JP6209956B2 - サスペンションフレーム - Google Patents

Description

本発明は、車体下部に位置し車幅方向に延び、車輪を懸架するサスペンションアームが取付けられるサスペンションフレームに関するものである。

車両は、車体下部に取付けられたサスペンションフレームを有する。サスペンションフレームは、車幅方向に延びる部材であり、例えば車両前後方向に延びる左右一対のサイドメンバに掛け渡されている。また、サスペンションフレームには、車幅方向の外側に車輪を懸架するサスペンションアームが取付けられ、車幅方向の中央に位置する中央部にエンジンマウント（トルクロッドとも称される）が取付けられている。

エンジンマウントは、エンジンやトランスミッションからなる駆動ユニットをサスペンションフレームに連結する部材である。エンジンマウントは、駆動ユニットに連結されているため、エンジンの回転数の変化により上下方向に引っ張られる挙動を示す。このため、サスペンションフレームには、エンジンマウントを介して上下方向の荷重が加わり、例えばサスペンションフレームの両端を支点とした車両上下方向の振動が生じ易い。

また、サスペンションフレームは、中央部の内部に内部空間を有し、さらに中央部の前面には内部空間を外部空間に繋ぐ開口部が形成されている。エンジンマウントは、この開口部から内部空間に通されて、サスペンションフレームの中央部に取付けられている。

特許文献１には、サスペンションフレームの内部空間内に車幅方向に延びるリンフォースを配置し、エンジンマウントの取付部をリンフォースで覆ったサスペンションフレームが記載されている。このリンフォースは、平坦面を天面としたハット形状であり、天面がサスペンションフレームの上板部材に結合され、車両前後方向に張り出したフランジが下板部材に結合されている。

特開２００７−２５３６４２号公報

ところで、サスペンションフレームには、車両上下方向の振動だけでなく、例えば車両前後方向の振動が生じる場合もあり得る。特許文献１に記載のサスペンションフレームは、エンジンマウントの取付部を単にリンフォースで覆い上板部材と下板部材とを連結しているに過ぎない。このため、このサスペンションフレームでは、車両上下方向の振動をある程度は抑制できるものの、車両前後方向の振動を十分には抑制できない。

さらに、サスペンションフレームでは、エンジンマウントが通される開口部に変形が生じる場合もある。しかし、特許文献１には、開口部を補強する構成は記載されていず、開口部の変形を抑制することは困難である。

本発明は、このような課題に鑑み、車両上下方向および車両前後方向の振動を抑制し、さらに開口部の変形も抑制できるサスペンションフレームを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明にかかるサスペンションフレームの代表的な構成は、車体下部に位置し車幅方向に延びるサスペンションフレームにおいて、車幅方向の中央に位置し内部に内部空間を有する中央部と、中央部の前面の中央に位置し内部空間を外部空間に繋ぐ開口部と、開口部から内部空間に入った位置で中央部の上面から下面まで差し渡されて上面および下面を連結し、開口部から内部空間に通されたエンジンマウントが取付けられる第１取付部と、内部空間に固定された第１リンフォースとを備え、第１リンフォースは、第１取付部の車幅方向の両側で中央部の上面と下面とを繋ぐ２つの第１壁部と、２つの第１壁部から車両前後方向にそれぞれ延長され、開口部付近の中央部の前面または後面に固定される第２壁部とを有することを特徴とする。

上記構成によれば、サスペンションフレームの中央部の上面と下面とが第１壁部によって繋がれ、さらに、車両前後方向に延びる第２壁部が中央部の前面または後面に固定されている。このため、サスペンションフレームの中央部の剛性を高めることができる。よって、エンジンマウントからの振動が第１取付部を介して中央部の上面および下面に伝達されても、サスペンションフレームの例えば車両上下方向および車両前後方向の振動を抑制でき、さらに開口部の変形も抑制できる。

