JP5669595B2 - 車両の車体前部 - Google Patents

Description

本発明は、車室の床の前に設けたサブフレームから車両正面近傍まで衝撃吸収用のビームを延ばした車両の車体前部に関するものである。

車体前部には、車両の正面に第１衝撃吸収部、この下に第２衝撃吸収部を設けたものがある。
この車体前部は、前輪に沿うフロントサイドフレームの先端に設けた第１衝撃吸収部、フロントサイドフレームの下位に配置したエプロンロアメンバ（ビーム）の先端に設けた第２衝撃吸収部によって、車両前方からの衝撃を吸収することができるというものである（例えば、特許文献１参照）。

しかし、従来技術（特許文献１）は、フロントサイドフレームの下位に配置したエプロンロアメンバ（ビーム）の衝撃吸収量が小さくなることがある。
すなわち、エプロンロアメンバに入力された衝撃（荷重）は、エプロンロアメンバからエプロンロアメンバの根本を接続しているサスペンションフレーム（サブフレーム）に一直線に伝わるため、エプロンロアメンバの座屈強度が大きく、エプロンロアメンバは衝撃を十分吸収することができない。
また、車両正面に入力される衝撃を十分に吸収することができないと、車体前部の前後の長さ（クラッシャブルゾーン）を長くする必要がある。

特開２００９−５１４４０号公報

本発明は、車両の正面に入力された衝撃（荷重）を吸収し、車体前部の前後の長さ（クラッシャブルゾーン）を短縮した車両の車体前部を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するために、請求項１に係る発明は、車両の車室に連続する車体前部の左右のフロントサイドフレームに車室の床の前に配置され左右に延びるサブフレームを取付けた車体前部において、サブフレームから車体前部の正面枠部まで延びるサイドビームを有し、サイドビームは、車両の前方へ向くサブフレームの前壁に接合し、中央に車両の下方に下げた湾曲部を形成して、湾曲部に連ねて水平直線部とした下部緩衝ビーム部材と、水平直線部及び正面枠部に接合し車両の正面からの入力で圧縮変形する衝撃吸収部材とからなり、衝撃吸収部材は、閉断面形状で、車両の上方へ向く平板状の天部と、天部に接合され車両の下方へ膨出した略Ｕ字形の溝部とからなり、衝撃吸収部材の内側に下部緩衝ビーム部材を挿入し接合したことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、衝撃吸収部材の上面を正面枠部の下面に結合していることを特徴とする。

請求項３に係る発明では、衝撃吸収部材は、車両側面視、車両前後に延びて、下部緩衝ビーム部材の湾曲部より車両上方に配置されていることを特徴とする。

請求項４に係る発明では、サブフレームは、前壁と、前壁に連なり左右の端部にサスペンション装置のロアアームを支持している前アーム連結部を有し、前アーム連結部を設けた前壁に下部緩衝ビーム部材の後部を結合していることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、サイドビームは、車両の前方へ向くサブフレームの前壁に接合し、中央に車両の下方に下げた湾曲部を形成して、湾曲部に連ねて水平直線部とした下部緩衝ビーム部材と、水平直線部及び正面枠部に接合し車両の正面からの入力で圧縮変形する衝撃吸収部材と、からなるので、車両の正面に衝撃（荷重）が入力されると、まず衝撃吸収部材が圧縮変形することによって衝撃（荷重）を吸収する。続いて、下部緩衝ビーム部材は、中央からＶ字状に屈曲するので、衝撃を吸収する。その結果、サブフレームの前方で衝撃を吸収することができ、車体前部の前後の長さを短縮することができ、結果的に、車両の全長を短くすることができる。
また本発明では、衝撃吸収部材は、閉断面形状で車両の上方へ向く平板状の天部と、天部に接合され車両の下方へ膨出した略Ｕ字形の溝部とからなり、衝撃吸収部材の内側に下部緩衝ビーム部材を挿入し接合したので、衝撃吸収部材に衝撃（荷重）が入力されると、閉断面形状を形成している天部と溝部の接合代部は剥離し始める。
従って、衝撃吸収部材をより確実に圧縮変形させることができる。

請求項２に係る発明では、衝撃吸収部材の上面を正面枠部の下面に結合しているので、車両の正面に衝撃（荷重）が入力されると、上面を有する衝撃吸収部材の天部に伝わり、天部を優先的に圧縮するように衝撃吸収部材は圧縮変形する。
従って、より確実に衝撃吸収部材を衝撃吸収部材の軸方向に圧縮変形させることができる。

