JP5603722B2 - 車体フレーム構造 - Google Patents

Description

本発明は、フロントサイドフレームに設けたキックアップ部に入力される衝撃荷重を分散させるようにした車体フレーム構造に関する。

従来、車体前部にエンジンを搭載するフロントエンジンタイプの車両では、エンジンが収容されるエンジンルームに、前後方向へ延出する一対のフロンサイドフレームが、フロントホイールエプロンに沿って対向配設されている。このフロントサイドフレームの後部はキックアップ部を有しており、このキックアップ部が、エンジンルームとキャビン（車室）とを区画するトーボードに接合されて後方斜め下方へ延出されている。

又、トーボードの後端に連結されているフロアパネルの底面の車幅方向左右には、前後方向へ延出する一対のフロアサイドフレームが接合されており、このフロアサイドフレームの先端にキックアップ部の後端が連結されている。更に、このトーボードには車幅方向に沿ってトーボードリンフォースが配設されており、このトーボードリンフォースの両端がサイドシルに連結されている。

又、一対のフロントサイドフレームの先端間はバンパビーム等のクロスメンバで連結されており、前面衝突時の衝撃荷重は、このクロスメンバから左右のフロントサイドフレームに伝達される。すると、フロントサイドフレームの先端部が軸圧潰により変形して大きな衝撃エネルギを吸収すると共に、衝撃荷重をフロントサイドフレームに連続するフロアサイドフレームやトーボードリンフォースを介してサイドシル及びフロントピラー等のサイドストラクチャへ分散させることで、キャビンの変形を阻止し乗員を保護する。

上述したように、フロントサイドフレームの後端に設けられているキックアップ部はキックボードに沿って斜め下方へ屈曲されてフロアレームに連結されているため、フロントサイドフレームの前部とフロアサイドフレームとの間に高低差が生じている。その結果、前面衝突時の衝撃荷重がフロントサイドフレームからフロアサイドフレームに伝達されるに際しては、このキックアップ部の両端の屈曲部にサイドフレームからの荷重とフロアサイドフレームからの反力とが作用して、曲げモーメントが発生する。この曲げモーメントにより、例えば、キックアップ部の前端側が屈曲されると、それに連続するフロントサイドフレーム前部が上方へせり上げられるように変形してしまい衝撃荷重の伝達が阻害されてしまう不都合が生じる。

この対策として、上述した特許文献１では、フロントサイドフレームのキックアップ部を廃止し、それに変えて、三方へ分岐する分岐フレーム部を設け、この分岐フレームの１つをフロントピラー下部に連結し、他の１つをトーボードに形成されているトンネルに連結し、残りの１つをサイドシルの前端部に連結することで、前面衝突時の衝撃荷重を三方へ分散させる技術が開示されている。

この文献に開示されている技術では、前面衝突時にフロントサイドフレームに入力された衝撃荷重が分岐フレームを介して三方へ分散されるため、当該衝撃荷重を効率よく減衰させることができる。

特開２００８−２２２１８５号公報

しかし、上述した文献に開示されている技術では、フロントサイドフレームのキックアップ部を廃止したため、これに連結されるフロアサイドフレームも省略されている。従って、既存の車体フレーム構造に対して適用することができず、汎用性に欠ける問題がある。

一方、既存の車体フレーム構造に、上述した文献に開示されている分岐フレームを取付けた場合、分岐フレームにより衝撃荷重が分散されるため、キックアップ部上端側の屈曲部に作用する曲げ応力は軽減されるが、キックアップ部からフロアサイドフレーム側に伝達される衝撃荷重によりキックアップ部下端側の屈曲部に曲げ応力が発生する。

この対策としては、キックアップ部下端側の屈曲部内にリンフォース部材をスポット溶接等により接合させて、剛性を高めることが考えられる。しかし、この屈曲部にリンフォース部材を溶接することで補強しただけでは、衝撃荷重を分散させることができず、当該衝撃荷重を効率よく減衰させることができない問題がある。

