JP6048682B2 - 車両の前部車体構造 - Google Patents

Description

本発明は、車両の前部車体構造に関し、特に左右１対のサスペンションアームと、これら左右１対のサスペンションアームを支持するサブフレームとを備えた車両の前部車体構造に関する。

従来より、車両の乗り心地や操縦安定性改善のために各種のサスペンション機構が実用に供されている。通常、路面追従性に優れているため、左右の車輪が独立して動作可能な独立懸架方式のサスペンション機構が採用されている。
このような独立懸架方式のサスペンション機構は、車輪を回転可能に支持する左右１対のサスペンションアームと、これら左右１対のサスペンションアームを揺動可能に支持するサブフレームとを備え、このサブフレームに各サスペンションアームの前側支持部と後側支持部とを形成した左右１対のフレーム部が設けられている。

また、車体前部の下方に、車両の空力特性等の向上を目的として、車体下方の空気の流れを整流するための合成樹脂製（例えばＰＰ）のアンダカバーを設ける構造は公知である。
特許文献１の車両の前部車体構造は、左右１対のフロントサイドフレームと、これらのフロントサイドフレームに連結され且つサスペンションを支持する左右１対のサブフレームと、これらのサブフレームよりも下方において車体下面の少なくとも一部を形成するアンダカバーと、このアンダカバーの上面に設けられ且つ前後方向に延びる左右１対の補強部材を備え、これら左右１対の補強部材をフロントサイドフレームに夫々支持している。

特開２００９−２８６１５７号公報

車両の燃費改善には、車体重量低減が最も効果的な対策の１つであるため、近年、ＣＡＥ（Computer Aided Engineering）等の解析ツールを用いて各部品の小型化やフレーム部材の薄肉化が積極的に推進されている。
サブフレームの場合、機能上、車両の旋回時に車輪からサスペンションアームを介して入力された荷重を支持可能なフレーム剛性を確保できれば良く、この荷重支持機能を満足する範囲内でサブフレームの板厚低減や閉断面面積の減少が可能である。

しかし、材料のハイテン化等によってサブフレームの板厚を低減した場合、ＮＶＨ（Noise Vibration Harshness）性能が低下し、商品性に影響を与える虞がある。
本発明者は、ＣＡＥ解析により、サスペンションアームを介して入力された走行振動（荷重）がサブフレームに伝達され、左右１対のフレーム部間においてサブフレーム内を伝播する走行振動の共振等によってサブフレームに所定周波数（例えば３０〜２００Ｈｚ）の振動が生じることを知見した。このサブフレームの振動は、フロントサイドフレームから車室内に伝達され、乗員に不快なロードノイズとして認識される。

特許文献１の車両の前部車体構造は、補強部材によりアンダカバーの剛性を高くし、補強部材をフロントサイドフレームに連結することにより車体剛性を高めている。
しかし、この車両の前部車体構造では、サブフレーム内を伝播する走行振動を抑制することができず、車室内に伝達されるロードノイズを低減することができない。

本発明の目的は、車体重量低減とロードノイズ低減とを両立できる車両の前部車体構造等を提供することである。

請求項１の車両の前部車体構造は、前輪を回転可能に支持する左右１対のサスペンションアームと、これら左右１対のサスペンションアームを支持部を介して揺動可能に夫々支持する左右１対のフレーム部を有するサブフレームとを備えた車両の前部車体構造において、前記左右１対のフレーム部に固定されて左右１対のフレーム部の間の空間を下方から覆うアンダカバー部材と、前記左右１対のフレーム部を車体側部材に連結する左右１対の連結メンバとを備え、前記左右１対の連結メンバに、車幅方向内側へ延び且つ前記アンダカバー部材に連結された延長部が夫々形成されたことを特徴としている。

この車両の前部車体構造では、サスペンションアームからサブフレームに入力された走行振動（荷重）をアンダカバー部材と連結メンバとを介して車体側部材に分散させるため、サブフレームの板厚に拘らず、サブフレームに生じる所定周波数の振動を抑制することができ、車室内に伝達されるロードノイズを低減することができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、各フレーム部が前記サスペンションアームを支持する前側支持部と後側支持部とを備え、各連結メンバに車体側部材に固定される車体側固定部と前記一方のフレーム部に固定されるフレーム部側固定部とを設け、前記左右何れか一方の連結メンバの車体側固定部と延長部とを結ぶ延長線上に前記左右何れか他方のフレーム部の前側支持部を設定したことを特徴としている。
これにより、入力荷重が大きな前側支持部と車体側固定部とを対角直線状に連結するため、前側支持部と車体側部材との距離を最短化することができ、サブフレームに生じる所定周波数の振動を一層抑制することができる。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記車体側固定部が前後方向に延びるフロアフレームとこのフロアフレームとサイドシルとを連結したトルクボックスに固定されたことを特徴としている。
これにより、入力荷重をフロアフレームとトルクボックスに能率的に分散するため、サブフレームに生じる所定周波数の振動を更に抑制することができる。

