JP2011057021A

JP2011057021A - サブフレーム支持構造

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Publication number: JP2011057021A
Application number: JP2009206938A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Maruo; 哲也圓尾
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2009-09-08
Filing date: 2009-09-08
Publication date: 2011-03-24
Anticipated expiration: 2029-09-08
Also published as: DE102010036043B4; DE102010036043A1; JP5366723B2

Abstract

【課題】サブフレームを支持するブッシュの弾性体の容量を確保しつつサブフレームの挙動を適切に規制するサブフレーム支持構造を提供する。
【解決手段】サブフレーム１０を複数の円筒ブッシュを介して支持するサブフレーム支持構造を、複数の円筒ブッシュは、サブフレームの前部及び後部に設けられるフロントブッシュ１００及びリアブッシュ２００を含み、フロントブッシュの内筒１２０は、上端部近傍の外径が他の部分よりも拡大された拡径部を有し、リアブッシュの内筒２２０は、下端部近傍の外径が他の部分よりも拡大された拡径部を有し、フロントブッシュ及びリアブッシュの少なくとも一方の内筒の中間部の水平断面形状は、サブフレームのヨーイング中心ＣＹから内筒の中心軸へ引いた直線に沿った第１の方向の寸法に対して、第１の方向と直交する第２の方向の寸法が大きい構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車等の車両のリアサスペンション、リアディファレンシャル等が取り付けられるサブフレームを支持する支持構造に関し、特にはブッシュの弾性体容量を確保しつつサブフレームの挙動を適切に規制するものに関する。

乗用車等の自動車においては、リアサスペンションから車体への振動、騒音の伝達を抑制するため、車体に対してゴムブッシュ等の弾性体を介して支持されたサブフレームを設けて、このサブフレームにサスペンションアーム等を取り付ける構造が知られている。
このようなサブフレームを有する車両の場合、後輪に駆動力を伝達するリアディファレンシャルをサブフレームに取り付け、車体への振動、騒音の伝搬を抑制することが一般的である。

こうしたサブフレームに関する従来技術として、例えば特許文献１には、一対のサイドレールの前後にクロスメンバを結合し、矩形状の枠体として構成したサブフレームにリアサスペンションのアーム類及びリアディファレンシャルを取り付けることが記載されている。このサブフレームは、前後左右の４箇所に配置された弾性体マウントを用いて車体に取り付けられる。

特開平７−３１５２４５号公報

車体がサブフレームを支持するマウントとして、サブフレームに固定される外筒及び車体側に締結される内筒の間にゴム等の弾性体を配置したブッシュが一般的に用いられている。このようなブッシュを用いてサブフレームを支持する場合、弾性体の容量を大きくして剛性を低くすると防振効果が高まり、振動や騒音の車体側への伝搬を抑制して車両の快適性を向上できる。
しかし、弾性体の剛性を低くした場合、サブフレームの支持剛性が低下することから、リアディファレンシャルのトルク反力によるサブフレームのピッチング（車幅方向軸回りの回転）が大きくなる。サブフレームのピッチングによって、トランスミッションからリアディファレンシャルに駆動力を伝達するプロペラシャフトのジョイントに角度がつくと、振動や騒音の原因となる。