本発明は、上記事情に鑑み、既存の車体フレーム構造に対して適用が可能で汎用性に優れるばかりでなく、フロントサイドフレームに入力された衝撃荷重をキックアップ部から後方へ逃がすに際し、当該衝撃荷重を分散させて効率よく減衰させることのできる車体フレーム構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明は、エンジンルームとキャビンとを区画して後端がフロアパネルに連続されていると共に、車幅方向略中央にセンタートンネルが形成されているトーボードと、前記エンジンルームの車幅方向両側に配設された一対のサイドフレーム本体及び該各サイドフレーム本体の後部に連続すると共に前記トーボードの下部側に形成された傾斜面に対して前記センタートンネルを挟んで対称な位置に接合されて前記フロアパネル方向へ延在するキックアップ部を有するフロントサイドフレームを備える車体前部構造において、前記サイドフレーム本体の前記キックアップ部に連続する部分と前記センタートンネルの上部内壁との間が第１サブフレームを介して連結され、前記キックアップ部の外側面と後方のサイドシルの前端縁との間が第２サブフレームを介して連結され、前記キックアップ部と前記センタートンネルの下端縁との間が第３サブフレームを介して連結され、前記サイドシルに前記トーボードの両端が接合されていることを特徴とする。

本発明によれば、キックアップ部と、センタートンネルのトーボードから屈曲された稜部との間をサブフレームを介して連結したので、既存の車体フレーム構造に対して適用が可能で高い汎用性を得ることができるばかりでなく、フロントサイドフレームに入力された衝撃荷重をキックアップ部から後方へ逃がすに際し、サブフレームにより衝撃荷重をセンタートンネル側へ分散させて効率よく減衰させることができる。

車体前部のフレーム構造を示す正面斜視図 車体前部及びフロアのフレーム構造を示す鳥瞰斜視図 車体前部及びフロアのフレーム構造を示す要部断面斜視図 車体前部及びフロアのフレーム構造を示す仰視斜視図 図４のV-V断面図 車体前部及びフロアのフレーム構造を示す底面図 車体前部及びフロアのフレーム構造を示す断面側面図 図７のVIII−VIII断面図

以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。図中の符号１はフロントエンジンタイプ車両の車体前部であり、この車体前部１が、車幅方向に延在するトーボード２によってエンジンルーム３とキャビン４とに区画されている。尚、以下の説明において、「接合」と記載されている場合、その接合方法は、特に、明記しない限りスポット溶接を代表とする溶接手段を用いた溶着によって行われるものとする。

トーボード２は、その左右両側縁が、車体を構成する左右のフロントピラー５に接合され、上端縁がトーボード２に沿って車幅方向へ延在するバルクヘッド６に接合されている。又、トーボード２の両側には、ホイールハウスのキャビン４側への膨出されたホイールハウス後部９ａが一体形成されている。尚、後述するように、エンジンルーム３側のホイールハウス（ホイールハウス前部９ｂ）はホイールエプロン９に一体形成されており、ホイールハウス後部９ａとホイールハウス前部９ｂとが接合されて、前輪の上部を覆うアーチ状のホイールハウスが形成される。

又、トーボード２の下部であって、左右に形成されているホイールハウス後部９ａ間に、斜め後方下方に向かって傾斜する傾斜面２ａが形成され、この傾斜面２ａの下端から後方へ平坦面２ｂが形成され、この平坦面２ｂの後端縁にフロアパネル７の前端縁が接合されている。図２に示すように、この平坦面２ｂの車幅方向両側は、ホイールハウス後部９ａの下端縁部に沿ってサイドシル８側へ延出されて、このサイドシル８に接合されている。更に、このフロアパネル７の両側がサイドシル８に接合されている。尚、図示しないがフロントピラー５の下端部もサイドシル８に接合されている。

