JP6711293B2

JP6711293B2 - サスペンションメンバ

Info

Publication number: JP6711293B2
Application number: JP2017015874A
Authority: JP
Inventors: 英明金杉
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-01-31
Filing date: 2017-01-31
Publication date: 2020-06-17
Anticipated expiration: 2037-01-31
Also published as: JP2018122703A

Description

本発明は、サスペンションメンバに関する。

アルミニウム合金製のサスペンションメンバにおいて、車幅方向に延在するリアクロスメンバの下面に、ボデー側であるサイドフレームに締結するための一対のボス及びロアアームを取り付けるための一対のボスが形成されるとともに、各ボスの外周面同士を連結する複数の補強リブが形成された構造は、従来に提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−３４７２５３号公報

しかしながら、リアクロスメンバにおいて、ボデー側への締結部となるボデー固定部同士を連結する補強リブと、スタビライザーを取り付けるためのスタビライザー取付部（荷重入力部）と、が連結されていると、スタビライザーからスタビライザー取付部を介して入力された荷重により、補強リブに対して応力が集中し、その応力を充分に低減できないおそれがある。

そこで、本発明は、スタビライザーからスタビライザー取付部を介してリアクロスメンバに荷重が入力されても、そのリアクロスメンバに形成されたボデー固定部同士を連結する補強リブへの応力集中を抑制できるサスペンションメンバを得ることを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載のサスペンションメンバは、車幅方向に延在する閉断面形状を形成するアッパメンバとロアメンバとを有するリアクロスメンバと、前記アッパメンバの車幅方向両端部に形成され、ボデー本体に固定される一対のボデー固定部と、前記アッパメンバに形成され、車体後方側を車体前方側よりも高位とする段差部と、前記段差部よりも車体後方側の前記アッパメンバに該アッパメンバの上面及び下面よりも車体上下方向に突出するように形成され、前記ボデー固定部同士を連結する補強リブと、前記補強リブとは非連結となるように前記アッパメンバに形成され、スタビライザーが取り付けられるスタビライザー取付部と、を備え、車体下方側へ突出した前記補強リブの下端部は、車体後方側へ向けて屈曲されるとともに、その下端面が前記段差部よりも車体前方側の前記アッパメンバの下面と略面一となる高さに形成されている。

請求項１に記載の発明によれば、一対のボデー固定部同士を連結する補強リブと、スタビライザー取付部と、が非連結とされている。したがって、スタビライザーからスタビライザー取付部を介してリアクロスメンバに荷重が入力されても、そのリアクロスメンバに形成された補強リブへの応力集中が抑制される。

以上のように、本発明によれば、スタビライザーからスタビライザー取付部を介してリアクロスメンバに荷重が入力されても、そのリアクロスメンバに形成されたボデー固定部同士を連結する補強リブへの応力集中を抑制することができる。

本実施形態に係るサスペンションメンバを上方側から見て示す斜視図である。本実施形態に係るサスペンションメンバを上方側から見て示す分解斜視図である。本実施形態に係るサスペンションメンバを下方側から見て示す斜視図である。本実施形態に係るサスペンションメンバのリアクロスメンバを示す底面図である。（Ａ）本実施形態に係るサスペンションメンバのリアクロスメンバの一部を拡大して示す底面図である。（Ｂ）本実施形態に係る第１リブの応力分布と共に示す図５（Ａ）のＸ−Ｘ線矢視断面図である。（Ａ）比較例に係るサスペンションメンバのリアクロスメンバの一部を拡大して示す底面図である。（Ｂ）比較例に係る第１リブの応力分布と共に示す図６（Ａ）のＹ−Ｙ線矢視断面図である。

以下、本発明に係る実施の形態について、図面を基に詳細に説明する。なお、説明の便宜上、各図において適宜示す矢印ＵＰを車体上方向、矢印ＦＲを車体前方向、矢印ＲＨを車体右方向とする。また、以下の説明で、特記することなく上下、前後、左右の方向を記載した場合は、車体上下方向の上下、車体前後方向の前後、車体左右方向（車幅方向）の左右を示すものとする。