また、アンチロックブレーキの作動時や、車両の挙動安定化装置によるヨー制御の実行時には、左右後輪のブレーキ力が著しく異なる場合があることから、サブフレームのヨーイング（鉛直軸回りの回転）が発生する。このようなヨーイングは、路面の不整等の外乱によっても発生する場合がある。ブッシュの剛性を低下させた場合、サブフレームのヨーイングが大きくなって直進安定性が損なわれたり、車両の挙動が不安定になることが懸念される。また、サブフレームが車体を加振することから、振動の原因ともなる。
本発明の課題は、サブフレームを支持するブッシュの弾性体の容量を確保しつつサブフレームの挙動を適切に規制するサブフレーム支持構造を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１の発明は、リアサスペンションのサスペンションアーム及びリアディファレンシャルが装着されるサブフレームを、鉛直方向に略沿った中心軸を有する複数の円筒ブッシュを介して支持するサブフレーム支持構造であって、前記複数の円筒ブッシュは、前記サブフレームの前部に設けられるフロントブッシュ及び前記サブフレームの後部に設けられるリアブッシュを含み、前記フロントブッシュ及び前記リアブッシュは、前記サブフレームに固定される外筒と、前記外筒の内部に挿入され車体側に固定される内筒と、前記外筒と前記内筒との間に配置された弾性体とを備え、前記フロントブッシュの内筒は、上端部近傍の外径が他の部分よりも拡大された拡径部を有し、前記リアブッシュの内筒は、下端部近傍の外径が他の部分よりも拡大された拡径部を有し、前記フロントブッシュ及び前記リアブッシュの少なくとも一方の内筒の中間部の水平断面形状は、前記サブフレームのヨーイング中心から前記内筒の中心軸へ引いた直線に沿った第１の方向の寸法に対して、前記第１の方向と直交する第２の方向の寸法が大きいことを特徴とするサブフレーム支持構造である。

請求項２の発明は、リアサスペンションのサスペンションアーム及びリアディファレンシャルが装着されるサブフレームを、鉛直方向に略沿った中心軸を有する複数の円筒ブッシュを介して支持するサブフレーム支持構造であって、前記複数の円筒ブッシュは、前記サブフレームの前部に設けられるフロントブッシュ及び前記サブフレームの後部に設けられるリアブッシュを含み、前記フロントブッシュ及び前記リアブッシュは、前記サブフレームに固定される外筒と、前記外筒の内部に挿入され車体側に固定される内筒と、前記外筒と前記内筒との間に配置された弾性体とを備え、前記フロントブッシュの内筒は、上端部近傍の外径が他の部分よりも拡大された拡径部を有し、前記リアブッシュの内筒は、下端部近傍の外径が他の部分よりも拡大された拡径部を有し、前記フロントブッシュ及び前記リアブッシュの内筒の中間部の水平断面形状は、前記サブフレームのヨーイング中心から前記内筒の中心軸へ引いた直線に沿った第１の方向の寸法に対して、前記第１の方向と直交する第２の方向の寸法が大きくされるとともに、前記リアブッシュにおける前記第２の方向の寸法は、前記フロントブッシュにおける前記第２の方向の寸法に対して小さいことを特徴とするサブフレーム支持構造である。

本発明によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）フロントブッシュの内筒の上端部近傍、及び、リアブッシュの内筒の下端部近傍に拡径部を設けることによって、通常走行時における各ブッシュの防振効果を確保しつつ、リアディファレンシャルに作用する駆動トルク反力によってサブフレームの前部が上昇し後部が下降する方向のピッチングを抑制できる。これによって、サブフレームの動きによる振動、騒音や、サブフレームが変位した結果プロペラシャフトのジョイントに角度がつくことによる振動、騒音を防止できる。
また、フロントブッシュ及びリアブッシュの少なくとも一方の内筒の中間部は、サブフレームのヨーイング中心から内筒の中心軸へ引いた直線に沿った第１の方向の寸法に対して、これと直交する第２の方向の寸法が大きいことによって、サブフレームをヨーイングさせる方向の荷重に対するブッシュの剛性を高めてサブフレームのヨーイングを抑制することができる。これによって、ブッシュの弾性体容量を確保して振動、騒音を抑制するとともに、例えばアンチロックブレーキや車両安定化装置の作動によって左右後輪に作用する前後力が異なった場合であってもサブフレームのヨーイングを抑制して、車両の直進安定性を確保できる。
（２）フロントブッシュ及びリアブッシュの内筒の中間部の水平断面形状は、サブフレームのヨーイング中心から内筒の中心軸へ引いた直線に沿った第１の方向の寸法に対して、第１の方向と直交する第２の方向の寸法が大きくされるとともに、リアブッシュにおける第２の方向の寸法は、フロントブッシュにおける第２の方向の寸法に対して小さいことによって、サブフレームのヨーイングを抑制するとともに、転舵時に前輪車軸中心に作用する横力によるサブフレームに対する車体の相対回転を阻害しにくく、転舵初期における操縦安定性及び操舵フィーリングを改善することができる。