上記の第１壁部は、車両前後方向から見て、上向きまたは下向きに開くように互いに傾斜しているとよい。これにより、第１壁部は、車両前後方向から見てほぼＶ字または逆Ｖ字の形状を成すように傾斜して配置される。このように傾斜した第１壁部によって上面と下面とを繋ぐことで、サスペンションフレームの中央部には、トラス構造が形成される。よって、サスペンションフレームの特に曲げ剛性を高め、振動や開口部の変形をより抑制できる。また、第１壁部を傾斜させたことで、第１壁部の長さを確保できる。このため、第２壁部が前面または後面に接触する接触面積も大きくとれることから、サスペンションフレームの車両前後方向の振動を特に抑制できる。

上記のサスペンションフレームは、車幅方向に延びていて中央部の上面に載置されるステアリングギヤボックスを、第１取付部の車幅方向外側で中央部にそれぞれ取付ける、中央部の上面から下面まで差し渡されて上面および下面を連結する２つの第２取付部をさらに備え、２つの第１壁部の各々は、第１取付部と２つの第２取付部の各々との中間位置で、上面または下面にそれぞれ固定されているとよい。

ここで、サスペンションフレームの中央部は、第１取付部と第２取付部との間で中空になっている。このため、エンジンマウントからの振動が第１取付部に入力された場合、第１取付部と第２取付部との間で、第１取付部および第２取付部を節、第１取付部と第２取付部との中間を腹、とする振動が生じ易い。上記構成では、第１取付部と第２取付部との中間位置、すなわち振幅が最大となる腹の部分に第１壁部が固定される。よって、サスペンションフレームの振動をより確実に抑えることができる。また、第１壁部を中間位置に固定することで、上面または下面に対する第１壁部の傾斜角を例えば４５度程度にできる。このため、エンジンマウントから入力された振動を、サスペンションフレーム全体に分散させ易くなる。

上記の中央部の上面または下面には、第１壁部が固定される、ビードによって挟まれた座面が形成されているとよい。これにより、第１壁部が固定される座面をビードによって補強できる。よって、第１リンフォースの取付け剛性が高くなり、サスペンションフレームの補強が可能となる。

上記の第２取付部は、中央部の上面と下面とを連結する上下方向に延びる連結部材を含み、サスペンションフレームは、内部空間にて連結部材と中央部の前面、後面および側面のいずれかとを繋ぐ第２リンフォースをさらに備えるとよい。これにより、第２取付部の剛性を高めて、サスペンションフレームの剛性を高めることができる。

本発明によれば、車両上下方向および車両前後方向の振動を抑制し、さらに開口部の変形も抑制できるサスペンションフレームを提供することができる。

本実施形態におけるサスペンションフレームを概略的に示す図である。 図１のサスペンションフレームの第１リンフォースを車両前方から見た正面図である。 図１のサスペンションフレームの上面図および断面図である。 図１のサスペンションフレームの一部を拡大して示す図である。 図１のサスペンションフレームを車両前側の斜め上方から見た状態および断面を示す図である。 図１のサスペンションフレームの振動特性を示すグラフである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、本実施形態におけるサスペンションフレームを概略的に示す図である。図１（ａ）は、サスペンションフレームの外観を示す斜視図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のサスペンションフレームに各部材が取付けられた状態を示す斜視図である。なお以下各図に示す矢印Ｘ、Ｙは、車両左側、車両前側をそれぞれ示している。

サスペンションフレーム１００は、車体下部例えばエンジンルーム（不図示）の下方に取付けられる部材であり、図１（ａ）に示すように車幅方向に延びている。サスペンションフレーム１００は、上部材１０２および下部材１０４が互いに接合されることで、上面１０６、下面１０８、前面１１０、後面１１２および側面１１３ａ、１１３ｂを構成している。

サスペンションフレーム１００は、図１（ａ）に示すように、車幅方向の中央に位置し内部に内部空間を有する中央部１１４と、開口部１１６とを備える。開口部１１６は、中央部１１４の前面１１０の中央に位置していて、内部空間を外部空間に繋いでいる。

サスペンションフレーム１００は、第１取付部１１８と、２つの第２取付部１２０、１２２とを備える。第１取付部１１８は、図１（ｂ）に示すように、開口部１１６から内部空間に通されたエンジンマウント１２４を取付ける。エンジンマウント１２４は、エンジンやトランスミッションからなる駆動ユニット１２６（図３（ａ）参照）をサスペンションフレーム１００に連結する部材である。

