JP6238944B2 - 車両用サブフレームの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、車体前部のパワープラント収容室の下方に取り付けられる車両用サブフレームの製造方法に関する。

例えば、特許文献１には、エンジンルーム内にエンジンとミッションとの組み合わせが異なる複数種類のパワープラントを、エンジンマウントブラケットを介して車体に取り付ける構造が開示されている。

具体的には、複数種類のパワープラントを支持可能な車体に対し、エンジンマウントブラケットの取り付け位置をパワープラントのトルクロール軸に対応して調整可能な複数組の取付孔を設けている。

実開昭６１−７５３２３号公報

ところで、近年、エンジン、ハイブリッドエンジン、モータ等のパワープラントのバリエーションが増大すると共に、そのサイズも多岐にわたっている。

このため、予め選定されたパワープラントの仕様毎にパワープラントをマウントするためのサブフレーム構造を検討する必要があり、生産工程の増加や、製造コストの高騰が懸念されている。

本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、生産工程を簡素化して、製造コストを低減することが可能な車両用サブフレームの製造方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、車体と別体に構成され、車体前部のパワープラント収容室の下方に取り付けられる車両用サブフレームの製造方法であって、車両の前後方向に延在する左右の縦メンバと、前記車両の車幅方向に延在すると共に、前記左右の縦メンバの前部を繋ぐフロント横メンバと、前記車両の車幅方向に延在すると共に、前記左右の縦メンバの後部を繋ぐリヤ横メンバと、を備え、前記フロント横メンバは、パワープラントを支持する支持点を有する第１のフロント横メンバと、パワープラントを支持する支持点を有しない第２のフロント横メンバとを備え、少なくとも、車種が燃料電池車及び電気自動車の場合、前記第１のフロント横メンバを選択し、プラグインハイブリッド自動車の場合、前記第２のフロント横メンバを選択したことを特徴とする。

本発明によれば、車両用サブフレームは、第１のフロント横メンバと第２のフロント横メンバとを択一的に備えることで、パワープラントの種類に対応した特性を有する車両用サブフレームを構成することができる。これにより、複数の車種に共通の車両用サブフレームを適用することができ、車両に搭載されるパワープラントに最適なサブフレーム特性を択一的に選択することが可能になると共に、生産工程を簡素化して製造コストを低減することができる。

また、本発明は、前記車体が、前記パワープラント収容室を構成して前記左右の縦メンバよりも上方で車両の前後方向に延在する左右のフロントサイドフレームを含み、前記第１のフロント横メンバよりも剛性が低い前記第２のフロント横メンバを備えた場合、前記左右のフロントサイドフレームは、前記パワープラントを支持する支持点を有することを特徴とする。

本発明によれば、左右のフロントサイドフレームがパワープラントを支持する支持点を有することで、第２のフロント横メンバの剛性を第１のフロント横メンバの剛性よりも低くすることができる。

さらに、本発明は、前記第１のフロント横メンバを備えた場合、前記パワープラントが、走行用電動モータであることを特徴とする。

本発明によれば、車両用サブフレームが第１のフロント横メンバを備えることで、車両用サブフレームの支持点によって走行用電動モータを好適に支持することができる。

さらにまた、本発明は、前記第２のフロント横メンバを備えた場合、前記パワープラントが、内燃機関であることを特徴とする。

本発明によれば、車両用サブフレームが第２のフロント横メンバを備える場合、左右のフロントサイドフレームによって内燃機関（例えば、エンジン）が好適に支持されるため、第２のフロント横メンバの剛性を低くすることができる。
さらにまた、本発明は、前記第１のフロント横メンバを備えた場合、前記第１のフロント横メンバは、摩擦撹拌接合によって前記左右の縦メンバと接合され、前記第２のフロント横メンバを備えた場合、前記第２のフロント横メンバが、ボルト及びナットによって前記左右の縦メンバと接合されることを特徴とする。