本発明を適用したサブフレーム支持構造の実施例を車幅方向から見た状態を示す模式的側面図である。図１のサブフレーム取付構造を車両上方から見た状態を示す模式的平面図である。図１のサブフレーム取付構造におけるフロントブッシュの二面図であって、図３（ａ）は上方から見た平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のｂ−ｏ−ｂ部矢視断面図である。図１のサブフレーム取付構造におけるリアブッシュの二面図であって、図４（ａ）は上方から見た平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のｂ−ｏ−ｂ部矢視断面図である。図１のサブフレーム取付構造における転舵時のサブフレームの挙動を示す平面図である。

本発明は、サブフレームを支持するブッシュの弾性体の容量を確保しつつサブフレームの挙動を適切に規制するサブフレーム支持構造を提供する課題を、サブフレーム前方のゴムブッシュの内筒は上部にフレア状の拡径部を有しかつ中間部の断面形状が長円状に形成され、サブフレーム後方のゴムブッシュの内筒は下部にフレア上の拡径部を有しかつ中間部の断面形状が長円状に形成され、各ブッシュの長円断面の長軸方向をサブフレームのヨーイング中心から各ブッシュへ引いた直線と略直交させて配置することによって解決した。

以下、本発明を適用したサブフレーム支持構造の実施例について説明する。
実施例のサブフレーム支持構造は、例えば乗用車等の自動車の車体後部床下側に設けられ、リアサスペンションのサスペンションアーム、リアディファレンシャル等が取り付けられるものである。
図１、図２に示すように、サブフレーム１０は、フロントメンバ１１、リアメンバ１２、サイドメンバ１３、フロントブッシュ取付部１４、リアブッシュ取付部１５等を備えて構成されている。
サブフレーム１０には、リアサスペンション２０、リアディファレンシャル３０等が取り付けられている。

フロントメンバ１１は、サブフレーム１０の前部に設けられ、車幅方向に略沿って延びた梁状の部材である。
リアメンバ１２は、サブフレーム１０の後部に設けられ、車幅方向に略沿って延びた梁状の部材である。
サイドメンバ１３は、サブフレーム１０の左右にそれぞれ設けられ、車両前後方向に略沿って延びた梁状の部材である。サイドメンバ１３は、フロントメンバ１１及びリアメンバ１２を連結している。サイドメンバ１３の前端部は、フロントメンバ１１の両端部近傍における後面部に突き当てられて例えば溶接等によって接合されている。また、リアメンバ１２の両端部は、サイドメンバ１３の後端部近傍における車幅方向内側の側面部に突き当てられて例えば溶接等によって接合されている。図１に示すように、サイドメンバ１３は、後端部が前端部に対して高い位置に配置され、中間部はＳ字状に湾曲して形成されている。
フロントメンバ１１、リアメンバ１２、サイドメンバ１３は、例えば上下２分割のプレス部材をスポット溶接、レーザ溶接等によって接合したり、また、ハイドロフォーミング等によって、閉断面を有する中空部材として形成されている。

フロントブッシュ取付部１４及びリアブッシュ取付部１５は、後述するフロントブッシュ１００及びリアブッシュ２００がそれぞれ圧入される円筒状の部材である。フロントブッシュ取付部１４及びリアブッシュ取付部１５は、中心軸が鉛直方向に沿わせて配置されている。
フロントブッシュ取付部１４は、フロントメンバ１１の左右両端部に例えば溶接等によって接合されている。
リアブッシュ取付部１５は、左右のサイドメンバ１３の後端部に例えば溶接等によって接合されている。

リアサスペンション２０は、後輪Ｗを回転可能に支持するハブベアリングを収容するハウジングを、車体に対して所定の軌跡上をストローク可能に支持するものである。
リアサスペンション２０は、フロントラテラルリンク２１、リアラテラルリンク２２、トレーリングリンク２３の他、図示しないサスペンションスプリング、ショックアブソーバ等を備えて構成されている。
フロントラテラルリンク２１及びリアラテラルリンク２２は、車幅方向に略沿って延びるとともに、前後方向に離間して配列されている。フロントラテラルリンク２１及びリアラテラルリンク２２の車幅方向外側の端部は、ハウジングに揺動可能に連結されている。フロントラテラルリンク２１及びリアラテラルリンク２２の車幅方向内側の端部は、サブフレーム１０のサイドメンバ１３に揺動可能に連結されている。
トレーリングリンク２３は、車両の前後方向に略沿って延び、前端部がサブフレーム１０、後端部がハウジングにそれぞれ揺動可能に連結されている。

