JP4875558B2 - 車体フレーム構造 - Google Patents

Description

本発明は、自動車の車室や燃料タンク収納部を衝突荷重から保護するための車体フレーム構造に関する。

車体前部にＵ字型フレームよりなる衝突力吸収分散手段およびＶ字型フレームよりなる衝突力分散補強手段を前後方向に並置し、Ｕ字型フレームの変形により正面衝突の荷重を吸収するとともに、Ｖ字型フレームにより衝突荷重をエンジンクロスメンバからフロントフレームに伝達することで、フロントフレームの変形を抑制して該フロントフレームの車室内侵入を防止するものが、下記特許文献１により公知である。
特開平１１−１５７４６８号公報

ところで上記従来のものは、車体前部のエンジンルームに、既存のフロントフレーム以外にＵ字型フレームおよびＶ字型フレームを追加して設ける必要があるため、車体重量が増加して燃料消費量が増加するだけでなく、車体中心線上に配置されたＵ字型フレームおよびＶ字型フレームがエンジン搭載の邪魔になり、しかもエンジンルームが前後方向に長くなって車室の空間を圧迫する問題があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、車両の衝突時の衝突荷重の吸収と車室および燃料タンク収納部の保護とを、車体重量を増加させることなく両立させ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、車室を囲むフレームが、左右一対のサイドシルと、ダッシュボードロアクロスメンバと、ミドルクロスメンバと、前記サイドシルの前端および前記ダッシュボードロアクロスメンバの左右両端を斜めに接続する一対のアウトリガーと、前記サイドシルの後端および前記ミドルクロスメンバの左右両端を斜めに接続する一対のガセットとで八角形に構成され、前記車室の前方側に位置するエンジンルームを囲むフレームが、前方に凸に湾曲するフロントバンパービームと、前記フロントバンパービームの左右両端から車体後方に延びる一対のフロントサイドフレームおよび一対のアッパーメンバとでＵ字状に構成され、前記車室の後方側に位置する燃料タンク収納部を囲むフレームが、一対のリヤサイドフレームと、前記ミドルクロスメンバと、リヤクロスメンバと、前記リヤサイドフレームの前端および前記ミドルクロスメンバの左右両端を斜めに接続する一対のガセットと、前記リヤサイドフレームに接続される前記リヤクロスメンバの左右両端を斜め前方に拡幅した一対の拡幅部とで八角形に構成され、前記燃料タンク収納部の後方側に位置するトランクルームを囲むフレームが、後方に凸に湾曲するリヤエンドフレームと、前記リヤエンドフレームの両端から車体前方に延びる一対の前記リヤサイドフレームとでＵ字状に構成されることを特徴とする車体フレーム構造が提案される。

請求項１の構成によれば、車室を囲むフレームが、一対のサイドシルと、ダッシュボードロアクロスメンバと、ミドルクロスメンバと、一対のアウトリガーと、一対のガセットとで八角形に構成されるので、車体前後方向からの衝突荷重にも車体側方からの衝突荷重にも充分な剛性を確保して車室の変形を最小限に抑えることができる。何故ならば、外力に対して最も変形し難い形状は円形であり、八角形は四角形よりも円形に近いからである。しかも車室の前方のエンジンルームを囲むフレームが、前方に凸に湾曲するフロントバンパービームと、一対のフロントサイドフレームおよび一対のアッパーメンバとでＵ字状に構成されるので、車体前方から入力される衝突荷重をＵ字状フレームの圧壊で効果的に吸収し、かつ高剛性の八角形フレームで車室の変形を防止して乗員を保護することができる。

車室の後方側に位置する燃料タンク収納部を囲むフレームが、一対のリヤサイドフレームと、ミドルクロスメンバと、リヤクロスメンバと、一対のガセットと、リヤクロスメンバの左右両端を斜め前方に拡幅した一対の拡幅部とで八角形に構成されるので、車体前後方向からの衝突荷重にも車体側方からの衝突荷重にも充分な剛性を確保して燃料タンク収納部の変形を最小限に抑えることができる。何故ならば、外力に対して最も変形し難い形状は円形であり、八角形は四角形よりも円形に近いからである。しかも燃料タンク収納部の前方のトランクルームを囲むフレームが、後方に凸に湾曲するリヤエンドフレームと、一対のリヤサイドフレームとでＵ字状に構成されるので、車体後方から入力される衝突荷重をＵ字状フレームの圧壊で効果的に吸収し、かつ高剛性の八角形フレームで燃料タンク収納部の変形を防止して燃料タンクを保護することができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１〜図７は本発明の実施の形態を示すもので、図１は自動車の車体フレームを下面から見た図、図２は図１の２方向矢視図、図３は図１の３部拡大図、図４は図３の４−４線断面図、図５は図１に保護エリアおよびエネルギー吸収エリアの形状を書き加えた図、図６は正面・後面衝突時および側面衝突時の荷重伝達経路を示す図、図７は正面衝突時のフロントサブフレームの変形を説明する図である。

