JP5896827B2 - 自動車の車体フレーム構造 - Google Patents

Description

この発明は、自動車の車体フレーム構造に関する。

自動車等の車両の中には、車両前面衝突時に、フロントクロスメンバの後方に位置するロアメンバを下方に屈曲させることで、ロアメンバに支持されたスタビライザ等のサスペンション部品を下方に変位させて、車体前部のクラッシュストロークを確保する技術が知られている（特許文献１参照）。
また、車体前部の下部にサスペンション部材を支持するサブフレームを備え、このサブフレームの後端部を固定するボルトに対して、前面衝突をトリガーとして火薬を爆発させてナットを緩め、サブフレーム後端に設けたボルトを引き抜く回転レバーアームを回転させることで、ボルトを引き抜いてサスペンション部材を下方に変位させ、車体前部のクラッシュストロークを確保する技術が知られている（特許文献２参照）。

特開２０１０−２４７５９８号公報 米国特許出願公開第２０１０／０００４８２６号明細書

前者の技術においては、ロアメンバが衝突時に変形することを前提としているため、フロントクロスメンバとフロアパネルとの結合力が弱くなる。そのため、サスペンション支持剛性を確保するためには、クロスメンバとフロントサイドフレームとを補強することが不可欠となり重量増加が避けられないという課題がある。
後者の技術においては、サブフレームにサスペンション部材を支持する構造であるため、重量増加の問題は解消されるが、サブフレームと回転レバーアームは、車体から離脱後に結合関係が無くなるので、サブフレームを車体の下方に確実に誘導できないという課題がある。

そこで、この発明は、車体前部や車体後部の衝突時に、サブフレームを確実に車体の下方に誘導することにより、エネルギー吸収を行なうことができる車体前部あるいは車体後部のクラッシュストロークを確保し、サブフレームの車体との干渉を防止できる自動車の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に、請求項１に記載した発明は、車体前後方向に設けられたサイドフレーム（例えば、実施形態におけるフロントサイドフレーム１１）の下方に、サスペンション部品を支持するサブフレーム（例えば、実施形態におけるサブフレーム２２）が設けられ、前記サブフレームは前記サイドフレームの端部に支持される前締結部（例えば、実施形態における前締結部２２ｍ）と、前後方向中央部の下方に向けて折れ曲がる中央折れ点（例えば、実施形態における中央折れ点２７）と、車体パネル（例えば、実施形態における横メンバ２０）に下方から締結具（例えば、実施形態における締結ボルト３１、ウエルドナット３３）で締結される後締結部（例えば、実施形態における後締結部２２ｕ）を備え、衝突荷重入力方向前側である前部が前記後締結部と共に前記車体パネルに共締めされ、衝突荷重入力方向の後側である後部が車幅方向を軸とする締結中心（例えば、実施形態における締結中心Ｏ）で他の車体パネル（例えば、実施形態における前端延長部１０）に支持されるリンクステイ（例えば、実施形態におけるリンクステイ３０）が設けられ、前記リンクステイは前後方向略中央部に下方に向かって凸となる下方凸形状部（例えば、実施形態における下方凸形状部３０ｘ）を有し、前記サブフレームの前記後締結部が取り付けられる前記車体パネルには下方への荷重により前記締結具の前記車体パネルからの離脱を容易にする脆弱部（例えば、実施形態における脆弱部Ｚ）が設けられ、前記下方凸形状部の頂点は、前記サブフレームの前記中央折れ点と前記後締結部とでトラス構造を形成すると共に、前記サブフレームの初期状態及び衝突中の前記サブフレームの接地状態であっても、前記中央折れ点と前記リンクステイの前記締結中心を結ぶ直線（例えば、実施形態における直線Ｌ）の下方に位置することを特徴する。

請求項２に記載した発明は、前記サブフレームの前記後締結部が締結される前記車体パネルには重合された補強板（例えば、実施形態における補強板３５）が設けられ、前記脆弱部が、前記車体パネルの前記締結具の挿通孔とこの締結具の挿通を許容するために前記補強板に形成された挿通孔（例えば、実施形態における孔３６）との間の前記車体パネルの環状部分であることを特徴とする。

請求項３に記載した発明は、前記補強板は該補強板が取付けられる前記車体パネルよりも板厚を厚くすることを特徴とする。

請求項４に記載した発明は、前記補強板は前記脆弱部の衝突荷重入力方向後方で前記車体パネルと溶接部を介して接合され、前記締結具が、ボルト（例えば、実施形態における締結ボルト３１）と前記車体パネルに溶接部を介して固定されたナット（例えば、実施形態におけるウエルドナット３３）であることを特徴とする。

