JP7153597B2 - サブフレーム構造 - Google Patents

Description

本発明は、フロントサイドフレームの下方側に取り付けられているサブフレームの構造に関する。

例えば、特許文献１には、軽金属で形成され車両後方位置に配置されたリヤメンバと、このリヤメンバから前方に延びるエクステンションメンバとを備えたサブフレーム構造が開示されている。

特許文献１に開示されたサブフレーム構造では、エクステンションメンバとリヤメンバとの接合部の強度を補強することがなく、エクステンションメンバに脆弱部を設けている。これにより、車両前方から衝突荷重が入力された際、脆弱部を起点としてサブフレームを折り曲げることができる、としている。

国際公開第２０１９／００８７４７号

ところで、サブフレームのリヤメンバの車両後方位置に電動パワーステアリングが配置される場合がある。四輪駆動車両の場合、電動パワーステアリングを高い位置に配置してトランスミッションから延びるトランスファを電動パワーステアリングの下方位置で通す必要がある。二輪駆動車両の場合、トランスファが無いため電動パワーステアリングの位置を四輪駆動車両の場合よりも下げて配置している。

単純に、トランスファを電動パワーステアリングよりも上の位置で通した場合、トランスファが比較的高い位置に配置されるため、車両レイアウトが低下するおそれがある。また、前記したように、四輪駆動車両と二輪駆動車両とでは、電動パワーステアリングを配置するためのサブフレームの構造がそれぞれ異なるため、四輪駆動車両用サブフレームと、二輪駆動車両用サブフレームとがそれぞれ必要となり、製造コストが高騰する。

本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、四輪駆動車両又は二輪駆動車両を問わず複数の車種で共用することが可能なサブフレーム構造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、本発明に係るサブフレーム構造は、車両前部に配置されたパワープラントの下方に設けられ、車両前後方向に沿って延びる左右一対のエクステンションメンバと、前記各エクステンションメンバの車両後方端部に連結され、車幅方向に沿って延びるリヤメンバと、を備え、前記リヤメンバの車両後方側は、下方に向かって窪む凹部を有し、前記凹部には、前記リヤメンバの上面に搭載される操舵装置のモータの少なくとも一部が載置され、前記リヤメンバは、該リヤメンバの車両後方で車体側に連結されるボディ連結部を有し、前記ボディ連結部は、車両後方に向かって突出する突出部を有し、前記ボディ連結部と前記突出部を覆う延長ブラケットが設けられ、前記ボディ連結部は、前記延長ブラケットを介して前記車体側に連結され、前記延長ブラケットは、車両後方から見て略Ｍ字状を呈し、前記延長ブラケットの上部中央には、下方に向かって窪むビードが設けられ、前記ビードは、平面視して、前記延長ブラケットの中間部から車両後端まで延出していることを特徴とする。

本発明では、四輪駆動車両又は二輪駆動車両を問わず複数の車種で共用することが可能なサブフレーム構造を得ることができる。

本発明の実施形態に係るサブフレーム構造が適用あれたフロントサブフレームの車両前方側の下方から見た斜視図である。 図１に示すフロントサブフレームの平面図である。 図２に示す状態からパワープラント、電動パワーステアリング等を取り除いた状態を示す平面図である。 図３に示すフロントサブフレームのリヤメンバの拡大平面図である。 図２に示すフロントサブフレームの底面図である。 補強ブラケットの底面図である。 図３に示すフロントサブフレームの一部破断側面図である。 フロントサブフレームの拡大一部破断側面図である。 図４のＩＸ－ＩＸ線に沿ったモータ載置用凹部の断面図である。 リヤメンバの車両後方端部に配置された延長ブラケットを示す平面図である。 図１０を下方側から見た底面図である。 延長ブラケットを示す一部省略拡大斜視図である。 図１２のＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ線に沿った断面図である。 図１２のＸＩＶ－ＸＩＶ線に沿った断面図である。

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。
なお、各図中において、「前後」は、車両前後方向、「左右」は、車幅方向（左右方向）、「上下」は、車両上下方向（鉛直上下方向）を、それぞれ示している。

