JP7164871B2 - automotive cross member - Google Patents
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Description
本発明は、自動車用のクロスメンバに関する。 The present invention relates to cross members for motor vehicles.
自動車の車体に車輪を取り付ける際に、クロスメンバと呼ばれる車幅方向に延びる形状を有する部材が使用される。例えば、特許文献1には、車幅方向に延びる形状を有するシャシフレームと、シャシフレームの左右の端部に設けられる湾曲した形状を有する一対のアームとを有する。アームは、シャシフレームから上方に突出し、アームの中ほどの1ヶ所において湾曲し、先端部が車幅方向の外側を向く形状となっている。
A member having a shape extending in the vehicle width direction called a cross member is used when a wheel is attached to the vehicle body of an automobile. For example,
上記のアームは、先端部分がパイプを潰した形状となっており、先端部分に貫通孔を備えている。シャシフレームを車体に取り付ける際には、先端部分の貫通孔を利用して、シャシフレームを車体に対して螺子留めする。引用文献1のシャシフレーム両端部には、車輪の支持部材を介して、車輪が支持される構造となっている。 The tip portion of the arm has a shape of a crushed pipe, and the tip portion has a through hole. When attaching the chassis frame to the vehicle body, the chassis frame is screwed to the vehicle body using the through holes at the tip portion. Both ends of the chassis frame of Cited Document 1 have a structure in which wheels are supported via support members for the wheels.
特許文献2には、車長方向に延びる一対のサイドメンバと、両サイドメンバとの間に架け渡されるリアクロスメンバとからなるシャシフレームが記載されている。サイドメンバの端部は、パイプを潰した形状となっており、先端部分に貫通孔を備えている。シャシフレームを車体に取り付ける際には、先端部分の貫通孔を利用して、シャシフレームを車体に対して螺子留めする。引用文献2のシャシフレーム両端部には、車輪の支持部材を介して、車輪が支持される構造となっている。 Patent Document 2 describes a chassis frame including a pair of side members extending in the longitudinal direction of the vehicle and a rear cross member bridged between the side members. The end of the side member is shaped like a crushed pipe, and has a through hole at the tip. When attaching the chassis frame to the vehicle body, the chassis frame is screwed to the vehicle body using the through holes at the tip portion. Both ends of the chassis frame of Cited Document 2 have a structure in which wheels are supported via support members for the wheels.
特許文献1及び特許文献2のシャシフレームでは、シャシフレームを介して、車輪を車体に対して取り付ける構造となっている。これらのシャシフレームでは、管状のアームの先端部分を車体に対して固定することにより、シャシフレームを車体に対して取り付ける。アームの剛性が低いと、車輪から走行中の荷重が入力された際に、アームの先端部分がシャシフレームと共に変位してしまう。上述の通りシャシフレームには、車輪の支持部材が接続されているため、アームの先端部分が変位するたびにステアリング特性が変化し、設計した通りのステアリング特性を発揮することが難しくなるという問題がある。
The chassis frames of
本発明は、取付アームの剛性を高めて、車輪から荷重が入力された際に取付アームの先端部分を変位しにくくしたクロスメンバを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a cross member in which the rigidity of a mounting arm is increased so that the distal end portion of the mounting arm is less likely to be displaced when a load is input from a wheel.
車輪の支持部材が接続されるクロスメンバであって、前記クロスメンバは、車幅方向に延びる形状であり、その両端部に配される車輪の支持部材の取付部と、一対の取付アームとを有しており、前記取付アームは、中空管から構成されており、基端部が前記クロスメンバに固定され、先端部が車体への取付部となっており、前記取付アームは、前記中空管の管軸方向に垂直な平面の断面において、車長方向における外径に対して、車長方向に直交する方向における外径が大きくなっている部分を有する自動車用クロスメンバにより、上記の課題を解決する。 A cross member to which a wheel support member is connected, wherein the cross member has a shape extending in the vehicle width direction, and includes mounting portions for the wheel support member arranged at both ends thereof and a pair of mounting arms. The mounting arm is composed of a hollow tube, has a proximal end fixed to the cross member, and a distal end serving as a mounting portion to the vehicle body. The cross member for automobiles having a portion in which the outer diameter in the direction perpendicular to the vehicle length direction is larger than the outer diameter in the vehicle length direction in the cross section of the plane perpendicular to the tube axis direction of the empty tube, solve the problem.