サスペンションフレーム１００の中央部１１４の上面１０６には、図１（ｂ）に仮想線で示す車幅方向に延びるステアリングギヤボックス１２８が載置されている。２つの第２取付部１２０、１２２は、ステアリングギヤボックス１２８を、第１取付部１１８の車幅方向外側で中央部１１４にそれぞれ取付ける。

また、サスペンションフレーム１００には、車幅方向の外側に車輪を懸架するサスペンションアーム１３０、１３２が取付けられ、さらに支持部材１３４、１３６を介して一対のエプロンサイドメンバ１３８、１４０が連結されている。支持部材１３４、１３６は、エプロンサイドメンバ１３８、１４０に向かって車幅方向外側に湾曲しながら延びている。エプロンサイドメンバ１３８、１４０は、エンジンルームの車幅方向両側に配置され車両前後方向に延びる部材である。

さらに、サスペンションフレーム１００の中央部１１４の内部空間には、図中点線で透過して示す第１リンフォース１４２と、図中実線で示す第２リンフォース１４４とが配置されている。なお図中には、サスペンションフレーム１００の車両左側に配置された第２リンフォース１４４のみが示されているが、車両右側には第２リンフォース１４６（図３（ｂ）参照）が配置されている。

図２は、図１のサスペンションフレーム１００の第１リンフォース１４２を車両前側から見た正面図である。第１リンフォース１４２は、図２に示すように、底部１４８と、底部１４８から連続する２つの第１壁部１５０、１５２と、第１壁部１５０、１５２から車両前側にそれぞれ延長された２つの第２壁部１５４、１５６とを有する。

第１壁部１５０、１５２は、図２に示すように、車両前後方向から見て上向きに開くように底部１４８に対して互いに傾斜し、ほぼＶ字の形状を成している。また、第１壁部１５０、１５２は、車幅方向外側に延びる上端部１５８、１６０をそれぞれ含む。

第１リンフォース１４２は、車両前後方向から見て底部１４８の中心１４８ａに対して対称となっている。このため、第１壁部１５０、１５２の上端部１５８、１６０間の寸法Ｌａは、底部１４８の中心１４８ａと上端部１５８、１６０との間の寸法Ｌｂの２倍となる。また、第１壁部１５０、１５２が上向きに開くように互いに傾斜しているため、寸法Ｌａは、底部１４８の車幅方向の寸法Ｌｃよりも大きくなっている。なお第１壁部１５０、１５２は、図２では線状に示されているが、車両前後方向に延びる面を成し、サスペンションフレーム１００の前面１１０および後面１１２とは平行ではない。

図３は、図１のサスペンションフレーム１００の上面図および断面図である。図３（ａ）は、サスペンションフレーム１００の上面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図４は、図１のサスペンションフレーム１００の一部を拡大して示す図である。図中では、第１リンフォース１４２および第２リンフォース１４４を透過して示している。

サスペンションフレーム１００では、図３（ａ）に示すように、中央部１１４に取付けられたエンジンマウント１２４に対して駆動ユニット１２６が連結されている。第１取付部１１８は、図３（ｂ）に示すように、連結部材１６２を含む。連結部材１６２は、開口部１１６から内部空間に入った位置で中央部１１４の上面１０６から下面１０８まで差し渡されていて、上面１０６および下面１０８を連結している。

また、連結部材１６２は、下部材１０４、第１リンフォース１４２の底部１４８、エンジンマウント１２４および上部材１０２を貫通している。これにより、エンジンマウント１２４は、第１取付部１１８によって取付けられる。第１リンフォース１４２の底部１４８は、連結部材１６２によってサスペンションフレーム１００の下部材１０４と共締めされている。これにより製造コストを低減できる。

第１リンフォース１４２の第１壁部１５０、１５２は、上向きに開くように互いに傾斜し、図３（ｂ）に示すように、第１取付部１１８の車幅方向の両側で中央部１１４の上面１０６と下面１０８とを繋いでいる。これにより、サスペンションフレーム１００では、中央部１１４にトラス構造が形成されるため、剛性を高めることができる。

