JP5734033B2 - サブフレームの支持構造 - Google Patents

Description

本発明は、パイプ材よりなる左右一対のフロントサイドフレームにサブフレームを支持するサブフレームの支持構造に関する。また本発明は、複数本のパイプ材を並べて相互に結合した左右一対のフロントサイドフレームにサブフレームを支持するサブフレームの支持構造に関する。

前後方向に延びる左右一対のフロントサイドフレームと車幅方向に延びるクロスメンバの両端とが交差する部分に設けたサブフレーム支持部にサブフレームを支持するときに、クロスメンバの一部を膨出させてサブフレーム支持部に接続することで、サブフレーム支持部を補強してサブフレームの支持剛性を高めるものが、下記特許文献１、２により公知である。

特許第２８５２１９４号公報 特許第３９６９１６０号公報

しかしながら上記従来のものは、フロントサイドフレームに設けられたサブフレーム支持部からクロスメンバが離れている場合には、重量増加が避けられないという問題があった。

特に、複数本のパイプ材を並べて相互に結合することでフロントサイドフレームを構成した場合、フロントサイドフレームにサブフレーム支持部を設ける部位の断面積を充分に拡大することができず、剛性が部分的に不足する場合があり、充分な補強を行うことが必要となる。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、フロントサイドフレームにサブフレームを支持する支持ブラケットの剛性を重量の増加を最小限に抑えながら高め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、パイプ材よりなる左右一対のフロントサイドフレームにサブフレームを支持するサブフレームの支持構造であって、前記フロントサイドフレームの下面に設けた支持ブラケットに前記サブフレームを支持するとともに、前記左右一対のフロントサイドフレーム間を連結するクロスメンバに前記支持ブラケットをガセットを介して接続し、前記ガセットは、相互に対向する前記支持ブラケットの後面と前記クロスメンバの前面とを剪断面で結合することを特徴とするサブフレームの支持構造が提案される。

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、前記ガセットは、前記支持ブラケットの下面に設けられたサブフレーム締結部の近傍と、前記クロスメンバの上側の稜線とに接合フランジで結合されることを特徴とするサブフレームの支持構造が提案される。

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、前記クロスメンバは断面ハット型の板材であって、車幅方向中央部がダッシュボードロアに結合されて閉断面を構成し、車幅方向両端部が蓋材に結合されて閉断面を構成することを特徴とするサブフレームの支持構造が提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、複数本のパイプ材を並べて相互に結合した左右一対のフロントサイドフレームにサブフレームを支持するサブフレームの支持構造であって、前記フロントサイドフレームの少なくとも２本の前記パイプ材が左右方向および上下方向からずれて並べられる部分の下面に設けた支持ブラケットに前記サブフレームを支持するとともに、前記左右一対のフロントサイドフレーム間を連結するクロスメンバに前記支持ブラケットをガセットを介して接続することを特徴とするサブフレームの支持構造が提案される。

尚、実施の形態の第１パイプ材３１および第２パイプ材３２は本発明のパイプ材に対応し、実施の形態のダッシュロアクロスメンバ３９は本発明のクロスメンバに対応する。

請求項１の構成によれば、パイプ材によりなるフロントサイドフレームは安価で軽量であるが、サブフレームの支持部のような局部的に高い剛性を必要とする部分の剛性が不足する場合がある。しかしながら、左右のフロントサイドフレームの下面に設けた支持ブラケットにサブフレームを支持する際に、左右のフロントサイドフレーム間を連結するクロスメンバと支持ブラケットとをガセットを介して連結するので、サブフレームから支持ブラケットに入力された荷重をガセットを介してクロスメンバに伝達することで、フロントサイドフレームに対するサブフレームの支持剛性を確保することができる。特に、ガセットは相互に対向する支持ブラケットの後面とクロスメンバの前面とを剪断面で結合するので、ガセットにより支持ブラケットからの荷重を確実にクロスメンバに伝達することができる。

また請求項２の構成によれば、ガセットは支持ブラケットの下面に設けられたサブフレーム締結部の近傍と、クロスメンバの上側の稜線とに接合フランジで結合されるので、軽量な構造でありながら支持ブラケットからの荷重を確実にクロスメンバに伝達することができる。

また請求項３の構成によれば、クロスメンバは断面ハット型の板材であって、車幅方向中央部がダッシュボードロアに結合されて閉断面を構成し、車幅方向両端部が蓋材に結合されて閉断面を構成するので、クロスメンバを車幅方向の全長に亙って閉断面で構成することが可能となり、そこにガセットを介して連結される支持ブラケットの剛性を高めることができる。

