JP5589970B2 - 車体前部構造 - Google Patents

Description

この発明は、車体前端部とサスペンションクロスメンバとを車両前後方向に連結するサブフレームを有する車体前部構造に関する。

乗用車等の車両の車体前部構造において、車両の前端部下方で車幅方向に延びるフロントエンドクロスメンバと、フロントエンドクロスメンバの後方で車両の幅方向に延びてサスペンションアーム部材を支持するサスペンションクロスメンバとの間に、車両の前後方向に延びる左右一対のサブフレームを設け、サブフレームの前端をそれぞれフロントエンドクロスメンバ等の骨格部材に連結し、かつ、サブフレームの後端をサスペンションクロスメンバに連結したものが知られている。このような構成とすることで、車両の衝突時における衝突荷重をサブフレームを介して車両後方側へ効率よく分散して伝達できるようにしている。

ところで、特許文献１に開示されている車体前部構造のように、車両の前後方向に延びる左右一対のサブフレームの後端が、サスペンションクロスメンバ（サスペンションフレーム）の左右両端にあるアーム支持部に溶接等によって固定されているものがある。これは、車両前方からサブフレームを介して入力される衝突荷重をサスペンションクロスメンバだけでなく、より剛性の高いサスペンションアーム部材で受けることができるようにしたものである。すなわち、剛性の高いサスペンションアーム部材を荷重伝達部材として活用することで、より効率よく衝突荷重を分担させることができる構成となっている。なお、このようなサブフレームは、前方から入力される大きな衝突荷重を支えて確実に車両後方側の部材に伝達できるように強い剛性や強度を有している。

一方、車両の前部には、車両の牽引時あるいは船積み時等にタイダウン用ワイヤロープ等の車両固定部材を掛けることができるように、フック等の牽引支持部材が設けられている。車両の状況によっては、この牽引支持部材に大きな牽引荷重（引張りの荷重）が入力することが想定されるため、例えば、特許文献２のように牽引支持部材をサブフレームの前端付近に配置したものがある。このような構成とすることにより、牽引支持部材に入力する荷重をサブフレームを介してサスペンションクロスメンバ等の車体骨格部材でも分担して支持できるようにしている。

特開２００９−５１４４０号公報 特許第３６１０９３３号公報

ところで、特許文献１のようにサブフレームの後端がサスペンションクロスメンバの両端のアーム支持部に溶接された構造において、サブフレームの前端部付近に牽引支持部材を設けた場合、車両を牽引する際などにサブフレームに入力する引っ張りの荷重がサスペンションクロスメンバのアーム支持部に入力されることとなる。このため、過大な引っ張り荷重が入力されたりするとアーム支持部が変形したり、取付けが弛んだりする可能性があり、場合によっては、サスペンション機能に影響を与える恐れが懸念される。

もちろん、牽引支持部材を別の部位に配置することで、アーム支持部への影響を少なくする構成をとることもできるが、そのような場合は、牽引支持部材の取付け部を補強するなどの対策が必要となり、コストや重量が増加してしまうという問題があった。

また従来から、サブフレームは、強い剛性や強度を維持するために構造や部材が大きくなる傾向にあった。そのため特許文献１に開示された車体前部構造を採用するには、コストや重量の点で不利となるため、改善の余地があった。

従ってこの発明は、サブフレームを介して入力される牽引荷重がクロスメンバのアーム支持部に影響を与えることを抑制でき、かつ、簡単な構成で剛性を小さくしたサブフレームであっても万一の衝突の際にはサブフレームを介して確実に衝突荷重をサスペンションアーム部材側に伝えることができる車体前部構造を提供することにある。

