JP4604368B2 - 自動車の前部車体構造 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フロントサイドフレームの下方にサブフレームを配設した車体前部の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種の自動車の前部車体構造として、例えば、特開２０００−５３０２２号公報に開示されるように、自動車の前面衝突の際にフロントサイドフレームの変形モードを潰れ変形から屈曲変形へ切り換えることにより、衝突初期に車体に対し相対的に大きい減速度を生じさせ、その後、一旦、車体減速度を降下させるようにしたものが知られている。
【０００３】
すなわち、図１０及び図１１に示すように、車体前部の左右両側にそれぞれ設けられるフロントサイドフレーム８０，８０の前端に、車幅方向に延びるバンパーレインフォースメント８１の左側及び右側がそれぞれ取り付けられ、さらに、該両フロントサイドフレーム８０，８０の前後方向の中央部から前方へ向かって、車体外方へ傾斜して延びる斜方向ビーム８２，８２がそれぞれ設けられている。その斜方向ビーム８２，８２のそれぞれの前端部は、前記バンパーレインフォースメント８１に対して前後方向に所定距離離れた状態で、かつ、車体前後方向から見て、該バンパーレインフォースメント８１の車幅方向の両端部とそれぞれ重複するように位置付けられている。
【０００４】
そして、この構造では、前面衝突時の衝撃は、まず、バンパーレインフォースメント８１からフロントサイドフレーム８０，８０に伝達されて、図１１に示すように、該フロントサイドフレーム８０，８０の前端側が比較的、変形荷重の大きい潰れ変形を起こす。続いて、バンパーレインフォースメント８１の車幅方向の両端部が前記斜方向ビーム８２，８２の前端部に当接して、該斜方向ビーム８２，８２を介して側方荷重が加えられることによって、前記フロントサイドフレーム８０，８０の中央部が車体内方へ屈曲変形し、それ以降の変形荷重が比較的、小さなものとなる。このことにより、衝突初期に車体減速度を急峻に立ち上がらせて、その後、車体減速度を降下させることができる。
【０００５】
ここで、衝突時の乗員には、該乗員を拘束するシートベルト等の拘束手段からの反力によって減速度が作用するため、衝突の初期のようにシートベルトの伸びが少ない状態では乗員減速度は極めて小さい。その一方で、車体には衝突初期から大きな減速度が作用しているため、前記乗員と車体との相対移動距離は次第に大きくなって、シートベルトの伸びが最大に達した時点で乗員がシートベルトから受ける反力も最大となり、大きな衝撃荷重を受けることになる。
【０００６】
前記従来例では、この乗員への衝撃荷重を低減させるべく、衝突後にシートベルトの伸びが最大となる直前に、フロントサイドフレームの変形モードを切り換えて、車体減速度を降下させるようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記従来の構造では、一対のフロントサイドフレームの間に搭載されるパワープラントが、該各フロントサイドフレームの車体内方への屈曲変形を阻害することがあり、この場合には、上述したように車体減速度を降下させることができないため、乗員減速度の最大値、即ち衝撃荷重を狙い通りに低減できないという問題がある。
【０００８】
また、一般的に、前記各フロントサイドフレームの下方には、車体前後方向に延びるサイドメンバ部を有するサブフレームを配設することがあり、この場合には、自動車の前面衝突の際に該サブフレームが突っ張ってしまい、前記従来例のように乗員への衝撃荷重を低減できないという問題がある。
【０００９】
本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、サブフレームの構造に工夫を凝らし、衝突の途中にサブフレームの屈曲変形を開始させるようにして、狙い通りに車体減速度を降下させることにより、乗員に作用する衝撃荷重を低減することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の解決手段では、フロントサイドフレームの下方に配設したサブフレームのサイドメンバ部同士をクロスメンバ部により連結し、自動車の前面衝突時にフロントサイドフレームの変形の途中で該クロスメンバ部をサイドメンバ部から分離させることにより、サブフレームの屈曲変形を開始させるようにした。
【００１１】
具体的には、請求項１の発明では、車体前部の左右両側において各々車体前後方向に延びるように一対のフロントサイドフレームが設けられるとともに、該各フロントサイドフレームの下方においてそれぞれ車体前後方向に延びる一対のサイドメンバ部を有するサブフレームが配設された自動車の前部車体構造を前提とする。そして、前記フロントサイドフレームには、パワープラントが支持され、前記サブフレームのサイドメンバ部の前端側をフロントサイドフレームの前端側に固定する一方、サイドメンバ部の後端側をフロントサイドフレームの後端側ないしその近傍の車体構成部材に固定し、該サイドメンバ部の前側部分は、該サイドメンバ部の前端から後方へ行くほど車幅方向内側に位置するように後方へ傾斜して延びるように形成され、前記サイドメンバ部の前端側及び後端側固定部の中間部分同士を互いに連結するように車幅方向に延びるクロスメンバ部を架設するとともに、前記サブフレームに、自動車の前面衝突の際に該サイドメンバ部及びクロスメンバ部の連結部に対して設定値以上の荷重が作用したときにこの連結部を分離させる分離誘起部を設け、前記分離誘起部は、前記サイドメンバ部の前後方向中間部分に設けられ、該サイドメンバ部の前側部分よりも車幅方向内側へ大きく傾斜して後方へ延びる形状とされることによって車幅方向外側に突出するように屈曲形成された屈曲部と、前記クロスメンバ部又は前記パワープラントの少なくとも一方に設けられ、前記自動車の前面衝突時における前記パワープラントの後退によって該クロスメンバ部又はパワープラントの他方に係合する係合部とを含み、前記係合部は、前記自動車の前面衝突時よりも前の通常時において、前記クロスメンバ部又はパワープラントの他方とは離間するように位置付けられ、前面衝突後に、前記パワープラントの後退によって前記クロスメンバ部の車幅方向略中央部を後方へ屈曲させて前記連結部を分離させるように構成され、前記サイドメンバ部は、前記連結部の分離により前記屈曲部を起点として車幅方向外側へ変形するように構成されものとする。
【００１２】
この構成によれば、自動車の前面衝突時には、まず、フロントサイドフレームが圧縮荷重を受けて潰れ変形を開始する。この際、サブフレームは各サイドメンバ部の中間部分が互いにクロスメンバ部によって連結されていて、高い剛性を有するので、このサブフレームがフロントサイドフレームの屈曲変形を抑制して、衝突の初期には車体減速度が急峻に立ち上がり、これにより、シートベルトが早期に伸びて乗員を強く拘束するようになる。
【００１３】
その後、前記シートベルトの伸びが最大となる前に、サイドメンバ部及びクロスメンバ部の連結部に作用する荷重が増大して設定値以上になるとサイドメンバ部からクロスメンバ部が離脱し、これを契機として該各サイドメンバ部とフロントサイドフレームとが屈曲変形を開始する。
【００１４】
つまり、フロントサイドフレームの変形の途中でサブフレームの各サイドメンバ部を分離させることにより、フロントサイドフレームの変形モードを狙い通りのタイミングで潰れ変形から屈曲変形に切り換えて、その変形荷重を減少させることができる。これにより、シートベルトが伸びきるときに車体減速度を低下させて、該シートベルトの反力による乗員への衝撃荷重を十分に低減することができる。
【００１５】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記サブフレームが、サイドメンバ部の前端側を互いに連結するように架設されたフロントメンバ部を有するものとする。このことで、フロントメンバ部によって各サイドメンバ部を連結して枠状のフレームとなるため、サブフレームの剛性をより高めることができ、衝突の初期における車体減速度の急峻な立ち上がりを確実なものとすることができる。
【００１６】
また、請求項３の発明では、車体前部の左右両側において各々車体前後方向に延びるように一対のフロントサイドフレームが設けられるとともに、該各フロントサイドフレームの下方においてそれぞれ車体前後方向に延びる一対のサイドメンバ部を有するサブフレームが配設された自動車の前部車体構造を前提とする。そして、前記フロントサイドフレームには、パワープラントが支持され、前記サブフレームは、サイドメンバ部の前端側を互いに連結するように架設されたフロントメンバ部を有するものとし、該サイドメンバ部の前側部分は、該サイドメンバ部の前端から後方へ行くほど車幅方向内側に位置するように後方へ傾斜して延びるように形成され、該サイドメンバ部の車体前後方向の中間部分を互いに連結するように車幅方向に延びるクロスメンバ部を架設するとともに、自動車の前面衝突の際に、該サイドメンバ部及びクロスメンバ部の連結部に対して設定値以上の荷重が作用したときにこの連結部を分離させる分離誘起部を設け、前記分離誘起部は、前記サイドメンバ部の前後方向中間部分に設けられ、該サイドメンバ部の前側部分よりも車幅方向内側へ大きく傾斜して後方へ延びる形状とされることによって車幅方向外側に突出するように屈曲形成された屈曲部と、前記クロスメンバ部又は前記パワープラントの少なくとも一方に設けられ、前記自動車の前面衝突時における前記パワープラントの後退によって該クロスメンバ部又はパワープラントの他方に係合する係合部とを含み、前記係合部は、前記自動車の前面衝突時よりも前の通常時において、前記クロスメンバ部又はパワープラントの他方とは離間するように位置付けられ、前面衝突後に、前記パワープラントの後退によって前記クロスメンバ部の車幅方向略中央部を後方へ屈曲させて前記連結部を分離させるように構成され、前記サイドメンバ部は、前記連結部の分離により前記屈曲部を起点として車幅方向外側へ変形するように構成されるものとする。
【００１７】
この構成によれば、自動車の前面衝突時には、まず、フロントサイドフレームが圧縮荷重を受けて潰れ変形を開始し、続いて、サブフレームにも車体前後方向の圧縮荷重が作用する。ここで、該サブフレームは、サイドメンバ部がフロントメンバ部及びクロスメンバ部によって連結されて、高い剛性を有するものなので、衝突の初期には車体減速度が急峻に立ち上がる。その後、該サブフレームへの荷重の増大に伴い、サイドメンバ部からクロスメンバ部が離脱してサブフレーム全体の剛性が低下し、サイドメンバ部が相対的に低い荷重で屈曲変形を開始するようになる。
【００１８】
このように、衝突の途中でサブフレームの各サイドメンバ部を分離させることにより、該サブフレームの変形荷重を狙い通りのタイミングで大きく低下させ、これにより、請求項１の発明と同様の作用効果を得ることができる。
【００１９】
また、例えば自動車の衝突時にサイドメンバ部に作用する圧縮荷重によって、該サイドメンバ部の中間部分が車体外方へ折れ曲がるので、このサイドメンバ部をクロスメンバ部から確実に分離させることができる。
【００２０】
請求項４の発明では、請求項１又は３の発明において、前記クロスメンバ部の車幅方向の両端側に、サイドメンバ部への締結部材が貫通する締結孔を設けるとともに、該締結孔を車体外方に向かって開放するように切欠部を形成するものとする。こうすれば、クロスメンバ部の両端側をそれぞれ締結部材によってサイドメンバ部に締結できる。一方、自動車の衝突時に前記サイドメンバ部が車体外方へ折れ曲がると、締結部材が切欠部を介してクロスメンバ部から離脱し、これにより、サイドメンバ部とクロスメンバ部とを確実に分離させることができる。