リアディファレンシャル３０は、車体前部に搭載される図示しないトランスミッションからプロペラシャフトを経由して入力される駆動力を、左右後輪に接続されたドライブシャフトに伝達するとともに、旋回等による左右後輪の回転数差を吸収する差動機構を備えている。

次に、サブフレーム１０と車体Ｂとの結合箇所に設けられるフロントブッシュ１００及びリアブッシュ２００について、以下詳細に説明する。
フロントブッシュ１００は、外筒１１０、内筒１２０、ゴム部１３０等を備えて構成されている。
外筒１１０は、円筒状に形成されサブフレーム１０のフロントブッシュ取付部１４に圧入され固定される部分である。

内筒１２０は、外筒１１０の内径側に挿入される略円筒状の部材である。内筒１２０の両端部は、外筒１１０の上下から突出している。内筒１２０の中心部には、内筒１２０を車体Ｂに締結する図示しないボルトが挿入されるボルト孔１２１が形成されている。ボルト孔１２１は、無負荷状態において外筒１１０と略同心となるように配置されている。
内筒１２０の上端部１２２は、外径がテーパ状（フレア状）に拡大して形成された拡径部となっている。このテーパ面は、車両の通常走行状態ではゴム部１３０と接触しないが、リアディファレンシャル３０に作用するトルク反力によってサブフレーム１０が前上がり（後下がり）となるピッチング挙動を示した場合にはゴム部１３０の上面と接触する。
上端部１２２の下方に設けられた内筒１２０の中間部１２３は、水平面で切って見た横断面形状が略長円状となるように形成されている。ボルト孔１２１は、この長円形状の長軸方向における中央部に配置されている。
内筒１２０は、例えば鋼系材料による鍛造によって形成されている。
ゴム部１３０は、外筒１１０の内周面と内筒１２０の中間部１２３の外周面との間に防振ゴムを充填し、外筒１１０及び内筒１２０と加硫接着によって接合したものである。

リアブッシュ２００は、外筒２１０、内筒２２０、ゴム部２３０等を備えて構成されている。
外筒２１０は、円筒状に形成されサブフレーム１０のリアブッシュ取付部１５に圧入され固定される部分である。

内筒２２０は、外筒２１０の内径側に挿入される略円筒状の部材である。内筒２２０の両端部は、外筒２１０の上下から突出している。内筒２２０の中心部には、内筒２２０を車体Ｂに締結する図示しないボルトが挿入されるボルト孔２２１が形成されている。ボルト孔２２１は、無負荷状態において外筒２１０と略同心となるように配置されている。
内筒２２０の下端部２２２は、外径がテーパ状（フレア状）に拡大して形成された拡径部となっている。このテーパ面は、車両の通常走行状態ではゴム部２３０と接触しないが、リアディファレンシャル３０に作用するトルク反力によってサブフレーム１０が前上がり（後下がり）となるピッチング挙動を示した場合にはゴム部２３０の下面と接触する。
下端部２２２の上方に設けられた内筒２２０の中間部２２３は、水平面で切って見た横断面形状が略長円状となるように配置形成されているが、長軸方向における寸法は、フロントブッシュ１００の内筒１２０の中間部１２３よりも小さく設定されている。このため、長円長軸方向の両端部におけるゴム部２３０のゴム厚は、リアブッシュ２００のほうがフロントブッシュ１００よりも大きくなっている。その結果、長円長軸方向への荷重に対する内筒の支持剛性は、リアブッシュ２００のほうがフロントブッシュ１００よりも低くなっている。ボルト孔２２１は、この長円形状の長軸方向における中央部に配置されている。
内筒２２０は、例えば鋼系材料による鍛造によって形成されている。
ゴム部２３０は、外筒２１０の内周面と内筒２２０の中間部２２３の外周面との間に防振ゴムを充填し、外筒２１０及び内筒２２０と加硫接着によって接合したものである。