請求項５に記載した発明は、前記リンクステイは底壁（例えば、実施形態における底壁３０ｔ）を下方に突出させて前記下方凸形状部を形成することを特徴とする。

請求項６に記載した発明は、前記リンクステイは前記底壁を上方に窪ませた前記後締結部用の凹み部（例えば、実施形態における凹み部３０ｈ）を備え、前記凹み部の衝突荷重入力方向後方に前記下方凸形状部を備えていることを特徴とする。

請求項７に記載した発明は、前記リンクステイは、前記底壁から延びる側壁（例えば、実施形態における側壁３０ｓ）を備え、前記下方凸形状部の上方に位置する側壁に凹み部（例えば、実施形態におけるＶ字凹み部３０ｋ）が設けられていることを特徴とする。

請求項１に記載した発明によれば、リンクステイの下方凸形状部の頂点は、サブフレームの中央折れ点とサブフレームの後締結部とで三角形状をなすトラス構造を形成するため、車両衝突時における衝撃荷重を下方凸形状部の頂点に集中させ、かつ集中した応力をこの下方凸形状部の頂点に下向きに作用させることができる。また、サブフレームの後締結部が取り付けられる車体パネルには下方への荷重により締結具の車体パネルからの離脱を容易にする脆弱部が設けられているため、車両衝突時にサブフレームの後締結部を車体パネルから離脱させることができる。
よって、車両衝突時にサブフレームは前締結部と後締結部との間の中央折れ点で下方に折れ曲がり、その後前端が接地し、サブフレームは後締結部を車体パネルに締結した締結具が脆弱部を破断し、リンクステイとサブフレームとが一体のままリンクステイの下方凸形状部が下方に曲がるため、リンクステイはリンクステイ後部の締結中心を軸に回動して確実にサブフレームを車体の下方に誘導して、サブフレームに取付けられたサスペンション部品が例えばパワーユニットと干渉することを防止でき、更にサブフレームが車体と干渉するのを防止できると共に衝突エネルギーを吸収できるクラッシュストロークを確保できる。
請求項２に記載した発明によれば、サブフレームから入力される荷重を、車体パネルの締結具の挿通孔と補強板の挿通孔との間の車体パネルの環状部分である脆弱部に局所的に集中させることができ、小さい変位で締結具により車体パネルを破断させることができるので、破断までの時間を短くできる。
請求項３に記載した発明によれば、サブフレームに取り付けられたサスペンション部品や、例えば電動パワーステアリング装置などの侵入に対する耐力を高めることができる。
請求項４に記載した発明によれば、車両前面衝突時にサブフレームに衝撃荷重が作用すると、この荷重は車体パネルに溶接部を介して固定されたナット溶接部の破断荷重と車体パネルと補強板との溶接部分に作用するせん断応力となって作用するため、サブフレームが車体パネルに対して滑るのを防止して、サブフレームの回転動作につなげることができる。よって、サブフレームの後方への移動を確実に阻止することができる。
請求項５に記載した発明によれば、リンクステイのプレス成型時に下方凸形状部を容易に形成することができる。
請求項６に記載した発明によれば、凹み部で衝突荷重入力方向前側の剛性が増したことで、その後方の下方凸形状部でのリンクステイの下方への折れ曲がりが容易となると共に、サブフレームからリンクステイに渡る底面から、例えば締結具のボルト頭部が下方に突出して路面と干渉するのを防止できる。
請求項７に記載した発明によれば、側壁の凹み部により下方凸形状部での曲げ変形に側壁が悪影響を与えず、リンクステイを確実に折れ曲がるようにできる。

この発明の実施形態の車体前部構造を示す縦断面図である。 この発明の実施形態の車体前部構造を示す下面図である。 車室側から視た要部斜視図である。 サブフレームを下側から視た斜視図である。 後締結部の縦断面図である。 図５の要部拡大斜視図である。 リンクステイ取付部を下側から視た斜視図である。 リンクステイ後部を示す縦断面斜視図である。 上部取付けアームの取付部を示す斜視図である。 後締結部の横断面を後ろから視た斜視図である。 リンクステイを下方から視た斜視図である。 リンクステイの側面図である。 リンクステイを上方から視た斜視図である。 リンクステイとサブフレームとの取付部の斜視図である。 後締結部の縦断面図である。 サブフレームの落下状況を示す説明図である。 サブフレームの落下状況を示す説明図である。 サブフレームの落下状況を示す説明図である。 サブフレームの落下状況を示す説明図である。 サブフレームの落下状況を示す説明図である。 サブフレームの落下状況を示す説明図である。

