JP7052653B2

JP7052653B2 - 車両後部構造

Info

Publication number: JP7052653B2
Application number: JP2018169003A
Authority: JP
Inventors: 麻衣子池吉
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-09-10
Filing date: 2018-09-10
Publication date: 2022-04-12
Anticipated expiration: 2038-09-10
Also published as: US20200079430A1; JP2020040498A; US11001302B2

Description

本発明は、車両後部構造、特に、リアクロスメンバに牽引冶具取付け部を接続するブラケットとリアクロスメンバとの溶接部に関する。

車両前後方向の後端に配置され車両幅方向に延びるリアクロスメンバの車両幅方向の中央に牽引冶具取付け部を接続するブラケットを取り付ける車両後部構造が開示されている（特許文献１参照）。

特開２００７－０５５３５０号公報

ところで、牽引冶具取付け部をリアクロスメンバに接続するブラケットを車両幅方向に溶接してリアクロスメンバに取り付ける場合、溶接部の車両幅方向の両端には応力が集中するため、疲労破壊の起点となるおそれがある。

そこで、本発明は、リアクロスメンバに牽引装置取付け部を接続するブラケットとリアクロスメンバとの溶接部の車両幅方向の両端に加わる応力を緩和して、疲労破壊を抑制することを目的とする。

本発明に係る車両後部構造は、車両前後方向の後端に配置され、車両幅方向に延びるリアクロスメンバと、リアクロスメンバの車両幅方向の中央部に配置され、被牽引物を牽引する際に牽引冶具を固定する牽引冶具取付け部と、牽引冶具取付け部をリアクロスメンバに接続するブラケットと、を含む車両後部構造であって、ブラケットの車両前後方向の前端は、リアクロスメンバの上面又は下面に溶接されており、リアクロスメンバとブラケットの車両前後方向の前端との溶接部は、車両平面視で車両幅方向に延びる中央部と、中央部の車両幅方向の両端から車両前方または車両斜め前方に向かって曲線状に延びる曲端部と、を有することを特徴とする。

このように、リアクロスメンバとブラケットとの溶接部に、中央部の両端から車両前方または車両斜め前方に向かって曲線状に延びる曲端部を設けることにより、曲端部における面剛性が向上するため、溶接部の車両幅方向の両端に加わる応力が緩和して、疲労破壊を抑制することができる。

本発明の車両後部構造の一態様において、前記溶接部の前記曲端部の車両幅方向外側が前記ブラケットに接していてもよい。

この態様によれば、リアクロスメンバとブラケットとの溶接部の曲端部の車両幅方向外側がブラケットに接しており、曲端部の車両幅方向外側では溶接部とブラケットとの境界で角度が生じないため、この境界に生じる応力を緩和できる。

本発明の車両後部構造の一態様において、前記ブラケットは、車両前後方向の前端が前記リアクロスメンバの上面に溶接されている上方ブラケットであり、前記牽引冶具取付け部を前記リアクロスメンバに接続する下方ブラケットを更に含み、前記下方ブラケットの車両前後方向の前端は、前記リアクロスメンバの下面に溶接されており、前記リアクロスメンバと前記下方ブラケットとの溶接部は車両幅方向に直線状に延びていてもよい。

この態様によれば、リアクロスメンバと下方ブラケットとの溶接部が車両幅方向に直線状に延びているため、溶接部形状が複雑になることによる加工コストの増加を抑制できる。

本発明は、リアクロスメンバに牽引冶具取付け部を接続するブラケットとリアクロスメンバとの溶接部の車両幅方向の両端に加わる応力を緩和して、疲労破壊を抑制することができる。