本発明は、車両の前端部下方に配置されて車幅方向に延びるフロントエンドクロスメンバと、前記フロントエンドクロスメンバより車両後方側に配置されて車両の幅方向に延びるサスペンションクロスメンバと、前記サスペンションクロスメンバの車幅方向両端部に形成されたアーム支持部にブッシュ部材を介して取付けられたサスペンションアーム部材と、前記フロントエンドクロスメンバとサスペンションクロスメンバとの間で車両の前後方向に延びて両者に連結されるサブフレームとを有する車体前部構造において、前記サブフレームがブラケット部材を介して前記サスペンションクロスメンバのアーム支持部近傍に連結される。前記ブラケット部材は、延長壁部と連結部と側壁部とを具備している。前記延長壁部は、前記アーム支持部よりも車幅方向外側に延設されるとともに前記サスペンションアーム部材の前面と隙間を存して対向するよう配置され、車両前方からの衝突荷重により変形した状態において前記サスペンションアーム部材に当接する。前記連結部は、前記延長壁部の前方で前記サブフレームの後端と連結され、前記延長壁部が前記サスペンションアーム部材に当接した状態で下方側に変形される。前記側壁部は、前記連結部に対し車両幅方向内側にオフセットした位置において前記サスペンションクロスメンバに固定されて当該ブラケット部材を片持ち支持する。

本発明の１つの実施形態のブラケット部材は、前記アーム支持部の前記ブッシュ部材の前方に間隔を空けて縦壁状に配置される前壁部と、該前壁部から車幅方向外側に延設されて前記サスペンションアーム部材の前面と隙間を存して対向する前記延長壁部と、該延長壁部の下縁部から前方に延設されて前記サブフレームの後端と連結される前記連結部と、前記前壁部から車幅方向内側に延設されて前記サスペンションクロスメンバに溶接により固定される前記側壁部とを具備している。

本発明の実施形態において、前記前壁部の下方に、前記連結部と連続して車両前側に突出するフランジ部が設けられ、該フランジ部の先端が下方に傾斜した形状をなしていてもよい。また前記前壁部に、前記ブッシュ部材の軸の前端と対向する位置に開口が形成されていてもよい。また、前記サブフレームの前端付近に牽引支持部材が設けられていてもよい。

本発明によれば、車両の牽引時等に牽引支持部材からサブフレームに入力する引っ張りの荷重がブラケット部材の延長壁部を介して弾性的にサスペンションクロスメンバに伝達されるため、牽引荷重によってアーム支持部が変形したり取付けが弛んだりするなどの影響を受けることが抑制される。

また、万一の衝突の際には、サブフレームに入力する衝突荷重によってブラケット部材の延長壁部がサスペンションアーム部材に当接することにより、サブフレームを介して入力する衝突荷重をサスペンションアーム部材側に伝達することができる。しかも前記ブラケット部材は、サブフレームからの衝突荷重の入力により、延長壁部がサスペンションアーム部材に当接した後、前記連結部が下方側に折れ曲がるとともに後方側に移動するように変形されるので、サスペンションクロスメンバおよびサスペンションアーム部材側への荷重の伝達が「押し」から「引っ張り」へと変化する。そのため、サブフレームが中間部分で折れるのを抑制することができる。したがって、従来のものよりも剛性を小さくしたサブフレームを採用したとしても確実に衝突荷重をサスペンションアーム部材側に伝達できるので、コストや重量の低下に貢献することができる。

本発明の１つの実施形態に係る車両の車体前部の斜視図。 図１に示された車体前部のクロスメンバとサブフレーム等の平面図。 図１に示された車体前部の一部を上方から見た斜視図。 図２中のＦ４−Ｆ４線に沿う車体前部の断面図。 図１に示された車体前部に使用されるブラケット部材の斜視図。 （Ａ）〜（Ｂ）は、それぞれ図１に示された車体前部に衝突荷重が入力したときの変形の進行状態を模式的に示す側面図。

以下に本発明の１つの実施形態に係る車体前部構造について、図１から図６を参照して説明する。
図１は、車両の車体前部１０を下側から見た斜視図である。図２は車体前部１０の下部構造を上方から見た平面図である。図２において、矢印Ｘで示す方向が車両の前後方向であり、矢印Ｙで示す方向が車両の幅方向（車幅方向）である。

図１，図２に示すように、この車体前部１０は、車両の前後方向に延びる左右一対のサイドメンバ１１，１２と、車両の幅方向に延びるバンパビーム１３およびフロントエンドクロスメンバ１４と、車両の幅方向に延びるサスペンションクロスメンバ（サスペンションフレーム）２０と、車両の前後方向に延びてフロントエンドクロスメンバ１４とサスペンションクロスメンバ２０とを連結する左右一対のサブフレーム２１，２２などを含んでいる。

