JP5084883B2 - サスペンションのサブフレーム - Google Patents

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Description

本発明は、自動車のサスペンションに使用されるサブフレームに関する。
一般に、車両のサスペンションは、左右の車輪間に位置するサブフレームを有している。このサブフレームは、車体側と連結される一方、車輪ともロアアーム及びナックルを介して連結されている。したがって、サブフレームは、車輪側から伝達される、前後左右あるいは上下方向からの力に対しては十分剛性を有するものでなければならず、また、このような入力を効率よく伝達し、これを確実に支持することが好ましい。
従来のサブフレームは、例えば、下記特許文献1及び特許文献2に開示されているように、比較的大きな1枚の板材をプレス成形したものが使用され、これを高剛性にするために、特許文献1では、板材に対し局部的に凹凸を形成し、特許文献2では、アッパーパネルとロアーパネル間に補強体を設けている。
特許第2963749号公報 特開2005−138652号公報
しかし、このように大きな面積の板材を使用すると、製造時に母材から材料取りするに際し、材料に無駄が生じやすく、コスト的に不利となるおそれがある。また、サブフレームを高剛性にするために、局部的に凹凸を形成したり、アッパーパネルとロアーパネルの内部に補強体を設けると、サブフレーム全体の重量が増加することになり、好ましくない。特に、板材に凹凸を形成することにより剛性を確保しようとすると、板材に対するプレス工程数も増大し、製造が面倒で、コスト的にも不利となる。
本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたもので、あらゆる方向から作用する力に対して極めて高い剛性を有し、軽量かつ安価で、汎用性もある、安全性の高いサスペンションのサブフレームを提供することを目的とする。
上記目的を達成する本発明に係るサスペンションのサブフレームは、車輪間に配置される本体部材の車幅方向両側端部に、高剛性を有する側端部材を車両の前後方向に伸延するように取り付け、本体部材が車幅方向に伸びる一対の部材を有し、一対の部材のうちの少なくとも一方の前後方向端部を折り曲げることにより車幅方向に伸びる縦壁を有することを特徴とする。
請求項1の発明では、車輪間に配置されるサブフレームの主要部である本体部材の車幅方向両側端部に、高剛性を有する側端部材を車両の前後方向に伸延するように取り付けたので、本体部材が高剛性の側端部材により補強され、サブフレーム全体が高い剛性を有するものとなる。また、大きな面積を有する本体部材も、両側端部材を設けた分、小型化され、材料取りも無駄なく行うことができ、両側端部材も小さい面積の板材でよいことから、サブフレーム全体での材料取りに無駄がなく、コスト的に有利となる。
特に、高剛性の側端部材間に本体部材を設けるので、サブフレームを使用する車両が、2WDあるいは4WDとか、搭載するエンジンの種類などの違いとか、トレッド違い、あるいは機種ごと、仕向け地毎に異なる要件など、種々の仕様差があっても、サブフレームの各部位を最小限変更するのみで対処したり、部位ごとに板厚や形状をコントロールして部品の共用化が可能となり、容易に仕様差に対処できる。つまり、基本的に両側の側端部材を共用し本体部材の部分のみを変更すればよく、各車両の仕様差を容易に吸収できるサスペンションとなり、結果的に、サスペンションのコスト低減に寄与する。また、本体部材が車幅方向に伸びる一対の部材を有し、一対の部材のうちの少なくとも一方の前後方向端部を折り曲げて車幅方向に伸びる縦壁を形成している。そのため、この縦壁により本体部材も高剛性になり、しかも、本体部材は高剛性の側端部材と縦壁により取り囲まれることになるので、より高剛性のサスペンションとなる。
加えて、前記側端部材を本体部材の両側端部において車両の前後方向に伸延するように設けると、前面衝突時には、その入力に対抗でき、車室内の安全性が向上する。
