JP5026136B2 - 車体フレーム構造 - Google Patents

Description

本発明は、自動車の車室前方及び車室下部に配される車体フレーム構造に関する。

自動車の車体前部の車体フレーム構造として、左右の前輪の頭頂部とほぼ同じ高さに位置する左右のアッパフレームと、フロア部分とほぼ同じ高さに位置する左右のシャシメンバに加え、前輪の中心軸とほぼ同じ高さにおいて車体前後方向へ延びる左右のフロントサイドメンバが配置されたものが知られている（例えば特許文献１参照）。この左右のフロントサイドメンバの車幅方向内側にエンジン及びトランスミッションが配置される。このようなフレーム構造では最大操舵時に前輪がフロントサイドメンバと干渉する場合があるため、衝突エネルギー吸収性能の向上と操舵角を考慮して、前輪がフロントメンバ部よりも車幅方向内側へ進入できる空間を形成し、フロントメンバ部が中心領域とエンジン及びトランスミッションとの間を通らないようなレイアウトにする技術が提供されている（例えば特許文献２参照）。この車体フレーム構造は、前輪の中心軸より上方に位置し、フロントピラーロアより車両前方に延びるアッパメンバ部と、前記前輪の中心軸より下方に位置し、フロアの前端部より車両前方に延びるロアメンバ部と、前記前輪より前方で結合する結合部と、前記結合部より車両前方に延びるフロントメンバ部とを備えている。このような車体フレーム構造において、衝突等の際に車体前方から入力される力は、左右のフロントメンバ部からアッパメンバ部及びロアメンバ部に分散して入力される。
特許第２８９０９３８号公報 特開２００６−１４３１７８号公報

しかしながら、上述した車体フレーム構造では、次のような事情があった。すなわち、車体には前方からの衝突以外にも上下方向などの様々な力が入力されるため、車体上下方向の力に対する剛性と、衝突等における前方からのエネルギー吸収効率とを両立することが求められる。

そこで、本発明は、衝突等による前方からのエネルギーの吸収効率を維持しつつ、上下方向の力に対する車体の剛性を高めるフレーム構造を提供することを目的とする。

本発明の一形態にかかる車体フレーム構造は、車室下部に配され、車幅方向両端部に配されたフロントピラから車体後方に延びる左右のサイドシルと、前記サイドシルよりも車幅方向内側において車体前後方向に延びる左右のフロアサイドメンバと、を有して構成されるフロアフレーム部と、車室前方に配され、前輪の中心軸より上方に位置し、前記フロントピラより車両前方に延びるアッパメンバ部と、前記前輪の中心軸より下方に位置し、前記フロアフレーム部の前方で車両前方に延びるロアメンバ部と、前記アッパメンバ部と前記ロアメンバ部とがこれらの前方で結合される結合部より車両前方に延びるフロントメンバ部と、左右の前記フロントピラの間で車幅方向に延びるダッシュクロスメンバアッパとを有して構成されるフロントフレーム部と、前記フロントメンバ部の後方において前記フロアサイドメンバの前端部と前記アッパメンバ部とを連結するフロントサイドメンバリヤと、車体上下方向に延び、前記フロントサイドメンバリヤと前記ダッシュクロスメンバアッパとを連結する連結部材と、を備え、前記ダッシュクロスメンバアッパは、車幅方向中央において左右に水平に延びる中央部と、この中央部の左右両端から上方かつ左右外側方向に傾斜してそれぞれ延びる傾斜部と、左右の前記傾斜部の左右端部から車幅方向外側に向かって水平に延びる左右の端部とを一体に備え、前記フロントサイドメンバリヤは前記フロントサイドメンバアッパから後方に水平に延びる前部と、該前部から後下方向、かつ、車幅内側に向かって斜めに延びる斜中間部と、該斜中間部の後端から後方、かつ、車幅内側に向かって略水平に延びる後部とを一体に有し、前記連結部材は、前記ダッシュクロスメンバアッパの前記傾斜部の下端近傍と前記フロントサイドメンバリヤの前記斜中間部の上端近傍を連結することを特徴とする。

本発明の一形態にかかる車体フレーム構造は、前記連結部材は、相異なる方向を向く複数の板状部材を一体に備えて構成され、その下端部が前記フロントサイドメンバリヤに接合されるとともにその上端部が前記ダッシュクロスメンバアッパに接合されていることを特徴とする。

