JP6720859B2 - 車両のフレーム構造 - Google Patents

Description

本発明は、車両のフレーム構造に関するものである。

車両のフレーム構造として、ラダーフレーム構造がある（例えば、特許文献１）。ラダーフレーム構造は、車幅方向に間隔を置いて配置されて車両の前後方向に延びる一対のサイドメンバと、前後方向に間隔を置いて配置されて車幅方向に延びる複数のクロスメンバとを有している。

また、こうしたラダーフレーム構造の車両において、スペースを効率良く利用するために、車載機器（例えばバッテリ）をフレームの内部に配置することが実用されている。

特開２０１３−１２３５号公報

上記車載機器として大型の機器（例えば、電気自動車のバッテリ）が採用される場合には、フレームの内部に大きな配置スペースが必要になるため、同配置スペースにクロスメンバを設けることができなくなってしまう。この場合、単にクロスメンバを省略すると、フレーム剛性の低下を招いてしまう。

本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、サイドメンバおよびクロスメンバからなる環状部分の剛性を高くすることのできる車両のフレーム構造を提供することにある。

上記課題を解決するための車両のフレーム構造は、車幅方向に間隔を置いて配置されて車両の前後方向に延びる一対のサイドメンバと、前記一対のサイドメンバを間に挟むように前記車幅方向に間隔を置いて配置されて前記前後方向に延びる一対のアウトリガーと、前記前後方向に間隔を置いて配置されて前記車幅方向に延びるとともに、前記一対のサイドメンバを貫通した状態で、同サイドメンバおよび前記一対のアウトリガーに各別に固定された一対のクロスメンバとを備える。

上記構造では、車両の衝突などに際して前方（あるいは後方）から作用する荷重は、サイドメンバにかかるようになる。また上記構造では、クロスメンバが各サイドメンバを貫通する態様で一対のアウトリガー間に懸架されているため、上記荷重が、クロスメンバを介してアウトリガーに伝達されて、同アウトリガーにも作用するようになる。このように上記構造によれば、クロスメンバを介して上記荷重をサイドメンバとアウトリガーとに分散させることができるため、一対のサイドメンバと一対のクロスメンバとからなる環状の部分（第１環状部分）の変形を抑えることができる。

しかも、車両の側方からアウトリガーに荷重が作用した場合には、その荷重を、一対のクロスメンバと、それらクロスメンバ同士を連結するサイドメンバおよびアウトリガーとからなるラダー構造の部分によって受けることができる。そのため、一対のアウトリガーと一対のクロスメンバとからなる環状の部分（第２環状部分）の剛性や、同第２環状部分の内部に配置される上記第１環状部分の剛性を高くして変形を抑えることができる。

上記フレーム構造において、前記クロスメンバは、前記一対のアウトリガーを貫通した状態で、同アウトリガーに固定されていることが好ましい。
上記構造によれば、単にアウトリガーの側面にクロスメンバを固定する場合と比較して、クロスメンバとアウトリガーとを強固に一体化することができるため、前記第１環状部分や第２環状部分の剛性をより高くすることができる。

上記フレーム構造において、前記クロスメンバは円管形状であることが好ましい。
上記構造によれば、クロスメンバの外周面に作用する荷重を、その方向によらず、同クロスメンバの全体に偏りを抑えつつ分散させることができる。

上記車両のフレーム構造において、前記車両は、超小型モビリティである。
超小型モビリティは、フレーム全体が小さいため、その内部に大きいスペースがある場合にフレームの剛性の確保が困難になる。上記構造によれば、そうした超小型モビリティにおいて、一対のサイドメンバと一対のクロスメンバとからなる第１環状部分の剛性を高くすることができる。

本発明によれば、サイドメンバおよびクロスメンバからなる環状部分の剛性を高くすることができる。

車両のフレーム構造の一実施形態を示す側面図。 同車両のフレームの斜視図。 フレームの中央部におけるクロスメンバの固定構造を示す分解斜視図。 同固定構造を示す断面図。 フレームの平面図。 フレームの中央部の平面図。

以下、車両のフレーム構造の一実施形態について説明する。
図１に示すように、本実施形態のフレーム構造が適用される車両１０は、超小型モビリティの一種であり、２人乗りの電気自動車である。車両１０の下部にはフレーム２０が配置されている。

図２に示すように、フレーム２０は、梯子型（いわゆるラダーフレーム）であり、車幅方向に間隔を置いて配置されて車両１０の前後方向に延びる一対のサイドメンバ２１と、前後方向に間隔を置いて配置されて車幅方向に延びる複数本（本実施形態では、７本）のクロスメンバ２２，２２Ａ，２２Ｂとを有している。

