JP4398746B2 - 車両のリヤフレーム構造 - Google Patents

Description

本発明は、上向きに開口する横断面Ｕ字状の部材であって、概ね平坦なフロアパネルの下面に上縁が固定されて閉断面に構成されるリヤフレームの長手方向中間部に、その底壁が前後一対の変曲点とその間の頂点とを有して上向きに凸に湾曲する湾曲部を形成した車両のリヤフレーム構造に関する。

自動車の衝突による前後方向の荷重が、側面視でクランク状に屈曲する閉断面のフロントサイドメンバに加わると、その屈曲部（キックアップ部）に曲げモーメントが発生して大きな曲げ変形を発生する問題がある。そこでフロントサイドメンバのキックアップ部における圧縮変形側だけを補強部材で補強することにより、重量の増加を最小限に抑えながらキックアップ部の剛性を高めるものが、下記特許文献１により公知である。
特開２００３−２３１４８３号公報

ところで、自動車のリヤフレームは、後輪のサスペンション装置を取り付ける部分が、サスペンションスプリングや油圧ダンパーとの干渉を避けるべく上向きにアーチ状に湾曲しているため、そのリヤフレームの上面を覆うフロアパネルも上向きに湾曲して車室内の容積の有効利用を妨げる問題がある。そこで、フロアパネルを平坦にすべくリヤフレームの上面を平坦にすると、リヤフレームの下面に形成されるアーチ状の湾曲部によって剛性が大幅に減少するだけでなく、自動車の衝突時にリヤフレームに加わる前後方向の荷重によって前記湾曲部が上向きに折れ曲がってしまい、リヤフレームの前部あるいは後部を効果的に座屈させて衝撃吸収効果を発揮させるのが難しくなる。

このような問題を解決するには、リヤフレームに形成されるアーチ状の湾曲部を補強部材で補強して前後方向の荷重によって折れ曲がり難くすればよいが、前記補強部材の形状や配置を工夫しないと、重量のみが増加して曲げ荷重に対する強度を高めることができないという結果になる。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、平坦な上縁と上向きに湾曲する底壁とを有する横断面Ｕ字状のリヤフレームの曲げ強度を、重量の増加を最小限に抑えながら高めることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、上向きに開口する横断面Ｕ字状の部材であって、概ね平坦なフロアパネルの下面に上縁が固定されて閉断面に構成されるリヤフレームの長手方向中間部に、その底壁が前後一対の変曲点とその間の頂点とを有して上向きに凸に湾曲する湾曲部を形成した車両のリヤフレーム構造において、少なくとも前記リヤフレームの湾曲部の範囲の上部内側に、上縁が前記リヤフレームの上縁に沿って直線状に延びる一対の側壁と、その下端間を接続し前記リヤフレームの底壁の前後の変曲点の間では下向きに凸に湾曲する底壁とを有して上向きに開口する横断面Ｕ字状の上部スチフナを、その側壁が前記リヤフレームの側壁の内面に接するようにして固定するとともに、前記リヤフレームの底壁の前後の変曲点に挟まれた領域における前記リヤフレームの下部外面に、上縁が前記リヤフレームの上縁の下方でその上縁と平行に延びる一対の側壁と、その下端間を接続し前記リヤフレームの底壁に沿って上向きに凸に湾曲する底壁とを有して上向きに開口する横断面Ｕ字状の下部スチフナを、その側壁が前記リヤフレームの側壁の外面に接するようにして固定し、前記上部スチフナの底壁と前記下部スチフナの底壁とを、前記リヤフレームの底壁の頂点位置において互いに近接させることにより、側面から見たときそれら上部スチフナの底壁と下部スチフナの底壁とがＸ字状をなすように配置したことを特徴とする車両のリヤフレーム構造が提案される。

また、請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記上部スチフナは、前記リヤフレームの底壁の前後の変曲点を超えて前後に延びる両端部分では、その底壁が上向きに凸に湾曲していて、その側壁の高さが両端側で大きく中央側で小さくなるようにされていることを特徴とする車両のリヤフレーム構造が提案される。

