JP4818887B2 - 車両用サブフレーム構造 - Google Patents

Description

本発明は、車両用サブフレーム構造に関するものである。

車両の前面衝突時にフロントサブフレームを脱落させることで、衝突エネルギーを吸収するためのストロークを稼ぐ手法が従来から用いられている。特許文献１の車両のシャシ取付構造は、車両前後方向に延びる両サイドメンバ（サイドフレーム）のそれぞれの間に掛け渡されて取り付けられるシャシフレーム（フロントサブフレーム）を、その前端から所定の脱落荷重以上の衝撃力が入力されると両サイドメンバから脱落させる脱落手段を備える。これにより、両サイドメンバの挫屈変形に支障を与えていたシャシフレームを脱落させるので、サイドメンバの挫屈変形が促進されると記載されている。
特開２００５−１１２１９７号公報

しかしながら、特許文献１の車両のシャシ取付構造では、脱落したシャシフレームがフロアパネルに衝突してスタックする（引っかかる）場合がある。この場合には、スタックしたシャシフレームがサイドメンバの座屈変形を妨害するので、衝突エネルギーの吸収に必要なストロークが確保できなくなるという問題がある。またシャシフレームがフロアパネルにスタックしたままストロークすることで、フロアパネルが変形するという問題がある。

図４は、従来技術に係る車両用サブフレーム構造の説明図である。脱落したフロントサブフレーム１０をフロアパネル４の下方に案内するため、フロアパネル４の前方および／またはフロントサブフレーム１０の後方に、滑り台状の傾斜面４ａ，１０ａを形成することが考えられる。しかしながら、この場合でも、フロントサブフレーム１０との衝突時にフロアパネル４が変形するという問題がある。なお、フロアパネル４の面剛性を確保するため厚板を貼り付けると、車両重量の増加を招くことになる。また、脱落したフロントサブフレーム１０との衝突を回避するためフロア面を上げると、車室内空間が狭くなる。

そこで本発明は、衝突時に車体パネルの変形を防止し、安定したエネルギー吸収ストロークを確保することが可能な、車両用サブフレーム構造の提供を課題とする。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、車両前部のサイドフレーム（例えば、実施形態におけるサイドフレーム２）の下方に取り付けられるサブフレーム（例えば、実施形態におけるフロントサブフレーム１０）の構造であって、前記サブフレームは、一対のサイドフレームの車幅方向内側に沿って車両前後方向に伸びる一対のサブサイドフレーム（例えば、実施形態におけるサブサイドフレーム１２）と、前記一対のサブサイドフレームの前端部に設けられた、前記サブフレームの第１車体取付部（例えば、実施形態における車体取付部１８）と、前記一対のサブサイドフレームの後端部に設けられた、前記サブフレームの第２車体取付部（例えば、実施形態における車体取付部２０）と、前記第２車体取付部の後方に設けられた回転自在なガイドローラ（例えば、実施形態におけるガイドローラ４０）と、を備え、前記ガイドローラは、車両後方から前方に向かって立ち上がる車体パネルの傾斜面（例えば、実施形態におけるダッシュボードロアパネル３の傾斜面３ａまたはフロアパネル４の傾斜面４ａ）と対峙されていることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、車両の前面衝突時によりフロントサブフレームが脱落すると、回転自在なガイドローラが車体パネルに衝突する。このガイドローラは車体パネルに沿って回転するので、フロントサブフレームが車体パネルにスタックすることがない。これにより、フロントサブフレームがスタックしたままストロークすることによる車体パネルの変形を防止することができる。
また、ガイドローラが車体パネルに沿って回転しながら下方に移動するので、脱落したフロントサブフレームが車体パネルの下方に案内される。これにより、サイドフレームの座屈変形を促進させることが可能になり、衝突エネルギーを吸収するためのストロークを確保することができる。

以下、本発明の実施形態につき図面を参照して説明する。
図１は、車体前部の底面図である。車体１の前部から後部にわたって、車体骨格を構成する左右一対のサイドフレーム２が設けられている。一対のサイドフレーム２の前端部を連結するように、バンパビーム２ａが設けられている。車体１の中部におけるサイドフレーム２の上方には、フロアパネル４が配置されている。

車体１の前部におけるサイドフレーム２の下方には、フロントサブフレーム（以下「サブフレーム」という。）１０が取り付けられている。このサブフレーム１０には、ステアリング装置（不図示）等が搭載されている。なお燃料電池自動車の場合には、燃料電池スタックに空気を送給するコンプレッサや走行用の駆動モータ等からなるポンプモータユニットなどを、サブフレーム１０に搭載することが可能である。