請求項３に係る発明では、衝撃吸収部材は、車両側面視、車両前後に延びて、下部緩衝ビーム部材の湾曲部より車両上方に配置されているので、衝撃吸収部材の圧縮変形に続いて下部緩衝ビーム部材が変形し始めるときに、下部緩衝ビーム部材は、その上面を谷折りするように確実に座屈し始めるという利点がある。

請求項４に係る発明では、サブフレームは、前壁と、前壁に連なり左右の端部にサスペンション装置のロアアームを支持している前アーム連結部を有し、前アーム連結部を設けた前壁に下部緩衝ビーム部材の後部を結合しているので、衝撃（荷重）は下部緩衝ビーム部材から前壁に伝達され、さらに、ロアアーム前連結端、ロアアーム後連結端、後アーム連結部に順に伝わる。そして、後アーム連結部に一体に連なる後締結部に伝わると、後締結部の変形によって、衝撃を吸収することができる。

ロアアームは、サブフレームの左右の端部に比べ強度が大きいため、前アーム連結部から後アーム連結部までの間は変形し難く、車体に結合している後締結部に変形が起き始める。

また、後締結部から車体（車室の床の前部）に衝撃（荷重）が伝わるので、車室の床の前部に衝撃（荷重）を分散させることができる。

本発明の実施例に係る車両の概要を示す断面図である。 右下から見た車体前部の斜視図である。 車体前部の分解斜視図である。 下から見た車体前部の左部の下面図である。 実施例に係るサブフレーム、サイドビームの斜視図である。 サブフレームの平面図である。 サブフレームの左で、（ａ）は詳細図、（ｂ）は分解図である。 実施例に係る正面枠部、サブフレーム、サイドビームの斜視図である。 実施例に係るサイドビームを取り外した状態を示す斜視図である。 図８の１０−１０線断面図である。 図８の１１矢視図である。 図８の１２−１２線断面図である。 正面枠部に取付けるサイドビームの斜視図である。 図９の１４矢視図である。 図９の１５−１５線断面図である。 図９の１６−１６線断面図である。 実施例に係る車体前部の衝撃を吸収する機構を説明する図である。 図１７（ｂ）の１８−１８線断面図である。 車体前部の衝撃を吸収する機構を説明する図で、（ａ）は衝撃を入力する前の斜視図、（ｂ）は（ａ）のｂ矢視図、（ｃ）は衝撃を入力した後の斜視図、（ｄ）は（ｃ）のｄ矢視図である。

以下、本発明の実施の形態について、実施例で詳細に説明する。

車両１１は、図１〜図３に示すように、実施例に係る車体前部１２を採用している。
車体前部１２は、車体１４のフロントボデーであり、サブフレーム１５を備える。このサブフレーム１５および左右のフロントサイドフレーム１６、１７にエンジン１８を載せ、前サスペンション装置２１を支持している。

ここで、車両１１前後方向をＸ軸方向、車両１１左右方向（車幅方向）をＹ軸方向、車両１１上下方向をＺ軸方向とする。
左右は、運転手を基準とし、運転席に座って正面を見た状態で、運転手の右が右とする。

エンジン１８は、図１、図５、図６に示すように、既存の横置（Ｙ軸方向）きで、右に配置したエンジン本体２３と、エンジン本体２３に接続し左に配置した変速装置２４を有する。
前サスペンション装置２１は、図５、図６、図９に示す通り、マクファーソンストラット式で、前輪２６（図１）を支持するロアアーム２７と、このロアアーム２７に下端を取付け立設したダンパー（ストラット）２８と、を備える。

ロアアーム２７は、既存のもので、鉄（鋼）またはアルミニウム合金を用いた鋳造品（中実）であり、鋼板を用いたサブフレーム１５に比べ強度が大きい。
そして、サブフレーム１５に連結するロアアーム前連結端３１と、ロアアーム後連結端３２と、前輪２６を支持したダンパー２８の下端を連結する先端リンク部３３と、を備える。なお、ダンパー２８の上端を車体前部１２のダンパーハウジング３４(図２)に締結する。

車体前部（フロントボデー）１２は、左右のフロントサイドフレーム１６、１７、このフロントサイドフレーム１６、１７の先端に取付けた正面枠部（バルクヘッド）３７、フロントサイドフレーム１６、１７に立設したダンパーハウジング３４と、を備える。