図１および図２に示すように、自動車の車体フレームは、エンジンルーム１１の左右両側部に沿って車体前後方向に延びる左右一対のフロントサイドフレーム１２，１２と、車室１３の左右両側部に沿って車体前後方向に延びる左右一対のサイドシル１４，１４と、燃料タンク収納部１５およびトランクルーム１６の左右両側部に沿って車体前後方向に延びる左右一対のリヤサイドフレーム１７，１７と、フロントサイドフレーム１２，１２の前端から後上方に延び、左右のサイドシル１４，１４の前端から立ち上がる左右一対のフロントピラーロア１８，１８の上端に連結される左右一対のアッパーメンバ１９，１９と、車幅方向に延びてフロントサイドフレーム１２，１２の前端にフロントサイドフレームエクステンション２０…を介して両端が接続されたフロントバンパービーム２１と、車幅方向に延びて左右のフロントサイドフレーム１２，１２の後端間を接続するダッシュボードロアクロスメンバ２２と、車幅方向に延びて左右のサイドシル１４，１４の前後方向中間部間を接続するフロントクロスメンバ２３と、車幅方向に延びて左右のリヤサイドフレーム１７，１７の前端間を接続するミドルクロスメンバ２４と、車幅方向に延びて左右のリヤサイドフレーム１７，１７の前後方向中間部間を接続するリヤクロスメンバ２５と、車幅方向に延びて左右のリヤサイドフレーム１７，１７の後端間を接続するリヤバンパービーム２６と、幅方向に延びてリヤクロスメンバ２５およびリヤバンパービーム２６間で左右のリヤサイドフレーム１７，１７を接続するリヤエンドフレーム２７と、ダッシュボードロアクロスメンバ２２からミドルクロスメンバ２４へと延びるフロアトンネル２８の左右両側に沿って延びる左右一対のセンターフレーム２９，２９と、フロントサイドフレーム１２，１２、サイドシル１４，１４およびセンターフレーム２９，２９を連結する左右一対の連結部材３０，３０と、左右のフロントサイドフレーム１２，１２の下部に支持されるフロントサブフレーム３１とを備える。

フロントサブフレーム３１は、左右一対の縦フレーム３２，３２を前後一対の横フレーム３３，３４で四角枠状に接続して構成され、縦フレーム３２，３２の前端がゴムブッシュジョイント３５，３５を介してフロントサイドフレーム１２，１２の前端下面に弾性支持されるとともに、縦フレーム３２，３２の後端がゴムブッシュジョイント３６，３６を介して連結部材３０，３０の下面に弾性支持される。

次に、図１〜図４を参照して連結部材３０，３０の構造を説明する。左右の連結部材３０，３０は鏡面対称な形状を有するため、その一方について説明する。

図１に網掛けして示す連結部材３０は、金属パネルをプレス成形した単一の部材で構成されるもので、前端に下向きにカップ状に突出するフロントサブフレーム取付部３０ａを備え、フロントサブフレーム取付部３０ａから車幅方向外側かつ後方に向かってアウトリガー３０ｂが斜めに延びるとともに、フロントサブフレーム取付部３０ａから車幅方向内側かつ後方に向かってセンターフレームエクステンション３０ｃが斜めに延びている。

連結部材３０のフロントサブフレーム取付部３０ａに隣接するセンターフレームエクステンション３０ｃの車幅方向内面にダッシュボードロアクロスメンバ２２の左右両端部が接続されるとともに、そこから斜め後方に延びるセンターフレームエクステンション３０ｃの後端がセンターフレーム２９の前端に接続される。また連結部材３０のアウトリガー３０ｂの前端がフロントサイドフレーム１２の後端に接続され、後端がサイドシル１４の前端に接続される。

連結部材３０のフロントサブフレーム取付部３０ａの内部には前記ゴムブッシュジョイント３６が収納され、それを貫通するボルト３７にフロントサブフレーム３１の後部が支持される（図４参照）。尚、フロントサブフレーム３１の前部も、同様の構造のゴムブッシュジョイント３５（図１参照）を介してフロントサイドフレーム１２の下面に支持される。

