JP5734026B2 - 自動車の車体前部構造 - Google Patents

Description

本発明は、前後方向に配置されたフロントサイドフレームが、前側の第１水平部と、後側の第２水平部と、前記第１水平部の後端から後下方に傾斜して前記第２水平部の前端に連なる傾斜部とを備え、前記フロントサイドフレームとその車幅方向外側に前後方向に配置されたサイドシルの前端とがアウトリガーにより接続される自動車の車体前部構造に関する。

自動車のフロントサイドフレームの後部を車幅方向に二股に分岐させ、その一方の分岐部をサイドシルの前端近傍に接続するとともに、その他方の分岐部をフロアトンネルの前端に接続し、更に前記一方の分岐部とサイドシルの前端とを車幅方向に延びるクロスメンバで三角形を構成するように接続したものが、下記特許文献１により公知である。

またフロントサイドフレームが後下方に傾斜する傾斜部の車幅方向外側面を、板金プレス製のアウトリガーを介してサイドシルの前部の車幅方向内側面に接続する構造も従来周知である。

米国特許公開２０１０／７８９７６号明細書

ところで、自動車のフロントサイドフレームの前端に前面衝突の衝突荷重が入力すると、フロントサイドフレームが後下方に傾斜する傾斜部の後端の屈曲部を中心とし、フロントサイドフレームを上向きに折り曲げようと曲げモーメントが作用する。上記特許文献１に記載された発明は、フロントサイドフレームの二股の分岐部で前記曲げモーメントを支持する必要があるため、フロントサイドフレームを補強する必要が生じて重量が増加する問題がある。このとき、曲げモーメントによってフロントサイドフレームの一方の分岐部とサイドシルの前部とクロスメンバとで構成される三角形部分が変形すれば、曲げモーメントに対抗する反力を発生させることができる。しかしながら、前記三角形部分はフロントサイドフレームの傾斜部だけに接続されているため、フロントサイドフレームが傾斜部の後端の屈曲部を中心として折れ曲がっても前記三角形部分は変形せず、よって曲げモーメントに対抗する反力を発生させることができないという問題がある。

またフロントサイドフレームの傾斜部の車幅方向外側面を板金プレス製のアウトリガーを介してサイドシルの前部の車幅方向内側面に接続するものでは、自動車の前面衝突時に前後方向の荷重をアウトリガーの剪断力でサイドシルに伝達し、曲げモーメントをアウトリガーの捩じりでサイドシルに伝達する必要があるが、そのためにアウトリガーを大断面の部材で構成することが必要になって重量が増加する問題がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、重量の増加を最小限に抑えながらフロントサイドフレームからサイドシルへの荷重伝達を効率的に行えるようにす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、前後方向に配置されたフロントサイドフレームが、前側の第１水平部と、後側の第２水平部と、前記第１水平部の後端から後下方に傾斜して前記第２水平部の前端に連なる傾斜部とを備え、前記フロントサイドフレームとその車幅方向外側に前後方向に配置されたサイドシルの前端とがアウトリガーにより接続される自動車の車体前部構造において、前記フロントサイドフレームは、前記傾斜部の後端と前記第２水平部の前端とが屈曲部を介して連なり、前記アウトリガーは、第１中空フレームと第２中空フレームとで構成されて、前記第１中空フレームは、前記サイドシルの前端と前記フロントサイドフレームの前記屈曲部よりも前方の前記傾斜部とに接続されるとともに、前記第２中空フレームは、前記サイドシルの前端と前記フロントサイドフレームの前記屈曲部よりも後方の前記第２水平部とに接続され、前記第１中空フレームと前記第２中空フレームと前記フロントサイドフレームとは、平面視で三角形を構成することを特徴とする自動車の車体前部構造が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記第１中空フレームおよび前記第２中空フレームはダッシュボードロアパネルあるいはフロアパネルに結合されることを特徴とする自動車の車体前部構造が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記第１中空フレームの車幅方向内端に、フロントサブフレームの後部を支持する取付ブラケットを設けたことを特徴とする自動車の車体前部構造が提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、請求項３の構成に加えて、前記取付ブラケットは、前記第１中空フレームの車幅方向内端の下面および前記フロントサイドフレームの下面に結合されることを特徴とする自動車の車体前部構造が提案される。