請求項４の発明は、請求項１〜３の何れか１項の発明において、前記サブフレームが前記左右１対のフレーム部の前端を連結した連結部を備え、前記アンダカバー部材と協働して前記左右１対のフレーム部の後端を連結する閉断面部を形成するパネル部材を設けたことを特徴としている。
これによれば、左右１対のフレーム部の後端の移動を規制するため、サブフレームに生じる所定周波数の振動を一層抑制することができる。

本発明の車両の前部車体構造によれば、車体重量低減とロードノイズ低減とを両立することができる。

本実施形態に係る車両の前部車体構造の底面図である。 図１の左側側面図である。 図１の左側要部斜視図である。 前輪サスペンションの左側要部斜視図である。 サブフレームとアンダカバー部材と連結メンバとの分解斜視図である。 図１のVI−VI線断面図である。 連結メンバの斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
以下の説明は、本発明を本質的に例示するに過ぎず、本発明、その適用物あるいはその用途を制限するものではない。

この実施例では、本発明を駆動方式がフロントエンジンリヤドライブ（ＦＲ）タイプの車両Ｖの前部車体構造に適用した例を説明する。
図６に示すように、エンジン１は、エンジンルームＥ内に縦置き配置され、その後部にはトランスミッション２が連結されている。このトランスミッション２の後端部分はフロアトンネル部下方に配設されている。

まず、車両Ｖの主な部材について説明する。
図１，図２に示すように、エンジンルームＥと車室Ｃとを前後方向に仕切るダッシュロアパネル４を設けている。このダッシュロアパネル４は、上下方向に延び且つ左右１対のフロントサイドフレーム３の後端部を支持する縦壁部４ａと、この縦壁部４ａの下部から前高後低状に傾斜するスラント部４ｂとを有し、このスラント部４ｂの下端後方には、車両後方に向けて略水平に延びるフロアパネル５が連設されている。尚、図中、矢印Ｆは前方を示し、矢印Ｌは左方を示している。

フロアパネル５の左右両端部には、閉断面状の前後方向に延びる左右１対のサイドシル７が夫々連結されている。左右１対のサイドシル７よりも車幅方向内側においてフロアパネル５の下面と協働して前後方向に延びた閉断面を形成する左右１対のフロアフレーム６が設けられている。サイドシル７の前端部と、このサイドシル７と隣り合うフロアフレーム６の前端部とが、フロアパネル５と協働して車幅方向に延びた閉断面を形成するトルクボックス８によって連結されている。これにより、フロアパネル５の左右領域に、左右１対の略コ状に連なる閉断面を夫々形成することができ、下部車体剛性の向上を図っている。

ダッシュロアパネル４のスラント部４ｂの前側下部には、フロントサイドフレーム３の後端部とフロアフレーム６の前端部とを連結するキックアップ部フレーム１０が接合固定され、このキックアップ部フレーム１０とダッシュロアパネル４との間に、閉断面が形成されている。キックアップ部フレーム１０の前側下部には、サブフレーム取付台座１６を接合固定している。このサブフレーム取付台座１６は、取付台座アウタと、取付台座インナと、取付け台座ロアとの３部材から成り、サブフレーム取付台座１６とキックアップ部フレーム１０との間には、閉断面を形成し、サブフレーム取付剛性の向上を図るように構成している。

左右１対のフロントサイドフレーム３は、縦壁部４ａから前方に直線状に延び、フロントサイドフレームインナとフロントサイドフレームアウタとが協働して前後方向直交断面が十文字筒形状に形成されている。図２に示すように、フロントサイドフレーム３の前後方向中間且つ車幅方向外側には、前後の脚部１１ａ，１１ｂを介してサスペンションタワー部１１が設けられている。

次に、前輪サスペンション機構について説明する。
図１〜図６に示すように、前輪サスペンション（ウイッシュボーン式サスペンション）のサブフレーム２０は、エンジンルームＥの下部に配設されている。
サブフレーム２０は、平面視にて後側に開放した略Ｕ字状の閉断面部材にて構成され、各ロアアーム２３の前側支持部２１ａ及び後側支持部２１ｂが夫々形成された左右１対のフレーム部２１と、左右１対のフレーム部２１を前端を車幅方向に連結する連結部２２とを備えている。左右１対のフレーム部２１の間の空間は、アンダカバー部材３０によって下方から覆われている。前輪サスペンションは左右対称構造のため、以下、主に左側の前輪サスペンションについて説明する。