フレーム２０の後部３０の下方には車両１０の後輪１１（図１参照）が配置されている。フレーム２０の後部３０では、サイドメンバ２１の後方側の部分が水平方向（路面と平行な方向）に延びるとともに、同サイドメンバ２１の前方側の部分が後方から前方にかけて斜め下方に延びている。また、フレーム２０の後部３０では、サイドメンバ２１が断面コの字状で延びている。フレーム２０の後部３０には、サイドメンバ２１の後方側の部分に、一対のサイドメンバ２１を繋ぐように複数本（本実施形態では３本）のクロスメンバ２２が溶接（固定）されている。

フレームの中央部４０は車両１０のキャビン１２（図１参照）の下方に配置される。フレームの中央部４０ではサイドメンバ２１が、四角管状で水平方向に延びており、他の部分（後部３０および前部５０）と比較して車幅方向における間隔が広くなっている。

またフレームの中央部４０には、各サイドメンバ２１よりも車幅方向の外方でそれらサイドメンバ２１を間に挟む位置に、一対のアウトリガー４１が配置されている。各アウトリガー４１は、四角管状で、サイドメンバ２１と間隔を置いた位置において前後方向に延びている。

さらにフレームの中央部４０には、その後方側の端部近傍と前方側の端部近傍とにそれぞれ、円管状のクロスメンバ２２Ａ，２２Ｂが設けられている。これらクロスメンバ２２Ａ，２２Ｂは、一対のサイドメンバ２１および一対のアウトリガー４１を一体に繋ぐように架設されている。

またフレームの中央部４０には、サイドメンバ２１とアウトリガー４１との間で車幅方向に延びて、それらサイドメンバ２１およびアウトリガー４１を連結する連結部４３が溶接（固定）されている。連結部４３は、前後方向に間隔を置いて、車両１０の右側のサイドメンバ２１とアウトリガー４１との間に２つ設けられるとともに、車両１０の左側のサイドメンバ２１とアウトリガー４１との間に２つ設けられている。

こうしたフレーム２０の中央部４０の内部、詳しくは一対のサイドメンバ２１と一対のクロスメンバ２２Ａ，２２Ｂとによって囲まれた環状の部分の内部には、車載機器としてのバッテリ１３が収容されている。このバッテリ１３は、電気自動車である車両１０の動力源であるため、大型のものが採用されている。本実施形態では、このバッテリ１３の配置スペースを確保するために、一対のクロスメンバ２２Ａ，２２Ｂの間に他のクロスメンバが設けられていない。

フレーム２０の前部５０の下方には前輪１４（図１参照）が配置されている。フレーム２０の前部５０では、サイドメンバ２１の前方側の部分が水平方向に延びるとともに、同サイドメンバ２１の後方側の部分が前方から後方にかけて斜め下方に延びている。また、フレーム２０の前部５０ではサイドメンバ２１が四角管状で延びている。フレーム２０の前部５０には、サイドメンバ２１の前方側の端部と、同サイドメンバ２１の後方側の部分の中間部分とにそれぞれ、一対のサイドメンバ２１を繋ぐようにクロスメンバ２２が溶接（固定）されている。

フレーム２０の前部５０には、サイドメンバ２１の下方に、ラダー状のサブフレーム５４が配置されている。このサブフレーム５４は、間隔を置いて前後方向に延びる一対のサイド部５１を有している。またサブフレーム５４は、サイド部５１の前方側の端部と同サイド部５１の前後方向における中間部分とにそれぞれ、車幅方向に延びて一対のサイド部５１間を繋ぐように溶接（固定）された２本の連結部５２Ａ，５２Ｂを有している。それら連結部５２Ａ，５２Ｂのうちの前方側の連結部５２Ｂは、その両端が、連結部５３を介して車両１０の前方側の端部のクロスメンバ２２に連結されている。また、各サイド部５１の後方側の端部は、中央部４０における前方側のクロスメンバ２２Ｂが貫通した状態で同クロスメンバ２２Ｂに溶接（固定）されている。

ここで、本実施形態の車両１０では、大型のバッテリ１３の配置スペースを確保するために、同配置スペース（具体的には、一対のサイドメンバ２１と一対のクロスメンバ２２Ａ，２２Ｂとによって囲まれた部分）に他のクロスメンバが設けられていない。この場合、単にクロスメンバを少なくすると、フレーム剛性の低下を招いてしまう。

