JP6989610B2

JP6989610B2 - 鋲留め及び接合されたアルミニウム製自動車前部クレードル構造体

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Publication number: JP6989610B2
Application number: JP2019543861A
Authority: JP
Inventors: クリストフエスティオット，; ジョナタンフェレイラ，
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2017-02-15
Filing date: 2018-02-02
Publication date: 2022-01-05
Anticipated expiration: 2038-02-02
Also published as: US20190359259A1; CN110234561B; FR3062841A1; EP3583018B1; WO2018149668A1; JP2020506113A; EP3583018A1; US11358642B2; CN110234561A; FR3062841B1

Description

本発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金製の自動車クレードル構造体に関する。

より詳細には、本発明はクレードル構造体に関し、特に非常に軽量な自動車前部クレードル構造体に関する。

これに関し、前部クレードル構造体のすべて又は一部、具体的には側方長手方向サイドレールとその一以上の前部及び／又は後部クロスメンバを、アルミニウムで作製することは、既に提案されている。

このような構造体は、衝突事象において特に剛性とエネルギー吸収能力の観点から種々の特徴を有していなくてはならないことに加え、構造体を自動車のボディ構造に確実に固定しなくてはならない。

更に、構造体は、例えばウィッシュボーンなどサスペンション部品の様々な締結インターフェースを容易に組み込めなくてはならない。

同様に、前部クレードル構造体の場合は、他の装置やアクセサリ、例えば自動車のステアリングラックシステムなどが用意且つ堅固に締結されねばならない。

クレードル構造体の主要部品の組み立てや接続においては、これら部品の正確な相対的位置決めが保証されねばならない一方、アセンブリの機械的強度が十分であることも要求される。

アルミニウム製クレードル構造体の場合、そのような様々な組み立てを溶接によって実施することが既に提案されている。

そのような技術では組立・事前位置決め手段が必要となるが、実装が複雑であり、特に小規模や中規模の自動車製造ではそのような投資が見合わないことがある。

このような投資を削減すべく、製造ユニットについて構造的な組立手段を含まないシンプルな組み立てを実現することが提案される。

そこで、リベットによる締結と組み合わせた接合を用いた、組み立て・締結技術を提案する。

この種の組み立てでは、リベットを使うことによってパーツの位置を互いに対して確実に揃えることができる。

一連のリベットを用いることにより、溶接技法の実施のため等で従来の組み立て施設に備え付けられていた追加のクランプ手段を用いずに、接合面を互いに押圧することができる。

本発明は、特に接合アセンブリの信頼性によって剛性を向上させることで、そのような自動車クレードル構造体の改善を提案しようとするものである。

上記目的のため、本発明は、下記を含む自動車クレードル構造体を提案する。
アルミニウム又はアルミニウム合金製であり横断方向に離間した、少なくとも２つの長手方向サイドレール、
アルミニウム又はアルミニウム合金製であり該２つの長手方向サイドレールを互いに接続する、横断方向に向けられた少なくとも１つのクロスメンバ。
該構造体において、クロスメンバは、リベットを用いた締結と組み合わせた接合によって、長手方向サイドレールに分離不可能に固定される。
該構造体は、接合される表面が、粘着剤又は接着剤を受け入れることができるよう、決められた寸法のクリアランスぶん離間されることを特徴とする。