図１に示される本実施形態に係るサスペンションメンバ１２は、車体前後方向に沿って延在するボデー本体としての左右一対のフロントサイドメンバ（図示省略）の前部下側に、そのフロントサイドメンバに吊り下げられた状態で支持されるようになっている。各フロントサイドメンバは、車体前部側を車体後部側よりも高位に位置させるためのキック部を有している。

したがって、サスペンションメンバ１２は、その前端部である後述する左右一対のフロントボデーマウント２２のマウント部２４が、キック部よりも車体前方側のフロントサイドメンバの前端部に取り付けられ、その後端部である後述するリアクロスメンバ４０の左右一対のボデー固定部４６が、キック部の下端部に取り付けられるようになっている。

図１〜図３に示されるように、サスペンションメンバ１２は、平面視略「Ｕ」字状のフロントフレーム１４と、フロントフレーム１４の車体後方側に接合される平面視略「Ｕ」字状のリアフレーム１６と、を有している。フロントフレーム１４は、車幅方向に延在するフロントクロスメンバ２０と、フロントクロスメンバ２０の長手方向（車幅方向）両端部に設けられた左右一対のフロントボデーマウント２２と、を有している。

フロントクロスメンバ２０は、アルミニウム合金等の軽金属材の押出成形により、長手方向（車幅方向）と直交する断面視で、一定の矩形閉断面形状に形成されている。各フロントボデーマウント２２は、アルミニウム合金等の軽金属材のプレス成形により、平面視略「Ｌ」字状に形成されており、車体下方側が開放された開断面形状のアッパマウント２６と、車体上方側が開放された開断面形状のロアマウント２８と、を含んで構成されている。

そして、左右一対とされたフロントボデーマウント２２の各コーナー部が、各フロントサイドメンバの前端部に支持されるマウント部２４とされており、各マウント部２４には上下方向に貫通する貫通孔２４Ａが形成されている。なお、各貫通孔２４Ａには、それぞれ円筒状のカラー部材２５（図２参照）が車体下方側から挿入されて取り付けられるようになっている。

また、各フロントボデーマウント２２のマウント部２４よりも車幅方向内側が、その車幅方向内側へ延在する矩形閉断面形状のクロス部３６とされている。そして、各クロス部３６が、それぞれフロントクロスメンバ２０の車幅方向両端部に被せられ（フロントクロスメンバ２０の車幅方向両端部が、それぞれ各クロス部３６内に挿入され）、その車幅方向内側の辺縁部が、フロントクロスメンバ２０の上壁、下壁、前壁及び後壁にアーク溶接によって線状に接合されている。

また、フロントクロスメンバ２０の上壁の長手方向（延在方向）略中央部から左端部側には、フロントクロスメンバ２０よりも短い長さで形成されたエンジンマウントブラケット１８が、ボルト締結及びアーク溶接によって接合されている。エンジンマウントブラケット１８は、アルミニウム合金等の軽金属材のダイカストによって車体下方側が開放された開断面形状に形成されており、その上面側にエンジンマウント（図示省略）が取り付けられるようになっている。

つまり、サスペンションメンバ１２の車体上方側には、エンジン及びトランスミッションを含むパワーユニット（図示省略）が配設されるようになっており、パワーユニットは、エンジンマウントを介して、少なくともサスペンションメンバ１２等によって車体下方側から支持される構成になっている。

また、フロントクロスメンバ２０の下壁には、フロントクロスメンバ２０とほぼ同じ長さで形成されたプロテクタ３８が、ボルト締結又は溶接等によって接合されている。プロテクタ３８は、アルミニウム合金等の軽金属材のプレス成形によって車体上方側が開放された開断面形状に形成されており、フロントクロスメンバ２０の下壁全体を路面との干渉から保護する構成になっている。

各フロントボデーマウント２２のマウント部２４よりも車体後方側は、車体前後方向に（車体後方側へ）延在する左右一対のフロントサイドレール部３０とされている。各フロントサイドレール部３０は、延在方向と直交する断面視で矩形閉断面形状とされており、各フロントサイドレール部３０の延在方向（車体前後方向）における略中央部には、車幅方向から見た側面視で、車体下方側へ向かって凸となる（下凸状の）屈曲部３２（図１参照）が形成されている。