次に、この発明の実施形態の自動車の車体フレーム構造を車体前部構造を例にして図面に基づいて説明する。
図１〜図３に示すように、フロアパネル１９の前端部にはダッシュロアパネル１７の後端部が接合され、ダッシュロアパネル１７の前側は斜め上に立ち上がるように形成されている。フロアパネル１９の車幅方向中央部には車体前後方向に沿ってフロアトンネル部１８がダッシュロアパネル１７の後端部に至る部分に亘って取付けられている。フロアトンネル部１８の両側部ではフロアパネル１９は車幅方向外側に二段階で高さが低くなっている。尚、図２、図３ではダッシュロアパネル１７の図示を省略する。

車体の前部に車体前後方向に沿って左右一対のフロントサイドフレーム１１，１１が設けられている。これらフロントサイドフレーム１１，１１の前端部にフロントバルクヘッド１２の側部が取り付けられている。フロントサイドフレーム１１，１１には、ダッシュロアパネル１７の前方に電動パワーステアリング装置ＥＰＳが配置され、電動パワーステアリング装置ＥＰＳの前方側にパワーユニットＰＵが搭載されている。

図３に示すように、フロントサイドフレーム１１，１１の後端部は、前部側の閉断面構造部に連なり上部が開放されたＵ字断面形状のフロントサイドリヤエンド１６，１６として形成されている。フロントサイドリヤエンド１６は、ダッシュロアパネル１７からフロアパネル１９の前端部に至る部分に亘って、ダッシュロアパネル１７とフロアパネル１９との下面に接合されることにより閉断面構造を形成する。フロントサイドリヤエンド１６，１６の後端下壁及び外側壁とサイドシル１４，１４の内側壁との間に、上部が開放されたＵ字断面形状のアウトリガ１３，１３が車幅方向に沿って接続されている。

フロアトンネル部１８の両脇には、フロアパネル１９の一段下がった下面に、後方に向かってフロアパネル１９の下面に閉断面構造部を形成する左右のフロアトンネルフレーム１５，１５が設けられている。
フロントサイドリヤエンド１６，１６の後端内側壁とフロアトンネルフレーム１５の前端部との間には上部が開放されたＵ字断面形状の車体フロア部材である横メンバ２０が車幅方向に沿って接続されている。

したがって、図３において図示が省略されたダッシュロアパネル１７の下方にはフロントサイドリヤエンド１６によってフロントサイドフレーム１１，１１に連続する閉断面構造部が車体前後方向に沿って形成されると共に、その両側にはアウトリガ１３と横メンバ２０によって、サイドシル１４及びフロアトンネルフレーム１５に向かって車幅方向に沿う閉断面構造部が形成される。ここで、フロントサイドリヤエンド１６、アウトリガ１３及び横メンバ２０は開放断面の壁部上縁にフランジ部を有し、このフランジ部がフロアパネル１９やダッシュロアパネル１７に接合されている。

左右のフロントサイドリヤエンド１６，１６の後端部にダッシュロアパネル１７を挟んで前後方向で一部重なるように車体後方に向かうフロアセンタフレーム２１が取り付けられている。フロアセンタフレーム２１は下方が開放された部材でフロアパネル１９及びダッシュロアパネル１７の上面に閉断面構造部を形成する。フロアトンネルフレーム１５，１５の前端部には、フロアトンネルフレーム１５，１５に連なり断面Ｕ字状に形成され上部が開放された車体フロア部材である前端延長部１０が、前端部を横メンバ２０に接合した状態で取付けられている（図５参照）。この前端延長部１０の上にダッシュロアパネル１７が接合されて閉断面構造部が形成される。前端延長部１０はフロアトンネルフレーム１５，１５の一部を構成している。

フロントサイドフレーム１１，１１の下方には、図示しないサスペンション部品を支持するサブフレーム２２が着脱可能に取り付けられている。
具体的には、図４にも示すように、サブフレーム２２はフロントサイドフレーム１１，１１の前端にフロントバルクヘッド１２を介して支持される前締結部２２ｍと、フロントサイドフレーム１１，１１に締結される上部取付アーム２５，２５と、フロアパネル１９の前端下方から締結する後締結部２２ｕとを備えている。前締結部２２ｍはフロントバルクヘッド１２に、上部取付アーム２５，２５はフロントサイドフレーム１１，１１の下面に、後締結部２２ｕは横メンバ２０の下面に着脱可能に取り付けられている。また、サブフレーム２２は、前後方向中央部の下方に向けて折れ曲がる中央折れ点２７を備えている。

図４に示すように、サブフレーム２２は、アルミニウム合金で鋳造されたサブフレーム本体２３と、サブフレーム本体２３の前端両側部から末広がり状に前側に延び軽合金または鋼でプレス成形された左右一対の延長アーム２４，２４とで構成されている。サブフレーム本体２３には上面の車幅方向の例えば３箇所で電動パワーステアリング装置ＥＰＳが固定されている。
サブフレーム本体２３は、図２にも示すように、平面から見ると、前側に湾曲した後縁と、前方に向かい外側に開いて直線状に延びる左右の側縁と、車幅方向に直線状に延びる前縁とを備えた形状の部材である。サブフレーム本体２３は下面に剛性を高めるため複数の縦リブ（図４に示す）を備え、サブフレーム本体２３の前部の両端部に上方に延びる上部取付アーム２５，２５を備えている。