本発明の更なる特徴によれば、
少なくとも１つの接合区域は、隆起した要素が設けられた表面を有し、該隆起した要素は、対面する表面と協働する。
隆起した要素によって、該表面と対面する表面との間で、実質的に一定の寸法のクリアランスが定められる。
隆起した要素が設けられた表面は、平坦な表面である。
該表面には、少なくとも１つの隆起したコンタクト部が設けられる。
平坦な表面には、表面に分布する一連の隆起したコンタクト部が設けられる。
該表面には、少なくとも１つの隆起したリブが設けられる。
該表面には、該表面に分布する一連の隆起したリブが設けられる。
長手方向サイドレールの各々は、少なくとも１つの壁部分又は１つのフランジ部分を有し、その一表面がクロスメンバに、接合されリベットを用いて締結される。
接合される表面は、長手方向サイドレールの長手方向端部に配置される。
接合される表面は平坦な表面である。
長手方向サイドレールの各々は、それぞれが平坦な表面を有する２つのフランジ又は壁部分を有し、２つのフランジ又は壁部分は並行でありかつ対向しており、それぞれクロスメンバに接合されリベットを用いて締結される。
クロスメンバは、少なくとも１つの壁部分又は１つのフランジ部分を有し、その一表面は、長手方向サイドレールに接合されリベットを用いて締結される。
該表面は、クロスメンバの横断方向端部に配置される。
該表面は平坦な表面である。
クロスメンバは、それぞれが平坦な表面を有した２つのフランジ又は壁部分を有し、２つのフランジ又は壁部分は並行でありかつ対向しており、それぞれ長手方向サイドレールに接合されリベットを用いて締結される。
接合される表面は、処理された表面であり、特に、陽極酸化処理される。
該構造は自動車前部クレードルを形成し、クロスメンバは前部クレードルの前部クロスメンバである。
該構造は、自動車のサスペンションに属する部品を取付けるための少なくとも１つの補助要素を有し、該要素はアルミニウム製であり、リベットを用いた締結と組み合わせた接合によって、長手方向サイドレール及び／又はクロスメンバに分離不可能に固定される。
該構造は、少なくとも１つの補強プレートを含む。補強プレートはアルミニウム又はアルミニウム合金製であり、リベットを用いた締結と組み合わせた接合によって、長手方向サイドレール及び／又はクロスメンバに分離不可能に固定される。
長手方向サイドレール及び／又はクロスメンバの各々は、アルミニウム又はアルミニウム合金製の中空の箱型要素である。

下記の詳細な記載を読むことによって、本発明のその他の特徴及び利点が明らかとなろう。特徴や利点の理解のため、下記の添付図面を参照する。

本発明による自動車前部クレードル構造体の前方３／４斜視下面図であり、クレードル構造体は、前方左側下方ウィッシュボーン及びステアリングラックシステムを備えて示されている。図１のクレードル構造体の後方３／４斜視上面図である。図２と同様のクレードル構造体の図であるが、クレードル構造体を締結するための後部左側及び右側ハウジングを含まず、２つの前方左側及び右側ヨークを含まず、補強プレートを含まない。図３Ａと同様の図であるが別の角度からのものである。図３Ａ及び３Ｂのアセンブリの上面図である。図２のアセンブリの上面図である。後部左側ハウジングの斜視図である。前方左側ヨークの斜視図である。図３Ａ及び３Ｂのクレードル構造体の前部クロスメンバの部分斜視図である。図５の線９−９に沿った垂直・横断平面における断面の詳細な図である。後部左側クロスメンバの斜視図である。図３Ａ及び３Ｂのクレードル構造体の左側方長手方向サイドレールの斜視図である。図２の矢印Ｆ１２に沿った細部の図である。図１２に示す前部クロスメンバの後部右側補強プレートの斜視図である。図１のクレードル構造体の前部クロスメンバに締結されたステアリングラックのケーシングの正面図である。図１４の矢印Ｆ１５に沿った側端図である。図１４の線１６−１６に沿った垂直・長手方向平面における断面図である。図５の線１７−１７に沿った、組み立て・締結リベットの拡大かつ詳細な断面図である。

本明細書では以下において、同じ構造物や同様の機能をもつ要素は同じ参照符号を用いて示されている。

本明細書では以下において、長手方向、垂直、及び横断方向といった向きは図面ではＬ，Ｖ，Ｔ座標で示されており、非限定的に用いられている。長手方向及び横断方向に延びる水平面も定められている。

図１は、アセンブリ２０を示す。アセンブリ２０は自動車の前部クレードル構造体２２を含み、ここで前部クレードル構造体２２はその前部において、２つの前部下方ウィッシュボーンを備えている。図では前方左側下方ウィッシュボーン２４のみ図示する。

前部クレードル構造体２２はその前部において、既知の一般的なデザインのステアリングラックシステム２６も備えている。ステアリングラックシステム２６が、前部クレードル構造体２２に締結された横断方向ケーシング２８を含むことに留意されたい。