請求項2の発明では、前記側端部材を、アーム部材の基端部が収容されるスペースを有するフレーム状部材により構成したので、高剛性を有する部分にアーム部材を取付けることができ、車輪側からアーム部材に前後左右あるいは上下方向から力が作用しても、これに対して極めて高い剛性を有するサスペンションとなる。しかも、側端部材のスペースを利用してアーム部材を取付けることができ、作業性が向上するのみでなく、アーム部材設計の自由度も拡がる。
請求項3の発明では、前記側端部材として、軸直角断面が「コ」字状又は「L」字状のフレーム状部材を使用すれば、外側にロアアームを設置するスペースができ、ここにロアアームを設置しやすく、サスペンションの組立も容易になるのみでなく、アーム部材設計の自由度も拡がる。また、「ロ」字状をしたフレーム状部材を使用すれば、ロアアームの基端のみをフレーム状部材内に収容すればよく、フレーム状部材の軸直角断面が閉じ構造のものとなり、さらに高剛性の側端部材になる。
請求項4の発明では、サブフレームと車体とを連結する連結部材を側端部材に直接取り付けたので、車輪側からアーム部材を介して伝達されるあらゆる方向から作用する力を、側端部材を介して連結部材、本体部材及び車体に直接伝達することができ、入力の伝達効率が極めて向上し、入力に対する対処が容易になる。また、この入力に対し高剛性の側端部材が一次的に対向した後に、本体部材に伝達されるので、本体部材に関しては、板厚ダウン、断面削減による軽量化を図ることができる。
請求項6の発明では、前記縦壁を、前記アーム部材の基端部を支持する支持点を結ぶ線上若しくはその近傍に位置させたので、前記アーム部材からの入力に縦壁が対抗し、本体部材がより高剛性化される。
請求項7の発明では、本体部材を、平面視矩形状をした成形板により構成したので、大きな面積を有する本体部材であっても無駄なく材料取りでき、コスト的に有利となる。
請求項8の発明では、本体部材を、井桁状の骨組構造をした成形板により構成したので、大きな面積を有する本体部材であっても軽量化できる。
本発明の実施形態に係るサスペンションを示す概略斜視図である。 図1の概略平面図である。 図2の3−3線に沿う概略断面図である。 (A)は図2の4−4線に沿う概略断面図、(B)及び(C)は他の例を示す概略断面図である。 図2の5−5線に沿う概略断面図である。 実施形態の変形例1を示す概略斜視図である。 図6の分解斜視図である。 実施形態の変形例2を示す概略平面図である。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。
図1において、本実施形態に係るサスペンションのサブフレーム1は、フロントサスペンション用であるが、概して、両車輪(図では一方の車輪のみを示す)W間に配置され、比較的大きな面積を有する本体部材2と、この本体部材2の車幅方向両側端部にそれぞれ取付けられた側端部材10と、から構成されている。本体部材2や側端部材10は、連結部材15を介して車体に取付けられるが、このような上下方向に所定の高さを有する連結部材15を使用せず、直接あるいは高さ調節部材などを介して車体側に取付けてもよい。
さらに詳述する。まず、本体部材2は、図1、2に示すように、全体的には平面視略「I」字状をしており、アッパー部材3とロア部材4とから構成されている。
アッパー部材3は、中央に上方に膨出された膨出部が形成され、ロア部材4も周辺機器との関係から多少の凹凸部分が形成されているが、これらアッパー部材3とロア部材4は、基本的には両者ほぼ同じ外形形状をしたもので、板材をプレス成形したものである。つまり、アッパー部材3及びロア部材4は、図2に示すように、ほぼ矩形状の主板部3a,4a(一点鎖線で囲まれた領域)と、この主板部3aより車幅方向両側に設けられたほぼ台形状の側板部3b,4bを有しており、両側板部3b,4bは、車幅方向外方に向かってそれぞれ末広がりに形成されている。このようにすれば、後述する高剛性の側端部材10と本体部材2との接合領域が大きくなり、本体部材2の剛性が高いものとなり好ましい。
アッパー部材3とロア部材4の車幅方向の両側端部3b,4bは、側端部材10の上下面に載置された状態で、溶接あるいはボルトなどの固着手段により連結されている(図4参照)。ただし、このような接合状態ではなく、両側端部3b,4bを折り曲げ、この折り曲げ端部を側端部材10の直立部11に溶接あるいはボルトなどの固着手段により連結してもよい。