上記の自動車用クロスメンバによれば、取付アームの剛性を高めることが可能であり、例えば、自動車の走行時に車輪から荷重が入力された際に、取付アームの先端部分の変位量を低減することが可能になる。これによって、車輪から荷重が入力された際に、ハンドリング特性が、大きく変化することを防止することができる。 According to the automobile cross member described above, it is possible to increase the rigidity of the mounting arm. For example, when a load is input from the wheel while the automobile is running, the amount of displacement of the tip portion of the mounting arm can be reduced. becomes possible. As a result, it is possible to prevent the handling characteristics from significantly changing when a load is input from the wheels.
上記の自動車用クロスメンバにおいて、前記取付アームは、第1曲部と第2曲部とを有する中空管から構成されたものとすることが好ましい。上記のように、車長方向における外径に対して、車長方向に直交する方向における外径が大きくなっている部分を有する中空パイプにおいて、第1曲部と第2曲部とを有する形状を採用することにより、車長方向、車幅方向、及び車両の高さ方向における剛性のバランスを取って、種々の方向からの荷重に対して、剛性を発揮させることが可能になる。 In the automobile cross member described above, it is preferable that the mounting arm is formed of a hollow tube having a first curved portion and a second curved portion. As described above, in the hollow pipe having a portion in which the outer diameter in the direction perpendicular to the vehicle length direction is larger than the outer diameter in the vehicle length direction, the shape having the first curved portion and the second curved portion By adopting , it is possible to balance the rigidity in the vehicle length direction, the vehicle width direction, and the vehicle height direction, and exhibit the rigidity against loads from various directions.
本発明によれば、取付アームの剛性を高めて、車輪から荷重が入力された際に取付アームの先端部分を変位しにくくしたクロスメンバを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a cross member in which the rigidity of the mounting arm is increased so that the distal end portion of the mounting arm is less likely to be displaced when a load is input from the wheel.
図面を参照しながら、自動車用クロスメンバの一実施形態について説明する。 One embodiment of a cross member for automobiles will be described with reference to the drawings.
図1に示したように、本実施形態の自動車用クロスメンバ1(以下、クロスメンバと称する。)は、車幅方向に延びる形状であり、その両端部に配される車輪の支持部材(図示略)の取付部11と、一対の取付アーム12とを有する。