フロントサイドフレーム１６、１７は、図１〜図４に示すように、ほぼ水平なフレーム本体３８と、フレーム本体３８から後方下方（矢印ａ１の方向）に下がり傾斜したフロントフロアフレーム４１と、を有する。
フロントフロアフレーム４１の中央に設けた前フレーム締結部４３、後部に設けた後フレーム締結部４４に下方からサブフレーム１５を締結し、フロントフロアフレーム４１を床（アンダボデー）４５に一体的に接合している。

アンダボデー４５は、図２に示す通り、フロントフロアパネル４６の左右の端を左右のサイドボデー４７、４８のサイドシル５１に接合している。

また、フロントフロアパネル４６と、フロントフロアパネル４６の左右の中央に設けたトンネル部５２と、図２〜図４に示すフロントフロアフレーム４１から延びるフロアセンタフレーム５４、フロアフレーム５５、アウトリガー５６と、を備える。
これらフロアフレーム５５の後端、アウトリガー５６の外端を左右のフロントサイドフレーム１６、１７の後方でサイドシル５１に接合している。

フロントサイドフレーム１６、１７はまた、フレーム本体３８の前部を前衝撃吸収部５８とし、この前衝撃吸収部５８にバンパ装置６１のバンパビーム６２を取付けている。
前衝撃吸収部５８はバンパビーム６２に入力された衝撃（荷重）を直接吸収する。

バンパビーム６２は、前衝撃吸収部５８の先端に直接締結したものである。すなわち、バンパビーム６２に入力された衝撃（荷重）を吸収するものをフロントサイドフレーム１６、１７との間に介在させていない。

前衝撃吸収部５８の車両１１内側には正面枠部（バルクヘッド）３７を取付けている。
正面枠部（バルクヘッド）３７は、左右のフロントサイドフレーム１６、１７に立設したフロントサイドバルクヘッド６４、フロントサイドバルクヘッド６４の上部に接合したバルクヘッドアッパフレーム６５、フロントサイドバルクヘッド６４の下部に接合したフロントバルクヘッドロアクロスメンバ６６を備える。６８はフロントバルクヘッドロアクロスメンバ６６に接合した足払いプレートである。

次に、車体前部１２の主要構成を図１〜図１６で説明する。
車体前部１２は、車両１１の車室７１に連続する車体前部１２の左右のフロントサイドフレーム１６、１７に車室７１の床（アンダボデー）４５の前に配置され左右に延びるサブフレーム１５を取付けた。

そして、サブフレーム１５から車体前部１２の正面枠部３７まで延びるサイドビーム７４を有する。
サイドビーム７４は、車両１１の前方へ向くサブフレーム１５の前壁７５に接合し、中央に車両１１の下方に下げた湾曲部７６を形成して、湾曲部７６に連ねて水平直線部７７とした下部緩衝ビーム部材７８と、水平直線部７７及び正面枠部３７に接合し車両１１の正面７９からの入力で圧縮変形する衝撃吸収部材８１と、からなる。

衝撃吸収部材８１の上面８２（図９、図１２）を正面枠部３７の下面８３（図１１、図１２）に結合している。
衝撃吸収部材８１は、車両側面視（図１、図１７（ａ）の視点）、車両１１前後に延びて、下部緩衝ビーム部材７８の湾曲部７６より車両上方（図１７の距離α）に配置されている。

サブフレーム１５は、前壁７５と、前壁７５に連なり左右の端部にサスペンション装置（前サスペンション装置）２１のロアアーム２７を支持している前アーム連結部８５を有する。
前アーム連結部８５を設けた前壁７５に下部緩衝ビーム部材７８の後部８６（図９）を結合している。

また、衝撃吸収部材８１は、閉断面形状（図１５、図１６）で、車両１１の上方へ向く平板状の天部８８(図１４〜図１６)と、天部８８に接合され車両１１の下方へ膨出した略Ｕ字形の吸収フレーム部９１と、からなる。
衝撃吸収部材８１の内側に下部緩衝ビーム部材７８を挿入し接合した（図９、図１２、図１５）。

また、サブフレーム１５は、ロアアーム２７を支持している後アーム連結部９４と、サブフレーム１５の上部９５にエンジン１８へ向けて設けたエンジン当て部９６と、エンジン当て部９６から後アーム連結部９４までの間（図５の連続部９７）に設けられ、フロントサイドフレーム１６、１７に締結する後締結部９８と、を備えている（図５、図６）。