フロントエンドクロスメンバ１４は、車両の前端部下方において車幅方向に延設され、その両端部がそれぞれブラケット２３（図１に示す）を介して左右のサイドメンバ１１，１２に結合されている。

サブフレーム２１，２２は、フロントエンドクロスメンバ１４とサスペンションクロスメンバ２０との間で車両の前後方向に延びる長尺な板状の部材である。これらサブフレーム２１，２２は、車両前側に位置する前端２１ａ，２２ａが、フロントエンドクロスメンバ１４に連なるブラケット２３に固定され、車両後側に位置する後端２１ｂ，２２ｂがサスペンションクロスメンバ２０にブラケット部材５５，５６を介して固定されている。前記ブラケット２３のサブフレーム２１，２２の前端２１ａ，２２ａが固定される付近には牽引支持部材２４が設けられている。

サスペンションクロスメンバ２０は、車両の上方に延びる一対の支持部材３０，３１によって、サイドメンバ１１，１２（図１に示す）に支持されている。サスペンションクロスメンバ２０の左右両端部には、フロントサスペンションの一部をなすサスペンションアーム部材（ロアアーム）３５，３６が設けられている。

サスペンションクロスメンバ２０は、車両の幅方向に延びるクロスメンバ本体２０ａと、クロスメンバ本体２０ａの左右両側から一体で延設された前側のアーム支持部４０と、後側のアーム支持部４１とを備える。前側のアーム支持部４０は、車幅方向外側斜め前方に延設され、後側のアーム支持部４１は、車幅方向外側斜め後方に延設されている。

サスペンションアーム部材３５，３６は、これら、前側のアーム支持部４０と後側のアーム支持部４１とによって、上下方向に回動可能に支持されている。サスペンションアーム部材３５，３６のそれぞれの先端部３５ａ，３６ａには図示しないナックル部材が設けられ、ナックル部材を介して前輪４５（図１に一方のみ示す）が支持されるようになっている。

クロスメンバ本体２０ａの左右両側にある前側のアーム支持部４０には、ブッシュ取付部材５０，５１が設けられている。そして、アーム支持部４０のブッシュ取付部材５０，５１の近傍に、サブフレーム２１，２２がそれぞれ結合されるブラケット部材５５，５６が設けられている。ブッシュ取付部材５０，５１およびブラケット部材５５，５６は、いずれも溶接によりサスペンションクロスメンバ２０に結合されている。

図３と図４は、サスペンションクロスメンバ２０の一方の端部とサブフレーム２１との連結部を示している。図５は、ブラケット部材５５の斜視図である。サスペンションクロスメンバ２０の他方の端部とサブフレーム２２との連結部も同様の構成であるため、これ以降はサスペンションクロスメンバ２０の一方の端部にあるアーム支持部４０とサブフレーム２１との連結部を代表して説明する。

図３，図４に示すように、ブッシュ取付部材５０がクロスメンバ本体２０ａのアーム支持部４０に溶接されている。符号Ｗ１，Ｗ２はその溶接部を示している。ブッシュ取付部材５０の内側には、サスペンションアーム部材３５に設けられたブッシュ部材６０（図４に示す）が回動可能に取付けられている。ブッシュ部材６０は、ブッシュ取付部材５０に軸方向（軸６４）が車両の前後方向を向くように取付けられている。ブッシュ部材６０は、軸６４が挿通される内筒６１と、サスペンションアーム部材３５に連結された外筒６２と、内筒６１と外筒６２の間で両者に接合された弾性部材６３などを有している。ブッシュ取付部材５０にナット６５が固定されている。ブッシュ部材６０は、ボルトの形態をとる軸６４が内筒６１の内側に挿入されてナット６５に螺合されることにより、ブッシュ取付部材５０に取付けられる。

図３，図５に示すように、サスペンションクロスメンバ２０のアーム支持部４０にブラケット部材５５が設けられている。ブラケット部材５５は、中央部に円形の開口９０が形成された前壁部７１と、前壁部７１から車両の幅方向内側に位置する側壁部７４と、前壁部７１の上側に位置する上壁部７２と、前壁部７１の車幅方向外側に位置する延長壁部７３と、延長壁部７３の前方に位置してサブフレーム２１の後端２１ｂが固定される連結部７０などを含んでいる。