【００２１】
請求項５の発明では、請求項１又は２のいずれかにおいて、前記サブフレームを、その前端部が前記フロントサイドフレームの前端部よりも車体後方に位置するように設ける。また、前記分離誘起部を、後端側が前記クロスメンバ部に連結されて車体前方に延び、前端部が前記サブフレームの前端部よりも車体前方でかつ前記フロントサイドフレームの前端部よりも所定距離だけ車体後方に位置付けられた縦メンバ部とする。
【００２２】
こうすれば、自動車の前面衝突時には、まず、フロントサイドフレームの前端側が所定距離だけ潰れ変形し、その後、縦メンバにも衝撃荷重が作用する。そして、この衝撃荷重が縦メンバ部を介してクロスメンバ部に伝達することにより、サイドメンバ部及びクロスメンバ部の連結部に対して設定値以上の荷重を作用させて、この連結部を確実に分離できる。
【００２３】
また、自動車の前面衝突時には、まず、フロントサイドフレームの前端側が潰れ変形し、その後、パワープラントが後退して、該パワープラントとクロスメンバ部とが係合部により係合される。これにより、サイドメンバ部及びクロスメンバ部の連結部に対して設定値以上の荷重を作用させて、この連結部を確実に分離できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２５】
図１〜図４は、本発明の実施形態に係る自動車の前部車体構造を示すものである。尚、図１及び図２は、それぞれ垂直方向の断面図及び下面図であり、図３及び図４は、それぞれ車体上方及び車体下方から見た斜視図である。
【００２６】
この自動車は、図１に示すように、前側にエンジンルーム１が設けられ、該エンジンルーム１内にエンジン２及びミッションケース（変速装置等を収容する）３からなるパワープラント４を搭載し、該パワープラント４によって前輪（図示しない）を駆動するようにしている。前記エンジンルーム１の後側はダッシュパネル５によって仕切られており、このダッシュパネル５の後側が車室６とされ、その車室６の下側はフロアパネル７によって仕切られている。このフロアパネル７は、ダッシュパネル５下端縁部から、後方へ向かって下方へ傾斜して車体の下端部まで達した後に、そこから略水平に後方へ延びるように形成され、その車幅方向両端縁部には、図２に示すように、該縁部に沿って延びる閉断面のサイドシル１０がそれぞれ設けられている。
【００２７】
また、前記エンジンルーム１の車幅方向両側には、前記ダッシュパネル５からそれぞれ前方へ突出して延びる一対のフロントサイドフレーム１１，１１が設けられている。この一対のフロントサイドフレーム１１，１１は、それぞれ略矩形状の閉断面を有し、前記車体の下端部からフロアパネル７の傾斜部に沿って前方へ延び、エンジンルーム１の上下方向の中央部近傍まで達してそこから略水平方向へ屈曲して、パワープラント４の前端部よりも前方へ延びるように形成されている。
【００２８】
前記パワープラント４のエンジン２は、図示しないが、クランク軸が延びる方向に複数のシリンダが直線的に並ぶように構成され、クランク軸が略車幅方向を向くように車体に対して横置きとされ、ミッションケース３の車体右側の側面がエンジン２のシリンダブロックの車体左側の側面に締結されている。また、図示しないが、エンジン２の前側壁部には吸気マニホルドや補機類等が取り付けられ、さらに、その前方の車体にはラジエータや該ラジエータのファン等が取り付けられている。尚、図１に示す符号１２は、ミッションケース３の出力軸と前輪とを回転一体に連結するドライブシャフトである。
【００２９】
このように構成されたパワープラント４は、図３及び図４に示すように、エンジンルーム１において該パワープラント４の車幅方向の両端部近傍をそれぞれ前記フロントサイドフレーム１１，１１に対して、一対のマウント部材１３、１４を介して弾性支持されている。
【００３０】
この一対のマウント部材１３、１４のうちの車体左側に位置するマウント部材１３は、ミッションケース３の上面に固定されるミッション側ブラケット１５と、車体左側のフロントサイドフレーム１１の上面及び車体内方の側面に固定される車体側ブラケット１６と、該ミッション側及び車体側ブラケット１５、１６の間に介在され、例えばゴム等の振動を減衰する部材とを備えるものである。一方、車体右側に位置するマウント部材１４は、エンジン２に固定されるエンジン側ブラケット１７と、右側のフロントサイドフレーム１１の上部に固定される車体側ブラケット１８と、該エンジン側及び車体側ブラケット１７、１８の間に介在され、振動を減衰する部材とを備えるものである。
【００３１】
前記一対のフロントサイドフレーム１１，１１は、車体上下方向から見て、その後端部から前方へ向かって略中央部までは前側ほど互いに離れるように形成される一方、該中央部から前端部までは互いに略平行となるように形成されている。さらに、図３に示すように、このフロントサイドフレーム１１，１１の車体外方の側面は、その後端部から前後方向の略中央部に亘って、車体内方側へ向かって窪んだ凹部が形成され、前記前輪の操舵時における該前輪との干渉を防ぐようになっている。このため、フロントサイドフレーム１１，１１の後側は、前側に比べて小さい断面を有することになり、若干、脆弱である。
【００３２】
また、前記一対のフロントサイドフレーム１１，１１の後端側は、図２に示すように、前記フロアパネル７の下面に沿って前記サイドシル１０と平行に後方へ延びるように設けられた一対のフロアフレーム２０，２０の前端側にそれぞれ連続している。この各フロアフレーム２０，２０は、上方が開放したコ字状断面を有し、その上端部が前記フロアパネル７の下面に溶接されている。また、該一対のフロアフレーム２０，２０に挟まれた略中央位置に対応するフロアパネル７には、その前端から後端に亘るように車室６側へ向かって膨出したフロアトンネル部２１が形成され、該フロアトンネル部２１の前端側の部分はその前側ほど大きく膨出している。
【００３３】
前記フロアトンネル部２１と各フロアフレーム２０，２０との間には、それぞれ該フロアフレームの車体内方側からフロアトンネル部２１の車体外方側に亘ってダッシュパネル５下端側とフロアパネル７前端側とに溶接されるダッシュロアレインフォースメント２２，２２が設けられている。さらに、左側及び右側のそれぞれのフロアフレーム２０，２０の車体外方側からサイドシル１０，１０の車体内方側に亘って、前記ダッシュロアレインフォースメント２２，２２と同様に、ダッシュパネル５とフロアパネル７とに溶接されるトルクボックス２３，２３がそれぞれ設けられている。
【００３４】
一方、前記フロントサイドフレーム１１，１１のそれぞれの前端側には、車幅方向及び上下方向にそれぞれ延出した矩形のフランジ部２４，２４が設けられている。このフランジ部２４，２４には、後端部にこのフランジ部２４，２４と略同形状のフランジ部２５，２５を有するクラッシュボックス２６，２６が取り付けられて、フロントサイドフレーム１１，１１の前端部分を形成している。該クラッシュボックス２６，２６は、前側ほど小さい矩形断面を有するように形成され、前面衝突時の衝撃により圧縮荷重を受けて前後方向に潰れ変形して、このことにより衝撃を吸収するものであり、この衝突の際の潰れ変形を確実に起こすように、その上面及び両側面には、それぞれ車幅方向及び上下方向に長い略だ円形のビードが形成されている。さらに、この左右両側のクラッシュボックス２６，２６の前端部には、バンパーレインフォースメント２７の車幅方向両端部がそれぞれ固定されている。このクラッシュボックス２６，２６の潰れ変形荷重は、詳しくは後述する衝突時に、乗員を拘束するシートベルトの伸びが最大となる前に潰れ変形が終了するように設定されている。
【００３５】
次に、前記フロントサイドフレーム１１，１１の下方に配設されるペリメータフレーム３０（サブフレーム）について説明する。このペリメータフレーム３０は、鋼板製とされ、前記パワープラント４や操舵装置（図１に出力軸３１のみを図示する）等を支持するものであり、全体として略矩形の枠状をなすように一体構造とされている。このペリメータフレーム３０の前端側は、パワープラント４よりも前方で前記クラッシュボックス２６，２６の後端部よりも若干、後方に位置付けられ、左側のフロントサイドフレーム１１の真下位置から右側のフロントサイドフレーム１１の真下位置に亘るように車幅方向に直線的に延びるフロントメンバ部３２とされている。このフロントメンバ部３２の左右両端側には、それぞれ該フロントメンバ部３２と略同形状の断面を有するとともに該両端側から後方へ延びるサイドメンバ部３３，３３が設けられている。
【００３６】
この各サイドメンバ部３３，３３の後端部から所定距離前方の部位には、前記フロントメンバ部３２の断面よりも大きい断面を有するサスペンションクロスメンバ部３４が２つのサイドメンバ部３３，３３に架け渡された状態で溶接されている。また、前記サイドメンバ部３３，３３は、図１に示すように、車幅方向から見て、その後端部から前後方向の略中央部まで略水平に延びるように形成される一方、この中央部分において上方へ傾斜するように屈曲して、さらにその傾斜方向に前端まで延びている。
【００３７】
また、前記サスペンションクロスメンバ部３４は、その車幅方向両端側に、図示しないが、前記前輪を支持するサスペンションアームが軸支されているため、車幅方向の長さは、前記フロントメンバ部３２よりも短く形成されている。また、図２に示すように、各サイドメンバ部３３，３３を車体上下方向から見ると、前端部から前後方向の略中央部までは、後側ほど車体内方に位置するように比較的緩く傾斜し、この中央部分において前側よりも車体内方へきつく傾斜するように屈曲して後端部まで延びており、該中央部分に車幅方向の外方に突出した（車幅方向）屈曲部が形成されている。
【００３８】
前記ペリメータフレーム３０の取り付けについては、該ペリメータフレーム３０の前端が前記一対のフロントサイドフレーム１１，１１の前端側の固定部１１ａ，１１ａにそれぞれ固定される一方、該ペリメータフレーム３０の後端が前記パワープラント４よりも後方側の位置で前記ダッシュロアレインフォースメント２２，２２にそれぞれ固定されている。詳しくは、前記ペリメータフレーム３０の前側の左右の隅部には、該隅部の上面から車体外方へかつ前方へ向かって緩やかに傾斜しながら、上方へ突出するように取付ブラケット３６，３６が設けられている。この取付ブラケット３６，３６の下端部は前記ペリメータフレーム３０に溶接される一方、上端部には軸線が上下方向に延びる円筒部３７，３７が設けられ、この円筒部３７，３７の内側には円筒状のゴムブッシュ（図示せず）が嵌合されている。さらに、このゴムブッシュには、前記円筒部３７，３７と同軸に位置するようにパイプ部材（図示せず）が固着されており、そのパイプ部材を軸線方向に貫通するボルト３８，３８によって該パイプ部材の上端部がフロントサイドフレーム１１，１１の前端側固定部１１ａ，１１ａに締結されるようになっている。
【００３９】
一方、前記ペリメータフレーム３０のサイドメンバ部３３，３３の後端部には、該ペリメータフレーム３０を前記ダッシュロアレインフォースメント２２，２２に取り付けるための取付部３９，３９が、それぞれ設けられている。この取付部３９，３９にも、前記したペリメータフレーム３０の前側の取付ブラケット３６，３６の上端部と同様に円筒部４０，４０が設けられ、この円筒部４０，４０の内側にゴムブッシュ（図示せず）が嵌合されている。そして、このゴムブッシュにパイプ部材（図示せず）が固着されていて、ボルト４１，４１によって該パイプ部材の上端部がダッシュロアレインフォースメント２２，２２の固定部２２ａ，２２ａに締結されるようになっている。
【００４０】