本発明の一形態にかかる車体フレーム構造は、前記フロントピラにはスプリングハウスが一体に形成され、前記フロントメンバリヤの前端部は前記フロントメンバ部の延長線上後方における前記スプリングハウスの下方に接合されていることを特徴とする。

本発明は、上記構成により、衝突等による前方からのエネルギーの吸収効率を維持しつつ、上下方向の力に対する車体の剛性を高めることができる。

以下、本発明の一実施形態にかかる車体フレーム構造について、図１乃至図５を参照して説明する。なお、自動車の進行方向Ｆを基準に前方（前側）、後方（後側）、左右幅方向を定義し、自動車の幅方向の中心に向かう方向を内方向（内側）、自動車の中心から幅方向に広がる方向を外方向（外側）とする。重力の作用する方向を下方向（下側）、重力に逆らう方向を上方向（上側）とする。図中矢印Ｘ、Ｙ及びＺは直交する３方向を示し、矢印Ｘは車体前方、矢印Ｙは車幅方向左側、矢印Ｚは車体上方向を指している。また、左右で同様な構成については適宜説明を省略する。

図１は、本実施形態にかかる自動車（車両）の車体フレーム構造の一部を示している。図１、図２及び図３に示すように、左右のフロントピラアッパ１１の下部にそれぞれ形成された左右のフロントピラ１２の間に車幅方向に向かって延びるカウルトップ１３が設けられ、且つ、ダッシュクロスメンバアッパ１４、ダッシュクロスメンバロア１５が設置されている。カウルトップ１３はフロントピラ１２の上部に配され、車幅方向中央部分が前方に向かうように湾曲している。ダッシュクロスメンバアッパ１４はカウルトップ１３よりも下方に配置され、車幅方向中央部分が下方となるように湾曲形成されている。ダッシュクロスメンバアッパ１４は、車幅方向中央において左右に水平に延びる水平中央部１４ａと、この水平中央部１４ａの左右両端から緩やかなカーブを介して上方かつ左右外側方向に傾斜してそれぞれ延びる傾斜部１４ｂと、左右の傾斜部１４ｂの左右端部から緩やかなカーブを介してさらに車幅方向外側に向かって水平に延びる水平端部１４ｃとを備えている。ダッシュクロスメンバアッパ１４は、左右の水平端部１４ｃにおいて、左右のフロントピラ１２に取り付けられている。

ダッシュクロスメンバロア１５はダッシュクロスメンバアッパ１４よりも下方に配され、フロントピラ１２の下部から内側に向かって延出している。ダッシュクロスメンバロア１５の内側端面１５ａは前方から後方に向かって内側に向かう斜面を形成している。なお、中空部材の端面とは、中空部の周りの外周部分の端面を指している。

左右のフロントピラ１２の下部から、車体後方に向けてサイドシル２１が夫々延びている。サイドシル２１の後端部は後輪（不図示）より手前に位置する。サイドシル２１よりも内側においてフロアサイドメンバ２２がダッシュクロスメンバロア１５の内側の端部に接続され車体後方に向かって延びている。車幅方向中央部分にはバックボーン２３が車体前後方向に延びている。

左右のサイドシル２１の間には、車幅方向に延びる各種クロスメンバ２４，２５，２６が設けられている。ダッシュクロスメンバロア１５及び各種クロスメンバ２４，２５，２６の外側の端面は左右のサイドシル２１の内側壁面２１ａに溶接などにより接合されている。

後輪の手前に配されたクロスメンバ２６にフロアサイドメンバ２２及びバックボーン２３の後端部が接合されている。各種クロスメンバ２４，２５，２６の下面と、フロアサイドメンバ２２の上面とは交差する部分においてそれぞれ溶接などにより接合されている。またクロスメンバ２４、２５の内側の端面はバックボーンサイドパネル２７を介してバックボーン２３に接続されている。

これら前後方向に延びるサイドシル２１、フロアサイドメンバ２２及びバックボーン２３と、車幅方向に延びるダッシュクロスメンバロア１５及び各種クロスメンバ２４〜２６とが互いに交差してラダー状に組み合わされ、フロアフレーム部２０を構成している。このフロアフレーム部２０の上部に、車室の床を形成するフロアパネル（不図示）が溶接等により固定される。

フロアフレーム部２０や後述するフロントフレーム部３０を構成する各種フレーム材１３〜１５、２１〜２６、３６、４２等は、例えばアルミニウム合金などの軽合金塊から長方体状に形成された押出成形部材からなり、その断面形状は例えば中空部を有する四角形状に構成され、一定の閉断面で長手方向に連続している。湾曲形状のカウルトップ１３やダッシュクロスメンバアッパ１４、はその断面形状が連続する範囲で曲げ変形されて構成される。