As shown in FIG. 1, an automobile cross member 1 (hereinafter referred to as a cross member) of this embodiment has a shape extending in the vehicle width direction, and wheel support members (illustrated ) and a pair of mounting
クロスメンバ1は、左右の端部に、第一凸部13、及び第二凸部14とを有する。左右それぞれの第一凸部13と第二凸部14との間は車両の中央に向かって凹んだ形状となっている。第一凸部13と第二凸部14との間の凹部は、懸架装置の構成部品を納める空間として利用することができる。同様に、左右の第一凸部13、13の間、及び左右の第二凸部14、14の間も凹んだ形状となっている。これらの左右の第一凸部13、13の間の凹部及び左右の第二凸部14、14の間の凹部もその他の部品を納める空間として利用することができる。クロスメンバ1では、車体の前方側に車輪の支持部材の取付部11を有する第一凸部13が配されており、車体の後方側に第2凸部14が配されている。
The
クロスメンバ1は、中空状の横長な部材であり、上部材と下部材と含む。上部材8は、図1に示したように、上板81と、上板81の端部から下方に延びる側壁82とを含む。下部材9は、下板91と、下板91の端部から上方に延びる側壁92とを含む。上部材8と下部材9は、上部材の側壁82と下部材の側壁92とを溶接することにより、接合されている。このため、クロスメンバ1は、中空構造となっており、車体の軽量化に寄与する。クロスメンバの構成は、これに限定されず、取付アームと車輪の支持部材とを接続できる構成であればよい。
The
図2に示したように、クロスメンバ1の左右の第二凸部14は、車体7のサイドフレーム71に対して、螺子止めされる。より具体的には、第二凸部14の先端部分には、貫通孔が配されている。第二凸部14の貫通孔と車体7のサイドフレームの貫通孔とに連通するにように螺子を挿通して、螺子止めする。サイドフレーム71は、車長方向に高低2段に屈折した形状を有しており、屈折した形状を利用して、懸架装置を収納する空間を形成している。クロスメンバ1の取付アーム1は、高い位置にあるサイドフレーム71に固定され、第二凸部14は低い位置にあるサイドフレーム71に固定される。車体のサイドフレーム71と第二凸部14とは、溶接によって、相互に固定してもよい。クロスメンバ1を車体側の部材に接続する構成は、第二凸部14に限定されず、第二凸部は省略してもよい。図2に示したクロスメンバ1は、車体の前輪側に固定されるフロントクロスメンバの例である。クロスメンバは、車体の後輪側に固定されるリアクロスメンバであってもよい。
As shown in FIG. 2 , the left and right
クロスメンバ1の第一凸部13には、車輪6の支持部材の取付部11として、一対の支持板111を備える。この支持板111には、車体の前後方向に沿って延びる軸を固定するための貫通孔112が配される。図2に示した、車体ではストラット式の懸架装置を採用している。このため、貫通孔112には、図示しない、ロアアームの基端部の軸が接続される。ロアアームは、前記の軸を中心として、車体の上下方向に揺動可能な状態とされる。ロアアームの先端部には、図示しないナックルが接続される。そしてナックルには、図示しないハブが接続される。車輪の支持部材の取付部の構成は、これに限定されず、車輪の支持部材の構成によって、適宜変更することができる。
The
上記の例では、ストラット式の懸架装置を一例として示した。車輪の支持部材は、特に限定されないが、ロアアーム、マルチリンクアーム、ナックル、ハブ、スプリング、又はダンパーなどが挙げられる。クロスメンバの形状も、特に限定されず、懸架装置の部材のレイアウトによって、変更することができる。 In the above example, a strut-type suspension system is shown as an example. The wheel support member is not particularly limited, but includes a lower arm, a multi-link arm, a knuckle, a hub, a spring, or a damper. The shape of the cross member is also not particularly limited, and can be changed according to the layout of the members of the suspension system.