次に、実施例におけるフロントブッシュ１００及びリアブッシュ２００の装着方向について説明する。
図２に示すように、左側のフロントブッシュ１００の中心軸（内筒ボルト孔の軸心）と右側のリアブッシュ２００の中心軸とを結んだ直線、及び、右側のフロントブッシュ１００の中心軸と左側のリアブッシュ２００の中心軸とを結んだ直線の交点は、例えばアンチロックブレーキや車両安定化装置の作動等に起因して左右後輪の制駆動力差が生じた場合におけるサブフレーム１０のヨーイングの中心ＣＹと実質的に一致する。
フロントブッシュ１００及びリアブッシュ２００は、ヨーイングの中心ＣＹから各ブッシュへ引いた直線に対して、内筒１２０，２２０の中間部１１３，１２３の長円形状の長軸方向が直交する向きでサブフレーム１０に装着されている。

以下、本実施例の効果について説明する。
図１に示すように、リアディファレンシャル３０には、車両左側から見て時計回りの方向に駆動トルクのトルク反力が作用する。急加速や登坂等のため駆動トルクが大きい場合には、リアディファレンシャル３０には、前上がりとなる方向に大きいピッチングモーメントが作用し、このピッチングモーメントはサブフレーム１０に伝達されて、サブフレーム１０は前上がり、後下がりとなる方向のピッチング挙動を示す。
このとき、フロントブッシュ１００の外筒１１０は、内筒１２０に対して相対的に上昇する。このとき、ゴム部１３０の上面は内筒１２０の上端部１２２のテーパ面部に接触し、ここからさらに外筒１１０が上昇することを妨げる。

一方、リアブッシュ２００の外筒２１０は、内筒２２０に対して相対的に下降する。このとき、ゴム部２３０の下面は内筒２２０の下端部２２２のテーパ面部に接触し、ここからさらに外筒２１０が下降することを妨げる。
このように、各内筒１２０，２２０のテーパ面部が外筒１１０，２１０の内筒１２０，２２０に対する上下変位のストッパとして機能することによって、サブフレーム１０のピッチングが抑制され、サブフレーム１０のピッチング挙動や、このピッチングに伴いプロペラシャフトのジョイントに角度がつくことに起因する振動、騒音等を抑制できる。
なお、同様の効果は、独立したストッパを設けてサブフレームの動きを規制することによっても可能であるが、本実施例の場合にはブッシュ自体にストッパ機能を設けることによって、部品点数の低減、軽量化、コスト低下、及び、車種バリエーション毎に個別のストッパを設計しなくてもよいことによる設計工数の軽減を図ることができる。

また、図２に示すように、各ブッシュ１００，２００の内筒１２０，２２０の長円状の断面形状の長軸方向を、ヨーイングの中心ＣＹから各ブッシュに引いた直線と直交するように配置したことによって、サブフレーム１０をヨーイングさせる方向の荷重に対する各ブッシュ１００，２００の剛性を、他の方向に対して選択的に向上することができる。
これによって、ヨーイング方向の荷重に対するサブフレーム１０の支持剛性を向上することができ、例えばアンチロックブレーキ装置や車両安定化装置の作動により、左右後輪に大きな制動力差が生じ、サブフレーム１０をヨーイングさせるモーメントが発生した場合であっても、サブフレーム１０のヨーイングを抑制して後輪Ｗのトー変化等を防止し、車両の直進安定性等の操縦安定性を向上することができる。また、サブフレーム１０が車体Ｂを加振することによる振動、騒音も防止できる。

また、図５に示すように、車両が旋回を開始する転舵初期において、前輪が発生するコーナリングフォースによって車体が向きを変え始めた際に、仮にサブフレーム１０が車体に対して相対回転しない場合には、後輪Ｗが抵抗となって旋回を阻害してしまうため、応答性及び操舵フィーリング（ステアリングの手応え等）を悪化させてしまう。
この点、本実施例の場合には、内筒２２０の断面形状を長円状とすることによってこの相対回転を妨げる懸念があるリアブッシュ２００の内筒２２０の長円形状の長手方向寸法を小さくすることによって、転舵初期の車体Ｂの動きを阻害しにくくすることができ、応答性及び操舵フィーリングを改善することができる。