本実施形態の車両後部構造を含む車台フレーム全体を示す平面図である。本実施形態の車両後部構造を示す平面図である。図２におけるａ－ａ断面図である。牽引冶具取付け部と、牽引冶具取付け部をリアクロスメンバに接続するブラケットを示す斜視図である。図４におけるｂ－ｂ断面の斜視図である。上方ブラケットとリアクロスメンバとの溶接部を示す平面図である。牽引冶具を取り付けた状態を示す車台フレーム後端部の側面図である。リアクロスメンバにかかるモーメント荷重を示す図（ａ）と、モーメント分布を示す図（ｂ）である。比較例１の車両後部構造の上方ブラケット及び補強部材を示す平面図である。比較例１の上方ブラケットと補強部材との溶接部の端部を示す平面図である。図１０におけるｃ－ｃ断面図である。本実施形態の上方ブラケットとリアクロスメンバとの溶接部の曲端部を示す平面図である。図１２におけるｄ－ｄ断面図である。本実施形態の下方ブラケットを示す平面図である。

以下、図面を参照しながら、実施形態の車両後部構造１００について説明する。図１及び図２に示すように、車両後部構造１００は、リアクロスメンバ１と、牽引冶具取付け部３と、上方ブラケット４を含んでいる。以下説明する各図に示す矢印ＦＲ、矢印ＵＰ、矢印ＲＨは、車両の前方向（進行方向）、上方向、右方向をそれぞれ示している。また、各矢印ＦＲ、ＵＰ、ＲＨの反対方向は、車両後方向、下方向、左方向を示す。以下、単に前後、左右、上下の方向を用いて説明する場合は、特に断りのない限り、車両前後方向の前後、車両左右方向（車両幅方向）の左右、車両上下方向の上下を示すものとする。

図１に示すように、リアクロスメンバ１は、車台フレーム２の車両前後方向の後端に配置され、車両幅方向に延びている。図３に示すように、リアクロスメンバ１の断面は、コの字状断面のリアクロスメンバアウタ１１とリアクロスメンバインナ１２とを合わせた閉じ断面である。リアクロスメンバアウタ１１とリアクロスメンバインナ１２は溶接部１３で溶接されてリアクロスメンバ１を構成している。リアクロスメンバ１の車両上下方向の上部には上面１５が形成され、下部には下面１６が形成されている。更に、リアクロスメンバ１の車両前後方向の前部には前面１７が形成され、後部には後面１８が形成されている。

不図示の車両がトレーラなど被牽引物を牽引する際に牽引冶具を固定する牽引冶具取付け部３は、図２に示すように、リアクロスメンバ１の車両幅方向の中央部に配置されている。図２、図４及び図５に示すように、牽引冶具取付け部３は、リアクロスメンバ１の車両幅方向の中央部に設けられた穴を車両前後方向に貫通する四角筒部材である。牽引冶具取付け部３は、上方ブラケット４、後方ブラケット５、下方ブラケット６及び前方ブラケット７により、リアクロスメンバ１に接続されている。上方ブラケット４と後方ブラケット５は溶接部５１で溶接され、下方ブラケット６と後方ブラケット５は溶接部５２で溶接される。そして、前方ブラケット７はリアクロスメンバ１の上面１５と溶接部７１で溶接され、リアクロスメンバ１の下面１６と溶接部７２で溶接される。後方ブラケット５には、牽引冶具取付け部３を通すための穴が開いており、上方ブラケット４及び下方ブラケット６を溶接し、後方ブラケット５に設けられた穴に牽引冶具取付け部３を通して溶接する。そして、牽引冶具取付け部３の前端部をリアクロスメンバ１に設けられた穴と前方ブラケット７の穴に通し、溶接部７３で前方ブラケット７と牽引冶具取付け部３を溶接する。そして、上方ブラケット４の車両前後方向の前端は、溶接部４１でリアクロスメンバ１の上面１５に溶接される。また、下方ブラケット６の車両前後方向の前端は、溶接部６１でリアクロスメンバ１の下面１６に溶接される。これらの溶接によって、牽引冶具取付け部３はリアクロスメンバ１に接続される。

図６に示すように、上方ブラケット４とリアクロスメンバ１とを接合する溶接部４１は、車両平面視で車両幅方向に延びる中央部４１ａと、中央部４１ａの車両幅方向の両端から車両斜め前方に向かって曲線状に延びる曲端部４１ｂとを有する。曲端部４１ｂの車両幅方向外側の端部は、車両平面視で車両幅方向の軸に対し角度θの方向に延びている。