図１に示されるように、車両前部には、本発明の実施形態に係るサブフレーム構造が適用されたフロントサブフレーム１０（以下、単に、サブフレーム１０という）が配置されている。このサブフレーム１０は、車両前後方向に沿って延びている左右一対の図示しないフロントサイドフレームの下方側に取り付けられている。

サブフレーム１０は、図示しない前輪用懸架装置を支持すると共に、図示しないマウント機構を介してパワープラントＰ（例えば、モータやエンジン等の駆動源のユニット）を支持している。換言すると、サブフレーム１０は、パワープラントＰの下方に配置されている（図１、図２参照）。なお、左右一対のフロントサイドフレームの車両後方端部は、左右一対のアウトリガ１３（図１３参照、車体側部材）の車両前方端部に連結されている。

図３に示されるように、サブフレーム１０は、左右一対のエクステンションメンバ１４、１４と、リヤメンバ１６と、補強ブラケット１８とを備えて構成されている。また、サブフレーム１０は、ボルト及びナットを介して、複数の車体側部材とそれぞれ連結される複数の車体連結部が設けられている。複数の車体連結部は、左右一対の前側車体連結部２０、２０と、左右一対の中央車体連結部２２、２２と、左右一対の後側車体連結部（ボディ連結部）２４、２４とから構成されている。

前側車体連結部２０は、各エクステンションメンバ１４の車両前端に近接する前方側に位置し、上下方向に沿って貫通する貫通孔を有する。前側車体連結部２０は、この貫通孔を貫通して上方に向かって突出するボルト及びナットによって、車体側部材（例えば、バルクヘッド）に連結されている。

中央車体連結部２２は、リヤメンバ１６の車両前方端部で車幅方向外側に向かって延出すると共に、上方に向かって所定長だけ突出する突起部３０を有する。この突起部３０には、上下方向に沿って貫通する貫通孔を有する。この貫通孔を貫通して突起部３０から上方に向かって突出するボルト及びナットによって、各フロントサイドフレームに連結されている。

後側車体連結部２４は、リヤメンバ１６の車両後方端部で車両後方に向かって突出する突出部３６を有する（図２、図３参照）。突出部３６は、上下方向に沿って貫通する貫通孔を有する。この貫通孔を貫通して突出部３６から上方に向かって突出するボルト４０及び図示しないナットや後記する延長ブラケット４２によって、車体側部材（例えば、左右一対のアウトリガ１３）に連結されている（図１３参照）。

左右一対のエクステンションメンバ１４、１４は、平面視して、概ね車両前後方向に沿って延び、車両前方に向かって僅かに拡開するように配置されている。すなわち、図３に示されるように、左右一対のエクステンションメンバ１４、１４の車両前方端部同士の車幅方向の離間距離は、左右一対のエクステンションメンバ１４、１４の車両後方端部同士の車幅方向の離間距離よりも大きくなっている。各エクステンションメンバ１４の軸直方向の断面は、矩形状を呈する閉断面で構成されている。また、各エクステンションメンバ１４は、例えば、鉄鋼材料で形成されている。

リヤメンバ１６は、左右一対のエクステンションメンバ１４、１４の車両後方に配置され、車幅方向に沿って延在している。また、リヤメンバ１６は、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金等の軽金属で形成されている。

図３に示されるように、リヤメンバ１６は、各エクステンションメンバ１４の各車両後方端部とリヤメンバ１６の左右の車両前方端部とがそれぞれ連結される左右一対の連結部４４、４４を有する。各連結部４４は、車幅方向外側に位置し、ボルト及びナットで連結される外側連結部４４ａと、パワープラントＰが配置されたパワープラント室側に臨む車幅方向内側に位置し、ボルト及びナットで連結される内側連結部４４ｂとから構成されている。なお、各エクステンションメンバ１４とリヤメンバ１６とは、溶接等の接合手段を介して一体的に連結されるようにしてもよい。