図２に示すように、フレーム部２１の車幅方向外側に立設されたタワー部１２の上端部が、サスペンションタワー部１１と対応する位置においてフロントサイドフレーム３の下面部に締結固定されている。図１〜図３に示すように、フレーム部２１の後端部が、締結部材ｂ１によりサブフレーム取付台座１６に直接的に締結されている。
更に、フレーム部２１の後端部は、後側程車幅外側に移行するように配置された連結メンバ１５を介してフロアフレーム６とトルクボックス８とに夫々固定されている。
タワー部１２は、上下方向に延びる柱部１３と、この柱部１３の上部に設けられたアッパアーム２４の取付部に相当するタワートップ部１４とを備えている。

図３〜図５に示すように、ロアアーム２３の前側支持部２１ａに対応した位置に、フレーム部２１と連結部２２の分割ラインＰＬが設けられている。この分割ラインＰＬは、フレーム部２１に前後方向の潰れに弱い断面外向き略コ字状の柱部１３を埋め込んで形成している。これにより、車両前突時に前側支持部２１ａから生じるサブフレーム２０の潰れを確実に発生させて、衝撃エネルギの吸収を増大するように構成している。

図４に示すように、ロアアーム２３は、その車幅方向内側にロアアームピボット２３ａ，２３ｂを備えており、前側ロアアームピボット２３ａは前側支持部２１ａで枢支され、後側ロアアームピボット２３ｂは後側支持部２１ｂで枢支される。
そして、両支持部２１ａ，２１ｂでは、ロアアームピボット２３ａ，２３ｂの軸方向を前後方向に設定することで、車両走行時には、ロアアーム２３の先端部に作用する押し上げ力に応じて両支持部２１ａ，２１ｂの支持軸を支点にロアアーム２３を揺動変位させ、車両の操安性を確保するように構成している。

ロアアームピボット２３ｂは、後側支持部２１ｂによりフレーム部２１に取付けられ、円筒状のラバーブッシュ２９を介して後側支持部２１ｂに枢支されている。ロアアームピボット２３ａは、柱部１３に形成された前側支持部２１ａを介してフレーム部２１に取付けられ、後側支持部２１ｂと同様に、円筒状のラバーブッシュ２９を介して前側支持部２１ａに枢支されている。

前輪サスペンションのアッパアーム２４（Ａアーム）はその車幅方向内側にアッパアームピボット２４ａ，２４ｂを備えている。
タワートップ部１４の各前壁部で前側のアッパアームピボット２４ａを枢支する前側支持部１４ａを構成すると共に、タワートップ部１４の各後壁部で後側のアッパアームピボット２４ｂを枢支する後側支持部１４ｂを構成している。両支持部１４ａ，１４ｂでは、アッパアームピボット２４ａ，２４ｂの軸方向が、ロアアームピボット２３ａ，２３ｂと同様に、車両前後方向に設定されると共に、アッパアームピボット２４ａ，２４ｂが、円筒状のラバーブッシュ（図示略）を介して両支持部１４ａ，１４ｂに夫々枢支されている。

ねじり剛性の抵抗により片輪のみのバンプ、リバウンド時のロール角を抑制するスタビライザ２５を設けている。このスタビライザ２５は車幅方向に延びて、中央部両端部から後方に向けて屈曲形成されており、その左右両端部がコントロールリンク（図示略）を介してロアアーム２３の車外側端部近傍上部に取付けられている。このスタビライザ２５はその中央部両端部がフロントサイドフレーム３と上下方向に対応する位置において、タワー部１２に支持されている

次に、エクステンションメンバ９について説明する。
図２，図４に示すように、サブフレーム２０におけるタワー部１２の高さ方向中段位置から前方に延びる左右１対のエクステンションメンバ９を設けている。エクステンションメンバ９は、断面下向き凹状のアッパメンバと断面凹状のロアメンバとを接合固定して車両の略前後方向に延びる閉断面を有する閉断面部材である。

エクステンションメンバ９は、その後端部が柱部１３に溶接手段にて結合され、フロントサイドフレーム３の下方位置において前方に延びている。このエクステンションメンバ９は、その中心線が後端部から上記スタビライザ支持台座１７を避けるように一旦車幅方向内側に迂回し、この迂回部から再び車幅方向外側に屈曲して変位しながら前方に突出するように構成されている。エクステンションメンバ９はその後端部において長手方向の軸心がタワー部１２における柱部１３の立設方向の中心線よりも車幅方向内側に位置するように結合されている。

