JP7076768B2 - 自動車用クロスメンバ構造 - Google Patents

Description

本発明は、自動車用クロスメンバ構造に関する。

自動車のフレームは、自動車の車長方向に延びるサイドメンバと、自動車の車幅方向に延びるクロスメンバとから構成される。

例えば、特許文献１には、符号４で示される２本のサイドメンバと、符号５及び符号６で示される２本のクロスメンバとから構成されるフレームが開示されている。このフレームは、車体のいずれの部分に用いられるかが記載されていないが、フロントエンドクロスメンバとの記載から、車体の前部分に配置されるものと思われる。

さらに、特許文献２には、自動車のリアサブフレームの構造が開示されている。このリアサブフレームは、車幅方向に延びる前クロスメンバと後クロスメンバと、車長方向に延びる２本のサイドメンバとから構成される。

特開２００４－７４８１９号公報 特開２０１５－１５５２５５号公報

フレームを構成するクロスメンバやサイドメンバ等の部材は車輪の支持部材を支持するために利用されることがある。特許文献１には、特段そのような記載はされていないが、特許文献２では、符号２２で示されるクロスメンバの端部に対して符号１４で示されるアッパリンクの一端部と符合１０で示されるロアリンクの一端部とが接続される。そして、アッパリンクの他端部とロアリンクの他端部とは、車輪の支持部材に連結されている。

特許文献２の構造では、符号２０で示されるサイドメンバの上に上述のロアリンク及びアッパリンクの取付部を有するクロスメンバが固定される。この構造では、車輪から入力される荷重によって、サイドメンバとクロスメンバとを接合する部分に大きな負荷がかかる。クロスメンバはサイドメンバの上にのみ接触する構成であるため、特に車輪が上方に変位する荷重に対して、脆弱になりやすい。

本発明は、車輪の支持部材から入力される荷重を支持部の上部と下部とに分散させて支えることができるクロスメンバ構造を提供することを目的とする。

車輪の支持部材を支持するクロスメンバ構造であって、クロスメンバ構造は、車輪の支持部材に連結される第１連結部を支持する第１取付部と、車輪の支持部材に連結される第２連結部を支持する第２取付部と、第１取付部と第２取付部とを支持する支持部とを含むクロスメンバ構造であり、第１取付部は支持部の上部に対して固定されており、第２取付部は支持部の下部に対して固定されており、第１取付部と第２取付部とは支持部の横で連続した一体の部材である自動車用クロスメンバ構造（以下、単にクロスメンバ構造と呼ぶ。）によって、上記の課題を解決する。

上記のクロスメンバ構造において、車輪の支持部材から荷重が入力されると、第１取付部と第２取付部とは支持部の横で連続した一体の部材とされているため、第２連結部及び第１連結部を経て入力された荷重は、第１取付部及び支持部の接続部分と第２取付部及び支持部の接続部分との両方に分散して支えられる。これによって、第１取付部と支持部との接続部分及び第２取付部と支持部との接続部分のうちのいずれか一方にのみ負荷が集中することを防ぐことができる。

上記のクロスメンバ構造において、第２取付部は、車幅方向に延びる部分を備えており、車幅方向に延びる部分が支持部の下部に当接するようにすることが好ましい。これによって、第２取付部が支持部に接触する面積を増大させて、単位面積当たりに作用する荷重を小さくすることが可能になる。また、車幅方向に延びる部分に第２連結部を支持することが可能になる。

上記のクロスメンバ構造において、第１取付部は、車幅方向に延びる部分を備えており、車幅方向に延びる部分が支持部の上部に当接するようにすることが好ましい。これによって、第１取付部が支持部に接触する面積を増大させて、単位面積当たりに作用する荷重を小さくすることが可能になる。また、車幅方向に延びる部分に第１連結部を支持することが可能になる。

上記のクロスメンバ構造において、第１取付部と第２取付部とは、別々に成形された部材であり、第１取付部と第２取付部とを互いに接合することによって、一体の部材とされたものとすることが好ましい。第１取付部と第２取付部とを別々の部材とすることによって、第１取付部又は第２取付部を複雑な形状としても、板材のプレス成型や曲げ成型によって成形することが可能になる。