また請求項４の構成によれば、複数本のパイプ材を並べて相互に結合することでフロントサイドフレームが構成されるので、安価なパイプ材を用いた軽量な構造でありながら、フロントサイドフレームの長手方向に沿う断面形状や剛性分布を任意に設定することができる反面、サブフレームの支持部のような局部的に高い剛性を必要とする部分の剛性が不足する場合がある。しかしながら、左右のフロントサイドフレームの下面に設けた支持ブラケットにサブフレームを支持する際に、左右のフロントサイドフレーム間を連結するクロスメンバと支持ブラケットとをガセットを介して連結するので、サブフレームから支持ブラケットに入力された荷重をガセットを介してクロスメンバに伝達することで、フロントサイドフレームに対するサブフレームの支持剛性を確保することができる。特に、フロントサイドフレームの少なくとも２本のパイプ材が左右方向および上下方向からずれて並べられる部分は、サブフレームから入力される荷重によって変形し易くなるが、その部分に設けられた支持ブラケットをガセットで補強することで、フロントサイドフレームおよび支持ブラケットの剛性を効果的に高めることができる。

自動車の車体前部のフレーム構造を示す斜視図。（第１の実施の形態） フロントサイドフレームの斜視図。（第１の実施の形態） 図２の３（Ａ）−３（Ａ）〜３（Ｄ）−３（Ｄ）線断面図。（第１の実施の形態） 図１の４方向矢視図。（第１の実施の形態） 図４の５部拡大図。（第１の実施の形態） 図４の６−６線断面図。（第１の実施の形態） 図５の７（Ａ）−７（Ａ）線断面図および７（Ｂ）−７（Ｂ）線断面図。（第１の実施の形態） ガセットの作用効果を説明する図。（第１の実施の形態） 前記図１に対応する図。（第２の実施の形態）

以下、図１〜図８に基づいて本発明の第１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に示すように、自動車の車体前部に左右一対のフロントサイドフレーム１１，１１が前後方向に配置されており、その前部は概ね水平方向に延び、その後部は下向きかつ車幅方向内向きに屈曲した後に、図示せぬフロアパネルの下面を概ね水平方向に延びている。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。

ホイールハウスアッパメンバ１２，１２の後部とフロントサイドフレーム１１，１１とがダンパハウジング１６，１６で接続され、サイドシル１５，１５の前端とフロントサイドフレーム１１，１１とがアウトリガー１７，１７で接続される。また左右のフロントピラーアッパ１３，１３が左右方向に延びるダッシュボードアッパ１８で接続されるとともに、左右のダンパハウジング１６，１６および左右のフロントサイドフレーム１１，１１が左右方向に延びるダッシュボードロア１９で接続される。また左右のフロントサイドフレーム１１，１１の前部とホイールハウスアッパメンバ１２，１２の前端とが、左右方向に延びる左右一対のサイドフレームガセット２０，２０で接続される。そして左右のフロントサイドフレーム１１，１１の前端間に矩形枠状のフロントバルクヘッド２１が支持される。

図２および図３は、左側のフロントサイドフレーム１１を示すもので、このフロントサイドフレーム１１はロールフォーミング等で成型された鋼管よりなる第１パイプ材３１および第２パイプ材３２を並べた状態で一体に結合して構成される。第１パイプ材３１の断面は長手方向に一定の四角形であって四つの辺ａ，ｂ，ｃ，ｄを有しており、その一つの辺ａに溝状のビード３１ａが形成される。また第２パイプ材３２の断面は長手方向に一定の台形であって上底ａ、下底ｂ、脚ｃおよび脚ｄを有しており、上底ａおよび下底ｂに直交する脚ｃに溝状のビード３２ａが形成される。

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に挟また傾斜部１１ｃとを備えており、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。

図３（Ａ）に示すように、フロントサイドフレーム１１の第１水平部１１ａでは、第２パイプ材３２の下底ｂが上向きに配置されており、そこに第１パイプ材３１の下向きに配置された辺ａが重ね合わされ、ＭＩＧ溶接ｗ１によって一体に結合される。

図３（Ｄ）に示すように、フロントサイドフレーム１１の第２水平部１１ｂでは、第１パイプ材３１および第２パイプ材３２の位置関係が変化しており、第１水平部１１ａで第２パイプ材３２の上側に位置していた第１パイプ材３１が、第２水平部１１ｂでは第２パイプ材３２の車幅方向内側に位置しており、ＭＩＧ溶接ｗ２によって一体に結合される。

図３（Ｂ）および図３（Ｃ）に示すように、第１水平部１１ａおよび第２水平部１１ｂに挟まれた傾斜部１１ｃでは、第１パイプ材３１が第２パイプ材３２の上方から車幅方向内方へと移動する。このとき、第１パイプ材３１および第２パイプ材３２は捩じれることなく、先ず左右方向に相対移動し、次いで上下方向に相対移動して相互の位置関係を変化させる。傾斜部１１ｃでは第１パイプ材３１および第２パイプ材３２は溶接されておらず、よって第１水平部１１ａの溶接ｗ１と第２水平部１１ｂの溶接ｗ２とは連続せずに途切れている。