次に、アンダカバー部材３０について説明する。
アンダカバー部材３０は、予め設定された剛性に応じた所定の板厚（例えば０．８ｍｍ）を有するアルミニウム製板材によって構成され、エンジン１及びトランスミッション２の前端部分の下方に対応するように左右１対のフレーム部２１の間に懸架されている。
図１，図３，図５，図６に示すように、アンダカバー部材３０は、中央部分に形成された下方突状の凹部３０ａと、この凹部３０ａの前側及び左右両側から外側に張り出したフランジ部３０ｂと、凹部３０ａ後側において車幅方向に延びる上方突状の凸部３０ｃとを一体的に備えている。

凸部３０ｃの下側には、車幅方向に延びるパネル部材３１が溶接接合され、凸部３０ｃと協働して左右１対のフレーム部２１の後端を連結する閉断面を形成している。これにより、サブフレーム２０とアンダカバー部材３０とが協働してループ状の閉断面構造を構成している。パネル部材３１の後端部には、左右１対の突出部３１ａが形成され、カバー部材１８が連結支持されている。

図５に示すように、フランジ部３０ｂには、連結部２２の下部に締結するための３つのボルト穴ｈ１と、左右１対のフレーム部２１の下部に夫々締結するための左右１対のボルト穴ｈ２と、左右１対の連結メンバ１５に夫々締結するための左右２対のボルト穴ｈ３との合計１３のボルト穴が形成されている。前側の３つのボルト穴ｈ１のうち左右端側のボルト穴ｈ１は、フレーム部２１と柱部１３との連結部分近傍位置に夫々形成されている。後側の左右２対のボルト穴ｈ３は、フレーム部２１と連結メンバ１５との連結部分近傍位置に夫々形成されている。

図３，図７に示すように、左右１対の連結メンバ１５は、車体に対して対角線ＤＬに沿うように平面視にて略ハ字状に配設されている。これらの連結メンバ１５は、金属製板材により一体形成され、車体側固定部１５ａと、フレーム部側固定部１５ｂと、延長部１５ｃとを夫々備えている。左右１対の連結メンバ１５は、左右対称構造のため、以下、一側の連結メンバ１５について主に説明する。
車体側固定部１５ａは、車幅方向外側部分がトルクボックス８に締結部材ｂ２によって締結され、車幅方向内側部分がフロアフレーム６に締結部材ｂ２によって締結される。
フレーム部側固定部１５ｂは、フレーム部２１の底壁部における後側支持部２１ｂの車幅方向内側近傍位置に締結部材ｂ３によって締結される。これにより、後側支持部２１ｂに入力した荷重が、入力直後に連結メンバ１５を介して車体側部材に分散される。
延長部１５ｃは、フレーム部側固定部１５ｂから車幅方向内側に張り出すように構成されている。この延長部１５ｃには、背面部分に１対のナット部ｎが形成されている。

アンダカバー部材３０を車体に対して装着する際、まず、連結メンバ１５を締結部材ｂ２，ｂ３によって対角線ＤＬに沿うようにフレーム部２１及び車体側部材に固定する。
次に、図５に示すように、アンダカバー部材３０を、ボルト穴ｈ１，ｈ２に挿通された締結部材ｂ４によってサブフレーム２０に締結し、ボルト穴ｈ３に挿通された締結部材ｂ５によって連結メンバ１５のナット部ｎ（延長部１５ｃ）に締結する。

これにより、一側の車体側固定部１５ａ及び延長部１５ｃと他側の前側支持部２１ａとを略対角線ＤＬ上に配置でき、ロアアーム２３の前側支持部２１ａから入力された荷重をサブフレーム２０に伝播させることなく、アンダカバー部材３０を介してトルクボックス８とフロアフレーム６とに分散している。また、エンジン１のオイル交換等のためにアンダカバー部材３０を車体から取り外す際、複数の締結部材ｂ４，ｂ５を外しても、サブフレーム２０と車体側部材との連結を維持した状態でサービスすることができる。

次に、上記車両Ｖの車両の前部車体構造の作用・効果について説明する。
この車両の前部車体構造では、ロアアーム２３からサブフレーム２０に入力された走行振動（荷重）をアンダカバー部材３０と連結メンバ１５とを介して車体側部材（トルクボックス８とフロアフレーム６）に分散させるため、サブフレーム２０の板厚に拘らず、サブフレーム２０に生じる所定周波数の振動を抑制することができ、車室Ｃ内に伝達されるロードノイズを低減することができる。それ故、車体重量低減とロードノイズ低減とを両立することができる。