また、前記ペリメータフレーム３０の前端側の取付ブラケット３６，３６及び後端側の取付部３９，３９の間には、各サイドメンバ部３３，３３を連結するように架け渡されるクロスメンバ部５０がブラケット５１，５１を介して取り付けられている。従って、前記ペリメータフレーム３０の各サイドメンバ部３３，３３は、フロントメンバ部３２、クロスメンバ部５０、及びサスペンションクロスメンバ部３４の３箇所で連結されており、高い剛性を有するようになっている。前記クロスメンバ部５０の取り付けについて詳しくは、前記各サイドメンバ部３３，３３の車幅方向屈曲部近傍には、それぞれ略矩形の板状に形成されかつ略水平に拡がるように配置された鋼板製ブラケット５１，５１が溶接により取り付けられている。さらに、このブラケット５１，５１の車体上下方向から見たときの中央部分には、車体上下方向に貫通するボルト孔５１ａ，５１ａが形成されている。
【００４１】
一方、前記クロスメンバ部５０は、断面形状が前記フロントメンバ部３２と略同形状とされ、その車幅方向両端側が前記ブラケット５１，５１へそれぞれ取り付けられるようになっている。該クロスメンバ部５０の車幅方向両端側には、車体前後方向の略中央部分において前記ブラケット５１，５１のボルト孔５１ａ，５１ａと連通するように車体上下方向に貫通するボルト孔５０ａ，５０ａがそれぞれ設けられている。さらに、このクロスメンバ部側のボルト孔５０ａ，５０ａの車体外方側には、該ボルト孔５０ａ，５０ａを車体外方へ向かって開放するように切欠部５０ｂ，５０ｂが形成されている。この切欠部５０ｂ，５０ｂは、車体前後方向の長さがボルト孔５０ａ，５０ａの径と略同じとされ、クロスメンバ部５０の長さ方向に延びていて、該クロスメンバ部５０の端縁部に至るように形成されている。
【００４２】
前記クロスメンバ部５０の取り付けに際しては、該クロスメンバ部５０をブラケット５１，５１の下側に配置して、ボルト５２，５２（締結部材）をそのクロスメンバ部５０及びブラケット５１，５１のボルト孔５０ａ，５０ａ、５１ａ，５１ａに下方から上方へ向かって挿通させて、該ブラケット５１，５１の上側に配置したナット５３，５３と螺合させる。これにより、クロスメンバ部５０の両端側がそれぞれブラケット５１，５１に締結固定されて、該クロスメンバ部５０によりペリメータフレーム３０の各サイドメンバ部３３，３３が連結される。
【００４３】
前記ペリメータフレーム３０に対して車体前後方向の圧縮荷重が作用すると、サイドメンバ部３３，３３の中間部分にはその中間部分が車体外方へ変位するような曲げ荷重が作用し、これにより、サイドメンバ部３３，３３及びクロスメンバ部５０の連結部に対してそれらを分離させるような引張荷重が作用することになる。
【００４４】
さらに、この実施形態では、自動車の前面衝突の際、前記パワープラント４が後退したときに、この後退時の荷重が前記ペリメータフレーム３０のクロスメンバ部５０に作用するよう、パワープラント４に該クロスメンバ部５０との係合部を設けている。
【００４５】
詳しくは、前記パワープラント４の車幅方向の略中央部分に対応するエンジン２の下端部には、車体前後方向から見て、前記クロスメンバ部５０と重複するように突出した凸部５５（係合部）が形成されている。この凸部５５は、前記クロスメンバ部５０の前端部から前方に所定距離（例えば、３０〜４０ｍｍ）離間するように位置付けられているため、通常時のパワープラント４の揺動によって該クロスメンバ５０と凸部５５とが接触することはない。
【００４６】
そして、前記パワープラント４の凸部５５は、前記自動車の前面衝突時に該パワープラント４が後退することによって、前記クロスメンバ部５０の車幅方向略中央部分と係合して該中央部分が後方へ変位するように該クロスメンバ部５０を屈曲させ、これにより、クロスメンバ部５０の車幅方向両端側にはサイドメンバ部３３，３３から分離するような引張荷重が作用することになる。すなわち、前記した各サイドメンバ部３３，３３の車幅方向屈曲部及びパワープラント４の凸部５５が、それぞれ前面衝突時にサイドメンバ部３３，３３及びクロスメンバ部５０の連結部に対して引張荷重を作用させて、それらを分離させる分離誘起部になる。
【００４７】
そして、前記連結部に作用する引張荷重がボルト５２，５２及びナット５３，５３の締結力による連結荷重よりも大きくなると、サイドメンバ部３３，３３からクロスメンバ部５０が離脱して各サイドメンバ部３３，３３が分離し、このことによるペリメータフレーム３０の剛性の大幅な低下を契機として、該ペリメータフレーム３０及びフロントサイドフレーム１１，１１が大きく折れ曲がることになる。つまり、この実施形態では、前記フロントサイドフレーム１１，１１及びペリメータフレーム３０の屈曲変形のタイミングを、前記サイドメンバ部３３，３３及びクロスメンバ部５０の連結部におけるボルト５２，５２及びナット５３，５３の締結力によって設定できるようになっていて、具体的には、その屈曲変形のタイミングは、前記クラッシュボックス２６，２６の変形終了後とされている。尚、その屈曲変形のタイミングは、前記クロスメンバ部５０の切欠部５０ｂ，５０ｂの形状によっても設定することができ、例えば、屈曲変形のタイミングを遅らせたいときには、該切欠部５０ｂの車体前後方向の長さをボルト５２の軸径よりも短くすることで、該ボルト５２の軸部が通過するときの荷重を増加させるようにすればよい。
【００４８】
次に、前記自動車が前面衝突したときのフロントサイドフレーム１１，１１やペリメータフレーム３０の変形について、図５に基づいて詳しく説明する。尚、図５は、衝突後の車体前部の状態を概略的に示す前記図２に相当するものである。
【００４９】
まず、衝突の初期では、衝突時の衝撃荷重がバンパーレインフォースメント２７を介してクラッシュボックス２６，２６に入力し、該クラッシュボックス２６，２６が潰れ変形を開始する。一方、前記ペリメータフレーム３０のサイドメンバ部３３，３３及びクロスメンバ部５０の連結荷重は前記の如く設定されているため、この時点におけるフロントサイドフレーム１１，１１及びペリメータフレーム３０は全体として高い剛性を有する。従って、このクラッシュボックス２６，２６の潰れ変形の段階ではフロントサイドフレーム１１，１１及びペリメータフレーム３０ともに大きな変形は起こらず、前記クラッシュボックス２６，２６の潰れ変形のみによって車体減速度が相対的に大きく立ち上がることになる。言い換えると、前記クラッシュボックス２６，２６の衝撃吸収特性は、衝突初期の車体減速度を急峻に立ち上がらせながら、かつ該衝突初期の衝撃により前記サイドメンバ部３３，３３及びクロスメンバ部５０の連結部が分離しないように過大な衝撃荷重を吸収するものとされている。
【００５０】
続いて、前記クラッシュボックス２６，２６の潰れ変形が終了すると、前記したラジエータや吸気マニホルド等を介してパワープラント４に直接、衝撃荷重が作用するようになり、該パワープラント４が後退していく。そして、該パワープラント４の凸部５５が該クロスメンバ部５０を屈曲変形させて、これよって、前記サイドメンバ部３３，３３及びクロスメンバ部５０の連結部に引張荷重が作用するようになる。また、前記クラッシュボックス２６，２６の変形終了後はペリメータフレーム３０に対する車体前後方向の圧縮荷重も増大して、左右のサイドメンバ部３３，３３がそれぞれ車幅方向外方に折れ曲がり、これにより、前記の如く該サイドメンバ部３３，３３及びクロスメンバ部５０の連結部に大きな引張荷重が作用する。そして、この連結部に対する荷重が前記した連結荷重以上になると、前記ボルト５２，５２の軸部が前記切欠部５０ｂ，５０ｂを介してボルト孔５０ａ，５０ａから離脱し、これにより該連結部が分離する。その後、サイドメンバ部３３，３３が前記車幅方向屈曲部を起点として車体外方へ大きく折れ曲がり、一方、前記フロントサイドフレーム１１，１１は、その車体外方の側面に形成された前記凹部を起点として上方へ大きく折れ曲がる。
【００５１】
つまり、クラッシュボックス２６，２６の潰れた後に、ペリメータフレーム３０の屈曲変形を開始させることにより、該クラッシュボックス２６，２６を有するフロントサイドフレーム１１，１１の変形モードを潰れ変形から屈曲変形に切り換え、変形荷重を低下させ、このことにより、車体減速度を一旦、降下させることができる。この際、フロントサイドフレーム１１，１１及びペリメータフレーム３０はそれぞれの中間部分が互いに離れるように屈曲変形するため、両フレーム１１、３０の干渉を回避でき、また、両フレーム１１、３０はパワープラント４とも離れる方向に屈曲するため該パワープラント４との干渉も回避でき、十分な変形ストロークを確保することができる。
【００５２】
図６は、この実施形態に係る自動車の車体減速度特性ａ（実線）及び該自動車の乗員減速度特性ｂ（一点鎖線）と、この前部車体構造を有さない比較例の車体減速度特性ｃ（破線）及び乗員減速度特性ｄ（二点差線）とを対比して示す特性図である。尚、この特性図では、横軸に車体潰れ量をとり、縦軸に減速度をとっている。
【００５３】
まず、比較例の車体及び乗員の減速度特性ｃ、ｄについて説明すると、車体減速度特性ｃは衝突初期に立ち上がって略一定の減速度を保った状態で車体の潰れ変形が進行し、衝突終盤にパワープラント４がダッシュパネル５に底付きすることで急激に上昇して、その後、車体の潰れ変形が終了して減速度は０となる。この比較例における乗員減速度特性ｄについては、車体減速度特性ｃよりも緩やかに立ち上がり、徐々に上昇度合いが高くなる。そして、乗員を拘束するシートベルトの伸びが最大に達して乗員減速度が最大となる領域でも、車体減速度が前記の如く高いため、シートベルトによる乗員への反力が極めて大きなものとなる。
【００５４】
これに対し、本実施形態の車体及び乗員の減速度特性ａ、ｂの場合、車体減速度特性ａは、前記の如くクラッシュボックス２６，２６の潰れ変形が開始されると急峻に立ち上がり、このことで、比較的、早期にシートベルトが伸ばされて、乗員減速度も車体減速度にあまり遅れずに上昇する（乗員減速度特性ｂ参照）。そして、該シートベルトの伸びが最大となる直前に、前記したようにクラッシュボックス２６，２６の潰れ変形が終了し、ペリメータフレーム３０の各サイドメンバ部３３，３３が分離してフロントサイドフレーム１１，１１及びペリメータフレーム３０の屈曲変形が開始されることで、車体減速度が一旦、降下することになり、この車体減速度の降下する領域においてシートベルトの伸びが最大となることで、乗員が受けるシートベルトからの反力を前記比較例と比べて大幅に減少させることができる。
【００５５】
以上、説明したように、この実施形態では、自動車の前面衝突の初期にクロスメンバ部５０によってペリメータフレーム３０の各サイドメンバ部３３，３３を連結しつつ、クラッシュボックス２６，２６の潰れ変形によって車体減速度を安定的にかつ急峻に立ち上がらせ、その潰れ変形の終了直後にサイドメンバ部３３，３３からクロスメンバ部５０を離脱させて、前記フロントサイドフレーム１１，１１及びペリメータフレーム３０が屈曲変形を開始するようにしたので、衝突時にシートベルトからの反力によって乗員減速度が過度に大きくなることを確実に防止できる。
【００５６】
尚、この実施形態では、パワープラント４にクロスメンバ部５０との係合部５５を設けて該パワープラント４の後退により前記サイドメンバ部３３，３３及びクロスメンバ部５０の連結部に作用する荷重と、前記各サイドメンバ部３３，３３の屈曲形状により該連結部に作用する荷重とにより、サイドメンバ部３３，３３からクロスメンバ部５０を離脱させるようにしたが、前記パワープラント４の係合部５５のみ、あるいは前記サイドメンバ部３３，３３の屈曲形状のみによって該サイドメンバ部３３，３３からクロスメンバ部５０を離脱させるように、前記連結荷重を設定してもよい。
【００５７】
また、この実施形態では、パワープラント４に係合部５５を設けるようにしたが、ペリメータフレーム３０のクロスメンバ部５０に、パワープラント４の係合部位から所定距離後方へ離間させるようにして設けてもよい。