前壁部７１は、アーム支持部４０のブッシュ取付部材５０の前方に間隔を空けて縦壁状に配置されている。具体的には、この前壁部７１はブッシュ部材６０の軸方向前方に縦壁状に配置され、開口９０がブッシュ部材６０の軸６４の前端６４ａ（図４に示す）に対して車両前方に対向する位置となるよう形成されている。そして、この開口９０から、レンチ等の回転用工具９１（図３に示す）を挿入することにより、ボルトの形態をとる軸６４を回転させることができるようになっている。

延長壁部７３は、前壁部７１から車幅方向外側に延びて、サスペンションアーム部材３５の前方に配置されている。すなわち、延長壁部７３は、アーム支持部４０に対して車幅方向外側にずれた（変位した）位置とされている。この延長壁部７３は連結部７０の車両後側に位置し、サスペンションアーム部材３５の前面３５ｂに対して隙間Ｇを存して向かい合っている。

連結部７０は、延長壁部７３の下縁部から車両前方に向ってフランジ状に延設されている。連結部７０には、締結部材８５を挿入する孔８６（図５に示す）が形成されており、この連結部７０に、サブフレーム２１の後端２１ｂがボルトとナット等の締結部材８５によって固定されている。

すなわち、ブラケット部材５５は、アーム支持部４０より車幅方向外側で、サスペンションアーム部材３５の前面と隙間Ｇだけ空けた前方の位置においてサブフレーム２１と連結されている。

上壁部７２は、前壁部７１の上縁部から車両後方側に延びてブッシュ取付部材５０の上方に配置されている。
側壁部７４は、前壁部７１からアーム支持部４０（クロスメンバ本体２０ａ）の前面に沿って前記ブッシュ取付部材５０およびブッシュ部材６０よりも車幅方向内側に延設されている。

そして上壁部７２と側壁部７４が、それぞれ第１の溶接部８１と第２の溶接部８２とでサスペンションクロスメンバ２０側に溶接により固定されている。第１の溶接部８１は上壁部７２の車両後側の端縁に設けられ、ブッシュ取付部材５０に溶接されている。第２の溶接部８２は側壁部７４の車両内側の端縁に設けられ、クロスメンバ本体２０ａの前面に溶接されている。

これら溶接部８１，８２は、図２に示すように車両の上方から見て、連結部７０を通る車両前後方向の線分Ｍに対し、車両の幅方向の内側に外れた位置（オフセットした位置）に設けられている。このように、ブラケット部材５５は、車幅方向内側に位置する上壁部７２と側壁部７４とでクロスメンバ本体２０ａに片持ち状態で支持されており、車幅方向外側に位置する連結部７０と延長壁部７３とがサブフレーム２１からの入力に対してある程度弾性変形できるように構成されている。

さらにこのブラケット部材５５の前壁部７１には、開口９０の下方に連結部７０に連なるフランジ部９５が形成されている。図４に示されるようにフランジ部９５は、前壁部７１の下端縁から車両前側に突出し、その先端９５ａが下方に傾斜した形状をなしている。フランジ部９５をこのような形状にすることにより、連結部７０の前方から衝突荷重が入力したときに、フランジ部９５により、連結部７０が下方（図４に矢印Ｒで示す方向）に曲がるよう導かれる。すなわち、連結部７０と連続するフランジ部９５を下方側に傾斜させた形状とすることで、衝突荷重が入力された際に連結部７０が下方側に変形するようにしてサブフレーム２１の後端２１ｂが下方側に変位するよう積極的に導く構成としている。ブラケット部材５５の側壁部７４には、ブッシュ取付部材５０の溶接部Ｗ２（図３に示す）との干渉を避けるための縦長の開口９６が形成されている。

以下に、前記構成の車体前部構造の作用について説明する。
車両の牽引時などに、牽引支持部材２４に車両前後方向の荷重が入力すると、サブフレーム２１に引っ張りの荷重が入力する。このためブラケット部材５５の連結部７０には、サブフレーム２１を介して引っ張りの荷重（牽引荷重）が入力する。この荷重は連結部７０を介してブラケット部材５５の延長壁部７３に入力する。