延長アーム２４，２４の後端部は、サブフレーム本体２３の前端部に下方からボルト２６，２６，２６により固定され、延長アーム２４の前端部の前締結部２２ｍはフロントバルクヘッド１２の下部コーナー部に下方からボルト２６により固定されている。延長アーム２４の後端部の手前には、図１に示すように側面から見てくびれた中央折れ点２７が形成されている。この中央折れ点２７は通常は何ら折れ曲がるようなことはないが、車両前面衝突時の所定の入力荷重Ｆによりサブフレーム２２の前後方向中途部として下方に向かって折れ曲がる起点となる。ここで、延長アーム２４，２４は、取り付けられた状態でその前端の地上高が後端の地上高よりも高い位置となっている。

図５に示すように、サブフレーム本体２３の後締結部２２ｕには、この後締結部２２ｕから後方に延出する後端延長部２９が設けられている。サブフレーム本体２３は後締結部２２ｕに至る直前で、高さ方向の厚さが薄くなり、後端延長部２９ではその下面が水平であるのに対して上面は後ろに行くほど薄く形成され、フロアトンネルフレーム１５の前端延長部１０の前端部の間に間隔を形成できるようなっている。

後締結部２２ｕには、これを覆うリンクステイ３０の前端部が下側から重合され、リンクステイ３０、後締結部２２ｕに締結ボルト３１が下方から挿入されている。この締結ボルト３１が横メンバ２０の取付座３２裏面のウエルドナット３３に締結固定されることにより、リンクステイ３０と後締結部２２ｕとが横メンバ２０の取付座３２に固定されている。横メンバ２０の前壁は斜め後ろに下がるように形成され、取付座３２は下壁の一部にほぼ水平に形成されている。

フロアトンネルフレーム１５の前端延長部１０は横メンバ２０の下壁に接合されている。前端延長部１０は前壁１０ａが斜め下側に向いて形成され、前端部はサブフレーム本体２３の後端延長部２９の上面に対向している。前端延長部１０の前壁１０ａの前側に、サブフレーム本体２３の後端延長部２９が一定の前後方向の距離を隔てて収容される。

サブフレーム本体２３の後端延長部２９に対向する前端延長部１０の前壁１０ａには、逃げ用凹部３７が形成されている。この逃げ用凹部３７は、衝突初期には接触していないサブフレーム本体２３の後端延長部２９を、車両前面衝突後に後方に移動した場合に受け入れて保持しサブフレーム本体２３の回動動作をサポートするためのものである。ここで、ダッシュロアパネル１７の立ち上がり部の上面には、フロアトンネルフレーム１５の前端部に対応して、車室内からレインフォース３４が接合されている。

図６に示すように、横メンバ２０の取付座３２の裏面には、締結ボルト３１が締め付けられるウエルドナット３３が溶接固定されている。横メンバ２０の取付座３２の裏面には横メンバ２０よりも板厚の厚い板材で形成された補強板３５が裏側に接合されている。この補強板３５は、ウエルドナット３３の周囲に、ウエルドナット３３の外形よりも大きい直径の孔３６を備え、この孔３６はウエルドナット３３を取り囲むよう形成されている。補強板３５のウエルドナット３３の周囲が横メンバ２０の裏側に複数箇所でスポット溶接により接合されている。

とりわけ、孔３６のすぐ後方、つまり衝突荷重入力方向後方にスポット溶接点Ｓが設定されていて、前方から作用する力により取付座３２に対して補強板３５が後方に移動しようとするのを、少なくとも孔３６のすぐ後方のスポット溶接点Ｓによって強度的に有利な剪断方向で効果的に受けることができる。
したがって、補強板３５により横メンバ２０は補強されているが、車両前面衝突時にウエルドナット３３に対して下方への荷重が作用すると、補強板３５が接合されている孔３６の部分、詳細には孔３６と締結ボルト３１が挿通される挿通孔との間に存在する横メンバ２０の環状部分が脆弱部Ｚとして破断して締結ボルト３１がウエルドナット３３ごと横メンバ２０を破断して横メンバ２０から離脱する。