【００５８】
（参考例）
図７及び図８は、参考例に係る自動車の前部車体構造を示すものである。尚、図７及び図８は、それぞれ垂直方向の断面図及び下面図である。この参考例の前部車体構造は前記実施形態のものと同様に構成されていて、分離誘起部の構成が一部異なるだけなので、以下、同一の部分には同一の符号を付し異なる部分だけを説明する。すなわち、この参考例は、衝突時の直接的な衝撃荷重を前記ペリメータフレーム３０のクロスメンバ部５０に伝達するために、該クロスメンバ部５０に連結された縦メンバ部６０を設けている。尚、パワープラント４及びクロスメンバ部５０には、前記実施形態で説明した係合部は設けられていない。
【００５９】
具体的には、図８に示すように、前記縦メンバ部６０の後端側は、ペリメータフレーム３０のクロスメンバ部５０の車幅方向略中央部分に連結されていて、そこから前方へ延びる縦メンバ部６０の前端部は、フロントメンバ部３２の前端部よりも前方でかつ前記フロントサイドフレーム１１，１１の前端部よりも所定距離後方に位置付けられている。
【００６０】
前記縦メンバ部６０は、前記クロスメンバ部５０と略同様な断面形状を有し、該クロスメンバ部５０に対して略直交するように配設されている。該縦メンバ部６０の後端側は、車幅方向に並ぶ２本のボルト６１，６１によって前記クロスメンバ部５０の上側に締結される一方、前端側は、フロントメンバ部３２の下側に同様なボルト６２，６２によって締結されていて、その前端部がクラッシュボックス２６，２６の後端部に対応する位置まで延びている。この縦メンバ部６０の前端側の締結構造について詳しくは、該前端側には、前記２本のボルト６２，６２の配設位置に対応した２つのボルト孔６０ａ，６０ａが、それぞれ車体前後方向に長い断面形状となるように形成されており、通常時には該ボルト孔６０ａ，６０ａの後端側近傍が前記ボルト６２，６２によりそれぞれ締結されるようになっている。
【００６１】
次に、この自動車が前面衝突したときのフロントサイドフレーム１１，１１やペリメータフレーム３０の変形について、図９に基づいて詳しく説明する。尚、図９は、衝突後の車体前部の状態を概略的に示す前記図８に相当するものである。まず、前記実施形態と同様に、衝突初期には、該クラッシュボックス２６，２６が潰れ変形を開始する一方、前記ペリメータフレーム３０の各サイドメンバ部３３，３３は、この段階では大きな変形は起こらず、前記クラッシュボックス２６，２６の潰れ変形のみが起こり相対的に大きい車体減速度が発生する。
【００６２】
そして、前記クラッシュボックス２６，２６の潰れ変形が終了した直後に前記縦メンバ部６０の前端側に直接的な衝突荷重が加わることになり、該縦メンバ部６０はフロントメンバ部６２との締結ボルト６２，６２が挿通するボルト孔６０ａ，６０ａに沿って後退して前記クロスメンバ部５０の該縦メンバ部６０との連結部分を後方へ屈曲させる。これにより、前記実施形態と同様に、衝突の途中にフロントサイドフレーム１１，１１の変形モードを潰れ変形から屈曲変形に切り換えて、車体減速度を一旦、降下させることができる。
【００６３】
前記縦メンバ部６０前端側のフロントメンバ部３２との締結力は、前記直接的な衝撃荷重を受けたときに、該縦メンバ部６０を該フロントメンバ部３２に対して後退させることができるようなものとされ、またボルト孔６０ａ，６０ａの車体前後方向の長さは、前記クロスメンバ部５０をサイドメンバ部３３，３３から離脱させる際の縦メンバ部６０の後退ストロークに相当する長さとされている。また、この車体前後方向に長いボルト孔６０ａ，６０ａによって、縦メンバ部６０の前端部を車体前後方向に確実に変位させることができるため、前記クロスメンバ部５０の屈曲を確実に行うことができる。また、この参考例では、前記サイドメンバ部３３，３３からクロスメンバ部５０を離脱させるタイミングを、縦メンバ部６０の前端部の車体前後方向の位置によっても自由に設定できる。
【００６４】
したがって、この参考例では、前記実施形態と同様に自動車の前面衝突の初期にクラッシュボックス２６，２６の潰れ変形によって車体減速度を安定的にかつ急峻に立ち上がらせ、その潰れ変形の終了直後に前記ペリメータフレーム３０が屈曲変形を開始するようにしたので、衝突時にシートベルトからの反力によって乗員減速度が過度に大きくなることを確実に防止できる。
【００６５】
（他の実施形態）
尚、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その他の種々の実施形態を包含するものである。すなわち、前記各実施形態では、クロスメンバ部５０の車幅方向両端側にボルト孔５０ａ及び切欠部５０ｂをそれぞれ設けているが、いずれか一方に各実施形態と同様なボルト孔５０ａ及び切欠部５０ｂを設けるようにしてもよい。また、切欠部は、サイドメンバ部３３のブラケット５１のボルト孔５１ａを車体内方側へ向かって開放するように設けてもよい。
【００６６】
また、ペリメータフレーム３０のサイドメンバ部３３，３３及びクロスメンバ部５０を連結するボルト５２，５２に、該連結部に作用する荷重が設定値以上となったときに、該ボルト５２，５２の軸部が破断するような脆弱部を予め設け、これにより、サイドメンバ部３３，３３からクロスメンバ部５０を離脱させるようにしてもよい。
【００６７】
また、前記フロントサイドフレーム１１，１１の前端側とペリメータフレーム３０の前端側とは連結されていなくてもよい。この場合でも、前記したようにペリメータフレーム３０の各サイドメンバ部３３，３３がクロスメンバ部５０で連結されていることにより、該ペリメータフレーム３０によって衝突の初期に車体減速度を急峻に立ち上がらせることができ、その後、ペリメータフレーム３０が屈曲変形を開始して、その変形荷重が大幅に低下することにより、前記各実施形態と同様な作用効果を得ることができる。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明に係る自動車の前部車体構造によると、サブフレームの各サイドメンバ部の中間部分を互いに連結するクロスメンバ部を設け、該サイドメンバ部及びクロスメンバ部の連結部に対して設定値以上の荷重が作用したときにこの連結部を分離させるようにすることで、自動車の前面衝突時の車体減速度を狙い通りに変化させて、乗員への衝撃荷重を確実に低減することができる。
【００６９】
請求項２記載の発明によると、フロントメンバ部によってサブフレームの剛性を高めることができ、衝突の初期の車体減速度の急峻な立ち上がりを確実なものにできる。
【００７０】
請求項３記載の発明に係る自動車の前部車体構造によると、サブフレームの各サイドメンバ部を連結するクロスメンバ部を設け、該サイドメンバ部及びクロスメンバ部の連結部に対して設定値以上の荷重が作用したときに、この連結部を分離させるようにすることで、サブフレームの変形荷重を狙い通りのタイミングで大きく低下させ、これにより、請求項１の発明と同様の効果を得ることができる。
【００７１】
また、サイドメンバ部が圧縮荷重を受けたときに車体外方へ折れ曲がるように該サイドメンバ部に形成された屈曲部を分離誘起部とするので、例えば自動車の前面衝突時に、サイドメンバ部をクロスメンバ部から確実に分離させることができる。
【００７２】
請求項４記載の発明によると、クロスメンバ部の車幅方向の両端側に、サイドメンバ部への締結孔を設けることにより、該クロスメンバ部の両端側をそれぞれサイドメンバ部に締結できる。一方、該締結孔を車体外方に向かって開放するように切欠部を形成することにより、自動車の前面衝突時にサイドメンバ部とクロスメンバ部とを確実に分離させることができる。
【００７３】
請求項５記載の発明によると、分離誘起部として、自動車の前面衝突時にその衝撃荷重を直接的にクロスメンバ部に伝達する縦メンバ部を設けたので、衝突の途中にサイドメンバ部及びクロスメンバ部の連結部を確実に分離できる。
【００７４】
また、分離誘起部として、自動車の前面衝突時におけるパワープラントの後退によってクロスメンバ部とパワープラントとを互いに係合させるようにしたので、衝突の途中にクロスメンバ部をサイドメンバ部から確実に分離できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態に係る車体前部の断面図である。
【図２】 車体前部の構造を示す下面図である。
【図３】 車体前部の構造を示す上方から見た斜視図である。
【図４】 車体前部の構造を示す下方から見た斜視図である。
【図５】 前面衝突後の車体前部の状態を示す図２相当図である。
【図６】 車体潰れ量に対する車体減速度の変化を示す特性図である。
【図７】 本発明の参考例に係る図１相当図である。
【図８】 本発明の参考例に係る図２相当図である。
【図９】 本発明の参考例に係る図５相当図である。
【図１０】 従来の自動車の車体前部構造を示す平面図である。
【図１１】 前面衝突後の車体前部の状態を示す図１０相当図である。
【符号の説明】
４ パワープラント
１１ フロントサイドフレーム
２２ ダッシュロアレイン（車体構成部材）
３０ ペリメータフレーム（サブフレーム）
３２ フロントメンバ部
３３ サイドメンバ部
５０ クロスメンバ部
５０ａ ボルト孔（締結孔）
５０ｂ 切欠部
５２ ボルト（締結部材）
５５ 凸部（係合部）
６０ 縦メンバ部
【発明の属する技術分野】
本発明は、フロントサイドフレームの下方にサブフレームを配設した車体前部の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種の自動車の前部車体構造として、例えば、特開２０００−５３０２２号公報に開示されるように、自動車の前面衝突の際にフロントサイドフレームの変形モードを潰れ変形から屈曲変形へ切り換えることにより、衝突初期に車体に対し相対的に大きい減速度を生じさせ、その後、一旦、車体減速度を降下させるようにしたものが知られている。
【０００３】
すなわち、図１０及び図１１に示すように、車体前部の左右両側にそれぞれ設けられるフロントサイドフレーム８０，８０の前端に、車幅方向に延びるバンパーレインフォースメント８１の左側及び右側がそれぞれ取り付けられ、さらに、該両フロントサイドフレーム８０，８０の前後方向の中央部から前方へ向かって、車体外方へ傾斜して延びる斜方向ビーム８２，８２がそれぞれ設けられている。その斜方向ビーム８２，８２のそれぞれの前端部は、前記バンパーレインフォースメント８１に対して前後方向に所定距離離れた状態で、かつ、車体前後方向から見て、該バンパーレインフォースメント８１の車幅方向の両端部とそれぞれ重複するように位置付けられている。
【０００４】
そして、この構造では、前面衝突時の衝撃は、まず、バンパーレインフォースメント８１からフロントサイドフレーム８０，８０に伝達されて、図１１に示すように、該フロントサイドフレーム８０，８０の前端側が比較的、変形荷重の大きい潰れ変形を起こす。続いて、バンパーレインフォースメント８１の車幅方向の両端部が前記斜方向ビーム８２，８２の前端部に当接して、該斜方向ビーム８２，８２を介して側方荷重が加えられることによって、前記フロントサイドフレーム８０，８０の中央部が車体内方へ屈曲変形し、それ以降の変形荷重が比較的、小さなものとなる。このことにより、衝突初期に車体減速度を急峻に立ち上がらせて、その後、車体減速度を降下させることができる。
【０００５】
ここで、衝突時の乗員には、該乗員を拘束するシートベルト等の拘束手段からの反力によって減速度が作用するため、衝突の初期のようにシートベルトの伸びが少ない状態では乗員減速度は極めて小さい。その一方で、車体には衝突初期から大きな減速度が作用しているため、前記乗員と車体との相対移動距離は次第に大きくなって、シートベルトの伸びが最大に達した時点で乗員がシートベルトから受ける反力も最大となり、大きな衝撃荷重を受けることになる。