次に、溶接部４１に大きな応力がかかる理由を説明する。牽引冶具３１は、牽引冶具取付け部３の筒の中を通って牽引冶具取付け部３に固定される。牽引冶具３１を牽引冶具取付け部３に固定して車両が不図示の被牽引物を牽引すると、図７に示すように、車両が加速する際はヒッチボール３２には車両後方に向かって力がかかり、車両が減速する際はヒッチボール３２には車両前方に向かって力がかかる。そのため、リアクロスメンバ１には、車両左右軸回りのモーメント荷重Ｍａが生じる。また、車両が被牽引物を牽引した状態で左右に曲がって走ると、図８（ａ）に示すように、リアクロスメンバ１には、車両上下軸回りのモーメント荷重Ｍｂが生じる。図８（ｂ）は、車両左右軸回りのモーメント荷重Ｍａ及び車両上下軸回りのモーメント荷重Ｍｂの車両幅方向の分布を示した図である。図８（ｂ）に示すように、上方ブラケット４の溶接部４１の曲端部４１ｂのモーメント入力は大きい。

車両左右軸回りのモーメント荷重Ｍａにより、リアクロスメンバ１の表面には、リアクロスメンバ１の上面１５、下面１６、前面１７及び後面１８のいずれの面にも一様に車両左右軸に対して４５度の傾きの主応力が生じる。一方、車両上下軸回りのモーメント荷重Ｍｂにより、リアクロスメンバ１の表面には、前面１７及び後面１８に車両左右軸方向の大きな主応力が生じるが、上面１５及び下面１６の車両前後方向の中央付近では生じる主応力は小さい。そのため、車両左右軸回りのモーメント荷重Ｍａと車両上下軸回りのモーメント荷重Ｍｂを複合すると、リアクロスメンバ１の上面１５に生じる主応力は、車両前後方向中央付近では、車両左右軸回りのモーメント荷重Ｍａによる主応力が主になる。

次に、溶接部の両端に応力が集中する理由を、図９に示す比較例１の車両後部構造２００の上方ブラケット２４で説明する。比較例１の車両後部構造２００では、リアクロスメンバ１の表面に厚板の補強部材２４２を追加している。補強部材２４２とリアクロスメンバ１とを接合する溶接部２４３は、補強部材２４２の全周を連続溶接としている。

比較例１の車両後部構造２００において、上方ブラケット２４は補強部材２４２に溶接され、上方ブラケット２４と補強部材２４２との溶接部２４１は車両幅方向に延びる。このため、車両左右軸回りのモーメント荷重Ｍａにより生ずる主応力に対する面剛性が低く、大きな応力が発生しやすい。更に、図１０に示すように、溶接部２４１には溶接ビードが形成され、溶接部２４１の車両幅方向外側の端部は平面視で半円状の曲線となっている。図１１に示すように、溶接部２４１の車両幅方向外側の端部は、補強部材２４２と溶接部２４１との境界Ｅを頂点とする角度γをもつ形状をしており、補強部材２４２と溶接部２４１とがなす角度γにより応力集中し、境界Ｅにおける応力が高くなる。そのため、境界Ｅが疲労破壊の起点となることがある。なお、図１１は溶接部２４１及び補強部材２４２のみ記載し、リアクロスメンバ１の記載を省略している。

次に、本実施形態において、上方ブラケット４とリアクロスメンバ１とを接合する溶接部４１の曲端部４１ｂの応力が低減する理由を説明する。図１２に示すように、上方ブラケット４には、リアクロスメンバ１に溶接した際の車両幅方向の両端に、車両前方に向かって曲がるＲ部４３が形成されている。そして、溶接部４１の曲端部４１ｂは、上方ブラケット４のＲ部４３の内側に形成されている。Ｒ部４３の円弧の内側は車両左右軸回りのモーメント荷重Ｍａにより生ずる主応力に対する面剛性が向上するため、上方ブラケット２４にＲ部４３を有しない比較例１と比較して、溶接部４１の曲端部４１ｂにおける応力が緩和する。