図５、図７、図８に示すように、フロアトンネルフレーム１５の前端延長部１０は、両側壁４０と底壁４１とを備え上側が開放された断面Ｕ字状の部材であって、後部の側壁４０，４０間に亘り水平方向にボルト保持部４２を備えた支持ブラケット４３が取付けられている。支持ブラケット４３のボルト保持部４２は板材を筒状に丸めて形成され、このボルト保持部４２に、このボルト保持部４２から後斜め後方下方に延びるアーム部４４が連続形成され、アーム部４４の端末に水平方向後方に屈曲した取付部４５を備えている。この取付部４５が前端延長部１０の底壁４１に溶接固定されている。ボルト保持部４２の両端部に対応した側壁４０には貫通孔５０が形成されている。

図７に示すように、フロアトンネルフレーム１５の前端延長部１０はサブフレーム本体２３と共締めされるリンクステイ３０を取付けた状態で、リンクステイ３０の後端部（衝突荷重入力方向の後側）の側壁３０ｓに支持ボルト３９が水平方向に挿入されるが、この支持ボルト３９が前端延長部１０の側壁４０間に固定された支持ブラケット４３のボルト保持部４２に挿入されナット３８によって締め付け固定される。尚、図８ではレインフォース３４の図示は省略している。

図９、図１０に示すように、サブフレーム本体２３の上部取付アーム２５は、上方に延びる上部取付けアーム本体４７と、この上部取付けアーム本体４７に取付けられる連結ブラケット４６とで構成されている。上部取付アーム２５は連結ブラケット４６によってフロントサイドフレーム１１に固定されている。連結ブラケット４６は上部取付けアーム本体４７の上部に取付けられ、後面視で外側に向かってＬ字状に形成された部材である。連結ブラケット４６は水平方向に二本の固定ボルト４８，４８を挿通して固定される上下方向のベース部４９と、鉛直方向下から上に一本の固定ボルト４８を挿通して固定される水平方向の取付部５１とでＬ字状に構成されている。

ベース部４９には固定ボルト４８の挿通孔５２が形成されているが、この挿通孔５２は下方に開放した切欠部５３を備えている。よって、車両衝突時に上部取付アーム２５が下方向に引っ張られるような荷重を受けると、連結ブラケット４６をフロントサイドフレーム１１，１１に残し、上部取付けアーム本体４７と連結ブラケット４６とを固定する二本の固定ボルト４８が切欠部５３を破断して、上部取付けアーム本体４７を下方へ移動させ、サブフレーム２２の下方への変位が許容される。

図１１〜図１５に基づいてリンクステイ３０を説明する。リンクステイ３０は底壁３０ｔと両側壁３０ｓとで断面Ｕ字状に形成されたものであり、前端（衝突荷重入力方向前側の端部）の底壁３０ｔがサブフレーム本体２３の後締結部２２ｕと共に横メンバ２０の取付座３２に共締めされ、後端の側壁３０ｓが車幅方向を軸としてフロアトンネルフレーム１５の前端延長部１０に支持される（図６、図７参照）。

リンクステイ３０の両側壁３０ｓの上縁には口開きを防止するために側方に延びる上縁フランジ部３０ｆが形成されている。車幅方向外側の側壁３０ｓの上縁部には前後方向中央部にＶ字凹み部３０ｋが形成され、車幅方向外側の側壁３０ｓの上縁部の前側は徐々に前方に下がる傾斜部３０ａとなっている。
リンクステイ３０の車幅方向内側の側壁３０ｓは、車幅方向外側の側壁３０ｓのＶ字凹み部３０ｋの底部の位置までは後端側から車幅方向外側の側壁３０ｓと同じ形状となっているが、車幅方向外側の側壁３０ｓとは異なり車幅方向外側の側壁３０ｓのＶ字凹み部３０ｋの底部の高さのまま、前端部側まで延びている。
そして、リンクステイ３０の両側壁３０ｓ，３０ｓはフロアトンネルフレーム１５の前端延長部１０の両側壁４０，４０を側方から挟み込むようにして配置される（図５、図７参照）。

リンクステイ３０の前部には底壁３０ｔの一部を上側に窪ませて、横メンバ２０の取付座３２に当接する凹み部３０ｈが形成されている。この凹み部３０ｈは底壁３０ｔの底面位置から斜めに傾斜して落とし込まれるように形成されている。この凹み部３０ｈによってリンクステイ３０の前側の強度が高まる。凹み部３０ｈには締結ボルト３１のボルト孔３０ｙが形成されている。

凹み部３０ｈのすぐ後、つまり衝突荷重入力方向後方はリンクステイ３０の前後方向略中央部に位置しており、ここに、サブフレーム２２の初期状態及び衝突中のサブフレーム２２の接地状態であっても、車幅方向に底壁３０ｔの底面が側面視で下方に突出するように、下方に向かって凸となる下方凸形状部３０ｘがプレス成形により一体形成されている。この下方凸形状部３０ｘは、図１２に示すように、側面から視て前端部と後端部とを直線Ｐで結んだ際にわずかに下側に向かって突出している部分であり、この部分は側壁３０ｓの上縁部に形成されたＶ字凹み部３０ｋの形成位置に前後方向で対応している。この下方凸形状部３０ｘがリンクステイ３０の折れの起点となっている。具体的には下方凸形状部３０ｘはリンクステイ３０の底壁３０ｔの幅方向に稜線を形成する。