図４に示されるように、リヤメンバ１６の車両前方端部側で車幅方向に沿った中央部には、トルクロッド４６が取り付けられるトルクロッド取付部４８が配置されている。トルクロッド取付部４８は、平面視して略三角形状を呈し、リヤメンバ１６の上面に接合されている。トルクロッド４６の一側がトルクロッド取付部４８に取り付けられ、トルクロッド４６の他側がパワープラントＰに連結されている。トルクロッド４６を介してサブフレーム１０とパワープラントＰとを連結することで、パワープラントＰが発生する振動等を低減し静粛性を向上させることができる。

図４に示されるように、リヤメンバ１６の車両後方端部側の上面には、下方に向かって窪むモータ載置用凹部（凹部）５０が設けられている。このモータ載置用凹部５０は、車両前後方向に沿った断面が略円弧状を呈し（図７、図８参照）、平面視して車幅方向に沿って細長の帯状に延在している（図４参照）。このモータ載置用凹部５０には、リヤメンバ１６の上面に搭載される電動パワーステアリング（操舵装置）５２のモータ５４の少なくとも一部が配置される（図２参照）。

図９に示されるように、モータ載置用凹部５０の最も下方に位置する内部底壁５０ａは、モータ載置用凹部５０の車幅方向中央部から車幅方向外側にいくにつれて上方に向かって立ち上がる傾斜面５０ｂで構成されている。

リヤメンバ１６の車両前後方向に沿った中央部で、トルクロッド取付部４８とモータ載置用凹部５０との間には、電動パワーステアリング５２のタイロッド５６が載置されるタイロッド載置用凹部５８が設けられている（図７、図８参照）。このタイロッド載置用凹部５８は、モータ載置用凹部５０よりも小径からなる断面円弧状を呈し、車幅方向に沿って延在している。なお、モータ載置用凹部５０において、最も内側下方に位置する底部は、タイロッド載置用凹部５８において最も内側下方に位置する底部よりも下方に位置している（図８参照）。

図８に示されるように、リヤメンバ１６のモータ載置用凹部５０の車両後方には、上下方向及び左右方向に沿って延びる縦壁６０が設けられている。この縦壁６０は、モータ載置用凹部５０を構成する車両後方側壁に連続する前側傾斜壁６１ａと、頂上の稜線部６１ｃを経て車両後方側に向かって立ち下がる後側傾斜壁６１ｂとによって構成されている。後側傾斜壁６１ｂの傾斜角度は、前側傾斜壁の傾斜角度よりも大きくなっている。

なお、リヤメンバ１６の車両前方端部で車幅方向外側には、図示しないサスペンションアームが取り付けられる前側のサスペンション取付部６３ａが設けられている（図３、図２参照）。また、リヤメンバ１６の車両後方側で車幅方向外側には、図示しないサスペンションアームが取り付けられる後側のサスペンション取付部６３ｂが設けられている（図３、図２参照）。

図１０乃至図１４に示されるように、リヤメンバ１６には、後側車体連結部２４及び突出部３６を覆う延長ブラケット４２が設けられている。後側車体連結部２４は、この延長ブラケット４２を介して車体側部材（アウトリガ１３）に連結されている（図１３参照）。延長ブラケット４２は、車両後方から見て略Ｍ字状を呈している（図１４参照）。この延長ブラケット４２の上部中央には、下方に向かって窪むビード６２が設けられている（図１２参照）。このビード６２は、平面視して、延長ブラケット４２の中間部から車両後端まで延出している。ビード６２を間にした左右両側には、車両後方に向かって立ち下がる傾斜面６５、６５が設けられている（図１０、図１２、図１３参照）。

図１４に示されるように、延長ブラケット４２は、車幅方向の両端部で下方に延びる左右一対のフランジ６４、６４を有する。また、延長ブラケット４２は、ボルト６６ａ及びナット６６ｂを介して、後側車体連結部２４よりも車両後方位置でリヤメンバ１６に連結されている（図１３参照）。さらに、延長ブラケット４２は、後側車体連結部２４と車体側部材（アウトリガ１３）との間に介在する平板部６８を有する。この平板部６８は、平面視して中心孔を有する環状体からなり、平板部６８の上面には、樹脂材・樹脂被膜７０（図１２及び図１０の網点参照）が形成されている。