前部クレードル構造体２２は、図５に示す長手方向垂直正中面ＰＶＭに対して全体として対称のデザインとなっている。

前部クレードル構造体２２は本質的に、平面ＰＶＭに対して互いに横断方向に離間した２つ、すなわち左及び右側方長手方向サイドレール３０、長手方向サイドレール３０の前端に繋げて締結された前部クロスメンバ３２、及び、２つの後部クロスメンバ３４（又は２つの後部ハーフクロスメンバ）を有し、後部クロスメンバ３４の各々は、関連する長手方向サイドレール３０の後端に繋がっている。

ここで、長手方向サイドレール３０及びクロスメンバ３２、３４はアルミニウム又はアルミニウム合金片で作製されており、それらの表面は陽極酸化処理されている。

これらのパーツや部品は例えば、特に剛性と軽量性とのバランスが可能な製法という観点から、押出成形により得られる。

アルミニウム又はアルミニウム合金パーツを陽極酸化処理することで、接合により締結される種々の構造的要素の様々な表面間での適切な接着剤や粘着剤による保持が、最も良好に保証される。

一例として、前部クロスメンバ３２が、Ａｌ６０８２−ＨＳを用いて陽極酸化処理した押出成形パーツであり、後部クロスメンバ３４が、Ａｌ６０６３−Ｔ６６を用いて陽極酸化処理した押出成形パーツである。長手方向サイドレール３０も同様である。

特に図１１で示されているように、各長手方向サイドレール３０は、水平上壁３６及び水平下壁３８によって画定される水平面において平坦なボックスであり、水平上壁３６及び水平下壁３８は、２つの長手方向内側垂直隔壁４０と２つの長手方向垂直側壁４２とによって互いに繋がっている。

水平下壁３８は、水平上壁３６よりも長いので、２つの対向する延長部、具体的には前端延長部４４と後端延長部４６とを有している。各延長部はそれぞれ水平プレートであり、上面４５、４７には４つの隆起したリブ４８、５０がそれぞれ設けられている。

したがって、平坦なリブ付き表面４５、４７が、本発明による隆起した要素４８、５０を備えた接合面を形成する。

図１１に見られるように、延長部４４及び４６には、開口５２が設けられてもよく、開口５２は例えば、インデックスピンやそれに類するもの、或いは組み立てリベットを受容する孔５４を受けるように設計されている。

同様の孔５２及び５４が、上壁３６、側壁４２、及び水平下壁３８に設けられてもよい。

図において、締結リベットを受け入れるように設計された孔はすべてパーツに関係なく参照符号５４を用いて示した。関連するリベットは参照符号９０で示してある。

長手方向サイドレール３０の上壁３６の前端及び後端部分の上面は平滑な接合面を形成し、下記で説明するように、隆起した要素を有した対応する接合面と協働する。

前部クロスメンバ３２は、概して横断方向を向いた部分であり、全体として矩形の断面を有し（図１５及び１６を参照）、中心部分を部分的に切りぬかれた水平上壁５６と、２つの対向する横断方向端部において部分的に切り抜かれた水平下壁５８と、より厚みのある垂直前部壁６０と、後部垂直横断方向壁６２と、水平に対して傾斜しており且つ実質的に前部クロスメンバ３２の全長に沿って延びる内側横断方向補強フランジ６４と、を有する。

上壁５６は、２つの対向する長手方向端部の各々において、前方に開いた水平スロット６５を有する。

対向する２つの横断方向端部の各々の近傍において、前部クロスメンバ３２の垂直後部壁６２は、実質的に半分の高さにおいて、水平後方に延びる長手方向水平フランジ６６を有する。

各水平フランジ６６は、関連する長手方向サイドレール３０の上壁３６の上面３７の対面部分に対する前部クロスメンバ３２の組み立て・締結フランジである。

この目的のため、各フランジ６６の下面６７は接合面であり、ここでは３つの隆起した長手方向リブ６８を有している。

各水平フランジ６６は、アセンブリを受容する２つの孔５４と、長手方向サイドレール３０の上壁３６の上面３７の前部端部部分の対応する孔５４と協働するように設計された締結リベットと、を有する。