【０００６】
前記従来例では、この乗員への衝撃荷重を低減させるべく、衝突後にシートベルトの伸びが最大となる直前に、フロントサイドフレームの変形モードを切り換えて、車体減速度を降下させるようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記従来の構造では、一対のフロントサイドフレームの間に搭載されるパワープラントが、該各フロントサイドフレームの車体内方への屈曲変形を阻害することがあり、この場合には、上述したように車体減速度を降下させることができないため、乗員減速度の最大値、即ち衝撃荷重を狙い通りに低減できないという問題がある。
【０００８】
また、一般的に、前記各フロントサイドフレームの下方には、車体前後方向に延びるサイドメンバ部を有するサブフレームを配設することがあり、この場合には、自動車の前面衝突の際に該サブフレームが突っ張ってしまい、前記従来例のように乗員への衝撃荷重を低減できないという問題がある。
【０００９】
本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、サブフレームの構造に工夫を凝らし、衝突の途中にサブフレームの屈曲変形を開始させるようにして、狙い通りに車体減速度を降下させることにより、乗員に作用する衝撃荷重を低減することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の解決手段では、フロントサイドフレームの下方に配設したサブフレームのサイドメンバ部同士をクロスメンバ部により連結し、自動車の前面衝突時にフロントサイドフレームの変形の途中で該クロスメンバ部をサイドメンバ部から分離させることにより、サブフレームの屈曲変形を開始させるようにした。
【００１１】
具体的には、請求項１の発明では、車体前部の左右両側において各々車体前後方向に延びるように一対のフロントサイドフレームが設けられるとともに、該各フロントサイドフレームの下方においてそれぞれ車体前後方向に延びる一対のサイドメンバ部を有するサブフレームが配設された自動車の前部車体構造を前提とする。そして、前記フロントサイドフレームには、パワープラントが支持され、前記サブフレームのサイドメンバ部の前端側をフロントサイドフレームの前端側に固定する一方、サイドメンバ部の後端側をフロントサイドフレームの後端側ないしその近傍の車体構成部材に固定し、該サイドメンバ部の前側部分は、該サイドメンバ部の前端から後方へ行くほど車幅方向内側に位置するように後方へ傾斜して延びるように形成され、前記サイドメンバ部の前端側及び後端側固定部の中間部分同士を互いに連結するように車幅方向に延びるクロスメンバ部を架設するとともに、前記サブフレームに、自動車の前面衝突の際に該サイドメンバ部及びクロスメンバ部の連結部に対して設定値以上の荷重が作用したときにこの連結部を分離させる分離誘起部を設け、前記分離誘起部は、前記サイドメンバ部の前後方向中間部分に設けられ、該サイドメンバ部の前側部分よりも車幅方向内側へ大きく傾斜して後方へ延びる形状とされることによって車幅方向外側に突出するように屈曲形成された屈曲部と、前記クロスメンバ部又は前記パワープラントの少なくとも一方に設けられ、前記自動車の前面衝突時における前記パワープラントの後退によって該クロスメンバ部又はパワープラントの他方に係合する係合部とを含み、前記係合部は、前記自動車の前面衝突時よりも前の通常時において、前記クロスメンバ部又はパワープラントの他方とは離間するように位置付けられ、前面衝突後に、前記パワープラントの後退によって前記クロスメンバ部の車幅方向略中央部を後方へ屈曲させて前記連結部を分離させるように構成され、前記サイドメンバ部は、前記連結部の分離により前記屈曲部を起点として車幅方向外側へ変形するように構成されものとする。
【００１２】
この構成によれば、自動車の前面衝突時には、まず、フロントサイドフレームが圧縮荷重を受けて潰れ変形を開始する。この際、サブフレームは各サイドメンバ部の中間部分が互いにクロスメンバ部によって連結されていて、高い剛性を有するので、このサブフレームがフロントサイドフレームの屈曲変形を抑制して、衝突の初期には車体減速度が急峻に立ち上がり、これにより、シートベルトが早期に伸びて乗員を強く拘束するようになる。
【００１３】
その後、前記シートベルトの伸びが最大となる前に、サイドメンバ部及びクロスメンバ部の連結部に作用する荷重が増大して設定値以上になるとサイドメンバ部からクロスメンバ部が離脱し、これを契機として該各サイドメンバ部とフロントサイドフレームとが屈曲変形を開始する。
【００１４】
つまり、フロントサイドフレームの変形の途中でサブフレームの各サイドメンバ部を分離させることにより、フロントサイドフレームの変形モードを狙い通りのタイミングで潰れ変形から屈曲変形に切り換えて、その変形荷重を減少させることができる。これにより、シートベルトが伸びきるときに車体減速度を低下させて、該シートベルトの反力による乗員への衝撃荷重を十分に低減することができる。
【００１５】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記サブフレームが、サイドメンバ部の前端側を互いに連結するように架設されたフロントメンバ部を有するものとする。このことで、フロントメンバ部によって各サイドメンバ部を連結して枠状のフレームとなるため、サブフレームの剛性をより高めることができ、衝突の初期における車体減速度の急峻な立ち上がりを確実なものとすることができる。
【００１６】
また、請求項３の発明では、車体前部の左右両側において各々車体前後方向に延びるように一対のフロントサイドフレームが設けられるとともに、該各フロントサイドフレームの下方においてそれぞれ車体前後方向に延びる一対のサイドメンバ部を有するサブフレームが配設された自動車の前部車体構造を前提とする。そして、前記フロントサイドフレームには、パワープラントが支持され、前記サブフレームは、サイドメンバ部の前端側を互いに連結するように架設されたフロントメンバ部を有するものとし、該サイドメンバ部の前側部分は、該サイドメンバ部の前端から後方へ行くほど車幅方向内側に位置するように後方へ傾斜して延びるように形成され、該サイドメンバ部の車体前後方向の中間部分を互いに連結するように車幅方向に延びるクロスメンバ部を架設するとともに、自動車の前面衝突の際に、該サイドメンバ部及びクロスメンバ部の連結部に対して設定値以上の荷重が作用したときにこの連結部を分離させる分離誘起部を設け、前記分離誘起部は、前記サイドメンバ部の前後方向中間部分に設けられ、該サイドメンバ部の前側部分よりも車幅方向内側へ大きく傾斜して後方へ延びる形状とされることによって車幅方向外側に突出するように屈曲形成された屈曲部と、前記クロスメンバ部又は前記パワープラントの少なくとも一方に設けられ、前記自動車の前面衝突時における前記パワープラントの後退によって該クロスメンバ部又はパワープラントの他方に係合する係合部とを含み、前記係合部は、前記自動車の前面衝突時よりも前の通常時において、前記クロスメンバ部又はパワープラントの他方とは離間するように位置付けられ、前面衝突後に、前記パワープラントの後退によって前記クロスメンバ部の車幅方向略中央部を後方へ屈曲させて前記連結部を分離させるように構成され、前記サイドメンバ部は、前記連結部の分離により前記屈曲部を起点として車幅方向外側へ変形するように構成されるものとする。
【００１７】
この構成によれば、自動車の前面衝突時には、まず、フロントサイドフレームが圧縮荷重を受けて潰れ変形を開始し、続いて、サブフレームにも車体前後方向の圧縮荷重が作用する。ここで、該サブフレームは、サイドメンバ部がフロントメンバ部及びクロスメンバ部によって連結されて、高い剛性を有するものなので、衝突の初期には車体減速度が急峻に立ち上がる。その後、該サブフレームへの荷重の増大に伴い、サイドメンバ部からクロスメンバ部が離脱してサブフレーム全体の剛性が低下し、サイドメンバ部が相対的に低い荷重で屈曲変形を開始するようになる。
【００１８】
このように、衝突の途中でサブフレームの各サイドメンバ部を分離させることにより、該サブフレームの変形荷重を狙い通りのタイミングで大きく低下させ、これにより、請求項１の発明と同様の作用効果を得ることができる。
【００１９】
また、例えば自動車の衝突時にサイドメンバ部に作用する圧縮荷重によって、該サイドメンバ部の中間部分が車体外方へ折れ曲がるので、このサイドメンバ部をクロスメンバ部から確実に分離させることができる。
【００２０】
請求項４の発明では、請求項１又は３の発明において、前記クロスメンバ部の車幅方向の両端側に、サイドメンバ部への締結部材が貫通する締結孔を設けるとともに、該締結孔を車体外方に向かって開放するように切欠部を形成するものとする。こうすれば、クロスメンバ部の両端側をそれぞれ締結部材によってサイドメンバ部に締結できる。一方、自動車の衝突時に前記サイドメンバ部が車体外方へ折れ曲がると、締結部材が切欠部を介してクロスメンバ部から離脱し、これにより、サイドメンバ部とクロスメンバ部とを確実に分離させることができる。
【００２１】
請求項５の発明では、請求項１又は２のいずれかにおいて、前記サブフレームを、その前端部が前記フロントサイドフレームの前端部よりも車体後方に位置するように設ける。また、前記分離誘起部を、後端側が前記クロスメンバ部に連結されて車体前方に延び、前端部が前記サブフレームの前端部よりも車体前方でかつ前記フロントサイドフレームの前端部よりも所定距離だけ車体後方に位置付けられた縦メンバ部とする。
【００２２】
こうすれば、自動車の前面衝突時には、まず、フロントサイドフレームの前端側が所定距離だけ潰れ変形し、その後、縦メンバにも衝撃荷重が作用する。そして、この衝撃荷重が縦メンバ部を介してクロスメンバ部に伝達することにより、サイドメンバ部及びクロスメンバ部の連結部に対して設定値以上の荷重を作用させて、この連結部を確実に分離できる。
【００２３】
また、自動車の前面衝突時には、まず、フロントサイドフレームの前端側が潰れ変形し、その後、パワープラントが後退して、該パワープラントとクロスメンバ部とが係合部により係合される。これにより、サイドメンバ部及びクロスメンバ部の連結部に対して設定値以上の荷重を作用させて、この連結部を確実に分離できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２５】
図１〜図４は、本発明の実施形態に係る自動車の前部車体構造を示すものである。尚、図１及び図２は、それぞれ垂直方向の断面図及び下面図であり、図３及び図４は、それぞれ車体上方及び車体下方から見た斜視図である。
【００２６】
この自動車は、図１に示すように、前側にエンジンルーム１が設けられ、該エンジンルーム１内にエンジン２及びミッションケース（変速装置等を収容する）３からなるパワープラント４を搭載し、該パワープラント４によって前輪（図示しない）を駆動するようにしている。前記エンジンルーム１の後側はダッシュパネル５によって仕切られており、このダッシュパネル５の後側が車室６とされ、その車室６の下側はフロアパネル７によって仕切られている。このフロアパネル７は、ダッシュパネル５下端縁部から、後方へ向かって下方へ傾斜して車体の下端部まで達した後に、そこから略水平に後方へ延びるように形成され、その車幅方向両端縁部には、図２に示すように、該縁部に沿って延びる閉断面のサイドシル１０がそれぞれ設けられている。
【００２７】