図1に示したように、一対の取付アーム12のそれぞれの基端部は、クロスメンバ1に固定され、それぞれの先端部は車体への取付部となっている。取付アームの基端部は、クロスメンバ1に対して固定されていればよく、その構成は特に制限されない。図1のクロスメンバ1では、その基端部がクロスメンバ1の上板81及び下板91を貫通した状態で、クロスメンバ1と取付アーム12とが溶接によって、固定されている。本実施形態のクロスメンバ1では、取付アーム12の基端部は、車輪6の支持部材の取付部11寄りに接続されている。取付部11寄りとは、取付アーム12の基端部と車輪の支持部材の取付部11との直線距離が、取付アーム12の基端部と第二凸部14に設けられる車体への接続部との直線距離に比して、短いことをいう。
As shown in FIG. 1, the base ends of the pair of mounting
取付アームの先端部の形状は、車体に対して取付アームを固定できる形状であればよく、その構成は特に制限されない。図1のクロスメンバ1では、その先端部が、図6に示したように、断面円形のパイプの先端部をクランプして押し潰した形状となっている。そして、先端部の中ほどは平坦部121となっており、平坦部121は、略水平方向に延びる形状である。平坦部121の両端部には、下方に延びる余部122が配される形状となっている。余部122は、パイプを押し潰す際に直接に圧力が加えられない領域を下方に折り曲げて形成する。余部122は、パイプの先端部の剛性を向上させる補強部として機能する。パイプは角パイプであってもよい。
The shape of the tip portion of the mounting arm is not particularly limited as long as the shape is such that the mounting arm can be fixed to the vehicle body. As shown in FIG. 6, the
図1に示したように取付アーム12の平坦部121には、貫通孔125が配されている。この貫通孔125と、車体のサイドフレーム71の貫通孔を連通させた状態で螺子止めすることにより、図2及び図3に示したように、車体7のサイドフレーム71に対して取付アーム12が固定される。取付アーム12と車体7との固定は、螺子止めによらず、溶接によって固定してもよい。取付アーム12の先端に平坦部121を設けることによって、車体側の部材に平坦部121が接面することで取付アーム12を安定させることができる。
As shown in FIG. 1, a through
本実施形態のクロスメンバ1では、クロスメンバ1に対して取付アーム12の基端部が固定されている。このため、車輪6及び車輪の支持部材を介してクロスメンバ1に入力される荷重は、取付アーム12に伝達される。取付アーム12の剛性が十分でない場合には、クロスメンバ1及びそれに接続される車輪の支持部材の位置が、入力される荷重に応じて大きく変位する。つまり、取付アームが変位すると、車輪の位置も変化してしまうため、予め設計したハンドリング特性が乱れてしまう。
In the
車両が走行している際には、路面の凹凸、車両の加速、車両の減速、又は車両の旋回運動などに伴って、車輪を介して、クロスメンバに荷重が入力される。特に車両の高さ方向に対して、大きな荷重が作用することが多く、取付アーム12の剛性が高さ方向において不足していると、ハンドリング特性への影響が顕著に現れる。
When the vehicle is running, a load is input to the cross member via the wheels due to unevenness of the road surface, acceleration of the vehicle, deceleration of the vehicle, turning motion of the vehicle, or the like. In particular, a large load often acts in the height direction of the vehicle, and if the rigidity of the mounting
本実施形態のクロスメンバ1では、取付アーム12は、中空管から構成されており、図4に示したように、車長方向に沿う視点において、第1曲部123と第2曲部124とを有する形状となっている。取付アームを中空管から構成することによって、車体の軽量化に寄与することができる。第1曲部123と第2曲部124とは、取付アーム12の先端部と基端部との間に配される。そして、取付アーム12の形状は、図5に示したように、取付アーム12の横断面をとった際に、車長方向における外径Aに対して、車長方向に直交する方向における外形Bが大きくなっている部分を有する。横断面とは、前記中空管の管軸方向に垂直な平面の断面のことをいう。すなわち、取付アーム12では、取付アーム12を折り曲げる荷重が入力される方向に対して中空管の外径が大きくなる方向が沿うように配置されているため、中空管の断面係数が大きくなる。本明細書において、車長方向とは、車体の前後方向のことである。本実施形態のクロスメンバ1では、丸パイプを使用しているので、外径Aに対して外径Bが大きくなる部分は、楕円形の外径が大きくなる部分である。当該部分の形状は、例えば、長方形などの形状としてもよい。
In the
取付アームを上記のような形状にすることによって、取付アームが、車長方向、車幅方向、及び車体の高さ方向に変位する量をバランスよく低減することができる。外径Aに対して外径Bが大きくなる部分が設けられる位置は、特に制限されないが、例えば、第1曲部123と第2曲部124との間に連続して設けることが好ましい。
By shaping the mounting arm as described above, the amount of displacement of the mounting arm in the vehicle length direction, vehicle width direction, and vehicle height direction can be reduced in a well-balanced manner. Although the position where the portion where the outer diameter B is larger than the outer diameter A is provided is not particularly limited, it is preferably provided continuously between the first