一方、アッパー部材3とロア部材4の前後方向の端部3c,4cは、図3(A)に示すように、直角に折り曲げられ、先端部を付き合せることにより縦壁5が形成されている。縦壁5を形成すれば、本体部材2がさらに高剛性化され、しかも、本体部材2が高剛性の側端部材10と縦壁5により取り囲まれることになり、より高剛性のサスペンションとなる。
なお、この縦壁5は、必ずしも直角に折り曲げ、先端部を付き合せて形成しなくてもよく、斜めに傾斜させたものを付き合せて形成してもよく(不図示)、図3(B)に示すL字状に形成したもの、あるいは図3(C)に示すように、先端部が重なり合うようにしたものであってもよい。
特に、この縦壁5を、アーム部材13の基端部を支持する支持点Sを結ぶ線上若しくはこの線の近傍に位置させることが好ましい。このようにすれば、アーム部材13からの入力に縦壁5が対抗することになり、本体部材2がより高剛性化される。
また、本体部材2は、全体的に中空構造となるので、サブフレーム1の全体の軽量化に寄与することになる。なお、縦壁5は、端部3c,4cを折り曲げた状態のままでもよいが、その端面を合致あるいは溶接接合すればより剛性が高まり好ましい。
次に、側端部材10は、図1、2に示すように、高剛性を有するものであって、本体部材2とは独立に形成されている。高剛性の側端部材10を本体部材2とは独立に成形すれば、下記のような種々の利点がある。
所望の剛性を有する側端部材10を容易に形成できる。
サブフレームにおいて、側端部材10が、いわゆる「要」乃至「芯材」として機能することになり、サブフレーム全体の剛性も大幅に向上させることができる。
高剛性の側端部材10間に本体部材2を設けるので、サブフレーム1を形成するに当り、この側端部材10を拠りどころにして形成できる。したがって、サブフレームを登載する車両が、2WDあるいは4WDとか、搭載するエンジンの種類などの違いとか、トレッド違い、あるいは機種ごと、仕向け地毎に異なる要件など、種々の仕様差があっても、サブフレームの各部位を最小限変更するのみで対処したり、部位ごとに板厚や形状をコントロールして部品の共用化が可能となり、容易に仕様差に対処できる。つまり、基本的に両側の側端部材を共用し本体部材の部分のみを変更すればよく、各車両の仕様差を容易に吸収できるサスペンションとなり、結果的に、サスペンションのコスト削減に寄与する。
側端部材10を、車両の前後方向に伸延するように設けると、車両が正面衝突あるいはオフセット衝突などをした場合に、高剛性の側端部材10が車両の前面部分の大幅な変形を防止し、乗員の安全性を高めることもできる。
側端部材10は、高剛性の断面形状を有するものであればどのようなものであってもよいが、例えば、図4(A)〜(C)に示すようなものを使用することができる。つまり、軸直角断面が「コ」字状、「L」字状、あるいは「ロ」字状をしたフレーム状部材を使用することが好ましい。
図4(A)に示すように、軸直角断面コ字状、つまり、直立部11の上下端に水平部12を設けたものにすれば、きわめて剛性の高いものにすることができる。しかも、軸直角断面コ字状に形成したものを、外開き、つまり車幅方向外方側に解放側部分が位置するように配置すれば、このコ字状により生じるスペースを利用して、ここにロアアーム13を設置することができ、作業性が向上するのみでなく、アーム部材設計の自由度も拡がる。
図4(B)に示すように、軸直角断面L字状、つまり、直立部11の上端又は下端に水平部12を設けたものにしても、剛性の高いものにすることができる。この場合も、ロアアーム13を設置するスペースを確保することができるが、本体部材2の下方側の側端部4bは、外方に向かって突出させることが好ましい。
図4(C)に示すように、軸直角断面ロ字状、つまり、フレーム状部材の軸直角断面が閉じ構造のものにすると、ロアアーム13の基端のみをフレーム状部材内に収容すればよく、さらに高剛性の側端部材になる。
なお、ロアアーム13は、サブフレーム1と車輪Wとを連結するもので、側端部材10に上下方向揺動可能に取り付けられているが、このロアアーム13の周辺あるいは車輪Wとの連結部分などは公知に属するため、説明を省略する。