フロントピラアッパ１１の下端とフロアフレーム部２０の車幅方向端部とを繋ぐ左右のフロントピラ１２はアルミダイカスト材などの軽合金鋳物で構成されている。フロントピラ１２の前端部から連続するように、図３に破線で示す前輪Ｗの中心軸Ｃより上方において車体前方かつ下方に向かって湾曲して延びるフロントサイドメンバアッパ３１（アッパメンバ部）が設けられている。フロントサイドメンバアッパ３１の後端面とフロントピラ１２の前端面とは接合されている。フロントサイドメンバアッパ３１はアルミダイキャスト材などの軽合金鋳物で構成されている。フロントサイドメンバアッパ３１の後部内側面に、スプリングハウス３２が車体内部方向側に突出するように一体形成されて突出部分を構成している。このスプリングハウス３２よりも前方かつ下方におけるフロントサイドメンバアッパ３１の内側面にフェンダーシールドパネル３３が内側方向に突出して一体形成され、突出部分を構成する。

前輪Ｗの中心軸Ｃより下方でフロアフレーム部２０とほぼ同じ高さにおいて、ダッシュクロスメンバロア１５の外側両端部近傍から車体前方に向かって連続して延びるフロントサイドメンバロア３４（ロアメンバ部）が設けられている。フロントサイドメンバロア３４は、左右の車体前方延出部分３４ａが車幅方向内側に向かって湾曲し、互いに近接する部分において連結され、平面視においてＨ字状となるようにアルミダイカスト材などの軽合金鋳物で一体形成されている。フロントサイドメンバアッパ３１の下方であって、フロントサイドメンバロア３４の湾曲部分の外側に形成された左右の空間Ｓに前輪Ｗが配置される。

フロントサイドメンバアッパ３１の前端部とフロントサイドメンバロア３４の前端部とは、前輪Ｗよりも前方に配される結合部３５において例えば溶接により結合されている。図２に示すように、平面視において、結合部３５付近の形状はＹ字状になっている。左右の結合部３５の前方には、車体前方に向けて延びるフロントサイドメンバ（フロントメンバ部）３６がそれぞれ設けられている。結合部３５の前端部とフロントサイドメンバ３６の後端部とは、それぞれに設けられたフランジ部を介して溶接又はボルト締めにより固定されている。

フロントサイドメンバ３６の前方には車体前方に向けて延びるクラッシュボックス３９が設けられている。フロントサイドメンバ３６の前端部とクラッシュボックス３９の後端部とは、それぞれに設けられたフランジ部４０、４１を介して溶接又はボルト締めにより固定されている。クラッシュボックス３９は車両が低速度で衝突した際に軸圧潰することで、衝突のエネルギーを吸収し、クラッシュボックス３９より後方の部分が損傷を防ぐ機能を有する。

左右のクラッシュボックス３９の前端部の間に車幅方向に延びるフロントバンパービーム４２が設けられている。フロントバンパービーム４２は左右のクラッシュボックス３９や更にその後方にあるフロントサイドメンバアッパ３１やフロントサイドメンバロア３４等の左右の各種フレーム部材３１に衝突のエネルギーを振り分ける機能を有する。

カウルトップ１３、ダッシュクロスメンバアッパ１４、フロントサイドメンバアッパ３１、フロントサイドメンバロア３４、フロントサイドメンバ３６、フロントバンパービーム４２等によって車体のフロントフレーム部３０が構成される。

フロントサイドメンバアッパ３１の後部とフロアサイドメンバ２２の前端部との間に、両者を連結する接続部材としてのフロントサイドメンバリヤ５０が設けられている。フロントサイドメンバリヤ５０はフロントサイドメンバアッパ３１から後方に略水平に延びる水平前部（前部）５１と、この水平前部５１から下方に緩やかなカーブを介して斜め後下方向、かつ車幅方向内側に向かって延びる斜中間部（中間部）５２と、斜中間部５２の後端から緩やかなカーブを介して後方、かつ、車幅方向内側に水平に延びる水平後部（後部）５３とが連続して一体に成形されている。フロントサイドメンバリヤ５０はアルミニウム合金など軽合金塊の押出し成形によって得られ、例えば四角形の中空部を有する中空断面（閉断面形状）が長手方向に連続する細長の押出し部材からなり、一定の閉断面形状が連続する範囲で曲げ加工が施されて構成される。