本発明では、生産工程を簡素化して、製造コストを低減することが可能な車両用サブフレームの製造方法を得ることができる。

本発明の実施形態に係る車両用サブフレームの製造方法が適用された車両用サブフレームにおいて、第１のフロント横メンバを備えたサブフレームの斜視図である。 本発明の実施形態に係る車両用サブフレームの製造方法が適用された車両用サブフレームにおいて、第２のフロント横メンバを備えたサブフレームの斜視図である。 図１に示すサブフレームが適用された燃料電池車の概略構成図である。 図３に示す燃料電池車両の車両前部の透過斜視図である。 図１に示すサブフレームが適用された電気自動車の概略構成図である。 図５に示す電気自動車の車両前部の透過斜視図である。 図２に示すサブフレームが適用されたプラグインハイブリッド自動車の概略構成図である。 図７に示すプラグインハイブリッド自動車の車両前部の透過斜視図である。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る車両用サブフレームの製造方法が適用された車両用サブフレームにおいて、第１のフロント横メンバを備えたサブフレームの斜視図、図２は、本発明の実施形態に係る車両用サブフレームの製造方法が適用された車両用サブフレームにおいて、第２のフロント横メンバを備えたサブフレームの斜視図である。

なお、各図中において、「前後」は、車両前後方向、「左右」は、車両左右方向（車幅方向）、「上下」は、車両上下方向を、それぞれ示している。以下、第１のフロント横メンバを備えたサブフレーム、第２のフロント横メンバを備えたサブフレームの順に説明する。

図１に示されるように、一方のサブフレーム（車両用サブフレーム）１０ａは、車幅方向の両端部の左側及び右側にそれぞれ配置され、車両前後方向に延在する左右の縦メンバ１２、１２と、車両の車幅方向に沿って延在すると共に、左右の縦メンバ１２、１２の前部を繋ぐ第１のフロント横メンバ１４ａと、車両の車幅方向に沿って延在すると共に、前記左右の縦メンバ１２、１２の後部を繋ぐリヤ横メンバ１６とを備えている。サブフレーム１０ａは、後記するように、車体と別体に構成され、車体前部のパワープラント収容室の下方に取り付けられる。

左右の縦メンバ１２、１２、第１のフロント横メンバ１４ａ、及び、リヤ横メンバ１６は、閉断面を有する中空部材であり、例えば、アルミニウム等の軽金属からなる上側部材と、鉄鋼等の金属からなる下側部材とを、上側部材側から摩擦撹拌接合することによって一体的に結合されている。なお、異種金属同士を一体的に結合してもよいし、又は、同種の金属同士を一体的に結合するようにしてもよい。左右の縦メンバ１２、１２は、左側と右側とにおいて相互に対称形状（ミラー形状）となるように形成されている。

第１のフロント横メンバ１４ａの上面には、パワープラント（後記する）を支持する支持点として機能する一組の支持部１８、１８が所定距離だけ離間して配置されている。各支持部１８には、パワープラント（後記する走行用モータ３８）を支持する図示しないマウントが装着される。第１のフロント横メンバ１４ａの軸方向に沿った両端は、左右の縦メンバ１２、１２の内側側面に対して、例えば、溶接等によって強固に結合されている。

後記するように、左右の縦メンバ１２、１２の上方には、車体を構成する左右のフロントサイドフレーム２０、２０が設けられる（図４、図６、図８参照）。この左右のフロントサイドフレーム２０、２０は、左右の縦メンバ１２、１２と略平行に車両前後方向に沿って延在するように設けられている。リヤ横メンバ１６の車幅方向に沿った両端には、左右のフロントサイドフレーム２０、２０の下面にそれぞれ連結される一組のフレーム連結部２２、２２が設けられている。また、リヤ横メンバ１６の車両後方端部には、車両後方に向かって突出し、ボルト及びナットを介して図示しないダッシュクロスメンバに締結される一組のダッシュ連結部２４、２４が設けられている。

図２に示されるように、他方のサブフレーム（車両用サブフレーム）１０ｂは、車幅方向の両端部の左側及び右側にそれぞれ配置され、車両前後方向に延在する左右の縦メンバ１２、１２と、車両の車幅方向に沿って延在すると共に、左右の縦メンバ１２、１２の前部を繋ぐ第２のフロント横メンバ１４ｂと、車両の車幅方向に沿って延在すると共に、前記左右の縦メンバ１２、１２の後部を繋ぐリヤ横メンバ１６とを備えている。サブフレーム１０ｂは、車体と別体に構成され、車体前部のパワープラント収容室の下方に取り付けられる。なお、図２において、図１に示すサブフレーム１０ａと同一の構成要素には、同一の参照符号を付している。