また、図２に示されるように、アッパマウント２６のフロントサイドレール部３０とロアマウント２８のフロントサイドレール部３０との間には、車体前後方向に延在する補強レール部３４が設けられている。補強レール部３４は、アルミニウム合金等の軽金属材のプレス成形によって車体下方側が開放された開断面形状に形成されており、フロントサイドレール部３０の屈曲部３２から後端部までを補強するように、その後端部まで延在されている。

図１〜図３に示されるように、リアフレーム１６は、車幅方向に延在するリアクロスメンバ４０を有している。リアクロスメンバ４０は、アッパメンバ４２と、アッパメンバ４２の下面側に設けられて、その下面側を保護するロアメンバ４４と、を含んで構成されている。

アッパメンバ４２は、アルミニウム合金等の軽金属材のダイカストによって車体下方側が開放された開断面形状に形成されており、ロアメンバ４４は、アルミニウム合金等の軽金属材のプレス成形によって車体上方側が開放された開断面形状に形成されている。なお、アッパメンバ４２の補強構造１０については、後で詳述する。

アッパメンバ４２の車幅方向両端後部には、各フロントサイドメンバのキック部の下端部に取り付けるための左右一対のボデー固定部４６が形成されている。各ボデー固定部４６は、ボルト（図示省略）を挿通させるための貫通孔４７Ａを有するボス部４７で構成されている。

なお、図４に示されるように、一方（例えば右側）のボス部４７Ｒは、車体下方側へ突出する円筒状に形成されており、他方（例えば左側）のボス部４７Ｌは、車体下方側へ突出するとともに、車幅方向が長径とされた略楕円筒状に形成されている。これにより、フロントサイドメンバの車幅方向における間隔のばらつきに対応可能になっている。

また、図１〜図４に示されるように、ボデー固定部４６（ボス部４７）よりも車体前方側におけるアッパメンバ４２の車幅方向両端部には、サスペンションアーム（図示省略）を構成するロアアーム（図示省略）を取り付けるためのロアアーム取付部４８が形成されている。ロアアーム取付部４８は、略平板状に上下一対で形成されており、車体上下方向に貫通する貫通孔４８Ａを有している。

また、アッパメンバ４２の車幅方向両端前部には、車体前方側へ延在する左右一対のアッパレール部４３が一体に形成されており、ロアメンバ４４の車幅方向両端前部には、車体前方側へ延在する左右一対のロアレール部４５が一体に形成されている。各アッパレール部４３の左右の側壁における車体下方側の辺縁部と各ロアレール部４５の左右の側壁とがアーク溶接によって線状に接合されることにより、延在方向と直交する断面視で矩形閉断面形状とされた左右一対のリアサイドレール部５０が構成されている。

そして、各リアサイドレール部５０の前端部が、各フロントサイドレール部３０の後端部に被せられ（各フロントサイドレール部３０の後端部が、各リアサイドレール部５０の前端部内に挿入され）、各リアサイドレール部５０の前端部における辺縁部が、それに重ね合わされた各フロントサイドレール部３０の後端部における壁面（上壁、下壁及び左右の側壁）にアーク溶接によって線状に接合されている。

つまり、各リアサイドレール部５０は、各フロントサイドレール部３０に沿って延在されており、アッパレール部４３の前端部における辺縁部が、フロントサイドレール部３０を構成するアッパマウント２６の後端部における上面及び左右の側面にアーク溶接され、ロアレール部４５の前端部における辺縁部が、フロントサイドレール部３０を構成するロアマウント２８の後端部における下面及び左右の側面にアーク溶接されている。

このように、フロントサイドレール部３０の後端部とリアサイドレール部５０の前端部とがアーク溶接による接合部で接合されることにより、フロントフレーム１４とリアフレーム１６とが一体的に接合され、フロントサイドレール部３０とリアサイドレール部５０とが連続して車体前後方向に延在し、かつフロントクロスメンバ２０とリアクロスメンバ４０とがそれぞれ車幅方向に延在するサスペンションメンバ１２が形成されるようになっている。