特に図１０で示されているように、各後部クロスメンバ３４は、水平上壁７０及び水平下壁７２によって画定された矩形の断面を有する部分であり、水平上壁７０と水平下壁７２は、２つの内側横断方向垂直隔壁７４によって、且つ、前部横断方向垂直壁７６及び後部横断方向垂直壁７８によって、繋がっている。

ここでは壁７０、７２、７６、及び７８の外側表面はすべて平滑な表面を有している。

水平上壁７０の延長部において、後部クロスメンバ３４は、長手方向前方に延びる水平締結・組み立てランジ８０を含む。

フランジ８０は、２つの横断方向リブ８４を有した下方接合面８２を有する。

リブ付き下方水平面８２の各々は、関連する長手方向サイドレール３０の水平上壁３６の後部端部部分の上面３７の対面部分と協働するように設計されている。

特に図１０で示されているように、後部クロスメンバ３４の水平下壁７２は、リベットを締結する２つの孔５４と、ピンを受容するように設計された一連の孔又は開口５２と、を有する。

要約すると、また非限定的な例として、長手方向サイドレール３０を前部及び後部クロスメンバ３２、３４に接合することによる組み立て及び締結のための表面は、ここではフランジ６６、８０のリブ付き表面６７、８２によって、及び延長部４４、４６のリブ付き表面４５、４７によって形成されていることに留意されたい。

本発明の教示によれば、リブ６８、８４又は４８及び５０が存在することで、ここでは平滑な対向する表面との協働により、接合すべき表面間に、所与の、例えば実質的に一定の値の寸法のクリアランスとして空間を提供して、粘着剤や接着剤を受容することが可能となる。

これは図１７でより詳細に示されている。ここでは、長手方向サイドレール３０の上壁３６の上面３７と、クロスメンバ３０のフランジ６６のリブ付き下面６７との間に、長手方向サイドレール３０の水平上壁３６の上面３７に対するリブ６８の支持協働によって垂直クリアランス「ｊ」が存在している。

接合により組み立てられるパーツ３０及び３２の、ここでは垂直方向に行われる組み立て及びクランピングは、図１７で詳細に例示するブレークステム（ｒｕｐｔｕｒｅｄｅｔｉｇｅ）リベットによってもたらされる。

ここでは実際のリベット工程の前の状態を示しているが、ブレークステムリベット９０の本体は、軸Ａに沿って軸方向に、この目的のために一方は水平フランジ６６、他方は水平上壁３６に設けられた整列孔５４を通って延びている。

組み立て及びクランプ機能に加え、各ブレークステムリベット９０は、２つの整列孔５４を通り挿入されると、部品パーツの「孔対孔」又は「モノ対モノ」を確実に相対的に位置決めし、部品パーツのリベットによる締結が保証される。

別の実施形態では、孔５４が円形又は楕円形であり得る。

リブなどの隆起した要素が存在することで、接合すべき表面間に膜を形成する粘着剤や接着剤の厚みを最大限に正確に制御して、接合アセンブリの機械的強度という特徴を保証することができる。この間隔の値すなわちクリアランス「ｊ」は、組み立てるべきパーツが互いに確実に押圧される鋲留めにより得られる。

これにより、クレードル構造体２２の形状や堅牢性に影響しない、制御されたほぼ一定の粘着剤や接着剤の厚みが保証される。

ここで、クレードル構造体２２はその後端において、且つ各長手方向サイドレール３０において、後部右側又は左側ハウジング９２をそれぞれ備える。

図６でハウジング９２のうちの１つを詳細に示す。ここではアルミニウムＡｌ６０６３Ｔ６６を陽極酸化処理した押出成形パーツである。

ハウジング９２は全体として複雑な形状をしており、特に、水平下壁９４を有する。水平下壁９４は後部長手方向延長部９６を有しており、その上面９７は平滑であって、関連する後部クロスメンバ３４の水平下壁７２の外側表面７３の対面部分との接合によって協働するように設計されている。

ハウジング９２は、水平上壁９８も有する。水平上壁９８は、２つの長手方向に向いた対向するスロット１００を有する。スロット１００は、ラックハウジング２８の前部クロスメンバ３２への締結に関して後述するようなタイプの補強・締結プレートを受容するように設計されている。