図１に示すサブフレーム１０ａと図２に示すサブフレーム１０ｂでは、左右の縦メンバ１２、１２、及び、リヤ横メンバ１６が同じもので構成され、第１のフロント横メンバ１４ａと第２のフロント横メンバ１４ｂとが相違している。サブフレーム１０ａ、１０ｂのフロント横メンバとしては、第１のフロント横メンバ１４ａと、第２のフロント横メンバ１４ｂとのいずれか一方を択一的に備えている。

第２のフロント横メンバ１４ｂは、左右の縦メンバ１２、１２の前部を車幅方向に沿って懸架する連結バー２６と、平面視して連結バー２６から車両後方に向かって略八の字状に延在する一組のブレースバー２８、２８とから構成されている。車幅方向に沿った連結バー２６の両端は、ボルト３０及びナット（図示せず）を介して左右の縦メンバ１２、１２の前部フランジ３２に締結されている。

また、一組のブレースバー２８、２８の一端は、連結バー２６の中間部に締結されている。連結バー２６の後端は、ボルト３２及びナット（図示せず）を介して、左右の縦メンバ１２、１２の内側側部のブラケット３４に締結されている。連結バー２６及び一組のブレースバー２８、２８は、第１のフロント横メンバ１４ａと比較して、連結バー２６及び一組のブレースバー２８、２８の軸方向と直交する幅寸法が狭小で細く形成されている。このため、連結バー２６及び一組のブレースバー２８、２８から構成される第２のフロント横メンバ１４ｂは、パワープラント（後記する）を支持する支持部（支持点）を有することがなく、第１のフロント横メンバ１４ａよりも剛性が低くなっている。

本実施形態に係る車両用サブフレームの製造方法が適用されたサブフレーム１０ａ、１０ｂは、基本的に以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について説明する。

図３は、図１に示すサブフレームが適用された燃料電池車の概略構成図、図４は、図３に示す燃料電池車両の車両前部の透過斜視図である。

図４に示されるように、燃料電池車（Fuel Cell Vehicle；ＦＣＶ）には、サブフレームとして、第１のフロント横メンバ１４ａを有するサブフレーム１０ａが選択される。サブフレーム１０ａの車両前方端部（左右の縦メンバ１２、１２の車両前方端部）は、図示しないバルクヘッドに結合されると共に、車両前方端部側（左右の縦メンバ１２、１２の車両前方端部側）の上面は、左右のフロントサイドフレーム２０、２０の下方屈曲部３６に結合されている。左右のフロントサイドフレーム２０、２０の車両後方端部（リヤ横メンバ１６の後方端部）は、リヤ横メンバ１６の一組のダッシュ連結部２４、２４を介して、図示しないダッシュクロスメンバに締結されている。

燃料電池車ＦＣＶは、図３に示されるように、パワープラントとして機能する走行用モータ（走行用電動モータ）３８と、燃料電池スタック４０と、燃料電池スタック４０で発生した電力が充電されるバッテリ４２と、燃料電池スタック４０のアノードに対して水素（燃料ガス、反応ガス）を供給する大小２つの水素タンク４４、４６とを備える。なお、参照符号４８は、車両後端部に配置される荷室（トランク）を示している。

走行用モータ３８と燃料電池スタック４０は、クリアランスを介して車両上下方向で重畳（積層）する位置にそれぞれ配置されている。下側に位置する走行用モータ３８は、第１のフロント横メンバ１４ａの一組の支持部１８、１８にそれぞれ装着される図示しないマウントを介して、サブフレーム１０ａに支持されている。上側に位置する燃料電池スタック４０は、リヤ横メンバ１６に装着される図示しないリヤマウント及び一組のフレーム連結部２２、２２を介して、左右のフロントサイドフレーム２０、２０に支持されている。なお、走行用モータ３８は、例えば、永久磁石同期式の三相交流モータであり、三相交流電力で燃料電池車の駆動輪（前輪）を回転駆動させる。