次に、リアクロスメンバ４０を構成するアッパメンバ４２の補強構造１０について説明する。

図３〜図５（Ａ）に示されるように、アッパメンバ４２の下面には、ボデー固定部４６同士を連結する補強リブとしての第１リブ６０が形成されている。第１リブ６０は、アッパメンバ４２の後端部における辺縁部４２Ｂに沿って略車幅方向に延在しており、その両端部がそれぞれ各ボデー固定部４６を構成するボス部４７の外周面に一体的に連結されている。

なお、アッパメンバ４２には、車体後方側が車体前方側よりも高位となるように、段差部５２（図１、図２、図５（Ｂ）参照）が形成されており、図５（Ｂ）に示されるように、第１リブ６０は、段差部５２よりも車体後方側のアッパメンバ４２の上面及び下面よりも車体上下方向に突出している。また、第１リブ６０の下端部は、車体後方側へ向けて屈曲されており、その下端面６０Ａは、段差部５２よりも車体前方側のアッパメンバ４２の下面４２Ａと略面一となる高さに形成されている。

また、段差部５２よりも車体後方側のアッパメンバ４２には、車幅方向に延在するスタビライザー（図示省略）を取り付けるためのスタビライザー取付部５４（図１〜図５（Ａ）参照）が車体前後方向に２個並んで形成されている。詳細に説明すると、各スタビライザー取付部５４は、スタビライザーの車幅方向両端部がそれぞれ取り付けられた左右一対のスタビライザーブラケット（図示省略）をボルト締結するための貫通孔５５Ａを有するボス部５５で構成されており、各ボス部５５は、車体下方側へ突出する円筒状に形成されている。

そして、図４、図５（Ａ）に示されるように、第１リブ６０に近い車体後方側のボス部５５Ｂの外周面には、その第１リブ６０が直接的に連結されない（非連結となる）構成になっている。すなわち、車体後方側のボス部５５Ｂは、段差部５２よりも車体後方側のアッパメンバ４２の下面において、第１リブ６０に対して車体前方側へオフセットされた位置に突設されており、その外周面に第１リブ６０が連結されない構成になっている。

また、段差部５２よりも車体後方側のアッパメンバ４２には、他の車両構成部品を取り付けるための複数の取付部５６が形成されている。各取付部５６も、ボルト締結するための貫通孔５７Ａを有するボス部５７で構成されており、各ボス部５７は、それぞれ車体下方側へ突出する円筒状に形成されている。なお、段差部５２よりも車体前方側のアッパメンバ４２には、ステアリングギアボックス（図示省略）を取り付けるためのギアボックス取付部５８（図１、図２参照）が同様に形成されている。

また、段差部５２よりも車体後方側のアッパメンバ４２の下面において、その段差部５２の車体後方側を向く壁面５２Ａと、第１リブ６０の車体前方側を向く壁面６０Ｂと、ボデー固定部４６を構成するボス部４７の外周面と、スタビライザー取付部５４を構成するボス部５５の外周面と、各取付部５６を構成するボス部５７の外周面と、がそれぞれ複数の第２リブ６２によって適宜連結されている。

第２リブ６２は、第１リブ６０よりも薄い板状に形成されており、図４に示されるように、底面視で、車幅方向に対して約４５度の傾斜角度で延在している。すなわち、段差部５２よりも車体後方側のアッパメンバ４２の下面には、車幅方向外側前方（車幅方向内側後方）へ傾斜する第２リブ６２Ａと、車幅方向外側後方（車幅方向内側前方）へ傾斜する第２リブ６２Ｂと、が形成されており、第２リブ６２Ａと第２リブ６２Ｂとが底面視で直角に交わる部位も形成されている。

なお、図５（Ｂ）に示されるように、第２リブ６２は、第１リブ６０の下端面６０Ａ及びアッパメンバ４２の下面４２Ａよりも車体下方側へ突出しない高さに形成されている。また、第２リブ６２は、少なくともロアメンバ４４で覆われていないアッパメンバ４２の下面、即ち段差部５２よりも車体後方側のアッパメンバ４２の下面に形成されていればよい。