各フレーム部２１がロアアーム２３を支持する前側支持部２１ａと後側支持部２２ａとを備え、各連結メンバ１５に車体側部材に固定される車体側固定部１５ａと一方のフレーム部２１に固定されるフレーム部側固定部１５ｂとを設け、左右何れか一方の連結メンバ１５の車体側固定部１５ａと延長部１５ｃとを結ぶ延長線上に左右何れか他方のフレーム部２１の前側支持部２１ａを設定している。
これにより、入力荷重が大きな前側支持部２１ａと車体側固定部１５ａとを対角直線状に連結するため、前側支持部２１ａと車体側部材１５ａとの距離を最短化することができ、サブフレーム２０に生じる所定周波数の振動を一層抑制することができる。

車体側固定部１５ａが前後方向に延びるフロアフレーム６とこのフロアフレーム６とサイドシル７とを連結したトルクボックス８に固定されたことを特徴としている。
これにより、入力荷重をフロアフレーム６とトルクボックス８に能率的に分散するため、サブフレーム２０に生じる所定周波数の振動を更に抑制することができる。

サブフレーム２０が左右１対のフレーム部２１の前端を連結した連結部２２を備え、アンダカバー部材３０と協働して左右１対のフレーム部２１の後端を連結する閉断面部を形成するパネル部材３１を設けている。
これによれば、左右１対のフレーム部２１の後端の移動を規制するため、サブフレーム２０に生じる所定周波数の振動を一層抑制することができる。

次に、前記実施形態を部分的に変更した変形例について説明する。
１〕前記実施形態においては、ウイッシュボーン式サスペンションに適用した例を説明したが、少なくとも左右１対のサスペンションアームを支持部を介して揺動可能に夫々支持する左右１対のフレーム部を備えていれば良く、マルチリンク式サスペンション等種々のサスペンションに適用可能である。

２〕前記実施形態においては、アンダカバー部材を所定の剛性を有するアルミニウム製板材によって構成した例を説明したが、少なくともロアアームからサブフレームに入力された走行振動をアンダカバー部材を介して連結メンバに伝達できれば良いため、アンダカバー部材としてスチール等の他の金属材料を用いても良く、また、所定の剛性を有する合成樹脂材料（例えばガラス繊維含有合成樹脂材料）を用いることも可能である。

３〕前記実施形態においては、入力荷重をロアアームからフロアフレームとトルクボックスに分散する例を説明したが、フロアフレームのみ、又は、トルクボックスのみに分散するように連結メンバを設けても良い。

４〕その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施形態に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態も包含するものである。

Ｖ 車両
６ フロアフレーム
７ サイドシル
８ トルクボックス
１５ 連結メンバ
１５ａ 車体固定部
１５ｂ フレーム部側固定部
１５ｃ 延長部
２０ サブフレーム
２１ フレーム部
２１ａ 前側支持部
２１ｂ 後側支持部
２２ 連結部
３０ アンダカバー部材
３１ パネル部材

Claims (4)

1. 前輪を回転可能に支持する左右１対のサスペンションアームと、これら左右１対のサスペンションアームを支持部を介して揺動可能に夫々支持する左右１対のフレーム部を有するサブフレームとを備えた車両の前部車体構造において、
   前記左右１対のフレーム部に固定されて左右１対のフレーム部の間の空間を下方から覆うアンダカバー部材と、
   前記左右１対のフレーム部を車体側部材に連結する左右１対の連結メンバとを備え、
   前記左右１対の連結メンバに、車幅方向内側へ延び且つ前記アンダカバー部材に連結された延長部が夫々形成されたことを特徴とする車両の前部車体構造。
2. 各フレーム部が前記サスペンションアームを支持する前側支持部と後側支持部とを備え、
   各連結メンバに車体側部材に固定される車体側固定部と前記一方のフレーム部に固定されるフレーム部側固定部とを設け、
   前記左右何れか一方の連結メンバの車体側固定部と延長部とを結ぶ延長線上に前記左右何れか他方のフレーム部の前側支持部を設定したことを特徴とする請求項１に記載の車両の前部車体構造。
3. 前記車体側固定部が前後方向に延びるフロアフレームとこのフロアフレームとサイドシルとを連結したトルクボックスに固定されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両の前部車体構造。
4. 前記サブフレームが前記左右１対のフレーム部の前端を連結した連結部を備え、
   前記アンダカバー部材と協働して前記左右１対のフレーム部の後端を連結する閉断面部を形成するパネル部材を設けたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の車両の前部車体構造。