図５は、図１に示すサブフレームが適用された電気自動車の概略構成図、図６は、図５に示す電気自動車の車両前部の透過斜視図である。

図６に示されるように、電気自動車（Battery Electric Vehicle；ＢＥＶ）には、燃料電池車ＦＣＶと同様に、サブフレームとして、第１のフロント横メンバ１４ａを有するサブフレーム１０ａが選択される。すなわち、燃料電池車ＦＣＶと電気自動車ＢＥＶのサブフレーム１０ａを、互いに共通化することが可能となる。

この電気自動車ＢＥＶは、パワープラントとして機能する走行用モータ３８を駆動する高圧バッテリ５０と、例えば、スピーカやランプ等の低圧補機に対して電力を供給する低圧バッテリ５２（図５参照）と、家庭用コンセントにプラグを差し込んで高圧バッテリを充電可能とするバッテリチャージャ５４とを備える。走行用モータ３８は、第１のフロント横メンバ１４ａの一組の支持部１８、１８にそれぞれ装着される図示しないマウントを介して、第１のフロント横メンバ１４ａを有するサブフレーム１０ａに支持されている。

図７は、図２に示すサブフレームが適用されたプラグインハイブリッド自動車の概略構成図、図８は、図７に示すプラグインハイブリッド自動車の車両前部の透過斜視図である。

図８に示されるように、プラグインハイブリッド自動車(Plug-in Hybrid Electric Vehicle；ＰＨＥＶ)には、サブフレームとして、第２のフロント横メンバ１４ｂを有するサブフレーム１０ｂが選択される。サブフレーム１０ｂの車両前方端部（左右の縦メンバ１２、１２の車両前方端部）は、図示しないバルクヘッドに結合されると共に、車両前方端部側（左右の縦メンバ１２、１２の車両前方端部側）の上面は、左右のフロントサイドフレーム２０、２０の下方屈曲部３６に結合されている。サブフレーム１０ｂの車両後方端部（リヤ横メンバ１６の後方端部）は、リヤ横メンバ１６の一組のダッシュ連結部２４、２４を介して、図示しないダッシュクロスメンバに締結されている。

図７に示されるように、プラグインハイブリッド自動車ＰＨＥＶは、エンジン（内燃機関、パワープラント）５６、走行用モータ（走行用電動モータ、パワープラント）５８、及び、発電用モータ６０が一体的に組み付けて構成されたパワープラントユニットと、走行用モータ５８を駆動するバッテリ６２と、エンジン５６に対して供給する燃料を貯留する燃料タンク６４と、家庭用コンセントにプラグを差し込んでバッテリ６２を充電可能とするバッテリチャージャ６６とを備える。

エンジン５６、走行用モータ５８、及び、発電用モータ６０は、それぞれ直列に配置され、状況に応じて複数の走行モードの中から、最も効率の良いモードを自動的に選択して走行する。この複数の走行モードは、例えば、バッテリ６２から走行用モータ５８に電力を供給して走行するモードと、エンジン５６で発電用モータ６０を駆動し、発電用モータ６０で発生した電力を走行用モータ５８に供給して走行するモードと、図示しないクラッチ機構を直結させてエンジン５６の回転駆動力をタイヤに直接伝達して走行するモードとを含む。

エンジン５６は、図示しない一組のマウントを介して左右のフロントサイドフレーム２０、２０にそれぞれ支持されると共に、リヤ横メンバ１６に装着された支持マウント６８を介して、トルクロッド７０によって支持されている。エンジン５６がトルクロッド７０で支持されることで、エンジン５６の回転方向の振動が吸収される。

プラグインハイブリッド自動車ＰＨＥＶでは、トルクロッド７０を除き、一体的に結合されたエンジン５６、走行用モータ５８、及び、発電用モータ６０が、左右のフロントサブフレーム２０、２０に支持される。このため、第１のフロント横メンバ１４ａに代替して、第１のフロント横メンバ１４ａよりも剛性が低い第２のフロント横メンバ１４ｂを配置することができる。

このように、本実施形態では、サブフレーム１０ａ、１０ｂが、第１のフロント横メンバ１４ａと第２のフロント横メンバ１４ｂとを択一的に備えることで、パワープラントの種類に対応した特性を有するサブフレームを構成することができる。これにより、複数の車種（燃料電池車ＦＣＶと電気自動車ＢＥＶ）に共通のサブフレーム１０ａを適用することができ、車両に搭載されるパワープラントに最適なサブフレーム特性を択一的に選択することが可能になると共に、生産工程を簡素化して製造コストを低減することができる。