また請求項５に記載された発明によれば、請求項１ないし４の何れかの構成に加えて、前記第１中空フレームは、台形状の閉断面を有するパイプ材であることを特徴とする自動車の車体前部構造が提案される。

また請求項６に記載された発明によれば、請求項１ないし５の何れかの構成に加えて、前記第２中空フレームは、矩形状の閉断面を有するパイプ材であることを特徴とする自動車の車体前部構造が提案される。

また請求項７に記載された発明によれば、請求項１ないし６の何れかの構成に加えて、前記傾斜部は、前記第１水平部の後端から下向き、且つ車幅方向内向きに屈曲して前記第２水平部の前端に連なっていることを特徴とする自動車の車体前部構造が提案される。

請求項１の構成によれば、前後方向に配置されたフロントサイドフレームと、その車幅方向外側に前後方向に配置されたサイドシルの前端とを接続するアウトリガーが、サイドシルの前端およびフロントサイドフレームの傾斜部に接続される第１中空フレームと、サイドシルの前端およびフロントサイドフレームの第２水平部に接続される第２中空フレームとで構成されるので、自動車の前面衝突による衝突荷重がフロントサイドフレームの前端に入力されたとき、第１、第２中空フレームがフロントサイドフレームからの衝突荷重を軸力でサイドシルに伝達することが可能となり、開断面の板金プレス材でアウトリガーを構成する場合に比べて、アウトリガーの重量を軽減しながら荷重伝達効率を高めることができる。

また、フロントサイドフレームは、傾斜部の後端と第２水平部の前端とが屈曲部を介して連なり、アウトリガーの第１中空フレームはサイドシルの前端とフロントサイドフレームの屈曲部よりも前方の傾斜部とに接続されるとともに、アウトリガーの第２中空フレームは、サイドシルの前端とフロントサイドフレームの屈曲部よりも後方の第２水平部とに接続され、第１中空フレームと第２中空フレームとフロントサイドフレームとが平面視で三角形を構成するので、衝突荷重によってフロントサイドフレームが傾斜部および第２水平部の境界の屈曲部で上向きに折れ曲がるとき、前記屈曲部におけるフロントサイドフレームの折れ曲がりに伴って第１、第２中空フレームのフロントサイドフレームへの接続位置間の距離が減少することで、第１、第２中空フレームとフロントサイドフレームとよりなる三角形が変形して、衝突エネルギーの吸収を行わせることができる。

また請求項２の構成によれば、第１中空フレームおよび第２中空フレームはダッシュボードロアパネルあるいはフロアパネルに結合されるので、それらが相互に補強し合って強度が更に高められる。

また請求項３の構成によれば、第１中空フレームの車幅方向内端にフロントサブフレームの後部を支持する取付ブラケットを設けたので、自動車の前面衝突時にフロントサブフレームに入力された衝突荷重を取付ブラケットを介して第１中空フレームに伝達し、かつフロントサイドフレームを経て第２中空フレームに伝達することができる。

また請求項４の構成によれば、取付ブラケットは第１中空フレームの車幅方向内端の下面およびフロントサイドフレームの下面に結合されるので、取付ブラケットを利用して第１中空フレームおよびフロントサブフレームの結合部を補強することができる。

自動車の車体前部のフレーム構造を示す斜視図。（実施の形態） 図１の２部拡大図。（実施の形態） 図１の３方向矢視図。（実施の形態） 図３の４−４線断面図。（実施の形態） 自動車の前面衝突時の作用説明図。（実施の形態および比較例）