一方、エンジンルーム３の側壁を形成する左右のホイールエプロン９の後端がトーボード２の両側端部にそれぞれ接合されている。このホイールエプロン９は、前輪（図示せず）の上方を覆うアーチ状のホイールハウス前部９ｂが形成されていると共に、サスペンション（図示せず）のストラット上部を支持するストラットタワー９ｃが形成されている。このストラットタワー９ｂは、エンジンルーム３の比較的後部に配設されていると共に、エンジンルーム３の車幅方向内側に張り出されている。

更に、ホイールエプロン９の下端が、左右に配設された互いに対向する一対のフロントサイドフレーム１２に接合されている。このフロントサイドフレーム１２は、サイドフレーム本体１２ａと、このサイドフレーム本体１２ａの後端に連続されているキックアップ部１２ｂとを有している。各サイドフレーム本体１２はホイールエプロン９の下端縁に沿って前後方向へ延設されている。尚、図においては省略しているが、左右に配設されているホイールエプロン９の先端がラジエータパネル１３を介して連結されている。一方、両サイドフレーム本体１２ａの先端間が、ラジエータパネル１３の前方に横設されているバンパビーム等のフロントクロスメンバ１４を介して連結されている。

又、キックアップ部１２ｂはトーボード２の傾斜面２ａに沿って下方へ屈曲され、その後端部がトーボード２の平坦面２ｂに沿って後方へ延出され、その後端に、フロアパネル７の底面に接合されているフロアサイドフレーム１５の前端が接合されている。尚、このフロアサイドフレーム１５の後端部は、車体後部に配設されているリヤサイドフレーム（図示せず）に接合されている。

又、図２〜図８に示すように、トーボード２の車幅方向の中央部にセンタートンネル１６がブレス加工により膨出形成されており、その後端縁がフロアパネル７の車幅方向中央に形成されているフロアトンネル１７の前端縁に接合されている。図２に示すように、フロントサイドフレーム１２のキックアップ部１２ｂは、センタートンネル１６を挟んで左右方向に対称な位置に配設されていると共に、センタートンネル１６の開口部に近接する位置からトーボード２の傾斜面２ａに沿ってほぼ直線的に下方へ延出されている。

又、このキックアップ部１２ｂの後端に、トーボード２とフロアパネル７との接合部付近で連結されているフロアサイドフレーム１５は、先端部側がフロアトンネル１７の両側に次第に近接するように配設され、中途部以降がフロアトンネル１７に近接された状態で、このフロアトンネル１７に沿って後方へ延出されている。

又、トーボード２は、下部トーボード部１８と上部トーボード部１９との二部品で構成されている。トーボード２を加工するに際しては、予め下部トーボード部１８と上部トーボード部１９との二部品が一体化されているテーラードブランク材をプレス加工して形成し、或いは、下部トーボード部１８と上部トーボード部１９とを個別に加工した後、接合することで一体化するようにしている。

図２に示すように、下部トーボード部１８に傾斜面２ａ、平坦面２ｂ、センタートンネル１６が形成され、又、上部トーボード部１９にホイールハウス後部９ａが形成されている。下部トーボード１８には、車種間で共通する孔部や取付部が形成され、一方、上部トーボード部１９には、車種毎に異なる部品の貫通孔や取付け孔、取付ブラケット等が形成されている。これにより、下部トーボード部１８を共用化することができる。すなわち、上部トーボード１９には、アクセルペダルやブレーキペダルをそれぞれ支持する各ブラケット、ブレーキペダルに連設して踏力をアシストするマスタバッグ、及びエアコンダクトの貫通孔（何れも図示せず）等、車種毎に相違するレイアウトを有する部材が配設されていると共に、ステアリングシャフトを貫通させるシャフト貫通孔（図示せず）等の貫通孔が所定に穿設されている。一方、下部トーボード部１８には、共用可能な貫通孔、ブラケット等のみが設けられている。