本体部材2と側端部材10は、帯状の板材から打ち抜くことにより材料取りし、これをプレス成形するが、この打ち抜き時に、サブフレーム1で大きな面積を有している本体部材2は、矩形と台形をした部分からなる比較的材料取りしやすい形状であるので、材料取りに無駄が生じることが少なく、コスト的に有利となる。また、側端部材10も折り曲げ成形する前は、略矩形状に材料取りすればよいことから、この側端部材10に関しても材料取りに無駄が生じることがない。
なお、本体部材2と側端部材10を同一の材料を用いて同時に打ち抜き成形してもよいが、より高剛性の側端部材10にするにはそれぞれ別々に成形することが好ましい。
ただし、本体部材2と側端部材10は、必ずしも打ち抜き成形や折り曲げ成形に限定されるものではなく、場合によっては、パイプ状、閉断面構造のものなどを用いて成形してもよい。
図1及び図5に示すように、側端部材10の上面から内側面にかけて、サブフレーム1を車体側と連結する連結部材15が設けられている。連結部材15は、図5に示すように、頂部に、車体側と連結するためのボルトなどが挿通される通孔16が形成され、下部は、外側部分が側端部材10上に載置された状態で溶接され、内方側部分は本体部材2のアッパー部材3を挿通し、ロア部材4に達し、これらアッパー部材3とロア部材4に溶接されている。
したがって、連結部材15は、高剛性の側端部材10に直接取付けられているので、高剛性を有するものとなるのみでなく、車輪側からロアアーム13を介して伝達する、あらゆる方向から作用する力を、側端部材10を介して連結部材15、本体部材2及び車体側に減衰などを生じることなく直接伝達することになるので、入力の伝達効率が極めて向上し、前記力に対する対処が容易になる。また、この力は、高剛性の側端部材10が対抗した後に、連結部材15、本体部材2及び車体側に伝達されるので、本体部材2に関しては、板厚ダウン、断面削減による軽量化を図ることができる。
本実施形態では、連結部材15は、側端部材10上に設置され、側端部材10の直立部11に沿って伸延されているので、高剛性を有するものとなっているが、場合によっては、側端部材10と本体部材2の両者に跨るように載置した状態で溶接してもよく、また、本体部材2のアッパー部材3を挿通した連結部材15の下部が、側端部材10の水平部12の下面まで伸延された状態で溶接してもよい。
連結部材15は、サスペンションを車体に直接連結するものであるが、軽量化のために、プレス成形部品を組み合わせ、相互に溶接することにより形成した中空状部材により構成されている。ただし、これのみでなくパイプを用いて形成してもよい。
次に、本実施形態の製造及び作用を説明する。
本実施形態のサブフレームを製造するに当っては、まず、帯状をした長尺な板材から本体部材2のアッパー部材3及びロア部材4用の板材をプレス装置により打ち抜き、材料取りする。この場合、本体部材2は、材料取りしやすい形状であるので、無駄が生じにくく、コスト的にきわめて有利である。なお、プレス装置を用いることなく、シートハイドロなどによりアッパー部材3及びロア部材4を一体化した中空断面形状に成形してもよいことはいうまでもない。
次に、アッパー部材3及びロア部材4用の板材はプレス成形される。両者は合体され、合わせ面が溶接されて本体部材2とされる。ただし、車両により、アッパー部材3若しくはロア部材4のいずれか一方のみでも十分剛性を有する場合には、一方のみを使用してもよい。
側端部材10は、本体部材2とは別の板材を使用し、この板材から略矩形状に打ち抜く。この場合も側端部材10用の板材は、略矩形状をしているので、本体部材2と同様材料取りに無駄が生じることがない。この板材は、軸直角断面がコ字状、L字状あるいはロ字状にプレス成形し長尺なフレーム状部材とする。なお、この場合も、プレス装置を用いることなく、シートハイドロなどにより成形してもよいことはいうまでもない。
そして、側端部材10を本体部材2の両側端部に面接触させ、溶接あるいはボルトなどの固着手段により側端部材10を本体部材2に強固に連結する。
最後に、連結部材15を、側端部材10に、場合によっては、連結部材15を側端部材10と本体部材2の合わせ部分に跨るように設置し、溶接する。
この結果、本実施形態のサブフレーム1では、全ての部材が高剛性の側端部材10に取り付けられた状態になるので、サブフレーム1全体としても剛性の高いものとなる。