以下、図１〜図５に基づいて本発明の実施の形態を説明する。本明細書における前後方向、左右方向（車幅方向）および上下方向は、運転席に着座した乗員を基準として定義される。

図１は自動車の車体前部の骨格を左前方の下側から見上げたものである。左右一対のフロントサイドフレーム１１，１１が車体前部に前後方向に配置されており、各フロントサイドフレーム１１は、概ね水平に配置される前側の第１水平部１１ａと、概ね水平に配置される後側の第２水平部１１ｂと、第１、第２水平部１１ａ，１１ｂに挟まれた傾斜部１１ｃとを備える。傾斜部１１ｃは第１水平部１１ａの後端から下向き、かつ車幅方向内向きに屈曲して第２水平部１１ｂの前端に連なっている。

左右のフロントサイドフレーム１１，１１の車幅方向外側に配置される左右一対のホイールハウスアッパメンバ１２，１２は、後上方から前下方に傾斜して配置されており、その後部に左右一対のフロントピラーアッパ１３，１３の前部が接続されるとともに、フロントピラーアッパ１３，１３の下部から下方に延びる左右一対のフロントピラーロア１４，１４の下端が前後方向に配置された左右一対のサイドシル１５，１５の前端に接続される。左右のフロントサイドフレーム１１，１１の前端と左右のホイールハウスアッパメンバ１２，１２の前端とが、車幅方向に延びる左右一対のサイドフレームガセット１６，１６で接続される。前面視で矩形枠状のフロントバルクヘッド１７が、左右のフロントサイドフレーム１１，１１の前端間に支持される。

図１〜図４に示すように、フロントサイドフレーム１１とサイドシル１５の前端とが、車幅方向に延びる第１中空フレーム１８および第２中空フレーム１９よりなるアウトリガー２０で接続される。

第１中空フレーム１８は台形状の閉断面を有するパイプ材、あるいは板金プレス材を閉断面となるように溶接した部材で構成されており、その車幅方向内側の端部に設けた接合フランジ１８ａ…がフロントサイドフレーム１１の車幅方向外面および下面に溶接され、その車幅方向外側の端部に設けた接合フランジ１８ｂ…がサイドシル１５の車幅方向内面および下面に溶接される。すなわち、第１中空フレーム１８は、車幅方向内端をフロントサイドフレーム１１の傾斜部１１ｃに、該傾斜部１１ｃ後端の屈曲部ａよりも前方の位置で接続され、そこから車幅方向外側に下方かつ後方に傾斜しながら延びてサイドシル１５の前端に接続される。

第２中空フレーム１９は矩形状の閉断面を有するパイプ材、あるいは板金プレス材を閉断面となるように溶接した部材で構成されており、その車幅方向内側の端部に設けた接合フランジ１９ａ…がフロントサイドフレーム１１の車幅方向外面および下面に溶接され、その車幅方向外側の端部に設けた接合フランジ１９ｂ…がサイドシル１５の車幅方向内面および下面に溶接される。すなわち、第２中空フレーム１９は、車幅方向内端をフロントサイドフレーム１１の第２水平部１１ｂの前部、つまり傾斜部１１ｃの後端の屈曲部ａよりも後方の位置に接続され、そこから車幅方向外側に延びてサイドシル１５の前端に接続される。

第１中空フレーム１８およびフロントサイドフレーム１１を結合する第１結合部Ａと、第２中空フレーム１９およびフロントサイドフレーム１１を結合する第２結合部Ｂと、第１、第２中空フレーム１８，１９およびサイドシル１５を結合する第３結合部Ｃとは、平面視で三角形を構成する（図３参照）。

第１中空フレーム１８およびフロントサイドフレーム１１の第１結合部Ａには、外周の一部にフランジ２１ａを有する板金プレス製の取付ブラケット２１が固定される。取付ブラケット２１は第１中空フレーム１８の下面およびフロントサイドフレーム１１の下面に跨がるように溶接され、その下面から下向きに突出するボス部２１ｂが形成される。