さらに、フロントサイドフレーム１６、１７は、後締結部９８を締結したフレーム締結部（後フレーム締結部）４４に車両１１の左右（Ｙ軸方向）へ分岐している分岐部１０２を接続している（図２、図４）。

さらに、サブフレーム１５は、車両１１平面視（図６の視点）、左右（Ｙ軸方向）に延びる横メンバー１０３と、横メンバー１０３の左右の端部からそれぞれＹ字状に前後に分かれることで形成された一方の前枝メンバー１０４、他方の後枝メンバー１０５と、を備える。

そして、後枝メンバー１０５に後アーム連結部９４が形成され、後アーム連結部９４とエンジン当て部９６との間に配置され、且つ、後枝メンバー１０５から車両１１後方へ向け突出した枝部１０６に後締結部９８が形成されている。

次に、車体前部１２を詳しく説明していく。
車体前部１２は、既に述べた下部緩衝ビーム部材７８と、衝撃吸収部材８１と、を有する。

下部緩衝ビーム部材７８は、図１７に示す通り、後部８６よりも水平直線部７７を距離Ｈｆだけ上位に配置している。なお、水平直線部７７に前部１５１（図１２）を含める。
また、図１、図９に示す通り、サブフレーム１５に後部８６を締結する締結ブラケット１５２を有する。
締結ブラケット１５２は、断面Ｕ状で、開口を下方に向け前壁７５に溶接（図１０の溶接部１５４）で接合されている。
後部８６には、ボルト１５５を通して締結力（軸力）を伝える締結力伝達部１５６を形成している。

水平直線部７７は、図１１、図１２、図１４に示す通り、前部１５１を衝撃吸収部材８１内に挿入して、溶接（溶接部１５７）で接合されている。

衝撃吸収部材８１は、図１１、図１４〜図１６に示す通り、短角管状で、天部８８に吸収フレーム部９１のフランジ１６１を重ねてスポット溶接を施し、溶接部１６２（図１４では×印で示した）で接合している。締結力伝達部１６３を形成し、締結力伝達部１６３にボルト１６４を通している。

締結力伝達部１６３の孔にボルト１６４を通して、バルクヘッド下部ブラケット１６７に締結することで、正面枠部（バルクヘッド）３７のフロントバルクヘッドロアクロスメンバ６６に結合している。
より詳しくは、図１２に示す通り、衝撃吸収部材８１の上部１６６がフロントバルクヘッドロアクロスメンバ６６に干渉する位置に配置されている。

「衝撃吸収部材８１の上部１６６」とは、衝撃吸収部材８１の高さＨａの上半分の範囲とする。
「フロントバルクヘッドロアクロスメンバ６６に干渉する」とは、フロントバルクヘッドロアクロスメンバ６６が衝撃（荷重）で後退したときに、バルクヘッド下部ブラケット１６７を挟んで、干渉するということ。

バルクヘッド下部ブラケット１６７は、図１１〜図１３に示すように、天部８８に重ねる重ね締結部１７１が形成され、この重ね締結部１７１に連ね、フロントバルクヘッドロアクロスメンバ６６の後壁１７２、フロントバルクヘッドロアクロスメンバ６６の下面８３に重ねるＬ字状の重ね接合部１７４が形成されている。

ここで、サブフレーム１５の後締結部９８は、図１、図５に示すように、フロントサイドフレーム１６の後フレーム締結部４４内のカラーナット１２２にねじ込んだボルト１９３で締結されている。

次に、実施例に係る車体前部１２の作用を説明する。
車体前部１２の衝撃を吸収する機構を説明する（図４、図１７〜図１９参照）。
車体前部１２では、図１７に示す通り、車両１１の正面７９（図１）に他の自動車など障害物が接触すると、衝撃吸収部材８１が変形することによって、衝撃（荷重）を吸収することができる。

具体的には、図１７（ａ）に示す通り、車両１１の正面７９に障害物が接触し、正面７９に衝撃（荷重）が矢印ｂ１のように入力されると、図１７（ｂ）に示す通り、衝撃吸収部材８１がくの字に折れて変形するので、衝撃（荷重）を吸収することができる。

衝撃吸収部材８１では、軸線方向（Ｘ軸方向）に上部（上半分）１６６（図１２）に衝撃（荷重）が入力されると、偏心した荷重となるため、衝撃吸収部材８１は天部８８を谷折りするように曲がり始める。
そして、図１８に示す通り、スポット溶接の溶接部（ナゲットを含む）１６２（図１４）で接合していないところは、天部８８とフランジ１６１が矢印ｂ２のように離れ、開くので、より確実に衝撃吸収部材８１を折り曲げることができる。