また、本実施形態では、図８のプラグインハイブリッド自動車ＰＨＥＶに示されるように、左右のフロントサイドフレーム２０、２０がエンジン５６を支持することで、第２のフロント横メンバ１４ｂの剛性を第１のフロント横メンバ１４ａの剛性よりも低くすることができる。

さらに、本実施形態では、図６の電気自動車ＢＥＶに示されるように、サブフレーム１０ａが第１のフロント横メンバ１４ａを備えることで、第１のフロント横メンバ１４ａに設けられた一組の支持部１８、１８によって走行用モータ３８を好適に支持することができる。

さらにまた、本実施形態では、図８のプラグインハイブリッド自動車ＰＨＥＶに示されるように、サブフレーム１０ｂが第２のフロント横メンバ１４ｂを備える場合、左右のフロントサイドフレーム２０、２０によってエンジン５６が好適に支持されるため、第２のフロント横メンバ１４ｂの剛性を低くすることができる。

なお、図８に示されるプラグインハイブリッド自動車ＰＨＥＶにおいて、サブフレーム１０ｂが第２のフロント横メンバ１４ｂを備える場合であっても、サブフレーム１０ａの左右の縦メンバ１２、１２及びリヤ横メンバ１６を共通化させることで、より一層生産工程を簡素化して製造コストを低減することができる。

１０ａ、１０ｂ サブフレーム
１２ 縦メンバ
１４ａ 第１のフロント横メンバ
１４ｂ 第２のフロント横メンバ
１６ リヤ横メンバ
１８ 支持部（支持点）
２０ フロントサイドフレーム
３８、５８ 走行用モータ（走行用電動モータ、パワープラント）
ＦＣＶ 燃料電池車（車両）
ＢＥＶ 電気自動車（車両）
ＰＨＥＶ プラグインハイブリッド自動車（車両）

Claims (5)

1. 車体と別体に構成され、車体前部のパワープラント収容室の下方に取り付けられる車両用サブフレームの製造方法であって、
   車両の前後方向に延在する左右の縦メンバと、
   前記車両の車幅方向に延在すると共に、前記左右の縦メンバの前部を繋ぐフロント横メンバと、
   前記車両の車幅方向に延在すると共に、前記左右の縦メンバの後部を繋ぐリヤ横メンバと、
   を備え、
   前記フロント横メンバは、
   パワープラントを支持する支持点を有する第１のフロント横メンバと、
   パワープラントを支持する支持点を有しない第２のフロント横メンバとを備え、
   少なくとも、車種が燃料電池車及び電気自動車の場合、前記第１のフロント横メンバを選択し、プラグインハイブリッド自動車の場合、前記第２のフロント横メンバを選択したことを特徴とする車両用サブフレームの製造方法。
2. 請求項１記載の車両用サブフレームの製造方法において、
   前記車体は、前記パワープラント収容室を構成して前記左右の縦メンバよりも上方で車両の前後方向に延在する左右のフロントサイドフレームを含み、
   前記第１のフロント横メンバよりも剛性が低い前記第２のフロント横メンバを備えた場合、前記左右のフロントサイドフレームは、前記パワープラントを支持する支持点を有することを特徴とする車両用サブフレームの製造方法。
3. 請求項１記載の車両用サブフレームの製造方法において、
   前記第１のフロント横メンバを備えた場合、前記パワープラントは、走行用電動モータであることを特徴とする車両用サブフレームの製造方法。
4. 請求項１又は請求項２記載の車両用サブフレームの製造方法において、
   前記第２のフロント横メンバを備えた場合、前記パワープラントは、内燃機関であることを特徴とする車両用サブフレームの製造方法。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の車両用サブフレームの製造方法において、
   前記第１のフロント横メンバを備えた場合、前記第１のフロント横メンバは、摩擦撹拌接合によって前記左右の縦メンバと接合され、 前記第２のフロント横メンバを備えた場合、前記第２のフロント横メンバは、ボルト及びナットによって前記左右の縦メンバと接合されることを特徴とする車両用サブフレームの製造方法。

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