以上のように、第１パイプ材３１および第２パイプ材３２を組み合わせてフロントサイドフレーム１１を構成し、フロントサイドフレーム１１の各部分で第１パイプ材３１および第２パイプ材３２の相対的な位置関係を異ならせたので、一定断面のパイプ材を用いながらフロントサイドフレーム１１の各部の断面形状や剛性分布を変化させることができ、軽量で高剛性のフロントサイドフレーム１１を安価に提供することができる。

図４〜図６に示すように、フロントサイドフレーム１１の傾斜部１１ｃの下面に設けられる支持ブラケット３３は下向きにテーパする裁頭四角錐状の部材であって、その上縁に設けた接合フランジ３３ａ…，３３ｂ…が、それぞれ第１パイプ材３１の車幅方向内面および下面に溶接ｗ３されるとともに、第２パイプ材３２の車幅方向内面、下面および車幅方向外面に溶接ｗ４される。

サブフレーム３４は左右の前輪のサスペンション装置を支持する車幅方向に細長い部材であり、その側部から車幅方向外側に２本の前部アーム３４ａ，３４ａが突出するとともに、その後部から後方に２本の後部アーム３４ｂ，３４ｂが突出する。前部アーム３４ａの先端にはゴムブッシュマウント３５が設けられており、このゴムブッシュマウント３５を下から上に貫通するボルト３６を、支持ブラケット３３のサブフレーム締結部３３ｃの裏面に設けたウエルドナット３７に螺合することで、サブフレーム３４の前部アーム３４ａがフロントサイドフレーム１１の中間部に弾性支持される。同様に、サブフレーム３４の後部アーム３４ｂがゴムブッシュマウント３８を介してフロントサイドフレーム１１に弾性支持される。

図４、図５および図７に示すように、左右のフロントサイドフレーム１１，１１の車幅方向内面間にダッシュロアクロスメンバ３９の両端部に設けた接合フランジ３９ａが溶接ｗ５される。ダッシュロアクロスメンバ３９は後方に開放するハット状の断面を有する板状部材であって、その車幅方向中間部の上下縁に設けた接合フランジ３９ｂがダッシュボードロア１９の前面に溶接ｗ６される（７（Ａ）参照）。またダッシュロアクロスメンバ３９の車幅方向両端部の上下縁に設けた接合フランジ３９ｃがハット状の断面を有する蓋材４１の前面に溶接ｗ７される（７（Ｂ）参照）。従って、ダッシュロアクロスメンバ３９は、車幅方向の全長に亙ってダッシュボードロア１９および蓋材４１，４１に結合されて閉断面に構成され、その剛性が高められる。

支持ブラケット３３およびダッシュロアクロスメンバ３９の車幅方向端部を連結するガセット４２は横辺ａ、縦辺ｂおよび斜辺ｃを有する直角三角形状の板状部材であって、横辺ａの端部に形成された接合フランジ４２ａが、ハット状断面のダッシュロアクロスメンバ３９の上側の稜線ｄに沿って溶接ｗ８され（図５および図７（Ｂ）参照）、縦辺ｂに沿って形成された接合フランジ４２ｂが、サブフレーム３４の前部アーム３４ａの締結点に近い支持ブラケット３３の後面に溶接ｗ９される（図５参照）。

ところで、図８に示すように、自動車の旋回時にタイヤ４３からサスペンション装置４４を介してサブフレーム３４に入力した車幅方向の横力は、支持ブラケット３３からフロントサイドフレーム１１に伝達される。このとき、図８（Ａ）に示す比較例では、左右のフロントサイドフレーム１１がダッシュロアクロスメンバ３９に連結されているだけなので、フロントサイドフレーム１１と共に支持ブラケット３３が左右方向に倒れてしまい、サブフレーム３４の支持剛性が低くなって自動車の操縦安定性に悪影響を及ぼす可能性があった。

それに対し、図８（Ｂ）に示す本実施の形態では、支持ブラケット３３がガセット４２を介してダッシュロアクロスメンバ３９に接続されているため、フロントサイドフレーム１１および支持ブラケット３３の剛性が高まって左右方向に倒れ難くなり、サブフレーム３４の支持剛性を高めて自動車の操縦安定性の低下を防止することができる。

特に、フロントサイドフレーム１１の第１パイプ材３１および第２パイプ材３２が左右方向および上下方向からずれて斜めに並べられる傾斜部１１ｃでは、フロントサイドフレーム１１がサブフレーム３４から入力される荷重に対して変形し易くなるが、その部分に設けられた支持ブラケット３３をガセット４２で補強することで、フロントサイドフレーム１１および支持ブラケット３３の剛性が効果的に高められる。