リンクステイ３０の後端部の側壁３０ｓには後縁部から前側に一定の幅で前方に向かって側壁切欠き３０ｍが設けられている。この側壁切欠き３０ｍは、支持ボルト３９の挿通用の切欠きであって、フロアトンネルフレーム１５の前端延長部１０の側壁４０，４０間に配置された支持ブラケット４３のボルト保持部４２に対応している。
これにより、前端延長部１０の側壁４０，４０間挿通されるボルト保持部４２に挿通される支持ボルト３９がこれら一対の側壁切欠き３０ｍに前後方向の余裕をもって挿通され、ナット３８に締め付けられ、リンクステイ３０の後端部が支持ボルト３９を介して上下方向に軸支される。この支持ボルト３９の軸部がリンクステイ３０の後端部の締結中心Ｏとして構成される。

そして、図１に示すように、これらリンクステイ３０の下方凸形状部３０ｘと、サブフレーム２２の中央折れ点２７と、サブフレーム本体２３の後締結部２２ｕとの位置関係は、下方凸形状部３０ｘの側面から視た頂点が、サブフレーム２２の中央折れ点２７と後締結部２２ｕとで三角形をなすトラス構造を形成すると共に、中央折れ点２７とリンクステイ３０のステイ後端の締結中心Ｏを結ぶ直線Ｌの下方に位置している。尚、後締結部２２ｕはサブフレーム本体２３の取付け部、中央折れ点２７は折れ曲がる部位を示しているが、以後の説明で、トラス構造の節としてとらえる場合には、後締結部２２ｕは横メンバ２０の取付座３２との接合部分、中央折れ点２７は延長アーム２４の上下方向の中央部を示す。

リンクステイ３０の後端部の底壁３０ｔは端縁から前側に切欠部３０ｎが設けられている。この切欠部３０ｎはリンクステイ３０がステイ後端の締結中心Ｏを軸にして前側が下方に回動した際に底壁３０ｔがフロアトンネルフレーム１５の前端延長部１０の底壁４１に干渉しないような逃げ部として機能しリンクステイ３０の回動を許容している。

次に、上記実施形態の作用について説明する。
車両前面衝突時に衝突荷重入力が作用すると、この衝突荷重入力は一対の延長アーム２４，２４からサブフレーム本体２３を介して、強度剛性の高いフロアセンタフレーム２１，２１に分散される。
ここで、図１に示すように、一定以上の入力荷重Ｆがフロントバルクヘッド１２の下部に作用すると、サブフレーム２２が中央折れ点２７を起点として下側に向かって折れ曲がり始める。

図１６に示すように、衝突当初、サブフレーム２２の中央折れ点２７が折れ曲がり始めようとする直前には、横メンバ２０の取付座３２では、ウエルドナット３３の直前が作用点Ｓ１、ウエルドナット３３の直後が支点Ｓ２となっているが、その後サブフレーム２２が後方に変位することから、図１７に示すように、支点Ｓ２はサブフレーム本体２３の後端延長部２９の先端に対応する位置に移動する。ここで、上部取付アーム２５に下向きの力Ｕ（図１、図１０も参照）が作用すると、上部取付けアーム本体４７と連結ブラケット４６とを固定する二本の固定ボルト４８が切欠部５３を破断して、連結ブラケット４６をフロントサイドフレーム１１，１１に残し、上部取付けアーム本体４７が脱落して下方へ変位し、サブフレーム本体２３が支点Ｓ２を軸にして図１７で左回りに回動するのが許容される。

そして、図１８に示すように、サブフレーム本体２３が後端延長部２９の先端を支点Ｓ２とし回動しつつ、ウエルドナット３３が横メンバ２０の取付座３２を破断しながら更にサブフレーム本体２３が回動する。このときにはリンクステイ３０はサブフレーム本体２３と一体になっているため、後端の支持ボルト３９を締結中心Ｏとして、図１８で左回りに追従して回動する。
そして、図１９に示すように、サブフレーム本体２３の前部が接地すると、横メンバ２０の取付座３２は、ウエルドナット３３がまだ抜けきっていないものの、ウエルドナット３３により完全に破断される。