また、前記エンジンルーム１の車幅方向両側には、前記ダッシュパネル５からそれぞれ前方へ突出して延びる一対のフロントサイドフレーム１１，１１が設けられている。この一対のフロントサイドフレーム１１，１１は、それぞれ略矩形状の閉断面を有し、前記車体の下端部からフロアパネル７の傾斜部に沿って前方へ延び、エンジンルーム１の上下方向の中央部近傍まで達してそこから略水平方向へ屈曲して、パワープラント４の前端部よりも前方へ延びるように形成されている。
【００２８】
前記パワープラント４のエンジン２は、図示しないが、クランク軸が延びる方向に複数のシリンダが直線的に並ぶように構成され、クランク軸が略車幅方向を向くように車体に対して横置きとされ、ミッションケース３の車体右側の側面がエンジン２のシリンダブロックの車体左側の側面に締結されている。また、図示しないが、エンジン２の前側壁部には吸気マニホルドや補機類等が取り付けられ、さらに、その前方の車体にはラジエータや該ラジエータのファン等が取り付けられている。尚、図１に示す符号１２は、ミッションケース３の出力軸と前輪とを回転一体に連結するドライブシャフトである。
【００２９】
このように構成されたパワープラント４は、図３及び図４に示すように、エンジンルーム１において該パワープラント４の車幅方向の両端部近傍をそれぞれ前記フロントサイドフレーム１１，１１に対して、一対のマウント部材１３、１４を介して弾性支持されている。
【００３０】
この一対のマウント部材１３、１４のうちの車体左側に位置するマウント部材１３は、ミッションケース３の上面に固定されるミッション側ブラケット１５と、車体左側のフロントサイドフレーム１１の上面及び車体内方の側面に固定される車体側ブラケット１６と、該ミッション側及び車体側ブラケット１５、１６の間に介在され、例えばゴム等の振動を減衰する部材とを備えるものである。一方、車体右側に位置するマウント部材１４は、エンジン２に固定されるエンジン側ブラケット１７と、右側のフロントサイドフレーム１１の上部に固定される車体側ブラケット１８と、該エンジン側及び車体側ブラケット１７、１８の間に介在され、振動を減衰する部材とを備えるものである。
【００３１】
前記一対のフロントサイドフレーム１１，１１は、車体上下方向から見て、その後端部から前方へ向かって略中央部までは前側ほど互いに離れるように形成される一方、該中央部から前端部までは互いに略平行となるように形成されている。さらに、図３に示すように、このフロントサイドフレーム１１，１１の車体外方の側面は、その後端部から前後方向の略中央部に亘って、車体内方側へ向かって窪んだ凹部が形成され、前記前輪の操舵時における該前輪との干渉を防ぐようになっている。このため、フロントサイドフレーム１１，１１の後側は、前側に比べて小さい断面を有することになり、若干、脆弱である。
【００３２】
また、前記一対のフロントサイドフレーム１１，１１の後端側は、図２に示すように、前記フロアパネル７の下面に沿って前記サイドシル１０と平行に後方へ延びるように設けられた一対のフロアフレーム２０，２０の前端側にそれぞれ連続している。この各フロアフレーム２０，２０は、上方が開放したコ字状断面を有し、その上端部が前記フロアパネル７の下面に溶接されている。また、該一対のフロアフレーム２０，２０に挟まれた略中央位置に対応するフロアパネル７には、その前端から後端に亘るように車室６側へ向かって膨出したフロアトンネル部２１が形成され、該フロアトンネル部２１の前端側の部分はその前側ほど大きく膨出している。
【００３３】
前記フロアトンネル部２１と各フロアフレーム２０，２０との間には、それぞれ該フロアフレームの車体内方側からフロアトンネル部２１の車体外方側に亘ってダッシュパネル５下端側とフロアパネル７前端側とに溶接されるダッシュロアレインフォースメント２２，２２が設けられている。さらに、左側及び右側のそれぞれのフロアフレーム２０，２０の車体外方側からサイドシル１０，１０の車体内方側に亘って、前記ダッシュロアレインフォースメント２２，２２と同様に、ダッシュパネル５とフロアパネル７とに溶接されるトルクボックス２３，２３がそれぞれ設けられている。
【００３４】
一方、前記フロントサイドフレーム１１，１１のそれぞれの前端側には、車幅方向及び上下方向にそれぞれ延出した矩形のフランジ部２４，２４が設けられている。このフランジ部２４，２４には、後端部にこのフランジ部２４，２４と略同形状のフランジ部２５，２５を有するクラッシュボックス２６，２６が取り付けられて、フロントサイドフレーム１１，１１の前端部分を形成している。該クラッシュボックス２６，２６は、前側ほど小さい矩形断面を有するように形成され、前面衝突時の衝撃により圧縮荷重を受けて前後方向に潰れ変形して、このことにより衝撃を吸収するものであり、この衝突の際の潰れ変形を確実に起こすように、その上面及び両側面には、それぞれ車幅方向及び上下方向に長い略だ円形のビードが形成されている。さらに、この左右両側のクラッシュボックス２６，２６の前端部には、バンパーレインフォースメント２７の車幅方向両端部がそれぞれ固定されている。このクラッシュボックス２６，２６の潰れ変形荷重は、詳しくは後述する衝突時に、乗員を拘束するシートベルトの伸びが最大となる前に潰れ変形が終了するように設定されている。
【００３５】
次に、前記フロントサイドフレーム１１，１１の下方に配設されるペリメータフレーム３０（サブフレーム）について説明する。このペリメータフレーム３０は、鋼板製とされ、前記パワープラント４や操舵装置（図１に出力軸３１のみを図示する）等を支持するものであり、全体として略矩形の枠状をなすように一体構造とされている。このペリメータフレーム３０の前端側は、パワープラント４よりも前方で前記クラッシュボックス２６，２６の後端部よりも若干、後方に位置付けられ、左側のフロントサイドフレーム１１の真下位置から右側のフロントサイドフレーム１１の真下位置に亘るように車幅方向に直線的に延びるフロントメンバ部３２とされている。このフロントメンバ部３２の左右両端側には、それぞれ該フロントメンバ部３２と略同形状の断面を有するとともに該両端側から後方へ延びるサイドメンバ部３３，３３が設けられている。
【００３６】
この各サイドメンバ部３３，３３の後端部から所定距離前方の部位には、前記フロントメンバ部３２の断面よりも大きい断面を有するサスペンションクロスメンバ部３４が２つのサイドメンバ部３３，３３に架け渡された状態で溶接されている。また、前記サイドメンバ部３３，３３は、図１に示すように、車幅方向から見て、その後端部から前後方向の略中央部まで略水平に延びるように形成される一方、この中央部分において上方へ傾斜するように屈曲して、さらにその傾斜方向に前端まで延びている。
【００３７】
また、前記サスペンションクロスメンバ部３４は、その車幅方向両端側に、図示しないが、前記前輪を支持するサスペンションアームが軸支されているため、車幅方向の長さは、前記フロントメンバ部３２よりも短く形成されている。また、図２に示すように、各サイドメンバ部３３，３３を車体上下方向から見ると、前端部から前後方向の略中央部までは、後側ほど車体内方に位置するように比較的緩く傾斜し、この中央部分において前側よりも車体内方へきつく傾斜するように屈曲して後端部まで延びており、該中央部分に車幅方向の外方に突出した（車幅方向）屈曲部が形成されている。
【００３８】
前記ペリメータフレーム３０の取り付けについては、該ペリメータフレーム３０の前端が前記一対のフロントサイドフレーム１１，１１の前端側の固定部１１ａ，１１ａにそれぞれ固定される一方、該ペリメータフレーム３０の後端が前記パワープラント４よりも後方側の位置で前記ダッシュロアレインフォースメント２２，２２にそれぞれ固定されている。詳しくは、前記ペリメータフレーム３０の前側の左右の隅部には、該隅部の上面から車体外方へかつ前方へ向かって緩やかに傾斜しながら、上方へ突出するように取付ブラケット３６，３６が設けられている。この取付ブラケット３６，３６の下端部は前記ペリメータフレーム３０に溶接される一方、上端部には軸線が上下方向に延びる円筒部３７，３７が設けられ、この円筒部３７，３７の内側には円筒状のゴムブッシュ（図示せず）が嵌合されている。さらに、このゴムブッシュには、前記円筒部３７，３７と同軸に位置するようにパイプ部材（図示せず）が固着されており、そのパイプ部材を軸線方向に貫通するボルト３８，３８によって該パイプ部材の上端部がフロントサイドフレーム１１，１１の前端側固定部１１ａ，１１ａに締結されるようになっている。
【００３９】
一方、前記ペリメータフレーム３０のサイドメンバ部３３，３３の後端部には、該ペリメータフレーム３０を前記ダッシュロアレインフォースメント２２，２２に取り付けるための取付部３９，３９が、それぞれ設けられている。この取付部３９，３９にも、前記したペリメータフレーム３０の前側の取付ブラケット３６，３６の上端部と同様に円筒部４０，４０が設けられ、この円筒部４０，４０の内側にゴムブッシュ（図示せず）が嵌合されている。そして、このゴムブッシュにパイプ部材（図示せず）が固着されていて、ボルト４１，４１によって該パイプ部材の上端部がダッシュロアレインフォースメント２２，２２の固定部２２ａ，２２ａに締結されるようになっている。
【００４０】
また、前記ペリメータフレーム３０の前端側の取付ブラケット３６，３６及び後端側の取付部３９，３９の間には、各サイドメンバ部３３，３３を連結するように架け渡されるクロスメンバ部５０がブラケット５１，５１を介して取り付けられている。従って、前記ペリメータフレーム３０の各サイドメンバ部３３，３３は、フロントメンバ部３２、クロスメンバ部５０、及びサスペンションクロスメンバ部３４の３箇所で連結されており、高い剛性を有するようになっている。前記クロスメンバ部５０の取り付けについて詳しくは、前記各サイドメンバ部３３，３３の車幅方向屈曲部近傍には、それぞれ略矩形の板状に形成されかつ略水平に拡がるように配置された鋼板製ブラケット５１，５１が溶接により取り付けられている。さらに、このブラケット５１，５１の車体上下方向から見たときの中央部分には、車体上下方向に貫通するボルト孔５１ａ，５１ａが形成されている。
【００４１】
一方、前記クロスメンバ部５０は、断面形状が前記フロントメンバ部３２と略同形状とされ、その車幅方向両端側が前記ブラケット５１，５１へそれぞれ取り付けられるようになっている。該クロスメンバ部５０の車幅方向両端側には、車体前後方向の略中央部分において前記ブラケット５１，５１のボルト孔５１ａ，５１ａと連通するように車体上下方向に貫通するボルト孔５０ａ，５０ａがそれぞれ設けられている。さらに、このクロスメンバ部側のボルト孔５０ａ，５０ａの車体外方側には、該ボルト孔５０ａ，５０ａを車体外方へ向かって開放するように切欠部５０ｂ，５０ｂが形成されている。この切欠部５０ｂ，５０ｂは、車体前後方向の長さがボルト孔５０ａ，５０ａの径と略同じとされ、クロスメンバ部５０の長さ方向に延びていて、該クロスメンバ部５０の端縁部に至るように形成されている。
【００４２】
前記クロスメンバ部５０の取り付けに際しては、該クロスメンバ部５０をブラケット５１，５１の下側に配置して、ボルト５２，５２（締結部材）をそのクロスメンバ部５０及びブラケット５１，５１のボルト孔５０ａ，５０ａ、５１ａ，５１ａに下方から上方へ向かって挿通させて、該ブラケット５１，５１の上側に配置したナット５３，５３と螺合させる。これにより、クロスメンバ部５０の両端側がそれぞれブラケット５１，５１に締結固定されて、該クロスメンバ部５０によりペリメータフレーム３０の各サイドメンバ部３３，３３が連結される。
【００４３】
前記ペリメータフレーム３０に対して車体前後方向の圧縮荷重が作用すると、サイドメンバ部３３，３３の中間部分にはその中間部分が車体外方へ変位するような曲げ荷重が作用し、これにより、サイドメンバ部３３，３３及びクロスメンバ部５０の連結部に対してそれらを分離させるような引張荷重が作用することになる。
【００４４】