請求項１の構成によれば、概ね平坦なフロアパネルの下面に上向きに開口する横断面Ｕ字状のリヤフレームの上縁を固定して閉断面に構成し、リヤフレームの長手方向中間部に、その底壁が上向きに湾曲する湾曲部を形成するようにしたので、湾曲部の下方に配置される部材とリヤフレームとの干渉を回避しながら、平坦に形成したフロアパネルの上方の空間を広く確保することができる。また湾曲部の上部内面に固定した上部スチフナの底壁を、リヤフレームの底壁の前後の変曲点の間では下向きに凸に湾曲させるとともに、リヤフレームの底壁の前後の変曲点に挟まれた領域の下部外面に固定した下部スチフナの底壁を上向きに凸に湾曲させ、それら上部スチフナの底壁と下部スチフナの底壁とを、リヤフレームの底壁の頂点位置において互いに近接させることにより、側面から見たときそれらがＸ字状をなすように配置したので、リヤフレームに長手方向の圧縮荷重が作用したときに下部スチフナの底壁に作用する上向きの荷重と上部スチフナの底壁に作用する下向きの荷重とを釣り合わせてリヤフレームの折れ曲がりを効果的に防止することができる。しかも上部スチフナおよび下部スチフナは、金属板を折り曲げて構成することが可能な断面Ｕ字状の部材であるため、それを設けたことによる重量の増加を最小限に抑えることができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

図１〜図５は本発明の一実施例を示すもので、図１は自動車のリヤフレームの斜視図、図２は図１の２方向矢視図、図３は図２の３−３線拡大断面図、図４は図２の４−４線拡大断面図、図５は自動車の衝突時の作用説明図である。

図１〜図４に示すように、自動車の概ね平坦なフロアパネル１１の下面に、車体前後方向に延びるリヤフレーム１２が固定される。リヤフレーム１２はフロアパネル１１の両側に沿って２本配置されるが、それらは車体中心面に対して左右対称な形状を有するため、以下、その一方のリヤフレーム１２について説明する。

リヤフレーム１２は上面が開放した横断面Ｕ字状の部材であって、その一対の上縁を外向きに折り曲げたフランジ１２ａ，１２ａをフロアパネル１１の下面に溶接ｗ１することで台形状の閉断面に構成される。リヤフレーム１２の長手方向両端の直線部１３，１３は一定の横断面を有しているが、その長手方向中間部、つまり後輪のサスペンション装置を取り付ける部分に、サスペンションスプリングや油圧ダンパーとの干渉を避けるべく上向きに湾曲した湾曲部１４が形成される。

湾曲部１４ではリヤフレーム１２の側壁１２ｂ，１２ｂの高さが減少しており、それに応じてリヤフレーム１２の底壁１２ｃが上向きに凸に滑らかにカーブしている。図２に明瞭に示すように、リヤフレーム１２の底壁１２ｃは、直線部１３，１３平面から湾曲部１４の曲面に移行する前後一対の湾曲開始点ａ，ａと、湾曲部１４が上向きに最も深く窪んだ頂点ｂと、前後一対の湾曲開始点ａ，ａおよび頂点ｂ間に位置する前後一対の変曲点ｃ，ｃとを有している。変曲点ｃ，ｃとは、湾曲開始点ａ，ａから頂点ｂに向かって曲率が正（下に凸）から負（上に凸）に変化する点である。