又、下部トーボード部１８は、前面衝突の際にフロントサイドフレーム１２からの衝撃荷重を伝達するキックアップ部１２ｂが接合されて衝撃荷重を受ける部位であり、しかも、当該衝撃荷重をサイドシル８、フロントピラー５等のサイドストラクチャ側へ分散させる機能を持たせているため、通常板厚の上部トーボード部１９よりも厚い板厚を有している。下部トーボード部１８の板厚を厚くすることで、車幅方向に沿って延在するトーボードリンフォースを省略することが可能となる。

又、図４、図５に示すように、サイドフレーム本体１２ａの後端部、すなわち、このサイドフレーム本体１２ａのキックアップ部１２ｂに連続する部分とセンタートンネル１６の上部内壁との間が第１サブフレーム２１を介して連結されている。第１サブフレーム２１の前部は断面ハット状に曲げ形成され、サイドフレーム本体１２ａ後部の上面及び内側面（左右のサイドフレーム本体１２ａの対向面）に重畳されて接合されている。更に、この第１サブフレーム２１のサイドフレーム本体１２ａの上面に当接されている部位側の端縁がホイールエプロン９の側壁及び上部トーボード部１９に沿う形状に形成されて、ホイールエプロン９の側壁及び上部トーボード部１９に接合されている。更に、この第１サブフレーム２１のセンタートンネル１６に臨まれている後部が断面ハット形に形成されて、センタートンネル１６に沿って前後方向に延出され、その側縁部（ハット形断面のフランジ部）がセンタートンネル１６の上部内壁に沿って接合されている。

又、図６、図８に示すように、キックアップ部１２ｂの外側面と後方のサイドシル８の前端縁との間が第２サブフレーム２２を介して連結されている。この第２サブフレーム２２は断面口形に形成されており、その先端部がキックアップ部１２ｂの外側面に接合されている。更に、この第２サブフレーム２２の中途がホイールハウス９ａの下端縁に沿って屈曲形成されて接合されている。又、この第２サブフレーム２２の後端縁がサイドシル８の前端縁に延出されて接合されている。

更に、キックアップ部１２ｂとセンタートンネル１６の下端縁との間が第３サブフレーム２３を介して連結されている。すなわち、図４〜図８に示すように、この第３サブフレーム２３の外側が、キックアップ部１２ｂの下部側（キックアップ部１２ｂの中途から下部側のフロアサイドフレーム１５との接合部付近にかけて）の底面及び内側面（両左右のキックアップ部１２ｂの下部の対向面）に重畳され、この重畳された部位が接合されている。又、この第３サブフレーム２３の他側が下部トーボード部１８の傾斜面２ａから屈曲されたセンタートンネル１６の稜部１８ａに沿い、この稜部１８ａに近接する位置に端縁が接合されている。

更に、第３サブフレーム２３であってキックアップ部１２ｂの底面に重畳されている部位にサスペンション装置のサスペンションアーム２４が支持されている。尚、図５の符号２５は、フロアパネル７に固設されるリヤクロスメンバであり、このリヤクロスメンバ２５にトランスミッションマウントユニット２６を介して、図示しないトランスミッションの後部が載置支持される。

次に、このような構成による本実施形態の作用について説明する。車両が前面衝突すると、その衝撃荷重が、バンパビーム等のフロントクロスメンバ１４を介して、このフロントクロスメンバ１４の両側に連結されている左右のフロントサイドフレーム１２のサイドフレーム本体１２ａに入力され、その衝撃荷重の一部は、サイドフレーム本体１２の先端部が圧潰することにより吸収され、残りの衝撃荷重がサイドフレーム本体１２ａの後端に連結されているキックアップ部１２ｂの方向へ伝達される。

その際、サイドフレーム本体１２ａのキックアップ部１２ｂに連続する屈曲部分とセンタートンネル１６の上部内壁との間が第１サブフレーム２１を介して連結されており、更に、キックアップ部１２ｂの外側面とサイドシル８の前端縁との間が第２サブフレーム２２を介して連結されているため、キックアップ部１２ｂに伝達される衝撃荷重は、両サブフレーム２１，２２によってセンタートンネル１６の上部内壁、及びサイドシル８側に分散され、センタートンネル１６、及びサイドシル８を伝って後方へ逃がされて減衰される。その結果、キックアップ部１２ｂに伝達される衝撃荷重が減少される。