この状態では、車両は前進を続けており、図１９に示すように、リンクステイ３０の下方凸形状部３０ｘの側面から視た頂点は、サブフレーム２２の中央折れ点２７と後締結部２２ｕとで三角形のトラス構造を形成すると共に、中央折れ点２７とリンクステイ３０の後端の締結中心Ｏを結ぶ直線Ｌの下方に位置している（図１の位置関係を保持している）。つまり、衝突荷重入力方向前側に剛性の高い凹み部３０ｈが設けられているため、一部にリンクステイ３０を含んでいても剛性の高いトラス構造を形成できる。
そのため、剛性のあるトラス構造はそのままで、中央折れ点２７とリンクステイ３０の後端の締結中心Ｏとの距離が短縮するときに下方凸形状部３０ｘに力が集中するため、図２０に示すように、今度はリンクステイ３０の下方凸形状部３０ｘの側面から視た頂点が、リンクステイ３０の後部側が曲がることで屈曲度を大きくしながら下方に変位し始める。

つまり、それまではサブフレーム本体２３が後端延長部２９の先端を支点Ｓ２とし図１８で左回りに回動していたが、接地後はサブフレーム本体２３は接地点である前端部Ｘを中心に図２０に矢印で示すように右回りに回動すると共に、リンクステイ３０が後端部の支持ボルト３９を締結中心Ｏとして左回りに回動し始める。
そして、図２１に示すように、リンクステイ３０が下方凸形状部３０ｘで大きく屈曲し、サブフレーム本体２３は延長アーム２４共々完全に下方に下がって接地し、リンクステイ３０は後半部が上下方向に向いた状態となる。

上記実施形態によれば、リンクステイ３０の下方凸形状部３０ｘの頂点は、サブフレーム２２の中央折れ点２７とサブフレーム２２の後締結部２２ｕとで三角形状をなすトラス構造を形成するため、車両前面衝突時における衝撃荷重を下方凸形状部３０ｘの頂点に集中させ、かつ集中した応力をこの下方凸形状部３０ｘの頂点に下向きに作用させることができる。また、サブフレーム２２の後締結部２２ｕが取り付けられる横メンバ２０の取付座３２には下方への荷重によりウエルドナット３３の取付座３２からの離脱を容易にする脆弱部Ｚが設けられているため、サブフレーム２２の後締結部２２ｕを横メンバ２０から確実に離脱させることができる。

よって、車両前面衝突時にサブフレーム２２は前締結部２２ｍと後締結部２２ｕとの間の中央折れ点２７で下方に折れ曲がり、その後前端が接地し、サブフレーム本体２３の後締結部２２ｕが、横メンバ２０のウエルドナット３３が脆弱部Ｚを破断することで横メンバ２０の取付座３２から離脱し、リンクステイ３０とサブフレーム２２とが一体のままリンクステイ３０の下方凸形状部３０ｘが下方に曲がる。
そのため、リンクステイ３０はリンクステイ３０後部の締結中心Ｏを軸に回動して確実にサブフレーム２２を車体の下方に誘導し、サブフレーム２２に支持されたサスペンション部品である図示しないロアアームや電動パワーステアリング装置ＥＰＳをフロントサイドフレーム１１，１１のクラッシュストロークの範囲外である下方に変位させることができる。
よって、サブフレーム２２に取付けられたサスペンション部品であるロアアームや電動パワーステアリング装置ＥＰＳがパワーユニットＰＵと干渉することを防止でき、サブフレーム２２が車体と干渉するのを防止し、車体の変形ストロークを大きく確保して衝突エネルギーを十分に吸収できる。

サブフレーム２２から入力される荷重を、横メンバ２０の取付座３２の締結ボルト３１の挿通孔と補強板３５の孔３６との間の横メンバ２０の環状部分である脆弱部Ｚに局所的に集中させることができ、小さい変位で締結ボルト３１により横メンバ２０の取付座３２を破断させることができるので、破断までの時間を短くできる。
ここで、補強板３５が横メンバ２０の板厚より厚いため、サブフレーム２２に取り付けられたサスペンション部品や電動パワーステアリング装置ＥＰＳなどの侵入に対する耐力を高めることができる。

また、車両前面衝突時にサブフレーム２２に衝撃荷重が作用すると、この荷重は横メンバ２０の取付座３２に固定されたウエルドナット３３の溶接部の破断荷重と横メンバ２０と補強板３５との溶接部分に作用するせん断応力となって作用するため、サブフレーム２２が横メンバ２０に対して後方に滑るのを防止して、サブフレーム２２の回転動作につなげることができる。よって、サブフレーム２２の後方への移動を確実に阻止することができる。