図５、図６に示されるように、補強ブラケット１８は、リヤメンバ１６の下面側に上下方向で積層（重畳）して配置されている。補強ブラケット１８は、リヤメンバ１６と複数のボルトで締結される複数（本実施形態では、５つの場合を例示）の中間締結点（中間結合点）７２を有する。この複数の中間締結点７２は、底面視して、車両後方で車幅方向中央に頂点を有するＶ字状に配置されている（図６及び図５参照）。なお、中間結合点は、ボルトを用いることがなく、例えば、スポット溶接等の接合手段を介して補強ブラケット１８とリヤメンバ１６とを一体的に接続点で結合するようにしてもよい。

また、補強ブラケット１８は、該補強ブラケット１８の車両前方端部で車幅方向外側まで延出する延長部７４を有する。この延長部７４は、エクステンションメンバ１４の車両後方端部と、リヤメンバ１６の車両前方端部とが連結される連結部４４まで延出している。

図６に示されるように、延長部７４は、連結部４４（外側連結部４４ａ、内側連結部４４ｂ）でエクステンションメンバ１４とリヤメンバ１６に共締めされて車体側部材に連結されている。また、補強ブラケット１８の後方端部は、左右一対の後側車体連結部２４、２４により、リヤメンバ１６に共締めされて車体側部材に連結されている。このように補強ブラケット４２の外周部は、車体側部材に対して固定されている。

また、延長部７４は、車幅方向内側から車幅方向外側に向かって屈曲すると共に、底面視して車幅方向内側から車幅方向外側へ行くほど幅狭となる屈曲部７６を有する（図６参照）。

本実施形態に係るサブフレーム構造が適用されたフロントサブフレーム１０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。

本実施形態では、リヤメンバ１６の車両後方端部側に、下方に向かって窪むモータ載置用凹部（凹部）５０が設けられている。このモータ載置用凹部５０には、リヤメンバ１６の上面に搭載される電動パワーステアリング（操舵装置）５２のモータ５４の少なくとも一部が配置されている。

本実施形態では、リヤメンバ１６の車両後方端部側にモータ載置用凹部５０を設けることで、四輪駆動車両又は二輪駆動車両を問わず複数の車種でサブフレーム１０を共用することができる。

すなわち、本実施形態では、電動パワーステアリング５２のモータ５４の載置位置を従来と比較して下方側に低くすることにより、モータ５４の上方に空間部を設けることが可能となる。これにより、本実施形態では、四輪駆動車両の場合、トランスミッションから延びるトランスファを電動パワーステアリング５２の上方位置（モータ５４の上方の空間部）で通すことが可能となる。また、本実施形態では、二輪駆動車両の場合、トランスファが無いため電動パワーステアリング５２の位置を四輪駆動車両の場合と同じ位置で配置することが可能となる。本実施形態では、四輪駆動車両及び二輪駆動車両にそれぞれ搭載されるサブフレーム１０の構造をそれぞれ同一（共通）として、四輪駆動車両用サブフレーム及び二輪駆動車両用サブフレームがそれぞれ不要となり、製造コストを低減化することができる。

また、本実施形態では、リヤメンバ１６の車両前方端部側で車幅方向に沿った中央部に、トルクロッド４６が取り付けられるトルクロッド取付部４８を配置している。すなわち、本実施形態では、四輪駆動車両のトランスファを電動パワーステアリング５２の上方位置で通すことが可能となる。このため、本実施形態では、トランスファの下方、つまり、リヤメンバ１６の車両前方端部側で車幅方向に沿った中央部に空間部を設けることができる。この結果、本実施形態では、従来において車幅方向の左側又は右側に配置していたトルクロッド４６をこの空間部である車幅方向の中央部に配置することができる。この結果、本実施形態では、リヤメンバ１６の車両前方端部側で車幅方向に沿った中央部にトルクロッド取付部４８を配置することができる。