ハウジング９２は、接合面１０３を画定する長手方向垂直壁１０２を有する。接合面１０３は２つの水平リブ１０４を備え、関連する長手方向サイドレール３０の側壁４２の外側表面の対面部分と協働するように設計されている。

ハウジング９２はまた、水平壁９６と９８との間の実質的に半分の高さで延びる長手方向水平組み立て・締結フランジ１０６も有する。フランジ１０６のリブ付き水平下面１０７は、３つの長手方向リブ１０８を有する。

リブ付き表面１０７は、関連する長手方向サイドレール３０の水平上壁３６の外側表面３７の部分と、接合により協働するよう意図されている。

その前端において、且つ、前部クロスメンバ３２の水平上壁５６の上面において、クレードル構造体２２は、左側及び右側前部ヨーク１１０も備える。

図７に示すように、ヨーク１１０もまた、アルミニウムＡｌ６０６３Ｔ６６を陽極酸化処理した押出成形部品であり、横断方向に延びている水平下壁１１２を本質的に介して、前部クロスメンバ３２に締結されている。

水平壁１１２は、４つの横断方向リブ１１４を備えた下方接合面もしくは面１１３を有し、前部クロスメンバ３２の水平上壁５６の上面５７の対面部分と協働するリブ付き接合面を形成している。

良好な機械的強度を保証するために、ヨーク１１０の水平下壁１１２は、前部クロスメンバ３２の上壁５６の関連するスロット６５に受容される側方リブ１１８を有する。

各ヨーク１１０は、２つの垂直横断方向側壁１２０も含み、側壁１２０の各々は、傾斜した横断方向フランジ１２２によって延長されている。

前部及び後部に対するヨーク１１０の締結及び剛性は、横断方向垂直壁１３２と上方傾斜フランジ１３４とを特に含む合致する形状を有した補強プレート１３０によって、拡張される。

各補強プレート１３０は、表面１３３及び１３５上に、上述のリブと同じ役割を果たす隆起したコンタクト部１３６を有する。表面１３３及び１３５は、一方の側で、関連するヨーク１１０に面した部分に接合・鋲留めされ、他方の側では前部クロスメンバ３２の前部垂直壁６０の外側表面に接合・鋲留めされる。

ステアリングラック２６のハウジング２８はここで、ラックハウジング２８の２つの対向する横断方向端部に配置された２つのナット／ボルトアセンブリ１４０を用いて、ねじ止めすることで締結される。

各ナット／ボルトアセンブリ１４０は、ハウジング２８に属しているラグ１４４を通るボルト１４２を有する。ハウジング２８は、前部クロスメンバ３２の前部横断方向壁６０の外側表面に対して押圧される。

ボルト１４２は、前部クロスメンバ３２の内側に配置された対応するナット１４６にねじ止めされる。

組み立ての品質と剛性のために、鋼製の中間プレート１４８が配置される。中間プレート１４８は、前部クロスメンバ３２の内側で、前部クロスメンバ３２の前部横断方向壁６０の対面する内側表面部分とナット１４６との間に配置される。

この場合、非限定的に、ナットが補強プレート１４８に溶接される。

補強プレート１４８はここで、矩形の輪郭を有したプレートであり、２つの内側横断方向水平スロット６１に受容される。スロット６１は、前部クロスメンバ３２の前部横断方向壁６０の内側表面に隣接している。

鋼製の補強プレート１４８は、ボルト１４２の本体を受容する中央孔を有し、まず前部クロスメンバ３２の内側に予め位置決めされ、ここでは補強プレート１４８の位置保持ピンという単一の機能を果たす２つのリベット９０によって、正しい位置に保持され得る。