リヤフレーム１２の湾曲部１４の近傍は上部スチフナ１５および下部スチフナ１６によって補強される。

上部スチフナ１５は一対の側壁１５ａ，１５ａと、その下端間を接続する底壁１５ｂとを有して上方に開放した横断面Ｕ字状の部材であって、リヤフレーム１２の上部の内側に収納された状態で、その側壁１５ａ，１５ａがリヤフレーム１２の側壁１２ｂ，１２ｂの内面に接するように溶接ｗ２される。上部スチフナ１５の全長に亘り、その側壁１５ａ，１５ａの直線状の上縁はリヤフレーム１２の側壁１２ｂ，１２ｂの上縁に沿っている。一方、上部スチフナ１５の側壁１５ａ，１５ａの高さは長手方向に変化しており、リヤフレーム１２の底壁１２ｃの前後の変曲点ｃ，ｃを超えて前後に延びる両端部分では、底壁１５ｂが上向きに凸に湾曲することで、側壁１５ａ，１５ａの高さは両端側で大きく中央側で小さくなっている。また前後の変曲点ｃ，ｃの間では、底壁１５ｂが下向きに凸に湾曲することで、側壁１５ａ，１５ａの高さは両端側で小さく中央側で大きくなっている。

下部スチフナ１６は一対の側壁１６ａ，１６ａと、その下端間を接続する底壁１６ｂとを有して上方に開放した横断面Ｕ字状の部材であって、リヤフレーム１２の下部外面に重ね合わされた状態で、その側壁１６ａ，１６ａがリヤフレーム１２の側壁１２ｂ，１２ｂの外面に接するように溶接ｗ３される。下部スチフナ１６はリヤフレーム１２の底壁１２ｃの前後の変曲点ｃ，ｃに挟まれた範囲に設けられており、その底壁１６ｂはリヤフレーム１２の底壁１２ｃに沿って上向きに凸に湾曲している。一方、下部スチフナ１６の側壁１６ａ，１６ａの上縁はリヤフレーム１２の上縁の下方でその上縁と平行に延びており、その結果、下部スチフナ１６の側壁１６ａ，１６ａの高さは、長手方向の両端側で大きくなり、中央側で小さくなっている。

しかして、図５から明らかなように、上部スチフナ１５の底壁１５ｂと下部スチフナ１６の底壁１６ｂとは、リヤフレーム１２の底壁１２ｃの頂点ｂ位置において互いに近接し、側面から見たときそれら上部スチフナ１５の底壁１５ｂと下部スチフナ１６の底壁１６ｂとがリヤフレーム１２の湾曲部１４の範囲でＸ字状をなすように配置されている。

次に、上記構成を備えた本発明の実施例の作用について、図５を参照しながら説明する。

自動車が正面衝突した場合や、自動車が後方から追突されたような場合にリヤフレーム１２に前後方向の圧縮力が作用するが、このときリヤフレーム１２の湾曲部１４の変形を最小限に抑えながら、リヤフレーム１２の前後の直線部１３，１３を圧縮することで座屈させて衝撃を吸収することが望ましい。

リヤフレーム１２の湾曲部１４は底壁１２ｃが上向きに湾曲しているため、その底壁１２ｃに連なる側壁１２ｂ，１２ｂの高さが減少して強度が低下するが、その部分に下部スチフナ１６を重ね合わせて固定することで、上下方向の高さが減少したリヤフレーム１２の湾曲部１４の剛性が高められる。しかしながら、リヤフレーム１２の湾曲部１４の底壁１２ｃおよび下部スチフナ１６の底壁１６ｂは上向きに凸に湾曲していることから、そこに作用する圧縮荷重ｆ１およびその反力ｆ２は、相互に対向し、かつリヤフレーム１２の底壁１２ｃの頂点ｂに向かうように斜め上向きに作用するため、圧縮荷重ｆ１およびその反力ｆ２の合力ｆ３が上向きに作用してリヤフレーム１２の湾曲部１４をヘ字状に折り曲げようとする。

これと同時に、リヤフレーム１２に作用する前後方向の圧縮力は上部スチフナ１５を圧縮するが、上部スチフナ１５の底壁１５ｂは下向きに凸に湾曲していることから、そこに作用する圧縮荷重ｆ４およびその反力ｆ５は、相互に対向し、かつリヤフレーム１２の底壁１２ｃの頂点ｂに向かうように斜め下向きに作用する。その結果、圧縮荷重ｆ４およびその反力ｆ５の合力ｆ６が下向きに作用し、前記上向きの合力ｆ３と打ち消し合うことで、リヤフレーム１２が湾曲部１４でヘ字状に折れ曲がるのを防止することができる。