図２に示すように、ブラケット部材５５の溶接部８１，８２は、連結部７０を通る車両前後方向の線分Ｍに対して車体幅方向にオフセットした位置にてサスペンションクロスメンバ２０側に溶接されている。このため延長壁部７３は、いわば片持ちの状態でサスペンションクロスメンバ２０側に支持されている。

このためサブフレーム２１を介してブラケット部材５５に牽引荷重が入力されると、ブラケット部材５５の延長壁部７３側が弾性変形することで、サスペンションクロスメンバ２０のアーム支持部４０への入力を緩衝する。したがってアーム支持部４０やブッシュ取付部材５０およびボルト締結部等への影響を抑制することができる。仮に、過剰な牽引荷重が入力された場合は、ブラケット部材５５が大きく変形することで荷重を減少させることができるので、アーム支持部４０に過大な荷重が入力されるのを防止することができる。したがって、アーム支持部４０やブッシュ取付部材５０が変形してサスペンション機能に悪影響を及ぼすこともない。

図６の（Ａ）〜（Ｄ）は、万一、車両前方から衝突荷重が入力したときにサブフレーム２１とブラケット部材５５とが変形する様子を模式的に示している。図６の（Ａ）は、衝突前のサブフレーム２１と、サスペンションアーム部材３５と、ブラケット部材５５を示している。ブラケット部材５５の延長壁部７３とサスペンションアーム部材３５の前面３５ｂとの間に、隙間Ｇが存在している。

図６の（Ｂ）に示すように、車両前方から衝突荷重が加わると、比較的曲げ剛性の小さい延長壁部７３が車両後方に曲がることにより、延長壁部７３がサスペンションアーム部材３５の前面３５ｂに衝突する。すなわちこのブラケット部材５５は、車両前方からの衝突荷重が入力した初期の状態においてサスペンションアーム部材３５に当接して荷重を伝達している。

図６の（Ｃ）に示すように衝突が進むと、ブラケット部材５５の連結部７０が車両下方側に変形した後、車両後側に折り返された状態となる。同時にサブフレーム２１は、その後端２１ｂが連結部７０とともに車両下方側に変位されつつ後方側に移動し、その後端２１ｂが車両前側に折り返された状態に屈折される。つまりブラケット部材５５は、延長壁部７３がサスペンションアーム部材３５に当接した状態において連結部７０が車両後側に折り返されるよう構成され、サブフレーム２１は、その後端２１ｂが連結部７０に追従して屈曲変形されるよう構成されている。

なお、前記したようにブラケット部材５５のフランジ部９５は、先端９５ａが斜め下方を向いた形状となっているため、前方からの衝突荷重が入力したときに、フランジ部９５が矢印Ｒ（図４に示す）方向に曲がりやすくなっている。このためブラケット部材５５が所望の方向（矢印Ｒで示す方向）に安定して曲がることができ、図６の（Ｃ）に示すようにブラケット部材５５を所望の形状に変形させることができる。

このように連結部７０とサブフレーム２１の後端２１ｂとが変形されることで、サブフレーム２１から入力される衝突荷重のサスペンションアーム部材３５への伝達を圧縮による伝達から引っ張りによる伝達に変えることができる。これにより、衝突途中で早期にサブフレーム２１が中間部分で折れ曲がることを抑制することができる。

そして、図６の（Ｄ）に示すように衝突がさらに進むと、サブフレーム２１の長手方向の一部１０４が下に凸の形状に曲がった状態となる。

以上説明したように本実施形態の車体前部構造によれば、車両の牽引時等にサブフレーム２１から入力される引っ張りの荷重をブラケット部材５５を介して弾性的にサスペンションクロスメンバ２０（アーム支持部４０）に伝達することができるため、牽引荷重によってアーム支持部４０やブッシュ取付部材５０が変形したりブッシュ部材６０の取付け（軸６４）が弛んだりするなどサスペンション機能に与える影響を抑制することができる。したがって、サブフレーム２１がアーム支持部４０近傍に結合される場合であっても、牽引支持部材２４に入力する引っ張りの荷重を問題なくサブフレーム２１を介してサスペンションクロスメンバ２０に分担させることができるため、フロントエンドクロスメンバ１４等に設ける牽引支持部材２４のための補強部品の数を減らすことができる。さらに、サスペンションクロスメンバ２０に対するサブフレーム２１の取付け剛性が低減されることで、サスペンションクロスメンバ２０から車体側への振動伝達が減り、車室内への振動の影響を小さくすることができる。