さらに、本実施形態において、リヤメンバ１６は、モータ載置用凹部５０の車両後方に上下方向及び左右方向に沿って延びる縦壁６０を有している。本実施形態では、モータ載置用凹部５０の車両後方位置に縦壁６０を設けることで、電動パワーステアリング５２から入力される横荷重に対して、リヤメンバ１６における所望の支持剛性及び支持強度を確保することができる。

さらにまた、本実施形態では、リヤメンバ１６の下面側に、補強ブラケット１８が配置されている。補強ブラケット１８は、リヤメンバ１６と複数のボルトで締結（結合）される複数の中間締結点（中間結合点）７２を有する。本実施形態では、補強ブラケット１８とリヤメンバ１６とを、車幅方向に沿った中間部位を複数の中間締結点７２で締結することで、例えば、図示しないサスペンションアームによって車幅方向内側へ伝達される横荷重、及び、トルクロッド取付部４８を介してトルクロッド４６から車両後方へ伝達される縦荷重をそれぞれ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、エクステンションメンバ１４の車両後方端部と、リヤメンバ１６の車両前方端部とが連結される連結部４４を有している。また、補強ブラケット１８は、連結部４４まで延出する延長部７４を有している。この延長部７４は、車幅方向内側から車幅方向外側に向かって屈曲すると共に、底面視して幅狭となる屈曲部７６を有している。

本実施形態では、補強ブラケット１８に延長部７４を設けることで、例えば、前突荷重や側突荷重が入力された際、エクステンションメンバ１４とリヤメンバ１６とを繋ぐ連結部４４の変形を抑制することができる。また、本実施形態では、延長部７４が屈曲し、幅狭となる屈曲部７６を設けることで、サスペンション取付部６３ａのスペースを十分に確保することが可能となると共に、種類の異なる多数のサスペンションアームに対応することが可能となり汎用性を向上させることができる。

さらにまた、本実施形態において、リヤメンバ１６は、該リヤメンバ１６の車両後方で車体側に連結される後側車体連結部２４を有している。この後側車体連結部２４は、車両後方に向かって突出する突出部３６を有している。後側車体連結部２４と突出部３６とを覆う延長ブラケット４２が設けられている。後側車体連結部２４は、延長ブラケット４２を介して車体側に連結されている。延長ブラケット４２は、車両後方から見て略Ｍ字状を呈し、延長ブラケット４２の上部中央には、下方に向かって窪むビード６２が設けられている。このビード６２は、平面視して、延長ブラケット４２の中間部から車両後端まで延出している。

本実施形態では、リヤメンバ１６の車両後方に突出部３６を設けることで、車両前方から衝突荷重が入力された際、この突出部３６を車体側に対する当て面（当接面）として機能させ、サブフレーム１０を車体側から円滑に脱落させることができる。また、パワープラントＰの車室側への進入を好適に阻止することができる。

また、本実施形態では、後側車体連結部２４に延長ブラケット４２を取り付けることで、車種の異なる自動車であっても、衝突荷重が入力されたときにサブフレーム１０を円滑に脱落させることができる。すなわち、車種の異なる多数の車両でサブフレーム１０を共用することができる。

さらに、本実施形態では、延長ブラケット４２にビード６２を設けることで、延長ブラケット４２自体の剛性・強度を向上させることができる。

さらにまた、本実施形態において、延長ブラケット４２は、車幅方向の両端部で下方に延びる左右一対のフランジ６４を有している。これにより、本実施形態では、衝突荷重が入力された際、延長ブラケット４２が車体側に当接した際の変形を抑制することができる。また、組付時において、延長ブラケット４２がボルト６６ａを回転中心として回転することを防止することができる。

さらにまた、本実施形態において、延長ブラケット４２は、後側車体連結部２４よりも車両後方位置でボルト６６ａを介してリヤメンバ１６に連結されている。これにより、本実施形態では、衝突荷重が入力された際、延長ブラケット４２が車体側に当接したときの変形や、延長ブラケット４２の剥離を防止することができる。