その際、第１サブフレーム２１が、センタートンネル１６の上部内壁に沿って前後方向に延在された状態で接合されているため、この接合部分が閉断面となり、前後方向への荷重に対する剛性が高くなるため、サイドフレーム本体１２ａからの荷重をセンタートンネル１６に確実に伝達させることができる。

ところで、サイドフレーム本体１２ａとフロアサイドフレーム１５とは高低差を有しているため、サイドフレーム本体１２ａからの衝撃荷重がフロアサイドフレーム１５へ伝達される際に、サイドフレーム本体１２ａの後端とキックアップ部１２ｂとの間の屈曲部に変形を与えるような曲げモーメントが生じ易く、この屈曲部が変形するとサイドフレーム本体１２ａからキックアップ部１２ｂ側に衝撃荷重が伝達され難くなる。

しかし、本実施形態では、サイドフレーム本体１２ａの後部の屈曲部位より手前に第１、第２サブフレーム２１、２２を接合して衝撃荷重を分散するようにしたので、屈曲部にかかる曲げ応力が小さくなり、サイドフレーム本体１２ａとキックアップ部１２ｂとの間の曲げ変形が防止され、サイドフレーム本体１２ａからキックアップ部１２ｂ側へ（両サブフレーム２１，２２により分散されなかった残りの）衝撃荷重をスムーズに伝達させることができる。

又、衝撃荷重がキックアップ部１２ｂからフロアサイドフレーム１５に伝達される際に、このキックアップ部１２ｂの後端の屈曲部に曲げ変形が生じやすくなるが、この屈曲部の手前に第３サブフレーム２３の一側が接合されているため、衝撃荷重が分散されて当該屈曲部にかかる曲げ応力が小さくなり、屈曲部に生じる曲げ変形を有効に防止することができる。

更に、この第３サブフレーム２３の他端が下部トーボード部１８の傾斜面２ａとセンタートンネル１６とで形成された稜部１８ａに沿って配設されているため、キックアップ部１２ｂの下部に伝達された衝撃荷重の一部が、第３サブフレーム２３からセンタートンネル１６の稜部１８ａに分散される。この場合、センタートンネル１６の稜部１８ａはキックアップ部１２ｂに対して車幅方向内側に配設されているため、衝撃荷重により曲げモーメント（トルク）が発生するが、第３サブフレーム２３によりキックアップ部１２ｂと稜部１８ａとが一体化されるため、曲げ変形が生じることはない。そして、このセンタートンネル１６の稜部１８ａに伝達された荷重は、これに連続するフロアトンネル１７の稜部に伝達されて後方へ逃がされて減衰される。センタートンネル１６、及びフロアトンネル１７は、下部トーボード部１８、及びフロアパネル７をプレス加工により形成しているため、稜部１８ａ、及びフロアトンネル１７の稜部は高い剛性を有しており、これらの稜部に連続するセンタートンネル１６、及びフロアトンネル１７の壁面を伝って衝撃荷重を後方へ逃がして効率よく減衰させることができる。

このように、本実施形態では、センタートンネル１６、及びフロアトンネル１７の壁面を骨格として機能させて、第３サブフレーム２３からセンタートンネル１６の稜部１８ａに伝達された衝撃荷重を後方へ逃がすようにしたので、構造の簡素化が実現されると共に、キャビン４の変形を有効に防止することができる。

更に、トーボード２を下部トーボード部１８と上部トーボード部１９とに二分割し、衝撃荷重を伝達するキックアップ部１２ｂを下部トーボード部１８に接合すると共に、この下部トーボード部１８の板厚を厚くして、その両側をサイドシル８に接合するようにしたので、キックアップ部１２ｂからの衝撃荷重が下部トーボード部１８に分散されても、変形することなく、サイドシル８側へ逃がすことができる。そのため、前面衝突時におけるトーボード２の変形を防止することができる。