Claims

自動車クレードル構造体（２２）であって、
アルミニウム又はアルミニウム合金製であり横断方向に離間した、少なくとも２つの長手方向サイドレール（３０）と、
アルミニウム製又はアルミニウム合金製であり、前記２つの長手方向サイドレール（３０）を互いに接続する、少なくとも１つの横断方向に向けられたクロスメンバ（３２，３４）であって、リベット（９０）を用いた締結と組み合わせた接合によって、前記長手方向サイドレール（３０）に分離不可能に固定されている、クロスメンバ（３２，３４）と
を含み、
接合される表面が、粘着剤又は接着剤を受容できる決められた寸法のクリアランス（ｊ）ぶん離間されており、
少なくとも１つの接合区域が、対面する表面と協働する隆起した要素（１０４，１０８，１１４，６８，８４，４８，５０，１３６）を備えた表面（１０３，１０７，１１３，６７，８２，４５，４７，１３３，１３５）を有し、少なくとも２つの前記隆起した要素（１０４，１０８，１１４，６８，８４，４８，５０，１３６）は前記表面（１０３，１０７，１１３，６７，８２，４５，４７，１３３，１３５）の縁より内側に設けられていることを特徴とする、構造体。
前記隆起した要素が、前記表面と前記対面する表面との間で実質的に一定の寸法のクリアランス（ｊ）を画定していることを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
隆起した要素（１０４，１０８，１１４，６８，８４，４８，５０，１３６）を備える前記表面（１０３，１０７，１１３，６７，８２，４５，４７，１３３，１３５）が、平坦な表面であることを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
前記表面（１３３，１３５）に、少なくとも１つの隆起したコンタクト部（１３６）が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
平坦な表面に、該表面に分布する一連の隆起したコンタクト部（１３６）が設けられていることを特徴とする、請求項４に記載の構造体。
前記表面（１０３，１０７，１１３，６７，８２，４５，４７）に、少なくとも１つの隆起したリブ（１０４，１０８，１１４，６８，８４，４８，５０）が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
前記表面に、該表面に分布する一連の隆起したリブが設けられていることを特徴とする、請求項６に記載の構造体。
前記長手方向サイドレール（３０）の各々は、一表面が前記クロスメンバに接合されリベットを用いて締結されている少なくとも１つの壁部分又は１つのフランジ部分を有することを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
接合される前記表面が、前記長手方向サイドレール（３０）の長手方向端部に配置されることを特徴とする、請求項８に記載の構造体。
接合される前記表面が平坦な表面であることを特徴とする、請求項８に記載の構造体。
前記長手方向サイドレール（３０）の各々は、平坦な表面をそれぞれ有する２つのフランジ又は壁部分を有し、前記２つのフランジ又は壁部分は並行でありかつ対向しており、それぞれ前記クロスメンバに接合されリベット（９０）を用いて締結されることを特徴とする、請求項１０に記載の構造体。
前記クロスメンバ（３２，３４）は、一表面が前記長手方向サイドレール（３０）に接合されリベット（９０）を用いて締結される少なくとも１つの壁部分又は１つのフランジ部分を有することを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
前記表面が前記クロスメンバ（３２，３４）の横断方向端部に配置されることを特徴とする、請求項１２に記載の構造体。
前記表面が平坦な表面であることを特徴とする、請求項１２に記載の構造体。
前記クロスメンバ（３２，３４）は、平坦な表面をそれぞれ有する２つのフランジ又は壁部分を有し、前記２つのフランジ又は壁部分は並行でありかつ対向しており、それぞれ前記長手方向サイドレール（３０）に接合されリベット（９０）を用いて締結されることを特徴とする、請求項１４に記載の構造体。
自動車前部クレードルを形成し、前記少なくとも１つのクロスメンバが前記自動車前部クレードル（２２）の前部クロスメンバ（３２）であることを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
前記自動車のサスペンションに属する部品を取付けるための少なくとも１つの補助要素（９２，１１０）を有し、前記要素がアルミニウム製であり、長手方向サイドレール（３０）及び／又は前記クロスメンバ（３２，３４）に、リベット（９０）を用いた締結と組み合わせた接合によって分離不可能に固定されることを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
アルミニウム又はアルミニウム合金製の少なくとも１つの補強プレート（１３０）を含み、前記補強プレート（１３０）が、長手方向サイドレール（３０）及び／又は前記クロスメンバ（３２）に、リベット（９０）を用いた締結と組み合わせた接合によって分離不可能に締結されることを特徴とする、請求項１に記載の構造体。