JP6655404B2 - 車両のフレーム構造 - Google Patents

Description

本発明は、大型トラック等の車両のフレーム構造に関する。

従来から、乗用車の正面（前面）衝突に対して、例えば、車両前後方向のエンジンルームの潰れに対してエンジンを含む動力系（パワープラント）の後退を抑えるフレーム構造が開示されている（特許文献１参照）。従来例の乗用車では、エンジンルームが衝突時のエネルギーを吸収するため、エンジンルームの潰れに伴って、エンジンを含む動力系が運転席側に移動させないようにすることが好ましい。そこで、上記フレーム構造では、ワイヤを動力系の後面に掛け渡すようにして、衝突時の動力系の後退を抑えるようにしている。

特開２０１０−６２１９号公報

しかしながら、例えば、キャビン（居住空間）の下方に拡幅部を有する梯子形状のフレーム構造を備える大型トラックでは、正面衝突に対して、動力系を搭載しているフレームのうちで特に拡幅部に曲げモーメント等の力が作用して、車幅方向にフレームが変形しやすい。これは、大型トラックの場合、従来例の乗用車のようにエンジンルームだけではなく、キャビンが潰れることにつながるため、キャビン下方のフレームの変形を抑制させることが望ましい。
また、大型トラックでは、一般に縦置きエンジンが採用されているので、従来例のフレーム構造のように、ワイヤを動力系の後面に掛け渡すようにした場合、正面衝突の衝撃でエンジンマウントが破断してエンジンが前方に移動すると、ワイヤがゆるむことになり、ワイヤによる張力で移動を抑えることができず、エンジンの移動に伴うフレームの変形を抑制できないという問題が生じる。
そこで、本発明は、大型トラック等の車両の正面衝突に対して、フレームの変形に伴うキャビンの変形を抑制する車両のフレーム構造を提供することを目的とする。

車両のフレーム構造は、車両前部にキャビンを配置する車両のフレーム構造であって、上記車両の前後方向に延びると共に、上記キャビンの下方で上記車両の前方に向けて幅が拡がる拡幅部を有する左右一対のサイドフレームと、車幅方向に延び、左右一対の上記サイドフレームの上記拡幅部の前端を連結するワイヤと、を備える。

本発明によれば、大型トラック等の車両の正面衝突に対して、キャビンの変形を抑制することができる。

本実施形態の車両の一例を側方から見た模式図である。 キャビン及び荷台を省略した、図１の車両を示す平面図である。 図２のフレームの要部を示す平面図である。 正面衝突の過程を模式的に示す説明図である。 正面衝突の過程を模式的に示す説明図である。 正面衝突後の状態の一例を示す説明図である。 比較例を示す説明図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態の車両の一例を側方から見た模式図である。図１に示す車両１は、例えば大型トラックであって、運転用のキャビン２と荷台３とを有する。

図２は、キャビン及び荷台を省略した、図１の車両を示す平面図である。図２に示す車両１は、フレーム１０を有し、前方には、縦置きエンジン（以下、単に「エンジン」という。）１１やトランスミッション１２を含む動力系４及び前輪Ｔ１を有する。なお、本実施形態では、横置きエンジンに適用してもよい。また、動力系４の前方には、ラジエータ１３、ファンシュラウド１４が配置されている。ここで、車両１の後方には、後輪Ｔ２、その後輪Ｔ２を支持するエアサスペンションを有する。なお、図２では、説明を分かりやすくするため、キャビン２や荷台３以外にも一部捨象して描いている箇所がある。

図３は、図２のフレームの要部を示す平面図である。図３に示すフレーム１０は、図１に示す車両１の前後方向に延びると共に、キャビン２の下方で車両１の前方に向けて幅が拡がる拡幅部１０１ａを有する左右一対のサイドフレーム１０１と、車幅方向に延びてサイドフレーム１０１と連結する複数のクロスメンバＣと、を有する。
また、フレーム１０は、フレーム構造の一例であって、トラックの構造の基本骨格となり、例えば、エンジン１１、トランスミッション１２、ラジエータ１３、ファンシュラウド１４、サスペンション１５が取り付けられる。

サイドフレーム１０１は、例えば、相対する面が開口したチャンネル形状（コ字形状）、又は、閉断面を有するボックス形状等の横断面を有する鋼材からなる。

クロスメンバＣは、フレーム１０のねじりと平行四辺形的な変形とを抑制するための部材である。そして、クロスメンバＣは、例えば、サイドフレーム１０１に固定されたブラケット、又は、クロスメンバＣの両端部に固定されたブラケットを介して、サイドフレーム１０１に連結される。

また、フレーム１０は、車幅方向に延び、左右一対のサイドフレーム１０１の拡幅部１０１ａの前端を連結するワイヤ２０を有する。具体的には、ワイヤ２０は、サイドフレーム１０１間に搭載されるエンジン１１の双方の側面と、該側面と対向するサイドフレーム１０１との間を車幅方向に延びて各々連結する。換言すると、ワイヤ２０は、サイドフレーム１０１間に搭載されるエンジン１１を介して、左右一対のサイドフレーム１０１を連結する。なお、ワイヤ２０の長さは、例えば、サイドフレーム１０１からエンジン１１の最短距離を結んだ長さに、通常のエンジン使用状況を妨げない余裕代を足したものを最短とし、フレーム変形量の要求を満たすように張られた長さを最長とする。ワイヤ２０を用いて、このような連結の仕方をすることにより、軽量かつ安価にフレーム１０の変形を抑制することが可能となる。