水平前部５１はフロントサイドメンバ３６と車幅方向及び高さ方向において同位置に配され、フロントサイドメンバアッパ３１を介してフロントサイドメンバ３６の延長線上に連続するように前後方向に延びている。水平前部５１の前端面５１ａはフロントサイドメンバアッパから内側に突出した突出部としてのフェンダーシールドパネル３３の後側壁面３３ａに接合されている。水平前部５１の外側壁面５１ｂはフロントサイドメンバアッパ３１の後端部の内側壁面３１ａの形状に沿うように形成され、スプリングハウス３２の下方であってフェンダーシールドパネル３３の後方において溶接によりフロントサイドメンバアッパ３１の内側壁面３１ａに接合されている。

フロントサイドメンバリヤ５０とダッシュクロスメンバアッパ１４とは連結部材６０によって連結されている。連結部材６０は、アルミ製の押し出し材から構成され、上下方向に延びている。連結部材６０の下端部６１が前記フロントサイドメンバリヤ５０の斜中間部５２の上端近傍に接合されるとともに連結部材６０の上端部６２が前記ダッシュクロスメンバアッパ１４の斜部１４ｂの下端近傍に接合されている。連結部材６０はその幅方向が車幅方向に沿う前側の板状部材６３と、その幅方向が車体前後方向に沿う外側の板状部材６４とを一体に有し横断面がＬ字形状に形成されている。

上記のように構成されたフレーム構造１では、前部から入力される衝撃力は、フロントバンパービーム４２により左右に振り分けられ、クラッシュボックス３９の変形で吸収されるとともにフロントサイドメンバ３６に伝達される。フロントサイドメンバ３６に入力された衝撃力はフロントサイドメンバアッパ３１及びフロントサイドメンバロア３４に振り分けられて分散して伝達されるとともにフロントサイドメンバリヤ５０を介してフロアサイドメンバ２２に伝達される。このとき一体成形の押出材で構成されるフロントサイドメンバリヤ５０の座屈変形によって衝撃エネルギーが吸収される。このとき、連結部材６０によってフロントサイドメンバリヤ５０が上下方向において支持される。また、フロントサイドメンバリヤ５０が前後方向の力によって変形する際には連結部材６０も変形する。

本実施形態にかかる車体フレーム構造１は以下に掲げる効果を奏する。すなわち、
上下に延びる連結部材６０によってフロントサイドメンバリヤ５０とダッシュクロスメンバアッパ１４とが連結されているため、上下方向におけるフロントメンバリヤ５０の変形が規制されるとともに、車体の上下方向における剛性が向上する。

したがって、衝突によって力が入力されると、フロントサイドメンバリヤ５０が前後方向に座屈変形することにより、衝突エネルギーを効率よく吸収できるとともに、フロントサイドメンバリヤ５０から後方のフロアサイドメンバ２２へ、衝突エネルギーが効率よく伝達される。

また連結部材６０は上下方向に延びるように構成され、前方からの力によっては曲げ変形可能であるため、フロントサイドメンバリヤ５０が前方からの力によって座屈変形しながらエネルギーを吸収する際には、連結部材６０も変形することで、衝突エネルギーの吸収を妨げることなく高い吸収効率を維持することができる。

さらに連結部材６０は互いに異なる向きの前側の板状部材６３と外側の板状部材６４とを備えて断面Ｌ字状に形成されているため、前後方向の力によって変形しやすく、衝撃吸収の効率が向上する。例えばスプリングハウス３２の上下の動きを、その下端に接合されたフロントサイドメンバリヤ５０及び連結部材６０を介してダッシュクロスメンバアッパ１４で支えることも可能となる。

アッパフレームとフロントサイドメンバの機能を持つフロントサイドメンバアッパ３１を前輪Ｗの中心軸Ｃよりも上方に設け、シャシメンバとフロントサイドメンバの機能を持つフロントサイドメンバロア３４を内側に設けたことにより、フロントサイドメンバ３６が前輪Ｗの中心領域とエンジン及びトランスミッションとの間を通らないようなレイアウトにすることができる。したがって、アッパフレームやシャシメンバに加えて前輪Ｗの中心軸Ｃの高さに横断面積の大きいフロントサイドメンバを車輌前後方向に延びるように配して強度を確保するフレーム構造と比較して、前輪Ｗの最大操舵時の切れ角を大きく設定することができる。また、結合部３５をＹ字状とし、車幅方向に断面中心線がずれているフロントサイドメンバアッパ３１の前端部とフロントサイドメンバロア３４の前端部とを結合したため、自動車に要求される衝突時の衝突エネルギー吸収性能を確保することができる。

