ部材５ｂ、６ｂ、クロスメンバ部材７ｂ、８ｂを平板状の板材から打ち抜き加工するに当たっての材料歩留まり、言い換えれば材料有効使用率を高めることができる。
なお板材は特に限定するものではないが、一般的には、鋼板を使用する。

さらに、図３（ｂ）に示したサイドメンバ部材５ｂ、６ｂ、クロスメンバ部材７ｂ、８ｂを、図３（ｂ）の二重線で示す溶接部ｗ５〜ｗ８において溶接する前に相互に位置あわせをするにあたっては、図２（ｂ）に示したように溶接部ｗ５〜ｗ８の車両上方視における延在方向Ｃ１、Ｃ２を相違させることにより、溶接部となるクロスメンバ部材７ｂ、８ｂと、サイドメンバ部材５ｂ、６ｂの端部同士を突合せた状態で車両前後方向および車幅方向を含む平面内で二次元的に相対移動可能なものとすることができるため、溶接部の車両上方視における延在方向が同じ場合（それぞれが車両前後方向に延在している場合、または、それぞれが車幅方向に延在している場合）に比べ、寸法制度の誤差を許容することができる。したがって、サイドメンバ部材５ｂ、６ｂおよびクロスメンバ部材７ｂ、８ｂを平板状の板材から打ち抜き加工するに当たって求められる、加工精度の厳密性を緩和することができる。これにより製造コストを削減することができる。

これに対し、図３（ａ）に示したアッパーパネル９においては、サイドメンバ部材５ａ、６ａとクロスメンバ部材７ａ、８ａとの溶接部ｗ１〜ｗ４は、車両上方視において同じ車両前後方向に延在している。これは車両が前面衝突した場合に、その反力を受けるアッパーパネル９のサイドメンバ部を構成する部分に溶接部が位置することを回避するためである。これにより、前面衝突時におけるアッパーパネル９の変形モードに対する溶接部の影響を小さくして、所望の変形モードを得やすくすることができる。

さらに、ロアパネル１０を構成するクロスメンバ部材７ｂ、８ｂとサイドメンバ部材５ｂ、６ｂとの、車両前方側の溶接部ｗ５、ｗ６の車両上方視における延在方向Ｃ１を車両前後方向とし、車両後方側の溶接部ｗ７、ｗ８の車両上方視における延在方向Ｃ２を車幅方向とする（請求項６に相当）
ここで延在方向を車両前後方向あるいは車幅方向とするとは、それぞれの方向に厳密に平行であることは要しない。
これによれば、突合せ溶接においては溶接部ｗ１〜ｗ８が母材よりも最大限２０％厚みが減少してその強度が低下することを考慮して、ロアパネル１０がアッパーパネル９と溶接により接合されてリア側のクロスメンバ４をなす部分に、溶接部ｗ７、ｗ８を設けることを回避することができ、リア側のクロスメンバ４の車幅方向剛性を高めることができ、操縦安定性を高める上で必要な車輪の接地点横剛性を高めることができる。

さらに好ましくは、図４に示すように、ロアパネル１０を構成するクロスメンバ部材７ｂ、８ｂとサイドメンバ部材５ｂ、６ｂとの、車両後方側の溶接部ｗ７、ｗ８を、図示しないサスペンション装置を構成するアームのサスペンションメンバへの前後の取付点Ｐ、Ｑの中間部に設ける。（請求項７に相当）
図示しないサスペンション装置により支持される車輪に、車両の前方から後方に向かう力が入力されると、車両前方側の取付点Ｐには車幅方向内側から外側に向かう力ＦＰが作用し、車両後方側の取付点Ｑには車幅方向外側から内側に向かう力ＦＱが作用する。これらの力により、ロアパネル９の車両前方から後方にいたるまでの、アッパーパネルに溶接により接合されてサイドメンバとなる部分に作用する曲げモーメント線図ＢＭＤは、図４に示すようになり、曲げモーメントは取付点Ｐと取付点Ｑの中間で小さな値となる。もちろん、車両の後方から前方に向かう力が車輪に作用した場合は、それぞれの力と曲げモーメントの方向はすべて逆となる。
これらを考慮して、車幅方向の曲げモーメントのなるべく小さい位置に、二重線で示す車両後方側の溶接部ｗ７、ｗ８を設けることにより、溶接部ｗ７、ｗ８に作用する応力をなるべく小さくして、サスペンションメンバの信頼性を高めることができる。

なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。
突合せ溶接に使用する溶接の種類としては、代表的なものとしてプラズマ溶接が挙げられるが、特に限定するものではない。

本発明のサスペンションメンバは、自動車のフロント側に用いて好適なものであって、前面衝突に対してより高い安全性を得ることができるとともに、質量の増加を抑制して、疲労強度を高めて信頼性を高めることができるものである。

本発明に係るサスペンションメンバの一実施形態を示す、略式斜視図である。本発明に係るサスペンションメンバのアッパーパネルおよびロアパネルを示す略式平面図である。本発明に係るサスペンションメンバのアッパーパネルおよびロアパネルのプレス成形前の態様を示す略式斜視図である。本発明に係るサスペンションメンバのロアパネルの、車両後方側の溶接部の位置を示す略式平面図である。従来のサスペンションメンバを示す略式斜視図である。従来のサスペンションメンバの溶接の態様を示す模式図である。

符号の説明

１サスペンションメンバ
２サイドメンバ
３クロスメンバ（フロント側）
４クロスメンバ（リア側）
５ａサイドメンバ部材
５ｂサイドメンバ部材
６ａサイドメンバ部材
６ｂサイドメンバ部材
７ａクロスメンバ部材
７ｂクロスメンバ部材
８ａクロスメンバ部材
８ｂクロスメンバ部材
９アッパーパネル
１０ロアパネル
１１マウント
１２マウント
１３マウント
１４マウント
５１サイドメンバ
５２クロスメンバ
５３クロスメンバ
５４サスペンションメンバ

Claims

車幅方向中央に関して対称に位置する一対の車両前後方向に延在するサイドメンバと、車幅方向に延在するとともに、当該一対のサイドメンバを連結する車両前後方向に離隔して位置する複数のクロスメンバとを有してなる、車体とサスペンション装置を連結するサスペンションメンバであって、
平板形状のサイドメンバ部材とクロスメンバ部材を突合せ溶接した後にプレス成形して、アッパーパネルおよびロアパネルを構成した後に、当該アッパーパネルとロアパネルを溶接し、
サイドメンバ部材とクロスメンバ部材との溶接部のうち、車両後方側の溶接部の車両上方視における延在方向を、アッパーパネルとロアパネルとで相違させてなるサスペンションメンバ。
アッパーパネルを構成するサイドメンバ部材を、その車両前後方向端部をそれぞれ車幅方向内側に突出させて、車両上方視において車幅方向内側に開口するコの字状に形成し、当該サイドメンバ部材の車両前後方向端部の車幅方向内側に突出させた部分を、アッパーパネルを構成するクロスメンバ部材に突合せ溶接してなる請求項１に記載のサスペンションメンバ。
アッパーパネルを構成するクロスメンバ部材を、アッパーパネルを構成するサイドメンバ部材よりも薄肉としてなる請求項１もしくは２に記載のサスペンションメンバ。
アッパーパネルを下方に開口するコの字状の横断面を有する形状とし、ロアパネルを平板形状としてなる請求項１〜３のいずれか記載のサスペンションメンバ。
ロアパネルを構成するクロスメンバ部材とサイドメンバ部材との、車両前方側の溶接部の車両上方視における延在方向と、車両後方側の溶接部の車両上方視における延在方向とを、相違させてなる請求項４に記載のサスペンションメンバ。
ロアパネルを構成するクロスメンバ部材とサイドメンバ部材との、車両前方側の溶接部の車両上方視における延在方向を車両前後方向とし、車両後方側の溶接部の車両上方視における延在方向を車幅方向としてなる請求項５に記載のサスペンションメンバ。
ロアパネルを構成するクロスメンバ部材とサイドメンバ部材との、車両後方側の溶接部を、サスペンション装置を構成する複数のアームのサスペンションメンバへの前後の取付点の中間部に設けてなる請求項６に記載のサスペンションメンバ。