このようにして成形されたサブフレーム1は、エンジンルーム内にセットされ、連結部材15を車体側と連結すると共に、ロアアーム13を側端部材10に取り付けると、セットが完了する。なお、ロアアーム13は、側端部材10に直接取り付けられる場合や別体のブラケットを介して取り付けられる場合もある。
そして、車輪Wからロアアーム13などを介してサブフレーム1に対し前後左右あるいは上下というあらゆる方向から種々の力あるいはモーメントがサブフレーム1に加わる。例えば、走行中での車輪Wの上下動に伴う上下方向からの力、あるいは制動を掛けることによる前後方向からの力、操舵するときに生じる車体の捩じれに伴うモーメントなどがサブフレーム1には加わる。このような力は、一時的には側端部材10により作用するが、連結部材15を介して車体側や本体部材2に直接伝達されることになる。したがって、この入力は、途中で減衰したり他の部材に作用することがなく、極めて効率よく伝達されることから、本体部材2の板厚や、断面を削減することができ、本体部材2の軽量化に寄与する。
<変形例1>
図6は実施形態の変形例1を示す概略斜視図、図7は図6の分解斜視図である。なお、図1〜図5に示す部材と共通する部材には同一符号を使用し、説明は省略する。
上述した本体部材2は、平面視略「I」字状をしたものであるが、図6に示すように、平面視略矩形状をしたアッパー部材3とロア部材4とから構成してもよい。
アッパー部材3は、中央の主板部3dと、両側端の傾斜板部3eと、前後の端板3cが一体に成形され、前方側から正面視すれば中高状を呈している。なお、主板部3dは上面が平坦に形成され、ここにステアリングギアボックスなどが取り付けられる。
ロア部材4は、図7に示すように、中央の平坦な主板部4dと、この主板部4dの周縁より下り傾斜された傾斜部4eと、傾斜部4eの周縁に立設された端板4cとを有し、このロア部材4も中高状に形成されている。アッパー部材3とロア部材4は、最中合わせされた後、アッパー部材3の前後の端板3cとロア部材4の端板4bが全周に渡って溶接されている。
このように本体部材2を平面視略矩形状とすれば、先の実施形態よりもさらに材料取りにより無駄が生じることがなくなる。
この変形例1でも、前後方向に高剛性の縦壁5が形成されることになり、高剛性の側端部材10とも相俟って、極めて剛性の高いサブフレームとなる。さらにアッパー部材3とロア部材4を最中合わせしたものにより構成すれば、さらに縦壁5の剛性を高いものにすることができ、中空であるため、サブフレーム1の軽量化にも寄与する。
上述した実施形態の場合と同様、高剛性が得られる場合には、必ずしもアッパー部材3とロア部材4の両者を使用しなくてもよく、いずれか一方のみであってもよく、また、両者を用いる場合であっても、アッパー部材3とロア部材4の周囲を溶接しなくてもよい。さらに、中高状でなくてもよいことはいうまでもない。
側端部材10は、上述した実施形態と同様であるが、側端部材10の先端には、図6に示すように、いわゆるクラッシュバー20を取り付けてもよい。取り付けは、直接的でもよく、場合によってはブラケットを介して行ってもよい。クラッシュバー20は、前面衝突時の外力を吸収する機能を有するものであるため、中空の棒材により構成しているが、中実であってもよい。このようにすればより安全性の高い小型車量にすることができる。クラッシュバー20は、図6に示すように、2本のクラッシュバー20の先端部分を連結板21により相互に連結してもよい。このようにすれば、クラッシュバー20の強度がさらに向上することになり好ましい。
側端部材10の前端にクラッシュバー20を取付けると、クラッシュバー20は極めて剛性の高いものにより支持されることになり、しかも側端部材10は、例えば、前面衝突時では、力が作用する方向に長軸を有していることになるので、かなり大きな衝撃力でクラッシュバー20が変形しても、側端部材10がこれに対抗し、車室などに悪影響を及ぼすことない。また、場合によっては、クラッシュバー20の変形により衝突エネルギ吸収量をコントロールすることもできる。
なお、このようなクラッシュバー20は、前述した実施形態あるいは後述の変形例2にも適用することができることはいうまでもない。
<変形例2>
図8は、変形例2の平面図である。なお、図1〜図5などに示す部材と共通する部材には同一符号を使用し、説明は省略する。上述した本体部材2は、平面視略「I」字状あるいは矩形状をしたものであるが、本発明は、これのみでなく、図8に示すように、井桁状の骨組構造をした成形板により構成してもよい。このようにすれば、大きな面積を有する本体部材2であっても軽量化できる。