さらに、この実施形態では、自動車の前面衝突の際、前記パワープラント４が後退したときに、この後退時の荷重が前記ペリメータフレーム３０のクロスメンバ部５０に作用するよう、パワープラント４に該クロスメンバ部５０との係合部を設けている。
【００４５】
詳しくは、前記パワープラント４の車幅方向の略中央部分に対応するエンジン２の下端部には、車体前後方向から見て、前記クロスメンバ部５０と重複するように突出した凸部５５（係合部）が形成されている。この凸部５５は、前記クロスメンバ部５０の前端部から前方に所定距離（例えば、３０〜４０ｍｍ）離間するように位置付けられているため、通常時のパワープラント４の揺動によって該クロスメンバ５０と凸部５５とが接触することはない。
【００４６】
そして、前記パワープラント４の凸部５５は、前記自動車の前面衝突時に該パワープラント４が後退することによって、前記クロスメンバ部５０の車幅方向略中央部分と係合して該中央部分が後方へ変位するように該クロスメンバ部５０を屈曲させ、これにより、クロスメンバ部５０の車幅方向両端側にはサイドメンバ部３３，３３から分離するような引張荷重が作用することになる。すなわち、前記した各サイドメンバ部３３，３３の車幅方向屈曲部及びパワープラント４の凸部５５が、それぞれ前面衝突時にサイドメンバ部３３，３３及びクロスメンバ部５０の連結部に対して引張荷重を作用させて、それらを分離させる分離誘起部になる。
【００４７】
そして、前記連結部に作用する引張荷重がボルト５２，５２及びナット５３，５３の締結力による連結荷重よりも大きくなると、サイドメンバ部３３，３３からクロスメンバ部５０が離脱して各サイドメンバ部３３，３３が分離し、このことによるペリメータフレーム３０の剛性の大幅な低下を契機として、該ペリメータフレーム３０及びフロントサイドフレーム１１，１１が大きく折れ曲がることになる。つまり、この実施形態では、前記フロントサイドフレーム１１，１１及びペリメータフレーム３０の屈曲変形のタイミングを、前記サイドメンバ部３３，３３及びクロスメンバ部５０の連結部におけるボルト５２，５２及びナット５３，５３の締結力によって設定できるようになっていて、具体的には、その屈曲変形のタイミングは、前記クラッシュボックス２６，２６の変形終了後とされている。尚、その屈曲変形のタイミングは、前記クロスメンバ部５０の切欠部５０ｂ，５０ｂの形状によっても設定することができ、例えば、屈曲変形のタイミングを遅らせたいときには、該切欠部５０ｂの車体前後方向の長さをボルト５２の軸径よりも短くすることで、該ボルト５２の軸部が通過するときの荷重を増加させるようにすればよい。
【００４８】
次に、前記自動車が前面衝突したときのフロントサイドフレーム１１，１１やペリメータフレーム３０の変形について、図５に基づいて詳しく説明する。尚、図５は、衝突後の車体前部の状態を概略的に示す前記図２に相当するものである。
【００４９】
まず、衝突の初期では、衝突時の衝撃荷重がバンパーレインフォースメント２７を介してクラッシュボックス２６，２６に入力し、該クラッシュボックス２６，２６が潰れ変形を開始する。一方、前記ペリメータフレーム３０のサイドメンバ部３３，３３及びクロスメンバ部５０の連結荷重は前記の如く設定されているため、この時点におけるフロントサイドフレーム１１，１１及びペリメータフレーム３０は全体として高い剛性を有する。従って、このクラッシュボックス２６，２６の潰れ変形の段階ではフロントサイドフレーム１１，１１及びペリメータフレーム３０ともに大きな変形は起こらず、前記クラッシュボックス２６，２６の潰れ変形のみによって車体減速度が相対的に大きく立ち上がることになる。言い換えると、前記クラッシュボックス２６，２６の衝撃吸収特性は、衝突初期の車体減速度を急峻に立ち上がらせながら、かつ該衝突初期の衝撃により前記サイドメンバ部３３，３３及びクロスメンバ部５０の連結部が分離しないように過大な衝撃荷重を吸収するものとされている。
【００５０】
続いて、前記クラッシュボックス２６，２６の潰れ変形が終了すると、前記したラジエータや吸気マニホルド等を介してパワープラント４に直接、衝撃荷重が作用するようになり、該パワープラント４が後退していく。そして、該パワープラント４の凸部５５が該クロスメンバ部５０を屈曲変形させて、これよって、前記サイドメンバ部３３，３３及びクロスメンバ部５０の連結部に引張荷重が作用するようになる。また、前記クラッシュボックス２６，２６の変形終了後はペリメータフレーム３０に対する車体前後方向の圧縮荷重も増大して、左右のサイドメンバ部３３，３３がそれぞれ車幅方向外方に折れ曲がり、これにより、前記の如く該サイドメンバ部３３，３３及びクロスメンバ部５０の連結部に大きな引張荷重が作用する。そして、この連結部に対する荷重が前記した連結荷重以上になると、前記ボルト５２，５２の軸部が前記切欠部５０ｂ，５０ｂを介してボルト孔５０ａ，５０ａから離脱し、これにより該連結部が分離する。その後、サイドメンバ部３３，３３が前記車幅方向屈曲部を起点として車体外方へ大きく折れ曲がり、一方、前記フロントサイドフレーム１１，１１は、その車体外方の側面に形成された前記凹部を起点として上方へ大きく折れ曲がる。
【００５１】
つまり、クラッシュボックス２６，２６の潰れた後に、ペリメータフレーム３０の屈曲変形を開始させることにより、該クラッシュボックス２６，２６を有するフロントサイドフレーム１１，１１の変形モードを潰れ変形から屈曲変形に切り換え、変形荷重を低下させ、このことにより、車体減速度を一旦、降下させることができる。この際、フロントサイドフレーム１１，１１及びペリメータフレーム３０はそれぞれの中間部分が互いに離れるように屈曲変形するため、両フレーム１１、３０の干渉を回避でき、また、両フレーム１１、３０はパワープラント４とも離れる方向に屈曲するため該パワープラント４との干渉も回避でき、十分な変形ストロークを確保することができる。
【００５２】
図６は、この実施形態に係る自動車の車体減速度特性ａ（実線）及び該自動車の乗員減速度特性ｂ（一点鎖線）と、この前部車体構造を有さない比較例の車体減速度特性ｃ（破線）及び乗員減速度特性ｄ（二点差線）とを対比して示す特性図である。尚、この特性図では、横軸に車体潰れ量をとり、縦軸に減速度をとっている。
【００５３】
まず、比較例の車体及び乗員の減速度特性ｃ、ｄについて説明すると、車体減速度特性ｃは衝突初期に立ち上がって略一定の減速度を保った状態で車体の潰れ変形が進行し、衝突終盤にパワープラント４がダッシュパネル５に底付きすることで急激に上昇して、その後、車体の潰れ変形が終了して減速度は０となる。この比較例における乗員減速度特性ｄについては、車体減速度特性ｃよりも緩やかに立ち上がり、徐々に上昇度合いが高くなる。そして、乗員を拘束するシートベルトの伸びが最大に達して乗員減速度が最大となる領域でも、車体減速度が前記の如く高いため、シートベルトによる乗員への反力が極めて大きなものとなる。
【００５４】
これに対し、本実施形態の車体及び乗員の減速度特性ａ、ｂの場合、車体減速度特性ａは、前記の如くクラッシュボックス２６，２６の潰れ変形が開始されると急峻に立ち上がり、このことで、比較的、早期にシートベルトが伸ばされて、乗員減速度も車体減速度にあまり遅れずに上昇する（乗員減速度特性ｂ参照）。そして、該シートベルトの伸びが最大となる直前に、前記したようにクラッシュボックス２６，２６の潰れ変形が終了し、ペリメータフレーム３０の各サイドメンバ部３３，３３が分離してフロントサイドフレーム１１，１１及びペリメータフレーム３０の屈曲変形が開始されることで、車体減速度が一旦、降下することになり、この車体減速度の降下する領域においてシートベルトの伸びが最大となることで、乗員が受けるシートベルトからの反力を前記比較例と比べて大幅に減少させることができる。
【００５５】
以上、説明したように、この実施形態では、自動車の前面衝突の初期にクロスメンバ部５０によってペリメータフレーム３０の各サイドメンバ部３３，３３を連結しつつ、クラッシュボックス２６，２６の潰れ変形によって車体減速度を安定的にかつ急峻に立ち上がらせ、その潰れ変形の終了直後にサイドメンバ部３３，３３からクロスメンバ部５０を離脱させて、前記フロントサイドフレーム１１，１１及びペリメータフレーム３０が屈曲変形を開始するようにしたので、衝突時にシートベルトからの反力によって乗員減速度が過度に大きくなることを確実に防止できる。
【００５６】
尚、この実施形態では、パワープラント４にクロスメンバ部５０との係合部５５を設けて該パワープラント４の後退により前記サイドメンバ部３３，３３及びクロスメンバ部５０の連結部に作用する荷重と、前記各サイドメンバ部３３，３３の屈曲形状により該連結部に作用する荷重とにより、サイドメンバ部３３，３３からクロスメンバ部５０を離脱させるようにしたが、前記パワープラント４の係合部５５のみ、あるいは前記サイドメンバ部３３，３３の屈曲形状のみによって該サイドメンバ部３３，３３からクロスメンバ部５０を離脱させるように、前記連結荷重を設定してもよい。
【００５７】
また、この実施形態では、パワープラント４に係合部５５を設けるようにしたが、ペリメータフレーム３０のクロスメンバ部５０に、パワープラント４の係合部位から所定距離後方へ離間させるようにして設けてもよい。
【００５８】
（参考例）
図７及び図８は、参考例に係る自動車の前部車体構造を示すものである。尚、図７及び図８は、それぞれ垂直方向の断面図及び下面図である。この参考例の前部車体構造は前記実施形態のものと同様に構成されていて、分離誘起部の構成が一部異なるだけなので、以下、同一の部分には同一の符号を付し異なる部分だけを説明する。すなわち、この参考例は、衝突時の直接的な衝撃荷重を前記ペリメータフレーム３０のクロスメンバ部５０に伝達するために、該クロスメンバ部５０に連結された縦メンバ部６０を設けている。尚、パワープラント４及びクロスメンバ部５０には、前記実施形態で説明した係合部は設けられていない。
【００５９】
具体的には、図８に示すように、前記縦メンバ部６０の後端側は、ペリメータフレーム３０のクロスメンバ部５０の車幅方向略中央部分に連結されていて、そこから前方へ延びる縦メンバ部６０の前端部は、フロントメンバ部３２の前端部よりも前方でかつ前記フロントサイドフレーム１１，１１の前端部よりも所定距離後方に位置付けられている。
【００６０】
前記縦メンバ部６０は、前記クロスメンバ部５０と略同様な断面形状を有し、該クロスメンバ部５０に対して略直交するように配設されている。該縦メンバ部６０の後端側は、車幅方向に並ぶ２本のボルト６１，６１によって前記クロスメンバ部５０の上側に締結される一方、前端側は、フロントメンバ部３２の下側に同様なボルト６２，６２によって締結されていて、その前端部がクラッシュボックス２６，２６の後端部に対応する位置まで延びている。この縦メンバ部６０の前端側の締結構造について詳しくは、該前端側には、前記２本のボルト６２，６２の配設位置に対応した２つのボルト孔６０ａ，６０ａが、それぞれ車体前後方向に長い断面形状となるように形成されており、通常時には該ボルト孔６０ａ，６０ａの後端側近傍が前記ボルト６２，６２によりそれぞれ締結されるようになっている。
【００６１】
次に、この自動車が前面衝突したときのフロントサイドフレーム１１，１１やペリメータフレーム３０の変形について、図９に基づいて詳しく説明する。尚、図９は、衝突後の車体前部の状態を概略的に示す前記図８に相当するものである。まず、前記実施形態と同様に、衝突初期には、該クラッシュボックス２６，２６が潰れ変形を開始する一方、前記ペリメータフレーム３０の各サイドメンバ部３３，３３は、この段階では大きな変形は起こらず、前記クラッシュボックス２６，２６の潰れ変形のみが起こり相対的に大きい車体減速度が発生する。
【００６２】