この点をふまえて、本実施形態では、フレーム２０の中央部４０のクロスメンバ２２Ａ，２２Ｂが以下の態様で配設されている。
各クロスメンバ２２Ａ，２２Ｂは、一対のサイドメンバ２１と一対のアウトリガー４１とを貫通する態様で、車幅方向において直線状に延びている。そして、各クロスメンバ２２Ａ，２２Ｂは、各サイドメンバ２１および各アウトリガー４１の車幅方向の両面に溶接（固定）されている。また、前方側のクロスメンバ２２Ｂは、サブフレーム５４の一対のサイド部５１を貫通した状態で、それらサイド部５１の車幅方向の両面に溶接（固定）されている。

以下、クロスメンバ２２Ａ，２２Ｂの固定構造について詳しく説明する。なお、クロスメンバ２２Ａ，２２Ｂの固定構造は、サイドメンバ２１に対する固定部分と、アウトリガー４１に対する固定部分と、サイド部５１に対する固定部分とで共通であるため、以下ではサイドメンバ２１とクロスメンバ２２Ａとの固定部分における固定構造についてのみ説明し、その他の固定部分における固定構造についての説明は省略する。

図３および図４に示すように、サイドメンバ２１における車幅方向の両側壁には貫通孔２３が設けられており、それら貫通孔２３にはクロスメンバ２２Ａが挿通されている。また、クロスメンバ２２Ａには、複数の当て板２４が挿通されている。この当て板２４は、円筒状のボス部２５と、同ボス部２５の上記サイドメンバ２１側の端部から外方に突出する円環状のフランジ部２６とからなる。そして、当て板２４のフランジ部２６がサイドメンバ２１の外面に溶接されるとともに、同当て板２４のボス部２５がクロスメンバ２２の外面に溶接されている。このように本実施形態では、当て板２４を介してサイドメンバ２１にクロスメンバ２２が固定されている。

以下、本実施形態のフレーム構造を採用することによる作用効果について説明する。
図５中に黒塗りの矢印で示すように、車両１０の衝突などに際して後方からフレーム２０に作用する荷重は、各サイドメンバ２１にかかるようになる。本実施形態では、クロスメンバ２２Ａが各サイドメンバ２１を貫通する態様で一対のアウトリガー４１間に懸架されているため、上記荷重は、クロスメンバ２２Ａを介してアウトリガー４１に伝達されて同アウトリガー４１にも作用するようになる。

ここで、仮にクロスメンバ２２がサイドメンバ２１を貫通せずに同サイドメンバ２１の配設部分で途切れている場合には、サイドメンバ２１とアウトリガー４１との間で車幅方向に延びる連結部材（例えば連結部４３）を介して後方からの荷重がアウトリガー４１にかかるようになるため、同荷重をアウトリガー４１によって受け止め難い構造になる。これにより、後方からの荷重を主にサイドメンバ２１によって受け止める構造になるため、同サイドメンバ２１に大きな荷重が作用するようになってしまう。

この点、本実施形態のフレーム構造によれば、後方からの荷重を、クロスメンバ２２Ａを介してサイドメンバ２１とアウトリガー４１とに分散させることができる。これにより、クロスメンバ２２Ａや一対のサイドメンバ２１の変形を抑えることができるため、フレーム２０における一対のサイドメンバ２１と一対のクロスメンバ２２とによって囲まれた環状の部分（第１環状部分４４）の変形を抑えることができる。

また、図５中に白抜きの矢印で示すように、車両１０の衝突などに際して前方からフレーム２０に作用する荷重は、サイドメンバ２１にかかるようになる。また本実施形態では、クロスメンバ２２Ｂが各サイドメンバ２１および各サイド部５１を貫通する態様で一対のアウトリガー４１間に懸架されているため、上記荷重が、クロスメンバ２２Ｂを介してアウトリガー４１に伝達されて同アウトリガー４１にも作用するようになる。

したがって、本実施形態のフレーム構造によれば、前方からの荷重を、クロスメンバ２２Ｂを介してサイドメンバ２１とアウトリガー４１とに分散させることができる。これにより、クロスメンバ２２Ｂや一対のサイドメンバ２１の変形を抑えることができるため、上記第１環状部分４４の変形を抑えることができる。