上記のクロスメンバ構造において、第１取付部及び第２取付部の支持部は、車長方向に延びる棒状の部材とすることが好ましい。棒状の部材とすることによって、例えばサイドメンバ、又はクロスメンバなどのフレームの構成部材を支持部として利用することが可能にある。これによって、軽量化を図ると共に省スペース化を図ることができる。

上記のクロスメンバ構造は、車幅方向に延び車体の背面側に位置する第１クロスメンバと、車幅方向に延び車体の正面側に位置する第２クロスメンバと、第２クロスメンバと第１クロスメンバとを接続するように車長方向に延びるサイドクロスメンバとを含み、第１取付部と第２取付部とを支持する支持部は、サイドクロスメンバとすることが好ましい。このクロスメンバ構造は、例えば、１対のサイドメンバの間に固定して使用される。これによって、サイドメンバを補強することが可能になる。このクロスメンバ構造は、第１クロスメンバ、第２クロスメンバ、及びサイドクロスメンバを含んでおり車長方向にある程度の長さがある構造物となるため、重量物や燃料タンクなどの構造物を固定する場所を提供することが可能になる。また、サイドクロスメンバは車長方向に延びる部材であるので、第１取付部と第２取付部とを支持する支持部として好適に利用することが可能である。

本発明によれば、車輪の支持部材から入力される荷重を支持部の上部と下部とに分散させて支えることができるクロスメンバ構造を提供することが可能になる。

一実施形態に係るクロスメンバ構造をサイドクロスメンバを取り付けた状態を示す平面図である。 図１のクロスメンバ構造のみを示す平面図である。 図２のクロスメンバ構造の底面図である。 図２のクロスメンバ構造の側面図である。 図２のクロスメンバ構造の斜視図である。 図２のＡＡ部分における断面図である。 図２のＢＢ部分における断面図である。 図２のクロスメンバ構造に車輪の支持部材を取り付けた状態を示す背面図である。 支持部に固定された第１取付部及び第２取付部を示す斜視図である。 支持部に固定された第１取付部及び第２取付部を示す斜視図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形形態について説明する。以下に挙げる実施形態は一例に過ぎず、本発明はこれに限定されるものではない。

図１ないし図１０に自動車用クロスメンバ構造（以下、単にクロスメンバ構造という。）の一実施形態を示す。このクロスメンバ構造１は、車幅方向に延び車体の背面側に位置する第１クロスメンバ１１と、車幅方向に延び車体の正面側に位置する第２クロスメンバ１２と、第２クロスメンバ１２と第１クロスメンバ１１とを接続するように車長方向に延びる形状を有する一対のサイドクロスメンバ１３とを有する。

上記のクロスメンバ構造１は、図１に示したように、２本のサイドメンバ９の後部に固定されるものであり、リアクロスメンバと呼ばれる。第２クロスメンバ１２は、車幅方向に延びる部材であり、両端部の上面が、それぞれのサイドメンバ９の下面に固定される。サイドクロスメンバ１３は、平面視又は底面視において、湾曲部１３１を備えており、他端部が車両の外側に向けて曲がった形状である。サイドクロスメンバ１３の一端部は上記の第２クロスメンバ１２の左右の端部と中央部との間に固定されており、サイドクロスメンバ１３の他端部は、それぞれサイドメンバ９の下面に固定される。左右のサイドメンバ９の湾曲部１３１と一端部との間には第１クロスメンバ１１の両端部が固定される。

上記のクロスメンバ構造では、湾曲部１３１を有するサイドクロスメンバ１３によって、一対のサイドメンバ９の内側に一対のサイドクロスメンバ１３が車長方向に延びる構成となる。サイドメンバ９とサイドクロスメンバ１３との間には空間が形成される。この空間を利用して、後述する第１取付部１３２、第２取付部１４１、第１連結部３１、又は第２連結部３３を取り付けることができる。

第２クロスメンバ１２、及びサイドクロスメンバ１３は、いずれも断面が円形の中空管から構成される。これによって、軽量化が図られている。両部材の形状は特に限定されないが、例えば断面が多角形状の中空管から構成してもよい。