第１壁部１５０、１５２の上端部１５８、１６０は、中央部１１４の上面１０６に形成されビード１６４ａ、１６４ｂ、１６６ａ、１６６ｂによって挟まれた座面１６８、１７０に固定されている。座面１６８、１７０は、ビード１６４ａ、１６４ｂ、１６６ａ、１６６ｂにより補強されている。このため、第１リンフォース１４２の取付け剛性が高くなり、サスペンションフレーム１００の補強が可能となる。

第２取付部１２０、１２２は、図３（ｂ）に示すように、連結部材１７２、１７４を含む。連結部材１７２、１７４は、第１取付部１１８の車幅方向外側で中央部１１４の上面１０６から下面１０８まで差し渡されて、上面１０６および下面１０８を連結している。第２リンフォース１４４、１４６は、例えば中央部１１４の内部空間にて連結部材１７２、１７４に接続され、さらに図４に点線で示すように中央部１１４の後面１１２に接続されている。このように、第２リンフォース１４４、１４６は、連結部材１７２、１７４と中央部１１４の後面１１２とを繋いでいる。このため、第２取付部１２０、１２２の剛性が高くなり、これによりサスペンションフレーム１００の剛性も高くなる。

ここでエンジンマウント１２４は、図３（ａ）に示す駆動ユニット１２６に連結されることで、エンジンの回転数の変化により上下方向に引っ張られる挙動を示す。そのため、サスペンションフレーム１００には、エンジンマウント１２４を介して上下方向の荷重が加わることになる。さらに図３（ｂ）に示すように、サスペンションフレーム１００の中央部１１４のうち第１取付部１１８と第２取付部１２０、１２２との間は中空になっていて、他の部分に比べて脆弱となっている。

このため、エンジンマウント１２４から上下方向の荷重が第１取付部１１８に入力された場合、サスペンションフレーム１００には、第１取付部１１８と第２取付部１２０との間で図中破線により示す振動が生じ易い。この振動では、第１取付部１１８および第２取付部１２０、１２２が節、第１取付部１１８と第２取付部１２０、１２２との中間が腹、となる。

そこで、サスペンションフレーム１００では、２つの第１壁部１５０、１５２の各々を第１取付部１１８と２つの第２取付部１２０、１２２の各々との中間位置で、中央部１１４の上面１０６にそれぞれ固定している。一例として図４に示すように、第１壁部１５０は、ビード１６４ａ、１６４ｂで挟まれた座面１６８に上端部１５８が固定されている。

座面１６８は、第１リンフォース１４２の底部１４８の中心１４８ａおよび第２取付部１２０からいずれも寸法Ｌｂだけ離れた位置、すなわち第１取付部１１８と第２取付部１２０との中間位置Ｂにある。中間位置Ｂは、図３（ｂ）に破線で示す振動の振幅が最大となる腹の部分あるいはその付近となる。なお図４では図示を省略したが、第１壁部１５２の上端部１６０が固定される座面１７０は、第１取付部１１８と第２取付部１２２との中間位置にある。このように、サスペンションフレーム１００では、第１壁部１５０、１５２の上端部１５８、１６０が中間位置に固定されているので、振動を抑え易くなる。

なお第１壁部１５０、１５２の上端部１５８、１６０を中間位置よりも車幅方向外側で固定した場合、第１壁部１５０、１５２は、下面１０８に対する傾斜角が小さくなり、上面１０６と下面１０８とを繋ぐ長さが長くなることで剛性が低下してしまう。これに対して、サスペンションフレーム１００では、第１壁部１５０、１５２の上端部１５８、１６０を中間位置で固定することで、図３（ｂ）に示すように、下面１０８に対する第１壁部１５０、１５２の傾斜角を例えば４５度程度に設定している。このため、第１壁部１５０、１５２は、上面１０６と下面１０８とを繋ぐ長さを剛性が確保できる程度の長さとし、その上で、エンジンマウント１２４から入力された荷重をサスペンションフレーム１００全体に分散させ易くしている。