このように、フロアパネル１１を平坦に形成して車室容積を有効に利用できるようにしながら、サスペンション装置等を配置するためのリヤフレーム１２の湾曲部１４を板材よりなる軽量な上部スチフナ１５および下部スチフナ１６で補強するだけで、自動車の衝突時における湾曲部１４の折れ曲がりを確実に抑制し、その前後の直線部１３，１３を効果的に座屈させて衝撃吸収効果を高めることができる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

自動車のリヤフレームの斜視図 図１の２方向矢視図 図２の３−３線拡大断面図 図２の４−４線拡大断面図 自動車の衝突時の作用説明図

１１ フロアパネル
１２ リヤフレーム
１２ｂ 側壁
１２ｃ 底壁
１４ 湾曲部
１５ 上部スチフナ
１５ａ 側壁
１５ｂ 底壁
１６ 下部スチフナ
１６ａ 側壁
１６ｂ 底壁
ｂ 頂点
ｃ 変曲点

Claims (2)

1. 上向きに開口する横断面Ｕ字状の部材であって、概ね平坦なフロアパネル（１１）の下面に上縁が固定されて閉断面に構成されるリヤフレーム（１２）の長手方向中間部に、その底壁（１２ｃ）が前後一対の変曲点（ｃ，ｃ）とその間の頂点（ｂ）とを有して上向きに凸に湾曲する湾曲部（１４）を形成した車両のリヤフレーム構造において、
   少なくとも前記リヤフレーム（１２）の湾曲部（１４）の範囲の上部内側に、上縁が前記リヤフレーム（１２）の上縁に沿って直線状に延びる一対の側壁（１５ａ，１５ａ）と、その下端間を接続し前記リヤフレーム（１２）の底壁（１２ｃ）の前後の変曲点（ｃ，ｃ）の間では下向きに凸に湾曲する底壁（１５ｂ）とを有して上向きに開口する横断面Ｕ字状の上部スチフナ（１５）を、その側壁（１５ａ，１５ａ）が前記リヤフレーム（１２）の側壁（１２ｂ，１２ｂ）の内面に接するようにして固定するとともに、
   前記リヤフレーム（１２）の底壁（１２ｃ）の前後の変曲点（ｃ，ｃ）に挟まれた領域における前記リヤフレーム（１２）の下部外面に、上縁が前記リヤフレーム（１２）の上縁の下方でその上縁と平行に延びる一対の側壁（１６ａ，１６ａ）と、その下端間を接続し前記リヤフレーム（１２）の底壁（１２ｃ）に沿って上向きに凸に湾曲する底壁（１６ｂ）とを有して上向きに開口する横断面Ｕ字状の下部スチフナ（１６）を、その側壁（１６ａ，１６ａ）が前記リヤフレーム（１２）の側壁（１２ｂ，１２ｂ）の外面に接するようにして固定し、
   前記上部スチフナ（１５）の底壁（１５ｂ）と前記下部スチフナ（１６）の底壁（１６ｂ）とを、前記リヤフレーム（１２）の底壁（１２ｃ）の頂点（ｂ）位置において互いに近接させることにより、側面から見たときそれら上部スチフナ（１５）の底壁（１５ｂ）と下部スチフナ（１６）の底壁（１６ｂ）とがＸ字状をなすように配置したことを特徴とする車両のリヤフレーム構造。
2. 前記上部スチフナ（１５）は、前記リヤフレーム（１２）の底壁（１２ｃ）の前後の変曲点（ｃ，ｃ）を超えて前後に延びる両端部分では、その底壁（１５ｂ）が上向きに凸に湾曲していて、その側壁（１５ａ，１５ａ）の高さが両端側で大きく中央側で小さくなるようにされていることを特徴とする、請求項１記載の車両のリヤフレーム構造。
   

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