図１および図５を併せて参照すると明らかなように、第１の保護領域である車室１３を囲むフレームは、平面視で八角形状に構成される。即ち、車体前後方向に延びる左右のサイドシル１４，１４と、車幅方向に延びるダッシュボードロアクロスメンバ２２およびミドルクロスメンバ２４と、サイドシル１４，１４の前端およびダッシュボードロアクロスメンバ２２の左右両端を斜めに接続する左右のアウトリガー３０ｂ，３０ｂと、サイドシル１４，１４の後端およびミドルクロスメンバ２４の左右両端を斜めに接続する左右のガセット３８，３８とが、図５に太線Ａで示すように全体として八角形を構成する。

また第２の保護領域である燃料タンク収納部１５を囲むフレームは、平面視で八角形状に構成される。即ち、車体前後方向に延びる左右のリヤサイドフレーム１７，１７と、車幅方向に延びるミドルクロスメンバ２４およびリヤクロスメンバ２５と、リヤサイドフレーム１７，１７の前端およびミドルクロスメンバ２４の左右両端を斜めに接続する左右のガセット３９，３９と、リヤサイドフレーム１７，１７に接続されるリヤクロスメンバ２５の左右両端を斜め前方に拡幅した拡幅部２５ａ，２５ａとが、図５に太線Ｂで示すように全体として八角形を構成する。

また車室１３の前方に配置されて第１のエネルギー吸収領域を構成するエンジンルーム１１を囲むフレームは、平面視で概ねＵ字状に形成される。即ち、フロントバンパービーム２１は車体前方側に凸に湾曲しているため、そのフロントバンパービーム２１と、その車幅方向両端から車体後方に延びるフロントサイドフレーム１２，１２およびアッパーメンバ１９，１９とは、図５に太線Ｃで示すように全体としてＵ字状を構成する。

また燃料タンク収納部１５の後方に配置されて第２のエネルギー吸収領域を構成するトランクルーム１６を囲むフレームは、平面視で概ねＵ字状に形成される。即ち、リヤエンドフレーム２７は車体後方側に凸に湾曲しているため、そのリヤエンドフレーム２７と、その車幅方向両端から車体前方に延びるリヤサイドフレーム１７，１７とは、図５に太線Ｄで示すように全体としてＵ字状を構成する。

次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。

図５および図６から明らかなように、車体前方側に凸に湾曲するフロントバンパービーム２１と、その車幅方向両端から車体後方に延びるフロントサイドフレーム１２，１２およびアッパーメンバ１９，１９とは全体としてＵ字状を成すので、車両の衝突により車体前方から入力する衝突荷重に対して高い剛性を持ち、それが圧壊する際に大きな衝撃吸収効果を発揮することで、車室１３の変形を最小限に抑えることができる。

また車室１３を囲むサイドシル１４，１４と、ダッシュボードロアクロスメンバ２２およびミドルクロスメンバ２４と、サイドシル１４，１４の前端およびダッシュボードロアクロスメンバ２２の左右両端を斜めに接続する左右のアウトリガー３０ｂ，３０ｂと、サイドシル１４，１４の後端およびミドルクロスメンバ２４の左右両端を斜めに接続する左右のガセット３８，３８とが八角形のフレームを構成するので、四角形のフレームに比べて剛性が増加して車室１３の変形が更に効果的に抑制される。何故ならば、外力に対して最も変形し難い形状は円形であり、八角形は四角形よりも円形に近いからである。この八角形のフレーム構造は、正面衝突時だでけでなく、サイドシル１４，１４側から荷重が入力する側面衝突時にも車室１３の変形を最小限に抑えることができる。

同様に、車体後方側に凸に湾曲するリヤエンドフレーム２７と、その車幅方向両端から車体前方に延びるリヤサイドフレーム１７，１７とは全体としてＵ字状を成すので、車両の衝突により車体後方から入力する衝突荷重に対して高い剛性を持ち、それが圧壊する際に大きな衝撃吸収効果を発揮することで、燃料タンク収納部１５の変形を最小限に抑え、燃料タンクの損傷を防止することができる。

また燃料タンク収納部１５を囲むリヤサイドフレーム１７，１７と、車幅方向に延びるミドルクロスメンバ２４およびリヤクロスメンバ２５と、リヤサイドフレーム１７，１７の前端およびミドルクロスメンバ２４の左右両端を斜めに接続する左右のガセット３９，３９と、リヤサイドフレーム１７，１７に接続されるリヤクロスメンバ２５左右両端を斜め前方に拡幅した拡幅部２５ａ，２５ａとが八角形のフレームを構成するので、四角形のフレームに比べて剛性が増加して燃料タンク収納部１５の変形が更に効果的に抑制される。この八角形のフレーム構造は、後面衝突時だでけでなく、リヤサイドフレーム１７，１７側から荷重が入力する側面衝突時にも燃料タンク収納部１５の変形を最小限に抑えることができる。