図５は、図１のサスペンションフレーム１００を車両前側の斜め上方から見た状態および断面を示す図である。図５（ａ）は、サスペンションフレーム１００の一部を拡大するとともに、第１リンフォース１４２を透過して示す斜視図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。

第１リンフォース１４２の第２壁部１５４、１５６は、図５（ａ）に示すように、第１壁部１５０、１５２から車両前側に位置する開口部１１６付近の中央部１１４の前面１１０に向かってそれぞれ延長されている。延長された第２壁部１５６は、例えば図５（ｂ）に示すように、前端部１７６が中央部１１４の前面１１０に固定されている。また第２壁部１５４も前端部１７８が中央部１１４の前面１１０に固定されている。

よって、サスペンションフレーム１００では、中央部１１４の上面１０６と下面１０８とが第１リンフォース１４２の第１壁部１５０、１５２によって繋がれ、さらに、第２壁部１５４、１５６が中央部１１４の開口部１１６付近の前面１１０に固定されている。このため、第１リンフォース１４２は、中央部１１４に配置されることで、バルクヘッドすなわち補強部材として機能し、サスペンションフレーム１００の車両上下方向、車両前後方向および車幅方向の変形やねじれなどに対する剛性を高めることができる。したがって、サスペンションフレーム１００は、中央部１１４の剛性が高められて、特に車両上下方向および車両前後方向の振動を抑制でき、さらに開口部１１６の変形も抑制できる。

また、サスペンションフレーム１００の中央部１１４には、傾斜した第１壁部１５０、１５２によってトラス構造が形成されるため、特に曲げ剛性を高め、振動や開口部１１６の変形をより抑制できる。さらに、第１壁部１５０、１５２を傾斜させたことで、第２壁部１５４、１５６は、第１壁部１５０、１５２に沿った長さをより長くできる。よって、サスペンションフレーム１００では、前端部１７６、１７８と中央部１１４の前面１１０との接触面積を大きくとれるため、車両前後方向の振動を特に抑制できる。

図６は、図１のサスペンションフレーム１００の振動特性を示すグラフである。図中、横軸は周波数（Ｈｚ）、縦軸は移動度（ｄＢ）をそれぞれ示していて、移動度が低い程、振動特性が優れていることを示す。図６（ａ）、図６（ｂ）は、サスペンションフレーム１００の第１取付部１１８での車両前後方向、車両上下方向の振動特性をそれぞれ示している。

図６（ａ）、図６（ｂ）では、実線で示すグラフがサスペンションフレーム１００に対応し、点線で示すグラフが比較例に対応している。比較例としては、第１リンフォース１４２に代えて、車幅方向に延びるハット形状のリンフォースを配置した場合を例示している。ハット形状のリンフォースは、サスペンションフレームの上部材に天面が結合され、車両前後方向に張り出したフランジが下部材に結合されているものでよい。

サスペンションフレーム１００は、図６（ａ）、図６（ｂ）に示すように、周波数全域にわたって比較例よりも振動特性が優れている。したがって、本実施形態のサスペンションフレーム１００によれば、第１リンフォース１４２により剛性が高められ、車両上下方向の振動だけでなく車両前後方向の振動も抑制できることが明らかになった。また、サスペンションフレーム１００では、剛性が高められ振動も抑制できることから、開口部１１６の変形も抑制できる。

上記実施形態では、第１リンフォース１４２の第１壁部１５０、１５２が車両前後方向から見て上向きに開くように互いに傾斜するとしたが、これに限られない。一例として、サスペンションフレーム１００の上面１０６に第１リンフォース１４２の底部１４８を取付けて、下面１０８に第１壁部１５０、１５２の上端部１５８、１６０をそれぞれ固定してもよい。この場合、第１壁部１５０、１５２は、車両前後方向から見て下向きに互いに傾斜し、逆Ｖ字の形状を成すことになる。また、第１壁部１５０、１５２の上端部１５８、１６０は、サスペンションフレーム１００の下面１０８にビードで挟まれた座面をそれぞれ形成しこれに固定してよい。さらに、第２壁部１５４、１５６は、第１壁部１５０、１５２から車両前側に延長されて前面１１０に固定されるとしたが、車両後側に延長し後面１１２に固定してもよい。このような場合であっても、第１リンフォース１４２の第１壁部１５０、１５２によって上面１０６と下面１０８とが繋がれ、第２壁部１５４、１５６によって前面１１０または後面１１２が固定されることになる。よって、サスペンションフレームでは、剛性が高められて、車両上下方向および車両前後方向の振動を抑制でき、さらに開口部１１６の変形も抑制できる。