第１クロスメンバ１１は、図６及び図７に示したように、ビーム１１１と、ビーム１１１を補強するリインフォースメントメンバ１１２とを含む。ビーム１１１は、図６及び図７に示したように、車体の前面側に位置する第１ビーム１１ａと、車体の背面側に位置する第２ビーム１１ｂとを含む。第１ビーム１１ａは、車体の正面側に配される第１壁１１１ａと、第１壁１１１ａの上端部から車体の背面側に向けて延びる第３壁１１１ｃとを含む。第１壁１１１ａと第３壁１１１ｃとは連続する形状である。第２ビーム１１ｂは、車体の背面側に配される第２壁１１１ｂと、第２壁１１１ｂの上端部から車体の正面側に向けて延びる第３壁１１１ｄとを含む。第２壁１１１ｂと第３壁１１１ｄとは連続する形状である。

ビーム１１１は、第３壁１１１ｃと第３壁１１１ｄとが連続する一体の部材としてもよい。図６のように、ビームを分割することによって、ビーム１１１が複雑な形状であっても、曲げ加工やプレス成型によって、その複雑な形状に成形することができる。

ビームは、第１壁１１１ａと、第２壁１１１ｂと、第３壁１１１ｃ、１１１ｄとを備えており、一方の面である底面が解放された形状であって複雑な形状であるため、平板状のビームに比べて、捩じり運動や曲げ運動に対して強度が向上している。ビームの形状はこれに限定されず、クロスメンバ構造に求められる剛性を発揮できる構造であればよい。図６及び図７に示したように、ビーム１１１の強度をさらに向上させるために、ビーム１１１に対してリインフォースメントメンバ１１２が接合されている。

リインフォースメントメンバ１１２は、車両の正面側に配される第１壁１１２ａと、車両の背面側に配される第２壁１１２ｂと、第１壁１１２ａの上端部と第２壁１１２ｂの上端部と連続する第３壁１１２ｃとを含み、一方である下面が解放された形状となっている。リインフォースメントメンバの形状はこれに限定されず、クロスメンバ構造に求められる剛性を発揮できる構造であればよい。

図７に示したように、ビーム１１１にリインフォースメントメンバ１１２を内蔵させた状態で、ビーム１１１の第１壁１１１ａとリインフォースメントメンバ１１２の第１壁１１２ａの端部を溶接によって固定し、ビーム１１１の第２壁１１１ｂとリインフォースメントメンバ１１２の第２壁１１２ｂの端部を溶接によって固定する。ビーム１１１は、一方である下面が解放された形状になっているため、図７において黒塗りで示したように、ビーム１１１とリインフォースメントメンバ１１２とを解放された面から溶接することができる。図７に示したように、第１ビーム１１ａの第３壁１１１ｃと第２ビーム１１ｂの第３壁１１１ｄとは重なった状態となっており、図７において黒塗りで示したように、一方の上面に対して他方の端部を溶接によって固定する。

本実施形態のクロスメンバ構造１は、図８に示したように、例えばハブナックルなどの車輪の支持部材３にその一端部が連結される第１連結部３１と、第１連結部３１の他端部を支持する第１取付部１３２と、車輪の支持部材３にその一端部が連結される第２連結部３３と、第２連結部３３の他端部を支持する第２取付部１４１と、第１取付部１３２と第２取付部１４１とを支持する支持部１５を含む。図９及び図１０に太線で示したように、本実施形態のクロスメンバ構造１では、第１取付部１３２は支持部１５の上部に対して溶接によって固定されており、第２取付部１４１は支持部１５の下部に対して溶接によって固定されている。そして、第１取付部１３２と第２取付部１４１とは、支持部１５の横で連続した一体の部材となっている。

図９及び図１０において矢印Ａで示したように、車体の上方に向けて荷重（以下、突き上げ荷重という。）が入力されると、第１連結部３１に引っ張られて第１取付部１３２は斜め上方に引っ張られる。同様に第２連結部３３に引っ張られて第２取付部１４１も斜め上方に引っ張られる。図９及び図１０に示しように、第１取付部１３２と第２取付部１４１は、支持部１５の横で連続した一体の部材となっているため、突き上げ荷重は、支持部１５の上部における接合部分Ｃだけではなく、支持部１５の下部における接合部分Ｄによっても分散して支持される。これによって、突き上げ荷重が作用した際に支持部１５の上部の接合部分Ｃに負荷が集中することに起因する接合部分Ｃやその周辺の第１取付部１３２や支持部１５が破損することを防ぐことが可能になる。