さらにまた、本実施形態において、延長ブラケット４２は、後側車体連結部２４と車体側との間に介在する平板部６８を有している。平板部６８の上面には樹脂材・樹脂被膜７０（図１０、図１２の網点参照）が形成されている。これにより、本実施形態では、例えば、サスペンションアームを介して入力される荷重によってサブフレーム１０が横滑りすることを好適に回避することができる。

１０ フロントサブフレーム
１４ エクステンションメンバ
１６ リヤメンバ
１８ 補強ブラケット
２０ 前側車体連結部
２２ 中央車体連結部
２４ 後側車体連結部（ボディ連結部）
３６ 突出部
４２ 延長ブラケット
４４ 連結部
４８ トルクロッド取付部
５０ モータ載置用凹部（凹部）
５２ 電動パワーステアリング（操舵装置）
５４ モータ
６０ 縦壁
６２ ビード
６３ａ、６３ｂ サスペンション取付部
６４ フランジ
６８ 平板部
７０ 樹脂被膜
７２ 中間締結点（中間結合点）
７４ 延長部
７６ 屈曲部
Ｐ パワープラント

Claims (8)

1. 車両前部に配置されたパワープラントの下方に設けられ、車両前後方向に沿って延びる左右一対のエクステンションメンバと、
   前記各エクステンションメンバの車両後方端部に連結され、車幅方向に沿って延びるリヤメンバと、
   を備え、
   前記リヤメンバの車両後方側は、下方に向かって窪む凹部を有し、
   前記凹部には、前記リヤメンバの上面に搭載される操舵装置のモータの少なくとも一部が載置され、
   前記リヤメンバは、該リヤメンバの車両後方で車体側に連結されるボディ連結部を有し、
   前記ボディ連結部は、車両後方に向かって突出する突出部を有し、
   前記ボディ連結部と前記突出部を覆う延長ブラケットが設けられ、
   前記ボディ連結部は、前記延長ブラケットを介して前記車体側に連結され、
   前記延長ブラケットは、車両後方から見て略Ｍ字状を呈し、前記延長ブラケットの上部中央には、下方に向かって窪むビードが設けられ、
   前記ビードは、平面視して、前記延長ブラケットの中間部から車両後端まで延出していることを特徴とするサブフレーム構造。
2. 請求項１記載のサブフレーム構造において、
   前記リヤメンバの車両前方側で車幅方向に沿った中央部には、トルクロッドが取り付けられるトルクロッド取付部が設けられていることを特徴とするサブフレーム構造。
3. 請求項１又は請求項２記載のサブフレーム構造において、
   前記リヤメンバは、前記凹部の車両後方に上下方向及び左右方向に沿って延びる縦壁を有することを特徴とするサブフレーム構造。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項記載のサブフレーム構造において、
   前記リヤメンバの下面側には、補強ブラケットが配置され、
   前記補強ブラケットは、前記リヤメンバと結合される複数の結合点を有することを特徴とするサブフレーム構造。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項記載のサブフレーム構造において、
   前記リヤメンバの下面側には、補強ブラケットが配置され、
   前記エクステンションメンバの車両後方端部と前記リヤメンバの車両前方端部とが連結される連結部を有し、
   前記補強ブラケットは、前記連結部まで延出する延長部を有し、
   前記延長部は、車幅方向内側から車幅方向外側に向かって屈曲すると共に、底面視して幅狭となる屈曲部を有することを特徴とするサブフレーム構造。
6. 請求項１記載のサブフレーム構造において、
   前記延長ブラケットは、車幅方向の両端部で下方に延びる左右一対のフランジを有することを特徴とするサブフレーム構造。
7. 請求項１記載のサブフレーム構造において、
   前記延長ブラケットは、前記ボディ連結部よりも車両後方位置で前記リヤメンバに連結されていることを特徴とするサブフレーム構造。
8. 請求項６又は請求項７記載のサブフレーム構造において、
   前記延長ブラケットは、前記ボディ連結部と前記車体側との間に介在する平板部を有し、
   前記平板部の上面は、樹脂被膜で被覆されていることを特徴とするサブフレーム構造。

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