エンジンおよびトランスミッションを結合した図示せぬパワープラントを支持するフロントサブフレーム２２は、一対の縦部材２３，２３および一対の横部材２４，２４を枠状に結合したもので、その後部の左右一対の角部がマウント部材２５，２５（図４参照）を介して取付ブラケット２１，２１に取り付けられる。

左右のフロントサイドフレーム１１，１１の第２水平部１１ｂの上面および左右のサイドシル１５，１５の上面にフロアパネル２６が結合され、左右のフロントサイドフレーム１１，１１の傾斜部１１ｃの上面にダッシュボードロアパネル２７が結合される。

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。

自動車が前面衝突して左右のフロントサイドフレーム１１，１１の前端に後向きの衝突荷重が入力すると、その衝突荷重の一部は各フロントサイドフレーム１１からアウトリガー２０を介してサイドシル１５に伝達されて分散される。このとき、アウトリガー２０は閉断面の第１中空フレーム１８および第２中空フレーム１９で構成されており、第１中空フレーム１８、第２中空フレーム１９およびフロントサイドフレーム１１は第１結合部Ａ、第２結合部Ｂおよび第３結合部Ｃを頂点とする三角形を構成するので、板金プレス製のアウトリガーに比べて剛性が高くなる。しかも第１中空フレーム１８、第２中空フレーム１９およびフロントサイドフレーム１１よりなる三角形はダッシュボードロアパネル２７に接続されて補強されるので、それらが相互に補強し合って剛性が更に高くなる。

その結果、フロントサイドフレーム１１からアウトリガー２０に入力される衝突荷重は第１、第２中空フレーム１８，１９の軸力でサイドシル１５に伝達されるので、板金プレス製のアウトリガーに比べて荷重の伝達効率が向上する。このとき、前記三角形に囲まれたダッシュボードロアパネル２７も変形せずに形状が維持されるため、ダッシュボードロアパネル２７も荷重の伝達に寄与することができる。

また図５に示すように、フロントサイドフレーム１１に衝突荷重が入力すると、傾斜部１１ｃの後端と第２水平部１１ｂの前端との境界の屈曲部ａを中心としてフロントサイドフレーム１１の前部が上向きに折れ曲がろうとする。

このとき、図５（Ｂ）に比較例として示すように、仮に第１中空フレーム１８の車幅方向内端の第１結合部Ａおよび第２中空フレーム１９の車幅方向内端の第２結合部Ｂが共にフロントサイドフレーム１１の傾斜部１１ｃに配置されていると仮定すると、フロントサイドフレーム１１が屈曲部ａにおいて折れ曲がっても第１結合部Ａおよび第２結合部Ｂ間の距離Ｌは変化しないため、第１中空フレーム１８、第２中空フレーム１９およびフロントサイドフレーム１１よりなる三角形は変形せず、よってアウトリガー２０において衝突エネルギーの吸収が行われることがない。

一方、図５（Ａ）に示す本実施の形態では、第１中空フレーム１８の車幅方向内端の第１結合部Ａがフロントサイドフレーム１１の傾斜部１１ｃに設けられ、第２中空フレーム１９の車幅方向内端の第２結合部Ｂがフロントサイドフレーム１１の第２水平部１１ｂに設けられるので、フロントサイドフレーム１１が屈曲部ａにおいて折れ曲がると第１結合部Ａおよび第２結合部Ｂ間の距離はＬ１からＬ２に減少する。その結果、第１中空フレーム１８、第２中空フレーム１９およびフロントサイドフレーム１１よりなる三角形が変形するため、アウトリガー２０において衝突エネルギーの吸収が行われる。