リンクステイ３０の下方凸形状部３０ｘはリンクステイ３０の底壁３０ｔにプレス成形により簡単に形成できるため、部品点数も増加せず製造が容易である。
リンクステイ３０は底壁３０ｔを上方に窪ませたサブフレーム本体２３の後締結部２２ｕ用の凹み部３０ｈを備え、凹み部３０ｈの後方に下方凸形状部３０ｘを備えているため凹み部３０ｈで前側の剛性が増したことで、その後方の下方凸形状部３０ｘでのリンクステイ３０の下方への折れ曲がりが容易となると共に、サブフレーム２２からリンクステイ３０に渡る底面から、締結ボルト３１の頭部が下方に突出して路面と干渉するのを防止できる。

リンクステイ３０は、底壁３０ｔから延びる側壁３０ｓを備え、下方凸形状部３０ｘの上方に位置する側壁３０ｓにＶ字凹み部３０ｋが設けられているため、側壁３０ｓのＶ字凹み部３０ｋにより下方凸形状部３０ｘでの曲げ変形に側壁３０ｓが悪影響を与えず、リンクステイ３０を下方凸形状部３０ｘで確実に折れ曲がるようにできる。
尚、この発明は上記実施形態に限られるものではなく、例えば、車体前部の構造を例にして説明したが、車体後部の構造にも適用できる。車体後部に採用した場合には、車体後部に他の車両が衝突する車両後面衝突に対しても、リヤ側のサブフレームを確実に車体の下方に誘導することにより、サブフレームと車体との干渉を防止できる。また、凹み部３０ｈは稜線を形成しなくても、孤状の稜部であってもよい。また、側壁３０ｓのＶ字凹み部３０ｋもＶ字以外の形状であってもよい。

１１ サイドフレーム（フロントサイドフレーム）
２２ サブフレーム
２２ｍ 前締結部
２７ 中央折れ点
２０ 横メンバ（車体パネル）
３１ 締結ボルト（締結具、ボルト）
３３ ウエルドナット（締結具、ナット）
２２ｕ 後締結部
１０ 前端延長部（他の車体パネル）
Ｏ 締結中心
３０ リンクステイ
３０ｘ 下方凸形状部
Ｚ 脆弱部
Ｌ 直線
３５ 補強板
３６ 孔（挿通孔）
３０ｔ 底壁
３０ｈ 凹み部
３０ｋ Ｖ字凹み部（凹み部）

Claims (7)

1. 車体前後方向に設けられたサイドフレームの下方に、サスペンション部品を支持するサブフレームが設けられ、前記サブフレームは前記サイドフレームの端部に支持される前締結部と、前後方向中央部の下方に向けて折れ曲がる中央折れ点と、車体パネルの下方から締結具で締結される後締結部を備え、衝突荷重入力方向前側である前部が前記後締結部と共に前記車体パネルに共締めされ、衝突荷重入力方向の後側である後部が車幅方向を軸とする締結中心で他の車体パネルに支持されるリンクステイが設けられ、前記リンクステイは前後方向略中央部に下方に向かって凸となる下方凸形状部を有し、前記サブフレームの前記後締結部が取り付けられる前記車体パネルには下方への荷重により前記締結具の前記車体パネルからの離脱を容易にする脆弱部が設けられ、前記下方凸形状部の頂点は、前記サブフレームの前記中央折れ点と前記後締結部とでトラス構造を形成すると共に、前記サブフレームの初期状態及び衝突中の前記サブフレームの接地状態であっても、前記中央折れ点と前記リンクステイの前記締結中心を結ぶ直線の下方に位置することを特徴する自動車の車体フレーム構造。
2. 前記サブフレームの前記後締結部が締結される前記車体パネルには重合された補強板が設けられ、前記脆弱部が、前記車体パネルの前記締結具の挿通孔とこの締結具の挿通を許容するために前記補強板に形成された挿通孔との間の前記車体パネルの環状部分であることを特徴とする請求項１記載の自動車の車体フレーム構造。
3. 前記補強板は該補強板が取付けられる前記車体パネルよりも板厚を厚くすることを特徴とする請求項２記載の自動車の車体フレーム構造。
4. 前記補強板は前記脆弱部の衝突荷重入力方向後方で前記車体パネルと溶接部を介して接合され、前記締結具が、ボルトと前記車体パネルに溶接部を介して固定されたナットであることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の自動車の車体フレーム構造。
5. 前記リンクステイは底壁を下方に突出させて前記下方凸形状部を形成することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の自動車の車体フレーム構造。
6. 前記リンクステイは前記底壁を上方に窪ませた前記後締結部用の凹み部を備え、前記凹み部の衝突荷重入力方向後方に前記下方凸形状部を備えていることを特徴とする請求項５記載の自動車の車体フレーム構造。
7. 前記リンクステイは、前記底壁から延びる側壁を備え、前記下方凸形状部の上方に位置する側壁に凹み部が設けられていることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の自動車の車体フレーム構造。

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