本体部材2は、上述したものと同様、井桁状の骨組構造をした成形板を2枚最中合わせしてもよいが、パイプ状部材P1、P2を使用し、側端部材10間に設けてもよい。
本変形例2では、前述した実施形態における縦壁5に相当するものはないが、パイプ状部材P2を、アーム部材13の基端部を支持する支持点Sを結ぶ線上若しくはその近傍に位置させて設置することが好ましい。このようにすれば、アーム部材13からの入力にパイプ状部材P2が対抗することになり、本体部材2がより高剛性化される。
本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の技術的思想内において当業者により種々変更が可能である。例えば、上述した実施形態は、側端部材10は車体に対して独立に設けられているが、場合によっては、側端部材10の軸方向後端部側を車体補強用構造部材(いわゆるメンバー)に取り付けるかあるいはその近傍に配置してもよい。一般的に車両には、車室の前方において車幅方向に伸延する極めて剛性の高い車体補強用構造部材が設置されている。このような高剛性の車体補強用構造部材に側端部材10を直接又は間接的に取り付けるか、あるいは前面衝突により側端部材10が後方移動したときに前記車体補強用構造部材に当接乃至衝突するように配置してもよい。
また、本体部材2と側端部材10とを相互に面接触させて固定しているが、これのみでなく、側端部材10に受け座を設け、この受け座により本体部材2を支持してもよい。
本発明は、サスペンションに使用されるサブフレームに好適に利用できる。
1…サブフレーム、
2…本体部材、
3…アッパー部材、
4‥ロア部材、
5‥縦壁、
10…側端部材、
11…直立部、
12…水平部、
13…アーム部材、
15…連結部材、
S…支持点、
W…車輪。

Claims (7)

  1. 車輪に連結されるアーム部材の基端部を支持するサスペンションのサブフレームであって、前記車輪間に配置される本体部材と、当該本体部材とは独立に高剛性を有するように成形された側端部材と、を有し、当該側端部材が車両の前後方向に伸延するように前記本体部材の車幅方向両側端部に取り付けられ
    前記本体部材は、車幅方向に伸びる一対の部材を有し、前記一対の部材のうちの少なくとも一方の前後方向端部を折り曲げることにより車幅方向に伸びる縦壁を有することを特徴とするサスペンションのサブフレーム。
  2. 前記側端部材は、前記アーム部材の基端部が収容されるスペースを有するフレーム状部材により構成したことを特徴とする請求項1に記載のサスペンションのサブフレーム。
  3. 前記フレーム状部材は、直立部の上下端に水平部を有する軸直角断面が「コ」字状、直立部の上端又は下端に水平部を有する軸直角断面が「L」字状、軸直角断面が閉じ構造の「ロ」字状をしたものの内、いずれかにより構成したことを特徴とする請求項2に記載のサスペンションのサブフレーム。
  4. 前記側端部材に、車体側と連結する連結部材を直接取り付けたことを特徴とする請求項1に記載のサスペンションのサブフレーム。
  5. 前記縦壁は、前記各側端部材に設けられた、前記アーム部材の基端部を支持する支持点を結ぶ線上に位置させたことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のサスペンションのサブフレーム。
  6. 前記本体部材は、平面視矩形状をした成形板により構成したことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のサスペンションのサブフレーム。
  7. 前記本体部材は、井桁状の骨組構造をした成形板により構成したことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のサスペンションのサブフレーム。
JP2010188776A 2009-12-28 2010-08-25 サスペンションのサブフレーム Active JP5084883B2 (ja)

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