又、第３サブフレーム２３には、サスペンションアーム２４が取付けられて集約されているため、サスペンションアームを取付ける部材を省略することができ、構造の簡素化を実現することができる。

更に、上部トーボード部１９に車種毎に異なる部品の取付け孔、取付ブラケット及び貫通孔を穿設し、下部トーボード部１８には車種間で共通する部品の取付け孔、取付ブラケット、貫通孔を形成することで、下部トーボード１８の共通化が実現でき、製造及び組み立てコストの低減を図ることができる。

又、キックアップ部１２ｂ両端の屈曲部にかかる曲げ応力を、第１〜第３サブフレーム２１〜２３にて低減するようにしたので、当該屈曲部の曲げ変形が防止されると共に、衝撃荷重を車体後方へ効率よく逃がすことができる。

尚、車種によっては車重が増加して屈曲部の強度が不足する場合が考えられる。このような場合は、屈曲部内にリンフォース部材を適宜追加することで対応すれば良い。従って、本実施形態では、フロントサイドフレーム１２に第１〜第３サブフレーム２１〜２３を外付けした構造を基本とし、車体強度に応じてリンフォース部材を適宜追加することができるため、高い汎用性を得ることができる。

又、第１〜第３サブフレーム２１〜２３をフロントサイドフレーム１２とセンタートンネル１６、サイドシル８との間に外付けした構造であるため、既存の車両に対しても適用することができ、より高い汎用性を得ることができる。

更に、本実施形態では、サイドシル８の前端縁が第２サブフレーム２２に接合されていると共に、このサイドシル８に板厚の厚い下部トーボード部１８の両端が接合されているため、当該部位に接合されている、サイドストラクチャを構成するフロントピラー５の補強を簡略化しても充分に剛性を保証することができる。

１…車体前部、
２…トーボード、
２ａ…傾斜面、
３…エンジンルーム、
４…キャビン、
８…サイドシル、
１２…フロントサイドフレーム、
１２ａ…サイドフレーム本体、
１２ｂ…キックアップ部、
１５…フロアサイドフレーム、
１６…センタートンネル、
１７…フロアトンネル、
１８…下部トーボード部、
１８ａ…稜部、
２１…第１サブフレーム、
２２…第２サブフレーム、
２３…第３サブフレーム、

Claims (3)

1. エンジンルームとキャビンとを区画して後端がフロアパネルに連続されていると共に、車幅方向略中央にセンタートンネルが形成されているトーボードと、
   前記エンジンルームの車幅方向両側に配設された一対のサイドフレーム本体及び該各サイドフレーム本体の後部に連続すると共に前記トーボードの下部側に形成された傾斜面に対して前記センタートンネルを挟んで対称な位置に接合されて前記フロアパネル方向へ延在するキックアップ部を有するフロントサイドフレームを備える車体前部構造において、
   前記サイドフレーム本体の前記キックアップ部に連続する部分と前記センタートンネルの上部内壁との間が第１サブフレームを介して連結され、
   前記キックアップ部の外側面と後方のサイドシルの前端縁との間が第２サブフレームを介して連結され、
   前記キックアップ部と前記センタートンネルの下端縁との間が第３サブフレームを介して連結され、
   前記サイドシルに前記トーボードの両端が接合されている
   ことを特徴とする車体フレーム構造。
2. 前記第３サブフレームの一側が前記キックアップ部の下部側に接合されている
   ことを特徴とする請求項１記載の車体フレーム構造。
3. 前記トーボードが下部トーボード部と上部トーボード部とに分割され、該下部トーボード部が前記上部トーボード部よりも厚い板厚で形成され、前記下部トーボード部に前記センタートンネルが形成されていると共に前記キックアップ部が接合されている
   ことを特徴とする請求項１〜２の何れか１項に記載の車体フレーム構造。

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