衝撃吸収部材８１の変形に続いて、図１７（ｂ）に示す通り、下部緩衝ビーム部材７８の中央から矢印ｂ３のように折れ曲がるので、衝撃（荷重）を吸収することができる。
下部緩衝ビーム部材７８は、軸線方向（Ｘ軸方向）に水平直線部７７に荷重を入力すると、中央の湾曲部７６に対し上方に偏心しているため、偏心した荷重となり、湾曲部７６から曲がり始める。

このように、車体前部１２では、サブフレーム１５の前方で衝撃を吸収することができ、車体前部１２の前後の長さ（衝撃吸収代(クラッシャブルゾーン））を短縮することができ、結果的に、車両１１の全長を短くすることができる。

また、車体前部１２では、下部緩衝ビーム部材７８が変形しつつ、サブフレーム１５の前壁７５に衝撃（荷重）を伝えると、前壁７５は前アーム連結部８５に衝撃（荷重）を矢印ｂ４のように伝える。

そして、図１９（ｃ）（ｄ）に示す通り、前アーム連結部８５はロアアーム２７に衝撃（荷重）を矢印ｂ５のように伝えるので、ロアアーム２７は後退してサブフレーム１５の後締結部９８を矢印ｂ６のように変形させることによって、サブフレーム１５は衝撃を吸収する。

加えて、フロントサイドフレーム１６内のカラーナット１２２にねじ込んだボルト１９３を曲げることによって、衝撃を吸収する。

さらに、後締結部９８はフロントサイドフレーム１６の後フレーム締結部４４に衝撃（荷重）を矢印ｂ７のように伝えるので、図４に示す通り、後フレーム締結部４４、分岐部１０２はフロアセンタフレーム５４に衝撃（荷重）を矢印ｂ８のように分散し、同時にフロアフレーム５５に矢印ｂ９のように分散することができる。

本発明の車両の車体前部は、自動車に好適である。

１１…車両、１２…車体前部、１５…サブフレーム、１６…左のフロントサイドフレーム、１７…右のフロントサイドフレーム、２１…サスペンション装置（前サスペンション装置）、２７…ロアアーム、３７…正面枠部、４５…床（アンダボデー）、７１…車室、７４…サイドビーム、７５…サブフレームの前壁、７６…湾曲部、７７…水平直線部、７８…下部緩衝ビーム部材、７９…車両の正面、８１…衝撃吸収部材、８２…衝撃吸収部材の上面、８３…正面枠部の下面、８５…前アーム連結部、８６…下部緩衝ビーム部材の後部、８８…天部、９１…吸収フレーム部。

Claims (4)

1. 車両の車室に連続する車体前部の左右のフロントサイドフレームに前記車室の床の前に配置され左右に延びるサブフレームを取付けた車体前部において、
   前記サブフレームから前記車体前部の正面枠部まで延びるサイドビームを有し、
   前記サイドビームは、前記車両の前方へ向く前記サブフレームの前壁に接合し、中央に車両の下方に下げた湾曲部を形成して、該湾曲部に連ねて水平直線部とした下部緩衝ビーム部材と、前記水平直線部及び前記正面枠部に接合し前記車両の正面からの入力で圧縮変形する衝撃吸収部材とからなり、
   前記衝撃吸収部材は、閉断面形状で、車両の上方へ向く平板状の天部と、該天部に接合され車両の下方へ膨出した略Ｕ字形の溝部とからなり、
   前記衝撃吸収部材の内側に前記下部緩衝ビーム部材を挿入し接合した、
   ことを特徴とする車両の車体前部。
2. 前記衝撃吸収部材の上面を前記正面枠部の下面に結合していることを特徴とする請求項１記載の車両の車体前部。
3. 前記衝撃吸収部材は、車両側面視、前記車両前後に延びて、前記下部緩衝ビーム部材の前記湾曲部より車両上方に配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の車両の車体前部。
4. 前記サブフレームは、前記前壁と、該前壁に連なり左右の端部にサスペンション装置のロアアームを支持している前アーム連結部を有し、
   前記前アーム連結部を設けた前記前壁に前記下部緩衝ビーム部材の後部を結合していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の車両の車体前部。

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