また、図４に示されるように、リアクロスメンバ４０のリアサイドレール部５０を除く前端部４０Ｆ、即ちアッパメンバ４２のアッパレール部４３を除く前端部４２Ｆとロアメンバ４４のロアレール部４５を除く前端部４４Ｆは、それぞれ車幅方向に沿った略ストレート状に形成されている。そして、ロアメンバ４４の後端部４４Ｂも、車幅方向に沿った略ストレート状に形成されている。

以上のような構成とされた補強構造１０を備えた本実施形態に係るサスペンションメンバ１２において、次にその作用について説明する。

まず、図６に示される比較例に係るサスペンションメンバ１１２について説明する。図６（Ａ）に示されるように、この比較例に係るリアクロスメンバ１４０のアッパメンバ１４２では、車体前後方向に２個並んで形成されたスタビライザー取付部１５４のボス部１５５のうち、車体後方側のボス部１５５Ｂの外周面に、ボデー固定部１４６（ボス部１４７の外周面）同士を連結する第１リブ１６０が直接的に連結されている。

したがって、例えば悪路走行時に、スタビライザーからスタビライザー取付部１５４を介してアッパメンバ１４２（リアクロスメンバ１４０）に荷重が入力されると、第１リブ１６０に対して応力が集中し、その荷重をアッパメンバ１４２（リアクロスメンバ１４０）全体で受けることができない。

よって、サスペンションメンバ１１２の安全性向上の観点から（一般的にダイカストで成形されたものは疲労強度が低いため）、第１リブ１６０の板厚を比較的厚く（例えば１０ｍｍ以上に）形成する必要があり、サスペンションメンバ１１２を軽量化することができない。

また、図６（Ｂ）に示されるように、この第１リブ１６０は、アッパメンバ１４２の下面から車体下方側のみへ突出して、アッパメンバ１４２の上面から車体上方側へは突出していない。そのため、車幅方向から見た側断面視で車体前後方向に沿ったアッパメンバ１４２の図心Ｃよりも車体下方側における引張変形側の応力を、その図心Ｃよりも車体上方側における圧縮変形側で受けることができず、その引張変形側の応力を低減させることができない。

これに対し、本実施形態に係るサスペンションメンバ１２におけるリアクロスメンバ４０のアッパメンバ４２では、図３〜図５（Ａ）に示されるように、スタビライザー取付部５４を構成するボス部５５Ｂの外周面に、ボデー固定部４６（ボス部４７の外周面）同士を連結する第１リブ６０が連結されていない。

したがって、例えば悪路走行時に、スタビライザーからスタビライザー取付部５４を介してアッパメンバ４２（リアクロスメンバ４０）に荷重が入力されても、第１リブ６０に対する応力集中が抑制又は防止され、その荷重をアッパメンバ４２（リアクロスメンバ４０）全体で受けることができる。

つまり、アッパメンバ４２（リアクロスメンバ４０）の耐久強度を向上させることができる。よって、第１リブ６０の板厚を比較例における第１リブ１６０の板厚よりも薄く（例えば７ｍｍ程度に）形成することができ、サスペンションメンバ１２の軽量化と安全性向上とを両立させることができる。

また、図５（Ｂ）に示されるように、この第１リブ６０は、アッパメンバ４２の下面から車体下方側へ突出するとともに、アッパメンバ４２の上面からも車体上方側へ突出している。そのため、車幅方向から見た側断面視で車体前後方向に沿ったアッパメンバ４２の図心Ｃよりも車体下方側における引張変形側の応力を、その図心Ｃよりも車体上方側における圧縮変形側で受けることができ、その引張変形側の応力を低減させることができる。

また、図４に示されるように、リアクロスメンバ４０のリアサイドレール部５０を除く前端部４０Ｆ、即ちアッパメンバ４２のアッパレール部４３を除く前端部４２Ｆとロアメンバ４４のロアレール部４５を除く前端部４４Ｆは、車幅方向に沿った略ストレート状に形成されており、リアクロスメンバ４０のリアサイドレール部５０を除く部分の車体前後方向の長さが極力大きく形成されている。