また、図１３に示すように、溶接部４１の曲端部４１ｂの車両幅方向外側は上方ブラケット４のＲ部４３に接している。そのため、比較例１の溶接部２４１の車両幅方向外側の端部と異なり、本実施形態の溶接部４１の曲端部４１ｂの車両幅方向外側では、上方ブラケット４と溶接部４１との境界で角度が生じない。そのため、溶接部４１の曲端部４１ｂの車両幅方向外側における上方ブラケット４と溶接部４１との境界では、比較例１の角度γによる応力集中は生じず、比較例１と比較して応力が緩和される。

以上の理由により、リアクロスメンバ１と上方ブラケット４とを接合する溶接部４１に曲端部４１ｂを設けることによって、比較例１の車両後部構造と比較して、本実施形態では曲端部４１ｂにおける応力が緩和し、疲労破壊を抑制することができる。

また、本実施形態では、既に述べたように、下方ブラケット６の車両前後方向の前端６２は、溶接部６１でリアクロスメンバ１の下面１６に溶接される。図１４に示すように、リアクロスメンバ１の下面１６に溶接すると車両前後方向の前端６２となる部分は直線状となっている。そのため、リアクロスメンバ１と下方ブラケット６とを接合する溶接部６１は、車両幅方向に直線状に延びる。このように溶接部６１が直線状に延びることによって、溶接部６１が複雑になることによる加工コストの増加を抑制することができる。

本開示の車両後部構造は、上述した形態に限定されず、本開示の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。例えば、リアクロスメンバ１を備えていれば、車台フレームではなく、モノコックボデーであっても本実施形態の構成を適用できる。リアクロスメンバ１と上方ブラケット４との溶接部４１の中央部４１ａの形状は、車両平面視で車両幅方向に延びていれば、別の形状でもよい。また、牽引冶具取付け部３の形状は、別の形状であっても良い。また、比較例１のように表面に補強部材を追加して板厚を増加したリアクロスメンバにも本実施形態の構成を適用できる。

１リアクロスメンバ、２車台フレーム、３牽引冶具取付け部、４、２４上方ブラケット、５後方ブラケット、６下方ブラケット、７前方ブラケット、８側方ブラケット、１１リアクロスメンバアウタ、１２リアクロスメンバインナ、１３、４１、５１、５２、６１、７１、７２、７３、２４１、２４３溶接部、１５上面、１６下面、１７前面、１８後面、３１牽引冶具、３２ヒッチボール、４１ａ中央部、４１ｂ曲端部、４３Ｒ部、６２前端、１００、２００車両後部構造、２４２補強部材。

Claims

車両前後方向の後端に配置され、車両幅方向に延びるリアクロスメンバと、
前記リアクロスメンバの車両幅方向の中央部に配置され、被牽引物を牽引する際に牽引冶具を固定する牽引冶具取付け部と、
前記牽引冶具取付け部を前記リアクロスメンバに接続するブラケットと、を含む車両後部構造であって、
前記ブラケットの車両前後方向の前端は、前記リアクロスメンバの上面又は下面に溶接されており、
前記リアクロスメンバと前記ブラケットの車両前後方向の前端との溶接部は、
車両平面視で車両幅方向に延びる中央部と、前記中央部の車両幅方向の両端から車両前方または車両斜め前方に向かって曲線状に延びる曲端部と、を有することを特徴とする車両後部構造。
請求項１に記載の車両後部構造であって、
前記溶接部の前記曲端部の車両幅方向外側が前記ブラケットに接していることを特徴とする車両後部構造。
請求項１又は請求項２に記載の車両後部構造であって、
前記ブラケットは、車両前後方向の前端が前記リアクロスメンバの上面に溶接されている上方ブラケットであり、
前記牽引冶具取付け部を前記リアクロスメンバに接続する下方ブラケットを更に含み、
前記下方ブラケットの車両前後方向の前端は、前記リアクロスメンバの下面に溶接されており、
前記リアクロスメンバと前記下方ブラケットとの溶接部は車両幅方向に直線状に延びることを特徴とする車両後部構造。