本実施形態のクロスメンバ1では、取付アーム12は、クロスメンバ1の上面から車体の高さ方向に突出し、第1曲部123と第2曲部124により車幅方向の外側に向けて折れ曲がり、その先端部が略水平に突出する形状である。取付アームを設ける場所は特に制限されないが、クロスメンバの上面に設けられることが好ましい。取付アーム12の基端部と先端部とがなす角度は、特に限定されないが、例えば60~130°であることが好ましい。取付アームが、第1曲部123と第2曲部124とにより折れ曲がり、突出する方向は、車幅方向の外側に限定されず、車長方向などにしてもよい。
In the
上記の取付アーム12は、例えば、断面円形のパイプに複数回曲げ加工を施すことによって製造することができる。取付アーム12の先端部は、パイプの先端をクランプして潰して先端部の両端部を曲げることにより成形することができる。一回の曲げ加工で、パイプを屈曲されると、アールの内側ではパイプの構成材が圧縮され、アールの外側ではパイプの構成材が引張される。パイプを複数個所で曲げることによって、引張や圧縮による、パイプの剛性の低下を低減することができる。また、車長方向における外径に対して、車長方向に直交する方向における外径が大きくなっている部分を有する中空パイプにおいて、第1曲部123と第2曲部124とを有する形状を採用することにより、車長方向、車幅方向、及び車両の高さ方向における剛性のバランスを取って、種々の方向からの荷重に対して、剛性を発揮させることが可能になる。
The mounting
取付アーム、又はクロスメンバの構成材は、特に限定されないが、例えば、炭素鋼などの金属を使用することができる。 The material of construction of the mounting arm or cross member is not particularly limited, but metal such as carbon steel, for example, can be used.
〔試験例1〕
図1ないし図6のクロスメンバに使用した取付アーム12の基端部の2点を、図7に記載したように、完全に拘束して、先端部のM点に対して、X方向、Y方向、又はZ方向にそれぞれ1000Nの荷重を負荷して、荷重を負荷する前の状態を基準として、どの程度M点が変位するか調べた。これを試験例1とする。試験例1で使用した取付アームの形状は、図4及び5の取付アームの形状と同一である。すなわち、試験例1の取付アームは、第1曲部と第2曲部とを有する中空管から構成されており、取付アームは、その横断面形状において、車長方向における外径に対して、車長方向に直交する方向における外径が大きくなっている部分を有する。X方向は、車体の車長方向に対応し、Y方向は車幅方向に対応し、Z方向は車体の高さ方向に対応する。
[Test Example 1]
The two points at the proximal end of the mounting
〔試験例2ないし4〕
比較のために、図8及び図9に示した試験例2に係る取付アーム42と、試験例3に係る取付アームと、試験例4に係る取付アームについても、同様の条件で負荷を加えて、X方向、Y方向、又はZ方向における変位量を調べた。なお、試験例2の取付アーム42は、図8及び9に示したように、B部における断面形状は、真円であり、1回の曲げ加工で、基端部と先端部とがなす角度が90°となるように折り曲げた形状である。すなわち、試験例2の取付アーム42は、第1曲部と第2曲部とを備えていない形状である。
[Test Examples 2 to 4 ]
For comparison, the mounting
試験例3に係る取付アームは、図4に示したのと同様に、第1曲部と第2曲部とを備えるものの、図4のA部分に相当する断面形状が真円のものである。試験例4に係る取付アームは、図4のA部分の断面相当する断面形状は、図5と同様の楕円形であり、図8に示したのと同様に、1回の曲げ加工で基端部と先端部とがなす角度が90°となるように折り曲げた形状である。すなわち、試験例4の取付アームは、中空パイプの車長方向における外径に比して、車長方向に直交する方向における外径が大きく構成された形状であり、第1曲部と第2曲部とを備えていない形状である。 The mounting arm according to Test Example 3 has a first curved portion and a second curved portion in the same manner as shown in FIG. 4, but has a perfect circular cross-sectional shape corresponding to part A in FIG. . The mounting arm according to Test Example 4 has an elliptical cross-sectional shape corresponding to the cross-section of portion A in FIG. 4 similar to that in FIG. It is bent so that the angle between the tip and the tip is 90°. That is, the mounting arm of Test Example 4 has a shape in which the outer diameter in the direction perpendicular to the vehicle length direction is larger than the outer diameter of the hollow pipe in the vehicle length direction. It is a shape that does not have a curved portion.