サブフレーム１０は、サイドフレーム２に沿って車両前後方向に伸びる一対のサブサイドフレーム１２を備えている。また、一対のサブサイドフレーム１２は前方において前側サブクロスフレーム１４により連結され、後方において後側サブクロスフレーム１５により連結されている。各フレームを構成するフレーム部材は、金属材料の押出し成形等により、中空の閉断面構造または開断面構造に形成されている。その各フレーム部材を溶接等で接合することにより、サブフレーム１０が枠状骨格に形成されている。

サブフレーム１０における一対のサブサイドフレーム１２の前端部には、サブフレーム１０の車体取付部１８が設けられている。また、一対のサブサイドフレーム１２の後端部にも、車体取付部２０が設けられている。これにより、枠状骨格のサブフレーム１０は、その四隅において車体１に取り付けられている。

図２は、サブフレーム後端部の車体取付部２０を斜め上方から見た斜視図である。サブサイドフレーム１２の後端部には、円筒部２４を備えたブラケット２２が接合されている。ブラケット２２は、金属材料の押出し成形等によって形成されている。ブラケット２２は、円筒部２４の中心軸が車両上下方向に配置されるように、溶接等によりサブサイドフレーム１２に接合されている。

図３は、図１のＡ−Ａ線（図２のＢ−Ｂ線に相当する部分）における断面図である。図３に示すように、円筒部２４の上下開口部は、一対のカラーナット２６により閉塞されている。カラーナット２６は、円筒部２４の内径と略同径の小径部２６ａと、円筒部２４の外径と略同径の大径部２６ｂとを、軸方向に連続配置して構成されている。その小径部２６ａが円筒部２４の内側に挿入され、大径部２６ｂの表面周縁部が円筒部２４の端面に当接されて、円筒部２４の開口部が閉塞されている。各カラーナット２６の中央には、貫通孔２７が形成されている。

図２に示すように、サブフレーム１０後部の車体取付部２０の後方に、ガイドローラ４０が設けられている。具体的には、ブラケット２２から後方に向かって、一対の支持部材４２が立設されている。支持部材４２は金属平板等で構成され、溶接等によりブラケット２２に接合されている。一対の支持部材４２は、水平方向に並んで平行に配置されている。各支持部材４２の先端には貫通孔が形成されている。一方の支持部材４２の外側から、両支持部材４２の貫通孔にボルト４４が挿入され、他方の支持部材４２の外側に配置されたナット（不図示）に螺合している。このボルト４４を中心軸として自在に回転しうるように、ガイドローラ４０が設けられている。ガイドローラ４０は、金属材料の押出し成形等によって形成されている。

図３に示すように、サイドフレーム２の上方には、各種車体パネルが配置されている。車体中部のサイドフレーム２の上方にはフロアパネル４が配置され、車体前部のサイドフレーム２の上方にはダッシュボードロアパネル３が配置されている。フロアパネル４の前端部には、車両後方から前方に向かって立ち上がる傾斜面４ａが形成されている。またダッシュボードロアパネル３の後端部にも、フロアパネル４と同様の傾斜面３ａが形成されている。フロアパネル４の傾斜面４ａとダッシュボードロアパネル３の傾斜面３ａとは、重なるように配置されている。

ダッシュボードロアパネル３の裏側には、レインフォース５が設けられている。レインフォース５は、主に垂直配置された側壁５ａおよび水平配置された底壁５ｂで構成されている。側壁５ａの上端部はダッシュボードロアパネル３に接合され、底壁５ｂの後端部はフロアパネル４の前端部に接合されている。レインフォース５の内側には、底壁５ｂと平行に中間壁５ｃが配置されている。中間壁５ｃの前端部は側壁５ａに接合され、フロアパネル４の前端部に接合されている。

レインフォース５の底壁５ｂおよび中間壁５ｃには、貫通孔が形成されている。両壁５ｂ，５ｃの貫通孔を連結するように、両壁５ｂ，５ｃの間にスペーサ３４が配置されている。このスペーサ３４により、両壁５ｂ，５ｃの間の距離が固定されている。また中間壁５ｃの上面には、ナット３２が固定されている。このナット３２は、中間壁５ｃの貫通孔と同軸状に配置されている。