さらに第２リンフォース１４４、１４６は、連結部材１７２、１７４と中央部１１４の後面１１２とを繋いでいるとしたが、これに限られず、連結部材１７２、１７４と中央部１１４の前面１１０または側面１１３ａ、１１３ｂとを繋いでもよい。このような場合でもあっても、第２取付部１２０、１２２の剛性が高くなり、これによりサスペンションフレーム１００の剛性を高めることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、車体下部に位置し車幅方向に延び、車輪を懸架するサスペンションアームが取付けられるサスペンションフレームに利用することができる。

１００…サスペンションフレーム、１０２…上部材、１０４…下部材、１０６…上面、１０８…下面、１１０…前面、１１２…後面、１１３ａ、１１３ｂ…側面、１１４…中央部、１１６…開口部、１１８…第１取付部、１２０、１２２…第２取付部、１２４…エンジンマウント、１２６…駆動ユニット、１２８…ステアリングギヤボックス、１３０、１３２…サスペンションアーム、１３４、１３６…支持部材、１３８、１４０…エプロンサイドメンバ、１４２…第１リンフォース、１４４、１４６…第２リンフォース、１４８…底部、１５０、１５２…第１壁部、１５４、１５６…第２壁部、１５８、１６０…上端部、１６２、１７２、１７４…連結部材、１６４ａ、１６４ｂ、１６６ａ、１６６ｂ…ビード、１６８、１７０…座面、１７６、１７８…前端部

Claims (5)

1. 車体下部に位置し車幅方向に延びるサスペンションフレームにおいて、
   車幅方向の中央に位置し内部に内部空間を有する中央部と、
   前記中央部の前面の中央に位置し前記内部空間を外部空間に繋ぐ開口部と、
   前記開口部から前記内部空間に入った位置で前記中央部の上面から下面まで差し渡されて該上面および下面を連結し、前記開口部から前記内部空間に通されたエンジンマウントが取付けられる第１取付部と、
   前記内部空間に固定された第１リンフォースとを備え、
   前記第１リンフォースは、
   前記第１取付部の車幅方向の両側で前記中央部の上面と下面とを繋ぐ２つの第１壁部を有し、
   第１壁部は、車両前後方向から見て、上向きまたは下向きに開くように互いに傾斜していることを特徴とするサスペンションフレーム。
2. 当該サスペンションフレームは、車幅方向に延びていて前記中央部の上面に載置されるステアリングギヤボックスを、第１取付部の車幅方向外側で前記中央部にそれぞれ取付ける、該中央部の上面から下面まで差し渡されて該上面および下面を連結する２つの第２取付部をさらに備え、
   ２つの第１壁部の各々は、第１取付部と２つの第２取付部の各々との中間位置で、前記上面または前記下面にそれぞれ固定されていることを特徴とする請求項１に記載のサスペンションフレーム。
3. 前記中央部の上面または下面には、第１壁部が固定される、ビードによって挟まれた座面が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のサスペンションフレーム。
4. 第２取付部は、前記中央部の上面と下面とを連結する上下方向に延びる連結部材を含み、
   当該サスペンションフレームは、前記内部空間にて前記連結部材と前記中央部の前面、後面および側面のいずれかとを繋ぐ第２リンフォースをさらに備えることを特徴とする請求項２または３に記載のサスペンションフレーム。
5. 前記第１リンフォースは、２つの第１壁部から車両前後方向にそれぞれ延長され、前記開口部付近の前記中央部の前面または後面に固定される第２壁部をさらに有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のサスペンションフレーム。

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