次に、車両１が正面衝突した場合について説明する。
図４、図５は、正面衝突が起きた場合の過程を模式的に示す説明図である。詳細には、車両１が実験用の衝突壁（図示省略）に正面衝突を起こした場合、フレーム１０がどのような現象を引き起こすかについて以下説明する。ここで、キャビン２の下方にある一対のサイドフレーム１０１の変形度合いに応じてキャビン２が変形する。なお、図４、図５では、説明をわかりやすくするため、拡幅部１０１ａの傾斜を実際よりも大きくしている。ここで、サイドフレーム１０１の傾斜している領域が拡幅部１０１ａであり、破線の円で囲まれているサイドフレーム１０１の領域が前端１０１ｂである。但し、前端１０１ｂは、車両１の前方から見て拡幅部１０１ａの前端又は実質的に前端とみなしてよい領域である。

図４において、車両１が衝突壁に正面衝突すると、車両１は、その車両１の前方から後方の向き（図中、右向きの矢印方向）に力を受ける。その結果、エンジン１１を固定しているエンジンマウントが破断することが起こり得る。さらに、サイドフレーム１０１の拡幅部１０１ａには、衝突の衝撃により、主に、曲げ変形を生じさせる力（曲げモーメントＭ）が作用することで変形を開始する。

一方、図５において、動力系４には、衝突の衝撃でエンジンマウントが破断すると、慣性力に従って前方（図中、左向きの矢印方向）に押し出される作用が働く。この際、ワイヤ２０には張力が作用することで、動力系４が前方に押し出されることが抑制されると共に、拡幅部１０１ａは車幅外側方向に向かう変形が抑制されることになる。

図６は、本実施形態における正面衝突後の状態の一例を示す説明図である。この説明図は実験結果に基づいている。但し、説明の便宜上、図３に示すタイヤＴ１及びサスペンション１５については、図示を省略している。図６において、正面衝突後、エンジン１１、トランスミッション１２（図４，５に示す動力系４）が前方に移動するに伴って、エンジン１１と連結しているワイヤ２０がサイドフレーム１０１を内側に引っ張り、やがて、拡幅部１０１ａを含むサイドフレーム１０１が車幅内側方向に変形する。つまり、車幅外側方向に向かう変形が抑制される。そして、エンジン１１の移動が止まることになる。この際、正面衝突の衝撃によって変形中のサイドフレーム１０１がエンジン１１の側面に当接すると、サイドフレーム１０１の車幅内側方向への変形も抑制されることになる。したがって、この場合には、サイドフレーム１０１の車幅外側方向及び車幅内側方向への変形がより抑制されることになる（図６の上側のサイドフレーム１０１参照）。

また、ワイヤ２０の張力により、サイドフレーム１０１とエンジン１１との相対的な変位も抑制される。このような作用により、図６に示すとおり、フレーム１０の前後方向への変形が抑制されるので、キャビン２の変形も抑制され、キャビン２内における乗員の生存空間がその分確保されることになる。なお、図６では、一方のワイヤ２０は、サイドフレーム１０１の変形のため隠れている。

図７は、正面衝突後の状態（比較例）を示す説明図である。比較例では、ワイヤ２０を使用しない場合を例示している。但し、他の実験条件は同一としている。比較例では、ワイヤ２０の張力Ｔが存在しないため、フレーム１０の変形の度合いが、図６の場合と比較して大きい。つまり、本実施形態では、図７と比較して、大型トラックのフレーム構造に着目して、両方の拡幅部１０１ａの前端１０１ｂを車幅方向に延びるワイヤ２０で連結することで、図６に示すような顕著な効果が得られる。

次に、変形例について説明する。上記実施形態では、ワイヤ２０は、図３に示すような２本のワイヤ２０で構成されたが、これに限定されない。変形例では、例えば、両方の拡幅部１０１ａの前端１０１ｂを車幅方向に延びる１本のワイヤで連結するようにしてもよい。この場合においても、１本のワイヤを用いて、軽量かつ安価にフレームの変形を抑制することが可能となる。

以上より、本実施形態のフレーム構造によれば、大型トラック等の車両の正面衝突に対して、キャビンの変形を抑制する車両のフレーム構造を提供することができる。また、本実施形態のフレーム構造によれば、衝突時のフレームの変形をワイヤで抑制することができる。

１…車両
２…キャビン
４…動力系
１０…フレーム
１１…エンジン
１２…トランスミッション
２０…ワイヤ
１０１…サイドフレーム
１０１ａ…拡幅部
１０１ｂ…前端
Ｃ…クロスメンバ

Claims (3)

1. 車両前部にキャビンを配置する車両のフレーム構造であって、
   前記車両の前後方向に延びると共に、前記キャビンの下方で前記車両の前方に向けて幅が拡がる拡幅部を有する左右一対のサイドフレームと、
   車幅方向に延び、左右一対の前記サイドフレームの前記拡幅部の前端を連結するワイヤと、
   を備えることを特徴とする車両のフレーム構造。
2. 前記ワイヤは、前記サイドフレーム間に搭載されるエンジンを介して、左右一対の前記サイドフレームを連結する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両のフレーム構造。
3. 前記エンジンは、縦置きエンジン又は横置きエンジンである、
   ことを特徴とする請求項２に記載の車両のフレーム構造。