また自動車の前面衝突によってフロントサブフレーム２２にも衝突荷重が入力されるが、その衝突荷重はフロントサブフレーム２２の左右後端のマウント部材２５から取付ブラケット２１を経て第１中空フレーム１８の車幅方向内端に伝達されるとともに、そこからフロントサイドフレーム１１を経て第２中空フレーム１９の車幅方向内端に伝達されるため、上述したフロントサイドフレーム１１に直接入力された衝突荷重と同様にアウトリガー２０により吸収され、かつアウトリガー２０を介してサイドシル１５に伝達される。このとき、前記取付ブラケット２１は第１結合部Ａにおいてフロントサイドフレーム１１の下面および第１中空フレーム１８の下面に結合されるので、その第１結合部Ａの強度向上に寄与することができる。

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、実施の形態では第１中空フレーム１８および第２中空フレーム１９をダッシュボードロアパネル２７に溶接しているが、それをフロアパネルに溶接しても良く、溶接の代わりに接着しても良い。

１１ フロントサイドフレーム
１１ａ 第１水平部
１１ｂ 第２水平部
１１ｃ 傾斜部
１５ サイドシル
１８ 第１中空フレーム
１９ 第２中空フレーム
２０ アウトリガー
２１ 取付ブラケット
２２ フロントサブフレーム
２６ フロアパネル
２７ ダッシュボードロアパネル

Claims (7)

1. 前後方向に配置されたフロントサイドフレーム（１１）が、前側の第１水平部（１１ａ）と、後側の第２水平部（１１ｂ）と、前記第１水平部（１１ａ）の後端から後下方に傾斜して前記第２水平部（１１ｂ）の前端に連なる傾斜部（１１ｃ）とを備え、前記フロントサイドフレーム（１１）とその車幅方向外側に前後方向に配置されたサイドシル（１５）の前端とがアウトリガー（２０）により接続される自動車の車体前部構造において、
   前記フロントサイドフレーム（１１）は、前記傾斜部（１１ｃ）の後端と前記第２水平部（１１ｂ）の前端とが屈曲部（ａ）を介して連なり、
   前記アウトリガー（２０）は、第１中空フレーム（１８）と第２中空フレーム（１９）とで構成されて、前記第１中空フレーム（１８）は、前記サイドシル（１５）の前端と前記フロントサイドフレーム（１１）の前記屈曲部（ａ）よりも前方の前記傾斜部（１１ｃ）とに接続されるとともに、前記第２中空フレーム（１９）は、前記サイドシル（１５）の前端と前記フロントサイドフレーム（１１）の前記屈曲部（ａ）よりも後方の前記第２水平部（１１ｂ）とに接続され、
   前記第１中空フレーム（１８）と前記第２中空フレーム（１９）と前記フロントサイドフレーム（１１）とは、平面視で三角形を構成することを特徴とする自動車の車体前部構造。
2. 前記第１中空フレーム（１８）および前記第２中空フレーム（１９）はダッシュボードロアパネル（２７）あるいはフロアパネル（２６）に結合されることを特徴とする、請求項１に記載の自動車の車体前部構造。
3. 前記第１中空フレーム（１８）の車幅方向内端に、フロントサブフレーム（２２）の後部を支持する取付ブラケット（２１）を設けたことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の自動車の車体前部構造。
4. 前記取付ブラケット（２１）は、前記第１中空フレーム（１８）の車幅方向内端の下面および前記フロントサイドフレーム（１１）の下面に結合されることを特徴とする、請求項３に記載の自動車の車体前部構造。
5. 前記第１中空フレーム（１８）は、台形状の閉断面を有するパイプ材であることを特徴とする、請求項１ないし４の何れかに記載の自動車の車体前部構造。
6. 前記第２中空フレーム（１９）は、矩形状の閉断面を有するパイプ材であることを特徴とする、請求項１ないし５の何れかに記載の自動車の車体前部構造。
7. 前記傾斜部（１１ｃ）は、前記第１水平部（１１ａ）の後端から下向き、且つ車幅方向内向きに屈曲して前記第２水平部（１１ｂ）の前端に連なっていることを特徴とする、請求項１ないし６の何れかに記載の自動車の車体前部構造。

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