車両の正面衝突時にフロントサイドフレーム１２に後向きの荷重が作用すると、図３に示すように、その荷重は連結部材３０を介してサイドシル１４およびセンタフレーム２９に伝達されて分散される。このとき、連結部材３０のアウトリガー３０ｂは車幅方向外側に向かって斜め後方に延びているため、それが車幅方向に真っ直ぐ延びている場合に比べて、フロントサイドフレーム１２からの荷重を効率的にサイドシル１４に伝達することができる。また連結部材３０のセンターフレームエクステンション３０ｃは車幅方向内側に向かって斜め後方に延びているため、それが車幅方向に真っ直ぐ延びている場合に比べて、フロントサイドフレーム１２からの荷重を効率的にセンターフレーム２９に伝達することができる。

しかも連結部材３０は、フロントサブフレーム取付部３０ａ、アウトリガー３０ｂおよびセンターフレームエクステンション３０ｃよりなる単一の部材で構成されるので、それらを別部材で構成して一体に結合する場合に比べて部品点数を削減することができるだけでなく、連結部材３０の強度も増加する。尚、連結部材３０の強度が必要な部分にブランクを重ね合わせて補強することも可能である。

また連結部材３０のセンターフレームエクステンション３０ｃの前端にフロントサブフレーム取付部３０ａを設けたので、正面衝突時に連結部材３０側からフロントサブフレーム３１に反力を作用させ、図７に示すように、フロントサブフレーム３１を折り曲げて衝突エネルギーを吸収しながら、車室１３の変形を抑制することができる。

更に、フロントサブフレーム３１の後方には左右の前席が配置されるが、それら前席に着座した乗員の脚部の下方に対応する位置が強度の高い連結部材３０，３０で補強されているので、正面衝突の衝撃から乗員の脚部を保護することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、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。

例えば、実施の形態ではガセット３８，３９をミドルクロスメンバ２４と別部材で構成しているが、それらをミドルクロスメンバ２４の両端を拡幅することで一体に形成しても良い。

自動車の車体フレームを下面から見た図 図１の２方向矢視図 図１の３部拡大図 図３の４−４線断面図 図１に保護エリアおよびエネルギー吸収エリアの形状を書き加えた図 正面・後面衝突時および側面衝突時の荷重伝達経路を示す図 正面衝突時のフロントサブフレームの変形を説明する図

１１ エンジンルーム
１２ フロントサイドフレーム
１３ 車室
１４ サイドシル
１５ 燃料タンク収納部
１６ トランクルーム
１７ リヤサイドフレーム
１９ アッパーメンバ
２１ フロントバンパービーム
２２ ダッシュボードロアクロスメンバ
２４ ミドルクロスメンバ
２５ リヤクロスメンバ
２５ａ 拡幅部
２７ リヤエンドフレーム
３０ｂ アウトリガー
３８ ガセット
３９ ガセット

Claims (1)

1. 車室（１３）を囲むフレームが、左右一対のサイドシル（１４）と、ダッシュボードロアクロスメンバ（２２）と、ミドルクロスメンバ（２４）と、前記サイドシル（１４）の前端および前記ダッシュボードロアクロスメンバ（２２）の左右両端を斜めに接続する一対のアウトリガー（３０ｂ）と、前記サイドシル（１４）の後端および前記ミドルクロスメンバ（２４）の左右両端を斜めに接続する一対のガセット（３８）とで八角形に構成され、
   前記車室（１３）の前方側に位置するエンジンルーム（１１）を囲むフレームが、前方に凸に湾曲するフロントバンパービーム（２１）と、前記フロントバンパービーム（２１）の左右両端から車体後方に延びる一対のフロントサイドフレーム（１２）および一対のアッパーメンバ（１９）とでＵ字状に構成され、
   前記車室（１３）の後方側に位置する燃料タンク収納部（１５）を囲むフレームが、一対のリヤサイドフレーム（１７）と、前記ミドルクロスメンバ（２４）と、リヤクロスメンバ（２５）と、前記リヤサイドフレーム（１７）の前端および前記ミドルクロスメンバ（２４）の左右両端を斜めに接続する一対のガセット（３９）と、前記リヤサイドフレーム（１７）に接続される前記リヤクロスメンバ（２５）の左右両端を斜め前方に拡幅した一対の拡幅部（２５ａ）とで八角形に構成され、
   前記燃料タンク収納部（１５）の後方側に位置するトランクルーム（１６）を囲むフレームが、後方に凸に湾曲するリヤエンドフレーム（２７）と、前記リヤエンドフレーム（２７）の両端から車体前方に延びる一対の前記リヤサイドフレーム（１７）とでＵ字状に構成されることを特徴とする車体フレーム構造。

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