さらに、図６に白抜きの矢印で示すように、車両１０の衝突などに際して側方からフレーム２０に荷重が作用した場合には、その荷重を、一対のクロスメンバ２２Ａ，２２Ｂと、それらクロスメンバ２２Ａ，２２Ｂ同士を連結するサイドメンバ２１およびアウトリガー４１とからなるラダー構造の部分によって受けることができる。そのため、一対のアウトリガー４１と一対のクロスメンバ２２とによって囲まれた環状の部分（第２環状部分４５）の剛性や、同第２環状部分４５の内部に配置される上記第１環状部分４４（図５参照）の剛性を高くして変形を抑えることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、以下に記載する効果が得られる。
（１）前後方向に間隔を置いて配置されて車幅方向に延びる一対のクロスメンバ２２Ａ，２２Ｂを、一対のサイドメンバ２１を貫通した状態で、同サイドメンバ２１および一対のアウトリガー４１に各別に固定した。そのため、一対のアウトリガー４１と一対のクロスメンバ２２とからなる第２環状部分４５の剛性や、同第２環状部分４５の内部に配置される上記第１環状部分４４の剛性を高くして、それら第１環状部分４４や第２環状部分４５の変形を抑えることができる。

（２）クロスメンバ２２Ａ，２２Ｂを、一対のアウトリガー４１を貫通した状態で、同アウトリガー４１に固定した。これにより、単にアウトリガー４１の側面にクロスメンバ２２Ａ，２２Ｂを固定する場合と比較して、クロスメンバ２２Ａ，２２Ｂとアウトリガー４１とを強固に一体化することができるため、第１環状部分４４や第２環状部分４５の剛性をより高くすることができる。

（３）クロスメンバ２２Ａ，２２Ｂを円管形状にした。そのため、クロスメンバ２２Ａ，２２Ｂの外周面に作用する荷重を、その方向によらず、同クロスメンバ２２Ａ，２２Ｂの全体に偏りを抑えつつ分散させることができる。

（４）本実施形態のフレーム構造を超小型モビリティに適用した。超小型モビリティは、フレーム全体が小さいため、その内部に大きいスペースがある場合にフレームの剛性の確保が困難になる。本実施形態によれば、そうした超小型モビリティである車両１０において、フレーム２０の剛性を高くすることができる。

＜変形例＞
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・クロスメンバ２２Ａ，２２Ｂを、アウトリガー４１を貫通させることなく、同アウトリガー４１の側面に固定するようにしてもよい。

・クロスメンバ２２Ａ，２２Ｂとしては、円管形状のものに限らず、楕円管形状や、多角管形状（例えば四角管形状）のものなど、任意の形状のものを採用することができる。なお、クロスメンバ２２Ａ，２２Ｂを四角管形状にすることにより、第１環状部分４４の内周面にあたる壁面を上下方向に延びる平面形状にすることが可能になる。そのため、クロスメンバ２２Ａ，２２Ｂに車載機器を固定する場合に、その固定のための構造を単純な構造にすることができ、同構造をクロスメンバ２２Ａ，２２Ｂや車載機器に容易に設けることができる。

・フレーム２０の内部に配置される車載機器は、バッテリ１３以外のものでもよい。
・上記実施形態のフレーム構造は、１人乗りの超小型モビリティや、原動機付き自転車、小型自動車などの自動車などにも適用することができる。

１０…車両、１１…後輪、１２…キャビン、１３…バッテリ、１４…前輪、２０…フレーム、２１…サイドメンバ、２２，２２Ａ，２２Ｂ…クロスメンバ、２３…貫通孔、２４…当て板、２５…ボス部、２６…フランジ部、３０…後部、４０…中央部、４１…アウトリガー、４３…連結部、４４…第１環状部分、４５…第２環状部分、５０…前部、５１…サイド部、５２Ａ，５２Ｂ，５３…連結部、５４…サブフレーム。

Claims (4)

1. 車幅方向に間隔を置いて配置されて車両の前後方向に延びる一対のサイドメンバと、
   前記一対のサイドメンバを間に挟むように前記車幅方向に間隔を置いて配置されて前記前後方向に延びる一対のアウトリガーと、
   前記前後方向に間隔を置いて配置されて前記車幅方向に延びるとともに、前記一対のサイドメンバを貫通した状態で、同サイドメンバおよび前記一対のアウトリガーに各別に固定された一対のクロスメンバとを備え、前記クロスメンバに複数の当て板を挿通した状態で、各当て板は前記サイドメンバおよび前記アウトリガーに固定されている車両のフレーム構造。
   
2. 請求項１に記載の車両のフレーム構造において、
   前記クロスメンバは、前記一対のアウトリガーを貫通した状態で、同アウトリガーに固定されている
   ことを特徴とする車両のフレーム構造。
3. 請求項１または２に記載の車両のフレーム構造において、
   前記クロスメンバは円管形状である
   ことを特徴とする車両のフレーム構造。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両のフレーム構造において、
   前記車両は、超小型モビリティである
   ことを特徴とする車両のフレーム構造。

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