そして、前記クラッシュボックス２６，２６の潰れ変形が終了した直後に前記縦メンバ部６０の前端側に直接的な衝突荷重が加わることになり、該縦メンバ部６０はフロントメンバ部６２との締結ボルト６２，６２が挿通するボルト孔６０ａ，６０ａに沿って後退して前記クロスメンバ部５０の該縦メンバ部６０との連結部分を後方へ屈曲させる。これにより、前記実施形態と同様に、衝突の途中にフロントサイドフレーム１１，１１の変形モードを潰れ変形から屈曲変形に切り換えて、車体減速度を一旦、降下させることができる。
【００６３】
前記縦メンバ部６０前端側のフロントメンバ部３２との締結力は、前記直接的な衝撃荷重を受けたときに、該縦メンバ部６０を該フロントメンバ部３２に対して後退させることができるようなものとされ、またボルト孔６０ａ，６０ａの車体前後方向の長さは、前記クロスメンバ部５０をサイドメンバ部３３，３３から離脱させる際の縦メンバ部６０の後退ストロークに相当する長さとされている。また、この車体前後方向に長いボルト孔６０ａ，６０ａによって、縦メンバ部６０の前端部を車体前後方向に確実に変位させることができるため、前記クロスメンバ部５０の屈曲を確実に行うことができる。また、この参考例では、前記サイドメンバ部３３，３３からクロスメンバ部５０を離脱させるタイミングを、縦メンバ部６０の前端部の車体前後方向の位置によっても自由に設定できる。
【００６４】
したがって、この参考例では、前記実施形態と同様に自動車の前面衝突の初期にクラッシュボックス２６，２６の潰れ変形によって車体減速度を安定的にかつ急峻に立ち上がらせ、その潰れ変形の終了直後に前記ペリメータフレーム３０が屈曲変形を開始するようにしたので、衝突時にシートベルトからの反力によって乗員減速度が過度に大きくなることを確実に防止できる。
【００６５】
（他の実施形態）
尚、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その他の種々の実施形態を包含するものである。すなわち、前記各実施形態では、クロスメンバ部５０の車幅方向両端側にボルト孔５０ａ及び切欠部５０ｂをそれぞれ設けているが、いずれか一方に各実施形態と同様なボルト孔５０ａ及び切欠部５０ｂを設けるようにしてもよい。また、切欠部は、サイドメンバ部３３のブラケット５１のボルト孔５１ａを車体内方側へ向かって開放するように設けてもよい。
【００６６】
また、ペリメータフレーム３０のサイドメンバ部３３，３３及びクロスメンバ部５０を連結するボルト５２，５２に、該連結部に作用する荷重が設定値以上となったときに、該ボルト５２，５２の軸部が破断するような脆弱部を予め設け、これにより、サイドメンバ部３３，３３からクロスメンバ部５０を離脱させるようにしてもよい。
【００６７】
また、前記フロントサイドフレーム１１，１１の前端側とペリメータフレーム３０の前端側とは連結されていなくてもよい。この場合でも、前記したようにペリメータフレーム３０の各サイドメンバ部３３，３３がクロスメンバ部５０で連結されていることにより、該ペリメータフレーム３０によって衝突の初期に車体減速度を急峻に立ち上がらせることができ、その後、ペリメータフレーム３０が屈曲変形を開始して、その変形荷重が大幅に低下することにより、前記各実施形態と同様な作用効果を得ることができる。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明に係る自動車の前部車体構造によると、サブフレームの各サイドメンバ部の中間部分を互いに連結するクロスメンバ部を設け、該サイドメンバ部及びクロスメンバ部の連結部に対して設定値以上の荷重が作用したときにこの連結部を分離させるようにすることで、自動車の前面衝突時の車体減速度を狙い通りに変化させて、乗員への衝撃荷重を確実に低減することができる。
【００６９】
請求項２記載の発明によると、フロントメンバ部によってサブフレームの剛性を高めることができ、衝突の初期の車体減速度の急峻な立ち上がりを確実なものにできる。
【００７０】
請求項３記載の発明に係る自動車の前部車体構造によると、サブフレームの各サイドメンバ部を連結するクロスメンバ部を設け、該サイドメンバ部及びクロスメンバ部の連結部に対して設定値以上の荷重が作用したときに、この連結部を分離させるようにすることで、サブフレームの変形荷重を狙い通りのタイミングで大きく低下させ、これにより、請求項１の発明と同様の効果を得ることができる。
【００７１】
また、サイドメンバ部が圧縮荷重を受けたときに車体外方へ折れ曲がるように該サイドメンバ部に形成された屈曲部を分離誘起部とするので、例えば自動車の前面衝突時に、サイドメンバ部をクロスメンバ部から確実に分離させることができる。
【００７２】
請求項４記載の発明によると、クロスメンバ部の車幅方向の両端側に、サイドメンバ部への締結孔を設けることにより、該クロスメンバ部の両端側をそれぞれサイドメンバ部に締結できる。一方、該締結孔を車体外方に向かって開放するように切欠部を形成することにより、自動車の前面衝突時にサイドメンバ部とクロスメンバ部とを確実に分離させることができる。
【００７３】
請求項５記載の発明によると、分離誘起部として、自動車の前面衝突時にその衝撃荷重を直接的にクロスメンバ部に伝達する縦メンバ部を設けたので、衝突の途中にサイドメンバ部及びクロスメンバ部の連結部を確実に分離できる。
【００７４】
また、分離誘起部として、自動車の前面衝突時におけるパワープラントの後退によってクロスメンバ部とパワープラントとを互いに係合させるようにしたので、衝突の途中にクロスメンバ部をサイドメンバ部から確実に分離できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態に係る車体前部の断面図である。
【図２】 車体前部の構造を示す下面図である。
【図３】 車体前部の構造を示す上方から見た斜視図である。
【図４】 車体前部の構造を示す下方から見た斜視図である。
【図５】 前面衝突後の車体前部の状態を示す図２相当図である。
【図６】 車体潰れ量に対する車体減速度の変化を示す特性図である。
【図７】 本発明の参考例に係る図１相当図である。
【図８】 本発明の参考例に係る図２相当図である。
【図９】 本発明の参考例に係る図５相当図である。
【図１０】 従来の自動車の車体前部構造を示す平面図である。
【図１１】 前面衝突後の車体前部の状態を示す図１０相当図である。
【符号の説明】
４ パワープラント
１１ フロントサイドフレーム
２２ ダッシュロアレイン（車体構成部材）
３０ ペリメータフレーム（サブフレーム）
３２ フロントメンバ部
３３ サイドメンバ部
５０ クロスメンバ部
５０ａ ボルト孔（締結孔）
５０ｂ 切欠部
５２ ボルト（締結部材）
５５ 凸部（係合部）
６０ 縦メンバ部
Claims (5)
- 車体前部の左右両側において各々車体前後方向に延びるように一対のフロントサイドフレームが設けられるとともに、該各フロントサイドフレームの下方においてそれぞれ車体前後方向に延びる一対のサイドメンバ部を有するサブフレームが配設された自動車の前部車体構造において、
前記フロントサイドフレームには、パワープラントが支持され、
前記サブフレームのサイドメンバ部の前端側がフロントサイドフレームの前端側に固定される一方、サイドメンバ部の後端側がフロントサイドフレームの後端側ないしその近傍の車体構成部材に固定され、該サイドメンバ部の前側部分は、該サイドメンバ部の前端から後方へ行くほど車幅方向内側に位置するように後方へ傾斜して延びるように形成され、
前記サイドメンバ部の前端側及び後端側固定部の中間部分同士を互いに連結するように車幅方向に延びるクロスメンバ部が架設され、
前記サブフレームには、自動車の前面衝突の際に、該サイドメンバ部及びクロスメンバ部の連結部に対して設定値以上の荷重が作用したときにこの連結部を分離させる分離誘起部が設けられ、
前記分離誘起部は、前記サイドメンバ部の前後方向中間部分に設けられ、該サイドメンバ部の前側部分よりも車幅方向内側へ大きく傾斜して後方へ延びる形状とされることによって車幅方向外側に突出するように屈曲形成された屈曲部と、前記クロスメンバ部又は前記パワープラントの少なくとも一方に設けられ、前記自動車の前面衝突時における前記パワープラントの後退によって該クロスメンバ部又はパワープラントの他方に係合する係合部とを含み、
前記係合部は、前記自動車の前面衝突時よりも前の通常時において、前記クロスメンバ部又はパワープラントの他方とは離間するように位置付けられ、前面衝突後に、前記パワープラントの後退によって前記クロスメンバ部の車幅方向略中央部を後方へ屈曲させて前記連結部を分離させるように構成され、
前記サイドメンバ部は、前記連結部の分離により前記屈曲部を起点として車幅方向外側へ変形するように構成されていることを特徴とする自動車の前部車体構造。 - 請求項１において、
前記サブフレームは、サイドメンバ部の前端側を互いに連結するように架設されたフロントメンバ部を有することを特徴とする自動車の前部車体構造。 - 車体前部の左右両側において各々車体前後方向に延びるように一対のフロントサイドフレームが設けられるとともに、該各フロントサイドフレームの下方においてそれぞれ車体前後方向に延びる一対のサイドメンバ部を有するサブフレームが配設された自動車の前部車体構造において、
前記フロントサイドフレームには、パワープラントが支持され、
前記サブフレームは、サイドメンバ部の前端側を互いに連結するように架設されたフロントメンバ部を有し、該サイドメンバ部の前側部分は、該サイドメンバ部の前端から後方へ行くほど車幅方向内側に位置するように後方へ傾斜して延びるように形成され、
前記サイドメンバ部の車体前後方向の中間部分を互いに連結するように車幅方向に延びるクロスメンバ部が架設され、
前記サブフレームには、自動車の前面衝突の際に、該サイドメンバ部及びクロスメンバ部の連結部に対して設定値以上の荷重が作用したときにこの連結部を分離させる分離誘起部が設けられ、
前記分離誘起部は、前記サイドメンバ部の前後方向中間部分に設けられ、該サイドメンバ部の前側部分よりも車幅方向内側へ大きく傾斜して後方へ延びる形状とされることによって車幅方向外側に突出するように屈曲形成された屈曲部と、前記クロスメンバ部又は前記パワープラントの少なくとも一方に設けられ、前記自動車の前面衝突時における前記パワープラントの後退によって該クロスメンバ部又はパワープラントの他方に係合する係合部とを含み、
前記係合部は、前記自動車の前面衝突時よりも前の通常時において、前記クロスメンバ部又はパワープラントの他方とは離間するように位置付けられ、前面衝突後に、前記パワープラントの後退によって前記クロスメンバ部の車幅方向略中央部を後方へ屈曲させて前記連結部を分離させるように構成され、
前記サイドメンバ部は、前記連結部の分離により前記屈曲部を起点として車幅方向外側へ変形するように構成されていることを特徴とする自動車の前部車体構造。 - 請求項１又は３のいずれかにおいて、
前記クロスメンバ部の車幅方向の両端側には、サイドメンバ部への締結部材が貫通する締結孔が設けられるとともに、該締結孔を車体外方に向かって開放するように切欠部が形成されていることを特徴とする自動車の前部車体構造。 - 請求項１又は２のいずれかにおいて、
前記サブフレームは、その前端部が前記フロントサイドフレームの前端部よりも車体後方に位置するように設けられ、
前記分離誘起部は、後端側が前記クロスメンバ部に連結されて車体前方に延び、前端部が前記サブフレームの前端部よりも車体前方でかつ前記フロントサイドフレームの前端部よりも所定距離だけ車体後方に位置付けられた縦メンバ部であることを特徴とする自動車の前部車体構造。
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