またガセット４２の接合フランジ４２ａはダッシュロアクロスメンバ３９の稜線ｄに沿って結合されるので、ガセット４２をダッシュロアクロスメンバ３９に強固に接続して支持ブラケット３３からの荷重を確実にダッシュロアクロスメンバ３９に伝達することができる。しかもガセット４２は相互に対向する支持ブラケット３３の後面と、ダッシュロアクロスメンバ３９の前面とを剪断面で結合するので、軽量な構造でありながら支持ブラケット３３からの荷重を確実にダッシュロアクロスメンバ３９に伝達することができる。

次に、図８に基づいて本発明の第２の実施の形態を説明する。

第１の実施の形態ではサブフレーム３４を支持する支持ブラケット３３をフロントサイドフレーム１１の傾斜部１１ｃに設けているが、第２の実施の形態はフロントサイドフレーム１１の第１水平部１１ａに支持ブラケット３３を設けたものである。第１水平部１１ａは第１パイプ材３１および第２パイプ材３２が上下方向に重ね合わされていて傾斜部１１ｃに比べて変形し難いが、ガセット４２を設けたことで支持ブラケット３３の変位を一層確実に防止することができる。

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、実施の形態の第１、第２パイプ材３１，３２は長手方向に一定の断面形状を有しているが、ハイドロフォーミング加工等によって長手方向に変化する断面形状を有するものであっても良い。

また実施の形態の第１、第２パイプ材３１，３２は鋼材製であるが、アルミニウム製やマグネシウム製であっても良く、その断面形状は四角形に限定されず、他の多角形であっても良い。

また実施の形態のフロントサイドフレーム１１は２本のパイプ材から構成されているが、３本以上のパイプ材から構成されていても良い。

また実施の形態では第１、第２パイプ材３１，３２を相対的に平行移動させてフロントサイドフレーム１１の断面形状を変化させているが、第１、第２パイプ材３１，３２を相対的に回転させて（捩じって）フロントサイドフレーム１１の断面形状を変化させても良い。

また本発明のサブフレームは実施の形態のサスペンション装置を支持するものに限定されず、ステアリング装置やパワープラントを支持するものであっても良い。

１１ フロントサイドフレーム
１９ ダッシュボードロア
３１ 第１パイプ材（パイプ材）
３２ 第２パイプ材（パイプ材）
３３ 支持ブラケット
３３ｃ サブフレーム締結部
３４ サブフレーム
３９ ダッシュロアクロスメンバ（クロスメンバ）
４１ 蓋材
４２ ガセット
４２ａ 接合フランジ
４２ｂ 接合フランジ
ｄ クロスメンバの稜線

Claims (4)

1. パイプ材（３１，３２）よりなる左右一対のフロントサイドフレーム（１１）にサブフレーム（３４）を支持するサブフレームの支持構造であって、
   前記フロントサイドフレーム（１１）の下面に設けた支持ブラケット（３３）に前記サブフレーム（３４）を支持するとともに、前記左右一対のフロントサイドフレーム（１１）間を連結するクロスメンバ（３９）に前記支持ブラケット（３３）をガセット（４２）を介して接続し、前記ガセット（４２）は、相互に対向する前記支持ブラケット（３３）の後面と前記クロスメンバ（３９）の前面とを剪断面で結合することを特徴とするサブフレームの支持構造。
2. 前記ガセット（４２）は、前記支持ブラケット（３３）の下面に設けられたサブフレーム締結部（３３ｃ）の近傍と、前記クロスメンバ（３９）の上側の稜線（ｄ）とに接合フランジ（４２ａ，４２ｂ）で結合されることを特徴とする、請求項１に記載のサブフレームの支持構造。
3. 前記クロスメンバ（３９）は断面ハット型の板材であって、車幅方向中央部がダッシュボードロア（１９）に結合されて閉断面を構成し、車幅方向両端部が蓋材（４１）に結合されて閉断面を構成することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のサブフレームの支持構造。
4. 複数本のパイプ材（３１，３２）を並べて相互に結合した左右一対のフロントサイドフレーム（１１）にサブフレーム（３４）を支持するサブフレームの支持構造であって、
   前記フロントサイドフレーム（１１）の少なくとも２本の前記パイプ材（３１，３２）が左右方向および上下方向からずれて並べられる部分の下面に設けた支持ブラケット（３３）に前記サブフレーム（３４）を支持するとともに、前記左右一対のフロントサイドフレーム（１１）間を連結するクロスメンバ（３９）に前記支持ブラケット（３３）をガセット（４２）を介して接続することを特徴とするサブフレームの支持構造。

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