なお本発明を実施するにあたり、格構成部材の具体的な形状や各種フレーム部材の断面形状など本発明の構成要素を発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更して実施できることは言うまでもない。例えば、連結部材は断面がＬ字状である場合について例示したが、これに限られるものではなく、その断面がＴ字状や、中空部を有するロ字形状に形成されていてもよく、さらには一枚の板状部材からなる構成であっても良い。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。

本発明の一実施形態にかかる車体フレーム構造を示す斜視図。 同車体フレーム構造を示す平面図。 同車体フレーム構造を示す側面図。 同車体フレーム構造の図１におけるＡ部分を拡大して示す斜視図。 同車体フレーム構造における連結部材を示す斜視図。

符号の説明

１…車体フレーム構造、１１…フロントピラアッパ、１２…フロントピラ、
１３…カウルトップ、１４…ダッシュクロスメンバアッパ、１４ａ…水平中央部、
１４ｂ…傾斜部、１４ｃ…水平端部、１５…ダッシュクロスメンバロア、
１５ａ…内側端面、２０…フロアフレーム部、２１…サイドシル、
２１ａ…内側壁面、２２…フロアサイドメンバ、３０…フロントフレーム部、
３１…フロントサイドメンバアッパ、３１ａ…内側壁面、３２…スプリングハウス、
３３…フェンダーシールドパネル、３３ａ…後側壁面、３４…フロントサイドメンバロア
３４ａ…車体前方延出部分、３５…結合部、３６…フロントサイドメンバ、
５０…フロントサイドメンバリヤ、５１…水平前部、５１ａ…前端面、５１ｂ…外側壁面、
５２…斜中間部、５３…水平後部、６０…連結部材、６１…下端部、６２…上端部、
６３、６４…板状部材。

Claims (3)

1. 車室下部に配され、車幅方向両端部に配されたフロントピラから車体後方に延びる左右のサイドシルと、前記サイドシルよりも車幅方向内側において車体前後方向に延びる左右のフロアサイドメンバと、を有して構成されるフロアフレーム部と、
   車室前方に配され、前輪の中心軸より上方に位置し、前記フロントピラより車両前方に延びるアッパメンバ部と、前記前輪の中心軸より下方に位置し、前記フロアフレーム部の前方で車両前方に延びるロアメンバ部と、前記アッパメンバ部と前記ロアメンバ部とがこれらの前方で結合される結合部より車両前方に延びる左右のフロントメンバ部と、左右の前記フロントピラの間で車幅方向に延びるダッシュクロスメンバアッパとを有して構成されるフロントフレーム部と、
   前記フロントメンバ部の後方において前記フロアサイドメンバの前端部と前記アッパメンバ部とを連結するフロントサイドメンバリヤと、
   車体上下方向に延び、前記フロントサイドメンバリヤと前記ダッシュクロスメンバアッパとを連結する連結部材と、を備え、
   前記ダッシュクロスメンバアッパは、車幅方向中央において左右に略水平に延びる中央部と、この中央部の左右両端から上方かつ左右外側方向に傾斜してそれぞれ延びる傾斜部と、左右の前記傾斜部の左右端部から車幅方向外側に向かって略水平に延びる左右の端部とを一体に備え、
   前記フロントサイドメンバリヤは前記フロントサイドメンバアッパから後方に水平に延びる前部と、該前部から後下方向、かつ、車幅内側に向かって斜めに延びる斜中間部と、該斜中間部の後端から後方、かつ、車幅内側に向かって略水平に延びる後部とを一体に有し、
   前記連結部材は、前記ダッシュクロスメンバアッパの前記傾斜部の下端近傍と前記フロントサイドメンバリヤの前記斜中間部の上端近傍を連結することを特徴とする車体フレーム構造。
2. 前記連結部材は、相異なる方向を向く複数の板状部材を一体に備えて構成され、その下端部が前記フロントサイドメンバリヤに接合されるとともにその上端部が前記ダッシュクロスメンバアッパに接合されていることを特徴とする請求項１記載の車体フレーム構造。
3. 前記フロントピラにはスプリングハウスが一体に形成され、前記フロントサイドメンバリヤの前端部は前記フロントメンバ部の延長線上後方における前記スプリングハウスの下方に接合されていることを特徴とする請求項２記載の車体フレーム構造。

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