また、万一の衝突時には、サブフレーム２１の長手方向に加わる圧縮の荷重がサブフレーム２１とブラケット部材５５を介してサスペンションアーム部材３５に入力することにより、衝突荷重を車体側に伝えることができる。しかもブラケット部材５５が変形して、サブフレーム２１を下方側に変位させ、サスペンションクロスメンバ２０およびサスペンションアーム部材３５側への荷重の伝達を圧縮から引っ張りへと変化させるので、サブフレーム２１が衝突途中で図６（Ｄ）の状態のように折れるのを抑制することができる。したがって、従来よりも剛性を小さくしたサブフレーム２１を採用したとしても確実に衝突荷重をサスペンションアーム部材３５側に伝達できるので、コストや重量の低下に貢献することができる。

なお本発明を実施するに当たり、フロントエンドクロスメンバやサスペンションクロスメンバ、サスペンションアーム部材、サブフレーム、ブラケット部材などの具体的な形状をはじめとして、車体前部構造を構成する各要素の形状や配置等の具体的な態様を種々に変更して実施できることは言うまでもない。

１０…車体前部、１４…フロントエンドクロスメンバ、２０…サスペンションクロスメンバ、２１，２２…サブフレーム、２４…牽引支持部材、３５，３６…サスペンションアーム部材、４０…アーム支持部、５０，５１…ブッシュ取付部材、５５，５６…ブラケット部材、６０…ブッシュ部材、７０…連結部、７１…前壁部、７３…延長壁部、７４…側壁部、Ｇ…隙間、８１，８２…溶接部、９０…開口、９５…フランジ部。

Claims (5)

1. 車両の前端部下方に配置されて車幅方向に延びるフロントエンドクロスメンバと、
   前記フロントエンドクロスメンバより車両後方側に配置されて車両の幅方向に延びるサスペンションクロスメンバと、
   前記サスペンションクロスメンバの車幅方向両端部に形成されたアーム支持部にブッシュ部材を介して取付けられたサスペンションアーム部材と、
   前記フロントエンドクロスメンバと前記サスペンションクロスメンバとの間で車両の前後方向に延びて両者に連結されるサブフレームとを有する車体前部構造において、
   前記サブフレームがブラケット部材を介して前記サスペンションクロスメンバのアーム支持部近傍に連結され、
   前記ブラケット部材は、
   前記アーム支持部よりも車幅方向外側に延設されるとともに前記サスペンションアーム部材の前面と隙間を存して対向するよう配置され、車両前方からの衝突荷重により変形した状態において前記サスペンションアーム部材に当接する延長壁部と、
   前記延長壁部の前方で前記サブフレームの後端と連結され、前記延長壁部が前記サスペンションアーム部材に当接した状態で下方側に変形される連結部と、
   前記連結部に対し車両幅方向内側にオフセットした位置において前記サスペンションクロスメンバに固定されて当該ブラケット部材を片持ち支持する側壁部と、
   を具備したことを特徴とする車体前部構造。
2. 前記ブラケット部材は、前記アーム支持部の前記ブッシュ部材の前方に間隔を空けて縦壁状に配置される前壁部と、該前壁部から車幅方向外側に延設されて前記サスペンションアーム部材の前面と隙間を存して対向する前記延長壁部と、該延長壁部の下縁部から前方に延設されて前記サブフレームの後端と連結される前記連結部と、前記前壁部から車幅方向内側に延設されて前記サスペンションクロスメンバに溶接により固定される前記側壁部とを具備したことを特徴とする請求項１に記載の車体前部構造。
3. 前記前壁部の下方に、前記連結部と連続して車両前側に突出するフランジ部が設けられ、該フランジ部の先端が下方に傾斜した形状をなしていることを特徴とする請求項２に記載の車体前部構造。
4. 前記前壁部には、前記ブッシュ部材の軸の前端と対向する位置に開口が形成されたことを特徴とする請求項２または３に記載の車体前部構造。
5. 前記サブフレームの前端付近に牽引支持部材が設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の車体前部構造。

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