（変形例）
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
（１）サブフレームやこれに取り付けられる各種部品の構造、形状、材質、製法等は上述した実施例に限定されず、適宜変更することができる。
（２）実施例のフロントブッシュ及びリアブッシュの内筒は、鍛造によって一体に形成されているが、これに限らず、他の製法、材質を用いてもよい。例えば、アルミニウム合金による鋳造や、エンジニアリングプラスチックによるインジェクション成型によって形成してもよく、複数部材を組み合わせて内筒を構成するようにしてもよい。さらに、中間部における横断面形状も実施例のような略長円状に限定されない。

１０サブフレーム１１フロントメンバ
１２リアメンバ１３サイドメンバ
１４フロントブッシュ取付部１５リアブッシュ取付部
２０リアサスペンション２１フロントラテラルリンク
２２リアラテラルリンク２３トレーリングリンク
３０リアディファレンシャル
１００フロントブッシュ１１０外筒
１２０内筒１２１ボルト孔
１２２上端部１２３中間部
１３０ゴム部
２００リアブッシュ２１０外筒
２２０内筒２２１ボルト孔
２２２下端部２２３中間部
２３０ゴム部
Ｗ後輪ＣＹサブフレームのヨーイングの中心
ＣＡ前輪車軸の左右中心ＢＦ制動力

Claims

リアサスペンションのサスペンションアーム及びリアディファレンシャルが装着されるサブフレームを、鉛直方向に略沿った中心軸を有する複数の円筒ブッシュを介して支持するサブフレーム支持構造であって、
前記複数の円筒ブッシュは、前記サブフレームの前部に設けられるフロントブッシュ及び前記サブフレームの後部に設けられるリアブッシュを含み、
前記フロントブッシュ及び前記リアブッシュは、前記サブフレームに固定される外筒と、前記外筒の内部に挿入され車体側に固定される内筒と、前記外筒と前記内筒との間に配置された弾性体とを備え、
前記フロントブッシュの内筒は、上端部近傍の外径が他の部分よりも拡大された拡径部を有し、
前記リアブッシュの内筒は、下端部近傍の外径が他の部分よりも拡大された拡径部を有し、
前記フロントブッシュ及び前記リアブッシュの少なくとも一方の内筒の中間部の水平断面形状は、前記サブフレームのヨーイング中心から前記内筒の中心軸へ引いた直線に沿った第１の方向の寸法に対して、前記第１の方向と直交する第２の方向の寸法が大きいこと
を特徴とするサブフレーム支持構造。
リアサスペンションのサスペンションアーム及びリアディファレンシャルが装着されるサブフレームを、鉛直方向に略沿った中心軸を有する複数の円筒ブッシュを介して支持するサブフレーム支持構造であって、
前記複数の円筒ブッシュは、前記サブフレームの前部に設けられるフロントブッシュ及び前記サブフレームの後部に設けられるリアブッシュを含み、
前記フロントブッシュ及び前記リアブッシュは、前記サブフレームに固定される外筒と、前記外筒の内部に挿入され車体側に固定される内筒と、前記外筒と前記内筒との間に配置された弾性体とを備え、
前記フロントブッシュの内筒は、上端部近傍の外径が他の部分よりも拡大された拡径部を有し、
前記リアブッシュの内筒は、下端部近傍の外径が他の部分よりも拡大された拡径部を有し、
前記フロントブッシュ及び前記リアブッシュの内筒の中間部の水平断面形状は、前記サブフレームのヨーイング中心から前記内筒の中心軸へ引いた直線に沿った第１の方向の寸法に対して、前記第１の方向と直交する第２の方向の寸法が大きくされるとともに、前記リアブッシュにおける前記第２の方向の寸法は、前記フロントブッシュにおける前記第２の方向の寸法に対して小さいこと
を特徴とするサブフレーム支持構造。