変位量の結果を表1にまとめる。表1では、試験例2の変位量を基準(100%)として、試験例1、試験例3、及び試験例4について、X方向、Y方向、又はZ方向に対する各変位量が増減した割合をパーセンテージで示した。 Table 1 summarizes the displacement results. In Table 1, with the displacement amount of Test Example 2 as the reference (100%), the rate of increase or decrease in each displacement amount in the X direction, Y direction, or Z direction for Test Examples 1, 3, and 4 is shown. Expressed as a percentage.
表1に示したように、第1曲部と第2曲部とを有する中空管から構成されており、取付アームは、その横断面形状において、車長方向における外径に対して、車長方向に直交する方向における外径が大きくなっている部分を有する試験例1に係る取付アームでは、車両の高さ方向(Z方向)における剛性が、顕著に向上していることがわかる。車長方向(X方向)及び車幅方向(Y方向)方向における剛性もバランスが取れている。また、試験例4と試験例1との比較から明らかなように、中空管を車長方向に対して潰した形状(楕円形)としたことによる車長方向(X方向)における剛性の低下は、第1曲部及び第2曲部を有する形状を採用したことによって、補われていることがわかる。 As shown in Table 1, the mounting arm is composed of a hollow tube having a first curved portion and a second curved portion. It can be seen that the mounting arm according to Test Example 1, which has a portion with a larger outer diameter in the direction orthogonal to the longitudinal direction, has significantly improved rigidity in the height direction (Z direction) of the vehicle. Rigidity in the vehicle length direction (X direction) and vehicle width direction (Y direction) is also well balanced. Further, as is clear from the comparison between Test Example 4 and Test Example 1, the rigidity in the vehicle length direction (X direction) decreased due to the shape (ellipse) of the hollow tube that was crushed in the vehicle length direction. is compensated for by adopting a shape having a first curved portion and a second curved portion.
1 自動車用クロスメンバ
12 取付アーム
11 車輪の支持部材の取付部
123 第1曲部
124 第2曲部
1
Claims (1)
前記クロスメンバは、車幅方向に延びる形状であり、その両端部に配される車輪の支持部材の取付部と、一対の取付アームとを有しており、
前記取付アームは、中空管から構成されており、基端部が前記クロスメンバに固定され、先端部が車体への取付部となっており、
前記取付アームは、前記中空管の管軸方向に垂直な平面の断面において、車長方向における外径に対して、車長方向に直交する方向における外径が大きくなっている部分を有しており、
前記取付アームは、第1曲部と第2曲部とを有する中空管から構成される自動車用クロスメンバ。
A cross member to which a wheel support member is connected,
The cross member has a shape extending in the vehicle width direction, and has a mounting portion for a wheel support member arranged at both ends thereof, and a pair of mounting arms,
The mounting arm is composed of a hollow tube, has a proximal end fixed to the cross member, and a distal end serving as a mounting portion to the vehicle body,
The mounting arm has a portion in which the outer diameter in the direction perpendicular to the vehicle length direction is larger than the outer diameter in the vehicle length direction in a plane cross section perpendicular to the tube axis direction of the hollow tube. and
A cross member for an automobile, wherein the mounting arm comprises a hollow tube having a first curved portion and a second curved portion.
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