したがって、スタビライザーやパワーユニットから入力される荷重により、リアクロスメンバ４０に車幅方向を軸方向とする捩り変形が生じても、比較例に係るリアクロスメンバ１４０に比べて、上記した軽量化効果を損なうことなく、その捩り変形に対する剛性を向上させることができる。

しかも、その捩り変形は、リアクロスメンバ４０の車幅方向に対して約４５度の傾斜角度で伝わるが、リアクロスメンバ４０を構成するアッパメンバ４２の下面（段差部５２よりも車体後方側の下面）には、車幅方向に対して約４５度の傾斜角度で延在する第２リブ６２が形成されているため、その捩り変形に対する剛性（特にロアメンバ４４で覆われていない部分の剛性）をより一層向上させることができる。

なお、本実施形態に係るリアクロスメンバ４０のように、アッパメンバ４２の下面にはロアメンバ４４を設けて閉断面形状を形成する構成とした方が好ましい。これによれば、ロアメンバが設けられていない比較例に係るリアクロスメンバ１４０よりも、その捩り変形に対する剛性をより効率よく向上させることができる。

また、フロントサイドレール部３０の後端部とリアサイドレール部５０の前端部とがアーク溶接によって線接合されていると、両者の間に異物が入り込むのを抑制又は防止することができる。したがって、両者の間で電食が発生するのを抑制又は防止することができる。これは、フロントボデーマウント２２のクロス部３６とフロントクロスメンバ２０とのアーク溶接による線接合においても同様である。

以上、本実施形態に係るサスペンションメンバ１２について、図面を基に説明したが、本実施形態に係るサスペンションメンバ１２は、図示のものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、適宜設計変更可能なものである。例えば、軽金属材としては、アルミニウム合金に限定されるものではなく、マグネシウム合金等であってもよい。

また、第２リブ６２は、図示の態様に形成されるものに限定されるものではなく、底面視で、車幅方向に対して約４５度の傾斜角度で延在されていればよい。すなわち、段差部５２よりも車体後方側のアッパメンバ４２の下面には、車幅方向外側前方（車幅方向内側後方）へ傾斜する第２リブ６２Ａと、車幅方向外側後方（車幅方向内側前方）へ傾斜する第２リブ６２Ｂと、が形成されていればよい。

また、フロントサイドレール部３０とリアサイドレール部５０とを線接合する溶接や、フロントボデーマウント２２のクロス部３６とフロントクロスメンバ２０とを線接合する溶接は、アーク溶接に限定されるものではなく、例えばレーザー溶接等であってもよい。

また、フロントクロスメンバ２０は、押出成形によって形成される構成に限定されるものではなく、例えばプレス成形によってアッパフロントクロスメンバとロアフロントクロスメンバ（共に図示省略）とが形成され、それらが接合されて構成されていてもよい。また、フロントボデーマウント２２のアッパマウント２６及びロアマウント２８をダイカストによって形成し、その剛性を向上させるようにしてもよい。

１２サスペンションメンバ
４０リアクロスメンバ
４６ボデー固定部
５４スタビライザー取付部
６０第１リブ（補強リブ）

Claims

車幅方向に延在する閉断面形状を形成するアッパメンバとロアメンバとを有するリアクロスメンバと、
前記アッパメンバの車幅方向両端部に形成され、ボデー本体に固定される一対のボデー固定部と、
前記アッパメンバに形成され、車体後方側を車体前方側よりも高位とする段差部と、
前記段差部よりも車体後方側の前記アッパメンバに該アッパメンバの上面及び下面よりも車体上下方向に突出するように形成され、前記ボデー固定部同士を連結する補強リブと、
前記補強リブとは非連結となるように前記アッパメンバに形成され、スタビライザーが取り付けられるスタビライザー取付部と、
を備え、
車体下方側へ突出した前記補強リブの下端部は、車体後方側へ向けて屈曲されるとともに、その下端面が前記段差部よりも車体前方側の前記アッパメンバの下面と略面一となる高さに形成されているサスペンションメンバ。