そして、サブフレーム１０の円筒部２４の下方から上方に向かって、一対のカラーナット２６の貫通孔２７を連通するように、取付けボルト３０が挿入されている。この取付けボルト３０が、レインフォース５の底壁５ｂ、スペーサ３４および中間壁５ｃを貫通して、ナット３２に螺合している。これにより、サブフレーム１０の後端部が車体に取り付けられている。なお図１に示すように、サブフレーム１０の前端部も、上述した後端部と同様の取付け構造によって、サイドフレーム２に取り付けられている。

これにより図３に示すように、車体パネルと対峙するようにガイドローラ４０が配置される。具体的には、フロアパネル４の傾斜面４ａ（ダッシュボードロアパネル３の傾斜面３ａ）と平行に、ボルト４４が水平配置されている。そして、そのボルト４４を中心軸として回転自在にガイドローラ４０が配置されている。

次に、本実施形態に係る車両用サブフレーム構造の、車両の前面衝突時における作用につき、図３を用いて説明する。
車両の前面衝突時には、サブフレーム１０に対して前方から衝撃荷重が入力される。すると、サブフレーム１０に固定されたボルト３０から、レインフォース５に固定されたナット３２に対して、コジリ力が作用する。レインフォース５を構成する中間壁５ｃおよび底壁５ｂは、このコジリ力によって破断するように、材料や板厚、形状等が設定されている。そのため、図３において二点鎖線で示すように、ボルト３０がナット３２やスペーサ３４等とともにレインフォース５から分離する。これにより、サブフレーム１０が車体から脱落する。

サブフレーム１０には前方から衝撃荷重が入力されているので、車体から脱落したサブフレーム１０は後方に移動し、車体パネル（フロアパネル４またはダッシュボードロアパネル３）に衝突する。本実施形態では、サブフレーム１０後部の車体取付部２０の後方にガイドローラ４０が設けられているので、このガイドローラ４０が最初に車体パネルに衝突する。ガイドローラ４０は回転自在に構成されているので、車体パネルの表面に沿って回転する。したがって、サブフレーム１０が車体パネルにスタックする（引っかかる）ことがない。これにより、サブフレーム１０がスタックしたままストロークすることによる車体パネルの変形を防止することができる。

ガイドローラ４０は、車両後方から前方に向かって立ち上がる車体パネルの傾斜面（フロアパネル４の傾斜面４ａまたはダッシュボードロアパネル３の傾斜面３ａ）と対峙されている。そのためガイドローラ４０は、傾斜面に沿って回転しながら下方に移動する。これにより、脱落したサブフレーム１０がフロアパネル４の下方に案内される。その結果、車両の前面衝突時にサイドフレームの座屈変形を促進させることが可能になり、衝突エネルギーを吸収するためのストロークを確保することができる。

また、脱落したサブフレーム１０がフロアパネル４の下方に案内されるので、サブフレーム１０との衝突による車体パネルの変形を防止することが可能になる。これに伴って、衝突の影響が車室内に及ぶのを抑制することができる。また、車体パネルの面剛性を上げるため厚板等を貼り付ける必要がなくなり、車両重量の増加を防止することができる。さらに、脱落したフロントサブフレーム１０との衝突を回避するためフロア面を上げる必要がなくなり、車室内の空間を広げることができる。

なお、本発明の技術範囲は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、上記実施形態で挙げた具体的な材料や構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、車体パネルにガイドローラ４０と同幅の溝を設けてもよい。この場合には、ガイドローラ４０が溝に沿って移動するので、サブフレーム１０の脱落方向を制御することができる。

車体前部の底面図である。 実施形態に係る車両用サブフレーム構造の後端部を斜め上方から見た斜視図である。 図１のＡ−Ａ線における断面図である。 従来技術に係る車両用サブフレーム構造の説明図である。

符号の説明

４…フロアパネル ４ａ…傾斜面 １０…フロントサブフレーム ２０…車体取付部 ４０…ガイドローラ

Claims (1)

1. 車両前部のサイドフレームの下方に取り付けられるサブフレームの構造であって、
   前記サブフレームは、
   一対のサイドフレームの車幅方向内側に沿って車両前後方向に伸びる一対のサブサイドフレームと、
   前記一対のサブサイドフレームの前端部に設けられた、前記サブフレームの第１車体取付部と、
   前記一対のサブサイドフレームの後端部に設けられた、前記サブフレームの第２車体取付部と、
   前記第２車体取付部の後方に設けられた回転自在なガイドローラと、
   を備え、
   前記ガイドローラは、車両後方から前方に向かって立ち上がる車体パネルの傾斜面と対峙されていることを特徴とする車両用サブフレーム構造。

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