図９及び図１０において矢印Ｂで示したように、車体の下方に向けて荷重（以下、戻り荷重という。）が入力されると、第１連結部３１に引っ張られて第１取付部１３２は斜め下方に引っ張られる。同様に第２連結部３３に引っ張られて第２取付部１４１も斜め下方に引っ張られる。図９及び図１０に示したように、第１取付部１３２と第２取付部１４１は、支持部１５の横で連続した一体の部材となっているため、戻り荷重は支持部１５の下部における接合部分Ｄだけではなく、支持部１５の上部における接合部分Ｃによっても分散して支持される。これによって、戻り荷重が作用した際に支持部１５の下部の接合部分Ｄに負荷が集中することによる接合部分Ｄやその周辺の第２取付部１４１や支持部１５が破損することを防ぐことが可能になる。突き上げ荷重又は戻り荷重は、例えば、車輪が凹凸の上を通過する際に生じる。突き上げ荷重は、車両の速度が大きくなるほど大きくなる。戻り荷重には、コイルスプリングなどのサスペンション装置を構成する部品である緩衝部材の力も付加される。

本実施形態のクロスメンバ構造１では、第１取付部１３２は、車幅方向に延びる部分を有する。具体的には、第１取付部１３２は、図９及び図１０に示したように、車体の正面側に配される第１壁１３２ａと、車体の背面側に配される第２壁１３２ｂと、車体の中央側の側面に配されており第１壁１３２ａと第２壁１３２ｂの端部と連続する第３壁１３２ｃとを有しており、車体の上方と外側の側面とが解放された形状である。第１壁１３２ａ及び第２壁１３２ｂには貫通孔８２ａ、８２ｂがそれぞれ設けられており、図８に示したように、第１連結部３１の他端部が上下に軸動可能な状態で支持されている。第１壁１３２ａ及び第２壁１３２ｂは、車幅方向に延びる形状であり、支持部１５の上部に対してその下縁部が当接する構造となっている。

上記の構造では、第１壁１３２ａ及び第２壁１３２ｂが支持部１５の上部に当接するため、戻り荷重が車輪の支持部材３から入力された際に、第１壁１３２ａ及び第２壁１３２ｂの下端部が支持部１５の上部に当接することによって、入力された荷重が支持される。これによって、第１取付部１３２及び第２取付部１４１の接合部分Ｃ、Ｄ、特に下方に引っ張られる接続部分Ｄが入力された負荷によって破損することが防止される。図１０及び図１１の例では、接合部分は溶接されているので溶接個所の破断が防止される。接合部分を螺子、ボルト、又は螺子受などの固定具とした場合は、固定具と固定具を取り付ける部材の破損が防止される。

本実施形態のクロスメンバ構造１では、第２取付部１４１は、車幅方向に延びる部分であって、支持部１５の下部に当接する部分を有する。具体的には、第２取付部１４１は、図９及び図１０に示したように、第１クロスメンバ１１を構成するビーム１１１の端部を利用している。これによって、省スペース化と軽量化を図っている。第２取付部１４１は、車体の正面側に配されるビームの第１壁１１１ａと、車体の背面側に配されるビームの第２壁１１１ｂとを有しており、一方の面である底面が解放された形状となっている。ビーム１１１の第１壁１１１ａ及びビームの第２壁１１１ｂには、貫通孔８１ａ、８１ｂがそれぞれ設けられている。貫通孔８１ａ、８１ｂには、図８に示したように第２連結部３３の他端部が上下に軸動可能な状態で軸支されている。ビーム１１１の第１壁１１１ａ及び第２壁１１１ｂは、車幅方向に延びる形状であり、支持部１５の下部に当接する構造となっている。

ビーム１１１の第１壁１１１ａ及び第２壁１１１ｂが支持部１５の下部に当接するため、突き上げ荷重が車輪の支持部材から入力された際に、第１壁１１１ａ及び第２壁１１１ｂの上縁部が支持部１５の下部に当接することによって、入力された荷重が支持される。これによって、第１取付部１３２及び第２取付部１４１の接合部分Ｃ、Ｄ、特に上方に引っ張られる接続部分Ｃが入力された負荷によって破損することが防止される。図１０及び図１１の例では、接合部分は溶接されているので溶接個所の破断が防止される。接合部分を螺子、ボルト、又は螺子受などの固定具とした場合は、固定具と固定具を取り付ける部材の破損が防止される。

本実施形態のクロスメンバ構造１では、図９及び図１０に示したように、第１取付部１３２と第２取付部１４１とは、別々に成形された部材としている。これによって、第１取付部１３２、第２取付部１４１、又はビーム１１１といった各部材を複雑な形状にしても、金属板材のプレス成型又は曲げ成型によって、第１取付部１３２、第２取付部１４１、又はビーム１１１といった各部材を成形することが可能になっている。

本実施形態のクロスメンバ構造１では、第１取付部１３２に車体の下方に延びる第１接続部１３２ｄが設けられる。また、第２取付部１４１に車体の上方に延びる第２接続部１１１ｆが設けられる。第１接続部１３２ｄ及び第２接続部１１１ｆを支持部１５の横で溶接によって接合する。これによって、別々に成形された第１取付部１３２と第２取付部１４１とを支持部の側面で連続した一体の部材としている。

第１接続部１３２ｄは、第１取付部１３２の第２壁１３２ｂと連続する形状であり、下縁部は支持部の外形に沿う形状であり、車長方向に沿って溶接用の平坦部を備える形状である。図１０に示したように、第１接続部１３２ｄの下縁部は、支持部１５の外形に沿う形状とされている。また、第１取付部１３２の下縁部も支持部１５の外形に沿う形状とされている。これによって、第１取付部１３２及び第１接続部１３２ｄが支持部１５に接触する面積を増大させて、単位面積当たりに作用する荷重を小さくすると共に溶接する面積を増大させている。

第２接続部１１１ｆは、ビーム１１１の第１壁１１１ａと連続し車体の上方に延びる形状であり、支持部１５の下部から側面に沿う形状である。図９の例では、第２接続部１１１ｆは、平板から構成した湾曲部を有する腕状の部材であり、ビーム１１１の第１壁１１１ａに対して溶接によって固定されている。図９及び図１０に示したように、第２接続部１１１ｆの内縁部は、支持部１５の外形に沿う形状とされている。また、第２取付部１４１の上縁部も支持部の外形に沿う形状とされている。これによって、第２取付部１４１及び第２接続部１１１ｆが支持部１５に接触する面積を増大させて、単位面積当たりに作用する荷重を小さくすると共に溶接する面積を増大させている。

図９及び図１０において太線で示したように、第１接続部１３２ｄの平坦部に第２接続部１１１ｆの内縁部を当接させた状態で両者を溶接によって固定することで、第１接続部１３２ｄと第２接続部１１１ｆとは、連続した一体の部材とされている。

第１接続部及び第２接続部のうちいずれか一方は省略して第１取付部と第２取付部を接合する接続部を一つ設ける構成にしてもよい。また、第１取付部と第２取付部と接続部とを一体に成形してもよい。いずれの場合においても、接続部は、支持部１５の外形に沿って当接する部分を備える形状とすることが好ましい。

本実施形態のクロスメンバ構造１では、第１取付部１３２及び第２取付部１４１を支持する支持部１５は、車長方向に延びる棒状の部材であるサイドクロスメンバ１３を利用している。その他、棒状の部材として、例えば、第１クロスメンバ１１、第２クロスメンバ、又はサイドメンバ９を利用してもよい。第１クロスメンバ１１、又は第２クロスメンバ１２などの車幅方向に延びる部材を支持部として利用する場合は、第１取付部１３２と第２取付部１４１は、支持部１５の正面又は背面で連続する。正面及び背面も支持部の横に含まれるものとする。その他、支持部としては、例えば、側面と底面と上面とを有する箱状のクロスメンバなどを利用してもよい。

上記のクロスメンバ構造では、車輪の支持部材３は、図８に示したように、第１連結部３１、第２連結部３３に加えて、第３連結部３２によっても支えられる。第３連結部３２の一端部は車輪の支持部材３に上下に軸動可能な状態で軸支される。第３連結部３２の他端部は第２クロスメンバ１２の下面に設けられた第３取付部１２１に上下に軸動可能な状態で軸支される。第３取付部１２１は、車体の正面側に配される第１壁１２１ａ、車体の背面側に配される第２壁１２１ｂと、第１壁１２１ａと第２壁１２１ｂとの下端部と連続する第３壁１２１ｃと有し、車体の両側面は解放された形状である。第３取付部１２１の第１壁１２１ａと第２壁１２１ｂとには、貫通孔８３ａ、８３ｂがそれぞれもうけられており、第３連結部３２の他端部が軸支される。

上記のクロスメンバ構造１では、第１連結部３１、第２連結部３３、及び第３連結部３２は、それぞれリンクロッドから構成される。そして、第１連結部３１、第２連結部３３、及び第３連結部３２は、リンク機構を構成しており、入力される荷重に応じて、車輪の支持部材を上下に変位させることができる。第１連結部及び第２連結部は、リンクロッドに限定されず、例えば、ロアアームやアッパアーム等に替えてもよい。

上記のクロスメンバ構造１は、リアクロスメンバである例を挙げて説明したが、フロントクロスメンバとして利用することも可能である。また、上記のクロスメンバ構造１では、ビームの端部を第２取付部として利用したが、ビームとは別の第２取付部を設けてもよい。第１取付部と第２取付部の形状は、上記の例に限定されず、第１連結部及び第２連結部をそれぞれ軸支できるものであればよい。

１ クロスメンバ構造
３ 車輪の支持部材
３１ 第１連結部
１３２ 第１取付部
３３ 第２連結部
１４１ 第２取付部
１１ 第１クロスメンバ
１２ 第２クロスメンバ
１３ サイドクロスメンバ

Claims (6)

1. 車輪の支持部材を支持するクロスメンバ構造であって、
   クロスメンバ構造は、車輪の支持部材に連結される第１連結部を支持する第１取付部と、
   車輪の支持部材に連結される第２連結部を支持する第２取付部と、
   第１取付部と第２取付部とを支持する支持部とを含むクロスメンバ構造であり、
   第１取付部は支持部の上部に対して固定されており、
   第２取付部は支持部の下部に対して固定されており、
   第１取付部と第２取付部とは、金属板材で構成され、別々に成形された部材であり、
   第１取付部は、車体の下方に延びる第１接続部を備えており、
   第１取付部の第１接続部と、第２取付部に固定され、第１取付部と第２取付部との間に延在し、金属板材で構成された第２接続部とを、支持部の横で接合することによって、第１取付部と第２取付部とは一体の部材とされており、
   第２接続部は、第１取付部と第２取付部とは、別々に成形された部材である自動車用クロスメンバ構造。
2. 第２取付部は、車幅方向に延びる部分を備えており、車幅方向に延びる部分が支持部の下部に当接する請求項１に記載の自動車用クロスメンバ構造。
3. 第１取付部は、車幅方向に延びる部分を備えており、車幅方向に延びる部分が支持部の上部に当接する請求項１又は２に記載の自動車用クロスメンバ構造。
4. 第２取付部は、車幅方向に延びる形状であり、リインフォースメントメンバを内蔵する形状である請求項１ないし３のいずれかに記載の自動車用クロスメンバ構造。
5. 第１取付部及び第２取付部の支持部は、車長方向に延びる棒状の部材である請求項１ないし４のいずれかに記載の自動車用クロスメンバ構造。
6. 車幅方向に延び車体の背面側に位置する第１クロスメンバと、車幅方向に延び車体の正面側に位置する第２クロスメンバと、第２クロスメンバと第１クロスメンバとを接続するように車長方向に延びるサイドクロスメンバとを含む、自動車用クロスメンバ構造であって、
   第１取付部と第２取付部とを支持する支持部は、サイドクロスメンバである請求項１ないし５のいずれかに記載の自動車用クロスメンバ構造。
   
   

Images